KR0154444B1 - 냉동사이클장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동 사이클장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 냉동 사이클장치는 압축수단(20), 응축수단(30), 구동부 일체형 팽창수단(40), 증발수단(50)이 냉매관(60)에 의해 차례로 연결된다. 구동부 일체형 팽창수단(40)은, 일측에 냉매흡입구가 형성되고 타측에 냉매토출구가 형성된 통상의 케이싱(410), 케이싱에 설치되는 외측 회전부재(420)와 내측 회전부재(430), 내측 회전부재에 설치된 회전축(440), 회전축에 설치된 냉각팬(450)을 구비한다. 외측 회전부재와 내측회전부재는 자기력을 이용하여 함께 회동하도록 자석을 구비하거나 자성체로 만들어진다.

따라서, 팽창과정중의 압력강하로 발생된 일을 냉각팬을 구동하기 위한 구동원으로 사용하여 전체 에너지 효율을 높일 수 있다.

Description

냉동사이클 장치

제1도는 종래 냉동장치의 사이클 구성도.

제2도는 본 발명에 따른 냉동사이클장치의 개략적인 구성도.

제3도는 본 발명에 채용된 구동부 일체형 팽창수단를 도시한 것으로 (가)는 종단면도, (b)는 (a)의 나-나선에 따른 단면도.

제4도는 본 발명에 채용된 구동부 일체형 팽창수단을 냉각팬으로 응축수단을 냉각시키는 상태를 보인 도면.

제5도는 본 발명에 채용된 팬모터 일체형 팽창수단의 냉각팬으로 증발수단을 냉각시키는 상태를 보인 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 압축수단 30 : 응축수단

40 : 구동부 일체형 팽창수단 50 : 증발수단

410 : 케이싱 420 : 외측 회전부재

430 : 내측 회전부재 440 : 회전축

450 : 냉각팬

본 발명은 냉동 사이클장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 응축기와 증발기 등의 열교환기를 강제 냉각시키기 위한 구동부와 냉매를 팽창시키기 위한 팽창장치를 일체로 형성시켜 팽창장치내의 압력강하에 의해 발생된 일(에너지)를 구동원으로 이용함으로써 전체 에너지 효율을 향상시킨 냉동 사이클장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고나 냉방장치 등에 이용되는 냉동 사이클장치는 냉매관 내부를 흐르는 냉매의 상태변화에 의한 열의 수수(授受)를 이용하여 냉동을 수행하는 것으로, 제1도에 도시한 바와 같이, 압축기(1), 응축기(2), 팽창장치(3), 그리고 증발기(4)가 냉매관(5)에 의해 차례로 연결되어 구성된다.

압축기(1)는 저온 저압의 냉매가스를 흡입하여 고온 고압으로 압축하여 응축기(2)에 토출시키고, 응축기(2)는 이 고온 고압의 냉매가스를 열교환을 통하여 액상의 냉매로 바꾸어준다. 응축기(2)로부터 액상으로 유출된 냉매는 팽창장치(3)를 통과하면서 압력강하를 일으켜 저압의 냉매가 되며, 이러한 저압 상태의 냉매는 증발기(4)를 거치는 동안 기체 상태로 증발되면서 주위로부터 열을 흡수하여 냉방 또는 냉동 작용을 수행한다. 증발기(4)를 통과한 냉매가스는 다시 압축기(1)에 흡입되어 동일한 사이클을 반복하는 것이다.

이러한 종래 냉동 사이클장치에서는 열교환 성능을 향상시키기 위해 응축기 부위에 냉각팬이 설치되거나 증발기에서 생성된 냉기의 원활한 공급을 위해 증발기 부위에 냉각팬이 설치되며, 대형 냉동장치인 경우에는 압축기에서의 압축에 따른 고열을 방열시키기 위해 압축기 부위에 냉각팬이 설치된다. 이러한 냉각팬은 압축기를 구동시키기 위한 구동모터외에 별도의 팬모터에 의해 구동된다. 따라서 이러한 냉각팬을 구동시키기 위한 별도의 소비전력이 요구되어 전체 에너지 효율을 감소시키는 문제점이 있었다. 또한 종래 냉동 사이클장치에서는 팽창장치로서 모세관이나 팽창 밸브를 사용하므로 감압되는 과정에서 배관 손실 등의 비가역적 손실이 크게 되고 이에 따라 에너지 효율을 더욱 감소시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 전체 에너지 효율을 향상시킨 냉동 사이클장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 팽창장치에서의 압력강하에 의한 일량의 변화를 냉각팬을 구동시키기 위한 구동원으로 사용함으로써 소비전력을 감소시킬 수 있는 냉동 사이클장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉동 사이클장치는, 저압의 냉매를 흡입하여 고압의 냉매가스로 압축하는 압축수단, 상기 압축수단과 냉매관에 의해 연결되며 상기 압축수단으로부터 토출된 냉매가스를 열교환시켜 응축하는 응축수단, 상기 응축수단과 냉매관에 의해 연결되며, 상기 응축수단으로부터 나온 고압의 냉매를 감압시킴과 동시에 그 내부를 흐르는 냉매에 의해 회전력을 발생시키는 구동부 일체형 팽창수단, 일측은 상기 구동부 일체형 팽창수단과 냉매관에 의해 연결되며, 타측은 상기 압축수단과 냉매관에 의해 연결되어 냉매를 증발시키는 증발수단을 구비하고, 상기 구동부 일체형 팽창수단은, 일측에 냉매흡입구가 형성되고 타측에 냉매토출구가 형성된 외통, 상기 외통의 내측에 설치되며 중공부를 형성하는 내통, 상기 외통과 내통을 연결하여 이들 사이에 밀폐공간을 형성하는 양측판을 구비하는 케이싱과, 상기 외통의 밀폐공간에 설치되며 그 외주면에 다수의 날개가 배치된 외측 회전부재와, 상기 내통의 중공부에 설치된 내측 회전부재와, 상기 내측 회전부재에 설치된 회전축과, 상기 회전축에 설치된 냉각팬을 구비하고, 상기 외측 회전부재와 상기 내측 회전부재는 각각 서로 다른 극성이 교대로 배열된 자석을 구비하여, 상기 외측 회전부재가 회전함에 따라 자기력에 의해 상기 내측 회전부재가 회전하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 첨부도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

제2도는 본 발명에 따른 냉동사이클장치의 개략적인 구성도이다. 이에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉동 사이클장치(10)는, 냉매가스를 흡입하여 압축하는 압축수단(20), 압축된 냉매를 응축시키는 응축수단(30), 응축된 냉매를 감압시킴과 동시에 그 내부를 흐르는 냉매에 의해 회전력을 발생시키는 구동부 일체형 팽창수단(40), 팽창된 냉매를 증발시키는 증발수단(50)이 냉매관(60)에 의해 차례로 연결되어 구성된다.

압축수단(20)은 통상의 압축기가 채용되며, 전원이 인가되면 자체에 내장된 구동장치의 구동에 의해 저온 저압의 냉매를 흡입하여 고온 고압의 냉매가스로 압축한 후 냉매관(60)을 통해 응축수단(30)에 토출한다.

응축수단(30)은 통상의 응축기로서, 압축수단(20)에 의해 압축된 고압 상태의 냉매는 이 응축수단(30)에 유입되어 열교환을 거치면서 액체 냉매로 응축된 후 냉매관(60)을 통해 구동부 일체형 팽창수단(40)으로 유출된다. 응축수단(30)에서의 열교환은 자연대류에 의한 열교환과 강제대류, 즉 냉각팬을 사용한 열교환으로 나누어지는데, 본 실시예에서는 냉각팬을 사용하는 강제대류방식이 적용된다.

구동부 일체형 팽창수단(40)은 본 발명의 특징적 요소로서, 제3도의 (가)에 도시한 바와 같이, 일측에 냉매흡입구(411)가 형성되고, 타측에 냉매 토출구(412)가 형성된 케이싱(410)에 외측 회전부재(420)와 내측 회전부재(430)가 내장되어 구성된다. 케이싱(410)은 외통(413)과 외통(413)의 내측으로 소정간격 이격되며, 그 내측에 중공부(414)를 형성하는 내통(415)과 외통(413)과 내통(415)을 양측에서 연결하여 이들 사이에 밀폐공간(414a)을 형성하는 양측판(416)을 구비한다. 냉매 흡입구(411)와 냉매 토출구(412)는 외통(413)에 형성된다.

외측 회전부재(420)는 내통(415)의 외측을 감싸도록 케이싱(410)의 밀폐공간(414a)에 설치되며, 내측 회전부재(430)는 중공부(414)에 설치된다. 외측 회전부재(420)의 외주면에는 냉매 흡입구(411)를 통해 흡입되는 냉매의 유체에너지를 외측 회전부재(420)를 회전시키기 위한 회전 운동에너지로 전환하기 위한 다수의 날개(421)가 소정 간격을 유지한 채 배치된다.

외측 회전부재(420)는 자신의 회전 운동에너지를 자기력을 이용해 내측 회전부재(430)에 전달할 수 있도록 자석(422)을 구비한다. 이 자석(422)은 서로 다른 극성인 N극과 S극이 교대로 배열되어 구성된다. 이러한 외측 회전부재(420)은 전체가 자석으로 만들어 질 수도 있고 일부분이 자석으로 만들어 질 수도 있다. 내측 회전부재(430)도 자기력에 의해 외측 회전부재(42)의 회전력을 전달 받을 수 있도록 서로 다른 극성인 N극과 S극이 교대로 배열된 자성체로 이루어진다. 물론 내측 회전부재(430)도 외측 회전부재(420)와 동일하게 일부분에 자석이 설치될 수 있고 전체가 자성체로 형성될 수 있다. 이러한 내측 회전부재(430)의 각 극성은 이와 대향하는 외측 회전부재(420)의 자석(422)의 각 극성과 반대로 극성이 되도록 배열된다. 즉, 외측 회전부재(420)와 내측 회전부재(430)는 서로 다른 극성이 대향되도록 극성을 배열하여 외측 회전부재(420)가 회전함에 따라 이들 사이에 작용하는 인력(引力)에 의해 내측 회전부재(430)가 회전하도록 된 것이다.

외측 회전부재(420)의 회전력이 최대한 내측 회전부재(430)에 전달되기 위해 내통(415)과 외측 회전부재(420) 및 내측 회전부재(430) 사이에 양쪽에 또는 어느 한 쪽에 미끄럼 베어링(470)이 설치된다. 물론 볼과 롤러와 같은 전동체를 사용하는 구름 베어링이 설치될 수도 있다. 동일한 목적을 달성하기 위해서 내통 자체를 미끄럼 베어링으로 만들 수 있다.

한편, 제3도의 (b)에 도시한 바와 같이, 내측 회전부재(430)에는 이와 함께 회전하는 회전축(440)이 설치되고, 이 회전축(440)에는 냉각팬(450)이 설치된다. 즉, 내측 회전부재(430)에는 이로부터 연장하여 형성된 회전축(440)이 설치되고, 이 회전축(440)의 길게 연장된 쪽의 일단에는 냉각팬(450)이 설치되고 타단에는 회전축(440)을 지지하도록 베어링(460)이 설치된다. 이 회전축(440)을 냉각이 요구되는 소정부위까지 연장함으로써 구동부 일체형 팽창수단(40)은 감압작용을 수행함과 동시에 냉각작용을 위한 구동원으로서의 역할을 수행하는 것이다.

제4도는 냉각팬(450)이 응축수단(30)에 인접하도록 설치되어 응축수단(30)의 열교환을 보조하는 상태를 도시하고 있고, 제5도는 냉각팬(450)이 증발수단(50)에 인접하도록 설치되어 증발수단(50)의 열교환을 보조하는 상태를 도시하고 있다. 동일한 원리로 냉각팬(450)을 압축수단(20)에 인접 설치하여 압축수단(20)의 방열을 돕도록 형성시킬 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉동 사이클장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

먼저 압축수단(20)이 구동됨에 따라 저온 저압의 냉매는 고압으로 압축되어 응축수단(30)으로 토출되고 응축된 냉매는 본 발명의 특징적 요소인 구동부 일체형 팽창수단(40)으로 유입된다. 즉 외통(413)에 형성된 냉매흡입구(411)를 통해서 흡입된 냉매는 날개(421)에 부딪혀서 외측 외전부재(420)를 회전시킨다. 외측 회전부재(420)가 회전함에 따라 외측 회전부재(420)와 내측 회전부재(430) 사이에는 자기력이 작용하고 이 자기력에 의해 내측 회전부재(430)는 외측 회전부재(420)와 함께 회전한다. 내측 회전부재(430)의 회전운동은 회전축(440)에 전달되고 이에 따라 냉각팬(450)이 작동하여 열교환기인 응축수단(30) 또는 증발수단(50)의 열교환을 돕게된다. 이때 외측 회전부재(420)와 내측 회전부재(430)는 내통(415)에 의해 분리되고 케이싱(410) 내부는 밀폐되어 있으므로 유입된 공기는 내측 회전부재(430) 또는 회전축(440) 쪽으로 누설되지 않게 된다.

한편, 구동부 일체형 팽창수단(40)에서의 에너지 변화를 열역학 제1법칙에 의한 에너지식을 사용하여 나타내면 다음과 같다.

일(에너지) = 내부에너지 변화량 + 압력변화량 + 운동에너지 변화량

여기서 내부에너지의 변화량과 속도에 의해 좌우되는 운동에너지 변화량은 무시할 수 있으므로 일의 양은 압력의 변화량(압력강하량)으로 표현된다. 즉, 냉매흡입구(411)로 들어오는 냉매가 외부 회전부재(420)를 회전시키면서 일을 하게 되고 이일의 양이 압력강하로 나타나서 팽창과정을 겪게 된다. 따라서, 본 발명에 따른 구동부 일체형 팽창수단(40)은 고유의 팽창작용을 수행함과 동시에 냉각팬을 구동하기 위한 구동원으로서의 역할도 수행하는 것이다.

이렇게 팽창된 냉매는 냉매토출구(412)로 토출되어 증발수단(50)을 통과하면서 증발되어 냉동 또는 냉방작용을 수행한 후 다시 압축수단(60)에 흡입되어 동일한 사이클을 반복하게 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉동 사이클 장치는 구동부 일체형 팽창수단을 채용함으로써 팽창과정 중의 압력강하로 발생되는 일의 변화를 냉각팬을 구동하기 위한 구동원으로 사용하여 전체 에너지 효율을 향상시키는 이점이 있다. 또한, 내부 회전부재와 외부 회전부재가 분리되어 구성되므로 냉매가 회전축 쪽으로 누설되는 것이 방지된다.

Claims (4)

1. 저압의 냉매를 흡입하여 고압의 냉매가스로 압축하는 압축수단, 상기 압축수단과 냉매관에 의해 연결되며 상기 압축수단으로부터 토출된 냉매가스를 열교환시켜 응축하는 응축수단, 상기 응축수단과 냉매관에 의해 연결되며, 상기 응축수단으로부터 나온 고압의 냉매를 감압시킴과 동시에 그 내부를 흐르는 냉매에 의해 회전력을 발생시키는 구동부 일체형 팽창수단, 일측은 상기 구동부 일체형 팽창수단과 냉매관에 의해 연결되며, 타측은 상기 압축수단과 냉매관에 의해 연결되어 냉매를 증발시키는 증발수단을 구비하고, 상기 구동부 일체형 팽창수단은, 일측에 냉매흡입구가 형성되고 타측에 냉매토출구가 형성된 외통, 상기 외통의 내측에 설치되며 중공부를 형성하는 내통, 상기 외통과 내통을 연결하여 이들 사이에 밀폐공간을 형성하는 양측판을 구비하는 케이싱과, 상기 외통의 밀폐공간에 설치되며 그 외주면에 다수의 날개가 배치된 외측 회전부재와, 상기 내통의 중공부에 설치된 내측 회전부재와, 상기 내측 회전부재에 설치된 회전축과, 상기 회전축에 설치된 냉각팬을 구비하고, 상기 외측 회전부재와 상기 내측 회전부재는 각각 서로 다른 극성이 교대로 배열된 자석을 구비하여, 상기 외측 회전부재가 회전함에 따라 자기력에 의해 상기 내측 회전부재가 회전하는 것을 특징으로 하는 냉동 사는 냉동 사이클장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 내통과 접촉되는 상기 외측 회전부재와 내측 회전부재의 적어도 어느 하나에는 베어링이 설치된 것을 특징으로 하는 냉동 사이클 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 냉각팬은 상기 응축수단에 인접하도록 위치된 것을 특징으로 하는 냉동 사이클장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 냉각팬은 상기 증발수단에 인접하도록 위치된 것을 특징으로 하는 냉동 사이클장치.