KR100333628B1 - 냉동사이클 제어장치 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동사이클 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나 이상의 증발기를 사용하는 냉동장치에서 3방향 스텝핑모터밸브를 이용하여 사이클 상의 냉매 흐름을 조절하기 위한 냉동사이클 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다. 본 발명은 3방향 스태핑모터밸브를 이용하여 하나 이상의 냉동사이클을 순환하는 냉매의 흐름을 동시에 개폐 제어하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 3방향 스태핑모터밸브 내부 캡부의 회전에 따라서 밸브의 개폐를 제어하므로서, 종래 자력에 의한 플랜져를 이동시 발생되는 충격음을 억제하는 것이 가능하여, 발생소음을 감소시키고, 소비전력을 절감하는 효과를 얻게 된다.

Description

냉동사이클 제어장치 및 그 제어방법{Refrigeration cycle control device and method for control the same}

본 발명은 냉동사이클 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하나 이상의 증발기를 사용하는 냉동장치에서 3방향 스텝핑모터밸브를 이용하여 사이클 상의 냉매 흐름을 조절하기 위한 냉동사이클 제어장치 및 그 제어방법에 관한 것이다.

냉장고, 공기조화기, 김치냉장고 등은 냉동장치이다. 이러한 냉동장치들은 장치 내 구비된 냉동사이클을 순환하는 고온고압의 냉매에 의하여 장치 내의 온도를 조절한다. 이하의 설명에서는 냉동장치로서 가장 일반적인 냉장고를 예를 들어서 설명한다.

도 1은 일반적인 냉장고의 냉동사이클을 설명하는 구성도이다.

종래 냉장고의 냉동사이클은 도 1에 도시하고 있는 바와 같이, 냉매를 압축하는 압축기(1)와, 상기 압축기(1)에서 압축된 냉매가 가진 열을 방열하는 응축기(3)와, 상기 응축기(3)의 후단에 설치되어 냉매에 잔존하는 수분을 제거하는 건조기(5)를 포함한다. 또한 종래 냉장고의 냉동사이클은, 상기 건조기(5)의 출구와 연결되는 복수개의 팽창밸브(11,13)에 각각 냉매관로(19a,19b)를 형성하고, 상기 건조기(5)와 팽창밸브(11,13) 사이의 냉매관로(19a,19b) 각각에 상기 냉매관로의 개폐를 조절하는 2방향 솔레노이드밸브(7,9)를 설치하고 있다.

그리고 상기 각각의 팽창장치(11,13)에 증발기(15,17)가 연결되고 있다. 상기 증발기(15,17)는, 음식물의 장시간 보관을 위해서 냉장고 내에 보관되고 있는 음식물에 포함된 열을 빼앗기 위한 냉기를 발생한다. 그리고 상기 증발기(15,17) 후단에 연결되고 있는 냉매관로(19c)는, 압축기(1)에 연결되면서, 상기 압축기(1) → 응축기(3) → 팽창장치(11,13)→ 증발기(15,17) → 압축기(1)로 연결되는 냉동사이클이 형성된다.

그리고 도 1에 도시하고 있는 바와 같이, 다수개의 증발기를 구비하고 있는 경우, 냉장고의 식품보관칸에 따라서 냉기의 공급을 제어하는 것이 가능하게 된다. 즉, 상기 솔레노이드밸브(7,9)의 온/오프 제어동작에 따라서 상기 압축기(1) → 응축기(3) → 팽창장치(11)→ 증발기(15) → 압축기(1)로 연결되는 냉동사이클이 구성되거나, 또는 상기 압축기(1) → 응축기(3) → 팽창장치(13)→ 증발기(17) → 압축기(1)로 연결되는 냉동사이클이 구성되거나, 또는 상기 압축기(1) → 응축기(3) → 팽창장치(11,13)→ 증발기(15,17) → 압축기(1)로 연결되는 냉동사이클이 구성되어진다.

따라서 상기 솔레노이드밸브(7), 팽창장치(11), 증발기(15)는 제 1 식품보관칸의 냉기 제어를 위한 구성이라면, 솔레노이드밸브(9), 팽창장치(13), 증발기(19)는 제 2 식품보관칸의 냉기 제어를 위한 구성으로 설명될 수 있다.

다음은 상기 구성으로 이루어진 종래 냉장고의 냉동사이클 동작과정에 대해서 설명한다.

도 3은 상기 냉동사이클을 제어하는 마이크로컴퓨터(20)를 도시하고 있다.

마이크로컴퓨터(20)는, 고내 설정되어 있는 온도를 항상 인지한다. 그리고고내 온도가 상기 설정온도보다 높아졌을때, 냉기 발생을 위한 냉동사이클의 순환을 제어한다.

압축기(1)는 상기 마이크로컴퓨터(20)의 제어에 의해서 유입되는 냉매를 압축하여 고온고압의 상태로 만든다. 상기 압축기(1)에서 발생된 냉매는 냉매관로(19)를 통해서 응축기(3)로 전달되고, 상기 응축기(3)는, 냉매의 열을 방열시킨다. 상기 응축기(3)를 통과한 냉매는 건조기(5)를 통과하면서 잔존하는 수분이 제거된다.

상기 건조기(5)를 통과한 냉매는, 팽창장치(11,13)로 전달되는데, 이때 오픈상태의 솔레노이드밸브(7,9)를 통과하게 된다. 상기 솔레노이드밸브(7,9)는 마이크로컴퓨터(20)의 개폐 제어를 받는다.

즉, 상기 마이크로컴퓨터(20)는, 설정온도와 고내온도의 비교에 의해서 냉기가 필요로 하는 식품보관칸을 판단하고, 상기 식품보관칸과 연계된 솔레노이드밸브(7,9)를 오픈상태로 제어하게 되는 것이다. 만일, 상기 마이크로컴퓨터(20)에서 솔레노이드밸브(7) 만을 또는 다른 솔레노이드밸브(9) 만을 오픈시켰을때, 상기 오픈상태의 솔레노이드밸브(7)(또는 9)와 연계된 증발기(15)(또는 17) 측으로만 냉매가 공급되어진다.

따라서 상기 마이크로컴퓨터(20)의 오픈 제어를 받은 솔레노이드밸브(7,9)를 통해서 냉매는 팽창장치(11,13) 측으로 공급된다. 상기 팽창장치(11,13)는 고압의 액냉매를 감압하고 일정한 비율로 흐르는 냉매량을 조절하여 증발하기 쉬운 상태로 조정한다. 상기 팽창장치(11,13)를 통과한 냉매는 증발기(15,17)에서 고내의 열을빼앗아 기화되고, 결과적으로 고내에 차가운 냉기가 공급된다.

이상의 과정으로 상기 증발기(15,17)에 의하여 고내에 차가운 냉기가 공급되어지고, 기화상태로 변한 냉매는 다시 압축기(1)에 유입되면서 냉동사이클이 구성되어진다. 이때, 상기 냉매는 고압고온에서 저압저온으로 다시 고압고온으로 변환되면서 냉동사이클을 순환한다. 상기 냉동사이클은, 응축기와 증발기 사이를 냉매가 순환하면서 열교환이 이루어진다.

한편, 도 1에 도시되고 있는 바와 같이 다수개의 증발기(15,17)가 구비되고 있는 냉동사이클의 경우, 마이크로컴퓨터(20)의 제어에 의해서 오픈상태를 갖는 솔레노이드밸브(7,9)를 통해서 냉동사이클이 구성되므로, 고내 온도에 따라서 운전되는 냉동사이클은 다르게 구성되어 제어된다.

만일, 솔레노이드밸브(7)가 연계된 제 1 식품보관칸에 냉기 공급이 필요한 경우, 솔레노이드밸브(7)가 열리면서, 냉동사이클 상에 냉매가 순환된다. 또한, 또 다른 솔레노이드밸브(9)가 연계된 제 2 식품보관칸에 냉기 공급이 필요한 경우, 솔레노이드밸브(9)가 열리면서 냉동사이클 상에 냉매가 순환된다. 그리고 상기 솔레노이드밸브(7,9)가 모두 열렸을때에도 냉동사이클 상에 냉매가 순환될 것이다. 그리고 상기 제 1,2 솔레노이드밸브(7,9)가 모두 닫힌 경우에는 냉동사이클 상에 냉매가 순환되지 못한다.

이와 같이 종래의 냉동사이클은, 각 식품보관칸과 연계된 2방향 솔레노이드밸브의 개폐제어에 의해서 냉동사이클을 구성하고 있다. 이때 이용되는 2방향 솔레노이드밸브를 도 2에 도시하고 있다.

상기 솔레노이드밸브는, 중심부에 상하로 이동 가능한 플렌져(37)를 설치하고, 상기 플렌져(37)의 상하 이동을 제어하기 위한 코일(31)을 상기 플렌져(37)의 주변에 설치하고 있다. 상기 플렌져(37)의 하부에는 실링볼(33)이 부착되고 있으며, 상기 실링볼(33)은 상기 솔레노이드밸브에 구성된 2개의 밸브인 입력포트(39)와 출력포트(41)를 개폐하는 구성을 하고 있다. 상기 입력포트(39)와 출력포트(41)는 서로 연통되어 있고, 상기 플렌져(37)의 하부에 부착된 실링볼(33)에 의해서 두 포트의 연통이 개폐된다. 그리고 상기 플렌져(37)는 내부에 구비된 스프링(35)에 의해서 하부방향으로 이동되는 힘을 받고 있다.

따라서 상기 코일(31)에 전원을 공급하면, 전자석의 원리에 의하여 상기 플렌져(37)가 상부로 이동된다. 이때 입력포트(39)와 출력포트(41)의 연통을 차단하고 있던 실링볼(33)도 상기 플렌져(37)와 같이 이동되면서 상기 입력포트(39)와 출력포트(41)는 서로 연통된다.

그러나 상기 코일(31)에 공급되던 전원이 차단되면, 상기 스프링(35) 력에 의해서 상기 플렌져(37)는 하부로 이동된다. 상기 플렌져(37)가 하부로 이동되면, 상기 플렌져(37)의 하단에 설치된 실링볼(33)이 상기 입력포트(39)와 출력포트(41)의 연통을 차단시킨다.

그러나 종래 냉동사이클에 이용하고 있는 2방향 솔레노이드밸브는, 플렌져(37)의 상하 이동에 따른 충격소음이 매우 높은 문제점이 있었다.

또한, 각 식품보관칸마다 냉방사이클의 구성을 위하여 2방향 솔레노이드밸브를 사용하고, 개별적으로 제어하기 때문에 소비전력이 높은 문제점이 있었다. 특히, 압축기의 운전 전/후에 냉동사이클 내의 압력평형을 위하여 압축기 초기 운전이 수행되기 전과 운전이 수행된 후 소정시간(약 1분) 이상동안 밸브의 동작이 필요하기 때문에 소비전력이 상승되는 문제점이 있었다.

그리고 2방향 솔레노이드밸브 2개를 사용하기 때문에, 상기 솔레노이드밸브와 건조기 사이에 별도의 T자관 냉매관로 및 용접, 그리고 마이크로컴퓨터(20)와 각각의 솔레노이드밸브 사이의 와이어 결선에 따른 번거로움이 뒤따르는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 목적은 다수개의 증발기를 사용하는 냉동장치에서 3방향 스태핑모터밸브를 사용하여 냉매의 흐름을 제어할 수 있는 냉동사이클 제어장치 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 다수개의 증발기를 사용하는 냉동장치에서 3방향 스태핑모터밸브를 사용하여 냉매의 흐름을 제어하여, 발생소음 및 소비전력을 절감시킬 수 있는 냉동사이클 제어장치 및 그 제어방법을 제공함에 있다.

도 1은 종래 냉동사이클 제어장치의 구성도,

도 2는 종래 냉동사이클에 이용된 솔레노이드밸브의 구조도,

도 3은 종래 냉동사이클 제어 구성도,

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉동사이클 제어장치의 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 냉동사이클 동작 제어를 위한 구성도,

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3방향 스태핑모터밸브의 구조도,

도 7a 내지 도 7d는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3방향 스태핑모터밸브의 동작 원리도,

도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3방향 스태핑모터밸브 제어를 위한 동작 타이밍도,

도 9는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3방향 스태핑모터밸브의 제 1 실시예에 따른 제어도,

도 10은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3방향 스태핑모터밸브의 제 2 실시예에 따른 제어도,

도 11은 일반적인 스태핑모터밸브의 제어도,

도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3방향 스태핑모터밸브의 구조도,

도 13a내지 도 13d는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3방향 스태핑모터밸브의 동작 원리도,

도 14는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3방향 스태핑모터밸브 제어를 위한 동작 타이밍도,

도 15는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3방향 스태핑모터밸브의 제 1 실시예에 따른 제어도,

도 16은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3방향 스태핑모터밸브의 제 2 실시예에 따른 제어도,

도 17은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉동사이클 제어장치의 구성도,

도 18은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉동사이클 제어장치의 사이클 내 압력 상태도,

도 19는 본 발명에 따른 냉동사이클 제어를 위한 동작 흐름도.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1,51,151 : 압축기 3,53,153 : 응축기

5,55,155 : 건조기 7,9 : 솔레노이드 밸브

11,13,61,63,161,163 : 팽창장치 15,17,65,67,165,167 : 증발기

57,157 : 스태핑모터밸브

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉동사이클 제어장치는, 다수개의 식품보관칸을 구비하고 있는 냉동장치에 있어서: 상기 각 식품보관칸으로 공급될 냉기를 발생시키기 위하여 각각 동작 가능한 다수개의 증발기와; 상기 각각의 증발기를 통해 냉매를 전달하는 냉매관로와; 상기 냉매관로를 통해서 다수개의 증발기로 각각 공급되는 냉매의 흐름통로를 동시에 개폐 제어하여, 필요한 냉동사이클을 개방하는 3방향 스태핑모터밸브를 포함하여 구성된다.

본 발명의 상기 3방향 스태핑모터밸브는, 상기 다수개의 증발기의 입력측에 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 상기 3방향 스태핑모터밸브는, 상기 다수개의 증발기의 출력측에 설치된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 냉매를 압축하는 압축기와; 상기 압축된 냉매의 열을 방열하는 응축기와; 상기 응축기 후단에 설치되어 냉매에 포함된 수분을 제거하는 건조기와; 상기 다수개의 증발기로 각각 공급되는 냉매의 유량조절을 위한 팽창장치를 더 포함하여 구성된다.

본 발명은 필요한 냉동사이클의 개방을 위하여, 상기 3방향 스태핑모터밸브의 정역회전을 제어하는 제어수단을 더 포함하여 구성된다.

본 발명의 상기 3방향 스탭핑모터밸브는, 고정자와 회전자로 구성되는 모터부와; 상기 회전자에 의해 회동되고, 냉매의 유동 제어를 위한 개방영역과 폐쇄영역을 구비하는 밸브체와; 내부에 상기 밸브체가 수납되고, 상기 개방영역과 폐쇄영역에 의해 개폐되는 다수개의 출력포트와 입력포트를 구비한 밸브하우징을 포함하여 구성된다.

본 발명의 상기 3방향 스태핑모터밸브는, 고정자와 회전자로 구성되는 모터부와; 상기 회전자에 의해 회동되고, 로터캠을 구비한 밸브체와; 내부에 상기 밸브체가 수납되고, 다수개의 출력포트와 입력포트를 구비한 밸브하우징과; 상기 로터캠에 의해 구동되어 상기 출력포트를 개폐하는 실링볼을 포함하여 구성된다.

또한, 본 발명에 따른 냉동사이클 제어방법은, 다수개의 증발기를 구비한 냉동장치에 3방향 스태핑모터밸브를 설치하여 각 냉동사이클을 제어하는 방법에 있어서: 초기 전원투입시에 상기 3방향 스태핑모터밸브 내의 로터를 일측 방향으로 최대한 회전시키는 제 1 단계와; 상기 3방향 스태핑모터밸브 내의 로터를 기설정된 값에 따라서 초기위치로 이동시키는 제 2 단계와; 상기 제 2 단계에서 설정된 초기위치에서부터 상기 3방향 스태핑모터밸브 내의 로터를 외부인가신호만큼 정역회전 제어하는 제 3 단계를 포함하여 구성된다.

본 발명은 상기 제 1 단계에서 로터를 일측방향으로 최대한 회전시킨 후, 반대방향으로 최대한 회전시키는 단계를 더 포함하고, 상기 단계 수행후, 초기위치로 이동되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 냉동사이클 제어장치 및 그 제어방법에 대해서 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉장고의 냉동사이클의 구성도이다.

본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉동사이클은, 냉매를 압축하는 압축기(51)와, 상기 압축기(51)에서 압축된 냉매가 가진 열을 방열하는 응축기(53)와, 상기 응축기(53)의 후단에 설치되어 냉매에 잔존하는 수분을 제거하는 건조기(55)를 포함한다. 또한 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉장고의 냉동사이클은, 상기 건조기(55)의 출구와 연결되는 복수개의 팽창밸브(61,63) 입구 사이에 냉매관로를 형성하고, 상기 건조기(55)의 출구 측 냉매관로(59c)와 팽창밸브(61,63)의 입구 측 냉매관로(59a,59b)를 연결하도록 3방향 스태핑모터밸브(57)를 설치하고 있다.

상기 3방향 스태핑모터밸브(57)는, 후술되는 마이크로컴퓨터(79)의 제어를 받아서 상기 팽창밸브(61,63)와 연결된 냉매관로(59a,59b)를 선택적으로 개폐할 수 있도록 구성하고 있다. 즉, 상기 3방향 스태핑모터밸브(57)는, 상기 건조기(55)와 연결된 입구 측을 기준으로 해서 각각의 팽창밸브(61,63)와 연결되는 냉매관로(59a,59b)를 선택적으로 개폐하여, 상기 팽창밸브(61)와 연결된 냉매관로(59a)를 오픈상태로 조절하거나, 상기 팽창밸브(63)와 연결된 냉매관로(59b)를 오픈상태로 조절하거나, 또는 양측의 냉매관로(59a,59b)를 모두 열거나 닫는 것이 가능하다.

그리고 상기 각각의 팽창장치(61,63)의 후단에는 증발기(65,67)가 연결되고 있다. 상기 증발기(65,67)는, 음식물의 장시간 보관을 위해서 냉장고 내에 보관되고 있는 음식물에 포함된 열을 빼앗기 위한 냉기를 발생한다. 그리고 상기 증발기(65,67) 후단에 연결되고 있는 냉매관로는, 압축기(51)에 연결되면서, 상기 압축기(51) → 응축기(53) → 팽창장치(61,63)→ 증발기(65,67) → 압축기(51)로 연결되는 냉동사이클이 형성된다.

따라서 도 4에 도시하고 있는 바와 같이, 다수개의 증발기(65,67)를 구비하고 있는 경우, 냉장고의 식품보관칸에 따라서 냉기의 공급을 제어하는 것이 가능하게 된다. 즉, 상기 3방향 스태핑모터밸브(57)의 오픈 제어동작에 따라서 상기 압축기(51) → 응축기(53) → 팽창장치(61)→ 증발기(65) → 압축기(51)로 연결되는 냉동사이클이 구성되거나, 또는 상기 압축기(51) → 응축기(53) → 팽창장치(63)→ 증발기(67) → 압축기(51)로 연결되는 냉동사이클이 구성되거나, 또는 상기압축기(51) → 응축기(53) → 팽창장치(61,63)→ 증발기(65,67) → 압축기(51)로 연결되는 냉동사이클이 구성되어진다.

따라서 3방향 스태핑모터밸브(57)와 연결된 냉매관로(59a), 팽창장치(61), 증발기(65)는 제 1 식품보관칸의 냉기 제어를 위한 구성이라면, 3방향 스태핑모터밸브(57)와 연결된 냉매관로(59b), 팽창장치(63), 증발기(67)는 제 2 식품보관칸의 냉기 제어를 위한 구성으로 설명될 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 냉동사이클 제어장치의 동작 제어를 위한 구성도이다.

본 발명에 따른 냉동사이클제어장치는, 사용자의 요구에 따른 신호를 입력하는 키선택부(71)와, 고내 온도를 감지하는 온도센서(73)와, 상기 온도센서(73)의 감지온도와, 설정온도를 기초로 냉동사이클의 운전을 제어하는 마이크로컴퓨터(79)를 포함한다. 상기 마이크로컴퓨터(79)는, 시스템을 제어하는 중앙처리장치(75)와, 필요한 데이터 및 동작제어를 위한 프로그램 등을 저장하는 메모리(77)를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 냉동사이클제어장치는, 키선택부(71)를 통해서 사용자가 입력한 내용이나 온도센서(73)에서 감지된 온도 등을 기초하여 표시하는 표시부(81)를 포함한다. 또한, 도 4에 도시된 3방향 스태핑모터밸브(57)의 구동을 제어하는 스태핑모터구동부(83)와, 상기 압축기(51) 그리고 도시하지는 않고 있지만 팬의 구동을 제어하는 구동부(85)를 포함한다.

다음은 상기 구성으로 이루어진 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉동사이클의동작과정에 대해서 설명한다.

마이크로컴퓨터(79)는, 고내 설정되어 있는 온도를 메모리(77)에 저장된 자료에 기초해서 항상 인지한다. 그리고 상기 온도센서(73)를 통해서 검출되는 고내온도가 설정온도보다 높아졌을때, 냉기 발생을 위한 냉동사이클의 순환을 제어한다.

상기 마이크로컴퓨터(79)는 상기 온도센서(73)를 통해서 검출된 각 식품보관칸의 온도에 따라서 동작되어야 할 냉동사이클을 인식하고, 3방향 스테핑모터밸브(57)의 열림과 닫힘 제어를 위한 신호를 스태핑모터구동부(83)에 인가한다. 상기 스태핑모터구동부(83)는 상기 마이크로컴퓨터(79)의 제어에 의해서 냉매관로(59a) 또는 냉매관로(59b) 또는 두 냉매관로 모두를 열림상태로 조절하게 된다.

또한, 마이크로컴퓨터(79)는 냉동사이클의 동작을 필요로 할때, 압축기,팬 구동부(85)를 제어하여, 압축기(51)를 구동시킨다. 상기 구동부(85)는, 마이크로컴퓨터의 제어신호에 따라서 상기 압축기(51)를 구동시켜서 고온고압의 냉매가 발생되도록 한다.

이렇게 해서 상기 압축기(51)에서 발생된 냉매는 냉매관로(59)를 통해서 응축기(53)로 전달되고, 상기 응축기(53)는, 냉매의 열을 방열시킨다. 상기 응축기(53)를 통과한 냉매는 건조기(55)를 통과하면서 잔존하는 수분이 제거된다.

상기 건조기(55)를 통과한 냉매는, 팽창장치(61,63)로 전달되는데, 이때 오픈상태의 3방향 스태핑모터밸브(57)를 통과하게 된다. 상기 3방향스태핑모터밸브(57)는 상기에서 언급되고 있는 바와 같이, 상기 마이크로컴퓨터(79)의 제어에 의해서 열림과 닫힘이 제어되고 있다. 따라서 상기 건조기(55)를 통과한 냉매는 열림상태로 제어된 스태핑모터밸브를 통해서 팽창장치(61,63)로 공급된다.

즉, 상기 마이크로컴퓨터(79)는, 설정온도와 고내온도의 비교에 의해서 냉기가 필요로 하는 식품보관칸을 판단하고, 상기 식품보관칸과 연계된 방향의 스태핑모터밸브(57)를 오픈상태로 제어하게 되는 것이다. 만일, 상기 마이크로컴퓨터(79)에서 냉매관로(59a) 만을 또는 냉매관로(59b) 만을 오픈시켰을때, 상기 오픈상태의 냉매관로(59a)(또는 59b)와 연계된 증발기(65)(또는 67) 측으로만 냉매가 공급되어진다.

따라서 상기 마이크로컴퓨터(20)의 오픈 제어를 받은 밸브를 통해서 냉매는 팽창장치(61)(또는 63) 측으로 공급된다. 상기 팽창장치(61)(또는 63)는 고압의 액냉매를 감압하고 일정한 비율로 흐르는 냉매량을 조절하여 증발하기 쉬운 상태로 조정한다. 상기 팽창장치(61)(또는 63)를 통과한 냉매는 증발기(65)(또는 67)에서 고내의 열을 빼앗아 기화되고, 결과적으로 고내에 차가운 냉기가 공급된다.

이상의 과정으로 상기 증발기(65)(또는 67)에 의하여 고내에 차가운 냉기가 공급되어지고, 기화상태로 변한 냉매는 다시 압축기(51)에 유입되면서 냉동사이클이 구성되어진다. 이때, 상기 냉매는 고압고온에서 저압저온으로 다시 고압고온으로 변환되면서 냉동사이클을 순환한다. 상기 냉동사이클은, 응축기와 증발기 사이를 냉매가 순환하면서 열교환이 이루어진다.

즉, 도 4에 도시되고 있는 바와 같이 다수개의 증발기(65,67)가 구비되고 있는 냉동사이클의 경우, 마이크로컴퓨터(79)의 제어에 의해서 오픈상태를 갖는 3방향스태핑모터밸브를 통해서 냉동사이클이 구성되므로, 고내 온도에 따라서 운전되는 냉동사이클은 다르게 구성되어 제어된다.

만일, 제 1 식품보관칸에 냉기 공급이 필요한 경우, 3방향 스태핑모터밸브(57)의 좌측 냉매관로(59a)가 열리면서, 냉동사이클 상에 냉매가 순환된다. 또한, 제 2 식품보관칸에 냉기 공급이 필요한 경우, 3방향 스태핑모터밸브(57)의 우측 냉매관로(59b)가 열리면서 냉동사이클 상에 냉매가 순환된다. 그리고 상기 냉매관로(59a,59b)가 모두 열렸을때에도 냉동사이클 상에 냉매가 순환될 것이다. 그리고 상기 냉매관로(59a,59b)가 모두 닫힌 경우에는 냉동사이클 상에 냉매가 순환되지 못한다.

다음은 본 발명의 냉동사이클에 이용되고 있는 3방향스태핑모터밸브에 대해서 자세하게 살펴보기로 한다.

도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3방향 스태핑모터밸브의 구조이다. 그리고 도 7a 내지 도 7d는 제 1 실시예의 스태핑모터밸브의 동작원리이다.

도 6에 도시된 바에 따르면, 3방향 스태핑모터밸브(57)는 고정자(201)와 회전자(202)로 구성되는 모터부(200)를 구비한다. 상기 모터부(200)의 하부에는 밸브하우징(205)이 구비되고, 상기 하우징(205)의 내부에는 상기 회전자(202)에 의해 회전되는 밸브체(206)가 설치된다.

상기 밸브체(206)는 그 형상이 원통형으로 이루어진 것으로, 그 일측면과 하면 일부는 개방영역(207)을 형성한다. 그리고, 상기 밸브체(206)의 하면의 나머지 부분은 폐쇄영역(207')을 형성한다. 여기서 폐쇄영역(207')은 아래에서 설명될 제1,2출력포트(209,209')를 폐쇄하는 역할을 하고, 상기 개방영역(207)은 상기 제1,2출력포트(209,209')를 개방하는 역할을 한다.

그리고 상기 하우징(205)에는 입력포트(208)와 제1,2출력포트(209,209')가 연결된다. 즉, 상기 하우징(205)을 관통하여 입력포트(208)가 구비되어 외부로부터 상기 하우징(205)의 내부로 냉매를 공급한다. 그리고 상기 제1,2출력포트(209,209')가 각각 상기 하우징(205)을 관통하여 형성되어 상기 하우징(205) 내부로부터 냉매를 외부로 토출한다. 여기서 예를 들면 상기 제1출력포트(209)는 상기 냉매관로(59a)와 연통되고, 상기 제2출력포트(209')는 상기 냉매관로(59b)와 연통될 수 있다.

본 실시예의 스태핑모터밸브(57)가 동작되는 것을 도 7을 참고하여 설명한다. 본 실시예의 스태핑모터밸브(57)는 상기 고정자(201)와 회전자(202)의 전자기적 상호작용에 의해 상기 회전자(202)가 회전되고, 상기 회전자(202)의 회전에 의해 밸브체(206)가 회전되면서 상기 제1,2출력포트(209,209')를 개폐하게 된다.

즉 도 7a에는 상기 제1출력포트(209)가 상기 밸브체(206)의 폐쇄영역(207')에 의해 폐쇄되고, 제2출력포트(209')가 상기 밸브체(206)의 개방영역(207)에 의해 개방된 상태가 도시된다.

다음으로 도 7b에는 상기 밸브체(206)가 회전되어 상기 제1,2출력포트(209,209')가 모두 상기 폐쇄영역(20,7')에 의해 폐쇄된 상태가 도시되어 있다. 이와 같은 상태에서는 상기 제1,2,출력포트(209) 모두가 폐쇄되어 있으므로 냉매가 상기 팽창장치(61,63)로 전달되지 않는다.

그리고 도 7c에는 제1출력포트(209)는 개방되고, 제2출력포트(209')는 폐쇄된 상태가 도시되어 있다. 이에 따르면, 상기 제1출력포트(209)는 도 11b의 상태에서 상기 밸브체(206)가 계속 회전하므로 인해, 상기 개방영역(207)과 연통되고, 상기 제2출력포트(209')는 폐쇄영역(207')에 의해 폐쇄되어 있다.

마지막으로 도 7d에는 제1 및 제2 출력포트(209,209') 모두가 개방된 상태가 도시되어 있다. 이때에는 상기 포트(209,209') 모두가 상기 밸브체(206)의 개방영역(207)과 연통되어 상기 입력포트(208)를 통해 밸브하우징(205)의 내부로 들어온 냉매가 상기 제1 및 제2출력포트(209,209')를 통해 전달될 수 있다.

다음은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 3방향스태핑모터밸브(57)의 동작을 제어하는 과정에 대해서 설명한다.

상기 3방향스태핑모터밸브(57)는, 도 8에 도시하고 있는 바와 같이, 냉매관로(59a)와 냉매관로(59b)가 0단계에서 60단계에 이르는 단계로 열림과 닫힘 동작(또는 온/오프 동작)이 제어되고 있다. 즉 좌측에 위치한 냉매관로(59a)는, 0단계에서 20단계에 이르기까지가 열림동작을 유지하는 구간이고, 20단계에서 30단계까지는 닫힘동작을 수행하는 구간이다. 그리고 30단계에서부터 60단계까지는 닫힘상태를 유지하는 구간이다. 그리고 우측에 위치한 냉매관로(59b)는, 0단계에서는 열림상태를 유지한다. 그리고 0단계에서부터 10단계까지는 닫힘동작을 수행하는 구간이고, 10단계에서부터 40단계까지는 닫힘상태를 유지하는 구간이며, 40단계에서부터 50단계까지는 열림동작을 수행하는 구간이며, 60단계까지는 열림상태를 유지하는 구간이다.

이와 같은 냉매관로(59a) 또는 냉매관로(59b)의 각 구간에 따른 동작상태를 마이크로컴퓨터(79)는 내부의 메모리(77)에 저장해둔다. 그리고 사용자의 요구 또는 자체 제어에 의해서 상기 두 냉매관로의 열림동작 또는 닫힘동작이 필요로 할때, 메모리(77)에 저장된 각 단계별 동작상태를 기초로 하여 제어하게 된다.

그리고 상기 3방향 스태핑모터밸브(57)의 동작을 열림상태로 또는 닫힘상태로 제어하기 위해서는 밸브의 현재위치가 어느 위치에 있는지를 알아야할 필요가 있다. 따라서 상기 3방향 스태핑모터밸브(57)의 냉매관로(59a)와 냉매관로(59b)를 원하는 방향으로 제어하기 전에, 초기상태로 조절하는 과정이 필요하다. 즉, 모든 제어동작에 앞서서 상기 3방향 스태핑모터밸브(57)를 초기상태로 조절한 후, 원하는 각도만큼, 또는 단계만큼 조절하는 것이다.

일 예로 도 9에 도시하고 있는 바와 같이, 18단계를 초기상태(출하위치)로 설정하고, 스태핑모터의 로터를 일방향으로 최대한 회전시킨 후, 반대방향으로 다시 최대한 회전시키고, 그 다음에 단계 제어에 의해서 목표하는 초기위치로 설정한다. 그리고 이후 마이크로컴퓨터(79)의 제어에 의한 원하는 방향의 정역회전을 제어하는 것에 의해서 스태핑모터의 로터를 적정위치로 조절하는 것이 가능하다.

따라서 마이크로컴퓨터(79)는 도 19에 도시하고 있는 바와 같이, 전원이 인가되는 초기동작상태일때(제 300 단계), 상기 외부로부터 로터의 정/역회전을 위한 신호가 입력되는가를 감시한다.

만약 임의의 냉동사이클 내부에 냉매의 순환을 필요로 할때, 외부로부터 로터의 회전값에 따른 신호가 입력되고(제 310 단계), 마이크로컴퓨터(79)는 상기 제 310 단계에서 입력된 외부인가신호만큼 스태핑모터밸브 내부의 로터의 정/역회전을 제어하기에 앞서서, 로터를 일측방향으로 최대한 회전시킨다(제 320 단계).

상기 제 320 단계의 수행 후, 스태핑모터밸브 내부의 로터를 다른 방향으로 최대한 회전시킨다(제 330 단계). 그리고 초기위치값(18단계)으로 설정된 위치로 로터를 제어한다(제 340 단계).

상기 제 340 단계까지의 수행에 의해서 이전단계에서 상기 스태핑모터밸브 내부의 로터가 어떤 동작상태를 갖고 있던간에 로터의 위치는 초기위치(제 18 단계)에 위치하게 된다.

다음, 마이크로컴퓨터(79)는, 외부로부터 입력된 로터의 회전값 및 회전방향에 따라서 상기 로터의 회전을 제어하여, 상기 스태핑모터밸브 내부의 로터의 위치를 조절한다(제 350 단계). 상기 제 350 단계의 수행에 의해서 상기 스태핑모터밸브 내부의 로터는 도 7a 내지 도 7d 중 어느 하나의 상태를 갖게 된다. 이후, 상기 로터의 위치설정에 따른 열려있는 냉매관로를 통해서 냉매의 순환이 이루어지게 된다.

또한, 냉동사이클 내부의 냉매 순환을 제어하기 위한 다른 방법으로서, 도 10에 도시하고 있는 바와 같이, 스태핑모터밸브 내의 로터를 일방향으로 최대한 회전시킨후, 단계 제어를 통해서 목표하는 초기위치(18단계)를 설정하고, 이후 마이크로컴퓨터(79)의 제어에 의한 원하는 방향의 정역회전을 제어하는 것에 의해서 스태핑모터의 로터를 적정위치로 조절하는 것이 가능하다.

이와 같이, 상기 스태핑모터밸브 내의 로터의 제어방법을 설정하는 것은, 일반적인 스태핑모터의 제어는 도 11에 도시하고 있는 바와 같이, 18단계에서부터 54단계에 이르는 과정 내에서만 제어하여 로터의 잘못된 위치제어가 발생시키고 있기 때문이다. 따라서 본 발명은 이러한 잘못된 위치제어발생을 억제하기 위해서 스태핑모터밸브내의 로터가 항상 초기위치에서부터 동작하도록 제어한다.

그리고 도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3방향 스태핑모터밸브의 구조이다. 그리고 도 13a 내지 도 13d는 제 2 실시예의 스태핑모터밸브의 동작원리이다.

도 12에 도시된 바에 따르면, 본 실시예의 스태핑모터밸브(57')는 고정자(221)와 회전자(222)로 구성되는 모터부(220)를 구비한다. 그리고 상기 모터부(220)의 하부에는 밸브하우징(225)이 설치된다. 상기 밸브하우징(225)의 내부에는 상기 회전자(222)와 연결되어 회전하는 밸브체(226)가 설치되어 있고, 그리고 상기 밸브체(226)의 하단에는 로터캠(227)이 형성되어 있다.

한편, 상기 밸브하우징(225)의 하부에는 각각 입력포트(228)와 제1,2출력포트(229,229')가 관통형성되어 있다. 상기 입력포트(228)는 예를 들면, 상기 건조장치(55) 측과 연결되는 것이고, 상기 제1,2출력포트(229,229')는 각각 냉매관로(59a,59b)와 연결될 수 있다.

그리고 상기 밸브하우징(225)의 내부에서 상기 제1,2출력포트(229,229')의 개폐를 위한 실링볼(230,230')이 상기 밸브체(226)의 하면에 의해 눌러지게 설치된다. 상기 실링볼(230,230')은 상기 밸브체(226)의 로터캠(227)과 도시되지 않은 가이드부에 의해 그 위치가 설정되어 상기 제1,2출력포트(229,229')를 개폐한다.

이와 같은 구성을 가지는 본 실시예의 동작을 도 13을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 13a에는 상기 제1 및 제2출력포트(229,229')가 상기 실링봉(230,230')에 의해 모두 폐쇄된 상태가 도시되어 있다. 이와 같은 상태에서 상기 회전자(222)의 회전에 의해 상기 밸브체(225)가 회전하면 상기 로터캠(227)에 의해 도 13b에 도시된 바와 같이 상기 실링볼(230)이 밀려지면서, 상기 제1출력포트(229)가 개방된다. 이때, 상기 제2출력포트(229')는 여전히 상기 실링볼(230')에 의해 폐쇄된 상태이다.

다음으로 상기 회전자(222)의 회전에 의해 도 13c의 상태가 되면 상기 제1출력포트(229)는 실링볼(230)에 의해 폐쇄되고, 제2출력포트(229')는 실링볼(230')이 상기 로터캠(227)에 의해 밀려짐에 의해 개방된다.

한편 도면으로 도시하지는 않았지만, 상기 제1출력포트(229)와 제2출력포트(229')가 상기 로터캠(227)에 의해 동시에 밀려져 모두가 개방될 수도 있다.

다음은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 3방향스태핑모터밸브(57)의 동작을 제어하는 과정에 대해서 설명한다.

상기 3방향스태핑모터밸브(57)는, 도 14에 도시하고 있는 바와 같이, 냉매관로(59a)와 냉매관로(59b)가 0단계에서 85단계에 이르는 단계로 열림과 닫힘 동작(또는 온/오프 동작)이 제어되고 있다. 즉 좌측의 냉매관로(59a)는, 0단계에서 12단계에 이르기까지가 열림동작의 과정이고, 12단계에서 14단계까지는 열림상태를 유지하는 구간이다. 그리고 14단계에서부터 36단계까지는 닫힘동작을 수행하는 과정이고, 36단계에서부터 85단계까지는 닫힘상태를 유지하는 구간이다. 그리고 우측의 냉매관로(59b)는, 0단계에서부터 38단계까지는 닫힘상태를 유지하는 구간이고, 38단계에서부터 60단계까지는 열림동작의 과정이고, 60단계에서부터 62단계까지는 열림상태를 유지하는 구간이며, 62단계에서부터 85단계까지는 닫힘동작을 수행하는 과정이다.

이와 같은 냉매관로(59a) 또는 냉매관로(59b)의 각 구간에 따른 동작상태를 마이크로컴퓨터(79)는 내부의 메모리(77)에 저장해둔다. 그리고 사용자의 요구 또는 자체 제어에 의해서 상기 두 냉매관로의 열림동작 또는 닫힘동작이 필요로 할때, 메모리(77)에 저장된 각 단계별 동작상태를 기초로 하여 제어하게 된다.

그리고 상기 3방향 스태핑모터밸브(57)의 동작을 열림상태로 또는 닫힘상태로 제어하기 위해서는 밸브의 현재위치가 어느 위치에 있는지를 알아야할 필요가 있다. 따라서 상기 3방향 스태핑모터밸브(57)의 냉매관로(59a)와 냉매관로(59b)를 원하는 방향으로 제어하기 전에, 초기상태로 조절하는 과정이 필요하다. 즉, 모든 제어동작에 앞서서 상기 3방향 스태핑모터밸브(57)를 초기상태로 조절한 후, 원하는 각도만큼, 또는 단계만큼 조절하는 것이다.

일 예로 도 15에 도시하고 있는 바와 같이, 13단계를 초기상태(출하위치)로 설정하고, 스태핑모터의 로터를 일방향으로 최대한 회전시킨 후, 반대방향으로 다시 최대한 회전시키고, 그 다음에 단계 제어에 의해서 목표하는 초기위치로 설정한다. 그리고 이후 마이크로컴퓨터(79)의 제어에 의한 원하는 방향의 정역회전을 제어하는 것에 의해서 스태핑모터의 로터를 적정위치로 조절하는 것이 가능하다.

또한, 다른 방법으로서, 도 16에 도시하고 있는 바와 같이, 스태핑모터밸브 내의 로터를 일방향으로 최대한 회전시킨후, 단계 제어를 통해서 목표하는 초기위치(13단계)를 설정하고, 이후 마이크로컴퓨터(79)의 제어에 의한 원하는 방향의 정역회전을 제어하는 것에 의해서 스태핑모터의 로터를 적정위치로 조절하는 것이 가능하다.

다음 도 17은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉동사이클의 구성도이다.

본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉동사이클은, 각 식품보관칸에 설치되고 있는 증발기(165,167)와 압축기(151)의 사이에 연결되고 있는 냉매관로(150)에 3방향 스태핑모터밸브(157)를 설치하고 있다.

본 발명의 제 2 실시예는, 압축기(151)와 직접 연결되는 냉매관로(150)에 3방향스태핑모터밸브(157)를 설치하므로서, 상기 압축기(151)가 휴지상태에 있을때, 상기 밸브(157)를 오프상태로 동작시켜서 냉동사이클 내의 냉매순환을 완전히 차단하는 것이 가능하게 된다.

이 경우, 도 18에 도시하고 있는 바와 같이, 압축기가 운전하는 구간과 압축기가 휴지하는 구간에 있어서 압축기의 토출압력 및 흡입압력은 항상 동일한 상태를 유지하게 된다. 따라서 상기 압축기(151)의 재가동과 동시에 냉동사이클 냉매는 적정압력상태가 된다. 따라서 냉매의 냉각효율이 높아지기때문에, 전체적인 소비전력량(약 7%)을 개선하는 것이 가능하다. 또한 압축기의 휴지기간동안에 냉동사이클 내에 냉매가 순환되지 못하므로(3방향 스태핑모터밸브가 오프상태에 있으므로) 냉매의 순환으로 인한 발생소음 및 열팽창 소음이 발생되지 않는다. 즉, 따라서 상기 압축기(151)가 오프상태에 있을때, 상기 3방향 스태핑모터밸브(157)가 같이 오프상태로 조절되므로서, 냉매의 순환에 의해서 발생되는 소음이 억제되는 효과를 추가로 얻게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 냉동사이클 제어장치 및 그 제어방법은 다수개의 증발기를 이용하는 냉동장치에서 3방향 스태핑모터밸브를 이용하여 냉동사이클 내 냉매의 흐름을 제어하는 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명은 3방향 스태핑모터밸브 내 캡부의 회전에 따라서 밸브의 개폐를 제어하므로서, 종래 자력에 의한 플랜져를 이동시 발생되는 충격음을 억제하는 것이 가능하여, 발생소음을 감소시키는 잇점이 있다.

또한, 본 발명에서 3방향 스태핑모터밸브를 이용함에 따른 소비전력은 종래 2방향 밸브를 개별적으로 제어함에 따른 소비전력과 비교하여 약 9와트 내지 14와트 이상으로 감소시킨다. 따라서 본 발명은 밸브 제어에 따른 소비전력을 개선하는 것이 가능한 잇점이 있다.

더군다나 본 발명은 3방향 스태핑모터밸브를 사용하므로서, 밸브 제어에 따른 와이어 결선이 감소되고, 용접부위가 감소되는 등, 제품의 제조가 용이한 잇점이 있고, 제품의 수명을 연장하므로서 제품에 대한 신뢰도를 높이는 효과를 얻을수 있다.

Claims (9)

1. 다수개의 식품보관칸을 구비하고 있는 냉동장치에 있어서:

   상기 각 식품보관칸으로 공급될 냉기를 발생시키기 위하여 각각 동작 가능한 다수개의 증발기와;

   상기 각각의 증발기를 통해 냉매를 전달하는 냉매관로와;

   상기 냉매관로를 통해서 다수개의 증발기로 각각 공급되는 냉매의 흐름통로를 동시에 개폐 제어하여, 필요한 냉동사이클을 개방하는 3방향 스태핑모터밸브를 포함하여 구성되는 냉동사이클 제어장치.
2. 제 1 항에 있어서:

   상기 3방향 스태핑모터밸브는, 상기 다수개의 증발기의 입력측에 설치된 것을 특징으로 하는 냉동사이클 제어장치.
3. 제 1 항에 있어서:

   상기 3방향 스태핑모터밸브는, 상기 다수개의 증발기의 출력측에 설치된 것을 특징으로 하는 냉동사이클 제어장치.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서:

   냉매를 압축하는 압축기와;

   상기 압축된 냉매의 열을 방열하는 응축기와;

   상기 응축기 후단에 설치되어 냉매에 포함된 수분을 제거하는 건조기와;

   상기 다수개의 증발기로 각각 공급되는 냉매의 유량조절을 위한 팽창장치를 더 포함하여 구성되는 냉동사이클 제어장치.
5. 제 4 항에 있어서:

   필요한 냉동사이클의 개방을 위하여, 상기 3방향 스태핑모터밸브의 정역회전을 제어하는 제어수단을 더 포함하여 구성되는 냉동사이클 제어장치.
6. 제 5 항에 있어서:

   상기 3방향 스탭핑모터밸브는,

   고정자와 회전자로 구성되는 모터부와;

   상기 회전자에 의해 회동되고, 냉매의 유동 제어를 위한 개방영역과 폐쇄영역을 구비하는 밸브체와;

   내부에 상기 밸브체가 수납되고, 상기 개방영역과 폐쇄영역에 의해 개폐되는 다수개의 출력포트와 입력포트를 구비한 밸브하우징을 포함하여 구성되는 냉동사이클 제어장치.
7. 제 5 항에 있어서:

   상기 3방향 스태핑모터밸브는,

   고정자와 회전자로 구성되는 모터부와;

   상기 회전자에 의해 회동되고, 로터캠을 구비한 밸브체와;

   내부에 상기 밸브체가 수납되고, 다수개의 출력포트와 입력포트를 구비한 밸브하우징과;

   상기 로터캠에 의해 구동되어 상기 출력포트를 개폐하는 실링볼을 포함하여 구성되는 냉동사이클 제어장치.
8. 다수개의 증발기를 구비한 냉동장치에 3방향 스태핑모터밸브를 설치하여 각냉동사이클을 제어하는 방법에 있어서:

   초기 전원투입시에 상기 3방향 스태핑모터밸브 내의 로터를 일측 방향으로 최대한 회전시키는 제 1 단계와;

   상기 3방향 스태핑모터밸브 내의 로터를 기설정된 값에 따라서 초기위치로 이동시키는 제 2 단계와;

   상기 제 2 단계에서 설정된 초기위치에서부터 상기 3방향 스태핑모터밸브 내의 로터를 외부인가신호만큼 정/역회전 제어하는 제 3 단계를 포함하여 구성되는 냉동사이클 제어방법.
9. 제 8 항에 있어서:

   상기 제 1 단계에서 로터를 일측방향으로 최대한 회전시킨 후, 반대방향으로 최대한 회전시키는 단계를 더 포함하고,

   상기 단계 수행후, 초기위치로 이동되는 것을 특징으로 하는 냉동사이클 제어방법.