KR20060132869A - 냉장고 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동용 및 냉장용 냉각기를 구비하고 2단 압축식으로 형성된 능력 가변 냉동 사이클을, 냉동공간 온도정보에 의해 제어함으로써, 냉동공간과 냉장공간을 각각의 저장온도로 적절하게 제어할 수 있도록 한 냉장고를 제공하는 것을 목적으로 하고, 압축요소가 저단측 압축부(9a)와 고단측 압축부(9b)로 구성된 인버터 구동에 의한 능력 가변의 압축기(9)와, 상기 압축기로부터의 토출가스를 받는 응축기(10)의 출구측에 설치된 냉매 유로와 함께 유량을 제어하는 전환 밸브(11)와, 상기 전환 밸브로부터 각각 감압장치(12, 13)를 통하여 접속된 냉동용 냉각기(4) 및 냉장용 냉각기(5)로부터 냉동 사이클을 형성한 냉장고에 있어서 냉동공간온도(Fa)와 그 목표값(Fr)에 의해 상기 압축기의 회전수를 결정하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉장고{REFRIGERATOR}

본 발명은 2단 압축식 능력 가변 압축기를 사용한 냉장고에 관한 것으로, 특히 저장 공간 온도에 의해 압축기의 회전수를 결정하는 것에 관한 것이다.

최근, 냉장고는 인버터 제어에 의한 능력 가변의 압축기를 탑재한 것이 많고 그 냉동 능력을 가변함으로써, 부하에 대응하는 냉각 성능을 얻음과 동시에 소비전력의 감소를 도모하도록 하고 있다.

가정용으로서 보급되고 있는 냉장고는 -18 ~ -20℃ 정도로 냉각되는 냉동공간과, +1 ~ +5℃ 정도로 유지하는 냉장 공간이나 야채 보존 공간을 갖는 것이 일반적이고, 단일 냉각기에 의해 쌍방의 공간을 냉각하는 것은 댐퍼 등에 의해 냉동 및 냉장공간으로의 냉기류의 분배를 제어하고, 전체 부하에 따라서 압축기를 구동 또는 정지하고, 인버터 제어에 의해 또한 압축기의 회전수를 제어함으로써 쌍방의 저장공간을 소정의 온도로 유지하고 있었다.

또한, 냉동 및 냉장공간의 각각에 냉각기를 구비한 타입에서는 냉매의 유로를 전환함으로서 상기 각 냉각공간에 배치한 냉각기로의 냉매류를 분배 제어하고, 냉각공간 전체의 온도나 온도차 등의 부하에 따라서 압축기를 제어하고 있다.

한편, 현재 시장에서 공급되고 있는 냉동 냉장고에 사용되고 있는 압축기는 압축기 케이스 내에 단일 압축부가 존재하는, 소위 1단 압축 방식이지만, 최근에는 도 13에 도시한 바와 같이, 밀폐 용기 내에 모터와 함께 저단 압축 요소(39a)와 고단 압축 요소(39b)를 구비한 2단 압축기(39)를 설치하고, 고단 압축 요소(39b)로부터의 토출관(46)에 접속한 응축기(40)의 출구측에 중간압용 팽창장치(43)를 접속하고, 저단측 압축 요소(39a)의 토출측 및 고단측 압축 요소(39b)의 흡입측과 중간압용 흡입 파이프(47)를 연통시켜, 상기 중간압용 흡입 파이프(47)와 상기 중간압용 팽창장치(43) 사이에 중간압용 증발기(35)를 접속하고 또한, 응축기(40)의 출구측과 접속된 저압용 팽창장치(42)와 2단 압축기의 저단 압축 요소의 흡입측(45) 사이에 저압용 증발기(34)를 접속하여 이루어지고, 저단 압축 요소(39a)의 토출측과 고단 압축 요소(39b)의 흡입측을 밀폐 용기(39)내에 연통시킴으로써, 고내의 온도제어의 정밀도를 높이고 또한 고내 각부의 온도의 균일화나 고효율화, 저소비 전력화를 도모하도록 한 2단 압축 냉동 냉장 장치의 사상이 공개되어 있다(예를 들어, 일본 공개특허공보 2001-74325호).

(발명이 해결하고자 하는 과제)

상기 일본 공개특허공보 2001-74325호에 기재된 냉동 사이클에서는 냉장용 냉각기인 중간압용 증발기(35)의 증발온도를 냉동용 냉각기인 저압용 증발기(34)의 증발온도 보다 높게 함으로써 사이클 효율이 향상된다. 그러나, 2단 압축 사이클에 의한 냉동용 냉각기(34)의 흡입관은 압축기의 저단측 압축부(39a)에 직결되고, 냉장용 냉각기(35)의 흡입관(47)은 압축기(39)의 중간압부에 접속되어 있으므로, 냉동공간의 냉동능력은 냉장용 냉각기(35)로 흐르는 냉매의 영향을 받기 어려운 것이고, 냉동측 부하와 냉장측 부하의 총부하에서 압축기(39)의 회전수를 제어하는 종래 방법에서는, 예를 들어 냉동공간의 냉각 정도가 충분하고, 냉장공간이 냉각 과다되는 경우에는 압축기의 회전수를 저하시키게 되어, 결과적으로 냉동공간의 냉각이 부족해지는 문제를 발생시키고 있었다.

본 발명은 상기점을 고려하여 이루어진 것으로, 냉동용 및 냉장용 냉각기를 구비하고 2단 압축식으로 한 능력 가변 냉동 사이클을 냉동 공간 온도 정보에 의해 제어함으로써, 냉동 공간과 냉장 공간을 각각의 저장 온도로 적절하게 제어할 수 있도록 한 냉장고를 제공하는 것을 목적으로 한다.

(과제를 해결하기 위한 수단)

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명의 냉장고는 압축요소가 저단측 압축부와 고단측 압축부로 구성된 인버터 구동에 의한 능력 가변의 압축기와, 상기 압축기로부터의 토출가스를 받는 응축기의 출구측에 설치된 냉매 유로와 함께 유량을 제어하는 전환밸브와, 상기 전환밸브로부터 각각 감압 장치를 통하여 접속된 냉동용 냉각기 및 냉장용 냉각기로부터 냉동 사이클을 형성한 냉장고에서, 냉동 공간 온도와 그 목표값에 의해 상기 압축기의 회전수를 결정하는 것을 특징으로 하는 것이다.

또한, 청구항 2의 발명에 의한 냉장고는 압축요소가 저단측 압축부와 고단측 압축부로 구성된 인버터 구동에 의한 능력 가변의 압축기와, 상기 압축기로부터의 토출가스를 받는 응축기의 출구측에 설치된 냉매 유로와 함께 유량을 제어하는 전환밸브와, 상기 전환밸브로부터 각각 감압 장치를 통하여 접속된 냉동용 냉각기 및 냉장용 냉각기로부터 냉동 사이클을 형성한 냉장고에 있어서, 냉동 공간 온도와 그 목표값과 함께 냉장 공간 온도와 그 목표값에 의해 압축기의 회전수를 결정하는 것으로, 회전수 결정시에는 냉장공간보다 냉동공간측의 온도정보의 피드백량을 크게 하는 것을 특징으로 하는 것이다.

(발명의 효과)

상기 구성에 의해, 냉동용 및 냉장용 냉각기의 쌍방을 각 저장공간의 냉각에 맞는 증발온도로서, 냉동 사이클의 효율 향상과 함께 각각의 냉각기로의 유로 전환이나 유량 등 냉매류 제어가 가능해질 뿐만 아니라, 냉동공간과 냉장공간을 동시에 냉각함으로써 각 공간 내의 온도 변동을 억제하고, 각 공간온도를 적절하게 제어할 수 있다.

이하, 도면에 기초하여 본 발명의 일실시형태에 대해서 설명한다. 도 2에 종단면도를 도시한 냉장고 본체(1)는 단열 상자체의 내부에 저장공간을 형성하고, 간막이벽에 의해 냉동실이나 제빙실의 냉동공간(2), 냉장실이나 야채실의 냉장공간(3) 등 복수의 저장실로 구분하고 있다.

각 저장실은 냉동공간이나 냉장공간마다 배치한 냉동용 냉각기(4)와 냉장용 냉각기(5), 및 냉기순환팬(6, 7)에 의해 각각 소정의 설정온도로 냉각 유지되고, 각 냉각기(4, 5)는 본체 배면 하부의 기계실(8)에 설치한 압축기(9)로부터 공급되는 냉매에 의해 냉각된다.

도 1은 상기 본 발명의 냉장고에서의 냉동 사이클을 도시하는 것으로, 상기 압축기(9), 응축기(10), 냉매 유로의 전환밸브(11) 및 병렬로 접속한 상기 냉동용 및 냉장용 냉각기(4, 5)를 환형상으로 연결하고 있다. 상기 응축기(10)는 평판형상이며 상기 기계실(8)의 전방에서의 냉장고 본체(1)의 바깥 바닥면 공간에 설치되어 있고, 응축기(10)에서 액화된 냉매는 전환밸브(11)를 통하여 각각 감압 장치인 모세관(12, 13)을 경유하여 냉동용 냉각기(4) 또는 냉장용 냉각기(5)에 공급되어 증발됨으로써 냉각기를 저온화하고, 냉기팬(6, 7)에 의한 순환에 의해 저장실내를 소정 공기온도로 냉각하는 것이고, 증발 기화한 냉매는 어큐물레이터(14)를 통하여 다시 압축기(9)로 되돌아가도록 구성되어 있다.

그러나, 압축기(9)는 그 상세한 내용을 도 3에 도시한 바와 같이, 압축요소가 저단측 압축부(9a)와 고단측 압축부(9b)로 구성된 레시프로식 2단 압축기이고, 밀폐 케이스(9c)내에 수납한 전동기구(9d)의 회전축(9e)의 회전에서 편심하여 회전하는 편심축(9f)에 의해 커넥팅 로드(9g)를 왕복 운동시키도록 구성되어 있다.

커넥팅 로드(9g)의 선단에는 볼 조인트(9h)로 피스톤(9i)이 삽입 고정되어 있고, 실린더(9j)내의 피스톤(9i)의 왕복운동에 의해 상기 저단측 압축부(9a)와 고단측 압축부(9b)에 대해 교대로 냉매를 흡입하고 압축하여 토출하는 것으로, 상기 압축부로의 볼 조인트(9h)의 채용에 의해, 용적 효율을 향상시키고 2개의 압축부(9a, 9b)를 필요로 하는 2단 압축기(9)의 외형 스페이스의 확대를 억제하고 있다.

저단측 압축부(9a)의 흡입구(9k)는 상기 냉동용 냉각기(4)로부터 어큐물레이터(14)를 통하여 연결한 흡입관(15)의 단부에 접속되어 있고, 압축한 냉매가스를 토출하는 토출구(9m)를 케이스(9c)내에 개구시키고, 고단측 압축부(9b)의 토출구 (9n)는 응축기(10)로의 토출관(16)에 접속되어 있다.

상기 어큐물레이터(14)는 기액을 분리하고, 냉각기(4)에서 다 증발되지 않았던 액상 냉매를 저류하여 가스상 냉매만을 송출하고, 압축기(9)의 실린더(9j)에 액체 냉매가 유입되는 것에 기인하는 지장을 방지하는 작용을 하는 것으로, 본 실시예에서는 냉동용 냉각기(4)의 후단에만 설치하고 있다.

상기 냉장용 냉각기(5)로부터의 흡입관(17)은 밀폐 케이스(9c)내의 중간압이 되는 공간부에 냉매를 도입하도록 접속하고 있다. 따라서, 냉장용 냉각기(5)로부터의 흡입 냉매는 직접 압축기의 실린더내에 유입되지 않으므로, 냉장용 냉각기(5)의 후단에는 어큐물레이터를 설치할 필요가 특별히 없고, 설치하는 경우 소형의 것이어도 좋다. 계속해서, 냉장용 냉각기측의 흡입관(17)으로부터 흡입된 냉매 가스는 상기 저단측 압축부(9a)의 토출구(9m)로부터 토출되는 냉매 가스와 함께 연통하는 고단측 압축부(9b)의 흡입구(9p)에 흡입되어 압축되도록 구성하고 있다.

상기 압축기(9)는 인버터 제어에 의해 능력 가변으로 되어 있고, 냉동 및 냉장 공간의 검출온도나 목표 설정 온도와의 차, 온도 변화율 등에 기초하여 예를 들어 30~70㎐ 사이에서 회전 주파수를 결정하고, 마이크로 컴퓨터 등으로 구성되는 제어장치에 의해 운전된다.

전환밸브(11)는 압축기(9)로부터의 토출가스를 받는 응축기(10)의 출구측에 설치되어 냉각기(4, 5)측으로의 냉매유로전환과 함께 유량을 제어하는 것으로, 도 4에 도시한 바와 같이, 밸브 케이스(18)내에 냉동용 냉각기(4)측으로의 밸브구A(19a)와 냉장측 냉각기(5)로의 밸브구B(19b)를 형성한 밸브시트(19)를 설치하고, 밸브시트(19)에 대해서 밸브체(20)를 그의 상부에 배치한 삼방향 밸브이다.

밸브체(20)는 상기 밸브구A(19a) 및 밸브구B(19b)와 회전 궤적상에서 각각 대응하도록 소정 길이에 걸쳐 원호형상으로 연장하고, 회전축(20c)의 중심으로부터 회전 이동 반경을 다르게 한 2개의 단면 V자형상 오목홈A(20a) 및 오목홈B(20b)를 소정의 단 가장자리 형상으로 성형한 두꺼운 계단부(20d)의 하면에 형성되어 있고, 밸브시트(19)의 상부면과 밸브체(20)를 밀착시켜 중첩시키고, 상부에 설치한 도시하지 않은 스텝핑 모터에 의한 0~85의 펄스 스텝으로 회전 구동하는 것이다.

상기 전환밸브(11)는 냉동 사이클 제어신호에 의한 펄스 신호에서 밸브체(20)를 회전시키고 소정의 펄스 위치에서 상기 밸브체의 회전 반경 외측의 오목홈A(20a)와 밸브구A(19a)가 상하로 중첩하여 연통된 경우에는 유입밸브구(21)로부터 밸브 케이스(18)내에 유입된 냉매가, 오목홈A(20a)의 상기 두꺼운 계단부(20d)의 개방 단 가장자리로부터 V자형상의 오목홈A(20a)내에 진입하고, 오목홈A와 연통하는 밸브구A(19a)로부터 유출되어 냉동용 모세관(12)에 도입되고, 냉동용 냉각기(4)에서 증발 기화되는 것이다.

한편, 동일하게 회전 반경 내측의 오목홈B(20b)과 밸브구B(19b)가 연통한 경우에는 오목홈B(20b)에 유입된 냉매는 연통하는 밸브구B(19b)로부터 냉장용 모세관(13)에 유입되어 냉장용 냉각기(5)에서 증발한다.

또한, 냉장측인 오목홈B(20b)은 V자 형상 홈이 회전 선단으로부터 두꺼운 계단부(20d)의 개방단쪽으로 향함에 따라서 그 단면적이 점진적으로 확대하도록 형성되어 있고, 밸브체(20)의 회전에 의해 최소부터 최대의 유통 개구 면적이 되어 밸 브구B(19b)에 연통하도록 하고 있고, 유로의 전환이나 유량 조정은 매우 세밀하게 제어할 수 있으므로, 펄스에 의한 회전 제어에 의해 냉매 유량을 효율 좋게 선형으로 변경할 수 있다.

삼방향 밸브(20)에서의 밸브의 개방 제어는 냉동용 냉각기(4)와 냉장측 냉각기(5)로의 밸브(19a, 19b)의 개구도를 쌍방 모두 완전 개방, 또는 완전 폐쇄, 및 냉동측 밸브개구를 스로틀하여 냉장측을 완전 개방하거나 또는 냉장측의 밸브 개구를 스로틀하여 냉동측을 완전 개방하는 등 여러가지 패턴을 선택할 수 있지만, 본 실시예에서는 냉동용 냉각기(4)와 냉장용 냉각기(5)를 병렬로 접속하고 있고, 냉각제어는 냉동 냉장측의 동시 냉각과 냉동측만 냉각하는 2가지로 하고 있다.

냉동측 밸브구A(19a)로부터 유출된 냉매는 냉동 공간(2)에서의 냉각 온도에 입각한 증발온도가 되도록 설정한 모세관(12)을 통과하여 감압되어 냉동용 냉각기(4)에서 -25℃ 정도로 증발하고, 냉장용 밸브구B(19b)로부터도 동일하게, 냉장공간(3)에서의 냉각온도에 근사하는 -5℃ 정도의 증발온도가 되도록 설정한 냉장용 모세관(13)을 통하여 냉장용 냉각기(5)로 냉매가 유입되어 증발한다.

또한, 상기 냉동 사이클에서의 냉동용 및 냉장용 모세관(12, 13)은 냉동용 냉각기(4) 및 냉장용 냉각기(5)에서의 냉매 증발 온도에 온도차를 가하기 위해, 냉동측 모세관(12)의 스로틀을 강하게 하고 있는 결과, 상기와 같이 냉동 냉장 쌍방으로 냉매를 흐르게 하는 경우에는 필연적으로 저항이 작은 냉장측으로 냉매가 흐르기 쉬워지고, 냉동측으로는 냉매가 흐르기 어려워지는 경향이 있고, 극단적인 경우 냉동측에는 냉매가 흐르지 않는 상황이 발생한다.

이를 개선하기 위해 상기 전환밸브(11)에서는 냉동 및 냉장공간(2, 3)의 각 냉각을 위한 냉매류 제어와 함께, 소위 냉매 흐름의 편중을 방지하기 위해, 냉매가 흐르기 쉬운 냉장측으로의 냉매 유량을 약간 스로틀하도록 하는 제어를 가하고 있다.

그리고, 냉동측의 오목홈A(20a)와 밸브구A(19a)가 연통하여 완전 개방되면 냉장측의 냉매류 상태에 거의 영향을 받지 않고, 냉동측 냉각기(4)는 거의 소정의 냉동능력을 얻을 수 있게 되고, 냉장측의 냉동능력에 대해서도 상기 전환밸브(11)의 오목홈B(20b)와 밸브구(19b)의 연통 상태에 의한 폐쇄부터 개방의 범위, 및 압축기(9)의 회전수 변화로 극히 세밀하게 제어할 수 있는 것이다.

상기 냉매류 제어에 의해, 냉장용 냉각기(5)의 증발온도를 냉동측과 온도차를 갖고 고온으로 할 수 있고, 냉장실 온도를 1~2℃로 냉각할 수 있지만, 냉장용 냉각기(5)의 전열 표면적을 크게 하여 냉장공간 냉각으로의 열교환량을 크게 하도록 하면 더욱 증발온도를 높이는 것도 가능하고, 이 경우에는 냉장공간(3)의 냉각온도와 냉각기 온도의 온도차가 보다 작아져 냉장용 냉각기(5)에 부착되는 성에량이 적어지고, 공간내의 건조를 방지하여 고내의 습도를 높게 유지하는 효과를 갖는다.

또한, 일반 가정용 냉장고에서는 냉동공간과 냉장공간의 냉각에 필요한 냉동능력은 거의 동등한 점에서, 냉장용 냉각기(5)의 전열 표면적을 냉동용 냉각기(4)와 동등하게 또는 보다 크게 함으로써, 각 냉각공간을 효율적으로 냉각하는 것이 가능해진다.

다음에, 냉동 사이클의 동작에 대해서 설명한다. 전원 투입에 의해 압축기(9)가 구동되면, 압축되어 고온 고압이 된 냉매 가스는 토출관(16)으로부터 응축기(10)에 토출되어 전환밸브(11)에 도달한다. 전환밸브(11)는 상기와 같이 여러가지 패턴 설정이 가능하지만, 상기 전원 투입시에는 냉동, 냉장공간(2, 3) 모두 미냉각 상태이므로, 밸브구A(19a), 밸브구B(19b)는 완전 개방 상태가 되고, 냉매는 냉동용 및 냉장용 모세관(12, 13)에 유입되어 감압되고 냉동용 및 냉장용 냉각기(4, 5)에 각각 유입되어 각 증발온도에서 증발하고, 각 냉각기를 소정 온도로 냉각한다.

냉동용 냉각기(4)로부터의 냉매는 어큐물레이터(14)에 유입되고, 만일 냉각기 중에서 완전히 증발하지 않았던 액체 냉매가 남아 있는 경우에는 어큐물레이터(14) 내부에 저류되고, 가스 냉매만이 흡입관(15)으로부터 압축기(9)의 저단측 압축부(9a)에 흡입된다. 또한, 냉장용 냉각기(5)에서 증발한 가스 냉매는 흡입관(17)을 경유하여 상기 압축기(9)의 중간압을 갖는 밀폐 케이스(9c)내에 도입된다.

냉동용 냉각기(4)로부터 저단측 압축부(9a)에 흡입되고, 압축되어 토출구(9m)로부터 케이스(9c)내에 토출된 냉매 가스와 냉장용 냉각기(5)로부터 밀폐 케이스(9c)의 중간압부에 유입된 냉매 가스는 합류하여 흡입구(9p)로부터 고단측 압축부(9b)에 흡입되고, 압축되어 토출구(9n)에서 토출관(16)으로 토출되어 응축기(10)로 인도되는 냉동 사이클을 형성한다.

따라서, 상기 냉동 사이클에 의하면 냉동 공간(2) 및 냉장 공간(3)의 각각의 설정온도에 맞춘 증발온도가 되도록 각각 모세관(12, 13)을 구비한 냉동 및 냉장용 냉각기(4, 5)를 설치하고, 냉장용 냉각기(5)에서 증발한 냉매가스를 냉동측보다 압 력이 높은 중간압의 상태로 직접 압축기 케이스(9c)내의 중간압부에 흡입시킴으로써, 냉장용 냉각기(5)의 증발온도를 냉동용 냉각기(4)에 대해 실내 냉각 온도에 입각하여 높게 할 수 있을 뿐만 아니라, 압축기 입력이 작아지므로 사이클 효율을 높이고 소비 전력을 감소시킬 수 있다.

또한, 냉장용 냉각기(5)의 증발온도를 상승시켜 냉장공간과의 온도차를 적게 함으로써 냉각기(5)에 부착되는 성에량을 적게 하고, 냉장공간내의 건조를 방지하여 고내의 습도를 높게 유지하고, 식품 선도를 장기에 걸쳐 유지할 수 있는 것으로, 또한 냉동용 및 냉장용 냉각기(4, 5)의 쌍방으로 동시에 냉매를 흐르게 하여 냉각시킬 수 있으므로, 종래의 교대 냉각 방식에 비해 각 실내의 온도변동을 억제할 수 있다.

또한, 냉동 사이클은 도 1과 동일한 부분에 동일한 부호를 붙인 도 5에 도시한 바와 같이, 상기 압축기(9), 응축기(10), 냉매유로의 전환밸브(11)에 대해서 냉동용 냉각기(4) 및 냉장용 냉각기(10)를 직렬로 연결하고, 전환밸브(11)로부터 냉장용 모세관(13)과 냉장용 냉각기(5)를 우회하는 측로관(22)을 기액분리기(23)를 통하여 냉동용 모세관(12)으로부터 냉동용 냉각기(4)에 접속하고 또한 상기 기액 분리기(23)의 상부와 압축기(9)의 밀폐 케이스(9c) 내의 중간압부인 공간부를 흡입관(24)으로 접속하도록 해도 좋다.

이와 같이 하면, 냉매는 상기와 동일하게 제어되는 전환밸브(11)에 의해 냉장용 냉각기(5) 및 냉동용 냉각기(4)로 동시에, 또는 선택적으로 흐르고, 측로관(22) 또는 냉장용 냉각기(5)로부터의 냉매는 기액 분리기(23)에서 가스상 냉매와 액상 냉매로 분리되고, 액상 냉매는 냉동용 냉각기(4)측으로 흐르고, 가스상 냉매는 냉장측 흡입관(24)을 통하여 압축기(9)의 중간압부에 귀환되고 또한 액상 냉매는 냉동용 냉각기(4)에서 저온에서 증발하여 압축기(9)의 저단측으로 다시 되돌아가는 것으로, 전술한 실시예와 동일하게 사이클 효율을 좋게, 각 저장실내를 소정 온도로 냉각할 수 있는 작용 효과를 갖는다.

도 6은 냉동용 냉각기(4) 및 냉장용 냉각기(5)의 증발온도, 또한 응축기(10)의 응축온도를 일정값으로 하고, 소정의 회전수로 압축기(9)를 운전했을 때의 냉동측과 냉장측의 냉동 능력을 나타낸 것으로, 종축에 냉장측의 냉동 능력, 횡축에 냉동측의 냉동능력을 취하고 있다. 도면 중, a점은 전환밸브에 의해 냉장측 냉각기(5)에만 냉매를 흐르게 한 경우를 나타내고, b점은 냉동측 냉각기(4)에만 냉매를 흐르게 한 경우, c점은 냉동용 및 냉장용 냉각기(4, 5)의 쌍방으로 밸브 개구(19a, 19b)를 완전 개방 상태에서 냉매를 흐르게 한 경우를 나타내고 있다.

상기 그래프에서 냉동용 냉각기(4)로부터 압축기(9)의 저단측 압축부(9a)에 직접 흡입되는 냉매의 질량 또는 체적은 저단측 압축부의 실린더 배제 용적으로 결정되는 것이고, 대응하는 냉동력은 냉동측에만 흐르는 경우가 69W인 것에 대해, 냉동냉장 동시에 흐르게 한 경우에는 64W이고, 냉장용 냉각기(5)로부터 압축기(9)의 중간압부로 되돌아가는 냉매의 영향을 거의 받지 않고 거의 일정해지는 것을 나타내고 있다.

이에 대해서 냉장측은 냉장용 냉각기(5)로부터 압축기(9)에 흡입되는 냉매량에 대응하는 냉동력이, 냉장측만의 경우에는 155W인 것에 대해 냉동냉장 동시 흐름 의 경우에는 75W 정도까지 크게 저하되는 것이고, 냉장측의 냉동능력은 냉동용 냉각기(4)로부터 흡입되는 냉매의 유무, 즉 냉장용 냉각기(5)로부터의 냉매만인지, 냉동용 냉각기(4)로부터 흡입되는 냉매와의 합류량인지에서 크게 변화하게 된다.

또한, 일반적으로 냉장공간의 실내온도는 +3 ~ 5℃인데 비해, 냉동공간온도는 -18 ~ -20℃인 점에서 실외온도와의 온도차가 커지고, 냉동공간의 냉각에 필요한 냉동능력은 냉장공간의 냉각에 필요로 하는 값보다 커지고, 이와 같이 냉동측의 냉동능력이 냉장측의 냉동능력보다 큰 경우, 즉 냉동측의 부하가 냉장측보다 크다고 설정한 경우의 냉동운전은 도 6을 모식적으로 나타낸 도 7에 도시한 바와 같이 냉동측의 냉동능력이 큰 영역인 도면 중의 사선 영역 부분을 사용하게 된다.

그 때문에, 전술한 바와 같이 냉동측 냉동능력은 냉장용 냉각기(5)로부터 되돌아오는 냉매의 영향을 받기 어려운 점으로부터, 냉동공간의 냉각제어는 압축기(9)의 회전수에 의해 제어하면 좋고, 냉각 부족의 경우에는 화살표로 나타낸 바와 같이 압축기(9)의 회전수를 높여 냉동능력을 증대시키고 냉각 과잉의 경우에는 그 회전수를 저하 또는 정지시킴으로써 냉각 온도를 적정하게 유지할 수 있는 것이다. 그리고, 냉장측은 압축기(9)의 회전수 대신에, 전환밸브(11)의 밸브 개구의 개폐 제어에서 냉매 유량을 조정함으로써 그 냉각온도를 제어하도록 한다.

제어 블럭도인 도 8에 의해 본 발명의 압축기 회전수 제어의 일실시예를 설명한다. 냉온도 센서에 의해 검지된 냉동공간, 예를 들어 냉동실(4)의 실내온도(Fa)는 소정의 목표값(Fr)과 비교되고, 그 편차가 압축기의 주파수 결정을 위한 PID 컨트롤러(25)에 입력된다.

그리고, 냉동공간(2)의 온도가 목표값(Fr)보다 높으면 편차에 의해 PID 계산값이 증가하고 압축기(9)의 회전수를 소정량 증가시킴으로써 냉동공간(2)의 냉각을 촉진하고 소정 온도로 인도하도록 운전 제어한다. 또한, 냉동공간(2)의 온도가 목표치(Fr)보다 낮으면 반대로 회전수를 저하, 또는 정지하여 냉동력을 저하시키는 것이다.

다음에, 본 발명의 압축기 회전수 제어의 다른 실시예에 대해서 설명한다. 상기 실시예는 냉동공간(2)의 온도정보에 의해 압축기(9)의 회전수를 제어하는 것이었지만, 냉장고의 운전 조건에 따라서는 냉동공간(2)에 대해서 냉장공간(3)의 냉동능력이 부족한 경우도 고려된다.

그래서, 냉동공간(2)의 온도정보와 함께 냉장공간(3)의 온도정보도 입력하여 도 7에서의 사선 영역 내에서 압축기(9)를 운전시키면, 압축기(9)의 회전수를 높여 냉동능력을 증가시킴으로써 냉동공간(2)과 함께 냉장공간(3)의 냉동능력도 증가시킬 수 있다.

그러나, 냉동공간(2)이 목표값 이하로 냉각되어 있는 경우의 압축기(9)의 회전수의 증가는 냉동공간(2)을 불필요하게 냉각하여 쓸데없는 전력소비를 가져오므로, 도 9에 도시한 블럭도에서는 냉동공간온도(Fa)와 그 목표값(Fr)과 함께 냉장공간온도(Ra)와 그 목표값(Rr)을 PID 컨트롤러(25)에 입력하지만, 압축기(9)의 회전수 결정시에는 냉동공간측의 고내 온도(Fa)와 목표 온도(Fr)의 편차 데이터값을 예를 들어 2배로 가산하여 입력하는 등, 냉장공간(3)보다 냉동공간(2)측의 온도정보 데이터의 피드백량을 크게 한 것이다.

이에 의해, 압축기(9)의 회전수는 실제보다 크게 간주된 편차값인 냉동공간(2)측의 피드백된 온도정보에 의해 냉동측을 기준으로 결정되지만, 냉동공간(2)이 충분히 냉각되어 있는 경우에는 압축기(9)의 회전수를 증가시키지 않고 전환밸브(11)에 의한 냉장용 냉각기(5)로의 냉매류를 제어함으로써 냉장측의 냉동능력을 증감하고 냉동측 과냉각을 초래하지 않고 냉장측을 적절한 온도로 유지되도록 제어하는 것이다.

또한, 상기 실시예에서는 냉장공간(3)의 온도정보를 추가하여 압축기(9)의 회전수를 결정하는 것에 대해서 설명했지만, 만일 외부 기온이 저하되어 냉장공간(3) 온도가 목표값(Rr)보다 낮아진 바와 같은 경우에는 상기 피드백 신호에 의해 압축기(9)의 회전수가 저하되고, 그 결과로서 냉동공간(2)측의 냉동능력이 저하되는 문제가 발생한다.

도 10은 이와 같은 만일의 경우에 대응하는 블럭도이고, 냉장공간(3)의 온도가 목표값(Rr)보다 높은 경우에만 그 온도정보를 피드백하는 함수(Fx)에 도입한 것이고, 냉장공간온도(Ra)와 목표값(Rr)의 차가 작은 경우에는 그 값이 입력되지만, 마이너스 값인 경우에는 제로 신호가 PID 컨트롤러(25)에 입력된다.

이러한 제어에 의해 냉장공간(3)의 부하가 가볍고 목표 설정값(Rr)보다 실제 온도(Ra)가 낮아지는 경우에도 냉동공간(2)은 그 온도정보에 의한 냉동력으로 목표값(Fr)을 유지하는 것이고, 냉동력의 저하에 의해 냉동공간(2) 온도가 목표값(Fr)보다 높아지는 것을 방지할 수 있다.

또한 다른 실시예를 설명한다. 도 11은 압축기(9)를 어느 일정 회전수로 구 동하고, 응축온도가 일정한 조건에서의 냉장용 냉각기(5)의 온도를 변화시켰을 때의 냉동용 및 냉장용 사이클의 냉동능력(QF1, QR1)의 변화를 나타낸 것이다.

이 때, 냉장용 냉각기(5)는 그 표면 온도를 낮춤으로써 그 냉동능력(QR1)을 저하시키고, 그 표면 온도를 높임으로써 냉동능력을 상승시킬 수 있는 것이며, 또한 냉동측 냉동능력(QF1)은 냉각기 온도가 예를 들어 -23.5℃로 일정하고 냉장측의 냉동능력의 변동에 의해서도 큰 영향을 받지 않는 것을 알 수 있다.

그리고, 냉장용 냉각기(5)에 대해서는 냉장용 팬(7)의 회전수를 변화, 예를 들어 회전수를 낮추면 냉장용 냉각기(5)에서의 열교환량이 저하되고 냉각기(5)의 표면온도가 내려가는 결과, 냉동 사이클의 냉동능력(QR1)도 저하되는 것이고, 반대로 팬(7)의 회전수를 증가시키면 열교환량이 증가함으로써 냉각기(5)의 표면 온도가 상승하여 사이클의 냉동능력(QR1)은 증대된다.

즉, 냉장공간(3)의 냉각제어에 대해서는 냉장용 팬(7)의 회전수를 증감시킴으로써 공간온도를 제어할 수 있는 것이고, 냉장공간온도(Ra)가 그 목표값(Rr)보다 높은 경우에는 냉장측 냉각팬(7)의 회전수를 높임으로써 냉각할 수 있고, 목표값(Rr)이하로 과냉각되어 있는 경우에는 팬 회전수를 낮춤으로써 냉동력을 약화시켜 소정의 적절한 온도로 제어할 수 있다.

또한 도 12는 냉동용 냉각기(4)의 온도를 변화시켰을 때의 냉동용 및 냉장용 사이클의 냉동능력(QF2, QR2)의 변화를 도시한 것으로, 냉동용 냉각기(4)의 온도를 낮춤으로써, 냉동용 냉각기(4)를 통하여 압축기(9)의 저단측에 흡입되는 냉매순환량이 감소되고, 냉동측 사이클의 냉동 능력(QF2)이 저하된다. 또한, 압축기(9)의 저단측으로부터 고단측 압축부에 보내어지는 냉매량도 적어지므로, 고단측 압축부의 배제 용적의 관계로부터 냉장용 냉각기(5)로부터 중간압부로 되돌아가 고단측 압축부에 흡입되는 냉매량이 증가하게 되고, 냉장측 사이클의 냉동능력(QR2)은 증대된다.

이점에서, 냉장공간(3)의 온도가 목표값(Rr)보다 높고 냉각이 부족한 경우, 또는 냉동공간(2)의 냉동력이 과대한 경우에는 냉동측 냉각팬(6)의 회전수를 낮추고, 냉동용 냉각기(4)에서의 열교환량을 적게 하고 냉각기(4)의 표면온도를 낮춤으로써, 냉장측의 사이클 능력(QR2)을 증대시키고, 또는 냉동측 사이클 능력(QF2)을 저하시켜 각각의 냉각공간을 적절한 온도로 제어할 수 있다.

상기에 의해, 냉동공간(2)과 냉장공간(3)은 냉동용 냉각기(4)로의 냉매 흐름과 함께 냉장용 냉각기(5)로 냉매를 동시에 흘려 증발온도를 높게 할 수 있는 점에서 사이클 효율을 좋게 냉각할 수 있고, 각 저장공간에 수시 투입되는 온도 부하에 대해서도 삼방향 밸브로 구성된 냉매류 제어 전환밸브(11)에 의한 적절한 냉매량의 분배에 의해 냉동공간 및 냉장공간의 온도변동을 억제하여 각 공간온도를 적절하게 제어할 수 있다.

이상 설명한 냉동 사이클에서는 냉동 및 냉장용 냉각기(4, 5)로의 냉매류를 쌍방 동시에 흐르게 하는 제어를 할 수 있어, 종래 2개의 냉각기에 교대로 냉매를 흐르게 하는 제어에 비해, 한쪽의 냉각기에 냉매가 편중되지 않고, 냉동 사이클에 필요로 되는 냉매량이 필요 이상으로 증대되는 일은 없다. 따라서, 탄화수소계 냉매 등 가연성 냉매를 채용한 경우에도 냉매 충전량을 적게 할 수 있으므로 안전성 이 향상된다.

또한, 상기 실시예에서의 2단 압축기(9)는 압축기 케이스(9c)내의 압력이 중간압인 것으로 설명했지만, 이에 한정되지 않고 특별히 도시하지 않지만 저압 케이스로서 냉동용 냉각기로부터의 흡입관을 압축기 케이스내 공간에 연통시키고, 냉장용 냉각기로부터의 흡입관은 저단측 압축부의 토출구와 고단측 압축부의 흡입구의 연결부에 접속되도록 해도 좋다. 또한, 동일하게 고압 케이스로서 냉동용 냉각기로부터의 흡입관을 저단측 압축부의 흡입구에 접속하고 또한 냉장용 냉각기로부터의 흡입관은 저단측 압축부의 토출구와 고단측 압축부의 흡입구의 연결부에 접속되고, 고단측 압축부로부터의 토출가스를 고압 케이스내로부터 응축기로의 토출관으로 토출되도록 해도 좋다.

본 발명에 의하면 2단 압축식 냉동 사이클 구성에 의해, 사이클 효율을 향상시킨 냉장고에 이용할 수 있다.

(도면의 간단한 설명)

도 1은 본 발명의 일실시형태를 도시한 냉장고의 냉동 사이클도,

도 2는 도 1의 냉동 사이클을 탑재한 냉장고의 개략 종단면도,

도 3은 도 1에서의 2단 압축기의 상세한 내용을 도시한 종단면도,

도 4는 도 1에서의 3방향 밸브의 주요부의 상세한 내용을 도시한 평면도,

도 5는 냉동 사이클의 다른 실시예를 도시한 구성도,

도 6은 냉동 및 냉장측 냉동 능력과 냉매류의 관계 그래프,

도 7은 도 6의 모식도,

도 8은 압축기 회전수 제어의 블럭도,

도 9는 도 8의 제어에 냉장온도정보를 부가한 회전수 제어 블럭도,

도 10은 도 9의 제어를 더욱 개량한 회전수 제어 블럭도,

도 11은 본 발명의 냉장용 냉각기 온도를 변화시킨 경우의 냉동 및 냉장 냉동 능력의 변화를 도시한 설명도,

도 12는 본 발명의 냉동용 냉각기 온도를 변화시킨 경우의 냉동 및 냉장 냉동 능력의 변화를 도시한 설명도, 및

도 13은 종래의 냉장고의 냉동 사이클도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1: 냉장고 본체 2: 냉동 공간

3: 냉장 공간 4: 냉동용 냉각기

5: 냉장용 냉각기 6, 7: 냉각팬

8: 기계실 9: 2단 압축기

9a: 저단 압축부 9b: 고단 압축부

9c: 케이스 10: 응축기

11: 전환밸브 12: 냉동용 모세관

13: 냉장용 모세관 14: 어큐물레이터

15: 냉동측 흡입관 16: 토출관

17, 24: 냉장측 흡입관 18: 밸브 케이스

19: 밸브 시트 19a: 냉동측 밸브구A

19b: 냉장측 밸브구B 20: 밸브체

20a: 냉동측 오목홈A 20b: 냉장측 오목홈B

20c: 회전축 20d: 두꺼운 단부

21: 유입 밸브구 22: 측로관

23: 기액분리기 25: PID 컨트롤러

Claims (5)

1. 압축요소가 저단측 압축부와 고단측 압축부로 구성된 인버터 구동에 의한 능력 가변의 압축기, 상기 압축기로부터의 토출 가스를 받는 응축기의 출구측에 설치된 냉매 유로와 함께 유량을 제어하는 전환 밸브, 상기 전환 밸브로부터 각각 감압장치를 통하여 접속된 냉동용 냉각기 및 냉장용 냉각기로 냉동 사이클을 형성한 냉장고에 있어서,

   냉동공간온도와 그 목표값에 의해 상기 압축기의 회전수를 결정하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
2. 압축요소가 저단측 압축부와 고단측 압축부로 구성된 인버터 구동에 의한 능력가변의 압축기, 상기 압축기로부터의 토출가스를 받는 응축기의 출구측에 설치된 냉매 유로와 함께 유량을 제어하는 전환 밸브, 상기 전환 밸브로부터 각각 감압장치를 통하여 접속된 냉동용 냉각기 및 냉장용 냉각기로 냉동 사이클을 형성한 냉장고에 있어서,

   냉동공간온도와 그 목표값과 함께 냉장공간온도와 그 목표값에 의해 압축기의 회전수를 결정하는 것으로, 회전수 결정시에는 냉장공간보다 냉동공간측의 온도정보의 피드백량을 크게 하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
3. 제 2 항에 있어서,

   냉장공간온도가 그 목표값보다 높은 경우에만 그 온도정보를 압축기 회전수의 결정에 채용하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   냉장공간온도가 그 목표값보다 높은 경우에는 냉장측 냉각팬의 회전수를 크게 하는 것을 특징으로 하는 냉장고.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   냉장공간온도가 그 목표값보다 높은 경우에는 냉동측 냉각팬의 회전수를 저하시키는 것을 특징으로 하는 냉장고.

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