KR101695688B1

KR101695688B1 - 냉장고 및 그 운전방법

Info

Publication number: KR101695688B1
Application number: KR1020100073047A
Authority: KR
Inventors: 채수남; 지성; 전찬호
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2010-07-28
Filing date: 2010-07-28
Publication date: 2017-01-23
Also published as: KR20120011276A

Abstract

본 발명은 냉장고 및 그 운전방법에 관한 것이다. 본 발명은 순차적으로 연결되는 복수 개의 압축기와 냉동실과 냉장실에 각각 설치되는 복수 개의 증발기를 구비하고 1차 압축기와 2차 압축기의 사이에 오일균형관을 설치하며 상기 오일균형관의 중간에 오일균형밸브를 설치함으로써, 상기 1차 압축기에 오일이 부족할 경우 상기 오일균형밸브를 이용하여 오일이 2차 압축기에서 1차 압축기로 이동하면서 1차 압축기와 2차 압축기 사이의 오일량이 균등하게 유지되도록 할 수 있다.

Description

냉장고 및 그 운전방법{REFRIGERATOR AND METHOD FOR DRIVING THEREOF}

본 발명은 냉장고 및 그 운전방법에 관한 것으로, 특히 복수 개의 압축기와 복수 개의 증발기가 냉동사이클을 이루는 냉장고 및 그 운전방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 압축기와, 응축기와, 팽창기와, 증발기로 이루어진 냉동사이클 장치를 이용하여 냉장고의 고내를 저온으로 유지시키는 장치이다. 냉장고는 압축기를 기계적인 마찰로부터 보호하기 위해 오일을 통한 윤활이 이루어지도록 하고 있으며, 압축기 내의 오일은 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매가스와 함께 냉동사이클 장치를 순환하도록 폐루프 모양으로 구성되어 있다.

이러한 오일은 냉동사이클 장치의 응축기,증발기 및 배관에 쌓이게 되면 냉동사이클 장치의 능력이 저하되며, 압축기로의 복귀가 원활하지 않으면 압축기의 내의 오일 양이 부족하게 되어 압축기의 소손을 야기하게 된다.

상기 냉동사이클 장치는 압축기의 개수에 따라 오일을 회수하는 방법이 달라지게 된다. 예를 들어, 압축기가 단수 개인 냉동사이클 장치에서는 환경에 따라 회수(return)되어 흡입구로 되돌아 오는 냉매의 속도를 확인하면 오일 회수량을 알 수 있다. 오일 회수량을 고려하여 냉동사이클 운전을 제어함으로써 냉동사이클 장치의 능력 저하 또는 압축기의 고장을 방지할 수 있다.

반면, 압축기가 복수 개이고 증발기가 복수 개인 소위 2stage-2comp의 사이클에서는 1차 압축기에서 1단 압축된 냉매가 2차 압축기(또는, 메인압축기)로 유입되어 2단 압축되면서 순환하게 된다.

그러나, 상기와 같은 종래 2stage-2comp 냉동사이클 장치는, 냉장실 운전을 많이 하게 되면 장시간 냉동실 운전이 되지 않아 냉동실 증발기와 연결된 1차 압축기로 냉매가 유입되지 않으면서 냉매의 오일 혼합량이 줄어들어 압축기들 사이의 오일량이 균등하게 유지되지 못하고 이로 인해 압축기의 고장이 발생되는 문제점이 있었다. 또, 동시 운전의 경우에도 냉동실과 냉장실 사이에서의 냉매 분배가 잘 이루어 지지 않으면 한쪽으로 냉매와 오일이 치우치면서 압축기들 사이의 오일량이 균등하게 유지되지 못하여 압축기의 고장이 발생되는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 복수 개의 압축기와 복수 개의 증발기가 포함된 냉동사이클 장치를 갖는 냉장고에서 복수 개의 압축기에 오일량이 균등하게 유지될 수 있는 냉장고 및 그 운전방법을 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 복수 개의 압축기가 냉장고본체에 구비되고 상기 복수 개의 압축기 중에서 냉매의 유동방향을 기준으로 상류에 위치하는 1차 압축기의 토출측이 하류에 위치하는 2차 압축기의 흡입측에 연결되어 냉매를 다단으로 압축할 수 있는 냉동사이클을 갖는 냉장고에 있어서, 상기 1차 압축기와 2차 압축기 사이에는 각 압축기의 오일이 이동할 수 있도록 오일균형관이 더 구비되고, 상기 오일균형관에는 그 오일균형관을 개폐할 수 있도록 오일균형밸브가 설치되는 냉장고가 제공된다.

또, 다단 압축을 위한 복수 개의 압축기의 운전시간을 검출하는 단계; 상기 검출된 운전시간(검출시간)을 설정된 기준시간에 비교하는 단계; 및 상기 검출시간이 기준시간보다 큰 경우에는 상기 복수 개의 압축기를 정지시키고 그 복수 개의 압축기 사이를 연결하는 오일균형관을 여는 반면, 상기 검출시간이 기준시간보다 작은 경우에는 상기 오일균형관을 닫은 상태를 지속하는 단계;를 포함하는 냉장고의 운전 방법이 제공된다.

본 발명의 냉장고 및 그 운전방법은, 순차적으로 연결되는 복수 개의 압축기와 냉동실과 냉장실에 각각 설치되는 복수 개의 증발기를 구비하고 1차 압축기와 2차 압축기의 사이에 오일균형관을 설치하며 상기 오일균형관의 중간에 오일균형밸브를 설치함으로써, 상기 1차 압축기에 오일이 부족할 경우 상기 오일균형밸브를 이용하여 오일이 2차 압축기에서 1차 압축기로 이동하면서 1차 압축기와 2차 압축기 사이의 오일량이 균등하게 유지되도록 할 수 있다.

도 1은 본 발명의 냉장고를 개략적으로 보인 사시도,
도 2는 도 1에 따른 냉장고의 냉동사이클 장치를 보인 계통도,
도 3 및 도 4는 도 1에 따른 냉장고에서 제어유닛의 실시예들을 보인 개략도,
도 5는 도 1에 따른 냉장고에서 오일평형 과정을 보인 블록도.

이하, 본 발명에 의한 냉장고 및 그 운전방법을 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 냉장고를 개략적으로 보인 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 냉장고의 냉동사이클 장치를 보인 계통도이며, 도 3 및 도 4는 도 1에 따른 냉장고에서 제어유닛의 실시예들을 보인 개략도이다.

이에 도시된 바와 같이 본 발명에 의한 냉장고는, 냉동실과 냉장실을 구비하는 냉장고 본체(1)와, 상기 냉장고 본체(1)의 냉동실과 냉장실을 개폐하는 냉동실 도어(2) 및 냉장실 도어(3)를 포함한다.

상기 냉장고 본체(1)의 하측에는 기계실이 구비되고, 상기 기계실에는 냉기를 발생하기 위한 냉동사이클 장치의 압축기(11)(12)와 응축기(13)가 설치된다. 상기 압축기(11)(12)는 복수 개가 직렬형태, 즉 1차 압축기(11)에서 1단 압축된 냉매가 2차 압축기(12)에서 2단 압축되도록 1차 압축기(11)의 토출구가 2차 압축기(12)의 흡입구에 연결된다. 상기 2차 압축기(12)의 토출구는 응축기(13)의 입구에 연결된다. 상기 1차 압축기(11)와 2차 압축기(12)의 용량은 동일하게 설계될 수 있지만, 통상 냉장고의 경우 냉장실 운전이 많으므로 냉장실 운전을 실시하는 2차 압축기(12)의 용량이 1차 압축기(11)에 비해 2배 정도 크게 설계될 수 있다.

그리고 상기 냉동사이클 장치의 일부를 이루는 복수 개의 증발기(14)(15)가 상기 응축기(13)의 출구에서 제1 분지관(L1)과 제2 분지관(L2)으로 분지되어 병렬 연결된다. 상기 제1 분지관(L1)과 제2 분지관(L2)으로 분지되는 분지점에는 냉매의 유동방향을 제어하는 냉매절환밸브(16)가 설치되고, 각 분지관(L1)(L2)의 중간, 즉 양측 증발기(14)(15)의 입구단에는 냉매를 팽창시키는 제1 팽창기(17)와 제2 팽창기(18)가 설치된다.

상기 냉매절환밸브(16)는 3방밸브로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 냉매절환밸브(16)는 응축기의 출구와 어느 한 쪽 증발기가 선택적으로 연통될 수 있거나 또는 양쪽 증발기가 동시에 연통될 수 있는 구조로 형성될 수 있다.

그리고, 상기 복수 개의 증발기(14)(15) 중에서 한 개는 냉동실의 후벽면에 설치되는 반면 다른 한 개는 냉장실의 후벽면에 설치된다. 상기 냉동실측에 설치되는 증발기(이하, 제1 증발기)(14)와 냉장실에 설치되는 증발기(이하, 제2 증발기)(15)는 동일한 용량으로 형성될 수도 있지만, 압축기와 같이 제2 증발기(15)가 제1 증발기(14)에 비해 대용량으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 1차 압축기(11)와 2차 압축기(12) 사이에는 오일균형관(21)이 연결되고, 상기 오일균형관(21)의 중간에는 그 오일균형관(21)을 개폐할 수 있도록 오일균형밸브(22)가 설치된다.

상기 오일균형밸브(22)는 솔레노이드 밸브 또는 스텝핑 모터 밸브로 이루어져 그 오일균형밸브(22)를 자동으로 개폐하기 위한 제어유닛(30)에 연결된다.

상기 제어유닛(30)은 상기 복수 개의 압축기 중에서 1차 압축기(11) 또는 2차 압축기(12)의 운전 시간을 검출하기 위한 타이머(35)를 포함하며, 상기 타이머(31)에 의해 검출된 해당 압축기의 운전 시간을 기준 시간과 비교하여 상기 오일균형밸브(22)를 개폐할 수 있도록 구성된다. 예를 들어 상기 제어유닛(30)은 상기 타이머(35)에 의해 검출된 해당 압축기의 운전 시간을 입력받는 입력부(31)와, 상기 입력부(31)에 입력되는 운전 시간을 기준 시간과 비교하여 오일균형밸브(22)의 개폐를 판단하는 판단부(32)와, 상기 판단부(32)에 의해 판단된 내용에 따라 오일균형밸브(22)를 제어하는 지령부(33)로 이루어질 수 있다.

한편, 도 4에서와 같이, 상기 1차 압축기(11) 또는 2차 압축기(12) 또는 양쪽 압축기에 유량센서(36)를 설치하여 그 유량센서(36)에 의한 검출값에 따라 상기 오일균형밸브(22)를 개폐할 수도 있다. 이 경우에도 그 기본적인 구성과 작용효과는 전술한 타이머의 경우와 대동소이하다. 다만, 본 실시예는 상기 압축기들의 유량을 직접 검출하여 비교한 후 오일균형밸브를 제어함으로써 양쪽 압축기의 오일균형을 정확하게 유지할 수 있다.

상기와 같은 본 발명에 의한 냉장고는 다음과 같은 작용 효과가 있다.

즉, 냉장고의 운전모드에 따라 상기 냉매절환밸브(16)가 냉매의 유동방향을 제1 증발기 또는 제2 증발기 방향으로 제어함으로써 냉장실과 냉동실을 동시에 운전하는 동시운전 또는 냉동실만 운전하는 냉동실 운전 또는 냉장실만 운전하는 냉장실 운전이 이루어지도록 한다.

예를 들어, 냉장고의 운전모드가 동시운전인 경우에는 상기 냉매절환밸브(16)가 모두 열리면서 응축기(13)를 통과하는 냉매가 제1 증발기(14)와 제2 증발기(15) 방향으로 분배되어 이동하도록 한다. 이와 동시에, 상기 1차 압축기(11)와 2차 압축기(12)가 모두 운전을 개시한다.

그러면, 상기 제1 증발기(14)를 거쳐 1차 압축기(11)로 흡입되는 냉매는 그 1차 압축기(11)에서 1단 압축되어 토출되고, 상기 1차 압축기(11)에서 토출되는 1단 압축된 냉매는 2차 압축기(12)로 흡입된다. 이때, 상기 제2 증발기(15)를 통과하는 냉매가 상기 1차 압축기(11)에서 1단 압축되어 토출되는 냉매와 섞여 상기 2차 압축기(12)로 흡입된다.

그러면, 상기 1단 압축된 냉매와 제2 증발기(12)를 통과한 냉매가 2차 압축기(12)에서 압축되어 토출되고, 상기 2차 압축기(12)에서 토출되는 냉매는 응축기(13)로 이동하여 응축되며, 상기 응축기(13)에서 응축된 냉매는 상기 냉매절환밸브(16)에서 제1 증발기(14)와 제2 증발기(15) 방향으로 분배되면서 순환되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

반면, 냉장고의 운전모드가 냉동실 운전인 경우에는 상기 냉매절환밸브(16)가 냉장실측 증발기, 즉 제2 증발기(15) 방향은 차단하고 냉동실측인 제1 증발기(14) 방향만 개방하여 상기 응축기(13)를 통과하는 냉매가 제1 증발기(14) 방향으로만 이동할 수 있도록 한다. 하지만, 상기 1차 압축기(11)와 2차 압축기(12)는 동시에 운전을 하여 상기 제1 증발기(14)를 통과한 냉매가 1차 압축기(11)와 2차 압축기(12)를 차례대로 거쳐 2단 압축되면서 순환되도록 한다.

반면, 냉장고의 운전모드가 냉장실 운전인 경우에는 상기 냉매절환밸브(16)가 제1 증발기(14) 방향은 차단하고 제2 증발기(15) 방향은 개방한다. 그리고 상기 1차 압축기(11)는 정지시키고 2차 압축기(12)만 운전을 개시한다.

그러면, 상기 응축기(13)를 통과하는 냉매는 제2 증발기(15) 방향으로만 이동하여 2차 압축기(12)로 흡입되고, 상기 2차 압축기(12)에서 압축되어 토출된 냉매는 응축기(13)로 이동하여 응축되는 일련의 과정을 반복하게 된다.

한편, 상기 1차 압축기(11)와 2차 압축기(12)가 함께 운전을 하는 동시운전또는 냉동실 운전을 하는 경우에는 오일이 2차 압축기 방향으로 쏠릴 수가 있다. 따라서, 도 5에서와 같이 상기 타이머(35)가 1차 압축기(11)와 2차 압축기(12)의 운전시간을 실시간으로 측정하거나 또는 1차 압축기(11) 또는/및 2차 압축기(12)에 설치된 유량센서를 이용하여, 오일이 2차 압축기(12)로 쏠렸는지를 판단한다. 그리고 상기 1차 압축기(11)와 2차 압축기(12)의 운전 시간이 기준 시간에 도달하게 되면, 상기 제어유닛(30)이 1차 압축기(11)와 2차 압축기(12)를 정지시킨 후, 오일균형밸브(22)를 열어 상기 2차 압축기의 오일을 1차 압축기(11)로 보내주는 소위 오일 균형 작업을 수행하게 된다.

여기서, 상기 입력부(31)에서는 1차 압축기(11)와 2차 압축기(12)를 정지시키기 전에 냉장고의 고내온도를 측정하는 온도센서(미도시)를 통해 실시간으로 현재의 고내온도를 전달받는다. 그리고 상기 입력부(31)에서 전달받은 고내온도와 목표온도 사이의 차이를 판단부(32)에서 산출하여 냉장고의 추가운전을 실시하여야 하는지를 판단한다. 그리고 상기 추가운전이 필요하다고 판단되면 지령부(33)를 통해 고내온도가 목표온도보다 임의의 설정값만큼 낮아지도록 추가운전을 실시하도록 하는 과정을 수행한다.

이렇게, 상기 2차 압축기의 흡입 압력은 1차 압축기의 흡입 압력보다는 높기 때문에 2차 압축기를 운전시키지 않고도 상기 1차 압축기와 2차 압축기 사이의 압력차를 이용하여 오일을 2차 압축기에서 1차 압축기로 보낼 수 있게 된다.

그리고 이를 통해 상기 1차 압축기에서 오일부족이 발생되는 것을 미연에 방지하여 압축기의 파손을 방지하는 동시에 냉장고의 운전시간을 확보할 수 있어 전력낭비를 막고 냉장고 효율을 높일 수 있다.

11,12 : 압축기 13 : 응축기
14,15 : 증발기 16 : 냉매절환밸브
21 : 오일균형관 22 : 오일균형밸브
30 : 제어유닛

Claims

1차 압축기;
상기 1차 압축기로부터 분리되어, 상기 제1 압축기의 토출측에 흡입측이 연결되는 2차 압축기;
상기 2차 압축기의 토출측에 연결되는 응축기;
상기 응축기의 출구에서 제1 분지관으로 분지되어, 입구는 상기 제1 분지관에 연결되고 출구는 상기 1차 압축기의 흡입측에 연결되는 제1 증발기;
상기 응축기의 출구에서 제2 분지관으로 분지되어, 입구는 상기 제2 분지관에 연결되고 출구는 상기 1차 압축기의 토출측에 연결되어 상기 2차 압축기의 흡입측에 연결되는 제2 증발기;
상기 제1 증발기와 제2 증발기로 분지되는 지점에 설치되어, 냉매의 유동방향을 제1 증발기 방향 또는/및 제2 증발기 방향으로 제어하는 냉매절환밸브;
상기 1차 압축기의 내부공간과 상기 2차 압축기의 내부공간을 서로 연결하는 오일균형관;
상기 오일균형관의 중간에 설치되어 그 오일균형관을 개폐하는 오일균형밸브; 및
상기 1차 압축기와 2차 압축기 그리고 상기 냉매절환밸브와 오일균형밸브에 전기적으로 연결되어, 상기 1차 압축기와 2차 압축기의 운전여부를 제어하는 동시에 상기 냉매절환밸브의 개폐방향과 상기 오일균형밸브의 개폐를 제어하는 제어유닛;을 포함하고,
상기 제어유닛은,
상기 1차 압축기와 2차 압축기의 운전시간을 검출하는 타이머;
상기 타이머에 의해 검출된 해당 압축기의 운전 시간을 입력받는 입력부;
상기 입력부에 입력되는 운전 시간을 기준 시간과 비교하여 상기 오일균형밸브의 개폐여부를 판단하는 판단부; 및
상기 판단부에 의해 판단된 내용에 따라 상기 오일균형밸브를 제어하며, 상기 오일균형밸브가 개방되어야 할 때에는 상기 1차 압축기와 2차 압축기를 정지시킨 상태에서 상기 오일균형밸브를 개방시키는 지령부;로 이루어지는 냉장고.

1차 압축기;
상기 1차 압축기로부터 분리되어, 상기 제1 압축기의 토출측에 흡입측이 연결되는 2차 압축기;
상기 2차 압축기의 토출측에 연결되는 응축기;
상기 응축기의 출구에서 제1 분지관으로 분지되어, 입구는 상기 제1 분지관에 연결되고 출구는 상기 1차 압축기의 흡입측에 연결되는 제1 증발기;
상기 응축기의 출구에서 제2 분지관으로 분지되어, 입구는 상기 제2 분지관에 연결되고 출구는 상기 1차 압축기의 토출측에 연결되어 상기 2차 압축기의 흡입측에 연결되는 제2 증발기;
상기 제1 증발기와 제2 증발기로 분지되는 지점에 설치되어, 냉매의 유동방향을 제1 증발기 방향 또는/및 제2 증발기 방향으로 제어하는 냉매절환밸브;
상기 1차 압축기의 내부공간과 상기 2차 압축기의 내부공간을 연결하는 오일균형관;
상기 오일균형관의 중간에 설치되어 그 오일균형관을 개폐하는 오일균형밸브; 및
상기 1차 압축기와 2차 압축기 그리고 상기 냉매절환밸브와 오일균형밸브에 전기적으로 연결되어, 상기 1차 압축기와 2차 압축기의 운전여부를 제어하는 동시에 상기 냉매절환밸브의 개폐방향과 상기 오일균형밸브의 개폐를 제어하는 제어유닛;을 포함하고,
상기 제어유닛은,
상기 1차 압축기 또는 2차 압축기의 오일량을 검출하는 유량센서;
상기 유량센서에 의해 검출된 해당 압축기의 오일량을 입력받는 입력부;
상기 입력부에 입력되는 오일량을 기준 오일량과 비교하여 상기 오일균형밸브의 개폐여부를 판단하는 판단부; 및
상기 판단부에 의해 판단된 내용에 따라 상기 오일균형밸브를 제어하며, 상기 오일균형밸브가 개방되어야 할 때에는 상기 1차 압축기와 2차 압축기를 정지시킨 상태에서 상기 오일균형밸브를 개방시키는 지령부;로 이루어지는 냉장고.

삭제

1차 압축기;
상기 1차 압축기로부터 분리되어, 상기 제1 압축기의 토출측에 흡입측이 연결되는 2차 압축기;
상기 2차 압축기의 토출측에 연결되는 응축기;
상기 응축기의 출구에서 제1 분지관으로 분지되어, 입구는 상기 제1 분지관에 연결되고 출구는 상기 1차 압축기의 흡입측에 연결되는 제1 증발기;
상기 응축기의 출구에서 제2 분지관으로 분지되어, 입구는 상기 제2 분지관에 연결되고 출구는 상기 1차 압축기의 토출측에 연결되어 상기 2차 압축기의 흡입측에 연결되는 제2 증발기;
상기 제1 증발기와 제2 증발기로 분지되는 지점에 설치되어, 냉매의 유동방향을 제1 증발기 방향 또는 제2 증발기 방향으로 제어하는 냉매절환밸브;
상기 1차 압축기의 내부공간과 상기 2차 압축기의 내부공간을 서로 연결하는 오일균형관;
상기 오일균형관의 중간에 설치되어 그 오일균형관을 개폐하는 오일균형밸브; 및
상기 1차 압축기와 2차 압축기 그리고 상기 냉매절환밸브와 오일균형밸브에 전기적으로 연결되어, 상기 1차 압축기와 2차 압축기의 운전여부를 제어하는 동시에 상기 냉매절환밸브의 개폐방향과 상기 오일균형밸브의 개폐를 제어하는 제어유닛;을 포함하는 냉장고의 운전 방법에서,
상기 1차 압축기와 2차 압축기가 모두 운전을 하는 동시운전모드 또는 냉동실 운전모드인 경우에는,
상기 1차 압축기와 2차 압축기의 운전시간 또는 오일량을 검출하는 단계;
상기 검출된 운전시간을 설정된 기준시간에 비교하거나 또는 검출된 오일량을 설정된 오일량에 비교하는 단계; 및
상기 운전시간이 기준시간보다 크거나 또는 검출된 오일량이 설정된 오일량보다 큰 경우에는 상기 1차 압축기와 2차 압축기를 정지시킨 상태에서 상기 오일균형밸브를 열어 상기 1차 압축기의 내부와 2차 압축기의 내부가 서로 연통되도록 하는 반면, 상기 검출시간이 기준시간보다 작거나 또는 검출된 오일량이 설정된 오일량에 비해 적은 경우에는 상기 오일균형밸브를 닫은 상태를 지속하는 단계;를 포함하는 냉장고의 운전 방법.

제4항에 있어서,
상기 1차 압축기와 2차 압축기를 정지시키기 전에 냉장고의 고내온도를 검출하여, 그 고내온도와 목표온도 사이의 차이를 산출하는 단계; 및
상기 고내온도가 목표온도보다 임의의 설정값만큼 낮아지도록 추가운전을 실시하는 단계;를 진행하는 냉장고의 운전 방법.