KR0176887B1 - 냉동사이클의 증발장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동사이클의 증발장치에 관한 것으로, 종래에는 증발기의 열전달효율을 증가시키기 위하여 열전달면적을 넓혀 효율을 증가시키려는 의도로 냉매관 내에서 일어나는 냉매의 변화상태를 고려하지 않아 열전달효율을 보다 높일 수 없었는 바, 본 발명은 냉매관 유입부에 흐르는 기상의 냉매를 기상냉매회수수단에 의해 냉매관 유출부로 회류되게 하여 유입구측의 압력이 낮아짐과 함께 액상의 비율이 많아지게 될 뿐만 아니라 환상류의 현상을 더 연장시킴으로써 전체적으로 차가운 액상의 냉매가 접촉되는 부분을 늘어나게 하고, 증발되어 더워진 가스냉매가 접촉되는 부분을 줄어들게 하여 단위 길이당 열교환 효율을 보다 높일 수 있도록 한 것이다.

Description

냉동사이클의 증발장치

제1도는 일반적인 냉동사이클의 구조를 도시한 개략도.

제2도는 종래의 냉동사이클의 증발기구조를 도시한 개략도.

제3도는 종래의 냉동사이클 증발기를 이루는 냉매관내부를 흐르는 냉매의 상태를 도시한 것으로,

제3(a)도는 단면도.

제3(b)도는 온도상태를 도시한 그래프.

제4도는 본 발명의 냉동사이클 증발장치를 도시한 단면도.

제5도는 종래 및 본 발명에 대한 증발기길이 변화와 온도변화를 도시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

4'a : 유입부 4'b : 유출부

5 : 기상냉매회수수단 4' : 증발기 냉매관

본 발명은 냉동사이클의 증발장치에 관한 것으로, 특히 냉매관내부를 흐르는 기체와 액체의 혼합냉매에서 차가운 액체냉매의 흐름비율을 높여 증발기의 열전달효율을 향상시킬 수 있는 냉동사이클의 증발장치에 관한 것이다.

일반적인 냉동사이클은, 제1도에 도시한 바와 같이, 저온저압의 기체 상태의 냉매를 고온고압의 기체상태의 냉매로 변화시키는 압축기(1)와, 상기 압축기(1)에서 변화된 고온고압의 기체상태의 냉매를 고온고압의 액체상태의 냉매로 변화시키는 응축기(2)와, 상기 응축기(2)에서 변화된 고온고압의 액체냉매를 저온저압의 액체냉매로 변화시키는 모세관(3)과, 상기 모세관(3)에서 변화된 저온저압의 액체상태의 냉매가 기체상태로 변화되면서 외부의 열을 흡수하는 증발기(4)로 구성된다.

상기 증발기(4)는 냉장고나 에어콘 등에 적용되어 식품을 신선하게 보관하거나 실내를 쾌적한 상태로 유지한다.

종래에는 상기 증발기(4)의 열전달효율을 높이기 위하여, 제2도에 도시한 바와 같이, 절곡부(4a)와 수평부(4b)가 다단으로 형성된 냉매관에 다수 개의 냉각핀(4c)을 설치하여 열전달면적을 넓히는 방향으로 연구가 이루어졌다.

그러나 상기한 바와 같은 구조는 열전달면적을 넓혀 효율을 증가시키려는 의도로 냉매관 내에서 일어나는 냉매의 변화상태를 고려하지 않아 열전달효율을 보다 높일 수 없었다.

따라서, 본 발명의 목적은 냉매관 내부를 흐르는 기체와 액체의 혼합 냉매에서 차가운 액체냉매의 흐름비율을 높여 증발기의 열전달효율을 향상시킬 수 있는 냉동사이클의 증발장치를 제고함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 액상의 냉매에서 기상의 냉매로 변화가 이루어지는 유입부와 액상의 냉매가 기상의 냉매로 변화가 끝나는 유출부로 이루어지는 냉매관과, 상기 유입부와 유출부를 연통시켜 유입부의 기상 냉매를 유출부로 회류시켜주는 기상냉매회수수단으로 구성됨을 특징으로 하는 냉동사이클의 증발장치가 제공된다.

또한 상기 기상냉매회수수단은 직경이 0.8에서 1.0인 관으로 형성됨을 특징으로 하는 냉동사이클의 증발장치가 제공된다.

이하 본 발명의 냉동사이클의 증발장치를 첨부도면에 도시한 실시예에 따라 설명하면 다음과 같다.

냉동사이클을 이루는 증발기는 액체상태의 냉매가 기체상태의 냉매로 변화되면서 외부의 열을 흡수하는 것으로, 본 발명의 냉동사이클의 증발장치는, 제4도에 도시한 바와 같이, 증발기를 이루는 냉매관(4')을 액상의 냉매가 기상의 냉매로 변화가 이루어지는 유입부(4'a)와 액상의 냉매가 기상의 냉매로 거의 변화가 끝나는 유출부(4'b)로 나눈다.

상기 유입부(4'a)는 증발기를 이루는 냉매관(4')의 입구부분이고 유출부(4'b)는 증발기를 이루는 냉매관(4')의 출구부분이 됨이 바람직하고, 유입부(4'a)는 액상의 냉매가 기상의 냉매로 변화가 시작되는 부분이거나 액상의 냉매와 기상의 냉매가 공존하는 부분일 수도 있다.

그리고 상기 냉매관(4')의 유입부(4'a)와 유출부(4'b)를 별도의 기상냉매회류수단(5)으로 연통시켜 유입부(4'a)의 기상냉매를 유출부(4'b)로 회류시킨다.

상기 기상냉매회류수단(5)은 직경이 1.0이하인 관으로 형성함이 바람직하다.

상기한 바와 같은 본 발명의 냉동사이클 증발장치의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

일반적으로 증발기를 이루는 냉매관(4')의 내부를 흐르는 냉매가 액상에서 기상으로 변화되는 과정은, 제3도의 (a)에 도시한 바와 같이, 안정된 기상과 액상이 공존하는 층류와 변화가 활발히 이루어지는 슬러그류 그리고 기상으로의 변화가 끝나가는 환상류로 분류되면서 이루어지게 되는데, 본 발명의 냉동사이클 증발장치는 냉매관 유입부(4'a)에 층류로 흐르는 기상의 냉매를 기상냉매회류수단(5)에 의해 냉매관 유출부(4'b)인 환상류가 끝난 부분으로 회류시킴으로써 유입부(4'a)측의 압력이 낮아짐과 함께 액상의 비율이 많아지게 될 뿐만 아니라 환상류의 현상을 더 연장시키게 된다.

상기 기술된 내용을 좀 더 구체적으로 살피면, 통상의 냉동장치를 구성하는 냉동사이클의 증발기는 액상의 냉매가 유입되는 유입부(4'a)와 기상의 냉매가 유출되는 유출부(4'b)로 이루어지는 냉매관(4')과 상기 냉매관(4')이 관통되어 형성되는 복수개의 냉각핀으로 이루어져 있다. 이렇게 구성된 증발기는 압축기로부터 압축되어 토출되는 고온 고압의 가스상의 냉매가 응축기를 통과하면서 고온 고압의 액상의 냉매로 응축하게 되고, 상기 응축된 액상의 냉매가 팽장변 또는 모세관을 통과하면서 저온저압의 액냉매로 팽창되어 상기 증발기의 냉매관(4')으로 유입되어진다. 증발기에 유입된 액냉매는 송풍팬(도시되지 않음)에 의해 유입된 실내공기와 열교환하면서 증발하게 되면서 점차적으로 기상으로 변환되어 상기 증발기를 통과하게 되면 기상의 냉매로 변환하게 되어 압축기로 흡입되게 된다. 상기의 과정에서 유입된 실내공기는 저온이 되어 토출되므로써 실내를 냉방하게 되는 것이다.

한편, 상기 증발기에 유입되는 액상의 냉매는 실제 상황에서는 유입되는 전체량이 액상으로 존재하는 것이 아니고, 일부 기상으로 존재하게 된다. 이렇게 기상으로 존재하는 냉매는 증발기와 접촉하는 실내공기로부터 열을 빼앗지 못하게 되는데 잘 알려진 바와 같이 증발기는 액상의 냉매가 실내공기로부터 열을 빼앗아 증발되어 기상으로 변환하도록 하는 것으로 이미 기상된 냉매는 이러한 역할을 하지 못하게 되는 것이다. 이러한 기상의 냉매는 증발기의 냉매관(4')을 통과할 때, 액상의 냉매와 섞여 흐르게 되는데, 상기 냉매관(4')내에서 액상의 냉매는 밑으로 기상의 냉매는 위로 분리되어 흐르게 됨은 이해 가능하다. 결국, 상기 기상의 냉매가 많이 존재하면 할 수록 액상의 냉매가 상기 냉매관(4') 내벽에 접촉되는 면적이 작아지게 되는데, 이는 증발기의 열교환 능력에 결정인 장애요소가 된다. 왜나햐면, 증발기에서 열교환 하는 주체는 액상의 냉매와 유입되는 실내공기인데, 상기 증발기의 냉매관(4')내부에 기상의 냉매가 많으면, 그 만큼 냉매관(4') 내벽과 접촉하는 액상의 냉매 면적이 작아지게 되고, 이는 열교환 면적이 작아지는 결과를 초래하게 된다. 따라서, 열교환이 제대로 이루어지지 아니하면, 증발기를 모두 통과하더라도 액상의 냉매가 존재하게 되고, 이러한 액상의 냉매가 압축기에 그대로 흡입될 경우 압축기의 손상까지 유발하게 된다. 그래서, 일반적으로 냉동사이클은 어큐뮬레이터라고 하는 기액분리기를 압축기 입구에 가지고 있는 것이다.

본 발명은 바로 이러한 점을 해결하기 위한 것으로, 상기 증발기를 구성하는 냉매관(4')의 유입부(4'a)와 유출부(4'b)를 연결하는 기상냉매회류수단(5)을 설치하여 되는 것인데, 상기 유입부(4'a)측에 존재하게 되는 기상의 냉매를 상기 기상냉매회류관(5)을 통하여 유출부(4'b)측으로 회류시키므로써, 유입부(4'a)측에 액상의 냉매만이 존재하도록 하여 상기 증발기의 냉매관(4') 내부에 액냉매가 접촉되는 면적을 향상시켜 열교환 능력을 향상시키고자 하는 것이다.

또한, 상기 기상냉매회류관(5)에 의해 기상의 냉매가 유출부(4'b)측으로 회류하면, 그 만큼의 유입부(4'a)측의 압력이 저하되게 되는데, 압력이 저하되는 만큼의 액상의 냉매 온도가 저하되기 때문에 실내공기과의 온도차이가 커지게 되어 열교환 능력은 더욱더 향상되게 된다.

한편, 본 발명은 상기 기상냉매회류관(5)의 직경이 1.0이하인 것을 바람직한 실시예로 제시하고 있는 바, 이것은 상기 기상냉매회류관(5)의 입구측, 즉, 증발기 냉매관(4')의 유입부(4'a)측에서 기상의 냉매만을 회류시키고, 액상의 냉매는 회류되지 못하도록 하고자 하는 것이다.

제5도는 증발기의 증가치를 나타낸 그래프이다.

상기한 바로 인하여 전체적으로 차가운 액상의 냉매가 접촉되는 부분이 늘어나게 되고, 증발되어 더워진 가스냉매가 접촉되는 부분이 줄어들게 되어 단위 길이당 열교환 효율을 보다 높일 수 있는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 액상의 냉매에서 기상의 냉매로 변화가 이루어지는 유입부와 액상의 냉매가 기상의 냉매로 변화가 끝나는 유출부로 이루어지는 냉매관과, 상기 유입부와 유출부를 연통시켜 유입부의 기상 냉매를 유출부로 회류시켜주는 기상냉매회류수단으로 구성됨을 특징으로 하는 냉동사이클의 증발장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 기상냉매회류수단은 직경이 0.8에서 1.0인 관으로 형성됨을 특징으로 하는 냉동사이클의 증발장치.