KR100368536B1 - 병렬형냉동기 - Google Patents

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KR100368536B1
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켄지 유에다
제니찌 요시다
아키오 키시모토
카주히코 이모토
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미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
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Abstract

응축기의 쉘 내부를 사절판으로 구획하는 것에 의해 복수의 응축실을 형성함과 아울러, 이들 복수의 응축실 내에 각각 배설된 튜브 내를 냉각매체가 차례대로 흘러서 통과하도록 구성한다. 그리고, 증발기의 쉘 내부를 사절판으로 구획하는 것에 의해 복수의 증발실을 형성함과 아울러, 이들 복수의 증발실 내에 각각 배설된 튜브 내를 피냉각매체가 차례대로 흘러서 통과하도록 구성한다. 또, 복수대의 압축기로부터 토출된 냉매가 각각 응축기의 복수의 응축실, 복수개의 교축기구, 증발기(4)의 복수의 증발실을 이 순서로 거쳐서 복수대의 압축기에 순호나하도록 연결한다.

Description

병렬형 냉동기 {PARALLEL TYPE REFRIGERATOR}
본 발명은 병렬형 냉동기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 복수대의 압축기와 1대의 쉘앤드튜브형 응축기와, 복수개의 교축기구와, 1대의 쉘앤드튜브형 응축기를 각각 구비하는 병렬형 냉동기에 관한 것이다.
이러한 종래의 병렬형 냉동기의 한 예가 도 6에 표시되어 있다.
이 냉동기의 운전시에는 2대의 압축기(31,32)가 전동기(51,52)에 의해 각각 구동된다. 이렇게 하면, 이들 압축기(31,32)로부터 각각 토출된 가스 냉매는 쉘앤드튜브형 응축기(33)의 쉘(34)의 내부를 사절판으로 구획하는 것에 의해 형성된 좌우의 응축실(35a,35b) 내에 각각 들어가고, 튜브(37a,37b) 내를 흐르는 냉각수 등의 냉각매체로 방열하는 것에 의해 응축실(35a,35b) 내에서 39℃로 응축 액화한다.
이 응축 액화한 고온고압의 액 냉매는 액유(液溜)(47a,47b)로부터 유량제어장치를 겸하는 교축기구(36a,36b)를 거쳐서 저온저압의 무화상태의 냉매로 되며, 쉘앤드튜브형 증발기(39)의 쉘(46) 내에 들어가며, 튜브(38a,38b) 내를 흐르는 냉수, 브라인 등의 피냉각매체를 냉각하는 것에 의해 4℃로 증발 기화한다.
이렇게 하여 이 가스냉매는 압축기(31,32)에 병렬로 흡입되어 다시 압축되며, 이후 상기한 작동을 반복한다.
한편, 냉각매체(냉각수)는 응축기(33)의 입구실(40)로 32℃로 유입하며 튜브(37a) 내를 통하여 전향실(41)에서 전향한 후, 튜브(37b) 내를 통하여 출구실(42)로부터 37℃로 되어 유출한다.
또, 피냉각매체(냉수)는 증발기(39)의 입구실(43)에 12℃로 유입하고, 튜브(38a)를 통하여 전향실(44)에서 전향한 후, 튜브(38b)를 통하여 출구실(45)로부터 7℃로 되어 유출한다.
상기한 냉동기의 냉동사이클이 도 4의 몰리어선도에 실선으로 표시되어 있다.
가스냉매는 상태 (a)에서 압축기(31,32)에 흡입되고, 이들 압축기(31,32)에서 압축되는 것에 의해 상태 (b)로 되어 응축기(33)에 들어간다.
이 가스냉매는 응축기(33)에서 냉각되는 것에 의해 상태 (c)로부터 39℃로응축을 개시하며, 상태 (d)에서 포화액 냉매로 된다. 이 포화액 냉매는 교축기구(36a,36b)에서 교축되는 것에 의해 단열팽창하여 상태 (e)로 되어 증발기(39)에 들어가며, 증발기(39)에서 4℃로 증발하며, 또, 가열되는 것에 의해 상태 (a)로 된다. 또, 도 4에 있어서, J는 포화증기선, K는 포화액선이다.
또, 냉동부하가 작게 되어 50% 이하로 저하한 경우에는 동력의 절약을 위하여 압축기 (31)과 (32) 중의 어느 한 압축기가 정지한다.
상기한 종래의 냉동기에 있어서는, 냉매의 증발온도(4℃)는 피냉각매체의 출구온도(7℃)보다 낮게 되며, 또, 냉매의 응축온도(39℃)는 냉각매체의 출구온도(37℃)보다 높게 되므로, 압축기(31,32)의 일량이 크게 되고, 따라서, 그 소비동력이 크게 된다고 하는 문제가 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위하여 이루어진 것으로, 그 제1목적은, 각 냉동사이클에 있어서의 압축기의 일량을 저감할 수 있어서 에너지 절약에 이바지할 수 있는 병렬형 냉동기를 제공하는 것에 있다.
또, 본 발명의 제2목적은, 복수대의 압축기 중의 어느 한 압축기를 정지한 경우에도 복수의 응축실의 응축능력 및 복수의 증발실의 증발능력을 충분히 발휘시키는 것이 가능하여, 냉동기의 성적계수를 향상시킬 수 있는 병렬형 냉동기를 제공하는 것에 있다.
상기한 제1목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 복수대의 압축기와, 1대의 쉘앤드튜브형 응축기와, 복수개의 교축기구와, 1대의 쉘앤드튜브형 증발기를 구비하는 병렬형 냉동기에 있어서, 상기한 응축기의 쉘의 내부를 사절판으로 구획하는 것에 의해 복수의 응축실을 형성함과 아울러 이들 복수의 응축실 내에 각각 배설된 튜브 내를 냉각매체가 차례대로 흐르도록 구성하며, 상기한 증발기의 쉘의 내부를 사절판으로 구획하는 것에 의해 복수의 증발실을 형성함과 아울러 이들 복수의 증발실 내에 각각 배설된 튜브 내를 피냉각매체가 차례대로 흐르도록 구성하며, 또, 상기한 복수대의 압축기로부터 토출된 냉매가 각각 상기한 응축기의 복수의 응축실, 복수개의 교축기구, 상기한 증발기의 복수의 증발실을 이 순서에 따라 상기한 복수대의 압축기로 순환하도록 냉매배관을 개재하여 서로 연결하고 있다.
또, 상기한 제2목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 상기한 복수의 응축실을 개폐밸브가 설치된 바이패스관을 개재하여 서로 연결함과 아울러 상기한 복수의 증발실을 개폐밸브가 설치된 바이패스관을 개재하여 서로 연결하도록 하고 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 의한 병렬형 냉동기의 계통도이다.
도 2는 상기한 제1실시예에 의한 병렬형 냉동기에 사용되는 응축기의 구성도이다.
도 3은 도 2의 응축기와는 다른 형식의 응축기의 구성도이다.
도 4는 제1실시예의 경우에 있어서의 몰리어선도이다.
도 5는 본 발명의 제1실시예에 의한 병렬형 냉동기의 계통도이다.
도 6은 종래의 병렬형 냉동기를 개략적으로 표시하는 단면도이다.
본 발명의 제1실시예가 도 1에 표시되어 있다.
도 1에 있어서, 참조부호 (1)과 (2)는 압축기, (3)은 쉘앤드튜브형 응축기, (4)는 쉘앤드튜브형 증발기, (27), (29)는 교축기구이다.
응축기(3)는 쉘(5)의 내부를 사절판(6)으로 구획하는 것에 의해 형성된 2개의 응축실(7,8)을 구비하고, 냉각수 등의 냉각매체는 32℃로 응축실(8) 내에 설치된 튜브(10)에 유입하고, 이 튜브(10) 및 응축실(7) 내에 설치된 튜브(12)를 이 순서를 거쳐서 37℃로 되어 유출한다.
마찬가지로, 증발기(4)는 쉘(16)의 내부를 사절판(17)으로 구획하는 것에 의해 형성된 2개의 증발실 (18) 및 (19)를 구비하고, 냉수, 브라인 등의 피냉각매체는 12℃로 증발실(18) 내에 설치된 튜브(20)로 유입하며, 이 튜브(20) 및 증발실(19) 내에 설치된 튜브(21)를 이 순서로 거쳐서 7℃로 되어 유출한다.
도 2에 표시하는 바와 같이, 튜브(10,12)에 대해 평행하게 배치된 사절판(6)에 의해 쉘(5)을 상하의 2실로 구획한 경우에는, 냉각매체는 입구실(9)로부터 응축실(8) 내에 설치된 튜브(10) 내를 통과하여 전향실(11)에서 전향한 후, 응축실(7) 내에 설치된 튜브(12) 내를 통하여 출구실(13)로부터 유출한다.
또, 도 3에 표시하는 바와 같이, 튜브(10,12)에 대해서 직교하는 사절판(6)에 의해 쉘(5)을 좌우의 2실로 구획한 경우에는, 냉각매체는 입구실(9)로부터 응축실(8) 내에 설치된 튜브(10) 내를 거쳐서 응축실(7) 내에 설치된 튜브(12) 내를 거쳐서 출구실(13)로부터 유출한다.
또, 증발기(4)도 상기한 바와 동일하게 구성되어 있다.
냉동부하가 큰 경우에는 압축기 (1) 및 (2)가 전동기(25,26)의 쌍방에 의해 구동된다.
이렇게 하면, 압축기(1)로부터 토출된 가스냉매는, 응축기(3)의 응축실(7) 내에 들어가고, 여기서 튜브(12) 내를 흐르는 냉각매체로 방열하는 것에 의해 39℃의 분위기 중에서 응축 액화한다.
이 액 냉매는 교축기구(29)에서 교축되는 것에 의해 유량이 조절됨과 동시에 단열팽창하여 증발기(4)의 증발실(18) 내로 들어가며, 여기서, 튜브(20) 내를 흐르는 피냉각매체를 냉각하는 것에 의해 6.5℃로 증발기화하여 압축기(1)에 흡입된다.
한편, 압축기(2)로부터 토출된 가스냉매는 응축기(3)의 응축실(8) 내에 들러가며, 여기서, 튜브(10) 내를 흐르는 냉각매체로 방열하는 것에 의해 36.5℃에서 응축액화한다.
이 액 냉매는 교축기구(27)에서 교축되는 것에 의해 유량이 조절됨과 동시에 단열팽창하여 증발기(4)의 증발실(19)로 들어가며, 여기서 튜브(21) 내를 흐르는 피냉각매체를 냉각하는 것에 의해 4℃로 증발기화하여 압축기(2)에 흡입된다.
냉동부하가 작게 되어 50% 이할 저하한 경우에는 압축기 (1)과 (2) 중의 어느 한쪽이 동력의 절약을 위하여 정지된다.
예컨대, 압축기(2)가 정지하고, 압축기(1)가 운전되는 경우에는, 압축기(1)로부터 토출된 냉매는 응축기(3)의 응축실(7), 교축기구(29), 증발기(4)의 증발실(18)을 차례대로 거쳐서 압축기(1)로 복귀한다.
그런데, 압축기 (1) 및 (2)의 동시운전시에는, 종래와 마찬가지로 냉각매체의 입구온도 32℃, 출구온도 37℃, 피냉각매체의 입구온도 12℃, 출구온도 7℃인 경우에, 응축실(7)에 있어서의 응축온도는 39℃, 응축실(8)에 있어서의 응축온도는 36.5℃로 되며, 증발실(18)에 있어서의 증발온도는 6.5℃, 증발실(19)에 있어서의 증발실의 온도는 4℃로 된다.
따라서, 압축기(1), 응축실(7), 교축기구(29), 증발실(18)로 구성되는 냉동사이클(A)은 도 4의 몰리어선도에서 1점쇄선으로 표시되며, 종래의 그것(실선)과 비교하여 증발온도가 4℃로부터 6.5℃로 높게 되는 만큼 압축기(1)의 일량이 저감한다.
본 발명의 제2실시예에 의한 병렬형 냉동기가 도 5에 표시되어 있다.
이 제2실시예에 있어서는, 응축기(3)의 응축실(7)과 응축실(8)은 개폐밸브 (15)가 설치된 바이패스관(14)을 개재하여 서로 연결되어 있다.
또, 증발기(4)의 증발실 (18)과 (19)는, 개폐밸브(23)가 설치된 바이패스관 (22)을 개재하여 서로 연결되어 있다.
그리고, 압축기(1)의 토출관(1a)에는 개폐밸브(28)가 설치되고, 압축기(2)의 토출관(2a)에는 개폐밸브(24)가 설치되어 있다.
또 이들 개폐밸브 (28) 및 (24)를 역지밸브로 치환하는 것도 가능하다.
다른 구성은 도 1에 표시하는 제1실시예와 동일하며, 대응하는 부재에는 동일한 부호를 부여하며 그 설명을 생략한다.
그런데, 압축기 (1) 및 (2)를 동시 운전하는 경우에는, 개폐밸브(15,23)는 함께 폐쇄되고, 개폐밸브(24,28)는 함께 개방된다.
이렇게 하면, 압축기(1,2)로부터 토출된 냉매는 개폐밸브(24,28), 응축기(5)의 응축실(7,8), 교축기구(29,27), 증발기(4)의 증발실(18,19)을 이 순서로 거쳐서 압축기(1,2)로 각각 순환한다.
압축기 (1)과 (2) 중의 어느 한 쪽, 예컨대, 압축기(2)를 정지하고, 압축기(1)만을 운전하는 경우에는, 개폐밸브(24)가 폐쇄되고, 개폐밸브(15,23)가 함께 개방된다.
그런데, 압축기(1)로부터 토출된 가스 냉매는 개폐밸브(28)를 거쳐서응축기(3)의 응축실(7) 내에 들어가고, 여기서 그 일부가 튜브(12) 내의 냉각매체로 방열하는 것에 의해 응축액화함과 동시에, 나머지가 바이패스관(14), 개폐밸브(15)를 거쳐서 응축실(8) 내에 들어가며, 여기서 튜브(10) 내의 냉각매체로 방열하는 것에 의해 응축액화한다.
응축실(8) 내에서 응축한 액 냉매는 교축기구(27)를 거쳐서 증발기(4)의 증발실(19) 내로 들어가며, 여기서 튜브(21) 내를 흐르는 피냉각매체를 냉각하는 것에 의해 증발한 후, 바이패스관(22), 개폐밸브(23)를 거쳐서 증발실(18) 내에 들어간다.
한편, 응축실(7) 내에서 응축한 액 냉매는 교축기구(29)를 거쳐서 증발기(4)의 증발실(18) 내로 들어가고, 여기서 튜브(20) 내를 흐르는 피냉각매체를 냉각하는 것에 의해 증발한 후, 바이패스관(22)을 거쳐서 유입한 가스 냉매와 합류하여 압축기(1)에 흡입된다.
이렇게 하여, 압축기 (1)과 (2) 중의 어느 한쪽을 정지하였을 때에도 응축실 (7) 및 (8)의 응축능력 및 증발실(18,19)의 증발능력을 충분히 활용할 수 있다. 따라서, 응축온도를 도 11에 표시하는 실시예의 그것보다 낮게 할 수 있음과 아울러, 증발온도를 제1실시예의 그것보다 높게 할 수 있으므로, 압축기 (1) 또는 (2)의 일량을 저감할 수 있다.
청구범위 제1항의 제1발명에 있어서는, 냉각매체가 복수의 응축실 내에 각각 설치된 튜브 내를 차례대로 흐르며, 피냉각매체가 복수의 증발실 내에 각각 설치된튜브 내를 차례대로 흐름과 아울러, 복수대의 압축기로부터 토출된 냉매가 각각 응축기의 복수의 응축실, 복수개의 교축기구, 증발기의 복수의 증발실을 거쳐서 복수대의 압축기로 순환하는 것에 의해 복수의 냉동사이클을 구성하므로, 각 냉동사이클에 있어서의 압축기의 일량을 저감할 수 있으며, 이 결과, 각 압축기의 구동동력을 절감하므로, 에너지 절약에 기여할 수 있다.
청구범위 제2항의 제2발명에 있어서는, 상기한 복수의 응축실을 개폐밸브가 설치된 바이패스관을 개재하여 서로 연결함과 아울러, 상기한 복수의 증발실을 개폐밸브가 설치된 바이패스관을 개재하여 서로 연결하였으므로, 복수대의 압축기 중의 어느 한 압축기를 정지한 경우에는 각 개폐밸브를 개방하는 것에 의해 복수의 응축실의 응축능력 및 복수의 증발실의 증발능력을 충분히 발휘시킬 수 있으며, 따라서, 냉동기의 성적계수를 향상시킬 수 있다.

Claims (2)

  1. 2개 이상의 압축기;
    고온 응축실과 저온 응축실로 사절판에 의해 구획된 쉘, 및 상기 저온 응축실을 통과한 뒤 상기 고온 응축실을 통과하면서 냉각매체를 흐르게 하는 냉각튜브를 포함하고, 상기 각 응축실은 일방의 압축기로부터 냉매를 받는 입구와 냉매를 배출하는 출구를 구비하는 쉘앤드튜브형 응축기;
    각각 상기 응축실의 출구에 연결되는 2개 이상의 교축기구;
    고온 증발실과 저온 증발실로 사절판에 의해 구획된 쉘, 및 상기 고온 증발실을 먼저 통과한 뒤 상기 저온 증발실을 통과하여 냉각매체를 흐르게 하는 냉각튜브를 포함하는 쉘앤드튜브형 증발기;를 포함하고,
    상기 압축기, 응축기, 교축기구 및 증발기는 적어도 2개의 냉매회로를 형성하도록 연결되며, 한쪽 회로의 냉매는 상기 한쪽 압축기로부터 흘러나와 상기 고온 응축실, 상기 교축기구중의 하나 및 상기 고온 증발실을 차례대로 흐른 뒤 상기 한쪽 압축기로 흘러들어가고, 나머지 회로의 냉매는 나머지 압축기로부터 흘러나와 상기 저온 응축실, 나머지 교축기구 및 상기 저온 증발실을 차례대로 흐른 뒤 상기 나머지 압축기로 흘러 들어가는 것을 특징으로 하는 병렬형 냉동기.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 응축실은 개폐밸브가 설치된 바이패스관(14)을 통해 서로 연결되고, 상기 복수의 증발실은 개폐밸브가 설치된 바이패스관(22)을서로 통해 연결되어 있어, 상기 냉매회로중의 하나의 압축기의 동작이 정지되면 그 정지된 냉매회로의 상기 응축실과 증발실에 연결된 바이패스관이 개방되어 나머지 냉매회로로부터 상기 정지된 냉매회로의 상기 응축실과 증발실로 냉매가 흐를 수 있도록 한 것을 특징으로 하는 병렬형 냉동기.
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