KR100826181B1

KR100826181B1 - 냉동사이클장치 및 이를 구비하는 냉장고

Info

Publication number: KR100826181B1
Application number: KR1020060135131A
Authority: KR
Inventors: 김양규
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-04-30

Abstract

본 발명은 냉동사이클장치 및 이를 구비하는 냉장고에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 냉각실을 갖는 냉장고에서 각 냉각실에 대해 다양한 온도 대역의 냉각이 가능하도록 하는 냉동사이클장치와 이를 구비하는 냉장고에 관한 것으로서, 하나의 열교환장치로써 복수개의 냉각실에 각각 서로 다른 온도 대역의 냉각이 가능하도록 하여 전체 시스템의 구조가 단순하고 운전 조작이나 제어도 더 간단하여 제조비용이나 운전비용 등을 절감할 수 있으며, 혼합냉매를 사용하므로 압축기에서의 압축비를 낮게 설계함으로써 소비전력을 크게 감소시킬 수 있고, 또한 냉매의 종류와 조성비의 변경을 통해 다양한 온도 대역의 냉각실 구성이 가능한 특장점이 있는 발명이다.

Description

냉동사이클장치 및 이를 구비하는 냉장고{APPARATUS FOR REFRIGERATION CYCLE AND REFRIGERATOR INCLUDING THE SAME}

도 1은 본 발명에 따른 냉동사이클장치와 이를 구비하는 냉장고에 관한 개략적 구성을 나타낸 도면이다.

도 2는 상기 도 1에 도시된 본 발명에 따른 냉동사이클장치 및 이를 구비하는 냉장고의 냉매 순환에 따른 TS선도를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로서 상기 도 1의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다.

도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 것으로서 상기 도 1의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다.

<도면에 사용된 주요 부호의 설명>

100 : 압축기 200 : 응축기

210 : 고압관 300 : 크로스 열교환장치

310 : 단열매립부 320 : 제1열교환부

330 : 제2열교환부 340 : 열교환핀

350 : 제1팬장치 360 : 제2팬장치

400 : 팽창장치 410 : 저압관

500 : 열교환기 510 : 제3팬장치

10 : 본체 11 : 제1냉각실

12 : 제2냉각실 13 : 냉동실

본 발명은 냉동사이클장치 및 이를 구비하는 냉장고에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 복수개의 냉각실을 갖는 냉장고에서 각 냉각실에 대해 다양한 온도 대역의 냉각이 가능하도록 하는 냉동사이클장치와 이를 구비하는 냉장고에 관한 것이다.

일반적으로 냉동사이클이라 함은 열을 냉체(冷體)로부터 흡수하여 열체(熱體)로 보내는 열역학적 과정의 사이클을 말하는데, 이러한 냉동사이클을 이루는 일반적인 장치로서 가장 기본적인 것이 압축기, 응축기, 팽창밸브, 그리고 증발기이다.

압축기에서는 냉매를 압축하여 고온 고압의 기체상태로 토출하고, 상기 압축기에서 토출된 고온 고압 상태의 냉매를 응축시켜 중온 고압 또는 저온 고압의 액체 상태의 냉매로 만드는 과정이 응축기에서 행해지며, 이러한 중온 고압 또는 저온 고압의 냉매를 팽창밸브에서 팽창시켜 저온 저압의 냉매가 되도록 하고, 이렇게 팽창된 냉매는 증발기에서 증발되는데, 이때 냉매의 온도와 압력은 더욱 낮아진다. 냉매가 증발하면 주변의 열을 빼앗기 때문에 주변 공기가 냉각된다.

이렇게 1사이클을 순환한 냉매는 다시 압축기로 보내어져 압축되고 상기와 같은 사이클을 반복적으로 수행하게 되며, 상기 증발기에서는 주변의 열이 빼앗겨 냉각된 공기, 즉 냉기가 발생하게 된다. 냉장고에서는 이러한 냉기를 팬으로 불어서 냉각실 내부를 냉각시키게 된다.

종래의 냉장고는 냉동실과 냉장실을 마련하여 상기와 같은 냉동사이클장치를 구비하여 냉동실에 증발기를 설치하고 냉동실에 필요한 온도 대역에 따른 냉기를 발생하고 냉장실에는 냉동실의 냉기의 일부를 공급하여 냉각하는 방식을 취하였었는데, 이는 냉장실 온도 분포가 매우 불규칙적인 것은 물론 냉장실로 냉기를 전달함에 따라 냉동실의 온도 분포 또한 불규칙적으로 된다는 문제점이 있었다.

따라서 이러한 문제점을 해결하여 냉동실과 냉장실에 대해 각각 독립적인 온도 제어가 가능하고 균일한 온도 분포를 갖도록 냉동실과 냉장실에 독립적인 증발기를 설치하여 각각 서로 다른 온도 대역의 냉기가 발생하도록 하여 고내의 정밀 온도제어가 가능하도록 하는 기술이 등장하게 되었다.

그러나, 상기와 같이 각 냉각실에 대해 독립적인 증발기를 사용하는 경우, 각 증발기를 독립적으로 구비하도록 함에 따른 제조 비용 내지 운전 비용의 상승과 구조의 복잡성, 그리고 각 증발기에 대한 냉매의 유동을 제어함에 따른 제어의 복잡성 및 각각의 증발기에서의 냉매의 압력차로 말미암아 압력이 낮게 형성되는 증발기의 냉매는 유동하지 못하고 정체되는 현상이 발생하여 시스템의 성능이 저하되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 종래와는 전혀 다른 새로운 개념의 냉매순환을 형성하는 냉동사이클장치에 의해 하나의 열교환장치로써 복수개의 냉각실에 각각 서로 다른 온도 대역의 냉각이 가능하도록 하여 구조나 조작을 단순화하고 비용을 절감할 수 있도록 하며 시스템의 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 냉동사이클장치 및 이를 구비하는 냉장고를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉동사이클장치는, 냉매를 압축하는 압축기;상기 압축기에서 토출된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 응축된 냉매가 유동하는 고압관; 상기 고압관을 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창장치; 상기 팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발시키는 열교환기; 상기 열교환기를 통과한 냉매가 유동하는 저압관; 및 상기 고압관을 유동하는 냉매와 상기 저압관을 유동하는 냉매가 서로 열교환하여 온도구배를 형성함으로써 소정의 부분 별로 서로 다른 온도 대역의 냉기를 발생하는 크로스 열교환장치를 포함한다.

또한, 상기 냉매는, 탄화수소 계열의 혼합 냉매를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 크로스 열교환장치는, 상기 저압관 내부에 상기 고압관이 배치되어 서로 열교환이 이루어지도록 상기 저압관의 직경이 상기 고압관의 직경 보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 크로스 열교환장치는, 상기 저압관 내부에 배치되는 상기 고압관 이 복수개의 고압세관으로서 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 크로스 열교환장치는, 상기 고압관이 위에서 아래 방향으로 냉매가 유동하도록 구비되고, 상기 저압관이 아래에서 위 방향으로 냉매가 유동하도록 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 크로스 열교환장치는, 상기 저압관의 외면 및 상기 고압관의 외면 중 적어도 하나에 구비되는 복수개의 열교환 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 냉장고는, 복수개의 냉각실 및 냉동실이 구비되는 본체; 상기 본체 내부에 구비되며 냉매를 압축하는 압축기; 상기 본체 내부에 구비되며 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와, 응축팬을 포함하는 응축유닛; 상기 응축기에서 응축된 냉매가 유동하는 고압관; 상기 고압관을 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발시키며 상기 냉동실에 구비되어 냉기를 발생시키는 열교환기와, 냉동실에 구비되는 팬을 포함하는 냉동유닛; 상기 열교환기를 통과한 냉매가 유동하는 저압관; 및 상기 고압관을 유동하는 냉매와 상기 저압관을 유동하는 냉매가 서로 열교환하여 온도구배를 형성함으로써 각 부분 별로 서로 다른 온도 대역의 냉기를 발생하며 상기 각 냉각실에 각 부분이 위치하도록 하여 상기 복수개의 냉각실이 각각 서로 다른 온도 대역으로 냉각되도록 하는 크로스 열교환장치와, 상기 각 냉각실에 구비되는 냉각팬을 포함하는 크로스 열교환유닛을 포함한다.

또한, 상기 복수개의 냉각실은, 상기 본체의 일측 상부에 구비되는 제1냉각실과, 상기 본체의 일측 하부에 구비되는 제2냉각실을 포함하고, 상기 크로스 열교환장치는, 상기 본체의 내상과 외상 사이에 단열매립되는 단열매립부와, 상기 단열매립부의 후단으로부터 소정 길이로 노출되며 상기 제1냉각실 쪽에 배치되는 제1열교환부와, 상기 제1열교환부의 후단으로부터 소정 길이로 상기 제2냉각실 쪽에 배치되는 제2열교환부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 본 발명에 따른 냉동사이클장치 및 이를 구비하는 냉장고에 관한 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 냉동사이클장치와 이를 구비하는 냉장고에 관한 개략적 구성을 나타낸 도면이고, 도 2는 상기 도 1에 도시된 본 발명에 따른 냉동사이 클장치 및 이를 구비하는 냉장고의 냉매 순환에 따른 TS선도를 나타낸 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 것으로서 상기 도 1의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이고, 도 4는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 것으로서 상기 도 1의 A부분을 확대하여 나타낸 도면이다.

도 1에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 냉동사이클장치는, 냉매를 압축하는 압축기(100)와, 상기 압축기(100)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(200)와, 고압측 냉매와 저압측 냉매가 서로 열교환하여 고압측 냉매의 유동 방향에 따라 온도 구배가 발생하여 각 부분별로 서로 다른 온도 대역의 냉기를 발생하는 크로스 열교환장치(300)와, 냉매를 팽창시키는 팽창장치(400)와, 열교환기(500)를 포함하여 이루어진다.

또한 상기 냉동사이클장치의 배관 구성을 보면, 압축기(100)와 응축기(200)를 연결하여 상기 압축기(100)에서 토출된 고온고압의 냉매가 유동하는 토출관(110)과, 상기 응축기(200)에서 응축된 액냉매가 유동하며 상기 응축기(200)로부터 상기 크로스 열교환장치(300)를 거쳐서 팽창장치(400)까지 연결되는 고압관(210)과, 상기 팽창장치(400)에서 팽창되고 상기 열교환기(500)에서 증발된 냉매가 유동하며 상기 열교환기(500)로부터 상기 크로스 열교환장치(300)를 거쳐서 상기 압축기(100)까지 연결되는 저압관(410)을 포함하여 이루어진다.

상기 크로스 열교환장치(300)는 상기 고압관(210)과 상기 저압관(410)이 이중관의 형태로 구성되어 상기 고압관(210)을 흐르는 냉매와 상기 저압관(410)을 흐르는 냉매가 서로 열교환하여 상기 크로스 열교환장치(300)의 입구 부분에서 출구 부분에 이르는 동안 냉매의 온도가 점점 떨어지는 온도구배가 발생하여 상기 크로스 열교환장치(300)의 각 부분별로 서로 다른 온도 대역의 냉기가 발생되도록 한다.

이때 상기 냉동사이클장치에 사용되는 냉매는 탄화수소(Hydrocarbon) 계의 혼합냉매로서 에탄, 프로판 또는 부탄 등의 탄화수소 계열 2 또는 3 정도를 소정의 조성비로 혼합한 냉매이다.

상기와 같은 혼합냉매는 상기 크로스 열교환장치(300)를 유동하는 동안 온도구배가 발생하여 상기 크로스 열교환장치(300)의 각 부분별로 서로 다른 온도 대역의 냉기를 발생케 한다.

상기 크로스 열교환장치(300)는 고압관(210)이 저압관(410) 내부에 포함되도록 한 이중관 타입이며, 상기 고압관(210)을 유동하는 냉매의 방향과 상기 저압관(410)을 유동하는 냉매의 방향은 서로 반대 방향이다.

즉 상기 고압관(210)은 상측에서 하측으로 미앤더(meander) 형상으로 유동하는데, 상기 저압관(410)은 하측에서 상측으로 유동하면서 상기 고압관(210)을 유동하는 냉매와 열교환된다.

따라서 상기 크로스 열교환장치(300)는 최상측으로부터 최하측에 이르기까지(크로스 열교환장치의 입구에서 출구에 이르기까지) 서서히 온도 강하가 이루어져 각 부분별로 서로 다른 온도 대역의 냉기를 발생할 수 있는 것이다.

상기 크로스 열교환장치(300)는 이중관 타입으로 형성되지만 반드시 고압관(210)이 저압관(410) 내부에 포함되는 구성으로 형성시킬 필요는 없으며, 고압 관(210)을 흐르는 고온의 냉매와 저압관(410)을 흐르는 저온의 냉매가 서로 반대방향으로 유동하면서 서로 열교환하여 전체적으로 위에서 아래 방향으로 온도구배가 형성되도록 하는 구성이라면 모두 포함한다.

상기 크로스 열교환장치(300)에서의 냉매의 특성을 도 2에 도시된 TS선도를 통해 살펴본다.

도 1에 도시된 크로스 열교환장치(300)의 각 부분에서의 냉매의 온도를 도 2에 도시된 TS선도에 표시해 놓았다. 즉 ①은 압축기(100)에서 토출된 상태의 냉매이고, ②는 응축기(200)에서 응축된 상태의 냉매이며, ③은 크로스 열교환장치(300)의 고압관(210)을 유동하는 냉매로서 크로스 열교환장치(300)의 입구 측의 냉매의 상태를 지칭하는 것이다. ④는 크로스 열교환장치(300)의 고압관(210)을 유동하는 냉매로서 크로스 열교환장치(300)의 중간 정도의 위치에서의 냉매 상태를 지칭하는 것이고, ⑤는 크로스 열교환장치(300)의 고압관(210)을 유동하는 냉매로서 크로스 열교환장치(300)의 출구 측의 냉매의 상태를 지칭하는 것이며, ⑥은 팽창장치(400)에서 팽창된 상태의 냉매이고, ⑦은 열교환기(500)에서 증발되고 난 후의 저압관(410)을 유동하는 냉매의 상태를 지칭하는 것이다. ⑧은 크로스 열교환장치(300)의 저압관(410)을 유동하는 냉매로서 상기 크로스 열교환장치(300)의 중간 정도의 위치에서의 냉매의 상태를 지칭하는 것이고, ⑨는 크로스 열교환장치(300)의 저압관(410)을 유동하는 냉매로서 상기 크로스 열교환장치(300)의 입구 측의 냉매 상태를 지칭하는 것이며, ⑩은 저압관(410)을 유동하는 냉매로서 크로스 열교환장치(300)를 벗어나서 압축기(100)로 유입되는 상태의 냉매를 지칭하는 것이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 압축기(100)에서 냉매가 토출되어 크로스 열교환장치(300)를 통과할 때까지 냉매는 계속적으로 온도가 떨어진다. 이때 도 2에 도시된 ①②③④⑤의 과정 동안에는 거의 압력의 변화 없이(이론적으로는 등압과정이지만 실질적으로는 압력이 떨어지게 된다) 온도강하가 발생한다. 왜냐하면 응축기(200)에서 응축된 냉매는 크로스 열교환장치(300)로 유입되기 전에 팽창되지 않고 그대로 유입되기 때문이다.

이렇게 온도구배가 발생하게 되는 가장 큰 이유 중 하나는 저압관(410)을 유동하는 냉매 때문이다. 즉 도 2에 도시된 바와 같이 저압관(410)을 유동하는 냉매는 ⑥⑦⑧⑨⑩의 과정 동안 압력 변화 없이(이론적으로는 압력 변화가 없지만 실질적으로는 압력이 떨어진다) 온도가 서서히 상승하게 된다.

즉 고압관(210)을 흐르는 고온의 냉매와 저압관(410)을 흐르는 저온의 냉매가 서로 열교환하여 전체적으로 대략 ③④⑤ 과정에서의 냉매 온도에 해당하는 냉기를 발생하는 것이다. 고압관(210)을 흐르는 고온의 냉매와 저압관(410)을 흐르는 저온의 냉매가 서로 이상적인 열교환을 하지는 못하므로 비슷한 위치에서(예컨대 ④와 ⑧의 위치) 대체적으로 고압관(210)을 흐르는 냉매의 온도가 저압관(410)을 흐르는 냉매의 온도 보다는 다소 높다.

그러나 이러한 열교환을 통해 크로스 열교환장치(300)의 단열매립부(310)와 제1열교환부(320)와 제2열교환부(330)는 각각 서로 다른 온도 대역의 냉기를 발생한다는 것을 도 2에 도시된 TS선도를 통해 알 수 있다. 상기 제1열교환부(320) 또는 제2열교환부(330)에서도 그 상부로부터 하부로 이르기까지 온도구배가 생겨서 각 부분이 서로 온도가 다를 수도 있다. 이는 제1열교환부(320)나 제2열교환부(330)의 전체 크기 등을 조정하여 원하는 온도 대역의 냉각이 이루어질 수 있도록 조절할 수 있다. 즉 같은 열교환부 내에서의 각 부분별 온도 차이가 허용 온도차의 범위 내에 있도록 조정할 수 있다.

또한 냉매인 탄화수소 계열의 혼합냉매의 종류 및 조성비를 바꾸어 사용하면 다양한 온도 대역의 구현이 가능하다. 그리고 혼합냉매를 사용하는 경우 압축기에서의 압축비를 낮게 설계할 수 있어 소비전력을 크게 저감할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 냉동사이클장치는 혼합냉매를 사용하기 때문에 고압관(210)을 흐르는 냉매가 위에서 아래 방향으로 흐르도록 구성되는 것이 바람직하다. 이는 배관 중간에 냉매가 정체되는 일 없이 유동하게 하기 위한 것으로 만약 배관 중간에 냉매의 정체가 발생하면 압축기 정지 후 다음 사이클 진행 시 냉매의 조성비가 바뀔 수 있기 때문에 이를 방지하기 위한 것이다.

그리고 압축기(100)의 기동 초기에 크로스 열교환장치(300)로부터 액냉매가 상기 압축기(100)로 유입되는 것을 방지하기 위한 어큐뮬레이터(미도시)는 복귀관(420) 상에 설치함이 바람직하다.

도 1에 도시된 본 발명의 일 실시예에서는 상기 크로스 열교환장치(300)를 3부분으로 나누어 각각 다른 냉각실에 그 부분이 노출되도록 하였는데, 크로스 열교환장치(300)의 최상측으로부터 아래 방향으로 단열매립부(310), 제1열교환부(320), 그리고 제2열교환부(330)의 3 부분으로 구분되어, 상기 단열매립부(310)는 제1냉각실(11)의 외상과 내상 사이에 단열재에 의해 매립되는 부분이고, 상기 제1열교환 부(320)는 제1냉각실(11)의 고내 온도를 적정하게 유지시키도록 냉기를 발생하는 부분이며, 상기 제2열교환부(330)는 제2냉각실(12)에 위치하도록 하여 상기 제2냉각실(12)의 고내 온도를 적정하게 유지시키도록 냉기를 발생하는 부분이다.

상기 단열매립부(310)는 대체적으로 냉매의 온도가 높아 냉각실에 대한 냉기 발생은 이루어지지 않으므로 단열재로 매립한 것이며, 제1열교환부(320)는 제2열교환부(320)에 비해 비교적 높은 온도 대역의 냉기를 발생하는 냉각실을 구현하도록 구성된다.

즉 크로스 열교환장치(300)의 상측으로부터 하측으로 갈수록 발생하는 냉기의 온도 대역은 더욱 낮아진다.

한편, 다시 도 1을 참조하여 살펴보면, 상기 고압관(210)을 흐르는 냉매는 크로스 열교환장치(300)를 나와서 팽창장치(400)에서 팽창되어 압력이 강하되고 열교환기(500)로 유입되어 증발되면서 냉기를 발생한다. 상기 열교환기(500)에서 증발된 후의 냉매는 저압관(410)을 따라 크로스 열교환장치(300)를 통과한다. 이때 고압관(210)을 유동하는 냉매가 상기 저압관(410)을 유동하는 냉매와 서로 열교환을 하는 것이다. 그리고 상기 크로스 열교환장치(300)를 통과한 저압관(410)은 복귀관(420)으로 연결되고 상기 복귀관(420)은 상기 압축기(100)로 연결되어 냉매가 압축기(100)로 복귀되도록 한다.

한편, 상기와 같은 냉동사이클장치를 구비하는 냉장고에 관하여 설명한다.

본 발명에 따른 냉장고는 본체(10)와, 상기 본체(10) 내부에 마련되는 제1냉각실(11)과 제2냉각실(12), 그리고 냉동실(13)을 구비하고, 상기 크로스 열교환장 치(300)는 상기 제1냉각실(11)과 제2냉각실(12)에 걸쳐서 설치되도록 하고, 상기 열교환기(500)는 상기 냉동실(13)에 설치되도록 한다. 상기 제1냉각실(11), 제2냉각실(12) 및 냉동실(13)에는 각각 제1팬장치(350)와, 제2팬장치(360), 그리고 제3팬장치(510)가 설치된다.

상기 크로스 열교환장치(300)의 단열매립부(310)와 제1열교환부(320)는 제1냉각실(11)에 위치되도록 설치되고, 제2열교환부(330)는 제2냉각실(12)에 위치되도록 설치되는데, 상기 단열매립부(310)는 상기한 바와 같이 냉매의 온도가 높기 때문에 단열재로써 냉장고 뒷부분에 매립시킨다. 상기 제1열교환부(320)는 제1냉각실(11)에 공급할 냉기를 생성하고 제1팬장치(350)는 상기 제1열교환부(320)에서 발생하는 냉기를 제1냉각실(11)에 공급한다.

상기 제2냉각실(12)에 위치하는 크로스 열교환장치(300)의 제2열교환부(330)는 상기 제1열교환부(320) 보다 더 낮은 온도 대역의 냉기를 발생하고(도 2 참조), 제2팬장치(360)가 상기 제2열교환부(330)에서 생성되는 냉기를 제2냉각실(12)에 공급한다.

상기 냉동실(13)에는 열교환기(500)가 설치되고 냉매의 증발을 통해 매우 낮은 온도의 냉기를 발생하여 제3팬장치(510)가 냉동실(13)로 냉기를 공급한다.

도 1에 도시된 본 발명에 따른 냉장고는 크로스 열교환장치(300)가 서로 다른 온도 대역을 갖는 두 개의 냉각실을 구현하도록 한 것에 관하여 나타내었으나, 이에 한정되지 않고 서로 다른 온도 대역을 갖는 3개 이상의 냉각실을 구현하는 것도 가능하고, 물론 하나의 냉각실을 구현하는 것도 가능하다.

한편, 상기 크로스 열교환장치(300)의 제1열교환부(320)와 제2열교환부(330)의 구체적 구성을 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 냉동사이클장치 또는 냉장고의 크로스 열교환장치는 저압관(410)의 내부에 적어도 하나의 고압관(210)이 포함된다. 또한 도면상으로 도시되지는 아니하였으나 고압관(210)과 저압관(410)을 흐르는 냉매들 사이의 열교환 면적을 확대시키기 위해 상기 고압관(210) 상에 열교환핀(미도시)을 설치하는 것도 가능하다.

그리고 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 크로스 열교환장치가 냉각실에서의 열교환 면적을 넓게 하기 위해 냉각실 내부의 공기와 상기 크로스 열교환장치의 열교환 면적을 넓히도록 하는 열교환핀(340)을 설치함이 바람직하다.

도 3은 단면 방향의 열교환핀을 설치한 것에 관하여, 도 4는 길이 방향의 열교환핀을 설치한 것에 관하여 각각 도시하였다.

이하 본 발명에 따른 냉동사이클장치 및 냉장고의 동작을 설명한다.

도 1에 도시된 바와 같이 압축기(100)에서 냉매를 압축하여 토출관(110)을 통해 토출하면 응축기(200)에서 냉매는 응축되고 고압관(210)을 따라 냉매는 유동한다. 이렇게 응축된 냉매는 팽창되지 않고 곧바로 크로스 열교환장치(300)로 유입된다. 상기 고압관(210)은 저압관(410)의 내부에 포함되는 이중관의 타입으로 크로스 열교환장치(300)를 형성하고 상기 크로스 열교환장치(300)에서 상기 고압관(210)을 흐르는 냉매는 아래 방향으로 유동하면서 저압관(410)을 흐르는 냉매와 열교환하여 점점 온도가 떨어지게 되고 마찬가지로 저압관(410)을 흐르는 냉매는 상기 고압관(210)을 흐르는 냉매와 열교환되어 위 방향으로 흐르면서 점점 온도가 올라가게 된다.

따라서 제1열교환부(320)와 제2열교환부(330)의 온도 대역은 서로 다르게 형성되고 제1팬장치(350)가 상기 제1열교환부(320) 주변에 형성된 냉기를 제1냉각실(11)로 공급하고, 제2팬장치(360)가 상기 제2열교환부(330) 주변에 형성된 냉기를 제2냉각실(12)로 공급함으로써 제1냉각실(11) 및 제2냉각실(12)의 냉각 부하에 대응할 수 있게 된다. 이때 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 크로스 열교환장치(300)에는 열교환핀(340)이 설치되어 열교환면적을 넓혀 냉각 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.

한편, 상기 크로스 열교환장치(300)를 빠져나온 고압관(210)은 팽창장치(400)와 연결되어 상기 고압관(210)을 흐르는 냉매는 상기 팽창장치(400)에서 팽창되고 열교환기(500)에서 증발되어 냉기를 발생하며 제3팬장치(510)가 상기 열교환기(500) 주변에 형성된 냉기를 냉동실(13)로 공급한다.

상기 열교환기(500)를 빠져 나온 저압관(410)은 크로스 열교환장치(300)에서 고압관(210)을 감싸면서 상기 고압관(210)을 흐르는 냉매와 저압관(410)을 흐르는 냉매가 서로 열교환되도록 하고, 상기 저압관(410)은 크로스 열교환장치(300)를 빠져나와 복귀관(420)과 연결되고, 상기 복귀관(420)을 유동하는 냉매는 다시 압축기(100)로 유입되면서 한 사이클이 종료하게 된다. 이때 복귀관(420) 상에는 어큐뮬레이터(미도시)가 설치되어 압축기(100)로 액냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있도록 함이 바람직하다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 냉동사이클장치 및 이를 구비하는 냉장고는, 하나의 열교환장치로써 복수개의 냉각실에 각각 서로 다른 온도 대역의 냉각이 가능하도록 하여 전체 시스템의 구조가 단순하고 운전 조작이나 제어도 더 간단하여 제조비용이나 운전비용 등을 절감할 수 있으며, 혼합냉매를 사용하므로 압축기에서의 압축비를 낮게 설계함으로써 소비전력을 크게 감소시킬 수 있다. 또한 냉매의 종류와 조성비의 변경을 통해 다양한 온도 대역의 냉각실 구성이 가능한 특장점이 있다.

Claims

냉매를 압축하는 압축기;

상기 압축기에서 토출된 냉매를 응축하는 응축기;

상기 응축기에서 응축된 냉매가 유동하는 고압관;

상기 고압관을 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창장치;

상기 팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발시키는 열교환기;

상기 열교환기를 통과한 냉매가 유동하는 저압관; 및

상기 저압관의 외면 및 상기 고압관의 외면 중 적어도 하나에 구비되는 복수개의 열교환 핀을 구비하며, 상기 고압관과 상기 저압관 각각의 다른 냉매를 열교환시켜, 서로 다른 온도 대역의 냉기를 발생하는 크로스 열교환장치를 포함하는 냉동 사이클 장치.
제1항에 있어서, 상기 냉매는,

탄화수소 계열의 혼합 냉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치.
제2항에 있어서, 상기 크로스 열교환장치는,

상기 저압관 내부에 상기 고압관이 배치되어 서로 열교환이 이루어지도록 상기 저압관의 직경이 상기 고압관의 직경 보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치.
제3항에 있어서, 상기 크로스 열교환장치는,

상기 저압관 내부에 배치되는 상기 고압관이 복수개의 고압세관으로서 구비되는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치.
제3항에 있어서, 상기 크로스 열교환장치는,

상기 고압관이 위에서 아래 방향으로 냉매가 유동하도록 구비되고, 상기 저압관이 아래에서 위 방향으로 냉매가 유동하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치.
삭제
복수개의 냉각실 및 냉동실이 구비되는 본체;

상기 본체 내부에 구비되며 냉매를 압축하는 압축기;

상기 본체 내부에 구비되며 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와, 응축팬을 포함하는 응축유닛;

상기 응축기에서 응축된 냉매가 유동하는 고압관;

상기 고압관을 유동하는 냉매를 팽창시키는 팽창장치와, 상기 팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발시키며 상기 냉동실에 구비되어 냉기를 발생시키는 열교환기와, 냉동실에 구비되는 팬을 포함하는 냉동유닛;

상기 열교환기를 통과한 냉매가 유동하는 저압관; 및

상기 고압관을 유동하는 냉매와 상기 저압관을 유동하는 냉매가 서로 열교환하여 온도구배를 형성함으로써 각 부분 별로 서로 다른 온도 대역의 냉기를 발생하며 상기 각 냉각실에 각 부분이 위치하도록 하여 상기 복수개의 냉각실이 각각 서로 다른 온도 대역으로 냉각되도록 하는 크로스 열교환장치와, 상기 각 냉각실에 구비되는 냉각팬을 포함하는 크로스 열교환유닛을 포함하는 냉장고.
제7항에 있어서, 상기 냉매는,

탄화수소 계열의 혼합 냉매를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제8항에 있어서, 상기 크로스 열교환장치는,

상기 저압관 내부에 상기 고압관이 배치되어 서로 열교환이 이루어지도록 상기 저압관의 직경이 상기 고압관의 직경 보다 더 크게 형성되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제9항에 있어서, 상기 크로스 열교환장치는,

상기 고압관이 위에서 아래 방향으로 냉매가 유동하도록 구비되고, 상기 저압관이 아래에서 위 방향으로 냉매가 유동하도록 구비되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제10항에 있어서,

상기 복수개의 냉각실은, 상기 본체의 일측 상부에 구비되는 제1냉각실과, 상기 본체의 일측 하부에 구비되는 제2냉각실을 포함하고,

상기 크로스 열교환장치는, 상기 본체의 내상과 외상 사이에 단열매립되는 단열매립부와, 상기 단열매립부의 후단으로부터 소정 길이로 노출되며 상기 제1냉각실 쪽에 배치되는 제1열교환부와, 상기 제1열교환부의 후단으로부터 소정 길이로 상기 제2냉각실 쪽에 배치되는 제2열교환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
제7항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 크로스 열교환장치는,

상기 저압관의 외면 및 상기 고압관의 외면 중 적어도 하나에 구비되는 복수개의 열교환 핀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.