KR100208017B1 - 다중 열교환기 및 그를 사용한 스터링 냉장고 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다중 열교환기 및 그를 사용한 스터링 냉장고에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 스터링 냉동기와 다중 열교환기를 이용하여 냉동실 및 냉장실의 고내 온도를 독립적으로 제어하므로써 고내의 온도를 효과적으로 제어할 수 있도록 한 다중 열교환기 및 그를 사용한 스터링 냉장고에 관한 것이다.

이에 따라, 본 발명의 다중 열교환기는 냉동기의 저온부와 열교환을 하는 내부 열교환기와, 상기 내부 열교환기의 외부에 배치되어 상기 내부 열교환기와 열교환하는 적어도 하나 이상의 외부 열교환기를 구비하여, 상기 냉동기의 냉열을 전달받아 두가지 이상의 온도대를 가지고 서로 다른 둘 이상의 공간을 각기 다른 온도로 냉각시킬 수 있도록 구성되며, 상기 다중 열교환기를 사용한 스터링 냉장고는 스터링 냉동기와, 열교환 매체로서의 브라인과, 브라인 순환 파이프와, 브라인 순환 펌프와, 냉각 열교환기와, 냉각팬과, 냉동실 및 냉장실내 공기의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 수단과, 상기 구성 부재들을 제어하는 제어부를 포함하여서 이루어진 스터링 냉장고에 있어서, 상기 냉동기의 저온부에는 상기 저온부와 직접 열교환하는 내부 열교환기와, 상기 내부 열교환기와 열교환하는 외부 열교환기로 구성되는 이중 열교환기가 설치되고, 상기 내부 열교환기는 냉동실내의 냉각 열교환기에 연결되어 냉동실내의 공기와 열교환되고, 외부 열교환기는 냉장실내의 냉각 열교환기에 연결되어 냉장실내의 공기와 열교환됨을 특징으로 한다.

Description

다중 열교환기 및 그를 사용한 스터링 냉장고

본 발명은 다중 열교환기 및 그를 사용한 스터링 냉장고에 관한 것으로, 보다 상세하게는 하나의 스터링 냉동기와 다중 열교환기를 이용하여 냉동실 및 냉장실의 온도를 독립적으로 제어하므로써 고내의 온도를 효과적으로 제어할 수 있도록 한 다중 열교환기 및 그를 사용한 스터링 냉장고에 관한 것이다.

통상의 냉장고는 랭킨 사이클을 이용하여 밀폐된 파이프내에 냉매를 순환시켜 공기를 냉각하고 있는바, 압축기에서 압축된 냉매를 응축기에서 응축시키고 팽창 밸브와 증발기를 통과시키면서 증발시키므로써 증발기를 냉각시키는 한편, 증발기 주위에서 열교환되어 차가워진 공기를 공기 순환용 팬에 의하여 냉동실과 냉장실에로 순환시키는 과정으로 냉각이 행하여지며, 이때 증발기 주위의 공기는 증발기를 지나면서 냉매에 증발열을 제공하고 자기 자신은 냉각된다.

상기한 바와 같은 종래의 냉장고는 냉매(CFC 계열의 R-12)가 대기 오존층을 파괴하는 등 대기오염에 심각한 악영향을 끼치게 되므로 최근 이러한 냉매의 사용을 규제하고 있고, 이에 따라 대체 냉매의 개발과 더불어 새로운 방식의 냉장고가 필요하게 되었다.

이에 따라, 스터링 사이클을 적용한 스터링 사이클 모듈을 냉각기로 이용한 스터링 냉장고가 제안되었던바, 제1도는 상기한 종래의 스터링 냉장고를 도시한 것이고, 제2도는 상기 스터링 냉장고에 사용되는 스터링 냉동기를 도시한 것이다.

제1도 및 제2도에 도시한 바와 같이, 실린더형 팽창 공간(27)과 압축 공간(35)내에는 피스톤(29)와 (37)이 설치되며, 상기 팽창 공간(27)과 압축 공간(35) 내에는 헬륨 가스 등의 작동 매체가 충진되어 있고, 상기 팽창 공간(27)의 주위로는 냉각 열교환부(55)가 설치되며, 상기 피스톤(29, 37)들은 왕복 기구(39)에 의해 90°의 위상차를 갖고 작동된다.

상기와 같이 구성된 스터링 냉동기(1)의 상기 냉각 열교환부(55)는 냉장고의 냉동실에 설치되어 있는 냉각 열교환기(5)와 순환 파이프(9)를 통해 연통되고, 상기 순환 파이프(9) 및 냉각 열교환기(5)에는 열교환 매체가 충진되는바, 상기 열교환 매체는 냉각 열교환부(55)를 지나면서 냉각되어 순환 파이프(9)를 통해 고내의 냉각 열교환기(5)로 이동되고, 여기에서 고내 공기와 열교환이 이루어지며, 냉열을 빼앗긴 열교환 매체는 순환 파이프(9)를 통해 다시 냉각 열교환부(55)로 유입된다.

상기와 같은 구성을 갖는 종래의 스터링 냉장고는 냉동기 냉각 열교환부에서 열교환을 하여 고내로 냉기를 전달할 때, 고내로 전달된 냉기는 냉동기의 저온부(팽창 공간)와 비슷한 온도(보통은 조금 높은 온도)를 가진다. 그러므로 만약 냉장실과 냉동실을 모두 구비한 냉장고에 종래 기술을 적용한다면 고내로 들어오는 냉기의 온도는 냉동실 온도에 맞추어져야 하며, 냉장실의 온도는 냉기 순환부의 조절을 통하여 이루어져야만 한다.

이렇게 되면, 냉동실과 냉장실이 공간적으로 독립되지 못하여 냉장실 고내의 온도 변화가 크게 되고, 상기 냉장실을 식품 보관에 필요한 고습한 환경으로 만들어 줄 수 없게 된다.

본 발명은 상기한 종래 스터링 냉장고의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 하나의 스터링 냉동기와 다중 열교환기를 이용하여 냉동실 및 냉장실의 고내 온도를 독립적으로 제어하므로써 고내의 온도를 효과적으로 제어할 수 있도록 한 다중 열교환기 및 그를 사용한 스터링 냉장고를 제공함을 목적으로 한다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 위한 다중 열교환기는 냉동기의 저온부와 열교환을 하는 내부 열교환기와, 상기 내부 열교환기의 외부에 배치되어 상기 내부 열교환기와 열교환하는 적어도 하나 이상의 외부 열교환기를 구비하여, 상기 냉동기의 냉열을 전달받아 두가지 이상의 온도대를 가지고 서로 다른 둘 이상의 공간을 각기 다른 온도로 냉각시킬 수 있도록 구성되며, 상기 다중 열교환기를 사용한 스터링 냉장고는 스터링 냉동기와, 열교환 매체로서의 브라인과, 브라인 순환 파이프와, 브라인 순환 펌프와, 냉동실 및 냉장실내의 공기를 냉각하기 위한 냉각 열교환기와, 냉동실 및 냉장실내의 공기를 순환시키기 위한 냉각팬과, 냉동실 및 냉장실내 공기의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 수단과, 상기 구성 부재들을 제어하는 제어부를 포함하여서 이루어진 스터링 냉장고에 있어서, 상기 냉동기의 저온부에는 상기 저온부와 직접 열교환하는 내부 열교환기와, 상기 내부 열교환기와 열교환하는 외부 열교환기로 구성되는 이중 열교환기가 설치되고, 상기 내부 열교환기는 냉동실내의 냉각 열교환기에 연결되어 냉동실내의 공기와 열교환되고, 외부 열교환기는 냉장실내의 냉각 열교환기에 연결되어 냉장실내의 공기와 열교환됨을 특징으로 한다.

제1도는 일반적인 스터링 냉장고의 구성도.

제2도는 제1도의 스터링 냉동기의 요부 확대 단면도.

제3도는 본 발명에 따른 스터링 냉장고의 개략 구성도.

제4도는 본 발명의 일실시예에 따른 이중 열교환기의 개략 사시도.

제5도는 본 발명의 다른 실시예에 따른 다중 열교환기의 개략 사시도.

제6도는 본 발명에 따른 스터링 냉장고의 냉각 제어 플로우차트.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 스터링 냉동기 2 : 이중 열교환기

2a : 내부 열교환기 2b : 외부 열교환기

5, 6 : 냉각 열교환기 F1, F2 : 냉각팬

9, 10 : 브라인 순환 파이프 14 : 열 전도도 감소층

P1, P2 : 브라인 순환 펌프 20 : 제어부

이하, 본 발명에 따른 이중 열교환기를 적용한 스터링 냉장고를 첨부도면을 참조로하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부도면에 관련된, 다음의 상세한 설명에서 동일한 구성 부재에는 동일한 참조부호를 부여하였다.

제3도는 본 발명의 이중 열교환기가 설치된 스터링 냉장고의 개략 구성도이다.

냉동실(3)과 냉장실(4)로 이루어지는 고내와 열적으로 차단된 위치(기계실)에는 스터링 냉동기(1)가 설치되고, 상기 냉동기(1)의 저온부(팽창 공간)에는 이중 열교환기(2)가 설치되며, 냉동실(3)과 냉장실(4)내에는 냉각 열교환기(5, 6)와 냉각팬(F1, F2)이 각각 설치되고, 상기 이중 열교환기(2)와 냉각 열교환기(5, 6)는 브라인 순환 파이프(9, 10)에 의해 각각 연결된다.

한편, 상기 냉동실(3)과 냉장실(4)에는 고내 공기의 온도를 감지하기 위한 써미스터(미도시)가 설치되며, 이중 열교환기(2)의 표면에는 그의 표면 온도를 감지하기 위한 써미스터(미도시)가 각각 설치된다.

또한, 상기 스터링 냉장고는 냉동실 써미스터와 이중 열교환기 써미스터에 의해 감지된 냉동실(3) 고내 온도와 이중 열교환기(2)의 표면 온도에 따라 냉동기(1)의 구동을 제어하는 제어부(20)를 구비한다.

제4도는 상기한 이중 열교환기를 도시한 것으로, 상기 이중 열교환기는 열교환기 두 개를 결합시켜 구성한 것이다.

내측에 있는 내부 열교환기(2a)는 브라인 순환 파이프(9)를 통해 냉동실(3)내의 냉각 열교환기(5)에 연결되는 것으로, 냉동기(1)의 저온부(C)와 열전달이 효율적으로 이루어지도록 냉동기 저온부(C)에 설치되며, 상기 내부 열교환기(2a)의 표면에는 그의 표면 온도를 감지하기 위한 써미스터가 설치된다.

한편, 상기 내부 열교환기(2a)의 외측에 부착되어 있는 외부 열교환기(2b)는 브라인 순환 파이프(10)를 통해 냉장실(4)내의 냉각 열교환기(6)에 연결되는 것으로, 외부 열교환기(2b)는 열 전도도 감소층(14)을 개재하여 내부 열교환기(2a)에 부착된다.

상기 내부 열교환기(2a)와 외부 열교환기(2b)에는 냉동기 저온부(C)의 냉열을 냉각 열교환기(5) 또는 (6)에 전달하기 위한 브라인 유출구(2a', 2b')와, 상기 냉각 열교환기(5) 또는 (6)에서 고내 공기와 열교환이 이루어진 브라인이 유입되는 브라인 유입구(2a, 2b)가 각각 형성되며, 브라인 유출구(2a', 2b')와 브라인 유입구(2a, 2b)는 브라인 순환 파이프(9, 10)에 의해 고내의 냉각 열교환기(5, 6)에 각각 연결되고, 냉각 열교환기(5, 6)와 이중 열교환기(2)를 연결하는 브라인 순환 파이프(9, 10)에는 브라인을 순환시키기 위한 브라인 순환 펌프(P1, P2)가 설치된다.

제5도는 제4도의 이중 열교환기의 개념을 적용하여 구성한 다중 열교환기를 도시한 것으로, 상기 다중 열교환기(2')는 냉동기의 저온부(C)와 열교환을 하는 내부 열교환기(2a)와, 상기 내부 열교환기(2a)의 외부에 배치되어 상기 내부 열교환기(2a)와 열교환하는 적어도 하나 이상의 외부 열교환기(2b, 2c, …)를 구비하여 구성되며, 나머지 다른 구성은 상기 이중 열교환기(2)와 동일하다.

이에 따라, 냉동기의 운전시 냉동기 저온부(C)에서 생성된 냉열은 상기 저온부(C)에 설치된 내부 열교환기(2a)와 전도 현상에 의해 열전달이 이루어진다. 이때, 열전달이 이루어지는 온도는 냉동실(3) 고내 온도(정상 상태에서 -18

)를 유지시킬 수 있는 -22

-25

이다.

그리고, 내부 열교환기(2a)내에서 냉각된 브라인은 순환 펌프(P1)에 의해 냉동실 고내 냉각 열교환기(5)로 이동되며, 상기 냉각 열교환기(5)의 냉열에 의해 냉동실 고내 공기가 냉각된다.

한편, 이중 열교환기의 내부 열교환기(2a)에 열 전도도 감소층(14)을 개재하여 부착된 외부 열교환기(2b)는 내부 열교환기(2a)와 전도 현상에 의해 열교환을 하게 되며, 이때, 외부 열교환기(2b)는 냉장실(4) 고내 온도를 약 3

5

로 일정하게 유지시킬 수 있도록 1

0

의 온도를 갖게 된다.

여기에서, 내부 열교환기(2a)와 외부 열교환기(2b) 사이에 열 전도도 감소층(14)을 개재하는 것은 냉장실(4) 고내 온도를 유지하기 위한 외부 열교환기(2b)의 온도가 냉동실(3) 고내 온도를 유지하기 위한 내부 열교환기(2a)의 온도보다 훨씬 높은 온도를 가져야 하기 때문이며, 내부 열교환기(2a)와 외부 열교환기(2b) 사이에 열 전도도 감소층(14)을 개재한다는 것은 물리적, 공간적인 의미에만 국한되지 않고, 그와 비슷한 효과를 주면 된다는 의미이다.

외부 열교환기(2b)의 열교환시 온도는 내부 열교환기(2a)와 외부 열교환기(2b) 사이에 삽입되는 열 전도도 감소층(14)의 열 전도도, 두께, 및 외부 열교환기의 재질 또는 전열 면적에 의해 다르게 설정될 수 있다.

이렇게 열교환이 이루어진 외부 열교환기(2b)는 냉동실(3)의 경우와 동일한 과정을 거쳐서 냉장실 고내로 냉열을 전달하게 된다.

이하, 제6도를 참조로하여 냉동실과 냉장실의 고내 온도 및 냉동기를 제어하기 위한 제어부의 제어 방법을 상세히 설명한다.

먼저, 냉장실(4)에 있어서 상기 제어부(20)는 냉장실 써미스터(미도시)에 의해 감지된 냉장실(4) 고내 온도가 설정 온도(약 3

) 이하인가를 판단하여(S10), 냉장실(4) 고내 온도가 설정 온도 이상일 경우에는 냉장실 팬(F2)과 냉장실 브라인 순환 펌프(P2)를 온시키고(S20), 냉장실(4) 고내 온도가 설정 온도 이하일 경우에는 냉장실 팬(F2)과 냉장실 브라인 순환 펌프(P2)를 오프시킨다(S30).

한편, 냉동실(3)에 있어서 상기 제어부(20)는 냉동실 써미스터(미도시)에 의해 감지된 냉동실(3) 고내 온도가 설정 온도(약 -18

) 이하인가를 판단하여(S40), 상기 단계(S40)에서 냉동실(3) 고내 온도가 설정 온도 이하로 판단되면 냉동실 냉각팬(F1)과 브라인 순환 펌프(P1)를 오프시킨 후(S50) 단계 S80으로 진행하고, 상기 단계(S40)에서 냉동실(3) 고내 온도가 설정 온도 이상일 때에는 냉동실 냉각팬(F1)과 브라인 순환 펌프(P1)를 온시킨후(S60), 냉동실 써미스터(미도시)에 의해 감지되는 냉동실(3) 고내 온도에 따라 냉동기(1)의 출력을 제어한다(S70).

단계(S80)에서는 이중 열교환기(2)의 내부 열교환기(2a)에 부착되어 있는 써미스터(미도시)를 통해 감지된 내부 열교환기(2a)의 표면 온도가 냉동실(3) 고내 온도를 설정 온도(-18

)로 유지하기 위한 설정 온도(약 -22

-25

) 이하인가를 판단하고, 내부 열교환기(2a)의 표면 온도가 설정 온도(약 -22

-25

) 이하일 경우에는 상기 냉동기(1)를 아이들링(idling)시키고(S90), 내부 열교환기(2a)의 표면 온도가 설정 온도(약 -22

-25

) 이상일 경우에는 내부 열교환기 써미스터(미도시)에 의해 감지된 내부 열교환기(2a)의 표면 온도에 따라 냉동기(1)의 출력을 제어한다(S100).

이에 따라, 요구되는 고내 온도가 서로 다른 냉동실 및 냉장실의 고내 온도를 효과적으로 제어할 수 있게 된다.

본 발명에 있어서 상기한 이중 열교환기는 스터링 냉동기를 열원으로 사용하는 스터링 냉장고에 적용하였지만, 이러한 이중 열교환기는 스터링 냉동기가 아닌 다른 냉동 열원, 예를 들어 냉동 창고의 LNG를 포함한 여러 가지 냉동 열원에도 사용이 가능하며, 상기 냉동 창고에 다중 열교환기를 적용하면 하나의 냉동 창고에 여러 저장 온도를 가지는 다수의 공간을 만들 수 있게 된다.

이와 같은 본 발명에 따른 이중 열교환기를 적용한 스터링 냉장고는 하나의 냉동기를 사용하면서 냉동실과 냉장실을 공간적으로 완전히 분리시킬 수 있으므로 냉장실의 습도 조절이 용이해지고 냉장실내의 제거되지 못한 음식 냄새가 냉동실로 이동할 수 없게 되며, 냉동실로 냉열을 공급하는 내부 열교환기를 냉장실로 냉열을 공급하는 외부 열교환기가 둘러싸게 되어 내부 열교환기와 주위 온도와의 온도차를 줄일 수 있게 되고, 외부로 빠져나가는 내부 열교환기의 손실 냉열을 최소화하여 냉각 효율을 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 냉동실이나 냉장실 고내 조건이 어느 한쪽만 설정 온도 이하가 되었을 때 냉동기의 냉동 능력을 조절하기가 매우 수월해지며, 냉동실과 냉장실 고내의 온도 및 내부 열교환기의 표면 온도가 모두 설정 온도 이하일 때에도 냉동기를 오프시키는 것이 아니라 상기 냉동기를 아이들링(idling)시키므로 온,오프에 의한 냉동기의 수명 단축을 방지할 수 있다.

본 발명은 여기에 서술된 실시예로 제한되는 것이 아니며, 첨부된 특허청구의 범위에 기재된 정신과 범주를 벗어남이 없이 본 기술분야의 숙련자에 의해 수정 및 변경될 수 있다.

Claims (5)

1. 냉동기의 냉각부와 열교환을 하는 내부 열교환기와, 상기 내부 열교환기의 외부에 배치되어 상기 내부 열교환기와 열교환하는 적어도 하나 이상의 외부 열교환기를 구비하여, 상기 냉동기의 냉열을 전달받아 두가지 이상의 온도대를 가지고 서로 다른 둘 이상의 공간을 각기 다른 온도로 냉각시킬 수 있도록 구성됨을 특징으로 하는 다중 열교환기.
2. 제1항에 있어서, 상기 열교환기들 사이에는 열 전도도가 상기 열교환기보다 작은 재료로 형성된 열 전도도 감소층이 개재됨을 특징으로 하는 다중 열교환기.
3. 냉각 효과를 발생시키는 스터링 냉동기와, 냉동기의 냉동 효과를 냉동실 및 냉장실로 전달하기 위한 열교환 매체로서의 브라인과, 상기 브라인이 장입된 브라인 순환 파이프 수단과, 상기 브라인 순환 파이프 수단내의 브라인을 순환시키기 위한 브라인 순환 펌프와, 냉동실 및 냉장실내의 공기를 냉각하기 위한 냉각 열교환기와, 냉동실 및 냉장실내의 공기를 순환시키기 위한 냉각팬과, 냉동실 및 냉장실내 공기의 온도를 감지하기 위한 온도 감지 수단과, 상기 구성 부재들을 제어하는 제어부를 포함하여서 이루어진 스터링 냉장고에 있어서, 상기 냉동기의 저온부에는 상기 저온부와 직접 열교환하는 내부 열교환기와, 상기 내부 열교환기와 열교환하는 외부 열교환기로 구성되는 이중 열교환기가 설치되고, 상기 내부 열교환기는 냉동실내의 냉각 열교환기에 연결되어 냉동실내의 공기와 열교환되고, 외부 열교환기는 냉장실내의 냉각 열교환기에 연결되어 냉장실내의 공기와 열교환됨을 특징으로 하는 스터링 냉장고.
4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는 냉장실 온도 감지 수단에 의해 감지된 냉장실 고내 온도가 설정 온도 이하인가를 판단하고, 냉장실 고내 온도가 설정 온도 이하일 경우에 냉장실 냉각팬과 냉장실 브라인 순환 펌프를 오프시키며, 고내 온도가 설정 온도보다 높아질 때에는 상기 냉장실 냉각팬과 브라인 순환 펌프를 온시켜 냉장실 고내 온도를 설정 온도로 유지시킴을 특징으로 하는 스터링 냉장고.
5. 제3항에 있어서, 상기 내부 열교환기에는 내부 열교환기의 표면 온도를 감지하기 위한 온도 감지 수단이 설치되며, 상기 제어부는 냉동실 온도 감지 수단에 의해 감지된 냉동실 고내 온도가 설정 온도 이하인가를 판단하고, 냉동실 고내 온도가 설정 온도 이하일 경우에 냉동실 냉각팬과 냉동실 브라인 순환 펌프를 오프시킨 후, 상기 내부 열교환기 온도 감지 수단에 의해 감지된 내부 열교환기의 표면 온도가 냉동실 고내 온도를 설정 온도로 유지하기 위한 설정 온도 이하인가를 판단하고, 내부 열교환기의 표면 온도가 설정 온도 이하인 경우에는 상기 냉동기를 아이들링시키며, 상기 내부 열교환기 온도 감지 수단을 통해 감지된 내부 열교환기의 표면 온도가 설정 온도 이상일 경우에는 온도 감지 수단에 의해 감지된 내부 열교환기의 표면 온도에 따라 냉동기의 출력을 증가 또는 감소시킴을 특징으로 하는 스터링 냉장고.

Images