KR100499077B1

KR100499077B1 - 냉동 사이클

Info

Publication number: KR100499077B1
Application number: KR10-2003-0020956A
Authority: KR
Inventors: 진금수
Original assignee: 진금수
Priority date: 2003-04-03
Filing date: 2003-04-03
Publication date: 2005-07-04
Also published as: KR20040086631A

Abstract

본 발명은 냉동 사이클에 관한 것이며, 상세하게는 가열 또는 냉각 운전시 냉동 사이클의 성적계수 향상 시스템에 관한 것으로서, 가열 또는 냉각 운전시 냉매액의 증발을 양호하게 하여 성적계수를 향상하고, 압축기의 신뢰성을 증진할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 압축기(2), 4방밸브(3), 실내 열교환기(4), 냉각용 팽창밸브(5), 가열용 팽창밸브(6), 실외 열교환기(7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8a∼8f)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(9)으로 연결한 기본 냉동 사이클(1)과; 상기 도관(8d)의 각 팽창밸브(6)(5)의 입구에 설치한 과냉응축기(10)(11)와; 상기 도관(8d)과 도관(8e)(8c) 사이에 상기 과냉응축기(10)(11) 및 팽창밸브(6)(5)를 각각 바이패스하는 바이패스도관(15)(16)을 연결하여 상기 과냉응축기(10)(11)와 열교환 관계를 유지하도록 팽창밸브(17)(18)와 함께 설치한 증발기(13)(14)와; 상기 도관(8d)과 도관(8e)(8c) 사이에 상기 과냉응축기(10)(11) 및 팽창밸브(6)(5)를 각각 바이패스하도록 설치한 제 2 바이패스도관 (19)(20)으로 구성한 것이다.

Description

냉동 사이클 {REFRIGERATION CYCLE}

본 발명은 냉동 사이클에 관한 것이며, 상세하게는 가열 또는 냉각 운전시 냉동 사이클의 성적계수 향상 시스템에 관한 것이다.

주지하는 바와 같이 냉동 사이클은 압축기, 4방밸브, 실내 열교환기, 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4방밸브를 도관으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 것이다.

상기한 냉동 사이클은 가열 운전(히트 펌프 운전)시에는 4방밸브를 고온·고압의 냉매증기가 실내 열교환기 측으로 흐르도록 조작하여, 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매증기를 응축기로 작용하는 실내 열교환기에서 응축하여 그 응축열을 유체와 열교환시킴으로써 온수를 생성하거나 실내 공기를 가열하여서 난방 또는 건조기능 등을 수행하고, 상기 실내 열교환기에서 응축된 고온·고압의 냉매액을 팽창밸브에서 팽창시킨 후 증발기로 작용하는 실외 열교환기에서 외기, 지하수 또는 폐온수 등의 열원으로 증발시켜 저온·저압의 냉매증기가 되게 한 후 압축기에 흡입되는 사이클을 반복하는 것이다.

그리고 냉각 운전(냉동기 운전)시에는 4방밸브를 고온·고압의 냉매증기가 실외 열교환기측으로 흐르도록 조작하여, 압축기에서 압축된 고온·고압의 냉매증기를 응축기로 작용하는 실외 열교환기에서 외기 또는 냉각수에 의하여 응축시키고, 상기 실외 열교환기에서 응축된 고온·고압의 냉매액을 팽창밸브에서 팽창시킨 후 증발기로 작용하는 실내 열교환기에서 냉매액을 증발시킬 때 그 증발열을 유체와 열교환시킴으로써 냉수를 생성하거나 실내 공기를 냉각하여 냉방 등을 하며, 상기 실내 열교환기에서 증발된 저온·저압의 냉매증기는 압축기에 흡입되는 사이클을 반복하는 것이다.

한편 상기 냉동사이클은 p-h 선도로 도시하면 도 2와 같고, 상기 도 2에서 1 → 2는 팽창과정, 2 → 3은 증발과정, 3 → 4는 압축과정, 4 → 1은 응축과정으로서, 히트 펌프의 성적계수()와 냉동기의 성적계수()는 아래식으로 표시되는 것이다.

그러나 상기한 냉동 사이클은 히트 펌프로 운전시에는 응축기로 작용하는 실내 열교환기(4)의 부하가 작으면 그 실내 열교환기(4)에서 고온·고압의 냉매증기의 응축이 불완전함으로써 냉매의 방출열량(q₁)이 감소하고, 또한 상기한 냉동 사이클은 냉동기로 운전시에 응축기로 작용하는 실외 열교환기(7)를 공냉식으로 할 경우 외기온도가 높은 이유 등에 의하여 응축온도가 높아지면 그 응축이 불완전하게 됨으로써 포화액이 되지 못하여 실외 열교환기(7)와 실내 열교환기(4)에서 냉매증기 및 냉매액의 온도차가 커져서 냉매가 흡수한 열량(q₂)이 감소함으로써 성적계수가 저하되는 문제점이 있는 것이다.

그리고 상기한 냉동 사이클은 히트 펌프로 운전시에는 외기온도가 낮아서 증발기로 작용하는 실외 열교환기(7)에서 냉매액의 증발이 저조하고, 또한 냉동기로 운전시에는 냉동부하가 감소되면 증발기로 작용하는 실내 열교환기(4)에서 냉매액의 증발이 저조하기 때문에 압축기(2)에 습증기 상태로 흡입되어 냉매의 비체적이 커짐으로 체적효율이 작아져서 압축기(2)의 일량(Aw)이 증가하여 성적계수가 저하될 뿐만 아니라 압축기(2)에 액백(liquid back)이 일어남으로 압축기의 밸브를 손상시키는 원인이 되고 액압축으로 인한 액격(liquid hammer)이 발생하는 경우가 있으며 상기 액격이 원인이 되어 압축기가 손상되는 문제점도 발생하는 것이다.

본 발명은 상기한 문제점을 시정하여, 가열 또는 냉각 운전시 냉매액의 증발을 양호하게 하여 성적계수를 향상하고, 압축기의 신뢰성을 증진할 수 있도록 한 냉동 사이클을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 압축기, 4방밸브, 실내 열교환기, 냉각용 팽창밸브, 가열용 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4방밸브를 도관(8a∼8f)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 기본 냉동 사이클과; 상기 도관(8d)의 각 팽창밸브(6)(5)의 입구에 설치한 과냉응축기(10)(11)와; 상기 도관(8d)과 도관(8e)(8c) 사이에 상기 과냉응축기(10)(11) 및 팽창밸브(6)(5)를 각각 바이패스하는 바이패스도관(15)(16)을 연결하여 상기 과냉응축기(10)(11)와 열교환 관계를 유지하도록 팽창밸브(17)(18)와 함께 설치한 증발기(13)(14)와; 상기 도관(8d)과 도관(8e)(8c) 사이에 상기 과냉응축기(10)(11)및 팽창밸브(6)(5)를 각각 바이패스하도록 설치한 제 2 바이패스도관(19)(20)으로 구성한 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 구성도로서, 부호 1은 기본 냉동 사이클로서, 상기 기본 냉동 사이클(1)은 압축기(2), 4방밸브(3), 실내 열교환기(4), 냉각용 팽창밸브(5), 가열용 팽창밸브(6), 실외 열교환기(7) 및 상기 4방밸브(3)를 도관(8a∼8f)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브(3)와 압축기(2)를 흡입도관(9)으로 연결한 것으로서, 상기 기본 냉동 사이클(1)은 가열 운전(히트 펌프 운전)시에는 냉매를 화살표 실선으로, 냉각 운전(냉동기 운전)시에는 냉매를 화살표 점선으로 흐르도록 하여 실내 열교환기(4)를 가열 운전시에는 응축기로 냉각 운전시에는 증발기로 작용하게 하고, 실외 열교환기(7)는 가열 운전시에는 증발기로 냉각 운전시에는 응축기로 작용하게 한 것이다.

10, 11은 과냉응축기로서, 상기 과냉응축기(10)(11)는 상기 도관(8d)의 가열용 및 냉각용 팽창밸브(6)(5)의 입구에 각각 설치하여 가열 또는 냉각 운전시에 실내 또는 실외 열교환기(4)(7)에서 응축된 냉매액을 과냉각하고, 또한 그 응축열에 의하여 후술하는 증발기(13)(14)를 흐르는 냉매액을 증발시키토록 한 것이다.

13, 14는 증발기로서, 상기 증발기(13)(14)는 도관(8d)과 도관(8e)(8c) 사이에 상기 과냉응축기(10)(11)와 가열용 및 냉각용 팽창밸브(6)(5)를 각각 바이패스하는 바이패스도관(15)(16)을 연결하여 상기 과냉응축기(10)(11)와 열교환 관계가 유지되도록 설치하고, 상기 증발기(13)(14)의 입구에는 팽창밸브(17)(18)를 설치한 것이다.19, 20은 제 2 바이패스도관으로서, 상기 제 2 바이패스도관(19)(20)은 상기도관(8d)과 도관(8e)(8c)사이에 상기 과냉응축기(10)(11) 및 팽창밸브(6)(5)를 각각 바이패스하도록 설치한 것이다.

그리고 본 발명은 상기 바이패스도관(15)의 증발기(13) 출구와 도관(8f)에 실외 열교환기(7)를 바이패스하는 제 3 바이패스도관(21)을 연결하고, 상기 제 3 바이패스도관(21)의 입구와 바이패스도관(15)의 도관(8e) 연결부 인접위치에 솔레노이드 밸브(22)(23)를 각각 설치하여 흡입도관(9)에 설치한 온도센서(미도시)의 출력신호에 의하여 압축기(2)에 흡입되는 냉매증기의 온도가 설정치(예 18℃) 이상일 경우에는 솔레노이드 밸브(22)를 개방하고 솔레노이드 밸브(23)는 폐쇄하며, 압축기(2)에 흡입되는 냉매증기의 온도가 설정치 이하일 때에는 상기의 반대로 개폐하는 것이다.

미설명부호 19', 20'는 체크 밸브이다.

이상과 같은 본 발명은 가열 운전시에는 4방밸브(3)를 냉매가 화살표 실선으로 흐르도록 조작하고, 압축기(2)를 구동하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기는 응축기로 작용하는 실내 열교환기(4)에 유입 응축되어 그 응축열을 유체와 열교환시킴으로써 온수를 생성하거나 실내 공기를 가열하여 난방 또는 건조기능 등을 수행하며, 상기 실내 열교환기(4)에서 응축된 고온·고압의 냉매액은 제 2 바이패스도관(20), 체크 밸브(20') 및 도관(8d)을 경유하여 그 일부는 과냉응축기(10)에서 과냉각된 후 가열용 팽창밸브(6)에서 팽창되고, 상기 실내 열교환기(4)에서 응축된 고온·고압의 냉매액의 일부는 바이패스도관(15)을 경유하여 팽창밸브(17)에서 팽창되어 증발기(13)에서 상기 과냉응축기(10)의 응축열에 의하여 증발한 후 상기 가열용 팽창밸브(6)에서 팽창된 냉매액과 함께 증발기로 작용하는 실외 열교환기(7)에서 외기, 지하수 또는 폐온수 등의 열원에 의하여 증발하고, 상기 실외 열교환기(7)에서 증발된 저온·저압의 냉매증기는 4방밸브(3), 흡입도관(9)을 경유하여 압축기(2)에 흡입되는 사이클을 반복하는 것이다.

그리고 냉각 운전시에는 4방밸브(3)를 냉매가 화살표 점선으로 흐르도록 조작하고, 압축기(2)를 구동하면 압축기(2)에서 압축된 고온·고압의 냉매증기는 응축기로 작용하는 실외 열교환기(7)에 유입 외기, 지하수 또는 폐온수 등에 의하여 응축되고, 상기 실외 열교환기(7)에서 응축된 고온·고압의 냉매액은 제 2 바이패스 도관(19), 체크 밸브(19'), 도관(8d)을 경유하여 그 일부는 과냉응축기(11)에서 과냉각된 후 냉각용 팽창밸브(5)에서 팽창되고, 상기 실외 열교환기(7)에서 응축된 고온·고압의 냉매액의 일부는 바이패스도관(16)을 경유하여 팽창밸브(18)에서 팽창되어 증발기(14)에서 상기 과냉응축기(11)의 응축열에 의하여 증발한 후 상기 냉각용 팽창밸브(5)에서 팽창된 냉매액과 함께 증발기로 작용하는 실내 열교환기(4)에 유입 증발될 때 그 증발열을 유체와 열교환시킴으로서 냉수를 생성하거나 실내 공기를 냉각하여 냉각기능을 수행하며, 상기 실내 열교환기(4)에서 증발된 저온·저압의 냉매증기는 4방밸브(3), 흡입도관(9)을 경유하여 압축기(2)에 흡입되는 사이클을 반복하는 것이다.

상기와 같이 가열 운전시 실내 열교환기(4)에서 응축된 고온·고압의 냉매액의 일부를 과냉응축기(10)에서 과냉각하여 포화온도 이하로 하면 응축기에서 냉매가 방출한 열량(q₁)이 증가하고 상기 과냉각된 냉매액을 가열용 팽창밸브(6)에서 팽창하면 실외 열교환기(7) 입구에서 건도가 감소되고 압축기(2)의 동일한 압축일에 대하여 그 증발효과가 엔탄피차만큼 증가하며, 또한 과냉응축기(10)에서 고온·고압의 냉매액이 응축될 때 그 응축열을 증발기(13)에 공급하여 냉매액의 증발을 양호하게 하면 실외 열교환기(7)의 출구에서 냉매증기가 과열됨으로써 압축기에 공급한 일의 열당량(Aw)이 작아져서 성적계수를 향상할 수 있는 것이다.

그리고 냉각 운전시에 실외 열교환기(7)에서 응축된 고온·고압의 냉매액의 일부를 과냉응축기(11)에서 과냉각하여 포화온도 이하로 한 후 냉각용 팽창밸브(5)에서 팽창하면 실내 열교환기(4) 입구에서 건도가 감소되고 압축기(2)의 동일한 압축일에 대하여 그 증발효과가 엔탄피차만큼 증가하며, 또한 과냉응축기(11)에서 고온·고압의 냉매액이 응축될 때 그 응축열을 증발기(14)에 공급하여 냉매액의 증발을 양호하게 하면 실내 열교환기(4)의 출구에서 냉매증기가 과열됨으로 실내 열교환기(4)에서 냉매가 흡수한 열량(q₂)이 증가됨과 동시에 압축기에서 공급한 일의 열당량(Aw)이 작아져서 성적계수가 향상되는 것이다.

그리고 상기와 같이 가열 운전할 때 압축기(2)에 흡입되는 냉매증기의 온도가 적정온도(예 18℃) 이하일 경우에는 흡입도관(9)에 설치한 온도센서의 출력신호에 의하여 솔레노이드 밸브(22)는 폐쇄하고 솔레노이드 밸브(23)는 개방함으로써 압축기(2)에 흡입되는 냉매증기는 적정 과열도를 유지하지만, 한편 압축기(2)에 흡입되는 냉매증기의 온도가 설정치 이상이 되어 즉 적정 과열도 이상이 되면 압축기(2)에서 토출되는 냉매증기의 온도가 너무 높아짐으로 압축기에 손상을 초래하는 바, 이 경우에는 흡입도관(9)에 설치한 온도센서의 출력신호에 의하여 솔레노이드 밸브(22)는 개방하고 솔레노이드 밸브(23)는 폐쇄하여 증발기(13)에서 증발된 저온·저압의 냉매증기를 실외 열교환기(7)를 경유하지 않고 직접 압축기(2)에 흡입되도록 하여 적정 과열도를 유지할 수 있게 됨으로써 압축기(2)의 손상을 사전에 방지할 수 있는 것이다.

이상과 같이 본 발명은 가열 또는 냉각 운전시 실내 또는 실외 열교환기에서 응축된 고온·고압의 냉매액의 일부를 과냉각하여 그 증발효과를 엔탄피차만큼 증가함과 동시에 그 응축열을 증발기에 공급하여 냉매액의 증발을 양호하게 유지할 수 있음으로 성적계수를 향상할 수 있고, 또한 실내 또는 실외 열교환기에서 응축된 고온·고압의 냉매액을 증발기와 실외 또는 실내 열교환기에서 증발시킴으로써 냉매액의 증발이 양호하여 습증기가 압축기에 흡입되는 것이 방지됨으로 압축기의 신뢰성을 증진시킬 수 있는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예의 구성도.

도 2는 냉동 사이클의 p-h 선도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

1 : 기본 냉동회로 4 : 실내 열교환기 7 : 실외 열교환기

10,11 : 과냉응축기 13,14 : 증발기 15,16 : 바이패스도관

19, 20 : 제 2 바이패스도관

Claims

본 발명은 압축기, 4방밸브, 실내 열교환기, 냉각용 팽창밸브, 가열용 팽창밸브, 실외 열교환기 및 상기 4방밸브를 도관(8a∼8f)으로 순서대로 연결하고, 상기 4방밸브와 압축기를 흡입도관으로 연결한 기본 냉동 사이클과; 상기 도관(8d)의 각 팽창밸브(6)(5)의 입구에 설치한 과냉응축기(10)(11)와; 상기 도관(8d)과 도관(8e)(8c) 사이에 상기 과냉응축기(10)(11) 및 팽창밸브(6)(5)를 각각 바이패스하는 바이패스도관(15)(16)을 연결하여 상기 과냉응축기(10)(11)와 열교환 관계를 유지하도록 팽창밸브(17)(18)와 함께 설치한 증발기(13)(14)와; 상기 도관(8d)과 도관(8e)(8c) 사이에 상기 과냉응축기(10)(11) 및 팽창밸브(6)(5)를 각각 바이패스하도록 설치한 제 2 바이패스도관(19)(20)으로 구성한 냉동 사이클.
제 1 항에 있어서, 바이패스도관(15)의 증발기(13) 출구와 도관(8f)에 실외 열교환기를 바이패스하는 제 3 바이패스도관을 연결하고, 상기 제 3 바이패스도관의 입구와 바이패스도관(15)의 도관(8e) 연결부 인접위치에 솔레노이드 밸브를 각각 설치한 냉동사이클.