KR100605615B1 - 냉동 싸이클 - Google Patents

Abstract

본 발명은 건물의 냉방을 위해 설치되는 냉동 싸이클에 관한 것으로, 일반 펌프의 수압을 기체 압력으로 변환하여 실내의 냉방을 실현할 수 있도록 한 것이다.

이를 위해, 기체 냉매를 고온, 고압으로 압축하여 토출하는 압축기와, 상기 압축기에서 고온, 고압으로 압축된 냉매가 압축냉매 이송관(24)을 통해 공급됨에 따라 냉각수에 의해 냉매를 응축시키는 응축기(9)와, 상기 응축기의 하부에 설치되어 응축기 내의 응축 코일에 의해 고온의 기체 냉매가 액체 냉매로 변환됨에 따라 액체 냉매가 플로트 밸브를 통해 이송되는 증발기(25)와, 상기 증발기에서 기체 냉매로 변환된 냉매를 압축기 측으로 재 공급하는 기체냉매 공급관(27)과, 건물의 옥상에 설치되어 응축기에서 열교환하고 난 고온의 냉각수를 팬의 구동으로 냉각시키는 냉각탑(5)으로 구성된 냉동 싸이클에 있어서, 상기 압축기(1)(2)를 적어도 2개 이상으로 구성하되, 분할 형성된 한 쌍의 본체(3)와, 상기 본체 내부에 설치되어 냉각수의 공급여부에 따라 팽창, 이완하면서 냉매가 본체 내에 흡입 또는 토출되도록 하는 플렉시블한 재질의 튜브(4)로 구성하여 상기 튜브에 냉각탑(5)에서 냉각된 냉각수가 공급되는 냉각수 공급관(6) 및 냉매를 압축시키면서 온도가 상승된 냉각수를 배출하는 냉각수 배출관(7)을 각각 연결함과 함께 상기 냉각수 공급관에 가압펌프(8)를 설치하고, 상기 냉각수 배출관 및 응축기 내부를 관통하는 응축코일의 인입측 사이에는 냉각수 제1배출관(11)을 연결함과 동시에 상기 냉각수 제1배출관 상에는 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환펌프(12)를 설치하며 응축코일의 토출측과 냉각탑 사이에는 냉각수 제2배출관(13)을 연결하고, 상기 각 압축기에 연결된 냉각수 공급관 및 냉각수 배출관 그리고 냉각수 제1배출관의 연결부위에는 냉각수 유로절환수단(14)을 구비하여서 된 것이다.

Description

냉동 싸이클{A Refrigerating Cycle}

도 1은 종래 터보 냉동기의 구성을 나타낸 개략도

도 2는 본 발명의 일 실시예를 나타낸 구성도

도 3은 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 구성도

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1, 2 : 압축기 3 : 본체

4 : 튜브 5 : 냉각탑

6 : 냉각수 공급관 7 : 냉각수 배출관

8 : 가압펌프 9 : 응축기

11 : 냉각수 제1배출관 12 : 냉각수 순환펌프

13 : 냉각수 제2배출관 14 : 냉각수 유로절환수단

15, 20 : 하우징 16, 21 : 밸브체

17 : 감속모터 18 : 컨넥팅로드

22 : 냉각수 흡, 배출밸브 24 : 압축냉매 이송관

25 : 증발기 26 : 냉수코일

27 : 기체냉매 공급관

본 발명은 건물의 냉방을 위해 설치되는 냉동 싸이클(Refrigerating Cycle) 에 관한 것으로서, 좀더 구체적으로는 일반 펌프의 수압을 기체 압력으로 변환하여 실내의 냉방을 실현할 수 있도록 하는 냉동 싸이클에 관한 것이다.

일반적으로 대규모의 공기 조절용으로 사용하는 터보 냉동기의 경우에는 날개 차를 회전시켜 생기는 기체의 원심력을 이용하여 기체를 압송하는 방식의 터보 송풍기를 사용하여 냉매를 압축하는 것으로서, 도 1에 도시한 바와 같은 감압장치를 사용하여 냉매의 압력을 조절하게 된다.

도 1은 종래 터보 냉동기의 구성을 나타낸 개략도로서, 터보 송풍기를 이용하여 냉매를 압축시키는 압축기(50)와, 냉각탑에서 유입되는 냉각수에 의해 압축기(50)로부터 보내진 고온 고압의 냉매가스를 응축시키는 응축기(51)와, 응축된 냉매를 감압하여 팽창시키는 오리피스가 내장된 오리피스 챔버(52)와, 냉매파이프(53)를 통해서 오리피스 챔버(52)로부터 보내진 냉매를 증발시키는 증발기(54)로 이루어져 있다.

증발기(54)로 유입된 냉매는 냉각수와 열교환되어 현열을 빼앗기는 과정에서 냉각수를 냉각시키도록 되어 있는데, 증발기(54)내에는 습증기를 제거하기 위한 엘리미네이터(eliminator)(55)가 설치되어 있다.

이에 따라, 증발기(54)내에서 증발된 냉매가 지니고 있는 습증기는 냉매가 엘리미네이터(55)를 통과하는 과정에서 제거된다.

그러나 이러한 구조를 갖는 종래의 터보 냉동기는 가격이 비싸 설비비가 과다하게 소요되었음은 물론 유지 보수에 따른 비용 또한 과다하게 소요되는 문제점이 있었다.

또한, 터보 냉동기의 가동에 따른 전력 소비가 많은 문제점도 있었다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 고가의 터보 냉동기를 설치하지 않고도 출원인에 의해 특수 개발된 압축기에 의해 일반 순환 펌프의 수압으로 냉각수를 공급함에 따라 저온의 기체 냉매를 연속적으로 압축하여 실내의 냉방을 실시할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은 일반 순환 펌프의 구동에 소요되는 전력에 약간의 저항 손실(순환 펌프 용량의 약 10% 정도) 전력만을 추가하여 원하는 냉동 용량을 얻을 수 있는 획기적인 냉동 싸이클을 실현할 수 있도록 하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 형태에 따르면, 기체 냉매를 고온, 고압으로 압축하여 토출하는 압축기와, 상기 압축기에서 고온, 고압으로 압축된 냉매가 압축냉매 이송관을 통해 공급됨에 따라 냉각수에 의해 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기의 하부에 설치되어 응축기 내의 응축 코일에 의해 고온의 기체 냉매가 액체 냉매로 변환됨에 따라 액체 냉매가 플로트 밸브를 통해 이송되는 증발 기와, 상기 증발기에서 기체 냉매로 변환된 냉매를 압축기 측으로 재 공급하는 기체냉매 공급관과, 건물의 옥상에 설치되어 응축기에서 열교환하고 난 고온의 냉각수를 팬의 구동으로 냉각시키는 냉각탑으로 구성된 냉동 싸이클에 있어서, 상기 압축기를 적어도 2개 이상으로 구성하되, 분할 형성된 한 쌍의 본체와, 상기 본체 내부에 설치되어 냉각수의 공급여부에 따라 팽창, 이완하면서 냉매가 본체 내에 흡입 또는 토출되도록 하는 플렉시블한 재질의 튜브로 구성하여 상기 튜브에 냉각탑에서 냉각된 냉각수가 공급되는 냉각수 공급관 및 냉매를 압축시키면서 온도가 상승된 냉각수를 배출하는 냉각수 배출관을 각각 연결함과 함께 상기 냉각수 공급관에 가압펌프를 설치하고, 상기 냉각수 배출관 및 응축기 내부를 관통하는 응축코일의 인입측 사이에는 냉각수 제1배출관을 연결함과 동시에 상기 냉각수 제1배출관 상에는 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환펌프를 설치하며 응축코일의 토출측과 냉각탑 사이에는 냉각수 제2배출관을 연결하고, 상기 각 압축기에 연결된 냉각수 공급관 및 냉각수 배출관 그리고 냉각수 제1배출관의 연결부위에는 냉각수 유로절환수단이 구비된 것을 특징으로 하는 냉동 싸이클이 제공된다.

이하, 본 발명을 일 실시예로 도시한 도 2를 참고하여 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명의 구조를 나타낸 구성도로서, 본 발명은 냉매를 압축하는 압축기(1)(2)가 적어도 2개 이상으로 구성되어 있는데, 상기 압축기(1)(2)는 분할 형 성된 한 쌍의 본체(3)와, 상기 본체 내부에 냉각수의 공급여부에 따라 팽창, 이완하면서 냉매가 본체 내에 흡입 또는 토출되도록 하는 플렉시블한 재질의 튜브(tube)(4)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성된 압축기(1)(2)의 튜브(4)에는 냉각탑(5)에서 냉각된 냉각수가 공급되는 냉각수 공급관(6) 및 냉매를 압축시키면서 온도가 상승된 냉각수를 배출하는 냉각수 배출관(7)이 각각 연결되어 있는데, 이 때 상기 냉각수 공급관(6)에는 냉각수에 압력을 가해 압축기(1)(2)로 공급하기 위한 가압펌프(8)가 설치되어 있다.

그러나 냉각탑(5)과 압축기(1)(2)의 설치에 따른 높이차가 커 수두압이 큰 경우에는 냉각수 공급관(5) 상에 별도의 가압펌프를 설치하지 않아도 된다.

상기 냉각수 배출관(7) 및 응축기(9) 내부를 관통하는 응축코일(10)의 인입측 사이에 냉각수 제1배출관(11)이 연결되어 있고 상기 냉각수 제1배출관 상에는 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환펌프(12)가 설치되어 있다.

또한, 상기 응축코일(10)의 토출측과 냉각탑(5) 사이에는 냉각수 제2배출관(13)이 연결되어 있고 상기 각 압축기(1)(2)에 연결된 냉각수 공급관(6) 및 냉각수 배출관(7) 그리고 냉각수 제1배출관(11)의 연결부위에는 냉각수 유로절환수단(14)이 구비되어 있다.

상기 냉각수 유로절환수단(14)을 본 발명의 일 실시예로 도시한 도 2에서는 냉각수 공급관(6) 및 냉각수 배출관(7) 그리고 냉각수 제1배출관(11)의 연결부위에 설치되며 내부에는 각 관과 유로가 통하여지게 공간부가 형성된 하우징(15)과, 상 기 하우징의 내부에 진퇴 가능하게 설치되어 좌, 우로 이동함에 따라 냉각수의 유로를 절환하는 밸브체(16)와, 상기 밸브체의 구동원인 감속모터(17)와, 상기 감속모터의 회전체 및 밸브체 사이에 연결된 컨넥팅로드(18)로 구성되어 있는데, 상기 밸브체(16)와 컨넥팅로드(18) 사이에 신축죠인트(18)가 연결되어 있다.

그러나 상기 냉각수 유로절환수단(14)을 본 발명의 다른 실시예로 도시한 도 3과 같이 냉각수 공급관(6) 및 냉각수 배출관(7)을 동시에 수용하도록 하우징(20)을 설치함과 함께 상기 하우징의 내부에는 수평으로 관통하는 밸브체(21)를 진퇴 가능하게 설치하여 상기 밸브체의 구동원인 냉각수 흡, 배출밸브(22)가 콘트롤러(도시는 생략함)의 제어에 의해 작동함에 따라 냉각수의 유로가 절환되도록 구성할 수도 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 작용을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 압축기(1)(2)가 도 2와 같이 적어도 2개 이상으로 구성된 본 발명에서 일측(도면상 좌측)에 위치된 압축기(1)의 튜브(4)는 이완되어 본체(3) 내에 냉매가 흡입되어 있고, 다른 일측에 위치된 압축기(2)의 튜브(4)는 냉각수의 공급에 따라 팽창되어 본체(3) 내에 흡입되어 있던 냉매가 고온, 고압으로 압축되어 토출된 상태를 나타내고 있다.

이 때, 본 발명의 일 실시예에서는 냉각수 유로절환수단(14)을 구성하는 밸브체(16)가 도면상 우측으로 최대한 이동된 상태를 유지하게 되므로 가압펌프(8)의 구동에 따라 공급되는 냉각수는 3번 포트(23c)를 통해 우측의 압축기(2) 측으로 공급되고, 좌측에 위치된 튜브(4) 내의 냉각수는 2번 포트(23b)를 통해 냉각수 제1배 출관(11)측으로 토출된다.

그 후, 감속모터(17)의 구동으로 밸브체(16)를 도면상 좌측으로 이동시킨 상태에서 일측의 본체(3) 내에 있던 냉매를 압축시킴과 동시에 다른 일측의 본체(3) 내부로 냉매를 흡입하기 위해 냉각수 공급관(6) 상에 설치된 가압펌프(8)가 구동하면 냉각탑(5)에서 냉각된 냉각수가 냉각수 공급관(6)을 통해 좌측에 위치된 튜브(4)의 내부로 유입되므로 튜브가 팽창하면서 본체(3) 내의 냉매를 압축하게 된다.

이러한 상태에서는 가압펌프(8)의 구동 시 전술한 바와는 반대로 냉각수 공급관(6)을 통해 공급되는 냉각수가 4번 포트(23d)를 통해 좌측에 위치된 튜브(4)의 내부로 공급되면서 압축기(1)내의 냉매를 압축시키고, 우측에 위치된 튜브(4) 내의 냉각수는 1번 포트(23a)를 통해 냉각수 제1배출관(11)측으로 배출된다.

한편, 다른 실시예로 도시한 도 3에서는 가압펌프(8)의 구동에 따라 냉각수가 냉각수 공급관(6)을 통해 각 압축기(1)(2) 내에 선택적으로 공급될 때마다 냉각수 유로절환수단(14)의 하우징(20)에 설치된 냉각수 흡, 배출밸브(22)의 동작이 콘트롤러(도시는 생략함)에 의해 제어되므로 일측의 튜브(4) 내에 냉각수가 공급되면, 다른 일측의 튜브(4)에서는 충만되어 있던 냉각수가 배출된다.

상기한 바와 같은 동작으로 튜브(4) 내에 냉각수를 교호로 공급하면서 본체(3) 내의 냉매를 고온, 고압으로 압축하면 압축기(1)(2)의 토출측에 설치된 토출밸브(1b)(2b)가 선택적으로 개방되므로 고온, 고압의 냉매가 압축냉매 이송관(24)을 통해 응축기(9) 측으로 이동하게 된다.

이와 같이 압축기(1)(2)에 의해 냉매가 고온, 고압으로 압축되어 응축기(9) 로 이송되고 나면 냉각수 제1배출관(11)에 연결되어 냉각수가 순환하는 응축코일(10)에 의해 냉각되므로 고온, 고압의 냉매는 액체 냉매로 변환되는데, 액체 냉매의 양이 증가되면 액체 냉매가 응축기(9)와 증발기(25)를 연결하는 유로 상에 설치된 플로트밸브(도시는 생략함)를 개방하고 증발기(25)측으로 이동하게 된다.

상기 냉매가 액체로 변환되어 증발기(25)로 이동하면 증발기의 내부에 설치된 분사노즐(도시는 생략함)을 통해 분출되는데, 이 때 냉수코일(26)에는 냉수가 순환하고 있으므로 냉수코일을 통과하는 냉수와 열교환하여 냉수를 더욱 차갑게 함과 동시에 기체냉매로 변하게 된다.

상기 냉수코일(26)을 통과하면서 차가워진 냉수는 건물의 실내에 설치된 팬 코일(도시는 생략함)측으로 이송되어 실내의 공기와 열교환하므로서 실내의 냉방이 이루어지게 된다.

이와 같이 냉수코일을 통과하는 냉수와 열교환하여 기체로 변환된 저압의 냉매는 증발기와 연결된 기체냉매 공급관(27)을 통해 튜브가 이완된 압축기(1)(2)의 흡입밸브(1a)(2a)를 통해 본체(3)의 내부로 유입되었다가로 냉각수의 재 공급에 따라 고온, 고압으로 압축된다.

지금까지 설명한 것은, 일측의 압축기 내에 흡입된 냉매를 압축하여 토출시켰다가 냉수와의 열교환으로 기체 상태의 저압 냉매로 변환됨에 따라 이를 다른 일측의 압축기로 유입시켜 압축하는 1싸이클(cycle)을 설명한 것으로서, 가압펌프(8)가 냉각수를 지속적으로 펌핑함과 동시에 냉각수 유로변환수단(14)의 구동원인 감속모터(17) 또는 냉각수 흡, 배출밸브(22)가 지속적으로 구동하여 냉각수의 유로를 절환함에 따라 냉매를 연속적으로 압축하므로 냉방을 실현할 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 다음과 같은 여러 가지 장점을 갖는다.

첫째, 큰 용량의 전원을 필요로 하는 터보 냉동기를 사용하지 않고 일반 펌프의 구동에 따른 수압을 이용하여 압축기를 구동시키게 되므로 전력 소비량을 약 80-90% 정도 대폭 절감하게 되는 획기적인 효과를 얻게 된다.

둘째, 고가의 터보 냉동기를 사용하지 않고도 실내의 냉방을 실현할 수 있게 되므로 건물의 냉방에 따른 설비비 및 유지 관리비를 대폭 절감하게 된다.

셋째, 압축기의 구동에 따른 윤활계통이 필요하지 않으므로 윤활유의 유출에 따른 수질 오염은 물론이고 윤활유의 소각에 따른 대기 오염을 미연에 방지하게 된다.

넷째, 압축기를 구성하는 본체 및 튜브의 크기에 따라 냉동 싸이클의 용량이 변화되므로 냉동 싸이클의 용량을 손쉽게 변화시킬 수 있게 된다.

Claims (4)

1. 기체 냉매를 고온, 고압으로 압축하여 토출하는 압축기와, 상기 압축기에서 고온, 고압으로 압축된 냉매가 압축냉매 이송관을 통해 공급됨에 따라 냉각수에 의해 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기의 하부에 설치되어 응축기 내의 응축 코일에 의해 고온의 기체 냉매가 액체 냉매로 변환됨에 따라 액체 냉매가 플로트 밸브를 통해 이송되는 증발기와, 상기 증발기에서 기체 냉매로 변환된 냉매를 압축기 측으로 재 공급하는 기체냉매 공급관과, 건물의 옥상에 설치되어 응축기에서 열교환하고 난 고온의 냉각수를 팬의 구동으로 냉각시키는 냉각탑으로 구성된 냉동 싸이클에 있어서, 상기 압축기를 적어도 2개 이상으로 구성하되, 분할 형성된 한 쌍의 본체와, 상기 본체 내부에 설치되어 냉각수의 공급여부에 따라 팽창, 이완하면서 냉매가 본체 내에 흡입 또는 토출되도록 하는 플렉시블한 재질의 튜브로 구성하여 상기 튜브에 냉각탑에서 냉각된 냉각수가 공급되는 냉각수 공급관 및 냉매를 압축시키면서 온도가 상승된 냉각수를 배출하는 냉각수 배출관을 각각 연결함과 함께 상기 냉각수 공급관에 가압펌프를 설치하고, 상기 냉각수 배출관 및 응축기 내부를 관통하는 응축코일의 인입측 사이에는 냉각수 제1배출관을 연결함과 동시에 상기 냉각수 제1배출관 상에는 냉각수를 순환시키는 냉각수 순환펌프를 설치하며 응축코일의 토출측과 냉각탑 사이에는 냉각수 제2배출관을 연결하고, 상기 각 압축기에 연결된 냉각수 공급관 및 냉각수 배출관 그리고 냉각수 제1배출관의 연결부위에는 냉각수 유로절환수단이 구비된 것을 특징으로 하는 냉동 싸이클.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각수 유로절환수단은

   상기 냉각수 공급관 및 냉각수 배출관 그리고 냉각수 제1배출관의 연결부위에 설치되며 내부에는 각 관과 유로가 통하여지게 공간부가 형성된 하우징과, 상기 하우징의 내부에 진퇴 가능하게 설치되어 좌, 우로 이동함에 따라 냉각수의 유로를 절환하는 밸브체와, 상기 밸브체의 구동원인 감속모터와, 상기 감속모터의 회전체 및 밸브체 사이에 연결된 컨넥팅로드로 구성된 것을 특징으로 하는 냉동 싸이클.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 밸브체와 컨넥팅로드 사이에 신축죠인트가 연결된 것을 특징으로 하는 냉동 싸이클.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 냉각수 유로절환수단은

   상기 냉각수 공급관 및 냉각수 배출관을 동시에 수용하도록 하우징을 설치함과 함께 상기 하우징의 내부에는 수평으로 관통하는 밸브체를 진퇴 가능하게 설치하여 상기 밸브체의 구동원인 냉각수 흡, 배출밸브가 콘트롤러의 제어에 의해 작동함에 따라 냉각수의 유로가 절환되도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉동 싸이클.

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