KR20160084321A - 냉각장치 - Google Patents

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Abstract

압축기, 응축기, 감압 수단 및 증발기로 이루어지는 냉동 사이클을 구비한 냉각장치가 개시된다. 개시된 냉각장치는 상기 응축기는 서로 독립된 제1 응축기, 및 냉매 유로 상에서 상기 제1 응축기 보다 하류측에 위치하는 제2 응축기를 포함하고, 상기 제1 응축기 및 상기 제2 응축기는 결로 방지 파이프를 통해 상호 연결될 수 있다.

Description

냉각장치{COOLING APPARATUS}
본 발명은 냉동 사이클을 갖는 냉각장치에 관한 것이다.
종래의 냉각장치(예를 들면 냉장고)는 도 1(A)에 도시하는 바와 같이, 압축기, 응축기, 결로 방지 파이프, 감압 수단 및 증발기를 포함하며, 이 순서로 배관 접속한 냉동 사이클을 갖는다(예를 들면, 특허문헌 1).
그러나, 이러한 냉동 사이클은, 도 1(C)에 도시하는 바와 같이, 응축기에서 열교환하여 응축한 액 비율이 높은 냉매가 결로 방지 파이프를 통과하는 구성이기 때문에, 결로 방지 파이프 내의 액냉매의 비율이 높아지고, 냉매 봉입량이 높아진다. 즉, 응축기의 단위 용적당 열교환량(W/리터)은 결로 방지 파이프의 단위 용적당 열교환량(W/리터)보다 크다. 이로 인해, 응축기에서 액화된 액 비율이 높은 냉매가 결로 방지 파이프에 유입되면, 결로 방지 파이프 내에서는, 액 비율이 높고 냉매 봉입량을 늘리는 요인이 된다.
한편, 도 2에 도시하는 바와 같이, 응축기와 결로 방지 파이프와의 순서를 서로 바꿈으로써, 결로 방지 파이프에 유입되는 냉매를 가스 냉매로 하고, 결로 방지 파이프 내의 액 비율을 낮게 하여 냉매 봉입량을 적게 하는 것을 생각할 수 있다.
그러나, 결로 방지 파이프에 유입되는 가스 냉매의 온도는 응축 온도보다 높기 때문에, 냉장고 내로의 침입열량이 증가되는 문제가 있다.
또한, 특허문헌 2와 같이, 상류측 방열기 및 하류측 방열기 사이에 결로 방지 파이프를 배치하여, 상류측 방열기, 결로 방지 파이프 및 하류측 방열기에, 초임계 상태의 이산화탄소 냉매를 내보내는 구성이 개시되어 있다.
그런데, 이산화탄소 냉매의 초임계 상태에서의 방열은 현열(顯熱) 변화이며(도 3(A) 참조), 초임계 상태의 냉매가 결로 방지 파이프를 흐르는 동안에 온도 변화하기 때문에, 결로 방지 파이프에 온도 분포가 생겨, 결로 방지 파이프의 결로 방지 성능이 장소에 따라서 다르다는 문제가 있다.
(특허문헌1) 일본특허공보 특개 소61-191862호(공개일: 1986.08.26)
(특허문헌2) 일본특허공보 특개 2007-248005호(공개일: 2007.09.27)
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 냉동 사이클의 냉매 봉입량을 저감시키는 데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 압축기, 응축기, 감압 수단 및 냉각용 증발기로 이루어지는 냉동 사이클을 구비한 냉각장치에 있어서, 상기 응축기는 서로 독립된 제1 응축기, 및 냉매 유로 상에서 상기 제1 응축기 보다 하류측에 위치하는 제2 응축기를 포함하고, 상기 제1 응축기 및 상기 제2 응축기는 결로 방지 파이프를 통해 상호 연결되는, 냉각장치를 제공한다.
이 경우, 상기 제2 응축기와 상기 감압 수단 사이로부터 분기하고, 상기 감압 수단과 상기 냉각용 증발기 사이에 합류하는 바이패스로와, 상기 제3 바이패스로 상에 배치되는 제빙용 증발기와, 상기 제3 바이패스로 상에서 상기 제빙용 증발기의 상류측에 배치되는 제빙용 감압 수단을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 압축기, 응축기, 감압 수단 및 증발기로 이루어지는 냉동 사이클을 구비한 냉각장치에 있어서, 상기 응축기는 각각 입구 및 출구를 가지며 서로 격리된 2개의 유로를 포함하며, 상기 2개의 유로 중 어느 하나의 유로의 출구는 결로 방지 파이프의 일단에 연결되고, 나머지 하나의 유로의 입구는 상기 결로 방지 파이프의 타단에 연결되는, 냉각장치를 제공함으로써, 상기 목적을 달성할 수도 있다.
이와 같이 구성한 본 발명에 의하면, 응축기가 제1 응축기 및 제2 응축기로 분할되어, 제1 응축기, 결로 방지 파이프 및 제2 응축기가 이 순서대로 접속됨과 동시에, 결로 방지 파이프에 냉매가 기액(氣液) 2상 상태로 흐르도록 구성되어 있기 때문에, 결로 방지 파이프로부터 냉각실 내로의 침입열을 종래와 동등하게 하면서, 냉동 사이클의 냉매 봉입량을 저감할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 종래의 냉각장치의 냉동 사이클의 구성, 해당 냉동 사이클의 모리엘선도 및 결로 방지 파이프에 있어서의 냉매의 기액 2상 상태를 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 냉각장치의 냉동 사이클을 배치 변형한 구성, 해당 냉동 사이클의 모리엘선도 및 결로 방지 파이프에 있어서의 냉매의 기액 2상 상태를 나타내는 도면이다.
도 3은 이산화탄소 냉매 및 R600a 냉매의 냉동 사이클(상태 변화)의 모리엘선도를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 냉동 사이클의 구성, 해당 냉동 사이클의 모리엘선도 및 결로 방지 파이프에 있어서의 냉매의 기액 2상 상태를 나타내는 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예의 변형예에 따른 냉각장치의 냉동 사이클의 구성을 나타내는 각각 나타내는 도면들이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각장치의 냉동 사이클의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각장치의 냉각운전 및 제빙운전을 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각장치의 제빙시의 제어내용 1을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각장치의 제빙시의 제어내용 2를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각장치의 제빙시의 제어내용 3을 나타내는 도면이다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 다른 실시예의 변형예에 따른 냉동 사이클의 구성을 각각 나타내는 도면들이다.
이하, 본 문서의 다양한 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 기재된다. 그러나 이는 본 문서에 기재된 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 문서의 실시예의 다양한 변경(modifications), 균등물(equivalents), 및/또는 대체물(alternatives)을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 도면의 설명과 관련하여, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 참조 부호가 사용될 수 있다.
또한, 본 문서에서 사용된 "제1," "제2," 등의 표현들은 다양한 구성요소들을, 순서 및/또는 중요도에 상관없이 수식할 수 있고, 한 구성요소를 다른 구성요소와 구분하기 위해 사용될 뿐 해당 구성요소들을 한정하지 않는다. 예를 들면, '제1 부분'과 '제2 부분'은 순서 또는 중요도와 무관하게, 서로 다른 부분을 나타낼 수 있다. 예를 들면, 본 문서에 기재된 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 바꾸어 명명될 수 있다.
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이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 구성을 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치의 냉동 사이클의 구성, 해당 냉동 사이클의 모리엘선도 및 결로 방지 파이프에 있어서의 냉매의 기액 2상 상태를 나타내는 도면이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치(100)는, 예를 들면 냉장고, 냉동고 또는 냉동냉장고 등의 예를 들면 식품을 수용하여 냉각하는 것이며, 1개 또는 복수의 냉각실을 갖는 것이다. 또한, 냉각실로는, 냉장실, 냉동실, 야채칸, 버틀실 등이다.
구체적으로 이 냉각장치(100)는, 도 4(A)에 도시하는 바와 같이, 압축기(21), 응축기(22), 결로 방지 파이프(23), 메인 감압 수단(모세관 또는 전자 팽창 밸브)(24) 및 냉각용 증발기(25)를 냉매 배관으로 접속한 냉동 사이클(2)과, 상기 응축기(22)를 냉각하기 위한 송풍팬(3)과, 냉동 사이클(2) 및 송풍팬(3) 등을 제어하여 냉각장치 전체의 냉각 제어를 수행하는 제어장치(미도시)를 구비하고 있다. 또한, 결로 방지 파이프(23)는, 냉각장치(100)의 본체의 중요한 부분의 결로를 방지하는 것이며, 예를 들면, 본체의 전면의 각 개구부를 형성하는 벽내부에 배치되어 해당 개구부의 결로를 방지하는 것이다. 제어장치는, 예를 들면 CPU, 메모리, A/D·D/A 컨버터, 입출력 수단 등을 구비한 컴퓨터에 의해 구성하고 있으며, 상기 메모리에 저장되어 있는 냉장고용 프로그램이 실행되고, 각종 기기가 협동함으로써 그 기능이 실현되도록 하고 있다.
그리고, 응축기(22)는, 제1 응축기(22A) 및 제2 응축기(22B)로 2분할되어 있다. 여기서, 응축기(22)의 분할방법으로, 제1 응축기(22A)의 출구 냉각온도가 상기 냉매의 응축온도 이하이고, 결로 방지 파이프(23)의 출구 냉매온도와의 차가 2℃ 이내가 되도록 한다. 이로 인해, 냉매 봉입량을 적게 하는 것이 가능함과 동시에, 결로 방지 파이프(23)에 유입되는 가스 냉매량을 조정할 수 있다. 또한, 제1 응축기(22A) 및 제2 응축기(22B)에는, 각각 송풍팬(3A, 3B)이 마련되어 있다. 그리고, 제1 응축기(22A), 결로 방지 파이프(23) 및 제2 응축기(22B)가 이 순서대로 접속됨과 동시에, 결로 방지 파이프(23)에 냉매가 기액 2상 상태에서 흐르도록 구성되어 있다. 이 냉매는, 탄화수소계 냉매이며, 본 실시예에서는, 자연계 냉매인 R600a를 이용할 수 있다. 또한, 냉매로서 R134a를 이용하는 것도 가능하다. 또, 제1 응축기(22A)를 구성하는 냉매 배관의 용적 및 제2 응축기(22B)를 구성하는 냉매 배관의 용적은 모두 30cc일 수 있으며, 결로 방지 파이프(23)를 구성하는 냉매 배관의 내용 부피는 120cc일 수 있다. 또한, 제1 응축기(22A)를 구성하는 냉매 배관의 용적 및 제2 응축기(22B)를 구성하는 냉매 배관의 용적은 동일할 필요가 없으며, 양자의 용적을 다르게 구성하는 것도 가능하다.
여기서, 제1 응축기(22A)는, 압축기(21)로부터 나온 가스 냉매의 냉매온도를 응축온도까지 냉각시키면서, 액 비율이 낮은 상태가 되는 열 교환량으로 한다. 이에 따라, 결로 방지 파이프(23)에 유입되는 기액 2상 냉매는 액 비율이 낮아지게 된다(도 4(C) 참조).
결로 방지 파이프(23)의 단위 용적당 열 교환율(W/리터)이 작기 때문에, 결로 방지 파이프(23) 내의 액 비율의 증가율이 낮아, 결로 방지 파이프(23) 내의 액 비율은 기 비율보다 낮은 상태를 유지한다. 그리고, 제2 응축기(22B)에 유입하는 기액 2상 냉매는 액 비율이 낮은 상태이다(도 4(C) 참조).
제2 응축기(22B)는, 단위 용적당 열 교환율(W/리터)이 크기 때문에, 제2 응축기(22B)의 냉매 출구에서는, 액 비율이 높은 기액 2상 냉매가 된다(도 4(C) 참조).
이와 같이 구성한 냉각장치(100)에 의하면, 응축기(22)가 제1 응축기(22A) 및 제2 응축기(22B)로 분할되고, 제1 응축기(22A), 결로 방지 파이프(23) 및 제2 응축기(22B)가 이 순서대로 접속된다. 이와 동시에, 결로 방지 파이프(23)에 냉매가 기액 2상 상태로 흐르도록 구성되어 있기 때문에, 결로 방지 파이프(23)를 흐르는 기액 2상 냉매에 있어서의 액냉매의 비율을 작게 할 수 있다. 이에 따라, 결로 방지 파이프(23)에 있어서의 액 고임을 적게 할 수 있으며, 냉동 사이클(2)의 냉매 봉입량을 저감시킬 수 있다. 또한, 결로 방지 파이프(23)에 흐르는 기액 2상 냉매는, 제1 응축기(22A)에 의해 응축온도까지 냉각되어 있기 때문에, 결로 방지 파이프(23)로부터 냉각실로의 침입열을 종래와 동등하게 할 수 있다. 또한, 결로 방지 파이프(23)에 기액 2상 냉매가 흐름으로써, 결로 방지 파이프(23) 전체에 걸쳐 온도를 균일화할 수 있다.
그 외, 가연성을 갖는 R600a의 봉입량을 저감시킬 수 있기 때문에, 안전성을 향상시킬 수 있고, 저코스트화도 가능해진다. 또, R600a는 자연계 냉매이며, 환경에 대한 영향도 작게 할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 후술하는 본 발명의 일 실시예의 변형된 예와 같이 구성될 수도 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예의 변형예들에 따른 냉각장치의 냉동 사이클의 구성을 각각 나타내는 도면들이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제1 응축기(22A) 및 제2 응축기(22B)가, 일체형이어도 좋다. 즉, 제1 응축기(22A) 및 제2 응축기를 접촉하여 또는 근접하여 마주보고 배치하여 일체형으로 해도 좋으며, 방열을 위한 제1 응축기(22A)의 송풍팬 또는 제2 응축기(22B)의 송풍팬을 공통화함으로써 일체로 해도 좋다. 이로 인해, 냉동 사이클(2) 및 냉각장치(100)의 구성을 간략화 할 수 있다.
또, 제1 응축기(22A) 및 제2 응축기(22B)가, 공통의 송풍팬(3)에 의해 냉각되도록 구성된 것이어도 좋다. 이때, 도 5와 같이 냉동 싸이클의 냉매 유로 상에서 제1 응축기(22A)가 제2 응축기(22B) 보다 상류측에 위치할 수 있으며, 이 경우, 송풍팬(3)에 따른 공기의 흐름에 있어서 상기 제1 응축기(22A)가 상기 제2 응축기(22B)의 하류측에 배치되어 있는 것이 바람직하다(도 5 참조). 이로 인해, 제2 응축기를 통과하여 데워진 공기가 제1 응축기에 닿기 때문에, 제1 응축기에 있어서 냉매를 응축온도까지 냉각시키면서, 액 비율이 낮은 상태로 하기 쉽게 할 수 있다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 제1 응축기(22A) 및 결로 방지 파이프(23)의 사이로부터 분기하고, 결로 방지 파이프(23) 및 제2 응축기(22B)의 사이에 합류하는 제1 바이패스로(L1)를 마련하고, 이 제1 바이패스로(L1)의 분기점으로 유로를 전환하는 제1 전환기구(4)를 마련해도 좋다. 제1 전환기구(4)는 삼방 밸브로 이루어진 전환 밸브이다. 이 전환 밸브는, 미도시의 제어장치에 의해 그 개폐가 제어된다.
그리고, 제어장치는, 전원 투입으로부터 최조의 설정온도에 도달하기까지의 풀다운 운전의 경우 등의 냉장고의 고내온도와 주위의 외기온도와의 온도 차가 작은 경우나, 주위의 습도가 낮은 경우에, 제1 전환 밸브(4)를 제어하여, 제1 바이패스로(L1)에 냉매를 흐르게 하고, 결로 방지 파이프(23)에 냉매가 흐르지 않도록 한다.
이 구성으로 인해, 결로 방지 파이프(23)에 냉매를 흐르게 할 필요가 없는 경우에, 결로 방지 파이프(23)에 냉매를 흐르게 하지 않기 때문에, 냉장고로의 열침입을 저감시킬 수 있다.
외기온도가 낮거나 증발온도가 낮은 경우는 냉매의 응축이 빨라지기 때문에, 제1 응축기(22A)에 액냉매가 고여서 냉각 불량이 발생할 수 있다. 또한, 이 고장은 복수의 증발기를 갖는 냉동 사이클 또는 냉각 부하가 작은 경우에도 발생할 수 있다. 이 때문에, 도 7에 도시하는 바와 같이, 압축기(21) 및 제1 응축기(22A)의 사이로부터 분기하고, 제1 응축기(22A) 및 결로 방지 파이프(23)의 사이에 합류하는 제2 바이패스로(L2)를 마련하고, 이 제2 바이패스로(L2)의 분기점으로 유로를 전환하는 제2 전환기구(4')를 마련해도 좋다. 제2 전환기구(4')는 삼방 밸브로 이루어지는 전환 밸브이다. 이 전환 밸브는, 미도시의 제어장치에 의해 그 개폐가 제어된다. 그리고, 제어장치는, 예를 들면 외기온도 센서의 검출온도 등에 기초하여, 제2 전환 밸브(4')를 제어하여 제1 응축기(22A)에 냉매가 유입되는 유로를 전환하도록 한다.
이 구성으로 인해, 제1 응축기(22A)에 체류하는 액냉매량을 저감시킬 수 있다.
그리고, 제1 응축기가, 주위 온도에 맞춰 응축 능력을 변경 가능하게 구성하는 것을 고려해 볼 수 있다. 구체적으로는, 냉각장치(100)가, 제1 응축기(22A)의 출구에 마련된 출구온도 센서(미도시)와, 제1 응축기(22A)의 송풍팬을 제어하는 제어부(미도시)를 구비할 수 있다. 제어부는 출구온도 센서의 검출온도를 취득하여 그 검출온도가 소정의 목표치가 되도록 송풍팬의 회전수를 제어함으로써, 상기 제1 응축기의 응축 능력을 변경하는 것을 생각할 수 있다. 그 외, 제1 응축기에 있어서의 냉매가 흐르는 전열관의 개수를, 예를 들면 개폐 밸브에 의해 조정할 수 있도록 구성하는 것도 고려할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 냉각장치의 제2 실시형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각장치의 냉동 사이클의 구성을 나타내는 도면이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각장치(100')는, 도 8에 도시된 바와 같이, 압축기(21), 응축기(22), 결로 방지 파이프(23), 메인 감압 수단(24) 및 냉각용 증발기(25)를 냉매 배관으로 접속한 냉동 사이클(2)과, 상기 응축기(22)를 냉각시키기 위한 송풍팬(3)과, 냉동 사이클(2) 및 송풍팬(3) 등을 제어하여 냉각장치 전체의 냉각 제어를 수행하는 제어장치(미도시)를 포함할 수 있다. 또한, 결로 방지 파이프(23)는 냉각장치(100)의 본체의 중요한 부분의 결로를 방지하는 것이며, 예를 들면, 본체의 전면의 각 개구부를 형성하는 벽 내부에 배치되어 해당 개구부의 결로를 방지할 수 있다. 또한, 응축기(22)의 구성은 전술한 본 발명의 일 실시예와 동일하게 이루어질 수 있다.
그리고, 본 실시예의 냉각장치는 제빙실 내에 마련된 제빙 트레이(5)를 냉각하여 제빙하기 위한 제빙용 증발기(26)와, 제빙용 증발기(26)의 상류에 마련된 제빙용 감압 수단(모세관 또는 전자 팽창 밸브)(27)와, 제빙 트레이(5)에 마련된 제빙 트레이 온도 센서(6)와, 제빙 트레이(5)를 가열하여 이빙시키기 위한 이빙용 히터(7)를 구비하고 있다. 또한, 부호 10은 보냉고 온도 센서이다.
제빙용 증발기(26) 및 제빙용 감압 수단(27)은, 제2 응축기(22B) 및 메인 감압 수단(24)의 사이로부터 분기하고, 메인 감압 수단(24) 및 냉각용 증발기(25)의 사이에 합류하는 제3 바이패스로(L3)에 마련되어 있다. 또, 제2 바이패스 유로(L3)의 분기점에는, 유로를 전환하는 제3 전환기구(8)가 마련되어 있다. 이 제3 전환기구(8)는, 삼방 밸브로 이루어진 전환 밸브이다. 이 전환 밸브(8)는, 응축기측 포트, 바이패스로측 포트 및 메인 감압 수단측 포트를 갖는 것이며, 미도시의 제어장치에 의해 그 개폐가 제어된다.
이 냉각장치에 있어서의 냉각 운전 및 제빙 운전의 내용에 대해 도 9를 참조하여 설명한다. 도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각장치의 냉각운전 및 제빙운전을 나타내는 도면이다.
냉각실을 냉각하는 경우에는, 제어장치는, 전환 밸브(8)에 있어서의 응축기측 포트 및 메인 감압 수단측 포트를 연통하여, 메인 감압 수단측(도 9의 '유로 1')으로 냉매를 흐르게 한다. 이 유로 1은, 응축기(22)의 하류측에 있어서, 제빙용 감압 수단(27) 및 상기 제빙용 증발기(26)를 경유하지 않고 메인 감압 수단(24)을 경유하여 냉각용 증발기(25)에 도달하는 유로이다. 한편, 제빙하는 경우에는, 제어장치는, 전환 밸브(8)에 있어서의 응축기측 포트 및 바이패스로측 포트를 연통하여, 바이패스로측(도 9의 '유로 2')에 냉매를 흐르게 한다. 이 유로 2는, 응축기(22)의 하류측에 있어서, 제빙용 감압 수단(27) 및 제빙용 증발기(26)를 경유하여 냉각용 증발기(25)에 도달하도록 구성하고 있다. 그리고, 이 유로 1로의 냉매 공급 및 유로 2로의 냉매 공급을 전환 밸브(8)에 의해 교대로 전환하여, 냉각실의 냉각 및 제빙을 수행한다. 또한, 이와 같이 제어함으로써, 제빙용 증발기(26)에는, 냉각용 증발기(25)에서 증발하는 냉매를 흐르게 할 필요가 없다. 예를 들면, 제어장치는, 유로 2에 냉매를 흐르게 하는 경우에, 제빙용 증발기(26)의 출구에서 냉매가 과열 상태가 되도록 그 냉매의 유통량을 제어하면서, 상기 냉각실의 온도를 어느 온도영역 내에서 유지되도록 유로의 전환 및 냉매를 유통시키는 시간을 제어할 수 있다.
여기서, 제어장치에 의해 전환 밸브(8)의 전환은, 시분할로 수행되고 있으며, 해당 시분할 제어의 주기는, 2초∼180초로 하고 있다.
그리고, 제어장치는, 제빙 트레이 온도 센서(6)의 검출온도에 의해 제빙 완료를 감지하고, 이 완료 감지 후에, 바이패스로측 포트를 닫아 유로 2에 냉매가 흐르지 않도록 하고, 이빙용 히터(7)로의 통전을 개시한다. 이로 인해 제빙 트레이(5)로부터의 이빙이 수행된다. 또한, 이 상태에 있어서, 제어장치는, 전환 밸브(8)에 있어서의 응축기측 포트 및 바이패스로측 포트를 연통하여, 냉각용 증발기(25)에 냉매를 흐르게 하고 있다.
여기서, 이빙용 히터(7)에 통전을 개시하기 전에, 즉 완료 감지 후에, 제빙용 증발기(26)로의 냉매 공급을 오프로 하여 일정 기간 압축기를 운전시켜도 좋다. 그리고, 이 일정 시간의 압축기의 운전 후에, 이빙용 히터(7)로의 통전을 개시시켜도 좋다.
다음으로, 도면을 참조하여 제빙 운전시에 있어서의 구체적인 제어내용에 대해 설명한다.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉각장치의 제빙시의 제어내용 1 내지 3을 각각 나타내는 도면들이다.
(1) 제어내용 1
도 10에 도시하는 바와 같이, 제어장치는, 제빙 트레이 온도 센서(6)의 검출온도에 기초하여, 전환 밸브(8)를 온/오프 제어하여, 제빙용 증발기(26)로의 냉매 공급의 온/오프를 전환한다. 구체적으로는, 제빙 트레이 온도 센서(6)의 검출온도를 제빙용 증발기(26)의 온도의 대표값으로써 이용하여, 제빙 트레이 온도가 TON 이상이라면, 전환 밸브(6)의 응축기측 포트 및 바이패스로측 포트를 연통(도 10에 있어서의 전환 밸브 '열림')하고, TOFF 이하라면, 전환 밸브(6)의 응축기측 포트 및 바이패스로측 포트를 차단(도 10에 있어서의 전환 밸브 '닫힘')한다. 또한, TON은, 상기 제빙실 내의 온도가 높기 때문에 얼음의 생성이 진행되지 않는 온도보다도 낮은 온도로 설정되어 있다. 또, TOFF는, 상기 제빙용 증발기(26)에 있어서 열교환이 충분히 이루어지지 않게 되고, 출구에 있어서 냉매가 과열 상태가 되지 않는 온도보다도 높은 온도로 설정되어 있다. 이와 같이 제어함으로써, 상기 유로 1과 상기 유로 2에 교대로 냉매가 흐르게 되고, 제빙실 내의 온도는 하한온도 TOFF와 상한온도 TON과의 사이를 교대로 왔다갔다하게 된다. 즉, 상기 제빙실의 온도를 상한온도와 하한온도의 사이에서 확실히 유지할 수 있고, 상기 제빙용 증발기(26)의 출구의 상태를 과열 상태로 유지할 수 있다.
(2) 제어내용 2
도 11에 도시하는 바와 같이, 제어장치는, 제빙 트레이 온도 센서(6)의 검출온도를 제빙용 증발기(26)의 온도의 대표값으로서 이용하고, 냉각용 증발기(25)에 마련된 증발기 온도 센서(제상(除霜)용 온도 센서)(9)의 검출온도와의 온도차를 측정한다. 또한, 증발기 온도 센서(9)는, 냉각용 증발기(25)의 냉매의 출구온도를 측정하는 것이다.
그리고, 제어장치는, 제빙 트레이 온도 센서(6)의 검출온도 Tin과 증발기 온도 센서(9)의 검출온도 Tout과의 온도차(과열도 ΔT=Tin-Tout)가 일정해지도록 전환 밸브의 듀티를 피드백 제어(시분할 제어)한다. 이로 인해, 제어장치는, 제빙용 증발기(26)에 있어서의 과열도를 일정하게 유지한다. 또한, 1 제어 사이클의 주기는 예를 들면 2초∼180초로 설정하고 있고, 1 제어 사이클에 있어서의 상기 유로 2에 냉매를 흐르게 하는 시간의 나머지가 상기 유로 1에 냉매를 흐르게 하는 시간이 된다.
예를 들면, 제어장치가, 전환 밸브의 듀티를 비례 제어하는 경우에는, n회째의 사이클에 있어서의 제빙용 증발기(26)로의 냉매 공급량(듀티) D(n)을 하기 수학식 1에 의해 구한다. 또한, kp는 비례 제어 게인이다.
(수학식 1) D(n)=kp｛Tout (k-1)-Tin(k-1)-ΔT｝
(3) 제어내용 3
도 12에 도시하는 바와 같이, 제어장치는, 제빙용 증발기(26)의 입구 및 출구 각각에 마련된 입구온도 센서(11) 및 출구온도 센서(12)의 검출온도를 취득한다.
그리고, 제어장치는, 입구온도 센서(11)의 검출온도 Tin과 출구온도 센서(12)의 검출온도 Tout2와의 온도차(과열도 ΔT=Tin-Tout2)가 일정해지도록 전환 밸브의 듀티를 피드백 제어(시분할 제어)한다. 또한, 1 제어 사이클의 주기는 예를 들면 2초∼180초로 설정하고 있고, 1 제어 사이클에 있어서의 상기 유로 2에 냉매를 흐르게 하는 시간의 나머지가 상기 유로 1에 냉매를 흐르게 하는 시간이 된다.
예를 들면, 제어장치가, 전환 밸브의 듀티를 비례 제어하는 경우에는, n회째의 사이클에 있어서의 제빙용 증발기(26)로의 냉매 공급량(듀티) D(n)을 하기 수학식 2에 의해 구한다.
(수학식 2) D(n)=kp｛Tout2 (k-1)-Tin(k-1)-ΔT｝
이와 같이 구성한 냉각장치(100)에 의하면, 제3 바이패스로(L3)에 제빙용 증발기(26) 및 제빙용 감압 수단(27)을 마련하고, 그것들로의 냉매 공급을 제3 전환기구(8)에 의해 전환하는 구성으로 하고 있기 때문에, 제빙 트레이(5)로부터의 이빙중에 있어서도 냉각용 증발기(25)로의 냉매 공급을 계속해서 수행할 수 있고, 냉각실의 온도 상승을 억제할 수 있다.
또한, 유로 2에 냉매를 흐르게 하는 경우에, 상기 제빙용 증발기(26)의 출구에 있어서 냉매가 과열 상태가 되도록 구성함으로써, 냉각용 증발기(25) 내에는 액체의 냉매는 존재하지 않고 기체의 냉매만이 존재하게 된다. 따라서, 종래와 비교하여 냉장고 전체의 냉매 배관 내에 있어서의 액체의 냉매가 차지하는 비율을 작게 하고, 기체의 냉매의 비율을 높일 수 있기 때문에, 냉장고에 충전(充塡)하는 최저한의 냉매량을 저감시킬 수 있다. 이 때문에, 가연성이 있는 냉매를 사용하는 경우라도 보다 사용상의 안전성을 높일 수 있다.
또한, 유로 2에 냉매를 흐르게 하는 경우에, 상기 제빙용 증발기(26)에 있어서 모든 액체의 냉매가 어떠한 원인으로 다 증발되지 않았다고 해도 상기 냉각용 증발기(25)에서 증발시킬 수도 있다. 따라서, 어큐뮬레이터 등을 마련하지 않아도 압축기(21)에 액체의 냉매가 흡입되고, 고장의 원인이 되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명은 전술한 다른 실시예에 한정되는 것이 아니며, 후술하는 본 발명의 다른 실시예의 변형된 예와 같이 구성될 수도 있다.
도 13 내지 도 16은 본 발명의 일 실시예의 변형예들에 따른 냉각장치의 냉동 사이클의 구성을 각각 나타내는 도면들이다.
예를 들면, 도 13에 도시된 바와 같이, 제3 바이패스로(L3)에 있어서의 제빙용 증발기(26)의 하류에 제2 감압 수단(13)을 마련해도 좋다.
냉각장치의 변형예로서는, 도 14에 도시하는 바와 같이, 제빙용 증발기(26) 및 제빙용 감압 수단(27)이, 제2 응축기(22B) 및 메인 감압 수단(24)의 사이로부터 분기하고, 냉각용 증발기(25) 및 압축기(21)의 사이에 합류하는 제4 바이패스로(L4)에 마련되는 것이어도 좋다. 이때, 제4 바이패스로(L4)의 분기점으로 유로를 전환하는 제4 전환기구(14)가 마련되어 있다. 이 제4 전환기구(14)는, 삼방 밸브로 이루어진 전환 밸브이다. 이 전환 밸브(14)는, 응축기측 포트, 바이패스로측 포트 및 메인 감압 수단측 포트를 갖는 것이며, 미도시의 제어장치에 의해 그 밸브 개폐가 제어된다. 또한, 그 제어내용은, 전술한 본 발명의 다른 실시예와 동일하다.
또한, 도 15에 도시하는 바와 같이, 제빙용 감압 수단(27)이, 제2 응축기(22B) 및 메인 감압 수단(24)의 사이로부터 분기하고, 냉각용 증발기(25) 및 압축기(21)의 사이에 합류하는 제5 바이패스로(L5)에 마련되어 있으며, 제빙용 증발기(26)가, 제5 바이패스로(L5)의 합류점 및 압축기(21)의 사이에 마련되는 것이어도 좋다. 이때, 제5 바이패스로(L5)의 분기점으로 유로를 전환하는 제5 전환기구(15)가 마련되어 있다. 이 제5 전환기구(15)는, 삼방 밸브로 이루어지는 전환 밸브이다. 이 전환 밸브(15)는, 응축기측 포트, 바이패스로측 포트 및 메인 감압 수단측 포트를 갖는 것이며, 미도시의 제어장치에 의해 그 밸브 개도가 제어된다. 이 구성이라면, 냉동 사이클에 봉입하는 냉매량을 저감시킬 수 있다.
또한, 도 16에 도시하는 바와 같이, 제5 바이패스로(L5)에 있어서의 합류점 및 냉각용 증발기(24)의 사이에 제3 감압 수단(16)을 마련해도 좋다.
그 외에, 본 발명은 상기 실시형태에 한정되지 않고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변형이 가능한 것은 물론이다.
2 : 냉동 사이클 4 : 제1 전환기구
5 : 제빙 트레이 6 : 제빙 트레이 온도 센서
7 : 이빙용 히터 8 : 제3 전환기구
21 : 압축기 22 : 응축기
22A : 제1 응축기 22B : 제2 응축기
23 : 결로 방지 파이프 24 : 감압 수단
25 : 냉각용 증발기 26 : 제빙용 증발기
27 : 제빙용 감압 수단 L1 : 제1 바이패스로
L2 : 제2 바이패스 L3 : 제3 바이패스

Claims (20)

  1. 압축기, 응축기, 감압 수단 및 냉각용 증발기로 이루어지는 냉동 사이클을 구비한 냉각장치에 있어서,
    상기 응축기는 서로 독립된 제1 응축기, 및 냉매 유로 상에서 상기 제1 응축기 보다 하류측에 위치하는 제2 응축기를 포함하고,
    상기 제1 응축기 및 상기 제2 응축기는 결로 방지 파이프를 통해 상호 연결되는, 냉각장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 응축기는 상호 인접하게 배치되며, 단일 송풍팬에 의해 함께 방열되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1 응축기는 상기 단일 송풍팬에 의한 공기의 흐름에 있어서 상기 제2 응축기의 하류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 응축기 및 상기 결로 방지 파이프 사이로부터 분기하고, 상기 결로 방지 파이프 및 상기 제2 응축기 사이에 합류하는 제1 바이패스로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 바이패스로의 분기점에는 유로를 전환하는 제1 전환밸브가 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 압축기 및 상기 제1 응축기 사이로부터 분기하고, 상기 제1 응축기 및 상기 결로 방지 파이프 사이에 합류하는 제2 바이패스로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제2 바이패스로의 분기점에는 유로를 전환하는 제2 전환밸브가 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 응축기와 상기 감압 수단 사이로부터 분기하고, 상기 감압 수단과 상기 냉각용 증발기 사이에 합류하는 제3 바이패스로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제3 바이패스로 상에 배치되는 제빙용 증발기; 및
    상기 제3 바이패스로 상에서 상기 제빙용 증발기의 상류측에 배치되는 제빙용 감압 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제3 바이패스로의 분기점에는 유로를 전환하는 제3 전환밸브가 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 제빙용 증발기에 마련된 제1 온도 센서를 더 포함하며,
    상기 제3 전환밸브는, 상기 제1 온도 센서의 검출온도가 TON 이상이면 상기 제3 전환밸브의 제2 응축기측 포트 및 제3 바이패스로측 포트를 연통하고, TOFF 이하이면 상기 제3 전환밸브의 제2 응축기측 포트와 바이패스로측 포트를 차단하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 제빙용 증발기에 마련된 제1 온도 센서; 및
    상기 냉각용 증발기의 출구측에 마련된 제2 온도 센서;를 더 포함하며,
    상기 제3 전환밸브는 상기 제1 온도 센서의 검출온도와 상기 제2 온도 센서의 검출온도의 온도 차가 일정해지도록 냉매 유량을 조절하여 상기 제빙용 증발기의 과열도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 제빙용 증발기의 입구측 및 출구측에 각각 마련된 제3 및 제4 온도 센서;를 더 포함하며,
    상기 제3 전환밸브는 상기 제3 온도 센서의 검출온도와 상기 제4 온도 센서의 검출온도의 온도 차가 일정해지도록 냉매 유량을 조절하여 상기 제빙용 증발기의 과열도를 일정하게 유지하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 제3 전환 밸브와 상기 제빙용 증발기 사이에 배치되는 제빙용 감압 수단; 및
    상기 제빙용 증발기와 상기 냉각용 증발기 사이에 배치되는 냉각용 감압 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제2 응축기와 상기 감압 수단 사이로부터 분기하고, 상기 냉각용 증발기와 상기 압축기 사이에 합류하는 제4 바이패스로를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제4 바이패스로 상에 배치되는 제빙용 증발기를 더 포함하며,
    상기 제4 바이패스로의 분기점에는 유로를 전환하는 제4 전환밸브가 배치되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제4 전환 밸브와 상기 제빙용 증발기 사이에 배치되는 제빙용 감압 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 냉각용 증발기와 상기 압축기 사이에 배치되는 제빙용 증발기; 및
    상기 제2 응축기와 상기 감압 수단 사이로부터 분기되고, 상기 냉각용 증발기와 상기 제빙용 증발기 사이에 합류하는 제5 바이패스로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제5 바이패스로 상에 배치되는 제빙용 가압 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  20. 압축기, 응축기, 감압 수단 및 증발기로 이루어지는 냉동 사이클을 구비한 냉각장치에 있어서,
    상기 응축기는 각각 입구 및 출구를 가지며 서로 격리된 2개의 유로를 포함하며,
    상기 2개의 유로 중 어느 하나의 유로의 출구는 결로 방지 파이프의 일단에 연결되고, 나머지 하나의 유로의 입구는 상기 결로 방지 파이프의 타단에 연결되는, 냉각장치.
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