KR100642709B1

KR100642709B1 - 냉동 장치

Info

Publication number: KR100642709B1
Application number: KR1020050018959A
Authority: KR
Inventors: 사또시 이마이; 아끼라 스가와라; 히로시 무까이야마; 에쯔시 나가에; 히로유끼 이쯔끼; 가즈아끼 미즈까미; 이치로 가미무라
Original assignee: 산요덴키가부시키가이샤
Priority date: 2004-03-19
Filing date: 2005-03-08
Publication date: 2006-11-10
Also published as: EP1577622A2; CN100338409C; US20050204773A1; EP1577622A3; CN1670450A; KR20060043489A

Abstract

압축기(1), 방열기(2), 감압 장치(3), 기액 분리기(4)를 구비하고, 이 기액 분리기(4)에서 분리된 가스 냉매를 압축기(1)의 중간압부로 도입 가능한 수단(5)을 구비하는 동시에, 기액 분리기에서 분리된 액상 냉매를 순환시키는 저압측 회로(9)를 구비하고, 이 저압측 회로(9)에는 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 흡열 수단(10)을 구비하고, 이 흡열 수단(10)을 높은 온도대에서 기능시키는 경우에는 기액 분리기(4)에서 분리된 가스 냉매의 압축기(1)의 중간압부에의 도입을 차단하거나, 혹은 상기 중간압부보다도 저압인 제2 중간부로 가스 냉매를 도입한다.

압축기, 방열기, 감압 장치, 기액 분리기, 저압측 회로

Description

냉동 장치 {REFRIGERATOR}

도1은 본 발명에 관한 냉동 장치의 제1 실시 형태를 나타내는 냉매 회로도.

도2는 냉동 사이클의 엔탈피 압력선도.

도3은 제1 실시 형태의 냉장고에의 적용예를 나타내는 도면.

도4는 냉장고에의 적용예를 나타내는 도면.

도5는 제1 실시 형태의 변형예를 나타내는 냉매 회로도.

도6은 냉장고에의 적용예를 나타내는 도면.

도7은 냉장고에의 적용예를 나타내는 도면.

도8은 본 발명에 관한 냉동 장치의 제2 실시 형태를 나타내는 냉매 회로도.

도9는 냉동 사이클의 엔탈피 압력선도.

도10은 제2 실시 형태의 냉장고에의 적용예를 나타내는 도면으로, 도3의 대응도.

도11은 냉장고에의 적용예를 나타내는 도면으로, 도4의 대응도.

도12는 제2 실시 형태의 변형예를 나타내는 냉매 회로도로, 도5의 대응도.

도13은 냉장고에의 적용예를 나타내는 도면으로, 도6의 대응도.

도14는 냉장고에의 적용예를 나타내는 도면으로, 도7의 대응도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 압축기

2 : 방열기

4 : 기액 분리기

6 : 가스관

9 : 저압측 회로

10 : 흡열 수단

21 : 냉장실

22 : 냉동실

26 : 제어기

91 : 개폐 밸브

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(일본 특허 공개 2003-106693호 공보 참조). 이러한 종류의 냉동 장치에서는 상기 기액 분리기에서 분리된 가스 냉매를 가스의 상태 그대로 상기 압축기의 중간압부로 도입하기 때문에, 상기 압축기에 있어서의 효율 을 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 하나 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.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 압축기, 방열기, 감압 장치, 기액 분리기를 구비하고, 이 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 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 흡열 수단을 구비하고, 이 흡열 수단을 높은 온도대에서 기능시키는 경우에는 상기 기액 분리기에서 분리된 가스 냉매의 상기 압축기의 중간압부에 의 도입을 차단하거나, 또는 상기 압축기의 중간압부보다도 저압측의 다른 중간압부로 가스 냉매를 도입하는 가스 냉매 차단 및 도입 절환 수단을 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 가스 냉매 차단 및 도입 절환 수단의 일부를 개폐 밸브로 구성해도 좋다. 또한, 상기 가스 냉매 차단 및 도입 절환 수단의 다른 일부를 3방 밸브와 분기 가스관에 의해 구성해도 좋다.

상기 흡열 수단이 서로 다른 온도대에서 기능하는 복수의 흡열기를 구비하고, 각각의 흡열기가 선택적으로 기능하여 상기 흡열기를 경유한 냉풍을 각각 대응하는 온도대로 제어되는 실로 유도하는 수단을 구비하고 있어도 좋다. 상기 흡열기가 각각 대응하는 온도대로 제어되는 실에 설치되어 있어도 좋다. 상기 흡열 수단이 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 하나의 흡열기를 구비하고, 이 흡열기를 경유한 냉풍을 각각 다른 온도대로 제어되는 복수의 실로 절환 댐퍼를 거쳐서 선택적으로 유도하는 수단을 구비하고 있어도 좋다. 상기 흡열기가 낮은 온도대로 제어되는 실에 설치되어 있어도 좋다. 모든 경우에 있어서, 운전 중에 고압측이 초임계 압력이 되는 냉매를 봉입해도 좋다.

또한, 상기 3방 밸브 및 분기 가스관에 의해 기액 분리기에서 분리된 가스 냉매는 상기 압축기의 제1 중간압부, 혹은 이 제1 중간압부보다도 저압 흡입측에 가까운 제2 중간압부 중 어느 하나로 도입 가능한 가스 냉매 도입 수단으로서 구성되어 흡열 수단을 낮은 온도대에서 기능시키는 경우에는 상기 기액 분리기에서 분리된 가스 냉매를 상기 압축기의 제1 중간압부로 도입하고, 높은 온도대에서 기능 시키는 경우에는 상기 가스 냉매를 상기 압축기의 제2 중간압부로 도입시킨다.

이 경우에 있어서, 상기 흡열 수단이 서로 다른 온도대에서 기능하는 복수의 흡열기를 구비하고, 각각의 흡열기가 선택적으로 기능하여 상기 흡열기를 경유한 냉풍을 각각 대응하는 온도대로 제어되는 실로 유도하는 수단을 구비하고 있어도 좋다. 또한, 상기 흡열기가 각각 대응하는 온도대로 제어되는 실에 설치되어 있어도 좋다.

또한, 상기 흡열 수단이 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 하나의 흡열기를 구비하고, 이 흡열기를 경유한 냉풍을 각각 다른 온도대로 제어되는 복수의 실로 절환 댐퍼를 거쳐서 선택적으로 유도하는 수단을 구비하고 있어도 좋다. 이 경우, 흡열기가 낮은 온도대로 제어되는 실에 설치되어 있어도 좋다. 상기 모든 경우에 있어서, 운전 중에 고압측이 초임계 압력이 되는 이산화탄소 냉매 등의 냉매를 봉입해도 좋다.

본 발명에서는 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 흡열 수단을, 액상 냉매를 순환시키는 저압측 회로에 구비하고, 이 흡열 수단을 높은 온도대에서 기능시키는 경우에는 기액 분리기에서 분리된 가스 냉매의 압축기의 중간압부에의 도입을 차단하는 가스 냉매 차단 수단을 구비하였으므로, 각각의 온도대에 있어서 고효율의 운전이 가능해진다.

본 발명에서는 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 흡열 수단을, 액상 냉매를 순환시키는 저압측 회로에 구비하고, 이 흡열 수단을 낮은 온도대에서 기능시키는 경우에는 기액 분리기에서 분리된 가스 냉매를 압축기의 제1 중간압부로 도입 하고, 높은 온도대에서 기능시키는 경우에는 상기 가스 냉매를 압축기의 제2 중간압부로 도입시키는 가스 냉매 도입 수단을 구비하였으므로, 각각의 온도대에 있어서, 고효율의 운전이 가능해진다.

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), 제1 팽창 밸브(감압 장치)(3) 및 기액 분리기(4)를 차례로 구비하여 구성된다. 이 압축기(1)로부터 방열기(2)를 경유하여 제1 팽창 밸브(3)의 입구에 이를 때까지의 냉매 회로가 고압측 회로를 구성한다. 상기 압축기(1)는 2단 압축기로, 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 분리기(4)에서 분리된 가스 냉매를 압축기(1)의 중간압부로 도입 가능한 수단(5)을 구비한다. 본 구성에서는, 중간압부는 중간 냉각기(1C)와 2단 압축부(1B) 사이이다. 여기서의 압축기(1)는 2단 압축기로 한정되는 것은 아니고, 그것이, 예를 들어 1단 압축기이면, 도입 수단(5)은 1단 압축기의 중간압부로 복귀시키는 것이면 된다. 이 도입 수단(5)은 가스관(6)과, 이 가스관(6)에 설치된 개폐 밸브(91)로 구성된다. 따라서, 개폐 밸브(91)의 개폐에 의해 가스 냉매의 중간압부에의 도입이 개시되거나, 혹은 정지된다.

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 제2 팽창 밸브 (11)와, 하나의 흡열기(14)를 구비하여 구성된다. 이 제2 팽창 밸브(11)의 밸브 개방도를 제어함으로써, 하나의 흡열기(14)에서의 증발 압력이 제어된다. 여기서의 증발 압력이 상승되면 흡열기(14)에서의 증발 온도가 높아져 냉장 운전이 된다. 또한, 여기서의 증발 압력이 저하되면 흡열기(14)에 있어서의 증발 온도가 낮아져 냉동 운전이 된다. 이 흡열기(14)를 경유한 냉매는 역지 밸브(8)를 경유하여 압축기(1)의 흡입부로 복귀된다.

본 실시 형태에서는 흡열기(14)를 경유한 냉풍을 각각 다른 온도대로 제어되는 복수의 실[냉장실(21), 냉동실(22)]로, 선택적으로 유도하는 수단(23)을 구비하여 구성된다. 이 수단(23)은 송풍 덕트(24) 및 절환 댐퍼(25)를 포함하고, 이 절환 댐퍼(25)에는 냉장, 냉동 운전을 절환하는 제어기(26)가 접속되어 있다.

이 제어기(26)는 팽창 밸브(3, 11)와 개폐 밸브(91)에도 접속되어 있고, 예를 들어 냉동실(22)의 부하가 증대된 경우, 절환 댐퍼(25)를 도시한 위치에 쓰러뜨려 냉풍을 냉동실(22)로 유도한다(냉동 운전). 이 냉동 운전시에는 개폐 밸브(91)를 개방하여 파선 화살표로 나타낸 바와 같이 기액 분리기(4)에서 분리된 가스 냉매를 압축기(1)의 중간압부로 도입한다. 또한, 냉장실(21)의 부하가 증대된 경우, 절환 댐퍼(25)를 도시한 위치와 반대의 위치에 쓰러뜨려 냉풍을 냉장실(21)로 유도한다(냉장 운전). 이 냉장 운전시에는 개폐 밸브(91)를 폐쇄하여 압축기(1)의 중간압부에의 가스 냉매의 도입을 차단한다. 개폐 밸브(91)는 가스 냉매 차단 수단을 구성한다.

상술한 냉매 회로 내에는 여름철에 외기 온도가 30 ℃ 이상이 된 경우, 혹은 부하가 커진 경우 등의 조건에 의해 운전 중에 고압측이 초임계 압력이 되는 냉매, 예를 들어 이산화탄소 냉매가 봉입되어 있다. 고압측 회로 내가 초임계 압력으로 운전되는 냉매로는 그 밖에, 예를 들어 에틸렌, 디보란, 에탄, 산화질소 등을 들 수 있다.

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 냉동 사이클의 효율을 저하시킨다.

그래서, 가스 냉매를 압축기(1)의 중간압부로 도입하게 되지만, 본 실시 형태에서는 상술한 제어기(26)에 의한 제어를 기초로 하여 상기 가스 냉매를 온도대가 낮은 냉동 운전시에는 압축기(1)의 중간압부로 도입하는 한편, 온도대가 높은 냉장 운전시에는 그 중간압부에의 가스 냉매의 도입을 차단한다.

도2는 냉장, 냉동 운전에 상관없이 모두 가스 냉매를 압축기(1)의 제1 중간압부(X)로 도입한 경우에 있어서의 2단 압축 2단 팽창 사이클을 나타내는 ph선도이다.

도2에 있어서, 냉동 운전시(냉동 ―26 ℃ 부근)에는 실선으로 나타내는 사이클이 형성된다. (1)은 1단 압축부(1A)의 흡입, (2)는 1단 압축부(1A)의 토출, (3)은 2단 압축부(1B)의 흡입, (4)는 2단 압축부(1A)의 토출이다. 압축기(1)로부터 토출된 냉매는 방열기(2)를 통해 순환하여 냉각된다. (5)는 제1 팽창 밸브(3)의 입구, (6)은 제1 팽창 밸브(3)의 출구이고, 이 상태에서는 가스/액체의 2상 혼합체가 된다.

여기서의 가스와 액체의 비율은 L1(가스)의 선분의 길이와, L2(액체)의 선분의 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. (21)은 기액 분리기(4)의 출구이고, 이곳을 경유한 냉매는 (3)의 2단 압축부(1B)의 흡입에 이르고, 2단 압축부(1B)에서 압축된다. 한편, 기액 분리기(4)에서 분리된 액상 냉매는 저압측 회로(9)를 순환한다. (7)은 기액 분리기(4)의 출구이고, 제2 팽창 밸브(11)의 입구, (8)은 제2 팽창 밸브(11)의 출구, (22)는 흡열기(14)의 출구이다. 이 흡열기(14)로 들어간 액상 냉매는 증발하여 열을 흡수한다. (1)은 1단 압축부(1A)의 흡입이다.

이에 대해, 냉장 운전시(냉장 ―5 ℃ 부근)에는 파선으로 나타내는 사이클이 형성된다. 즉, (9) 1단 압축부(1A)의 흡입, (10) 1단 압축부(1A)의 토출, (11) 2단 압축부(1B)의 흡입, (12) 2단 압축부(1B)의 토출, (5) 제1 팽창 밸브(3)의 입구, (13) 제1 팽창 밸브(3)의 출구, (14) 기액 분리기(4)의 출구이고, 제2 팽창 밸브(11)의 입구, (15) 제2 팽창 밸브(11)의 출구, (9) 1단 압축부(1A)의 흡입의 순으로 상태가 변화된다.

그런데, 도2를 참조하면 파선의 사이클(냉장 운전시)에서의 제1 팽창 밸브(3)의 출구의 압력(13)은 실선의 사이클(냉동 운전시)에서의 제1 팽창 밸브(3)의 출구의 압력(6)에 비해 매우 높아진다. 제1 팽창 밸브(3)의 출구의 압력이 높아지면 기액 분리기(4)로 들어가기 전의 냉매 중의 가스분이 적어진다. 상술한 바와 같이 기액 분리기(4)의 입구에서의 가스와 액체의 비율은 L1(가스)과 L2(액체)의 비, 혹은 L3(가스)과 L4(액체)의 비에 상당하기 때문이다. 이에 따르면 실선의 사이클시(냉동 운전시)에는 상당한 양의 가스 냉매가 압축기(1)의 중간압부로 도입되지만, 파선의 사이클시(냉장 운전시)에는 도입되는 가스 냉매량이 약간이 된다.

즉, 냉동 운전시에는 압축기(1)의 중간압부로 도입되는 가스의 냉매량이 많아져 냉각에 기여하지 않는 가스분을 저압 회로(9)에 순환시키지 않는 만큼 냉동 사이클의 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 구성에서는 냉매 회로 내에 이산화탄소 냉매가 봉입되어 있으므로, 기액 분리기(4)에서 분리되는 가스 및 액체의 비율에 있어서, 프론계 냉매에 비해 가스분이 많아지고, 그 많은 가스분을 압축기(1)의 중간압부로 도입함으로써 보다 높은 효율 향상을 도모할 수 있다. 이에 대해, 온도대가 높은 냉장 운전시에는 압축기(1)의 중간압부로 도입되는 가스 냉매의 발생량(L3) 자체가 적기 때문에, 만일 그곳에 가스 냉매를 도입시키는 구성으로 하였다고 해도, 예를 들어 배관 구성 등의 복잡화에 비해 그만큼 냉동 사이클 압출 효율을 향상시킬 수 없다.

본 실시 형태에서는 보다 효과가 높은 냉동 운전시에 한하여 가스 냉매를 압축기(1)의 중간압부로 도입하는 한편, 온도대가 높은 냉장 운전시에는 그 중간압부에의 가스 냉매의 도입을 차단하는 구성으로 하였으므로, 간단한 배관 구성이고, 게다가 간단한 제어에 의해 가변 사이클이 실현되어 냉동 사이클의 효율 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 흡열 수단(10) 모두, 즉 제2 팽창 밸브(11) 및 흡열기(14)가 저압측 회로(9)에 설치되어 있 으므로, 예를 들어 냉장 운전을 행하는 경우에도, 혹은 냉동 운전을 행하는 경우에도 그 효율을 떨어뜨리는 일 없이 매우 고효율의 운전을 행하는 것이 가능해진다.

도3은 냉장고에의 적용예를 나타낸다.

이 냉장고(40)는 상단에 냉장실(41)을 구비하고, 하단에 냉동실(42)을 구비하여 구성되어 있다. 이 냉동실(42)의 안측부에는 고내 구획벽(43)이 설치되고, 이 고내 구획벽(43)으로 구획된 풍로(44) 내에는 상술한 흡열기(14)가 설치되어 있다. 상기 풍로(44)의 입구(A)에는 제1 절환 댐퍼(45)가 배치되고, 이 제1 절환 댐퍼(45)는 풍로(44)의 입구(A)를 폐쇄하는 위치(파선 위치)와, 개방하는 위치(실선 위치) 사이에 있어서 절환된다. 또한, 냉장고(40)의 배면벽(47)에는 배면측 풍로(46)가 형성되고, 제1 절환 댐퍼(45)가 파선 위치로 절환된 경우, 이 배면측 풍로(46)를 거쳐서 풍로(44)의 입구(A)와 냉장실(41)이 연통한다. 또한, 상기 풍로(44)의 출구(B)에는 팬(48)과 제2 절환 댐퍼(49)가 배치되고, 이 제2 절환 댐퍼(49)는 풍로(44)의 출구(B)를 폐쇄하는 위치(파선 위치)와, 개방하는 위치(실선 위치) 사이에서 절환되고, 이 실선 위치에서는 제2 절환 댐퍼(49)가 중간 구획벽(50)의 개구(51)를 막는다.

상기 구성에서는 냉동 운전 중에 있어서 압축기(1)가 온(ON)이 되고, 팬(48)이 온이되고, 개폐 밸브(91)가 개방되어 각 댐퍼(45, 49)가 실선 위치로 절환된다. 이에 의해, 냉동실(42) 내의 공기가 흡열기(14)를 순환하여 냉동실(42)에 공급된다. 냉장 운전 중에는 개폐 밸브(91)가 폐쇄되고, 각 댐퍼(45, 49)가 파선 위치로 절환된다. 이에 의해, 냉장실(41) 내의 공기가 배면측 풍로(46)를 거쳐서 풍로 (44)로 들어가고, 흡열기(14)를 순환하여 냉장실(41)에 공급된다.

도4는 다른 구성을 도시한다. 도3과 비교한 경우, 풍로(44)의 출입구에 있어서의 댐퍼 구성이 다르다. 입구(A)의 댐퍼가 2개의 댐퍼(145A, 145B)로 구성되고, 출구(B)의 댐퍼가 2개의 댐퍼(149A, 149B)로 구성된다. 본 구성이라도 대략 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.

도5는 제1 실시 형태의 냉매 회로의 구성을 도시한다.

본 구성에서는 도1과 비교한 경우, 흡열 수단(10)의 구성이 다르다. 이 흡열 수단(10)은 3방 밸브(11)와, 제1 캐필러리 튜브(12)와, 제1 캐필러리 튜브(12)에 직렬로 설치된 냉장용 흡열기(57)와, 이들과 병렬로 설치된 제2 캐필러리 튜브(13)와, 제2 캐필러리 튜브(13)에 직렬로 설치된 냉동용 흡열기(58)를 구비하여 구성된다. 부호 59는 역지 밸브이다. 3방 밸브(11)의 절환에 의해 제1 캐필러리 튜브(12)에 냉매가 흐르면, 하나의 흡열기(14)에 흐르는 유량이 증가되어 냉장 운전이 행해진다. 또한, 제2 캐필러리 튜브(13)에 냉매가 흐르면, 하나의 흡열기(14)에 흐르는 유량이 감소되어 냉동 운전이 행해진다.

도6은 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 설치되어 있다. 본 구성에서는 냉장 운전 및 냉동 운전의 서모 온, 서모 오프(OFF)에 따라서 3방 밸브(11)를 절환하고, 어느 한 쪽의 흡열기(57, 58)에 냉매를 흐르게 하고, 그것에 대응한 팬(62, 63)을 구동한다.

도7은 다른 구성을 도시한다. 도6과 비교한 경우, 흡열 수단(10)의 구성이 다르다. 이 흡열 수단(10)은 3방 밸브가 생략되는 한편, 각 캐필러리 튜브(12, 13)에 직렬로 전동 밸브(65, 66)가 접속된다. 본 구성에서는 냉장 운전 및 냉동 운전의 사모 온, 서모 오프에 따라서 상기 전동 밸브(65, 66)를 온, 또는 오프시키고, 어느 한 쪽의 흡열기(57, 58)에 선택적으로 냉매를 흐르게 하는 동시에, 그것에 대응한 팬(62, 63)을 구동한다. 이들 실시 형태에서도 대략 같은 작용 효과를 얻을 수 있다.

상기 실시 형태를 기초로 하여 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 변경 실시가 가능하다. 상기 실시 형태에서는 가스 냉매 차단 수단을 개폐 밸브(91)로 구성하였지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 예를 들어 냉동 운전시에 가스분을 압축기(1)의 중간압부로 도입하고, 냉장 운전시에는 그 도입을 차단하는 것이 가능하면 역지 밸브 등을 조합하여 형성한 회로 구성이라도 좋다. 또한, 상기 실시 형태에서는 냉매 회로 중에 이산화탄소 냉매를 봉입하고 있지만, 이에 한정되는 것은 아니고, 그 이외의 프론계 냉매 등을 봉입한 것에도 적용 가능한 것은 물론이다. 또한, 상기 도입 수단(5)은 그 운전 상황에 따라서 가스분을 압축기(1)의 중간압부로 도입할 수 있으면 좋고, 그 구체적 구성 및 그 도입 위치는 임의이다.

상기 실시 형태에서는, 온도대가 높은 냉장 운전시에는 압축기(1)의 중간압부로 도입되는 가스 냉매의 발생량(L3) 자체가 적은 것을 전제로 하여 중간압부에 의 가스 냉매를 차단하는 것을 특징으로 하는 것이었다. 그러나, 가스 냉매의 발생량(L3)이 적지 않은 경우에는 냉각에 기여하지 않는 가스 냉매를 저압 회로측으로 순환시키지 않는 구성으로 함으로써 냉동 효율의 한층 향상을 도모할 수 있다.

이하, 냉장 운전시에 가스 냉매를 압축기(1)로 도입함으로써 냉동 사이클의 효율화를 도모할 수 있는 실시 형태에 대해 설명한다.

도8은 본 발명의 제2 실시 형태를 나타내는 냉매 회로도이다. 이 냉동 장치(130)는 제1 실시 형태의 냉매 회로와, 일부의 구성을 제외하고 동일한 구성을 갖는 것이다. 이하, 다른 구성을 중심으로 설명하고, 동일 혹은 대응하는 구성 요소에는 동일한 부호를 붙여 상세한 설명은 생략한다.

이 냉동 장치(130)는 제1 실시 형태에 구비되어 있던 가스 냉매 차단 수단인 개폐 밸브(91)로 바꾸고, 기액 분리기(4)에서 분리된 가스 냉매를 압축기(1)의 제1 중간압부(X), 혹은 이 제1 중간압부(X)보다도 저압 흡입측에 가까운 제2 중간압부(Y) 중 어느 하나로 도입 가능한 수단(105)을 구비한다. 본 구성에서는, 제1 중간압부(X)는, 중간 냉각기(1C)와 2단 압축부(1B) 사이이고, 제2 중간압부(Y)는 1단 압축부(1A)의 도중이다. 여기서의 압축기(1)는 2단 압축기로 한정되는 것은 아니다.

이 도입 수단(105)은 가스관(6)과, 이 가스관(6)에 설치된 3방 밸브(81)와, 이 3방 밸브(81)로부터 분기되는 2개의 분기 가스관(82, 83)으로 구성되어 한 쪽의 분기 가스관(82)은 제1 중간압부(X)에 접속되고, 다른 쪽의 분기 가스관(83)은 제2 중간압부(Y)에 접속되어 있다. 또한, 여기서 3방 밸브(81)와 분기 가스관(83)으로 가스 냉매 도입 수단을 구성한다. 따라서, 3방 밸브(81)의 절환에 의해 가스관(6)과 분기 가스관(82)이 연통하면 파선 화살표로 나타낸 바와 같이 가스 냉매가 제1 중간압부(X)로 도입되고, 가스관(6)과 분기 가스관(83)이 연통하면 가스 냉매가 제2 중간압부(Y)로 도입된다. 여기서의 3방 밸브(81)는 전자식으로 한정되는 것은 아니고, 차압 구동식 등도 고려된다.

이 제어기(26)는 압축기(1)와 팽창 밸브(3, 11)와 3방 밸브(81)에 접속되어 있고, 예를 들어 냉동실(22)의 부하가 증대된 경우, 제2 팽창 밸브(11)의 밸브 개방도를 넓게 하고, 하나의 흡열기(14)에 흐르는 유량을 증가시키고, 절환 댐퍼(25)를 도시한 위치에 쓰러뜨려 냉풍을 냉동실(22)로 유도한다(냉동 운전). 이 냉동 운전시에는 3방 밸브(81)의 절환에 의해 가스관(6)과 분기 가스관(82)을 연통시키고, 파선 화살표로 나타낸 바와 같이 기액 분리기(4)에서 분리된 가스 냉매를 제1 중간압부(X)로 도입한다. 또한, 냉장실(21)의 부하가 증대된 경우, 절환 댐퍼(25)를 도시한 위치와 반대의 위치에 쓰러뜨려 냉풍을 냉장실(21)로 유도한다(냉장 운전). 이 냉동 운전시에는 3방 밸브(81)의 절환에 의해 가스관(6)과 분기 가스관(83)을 연통시키고, 가스 냉매를 제2 중간압부(Y)로 도입한다.

제1 실시 형태와 마찬가지로, 상술한 냉매 회로 내에는 여름철에 외기 온도가 30 ℃ 이상이 된 경우, 혹은 부하가 커진 경우 등의 조건에 의해 운전 중에 고압측이 초임계 압력이 되는 냉매, 예를 들어 이산화탄소 냉매가 봉입되어 있다. 고압측 회로 내가 초임계 압력으로 운전되는 냉매에는 그 밖에, 예를 들어 에틸렌, 디보란, 에탄, 산화질소 등을 들 수 있다.

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 흡입구로 복귀시키는 것은 냉동 사이클의 효율을 저하시키게 된다. 그래서, 가스 냉매를 압축기(1)의 중간압부로 도입하게 된다. 그러나, 제1 실시예에서 서술한 바와 같이 가스 냉매의 발생량(L3)이 적으면 이를 저압측 회로(9)로 순환시켜도 냉동 사이클의 효율에는 그다지 영향을 주지 않는다. 환원하면, 이와 같은 소량의 가스 냉매를 단순히 압축기의 중간부로 도입하는 것만으로는 그다지 냉동 사이클의 효율을 향상시킬 수 없다. 따라서, 본 실시 형태에서는 상술한 제어기(26)에 의한 제어를 기초로 하여 상기 가스 냉매를, 온도대가 낮은 냉동 운전시에는 압축기(1)의 제1 중간압부(X)로 도입하는 한편, 온도대가 높은 냉장 운전시에는 이 제1 중간압부(X)보다도 압축기(1)의 저압 흡입측에 가까운 제2 중간압부(Y)로 도입함으로써 한층 효율의 향상을 도모하고 있다.

도9는 온도대가 낮은 냉동 운전시에 가스 냉매를 압축기(1)의 제1 중간압부(X)로 도입하고, 온도대가 높은 냉장 운전시에는 이 제1 중간압부(X)보다도 압축기(1)의 저압 흡입측에 가까운 제2 중간압부(Y)로 도입한 경우에 있어서의 2단 압축 2단 팽창 사이클을 도시하는 ph선도이다. 여기서, 냉장, 냉동 운전에 상관없이 모두 가스 냉매를 압축기(1)의 제1 중간압부(X)로 도입한 경우에 있어서의 ph선도를 도시한 도2와 도9를 비교한다.

도2 및 도9에 있어서, 냉동 운전시(냉동 ―26 ℃ 부근)에는 각각 실선으로 나타내는 사이클이 형성된다. (1)은 1단 압축부(1A)의 흡입, (2)는 1단 압축부 (1A)의 토출, (3)은 2단 압축부(1B)의 흡입, (4)는 2단 압축부(1B)의 토출이다. 압축기(1)로부터 토출된 냉매는 방열기(2)를 통해 순환하여 냉각된다. (5)는 제1 팽창 밸브(3)의 입구, (6)은 제1 팽창 밸브(3)의 출구이고, 이 상태에서는 가스/액체의 2상 혼합체가 된다.

여기서의 가스와 액체의 비율은 L1(가스)의 선분의 길이와, L2(액체)의 선분의 길이의 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. (21)은 기액 분리기(4)의 출구이고, 여기를 경유한 냉매는 제1 중간압부(X), 즉 (3)의 2단 압축부(1B)의 흡입에 이르고, 2단 압축부(1B)에서 압축된다. 한편, 기액 분리기(4)에서 분리된 액상 냉매는 저압측 회로(9)를 순환한다. (7)은 기액 분리기(4)의 출구이고, 제2 팽창 밸브(11)의 입구, (8)은 제2 팽창 밸브(11)의 출구, (22)는 흡열기(14)의 출구이다. 이 흡열기(14)로 들어간 액상 냉매는 증발하여 열을 흡수한다. (1)은 1단 압축부(1A)의 흡입이다.

이에 대해, 냉장 운전시(냉장 ―5 ℃ 부근)에는 각각 파선으로 나타내는 사이클이 형성된다. 즉, 도9에서는, (9) 1단 압축부(1A)의 흡입, (11) 제2 중간압부(Y), 즉 1단 압축부(1A)의 중간부, (12) 1단 압축부(1A)의 토출이고, 중간 냉각기(1C)의 입구, (13) 중간 냉각기(1C)의 출구이고, 2단 압축부(1B)의 흡입, (14) 2단 압축부(1B)의 토출, (5) 제1 팽창 밸브(3)의 입구, (15) 제1 팽창 밸브(3)의 출구, (16) 기액 분리기(4)의 출구이고, 제2 팽창 밸브(11)의 입구, (17) 제2 팽창 밸브 (11)의 출구, (9) 1단 압축부(1A)의 흡입의 순으로 상태가 변화된다.

도2에서는 가스 냉매가 압축기(1)의 제1 중간압부(X)로 도입되므로, 이하와 같이 된다. 즉, (9) 1단 압축부(1A)의 흡입, (10) 1단 압축부(1A)의 토출, (11) 제1 중간압부(X), 즉 중간 냉각기(1C)의 출구이고, 2단 압축부(1B)의 흡입, (12) 2단 압축부(1B)의 토출, (5) 제1 팽창 밸브(3)의 입구, (13) 제1 팽창 밸브(3)의 출구, (14) 기액 분리기(4)의 출구이고, 제2 팽창 밸브(11)의 입구, (15) 제2 팽창 밸브(11)의 출구, (9) 1단 압축부(1A)의 흡입의 순으로 상태가 변화된다.

도2와 도9를 비교한 경우, 상술한 바와 같이 온도대가 낮은 냉동 운전시에는 모두 가스 냉매가 압축기(1)의 제1 중간압부(X)로 도입된다. 따라서, 이 냉동 운전시에는 각 도면에서 대략 동일한 실선의 사이클을 형성한다.

한편, 온도대가 높은 냉장 운전시에는, 도2에 있어서 가스 냉매가 압축기(1)의 제1 중간압부(X)로 도입되는 데 반해, 도9에서는 제1 중간압부(X)보다도 저압 흡입측에 가까운 제2 중간압부(Y)로 도입된다. 이 제2 중간압부(Y)의 압력은 제1 중간압부(X)의 압력보다도 낮고, 따라서 이 압력이 낮은 제2 중간압부(Y)로 가스 냉매를 도입하는 경우, 제1 중간압부(X)로 가스 냉매를 도입하는 경우에 비해 제1 팽창 밸브(3)의 출구의 압력을 내리는 것이 가능해진다.

즉, 이 냉장 운전시에는 파선으로 나타내는 사이클에 있어서, L5, L6의 선분(도9)의 압력이 L3, L4의 선분(도2)의 압력에 비해 낮아진다. 제1 팽창 밸브(3)의 출구의 압력이 내려가면 기액 분리기(4)로 들어가기 전의 냉매 중의 가스분이 많아진다. 이는 선분(L3)보다도 선분(L5)이 긴 것으로부터도 알 수 있다. 상술한 바 와 같이, 기액 분리기(4)의 입구에서의 가스와 액체의 비율은 도9에 있어서 L5(가스)와 L6(액체)의 비에 상당하고, 도2에 있어서 L3(가스)과 L4(액체)의 비에 상당하기 때문이다. 따라서, 도9에서는 도2에 비해 압축기(1)의 중간압부로 도입되는 가스의 냉매량이 많아져 무시할 수 없게 되고, 냉각에 기여하지 않는 가스분을 저압 회로(9)에 순환시키지 않는 만큼, 냉동 사이클의 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 본 구성에서는 냉매 회로 내에 이산화탄소 냉매가 봉입되어 있으므로, 기액 분리기(4)에서 분리되는 가스 및 액체의 비율에 있어서, 프론계 냉매에 비해 가스분이 많아져 그 많은 가스분을 압축기(1)의 중간압부로 도입함으로써 보다 높은 효율 향상을 도모할 수 있다.

또한, 본 실시 형태에서는 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 흡열 수단(10) 모두, 즉 제2 팽창 밸브(11) 및 흡열기(14)가 저압측 회로(9)에 설치되어 있으므로, 예를 들어 냉장 운전을 행하는 경우에도, 혹은 냉동 운전을 행하는 경우에도 그 효율을 떨어뜨리는 일 없이 매우 고효율인 운전을 행하는 것이 가능해진다.

또한, 제1 실시 형태의 가스 냉매 차단 수단(105)과 제2 실시 형태의 가스 냉매 도입 수단(105)을, 예를 들어 직렬로 접속하도록 부착함으로써 냉장 운전시의 가스 냉매 발생량에 기인한 냉동 사이클의 효율 저하에 따라서 양 수단을 절환 동작시켜도 좋다. 구체적으로는 기액 분리기(4)의 가스 냉매 토출측에 가스 냉매 차단 수단(5)을 부착하고, 상기 가스 냉매 차단 수단(5)의 출력측에 가스 냉매 도입 수단(105)을 부착하면 된다.

또한, 가스 냉매 도입 수단(105)은 그 운전 상황에 따라서 압축기(1)의 제1 중간압부, 혹은 이 제1 중간압부보다도 압축기(1)의 흡입측에 가까운 제2 중간압부로 도입할 수 있으면 좋고, 그 구체적 구성 및 그 도입 위치는 임의이다.

도10 내지 도14는 본 실시 형태를 냉장고로 적응한 경우의 예를 나타낸 것이고, 가스 냉매 차단 수단(5)을 가스 냉매 도입 수단(105)으로 절환한 경우의 도3 내지 도7에 대응한 도면이다. 냉장고 내의 각 동작은 도3 내지 도7을 참조하여 설명한 동작과 동일하므로, 이하 설명은 생략한다.

이상 서술한 바와 같이, 본 발명은, 보다 효과가 높은 냉동 운전시에는 가스 냉매를 압축기(1)의 중간압부로 도입하는 한편, 온도대가 높은 냉장 운전시에는 그 중간압부에의 가스 냉매의 도입을 차단하거나, 혹은 상기 중간압부보다도 더욱 저압측의 중간부로 도입하는 구성으로 하였으므로, 간단한 배관 구성이고, 게다가 간단한 제어에 의해 가변 사이클이 실현되어 냉동 사이클 효율 향상을 도모할 수 있다.

상술한 제1 실시예에서 개시되는 가스 냉매 차단 수단과, 제2 실시예에서 개시되는 가스 냉매 도입 수단은 각각 단독으로 이용해도 좋지만, 예를 들어 양 기능을 구비한 가스 냉매 절환 수단으로서 기액 분리기(4)와 압축기(1) 사이의 가스관(6)에 배치해도 좋다. 이 경우, 기액 분리기(4)측에 가스 냉매 차단 수단을 마련하고, 상기 가스 냉매 차단 수단과 압축기(1) 사이에 가스 냉매 도입 수단을 배치한다. 또한, 냉동 운전시에는 기액 분리기(4)로부터의 가스 냉매가 가스 냉매 차단 수단을 통과하고, 또한 가스 냉매 도입 수단을 통과하여 압축기의 제1 중간압부(X)로 도입되도록 가스 냉매 차단 수단과 가스 냉매 도입 수단을 동작시킨다. 또 한, 냉장 운전시에는, 예를 들어 제1 팽창 밸브(3)의 출구에 있어서의 가스 냉매량 등의 상황에 따라서 기액 분리기(4)로부터의 가스 냉매를 가스 냉매 차단 수단에 의해 차단하거나, 혹은 가스 냉매 차단 수단을 통과시켜 가스 냉매 도입 수단으로 도입되고, 또한 압축기의 제2 중간압부(Y)로 도입하도록, 각각 절환 동작하도록 구성해도 좋다.

이상, 실시 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.

Claims

압축기, 방열기, 감압 장치, 기액 분리기를 구비하고, 이 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 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 흡열 수단을 구비하고, 이 흡열 수단을 높은 온도대에서 기능시키는 경우에, 상기 기액 분리기에서 분리된 가스 냉매의 상기 압축기의 중간압부에의 도입을 차단하는 가스 냉매 차단 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제1항에 있어서, 상기 가스 냉매 차단 수단이 개폐 밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제1항에 있어서, 상기 흡열 수단이 서로 다른 온도대에서 기능하는 복수의 흡열기를 구비하고, 각각의 흡열기가 선택적으로 기능하여 상기 흡열기를 경유한 냉풍을 각각 대응하는 온도대로 제어되는 실로 유도하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제3항에 있어서, 상기 흡열기가 각각 대응하는 온도대로 제어되는 실에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제1항에 있어서, 상기 흡열 수단이 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 하나의 흡열기를 구비하고, 이 흡열기를 경유한 냉풍을 각각 다른 온도대로 제어되는 복수의 실에 절환 댐퍼를 거쳐서 선택적으로 유도하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제5항에 있어서, 상기 흡열기가 낮은 온도대로 제어되는 실에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제1항에 있어서, 운전 중에 고압측이 초임계 압력이 되는 냉매를 봉입한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
압축기, 방열기, 감압 장치, 기액 분리기를 구비하고, 이 기액 분리기에서 분리된 가스 냉매를 상기 압축기의 제1 중간압부, 혹은 이 제1 중간압부보다도 저압 흡입측에 가까운 제2 중간압부 중 어느 하나로 도입 가능한 수단을 구비하는 동시에, 상기 기액 분리기에서 분리된 액상 냉매를 순환시키는 저압측 회로를 구비하고, 이 저압측 회로에는 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 흡열 수단을 구비하고, 이 흡열 수단을 낮은 온도대에서 기능시키는 경우에는 상기 기액 분리기에서 분리된 가스 냉매를 상기 압축기의 제1 중간압부로 도입하고, 높은 온도대에서 기능시키는 경우에는 상기 가스 냉매를 상기 압축기의 제2 중간압부로 도입시키는 가 스 냉매 도입 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제8항에 있어서, 상기 흡열 수단이 서로 다른 온도대에서 기능하는 복수의 흡열기를 구비하고, 각각의 흡열기가 선택적으로 기능하여 상기 흡열기를 경유한 냉풍을 각각 대응하는 온도대로 제어되는 실로 유도하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제9항에 있어서, 상기 흡열기가 각각 대응하는 온도대로 제어되는 실에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제8항에 있어서, 상기 흡열 수단이 선택적으로 다른 온도대에서 기능하는 하나의 흡열기를 구비하고, 이 흡열기를 경유한 냉풍을 각각 다른 온도대로 제어되는 복수의 실에 절환 댐퍼를 거쳐서 선택적으로 유도하는 수단을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제11항에 있어서, 상기 흡열기가 낮은 온도대로 제어되는 실에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동 장치.
제8항에 있어서, 운전 중에 고압측이 초임계 압력이 되는 냉매를 봉입한 것을 특징으로 하는 냉동 장치.