KR100776371B1 - 에너지절감형 고효율 냉동시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

에너지절감형 고효율 냉동시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압축기와; 응축기와; 수액기와; 휠타드라이어와; 액관전자변과; 팽창변과; 증발기; 및 기액분리기를 포함하는 냉동사이클로 이루어진 냉동시스템에 있어서, 상기 압축기와 응축기 사이에 설치된 제1역지변(301)과; 상기 응축기, 수액기, 휠타드라이어를 거친 다음에 설치되어 냉매액을 가압하는 냉매액 가압펌프(201)와; 상기 냉매액 가압펌프에 병렬설치되어 상기 가압된 냉매액의 역류를 방지하는 제3역지변(303)과; 상기 냉매액 가압펌프에서 토출된 냉매액이 유입되는 바이패스 전자변(202)과; 상기 토출된 냉매액을 상기 팽창변(8) 용량 선정시 제시된 냉매액 공급압력으로 조절하는 냉매액 압력조절변(101)과; 상기 냉매액 압력조절변(101)에서 상기 냉매액의 감압시 발생한 후레쉬 가스(flash gas)를 제거하는 기액 열교환기(102)와; 상기 후레쉬 가스가 제거된 냉매액이 상기 액관전자변(7), 팽창변(8)을 거쳐 증발기로 유입하여 증발할 때 그 증발압력을 제어하는 증발압력 조정변(204)과; 상기 바이패스 전자변을 거친 냉매액이 유입되고, 이 유입된 냉매액을 고속으로 분사시키는 노즐이 설치되어 있으며, 상기 기액 열교환기를 거쳐 유입되는 저압 기상냉매를 상기 노즐의 고속분사에 의해 흡입혼합하여 상기 응축기로 이송하는 이젝터(203)와; 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 기상냉매가 상기 이젝터로 역류되는 것을 방지하는 제2역지변(302)을 더 포함하는 냉동사이클로 이루어지되, 상기 냉매액 압력조절변, 기액 열교환기를 포함하는 제1사이클과 상기 냉매액 가압펌프, 바이패스 전자변, 이젝터를 포함하는 제2사이클이 각각 개별적으 로 제어되어 작동되는 에너지절감형 고효율 냉동시스템이다.
냉동시스템, 바이패스 전자변, 수액기, 역지변, 감지기

Description

에너지절감형 고효율 냉동시스템 및 그 제어방법{High efficiency refrigeration system for saving energy and control method the same}
도 1은 종래의 냉동시스템에 대한 구성도
도 2는 본 발명의 실시예 1에 대한 냉동시스템 구성도
도 3은 본 발명의 실시예 2에 대한 냉동시스템 구성도
도 4는 본 발명의 실시예 3에 대한 냉동시스템 구성도
도 5는 본 발명의 실시예 4에 대한 냉동시스템 구성도
도 6은 본 발명의 실시예 3에 대한 냉동시스템의 개략적인 제어계통 구성도
도 7은 본 발명의 실시예 3에 대한 냉동시스템의 개략적인 제어흐름도
도 8은 본 발명의 냉동시스템에 속한 구성장치 중 팽창변과 냉매액 압력조절변을 일체형으로 구성한 액압조절 복합팽창변의 개략적인 구성도
도 9는 본 발명의 냉동시스템에 속한 구성장치 중 팽창변과 냉매액 압력조절변과 액관전자변을 일체형으로 구성한 전자변 기능을 포함한 액압조절 복합팽창변의 개략적인 구성도
도 10은 본 발명의 냉동시스템에 속한 구성장치 중 팽창변의 종류 중 하나인 전자팽창변과 전자팽창변 콘트롤러를 본 발명에 따라 개선한 개략적인 구성도
** 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 **
QC : 응축기측 열원 QE : 증발기측 열원
1 : 증발기 2 : 기액분리기
3 : 압축기 4 : 응축기
5 : 수액기 6 : 휠타드라이어
7 : 액관전자변 8 : 팽창변
101 : 냉매액 압력조절변 102 : 기액 열교환기
103 : 액압조절 복합팽창변
104 : 전자변 기능을 포함한 액압조절 복합팽창변
201 : 냉매액가압펌프 202 : 바이패스전자변
203 : 이젝터 204 : 증발압력조절변
301 : 제1역지변 302 : 제2역지변
303 : 제3역지변 RO1 : 과압력 리턴릴리프밸브
E8 : 전자팽창변 EC8 : 전자팽창변 콘트롤러
C01 : 제어부 T01 : 증발기측 열원 온도감지기
T02 : 응축기측 열원 온도감지기 P01 : 증발기출구 압력감지기
P02 : 압축기 및 이젝터 입구 압력감지기
P03 : 압축기 및 이젝터 출구 압력감지기
P04 : 수액기 출구 압력감지기
P05 : 냉매액 가압펌프 출구 압력감지기
P06 : 냉매액 압력조절변 출구 압력감지기
L01 : 수액기 액레벨감지기
본 발명은 각종 공조설비 및 냉동기계설비 등에 적용되는 냉동시스템 중에서 후레온 등과 같은 냉매를 이용하여 압축→응축→팽창→증발의 과정을 반복하며 증발기측 열원으로부터 열을 취득하여 응축기측 열원으로 열을 방출하는 냉동시스템에 관한 것으로, 특히 주/야간 또는 계절에 따른 외부환경(외기)의 온도변화 등 외적인 요소로 응축기측(QC) 열원의 온도 변화폭이 큰 조건에서도 항상 시스템 운영을 필요로 하는 냉동시스템에서 그 변화의 조건에 적절히 대응하며, 안정된 운전과 냉동효율 증대 및 동력비 절감 또한 이룰 수 있는 기능을 구비한 에너지절감형 고효율 냉동시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
종래 일반적으로 사용되는 냉동시스템에 대하여, 도 1을 참조하여 설명하기로 한다. 한편, 본 발명이 속하는 기술분야인 냉동시스템의 구성품 중 일반적으로 적용되거나 또는 제외되는 일부 부속장치류에 대한 도시나 설명은 생략하기로 한다 (예를 들어 스톱밸브, 유분리기 등에 대한 도시나 기능에 대한 설명 등).
종래의 냉동시스템은 저압 기상냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(3)와; 상기 압축된 고온고압의 기상냉매를 응축 액화하여 응축기측 열원(QC)으로 열을 방출하는 한편, 고압의 액상냉매로 바꾸는 응축기(4)와; 상기 고압의 액상냉매를 저장공급하기 위한 수액기(5)와; 상기 액상냉매에 혼합된 수분을 흡착하여 제거하는 휠타드라이어(6)와; 상기 액상냉매를 공급 또는 차단하기 위한 액관전자변(7)과; 상기 액상냉매를 교축작용에 의해 저온저압의 상태로 단열팽창시키는 팽창변(8)과; 상기 팽창변에 의해 공급되어 단열팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(1); 및 상기 증발된 기상냉매에 함유된 액상냉매를 분리하여 기상냉매만을 상기 압축기로 배출하는 기액분리기(2)로 이루어진 냉매순환싸이클을 갖는 냉동시스템으로 구성된다.
여기서, 상기 팽창변은 증발기(1)의 부하에 따라 적절히 단열팽창된 냉매를 증발기에 공급한다.
냉매의 이동경로를 따라 설명하면, 압축기(3)에서 압축된 고온고압의 냉매가스는 응축기(4)에서 응축기측 열원(QC)으로 열을 방출하고 응축액화하며, 고압 냉매액으로 변한 뒤 수액기(5), 휠타드라이어(6), 액관전자변(7)을 거쳐 팽창변(8)에서 교축팽창한 후, 증발기(1)로 공급되어 증발하며, 그 과정에서 증발기측 열원(QE)을 냉각하고, 열을 취득한 후 저압 기상냉매로 변하여 기액분리기(2)를 거쳐 압축기(3)로 흡입되어 재압축되는 냉매순환 싸이클을 갖는 냉동시스템이다.
이때, 냉동시스템 내에서 순환하는 냉매의 양이나 온도, 압력 등의 상태변화에 따라 변하는 냉동시스템의 효율과 그에 따른 성능은 시스템에 주어진 여러 조건들 중, 특히 본 발명에 적용하고자 하는 에너지원인 응축기측 열원(QC)과 증발기측 열원(QE)의 온도변화와 대응열량에 따라 다양한 변화가 일어나게 된다.
따라서 그런 변화에 적절히 대응하는 최상의 냉동시스템 구조나 운영체계를 확보하기 위해서는, 최적의 냉매순환사이클을 구성하여 냉동효율을 향상시키고, 또한 액압축이나 과열압축 등으로 인한 운전부조화 상태가 되지 않도록 최상의 안정 된 운전여건을 갖추어야하며. 아울러 냉동시스템의 운영은 주로 동력을 이용하여 이뤄지는 관계로 동력비를 최저로 줄이기 위한 방법도 함께 강구되어야 한다.
특히, 냉동시스템의 안정된 운영을 위하여 적당한 응축압력의 유지조건은 매우 중요하다. 이는 팽창변(8)으로의 냉매액 공급압력을 적정하게 유지하여 증발기(1)에서 필요로 하는 냉매액량을 적절하게 공급하기 위함이다.
팽창변(8)의 적정한 냉매액 공급량 조절은 증발기(1)를 나온 저압 기상냉매의 증발압력과 과열도 등 조건에 따른 팽창변 제어부의 제어에 따라 제어되지만 팽창변(8)의 주된 기본적인 초기선정 기준용량은 팽창변(8) 전후 압력차 등의 조건에 의하여 선정되어지므로 적정 팽창변(8) 용량의 유지를 위해서는 팽창변(8) 전/후 압력차에 맞는 팽창변(8)으로의 냉매액 공급압력이 매우 중요하다.
즉, 팽창변(8) 후단의 증발기(1)측 압력이 일정하다고 볼 때, 팽창변(8) 용량 선정시 제시된 냉매액 공급압력보다 실제로 운전되는 냉매액 공급압력이 높고 낮음에 따라 선정된 팽창변(8)의 기준용량은 변하게 되므로, 냉매액 공급압력이 적정치 이하로 낮을 경우엔 냉매액 공급부족 현상이 일어나고, 적정치 이상으로 높을 경우엔 냉매액 공급과잉 현상이 일어나 냉동시스템에 심각한 운전불능 상태를 초래할 수 있다.
예를 들어, 어떤 냉동시스템의 팽창변(8)을 선정하고자 할 때, 응축기측 열원(QC)의 온도변화폭이 클 경우에 있어서, 응축압력 기준 또는 냉매액 공급압력 기준을 응축기측 열원(QC)의 낮은 온도조건에 대응하도록 낮게 잡아 팽창변(8) 용량을 선정했을 경우. 그 낮은 온도조건하에서는 팽창변(8) 동작이 안정적으로 이루어 질 수 있으나, 응축기측 열원(QC)의 높은 온도조건에 대응하는 응축압력 또는 냉매액 공급압력으로 높게 운전될 때는 그 높은 압력차에 의한 팽창변(8)의 용량증대에 따라 단속적인 작동 등에 의하여 팽창변(8) 작동의 평형상태가 깨져 냉매액량 조절이 불안정해지며 그에 따른 액압축 등의 현상으로 냉동시스템에 심각한 손상을 초래할 수 있다.
따라서 종래의 냉동시스템의 일반적인 팽창변(8)의 선정은 상술한 바와 같은 조건, 즉 응축기측 열원(QC)의 온도 변화폭이 클 경우. 응축압력 또는 냉매액 공급압력 기준을 응축기측 열원(QC)의 높은 온도조건 측에 대응하도록 팽창변(8)을 적정하게 선정하여 그 조건하에서의 팽창변(8)의 동작상태를 안정하게 유지하도록 한다.
그러나 이러한 경우 응축기측 열원(QC)의 온도가 낮아질 경우에는 응축압력 또는 냉매액 공급압력도 낮아지게 되므로 팽창변(8) 전/후 압력차도 낮아지고 함께 팽창변(8)의 기본용량도 감소되어 냉매액 공급부족이 일어나게 된다.
그러므로 이에 따르는 냉동능력 저하와 과열압축 등 냉동시스템의 비효율적이고 불안정된 운전이 일어나게 되는 것을 방지하기 위하여, 이러한 종래의 냉동시스템에서는 응축압력 또는 냉매액 공급압력이 기준치 이하로 저하되지 않게, 공냉식의 경우 응축기팬 제어나 응축압력 조절변 등 부속장치를 이용하고, 수냉식의 경우 수량조절변 등을 이용한 냉각수 수량제어 등을 통하여 냉매액 공급압력이 부족하지 않도록 팽창변(8)으로의 냉매액 공급압력을 임의로 높게 유지하는, 즉 응축기측 열원(QC)의 온도 변화폭 중 높은쪽에 맞도록 설정한 냉동시스템 운영을 하고 있 다.
결과적으로 이러한 냉동시스템의 운전상태는 응축기측 열원(QC)의 온도가 상기한 냉매액 공급압력 설정조건보다 낮아질 경우, 그에 상응하여 냉매액 공급압력(응축압력)을 낮게 한 냉동시스템을 운전할 수 있음에도 강제로 응축압력을 필요 이상 높게 유지한 상태로 냉동시스템을 운영하게 되므로, 그 높은 응축압력에 따른 높은 압축비의 운전상태 때문에 발생하는 비효율적 운영과 함께 과다한 동력비 손실이 발생하고 있다.
특히, 동절기 등과 같이 응축기측 열원(QC)의 온도가 증발기측 열원(QE)의 온도보다 낮아지는 등의 적절한 상관관계의 조건이 발생하면 더욱 응축기측 열원(QC)의 차가운 온도를 이용한 고효율 냉동시스템의 운용이 요구되나, 종래의 냉동시스템은 상술한 바와 같은 이유로 높은 동력의 압축기(3)를 비효율적으로 가동하거나, 이와는 별개로 응축기측의 차가운 열원을 이용하기 위하여 별도의 열매체를 이용한 열교환기를 장착하는 등의 에너지 절약방법을 꾀하기도 하였으나 이는 장치비 과다 등의 비효율적 측면이 있었다.
본 발명은 상기한 문제점을 고려하여 개발된 것으로, 안정된 운전은 기본으로 하고, 특히 냉동효율 증대 및 동력비 절감에 주목적을 두고, 그 해결 방안 중 하나로 냉동시스템의 최종 냉기의 사용처인 증발기측 열원을 냉각하여 얻은 취득열을 방출하는 곳인 응축기측 열원을 최대한 이용하여, 높은 동력이 소요되는 압축기 가동을 가능한 한 낮은 압축비로 운전되게 하고(실시예 1), 압축기의 가동시간도 최소화하거나 압축기의 가동을 생략할 수 있는(실시예 2) 냉매순환사이클을 갖는 고효율 냉동시스템을 구성함에 있다.
따라서, 본 발명은 그 일환으로 응축기측 열원의 온도 등의 변화에 따라 가변할 수 있는 응축압력을 되도록 낮게 유지하도록 하여 압축기 운전시의 압축비를 낮추고, 때로는 추가 구성된 별도의 부속장치를 이용하여 기액분리기를 포함한 압축기가 생략된 냉매순환 사이클을 구성하여, 전반적으로 압축기의 가동효율을 높이고, 가동시간도 줄인 시스템 운영을 함으로서, 냉동시스템 전체의 성능향상 및 동력비 감소에 의한 에너지 절감효과를 갖는데 있다.
본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하면서 상기한 목적을 달성하기 위해서, 우선 압축기(3)의 압축비를 최대한 낮게 운전하게 하기 위한 방법으로, 응축기측 열원(QC)의 온도변화에 따라 가변하는 응축온도 및 압력을 최대한 낮게 운전할 수 있도록 하기 위하여 팽창변(8)으로 유입되는 냉매액 공급압력을 팽창변(8) 성능에 적합한 최저 차압 형성에 필요한 적정압력으로 항상 일정하게 유지시킬 수 있도록 팽창변(8) 전단에 냉매액 압력조절변(101)과 냉매액 압력조절변(101)에서 감압시 발생한 후레쉬 가스(flash gas)의 제거를 위한 기액 열교환기(102)를 장착한다. 물론 이때, 팽창변(8) 용량은 그 냉매액 압력조절변(101)의 설정압력에 맞도록 적정하게 선정하고, 응축기(4)측 응축압력의 최소 설정치는 냉매액 공급압력에 맞도록 최대한 낮게 설정하여, 응축기측 열원(QC)의 온도가 낮아질 경우, 응축압력도 함께 낮게 운전될 수 있도록 하는 범위를 넓혀 불필요하게 높은 응축압력으로 운전 되지 않게 하는 냉매순환싸이클을 형성한다(실시예 1)
또한, 동절기 등과 같이 응축기측 열원(QC)의 온도가 증발기측 열원(QE)의 온도보다 낮아지는 등의 적절한 상관관계의 조건이 발생하면 기액분리기를 포함한 높은 동력의 압축기(3) 가동 없이 증발기측 열원(QE)과 응축기측 열원(QC)의 온도차(압력차)에 의한 자연적인 냉매의 흐름을 이용하거나 또는 그 흐름을 돕는 저압 기상냉매 이송용 이젝터(203)를 함께 이용하여 저압 기상냉매를 증발기(1)에서 응축기(4)로 이동시켜 응축 액화를 유도하고, 그 냉매액을 낮은 동력만으로 가동되는 냉매액 가압펌프(201)를 이용하여 팽창변(8) 등을 거쳐 증발기 측으로 공급하고, 일부는 이젝터(203)의 구동매체로 사용하는 냉매순환싸이클을 형성한다(실시예 2).
따라서 본 발명은 계절변화나 주/야간 등의 다양한 외부환경(외적인 여건)으로 응축기측 열원(QC)의 온도 변화폭이 커서, 그에 따른 응축압력의 고저차이도 함께 크게 변화할 수 있는 운전조건을 갖는 냉동시스템의 고 효율화를 위하여 상기 또는 하기한 실시예 1 또는 2에 의하거나, 또는 실시예 1과 2를 한 계통에 통합한 실시예 3에 의하여 이루어진 냉동시스템을 구성하여 사계절 주야간 운전 중, 환절기 또는 야간 등과 같이 응축기측 열원(QC)의 온도가 낮아질 때 응축압력 또한 함께 낮게 할 수 있으므로, 이 경우엔 실시예 1과 같이 압축기(3)와 냉매액 압력조절변(101), 기액분리기(2) 등 그 부속장치를 이용한 저 압축비 냉매순환사이클로 운전되게 하고, 동절기 등과 같이 응축기측 열원(QC)의 온도가 증발기측 열원(QE)의 온도보다 낮아지는 등의 적절한 상관관계의 조건이 발생하면 실시예 2와 같이 저 동력으로 가동되는 냉매액 가압펌프(201)와 이젝터(203) 및 그 부속장치를 이용한 냉매순환사이클로 절환되어 운전되는 에너지절감형 고효율 냉동시스템을 구성하여 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예 1은 압축기와; 응축기와; 수액기와; 휠타드라이어와; 액관전자변과; 팽창변과; 증발기; 및 기액분리기를 포함하는 냉동사이클로 이루어진 냉동시스템에 있어서, 상기 압축기, 응축기, 수액기, 휠타드라이어를 거친 다음에 설치되어 고압 냉매액을 상기 팽창변(8) 용량 선정시 제시된 냉매액 공급압력으로 조절하는 냉매액 압력조절변(101)과; 상기 냉매액 압력조절변(101)에서 상기 고압 냉매액의 감압시 발생한 후레쉬 가스(flash gas)를 제거하며, 상기 후레쉬 가스가 제거된 고압 냉매액이 상기 액관전자변, 팽창변, 증발기를 거치면서 변한 저온저압의 기상냉매를 냉매액과 열교환시키는 기액 열교환기(102)를 더 포함하는 냉동사이클로 이루어진 에너지절감형 고효율 냉동시스템이다.
본 발명의 실시예 2는 응축기와; 수액기와; 휠타드라이어와; 액관전자변과; 팽창변; 및 증발기를 포함하는 냉동사이클로 이루어진 냉동시스템에 있어서, 상기 응축기, 수액기, 휠타드라이어를 거친 냉매액을 가압하는 냉매액 가압펌프(201)와; 상기 냉매액 가압펌프에서 토출된 냉매액이 유입되는 바이패스 전자변(202)과; 상기 토출된 냉매액이 상기 액관전자변, 팽창변을 거쳐 증발기에서 증발될 때 그 증발압력을 제어하여 상기 증발기의 과냉각을 방지하는 증발압력 조정변(204)과; 상기 바이패스 전자변을 거친 냉매액이 유입되고, 이 유입된 냉매액을 고속으로 분사시키는 노즐이 설치되어 있으며, 상기 증발압력 조정변(204)을 거쳐 유입되는 저압 기상냉매를 상기 노즐의 고속분사에 의해 흡입혼합하여 상기 응축기로 이송하는 이 젝터(203)를 더 포함하는 냉동사이클로 이루어진 에너지절감형 고효율 냉동시스템이다.
본 발명의 실시예 3은 실시예 1과 실시예 2의 복합구성으로 압축기와; 응축기와; 수액기와; 휠타드라이어와; 액관전자변과; 팽창변과; 증발기; 및 기액분리기를 포함하는 냉동사이클로 이루어진 냉동시스템에 있어서, 상기 압축기와 응축기 사이에 설치된 제1역지변(301)과; 상기 응축기, 수액기, 휠타드라이어를 거친 다음 설치되어 냉매액을 가압하는 냉매액 가압펌프(201)와; 상기 냉매액 가압펌프에 병렬설치되어 상기 가압된 냉매액의 역류를 방지하는 제3역지변(303)과; 상기 냉매액 가압펌프에서 토출된 냉매액이 유입되는 바이패스 전자변(202)과; 상기 토출된 냉매액을 상기 팽창변(8) 용량 선정시 제시된 냉매액 공급압력으로 조절하는 냉매액 압력조절변(101)과; 상기 냉매액 압력조절변(101)에서 상기 냉매액의 감압시 발생한 후레쉬 가스(flash gas)를 제거하기 위하여 저온저압의 기상냉매와 열교환시키는 기액 열교환기(102)와; 상기 후레쉬 가스가 제거된 냉매액이 상기 액관전자변(7), 팽창변(8)을 거쳐 증발기(1)로 유입되어 증발될 때 그 증발압력을 제어하여 상기 증발기(1)의 과냉각을 방지하는 증발압력 조정변(204)과; 상기 바이패스 전자변을 거친 냉매액이 유입되고, 이 유입된 냉매액을 고속으로 분사시키는 노즐이 설치되어 있으며, 상기 기액 열교환기를 거쳐 유입되는 저압 기상냉매를 상기 노즐의 고속분사에 의해 흡입혼합하여 상기 응축기로 이송하는 이젝터(203)와; 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 기상냉매가 상기 이젝터로 역류되는 것을 방지하는 제2역지변(302)을 더 포함하는 냉동사이클로 이루어지되, 상기 냉매액 압력조절변, 기액 열교환기를 포함하는 제1사이클과 상기 냉매액 가압펌프, 바이패스 전자변, 이젝터를 포함하는 제2사이클이 각각 개별적으로 제어되어 작동되는 에너지절감형 고효율 냉동시스템이다.
상기 제1사이클(실시예 1 참조)은 냉매가 압축기, 제1역지변, 응축기, 수액기, 휠타드라이어, 제3역지변 또는 냉매액 가압펌프, 냉매액 압력조절변, 기액 열교환기 액상냉매부, 액관전자변, 팽창변, 증발기, 증발압력 조정변, 기액 열교환기 기상냉매부, 기액분리기, 압축기의 순서로 순환되는 것이고, 상기 제2사이클(실시예 2)은 냉매 중 일부는 응축기, 수액기, 휠타드라이어, 냉매액 가압펌프, 냉매액 압력조절변, 기액 열교환기 액상냉매부, 액관전자변, 팽창변, 증발기, 증발압력 조정변, 기액 열교환기 기상냉매부, 이젝터, 제2역지변, 응축기의 순서로 순환되고, 다른 일부는 응축기, 수액기, 휠타드라이어, 냉매액 가압펌프, 바이패스 전자변, 이젝터의 노즐, 제2역지변, 응축기의 순서로 순환되는 것이다.
본 발명의 실시예 4는 종래와 실시예 2의 복합구성으로 압축기와; 응축기와; 수액기와; 휠타드라이어와; 액관전자변과; 팽창변과; 증발기; 및 기액분리기를 포함하는 냉동사이클로 이루어진 냉동시스템에 있어서, 상기 압축기와 응축기 사이에 설치된 제1역지변(301)과; 상기 응축기, 수액기, 휠타드라이어를 거친 다음 설치되어 냉매액을 가압하는 냉매액 가압펌프(201)와; 상기 냉매액 가압펌프에 병렬설치되어 상기 가압된 냉매액의 역류를 방지하는 제3역지변(303)과; 상기 냉매액 가압펌프에서 토출된 냉매액이 유입되는 바이패스 전자변(202)과; 상기 토출된 냉매액이 상기 액관전자변, 팽창변을 거쳐 증발기로 유입되어 증발될 때 그 증발압력을 제어하여 상기 증발기의 과냉각을 방지하는 증발압력 조정변(204)과; 상기 바이패스 전자변을 거친 냉매액이 유입되고, 이 유입된 냉매액을 고속으로 분사시키는 노즐이 설치되어 있으며, 상기 증발압력 조정변(204)을 거쳐 유입되는 저압 기상냉매를 상기 노즐의 고속분사에 의해 흡입혼합하여 상기 응축기로 이송하는 이젝터(203)와; 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 기상냉매가 상기 이젝터로 역류되는 것을 방지하는 제2역지변(302)을 더 포함하는 냉동사이클로 이루어지되, 상기 압축기와 기액분리기를 포함하는 제1사이클과 상기 냉매액 가압펌프, 바이패스 전자변, 이젝터를 포함하는 제2사이클이 각각 개별적으로 제어되어 작동되는 에너지절감형 고효율 냉동시스템이다.
상기 제1사이클은 냉매가 압축기, 제1역지변, 응축기, 수액기, 휠타드라이어, 제3역지변 또는 냉매액 가압펌프, 액관전자변, 팽창변, 증발기, 증발압력 조정변, 기액분리기, 압축기의 순서로 순환되는 것이고, 상기 제2사이클(실시예 2)은 냉매 중 일부는 응축기, 수액기, 휠타드라이어, 냉매액 가압펌프, 액관전자변, 팽창변, 증발기, 이젝터, 제2역지변, 응축기의 순서로 순환되고, 다른 일부는 응축기, 수액기, 휠타드라이어, 냉매액 가압펌프, 바이패스 전자변, 이젝터의 노즐, 제2역지변, 응축기의 순서로 순환되는 것이다.
본 발명의 에너지절감형 고효율 냉동시스템은 증발기측 열원(QE)의 온도를 검출하는 증발기측 열원 온도감지기(T01)와; 응축기측 열원(QC)의 온도를 검출하는 응축기측 열원 온도감지기(T02)와; 증발기측의 저압 기상냉매의 압력을 검출하는 증발기출구 압력감지기(P01)와; 압축기(3) 또는 이젝터(203)로 흡입되는 저압 기상 냉매의 압력을 검출하는, 압축기/이젝터 입구 압력감지기(P02)와; 압축기(3) 또는 이젝터(203)에서 응축기측으로 토출되는 기상냉매의 압력을 검출하는, 압축기/이젝터 출구 압력감지기(P03)와; 수액기 출구측의 냉매액 압력을 검출하는 수액기 출구 압력감지기(P04)와; 냉매액 가압펌프(201)에서 토출되는 냉매액의 압력을 검출하는 냉매액 가압펌프 출구 압력감지기(P05)와; 냉매액 압력조절변(101)의 출구측 냉매액 압력을 검출하는 냉매액 압력조절변 출구 압력감지기(P06) 및 수액기(5)에 저장된 냉매액의 양을 검출하는 수액기 액레벨감지기(L01)가 설치되어 있으며, 상기한 모든 검출량은 제어부(C01)로 입력된 다음 각종 변위량으로 환산되어 각각의 구동체로 그 작동여부가 제어부(C01)에 의해 제어되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 에너지절감형 고효율 냉동시스템은 경우에 따라 팽창변과 냉매액 압력조절변을 일체형으로 제작한 액압조절 복합팽창변으로 구성한 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 에너지절감형 고효율 냉동시스템은 그 구성품 중 액관전자변과 팽창변과 냉매액 압력조절변의 기능과 구성을 전자변 기능을 포함한 액압조절 복합팽창변의 일체형으로도 구성할 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에너지절감형 고효율 냉동시스템의 실시예 1 또는 실시예 3의 팽창변과 냉매액 압력조절변의 구성 및 역할에 있어서 팽창변을 전자팽창변(E8)으로 쓸 경우 그 전자팽창변의 제어를 종래의 증발압력 및 과열도 등에 의한 제어 외에 추가로 상기한 수액기 출구 압력감지기(P04) 또는 냉매액 가압펌프 출구 압력감지기(P05) 등에 의하여 검출되는 팽창변으로의 냉매액 공급압력을 입력받아 상기 전 자팽창변의 구동을 제어하는 전자팽창변콘트롤러(EC8)로 구성한 것을 특징으로 한다.
본 발명의 에너지절감형 고효율 냉동시스템의 실시예 2 내지 4의 냉매액 가압펌프는 그 출구측의 압력을 제어하기 위하여 과압력리턴 릴리프밸브(R01)를 포함하거나 인버터를 이용하여 회전수 변환에 의한 압력제어를 하는 것을 특징으로 한다.
그리고 본 발명의 에너지절감형 고효율 냉동시스템의 제어방법은 냉동시스템의 전원을 온 시켜 냉동시스템의 제어부(C01)에 각종 제어설정치를 입력(S1,S2)하는 단계와; 냉동시스템 가동시, 냉동시스템 운전프로그램이 실행되어 압축기 모터, 송풍기 모터, 펌프모터 등 각종 구동부의 과열, 과전류방지 등의 보호장치와 시스템 내 각부의 냉매압력, 레벨 등에 의한 고압, 저압, 유압 보호장치 등에 이상이 없으면(S3), 상기 설정된 증발기측 열원(QE)의 온도 변화에 따라 증발기측 열원(QE)의 열의 이동장치인 송풍기류나 펌프류가 가동(S4)되는 단계와; 제어부(C01)에 설정된 증발기측 열원(QE)의 온도와 응축기측 열원(QC)의 온도 및 시스템 내 각부의 냉매압력의 외부환경에 의한 변위량이 상기 제어부의 제어설정치에 미충족시 상기 제어부(C01)의 제어신호에 의해 액관전자변(7)이 열리고 압축기(3)가 가동되는 실시예 3의 제1사이클이 이루어지면서, 상기 제1사이클의 제어설정치에 의해 응축기측 열원(QC)의 열이동 장치인 제어대상의 가동상태도 동시에 제어(S6)되는 단계; 및 상기 제어부(C01)에 설정된 증발기측 열원(QE)의 온도와 응축기측 열원(QC)의 온도 및 시스템 내 각부의 냉매압력의 외부환경에 의한 변위량이 상기 제어부의 제어설정치에 미충족시 상기 제1사이클은 정지된 상태에서 수액기(5)의 냉매액 레벨이 정상이면 상기 제어부(C01)의 제어신호에 의해 액관전자변(7)과 바이패스 전자변(202)이 열리고 냉매액 가압펌프(201)가 가동되는 실시예 3의 제2사이클이 이루어지면서, 상기 제2사이클의 제어설정치에 의해 응축기측 열원(QC)의 열의 이동장치인 제어대상의 가동상태도 동시에 제어되는 단계를 포함한다.
본 발명의 에너지절감형 고효율 냉동시스템의 제어방법에 있어서, 상기 이젝터(203)의 작동을 위한 바이패스 전자변(202)은 상기 제어부의 제어설정치에 의해 가동 또는 정지되는 단계 제어동작을 하는 것을 특징으로 한다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 다양한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세하게 기술하기로 한다.
도 1과 도 2를 비교참조하면서 본 발명의 실시예 1에 따른 냉동시스템에 대하여 설명한다. 여기서 실시예 1의 설명에 있어서, 본 발명이 속하는 기술 분야인 냉동시스템의 구성품 중 일반적으로 적용되거나 또는 제외되는 일부 부속장치류에 대한 도시나 설명은 생략하기로 한다(예를 들어 스톱벨브, 유분리기 등에 대한 도시나 휠타드라이어(6)의 기능에 대한 설명 등).
실시예 1은 계절변화나 주/야간 등의 다양한 외부환경(외적인 여건)으로 응축기측 열원(QC)의 온도 변화폭이 커서, 그에 따른 응축압력의 고저차이도 함께 크게 변화할 수 있는 운전조건을 갖는 냉동시스템 중에서 본 발명이 이루고자하는 냉동시스템의 고효율화를 위한 방안중의 하나인 압축기(3)의 압축비를 최대한 낮춘 냉매순환사이클을 갖는 냉동시스템으로, 다음은 실시예 1의 냉동시스템 구성과 운영체계 등이다(도 2 참조).
본 발명의 에너지절감형 고효율 냉동시스템의 실시예 1은 압축기(3)와; 응축기(4)와; 수액기(5)와; 휠타드라이어(6)와; 액관전자변(7)과; 팽창변(8)과; 증발기(1); 및 기액분리기(2)를 포함하되, 상기 압축기, 응축기, 수액기, 휠타드라이어를 거친 다음 설치되어 고압 냉매액을 상기 팽창변(8) 용량 선정시 제시된 냉매액 공급압력으로 조절하는 냉매액 압력조절변(101)과; 상기 냉매액 압력조절변(101)에서 상기 고압 냉매액의 감압시 발생한 후레쉬 가스(flash gas)를 제거하며, 상기 후레쉬 가스가 제거된 고압 냉매액이 상기 액관전자변, 팽창변, 증발기를 거치면서 변한 저압 기상냉매와 냉매액을 열교환시키는 기액 열교환기(102)를 더 포함한다.
냉매의 이동 경로를 따라 설명하면, 압축기(3)에서 압축된 고온고압의 기상냉매는 응축기(4)에서 응축기측 열원(QC)으로 열을 방출하고 응축액화하며, 고압 냉매액으로 변한 뒤 수액기(5), 휠타드라이어(6)를 거쳐 냉매액압력 조절변(101)에 이르면 팽창변(8) 용량 선정시 제시된 냉매액 공급압력으로 조절된 다음, 기액 열교환기(102)를 통과하면서 냉매액 압력 조절변(101)에서 감압시 발생한 후레쉬 가스(flash gas)가 제거된 뒤, 액관전자변(7)을 거쳐 팽창변(8)에서 교축팽창한 후 증발기(1)로 공급되어 증발하며, 그 과정에서 증발기측 열원(QE)을 냉각하고 열을 취득한 후 저압 기상냉매로 변하여 기액 열교환기(102)에서 냉매액과 열교환한 뒤, 기액분리기(2)를 거쳐 압축기(3)로 흡입되어 재 압축되는 냉매순환 싸이클을 갖는 냉동시스템을 이룬다.
다시 보충하여 설명하면, 도 2에서 도시하는 것은 도 1의 종래 냉동시스템과는 달리, 냉동시스템내 압축기(3)의 압축비를 낮게 운전하기 위한 수단으로 응축압 력의 높고 낮음의 변화에 관계없이 팽창변(8)으로의 냉매액 공급압력을 가능한 한 낮게 유지한 상태로 적당량의 냉매액을 공급하기 위하여, 기액 열교환기(102)를 포함한 냉매액 압력조절변(101)을 팽창변(8) 전단에 장착한 것이다.
물론 이때, 팽창변(8) 용량은 냉매액 압력조절변(101)의 조정압력과 맞도록 작동가능한 최소 차압 기준으로 선정하고, 응축기측 응축압력의 최소 압력치는 냉매액 압력조절변(101) 조정치에 맞도록 낮게 조정하여 응축기측 열원(QC)의 온도 높낮이 변화에 따라 가변하는 응축압력의 낮은 쪽 변동영역을 넓힐 수 있으므로 그 변화에 따른 가변 저압축비 냉동시스템을 구성하게 된다.
특히, 본 발명에서 적용하고 있는 냉매액 압력조절변(101)의 기능 및 역할 등에 대하여 더 구체적으로 설명하면, 계절변화나 주/야간 등의 다양한 외부환경(외적인 여건)으로 응축기측 열원(QC)의 온도변화폭이 커서, 그에 따른 응축압력의 고저차이도 함께 크게 변화할 수 있는 운전조건을 갖는 냉동시스템에 있어서, 본 발명이 이루고자하는 냉동시스템의 고효율화를 위한 방안 중의 하나인, 압축기(3)의 압축비를 최대한 낮춘 냉매순환사이클을 갖는 고효율 냉동시스템의 구성을 위하여, 그에 적용된 중요 구성품으로, 냉매액 압력조절변(101)의 역할은 응축압력이 높고 낮음에 관계없이, 최소 차압 기준으로 선정되어진 팽창변(8) 성능의 허용범위 내에서 그 차압을 적정하게 유지하며 팽창변(8)으로 냉매액을 공급하는데 그 설치 목적이 있다.
그리고 냉매액 압력조절변(101)의 설정치 및 작동기법은 팽창변(8)과 냉매액 압력조절변(101) 사이의 압력 또는 그 압력과 증발압력의 차압에 의하거나 그 외의 다른 제어치 입력조건 등을 이용하여 그 주어진 기능과 역할을 할 수 있다.
따라서 냉매액 압력조절변(101)의 작용으로 응축압력의 고저변화에 관계없이 팽창변(8)으로의 냉매액 공급압력을 적정하게 낮게 유지할 수 있으며, 그러므로 응축기측 열원(QC)의 온도변화에 따라 가변하는 응축압력을 냉매액 공급압력 때문에 강제로 높게 유지할 필요 없이, 응축기측 열원(QC)의 온도변화에 대응하며, 가능한 한 낮게 설정된 냉매액 압력조절변(101)의 설정압력까지의 낮은 범위까지도 응축압력을 허용할 수 있는 가변 저압축비의 운전조건이 가능하여 압축기(3)의 운전동력비를 감소시키고, 냉동시스템의 효율 또한 증가시킨다.
한편, 본 발명에서는 팽창변(8)의 기능과 냉매액 압력조절변(101)의 기능을 상술한 것과 같이 개별로 구성하여 냉동시스템에 적용할 수도 있으나, 때로는 도 8과 같은 구조로 종래의 팽창변(8)과 본 발명의 냉매액 압력조절변(101)의 기능과 형상을 일체형으로 묶어 모듈화한 액압조절 복합팽창변(103)으로 구성 제작하여 냉동시스템에 적용할 수도 있다. 여기서 복합이란 냉매액 압력조절변에 의한 냉매액 공급압력으로의 조절과 팽창변에서의 교축팽창을 의미한다.
또한, 본 발명에서는 팽창변(8)의 기능과 냉매액 압력조절변(101)의 기능과 액관전자변(7)의 기능을 상술한 것과 같이 개별로 구성하여 냉동시스템에 적용할 수도 있으나, 때로는 도 9와 같은 구조로 종래의 팽창변(8)과 액관전자변(7)과 본 발명의 냉매액 압력조절변(101)의 기능과 구성을 일체형으로 묶어 모듈화한 전자변기능을 포함한 액압조절 복합팽창변(104)으로 구성 제작하여 냉동시스템에 적용할 수도 있다. 여기서 복합이란 액관전자변의 개폐기능과 냉매액 압력조절변에 의한 냉매액 공급압력으로의 조절과 팽창변에서의 교축팽창을 의미한다.
또한, 종래의 팽창변(8) 중, 전자 및 전기력을 이용한 전자팽창변(E8)의 구동을 위한 전자팽창변 콘트롤러(EC8)의 변위량 제어에 있어서, 기존의 증발압력 및 과열도 등에 의한 제어 외에 추가로 상기한 수액기 출구 압력감지기(P04) 또는 냉매액 가압펌프 출구 압력감지기(P05) 등에 의한 팽창변으로의 냉매액 공급압력 또는 응축압력을 입력하고 함께 복합환산하여 일부 전자팽창변(E8)의 장점인 폭 넓은 용량제어범위와 신속 정확한 반응력을 이용하여, 계절변화나 주/야간 등의 다양한 외부환경(외적인 여건)으로 응축기측 열원(QC)의 온도변화폭이 커서, 그에 따른 응축압력의 고저차이도 함께 크게 변화할 수 있는 운전조건을 갖는 냉동시스템에 있어서, 본 발명이 이루고자 하는 냉동시스템의 고효율화를 위한 방안 중의 하나인, 압축기(3)의 압축비를 최대한 낮춘 냉매순환 사이클을 갖는 냉동시스템을 위하여, 가변하는 응축압력에 적절히 대응하는 전자팽창변(E8)의 용량제어기능에 부합하도록, 도 9와 같은 전자팽창변 콘트롤러(EC8)를 구성 제작하여 냉동시스템에 적용할 수도 있다. 물론 이때 일반적인 팽창변(8) 대신 상기한 기능의 전자팽창변(E8)과 전자팽창변 콘트롤러(EC8)를 적용할 경우엔 냉매액 압력조절변(101)의 장착을 생략할 수도 있다.
도 1과 도 3을 비교 참조하면서 본 발명의 실시예 2에 따른 냉동시스템에 대하여 설명한다. 여기서 실시예 2의 설명에 있어서, 본 발명이 속하는 기술분야인 냉동시스템의 구성품 중 일반적으로 적용되거나 또는 제외되는 일부 부속장치류에 대한 도시나 설명은 생략하기로 한다(예를 들어 스톱밸브, 유분리기 등에 대한 도 시나 휠타드라이어(6)의 기능에 대한 설명 등).
실시예 2는 계절변화나 주/야간 등의 다양한 외부환경(외적인 여건)으로 응축기측 열원(QC)의 온도변화폭이 커서, 그에 따른 응축압력의 고저차이도 함께 크게 변화할 수 있는 운전조건을 갖는 냉동시스템 중, 특히 동절기 등과 같이 응축기측 열원(QC)의 온도가 증발기측 열원(QE)의 온도보다 낮아지는 등의 적절한 상관관계의 조건이 발생하면, 높은 동력의 압축기(3) 가동으로 냉매를 흡입압축하여 이루는 기액분리기(2)를 포함한 냉매순환사이클을 이용하지 않고, 증발기측 열원(QE)과 응축기측 열원(QC)의 온도차(압력차)에 의한 자연적인 냉매의 흐름만을 이용하거나 또는 그 흐름을 돕는 저압 기상냉매 이송용 이젝터(203)를 함께 이용하여 기상냉매를 증발기(1)에서 응축기(4)로 이동시켜 응축 액화를 유도하고, 그 액상냉매를 낮은 동력만으로 가동되어지는 냉매액 가압펌프(201)를 이용하여 액관전자변(7), 팽창변(8) 등을 거쳐 증발기(1) 측으로 공급하고, 일부는 이젝터(203)의 구동매체로 사용하는 냉매순환싸이클을 이용한 냉동시스템이다.
다시 말하면, 일반적으로 사용하는 압축기(3)의 구동력을 이용한 압축→응축→팽창→증발의 냉매순환사이클이 아닌, 증발기측 열원(QE)과 응축기측 열원(QC)의 온도차에 의하여 발생한 차온에너지와 냉매액 가압펌프(201)와 이젝터(203)의 구동력을 이용한 응축→가압→팽창→증발→분사 및 흡입이송의 과정을 이루는 응용 냉매순환사이클을 갖는 냉동시스템이다.
다음은 실시예 2의 냉동시스템 구성과 운영체계 등이다(도 3 참조).
본 발명의 실시예 2는 응축기(4)와; 수액기(5)와; 휠타드라이어(6)와; 액관 전자변(7)과; 팽창변(8); 및 증발기(1)를 포함하되, 상기 응축기, 수액기, 휠타드라이어를 거친 냉매액을 가압하는 냉매액 가압펌프(201)와; 상기 냉매액 가압펌프에서 토출된 냉매액이 유입되는 바이패스 전자변(202)과; 상기 토출된 냉매액이 상기 액관전자변, 팽창변을 거쳐 증발기로 유입되어 증발될 때 그 증발압력을 제어하여 상기 증발기의 과냉각을 방지하는 증발압력 조정변(204)과; 상기 바이패스 전자변을 거친 냉매액이 유입되고, 이 유입된 냉매액을 고속으로 분사시키는 노즐이 설치되어 있으며, 상기 증발압력 조정변(204)을 거쳐 유입되는 저압 기상냉매를 상기 노즐의 고속분사에 의해 흡입혼합하여 상기 응축기로 이송하는 이젝터(203)를 더 포함한다.
냉매의 이동 경로를 따라 설명하면, 응축기(4) 내의 기상냉매는 응축기(4) 측의 차가운 열원(QC)과의 열교환에 의하여 액체냉매로 변한 뒤, 수액기(5)에 저장된 다음, 시스템 운영상 필요한 냉매액량은 휠타드라이어(6)를 거쳐 냉매액 가압펌프(201)로 가압된 뒤, 액관전자변(7)을 거쳐 팽창변(8)에서 교축팽창한 후에 증발기(1)로 공급되어 증발하며, 냉매액 가압펌프(201)에서 토출된 냉매액 중 일부는 바이패스 전자변(202)을 거쳐 저압 기상냉매 배관 상에 설치된 이젝터(203)의 구동용 매체로 공급되어, 이젝터(203) 내의 노즐에서 고속으로 분사되며, 이때 증발기(1)로부터 증발압력 조정변(204)을 거쳐 이젝터(203)로 이동되어지는 저압 기상냉매를 흡입혼합하여 응축기(4)로 이송하고, 다시 재응축되는 냉매순환 싸이클을 갖는 냉동시스템을 이룬다.
이때, 응축기측 열원(QC)의 온도와 증발기측 열원(QE)의 온도차나 압력 등의 변위량에 따른 제어방법 등을 이용하여 바이패스 전자변(202)의 작동을 정지시켜 이젝터(203)의 구동을 생략한 냉매순환사이클을 구성할 수도 있고, 증발압력 조정변(204)를 이용해서 증발압력을 제어하여 증발기의 과냉각을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명에서 적용하고 있는 이젝터(203)와 냉매액 가압펌프(201)의 주변배관 계통과 작용에 대하여 더 구체적으로 설명하면, 도 3에 도시된 바와 같이, 이젝터(203)는 증발기(1)를 지나 증발압력 조정변(204)과 응축기(4) 사이의 저압 기상냉매 배관 상에 설치되고, 그 이젝터(203)내 노즐의 입구측 연결부는 냉매액 가압펌프(201)의 출구측 분기관에 장착된 바이패스 전자변(202)을 포함한 바이패스관에 연결되어 있으며, 상기 이젝터(203)의 기능과 역할은; 고압력의 구동 유체를 이젝터(203) 내의 노즐에서 높은 유속으로 분출시켜, 이젝터(203)의 입구로 유입되는 저압력 유체를 흡입혼합하며, 그 저압력의 유체를 보다 높은 압력으로 변환시켜 배출이송하는 장치로서, 본 발명에서는 냉매액 가압펌프(201)로 가압된 고압 냉매액의 일부를 이젝터(203)에 연결된 바이패스 배관상의 바이패스 전자변(202)를 거쳐 이젝터(203) 내의 노즐에서 고속으로 분사하여, 증발기(1)에서 증발압력 조정변(204)과 저압 기상냉매 배관을 거쳐 이젝터(203)의 입구측으로 이동되는 저압 기상냉매를 흡입혼합하여 응축기(4) 측으로 승압이송시킨다.
또한, 냉매액 가압펌프(201)는 그 출구측의 압력을 제어하기 위하여 과압력리턴 릴리프밸브(R01)의 기능을 내장하거나 또는 외장하고, 인버터 등을 이용하여 펌프모터의 회전수 변환에 의한 압력제어장치에 의한 압력제어를 할 수도 있고, 수액기(5)의 액레벨 감소시 냉매액 가압펌프(201)의 안전을 위한 보호회로가 구비되 어 있다.
이하, 도 4와 도 6을 참조하면서 본 발명의 실시예 3에 따른 냉동시스템에 대하여 설명한다. 여기서 실시예 3의 설명에 있어서, 본 발명이 속하는 기술분야인 냉동시스템의 구성품 중 일반적으로 적용되거나 또는 제외되는 일부 부속장치류에 대한 도시나 설명은 생략하기로 한다(예를 들어 스톱벨브, 유분리기 등에 대한 도시나 휠타드라이어(6)의 기능에 대한 설명 등).
실시예 3은 상기한 실시예 1과 실시예 2의 냉매순환사이클을 단일계통 내에 복합구성한 응용 냉동시스템으로, 실시예 1과 실시예 2에 기술한 바와 같이, 계절변화나 주/야간 등의 다양한 외부환경(외적인 여건)으로 응축기측 열원(QC)의 온도 변화폭이 커서, 그에 따른 응축압력의 고저차이도 함께 크게 변화할 수 있는 운전조건을 갖는 냉동시스템에 있어서, 실시예 1과 같은 운전조건의 경우엔 압축기(3)와 기액분리기(2) 등 그 부속장치를 이용한 저 압축비 냉매순환사이클로 운전되게 하고, 실시예 2에 적당한 운전조건이 될 경우엔, 저 동력으로 가동되는 냉매액 가압펌프(201)와 이젝터(203) 그리고 바이패스 전자변(202) 등의 부속장치를 이용한 냉매순환사이클로 절환되어 운전되는 단계제어형 고효율 냉동시스템이다.
다음은 실시예 3의 시스템 구성과 제어, 그에 따른 단계별 운영체계에 대한 설명이다.
본 발명의 실시예 3은 실시예 1과 실시예 2의 복합구성으로 압축기(3)와; 응축기(4)와; 수액기(5)와; 휠타드라이어(6)와; 액관전자변(7)과; 팽창변(8)과; 증발기(1); 및 기액분리기(2)를 포함하되, 상기 압축기와 응축기 사이에 설치된 제1역 지변(301)과; 상기 압축기, 제1역지변, 응축기, 수액기, 휠타드라이어를 거친 다음 설치되어 냉매액을 가압하는 냉매액 가압펌프(201)와; 상기 냉매액 가압펌프에 병렬설치되어 상기 가압된 냉매액의 역류를 방지하는 제3역지변(303)과; 상기 냉매액 가압펌프에서 토출된 냉매액이 유입되는 바이패스 전자변(202)과; 상기 토출된 냉매액을 상기 팽창변(8) 용량 선정시 제시된 냉매액 공급압력으로 조절하는 냉매액 압력조절변(101)과; 상기 냉매액 압력조절변(101)에서 상기 냉매액의 감압시 발생한 후레쉬 가스(flash gas)를 제거하는 기액 열교환기(102)와; 상기 후레쉬 가스가 제거된 냉매액이 상기 액관전자변(7), 팽창변(8)을 거쳐 증발기로 유입되어 증발될 때 그 증발압력을 증발압력 조정변(204)과; 상기 바이패스 전자변을 거친 냉매액이 유입되고, 이 유입된 냉매액을 고속으로 분사시키는 노즐이 설치되어 있으며, 상기 기액 열교환기를 거쳐 유입되는 저압 기상냉매를 상기 노즐의 고속분사에 의해 흡입혼합하여 상기 응축기로 이송하는 이젝터(203)와; 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 기상냉매가 상기 이젝터로 역류되는 것을 방지하는 제2역지변(302)을 더 포함하여 이루어진다.
이때 상기 냉매액 압력조절변(101), 기액 열교환기(102)를 포함하는 제1사이클(실시예1)과 상기 냉매액 가압펌프(201), 바이패스 전자변(202), 이젝터(203)를 포함하는 제2사이클(실시예2)이 각각 개별적으로 제어되어 작동된다.
실시예 3의 냉동시스템 구성은 실시예 1에 적용되는 도 2의 시스템과 실시예 2에 적용되는 도 3의 시스템을 도 4와 도 6에 도시한 것과 같이, 하나의 공통된 시스템 내에 조화롭게 구성하여, 상술한 바와 같은 다양한 운전조건에 대응하며, 본 발명의 목적인 냉동시스템 전반의 성적계수 향상과 그에 따른 고효율 냉동시스템 운영에 부합되도록 실시예 1과 실시예 2에 기술한 바와 같은 서로 다른 운영체계를 갖는 냉매순환 사이클이, 같은 냉동시스템 내에서 단계별 운영 시에도 최상의 안전성으로 부조화로운 운전상태가 되지 않도록 시스템내의 적절한 위치에 제1,2,3역지변(301)(302)(303) 등의 부속기기를 보완장착하여 안정된 시스템 운영이 가능하도록 하였다,
그러면 상기한 바와 같은 가변 운전조건에 따른 실시예 3의 냉동시스템 구성 및 작동에 대하여, 도 4를 참조하며 냉매의 이동경로를 따라 설명하면 다음과 같다.
1차적으로 실시예 1의 제1사이클은 냉매가 압축기(3), 제1역지변(301), 응축기(4), 수액기(5), 휠타드라이어(6), 제3역지변(303) 또는 냉매액 가압펌프(201), 냉매액 압력조절변(101), 기액 열교환기(102) 액상냉매부, 액관전자변(7), 팽창변(8), 증발기(1), 증발압력 조정변(204), 기액 열교환기(101) 기상냉매부, 기액분리기(2), 압축기(3)의 순서로 순환된다.
구체적으로 설명하면 실시예 1의 냉동시스템 작동 여건(특히 사계절 주야간 운전 중 환절기 또는 야간 등과 같이 응축기측 열원(QC)의 온도가 낮아지면)에서는 압축기(3)에서 압축된 고온고압의 기상냉매는 실시예 2의 제2사이클 운영시 압축기(3)로의 이젝터(203)의 토출 기상냉매의 역류를 방지하기 위하여 설치된 제1역지변(301)를 통과하여 응축기(4)에서 응축기측 열원(QC)으로 열을 방출하고 응축액화하며 고압 냉매액으로 변한 뒤 수액기(5)와 휠타드라이어(6)를 지나, 실시예 2의 제2사이클 운영시 가동될 냉매액 가압펌프(201)와 병렬로 설치된 가압 냉매액의 역류방지용 제3역지변(303)을 통과하여, 냉매액 압력조절변(101)에서 팽창변(8) 선정시 제시된 냉매액 공급압력으로 조절된 다음, 기액 열교환기(102)의 기상냉매부를 통과하면서 냉매액 압력조절변(101)에서 감압시 발생한 후레쉬 가스(flash gas)가 제거된 뒤 액관전자변(7)을 거쳐 팽창변(8)에서 교축팽창한 후, 증발기(1)로 공급되어 증발하며, 그 과정에서 증발기측 열원(QE)을 냉각하고 열을 취득한 후, 저압 기상냉매로 변하여, 증발압력을 제어하여 증발기의 과냉각방지를 위하여 설치된 증발압력 조정변(204)를 지나 기액 열교환기(102)의 기상냉매부에서 냉매액과 열교환한 뒤, 기액분리기(2)를 거쳐 압축기(3)로 흡입되어 재 압축되는 냉매순환싸이클을 갖는 냉동시스템을 이룬다.
2차적으로 실시예 2의 제2사이클은 냉매 중 일부는 응축기(4), 수액기(5), 휠타드라이어(6), 냉매액 가압펌프(201), 냉매액 압력조절변(101), 기액 열교환기(102) 액상냉매부, 액관전자변(7), 팽창변(8), 증발기(1), 증발압력 조정변(204), 기액 열교환기(102) 기상냉매부, 이젝터(203), 제2역지변(301), 응축기(4)의 순서로 순환되고,
다른 일부는 응축기(4), 수액기(5), 휠타드라이어(6), 냉매액 가압펌프(201), 바이패스 전자변(202), 이젝터(203)의 노즐, 제2역지변(302), 응축기(4)의 순서로 순환된다.
구체적으로 설명하면 실시예 2의 제2사이클 냉동시스템 작동여건(동절기 등과 같이 응축기측 열원(QC)의 온도가 증발기측 열원(QE)의 온도보다 낮아지는 등의 적절한 상관관계의 조건이 발생하면)이 되면, 응축기(4)내의 기상냉매는 응축기(4) 측의 차가운 열원(QC)과의 열교환에 의하여 액체냉매로 변한 뒤, 수액기(5)에 저장된 다음, 시스템 운영상 필요한 냉매액량은 휠타드라이어(6)를 거쳐 냉매액 가압펌프(201)로 가압된 뒤, 냉매액 가압펌프(201)에서 토출된 냉매액 중 일부는 냉매액 압력조절변(101)에서 팽창변(8) 선정시 제시된 냉매액 공급압력으로 조절된 다음, 기액 열교환기(102)의 액상냉매부를 통과하면서 냉매액 압력조절변(101)에서 감압시 발생한 후레쉬 가스(flash gas)가 제거된 뒤, 액관전자변(7)을 거쳐 팽창변(8)에서 교축팽창한 후, 증발기(1)로 공급되어 증발하며, 그 과정에서 증발기측 열원(QE)을 냉각하고 열을 취득한 후, 저압 기상냉매로 변하여, 증발압력을 제어하여 증발기의 과냉각방지를 위하여 설치된 증발압력 조정변(204)를 지나 기액 열교환기(102)의 기상냉매부에서 냉매액과 열교환한 뒤, 이젝터(203)에서 이젝터(203) 노즐의 분사 냉매에 의해 흡입혼합되어 응축기(4)로 이송되고, 응축기(4)에서 응축기측 열원(QC)으로 열을 방출하고 응축액화하며, 냉매액 가압펌프(201)에서 토출된 냉매액 중 다른 일부는 바이패스 전자변(202)을 거쳐 저압 기상냉매 배관 상에 설치된 이젝터(203)의 구동용 매체로 공급되어, 이젝터(203) 내의 노즐에서 고속으로 분사되며, 이때 증발기(1)로부터 증발압력 조정변(204)을 거쳐 이젝터(203)로 이동되어지는 저압 기상냉매를 흡입혼합하여, 실시예 1의 제1사이클 운영 시, 압축기(3)에서 토출되는 고온고압의 기상냉매가 이젝터(203)로 역류하는 것을 방지하기 위하여 설치된 제2역지변(302)를 통과하여 응축기(4)로 이송하고, 다시 재응축되는 냉매순환사이클을 갖는 냉동시스템을 이룬다.
이때, 응축기측 열원(QC)의 온도와 증발기측 열원(QE)의 온도차나 압력 등의 변위량에 따른 제어방법 등을 이용하여 바이패스 전자변(202)의 동작을 정지시켜 이젝터(203)의 구동을 생략한 냉매순환사이클을 구성할 수도 있다.
또한, 도 1과 같은 종래의 냉매순환 사이클에 도 3과 같은 실시예 2의 냉매순환사이클을 단일계통 내에 복합 구성한 도 5와 같은 실시예 4의 응용냉동시스템을 구성할 수도 있다.
이러한 본 발명의 실시예 4는 종래와 실시예 2의 복합구성으로 압축기(3)와; 응축기(4)와; 수액기(5)와; 휠타드라이어(6)와; 액관전자변(7)과; 팽창변(8)과; 증발기(1); 및 기액분리기(2)를 포함하되, 상기 압축기와 응축기 사이에 설치된 제1역지변(301)과; 상기 응축기, 수액기, 휠타드라이어를 거친 다음 설치되어 냉매액을 가압하는 냉매액 가압펌프(201)와; 상기 냉매액 가압펌프에 병렬설치되어 상기 가압된 냉매액의 역류를 방지하는 제3역지변(303)과; 상기 냉매액 가압펌프에서 토출된 냉매액이 유입되는 바이패스 전자변(202)과; 상기 토출된 냉매액이 상기 액관전자변, 팽창변을 거쳐 유입되어 증발 될 때 그 증발압력을 제어하여 상기 증발기의 과냉각을 방지하는 증발압력 조정변(204)과; 상기 바이패스 전자변을 거친 냉매액이 유입되고, 이 유입된 냉매액을 고속으로 분사시키는 노즐이 설치되어 있으며, 상기 증발압력 조정변(204)을 거쳐 유입되는 저압 기상냉매를 상기 노즐의 고속분사에 의해 흡입혼합하여 상기 응축기로 이송하는 이젝터(203)와; 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 기상냉매가 상기 이젝터로 역류되는 것을 방지하는 제2역지변(302)을 더 포함하여 이루어진다.
이때 상기 압축기(3)와 기액분리기(2)를 포함하는 제1사이클과 상기 냉매액 가압펌프(201), 바이패스 전자변(202), 이젝터(203)를 포함하는 제2사이클(실시예2)이 각각 개별적으로 제어되어 작동된다.
상기 제1사이클은 냉매가 압축기, 제1역지변, 응축기, 수액기, 휠타드라이어, 제3역지변, 액관전자변, 팽창변, 증발기, 증발압력 조정변, 기액분리기, 압축기의 순서로 순환되는 것이고, 상기 제2사이클(실시예 2)은 냉매 중 일부는 응축기, 수액기, 휠타드라이어, 냉매액 가압펌프, 액관전자변, 팽창변, 증발기, 이젝터, 제2역지변, 응축기의 순서로 순환되고, 다른 일부는 응축기, 수액기, 휠타드라이어, 냉매액 가압펌프, 바이패스 전자변, 이젝터, 제2역지변, 응축기의 순서로 순환된다.
한편, 본 발명의 냉동시스템에서는 상술한 사계절 주야간 운전 중, 환절기 또는 야간, 동절기 등의 운전조건의 변화에 따라 이루어지는 단계별 냉동사이클의 안정되고 효율적인 운영을 위하여 별도의 제어장치가 필요하다.
도 6는 도 4에 도시된 냉동시스템의 안정되고 효율적인 관리를 위한 제어계통을 나타내는 개략적인 제어계통 구성도이다.
도 6을 참조하며 제어계통의 구성과 기능에 대하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다. 본 설명에 있어서, 본 발명이 속하는 기술분야인 냉동시스템의 제어계통 중 일반적으로 적용되거나 또는 제외되는 일부 제어부에 대한 도시나 설명은 생략하기로 한다(예를 들어 유압보호장치, 고/저 압력스위치 등의 도시나 기능에 대한 설명 등).
먼저 그 운영체계는 냉동시스템의 운전상태를 검출하는 각종 검출단과 그 변위량을 분석하여 각종 구동체로 작동지시를 내릴 제어부로 나누어지며, 이는 본 발명의 특징이 시스템의 사용목적에 부합되어 적용되어지는 다양한 형태의 냉동시스템에 있어서, 그 냉동시스템이 설치된 운전환경과 운전조건 및 사용용도에 따라 그 각각의 온도,압력,유량,액면 등의 다양한 현상의 운전상태 및 필요로 하는 설정치나 지시치 또한 각각 틀리게 통제되나 그 기본적인 방법과 기능은 별 차이가 없다.
그 제어계통은 기본적으로 검출부,제어부,구동부로 나누어지며, 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
검출부에는 온도용으로; 증발기측 열원(QE)의 온도를 검출하는 증발기측 열원 온도감지기(T01), 응축기측 열원(QC)의 온도를 검출하는 응축기측 열원 온도감지기(T02)가 있고, 압력용으로; 증발기측의 저압 기상냉매의 압력을 검출하는 증발기출구 압력감지기(P01), 압축기(3) 또는 이젝터(203)로 흡입되는 저압 기상냉매의 압력을 검출하는 압축기 및 이젝터 입구 압력감지기(P02), 압축기(3) 또는 이젝터(203)에서 응축기측으로 토출되는 기상냉매의 압력을 검출하는 압축기 및 이젝터 출구 압력감지기(P03), 수액기 출구측의 냉매액 압력을 검출하는 수액기 출구 압력감지기(P04), 냉매액 가압펌프(201)에서 토출되는 냉매액의 압력을 검출하는 냉매액 가압펌프 출구 압력감지기(P05), 냉매액 압력조절변(101)의 출구측 냉매액 압력을 검출하는 냉매액 압력조절변 출구 압력감지기(P06)가 있으며, 액레벨용으로; 수액기(5)에 저장된 냉매액의 양을 검출하는 수액기 액레벨감지기(L01)가 있다.
상기한 모든 검출량은 제어부(C01)로 입력된 다음 각종 변위량으로 환산되어 구동부의 각각의 구동체로 그 작동여부가 제어부(C01)에 의해 지시된다. 즉, 각각의 온도,압력,레벨 등의 상기 감지기 검출치를 제어부에서 입력받아 설정된 설정치에 맞게 변위량을 환산하여 압축기(3), 냉매액 가압펌프(201), 전자변(7,202), 응축기측 열원(QC)과 증발기측 열원(QE)의 열교환 구동체인 펌프류나 송풍기류를 가동 또는 정지시켜, 냉동시스템 전반을 안정적이고 효율적인 운영이 되도록 제어한다.
도 7은 본 발명의 실시예 3에 대한 냉동시스템의 개략적인 제어흐름도로서, 실시예 3을 예로 들어 그 실행과정을 도 7을 참조하여 개략적으로 설명하면 다음과 같다.
냉동시스템의 전원을 온 시켜 냉동시스템의 제어부(C01)에 각종 온도,압력 등의 제어설정치를 입력한 후(S1,S2), 냉동시스템을 가동하면, 냉동시스템 운전프로그램이 실행되어 압축기 모터, 송풍기 모터, 펌프모터 등 각종 구동부의 과열, 과전류방지 등의 보호장치와 시스템 내 각부의 냉매압력, 레벨 등에 의한 고압, 저압, 유압 보호장치 등에 이상이 없으면(S3), 상기 설정된 증발기측 열원(QE)의 온도 변화에 따라 증발기측 열원(QE)의 열의 이동장치로 제어대상인 송풍기류나 펌프류가 가동된 후(S4), 제어부(C01)에 설정된 증발기측 열원(QE)의 온도와 응축기측 열원(QC)의 온도 및 시스템 내 각부의 냉매압력의 변위량에 의하여, 1차적 단계(예를 들면, 외부환경이 사계절 주야간 운전 중, 환절기 또는 야간)에 해당되면(S5), 상기 제어부(C01)의 제어신호에 의해 액관전자변(7)이 열리고 압축기(3)가 가동되는 실시예 1의 냉매순환사이클인 제1사이클이 이루어지며, 이때 실시예 1의 제어설정치로 설정된 응축기(4)측의 냉매압력의 유지를 위하여 응축기측 열원(QC)의 열이동 장치로 제어대상인 송풍기류, 펌프류, 제어변류 등 제어대상의 가동상태도 함께 제어된다(S6).
한편, 상기와 같이 실시예 1의 냉매순환사이클인 제1사이클에 의해 증발기측 열원의 설정온도가 상기 실시예 1의 제어설정치로 충족되면, 액관전자변(7)이 닫히고 압축기(3)가 가동을 멈추게 된다(S7).
그리고 제어부(C01)에 설정된 증발기측 열원(QE)의 온도와 응축기측 열원(QC)의 온도 및 시스템 내 각부의 냉매압력의 변위량에 의하여, 2차적 단계(예를 들면, 외부환경이 동절기)에 해당되면(S5-1), 실시예 1의 냉매순환사이클인 제1사이클은 정지된 상태에서 수액기(5)의 냉매액 레벨이 정상이면 상기 제어부(C01)의 제어신호에 의해 액관전자변(7)과 바이패스 전자변(202)이 열리고 냉매액 가압펌프(201)가 가동되는 실시예 2의 냉매순환사이클인 제2사이클이 이루어지며, 이때 응축기측 열원(QC)의 열의 이동장치로 제어대상인 송풍기류, 펌프류, 제어변류 등 제어대상의 가동 또한 실시예 2의 설정치에 의하여 제어되며, 이젝터(203)의 작동을 위한 바이패스 전자변(202)은 제어설정치에 의하여 별도로 가동, 정지에 의한 단계 제어동작을 할 수도 있다(S6-1).
한편, 상기와 같이 실시예 2의 냉매순환사이클에 의해 증발기측 열원의 설정온도가 상기 실시예 2의 제어설정치로 충족되면, 냉매액 가압펌프(201)가 가동을 멈추고 액관전자변(7)과 바이패스 전자변(202)이 닫히게 된다(S7-1).
그리고 상기 1,2차적 단계의 응용으로 압축기와 냉매액 가압펌프가 동시에 운전되는 사이클도 다양한 냉동시스템의 응용 중 1가지 방법으로 제시될 수도 있 다.
상술한 바와 같이 본 발명은 계절변화나 주간 야간 등의 다양한 외적인 여건으로 응축기측 열원(QC)의 온도변화폭이 커서, 그에 따른 응축압력의 고저차이도 함께 크게 변화할 수 있는 운전조건을 갖는 냉동시스템에 있어서,
종래의 냉동시스템의 운전상태에 있어서는 팽창변 용량의 최적화를 위한 액상냉매 공급압력의 관계로 고압부의 응축압력을 통상적으로 응축기측 열원(QC)이 높을 때의 온도 조건 측에 대응하도록 높게 설정하여 임의의 고압축비 운전을 하고 있는데 반해, 본 발명은 팽창변으로 유입되는 냉매액 공급압력을 냉매액 압력조절변을 이용하여 응축압력의 높고 낮음에 관계없이, 그 냉매액 압력조절변의 조정치에 맞게 따로 선정된 팽창변 용량에 필요한 즉, 차압 형성에 필요한 최저압력으로 낮게 유지하도록 하여 예를 들면 사계절 주야간 운전 중 환절기 또는 야간 등과 같이 응축기측 열원(QC)의 온도가 낮아질 때 응축압력 또한 함께 낮게 할 수 있으므로, 압축기를 저 압축비 상태로 운전되게 할 수 있고, 동절기 등과 같이 응축기측 열원(QC)의 온도가 증발기측 열원(QE)의 온도보다 낮아지는 등의 적절한 상관관계의 조건이 발생하면 그 온도 차에 대응하는 압력차에 의하여 압축기 없이도 자연적인 기상냉매의 흐름이 일어날 수 있고 함께 응축기 측 열원의 낮은 온도에 의하여 냉매의 응축 또한 원활하게 이뤄질 조건이 될 수 있다.
따라서 이러한 냉매순환사이클을 형성하기 위하여 압축기 가동없이 응축 액화한 냉매를 이송하기 위한 냉매액 가압펌프와 증발기에서 응축기로 이동되는 냉매 가스의 흐름을 좀 더 원활하게 하기 위하여 냉매액 가압펌프로부터 토출된 일부의 냉매액압의 구동력을 이용한 이젝터를 장착하여 이루어진 냉매순환사이클에 의한 운전을 함으로써, 전반적인 냉동시스템의 냉동효율증대에 따른 성능향상 및 동력비 감소에 의한 에너지 절감효과를 얻는다.
이것은 더욱 구체적으로 말하면, 상술한 바와 같은 조건의 경우 압축기의 압축비 저하에 따라 얻어지는 압축기의 효율 및 냉동효과의 향상에 따른 냉동능력의 증대와 압축기의 운전전류의 감소에 따른 동력비 절감효과를 함께 얻을 수 있고, 또한, 높은 동력을 필요로 하는 압축기의 가동 없이 낮은 동력으로 가동되는 냉매액 가압펌프와 이젝터의 추가구성 또는 냉매액 가압펌프만의 추가구성으로 냉매순환사이클을 형성함으로써 얻어지는 동력비 절감효과 또한 이룰 수 있다.
따라서 본 발명은 냉동시스템의 운전여건에 따라 상술한 실시예 1이나 실시예 2의 계통을 이루거나 또는 실시예 3과 같이 응용 냉매순환사이클을 구성한 한 계통의 냉동시스템만으로, 가변하는 응축기(외부)측 열원의 에너지를 최대한 이용하여 냉동시스템 전반의 성적계수를 향상시킨 에너지 절감형 고효율 냉동시스템을 이룬다.
이러한 본 발명의 냉동시스템은 전반적으로 각종 공조설비나 냉동기계장비설비 전반에 적용되나, 특히 주야 사계절을 계속 가동하여야하는 산업용 냉각설비나 각종 용도에 쓰이는 항온항습기, 사계절용 냉방기, 냉장설비 췰링유니트 등에 적용되어, 상기한 본 발명의 효과를 더욱 극대화할 수 있다.
그리고 본 발명의 적용은 상기한 계절변화에 따른 조건에만 국한된 것이 아 니며 산업현장 등 본 냉동시스템이 적용되어지는 다양한 응축기측 열원의 조건에 해당할 수 있다.

Claims (11)

  1. 압축기와; 응축기와; 수액기와; 휠타드라이어와; 액관전자변과; 팽창변과; 증발기; 기액분리기; 및 하기 냉매액 압력조절변(101)에서 하기 고압 냉매액의 감압시 발생한 후레쉬 가스(flash gas)를 제거하며, 상기 후레쉬 가스가 제거된 고압 냉매액이 상기 액관전자변, 팽창변, 증발기를 거치면서 변한 저온저압의 기상냉매와 하기 냉매액 압력조절변(101)을 통과한 냉매액과 열교환시키는 기액 열교환기(102)를 포함하는 냉동사이클로 이루어진 공지의 냉동시스템에 있어서,
    상기 압축기, 응축기, 수액기, 휠타드라이어를 거친 다음, 고압 냉매액을 상기 팽창변(8) 용량 선정시 제시된 냉매액 공급압력으로 조절하는 냉매액 압력조절변(101)을 더 포함하는 냉동사이클로 이루어진 에너지절감형 고효율 냉동시스템.
  2. 응축기와; 수액기와; 휠타드라이어와; 액관전자변과; 팽창변; 및 증발기를 포함하는 냉동사이클로 이루어진 냉동시스템에 있어서,
    상기 응축기, 수액기, 휠타드라이어를 거친 냉매액을 가압하는 냉매액 가압펌프(201)와; 상기 냉매액 가압펌프에서 토출된 냉매액이 유입되는 바이패스 전자변(202)과; 상기 토출된 냉매액이 상기 액관전자변, 팽창변을 거쳐 증발기로 유입되어 증발할 때, 그 증발압력을 제어하여 상기 증발기의 과냉각을 방지하는 증발압력 조정변(204); 및 상기 바이패스 전자변을 거친 냉매액이 유입되고, 이 유입된 냉매액을 고속으로 분사시키는 노즐이 설치되어 있으며, 상기 증발압력 조정 변(204)을 거쳐 유입되는 저압 기상냉매를 상기 노즐의 고속분사에 의해 흡입혼합하여 상기 응축기로 이송하는 이젝터(203)를 더 포함하는 냉동사이클로 이루어진 에너지절감형 고효율 냉동시스템.
  3. 압축기와; 응축기와; 수액기와; 휠타드라이어와; 액관전자변과; 팽창변과; 증발기; 및 기액분리기를 포함하는 냉동사이클로 이루어진 냉동시스템에 있어서,
    상기 압축기와 응축기 사이에 설치된 제1역지변(301)과; 상기 응축기, 수액기, 휠타드라이어 다음에 설치되어 냉매액을 가압하는 냉매액 가압펌프(201)와; 상기 냉매액 가압펌프에 병렬설치되어 상기 가압된 냉매액의 역류를 방지하는 제3역지변(303)과; 상기 냉매액 가압펌프에서 토출된 냉매액이 유입되는 바이패스 전자변(202)과; 상기 토출된 냉매액을 상기 팽창변(8) 용량 선정시 제시된 냉매액 공급압력으로 조절하는 냉매액 압력조절변(101)과; 상기 냉매액 압력조절변(101)에서 상기 냉매액의 감압시 발생한 후레쉬 가스(flash gas)를 제거하기 위하여 저온저압의 기상냉매와 열교환시키는 기액 열교환기(102)와; 상기 후레쉬 가스가 제거된 냉매액이 상기 액관전자변(7), 팽창변(8)을 거쳐 증발기(1)로 유입되어 증발할 때, 그 증발압력을 제어하여 상기 증발기의 과냉각을 방지하는 증발압력 조정변(204)과; 상기 바이패스 전자변을 거친 냉매액이 유입되고, 이 유입된 냉매액을 고속으로 분사시키는 노즐이 설치되어 있으며, 상기 기액 열교환기를 거쳐 유입되는 저압 기상냉매를 상기 노즐의 고속분사에 의해 흡입혼합하여 상기 응축기로 이송하는 이젝터(203)와; 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 기상냉매가 상기 이젝터로 역 류되는 것을 방지하는 제2역지변(302)을 더 포함하는 냉동사이클로 이루어지되,
    상기 압축기, 냉매액 압력조절변, 기액 열교환기를 포함하는 제1사이클과 상기 냉매액 가압펌프, 바이패스 전자변, 이젝터를 포함하는 제2사이클이 각각 개별적으로 제어되어 작동되는 에너지절감형 고효율 냉동시스템.
  4. 압축기와; 응축기와; 수액기와; 휠타드라이어와; 액관전자변과; 팽창변과; 증발기; 및 기액분리기를 포함하는 냉동사이클로 이루어진 냉동시스템에 있어서,
    상기 압축기와 응축기 사이에 설치된 제1역지변(301)과; 상기 응축기, 수액기, 휠타드라이어 다음에 설치되어 냉매액을 가압하는 냉매액 가압펌프(201)와; 상기 냉매액 가압펌프에 병렬설치되어 상기 가압된 냉매액의 역류를 방지하는 제3역지변(303)과; 상기 냉매액 가압펌프에서 토출된 냉매액이 유입되는 바이패스 전자변(202)과; 상기 토출된 냉매액이 상기 액관전자변, 팽창변을 거쳐 증발기로 유입되어 증발할 때 그 증발압력을 제어하여 상기 증발기의 과냉각을 방지하는 증발압력 조정변(204)과; 상기 바이패스 전자변을 거친 냉매액이 유입되고, 이 유입된 냉매액을 고속으로 분사시키는 노즐이 설치되어 있으며, 상기 증발압력 조정변(204)을 거쳐 유입되는 저압 기상냉매를 상기 노즐의 고속분사에 의해 흡입혼합하여 상기 응축기로 이송하는 이젝터(203)와; 상기 압축기에서 토출되는 고온고압의 기상냉매가 상기 이젝터로 역류되는 것을 방지하는 제2역지변(302)을 더 포함하는 냉동사이클로 이루어지되,
    상기 압축기와 기액분리기를 포함하는 제1사이클과 상기 냉매액 가압펌프, 바이패스 전자변, 이젝터를 포함하는 제2사이클이 각각 개별적으로 제어되어 작동되는 에너지절감형 고효율 냉동시스템.
  5. 청구항 3에 있어서, 증발기측 열원(QE)의 온도를 검출하는 증발기측 열원 온도감지기(T01)와; 응축기측 열원(QC)의 온도를 검출하는 응축기측 열원 온도감지기(T02)와; 증발기측의 저압 기상냉매의 압력을 검출하는 증발기출구 압력감지기(P01)와; 압축기(3) 또는 이젝터(203)로 흡입되는 저압 기상냉매의 압력을 검출하는, 압축기/이젝터 입구 압력감지기(P02)와; 압축기(3) 또는 이젝터(203)에서 응축기측으로 토출되는 기상냉매의 압력을 검출하는, 압축기/이젝터 출구 압력감지기(P03)와; 수액기 출구측의 냉매액 압력을 검출하는 수액기 출구 압력감지기(P04)와; 냉매액 가압펌프(201)에서 토출되는 냉매액의 압력을 검출하는 냉매액 가압펌프 출구 압력감지기(P05)와; 냉매액 압력조절변(101)의 출구측 냉매액 압력을 검출하는 냉매액 압력조절변 출구 압력감지기(P06) 및 수액기(5)에 저장된 냉매액의 양을 검출하는 수액기 액레벨감지기(L01)가 설치되어 있으며,
    상기한 모든 검출량은 제어부(C01)로 입력된 다음 각종 변위량으로 환산되어 각각의 구동체로 그 작동여부가 제어부(C01)에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 에너지절감형 고효율 냉동시스템.
  6. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 팽창변과 냉매액 압력조절변을 일체형인 액압조절 복합팽창변으로 구성한 것을 특징으로 하는 에너지절감형 고효율 냉 동시스템.
  7. 청구항 1 또는 청구항 3에 있어서, 상기 팽창변과 냉매액 압력조절변과 액관전자변을 일체형인 전자변 기능을 포함한 액압조절 복합팽창변으로 구성한 것을 특징으로 하는 에너지절감형 고효율 냉동시스템.
  8. 청구항 1 또는 청구항 3의 팽창변과 냉매액 압력조절변 대신 전자팽창변(E8)과 수액기 출구 압력감지기(P04) 또는 냉매액 가압펌프 출구 압력감지기(P05)에 의하여 검출되는 팽창변으로의 냉매액 공급압력 또는 응축압력을 입력받아 상기 전자팽창변의 구동을 제어하는 전자팽창변콘트롤러(EC8)로 구성한 것을 특징으로 하는 에너지절감형 고효율 냉동시스템.
  9. 청구항 2 내지 청구항 4중 어느 한 항에 있어서, 상기 냉매액 가압펌프는 그 출구측의 압력을 제어하기 위하여 과압력리턴 릴리프밸브(R01)를 포함하거나 인버터를 이용하여 회전수 변환에 의한 압력제어를 하는 것을 특징으로 하는 에너지절감형 고효율 냉동시스템.
  10. 냉동시스템의 전원을 온 시켜 냉동시스템의 제어부(C01)에 각종 제어설정치를 입력(S1,S2)하는 단계와;
    냉동시스템 가동시, 냉동시스템 운전프로그램이 실행되어 압축기 모터, 송풍기 모터, 펌프모터 등 각종 구동부의 과열, 과전류방지 등의 보호장치와 시스템 내 각부의 냉매압력, 레벨 등에 의한 고압, 저압, 유압 보호장치 등에 이상이 없으면(S3), 상기 설정된 증발기측 열원(QE)의 온도 변화에 따라 증발기측 열원(QE)의 열의 이동장치인 송풍기류나 펌프류가 가동(S4)되는 단계와;
    제어부(C01)에 설정된 증발기측 열원(QE)의 온도와 응축기측 열원(QC)의 온도 및 시스템 내 각부의 냉매압력의 외부환경에 의한 변위량이 상기 제어부의 제어설정치에 미충족시 상기 제어부(C01)의 제어신호에 의해 액관전자변(7)이 열리고 압축기(3)가 가동되는 청구항 3의 제1사이클이 이루어지면서, 상기 제1사이클의 제어설정치에 의해 응축기측 열원(QC)의 열이동 장치인 제어대상의 가동상태도 동시에 제어(S6)되는 단계; 및
    상기 제어부(C01)에 설정된 증발기측 열원(QE)의 온도와 응축기측 열원(QC)의 온도 및 시스템 내 각부의 냉매압력의 외부환경에 의한 변위량이 상기 제어부의 제어설정치에 미충족시 상기 제1사이클은 정지된 상태에서 수액기(5)의 냉매액 레벨이 정상이면 상기 제어부(C01)의 제어신호에 의해 액관전자변(7)과 바이패스 전자변(202)이 열리고 냉매액 가압펌프(201)가 가동되는 청구항 3의 제2사이클이 이루어지면서, 상기 제2사이클의 제어설정치에 의해 응축기측 열원(QC)의 열의 이동장치인 제어대상의 가동상태도 동시에 제어되는 단계(S6-1)를 포함하는 에너지절감형 고효율 냉동시스템의 제어방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 이젝터(203)의 작동을 위한 바이패스 전자변(202)은 상기 제어부의 제어설정치에 의해 가동 또는 정지되는 단계 제어동작을 하는 것을 특징으로 하는 에너지절감형 고효율 냉동시스템의 제어방법.
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