KR101155701B1 - 유체 감속장치를 구비한 이코노마이저 및 이것을 구비한 다단압축 냉동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 감속장치를 구비한 이코노마이저 및 이것을 구비하는 다단압축 냉동장치에 관한 것으로서, 냉동장치에 구비되는 이코노마이저안으로 공급되는 유체의 속도를 감속시켜서 유동의 안정화를 도모할 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 냉동장치에 사용되는 이코노마이저에 있어서, 상기 이코노마이저를 구성하는 쉘의 일측면에는 쉘의 내부로 유입되는 냉매유체의 유속을 감속시킬 수 있도록 하는 감속구조체가 갖추어져 있는 구조로서, 상기 감속구조체는, 냉매유체가 쉘의 내부로 유입되도록 통과공이 형성되어 냉매입구부 역할을 하는 입구부재와, 이 입구부재의 둘레에 간격을 두고 배치되면서 입구부재의 직경보다 큰 직경을 가지는 감속부재로 이루어져 있는 유체 감속장치를 구비한 이코노마이저를 제공한다.
이러한 구조를 가지는 본 발명은 냉동장치에 사용되는 이코노마이저로 유속이 빠른 냉매유체가 공급되는 경우, 냉매유체의 유속을 감속시켜서 내보냄으로써, 냉매유체의 유속을 안정화시킬 수 있고, 종래와 같이 유속을 줄이기 위해 이코노마이저의 직경을 크게 하지 않더라도 유체의 감속을 이룰 수 있도록 한 것이다.

Description

유체 감속장치를 구비한 이코노마이저 및 이것을 구비한 다단압축 냉동장치{Economizer with Fluid Velocity Reduction Apparatus and Multi-Stage Compressing Refrigeration Apparatus Having the Same}

본 발명은 유체 감속장치를 구비한 이코노마이저 및 이것을 구비한 다단압축냉동장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉동장치에 구비되는 이코노마이저안으로 공급되는 유체의 속도를 감속시켜서 유동의 안정화를 도모할 수 있도록 한 것이다.

일반적으로, 냉동장치는 여러 종류가 있는데, 예를 들어 압축기(원심식 또는 스크류식)를 이용하여 냉매를 다단계에 걸쳐서 압축하여 효율을 높이도록 한 다단압축 냉동장치의 일례를 들어 설명하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 다단압축 냉동장치(1)는 냉매가스로부터 열을 방출하여 냉매액으로 환원시켜주는 응축기(10)와, 이 응축기(10)에서 유입된 냉매를 감압하여 팽창시키는 제 1팽창밸브(20)와, 이 제 1팽창밸브(20)로부터 유입된 냉매를 냉매가스와 냉매액으로 분리하는 이코노마이저(30)와, 이 이코노마이저(30)로부터 유입된 냉매액를 감압,팽창시키는 제 2팽창밸브(40)와, 이 제 2팽창밸브(40)에서 감압, 팽창된 냉매를 이용하여 흡열하는 증발기(50)와, 이 증발기(50)를 통과한 냉매가스가 유입되어 압축되는 1단 압축기(60)와, 이 1단압축기(60)에서 나오는 냉매가스 및 상기 이코노마이저(30)에서 유출되는 냉매가스를 압축하여 상기 응축기(10)로 보내 냉동사이클을 이루는 2단압축기(70)로 이루어진 구조이다.

또한, 응축기(10)의 일측에는 펌프(11)가 설치되고, 이 펌프(11)는 리쿠퍼레이터(12)와 연결되어 있다.

또한, 리쿠퍼레이터(12)의 하부에는 재열기(13)가 설치된 보일러(14)가 구비되고, 2단압축기(70)의 일측에는 1단터빈(71)과 2단터빈(72)이 설치되어 각각 재열기(13) 및 리쿠퍼레이터(12)와 연결된 구조를 가진다.

이러한 구성을 가지는 종래의 다단압축 냉동장치(1)에 있어서, 상기 이코노마이저(30)는 제 1팽창밸브(20)를 통과하면서 2가지 상(포화액 및 포화증기)가 혼합된 냉매를 기상(포화증기)와 액상(포화액)으로 분리하여 액상의 냉매액은 고단계의 제 2팽창밸브(40)를 거쳐서 증발기(50)로 보내지고, 기상의 냉매가스는 고단계의 2단압축기(70)로 보내진다.

상기 이코노마이저(30)는 저단계의 제 1팽창밸브(20)를 통과하면서 발생하는 기상의 냉매가스를 압축기의 고단으로 회수하여 증발기(50)에 유입되는 냉매액은 건도를 줄여서 동일한 질량유량에 대해 증발잠열을 높여서 냉동효율을 향상시키고, 고단계 압축기의 입구온도를 낮추어서 냉매의 비체적을 감소시키고, 고단계 압축기의 부하를 줄여주는 등의 역할을 한다.

이러한 이코노마이저(30)의 내부구조를 살펴보면, 도 2에 도시된 바와 같이, 통형(도 2에서는 원통형)으로 형성되는 쉘(31)의 일측 하부면에는 냉매입구부(32)가 형성되고, 셀(31)의 다른쪽 상부면과 하부면에는 각각 냉매가스 출구부(33)와 냉매액 출구부(34)가 형성되어 있다.

상기 냉매입구부(32)와 냉매가스 출구부(33)는 원통형이면서 내부가 관통되어 있는 관으로 형성된 구조를 가진다.

또한, 냉매액출구부(34)는 원추형으로 형성되면서 내부가 관통되어 냉매액이배출되도록 된 구조를 가진다.

또한, 쉘(31)의 내부에는 간격을 두고 배플(35)이 복수, 구비된 구조를 가진다.

이러한 종래의 이코노마이저(30)는, 냉매유체가 기상과 액상으로 효과적으로 분리될 수 있도록 해야하고, 냉매가스 출구부쪽으로 액무나 액적이 동반되어 나가지 못하도록 해야하며, 냉매액 출구부쪽으로는 가스가 따라나가지 못하도록 해야한다.

따라서, 종래의 이코노마이저(30)는 통상적으로 중력을 이용하여 냉매를 분리하는 방식으로 되어 있는데, 제 1팽창밸브(20)를 통과하면서 냉매가스는 냉매액에 비해 비체적이 상당히 크기때문에, 이노코마이저(30)로 유입되는 유속이 상당히 커지고, 이코노마이저(30)의 냉매입구부(32)에서의 격렬한 유동이 냉매가스 출구부쪽으로 쉽게 전해져서, 전체적으로 이코노마이저(30)의 내부 유동이 안정을 찾지못하여 액상과 기상의 분리가 원활하게 이루어지지 못하고, 냉매가스 출구부(33)으로 액체가 혼입되어 배출되거나 냉매액 출구부(34)쪽으로 가스가 혼입되어 배출되는 문제점이 발생한다.

이와 같이, 냉매유체가 높은 속도를 가지고 이코노마이저(30)의 냉매입구부(32)를 통해 유입되는 경우, 냉매유체의 속도를 감속시켜서 유동을 안정화시킬 필요가 있는데, 연결된 냉매배관의 직경을 크게 하거나 또는 이코노마이저(30)를 이루는 쉘(31)의 직경을 대형으로 제조하였다.

운전조건(온도 및 압력)의 변화에 따라 이코노마이저(30)내의 냉매속도를 적절히 조절하는데 실패할 경우에 대비하여 이코노마이저(30)의 액면에 플로팅밸브 또는 레벨센서를 설치하여 냉매액이 냉매액출구부(34)의 개도를 조절하여 압축기로 가는 냉매가스 출구부(33)로 가스만이 배출될 수 있도록 제어하고 있다.

따라서, 이상속도의 냉매가 유속을 감소시키기 위해서, 쉘(31) 및 냉매배관의 크기(또는 직경)를 크게해야 하는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위해 발명된 것으로서, 이코노마이저의 직경을 크게하지 않으면서 높은 속도를 가지는 냉매유체를 감속시켜서 유동의 안정화를 이루어 냉매액이 냉매가스출구부로 토출되는 것을 방지하고, 압축기로의 액 흡입을 감소시킬 수 있도록 한 유체 감속장치를 구비한 이코노마이저와 이러한 유체감속장치를 구비한 이코노마이저를 구비한 다단압축 냉동장치를 제공함에 발명의 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉동장치에 사용되는 이코노마이저에 있어서, 상기 이코노마이저를 구성하는 쉘의 일측면에는 쉘의 내부로 유입되는 냉매유체의 유속을 감속시킬 수 있도록 하는 감속구조체가 갖추어져 있는 구조로서, 상기 감속구조체는, 냉매유체가 쉘의 내부로 유입되도록 통과공이 형성되어 냉매입구부 역할을 하는 입구부재와, 이 입구부재의 둘레에 간격을 두고 배치되면서 입구부재의 직경보다 큰 직경을 가지는 감속부재로 이루어져 있는 유체 감속장치를 구비한 이코노마이저를 제공한다.

또한, 상기 감속부재는 쉘의 폭방향으로 가로질러 고정된 지지부재에 결합되어 그 위치를 유지하도록 되어 있는 구조이다.

또한, 상기 감속부재는 원통형을 이루면서 하단이 개방된 개구부가 형성되어 상기 입구부재를 통해 유입된 냉매유체가 감속부재의 상부 공간부를 지나서 개구부를 통과하면서 유속이 감속되도록 구조이다.

또한 본 발명에 따른 이코노마이저중 적어도 어느 하나를 구비하는 다단압축 냉동장치가 제공된다.

이와 같이 본 발명은 냉동장치에 사용되는 이코노마이저로 유속이 빠른 냉매유체가 공급되는 경우, 냉매유체의 유속을 감속시켜서 내보냄으로써, 냉매유체의 유속을 안정화시킬 수 있고, 종래와 같이 유속을 줄이기 위해 이코노마이저의 직경을 크게 하지 않더라도 유체의 감속을 이룰 수 있다.

그에따라 냉매액이 냉매가스 출구부로 토출되는 것을 방지할 수 있어 압축기로의 액 흡입을 줄일 수 있고, 냉동장치의 효율 및 냉동능력 향상에 기여할 수 있는 것이다.

도 1은 종래의 냉동장치의 일례로서, 다단압축 냉동장치의 계통도이다.
도 2는 종래의 이코노마이저 구조를 나타낸 정면도이다.
도 3은 본 발명의 이코노마이저 구조를 나타낸 일부 절개 단면도이다.
도 4는 도 3의 평면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거 상세하게 설명한다.

상기 종래기술과 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 부여하여 설명하고, 상세한 설명은 생략하며, 새로운 구성요소에 대해서는 새로운 부호를 부여하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 냉동장치에 사용되는 이코노마이저(30)에 있어서, 이코노마이저(30)를 구성하는 쉘(31)의 일측면에는 쉘(31)의 내부로 유입되는 냉매유체의 유속을 감속시킬 수 있도록 하는 감속구조체(80)가 갖추어져 있는 구조이다.

상기 감속구조체(80)는, 냉매유체가 쉘(31)의 내부로 유입되도록 통과공(81a)이 형성되어 냉매입구부 역할을 하는 입구부재(81)와, 이 입구부재(81)의 둘레에 간격을 두고 배치되면서 입구부재(81)의 직경보다 큰 직경을 가지는 감속부재(82)로 이루어져 있다.

상기 감속부재(82)는 쉘(31)의 폭방향으로 가로질러 고정된 지지부재(83)에 결합되어 그 위치를 유지하도록 되어 있다.

상기 감속부재(82)는 원통형을 이루면서 하단이 개방된 개구부(82a)가 형성되어 상기 입구부재(81)를 통해 유입된 냉매유체가 감속부재(82)의 상부 공간부(82b)를 지나서 개구부(82a)를 통과하면서 유속이 감속되도록 된 구조이다.

한편, 본 발명에 따른 이코노마이저는 다단압축 냉동장치에 구비가능하다.

이러한 구조를 가지는 본 발명에 따른 이코노마이저는, 냉매입구부 역할을 하는 입구부재(81)의 관통공(81a)을 통해 냉매유체가 공급되는 경우, 유속이 빠르더라도 입구부재(81)의 통과공(81a)을 지나면, 그 상부에 공간부(82b)를 두고 배치된 감속부재(82)와 만나면서 단면적이 커지게되어 그 만큼 유속이 감속하게 된다.

더욱이, 감속부재(82)의 상부면이 충돌하면서 냉매유체의 유속이 더욱 감소된다.

이렇게 냉매유체는 감속이 이루어지면서 감속부재(82)의 하부에 형성된 개구부(82a)를 통해 이동하여 쉘(31)의 내부에 형성된 복수의 배플(35)를 지나 냉매가스 출구부(33)를 통해 냉매가스가 토출된다. 냉매액은 냉매액 출구부(34)를 통해 배출된다.

이와 같이 본 발명은 냉매유체의 유속을 안정화시킬 수 있으므로, 이코노마이저에서의 냉매유체의 분리과정중 냉매액이 냉매가스 출구부(33)로 빠져나가는 것을 방지할 수 있어 압축기(다단압축 냉동장치에서는 2단 압축기)로의 냉매액의 흡입을 줄일 수 있는 것이다.

본 발명은 편의상 첨부된 예시도면에 의거 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 이에 국한되지 않고 본 발명의 기술적 사상의 범주내에서 여러가지 변형 및 수정이 가능하고, 이러한 변형 및 수정은 본 발명의 특허청구범위내에 포함되는 것은 자명한 사실이다.

1 : 다단압축 냉동장치
10 : 응축기
20 : 제 1팽창밸브
30 : 이코노마이저(economizer)
31 : 쉘(shell)
32 : 냉매입구부
33 : 냉매가스 출구부
34 : 냉매액 출구부
35 : 배플
40 : 제 2팽창밸브
50 : 증발기
70 : 2단 압축기
80 : 감속구조체
81 : 입구부재
81a : 통과공
82 : 감속부재
82a : 개구부
82b : 공간부
83 : 지지부재

Claims (4)

1. 냉동장치에 사용되는 이코노마이저에 있어서,
   상기 이코노마이저를 구성하는 쉘의 일측면에는 쉘의 내부로 유입되는 냉매유체의 유속을 감속시킬 수 있도록 하는 감속구조체가 갖추어져 있는 구조로서,
   상기 감속구조체는, 냉매유체가 쉘의 내부로 유입되도록 통과공이 형성되어 냉매입구부 역할을 하는 입구부재와, 이 입구부재의 둘레에 간격을 두고 배치되면서 입구부재의 직경보다 큰 직경을 가지는 감속부재로 이루어져 있고,
   상기 감속부재는 쉘의 폭방향으로 가로질러 고정된 지지부재에 결합되어 그 위치를 유지하도록 되어 있으며,
   상기 감속부재는 원통형을 이루면서 하단이 개방된 개구부가 형성되어 상기 입구부재를 통해 유입된 냉매유체가 감속부재의 상부 공간부를 지나서 개구부를 통과하면서 유속이 감속되도록 되는 것을 특징으로 하는 유체 감속장치를 구비한 이코노마이저.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 기재된 이코노마이저를 구비하는 것을 특징으로 하는 다단압축 냉동장치.

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