KR100624657B1 - 냉장고의 운전제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동실과 냉장실을 독립적으로 냉각하는 냉장고의 운전제어방법에 관한 것으로, 압축기의 초기 기동 시 냉장실 및 냉동실의 열부하 상태와 싸이클 순환냉매상태에 맞게 냉장실팬과 냉동실팬을 최적으로 제어하여 냉장고의 정온성 개선과 소비전력을 절감하는데 그 목적이 있다.

이를 위해 본 발명은, 복수의 저장실, 상기 복수의 저장실에 설치된 복수의 증발기, 상기 복수의 증발기에 대응하는 복수의 팬을 가지는 냉장고의 제어방법에 있어서, 상기 복수의 저장실 고내온도를 감지하여 압축기 운전조건인지 판단하고, 압축기 운전조건이면 상기 복수의 팬 중 일부 팬을 단독 운전하고, 상기 일부 팬의 단독운전시간이 미리 정해진 설정시간을 경과하였는지 판단하고, 상기 일부 팬의 단독운전시간이 설정시간을 경과하면 운전중인 일부 팬을 정지하고, 정지중인 일부 팬을 단독 운전하는 것이다.

Description

냉장고의 운전제어방법{Method for control operating of refrigerator}

도 1은 종래 냉장고의 운전제어 패턴도,

도 2는 종래 냉장고의 초기 기동 시 과부하에 의한 냉동실온도 상승구간을 도시한 그래프,

도 3은 본 발명에 의한 냉장고의 단면도,

도 4는 본 발명에 의한 냉장고의 사이클 구성도,

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 냉장고의 운전제어장치의 구성도,

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 의한 냉장고의 운전제어방법의 동작 흐름도,

도 7은 본 발명에 의한 냉장고의 운전제어 패턴도,

도 8은 본 발명에 의한 소비전력 시험결과를 도시한 도표,

도 9는 본 발명에 의한 냉동실 정온성 시험결과를 도시한 표.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

11 : 냉동실 12 : 냉장실

15 : 냉동실 증발기 16 : 냉장실 증발기

17 : 냉동실팬 18 : 냉장실팬

22 : 압축기 23a : 응축팬

100 : 제어부

본 발명은 냉동실과 냉장실을 독립적으로 냉각하는 냉장고의 운전제어방법에 관한 것으로, 특히 압축기의 초기 기동 시 냉장실팬과 냉동실팬을 열부하 상태와 순환냉매상태에 맞게 최적으로 제어하는 냉장고의 운전제어방법에 관한 것이다.

일반적으로, 냉장고는 그 내부로 냉매가 순환되는 통상의 냉동싸이클이 적용되어 액체상태의 냉매가 기화할 때에 주위의 열을 흡수하여 생성된 냉기를 냉동실 및 냉장실과 같은 식품 저장실로 공급하여 각종 식품을 장기간 신선하게 보관할 수 있도록 하는 것으로, 최근에는 많은 양의 식품을 저장할 수 있게 대용량, 대형화되고 있는 추세이다.

이러한 냉동싸이클에 채용되는 냉각장치는 냉매를 고온고압으로 압축시키는 압축기와, 압축된 냉매를 주위와 열교환하여 응축시키는 응축기와, 응축된 냉매를 저압으로 팽창시키는 모세관과, 저압으로 팽창된 냉매를 고내 저장물과 열교환하여 증발시키는 냉동실 증발기 및 냉장실 증발기를 포함한다.

상기 냉동실 증발기 및 냉장실 증발기는 냉동실과 냉장실에 각각 설치되어 냉동실과 냉장실을 독립적으로 냉각시키고, 냉동실 증발기 및 냉장실 증발기를 통과한 냉기를 냉동실 및 냉장실 전체로 순환시키는 냉동실팬 및 냉장실팬을 구비한다.

이러한 냉장고에서 냉동실 또는 냉장실 고내온도가 올라가 설정온도보다 높 아지면, 압축기가 운전을 시작하는데, 종래 냉장고의 운전제어패턴을 도 1을 참조하여 설명한다.

상기 압축기의 운전과 동시에 냉동실팬 및 냉장실팬이 가동되어 냉동실과 냉장실을 냉각시키며, 주로 외부 열부하가 작은 냉장실 온도(Tr)가 냉장실 설정온도(Trset)를 만족시키면 냉장실팬을 오프시킨 후 냉동실팬만을 단독 운전시킨다.

이후, 냉동실 온도(Tf)가 냉동실 설정온도(Tfset)를 만족시키면 압축기와 냉동실팬은 오프되며, 자연제상기능을 수행하기 위해 냉장실팬은 일정시간 압축기 오프상태에서 가동된다.

다시 냉동실 또는 냉장실 온도가 올라가 설정온도보다 높아지는지를 체크하면서 상기의 동작을 반복하게 된다.

그런데, 이와 같은 종래 운전제어패턴은, 냉매의 유량형성과 관계없이 냉동실팬을 운전시키기 때문에 냉동실에서의 부하가 증가하며, 팬 소비전력이 증가한다는 문제점이 있었다.

즉, 압축기가 운전을 시작하면, 증발기의 냉매가 응축기로 압축되어 이동하며, 이러한 압축기의 운전을 통하여 싸이클의 응축부 압력은 상승하고, 증발부의 압력은 낮아져 냉장고 싸이클내의 냉매유량이 형성된다. 그리고 충분한 냉매유량이 형성되는 데는 수 분가량이 소요되나, 종래의 팬 제어는 냉매유량형성과 관계없이 압축기 기동과 동시에 냉동실팬이 운전하기 때문에 냉동실내의 공기유동이 활발해져 가스켓 또는 캐비닛을 통한 열부하 증가와 냉동실팬 모터의 운전 발열에 따른 고내 부하 증가로 소비전력이 증가하는 것이다.

이외에도, 종래의 운전제어패턴은 압축기의 과부하구간 즉, 압축기 초기 기동 시에 냉장실팬과 냉동실팬을 동시에 운전시킴으로서 압축기의 냉동능력에 대비하여 열부하가 커 냉동실에서의 냉동능력 부족현상이 발생한다는 문제점이 있었다.

이를 구체적으로 설명하면, 냉장고는 주로 ON-OFF 싸이클을 반복하여 운전하는데, 냉장고의 열부하가 가장 큰 순간은 압축기가 기동하는 순간으로 이 구간에서 냉장실팬과 냉동실팬을 동시에 운전시키면 증발기(저압부)의 온도가 도 2에 도시한 바와 같이, 높게 형성되어 온도가 낮은 냉동실(-18℃)에서 냉동효과가 원활하게 이루어지지 않게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 압축기의 초기 기동 시 냉장실 및 냉동실의 열부하 상태와 싸이클 순환냉매상태에 맞게 냉장실팬과 냉동실팬을 최적으로 제어하여 냉장고의 정온성 개선과 소비전력을 절감할 수 있는 냉장고의 운전제어방법을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 복수의 저장실, 상기 복수의 저장실에 설치된 복수의 증발기, 상기 복수의 증발기에 대응하는 복수의 팬을 가지는 냉장고의 제어방법에 있어서, 상기 복수의 저장실 고내온도를 감지하여 압축기 운전조건인지 판단하고, 압축기 운전조건이면 상기 복수의 팬 중 일부 팬을 단독 운전하고, 상기 일부 팬의 단독운전시간이 미리 정해진 설정시간을 경과하였는지 판단하여, 설정시간을 경과하면 운전중인 일부 팬을 정지하고, 정지중인 일부 팬을 단독 운전하는 것을 특징으로 한다.

삭제

상기 운전중인 일부 팬은 냉매가 최초로 유입되는 싸이클의 증발기 팬으로, 냉장실팬인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 정지중인 일부 팬의 단독운전 후 복수의 팬을 동시 운전하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 의한 냉장고의 단면도이다.

도 3에서, 본 발명의 냉장고는 상호 구획된 상부의 냉동실(11)과 하부의 냉장실(12)이 형성된 본체(10)와, 냉동실(11)과 냉장실(12)의 개방된 전면을 각각 개폐하는 냉동실도어(13)와 냉장실도어(14)를 구비한다.

상기 냉동실(11)과 냉장실(12)의 벽면 일지점에는 고내온도를 감지하는 냉동실 온도센서(11a) 및 냉장실 온도센서(12a)가 설치되고, 냉동실(11)과 냉장실(12)의 내측 후방에는 냉동실(11)과 냉장실(12)의 독립적인 냉각을 위한 냉동실 증발기(15) 및 냉장실 증발기(16)가 각각 설치된다.

상기 냉동실 증발기(15)와 냉장실 증발기(16)의 일측에는 냉동실(11)과 냉장실(12) 내부로 냉기를 순환시키는 냉동실팬(17) 및 냉장실팬(18)과, 냉동실(11)과 냉장실(12)의 냉기 순환을 안내하는 냉기안내덕트(19,20)가 각각 설치된다.

또한, 상기 본체(10)의 하측 후방에는 별도의 공간으로 구획된 기계실(21)이 마련되며, 이 기계실(21)에는 압축기(22)와 응축기(도 4 참조) 등이 설치된다.

도 4는 본 발명에 의한 냉장고의 사이클 구성도이다.

도 4에서, 본 발명의 냉장고는 냉매를 압축하는 압축기(22), 압축기(22)의 출구측 배관에 연결되며 압축기(22)를 거친 냉매를 응축팬(23a)에 의해 주위와 열교환하여 응축시키는 응축기(23), 응축기(23)를 거친 냉매를 감압 팽창시키는 모세관(24), 모세관(24)을 거친 냉매를 전달 받아 고내공기와 열교환하는 냉동실 및 냉장실 증발기(15,16)를 구비한다.

상기 냉장실 증발기(16) 출구로부터 연장되는 배관은 냉동실 증발기(15) 입구와 연결되는 배관에 합류하도록 연결되어 냉장실 증발기(16)를 통과한 냉매가 다시 냉동실 증발기(15)를 거치도록 한 것이다. 그리고 최종적으로 냉동실 증발기(15)를 거친 기체상태의 냉매는 냉동실 증발기(15)와 압축기(22) 사이를 연결하는 배관을 통해 다시 압축기(22) 쪽으로 흐른다.

또, 냉동실 증발기(15)와 냉장실 증발기(16)에는 냉기를 순환하기 위한 냉동실팬(17) 및 냉장실팬(18)이 각각 설치된다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 냉장고의 운전제어장치의 구성도로서, 도 4에 도시한 장치 외에 냉장고의 각 장치들을 제어하는 제어부(100)와, 압축기(22)를 구동시키는 압축기구동부(110)와, 냉동실팬(17)을 구동시키는 냉동실팬 구동부(120)와, 냉장실팬(18)을 구동시키는 냉장실팬 구동부(130) 및 응축팬(23a)을 구동시키는 응축팬구동부(140)를 더 포함한다.

이하, 상기와 같이 구성된 냉장고의 운전제어방법의 동작과정 및 작용효과를 설명한다.

도 6a 및 도 6b는 본 발명에 의한 냉장고의 운전제어방법의 동작 흐름도로서, 냉동실(11)과 냉장실(12)에 냉동실 증발기(15)와 냉장실 증발기(16)를 각각 설치하여 냉동실(11)과 냉장실(12)을 독립적으로 냉각시키는 냉장고에서, 냉동실 증발기(15)와 냉장실 증발기(16)에 대응하는 냉동실팬(17)과 냉장실팬(18)의 운전제어패턴을 설명한 것이다.

사용자가 냉장실(12)과 냉동실(11)의 제어목표온도(Trset, Tfset)를 설정하면, 냉장실(12)과 냉동실(11)의 온도를 냉장실 온도센서(12a)와 냉동실 온도센서(11a)에서 감지하여 압축기(22)의 운전조건인가를 판단한다(S100~S110).

압축기(22)의 운전조건은 고내온도에 따라 결정되는데, 냉장실 온도센서(12a)에서 감지된 냉장실 온도(Tr)가 냉장실 설정온도(Trset)보다 높거나 또는 냉동실 온도센서(11a)에서 감지된 냉동실 온도(Tf)가 냉동실 설정온도(Tfset)보다 높은 경우이다.

냉장실 설정온도(Trset)는 냉장실(12)의 제어목표온도이고, 냉동실 설정온도(Tfset)는 냉동실(11)의 제어목표온도로서, 사용자가 온도조절기나 버튼 등을 통해 다단계로 조절할 수 있다.

압축기(22)의 운전조건이면, 제어부(100)는 압축기구동부(110)를 통해 압축기(22)를 온(운전)시킨다.

상기 압축기(22)의 운전과 동시에 응축팬(23a)이 온(가동)되고 도 7에 도시한 바와 같이, 냉장실팬(18)이 온(가동)되며 냉동실팬(17)이 오프(정지)되어 냉장실팬(18)의 단독운전을 수행한다(S120).

상기 냉장실팬(18)은 냉매가 최초로 유입되는 싸이클의 냉장실 증발기(16)쪽 팬으로, 이때 냉장실팬(18)의 단독운전시간을 카운터하여 미리 정해진 설정시간(압축기의 운전을 통하여 싸이클내의 냉매유량이 충분히 형성되는 시간, 약 5분)을 경과하였는지 판단한다(S130).

냉장실팬(18)의 단독운전시간이 설정시간을 경과하면, 상기 압축기(22)의 운전과 동시에 응축팬(23a)이 온(가동)되고 도 7에 도시한 바와 같이, 냉동실팬(17)이 온(가동)되며 냉장실팬(18)이 오프(정지)되어 냉동실팬(17)의 단독운전을 수행한다(S140).

과부하 구간에서 냉동실팬(17)의 단독운전으로 냉동실(11)의 최대온도 상승이 감소하여 냉동실(11)의 최저 온도값이 높아지므로 냉동실(11)의 정온성이 개선된다.

상기 냉동실팬(17)의 단독운전시간을 카운터하여 미리 정해진 설정시간(냉장고의 열부하를 적정수준으로 유지할 수 있는 시간, 약 8분)을 경과하였는지 판단한다(S150).

냉동실팬(17)의 단독운전시간이 설정시간을 경과하면, 상기 압축기(22)의 운전과 동시에 응축팬(23a)이 온(가동)되고 도 7에 도시한 바와 같이, 냉동실팬(17), 냉장실팬(18)을 모두 온(가동)시키는 냉장실(12)과 냉동실(11)의 냉각운전을 수행한다(S160).

이때, 외부 열부하가 작은 냉장실 온도(Tr)가 냉장실 설정온도(Trset; 예를 들어, 2℃)보다 낮아져 냉장실(12) 온도조건을 만족시키는지 판단한다(S170).

냉장실 온도(Tr)가 냉장실 설정온도(Trset)를 만족시키면 도 7에 도시한 바와 같이, 냉장실팬(18)이 오프되어 가동을 멈춘다(S180).

이후, 냉동실팬(17)의 가동에 의한 냉기 순환에 의해 냉동실 온도(Tf)가 냉동실 설정온도(Tfset; 예를 들어, -20℃)보다 낮아져 냉동실(11) 온도조건을 만족시키는지 판단한다(S190).

냉동실 온도(Tf)가 냉동실 설정온도(Tfset)를 만족시키면 도 7에 도시한 바와 같이, 압축기(22)와 응축팬(23a), 냉동실팬(17)이 오프되어 가동을 멈추고, 자연제상기능을 수행하기 위하여 냉장실팬(18)은 일정시간동안 압축기(22) 오프상태에서 운전한다(S200).

이는, 압축기(22)가 오프되어도 압축기(22)의 오프 전까지 형성되어 있던 고압측(압축기) 냉매가 압평형에 의해 일정시간동안 저압측(증발기)으로 유입된다는 점을 고려하여 이 구간에서 냉장실팬(18)을 운전시켜 자연제상을 수행하는 것이다.

상기 냉장실팬(18)의 자연제상시간을 카운터하여 미리 설정된 시간을 경과하면(S210), 냉장실팬(18)을 오프시킨다(S220).

이후, 냉장실 온도(Tr) 또는 냉동실 온도(Tf)를 냉장실 온도센서(12a)와 냉동실 온도센서(11a)에서 계속해서 감지하여 미리 정해진 냉장실 설정온도(Trset) 또는 냉동실 설정온도(Tfset)보다 높아지는지를 체크한다.

상기한 본 발명의 팬 제어를 적용하여 소비전력 시험을 실시한 결과, 도 8에 도시한 바와 같이, 종래 100%의 소비전력 대비 97.8%의 소비전력 결과치(KS 소비전력 시험조건)를 보여 2.2%의 절전효과가 있음을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 팬 제어를 적용하여 냉동실(11) 선반의 온도변화를 실험한 결과, 도 9에 도시한 바와 같이, 과부하 구간에서 냉동실팬(17) 단독운전으로 냉동실(11) 선반 최대온도가 -15.3℃에서 -15.7℃로 0.4℃만큼 온도상승이 감소하여 냉동실(11) 선반 최저온도가 -18.1℃에서 -17.7℃로 0.4℃ 높아짐을 알 수 있다.

결론적으로, 동일 온도설정에서 기존 ±1.4℃ → ±1.0℃로서 냉동실(11) 정온성(dT)이 0.8℃ 개선됨을 알 수 있다.

한편, 본 발명에서는 냉동실(11)과 냉장실(12)이 상하로 구획된 냉장고를 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 한정되지 않고 냉동실(11)과 냉장실(12)이 좌우측에 병렬로 배치된 냉장고에서도 본 발명과 동일한 목적 및 효과를 달성할 수 있음은 물론이다.

또한, 본 발명에서는 냉장실팬(18)과 냉동실팬(17)의 제어패턴을 시간설정으로 표시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 냉장실(12)과 냉동실(11)의 고내온도센서 또는 증발기 제상센서에 의한 제어 등으로 표시할 수도 있다.

상기에서 설명한 것은 본 발명에 의한 냉장고의 운전제어방법을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

상기의 설명에서와 같이, 본 발명에 의한 냉장고의 운전제어방법에 의하면, 압축기의 초기 기동 시 냉장실 및 냉동실의 열부하 상태와 싸이클 순환냉매상태에 맞게 냉장실팬과 냉동실팬을 최적으로 제어하여 냉장고의 정온성 개선과 소비전력을 절감할 수 있다.

Claims (5)

1. 삭제
2. 복수의 저장실, 상기 복수의 저장실에 설치된 복수의 증발기, 상기 복수의 증발기에 대응하는 복수의 팬을 가지는 냉장고의 제어방법에 있어서,

   상기 복수의 저장실 고내온도를 감지하여 압축기 운전조건인지 판단하고,

   압축기 운전조건이면 상기 복수의 팬 중 일부 팬을 단독 운전하고,

   상기 일부 팬의 단독운전시간이 미리 정해진 설정시간을 경과하였는지 판단하여, 설정시간을 경과하면 운전중인 일부 팬을 정지하고, 정지중인 일부 팬을 단독 운전하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 운전제어방법.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 운전중인 일부 팬은 냉매가 최초로 유입되는 싸이클의 증발기 팬인 것을 특징으로 하는 냉장고의 운전제어방법.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 냉매가 최초로 유입되는 싸이클의 증발기 팬은 냉장실팬인 것을 특징으로 하는 냉장고의 운전제어방법.
5. 제 2항에 있어서,

   상기 정지중인 일부 팬의 단독운전 후 복수의 팬을 동시 운전하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 운전제어방법.

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