KR0146329B1 - 냉동사이클장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동사이클내를 순환하는 고비등점냉매와 저비등점냉매의 조성을 변하게 하여 증발기로 유입되는 냉매의 중량유량을 가변시키고 주변환경에 따라 증발기 입구온도를 적절하게 가변시킬 수 있도록 한 냉동사이클장치에 관한 것이다.

이러한 본 발명은 제1응축기와 제2응축기 사이에 액체냉매와 냉매가스를 분리하는 기액분리기를 설치하고, 기액분리기와 액측 연결배관 사이에는 기액분리기의 바닥에 고인 액체냉매를 액측 연결배관으로 보내는 바이패스 냉매배관과, 바이패스 냉매배관의 중간에 설치되어 고압의 액체냉매를 저압으로 교축하는 제2 교축장치를 설치하며, 제2응축기와 제1교축장치 사이의 배관에 기액분리기에 남아있는 저비등점성분을 많이 함유한 냉매가스의 양을 조절하는 유량제어밸브를 설치하여, 유량제어밸브의 개도를 조절하면 증발기로 들어가는 비공비 혼합냉매의 조성이 변하여 증발기 입구온도가 가변되도록 한 것이다.

Description

냉동사이클장치

제1도는 종래의 비공비 혼합냉매를 사용하는 냉동사이클장치 구성도.

제2도는 제1도에서 비공비 혼합냉매의 조성 대 온도의 특성곡선을 나타낸 그래프.

제3도는 본 발명의 비공비 혼합냉매를 사용하는 냉동사이클장치의 구성도.

제4도는 제3도에서 비공비 혼합냉매의 조성 대 온도의 특성곡선을 나타낸 그래프.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1:압축기 2,3:응축기

4,10:교축장치 5,7:연결배관

6:증발기 8:기액분리기

9:바이패스 냉매배관 11:유량제어밸브

본 발명은 비공비 혼합냉매를 사용하는 압축식 냉동장치에 관한 것으로, 특히 냉동사이클내를 순환하는 고비등점냉매와 저비등점 냉매의 조성을 변하게 함으로써 증발기로 유입되는 냉매의 중량유량을 가변시키고 주변환경에 따라 증발기 입구온도를 적절하게 가변시킬 수 있도록 한 냉동사이클장치에 관한 것이다.

종래의 비공비 혼합냉매를 사용하는 냉동사이클장치는 제1도에 도시된 바와 같이, 가스측 연결배관(7)을 통하여 흡입된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 만드는 압축기(1)와, 외기로 열을 방출하여 압축기(1)에서 토출된 냉매중 고비등점 성분의 냉매를 먼저 응축하는 제1응축기(2)와, 제1응축기(2)에서 나온 냉매를 다시 응축하여 비공비 혼합냉매를 완전히 액체상태로 만드는 제2응축기(3)와, 제2응축기(3)에서 나온 고압의 액체냉매를 저압으로 교축하여 액측 연결배관(5)으로 보내는 교축장치(4)와, 외기로부터 열을 빼앗아 액측 연결배관(5)을 통해 유입된 액체냉매를 기체상태로 만들고 이 기체냉매를 가스측 연결배관(7)으로 보내는 증발기(6)가 순차적으로 접속되어 있었다.

이와 같이 구성된 종래의 냉동사이클장치의 작용을 제2도의 특성그래프를 이용하여 설명한다.

제2도는 종래의 냉동사이클장치에서 비공비 혼합냉매의 조성 대 온도의 특성곡선을 나타낸 그래프로서, 고압측의 압력(P_H)과 저압측의 압력(P_L)을 변수로 하여 표시하고 있다.

여기서, 고압측의 압력(P_H)은 제1응축기(2), 제2응축기(30)의 압력에 해당하고, 저압측의 압력(P_L)은 액측 연결배관(5), 증발기(6), 가스측 연결배관(7)의 압력에 해당한다.

제2도의 특성그래프에 표시한 a-h점은 제1도의 냉동사이클장치에서 표시한 a-h점에서의 압력, 온도, 혼합냉매의 조성과 대응하고 있다.

먼저, 압축기(1)에서 토출된 냉매가스는 제2도의 a점에서와 같이 고온고압의 상태로 표시되고, 이 냉매가스는 제1응축기(2)로 들어가 고비등점 성분의 냉매가 먼저 응축된다.

제1응축기(2)에서 제2도의 b점과 같은 상태로 응축된 냉매는 제2응축기(3)로 유입되고, 여기서 다시 응축되어 비공비 혼합냉매가 제2도의 d점에서와 같이 완전히 액화된다.

제2도의 a-d점은 외기로 냉매의 열을 방출하는 열교환에 의해 생긴 응축과정으로서, 비공비 혼합냉매를 사용하기 때문에 온도강하가 생긴다.

제2응축기(3)에서 나온 액체냉매는 교축장치(4)를 통과하면서 저압(P_L)으로 교축되어 제2도의 e점과 같은 상태가 되고, 이 저압의 액체냉매는 액측 연결배관(5)을 통하여 증발기(6) 입구에서 제2도의 f점과 같은 상태가 된다.

증발기(6)로 유입된 액체냉매는 증발작용에 의해 기화되어 제2도의 g점에서와 같이 기체상태가 되고, 증발기(6)를 나온 냉매가스는 가스측 연결배관(7)을 통과하면서 제2도의 h점과 같은 상태로 압축기(1)로 흡입되며, 여기서 다시 고온고압의 냉매가스로 압축되어 전술된 과정들을 반복하게 된다.

여기서, 제2도의 f-g점은 외기로부터 열을 빼앗는 열교환에 의해 생긴 증발과정으로서, 비공비 혼합냉매를 사용하기 때문에 온도상승이 생긴다.

그러나 이러한 방식은 비공비 혼합냉매를 사용하는데 따른 일반적인 온도강하특성으로 인하여 증발기에서 증발이 진행됨에 따라 증발기의 입구온도가 떨어지게 되며, 이 온도강하현상을 서리형성의 원인이 되어 상기 냉동사이클이 적용된 냉동장치나 공기조화기의 신뢰성을 저하시키게 되는 문제점이 생긴다.

따라서, 본 발명의 목적은 주변환경에 따라 저비등점냉매가 흐르는 유량제어밸브의 개도를 조정하여 냉동사이클내를 순환하는 비공비 혼합냉매의 조성을 변하게 함으로써 증발기 입구온도를 적절하게 가변시킬 수 있도록 한 냉동사이클장치를 제공하는데 있다.

이하, 첨부된 제3도 및 제4도를 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

제3도는 본 발명의 비공비 혼합냉매를 사용하는 냉동사이클장치의 구성도이다.

이에 도시된 바와 같이, 가스측 연결배관(7)을 통하여 흡입된 냉매를 압축하여 고온고압의 기체상태로 만드는 압축기(1)와, 외기로 열을 방출하여 압축기(1)에서 토출된 냉매중 고비등점 성분의 냉매를 먼저 응축하는 제1응축기(2)와, 제1응축기(2)에서 나온 냉매를 다시 응축하여 비공비 혼합냉매를 완전히 액체상태로 만드는 제2응축기(3)와, 제2응축기(3)에서 나온 고압의 액체냉매를 저압으로 교축하여 액측 연결배관(5)으로 보내는 제1교축장치(4)와, 외기로부터 열을 빼앗아 액측 연결배관(5)을 통해 유입된 액체냉매를 기체상태로 만들고 이 기체냉매를 가스측 연결배관(7)으로 보내는 증발기(6)가 순차적으로 접속된 구성은 종래장치의 구성과 같다.

본 발명의 특징부는 상기 제1응축기(2)와 제2응축기(3)사이에 설치되어 제1응축기(2)에서 응축된 고비등점의 액체냉매와 저비등점의 기체냉매를 분리하는 기액분리기(8)와, 기액분리기(8)의 바닥에 고인 액체냉매를 액측 연결배관(5)으로 보내는 바이패스 냉매배관(9)과, 상기 바이패스 냉매배관(9)의 중간에 설치되어 고압의 액체냉매를 저압으로 교축하는 제2교축장치(10)와, 상기 제2응축기(3)와 제1교축장치(4) 사이에 설치되어 제1교축장치(4)로 유입되는 저비등점의 액체냉매의 양을 조절하는 유량제어밸브(11)이다.

상기와 같이 구성된 냉동사이클장치의 작용을 제4도의 특성그래프를 이용하여 설명한다.

제4도는 본 발명의 냉동사이클장치에서 비공비 혼합냉매의 조성 대 온도의 특성곡선을 나타낸 그래프로서, 고압측의 압력(P_H)과 저압측의 압력(P_L)을 변수로 하여 표시하고 있다.

여기서, 고압측의 압력(P_H)은 제1응축기(2), 기액분리기(8), 제2응축기(3), 유량제어밸브(11)의 압력에 해당하고, 저압측의 압력(P_L)은 액측 연결배관(5), 증발기(6), 가스측 연결배관(7)의 압력에 해당한다.

제4도의 특성그래프에 표시한 a₁-h₁점은 제3도의 냉동사이클장치에서 표시한 a₁-h₁점에서의 압력, 온도, 혼합냉매의 조성과 대응하고 있다.

먼저, 압축기(1)에서 토출된 냉매가스는 제4도의 a₁점에서와 같이 고온고압의 상태로 표시되고, 이 냉매가스는 제1응축기(2)로 들어가 고비등점 성분의 냉매가 먼저 액화된다.

제1응축기(2)에서 제4도의 b₁점과 같은 상태로 응축된 냉매는 기액분리기(8)로 유입되고, 여기서 제4도의 c₁점으로 표시된 기상성분과 c₂점으로 표시된 액상성분으로 분리된다.

기액분리기(8)의 바닥에 고인 액상성분(c₂)은 바이패스 냉매배관(9)을 통해 제2교축장치(10)로 들어가고, 상기 고압의 액상성분은 제2교축장치(10)를 통과하면서 저압(P_L)으로 교축되어 제4도의 c₂점의 상태가 된다.

한편, 기액분리기(8)의 상부로 분리된 기상성분(c₁)은 제2응축기(3)로 들어가고, 여기서 다시 응축되어 비공비 혼합냉매가 제4도의 d1점에서와 같이 완전히 액화된다.

제4도의 a₁-d₁점은 외기로 냉매의 열을 방출하는 응축과정으로서, 비공비 혼합냉매를 사용하기 때문에 온도강하가 생긴다.

제2응축기(3)에서 나온 액체냉매는 제1교축장치(4)를 통과하면서 저압(P_L)으로 교축되어 제4도의 e₁점과 같은 상태가 되고, 제4도에서 e₁점, e₂점으로 표시된 저압의 액체냉매는 서로 혼합되어 e점의 상태가 된 후 액측 연결배관(5)으로 유입된다.

그런데 기액분리기(8)에서 분리된 가스냉매(c₁점)는 냉동사이클내에 채워진 냉매보다 저비등점냉매를 많이 함유하고 있다.

그러므로 유량제어밸브(11)의 개도를 조절하여 기액분리기(8)내에 괴어있는 가스냉매량을 a₁-d₁점의 상태로 사이클을 운전할 때 기액분리기(8)내에 괴어있는 가스냉매량보다 약간 많게 하면, 사이클내를 순환하는 냉매의 조성은 고비등점 성분이 많게 되어 제4도에서 a₁점이 a₁'점으로 이동하고, 이에 따라 b₁, e, f₁, g₁, h₁점도 각각 b₁', e', f₁', g₁', h₁'점으로 이동하게 된다.

일반적으로 고비등점의 냉매는 저비등점의 냉매보다 비교적 높은 온도에서 증발을 한다.

그러므로 유량제어밸브(11)의 개도를 조절하여 기액분리기(8)내에 남아있는 저비등점 성분을 많이 함유한 가스냉매량을 변화시키면, 증발기(6)로 흘러 들어가는 냉매의 조성(제4도에서 f₁, f₁'점)이 변화되므로 증발기(6) 입구온도를 가변시킬 수 있어 주변환경에 따라 적절한 온도로 제어할 수 있다.

증발기(6)로 유입된 액체냉매는 외기로부터 빼앗은 열에 의해 증발되어 기화되고, 증발기(6)를 나온 냉매가스는 가스측 연결배관(7)을 통과하여 압축기(1)로 흡입되며, 여기서 다시 고온고압의 냉매가스로 압축되어 전술된 과정들을 반복하게 된다.

이상에서와 같이 본 발명은 주변환경에 따라 저비등점성분이 많이 함유된 냉매가 흐르는 유량제어밸브의 개도를 조절하여 냉동사이클내를 순환하는 비공비 혼합냉매의 조성을 변하게 하므로 증발기 입구온도를 적절하게 가변시킬 수 있어 비공비 혼합냉매를 사용하는데 따른 온도강하현상으로 인해 서리가 생기는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 압축기와 제1응축기와 제2응축기와 제1교축장치와 액측 연결배관과 증발기와 가스측 연결배관이 환상으로 순차연결되어 비공비 혼합냉매를 순환시키는 냉동사이클 장치에 있어서, 상기 제1응축기와 제2응축기 사이에 설치되어 제1응축기에서 응축된 고비등점성분의 액체냉매와 저비등점성분의 냉매가스를 분리하는 기액분리기와; 기액분리기의 바닥에 고인 액체냉매를 액측 연결배관으로 바이패스하도록 상기 기액분리기와 상기 연결배관의 제1교축장치의 하부를 접속시키는 바이패스 냉매배관과; 상기 바이패스 냉매배관의 중간에 설치되어 고압의 액체냉매를 저압으로 교축하는 제2교축장치와; 상기 기액분리기와 제1교축장치 사이의 어느 한 위치에 설치되어 기액분리기에 남아있는 저비등점성분을 많이 함유한 냉매가스의 양을 조절하는 유량제어밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 유량제어밸브를 상기 제2응축기와 제1교축장치 사이의 배관에 설치하도록 한 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 유량제어밸브의 개도를 조절하여 저비등점성분에 비해 고비등점성분이 많아지도록 증발기로 들어가는 비공비 혼합냉매의 조성을 변화시켜 증발기 입구온도를 제어하도록 한 것을 특징으로 하는 냉동사이클 장치.