KR20010037714A - 두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템에 관한 것으로서, 본 발명은 냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 제 1 압력으로 감압시키는 냉동실용 팽창수단과, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 제 2 압력으로 감압시키는 냉장실용 팽창수단과, 상기 냉동실용 팽창수단에서 팽창된 냉매를 기화시켜 냉동실로 제공될 주위의 공기를 제 1 온도로 냉각시키는 냉동실용 증발기와, 상기 냉장실용 팽창수단에서 팽창된 냉매를 기화시켜 냉장실로 제공될 주위의 온도를 제 2 온도로 냉각시키는 냉장실용 증발기와, 상기 냉동실용 증발기와 냉장실용 증발기를 통과한 냉매를 서로 혼합하여 압력을 상승시킨 후 상기 압축기로 공급하는 이젝터(Ejector)를 포함하여 구성됨으로써 순수냉매에 적용 가능한 단일루프사이클을 구성하게 되어 최소한의 부대비용만으로 에너지 효율을 극대화시킬 수 있도록 한 것이다.

Description

두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템{REFRIGERATION SYSTEM OF REFRIGERATOR WITH TWO EVAPORATORS}

본 발명은 두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템에 관한 것으로서, 특히 냉동실용 증발기와 냉장실용 증발기를 통과한 냉매를 이젝터(Ejector)를 통해 서로 혼합하여 압력을 증가시킨 후 압축기로 공급하는 두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템에 관한 것이다.

도 1은 종래 기술에 따른 냉장고의 냉동 시스템이 개략적으로 도시된 블록도이고, 도 2는 종래 기술에 따른 냉동 사이클의 압력-엔탈피 선도가 도시된 그래프이다.

도 1을 참조하면 종래 기술에 따른 냉장고의 냉동 시스템은, 냉매를 압축시켜 고온고압의 증기상태로 변환시키는 압축기(1)와, 상기 압축기(1)를 통해 고온고압의 증기상태가 된 냉매를 주위의 공기와 열교환시켜 냉매를 고압의 액상태로 응축시킴과 동시에 공기의 온도를 상승시키는 응축기(2)와, 상기 응축기(2)를 통해 고압의 액상태가 된 냉매가 증발하기 쉬운 상태가 되도록 감압시키는 팽창기구(4)와, 상기 팽창기구(4)를 통해 저온저압의 저건도 상태가 된 냉매를 주위의 공기와 열교환시켜 냉매를 저온저압의 증기상태로 변환시킴과 동시에 공기의 온도를 감소시키는 증발기(5)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 압축기(1)와 응축기(2)는 냉장고의 기계실에 설치되고, 상기 응축기(2) 측에는 응축기(2)를 방열시키기 위한 방열팬(3)과, 상기 방열팬(3)에 동력을 공급하기 위한 모터가 설치되어 있다.

또한, 상기 증발기(5)는 냉장고의 냉동실 뒤쪽에 설치되어 냉동실과 냉장실에 냉기를 제공하고, 상기 증발기(5) 측에는 증발기(5)를 흡열시키기 위한 냉동팬(6)과, 상기 냉동팬(6)에 동력을 공급하기 위한 모터가 설치되어 있다.

상기와 같이 구성된 냉장고의 냉동 시스템의 작용효과를 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 압축기(1)로 유입된 저온저압 상태(a)의 냉매는 상기 압축기(1)에 의해 압축되어 고온고압의 증기상태(b)로 변화된 후 응축기(2)로 흡입되고, 상기 응축기(2)는 열을 방출하여 냉매를 상온고압의 액상태(c 또는 cf)로 변화시킨다.

이후, 상기 응축기(2)에 의해 응축된 냉매는 팽창기구(4)를 지나면서 그중 일부가 감압되어 등엔탈피적으로 팽창됨으로써 액체와 기체가 혼합된 2상 상태(d)가 된다.

이후, 증발기(5)로 흡입된 냉매는 완전히 기화되면서 저온저압 상태(a 또는 ag)로 변화되고, 이 과정에서 주위의 열을 빼앗아 주변을 냉각시키게 된다.

이와 같이 상기 증발기(5)에 의해서 냉각된 공기가 냉기덕트와 유량조절기를 통해 냉동실과 냉장실로 각각 제공됨으로써 상기한 냉동실과 냉장실의 온도는 각각 -18℃와 4℃로 일정하게 유지된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 냉동 시스템은 냉동실 뒤쪽에 설치된 하나의 증발기(5)만으로 냉동실과 냉장실을 서로 다른 온도로 냉각시켜야 하기 때문에 상기 증발기(5)에서의 냉매의 증발압력이 냉장실의 온도보다도 낮은 포화온도에 해당되는 압력으로 맞춰지게 되어 증발기(5)와 응축기(2) 사이의 압력차가 커지고, 이로 인해 압축기(1)의 압축일이 커지게 되어 냉장고의 에너지 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

또한, 상기한 종래의 냉동 시스템은 상기 증발기(5)에 의해 냉각된 공기를 냉동실과 냉장실로 분배하여 공급하는 과정에서 상기한 냉동실과 냉장실의 공기가 서로 섞이게 되므로 냉장실의 수분과 음식냄새가 냉동실로 유입되어 냉장고 고내의 쾌적성이 저하되는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라, 종래의 냉동 시스템은 냉장실에서 유입된 수분이 온도가 매우 낮은 증발기(5)의 표면에 서리층을 형성시키기 때문에 상기 증발기(5)의 열전달 효율이 저하되는 동시에 상기 증발기(5)를 통과하는 풍량이 감소되는 문제점이 있었다.

또한, 상기한 종래의 냉동 시스템은 증발기(5)의 표면에 형성된 서리층을 제거하기 위하여 전기히터를 사용하는 제상 시스템을 구비해야 하는데, 이때 상기한 전기히터가 냉장고의 전체 전력소비량의 약 5∼10% 정도의 매우 큰 비중을 차지하는 전력량을 소비하기 때문에 시스템 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.

상기한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위한 방안으로 두 개의 증발기를 구비한 냉동 시스템이 개발되고 있다. 이러한 두 개의 증발기를 구비한 냉동 시스템에는 여러 가지 종류가 있으며, 대표적인 예로는 이중루프사이클(Dual-loop cycle)과 단일루프사이클(Single-loop cycle)을 들 수 있다.

상기한 이중루프사이클은 서로 다른 증발온도를 갖는 2개의 독립적인 냉동 사이클로 이루어진 것으로서, 냉장실 쪽의 사이클에서 높은 증발 압력으로 인해 응축기와의 압력차가 감소되어 압축기의 압축일이 현격히 줄어들게 되므로 에너지 효율의 측면에서는 유리하지만, 상기 압축기와 증발기를 각각 2개씩 사용해야 하여 시스템의 부대비용이 증가하므로 그 효용성이 떨어지는 문제점이 있다.

이에 비해, 로렌츠-모이츠너사이클(Lorentz-Meutzner cycle)로 대표되는 단일루프사이클은 하나의 압축기와 2개의 증발기를 사용하는 것으로서 1개의 증발기만 추가 설치하면 되기 때문에 부대비용의 증가로 인한 효용성 저하의 문제는 해결할 수 있게 되나, 혼합냉매에만 적용이 가능하기 때문에 사용 가능한 혼합냉매를 개발한 후 이 냉매를 값싸게 보급할 수 있어야 한다는 선결과제를 먼저 해결해야 하는 문제점이 있다.

상기한 바와 같은 문제점을 감안하여 안출한 본 발명의 목적은, 냉동실용 증발기와 냉장실용 증발기를 통과한 냉매를 이젝터를 통해 서로 혼합하여 압력을 증가시킨 후 압축기로 공급함으로써 순수냉매에 적용 가능한 단일루프사이클을 구성하게 되어 최소한의 부대비용만으로 에너지 효율을 극대화시킬 수 있도록 하는 두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템을 제공함에 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 냉장고의 냉동 시스템이 개략적으로 도시된 블록도,

도 2는 종래 기술에 따른 냉동 사이클의 압력-엔탈피 선도가 도시된 그래프,

도 3은 본 발명에 따른 두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템이 도시된 구성도,

도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 냉장고의 냉동 시스템이 도시된 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 냉동 사이클의 압력-엔탈피 선도가 도시된 그래프,

도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 냉장고의 냉동 시스템이 도시된 구성도이다.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

51 : 압축기 53 : 응축기

56 : 냉동실용 팽창수단 58 : 냉장실용 팽창수단

61 : 냉동실용 증발기 63 : 냉장실용 증발기

65 : 이젝터 67 : 예열기

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 제 1 압력으로 감압시키는 냉동실용 팽창수단과, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 제 2 압력으로 감압시키는 냉장실용 팽창수단과, 상기 냉동실용 팽창수단에서 팽창된 냉매를 기화시켜 냉동실로 제공될 주위의 공기를 제 1 온도로 냉각시키는 냉동실용 증발기와, 상기 냉장실용 팽창수단에서 팽창된 냉매를 기화시켜 냉장실로 제공될 주위의 온도를 제 2 온도로 냉각시키는 냉장실용 증발기와, 상기 냉동실용 증발기와 냉장실용 증발기를 통과한 냉매를 서로 혼합하여 압력을 상승시킨 후 상기 압축기로 공급하는 이젝터(Ejector)를 포함한 것을 특징으로 하는 두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템이 제공된다.

이하, 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템이 도시된 구성도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 냉장고의 냉동 시스템이 도시된 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 냉동 사이클의 압력-엔탈피 선도가 도시된 그래프이고, 도 6은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 냉장고의 냉동 시스템이 도시된 구성도이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템은, 냉매를 압축시키는 압축기(51)와, 상기 압축기(51)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(53)와, 상기 응축기(53)에서 응축된 냉매를 제 1 압력으로 감압시키는 냉동실용 팽창수단(56)과, 상기 응축기(53)에서 응축된 냉매를 제 2 압력으로 감압시키는 냉장실용 팽창수단(58)과, 상기 냉동실용 팽창수단(56)에서 팽창된 냉매를 기화시켜 냉동실로 제공될 주위의 공기를 제 1 온도로 냉각시키는 냉동실용 증발기(61)와, 상기 냉장실용 팽창수단(58)에서 팽창된 냉매를 기화시켜 냉장실로 제공될 주위의 온도를 제 2 온도로 냉각시키는 냉장실용 증발기(63)와, 상기 냉동실용 증발기(61)와 냉장실용 증발기(63)를 통과한 냉매를 서로 혼합하여 압력을 상승시킨 후 상기 압축기(51)로 공급하는 이젝터(65)를 포함하여 구성된다.

여기서, 상기 냉동실용 팽창수단(56)과 냉장실용 팽창수단(58)은 각각 도 3에 도시된 바와 같이 전자팽창변(57, 59)으로 구성되거나, 도 4에 도시된 바와 같이 복수개의 모세관(57a, 57b, 57c; 59a, 59b, 59c)이 조합되어 이루어진 것으로서, 상기 응축기(53)에서 상기 냉동실용 증발기(61)와 냉장실용 증발기(63)로 이동되는 냉매의 유량을 조절할 수 있도록 되어 있다.

또한, 상기한 모세관(57a, 57b, 57c; 59a, 59b, 59c)의 조합으로 이루어진 각각의 팽창수단(56, 58)은 냉동실과 냉장실에 걸린 각각의 부하에 따라 냉매의 유로를 변경할 있도록 각각의 모세관(57a, 57b, 57c; 59a, 59b, 59c)들이 서로 분기되어 있으며, 이때 상기 모세관(57a, 57b, 57c; 59a, 59b, 59c) 대신 오리피스를 사용할 수도 있다.

또한, 상기 응축기(53) 측에는 응축기(53)를 방열시키기 위한 방열팬이 설치되고, 상기 냉동실용 증발기(61)와 냉장실용 증발기(63) 측에는 각각의 증발기(61, 63)를 흡열시키기 위한 흡열팬이 각각 설치되며, 상기한 방열팬과 흡열팬에는 동력을 공급하는 모터가 설치되어 있다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉장고의 냉동시스템을 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.

먼저, 압축기(51)로 유입된 저온저압 상태(a)의 냉매는 상기 압축기(1)에 의해 압축되어 고온고압의 증기상태(b)로 변화된 후 응축기(53)로 흡입되고, 상기 응축기(53)는 열을 방출하여 냉매를 상온고압의 액상태(c)로 변화시킨다.

이후, 상기 응축기(53)를 지난 냉매는 냉동실과 냉장실에 각각 걸려있는 부하에 따라 냉동실용 팽창수단(56)과 냉장실용 팽창수단(58)으로 이동된다. 이때, 상기 냉동실용 팽창수단(56)과 냉장실용 팽창수단(58)은 상기한 냉동실과 냉장실의 부하에 따라 냉동실용 증발기(61)와 냉장실용 증발기(63)로 알맞은 양의 냉매가 공급될 수 있도록 냉매의 유량을 조절하게 된다.

특히, 복수개의 모세관(57a, 57b, 57c; 59a, 59b, 59c)의 조합으로 이루어진 각각의 팽창수단(56, 58)은 상기 모세관(57a, 57b, 57c; 59a, 59b, 59c)들이 서로 분기되어 있으므로 냉동실과 냉장실의 부하에 따라 냉매의 유로를 변경시킬 수도 있다.

이후, 상기 냉동실용 팽창수단(56)을 지나는 냉매는 냉동실용 팽창수단(56)에 의해 제 1 압력을 가진 상태(d1)가 되도록 감압되고, 상기 냉장실용 팽창수단(58)을 지나는 냉매는 냉장실용 팽창수단(58)에 의해 제 2 압력을 가진 상태(d2)가 되도록 감압된다. 이때, 상기한 냉매는 냉동실용 팽창수단(56)과 냉장실용 팽창수단(58)을 통과하면서 등엔탈피적으로 팽창되어 액체와 기체가 혼합된 2상 상태가 된다.

상기와 같이 냉동실용 팽창수단(56)과 냉장실용 팽창수단(58)을 통과한 냉매는 각각 냉동실용 증발기(61)와 냉장실용 증발기(63)로 유입된 후 완전히 기화되면서 서로 다른 온도와 압력을 갖는 저온저압 상태(e1)(e2)로 변화되고, 이 과정에서 주위의 열을 빼앗아 주변의 공기를 제 1 온도와 제 2 온도로 냉각시키게 된다.

이렇게, 상기 냉동실용 증발기(61)와 냉장실용 증발기(63)에 의해 냉동실과 냉장실에 알맞은 온도로 냉각된 공기는 냉기덕트와 유량조절기를 통해 냉동실과 냉장실로 각각 제공된다.

이때, 상기 냉동실용 증발기(61)에 의해 냉각되어 냉동실로 공급되는 냉기와 상기 냉장실용 증발기(63)에 의해 냉각되어 냉장실로 공급되는 냉기의 유로는 서로 완전히 분리되어 냉동실의 냉기와 냉장실의 냉기가 서로 섞이지 않도록 되어 있다.

이후, 상기 냉동실용 증발기(61)와 냉장실용 증발기(63)를 지나면서 저온저압의 기체 상태가 된 냉매는 이젝터(65)로 유입되어 서로 혼합됨으로써 그 압력이 증가되고, 이렇게 상기 이젝터(65)에 의해 가압된 냉매는 다시 압축기(51)로 흡입되어 상기의 과정을 반복하게 된다.

상기에서, 미설명된 참조번호 52는 압축기(51)와 응축기(53) 사이에 설치되어 상기 응축기(53)에 냉매만이 유입되도록 냉매로부터 오일을 분리하는 오일분리기(Oil-separator)를 나타내고, 참조번호 54와 55는 각각 응축기(53)의 출구 쪽에 설치되어 냉매 속에 포함된 수분을 제거하는 드라이어(Drier)와 냉동실과 냉장실의 부하에 따라 냉매의 유량을 조절하는 수액기(Receiver)를 나타낸다.

또한, 참조번호 68과 69는 각각 압축기(51)의 입구 쪽에 설치되어 상기 압축기(51)로 기체 상태의 냉매만이 흡입되도록 기체 상태의 냉매와 액체 상태의 냉매를 분리하는 어큐뮬레이터(Accumulator)와 상기한 냉매 속에 포함된 불순물을 제거하는 스트레이너(Strainer)를 나타낸다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상기 이젝터(65)와 압축기(51) 사이에는 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 압축기(51)로 흡입되기 전에 냉매의 온도가 상승되도록 상기한 냉매를 가열하는 예열기(67)가 설치된다.

여기서, 상기 예열기(67)는 이젝터(65)를 통과한 저온의 냉매를 응축기(53)를 통과한 고온의 냉매와 서로 열교환시킴으로써 상기 이젝터(65)를 통과한 냉매를 가열시키도록 되어 있다.

상기와 같이 예열기(67)에 의해 응축기(53)를 통과한 냉매와 이젝터(65)를 통과한 냉매가 서로 열교환되면 상기 응축기(53)를 통과한 냉매는 과냉된 상태가 되어 각각의 팽창수단(56, 58)으로 유입되고 상기 이젝터(65)를 통과한 냉매는 과열된 상태가 되어 상기 압축기(51)로 유입되므로 상기 예열기(67)는 냉동 시스템의 에너지 효율을 향상시키는데 크게 기여하게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템은, 냉동실용 증발기와 냉장실용 증발기를 통과한 냉매를 이젝터를 통해 서로 혼합하여 압력을 증가시킨 후 압축기로 공급함으로써 순수냉매에 적용이 가능한 단일루프사이클을 구성하게 되어 최소한의 부대비용만으로 에너지 효율을 극대화시킬 수 있는 이점이 있다.

Claims (3)

1. 냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 제 1 압력으로 감압시키는 냉동실용 팽창수단과, 상기 응축기에서 응축된 냉매를 제 2 압력으로 감압시키는 냉장실용 팽창수단과, 상기 냉동실용 팽창수단에서 팽창된 냉매를 기화시켜 냉동실로 제공될 주위의 공기를 제 1 온도로 냉각시키는 냉동실용 증발기와, 상기 냉장실용 팽창수단에서 팽창된 냉매를 기화시켜 냉장실로 제공될 주위의 온도를 제 2 온도로 냉각시키는 냉장실용 증발기와, 상기 냉동실용 증발기와 냉장실용 증발기를 통과한 냉매를 서로 혼합하여 압력을 상승시킨 후 상기 압축기로 공급하는 이젝터(Ejector)를 포함한 것을 특징으로 하는 두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제 1 팽창수단과 제 2 팽창수단은 각각 전자팽창변으로 구성되거나 복수개의 모세관이 조합되어 이루어진 것을 특징으로 하는 두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 이젝터와 압축기 사이에는 상기 압축기로 흡입되기 전에 냉매의 온도가 상승되도록 상기한 냉매를 가열하는 예열기(Preheater)가 설치된 것을 특징으로 하는 두 개의 증발기를 구비한 냉장고의 냉동 시스템.