KR100845857B1 - 냉동사이클장치와 이를 구비하는 냉장고 및 그 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동사이클장치와 이를 구비하는 냉장고 및 그 제어방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 기존의 2-증발기 사이클 시스템의 장점을 하나로 구현하여 시스템의 성능을 극대화시키도록 하는 냉동사이클장치와 이를 구비하는 냉장고 및 그 제어방법에 관한 것이다. 즉 본 발명은 냉동실과 냉장실을 동시에 가동시키는 경우에도 냉매의 쏠림 현상이나 정체 현상이 생기지 않으며, 또 냉장실을 단독으로 가동시키는 경우에도 냉장실의 과냉각 염려 없이 냉장실과 냉동실의 동시 부하 대응이 우수한 냉동사이클장치 및 이를 구비하는 냉장고와 그 제어방법에 관한 것이다.

Description

냉동사이클장치와 이를 구비하는 냉장고 및 그 제어방법{APPARATUS FOR REFRIGERATION CYCLE AND REFRIGERATOR INCLUDING THE APPARATUS AND CONTROL METHOD FOR THE REFRIGERATOR}

도 1은 종래의 냉동사이클장치에 관하여 나타낸 개념도로서 병렬형 2-증발기 구조에 관한 것이다.

도 2는 종래의 냉동사이클장치에 관하여 나타낸 개념도로서 직렬형 2-증발기 구조에 관한 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 냉동사이클장치의 제1실시예에 관하여 나타낸 개략도이다.

도 4는 본 발명에 따른 냉동사이클장치의 제2실시예에 관하여 나타낸 개략도이다.

도 5는 본 발명에 따른 냉동사이클장치를 구비하는 냉장고의 제어방법에 관하여 나타낸 플로우챠트이다.

<도면에 사용된 주요 부호의 설명>

100 : 압축장치 200 : 응축기

210 : 응축팬` 300 : 절환장치

310 : 제1배관 311 : 제1팽창장치

320 : 제2배관 321 : 제2팽창장치

400 : 냉동증발기 410 : 제1팬장치

500 : 냉장증발기 510 : 제2팬장치

본 발명은 냉동사이클장치와 이를 구비하는 냉장고 및 그 제어방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 기존의 2-증발기 사이클 시스템의 장점을 하나로 구현하여 시스템의 성능을 극대화시키도록 하는 냉동사이클장치와 이를 구비하는 냉장고 및 그 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉동사이클이라 함은 열을 냉체(冷體)로부터 흡수하여 열체(熱體)로 보내는 열역학적 과정의 사이클을 말하는데, 이러한 냉동사이클을 이루는 일반적인 장치로서 가장 기본적인 것이 압축기, 응축기, 팽창밸브, 그리고 증발기이다.

압축기에서는 냉매를 압축하여 고온 고압의 기체상태로 토출하고, 상기 압축기에서 토출된 고온 고압 상태의 냉매를 응축시켜 중온 고압 또는 저온 고압의 액체 상태의 냉매로 만드는 과정이 응축기에서 행해지며, 이러한 중온 고압 또는 저온 고압의 냉매를 팽창밸브에서 팽창시켜 저온 저압의 냉매가 되도록 하고, 이렇게 팽창된 냉매는 증발기에서 증발되는데, 이때 냉매의 온도와 압력은 더욱 낮아진다. 냉매가 증발하면 주변의 열을 빼앗기 때문에 주변 공기가 냉각된다.

이렇게 1사이클을 순환한 냉매는 다시 압축기로 보내어져 압축되고 상기와 같은 사이클을 반복적으로 수행하게 되며, 상기 증발기에서는 주변의 열이 빼앗겨 냉각된 공기, 즉 냉기가 발생하게 된다. 냉장고에서는 이러한 냉기를 팬으로 불어서 냉각실 내부를 냉각시키게 된다.

도 1 및 도 2는 종래의 냉동사이클장치에 관하여 나타낸 개념도로서, 상기 도 1은 병렬형 2-증발기 구조에 관한 것이고, 상기 도 2는 직렬형 2-증발기 구조에 관한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 종래의 병렬형 2-증발기 구조의 냉동사이클장치에서는 압축기(10)와 응축기(20)가 구비되고 상기 응축기(20)의 후단부 측에 삼방밸브(30)가 설치되며, 상기 삼방밸브(30)로부터 두 개의 배관(31, 32)이 병렬로 연결되어 제1배관(31)에는 제1모세관(33)과 냉동실용 증발기(40)가 설치되고, 제2배관(32)에는 제2모세관(34)과 냉장실용 증발기(50)가 설치된다. 상기 냉동실용 증발기(40)는 냉동실에 설치되어 냉동실의 냉기를 발생시키며 냉동실용 팬(41)이 상기 냉동실로 냉기를 공급하며, 상기 냉장실용 증발기(50)는 냉장실에 설치되어 상기 냉장실의 냉기를 발생시켜며 냉장실용 팬(51)이 상기 냉장실로 냉기를 공급한다.

냉동실만 가동시킬 경우, 압축기(10)에서 토출된 냉매는 응축기(20)에서 응축팬(21)에 의해 주변 공기와 열교환되면서 응축되어 삼방밸브(30)에서 제1배관(31)으로 안내되어 제1모세관(33)에서 상기 냉매가 팽창되고 냉동실용 증발기(40)에서 상기 냉매가 증발하며 냉동실용 팬(41)이 상기 냉동실용 증발기(40)가 발생하는 냉기를 냉동실로 공급한다.

또한, 냉장실만 가동시킬 경우, 압축기(10)에서 토출된 냉매는 응축기(20)에서 응축팬(21)에 의해 주변 공기와 열교환되면서 응축되어 삼방밸브(30)에서 제2배관(32)으로 안내되어 제2모세관(34)에서 상기 냉매가 팽창되고 냉장실용 증발기(50)에서 상기 냉매가 증발하며 냉장실용 팬(51)이 상기 냉장실용 증발기(50)가 발생하는 냉기를 냉장실로 공급한다.

또한, 냉동실과 냉장실을 모두 가동시킬 경우, 압축기(10)에서 토출된 냉매는 응축기(20)에서 응축팬(21)에 의해 주변 공기와 열교환되면서 응축되어 삼방밸브(30)에서 제1배관(31) 및 제2배관(32)으로 모두 냉매를 보내어 제1모세관(33) 및 제2모세관(34)에서 각각 팽창시켜 냉동실용 증발기(40) 및 냉동실용 증발기(50)에서 각각 상기 냉매가 증발하여 냉기를 발생시키며, 냉동실용 팬(41)과 냉장실용 팬(51)이 각각 냉기를 냉동실과 냉장실로 공급한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 병렬형 2-증발기 구조의 냉동사이클장치는 냉장실 또는 냉동실 단독 구현이 용이하고 냉장실과 냉동실의 동시 운전이 가능하다는 장점이 있으나, 냉장실 단독으로 운전하는 경우, 상기 냉장실용 증발기(50)를 통과한 냉매가 상기 냉동실용 증발기(40) 쪽으로 쏠리는 현상이 발생하는 문제점이 있었다. 또한, 냉장실과 냉동실을 동시에 가동시키는 경우, 상기 냉동실용 증발기(40)를 통과한 냉매가 상기 냉장실용 증발기(50)를 통과한 냉매 보다 그 압력이 더 낮기 때문에 상기 냉장실용 증발기(50)를 통과한 냉매가 상기 냉동실용 증발기(40) 쪽으로 쏠리는 현상이 발생할 뿐만 아니라 냉동실용 증발기(40)를 통과한 냉매가 상기 냉장실용 증발기(50)를 통과한 냉매의 압력 때문에 압축기(10)로 복귀 하지 못하고 정체되는 문제점이 있었다.

한편, 도 2에 도시된 종래의 직렬형 2-증발기 구조의 냉동사이클장치는 압축기(10)와 응축기(20)가 구비되고 상기 응축기(20)의 후단부 측에 삼방밸브(30)가 설치되며, 상기 삼방밸브(30)에 두 개의 배관(31, 32)이 연결된다. 제1배관(31)에는 제1모세관(33)이 설치되고, 제2배관(32)에는 제2모세관(34)이 설치되며, 냉장실용 증발기(50) 및 냉동실용 증발기(40)가 직렬로 설치된다.

냉동실만 가동시키는 경우, 냉매를 압축기(10)에서 압축하여 응축기(20)에서 응축시키고 삼방밸브(30)를 통해 냉매가 제1배관(31)으로 진행하도록 하여 제1모세관(33)을 통과하면서 팽창하여 냉동실용 증발기(40)에서 증발하면서 냉기를 발생하고 냉동실용 팬(41)이 그 냉기를 냉동실로 공급한다.

냉장실만 가동시키는 경우, 냉매를 압축기(10)에서 압축하여 응축기(20)에서 응축시키고 삼방밸브(30)를 통해 냉매가 제2배관(32)으로 진행하도록 하여 제2모세관(34)을 통과하면서 팽창하여 냉장실용 증발기(50)에서 증발하면서 냉기를 발생하고 냉장실용 팬(51)이 그 냉기를 냉장실로 공급한다.

그러나, 상기와 같은 종래의 직렬형 2-증발기 구조의 냉동사이클장치는 냉장실과 냉동실을 동시에 가동시키는 경우에도 냉매가 쏠리는 현상이 발생하지 않는다는 장점이 있으나, 냉동실과 냉장실을 동시에 가동시키는 경우 냉매가 제2모세관(34)에서 팽창된 후 냉장실용 증발기(50)를 거쳐 다시 냉동실용 증발기(40)로 유입되므로 냉장실용 증발기(50)가 과냉되어 냉장실이 과냉각되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 냉동실과 냉장실을 동시에 가동시키는 경우에도 냉매의 쏠림 현상이나 정체 현상이 생기지 않으며, 또 냉장실을 단독으로 가동시키는 경우에도 냉장실의 과냉각 염려 없이 냉장실과 냉동실의 동시 부하 대응이 우수한 냉동사이클장치 및 이를 구비하는 냉장고와 그 제어방법을 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉동사이클장치는, 냉매를 압축하여 토출하는 압축장치; 상기 압축기에서 토출된 냉매를 응축시키는 응축장치; 상기 응축장치에서 응축된 냉매의 유동 방향을 절환하여 운전 모드를 변경하는 절환장치; 상기 절환장치에서 절환된 냉매의 서로 다른 유동 경로 상에 각각 설치되어 냉매를 팽창시키는 제1팽창장치 및 제2팽창장치; 상기 제1팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발시켜 주변 공기가 냉동 부하에 대응하는 온도 대역으로 냉각되도록 하는 냉동증발장치; 및 상기 냉동증발장치를 통과한 냉매 및 상기 제2팽창장치에서 팽창된 냉매 중 어느 하나를 운전 모드에 따라 선택적으로 증발시킴으로써 주변 공기가 냉장 부하에 대응하는 온도 대역으로 냉각되도록 하는 냉장증발장치를 포함한다.

또한, 상기 압축장치는 상기 운전 모드에 따라 압축하는 냉매의 용량을 가변하는 용량가변 압축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉동증발장치 및 상기 냉장증발장치 사이에 설치되어 상기 냉동증발장치를 통과한 냉매는 상기 냉장증발장치로 유동하도록 하면서 상기 제2팽창장 치에서 팽창되어 상기 냉장증발장치로 유입되는 냉매는 상기 냉동증발장치로 유입되지 않도록 하는 역류방지밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉동증발장치는, 서로 병렬로 연결되어 상기 제1팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발시키는 복수개의 냉동증발기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉장증발장치는, 서로 병렬로 연결되어 상기 냉동증발장치를 통과한 냉매를 증발시키거나 상기 제2팽창장치를 통과한 냉매를 증발시키는 복수개의 냉장증발기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 냉장고는, 냉동실 및 냉장실이 마련되는 본체; 상기 본체의 내부 일측에 구비되며, 냉매를 압축하는 압축장치와, 상기 압축장치에서 압축된 냉매를 응축하는 응축장치를 포함하는 고압냉매장치; 상기 응축장치에서 응축된 냉매의 유동 방향을 절환하여 운전 모드를 변경하는 절환장치; 상기 절환장치에서 절환된 냉매의 서로 다른 유동 경로 상에 각각 설치되어 냉매를 팽창시키는 제1팽창장치 및 제2팽창장치; 상기 제1팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발시키는 냉동증발장치와, 상기 냉동증발장치에서 열교환된 냉기가 상기 냉동실로 공급되도록 하는 제1 팬장치를 포함하는 냉동유닛; 및 상기 냉동증발장치를 통과한 냉매 및 상기 제2팽창장치에서 팽창된 냉매 중 어느 하나를 운전 모드에 따라 선택적으로 증발시키는 냉장증발장치와, 상기 냉장증발장치에서 열교환된 냉기가 상기 냉장실로 공급되도록 하는 제2 팬장치를 포함하는 냉장유닛을 포함한다.

또한, 상기 냉동증발장치 및 상기 냉장증발장치 사이에 설치되어 상기 냉동증발장치를 통과한 냉매는 상기 냉장증발장치로 유동하도록 하면서 상기 제2팽창장 치에서 팽창되어 상기 냉장증발장치로 유입되는 냉매는 상기 냉동증발장치로 유입되지 않도록 하는 역류방지밸브를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉동실은 상기 본체에 마련되는 복수개의 냉동냉각실을 포함하고, 상기 냉동증발장치는 서로 병렬로 연결되어 상기 제1팽창장치에서 팽창된 냉매를 각각 증발시키며 상기 각 냉동냉각실에 구비되는 냉동증발기를 포함하며, 상기 제1 팬장치는 상기 각 냉동냉각실에 구비되는 냉동실용 팬을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉장실은 상기 본체에 마련되는 복수개의 냉장냉각실을 포함하고, 상기 냉장증발장치는 서로 병렬로 연결되어 상기 냉동증발장치를 통과한 냉매를 각각 증발시키거나 상기 제2팽창장치를 통과한 냉매를 각각 증발시키며 상기 각 냉장냉각실에 구비되는 냉장증발기를 포함하며, 상기 제2 팬장치는 상기 각 냉장냉각실에 구비되는 냉장실용 팬을 포함하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 냉장고의 제어방법은, 냉장실만 구동하는 제1운전 모드, 냉동실만 구동하는 제2운전 모드 및 냉장실 및 냉동실을 구동하는 제3운전 모드 중 어느 하나를 선택하는 단계; 상기 운전 모드에 따라 압축기의 용량을 선택하여 구동하는 단계; 상기 제1운전 모드인 경우 절환장치가 제1배관을 폐쇄하고 제2배관을 개방하며, 상기 제2운전 모드인 경우 상기 절환장치가 상기 제1배관을 개방하고 상기 제2배관을 폐쇄하며, 상기 제3운전 모드인 경우 상기 절환장치가 상기 제1배관을 개방하고 상기 제2배관을 폐쇄하는 단계; 및 상기 제1운전 모드인 경우 제2 팬장치만 구동하고, 상기 제2운전 모드인 경우 제1 팬장치만 구동하며, 상기 제3운전 모드인 경우 상기 제1 팬장치 및 제2 팬장치를 모두 구동하는 단계를 포함한다.

이하 본 발명에 따른 냉동사이클장치와 이를 구비하는 냉장고 및 그 제어방법에 관한 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 냉동사이클장치의 제1실시예에 관하여 나타낸 개략도이고, 도 4는 본 발명에 따른 냉동사이클장치의 제2실시예에 관하여 나타낸 개략도이며, 도 5는 본 발명에 따른 냉동사이클장치를 구비하는 냉장고의 제어방법에 관하여 나타낸 플로우챠트이다.

도 3에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1실시예에 따른 냉동사이클장치는, 냉매를 압축하여 토출하는 압축장치(100)와, 상기 압축장치(100)로부터 토출된 냉매를 응축시키는 응축장치(200, 210)와, 상기 응축장치(200, 210)에서 응축된 냉매의 유동 방향을 절환하여 운전 모드를 변경하는 절환장치(300)와, 상기 절환장치(300)에서 절환된 냉매의 서로 다른 유동 경로 상에 각각 설치되어 냉매를 팽창시키는 제1팽창장치(311) 및 제2팽창장치(321)와, 상기 제1팽창장치(311)에서 팽창된 냉매를 증발시켜 주변 공기가 냉동 부하에 대응하는 온도 대역으로 냉각되도록 하는 냉동증발장치(400, 410)와, 상기 냉동증발장치(400, 410)를 통과한 냉매 및 상기 제2팽창장(321)치에서 팽창된 냉매 중 어느 하나를 운전 모드에 따라 선택적으로 증발시킴으로써 주변 공기가 냉장 부하에 대응하는 온도 대역으로 냉각되도록 하는 냉장증발장치(500, 510)를 포함하여 이루어진다.

여기서 상기 냉동증발장치(400, 410)는 본 발명에 따른 냉장고의 냉동실에 설치되어 냉동 부하에 대응하는 온도 대역의 냉기를 발생하며, 상기 냉장증발장치(500, 510)는 본 발명에 따른 냉장고의 냉장실에 설치되어 냉장 부하에 대응하는 온도 대역의 냉기를 발생한다.

상기 운전 모드는 제1운전모드, 제2운전모드, 그리고 제3운전모드를 포함하는데, 상기 제1운전모드는 냉장실만을 가동시키는 경우이고, 상기 제2운전모드는 냉동실만을 가동시키는 경우이며, 상기 제3운전모드는 냉장실과 냉동실을 동시에 가동시키는 경우이다.

상기 압축장치(100)는 냉장부하 또는 냉동부하에 대응하는 가변된 냉력을 제공하기 위해 압축시키는 냉매의 용량을 가변시킬 수 있는 능력가변 압축기로서 구비함이 바람직하다.

상기 응축장치는 상기 압축장치(100)로부터 토출되는 냉매가 유동하는 토출관(110)으로 상기 압축장치(100)와 연결되며 고온고압의 냉매가 열교환에 의해 응축되도록 하는 응축기(200)와, 상기 응축기(200)를 주변 공기가 관통하도록 하여 상기 응축기(200)에서 냉매가 주변공기와 열교환되도록 하는 응축팬(210)을 포함하여 구성된다. 상기 응축기(200)는 절환장치(300)와 고압관(220)으로 연결된다.

상기 절환장치(300)는 냉매의 유동 방향을 절환하는 장치로서 제1배관(310)과 제2배관(320)으로 각각 연결되어 상기 절환장치(300)는 상기 운전모드에 따라 상기 제1배관(310)이나 상기 제2배관(320)으로 냉매의 유동 방향이 결정되도록 한다.

상기 제1배관(310)에는 제1팽창장치(311)와, 냉동증발장치 및 냉장증발장치 가 각각 직렬로 연결된다. 520은 어큐뮬레이터를 나타내는 것이다. 그리고 상기 제2배관(320)에는 제2팽창장치(321)가 설치되고, 제1배관(310)의 상기 냉동증발장치와 냉장증발장치의 사이로 연결된다.

상기 냉동증발장치는 상기 제1팽창장치(311)를 통과하면서 팽창된 냉매가 열교환에 의해 증발되는 냉동증발기(400)와, 상기 냉동증발기(400)를 주변 공기가 통과하도록 하여 상기 냉동증발기(400)의 냉매와 주변 공기가 열교환할 수 있도록 하는 제1팬장치(410)를 포함하고, 상기 냉장증발장치는 상기 제2팽창장치(321)를 통과하면서 팽창된 냉매가 증발되거나, 상기 냉동증발기(400)를 거친 냉매가 다시 증발되도록 하는 냉장증발기(500)와, 상기 냉장증발기(500)를 주변 공기가 통과하도록 하여 상기 냉장증발기(500)의 냉매와 주변 공기가 열교환할 수 있도록 하는 제2팬장치(510)를 포함하여 이루어진다.

도 3에 도시된 본 발명에 따른 냉동사이클장치 또는 이러한 냉동사이클장치를 구비하는 냉장고의 동작에 관하여 설명한다.

제1운전모드에서, 압축장치(100)에서 압축되어 토출된 냉매가 토출관(110)을 따라 응축기(200)에서 응축되고 고압관(220)을 따라 유동하는 냉매는 절환장치(300)에서 냉매의 유동 방향이 제2배관(320)으로 결정되어 제2배관(320)으로 유동한다. 제2배관(320)을 유동하는 냉매는 제2팽창장치(321)에서 팽창되어 냉장증발기(500)로 유입된다. 냉장증발기(500)에서 냉매는 증발되어 냉장 부하에 대응하는 온도 대역의 냉기를 제2팬장치(510)가 냉장실에 공급한다.

제2운전모드에서, 압축장치(100)에서 압축되어 토출된 냉매가 토출관(110)을 따라 응축기(200)에서 응축되고 고압관(220)을 따라 유동하는 냉매는 절환장치(300)에서 냉매의 유동 방향이 제1배관(320)으로 결정되어 제1배관(310)으로 유동한다. 제1배관(310)을 유동하는 냉매는 제1팽창장치(311)에서 팽창되어 냉동증발기(400)로 유입된다. 냉동증발기(400)에서 냉매는 증발되어 냉동 부하에 대응하는 온도 대역의 냉기를 제1팬장치(410)가 냉동실에 공급한다. 그리고 냉매는 냉장증발기(500)를 거쳐 압축장치(100)로 다시 유입된다. 이때 제2팬장치(510)는 작동되지 않는다.

제3운전모드에서, 압축장치(100)에서 압축되어 토출된 냉매가 토출관(110)을 따라 응축기(200)에서 응축되고 고압관(220)을 따라 유동하는 냉매는 절환장치(300)에서 냉매의 유동 방향이 제1배관(320)으로 결정되어 제1배관(310)으로 유동한다. 제1배관(310)을 유동하는 냉매는 제1팽창장치(311)에서 팽창되어 냉동증발기(400)로 유입된다. 냉동증발기(400)에서 냉매는 증발되어 냉동 부하에 대응하는 온도 대역의 냉기를 제1팬장치(410)가 냉동실에 공급한다. 이때 냉매는 완전히 증발한 것이 아니라 증발되지 않고 액냉매의 상태로 남아 있는 냉매가 일부 존재한다. 따라서 상기 냉동증발기(400)를 통과한 냉매가 증발되어 기체 상태로 된 냉매와 아직 증발되지 않고 액냉매의 상태인 냉매가 섞인 상태로 냉장증발기(500)로 유입되어 액냉매 상태의 냉매가 완전히 증발하면서 주변 공기의 열을 흡수해 주변 공기를 냉각시킨다. 이때 냉장증발기(500)에서는 이미 냉동증발기(400)에서 증발되고 남은 액냉매를 증발시키기 때문에 열의 흡수율이 냉장증발기(500)가 냉동증발기(400)에서 보다 더 적다. 따라서 냉장증발기(500)에서는 냉동 부하에 대응하는 온도 대역 보다 더 높은 온도 대역인 냉장 부하에 대응하는 온도 대역의 냉각이 이루어질 수 있다.

상기 각 운전모드에서 냉동증발기나 냉장증발기를 통과한 냉매는 어큐뮬레이터(520)를 지나 복귀관(120)을 통해 압축장치(100)로 복귀된다.

한편, 제1배관(310) 상에서 상기 냉동증발기(400)와 상기 냉장증발기(500) 사이에는 역류방지밸브(420)가 설치되어, 제2운전모드에서 제2배관(320)을 따라 흐르는 냉매가 냉동증발기(400) 쪽으로 역류하는 것을 방지하도록 한다.

상기와 같이 본 발명에 따른 냉동사이클장치는 냉동실과 냉장실을 동시에 구현하는 경우에도 냉매의 쏠림이나 정체 현상이 생기지 않고 냉장실을 단독으로 운전함에 있어 냉장 부하에 대응하는 온도 대역의 냉기를 발생시키는 것이 용이하며 냉장실이 과냉각 되는 등의 문제점을 해소할 수 있도록 하는 작용효과를 가진다.

한편, 도 4에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 냉동사이클장치 및 이를 구비하는 냉장고에 관하여 설명한다.

도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2실시예에 따른 냉동사이클장치는, 냉매를 압축하여 토출하는 압축장치(100)와, 상기 압축장치(100)로부터 토출된 냉매를 응축시키는 응축장치(200, 210)와, 상기 응축장치(200, 210)에서 응축된 냉매의 유동 방향을 절환하여 운전 모드를 변경하는 절환장치(300)와, 상기 절환장치(300)에서 절환된 냉매의 서로 다른 유동 경로 상에 각각 설치되어 냉매를 팽창시키는 제1팽창장치(311) 및 제2팽창장치(321)와, 상기 제1팽창장치(311)에서 팽창된 냉매를 증발시켜 주변 공기가 냉동 부하에 대응하는 온도 대역으로 냉각되도록 하는 냉 동증발장치(401, 402, 411, 412)와, 상기 냉동증발장치(401, 402)를 통과한 냉매 및 상기 제2팽창장(321)치에서 팽창된 냉매 중 어느 하나를 운전 모드에 따라 선택적으로 증발시킴으로써 주변 공기가 냉장 부하에 대응하는 온도 대역으로 냉각되도록 하는 냉장증발장치(501, 502, 511, 512)를 포함하여 이루어진다.

상기 운전 모드는 상기 본 발명의 제1실시예와 마찬가지로 제1운전모드, 제2운전모드, 그리고 제3운전모드를 포함한다. 그 내용은 동일하다.

상기 압축장치(100)는 냉장부하 또는 냉동부하에 대응하는 가변된 냉력을 제공하기 위해 압축시키는 냉매의 용량을 가변시킬 수 있는 능력가변 압축기로서 구비함이 바람직하다.

상기 응축장치는 상기 압축장치(100)로부터 토출되는 냉매가 유동하는 토출관(110)으로 상기 압축장치(100)와 연결되며 고온고압의 냉매가 열교환에 의해 응축되도록 하는 응축기(200)와, 상기 응축기(200)를 주변 공기가 관통하도록 하여 상기 응축기(200)에서 냉매가 주변공기와 열교환되도록 하는 응축팬(210)을 포함하여 구성된다. 상기 응축기(200)는 절환장치(300)와 고압관(220)으로 연결된다.

상기 절환장치(300)는 냉매의 유동 방향을 절환하는 장치로서 제1배관(310)과 제2배관(320)으로 각각 연결되어 상기 절환장치(300)는 상기 운전모드에 따라 상기 제1배관(310)이나 상기 제2배관(320)으로 냉매의 유동 방향이 결정되도록 한다.

상기 제1배관(310)에는 제1팽창장치(311)와, 냉동증발장치 및 냉장증발장치가 각각 직렬로 연결된다. 520은 어큐뮬레이터를 나타내는 것이다. 그리고 상기 제 2배관(320)에는 제2팽창장치(321)가 설치되고, 제1배관(310)의 상기 냉동증발장치와 냉장증발장치의 사이로 연결된다.

상기 냉동증발장치는 상기 제1배관(310) 상에서 서로 병렬로 연결되는 제1냉동증발기(401)와 제2냉동증발기(402), 그리고 상기 제1냉동증발기(401)의 냉기를 공급하도록 하는 제1냉동실용 팬(411)과 상기 제2냉동증발기(402)의 냉기를 공급하도록 하는 제2냉동실용 팬(412)을 포함하며, 상기 제1냉동증발기(401) 및 제1냉동실용 팬(411)은 제1냉동실에 설치되고, 상기 제2냉동증발기(402) 및 제2냉동실용 팬(412)은 제2냉동실에 설치된다. 여기서 제1냉동실과 제2냉동실은 도면으로 명확하게 도시하지는 아니하였으나 본 발명에 따른 냉동사이클장치를 구비하는 냉장고의 각각 독립된 냉각실들 중 일부를 나타내는 것이다.

한편, 상기 냉동증발장치는 상기 제1배관(310) 상에서 서로 병렬로 연결되는 제1냉동증발기(401)와 제2냉동증발기(402), 그리고 상기 제1냉동증발기(401)의 냉기를 공급하도록 하는 제1냉동실용 팬(411)과 상기 제2냉동증발기(402)의 냉기를 공급하도록 하는 제2냉동실용 팬(412)을 포함하며, 상기 제1냉동증발기(401) 및 제1냉동실용 팬(411)은 제1냉동실에 설치되고, 상기 제2냉동증발기(402) 및 제2냉동실용 팬(412)은 제2냉동실에 설치된다.

상기 냉장증발장치는 제1배관(310) 상에서 서로 병렬로 연결되는 제1냉장증발기(501)와 제2냉장증발기(502), 그리고 상기 제1냉장증발기(501)의 냉기를 공급하도록 하는 제1냉장실용 팬(511)과 상기 제2냉장증발기(502)의 냉기를 공급하도록 하는 제2냉장실용 팬(512)을 포함하며, 상기 제1냉장증발기(501) 및 제1냉장실용 팬(511)은 제1냉장실에 설치되고, 상기 제2냉장증발기(502) 및 제2냉장실용 팬(512)은 제2냉장실에 설치된다. 상기 제1냉장실과 제2냉장실도 상기 제1냉동실 및 제2냉동실과 마찬가지로 본 발명에 따른 냉장고의 복수개의 냉각실들 중 일부이다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이 제2냉동증발기(402)로의 냉매 유동은 제어밸브(V1)에 의해 제어되는데, 즉 제2냉동실의 가동은 제어밸브(V1)를 개폐하여 냉매를 제2냉동증발기(402) 쪽으로 공급할 것인지 여부로 결정된다.

그리고 제2냉장증발기(502)로의 냉매 유동은 개폐밸브(V2)에 의해 제어되는데, 즉 제2냉장실의 가동은 개폐밸브(V2)를 개폐하여 냉매를 제2냉장증발기(502) 쪽으로 공급할 것인지 여부로 결정된다.

도 4에 도시된 본 발명의 제2실시예에 따른 냉동사이클장치 및 이를 구비하는 냉장고에 관한 동작을 설명한다.

제1운전모드에서, 압축장치(100)에서 압축되어 토출된 냉매가 토출관(110)을 따라 응축기(200)에서 응축되고 고압관(220)을 따라 유동하는 냉매는 절환장치(300)에서 냉매의 유동 방향이 제2배관(320)으로 결정되어 제2배관(320)으로 유동한다. 제2배관(320)을 유동하는 냉매는 제2팽창장치(321)에서 팽창되어 제1냉장증발기(501)로 유입된다. 상기 제1냉장증발기(501)에서 냉매는 증발되어 냉장 부하에 대응하는 온도 대역의 냉기를 제1냉장실용 팬(511)이 제1냉장실에 공급한다. 만약 제2냉장실에 대한 냉각이 필요한 경우라면 개폐밸브(V2)를 개방하여 제2냉장증발기(502)로도 냉매가 유입되도록 하여 냉매의 증발로 냉기를 생성하고 제2냉장실 용 팬(512)을 작동시켜 제2냉장실로 냉기를 공급하도록 한다.

제2운전모드에서, 압축장치(100)에서 압축되어 토출된 냉매가 토출관(110)을 따라 응축기(200)에서 응축되고 고압관(220)을 따라 유동하는 냉매는 절환장치(300)에서 냉매의 유동 방향이 제1배관(320)으로 결정되어 제1배관(310)으로 유동한다. 제1배관(310)을 유동하는 냉매는 제1팽창장치(311)에서 팽창되어 제1냉동증발기(401)로 유입된다. 제1냉동증발기(401)에서 냉매는 증발되어 냉동 부하에 대응하는 온도 대역의 냉기를 제1냉동실용 팬(411)이 제1냉동실에 공급한다. 이때 제2냉동실에 대한 냉각이 필요한 경우라면 제어밸브(V1)를 개방하여 냉매가 제2냉동증발기(402)로도 유입되도록 하여 냉기가 발생하도록 하며 제2냉동실용 팬(412)을 작동시켜 냉기를 제2냉동실에 공급한다. 그리고 냉매는 제1냉장증발기(501)를 거쳐 압축장치(100)로 다시 유입된다. 이때 제1냉장실용 팬(511)이나 제2냉장실용 팬(512)은 작동되지 않는다.

제3운전모드에서, 압축장치(100)에서 압축되어 토출된 냉매가 토출관(110)을 따라 응축기(200)에서 응축되고 고압관(220)을 따라 유동하는 냉매는 절환장치(300)에서 냉매의 유동 방향이 제1배관(320)으로 결정되어 제1배관(310)으로 유동한다. 제1배관(310)을 유동하는 냉매는 제1팽창장치(311)에서 팽창되어 제1냉동증발기(401)로 유입된다. 제1냉동증발기(401)에서 냉매는 증발되어 냉동 부하에 대응하는 온도 대역의 냉기를 제1냉동실용 팬(411)이 제1냉동실에 공급한다(이때 제어밸브(V1)를 개폐함으로써 제2냉동증발기(402)에 대한 냉기의 생성도 제어할 수 있다).

상기 제1냉동증발기(401)(또는 제1냉동증발기(401) 및 제2냉동증발기(402))를 통과한 냉매가 증발되어 기체 상태로 된 냉매와 아직 증발되지 않고 액냉매의 상태인 냉매가 섞인 상태로 제1냉장증발기(501)로 유입되고, 액냉매 상태의 냉매가 제1냉장증발기(501)에서 완전히 증발하면서 주변 공기의 열을 흡수해 주변 공기를 냉각시킨다. 이때 제1냉장증발기(501)에서는 이미 제1냉동증발기(401)(또는 제1냉동증발기(401) 및 제2냉동증발기(402))에서 증발되고 남은 액냉매를 증발시키기 때문에 열의 흡수율이 제1냉장증발기(501)가 제1냉동증발기(401)나 제2냉동증발기(402)에서 보다 더 적다. 따라서 제1냉장증발기(501)(또는 제1냉장증발기(501) 및 제2냉장증발기(502))에서는 냉동 부하에 대응하는 온도 대역 보다 더 높은 온도 대역인 냉장 부하에 대응하는 온도 대역의 냉각이 이루어질 수 있다.

상기 각 운전모드에서 각 증발기를 통과한 냉매는 복귀관(120)을 따라 압축장치(100)로 복귀된다.

한편, 도 5에 도시된 본 발명에 따른 냉장고의 제어방법에 관하여 설명한다.

도면 상으로 도시하지는 아니하였으나 본 발명에 따른 냉동사이클장치 및 이를 구비하는 냉장고는 압축장치와 절환장치, 그리고 각 팬들과 전기적으로 연결되어 상기 각 장치들을 제어하는 제어부를 포함한다. 도 5는 제어부가 냉장고를 제어하는 방법에 관하여 나타낸 것이다.

먼저 제어부는 어느 운전모드로 냉장고를 가동할 것인지 결정해야하는데, 이는 주로 사용자가 어느 냉각실을 가동시킬 것인가에 의해 결정된다. 즉 사용자가 냉장실만 가동시키고 냉동실은 비워두는 경우에는 제1운전모드로 냉장고가 가동하 게 되고, 사용자가 냉동실만 가동하는 경우에는 제2운전모드가 되며, 사용자가 냉장실과 냉동실을 모두 가동하는 경우에는 제3운전모드가 된다.

즉 제어부는 현재 사용자에 의한 냉장고의 가동 상태가 제1운전모드인지(S100), 제2운전모드인지(S200), 아니면 제3운전모드인지(S300) 판단한다.

제1운전모드인 경우에 제어부는 압축장치를 구동시키는데, 이때 능력가변 압축기의 경우 저부하로 운전하거나 복수개의 압축기를 사용하는 경우에는 하나의 압축기를 구동시키고(S110), 그리고 절환장치를 제어하여 냉매가 제2배관으로 유동하도록 제1배관은 폐쇄하고 제2배관은 개방하며(S120), 이때 제1팬장치는 정지시키고 제2팬장치는 구동시킨다(S130).

만약 제2운전모드인 경우에는, 압축장치를 구동시키되, 능력가변 압축기의 경우 저부하로 운전하거나 복수개의 압축기를 사용하는 경우에는 하나의 압축기를 구동시킨다(S210). 그리고 절환장치를 제어하여 냉매가 제1배관으로 유동하도록 제2배관은 폐쇄하고 제1배관은 개방하며(S220), 이때 제2팬장치는 정지시키고 제1팬장치는 구동시킨다(S230).

만약 제3운전모드인 경우에는, 압축장치를 구동시키되, 능력가변 압축기의 경우 고부하로 운전하거나 복수개의 압축기를 사용하는 경우 복수개의 압축기를 구동시킨다(S310). 그리고 절환장치를 제어하여 냉매가 제1배관으로 유동하도록 제2배관은 폐쇄하고 제1배관은 개방하며(S320), 이때 제1팬장치 및 제2팬장치를 모두 구동시킨다(S330).

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명에 따른 냉동사이클장치 및 이를 구비하는 냉장고와 그 제어방법은 냉동실과 냉장실을 동시에 가동시키는 경우에도 냉매의 쏠림 현상이나 정체 현상이 생기지 않으며, 또 냉장실을 단독으로 가동시키는 경우에도 냉장실의 과냉각 염려가 없어 시스템의 성능과 부하대응이 우수하다는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 냉매를 압축하여 토출하여 운전 모드에 따라 압축하는 냉매의 용량을 가변하는 용량가변 압축장치;

   상기 압축장치에서 토출된 냉매를 응축시키는 응축장치;

   상기 응축장치에서 응축된 냉매의 유동 방향을 절환하여 운전 모드를 변경하는 절환장치;

   상기 절환장치에서 절환된 냉매의 서로 다른 유동 경로 상에 각각 설치되어 냉매를 팽창시키는 제1팽창장치 및 제2팽창장치;

   상기 제1팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발시켜 주변 공기가 냉동 부하에 대응하는 온도 대역으로 냉각되도록 하는 냉동증발장치;

   상기 냉동증발장치를 통과한 냉매 및 상기 제2팽창장치에서 팽창된 냉매 중 어느 하나를 운전 모드에 따라 선택적으로 증발시킴으로써 주변 공기가 냉장 부하에 대응하는 온도 대역으로 냉각되도록 하는 냉장증발장치 ; 및

   상기 냉동증발장치 및 상기 냉장증발장치 사이에 설치되어 상기 냉동증발장치를 통과한 냉매는 상기 냉장증발장치로 유동하도록 하면서 상기 제2팽창장치에서 팽창되어 상기 냉장증발장치로 유입되는 냉매는 상기 냉동증발장치로 유입되지 않도록 하는 역류방지밸브를 포함하는 냉동사이클장치.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 냉동증발장치는,

   서로 병렬로 연결되어 상기 제1팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발시키는 복수개의 냉동증발기를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치.
5. 제1항 또는 제4항에 있어서, 상기 냉장증발장치는,

   서로 병렬로 연결되어 상기 냉동증발장치를 통과한 냉매를 증발시키거나 상기 제2팽창장치를 통과한 냉매를 증발시키는 복수개의 냉장증발기를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클장치.
6. 냉동실 및 냉장실이 마련되는 본체;

   상기 본체의 내부 일측에 구비되며, 냉매를 압축하여 토출하는 압축장치와, 상기 압축장치에서 압축된 냉매를 응축하는 응축장치를 포함하는 고압냉매장치;

   상기 응축장치에서 응축된 냉매의 유동 방향을 절환하여 운전 모드를 변경하는 절환장치;

   상기 절환장치에서 절환된 냉매의 서로 다른 유동 경로 상에 각각 설치되어 냉매를 팽창시키는 제1팽창장치 및 제2팽창장치;

   상기 제1팽창장치에서 팽창된 냉매를 증발시키는 냉동증발장치와, 상기 냉동증발장치에서 열교환된 냉기가 상기 냉동실로 공급되도록 하는 제1 팬장치를 포함하는 냉동유닛;

   상기 냉동증발장치를 통과한 냉매 및 상기 제2팽창장치에서 팽창된 냉매 중 어느 하나를 운전 모드에 따라 선택적으로 증발시키는 냉장증발장치와, 상기 냉장증발장치에서 열교환된 냉기가 상기 냉장실로 공급되도록 하는 제2 팬장치를 포함하는 냉장유닛; 및

   상기 냉동증발장치 및 상기 냉장증발장치 사이에 설치되어 상기 냉동증발장치를 통과한 냉매는 상기 냉장증발장치로 유동하도록 하면서 상기 제2팽창장치에서 팽창되어 상기 냉장증발장치로 유입되는 냉매는 상기 냉동증발장치로 유입되지 않도록 하는 역류방지밸브를 포함하는 냉장고.
7. 삭제
8. 제6항에 있어서,

   상기 냉동실은 상기 본체에 마련되는 복수개의 냉동냉각실을 포함하고, 상기 냉동증발장치는 서로 병렬로 연결되어 상기 제1팽창장치에서 팽창된 냉매를 각각 증발시키며 상기 각 냉동냉각실에 구비되는 냉동증발기를 포함하며, 상기 제1 팬장치는 상기 각 냉동냉각실에 구비되는 냉동실용 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
9. 제6항 또는 제8항에 있어서,

   상기 냉장실은 상기 본체에 마련되는 복수개의 냉장냉각실을 포함하고, 상기 냉장증발장치는 서로 병렬로 연결되어 상기 냉동증발장치를 통과한 냉매를 각각 증발시키거나 상기 제2팽창장치를 통과한 냉매를 각각 증발시키며 상기 각 냉장냉각실에 구비되는 냉장증발기를 포함하며, 상기 제2 팬장치는 상기 각 냉장냉각실에 구비되는 냉장실용 팬을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
10. 냉장실만 구동하는 제1운전 모드, 냉동실만 구동하는 제2운전 모드 및 냉장실 및 냉동실을 구동하는 제3운전 모드 중 어느 하나를 선택하는 단계;

    상기 운전 모드에 따라 압축기의 용량을 선택하여 구동하는 단계;

    상기 제1운전 모드인 경우 절환장치가 제1배관을 폐쇄하고 제2배관을 개방하며, 상기 제2운전 모드인 경우 상기 절환장치가 상기 제1배관을 개방하고 상기 제2배관을 폐쇄하며, 상기 제3운전 모드인 경우 상기 절환장치가 상기 제1배관을 개방하고 상기 제2배관을 폐쇄하는 단계; 및

    상기 제1운전 모드인 경우 제2 팬장치만 구동하고, 상기 제2운전 모드인 경우 제1 팬장치만 구동하며, 상기 제3운전 모드인 경우 상기 제1 팬장치 및 제2 팬장치를 모두 구동하는 단계를 포함하는 냉장고의 제어방법.

Images