KR101327818B1 - A hybrid type cascade refrigeration system - Google Patents

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KR101327818B1
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오후규
손창효
전민주
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부경대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치를 제공한다. 이와 같은 본 발명에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치는 이산화탄소 냉매의 사용으로 친환경성과 안정성의 향상이 도모되고, 이산화탄소 냉매의 증발 잠열의 이용으로 냉동능력의 향상이 도모되며, 이원 캐스케이드 냉동 방식을 통한 -25℃ 내지 -50℃ 온도범위의 저온냉동과 냉매액 순환식 냉동방식을 통한 0℃ 내지 -25℃ 온도범위의 고온냉동이 하나의 시스템에서 선택적으로 수행될 수 있도록 한다.
본 발명에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치는 제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브, 캐스케이드 열교환기가 제1배관을 통해 연결되어 제1냉매가 순환하는 제1냉동모듈과; 제2압축기, 응축기 기능을 수행하는 상기 캐스케이드 열교환기, 분기관에 병렬 배치되는 제2팽창밸브와 액펌프, 제2증발기가 제2배관을 통해 연결되어 제2냉매가 순환하고, 제2증발기를 통과하는 제2냉매에 의해 냉동이 이루어지는 제2냉동모듈과; 제1배관과 제2배관의 설정된 지점들에 각각 설치되는 복수개의 개폐밸브와; 개폐밸브의 개폐를 제어하여 제1냉매와 제2냉매의 이동 경로가 제어되도록 하는 컨트롤러를 포함하여 이루어진다.The present invention provides a hybrid cascade refrigeration apparatus. Such a hybrid cascade refrigeration apparatus according to the present invention is to improve the environment and stability by the use of carbon dioxide refrigerant, and to improve the freezing capacity by using the latent heat of evaporation of carbon dioxide refrigerant, -25 through the two-way cascade refrigeration method The low temperature freezing of the temperature range of 0 ° C. to −50 ° C. and the high temperature freezing of 0 ° C. to −25 ° C. through the refrigerant liquid circulation freezing method may be selectively performed in one system.
The hybrid cascade refrigeration apparatus according to the present invention includes a first refrigeration module, wherein the first compressor, the first condenser, the first expansion valve, and the cascade heat exchanger are connected through the first pipe to circulate the first refrigerant; The second compressor, the cascade heat exchanger that performs the function of the condenser, the second expansion valve and the liquid pump, the second evaporator which is arranged in parallel to the branch pipe is connected through the second pipe, the second refrigerant circulates, the second evaporator A second refrigeration module for freezing by the second refrigerant passing therethrough; A plurality of on / off valves respectively installed at predetermined points of the first pipe and the second pipe; It includes a controller for controlling the opening and closing of the on-off valve to control the movement path of the first refrigerant and the second refrigerant.

Description

하이브리드형 캐스케이드 냉동장치{A hybrid type cascade refrigeration system}Hybrid type cascade refrigeration system {A hybrid type cascade refrigeration system}

본 발명은 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치에 관한 것으로, 좀더 구체적으로는 이산화탄소 냉매의 사용으로 친환경성과 안정성의 향상이 도모되고, 이산화탄소 냉매의 증발 잠열의 이용으로 냉동능력의 향상이 도모되며, 이원 캐스케이드 냉동 방식을 통한 -25℃ 내지 -50℃ 온도범위의 저온냉동과 냉매액 순환식 냉동방식을 통한 0℃ 내지 -25℃ 온도범위의 고온냉동이 하나의 시스템에서 선택적으로 수행될 수 있도록 하는 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a hybrid cascade refrigeration apparatus, more specifically, to improve the environment and stability by the use of carbon dioxide refrigerant, to improve the freezing capacity by using the latent heat of evaporation of carbon dioxide refrigerant, binary cascade refrigeration method Hybrid cascade refrigeration, allowing low-temperature freezing in the range of -25 ° C to -50 ° C and high-temperature freezing in the range of 0 ° C to -25 ° C through the refrigerant liquid circulation refrigeration. Relates to a device.

냉동장치(refrigerant system)는 냉매가 정해진 경로를 따라 유동하면서 열교환을 수행하여 냉방, 냉각, 냉동, 동결 등의 기능을 수행하도록 하는 열교환 시스템으로서, 이와 같은 냉동장치는 냉매가 고온, 고압으로 압축되는 압축기(compressor), 응축기나 증발기와 같은 열교환기, 팽창밸브(expansion valve) 등을 구비하여 이루어진다. 여기서, 응축기(condenser)는 냉매 기체가 냉매액으로 응축되면서 열을 외부로 방출시키게 되는 것이고, 증발기(evaporator)는 냉매액이 냉매 기체로 증발되면서 외부의 열을 흡수하게 되는 것이다.
A refrigerant system is a heat exchange system that performs cooling, cooling, freezing, and freezing by performing heat exchange while a refrigerant flows along a predetermined path. A compressor, a heat exchanger such as a condenser or an evaporator, an expansion valve, and the like are provided. Here, the condenser is to release the heat to the outside as the refrigerant gas condenses into the refrigerant liquid, the evaporator (evaporator) is to absorb the external heat as the refrigerant liquid is evaporated into the refrigerant gas.

한편, 대형 할인매장, 물류공장의 냉동창고, 냉동운반선 등에서는 다양한 종류의 냉동식품을 장기간 보존하기 위하여 저장되는 냉동식품의 종류에 따라 다양한 온도범위의 냉동장치들이 사용되고 있다. 여기서, 냉동장치는 사용온도별로 -20℃ 온도범위 이하의 F급, -10 ～ -20℃ 온도범위의 C1급, -2 ～ -10℃ 온도범위의 C2급, 10 ～ -2℃ 온도범위의 C3급 등으로 분류되는데, 일반적인 냉동장치는 F급의 저온냉동에는 효과적으로 적용되기 어려우므로, F급의 저온냉동에는 캐스케이드 냉동사이클(이원 냉동사이클)이 적용된 캐스케이드 냉동장치 적용된다. 여기서, 캐스케이드 냉동장치는 제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브, 및 제1증발기가 배관으로 연결되는 1차 냉동사이클과, 제2압축기, 제2응축기, 제2팽창밸브 및 제2증발기가 배관으로 연결되는 2차 냉동사이클의 조합으로 구현되며, 제1증발기와 제2응축기(36)를 열교환시키는 캐스케이드 열교환기에 의해 각 냉동사이클이 일체로 연결되는 구성을 가진다.On the other hand, in large discount stores, frozen warehouses, freezing carriers, etc. of the frozen food storage equipment of various temperature ranges are used in accordance with the type of frozen food to be stored for a long time to store various kinds of frozen food. Here, the refrigerating device is class F of less than -20 ℃ temperature range, C1 grade of -10 ~ -20 ℃ temperature range, C2 grade of -2 ~ -10 ℃ temperature range, 10 ~ -2 ℃ temperature range of Although it is classified as C3 class, the general refrigeration unit is difficult to be effectively applied to the low-temperature refrigeration of the F class, the cascade refrigeration apparatus is applied to the cascade refrigeration cycle (two-way refrigeration cycle) applied to the low-temperature refrigeration of the F class. Here, the cascade refrigeration apparatus includes a first refrigeration cycle in which the first compressor, the first condenser, the first expansion valve, and the first evaporator are connected by pipes, the second compressor, the second condenser, the second expansion valve, and the second evaporator. It is implemented as a combination of secondary refrigeration cycle is connected to the pipe, it has a configuration in which each refrigeration cycle is integrally connected by a cascade heat exchanger for heat exchange between the first evaporator and the second condenser (36).

이와 같은 캐스케이드 냉동장치와 관련한 기술로는 대한민국 등록번호 제10-0680608호 "캐스케이드 냉동시스템", 공개특허공보 공개번호 제10-2002-004278호 " 2원 냉동방식을 이용한 다용도 멀티프리저 시스템" 등이 안출되어 있다.
As a technology related to such a cascade refrigeration apparatus, Republic of Korea Registration No. 10-0680608 "Cascade refrigeration system", Patent Publication No. 10-2002-004278 "Multipurpose multi-freezer system using a two-way refrigeration method", and the like It is designed.

그런데, 상기와 같은 종래의 저온냉동용 캐스케이드 냉동장치는 NH₃나 R13을 냉매로 사용하는 강제순환 2단압축 냉동방식임에 따라, 이에 소요되는 냉매량이 수십만톤에 이르게 되어 고가의 유지비용이 소요되었고, 냉매로 사용되는 NH₃의 경우 자연냉매이지만 맹독성이 있어 안전성의 측면에서 냉동장치 내 보유량을 필요최소량으로 줄일 필요가 있었으며, 물이나 브라인 등을 2차냉매로 사용할 경우 저온에서 점성이 큰 특성에 의해 운송동력이 급격하게 증가되는 문제점이 있었다.
However, the conventional low temperature freezing cascade refrigeration apparatus as described above is a forced circulation two-stage compression refrigeration method using NH ₃ or R 13 as a refrigerant, the amount of the refrigerant required to reach hundreds of thousands of tons, expensive maintenance costs were required. In case of NH₃ which is used as a refrigerant, it is a natural refrigerant but because of its high toxicity, it is necessary to reduce the amount of reserve in the refrigeration unit to the minimum required in terms of safety.When using water or brine as a secondary refrigerant, There was a problem that the transportation power is increased rapidly.

한편, CFC계 냉매에 의한 환경파괴가 알려진 이후, 대체냉매로 개발된 HFC계 냉매도 현재 온실효과를 일으키는 가스로 판명됨에 따라, 추후 자연냉매로의 이행이 불가피한 실정이다. 이와 같은 자연냉매의 일종인 이산화탄소(CO₂)는 친환경적이고, 독성/가연성이 없어 안전할 뿐만 아니라, 가격이 저렴하고, 열전달율은 R13보다 크며, 흡입비체적이 적어서 냉동기의 소형화가 가능한 특성이 있다. 또한, 증발잠열이 커 순환유량이 적어질 수 있어 배관의 소구경화가 가능한 특성도 동시에 가지고 있음에 따라, 이산화탄소를 대체냉매로 이용하는 기술의 개발이 현재 다양하게 시도되고 있다. 이와 관련하여 대한민국 등록특허공보 등록번호 제10-0952714호 "자연냉매를 이용한 냉동, 냉장 및 냉방, 난방, 급탕 일체형 공기조화 시스템", 공개특허공보 공개번호 제10-2010-0074331호 "냉동장치" 등이 안출되어 있다.
On the other hand, after the environmental destruction by the CFC-based refrigerant is known, the HFC-based refrigerant developed as an alternative refrigerant is also found to be a gas causing a greenhouse effect, the transition to the natural refrigerant is inevitable later. Carbon dioxide (CO₂), which is a kind of natural refrigerant, is not only environmentally friendly and safe because of no toxic / flammability, but also is inexpensive, and has a low heat transfer rate than R13 and a small suction specific volume. In addition, since the latent heat of evaporation increases, the circulation flow rate may be reduced, and thus, the small diameter of the pipe may be reduced. Accordingly, various technologies have been tried to develop carbon dioxide as an alternative refrigerant. In this regard, Republic of Korea Patent Publication No. 10-0952714 "Refrigeration, refrigeration and cooling using natural refrigerant, heating, hot water integrated air conditioning system", Patent Publication No. 10-2010-0074331 "Freezing device" The back is raised.

그러나 이산화탄소를 냉매로 하는 종래의 냉동장치는 열효율이 낮은 문제점이 있어 이를 개선하는 장치구성의 개발이 요청되고 있었다.However, the conventional refrigeration apparatus using carbon dioxide as a refrigerant has a problem that low thermal efficiency has been required to develop a device configuration to improve this.

또한, 냉동 대상물품의 종류에 따라 달리 요구되는 온도범위에 대응하여 다양한 온도범위에서 냉동이 수행될 수 있는 냉동장치의 개발도 현재 요구되는 실정이라 하겠다.
In addition, the development of a refrigeration apparatus that can be performed in a variety of temperature range corresponding to the temperature range differently required depending on the type of the object to be refrigerated is also currently required.

따라서 본 발명은 이와 같은 종래 기술의 문제점을 개선하여, 이산화탄소 냉매가 이원 캐스케이드 냉동 방식에 적용되는 한편, 이산화탄소 냉매의 증발 잠열의 이용이 도모되는 냉매 회로의 제공으로 냉동능력이 향상되는 새로운 형태의 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치을 제공하는 것을 목적으로 한다.
Accordingly, the present invention improves such a problem of the prior art, and a new type hybrid in which a refrigeration capacity is improved by providing a refrigerant circuit in which a carbon dioxide refrigerant is applied to a binary cascade refrigeration method and the use of latent heat of evaporation of the carbon dioxide refrigerant is facilitated. It is an object of the present invention to provide a type cascade refrigeration apparatus.

또한, 본 발명은 이원 캐스케이드 냉동 사이클과 냉매액 순환사이클이 하나의 시스템으로 혼합된 냉매장치의 제공으로, -25℃ 내지 -50℃ 온도범위의 저온냉동과 냉매액 순환식 냉동방식을 통한 0℃ 내지 -25℃ 온도범위의 고온냉동이 하나의 시스템에서 선택적으로 수행될 수 있어 다양한 조건의 냉동운전에 적용될 수 있는 새로운 형태의 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치을 제공하는 것을 목적으로 한다.
In addition, the present invention provides a refrigerant device in which a dual cascade refrigeration cycle and a refrigerant liquid circulation cycle are mixed into one system, and 0 ° C through low temperature freezing and refrigerant liquid circulation refrigeration in a temperature range of -25 ° C to -50 ° C. It is an object of the present invention to provide a hybrid cascade refrigeration apparatus of a new type which can be selectively performed in one system in a high temperature freezing to -25 ℃ temperature range.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 의하면, 본 발명은 제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브, 캐스케이드 열교환기가 제1배관을 통해 연결되어 제1냉매가 순환하는 제1냉동모듈과; 제2압축기, 응축기 기능을 수행하는 상기 캐스케이드 열교환기, 분기관에 병렬 배치되는 제2팽창밸브와 액펌프, 제2증발기가 제2배관을 통해 연결되어 제2냉매가 순환하고, 상기 제2증발기를 통과하는 상기 제2냉매에 의해 냉동이 이루어지는 제2냉동모듈과; 상기 제2배관의 설정된 지점들에 각각 설치되는 복수개의 개폐밸브와; 상기 개폐밸브의 개폐를 제어하여 상기 제2냉매의 이동 경로가 제어되도록 하는 컨트롤러를 포함하는 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치를 제공한다.
According to a feature of the present invention for achieving the above object, the present invention provides a first refrigeration module in which a first compressor, a first condenser, a first expansion valve, and a cascade heat exchanger are connected through a first pipe to circulate the first refrigerant. and; A second compressor, the cascade heat exchanger performing a condenser function, a second expansion valve and a liquid pump, and a second evaporator arranged in parallel to the branch pipe is connected through a second pipe, the second refrigerant circulates, the second evaporator A second refrigeration module in which freezing is performed by the second refrigerant passing through the second refrigerant; A plurality of on / off valves respectively installed at predetermined points of the second pipe; It provides a hybrid cascade refrigeration apparatus including a controller for controlling the opening and closing of the on-off valve to control the movement path of the second refrigerant.

이와 같은 본 발명에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치에서 상기 컨트롤러는 상기 개폐밸브의 개폐를 제어하여 저온냉동용 냉매회로와 고온냉동용 냉매회로 중에서 선택된 어느 하나가 동작하도록 하되, 상기 저온냉동용 냉매회로는 상기 제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브, 캐스케이드 열교환기를 제1냉매가 순차적으로 통과하고, 상기 캐스케이드 열교환기, 제2팽창밸브, 제2증발기, 제2압축기를 제2냉매가 순차적으로 통과하여 상기 제2증발기에서 설정된 제1온도범위의 냉동이 수행되도록 하는 냉매회로이고, 상기 고온냉동용 냉매회로는 상기 제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브, 캐스케이드 열교환기를 제1냉매가 순차적으로 통과하고, 상기 캐스케이드 열교환기, 액펌프, 제2증발기를 제2냉매가 순차적으로 통과하여 제2증발기에서 설정된 제2온도범위의 냉동이 수행되도록 하는 냉매회로인 것을 특징으로 한다.
In the hybrid cascade refrigeration apparatus according to the present invention, the controller controls the opening and closing of the on-off valve to operate any one selected from the low-temperature freezing refrigerant circuit and the high-temperature freezing refrigerant circuit, the low-temperature freezing refrigerant circuit A first refrigerant passes sequentially through the first compressor, the first condenser, the first expansion valve, and the cascade heat exchanger, and the second refrigerant passes sequentially through the cascade heat exchanger, the second expansion valve, the second evaporator, and the second compressor. Refrigerant circuit for passing the refrigeration of the first temperature range set in the second evaporator is performed, wherein the high temperature freezing refrigerant circuit is the first compressor, the first condenser, the first expansion valve, the cascade heat exchanger Passed sequentially, the second refrigerant passes through the cascade heat exchanger, the pump, the second evaporator sequentially set in the second evaporator The second refrigeration in the temperature range characterized in that the refrigerant circuit to be performed.

이와 같은 본 발명에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치에서 상기 제2냉매는 이산화탄소(R744) 냉매, NH₃냉매, R404A 군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
The second refrigerant in the hybrid cascade refrigeration apparatus according to the present invention is characterized in that any one selected from the group of carbon dioxide (R744) refrigerant, NH₃ refrigerant, R404A.

이와 같은 본 발명에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치에서 상기 제1냉매는 R404A, R407C, NH₃냉매 군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
In the hybrid cascade refrigeration apparatus according to the present invention, the first refrigerant is characterized in that any one selected from the group of R404A, R407C, NH₃ refrigerant.

이와 같은 본 발명에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치에서 상기 제1냉동모듈은 상기 제1응축기와 제1팽창밸브가 연결되는 제1배관 상에 제1수액기가 설치되도록 하고, 상기 제2냉동모듈은 상기 캐스케이드 열교환기와 분기관이 서로 연결되는 제2배관 상에 제2수액기가 설치되도록 한다.
In the hybrid cascade refrigeration apparatus according to the present invention, the first refrigeration module is to be installed on the first pipe connected to the first condenser and the first expansion valve, the second refrigeration module is the The second receiver is installed on the second pipe where the cascade heat exchanger and the branch pipe are connected to each other.

이와 같은 본 발명에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치에서 상기 제1수액기와 제1팽창밸브가 연결되는 제1배관 및, 상기 캐스케이드 열교환기와 제1압축기가 연결되는 제1배관 상에 제1내부 열교환기가 공유되게 설치되도록 하여, 상기 캐스케이드 열교환기를 통과한 고온저압 기체 상태의 제1냉매가 통과하여 과열되고, 상기 제1수액기를 통과한 저온고압 액체 상태의 제1냉매가 통과하여 과냉되는 것을 특징으로 한다.
In the hybrid cascade refrigeration apparatus according to the present invention, the first internal heat exchanger is shared on the first pipe connected to the first receiver and the first expansion valve, and on the first pipe connected to the cascade heat exchanger and the first compressor. The first refrigerant in the high temperature and low pressure gas state passing through the cascade heat exchanger is overheated and the first refrigerant in the low temperature, high pressure liquid state passing through the first receiver passes and is supercooled.

이와 같은 본 발명에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치에서 상기 제2증발기와 제2압축기가 연결되는 제2배관 및, 상기 캐스케이드 열교환기와 제2수액기가 연결되는 제2배관 상에 제2내부 열교환기가 공유되게 설치되도록 하여, 상기 캐스케이드 열교환기를 통과한 저온고압 액체 상태의 제2냉매가 통과하여 과냉되고, 상기 제2증발기를 통과한 고온저압 기체 상태의 제2냉매가 통과하여 과열되는 제2내부 열교환기가 구비되는 것을 특징으로 한다.
In the hybrid cascade refrigeration apparatus according to the present invention, the second internal heat exchanger is shared on the second pipe connected to the second evaporator and the second compressor, and on the second pipe connected to the cascade heat exchanger and the second receiver. A second internal heat exchanger is installed such that the second refrigerant in the low temperature and high pressure liquid state passing through the cascade heat exchanger passes and is supercooled, and the second refrigerant in the high temperature and low pressure gas state passing through the second evaporator passes and overheats. It is characterized by.

이와 같은 본 발명에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치에서 상기 제2압축기의 입구측 제2배관과 상기 캐스케이드 열교환기의 입구측 제2배관을 연결하는 연결관이 구비되고, 상기 연결관에 연결되는 상기 제2압축기의 입구측 제2배관과 상기 제2압축기의 출구측 제2배관 및, 상기 연결관에 개폐밸브가 각각 설치되어, 상기 컨트롤러는 상기 연결관의 개폐밸브를 폐쇄하고, 상기 제2압축기의 입출구측 제2배관의 개폐밸브를 개방하여 저온냉동용 냉매회로를 동작시키고, 상기 연결관의 개폐밸브를 개방하고, 상기 제2압축기의 입출구측 제2배관의 개폐밸브를 폐쇄하여 고온냉동용 냉매회로를 동작시키는 것을 특징으로 한다.
The hybrid cascade refrigeration apparatus according to the present invention is provided with a connecting pipe for connecting the inlet-side second pipe of the second compressor and the inlet-side second pipe of the cascade heat exchanger, the first connected to the connection pipe The opening and closing valves are respectively provided at the inlet side second pipe of the compressor, the outlet side second pipe of the second compressor, and the connecting pipe, and the controller closes the opening and closing valve of the connecting pipe. Opening / closing valve of the inlet and outlet second pipe to operate the low temperature refrigeration refrigerant circuit, opening and closing valve of the connecting pipe, closing the on / off valve of the inlet and outlet second pipe of the second compressor to cool the high temperature freezing refrigerant It is characterized by operating the circuit.

본 발명에 의한 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치에 의하면, 자연냉매인 이산화탄소 냉매가 사용됨에 따라, 친환경성과 안정성의 향상이 도모되고, 이산화탄소 냉매의 증발 잠열이 이용됨에 따라, 냉동능력의 향상이 도모되는 효과가 있다. 이로써 대형 할인점이나 슈퍼마켓 등에서 사용되는 저온용 냉동장치의 효율향상과 에너지 절약이 가능하게 된다.According to the hybrid cascade refrigeration apparatus according to the present invention, as the carbon dioxide refrigerant which is a natural refrigerant is used, it is possible to improve the environment and stability, and as the latent heat of evaporation of the carbon dioxide refrigerant is used, it is possible to improve the freezing capacity. have. As a result, it is possible to improve the efficiency and energy saving of the low temperature refrigeration apparatus used in large discount stores or supermarkets.

이와 더불어 본 발명은 캐스케이드 냉동 방식을 통한 -25℃ 내지 -50℃ 온도범위의 저온냉동과 냉매액 순환식 냉동방식을 통한 0℃ 내지 -25℃ 온도범위의 고온냉동이 하나의 시스템에서 선택적으로 수행될 수 있어 다양한 온도범위에서 냉동되어야 하는 각종 냉동물품을 하나의 냉동장치만으로도 냉동시킬 수 있게 된다.
In addition, the present invention selectively performs the low temperature freezing of -25 ℃ to -50 ℃ temperature range through the cascade refrigeration method and the high temperature freezing of 0 ℃ to -25 ℃ temperature range through the refrigerant liquid circulation freezing method in one system It is possible to freeze various frozen articles that need to be frozen at various temperature ranges with only one freezing device.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치의 구성을 보여주기 위한 블록도;
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치의 저온냉동용 냉매회로를 보여주기 위한 도면;
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치의 고온냉동용 냉매회로를 보여주기 위한 도면이다.1 is a block diagram showing the configuration of a hybrid cascade refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention;
2 is a view showing a refrigerant circuit for low temperature freezing of a hybrid cascade refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention;
3 is a view showing a refrigerant circuit for high temperature freezing of the hybrid cascade refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면 도 1 내지 도 3에 의거하여 상세히 설명한다. 한편, 도면과 상세한 설명에서 일반적인 냉동장치, 캐스케이드 냉동장치, 압축기, 응축기, 증발기, 열교환기, 팽창밸브, 냉매 등으로부터 이 분야의 종사자들이 용이하게 알 수 있는 구성 및 작용에 대한 도시 및 언급은 간략히 하거나 생략하였다. 특히 도면의 도시 및 상세한 설명에 있어서 본 발명의 기술적 특징과 직접적으로 연관되지 않는 요소의 구체적인 기술적 구성 및 작용에 대한 상세한 설명 및 도시는 생략하고, 본 발명과 관련되는 기술적 구성만을 간략하게 도시하거나 설명하였다.
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 3. On the other hand, in the drawings and detailed description of the drawings and the description of the construction and operation easily understood by those skilled in the art from the general refrigeration unit, cascade refrigeration unit, compressor, condenser, evaporator, heat exchanger, expansion valve, refrigerant, etc. Or omitted. In the drawings and specification, there are shown in the drawings and will not be described in detail, and only the technical features related to the present invention are shown or described only briefly. Respectively.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치의 구성을 보여주기 위한 블록도이다.
1 is a block diagram showing the configuration of a hybrid cascade refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치(100)는 제1냉동모듈(20), 제2냉동모듈(40), 복수개의 개폐밸브(60), 컨트롤러(80)를 구비하여 이루어진다.
1, the hybrid cascade refrigeration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the first refrigeration module 20, the second refrigeration module 40, a plurality of on-off valves 60, the controller 80 It is provided with.

제1냉동모듈(20)은 제1압축기(21), 제1응축기(22), 제1팽창밸브(23), 증발기 기능을 수행하는 캐스케이드 열교환기(30)가 제1배관(26)을 통해 연결되어 제1냉매가 순환하는 것으로, 제1냉매로는 R404A, R407C, NH₃냉매 등이 사용될 수 있는데, 특히, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치(100)는 대체냉매인 R404A를 제1냉매로 사용하게 된다. 물론, 제1냉매로 사용되는 냉매의 종류는 이에 한정되지 않는다.The first refrigeration module 20 is the first compressor 21, the first condenser 22, the first expansion valve 23, the cascade heat exchanger 30 performing the function of the evaporator through the first pipe (26). As the first refrigerant is circulated, R404A, R407C, NH3 may be used as the first refrigerant. In particular, the hybrid cascade refrigerating apparatus 100 according to the embodiment of the present invention may replace R404A, which is an alternative refrigerant. It is used as the first refrigerant. Of course, the type of the refrigerant used as the first refrigerant is not limited thereto.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 제1냉동모듈(20)은 제1수액기(24)와 제1내부 열교환기(25)를 구비한다.Here, the first refrigeration module 20 according to the embodiment of the present invention includes a first receiver 24 and a first internal heat exchanger 25.

제1수액기(24)는 제1응축기(22)와 제1팽창밸브(23)가 연결되는 제1배관(26) 상에 설치되는 것으로, 액화된 제1냉매를 충전 보관하여 제1냉매의 원활한 순환을 유도하게 된다.The first receiver 24 is installed on the first pipe 26 to which the first condenser 22 and the first expansion valve 23 are connected. The first receiver 24 is filled with the liquefied first refrigerant to store the first refrigerant. This leads to a smooth circulation.

제1내부 열교환기(25)는 제1수액기(24)와 제1팽창밸브(23)가 연결되는 제1배관(26) 및, 캐스케이드 열교환기(30)와 제1압축기(21)가 연결되는 제1배관(26) 상에 공유되게 설치되는 것으로, 캐스케이드 열교환기(30)를 통과한 고온저압 기체 상태의 제1냉매가 통과하여 과열되도록 하고, 제1수액기(24)를 통과한 저온고압 액체 상태의 제1냉매가 통과하여 과냉되도록 한다.
The first internal heat exchanger 25 is connected to the first pipe 26 to which the first receiver 24 and the first expansion valve 23 are connected, and the cascade heat exchanger 30 and the first compressor 21 are connected to each other. It is installed to be shared on the first pipe 26 to be, the first refrigerant of the high temperature low pressure gas state passed through the cascade heat exchanger 30 to pass and overheat, the low temperature passed through the first receiver 24 The first refrigerant in the high pressure liquid state passes through to allow subcooling.

제2냉동모듈(40)은 제2압축기(41), 응축기 기능을 수행하는 캐스케이드 열교환기(30), 분기관에 병렬 배치되는 제2팽창밸브(42)와 액펌프(43), 제2증발기(44)가 제2배관(47)을 통해 연결되어 제2냉매가 순환하는 것으로, 제2증발기(44)를 통과하는 제2냉매에 의해 냉동이 이루어지게 된다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 제2냉매로는 이산화탄소(R744) 냉매가 사용된다. 물론, 제2냉매로는 이산화탄소(R744) 냉매 이외에 NH₃냉매나 R404A가 사용될 수 있으며, 제2냉매로 사용되는 냉매의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다.The second refrigeration module 40 includes a second compressor 41, a cascade heat exchanger 30 performing a condenser function, a second expansion valve 42 and a liquid pump 43, and a second evaporator disposed in parallel in a branch pipe. The 44 is connected through the second pipe 47 so that the second refrigerant circulates, and the freezing is performed by the second refrigerant passing through the second evaporator 44. Here, the carbon dioxide (R744) refrigerant is used as the second refrigerant according to the embodiment of the present invention. Of course, as the second refrigerant, NH 3 refrigerant or R404A may be used in addition to the carbon dioxide (R744) refrigerant, and the type of the refrigerant used as the second refrigerant is not limited thereto.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 제2냉동모듈(40)은 제2수액기(45)와 제2내부 열교환기(46)를 구비한다.Here, the second refrigeration module 40 according to the embodiment of the present invention includes a second receiver 45 and a second internal heat exchanger 46.

제2수액기(45)는 제2팽창밸브(42)와 액펌프(43)가 배치된 분기관(47a)이 캐스케이드 열교환기(30)에 연결되는 제2배관(47) 상에 설치되는 것으로, 액화된 제2냉매를 충전 보관하여 제2냉매의 원활한 순환을 유도하게 된다.The second receiver 45 is installed on the second pipe 47 where the branch pipe 47a in which the second expansion valve 42 and the liquid pump 43 are disposed is connected to the cascade heat exchanger 30. In addition, the liquefied second refrigerant is charged and stored to induce smooth circulation of the second refrigerant.

제2내부 열교환기(46)는 제2증발기(44)와 제2압축기(41)가 연결되는 제2배관(47) 및, 캐스케이드 열교환기(30)와 제2수액기(45)가 연결되는 제2배관(47) 상에 공유되게 설치되는 것으로, 캐스케이드 열교환기(30)를 통과한 저온고압 액체 상태의 제2냉매가 통과하여 과냉되도록 하고, 제2증발기(44)를 통과한 고온저압 기체 상태의 제2냉매가 통과하여 과열되도록 한다.
The second internal heat exchanger 46 has a second pipe 47 to which the second evaporator 44 and the second compressor 41 are connected, and the cascade heat exchanger 30 and the second receiver 45 are connected to each other. It is installed to be shared on the second pipe 47, the second refrigerant in the low-temperature high-pressure liquid state passed through the cascade heat exchanger 30 to pass through the supercooled, and the high-temperature low-pressure gas passed through the second evaporator 44 The second refrigerant in the state passes and overheats.

복수개의 개폐밸브(60)는 제2배관(47)의 설정된 지점들{분기관(47a), 연결관(47b), 제2압축기(41)의 입구측 배관, 제2압축기(41)의 출구측 배관}에 각각 설치되는 것으로, 복수개의 개폐밸브(60)는 설정된 패턴으로 개폐동작하여 제2냉매가 설정된 이동 경로를 따라 순환되도록 한다.
The plurality of on-off valves 60 are set points of the second pipe 47 (a branch pipe 47a, a connecting pipe 47b, an inlet pipe of the second compressor 41, an outlet of the second compressor 41). In each of the side pipes}, the plurality of on-off valves 60 are opened and closed in a set pattern so that the second refrigerant is circulated along the set movement path.

컨트롤러(80)는 개폐밸브(60)의 개폐를 제어하여 제2냉매의 이동 경로가 제어되도록 하는 것으로, 본 발명의 실시예에 따른 컨트롤러(80)는 개폐밸브의 개폐를 제어함으로써, 저온냉동용 냉매회로나 고온냉동용 냉매회로가 동작되도록 한다. 여기서, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치(100)는 저온냉동용 냉매회로를 통해서 -25℃에서 -50℃까지의 온도범위에서 냉동이 이루어지도록 하고, 고온냉동용 냉매회로를 통해서 0℃에서 -25℃까지의 온도범위에서 냉동이 이루어지도록 한다. 이와 같은 저온냉동용 냉매회로를 구현하는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치(100)는 F급 냉동창고, 진공 동결 건조기에 해당되는 기능을 수행할 수 있고, 고온냉동용 냉매회로를 구현하는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치(100)는 C급 냉동창고에 해당되는 기능을 수행할 수 있다.
The controller 80 controls the opening and closing of the opening and closing valve 60 to control the movement path of the second refrigerant. The controller 80 according to the embodiment of the present invention controls the opening and closing of the opening and closing valve for low temperature freezing. The refrigerant circuit or the refrigerant circuit for high temperature freezing is operated. Here, the hybrid cascade refrigeration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is to be frozen in the temperature range from -25 ℃ to -50 ℃ through a low temperature freezing refrigerant circuit, through a high temperature freezing refrigerant circuit Allow refrigeration at temperatures ranging from 0 ° C to -25 ° C. Hybrid cascade refrigeration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention for implementing the low-temperature refrigeration refrigerant circuit can perform a function corresponding to the F-class freezer, vacuum freeze dryer, and the high-temperature freezer refrigerant circuit Hybrid cascade refrigeration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention to implement can perform a function corresponding to the C-class refrigerated warehouse.

상기와 같이 구성되는 본 발명의 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치(100)는 제1냉동모듈(20)이 제2냉동모듈(40)의 제2냉매를 응축시키는 단순한 부스터 냉동사이클을 제공하도록 하여 제2냉동모듈(40)의 제2냉매를 통해 수행되는 냉동 능력을 향상시키게 된다.
The hybrid cascade refrigeration apparatus 100 of the present invention configured as described above allows the first refrigeration module 20 to provide a simple booster refrigeration cycle in which the second refrigeration of the second refrigeration module 40 is condensed. This improves the freezing capacity performed through the second refrigerant of the module 40.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치의 저온냉동용 냉매회로를 보여주기 위한 도면이다.
2 is a view showing a refrigerant circuit for low temperature freezing of a hybrid cascade refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치(100)를 통해 구현되는 저온냉동용 냉매회로는 제1압축기(21), 제1응축기(22), 제1팽창밸브(23), 캐스케이드 열교환기(30) 등을 제1냉매가 순차적으로 통과하고, 캐스케이드 열교환기(30), 제2팽창밸브(42), 제2증발기(44), 제2압축기(41) 등을 제2냉매가 순차적으로 통과하여, 제2증발기(44)에서 설정된 제1온도범위(-25℃에서 -50℃)의 냉동이 수행되도록 하는 냉매회로이다.2, the low-temperature freezing refrigerant circuit implemented through the hybrid cascade refrigeration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is the first compressor 21, the first condenser 22, the first expansion valve ( 23), the first refrigerant passes sequentially through the cascade heat exchanger (30), the cascade heat exchanger (30), the second expansion valve (42), the second evaporator (44), the second compressor (41), etc. The second refrigerant passes sequentially, the refrigerant circuit to perform the freezing of the first temperature range (-25 ℃ to -50 ℃) set in the second evaporator (44).

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치(100)의 제1냉동모듈(20)은 제1수액기(24)와 제1팽창밸브(23)를 연결하는 제1배관(26) 상에 제1내부 열교환기(25)가 배치되도록 하는데, 이와 동시에 캐스케이드 열교환기(30)와 제1열교환기(21)를 연결하는 제1배관(26)이 제1내부 열교환기(25)를 통과하도록 한다.
Here, the first refrigeration module 20 of the hybrid cascade refrigeration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention is the first pipe 26 connecting the first receiver 24 and the first expansion valve 23. The first internal heat exchanger 25 is disposed on the first pipe, and at the same time, the first pipe 26 connecting the cascade heat exchanger 30 and the first heat exchanger 21 to the first internal heat exchanger 25. Pass it through.

그리고, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치(100)의 제2냉동모듈(40)은 캐스케이드 열교환기(30)와 제2수액기(45)를 연결하는 제2배관(47) 상에 제2내부 열교환기(46)가 배치되도록 하는데, 이와 동시에 제2증발기(44)와 제2압축기(41)를 연결하는 제2배관(47)이 제2내부 열교환기(46)를 통과하도록 한다.The second refrigeration module 40 of the hybrid cascade refrigeration apparatus 100 according to the embodiment of the present invention is on the second pipe 47 connecting the cascade heat exchanger 30 and the second receiver 45. The second internal heat exchanger 46 is disposed at the same time, and at the same time, the second pipe 47 connecting the second evaporator 44 and the second compressor 41 passes through the second internal heat exchanger 46. do.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 제2냉동모듈(40)은 제2압축기(41)의 입구측 제2배관(47)과 캐스케이드 열교환기(30)의 입구측 제2배관(47)을 연결하는 연결관(47b)을 형성시킨다. 여기서, 연결관(47b)에는 개폐밸브(60)가 설치된다. 이와 더불어 연결관(47b)과 연결되는 제2압축기(41)의 입구측 제2배관(47)과 출구측 제2배관(47)에도 개폐밸브(60)가 각각 설치된다.
In addition, the second refrigeration module 40 according to the embodiment of the present invention connects the inlet-side second pipe 47 of the second compressor 41 and the inlet-side second pipe 47 of the cascade heat exchanger 30. The connecting pipe 47b is formed. Here, the opening and closing valve 60 is installed in the connecting pipe 47b. In addition, the opening and closing valves 60 are also provided at the inlet side second pipe 47 and the outlet side second pipe 47 of the second compressor 41 connected to the connection pipe 47b, respectively.

컨트롤러(80)는 저온냉동회로 제어를 위하여 제2냉동모듈(40)의 연결관(47b)에 설치된 개폐밸브(60)를 폐쇄하고, 제2압축기(41) 입구측 제2배관(47)의 개폐밸브(60)와 제2압축기(41) 출구측 제2배관(47)의 개폐밸브(60)를 개방하게 된다. 또한, 컨트롤러(80)는 액펌프(43)가 배치된 분기관(47a)의 개폐밸브(60)를 폐쇄하고, 제2팽창밸브(42)가 배치된 분기관(47a)의 개폐밸브(60)를 개방하게 된다.The controller 80 closes the opening / closing valve 60 installed in the connection pipe 47b of the second refrigeration module 40 to control the low temperature freezing circuit, and closes the second pipe 47 of the inlet side of the second compressor 41. The on / off valve 60 of the on / off valve 60 and the second compressor 47 on the outlet side of the second compressor 41 are opened. In addition, the controller 80 closes the opening / closing valve 60 of the branch pipe 47a on which the liquid pump 43 is disposed, and opens / closes valve 60 of the branch pipe 47a on which the second expansion valve 42 is disposed. ) Will open.

상기와 같은 각 개폐밸브(60)의 개폐동작에 따라, 저온냉동용 냉매회로가 동작된다.
In accordance with the opening and closing operation of each open and close valve 60 as described above, the low-temperature freezing refrigerant circuit is operated.

상기와 같이 구현되는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치(100)의 저온냉동용 냉매회로는 제1냉매가 제1압축기(21), 제1유분리기(27b), 제1응축기(22),제1수액기(24), 제1내부 열교환기(25), 제1팽창밸브(23), 캐스케이드 열교환기(30), 제1내부 열교환기(25), 제1기액분리기(27a), 제1압축기(21)를 순차적으로 통과하며 순환하도록 하고, 제2냉매가 제2수액기(45), 분기관(47a)의 제2팽창밸브(42), 제2증발기(44), 제2내부 열교환기(46), 제2기액분리기(48a), 제2압축기(41), 제2유분리기(48b), 캐스케이드 열교환기(30), 제2내부 열교환기(46), 제2수액기(45)를 순차적으로 통과하며 순환하도록 하는데, 캐스케이드 열교환기(30)에서 제1냉매에 의해 제2냉매가 응축됨에 따라 제2냉매가 제2증발기(44)에서 -25℃에서 -50℃온도범위의 저온냉동을 수행하게 된다. 여기서, 제1냉매와 제2순환의 이동경로는 도 2에 굵은 선으로 도시되어 있다.In the low-temperature freezing refrigerant circuit of the hybrid cascade refrigeration apparatus 100 according to the embodiment of the present invention implemented as described above, the first refrigerant is the first compressor 21, the first oil separator 27b, and the first condenser ( 22, the first receiver 24, the first internal heat exchanger 25, the first expansion valve 23, the cascade heat exchanger 30, the first internal heat exchanger 25, the first gas liquid separator 27a ), The first compressor (21) to sequentially pass through the circulation, and the second refrigerant is the second receiver 45, the second expansion valve 42 of the branch pipe (47a), the second evaporator (44), Second internal heat exchanger 46, second gas-liquid separator 48a, second compressor 41, second oil separator 48b, cascade heat exchanger 30, second internal heat exchanger 46, second In order to circulate sequentially through the receiver 45, the second refrigerant is condensed by the first refrigerant in the cascade heat exchanger 30, the second refrigerant is -50 to -50 ℃ in the second evaporator (44) Low temperature freezing in the temperature range of ℃. Here, the moving paths of the first refrigerant and the second circulation are shown in bold lines in FIG. 2.

특히, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치(100)는 제1내부 열교환기(25)와 제2내부 열교환기(46)가 제1냉동모듈(20)과 제2냉동모듈(40)에 각각 구비되는데, 캐스케이드 열교환기(30)를 통과한 고온저압 기체 상태의 제1냉매가 제1내부 열교환기(25)를 통과하여 과열되고, 제1수액기(24)를 통과한 저온고압 액체 상태의 제1냉매가 제1내부 열교환기(25)를 통과하여 과냉되는 한편, 캐스케이드 열교환기(30)를 통과한 저온고압 액체 상태의 제2냉매가 제2내부 열교환기(46)를 통과하여 과냉되도록 하고, 제2증발기(44)를 통과한 고온저압 기체 상태의 제2냉매가 제2내부 열교환기(46)를 통과하여 과열됨에 따라, 냉동능력의 향상을 도모할 수 있게 된다.
In particular, in the hybrid cascade refrigeration apparatus 100 according to the embodiment of the present invention, the first internal heat exchanger 25 and the second internal heat exchanger 46 include the first refrigeration module 20 and the second refrigeration module 40. The first refrigerant of the high temperature low pressure gas state passing through the cascade heat exchanger 30 is overheated by passing through the first internal heat exchanger 25, and the low temperature high pressure passed through the first receiver 24. While the first refrigerant in the liquid state is subcooled through the first internal heat exchanger 25, the second refrigerant in the low temperature and high pressure liquid state passing through the cascade heat exchanger 30 passes through the second internal heat exchanger 46. And the second refrigerant having a high temperature and low pressure gas state having passed through the second evaporator 44 is overheated through the second internal heat exchanger 46, thereby improving the refrigerating capacity.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치의 고온냉동용 냉매회로를 보여주기 위한 도면이다.
3 is a view showing a refrigerant circuit for high temperature freezing of the hybrid cascade refrigeration apparatus according to an embodiment of the present invention.

도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치(100)를 통해 구현되는 고온냉동용 냉매회로는 제1압축기(21), 제1응축기(22), 제1팽창밸브(23), 캐스케이드 열교환기(30) 등을 제1냉매가 순차적으로 통과하고, 캐스케이드 열교환기(30), 액펌프(43), 제2증발기(44) 등을 제2냉매가 순차적으로 통과하여, 제2증발기(44)에서 설정된 제2온도범위(0℃에서 -25℃)의 냉동이 수행되도록 하는 냉매회로이다.Referring to Figure 3, the high temperature freezing refrigerant circuit implemented through the hybrid cascade refrigeration apparatus 100 according to an embodiment of the present invention, the first compressor 21, the first condenser 22, the first expansion valve ( 23), the first refrigerant passes through the cascade heat exchanger 30, etc. sequentially, the second refrigerant passes through the cascade heat exchanger 30, the liquid pump 43, the second evaporator 44, etc. sequentially, It is a refrigerant circuit for performing the refrigeration of the second temperature range (0 ℃ to -25 ℃) set in the second evaporator (44).

여기서, 고온냉동용 냉매회로를 구현하는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치(100)의 컨트롤러(80)는 연결관(47b)의 개폐밸브(60)를 개방하고, 제2압축기(41) 입구측 제2배관(47)의 개폐밸브(60)와 제2압축기(41) 출구측 제2배관(47)의 개폐밸브(60)를 폐쇄하게 된다. 또한, 컨트롤러(80)는 액펌프(43)가 배치된 분기관(47a)의 개폐밸브(60)를 개방하고, 제2팽창밸브(42)가 배치된 분기관(47a)의 개폐밸브(60)를 폐쇄하게 된다.Here, the controller 80 of the hybrid cascade refrigeration apparatus 100 according to the embodiment of the present invention for implementing a high-temperature refrigeration refrigerant circuit opens the on-off valve 60 of the connecting pipe 47b, the second compressor ( 41) The on-off valve 60 of the inlet side second pipe 47 and the on-off valve 60 of the second compressor 47 on the outlet side of the second compressor 41 are closed. In addition, the controller 80 opens and closes the valve 60 of the branch pipe 47a on which the liquid pump 43 is disposed, and opens and closes the valve 60 of the branch pipe 47a on which the second expansion valve 42 is disposed. ) Will be closed.

상기와 같은 각 개폐밸브(60)의 개폐동작에 따라, 고온냉동용 냉매회로가 동작된다.
In accordance with the opening and closing operation of each open and close valve 60 as described above, the refrigerant circuit for high temperature freezing is operated.

상기와 같이 구현되는 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치(100)의 고온냉동용 냉매회로는 제1냉매가 제1압축기(21), 제1유분리기(27b), 제1응축기(22), 제1수액기(24), 제1내부 열교환기(25), 제1팽창밸브(23), 캐스케이드 열교환기(30), 제1내부 열교환기(25), 제1기액분리기(27a), 제1압축기(21)를 순차적으로 통과하며 순환하도록 하고, 제2냉매가 제2수액기(45), 분기관(47a)의 액펌프(43), 제2증발기(44), 연결관(47b), 캐스케이드 열교환기(30), 제2내부 열교환기(46), 제2수액기(45)를 순차적으로 통과하며 순환하도록 하는데, 캐스케이드 열교환기(30)에서 제1냉매에 의해 제2냉매가 응축됨에 따라 제2냉매가 제2증발기(44)에서 0℃에서 -25℃온도범위의 고온냉동을 수행하게 된다. 여기서, 제1냉매와 제2순환의 이동경로는 도 3에 굵은 선으로 도시되어 있다.
In the high temperature freezing refrigerant circuit of the hybrid cascade refrigeration apparatus 100 according to the embodiment of the present invention implemented as described above, the first refrigerant is the first compressor 21, the first oil separator 27b, and the first condenser ( 22, the first receiver 24, the first internal heat exchanger 25, the first expansion valve 23, the cascade heat exchanger 30, the first internal heat exchanger 25, the first gas liquid separator 27a ), The first compressor (21) to sequentially pass through the circulation, and the second refrigerant is the second receiver 45, the liquid pump 43 of the branch pipe (47a), the second evaporator 44, the connecting pipe 47b, the cascade heat exchanger 30, the second internal heat exchanger 46, and the second receiver 45 are sequentially circulated through the first refrigerant in the cascade heat exchanger 30. As the refrigerant is condensed, the second refrigerant performs high temperature freezing at a temperature ranging from 0 ° C. to −25 ° C. in the second evaporator 44. Here, the movement paths of the first refrigerant and the second circulation are shown in bold lines in FIG. 3.

상술한 바와 같은, 본 발명의 실시예에 따른 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
As described above, the hybrid cascade refrigeration apparatus according to the embodiment of the present invention is shown in accordance with the above description and drawings, but this is merely described, for example, and various changes and modifications without departing from the technical spirit of the present invention. It will be appreciated by those skilled in the art that this is possible.

20 : 제1냉동모듈 21 : 제1압축기
22 : 제1응축기 23 : 제1팽창밸브
24 : 제1수액기 25 : 제1내부 열교환기
26 : 제1배관 27a : 제1기액분리기
27b : 제1유분리기 30 : 캐스케이드 열교환기
40 : 제2냉동모듈 41 : 제2압축기
42 : 제2팽창밸브 43 : 액펌프
44 : 제2증발기 45 : 제2수액기
46 : 제2내부 열교환기 47 : 제2배관
47a : 분기관 47b : 연결관
48a : 제2기액분리기 48b : 제2유분리기
60 : 개폐밸브 80 : 컨트롤러
100 : 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치20: first refrigeration module 21: the first compressor
22: first condenser 23: first expansion valve
24: first receiver 25: first internal heat exchanger
26: first pipe 27a: first gas liquid separator
27b: first oil separator 30: cascade heat exchanger
40: second refrigeration module 41: second compressor
42: second expansion valve 43: liquid pump
44: second evaporator 45: second receiver
46: second internal heat exchanger 47: second piping
47a: branch pipe 47b: connector
48a: 2nd gas-liquid separator 48b: 2nd oil-separator
60: on-off valve 80: controller
100: hybrid cascade refrigeration unit

Claims (8)

제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브, 캐스케이드 열교환기가 제1배관을 통해 연결되어 제1냉매가 순환하되, 상기 제1응축기와 제1팽창밸브가 연결되는 제1배관 상에 제1수액기가 설치되도록 하고, 상기 제1수액기와 제1팽창밸브가 연결되는 제1배관 및, 상기 캐스케이드 열교환기와 제1압축기가 연결되는 제1배관 상에 제1내부 열교환기가 공유되게 설치되도록 하여 상기 캐스케이드 열교환기를 통과한 고온저압 기체 상태의 제1냉매가 통과하여 과열되고, 상기 제1수액기를 통과한 저온고압 액체 상태의 제1냉매가 통과하여 과냉되는 제1냉동모듈과;
제2압축기, 응축기 기능을 수행하는 상기 캐스케이드 열교환기, 분기관에 병렬 배치되는 제2팽창밸브와 액펌프, 제2증발기가 제2배관을 통해 연결되어 제2냉매가 순환하고, 상기 제2증발기를 통과하는 상기 제2냉매에 의해 냉동이 이루어지되, 상기 캐스케이드 열교환기와 분기관이 서로 연결되는 제2배관 상에 제2수액기가 설치되도록 하고, 상기 제2증발기와 제2압축기가 연결되는 제2배관 및, 상기 캐스케이드 열교환기와 제2수액기가 연결되는 제2배관 상에 제2내부 열교환기가 공유되게 설치되도록 하여 상기 캐스케이드 열교환기를 통과한 저온고압 액체 상태의 제2냉매가 통과하여 과냉되고, 상기 제2증발기를 통과한 고온저압 기체 상태의 제2냉매가 통과하여 과열되는 제2내부 열교환기가 구비되는 제2냉동모듈과;
상기 제2배관의 설정된 지점들에 각각 설치되는 복수개의 개폐밸브와;
상기 개폐밸브의 개폐 제어를 통해 상기 제2냉매의 이동 경로가 제어되도록 하여 저온냉동용 냉매회로와 고온냉동용 냉매회로 중에서 선택된 어느 하나가 동작하도록 하되, 상기 저온냉동용 냉매회로는 상기 제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브, 캐스케이드 열교환기를 제1냉매가 순차적으로 통과하고, 상기 캐스케이드 열교환기, 제2팽창밸브, 제2증발기, 제2압축기를 제2냉매가 순차적으로 통과하여 상기 제2증발기에서 설정된 제1온도범위의 냉동이 수행되도록 하는 냉매회로이고, 상기 고온냉동용 냉매회로는 상기 제1압축기, 제1응축기, 제1팽창밸브, 캐스케이드 열교환기를 제1냉매가 순차적으로 통과하고, 상기 캐스케이드 열교환기, 액펌프, 제2증발기를 제2냉매가 순차적으로 통과하여 제2증발기에서 설정된 제2온도범위의 냉동이 수행되도록 하는 냉매회로인 컨트롤러를 포함하되,
상기 제2압축기의 입구측 제2배관과 상기 캐스케이드 열교환기의 입구측 제2배관을 연결하는 연결관이 구비되고,
상기 연결관에 연결되는 상기 제2압축기의 입구측 제2배관, 상기 제2압축기의 출구측 제2배관, 상기 연결관, 상기 액펌프가 배치된 분기관, 상기 제2팽창밸브가 배치된 분기관에 개폐밸브가 각각 설치되어,
상기 컨트롤러는 상기 연결관의 개폐밸브를 폐쇄하고, 상기 제2압축기의 입출구측 제2배관의 개폐밸브를 개방하며, 상기 액펌프가 배치된 분기관의 개폐밸브를 폐쇄하고, 상기 제2팽창밸브가 배치된 분기관의 개폐밸브를 개방하여 저온냉동용 냉매회로를 동작시키고, 상기 연결관의 개폐밸브를 개방하고, 상기 제2압축기의 입출구측 제2배관의 개폐밸브를 폐쇄하며, 상기 액펌프가 배치된 분기관의 개폐밸브를 개방하고, 상기 제2팽창밸브가 배치된 분기관의 개폐밸브를 폐쇄하여 고온냉동용 냉매회로를 동작시키는 것을 특징으로 하는 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치.The first compressor, the first condenser, the first expansion valve, the cascade heat exchanger is connected through the first pipe to circulate the first refrigerant, the first fluid on the first pipe connected to the first condenser and the first expansion valve And a first internal heat exchanger is shared on the first pipe connected to the first receiver and the first expansion valve, and the first pipe connected to the cascade heat exchanger and the first compressor to exchange the cascade heat exchanger. A first refrigeration module through which the first refrigerant of a high temperature and low pressure gas state passes and is overheated, and a first refrigerant of a low temperature and high pressure liquid state passing through the first receiver passes and is supercooled;
A second compressor, the cascade heat exchanger performing a condenser function, a second expansion valve and a liquid pump, and a second evaporator arranged in parallel to the branch pipe is connected through a second pipe, the second refrigerant circulates, the second evaporator Refrigeration is performed by the second refrigerant passing through the second refrigerant, and the second receiver is installed on the second pipe connecting the cascade heat exchanger and the branch pipe to each other, and the second evaporator and the second compressor are connected to each other. The second internal heat exchanger is shared to be installed on the pipe and the second pipe connected to the cascade heat exchanger and the second receiver so that the second refrigerant of the low temperature and high pressure liquid state passing through the cascade heat exchanger passes and is supercooled. A second refrigeration module having a second internal heat exchanger through which a second refrigerant of a high temperature and low pressure gas state having passed through an evaporator passes and is overheated;
A plurality of on / off valves respectively installed at predetermined points of the second pipe;
By controlling the opening and closing of the on-off valve to control the movement path of the second refrigerant to operate any one selected from the low-temperature cooling refrigerant circuit and the high-temperature cooling refrigerant circuit, wherein the low-temperature cooling refrigerant circuit is the first compressor The first refrigerant passes sequentially through the first condenser, the first expansion valve, and the cascade heat exchanger, and the second refrigerant passes sequentially through the cascade heat exchanger, the second expansion valve, the second evaporator, and the second compressor. 2 is a refrigerant circuit for performing a refrigeration of the first temperature range set in the evaporator, wherein the high temperature freezing refrigerant circuit is a first refrigerant passes through the first compressor, the first condenser, the first expansion valve, the cascade heat exchanger sequentially The cascade heat exchanger, the liquid pump, and the second evaporator sequentially pass through a second refrigerant so that refrigeration of the second temperature range set in the second evaporator is performed. Including a controller that is a refrigerant circuit,
A connection pipe connecting the inlet-side second pipe of the second compressor and the inlet-side second pipe of the cascade heat exchanger,
The second inlet of the second compressor connected to the connecting pipe, the second pipe of the outlet side of the second compressor, the connecting pipe, the branch pipe in which the liquid pump is disposed, the second expansion valve is disposed On-off valves are installed in the engine,
The controller closes the open / close valve of the connecting pipe, opens and closes the open / close valve of the second pipe of the inlet / outlet side of the second compressor, closes the open / close valve of the branch pipe in which the liquid pump is disposed, and the second expansion valve. The on-off valve of the branch pipe in which the valve is arranged to operate the low-temperature freezing refrigerant circuit, open the on-off valve of the connecting pipe, close the on / off valve of the second pipe of the inlet / outlet side of the second compressor, and the liquid pump And opening and closing the valve of the branch pipe in which the second expansion valve is disposed, and closing the opening and closing valve of the branch pipe in which the second expansion valve is disposed to operate the refrigerant circuit for high temperature freezing. 삭제delete 제 1항에 있어서,
상기 제2냉매는 이산화탄소(R744) 냉매, NH₃냉매, R404A 군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치.The method of claim 1,
The second refrigerant is a hybrid cascade refrigeration apparatus, characterized in that any one selected from the group of carbon dioxide (R744), NH₃ refrigerant, R404A. 제 3항에 있어서,
상기 제1냉매는 R404A, R407C, NH₃냉매 군 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 하이브리드형 캐스케이드 냉동장치.The method of claim 3, wherein
The first refrigerant is a hybrid cascade refrigeration apparatus, characterized in that any one selected from R404A, R407C, NH₃ refrigerant group. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete
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