KR100585353B1 - 냉동 장치 - Google Patents

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에쯔시 나가에
사또시 이마이
가즈아끼 미즈까미
이치로 가미무라
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Abstract

본 발명의 과제는 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 흡열 수단을 냉동 사이클 중에 마련한 경우, 어떠한 온도대에 있어서도 그 효율을 떨어뜨리는 일 없이 고효율의 운전을 가능하게 한 냉동 장치를 제공하는 것이다.
압축기(1), 방열기(2), 감압 장치(3), 기액 분리기(4) 및 서로 다른 온도대에서 선택적으로 기능하는 복수의 흡열기(57, 58)를 구비한 냉동 장치이다. 기액 분리기(4)에서 분리된 가스 냉매를 압축기(1)의 중간압부로 도입 가능한 수단(5)을 구비하는 동시에, 기액 분리기(4)에서 분리된 액상 냉매를 순환시키는 저압측 회로(9)를 구비하고, 이 저압측 회로(9)에는 복수의 흡열기(57, 58) 중, 적어도 낮은 온도대에서 기능하는 흡열기(58)를 구비하였다.
압축기, 방열기, 감압 장치, 기액 분리기, 냉동 장치, 저압측 회로

Description

냉동 장치 {REFRIGERATOR}
도1은 본 발명에 관한 냉동 장치의 일실시 형태를 나타내는 냉매 회로도.
도2는 냉동 사이클의 엔탈피ㆍ압력선도.
도3은 초임계 사이클의 엔탈피ㆍ압력선도.
도4는 냉장고에의 적용예를 나타내는 도면.
도5는 냉장고에의 적용예를 나타내는 도면.
도6은 다른 실시 형태를 나타내는 냉매 회로도.
도7은 냉장고에의 적용예를 나타내는 도면.
도8은 냉장고에의 적용예를 나타내는 도면.
도9는 다른 실시 형태를 나타내는 냉매 회로도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 압축기
2 : 방열기
3 : 감압 장치
4 : 기액 분리기
5 : 도입 수단
7 : 개폐 밸브
8 : 역지 밸브
10 : 흡열 수단
11 : 3방 밸브
12 : 제1 모세관 튜브
13 : 제2 모세관 튜브
14 : 흡열기
15 : 열교환부
21 : 냉장실
22 : 냉동실
30 : 냉동 장치
[문헌 1] 일본 특허 공개 2003-106693호 공보
본 발명은 기액 분리기에서 분리된 가스 냉매를 압축기의 중간압부로 도입 가능한 수단을 구비하는 냉동 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 압축기, 방열기, 감압 장치, 기액 분리기를 구비하고, 이 기액 분리기에서 분리된 가스 냉매를 상기 압축기의 중간압부로 도입 가능한 수단을 구비하는 냉동 장치가 알려져 있다(문헌 1 참조). 이러한 종류의 냉동 장치에서는 상기 기액 분리기에서 분리된 가스 냉매를 가스의 상태 그대로 상기 압축기의 중간압부로 도입하므로, 상기 압축기에 있어서의 효율을 향상시킬 수 있는 등의 효과를 얻을 수 있다.
그런데, 이러한 종류의 종래의 냉동 장치에 있어서, 냉동 사이클 중에 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 흡열기를 포함하는 흡열 수단을 마련하는 경우가 있다.
예를 들어, 이를 냉장실, 냉동실을 구비하는 냉장고에 적용하는 경우, 냉동 사이클 중에 냉장용, 혹은 냉동용으로서 기능하는 흡열기를 배치하고, 어느 하나의 흡열기의 기능을 이용하여 냉장 혹은 냉동 운전을 행하게 되지만, 이 경우에는 어떠한 운전시에도 그 효율을 떨어뜨리는 일 없이 고효율로 운전하는 것이 중요해진다.
그래서, 본 발명의 목적은 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 흡열 수단을 냉동 사이클 중에 마련한 경우, 어떠한 온도대에 있어서도 그 효율을 떨어뜨리는 일 없이 고효율의 운전을 가능하게 한 냉동 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명은 압축기, 방열기, 감압 장치, 기액 분리기 및 서로 다른 온도대에서 선택적으로 기능하는 복수의 흡열기를 구비한 냉동 장치에 있어서, 상기 기액 분리기에서 분리된 가스 냉매를 상기 압축기의 중간압부로 도입 가능한 수단을 구비하는 동시에, 상기 기액 분리기에서 분리된 액상 냉매를 순환시키는 저압측 회로 를 구비하고, 이 저압측 회로에는 상기 복수의 흡열기 중, 적어도 낮은 온도대에서 기능하는 흡열기를 구비한 것을 특징으로 한다.
이 경우에 있어서, 상기 저압측 회로에는 상기 모든 흡열기를 병렬로 구비하고 있어도 좋다. 또한, 상기 감압 장치, 상기 기액 분리기 및 상기 낮은 온도대에서 기능하는 흡열기를 바이패스하는 바이패스 회로를 구비하고, 이 바이패스 회로에는 높은 온도대에서 기능하는 흡열기를 구비하고 있어도 좋다. 또한, 상기 감압 장치와 상기 기액 분리기 사이에 높은 온도대에서 기능하는 흡열기를 구비하고 있어도 좋다. 또한, 상기 모든 경우에 있어서, 냉매 회로 중에, 운전 중에 고압측이 초임계 압력이 되는 냉매를 봉입해도 좋다.
이하, 본 발명의 실시 형태를 도면을 기초로 하여 설명한다.
도1은 본 발명의 일실시 형태를 나타내는 냉매 회로도이다. 이 냉동 장치(30)는 압축기(1), 방열기(2), 감압 장치(3) 및 기액 분리기(4)를 차례로 구비하여 구성된다. 이 압축기(1)로부터 방열기(2)를 경유하여 감압 장치(3)의 입구에 이르기까지의 냉매 회로가 고압측 회로를 구성한다. 상기 감압 장치(3)는, 예를 들어 교축의 정도를 가변으로 하여 구성된다. 이 교축의 정도를 바꿈으로써 기액 분리기(4)에 이르기까지 소정의 압력을 저하시켜 많은 가스 냉매를 발생시키고, 그 상태에서 기액 분리기(4)로 넣음으로써 상기 기액 분리기(4)에서의 분리 효율을 바꾸는 것이 가능해진다. 상기 압축기(1)는 2단 압축기이고, 1단 압축부(1A)와, 2단 압축부(1B)를 포함하고, 1단 압축부(1A)와, 2단 압축부(1B) 사이에 중간 냉각기(1C)를 구비한다. 부호 8은 역지 밸브이다. 또한, 이 냉동 장치(30)는 기액 분리 기(4)에서 분리된 가스 냉매를 압축기(1)의 중간압부, 즉 중간 냉각기(1C)와 2단 압축부(1B) 사이로 도입 가능한 도입 수단(5)을 구비한다. 여기서의 압축기(1)는 2단 압축기로 한정되는 것은 아니고, 그것이 예를 들어 1단 압축기이면, 도입 수단(5)은 1단 압축기의 중간압부로 복귀시키면 된다. 이 도입 수단(5)은 가스관(6)과, 이 가스관(6)에 설치된 개폐 밸브(7)로 구성되어 이 개폐 밸브(7)가 개방되면 가스관(6)을 경유하고, 기액 분리기(4)에서 분리된 가스 냉매가 가스관(6) 내의 차압에 의해 파선 화살표로 나타낸 바와 같이 압축기(1)의 중간압부로 도입된다.
또한, 이 냉동 장치(30)는 기액 분리기(4)에서 분리된 액상 냉매를 순환시키기 위한 저압측 회로(9)가 설치되고, 이 저압측 회로(9)에는 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 흡열 수단(10)이 마련된다. 이 흡열 수단(10)은 3방 밸브(11)와, 제1 모세관 튜브(12)와, 제1 모세관 튜브(12)에 직렬로 설치된 냉장용 흡열기(57)와, 이것과 병렬로 설치된 제2 모세관 튜브(13)와, 제2 모세관 튜브(13)에 직렬로 설치된 냉동용 흡열기(58)를 구비하여 구성된다. 부호 59는 역지 밸브이다.
제1 모세관 튜브(12)의 저항치는 제2 모세관 튜브(13)의 저항치보다도 크게 설정된다. 그로 인해, 3방 밸브(11)의 절환에 의해 제1 모세관 튜브(12)에 냉매를 흐르게 하는 동시에, 압축기(1)의 운전 주파수를 저감시키면 흡열기(57)에 흐르는 유량이 감소되고, 여기서의 증발 온도가 높아지게 되어 냉장 운전이 행해진다. 운전 주파수가 고정이고, 모세관 튜브의 저항치만 커지면 증발 온도가 낮아지기 때문이다. 또한, 3방 밸브(11)의 절환에 의해 제2 모세관 튜브(13)에 냉매를 흐르게 하는 동시에, 압축기(1)의 운전 주파수를 증대시키면 흡열기(58)에 흐르는 유량이 증가되고, 여기서의 증발 온도가 낮아지게 되어 냉동 운전이 행해진다. 이 흡열기(58)를 경유한 냉매는 역지 밸브(59)를 경유한 후에, 또한 상기 흡열기(57)를 경유한 냉매는 그대로 상술한 감압 장치(3)의 근처에 설치된 열교환부(15)를 경유하고, 이 열교환부(15)에서 열교환하여 데워진 후에 역지 밸브(8)를 경유하여 압축기(1)의 흡입부로 복귀된다.
본 구성에서는 흡열기(57)를 경유한 냉풍이 덕트(57A)를 경유하여 냉장실(21)로 이송되고, 흡열기(58)를 경유한 냉풍이 덕트(58A)를 경유하여 냉동실(22)로 이송된다.
상술한 냉매 회로 내에는 운전 중에 고압측이 초임계 압력이 되는 냉매, 예를 들어 이산화탄소 냉매가 봉입되어 있다. 도2는, 본 구성에 있어서의 2단 압축을 포함하는 냉동 사이클의 엔탈피ㆍ압력(ph)선도이고, 본 구성에서는, 예를 들어 여름철에 외기 온도가 30 ℃ 이상이 된 경우, 혹은 부하가 커진 경우 등의 조건에 의해 도3의 엔탈피ㆍ압력(ph)선도에 도시한 바와 같이, 고압측 회로 내가 운전 중에 초임계 압력으로 운전된다. 고압측 회로 내가 초임계 압력으로 운전되는 냉매에는, 그 밖에, 예를 들어 에틸렌, 디보란, 에탄, 산화질소 등을 들 수 있다.
도2 및 도3을 참조하여 압축기(1)는 2단 압축이다.
「A」는 1단 압축부(1A)의 흡입,「B」는 1단 압축부(1A)의 토출,「C」는 중간 냉각기(1C)의 출구,「D」는 2단 압축부(1B)의 흡입,「E」는 2단 압축부(1A)의 토출 상태이다. 압축기(1)로부터 토출된 냉매는 방열기(2)를 통해 순환하여 냉각된다. 「F」는 방열기(2)의 출구,「G」는 감압 장치(3)의 입구,「E」는 감압 장치 (3)의 출구 상태이고, 이 상태에서는 가스/액체의 2상 혼합체가 된다. 여기서의 가스와 액체의 비율은「E」로부터「I」의 선분(가스)의 길이와,「E」로부터「N」의 선분(액체)의 길이와의 비에 상당한다. 이 냉매는 2상 혼합체의 상태에서 기액 분리기(4)로 들어간다. 그리고, 여기서 분리된 가스 냉매는 압축기(1)의 중간압부, 즉 중간 냉각기(1C)와 2단 압축부(1B) 사이로 도입된다. 「N」은 기액 분리기(4)의 출구 상태이고, 이 출구를 경유한 냉매는「D」의 2단 압축부(1B)의 흡입에 이르고, 2단 압축부(1A)에서 압축된다. 한편, 상술한 기액 분리기(4)에서 분리된 액상 냉매는 저압측 회로(9)를 순환한다. 「I」는 기액 분리기(4)의 출구,「J」는 제1 모세관 튜브(12), 또는 제2 모세관 튜브(13) 중 어느 한 쪽의 입구,「K」는 상기 어느 한 쪽의 출구,「O」는 흡열기(14)의 출구 상태이다. 이 흡열기(14)로 들어간 액상 냉매는 증발되어 열을 흡수한다. 「M」은 열교환부(15)의 출구 상태이고, 여기서의 가스상의 냉매는 상술한 역지 밸브(8)를 경유하여,「A」의 1단 압축부(1A)의 흡입으로 복귀된다.
상기 구성에 있어서, 기액 분리기(4)에서 분리된 가스 냉매는 이를 저압측 회로(9)에 순환시켰다고 해도 냉각에 사용할 수 없고, 이를 1단 압축부(1A)의 흡입으로 복귀시키는 것은 압축기(1)에 있어서의 압축 효율을 저하시킨다.
본 구성에서는 기액 분리기(4)에서 분리된 가스 냉매를 압축기(1)의 중간압부, 즉 중간 냉각기(1C)와 2단 압축부(1B) 사이로 도입하기 위해, 압축기(1)에 있어서의 압축 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 실시 형태에서는 냉매 회로 내에 이산화탄소 냉매가 봉입되어 있으므로, 기액 분리기(4)에서 분리되는 가스 및 액체 의 비율에 있어서, 프론계 냉매에 비해 가스분(「E」로부터「I」의 선분)이 많아지고, 그 많은 가스분을 압축기(1)의 중간압부로 도입함으로써 보다 높은 효율 향상을 도모할 수 있다.
또한, 냉동 운전의 경우, 냉장 운전과 비교하여 기액 분리기(4)에서 분리되는 가스 냉매량이 많아진다. 따라서, 본 실시 형태에서는 적어도 낮은 온도대에서 기능하는 흡열기(58)가 저압측 회로(9)에 설치되었으므로, 고효율인 냉동 운전을 행하는 것이 가능해진다. 또한, 이것에다가 본 실시 형태에서는 높은 온도대에서 기능하는 흡열기(57)도 기액 분리기(4)에서 분리된 액상 냉매를 순환시키기 위한 저압측 회로(9)에 설치되어 있으므로, 냉동 운전시뿐만 아니라 냉장 운전시에도 매우 고효율인 운전을 행하는 것이 가능해진다.
도4는 냉장고에의 적용예를 나타낸다. 이 냉장고(40)는 상단에 냉장실(41)을 구비하고, 하단에 냉동실(42)을 구비하여 구성되어 있다. 그리고, 각 실(41, 42)의 안측부에는 각각 고내 구획벽(61, 62)이 설치되고, 이 고내 구획벽(61, 62)으로 구획된 풍로(44) 내에는 상술한 흡열기(57, 58) 및 팬(63, 64)이 설치된다. 본 구성에서는 냉장 운전 및 냉동 운전의 서모 온, 서모 오프에 수반하여 3방 밸브(11)를 절환하여 어느 한 쪽의 흡열기(57, 58)에 냉매를 흐르게 하고, 그것에 대응한 팬(62, 63)을 구동한다. 흡열기(57)에 냉매가 흐르는 경우, 냉장실(41)에 냉풍이 공급되고, 흡열기(58)에 냉매가 흐르는 경우, 냉동실(42)에 냉풍이 공급된다. 도5는 다른 구성을 나타낸다. 도4와 비교한 경우, 흡열 수단(10)의 구성이 다르다. 이 흡열 수단(10)은 3방 밸브가 생략되는 한편, 각 모세관 튜브(12, 13)에 직 렬로 전동 밸브(65, 66)가 접속된다. 부호 67은 전동 밸브이다. 이 구성에서는 냉장 운전 및 냉동 운전의 서모 온, 서모 오프에 수반하여 상기 전동 밸브(65, 66)를 온, 또는 오프로 하여 어느 한 쪽의 흡열기(57, 58)에 선택적으로 냉매를 흐르게 하는 동시에, 그것에 대응한 팬(62, 63)을 구동한다. 이에 의해서도 대략 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.
도6은 다른 실시 형태를 나타낸다. 본 실시 형태에서는 도1에 도시하는 냉매 회로와 달리, 3방 밸브(71)를 거쳐서 감압 장치(3), 기액 분리기(4) 및 낮은 온도대에서 기능하는 흡열기(58)를 바이패스하는 바이패스 회로(72)가 설치되고, 이 바이패스 회로(72)에는 상기와 같은 제1 모세관 튜브(12)와, 이 제1 모세관 튜브(12)에 직렬로 설치된 냉장용 흡열기(57)가 접속된다. 부호 73은 개폐 밸브이다. 본 실시 형태에서는 저압측 회로(9)에 적어도 낮은 온도대에서 기능하는 흡열기(58)가 설치되어 있으므로, 낮은 온도대의 냉동 운전을 고효율로 행하는 것이 가능해진다. 또한, 본 구성에서는 냉장 운전시에 있어서, 개폐 밸브(73)가 폐쇄된다. 그리고, 압축기(1)로부터 토출된 냉매는 방열기(2), 감압 장치(3), 3방 밸브(71)를 경유하여 바이패스 회로(72)에 이르고, 그곳으로부터 제1 모세관 튜브(12), 흡열기(57), 열교환부(15)를 경유하고, 역지 밸브(8)를 경유하여 압축기(1)의 흡입부로 복귀된다. 따라서, 냉장 운전시에는 기액 분리기(4)에서 분리된 가스 냉매를 압축기(1)의 중간압부로 도입하는 도입 수단(5)의 기능이 정지된다. 이 냉장 운전시에는 냉동 운전시에 비교하여 기액 분리기(4)에 있어서의 가스 냉매의 발생량이 적기 때문에 도입 수단(5)의 동작을 정지하였다고 해도 운전 효율의 저하가 억제된다.
도7은 냉장고에의 적용예를 나타낸다. 이 냉장고(40)는 상단에 냉장실(41)을 구비하고, 하단에 냉동실(42)을 구비하여 구성되어 있다. 그리고, 각 실(41, 42)의 안측부에는 각각 고내 구획벽(61, 62)이 설치되고, 이 고내 구획벽(61, 62)으로 구획된 풍로(44) 내에는 상술한 흡열기(57, 58) 및 팬(63, 64)이 설치된다. 본 구성에서는 냉장 운전 및 냉동 운전의 서모 온, 서모 오프에 수반하여 3방 밸브(71)를 절환하여 어느 한 쪽의 흡열기(57, 58)에 냉매를 흐르게 하고, 그것에 대응한 팬(62, 63)을 구동한다. 흡열기(57)에 냉매가 흐르는 경우, 냉장실(41)에 냉풍이 공급되고, 흡열기(58)에 냉매가 흐르는 경우, 냉동실(42)에 냉풍이 공급된다.
도8은 다른 구성을 나타낸다. 도7과 비교한 경우, 흡열 수단(10)의 구성이 다르다. 이 흡열 수단(10)은 3방 밸브(71)가 생략되는 한편, 각 모세관 튜브(12, 13)에 직렬로 전동 밸브(65, 66)가 접속된다. 부호 67은 진동 밸브이고, 이 경우, 개폐 밸브(73)도 생략된다. 이 구성에서는 냉장 운전 및 냉동 운전의 서모 온, 서모 오프에 수반하여 상기 전동 밸브(65, 66)를 온, 또는 오프로 하여 어느 한 쪽의 흡열기(57, 58)에 선택적으로 냉매를 흐르게 하는 동시에, 그것에 대응한 팬(62, 63)을 구동한다. 이에 의해서도 대략 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.
도9는 또 다른 실시 형태를 나타낸다.
본 실시 형태에서는 도1와 비교한 경우, 흡열 수단(10)의 구성이 다르다. 즉, 낮은 온도대에서 기능하는 흡열기(58)가 상기 구성과 마찬가지로 기액 분리기(4)를 경유한 후의 저압측 회로(9)에 배치되는 한편, 높은 온도대에서 기능하는 흡열기(57)가 감압 장치(3)와 기액 분리기(4) 사이에 배치된다. 본 구성에서는 저압 측 회로(9)에 낮은 온도대에서 기능하는 흡열기(58)가 설치되므로, 낮은 온도대의 냉동 운전을 고효율로 행하는 것이 가능해진다. 또한, 본 구성에서는 냉장 운전시에 있어서, 기액 분리 전에 열교환하기 때문에 그만큼 냉장 효율이 저하되게 되지만, 냉장 운전시의 효율 저하는 그만큼 크지 않아 전체 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 구성에서는 냉장 운전시에 감압 장치(3)가 기능하므로 제1 모세관 튜브(12)의 생략이 가능해진다.
이상, 일실시 형태를 기초로 하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변경 실시가 가능하다. 예를 들어, 상기 구성에서는 냉매 회로 중에 이산화탄소 냉매를 봉입하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 그 이외의 프론계 냉매 등을 봉입한 것에도 적용 가능한 것은 물론이다.
본 발명에서는 기액 분리기에서 분리된 액상 냉매를 순환시키는 저압측 회로를 구비하고, 이 저압측 회로에는 복수의 흡열기 중, 적어도 낮은 온도대에서 기능하는 흡열기를 구비하였으므로, 장치 전체적으로 고효율의 운전이 가능해진다.

Claims (5)

  1. 압축기, 방열기, 감압 장치, 기액 분리기 및 서로 다른 온도대에서 선택적으로 기능하는 복수의 흡열기를 구비한 냉동 장치에 있어서,
    상기 기액 분리기에서 분리된 가스 냉매를 상기 압축기의 중간압부로 도입 가능한 수단을 구비하는 동시에, 상기 기액 분리기에서 분리된 액상 냉매를 순환시키는 저압측 회로를 구비하고, 이 저압측 회로에는 상기 복수의 흡열기 중, 적어도 낮은 온도대에서 기능하는 흡열기를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 저압측 회로에는 상기 모든 흡열기를 병렬로 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 감압 장치, 상기 기액 분리기 및 상기 낮은 온도대에서 기능하는 흡열기를 바이패스하는 바이패스 회로를 구비하고,
    이 바이패스 회로에는 높은 온도대에서 기능하는 흡열기를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 감압 장치와 상기 기액 분리기 사이에 높은 온도대에서 기능하는 흡열기를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 운전 중에 고압측이 초임계 압력이 되는 냉매를 봉입한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
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