KR20060000943A - 냉장고의 냉각시스템 및 이를 구현하는 냉각제어방법 - Google Patents

냉장고의 냉각시스템 및 이를 구현하는 냉각제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉장고의 냉각시스템 및 이를 구현하는 냉각제어방법에 관한 것으로서, 초저온, 저온의 냉동온도 및 일반냉장온도를 유지시키기 위한 냉장고 냉각시스템과 상기 초저온, 저온의 냉동온도 및 일반냉장온도를 유지하는 냉각제어방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
이를 위하여 냉장고의 기계실에 2개의 압축기와 방열기로 구성하고 냉장실에는 고압측냉각기와 저압측방열기를, 냉동실에는 고압측냉각기, 초저온냉동실에는 저압측 냉각기로 구성된 냉각시스템 등이 구성된다. 따라서 상기 구성에 의하여 초저온냉동실을 위한 제1냉동사이클과 냉동실 및 냉장실을 위한 제2냉동사이클이 이루어지도록 하는 과정이 구현된다.
따라서 본 발명에 의하면, 2개의 다른 냉동사이클을 구성함으로써 냉동실을 초저온과 저온으로, 냉장실을 일반냉장온도로 유지시키는 것이 가능하게 된다.
냉장고, 냉각, 초저온, 압축기, 콤프레샤, 방열기

Description

냉장고의 냉각시스템 및 이를 구현하는 냉각제어방법{Refrigeration system in the refrigerator and refrigeration control method implementing it}
도 1은 종래기술에서 일반적인 냉장고의 냉동 사이클 구성요소를 개략적으로 나타낸 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 2개의 다른 냉동사이클을 구현하기 위한 냉장고의 냉각시스템을 보여주는 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 2개의 다른 냉동사이클에 따른 냉매순환구조를 보여주는 블록도이다.
도 4는 본 발명에 따른 2개의 냉동사이클이 구현되는 냉장고에서 볼 수 있는 P-h선도이다.
도 5는 본 발명에 따른 2개의 냉동사이클에 의한 냉각제어과정을 보여주는 순서도이다.
***** 도2의 주요부호 설명 *****
20 : 냉장고본체 21 : 제1냉동실
22 : 냉장실 23 : 기계실
24 : 제1콤프레샤 25 : 제1방열기
26 : 제1모세관 27 : 제1냉각기
28 : 제2콤프레샤 29 : 제2방열기
30 : 제2모세관 31 : 제2냉각기
32 : 제3냉각기 33 : 제1온도감지센서
34 : 제2온도감지센서 35 : 제2냉동실
본 발명은 냉장고의 냉각시스템 및 이를 구현하는 냉각제어방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 초저온, 저온의 냉동온도 및 일반냉장온도를 유지하기 위하여 기계실에 2개의 압축기와 방열기로 구성하고 냉장실에는 고압측냉각기과 저압측방열기를, 냉동실에는 고압측냉각기, 초저온냉동실에는 저압측 냉각기로 구성된 냉각시스템 및 이를 이용하여 냉각제어를 수행하는 방법에 대한 것이다.
일반적으로 냉장고에는 냉장고본체의 상부에 구비되어 식품을 냉동보관시키는 냉동실과, 냉장고본체의 하부에 구비되어 식품을 냉장보관시키는 냉장실로 이루어진다. 그리고 상기 냉동실 및 냉장실을 냉각시키기 위한 냉동사이클이 수행되게 된다.
이러한 일반적인 냉장고의 냉각시스템 구성도를 보여주는 도면이 도 1에 도시된다.
이러한 냉장고에서는 압축기(1)에 의해 저온 저압의 기상 냉매가 고온 고압으로 압축되고, 압축된 고온 고압의 기상 냉매가 응축기(2)를 지나는 과정에서 냉각 응축되어 고압의 액상으로 전환되며, 고압의 액체상태로 된 냉매가 모세관(4)을 통과하면서 그 온도와 압력이 낮아진 다음, 계속해서 증발기(5)에서 저온 저압의 기체상태로 변하면서 주위로부터 열을 빼앗아 그 주위의 공기를 냉각시키게 된다.
증발기(5)를 거쳐 냉각된 공기는 냉동, 냉장실로 유입 순환됨으로써 냉동실 및 냉장실의 온도가 낮아지게 된다. 여기서, 응축기(2)로부터 모세관(4)으로 통하는 냉매유로상에는 냉매에 포함된 수분을 흡수하기 위한 드라이어(3)가 구비되어 있다.
한편, 냉장고의 작동 시에는 냉동, 냉장실의 내부에 저장된 음식물로부터 다량의 수분이 증발하고, 이러한 수분이 순환하는 냉기를 따라 증발기(5)와 접하여 응축, 냉각됨으로써 증발기(5) 표면에 서리층이 형성되는 착상현상이 발생하는데, 이와 같은 착상현상에 의하면 증발기(5)의 표면에서 단열작용이 이루어짐으로써 증발기(5)의 열교환 효율이 저하된다는 문제점이 발생한다.
따라서, 냉장고에는 증발기(5)의 표면에 형성되는 서리층을 제거하기 위한 제상 시스템이 구비되어 있는데, 상기 제상 시스템은 증발기(5) 주위의 온도를 감지하는 온도센서(미도시)와, 발열작용을 통해 증발기(5) 주위의 온도를 높이는 히터(7)와, 상기 온도센서를 통해 증발기(5) 주위의 온도변화상황을 파악하여 히터(7)의 작동을 제어하는 전원 콘트롤러(6)를 포함하여 이루어져 있다. 여기서, 상기 히터(7)는 대개 전열선과 이를 감싸는 쉬스(sheath) 등의 보호부재로 이루어져 있다.
상술한 바와 같이 구성된 종래 냉장고의 제상 시스템에 의하면 냉장고의 작동 중 일정시간 간격을 두고 전원 콘트롤러(6)가 자동으로 히터(7)에 전원이 공급되도록 하여 전열선에 의한 발열작용이 이루어짐으로써 증발기(5) 주위에 열이 가해져 증발기(5)에 착상된 서리가 제거되고, 계속되는 발열작용으로 증발기(5) 주위의 온도가 온도센서에 설정된 제한온도에 도달하면 역시 전원 콘트롤러(6)가 온도 센서를 통해 이러한 상황을 감지하여 히터(7)의 작동을 멈추게 하는 이른바 자동 간헐식으로 작동된다.
그런데 이러한 일반적인 냉장고에는 냉장실과 냉동실에 냉기를 제공하기 위해 1개의 콤프레샤와 1개의 응축기(방열기라도 함)로 이루어져 초저온, 저온 냉동실, 냉장실의 구분없이 사용됨으로 인해 냉각사이클이 효율적으로 이루어지지 못하는 점이 있다.
본 발명은 상기에 기술된 종래기술의 단점을 극복하고자 착안된 것으로써, 초저온, 저온의 냉동온도 및 일반냉장온도를 유지시키기 위한 냉장고 냉각시스템과 상기 초저온, 저온의 냉동온도 및 일반냉장온도를 유지하는 냉각제어방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.
본 발명은 상기 언급된 기술적 과제를 달성하기 위하여, 기계실에 2개의 압축기와 방열기로 구성하고 냉장실에는 고압측냉각기, 저압측방열기를 냉동실에는 고압측냉각기, 초저온냉동실에는 저압측 냉각기로 구성된 냉각시스템 및 이를 이용하여 냉각제어를 수행하는 방법을 제공한다.
이를 위하여 냉각시스템에는, 초저온냉동실을 수행하는 제1냉동실에서 저압으로 냉매를 순환시키는 제1냉각기와, 저온냉동실을 수행하는 제2냉동실에서 고압으로 냉매를 순환시키는 제2냉각기와, 냉장실에서 제1방열기와 일정간격을 두고 인접배치되어 상기 방열기의 열을 냉각시키는 제3냉각기와, 제1냉동실의 제1냉각기에 냉매를 순환시키는 제1콤프레샤와, 제2냉동실의 제2냉각기에 냉매를 순환시키는 제2콤프레샤와, 제1냉동실의 온도를 감지하는 제1온도감지센서와, 제2냉동실의 온도를 감지하는 제2온도감지센서와, 제1콤프레샤로부터 냉매를 유입받는 제1방열기와, 제2콤프레샤로부터 냉매를 유입받으며 제3냉각기와 일정간격을 두고 인접배치되는 제2방열기와, 제1콤프레샤로부터 순환된 냉매를 액상으로 상태변환시키는 제1모세관과, 제2콤프레샤로부터 순환된 냉매를 액상으로 상태변환시키는 제2모세관 등이 구성된다.
또한 이러한 구성을 이용한 냉각제어방법은, 마이콤이 제1냉동실의 감지온도가 제1온도이하인지를 확인하는 단계와, 제1온도이하이면, 제1콤프레샤를 오프하는 단계와, 제1온도이상이면, 제1콤프레샤를 온하는 단계와, 제2냉동실의 감지온도가 제2온도이하인지를 확인하는 단계와, 제2온도이하이면, 제2콤프레샤를 오프하는 단계와, 제2온도이상이면, 제2콤프레샤를 온하는 단계를 포함한다.
이하 첨부된 발명을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 2개의 다른 냉동사이클을 구현하기 위한 냉장고의 냉각시스템을 보여주는 구성도로써, 냉장고본체(20)에는 초저온의 제1냉동실(21)과, 일반냉장온도를 유지하는 냉장실(22)과, 저온의 제2냉동실(35), 그리고 기계실(23) 등이 구성되고 상기 각실에는 냉각시스템을 구현하기 위한 구성요소가 구비된다.
이러한 구성요소를 설명하면, 먼저 기계실(23)에는 두 개의 다른 냉동사이클을 수행하기 위한 제1콤프레샤(24)와, 제2콤프레샤(28)와, 제2방열기(29), 그리고 제2모세관(30) 등이 구성된다.
냉장실(22)에는 제1방열기(25)와, 제1모세관(26), 그리고 제3냉각기(32)가 구성된다. 제2냉동실(35)에는 제2냉각기(31)와 온도감지를 위한 제2온도감지센서(34)가 구성되며, 제1냉동실(21)에는 제1냉각기(27)와, 온도감지를 위한 제1온도감지센서(33)각 구성되게 된다.
이러한 구성에 의하여 2개의 다른 냉동사이클이 구현되게 된다. 이를 설명하면 다음과 같다.
우선 제1냉동사이클을 살펴보면, 기계실(23)의 제1콤프레샤(24)에서 고온압축된 냉매는 냉장실(22)에 제3냉각기(32)와 인접배치되어 있는 제1방열기(25)로 순환되게 된다. 상기 제1방열기(25)는 고온압축된 냉매를 냉각응축하게 되는데, 이를 위해서는 방열팬이 필요하게 된다. 그런데 본 발명에서는 이러한 방열팬대신에 제3냉각기(32)의 냉기를 이용하기 위해 제1방열기(25)를 상기 제3냉각기(32)와 인접배치하게 된다.
따라서 제1방열기(25)는 냉기를 제3냉각기(32)로부터 흡수하여 냉매를 응축하고 이를 제1모세관(26)에 순환시키게 된다. 물론 상기 제1콤프레샤(24)는 후술한 제1냉동사이클의 제2콤프레샤(28)와 비교하여 상대적으로 낮은 압력으로 냉매를 압축하여 제1냉동실(21)이 초저온을 유지하도록 한다.
상기 제1모세관(26)은 냉매를 액상으로 상태변화시켜 제1냉동실(21)에 설치되어 있는 제1냉각기(27)에 순환시키게 된다. 따라서 제1냉각기(27)는 액상냉매를 기화시켜서 이로부터 냉기를 발생하여 제1냉동실(21)을 냉각하게 된다. 기화된 기 체상태의 냉매는 다시 제1콤프레샤(24)로 유입되어 상기와 같은 냉동사이클을 따르게 된다. 또한 제1냉동실(21)에는 마이콤(미도시)과 연결되어 제어를 받는 제1온도감지센서(33)가 설치되어 있어, 제1냉동실(21)의 감지온도에 따라 제1콤프레샤(24)의 온오프가 제어됨으로써 제1냉동실(21)에서 초저온이 유지된다.
상기 마이콤은 냉장고에서 요구되는 기능을 수행하게 되며, 이를 위해 냉장고에 설치된 다른 구성요소와 연결되어 명령을 전송하거나 정보를 전달받아 이를 처리하는 역할을 수행하게 된다.
상기 제1냉동사이클과 달리 제2냉동사이클은 기계실(23)에 설치된 제2콤프레샤(28)에 의하여 시작되게 된다. 또한 제2콤프레샤(28)는 상기 제1콤프레샤(24)와 달리 상대적으로 높은 압력에서 고온압축을 수행한다.
고온압축된 냉매는 제2방열기(29)에 순환되고, 이 방열기(29)는 냉매를 냉각하여 응축시키게 된다. 따라서 이를 위해 방열팬(미도시)이 측면에 설치되어 상기 방열기(29)를 냉각시키게 된다.
제2방열기(29)에서 응축된 냉매는 기계실(23)에 설치된 제2모세관(30)을 순환하면서 액상냉매로 변환되어 제2냉동실(35)에 설치되어 있는 제2냉각기(31)로 유입되게 된다. 유입된 액상냉매는 기화하면서 냉기를 발생시켜 제2냉동실(35)을 시키게 된다. 제2냉동실(35)은 상기 제1냉동실(21)이 초저온을 유지함에 비해 저온상태를 유지하게 된다.
제2냉동실(35)의 제2냉각기(31)를 지난 냉매에는 액상과 기상이 혼재되어 있다. 왜냐하면 냉매속도가 빠르기 때문에 제2냉각기(31)에서 완전한 기화가 되지않 기 때문이다. 또한 본 발명에서는 내장실(22)에 설치되어 있는 제3냉각기(32)가 냉장실(22)을 냉각할 수 있도록 하기 위하여 제2냉각기(31)에 배관된 냉각기관(미도시)의 길이를 적절히 조절함으로써 기화가 제2냉각기(31)에서 완전히 일어나지 않도록 하는 것이 바람직하다. 또한 제2냉동실(35)의 일측에는 제2온도감지센서(34)가 설치되어 제2냉동실(35)이 저온상태를 유지하도록 제2콤프레샤(28)의 온오프를 수행하기 위한 온도정보를 마이콤에 전송하게 된다.
제2냉동실(35)의 제2냉각기(31)를 통과한 냉매는 제3냉각기(32)에서 완전히 기화되어 냉장실(22)을 냉각시키게 된다. 즉 제2냉각기(31)에서도 기화되지 않고 남아있는 액상냉매를 기화시켜 냉장실(22)의 냉각상태를 유지하게 된다. 물론 제2냉각기(31)는 제1방열기(25)와 인접배치되어 냉기를 상기 방열기(25)에도 제공하게 된다.
상기 제3냉각기(32)를 통과한 냉매는 상기 진술한 바와같이 기상냉매가 되어 다시 제2콤프레샤(28)로 유입되어 제2냉동사이클을 수행하게 된다.
상기 제1냉동사이클과 제2냉동사이클에 대한 간단한 냉매순환구조를 보여주는 블록도가 도 3에 도시된다.
즉 좌측이 제1냉동사이클을 나타내며, 우측이 제2냉동사이클을 나타낸다. 제1냉동사이클은 냉매가 제1콤프레샤(24)에서 시작해서 제1방열기(25), 제1모세관(26), 제1냉각기(27), 다시 제1콤프레샤(24)로 순환하여 1사이클을 이루게 된다.
이와달리 우측의 제2냉동사이클은 냉매가 제2콤프레샤(28)에서 시작해서 제2 방열기(29), 제2모세관(30), 제3냉각기(32), 다시 제2콤프레샤(30)로 순환하여 1사이클을 이루게 된다. 물론 제2냉동사이클은 제3냉각기(32)에 앞서 제2냉동실(35)에 설치되어 있는 제2냉각기(31)를 통과하게 되나 상기 도 3에서는 제1방열기(25)와 제3냉각기(32)의 인접성을 강조하기 위하여 생략하였다.
즉 제1방열기(25)는 제1콤프레샤(24)에서부터 순환되는 냉매를 응축하기 위해서는 냉각이 필요하게 되는데, 이러한 냉각을 일정간격을 두고 나란히 배치되어 있는 제3냉각기(32)가 수행하게 된다. 따라서 제3냉각기(32)가 제1방열기(25)에서 나오는 열을 흡수하게 된다. 이를 그래프로 보여주는 도면이 도 4에 도시된다.
상기 도 4는 상기 제1냉동사이클과 제2냉동사이클에 따른 압력(P)과 엔탈피(h) 변화를 보여주는 P-h선도이다. 즉 상기 P-h선도는 저압측 냉매순환과정을 수행하는 제1냉동사이클(410)과 고압측 냉매순환과정을 수행하는 제2냉동사이클(420)의 다른 사이클로 구성된다. 또한 엔탈피가 Δh1, Δh2로 각각 분리되어 있어 압축을 위한 열량이 적게 소요됨으로 보여주고 있다.
또한 제1냉동사이클(410)에서의 제1방열기(25)에 의한 냉각응축방출열량을 제2냉동사이클(420)에서의 제3냉각기(32)가 빗금친부분(430)을 흡수함으로써 열량의 이득을 보여주고 있다. 따라서 압축을 위한 전력소비량이 감소되게 되며, 저온의 냉동온도를 유지시키는 것이 가능하게 된다.
상기 기술한 도 3 내지 4에 의하여 초저온냉동실온도와 냉동실 및 냉장실온도를 유지 또는 냉각제어하는 것이 가능하게 되는데, 이러한 냉각제어과정을 보여주는 순서도가 도 5에 도시된다. 즉 이는 초저온냉동실을 위한 제1냉동사이클과 냉 동실 및 냉장실을 위한 제2냉동사이클이 이루어지도록 하는 과정이 진행되게 된다. 이러한 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
제1냉동실(21)을 감지하는 제1온도감지센서(33)가 제1냉동실(21)의 온도를 감지하여 온도정보를 마이콤에 전송하게 된다. 마이콤은 상기 온도정보에서 감지온도를 제1냉동실(21)을 초저온을 유지하기 위한 설정온도인 제1온도와 비교하게 된다(단계 S500).
즉 제1냉동실(21)이 일정냉동온도를 유지하도록 하기 위하여 마이콤에 온도를 설정하게 되는데, 이것이 제1온도가 된다. 예를들면 제1냉동실(21)의 설정온도를 -40℃로 하였을 경우를 들 수 있다. 이 경우 감지된 온도가 -40℃보다 낮은지 높은지를 확인하여 높으면 제1콤프레샤(24)를 온하게 되고 이와달리 낮으면 제1콤프레샤(24)를 오프하여 냉각작업을 수행할 필요가 없게 되는 것이다.
상기 제1냉동실의 감지온도확인단계에서, 감지온도가 제1설정온도보다 높으면, 마이콤은 제1콤프레샤(24)를 온하여 제1냉동사이클이 수행되도록 한다(단계 S510).
제1콤프레샤(24)가 온되어 냉각이 수행되면, 마이콤은 제2냉동실(35)온도를 감지하는 제2온도감지센서(34)에 의하여 전송된 감지온도가 제2온도보다 낮은지를 확인하게 된다(단계 S520).
즉 상기 예에서 보인 것처럼 제2냉동실(35)의 유지온도를 설정하게 되는데 이를 제2온도라고 하며, 예를들면 -15℃를 들 수 있다. 따라서 제2냉동실(35)은 제1냉동실(21)보다 높은 온도를 유지하게 된다.
상기 제2냉동실의 감지온도확인단계에서, 감지온도가 제2온도보다 낮으면 마이콤은 제2콤프레샤(28)를 오프하게 된다(단계 S530). 이와달리 감지온도가 제2온도보다 높으면 마이콤은 제2콤프레샤(28)를 온시키게 된다(단계 S540).
상기 감지온도확인단계(S500)에서, 감지온도가 제1설정온도보다 낮으면, 마이콤은 제1콤프레샤(24)를 오프상태로 유지하게 된다(단계 S501).
상기 제1콤프레샤(24)가 오프된 상태에서, 마이콤은 제2냉동실(35)의 감지온도가 제2온도보다 낮은지를 확인하게 된다(단계 S521).
상기 제2냉동실온도확인결과, 감지온도가 제2온도보다 낮으면 제2콤프레샤(28)를 오프상태로 유지한다(단계 S530).
이와달리 제2냉동실온도확인결과, 감지온도가 제2온도보다 높으면 제2콤프레샤(28)를 온하게 된다(단계 S540).
이상, 본 발명에 대하여 첨부된 실시예와 도면을 가지고 상세히 기술하였으나, 본 발명은 특정 실시예에 한정되지는 않으며, 이 기술분야에 종사하고 있거나 통상의 지식을 습득하고 있는 자라면 본 발명의 내용을 벗어나지 않으면서도 수많은 변형과 수정이 가능함을 이해해야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 첨부된 청구범위에 의거하여 정해짐이 바람직 할 것이다.
본 발명에 의하면, 2개의 다른 냉동사이클을 구성함으로써 냉동실을 초저온과 저온으로, 냉장실을 일반냉장온도로 유지시키는 것이 가능하게 된다.

Claims (5)

  1. 초저온냉동실을 수행하는 제1냉동실에서 저압으로 냉매를 순환시키는 제1냉각기와,
    저온냉동실을 수행하는 제2냉동실에서 고압으로 냉매를 순환시키는 제2냉각기와,
    냉장실에서 제1방열기와 일정간격을 두고 인접배치되어 상기 방열기의 열을 냉각시키는 제3냉각기와,
    제1냉동실의 제1냉각기에 냉매를 순환시키는 제1콤프레샤와,
    제2냉동실의 제2냉각기에 냉매를 순환시키는 제2콤프레샤와,
    제1냉동실의 온도를 감지하는 제1온도감지센서와,
    제2냉동실의 온도를 감지하는 제2온도감지센서와,
    제1콤프레샤로부터 냉매를 유입받는 제1방열기와,
    제2콤프레샤로부터 냉매를 유입받으며 제3냉각기와 일정간격을 두고 인접배치되는 제2방열기와,
    제1콤프레샤로부터 순환된 냉매를 액상으로 상태변환시키는 제1모세관과,
    제2콤프레샤로부터 순환된 냉매를 액상으로 상태변환시키는 제2모세관
    을 포함하여 이루어지는 냉장고냉각시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    제1냉동사이클은,
    제1콤프레샤, 제1방열기, 제1모세관, 제1냉각기, 제1콤프레샤의 순서임을 특징으로 하는 냉장고냉각시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제2냉동사이클은,
    제2콤프레샤, 제2방열기, 제2모세관, 제2냉각기, 제2콤프레샤의 순서임을 특징으로 하는 냉장고냉각시스템.
  4. 마이콤이 제1냉동실의 감지온도가 제1온도이하인지를 확인하는 단계와,
    제1온도이하이면, 제1콤프레샤를 오프하는 단계와,
    제1온도이상이면, 제1콤프레샤를 온하는 단계와,
    제2냉동실의 감지온도가 제2온도이하인지를 확인하는 단계와,
    제2온도이하이면, 제2콤프레샤를 오프하는 단계와,
    제2온도이상이면, 제2콤프레샤를 온하는 단계
    를 포함하여 이루어지는 냉각제어방법.
  5. 상기 제1온도이하이면, 제1콤프레샤를 오프하는 단계이후에는,
    제2냉동실의 감지온도가 제2온도이하인지를 확인하는 단계와,
    제2온도이하이면, 제2콤프레샤를 오프하는 단계와,
    제2온도이상이면, 제2콤프레샤를 온하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각제어방법.
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