KR102223622B1

KR102223622B1 - 냉각 장치

Info

Publication number: KR102223622B1
Application number: KR1020140167248A
Authority: KR
Inventors: 마코토 고바야시; 모토하루 이와모토; 마나부 모테기; 료타 아오키; 이사무 타카츠키
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2013-12-02
Filing date: 2014-11-27
Publication date: 2021-03-08
Also published as: KR20150063930A

Abstract

본 발명은 냉각실의 온도 제어를 정밀하게 제공한다. 냉각실; 압축기, 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 응축기의 토출측 및 상기 압축기의 흡입측 사이에 설치되어 냉각실을 냉각하는 증발기 및 증발기의 흡입측에 설치된 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 응축기 및 증발기 사이에 설치된 냉매 제어 밸브를 구비하고, 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하여 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하는 냉매 제어부;를 포함한다.

Description

냉각 장치{COOLING APPARATUS}

본 발명은 냉각 장치의 냉동 사이클을 흐르는 냉매 유량을 조절하는 제어 방법 및 제어 프로그램에 관한 것이다.

종래에는 냉동실과 냉장실과의 양쪽을 적당한 증발온도의 증발기로 냉각하기 위해 특허문헌 1과 같이 세 방향 밸브로 냉장용 증발기로 냉매를 유통하는 냉장실 냉각 운전과 냉동실 증발기만으로 냉매를 유통하는 냉동실 냉각 운전을 교대로 전환하여 냉장고 내의 냉각을 수행하는 냉각 장치가 있다. 냉각 장치는 냉장실 냉각 운전과 냉동실 냉각 운전의 시간 비율을 초기에 결정하고 그 초기 설정된 시간 비율에 따라 냉장실 냉각 운전과 냉동실 냉각 운전을 전환하는 것이다.

그러나 상기와 같이 구성된 냉각 장치에서는 냉장실 냉각 운전 및 냉동실 냉각 운전의 한쪽만을 선택적으로 냉각함으로써 예를 들면 냉장실 냉각 운전을 수행할 경우에 냉동용 증발기 및 해당 냉동용 증발기가 설치된 냉매 회로에 냉매가 고인다는 문제가 있다. 또 냉장실 냉각 운전 및 냉동실 냉각 운전의 시간 비율을 초기 설정하고 그 다음 부하 변동에 대하여 압축기 회전수를 조절하여 대응하는 것으로써 능력 가변 압축기를 준비할 필요가 있을 뿐만 아니라 부하 변동에 대한 응답성이 좋지 않다는 문제점이 있다.

또한, 특허문헌 2와 같이 냉장 냉각 운전과 냉동 냉각 운전 전환 시에 냉장실 및 냉동실 양쪽을 동시 냉각하는 것도 있으나, 이것은 운전 전환 시 냉매 회수가 가능하여 효율성 있는 에너지 절약 운전을 수행하는 것이지 상술한 특허문헌 1의 문제점을 해결할 수 있는 것은 아니다.

일본특허출원공개공보 평11－304328호 일본특허출원공개공보 2011－12885호 일본특허출원공개공보 2000－346526호 일본특허출원공개공보 2001－343077호 일본특허출원공개공보 2005－214504호 일본특허출원공개공보 2006－138583호

상술한 문제를 해결하기 위하여 개시된 본 발명의 일 측면은 냉각실 부하 또는 그 변동에 따라 이들 냉각실의 온도 제어를 우수한 응답성으로 정밀하게 수행하는 냉각 장치를 제안하고자 한다.

이를 위해 본 발명의 일 측면에 의한 냉각 장치는, 냉각실; 압축기, 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 응축기의 토출측 및 압축기의 흡입측 사이에 설치되어 냉각실을 냉각하는 증발기 및 증발기의 흡입측에 설치된 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 및 응축기 및 증발기 사이에 설치된 냉매 제어 밸브를 구비하고, 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하는 냉매 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 것이라면 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하여 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절할 수 있으므로 냉각실 부하 또는 그 변동에 따라 이들 냉각실의 온도 제어를 우수한 응답성으로 정밀하게 수행할 수 있다. 또한 증발기의 과열 제어 등 냉동 회로 제어로 소비 전력을 줄일 수도 있다. 추가로 냉매 유량이 적은 냉각 장치에서 밸브 개도(開度)를 제어한다는 것은 그 제어가 어려워지기 때문에 본 발명에서는 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하여 냉매 유량을 쉽고 정밀하게 제어할 수 있다.

그리고, 본 발명의 일 측면에 의한 냉각 장치는, 냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실; 압축기, 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 응축기의 토출측 및 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 복수의 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 각 증발기의 흡입측에 설치된 복수의 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 및 응축기 및 복수의 증발기 사이에 설치되어 각 증발기로 흐르는 냉매 유량을 제어하는 냉매 제어 밸브를 구비하고, 복수의 냉각실을 동시에 냉각하는 동시 냉각 운전에서 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 각 증발기로 흐르는 냉매의 비율을 독립적으로 조절하는 냉매 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 것이라면 복수의 냉각실을 동시에 냉각하는 동시 냉각 운전을 수행함으로써 냉각 운전을 미실시한 증발기가 없어서 해당 증발기에 냉매가 고이기 어렵다. 또한 동시 냉각 운전에서 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하므로 냉매 분류비율(각 증발기의 냉매 유량)을 응답성이 좋게 제어할 수 있고 냉각실의 온도 제어를 우수한 응답성으로 정밀하게 수행할 수 있다. 또한, 증발기 과열 제어 등의 냉동 회로 제어로 소비전력을 줄일 수도 있다. 추가로 냉매 유량이 적은 냉각 장치에서 밸브 개도를 제어하는 것으로 그 제어가 어려워짐으로 본 발명에서는 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하여 냉매 유량을 쉽고 정밀하게 제어할 수 있다.

냉각 온도가 다른 복수의 냉각실에 맞추어 냉각시키기 위한 구체적인 실시 예로서 냉매 제어부는, 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 복수의 증발기 모두에 냉매를 흘리는 냉매 전부 유출 기간과, 복수의 증발기 중 일부에 냉매를 흘리는 냉매 일부 유출 기간을 교대로 수행하는 것이 바람직하다.

또한 압축기의 토출측에 설치된 응축기와, 응축기의 토출측 및 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결됨과 동시에 냉각 온도가 다른 냉각실마다 대응하여 설치된 복수의 증발기와, 각 증발기 흡입측에 설치된 복수 감압 수단과 응축기 및 복수 증발기 사이에 설치되어 선택적으로 냉매를 증발기로 흘리는 제어 밸브를 가지는 냉각 장치에서는 일반적으로 한쪽의 냉각실이 냉각 운전할 경우에 다른 한쪽의 냉각실은 냉각 운전을 정지한 상태가 된다. 냉각실 상호 운전의 경우 다른 한쪽 냉각을 정지한 냉각기에는 냉매가 회수되지 못하고 남아있기 때문에 이 분량의 냉매량을 냉동 사이클에 추가하여 충전한다. 이 때문에 특허문헌 3에서는 이러한 것을 피하고자 상호 운전 전환 시에만 듀티 제어를 하여 냉매 흐름을 원활하게 전환될 수 있는 연구를 한다.

냉각 운전 중의 증발기는 증발기를 유효하게 기능시키기 위하여 액백(液 back)되지 않을 정도로 냉매가 공급되고 증발기 내의 액냉매 비율이 높고 액냉매가 증발한 가스 냉매의 흐름을 저해하여 압력 손실을 발생시키고 있다. 이 때문에 증발기는 압축기의 흡입 압력보다 높은 압력으로 되고 높아진 압력만큼 증발 온도가 상승한다. 그 결과 증발기의 열 교환 성능 저하로 효율이 저하된다.

또한, 한쪽 냉각실의 증발기가 제상(除霜) 운전 중에 다른 한쪽 냉각실의 증발기가 냉각 운전 중일 경우 제상 중인 증발기에서는 냉매가 대부분 회수되기 때문에 추가한 냉매량만큼 냉매 과잉 상태에서 다른 한쪽 냉각실의 증발기가 냉각 운전을 수행하게 된다. 이 때문에 상호 운전 시 압축기 회전수로 다른 한쪽의 냉각실 증발기의 냉각 운전을 수행하면 냉매 과잉으로 증발 압력이 상승하고 냉각 운전이 길어져 에너지 소비의 증대로 연결된다. 또한, 상호 운전 시 압축기 회전수를 올려 운전하면 증발 온도는 적정해지고 냉각 운전도 적정해지지만, 회전수 상승으로 입력이 증가하기 때문에 에너지 소비의 증대로 연결된다.

그리고, 본 발명의 일 측면에 의한 냉각 장치는, 냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실; 압축기, 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 응축기의 토출측 및 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 복수의 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 각 증발기의 흡입측에 설치된 복수의 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 및 응축기 및 복수의 증발기 사이에 설치된 냉매 제어 밸브를 구비하고, 복수의 증발기 중 냉매를 공급하는 증발기를 선택적으로 전환하는 냉매 제어부;를 포함하고, 냉매 제어부는 냉매를 공급하는 증발기를 전환한 후에 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하여 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다. 즉, 냉매 제어부는 냉매를 공급하는 증발기를 전환한 후에 냉매 제어 밸브를 ON/OFF 시킴으로써 냉매를 간헐적으로 공급하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 것이라면 냉매를 공급하는 증발기를 전환한 후에 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하는 것에 의해 냉매를 간헐적으로 공급하여 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하므로 해당 증발기에서 액냉매에 의해 생기는 압력 손실을 줄일 수 있고 증발 온도의 상승을 억제할 수 있다. 이에 의해 증발기의 열 교환 성능 저하를 방지하고 냉각 효율의 저하를 방지함과 동시에 에너지 절약 운전이 가능해진다. 또한, 냉매를 공급하는 증발기의 냉매 공급 과잉이 해소되기 때문에 압축기의 액백 가능성이 감소할 수 있고 압축기의 내구성도 향상된다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의한 냉각 장치는, 냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실; 압축기, 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 응축기의 토출측 및 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 복수의 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 각 증발기의 흡입측에 설치된 복수의 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 응축기 및 복수의 증발기 사이에 설치된 냉매 제어 밸브를 구비하고, 복수의 증발기 중 냉매를 공급하는 증발기를 선택적으로 전환하는 냉매 제어부; 및 복수의 증발기 중 적어도 하나를 서리 제거하기 위한 제상부;를 포함하고, 제상부에 의해 복수의 증발기 중 어느 하나가 서리 제거된 상태에서 냉매 제어부는, 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 서리 제거되지 않은 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다. 즉, 냉매 제어부는 제상되지 않은 증발기에 냉매 제어 밸브를 ON/OFF 시킴으로써 냉매를 간헐적으로 공급하는 것을 특징으로 한다.

제상부에 의해 서리가 제거되는 증발기는 제상부로 인해 온도가 상승하기 때문에 해당 증발기에 남아 있는 냉매 대부분을 회수할 수 있다. 이 때문에 냉매 제어부에 의해 냉매가 공급되는 증발기의 냉매량이 초과하게 된다. 그렇게 되면 상술한 바와 같이 해당 증발기 내의 액냉매 비율이 커져 압력 손실이 생기고 증발 온도가 상승하여 증발기 열 교환 성능이 저하되어 냉동 효율의 저하를 초래한다. 본 발명에서는 제상부에 의해 복수 증발기 어느 한쪽이 제상되는 상태에서 냉매 제어부가 서리 제거되지 않은 증발기에 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하는 것에 의해 냉매를 간헐적으로 공급하여 냉매 유량을 조절하기 때문에 해당 증발기에서 액냉매로 생긴 압력 손실을 줄여 증발 온도의 상승을 억제할 수 있다. 이것에 의해 증발기의 열교환 성능 저하를 방지하고 냉각 효율의 저하를 방지함과 동시에 에너지 절약 운전이 가능해진다. 또한, 냉매를 공급하는 증발기의 냉매 공급 과잉이 해소되기 때문에 압축기의 액백 가능성을 줄일 수 있어 압축기의 내구성도 향상한다.

구체적으로 냉매 유량을 쉽고 정밀하게 제어하기 위해서는 냉매 제어부가 냉매 제어 밸브의 전개(全開) 시간과 전폐(全閉) 시간을 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 냉매 제어부는 냉매 제어 밸브를 듀티 제어하는 것이 바람직하다.

구체적으로는 듀티 제어의 주기(전개 시간과 전폐 시간과의 전환 주기)가 3초에서 200초 사이로 설정되는 것이 바람직하다. 여기서, 주기가 3초 미만인 경우에는 증발기에서 액냉매 회수 시간을 확보할 수 없어 액냉매 회수가 불충분해지고, 주기가 200초 이상으로 긴 경우에는 증발기에 공급되는 냉매량이 부족하여 냉각 효율이 저하한다. 특히 듀티 제어의 주기가 10초에서 180초 사이로 설정되는 것이 바람직하다.

냉매가 공급되는 증발기에서의 액냉매 회수를 확실하게 수행하기 위해서는 듀티 제어에서 냉매 제어 밸브의 ON 시간보다 OFF 시간이 길게 설정되는 것이 바람직하다. 또 냉매 제어 밸브가 듀티 제어되어 있지 않더라도 냉매 제어 밸브 동작에서 ON 시간보다 OFF 시간이 길게 설정되는 것이 바람직하다.

듀티 제어에서 증발기 입구 온도와 출구 온도의 차이를 일정하게 하기 위해 듀티 비를 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 전개 시간과 전폐 시간과의 시간 비율을 가변하는 것이 바람직하다. 이때의 시간 비율은 예를 들면 소정의 하나의 증발기 흡입구 및 토출구의 온도 차를 0→에서 10→ 사이에 과열제어 될 수 있도록 적절하게 결정할 수 있다.

또한, 냉매 제어부는 주위 온도에 따라 냉매 제어 밸브의 ON 시간과 OFF 시간의 시간 비율을 가변하는 것이 바람직하다. 주위 온도가 높은 경우에는 증발기에 공급되는 냉매의 과잉 비율이 낮고 주위 온도가 낮은 경우에는 증발기에 공급되는 냉매의 과잉 비율이 크기 때문에 주위 온도에 따라 시간 비율을 가변으로 하는 것이 바람직하다.

또한, 종래의 냉매 제어 밸브는 냉각 장치의 냉장 순환 사이클과 냉동 순환 사이클을 전환하는 등의 복수 방향을 개폐 자유롭게 전환되게 되어 있으나 냉매 제어 밸브의 1 스트로크 중에는 "폐-폐" 모드a, "개-폐" 모드b, "개-개" 모드c, "폐-개" 모드d의 4 모드가 각각 1회씩만 있다(도 29 참조).

통상적으로 냉각 장치 정지 중에 사용하는 "폐-폐" 모드a가 스트로크의 최초에 있고 "폐-폐" 모드a로 스트로크 위치의 초기화를 수행한다. 그리고 종래의 냉매 제어 밸브로의 냉각 장치 운전제어는 "폐-폐" 모드a (정지상태)→"개-폐" 모드b (운전개시)→"개-개" 모드c (전환개시)→"폐-개" 모드d (전환 종료)→정지준비로 복귀하고 "개-개" 모드c→"개-폐" 모드b→"폐-폐" 모드a (정지)와 스트로크를 1 왕복한다. 또한 "개-폐" 모드b는 냉장실 측에 냉매를 흘리는 냉장 순환 사이클이며 "폐-개" 모드d는 냉동실 측에 냉매를 흘리는 냉동 순환 사이클이다.

또한, 이 종래의 냉매 제어 밸브로 본 발명의 동작(청구항 1의 동작)을 수행하면 "폐-폐" 모드a (정지)→"개-폐" 모드b (운전개시)→"개-개" 모드c (전환개시)→"폐-개" 모드d (전환종료)→"개-개" 모드c (전환개시)→"개-개" 모드b (전환종료)와 같은 루틴(Routine)(b ⇔ c ⇔ d)을 반복한 후에 "폐-폐" 모드a (정지)가 되고 냉장실측 또는 냉동실 측을 선택적으로 개폐하려면 제어밸브가 모드b와 모드d의 사이를 반복하여 이동하게 된다. 따라서 냉각 장치가 운전하는 동안은 동일한 곳을 반복 왕복 동작하므로 내구성인 면에서 불리하다. 또 대략 제어 범위의 반을 왕래하게 되어 이동 시간도 길고 냉장실측 증발기 또는 냉동실 측 증발기의 정밀한 온도 제어도 어렵다.

또한, 냉장실측 및 냉동실 측 동시에 냉매를 흘리면서 각각의 냉각기의 냉매 유량을 제어하려면 "개-개" 모드c에서는 압력차이에 의한 편향이 발생하여 불가능하고 "개-폐" 모드b와 "폐-개" 모드 d를 단시사이에 반복하고 간헐적으로 밸브의 개폐를 수행하여 그 시간 비율로 유량을 제어하면 좋으나 본 사양에서는 각 모드 간의 이동 거리도 길고 단시사이에서의 반복이 불가능한 상태에서 동일한 부분에서의 반복 제어가 되기 때문에 내구성 측면에서 불리하다(특허문헌 4 참조).

이 때문에 냉매 제어 밸브는 복수의 증발기 각각에 대하여 냉매를 흘리는 열림 밸브 상태 또는 냉매를 흘리지 않는 닫힘 밸브 상태의 조합으로 이루어진 복수의 서로 다른 개폐 선택 모드(개폐 상태)가 차례로 전환하는 개폐 루틴을 밸브체의 1 스트로크 동작 중에 여러 차례 반복하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 냉매 제어 밸브가 그 밸브체의 1 스트로크 동작 중에 여러 차례 동일한 개폐 루틴을 구비하게 되고 동일 장소를 왕복하여 반복 동작하는 회수를 줄일 수 있기 때문에 냉매 제어 밸브의 내구성을 향상할 수 있다. 또한, 밸브체의 1 스트로크 동작 중에 복수 회의 동일한 개폐 루틴을 구비하여 각 개폐 선택모드 간의 이동 거리를 짧게 할 수 있고, 그 이동 시간을 단축할 수 있기 때문에 복수의 냉각실 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 측면에 의한 냉각 장치는, 증발기 및 압축기 사이에 냉매의 역류를 방지하는 역지(逆止) 밸브가 적어도 하나 설치되는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 각 증발기 온도 차에 의해 생기는 냉매의 역류를 방지하고 냉동 회로를 원활히 운전할 수 있다.

그리고 종래의 다른 제어 밸브는 유출측에 설치된 복수 증발기 어느 한쪽으로 전환할 뿐이거나 또한 복수의 증발기에 동시 냉매를 흘리는 경우에서도 한쪽만 유량 조정할 뿐이고 또 그 유량 조정은 연속 가변이 아니라 여러 포인트의 개도 비율(제어 포인트)을 가질 뿐이다. 또한, 특허문헌 5, 6에서는 냉매 유량 제어기능으로서 한쪽의 유출구에서 다른 한쪽의 유출구로 향하는 원호 형상의 제어 홈을 마련하여 유량 제어를 수행한다. 그런데 이들 제어 방법은 모두 동시에 연속 가변으로 냉매 유량을 제어할 수 있는 것은 아니다.

한편, 본 발명의 일 측면에 의한 냉각 장치는, 냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실; 압축기, 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 응축기의 토출측 및 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 각 증발기의 흡입측에 설치된 복수의 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 및 응축기 및 복수의 증발기 사이에 설치되어 각 증발기로 흐르는 냉매 유량을 제어하는 냉매 제어 밸브를 구비하고, 복수의 증발기로 흐르는 냉매 유량을 동시에 연속적으로 변화시키는 냉매 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 것이라면 냉매 제어부는, 복수의 증발기로 흐르는 냉매 유량을 동시에 그리고 연속적으로 변화시키므로 유량 비율의 조합 패턴을 늘릴 수 있다. 따라서 각 증발기에서의 증발 온도를 임의로 조절할 수 있기 때문에 복수의 냉각실 부하에 대응하는 정밀한 유량 제어가 가능해진다. 또한 이것에 의해 압축기 냉각 효율이 향상되어 소비전력 줄이기가 가능해진다.

복수의 증발기로 흐르는 냉매 유량을 각 증발기에 대응하는 각 냉각실 부하에 따라서 특유한 것으로 하기 위해서는 냉매 제어부가 서로 다른 변화율로 각 증발기로 흐르는 냉매 유량을 변화시키는 것이 바람직하다.

냉매 제어 밸브의 구체적인 실시 예로서 냉매 제어 밸브는, 응축기의 토출측에 연결되는 입력 포트 및 복수 증발기의 흡입측에 각각 연결되는 복수의 출력 포트를 가지는 밸브 본체; 및 밸브 본체의 내부에서 복수의 출력 포트에 각각에 대응하여 설치되고 출력 포트에 연결되는 유출구를 개폐하는 밸브체를 포함하는 것이 바람직하다.

여기서, 각 증발기에서의 냉매 유량은 해당 각 증발기 온도(압력) 차이에 의해 복수 출력 포트의 유출구 개도 비율과 동일하지 않는다. 이 때문에 보다 작게 냉매 유량을 조정해야 할 증발기가 반드시 필요하므로 복수 출력 포트에서의 유출구 개도 합계는 100%가 되지 않게 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면 2개의 증발기에서 한쪽의 증발기의 냉매 유량을 70% 다른 한쪽의 증발기의 냉매 유량을 30%로 하고 싶은 경우에 단순하게 한쪽의 증발기 측의 유출구 개도를 70% 다른 한쪽의 증발기 측의 유출구 개도를 30%로 해도 한쪽의 증발기 쪽에 70% 이상의 냉매 유량이 유출되는 것을 생각할 수 있다. 이 경우에는 한쪽의 증발기 측의 유출구 개도를 70% 다른 한쪽의 증발기 측의 유출구 개도를 40%로 하는 것과 같이 유출구 개도의 합계가 100%가 되지 않게 한다.

또한, 냉매 제어부는 각 냉각실의 부하 변동에 따라 복수의 출력 포트에서의 유출구 개도를 연속적으로 변경하는 것이 바람직하다.

제안된 냉각 장치에 의하면, 복수 냉각실의 부하 또는 그 변동에 따라서 그 냉각실의 온도 제어를 우수한 응답성으로 정밀하게 수행할 수 있다.

도 1은 제1 실시 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 제1 실시 예에 의한 냉매 제어 밸브의 제1 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
도 3은 제1 실시 예에 의한 냉매 제어 밸브의 제2 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
도 4는 제1 실시 예의 변형 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 5는 제1 실시 예의 변형 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 6은 제1 실시 예의 변형 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 7은 제2 실시 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 8은 제2 실시 예의 냉매 제어 밸브의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 9는 제2 실시 예의 냉매 제어 밸브의 유출구 및 밸브체의 구성을 주로 나타낸 모식도이다.
도 10은 제2 실시 예의 냉매 제어 밸브의 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
도 11은 제2 실시 예의 냉매 제어 밸브의 각 모드에서의 밸브체의 위치를 나타낸 도면이다.
도 12는 제2 실시 예의 변형 예에 의한 냉매 제어 밸브의 유출구 및 밸브체의 구성을 주로 나타낸 모식도이다.
도 13은 동 변형 예의 냉매 제어 밸브의 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
도 14는 동 변형 예의 냉매 제어 밸브의 각 모드에서의 밸브체의 위치를 나타낸 도면이다.
도 15는 제3 실시 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 16은 제3 실시 예의 냉매 제어 밸브의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 17은 제3 실시 예의 냉매 제어 밸브의 내부 구성을 나타낸 모식도이다.
도 18은 제3 실시 예의 냉매 제어 밸브의 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
도 19는 제3 실시 예의 냉매 제어 밸브에 의한 개도 변화를 나타낸 도면이다.
도 20은 제3 실시 예에 의한 온도 분포를 나타낸 도면이다.
도 21은 제3 실시 예의 변형 예에서의 냉매 제어 밸브에 의한 개도 변화를 나타낸 도면이다.
도 22는 동 변형 예에 의한 온도 분포를 나타낸 도면이다.
도 23은 제3 실시 예의 변형 예에서의 냉매 제어 밸브에 의한 개도 변화를 나타낸 도이다.
도 24는 제3 실시 예의 변형 예에 의한 냉매 유량의 미조정 방법을 나타낸 도이다.
도 25는 제4 실시 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 26은 제4 실시 예에 의한 냉매 제어 밸브의 개폐 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
도 27은 제4 실시 예의 변형 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 28은 제4 실시 예의 변형 예에 의한 냉매 제어 밸브의 개폐 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
도 29는 종래의 냉매 제어 밸브의 동작 패턴을 나타낸 도면이다.

＜제1 실시예＞

이하에 본 발명의 제1 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

제1 실시 예에 의한 냉각 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 냉장실(11) 및 냉동실(12)을 가지는 냉장고이고, 압축기(21), 압축기(21)의 토출측에 설치된 응축기(22)와 응축기(22)의 토출측 및 압축기(21)의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결된 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)와 냉장실용 증발기(23A)의 흡입측에 직렬로 설치된 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉장실용 감압 수단(24A) 및 냉동실용 증발기(23B)의 흡입측에 직렬로 설치된 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉동실용 감압 수단(24B)을 가지는 냉동 회로(200)를 구비한다.

여기서, 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)는 응축기(22)의 토출측에서 분기한 2개의 냉매 분기 유로(201, 202)에 각각 설치된다. 냉장실용 증발기(23A)는 냉장실(11)의 고내를 냉각하도록 설치되어 있고 냉동실용 증발기(23B)는 냉동실(12)의 고내를 냉각하도록 설치된다.

그리고 본 실시 예의 냉각 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 각 냉매 분기 유로(201, 202)로 흐르는 냉매 유량을 조정함으로써 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량을 개별적으로 조절하는 냉매 제어부(3)를 구비한다.

냉매 제어부(3)는 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량을 제어하는 냉매 제어 밸브(31)와 해당 냉매 제어 밸브(31)를 제어하는 제어 장치(32)를 구비한다. 또한 제어 장치(32)는 CPU, 메모리, 입출력 인터페이스, AD 전환기 등을 구비한 범용 내지 전용의 컴퓨터이며, 메모리의 소정 영역에 기억시킨 제어 프로그램에 따라서 CPU, 주변 기기 등을 협동시킴으로써 냉매 제어 밸브(31)를 제어한다.

본 실시 예의 냉매 제어 밸브(31)는 냉매 분기 유로(201, 202)의 분기점에 설치된 세 방향 밸브이며 입력 포트가 응축기(22) 측의 냉매 배관에 연결되고 제1 출력 포트가 냉장실용 증발기(23A) 측의 냉매 분기 유로(201)를 구성하는 분기 배관에 연결되고 제2 출력 포트가 냉동실용 증발기(23B) 측의 냉매 분기 유로(202)를 구성하는 분기 배관에 연결된다. 그리고 냉매 제어 밸브(31)는 제어 장치(32)로부터 제어 신호로 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트의 개폐가 개별적으로 제어된다.

이하에 제어 장치(32)에 의한 냉매 제어 밸브(31) 동작 패턴의 실시 예에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.

제어 장치(32)는 냉장실(11) 및 냉동실(12)을 동시에 냉각하는 동시 냉각 운전에서 그 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 부하 또는 그 변동에 따라 냉매 제어 밸브(31)의 개폐시간을 제어함으로써 냉장실용 증발기(23A)로 흐르는 냉매 유량 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량이 각각 독립하도록 조정한다. 이것에 의해 각 증발기의 흐르는 냉매 분류비율이 조정된다.

구체적으로, 제어 장치(32)는 냉장실(11)의 고내에 설치되어 해당 냉장실(11)의 고내 온도를 검출하는 냉장실(11)내 온도센서(4A)로부터 검출 온도와 냉동실(12)의 고내에 설치되어 해당 냉동실(12)의 고내 온도를 검출하는 온도센서(4B)로부터 검출 온도와 냉각 장치(100) 외부에 설치되어 외부 공기 온도를 검출하는 외부 공기 온도센서(5)로부터 검출 온도를 취득한다.

또한, 제어 장치(32)는 고내 온도 및 외부 공기 온도에 의해 냉장실(11)의 부하 또는 그 변동을 산출함과 동시에 고내 온도 및 외부 공기 온도에 의해 냉동실(12)의 부하 또는 그 변동을 산출하고 그 산출 결과에 의해 냉매 제어 밸브(31)의 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트의 전개 시간 및 전폐 시간의 시간 비율을 산출한다. 그리고 제어 장치(32)는 이것에 의해 얻어진 제어 신호를 냉매 제어 밸브(31)로 출력하여 냉매 제어 밸브(31)를 제어한다.

여기서, 전개 시간과 전폐 시간과의 전환 주기를 3초에서 200초 사이에서 가변으로 하고, 해당 전환 주기 사이에 전개 시간과 전폐 시간과의 시간 비율을 가변으로 한다.

예를 들면, 전개 시간을 TON, 전폐 시간을 TOFF로 한 경우에 TON＋TOFF의 주기를 3초에서 200초 사이가 되도록 한다. 또한, 전개 시간 및 전폐 시간의 시간 비율은 예를 들면, 냉장실(11) 내 온도센서(4A)와 냉동실(12) 내 온도센서(4B)들의 검출 신호로 적당히 가변하여 결정한다.

그리고, 제어 장치(32)는 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매 제어 밸브(31)의 제1 포트 및 제2 포트의 개폐시간을 제어함으로써 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)의 양쪽 모두에 냉매를 흘리는 냉매 전부 유출 기간과, 냉장실용 증발기(23A)에만 냉매를 흘리는 냉매 일부 유출 기간을 교대로 수행한다. 이때 제1 포트를 상시 전개로 하여 냉장실용 증발기(23A)에 상시 냉매가 흐르도록 함과 동시에 제2 포트의 전개 시간 및 전폐 시간의 시간 비율을 제어하여 냉동실용 증발기(23B)에 간헐적으로 냉매가 흐르도록 한다.

또한, 제어 장치(32)는 도 3에 도시된 바와 같이, 냉매 제어 밸브(31)의 제1 포트 및 제2 포트의 개폐시간을 제어함으로써 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에 차례로 냉매를 흘릴 수도 있다. 이때 제1 포트 및 제2 포트의 전개 시간 및 전폐 시간의 시간 비율을 제어하여 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에 간헐적으로 냉매가 흐르도록 함과 동시에 냉장실용 증발기(23A)에 냉매가 흐르는 타이밍과 냉동실용 증발기(23B)에 냉매가 흐르는 타이밍이 정반대되도록 한다. 또한, 이 동작 패턴은 도 2에 나타낸 동작 패턴에 의해 냉매의 한쪽 흐름이 발생했을 때만 수행한다.

＜제1 실시예의 효과＞

이처럼 구성한 냉각 장치(100)에 의하면 냉장실(11) 및 냉동실(12)을 동시에 냉각하는 동시 냉각 운전을 수행하므로 냉각 운전을 하지 않는 증발기가 없어서 해당 증발기(23A, 23B)에 냉매가 괴기 어렵다. 또한, 동시 냉각 운전에서 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 부하 또는 그 변동에 따라 냉매 제어 밸브(31)의 개폐시간을 제어하므로 부하 또는 그 변동에 따라 냉매 유량을 응답성이 있게 제어할 수 있고 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 온도 제어를 뛰어난 응답성으로 정밀하게 수행할 수 있다. 이것에 의해 냉장실(11) 및 냉동실(12)에 저장된 식품의 열화를 지연시킬 수 있다. 또한 증발기(23A, 23B)를 과열 제어하는 경우에 소비전력을 줄일 수도 있다. 추가로 냉매 유량이 적은 냉각 장치에 있어서 밸브 개도를 제어할 경우, 그 제어가 어려워지므로 본 실시 예에서는 냉매 제어 밸브(31)의 개폐시간을 제어함으로써 냉매 유량을 쉽고 정밀하게 제어할 수 있다.

＜제1 실시예의 변형예＞

또한 본 발명은 제1 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 제1 실시 예에서는 냉장실(11) 및 냉동실(12)을 가지는 냉각 장치(100)에 대하여 설명했으나 그 외 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 온도가 다른 3개 이상(도 4에서는 3개)의 냉각실에 대응하여 설치된 3개의 증발기(23A~23C)를 가지는 것일 수도 있다. 이때 3개로 분기한 냉매 분기 유로(201~203)의 분기점에 냉매 제어 밸브로서 사방밸브(31)를 설치하고 각 냉매 분기 유로(201~203)의 냉매 유량을 조절하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 24A~24C는 증발기의 상류에 설치된 감압 수단이다.

또한, 제1 실시 예에서는 냉매 분기 유로(201, 202)의 분기점에 냉매 제어 밸브로서 세 방향 밸브(31)를 설치한 것이었으나 도 5에 도시된 바와 같이, 각 냉매 분기 유로(201, 202)에서 감압 수단(24A, 24B)의 상류에 각각 2개의 두 방향 밸브(31A, 31B)를 설치할 수 있다. 이 경우라도 2개의 두 방향 밸브(31)의 개폐시간의 시간 비율을 3초에서 200초 사이에서 가변으로 한다.

그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 냉동실용 증발기(23B)의 토출측에 냉매의 역류를 방지하는 역지 밸브(6)를 설치할 수 있다.

＜제2 실시예＞

아래에서 본 발명의 제2 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

제2 실시 예에 의한 냉각 장치(100)는 도 7에 도시된 바와 같이, 냉장실(11) 및 냉동실(12)을 가지는 것이며 압축기(21), 해당 압축기(21)의 토출측에 설치된 응축기(22)와 해당 응축기(22)의 토출측 및 압축기(21)의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결된 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 냉장실용 증발기(23A)의 흡입측에 직렬로 설치된, 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉장실용 감압 수단(24A) 및 냉동실용 증발기(23B)의 흡입측에 직렬로 설치된, 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉동실용 감압 수단(24B)을 가지는 냉동 회로(200)를 구비한다.

여기서 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)는 응축기(22)의 토출측에서 분기한 2개의 냉매 분기 유로(201, 202)에 각각 설치된다. 냉장실용 증발기(23A)는 냉장실(11)의 고내를 냉각하도록 설치되어 있고 냉동실용 증발기(23B)는 냉동실(12)의 고내를 냉각하도록 설치된다. 또한, 냉동실용 증발기(23B)의 토출측에 냉매의 역류를 방지하는 역지 밸브(6)가 설치된다.

그리고 본 실시 예의 냉각 장치(100)는 도 7에 도시된 바와 같이, 각 냉매 분기 유로(201, 202)로 흐르는 냉매 유량을 조정함으로써 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매를 제어하는 냉매 제어부(3)를 구비한다.

냉매 제어부(3)는 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매를 제어하는 냉매 제어 밸브(31)와 해당 냉매 제어 밸브(31)를 제어하는 제어 장치(32)를 구비한다.

본 실시 예의 냉매 제어 밸브(31)는 도 8에 도시된 바와 같이, 냉매 분기 유로(201, 202)의 분기점에 설치된 세 방향 밸브이고 입력 포트(P1)가 응축기(22) 측의 냉매 배관에 연결되고 제1 출력 포트(P2)가 냉장실용 증발기(23A) 측의 냉매 분기 유로(201)를 구성하는 분기 배관에 연결되고 제2 출력 포트(P3)가 냉동실용 증발기(23B) 측의 냉매 분기 유로(202)를 구성하는 분기 배관에 연결된다.

구체적으로 냉매 제어 밸브(31)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 입력 포트(P1), 제1 출력 포트(P2) 및 제2 출력 포트(P3)를 구비하고 그것을 연통하는 내부 공간(S)을 가지는 밸브 본체(311)와 해당 밸브 본체(311)의 내부 공간(S)에 설치되고 입력 포트(P1)와 2개의 출력 포트(P2, P3)의 일부 또는 전부를 연통하는 복수의 연통 구멍(H1, H2)이 형성된 밸브체(312)를 구비한다. 또한, 부호 P1a는 입력 포트(P1)에 연결되는 유입구이다.

본 실시 예의 냉매 제어 밸브(31)에 있어서 2개의 출력 포트(P2, P3)의 유출구(P2a, P3a)가 형성되어 있는 유출구 형성면(밸브 시트)(311x)은 평면이다. 그리고, 밸브체(312)가 유출구 형성면(311x) 상을 소정의 회전축 주위에 슬라이드 회전함으로써 각 유출구(P2a, P3a)를 개폐한다. 본 실시 예에서 밸브체(312)의 회전축은 2개의 유출구(P2a, P3a)로부터 등거리로 설치된 축이며 보다 상세하게는 2개의 유출구(P2a, P3a)의 중간 점이다.

밸브체(312)는 원판 형상을 하고 있으며 회전축을 중심으로 주 방향에 복수의 연통 구멍(H1, H2)이 형성되어 있고 본 실시 예에서는 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)에 대응하는 복수의 제1 연통 구멍(H1)(도 9에서는 5개)과 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)에 대응하는 복수의 제2 연통 구멍(H2)(도 9에서는 4개)이 설치된다. 그리고 이 밸브체(312)가 회전축 주위로 회전하는 것에 의해 유출구(P2a)에 대응하는 제1 연통 구멍(H1)과 해당 유출구(P2a)가 겹쳐지고 혹은 유출구(P3a)에 대응하는 제2 연통 구멍(H2)과 해당 유출구(P3a)가 겹치는 것으로 입력 포트(P1)와 제1 출력 포트(P2) 및/또는 제2 출력 포트(P3)가 연통한다.

이것에 의해 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B) 각각에 대하여 냉매를 흘리는 열림 밸브 상태 또는 냉매를 흘리지 않는 닫힘 밸브 상태의 조합이 결정되어 복수의 서로 다른 개폐 상태(개폐 선택모드)가 결정된다. 즉 본 실시 예에서는

(1) 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리지 않는 전폐모드("폐-폐" 모드)와

(2) 냉장실용 증발기(23A)에 냉매를 흘리면서 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리지 않는 냉장실 선택모드("개-폐" 모드)와

(3) 냉장실용 증발기(23A)에 냉매를 흘리지 않으면서 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리는 냉동실 선택모드("폐-개" 모드)와

(4) 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리는 전개모드("개-폐" 모드)가 결정된다.

그리고 본 실시 예에서는 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)에 대응하는 복수의 연통 구멍(H1)과 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)에 대응하는 복수의 연통 구멍(H2)과 밸브체(312)가 1 스트로크 동작 중에 회전함에 따라서 냉장실 선택모드("개-폐" 모드) 및 냉동실 선택모드("폐-개" 모드)가 교대로 복수 회 전환되도록 밸브체(312)에 형성된다. 즉 복수의 연통 구멍(H1) 및 복수의 연통 구멍(H2)은 밸브체(312)가 1 스트로크 동작 중에 회전함에 따라서 냉장실 선택모드("개-폐" 모드)로부터 냉동실 선택모드("폐-개" 모드)로 차례로 전환하는 개폐 루틴이 반복되는 것과 같이 밸브체(312)에 형성된다.

또한 냉매 제어 밸브(31)는 밸브체(312)에 형성된 기어 부(미 도시)에 서로 맞물리는 기어 기구와 해당 기어 기구(313)를 회전시키는 스텝 모터 등의 액츄에이터를 구비하고 있고 해당 액츄에이터에 의해 기어 기구를 통하여 밸브체(312)가 회전한다. 또한, 액츄에이터는 밸브체(312)를 정 회전 또는 역회전하는 것이 가능하다. 즉, 각 밸브체(312)는 기어 기구에 의해 소정의 회전 범위로 왕복 회전운동 한다.

그리고, 냉매 제어 밸브(31)는 제어 장치(32)로부터 제어 신호로 액츄에이터가 제어됨에 따라 밸브체(312)가 회전하여 2개의 출력 포트(P2, P3) 유출구(P2a, P3a)의 개폐 모드가 전환된다.

제어 장치(32)는 CPU, 메모리, 입출력 인터페이스, AD 전환기 등을 구비한 범용 내지 전용의 컴퓨터이며, 메모리의 소정 영역에 기억시킨 제어 프로그램에 따라서 CPU, 주변기기 등을 협동시킴으로써 냉매 제어 밸브(31)를 제어한다.

구체적으로는, 제어 장치(32)는 냉장실(11)의 고내에 설치되어 해당 냉장실(11)의 고내 온도를 검출하는 온도센서(4A)로부터의 검출 온도와 냉동실(12)의 고내에 설치되어 해당 냉동실(12)의 고내 온도를 검출하는 온도센서(4B)로부터의 검출 온도와 냉각 장치(100) 외부에 설치되어 외부 공기 온도를 검출하는 외부 공기 온도센서(5)로부터의 검출 온도를 취득한다.

또한, 제어 장치(32)는 고내 온도 및 외부 공기 온도에 의해 냉장실(11)의 부하 또는 그 변동을 산출함과 동시에 고내 온도 및 외부 공기 온도에 의해 냉동실(12)의 부하 또는 그 변동을 산출하며 그 산출 결과에 의해 냉매 제어 밸브(31)의 제1 출력 포트(P2) 유출구(P2a) 및 제2 출력 포트(P3) 유출구(P3a)의 개폐 모드를 결정한다. 그리고 제어 장치(32)는 이것에 의해 얻어진 제어 신호를 냉매 제어 밸브(31)로 출력하여 냉매 제어 밸브(31)를 제어한다.

아래에서 본 실시 예의 냉매 제어부(3)에서의 냉매 유량의 제어 상태에 대하여 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다.

본 실시 예의 냉매 제어 밸브(31)에서는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B) 양쪽 모두에 냉매가 흐르지 않는 전폐 모드("폐-폐" 모드：모드 A)에서 밸브체(312)가 회전하면 냉장실 선택 모드("개-폐" 모드：모드 B)로 전환한다. 다음에 본 냉장실 선택 모드로부터 밸브체(312)가 더 회전하면 냉동실 선택 모드("폐-개" 모드：모드 D)로 전환한다. 그리고 밸브체(312)가 1 스트로크 동작 중에서 회전함에 따라 모드 B와 모드 D가 교대로 전환하고 여러 차례 개폐 루틴이 반복된다(도 10 참조). 즉 밸브체(312)가 회전함에 따라 제1 연통 구멍(H1) 및 유출구(P2a)의 연통과 제2 연통 구멍(H2) 및 유출구(P3a)의 연통이 교대로 전환한다(도 11 참조). 그다음 밸브체(312)가 더 회전하면 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리는 전개모드("개-폐" 모드：모드 C)가 된다. 이 상태가 반 스트로크 분이 된다. 그리고 밸브체(312)는 상기와 마찬가지로 모드 B와 모드 D가 교대로 전환하면서 즉 복수회의 개폐 루틴이 반복하면서 나머지 반 스트로크 분 역회전 한다. 이처럼 본 실시 예의 밸브체(312)의 1 스트로크란 초기 위치로부터 소정 각도 범위(예를 들면 180도 미만이며 본 실시 예에서는 100도 정도) 정 회전하고 그다음 초기 위치까지 역회전하는 1 동작이 된다. 또한, 모드 B 및 모드 D를 전환하는 회수(개폐 루틴 수)를 늘리기 위해서는 모드 A 및 모드 C를 통하지 않고 밸브체(312)를 정역회전(正逆回轉) 시키면 된다.

＜제2 실시예의 효과＞

이처럼 구성한 냉각 장치(100)에 의하면 냉매 제어 밸브(31)가 그 밸브체(312)의 1 스트로크 동작 중에 냉장실 선택모드 및 냉동실 선택모드로부터 여러 차례 동일한 개폐 루틴을 구비하게 되고 1 스트로크 동작 중에 냉장실 선택모드 및 냉동실 선택모드를 여러 차례 전환하므로 동일한 장소를 왕복하여 반복 동작하는 회수를 줄여 냉매 제어 밸브(31)의 내구성을 향상할 수 있다. 또 밸브체(312)의 1 스트로크 동작 중에 여러 차례 동일한 개폐 루틴을 구비하게 되고 각 개폐 선택모드간의 이동 거리를 짧게 할 수 있고 그 이동 시간을 단축할 수 있으므로 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다. 특히 본 실시 예에서는 밸브체(312)가 1 스트로크 동작 중에 회전함에 따라 냉장실 선택모드 및 냉동실 선택모드로부터 개폐 루틴이 여러 차례 반복되므로 밸브체(312)의 냉장실 선택모드 및 냉동실 선택모드의 전환을 소량의 이동량에 의해 가능하게 할 수 있고 밸브체(312)의 이동 시간을 한층 더 단축할 수 있어서 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.

＜제2 실시예의 변형예＞

또한 본 발명은 상기 제2 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면 상기 제2 실시 예에서는 냉매 제어 밸브(31)가 냉장실 선택모드 및 냉동실 선택모드를 교대로 전환하는 것이었으나 냉장실용 증발기(23A) 또는 냉동실용 증발기(23B)의 한쪽만 냉매를 흘리는 한쪽 선택모드와 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B) 양쪽 모두에 냉매를 흘리는 양쪽 전체 선택모드를 가지며 밸브체(312)의 1 스트로크 동작 중에 한쪽 선택모드 및 양쪽 전체 선택모드로부터 개폐 루틴을 여러 차례 구비하는 것일 수도 있다. 구체적으로는 도 12에 도시된 바와 같이, 밸브체(312)가 반 원판 형상을 이루며 회전축을 중심으로 주 방향에 복수의 연통 구멍(H2)이 형성된다. 상세하게는 밸브체(312)는 제2 출력 포트(P3) 유출구(P3a)에 대응하는 복수의 제2 연통 구멍(H2)(도 12에서는 4개)을 가진다. 그리고 본 밸브체(312)가 회전축 주위를 회전함에 따라서 유출구(P3a)에 대응하는 제2 연통 구멍(H2)과 해당 유출구(P3a)가 겹치는 것으로 입력 포트(P1)와 제2 출력 포트(P3)가 연통한다. 또한 유출구(P2a)는 도 13의 모드 A 이외는 항상 개방되어 있고 입력 포트(P1)와 제1 출력 포트(P2)와는 항상 연통한다.

이것에 의해 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B) 각각 대하여 냉매를 흘리는 열림 밸브 상태 또는 냉매를 흘리지 않는 닫힘 밸브 상태의 조합이 결정되어 복수의 서로 다른 개폐 상태(개폐 선택모드)가 결정된다. 즉 본 실시 예에서는

(2) 냉장실용 증발기(23A)에 냉매를 흘리면서 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리지 않는 한쪽 선택모드인 냉장실 선택모드("개-폐" 모드)와

(3) 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리는 양쪽 전체 선택모드인 전개모드("개-폐" 모드)가 결정된다.

다음으로 상기 냉매 제어 밸브(31)에서는, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B) 양쪽 모두에 냉매가 흐르지 않는 전폐모드("폐-폐" 모드：모드 A)에서 밸브체(312)가 회전하면, 냉장실선택모드("개-폐" 모드：모드 B)로 전환한다. 다음으로 상기 냉장실 선택모드에서 밸브체(312)가 더욱 회전하면 전개모드("개-폐" 모드：모드 C)로 전환한다. 그리고 밸브체(312)가 1 스트로크 동작 중에서 회전함에 따라 모드 B와 모드 C가 교대로 전환하고 복수회의 개폐 루틴이 반복된다(도 13 참조). 즉, 밸브체(312)가 회전함에 따라서 제1 연통 구멍(H1) 및 유출구(P2a)가 항상 연통하는 상태로 제2 연통 구멍(H2) 및 유출구(P3a)의 연통 및 차단이 교대로 전환한다(도 14 참조). 그다음 밸브체(312)를 역회전시킴으로써 모드 B 및 모드 C를 교대로 전환하고 복수회의 개폐 루틴이 반복된다. 이때, 냉매 제어 밸브(31)에서의 냉장실 선택모드(모드 B)와 전개모드(모드 C)의 시간 비를 조절함으로써 냉장용 증발기(23A)의 냉매 유량 및 냉장실용 증발기(23B)의 냉매 유량의 비율을 조정할 수 있다.

또, 냉매 제어 밸브(31)는 밸브체(312)가 원판 형상 또는 반 원판 형상 등으로 이루어진 패드 타입을 하는 슬라이드 밸브이었으나 그 외의 형상을 이루는 밸브체를 가지는 슬라이드 밸브일 수도 있고 예를 들면 복수의 내부 유로가 형성되어 입력 포트(P1)의 유입구(P1a)와 출력 포트(P2, P3)의 유출구(P2a, P3a)를 개별적으로 연통하는 스풀 밸브일 수도 있다.

＜제3 실시예＞

다음에 본 발명의 제3 실시 예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

제3 실시 예에 의한 냉각 장치(100)는 도 15에 도시된 바와 같이, 냉장실(11) 및 냉동실(12)을 가지며 압축기(21), 해당 압축기(21)의 토출측에 설치된 응축기(22)와, 해당 응축기(22)의 토출측 및 상기 압축기(21)의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결된 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)와, 냉장실용 증발기(23A)의 흡입측에 직렬로 설치된 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉장실용 감압 수단(24A) 및 냉동실용 증발기(23B)의 흡입측에 직렬로 설치된, 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉동실용 감압 수단(24B)을 가지는 냉동 회로(200)를 구비한다.

그리고 본 실시 예의 냉각 장치(100)는 도 15에 도시된 바와 같이, 각 냉매 분기 유로(201, 202)로 흐르는 냉매 유량을 조정함으로써, 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량을 동시에 연속적으로 변화시켜서 조절하는 냉매 제어부(3)를 구비한다.

냉매 제어부(3)는 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량을 제어하는 제어밸브(31)와 해당 제어밸브(31)를 제어하는 제어 장치(32)를 구비한다.

본 실시 예의 제어밸브(31)는 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 냉매 분기 유로(201, 202)의 분기점에 설치된 세 방향 밸브이며 입력 포트(P1)가 응축기(22) 측의 냉매 배관에 연결되고 제1 출력 포트(P2)가 냉장실용 증발기(23A) 측의 냉매 분기 유로(201)를 구성하는 분기 배관에 연결되고 제2 출력 포트(P3)가 냉동실용 증발기(23B) 측의 냉매 분기 유로(202)를 구성하는 분기 배관에 연결된다.

구체적으로 제어밸브(31)는 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 입력 포트(P1), 제1 출력 포트(P2) 및 제2 출력 포트(P3)를 구비하고 이들을 연통하는 내부 공간(S)을 가지는 밸브 본체(311)와 해당 밸브 본체(311)의 내부 공간(S)에서 2개의 출력 포트(P2, P3) 각각에 대응하여 설치되고 출력 포트(P2, P3)에 연결되는 유출구(P2a, P3a)를 개폐하는 2개의 밸브체(312a, 312b)를 구비한다. 또한, 부호 P1a는 입력 포트(P1)에 연결되는 유입구이다.

본 실시 예의 제어밸브(31)에서 2개의 출력 포트(P2, P3) 유출구(P2a, P3a)가 형성되어 있는 유출구 형성면(311x)은 평면이다. 그리고 상기 2개의 밸브체(312a, 312b) 각각이 유출구 형성면(311x) 위를, 각각 설정된 회전축 주위에 슬라이드 회전함으로써 각 유출구(P2a, P3a)를 개폐한다.

또 각 밸브체(312a, 312b)에서 상기 유출구(P2a, P3a)를 통과하는 부분의 윤곽 형상이 회전 방향을 향해 볼록하게 만곡한 곡선 형상으로 되어 있다. 또한, 상기 윤곽 형상은 밸브체(312a, 312b)의 회전축 방향에서 볼 때의 유출구 형성면(311x)를 슬라이드 하는 슬라이드 면의 외관 형상이다.

본 실시 예에서는 밸브체(312a)에서의 상기 윤곽 형상은 해당 밸브체(312a)가 유출구(P2a)를 막을 방향으로 회전할 경우의 회전 방향을 향해 볼록하게 만곡한 만곡 형상으로 되어 있다. 한편, 밸브체(312b)에서의 상기 윤곽 형상은 해당 밸브체(312b)가 유출구(P3a)를 막을 방향으로 회전할 경우의 회전 방향을 향해 볼록하게 만곡한 만곡 형상으로 되어 있다. 또한, 각 밸브체(312a, 312b)에서의 상기 윤곽 형상은 인벌류트 곡선이며 서로 동일 형상으로 되어 있다.

또한 제어밸브(31)는 각 밸브체(312a, 312b)에 형성된 기어 부(312a1, 312b1)에 서로 맞물리는 기어 기구(313)와 해당 기어 기구(313)를 회전시키는 스텝 모터 등의 액츄에이터(미 도시)를 구비하고 해당 액츄에이터에 의해 기어 기구(313)를 통하여 2개의 밸브체(312a, 312b)가 연동하여 회전한다. 또한, 액츄에이터는 밸브체(312a, 312b)를 정 회전 또는 역회전시킬 수 있다. 즉, 각 밸브체(312a, 312b)는 기어 기구(313)에 의해 소정의 회전 범위에서 왕복 회전 운동한다.

그리고, 제어밸브(31)는 제어 장치(32)로부터의 제어 신호로 액츄에이터가 제어됨으로써 2개의 밸브체(312a, 312b)가 회전하여 2개 출력 포트(P2, P3)의 유출구(P2a, P3a)의 개도를 제어한다.

제어 장치(32)는 CPU, 메모리, 입출력 인터페이스, AD 전환기 등을 구비한 범용 내지 전용의 컴퓨터이며 상기 메모리의 소정 영역에 기억시킨 제어 프로그램으로 CPU, 주변기기 등을 협동시킴으로써 상기 제어밸브(31)를 제어한다.

구체적으로는, 제어 장치(32)는 냉장실(11)의 고내에 설치되어 해당 냉장실(11)의 고내 온도를 검출하는 온도센서(4A)로부터의 검출 온도와 냉동실(12)의 고내에 설치되어 해당 냉동실(12)의 고내 온도를 검출하는 온도센서(4B)로부터의 검출 온도와, 냉각 장치(100) 외부에 설치되어 외부 공기 온도를 검출하는 외부 공기 온도센서(5)로부터의 검출 온도를 취득한다.

또한, 제어 장치(32)는 고내 온도 및 외부 공기 온도에 의해 냉장실(11)의 부하 또는 그 변동을 산출함과 동시에 고내 온도 및 외부 공기 온도에 의해 냉동실(12)의 부하 또는 그 변동을 산출하고 그 산출 결과에 의해 제어밸브(31)의 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)의 개도 및 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)의 개도 비율을 산출한다. 그리고 제어 장치(32)는 이것에 의해 얻어진 제어 신호를 제어밸브(31)로 출력하여 제어밸브(31)를 제어한다.

다음에 본 실시 예의 냉매 제어부(3)에서의 냉매 유량의 제어 상태에 대해 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한다.

각 밸브체(312a, 312b)는 초기 위치에서 회전범위가 10%까지의 범위(영역 A)에서는 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)가 전개(개도 100%)하고 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)는 전폐(개도 0%)하여 냉장실측 증발기에의 유량 비율이 100%가 되고 냉동실측 증발기에의 유량 비율이 0%가 된다. 또한, 본 실시 예의 초기 위치란 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)가 전개하면서 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)가 전폐되는 소정의 위치이다.

또한, 회전 범위가 90%에서 100%까지의 범위(영역 C)에서는 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)가 전폐(개도 0%)하고, 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)가 전개(개도 100%)하여 냉장실측 증발기에의 유량 비율이 0%가 되고 냉동실측 증발기에의 유량 비율이 100%가 된다. 또한, 본 실시 예의 회전 범위 100%란 초기 위치로부터 회전하여 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)가 전폐하면서 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)가 전개되는 소정의 위치이다.

또한, 회전 범위가 10%에서 90%까지의 범위(영역 B)는 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)의 개도 및 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)의 개도 양쪽 모두를 조정 가능한 범위(조정 영역)이다. 이 조정 영역에서는 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a) 개도는 100%에서 0%로 직선적으로 감소하고 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a) 개도는 0%에서 100%로 직선적으로 증가한다. 즉, 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)의 개도 변화율은 일정하고 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)의 개도 변화율도 일정하다. 또, 유출구(P2a)의 개도 변화율과 유출구(P3a)의 개도 변화율과는 정부역(正負逆)이다.

이러한 제어를 수행했을 경우의 냉장실(11)의 고내 온도, 냉장실측 증발기(23A)의 입구 온도 및 출구 온도의 온도 변화 및 냉동실(12)의 고내 온도, 냉동실측 증발기(23B)의 입구 온도 및 출구 온도의 온도 변화를 도 20에 나타낸다. 도 20에서 보듯이, 조정 영역에서 냉장실측 증발기(23A) 및 냉동실측 증발기(23B)에서의 증발 온도를 연속적으로 변화시켜 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 고내 온도를 연속적으로 조절할 수 있음을 알 수 있다.

＜제3 실시예의 효과＞

이처럼 구성한 냉각 장치(100)에 의하면 냉매 제어부(3)가 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량을 동시에 연속적으로 변화시키기 때문에 유량 비율의 조합 패턴을 늘릴 수 있다. 따라서 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에서의 증발 온도를 각각 임의로 조절할 수 있으므로 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 부하에 따른 정밀한 유량 제어가 가능해진다. 또, 이것에 의해 압축기(21)의 냉각 효율을 향상할 수 있고 소비전력 줄이기가 가능해진다.

＜제3 실시예의 변형예＞

또한 본 발명은 상기 제3 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면 상기 제3 실시 예에서는 0%~10%의 회전 범위를 전개 영역(또는 전폐 영역), 10%~90%의 회전 범위를 조정 영역, 90%~100%를 전폐 영역(또는 전개 영역)으로 하고 있으나, 이것에 한정되지 않는다. 조정 영역으로 하는 회전 범위는 상기에 한정되지 않고 예를 들면 20%~80% 등과 같이 임의로 설정할 수 있다. 또, 전개 영역, 조정 영역 및 전폐 영역 외에, 일정 개도 영역을 가지도록 구성할 수 있다. 또한, 이처럼 회전 범위에 의해 각 영역으로 구분하기 위해 밸브체(312a, 312b)에서의 유출구(P2a, P3a)를 통과하는 부분의 윤곽 형상을 특정 형상으로 설정한다.

또한, 조정 영역에서의 출력 포트(P2, P3) 유출구(P2a, P3a)의 개도 변화율을 복수의 변화율로 이루어진 것으로 할 수 있다. 예를 들면 도 21에 도시된 바와 같이, 조정 영역 B를 변화율이 작은 영역 B1, 변화율이 높은 영역 B2 및 변화율이 낮은 영역 B3으로 나눌 수 있다. 도 21에서는 영역 B1 및 영역 B3의 변화율이 동일하게 되어 있다. 또, 출력 포트(P2) 유출구(P2a)의 개도 변화율과 출력 포트(P3) 유출구(P3a)의 개도 변화율이 정부역으로 되어 있다. 또한, 영역 B1 및 영역 B3의 변화율을 다르게 할 수도 있다. 이때 밸브체(312a, 312b)에 있어서의 유출구(P2a, P3a)를 통과하는 부분의 윤곽 형상을 특정 형상으로 함으로써 조정 영역을 변화율이 다른 복수의 영역으로 할 수 있다.

이처럼 구성한 냉매 제어부(3)에 의한 냉장실(11)의 고내 온도, 냉장실측 증발기의 입구 온도 및 출구 온도의 온도 변화 및 냉동실(12)의 고내 온도, 냉동실측 증발기의 입구 온도 및 출구 온도의 온도 변화를 도 22에 나타낸다. 도 22에서 보듯이, 조정 영역에서 냉장실측 증발기 및 냉동실측 증발기에서의 증발 온도를 연속적으로 변화시켜 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 고내 온도를 연속적으로 조절할 수 있음을 알 수 있다. 이처럼 유출구(P2a, P3a)의 개도 변화율을 임의로 설정함으로써 연속 가변으로 더 정밀한 온도 제어가 가능해진다.

또한 도 23에 도시된 바와 같이, 조정 영역에서 제1 출력 포트(P2) 유출구(P2a)의 개도 변화율과 제2 출력 포트(P3) 유출구(P3a)의 개도 변화율을 서로 관계없이 독립하여 설정할 수 있다. 즉, 유출구(P2a) 개도와 유출구(P3a) 개도의 합계가 100%가 되지 않게 설정할 수 있다. 이 경우에는 각 밸브체에서의 유출구(P2a, P3a)를 통과하는 부분의 윤곽 형상을 서로 다른 형상으로 한다. 도 23에서는 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a) 변화율을 일정하게 하고 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a) 변화율을 복수의 변화율로 이루어진 것으로 한다. 이처럼 구성함으로써 각 증발기(23A, 23B)에서의 냉매 유량이 해당 각 증발기(23A, 23B)의 온도(압력)의 차이에 의해 복수 출력 포트의 유출구 개도 비율과 동일하지 않은 경우에도 각 증발기(23A, 23B)로 흐르는 냉매 유량을 정밀하게 제어할 수 있다.

여기서, 냉각실 부하가 변동했을 경우 증발기 온도(압력)도 변화하기 때문에 동일한 개도에서도 냉매 유량이 동일하지 않은 경우가 있다. 이 경우에는 도 24에 도시된 바와 같이, 조정 영역(도 24에서는 조정 영역 B3)에서 밸브체를 회전시켜서 복수 출력 포트에서의 유출구 개도를 연속적으로 변경함으로써, 임의 냉매 유량으로 미세 조정할 수 있다. 예를 들면, 도 24의 스텝 D로 운전 중(이때의 냉매 유량 비를 R측：20%, F측：80%로 한다), 냉각실 부하 변동으로 냉매 유량비가 R측：25%, F측：75%가 되었을 경우 밸브체를 회전시켜서 스텝 E로 함으로써 원래의 냉매 유량비(R측：20%, F측：80%)로 되돌리는 것이 가능해진다. 이처럼 냉각실 부하 변동으로 냉매 유량비가 변동했을 경우에도 밸브체를 회전시켜 복수 출력 포트에서의 유출구 개도를 연속적으로 변경시킴으로써 임의의 냉매 유량비로 미세 조절하는 것을 가능하게 할 수 있다.

또한, 본 실시 예에서는 각 밸브체(312)에서의 유출구(P2a, P3a)를 통과하는 부분의 윤곽 형상을 곡선 형상으로 하고 있으나 이에 한정되지 않고 직선 형상 또는 굴곡된 형상으로 할 수 있고 이들 형상을 조합한 형상으로 할 수도 있다.

＜제4 실시 예＞

다음에 본 발명의 제4 실시 예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

제4 실시 예에 의한 냉각 장치(100)는 도 25에 도시된 바와 같이, 냉장실(11) 및 냉동실(12)을 가지며 압축기(21)와, 해당 압축기(21)의 토출측에 설치된 응축기(22)와, 해당 응축기(22)의 토출측 및 상기 압축기(21)의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결된 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)와, 냉장실용 증발기(23A)의 흡입측에 직렬로 설치된 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉장실용 감압 수단(24A)과, 냉동실용 증발기(23B)의 흡입측에 직렬로 설치된 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉동실용 감압 수단(24B)을 가지는 냉동 회로(200)를 구비한다.

여기서 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)는 응축기(22)의 토출측에서 분기한 2개의 냉매 분기 유로(201, 202)에 각각 설치된다. 냉장실용 증발기(23A)는 냉장실(11)의 고내를 냉각하도록 설치되어 있고 냉동실용 증발기(23B)는 냉동실(12)의 고내를 냉각하도록 설치된다.

그리고 본 실시 예의 냉각 장치(100)는 도 25에 도시된 바와 같이, 각 냉매 분기 유로(201, 202)로 흐르는 냉매 유량을 조절함으로써 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량을 개별적으로 조절하는 냉매 제어부(3)를 구비한다.

냉매 제어부(3)는 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량을 제어하는 냉매 제어 밸브(31)와, 해당 냉매 제어 밸브(31)를 제어하는 제어 장치(32)를 구비한다. 또한 제어 장치(32)는 CPU, 메모리, 입출력 인터페이스, AD 전환기 등을 구비한 범용 내지 전용의 컴퓨터이며 상기 메모리의 소정 영역에 기억시킨 제어 프로그램에 따라서 CPU, 주변기기 등을 협동시킴으로써 상기 냉매 제어 밸브(31)를 제어한다.

본 실시 예의 냉매 제어 밸브(31)는 상기 냉매 분기 유로(201, 202)의 분기점에 설치된 세 방향 밸브이며 입력 포트가 응축기(22) 측의 냉매 배관에 연결되고 제1 출력 포트가 냉장실용 증발기(23A) 측의 냉매 분기 유로(201)를 구성하는 분기 배관에 연결되고 제2 출력 포트가 냉동실용 증발기(23B) 측의 냉매 분기 유로(202)를 구성하는 분기 배관에 연결된다. 그리고 상기 냉매 제어 밸브(31)는 상기 제어 장치(32)로부터의 제어 신호로 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트의 개폐가 개별적으로 제어된다.

이하에 제어 장치(32)에 의한 냉매 제어 밸브(31)의 개폐 동작 패턴의 실시 예에 대해 도 26을 참조하여 설명한다.

제어 장치(32)는 냉장실(11)을 냉각하는 냉장실 냉각 운전과 냉동실(12)을 냉각하는 냉동실 냉각 운전을 차례로 진행하는 것으로 냉매 제어 밸브(31)를 제어함으로써 냉매를 공급하는 증발기를 냉장실용 증발기(23A)와 냉동실용 증발기(23B) 사이에 선택적으로 전환한다. 또한, 본 실시 예에서는 냉장실 냉각 운전과 냉동실 냉각 운전 사이에 양쪽 모두의 증발기(23A, 23B) 어느 쪽에도 냉매를 공급하지 않는 동시 정지 기간이 설정되어 있다.

구체적으로 제어 장치(32)는 냉매를 공급하는 증발기를 전환한 후 (냉장실 냉각 운전 또는 냉동실 냉각 운전)에 있어서 냉매 제어 밸브(31)를 ON/OFF 시키는 것에 의해 냉매를 간헐적으로 공급한다. 예를 들면, 냉매를 공급하는 증발기를 냉장실용 증발기(23A)로 전환한 후에 냉매 제어 밸브(31)를 ON/OFF 시켜 해당 냉장실용 증발기(23A)에 냉매를 간헐적으로 공급한다. 또, 냉매를 공급하는 증발기를 냉동실용 증발기(23B)로 전환한 후에 냉매 제어 밸브(31)를 ON/OFF시켜 해당 냉동실용 증발기(23B)로 냉매를 간헐적으로 공급한다.

여기서 제어 장치(32)는 냉매 제어 밸브(31)를 듀티 제어하는 것으로 그 듀티 제어의 주기를 3초에서 200초간으로 설정한다. 또 제어 장치(32)는 상기 듀티 제어에서 냉매 제어 밸브(31)의 ON 시간보다 OFF 시간이 길게 설정한다. ON 시간은 증발기로 냉매가 공급되는 냉매 공급 시간이며 OFF 시간은 증발기로부터 냉매(특히 액냉매)를 회수하는 냉매 회수 시간이다. 이 때문에 OFF 시간을 ON 시간보다 길게 설정함으로써 증발기로부터의 냉매 회수를 확실히 수행할 수 있다. 또, 제어 장치(32)는 증발기의 입구 온도와 출구 온도의 차이를 일정하게, 예를 들면 0℃에서 10℃ 사이에 과열 제어할 수 있도록 듀티비(시간 비율)를 설정하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 냉장실용 증발기(23A)에 냉매를 공급할 때의 듀티 제어에서의 주기 및 듀티비와 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 공급할 때의 듀티 제어에서의 주기 및 듀티비는 서로 동일할 수 있고 다를 수도 있다.

이처럼 구성한 냉각 장치(100)에 의하면 냉매를 공급하는 증발기를 냉장실용 증발기(23A) 또는 냉동실용 증발기(23B)의 한쪽으로 전환한 후에 냉매 제어 밸브(31)를 ON/OFF 시키는 것에 의해 냉매를 간헐적으로 공급하기 때문에 해당 냉장실용 증발기(23A) 또는 냉동실용 증발기(23B)의 한쪽에 있어서 액냉매에 의해 발생하는 압력 손실을 줄일 수 있고 증발 온도의 상승을 억제할 수 있다. 이것에 의해 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)의 열 교환 성능의 저하를 방지하고 냉각 효율의 저하를 방지함과 동시에 에너지 절약 운전이 가능해진다. 또, 냉각실의 냉각 시간도 적정하게 되고 냉각실의 온도 품질이 향상한다. 또한, 압축기에의 액백의 가능성을 줄일 수 있어 압축기의 내구성도 향상한다.

또, 제어 장치(32)가 냉매 제어 밸브(31)를 듀티 제어할 때에 냉매 제어 밸브(31)의 ON 시간보다 OFF 시간이 길게 설정되어 있어서 냉매가 공급되는 증발기로부터의 액냉매의 회수를 확실히 수행할 수 있다.

＜제4 실시예의 변형예＞

또한 본 발명은 상기 제4 실시 예에 한정되는 것은 아니다.

예를 들면 도 27에 도시된 바와 같이, 냉각 장치(100)가 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B) 각각을 서리 제거하기 위해 예를 들면 히터 등의 제상부(4A, 4B)를 구비할 수 있다. 이 경우 제상부(4B)에 의해 한쪽의 증발기(예를 들면 냉동실용 증발기(23B))가 서리 제거되는 상태로 냉매 제어부(3)에 의해 서리 제거되지 않은 증발기(예를 들면 냉장실용 증발기(23A))로 냉매를 공급하도록 한다. 여기서, 냉매 제어부(3)의 제어 장치(32)는 냉매 제어 밸브(31)를 ON/OFF 시키는 것에 의해 한쪽의 증발기(예를 들면 냉장실용 증발기)로 냉매를 간헐적으로 공급한다. 이 형태에서 냉매 제어 밸브(31)의 개폐 동작 패턴은 도 28에 나타낸 대로 된다.

　이렇게 함으로써 제상부(4A, 4B)에 의해 증발기(23A, 23B)의 어느 한쪽이 서리 제거되는 상태에서 냉매 제어부(3)가 서리 제거되지 않은 증발기로 냉매 제어 밸브(31)를 ON/OFF 시키는 것에 의해 냉매를 간헐적으로 공급하므로 해당 증발기(23A, 23B)에서 액냉매에 의해 발생하는 압력 손실을 줄일 수 있고 증발 온도의 상승을 억제할 수 있다. 이것에 의해 증발기(23A, 23B)의 열 교환 성능의 저하를 방지하고 냉각 효율의 저하를 방지함과 동시에 에너지 절약 운전이 가능해진다.

또, 제어 장치(32)는 냉각 장치(100) 외부에 설치되어 외부 공기 온도(주위 온도)를 검출하는 외부 공기 온도 센서로부터의 검출 온도를 취득하여 해당 주위 온도에 따라 냉매 제어 밸브(31)의 ON 시간과 OFF 시간과의 시간 비율(듀티비)을 가변할 수 있다.

그 밖에 본 발명은 상기 각 실시 예에 한정되지 않으며 또 각 실시 예에 기재된 구성을 조합할 수도 있고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변형할 수 있음은 말할 필요도 없다.

3 : 냉매 제어부 4A : 냉장실 내 온도센서
4B : 냉동실 내 온도센서 5 : 외부 공기 온도센서
6 : 역지 밸브 7 : 냉매 저장부
11 : 냉장실 12 : 냉동실
21 : 압축기 22 : 응축기
23A : 냉장실측 증발기 23B : 냉동실측 증발기
24A : 냉장실측 감압 수단 24B : 냉동실측 감압 수단
31 : 냉매 제어 밸브 32 : 제어 장치
100 : 냉각 장치 200 : 냉동 회로
201 : 냉장측 분기 유로 202 : 냉동측 분기 유로

Claims

냉각실;
압축기, 상기 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 상기 응축기의 토출측 및 상기 압축기의 흡입측 사이에 설치되어 상기 냉각실을 냉각하는 증발기 및 상기 증발기의 흡입측에 설치된 모세관 튜브를 구비하는 냉동 회로; 및
상기 응축기 및 상기 증발기 사이에 설치된 냉매 제어 밸브를 구비하고, 상기 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하고, 상기 증발기 및 다른 증발기로 흐르는 냉매 유량을 연속적으로 변경하는 냉매 제어부;를 포함하고,
상기 냉매 제어부는,
복수의 증발기 각각에 대하여 냉매를 흘리는 열림 밸브 상태 또는 냉매를 흘리지 않는 닫힘 밸브 상태의 조합으로 이루어진 복수의 개폐 선택 모드를 순차적으로 전환하는 개폐 루틴을 밸브체의 1 스트로크 동작 중에 복수 회 반복하도록 상기 냉매 제어 밸브를 제어하는 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 냉매 제어부는,
상기 냉매 제어 밸브를 듀티 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제2항에 있어서,
상기 듀티 제어의 주기는 3초에서 200초 사이에서 설정되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제2항에 있어서,
상기 듀티 제어에서 상기 냉매 제어 밸브의 ON 시간보다 OFF 시간이 길게 설정되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제2항에 있어서,
상기 냉매 제어부는,
상기 듀티 제어에서 상기 증발기의 입구 온도와 출구 온도의 차이가 일정하도록 듀티 비를 설정하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 냉매 제어 밸브의 동작에서 ON 시간보다 OFF 시간이 길게 설정되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 냉매 제어부는,
주위 온도에 따라 상기 냉매 제어 밸브의 ON 시간과 OFF 시간의 시간 비율을 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제1항에 있어서,
상기 증발기 및 상기 압축기 사이에는 냉매의 역류를 방지하는 역지 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
삭제
냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실;
압축기, 상기 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 상기 응축기의 토출측 및 상기 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 상기 복수의 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 상기 복수의 증발기 각각의 흡입측에 설치된 복수의 모세관 튜브를 구비하는 냉동 회로; 및
상기 응축기 및 상기 복수의 증발기 사이에 설치되어 상기 복수의 증발기 각각으로 흐르는 냉매 유량을 제어하는 냉매 제어 밸브를 구비하고, 상기 복수의 냉각실을 동시에 냉각하는 동시 냉각 운전에서 상기 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 상기 복수의 증발기 각각으로 흐르는 냉매의 비율을 독립적으로 조절하고, 상기 복수의 증발기로 흐르는 냉매 유량을 연속적으로 변경하는 냉매 제어부;를 포함하고,
상기 냉매 제어부는,
복수의 증발기 각각에 대하여 냉매를 흘리는 열림 밸브 상태 또는 냉매를 흘리지 않는 닫힘 밸브 상태의 조합으로 이루어진 복수의 개폐 선택 모드를 순차적으로 전환하는 개폐 루틴을 밸브체의 1 스트로크 동작 중에 복수 회 반복하도록 상기 냉매 제어 밸브를 제어하는 냉각 장치.
제10항에 있어서,
상기 냉매 제어부는,
상기 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 상기 복수의 증발기 모두에 냉매를 흘리는 냉매 전부 유출 기간과, 상기 복수의 증발기 중 일부에 냉매를 흘리는 냉매 일부 유출 기간을 교대로 수행하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제10항에 있어서,
상기 냉매 제어부는,
상기 냉매 제어 밸브를 듀티 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
삭제
냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실;
압축기, 상기 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 상기 응축기의 토출측 및 상기 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 상기 복수의 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 상기 복수의 증발기 각각의 흡입측에 설치된 복수의 모세관 튜브를 구비하는 냉동 회로; 및
상기 응축기 및 상기 복수의 증발기 사이에 설치된 냉매 제어 밸브를 구비하고, 상기 복수의 증발기 중 냉매를 공급하는 증발기를 선택적으로 전환하고, 상기 복수의 증발기로 흐르는 냉매 유량을 연속적으로 변경하는 냉매 제어부;를 포함하고,
상기 냉매 제어부는,
상기 냉매를 공급하는 증발기로 전환한 후에 상기 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 상기 냉매를 공급하는 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하고,
상기 냉매 제어부는,
복수의 증발기 각각에 대하여 냉매를 흘리는 열림 밸브 상태 또는 냉매를 흘리지 않는 닫힘 밸브 상태의 조합으로 이루어진 복수의 개폐 선택 모드를 순차적으로 전환하는 개폐 루틴을 밸브체의 1 스트로크 동작 중에 복수 회 반복하도록 상기 냉매 제어 밸브를 제어하는 냉각 장치.
냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실;
압축기, 상기 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 상기 응축기의 토출측 및 상기 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 상기 복수의 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 상기 복수의 증발기 각각의 흡입측에 설치된 복수의 모세관 튜브를 구비하는 냉동 회로;
상기 응축기 및 상기 복수의 증발기 사이에 설치된 냉매 제어 밸브를 구비하고, 상기 복수의 증발기 중 냉매를 공급하는 증발기를 선택적으로 전환하고, 상기 복수의 증발기로 흐르는 냉매 유량을 연속적으로 변경하는 냉매 제어부; 및
상기 복수의 증발기 중 적어도 하나를 서리 제거하기 위한 제상부;를 포함하고,
상기 제상부에 의해 상기 복수의 증발기 중 어느 하나가 서리 제거된 상태에서 상기 냉매 제어부는, 상기 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 서리 제거되지 않은 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하고,
상기 냉매 제어부는,
복수의 증발기 각각에 대하여 냉매를 흘리는 열림 밸브 상태 또는 냉매를 흘리지 않는 닫힘 밸브 상태의 조합으로 이루어진 복수의 개폐 선택 모드를 순차적으로 전환하는 개폐 루틴을 밸브체의 1 스트로크 동작 중에 복수 회 반복하도록 상기 냉매 제어 밸브를 제어하는 냉각 장치.
냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실;
압축기, 상기 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 상기 응축기의 토출측 및 상기 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 상기 복수의 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 상기 복수의 증발기 각각의 흡입측에 설치된 복수의 모세관 튜브를 구비하는 냉동 회로; 및
상기 응축기 및 상기 복수의 증발기 사이에 설치되어 상기 복수의 증발기 각각으로 흐르는 냉매 유량을 제어하는 냉매 제어 밸브를 구비하고, 상기 복수의 증발기로 흐르는 냉매 유량을 동시에 연속적으로 변화시키는 냉매 제어부;를 포함하고,
상기 냉매 제어부는,
복수의 증발기 각각에 대하여 냉매를 흘리는 열림 밸브 상태 또는 냉매를 흘리지 않는 닫힘 밸브 상태의 조합으로 이루어진 복수의 개폐 선택 모드를 순차적으로 전환하는 개폐 루틴을 밸브체의 1 스트로크 동작 중에 복수 회 반복하도록 상기 냉매 제어 밸브를 제어하는 냉각 장치.
제16항에 있어서,
상기 냉매 제어부는,
서로 다른 변화율로 상기 복수의 증발기 각각으로 흐르는 냉매 유량을 변화시키는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제16항에 있어서,
상기 냉매 제어 밸브는,
상기 응축기의 토출측에 연결되는 입력 포트 및 상기 복수의 증발기의 흡입측에 각각 연결되는 복수의 출력 포트를 가지는 밸브 본체; 및
상기 밸브 본체 내부에서 상기 복수의 출력 포트 각각에 대응하여 설치되고 상기 출력 포트에 연결되는 유출구를 개폐하는 밸브체를 포함하고,
상기 복수의 출력 포트에서의 유출구의 개도 합계가 100% 미만으로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제18항에 있어서,
상기 밸브체는,
상기 복수의 출력 포트를 동시에 막는 전폐 상태를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
제18항에 있어서,
상기 냉매 제어부는,
상기 복수의 냉각실 각각의 부하 변동에 따라 상기 복수의 출력 포트에서의 유출구 개도를 연속적으로 변경하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.