KR19990021459A - 냉동사이클 - Google Patents

Abstract

본 발명은 종래 모세관을 대신하여, 냉매의 감압정도를 가변할 수 있는 냉매감압팽장장치가 마련된 냉동사이클에 관한 것이다.

그 구성은 냉매를 압축하는 압축기, 냉매를 응축하는 응축기, 냉매를 감압하는 감압장치, 냉매가 기화하여 열을 흡수하는 증발기와 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 직렬연결하여 냉매의 흐름을 유도하는 냉매관이 마련된 냉동사이클에 있어서, 감압장치는 냉매의 흐름을 제어하여 냉매의 감압을 가변시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따르면, 1,2차 감압단계를 두고 또한 냉매의 감압을 가변할 수 있는 장치를 둠으로서, 부하의 증감에 따른 능동적인 대응이 가능하게 된다. 따라서, 냉각속도 개선 및 냉동실 및 냉장실 고내온도의 정온유지가 가능하며, 압축기의 초기운전시 냉매의 급격한 흐름을 적극적으로 대처할 수 있어 냉매의 충전량을 상대적으로 감소시킬 수 있는 뛰어난 효과를 제공한다.

Description

냉동사이클

본 발명은 냉동사이클에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 종래 모세관을 대신하여, 냉매의 감압정도를 가변할 수 있는 냉매감압팽장장치가 마련된 냉동사이클에 관한 것이다.

일반적으로 냉동사이클은 냉매를 매개체로 하여 압축, 응축, 팽창, 그리고 증발과정이 연속적으로 수행되는 것으로, 이를 적용하는 제품으로 냉장고, 공기조화기 등을 들수 있다.

이러한 냉동사이클은 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(1), 고온고압의 냉매로부터 열을 제거, 즉 응축하는 응축기(2)가 마련되고 있고, 고압의 냉매를 증발압력으로 저하시키는 냉매 조절기로써 모세관(3)이 설치되어 있다. 그리고 모세관(3)을 지나 감압된 냉매가 기화하여 열을 흡수하는 증발기(4)가 마련되고, 증발기(4)를 통하여 고내와 열교환된 냉매는 다시 압축기(1)로 유입되도록 증발기(4)와 압축기(1)는 직렬연결되어 있다.

즉, 압축기(1), 응축기(2), 모세관(3), 그리고 증발기(4)는 냉매관을 통해 모두 직렬연결 되며, 폐회로를 형성한다.

이와 같이 구성된 냉동사이클은 압축기(1)가 구동하게 되면 냉매는 고온고압의 증기로 되어 응축기(2)로 보내지고, 응축기(2)에서는 냉매가 지니고 있는 열을 외부로 방출하여 냉매를 응축한다. 그리고 계속적으로 열이 제거된 고압의 냉매는 지름이 작고 길게 마련된 모세관(3)을 지나면서 감압되어 적절한 증발압력으로 된다. 그리고 증발기(4)에서는 모세관(3)에서 감압된 냉매가 유입, 기화되면서 외부의 열을 흡수하여 냉장고 등의 고내를 냉각하고, 열교환된 냉매는 다시 고압으로 압축되기 위해 압축기(1)로 순환되어 냉동사이클을 이루게된다.

이러한 폐회로로 구성된 일반적인 냉동사이클은 냉장고 등의 고내의 온도가 미리설정된 설정온도이하로 냉각되면 압축기(1) 및 냉기순환팬(5,6)의 오프로 냉매의 강제순환이 정지되도록 회로구성되어 있다.

그러나 종래 냉동사이클은 다음과 같은 문제점이 있었다.

즉, 초기 압축기 구동시 증발기 부근에 정체되어 있던 냉매가 압축기의 흡입작용으로 인하여 순간적으로 압력이 하강하게 되고, 냉동사이클상의 냉매는 저항기능으로 작용하는 모세관을 통해 서서히 증발기로 흐르게 된다. 따라서, 냉동사이클상의 압력변화에 대응한 냉매의 흐름은 원활하지 못하게 된다. 이에 따라, 냉매의 냉장고 고내의 부하에 상당하는 냉력을 충분히 얻지 못한 냉매가 증발기에서 냉기순환팬에 의하여 열교환됨으로서 냉매는 과열된 상태로 압축기에 순환되어 압축기의 온도를 과도하게 상승시키는 등의 문제점이 있었다.

또한, 초기구동시 냉매의 과열로 증발기에서 열교환력이 떨어져 고내의 설정온도까지 수렴되는데 많은 시간이 소요되며, 이로 인한 소비전력이 증대되는 등의 문제점이 있었다.

또한, 초기구동시 압축기의 구동에 의한 증발기 부근의 냉매압력과 모세관의 압력차로 인하여 냉매의 흐름이 원활하지 않아 이를 개선하기 위하여 냉매를 과도하게 충전하는 등의 문제점이 있었다.

본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 그 목적은 구조물로서 냉매를 냉장실 기준증발온도로 1차감압시키고, 냉매감압팽창장치로서 냉매를 냉동실 기준증발온도로 2차감압시킬 수 있도록 한 냉동사이클을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 냉매감압팽창장치를 이용하여 냉매의 감압정도를 냉동부하에 따라 가변할 수 있도록 한 냉동사이클을 제공하는데 있다.

도 1은 종래 냉동사이클,

도 2는 본 발명에 따른 냉동사이클,

도 3은 종래 모세관에서의 감압상태를 보인 상태도,

도 4a,b는 본 발명에 따른 냉동감압팽창장치의 동작 및 구성의 개략도,

도 5는 본 발명에 적용된 냉장고의 제어블록도,

도 6은 본 발명에 적용된 냉장고의 제어흐름도.

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

10:전원부 20:기능설정부

30:냉동실온도감지부 40:냉장실온도감지부

50:증발기온도감지부 60:냉동실냉기순환팬구동부

70:냉장실냉기순환팬구동부 80:감압팽창장치구동부

90:압축기구동부

이러한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 구성은, 냉매를 압축하는 압축기, 냉매를 응축하는 응축기, 냉매를 감압하는 감압장치, 냉매가 기화하여 열을 흡수하는 증발기, 상기 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 직렬연결하여 냉매의 흐름을 유도하는 냉매관이 마련된 냉동사이클에 있어서, 상기 감압장치는 냉매의 흐름을 제어하여 냉매의 감압을 가변시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 하나의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하고자 한다.

도 2는 본 발명에 따른 냉동사이클, 도 3은 종래 모세관에서의 감압상태를 보인 상태도, 도 4는 본 발명에 따른 냉동감압팽창장치의 개략도, 도 5는 본 발명에 적용된 냉장고의 제어블록도, 도 6은 본 발명에 적용된 냉장고의 제어흐름도이다.

먼저, 도 2를 참조하여 본 발명에 따른 냉동사이클을 설명하고자 한다.

그 구성은 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(11), 고온고압의 냉매로부터 열을 제거, 즉 응축하는 응축기(12)가 마련되고 있고, 고압의 냉매를 증발압력으로 저하시키는 냉매 조절기로써 냉매감압팽창장치(13)가 설치되고 있다. 그리고 냉매감압장치(13)를 지나 감압된 냉매가 기화하여 열을 흡수하는 증발기(14)가 마련되고, 증발기(14)를 통하여 고내와 열교환된 냉매는 다시 압축기(11)로 유입되도록 직렬 연결된다.

즉, 압축기(11), 응축기(12), 냉매감압팽창장치(13), 그리고 증발기(14)는 냉매관을 통해 모두 직렬 연결되며, 폐회로를 형성한다. 그리고 증발기(14)의 열교환을 촉진시키기 위한 냉기순환팬(15,16)이 증발기(14)측에 더 마련된다.

전술한 구성부중 본 발명의 특징적인 요소로 냉매감압팽창장치(13)가 마련되는데 이는 냉매의 증발압력을 냉동부하에 따라 단계적으로 제어하기 위함이다.

즉, 그 개념 및 구조를 도 3 과 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 도 3은 종래 모세관에서의 일어나는 냉매의 감압상태 변화를 보인 것으로, 응축기(2)로부터 순환된 냉매는 모세관(3)을 통과하는 도중 감압되어 모세관(3)의 출구측에서는 냉동실 기준 증발온도(냉동실의 고내 설정온도를 -18도시 할때 냉동실을 충분히 냉각시킬 수 있는 증발기온도)를 만들수 있을 정도로 감압된다. 따라서, 모세관(3)의 전체길이(L)의 중간을 통과하는 냉매는 그 감압정도가 냉장실 기준 증발온도(냉장실의 온도를 3도시라 할때 냉장실을 충분히 냉각시킬 수 있는 증발기온도)를 만들수 있을 정도로 감압된다.

그리고 도 4는 도 3을 참고로하여 본 발명에 따른 냉매감압팽창장치(13)의 구조 및 그 동작상태를 보인 것으로, 도 4a는 냉매감압팽창장치의 온상태를, 도 4b는 냉매감압팽창장치의 오프상태를 나타낸 것이다. 먼저, 냉매감압팽창장치(13)의 그 구성은 냉장실 기준 증발온도까지 1차 감압시키는 1차감압부(26)와 냉장실 기준 증발온도에서 냉동실 기준 증발온도까지 감압정도를 가변할 수 있는 2차감압부로 구성된다. 즉, 1차감압부(26)는 종래 모세관과 동일한 구조로 만들어지는데 그 길이는 종래 모세관에 비해 그 절반이다. 이는 도 3에서 전술한 바와 같이, 종래 모세관 길이(L)의 1/2만을 취함으로서 1차감압부(26)에서 냉장실 기준 증발온도에 해당하는 냉매의 감압정도를 얻게 된다. 그리고 2차감압부는 냉매관에 냉매의 흐름을 제어하기 위한 일종의 유로저항부인 밸브(28)를 채용하여, 냉동부하에 따라 냉매의 흐르는 양을 제어할 수 있도록 구성된다. 즉, 도 4a에 도시된 바와 같이, 밸브구동장치(27)를 온시켰을 경우 밸브(28)가 냉매관의 일부를 닫아 냉매의 흐름을 어렵게하여 냉매의 감압정도를 높이며, 도 4b에 도시한 바와 같이, 밸브구동장치(27)을 오프시켰을 경우 밸브(28)는 냉매관을 개방시켜 냉매의 흐름을 원활하게하여 냉매의 감압정도를 낮출수 있게 된다.

그리고 냉매감압팽창장치의 밸브(28)는 그 구동원이 열, 전기, 모타, 정전압, 압전 등에 의하여 구동될 수 있으며, 또한 수동으로도 그 조절이 가능하다. 그리고 냉매감압팽창장치(13)의 온, 오프 동작에 있어서 밸브(28)의 열리고 닫힘은 서서히 이루어져 냉매의 급격한 감압변화를 피할 수 있도록 구성된다.

그리고 도 5는 본 발명이 적용된 냉장고의 제어블록도로서, 그 구성은 다음과 같다. 먼저, 냉장고 시스템의 전체적인 제어에 관련된 동작을 수행하는 제어부와(100), 상기 제어부(100) 및 각 구동부의 구동전원을 공급하기 위한 전원부(10), 냉장고의 운전상태를 설정하기 위한 기능설정부(20), 냉동실 온도를 읽어들이기 위한 냉동실 온도 감지부(30), 냉장실 온도를 읽어들이기 위한 냉장실 온도 감지부(40), 증발기 온도를 읽어들이기 위한 증발기 온도 감지부(50), 냉동실 냉기순환 팬(15)을 구동하기 위한 팬구동부(60), 냉장실 냉기순환 팬(16)을 구동하기 위한 팬구동부(70), 냉매의 흐름을 제어하여 냉매의 감압을 가변시키기 위한 감압팽창장치구동부(80) 및 밸브(28), 그리고 냉매를 고온고압으로 압축하기 위한 압축기구동부(90) 및 압축기(COMP)(5) 등을 포함한다.

이하, 전술한 구성부 및 도 6을 참조하여 본 발명이 적용된 냉장고의 제어흐름을 설명하고자 한다.

먼저, 냉장고에 전원이 공급된 상태에서 소비자가 기능설정부(20)를 통하여 운전모드 및 희망고내온도를 입력하면, 제어부(100)는 프로그램의 연산을 통하여 고내조건 및 외기조건, 그리고 각 부하의 조건을 판단한다. 즉, 냉동실 및 냉장실 온도감지부(30,40)로부터 냉동실 및 냉장실 고내온도를 감지하고, 증발기 온도 감지부(50)로부터 증발기(14)의 온도를 감지하고(S1), 각 부하단의 이상유무를 체크한다음 냉동사이클을 운전시키게 된다.

즉, 제어부(100)는 냉장실 고내온도와 냉장실 설정온도를 비교하여 냉장실 고내온도가 더 높다고 판단(S2)되면 압축기(11)를 운전시키며(S3), 냉장실 설정온도가 더 높다고 판단(S2)되면 압축기(11)를 운전시키지 않은채 단계 S6이하를 수행한다.

단계 S3에서 압축기(11)가 운전되면 제어부(100)는 냉장실 고내온도와 냉장실 증발기온도를 비교하여 냉장실 고내온도가 더 높다고 판단(S4)되면 냉장실 냉기순환팬(16)을 운전시키며(S5), 냉장실 증발기 온도가 더 높다고 판단(S4)되면 냉장실 팬(16)을 정지상태로 유지시킨다(S14). 이는 냉장실 증발기의 온도가 더 높을 때 열교환을 시킬 경우 오히려 열교환이 손실되기 때문이다.

단계 S5에서 냉장실 냉기순환팬이 운전되면, 제어부(100)는 냉동실 고내온도와 냉동실 설정온도를 비교하여 냉동실 고내온도가 더 높다고 판단(S6)되면 압축기(11)를 운전시킨다. 이때 단계 S3에서 압축기(11)를 운전시킨 경우 계속적으로 압축기(11)의 운전상태를 유지시킨다(S7).

단계 S7에서 압축기(11)가 운전되면 제어부(100)는 미리 설정된 냉장실 기준 증발온도와 냉장실 증발기 온도를 비교하여 냉장실 기준 증발온도가 더 높다고 판단되면 감압팽창장치 구동부(80)를 제어하여 밸브(28)를 온시키며(S9), 냉장실 증발기온도가 더 높다고 판단된 경우 밸브(28)의 오프상태를 유지시킨다. 이는 냉매의 감압을 가변시키기 위한 것으로, 냉장실 기준 증발온도가 냉장실 증발기온도보다 더 낮을 경우 냉장실을 충분히 냉각시킬 수 있게 되므로, 밸브(28)를 온시켜 냉매의 흐름을 어렵게 하므로서 냉매를 더욱감압시켜 냉동실에서의 열교환을 극대화시키기 위한 것이며, 밸브(28)의 오프를 유지시키는 경우는 냉장실 기준 증발온도가 냉장실 증발기온도보다 더 높아 냉장실을 충분히 냉각시킬 수 없으므로, 냉매의 흐름을 원활히 하여 열교환율을 높여주기 위함이다.

단계 S9에서 밸브(28)가 온되면 제어부(100)는 냉동실 고내온도와 냉동실 증발기 온도를 비교하여 냉동실 고내온도가 더 높다고 판단(S10)되면 냉동실 냉기순환팬(15)을 운전시키며(S11), 냉동실 증발기온도가 더 높다고 판단되면 냉동실 냉기순환팬을 정지상태로 유지시킨다(S15). 이는 냉동실 증발기의 온도가 더 높음으로 해서 열교환을 시킬경우 오히려 열교환의 손실을 가져오게 되기 때문이다.

단계 S11에서 냉동실 순환팬(15)이 운전되면 제어부(100)는 냉동실 고내온도와 냉동실 설정온도를 비교하고, 그리고 냉장실 고내온도와 냉장실 설정온도를 비교하여, 그 결과가 모두 고내 설정온도보다 더 높다고 판단되면, 계속적인 압축기(11)의 운전을 수행하고, 고내 설정온도보다 모두 더 낮다고 판단되면 압축기(11) 및 냉기순환팬(15,16)의 운전을 정지시키고(S13), 제어흐름은 초기단계(S1)로 리턴되어 상기 단계를 계속적으로 반복 수행한다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이 본 발명에 따르면, 1,2차 감압단계를 두고 또한 냉매의 감압을 가변할 수 있는 장치를 둠으로서, 부하의 증감에 따른 능동적인 대응이 가능하게 된다. 따라서, 냉각속도 개선 및 냉동실 및 냉장실 고내온도의 정온유지가 가능하며, 압축기의 초기운전시 냉매의 급격한 흐름을 적극적으로 대처할 수 있어 냉매의 충전량을 상대적으로 감소시킬 수 있는 뛰어난 효과를 제공한다.

Claims (4)

1. 냉매를 압축하는 압축기, 냉매를 응축하는 응축기, 냉매를 감압하는 감압장치, 냉매가 기화하여 열을 흡수하는 증발기, 상기 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 직렬연결하여 냉매의 흐름을 유도하는 냉매관이 마련된 냉동사이클에 있어서,

   상기 감압장치는 냉매의 흐름을 제어하여 냉매의 감압을 가변시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 냉동사이클.
2. 제 1항에 있어서, 상기 감압장치는 냉매관의 내부직경을 작게하여 냉매의 흐름을 어렵게 하여 감압시키는 1차감압부와, 냉매관의 유로의 가변시키기 위한 수단이 마련된 2차감압부로 구성된 것을 특징으로 하는 냉동사이클.
3. 제 2항에 있어서, 상기 2차감압부는 냉매관의 유로를 가변시킴에 있어, 냉매의 감압이 서서히 이루어질 수 있도록 소정시간에 걸쳐 구동되는 것을 특징으로 하는 냉동사이클.
4. 제 1항에 있어서, 상기 1차감압부의 냉매감압정도는 냉장실의 온도를 충분히 냉각시킬 수 있도록 감압되며, 상기 2차감압부의 온동작에 의한 냉매감압정도는 냉동실의 온도를 충분히 냉각시킬 수 있도록 감압됨을 특징으로 하는 냉동사이클.