KR20040020618A - 냉장고 - Google Patents

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KR20040020618A
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refrigerant
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refrigerator
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정인창
김명욱
배학균
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삼성전자주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 냉장고에서는 유로 전환을 통해 다양한 냉매 사이클을 구현함으로써, 냉장실 증발기와 냉동실 증발기 각각의 적절한 증발 온도를 획득하고 냉장실과 냉동실 가운데 하나만을 단독으로 냉각하여 냉각 효율 및 속도를 향상시킨다.

Description

냉장고{REFRIGERATOR}
본 발명은 냉장고에 관한 것으로, 특히 냉동실과 냉장실을 구비한 냉장고에 관한 것이다.
일반적으로 냉장고의 본체는 중간 격벽에 의해 구획되는 냉동실과 냉장실이 마련되고, 냉동실과 냉장실 각각에는 본체에 힌지 결합되어 냉동실과 냉장실을 개폐하는 도어가 설치된다. 냉동실의 내부 벽면에는 냉기를 생성하여 냉동실 내부에 공급하기 위한 증발기와 팬이 구비된다. 또한 냉장실의 내부 벽면에도 냉기를 생성하여 냉장실 내부에 공급하기 위한 또 다른 증발기와 팬이 구비된다. 즉, 냉동실과 냉장실에는 독립적으로 냉기가 공급되는데, 이를 독립 냉각 방식이라 한다.
도 1은 종래의 냉장고의 냉매 사이클을 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 냉장고의 냉매 사이클은 압축기(101)와 응축기(102), 팽창 수단인 모세관(104), 냉장실 증발기(105), 냉동실 증발기(107) 등이 냉매관을 통해 연결되어 폐회로를 구성한다. 또, 응축기 팬(103)을 구동하는 응축기 팬 모터(103a)와 냉장실 팬(106)을 구동하는 냉장실 팬 모터(106a), 냉동실 팬(107)을 구동하는 냉동실 팬 모터(107a)가 더 구비된다.
이와 같은 종래의 냉장고에서, 냉동실은 주로 냉동식품을 보관하기 위한 곳인데, 일반적으로 알려진 냉동실의 적정 온도 범위는 영하 18℃에서 영하 20℃ 사이이다. 냉장실은 냉동이 요구되지 않는 일반적인 음식물을 신선하게 장기간 보관하기 위한 곳으로서 영하 1℃에서 영상 6℃ 사이의 온도가 적절한 것으로 알려져 있다.
이처럼 냉장실과 냉동실의 적정 온도가 서로 다름에도 불구하고, 도 1에 나타낸 종래의 냉장고에서는 냉동실 증발기(107)와 냉장실 증발기(105)의 각각의 증발 온도가 동일하기 때문에 냉장실의 온도가 지나치게 낮아질 수 있다. 이 경우 냉장실 팬(106)의 온·오프 간격을 적절히 조절하여 냉장실의 과냉을 막는다. 이와 같은 문제는 모세관(104)에서 이루어지는 냉매의 압력 감소가 냉동실 증발기(107)에서 요구하는 증발 온도에 맞추어 이루어지기 때문이다. 즉, 모세관(104)에서의 압력 감소 정도가 냉동실 증발기(107)에서 요구하는 증발 온도를 기준으로 결정되면 냉장실 증발기(107)에서는 지나치게 낮은 온도에서 냉매의 기화가 이루어져 냉장실의 온도가 적정 온도 이하로 크게 낮아질 수 있다. 이 경우 냉장실 증발기(107) 표면에 성에(frost)가 형성되어 냉장실의 높은 습도 유지를 방해한다. 또한 냉장실 증발기(107)의 증발 효율이 낮아져서 결국 냉장고의 냉각 효율이 크게 떨어진다. 또한 압축기(101)에서는 냉동실 증발기(107)에서 요구하는 증발 온도를 고려하여 냉매를 압축해야 하기 때문에 부하가 증가하여 에너지 소비 효율이 나빠진다.
본 발명에 따른 냉장고에서는 유로 전환을 통해 다양한 냉매 사이클을 구현함으로써, 냉장실 증발기와 냉동실 증발기 각각의 적절한 증발 온도를 획득하고 냉장실과 냉동실 가운데 하나만을 단독으로 냉각하여 냉각 효율 및 속도를 향상시키는데 그 목적이 있다.
도 1은 종래의 냉장고의 냉매 사이클을 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 따른 냉장고의 구성을 나타낸 도면.
도 3은 본 발명에 따른 냉장고에서 냉장실 증발기의 적정 증발 온도 획득을 위한 냉매 사이클을 나타낸 도면.
도 4는 본 발명에 따른 냉장고의 냉동실 단독 냉각을 위한 냉매 사이클을 나타낸 도면.
도 5는 본 발명에 따른 냉장고의 냉장실 냉각 속도 향상을 위한 냉매 사이클을 나타낸 도면.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
101, 201 : 압축기
102, 302 : 응축기
104 : 모세관
105, 205 : 냉장실 증발기
107, 207 : 냉동실 증발기
210 : 냉장실
220 : 냉동실
이와 같은 목적의 본 발명에 따른 냉장고는 압축기와 응축기, 제 1 증발기, 제 2 증발기가 직렬 연결되어 이루어진 냉매 사이클을 구비한다. 여기에 냉매의 압력을 제 1 압력 레벨로 감압하여 상기 제 1 증발기에 유입되도록 하기 위한 제 1 팽창 수단과, 냉매의 압력을 제 2 압력 레벨로 감압하여 상기 제 2 증발기에 유입되도록 하기 위한 제 2 팽창 수단을 더 구비하여 각각의 증발기에서 서로 다른 증발 온도를 획득할 수 있도록 한다. 뿐만 아니라, 응축기의 출구와 상기 제 2 증발기의 입구 사이에는 제 3 팽창 수단이 설치되고, 제 1 유로 전환 수단은 응축기를 통과한 냉매가 상기 제 1 팽창 수단과 상기 제 3 팽창 수단 가운데 하나로 유입되도록 냉매의 유로를 전환한다. 즉, 응축기를 통과한 냉매가 제 3 팽창 수단에서 감압되어 제 2 증발기에 직접 유입됨으로써 제 2 증발기에서만 냉매의 증발이 일어난다. 또한, 제 1 증발기의 출구와 상기 압축기의 입구 사이에는 냉매 유로가 별도로 형성되는데, 제 2 유로 전환 수단은 제 1 증발기를 통과한 냉매가 상기 제 2 팽창 수단과 상기 압축기 가운데 하나로 유입되도록 냉매의 유로를 전환한다. 즉, 제 1 증발기를 통과한 냉매가 압축기에 직접 유입됨으로써 제 1 증발기에서만 냉매의 증발이 이루어진다.
본 발명에 따른 냉장고의 바람직한 실시예를 도 2 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 2는 본 발명에 따른 냉장고의 구성을 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 냉장고는 냉동실(220)과 냉장실(210)을 구비한다. 냉장실(210)의 안쪽에는 냉장실 증발기(205)와 냉장실 팬 모터(206a),냉장실 팬(206)이 설치된다. 또 냉동실(220)의 안쪽에는 냉동실 증발기(207)와 냉동실 팬 모터(208a), 냉동실 팬(208)이 설치된다. 이 가운데 압축기(201)와 응축기(미도시), 냉장실 증발기(205), 냉동실 증발기(207)는 냉매관을 통해 서로 연결되어 하나의 냉매 사이클을 형성한다.
냉장실 증발기(205)에서 발생하는 냉기는 냉장실 팬(206)에 의해 냉장실(210) 내부로 송풍된다. 냉동실 증발기(207)에서 발생하는 냉기도 냉동실 팬(208)에 의해 냉동실(220) 내부로 송풍된다. 도 2에는 도시하지 않았으나 본 발명에 따른 냉장고의 냉매 사이클에서 냉장실 증발기(205)의 입구 측과 냉동실 증발기(207)의 입구 측에는 냉매의 압력을 떨어뜨리기 위한 냉장실 모세관과 냉동실 모세관이 각각 설치된다.
본 발명에 따른 냉장고의 다양한 냉매 사이클과 그에 따른 작용 및 효과는 다음과 같다. 먼저 도 3은 본 발명에 따른 냉장고에서 냉장실 증발기(205)의 적정 증발 온도 획득을 위한 냉매 사이클을 나타낸 도면이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 냉장실 증발기(205)의 적정 증발 온도를 획득하기 위해서는 냉장실 모세관(304)과 연결 모세관(306)을 별도로 마련하고, 각각의 모세관(304, 306)을 통해 냉장실 증발기(205) 및 냉동실 증발기(207) 각각에서 요구되는 증발 온도를 획득한다.
연결 모세관(306)과 냉장실 모세관(304)이 직렬 연결된 구조이므로, 압축기(201)에서 고압으로 압축된 냉매는 냉장실 모세관(304)에서 1차 압력 강하가 이루어지고, 연결 모세관(306)에서 2차 압력 강하가 이루어진다. 냉장실 모세관(304)의 저항이 연결 모세관(306)의 저항보다 작으면 냉장실 모세관(304)에서의 압력 강하 폭이 작아 냉동실 증발기(207)의 증발 온도보다 높은 증발 온도를 얻을 수 있다. 즉, 냉장실 증발기(205)와 냉동실 증발기(207) 각각에서 요구되는 적절한 증발 온도를 얻을 수 있다.
도 3의 냉매 사이클에서, 압축기(201)에서 고온·고압으로 압축된 냉매는 응축기(302)를 통과하면서 외부 공기와의 열 교환이 이루어져 저온·고압으로 된다. 응축기(302)를 통과한 고압의 기체 냉매는 냉장실 모세관(304)을 통과하면서 압력이 낮아져 증발하기 쉬운 상태로 되는데, 이 때문에 냉장실 증발기(205)에서는 냉매가 증발하면서 냉장실 증발기(205) 주변 공기의 열을 빼앗는다. 이와 같이 냉매의 증발에 의해 생성되는 냉장실 증발기(205) 주변의 냉기는 냉장실 팬(206)에 의해 냉장실(210) 내부로 공급되어 냉장실(210)의 온도를 떨어뜨린다.
냉장실 증발기(205)를 통과한 냉매는 연결 모세관(306)을 통과하면서 압력이 더욱 낮아져서 냉동실 증발기(207)에 유입된다. 이 때문에 냉동실 증발기(207)에서는 냉장실 증발기(205)의 증발 온도보다 더욱 낮은 온도에서 냉매의 증발이 일어나, 냉동실 증발기(207) 주변의 온도는 냉장실 증발기(205) 주변의 온도보다 크게 낮다. 이와 같이 생성되는 냉동실 증발기(207) 주변의 냉기는 냉동실 팬(208)에 의해 냉동실(220)에 공급되어 냉동실(210)의 온도를 떨어뜨린다.
압력 강하 장치인 모세관은 응축기에서 응축된 저온·고압의 냉매를 증발기에서 쉽게 증발하도록 저압으로 만든다. 즉, 모세관에서의 압력 강하는 증발기에서의 증발 온도를 결정하는 요소가 된다. 냉동실은 냉장실보다 더 낮은 온도가 요구되므로, 본 발명에 따른 냉장고에서는 냉장실 증발기(205)에서는 0℃ 이상의 증발 온도를 얻을 수 있도록 냉장실 모세관(304)의 규격을 결정하여 냉장실(210)의 과냉을 방지할 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 또한 냉동실 증발기(207)에서는 영하 18℃ 이하의 낮은 증발 온도를 얻을 수 있도록 연결 모세관(306)의 규격을 결정한다.
냉장실과 냉동실이 별도로 구비된 냉장고에서, 냉장실의 고내 온도가 설정 온도에 도달해 있는 반면 냉동실의 고내 온도가 설정 온도보다 높아 냉동실만의 단독 냉각이 요구되는 경우가 있다. 이와 같이 냉동실의 단독 냉각이 요구되는 경우, 전술한 도 3과 같이 냉장실 증발기(205)와 냉동실 증발기(207) 모두에 냉매가 유입되도록 냉매 사이클이 형성되면 냉장실의 불필요한 냉각이 이루어져 에너지 소비 효율이 크게 낮아진다. 따라서 냉동실 단독 냉각이 요구되는 경우에는 냉매가 냉동실 증발기에만 유입되도록 냉매 사이클을 구성할 필요가 있다.
도 4는 본 발명에 따른 냉장고의 냉동실(220) 단독 냉각을 위한 냉매 사이클을 나타낸 도면이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 3웨이 밸브(310)를 통해 유로를 전환함으로써 응축기(302)를 통과한 냉매가 냉장실 모세관(304)과 냉동실 모세관(308) 가운데 하나로 유입되도록 한다. 3웨이 밸브(310)의 제 1 출구(310a)를 폐쇄하고 제 2 출구(310b)를 개방하면 응축기(302)를 통과한 냉매가 냉동실 모세관(308)을 통해 냉동실 증발기(207)에만 유입되어 냉동실(220)의 냉각만이 이루어진다. 이 경우 냉동실 증발기(207)에서 요구되는 증발 온도를 고려하여 냉동실 모세관(308)의 규격을 결정해야 하는데, 냉동실 모세관(308) 하나 만으로도 냉매의 압력을 충분히 떨어뜨려 냉동실 증발기(207)에서 요구되는 낮은 증발 온도를 얻을 수 있어야 한다. 이처럼 냉동실(220)만을 단독으로 냉각함으로써 냉장실(210)의 불필요한 냉각을 막을 수 있다.
이와 달리 냉장실(210)과 냉동실(220)을 모두 냉각하기 위해서는 3웨이 밸브(310)의 제 1 출구(310a)를 개방하고 제 2 출구(310b)를 폐쇄하여 응축기(302)를 통과한 냉매가 냉장실 모세관(304)을 통해 냉장실과 냉동실(220)에 유입되도록 한다. 도 4에 나타낸 것과 같은 냉동실 단독 냉각을 위한 냉매 사이클에서는 필요에 따라 연결 모세관(306)을 설치하지 않아도 좋다.
본 발명에 따른 냉장고에서, 도 3에 나타낸 것과 같은 냉매 사이클을 통해 냉동실 증발기(220)와 냉장실 증발기(210) 각각의 증발 온도를 독립적으로 운영할 수 있다. 냉장실 증발기(205)와 냉동실 증발기(220) 사이에 연결 모세관(306)이 설치되어 각각의 증발기(205, 207)가 독립적인 증발 온도를 갖게 되면, 연결 모세관(306)은 냉장실 증발기(205)의 부하로 작용하여 냉장실 모세관(304)에서는 충분한 압력 강하가 이루어지 않는다. 냉장실 모세관(304)의 작은 압력 강하 폭은 냉장실(210)의 과냉 방지에는 효과적이지만, 냉장실(210) 단독 냉각의 관점에서는 냉장실(210)의 냉각 속도를 떨어뜨리는 큰 원인이 되기도 한다. 운전이 중단되었던 냉장고를 다시 가동하거나, 냉장실(210)의 부하가 급격히 증가하는 경우에는 냉장실을 빠르게 냉각해야 할 필요가 있는데, 이와 같은 경우에는 냉장실 증발기(205)의 높은 증발 온도가 냉장실(210)의 냉각 속도를 떨어뜨리는 것이다. 이와 같은 냉장실의 냉각 속도 개선을 위한 냉매 사이클 구조를 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명에 따른 냉장고의 냉장실(210) 단독 냉각을 위한 냉매 사이클을 나타낸 도면으로서, 냉장실(210)의 냉각 속도를 개선하기 위하여 3웨이 밸브(312)를 통해 냉매의 유로를 전환하여 냉장실 증발기(205)를 통과한 냉매가 필요에 따라 연결 모세관(306)과 압축기(201)에 유입되도록 한다. 즉, 냉장실(210)만을 단독으로 냉각하고자 하는 경우에는 3웨이 밸브(312)의 제 1 출구(312a)를 개방하여 냉장실 증발기(205)를 통과한 냉매가 압축기(201)의 흡입구에 유입되도록 하고, 제 2 출구(312b)는 폐쇄하여 응축기(302)를 통과한 냉매가 냉장실 모세관(308)을 통해 냉장실 증발기(205)에만 유입되도록 한다.
이와 같은 구조에서는 냉장실 모세관(304)에서만 냉매의 압력 강하가 이루어지기 때문에 냉장실 모세관(304)에서는 큰 압력 강하 폭을 얻을 수 있다. 냉장실 증발기(205)에서는 냉장실(210)과 냉동실(220)을 모두 냉각할 때와 비교하여 상대적으로 낮은 증발 온도를 획득할 수 있어 냉장실(210)의 냉각 속도를 크게 향상시킨다.
본 발명에 따른 냉장고에서는 유로 전환을 통해 다양한 냉매 사이클을 구현함으로써, 냉장실 증발기와 냉동실 증발기 각각의 적절한 증발 온도를 획득하고 냉장실과 냉동실 가운데 하나만을 단독으로 냉각하여 냉각 효율 및 속도를 향상시킨다.

Claims (12)

  1. 압축기와 응축기, 제 1 증발기, 제 2 증발기가 직렬 연결되어 이루어진 냉매 사이클을 구비한 냉장고에 있어서,
    냉매의 압력을 제 1 압력 레벨로 감압하여 상기 제 1 증발기에 유입되도록 하기 위한 제 1 팽창 수단과;
    냉매의 압력을 제 2 압력 레벨로 감압하여 상기 제 2 증발기에 유입되도록 하기 위한 제 2 팽창 수단을 포함하는 냉장고.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 압력 레벨이 상기 제 1 압력 레벨보다 낮은 냉장고.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 팽창 수단이 모세관인 냉장고.
  4. 압축기와 응축기, 제 1 증발기, 제 2 증발기가 직렬 연결되어 이루어진 냉매 사이클을 구비한 냉장고에 있어서,
    냉매의 압력을 제 1 압력 레벨로 감압하여 상기 제 1 증발기에 유입되도록 하기 위한 제 1 팽창 수단과;
    냉매의 압력을 제 2 압력 레벨로 감압하여 상기 제 2 증발기에 유입되도록 하기 위한 제 2 팽창 수단과;
    상기 응축기의 출구와 상기 제 2 증발기의 입구 사이에 설치되는 제 3 팽창 수단과;
    상기 응축기를 통과한 냉매가 상기 제 1 팽창 수단과 상기 제 3 팽창 수단 가운데 하나로 유입되도록 냉매의 유로를 전환하는 유로 전환 수단을 포함하는 냉장고.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 2 압력 레벨이 상기 제 1 압력 레벨보다 낮은 냉장고.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 팽창 수단이 모세관인 냉장고.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 제 3 팽창 수단은 상기 유로 전환 수단을 통해 유입되는 냉매를 상기 제 2 압력 레벨로 감압하여 상기 제 2 증발기에 유입되도록 하는 냉장고.
  8. 압축기와 응축기, 제 1 증발기, 제 2 증발기가 직렬 연결되어 이루어진 냉매 사이클을 구비한 냉장고에 있어서,
    냉매의 압력을 제 1 압력 레벨로 감압하여 상기 제 1 증발기에 유입되도록 하기 위한 제 1 팽창 수단과;
    냉매의 압력을 제 2 압력 레벨로 감압하여 상기 제 2 증발기에 유입되도록 하기 위한 제 2 팽창 수단과;
    상기 제 1 증발기의 출구와 상기 압축기의 입구 사이에 형성되는 냉매 유로와;
    상기 제 1 증발기를 통과한 냉매가 상기 제 2 팽창 수단과 상기 압축기 가운데 하나로 유입되도록 냉매의 유로를 전환하는 유로 전환 수단을 포함하는 냉장고.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 팽창 수단이 모세관인 냉장고.
  10. 압축기와 응축기, 제 1 증발기, 제 2 증발기가 직렬 연결되어 이루어진 냉매 사이클을 구비한 냉장고에 있어서,
    냉매의 압력을 제 1 압력 레벨로 감압하여 상기 제 1 증발기에 유입되도록 하기 위한 제 1 팽창 수단과;
    냉매의 압력을 제 2 압력 레벨로 감압하여 상기 제 2 증발기에 유입되도록 하기 위한 제 2 팽창 수단과;
    상기 응축기의 출구와 상기 제 2 증발기의 입구 사이에 설치되는 제 3 팽창 수단과;
    상기 응축기를 통과한 냉매가 상기 제 1 팽창 수단과 상기 제 3 팽창 수단 가운데 하나로 유입되도록 냉매의 유로를 전환하는 제 1 유로 전환 수단과;
    상기 제 1 증발기의 출구와 상기 압축기의 입구 사이에 형성되는 냉매 유로와;
    상기 제 1 증발기를 통과한 냉매가 상기 제 2 팽창 수단과 상기 압축기 가운데 하나로 유입되도록 냉매의 유로를 전환하는 제 2 유로 전환 수단을 포함하는 냉장고.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 3 팽창 수단은 상기 유로 전환 수단을 통해 유입되는 냉매를 상기 제 2 압력 레벨로 감압하여 상기 제 2 증발기에 유입되도록 하는 냉장고.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 3 팽창 수단이 모세관인 냉장고.
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