KR19990073687A - 냉장고의 구조 및 냉각방법 - Google Patents

냉장고의 구조 및 냉각방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉장고의 구조 및 냉각방법에 관한 것으로서, 특히 냉동실과 냉장실로 순환되는 냉기가 증발기 내에서 혼합되는 현상을 방지하여 냉장고의 냉동효율 및 절전 효율을 상승시킴과 동시에 1-압축기, 1-증발기를 채용함으로써 제품의 단가를 절감시키는 구조의 냉장고를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 증발기로부터 발생된 냉기를 흡입하기 위해 냉동실내의 온도가 설정온도 이상이면 개방되었다가 일정 시간 경과 후 그 내부의 온도가 설정온도 이하가 되면 폐쇄되는 냉동실측 냉기 흡/토출구와, 상기 냉동실측 냉기 흡/토출구가 폐쇄됨과 동시에 개방되어 증발기로부터 발생된 냉기를 흡입하고, 그 내부의 온도가 설정온도 이하가 되면 다시 폐쇄되는 냉장실측 냉기 흡/토출구와, 상기 냉동실 또는 냉장실 내의 온도를 감지하기 위한 적어도 하나의 온도센서와, 상기 온도센서로부터 출력된 온도감지신호에 따라 압축기, 응축기, 증발기, 증발기팬, 냉동실측 냉기 흡/토출구, 냉장실측 냉기 흡/토출구의 작동을 제어하는 제어부가 구비되어 냉동실측 냉기 유로와 냉장실측 냉기유로가 서로 분리된 상태로 작동하는 것이다.

Description

냉장고의 구조 및 냉각방법
본 발명은 냉장고에 관한 것으로서, 특히 절전 및 냉각효율의 향상 및 제조원가의 절감을 동시에 가능하게 하기 위한 냉장고의 구조에 관한 것이다.
종래의 냉장고 중 1-압축기, 1-증발기를 채용한 냉장고는 도 1 에 도시된 바와 같이, 냉장고의 외관을 이루는 외부 케이스(1) 내에 냉동실(2) 및 냉장실(3)과, 작동유체인 냉매를 압축하는 하나의 압축기(4)와, 상기 압축기(4)로부터 압축된 냉매를 액냉매 상태로 응축시키는 응축기(5)와, 상기 응축기(5)로부터 응축된 액냉매를 2상 냉매로 증발시키는 하나의 증발기(6)와, 상기 증발기(6)측으로 공기를 강제 유동시키는 증발기팬(7)으로 구성된다.
그리고, 통상적으로 상기 압축기(4) 및 응축기(5)는 냉장고의 하부에, 증발기(6)는 냉동실(2)의 후단에 위치한다.
이와 같이 구성된 상태에서 냉장고를 동작시키기 위해 압축기(4)를 운전하게 되면 고내의 증발기팬(7)도 상기 압축기(4)와 같이 운전되면서 냉매를 압축, 응축, 증발시키게 되고, 증발기팬(7)에 의해 증발기(6)측으로 강제 유입된 공기는 증발기(6)의 냉매와 열교환하면서 증발기(6)의 증발잠열로부터 냉기를 얻어 냉동실(2)과 냉장실(3)측으로 정해진 풍량분배비 대로 냉기를 분배시키게 된다.
상기 냉동실(2) 및 냉장실(3)로 분배된 냉기는 다시 증발기팬(7)의 계속된 회전에 의해 증발기(6)쪽으로 유입되면서 서로 혼합되어 증발기(6) 내의 냉매와 열교환하는 과정을 반복하게 된다.
그러나, 이러한 구조의 냉장고는 냉장실로부터의 냉기와 냉동실로부터의 냉기가 혼합되면서 냉동실의 냉기는 온도가 상승하게 되고, 열교환기에서 다시 냉각되기 때문에 그 만큼의 열효율이 하락하게 된다.
한편, 냉장실로 순환되는 냉기는 냉장실이 냉동실에 비해 상당히 높은 온도로 유지되어야 하는데도 냉동실로 순환되는 냉기와 거의 같은 온도대로 순환되므로 불필요한 열교환을 하는 문제점이 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 도 2 와 같이 2개의 증발기(6)(6')를 채용한 구조의 냉장고를 사용하게 되었는데, 2개의 증발기(6)(6')를 냉동실(2)과 냉장실(3) 전용으로 각각 이용하여 상기 1-압축기, 1-증발기를 채용한 시스템 보다 절전효율을 상승시키게 된다.
하지만, 이러한 구조는 증발기를 2개 사용해야 하므로 그에 해당되는 만큼의 제품 단가가 상승되는 결정적인 이유가 되었다.
본 발명은 이러한 점을 감안하여 고안된 것으로, 상기와 같이 냉동실과 냉장실로 순환되는 냉기가 증발기 내에서 혼합되는 현상을 방지하여 냉장고의 냉동효율 및 절전 효율을 상승시킴과 동시에 1-압축기, 1-증발기를 채용함으로써 제품의 단가를 절감시키는 구조의 냉장고를 제공하는 데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 기술적 수단은 냉매를 압축하는 하나의 압축기와, 상기 압축기로부터 압축된 냉매를 액냉매 상태로 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 응축된 액냉매를 2상의 냉매로 증발시키는 과정에서 흡입공기와의 열교환을 통해 냉기를 발생시키는 하나의 증발기와, 상기 증발기측으로 공기를 강제 유입시키는 증발기팬이 구비되며, 냉동실 및 냉장실을 갖는 냉장고에 있어서, 상기 증발기로부터 발생된 냉기를 흡입하기 위해 냉동실 내의 온도가 설정온도 이상이면 개방되었다가 그 내부의 온도가 설정온도 이하가 되면 폐쇄되는 냉동실측 냉기 흡/토출구와, 상기 냉동실측 냉기 흡/토출구가 폐쇄됨과 동시에 개방되어 증발기로부터 발생된 냉기를 흡입하고, 그 내부의 온도가 설정온도 이하가 되면 다시 폐쇄되는 냉장실측 냉기 흡/토출구와, 상기 냉동실 또는 냉장실 내의 온도를 감지하기 위한 적어도 하나의 온도센서와, 상기 온도센서로부터 출력된 온도감지신호에 따라 증발기, 증발기팬, 냉동실측 냉기 흡/토출구, 냉장실측 냉기 흡/토출구의 작동을 제어하는 제어부가 구비되어 냉기 유로가 냉동실과 냉장실로 서로 분리된 상태로 작동하도록 한 것이다.
도 1 은 종래 냉장고 중 1-압축기, 1-증발기를 채용한 냉장고의 구성도.
도 2 는 종래 냉장고 중 1-압축기, 2-증발기를 채용한 냉장고의 구성도.
도 3 은 본 발명에 의한 냉장고의 구성도.
*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***
101 : 외부 케이스 102 : 냉동실
103 : 냉장실 104 : 압축기
105 : 응축기 106 : 증발기
107 : 증발기팬 108 : 냉동실측 냉기 흡입구
109 : 냉동실측 냉기 토출구 110 : 냉장실측 냉기 흡입구
111 : 냉장실측 냉기 토출구 112 : 온도조절장치
113 : 온도센서
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3 은 본 발명에 의한 냉장고의 구성도로서, 냉장고의 외관을 이루는 외부 케이스(101) 내에 냉동실(102)과 냉장실(103)이 구비되며, 작동 유체인 냉매를 압축하는 하나의 압축기(104)와, 상기 압축기(104)로부터 압축된 냉매를 액냉매 상태로 응축시키는 응축기(105)와, 상기 응축기(105)로부터 응축된 액냉매를 2상의 냉매로 증발시키는 과정에서 흡입공기와의 열교환을 통해 냉기를 발생시키는 하나의 증발기(106)와, 상기 증발기(106)측으로 공기를 강제 유입시키는 증발기팬(107)과, 상기 증발기(106)로부터 발생된 냉기를 이용하여 냉동실을 냉각하기 위해 냉동실 내의 온도가 설정온도 이상이면 개방되었다가 일정 시간 경과 후 그 내부의 온도가 설정온도 이하가 되면 폐쇄되는 냉동실측 냉기 흡/토출구(108/109)와, 상기 냉동실측 냉기 흡/토출구(108/109)가 폐쇄됨과 동시에 개방되어 증발기(106)로부터 발생된 냉기를 흡입하고, 그 내부의 온도가 설정온도 이하가 되면 다시 폐쇄되는 냉장실측 냉기 흡/토출구(110/111)로 구성된다.
또한, 상기 냉동실(102)의 내부에는 온도를 조절하기 위한 온도조절장치(112)가 부착되어 있고, 상기 냉장실(103)의 내부에도 냉장실(103)내 온도를 감지하기 위한 온도센서(113)가 부착되어 있다.
그리고, 상기 압축기(104), 응축기(105), 증발기(106), 증발기팬(107), 냉동실측 냉기 흡/토출구(108/109), 냉장실측 냉기 흡/토출구(110/111) 등은 제어부(도면상에 미도시)의 제어를 받아 기 입력된 명령에 따라 작동하게 된다.
이와 같이 구성된 상태에서 냉장고에 전원이 인가되면 냉동실(102)내에 위치한 온도조절장치(112)의 설정에 따라 압축기(104)가 작동되어 냉매가 압축되고, 상기 압축기(104)를 통해 압축된 압축냉매는 응축기(105)를 지나면서 액냉매 상태로 응축되어 증발기(106)로 유입된다.
상기 증발기(106)로 유입된 액냉매는 증발기팬(107)에 의해 증발기(106)측으로 강제 유입된 공기와 열교환하면서 2상의 냉매로 증발되고, 이 과정에서 흡입공기는 냉기를 얻게 된다.
상기 증발기(106)로부터 증발된 2상의 냉매는 다시 압축기(104)로 유입되어 상기와 같은 과정을 반복하게 된다(팽창밸브의 작용은 생략하였음).
한편, 본 발명에 의한 냉장고에는 냉동실(102)과 냉장실(103)의 간벽에 냉동실측 냉기 흡/토출구(108/109) 및 냉장실측 냉기 흡/토출구(110/111)가 구비되어 있어 이를 각각 엇갈리게 개폐시키도록 이루어진다.
즉, 냉장고의 냉동실(102) 온도가 설정된 온도 이상인 경우 상기에 설명한 압축기(104), 응축기(105), 증발기팬(107), 증발기(106)가 작동되어 냉동사이클을 이루게 되고, 이에 따라 냉기가 발생되며, 이때 상기 냉장실측 냉기 흡/토출구(110/111)는 닫힌 상태에서 상기 냉동실측 냉기 흡/토출구(108/109)가 열려 상기의 냉기는 냉동실(102)과 증발기(106)만을 순환하게 되며, 냉장실(103)의 냉기와 접촉하지 않기 때문에 증발기(106)에서 쉽게 목표 온도대로 하강하게 된다.
이후 상기 냉동실(102)내의 온도가 설정 온도 이하가 되면 압축기(104)는 멈추고, 냉동실측 냉기 흡/토출구(108/109)도 닫힘과 동시에 냉장실측 냉기 흡/토출구(110/111)만 열리게 되어 냉기가 다시 냉장실(103)과 증발기(106)만을 순환하게 된다.
이때, 냉장실(103) 온도는 통상 영상에서 보존되므로 상기 증발기(106)의 잠열을 이용해서도 충분히 냉장실(103) 내를 냉각할 수 있게 된다.
물론, 냉장실(103) 내의 온도가 설정 온도 보다 높을 시에는 냉장실(103) 내에 위치한 온도센서(113)에 의해 온도가 감지되어 압축기(104), 응축기(105)를 다시 작동시켜 냉기를 순환시키게 되지만 이때에는 상기 압축기(104), 응축기(105), 증발기팬(107), 증발기(106) 등을 작동시키는 동력을 조금만 사용하여도 된다.
이에 따라, 본 발명에 의하면 냉동실(102)과 냉장실(103)이 독립 냉각이 이루어지기 때문에 냉각효율 및 절전효율을 얻을 수 있고, 아울러 1-압축기, 1-증발기 시스템으로 구동되므로 제조원가를 절감할 수 있는 것이다.
또한, 제상운전면에 있어서는 종래품의 경우 L-cord Heater Type이나 본 발명에 의한 냉장고의 경우에는 상기의 L-cord Heater Type 적용이 불가하여 복사 전열판식 Heater를 적용하게 되며, 제상시 냉동실 및 냉장실측 냉기 흡/토출구(110/111)를 모두 폐쇄시킨 상태에서 제상운전을 작동시키게 되므로 제상시간 및 입력(소비전력)의 감소가 가능하게 된다.
여기서, 본 발명에 의한 각 부품(증발기, 응축기, 압축기)과 종래품의 단열/냉동부하 및 전열면적을 비교한 실험 결과치를 수학식 1에 나타내었다.
상기의 수학식 1에 나타난 바와 같이 본 발명에 의한 냉장고 각 부품(증발기, 응축기, 압축기)은 종래품에 비해 단열/냉동부하가 약 4/10수준이므로 전열면적 또한 종래품에 비해 약 4/10수준이고, 이에 따라 동일 효과를 낸다고 가정할 때 종래품에 비해 그 크기를 약 4/10만큼 줄일 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 냉기유로가 냉동실측과 냉장실측으로 각각 분리되어 작동하게 되고, 냉동기(압축기) 운전시 냉동실 만이 냉동부하로 작용하게 되므로 냉동사이클 부품들의 사이즈를 줄일 수 있게 되고, 냉동부하가 적어져 실제 냉장고 운전시 단속횟수를 줄일 수 있게 되며, 고온 냉매의 유입에 따른 손실을 저감할 수 있고, 냉동기의 그레이드를 떨어뜨려 입력 감소효과가 두드러지게 나타나므로 냉동 사이클의 효율이 향상되고, 소비전력량도 감소된다.
또한, 냉동실 및 냉장실의 독립 냉동 및 냉장이 가능해져 냉장실의 신선보관이 가능하게 되고, 냉장실과 냉동실의 음식 냄새가 서로 혼합되어 나타나는 냉장실 및 냉동실의 역겨운 냄새도 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

  1. 냉매를 압축하는 하나의 압축기와, 상기 압축기로부터 압축된 냉매를 액냉매 상태로 응축시키는 응축기와, 상기 응축기로부터 응축된 액냉매를 2상의 냉매로 증발시키는 과정에서 흡입공기와의 열교환을 통해 냉기를 발생시키는 하나의 증발기와, 상기 증발기측으로 공기를 강제 유입시키는 증발기팬이 구비되며, 냉동실 및 냉장실을 갖는 냉장고에 있어서,
    상기 증발기로부터 발생된 냉기를 흡입하기 위해 냉동실내의 온도가 설정온도 이상이면 개방되었다가 일정 시간 경과 후 그 내부의 온도가 설정온도 이하가 되면 폐쇄되는 냉동실측 냉기 흡/토출구와, 상기 냉동실측 냉기 흡/토출구가 폐쇄됨과 동시에 개방되어 증발기로부터 발생된 냉기를 흡입하고, 그 내부의 온도가 설정온도 이하가 되면 다시 폐쇄되는 냉장실측 냉기 흡/토출구와, 상기 냉동실 또는 냉장실 내의 온도를 감지하기 위한 적어도 하나의 온도센서와, 상기 온도센서로부터 출력된 온도감지신호에 따라 압축기, 응축기, 증발기, 증발기팬, 냉동실측 냉기 흡/토출구, 냉장실측 냉기 흡/토출구의 작동을 제어하는 제어부가 구비되어 냉동실측 냉기 유로와 냉장실측 냉기유로가 서로 분리된 상태로 작동하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 구조.
  2. 압축기, 응축기, 증발기를 작동시켜 압축, 응축, 증발된 냉매와 흡입공기 간의 열교환을 통해 냉기를 발생시키는 단계와,
    전단계로부터 발생된 냉기가 냉동실에 공급되도록 냉장실측 냉기 흡/토출구가 폐쇄된 상태에서 냉동실측 냉기 흡/토출구를 개방하고, 냉동실 내의 온도가 설정온도 이하가 되면 냉동실측 냉기 흡/토출구를 폐쇄하는 단계와,
    상기 냉동실측 냉기 흡/토출구가 폐쇄됨과 동시에 냉장실측 냉기 흡/토출구를 개방하여 증발기로부터 발생된 냉기를 냉장실로 공급하고, 냉장실 내의 온도가 설정온도 이하가 되면 냉장실측 냉기 흡/토출구를 폐쇄하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉장실로 흡입되는 냉기는 우선 압축기 및 응축기를 가동하지 않는 상태에서 증발기에 내재되어 있는 잠열로부터 발생된 냉기를 사용하거나, 상기 냉장실 내의 온도가 설정온도 이상일 경우에는 압축기 및 응축기를 구동시켜 이에 따라 발생된 냉기를 사용하는 것을 특징으로 하는 냉장고의 냉각방법.
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