KR0155652B1 - 액가스열교환기를 적용한 냉동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액가스열교환기를 적용한 압축기의 냉동장치에 관한 것으로서, 종래의 압축기 가동시에는 정압비열이 큰냉매는 팽창밸브 통과시에 팽창에 의한 손실이 크게 발생하기 때문에 증발기입구의 열적상태가 크게 이동됨으로서, 엔탈피손실(증발열량손실)을 가져오므로, 냉동장치의 냉동능력을 감소시키게 되는바, 본 발명에 의하면, 응축기와 증발기 사이에 1차팽창기구와 2차팽창기구를 설치하되, 그 사이에는 액가스열교환기를 배치하고, 1차팽창 기구를 통과한 저건조도의 2상류 냉매와 증발기를 통과한 고건조도의 2상류냉매를 열교환시켜 응축기출구의 과냉액으로 열교환시키는 종래방식의 소비효율 감소 및 급격한 운전불안정 문제를 해결할 수 있게 된 발명인 것이다.

Description

액가스열교환기를 적용한 냉동장치

제1도(a)(b)는 본 발명의 냉동장치와 몰리엘선도.

제2도(a)(b)는 본 발명의 다른 실시예를 도시한 냉동싸이클.

제3도(a)(b)는 참고도로서 기본의 냉동장치와 몰리엘선도.

제4도(a)(b)는 종래기술의 냉동장치와 몰리엘선도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 압축기 200 : 응축기

300 : 증발기 400 : 액가스열교환기

500 : 1차팽창밸브 501 : 2차팽창밸브

본 발명은 액가스열교환기를 적용한 냉동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 현재 냉동 및 공조씨스템에 이용되고 있는 냉매 및 대체냉매의 냉동효과(냉방능력)증대를 위하여, 액가스열교환기를 냉동장치에 장착하여 그 성능을 향상시킬 수 있게 한 액가스열교환기를 적용한 냉동장치에 관한 것이다.

기존의 압축기 가동시에는 제3도에서 보는 바와 같이 냉매(R-22), 또는 대체냉매(R-407C)와 같이 정압비열이 큰 냉매는 팽창밸브 통과시에 팽창에 의한 손실이 크게 발생하기 때문에 증발기입구의 열적상태가 B에서 C로 냉매(R-22)에 비해 크게 이동된다.

증발기입구 C로의 이동은 엔탈피손실(증발열량손실)을 의미하므로, 냉동장치의 냉동능력을 감소시키게 된다.

따라서, 응축기출구 과냉도를 증가(A에서 A'로)시켜 h3-h2에 해당하는 엔탈피만큼을 보상해 준다면 팽창손실에 의한 싸이클의 성능 저하를 막을 수 있게 된다. 이를 위하여 제4도에서 보는 바와 같이 일반적인 냉동장치에 응축기출구 고압의 과냉액 냉매배관과 증발기에서 나온 저압증기 배관사이에 액가스 열교환기를 설치하여서 된 기술이 소개되었다.

그러나, 이와 같은 종래의 기술은 액가스열교환기를 이용하여 과냉이 증가되면 입구건조도 감소시킨 만큼 비례하여 냉동효과를 증가시키게 되는데, 과냉과정에서 제거되는 동일열량을 증발기를 나온 증기가 받아 과열도를 증가시키는데, 과열도의 추가적인 증가는 압축기 흡입 밀도(T1'점의 밀도)를 감소시켜 냉매질량 유량이 작아지고 체적용량을 감소시키므로 성능에 있어서 불리한 단점이 있었다.

또한, 과열 영역으로 옮겨갈수록 압축과정(T1'-T2과정)중의 등엔피로피선의 기울기가 완만하여져 동일압력구간에서 엔탈피의 변화가 더 커지므로 변화된 엔탈피에 해당하는 만큼의 추가적인 압축일에 소요되는 입력이 필요하게 되어 순환냉매 질량당 압축일이 증가되었다.

이런 이유로 냉동효과의 증가보다는 압축일의 증가가 크게되어 에너지 소비효율의 감소를 가져오며, 외부의 온도나 냉각수 온도변화에 따라서 급격한 싸이클 압력변동을 수반하여 운전제어가 어려운 문제점이 발생하였다.

따라서, 본 발명은 상술한 바와 같은 종래 기술의 제반문제점을 감안하여 안출된 것으로서, 응축기와 증발기 사이에 1차팽창기구와 2차팽창기구를 설치하되, 그 사이에는 액가스열교환기를 배치하고, 1차팽창기구를 통과한 저건조도의 2상류 냉매와 증발기를 통과한 고건조도의 2상류냉매를 열교환시켜 응축기출구의 과냉액으로 열교환시키는 종래방식의 소비효율 감소 및 급격한 운전불안정 문제를 해결할 수 있게 된 액가스열교환기를 적용한 냉동장치를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 목적을 달성하기 위한 기술적 구성을 상세히 설명하면 다음과 같다.

제1도는 본 발명의 냉동장치를 도시한 것으로서, 압축기(100)와 증발기(300)를 갖추되, 응축기(200) 출구에 모세관, 즉 1차팽창밸브(500)를 설치하여, 순환냉매를 1차 팽창시킨 후 액가스열교환기(400)를 통과시키게 하면서, 2차팽창밸브(501)를 설치하여 재팽창시키도록 한 구조로 구성된 것이다.

제1도(a)에서 응축기 출구배관과 증발기 입구배관 사이에 바이패스관을 설치하고, 팽창 밸브를 설치하여 증발기 입구의 냉매상태를 바이패스관의 팽창밸브를 통과한 냉매와, 1,2차 모세관과 액가스열교환기를 통과한 냉매가 서로 혼합하여 조절할 수 있다.

또한, 제2도(a)에서 응축기 출구부 및 1차 모세관을 통과한 냉매를 압축기입구측으로 배관을 설치하여 소량을 흘러줌으로서 압축기 입구부의 냉매상태를 조절해 줄 수 있다.

또한, 제2도(b)에서 응축기 출구부 C의 고온고압이 액냉매를 압축기입부 A'로 소량 흘려줌으로서 압축기 입구의 과열도를 조절해 줄 수 있는 것이다.

또한, 1차 모세관을 통과한 이상류 냉매(E)를 A'로 소량 흘려주는 경우도 동일한 효과를 낼 수 있다.

이상과 같이, 구성되어진 본 발명의 실시예를 들어 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제1도(a)(b)에서 보는 바와 같이 응축기를 통과한 과냉액냉매(C)는 1차팽창밸브(500)를 통과하면서, 2상류상태의 E점에 도달한다.

여기에서 E점의 2상류상태 냉매는 액가스열교환기(400)를 통과하면서 열교환되어 E'점의 과냉액상태가 된다.

이때, E'점의 과냉액은 2차팽창밸브(501)를 통과하면서 건조도가 낮은 2상류상태 즉, D'점의 상태가 된다.

상기의 D'점에서 증발기(300)로 유입된 냉매는 열교환되어 고건조도를 갖는 2상류상태의 A점으로 증발기(300)에서 유출된다.

증발기 출구의 건조도가 높은 2상류상태의 냉매는 액가스열교환기(400)를 통과하면서 저건조도의 2상류 냉매로부터 열을 빼앗아 과열증기A'가 되는 것이다.

즉, 본 냉동장치는 E→E'까지의 건조도가 낮은 고압냉매와 A→A'를 통과하는 고건조도의 저압냉매를 액가스열교환기(400)를 서로 통과시켜서 열교환시키는 것이 목적인 것이다.

한편 도면 제2도(a)에서 보는 바와 같이 본 발명의 또다른 실시예로서 C에서 E'점까지에 바이패스시키는 배관을 설치하고, 배관에 팽창밸브를 설치하되, 압축기의 액압축을 방지하기 위해 압축기입구에 액분리기(600)를 설치하여 증기만 압축기에 유입되게 하는 식으로 시스템의 안전운전을 도모하게 된다.

또한, 제2도(b)에서 보는 바와 같이 본 발명의 또다른 실시예는 1차팽창밸브(501)를 통과한 저건조도 2상류 냉매 E를 액가스열교환기(400)출구배관에 소량투입하여 압축기(100) 입구의 건조도를 조절하는 장치와 응축기(200) 출구배관의 C에서 액가스열교환기(400) 출구배관으로 소량의 고압액냉매를 흘려서 압축기(100) 흡입가스의 상태, 즉 과열도를 조절하므로서 씨스템의 소비효율을 향상시키는 구조를 갖게 하였다.

이상에서와 같이, 본 발명은 저건조도의 2상류냉매를 액가스열교환기를 통과시켜 열교환시키므로서, 냉동효과를 증대시키고, 압축기 흡입가스의 흡입밀도의 감소를 방지하여 순환냉매량의 저하를 막는 한편, 기존 액가스 열교환에 따른 급격한 싸이클 작동상태의 변화를 2상류에서 2상류열교환으로 바꿈으로서 이를 방지하여 운전제어가 용이토록된 발명인 것이다.

Claims (4)

1. 응축기와 증발기 사이에 액가스열교환기를 순차조합하고, 액가스열교환기에서 저건조도 2상류 냉매와 고건조도의 냉매를 열교환시키는 구조로 이루어진 액가스 열교환기를 적용한 냉동장치에 있어서, 응축기를 통과한 과냉액을 팽창시키는 1차팽창밸브(500)와, 상기 1차 팽창밸브를 통과한 저건조도의 2상류냉매를 열교환하는 증발기의 증발된 가스와 열교환시키는 액가스열교환기(400)와, 상기 압축기 액가스열교환기를 거친 냉매를 재팽창시키는 2차팽창밸브(501)를 구성하여 압축기 입구의 과열도를 조절하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 액가스열교환기를 적용한 냉동장치.
2. 제1항에 있어서 1차,2차 팽창밸브를 갖추되, 응축기와 증발기 사이에 바이패스관을 설치하면서 압축기 흡입가스의 상태를 조절하는 액분리기를 부설하여서 된 것을 특징으로 하는 액가스열교환기를 적용한 냉동장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 바이패스관은 응축기 출구배관과 증발기 입구배관을 연결하여 냉매를 혼합하여 압축기 입구의 과열도를 조절하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 액가스열교환기를 적용한 냉동장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 바이패스관은 1차 팽창밸브를 통과한 냉매를 배관(B)을 이용하여 압축기 입구의 냉매와 혼합하여 과열도를 조절하는 구조로 이루어진 것을 특징으로 하는 액가스열교환기를 적용한 냉동장치.