KR100575223B1 - 용량가변 냉동사이클 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 용량가변 냉동사이클은 냉매를 압축하는 압축기, 상기 압축기로부터 냉매가 토출되는 토출부, 상기 압축기 내부로 냉매를 흡입시키는 흡입부, 상기 압축기에서 나온 고온, 고압의 냉매를 저온, 고압의 냉매로 응축하는 응축기, 압축기의 토출부에서 나오는 냉매를 바이패스시켜 압축용량을 가변시키기 위하여 상기 흡입부와 연결하는 제 1바이패스관, 상기 토출부에서 나오는 냉매를 저온, 저압의 냉매와 혼합하기 위한 혼합탱크, 응축기의 토출부로부터 분기되고 혼합탱크와 연결된 제 2바이패스관, 제 1바이패스관과 제 2바이패스관에 각각 마련된 팽창밸브를 구비한다.
따라서 본 발명에 따른 압축기의 흡입부로 흡입되는 냉매를 저온, 저압의 냉매로 간단하게 변환할 수 있어, 압축기의 소비동력이 증가하는 등의 냉동사이클의 효율저하를 방지할 수 있으며, 상기 냉동사이클에 용량가변 압축기를 사용하는 경우에는, 냉동사이클에 의한 가변용량에 압축기에 의한 가변용량만큼을 추가할 수 있어, 용량가변 폭을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

용량가변 냉동사이클{VARIABLE CAPACITY REFRIGERATION CYCLE}
도 1은 종래 용량가변 냉동사이클을 도시한 시스템도이다.
도 2는 본 발명에 따른 용량가변 냉동사이클을 도시한 시스템도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
40: 압축기 42: 응축기
44: 팽창변 46: 증발기
48: 압축기 토출부 49: 압축기 흡입부
50: 제 1바이패스관 52: 제 1팽창밸브
54: 응축기 토출부 58: 제 2팽창밸브
60: 제 2바이패스관 65: 제어부
67: 온도검출장치 84: 혼합탱크
본 발명은 용량가변 냉동사이클에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉동사이클의 효율이 저하되는 것을 방지하는 용량가변 냉동사이클에 관한 것이다.
일반적으로 냉동사이클은 도 1에 도시된 바와 같이 압축기(11)로부터 토출된 고온, 고압의 냉매가스는 응축기(13)에서 응축되면서 실외공기와 열교환하여 액화된 저온, 고압의 냉매로 변하게 된다. 액화된 저온, 고압의 냉매는 팽창변(14)내에 유입되며, 팽창변(14)내에 유입된 고압의 냉매는 팽창변(14)에서 팽창하여 저온, 저압의 냉매로 변환되어 증발기(16)로 유입된다. 증발기(16)내에서는 냉매가 증발되면서 실내공기를 냉각시키는 열교환 작용에 의하여 냉매가스로 변환되고, 냉매가스는 다시 압축기(11)내에 유입되어 고온, 고압으로 압축되는 냉매사이클을 반복한다.
이러한 냉동사이클에 있어서, 가변되는 냉동부하에 대응하기 위해서, 냉동사이클에 부가되는 냉방부하가 감소하게 되면 사이클의 운전을 정지하고 다시 냉방부가가 증가하게 되면 사이클의 운전을 재개하는 on-off 운전을 반복하였다.
또는 on-off 운전을 반복하지 않고 용량가변형 압축기를 사용하여 냉동사이클의 냉동능력을 조절함으로써, 전체적인 냉동사이클의 효율을 향상시킬 수 있다.
그러나, 용량가변형 압축기의 경우에도 용량가변을 할 수 있는 범위가 한정되어 있어, 냉동사이클의 용량가변 범위도 한정적이게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 압축기(11)로부터 냉매가 토출되는 토출부(17)와 압축기(11)로 냉매가 흡입되는 흡입부(18)를 바이패스시켜 압축기(11)에서 토출되는 토출 냉매를 흡입부(18)로 재유입시켜 압축용량을 가변시키는 용량가변 냉동사이클이 등장하였다. 압축기(11)에서 토출되는 냉매는 고온, 고압의 냉매인 바 바이패스관(20)을 지나는 냉매의 감압을 위해 바이패스관(20) 상에는 팽창밸브(21)와 같은 감압부를 구비하였다.
그러나, 압축기(11)에서 토출되는 냉매는 고온, 고압의 상태이므로, 바이패스관(20)에 팽창밸브(21)를 설치하여 감압한다고 하여도 온도는 고온 상태이므로, 이러한 고온의 냉매가 흡입부(18)로 재유입 되더라도, 증발기(16)를 지나 흡입부(18)로 흡입되는 온도와 차이가 있어 흡입부의 온도를 동반하여 상승시키게 되고, 이러한 고온의 냉매가 압축기(11)로 흡입됨으로써, 압축기(11)의 소비동력이 증가되는 등 냉동사이클의 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 용량가변 냉동사이클에 있어서, 바이패스시 압축기의 소비동력이 증가하는 등의 냉동사이클의 효율저하를 방지할 수 있는 용량가변 냉동사이클을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 용량가변 냉동사이클은 냉매를 압축하는 압축기, 상기 압축기로부터 냉매가 토출되는 토출부, 상기 압축기 내부로 냉매를 흡입시키는 흡입부, 상기 압축기에서 나온 고온 고압의 냉매를 저온 고압의 냉매로 응축하는 응축기, 압축기의 토출부에서 나오는 냉매를 바이패스시켜 압축용량을 가변시키기 위하여 상기 흡입부와 연결하는 제 1바이패스관, 상기 압축기 토출부에서 나오는 냉매를 저온 저압의 냉매와 혼합하기 위한 혼합탱크를 포함한다.
또한, 상기 제 1바이패스관 상에는 압축기에서 나오는 고온, 고압의 냉매의 양을 조절하고, 상기 고온, 고압의 냉매를 고온, 저압의 냉매로 변화시키는 제 1팽창밸브가 마련된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 응축기의 토출부로부터 분기된 제 2바이패스관은 상기 혼합탱크와 연결되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 2바이패스관 상에는 응축기에서 바이패스되는 저온, 고압의 냉매의 양을 조절하고, 상기 저온, 고압의 냉매를 저온, 저압의 냉매로 변화시키는 제 2팽창밸브가 마련된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 압축기는 용량가변 압축기인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 용량가변 냉동사이클의 바람직한 일 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 용량가변 냉동사이클은 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매를 고온, 고압으로 압축하는 압축기(40)와 압축기(40)로부터 토출된 고온고압의 냉매가스를 실외공기와 열교환하여 액화된 저온, 고압의 냉매로 변환하는 응축기(42)와 액화된 고압의 냉매를 팽창시켜 저온, 저압의 냉매로 변환하는 팽창변(44)과 팽창변(44)을 지난 냉매를 증발시켜 실내공기를 냉각시키고 열교환작용에 의하여 냉매가스로 변환시키는 증발기(46)를 갖춘다. 증발기(46)를 지난 냉매가스는 다시 압축기(40)내에 유입되어 고온, 고압으로 압축되는 냉동사이클을 반복한다.
이러한 기본적인 냉동사이클에 있어, 냉동사이클에 부가되는 냉동 부하가 가변함에 따라 사이클의 운전을 정지, 재개하기 위해 on-off 운전을 반복함으로써, 에너지 소모가 많이 발생하는 것을 방지하기 위해 압축기의 토출부(48)에서 일부의 냉매를 압축기(40)의 흡입부(49)로 바이패스 시키는 제 1바이패스관(50)을 구비한다.
이때, 압축기(40) 토출부 냉매의 온도와 압력은 고온, 고압의 상태이므로, 이 상태의 냉매가 흡입부(49)로 유입되면 흡입부(49)의 압력과 온도가 동반하여 상승하게 되고, 냉매의 비체적 증가로 인해 실질적인 질량유량이 감소하며, 압축기(40) 또한 가열되어 전체적으로 냉동 사이클의 효율이 저하된다.
따라서, 적절한 냉동사이클로서의 역할을 하기 위해서는 흡입부(49)의 온도와 압력을 적절한 수준으로 낮추어야 한다. 이를 위해, 고온, 고압의 냉매를 저온, 저압의 냉매로 변환하여 주어야 하는데, 이를 위해 본 발명에서는 제 1팽창밸브 (52)와 혼합탱크(64)를 더 구비한다.
여기서 제 1팽창밸브(52)는 압축기(40)의 토출부(48)에서 나오는 고온, 고압의 냉매을 고온, 저압의 냉매로 변환하는 역할을 함과 동시에 바이패스되는 냉매의 양을 조절하여 압축기(40)의 압축용량을 가변시켜 전체적인 냉동사이클의 용량을 가변시키는 역할을 하며, 혼합탱크(64)는 제 1팽창밸브(52)를 통과한 고온, 저압의 냉매를 저온, 저압의 다른 냉매와 혼합하여 저온, 저압의 냉매로 변환하는 역할을 한다.
상기 제 1팽창밸브(52)를 통과한 고온, 저압의 냉매를 저온, 저압의 냉매로 변환하기 위하여, 응축기(42)의 토출부(54)에서 나오는 저온, 고압의 냉매 일부를 분기시켜, 이를 제 2팽창밸브(58)를 이용하여 저온, 저압의 냉매로 변환한 후, 혼합탱크(64)로 유입시켜, 압축기(40)의 토출부(48)에서 바이패스하여 제 1팽창밸브(52)를 통과한 고온, 저압의 냉매와 혼합한다.
응축기(42)를 통과한 냉매는 실외의 공기와 열교환하기 때문에, 압축기(40)에서 곧 바로 나온 냉매의 온도보다 상당히 낮은 온도를 지닌다. 이러한, 저온의 냉매를 압축기(40)의 토출부에서 바이패스한 고온의 냉매와 혼합하면, 고온의 냉매를 원하는 수준의 온도로 맞출 수 있다. 혼합 후의 냉매 온도는 제 1바이패스관(50)을 통과한 냉매와 제 2바이패스관(60)을 통과한 냉매의 비율에 따라 달라진다.
여기서, 제 1팽창밸브(52)와 제 2팽창밸브(58)는 제어부(65)에 의해 제어된다. 먼저 가변 할 용량이 결정되면, 제 1팽창밸브(52)의 개방량을 변경하여, 제 1바이패스관(50)을 통해 바이패스되는 냉매의 양이 결정되며, 압축기(40)로 재흡입되는 냉매의 양이 달라짐으로 해서 압축용량이 가변된다. 압축기(40)의 토출부(48)에서 바이패스한 냉매는 고온, 고압인바 압축기(40)의 흡입부(49)로 유입되면 압축기(40)로 흡입되는 냉매의 온도가 올라가게 된다.
혼합탱크(84)와 압축기(40)의 흡입부(49) 사이에 마련된 온도검출장치(67)는 압축기(40)로 흡입되는 냉매의 온도를 검출하고, 검출된 온도는 제어부(65)로 보내진다. 제어부(65)는 압축기(40)로 재흡입되는 냉매의 적절한 온도를 맞추기 위하여, 제 2팽창밸브(58)의 개방량을 결정하여, 응축기(42)에서 토출되는 저온 상태인 냉매의 바이패스 양을 적절히 조절한다. 응축기(42)에서 토출되는 저온, 고압의 냉매는 제 2팽창밸브(58)를 거치면서 저온, 저압의 냉매가 된다.
제어부(65)는 제 1바이패스관(50)을 거친 고온, 저압의 냉매와 제 2바이패스관(60)을 거친 저온, 저압의 냉매는 혼합탱크(64)에서 섞여 적절한 온도와 압력으로 압축기(40)로 흡입되도록 제어한다.
상기와 같이, 별도의 냉각부를 이용하지 않더라도, 응축기(42)에서 토출되는 저온의 냉매를 압축기(40)의 토출부(48)에서 토출되는 고온, 고압의 냉매와 혼합함으로써, 바이패스 되는 냉매의 온도 및 압력을 원하는 수준으로 맞추기가 용이하여 냉동사이클의 조절이 용이하다.
상기와 같은 냉동사이클에서 압축기(40)가 용량가변형 압축기가 아니라도 냉동사이클 자체에서 용량가변 할 수 있으나, 용량가변 압축기를 사용하면, 냉동사이클에 의한 가변용량에 압축기(40)에 의한 가변용량 만큼을 추가할 수 있어, 냉동사이클의 용량가변 폭을 증가시킬 수 있다.
여기서, 상기 용량가변 압축기의 종류는 어느 하나에 제한되는 것이 아니며, 로터리 압축기나 스크롤 압축기, 그 밖의 압축기가 될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 용량가변 냉동사이클에 의하면, 용량가변 압축기를 사용하지 않는 경우에도 압축기의 토출부에서 바이패스 되어 압축기의 흡입부로 흡입되는 냉매를 저온, 저압의 냉매로 간단하게 변환할 수 있어, 압축기의 소비동력이 증가하는 등의 냉동사이클의 효율저하를 방지할 수 있다.
또한, 상기 냉동사이클에 용량가변 압축기를 사용하는 경우에는, 냉동사이클에 의한 가변용량에 압축기에 의한 가변용량만큼을 추가할 수 있어, 용량가변 폭을 증가시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 냉매를 압축하는 압축기,
    상기 압축기로부터 냉매가 토출되는 토출부,
    상기 압축기 내부로 냉매를 흡입시키는 흡입부,
    상기 압축기에서 나온 고온, 고압의 냉매를 저온, 고압의 냉매로 응축하는 응축기,
    압축기의 토출부에서 나오는 냉매를 바이패스시켜 압축용량을 가변시키기 위하여 상기 흡입부와 연결하는 제 1바이패스관,
    상기 토출부에서 나오는 냉매를 저온, 저압의 냉매와 혼합하기 위한 혼합탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 용량가변 냉동사이클.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1바이패스관 상에는 압축기에서 나오는 고온, 고압의 냉매의 양을 조절하고, 상기 고온, 고압의 냉매를 고온, 저압의 냉매로 변화시키는 제 1팽창밸브가 마련된 것을 특징으로 하는 용량가변 냉동사이클.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 응축기의 토출부로부터 분기된 제 2바이패스관은 상기 혼합탱크와 연결 되는 것을 특징으로 하는 용량가변 냉동사이클.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 제 2바이패스관 상에는 응축기에서 바이패스되는 저온, 고압의 냉매의 양을 조절하고, 상기 저온, 고압의 냉매를 저온, 저압의 냉매로 변화시키는 제 2팽창밸브가 마련된 것을 특징으로 하는 용량가변 냉동사이클.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 압축기는 용량가변 압축기인 것을 특징으로 하는 용량가변 냉동사이클.
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