KR20140115837A - 냉장고 - Google Patents

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KR20140115837A
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신재훈
설혜연
서창호
박용주
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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 냉장고는, 결빙 온도보다 높은 온도로 유지되는 냉장실과, 결빙 온도보다 낮은 온도로 유지되는 냉동실 중 적어도 하나를 포함하는 본체; 상기 본체 내부에 형성되며, 고내 온도가 상기 냉동실 온도보다 낮은 온도로 유지되는 심온 저장실; 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기; 상기 압축기의 출구측에 연결되어, 고온 고압의 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기의 출구측에 연결되어, 냉매를 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 제 1 팽창변; 상기 팽창변의 출구측에 연결되어, 냉매를 저온 저압의 기상 냉매로 변화시키는 제 1 증발기; 및 상기 제 1 팽창변의 외측에 제공되며, 상기 제 1 팽창변으로 열을 공급하여 냉매의 증발 온도를 상기 냉동실의 고내 온도보다 낮은 온도로 떨어뜨리도록 하는 히터를 포함한다.

Description

냉장고{Method for controlling refrigerator}
본 발명은 냉장고에 관한 것이다.
냉장고는 음식물을 저온 상태로 보관하기 위한 가전 기기로서, 음식물을 냉장 상태로 보관하는 냉장실과, 냉동 상태로 보관하는 냉동실을 포함할 수 있다.
최근에는 음식물을 단시간에 초저온으로 냉각하기 위한 별도의 저장실이 구비된 냉장고에 대한 수요가 증가하고 있다. 이러한 목적을 달성하기 위하여, 종래에는 냉동실 내부에 별도의 심온 저장실을 구비하고, 심온 저장실과 증발실을 연결하는 냉기 유로를 통하여 증발실의 냉기가 심온 저장실로 독립적으로 공급되도록 하는 구조가 제안되었다. 이러한 종래의 심온 저장실의 경우, 증발실 냉기를 심온 저장실 쪽으로만 별도로 공급할 수 있어, 냉동실과 냉장실 온도에 영향을 받지 않고 심온 저장실의 온도를 냉동실 온도보다 낮은 온도로 낮추는 것이 가능하였다.
한편, 일반적인 냉장고에는 R-600a 이소부탄 냉매를 사용하여 증발기 온도를 최대 영하 40도 ~ 42도까지 낮추고 있다. 그러나, 심온 저장실의 온도는 이보다 더 낮은 온도, 즉 영하 50도까지 낮추는 것이 요구되고 있으며, 이를 위해서는 별도의 심온 저장실을 구비하는 것 만으로는 부족하다.
이와 같은 극저온 냉각 요구를 만족시키기 위하여, 종래에는 증발기와 압축기를 연결하는 석션 파이프가 팽창변과 열교환하도록 하는 방식이 채택되기도 하였다. 상세히, 석션 파이프와 팽창변의 열교환을 통하여 증발 온도를 낮추는 방식의 경우, 팽창변을 통과하는 냉매의 온도가 더 떨어지면서 열흡입량이 증가하게 되어 냉력이 증가하는 효과는 있으나, 증발 압력 자체가 떨어지지는 않기 때문에 증발 온도를 낮추는데는 한계가 있다.
다른 방법으로서, 직경이 더 작은 팽창변을 쓰는 방법이 가능하나, 이 경우 증발 압력이 더 떨어지는 장점이 있는 반면, 증발기에서 열을 흡수하여 심온 저장실 온도를 설정 온도까지 낮추었을 때, 냉매의 포화 달성률이 떨어지는 단점이 있다. 상세히, 냉매의 포화 달성률이 떨어진다는 것은, 증발기를 통과하는 냉매가 포화 기체로 되는 양이 감소한다는 것을 의미한다. 이는, 기액 분리기로 들어가는 액냉매의 양이 기냉매의 양보다 많다는 것을 의미하며, 결과적으로 액냉매가 압축기로 유입될 가능성이 더 높아지게 된다. 그러면, 전체적인 냉동 사이클에서 응축압과 증발압을 더 높이는 결과를 초래하게 된다. 나아가, 액냉매가 압축기로 유입됨으로 인하여, 압축기의 성능 저하 또는 파손의 위험을 초래할 수도 있다.
본 발명은 상기와 같은 단점을 개선하기 위하여 제안된 것으로서, 심온 저장실의 온도를 종래보다 더 낮추면서도 압축기의 파손을 최소화할 수 있는 냉장고를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 냉장고는, 결빙 온도보다 높은 온도로 유지되는 냉장실과, 결빙 온도보다 낮은 온도로 유지되는 냉동실 중 적어도 하나를 포함하는 본체; 상기 본체 내부에 형성되며, 고내 온도가 상기 냉동실 온도보다 낮은 온도로 유지되는 심온 저장실; 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기; 상기 압축기의 출구측에 연결되어, 고온 고압의 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기의 출구측에 연결되어, 냉매를 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 제 1 팽창변; 상기 팽창변의 출구측에 연결되어, 냉매를 저온 저압의 기상 냉매로 변화시키는 제 1 증발기; 및 상기 제 1 팽창변의 외측에 제공되며, 상기 제 1 팽창변으로 열을 공급하여 냉매의 증발 온도를 상기 냉동실의 고내 온도보다 낮은 온도로 떨어뜨리도록 하는 히터를 포함한다.
상기와 같은 구성을 이루는 냉장고에 의하면, 심온 저장실용 증발기의 입구측에 연결된 팽창변에 별도의 히터를 장착함으로써, 증발 압력을 종래보다 더 떨어뜨리게 되어 증발기 온도를 최대 영하 50도까지 낮출 수 있는 장점이 있다. 뿐만 아니라, 팽창변의 직경을 달리하는 경우에 발생하는 냉매의 포화 달성률 저하 현상을 초래하지 않으므로, 압축기의 성능 저하나 파손의 문제가 발생하지 않는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 냉동 사이클을 보여주는 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉동 사이클과 종래의 일반 냉동 사이클을 비교하여 보여주는 p-h선도.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
본 발명의 실시예에 따른 냉장고는, 결빙 온도보다 높은 온도로 유지되는 냉장실과, 결빙 온도보다 낮은 온도로 유지되는 냉동실 중 적어도 하나를 포함하는 본체; 상기 본체 내부에 형성되며, 고내 온도가 상기 냉동실 온도보다 낮은 온도로 유지되는 심온 저장실; 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기; 상기 압축기의 출구측에 연결되어, 고온 고압의 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기의 출구측에 연결되어, 냉매를 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 제 1 팽창변; 상기 팽창변의 출구측에 연결되어, 냉매를 저온 저압의 기상 냉매로 변화시키는 제 1 증발기; 및 상기 제 1 팽창변의 외측에 제공되며, 상기 제 1 팽창변으로 열을 공급하여 냉매의 증발 온도를 상기 냉동실의 고내 온도보다 낮은 온도로 떨어뜨리도록 하는 히터를 포함한다.
또한, 상기 히터는 상기 제 1 팽창변의 외주면에 접촉되는 형태로 제공되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압축기는 리니어 압축기를 포함한다.
또한, 상기 제 1 증발기는, 상기 심온 저장실로 공급되는 냉기를 냉각하는데 사용되는 증발기인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉장실과 냉동실 중 어느 하나 또는 모두를 냉각시키는 하나 또는 복수 개의 제 2 증발기 및 상기 하나 또는 복수 개의 제 2 증발기의 입구측에 각각 연결되는 하나 또는 복수 개의 제 2 팽창변을 더 포함한다. 여기서, 상기 제 2 증발기는 냉장실용 증발기와 냉동실용 증발기를 모두 포함하거나, 냉동실 후방에 제공되는 단일의 증발기를 포함한다.
또한, 상기 제 1 팽창변과 상기 하나 또는 복수 개의 제 2 팽창변은 병렬 연결되고, 상기 제 1 및 제 2 팽창변의 분지 지점에 제공되어, 냉매의 흐름 방향을 전환하는 절환 밸브를 더 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 냉동 사이클을 보여주는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 냉동 사이클(10)은, 냉매를 고온 고압의 기체 상태로 압축하는 압축기(11)와, 상기 압축기(11)의 출구측에 제공되어 상기 압축기(11)에 의하여 압축된 고온 고압의 기상 냉매를 고온 고압의 액상 냉매로 상변화시키는 응축기(12)와, 상기 응축기(12)의 출구측에 제공되어, 상기 응축기(12)를 통과하면서 냉각된 고온 고압의 액상 냉매를 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 팽창변(14,15)과, 상기 팽창변(14,15)의 출구측에 제공되어 상기 팽창변을 통과하면서 상변화된 저온 저압의 2상 냉매를 저온 저압의 기상 냉매로 상변화시키는 증발기(16,17)를 포함한다.
상세히, 상기 압축기(11)는 리니어 압축기를 포함하며, 그 외 다른 종류의 정속 또는 인버터 압축기를 포함한다. 상기 압축기(11)가 리니어 압축기일 경우, 심온 냉각 과정에서 최대 행정(Top Dead Center) 운전이 수행되도록 제어된다.
또한, 상기 응축기(12)는 일반적으로, 냉장고의 후방에 구비되는 기계실에 수용되어, 실내 공기로 열을 방출하게 된다. 그리고, 상기 응축기(12)와 상기 팽창변(14,15) 사이에는 3방 밸브를 포함하는 절환 밸브(13)가 제공될 수 있다. 상기 이는, 냉장실과 냉동실을 냉각하는데 사용되는 메인 증발기(16)와, 심온 저장실을 냉각하는데 사용되는 심온 증발기(17)가 병렬로 연결되는 구조에서, 냉매의 흐름 방향을 절환하는데 사용된다. 상기 증발기의 개수에 따라 3방 밸브 또는 4방 밸브가 사용될 수도 있다. 예컨대, 하나의 메인 증발기를 이용하고, 냉장실과 냉동실로 이어지는 냉기 유로의 전환을 통하여 각 저장실의 온도를 독립적으로 제어하는 경우에는 3방 밸브가 장착될 수 있다. 반면, 냉장실용 증발기와 냉동실용 증발기 및 심온 증발기가 각각 제공되고, 이들이 병렬로 연결되는 구조에서는 4방 밸브를 적용하여 냉매의 흐름 방향을 전환하도록 할 수 있다.
본 실시예에서는 냉장실과 냉동실 냉각을 위해서 하나의 메인 증발기(16)가 사용되고, 심온 저장실 냉각을 위한 별도의 심온 증발기(17)가 병렬 연결되는 것을 실시예로 들어 설명한다. 따라서, 상기 메인 증발기(16)와 심온 증발기(17)의 입구측에는 각각 메인 팽창변(15)과 심온 팽창변(14)이 각각 연결되고, 상기 팽창변들(15)은 상기 절환 밸브(13)의 출구측에서 병렬 연결된다.
또한, 상기 심온 팽창변(14)을 통과하는 냉매의 온도를 냉동실 온도보다 더 낮은 온도로 떨어뜨리기 위한 방법으로서, 상기 심온 팽창변(14)의 외주면에 별도의 히터(18)가 장착된다. 상기 히터(18)는 심온 저장실을 냉각하는 운전 모드에서 작동하고, 심온 저장실이 설정 온도로 냉각되면 구동이 정지되도록 제어된다.
또한, 상기 응축기(12), 증발기(16,17)의 외측에는 각각 응축팬과 증발팬이 장착되어, 실내 공기와 냉매 또는 저장실 공기와 냉매가 열교환하도록 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 냉동 사이클과 종래의 일반 냉동 사이클을 비교하여 보여주는 p-h선도이다.
도 2를 참조하면, 종래의 일반 냉동 사이클은 압축 → 응축 → 팽창 → 증발 과정이 a → b → c → d의 순서로 이루어진다.
반면, 본 발명의 실시예에 따른 냉동 사이클, 즉 심온 팽창변(14)의 외주면에 히터(18)가 장착되는 냉동 사이클은 압축 → 응축 → 팽창 → 증발 과정이 e → f → c → g의 순서로 이루어진다.
p-h 선도에서 보이는 바와 같이, 심온 팽창변(14)에 장착된 히터(18)가 구동하면, 심온 팽창변(14)을 통과하는 냉매는 종래의 냉동 사이클에 의한 증발압보다 더 낮은 증발압으로 압력 강하가 이루어진다. 상세히, 증발압이 낮아지면 증발 온도도 함께 낮아지고, 증발 온도가 낮아짐으로써, 심온 저장실의 냉기 온도를 종래보다 더 낮출 수 있게 된다.
도 2의 선도에 보이는 종래의 일반 냉동 사이클은 팽창변에 어떠한 열교환 부재가 제공되지 않았을 때의 사이클 선도이며, 석션 파이프가 팽창변과 열교환하도록 하는 구조의 경우, 팽창변을 통과하는 냉매로부터 석션 파이프를 통과하는 냉매로 열을 빼앗기게 되고, 그 결과 압축기로 유입되는 냉매 중 기상 냉매의 양이 증가하게 된다. 그리고, 팽창변을 통과하는 냉매의 온도는 감소하여, 냉매의 엔탈피 선(c-d 선)이 선도 상에서 좌측으로 더 이동하게 된다. 그러면, 증발기 입구에서의 냉매의 엔탈피 값이 감소하게 되고, 그 결과 증발기에서의 흡입 열량이 증가함에 따라 냉력이 증가하게 되는 효과가 있다. 그러나, 석션 파이프를 통한 열교환이 이루어지더라도 증발압은 변하지 않기 때문에, 냉력이 증가하더라도 심온 저장실 냉기 온도를 더 이상 낮추는 것은 불가능한 단점이 있다.
또한, 메인 팽창변의 직경보다 작은 직경의 심온 팽창변을 쓸 경우를 보면, 팽창 완료시의 냉매 상태점(d점), 즉 심온 증발기 입구에서의 증발압이 더 떨어지질 뿐아니라, 심온 증발기 입구에서의 엔탈피 값도 증가하게 된다. 즉, p-h 선도 상에서 d점이 하우(下右)측으로 이동하게 된다. 결과적으로, 냉매의 온도가 더 떨어져서 심온 저장실의 온도를 더 떨어뜨릴 수 있는 장점은 있을 수 있다. 그러나, 이로 인하여 증발기를 통과하는 냉매 중 액상 냉매가 기상 냉매로 상변화하는 양이 감소하게 되는 단점이 있다. 즉, 증발기를 통과하는 냉매가 실내 공기로부터 동일 열량의 에너지를 흡수한다고 가정할 때, 액상에서 기상으로 상변화하는 냉매의 양은 감소하게 된다. 즉, 냉매의 포화 달성률이 떨어진다는 것을 의미하며, 이로 인하여 액냉매가 압축기로 유입될 가능성이 더 높아진다고 하겠다.
본 발명의 실시예에서 제안하는 바와 같이, 심온 팽창변(14)의 표면에 히터(18)를 장착할 경우, 심온 팽창변 출구 지점(또는 심온 증발기 출구 지점)(d)이 이상적인 상태(ideal state)에서는 g 점으로 이동하게 된다. 실제 냉동 사이클에서는 지점 g는 우측으로 더 이동한 지점에 위치하게 될 것이다.
동일 열량의 에너지를 증발기에서 흡수한다고 가정할 때, 팽창변의 직경을 달리한 조건에서의 경우에 비하여, 압축기 입구, 엄밀하게는 기액 분리기 입구에서 냉매의 건도(quality)가 본 발명의 실시예에 의할 경우 더 높아진다. 이는, 냉매의 포화 달성률이 저하되지 않는다는 것을 의미하며, 따라서 액냉매가 압축기로 유입되는 가능성이 현저히 떨어진다는 것을 의미한다.
도시된 바와 같이, 본 발명에서 제시되는 히터(18)가 상기 심온 팽창변(17)에 부착됨으로써, 상기 심온 팽창변(17)을 통과하는 냉매의 증발 온도 및 증발 압력이 종래의 경우보다 현저히 떨어지므로, 심온 저장실의 온도가 냉동실 온도보다 현저히 낮은 온도로 냉각될 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 다시 말하면, 히터가 장착되지 않은 팽창변을 통과하는 냉매는 영하 40도 안팎의 온도까지 밖에 떨어지지 않으나, 히터가 장착된 팽창변을 통과하는 냉매는 최대 영하 50도까지 떨어진다.

Claims (6)

  1. 결빙 온도보다 높은 온도로 유지되는 냉장실과, 결빙 온도보다 낮은 온도로 유지되는 냉동실 중 적어도 하나를 포함하는 본체;
    상기 본체 내부에 형성되며, 고내 온도가 상기 냉동실 온도보다 낮은 온도로 유지되는 심온 저장실;
    냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기;
    상기 압축기의 출구측에 연결되어, 고온 고압의 냉매를 응축하는 응축기;
    상기 응축기의 출구측에 연결되어, 냉매를 저온 저압의 2상 냉매로 팽창시키는 제 1 팽창변;
    상기 팽창변의 출구측에 연결되어, 냉매를 저온 저압의 기상 냉매로 변화시키는 제 1 증발기; 및
    상기 제 1 팽창변의 외측에 제공되며, 상기 제 1 팽창변으로 열을 공급하여 냉매의 증발 온도를 상기 냉동실의 고내 온도보다 낮은 온도로 떨어뜨리도록 하는 히터를 포함하는 냉장고.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 히터는 상기 제 1 팽창변의 외주면에 접촉되는 형태로 제공되는 것을 특징으로 하는 냉장고.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 압축기는 리니어 압축기를 포함하는 냉장고.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 증발기는, 상기 심온 저장실로 공급되는 냉기를 냉각하는데 사용되는 증발기인 것을 특징으로 하는 냉장고.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 냉장실과 냉동실 중 어느 하나 또는 모두를 냉각시키는 하나 또는 복수 개의 제 2 증발기; 및
    상기 하나 또는 복수 개의 제 2 증발기의 입구측에 각각 연결되는 하나 또는 복수 개의 제 2 팽창변을 더 포함하는 냉장고.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 팽창변과 상기 하나 또는 복수 개의 제 2 팽창변은 병렬 연결되고,
    상기 제 1 및 제 2 팽창변의 분지 지점에 제공되어, 냉매의 흐름 방향을 전환하는 절환 밸브를 더 포함하는 냉장고.
KR1020130031036A 2013-03-22 2013-03-22 냉장고 KR20140115837A (ko)

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