KR100913144B1 - 시차분할 멀티사이클형 냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시차분할 멀티사이클형 냉각 장치에 관한 것으로서, 냉장실 냉각과 냉동실 냉각을 시차를 두고 제어함으로써 각 냉각실의 냉각 온도를 최적화하기 위한 것이다. 냉장고의 경우에는, 냉장실을 목표 온도까지 냉각하면서 동시에 냉동실을 냉각하고, 냉장실의 냉각이 완료되면 냉동실 단독 냉각을 진행함으로써 냉장실과 냉동실 각각에 맞는 적절한 냉각 온도를 획득할 수 있도록 한다.

Description

시차분할 멀티사이클형 냉각 장치{TIME DIVIDED MULTI-CYCLE TYPE COOLING APPARATUS}

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 측단면도.

도 2는 도 1에 나타낸 냉장고의 냉매 회로를 나타낸 도면.

도 3은 도 1에 나타낸 냉장고의 제어부를 중심으로 하는 제어 계통의 블록도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 냉각 모드 제어 및 자연 제상 제어를 나타낸 타이밍차트.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 주변 온도가 저온조건(예, 15℃ 이하)일 때의 제어를 나타낸 타이밍 차트.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 주변 온도가 고온일 때의 냉장실 고습 운전 방법을 나타낸 순서도.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고에서 전체 냉각 모드의 운전 시간에 따른 냉장실 증발기의 제상 방법을 나타낸 순서도.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고에서 압축기의 재기동을 고려한 냉장실 증발기 및 냉동실 증발기의 제상 제어를 나타낸 타이밍차트.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 냉동실 증발기 단독 제상 제어를 나타낸 타이밍차트.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

102 : 압축기

104a, 104b : 제상 히터

106 : 냉장실 증발기

108 : 냉동실 증발기

110 : 냉장실

120 : 냉동실

202 : 응축기

204, 206, 208 : 모세관

210 : 3웨이 밸브

본 발명은 냉각 장치에 관한 것으로, 두 개 이상의 냉각실을 구비하고, 각각의 냉각실이 독립적으로 냉각되는 냉각 장치에 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 냉장실 증발기 및 냉동실 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.

이와 같이, 냉장실 증발기에서 냉매의 증발이 연속적으로 이루어지더라도 냉장실 팬의 운전은 간헐적으로 이루어지기 때문에 냉장실 팬의 휴지 기간에 발생하는 냉기는 냉장실에 공급되지 않는 대신 냉장실 증발기의 표면에 성에가 형성되는 원인이 된다. 냉장실 증발기의 표면에 성에가 형성될수록 냉장실 증발기에서의 증발 효율이 떨어져 결국 냉장실의 냉각 효율이 낮아진다. 또한 냉장실의 단독 냉각만이 요구되는 상황에서도 냉동실 증발기에서 요구되는 증발 온도를 고려하여 냉매를 압축해야 하기 때문에 압축기의 부하가 불필요하게 커진다.

본 발명에 따른 시차분할 멀티사이클형 냉각 장치는 냉장실 냉각과 냉동실 냉각을 시차를 두고 제어하여 냉동실 및 냉장실의 온도를 최적화할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 목적의 본 발명에 따른 냉각 장치는 제 1 및 제 2 냉매 회로와 유로 전환 장치, 제어부를 포함한다. 제 1 냉매 회로는 압축기에서 토출되는 냉매가 응축기와 제 1 팽창 장치, 제 1 증발기, 제 2 팽창 장치, 제 2 증발기를 거쳐 상기 압축기의 흡입 측으로 유동하도록 이루어진다. 제 2 냉매 회로는 응축기를 통과한 냉매가 제 3 팽창 장치와 상기 제 2 증발기를 거쳐 상기 압축기의 흡입 측으로 유동하여 제 1 팽창 장치와 제 1 증발기, 제 2 팽창 장치를 바이패스 하도록 이루어진다. 유로 전환 장치는 상기 응축기의 토출 측에 설치되고, 상기 응축기를 통과한 냉매가 상기 제 1 및 제 2 냉매 회로 가운데 적어도 하나의 냉매 회로를 통해 유동하도록 냉매의 유로를 전환하기 이한 것이다. 제어부는 유로 전환 장치를 선택적으로 개폐시켜 냉매의 유로를 제어하되, 냉각 장치가 파워 온 되어 전력 공급이 개시되면 제 1 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 하고, 제 1 냉매 회로를 통한 냉각이 완료되면 제 2 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 유로 전환 장치를 제어한다.
또한, 상술한 제 1 내지 제 3 팽창 장치는 모세관이다.
또한, 상술한 제 2 팽창 장치의 내경이 압축기의 흡입측 냉매관의 내경보다 작다.
또한, 상술한 제 2 팽창 장치의 내경이 2~4mm이다.
또한, 상술한 제 1 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 유로 전환 장치를 제어하여 제 1 팽창 장치와 제 2 팽창 장치 각각에서의 냉매의 독립적인 팽창을 통해 제 1 및 제 2 증발기 각각에서 서로 다른 두 개의 증발 온도를 획득하는 제 1 냉각 모드와; 제 2 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 유로 전환 장치를 제어하여 제 3 팽창 장치에 의한 냉매의 팽창을 통해 제 2 증발기에서 단일의 증발 온도를 획득하는 제 2 냉각 모드를 구비한다.
또한, 상술한 제 2 및 제 3 팽창 장치에서 이루어지는 냉매의 감압 정도가 제 2 증발기에서 요구되는 증발 온도를 얻기 위한 크기이다.
또한, 상술한 제 1 냉매 회로가 냉장실과 냉동실을 냉각하고, 제 2 냉매 회로가 냉동실만을 냉각한다.
본 발명에 따른 냉각 장치의 제어 방법은, 압축기에서 토출되는 냉매가 응축기와 제 1 팽창 장치, 제 1 증발기, 제 2 팽창 장치, 제 2 증발기를 거쳐 압축기의 흡입 측으로 유동하도록 이루어지는 제 1 냉매 회로와, 응축기를 통과한 냉매가 제 3 팽창 장치와 제 2 증발기를 거쳐 압축기의 흡입 측으로 유동하여 제 1 팽창 장치와 제 1 증발기, 제 2 팽창 장치를 바이패스 하도록 이루어지는 제 2 냉매 회로, 응축기의 토출 측에 설치되어 응축기를 통과한 냉매가 제 1 및 제 2 냉매 회로 가운데 적어도 하나의 회로를 통해 유동하도록 냉매의 유로를 전환하는 유로 전환 장치, 유로 전환 장치를 선택적으로 개폐시켜 냉매의 유로를 제어하는 제어부, 제 1 증발기에 의해 냉각되는 제 1 냉각실, 제 2 증발기에 의해 냉각되는 제 2 냉각실을 포함하는 냉각 장치의 제어 방법에 있어서, 제 1 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 유로 전환 장치를 제어하여 제 1 및 제 2 냉각실을 모두 냉각하고; 제 1 냉각실의 고내 온도가 목표 온도에 도달하면 제 2 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 유로 전환 장치를 제어하여 제 2 냉각실을 단독으로 냉각하며; 냉각 장치가 파워 온 되어 전력 공급이 개시되면 제 1 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 하고, 제 1 냉매 회로를 통한 냉각이 완료되면 제 2 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 유로 전환 장치를 제어한다.
또한, 상술한 제 2 냉각실의 고내 온도가 목표 온도에 도달하면 압축기의 운전을 정지시킨다.
또한, 상술한 압축기의 운전이 정지되면 유로 전환 장치를 제어하여 제 2 냉매 회로를 폐쇄하고 제 1 냉매 회로를 개방함으로써 압축기에서 이미 토출된 압축 냉매가 제 1 냉매 회로에 공급되도록 한다.
또한, 상술한 제 1 증발기 주변의 공기를 제 1 냉각실에 불어넣기 위한 제 1 증발기 팬을 더 포함하고; 제 1 냉매 회로를 개방한 상태에서 제 1 냉각실의 온도가 미리 설정된 온도 이하이면 제 1 설정 시간 동안 제 1 증발기 팬을 가동하여 제 1 증발기의 표면의 성에를 제거한다.
또한, 상술한 냉각 장치가 제 1 증발기 표면의 성에를 제거하기 위한 제 1 제상 히터와, 제 1 증발기 주변의 공기를 제 1 냉각실로 불어넣기 위한 제 1 증발기 팬, 제 2 증발기 주변의 공기를 제 2 냉각실로 불어넣기 위한 제 2 증발기 팬을 더 포함하고; 제 1 냉매 회로를 개방한 후 냉각 장치의 외부 온도가 미리 설정된 온도 이하이면 제 1 설정 시간 동안 제 1 제상 히터를 가동함으로써 외부 온도에 의해 제 1 냉각실의 고내 온도가 목표 온도 이하로 낮아지는 것을 방지한다.
또한, 상술한 제 1 냉매 회로가 폐쇄될 때 냉각 장치의 외부 온도가 미리 설정된 온도 이상이면 제 2 설정 시간 동안 제 1 증발기 팬을 가동하여 제 1 증발기 표면의 성에를 제거하고; 동시에 제 1 증발기 팬을 가동하여 성에 제거 시 발생하는 수분을 제 1 냉각실로 불어넣음으로써 제 1 냉각실의 습도를 높인다.
또한, 상술한 설정 온도는 15℃이다.
또한, 상술한 제 1 냉각실의 온도가 목표 온도에 도달하지 않은 상태에서 제 1 냉매 회로를 통한 냉각 시간이 미리 설정된 시간을 초과하면 제 1 냉매 회로를 폐쇄하고 제 2 냉매 회로를 개방한 후 일정 시간 동안 제 1 증발기 팬을 가동하여 제 1 증발기 표면의 성에를 제거하고;
일정 시간이 경과하면 제 2 냉매 회로를 폐쇄하고 제 1 냉매 회로를 다시 개방하여 제 1 냉매 회로를 통한 냉각을 재개하는 냉각 장치의 제어 방법.
또한, 상술한 냉각 장치가 제 2 증발기 표면의 성에를 제거하기 위한 제 2 제상 히터와 응축기에 마련되는 응축기 팬을 더 포함하고; 압축기가 정지된 후 제 1 및 제 2 증발기 표면의 성에를 동시에 제거할 때, 유로 전환 장치를 제어하여 제 1 및 제 2 냉매 회로를 모두 개방하고 제 1 및 제 2 제상 히터를 가동하여 제상을 실시한다.
또한, 상술한 제 1 및 제 2 제상 히터가 가동되는 동안에는 제 1 및 제 2 증발기 팬을 가동하지 않는다.
또한, 상술한 압축기가 정지된 후 제 2 증발기 표면의 성에를 단독으로 제거할 때, 제 1 냉매 회로를 폐쇄하고 제 2 냉매 회로를 개방하여 응축기의 가열된 냉매를 제 2 증발기로 유입시키면서 제 2 제상 히터를 가동한다.
또한, 상술한 제 2 증발기의 단독 제상이 완료되면 제 1 및 제 2 냉매 회로를 모두 개방하여 제 1 및 제 2 냉매 회로 전체에 걸쳐 냉매의 압력 평형이 이루어지도록 한다.
또한, 상술한 제상 히터의 가열 온도가 제 1 냉각실의 목표 온도 이내로 제한하여 제 1 냉각실의 온도가 목표 온도를 초과하지 않도록 한다.
또한, 상술한 제 1 설정 시간이 경과하면 제 1 및 제 2 냉매 회로를 모두 개방하여 제 1 및 제 2 냉매 회로 전체에 걸쳐 냉매의 압력 평형이 이루어지도록 한다.
또한, 상술한 제상이 완료되어 제 1 및 제 2 제상 히터의 가동이 정지되면 제 1 및 제 2 증발기 팬과 응축기 팬을 가동함으로써 제 1 및 제 2 제상 히터의 가동에 의해 상승한 냉매의 압력을 낮춰 압축기의 재기동을 원활하게 한다.

삭제

이와 같이 이루어지는 본 발명에 따른 냉각 장치 및 그 제어 방법의 바람직한 실시예를 도 1 내지 도 9를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 먼저 도 1은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 측단면도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 냉장실(110)의 안쪽에는 냉장실 증발기(106)와 냉장실 팬 모터(106a), 냉장실 팬(106b), 제상 히터(104a)가 마련된다. 냉동실(120)의 안쪽에는 냉동실 증발기(108)와 냉동실 팬 모터(108a), 냉동실 팬(108b), 제상 히터(104b)가 마련된다. 제상 히터(104a, 104b)는 각각 냉장실 증발기(106)와 냉동실 증발기(108)의 표면에 형성된 성에를 녹여 제거하기 위한 것이다.

냉장실 증발기(106)에서 발생하는 냉기는 냉장실 팬(106b)에 의해 냉장실(110) 내부로 송풍된다. 냉동실 증발기(108)에서 발생하는 냉기도 냉동실 팬(108b)에 의해 냉동실(120) 내부로 송풍된다. 이와 함께 냉장실 증발기(106)의 입구 측과 냉동실 증발기(108)의 입구 측에는 냉매를 감압 팽창시키기 위한 팽창 장치들(미도시)이 설치되고, 압축기(102)의 출구 측에는 응축기(미도시)가 마련된다.

도 2는 도 1에 나타낸 냉장고의 냉매 회로를 나타낸 도면이다. 도 2에 나타낸 바와 같이, 압축기(102)와 응축기(202), 제 1 모세관(204), 냉장실 증발기(106), 제 2 모세관(206), 냉동실 증발기(108)가 냉매관을 통해 연결됨으로써 하나의 폐루프 냉매 회로가 마련된다. 즉, 냉장실 증발기(106)와 냉동실 증발기(108)가 제 2 모세관(206)을 통해 연결된다. 또 응축기(202)를 통과한 냉매가 제 3 모세관(208)에 의해 감압 팽창되어 냉동실 증발기(108)에 유입되도록 응축기(202)와 냉동실 증발기(108) 사이에 제 3 모세관(208)을 경유하는 또 하나의 폐루프 냉매 회로가 마련된다. 두 냉매 회로 사이의 냉매 흐름 제어는 유로 전환 장치인 3웨이 밸브(210)를 통해 이루어진다. 이와 함께 응축기 팬(202b)을 구동하는 응축기 팬 모터(202a)와 냉장실 팬(106b)을 구동하는 냉장실 팬 모터(106a), 냉동실 팬(108b)을 구동하는 냉동실 팬 모터(108a)가 더 마련된다.

만약 압축기(102)의 흡입측 냉매관과 동일한 내경의 냉매관만으로 두 증발기(106, 108)를 연결하면 전체 냉각 모드에서 냉장실 증발기(106)와 냉동실 증발기(108)의 증발 온도가 동일해진다. 이 경우 냉동실(120)의 냉각을 고려하여 냉 동실 증발기(108)의 증발 온도를 낮추면 냉장실 증발기(106)의 표면에 성에가 착상되고, 성에 착상을 방지하기 위해 냉동실 증발기(108)의 증발 온도를 높이면 냉동실(120)의 냉각이 충분히 이루어지지 못한다. 이와 같은 문제는 도 2에 나타낸 바와 같이 냉동실 증발기(108)와 냉장실 증발기(106)를 제 2 모세관(206)으로 연결함으로써 해결된다.

제 1 모세관(204)은 냉장실 증발기(106)에서 요구되는 증발 온도에서 냉매가 증발할 수 있도록 응축기(202)를 통과한 냉매의 압력을 감압시킨다. 제 2 모세관(206)은 냉장실 증발기(106)를 통과한 냉매의 압력을 한 번 더 감압시켜 냉동실 증발기(108)에서 요구되는 증발 온도에서 냉매가 증발할 수 있도록 한다. 이는 냉동실 증발기(108)에서 요구되는 증발 온도가 냉장실 증발기(106)에서 요구되는 증발 온도보다 더 낮기 때문이다. 제 3 모세관(208)은 응축기(202)를 통과한 냉매의 압력을 감압시켜 냉동실 증발기(108)에서 요구되는 증발 온도에서 냉매가 증발할 수 있도록 하는데, 제 2 모세관(206)이 제 1 모세관(204)에 의해 1차 감압된 냉매의 압력을 다시 한번 감압시키는 것과 달리 제 3 모세관(208)은 응축기(202)를 통과한 냉매의 압력을 냉동실 증발기(108)에서 요구되는 증발 온도에서 증발할 수 있는 정도까지 곧바로 감압시킨다. 이를 위해 제 3 모세관(208)의 저항이 제 2 모세관(206)의 저항보다 크게 설계해야 하고, 결론적으로는 제 2 모세관(206)과 제 3 모세관(208) 각각에서의 냉매의 감압 정도가 냉동실 증발기(108)에서 요구되는 증발 온도를 얻기 위한 것이어야 한다. 또 제 2 모세관(206)의 내경은 압축기(102)의 흡입측 냉매관의 내경보다 작게(예를 들면 약 2~4mm 정도로) 설계하여 냉매가 제 2 모세관(206)을 통과하면서 감압될 수 있도록 한다. 만약, 제 2 모세관(206)의 내경이 너무 크면 두 증발기(106, 108)의 증발 온도에 큰 차이가 없으며, 반대로 내경이 너무 작으면 냉장실 증발기(106)에서 액상과 기상이 혼합된 상태의 냉매 흐름에 지나치게 큰 저항이 발생하여 냉장실(110)의 냉각 속도가 느려진다.

이와 같은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고는 마이컴과 같은 제어부의 제어를 통해 다양한 냉각 모드를 제공한다. 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고에 마련되는 제어부(302)를 중심으로 하는 제어 계통의 블록도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 제어부(302)의 입력 포트에는 키 입력부(304)와 냉동실 온도 감지부(306), 냉장실 온도 감지부(308), 냉장실 증발기 온도 감지부(322)가 연결된다. 키 입력부(304)에는 다수의 기능키가 마련되며, 이 기능 키들은 냉각 모드 설정이나 희망 온도 설정과 같은 냉장고의 운전 조건 설정과 관련된 기능 키들을 포함한다. 냉동실 온도 감지부(306) 및 냉장실 온도 감지부(308)는 각각 냉동실(120)과 냉장실(110)의 고내 온도를 감지하여 제어부(302)에 제공한다. 냉장실 증발기 온도 감지부(322)는 냉장실 증발기(106)의 냉매 증발 온도를 검출하여 제어부(302)에 제공한다.

제어부(302)의 출력 포트에는 압축기 구동부(312)와 냉동실 팬 구동부(314), 냉장실 팬 구동부(316), 3웨이 밸브 구동부(318), 제상 히터 구동부(320), 표시부(310)가 연결된다. 이 가운데 표시부(310)를 제외한 나머지 구성 요소들은 각각 압축기(102)와 냉동실 팬 모터(108a), 냉장실 팬 모터(106a), 3웨이 밸브(210), 제상 히터(104a, 104b)를 구동한다. 표시부(310)는 냉각 장치의 동작 상태나 각종 설정 값, 온도 등을 표시한다.

제어부(302)는 3웨이 밸브(210)를 제어하여 도 2에 나타낸 두 개의 냉매 회로 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 전체 냉각 모드와 제 2 냉각 모드인 냉동실 냉각 모드를 들 수 있다. 전체 냉각 모드는 냉장실(110)과 냉동실(120)을 모두 냉각하는 동작 모드이다. 제어부(302)는 전체 냉각 모드를 구현하기 위해 3웨이 밸브(210)의 제 1 밸브(210a)만을 개방하며, 이 전체 냉각 모드에서 응축기(202)의 토출 냉매는 제 1 모세관(204)과 냉장실 증발기(106), 제 2 모세관(206), 냉동실 증발기(108)를 통해 순환된다. 냉동실 냉각 모드는 냉동실(120)만을 단독으로 냉각하는 동작 모드이다. 냉동실 냉각 모드는 제어부(302)가 3웨이 밸브(210)의 제 2 밸브(210b)만을 개방함으로써 구현되며, 이 냉동실 냉각 모드에서 응축기(202)의 토출 냉매는 제 3 모세관(208)과 냉동실 증발기(108)만을 통해 순환된다.

본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 전체 냉각 모드와 냉동실 냉각 모드에서 일어나는 냉매의 압력 변화 및 그에 따른 각 증발기(106, 108)에서의 증발 온도의 변화는 다음과 같다. 전체 냉각 모드에서 3웨이 밸브(210)의 제 1 밸브(210a)가 개방되면(제 2 밸브(210b)는 폐쇄) 응축기(202)의 토출 냉매가 제 1 모세관(204)에서 1차 감압 된 후 냉장실 증발기(106)에서 1차 증발한다. 냉장실 증발기(106)에서 1차 증발한 냉매는 제 2 모세관(206)을 지나면서 2차 감압된 후 냉동실 증발기(108)에서 2차 증발한다.

전체 냉각 모드에서 제 1 및 제 2 모세관(204, 206)을 통한 냉매의 단계적 감압을 통해 각 증발기(106, 108)에서 요구되는 고유의 증발 온도를 얻을 수 있기 때문에 냉장실 증발기(106)의 증발 온도가 냉동실 증발기(108)의 증발 온도와 동일하게 낮을 때 유발되는 냉장실 증발기(106)의 과냉 및 그에 따른 성에 착상이 현저히 감소된다.

앞서 언급한 바와 같이 일반적인 냉동실의 적정 온도는 약 -18℃ 정도이고, 냉장실의 적정 온도는 3℃ 정도이다. 이처럼 냉동실과 냉장실의 적정 온도의 차가 크기 때문에 냉장실의 과냉을 억제하기 위해 각 증발기의 증발 온도를 높이면 냉동실의 냉각이 충분히 이루어지지 못할 수 있다. 본 발명에 따른 냉각 장치에서는 냉동실(120)의 냉각이 미흡한 경우 냉장실(110)을 제외한 냉동실(120)만을 단독으로 낮은 증발 온도를 통해 냉각하여 냉동실(120)의 고내 온도가 목표 온도까지 신속하게 도달할 수 있도록 한다.

냉동실 냉각 모드는 냉동실(120)만을 단독으로 냉각하기 위한 것으로서, 이 운전 모드에서 3웨이 밸브(210)의 제 2 밸브(210b)가 개방되면(제 1 밸브(210a)는 폐쇄) 응축기(202)의 토출 냉매가 제 3 모세관(208)을 통해 냉동실 증발기(108)로만 흐른다. 냉동실 냉각 모드에서 냉매는 제 3 모세관(208)에서 더욱 낮은 압력으로 감압된 후 냉동실 증발기(108)에서 증발한다. 제 3 모세관(208)에 의한 냉매의 추가적인 감압에 의해 냉동실 증발기(108)의 증발 온가 냉장실 증발기(106)의 증발 온도보다 낮아진다.

본 발명의 실시예에 따른 냉장고에서 두 증발기(106, 108)의 증발 온도를 차별화하여 성에 착상을 최소화하더라도 장시간에 걸친 운전에 의해 냉장실 증발기(106)의 표면에 성에가 누적될 수 있다. 본 발명에 따른 시차분할 멀티사이클형 냉각 장치는 다음과 같은 제어를 통해 누적된 성에를 제거하고, 또 성에 제거 과정에서 발생하는 수분을 냉장실(110)에 공급하여 냉장실(110)의 습도를 높인다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 냉각 모드 제어 및 자연 제상 제어를 나타낸 타이밍차트이다. 도 4에 나타낸 바와 같이, 파워 오프 상태의 냉장고가 파워 온되어 전력 공급이 개시되는 냉장고의 운전 초기에는 제 1 밸브(210a)가 개방되고 제 2 밸브(210b)는 폐쇄되어 전체 냉각 모드가 먼저 실시되고, 이후 제 1 밸브(210a)가 폐쇄되고 제 2 밸브(210b)는 개방되어 냉동실 냉각 모드가 실시된다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 냉장고는 전원이 공급되어 운전을 시작할 때 항상 전체 냉각 모드를 먼저 실시한 후 냉동실 냉각 모드로 전환한다. 냉동실 냉각 모드를 먼저 실시하면 냉장실(110)의 냉각이 늦어지기 때문에 냉장실(110)의 냉각 속도를 고려하여 전체 냉각 모드를 먼저 실시한다. 전체 냉각 모드와 냉동실 냉각 모드를 동시에 실시하는 것도 가능하지만, 이 경우에는 압축기의 부하가 크게 증가하는 반면 냉각 속도는 전체 냉각 모드와 거의 비슷하기 때문에 효율적이지 못하다.

냉동실 냉각 모드 이후 압축기(102)의 운전이 정지되면 도 4에 나타낸 t1 시간 동안 3웨이 밸브(210)의 제 1 밸브(210a)를 개방하고 제 2 밸브(210b)는 폐쇄하였다가, t1 시간이 경과한 후에 제 2 밸브(210b)를 다시 개방한다. 냉동실 냉각 모드에서 냉장실 증발기(106)는 냉매가 거의 없는 진공 상태에 가깝기 때문에, 압축기(102)의 운전이 정지된 상태에서 제 1 밸브(210a)를 개방하면 이미 압축기(102)에서 압축되어 토출된 고온의 냉매가 진공 상태와 다름없는 냉장실 증발기(106)로 유입된다. 이로써 압축기(102)의 운전이 정지된 직후 일정 시간(t1) 동안에는 냉장실 증발기(106)로 유입되는 냉매가 제 1 모세관(204)에 의해 어느 정도 감압되어 냉장실 증발기(106)의 냉매 증발 온도가 낮아진다. 이와 같은 t1 시간 동안 냉장실 팬(106b)을 가동하면 냉장실(110)의 냉각을 추가적으로 실시할 수 있다.

단, 전체 냉각 모드가 완료되는 시점에서 냉장고의 주변 온도가 미리 설정된 온도(예, 15℃ 이하)보다 낮으면 냉장실(110)의 고내 온도가 목표 온도 이하로 낮아질 수 있다. 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 주변 온도가 낮을 경우(예, 15℃ 이하)의 제어를 나타낸 타이밍 차트이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 냉동실 냉각 모드 이후 압축기(102)의 운전이 정지될 때 냉장고 주변의 온도가 미리 설정된 온도보다 낮으면(예, 15℃ 이하) 제 1 밸브(210a)를 개방하고 제 2 밸브(210b)를 폐쇄한 상태에서 제 1 설정 시간(t2) 동안 냉장실 증발기(106)의 제상 히터(104a)를 가동한다. 이렇게 되면 냉장고의 주변 온도가 0 이하로 떨어지더라도 냉장실(110)의 목표 온도를 유지할 수 있다. 이때 제상 히터(104a)의 가열 온도를 냉장실(110)의 설정 온도 이하로 제한하여 제상 히터(104a)의 발열에 의해 냉장실(110)의 고내 온도가 목표 온도를 초과하지 않도록 한다. 이후 시간 t2가 경과하면 제 2 밸브(210b)를 다시 개방하면서 제상 히터(104a)의 가동을 멈춘 뒤 시간(t3) 동안 냉장실 팬(106b)을 가동한다. 여기서, 제 2 밸브(210b)를 폐쇄하였다가 다시 개방하는 것은 제 1 및 제 2 밸브(210a, 210b)를 모두 개방함으로써 냉매 회로 전체에 걸쳐 냉매의 압력이 평형을 이루도록 하기 위한 것이다.

본 발명의 실시예에 따른 냉장고에서, 전체 냉각 모드가 완료될 때 냉장고의 주변 온도가 일정 온도(예를 들면 15℃) 이상이면 냉장실 팬(106b)을 일정 시간 동안 가동하여 냉장실 증발기(106)에 착상되어 있는 성에를 제거함과 동시에 성에 제거시 발생한 수분을 냉장실(110) 안으로 불어넣어 냉장실(110)의 습도를 높이는 고습 운전을 실시한다. 단, 주변 온도가 너무 낮은 상태에서 냉장실(110)의 고습 운전을 실시하면 냉장실(110) 내부에 결로가 발생하기 때문에 일정 온도 이상에서만 고습 운전을 실시한다. 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고의 주변 온도가 고온일 때의 냉장실 고습 운전 방법을 나타낸 순서도이다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 전체 냉각 모드가 완료되면(702~704) 냉장고의 외부 온도가 미리 설정된 온도를 초과하는지를 판별한다(706). 만약 냉장고의 외부 온도가 미리 설정된 온도를 초과하면 일정 시간 동안 냉장실 팬(106b)을 가동하여 냉장실(110)의 고습 운전을 실시한 후(708) 냉동실 냉각 모드로 전환한다(710).

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냉장실(110)과 냉동실(120)을 모두 냉각하는 전체 냉각 모드에서 빈번한 도어 개방 등으로 인하여 냉장실의 부하가 지속적으로 증가하면 냉장실(110)의 목표 온 도를 유지하기 위해 전체 냉각 모드의 운전 시간이 길어질 수밖에 없다. 전체 냉각 모드의 운전 시간이 너무 길면 냉장실 증발기(106) 표면의 성에가 누적되어 냉장실(110)의 냉각 효율이 크게 낮아진다. 따라서 전체 냉각 모드의 연속적인 운전 시간이 미리 설정된 시간 이상으로 길어지면 냉장실 팬(106b)을 가동하여 냉장실 증발기(106)의 제상을 실시한다. 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고에서 전체 냉각 모드의 운전 시간에 따른 냉장실 증발기의 제상 방법을 나타낸 순서도이다. 도 7에 나타낸 바와 같이, 전체 냉각 모드가 실시되는 동안 전체 냉각 모드의 진행 시간을 카운트한다(802~804, 제어부에 내장된 카운터를 이용한다). 전체 냉각 모드의 진행 시간이 미리 설정된 시간을 초과하면(806) 전체 냉각 모드에서 냉동실 냉각 모드로 전환한 후(808) 냉장실 팬(106b)을 가동하여 냉장실 증발기(106)의 제상을 실시한다(810). 냉장실 팬(106b)의 가동 시간이 미리 설정된 시간을 경과하면(812) 냉동실 냉각 모드에서 다시 전체 냉각 모드로 전환하여 냉각을 실시한다(814).

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 냉장고에서 압축기의 재기동을 고려한 냉장실 증발기(106) 및 냉동실 증발기9108)의 제상 제어를 나타낸 타이밍차트이다. 압축기(102)의 휴지 기간 동안에 이루어지는 냉장실 증발기(106) 및 냉동실 증발기(108)의 동시 제상은 압축기(102)와 팬(106b, 108b)의 운전을 모두 정지시키고 3웨이 밸브(210)의 제 1 및 제 2 밸브(210a, 210b)를 모두 개방한 상태에서 증발기(106, 108)마다 마련된 제상 히터(104a, 104b)를 가동하여 실시한다. 이 동시 제상 과정에서 제상 히터(104a, 104b)의 가열에 의해 냉매의 압력이 상승하는데, 냉매의 압력이 너무 높으면 제상 완료 후의 압축기(102)의 재기동이 원활하게 이루어지지 않는다. 따라서 도 8에 나타낸 바와 같이, 각 증발기(106, 108)마다 마련된 제상 히터(104a, 104b)를 가동하여 착상된 성에를 제거하고, 제상 히터(104a, 104b)의 가동이 종료되면 응축기 팬(202b)과 냉동실 팬(108b)을 일정 시간 동안 가동하여 제상 히터(104a, 104b)에 의해 가열된 냉매의 온도를 낮춤으로써 냉매의 압력이 낮아지도록 한다. 이와 같이 냉매의 압력이 낮아짐으로써 압축기(102)의 재기동이 보다 원활하게 이루어질 수 있다. 제상 히터(104a, 104b)가 가동되는 동안에는 제상 히터(104a, 104b)의 가열 효과를 높이기 위해 응축기 팬(202b)과 냉동실 팬(108b)은 가동하지 않는다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 냉장고에서 압축기의 휴지 기간 동안 냉동실 증발기를 단독으로 제상할때의 제어 방법을 나타낸 타이밍차트이다. 도 9에 나타낸 바와 같이, 냉동실 증발기(108)의 단독 제상은 압축기(102)와 증발기 팬(106b, 108b)이 정지된 상태에서 3웨이 밸브(210)의 제 1 밸브(210a)를 폐쇄하고 제 2 밸브(210b)를 개방한 상태에서 실시된다. 제 2 밸브(210b)를 개방하면 응축기(202)의 고온의 냉매가 제 3 모세관(208)을 통해 냉동실 증발기(108)에 유입되어 온도를 상승시킨다. 이렇게 되면 냉동실(120)의 제상 히터(104b)의 부하가 감소하는 것이 되어 제상 히터(104b)를 덜 운전해도 되므로 제상 히터(104b)의 운전에 따른 소비 전력을 그만큼 줄일 수 있다. 냉동실 증발기(108)의 제상이 완료되면 압축기(102)를 재기동하기 전에 일정 시간(t5) 동안 3웨이 밸브(210)의 제 1 및 제 2 밸브(210a, 210b)를 모두 개방하여 각 냉매 회로의 냉매의 압력이 평형을 이루도록 한다. 시간 t5가 경과하여 냉매 회로의 압력 평형이 어느 정도 이루어지면 압축기(102)를 재기동한다.

본 발명에 따른 냉각 장치 및 그 제어 방법을 통해 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다. 먼저 냉장고의 경우에는 냉장실과 냉동실을 독립된 증발 온도를 통해 냉각하거나 냉동실만을 단독을 냉각함으로써 냉장실과 냉동실 각각에 맞는 적절한 냉각 온도를 얻을 수 있고, 또 냉장실의 과냉을 억제할 수 있다. 냉동실만을 단독을 냉각하는 동작 모드에서 냉장실 팬과 ( 또는 추가적으로) 제상 히터를 가동하여 냉장실 증발기의 제상을 수행하고, 제상 과정에서 발생하는 습기를 냉장실 내에 불어넣어 냉장실의 습도를 높일 수 있다. 또, 압축기의 운전 정지 직후 일정시간 동안 냉장실 팬을 구동하여 냉장실 증발기 표면의 성에를 제거함으로써 압축기 정지 직후 냉장실 증발기에서의 냉매 증발로 인하여 발생하는 착상 문제를 해결할 수 있다.

뿐만 아니라, 복수의 실내기를 구비한 공기조화기 시스템의 경우에는 서로 다른 냉방 능력이 요구되는 실내기마다 독립적인 증발 온도를 부여함으로써 효율적인 공기조화를 이룰 수 있다.

Claims (27)

1. 압축기에서 토출되는 냉매가 응축기와 제 1 팽창 장치, 제 1 증발기, 제 2 팽창 장치, 제 2 증발기를 거쳐 상기 압축기의 흡입 측으로 유동하도록 이루어지는 제 1 냉매 회로와;

   상기 응축기를 통과한 냉매가 제 3 팽창 장치와 상기 제 2 증발기를 거쳐 상기 압축기의 흡입 측으로 유동하여 상기 제 1 팽창 장치와 제 1 증발기, 상기 제 2 팽창 장치를 바이패스 하도록 이루어지는 제 2 냉매 회로와;

   상기 응축기의 토출 측에 설치되고, 상기 응축기를 통과한 냉매가 상기 제 1 및 제 2 냉매 회로 가운데 적어도 하나의 냉매 회로를 통해 유동하도록 냉매의 유로를 전환하는 유로 전환 장치와;

   상기 유로 전환 장치를 선택적으로 개폐시켜 냉매의 유로를 제어하되, 냉각 장치가 파워 온 되어 전력 공급이 개시되면 상기 제 1 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 하고, 상기 제 1 냉매 회로를 통한 냉각이 완료되면 상기 제 2 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 상기 유로 전환 장치를 제어하는 제어부를 포함하는 냉각 장치.
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5. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 1 내지 제 3 팽창 장치가 모세관인 냉각 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 제 2 팽창 장치의 내경이 상기 압축기의 흡입측 냉매관의 내경보다 작은 냉각 장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 제 2 팽창 장치의 내경이 2~4mm인 냉각 장치.
8. 압축기에서 토출되는 냉매가 응축기와 제 1 팽창 장치, 제 1 증발기, 제 2 팽창 장치, 제 2 증발기를 거쳐 상기 압축기의 흡입 측으로 유동하도록 이루어지는 제 1 냉매 회로와, 상기 응축기를 통과한 냉매가 제 3 팽창 장치와 상기 제 2 증발기를 거쳐 상기 압축기의 흡입 측으로 유동하여 상기 제 1 팽창 장치와 제 1 증발기, 상기 제 2 팽창 장치를 바이패스 하도록 이루어지는 제 2 냉매 회로, 상기 응축기의 토출 측에 설치되어 상기 응축기를 통과한 냉매가 상기 제 1 및 제 2 냉매 회로 가운데 적어도 하나의 회로를 통해 유동하도록 냉매의 유로를 전환하는 유로 전환 장치, 상기 유로 전환 장치를 선택적으로 개폐시켜 냉매의 유로를 제어하는 제어부, 상기 제 1 증발기에 의해 냉각되는 제 1 냉각실, 상기 제 2 증발기에 의해 냉각되는 제 2 냉각실을 포함하는 냉각 장치의 제어 방법에 있어서,

   상기 제 1 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 상기 유로 전환 장치를 제어하여 상기 제 1 및 제 2 냉각실을 모두 냉각하고;

   상기 제 1 냉각실의 고내 온도가 목표 온도에 도달하면 상기 제 2 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 상기 유로 전환 장치를 제어하여 상기 제 2 냉각실을 단독으로 냉각하며;

   냉각 장치가 파워 온 되어 전력 공급이 개시되면 상기 제 1 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 하고, 상기 제 1 냉매 회로를 통한 냉각이 완료되면 상기 제 2 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 상기 유로 전환 장치를 제어하는 냉각 장치의 제어 방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 제 2 냉각실의 고내 온도가 목표 온도에 도달하면 상기 압축기의 운전을 정지시키는 냉각 장치의 제어 방법.
10. 삭제
11. 제 9 항에 있어서,

    상기 압축기의 운전이 정지되면 상기 유로 전환 장치를 제어하여 상기 제 2 냉매 회로를 폐쇄하고 상기 제 1 냉매 회로를 개방함으로써 상기 압축기에서 이미 토출된 압축 냉매가 상기 제 1 냉매 회로에 공급되도록 하는 냉각 장치의 제어 방법.
12. 삭제
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 제 1 증발기 주변의 공기를 상기 제 1 냉각실에 불어넣기 위한 제 1 증발기 팬을 더 포함하고;

    상기 제 1 냉매 회로를 개방한 상태에서 상기 제 1 냉각실의 온도가 미리 설정된 온도 이하이면 제 1 설정 시간 동안 상기 제 1 증발기 팬을 가동하여 상기 제 1 증발기의 표면의 성에를 제거하는 냉각 장치의 제어 방법.
14. 제 11 항에 있어서,

    상기 냉각 장치가 상기 제 1 증발기 표면의 성에를 제거하기 위한 제 1 제상 히터와, 상기 제 1 증발기 주변의 공기를 상기 제 1 냉각실로 불어넣기 위한 제 1 증발기 팬, 상기 제 2 증발기 주변의 공기를 상기 제 2 냉각실로 불어넣기 위한 제 2 증발기 팬을 더 포함하고;

    상기 제 1 냉매 회로를 개방한 후 상기 냉각 장치의 외부 온도가 미리 설정된 온도 이하이면 상기 제 1 설정 시간 동안 상기 제 1 제상 히터를 가동함으로써 상기 외부 온도에 의해 상기 제 1 냉각실의 고내 온도가 상기 목표 온도 이하로 낮아지는 것을 방지하는 냉각 장치의 제어 방법.
15. 제 8 항에 있어서,

    상기 제 1 냉매 회로가 폐쇄될 때 상기 냉각 장치의 외부 온도가 상기 미리 설정된 온도 이상이면 제 2 설정 시간 동안 상기 제 1 증발기 팬을 가동하여 상기 제 1 증발기 표면의 성에를 제거하고;

    동시에 상기 제 1 증발기 팬을 가동하여 상기 성에 제거 시 발생하는 수분을 상기 제 1 냉각실로 불어넣음으로써 상기 제 1 냉각실의 습도를 높이는 냉각 장치의 제어 방법.
16. 제 14 항 또는 제 15 항에 있어서,

    상기 설정 온도가 15℃인 냉각 장치의 제어 방법.
17. 제 8 항에 있어서,

    상기 제 1 냉각실의 온도가 목표 온도에 도달하지 않은 상태에서 상기 제 1 냉매 회로를 통한 냉각 시간이 미리 설정된 시간을 초과하면 상기 제 1 냉매 회로를 폐쇄하고 상기 제 2 냉매 회로를 개방한 후 일정 시간 동안 상기 제 1 증발기 팬을 가동하여 상기 제 1 증발기 표면의 성에를 제거하고;

    상기 일정 시간이 경과하면 상기 제 2 냉매 회로를 폐쇄하고 상기 제 1 냉매 회로를 다시 개방하여 상기 제 1 냉매 회로를 통한 냉각을 재개하는 냉각 장치의 제어 방법.
18. 제 9 항에 있어서,

    상기 냉각 장치가 상기 제 2 증발기 표면의 성에를 제거하기 위한 제 2 제상 히터와 상기 응축기에 마련되는 응축기 팬을 더 포함하고;

    상기 압축기가 정지된 후 상기 제 1 및 제 2 증발기 표면의 성에를 동시에 제거할 때, 상기 유로 전환 장치를 제어하여 상기 제 1 및 제 2 냉매 회로를 모두 개방하고 상기 제 1 및 제 2 제상 히터를 가동하여 제상을 실시하는 냉각 장치의 제어 방법.
19. 제 18 항에 있어서,

    상기 제 1 및 제 2 제상 히터가 가동되는 동안에는 상기 제 1 및 제 2 증발기 팬을 가동하지 않는 냉각 장치의 제어 방법.
20. 제 9 항에 있어서,

    상기 압축기가 정지된 후 상기 제 2 증발기 표면의 성에를 단독으로 제거할 때, 상기 제 1 냉매 회로를 폐쇄하고 상기 제 2 냉매 회로를 개방하여 상기 응축기의 가열된 냉매를 상기 제 2 증발기로 유입시키면서 상기 제 2 제상 히터를 가동하는 냉각 장치의 제어 방법.
21. 제 20 항에 있어서,

    상기 제 2 증발기의 단독 제상이 완료되면 상기 제 1 및 제 2 냉매 회로를 모두 개방하여 상기 제 1 및 제 2 냉매 회로 전체에 걸쳐 냉매의 압력 평형이 이루어지도록 하는 냉각 장치의 제어 방법.
22. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 상기 유로 전환 장치를 제어하여 상기 제 1 팽창 장치와 상기 제 2 팽창 장치 각각에서의 냉매의 독립적인 팽창을 통해 상기 제 1 및 제 2 증발기 각각에서 서로 다른 두 개의 증발 온도를 획득하는 제 1 냉각 모드와;

    상기 제 2 냉매 회로를 통해 냉매가 유동하도록 상기 유로 전환 장치를 제어하여 상기 제 3 팽창 장치에 의한 냉매의 팽창을 통해 상기 제 2 증발기에서 단일의 증발 온도를 획득하는 제 2 냉각 모드를 구비하는 냉각 장치.
23. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 2 및 제 3 팽창 장치에서 이루어지는 냉매의 감압 정도가 상기 제 2 증발기에서 요구되는 증발 온도를 얻기 위한 크기인 냉각 장치.
24. 제 14 항에 있어서,

    상기 제상 히터의 가열 온도가 상기 제 1 냉각실의 목표 온도 이내로 제한하여 상기 제 1 냉각실의 온도가 상기 목표 온도를 초과하지 않도록 하는 냉각 장치의 제어 방법.
25. 제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

    상기 제 1 설정 시간이 경과하면 상기 제 1 및 제 2 냉매 회로를 모두 개방하여 상기 제 1 및 제 2 냉매 회로 전체에 걸쳐 냉매의 압력 평형이 이루어지도록 하는 냉각 장치의 제어 방법.
26. 제 18 항에 있어서,

    상기 제상이 완료되어 상기 제 1 및 제 2 제상 히터의 가동이 정지되면 상기 제 1 및 제 2 증발기 팬과 상기 응축기 팬을 가동함으로써 상기 제 1 및 제 2 제상 히터의 가동에 의해 상승한 냉매의 압력을 낮춰 상기 압축기의 재기동을 원활하게 하는 냉각 장치의 제어 방법.
27. 제 1 항에 있어서,

    상기 제 1 냉매 회로가 냉장실과 냉동실을 냉각하고, 상기 제 2 냉매 회로가 냉동실만을 냉각하는 냉각 장치.

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