KR20160000763A

KR20160000763A - 냉동기의 제상 개시 감지 시스템

Info

Publication number: KR20160000763A
Application number: KR1020140078389A
Authority: KR
Inventors: 안광연
Original assignee: (주)대성마리프
Priority date: 2014-06-25
Filing date: 2014-06-25
Publication date: 2016-01-05

Abstract

본 발명에 따른 냉동기의 제상 개시 감지 시스템은, 기체 상태의 냉매를 고온 고압 상태로 압축하는 압축기; 상기 압축기로부터 유입된 냉매와 외부 열원과의 열 교환이 이루어지는 응축기; 상기 응축기로부터 유입된 냉매를 저온 저압 상태로 팽창시키는 팽창 밸브; 및 상기 팽창 밸브로부터 유입되는 냉매에 외부의 열원으로부터 열을 공급받아 냉매와 열 교환함으로써 냉매를 증기상태로 상변화시키는 증발기;를 포함하며, 상기 증발기로부터 토출된 냉매는 상기 압축기로 유입되도록 구성된 냉동기 시스템에 있어서, 상기 증발기의 표면 근처에 배치되는 열선 부재; 상기 열선 부재의 온도를 측정하는 열선 온도 측정 센서; 및 상기 열선 온도 측정 센서에서 측정된 온도에 기초하여 제상 개시 조건을 설정하는 제어부;를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

냉동기의 제상 개시 감지 시스템{Defrosting condition detecting system for refrigerator}

본 발명은 냉동기의 제상 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 냉동 사이클은 냉매를 이용하여 특정한 공간의 온도를 조절할 수 있도록 하는 시스템이다. 냉동 사이클이 적용되는 시스템은, 냉장고, 냉동기, 에어컨, 히트 펌프 시스템 등에 널리 적용되고 있다.

기본적으로 냉동 사이클은 압축기, 응축기, 팽창 밸브, 증발기를 포함한다.

일반적으로, 증발기에 해당하는 열 교환기는 냉매와 외부 공기의 열 교환에 의해 냉매의 상변화를 구현하기 때문에 증발기 주위의 온도가 낮아지게 된다. 이때 증발기에서 실내 발생 부하를 제거하려면 온도(현열)와 수분(잠열)이 제거되어야 한다. 이 과정에서 수분이 성에가 되어 증발기에 착상될 경우 이를 제거하여야 한다.

일반적으로 증발기에 성에가 발생하게 되면 상기 증발기에서 이루어지는 열 교환 효율이 현저하게 낮아지게 된다. 따라서, 증발기에 성에가 발생하면 증발기 주변의 공기 온도와 증발기 내부를 흐르는 냉매의 증발 압력이 낮아져서 증발기가 냉매를 기체 상태로 상 변화시킬 수 없게 된다. 즉, 성에가 발생하면 증발기의 역할을 수행하지 못하게 되는 것이다.

이러한 경우에 증발기에 열원을 가하여 상기 증발기 표면에 형성된 성에를 제거하는 과정을 제상이라 한다. 이러한 제상 시스템의 일 예가 공개특허 제2012-0134251호에 개시되어 있다.

그런데, 종래의 냉동 사이클 시스템에서 제상을 수행하는 방법으로써 무조건적으로 일정한 시간 간격으로 제상을 위한 히터를 가동하는 타이머 방식을 사용하였다. 이러한 타이머 방식의 제상 시스템은 제상을 위한 에너지가 효율적으로 사용되지 못하여 에너지 즉 비용의 낭비가 심한 문제점이 있다.

한편, 증발기 주변의 공기의 압력의 차이를 측정하여 제상 개시 시점을 결정하는 시스템이 있다. 그런데 이와 같은 압력 감지 시스템은 착상 상태와 차압의 관계자료를 수집하여야 하고 공기가 바이패스되지 않는 구조의 냉각기에만 적용될 수 있는 문제점이 있다.

한편, 냉장실온도와 증발기의 온도 차이를 측정하여 제상 개시 시점을 결정하는 시스템이 있다. 그런데 이와 같은 온도 차이에 의해 제상 시점을 결정하는 시스템은 복수의 온도 측정 장치를 설치하여야 하므로 오차가 커지는 문제점이 있다.

한편, 송풍 팬의 전류변화를 감지하여 제상 시점을 결정하는 시스템이 있다. 그런데 이와 같은 전류차 측정 방식은 송풍기에 입력되는 전류 자체의 오차로 인해 정확한 제상 시점을 결정하기 어려운 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점들을 해소하기 위해 구조가 간단하고 정확한 제상 개시 조건을 감지할 수 있도록 구조가 개선된 냉동기의 제상 개시 감지 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉동기의 제상 개시 감지 시스템은, 기체 상태의 냉매를 고온 고압 상태로 압축하는 압축기;

상기 압축기로부터 유입된 냉매와 외부 열원과의 열 교환이 이루어지는 응축기;

상기 응축기로부터 유입된 냉매를 저온 저압 상태로 팽창시키는 팽창 밸브; 및

상기 팽창 밸브로부터 유입되는 냉매에 외부의 열원으로부터 열을 공급받아 냉매와 열 교환함으로써 냉매를 증기상태로 상변화시키는 증발기;를 포함하며,

상기 증발기로부터 토출된 냉매는 상기 압축기로 유입되도록 구성된 냉동기 시스템에 있어서,

상기 증발기의 표면 근처에 배치되는 열선 부재;

상기 열선 부재의 온도를 측정하는 열선 온도 측정 센서; 및

상기 열선 온도 측정 센서에서 측정된 온도에 기초하여 제상 개시 조건을 설정하는 제어부;를 포함한 점에 특징이 있다.

상기 열선 부재는 상기 증발기 전면을 가로지르도록 설치된 것이 바람직하다.

상기 열선 온도 측정 센서는 서모커플, 피티시 서미스터(PTC, positive temperature coefficient thermistor), 엔티시 서미스터(NTC, negative temperature coefficient thermistor) 중 어느 하나인 것이 바람직하다.

상기 열선 부재는 상기 증발기 표면에 접촉되도록 설치되거나, 상기 증발기 표면으로부터의 거리가 700mm 이하인 위치에 배치된 것이 바람직하다.

본 발명에 다른 냉동기의 제상 개시 감지 시스템은, 증발기의 표면에 생성된 성에가 증발기를 통과하는 공기의 풍속을 감소시킴으로써 열선 부재의 온도가 상승하는 것을 열선 온도 측정 센서가 감지함으로써 제상 개시 조건을 감지함으로써 구조가 간단하고 정확한 제상 개시 조건을 감지할 수 있어서 에너지 효율이 우수한 냉동기를 공급하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 냉동기의 제상 개시 감지 시스템의 개략적 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉동기의 제상 개시 감지 시스템에 의해 열선 부재의 온도 변화를 보여주는 그래프이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉동기의 제상 개시 감지 시스템(10. 이하 "제상 개시 감지 시스템"이라 함)는 냉동기의 제상 시점을 감지하는 시스템이다.

상기 제상 개시 감지 시스템(10)은 냉동기에 설치된다. 상기 냉동기는 냉동 사이클을 구성하는 필수적인 구성 요소인 압축기(20)와 응축기(30)와, 팽창 밸브(40)와, 증발기(50)를 포함하며, 상기 증발기(50)의 표면에 생성되는 성에를 감지하여 제상 개시 조건을 설정할 수 있도록 열선 부재(60)와, 열선 온도 측정 센서(70)와, 제어부(80)를 포함한다.

또한, 상기 제상 감지 시스템(10)은 상기 압축기(20)와, 상기 응축기(30)와, 상기 팽창 밸브(40)와, 상기 증발기(50)를 순차적으로 연결하여 상기 압축기(20)로 냉매를 순환시키는 냉매 유로를 포함한다. 상기 냉매 유로에는 공지된 냉동 사이클용 냉매가 충전될 수 있다.

상기 압축기(20)는 기체 상태의 냉매를 압축하여 상대적으로 고온 고압의 기체 상태로 만들어주는 장치이다. 상기 압축기(20)의 구조는 공지의 압축기 구조와 대동소이하므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 압축기(20)의 출구에는 유분리기와 같은 부가적인 장치가 설치될 수 있다.

상기 응축기(30)는 열 교환기의 일종으로서, 상기 압축기(20)로부터 유입된 고온 고압의 냉매와 외부 열원과의 열 교환이 이루어짐으로써 냉매의 온도와 압력이 낮아지는 구성요소이다. 상기 응축기(30)와 열 교환하는 외부 열원은 물, 공기 등 다양하게 구성될 수 있다.

상기 팽창 밸브(40)는 상기 응축기(30)로부터 유입된 냉매를 저온 저압 상태로 팽창시키는 구성요소이다. 상기 팽창 밸브(40)로 유입되는 냉매는 중온 고압의 액체상태이며, 상기 팽창 밸브(40)로부터 토출되는 냉매는 증발하기 용이한 저온의 습포화 증기상태가 된다.

상기 증발기(50)는 상기 팽창 밸브(40)로부터 유입되는 냉매에 외부의 열원으로부터 열을 공급받아 냉매와 열 교환함으로써 냉매를 증기상태로 상변화시키는 구성요소이다.

상기 증발기(50)로부터 토출된 냉매는 상기 압축기(20)로 유입되도록 구성된다.

상술한 구성요소 이외에 냉매의 순환 방향을 전환하기 위한 사방 밸브와 같은 구성요소가 추가될 수 있음은 자명하다.

상기 증발기(50)에서 열 교환 된 냉각 공기를 실내 냉동 공간에 효과적으로 공급할 수 있도록, 상기 증발기(50)의 일측에는 송풍 팬(55)이 설치된다. 만약, 상기 증발기(50) 표면에 성에가 발생하는 경우에는 상기 증발기(50)에서 냉매와 공기 간 원활한 열 교환이 일어나지 않게 된다. 따라서 상기 송풍 팬(55)이 가동되더라도 상기 증발기(50)의 냉각핀을 통과하는 공기의 풍속이 성에의 의해 방해를 받게 되어 감소하게 된다.

상기 열선 부재(60)는 상기 증발기(50)의 냉각핀 근처에 배치된다. 상기 열선 부재(60)는 전기의 공급에 의해 저항열이 발생하여 발열 되는 부재이다. 상기 열선 부재(60)는 일종의 히터(heater)이다. 상기 열선 부재(60)는 주변의 공기의 풍속에 따라 주변 공기와 열교환 되는 양이 달라져서 온도가 달라진다. 즉, 상기 열선 부재(60)의 온도의 변화를 측정하면 그 열선 부재(60) 주변의 공기의 풍속이 달라지는 것을 알 수 있다. 상기 열선 부재(60)는 막대 형태의 직선형 부재가 채용될 수 있다. 한편, 상기 열선 부재(60)는 코일 형태의 저항선이 채용될 수도 있다. 본 실시 예에서 상기 열선 부재(60)는 막대 형태의 전기 저항이 있는 부재를 채용하였으며, 220V의 상용 교류 전원을 인가할 수 있도록 구성할 수 있다. 상기 열선 부재(60)는 상기 증발기(50) 표면과 접촉되도록 설치되거나 상기 증발기(50) 표면으로부터의 거리가 700mm 이하의 위치에 배치되는 것이 바람직하다. 상기 열선 부재(60)가 상기 증발기(50) 표면으로부터의 거리가 700mm를 초과하는 위치에 배치되는 경우에는 상기 증발기(50) 표면에 생성되는 성에를 효과적으로 감지하기 어려운 문제점이 있다. 상기 열선 부재(60)는 상기 증발기(50) 전면을 가로지르도록 설치된 것이 바람직하다. 한편, 상기 열선 부재(60)가 상기 증발기(50) 전면의 중앙부에 설치될 필요는 없다. 더 구체적으로 상기 증발기(50) 표면에 생성되는 성에는 특정 부위에서 먼저 발생하는 것이 일반적이다. 따라서 상기 증발기(50) 표면에 생성되는 성에를 예민하게 감지할 필요가 있는 경우에는 상기 열선 부재(60)를 성에가 먼저 발생하는 부위에 배치하면 된다. 한편, 상기 증발기(50) 표면에 생성되는 성에를 둔감하게 감지할 필요가 있는 경우에는 상기 열선 부재(60)를 성에가 나중에 발생하는 부위에 배치하면 된다. 상기 열선 부재(60)는 공급된 전기에 의해 저항열로 가열되어 일정한 온도에 도달한다. 그런데 상기 증발기(50) 표면에 성에가 발생하는 경우에는 상기 송풍 팬(55)이 가동되더라도 상기 증발기(50) 표면을 통과는 공기의 풍속이 감소하게 된다. 따라서 상기 증발기(50)의 표면 근처에 배치된 상기 열선 부재(60)가 공기에 의해 정상적으로 냉각되지 못한다. 따라서 상기 열선 부재(60)의 온도가 상승한다. 즉, 상기 열선 부재(60)의 온도가 정상적인 상태보다 상승하는 경우는 상기 증발기(50) 표면에 성에가 발생하였다는 것을 의미한다. 상기 열선 부재(60)의 온도는 상기 증발기(50) 표면에 성에가 더 많이 발생할수록 상승한다.

상기 열선 온도 측정 센서(70)는 상기 열선 부재(60)의 온도를 측정하는 센서이다. 상기 열선 온도 측정 센서(70)는 서모커플(thermocouple), 피티시 서미스터(PTC, positive temperature coefficient thermistor), 엔티시 서미스터(NTC, negative temperature coefficient thermistor) 중 어느 하나를 채용할 수 있다. 서모커플은 종류가 서로 다른 금속을 접합한 것으로서, 온도의 변화에 따른 2종류의 금속선(예: 동선과 철선)의 접합점과 다른 쪽의 접합점에 온도차가 있으면 기전력이 발생하고 전류가 흐르는 성질이 있다. 이 성질을 이용하여 온도를 측정하는 기구가 서모커플이다. 서모커플은 열전쌍, 열전대라고도 하며 공지된 것이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 PTC 서미스터는 온도가 증가함에 따라 저항이 급격히 증가하는 물성을 이용하여 온도를 측정하는 센서이다. 한편, 상기 NTC 서미스터는 온도가 증가함에 따라 저항이 감소하는 물성을 이용하여 온도를 측정하는 센서이다.

상기 PTC 서미스터나 상기 NTC 서미스터는 공지된 상용의 제품을 채용하여 구성할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 상기 열선 온도 측정 센서(70)는 상기 열선 부재(60)에 접착제나 테이프 등의 수단에 의해 결합됨으로써 상기 열선 부재(60)의 온도를 측정할 수 있다.

상기 제어부(80)는 상기 열선 온도 측정 센서(70)에서 측정된 온도에 기초하여 제상 개시 조건을 설정한다. 상기 제어부(80)는 상기 열선 온도 측정 센서(70)와 전기적으로 연결된다. 상기 제어부(80)는 상기 열선 온도 측정 센서(70)에서 측정된 상기 열선 부재(60)의 온도 값과 상기 증발기(50)에 표면에 생성되는 성에의 두께 데이터를 기초로 제상 개시점을 결정할 수 있다. 상기 열선 부재(60)의 온도 값과 상기 증발기(50) 표면에 생성되는 성에의 두께의 관계는 미리 실험실에서 반복적인 실험에 의해 용이하게 얻을 수 있다. 따라서, 상기 증발기(50) 표면에서 형성되는 성에의 두께가 미리 설정된 두께에 도달하면 제상 운전을 개시하도록 상기 제어부(80)에 조건을 지정할 수 있다.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성요소를 포함한 제상 개시 감지 시스템(10)이 제상운전을 시작하는 과정을 상세하게 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 상기 압축기(20)가 작동하여 고온 고압의 냉매 가스가 냉매관을 따라 상기 응축기(30)에 도달한다. 상기 응축기(30)는 냉매의 열에너지를 공기 중에 전달하여 저온 저압의 액상의 냉매로 상변화한다. 상기 응축기(30)를 통과한 냉매는 상기 팽창 밸브(40)를 통과하면서 단열팽창하여 저온 저압의 액체와 기체의 혼합 상이 된다. 상기 팽창 밸브(40)를 통과한 냉매는 상기 증발기(50)에서 실내 공기와 열 교환하여 실내 공기로부터 열에너지를 전달받아 기체 상태로 상변화하여 상기 압축기(20)로 유입된다. 이 과정에서 상기 증발기(50) 표면에서는 냉매에 의해 실내 공기가 냉각되어 실내 공간을 저온으로 냉각시킨다. 이러한 사이클이 반복적으로 발생함에 따라 실내 공간의 온도는 더욱 낮아지게 된다. 이에 따라 상기 증발기(50)의 표면에 실내 공간의 공기가 응축하여 성에가 발생하게 된다. 상기 증발기(50) 표면에 성에가 발생하면 상기 증발기(50) 표면 근처에 설치된 상기 열선 부재(60)가 실내 공기와 열 교환이 일어나는 속도가 느려진다. 이에 따라 상기 열선 부재(60)의 온도가 상승한다. 상기 열선 온도 측정 센서(70)는 상기 열선 부재(60)의 온도를 연속적으로 측정한다. 상기 열선 부재(60)의 온도가 상승하여 일정한 값에 도달하면 상기 제어부(80)는 제상 개시 조건에 도달하였음을 인지하고 제상 개시 신호를 발생한다. 도 2는 시간에 따른 상기 열선 부재(60)의 온도 변화를 실험적으로 측정한 것이다. 도 2에서 가로축은 시간의 경과를 나타내며, 세로축은 상기 열선 온도 측정 센서(70)에서 측정된 상기 열선 부재(60)의 온도를 나타낸 것이다. 도 2를 참조하면 상기 제어부(80)는 상기 열선 온도 측정 센서(70)에서 측정된 온도 값이 105도에 도달하였을 때 제상 운전을 개시하도록 신호를 발생한다. 제상운전이 개시됨에 따라 상기 압축기(20)의 작동을 정지시켜 냉매가 냉매 사이클을 순환하지 않도록 한다. 일반적으로 제상운전은 제상 개시 시각으로부터 30분 정도 시행한다. 그리고 30분 후에 상기 압축기(20)를 작동하여 냉매 사이클을 형성한다. 이에 따라 상기 열선 온도 측정 센서(70)는 다시 열선 부재의 온도를 측정하게 되며 제상이 충분히 이루어지지 않은 경우에는 다시 상기 제어부(80)의 신호에 의해 제상운전이 시작되게 할 수 있다. 한편, 1번이 제상 운전으로 제상이 충분히 완료된 경우에는 정상적인 냉동 사이클이 작동된다.

이와 같이 본 발명에 따른 냉동기의 제상 개시 감지 시스템은 증발기의 표면에 생성된 성에가 증발기를 통과하는 공기의 풍속을 감소시킴으로써 열선 부재의 온도가 상승하는 것을 열선 온도 측정 센서가 감지함으로써 제상 개시 조건을 감지함으로써 구조가 간단하고 정확한 제상 개시 조건을 감지할 수 있어서 에너지 효율이 우수한 냉동기를 공급하는 효과가 있다.

이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 고안에 대해 설명하였으나, 본 고안이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 고안의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.

10 : 제상 개시 감지 시스템
20 : 압축기
30 : 응축기
40 : 팽창 밸브
50 : 증발기
55 : 송풍 팬
60 : 열선 부재
70 : 열선 온도 측정 센서
80 : 제어부

Claims

기체 상태의 냉매를 고온 고압 상태로 압축하는 압축기;
상기 압축기로부터 유입된 냉매와 외부 열원과의 열 교환이 이루어지는 응축기;
상기 응축기로부터 유입된 냉매를 저온 저압 상태로 팽창시키는 팽창 밸브; 및
상기 팽창 밸브로부터 유입되는 냉매에 외부의 열원으로부터 열을 공급받아 냉매와 열 교환함으로써 냉매를 증기상태로 상변화시키는 증발기;를 포함하며,
상기 증발기로부터 토출된 냉매는 상기 압축기로 유입되도록 구성된 냉동기 시스템에 있어서,
상기 증발기의 표면 근처에 배치되어 상기 증발기 표면에 생성되는 성에의 두께에 따라 온도가 변하는 열선 부재;
상기 열선 부재의 온도를 측정하는 열선 온도 측정 센서; 및
상기 열선 온도 측정 센서에서 측정된 온도에 기초하여 제상 개시 조건을 설정하는 제어부;를 포함한 것을 특징으로 하는 냉동기의 제상 개시 감지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 열선 부재는 상기 증발기 전면을 가로지르도록 설치된 것을 특징으로 하는 냉동기의 제상 개시 감지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 열선 온도 측정 센서는 서모커플, 피티시 서미스터(PTC, positive temperature coefficient thermistor), 엔티시 서미스터(NTC, negative temperature coefficient thermistor) 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 냉동기의 제상 개시 감지 시스템.
제1항에 있어서,
상기 열선 부재는 상기 증발기 표면에 접촉되도록 설치되거나, 상기 증발기 표면으로부터의 거리가 700mm 이하인 위치에 배치된 것을 특징으로 하는 냉동기의 제상 개시 감지 시스템.