KR101695689B1 - 냉장고 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉장고에 관한 것이다. 본 발명은, 복수 개의 압축기와 복수 개의 증발기가 선택적으로 독립 사이클을 가지도록 구성됨으로써 불필요한 전력소비를 줄여 냉장고의 효율을 높일 수 있다. 또, 1차 압축기와 2차 압축기가 동시운전을 하는 경우 1차 압축기에서 토출되는 1단 압축된 냉매가 상대적으로 저압인 제2 증발기 방향으로 역류하는 것을 방지하도록 역류방지밸브를 설치하여 제2 증발기 내부의 냉매가 예열되는 것을 차단함으로써 2차 압축기의 입력이 상승하는 것을 막아 냉장고 효율을 향상시키거나, 또는 상대적으로 고온인 제2 증발기의 출구에 보조 열교환기를 설치하고 그 보조 열교환기에 상대적으로 저온이 제1 증발기의 출구측배관이 열교환되도록 하여 제1 증발기의 증발기 온도를 상승시킴으로써 냉동실 부하를 상대적으로 대용량인 냉장실 부하로 옮겨 냉장고의 효율을 향상시킬 수 있다.

Description

냉장고{REFRIGERATOR}

본 발명은 냉장고에 관한 것으로, 특히 복수 개의 압축기와 복수 개의 증발기가 냉동사이클을 이루는 냉장고에 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.

냉장고에 적용되는 냉동사이클 장치는 압축기와 증발기의 개수에 따라 다음과 같이 구분할 수 있다.

예를 들어, 압축기와 증발기가 각각 한 개씩인 원 에바 사이클(1Eva-cycle)과, 한 개의 압축기 입구에 복수 개의 증발기가 병렬 연결되는 패러렐 투 에바 사이클(Parallel 2Eva Cycle)과, 한 개의 2단 압축기에 복수 개의 증발기가 각각 연결되는 원콤프 투스테이지 사이클(1Comp 2Stage Cycle)과, 한 개의 압축기에 복수 개의 증발기가 직렬로 연결되는 시리얼 사이클(Serial Cycle)과, 한 개의 압축기에 복수 개의 증발기가 직렬이면서 선택적으로 연결되는 바이패스 시리얼 사이클(Bypass Serial Cycle) 등이 있다.

상기와 같은 종래의 냉동사이클 장치가 구비된 냉장고는, 한 개의 압축기에 한 개의 증발기가 연결되는 경우에는 냉장실 운전에도 과냉각을 하게 되어 소비전력이 증가하게 되고, 한 개의 압축기에 복수 개의 증발기가 병렬 또는 직렬로 연결되는 경우에는 냉동실과 냉장실을 동시에 운전할 수 있어 소비전력을 일정 정도는 낮출 수는 있지만 여전히 필요 냉력 대비 소비전력이 증가할 뿐만 아니라 압축기를 2단으로 구성하여야 하는 등의 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은, 냉동실과 냉장실을 동시에 운전할 수 있으면서도 소비전력을 낮출 수 있고 용이하게 제조할 수 있는 냉장고를 제공하려는데 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 냉매를 다단 압축할 수 있도록 연결되는 복수 개의 압축기; 상기 복수 개의 압축기 중에서 하류측에 위치하는 제2 압축기의 토출측에 연결되는 응축기; 상기 응축기에서 분지되어 복수 개의 압축기 중에서 냉매의 유동방향을 기준으로 상류측에 위치하는 제1 압축기의 흡입측에 연결되는 제1 증발기; 상기 제1 증발기와 함께 상기 응축기에서 분지되어 상기 제1 압축기의 토출측과 상기 제2 압축기의 흡입측 사이에 연결되는 제2 증발기; 및 상기 응축기의 출구측에서 상기 제1 증발기와 제2 증발기로 분지되는 지점에 설치되어 냉매의 유동방향을 제어하는 냉매절환밸브;를 포함한 냉장고가 제공된다.

여기서, 상기 제2 증발기의 출구측에 설치되어 상기 제1 압축기에서 토출되는 냉매가 상기 제2 증발기로 역류하는 것을 방지하는 역류방지밸브가 더 포함되거나, 또는 상기 제1 증발기와 제2 증발기 중에서 증발 온도가 낮은 쪽의 증발기로 유입되는 냉매를 증발 온도가 높은 쪽의 증발기를 통과한 냉매와 열교환시키는 인젝션 유닛이 더 포함될 수 있다.

본 발명의 냉장고는, 복수 개의 압축기와 복수 개의 증발기가 선택적으로 독립 사이클을 가지도록 구성됨으로써 불필요한 전력소비를 줄여 냉장고의 효율을 높일 수 있다. 또, 1차 압축기와 2차 압축기가 동시운전을 하는 경우 1차 압축기에서 토출되는 1단 압축된 냉매가 상대적으로 저압인 제2 증발기 방향으로 역류하는 것을 방지하도록 역류방지밸브를 설치하여 상기 제2 증발기 내부의 냉매가 예열되는 것을 차단함으로써 2차 압축기의 입력이 상승하는 것을 막아 냉장고 효율을 향상시키거나, 또는 상대적으로 고온인 제2 증발기의 출구에 보조 열교환기를 설치하고 그 보조 열교환기에 상대적으로 저온이 제1 증발기의 출구측배관이 열교환되도록 하여 제1 증발기의 증발기 온도를 상승시킴으로써 냉동실 부하를 상대적으로 대용량인 냉장실 부하로 옮겨 냉장고의 효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 냉장고를 개략적으로 보인 사시도,
도 2는 도 1에 따른 냉장고의 냉동사이클 장치를 보인 계통도,
도 3은 도 1에 따른 냉장고의 냉동사이클 장치에 대한 다른 실시예를 보인 계통도,
도 4는 도 1에 따른 냉장고의 냉동사이클 장치에 대한 또다른 실시예를 보인 계통도.

이하, 본 발명에 의한 냉장고를 첨부도면에 도시된 일실시예에 의거하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 냉장고를 개략적으로 보인 사시도이고, 도 2는 도 1에 따른 냉장고의 냉동사이클 장치를 보인 계통도이다.

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.

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.

이렇게 하여, 상기 냉장고가 냉동실 또는 냉장실 부하에 대응하여 독립적인 냉동사이클을 가지면서 운전을 하게 되어 냉장고에서 불필요한 전력소비를 줄여 냉장소의 효율을 크게 향상시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 본 실시예에서는 도 3에서와 같이 상기 1차 압축기(11)의 토출측 배관(L3)과 상기 제2 증발기(15)의 출구측 배관(L4) 사이에 상기 1차 압축기(11)에서 토출되는 냉매가 압력차에 의해 상기 제2 증발기(15) 방향으로 역류하는 것을 방지하기 위한 역류방지밸브(20)가 설치될 수 있다.

상기 역류방지밸브(20)는 냉매의 압력에 의해 기구적으로 작동되는 체크밸브로 이루어질 수도 있고, 도면으로 도시하지는 않았으나 상기 냉매절환밸브(16)와 함께 연동되는 솔레노이드밸브로 이루어질 수도 있다.

상기와 같은 본 실시예의 냉장고에서 냉동사이클 장치의 기본적인 구성은 전술한 실시예와 대동소이하므로 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

다만, 본 실시예에서는 다음과 같은 작용 효과가 있다. 예를 들어, 상기 1차 압축기(11)에서 압축되어 토출되는 냉매의 압력은 상기 제2 증발기(15)를 통해 2차 압축기(12)의 흡입측으로 유입되는 냉매의 압력보다 높게 된다. 그러면 상기 1차 압축기(11)에서 토출되는 냉매의 일부가 상기 2차 압축기(12)로 흡입되기 전에 상기 제2 증발기(15) 방향으로 역류하려는 경향이 발생하게 된다. 그러면 상기 1차 압축기(11)에서 토출된 냉매가 상기 제2 증발기(15)로 역류하게 되면 상기 제2 증발기(15) 내 냉매의 온도가 상승하게 된다. 그러면 상기 제2 증발기(15)가 작동하는 운전모드, 즉 냉장실 운전모드가 개시되면 그 제2 증발기(15)에서 2차 압축기(12)로 흡입되는 냉매의 온도가 상승하게 되어 결국 2차 압축기(12)에서의 소비전력이 상승하면서 냉장고의 성능이 저하될 수 있다.

하지만, 본 발명에서와 같이 상기 제2 증발기(15)의 출구측 배관(L3)에 일방향 체크밸브인 역류방지밸브(20)가 설치됨에 따라 상기 1차 압축기(11)에서 토출되는 냉매가 제2 증발기(15) 방향으로 역류하는 것을 차단할 수 있고 이를 통해 상기 제2 증발기(15) 내 냉매가 예열되는 것을 방지하여 나중에 냉장실 팬이 작동되는 냉장실 운전모드를 진행하더라도 상기 제2 증발기(15)에서 2차 압축기(12)로 흡입되는 냉매의 온도상승으로 인한 2차 압축기(12)의 입력이 상승되면서 냉장고의 소비전력이 상승하는 것을 미연에 방지할 수 있다.

이렇게 하여, 상기 1차 압축기와 2차 압축기가 동시운전을 하는 경우 1차 압축기에서 토출되는 1단 압축된 냉매가 상대적으로 저압인 제2 증발기 방향으로 역류하는 것을 방지하여 상기 제2 증발기 내부의 냉매가 예열되는 것을 차단할 수 있고 이를 통해 추후 냉장실 운전 모드시 2차 압축기의 입력이 상승하는 것을 막아 냉장고 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 의한 냉장고의 또다른 실시예가 있는 경우는 다음과 같다.

즉, 전술한 다른 실시예에서는 상기 1차 압축기(11)에서 토출되는 1단 압축된 냉매가 2차 압축기(12)의 흡입측에 연결되는 제2 증발기(15)로 역류하지 못하도록 상기 제2 증발기(15)의 출구측에 역류방지밸브(20)를 설치하는 것이나, 본 실시예는 도 4에서와 같이 상기 제1 증발기(14)와 제2 증발기(15) 중에서 증발 온도가 낮은 쪽의 증발기로 유입되는 냉매를 증발 온도가 높은 쪽의 증발기를 통과한 냉매와 열교환시키는 인젝션 유닛이 설치되는 것이다.

상기 인젝션 유닛은 상기 제2 증발기(15)의 출구측 배관(L4)에 보조 열교환기(30)를 설치하고, 상기 보조 열교환기(30)에 상기 제1 증발기(14)가 연결되는 제1 분지관(L1)이 열교환되도록 결합되어 이루어진다.

상기 보조 열교환기(30)는 열교환 성능이 우수한 이중관 열교환기 구조로 형성되거나 또는 판형 열교환기 구조 등 다양하게 형성될 수 있다.

상기와 같은 본 실시예에 의한 냉장고의 냉동사이클 장치는 그 기본적인 구성과 작용 효과가 전술한 실시예와 대동소이하다. 다만, 본 실시예에서는 상기 냉매절환밸브(16)에 의해 제1 증발기(14) 방향으로 이동하는 냉매가 보조 열교환기(30)를 먼저 통과한 후에 제1 증발기(14)로 유입됨에 따라 상기 제1 증발기(14)의 증발기 온도가 향상될 수 있다. 이는, 상기 제2 증발기(15)가 제1 증발기(14)에 비해 상대적으로 냉매유량이 많고 증발온도가 높기 때문에 냉동실의 부하를 냉장실쪽으로 옮기는 효과가 발생하여 냉장고의 전체 효율을 향상시키게 되는 것이다.

11,12 : 압축기 13 : 응축기
14,15 : 증발기 16 : 냉매절환밸브
20 : 역류방지밸브 30 : 보조 열교환기

Claims (8)

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 토출측과 상기 2차 압축기의 흡입측 사이에 연결되는 토출측 배관;
상기 제2 증발기의 출구측과 상기 토출측 배관의 중간에 연결되는 출구측 배관;
상기 출구측 배관의 중간에 설치되어 상기 1차 압축기에서 토출되는 냉매가 상기 제2 증발기 방향으로 유동하는 것을 차단하는 역류방지밸브;를 포함한 냉장고.

삭제

제1항에 있어서,
상기 역류방지밸브는 냉매의 압력에 의해 기구적으로 작동되는 체크밸브로 이루어지는 냉장고.

제1항에 있어서,
상기 역류방지밸브는 상기 냉매절환밸브와 함께 연동되는 솔레노이드밸브로 이루어지는 냉장고.

제1항, 제3항 내지 제4항의 어느 한 항에 있어서,
상기 제1 증발기는 냉동실에 냉기를 공급하기 위한 냉동실측 냉동사이클을 형성하는 반면, 상기 제2 증발기는 냉장실에 냉기를 공급하기 위한 냉장실측 냉동사이클을 형성하는 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 토출측과 상기 2차 압축기의 흡입측 사이에 연결되는 토출측 배관;
상기 제2 증발기의 출구측과 상기 토출측 배관의 중간에 연결되는 출구측 배관; 및
상기 출구측 배관 및 상기 제1 증발기의 입구에 연결되는 제1 분지관의 중간에 설치되어, 상기 제2 증발기를 통과한 냉매와 상기 제1 분지관을 통해 상기 제1 증발기로 이동하는 냉매가 서로 열교환되도록 하는 보조 열교환기;를 포함하는 냉장고.

제6항에 있어서,
상기 제1 증발기는 냉동실에 냉기를 공급하기 위한 냉동실측 냉동사이클을 형성하는 반면 상기 제2 증발기는 냉장실에 냉기를 공급하기 위한 냉장실측 냉동사이클을 형성하는 냉장고.

제6항에 있어서,
상기 보조 열교환기는 내측관로와 외측관로를 갖는 이중관 구조로 이루어지는 냉장고.

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