WO2015083983A1 - 냉각 장치 - Google Patents

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WO2015083983A1
WO2015083983A1 PCT/KR2014/011506 KR2014011506W WO2015083983A1 WO 2015083983 A1 WO2015083983 A1 WO 2015083983A1 KR 2014011506 W KR2014011506 W KR 2014011506W WO 2015083983 A1 WO2015083983 A1 WO 2015083983A1
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WO
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refrigerant
evaporator
control valve
cooling
evaporators
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PCT/KR2014/011506
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English (en)
French (fr)
Inventor
고바야시마코토
이와모토모토하루
모테기마나부
아오키료타
타카츠키이사무
Original Assignee
삼성전자주식회사
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Priority claimed from KR1020140167248A external-priority patent/KR102223622B1/ko
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B49/00—Arrangement or mounting of control or safety devices
    • F25B49/02—Arrangement or mounting of control or safety devices for compression type machines, plants or systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B5/00—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity
    • F25B5/02—Compression machines, plants or systems, with several evaporator circuits, e.g. for varying refrigerating capacity arranged in parallel

Definitions

  • the present invention relates to a control method and a control program for adjusting the flow rate of the refrigerant flowing through the refrigeration cycle of the cooling device.
  • a refrigerator compartment cooling operation in which refrigerant is circulated through a three-way valve to a refrigerator evaporator and a freezer compartment cooling operation in which the refrigerant is circulated only by the freezer compartment evaporator, as in Patent Document 1
  • the cooling apparatus initially determines the time ratio of the refrigerating compartment cooling operation and the freezer compartment cooling operation, and switches between the refrigerating compartment cooling operation and the freezer compartment cooling operation according to the initial set time ratio.
  • the refrigerant when only one of the refrigerating compartment cooling operation and the freezing compartment cooling operation is selectively cooled, for example, when the refrigerating compartment cooling operation is performed, the refrigerant accumulates in the refrigerant evaporator and the refrigerant circuit in which the corresponding refrigeration evaporator is installed.
  • it is not only necessary to prepare a variable capacity compressor by initializing the time ratios of the refrigerating chamber cooling operation and the freezing chamber cooling operation and then adjusting the number of revolutions of the compressor to the load variation, and also having a good response to the load variation. There is a problem.
  • Patent Literature 2 some of the refrigerating compartment and the freezing compartment are simultaneously cooled at the time of switching between the refrigeration cooling operation and the freezing cooling operation, but this is to perform an efficient energy saving operation by allowing the refrigerant to be recovered during the operation switching.
  • the problem of 1 cannot be solved.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Application Laid-Open No. 11-304328
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Publication No. 2011-12885
  • Patent Document 3 Japanese Patent Application Publication No. 2000-346526
  • Patent Document 4 Japanese Patent Application Publication No. 2001-343077
  • Patent Document 5 Japanese Patent Application Publication No. 2005-214504
  • Patent Document 6 Japanese Patent Application Publication No. 2006-138583
  • One aspect of the present invention disclosed in order to solve the above problems is to propose a cooling apparatus that precisely performs temperature control of these cooling chambers with excellent responsiveness according to the cooling chamber load or fluctuation thereof.
  • the cooling device the cooling chamber;
  • a refrigeration circuit having a compressor, a condenser provided on the discharge side of the compressor, an evaporator installed between the discharge side of the condenser and the suction side of the compressor, and a decompression means provided on the suction side of the evaporator;
  • a refrigerant control valve provided between the condenser and the evaporator, and controlling a flow rate of the refrigerant flowing to the evaporator by controlling the opening and closing time of the refrigerant control valve.
  • the temperature control of these cooling chambers can be precisely performed with excellent response in accordance with the cooling chamber load or its variation. It is also possible to reduce the power consumption by controlling the refrigeration circuit, such as overheating control of the evaporator.
  • the refrigerant flow rate can be easily and precisely controlled by controlling the opening and closing time of the refrigerant control valve.
  • the cooling apparatus includes a plurality of cooling chambers having different cooling temperatures; Refrigeration comprising a compressor, a condenser provided on the discharge side of the compressor, a discharge side of the condenser and a suction side of the compressor and a plurality of evaporators installed in correspondence with each of the plurality of cooling chambers and a plurality of decompression means provided on the suction side of each evaporator.
  • Refrigerant control unit for independently adjusting the ratio of the flowing refrigerant; characterized in that it comprises a.
  • the valve opening degree in the cooling device having a low refrigerant flow rate the control becomes difficult, and according to the present invention, the refrigerant flow rate can be easily and precisely controlled by controlling the opening / closing time of the refrigerant control valve.
  • the refrigerant control unit controls the opening / closing time of the refrigerant control valve to control the flow of refrigerant into all of the plurality of evaporators, and a portion of the plurality of evaporators. It is preferable to alternately perform a portion of the refrigerant outflow period for flowing the refrigerant.
  • a condenser provided on the discharge side of the compressor, a plurality of evaporators which are connected in parallel to each other between the discharge side of the condenser and the suction side of the compressor and having different cooling temperatures, and a plurality of decompression means and condenser provided on the suction side of each evaporator
  • a control valve provided between the plurality of evaporators and selectively flowing refrigerant to the evaporator, in general, when one cooling chamber is cooled, the other cooling chamber is in a state where the cooling operation is stopped.
  • the duty control can be smoothly switched by performing a duty control only when switching between mutual operations.
  • the evaporator during the cooling operation is supplied with a refrigerant so as not to be backed up to effectively function the evaporator, the liquid refrigerant ratio in the evaporator is high, and the liquid refrigerant inhibits the flow of the evaporated gas refrigerant to generate a pressure loss. For this reason, the evaporator becomes a pressure higher than the suction pressure of the compressor and the evaporation temperature is increased by the higher pressure. As a result, the efficiency of the evaporator decreases due to the deterioration of the heat exchange performance.
  • the cooling apparatus includes a plurality of cooling chambers having different cooling temperatures; Refrigeration comprising a compressor, a condenser provided on the discharge side of the compressor, a discharge side of the condenser and a suction side of the compressor and a plurality of evaporators installed in correspondence with each of the plurality of cooling chambers and a plurality of decompression means provided on the suction side of each evaporator. Circuit; And a refrigerant control unit having a refrigerant control valve installed between the condenser and the plurality of evaporators, wherein the refrigerant control unit selectively switches an evaporator for supplying a refrigerant among the plurality of evaporators.
  • the flow rate of the refrigerant flowing to the evaporator is controlled by controlling the opening and closing time of the control valve. That is, the refrigerant control unit is characterized by intermittently supplying the refrigerant by switching the refrigerant control valve ON / OFF after switching the evaporator for supplying the refrigerant.
  • the flow rate of the refrigerant is controlled by intermittently supplying the refrigerant to reduce the pressure loss caused by the liquid refrigerant in the evaporator. Can suppress the rise of the evaporation temperature. This prevents the deterioration of the heat exchange performance of the evaporator, prevents the deterioration of the cooling efficiency and at the same time enables energy saving operation.
  • the excess refrigerant supply of the evaporator supplying the refrigerant is eliminated, the possibility of liquid backing of the compressor can be reduced, and the durability of the compressor is also improved.
  • the cooling device a plurality of cooling chambers having different cooling temperatures; Refrigeration comprising a compressor, a condenser provided on the discharge side of the compressor, a discharge side of the condenser and a suction side of the compressor and a plurality of evaporators installed in correspondence with each of the plurality of cooling chambers and a plurality of decompression means provided on the suction side of each evaporator.
  • a refrigerant control unit having a refrigerant control valve installed between the condenser and the plurality of evaporators, and selectively switching an evaporator for supplying refrigerant among the plurality of evaporators; And a defrosting unit for defrosting at least one of the plurality of evaporators, wherein the refrigerant control unit controls the opening and closing time of the refrigerant control valve to remove frost in a state in which one of the plurality of evaporators is defrosted by the defrosting unit. It is characterized by adjusting the flow rate of the refrigerant flowing to the evaporator is not. That is, the refrigerant control unit is characterized in that the refrigerant is intermittently supplied by turning on / off the refrigerant control valve to the defrosted evaporator.
  • the evaporator in which defrost is removed by the defroster can recover most of the refrigerant remaining in the evaporator because the temperature rises due to the defroster. For this reason, the amount of refrigerant of the evaporator to which the refrigerant is supplied by the refrigerant control unit is exceeded. As a result, as described above, the ratio of the liquid refrigerant in the evaporator is increased, resulting in a pressure loss, an increase in the evaporation temperature, and a decrease in the evaporator heat exchange performance, resulting in a decrease in the freezing efficiency.
  • the refrigerant control part intermittently supplies the refrigerant by controlling the opening / closing time of the refrigerant control valve to the evaporator which is not defrosted in the state where one of the plurality of evaporators is defrosted by the defrosting part, thereby controlling the flow rate of the refrigerant. It is possible to reduce the pressure loss caused by the liquid refrigerant in the reactor and to suppress the increase of the evaporation temperature. This prevents the deterioration of the heat exchange performance of the evaporator, prevents the deterioration of the cooling efficiency and at the same time enables energy saving operation. In addition, since the excess supply of refrigerant in the evaporator for supplying the refrigerant is eliminated, the possibility of the liquid back of the compressor can be reduced, thereby improving the durability of the compressor.
  • the refrigerant control unit controls the expansion time and the total closing time of the refrigerant control valve. That is, the refrigerant control unit preferably controls the refrigerant control valve.
  • the period of the duty control (switching period between the opening time and the closing time) is set between 3 seconds and 200 seconds.
  • the period of the duty control is set between 10 seconds and 180 seconds.
  • the OFF time is set longer than the ON time of the refrigerant control valve in the duty control. Moreover, even if the refrigerant control valve is not duty controlled, the OFF time is preferably set longer than the ON time in the refrigerant control valve operation.
  • duty control it is desirable to set the duty ratio to make the difference between the evaporator inlet temperature and the outlet temperature constant. That is, it is preferable to vary the time ratio between the development time and the total closing time. At this time, the time ratio can be appropriately determined so that, for example, the temperature difference between one predetermined evaporator inlet and the outlet can be overheated between 0 ⁇ and 10 ⁇ .
  • the refrigerant control unit preferably varies the time ratio of the ON time and the OFF time of the refrigerant control valve according to the ambient temperature.
  • the ambient temperature is high, the excess ratio of the refrigerant supplied to the evaporator is low, and when the ambient temperature is low, the excess ratio of the refrigerant supplied to the evaporator is large, so it is preferable to vary the time ratio according to the ambient temperature.
  • the conventional refrigerant control valve is configured to switch freely in a plurality of directions, such as switching the refrigerating circulation cycle and the refrigeration circulation cycle of the cooling device, but in one stroke of the refrigerant control valve, the " closed-close " There are four modes of "closed” mode b, "open-open” mode c and “closed-open” mode d only once each (see FIG. 29).
  • the "close-close” mode a which is typically used during cooling device shutdown is at the beginning of the stroke and performs the initialization of the stroke position to the "close-close” mode a.
  • open-close mode b is a refrigerating circulation cycle in which refrigerant flows to the refrigerating compartment side
  • close-open mode d is a refrigerating circulation cycle in which refrigerant flows to the freezer compartment side.
  • the refrigerant control valve is a valve element for switching between the opening and closing routines in which a plurality of different open / close selection modes (open / closed states) consisting of a combination of an open valve state for flowing refrigerant or a closed valve state for not flowing refrigerant to each of the plurality of evaporators are sequentially switched. It is preferable to repeat the operation several times during the 1 stroke operation. In this way, since the refrigerant control valve is provided with the same opening / closing routine several times during the one stroke operation of the valve body and the number of times of repeated operation by reciprocating the same place can be reduced, the durability of the refrigerant control valve can be improved.
  • the moving distance between the opening and closing selection modes can be shortened, and the moving time can be shortened, so that the plurality of cooling chamber temperatures can be precisely controlled. have.
  • At least one check valve is provided between the evaporator and the compressor to prevent the backflow of the refrigerant. This prevents backflow of the refrigerant caused by each evaporator temperature difference and allows the refrigeration circuit to run smoothly.
  • Patent Documents 5 and 6 provide a flow rate control by providing an arc-shaped control groove from one outlet to the other outlet as a refrigerant flow rate control function. However, not all of these control methods can simultaneously control the refrigerant flow rate continuously and continuously.
  • the cooling device a plurality of cooling chambers having different cooling temperatures;
  • a refrigeration circuit including a compressor, a condenser provided on the discharge side of the compressor, a plurality of evaporators connected in parallel to each other between the discharge side of the condenser and the suction side of the compressor, and a plurality of decompression means provided on the suction side of each evaporator; And a refrigerant control valve installed between the condenser and the plurality of evaporators to control the flow rate of the refrigerant flowing to each evaporator, wherein the refrigerant control unit continuously changes the flow rates of the refrigerant flowing to the plurality of evaporators simultaneously.
  • the refrigerant control unit simultaneously and continuously changes the flow rate of the refrigerant flowing to the plurality of evaporators, thereby increasing the combination pattern of the flow rate ratios. Therefore, since the evaporation temperature in each evaporator can be arbitrarily adjusted, the precise flow volume control corresponding to the several cooling chamber load is attained. In addition, the compressor cooling efficiency is improved, and power consumption can be reduced.
  • the refrigerant control unit preferably changes the flow rate of the refrigerant flowing to each evaporator at a different change rate.
  • the refrigerant control valve may include: a valve body having an input port connected to the discharge side of the condenser and a plurality of output ports respectively connected to the suction side of the plurality of evaporators; And a valve body provided corresponding to each of the plurality of output ports in the inside of the valve body and opening / closing the outlet port connected to the output port.
  • the flow rate of the refrigerant in each evaporator is not equal to the outlet opening ratio of the plurality of output ports due to the respective evaporator temperature (pressure) differences.
  • the evaporator which needs to adjust a refrigerant flow volume smaller must be required, it is preferable to comprise so that the sum total of the opening_out_out of multiple output ports may not become 100%.
  • the outlet opening degree of one evaporator is simply 70% and the outlet opening of the other evaporator is 70%.
  • the opening degree is 30%, it is conceivable that 70% or more of the flow rate of the refrigerant flows out to one evaporator.
  • the sum of the outlet openings is not 100%, such as the outlet opening degree of one evaporator is 70% and the outlet opening degree of the other evaporator is 40%.
  • the refrigerant control unit continuously changes the outlet openings at the plurality of output ports in accordance with the load variation of each cooling chamber.
  • the temperature control of the cooling chamber can be precisely performed with excellent responsiveness according to the load of the plurality of cooling chambers or the fluctuation thereof.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a cooling device according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a view showing a first operation pattern of the refrigerant control valve according to the first embodiment.
  • FIG 3 is a view illustrating a second operation pattern of the refrigerant control valve according to the first embodiment.
  • FIG. 4 is a schematic configuration diagram of a cooling device according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a cooling device according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 6 is a schematic configuration diagram of a cooling device according to a modification of the first embodiment.
  • FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a cooling device according to a second embodiment.
  • FIG. 8 is a schematic view showing the configuration of a refrigerant control valve of the second embodiment.
  • FIG. 9 is a schematic diagram mainly showing the configuration of an outlet port and a valve body of the refrigerant control valve according to the second embodiment.
  • FIG. 10 is a view showing an operation pattern of the refrigerant control valve of the second embodiment.
  • FIG. 11 is a view showing the position of the valve body in each mode of the refrigerant control valve of the second embodiment.
  • FIG. 15 is a schematic configuration diagram of a cooling device according to a third embodiment.
  • Fig. 16 is a schematic diagram showing the configuration of a refrigerant control valve of the third embodiment.
  • 17 is a schematic diagram showing an internal configuration of a refrigerant control valve of the third embodiment.
  • FIG. 18 is a view showing an operation pattern of the refrigerant control valve of the third embodiment.
  • Fig. 19 is a view showing the opening degree change by the refrigerant control valve of the third embodiment.
  • 20 is a diagram illustrating a temperature distribution according to the third embodiment.
  • Fig. 21 is a view showing the opening degree change by the refrigerant control valve in the modification of the third embodiment.
  • 22 is a diagram illustrating a temperature distribution according to the same modification.
  • Fig. 23 is a diagram showing the opening degree change by the refrigerant control valve in the modification of the third embodiment.
  • 24 is a diagram illustrating a fine adjustment method of a refrigerant flow rate according to a modification of the third embodiment.
  • 25 is a schematic configuration diagram of a cooling device according to a fourth embodiment.
  • FIG. 26 is a view illustrating an opening and closing operation pattern of the refrigerant control valve according to the fourth embodiment.
  • FIG. 27 is a schematic configuration diagram of a cooling device according to a modification of the fourth embodiment.
  • FIG. 28 is a view showing an opening and closing operation pattern of a refrigerant control valve according to a modification of the fourth embodiment.
  • 29 is a view showing an operation pattern of a conventional refrigerant control valve.
  • the cooling device 100 is a refrigerator having a refrigerating chamber 11 and a freezing chamber 12, and a condenser 22 installed at the discharge side of the compressor 21 and the compressor 21. ) Installed in series on the suction side of the refrigerating chamber evaporator 23A and the freezing chamber evaporator 23B and the refrigerating chamber evaporator 23A connected in parallel between the discharge side of the condenser 22 and the suction side of the compressor 21.
  • the refrigerating circuit 200 is provided which has the decompression means 24A for refrigerating chambers, such as a capillary tube, and the decompression means 24B for freezers, such as a capillary tube, installed in series at the suction side of the freezer evaporator 23B. .
  • the refrigerating chamber evaporator 23A and the freezing chamber evaporator 23B are provided in two refrigerant branch flow paths 201 and 202 branched from the discharge side of the condenser 22, respectively.
  • the refrigerating chamber evaporator 23A is provided to cool the inside of the refrigerating chamber 11, and the freezing chamber evaporator 23B is provided to cool the inside of the freezing chamber 12.
  • the cooling device 100 adjusts the flow rate of the refrigerant flowing into each of the refrigerant branch flow paths 201 and 202, and thus the refrigerant flowing to the refrigerating chamber evaporator 23A and the freezing chamber evaporator 23B. It is provided with a refrigerant control unit 3 for individually adjusting the flow rate.
  • the refrigerant control unit 3 includes a refrigerant control valve 31 for controlling the flow rate of the refrigerant flowing to the refrigerator compartment evaporator 23A and the freezer compartment evaporator 23B, and a control device 32 for controlling the refrigerant control valve 31. do.
  • the control device 32 is a general-purpose or dedicated computer having a CPU, a memory, an input / output interface, an AD converter, and the like, and the refrigerant control valve (C) is operated by cooperating the CPU, peripheral devices, etc. in accordance with a control program stored in a predetermined area of the memory. 31).
  • the refrigerant control valve 31 of the present embodiment is a three-way valve installed at the branch points of the refrigerant branch flow paths 201 and 202, and an input port is connected to the refrigerant pipe on the condenser 22 side, and the first output port is an evaporator 23A for the refrigerating chamber. Is connected to the branch pipe constituting the refrigerant branch flow path 201 on the) side, and the second output port is connected to the branch pipe constituting the refrigerant branch flow path 202 on the freezer compartment evaporator 23B side.
  • the refrigerant control valve 31 is individually controlled to open and close the first output port and the second output port by a control signal from the control device 32.
  • the control device 32 controls the opening / closing time of the refrigerant control valve 31 according to the load of the refrigerating compartment 11 and the freezing compartment 12 or the variation thereof in the simultaneous cooling operation of simultaneously cooling the refrigerating compartment 11 and the freezing compartment 12.
  • the flow rate of the refrigerant flowing through the evaporator 23A for the refrigerating chamber and the flow rate of the refrigerant flowing through the evaporator 23B for the freezing chamber are respectively adjusted.
  • the flow rate of the refrigerant flowing through each evaporator is adjusted.
  • control device 32 is installed in the refrigerator of the refrigerator compartment 11 and detects the detected temperature and the inside of the refrigerator compartment 12 from the temperature sensor 4A in the refrigerator compartment 11 which detects the temperature in the refrigerator compartment 11.
  • the detection temperature is acquired from the temperature sensor 4B installed in the freezer compartment 12 to detect the internal temperature
  • the detection temperature is acquired from the external air temperature sensor 5 installed outside the cooling device 100 to detect the external air temperature.
  • control device 32 calculates the load or the fluctuation of the refrigerating compartment 11 by the internal temperature and the external air temperature, and at the same time calculates the load or the fluctuation of the freezer compartment 12 by the internal and external air temperature. Based on the calculation result, the time ratios of the unfolding time and the total closing time of the first output port and the second output port of the refrigerant control valve 31 are calculated. And the control apparatus 32 outputs the control signal obtained by this to the refrigerant
  • the switching period between the development time and the total closing time is variable between 3 seconds and 200 seconds, and the time ratio between the developing time and the total closing time is variable between the switching periods.
  • the period of TON + TOFF is set to be between 3 and 200 seconds.
  • the time ratio of the unfolding time and the total closing time is appropriately determined by, for example, detection signals of the temperature sensor 4A in the refrigerating chamber 11 and the temperature sensors 4B in the freezing chamber 12.
  • the control device 32 controls the opening and closing time of the first port and the second port of the refrigerant control valve 31 of the refrigerator compartment evaporator 23A and freezer compartment evaporator 23B. Both the outflow period of the refrigerant flowing through both refrigerants and the partial outflow period of the refrigerant flowing through the refrigerant only in the refrigerating chamber evaporator 23A are alternately performed. At this time, the refrigerant flows intermittently in the freezer compartment evaporator 23B by allowing the refrigerant to flow constantly in the refrigerating chamber evaporator 23A with the first port always deployed. Let it flow
  • the control device 32 controls the opening and closing times of the first and second ports of the refrigerant control valve 31 to the refrigerator compartment evaporator 23A and the freezer compartment evaporator 23B.
  • the coolant may also flow in turn.
  • the control device 32 controls the opening and closing times of the first and second ports of the refrigerant control valve 31 to the refrigerator compartment evaporator 23A and the freezer compartment evaporator 23B.
  • the coolant may also flow in turn.
  • the control device 32 controls the opening and closing times of the first and second ports of the refrigerant control valve 31 to the refrigerator compartment evaporator 23A and the freezer compartment evaporator 23B.
  • the coolant may also flow in turn.
  • the control device 32 controls the opening and closing times of the first and second ports of the refrigerant control valve 31 to the refrigerator compartment evaporator 23A and the freezer compartment evaporator 23B.
  • the coolant may also flow in turn.
  • the cooling apparatus 100 configured as described above, since the simultaneous cooling operation for simultaneously cooling the refrigerating chamber 11 and the freezing chamber 12 is performed, there is no evaporator that does not perform the cooling operation, and thus refrigerant is hardly stuck in the evaporators 23A and 23B.
  • the opening / closing time of the refrigerant control valve 31 is controlled in accordance with the load of the refrigerating chamber 11 and the freezing chamber 12 or the variation in the simultaneous cooling operation, the refrigerant flow rate can be controlled responsively according to the load or the variation thereof.
  • temperature control of the refrigerating chamber 11 and the freezing chamber 12 can be precisely performed with excellent response.
  • the refrigerant flow rate can be easily and precisely controlled by controlling the opening / closing time of the refrigerant control valve 31.
  • the present invention is not limited to the first embodiment.
  • the cooling apparatus 100 having the refrigerating chamber 11 and the freezing chamber 12 has been described.
  • at least three different cooling temperatures (3 in FIG. It may have three evaporators 23A-23C provided corresponding to the cooling chamber of the dog).
  • the four-way valve 31 as a refrigerant control valve at the branch points of the three branched refrigerant flow paths 201 to 203 and to adjust the refrigerant flow rate of each refrigerant branch flow path 201 to 203.
  • 24A-24C are pressure reduction means provided upstream of the evaporator.
  • the three-way valve 31 is provided as a refrigerant control valve at the branch points of the refrigerant branch flow paths 201 and 202, but as shown in FIG.
  • two two-way valves 31A, 31B can be provided respectively. Even in this case, the time ratio of the opening and closing time of the two two-way valves 31 is varied between 3 seconds and 200 seconds.
  • a check valve 6 may be provided on the discharge side of the freezer compartment evaporator 23B to prevent the backflow of the refrigerant.
  • the cooling device 100 includes a refrigerating chamber 11 and a freezing chamber 12, and the compressor 21 and the condenser 22 installed on the discharge side of the compressor 21. And a refrigeration chamber evaporator 23A and a freezer compartment evaporator 23B connected in parallel between the discharge side of the condenser 22 and the suction side of the compressor 21 and installed in series on the suction side of the refrigerator compartment evaporator 23A.
  • the refrigerating circuit 200 having the decompression means 24A for the refrigerating chamber, such as a capillary tube, and the decompression means 24B for the freezer, such as a capillary tube, installed in series at the suction side of the freezer evaporator 23B. Equipped.
  • the refrigerating chamber evaporator 23A and the freezing chamber evaporator 23B are respectively provided in two refrigerant branch flow paths 201 and 202 branched from the discharge side of the condenser 22.
  • the refrigerating chamber evaporator 23A is provided to cool the inside of the refrigerating chamber 11, and the freezing chamber evaporator 23B is provided to cool the inside of the freezing chamber 12.
  • a check valve 6 is provided on the discharge side of the freezer compartment evaporator 23B to prevent the backflow of the refrigerant.
  • the cooling device 100 adjusts the flow rate of the refrigerant flowing into each of the refrigerant branch flow paths 201 and 202 so that the refrigerant flowing into the refrigerating chamber evaporator 23A and the freezing chamber evaporator 23B. It is provided with a refrigerant control unit (3) for controlling.
  • the refrigerant control unit 3 includes a refrigerant control valve 31 for controlling the refrigerant flowing to the refrigerator compartment evaporator 23A and the freezer compartment evaporator 23B, and a control device 32 for controlling the refrigerant control valve 31. .
  • the refrigerant control valve 31 is a three-way valve installed at the branch points of the refrigerant branch flow paths 201 and 202, and the input port P1 is connected to the refrigerant pipe at the condenser 22 side. And the first output port P2 is connected to the branch pipe forming the refrigerant branch flow path 201 on the refrigerating chamber evaporator 23A side, and the second output port P3 is the refrigerant branch flow channel on the freezer chamber evaporator 23B side. It is connected to the branch piping which comprises 202.
  • the refrigerant control valve 31 includes an input port P1, a first output port P2, and a second output port P3, and communicates with the internal space ( A plurality of communication units installed in the valve body 311 having S) and the internal space S of the valve body 311 and communicating part or all of the input port P1 and the two output ports P2 and P3.
  • the valve body 312 in which the hole H1, H2 was formed is provided.
  • reference numeral P1a is an inlet connected to the input port P1.
  • the outlet formation surfaces (valve seats) 311x in which the outlet ports P2a and P3a of the two output ports P2 and P3 are formed are flat. Then, the valve body 312 slides and rotates the outlet opening forming surface 311x around a predetermined rotation axis to open and close the outlets P2a and P3a.
  • the axis of rotation of the valve body 312 is an axis provided equidistantly from the two outlets P2a and P3a, and more specifically, it is an intermediate point between the two outlets P2a and P3a.
  • the valve body 312 has a disk shape, and a plurality of communication holes H1 and H2 are formed in the main direction around the rotating shaft, and in this embodiment, correspond to the outlet P2a of the first output port P2.
  • a plurality of first communication holes H1 (five in Fig. 9) and a plurality of second communication holes H2 (four in Fig. 9) corresponding to the outlets P3a of the second output port P3 are provided. do.
  • the first communication hole H1 corresponding to the outlet port P2a and the outlet port P2a overlap or the second communication hole corresponding to the outlet port P3a.
  • the input port P1 and the first output port P2 and / or the second output port P3 communicate with each other by the overlap of the outlet H3 and the outlet P3a.
  • a combination of an open valve state for flowing refrigerant or a closed valve state for not flowing refrigerant is determined for each of the refrigerator compartment evaporator 23A and the freezer compartment evaporator 23B so that a plurality of different opening and closing states (opening / closing selection mode) are determined. Is determined.
  • a plurality of different opening and closing states opening / closing selection mode
  • a refrigerator compartment selection mode (“open-close” mode) in which a refrigerant flows in the refrigerator compartment evaporator 23A and no refrigerant flows in the freezer compartment evaporator 23B;
  • a freezer compartment selection mode (“closed-opening" mode) in which refrigerant is allowed to flow into the freezer compartment evaporator 23B without the refrigerant flowing into the refrigerator compartment evaporator 23A;
  • the plurality of communication holes H1 corresponding to the outlet P2a of the first output port P2 and the plurality of communication holes H2 corresponding to the outlet P3a of the second output port P3 are provided.
  • the valve element 312 rotate during the one stroke operation, the valve element 312 is switched to the refrigerator element selection mode ("open-close” mode) and the freezer selection mode ("close-open” mode) alternately multiple times. Is formed. That is, the plurality of communication holes H1 and the plurality of communication holes H2 are selected from the freezer selection mode ("open-close” mode) from the refrigerating chamber selection mode ("open-close” mode) as the valve body 312 rotates during one stroke operation.
  • An opening / closing routine for sequentially switching to "mode " is formed in the valve body 312 as if repeated.
  • the refrigerant control valve 31 is provided with an actuator, such as a gear mechanism engaged with each other in a gear portion (not shown) formed in the valve body 312 and a step motor for rotating the gear mechanism 313, and by means of the actuator.
  • the valve body 312 rotates through the gear mechanism.
  • the actuator can rotate the valve element 312 forward or reverse. That is, each valve body 312 reciprocates in a predetermined rotation range by the gear mechanism.
  • the refrigerant control valve 31 rotates the valve body 312 so that the open / close modes of the outlets P2a and P3a of the two output ports P2 and P3 are changed. Is switched.
  • the control device 32 is a general purpose or dedicated computer having a CPU, a memory, an input / output interface, an AD converter, and the like.
  • the refrigerant control valve 31 is operated by cooperating a CPU, a peripheral device, or the like according to a control program stored in a predetermined area of the memory. To control.
  • control device 32 is installed in the refrigerator of the refrigerating chamber 11 and installed in the refrigerator of the freezing chamber 12 and the detection temperature from the temperature sensor 4A for detecting the temperature of the refrigerator.
  • the detection temperature from the temperature sensor 4B for detecting the internal temperature of the freezer compartment 12 and the detection temperature from the external air temperature sensor 5 provided outside the cooling device 100 to detect the external air temperature are acquired.
  • control device 32 calculates the load or fluctuation of the refrigerating compartment 11 by the internal temperature and the external air temperature, and calculates the load or the fluctuation of the freezer compartment 12 by the internal and external air temperature.
  • the opening / closing mode of the 1st output port P2 outlet P2a and the 2nd output port P3 outlet P3a of the refrigerant control valve 31 is determined by the calculation result.
  • control apparatus 32 outputs the control signal obtained by this to the refrigerant
  • the valve body 312 rotates in mode A, it switches to a refrigerator compartment selection mode ("open-close” mode: mode B). Next, when the valve body 312 further rotates from this refrigerator compartment selection mode, it switches to a freezer compartment selection mode ("closed-opening" mode: mode D). As the valve body 312 rotates in one stroke operation, mode B and mode D alternately switch, and the opening and closing routine is repeated several times (see FIG. 10).
  • valve body 312 rotates, the communication between the first communication hole H1 and the outlet port P2a and the communication between the second communication hole H2 and the outlet port P3a are alternately switched (see Fig. 11). Then, when the valve body 312 further rotates, it enters the expanded mode ("open-close” mode: mode C) in which refrigerant flows into the refrigerating chamber evaporator 23A and the freezing chamber evaporator 23B. This state is half a stroke. As described above, the valve body 312 rotates in the reverse half of the remaining stroke while the mode B and the mode D alternately, that is, a plurality of opening and closing routines are repeated.
  • open-close mode mode C
  • one stroke of the valve body 312 of this embodiment becomes one operation which rotates forward from a initial position to a predetermined angular range (for example, less than 180 degrees and about 100 degrees in this embodiment), and then reverses to the next initial position.
  • a predetermined angular range for example, less than 180 degrees and about 100 degrees in this embodiment
  • the valve body 312 may be rotated forward and backward without going through the mode A and the mode C.
  • the refrigerant control valve 31 has the same opening and closing routine several times from the refrigerating chamber selection mode and the freezing chamber selection mode during the one stroke operation of the valve body 312, and the refrigerating chamber selection during the one stroke operation. Since the mode and the freezer compartment selection mode are switched several times, the durability of the refrigerant control valve 31 can be improved by reducing the number of times of repeated operation by reciprocating the same place. In addition, since the same opening / closing routine is provided several times during the one stroke operation of the valve body 312, the moving distance between the opening and closing selection modes can be shortened and the moving time can be shortened. The temperature can be precisely controlled.
  • the opening and closing routine is repeated several times from the refrigerating chamber selection mode and the freezing chamber selection mode as the valve body 312 rotates during one stroke operation, a small amount of switching between the refrigerating chamber selection mode and the freezing chamber selection mode of the valve body 312 is performed.
  • the movement amount of the valve body 312 can be further shortened, and the temperature of the refrigerating chamber 11 and the freezing chamber 12 can be precisely controlled.
  • the refrigerant control valve 31 alternately switches between the refrigerating compartment selection mode and the freezer compartment selection mode, but only one side of the refrigerant compartment evaporator 23A or the freezer compartment evaporator 23B flows the refrigerant.
  • the valve body 312 forms a semi-circle shape, and a plurality of communication holes H2 are formed in the main direction about the rotation axis.
  • the valve body 312 has the some 2nd communication hole H2 (four in FIG. 12) corresponding to the 2nd output port P3 outlet P3a.
  • the second communication hole H2 corresponding to the outlet port P3a and the outlet port P3a overlap each other, so that the input port P1 and the second output port P3 are overlapped.
  • the outlet port P2a is always open except for the mode A in FIG. 13 and is always in communication with the input port P1 and the first output port P2.
  • a combination of an open valve state for flowing refrigerant or a closed valve state for not flowing refrigerant is determined for each of the refrigerator compartment evaporator 23A and the freezer compartment evaporator 23B, thereby determining a plurality of different opening and closing states (opening / closing selection mode). do.
  • a refrigerator selection mode (“open-close” mode), which is a selection mode in which a refrigerant flows in the refrigerating chamber evaporator 23A and no refrigerant flows in the freezing chamber evaporator 23B.
  • the development mode (open-close) mode, which is a total selection mode in which refrigerant flows through the refrigerating chamber evaporator 23A and the freezing chamber evaporator 23B, is determined.
  • the refrigerant mode does not flow in both the refrigerating chamber evaporator 23A and the freezing chamber evaporator 23B ("closed-closed”).
  • valve body 312 rotates, communication and interruption of the 2nd communication hole H2 and the outlet port P3a alternately switch in the state which the 1st communication hole H1 and the outlet port P2a always communicate. (See Figure 14). Then, by rotating the valve body 312 reversely, the mode B and the mode C are alternately switched, and a plurality of opening and closing routines are repeated. At this time, the refrigerant flow rate of the refrigerator evaporator 23A and the refrigerant flow rate of the refrigerator compartment evaporator 23B are adjusted by adjusting the time ratio between the refrigerator compartment selection mode (mode B) and the deployment mode (mode C) in the refrigerant control valve 31. You can adjust the ratio.
  • the refrigerant control valve 31 is a slide valve having a pad type in which the valve body 312 has a disk shape, a semi-circle shape, or the like, but may also be a slide valve having a valve body having other shapes. It may be a spool valve in which an internal flow path is formed so as to separately communicate the inlet port P1a of the input port P1 and the outlet ports P2a and P3a of the output ports P2 and P3.
  • the cooling apparatus 100 has a refrigerating chamber 11 and a freezing chamber 12, a compressor 21, and a condenser 22 installed at the discharge side of the compressor 21. And a refrigerator compartment evaporator 23A and a freezer compartment evaporator 23B connected in parallel to each other between the discharge side of the condenser 22 and the suction side of the compressor 21, and are installed in series on the suction side of the refrigerator compartment evaporator 23A.
  • the refrigerating circuit 200 having the decompression means 24A for the refrigerating chamber, such as a capillary tube, and the decompression means 24B for the freezer, such as a capillary tube, installed in series at the suction side of the freezer evaporator 23B. It is provided.
  • the refrigerating chamber evaporator 23A and the freezing chamber evaporator 23B are respectively provided in two refrigerant branch flow paths 201 and 202 branched from the discharge side of the condenser 22.
  • the refrigerating chamber evaporator 23A is provided to cool the inside of the refrigerating chamber 11, and the freezing chamber evaporator 23B is provided to cool the inside of the freezing chamber 12.
  • a check valve 6 is provided on the discharge side of the freezer compartment evaporator 23B to prevent the backflow of the refrigerant.
  • the cooling device 100 adjusts the flow rate of the refrigerant flowing into each of the refrigerant branch flow paths 201 and 202, thereby flowing to the refrigerating chamber evaporator 23A and the freezing chamber evaporator 23B.
  • a refrigerant control unit 3 is provided to continuously change and adjust the refrigerant flow rate simultaneously.
  • the refrigerant control unit 3 includes a control valve 31 for controlling the flow rate of the refrigerant flowing to the refrigerator evaporator 23A and the freezer compartment evaporator 23B, and a control device 32 for controlling the control valve 31.
  • the control valve 31 of the present embodiment is a three-way valve installed at the branch points of the refrigerant branch flow paths 201 and 202, and an input port P1 is connected to the refrigerant pipe on the condenser 22 side.
  • the first output port P2 is connected to the branch pipe forming the refrigerant branch flow path 201 on the refrigerating chamber evaporator 23A side
  • the second output port P3 is the refrigerant branch flow channel on the freezer chamber evaporator 23B side. It is connected to the branch piping which comprises 202.
  • the control valve 31 includes the input port P1, the first output port P2, and the second output port P3, and communicates with the internal space (
  • the outlet body which is installed corresponding to each of the two output ports P2 and P3 in the valve body 311 having the S and the internal space S of the valve body 311 and connected to the output ports P2 and P3 (
  • Two valve bodies 312a and 312b for opening and closing P2a and P3a are provided.
  • reference numeral P1a is an inlet connected to the input port P1.
  • the outlet formation surface 311x in which the two output ports P2 and P3 outlets P2a and P3a are formed is planar.
  • Each of the two valve bodies 312a and 312b opens and closes the outlets P2a and P3a by slidingly rotating the outlet openings 311x around the set rotation axis, respectively.
  • the contour shape of the part which passes through the said outlet ports P2a and P3a in each valve body 312a and 312b becomes the curved shape which convexly curved toward the rotation direction.
  • the outline shape is the external shape of the slide surface that slides the outlet opening forming surface 311x as viewed in the rotation axis direction of the valve bodies 312a and 312b.
  • the contour shape of the valve body 312a is a curved shape that is convexly curved in the direction of rotation when the valve body 312a rotates the outlet port P2a in the blocking direction.
  • the contour shape of the valve body 312b is a curved shape that is convexly curved in the direction of rotation when the valve body 312b rotates the outlet port P3a in the blocking direction.
  • the said contour shape in each valve body 312a, 312b is an involute curve, and is mutually the same shape.
  • control valve 31 is provided with an actuator such as a gear mechanism 313 meshed with the gear portions 312a1 and 312b1 formed in the valve bodies 312a and 312b and a step motor for rotating the gear mechanism 313.
  • actuator can rotate the valve bodies 312a and 312b forward or reverse. That is, each valve body 312a, 312b is reciprocally rotated by the gear mechanism 313 in a predetermined rotation range.
  • control valve 31 is controlled by the control signal from the control device 32, the actuator is controlled by the two valve body 312a, 312b is rotated, the outlet port (P2a, P3a) of the two output ports (P2, P3) To control the degree of opening.
  • the control device 32 is a general purpose or dedicated computer having a CPU, a memory, an input / output interface, an AD converter, and the like, and the control valve 31 is operated by cooperating a CPU, a peripheral device, etc. with a control program stored in a predetermined area of the memory. To control.
  • control device 32 is installed in the refrigerator of the refrigerating chamber 11 and installed in the refrigerator of the freezing chamber 12 and the detection temperature from the temperature sensor 4A for detecting the temperature of the refrigerator.
  • the detection temperature from the temperature sensor 4B for detecting the internal temperature of the freezer compartment 12 and the detection temperature from the external air temperature sensor 5 provided outside the cooling device 100 to detect the external air temperature are acquired. .
  • control device 32 calculates the load or the fluctuation of the refrigerating compartment 11 by the internal temperature and the external air temperature, and at the same time calculates the load or the fluctuation of the freezer compartment 12 by the internal and external air temperature.
  • the opening degree of the outlet P2a of the 1st output port P2 of the control valve 31 and the opening degree of the outlet P3a of the 2nd output port P3 are computed by the calculation result.
  • the control apparatus 32 outputs the control signal obtained by this to the control valve 31, and controls the control valve 31.
  • Each of the valve bodies 312a and 312b has an outlet P2a of the first output port P2 developed (opening degree 100%) in the range (area A) of which the rotation range is from the initial position to 10%.
  • the outlet P3a of P3) is fully closed (opening degree 0%) so that the flow rate ratio to the refrigerator compartment side evaporator is 100% and the flow rate ratio to the freezer compartment evaporator is 0%.
  • the initial position of the present embodiment is a predetermined position at which the outlet P2a of the second output port P3 is closed while the outlet P2a of the first output port P2 is expanded.
  • the rotation range 100% of this embodiment is the predetermined position which rotates from an initial position and the outlet P3a of the 2nd output port P3 will expand
  • the range (region B) in which the rotation range is from 10% to 90% includes both the opening degree of the outlet P2a of the first output port P2 and the opening degree of the outlet P3a of the second output port P3.
  • Adjustable range (adjustment area) In this adjustment area, the opening degree of the outlet P2a of the first output port P2 decreases linearly from 100% to 0% and the opening degree of the outlet P3a of the second output port P3 is linearly reduced from 0% to 100%. Increases. That is, the opening degree change rate of the outlet port P2a of the 1st output port P2 is constant, and the opening degree change rate of the outlet port P3a of the 2nd output port P3 is constant.
  • the opening degree change rate of the outlet port P2a and the opening degree change rate of the outlet port P3a are the government station.
  • the temperature change of temperature is shown in FIG. As shown in FIG. 20, it is possible to continuously adjust the internal temperatures of the refrigerating chamber 11 and the freezing chamber 12 by continuously changing the evaporation temperatures in the refrigerating chamber side evaporator 23A and the freezing chamber side evaporator 23B in the adjustment region. Able to know.
  • the refrigerant control unit 3 continuously changes the flow rate of the refrigerant flowing into the refrigerating chamber evaporator 23A and the freezing chamber evaporator 23B simultaneously, the combination pattern of the flow rate ratio can be increased. Therefore, since the evaporation temperature in the refrigerator compartment evaporator 23A and the freezer compartment evaporator 23B can be arbitrarily adjusted, respectively, precise flow rate control according to the load of the refrigerator compartment 11 and the freezer compartment 12 is attained. Moreover, by this, the cooling efficiency of the compressor 21 can be improved and power consumption can be reduced.
  • the rotation range of 0% to 10% is developed area (or totally closed area), the rotation range of 10% to 90% is adjusted area, and 90% to 100% is totally closed area (or expanded area).
  • region is not limited to the above, For example, it can set arbitrarily, such as 20%-80%. Moreover, it can be comprised so that it may have a fixed opening area other than a development area
  • region can be made into several change rates.
  • the adjustment area B can be divided into the area B1 with a small change rate, the area B2 with a high change rate, and the area B3 with a low change rate.
  • the rate of change of the region B1 and the region B3 is the same.
  • the opening degree change rate of the output port P2 outlet port P2a and the opening degree change rate of the output port P3 outlet port P3a become a government station.
  • the rate of change of the region B1 and the region B3 may be different.
  • FIG. 22 it can be seen that the temperature in the refrigerator compartment 11 and the freezer compartment 12 can be continuously controlled by continuously changing the evaporation temperatures in the refrigerating compartment side evaporator and the freezing compartment side evaporator in the adjustment region.
  • the opening change rate of the first output port P2 outlet P2a and the opening change rate of the second output port P3 outlet P3a in the adjustment region may be independently set. . That is, it can be set so that the sum total of the opening degree of the outlet P2a and the opening degree of the outlet P3a may not become 100%. In this case, the contour shape of the part which passes through the outlet ports P2a and P3a in each valve body is made into a different shape.
  • the rate of change of the outlet P3a of the second output port P3 is made constant, and the rate of change of the outlet P2a of the first output port P2 is composed of a plurality of change rates.
  • the refrigerant flow rate may not be the same even at the same opening degree.
  • region adjustment area B3 in FIG. 24
  • the refrigerant flow rate ratio at this time is set to R side: 20% and F side: 80%).
  • the refrigerant flow rate ratio is R side: 25% and F side due to the change in the cooling chamber load.
  • valve body can be rotated to continuously change the outlet openings at the plurality of output ports, thereby making it possible to finely adjust to any refrigerant flow rate ratio.
  • contour shape of the part which passes through the outlet ports P2a and P3a in each valve body 312 is curved in this embodiment, it is not limited to this, It can be set as a linear shape or a curved shape, These shapes It can also be set as the combined shape.
  • the cooling device 100 has a refrigerating chamber 11 and a freezing chamber 12, and has a compressor 21 and a condenser 22 disposed on the discharge side of the compressor 21. And a refrigerator compartment evaporator 23A and a freezer compartment evaporator 23B connected in parallel to each other between the discharge side of the condenser 22 and the suction side of the compressor 21 in series with the suction side of the refrigerator compartment evaporator 23A.
  • Refrigeration circuit 200 having, for example, a refrigerating chamber decompression means 24A, such as a capillary tube, and a decompression means 24B, such as a capillary tube, installed in series on the suction side of a freezer evaporator 23B. ).
  • the refrigerating chamber evaporator 23A and the freezing chamber evaporator 23B are respectively provided in two refrigerant branch flow paths 201 and 202 branched from the discharge side of the condenser 22.
  • the refrigerating chamber evaporator 23A is provided to cool the inside of the refrigerating chamber 11, and the freezing chamber evaporator 23B is provided to cool the inside of the freezing chamber 12.
  • the cooling device 100 adjusts the flow rate of the refrigerant flowing into each of the refrigerant branch flow paths 201 and 202 to allow the refrigerant to flow into the refrigerating chamber evaporator 23A and the freezing chamber evaporator 23B. It is provided with a refrigerant control unit 3 for individually adjusting the flow rate.
  • the refrigerant control unit 3 includes a refrigerant control valve 31 for controlling the flow rate of the refrigerant flowing through the evaporator 23A for the refrigerator compartment and the evaporator 23B for the freezer compartment, and a control device 32 for controlling the refrigerant control valve 31. Equipped.
  • the control device 32 is a general purpose or dedicated computer having a CPU, a memory, an input / output interface, an AD converter, and the like, and cooperates with the CPU, a peripheral device, etc. in accordance with a control program stored in a predetermined area of the memory to control the refrigerant control valve ( 31).
  • the refrigerant control valve 31 of the present embodiment is a three-way valve installed at the branch points of the refrigerant branch flow paths 201 and 202, and an input port is connected to the refrigerant pipe on the condenser 22 side, and the first output port is an evaporator for a refrigerating chamber ( It is connected to the branch piping which comprises the refrigerant
  • the refrigerant control valve 31 is individually controlled to open and close the first output port and the second output port by a control signal from the control device 32.
  • the control device 32 performs a refrigerating compartment cooling operation for cooling the refrigerating compartment 11 and a freezing compartment cooling operation for cooling the freezing compartment 12 in order, thereby controlling the refrigerant control valve 31 to supply a refrigerant to the refrigerating compartment evaporator. It selectively switches between 23A and the freezer evaporator 23B. In this embodiment, a simultaneous stop period in which no refrigerant is supplied to either of the evaporators 23A and 23B is set between the refrigerating chamber cooling operation and the freezing chamber cooling operation.
  • the control device 32 supplies the refrigerant intermittently by turning on / off the refrigerant control valve 31 in the refrigerator compartment cooling operation or the freezer compartment cooling operation after switching the evaporator for supplying the refrigerant.
  • coolant control valve 31 is turned ON / OFF, and refrigerant
  • the coolant control valve 31 is turned on and off to supply the coolant intermittently to the freezer evaporator 23B.
  • the control device 32 controls the refrigerant control valve 31 to set the period of the duty control from 3 to 200 seconds.
  • the control device 32 also sets the OFF time longer than the ON time of the refrigerant control valve 31 in the duty control.
  • the ON time is a refrigerant supply time for supplying the refrigerant to the evaporator
  • the OFF time is a refrigerant recovery time for recovering the refrigerant (especially liquid refrigerant) from the evaporator. For this reason, the refrigerant
  • the control device 32 can overheat control the difference between the inlet and outlet temperatures of the evaporator constant, for example, between 0 ° C and 10 ° C.
  • the cycle and duty ratio in the duty control when supplying the refrigerant to the refrigerator evaporator 23A and the duty ratio when supplying the refrigerant to the freezer evaporator 23B may be the same or different. It may be.
  • the refrigerant is intermittently by turning on / off the refrigerant control valve 31 after switching the evaporator supplying the refrigerant to one of the refrigerating chamber evaporator 23A or the freezing chamber evaporator 23B.
  • the pressure loss caused by the liquid refrigerant in one of the refrigerator compartment evaporator 23A or the freezer compartment evaporator 23B can be reduced, and the rise of the evaporation temperature can be suppressed.
  • the cooling time of a cooling chamber is also appropriate and the temperature quality of a cooling chamber improves.
  • the possibility of liquid back to the compressor can be reduced, thereby improving the durability of the compressor.
  • the OFF time is set longer than the ON time of the refrigerant control valve 31, so that the liquid refrigerant can be recovered from the evaporator to which the refrigerant is supplied. can do.
  • the present invention is not limited to the fourth embodiment.
  • the cooling device 100 removes defrost portions 4A and 4B, such as a heater, to defrost each of the refrigerating chamber evaporator 23A and the freezing chamber evaporator 23B. It can be provided.
  • one of the evaporators for example, the freezer evaporator 23B
  • the evaporator for example, the refrigerator compartment evaporator 23A
  • the control device 32 of the refrigerant control unit 3 intermittently supplies the refrigerant to one evaporator (for example, a refrigerator compartment evaporator) by turning on / off the refrigerant control valve 31.
  • the opening and closing operation pattern of the refrigerant control valve 31 is as shown in FIG.
  • the refrigerant control unit 3 turns ON / OFF the refrigerant control valve 31 to the evaporator in which the defroster 4A, 4B is defrosted while the one of the evaporators 23A, 23B is defrosted. Since the refrigerant is intermittently supplied, the pressure loss caused by the liquid refrigerant in the evaporators 23A and 23B can be reduced, and the rise of the evaporation temperature can be suppressed. This prevents the deterioration of the heat exchange performance of the evaporators 23A and 23B, prevents the deterioration of the cooling efficiency, and enables energy saving operation.
  • control device 32 is provided outside the cooling device 100 to acquire a detection temperature from an external air temperature sensor that detects the external air temperature (ambient temperature), and according to the ambient temperature of the refrigerant control valve 31.
  • the time ratio (duty ratio) between the ON time and the OFF time can be varied.

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Abstract

본 발명은 냉각실의 온도 제어를 정밀하게 제공한다. 냉각실; 압축기, 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 응축기의 토출측 및 상기 압축기의 흡입측 사이에 설치되어 냉각실을 냉각하는 증발기 및 증발기의 흡입측에 설치된 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 응축기 및 증발기 사이에 설치된 냉매 제어 밸브를 구비하고, 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하여 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하는 냉매 제어부;를 포함한다.

Description

냉각 장치
본 발명은 냉각 장치의 냉동 사이클을 흐르는 냉매 유량을 조절하는 제어 방법 및 제어 프로그램에 관한 것이다.
종래에는 냉동실과 냉장실과의 양쪽을 적당한 증발온도의 증발기로 냉각하기 위해 특허문헌 1과 같이 세 방향 밸브로 냉장용 증발기로 냉매를 유통하는 냉장실 냉각 운전과 냉동실 증발기만으로 냉매를 유통하는 냉동실 냉각 운전을 교대로 전환하여 냉장고 내의 냉각을 수행하는 냉각 장치가 있다. 냉각 장치는 냉장실 냉각 운전과 냉동실 냉각 운전의 시간 비율을 초기에 결정하고 그 초기 설정된 시간 비율에 따라 냉장실 냉각 운전과 냉동실 냉각 운전을 전환하는 것이다.
그러나 상기와 같이 구성된 냉각 장치에서는 냉장실 냉각 운전 및 냉동실 냉각 운전의 한쪽만을 선택적으로 냉각함으로써 예를 들면 냉장실 냉각 운전을 수행할 경우에 냉동용 증발기 및 해당 냉동용 증발기가 설치된 냉매 회로에 냉매가 고인다는 문제가 있다. 또 냉장실 냉각 운전 및 냉동실 냉각 운전의 시간 비율을 초기 설정하고 그 다음 부하 변동에 대하여 압축기 회전수를 조절하여 대응하는 것으로써 능력 가변 압축기를 준비할 필요가 있을 뿐만 아니라 부하 변동에 대한 응답성이 좋지 않다는 문제점이 있다.
또한, 특허문헌 2와 같이 냉장 냉각 운전과 냉동 냉각 운전 전환 시에 냉장실 및 냉동실 양쪽을 동시 냉각하는 것도 있으나, 이것은 운전 전환 시 냉매 회수가 가능하여 효율성 있는 에너지 절약 운전을 수행하는 것이지 상술한 특허문헌 1의 문제점을 해결할 수 있는 것은 아니다.
[선행기술문헌]
[특허문헌]
[특허문헌 1]일본특허출원공개공보 평11－304328호
[특허문헌 2]일본특허출원공개공보 2011－12885호
[특허문헌 3]일본특허출원공개공보 2000－346526호
[특허문헌 4]일본특허출원공개공보 2001－343077호
[특허문헌 5]일본특허출원공개공보 2005－214504호
[특허문헌 6]일본특허출원공개공보 2006－138583호
상술한 문제를 해결하기 위하여 개시된 본 발명의 일 측면은 냉각실 부하 또는 그 변동에 따라 이들 냉각실의 온도 제어를 우수한 응답성으로 정밀하게 수행하는 냉각 장치를 제안하고자 한다.
이를 위해 본 발명의 일 측면에 의한 냉각 장치는, 냉각실; 압축기, 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 응축기의 토출측 및 압축기의 흡입측 사이에 설치되어 냉각실을 냉각하는 증발기 및 증발기의 흡입측에 설치된 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 및 응축기 및 증발기 사이에 설치된 냉매 제어 밸브를 구비하고, 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하는 냉매 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 것이라면 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하여 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절할 수 있으므로 냉각실 부하 또는 그 변동에 따라 이들 냉각실의 온도 제어를 우수한 응답성으로 정밀하게 수행할 수 있다. 또한 증발기의 과열 제어 등 냉동 회로 제어로 소비 전력을 줄일 수도 있다. 추가로 냉매 유량이 적은 냉각 장치에서 밸브 개도(開度)를 제어한다는 것은 그 제어가 어려워지기 때문에 본 발명에서는 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하여 냉매 유량을 쉽고 정밀하게 제어할 수 있다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 의한 냉각 장치는, 냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실; 압축기, 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 응축기의 토출측 및 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 복수의 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 각 증발기의 흡입측에 설치된 복수의 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 및 응축기 및 복수의 증발기 사이에 설치되어 각 증발기로 흐르는 냉매 유량을 제어하는 냉매 제어 밸브를 구비하고, 복수의 냉각실을 동시에 냉각하는 동시 냉각 운전에서 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 각 증발기로 흐르는 냉매의 비율을 독립적으로 조절하는 냉매 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 것이라면 복수의 냉각실을 동시에 냉각하는 동시 냉각 운전을 수행함으로써 냉각 운전을 미실시한 증발기가 없어서 해당 증발기에 냉매가 고이기 어렵다. 또한 동시 냉각 운전에서 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하므로 냉매 분류비율(각 증발기의 냉매 유량)을 응답성이 좋게 제어할 수 있고 냉각실의 온도 제어를 우수한 응답성으로 정밀하게 수행할 수 있다. 또한, 증발기 과열 제어 등의 냉동 회로 제어로 소비전력을 줄일 수도 있다. 추가로 냉매 유량이 적은 냉각 장치에서 밸브 개도를 제어하는 것으로 그 제어가 어려워짐으로 본 발명에서는 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하여 냉매 유량을 쉽고 정밀하게 제어할 수 있다.
냉각 온도가 다른 복수의 냉각실에 맞추어 냉각시키기 위한 구체적인 실시 예로서 냉매 제어부는, 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 복수의 증발기 모두에 냉매를 흘리는 냉매 전부 유출 기간과, 복수의 증발기 중 일부에 냉매를 흘리는 냉매 일부 유출 기간을 교대로 수행하는 것이 바람직하다.
또한 압축기의 토출측에 설치된 응축기와, 응축기의 토출측 및 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결됨과 동시에 냉각 온도가 다른 냉각실마다 대응하여 설치된 복수의 증발기와, 각 증발기 흡입측에 설치된 복수 감압 수단과 응축기 및 복수 증발기 사이에 설치되어 선택적으로 냉매를 증발기로 흘리는 제어 밸브를 가지는 냉각 장치에서는 일반적으로 한쪽의 냉각실이 냉각 운전할 경우에 다른 한쪽의 냉각실은 냉각 운전을 정지한 상태가 된다. 냉각실 상호 운전의 경우 다른 한쪽 냉각을 정지한 냉각기에는 냉매가 회수되지 못하고 남아있기 때문에 이 분량의 냉매량을 냉동 사이클에 추가하여 충전한다. 이 때문에 특허문헌 3에서는 이러한 것을 피하고자 상호 운전 전환 시에만 듀티 제어를 하여 냉매 흐름을 원활하게 전환될 수 있는 연구를 한다.
냉각 운전 중의 증발기는 증발기를 유효하게 기능시키기 위하여 액백(液 back)되지 않을 정도로 냉매가 공급되고 증발기 내의 액냉매 비율이 높고 액냉매가 증발한 가스 냉매의 흐름을 저해하여 압력 손실을 발생시키고 있다. 이 때문에 증발기는 압축기의 흡입 압력보다 높은 압력으로 되고 높아진 압력만큼 증발 온도가 상승한다. 그 결과 증발기의 열 교환 성능 저하로 효율이 저하된다.
또한, 한쪽 냉각실의 증발기가 제상(除霜) 운전 중에 다른 한쪽 냉각실의 증발기가 냉각 운전 중일 경우 제상 중인 증발기에서는 냉매가 대부분 회수되기 때문에 추가한 냉매량만큼 냉매 과잉 상태에서 다른 한쪽 냉각실의 증발기가 냉각 운전을 수행하게 된다. 이 때문에 상호 운전 시 압축기 회전수로 다른 한쪽의 냉각실 증발기의 냉각 운전을 수행하면 냉매 과잉으로 증발 압력이 상승하고 냉각 운전이 길어져 에너지 소비의 증대로 연결된다. 또한, 상호 운전 시 압축기 회전수를 올려 운전하면 증발 온도는 적정해지고 냉각 운전도 적정해지지만, 회전수 상승으로 입력이 증가하기 때문에 에너지 소비의 증대로 연결된다.
그리고, 본 발명의 일 측면에 의한 냉각 장치는, 냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실; 압축기, 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 응축기의 토출측 및 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 복수의 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 각 증발기의 흡입측에 설치된 복수의 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 및 응축기 및 복수의 증발기 사이에 설치된 냉매 제어 밸브를 구비하고, 복수의 증발기 중 냉매를 공급하는 증발기를 선택적으로 전환하는 냉매 제어부;를 포함하고, 냉매 제어부는 냉매를 공급하는 증발기를 전환한 후에 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하여 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다. 즉, 냉매 제어부는 냉매를 공급하는 증발기를 전환한 후에 냉매 제어 밸브를 ON/OFF 시킴으로써 냉매를 간헐적으로 공급하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 것이라면 냉매를 공급하는 증발기를 전환한 후에 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하는 것에 의해 냉매를 간헐적으로 공급하여 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하므로 해당 증발기에서 액냉매에 의해 생기는 압력 손실을 줄일 수 있고 증발 온도의 상승을 억제할 수 있다. 이에 의해 증발기의 열 교환 성능 저하를 방지하고 냉각 효율의 저하를 방지함과 동시에 에너지 절약 운전이 가능해진다. 또한, 냉매를 공급하는 증발기의 냉매 공급 과잉이 해소되기 때문에 압축기의 액백 가능성이 감소할 수 있고 압축기의 내구성도 향상된다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 냉각 장치는, 냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실; 압축기, 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 응축기의 토출측 및 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 복수의 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 각 증발기의 흡입측에 설치된 복수의 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 응축기 및 복수의 증발기 사이에 설치된 냉매 제어 밸브를 구비하고, 복수의 증발기 중 냉매를 공급하는 증발기를 선택적으로 전환하는 냉매 제어부; 및 복수의 증발기 중 적어도 하나를 서리 제거하기 위한 제상부;를 포함하고, 제상부에 의해 복수의 증발기 중 어느 하나가 서리 제거된 상태에서 냉매 제어부는, 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 서리 제거되지 않은 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하는 것을 특징으로 한다. 즉, 냉매 제어부는 제상되지 않은 증발기에 냉매 제어 밸브를 ON/OFF 시킴으로써 냉매를 간헐적으로 공급하는 것을 특징으로 한다.
제상부에 의해 서리가 제거되는 증발기는 제상부로 인해 온도가 상승하기 때문에 해당 증발기에 남아 있는 냉매 대부분을 회수할 수 있다. 이 때문에 냉매 제어부에 의해 냉매가 공급되는 증발기의 냉매량이 초과하게 된다. 그렇게 되면 상술한 바와 같이 해당 증발기 내의 액냉매 비율이 커져 압력 손실이 생기고 증발 온도가 상승하여 증발기 열 교환 성능이 저하되어 냉동 효율의 저하를 초래한다. 본 발명에서는 제상부에 의해 복수 증발기 어느 한쪽이 제상되는 상태에서 냉매 제어부가 서리 제거되지 않은 증발기에 냉매 제어 밸브의 개폐시간을 제어하는 것에 의해 냉매를 간헐적으로 공급하여 냉매 유량을 조절하기 때문에 해당 증발기에서 액냉매로 생긴 압력 손실을 줄여 증발 온도의 상승을 억제할 수 있다. 이것에 의해 증발기의 열교환 성능 저하를 방지하고 냉각 효율의 저하를 방지함과 동시에 에너지 절약 운전이 가능해진다. 또한, 냉매를 공급하는 증발기의 냉매 공급 과잉이 해소되기 때문에 압축기의 액백 가능성을 줄일 수 있어 압축기의 내구성도 향상한다.
구체적으로 냉매 유량을 쉽고 정밀하게 제어하기 위해서는 냉매 제어부가 냉매 제어 밸브의 전개(全開) 시간과 전폐(全閉) 시간을 제어하는 것이 바람직하다. 즉, 냉매 제어부는 냉매 제어 밸브를 듀티 제어하는 것이 바람직하다.
구체적으로는 듀티 제어의 주기(전개 시간과 전폐 시간과의 전환 주기)가 3초에서 200초 사이로 설정되는 것이 바람직하다. 여기서, 주기가 3초 미만인 경우에는 증발기에서 액냉매 회수 시간을 확보할 수 없어 액냉매 회수가 불충분해지고, 주기가 200초 이상으로 긴 경우에는 증발기에 공급되는 냉매량이 부족하여 냉각 효율이 저하한다. 특히 듀티 제어의 주기가 10초에서 180초 사이로 설정되는 것이 바람직하다.
냉매가 공급되는 증발기에서의 액냉매 회수를 확실하게 수행하기 위해서는 듀티 제어에서 냉매 제어 밸브의 ON 시간보다 OFF 시간이 길게 설정되는 것이 바람직하다. 또 냉매 제어 밸브가 듀티 제어되어 있지 않더라도 냉매 제어 밸브 동작에서 ON 시간보다 OFF 시간이 길게 설정되는 것이 바람직하다.
듀티 제어에서 증발기 입구 온도와 출구 온도의 차이를 일정하게 하기 위해 듀티 비를 설정하는 것이 바람직하다. 즉, 전개 시간과 전폐 시간과의 시간 비율을 가변하는 것이 바람직하다. 이때의 시간 비율은 예를 들면 소정의 하나의 증발기 흡입구 및 토출구의 온도 차를 0→에서 10→ 사이에 과열제어 될 수 있도록 적절하게 결정할 수 있다.
또한, 냉매 제어부는 주위 온도에 따라 냉매 제어 밸브의 ON 시간과 OFF 시간의 시간 비율을 가변하는 것이 바람직하다. 주위 온도가 높은 경우에는 증발기에 공급되는 냉매의 과잉 비율이 낮고 주위 온도가 낮은 경우에는 증발기에 공급되는 냉매의 과잉 비율이 크기 때문에 주위 온도에 따라 시간 비율을 가변으로 하는 것이 바람직하다.
또한, 종래의 냉매 제어 밸브는 냉각 장치의 냉장 순환 사이클과 냉동 순환 사이클을 전환하는 등의 복수 방향을 개폐 자유롭게 전환되게 되어 있으나 냉매 제어 밸브의 1 스트로크 중에는 "폐-폐" 모드a, "개-폐" 모드b, "개-개" 모드c, "폐-개" 모드d의 4 모드가 각각 1회씩만 있다(도 29 참조).
통상적으로 냉각 장치 정지 중에 사용하는 "폐-폐" 모드a가 스트로크의 최초에 있고 "폐-폐" 모드a로 스트로크 위치의 초기화를 수행한다. 그리고 종래의 냉매 제어 밸브로의 냉각 장치 운전제어는 "폐-폐" 모드a (정지상태)→"개-폐" 모드b (운전개시)→"개-개" 모드c (전환개시)→"폐-개" 모드d (전환 종료)→정지준비로 복귀하고 "개-개" 모드c→"개-폐" 모드b→"폐-폐" 모드a (정지)와 스트로크를 1 왕복한다. 또한 "개-폐" 모드b는 냉장실 측에 냉매를 흘리는 냉장 순환 사이클이며 "폐-개" 모드d는 냉동실 측에 냉매를 흘리는 냉동 순환 사이클이다.
또한, 이 종래의 냉매 제어 밸브로 본 발명의 동작(청구항 1의 동작)을 수행하면 "폐-폐" 모드a (정지)→"개-폐" 모드b (운전개시)→"개-개" 모드c (전환개시)→"폐-개" 모드d (전환종료)→"개-개" 모드c (전환개시)→"개-개" 모드b (전환종료)와 같은 루틴(Routine)(b ⇔ c ⇔ d)을 반복한 후에 "폐-폐" 모드a (정지)가 되고 냉장실측 또는 냉동실 측을 선택적으로 개폐하려면 제어밸브가 모드b와 모드d의 사이를 반복하여 이동하게 된다. 따라서 냉각 장치가 운전하는 동안은 동일한 곳을 반복 왕복 동작하므로 내구성인 면에서 불리하다. 또 대략 제어 범위의 반을 왕래하게 되어 이동 시간도 길고 냉장실측 증발기 또는 냉동실 측 증발기의 정밀한 온도 제어도 어렵다.
또한, 냉장실측 및 냉동실 측 동시에 냉매를 흘리면서 각각의 냉각기의 냉매 유량을 제어하려면 "개-개" 모드c에서는 압력차이에 의한 편향이 발생하여 불가능하고 "개-폐" 모드b와 "폐-개" 모드 d를 단시사이에 반복하고 간헐적으로 밸브의 개폐를 수행하여 그 시간 비율로 유량을 제어하면 좋으나 본 사양에서는 각 모드 간의 이동 거리도 길고 단시사이에서의 반복이 불가능한 상태에서 동일한 부분에서의 반복 제어가 되기 때문에 내구성 측면에서 불리하다(특허문헌 4 참조).
이 때문에 냉매 제어 밸브는 복수의 증발기 각각에 대하여 냉매를 흘리는 열림 밸브 상태 또는 냉매를 흘리지 않는 닫힘 밸브 상태의 조합으로 이루어진 복수의 서로 다른 개폐 선택 모드(개폐 상태)가 차례로 전환하는 개폐 루틴을 밸브체의 1 스트로크 동작 중에 여러 차례 반복하는 것이 바람직하다. 이렇게 함으로써 냉매 제어 밸브가 그 밸브체의 1 스트로크 동작 중에 여러 차례 동일한 개폐 루틴을 구비하게 되고 동일 장소를 왕복하여 반복 동작하는 회수를 줄일 수 있기 때문에 냉매 제어 밸브의 내구성을 향상할 수 있다. 또한, 밸브체의 1 스트로크 동작 중에 복수 회의 동일한 개폐 루틴을 구비하여 각 개폐 선택모드 간의 이동 거리를 짧게 할 수 있고, 그 이동 시간을 단축할 수 있기 때문에 복수의 냉각실 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면에 의한 냉각 장치는, 증발기 및 압축기 사이에 냉매의 역류를 방지하는 역지(逆止) 밸브가 적어도 하나 설치되는 것이 바람직하다. 이렇게 하면 각 증발기 온도 차에 의해 생기는 냉매의 역류를 방지하고 냉동 회로를 원활히 운전할 수 있다.
그리고 종래의 다른 제어 밸브는 유출측에 설치된 복수 증발기 어느 한쪽으로 전환할 뿐이거나 또한 복수의 증발기에 동시 냉매를 흘리는 경우에서도 한쪽만 유량 조정할 뿐이고 또 그 유량 조정은 연속 가변이 아니라 여러 포인트의 개도 비율(제어 포인트)을 가질 뿐이다. 또한, 특허문헌 5, 6에서는 냉매 유량 제어기능으로서 한쪽의 유출구에서 다른 한쪽의 유출구로 향하는 원호 형상의 제어 홈을 마련하여 유량 제어를 수행한다. 그런데 이들 제어 방법은 모두 동시에 연속 가변으로 냉매 유량을 제어할 수 있는 것은 아니다.
한편, 본 발명의 일 측면에 의한 냉각 장치는, 냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실; 압축기, 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 응축기의 토출측 및 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 각 증발기의 흡입측에 설치된 복수의 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 및 응축기 및 복수의 증발기 사이에 설치되어 각 증발기로 흐르는 냉매 유량을 제어하는 냉매 제어 밸브를 구비하고, 복수의 증발기로 흐르는 냉매 유량을 동시에 연속적으로 변화시키는 냉매 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같은 것이라면 냉매 제어부는, 복수의 증발기로 흐르는 냉매 유량을 동시에 그리고 연속적으로 변화시키므로 유량 비율의 조합 패턴을 늘릴 수 있다. 따라서 각 증발기에서의 증발 온도를 임의로 조절할 수 있기 때문에 복수의 냉각실 부하에 대응하는 정밀한 유량 제어가 가능해진다. 또한 이것에 의해 압축기 냉각 효율이 향상되어 소비전력 줄이기가 가능해진다.
복수의 증발기로 흐르는 냉매 유량을 각 증발기에 대응하는 각 냉각실 부하에 따라서 특유한 것으로 하기 위해서는 냉매 제어부가 서로 다른 변화율로 각 증발기로 흐르는 냉매 유량을 변화시키는 것이 바람직하다.
냉매 제어 밸브의 구체적인 실시 예로서 냉매 제어 밸브는, 응축기의 토출측에 연결되는 입력 포트 및 복수 증발기의 흡입측에 각각 연결되는 복수의 출력 포트를 가지는 밸브 본체; 및 밸브 본체의 내부에서 복수의 출력 포트에 각각에 대응하여 설치되고 출력 포트에 연결되는 유출구를 개폐하는 밸브체를 포함하는 것이 바람직하다.
여기서, 각 증발기에서의 냉매 유량은 해당 각 증발기 온도(압력) 차이에 의해 복수 출력 포트의 유출구 개도 비율과 동일하지 않는다. 이 때문에 보다 작게 냉매 유량을 조정해야 할 증발기가 반드시 필요하므로 복수 출력 포트에서의 유출구 개도 합계는 100%가 되지 않게 구성하는 것이 바람직하다. 예를 들면 2개의 증발기에서 한쪽의 증발기의 냉매 유량을 70% 다른 한쪽의 증발기의 냉매 유량을 30%로 하고 싶은 경우에 단순하게 한쪽의 증발기 측의 유출구 개도를 70% 다른 한쪽의 증발기 측의 유출구 개도를 30%로 해도 한쪽의 증발기 쪽에 70% 이상의 냉매 유량이 유출되는 것을 생각할 수 있다. 이 경우에는 한쪽의 증발기 측의 유출구 개도를 70% 다른 한쪽의 증발기 측의 유출구 개도를 40%로 하는 것과 같이 유출구 개도의 합계가 100%가 되지 않게 한다.
또한, 냉매 제어부는 각 냉각실의 부하 변동에 따라 복수의 출력 포트에서의 유출구 개도를 연속적으로 변경하는 것이 바람직하다.
제안된 냉각 장치에 의하면, 복수 냉각실의 부하 또는 그 변동에 따라서 그 냉각실의 온도 제어를 우수한 응답성으로 정밀하게 수행할 수 있다.
도 1은 제1 실시 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 2는 제1 실시 예에 의한 냉매 제어 밸브의 제1 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
도 3은 제1 실시 예에 의한 냉매 제어 밸브의 제2 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
도 4는 제1 실시 예의 변형 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 5는 제1 실시 예의 변형 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 6은 제1 실시 예의 변형 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 7은 제2 실시 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 8은 제2 실시 예의 냉매 제어 밸브의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 9는 제2 실시 예의 냉매 제어 밸브의 유출구 및 밸브체의 구성을 주로 나타낸 모식도이다.
도 10은 제2 실시 예의 냉매 제어 밸브의 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
도 11은 제2 실시 예의 냉매 제어 밸브의 각 모드에서의 밸브체의 위치를 나타낸 도면이다.
도 12는 제2 실시 예의 변형 예에 의한 냉매 제어 밸브의 유출구 및 밸브체의 구성을 주로 나타낸 모식도이다.
도 13은 동 변형 예의 냉매 제어 밸브의 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
도 14는 동 변형 예의 냉매 제어 밸브의 각 모드에서의 밸브체의 위치를 나타낸 도면이다.
도 15는 제3 실시 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 16은 제3 실시 예의 냉매 제어 밸브의 구성을 나타낸 모식도이다.
도 17은 제3 실시 예의 냉매 제어 밸브의 내부 구성을 나타낸 모식도이다.
도 18은 제3 실시 예의 냉매 제어 밸브의 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
도 19는 제3 실시 예의 냉매 제어 밸브에 의한 개도 변화를 나타낸 도면이다.
도 20은 제3 실시 예에 의한 온도 분포를 나타낸 도면이다.
도 21은 제3 실시 예의 변형 예에서의 냉매 제어 밸브에 의한 개도 변화를 나타낸 도면이다.
도 22는 동 변형 예에 의한 온도 분포를 나타낸 도면이다.
도 23은 제3 실시 예의 변형 예에서의 냉매 제어 밸브에 의한 개도 변화를 나타낸 도이다.
도 24는 제3 실시 예의 변형 예에 의한 냉매 유량의 미조정 방법을 나타낸 도이다.
도 25는 제4 실시 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 26은 제4 실시 예에 의한 냉매 제어 밸브의 개폐 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
도 27은 제4 실시 예의 변형 예에 의한 냉각 장치의 개략 구성도이다.
도 28은 제4 실시 예의 변형 예에 의한 냉매 제어 밸브의 개폐 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
도 29는 종래의 냉매 제어 밸브의 동작 패턴을 나타낸 도면이다.
＜제1 실시 예＞
이하에 본 발명의 제1 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
제1 실시 예에 의한 냉각 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 냉장실(11) 및 냉동실(12)을 가지는 냉장고이고, 압축기(21), 압축기(21)의 토출측에 설치된 응축기(22)와 응축기(22)의 토출측 및 압축기(21)의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결된 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)와 냉장실용 증발기(23A)의 흡입측에 직렬로 설치된 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉장실용 감압 수단(24A) 및 냉동실용 증발기(23B)의 흡입측에 직렬로 설치된 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉동실용 감압 수단(24B)을 가지는 냉동 회로(200)를 구비한다.
여기서, 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)는 응축기(22)의 토출측에서 분기한 2개의 냉매 분기 유로(201, 202)에 각각 설치된다. 냉장실용 증발기(23A)는 냉장실(11)의 고내를 냉각하도록 설치되어 있고 냉동실용 증발기(23B)는 냉동실(12)의 고내를 냉각하도록 설치된다.
그리고 본 실시 예의 냉각 장치(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 각 냉매 분기 유로(201, 202)로 흐르는 냉매 유량을 조정함으로써 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량을 개별적으로 조절하는 냉매 제어부(3)를 구비한다.
냉매 제어부(3)는 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량을 제어하는 냉매 제어 밸브(31)와 해당 냉매 제어 밸브(31)를 제어하는 제어 장치(32)를 구비한다. 또한 제어 장치(32)는 CPU, 메모리, 입출력 인터페이스, AD 전환기 등을 구비한 범용 내지 전용의 컴퓨터이며, 메모리의 소정 영역에 기억시킨 제어 프로그램에 따라서 CPU, 주변 기기 등을 협동시킴으로써 냉매 제어 밸브(31)를 제어한다.
본 실시 예의 냉매 제어 밸브(31)는 냉매 분기 유로(201, 202)의 분기점에 설치된 세 방향 밸브이며 입력 포트가 응축기(22) 측의 냉매 배관에 연결되고 제1 출력 포트가 냉장실용 증발기(23A) 측의 냉매 분기 유로(201)를 구성하는 분기 배관에 연결되고 제2 출력 포트가 냉동실용 증발기(23B) 측의 냉매 분기 유로(202)를 구성하는 분기 배관에 연결된다. 그리고 냉매 제어 밸브(31)는 제어 장치(32)로부터 제어 신호로 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트의 개폐가 개별적으로 제어된다.
이하에 제어 장치(32)에 의한 냉매 제어 밸브(31) 동작 패턴의 실시 예에 대하여 도 2 및 도 3을 참조하여 설명한다.
제어 장치(32)는 냉장실(11) 및 냉동실(12)을 동시에 냉각하는 동시 냉각 운전에서 그 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 부하 또는 그 변동에 따라 냉매 제어 밸브(31)의 개폐시간을 제어함으로써 냉장실용 증발기(23A)로 흐르는 냉매 유량 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량이 각각 독립하도록 조정한다. 이것에 의해 각 증발기의 흐르는 냉매 분류비율이 조정된다.
구체적으로, 제어 장치(32)는 냉장실(11)의 고내에 설치되어 해당 냉장실(11)의 고내 온도를 검출하는 냉장실(11)내 온도센서(4A)로부터 검출 온도와 냉동실(12)의 고내에 설치되어 해당 냉동실(12)의 고내 온도를 검출하는 온도센서(4B)로부터 검출 온도와 냉각 장치(100) 외부에 설치되어 외부 공기 온도를 검출하는 외부 공기 온도센서(5)로부터 검출 온도를 취득한다.
또한, 제어 장치(32)는 고내 온도 및 외부 공기 온도에 의해 냉장실(11)의 부하 또는 그 변동을 산출함과 동시에 고내 온도 및 외부 공기 온도에 의해 냉동실(12)의 부하 또는 그 변동을 산출하고 그 산출 결과에 의해 냉매 제어 밸브(31)의 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트의 전개 시간 및 전폐 시간의 시간 비율을 산출한다. 그리고 제어 장치(32)는 이것에 의해 얻어진 제어 신호를 냉매 제어 밸브(31)로 출력하여 냉매 제어 밸브(31)를 제어한다.
여기서, 전개 시간과 전폐 시간과의 전환 주기를 3초에서 200초 사이에서 가변으로 하고, 해당 전환 주기 사이에 전개 시간과 전폐 시간과의 시간 비율을 가변으로 한다.
예를 들면, 전개 시간을 TON, 전폐 시간을 TOFF로 한 경우에 TON＋TOFF의 주기를 3초에서 200초 사이가 되도록 한다. 또한, 전개 시간 및 전폐 시간의 시간 비율은 예를 들면, 냉장실(11) 내 온도센서(4A)와 냉동실(12) 내 온도센서(4B)들의 검출 신호로 적당히 가변하여 결정한다.
그리고, 제어 장치(32)는 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매 제어 밸브(31)의 제1 포트 및 제2 포트의 개폐시간을 제어함으로써 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)의 양쪽 모두에 냉매를 흘리는 냉매 전부 유출 기간과, 냉장실용 증발기(23A)에만 냉매를 흘리는 냉매 일부 유출 기간을 교대로 수행한다. 이때 제1 포트를 상시 전개로 하여 냉장실용 증발기(23A)에 상시 냉매가 흐르도록 함과 동시에 제2 포트의 전개 시간 및 전폐 시간의 시간 비율을 제어하여 냉동실용 증발기(23B)에 간헐적으로 냉매가 흐르도록 한다.
또한, 제어 장치(32)는 도 3에 도시된 바와 같이, 냉매 제어 밸브(31)의 제1 포트 및 제2 포트의 개폐시간을 제어함으로써 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에 차례로 냉매를 흘릴 수도 있다. 이때 제1 포트 및 제2 포트의 전개 시간 및 전폐 시간의 시간 비율을 제어하여 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에 간헐적으로 냉매가 흐르도록 함과 동시에 냉장실용 증발기(23A)에 냉매가 흐르는 타이밍과 냉동실용 증발기(23B)에 냉매가 흐르는 타이밍이 정반대되도록 한다. 또한, 이 동작 패턴은 도 2에 나타낸 동작 패턴에 의해 냉매의 한쪽 흐름이 발생했을 때만 수행한다.
＜제1 실시 예의 효과＞
이처럼 구성한 냉각 장치(100)에 의하면 냉장실(11) 및 냉동실(12)을 동시에 냉각하는 동시 냉각 운전을 수행하므로 냉각 운전을 하지 않는 증발기가 없어서 해당 증발기(23A, 23B)에 냉매가 괴기 어렵다. 또한, 동시 냉각 운전에서 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 부하 또는 그 변동에 따라 냉매 제어 밸브(31)의 개폐시간을 제어하므로 부하 또는 그 변동에 따라 냉매 유량을 응답성이 있게 제어할 수 있고 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 온도 제어를 뛰어난 응답성으로 정밀하게 수행할 수 있다. 이것에 의해 냉장실(11) 및 냉동실(12)에 저장된 식품의 열화를 지연시킬 수 있다. 또한 증발기(23A, 23B)를 과열 제어하는 경우에 소비전력을 줄일 수도 있다. 추가로 냉매 유량이 적은 냉각 장치에 있어서 밸브 개도를 제어할 경우, 그 제어가 어려워지므로 본 실시 예에서는 냉매 제어 밸브(31)의 개폐시간을 제어함으로써 냉매 유량을 쉽고 정밀하게 제어할 수 있다.
＜제1 실시 예의 변형 예＞
또한 본 발명은 제1 실시 예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 제1 실시 예에서는 냉장실(11) 및 냉동실(12)을 가지는 냉각 장치(100)에 대하여 설명했으나 그 외 도 4에 도시된 바와 같이, 냉각 온도가 다른 3개 이상(도 4에서는 3개)의 냉각실에 대응하여 설치된 3개의 증발기(23A~23C)를 가지는 것일 수도 있다. 이때 3개로 분기한 냉매 분기 유로(201~203)의 분기점에 냉매 제어 밸브로서 사방밸브(31)를 설치하고 각 냉매 분기 유로(201~203)의 냉매 유량을 조절하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 24A~24C는 증발기의 상류에 설치된 감압 수단이다.
또한, 제1 실시 예에서는 냉매 분기 유로(201, 202)의 분기점에 냉매 제어 밸브로서 세 방향 밸브(31)를 설치한 것이었으나 도 5에 도시된 바와 같이, 각 냉매 분기 유로(201, 202)에서 감압 수단(24A, 24B)의 상류에 각각 2개의 두 방향 밸브(31A, 31B)를 설치할 수 있다. 이 경우라도 2개의 두 방향 밸브(31)의 개폐시간의 시간 비율을 3초에서 200초 사이에서 가변으로 한다.
그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 냉동실용 증발기(23B)의 토출측에 냉매의 역류를 방지하는 역지 밸브(6)를 설치할 수 있다.
＜제2 실시 예＞
아래에서 본 발명의 제2 실시 예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
제2 실시 예에 의한 냉각 장치(100)는 도 7에 도시된 바와 같이, 냉장실(11) 및 냉동실(12)을 가지는 것이며 압축기(21), 해당 압축기(21)의 토출측에 설치된 응축기(22)와 해당 응축기(22)의 토출측 및 압축기(21)의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결된 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 냉장실용 증발기(23A)의 흡입측에 직렬로 설치된, 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉장실용 감압 수단(24A) 및 냉동실용 증발기(23B)의 흡입측에 직렬로 설치된, 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉동실용 감압 수단(24B)을 가지는 냉동 회로(200)를 구비한다.
여기서 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)는 응축기(22)의 토출측에서 분기한 2개의 냉매 분기 유로(201, 202)에 각각 설치된다. 냉장실용 증발기(23A)는 냉장실(11)의 고내를 냉각하도록 설치되어 있고 냉동실용 증발기(23B)는 냉동실(12)의 고내를 냉각하도록 설치된다. 또한, 냉동실용 증발기(23B)의 토출측에 냉매의 역류를 방지하는 역지 밸브(6)가 설치된다.
그리고 본 실시 예의 냉각 장치(100)는 도 7에 도시된 바와 같이, 각 냉매 분기 유로(201, 202)로 흐르는 냉매 유량을 조정함으로써 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매를 제어하는 냉매 제어부(3)를 구비한다.
냉매 제어부(3)는 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매를 제어하는 냉매 제어 밸브(31)와 해당 냉매 제어 밸브(31)를 제어하는 제어 장치(32)를 구비한다.
본 실시 예의 냉매 제어 밸브(31)는 도 8에 도시된 바와 같이, 냉매 분기 유로(201, 202)의 분기점에 설치된 세 방향 밸브이고 입력 포트(P1)가 응축기(22) 측의 냉매 배관에 연결되고 제1 출력 포트(P2)가 냉장실용 증발기(23A) 측의 냉매 분기 유로(201)를 구성하는 분기 배관에 연결되고 제2 출력 포트(P3)가 냉동실용 증발기(23B) 측의 냉매 분기 유로(202)를 구성하는 분기 배관에 연결된다.
구체적으로 냉매 제어 밸브(31)는 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 입력 포트(P1), 제1 출력 포트(P2) 및 제2 출력 포트(P3)를 구비하고 그것을 연통하는 내부 공간(S)을 가지는 밸브 본체(311)와 해당 밸브 본체(311)의 내부 공간(S)에 설치되고 입력 포트(P1)와 2개의 출력 포트(P2, P3)의 일부 또는 전부를 연통하는 복수의 연통 구멍(H1, H2)이 형성된 밸브체(312)를 구비한다. 또한, 부호 P1a는 입력 포트(P1)에 연결되는 유입구이다.
본 실시 예의 냉매 제어 밸브(31)에 있어서 2개의 출력 포트(P2, P3)의 유출구(P2a, P3a)가 형성되어 있는 유출구 형성면(밸브 시트)(311x)은 평면이다. 그리고, 밸브체(312)가 유출구 형성면(311x) 상을 소정의 회전축 주위에 슬라이드 회전함으로써 각 유출구(P2a, P3a)를 개폐한다. 본 실시 예에서 밸브체(312)의 회전축은 2개의 유출구(P2a, P3a)로부터 등거리로 설치된 축이며 보다 상세하게는 2개의 유출구(P2a, P3a)의 중간 점이다.
밸브체(312)는 원판 형상을 하고 있으며 회전축을 중심으로 주 방향에 복수의 연통 구멍(H1, H2)이 형성되어 있고 본 실시 예에서는 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)에 대응하는 복수의 제1 연통 구멍(H1)(도 9에서는 5개)과 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)에 대응하는 복수의 제2 연통 구멍(H2)(도 9에서는 4개)이 설치된다. 그리고 이 밸브체(312)가 회전축 주위로 회전하는 것에 의해 유출구(P2a)에 대응하는 제1 연통 구멍(H1)과 해당 유출구(P2a)가 겹쳐지고 혹은 유출구(P3a)에 대응하는 제2 연통 구멍(H2)과 해당 유출구(P3a)가 겹치는 것으로 입력 포트(P1)와 제1 출력 포트(P2) 및/또는 제2 출력 포트(P3)가 연통한다.
이것에 의해 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B) 각각에 대하여 냉매를 흘리는 열림 밸브 상태 또는 냉매를 흘리지 않는 닫힘 밸브 상태의 조합이 결정되어 복수의 서로 다른 개폐 상태(개폐 선택모드)가 결정된다. 즉 본 실시 예에서는
(1) 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리지 않는 전폐모드("폐-폐" 모드)와
(2) 냉장실용 증발기(23A)에 냉매를 흘리면서 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리지 않는 냉장실 선택모드("개-폐" 모드)와
(3) 냉장실용 증발기(23A)에 냉매를 흘리지 않으면서 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리는 냉동실 선택모드("폐-개" 모드)와
(4) 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리는 전개모드("개-폐" 모드)가 결정된다.
그리고 본 실시 예에서는 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)에 대응하는 복수의 연통 구멍(H1)과 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)에 대응하는 복수의 연통 구멍(H2)과 밸브체(312)가 1 스트로크 동작 중에 회전함에 따라서 냉장실 선택모드("개-폐" 모드) 및 냉동실 선택모드("폐-개" 모드)가 교대로 복수 회 전환되도록 밸브체(312)에 형성된다. 즉 복수의 연통 구멍(H1) 및 복수의 연통 구멍(H2)은 밸브체(312)가 1 스트로크 동작 중에 회전함에 따라서 냉장실 선택모드("개-폐" 모드)로부터 냉동실 선택모드("폐-개" 모드)로 차례로 전환하는 개폐 루틴이 반복되는 것과 같이 밸브체(312)에 형성된다.
또한 냉매 제어 밸브(31)는 밸브체(312)에 형성된 기어 부(미 도시)에 서로 맞물리는 기어 기구와 해당 기어 기구(313)를 회전시키는 스텝 모터 등의 액츄에이터를 구비하고 있고 해당 액츄에이터에 의해 기어 기구를 통하여 밸브체(312)가 회전한다. 또한, 액츄에이터는 밸브체(312)를 정 회전 또는 역회전하는 것이 가능하다. 즉, 각 밸브체(312)는 기어 기구에 의해 소정의 회전 범위로 왕복 회전운동 한다.
그리고, 냉매 제어 밸브(31)는 제어 장치(32)로부터 제어 신호로 액츄에이터가 제어됨에 따라 밸브체(312)가 회전하여 2개의 출력 포트(P2, P3) 유출구(P2a, P3a)의 개폐 모드가 전환된다.
제어 장치(32)는 CPU, 메모리, 입출력 인터페이스, AD 전환기 등을 구비한 범용 내지 전용의 컴퓨터이며, 메모리의 소정 영역에 기억시킨 제어 프로그램에 따라서 CPU, 주변기기 등을 협동시킴으로써 냉매 제어 밸브(31)를 제어한다.
구체적으로는, 제어 장치(32)는 냉장실(11)의 고내에 설치되어 해당 냉장실(11)의 고내 온도를 검출하는 온도센서(4A)로부터의 검출 온도와 냉동실(12)의 고내에 설치되어 해당 냉동실(12)의 고내 온도를 검출하는 온도센서(4B)로부터의 검출 온도와 냉각 장치(100) 외부에 설치되어 외부 공기 온도를 검출하는 외부 공기 온도센서(5)로부터의 검출 온도를 취득한다.
또한, 제어 장치(32)는 고내 온도 및 외부 공기 온도에 의해 냉장실(11)의 부하 또는 그 변동을 산출함과 동시에 고내 온도 및 외부 공기 온도에 의해 냉동실(12)의 부하 또는 그 변동을 산출하며 그 산출 결과에 의해 냉매 제어 밸브(31)의 제1 출력 포트(P2) 유출구(P2a) 및 제2 출력 포트(P3) 유출구(P3a)의 개폐 모드를 결정한다. 그리고 제어 장치(32)는 이것에 의해 얻어진 제어 신호를 냉매 제어 밸브(31)로 출력하여 냉매 제어 밸브(31)를 제어한다.
아래에서 본 실시 예의 냉매 제어부(3)에서의 냉매 유량의 제어 상태에 대하여 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한다.
본 실시 예의 냉매 제어 밸브(31)에서는 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B) 양쪽 모두에 냉매가 흐르지 않는 전폐 모드("폐-폐" 모드：모드 A)에서 밸브체(312)가 회전하면 냉장실 선택 모드("개-폐" 모드：모드 B)로 전환한다. 다음에 본 냉장실 선택 모드로부터 밸브체(312)가 더 회전하면 냉동실 선택 모드("폐-개" 모드：모드 D)로 전환한다. 그리고 밸브체(312)가 1 스트로크 동작 중에서 회전함에 따라 모드 B와 모드 D가 교대로 전환하고 여러 차례 개폐 루틴이 반복된다(도 10 참조). 즉 밸브체(312)가 회전함에 따라 제1 연통 구멍(H1) 및 유출구(P2a)의 연통과 제2 연통 구멍(H2) 및 유출구(P3a)의 연통이 교대로 전환한다(도 11 참조). 그다음 밸브체(312)가 더 회전하면 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리는 전개모드("개-폐" 모드：모드 C)가 된다. 이 상태가 반 스트로크 분이 된다. 그리고 밸브체(312)는 상기와 마찬가지로 모드 B와 모드 D가 교대로 전환하면서 즉 복수회의 개폐 루틴이 반복하면서 나머지 반 스트로크 분 역회전 한다. 이처럼 본 실시 예의 밸브체(312)의 1 스트로크란 초기 위치로부터 소정 각도 범위(예를 들면 180도 미만이며 본 실시 예에서는 100도 정도) 정 회전하고 그다음 초기 위치까지 역회전하는 1 동작이 된다. 또한, 모드 B 및 모드 D를 전환하는 회수(개폐 루틴 수)를 늘리기 위해서는 모드 A 및 모드 C를 통하지 않고 밸브체(312)를 정역회전(正逆回轉) 시키면 된다.
＜제2 실시 예의 효과＞
이처럼 구성한 냉각 장치(100)에 의하면 냉매 제어 밸브(31)가 그 밸브체(312)의 1 스트로크 동작 중에 냉장실 선택모드 및 냉동실 선택모드로부터 여러 차례 동일한 개폐 루틴을 구비하게 되고 1 스트로크 동작 중에 냉장실 선택모드 및 냉동실 선택모드를 여러 차례 전환하므로 동일한 장소를 왕복하여 반복 동작하는 회수를 줄여 냉매 제어 밸브(31)의 내구성을 향상할 수 있다. 또 밸브체(312)의 1 스트로크 동작 중에 여러 차례 동일한 개폐 루틴을 구비하게 되고 각 개폐 선택모드간의 이동 거리를 짧게 할 수 있고 그 이동 시간을 단축할 수 있으므로 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다. 특히 본 실시 예에서는 밸브체(312)가 1 스트로크 동작 중에 회전함에 따라 냉장실 선택모드 및 냉동실 선택모드로부터 개폐 루틴이 여러 차례 반복되므로 밸브체(312)의 냉장실 선택모드 및 냉동실 선택모드의 전환을 소량의 이동량에 의해 가능하게 할 수 있고 밸브체(312)의 이동 시간을 한층 더 단축할 수 있어서 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.
＜제2 실시 예의 변형 예＞
또한 본 발명은 상기 제2 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면 상기 제2 실시 예에서는 냉매 제어 밸브(31)가 냉장실 선택모드 및 냉동실 선택모드를 교대로 전환하는 것이었으나 냉장실용 증발기(23A) 또는 냉동실용 증발기(23B)의 한쪽만 냉매를 흘리는 한쪽 선택모드와 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B) 양쪽 모두에 냉매를 흘리는 양쪽 전체 선택모드를 가지며 밸브체(312)의 1 스트로크 동작 중에 한쪽 선택모드 및 양쪽 전체 선택모드로부터 개폐 루틴을 여러 차례 구비하는 것일 수도 있다. 구체적으로는 도 12에 도시된 바와 같이, 밸브체(312)가 반 원판 형상을 이루며 회전축을 중심으로 주 방향에 복수의 연통 구멍(H2)이 형성된다. 상세하게는 밸브체(312)는 제2 출력 포트(P3) 유출구(P3a)에 대응하는 복수의 제2 연통 구멍(H2)(도 12에서는 4개)을 가진다. 그리고 본 밸브체(312)가 회전축 주위를 회전함에 따라서 유출구(P3a)에 대응하는 제2 연통 구멍(H2)과 해당 유출구(P3a)가 겹치는 것으로 입력 포트(P1)와 제2 출력 포트(P3)가 연통한다. 또한 유출구(P2a)는 도 13의 모드 A 이외는 항상 개방되어 있고 입력 포트(P1)와 제1 출력 포트(P2)와는 항상 연통한다.
이것에 의해 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B) 각각 대하여 냉매를 흘리는 열림 밸브 상태 또는 냉매를 흘리지 않는 닫힘 밸브 상태의 조합이 결정되어 복수의 서로 다른 개폐 상태(개폐 선택모드)가 결정된다. 즉 본 실시 예에서는
(1) 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리지 않는 전폐모드("폐-폐" 모드)와
(2) 냉장실용 증발기(23A)에 냉매를 흘리면서 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리지 않는 한쪽 선택모드인 냉장실 선택모드("개-폐" 모드)와
(3) 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 흘리는 양쪽 전체 선택모드인 전개모드("개-폐" 모드)가 결정된다.
다음으로 상기 냉매 제어 밸브(31)에서는, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B) 양쪽 모두에 냉매가 흐르지 않는 전폐모드("폐-폐" 모드：모드 A)에서 밸브체(312)가 회전하면, 냉장실선택모드("개-폐" 모드：모드 B)로 전환한다. 다음으로 상기 냉장실 선택모드에서 밸브체(312)가 더욱 회전하면 전개모드("개-폐" 모드：모드 C)로 전환한다. 그리고 밸브체(312)가 1 스트로크 동작 중에서 회전함에 따라 모드 B와 모드 C가 교대로 전환하고 복수회의 개폐 루틴이 반복된다(도 13 참조). 즉, 밸브체(312)가 회전함에 따라서 제1 연통 구멍(H1) 및 유출구(P2a)가 항상 연통하는 상태로 제2 연통 구멍(H2) 및 유출구(P3a)의 연통 및 차단이 교대로 전환한다(도 14 참조). 그다음 밸브체(312)를 역회전시킴으로써 모드 B 및 모드 C를 교대로 전환하고 복수회의 개폐 루틴이 반복된다. 이때, 냉매 제어 밸브(31)에서의 냉장실 선택모드(모드 B)와 전개모드(모드 C)의 시간 비를 조절함으로써 냉장용 증발기(23A)의 냉매 유량 및 냉장실용 증발기(23B)의 냉매 유량의 비율을 조정할 수 있다.
또, 냉매 제어 밸브(31)는 밸브체(312)가 원판 형상 또는 반 원판 형상 등으로 이루어진 패드 타입을 하는 슬라이드 밸브이었으나 그 외의 형상을 이루는 밸브체를 가지는 슬라이드 밸브일 수도 있고 예를 들면 복수의 내부 유로가 형성되어 입력 포트(P1)의 유입구(P1a)와 출력 포트(P2, P3)의 유출구(P2a, P3a)를 개별적으로 연통하는 스풀 밸브일 수도 있다.
＜제3 실시 예＞
다음에 본 발명의 제3 실시 예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
제3 실시 예에 의한 냉각 장치(100)는 도 15에 도시된 바와 같이, 냉장실(11) 및 냉동실(12)을 가지며 압축기(21), 해당 압축기(21)의 토출측에 설치된 응축기(22)와, 해당 응축기(22)의 토출측 및 상기 압축기(21)의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결된 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)와, 냉장실용 증발기(23A)의 흡입측에 직렬로 설치된 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉장실용 감압 수단(24A) 및 냉동실용 증발기(23B)의 흡입측에 직렬로 설치된, 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉동실용 감압 수단(24B)을 가지는 냉동 회로(200)를 구비한다.
여기서 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)는 응축기(22)의 토출측에서 분기한 2개의 냉매 분기 유로(201, 202)에 각각 설치된다. 냉장실용 증발기(23A)는 냉장실(11)의 고내를 냉각하도록 설치되어 있고 냉동실용 증발기(23B)는 냉동실(12)의 고내를 냉각하도록 설치된다. 또한, 냉동실용 증발기(23B)의 토출측에 냉매의 역류를 방지하는 역지 밸브(6)가 설치된다.
그리고 본 실시 예의 냉각 장치(100)는 도 15에 도시된 바와 같이, 각 냉매 분기 유로(201, 202)로 흐르는 냉매 유량을 조정함으로써, 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량을 동시에 연속적으로 변화시켜서 조절하는 냉매 제어부(3)를 구비한다.
냉매 제어부(3)는 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량을 제어하는 제어밸브(31)와 해당 제어밸브(31)를 제어하는 제어 장치(32)를 구비한다.
본 실시 예의 제어밸브(31)는 도 16에 도시된 바와 같이, 상기 냉매 분기 유로(201, 202)의 분기점에 설치된 세 방향 밸브이며 입력 포트(P1)가 응축기(22) 측의 냉매 배관에 연결되고 제1 출력 포트(P2)가 냉장실용 증발기(23A) 측의 냉매 분기 유로(201)를 구성하는 분기 배관에 연결되고 제2 출력 포트(P3)가 냉동실용 증발기(23B) 측의 냉매 분기 유로(202)를 구성하는 분기 배관에 연결된다.
구체적으로 제어밸브(31)는 도 16 및 도 17에 도시된 바와 같이, 상기 입력 포트(P1), 제1 출력 포트(P2) 및 제2 출력 포트(P3)를 구비하고 이들을 연통하는 내부 공간(S)을 가지는 밸브 본체(311)와 해당 밸브 본체(311)의 내부 공간(S)에서 2개의 출력 포트(P2, P3) 각각에 대응하여 설치되고 출력 포트(P2, P3)에 연결되는 유출구(P2a, P3a)를 개폐하는 2개의 밸브체(312a, 312b)를 구비한다. 또한, 부호 P1a는 입력 포트(P1)에 연결되는 유입구이다.
본 실시 예의 제어밸브(31)에서 2개의 출력 포트(P2, P3) 유출구(P2a, P3a)가 형성되어 있는 유출구 형성면(311x)은 평면이다. 그리고 상기 2개의 밸브체(312a, 312b) 각각이 유출구 형성면(311x) 위를, 각각 설정된 회전축 주위에 슬라이드 회전함으로써 각 유출구(P2a, P3a)를 개폐한다.
또 각 밸브체(312a, 312b)에서 상기 유출구(P2a, P3a)를 통과하는 부분의 윤곽 형상이 회전 방향을 향해 볼록하게 만곡한 곡선 형상으로 되어 있다. 또한, 상기 윤곽 형상은 밸브체(312a, 312b)의 회전축 방향에서 볼 때의 유출구 형성면(311x)를 슬라이드 하는 슬라이드 면의 외관 형상이다.
본 실시 예에서는 밸브체(312a)에서의 상기 윤곽 형상은 해당 밸브체(312a)가 유출구(P2a)를 막을 방향으로 회전할 경우의 회전 방향을 향해 볼록하게 만곡한 만곡 형상으로 되어 있다. 한편, 밸브체(312b)에서의 상기 윤곽 형상은 해당 밸브체(312b)가 유출구(P3a)를 막을 방향으로 회전할 경우의 회전 방향을 향해 볼록하게 만곡한 만곡 형상으로 되어 있다. 또한, 각 밸브체(312a, 312b)에서의 상기 윤곽 형상은 인벌류트 곡선이며 서로 동일 형상으로 되어 있다.
또한 제어밸브(31)는 각 밸브체(312a, 312b)에 형성된 기어 부(312a1, 312b1)에 서로 맞물리는 기어 기구(313)와 해당 기어 기구(313)를 회전시키는 스텝 모터 등의 액츄에이터(미 도시)를 구비하고 해당 액츄에이터에 의해 기어 기구(313)를 통하여 2개의 밸브체(312a, 312b)가 연동하여 회전한다. 또한, 액츄에이터는 밸브체(312a, 312b)를 정 회전 또는 역회전시킬 수 있다. 즉, 각 밸브체(312a, 312b)는 기어 기구(313)에 의해 소정의 회전 범위에서 왕복 회전 운동한다.
그리고, 제어밸브(31)는 제어 장치(32)로부터의 제어 신호로 액츄에이터가 제어됨으로써 2개의 밸브체(312a, 312b)가 회전하여 2개 출력 포트(P2, P3)의 유출구(P2a, P3a)의 개도를 제어한다.
제어 장치(32)는 CPU, 메모리, 입출력 인터페이스, AD 전환기 등을 구비한 범용 내지 전용의 컴퓨터이며 상기 메모리의 소정 영역에 기억시킨 제어 프로그램으로 CPU, 주변기기 등을 협동시킴으로써 상기 제어밸브(31)를 제어한다.
구체적으로는, 제어 장치(32)는 냉장실(11)의 고내에 설치되어 해당 냉장실(11)의 고내 온도를 검출하는 온도센서(4A)로부터의 검출 온도와 냉동실(12)의 고내에 설치되어 해당 냉동실(12)의 고내 온도를 검출하는 온도센서(4B)로부터의 검출 온도와, 냉각 장치(100) 외부에 설치되어 외부 공기 온도를 검출하는 외부 공기 온도센서(5)로부터의 검출 온도를 취득한다.
또한, 제어 장치(32)는 고내 온도 및 외부 공기 온도에 의해 냉장실(11)의 부하 또는 그 변동을 산출함과 동시에 고내 온도 및 외부 공기 온도에 의해 냉동실(12)의 부하 또는 그 변동을 산출하고 그 산출 결과에 의해 제어밸브(31)의 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)의 개도 및 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)의 개도 비율을 산출한다. 그리고 제어 장치(32)는 이것에 의해 얻어진 제어 신호를 제어밸브(31)로 출력하여 제어밸브(31)를 제어한다.
다음에 본 실시 예의 냉매 제어부(3)에서의 냉매 유량의 제어 상태에 대해 도 18 및 도 19를 참조하여 설명한다.
각 밸브체(312a, 312b)는 초기 위치에서 회전범위가 10%까지의 범위(영역 A)에서는 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)가 전개(개도 100%)하고 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)는 전폐(개도 0%)하여 냉장실측 증발기에의 유량 비율이 100%가 되고 냉동실측 증발기에의 유량 비율이 0%가 된다. 또한, 본 실시 예의 초기 위치란 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)가 전개하면서 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)가 전폐되는 소정의 위치이다.
또한, 회전 범위가 90%에서 100%까지의 범위(영역 C)에서는 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)가 전폐(개도 0%)하고, 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)가 전개(개도 100%)하여 냉장실측 증발기에의 유량 비율이 0%가 되고 냉동실측 증발기에의 유량 비율이 100%가 된다. 또한, 본 실시 예의 회전 범위 100%란 초기 위치로부터 회전하여 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)가 전폐하면서 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)가 전개되는 소정의 위치이다.
또한, 회전 범위가 10%에서 90%까지의 범위(영역 B)는 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)의 개도 및 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)의 개도 양쪽 모두를 조정 가능한 범위(조정 영역)이다. 이 조정 영역에서는 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a) 개도는 100%에서 0%로 직선적으로 감소하고 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a) 개도는 0%에서 100%로 직선적으로 증가한다. 즉, 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a)의 개도 변화율은 일정하고 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a)의 개도 변화율도 일정하다. 또, 유출구(P2a)의 개도 변화율과 유출구(P3a)의 개도 변화율과는 정부역(正負逆)이다.
이러한 제어를 수행했을 경우의 냉장실(11)의 고내 온도, 냉장실측 증발기(23A)의 입구 온도 및 출구 온도의 온도 변화 및 냉동실(12)의 고내 온도, 냉동실측 증발기(23B)의 입구 온도 및 출구 온도의 온도 변화를 도 20에 나타낸다. 도 20에서 보듯이, 조정 영역에서 냉장실측 증발기(23A) 및 냉동실측 증발기(23B)에서의 증발 온도를 연속적으로 변화시켜 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 고내 온도를 연속적으로 조절할 수 있음을 알 수 있다.
＜제3 실시 예의 효과＞
이처럼 구성한 냉각 장치(100)에 의하면 냉매 제어부(3)가 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량을 동시에 연속적으로 변화시키기 때문에 유량 비율의 조합 패턴을 늘릴 수 있다. 따라서 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)에서의 증발 온도를 각각 임의로 조절할 수 있으므로 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 부하에 따른 정밀한 유량 제어가 가능해진다. 또, 이것에 의해 압축기(21)의 냉각 효율을 향상할 수 있고 소비전력 줄이기가 가능해진다.
＜제3 실시 예의 변형 예＞
또한 본 발명은 상기 제3 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면 상기 제3 실시 예에서는 0%~10%의 회전 범위를 전개 영역(또는 전폐 영역), 10%~90%의 회전 범위를 조정 영역, 90%~100%를 전폐 영역(또는 전개 영역)으로 하고 있으나, 이것에 한정되지 않는다. 조정 영역으로 하는 회전 범위는 상기에 한정되지 않고 예를 들면 20%~80% 등과 같이 임의로 설정할 수 있다. 또, 전개 영역, 조정 영역 및 전폐 영역 외에, 일정 개도 영역을 가지도록 구성할 수 있다. 또한, 이처럼 회전 범위에 의해 각 영역으로 구분하기 위해 밸브체(312a, 312b)에서의 유출구(P2a, P3a)를 통과하는 부분의 윤곽 형상을 특정 형상으로 설정한다.
또한, 조정 영역에서의 출력 포트(P2, P3) 유출구(P2a, P3a)의 개도 변화율을 복수의 변화율로 이루어진 것으로 할 수 있다. 예를 들면 도 21에 도시된 바와 같이, 조정 영역 B를 변화율이 작은 영역 B1, 변화율이 높은 영역 B2 및 변화율이 낮은 영역 B3으로 나눌 수 있다. 도 21에서는 영역 B1 및 영역 B3의 변화율이 동일하게 되어 있다. 또, 출력 포트(P2) 유출구(P2a)의 개도 변화율과 출력 포트(P3) 유출구(P3a)의 개도 변화율이 정부역으로 되어 있다. 또한, 영역 B1 및 영역 B3의 변화율을 다르게 할 수도 있다. 이때 밸브체(312a, 312b)에 있어서의 유출구(P2a, P3a)를 통과하는 부분의 윤곽 형상을 특정 형상으로 함으로써 조정 영역을 변화율이 다른 복수의 영역으로 할 수 있다.
이처럼 구성한 냉매 제어부(3)에 의한 냉장실(11)의 고내 온도, 냉장실측 증발기의 입구 온도 및 출구 온도의 온도 변화 및 냉동실(12)의 고내 온도, 냉동실측 증발기의 입구 온도 및 출구 온도의 온도 변화를 도 22에 나타낸다. 도 22에서 보듯이, 조정 영역에서 냉장실측 증발기 및 냉동실측 증발기에서의 증발 온도를 연속적으로 변화시켜 냉장실(11) 및 냉동실(12)의 고내 온도를 연속적으로 조절할 수 있음을 알 수 있다. 이처럼 유출구(P2a, P3a)의 개도 변화율을 임의로 설정함으로써 연속 가변으로 더 정밀한 온도 제어가 가능해진다.
또한 도 23에 도시된 바와 같이, 조정 영역에서 제1 출력 포트(P2) 유출구(P2a)의 개도 변화율과 제2 출력 포트(P3) 유출구(P3a)의 개도 변화율을 서로 관계없이 독립하여 설정할 수 있다. 즉, 유출구(P2a) 개도와 유출구(P3a) 개도의 합계가 100%가 되지 않게 설정할 수 있다. 이 경우에는 각 밸브체에서의 유출구(P2a, P3a)를 통과하는 부분의 윤곽 형상을 서로 다른 형상으로 한다. 도 23에서는 제2 출력 포트(P3)의 유출구(P3a) 변화율을 일정하게 하고 제1 출력 포트(P2)의 유출구(P2a) 변화율을 복수의 변화율로 이루어진 것으로 한다. 이처럼 구성함으로써 각 증발기(23A, 23B)에서의 냉매 유량이 해당 각 증발기(23A, 23B)의 온도(압력)의 차이에 의해 복수 출력 포트의 유출구 개도 비율과 동일하지 않은 경우에도 각 증발기(23A, 23B)로 흐르는 냉매 유량을 정밀하게 제어할 수 있다.
여기서, 냉각실 부하가 변동했을 경우 증발기 온도(압력)도 변화하기 때문에 동일한 개도에서도 냉매 유량이 동일하지 않은 경우가 있다. 이 경우에는 도 24에 도시된 바와 같이, 조정 영역(도 24에서는 조정 영역 B3)에서 밸브체를 회전시켜서 복수 출력 포트에서의 유출구 개도를 연속적으로 변경함으로써, 임의 냉매 유량으로 미세 조정할 수 있다. 예를 들면, 도 24의 스텝 D로 운전 중(이때의 냉매 유량 비를 R측：20%, F측：80%로 한다), 냉각실 부하 변동으로 냉매 유량비가 R측：25%, F측：75%가 되었을 경우 밸브체를 회전시켜서 스텝 E로 함으로써 원래의 냉매 유량비(R측：20%, F측：80%)로 되돌리는 것이 가능해진다. 이처럼 냉각실 부하 변동으로 냉매 유량비가 변동했을 경우에도 밸브체를 회전시켜 복수 출력 포트에서의 유출구 개도를 연속적으로 변경시킴으로써 임의의 냉매 유량비로 미세 조절하는 것을 가능하게 할 수 있다.
또한, 본 실시 예에서는 각 밸브체(312)에서의 유출구(P2a, P3a)를 통과하는 부분의 윤곽 형상을 곡선 형상으로 하고 있으나 이에 한정되지 않고 직선 형상 또는 굴곡된 형상으로 할 수 있고 이들 형상을 조합한 형상으로 할 수도 있다.
＜제4 실시 예＞
다음에 본 발명의 제4 실시 예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
제4 실시 예에 의한 냉각 장치(100)는 도 25에 도시된 바와 같이, 냉장실(11) 및 냉동실(12)을 가지며 압축기(21)와, 해당 압축기(21)의 토출측에 설치된 응축기(22)와, 해당 응축기(22)의 토출측 및 상기 압축기(21)의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결된 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)와, 냉장실용 증발기(23A)의 흡입측에 직렬로 설치된 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉장실용 감압 수단(24A)과, 냉동실용 증발기(23B)의 흡입측에 직렬로 설치된 예를 들면 모세관 튜브 등의 냉동실용 감압 수단(24B)을 가지는 냉동 회로(200)를 구비한다.
여기서 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)는 응축기(22)의 토출측에서 분기한 2개의 냉매 분기 유로(201, 202)에 각각 설치된다. 냉장실용 증발기(23A)는 냉장실(11)의 고내를 냉각하도록 설치되어 있고 냉동실용 증발기(23B)는 냉동실(12)의 고내를 냉각하도록 설치된다.
그리고 본 실시 예의 냉각 장치(100)는 도 25에 도시된 바와 같이, 각 냉매 분기 유로(201, 202)로 흐르는 냉매 유량을 조절함으로써 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량을 개별적으로 조절하는 냉매 제어부(3)를 구비한다.
냉매 제어부(3)는 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)로 흐르는 냉매 유량을 제어하는 냉매 제어 밸브(31)와, 해당 냉매 제어 밸브(31)를 제어하는 제어 장치(32)를 구비한다. 또한 제어 장치(32)는 CPU, 메모리, 입출력 인터페이스, AD 전환기 등을 구비한 범용 내지 전용의 컴퓨터이며 상기 메모리의 소정 영역에 기억시킨 제어 프로그램에 따라서 CPU, 주변기기 등을 협동시킴으로써 상기 냉매 제어 밸브(31)를 제어한다.
본 실시 예의 냉매 제어 밸브(31)는 상기 냉매 분기 유로(201, 202)의 분기점에 설치된 세 방향 밸브이며 입력 포트가 응축기(22) 측의 냉매 배관에 연결되고 제1 출력 포트가 냉장실용 증발기(23A) 측의 냉매 분기 유로(201)를 구성하는 분기 배관에 연결되고 제2 출력 포트가 냉동실용 증발기(23B) 측의 냉매 분기 유로(202)를 구성하는 분기 배관에 연결된다. 그리고 상기 냉매 제어 밸브(31)는 상기 제어 장치(32)로부터의 제어 신호로 제1 출력 포트 및 제2 출력 포트의 개폐가 개별적으로 제어된다.
이하에 제어 장치(32)에 의한 냉매 제어 밸브(31)의 개폐 동작 패턴의 실시 예에 대해 도 26을 참조하여 설명한다.
제어 장치(32)는 냉장실(11)을 냉각하는 냉장실 냉각 운전과 냉동실(12)을 냉각하는 냉동실 냉각 운전을 차례로 진행하는 것으로 냉매 제어 밸브(31)를 제어함으로써 냉매를 공급하는 증발기를 냉장실용 증발기(23A)와 냉동실용 증발기(23B) 사이에 선택적으로 전환한다. 또한, 본 실시 예에서는 냉장실 냉각 운전과 냉동실 냉각 운전 사이에 양쪽 모두의 증발기(23A, 23B) 어느 쪽에도 냉매를 공급하지 않는 동시 정지 기간이 설정되어 있다.
구체적으로 제어 장치(32)는 냉매를 공급하는 증발기를 전환한 후 (냉장실 냉각 운전 또는 냉동실 냉각 운전)에 있어서 냉매 제어 밸브(31)를 ON/OFF 시키는 것에 의해 냉매를 간헐적으로 공급한다. 예를 들면, 냉매를 공급하는 증발기를 냉장실용 증발기(23A)로 전환한 후에 냉매 제어 밸브(31)를 ON/OFF 시켜 해당 냉장실용 증발기(23A)에 냉매를 간헐적으로 공급한다. 또, 냉매를 공급하는 증발기를 냉동실용 증발기(23B)로 전환한 후에 냉매 제어 밸브(31)를 ON/OFF시켜 해당 냉동실용 증발기(23B)로 냉매를 간헐적으로 공급한다.
여기서 제어 장치(32)는 냉매 제어 밸브(31)를 듀티 제어하는 것으로 그 듀티 제어의 주기를 3초에서 200초간으로 설정한다. 또 제어 장치(32)는 상기 듀티 제어에서 냉매 제어 밸브(31)의 ON 시간보다 OFF 시간이 길게 설정한다. ON 시간은 증발기로 냉매가 공급되는 냉매 공급 시간이며 OFF 시간은 증발기로부터 냉매(특히 액냉매)를 회수하는 냉매 회수 시간이다. 이 때문에 OFF 시간을 ON 시간보다 길게 설정함으로써 증발기로부터의 냉매 회수를 확실히 수행할 수 있다. 또, 제어 장치(32)는 증발기의 입구 온도와 출구 온도의 차이를 일정하게, 예를 들면 0℃에서 10℃ 사이에 과열 제어할 수 있도록 듀티비(시간 비율)를 설정하는 것을 생각할 수 있다. 또한, 냉장실용 증발기(23A)에 냉매를 공급할 때의 듀티 제어에서의 주기 및 듀티비와 냉동실용 증발기(23B)에 냉매를 공급할 때의 듀티 제어에서의 주기 및 듀티비는 서로 동일할 수 있고 다를 수도 있다.
이처럼 구성한 냉각 장치(100)에 의하면 냉매를 공급하는 증발기를 냉장실용 증발기(23A) 또는 냉동실용 증발기(23B)의 한쪽으로 전환한 후에 냉매 제어 밸브(31)를 ON/OFF 시키는 것에 의해 냉매를 간헐적으로 공급하기 때문에 해당 냉장실용 증발기(23A) 또는 냉동실용 증발기(23B)의 한쪽에 있어서 액냉매에 의해 발생하는 압력 손실을 줄일 수 있고 증발 온도의 상승을 억제할 수 있다. 이것에 의해 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B)의 열 교환 성능의 저하를 방지하고 냉각 효율의 저하를 방지함과 동시에 에너지 절약 운전이 가능해진다. 또, 냉각실의 냉각 시간도 적정하게 되고 냉각실의 온도 품질이 향상한다. 또한, 압축기에의 액백의 가능성을 줄일 수 있어 압축기의 내구성도 향상한다.
또, 제어 장치(32)가 냉매 제어 밸브(31)를 듀티 제어할 때에 냉매 제어 밸브(31)의 ON 시간보다 OFF 시간이 길게 설정되어 있어서 냉매가 공급되는 증발기로부터의 액냉매의 회수를 확실히 수행할 수 있다.
＜제4 실시 예의 변형 예＞
또한 본 발명은 상기 제4 실시 예에 한정되는 것은 아니다.
예를 들면 도 27에 도시된 바와 같이, 냉각 장치(100)가 냉장실용 증발기(23A) 및 냉동실용 증발기(23B) 각각을 서리 제거하기 위해 예를 들면 히터 등의 제상부(4A, 4B)를 구비할 수 있다. 이 경우 제상부(4B)에 의해 한쪽의 증발기(예를 들면 냉동실용 증발기(23B))가 서리 제거되는 상태로 냉매 제어부(3)에 의해 서리 제거되지 않은 증발기(예를 들면 냉장실용 증발기(23A))로 냉매를 공급하도록 한다. 여기서, 냉매 제어부(3)의 제어 장치(32)는 냉매 제어 밸브(31)를 ON/OFF 시키는 것에 의해 한쪽의 증발기(예를 들면 냉장실용 증발기)로 냉매를 간헐적으로 공급한다. 이 형태에서 냉매 제어 밸브(31)의 개폐 동작 패턴은 도 28에 나타낸 대로 된다.
　이렇게 함으로써 제상부(4A, 4B)에 의해 증발기(23A, 23B)의 어느 한쪽이 서리 제거되는 상태에서 냉매 제어부(3)가 서리 제거되지 않은 증발기로 냉매 제어 밸브(31)를 ON/OFF 시키는 것에 의해 냉매를 간헐적으로 공급하므로 해당 증발기(23A, 23B)에서 액냉매에 의해 발생하는 압력 손실을 줄일 수 있고 증발 온도의 상승을 억제할 수 있다. 이것에 의해 증발기(23A, 23B)의 열 교환 성능의 저하를 방지하고 냉각 효율의 저하를 방지함과 동시에 에너지 절약 운전이 가능해진다.
또, 제어 장치(32)는 냉각 장치(100) 외부에 설치되어 외부 공기 온도(주위 온도)를 검출하는 외부 공기 온도 센서로부터의 검출 온도를 취득하여 해당 주위 온도에 따라 냉매 제어 밸브(31)의 ON 시간과 OFF 시간과의 시간 비율(듀티비)을 가변할 수 있다.
그 밖에 본 발명은 상기 각 실시 예에 한정되지 않으며 또 각 실시 예에 기재된 구성을 조합할 수도 있고, 그 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변형할 수 있음은 말할 필요도 없다.

Claims (20)

  1. 냉각실;
    압축기, 상기 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 상기 응축기의 토출측 및 상기 압축기의 흡입측 사이에 설치되어 상기 냉각실을 냉각하는 증발기 및 상기 증발기의 흡입측에 설치된 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 및
    상기 응축기 및 상기 증발기 사이에 설치된 냉매 제어 밸브를 구비하고, 상기 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 상기 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하는 냉매 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 제어부는,
    상기 냉매 제어 밸브를 듀티 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 듀티 제어의 주기는 3초에서 200초 사이에서 설정되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 듀티 제어에서 상기 냉매 제어 밸브의 ON 시간보다 OFF 시간이 길게 설정되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  5. 제2항에 있어서,
    상기 냉매 제어부는,
    상기 듀티 제어에서 상기 증발기의 입구 온도와 출구 온도의 차이가 일정하도록 듀티 비를 설정하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 제어 밸브의 동작에서 ON 시간보다 OFF 시간이 길게 설정되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 제어부는,
    주위 온도에 따라 상기 냉매 제어 밸브의 ON 시간과 OFF 시간의 시간 비율을 가변 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 증발기 및 상기 압축기 사이에는 냉매의 역류를 방지하는 역지 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 냉매 제어 밸브는,
    상기 복수의 증발기 각각에 대하여 냉매를 흘리는 열림 밸브 상태 또는 냉매를 흘리지 않는 닫힘 밸브 상태의 조합으로 이루어진 복수의 개폐 선택 모드를 순차적으로 전환하는 개폐 루틴을 밸브체의 1 스트로크 동작 중에 복수 회 반복하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  10. 냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실;
    압축기, 상기 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 상기 응축기의 토출측 및 상기 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 상기 복수의 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 상기 각 증발기의 흡입측에 설치된 복수의 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 및
    상기 응축기 및 상기 복수의 증발기 사이에 설치되어 상기 각 증발기로 흐르는 냉매 유량을 제어하는 냉매 제어 밸브를 구비하고, 상기 복수의 냉각실을 동시에 냉각하는 동시 냉각 운전에서 상기 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 상기 각 증발기로 흐르는 냉매의 비율을 독립적으로 조절하는 냉매 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 냉매 제어부는,
    상기 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 상기 복수의 증발기 모두에 냉매를 흘리는 냉매 전부 유출 기간과, 상기 복수의 증발기 중 일부에 냉매를 흘리는 냉매 일부 유출 기간을 교대로 수행하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 냉매 제어부는,
    상기 냉매 제어 밸브를 듀티 제어하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 냉매 제어 밸브는,
    상기 복수의 증발기 각각에 대하여 냉매를 흘리는 열림 밸브 상태 또는 냉매를 흘리지 않는 닫힘 밸브 상태의 조합으로 이루어진 복수의 개폐 선택 모드를 순차적으로 전환하는 개폐 루틴을 밸브체의 1 스트로크 동작 중에 복수 회 반복하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  14. 냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실;
    압축기, 상기 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 상기 응축기의 토출측 및 상기 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 상기 복수의 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 상기 각 증발기의 흡입측에 설치된 복수의 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 및
    상기 응축기 및 상기 복수 증발기 사이에 설치된 냉매 제어 밸브를 구비하고, 상기 복수의 증발기 중 냉매를 공급하는 증발기를 선택적으로 전환하는 냉매 제어부;를 포함하고,
    상기 냉매 제어부는,
    상기 냉매를 공급하는 증발기를 전환한 후에 상기 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 상기 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  15. 냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실;
    압축기, 상기 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 상기 응축기의 토출측 및 상기 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 상기 복수의 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 상기 각 증발기의 흡입측에 설치된 복수의 감압 수단을 구비하는 냉동 회로;
    상기 응축기 및 상기 복수의 증발기 사이에 설치된 냉매 제어 밸브를 구비하고, 상기 복수의 증발기 중 냉매를 공급하는 증발기를 선택적으로 전환하는 냉매 제어부; 및
    상기 복수의 증발기 중 적어도 하나를 서리 제거하기 위한 제상부;를 포함하고,
    상기 제상부에 의해 상기 복수의 증발기 중 어느 하나가 서리 제거된 상태에서 상기 냉매 제어부는, 상기 냉매 제어 밸브의 개폐 시간을 제어하여 서리 제거되지 않은 증발기로 흐르는 냉매 유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  16. 냉각 온도가 서로 다른 복수의 냉각실;
    압축기, 상기 압축기의 토출측에 설치된 응축기, 상기 응축기의 토출측 및 상기 압축기의 흡입측 사이에 서로 병렬 연결되고 상기 냉각실 별로 대응하여 설치된 복수의 증발기 및 상기 각 증발기의 흡입측에 설치된 복수의 감압 수단을 구비하는 냉동 회로; 및
    상기 응축기 및 상기 복수의 증발기 사이에 설치되어 상기 각 증발기로 흐르는 냉매 유량을 제어하는 냉매 제어 밸브를 구비하고, 상기 복수의 증발기로 흐르는 냉매 유량을 동시에 연속적으로 변화시키는 냉매 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 냉매 제어부는,
    서로 다른 변화율로 상기 각 증발기로 흐르는 냉매 유량을 변화시키는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 냉매 제어 밸브는,
    상기 응축기의 토출측에 연결되는 입력 포트 및 상기 복수 증발기의 흡입측에 각각 연결되는 복수의 출력 포트를 가지는 밸브 본체; 및
    상기 밸브 본체 내부에서 상기 복수의 출력 포트 각각에 대응하여 설치되고 상기 출력 포트에 연결되는 유출구를 개폐하는 밸브체를 포함하고,
    상기 복수의 출력 포트에서의 유출구의 개도 합계가 100%가 되지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 밸브체는,
    상기 복수의 출력 포트를 동시에 막는 전폐 상태를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
  20. 제18항에 있어서,
    상기 냉매 제어부는,
    상기 각 냉각실의 부하 변동에 따라 상기 복수의 출력 포트에서의 유출구 개도를 연속적으로 변경하는 것을 특징으로 하는 냉각 장치.
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