KR20150115321A

KR20150115321A - 식수 냉각장치 및 식수 냉각장치의 제어방법

Info

Publication number: KR20150115321A
Application number: KR1020140040138A
Authority: KR
Inventors: 정창훈; 류춘재; 신성용
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2014-04-03
Filing date: 2014-04-03
Publication date: 2015-10-14
Also published as: KR101716138B1

Abstract

본 발명의 식수 냉각장치의 제어방법은 압축기를 소정의 냉력으로 구동시키며, 냉매를 제빙냉매유로를 따라 순환시켜 제빙을 실시하는 단계; 상기 압축기의 냉력을 낮추어 구동하는 단계; 제빙된 얼음을 이빙시키는 단계; 및 상기 이빙이 이루어지는 중에 냉매를 상기 냉수냉매유로를 따라 순환시키는 단계를 포함한다.

Description

식수 냉각장치 및 식수 냉각장치의 제어방법{A drinking water cooler and a method of controlling the drinking water cooler}

본 발명은 식수 냉각장치 및 이의 제어방법에 관한 것이다.

식수 냉각장치는 물을 냉각하는 장치이다. 식수 냉각장치는 냉각되는 물의 온도에 따라 냉수, 상온수 또는 얼음을 생성할 수 있다. 식수 냉각장치는 그 자체로 독립적으로 사용되는 경우도 있으나, 최근 가전기기가 그 자신의 전통적인 기능에 국한되지 않고, 다양한 기능이 함께 적용되어 복합기기화 되는 추세에 따라, 식수 냉각장치, 냉장고, 냉온수기 등에 적용되는 것도 가능하다. 예를 들어, 식수 냉각장치는 원수를 정화하는 필터를 갖는 정수기에 적용되어, 상기 필터에 의해 정화된 정수를 냉각시켜, 냉수 또는 얼음을 공급하는 것도 가능하며, 다르게는, 냉장고에 적용되어 통상의 냉장고가 갖는 냉매의 순환 사이클을 통해 음료를 냉각시켜 냉수 또는 얼음을 공급하는 것도 가능하다.

식수 냉각장치는 냉매가 압축, 응축, 팽창, 증발되며 순환되는 냉매순환사이클을 갖는다. 냉매를 순환시키는 동력으로는 압축기가 사용되는데, 종래에는 제빙이 완료된 얼음을 냉각관으로부터 떨어뜨리는 이빙이 수행되는 중, 또는 냉수의 온도가 목표치까지 하강하여 더 이상이 냉각이 필요 없는 경우에 있어서, 압축기의 구동이 정지되었다가, 다시 제빙 또는 수온 하강 요청이 있을 시 재구동되었다. 따라서, 식수 냉각장치가 작동되는 중에 압축기의 구동과 정지가 반복적으로 이루어졌다. 특히 계속적으로 제빙요청이 있는 경우에는 제빙과 이빙이 연속하여 반복되어야 하나, 내구성 측면에서 압축기의 보호를 위해서는 정지된 시점으로부터 충분한 보호 시간이 경과한 후 재구동되어야 하기 때문에, 사용자가 원하는 양 만큼의 얼음을 신속하게 생성하지 못하는 문제가 있었다.

또한, 압축기가 정지된 상태에서는 냉매의 온도가 점점 상승되기 때문에, 이후 제빙 또는 수온 하강을 위해 압축기가 재구동되는 경우, 증발기의 온도가 충분히 하강하기까지 많은 시간이 소요되고, 따라서, 냉각 성능 또는 효율이 좋지 않은 문제가 있었다.

또한, 종래에는 공통의 압축기에 의해 냉매의 이송이 이루어지되, 유로 절환 수단을 통해 제빙 모드에서는 제빙용 증발기를 통과하는 냉매의 순환 사이클이 이루어지고, 냉수 모드에서는 냉수생성용 증발기를 통과하는 냉매의 순환 사이클이 이루어지는 하나의 압축기, 두 개의 증발기 냉각 시스템이 잘 알려져 있으나, 이러한 냉각 시스템은 제빙이 연속하여 이루어지는 경우, 냉매가 제빙용 증발기를 통과하는 순환만 계속하기 때문에, 냉수의 온도가 점점 상승되고, 따라서, 이를 취출해서 음용한 사용자로부터 불만족이 발생하는 경우가 많았다.

본 발명이 해결하려고 하는 과제는 불필요한 압축기의 정지를 줄임으로써, 종래 압축기의 구동과 정지가 반복됨으로써 유발되었던 다양한 문제들을 해소할 수 있는 식수 냉각장치 및 이의 제어방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 식수 냉각장치의 제어방법은 냉력 가변이 가능한 압축기가 구비되고, 상기 압축기의 구동에 의해 공통의 냉매가 제빙냉매유로 또는 냉수냉매유로를 따라 순환되는 식수 냉각장치의 제어방법에 있어서, (a) 상기 압축기를 소정의 냉력으로 구동시키며, 냉매를 상기 제빙냉매유로를 따라 순환시켜 제빙을 실시하는 단계; (b) 상기 압축기의 냉력을 낮추어 구동하는 단계; (c) 제빙된 얼음을 이빙시키는 단계; 및 (d) 상기 이빙이 이루어지는 중에 냉매를 상기 냉수냉매유로를 따라 순환시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 식수 냉각장치의 제어방법은, 냉력 가변이 가능한 압축기가 구비되고, 상기 압축기의 구동에 의해 공통의 냉매가 제빙냉매유로 또는 냉수냉매유로를 따라 순환되고, 냉매가 상기 제빙냉매유로 또는 상기 냉수냉매유로로 선택적으로 공급되도록 유동을 절환하는 절환밸브를 포함하는 식수 냉각장치의 제어방법에 있어서, (a) 상기 압축기를 소정의 냉력으로 구동시키며, 냉매를 상기 제빙냉매유로를 따라 순환시켜 제빙을 실시하는 단계; (b) 제빙 완료 후, 냉수 온도가 소정의 설정 온도 보다 낮으면, 상기 압축기의 구동을 정지시키는 단계; (c) 상기 압축기의 구동이 정지된 상태에서, 냉매가 상기 제빙냉매유로로부터 상기 냉수냉매유로로 공급되도록 상기 절환밸브를 제어하는 단계; 및 (d) 제빙된 얼음을 이빙시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 식수 냉각장치는 냉력 가변이 가능하고, 공통의 냉매가 상기 제빙냉매유로 또는 냉수냉매유로를 따라 순환되도록 압력을 가하는 압축기; 상기 제빙냉매유로 상에 구비되어 제빙을 하는 제빙유닛; 상기 냉수냉매유로 상에 구비되어 냉수를 형성하는 냉수생성유닛; 상기 제빙냉매유로와 냉수냉매유로간에 냉매의 유동을 절환시키는 절환밸브; 및 상기 압축기가 구동되며 냉매가 상기 제빙냉매유로를 따라 순환되는 중에 상기 제빙유닛에 의한 제빙이 완료되면, 상기 압축기의 출력을 낮추고, 상기 절환밸브 제어를 통해 냉매가 상기 냉수냉매유로를 따라 순환되도록 제어하는 제어부를 포함한다.

본 발명의 식수 냉각장치 및 이의 제어방법은, 압축기의 정지를 최소화함으로써 냉매유로상의 평압이 상승되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 식수 냉각장치 및 이의 제어방법은, 이빙이 실시되는 중에는 냉매가 냉수냉매유로를 따라 순환되도록 함으로써, 냉매 온도의 상승을 방지할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 식수 냉각장치는 냉매의 평압 상승을 방지함으로써, 이빙 이후, 다시 제빙을 실시되는 경우에 제빙에 소요되는 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식수 냉각장치의 구성들을 냉매의 순환 측면에서 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 식수 냉각장치의 주요 구성들간의 제어관계를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식수 냉각장치의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식수 냉각장치의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 식수 냉각장치의 제어방법을 도시한 순서도이다.
도 6은 도 5의 S36단계의 일 실시예를 도시한 순서도이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식수 냉각장치의 구성들을 냉매의 순환 측면에서 도시한 것이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 식수 냉각장치의 주요 구성들간의 제어관계를 도시한 것이다.

도 1 내지 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 식수 냉각장치(1)는 냉매유로(5)을 따라 유동되는 냉매를 압축시키는 냉력 가변이 가능한 압축기(10)와, 압축기(10)로부터 토출된 냉매를 응축시키는 응축기(20)와, 응축기(20)로부터 토출된 냉매의 유동을 분기시키는 것으로, 냉매가 제빙냉매유로(I) 또는 냉수냉매유로(II)로 선택적으로 이송되도록 유로를 절환시키는 절환밸브(35)를 포함한다. 절환밸브(35)는 응축기(20)로부터 냉매의 유입이 이루어지는 입구와, 상기 입구를 통해 유입된 냉매를 제빙냉매유로(I) 또는 냉수냉매유로(II)로 토출하는 2개의 출구를 갖는 3방 밸브일 수 있다.

압축기(10)는 냉력 또는 용량 가변이 가능한 것으로, 예를 들어, 인버터(inverter)에 의해 모터의 회전속도가 가변되는 인버터 압축기일 수 있다.

제빙냉매유로(I)는 냉매유로(5) 중의 일구간으로, 제빙시 냉매가 이동되는 경로가 된다. 제빙냉매유로(I) 상에는 응축기(20)로부터 토출된 냉매를 팽창시키는 제빙용 팽창기(31)와, 제빙용 팽창기(31)를 통과한 냉매를 증발시키고, 냉매가 증발하며 주변의 열을 흡수함으로써 얼음의 생장이 이루어지는 제빙유닛(40)이 구비된다.

제빙유닛(40)은 제빙용 팽창기(31)를 통과한 냉매를 증발시키는 제빙용 증발기(41)와, 얼음 생성을 위한 물이 담기는 물받이(43)와, 제빙용 증발기(41)를 통과하는 냉매와의 열교환을 통해 그 자신의 냉각이 이루어지는 냉각봉(42)을 포함한다. 물받이(43) 내에 물 공급이 이루어졌을 시, 냉각봉(42)은 물받이(43)에 담긴 물에 침지된다. 냉매가 제빙냉매유로(I)를 따라 순환될 시, 냉각봉(42)의 표면에서 얼음의 착상과 성장이 이루어진다. 냉각봉(42)은 제빙용 증발기(41)의 입구(41a)과 출구(41b) 사이에 다수개가 배열될 수 있다.

제빙유닛(40)은 냉각봉(42)으로부터 얼음을 분리하는(이하, '이빙'이라고함.) 이빙수단을 더 포함할 수 있다. 상기 이빙수단은 회전날이나, 진동기 등과 같이 물리력을 가함으로써 이빙시키는 수단을 포함할 수 있으며, 다르게는 냉각봉(42) 표면에서 얼음이 녹도록 열을 가하는 열원을 포함할 수도 있다. 이하에서는 열원을 통해 이빙이 이루어지는 것을 예로써 설명하며, 특히, 열원으로써 전기에 의해 발열되는 이빙히터(62)를 예로 든다.

냉수냉매유로(II)는 냉매유로(5) 중의 일 구간으로, 냉수온도 조절을 위한 냉매가 이동되는 경로가 된다. 냉수냉매유로(II) 상에는 응축기(20)로부터 토출된 냉매를 팽창시키는 냉수용 팽창기(32)와, 냉수용 팽창기(32)를 통과한 냉매를 증발시키고, 냉매가 증발하며 주변의 열을 흡수함으로써 냉수를 생성하는 냉수생성유닛(50)을 포함한다.

냉수생성유닛(50)은 물이 담기는 냉수조(51)와, 냉수조(51)를 냉각시키는 것으로, 냉수용 팽창기(32)를 통과한 냉매를 증발시키는 냉수용 증발기(52)를 포함한다.

응축기(20)와 절환밸브(35) 사이에는 냉매유로(5) 내의 수분을 제거하는 드라이어(33)가 더 구비될 수 있다.

압축기 흡입측 밸브(36)는 절환밸브(35)의 절환동작에 따라, 제빙냉매유로(I) 또는 냉수냉매유로(II)를 따라 이송된 냉매가 압축기(10)로 흡입되도록 냉매유로를 절환시킨다. 압축기 흡입측 밸브(36)와 압축기(10) 사이에는 어큐뮬레이터(34)가 구비될 수 있다.

또한, 압축기(10)로 흡입되는 냉매의 압력을 측정하기 위한 흡입압력센서(63) 및/또는 압축기(10)로부터 토출된 냉매의 압력을 측정하기 위한 토출압력센서(64)가 더 구비될 수 있다.

제어부(61)는 식수 냉각장치(1)를 구성하는 각 부에 대한 작동을 제어하는 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 압축기(10), 절환밸브(35), 이빙히터(62), 흡입압력센서(63) 및 토출압력센서(64)를 제어하며, 이에 한하지 않고, 냉각장치(1)의 작동 전반에 대한 제어를 수행할 수 있다. 이하, 별도의 언급이 없어도, '제어'는 제어부(61)에 이루어지는 것으로 이해하기로 하자.

이하에서 설명할 실시예들에 따른 식수 냉각장치의 제어방법은 압축기(10)를 소정의 냉력으로 구동시키며, 냉매를 제빙냉매유로(I)를 따라 순환시켜 제빙을 실시하는 단계(S11, S21)와, 압축기(10)의 냉력을 낮추어 구동하는 단계(S13, S25)와, 상기 S11 또는 S21단계에서 제빙된 얼음을 이빙시키는 단계(S14, S27)와, 상기 이빙이 실시되는 중에 냉매를 냉수냉매유로(II)로 공급하거나, 냉수냉매유로(II)를 따라 순환시키는 단계(S15, S26)를 포함한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 식수 냉각장치의 제어방법을 도시한 순서도이다. 도 3을 참조하면, 제빙운전(S11)은 얼음을 생성하는 단계로, 제어부(61)는 압축기(10)를 소정의 냉력으로 구동시키고, 냉매가 제빙냉매유로(I)를 따라 순환되도록 절환밸브(35)를 제어한다. 제빙유닛(40)의 냉각봉(42)을 따라 얼음의 생장이 이루어진다.

소정 시간 동안 제빙운전(S11)이 실시된 이후, 제어부(61)는 압축기(10)의 냉력을 감소시켜 운전한다(S13). S13단계에서의 압축기(10)의 냉력은 앞서 설명한 S11단계에서에 비해 낮은 바, 이하, S11단계에서의 압축기(10)의 냉력을 '고냉력'이라고 하고, S13단계에서의 압축기(10)의 냉력을 '저냉력'이라고 한다.

바람직하게는, S13단계는 기 설정된 수준까지 얼음의 생장이 이루어진 상태, 즉, 제빙이 완료된 이후에 실시되는 것이 좋다. 이를 위해, 제빙이 완료되었는지를 판단하는 단계(S12)가 더 포함될 수 있다.

S12단계에서, 제빙이 완료되었는지는 제빙이 실시된 시점으로부터 경과된 시간을 바탕으로 알 수 있다. 이 경우, 상기 경과된 시간이 실험에 의해 구해진 기 설정된 경과 시간에 도달하면, 제어부(61)는 제빙이 완료되었다고 판단할 수 있다. 다르게는, 제빙용 증발기(41)의 출구(41b)에서의 냉매의 온도(Tout)와 입구(41a)에서의 냉매의 온도(Tin) 간의 차(ΔT) 등을 바탕으로 제빙이 완료되었는지 판단될 수 있다. 얼음의 생장이 이루어지고 있는 중에는 물받이(43)에 담긴 물과 제빙용 증발기(41) 간에 계속적으로 열교환이 이루어지기 때문에, 제빙용 증발기(41)의 출구(41b)에서의 냉매의 온도가 상승하여, ΔT가 비교적 큰 값을 가지나, 얼음의 충분한 생장이 이루어진 이후에는 Tout과 Tin이 서로에 대해 수렴됨으로써, ΔT 의 값이 기 설정된 값(Tref) 이하가 된다. 따라서, 제어부(61)는 ΔT가 Tref 이하가 되면, 제빙이 완료된 것으로 판단할 수 있다.

또 다른 방법으로는, 제어부(61)는 압축기(10)에 의해 토출된 냉매의 압력(Pout, 토출압력)과, 압축기(10)로 흡입되는 냉매의 압력(Pin, 흡입압력)의 차(ΔP, 차압)가 기 설정된 차압 기준값(Pref) 이하일 시 제빙이 완료된 것으로 판단할 수 있다. 상기 토출압력은 토출압력센서(64)에 의해 감지될 수 있고, 상기 흡입압력은 흡입압력센서(63)에 의해 감지될 수 있다.

제빙이 완료된 상태에서도, 압축기(10)가 정지되지 않고, 저냉력으로 구동되기 때문에, 압축기(10) 작동의 연속성이 보장될 수 있다. 따라서, 제빙 완료 후 압축기가 정지됨으로써, 냉매의 온도가 상승되고, 그로 인해 이후에 압축기를 다시 실시할 시 기동압력이 상승되었던 종래의 문제가 발생되지 않는다.

S14단계는 냉각봉(42)으로부터 얼음을 이빙시키는 단계이다. 이빙히터(62)가 작동되어 얼음에 열이 가해지고, 냉각봉(42)과 접촉되는 부분에서 해빙이 이루어지면서 얼음이 냉각봉(42)으로부터 분리된다.

특히, S13 내지 S14 단계에서는 이빙에 장애가 되지 않으면서도, 압축기(10)의 기동평압 상승이 일정범위 내에서 억제되는 범위 내에서 압축기(10)가 낮은 냉력으로 구동되는 것이 바람직하다.

제어부(61)는 절환밸브(35) 제어를 통해, 이빙이 이루어지는 중의 적어도 일정 시간 동안 냉매가 냉수냉매유로(II)를 따라 순환되도록 한다. 특히, 제빙냉매유로(I)로부터 냉수냉매유로(II)로의 냉매 유동의 전환(S15)은 반드시 이빙(S14)과 동시에 또는 그 이후에 실시되어야 하는 것은 아니며, 이빙(S14) 전에 S15단계가 실시되는 것도 가능하다.

S15단계에 의해 냉매가 냉수냉매유로(II)로 공급된 이후, 제어부(61)는 냉수조(51)에 담긴 냉수의 온도에 따라 압축기(10)의 구동을 제어할 수 있다. 냉수의 온도를 감지하는 온도센서(미도시)가 더 구비될 수 있고, 이 경우, 제어부(61)는 상기 온도센서에 의해 측정된 값을 바탕으로, 냉수의 온도가, 냉수가 충분히 시원하면서도 얼지 않도록 설정된 범위 내에서 유지되도록 압축기(10)의 구동과 정지를 제어하거나, 압축기(10)의 냉력이 증감되도록 제어할 수 있다. 여기서, 제어부(61)는 상기 온도센서에 의해 감지된 온도값이 설정온도 이하가 되어, 냉수의 온도가 충분히 하강하였다고 판단된 경우, 압축기(10)의 구동을 저냉력으로 유지한 상태에서 냉매가 제빙냉매유로(I)를 따라 이송되도록 절환밸브(35)를 제어할 수 있으며, 이렇게 하여 냉매가 제빙냉매유로(I)를 따라 순환되는 중에 다시 냉수의 온도가 상기 설정온도 이상으로 상승되면 다시 냉매가 냉수냉매유로(II)를 따라 순환되도록 절환밸브(35)를 제어하는 과정을 반복할 수 있으며, 이 경우, 냉수의 온도가 적절한 상태, 즉 충분히 시원하면서도 얼지 않는 상태로 유지되면서도 압축기(10)는 연속하여 구동되는 효과가 있다.

이빙(S14)이 완료된 후, 다시 제빙이 실시되는 경우(S16), 제어부(61)는 냉매가 다시 제빙냉매유로(I)를 따라 순환되도록 절환밸브(35)를 제어할 수 있다(S17). 제어부(61)는 압축기(10)의 냉력이 증가되도록 제어하고(S18), 이렇게 압축기(10)의 냉력이 상승된 상태로 제빙이 실시된다(S11).

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 식수 냉각장치의 제어방법을 도시한 순서도이다.

도 4를 참조하면, 제빙운전(S21)은 얼음을 생성하는 단계로, 제어부(61)는 압축기(10)를 고냉력으로 구동시키고, 냉매가 제빙냉매유로(I)를 따라 순환되도록 절환밸브(35)를 제어한다. 제빙유닛(40)의 냉각봉(42)을 따라 얼음의 생장이 이루어진다.

S22단계에서는 제빙이 완료되었는지를 판단한다. S12단계에서와 마찬가지로, 제어부(61)는 제빙이 실시된 시점으로부터 경과된 시간, 제빙용 증발기(41)의 출구(41b)에서의 냉매의 온도(Tout)와 입구(41a)에서의 냉매의 온도(Tin) 간의 차(ΔT), 압축기(10)의 차압(ΔP) 등을 바탕으로 제빙이 완료되었는지 판단할 수 있다.

제빙이 완료된 이후, 냉수의 온도(Tw)를 기 설정된 온도(Tset)와 비교하는 단계(S23)가 실시된다. 제어부(61)는 냉수의 온도를 감지하기 위해 구비되는 온도센서(미도시)를 통해 감지된 냉수의 온도(Tw)가 설정 온도(Tset) 보다 낮으면, 냉수의 온도가 충분히 하강하였으므로, 압축기(10)의 구동을 정지시킨 후, 냉매가 냉수냉매유로(II)로 공급되도록 절환밸브(35)를 제어한다(S26).

반대로, S23단계에서 Tw가 Tset 보다 낮지 않은 경우에는, S25단계와 같이, 압축기(10)는 냉력이 감소된 상태로 구동되고, S26단계를 실시될 수 있다. 이 경우, S26단계에서는 냉매가 냉수냉매유로(II)를 따라 순환되면서 냉수의 온도가 하강된다.

S27단계는 냉각봉(42)으로부터 얼음을 이빙시키는 단계이다. 이빙히터(62)가 작동되어 얼음에 열이 가해지고, 냉각봉(42)과 접촉되는 부분에서 해빙이 이루어지면서 얼음이 냉각봉(42)으로부터 분리된다.

한편, 제빙냉매유로(I)로부터 냉수냉매유로(II)로의 냉매 유동의 전환(S26)은 도 4에 도시된 바와 같이, 반드시 이빙(S27) 이전에 실시되어야 하는 것은 아니며, 이빙(S14)과 동시에 또는 그 이후에 실시되는 것도 가능하다.

S26단계에 의해 냉매가 냉수냉매유로(II)로 공급된 이후, 제어부(61)는 냉수조(51)에 담긴 냉수의 온도에 따라 압축기(10)의 구동을 제어할 수 있다. 냉수의 온도를 감지하는 온도센서(미도시)가 더 구비될 수 있고, 이 경우, 제어부(61)는 상기 온도센서에 의해 측정된 값을 바탕으로, 냉수의 온도가 냉수가 충분히 시원하면서도 얼지 않도록 설정된 범위 내에서 유지되도록 압축기(10)의 구동과 정지를 제어하거나, 압축기(10)의 냉력이 증감되도록 제어할 수 있다. 여기서, 제어부(61)는 상기 온도센서에 의해 감지된 온도값이 설정온도 이하가 되어, 냉수의 온도가 충분히 하강하였다고 판단된 경우, 압축기(10)의 구동을 저냉력으로 유지한 상태에서 냉매가 제빙냉매유로(I)를 따라 이송되도록 절환밸브(35)를 제어할 수 있으며, 이렇게 하여 냉매가 제빙냉매유로(I)를 따라 순환되는 중에 다시 냉수의 온도가 상기 설정온도 이상으로 상승되면 다시 냉매가 냉수냉매유로(II)를 따라 순환되도록 절환밸브(35)를 제어하는 과정을 반복할 수 있으며, 이 경우, 냉수의 온도가 적절한 상태, 즉 충분히 시원하면서도 얼지 않는 상태로 유지되면서도 압축기(10)는 연속하여 구동되는 효과가 있다.

이빙(S27)이 완료된 후, 다시 제빙이 실시되는 경우(S28), 제어부(61)는 다시 압축기(10)를 고냉력으로 구동시키고(S29), 냉매가 다시 제빙냉매유로(I)를 따라 순환되도록 절환밸브(35)를 제어할 수 있다(S30). 압축기(10)의 냉력이 상승된 상태로 제빙이 실시된다(S11).

특히, S29단계에서 압축기(10)는 냉매가 냉수냉매유로(II) 상에 공급된 상태에서 구동되며, 특히, 냉수의 온도가 상당히 낮다는 점을 고려하면, 냉수냉매유로(II) 상의 냉매의 압력 상승이 제한적이고, 따라서, 기동평압 상승으로 인한 압축기(10)의 기동 불량이 발생되는 것이 방지된다.

한편, 전술한 실시예들에서, 냉매의 유동을 제빙냉매유로(I)로부터 냉수냉매유로(II)로 절환하는 단계(S15, S26)는 절환밸브(35)로 입력되는 냉매의 압력(Pin, 입력압력)과 절환밸브(35)로부터 출력되는 냉매의 압력(Pout, 출력압력)의 차가 차압 기준값 이하인 상태에서 실시되는 것이 바람직하다. 절환밸브(35)의 동작의 정확성과 내구성이 확보될 수 있다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 식수 냉각장치의 제어방법을 도시한 순서도이다. 도 6은 도 5의 S34단계의 일 실시예를 도시한 순서도이다. 이하, 도 5 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 식수 냉각장치의 제어방법을 설명한다.

압축기(10)가 고냉력으로 구동되는 제빙운전(S31)이 실시된다. 냉각봉(112)을 따라 얼음의 생장이 이루어진다. 제빙운전(S31)이 실시되는 중에 제어부(61)는 제빙이 완료되었는지를 판단한다(S32). S32는 실질적으로 S12단계(도 3 참조)와 같은 것으로, 이에 대한 설명은 전술한 바에 따르기로 한다.

제빙이 완료되면, 제어부(61)는 압축기(10)의 냉력을 감소시켜 운전한다(S33). 제빙이 완료된 상태에서도, 압축기(10)가 정지되지 않고, 저냉력으로 구동되기 때문에, 압축기(10) 작동의 연속성이 보장될 수 있다. 따라서, 제빙 완료 후 압축기가 정지됨으로써, 냉매의 온도가 상승되고, 그로 인해 이후에 압축기를 다시 실시할 시 기동압력이 상승되었던 종래의 문제가 발생되지 않는다.

압축기(10)가 냉력이 감소된 상태, 즉, 저냉력으로 운전되는 중에, 제어부(61)는 절환밸브(35)가 절환 동작할 시 극복하여야 할 부하(이하, 밸브 부하라고 정의함.)가 소정의 설정부하값 이하인지를 판단한다(S34). 밸브 부하는 절환밸브(35)의 압력 값으로 표시될 수 있으며, 이 경우 밸브 부하를 '밸브 압력'이라고 하기로 한다. 밸브 압력은 냉매의 유입이 이루어지는 절환밸브(35)의 입구와 냉매의 토출이 이루어지는 절환밸브(35)의 출구에서의 압력 간의 차압 또는 절환밸브(35)의 입구에서의 압력으로 표시될 수 있다.

절환밸브(35)에 일정 수준 이상의 큰 부하가 작용하는 경우, 절환밸브(35)의 절환동작이 원활하게 이루어지지 못할 뿐만 아니라, 기기의 내구성에 악영향을 줄 수 있다. 특히, 밸브 부하는 압축기(10)의 구동 정지로 인한 냉매의 온도 상승과 그에 따른 냉매 압 상승으로 인해 증가되는 경향이 있는데, 본 실시예에 따른 제어방법은 제빙이 완료된 이후에도 압축기(10)를 정지하지 않고 저냉력으로 구동함으로써 밸브 부하를 낮출 수 있다. S34는 밸브 부하가 기기의 신뢰성을 보장할 수 있는 범위까지 감소하였는지(이하, 밸브 부하 해제조건이라고 함.)를 판단하는 단계이며, 도 5에서는 그 일례로 밸브 압력이 일정 수준 이하로 해제되었는지를 판단하였다.

S34단계에서의 밸브 부하 해제조건을 판단하는 방법은 다양한 실시가 가능하다. 첫째, S33단계에서 감소된 냉력으로 압축기(10)가 구동된 시간이 기 설정된 시간 기준값 이상이면 밸브 부하가 해제된 것으로 판단될 수 있다. 압축기(10)의 구동이 계속될수록 냉매의 온도가 하강하여 밸브 압력 또한 낮아지기 때문이다.

둘째, 증발기(111)의 출구(111b)에서의 냉매의 온도가 기 설정된 온도 기준값 이하로 하강하면 밸브 부하가 해제된 것으로 판단될 수 있다. 압축기(10)의 구동에 따른 냉매 온도의 하강은 증발기(111)의 출구(111b)에서의 냉매 온도 하강을 추종하기 때문이다.

셋째, 절환밸브(35)의 입구에서의 냉매의 압력과 출구에서의 냉매의 압력간의 차압이 기 설정된 차압 기준값 이하로 하강하면 밸브 부하가 해제된 것으로 판단될 수 있다. 여기서, 절환밸브(35)의 출구는 냉매를 냉수냉매유로(II)로 토출하는 출구일 수 있다.

넷째, 압축기(10)의 입력 전류가 기 설정된 전류 기준값보다 낮은 경우, 밸브 부하가 해제된 것으로 판단될 수 있다. 압축기(10)의 출력은 상기 입력 전류를 추종하는데, 압축기(10)의 목표 출력이 동일하게 설정되었을 시 냉매의 온도가 낮을수록 압축기(10)로 인가되는 입력 전류값이 작기 때문에, 상기 입력 전류값이 낮을수록 밸브 부하가 낮은 것으로 판단될 수 있다.

S34단계에서 밸브 부하가 해제된 것으로 판단되면, 제어부(61)는 냉매가 냉수냉매유로(II)를 따라 순환하도록 절환밸브(35)를 절환시킨다(S35). 이후, 이빙과 아울러 냉수조(51)의 수온을 조절하는 단계(S36)가 실시된다.

S36단계에서의 이빙은 S14단계에서와 실질적으로 동일하게 이루어지는 바, 이에 대한 설명은 전술한 바에 따르기로 한다.

그리고, S36단계에서는 압축기(10)의 냉력을 가변시켜 냉수조(51)의 수온을 일정한 범위 내로 조절할 수 있다. 냉수조(51)의 수온을 조절하는 단계는 도 6에 구체적으로 도시되어 있다. 도 6을 참조하면, S36단계에서는 증발기(111)의 출구(111b)에서의 냉매의 온도(Cout)가 일정한 범위 내에서 유지되도록 압축기(10)의 구동 주파수를 가변시킨다. 이하, S36단계를 보다 상세하게 설명한다.

S361단계에서는 냉수조(51)의 수온(T)이 소정의 설정범위(T1과 T2사이)에 속하는지 여부가 판단된다. T가 T1과 T2사이에 속할 시에는 압축기(10)의 냉력을 그대로 유지시킨다(S367).

S361단계에서 T가 T1과 T2 사이에 속하지 않는 것으로 판단된 경우는, 다시 T가 수온 하한값인 T1보다 작은지를 판단하고(S362), T가 T1보다 작은 경우는 증발기(111)가 과도하게 냉각된 경우인 바 압축기(10)의 냉력(또는, 구동 주파수)을 감소시키고(S363), 감소된 냉력으로 압축기(10)를 구동하며(S364), 반대로 S362단계에서 T가 T1보다 작지 않다고 판단된 경우는, T가 T2보다 커 증발기(111)를 더 냉각시켜야 할 필요가 있는 경우이므로, 압축기(10)의 냉력(또는, 구동 주파수)를 증가시키고(S365), 증가된 냉력으로 압축기(10)를 구동한다(S366).

이렇게 압축기(10)의 냉력(또는, 구동 주파수)이 증가 또는 감소됨으로써 냉수조(51)의 수온(T)이 일정한 범위내에서 유지되고, 전체 냉각 시스템이 안정화 될 수 있다.

한편, 수온(T)을 설정온도(Tset)와 비교하는 단계(S368)를 더 포함할 수 있다. 여기서, Tset는 T1보다 낮은 온도이다. S368단계에서 T가 Tset보다 낮은 경우, 제어부(61)는 압축기(10)의 구동이 정지되도록 제어할 수 있다. 반대로, T가 Tset 보다 낮지 않은 경우에는 다시 S361단계가 수행된다.

Claims

냉력 가변이 가능한 압축기가 구비되고, 상기 압축기의 구동에 의해 공통의 냉매가 제빙냉매유로 또는 냉수냉매유로를 따라 순환되는 식수 냉각장치의 제어방법에 있어서,
(a) 상기 압축기를 소정의 냉력으로 구동시키며, 냉매를 상기 제빙냉매유로를 따라 순환시켜 제빙을 실시하는 단계;
(b) 상기 압축기의 냉력을 낮추어 구동하는 단계;
(c) 제빙된 얼음을 이빙시키는 단계; 및
(d) 상기 이빙이 이루어지는 중에 냉매를 상기 냉수냉매유로를 따라 순환시키는 단계를 포함하는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
(e) 제빙이 완료되었는지 판단하는 단계를 더 포함하고,
상기 (b)단계는 제빙이 완료된 것으로 판단된 경우에 실시되는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (b)단계는,
상기 압축기의 토출압력과 흡입압력의 차가 차압 기준값 이하일 시 실시되는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (b)단계는,
상기 압축기의 구동시간이 설정시간 이상일 시 실시되는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (b)단계는,
상기 제빙냉매유로 상에 구비된 제빙용 증발기의 출구에서의 냉매의 온도와 입구에서의 냉매의 온도 간의 차가 기 설정된 값 이하이면 실시되는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (d)단계는,
냉매가 상기 제빙냉매유로 또는 상기 냉수냉매유로로 선택적으로 공급되도록 유동을 절환하는 절환밸브의 입력압력값과 토출압력값의 차가 차압 기준값 이하인 상태에서 실시되는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (c) 단계는,
제빙된 얼음에 열을 가하는 단계를 포함하는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 (d)단계 이후, 냉매를 다시 상기 제빙냉매유로를 따라 순환시키는 단계; 및
상기 압축기의 냉력을 증가시켜 구동시키는 단계를 더 포함하는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
상기 식수 냉각장치는,
상기 제빙냉매유로와 상기 냉수냉매유로 간에 냉매의 유동을 절환시키는 절환밸브를 더 포함하고,
(e) 상기 (b)단계에서 낮추어진 냉력으로 상기 압축기가 구동되는 중에 상기 절환밸브가 절환 동작을 할 시 극복하여야 할 밸브 부하가 기 설정된 설정 부하값 이하인지를 판단하는 단계; 및
(f) 상기 밸브 부하가 상기 설정 부하값 이하이면, 냉매가 상기 제빙냉매순환유로에서 상기 냉수냉매순환유로로 유동되도록 상기 절환밸브를 제어하는 단계를 더 포함하는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 9 항에 있어서,
상기 (e)단계는,
상기 (b)단계에서 낮춰진 냉력으로 상기 압축기가 구동되기 시작하여 기 설정된 시간 기준값을 경과하면, 상기 밸브 부하가 상기 설정 부하값 이하인 것으로 판단하는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 9 항에 있어서,
상기 식수 냉각장치는,
제빙이 이루어지는 중에 상기 압축기에 의해 압송된 냉매를 증발시키는 증발기를 더 포함하고,
상기 (e)단계는,
상기 증발된 냉매가 토출되는 상기 증발기의 출구에서의 냉매의 온도가 기 설정된 온도 기준값 이하로 하강하면 상기 밸브 부하가 상기 설정 부하값 이하인 것으로 판단하는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 9 항에 있어서,
상기 (e)단계는,
냉매가 유입되는 상기 절환밸브의 입구에서의 냉매의 압력과 냉매가 토출되는 상기 절환밸브의 출구에서의 냉매의 압력간의 차압이 기 설정된 차압 기준값 이하로 하강하면 상기 밸브 부하가 상기 설정 부하값 이하인 것으로 판단하는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 9 항에 있어서,
상기 (e)단계는,
상기 압축기의 입력 전류가 기 설정된 전류 기준값 보다 낮은 경우, 상기 밸브 부하가 상기 설정 부하값 이하인 것으로 판단하는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 1 항에 있어서,
냉매가 상기 냉수냉매유로를 따라 순환되는 중에, 냉수의 온도가 소정의 설정범위 내에 속하도록 상기 압축기의 냉력을 조절하는 단계를 더 포함하는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 14 항에 있어서,
냉수의 온도가 상기 설정범위 보다 낮은 경우, 상기 압축기의 냉력을 감소시키는 단계를 더 포함하는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 15 항에 있어서,
냉수의 온도가 상기 설정범위 보다 낮게 설정된 소정의 설정온도보다 낮은 경우, 상기 압축기의 구동을 정지시키는 단계를 더 포함하는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 14 항에 있어서,
냉수의 온도가 상기 설정범위 보다 높은 경우, 상기 압축기의 냉력을 증가시키는 단계를 더 포함하는 식수 냉각장치의 제어방법.
냉력 가변이 가능한 압축기가 구비되고, 상기 압축기의 구동에 의해 공통의 냉매가 제빙냉매유로 또는 냉수냉매유로를 따라 순환되고, 냉매가 상기 제빙냉매유로 또는 상기 냉수냉매유로로 선택적으로 공급되도록 유동을 절환하는 절환밸브를 포함하는 식수 냉각장치의 제어방법에 있어서,
(a) 상기 압축기를 소정의 냉력으로 구동시키며, 냉매를 상기 제빙냉매유로를 따라 순환시켜 제빙을 실시하는 단계;
(b) 제빙 완료 후, 냉수 온도가 소정의 설정 온도 보다 낮으면, 상기 압축기의 구동을 정지시키는 단계;
(c) 상기 압축기의 구동이 정지된 상태에서, 냉매가 상기 제빙냉매유로로부터 상기 냉수냉매유로로 공급되도록 상기 절환밸브를 제어하는 단계; 및
(d) 제빙된 얼음을 이빙시키는 단계를 포함하는 식수 냉각장치의 제어방법.
제 18 항에 있어서,
(e) 냉매가 상기 냉수냉매유로로 공급된 상태에서, 상기 압축기를 재구동시키는 단계; 및
(f) 냉매가 상기 제빙냉매유로를 따라 순환되도록, 상기 절환밸브를 제어하는 단계를 포함하는 식수 냉각장치의 제어방법.
냉력 가변이 가능하고, 공통의 냉매가 상기 제빙냉매유로 또는 냉수냉매유로를 따라 순환되도록 압력을 가하는 압축기;
상기 제빙냉매유로 상에 구비되어 제빙을 하는 제빙유닛;
상기 냉수냉매유로 상에 구비되어 냉수를 형성하는 냉수생성유닛;
상기 제빙냉매유로와 냉수냉매유로간에 냉매의 유동을 절환시키는 절환밸브; 및
상기 압축기가 구동되며 냉매가 상기 제빙냉매유로를 따라 순환되는 중에 상기 제빙유닛에 의한 제빙이 완료되면, 상기 압축기의 출력을 낮추고, 상기 절환밸브 제어를 통해 냉매가 상기 냉수냉매유로를 따라 순환되도록 제어하는 제어부를 포함하는 식수 냉각장치.
제 20 항에 있어서,
상기 제빙유닛에 의해 생성된 얼음을 이빙시키는 이빙수단을 더 포함하고,
상기 제어부는,
상기 냉매가 상기 냉수냉매유로를 따라 순환되는 중에 상기 이빙수단의 제어를 통해 얼음을 이빙시키는 식수 냉각장치.
제 21 항에 있어서,
상기 이빙수단은,
제빙된 얼음에 열을 가하는 이빙히터를 포함하는 식수 냉각장치.