KR100572822B1 - Air refrigerating cycle - Google Patents

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KR100572822B1 KR1020040111587A KR20040111587A KR100572822B1 KR 100572822 B1 KR100572822 B1 KR 100572822B1 KR 1020040111587 A KR1020040111587 A KR 1020040111587A KR 20040111587 A KR20040111587 A KR 20040111587A KR 100572822 B1 KR100572822 B1 KR 100572822B1
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뻬뜨로샹바르딴
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Abstract

본 발명은 터보기계를 이용한 공기 냉동사이클에 관한 것으로서, 특히 본 발명에 의한 공기 냉동사이클은 공기를 흡입하여 압축하며 토출시키는 원심압축기와; 상기 원심압축기에서 압축된 후 토출된 공기를 열 교환하는 중간냉각기와; 상기 중간냉각기를 통과한 공기를 냉동실로부터 유출된 공기와 열교환하는 회수용 열교환기와; 상기 회수용 열교환기를 통과한 공기를 팽창시키는 것으로서, 상기 원심압축기와 동일 축 상에 설치된 구심터어빈과; 상기 원심압축기 및 구심터어빈을 연결하는 동일 축에 설치된 모터와; 상기 모터와 직접 연결되어 회전수를 증가시키는 인버터; 및 상기 구심터어빈으로부터 나온 저온의 공기가 유입되며, 일정시간 후 유출되는 냉동실로 구성되어 상기 냉동실로부터 유출된 공기가 상기 회수용 열교환기를 거쳐 다시 원심압축기로 순환되는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to an air refrigeration cycle using a turbomachine, and in particular, the air refrigeration cycle according to the present invention includes a centrifugal compressor for sucking, compressing, and discharging air; An intermediate cooler configured to heat exchange air discharged after being compressed by the centrifugal compressor; A recovery heat exchanger for exchanging the air passing through the intermediate cooler with the air flowing out of the freezing chamber; A centrifugal turbine installed on the same shaft as the centrifugal compressor to expand air passing through the recovery heat exchanger; A motor installed on the same shaft connecting the centrifugal compressor and the old core turbine; An inverter connected directly to the motor to increase the rotation speed; And it is characterized in that the low-temperature air from the old core turbine is introduced, and the freezing chamber is discharged after a certain time, the air flowing out of the freezing chamber is circulated back to the centrifugal compressor through the recovery heat exchanger.

터보기계, 원심압축기, 구심터어빈, 인버터, 공기베어링, 열교환기Turbomachinery, centrifugal compressors, centrifugal turbines, inverters, air bearings, heat exchangers

Description

공기냉동사이클{Air Refrigerating Cycle}Air Refrigeration Cycle

도 1은 종래의 일반적인 공기 냉동사이클의 제1 실시예를 나타내는 도면이며,1 is a view showing a first embodiment of a conventional general air refrigeration cycle,

도 2는 종래의 일반적인 공기 냉동사이클의 제2 실시예를 나타내는 도면이며,2 is a view showing a second embodiment of a conventional general air refrigeration cycle,

도 3은 본 발명에 의한 공기 냉동사이클의 원심압축기 및 구심터어빈의 형상을 나타내는 도면이며,3 is a view showing the shape of the centrifugal compressor and the old core turbine of the air refrigeration cycle according to the present invention,

도 4는 본 발명에 의한 공기 냉동사이클의 실시예를 나타내는 도면이며,4 is a view showing an embodiment of an air refrigeration cycle according to the present invention,

도 5는 본 발명에 의한 공기 냉동사이클의 열역학적 상태를 나타내는 도면이다.5 is a view showing a thermodynamic state of the air refrigeration cycle according to the present invention.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명><Description of Symbols for Main Parts of Drawings>

1: 원심압축기 2: 구심터어빈1: centrifugal compressor 2: old core turbine

3: 모터 3a: 고정자3: motor 3a: stator

3b: 회전자 4: 인버터3b: rotor 4: inverter

5: 중간냉각기 6: 회수용 열교환기5: Intercooler 6: Recovery Heat Exchanger

7: 냉동실 8: 공기 저어널 베어링7: freezer 8: air journal bearing

9: 공기 쓰러스트 베어링 13: 모터9: air thrust bearing 13: motor

14: 증속기어 15: 오일분리기14: Gearbox 15: Oil Separator

16: 열교환기 17: 블로워16: heat exchanger 17: blower

본 발명은 터보기계를 이용한 공기 냉동사이클에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원심압축기와 구심터어빈을 이용한 공기의 압축과 팽창을 통해 저온의 냉동실을 구성하는 것에 관한 것이다.The present invention relates to an air refrigeration cycle using a turbomachine, and more particularly, to configuring a low temperature freezing compartment through compression and expansion of air using a centrifugal compressor and a centrifugal turbine.

현재 세계는 지구온난화로 에너지 사용 규제가 점점 강화되고 있으며, 프레온(Freon)냉매를 사용함으로 인한 대기 중의 오존 층 감소 등 요인으로 인하여, 현재의 프레온냉매보다 천연냉매를 활용하는 쪽으로 기술개발이 활발하게 전개되고 있다.Currently, the world is gradually tightening energy use regulations due to global warming, and due to factors such as the reduction of atmospheric ozone layer by using Freon refrigerant, technology development is actively used to utilize natural refrigerant rather than current Freon refrigerant. It is developing.

천연냉매로는 탄화수소(hydrocarbon) 계열의 메탄, 에탄, 프로판, 부탄, 이소부탄, 프로필렌 등과 암모니아(NH3), 이산화탄소, 공기 등이 있다.Natural refrigerants include hydrocarbon-based methane, ethane, propane, butane, isobutane, propylene, ammonia (NH 3 ), carbon dioxide, and air.

이들의 경우, 탄화수소(hydrocarbon) 계열은 탄소와 수소로만 구성되어, 독성이 없고 화학적으로 안정적이며 지구온난화 지수(GWP)도 3으로 낮아 우수한 천연냉매로 보이지만 가연성(flammability)이 매우 높아 위험한 것이 단점이며, 암모니아(NH3)는 우수한 열역학적 특성과 상대적으로 높은 효율을 지닌 냉매이지만 독성이 치명적이고 가연성이 높으며 작동압력이 높아 특수한 관리가 필요하며, 이산화탄소(CO2)의 경우, 독성과 가연성이 없고 안정성이 뛰어난 냉매이지만, 임계온도(31℃)가 낮기 때문에 super-critical 압력에서 응축(냉각)과정을, 그리고 sub-critical 압력에서 증발과정을 해야하는 trans-critical 사이클을 이루어 기술적 접근이 어려운 난점이 있다.In these cases, the hydrocarbon series is composed of carbon and hydrogen only, which is not toxic, chemically stable, and has a low global warming index (GWP) of 3, which makes it appear to be a good natural refrigerant but has a high flammability, which is a disadvantage. , Ammonia (NH 3 ) is a refrigerant with excellent thermodynamic properties and relatively high efficiency, but it is fatally toxic, highly flammable, and has a high operating pressure and requires special management.In the case of carbon dioxide (CO 2 ), it is not toxic, flammable and stable. Although it is an excellent refrigerant, its low critical temperature (31 ° C) makes it difficult to access technically because of the trans-critical cycle of condensation (cooling) at super-critical pressure and evaporation at sub-critical pressure.

따라서 이러한 분야에서 공기를 천연냉매로 사용하는 것이 저온 냉동시스템(-40C 이하)의 경우 프레온 냉매를 사용하는 것보다 성적계수(COP)도 높고 독성이나 가연성 등도 없어 현재로서는 가장 적합한 것으로 여겨지게 되었다.Therefore, the use of air as a natural refrigerant in these fields is considered to be the most suitable for low temperature refrigeration systems (below -40C), because it has a higher coefficient of performance (COP) and no toxicity or flammability than the use of freon refrigerant.

즉 공기를 사용하는 냉동사이클은 에너지 활용 면에서도 효율적이고, 친환경적이라, 축산 및 수산 분야에서의 활용이 매우 클 것으로 기대된다.In other words, the refrigeration cycle using air is efficient and environmentally friendly in terms of energy utilization, and is expected to be very useful in livestock and fisheries.

이러한 공기 냉동사이클 구성에 관한 연구는 이미 미국과 일본 등에서 전부터 행하여진바 있다.The study on the configuration of the air refrigeration cycle has already been done in the United States and Japan.

1995년부터 1999년까지 미국의 에어 프로덕트 앤 케미컬 사(Air Products & Chemicals, Inc.)는 미국 정부기관인 유에스 커머스 디파트먼트 테크노롤지 어드미니스트레이션(U.S. Commerce Department Technology Administration) 산하 기관인 니스트(NIST; National Institute of Standards and Technology)의 지원 하에 공기 사이클을 이용하여 식품보관 및 화학 플랜트용 냉동/냉장이 가능하게 하는 최초의 상용 시스템인 씨씨에이알(CCAR; Closed Cycle Air Refrigeration)을 개발 완료하였다.From 1995 to 1999, Air Products & Chemicals, Inc. of the United States was founded by NIST, a division of the US Commerce Department Technology Administration. With the support of the National Institute of Standards and Technology, the company developed and completed the Closed Cycle Air Refrigeration (CCAR), the first commercial system to enable refrigeration and refrigeration for food storage and chemical plants.

도 1은 상기 씨씨에이알의 구성을 나타내는 도면이다. 도 1에서 상기 사이클 의 냉동부하는 175kW, 약 50냉동톤(RT)으로 창고를 -73℃로 유지하고, 공기를 약 88바(bar)정도까지 압축하며, 성적계수(COP)는 약 0.6정도인데, 이러한 사이클은 식품의 질을 유지하기 위해 급속한 냉동이 필요한 경우에 매우 유용하다. 그러나, 상기 사이클의 경우 구성요소로서, 증속기어(14)가 사용되고 있다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS It is a figure which shows the structure of the said CC. In Figure 1, the freezing load of the cycle is 175 kW, about 50 frozen tons (RT) to keep the warehouse at -73 ℃, compress the air to about 88 bar (COP), the coefficient of performance (COP) is about 0.6 This cycle is very useful when rapid freezing is required to maintain food quality. However, the speed increase gear 14 is used as a component in the case of the cycle.

1996년 일본의 카지마사(Kajima Co. Ltd.)는 다른 3개 회사와 공동연구를 통해 공기 사이클을 사용하여 식품 등의 냉각, 냉장, 냉동을 가능하게 하는 시스템인 에이아이알에스(AIRS; AIr Refrigerant System)를 개발하였다.In 1996, Kajima Co. Ltd., in Japan, collaborated with three other companies to produce air, cooling, refrigeration, and freezing of foods using air cycles (AIRS; AIr Refrigerant). System).

도 2는 상기 에이아이알에스의 구성도를 나타낸다.2 shows a configuration diagram of the AILS.

이는 냉장, 냉동부하가 7kW(2RT), 16kW(5RT), 25kW(7RT)인 3개의 모델을 출시하여 판매 중이며, 창고내의 온도는 -30℃를 기준으로 하며 성적계수(COP)는 약 0.55 ∼ 0.60 수준이다.It is selling three models with refrigeration and freezing loads of 7kW (2RT), 16kW (5RT) and 25kW (7RT). The temperature in the warehouse is based on -30 ℃ and the COP is about 0.55 ~ 0.60 level.

이는 현재까지도 항공기용 공기조화에 쓰이고 있는 전형적인 부츠트랩(Bootstrap) 사이클로서 효율을 높이기 위해 열 회수(heat recovery)용 열교환기(recuperator)를 채택하였으며, 압력수준이 2kgf/㎠보다 낮은 저압 시스템이 특징이다.This is a typical bootstrap cycle that is still used for air conditioning in aircraft. It adopts a heat recovery recuperator to increase efficiency and features a low pressure system with a pressure level lower than 2 kgf / ㎠. to be.

또한 제1단 압축기로 사용되는 블로워(17)를 위해 증속기어(미도시)를 사용하고 있으며. 사이클 내의 공기에 섞인 오일을 분리해내기 위하여 오일분리기(15)를 사용하고 있다.In addition, a speed increase gear (not shown) is used for the blower 17 used as the first stage compressor. The oil separator 15 is used to separate the oil mixed in the air in the cycle.

국내 기술의 경우에는 최근 몇 년 전부터 정부 주도의 항공기 개발사업(KTX-1, KTX-2, 중형항공기 개발사업)과 관련하여 공기사이클을 이용하는 항공기용 공기 조화 시스템(ECS) 개발에 진입하였는데, 한국항공우주연구원(KARI), 그리고 국방과학연구원(ADD)를 중심으로 항공기용 공기사이클 설계기술을 개발 수행하였으나, 해외제품의 분해 및 분석을 통한 모방설계후 시제품을 제작하고 성능시험을 수행하는 수준을 벗어나지 못하였다. 이는 공기 대 공기(Air-to-Air) 열교환기 설계기술과 제작기술을 확보하지 못한 때문은 물론 고속 원심압축기 및 구심터어빈과 같은 제품의 설계 및 제작기술이 부재했기 때문이었다.In the case of domestic technology, in recent years, we have entered the development of aircraft air conditioning systems (ECS) using air cycles in connection with government-led aircraft development projects (KTX-1, KTX-2, and medium-sized aircraft development projects). We developed and developed air cycle design technology for aircraft centering on Aerospace Research Institute (KARI) and National Defense Research Institute (ADD), but we have prepared the prototype and performed the performance test after the imitation design through disassembly and analysis of overseas products. Could not escape. This was due to the lack of design and manufacturing technology for air-to-air heat exchangers, as well as the lack of design and manufacturing technology for products such as high-speed centrifugal compressors and centrifugal turbines.

즉 국내에서는 공기 사이클을 이용하여 산업용 냉동, 냉장, 냉각기기로의 응용 개발은 지금껏 전무한 상태라고 해도 과언이 아닌 것이 현실이다.In other words, it is no exaggeration to say that the development of applications to industrial refrigeration, refrigeration, and cooling equipment using air cycles has never been made in Korea.

어쨌든 종래의 전술한 도 1, 도 2에 나타난 원심압축기와 구심터어빈을 이용한 공기의 압축과 팽창을 통해 저온의 냉동실를 구성하는 것에 관한 실시예의 경우, 모두 증속기어를 이용하여 RPM을 높이는 방식이 사용되고 있다. 이러한 방식의 단점은 증속기어가 고가의 가공품이며 진동을 유발하게 되고 높은 유지보수비가 들게 된다. 또한 발생되는 기계적 손실은 모두 열로 변환되므로 계속해서 윤활유를 순환시키면서 냉각을 해 주어야 하므로 친환경적이지 못하다는 단점이 있다.Anyway, in the case of the embodiment of the conventional low temperature freezing chamber through the compression and expansion of the air using the centrifugal compressor and the centrifugal turbine shown in Figs. 1 and 2 described above, all the methods of increasing the RPM using the gearbox are used. . The disadvantage of this method is that the gearbox is an expensive workpiece and causes vibration and high maintenance costs. In addition, since all the mechanical losses generated are converted to heat, the lubricating oil must be circulated and cooled, which is disadvantageous in that it is not environmentally friendly.

또한 증속기어를 사용하게 되면, 정상상태에 도달하는 초기 라이징 타임(rising time)이 길기 때문에, 공기 베어링을 사용하는 것이 불가능하게 되며, 냉방부하를 바꾸기 위해서는 바이 패스(by-pass) 방식을 사용해야 하는 문제점이 발생하게 된다.In addition, when the gearbox is used, since the initial rising time to reach the steady state is long, it is impossible to use the air bearing, and to bypass the cooling load, it is necessary to use a bypass method. Problems will arise.

본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 공기베어링을 적용하 고 인버터로 모터를 직접 구동한다는 점을 특징으로 한다. 즉, 윤활유가 필요 없어짐으로 해서, 폐윤활유가 발생치 않고 냉동냉장실에 공급되는 공기는 100% 순수한 냉각공기만이 공급되기 때문에 친환경적이라 할 수 있다.The present invention is characterized by applying an air bearing to drive the motor directly to the inverter in order to solve the above problems. That is, since the lubricant is not needed, the air supplied to the freezer compartment without waste lubricant is generated and only 100% pure cooling air is supplied.

또한 증속기어가 없으므로 인해 커플링(Coupling)부의 기계손실이 생기지 않아 효율향상에 기여하게 되며 진동과 소음이 현저히 줄어들게 함을 목적으로 한다.In addition, since there is no speed increase gear, there is no mechanical loss of coupling part, which contributes to the improvement of efficiency, and significantly reduces vibration and noise.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 공기 냉동사이클은 공기를 흡입하여 압축하며 토출시키는 원심압축기와; 상기 원심압축기에서 압축된 후 토출된 공기를 열 교환하는 중간냉각기와; 상기 중간냉각기를 통과한 공기를 냉동실로부터 유출된 공기와 열교환하는 회수용 열교환기와; 상기 회수용 열교환기를 통과한 공기를 팽창시키는 것으로서, 상기 원심압축기와 동일 축 상에 설치된 구심터어빈과; 상기 원심압축기 및 구심터어빈을 연결하는 동일 축에 설치된 모터와; 상기 모터와 직접 연결되어 회전수를 증가시키는 인버터; 및 상기 구심터어빈으로부터 나온 저온의 공기가 유입되며, 일정시간 후 유출되는 냉동실로 구성되어 상기 냉동실로부터 유출된 공기가 상기 회수용 열교환기를 거쳐 다시 원심압축기로 순환되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the air refrigeration cycle according to the present invention comprises a centrifugal compressor for sucking, compressing and discharging air; An intermediate cooler configured to heat exchange air discharged after being compressed by the centrifugal compressor; A recovery heat exchanger for exchanging the air passing through the intermediate cooler with the air flowing out of the freezing chamber; A centrifugal turbine installed on the same shaft as the centrifugal compressor to expand air passing through the recovery heat exchanger; A motor installed on the same shaft connecting the centrifugal compressor and the old core turbine; An inverter connected directly to the motor to increase the rotation speed; And it is characterized in that the low-temperature air from the old core turbine is introduced, and the freezing chamber is discharged after a certain time, the air flowing out of the freezing chamber is circulated back to the centrifugal compressor through the recovery heat exchanger.

본 발명의 바람직한 실시를 위하여, 상기 밀폐형 공기냉동 사이클의 원심압축기는 공기베어링을 포함하므로써, 냉매로 사용되는 공기에 오일 성분이 섞여 들어가지 않게 되어 오일 분리기와 같은 구성이 필요 없어지게 되는 것을 특징으로 한다.In a preferred embodiment of the present invention, the centrifugal compressor of the hermetic air refrigeration cycle includes an air bearing, so that oil components are not mixed in the air used as the refrigerant, so that a configuration such as an oil separator is unnecessary. do.

또한 상기 원심압축기 및 구심터어빈의 운전시 적정 회전수는 약 40,000 ∼ 50,000RPM이 되는데, 이와 같은 회전수가 되기까지 소요되는 초기시간이 짧아야 상기 공기 베어링이 무리 없이 제 기능을 발휘하게 된다. 이는 공기 베어링의 특징으로서, 초기 작동 시에 회전수가 낮을 때에는 공기 베어링의 사이로 공기가 충분히 유입되지 못하여 공기유막이 제 역할을 다하지 못하기 때문이다.In addition, when the centrifugal compressor and the old centrifugal turbine are operated, the proper rotational speed is about 40,000 to 50,000 RPM. The initial time required for such rotational rotation is short so that the air bearings can function properly. This is a characteristic of the air bearing, because when the rotation speed is low at the initial operation, the air oil film does not play a role because the air is not sufficiently introduced between the air bearings.

따라서 이러한 문제점을 해결해 주는 확실한 방법이 인버터를 사용하여 회전수를 증가시켜주는 것인데, 이러한 방법은 종래의 증속기어를 사용하여 속도를 증가시켜 주는 경우보다 정상상태에 도달하는 초기 라이징 타임(rising time)을 줄여줌으로써, 공기 베어링을 사용하는 것을 용이하게 하여줌은 물론, 원하는 부하에 맞게 용량 가변형이 가능하게 하여, 종래의 증속기어방식을 사용할 경우 냉방부하를 바꾸기 위해 바이 패스(by-pass) 방식을 사용해야 하는 번거로움에서 벗어날 수 있게 된다.Therefore, a sure way to solve this problem is to increase the number of revolutions by using an inverter, which increases the initial rising time to reach a steady state rather than increasing the speed by using a conventional gearbox. By reducing the pressure, it is easy to use the air bearings, as well as the variable capacity to suit the desired load, and by-pass method to change the cooling load when using the conventional gearbox It will free you from the hassle of using it.

상기 공기 베어링은 저어널 베어링과 쓰러스트 베어링으로 사용되는 것을 특징으로 한다.The air bearings are used as journal bearings and thrust bearings.

도 3은 본 발명에 의한 공기 냉동사이클의 원심압축기 및 구심터어빈의 단면 형상을 나타내는 도면인데, 도시된 바와 같이 반경방향의 하중을 지지하기 위한 저어널 베어링(8)과 축방향의 하중을 자지하기 위한 쓰러스트 베어링(9)이 채용되었다.3 is a cross-sectional view of a centrifugal compressor and a centrifugal turbine of an air refrigeration cycle according to the present invention. As shown in FIG. 3, the journal bearing 8 and the axial load are supported to support a radial load. Thrust bearing 9 is employed.

본 발명의 더욱 바람직한 실시를 위하여, 상기 밀폐형 공기냉동 사이클의 상기 중간 냉각기(5; intercooler)는 수냉식 열교환기인 것을 특징으로 하며, 상기 열 회수용 열교환기(6)는 공냉식 열교환기인 것을 특징으로 한다.For a more preferred embodiment of the present invention, the intercooler 5 of the hermetic air cooling cycle is a water-cooled heat exchanger, and the heat recovery heat exchanger 6 is an air-cooled heat exchanger.

이는 상기 중간 냉각기의 경우, 1차적으로 열교환을 필요로 하는 상황에서 확실한 열교환을 목적으로 하기 때문이다.This is because the intermediate cooler aims at reliable heat exchange in a situation where heat exchange is required first.

이하 본 발명에 의한 공기 냉동사이클의 구성 및 동작에 관하여 첨부된 도면에 의해 상세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the configuration and operation of the air refrigeration cycle according to the present invention will be described in detail by the accompanying drawings.

도 4는 본 발명에 의한 공기 냉동사이클의 실시예를 나타내기 위한 도면으로서, 전체 구성은 원심압축기(1)와 구심터어빈(2)이 동일 축 상에 연결되어 있으며, 상기 축에는 모터를 이루는 고정자(3a) 및 회전자(3b)가 인버터(4)에 직접 연결되어 회전수를 증속하게 된다. 따라서 시스템이 종래의 구성에 비하여 단순해지게 된다.Figure 4 is a view showing an embodiment of the air refrigeration cycle according to the present invention, the overall configuration is a centrifugal compressor (1) and the old core turbine (2) is connected on the same axis, the shaft is a stator constituting a motor 3a and the rotor 3b are directly connected to the inverter 4 to increase the rotation speed. Thus, the system is simplified compared to the conventional configuration.

상기 원심압축기(1)와 구심터어빈(2)을 연결하는 축은 도 3에 도시된 공기 저어널 베어링(8) 및 공기 쓰러스트 베어링(9)에 의해 지지되는데, 이러한 구성은 종래의 오일 베어링 방식에 비하여 폐윤활유가 발생하지 않는다는 것은 물론, 사이클을 순환하는 공기에도 오일 성분이 발생하지 않아 도 2에 도시된 오일 분리기(15)와 같은 구성이 필요 없어지게 됨으로써, 시스템 구성이 단순화 되는 등 친환경적인 구성이라고 할 수 있다.The shaft connecting the centrifugal compressor 1 and the centrifugal turbine 2 is supported by the air journal bearing 8 and the air thrust bearing 9 shown in FIG. Compared with the fact that waste lubricant is not generated, as well as no oil component is generated in the air circulating the cycle, the configuration such as the oil separator 15 shown in FIG. 2 is not necessary, thereby simplifying the system configuration. It can be said.

따라서 상기 원심압축기(1)로 유입된 순수한 공기는 압축된 후 중간냉각기(5)에서 물에 의해 1차적으로 열교환을 하게 되고, 동일 축의 일측에 설치된 구심터어빈(2)으로 유입되는데, 이 때의 과정은 도 5에 도시된 바와 같이 팽창과정이 된다.Therefore, the pure air introduced into the centrifugal compressor (1) is compressed and then primarily heat exchanged by water in the intermediate cooler (5), and flows into the old centrifugal turbine (2) installed on one side of the same shaft. The process becomes an expansion process as shown in FIG.

도 5는 본 발명에 의한 공기 냉동사이클의 열역학적 상태를 나타내는 도면으로서, 상기 팽창과정에서 온도와 압력이 모두 낮아진 상태가 된다.5 is a view showing a thermodynamic state of the air refrigeration cycle according to the present invention, both the temperature and the pressure is lowered in the expansion process.

상기 팽창과정을 거친 공기는 냉동실(7)로 유입되어 식품을 냉각하게 되며, 이후 회수용 열교환기(6)에서 압축공기와 열교환을 이룬 후 다시 상기 원심 압축기(1)로 흡입되는 밀폐형 사이클을 이루게 됨으로써, 인버터(4)로 직접 모터(3)를 증속 구동하고, 원심압축기(1) 및 구심터어빈(2)을 공기 베어링으로 지지하는 것을 특징으로 하는 공기냉동 사이클을 구현하는 것이 가능해져, 이를 축산 및 수산 등 냉동이 필요한 다양한 분야에 적용할 수 있게 된다.The expanded air flows into the freezing chamber (7) to cool the food, and then heat exchanges with the compressed air in the recovery heat exchanger (6) to form a closed cycle that is sucked into the centrifugal compressor (1) again. In this way, it is possible to implement an air refrigeration cycle characterized in that the motor 3 is increased and driven directly by the inverter 4, and the centrifugal compressor 1 and the old core turbine 2 are supported by air bearings. And it can be applied to a variety of fields that need refrigeration, such as fisheries.

전술한 실시 예들은 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 적용 범위는 이와 같은 것에 한정되는 것이 아니며 동일 사상의 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.The above-described embodiments are merely illustrative of the preferred embodiments of the present invention, and the scope of application of the present invention is not limited thereto, and may be appropriately changed within the scope of the same idea.

이상에서 전술한 바와 같이 본 발명에 의한 공기 냉동시스템은 공기 베어링을 적용하고 인버터로 직접 모터를 구동함으로써, 윤활유가 필요 없어 폐윤활유가 발생치 않고, 냉동실에 100% 순수한 냉각공기만이 공급되므로 친환경적으로 식품 등의 저장에 더욱 적합하게 되며, 증속기어가 없으므로 해서 커플링(Coupling)부의 기계손실이 생기지 않아 효율향상에 기여하게 되며 진동과 소음이 현저히 줄어들게 된다.As described above, the air refrigerating system according to the present invention applies an air bearing and drives a motor directly to an inverter, thereby eliminating the need for lubricating oil, thus eliminating waste lubricants, and supplying only 100% pure cooling air to the freezing compartment. As it is more suitable for storage of food, etc., there is no speed increase gear, so there is no mechanical loss of coupling part, which contributes to the improvement of efficiency and significantly reduces vibration and noise.

Claims (4)

공기를 흡입하여 압축하며 토출시키는 원심압축기와;A centrifugal compressor that sucks air, compresses it, and discharges the air; 상기 원심압축기에서 압축된 후 토출된 공기를 열 교환하는 중간냉각기와;An intermediate cooler configured to heat exchange air discharged after being compressed by the centrifugal compressor; 상기 중간냉각기를 통과한 공기를 냉동실로부터 유출된 공기와 열교환하는 회수용 열교환기와;A recovery heat exchanger for exchanging the air passing through the intermediate cooler with the air flowing out of the freezing chamber; 상기 회수용 열교환기를 통과한 공기를 팽창시키는 것으로서, 상기 원심압축기와 동일 축 상에 설치된 구심터어빈과;A centrifugal turbine installed on the same shaft as the centrifugal compressor to expand air passing through the recovery heat exchanger; 상기 원심압축기 및 구심터어빈을 연결하는 동일 축에 설치된 모터와;A motor installed on the same shaft connecting the centrifugal compressor and the old core turbine; 상기 모터와 직접 연결되어 회전수를 증가시키는 인버터; 및An inverter connected directly to the motor to increase the rotation speed; And 상기 구심터어빈으로부터 나온 저온의 공기가 유입되며, 일정시간 후 유출되는 냉동실Low temperature air from the old core turbine is introduced, and the freezer compartment flows out after a certain time 로 구성되어, 상기 냉동실로부터 유출된 공기가 상기 회수용 열교환기를 거쳐 다시 원심압축기로 순환되는 것을 특징으로 하는 밀폐형 공기냉동 사이클.The air-tight cycle, characterized in that the air flowing out of the freezing chamber is circulated back to the centrifugal compressor through the recovery heat exchanger. 제 1항에 있어서, 상기 원심압축기는 공기베어링을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐형 공기냉동 사이클.2. The hermetic air refrigeration cycle according to claim 1, wherein the centrifugal compressor comprises an air bearing. 제 1항에 있어서, 상기 중간 냉각기(intercooler)는 수냉식 열교환기인 것을 특징으로 하는 밀폐형 공기냉동 사이클.The closed air cooling cycle according to claim 1, wherein the intercooler is a water-cooled heat exchanger. 제 1항에 있어서, 상기 열 회수용 열교환기는 공냉식 열교환기인 것을 특징으로 하는 밀폐형 공기냉동 사이클.The closed air cooling cycle according to claim 1, wherein the heat recovery heat exchanger is an air-cooled heat exchanger.
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