KR101110823B1 - 냉각 가열 시스템과 그를 이용한 냉온장고 및 자동 판매기 - Google Patents

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Abstract

팽창 기구와 실외 열교환기를 병렬하는 다수의 배관으로 접속한다. 그리고 수납실 내부를 냉각하는 경우는 경로 내에 드라이어를 설치한 배관으로 냉매를 흘려 보낸다. 수납실 내를 가열하는 경우는 경로 내에 드라이어를 설치한 배관 이외의 배관으로 냉매를 흘려 보낸다. 또는, 드라이어를 경로 내에 포함하고 수납실 내부를 냉각하는 냉각 시스템과, 드라이어를 경로 내에 설치하지 않고 수납실 내를 가열하는 가열 시스템을, 압축기를 공유하며 삼방 밸브에서 스위칭하여 이용한다.
냉각 가열 시스템, 드라이어, 스위칭 밸브

Description

냉각 가열 시스템과 그를 이용한 냉온장고 및 자동 판매기{COOLING/HEATING SYSTEM, COOLING/HEATING CABINET AND VENDING MACHINE USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 의한 냉각 가열 시스템의 냉매 회로도.
도 2는 도 1에 도시된 냉각 가열 시스템의 제어 블록도.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다른 냉각 가열 시스템의 냉매회로도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 또다른 냉각 가열 시스템의 냉매 회로도.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 다른 냉각 가열 시스템의 냉매 회로도.
도 6은 도 5에 도시된 냉각 가열 시스템의 운전범위를 도시한 도면.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉각 가열 시스템의 냉매 회로도.
도 8은 도 7에 도시된 냉각 가열 시스템의 제어 블록도.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉각 가열 시스템의 냉매 회로도.
도 10은 도 9에 도시된 냉각 가열 시스템의 제어블록도.
도 11은 도 9에 도시된 냉각 가열 시스템의 실외 열교환기의 사시도.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 냉온장고를 탑재한 자동 판매기의 개념도.
도 13은 종래의 냉각 가열 시스템의 냉매 회로도.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)
1, 29, 81 : 압축기
2, 2A, 11, 13, 17, 18, 82, 87, 89 : 밸브
3, 83 : 어큐뮬레이터
4, 5, 25, 61, 84, 85 : 교환기
4A, 5B : 증발기
4B, 5A : 응축기
6, 21, 22 : 수납실
7, 8, 9, 30, 62 : 팬
10, 10A, 12, 86, 88 : 캐필러리 튜브
14, 90 : 드라이어
15 : 지시부
16 : 제어부
19 : 검지부
23, 24 : 증발기
26, 27 : 팽창 밸브
39 : 보조 히터
51 : 냉각 가열 시스템
52 : 냉각 시스템
53, 55 : 입구 배관
54, 56 : 출구 배관
57 : 결로 센서
71 : 집금부
72 : 반출부
73 : 물품
74 : 통로
75 : 제어부
본 발명은, 압축기에서 압축된 냉매가 응축할 때 발생하는 잠열을 이용하여 냉각 및 가열을 수행하는 냉각/가열 시스템과, 그를 이용한 냉온장고, 캔 음료 등의 상품을 가열 또는 냉각하여 판매하는 자동 판매기에 관한 것이다.
최근, 쇼 케이스 등의 냉장, 온장 기기에 대해 소비 전력량 감소의 요구가 높아지고 있다. 그래서, 히터에 의한 가열시의 소비 전력량을 감소시키기 위해, 냉난방 공조 장치와 같은 냉각 시스템을 히트 펌프로 스위칭하여 가열에 이용하는 것이 제안되어 있다. 그러나, 쇼케이스 등의 경우 냉장과 냉동의 조건에서는, 특히 증발 온도가 낮은 냉매 중의 수분이 결빙되어 배관 경로가 폐색(閉塞)되는 우려가 있다. 그래서, 합성 제오라이트 등으로 이루어지는 드라이어를 시스템 내의 액체 냉매와 접촉시켜, 액체 냉매 중의 수분을 흡착 제거할 필요가 있었다.
드라이어를 액체 냉매와 접촉시키는 이유는, 드라이어와 냉매를 효율적으로 접촉시키고, 만일 드라이어가 유속이 빠른 가스 냉매와 접촉하는 경우에는 입자화된 합성 제오라이트의 입자가 진동 접촉하여 분쇄되기 때문에 그와 같은 입자의 분쇄를 방지하기 위해서이다. 또한, 지구 온난화 계수가 낮은 자연 냉매인 탄화수소 냉매를 이용하는 경우, 수분 포화량이 작기 때문에, 더욱 이러한 점이 중요하다.
종래, 실내 열교환기나 실외 열교환기를 접속하는 배관의 경로 내에 드라이어를 설치함과 동시에, 냉각과 가열에서 팽창기구를 구별하여 항상 액체 냉매가 드라이어와 접촉하도록 하는 구성이 제안되어 있다. 이러한 구성은 예를 들면, 일본 공개 특허 평11-304303호 공보에 개시되어 있다. 이하 도면을 참조하여 종래의 냉각 가열 시스템을 설명한다.
도 13은, 종래의 냉각 가열 시스템의 냉매 회로도이다. 종래의 냉온 스위칭 시스템은, 압축기(81), 사방 밸브(82), 어큐뮬레이터(83), 실외 열교환기(이하, 교환기; 84), 실내 열교환기(이하, 교환기; 85)를 기본 구성으로 한다. 실내를 냉각하는 경우는, 압축기(81)로부터 토출된 냉매가 교환기(84)로부터 교환기(85)로 공급되도록 사방 밸브(82)에서 유로가 설정된다. 이 경우, 냉매는 다시 사방 밸브(82)를 경유하여 어큐뮬레이터(83)로부터 압축기(81)로 환류한다. 실내를 가열하는 경우는 사방 밸브(82)에서 유로를 스위칭하고, 압축기(81)로부터 토출된 냉매는 교환기(85)로부터 교환기(84)로 공급되고, 다시 사방 밸브(82)를 경유하여 어큐뮬레이터(83)로부터 압축기(81)로 환류한다.
일반적으로 교환기(85)는 캔 음료 등의 냉각 가열 대상물이 수납된 단열 공 간(도시되지 않았으며, 이하 수납실로 표기함)내에 설치된다. 한편, 압축기(81), 사방밸브(82), 어큐뮬레이터(83), 교환기(84)는 수납실의 외부에 배치된다. 또한, 압축기(81), 교환기(84, 85)는 각각 독립적인 송풍팬(도시하지 않음)에서 필요에 따라 송풍되어, 공냉 및 열교환이 촉진된다.
교환기(84)와 교환기(85)를 연결하는 배관에는, 가열용 캐필러리 튜브(이하, 캐필러리라고 표기함; 86), 냉각용 역류 방지 밸브(이하, 밸브라고 표기함; 87), 냉각용 캐필러리 튜브(이하, 캐필러리라 함; 88), 가열용 역류 방지 밸브(이하, 밸브라고 표기함; 89) 및 드라이어(90)가 접속되어 있다. 캐필러리(86)와 밸브(87), 및 캐필러리(88)와 밸브(89)는 각각 병렬로 접속된다. 또한 캐필러리(86)와 캐필러리(88) 사이의 위치에 드라이어(90)가 접속된다.
이상과 같이 구성된 종래의 냉온 스위칭 시스템에 대해서, 이하 그 동작을 설명한다. 수납실 내부를 냉각하는 경우, 압축기(81)로부터 토출된 냉매는 사방 밸브(82)에서 유로가 스위칭되어 교환기(84)에 공급되고 응축 액화한다. 교환기(84)로부터 토출된 액체 냉매는 밸브(87)를 경유하여 드라이어(90)에 공급된다. 그리고 드라이어(90)로부터 토출된 액체 냉매는 캐필러리(88)에서 감압되어 교환기(85)로 공급되어 증발 기화하고, 가스 냉매는 다시 사방 밸브(82)를 경유하여 어큐뮬레이터(83)로부터 압축기(81)로 환류한다.
수납실 내부를 가열하는 경우, 압축기(1)로부터 토출된 냉매는 사방 밸브(82)에서 유로가 스위칭되어 교환기(85)로 공급되고 응축 액화한다. 교환기(85)로부터 토출된 액체 냉매는 밸브(89)를 경유하여 드라이어(90)에 공급된다. 그리고 드라이어(90)로부터 토출된 액체 냉매는 캐필러리(86)에서 감압되고 교환기(84)로 공급되어 증발 기화하고, 가스 냉매는 다시 사방 밸브(82)를 경유하여 어큐뮬레이터(83)로부터 압축기(81)로 환류한다.
이와 같이, 캐필러리(86)와 캐필러리(88) 사이의 위치에 드라이어(90)를 배치하여, 각 캐필러리 튜브와 각각 병렬로 접속된 밸브(87), 밸브(89)를 통해 드라이어(90)로 액체 냉매를 공급한다. 이러한 구성에 의해 냉각시 및 가열시에 냉매와 드라이어(90)가 효율적으로 접촉함과 동시에, 유속이 빠른 가스 냉매에 의해, 입자화된 합성 제오라이트의 입자가 진동 접촉하여 분쇄되어 버리는 것이 방지될 수 있다.
그러나 상기 종래의 구성에서는, 캔 음료 등의 상품을 50 ~ 100℃로 가열하는 경우, 드라이어(90)가 고온의 액체 냉매에 접촉한다. 그 때문에 합성 제오라이트의 수분 흡착 용량이 저하되고, 결과적으로 시스템 내를 순환하는 수분량이 증가한다. 이에 의해, 압축기(81)의 내구성이 저하되는 동시에, 캐필러리(86)에서의 수분 결빙에 의한 배관 경로의 폐색 위험성이 증가한다. 특히, 드라이어(90)를 수납실 내부나 교환기(85)의 근방에 배치하면, 교환기(85)의 응축 온도에 가까운, 보다 고온의 액체 냉매가 드라이어(90)로 유입된다는 문제가 크게 발생하게 된다.
또한, 드라이어(90)를 수납실 외부나 교환기(84)의 근방에 배치하여, 가열시 충분히 과냉각된 액체 냉매를 드라이어(90)로 공급하면, 교환기(85)로부터 드라이어(90)까지의 거리가 늘어나게 된다. 그리고 접속 배관 내부의 액체 냉매의 체류량이 증가하어, 결과적으로 가열시의 필요 냉매량이 증가한다. 특히, 지구 온난화 계 수가 낮은 자연 냉매인 탄화 수소 냉매를 이용하는 경우, 누설시의 연소 위험성이 증가한다.
본 발명의 냉각 가열 시스템에서는, 팽창 기구와 실외 열교환기가 병렬하는 다수의 배관으로 접속되어 있다. 그리고 수납실 내부를 냉각하는 경우는 경로 내에 드라이어를 설치한 배관으로 냉매를 흘려 보낸다. 수납실 내부를 가열하는 경우는 경로 내에 드라이어를 설치한 배관 이외의 배관으로 냉매를 흘려 보낸다.
또는, 본 발명의 냉각 가열 시스템에서는, 드라이어를 경로 내에 설치하여 수납실 내부를 냉각하는 냉각 시스템과, 드라이어를 경로 내에 설치하지 않고 수납실 내부를 가열하는 가열 시스템을, 압축기를 공유하고 삼방 밸브로 스위칭하여 이용한다. 이에 의해 드라이어가 고온으로 되는 것이 방지되고, 특히 캔 음료 등의 상품을 50 ~ 100℃의 고온으로 가열하는 경우에, 흡착된 수분의 방출이 억제되어 시스템 내의 수분 농도가 증가되는 것이 방지된다.
이하, 본 발명에 따른 실시예에 관하여 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 각 실시예에 있어서 선행하는 실시예와 동일한 구성을 갖는 것에 대해서는, 동일한 부호를 사용하고 상세한 설명을 생략한다.
(제 1 실시예)
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각 가열 시스템의 냉매 회로도이다. 본 실시예에 따른 냉각 가열 시스템은 압축기(1), 사방 밸브(이하, 밸브; 2), 어큐 뮬레이터(3), 실외 열교환기(이하, 교환기; 4), 실내 열교환기(이하, 교환기; 5)와 이들을 환상으로 접속하는 배관을 기본 구성으로 한다. 냉온장고는, 이러한 냉각 가열 시스템과, 내부에 교환기(5)를 배치한 수납실(6)로 이루어진다. 즉, 수납실(6)은 교환기(5)에 의해 냉각 및 가열되는 구획이다. 수납실(6)의 내부를 냉각하는 경우, 압축기(1)로부터 토출된 냉매는, 밸브(2)에서 유로가 스위칭되어 교환기(4)로부터 교환기(5)로 공급된다. 그리고 다시 밸브(2)를 경유하여 어큐뮬레이터(3)로부터 압축기(1)로 환류한다. 수납실(6)의 내부를 가열하는 경우, 압축기(1)로부터 토출된 냉매는, 밸브(2)에서 유로가 스위칭되어 교환기(5)로부터 교환기(4)로 공급되고, 다시 밸브(2)를 경유하여 어큐뮬레이터(3)로부터 압축기(1)로 환류한다. 즉, 밸브(2)는 배관의 유로를 선택하기 위한 스위칭 밸브이다. 밸브(2)는 회전식 밸브와 스테핑 모터의 조합으로 이루어지거나, 또는, 전자(電磁) 밸브 등으로 이루어진다.
여기에서, 교환기(5)는 캔 음료 등의 냉각 가열하는 대상물이 수납된 수납식(6) 내에 설치되고, 압축기(1), 밸브(2), 어큐뮬레이터(3), 교환기(4)는 수납실(6)의 외부에 배치된다. 또한, 압축기(1), 교환기(4), 교환기(5)는 각각 독립적인 팬(7,8,9)에서 필요에 따라 송풍되어, 공냉 및 열교환이 촉진된다.
또한, 교환기(4)와 교환기(5)는 두 개의 병렬하는 배관으로 접속된다. 한 쪽의 배관에서는 가열용 캐필러리 튜브(이하, 캐필러리; 10)와 가열용 양방 밸브(이하, 밸브; 11)가 직렬로 접속되어 있다. 다른 쪽에는 냉각용 캐필러리 튜브(이하, 캐필러리; 12)와 냉각용 양방 밸브(이하, 밸브; 13), 드라이어(14)가 직렬로 접속 되어 있다. 즉 팽창 기구인 캐필러리(10,12)와 교환기(4)의 사이는 두 개의 병렬하는 배관으로 접속되어 있다. 밸브(11,13)는, 회전식 밸브와 스테핑 모터의 조합으로 이루어지거나, 또는 전자 밸브 등으로 이루어진다. 드라이어(14)는 밸브(13)와의 접속구를 상방으로 하고, 교환기(4)와의 접속구를 하방으로 하여 거의 수직으로 설치되어 있다.
그리고, 밸브(11,13) 및 드라이어(14)는 동시에 교환기(4)의 근방에 설치되고, 특히 가열시에 저온이 되는 캐필러리(10)와 교환기(4)와의 거리가 최단이 되도록 설계되어 있다. 또한, 캐필러리(10,12)와 교환기(5)와의 거리도 최단이 되도록 설계되어 있다.
도 2는 도 1에 도시된 냉각 가열 시스템의 제어 블록도이다. 지시부(15)는 교환기(5)를 냉각으로 운전하거나, 가열로 운전 하는 것을 결정하는 사용자로부터의 입력을 획득한다. 지시부(15)는 스위치 등으로 이루어진다. 제어부(16)는 지시부(15)로부터의 입력에 기초하여, 밸브(2,11,13)를 스위칭한다. 또한 압축기(1)의 동작 상태를 검지한다. 검지부(19)는 수납실(6) 내에 배치되어, 교환기(5)에 의한 조정 온도를 검지한다.
이와 같이 구성되는 본 구성의 냉온 스위칭 시스템에 대해서, 그 동작을 설명한다. 수납실(6)의 내부를 냉각하는 경우, 제어부(16)는 밸브(13)를 개방하고, 밸브(11)를 폐쇄하여 압축기(1)를 구동한다. 압축기(1)로부터 토출된 냉매는 밸브(2)에서 유로가 스위칭되어 교환기(4)로 공급되고 응축 액화한다. 교환기(4)로부터 토출된 액체 냉매는 드라이어(14)에 공급된다. 상기 액체 냉매의 온도는 교환기(4) 의 응축 온도와 거의 동일하게 30 ~ 40℃가 된다. 이때, 드라이어(14) 내부에서 액체 냉매가 체류함과 동시에, 드라이어(14) 내부에 설치된 합성 제오라이트(도시하지 않음)와 액체 냉매가 접촉하여 액체 냉매 중의 수분이 제거된다.
그리고, 드라이어(14)로부터 토출된 액체 냉매는 밸브(13)를 경유하여 캐필러리(12)에서 감압되고 교환기(5)로 공급되어 증발 기화하고, 가스 냉매는 다시 밸브(2)를 경유하여 어큐뮬레이터(3)로부터 압축기(1)로 환류한다. 여기에서 교환기(5)의 증발 온도는 수납실(6)의 설정 온도에 따라 크게 변화한다. 일반적으로 캔 음료 등을 냉각하는 경우는 설정 온도는 5 ~ 10℃이고, 교환기(5)의 증발 온도는 -15 ~ -5℃가 된다.
또한, 수납실(6)의 내부를 가열하는 경우, 제어부(16)는 밸브(13)를 폐쇄하고, 밸브(11)를 개방하여 압축기(1)를 구동한다. 압축기(1)로부터 토출된 냉매는 밸브(2)에서 유로가 스위칭되어 교환기(5)로 공급되고 응축 액화한다. 상기 액체 냉매의 온도는 수납실(6)의 설정 온도에 따라 크게 변화한다. 일반적으로 캔 음료 등을 가열하는 경우는 설정 온도는 50 ~ 60℃ 이고, 교환기(5)의 응축 온도는 70 ~ 80℃가 된다. 만일, 드라이어(14)가 이러한 온도에 노출되면, 내부에 설치된 합성 제오라이트(도시되지 않음)의 수분 흡착 용량이 절반 정도로 낮아지고, 이미 흡착된 수분을 방출할 가능성이 있다.
교환기(5)로부터 토출된 액체 냉매는 더욱 캐필러리(10)에서 감압된 후, 밸브(11)를 경유하여 교환기(4)로 공급되어 증발 기화하고, 가스 냉매는 다시 밸브(2)를 경유하여 어큐뮬레이터(3)로부터 압축기(1)로 환류한다. 이때, 드라이어(14) 내부의 대부분의 액체 냉매는 체류하지 않아, 교환기(4)의 증발 온도와 거의 동일한 온도의 포화 가스 냉매로 충만된다. 교환기(4)의 증발 온도는 5 ~ 15℃가 된다.
그리고, 가열 중에 수납실(6)의 온도가 설정값까지 상승하면, 검지부(19)가 그것을 검지하고, 제어부(16)는 압축기(1)를 정지하는 동시에 밸브(13)을 개방하고, 밸브(11)를 폐쇄하도록 스위칭한다. 이 때, 액체 냉매는, 온도 및 압력이 높은 교환기(5)로부터 캐필러리(12)와 밸브(13)를 경유하여 서서히 외기 온도 수준까지 냉각되면서, 드라이어(14)와 교환기(4)로 이동하고, 시스템 내의 압력이 서서히 균형을 맞춰 간다. 그리고, 드라이어(14) 내부를 액체 냉매가 통과하는 때에, 드라이어(14) 내부에 설치된 합성 제오라이트(도시되지 않음)와 액체 냉매가 접촉하여 액체 냉매 중의 수분이 제거된다.
이와 같이, 캐필러리(10,12)로 이루어지는 팽창기구와 교환기(4)를, 병렬하는 배관으로 접속한다. 그리고, 제어부(16)는, 밸브(2,11,13)을 제어하고, 수납실(6) 내부를 냉각하는 경우, 경로 내에 드라이어(14)를 포함하는 한쪽의 배관으로 냉매를 흘려보낸다. 한편, 수납실(6) 내부를 가열하는 경우는 경로 내에 드라이어(14)를 포함하는 배관을 제외한 다른 배관으로 냉매를 흘려 보낸다. 제어부(16)는 이러한 교환기(5)의 운전 상태를 스위칭한다. 이와 같은 구성에 의해, 특히 증발 온도가 낮은 냉각 시에는 항상 드라이어(14)에 냉매를 흘려보냄으로써 수분 결빙에 의한 수분 협착(choke)의 위험성이 회피된다. 또한, 가열시에는 드라이어(14)에 냉매를 흘려보내지 않음으로써, 드라이어(14)의 고온화가 방지되고, 흡착된 수분의 방출이 억제되어, 시스템 내의 수분 농도 증가가 방지된다.
또한, 수납실(6) 내부를 가열하는 도중에 제어부(16)가 압축기(1)를 정지한 경우, 제어부(16)는 밸브(11,13)을 제어하고, 경로 내에 드라이어(14)를 포함하는 배관으로 냉매를 흘려 보낸다. 이렇게 함으로써, 가열 중에 압축기(1)가 정지하여 시스템 내의 압력의 균형이 맞춰질 때에, 교환기(5)에서 체류하는 액체 냉매가 드라이어(14)를 경유하여 교환기(4)로 서서히 이동하고, 냉매 중의 수분이 제거된다. 또한, 드라이어(14)는 수납실(6)의 외부에, 병렬 배관의 분기점 보다 하방에 배치되는 것이 바람직하다. 이러한 구성에서는, 수납실(6) 내부를 가열하는 중에 압축기(1)가 정지한 경우, 시스템 내부 압력의 균형이 맞춰질 때, 병렬 배관의 유로를 스위칭할 필요가 없다. 즉 교환기(5)에 체류하는 액체 냉매가 드라이어(14)와 교환기(4)에 분배되면서 서서히 이동하여, 냉매 중의 수분이 제거된다.
한편, 수납실(6) 내부를 가열 중에 제어부(16)가 압축기(1)의 운전을 개시한 경우, 제어부(16)는 밸브(11,13)를 제어하고, 경로 내에 드라이어(14)를 포함하는 배관을 제외한 다른 배관으로 냉매를 흘려 보냄으로써, 드라이어로 냉매를 흘려보내지 않는다. 이렇게 하여, 드라이어(14)의 고온화가 방지되고, 흡착된 수분의 방출이 억제되어, 시스템 내의 수분 농도 증가가 방지된다.
또한, 교환기(5)와 캐필러리(10)의 접속 배관을 최단이 되도록 설계함으로써 가열시의 필요 냉매량을 억제할 수 있다. 또한, 냉각 시에만 드라이어(14)에 액체 냉매를 체류시킴으로써, 냉각시와 가열시의 증발 온도의 차이로부터 발생하는 압축기(1) 내의 냉매 체류량의 차이를 완화시킬 수 있다.
다음으로, 도 3의 냉각 가열 시스템의 냉매 회로도를 이용하여 본 실시예와 다른 구성을 설명한다. 도 3의 구성과 도 1의 구성의 다른 점은, 밸브(11)를 대신하여 가열용 역류 방지 밸브(이하, 밸브; 17)를, 밸브(13)를 대신하여 냉각용 역류 방지 밸브(18)를 각각 이용하고 있다는 것이다. 밸브(17)는 캐필러리(10)로부터 교환기(4)로 흐르는 방향을 정방향으로 하고, 교환기(4)로부터 캐필러리(10)로 향하는 역방향으로는 흐르지 않도록 설치된다. 또한, 밸브(18)는 드라이어(14)로부터 캐필러리(12)로 흐르는 방향을 정방향으로 하고, 캐필러리(12)로부터 드라이어(14)로 향하는 역방향으로는 흐르지 않도록 설치된다. 또한, 이 경우, 제어부(16)는 밸브(17,18)를 제어할 필요가 없다. 그 이외의 구성은 도 1과 동일하다.
이러한 구성에서도, 냉각시 및 가열시에 상기와 같은 방법으로 냉매가 흐른다. 그리고, 가열중에 수납실(6)의 온도가 설정값까지 상승하면, 검지부(19)가 그것을 검지하고, 제어부(16)는 압축기(1)를 정지한다. 이 때, 액체 냉매는, 온도 및 압력이 높은 교환기(5)로부터, 캐필러리(10)와 밸브(17)를 경유하여 서서히 외기 온도 수준까지 냉각되면서, 드라이어(14)와 교환기(4)로 분배되어, 시스템 내의 압력이 서서히 균형을 맞추게 된다. 그리고, 드라이어(14) 내부에 액체 냉매가 체류할 때에, 드라이어(14) 내부에 설치된 합성 제오라이트(도시되지 않음)와 액체 냉매가 접촉하여 액체 냉매 중의 수분이 제거된다.
이와 같이, 역류 방지 밸브(17,18)를 이용하여, 캐필러리(10,12)로 이루어지는 팽창기구와 교환기(4)를, 병렬하는 배관으로 접속한다. 그리고, 수납실(6) 내부를 냉각하는 경우, 제어부(16)가 밸브(2)를 스위칭하여 경로 내에 드라이어(14)를 포함하는 한쪽의 배관으로 냉매를 흘려 보낸다. 한편, 수납실(6) 내부를 가열하는 경우, 제어부(16)는 경로 내에 드라이어(14)를 포함하는 배관을 제외한 다른 배관으로 냉매를 흘려 보낸다. 이러한 구성에 의해, 특히 증발 온도가 낮은 냉각시에는, 항상 드라이어(14)에 냉매를 흘려보내 수분 결빙에 의한 수분 협착의 위험성이 회피된다. 또한, 가열시에는 드라이어(14)로 냉매를 흘려 보내지 않음으로써, 드라이어(14)의 고온화가 방지되고, 흡착된 수분의 방출이 억제되며, 시스템 내의 수분 농도의 증가가 방지된다. 역류 방지 밸브를 이용하여 병렬 배관의 유로를 스위칭하는 것으로, 저렴한 기구가 실현된다.
또한, 본 실시예에 있어서, 캐필러리(10)와 캐필러리(12)로 이루어지는 팽창기구를 이용하고 있지만, 도 4에 의한 하나의 팽창 기구인 캐필러리 튜브(10A) 또는 전동 팽창 밸브를 냉각/가열용으로 공용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이 경우, 냉각시와 가열시의 최적 조임량을 조정하는 기구와, 냉각용 캐필러리 튜브와 가열용 캐필러리 튜브를 스위칭하는 기구가 불필요하게 된다. 그래서, 최적 조임량의 조정이 저렴하게 실현될 수 있다. 또한, 도 1의 구성과 마찬가지로, 밸브(17,18)를 대신하는 밸브(11,13)를 이용하여, 제어부(16)에서 제어를 수행하여도 무방하다. 또한, 팽창기구가 되는 캐필러리(10,12), 또는 캐필러리 튜브(10A)와, 교환기(5)와 밸브(2)와의 접속 배관과 밸브(2)와 압축기(1)와의 접속 배관을 열교환하여, 냉각시의 냉각 효과를 높이도록 하여도 무방하다.
또한, 가열중에 압축기(1)가 정지한 경우, 드라이어(14)에 액체 냉매가 체류되기 쉽도록, 교환기(4)를 드라이어(14)보다 상방에 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 구성에 따르면 냉각중에 압축기(1)가 운전하는 경우에 드라이어(14) 내에 액 체 냉매가 체류하여 리시버의 역할을 수행한다. 그래서 가열시의 필요 냉매량과 냉각시의 필요 냉매량과의 차이를 저감 또는 해소할 수 있다.
예를 들면, 냉매로서 자연 냉매인 R600a를 이용하는 경우, 냉매 봉입량을 억제하기 위해, 일반적으로 셀 내 저압식 압축기와 광유계 냉동기유(鑛油係 冷凍機油)가 이용된다. 여기에서, 수납실(6) 내부를 냉동 또는 냉장하는 냉각시의 증발온도인 -30 ~ -10℃에 대해서, 대기의 열을 이용하는 가열시에는 증발온도가 0 ~ 30℃로 높게 된다. 결과적으로 가열시에 압축기(1)내부에 저장 및 잔류되는 냉동기유 중의 냉매 용해량이 5 ~ 20 중량% 정도 증가한다. 이것은, 냉동기유의 중량 200 ~ 400g 에 대해 10 ~ 80g 이 되기 때문에, 가열시의 필요 냉매량과 냉각시의 필요 냉매량의 차이를 조정할 필요가 발생한다. 본 실시예에 있어서, 드라이어(14)의 용량을 시스템의 운전 조건과 각 부분의 용량에 맞추어 냉각 시에 액체 냉매가 10 ~ 80g 저장 및 잔류되도록 설계하면, 가열 시에 냉매가 냉동기유 중에 용해됨에 따라 부족된 냉매량을 공급하는 것이 가능하다.
또한, 이러한 가열시의 필요 냉매량과 냉각시의 필요 냉매량의 정량적인 차이는 냉매와 냉동기유, 및 압축기(1)의 사양이 다르기 때문에 발생한다. 그러나, 냉장이나 냉동을 필요로 하는 냉각시에 비해서, 가열시에 냉동기유 중에 용해하는 냉매량이 증가되는 것에는 변함이 없다. 그러므로, 드라이어(14)의 용량을 시스템의 운전 조건과 각부의 용량에 맞추어 설계하면 동일한 효과를 얻을 수 있다.
다음, 도 4의 냉각 가열 시스템의 더욱 바람직한 구성 및 도 4의 냉각 가열 시스템에 추가하여 다른 시스템을 조합시킨 냉온장고에 관해 설명한다. 또한, 이들 의 구성은 도 1, 도 3의 구성과 조합시켜도 무방하다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 다른 냉각 가열 시스템의 냉매 회로도이다. 도 6은 도 5에 도시된 냉각 가열 시스템의 운전 범위를 도시한 도면이다.
도 5에 도시된 냉온장고는, 냉각/가열의 스위칭이 가능한 수납실(6), 냉각 전용의 수납실(21,22)로 이루어지는 저장실을 포함한다. 수납실(6)을 냉각 또는 가열하는 냉각 가열 시스템(51)은 도 4에 도시된 시스템과 동일하다. 또한, 도 5에서는, 제어부(16) 등은 도시되지 않았지만, 압축기(1)의 운전 등은 도 2에 도시된 것과 같이 제어부(16)가 제어한다. 여기에서 압축기(1)는 높은 끓는점을 갖는 냉매인 R600a (CH(CH3)3)을 냉매로 하는 고증발 온도용 왕복(reciprocation)형 압축기이다. 도 5에 도시된 냉각 가열 시스템은 또한 냉각 시스템(52)을 포함한다. 냉각 시스템(52)은 저증발 온도용 일정속(一定速) 압축기(이하, 압축기; 29), 실외 열교환기(25), 증발기(23,24), 팽창 밸브(26,27)와 이들을 환상으로 접속하는 배관으로 구성된 냉각 사이클을 포함하며, 수납실(21,22)을 냉각한다. 즉, 냉각 시스템(52)은 교환기(5)의 냉각, 가열하는 장소인 수납실(6)과는 다른 장소인 수납실(21,22)을 냉각한다.
교환기(5)와 교환기(4)는, 냉매의 응축 또는 증발을 수행하는 핀 튜브 열교환기이고, 응축 능력과 착상 내력(着霜耐力)이 균형적으로 설계되어 있다. 예를 들면, 교환기(5)는 응측 온도와 흡입 공기 온도와의 차이가 10℃ 일 때는 150 ~ 200W 의 가열 능력을 갖고, 증발 온도와 흡입 공기 온도와의 차이가 10℃ 일 때는 150 ~ 200W의 냉각 능력을 갖는다.
또한, 캐필러리 튜브(이하, 캐필러리; 10A)는 가열과 냉각의 양방의 모드에서 사용하여 통과하는 냉매의 압력을 저하시켜 증발 압력을 조정한다. 팬(7)은 수납실(6)의 냉각시 구동되어 운전 중인 압축기(1)를 항상 냉각시킴과 동시에, 수납실(6)의 가열시에는 압축기(1)가 80℃ 이상의 비정상적으로 높은 온도가 될 때에 구동되어 70℃ 이하로 안정될 때까지 압축기(1)를 냉각한다. 즉, 압축기(1)를 냉각하는 독립적인 팬(7)을 설치하고, 수납실(6)을 냉각하는 경우에는 압축기(1)의 운전중에 팬(7)을 가동한다. 또한, 외기가 매우 저온인 경우 등, 소정의 낮은 외기 온도 조건의 경우에는 팬(7)을 정지하여도 무방하다. 수납실(6)을 가열하는 경우에는 압축기(1)가 소정 온도 이하가 되면 팬(7)을 정지시킨다. 이렇게 함으로써, 냉각시에 팬(7)을 운전하여 압축기(1)의 온도를 낮추어 압축기 효율을 향상시키는 동시에, 가열시에 팬(7)을 정지시킴으로써 단속 운전시에 응축 압력이 고내 온도에 해당하는 압력까지 상승하는 특성이 우수하여, 압축기(1)의 단속 운전에 수반되는 가열 손실을 감소시켜 고효율화를 도모할 수 있다.
압축기(29)는 실외 열교환기(25), 증발기(23,24), 팽창 밸브(26,27)와 함께 냉각 사이클을 구성하며, 수납실(21,22)을 냉각한다. 압축기(29)는, R600a를 냉매로 하는 가정용 냉장고에 이용되는 압축기이고, 응축 온도 54.4℃, 증발온도 -12.2℃의 냉각 조건에서 약 250W의 냉동 능력을 갖는다. 팽창 밸브(26,27)는 각각 통과하는 냉매의 압력을 저하시키는 동시에 폐색 기능을 갖는다. 팬(30)은 냉각 가열 시스템에 연동하여 구동하고, 실외 열교환기(25)와 압축기(8)를 냉각한다.
여기에서, 도 6에 도시된 바와 같이, 가열 모드에서의 냉각 가열 시스템의 운전 범위인 영역(31)과, 냉각 모드에서의 운전 범위인 영역(32)은 응축 온도와 증발 온도와의 상관 관계가 거의 동일하다. 즉, 영역(32)보다도 응축 온도가 높은 가열 모드에서는, 냉각 모드 보다도 높은 증발 온도가 되는 영역(31)에서 냉각 가열 시스템이 운전되기 때문에, 고정 저항인 캐필러리(10A)는 가열과 냉각의 양방의 모드에서 사용될 수 있다.
또한, 도 6에 있어서, 방향(p1,p2)은 압축기(1)의 능력을 가변시킬 때에 운전 상태가 변화하는 방향을 나타내고, 방향(q1,q2)은 응축 온도를 가변시킬 때의 운전 상태가 변화하는 방향을 나타낸다. 즉, 고정 저항인 캐필러리(10A)를 이용하여도, 압축기(1)의 능력을 가변시키는 것에 의해, 어느 정도의 증발 온도의 제어가 가능하다. 예를 들면, 가열 모드 중의 증발 온도가 5℃ 이하가 되지 않도록 압축기(1)의 능력을 변화시키면, 증발기가 되는 교환기(4)에 있어서 착상이 회피되어 결로가 저감된다.
위와 같이 구성된 냉온장고에 관해서, 이하 그 동작을 설명한다. 수납실(6)을 냉각하는 경우, 밸브(2)는 냉각측으로 스위칭되어 압축기(1)가 구동된다. 압축기(1)로부터 토출된 냉매는, 밸브(2)를 경유하여 교환기(4)에서 응축된 후, 캐필러리(10A)에서 감압되어, 교환기(5)로 공급된다. 그리고, 교환기(5)에서 증발된 냉매가 압축기(1)로 환류한다. 이 때, 수납실(6)이 소정의 온도에 가까워지면 압축기(1)를 감속하여 능력을 저하시킴으로써, 증발 온도가 상승하고 냉각 효율이 향상된다. 예를 들면 외기온도 15℃의 안정 운전 조건에서는, 수납실(6)의 안정 시의 열 부하는 100 ~ 200W 정도가 되어, 압축기(1)는 증발 온도 -20 ~ -15℃, 응축온도 30 ~ 40℃의 운전 조건에서 58 ~ 72 rps의 고회전으로 실질적으로 연속 운전하도록 제어된다. 그리고, 수납실(6)이 소정의 온도에 도달하면 압축기(1)의 운전은 정지된다.
또한, 예를 들면 외기온도 15℃에서 전원 투입시로부터 냉각하는 경우는, 수납실(6)의 온도가 높기 때문에 교환기(5)의 증발 온도가 상승하여 냉각 능력이 증가한다. 즉 능력의 자동 조정 기능이 동작한다. 그래서, 전원 투입시로부터 냉각할 때는 압축기(1)를 고회전으로 연속 운전하여, 증발 온도 -10℃ 및 응축온도 50℃의 고능력 운전 조건이 된다. 그리고 수납실(6)의 온도 저하에 따라 상기한 안정 운전 조건으로 자동적으로 이행된다.
한편, 수납실(6)을 가열하는 경우, 밸브(2)가 가열측으로 스위칭되어 압축기(1)가 구동된다. 압축기(1)로부터 토출된 냉매는, 밸브(2)를 경유하여 교환기(5)에서 응축된 후, 캐필러리(10A)에서 감압되어 교환기(4)로 공급된다. 그리고, 교환기(4)에서 증발된 냉매가 압축기(1)로 환류한다.
이 때, 예를 들면 외기 온도 15℃에서는 수납실(6)의 안정 시 열부하는 100 ~ 200W 정도이다. 따라서, 압축기(1)는 증발 온도 5 ~ 10℃ 및 응축온도 55 ~ 65℃의 운전 조건에서 27 ~ 35 rps 의 저회전으로 연속 운전하도록 제어된다. 이보다 고회전수에서 운전하면, 능력 과다가 되어 교환기(5)의 응축 온도가 압축기(1)의 한계를 넘도록 상승하여, 내구성의 저하를 초래한다. 또한, 압축기(1)를 단속 운전할 필요가 발생하고, 정지 상태로부터 교환기(5)의 온도가 소정 온도에 도달하기까 지의 불필요한 운전이 발생하여 전체적인 효율의 저하가 초래된다.
또한, 예를 들면 외기 온도 15℃에서 전원 투입시로부터 가열하는 경우는, 수납실(6)을 통상 400W 정도로 가열할 필요가 있다. 이 때, 압축기(1)는 증발 온도 +0 ~ +5℃ 및 응축온도 70 ~ 75℃의 운전 조건에서 72rps의 고회전으로 연속 운전하도록 제어된다. 여기에서 중요한 점은, 냉각하는 경우에 보여주는 능력의 자동 조정기구가 가열하는 경우에는 동작하지 않아, 압축기(1)의 능력이 과도하게 커질 때에 교환기(5)의 응축 온도가 높게 되고, 더욱 가열 능력이 증가하는 경향이 있다는 점이다. 또한, 수납실(6)의 온도가 낮을 때는 응축온도가 낮게 되고, 역으로 가열 능력이 낮게 되는 경향이 있기 때문에, 가열 능력을 높이는 제어가 필요하게 된다. 본 실시예에 따르면, 압축기(1) 표면에서의 불필요한 방열을 억제하기 위해 팬(7)이 정지된다. 더욱 교환기(5)에 부착된 보조 히터(39)를 전원 투입시로부터의 기동 초기에 통전(通電)시켜 응축 온도를 70 ~ 75℃로 유지하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 발명의 구성에 있어서 효율적으로 수납실(6)의 냉각 및 가열을 실현하도록, 전원 투입시로부터 냉각할 때는 압축기(1)의 회전수를 비교적 고회전으로 유지하도록 하는 것이 바람직하다. 한편, 전원 투입시로부터 가열할 때에는 수납실(6) 내의 온도가 상승함에 따라서, 압축기(1)의 회전수를 27 ~ 35rps까지 순차 저하시켜 능력을 조정할 필요가 있다. 또한, 수납실(6) 내부의 온도가 상승하는 과정에서, 응축 온도가 압축기(1)의 한계를 넘어서지 않도록, 바람직하게는, 교환기(5)의 응축 온도를 검지하는 온도 센서를 설치하고 교환기(5)의 응축 온도가 소정값을 넘어서면 압축기(1)의 회전수를 낮추는 제어를 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 본 실시예에 따르면, 15℃에 대한 냉각 안정시의 수납실(6)의 냉각 부하를 100 ~ 200W 정도, 가열 안정시의 수납실(6)의 가열 부하를 100 ~ 200W 정도로 설정하고 있다. 이것은 냉온장고를 자동 판매기에 적용하는 경우의 알반적인 요건이다. 그러나 다른 자동 판매기에 있어서도 15 ~ 25℃의 상온 부근에서는 냉각 부하와 가열 부하는 거의 같은 정도이고, 가열시에 비해서 냉각시의 증발온도가 낮다. 그래서, 가열 안정시의 과도한 가열 능력을 억제하기 위해 압축기(1)의 능력을 감소시킬 필요가 있다는 점에는 변함이 없다.
또한, 본 실시예에 있어서, 전원 투입시로부터 가열할 때에 수납실(6)을 보조 히터(39)와 냉각 가열 시스템의 양방으로 가열하는 예를 설명하고 있다. 그러나, 전원 투입시로부터 가열할 때에 보조 히터(39) 등을 이용하여, 수납실(6)의 온도가 안정되는 시점에서 냉각 가열 시스템의 가열 능력으로 보온하여도, 보온시의 가열 효율 개선이 실현될 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면, 냉각 가열 시스템의 고정 저항으로서 캐필러리(10A)를 이용하고 있지만, 전동 팽창 밸브에 의한 가변 저항을 이용하여도 무방하다. 가변 저항을 이용한 경우, 응축 온도가 상승하기 어려운 전원 투입시로부터 가열할 때에 가변 저항을 작게하는 것으로 냉각 가열 시스템의 전원 투입시의 가열 능력을 개선함과 동시에, 보조 히터(39)의 저입력화를 도모할 수 있다. 한편, 수납실(6)의 냉각시는 저항을 미세 조정할 필요가 없고, 캐필러리 튜브를 이용하면 압축기(1)의 흡입 배관과 열교환시킴으로써 냉각 효과를 높일 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 수납실(6)을 가열하는 경우의 교환기(4)의 증발 온도는, 0 ~ 10℃의 효율이 높은 범위에서 임의로 조정된다. 특히 냉온장고를 포함하는 자동 판매기가 실내에 설치되어 수납실(6) 내부의 결로수가 배출되지 않는 경우는, 결로되지 않는 범위에서 냉각 가열 시스템을 가동시키는 것이 바람직하다. 또한, 우천 등의 높은 습도 조건에서는 보조 히터(39)에 의한 가열로 스위칭되는 것이 바람직하다. 또한, 수납실(6)을 가열하는 경우 교환기(4)의 입구 배관에 결로 센서를 설치하여 상황을 검지하여도 무방하다.
이와 같이, 도 5에 도시된 냉온장고는, 수납실(21,22)용의 냉각 시스템(52)과는 별도로, 수납실(6)을 냉각/가열하는 전용의 냉각 가열 시스템(51)을 포함한다. 또한 냉각 가열 시스템(51)은, R600a를 냉매로 하는 압축기(1)와, 교환기(4,5)와, 밸브(2)와, 캐필러리(10A)를 포함한다. 상기 냉각 가열 시스템은, 부품 개수가 적고 저렴한 구성으로, 실외의 대기와 열교환함으로써, 증발 온도 -10 ~ 10℃의 고온 조건으로 유지되여 압축비를 저감할 수 있다. 또한, R600a를 냉매로 하는 압축기(1)를 이용함으로써, 대량으로 생산되는 끓는점이 높은 냉매인 R134a (CH2FCF3)를 냉매로 하는 저증발온도용 왕복형 압축기를 유용(流用)할 수 있다. 그리고, 증발 온도 -10 ~ 10℃ 및 응축 온도 60 ~ 80℃의 가혹한 가열 조건에 있어서 압축기(1)의 내구성 확보 및 압축기(1)의 고효율화가 용이하게 실현될 수 있다.
일례로서, 냉동기기에 사용되고 있는 각종 냉매에 있어서, 증발온도 -15℃/응축온도 70℃의 조건에서의 저압 압력, 고압 압력, 압축비, 토출 가스 온도, 및 체적능력과 이론 효율의 상대값을 표 1에 나타내고 있다. 또한 증발온도 5℃/응축 온도 70℃의 조건에서의 저압 압력, 고압 압력, 압축비, 토출 가스 온도, 및 체적 능력과 이론 효율의 상대값을 표 2에 나타내고 있다. 여기에서, 표 1, 표 2의 값은, 과냉각 0℃, 흡입 가스 온도 32℃, 단열 압축 조건에서의 계산값이다. 또한, 표 1, 표 2에 따른 R407C (CH2F2 와 CHF2CH3 와 CH2FCF 3 의 23:25:52 혼합비)는 액체 상태선과 기체 상태선의 평균 온도가 소정 온도가 되는 저압 압력 및 고압 압력을 선정하고 있다.
종류 끓는점이 높은 냉매 끓는점이 낮은 냉매
냉매 번호 R134a R600a R407C R290
끓는점(℃) -26.1 -11.6 (-40) -42.1
저압 압력(kPa) 164 89 300 292
고압 압력(kPa) 2117 1086 3300 2586
압축비 12.9 12.2 11.0 8.9
토출가스 온도(℃) 123 105 137 120
체적능력 52 29 88 77
이론효율 75 80 72 74
종류 끓는점이 높은 냉매 끓는점이 낮은 냉매
냉매 번호 R134a R600a R407C R290
끓는점(℃) -26.1 -11.6 (-40) -42.1
저압 압력(kPa) 243 130 603 406
고압 압력(kPa) 2117 1086 3300 2586
압축비 8.7 8.4 5.5 6.4
토출가스온도(℃) 112 95 111 109
체적능력 100 55 156 131
이론효율 100 106 95 97
표 1에 나타난 바와 같이, 증발온도 -15℃/응축온도 70℃의 조건에서는, 끓는점이 높은 냉매인 R134a 와 R600a를 이용하면 압축비가 12를 넘게 된다. 그 때문에, 과압축이 발생하는 실제의 동작 조건에서 토출 가스 온도가 비정상적으로 상승하여 압축기의 내구성이 저하되는 것이 우려된다. 또한, 끓는점이 낮은 냉매인 R407a 와 R290 (CH3CH2CH3)을 이용하면 고압 압력이 2.5MPa를 넘게 된다. 그 때문에, 축 지지부의 내하중성이 부족하여 이상 마모가 발생하여 압축기의 내구성이 저하될 우려가 있다.
한편, 표 2에 나타난 바와 같이, 증발 온도 5℃/ 응축온도 70℃의 조건에서는, 끓는점이 높은 냉매인 R134a와 R600a를 이용하면 압축비가 9 이하가 되는 통상의 사용 가능 범위가 된다. 더욱, R600a는 R134a에 비해 체적 능력이 작고 고효율적이어서, 자판기의 단열재로 둘러싸인 저장실을 가열하는 가열 시스템에 있어서 소능력 및 고효율이 요구되는 용도에 적합하다. 또한, 상기 응축 온도 조건에서, 끓는점이 낮은 냉매인 R407C와 R290을 이용하면 고압 압력이 증가하여 압축기의 내구성 문제가 발생하는 것은 변함이 없다.
또한, 셀 내부가 증발 압력으로 유지되는 왕복형 압축기를 이용함으로써, 단속 운전시에 응축 압력이 고내부 온도에 해당하는 압력까지 상승하는 특성이 우수하게 되고, 압축기의 단속에 수반되는 가열 손실을 감소시켜 고효율화를 도모할 수 있다.
수납실(6)을 냉각/가열하는 경우, 비교적 증발 온도가 낮고 흡입 가스 밀도가 작은 냉각 운전시에는 고속 운전하고, 비교적 증발 온도가 높은 흡입 가스 밀도가 큰 가열 운전시에는 저속 운전하도록 하는 것이 바람직하다. 이에 의해, 각각의 운전 조건에서 거의 동일한 냉각 능력과 가열 능력이 얻어지고, 냉각 가열 시스템의 압축기로서 충분한 능력이 실현될 수 있다. 특히 응축 온도가 높은 압축기(1)의 단속 운전에 따른 가열 손실이 큰 가열시에는 실질적인 연속 운전에 의해 효율화가 도모된다.
수납실(21,22)을 냉각하는 경우, 압축기(29)가 구동된다. 압축기(29)로부터 토출된 냉매는, 열교환기(25)에서 응축된 후, 팽창 밸브(26,27)에서 감압되고, 각각 증발기(23,24)로 공급된다. 그리고, 증발기(23,24)에서 증발된 냉매가 압축기(29)로 환류한다.
수납실(21,22)이 소정의 온도에 도달하면, 팽창 밸브(26) 또는 팽창 밸브(27)가 폐색되고, 수납실(21,22)이 동시에 소정의 온도에 도달하면, 압축기(29)의 운전이 정지된다. 이러한 제어는 제어부(16)에서 수행하거나, 별도의 제어부를 설치하여 수행하여도 무방하다. 예를 들면 외기온도 15℃에서는 수납실(21,22)의 안정시의 열부하는 100 ~ 300W 정도이므로, 압축기(29)는 증발 온도 -25 ~ -15℃ 및 응축 온도 30 ~ 40℃의 운전 조건으로 단속 운전된다.
일본 공개특허 2002-174478호 공보에 개시된 바와 같이 종래의 구성에서는, 끓는점이 낮은 냉매인 R407C를 냉매로 하고, 응축 온도 54.4℃ 및 증발 온도 -12.2℃의 냉각 조건에서 400 ~ 600W 의 냉동 능력을 갖는 압축기로 냉각 및 가열한다. 이에 대하여, 본 실시예에서는, 수납실(6)의 냉각을 압축기(1)로 수행하고, 수납실(21,22)의 냉각을 압축기(29)로 수행한다. 그에 의해, 각각 효율이 높은 끓는점이 높은 냉매인 R600a를 냉매로 사용할 수 있고, 소능력이지만 가정용 냉장고에 사용되는 저렴하고 압축기 효율이 높은 압축기를 이용할 수 있게 된다. 그 때문에 냉각시에 있어서도, 보다 효율화를 도모할 수 있다.
수납실(21,22)을 전원 투입시로부터 냉각하는 경우는, 수납실(6)의 냉각시와 마찬가지로, 능력의 자동 조정 기능이 작용하여, 팽창 밸브(26) 또는 팽창 밸브(27)을 미세하게 조정할 필요가 없다. 또한, 수납실(21,22)의 한쪽만을 냉각하는 상태에서는, 한쪽의 팽창 밸브가 폐색되어 순환량이 저하하도록 함으로써 증발온도가 -20℃ 이하로 낮아지도록 능력 조정된다.
(제 2 실시예)
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉각 가열 시스템의 냉매 회로도이다. 본 실시예에 따른 냉온장고는, 수납실(6)과, 압축기(1), 증발기(5B)와 응축기(5A), 증발기(4A)와 응축기(4B), 삼방향 스위칭 밸브(이하, 밸브(2A), 양방 밸브(이하, 밸브; 11,13), 드라이어(14)를 포함한다. 압축기(1)와 응축기(4B)와 드라이어(14)와 밸브(13)와 캐필러리 튜브(12)와 증발기(5B)는, 밸브(2A)를 통해 상기 순서대로 제 1 배관에 의해 환상으로 접속되어 있다. 또한, 압축기(1)와 응축기(5A)와 캐필러리 튜브(10)와 밸브(11)와 증발기(4A)는, 밸브(2A)를 통해 그 순서대로 제 2 배관에 의해 환상으로 접속되어 있다. 증발기(5B)와 응축기(5A)는 수납실(6) 내부에 설치되고, 증발기(4A)와 응축기(4B)는 수납실(6)의 외부에 설치되어 있다. 밸브(2A,11,13)는 냉각시와 가열시에 냉매 유로를 스위칭한다. 밸브(2A)는, 제 1 배관과 제 2 배관의 어느 한쪽을 선택하기 위한 스위칭 밸브이다.
응축기(5A), 증발기(5B)는 모두 핀 튜브 열교환기이다. 응축기(5A)는 착상을 고려하지 않고 높은 응축 능력을 우선하여, 핀 간격과 튜브 간격을 비교적 좁게 함과 동시에 냉매와 공기의 흐름이 대향하여 흐르도록 튜브의 접속이 설계되어 있다. 이 결과, 응축 온도와 흡입 공기 온도와의 차이가 10℃ 일 때, 200 ~ 300W의 가열 능력을 갖게 된다. 한편, 증발기(4A)는 낮은 외기 온도에서의 착상을 고려하여, 증발기(5B)와 동일하게 설계되어 있다.
여기에서, 압축기(1)는, R134a를 냉매로 하는 가정용 냉장고에 사용되고 있는 낮은 증발 온도용 왕복형 압축기의 냉매와 냉동기유를 교환하여 냉매 R600a와 광유계 냉동기유를 봉입한 것이다. 상기 낮은 증발 온도용 왕복형 압축기는, DC 인버터에 의해 구동되고, 표준 조건인 응축온도 54.4℃ 및 증발온도 -23.3℃에서의 냉동 능력으로 환산하여 100 ~ 250W의 범위로 능력이 가변될 수 있다. 마찬가지로, 냉매 R600a와 광유계 냉동기유를 봉입한 압축기(1)는, 응축온도 54.4℃ 및 증발온도 -12.2℃의 냉각 조건에서 70 ~ 180W의 냉동 능력을 갖는다. 또한, 응축온도 70℃ 및 증발온도 5℃의 가열 조건에서는 160 ~ 400W의 가열 능력을 갖는다.
도 8은 도 7에 도시된 냉각 가열 시스템의 제어 블록도이다. 이러한 구성은, 제 1 실시예에 있어서 도 2를 이용하여 설명한 구성에서 밸브(2)를 밸브(2A)로 치환한 것으로써, 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이 구성된 냉온장고에 대해서, 이하 그 작동을 설명한다. 수납실(6)을 냉각하는 경우, 제어부(16)는, 밸브(2A)를 냉각측으로 스위칭하여 압축기(1)를 구동한다. 압축기(1)로부터 토출된 냉매는, 밸브(2A)를 경유하여 응축기(4B)에서 응축된 후, 캐필러리(12)에서 감압되고 증발기(5B)로 공급된다. 그리고, 증발기(5B)에서 증발된 냉매는 압축기(1)로 환류한다. 이때, 응축기(4B)에 공급되어 응축 액화한 액체 냉매는 드라이어(14)로 공급된다.
수납실(6)이 소정의 온도에 가까워지면 검지부(19)가 이것을 검지하고, 제어부(16)는 압축기(1)를 감속하여 능력을 저하시킴으로써, 증발온도를 상승시켜 냉각 효율을 향상시킨다. 예를 들면 외기 온도 15℃에서 수납실(6)의 안정시 열 부하는 100 ~ 200W정도이다. 그 때문에 압축기(1)는 증발 온도 -20 ~ -15℃ 및 응축온도 30 ~ 40℃의 운전 조건에서 58 ~ 72rps의 고회전으로 거의 연속 운전하도록 제어된다. 그리고, 수납실(6)이 소정의 온도에 도달하면 제어부(16)는 압축기(1)의 운전을 정지한다.
또한, 예를 들면 외기 온도 15℃에서 전원 투입 시로부터 가열하는 경우는, 수납실(6)의 온도가 높기 때문에 증발기(5B)의 증발 온도가 상승하여 냉각 능력이 증가되고, 즉, 능력의 자동 조정 기능이 동작한다. 그 때문에, 압축기(1)의 능력을 세밀하게 제어할 필요가 없고, 안정시에 일치시켜서 고정하여도 무방하다.
한편, 수납실(6)을 가열하는 경우, 제어부(16)는 밸브(2A)를 가열측으로 스위칭하여 압축기(1)를 구동한다. 압축기(1)로부터 토출된 냉매는, 밸브(2A)를 경유하여 응축기(5A)에서 응축된 후, 캐필러리(10)에서 감압되고, 증발기(4A)로 공급된다. 그리고 증발기(4A)에서 증발된 냉매가 압축기(1)로 환류한다. 이때, 드라이어(14) 내부에서 대부분의 액체 냉매는 체류되지 않고, 증발기(4A)의 증발 온도와 거의 동일한 온도의 포화 가스 냉매로 가득차게 된다. 이와 같은 본 구성에 있어서도, 제 1 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
예를 들면 외기 온도 15℃에서 수납실(6)의 안정시 열부하는 100 ~ 200W 정도가 된다. 그 때문에, 압축기(1)는 증발 온도 5 ~ 10℃ 및 응축 온도 55 ~ 65℃의 운전 조건에서 27 ~ 35rps의 저회전으로 연속 운전하도록 제어된다. 이보다 높은 회전수에서 운전하는 경우는, 능력 과다가 되어 응축기(5A)의 응축 온도가 압축기(1)의 한계를 초과하도록 상승하여 내구성의 저하가 초래된다. 또한, 능력 과다인 압축기(1)를 단속 운전할 필요가 발생하고, 정지 상태로부터 응축기(5A)의 온도가 소정 온도에 도달하기까지의 불필요한 운전이 발생하여, 전체적인 효율의 저하를 초래한다.
또한, 예를 들면 외기 온도 15℃에서 전원 투입시로부터 가열하는 경우는, 수납실(6)을 통상 400W 정도로 가열할 필요가 있다. 이 경우, 압축기(1)는 증발 온도 +0 ~ +5℃ 및 응축 온도 70 ~ 75℃의 운전 조건에서 72rps의 고회전으로 연속 운전하도록 제어된다. 여기에서, 중요한 점은, 냉각하는 경우에 볼 수 있는 능력 자동 조정기구가 가열하는 경우에는 동작하지 않고, 수납실(6)의 온도가 낮은 때에는 응축온도가 낮게 되어, 역으로는 가열 능력이 저하되는 경향이 있기 때문에 가열 능력을 높이는 제어가 필요하게 된다는 것이다. 예를 들면 밸브(11)의 열림 정도를 열림상태로 하여 압축기(1)를 고회전으로 연속 운전함과 동시에, 압축기(1)의 표면에서의 불필요한 방열을 억제하기 위해 팬(7)을 정지시키는 것이 바람직하다.
따라서, 본 실시예의 구성에 있어서, 효율적인 수납실(6)의 냉각과 가열을 실현하도록, 전원 투입시로부터 냉각을 수행할할 때에는 압축기(1)의 회전수를 비교적 고회전으로 유지함이 바람직하다. 한편, 전원 투입시로부터 가열할 때에는 수납실(6) 내부의 온도가 상승함에 따라, 압축기(1)의 회전수를 27 ~ 35rps 까지 순차 저하시켜 능력을 조정할 필요가 있다. 또한, 수납실(6) 내부의 온도가 상승하는 과정에서, 응축 온도가 압축기(1)의 한계를 초과하지 않도록, 바람직하게는, 응축기(5A)의 응축 온도를 검지하는 온도 센서를 설치함과 동시에, 응축기(5A)의 응축 온도가 소정값을 초과하면 압축기(1)의 회전수를 낮추는 제어를 수행하는 것이 바람직하다.
또한, 제 1 실시예와 마찬가지로 수납실(21,22) 및 그 냉각 시스템을 별도로 설치하면, 냉각 시스템의 소능력화가 도모되고, 결과적으로 이론 효율이 끓는점이 높은 냉매(高沸点冷媒)인 R600a를 이용할 수 있게 된다.
또한 제 1 실시예와 마찬가지로 보조 히터(39)를 설치하여도 무방하다. 또한, 냉각 가열 시스템의 고정 저항으로서 캐필러리(10,12)를 이용하고 있지만, 전동 팽창 밸브와 같은 가변 저항을 이용하여 밸브(11,13)와 병용하여도 무방하다. 또는 밸브(11,13)에 도 3의 구성과 동일하게 역류 방지 밸브를 이용하여도 무방하다.
이상에 의해, 본 실시예에 대해서도, 제 1 실시예와 동일한 효과가 얻어진다.
(제 3 실시예)
도 9는, 본 발명의 제 3 실싱예에 있어서 냉각 가열 시스템의 냉매 회로도이다. 도 11은, 본 실시예에 있어서 실외 열교환기의 사시도이다.
본 실시예에서 냉각 가열 시스템은, 냉각 가열 시스템(51)과 냉각 시스템(52)를 포함한다. 냉각 가열 시스템(51)의 기본적인 구성은 제 1 실시예에서 도 3의 구성과 동일하다. 또한, 냉각 시스템(52)의 기본적인 구성은 도 5에 도시된 냉 각 시스템과 동일하다. 압축기(1)는, 도시되지 않은 단열 커버 내에 설치되고, 팬(7)에 의해 냉각됨과 동시에, 실내 열교환기(이하, 교환기; 5), 증발기(23), 증발기(24), 실외 열교환기(이하, 교환기; 61)에는 각각 독립적인 팬(8,41,42,62)이 설치되어 있다.
도 5에 나타난 구성과 본 실시예에 의한 구성의 차이점은, 교환기(61)이다. 교환기(61)는, 2 경로의 핀튜브 열교환기로 구성되어 있다. 한쪽의 경로는 냉각 가열 시스템(51)과 연결되고, 수납실(6)의 가열시는 증발기로서, 냉각시는 응축기로서 작용한다. 다른 쪽의 경로는 냉각 시스템(52)과 연결되고 응축기로서 작용한다.
냉각 가열 시스템(51)과 연결되는 냉매 배관은 냉각 시스템(52)의 냉매 배관의 바람이 불어 가는 방향에 배치시키는 것이 바람직하다. 더욱, 냉각 시스템(52)의 냉매는, 도 11에 점선 화살표로 나타난 3열의 중앙 하단에 배치된 입구 배관(53)으로부터 유입되고, 상단을 향하여 흐른 후, 바람이 불어 오는 방향의 열을 상단으로부터 하단으로 향하여 흘려보내고, 바람이 불어 오는 방향의 하단에 배치된 출구 배관(54)에서 유출된다. 한편, 냉각 가열 시스템(52)의 가열시의 냉매는, 실선 화살표로 나타나는 바람이 불어 가는 방향의 상단에 배치된 입구 배관(55)로부터 유입되어, 하단을 향하여 흐르고, 바람이 불어 가는 방향의 하단에 배치된 출구 배관(56)에서 유출된다. 또한, 냉각시에 있어서 냉매의 흐름은 역방향이 된다. 이러한 구성이 바람직하다. 더욱, 출구 배관(56)과 입구 배관(53)이 근접하여 배치되어 있는 것이 바람직하다. 또한 입구 배관(55)에는 결로 센서(57)가 부착되어 있다.
도 10은 도 9에 도시된 냉각 가열 시스템의 제어 블록도이다. 제어부(16)는, 입력부(15), 검지부(19), 결로 센서(57)로부터의 입력과, 압축기(1,29)의 동작 상태에 기초하여, 팽창 밸브(26,27), 팬(62), 사방 스위칭 밸브(이하, 밸브; 2), 압축기(1,29), 보조 히터(39) 등의 운전을 제어한다.
이상과 같이 구성된 냉각 가열 시스템에 대해서, 이하에서 그 동작 및 작용을 설명한다.
우선, 수납실(6)을 냉각하는 경우, 도 9에 있어서 점선 화살표로 표시된 바와 같이, 압축기(1)로부터 토출된 냉매는 밸브(2)에서 유로가 스위칭되어 교환기(61)로 공급되고 응축 액화한다. 교환기(61)로부터 토출된 액체 냉매는 드라이어(14)로 공급된다. 상기 액체 냉매의 온도는 교환기(61)와 거의 동일한 30 ~ 40℃가 된다. 이 때, 드라이어(14) 내부에 액체 냉매가 체류됨과 동시에, 액체 냉매 중의 수분이 제거된다.
그리고, 드라이어(14)로부터 토출된 액체 냉매는 역류 방지 밸브(18)를 경유하여 냉각용 캐필러리 튜브(12)에서 감압되어 교환기(5)로 공급되고 증발 기화한다. 가스 냉매는 다시 밸브(2)를 경유하여 압축기(1)로 환류한다. 교환기(5)의 증발 온도는 수납실(6)의 설정 온도에 따라 크게 변화된다. 일반적으로 캔 음료 등을 냉각하는 경우는 설정 온도가 5 ~ 10℃ 이고, 교환기(5)의 증발 온도는 -15 ~ -5℃가 된다.
또한, 냉각용 캐필러리 튜브(12) 및 교환기(5)의 냉각시의 출구 배관을, 접촉시켜 설치하는 것이 바람직하고, 열교환시킴으로써 과냉각을 크게 얻을 수 있어, 냉각 능력이 향상된다.
또한, 수납실(6)을 가열하는 경우, 도 9에 있어서 실선 화살표로 표시된 바와 같이, 압축기(1)로부터 토출된 냉매는 밸브(2)에서 유로가 스위칭되어 교환기(5)로 공급되고 응축 액화한다. 상기 액체 냉매의 온도는 수납실(6)의 설정 온도에 따라 크게 변화된다. 일반적으로 캔 음료 등을 가열하는 경우는 설정 온도가 50 ~ 60℃가 되고, 교환기(5)의 응축 온도는 60 ~ 80℃가 된다.
즉, 압축기(1)로부터 교환기(5)를 향하는 가열용 냉매 배관은, 단열재로 싸여있는 것이 바람직하고, 가열용 냉매 배관으로부터의 방열을 방지하도록 함으로써, 가열 능력과 가열 효율을 향상시킬 수 있다.
교환기(5)로부터 토출된 액체 냉매는 곧 가열용 캐필러리 튜브(10)에서 감압된 후, 역류 방지 밸브(17)를 경유하여 교환기(61)로 공급되어 증발 기화하고, 가스 냉매는 다시 밸브(2)를 경유하여 압축기(1)로 환류한다. 일반적으로, 외기 온도가 낮게 되면 교환기(61)의 증발 온도를 낮출 필요가 있고, 특히 외기 온도가 5℃ 이하가 되면 증발 온도는 마이너스 온도가 될 수 밖에 없고, 교환기(61)에 착상(着霜)이 발생한다. 또한, 외기 온도가 고온 다습하게 되어, 교환기(61)의 관 표면 온도와 핀 온도가 이슬점 온도보다 낮아지면 결로가 발생한다.
그러나 본 실시예의 교환기(61)는, 냉각 시스템(52)이 가동하면, 냉각 시스템(52)과 연결되어 있는 경로는 응축기로서 작용하고, 경로 주변의 핀 온도는 고온이 된다. 그 때문에, 냉각 가열 시스템(51)과 냉각 시스템(52)이 동시에 가동된 경우에는, 핀을 통하여 캐스케이드 열 교환하는 것이 가능하다. 또한, 응축기에 의해 따뜻하게 된 대기를 증발기에서 흡입시킬 수 있어서, 0 ~ 10℃의 고온의 증발 온도에서 냉각 가열 시스템(51)을 가동하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해 응축 온도가 60 ~ 80℃인 가혹한 가열 조건에 있어서도 압축비를 저감할 수 있고, 압축기(1)의 효율 향상이 도모된다. 또한, 냉각 시스템(52)에 있어서도 응축 온도가 낮아짐에 의해 압축기(8)의 효율 향상이 도모된다.
더욱, 냉각 가열 시스템(51)의 증발 온도를 0℃ 이상으로 함으로써, 교환기(61)의 착상도 방지할 수 있다. 또한, 외기 온도가 고온 다습한 경우에 있어서도, 교환기(61)의 핀 온도가 이슬점 온도보다 낮아지기 어려워지고, 결로의 발생을 효과적으로 억제할 수 있다.
또한, 교환기(61)에 있어서, 출구 배관(56)과 입구 배관(53)을 근접시켜 구성하면, 냉각 가열 시스템(51)의 과열 정도를 크게 얻을 수 있어, 가열 능력 및 가열 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서는 냉각 가열 시스템(51)의 냉매 배관을 냉각 시스템(52)의 냉매 배관의 바람이 불어 가는 방향에 배치하고 있다. 3열의 열교환기를 사용하는 경우, 냉각 가열 시스템(51)의 냉매 배관을 냉각 시스템(52)의 냉매 배관의 사이에 삽입하여 구성하여도 무방하다.
또한, 냉각 가열 시스템(51)의 가열시의 입구 배관(31)에 결로 센서(57)를 부착하면, 일정 시간 결로를 검지한 경우 냉각 가열 시스템(51)을 정지시키고 히터(39)에 의한 가열로 스위칭할 수 있다. 이에 의해, 가열 기능을 정지시키지 않고, 결로수가 냉온장고의 외부로 누수되는 것을 방지할 수 있게 된다. 또한, 본 실시예 에 있어서는, 입구 배관(55)를 상부에 설치함으로써, 이에 의해 결로가 발생한 경우에 있어서도, 교환기(61)의 하부에 결로수가 도달하기 전에 증발시킬 수 있다.
또한, 냉각 시스템(52)의 냉각과 냉각 가열 시스템(51)의 가열이 동시에 가동하고 있는 경우에는, 각각 독립적으로 가동하고 있는 경우에 비해, 교환기(61)의 열교환 능력이 증가한다. 그 때문에, 각각의 냉각 능력 및 가열 능력이 급격하게 증가하여, 기동 정지가 빈번하게 일어나며, 동시 운전율이 저하된다. 그래서, 팬(62)의 풍량을 저하시킴으로써, 교환기(61)의 공기와의 열교환량을 저하시키고, 냉각 시스템(52)과 냉각 가열 시스템(51)의 능력이 극단적으로 증가하지 않도록 조정하는 것이 바람직하다. 이에 의해 냉각 시스템(52)과 냉각 가열 시스템(51)의 동시 운전율을 높이는 동시에, 기동 정지에 수반되는 냉각 손실 및 가열 손실이 저감되고, 더욱 팬(62)의 소비 전력량이 저감된다. 또한, 교환기(61)의 온도를 측정하고, 필요에 따라서는 팬(38)을 정지시켜도 무방하다.
이상에 따르면, 본 실시예에 있어서는, 수납실(21,22)을 냉각하는 냉각 시스템(52)과는 별도로, 수납실(6)을 냉각 가열하는 전용 냉각 가열 시스템(52)을 포함한다. 그리고, 냉각 가열 시스템(51)으로서, 제 1 실시예 또는 제 2 실시예에 의한 시스템을 포함한다. 따라서, 가열시의 증발 온도를 높이도록 설정하는 것이 가능하게 됨과 동시에, 냉각 시스템(52)의 발열을 이용하고, 냉각 가열 시스템(51)의 가열시의 증발 온도를 0 ~ 10℃의 고온 조건으로 유지하여, 압축비를 저감하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 압축기(1)의 효율 향상이 도모되고, 냉각 가열 시스템(51)의 가열 효율을 향상시킬 수 있다. 그 때문에, 전기 히터 등의 가열 효율이 1 정도인 가열기에 비해서, 2배 정도의 가열 효율을 용이하게 실현할 수 있게 된다. 이러한 냉온장고를 자동 판매기에 적용하면 소비 전력량이 대폭으로 감소된다.
본 실시예의 캐스케이드 열교환기(61)는, 냉각 시스템(52)에 연결하는 냉매 배관과, 냉각 가열 시스템(51)에 연결하는 냉매 배관을 포함하고, 2 경로의 핀튜브 열교환기로 구성되어 있다. 더욱, 냉각 가열 시스템(51)의 가열시의 출구 배관(56)과 냉각 시스템(52)의 입구 배관(54)을 근접시킴에 따라서, 냉각 가열 시스템(51)의 과열 정도를 크게 하는 것이 가능하다. 따라서, 가열 능력 및 가열 효율이 향상된다.
또한, 교환기(61)의 냉각 가열 시스템(51)의 가열시의 입구 배관(55)에 결로 센서(57)를 부착하여, 결로를 일정 시간 검지하면 냉각 가열 시스템(51)을 정지시키고, 보조 히터(39)에 의한 가열로 스위칭한다. 이에 의해, 상품의 가열을 정지하지 않고, 결로에 따른 누수를 방지하는 것이 가능하다.
또한, 본 실시예에 있어서, 냉각 시스템(52)의 냉각과 냉각 가열 시스템(51)의 가열을 동시에 가동하면서, 팬(62)의 풍량을 저하시킨다. 이에 의해, 냉각 시스템(52)과 냉각 가열 시스템(51)의 능력이 급격하게 증하는 것을 방지할 수 있고, 팬(62)의 소비 전력량은 저감된다.
또한, 냉각 시스템(52)과는 독립하여 냉각 가열 시스템(51)을 가동할 수 있기 때문에, 냉각 시스템(52)과 냉각 가열 시스템(51)의 한쪽이 정지되는 경우에도, 그대로 다른쪽의 운전을 단속할 수 있다. 또한, 교환기(61)는 실외의 대기와 열교환하기 때문에, 증발 온도를 -10℃ 이하로 할 필요가 없다.
도 9에서는, 도 3에 도시된 냉각 가열 시스템을 냉각 가열 시스템(51)으로 이용하고 있지만, 도 1 및 도 4에 도시된 냉각 가열 시스템을 적용하여도 무방하다.
이상에 따르면, 본 실시예에 의한 냉각 가열 시스템은, 냉각 시스템(52)에서 발생된 열을 냉각 가열 시스템(51)의 가열에 이용하여, 가열 효율을 향상시키는 것이 가능하게 된다. 상기 시스템은, 뜨거운 음료와 찬 음료를 스위칭하여 보존하는 쇼케이스나 소량의 급탕을 수행하는 컵 자판기 등의 가열 및 냉각시의 에너지 절약이 요구되는 용도에도 적용할 수 있다.
도 12는, 도 9에 도시된 냉온장고를 탭재한 자동 판매기의 개념도이다. 또한, 도 12에서는 냉각 가열 시스템(51)과 냉각 시스템(52)은 도시되지 않았다. 자동 판매기는 도 9에 도시된 냉온장고를 대신하여 도 1, 도 3, 도 4, 도 5, 도 7에 도시된 어떤 냉온장고를 탑재하여도 무방하다. 자동 판매기의 앞면에는, 수납실(6, 또는 수납실(21,22)) 내에 저장된 물품(73), 예를 들면, 캔 쥬스에 대응하는 대가를 수취하는 집금부(71)가 설치되어 있다. 집금부(71)가 수취한 대가는, 현금이거나, 신용카드나 휴대전화 등의 무선 기기에 의한 신호여도 무방하다. 집금부(71)가 대가를 수취하면, 반출부(72)를 제어하여, 물품(73)을 수납실(6)로부터 반출한다. 그리고 물품(73)은 통로(74)를 통해 자동 판매기의 외부로 공급된다. 집금부(71) 및 반출부(73)는, 공지의 기술이 적용될 수 있으므로 상세한 설명은 생략한다. 또한, 집금부(71)와는 별도로 제어부(75)를 설치하여 이들의 동작을 제어하여도 무방하다.
이상에 의하면, 본 발명에 따른 냉각 가열 시스템은, 팽창기구와 실외 열교환기의 사이에 설치된 드라이어의 냉매회로의 개폐를 수행한다. 이에 의해, 특히 캔 음료 등의 상품을 50 ~ 100℃의 고온으로 가열하는 경우에 시스템 내부 수분량의 상승을 억제함과 동시에, 필요 냉매량을 최소로 억제할 수 있다. 그 때문에, 쇼케이스나 식품 보관고, 자동 판매기 등 냉각과 가열을 스위칭하여 이용하는 냉각 가열 시스템의 신뢰성을 향상시키는 목적으로 적용 가능하다.
도한, 각 도면을 이용하여 설명한 특유한 구성은, 각각 드라이어(14)에 관계된 구성과 별개로 실시하여도 각각의 효과를 갖게된다.
상기와 같은 본 발명의 냉각 가열 시스템에서는, 드라이어를 경로 내에 설치하여 수납실 내부를 냉각하는 냉각 시스템과, 드라이어를 경로 내에 설치하지 않고 수납실 내부를 가열하는 가열 시스템을, 압축기를 공유하고 삼방 밸브로 스위칭하여 이용함으로써, 드라이어가 고온으로 되는 것이 방지되고, 특히 상품을 고온으로 가열하는 경우에, 상기 드라이어에 의해 흡착된 수분의 방출이 억제되어 상기 냉각 가열 시스템 내의 수분 농도가 증가되는 것을 방지할 수 있다.

Claims (24)

  1. 수납실의 내부측에 설치되는 제 1 열교환기;
    상기 수납실의 외부측에 설치되는 제 2 열교환기;
    팽창기구;
    압축기;
    상기 압축기와 상기 팽창기구와 상기 제 1 열교환기와 상기 제 2 열교환기를 환상(環狀)으로 접속하는 배관;
    상기 배관의 유로를 상기 압축기로부터 상기 제 2 열교환기, 상기 팽창기구, 상기 제 1 열교환기의 순서로 순환하여 상기 압축기로 귀환하거나, 상기 압축기로부터 상기 제 1 열교환기, 상기 팽창기구, 상기 제 2 열교환기의 순서로 순환하여 상기 압축기로 귀환하는 것 중의 어느 한가지를 선택하기 위한 스위칭 밸브;
    상기 팽창기구와 상기 제 2 열교환기의 사이에 병렬로 접속된 제 1 및 제 2 병렬배관;
    상기 제 1 병렬배관에 설치된 드라이어;
    상기 제 1 열교환기가 상기 수납실을 냉각하도록 작동하는 경우에는 상기 제 1 병렬배관으로 냉매를 흘려 보내고, 상기 제 1 열교환기가 상기 수납실을 가열하도록 작동하는 경우에는 상기 제 2 병렬배관으로 냉매를 흘려보내도록 제어되고, 상기 제 1 및 제 2 병렬배관에 각각 설치된 제 1 및 제 2 밸브; 및,
    적어도 상기 스위칭 밸브를 제어하여 상기 제 1 열교환기의 운전 상태를 스위칭하고 또한 상기 제 1 및 제 2 밸브를 제어하는 제어부를 포함하는 냉각 가열 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 밸브와 상기 제 2 밸브는 양방 밸브이고, 상기 제어부는 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브를 제어하는 냉각 가열 시스템.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제어부는, 상기 제 1 열교환기가 가열로 작동하는 도중에 상기 압축기가 정지한 경우, 상기 제 1 병렬배관으로 냉매를 흘려 보내고, 상기 제 1 열교환기가 가열로 작동하는 도중에 상기 압축기가 운전하는 경우, 상기 제 2 병렬배관으로 냉매를 흘려 보내도록 상기 제 1 밸브 및 상기 제 2 밸브를 제어하는 냉각 가열 시스템.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 드라이어는, 상기 수납실의 외부이고, 상기 제 1 및 제 2 병렬배관의 분기점보다 낮은 위치에 배치된 냉각 가열 시스템.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 팽창 기구가 상기 드라이어보다 높은 위치에 배치되는 냉각 가열 시스템.
  6. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 밸브가 적어도 하나의 역류 방지 밸브를 포함하는 냉각 가열 시스템.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 팽창기구가, 상기 제 1 병렬배관과 상기 제 2 병렬배관의 양방에 접속된 캐필러리 튜브인 냉각 가열 시스템.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 팽창기구가,
    상기 제 1 병렬배관과 동일 경로에 배치된 제 1 캐필러리 튜브와,
    상기 제 2 병렬배관과 동일 경로에 배치된 제 2 캐필러리 튜브를 포함하고,
    상기 제어부는, 상기 제 1 및 제 2 밸브의 제어에 의해 상기 제 1 및 제 2 캐필러리 튜브의 스위칭을 수행하는 냉각 가열 시스템.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 냉각 가열 시스템을 순환하는 냉매가 R600a를 포함하고, 상기 압축기가 고온용 왕복형인 냉각 가열 시스템.
  10. 제 1항에 있어서, 상기 압축기가 능력의 가변이 가능하고, 상기 제어부는, 상기 제 1 열교환기가 상기 수납실을 가열하도록 작동하는 경우, 상기 수납실 내부의 온도가 소정의 온도에 도달하면 상기 압축기의 능력을 저감하여 실질적으로 연속 운전하는 냉각 가열 시스템.
  11. 제 1항에 있어서, 상기 압축기를 냉각하는 팬을 더 구비하고, 상기 제어부는, 상기 제 1 열교환기가 상기 수납실을 냉각하도록 작동하는 경우는 상기 압축기의 운전 중에 상기 팬을 가동시키고, 상기 제 1 열교환기가 상기 수납실을 가열하도록 작동하는 경우는 상기 압축기가 소정의 온도 이하가 되면 상기 팬을 정지시키는 냉각 가열 시스템.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 열교환기와는 다른 장소를 냉각하는 냉각 시스템을 더 구비하는 냉각 가열 시스템.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 냉각 시스템이, 증발기와, 응축기와, 제 2 압축기와, 제 2 팽창기구와, 상기 제 2 압축기와 상기 제 2 팽창기구와 상기 증발기와 상기 응축기를 환상으로 접속하는 배관을 포함하고,
    상기 제 2 열교환기와 상기 응축기가 일체화 되어 있는 냉각 가열 시스템.
  14. 제 13항에 있어서, 상기 응축기의 냉매 배관과 상기 제 2 열교환기의 냉매 배관이, 2 경로의 핀튜브를 포함하는 캐스케이드 열교환기를 구성하는 냉각 가열 시스템.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 제 1 열교환기의 가열시의, 상기 제 2 열교환기의 출구 배관과 상기 냉각 시스템의 입구 배관이 근접하게 배치되어 있는 냉각 가열 시스템.
  16. 제 13항에 있어서, 상기 제 2 열교환기 및 상기 응축기로 송풍하는 팬을 더 구비하고,
    상기 제어부는, 상기 냉각 시스템의 냉각과 상기 제 1 열교환기의 가열을 동시에 가동하고, 상기 팬의 풍량을 저하시키는 냉각 가열 시스템.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 열교환기가, 가열시의 상기 제 2 열교환기의 입구 배관에 결로 센서를 더 구비하고, 상기 제 1 열교환기를 가열하기 위해 보조 히터를 더 구비하며,
    상기 제어부는, 상기 결로 센서가 결로를 일정 시간 검지하면, 상기 압축기를 정지하고 상기 보조 히터에서의 가열로 스위칭하는 냉각 가열 시스템.
  18. 제 1항에 기재된 냉각 가열 시스템과,
    상기 제 1 열교환기를 내부에 설치한 제 1 수납실을 포함하는 냉온장고.
  19. 제 18항에 있어서, 제 2 수납실과, 상기 제 2 수납실 내부를 냉각하는 냉각 시스템을 더 포함하는 냉온장고.
  20. 제 18항의 냉온장고와,
    상기 수납실 내에 저장된 물품에 대해 대가를 수취하는 집금부와,
    상기 집금부로부터의 지시에 따라 상기 수납실 내에 저장된 물품을 상기 수납실 외부로 반출하는 반출부를 포함하는 자동 판매기.
  21. 삭제
  22. 삭제
  23. 삭제
  24. 삭제
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