KR100531325B1 - 직냉식 냉장고용 냉동싸이클 및 이의 운전 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 직냉식 냉장고의 냉동싸이클 및 그 운전 제어 방법에 관한 것으로써, 특히 냉동싸이클의 운전이 안정상태를 이루게 될 경우 상대적으로 적은 냉력만으로 운전 하여 전체적인 전력 소모를 저감하고, 냉동싸이클의 운전은 최적화된 상태를 유지할 수 있도록 한 냉동싸이클 및 그 제어 방법을 제공하고자 한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 냉매의 압축력에 대한 가변이 가능하게 동작되도록 구성된 냉력 가변형 압축기; 상기 냉력 가변형 압축기를 통과하면서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기를 통과하면서 응축된 냉매를 팽창하는 냉동실용 팽창밸브; 상기 냉동실용 팽창밸브를 통해 팽창된 냉매를 유입받아 열교환하는 냉동실용 증발기; 상기 응축기를 통과하면서 응축된 냉매를 팽창하는 적어도 둘 이상의 냉장실용 팽창밸브; 상기 냉장실용 팽창밸브를 통해 팽창된 냉매를 유입받아 열교환하는 적어도 둘 이상의 냉장실용 증발기; 그리고, 상기 응축기와 상기 각 냉장실용 팽창밸브 사이의 냉매가 유동하는 관로상에 구비되어, 상기 각 냉장실용 팽창밸브로의 냉매 유동을 선택적으로 안내하는 유동안내밸브:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 직냉식 냉장고용 냉동싸이클이 제공된다.

Description

직냉식 냉장고용 냉동싸이클 및 이의 운전 제어 방법{Refrigerating cycle in direct cooling type refrigerator and method thereof}

본 발명은 직냉식 냉장고의 냉동싸이클에 관한 것으로, 특히 상기 냉동싸이클의 초기 기동시 운전 제어 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 냉장고는 냉매(작동유체)가 압축 - 응축 - 팽창 - 증발하는 냉동사이클을 반복함에 따라 고내를 저온화시켜 음식물을 일정기간 동안 신선하게 유지시켜 주는 장치로서 생활에 있어서 필수품중 하나이다.

이와 같은 냉장고 중 직냉식 냉장고는 냉동실과 냉동실에 각각의 증발기를 가지는 구조의 냉장고로써 첨부된 도 1을 참조하여 상기 직냉식 냉장고의 냉동싸이클을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 직냉식 냉장고의 냉동싸이클은 압축기(11)와, 응축기(12)와, 팽창밸브(13)와, 냉동실용 증발기(14) 및 냉장실용 증발기(15)를 포함하여 구성된다.

이 때, 상기 냉동싸이클을 이루는 각 기기는 냉매관(16)에 의해 서로 연결된다.

여기서, 상기 압축기(11)는 저온/저압의 가스 냉매를 고온/고압의 가스 냉매로 승온/승압하는 역할을 수행한다.

그리고, 상기 응축기(12)는 상기 압축기(11)로부터 유입된 냉매를 외기에 의해 응축시키는 역할을 수행한다.

그리고, 상기 팽창밸브(13)는 다른 부분의 직경에 비해 협소한 직경으로 이루어져 상기 응축기(12)로부터 유입된 냉매를 감압시키는 역할을 수행한다.

그리고, 상기 냉동실용 증발기(14) 및 냉장실용 증발기(15)는 상기 팽창밸브(13)를 통과한 냉매가 저압상태에서 증발됨에 따라 고내의 열을 흡수하도록 열교환하는 역할을 수행한다.

따라서, 압축기(11)를 통과하면서 고온/고압의 가스 상태로 압축된 냉매는 응축기(12)를 통과하면서 온도의 저감이 이루어지고, 계속해서 팽창밸브(13)를 통과하면서 감압된다.

이후, 상기 저온/저압 상태의 냉매는 냉동실용 증발기(14) 및 냉장실용 증발기(15)를 순차적으로 통과하면서 열교환되어 고온/저압 상태를 이루고, 계속하여 압축기(11)로 제공됨으로써 반복적인 순환을 수행하게 된다.

이 때, 상기 냉동실용 증발기(14) 및 냉장실용 증발기(15)를 통과하는 냉매와 열교환되어 냉각된 공기는 냉동실 및 냉장실로 공급된다.

그러나, 전술한 종래의 직냉식 냉장고에 따른 냉동싸이클은 상기 압축기에서 토출되는 냉매량이 일정함에도 불구하고 겨울철과 같이 주위 온도가 낮음에 따라 냉장실용 증발기만을 오프시키는 경우 팽창밸브에 과부하가 걸리게 된다는 문제점을 가지고 있다.

특히, 상기 팽창밸브에 걸리는 과부하의 방지를 위해서는 냉동실용 증발기로 유입되는 냉매량의 조절이 필요하지만 종래의 냉동싸이클에서는 상기 냉매량의 조절을 위한 구성이 이루어지지 않았다.

본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서, 전체적인 냉동싸이클의 개선을 통해 냉동싸이클의 운전이 안정상태를 이루게 될 경우 초기 기동시에 비해 상대적으로 적은 냉력만을 발생하도록 하여 전체적인 전력 소모를 저감하고, 상기 적은 냉력으로만 운전하더라도 냉동싸이클의 운전이 최적화된 상태로써 최대한의 열교환 효율을 얻을 수 있도록 한 냉동싸이클의 구조 및 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 형태에 따르면, 냉매를 압축함과 더불어 상기 냉매의 압축력에 대한 가변이 가능하게 동작되도록 구성된 냉력 가변형 압축기; 상기 냉력 가변형 압축기를 통과하면서 압축된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기를 통과하면서 응축된 냉매를 팽창하는 냉동실용 팽창밸브; 상기 냉동실용 팽창밸브를 통해 팽창된 냉매를 유입받아 열교환하는 냉동실용 증발기; 상기 응축기를 통과하면서 응축된 냉매를 팽창하는 적어도 둘 이상의 냉장실용 팽창밸브; 상기 냉장실용 팽창밸브를 통해 팽창된 냉매를 유입받아 열교환하는 적어도 둘 이상의 냉장실용 증발기; 그리고, 상기 응축기와 상기 각 냉장실용 팽창밸브 사이의 냉매가 유동하는 관로상에 구비되어, 상기 각 냉장실용 팽창밸브로의 냉매 유동을 선택적으로 안내하는 유동안내밸브:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 직냉식 냉장고용 냉동싸이클을 제공한다.

또한, 상기한 직냉식 냉장고용 냉동싸이클을 이용하여 본 발명의 목적 달성을 위한 운전 제어 방법에 따르면, 냉력 가변형 압축기가 상대적으로 낮은 압축력을 발생하면서 운전될 경우 상기 냉력 가변형 압축기가 상대적으로 높은 압축력을 발생하면서 운전될 경우에 비해 냉매의 유동 거리가 길어지도록 제어함을 그 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도 2 내지 도 4를 참조하여 본 발명의 가장 바람직한 실시예들을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 첨부된 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉력 가변형 압축기가 파워모드로 운전될 경우의 냉매 흐름을 개략적으로 나타낸 구조도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉력 가변형 압축기가 세이빙모드로 운전될 경우의 냉매 흐름을 개략적으로 나타낸 구조도이다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 직냉식 냉장고의 냉동싸이클은 압축기(100)와, 응축기(200)와, 냉동실용 팽창밸브(310) 및 적어도 둘 이상의 냉장실용 팽창밸브(321,322)와, 냉동실용 증발기(400) 및 적어도 둘 이상의 냉장실용 증발기(510,520)와, 냉매 분배기(700)를 포함하여 구성된다.

이 때, 상기한 냉동싸이클을 이루는 각 구성은 냉매관(600)에 의해 냉매가 유동되도록 서로 연결된다.

여기서, 상기 압축기는 냉매의 압축력에 대한 가변이 가능한 냉력 가변형 압축기(100)로 구성된다.

도시하지는 않았지만 상기 냉력 가변형 압축기(100)는 회전 방향에 따라 압축량이 서로 다른 이중용량 압축기 등이 될 수 있다. 국내 특허출원번호 제10-2001-0064083에서는 상기 이중용량 압축기에 대한 일예가 개시되고 있지만, 본 발명에서는 반드시 상기 예에 대한 형태와 동일한 이중용량 압축기로만 한정하지는 않으며, 다양한 형태를 이룰 수 있다.

물론, 상기 냉력 가변형 압축기(100)는 항상 동일한 냉력만을 발생하는 압축기가 아니라 인버터 등과 같이 기동 전압의 변경이 가능한 구성에 의해 제어받는 압축기가 될 수도 있다.

그리고, 상기 응축기(200)는 상기 냉력 가변형 압축기(100)로부터 압축된 냉매를 유입받아 응축하는 역할을 수행하며, 상기 응축기(200)의 구성은 종래의 일반적인 응축기(12)와 동일하게 구성됨을 그 실시예로 한다.

그리고, 본 발명에 따른 냉동실용 팽창밸브(310)는 상기 응축기(200)를 통과하면서 응축된 냉매를 감압시켜 냉동실용 증발기(400)로 제공하는 역할을 수행한다.

그리고, 본 발명에 따른 각 냉장실용 증발기(510,520)는 상대적으로 냉매의 유동거리가 긴 제1냉장실용 증발기(510)와, 상대적으로 냉매의 유동거리가 짧은 제2냉장실용 증발기(520)를 포함하여 구성된다.

이 때, 상기 제1냉장실용 증발기(510)는 냉장실에 구비되어 음식물을 냉장보관하기 위해 사용되며, 상기 제2냉장실용 증발기(520)는 야채실 등과 같이 상대적으로 높은 보관 온도를 필요로하는 식품의 냉장보관을 위해 사용된다.

또한, 상기 제2냉장실용 증발기(520)의 냉매 유입측은 상기 제1냉장실용 증발기(510)의 냉매 유출측에 연결되도록 구성됨이 바람직하다.

특히, 상기 제2냉장실용 증발기(520)의 냉매 유입측에는 제1냉장실용 증발기(510)를 통과한 냉매가 상기 제2냉장실용 증발기(520)로 바이패스(bypass)될 수 있도록 하는 바이패스 밸브(810)가 더 구비됨이 바람직하다.

이 때, 상기 바이패스 밸브(810)는 냉매 유동의 방향을 절환하는 삼방밸브 등으로 구성될 수 있다.

또한, 상기 각 냉장실용 증발기(510,520)의 냉매 유출측은 서로 연결된 상태로 냉동실용 증발기(400)의 냉매 유출측과 합쳐지도록 구성된다.

이 때, 상기 각 증발기(400,510,520)로부터 유출된 냉매는 냉력 가변형 압축기(100)로 유입되도록 구성된다.

그리고, 본 발명에 따른 각 냉장실용 팽창밸브(321,322)는 상기 응축기(200)를 통과하면서 응축된 냉매를 감압시켜 상기 제1냉장실용 증발기(510)로 제공하는 역할을 수행한다.

상기한 각 냉장실용 팽창밸브(321,322)는 상대적으로 냉매 유동거리가 짧은 제1냉장실용 팽창밸브(321)와, 상대적으로 냉매 유동거리가 긴 제2냉장실용 팽창밸브(322)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 제2냉장실용 팽창밸브(321)의 냉매 유입측 및 냉매 유출측은 상기 제1냉장실용 팽창밸브(322)의 냉매 유입측 및 냉매 유출측에 각각 연결된다.

이 때, 상기 제2냉장실용 팽창밸브(322)의 냉매 유입측과 상기 제1냉장실용 팽창밸브(321)의 냉매 유입측간의 연결 부위에는 냉매의 유동을 안내하는 냉매 유동 안내밸브(820)가 더 구비된다.

그리고, 본 발명에 따른 냉매 분배기(700)는 상기 응축기(200)와 상기 각 팽창밸브(321,322) 사이의 냉매관(600)에 구비된다.

이 때, 상기 냉매 분배기(700)는 상기 냉동실용 팽창밸브(310)와 각 냉장실용 팽창밸브(321,322)가 연결된 관로로 냉매를 선택적으로 제공하는 역할을 수행한다.

즉, 상기 냉매 분배기(700)는 각 냉장실용 증발기(510,520)의 사용이 불필요할 경우 예컨대, 주위의 온도가 낮은 겨울철의 경우 상기 각 냉장실용 증발기(510,520)로는 냉매의 공급이 차단될 수 있도록 하는데 사용된다.

이하, 전술한 바와 같은 구성을 이루는 본 발명에 따른 직냉식 냉장고용 냉동싸이클의 운전 제어 과정을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

우선, 직냉식 냉장고의 운전 시작이 이루어진다면 냉력 가변형 압축기(100)는 파워모드로 운전된다.

이 때, 상기 파워모드라 함은 상기 냉력 가변형 압축기(100)가 최대한의 냉력을 발생하도록 운전되는 모드이다.

상기 파워모드로의 운전이 수행될 경우 냉매 분배기(700)는 냉동실용 팽창밸브(310) 및 각 냉장실용 팽창밸브(321,322)가 연결된 관로로의 냉매 유동이 이루어지도록 동작되며, 상기 각 냉장실용 팽창밸브(321,322)의 냉매 유입측에 구비된 냉매 유동 안내밸브(820)는 상기 유입된 냉매가 제1냉장실용 팽창밸브(321)로만 유동되도록 동작된다.

물론, 첨부된 도 3과 같이 상기와 같은 파워모드로의 운전이 수행될 경우 기동토크를 최대한 저감시킬 수 있도록 냉매 분배기(700)의 제어를 통해 냉매가 냉동실용 팽창밸브(310)로만 유동되게 할 수도 있다.

또한, 상기한 바와 같이 파워모드로의 운전시에는 제2냉장실용 증발기(520)로는 냉매의 바이패스가 이루어지지 않도록 바이패스 밸브(810)를 제어할 수도 있으며, 이의 경우 냉력 가변형 압축기(100)의 초기 기동에 대한 토크 저감에 보다 유리하다.

그리고, 상기한 파워모드가 일정시간 동작된 상태에서 전체적인 냉동싸이클이 안정상태를 이루게 된다면 상기 냉력 가변형 압축기(100)는 세이빙모드로 운전된다.

이 때, 상기 세이빙모드라 함은 상기 냉력 가변형 압축기(100)가 발생할 수 있는 최대한의 냉력에 비해서는 낮지만 전체적인 냉동싸이클의 운전 효율은 저하되지 않을 정도의 냉력을 발생하도록 운전되는 모드이다.

상기한 바와 같이 냉력 가변형 압축기(100)가 세이빙모드로 운전될 경우 마이컴(도시는 생략됨)은 첨부된 도 4와 같이 상기 파워모드시의 운전에 비해 냉매의 유동 거리가 최대한 길어지도록 제어하게 된다.

이는, 세이빙모드의 특성상 작은 냉력으로만 운전되기 때문에 최대한의 열교환 효율을 얻기 위해서는 냉매의 유동 경로가 최대한 길어지도록 함이 바람직하기 때문이다.

상기와 같이 냉매의 유동 거리가 최대한 길어지도록 하기 위해서는 냉매 유동 안내밸브(820)의 제어를 통해 냉매가 제2냉장실용 팽창밸브(322) 즉, 냉매의 유동거리가 상대적으로 긴 팽창밸브로만 유동되도록 동작된다.

이와 함께, 각 냉장실용 증발기(510,520)의 냉매 유출측에 구비된 바이 패스 밸브(810)는 제1냉장실용 증발기(510)를 통과한 냉매가 제2냉장실용 증발기(520)로 유입되도록 동작된다.

따라서, 작은 냉력으로만 운전되더라도 열교환 효율은 최대한으로 얻을 수 있게 된다.

이상에서 설명된 바와 같이 본 발명에 따른 직냉식 냉장고의 냉동싸이클은 냉력 가변형 압축기를 적용함으로써 냉동싸이클이 안정상태를 이루게 될 경우 비교적 작은 냉력만을 사용하여 상기 냉동싸이클의 운전이 이루어질 수 있게 되어 전체적인 운전율의 감소를 얻을 수 있다는 장점을 가진다.

특히, 작은 냉력만을 발생하는 운전시에는 냉매의 유동 거리가 최대화될 수 있도록 제어되기 때문에 냉동싸이클의 효율이 최적화될 수 있다는 효과를 가진다.

도 1 은 종래 일반적인 직냉식 냉장고의 냉동싸이클을 개략적으로 나타낸 구조도

도 2 는 본 발명의 실시예에 따른 직냉식 냉장고의 냉동싸이클 중 냉력 가변형 압축기가 파워모드로 운전될 경우의 냉매 흐름을 개략적으로 나타낸 구조도

도 3 은 본 발명의 실시예에 따른 직냉식 냉장고의 냉동싸이클 중 냉력 가변형 압축기가 파워모드로 운전될 경우에 대한 또 다른 냉매 흐름을 개략적으로 나타낸 구조도

도 4 는 본 발명의 실시예에 따른 직냉식 냉장고의 냉동싸이클 중 냉력 가변형 압축기가 세이빙모드로 운전될 경우의 냉매 흐름을 개략적으로 나타낸 구조도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100. 압축기 200. 응축기

310. 냉동실용 팽창밸브 321. 제1냉장실용 팽창밸브

322. 제2냉장실용 팽창밸브 400. 냉동실용 증발기

510. 제1냉장실용 증발기 520. 제2냉장실용 증발기

600. 냉매관 700. 냉매 분배기

810. 바이패스 밸브 820. 냉매 유동 안내밸브

Claims (8)

1. 냉매를 압축함과 더불어 상기 냉매의 압축력에 대한 가변이 가능하게 동작되도록 구성된 냉력 가변형 압축기;

   상기 냉력 가변형 압축기를 통과하면서 압축된 냉매를 응축하는 응축기;

   상기 응축기를 통과하면서 응축된 냉매를 팽창하는 냉동실용 팽창밸브;

   상기 냉동실용 팽창밸브를 통해 팽창된 냉매를 유입받아 열교환하는 냉동실용 증발기;

   상기 응축기를 통과하면서 응축된 냉매를 팽창하는 적어도 둘 이상의 냉장실용 팽창밸브;

   상기 냉장실용 팽창밸브를 통해 팽창된 냉매를 유입받아 열교환하는 적어도 둘 이상의 냉장실용 증발기; 그리고,

   상기 응축기와 상기 각 팽창밸브 사이의 냉매가 유동하는 관로상에 구비되어, 상기 각 팽창밸브로의 냉매 유동을 분배하는 냉매 분배기:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 직냉식 냉장고용 냉동싸이클.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 각 냉장실용 팽창밸브는

   상대적으로 냉매 유동거리가 짧은 제1냉장실용 팽창밸브와, 상대적으로 냉매 유동거리가 긴 제2냉장실용 팽창밸브를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 직냉식 냉장고용 냉동싸이클.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 제2냉장실용 팽창밸브의 냉매 유입측 및 냉매 유출측은 상기 제1냉장실용 팽창밸브의 냉매 유입측 및 냉매 유출측에 각각 연결되고,

   상기 제2냉장실용 팽창밸브의 냉매 유입측과 상기 제1냉장실용 팽창밸브의 냉매 유입측간의 연결 부위에는 냉매의 유동을 안내하는 냉매 유동 안내밸브가 더 구비됨을 특징으로 하는 직냉식 냉장고용 냉동싸이클.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 각 냉장실용 증발기는

   상대적으로 냉매 유동거리가 긴 제1냉장실용 증발기와, 상대적으로 냉매 유동거리가 짧은 제2냉장실용 증발기를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 직냉식 냉장고용 냉동싸이클.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 제2냉장실용 증발기의 냉매 유입측은 상기 제1냉장실용 증발기의 냉매 유출측에 연결되도록 구성되고,

   상기 제2냉장실용 증발기의 냉매 유입측에는 제1냉장실용 증발기를 통과한 냉매가 상기 제2냉장실용 증발기로 바이패스될 수 있도록 하는 바이패스 밸브가 더 구비됨을 특징으로 하는 직냉식 냉장고용 냉동싸이클.
6. 냉력 가변형 압축기가 상대적으로 낮은 압축력을 발생하면서 운전될 경우 상기 냉력 가변형 압축기가 상대적으로 높은 압축력을 발생하면서 운전될 경우에 비해 냉매의 유동 거리가 길어지도록 제어함을 특징으로 하는 직냉식 냉장고용 냉동싸이클의 운전 제어 방법.
7. 제 6 항에 있어서,

   냉매의 유동 거리가 최대한 길어지도록 제어하는 방법은

   상대적으로 냉매 유동거리가 긴 냉장실용 팽창밸브로 냉매의 유동이 이루어지도록 제어함으로써 수행됨을 특징으로 하는 직냉식 냉장고용 냉동싸이클의 운전 제어 방법.
8. 제 6 항에 있어서,

   냉매의 유동 거리가 최대한 길어지도록 제어하는 방법은

   상대적으로 냉매 유동거리가 짧은 냉장실용 증발기로도 냉매의 유동이 이루어지도록 제어함으로써 수행됨을 특징으로 하는 직냉식 냉장고용 냉동싸이클의 운전 제어 방법.