KR100839078B1

KR100839078B1 - Refrigerant cycle device

Info

Publication number: KR100839078B1
Application number: KR1020070034443A
Authority: KR
Inventors: 마사지 야마나까; 조성욱
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2007-04-06
Filing date: 2007-04-06
Publication date: 2008-06-19

Abstract

A refrigerant cycle device is provided to improve heat exchange efficiency by first and second paths in which refrigerant flows in the opposite direction and an orifice for reducing the pressure of the refrigerant in the second path. A refrigerant cycle device includes a heat exchanger having a first path(30) at an outlet of a gas cooler and a second path(40) at an outlet of an evaporator. The second path is provided with an orifice(50) at an inlet of the second path for changing the flow rate of refrigerant. The refrigerant in the first path flows downward and the refrigerant in the second path flows upward.

Description

Refrigerant Cycle Device

도 1은 본 발명에 따른 냉매 사이클 장치의 냉매회로도이다.1 is a refrigerant circuit diagram of a refrigerant cycle apparatus according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 냉매 사이클 장치에 포함되는 열교환기의 사시도이다.2 is a perspective view of a heat exchanger included in a refrigerant cycle apparatus according to the present invention.

도 3은 도2의 A부의 단면도이다.3 is a cross-sectional view of part A of FIG. 2.

도 4는 본 발명에 따른 냉매사이클 장치의 냉매사이클의 p-h선도이다.4 is a p-h diagram of a refrigerant cycle of the refrigerant cycle apparatus according to the present invention.

*도면의 주요부분에 대한 부호 설명** Description of symbols on the main parts of the drawings *

1 : 냉매사이클장치 11 : 압축기1: refrigerant cycle device 11: compressor

12 : 가스 쿨러 13 : 팽창밸브12 gas cooler 13 expansion valve

14 : 증발기 20 : 열교환기14: evaporator 20: heat exchanger

21 : 제1냉매관 22 : 제2냉매관21: first refrigerant pipe 22: second refrigerant pipe

30 : 제1유로 40 : 제2유로30: first euro 40: second euro

50 : 오리피스50: orifice

본 발명은 냉매 사이클 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 아산화탄소를 냉매로 사용하는 냉매 사이클 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a refrigerant cycle device, and more particularly, to a refrigerant cycle device using nitrous oxide as a refrigerant.

종래의 냉매 사이클 장치는 압축기, 가스 쿨러, 감압 장치(팽창 밸브나 팽창밸브 등) 및 증발기 등을 순차적으로 환상으로 배관 접속하는 냉매 사이클로 구성된다.The conventional refrigerant cycle apparatus is comprised with the refrigerant cycle which pipe-connects a compressor, a gas cooler, a decompression device (expansion valve, an expansion valve, etc.), an evaporator, etc. sequentially and annularly.

냉매 사이클 장치에 사용되는 냉매로서 프레온(R11, R12, R134a 등)이 일반적으로 사용되어 오고 있다. 그러나, 프레온은 대기 중에 방출되면 지구 온난화 효과나 오존층 파괴 등의 문제를 야기하기 때문에 근래에 환경에 주는 영향이 적은 다른 자연 냉매, 예를 들면 산소(02), 이산화탄소(CO2), 하이드로카본(HC), 암모니아(NH3), 물(H20)을 냉매로서 사용하는 연구가 행해지고 있다. Freon (R11, R12, R134a, etc.) has been generally used as the refrigerant used in the refrigerant cycle apparatus. However, since Freon is released into the atmosphere, it causes problems such as global warming effects and ozone layer destruction. Therefore, other natural refrigerants such as oxygen (02), carbon dioxide (CO2), and hydrocarbon (HC) which have less environmental impact in recent years ), Ammonia (NH3), and water (H20) are used as a refrigerant research.

이들 자연 냉매 중 산소와 물은 압력이 낮아서 냉동 사이클의 냉매로서는 사용하는 것이 곤란하고, 암모니아나 하이드로카본은 가연성이기 때문에 취급이 어려운 문제가 있다. 이 때문에, 이산화탄소(CO2)를 냉매로서 사용하고 고압측을 초임계 압력으로서 운전하는 초월임계 냉매 사이클(transcritical cycle)을 사용한 장치가 개발되고 있다.Among these natural refrigerants, oxygen and water have low pressures, making it difficult to use them as refrigerants in refrigeration cycles, and ammonia and hydrocarbons are flammable and thus difficult to handle. For this reason, the apparatus using the transcritical refrigerant cycle which uses carbon dioxide (CO2) as a refrigerant and operates the high pressure side as a supercritical pressure is developed.

이러한 초월임계 냉매 사이클 장치에서는 압축기내로 액냉매가 유입되는 것을 방지 위해 증발기의 출구측과 컴프레서의 흡입측 사이의 저압측에 어큐뮬레이터를 설치하고, 이 어큐뮬레이터에 액냉매를 축적하여 냉매 가스만을 컴프레서에 흡입시키는 구성으로 되어 있다.In such a transcritical refrigerant cycle device, an accumulator is installed on the low pressure side between the outlet side of the evaporator and the suction side of the compressor in order to prevent liquid refrigerant from flowing into the compressor, and accumulate the liquid refrigerant in the accumulator to suck only the refrigerant gas into the compressor. It is configured to let.

그러나 이와 같은 어큐뮬레이터의 장착으로 인해 그만큼 많은 냉매 충전량이 필요하며, 냉매 사이클 장치의 컴팩트화를 실현하기가 어려운 문제점이 있다.However, due to the mounting of such an accumulator, a large amount of refrigerant charge is required, and it is difficult to realize compactness of the refrigerant cycle device.

이와같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 대한민국공개특허공보(공개번호10- 2006-41722호)에는 어큐뮬레이터를 설치하지 아니하고도 압축기가 액압축에 의해 손상되는 것을 방지할 수 있는 냉매 사이클 장치에 대해 개시하고 있다.In order to solve such a problem, Korean Laid-Open Patent Publication (Publication No. 10-2006-41722) discloses a refrigerant cycle device that can prevent the compressor from being damaged by liquid compression without installing an accumulator. .

상기 공보에 개시된 냉매 사이클 장치는 압축기, 가스 쿨러, 감압 장치, 증발기 등을 환상으로 접속하여 이루어지고, 이산화탄소를 냉매로서 사용하며, 고압측이 초임계 압력으로 될 수 있는 천임계의 냉매 사이클 장치로서, 가스 쿨러로부터 나온 냉매와 증발기로부터 나온 냉매를 열교환시키는 내부 열교환기를 포함하며, 내부 열교환기는 가스 쿨러로부터의 냉매가 흐르는 고압측 유로와, 고압측 유로와 열교환 가능한 방식으로 배치되며 증발기로부터의 냉매가 흐르는 저압측 유로를 포함하고, 고압측 유로에는 냉매를 아래로부터 위로 흐르도록 하고, 저압측 유로에는 냉매를 위로부터 아래로 흐르게 하는 것을 특징으로 한다.The refrigerant cycle device disclosed in the above publication is formed by connecting a compressor, a gas cooler, a decompression device, an evaporator and the like in an annular manner, and uses carbon dioxide as a refrigerant, and is a supercritical refrigerant cycle device in which the high pressure side can be supercritical pressure. And an internal heat exchanger for exchanging the refrigerant from the gas cooler and the refrigerant from the evaporator, wherein the internal heat exchanger is disposed in a heat exchangeable manner with the high pressure side flow path through which the refrigerant from the gas cooler flows and the high pressure side flow path. And a low pressure side flow path, wherein the refrigerant flows from the bottom to the high pressure side flow path, and the refrigerant flows from the top to the low pressure side flow path.

그러나 상기 공보에 개시된 냉매 사이클 장치는 증발기 출구의 냉매 온도가 높아졌을 경우 충분한 열교환 효과를 거두기 위해 내부 열교환기의 열교환 면적을 증대시켜야 하는 데, 이중관 형태의 내부 열교환기의 길이를 길게 마련하여야 하기 때문에 내부 열교환기의 비용이 증가하는 문제점이 있다. 또한, 충분한 열교환을 이루지 못함으로써 냉동 사이클의 능력을 개선하는 한계가 있다. However, the refrigerant cycle device disclosed in the above publication should increase the heat exchange area of the internal heat exchanger in order to achieve a sufficient heat exchange effect when the refrigerant temperature at the evaporator outlet is high, since the length of the double heat pipe type internal heat exchanger should be increased. There is a problem that the cost of the internal heat exchanger increases. There is also a limit to improving the capacity of the refrigeration cycle by not achieving sufficient heat exchange.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 열교환기의 열교환효율을 향상시키고 소형화를 실현할 수 있는 구조의 냉매 사이클 장치를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a refrigerant cycle device having a structure capable of improving heat exchange efficiency and miniaturization of heat exchangers.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 압축기, 가스쿨러, 감압장치, 증발기 및 상기 가스쿨러의 출구측 냉매와 상기 증발기의 출구측 냉매를 열교환시키는 열교환기를 포함하는 냉매 사이클 장치에 있어서, 상기 열교환기는 상기 가스쿨러의 출구측에 마련된 제1유로와, 상기 증발기의 출구측에 마련된 제2유로를 포함하되, 상기 제2유로에는 냉매의 유속을 변화시키기 위한 오리피스가 마련되고, 상기 제1유로의 냉매는 하향으로 유동하고, 상기 제2유로의 냉매는 하향으로 유동하는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a refrigerant cycle apparatus including a compressor, a gas cooler, a decompression device, an evaporator, and a heat exchanger for exchanging an outlet refrigerant of the gas cooler and an outlet refrigerant of the evaporator. A first flow path provided at an outlet side of the gas cooler and a second flow path provided at an exit side of the evaporator, wherein the second flow path is provided with an orifice for changing a flow rate of the coolant, and the coolant in the first flow path includes: Flowing downward, the refrigerant in the second flow path is characterized in that flows downward.

또한, 상기 오리피스는 상기 제2유로의 입구측에 마련된 것을 특징으로 한다.In addition, the orifice is provided on the inlet side of the second passage.

또한, 상기 열교환기는 제1냉매관과, 상기 제1냉매관을 감싸는 제2냉매관을 포함하는 이중관으로 마련되고, 상기 제1유로는 상기 제1냉매관내에 형성되며 상기 제2유로는 상기 제1,2냉매관사이에 형성된 것을 특징으로 한다.The heat exchanger may include a double tube including a first refrigerant pipe and a second refrigerant pipe surrounding the first refrigerant pipe, wherein the first flow path is formed in the first refrigerant pipe, and the second flow path is formed of the first refrigerant pipe. Characterized in that formed between the 1,2 refrigerant pipe.

또한, 상기 오리피스는 상기 제1,2냉매관 사이에 마련되어 상기 제2냉매관의 내경을 감소시키는 것을 특징으로 한다.In addition, the orifice is provided between the first and second refrigerant pipes, characterized in that to reduce the inner diameter of the second refrigerant pipe.

그리고, 다른 측면에서 바라본 본 발명은 압축기, 가스쿨러, 감압장치, 증발기와, 상기 가스쿨러의 출구측 냉매와 상기 증발기의 출구측 냉매를 열교환시키는 열교환기를 포함하는 냉매 사이클 장치에 있어서, 상기 열교환기는 이중관으로 마련되어 상기 가스쿨러의 출구측 냉매를 하향 유동시키는 제1냉매관과, 상기 제1냉매관을 감싸며 상기 증발기의 출구측 냉매를 상향 유동시키는 제2냉매관과, 상기 제2냉매관내의 냉매의 압력을 저하시키기 위한 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention provides a refrigerant cycle apparatus including a compressor, a gas cooler, a decompression device, an evaporator, and a heat exchanger for exchanging an outlet refrigerant of the gas cooler and an outlet refrigerant of the evaporator. A first refrigerant pipe provided as a double pipe for flowing down the outlet refrigerant of the gas cooler, a second refrigerant pipe surrounding the first refrigerant pipe and upwardly flowing the outlet refrigerant of the evaporator, and a refrigerant in the second refrigerant pipe It characterized in that it comprises an orifice for reducing the pressure of.

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또한, 상기 오리피스는 상기 제2냉매관의 입구측 내경에 마련된 것을 특징으로 한다.In addition, the orifice is characterized in that provided in the inner diameter of the inlet side of the second refrigerant pipe.

이하, 본 발명의 일실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

본 발명의 냉매 사이클 장치는 공기 조화기, 냉장고, 온수기 또는 쇼케이스 등에 사용되는 것이다.The refrigerant cycle device of the present invention is used in an air conditioner, a refrigerator, a water heater or a showcase.

본 발명에 따른 냉매 사이클 장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(11), 가스쿨러(12), 감압 장치로서의 팽창밸브(13), 증발기(14) 등을 환상으로 접속함으로써 구성되어 있다.As shown in FIG. 1, the refrigerant | coolant cycle apparatus which concerns on this invention is comprised by annularly connecting the compressor 11, the gas cooler 12, the expansion valve 13 as a pressure reduction device, the evaporator 14, etc.

압축기(11)는 가스쿨러(12)와 증발기(14)사이의 마련되는데, 저온저압의 기상냉매를 고온고압의 기상냉매로 압축하기 위한 것으로 일반적으로 밀폐형 왕복동식, 로터리식, 스크롤식 등 다양한 형식의 압축기들이 사용된다.The compressor 11 is provided between the gas cooler 12 and the evaporator 14. The compressor 11 is used to compress the low-temperature low-pressure gas phase refrigerant into a high-temperature high-pressure gas phase refrigerant. Generally, various types such as hermetic reciprocating type, rotary type, scroll type, etc. Compressors are used.

가스 쿨러(12)의 입구에는 압축기(11)로부터의 냉매토출관(2)이 접속되어 있다. 그리고, 가스 쿨러(12)의 출구측에 접속된 배관(3)은 열교환기(20)내의 고압측 냉매의 유로를 형성하는 제1유로(30)의 입구(31)에 접속되어 있다.A refrigerant discharge pipe 2 from the compressor 11 is connected to the inlet of the gas cooler 12. And the pipe 3 connected to the outlet side of the gas cooler 12 is connected to the inlet 31 of the 1st flow path 30 which forms the flow path of the high pressure side refrigerant | coolant in the heat exchanger 20. As shown in FIG.

열교환기(20)는 가스 쿨러(12)로부터 나온 고압측의 냉매와 증발기(14)로부터 나온 저압측의 냉매를 열교환시키기 위한 것으로, 열교환기(20)의 제1유로(30)의 출구(32)에 접속된 배관(4)은 팽창밸브(13)를 거쳐 증발기(14)에 연결되고, 증발기(14)의 출구측의 냉매배관(5)은 열교환기(20)내의 저압측 냉매의 유로를 형성 하는 제2유로(40)의 입구(41)에 연결된다.The heat exchanger 20 is for exchanging the high pressure refrigerant from the gas cooler 12 and the low pressure refrigerant from the evaporator 14 and the outlet 32 of the first flow path 30 of the heat exchanger 20. The pipe 4 connected to) is connected to the evaporator 14 via an expansion valve 13, and the refrigerant pipe 5 on the outlet side of the evaporator 14 receives a flow path of the low pressure refrigerant inside the heat exchanger 20. It is connected to the inlet 41 of the second passage 40 to form.

또한, 열교환기(20)의 제2유로(40)를 통과하면서 가열된 냉매는 냉매유입관(6)을 통해 압축기(11)내로 흡입되어 상기와 같은 냉매 사이클을 반복한다.In addition, the refrigerant heated while passing through the second passage 40 of the heat exchanger 20 is sucked into the compressor 11 through the refrigerant inlet pipe 6 to repeat the refrigerant cycle as described above.

또한, 본 발명에 따른 냉매사이클 장치(1)의 냉매로서는 지구 환경에 친화적이고, 가연성 및 독성 등을 고려하여 자연 냉매인 이산화탄소(CO2)가 사용되고, 냉매 사이클 장치(1)의 고압측은 초임계 압력으로 된다.In addition, as the refrigerant of the refrigerant cycle apparatus 1 according to the present invention, carbon dioxide (CO2), which is friendly to the global environment and takes into consideration flammability and toxicity, is used, and the high pressure side of the refrigerant cycle apparatus 1 is a supercritical pressure. Becomes

도 2는 본 발명에 따른 냉매 사이클 장치에 포함되는 열교환기의 사시도이며,도 3은 도2의 A부의 단면도이다.2 is a perspective view of a heat exchanger included in a refrigerant cycle apparatus according to the present invention, and FIG. 3 is a cross-sectional view of part A of FIG.

본 발명에 따른 냉매 사이클장치에 포함되는 열교환기(20)는 도 2,3에 나타내는 바와 같이, 제1냉매관(21)과 제2냉매관(22)으로 이루어지는 이중관에 의해 구성되며, 제1냉매관(21) 내에는 가스 쿨러(12)를 통과한 고압의 냉매가 흐르는 제1유로(30)가 형성되고, 제1냉매관(21)과 제2냉매관(22)의 사이에는 증발기(14)를 통과한 저압의 냉매가 흐르는 제2유로(40)가 형성되어, 제1유로(30)와 제2유로(40)의 냉매는 상호 열교환이 가능한 방식으로 배치되어 있다.As shown in FIGS. 2 and 3, the heat exchanger 20 included in the refrigerant cycle apparatus according to the present invention is constituted by a double tube including a first refrigerant pipe 21 and a second refrigerant pipe 22. In the refrigerant pipe 21, a first flow path 30 through which a high-pressure refrigerant flowing through the gas cooler 12 flows is formed, and an evaporator (between the first refrigerant pipe 21 and the second refrigerant pipe 22) is formed. A second flow passage 40 through which the low pressure refrigerant passed through 14 flows is formed, and the refrigerants of the first flow passage 30 and the second flow passage 40 are arranged in such a manner that they can exchange heat with each other.

이와 같은 이중관 형태의 열교환기(20)는 단면이 대략 직사각형 형상을 이루면서 나선형으로 적층되게 되는데, 직사각형의 단면을 이루기 위해서는 열교환기(20)의 중도는 일정한 길이로 절곡되어 형성한다.The double tube heat exchanger 20 has a substantially rectangular cross section and is stacked in a spiral shape. In order to form a rectangular cross section, the middle of the heat exchanger 20 is bent to a predetermined length.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 제1,2냉매관(21,22)사이에 형성된 제2유로(40)에는 냉매의 유속을 변화시키기 위한 오리피스(50)가 마련된다.In addition, as illustrated in FIG. 3, an orifice 50 is provided in the second flow passage 40 formed between the first and second refrigerant pipes 21 and 22 to change the flow velocity of the refrigerant.

바람직하게는 오리피스(50)는 제2유로(40)의 입구(41)측의 제2냉매관(22)의 내경에 마련되어 제2유로(40)의 입구(41)측 단면적을 작게 함으로써 오리피스(50)를 통과한 냉매의 압력을 떨어뜨리게 된다.Preferably, the orifice 50 is provided at the inner diameter of the second refrigerant pipe 22 on the inlet 41 side of the second flow passage 40 to reduce the cross-sectional area of the inlet 41 side of the second flow passage 40 to reduce the orifice ( The pressure of the refrigerant passing through 50 is dropped.

열교환기(20)에 형성된 제1유로(30)에는 냉매를 상부에서 하부로 흐르도록 제1유로(30)의 입구(31)는 열교환기(20)의 상부에 형성되고 제1유로(30)의 출구(32)는 열교환기(20)의 하부에 형성된다. 즉, 가스 쿨러(12)로부터의 고압측 냉매는 상부의 입구(31)를 통해 제1유로(30)로 유입되어 하부의 출구(32)를 통해 열교환기(20)로부터 유출되어 팽창밸브(13)측으로 흐르게 된다.The first passage 30 formed in the heat exchanger 20 has an inlet 31 of the first passage 30 formed at an upper portion of the heat exchanger 20 so that the refrigerant flows from the top to the bottom of the first passage 30. The outlet 32 of is formed at the bottom of the heat exchanger 20. That is, the high pressure side refrigerant from the gas cooler 12 flows into the first flow path 30 through the upper inlet 31 and flows out of the heat exchanger 20 through the lower outlet 32 to expand the expansion valve 13. ) Flows to the side.

열교환기(20)에 형성된 제2유로(40)에는 냉매를 하부에서 상부로 흐르도록 제2유로(40)의 입구(41)는 열교환기(20)의 하부에 형성되고 제2유로(40)의 출구(42)는 열교환기(20)의 상부에 형성된다. 즉, 증발기(14)로부터의 저압측 냉매는 하부의 입구(41)를 통해 제2유로(40)로 유입되어 상부의 출구(42)를 통해 열교환기(20)로부터 유출되어 압축기(11)측으로 흐르게 된다.An inlet 41 of the second channel 40 is formed in the lower portion of the heat exchanger 20 so that the refrigerant flows from the lower portion to the upper portion of the second channel 40 formed in the heat exchanger 20. The outlet 42 of is formed on top of the heat exchanger 20. That is, the low pressure refrigerant from the evaporator 14 flows into the second flow path 40 through the lower inlet 41 and flows out of the heat exchanger 20 through the upper outlet 42 to the compressor 11. Will flow.

따라서, 제1유로(30)와 제2유로(40)를 통과하는 냉매는 상호 대향되게 흐름으로써, 열교환기(20)에 있어서의 열교환 능력이 향상된다.Therefore, the refrigerant passing through the first flow path 30 and the second flow path 40 flows to face each other, whereby the heat exchange capacity of the heat exchanger 20 is improved.

제1유로(30)로 유입된 냉매는 제1유로(30)내를 위에서부터 아래를 향해 흐른다. 이때, 제1유로(30)를 흐르는 냉매는 제2유로(40)를 흐르는 냉매에 열을 빼앗겨서 냉각된다.The refrigerant introduced into the first flow path 30 flows from the top to the bottom of the first flow path 30. At this time, the refrigerant flowing through the first passage 30 is cooled by depriving heat of the refrigerant flowing through the second passage 40.

열교환기(20)에서 냉각되어 하부의 출구(32)로부터 나온 고압측의 냉매는 팽창밸브(13)에 이른다. 이와 같은 냉매는 팽창밸브(13)에 의한 압력 저하에 의해 기체/액체의 2상 혼합체로 되어 증발기(14) 내에 유입되고 증발기(14)를 통과하면서 냉매는 증발하며 공기로부터 흡열함으로써 냉각 작용을 발휘한다.The refrigerant on the high pressure side cooled by the heat exchanger 20 and exiting from the lower outlet 32 reaches the expansion valve 13. Such a refrigerant becomes a two-phase mixture of gas / liquid due to the pressure drop by the expansion valve 13 to flow into the evaporator 14, and the refrigerant evaporates while passing through the evaporator 14, thereby exerting a cooling effect by absorbing air. do.

이러한 과정에서, 열교환기(20)에 의해 가스 쿨러(12)로부터 팽창밸브(13)에 들어가는 냉매의 온도를 낮출 수 있게 되므로 증발기(14)에 있어서의 엔트로피 차가 확대되어 증발기(14)에 있어서의 냉동 능력을 향상시킬 수 있게 된다.In this process, since the temperature of the refrigerant entering the expansion valve 13 from the gas cooler 12 can be lowered by the heat exchanger 20, the difference in entropy in the evaporator 14 is enlarged, so that the evaporator 14 It is possible to improve the freezing capacity.

또한 증발기를 통과한 냉매는 열교환기(20)의 제1냉매관(21)과 제2냉매관(22) 사이에 형성된 제2유로(40)의 입구(41)로 유입된다. In addition, the refrigerant passing through the evaporator flows into the inlet 41 of the second flow passage 40 formed between the first refrigerant pipe 21 and the second refrigerant pipe 22 of the heat exchanger 20.

제2유로(40)의 입구(41)측에는 소정구간 제2유로(40)의 단면적이 좁아지도록 하는 오리피스(50)가 제2냉매관(22)의 내경이 마련되기 때문에 제2유로(40)에 들어간 냉매는 오리피스(50)에 의해 형성된 단면적축소부(51)를 통과하면서 냉매의 압력이 저하되고 제1냉매관(21)과 제2냉매관(22) 사이의 제2유로(40)를 통해 하부에서 상부로 향하여 흐르면서 제1유로(30)의 냉매와 열교환을 하게 된다.On the inlet 41 side of the second passage 40, the orifice 50 for narrowing the cross-sectional area of the second passage 40 in the predetermined section is provided with an inner diameter of the second refrigerant pipe 22. The refrigerant entering the portion passes through the cross-sectional reduction portion 51 formed by the orifice 50, and the pressure of the refrigerant decreases, and the second passage 40 between the first refrigerant pipe 21 and the second refrigerant pipe 22 is opened. Through the flow from the bottom to the top through the heat exchange with the refrigerant of the first flow path (30).

이때, 증발기(14)에서 증발하여 저온으로 배출된 냉매는 완전한 기체 상태가 아니고 액체가 혼재한 상태로 되기 때문에 이와 같은 냉매를 열교환기(20)의 제2유로(40)를 통과시켜서 제1유로(30)를 흐르는 냉매와 열교환시키면 냉매가 가열되어 냉매의 과열도가 확보되어 완전한 기체 상태로 열교환기(20)에서 배출하여 냉매유입관(5)을 통해 압축기(11)의 유입측으로 유동하게 된다.At this time, since the refrigerant evaporated by the evaporator 14 and discharged at a low temperature is not in a completely gaseous state but a mixture of liquids, the refrigerant passes through the second passage 40 of the heat exchanger 20 to the first passage. When heat exchanged with the refrigerant flowing through the 30, the refrigerant is heated to secure the superheat degree of the refrigerant and is discharged from the heat exchanger 20 in a completely gaseous state to flow to the inflow side of the compressor 11 through the refrigerant inlet pipe 5. .

또한, 오리피스(50)에 의해 형성된 단면적축소부(51)를 통과한 냉매는 종래기술에 비해 압력이 낮아지게 되어 결과적으로 종래기술에 비해 압축기의 입구압력과 토출압력의 차가 커지게 되어 압축기 토출측의 냉매의 온도가 높아지게 된다.In addition, the refrigerant passing through the cross-sectional reduction section 51 formed by the orifice 50 is lower in pressure than in the prior art, and as a result, the difference between the inlet pressure and the discharge pressure of the compressor is larger than in the prior art. The temperature of the refrigerant is increased.

이와 같은 효과는 본 발명에 따른 냉매 사이클 장치를 온수기에 채용하는 경 우 급탕 온도를 상승시킬 수 있게 되어 온수기의 성능을 개선할 수 있게 된다.Such an effect can increase the temperature of the hot water supply when the refrigerant cycle apparatus according to the present invention is adopted to the water heater, thereby improving the performance of the water heater.

또한, 본 발명에 따른 냉매 사이클 장치(1)의 열교환기(20)는 제1유로(30)에서는 냉매를 하향으로 흐르게 하고, 제2유로(40)에서는 냉매를 상향으로 흐르게 배치하여 증발기(14)로부터 잉여의 액냉매가 배출되는 경우 열교환기(20)의 제2유로(40)의 하부에 액냉매가 임시 저장되어 어큐뮬레이터와 같은 기능을 하게 되기 때문에 별도의 어큐뮬레이터를 장착하지 아니하고도 압축기(11)로 액냉매가 유입되는 것을 방지할 수 있으며, 보다 안정된 냉매사이클장치를 마련할 수 있게 된다.In addition, the heat exchanger 20 of the refrigerant cycle apparatus 1 according to the present invention arranges the refrigerant to flow downward in the first flow path 30 and the refrigerant flows upward in the second flow path 40 to evaporator 14. When excess liquid refrigerant is discharged from the compressor, since the liquid refrigerant is temporarily stored in the lower portion of the second flow path 40 of the heat exchanger 20 to function as an accumulator, the compressor 11 is not required to install an accumulator. The liquid refrigerant can be prevented from entering, and a more stable refrigerant cycle device can be provided.

또한, 제1유로(30)에서는 냉매가 하향으로 흐르기 때문에 외기 온도 조건 등에 의해 발생할 지도 모르는 액냉매가 제1유로(30)의 하부, 즉 팽창밸브(13)측에 모이게 되어 하향으로 배치는 제1유로(30)는 리저버 탱크의 기능을 하게 된다. 따라서 flash gas의 발생을 방지할 수 있으며, 또한, 제1유로(30)의 냉매는 제2유로(40)의 냉매와 열교환하여 냉각되기 때문에 flash gas의 발생을 더욱 방지할 수 있게 되어 팽창밸브(13)의 성능저하를 방지할 수 있으며, 냉매사이클장치의 운전을 안정화시킬 수 있게 된다.In addition, since the coolant flows downward in the first flow path 30, the liquid refrigerant, which may occur due to an outside temperature condition, is collected at the lower portion of the first flow path 30, that is, the expansion valve 13 side, and the downward flow direction of the coolant flows downward. One euro 30 is to function as a reservoir tank. Therefore, it is possible to prevent the generation of flash gas, and since the refrigerant of the first passage 30 is cooled by heat exchange with the refrigerant of the second passage 40, it is possible to further prevent the generation of flash gas, thereby expanding the expansion valve ( It is possible to prevent the performance degradation of 13), and to stabilize the operation of the refrigerant cycle device.

상기와 같은 구성으로 인하여 본 발명에 따른 냉매사이클 장치는 신뢰성 향상을 도모할 수 있으며 냉동 능력을 향상시킬 수 있게 된다..Due to the configuration as described above, the refrigerant cycle apparatus according to the present invention can improve the reliability and improve the refrigerating capacity.

또한, 본 실시예에서는 제1유로는 제1냉매관에 형성되고, 제2유로는 제1,2냉매관사이에 형성된 것으로 하였으나, 제2유로가 제1냉매관에 형성되고, 제1유로가 제1,2냉매관사이에 형성될 수 있음은 물론이다.In this embodiment, the first flow path is formed in the first refrigerant pipe, the second flow path is formed between the first and second refrigerant pipes, but the second flow path is formed in the first refrigerant pipe, and the first flow path is Of course, it can be formed between the first and second refrigerant pipes.

또한, 열교환기(20)는 제1냉매관(21)과 제2냉매관(22)으로 이루어지는 이중 관 구조로 하였으나, 이것에 한정되지 않고 내부에 2계통의 유로가 구성된 강판을 적층함으로써 구성하는 것으로 해도 상관없다.In addition, the heat exchanger 20 has a double tube structure composed of the first refrigerant tube 21 and the second refrigerant tube 22. However, the heat exchanger 20 is not limited thereto, and is formed by stacking steel sheets having two passages therein. It may be good.

이 경우에 있어서도, 한쪽의 유로를 제1유로로 하고 다른 쪽의 유로를 제2유로로 하며, 두 유로를 열교환 가능한 방식으로 배치하는 동시에, 제1유로에는 냉매를 위에서 아래로 흐르도록 하고, 제2유로에는 냉매를 아래에서 위로 흐르도록 구성하여야 함은 물론이다.을 감싸는 제2냉매관을 포함하는 이중관으로 마련되고, 상기 제1유로는 상기 제1냉매관내에 형성되며 상기 제2유로는 상기 제1,2냉매관사이에 형성된 것을 특징으로 한다.Also in this case, one flow path is used as the first flow path, the other flow path is the second flow path, and the two flow paths are arranged in a heat exchangeable manner, while the first flow path allows the refrigerant to flow from top to bottom. Of course, the second flow path is configured to flow the refrigerant from the bottom up. The double flow path includes a second refrigerant pipe surrounding the first flow path, wherein the first flow path is formed in the first refrigerant pipe, and the second flow path is formed in the second flow path. Characterized in that formed between the first and second refrigerant pipes.

또한, 상기 제1유로의 냉매는 하향으로 유동하고, 상기 제2유로의 냉매는 하향으로 유동하는 것을 특징으로 한다.The refrigerant in the first channel flows downward, and the refrigerant in the second channel flows downward.

그리고, 다른 측면에서 바라본 본 발명은 압축기, 가스쿨러, 감압장치, 증발기와, 상기 가스쿨러의 출구측 냉매와 상기 증발기의 출구측 냉매를 열교환시키는 열교환기를 포함하는 냉매 사이클 장치에 있어서, 상기 열교환기는 이중관으로 마련되어 상기 가스쿨러의 출구측 냉매를 유동시키는 제1냉매관과, 상기 제1냉매관을 감싸며 상기 증발기의 출구측 냉매를 유동시키는 제2냉매관과, 상기 제2냉매관내의 냉매의 압력을 저하시키기 위한 오리피스를 포함하는 것을 특징으로 한다.In another aspect, the present invention provides a refrigerant cycle apparatus including a compressor, a gas cooler, a decompression device, an evaporator, and a heat exchanger for exchanging an outlet refrigerant of the gas cooler and an outlet refrigerant of the evaporator. A first refrigerant pipe provided with a double pipe to flow the refrigerant on the outlet side of the gas cooler, a second refrigerant pipe surrounding the first refrigerant pipe to flow the refrigerant on the outlet side of the evaporator, and a pressure of the refrigerant in the second refrigerant pipe It characterized in that it comprises an orifice for reducing the.

압축기(11)는 가스쿨러(12)와 증발기(14)사이의 마련되는데, 저온저압의 기상냉매를 고온고압의Compressor 11 is provided between the gas cooler 12 and the evaporator 14, the low-temperature low-pressure gaseous refrigerant of the high temperature and high pressure

또한, 본 실시예에서는 감압 장치로서 팽창밸브(13)를 사용하고 있으나, 이것에 한정되지 않고 전기식 혹은 기계식의 팽창 밸브 등을 사용하는 것도 가능하다.In addition, although the expansion valve 13 is used as a pressure reduction apparatus in this embodiment, it is not limited to this, It is also possible to use an electrical or mechanical expansion valve etc.

다음으로, 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉매 사이클 장치(1)의 동작을 설명토록 한다.Next, the operation of the refrigerant cycle device 1 according to the present invention configured as described above will be described.

도 4에 있어서 세로축은 압력(Pressure), 가로축은 엔탈피(Enthalpy)이다.In FIG. 4, the vertical axis represents pressure, and the horizontal axis represents enthalpy.

압축기(11)가 가동하면 압축기(11)내로 저압의 냉매가스가 유입되어 압축되고 고온 고압의 냉매 가스가 되어 토출된다. 이때 냉매는 도 4의 b점 상태의 초임계 압력까지 압축된다. When the compressor 11 is operated, a low pressure refrigerant gas flows into the compressor 11 to be compressed and discharged as a high temperature and high pressure refrigerant gas. At this time, the refrigerant is compressed to the supercritical pressure of the point b of FIG.

이와 같은 고온 고압의 냉매는 가스 쿨러(12)에 유입되어 방열되어 도 4의 c 점 상태에 이르게 된 후, 열교환기(20)의 제1유로(30)의 입구(31)측으로 유입된다. 열교환기(20)로 유입된 고온고압의 냉매는 증발기(14)로부터 제2유로(40)로 유입된 저온 저압의 냉매와 열교환을 하여 냉각되어 도 4의 d점 상태에 이르게 된다.The high temperature and high pressure refrigerant flows into the gas cooler 12 to radiate heat to reach point c of FIG. 4, and then flows into the inlet 31 of the first flow path 30 of the heat exchanger 20. The high temperature and high pressure refrigerant introduced into the heat exchanger 20 is cooled by heat exchange with the low temperature low pressure refrigerant introduced from the evaporator 14 into the second flow path 40 to reach point d in FIG. 4.

즉, 가스 쿨러(12)로부터 팽창밸브(13)로 유입되는 고압측의 냉매는 열교환기(20)에 의해 제2유로(40)의 저압측 냉매와 열교환하여 고압측 냉매의 온도를 효과적으로 낮출 수 있게 되어 팽창밸브(13)로 유입되는 냉매의 엔탈피는 Δh만큼 내려가서 도 의 d점 상태로 된다.That is, the high pressure refrigerant flowing into the expansion valve 13 from the gas cooler 12 may be exchanged with the low pressure refrigerant of the second flow path 40 by the heat exchanger 20 to effectively lower the temperature of the high pressure refrigerant. The enthalpy of the refrigerant flowing into the expansion valve 13 is lowered by Δh to the point d of FIG.

그리고, 열교환기(20)에서 냉각되어 열교환기(20)를 나온 고압측의 냉매는 팽창밸브(13)에 이른다. 팽창밸브(13)를 통과하는 냉매는 압력이 저하되어, 도 4의 e점에서와 같이 액체/기체의 2상 상태로 되어 증발기(14) 내에 유입되고 증발기(14)에서 냉매는 공기로부터 흡열함으로써 냉각 작용을 발휘한다.The refrigerant on the high pressure side cooled by the heat exchanger 20 and exiting the heat exchanger 20 reaches the expansion valve 13. As the refrigerant passing through the expansion valve 13 is reduced in pressure, it enters the evaporator 14 in a two-phase state of liquid / gas as in point e of FIG. 4, and the refrigerant in the evaporator 14 absorbs heat from air. Demonstrates cooling action.

따라서 열교환기(20)의 열교환작용에 의해 증발기(14)로 유입되는 냉매의 온도가 낮아지게 되기 때문에 증발기(14)에서의 엔탈피 차가 확대되어 증발기(14)의 냉동 능력을 향상시킬 수 있게 된다.Therefore, since the temperature of the refrigerant flowing into the evaporator 14 is lowered by the heat exchange action of the heat exchanger 20, the enthalpy difference in the evaporator 14 is increased to improve the freezing capacity of the evaporator 14.

이후 냉매는 증발기(14)로부터 유출된 도 4의 f점 상태의 냉매는 열교환기(20)의 제2유로(40)의 입구(41)로 유입되게 되는데, 제2유로(40)의 입구(41)의 오리피스(50)를 통과하면서 냉매의 압력이 떨어지게 되고, 액체/기체의 2상의 냉매는 열교환기(20)의 제2유로(40)를 통과하면서 열교환하여 완전한 기체상태를 상변화되어 도 4의 a점 상태가 되어 과열도를 확보할 수있게 된다. 이와 같이 오리피스(50)를 통과하면서 압력이 낮아진 제2유로(40)상의 냉매는 제1유로(30)상의 냉매 와 열교환을 하게 되어 종래기술의 내부열교환기의 엔탈피 차(Δh1)보다 엔탈피 차(Δh)가 증가하여 열교환효율이 상승하고, 종래 기술에 비해 더 짧은 길이의 열교환기를 제조하는 것이 가능해져 제조원가를 절감할 수 있는 효과가 있다.Thereafter, the refrigerant flows from the evaporator 14 and the refrigerant in the f point state of FIG. 4 is introduced into the inlet 41 of the second channel 40 of the heat exchanger 20, and the inlet of the second channel 40 ( 41, the pressure of the refrigerant drops while passing through the orifice 50, and the two-phase refrigerant of the liquid / gas passes through the second passage 40 of the heat exchanger 20 to exchange heat to change the phase of the complete gas. It becomes point a of 4 and can secure superheat degree. As such, the refrigerant on the second passage 40 having a lower pressure while passing through the orifice 50 exchanges heat with the refrigerant on the first passage 30, so that the enthalpy difference Δh is higher than the enthalpy difference Δh1 of the internal heat exchanger of the prior art. Heat exchange efficiency is increased by increasing), and it is possible to manufacture a heat exchanger having a shorter length than the prior art, thereby reducing the manufacturing cost.

또한, 오리피스(50)를 통과하여 압력이 낮아진 냉매에 의해 압축기(11) 입구측 압력이 낮아지게 되어, 압축기(11)의 입구측 압력과 출구측 압력차가 종래기술에 비해 증가하게 된다. 따라서 압축기(11)의 토출측의 냉매온도가 높아지게 된다.In addition, the inlet pressure of the compressor 11 is lowered by the refrigerant having a lower pressure through the orifice 50, so that the difference between the inlet pressure and the outlet pressure of the compressor 11 is increased in comparison with the prior art. Therefore, the refrigerant temperature on the discharge side of the compressor 11 becomes high.

따라서, 이와 같은 냉매사이클 장치를 온수기에 적용하는 경우 온수기의 급탕 온도를 상승시킬 수 있는 효과가 있다.Therefore, when the refrigerant cycle device is applied to the water heater, there is an effect that can increase the hot water temperature of the water heater.

상기의 설명에서와 같이, 본 발명은 제2유로의 입구측에 오리피스를 구비하여 제2유로내의 냉매의 압력을 떨어뜨림으로써 열교환기의 열교환효율을 향상시킬 수 있으며, 압축기의 토출측 온도를 상승시킬 수 있는 효과가 있다.As described above, the present invention can improve the heat exchange efficiency of the heat exchanger by lowering the pressure of the refrigerant in the second flow path by providing an orifice at the inlet side of the second flow path, and increasing the discharge side temperature of the compressor. It can be effective.

Claims

A refrigerant cycle apparatus comprising a compressor, a gas cooler, a pressure reducing device, an evaporator, and a heat exchanger for exchanging an outlet refrigerant of the gas cooler and an outlet refrigerant of the evaporator,

The heat exchanger includes a first flow path provided at the outlet side of the gas cooler and a second flow path provided at the outlet side of the evaporator, wherein the second flow path is provided with an orifice for changing a flow rate of the refrigerant.

The refrigerant cycle apparatus of claim 1, wherein the refrigerant in the first channel flows downward, and the refrigerant in the second channel flows downward.

The refrigerant cycle apparatus according to claim 1, wherein the orifice is provided at an inlet side of the second flow passage.

According to claim 1, wherein the heat exchanger is provided with a double tube including a first refrigerant pipe and a second refrigerant pipe surrounding the first refrigerant pipe, the first flow path is formed in the first refrigerant pipe and the second A flow path is a refrigerant cycle device, characterized in that formed between the first and second refrigerant pipes.

4. The refrigerant cycle apparatus according to claim 3, wherein the orifice is provided between the first and second refrigerant pipes to reduce an inner diameter of the second refrigerant pipe.

delete

A refrigerant cycle apparatus comprising a compressor, a gas cooler, a pressure reducing device, an evaporator, and a heat exchanger for heat-exchanging an outlet refrigerant of the gas cooler and an outlet refrigerant of the evaporator,

The heat exchanger is provided with a double tube, a first refrigerant pipe for flowing down the outlet refrigerant of the gas cooler, a second refrigerant pipe surrounding the first refrigerant pipe and flowing upward the outlet refrigerant of the evaporator, and the second refrigerant And an orifice for lowering the pressure of the refrigerant in the pipe.

7. The refrigerant cycle apparatus according to claim 6, wherein the orifice is provided at an inner diameter of an inlet side of the second refrigerant pipe.