KR920007295B1

KR920007295B1 - 냉동장치

Info

Publication number: KR920007295B1
Application number: KR1019890001821A
Authority: KR
Inventors: 다까시 타끼자와; 기요시 오오시즈; 껭 아오끼; 히로따까 나까노; 히로유끼 구리바라
Original assignee: 산요덴끼 가부시끼가이샤; 이우에 사또시
Priority date: 1988-02-15
Filing date: 1989-02-15
Publication date: 1992-08-29
Also published as: KR890013436A; CA1300387C; US4962648A

Abstract

내용 없음.

Description

냉동장치

제1도는 본 발명의 일실시예를 나타내는 냉동장치의 냉매유로도.

제2도는 그 냉동장치의 주냉매유로의 증발기 출구측에 배치되는 냉매유량제어밸브의 개략적인 단면도.

제3도는 그 냉매유량제어밸브의 열려진 정도를 제어하는 밸브개방정도 조정부의 블록구성도.

제4도는 그 밸브개방정도 조정부에 있어서의 수정부의 동작흐름도.

제5도는 그 밸브개방정도 조정부에 있어서의 비교부의 입출력신호의 파형도.

제6도는 상기한 냉동장치에 설치되는 운전보호장치의 개략적인 전기회로도.

제7도는 그 운전보호장치의 동작을 설명하기 위한 온도시간관계도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 실외(1A)와 실내(1B)를 결선하는 냉매유로

2 : 압축기 3 : 4방향밸브

4 : 실외측 열교환기(응축기) 5 : 캐필러리튜브

6 : 팽창밸브 7 : 실내측 열교환기(증발기)

8 : 어큐뮬레이터 9 : 실내측 송풍기

10 : 흡입온도센서 11 : 취출온도센서

12, 13 : 체크밸브 14 : 냉매유량제어밸브

15 : 밸브개방정도 조정부 16 : 전동밸브(전자밸브)

17 : 팽창밸브 18 : 보조에버퍼레이터

19 : 전압스위치 30 : 밸브본체

31 : 냉매유입부 34, 35 : 연통구

36, 37 : 밸브시트 38 : 밸브축

41 : 작동체 42 : 전자코일

51 : 연산부 52 : 계수부

53 : 분주기 54 : 계수기

55 : 수정부 56 : 기억부

57 : 출력산출부 58 : 출력판정부

59 : 출력결정부 60 : 비교부

61 : 트랜지스터 70 : 운전보호장치

72 : 강제완전개방스위치 72a : 보조릴레이

72b : 상폐접점 73 : 과열방지용 서모스탯

74 : 강제정지스위치 75 : 교류전원

76 : 냉각방지용 서모스탯

본 발명은 조립식 냉장고와 같은 업무용 대형냉장고에 있어서, 특히 저장하는 식품량의 많고 적음과, 문짝개폐등의 부하변동에 관계없이 실내온도를 항상 일정하게 제어하는 것에 가장 적당한 냉동장치에 관한 것이다.

일반적으로 이런 종류의 냉동장치에 있어서는 실내온도를 설정온도로 유지하기 위하여 압축기를 온.오프 제어하거나 압축기의 구동능력을 제어하는 방법이 사용되고 있다.

후자의 예로서는 압축기 모우터의 극수변환(예를들면 2P ↔ 4P)을 행하는 방법이나 인버터장치를 사용하는(이것을 인버터제어라고 칭한다)방법등 여러가지가 제안되고 있다.

특히, 최근 반도체 기술의 현저한 진보에 따라 인버터장치의 성능 및 내구성은 한층 향상되며, 그 제어가 비교적 용이한 것이므로 인버터장치에 의하여 압축기의 가변속운전을 행하는 것이 주류를 이루고 있다.

일본국 특개소 61-235664호 공보에 있어서도 그 인버터장치를 이용한 예가 개시되어 있다.

그러나, 상기한 온.오프 제어로 온도제어를 행할 경우, 압축기등의 기계적인 응답성능의 이유도 있고, 설정온도에 대하여 고내온도가 상하로 변동되는 폭이 크고, 설정온도부근 예를들면 설정온도 ±0.5℃정도의 온도유지가 요구되는 분야(예를들면 빙온도대에서의 제어)에 있어서는 대응할 수 없다는 문제가 있었다.

한편, 인버터제어로서 언급한 상기 공보에 있어서는 부하의 상태에 따라 압축기 모우터를 최저속도로 회전하게 하여도 고내온도가 설정온도를 하회하고 있을때에 가열장치(상세하게는 전열선등의 히이터)를 동작시키는 바, 가열개시의 지령에 의하여 히이터에 통전이 되어 실질적으로 고내공기의 가열을 행할때까지는 그 특성상 시간지연이 발생하기 쉬우며, 정밀한 설정온도유지를 행하는 것이 곤란한 동시에, 인버터장치나 가변속 압축기 등이 비교적 고가인 것으로 되어 전체적으로 원가상승을 초래한다는 문제가 있었다.

또, 실내를 온도제어함에 있어서, 압축기는 정격운전하는 한편 냉매유로에 제어밸브를 설치하고 이 밸브개방정도를 조절하는 것에 의하여 온도제어하는 방법도 알려져 있다.

상기한 제어밸브로서는 몇종류가 있으나, 그중에서도 그 응답성면에서 우수한 전기식 팽창밸브가 잘 알려져 있다.

상기한 전기식 팽창밸브로서는 모우터에 의하여 그 밸브개방정도를 조절하는 것이나, 밸브와 연접되는 스프링에 가해지는 힘을 변화시켜서 밸브개방정도를 조절하는 것등이 있다.

본 발명에 있어서는 후자의 밸브를 채택하는 것이며, 후자의 밸브로서는 일본국 특공소 60-56983호 공보나 특공소 60-34037호 공보가 있다. 일본국 특공소 60-56983호 공보에 있어서는 증발기 출구측의 온도변화를 전기신호로 변환하고, 이 전기신호로 밸브의 개방정도를 조정하도록 한 것이다.

한편, 일본국 특공소 60-34037호 공보에 있어서는 압축기가 시동할 때에는 응축기 입구부 내지 중간부에 설치한 제3온도센서에 의한 전기신호가 소정치에 이를때까지 전기식 팽창밸브를 완전개방상태로 하는 신호를 제어회로가 출력하는 것이다.

그러나, 스프링, 솔레노이드를 사용하여 구성되는 전기식 팽창밸브는 그 일부를 구성하는 솔레노이드로 자화되는 자심이 인가전압의 원활한 변화에 대하여는 히스테리시스폭이 크게 되며, 또 주기적 변화에 대하여는 그 주기가 짧게 될때 히스테리시스폭이 크게 되는 특성을 가지고 있으며, 이것이 입력신호에 대한 밸브개방정도변경의 응답성을 지연시키는 원인의 하나로 되며, 최악의 경우는 밸브축이 전혀 움직이지 않아 극히 응답성이 나쁘게 되는 경우가 있다.

상기한 양공보에 있어서는 전기식 팽창밸브의 신호에 대한 응답성을 신속하게 하기위한 개량이 되어 있지 않아 온도변화에 대한 밸브개방 정도의 속응성이 악화되어 실내온도가 변동하는 문제점이 있었다.

또한, 냉동장치에 있어서는, 어떤 원인으로 냉동사이클이 이상상태로 된때, 그것을 검출하여 소정의 온도 상태를 유지하는 보호장치가 필요하게 되는 바, 일본국 특공소 60-42858호 공보에 개시되어 있는 보호장치에서는 보호장치 자체를 반도체 소자를 사용한 구성으로 하고 있으므로 나쁜 환경에 약하여 신뢰성이 결여되는 문제점이 있었다.

본 발명의 주 목적은 실내에 저장하는 식품량의 많고 적음, 문짝의 개폐 등의 부하변동에 관계없이 항상 실내를 설정온도로 유지할 수 있는 냉동 장치를 제공하는데에 있다. 또, 본 발명의 다른 목적은 냉동장치의 냉매유로에 설치되는 제어밸브의 입력신호에 대한 밸브개방정도의 응답특성을 개선하여 온도변동을 억제하는 것이다.

또, 본 발명의 또다른 목적은 온도센서나 온도제어장치가 고장이 생겨도 실내온도를 원하는 온도범위내에서 유지할 수 있는 냉동장치를 제공하는 것이다.

이들의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 있어서는 압축기, 응축기, 감압장치, 증발기를 순환형상으로 배치하여 집속시킨 주냉매유로를 가진 냉동장치에 있어서, 상기 증발기의 출구측에 배치되는 냉매유량제어 밸브와, 상기 응축기의 출구측과 상기 증발기의 출구측에 배치되는 냉매유량제어 밸브의 출구측과의 사이에 설치되어 유로개폐수단과 감압수단과 보조에버퍼레이터를 가지며, 상기 증발기 및 냉매유량제어밸브를 바이 패스하는 보조유로를 구비하여, 상기 압축기를 항상 운전하는 동시에, 그 압축기의 흡입측이 소정 압력이하로 된 때 상기 유로개폐수단을 개방동작시키도록 되어 있다.

이 경우, 그 냉동장치에는 원하는 실내온도를 설정하는 온도설정부와 실내온도를 검지하는 온도센서와 그 온도센서로부터의 온도신호와 상기 온도설정부로부터의 설정온도신호와의 양신호로 상기 냉매유량제어밸브의 개방정도를 제어하는 밸브개방정도 조정부를 설치하면 좋다.

냉동장치를 이와 같은 구성으로 하는 것에 의하여 통상은 냉매는 유량 조절밸브로 고내부하 외부기온의 상황에 따라 자동조절되어 냉동능력을 가감하여 일정한 고내온도를 유지하도록 흐른다.

그리고, 외부기온이 낮게 되어버리거나 고내부하가 적게 되어 버리거나 하여 유량조절밸브의 좁힘 상태가 크게 되어 압축기의 사용기준이하로 흡입 압력이 저하되면 그 낮은 흡입압력을 저압스위치가 검지하여 작동하며, 그 결과 개폐밸브를 열리게 한다.

그러면, 바이패스관로가 확립되고, 응축기를 나온 냉매액의 일부는 바이패스관로에 흘러 응축기의 일부에서 증발되어 가스상태로 되어 흡인관의 도중에서 유입되어 가스압을 높이도록 작동한다.

따라서, 압축기에서의 흡입압력은 저하되는 일이 없이 정상적으로 작동하고, 적은 냉동능력의 운전상태는 아무런 지장없이 속행되어 불필요함이 없는 냉각운전과 일정한 고내온도를 유지할 수 있다.

또, 상기한 냉매유량제어밸브는 항상 밸브를 개방방향으로 힘이 가해지는 스프링과, 이 스프링힘에 대항하여 밸브를 폐쇄방향으로 구동되는 솔레노이드를 구비하는 동시에, 상기한 밸브개방정도 조정부는 상기 온도 센서로부터의 온도신호와 설정온도신호와의 편차에 의거하여 전기신호를 상기 솔레노이드에 공급되도록 하면 좋다.

이와 같이 솔레노이드에 흐르는 전류의 방향을 변화시키는 것으로 발생하는 자계에 의하여 자화되는 자심의 히스테리시스는 전류의 방향을 변화시키는 속도, 즉 주파수에 비례하는 것이므로 히스테리시스의 폭을 작게 할 수 있다.

또, 이 주파수로서 스프링의 공진주파수를 피하고, 가능한한 공진주파수에 접근시켜 작게 하는 것으로 히스테리시스의 폭을 작게 하여 제어밸브의 즉응성을 높일 수 있다.

또, 상기한 밸브개방정도 조정부는 상기 온도센서와 온도설정부로부터의 양신호의 편차를 제어연산하는 연산부와, 이 연산부로부터 출력되는 연산치의 전회치와 금회치를 비교하는 것에 의하여 연산치의 증가, 감소, 불변을 판정하고, 그 판정결과를 토대로 금회치에 작동 히스테리시스 상당분을 가산, 감산, 전회 수정치대로의 각 처리를 행한 금회수정치를 출력하는 수정부와 그 수정치와 일정한 주기의 램프신호를 비교하 여, 그 비교결과에 따른 듀티비의 교류신호를 상기 냉매유량제어밸브의 솔레노이드에 공급하는 비교부로 구성 하면 좋다.

이와 같이 하는 것에 의하여 냉매유량제어밸브 자체가 가진 히스테리시스에 의한 영향을 억제할 수 있다.

특히, 밸브개방정도를 감소로부터 증가 혹은 증가로부터 감소로 제어할 경우에 그 응답성이 대폭적으로 개선된다.

본 발명의 냉동장치에 있어서는, 상기 실내온도를 검지하여 이상고온을 검지한때, 상기 냉매유량제어밸브를 강제적으로 완전개방상태로 하기 위한 과열방지용인 서모스탯(thermostat)과 상기 실내온도의 이상저온을 검지한 때, 상기 압축기의 운전을 강제적으로 정지하기 위한 과냉각 방지용 서모스탯을 구비하여 운전보호를 행하도록 하는 것이 바람직하다.

이와 같이 서모스탯을 포함한 운전보호장치를 설치하여 이상고온인때는 밸브개방정도 조정부의 출력신호의 여하에 관계없이 냉매유량제어밸브를 강제적으로 완전개방상태로 하는 한편, 이상저온인때는 압축기의 운전을 강제적으로 정지시키는 것에 의하여 실내온도를 신속하게 설정온도에 복귀시킬 수 있어 신뢰성이 높은 냉동장치가 얻어진다.

본 발명의 일실시예를 첨부도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 제1도에 나타내는 바와 같이 본 실시예의 냉동장치는 가상선(a)를 경계로 하여 실외 1A측에 배치되는 어큐뮬레이터(accumulator)(8), 압축기(2), 4방향밸브(3), 실외측 열교환기(이하, 응축기라고 칭한다)(4), 감압장치로서의 캐필러리튜브(capillary tube)(5)등과, 실내 1B측에 배치되는 팽창밸브(6), 실내측 열교환기(이후, 증발기라고 칭한다)(7)가 냉매가 흐르는 배관에 의하여 순환 접속되어 있다.

상기한 4방향밸브(3)은 냉각운전할때에 있어서, 실선화살표의 방향으로 냉매경로를 취하고, 서리제거(이하 제상이라 한다) 운전할때에 있어서, 점선화살표의 방향으로 냉매경로를 취하도록 전환제어된다.

상기한 증발기(7)근방에는 냉각운전을 할때 증발기(7)에 공기를 보내서 저장실의 실내공기를 순환, 냉각시키는 실내측 송풍기(9)가 설치되는 동시에, 그 증발기(7)의 공기 흡입측 및 취출측에는 각각의 온도를 검지하기 위한 흡입온도센서(10) 및 취출온도센서(11)이 설치된다.

이들 각 온도센서(10), (11)로부터의 온도검지신호는 동시에 밸브개방정도 조정부(15)에 입력된다.

또한, 캐필러리튜브(5) 및 팽창밸브(6)에는 각각 체크밸브(12), (13)이 병렬접속되어 있다.

냉동장치(상세하게는 주냉매유로 b)의 저압측(본 실시예에서는 냉각운전할 때에 있어서의 증발기 7의 출구측)에는 냉매유량제어밸브(14)가 접속되어 있으며, 밸브개방정도 조정부(15)로 그 열림정도(개방정도)가 제어된다.

상기한 응축기(4)의 출구측(여기에서는 캐필러리튜브(5)의 출구측)과 증발기(7)의 출구측(여기서는 어큐뮬레이터(8)의 입구측)과의 사이에는 유로개폐수단으로서의 전기신호에 의하여 동작하는 전동밸브(본 예에서는 전자밸브를 사용하고 있으며, 이하, 전자밸브라고 칭한다)(16), 감압수단으로서의 팽창밸브(17) 및 보조에버퍼레이터(이하, 보조에너라고 칭한다)(18)을 직력 접속하고, 증발기(7), 팽창밸브(6) 및 냉매유량제어밸브(14)를 바이패스하는 보조유로(C)가 접속되어 있다.

그 보조에버(18)은 응축기(4)와 병렬로 설치되는 동시에, 실외측 송풍기(20)에 의한 송풍로의 바람 아래측에 위치하도록 배치되어 있다. 또, 전자밸브(16)은 압축기(2)의 흡입측(여기에서는 어큐뮬레이터(8)의 출구측)에 배치된 저압스위치(19)에 의하여 그 개폐가 제어된다.

즉, 압축기(2)의 흡입측 압력이 소정압력 P1(예로 0.5㎏/㎠)이하로 된 때에 저압스위치(19)가 닫혀서 전자코일(42)에 통전되어 전자밸브(16)이 개방상태로 되며, 흡입측 압력이 일정한 압력 P2(P2＞P1, 예로 2.S㎏/㎠)이상으로된 때에 저압스위치(19)가 열려서 전자코일로의 통전이 정지되어 전자밸브(16)이 폐쇄 상태로 된다.

또한, 저압스위치(19)와 전자밸브(16) 그 대신에 보조유로 C와 4방향밸브(3)으로부터 어큐뮬레이터(8)에 흐르는 저압측 냉매유로의 합류점(P)에 그 저압측 냉매유로의 압력에 따라 보조유로로부터의 바이패스 냉매유량을 조정하는 흡입압력조정밸브를 설치하여도 좋다.

냉매유량제어밸브(14)는 밸브와 연결되는 스프링에 가해지는 힘을 전기 신호에 의하여 변화시켜서 밸브의 열림정도(개방정도)가 제어되는 것이며, 직류신호로 제어되며, 소정전압(본 실시예에서는 12V)를 인가한때에 완전히 폐쇄되며, 영(Zero)전압을 인가한 때에 완전히 개방된다.

또, 영전압과 소정전압과의 사이의 전압을 인가한 때 인가전압이 작게 되면 될수록 그 개방정도는 크게 된다.

이 냉매유량제어밸브(14)는 전자식 조절밸브라고 호칭되는 것으로 제2도에 나타낸 바와 같은 구조를 하고 있다.

즉, 밸브본체(30)은 증발기 출구측과 접속되는 냉매유입부(31)과 4방향밸브(3)(제1도 참조)의 입구측과 접속되는 냉매유출부(32)를 가지며, 밸브본체 내부를 2개실로 구획하는 격벽(33)에는 양부(31), (32)를 연통하는 연봉구(34), (35)가 뚫리고, 이 연통구(34), (35)를 개폐하는 밸브시트(36), (37)이 밸브축(38)에 설치되어 있으며, 한쪽 밸브시트(36)은 유입부측에, 다른쪽 밸브시트(37)은 유출부측에 위치하고 있다.

그리고, 밸브시트(36), (37)을 개방하는 방향으로 힘이 가해지는 압축된 코일스프링(39), (40)이 각각 출구측 밸브본체 내부에 끼워 설치되어 있는 한편, 밸브축(38)의 머리부에 설치된 작동체(41)은 전기신호에 의하여 여자되는 코일(42)에 의한 자력은 받침축을 상하방향으로 구동시킨다.

또, 밸브시트(36), (37)은 코일(42)가 통전이 아닌때, 완전히 개방되며, 소정전압이 인가된때 완전히 페쇄되며, 인가전압이 작게되면 개방방향으로 동작한다.

따라서, 이 냉매유량제어밸브(14)는 완전폐쇄로부터 완전개방 또는 이 반대의 동작이 적당히 행해지는 구조로 되어 있다.

밸브 개방정도 조정부(15)는 실내온도센서(10), (11) 및 실내온도를 원하는 온도에 설정하는 온도설정부(20)으로부터의 신호를 받아 이들의 신호의 관계를 토대로 온 오프듀티비를 변화시킨 전기신호를 작성하여 냉매유량 제어밸브(14)의 개방정도를 제어하는 것이며, 제3도에 그 일예를 나타내고 있다.

또한, 냉매유량제어밸브(14)는 그 일부를 구성하는 코일(42)로 자화되는 자심이 인가전압의 변화에 대하여 어떤 폭의 히스테리시스를 가지고 자화되는 것이므로 전기신호의 변화에 대하여 신속히 밸브의 개방정도가 변경되지 않는 일(증가경향에 있었던 전압이 감소경향으로 변경될때나 감소경향에 있던 전압이 증가경향으로 변경될때)이 있으며, 이 밸브개방정도 조정부(15)는 신호변화의 경향을 고려하면서 신속히 밸브개방정도를 변경시킬 수 있는 전기신호를 작성하고자 하는 것이다.

즉, 연산부(51)은 온도설정부(50)으로부터의 신호와 실내온도센서(10), (11)로부터의 양신호를 받아 적당한 주기(예로 15초마다)로 샘플링하여 평균한 평균온도(이것을 실내온도라고 판단하고 있다)와 설정온도를 토대로 하여 PID(비례동작+적분동작+미분동작)제어방법에 의한 연산을 행하고 그 연산치를 예를들면 8비트의 2진수신호로 변환시켜 출력단자군 D에서 출력한다(출력되는 신호를 D데이터라고 칭한다).

또, 연산부(51)은 출력단자 0에서 기준클록(여기서는 주파수 2MHz)의 펄스를 송출한다.

계수부(52)는 앞의 기준 클록펄스를 받아 적당한 수로 분주하여 클록펄스(본예에서는 64분주하여 31.25KHz의 펄스)를 만드는 분주기(53)과, 이 클록펄스를 받아 8비트의 2진수 즉, 256단계로 계수하는 계수기(54)로 이루어지며, 출력단자군 Q에서 8비트의 2진수 신호를 출력한다.

이 출력신호를 P데이터라고 칭하는 바, P데이터의 1주기는 약 1/120초로 된다.

수정부(55)는 연산부(51)에서 출력되는 D데이터를 받아 이 D데이터를 전회의 D데이터와 비교하여 증가하는 경향에 있는가 감소하는 경향에 있는가를 판정하고, 그 판정을 토대로 적당히 D데이터의 수정을 행한다.

즉, 이 수정부(55)는 D데이터를 입력하여 기억하고 전회에 입력한 D데이터(이것을 전회의 D데이터라고 칭하고 초기치는 최대)를 출력하는 기억부(56)과 금회의 D데이터와 전회의 D데이터를 입력하여 양 데이터의 편차를 내며, D데이터의 추이경향의 판단재료로 되는 편차데이터를 출력하는 산출부(57)과, 편차데이터를 입력하며 추이경향을 판정하여 D데이터의 수정을 지시하는 지시데이터를 출력하는 판정부(58)과, 지시 데이터를 입력하여 D데이터의 수정을 행하여 수정 연산치 즉, 수정 D데이터로서 출력하는 출력결정부(59)로 이루어진다.

그리고, 비교부(60)은 수정부(55)의 출력 즉, 수정 D데이터와, 계수부(52)의 출력 즉, P데이터를 입력하고 양데이터를 비교하여 두 비교결과를 토대로 하이레벨신호(소정전압 Vcc이며, 이후 "H"신호라고 칭한다) 또는 로우레벨신호(영전압이며 이후 "L"신호라고 칭한다)를 출력한다.

또한, 연산부(51), 계수부(52), 수정부(55) 및 비교부(60)으로 밸브개방 정도 조정부(15)를 구성하고 있다.

상기한 밸브개방정도 조정부(15)의 출력은 스위칭 소자 예를들면 스위칭 트랜지스터(이하 트랜지스터라고 칭한다)(61)은 베이스에 입력되어 있으며, 이 트랜지스터(61)은 에미터타 접지되며, 콜렉터가 냉매유량제어 밸브(상세하게는 전자코일)(14)를 개재하여 소정전압원 Vcc(=12볼트)에 접속되어 있다.

그리고, 밸브개방정도 조정부(15)로부터 출력되는 전기신호에 있어서의 "H"신호인 때 트랜지스터(61)이 온하여 전자코일에 통전되어 밸브가 닫히는 방향으로 작동하고, "L"신호인때 트랜지스터(61)이 오프하여 밸브가 열리는 방향으로 작동한다.

이 때문에 밸브는 1주기중에서 완전개방과 완전폐쇄와의 양쪽동작을 하도록 조작되는 바, 기계적으로 따라갈 수 없고 온.오프듀티비로부터 결정되는 평균전압에 대응한 위치에서의 밸브개방정도로 안정될 수 있게 된다.

다음에 이상과 같이 구성되는 냉동장치의 냉각운전할때의 동작을 제4도, 제5도를 참조하여 설명한다.

냉각운전할때 4방향밸브(3)은 제1도에 나타낸 상태로 전환되어서 냉매유로는 실선화살표방향으로 형성된다.

현재 저장실 내부에는 저장물이 적당하게 수용되어 있어 실내온도가 설정온도를 상회하고 있는 것으로 된다.

실내온도센서(10), (11)로부터의 신호에 의하여 밸브개방정도 조정부(15)가 밸브의 개방정도를 결정해서 신호를 송출하여 냉매유량제어밸브(14)의 개방정도를 변화시킨다.

이때, 압축기(2)로부터 토출된 고압가스냉매는 응축기(4)로 응축되어서 액화하고, 팽창밸브(6)으로 감압팽창되어 증발기(7)내부를 통과할때에 실내공기와 열교환을 행하여 냉매유량제어밸브(14)로 유량제어되며, 어큐뮬레이터(8)를 경유하여 저압가스냉매로 되어서 압축기(2)로 되돌아간다. 냉매는 이 주냉매유로(b)를 순환하는 것으로 실내공기를 냉각하여 설정온도까지 저하시킨다.

여기서, 냉매유량제어밸브(14) 및 밸브개방정도 조정부(15)의 동작을 설명하면, 실내온도센서(10), (11)로부터의 신호를 받아 연산부(51)이 적당한 주기(예로 15초마다)로 샘플링하여 양검지신호의 평균을 취하여 실내온도로 하며 설정온도와의 관계로부터 PID에 의한 연산을 행하여 출력단자군 D에서 D데이터를 출력한다.

이 D데이터로서는 개략적으로는 실내온도와 설정온도와의 편차가 큰 때 낮은 값으로 되며, 작은 때 높은 값으로 된다.

한편, 계수부(52)에서는 연산부(51)이 출력하는 기준클록에 의하여 클록펄스를 만들고 이 클록펄스를 1주기 T에 있어서 256단계로 계수하여(그 주기 T가 본예에서는 약 1/120초로 된다) 출력단자군 Q에서 P데이터로써 비교부(60)에 출력한다.

다른쪽 D데이터를 받은 후의 수정부(55)의 동작을 제4도에 나타낸 프로차트를 참조하여 설명한다.

수정부(55)에 D데이터가 입력되는(제4a도참조) 것에 의하여 기억부(56)이 전회의 D데이터를 출력하고 산출부(57)에 있어서 편차데이터 ΔS[=(금회의 D데이터) -(전회의 D데이터)]를 연산하여 출력하고(제4b도참조), 이 편차데이터 ΔS를 토대로 판정부(58)이 D데이터의 추이경향을 판정한다.

즉, 판정부(58)은 먼지 ΔS=0인가 아닌가를 판단한다(제4c도참조). 그리고, ΔS=0인때는 「D데이터의 변화 없음」으로 판정하여 "전회의 수정 D데이터를 유지하는 신호"(즉, 지시데이터 X)를 출력하고(제4d도참조), ΔS=0인때는 ΔS의 플러스.마이너스를 판단한다(제4e도참조).

여기서, ΔS〉0인때는 「D데이터는 증가경향」으로 판정하여 제5i도에서 나타낸 바와 같은 "수정 D데이터 D*=(금회의 D데이터)+(히스테리시스 상당량)으로 하는 신호"(즉, 지시데이터 Y)를 출력한다(제4f도참조).

ΔS〈0인때는 「D데이터는 감소경향」으로 판정하여 제6ii도로 나타낸 바와 같은 "수정 D데이터 D*=(금회의 D데이터)-(히스테리시크 상당량)으로 하는 신호"(즉, 지시데이터 Z)를 출력한다(제4g도참조).

이 지시데이터 X, Y, Z를 토대로 출력결정부(59)가 수정 D데이터를 출력한다.

단, 출력결정부(59)에 있어서는 수정 D데이터를 출력하는 동시에, 이 수정 D데이터를 일시 기억유지하고 있으며, 금회의 판정에 의한 지시데이터 X에 대하여는 기억하고 있는 전회의 수정 D데이터를 출력하고 지시데이터 Y, Z에 대하여는 각각 금회의 D데이터에 대응한 수정 D데이터를 출력한다.

또, (히스테리시스 상당량)은 채택하는 밸브(14)가 가진 전기신호에 대한 작동량이 늦은 주요원인인 히스테리시스폭에 따라 그 값이 상이한 바, 본예에서는 이 히스테리시스폭(전압)의 반으로 설정되어 있다.

그리고, 비교부(60)에서는 수정 D데이터와 P데이터를 비교하고 제5도에 표시한 바와 같이 수정 D데이터가 P데이터보다 큰(P＜D*)때 "L"신호를 출력하고, 수정 D데이터가 P데이터이하(P≥D*)인때 "H"신호를 출력한다.

따라서, 편차가 크면 1주기 T중에 있어서의 "H"신호를 출력하는 기간 t는 짧으며, 편차가 작게 되는 것에 따라 "H"신호를 출력하는 기간 t는 길게 된다.

즉, 1주기 T에 있어서의 출력전압 Vt는 [Vt=Vcc X t/T]로 표시되는 것이며, t의 길이가 편차에 따라 반비례적으로 변화되므로 Vt도 편차가 큰 때 작은 값을 취하며, 편차가 작은때 큰 값을 취하게 된다.

그리고, 트랜지스터(61)은 "H"신호가 출력되고 있는 기간 t동안만 온하고, 냉매유량제어밸브(14)에는 1초간에 기간 t씩 1/T회만 통전이 된다.

이것은 실질적으로[Vt=Vcc X t/T]의 전압이 냉매유량제어밸브(14)에 인가되며, 이 전압 Vt에 의거한 개방정도에서 밸브가 정지되는 것과 동일하다.

단, 비교부(60)으로부터 출력되는 전기신호의 주파수 f(=1/T)가 냉매유량제어밸브(14)의 밸브와 연결되는 스프링의 공진주파수 fL과 동일하게 되면 제어밸브 자체가 공진하여 버려서 밸브로서의 본래의 기능을 완수할 수 없게 되므로 스프링의 공진이 일어나지 않는 범위에서 f를 fL보다 큰 중에서도 가능한한 fL에 근접한 값으로 설정하여 놓는다(본 실시예에서는 120Hz로 하고 있다).

이와 같이 설정하여 놓는 것으로 밸브에 인가하는 전압에 대한 밸브의 히스테리시스가 작게 되어 밸브개방정도 변경의 응답성이 향상된다.

이와 같이 하여 밸브개방정도 조정부(15)는 실내온도센서(10), (11)에 의한 검지온도에 의거하여 수시로 밸브(14)의 개방정도를 조정하여 실내 온도를 설정온도로 제어하는 바, 실내의 저장량이 작으며, 더구나 문짝의 개폐도 적은 경우는 냉각운전의 계속에 따라 실내온도가 저하되어 냉매유량제어밸브(14)의 개방정도도 서서히 작게 되므로 압축기(2)의 흡입측 압력은 점차로 저하되어간다.

이 흡입측압력이 저하되어 소정압력 P₁,이하로 되면 저압스위치(19)가 닫혀 전자밸브(16)이 개방상태로 된다.

이 때문에 응축기(4)를 통과한 냉매는 주 냉매유로 b와 보조유로 C로 분류된다.

이때, 보조유로 C에 있어서의 보조에버(18)은 응축기(4)의 바람아래측에 위치하므로 응축기(4)로 열교환된 따뜻한 공기에 의하여 따뜻해지며, 동일한 유량의 냉매가 흘러들어갈 경우에도 보조에버(18)의 증발온도는 증발기(7)의 증발온도 보다도 높게 된다.

그리고, 보조유로 C에 냉매가 흘러들어가는 것으로 어큐뮬레이터(8)로의 냉매유량이 증가되어 압축기(2)의 흡입측 압력은 점차로 높게 되어간다.

또, 보조유로 C에 냉매가 분류되는 것으로 주냉매유로 b로 흐르는 냉매량이 감소되어 증발기(7)의 냉각능력은 더욱 저하되며, 실내온도의 저하의 정도가 작게되며, 냉매유량제어밸브(14)의 개방정도가 작게되는 것이 억제된다.

이 상태가 계속되어 흡입측 압력이 점차로 높아지며, 일정압력 P₂이상으로되면 저압 스위치(19)가 개방되고 전자밸브(16)이 폐쇄되어 보조유로 C로 분류가 단절되며, 재차 주냉매유로 b만에 의한 냉각운전으로 전환된다. 이하 동일한 동작을 반복하는 것에 의하여 압축기(2)의 흡입측 압력이 소정압력 P₁,에 대폭적으로 저하되는 나쁜 상태는 방지되고, 이 때문에 압축기(2)를 정지하지 않고 연속작동이 가능하게 된다.

즉, 압축기(2)의 저압보상이 행해져, 연속운전이 가능하게 되므로 실내 온도를 문짝의 개폐, 저장품의 많고 적음이 부하변동에 관계없이 항상 일정한 온도로 유지하여 저장식품류의 신선도를 장기에 걸쳐 안정되게 유지할 수 있는 냉동장치를 얻을 수 있게 된다.

이상은 실내온도센서(10), (11)이나 밸브개방정도 조정부(15)등이 정상적으로 작동할 경우이지만 만일 이들이 이상으로 되면, 실내의 저장식품이 전부 불량품으로 되어 실내에 저장되는 식품의 종류나 량에 따라서는 막대한 손실이 있게 된다.

이와 같은 나쁜 상태를 방지하기 위하여 본 실시예에서는 제6도에 나타낸 바와 같이 식품의 적정온도저장을 보증하는 운전보호장치(70)을 설치하였다.

즉, 제6도에 있어서 밸브개방정도 조정부(15)의 출력은 냉매유량제어 밸브(14)에 접속된 트랜지스터(61)이 입력된다.

냉매유략제어밸브(14)는 밸브의 개방정도를 강제적으로 완전개방으로 하는 강제완전개방스위치(72)를 개재하여 직류전원에 접속되어 있다.

강제완전개방스위치(72)는 저장실내온도의 이상상승을 방지하기 위한 서모스탯(이하 과열방지용 서모스탯이라고 칭한다)(73)과 직렬 접속된 보조릴레이(72a)와 강제밸브(14)에 접속된 상폐접점(72b)로 되며, 상폐접점(72b)는 보조릴레이(72a)가 통전할때 개방되며, 통전이 되지 않은때 폐쇄된다. 과열방지용 서모스탯(73)은 밸브개방정도 조정부(15)로 설정된 밸브를 완전개방으로 하기 위한 상한온도보다도 높은 온도(이것을 이상고온이라고 한다)에 있어서 개폐동작하는 것이다.

한편, 압축기(2)는 강제정지스위치(74)를 개재하여 3상교류전원(75)에 접속되어 있다. 강제정지스위치(74)는 압축기(2)에 직열로 접속된 상개접점(74b)와 저장실내부온도의 이상하강을 방지하기 위한 서모스탯(이하 과냉각방지용 서모스탯이라고 칭한다)(76)에 직열로 접속된 보조릴레이(74a)로 되고, 상개접점(74b)는 보조릴레이(74a)가 통전된때 폐쇄되며 통전이 되지 않은때 개방된다. 과냉각방지용 서모스탯(76)은 밸 브개방정도 조정부(15)로 미리 설정된 밸브를 완전폐쇄로 하기 위한 하한온도보다도 낮은 온도(이것을 이상 온도라고 한다)에 있어서 개폐동작하는 것이다.

본 실시예의 운전보호장치(70)은 이상과 같이 구성되어서 그 동작은 이하와 같이 행하여진다.

즉, 먼저 냉동장치(1)이 운전개시할 때 즉, 풀다운 운전할때에 있어서(제7도 A점 참조), 과열방지용 서모스탯(73)이 폐쇄상태로 되며, 강제 완전개방스위치(72)의 보조릴레이(72a)로 통전되어 상폐접점(72b)가 개방된다.

이때문에 냉매유량제어밸브(14)는 밸브개방정도 조정부(15)의 출력 여하에 관계없이 통전되지 않고 완전 개방상태로 유지되어 증발기(7)이 최대유량의 냉매가 흐르게 되며, 증발기(7)의 최대능력으로의 냉각이 행하여진다. 이때 과냉각방지용 서모스탯(76)은 폐쇄상태이며, 강제정지 스위치(74)의 보조릴레이(74a)에 통전되어 상개접점(74b)는 폐쇄되어 압축기(2)의 운전이 행하여진다.

그리고, 증발기(7)의 최대능력에 의한 냉각이 행하여지는 것으로 저장실 내부온도는 점차로 저하되어 과열방지용 서모스탯(73)이 개방상태로되면(제7도 B점 참조), 강제완전개방스위치(72)의 상폐접점(72b)가 폐쇄되어 냉매유량제어밸브(14)는 밸브개방정도 조정부(15)의 출력에 따른 개방정도로 되며, 그 개방정도에 따른 냉매유량으로의 냉각이 행해져 실내온도를 설정온도 T_S까지 저하시킨다.

이후, 밸브개방정도 조정부(15)는 실내온도를 설정온도로 유지시키도록 제어밸브(14)의 개방정도를 변경하면서 냉각운전을 계속시킨다. 한편, 어떤 원인에 의하여 저장실내 온도가 원하는 설정온도 T_S를 크게 벗어나 이상고온 T_H의 영역까지 상승하는 상태가 일어났다고 가정하면(제7도 C점 참조), 과열방지용인 서모스탯(73)이 페쇄상태로 되며, 강제완전개방스위치(72)의 보조릴레이(72a)에 통전이 되어 상폐접점(72b)가 개방된다.

이것에 의하여 냉매유량제어밸브(14)는 밸브개방정도 조정부(15)의 출력여하에 관계없이 완전개방으로 유지되고 주냉매유로(b)중에서도 증발기(7)이 최대유량의 냉매가 흐르게되어 증발기(7)의 최대능력으로서의 냉각이 행하여진다.

단, 이 상태에 있어서 과냉각방지용 서모스탯(76)은 폐쇄상태를 유지하고 있으므로 강제정지스위치(74)의 상개접점(74b)는 닫힌대로 변화없이 압축기(2)는 운전상태를 유지하고 있다.

그리고, 증발기(7)에 의한 최대능력으로의 냉각이 행해지는 중에서 저장실 내부온도는 점차로 저하되어 과열방지용 서모스탯(73)이 개방상태로 되면(제7도 D점 참조), 강제완전개방스위치(72)의 상폐접점(72b)는 폐색된다.

이때, 냉매유량제어밸브(14)는 밸브개방정도 조정부(15)의 출력에 따른 개방정도로 변경되며, 개방정도에 따른 냉매유량으로의 냉매가 행하여진다.

이후, 밸브개방정도 조정부(15)가 정상적으로 작동하고 있으면 그 출력에 따른 밸브개방정도 즉, 냉매유량으로의 냉각이 행하여지며 실내온도는 설정온도 T_S로 저하하여 유지된다.

다른 한편, 어떤 이유에 의하여 실내온도가 설정온도 T_S를 크게 벗어나 이상저온 T_L의 영역까지 하강하는 상태가 일어났다고 가정하면(제7도 E점 참조) 과냉각방지용 서모스탯(76)이 개방상태로 되고 강제정지 스위치(74)의 보조릴레이(74a)로의 통전이 차단되며, 그때까지 폐쇄되어 있던 상개접점(74b)를 개방한다.

이 때문에 압축기(2)로의 통전이 차단되며, 압축기(2)가 정지되어 냉매의 흐름이 정지하게 된다.

따라서, 증발기(7)로 흘러들어가는 냉매가 없어지며, 냉각운전이 중단되어서 실내온도의 저하를 억제하여 방지한다.

그리고, 냉각운전의 중단에 의하여 실내온도는 점차로 상승하게 되며, 과냉각방지용 서모스탯(76)을 폐쇄상태로 하는 온도까지 상승되면(제7도 F점 참조), 강제정지스위치(74)의 보조릴레이(74a)로 통전되어 상개접점(74b)는 폐쇄된다.

이때문에 압축기(2)의 운전이 재개되어 냉각운전을 재개한다.

이때, 밸브개방정도 조정부(15)가 정상적으로 작동하면 그 출력에 따른 밸브개방정도에서의 냉매유통이 행하여져 실내온도는 설정온도 T_S에 안정되게 유지된다.

이상과 같이 어떤 원인, 이유로 실내온도가 이상고온으로된 때에는 냉매유량제어밸브(14)를 강제적으로 완전개방으로 하여 최대능력으로의 냉각운전을 실행하고 실내온도를 재빨리 저하시키도록 하며 이상고온에 의한 상품의 손상을 적게 하고 있다.

또, 이상저온으로된 때에는 압축기(2)를 강제적으로 정지하고, 실내온도의 저하를 억제하는 것으로 상품 및 밸브개방정도 조정부(15)의 동결을 방지하고 있다.

그리고, 어느 경우에서도 밸브개방정도 조정부(15)의 출력여하에 관계없이 냉매의 흐름을 제어하므로 이상상태로 밸브개방정도 조정부(15)가 손상을 받고 있어도 실내의 온도관리를 행할 수 있으므로 상품을 안전하고 확실하게 보조, 냉각할 수 있는 것이다.

Claims

압축기(2), 응축기(4), 감압장치(5) 및 증발기(7)을 순환형상으로 배치하여 접속시킨 주냉매유로(1)을 가진 냉동장치에 있어서, 상기의 증발기(7)의 출구측에 배치되는 냉매유량제어밸브(14)와, 상기 응축기(3)의 출구측과 상기 냉매유량제어밸브(14)의 출구측과의 사이에 유로개폐수단과 감압수단과 보조에버퍼레이터(18)을 설치하여 상기 증발기(7) 및 냉매유량제어밸브(14)를 바이패스하는 보조유로(C)를 구비하며, 상기 압축기(2)를 항상 운전하는 동시에 그 압축기(2)의 흡입측이 소정압력 이하로된 때 상기 유로개폐수단이 개방동작되도록 한 것을 특징으로 하는 냉동장치.
제1항에 있어서, 유로개폐수단과 감압수단을 전기신호에 의하여 그 개방정도가 제어되는 전동밸브(16)으로 구성한 것을 특징으로 하는 냉동장치.
제1항에 있어서, 원하는 실내온도를 설정하는 온도설정부와, 실내온도를 검지하는 온도 센서(10), (11)과, 그 온도센서로부터의 온도신호와 상기 온도설정부로부터의 설정온도신호와의 양신호로 상기 냉매유량제어밸브(14)의 개방 정도를 제어하는 밸브개방정도 조정부(15)를 설치한 것을 특징으로 하는 냉동장치.
제3항에 있어서, 상기 냉매유량제어밸브(14)는 항상 밸브를 개방방향으로 힘이 가해지는 스프링과, 이 스프링힘에 대항하여 밸브를 개방방향으로 구동하는 솔레노이드를 구비하는 동시에, 상기 밸브개방정도 조정부(15)는, 상기 온도센서(10), (11)로부터의 온도신호와 설정온도신호와의 편차를 토대로 하는 전기신호를 상기 솔레노이드에 공급하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
제4항에 있어서, 상기 밸브개방정도 조정부(15)는 상기 온도센서(10), (11)과 온도설정부로부터의 양신호의 편차를 제어연산하는 연산부(51)과, 이 연산부(51)로부터 출력되는 연산치의 전회치와 금회치를 비교하는 것에 의하여 연산치의 증가, 감소, 불변을 판정하고, 그 판정결과를 토대로 금회치에 작동히스테리시스 상당분을 가산, 감산, 전회수정치대로 각 처리를 행한 금회수정치를 출력하는 수정부(55)와, 그 수정치와 일정기간의 램프신호를 비교하고, 그 비교결과에 따른 듀티비의 전기신호를 상기 냉매유량제어밸브(14)의 솔레노이드에 공급하는 비교부로 되는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
제1항에 있어서, 상기 실내온도를 검지하여 이상고온을 검지한 때 상기 냉매유량제어밸브(14)를 강제적으로 완전개방상태로 하기 위한 과열방지용 서모스탯(73)과, 상기 실내온도의 이상저온을 검지한 때 상기 압축기(2)의 운전을 강제적으로 정지하기 위한 과냉각방지용 서모스탯(76)을 구비하여 냉동 장치의 운전보호를 행하도록 한 것을 특징으로 하는 냉동장치.