KR20150068710A - 냉각장치 - Google Patents

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KR20150068710A
KR20150068710A KR1020130154692A KR20130154692A KR20150068710A KR 20150068710 A KR20150068710 A KR 20150068710A KR 1020130154692 A KR1020130154692 A KR 1020130154692A KR 20130154692 A KR20130154692 A KR 20130154692A KR 20150068710 A KR20150068710 A KR 20150068710A
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ejector
gas
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KR1020130154692A
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이병무
정희문
길성호
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삼성전자주식회사
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Abstract

냉동사이클은 제 1 냉매회로와, 제 2 냉매회로, 제 3 냉매회로를 갖추고, 냉각모드를 달리하여 냉매회로간의 냉매순환을 전환함으로서, 효율적으로 복수의 증발기를 제어할 수 있으며, 이젝터의 구성을 포함하여 COP(coefficient of performance)를 향상시킬 수 있다.

Description

냉각장치{Cooling Apparatus}
본 발명은 냉각장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 COP(Coefficient of performance, 성적계수)를 향상시킨 냉각장치에 관한 것이다.
두 개 이상의 냉각실을 구비한 냉각 장치에서, 각 냉각실은 중간 격벽에 의해 구획되고 도어에 의해 개폐된다. 또, 냉기를 생성하기 위한 증발기와 생성된 냉기를 냉각실 내부로 불어넣기 위한 팬이 각 냉각실마다 마련된다. 모든 냉각실은 각각의 증발기와 팬의 작용에 의해 독립적으로 냉각되기 때문에, 이와 같은 냉각 방식을 독립 냉각 방식이라 한다. 독립 냉각 방식이 적용되는 대표적인 냉각 장치로는 냉동실과 냉장실을 구비한 냉장고를 들 수 있다. 냉장고의 냉동실은 주로 냉동식품을 보관하기 위한 것인데, 일반적으로 알려진 냉동실의 적정 온도는 약 -18?정도이다. 이와 달리 냉장실은 냉동이 요구되지 않는 일반적인 음식물을 0? 이상의 상온에서 보관하기 위한 것으로서 약 3? 정도가 적절한 것으로 알려져 있다.
이처럼 냉장실과 냉동실 적정 온도가 서로 다름에도 불구하고, 종래의 냉장고에서는 제 1 증발기 및 제 2 증발기의 증발 온도가 모두 동일하다. 이 때문에 냉동실 팬은 연속적으로 운전하고, 냉장실 팬은 간헐적으로 운전하여 필요시마다 냉장실에 냉기를 불어넣음으로써 냉장실의 내부 온도가 필요 이상으로 낮아지지 않도록 한다.
냉장실의 단독 냉각만이 요구되는 상황에서도 제 2 증발기에서 요구되는 증발 온도를 고려하여 냉매를 압축해야 하기 때문에 압축기의 부하가 불필요하게 커진다.
본 발명의 일 측면은 COP(Coefficient of performance, 성적계수)가 향상된 냉각장치를 제공한다.
본 발명의 사상에 따른 냉각장치는 압축기에서 토출되는 냉매가 응축기, 이젝터, 기액분리기를 거쳐 상기 압축기의 흡입측으로 유동하도록 구성되는 제 1 냉매회로; 상기 이젝터, 상기 기액분리기, 제 1 팽창장치, 제 1 증발기, 제 2 증발기를 거쳐 상기 이젝터의 흡입구로 흡입되어 순환하도록 구성되는 제 2 냉매회로; 상기 기액분리기를 통과한 냉매가 제 2 팽창장치와 상기 제 2 증발기를 거쳐 상기 이젝터의 흡입구로 흡입되어 유동하여 상기 제 1 팽창장치, 상기 제 1 증발기를 바이패스하도록 구성되는 제 3 냉매회로; 상기 이젝터는 상기 제 1 냉매회로상에서 상기 응축기로부터 토출되는 냉매와, 상기 제 2 냉매회로 또는 상기 제 3 냉매회로 중 어느 하나의 냉매회로상에서 상기 제 2 증발기로부터 토출되는 냉매를 혼합하여 상기 기액분리기로 토출하는 것을 특징으로 한다.
상기 기액분리기의 토출측의 한편에 설치되어, 상기 기액분리기를 통과한 액체냉매가 상기 제 2 및 제 3 냉매회로 중 적어도 하나의 냉매회로를 통해 유동하도록 마련되는 유로전환장치;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 유로전환장치를 선택적으로 개폐시켜 냉매의 유로를 제어하는 제어부로서, 냉각장치가 파워온되어 전력공급이 개시되면 상기 제 2 냉매회로를 통해 냉매가 유동하도록 하고, 상기 제 2 냉매회로를 통한 냉각이 완료되면 상기 제 3 냉매회로를 통해 냉매가 유동하도록 상기 유로전환장치를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제 2 냉매회로에서, 상기 제 1 증발기를 거친 냉매는 상기 제 2 증발기를 거치도록 구성되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 이젝터는, 상기 응축기로부터 토출되는 냉매와, 상기 제 2 증발기로부터 토출되는 냉매의 압력을 승압시켜 상기 기액분리기로 토출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 기액분리기는, 상기 이젝터로부터 토출되는 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하고, 상기 기상 냉매를 상기 제 1 냉매회로로 토출하고, 상기 액상 냉매를 상기 제 2 냉매회로 또는 제 3 냉매회로로 토출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 이젝터는, 상기 응축기로부터 토출되는 냉매를 감압팽창하도록 마련되는 노즐부; 상기 제 2 증발기로부터 토출되는 냉매를 흡입하는 흡입부; 상기 노즐부로 유입되는 냉매와, 상기 흡입부로 유입되는 냉매가 혼합되는 믹싱부; 상기 믹싱부에서 혼합된 냉매를 승압하도록 마련되는 디퓨져부;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 압축기는, 회전을 제어하여 냉매유량을 제어하는 인버터 압축기;를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 팽창장치는, 모세관, 전자팽창밸브와 캐필러리튜브 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 이젝터로 유입되는 냉매의 건도를 상승시키도록 상기 응축기의 토출부에 마련되는 제 3 팽창장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제 3 팽창장치와 상기 압축기 흡입부 사이에서 열교환하는 SLHX열교환기(Suction Line Heat Exchange);를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제 1 냉매회로는, 상기 응축기의 토출부와 상기 압축기의 흡입부사이에 열교환을 할 수 있도록 구성되는 열교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 제 2 냉매회로는, 상기 제 1 증발기의 토출부에 마련되어, 상기 제 2 증발기로 흐르는 냉매의 압력을 감압시키도록 구성되는 중간 팽창장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 중간 팽창장치는, 그 내경이 상기 압축기의 흡입측 냉매관의 내경보다 작은 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 냉각장치는 냉매를 기액 분리하는 기액분리기와, 상기 기액분리기로부터 분리되는 기상냉매가 유입되어 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 압축된 냉매를 응축하도록 마련되는 응축기를 갖는 주냉매회로; 제 1 팽창장치, 제 1 증발기, 제 2 증발기를 거치도록 형성되는 전체냉각모드냉매회로; 제 2 팽창장치, 상기 제 2 증발기를 거치며, 상기 제 1 팽창장치와 상기 제 1 증발기를 바이패스하도록 구성되는 냉동모드냉매회로; 상기 기액분리기로부터 분리되는 액상냉매가 유입되어, 상기 전체모드냉매회로와 상기 냉동모드냉매회로 중 적어도 하나의 냉매회로를 통해 유동하도록 냉매의 유로를 전환하도록 구성되는 유로전환장치; 상기 주냉매회로에서 상기 응축기로부터 토출되는 냉매와, 상기 전체모드냉매회로와 상기 냉동모드냉매회로 중 적어도 하나의 냉매회로에서 상기 제 2 증발기를 거친 냉매를 혼합하여 상기 기액분리기로 유입시키도록 마련되는 이젝터;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 이젝터는, 상기 응축기로부터 토출되는 냉매와, 상기 제 2 증발기로부터 토출되는 냉매의 압력을 승압시켜 상기 기액분리기로 토출하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 사상에 따른 냉각장치의 제어방법은 압축기에서 토출되는 냉매가 응축기와, 이젝터, 기액분리기를 거쳐 상기 압축기의 흡입측으로 유동하도록 이루어지는 제 1 냉매회로; 상기 이젝터, 상기 기액분리기, 제 1 팽창장치, 제 1 냉각실을 냉각하는 제 1 증발기, 제 2 냉각실을 냉각하는 제 2 증발기를 거쳐 상기 이젝터의 흡입구로 흡입되어 순환하는 제 2 냉매회로; 상기 기액분리기를 통과한 냉매가 제 2 팽창장치와 상기 제 2 증발기를 거쳐 상기 이젝터의 흡입구로 흡입되어 유동하여 상기 제 1 팽창장치, 상기 제 1 증발기를 바이패스 하도록 이루어지는 제 3 냉매회로; 상기 기액분리기의 토출측의 한편에 설치되고, 상기 기액분리기를 통과한 액냉매가 상기 제 2 및 제 3 냉매 회로 가운데 적어도 하나의 냉매회로를 통해 유동하도록 냉매의 유로를 전환하는 유로전환장치;를 포함하고, 상기 제 1 냉매회로와 제 2 냉매회로를 통해 냉매가 유동하도록 상기 유로 전환 장치를 제어하여 냉매가 상기 제 1 및 제 2 냉각실을 모두 냉각하고, 상기 제 1 냉각실이 목표온도에 도달하면, 상기 제 1 냉매회로와 제 3 냉매회로를 통해 냉매가 유동하도록 상기 유로전환장치를 제어하여 상기 제 2 냉각실을 단독으로 냉각하는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 냉매회로와 제 2 냉매회로를 통한 운전을 전체냉각모드라 하고, 상기 제 1 냉매회로와 제 3 냉매회로를 통한 운전을 냉동모드라 할 때, 상기 압축기의 회전수를 제어하여, 상기 전체냉각모드와 상기 냉동모드에서의 냉매유량을 조절하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기 압축기의 운전이 정지되면 상기 유로전환장치를 제어하여 상기 제 3 냉매회로를 폐쇄하고 상기 제 2 냉매회로를 개방함으로써, 상기 압축기에서 이미 토출된 압축냉매를 상기 제 2 냉매회로로 공급하여 상기 제 1 증발기를 제상하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 냉각장치는 증발기에 액냉매를 충분히 흐를 수 있도록 하여 냉동능력을 향상시키고, 압축기의 흡입냉매의 압력을 승압시켜 압축일량을 줄일 수 있게 된다.
또한 모드에 따라 냉매의 흐름을 달리함으로서, 냉방, 냉동효율을 향상시킬 수 있다.
또한 냉각장치의 구조를 개선하여 COP(Coefficient of performance, 성적계수)를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각장치 중 이젝터에서의 냉매흐름을 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각장치에 대한 몰리에르선도.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각장치의 모드별 각 구성의 동작에 관한 도면.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각장치의 제어도.
도 6a는 멀티사이클형 냉각장치를 도시한 도면, 도 6b는 멀티사이클형 냉각장치와 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각장치를 비교한 표.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉각장치를 도시한 도면.
도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉각장치에 대한 몰리에르선도.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉각장치를 도시한 도면.
도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉각장치에 대한 몰리에르선도.
도 11은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 냉각장치가 적용된 냉장고를 개략적으로 도시한 도면.
도 12는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 냉각장치를 도시한 도면.
이하에서는 본 발명에 따른 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각장치를 도시한 도면이다. 도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각장치 중 이젝터에서의 냉매흐름을 도시한 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이, 압축기(110)와 응축기(120), 제 1 증발기(154), 제 2 증발기(164), 이젝터(130)가 냉매관을 통해 연결됨으로써 폐루프 냉매 회로가 마련된다.
자세하게는 냉각장치는 제 1 냉매회로, 제 2 냉매회로와 제 3 냉매회로를 포함한다.
제 1 냉매회로는 압축기(110)에서 토출되는 냉매가 응축기(120), 이젝터(130), 기액분리기(140)를 거쳐, 압축기(110)의 흡입측으로 유동하도록 구성되고, 제 2 냉매회로는 이젝터(130), 기액분리기(140), 제 1 팽창장치(152), 제 1 증발기(154), 제 2 증발기(164)를 거쳐 이젝터(130)의 흡입부(132)로 흡입되어 순환하도록 구성되며, 제 3 냉매회로는 기액분리기(140)를 통과한 냉매가 제 2 팽창장치(162)와 제 2 증발기(164)를 거쳐 이젝터(130)의 흡입부(132)로 흡입되어 유동하여 제 1 팽창장치(152), 제 1 증발기(154)를 바이패스 하도록 구성된다.
제 1 냉매회로는 주냉매회로, 제 2 냉매회로는 전체냉각모드회로, 제 3 냉매회로는 냉동모드냉매회로로 각각 명명할 수도 있다.
제 1 증발기(154)와 제 2 증발기(164)의 용도는 한정되지 않으나, 본 발명의 실시예에서는 제 1 증발기(154)는 냉장고의 냉장실(150)에 사용되고, 제 2 증발기(164)는 냉장고의 냉동실(160)에 사용될 수 있다. 즉, 제 1 증발기(154)는 냉장실 증발기로, 제 2 증발기(164)는 냉동실 증발기로 명명할 수 있다.
제 2 냉매회로와 제 3 냉매회로 사이의 냉매 흐름 제어는 유로전환장치(170)를 통해 이루어진다. 자세하게는 유로전환장치(170)는 기액분리기(140)의 토출측의 한편에 설치되어, 기액분리기(140)를 통과한 액냉매가 제 2 및 제 3 냉매회로 중 적어도 하나의 냉매회로를 통해 유동하도록 냉매의 유로를 전환하도록 마련된다.
유로전환장치(170)는 3웨이 밸브를 포함할 수 있다. 유로전환장치(170)는 제 2 냉매회로를 개폐하는 제 1 밸브(171)와, 제 3 냉매회로를 개폐하는 제 2 밸브(172)를 포함할 수 있다.
이와 함께 응축기팬(121)을 구동하는 응축기 팬모터(122)와, 냉장실(150)의 제 1 팬(157)을 구동하는 제 1 팬모터(158), 냉동실(160)의 제 2 팬(167)을 구동하는 제 2 팬모터(168)가 더 마련된다.
또한 제 1 증발기(154)와, 제 2 증발기(164)의 표면에는 증발기 표면의 성에를 제거할 수 있도록 각각 제 1 제상히터(156)와, 제 2 제상히터(166)가 마련될 수 있다.
냉각장치를 유동하는 작동 냉매는 HC계의 이소부탄(R600a), 프로판(R290), HFC계의 R134a, HFO계의 R1234yf를 포함할 수 있다.
팽창장치(152, 162, 280, 390)는 모세관, 전자팽창밸브(EV), 캐필러리튜브를 포함할 수 있다.
이젝터(130)는 노즐부(131), 흡입부(132), 믹싱부(133), 디퓨저부(134)를 포함할 수 있다. 응축기(120)로부터 토출되는 냉매를 주냉매라 하고, 제 2 증발기(164)로부터 토출되는 냉매를 부냉매라 한다. 주냉매가 노즐부(131)를 통과하여 믹싱부(133)로 흐르고, 부냉매가 흡입부(132)로 흡입되어 믹싱부(133)에서 주냉매와 혼합되어 디퓨저부(134)를 통해 이젝터(130)를 나오게 된다.
주냉매가 노즐부(131)를 통과시에는 이상적으로는 등엔트로피 팽창을 하게 되며, 노즐부(131) 전후의 엔탈피 차이가 주냉매의 속도차가 되어, 노즐부(131) 출구에서 주냉매가 고속으로 분출될 수 있도록 한다.
디퓨저부(134)에서는 주냉매와 부냉매가 혼합된 혼합냉매의 속도에너지가 압력에너지로 변환되어 승압의 효과가 있게 되어 압축기(110) 흡입시 압축일을 줄여 줌으로써 사이클의 효율이 상승하게 된다.
이젝터(130)에서의 냉매흐름에 관하여 설명한다.
응축기(120)로부터 토출되는 주냉매는 이젝터(130)의 노즐부(131)의 입구로 유입된다. 이젝터(130)내의 노즐부(131)를 통과하면서 주냉매의 유속은 고속이 되고 압력은 강하하게 된다.
노즐부(131) 출구에서는 주냉매의 압력이 저하된 상태로 유동하고, 제 2 냉매회로나 제 3 냉매회로를 통해 제 2 증발기(164)를 거쳐 포화기체상태로 유동하는 부냉매는 포화압력보다 상대적으로 압력이 낮은 주냉매와의 압력차에 의해 이젝터(130)의 흡입부(132)로 흡입된다.
노즐부(131)를 거친 주냉매와 흡입부(132)를 통해 흡입된 부냉매는 이젝터(130)의 믹싱부(133)에서 혼합이 된다. 혼합된 혼합냉매는 이젝터(130)의 출구부에 형성된 부채꼴 형상의 디퓨저부(134)를 통과하면서 유속은 줄어들게 되고, 압력은 상승하여 기액분리기(140)로 유입된다.
기액분리기(140)에서 기체상태의 냉매는 압축기(110)의 흡입부(132)로 유입되고, 액체상태의 냉매는 팽창장치(152, 162)를 거쳐 압력과 온도가 증발기(154, 164)가 필요로 하는 온도와 압력상태로 강하되어서 증발기(154, 164)로 유입된다. 증발기(154, 164)를 거치면서 주위로부터 열을 흡수하여 냉매의 증발이 일어나면서 증발기(154, 164) 출구에서의 냉매는 포화기체상태가 된다. 이 포화기체상태의 냉매는 앞서 설명한 이젝터(130)의 흡입부(132)로 흡입되면서 냉매순환이 계속해서 일어나게 된다.
이와 같이 이젝터(130)가 구비된 사이클에서 압축기(110)에 흡입되는 냉매의 압력은 이젝터(130)를 구비하지 않은 사이클에 대비하여 승압되어 있으므로, 압축기(110)로 유입되는 냉매를 응축온도까지 압축시에 압축기(110)의 일량이 줄어들게 되고, 제 2 냉매회로 또는 제 3 냉매회로상에 마련되는 증발기(154, 164)에는 기액분리기(140)를 통하여 대부분이 액체상태인 냉매가 흐르므로 냉동능력이 증가하게 되어 전체 사이클의 COP(Coefficient of Performance, 성적계수)는 상승하게 된다
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각장치에 대한 몰리에르선도이다.
압축기(110)는 저온 저압의 기체상태의 냉매를 기액분리기(140)로부터 흡입하여 고온 고압의 과열증기로 압축시킨다.(7?1) 압축기(110)에 의해 고온고압으로 과열된 냉매는 응축기(120)를 지나면서 주위공기와 열교환하여 액냉매가 된다(1?2).
응축기(120)에서 응축된 냉매를 주냉매라 할 때, 주냉매는 이젝터(130)의 노즐부(131)로 유입된다. 노즐부(131)로 유입된 냉매는 압력이 강하되면서 냉매의 상변화가 일어나면서, 2상 상태가 되며, 노즐부(131)의 출구에서는 냉매가 고속, 저압 상태가 된다(2?3).
노즐부(131) 출구와 같은 단면상에 위치하면서 동심원의 형태를 갖는 흡입유로부도 같은 저압으로 된다. 자세하게는 운전모드에 따라 제 2 증발기(164)를 거치거나, 제 1 증발기(154)와 제 2 증발기(164)를 모두 거친 냉매를 부냉매라 할 때, 부냉매는 이젝터(130)의 흡입부(132)를 통해 유입이 된다. 노즐부(131) 출구에서의 주냉매의 압력은 증발기(154, 164)를 거친 부냉매의 압력보다 낮게 되므로, 부냉매가 흡입부(132)를 통해 이젝터(130)로 흡입이 된다.
믹싱부(133)에서는 노즐을 거친 주냉매와, 증발기(154, 164)를 거친 부냉매의 혼합으로 운동량의 전달이 이루어지며(3?4,3`?4), 혼합된 냉매는 믹싱부(133)를 거쳐 디퓨저부(134)로 유입된다(4?5). 디퓨저부(134)에서는 냉매의 유속이 감소되고 압력이 상승하게 된다. 이와 같이 승압된 냉매는 기액분리기(140)를 거치며, 그 중 기상냉매가 압축기(110)로 유입되는 데(5?7), 이젝터(130)에 의해 승압된 압력만큼 압축기(110)의 압축일이 줄어드는 효과가 있게 되고, 절전에 기여하게 된다.
이젝터(130)를 통과한 냉매는 기액분리기(140)로 유입하여, 기체냉매와 액체냉매로 분리가 된다. 기액분리기(140)로부터 분리된 기체냉매는 앞서 설명한 바와 같이 압축기(110)의 흡입부(132)로 유입되고(5?7), 액체냉매는 유로전환장치(170)로 유입하게 된다(5?8). 유로전환장치(170)의 출구측에는 제 1 증발기(154) 및 제 2 증발기(164)에서 요구되는 온도를 내기 위해 각각 팽창장치(152, 162)가 구비되어 있고, 팽창장치(152, 162)를 거치면서 냉매는 압력강하가 일어나게 된다.
전체냉각모드시에는 제 1 밸브(171)가 개방되고, 제 2 밸브(172)가 폐쇄된다. 기액분리기(140)로부터 토출된 액냉매는 제 1 팽창장치(152)를 지나면서 압력강하가 발생한다(8?9).
압력강하된 냉매는 제 1 증발기(154)와 제 2 증발기(164)를 모두 거치도록 제 2 냉매회로를 따라 냉매가 순환한다.(9?10?6) 제 2 증발기(164)를 거친 냉매는 이젝터(130)의 흡입부(132)를 통해 흡입되고, 흡입과정에서 노즐부(131)를 통해 유입되는 주냉매에 의해 압력저하가 발생한다.(6?3`)
냉동모드시에는 제 1 밸브(171)가 폐쇄되고, 제 2 밸브(172)가 개방된다. 기액분리기(140)로부터 토출된 액냉매는 제 2 팽창장치(162)를 지나면서 압력강하가 발생한다(8?11).
압력강하된 냉매는 제 1 증발기(154)를 바이패스하여, 제 2 증발기(164)를 거치도록 제 3 냉매회로를 따라 냉매가 순환한다.(11?6`) 제 2 증발기(164)를 거친 냉매는 이젝터(130)의 흡입부(132)를 통해 흡입되고, 흡입과정에서 노즐부(131)를 통해 유입되는 주냉매에 의해 압력저하가 발생한다(6`?3`).
유로전환장치(170)는 요구되는 온도에 따라 제 2 냉매회로와 제 3 냉매회로에 냉매흐름을 절환시키도록 마련된다.
기액분리기(140)로부터 액체 냉매만 팽창장치(152, 162)를 거쳐 증발기(154, 164)로 흐르게 함에 따라 냉동능력이 증가하게 되어 전체 사이클의 효율 향상에 기여하게 된다.
도 4는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각장치의 모드별 각 구성의 동작에 관한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 전체냉각모드와 냉동모드에서 일어나는 냉매의 압력 변화 및 그에 따른 각 증발기에서의 증발 온도의 변화는 다음과 같다.
전체냉각모드에서 유로전환장치(170)의 제 1 밸브(171)가 개방되면(제 2 밸브(172)는 폐쇄) 응축기(120)의 토출 냉매가 제 1 팽창장치(152)에서 1차 감압 된 후 제 1 증발기(154)에서 1차 증발한다. 제 1 증발기(154)에서 1차 증발한 냉매는 제 2 증발기(164)에서 2차 증발한다. 냉동실(160)팬과 냉장실(150)팬도 다같이 작동하게 된다.
일반적인 냉동실(160)의 적정 온도는 약 -18? 정도이고, 냉장실(150)의 적정 온도는 3?정도이다. 이처럼 냉동실(160)과 냉장실(150)의 적정 온도의 차가 크기 때문에 냉장실(150)의 과냉을 억제하기 위해 각 증발기의 증발 온도를 높이면 냉동실(160)의 냉각이 충분히 이루어지지 못할 수 있다. 본 발명에 따른 냉각 장치에서는 냉동실(160)의 냉각이 미흡한 경우 냉장실(150)을 제외한 냉동실(160)만을 단독으로 낮은 증발 온도를 통해 냉각하여 냉동실(160)의 내부 온도가 목표 온도까지 신속하게 도달할 수 있도록 한다.
냉장실(150) 내부의 목표온도가 달성이 되면, 냉동모드로 전환된다.
냉동모드는 냉동실(160)만을 단독으로 냉각하기 위한 것으로서, 이 운전 모드에서 유로전환장치(170)의 제 2 밸브(172)가 개방되면(제 1 밸브(171)는 폐쇄) 응축기(120)의 토출 냉매가 제 2 팽창장치(162)를 통해 제 2 증발기(164)로만 흐른다. 냉동모드에서 냉매는 제 2 팽창장치(162)에서 더욱 낮은 압력으로 감압된 후 제 2 증발기(164)에서 증발한다. 제 2 팽창장치(162)에 의한 냉매의 감압에 의해 제 2 증발기(164)의 증발 온도가 제 1 증발기(154)의 증발 온도보다 낮아지게 된다. 이 때는 냉동실(160)팬만이 작동하게 된다.
전체냉각모드에서 냉동모드로 전환시에는 냉매회로상에 유동하는 냉매유량의 축소가 가능하다. 자세하게는 압축기(110)는 인버터압축기(110)를 포함할 수 있고, 인버터 압축기(110)의 회전수를 제어하여 냉매회로를 유동하는 냉매유량을 축소할 수 있다.
냉동실(160)의 목표온도가 도달되면 압축기(110)와 제 2 팬(167)의 작동이 중단된다. 이 후에는 일정시간 t1만큼 제 1 팬(157)을 작동시키고, 제 1 밸브(171)를 개방, 제 2 밸브(172)를 폐쇄함으로서 제 1 증발기(154)에 착상된 서리를 냉장실(150) 내부의 3? 공기를 순환시킴으로서 제상할 수 있다. 제상을 통해 발생되는 습기는 냉장실(150) 내부의 습도를 약 75%의 높은 수준으로 높여주어 야채류의 신선보관에 큰 기여를 할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각장치의 제어도이다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고는 마이컴과 같은 제어부(60)의 제어를 통해 다양한 냉각 모드를 제공한다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고에 마련되는 제어부(60)를 중심으로 하는 제어 계통의 블록도이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 제어부(60)의 입력 포트에는 키입력부(52)와 냉동실 온도감지부(54), 냉장실 온도감지부(56), 제 1 증발기 온도감지부(58)가 연결된다. 키입력부(52)에는 다수의 기능키가 마련되며, 이 기능 키들은 냉각 모드 설정이나 희망 온도 설정과 같은 냉장고의 운전 조건 설정과 관련된 기능 키들을 포함한다. 냉동실 온도감지부(54) 및 냉장실 온도감지부(56)는 각각 냉동실(160)과 냉장실(150)의 내부 온도를 감지하여 제어부(60)에 제공한다. 제 1 증발기 온도감지부(58)는 제 1 증발기(154)의 냉매 증발 온도를 검출하여 제어부(60)에 제공한다.
제어부(60)의 출력 포트에는 압축기 구동부(62)와 제 1 팬 구동부(64), 제 2 팬 구동부(66), 유로전환장치 구동부(68), 표시부(70), 제상히터 구동부(72) 가 연결된다. 이 가운데 표시부(70)를 제외한 나머지 구성 요소들은 각각 압축기(110)와 냉장실 팬 모터(158), 냉동실 팬 모터(168), 유로전환장치(170)의 제 1 밸브(171)와 제 2 밸브(172), 제상히터(156, 166)를 구동한다. 표시부(70)는 냉각 장치의 동작 상태나 각종 설정 값, 온도 등을 표시한다.
제어부(60)는 유로전환장치(170)를 제어하여 도 5에 나타낸 제 2 냉매회로 또는 제 3 냉매회로 가운데 적어도 하나의 냉매 회로를 통해 냉매를 순환시킴으로써 다양한 냉각 모드를 구현한다. 본 발명의 실시예에 따른 냉장고에서 구현할 수 있는 대표적인 냉각 모드는 제 1 냉각 모드인 전체냉각모드와 제 2 냉각 모드인 냉동모드를 들 수 있다. 전체냉각모드는 냉장실(150)과 냉동실(160)을 모두 냉각하는 동작 모드이다. 제어부(60)는 전체냉각모드를 구현하기 위해 유로전환장치(170)의 제 1 밸브(171)만을 개방하며, 이 전체냉각모드에서 응축기(120)의 토출 냉매는 제 1 팽창장치(152)와 제 1 증발기(154), 제 2 증발기(164)를 통해 순환된다.
냉동모드는 냉동실(160)만을 단독으로 냉각하는 동작 모드이다. 냉동모드는 제어부(60)가 유로전환장치(170)의 제 2 밸브(172)만을 개방함으로써 구현되며, 이 냉동모드에서 응축기(120)의 토출 냉매는 제 2 팽창장치(162)와 제 2 증발기(164)만을 통해 순환된다.
이러한 구성을 통해 제 1 증발기(154)와 제 2 증발기(164)로 각각의 냉장실(150)과 냉동실(160)을 냉각하는 데 있어서 초기에는 동시 냉각모드로 작동하고 일정 온도 도달시 냉동실(160)만 냉각하는 모드로 전환하여 냉각 효율을 극대화 할 수 있다. 또한 이젝터(130)에 의해 승압된 냉매가 압축기(110)로 흡입되어 압축일을 감소시킬수 있게 된다. 그리고 전체냉각모드시에 제 1 증발기(154)를 거친 냉매는 제 2 증발기(164)를 거치게 만듬으로써, 제 1 증발기(154)에서 미처 기화하지 못한 액상 냉매는 제 2 증발기(164)에서 기화할 수 있게 되어 이젝터(130) 흡입부(132)로 충분히 기화된 냉매가 흡입되면서 이젝터(130)의 흡인 작용이 원활해져서 안정적인 운전이 가능하다. 나아가 전체냉각모드시보다 냉동모드에서 사용되는 냉매의 유량이 적게 되는데, 이러한 냉매유량의 차이를 인버터압축기(110)의 회전수를 제어할 수 있어, 효율적인 운용을 할 수 있다.
도 6a는 멀티사이클형 냉각장치를 도시한 도면, 도 6b는 멀티사이클형 냉각장치와 본 발명의 제 1 실시예에 따른 냉각장치를 비교한 표이다.
도 6a는 이젝터(130)와 기액분리기(140)를 구비하지 않는 멀티사이클형 냉각장치(A)을 도시한 도면이고, 도 6b는 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치(B)과 멀티사이클형 냉각장치(A)의 성능계수를 비교한 표이다.
멀티사이클형 냉각장치(A)은 제 1 냉매회로와 제 2 냉매회로, 유로전환장치(170a)를 포함할 수 있다. 제 1 냉매회로는 압축기(110a)에서 토출되는 냉매가 응축기(120a)와 제 1 팽창장치(152a), 제 1 증발기(154a), 제 2 증발기(164a)를 거쳐 압축기(110a)의 흡입 측으로 유동하도록 이루어질 수 있다. 제 2 냉매회로는 응축기(120a)를 통과한 냉매가 제 2 팽창장치(162a)와 제 2 증발기(164a)를 거쳐 압축기(110a)의 흡입측으로 유동하여, 제 1 증발기(154a)와 제 1 팽창장치(152a)를 바이패스하도록 이루어질 수 있다. 유로전환장치(170a)는 제 1 냉매회로와 제 2 냉매회로 중 적어도 하나의 냉매회로를 통해 냉매가 유동하도록 유로를 전환한다.
도 6b에서 QR은 냉장실(150)에서의 냉동능력을, QF는 냉동실(160)에서의 냉동능력을, m은 유량을, Q1은 전체냉각모드에서의 냉동능력을, W1은 전체냉각모드에서의 압축기(110)의 일량을, Q2는 냉동모드에서의 냉동능력을, W2는 전체냉각모드에서의 압축기(110)의 일량을 각각 의미한다.
COP(Coefficient Of Performace, 성능계수)는 Q1과 Q2를 합한 총냉동능력(Qt)을 W1과 W2를 합한 압축기(110)의 총일량(Wt)으로 나눈값이다. COP_i는 멀티사이클형 냉각장치(A)에서의 COP와 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치(B)의 COP의 비교를 위해 멀티사이클형 냉각장치(A)의 COP를 1로 두었을 때, 본 발명의 실시예에 따른 냉각장치(B)의 COP를 나타낸 값이다.
표에서 볼 수 있듯이, 사이클의 성능비교를 위해 전체냉각모드와 냉동모드에 있어서 각각의 냉동능력을 동일한 값으로 설정하였다.
기액분리기(140)에 의해 기상냉매와 액상냉매를 따로 순환시킬 수 있어서, 멀티사이클형 냉각장치(A)에 비해, 본 발명의 냉각장치(B)에서의 냉매유량이 더 큰 것을 알 수 있다. 또한 전체냉각모드에 비해 냉동모드에서는 제 1 증발기(154)를 바이패스하게 되므로, 냉매유량이 더 적은 것을 알 수 있다.
결과적으로 COP는 멀티사이클형 냉각장치(A)에 비해 본 발명의 냉각장치(B)가 1.2배정도 향상되는 것을 볼 수 있다. 이는 기액분리기(140)에 의해 액상냉매가 증발기에 충분히 흐를 수 있게 되어 냉동능력이 증대되고, 이젝터(130)를 구비하지 않은 멀티사이클형 냉각장치(A)에 비해 본 발명의 냉각장치에서는 이젝터(130)를 구비하여 압축기(110)의 흡입냉매 압력을 승압시킬 수 있어 압축기(110)의 압축일량이 줄어들기 때문이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉각장치를 도시한 도면이고, 도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉각장치에 대한 몰리에르선도이다.
이하는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 냉각장치에 관하여 설명한다.
본 실시예에서는 상기 설명과 중복되는 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
냉각장치는 제 1 냉매회로, 제 2 냉매회로와 제 3 냉매회로를 포함한다.
제 1 냉매회로는 압축기(210)에서 토출되는 냉매가 응축기(220), 이젝터(230), 기액분리기(240)를 거쳐, 압축기(210)의 흡입측으로 유동하도록 구성되고, 제 2 냉매회로는 이젝터(230), 기액분리기(240), 제 1 팽창장치(252), 제 1 증발기(254), 제 2 증발기(264)를 거쳐 이젝터(230)의 흡입구로 흡입되어 순환하도록 구성되며, 제 3 냉매회로는 기액분리기(240)를 통과한 냉매가 제 2 팽창장치(262)와 제 2 증발기(264)를 거쳐 이젝터(230)의 흡입구로 흡입되어 유동하여 제 1 팽창장치(252), 제 1 증발기(254)를 바이패스 하도록 구성된다.
제 1 증발기(254)와 제 2 증발기(264)의 용도는 한정되지 않으나, 본 발명의 실시예에서는 제 1 증발기(254)는 냉장고의 냉장실(250)에 사용되고, 제 2 증발기(264)는 냉장고의 냉동실(260)에 사용될 수 있다. 즉, 제 1 증발기(254)는 냉장실 증발기로, 제 2 증발기(264)는 냉동실 증발기로 명명할 수 있다.
제 2 냉매회로와 제 3 냉매회로 사이의 냉매 흐름 제어는 유로전환장치(270)를 통해 이루어진다. 자세하게는 유로전환장치(270)는 기액분리기(240)의 토출측의 한편에 설치되어, 기액분리기(240)를 통과한 액냉매가 제 2 및 제 3 냉매회로 중 적어도 하나의 냉매회로를 통해 유동하도록 냉매의 유로를 전환하도록 마련된다.
유로전환장치(270)는 3웨이 밸브를 포함할 수 있다. 유로전환장치(270)는 제 2 냉매회로를 개폐하는 제 1 밸브(271)와, 제 3 냉매회로를 개폐하는 제 2 밸브(272)를 포함할 수 있다.
이와 함께 응축기팬(221)을 구동하는 응축기 팬모터(222)와, 냉장실(250)의 제 1 팬(257)을 구동하는 제 1 팬모터(258), 냉동실(260)의 제 2 팬(267)을 구동하는 제 2 팬모터(268)가 더 마련된다.
또한 제 1 증발기(254)와, 제 2 증발기(264)의 표면에는 증발기 표면의 성에를 제거할 수 있도록 각각 제 1 제상히터(256)와, 제 2 제상히터(266)가 마련될 수 있다.
제 1 냉매회로에는 열교환기(270, 272)를 포함할 수 있다.
열교환기(270, 272)는 응축기(220)의 토출부와 압축기(210)의 입구에는 상호간의 열을 교환하도록 마련된다. 압축기(210)에는 기체상태의 냉매가 유입되는 것이 바람직하나, 일부 액체상태의 냉매가 유입될 수 있는 데, 이로인한 압축기(210)의 성능저하 및 파손을 방지할 수 있도록 응축기(220)의 출구와 압축기(210)의 입구사이에 열교환이 발생하도록 열교환기(270, 272)를 포함할 수 있다.
열교환기(270, 272)는 응축기(220)의 토출부에 마련되는 제 1 열교환기(270), 압축기(210)의 입구부에 마련되는 제 2 열교환기(272)를 포함할 수 있으며, 제 1 열교환기(270)로부터의 열을 제 2 열교환기(272)로 전달하여, 액체상태의 냉매를 기체상태의 냉매로 과열시킬 수 있게 된다.
제 1 냉매회로에는 제 3 팽창장치(280)를 포함할 수 있다.
제 3 팽창장치(280)는 응축기(220)와 이젝터(230) 사이에 마련될 수 있다. 이젝터(230)의 노즐부(231)로 유입되는 냉매가 2상상태인 경우 이젝터(230)의 효율이 개선되므로, 제 3 팽창장치(280)는 응축기(220)로부터 토출되는 냉매의 건도가 상승될 수 있도록 마련된다.
제 3 팽창장치(280)와 열교환기(270, 272)는 동시에 구성될 수 있다. 열교환기(270, 272)는 제 3 팽창장치(280)와 압축기(210)의 흡입부(232)사이에 마련되는 SLHX열교환기(Suction Line heat exchanger)를 포함하고, SLHX열교환기(Suction Line heat exchanger)를 통해서 압축기(210)로 흡입되는 냉매의 과열도를 확보할 수 있어서 액상 냉매의 유입으로 인한 압축기(210)의 파손이 방지가 되며, 나아가 제 3 팽창장치에 의해 이젝터(230) 효율을 향상시킬 수 있게 된다.
제 3 팽창장치(280)에 의한 압력 강하량은 이젝터(230)의 노즐부(231)에 의한 압력강하량의 30%이내이면 바람직하다.
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉각장치를 도시한 도면이고, 도 10은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉각장치에 대한 몰리에르선도이다.
이하는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 냉각장치에 관하여 설명한다.
본 실시예에서는 상기 설명과 중복되는 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
냉각장치는 제 1 냉매회로, 제 2 냉매회로와 제 3 냉매회로를 포함한다.
제 1 냉매회로는 압축기(310)에서 토출되는 냉매가 응축기(320), 이젝터(330), 기액분리기(340)를 거쳐, 압축기(310)의 흡입측으로 유동하도록 구성되고, 제 2 냉매회로는 이젝터(330), 기액분리기(340), 제 1 팽창장치(352), 제 1 증발기(354), 제 2 증발기(364)를 거쳐 이젝터(330)의 흡입구로 흡입되어 순환하도록 구성되며, 제 3 냉매회로는 기액분리기(340)를 통과한 냉매가 제 2 팽창장치(362)와 제 2 증발기(364)를 거쳐 이젝터(330)의 흡입구로 흡입되어 유동하여 제 1 팽창장치(352), 제 1 증발기(354)를 바이패스 하도록 구성된다.
제 1 증발기(354)와 제 2 증발기(364)의 용도는 한정되지 않으나, 본 발명의 실시예에서는 제 1 증발기(354)는 냉장고의 냉장실(350)에 사용되고, 제 2 증발기(364)는 냉장고의 냉동실(360)에 사용될 수 있다. 즉, 제 1 증발기(354)는 냉장실 증발기로, 제 2 증발기(364)는 냉동실 증발기로 명명할 수 있다.
제 2 냉매회로와 제 3 냉매회로 사이의 냉매 흐름 제어는 유로전환장치(370)를 통해 이루어진다. 자세하게는 유로전환장치(370)는 기액분리기(340)의 토출측의 한편에 설치되어, 기액분리기(340)를 통과한 액냉매가 제 2 및 제 3 냉매회로 중 적어도 하나의 냉매회로를 통해 유동하도록 냉매의 유로를 전환하도록 마련된다.
유로전환장치(370)는 3웨이 밸브를 포함할 수 있다. 유로전환장치(370)는 제 2 냉매회로를 개폐하는 제 1 밸브(371)와, 제 3 냉매회로를 개폐하는 제 2 밸브(372)를 포함할 수 있다.
이와 함께 응축기팬(321)을 구동하는 응축기 팬모터(322)와, 냉장실(350)의 제 1 팬(357)을 구동하는 제 1 팬모터(358), 냉동실(360)의 제 2 팬(367)을 구동하는 제 2 팬모터(368)가 더 마련된다.
또한 제 1 증발기(354)와, 제 2 증발기(364)의 표면에는 증발기 표면의 성에를 제거할 수 있도록 각각 제 1 제상히터(356)와, 제 2 제상히터(366)가 마련될 수 있다.
만약 압축기(310)의 흡입측 냉매관과 동일한 내경의 냉매관만으로 두 증발기를 연결하면 전체 냉각모드에서 제 1 증발기(354)와 제 2 증발기(364)의 증발 온도가 동일해진다. 이 경우 냉동실(360)의 냉각을 고려하여 제 2 증발기(364)의 증발 온도를 낮추면 제 1 증발기(354)의 표면에 성에가 착상되고, 성에 착상을 방지하기 위해 제 2 증발기(364)의 증발 온도를 높이면 냉동실(360)의 냉각이 충분히 이루어지지 못한다.
이와 같은 문제는 제 2 증발기(364)와 제 1 증발기(354)를 중간 팽창장치(390)로 연결함으로써 해결된다.
제 1 팽창장치(352)는 제 1 증발기(354)에서 요구되는 증발 온도에서 냉매가 증발할 수 있도록 응축기(320)를 통과한 냉매의 압력을 감압시킨다. 중간 팽창장치(390)는 제 1 증발기(354)를 통과한 냉매의 압력을 한 번 더 감압시켜 제 2 증발기(364)에서 요구되는 증발 온도에서 냉매가 증발할 수 있도록 한다. 이는 제 2 증발기(364)에서 요구되는 증발 온도가 제 1 증발기(354)에서 요구되는 증발 온도보다 더 낮기 때문이다. 제 2 팽창장치(362)는 응축기(320)를 통과한 냉매의 압력을 감압시켜 제 2 증발기(364)에서 요구되는 증발 온도에서 냉매가 증발할 수 있도록 하는데, 중간 팽창장치(390)가 제 1 팽창장치(352)에 의해 1차 감압된 냉매의 압력을 다시 한번 감압시키는 것과 달리 제 2 팽창장치(362)는 응축기(320)를 통과한 냉매의 압력을 제 2 증발기(364)에서 요구되는 증발 온도에서 증발할 수 있는 정도까지 곧바로 감압시킨다. 이를 위해 제 2 팽창장치(362)의 저항이 중간 팽창장치(390)의 저항보다 크게 설계해야 하고, 결론적으로는 제 2 팽창장치(362)와 중간 팽창장치(390) 각각에서의 냉매의 감압 정도가 제 2 증발기(364)에서 요구되는 증발 온도를 얻기 위한 것이어야 한다. 또 중간 팽창장치(390)의 내경은 압축기(310)의 흡입측 냉매관의 내경보다 작게(예를 들면 약 2~4mm 정도로) 설계하여 냉매가 중간 팽창장치(390)를 통과하면서 감압될 수 있도록 한다. 만약, 중간 팽창장치(390)의 내경이 너무 크면 두 증발기의 증발 온도에 큰 차이가 없으며, 반대로 내경이 너무 작으면 제 1 증발기(354)에서 액상과 기상이 혼합된 상태의 냉매 흐름에 지나치게 큰 저항이 발생하여 냉장실(350)의 냉각 속도가 느려진다.
도 11은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 냉각장치가 적용된 냉장고를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 12는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 냉각장치를 도시한 도면이다.
이하는 본 발명의 제 4 실시예에 따른 냉각장치에 관하여 설명한다.
본 실시예에서는 상기 설명과 중복되는 구성에 대해서는 설명을 생략한다.
냉장고는 냉장실(401), 냉동실(402), 변온실(403)을 포함한다. 각 영역은 3개의 독립적인 온도영역으로 구성될 수 있다.
냉장고는 듀얼루프사이클에 의해 구동될 수 있다. 듀얼루프사이클은 제 1 냉각장치(404)과 제 2 냉각장치(400)을 포함할 수 있다.
제 1 냉각장치(404)과 제 2 냉각장치(400)은 상호간의 간섭과 영향이 없이 완전히 독립적으로 작동이 될 수 있다.
제 1 냉각장치(404)은 냉장실(401)의 내부를 목표온도까지 낮추도록 마련된다.
제 1 냉각장치(404)은 압축기(405), 응축기(406), 팽창장치(407), 증발기(408)를 포함할 수 있다. 압축기(405)로부터 압축된 냉매는 응축기(406)를 거치며 고온 고압의 액체상태의 냉매로 토출되며, 팽창장치(407)와 증발기(408)를 거치며 저온 저압의 기체상태의 냉매로 배출되어, 다시 압축기(405)로 유입된다.
제 2 냉각장치(400)은 냉동실(402)과 변온실(403)의 내부를 목표온도까지 낮추도록 마련된다.
제 2 냉각장치(400)은 제 1 냉매회로, 제 2 냉매회로와 제 3 냉매회로를 포함한다.
제 1 냉매회로는 압축기(410)에서 토출되는 냉매가 응축기(420), 이젝터(430), 기액분리기(440)를 거쳐, 압축기(410)의 흡입측으로 유동하도록 구성되고, 제 2 냉매회로는 이젝터(430), 기액분리기(440), 제 1 팽창장치(452), 제 1 증발기(454), 제 2 증발기(464)를 거쳐 이젝터(430)의 흡입구로 흡입되어 순환하도록 구성되며, 제 3 냉매회로는 기액분리기(440)를 통과한 냉매가 제 2 팽창장치(462)와 제 2 증발기(464)를 거쳐 이젝터(430)의 흡입구로 흡입되어 유동하여 제 1 팽창장치(452), 제 1 증발기(454)를 바이패스 하도록 구성된다.
제 1 증발기(454)와 제 2 증발기(464)의 용도는 한정되지 않으나, 본 발명의 실시예에서는 제 1 증발기(454)는 냉장고의 변온실(403)에 사용되고, 제 2 증발기(464)는 냉장고의 냉동실(402)에 사용될 수 있다. 즉, 제 1 증발기(454)는 변온실 증발기로, 제 2 증발기(464)는 냉동실 증발기로 명명할 수 있다.
제 2 냉매회로와 제 3 냉매회로 사이의 냉매 흐름 제어는 유로전환장치(470)를 통해 이루어진다. 자세하게는 유로전환장치(470)는 기액분리기(440)의 토출측의 한편에 설치되어, 기액분리기(440)를 통과한 액냉매가 제 2 및 제 3 냉매회로 중 적어도 하나의 냉매회로를 통해 유동하도록 냉매의 유로를 전환하도록 마련된다.
유로전환장치(470)는 3웨이 밸브를 포함할 수 있다. 유로전환장치(470)는 제 2 냉매회로를 개폐하는 제 1 밸브(471)와, 제 3 냉매회로를 개폐하는 제 2 밸브(472)를 포함할 수 있다.
이와 함께 응축기팬(421)을 구동하는 응축기 팬모터(422)와, 변온실(403)의 제 1 팬(457)을 구동하는 제 1 팬모터(458), 냉동실(460)의 제 2 팬(467)을 구동하는 제 2 팬모터(468)가 더 마련된다.
또한 제 1 증발기(454)와, 제 2 증발기(464)의 표면에는 증발기 표면의 성에를 제거할 수 있도록 각각 제 1 제상히터(456)와, 제 2 제상히터(466)가 마련될 수 있다.
이상에서는 특정의 실시예에 대하여 도시하고 설명하였다. 그러나, 상기한 실시예에만 한정되지 않으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경 실시할 수 있을 것이다.
52 : 키입력부 54 : 냉동실온도 감지부
56 : 냉장실온도 감지부 58 : 냉장실증발기 온도감지부
60 : 제어부 62 : 압축기 구동부
64 : 제 1 팬 구동부 66 : 제 2 팬 구동부
68 : 유로전환장치 구동부 70 : 표시부
72 : 제상히터 구동부
100 : 냉동사이클 110 : 압축기
120 : 응축기 121 : 응축기팬
122 : 응축기 팬모터 130 : 이젝터
131 : 노즐부 132 : 흡입부
133 : 믹싱부 134 : 디퓨저부
140 : 기액분리기 150 : 냉장실
152 : 제 1 팽창장치 154 : 제 1 증발기
156 : 제 1 제상히터 157 : 제 1 팬
158 : 제 1 모터 160 : 냉동실
162 : 제 2 팽창장치 164 : 제 2 증발기
166 : 제 2 제상히터 167 : 제 2 팬
168 : 제 2 모터

Claims (19)

  1. 압축기에서 토출되는 냉매가 응축기, 이젝터, 기액분리기를 거쳐 상기 압축기의 흡입측으로 유동하도록 구성되는 제 1 냉매회로;
    상기 이젝터, 상기 기액분리기, 제 1 팽창장치, 제 1 증발기, 제 2 증발기를 거쳐 상기 이젝터의 흡입구로 흡입되어 순환하도록 구성되는 제 2 냉매회로;
    상기 이젝터, 상기 기액분리기를 통과한 냉매가 제 2 팽창장치와 상기 제 2 증발기를 거쳐 상기 이젝터의 흡입구로 흡입되어 유동하여 상기 제 1 팽창장치, 상기 제 1 증발기를 바이패스하도록 구성되는 제 3 냉매회로;
    상기 이젝터는 상기 제 1 냉매회로상에서 상기 응축기로부터 토출되는 냉매와, 상기 제 2 증발기로부터 토출되는 냉매를 혼합하여 상기 기액분리기로 토출하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기액분리기의 토출측의 한편에 설치되어, 상기 기액분리기를 통과한 액체냉매가 상기 제 2 및 제 3 냉매회로 중 적어도 하나의 냉매회로를 통해 유동하도록 마련되는 유로전환장치;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    냉각장치가 파워온되어 전력공급이 개시되면 상기 제 2 냉매회로를 통해 냉매가 유동하도록 하고, 상기 제 2 냉매회로를 통한 냉각이 완료되면 상기 제 3 냉매회로를 통해 냉매가 유동하도록 상기 유로전환장치를 제어하는 제어부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 냉매회로에서,
    상기 제 1 증발기를 거친 냉매는 상기 제 2 증발기를 거치도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 이젝터는,
    상기 응축기로부터 토출되는 냉매와, 상기 제 2 증발기로부터 토출되는 냉매를 혼합하고 혼합된 냉매의 압력을 승압시켜 상기 기액분리기로 토출하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 기액분리기는,
    상기 이젝터로부터 토출되는 냉매를 기상 냉매와 액상 냉매로 분리하고, 상기 기상 냉매를 상기 제 1 냉매회로로 토출하고, 상기 액상 냉매를 상기 제 2 냉매회로 또는 제 3 냉매회로로 토출하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 이젝터는,
    상기 응축기로부터 토출되는 냉매를 감압팽창하도록 마련되는 노즐부;
    상기 제 2 증발기로부터 토출되는 냉매를 흡입하는 흡입부;
    상기 노즐부로 유입되는 냉매와, 상기 흡입부로 유입되는 냉매가 혼합되는 믹싱부;
    상기 믹싱부에서 혼합된 냉매를 승압하도록 마련되는 디퓨져부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 압축기는,
    회전을 제어하여 냉매유량을 제어하는 인버터 압축기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 팽창장치는,
    모세관, 전자팽창밸브와 캐필러리튜브 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 이젝터로 유입되는 냉매의 건도를 상승시키도록 상기 응축기의 토출부에 마련되는 제 3 팽창장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제 3 팽창장치와 상기 압축기 흡입부 사이에서 열교환하는 SLHX열교환기(Suction Line Heat Exchange);를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 냉매회로는,
    상기 응축기의 토출부와 상기 압축기의 흡입부사이에 열교환을 할 수 있도록 구성되는 열교환기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 냉매회로는,
    상기 제 1 증발기의 토출부에 마련되어, 상기 제 2 증발기로 흐르는 냉매의 압력을 감압시키도록 구성되는 중간 팽창장치;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 중간 팽창장치는,
    그 내경이 상기 압축기의 흡입측 냉매관의 내경보다 작은 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  15. 냉매를 기액 분리하는 기액분리기와, 상기 기액분리기로부터 분리되는 기상냉매가 유입되어 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기로부터 압축된 냉매를 응축하도록 마련되는 응축기를 갖는 주냉매회로;
    제 1 팽창장치, 제 1 증발기, 제 2 증발기를 거치도록 형성되는 전체냉각모드냉매회로;
    제 2 팽창장치, 상기 제 2 증발기를 거치며, 상기 제 1 팽창장치와 상기 제 1 증발기를 바이패스하도록 구성되는 냉동모드냉매회로;
    상기 기액분리기로부터 분리되는 액상냉매가 유입되어, 상기 전체모드냉매회로와 상기 냉동모드냉매회로 중 적어도 하나의 냉매회로를 통해 유동하도록 냉매의 유로를 전환하도록 구성되는 유로전환장치;
    상기 주냉매회로에서 상기 응축기로부터 토출되는 냉매와, 상기 전체모드냉매회로와 상기 냉동모드냉매회로 중 적어도 하나의 냉매회로에서 상기 제 2 증발기를 거친 냉매를 혼합하여 상기 기액분리기로 유입시키도록 마련되는 이젝터;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 이젝터는,
    상기 응축기로부터 토출되는 냉매와, 상기 제 2 증발기로부터 토출되는 냉매를 혼합하고 혼합된 냉매의 압력을 승압시켜 상기 기액분리기로 토출하는 것을 특징으로 하는 냉각장치.
  17. 압축기에서 토출되는 냉매가 응축기와, 이젝터, 기액분리기를 거쳐 상기 압축기의 흡입측으로 유동하도록 이루어지는 제 1 냉매회로;
    상기 이젝터, 상기 기액분리기, 제 1 팽창장치, 제 1 냉각실을 냉각하는 제 1 증발기, 제 2 냉각실을 냉각하는 제 2 증발기를 거쳐 상기 이젝터의 흡입구로 흡입되어 순환하는 제 2 냉매회로;
    상기 기액분리기를 통과한 냉매가 제 2 팽창장치와 상기 제 2 증발기를 거쳐 상기 이젝터의 흡입구로 흡입되어 유동하여 상기 제 1 팽창장치, 상기 제 1 증발기를 바이패스 하도록 이루어지는 제 3 냉매회로;
    상기 기액분리기의 토출측의 한편에 설치되고, 상기 기액분리기를 통과한 액냉매가 상기 제 2 및 제 3 냉매 회로 가운데 적어도 하나의 냉매회로를 통해 유동하도록 냉매의 유로를 전환하는 유로전환장치;를 포함하는 냉각장치의 운전방법으로서,
    상기 제 1 냉매회로와 제 2 냉매회로를 통해 냉매가 유동하도록 상기 유로 전환 장치를 제어하여 냉매가 상기 제 1 및 제 2 냉각실을 모두 냉각하고,
    상기 제 1 냉각실이 목표온도에 도달하면, 상기 제 1 냉매회로와 제 3 냉매회로를 통해 냉매가 유동하도록 상기 유로전환장치를 제어하여 상기 제 2 냉각실을 단독으로 냉각하는 것을 특징으로 하는 냉각장치의 운전방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 제 1 냉매회로와 제 2 냉매회로를 통한 운전을 전체냉각모드라 하고, 상기 제 1 냉매회로와 제 3 냉매회로를 통한 운전을 냉동모드라 할 때,
    상기 압축기의 회전수를 제어하여, 상기 전체냉각모드와 상기 냉동모드에서의 냉매유량을 조절하는 것을 특징으로 하는 냉각장치의 운전방법.
  19. 제 17항에 있어서,
    상기 압축기의 운전이 정지되면 상기 유로전환장치를 제어하여 상기 제 3 냉매회로를 폐쇄하고 상기 제 2 냉매회로를 개방함으로써, 상기 압축기에서 이미 토출된 압축냉매를 상기 제 2 냉매회로로 공급하여 상기 제 1 증발기를 제상하는 것을 특징으로 하는 냉각장치의 운전방법.
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