KR100231642B1 - 냉각시스템의 증발기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각시스템의 개선된 롤본드 증발기를 개시한다.

종래에는 냉매유로가 지그재그 형태로 순차 진행하는 구성이었는 바, 제품의 캐비티 상하부간에 온도편차가 크고 액냉매 여과를 위해 냉각시스템에 별도의 어큐뮬레이터를 구비해야 하는 문제가 있었다.

본 발명에서는 두 알루미늄 시트간에 형성되는 냉매유로가, 길이방향으로 상호 나란하게 배치되는 다수의 열로 이루어지되, 냉매가 최상측의 열로 유입되어 직하부의 이와 나란한 그 다음열을 지난 뒤 최하측의 열로 진행하고, 이어서 그 직상부의 그 다음열을 지나 중간열을 통해 유출되도록 상호 연결되고, 상기 냉매유로의 중간열 단부와 유출구의 사이에, 상기 냉매가 그 하부측으로 유입되어 상부측을 통해 유출되는 액분리부가 마련되어 캐비티 상,하부간의 온도편차가 최소화되고 냉각시스템에서 별도의 어큐물레이터의 사용을 배제하였다.

Description

냉각시스템의 증발기{ROLL BOND TYPE EVAPORATOR OF A COOLING SYSTEM}

본 발명은 냉각시스템(cooling system)에 관한 것으로서, 특히 냉장고나 김치 등의 음식을 적절히 숙성시켜 냉장보관하는 식품저장고 등에 채용되어 공기와의 열교환에 의해 액상의 냉매(冷媒)를 기화시키는데 사용되는 롤본드(roll bond)형 증발기(evaporator)에 관한 것이다.

주지하다시피 냉각시스템은 냉매의 상태변화를 이용하여 주변공기를 냉각 또는 냉동시킴으로써 소정의 기능을 수행하는 공기조절장치인 바, 도 1을 통해 그 개략적인 구성을 살펴보기로 한다.

도 1에서, 압축기(compressor:P)에서 고압으로 압축된 냉매가스는 응축기(condenser:C)를 통과하면서 공기와의 열교환으로 액화된 뒤, 필터 드라이어(filter dryer:D)를 지나면서 불순물등이 걸러진다. 고온의 액냉매는 팽창밸브(expansion valve:V)를 지나면서 저압으로 변한 뒤, 증발기(E)를 통과하면서 외기와의 열교환에 의해 증발됨으로써 외기를 냉각시킨다. 증발된 증기냉매는 다시 압축기(P)로 유입되어 전술한 사이클(cycle)로 순환한다.

이와 같이 냉각시스템은 냉매의 기화열에 의해 그 기능을 수행하게 되는 바, 그 냉각성능은 증발기(E)의 열교환효율에 크게 의존하게 된다.

도 2에는 이를 위한 종래의 롤본드 증발기(1)를 개략적으로 도시하였는데, 이것은 두 알루미늄 시트(Al sheet:2)간에 필름(film)을 소정 형상으로 인쇄하여 두 알루미늄 시트(2)를 열간 압연으로 상호 접착한 뒤, 필름 인쇄부분에 고압을 불어 넣어 팽창시킴으로써 냉매유로(3)를 구성하고 있다.

그런데 이러한 종래의 롤본드 증발기(1)는 그 냉매유로(3)가 일정한 방향성, 예를들어 도시된 바와 같이 그 상부에서 하부를 향해 지그재그(zigzag) 형태로 순차 진행하는 구성을 가지므로 제품의 캐비티(cavity) 상하부간에 온도차가 크게 발생된다. 즉 냉매가 외기의 열을 흡수하여 증발하게 되면, 그 압력이 증가하게 되므로 냉매의 유출측으로 진행할수록 그 증발효율이 점차 낮아지게 되어 캐비티 상하부간의 온도차가 커지게 되는 것이다. 이에 따라 캐비티내에 저장된 김치 등의 식품이 불균일하게 냉장되어 그 위치에 따라 맛이 달라지는 문제가 있었다.

한편 냉매가 증발기(1)에서 확실히 증발하기 위해서는 먼저 응축기(C)에서 설정된 압력 이하로 충분히 응축되어야 하는데, 이는 외기의 온도에 따라 달라지게 되므로 외기온도가 높을 경우 응축불량에 의한 증발불량이 초래된다. 이 경우 증발기(1)를 통과한 증기냉매중에 증발불량의 액냉매가 포함되어 액압축에 의한 압축기(P)의 손상을 야기하게 되는데, 종래의 롤본드 증발기(1)는 단순히 냉매유로(3)만이 구성되어 증발기(1)의 효율을 최대화할 때 액냉매를 여과할 수 없으므로 도 1에 점선으로 도시한 바와 같이 압축기(P) 직전에 별도의 어큐뮬레이터(accumulator:A)를 구비하여 액냉매를 여과할 수밖에 없었으며 이에 따라 냉각시스템의 구성이 복잡해지고 원가상승을 야기하는 문제도 있었다. 뿐만 아니라 냉각에 기여하는 냉매량을 줄여 액냉매를 방지할 시 그 냉매량만큼 증방효율이 감소하게 되어 냉각시스템의 성능을 저하시키게 되고, 이에 따라 냉매의 증발에 기여하는 실질적인 증발면적이 상대적으로 그만큼 감소하는 결과를 초래하게 되는 문제도 있었다.

본 발명의 목적은 상술한 종래의 문제들을 감안하여 제품의 캐비티 대향측간에 발생되는 온도편차를 최대한 줄여 저장된 식품을 캐비티의 전부위에서 균일하게 냉각할 수 있으면서도 냉매량 및 응축압력에 관계없이 액냉매를 확실히 증발시켜 냉각성능을 향상시킬 수 있어 별도의 어큐뮬레이터를 배제할 수 있는 냉각시스템의 증발기를 제공하는 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 의한 냉각시스템의 증발기는, 두 알루미늄 시트간에 필름을 소정형상으로 인쇄하여 두 시트를 열간 압연으로 접착시킨 뒤, 필름 인쇄부분에 고압을 불어 넣어 팽창시킴으로써 두 시트간에 냉매가 흐르는 냉매유로를 형성하여 이루어지며, 식품이 저장되는 제품의 캐비티를 감싸도록 설치되는 냉각시스템의 롤본드 증발기에 있어서,

상기 냉매유로가, 길이방향으로 상호 나란하게 배치되는 다수의 열로 이루어지되, 냉매가 최상측의 열로 유입되어 직하부의 이와 나란한 그 다음열을 지난 뒤 최하측의 열로 진행하고, 이어서 그 직상부의 그 다음열을 지나 중간열을 통해 유출되도록 상호 연결되고,

상기 냉매유로의 중간열 단부와 유출구의 사이에 냉매가 그 하부측으로 유입되어 상부측을 통해 유출되는 액분리부가 마련된 것을 특징으로 한다.

이러한 본 발명의 한 바람직한 특징에 의하면, 냉매유로의 체적이 그 유출측으로 진행할수록 점차 증가되도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

이에 따라 본 발명은, 제품의 캐비티 상하부간 온도편차가 최소한으로 줄어 저장된 식품을 균일하게 냉장보관할 수 있음은 물론 전냉매량이 냉각에 기여하게 되어 냉각시스템에서 종래와 같은 별도의 어큐뮬레이터가 불필요하게 되므로 냉각시스템의 성능과 신뢰성 향상 및 원가절감 등에 큰 효과를 발휘한다.

도 1은 일반적인 냉각시스템을 개략적으로 보인 구성도,

도 2는 종래의 롤본드 증발기를 개략적으로 보인 전개도,

도 3은 본 발명에 의한 롤본드 증발기를 도시한 전개도,

도 4는 그 결합상태를 보인 부분 확대 평면도,

도 5는 도 3의 Ⅴ-Ⅴ선을 따라 취한 단면도,

도 6은 도 3의 Ⅵ-Ⅵ선을 따라 취한 단면도,

도 7은 도 3의 Ⅶ-Ⅶ선은 따라 취한 단면도,

도 8은 도 3의 Ⅷ-Ⅷ선을 따라 취한 단면도,

도 9는 본 발명 롤본드 증발기가 구비된 식품저장고를 개략적으로 보인 단면도.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

11 : 롤본드 증발기(roll bond evaporator)

12 : (롤본드 증발기의) 두 알루미늄 시트(Al sheet)

13 : (롤본드 증발기의) 냉매유로

19 : (롤본드 증발기의) 액분리부

20 : 식품저장고

21 : (식품저장고의) 본체

22 : 도어(door)

24 : (본체의) 내부용기

25 : (본체의) 캐비티(cavity)

이와 같은 본 발명의 구체적 특징과 다른 이점들은 첨부된 도면을 참조한 이하의 바람직한 실시예들의 설명으로 더욱 명확해 질 것이다.

도 3 내지 도 9에서, 본 발명에 의한 냉각시스템의 롤본드 증발기(11)는 두 알루미늄 시트(12) 사이에 필름(도시하지 않음)을 소정형상으로 인쇄하여 두 시트(12)를 열간 압연으로 상호 접착한 뒤, 필름 인쇄부분에 고압을 불어 넣어 팽창시킴으로써 냉매가 흐르는 냉매유로(13)를 형성하여 구성된다. 이러한 롤본드 증발기(11)는 주로 소형냉장고나 쇼케이스(show case)등 저장용 캐비티를 갖는 제품에 사용되는데, 이하에서는 김치 등의 식품을 적절히 숙성시켜 냉장보관하는데 사용되는 본 출원인의 선출원 "식품저장고(20)"를 예를들어 설명하기로 한다.

식품저장고(20)는 도 9에 도시한 바와 같이 그 내부에 식품저장용 캐비티(25)를 갖는 본체(21)와, 이의 캐비티(25)를 개폐하는 도어(door:22)로 이루어진다. 본체(21)는 캐비티(25)를 구성하는 내부용기(24)의 외측으로 이를 감싸도록 외부용기(23)를 구성한 뒤, 양자간에 단열재(26)를 충진하고 있다. 외부용기(23)의 내주에는 응축기(28)가, 내부용기(24)의 외주에는 증발기(11)가 각각 부착되어 압축기(27)에 의해 구동됨으로써 캐비티(25)를 냉각시키고, 내부용기(24)의 하부에는 캐비티(25)를 선택적으로 가열하는 히터(heater:29)가 설치됨으로써 캐비티(25)내에 저장된 식품을 적절히 가열하여 숙성시킨 다음 그 상태로 냉장보관하게 된다.

이에 따라 본 발명 롤본드 증발기(11)는 도 4에 도시한 바와 같이 그 일측 선단부에 복수의 슬롯(slot:12a)이 형성되고, 타측 선단부에 복수의 고정편(12b)이 랜싱(lancing)가공으로 형성되어 각 고정편(12b)들을 대응하는 슬롯(12a)에 관통시킨 뒤 밴딩(banding) 함으로써 내부용기(24)의 외주를 감싸도록 설치된다.

냉매유로(13)는 증발기(11)의 용이한 열전달을 위해 대략 타원형 단면을 가지도록 형성되는 것이 바람직하다. 즉 냉매유로(13)는 캐비티(25)를 구성하는 내부용기(24)의 외주와 가능한 큰 면적으로 접촉되는 것이 열전달에 유리하므로 도 6 내지 도 8에 도시한 바와 같이 내부용기(24)와의 접촉면적 증대를 위해 타원형 단면을 갖도록 구성되는 것이다.

그런데 이러한 롤본드 증발기(11)는 응축기(28) 및 압축기(27)와 관로(30)를 통해 상호 연결되는 바, 그 냉매 유입구(13a) 및 유출구(13b)는 도 5에 도시된 바와 같이 관로(30)와의 결합을 위해 원형단면을 갖도록 형성된다.

한편 냉매의 증발은 그 압력이 낮을수록 잘 이루어지는 바, 본 발명 롤본드 증발기(11)의 냉매유로(13)는 바람직하기로 응축기(28)와 연결하는 관로(30)보다 큰 체적을 갖도록 구성된다. 그런데 이 경우 내부용기(24)에의 설치시 이의 코너부에 위치되는 밴딩부(13d)의 변형이 크게 발생되어 냉매의 원활한 흐름을 저해하게 된다. 이에 따라 냉매유로(13)의 밴딩부(13d)는 캐비티(25)의 각 면에 대응하는 직선부(13c)보다 상대적으로 작은 원형타입의 반원형이 되도록 구성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 밴딩부(13d)는 증발에 의해 상승된 냉매의 압력을 반복적으로 떨어뜨려 각 부위에서 양호한 증발이 이루어질 수 있도록 유도하는 역할도 겸하게 된다.

이와 같은 냉매유로(13)는 상호 나란하게 배치되어 순차적으로 연결되는 다수의 열(14∼18)로 구성되는데, 이는 본 발명의 특징에 따라 냉매가 어느 한쪽 열(14 또는 18)로 유입된 뒤 이와 그 대향쪽 열(18 또는 14)간에 내측을 향해 교번적으로 흘러 양쪽의 중간에 위치된 열(16)을 통해 유출되도록 구성된다. 즉 냉매유로(13)가 도 3에 도시된 바와 같이 수평방향으로 5열로 구성된 경우, 냉매가 예를들어 최상측의 제1열(14)로 유입되어 직하부의 제2열(15)을 지난 뒤 최하측의 제5열(18)로 진행하고, 이어서 그 직상부의 제4열(17)을 지나 중간열인 제3열(16)을 통해 유출되도록 구성되는 것이다.

이에 따라 본 발명 롤본드 증발기(13)는 캐비티(25)의 상하부간에 온도편차를 거의 발생시키지 않아 캐비티(25)에 저장된 식품을 그 전부위에서 균일하게 냉장보관할 수 있게 된다. 즉 냉매가 외부로부터 열을 흡수하여 증발하게 되면 그 압력이 점차 증가하여 냉매유로(13)의 유출측으로 갈수록 증발효과가 점차 저하되는데, 종래에는 냉매가 냉매유로(13)의 각 열(14∼18)을 순차적으로 진행하므로 캐비티(25) 상하부간에 상당한 온도편차가 발생되는데 반해, 본 발명의 증발기(11)는 냉매가 그 유입측과 대향측인 캐비티(25)의 상하부간을 교번적으로 흘러 양측의 중간에서 유출되게 되므로 캐비티(25)의 상하부간 온도편차가 최소로 되는 것이다.

또한 캐비티(25)의 온도분포는 도어(22)쪽에서 가장 높아 큰 증발효과가 요구되므로 본 발명의 롤본드 증발기(11)는 바람직하기로 그 냉매유로(13)의 유입측이 식품저장고(20)의 도어(22)쪽에 위치된다. 이에 따라 캐비티(25)의 개구(開口)측에서 가장 활발한 냉매의 증발이 이루어지게 되어 온도분포가 그 전부위에서 최대한 균일해지게 된다.

한편 냉매가 냉매유로(13)의 유입 및 유출측에서 균일하게 증발하기 위해서는 양자간의 냉매압력이 균일해야 하는데, 냉매는 유출측으로 진행할수록 증발에 의해 점차 그 압력이 상승하므로 양자간에서의 균일한 증발을 위해서는 유출측으로 갈수록 냉매의 증발에 따라 상승된 압력을 상대적으로 떨어뜨려야 한다. 이에 따라 냉매유로(13)는 바람직하기로 그 유출측으로 갈수록 점차 체적이 증가하도록 구성된다.

이와 같은 구성에 따라 본 발명에 의한 롤본드 증발기(11)는 냉매유로(13)의 유입 및 유출측간에서 확실하면서도 균일한 증발이 이루지게 될 뿐 아니라 온도분포가 가장 높은 도어(22)쪽 캐비티(25)의 냉각을 적절히 보상하게 되어 캐비티(25) 상하부간의 온도편차를 최소로 유지시키 수 있게 된다.

한편 냉매의 응축압력이 높을 경우등에는 증발불량이 야기되어 증기냉매중에 기화하지 못한 액냉매가 포함되는데, 이는 압축기의 손상을 초래할 뿐 아니라 시스템의 불안정을 야기하게 되므로 적절히 여과해주지 않으면 안된다. 이에 따라 본 발명 롤본드 증발기(11)의 냉매유로(13) 유출측에는 본 발명의 다른 특징에 따라 냉매유로(13)를 통과한 냉매가 하부측으로 유입되어 상부측으로 유출되는 액분리부(19)가 일체로 형성된다. 이러한 액분리부(19)는 냉매유로(13)의 형성시 적절한 체적을 갖도록 함께 구성된다.

이에 따라 냉매유로(13)를 통과한 냉매는 그 액분리부(19)를 경유하여 압축기(27)로 들어가게 되는 바, 이때 액냉매는 액분리부(19)의 하부에 잔류하게 되고 증기냉매만이 액분리부(19)를 통과하여 압축기(27)로 유입되게 된다. 이와 같이 액분리부(19)에 잔류하는 액냉매는 그 압력이 더욱 감소한 상태로 되고, 이에 따라 캐비티(25)와의 계속적인 열교환이 이루어짐으로써 완전히 증발하게 된다.

따라서 본 발명 롤본드 증발기(11)는 액냉매가 증발기(11)내에서 완전 증발하여 냉매전체가 냉각에 기여할 수 있게 하므로 종래에 비해 증발면적의 상대적 증가효과를 가져올 뿐만 아니라 냉각성능을 크게 향상시키게 된다. 이에 따라 냉각시스템에서 종래와 같은 별도의 어큐뮬레이터(도 1의 P)의 사용을 배제할 수 있게 한다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 의하면, 제품의 캐비티 상하부간 온도편차를 최소한으로 줄일 수 있으며, 이에 따라 저장된 식품을 균일하게 냉장보관할 수 있게 된다. 또한 냉매 전체가 증발기내에서 완전 증발하여 냉각에 기여하게 되므로 동일한 냉매량으로도 종래에 비해 냉각성능을 가일층 향상시킬 수 있을 뿐 아니라 냉각시스템에서 종래와 같은 별도의 어큐뮬레이터가 불필요하게 된다.

따라서 본 발명은 냉각시스템의 성능과 신뢰성 등을 크게 향상시킬 수 있음은 물론 원가를 절감할 수 있는 매우 우수한 효과를 가진다.

Claims (3)

1. 두 알루미늄 시트간에 필름을 소정형상으로 인쇄하여 두 시트를 열간 압연으로 접착시킨 뒤, 상기 필름 인쇄부분에 고압을 불어 넣어 팽창시킴으로써 두 시트간에 냉매가 흐르는 냉매유로를 형성하여 이루어지며, 식품이 저장되는 제품의 캐비티를 감싸도록 설치되는 냉각시스템의 롤본드 증발기에 있어서,

   상기 냉매유로(13)는, 길이방향으로 상호 나란하게 배치되는 다수의 열(14∼18)로 이루어지되, 냉매가 최상측의 열(14)로 유입되어 직하부의 이와 나란한 그 다음열(15)을 지난 뒤 최하측의 열(18)로 진행하고, 이어서 그 직상부의 그 다음열(17)을 지나 중간열(16)을 통해 유출되도록 상호 연결되고,

   상기 냉매유로(13)의 중간열(16) 단부와 유출구(13b)의 사이에 냉매가 그 하부측으로 유입되어 상부측을 통해 유출되는 액분리부(19)가 마련된 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 증발기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉매유로(13)의 체적이 그 유출측으로 진행할수록 점차 증가되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 증발기.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 캐비티(25)의 코너부에 대응하는 상기 냉매유로(13)의 밴딩부(13d)가 상기 캐비티(25)의 각 면에 대응하는 직선부(13c)보다 상대적으로 작은 단면적을 가지도록 구성되는 것을 특징으로 하는 냉각시스템의 증발기.

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