KR101329345B1 - 극저온 냉동고 - Google Patents

Abstract

본 발명은 극저온 냉동고에 관한 것으로서, 온고압으로 압축시키는 2중 압축기와, 상기 고온고압의 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리시키는 복수의 기액분리기와, 상기 기액분리기의 액상냉매가 팽창 분사되어 저온저압 상태로 공급되고 상기 기상냉매는 상기 액상냉매와 열교환되어 응축된 후 다음 단계의 기액분리기로 공급되도록 하는 복수의 열교환기와, 상기 최종 기액분리기에서 공급되어 최종 열교환기를 거쳐 응축된 냉매를 팽창시켜 극저온의 냉기를 얻는 증발기와, 상기 증발기를 거친 냉매가 상기 압축기로 회수되도록 하는 냉매회수유로를 포함하는 구성으로 되어 있다.
따라서, 냉동사이클의 압축기를 2중으로 구성하여 압축기 이상 발생에 신속하게 대응할 수 있도록 함은 물론 초기 가동시나 급속 냉동시에는 압축기의 가동을 2중으로 분담하여 압축기에 대한 과부하를 방지할 수 있도록 하고, 또한, 압축기의 유입측유로와 토출측유로 사이에 바이패스유로 및 바이패스밸브를 마련하여 상기 유로들의 균일압 조정이 가능하도록 하여 압축기의 초기 가동시의 토출측유로에 대한 과부하를 방지할 수 있게 되며, 또한, 상기 2중 압축기 구조 및 바이패스 구조를 통해 압축기를 순차적으로 경부하 기동시킬 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

Description

극저온 냉동고{Extremely low temperature freezer}

본 발명은 극저온 냉동고에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉동사이클의 압축기를 2중으로 구성하여 압축기 이상 발생에 신속하게 대응할 수 있도록 함은 물론 초기 가동시나 급속 냉동시에는 압축기의 가동을 2중으로 분담하여 압축기에 대한 과부하를 방지할 수 있도록 하고, 또한, 압축기의 유입측유로와 토출측유로 사이에 바이패스유로 및 바이패스밸브를 마련하여 상기 유로들의 균일압 조정이 가능하도록 하여 압축기의 초기 가동시의 토출측유로에 대한 과부하를 방지할 수 있게 되는 극저온 냉동고에 관한 것이다.

일반적으로 극저온 냉동고라 함은 냉매를 다단으로 열교환시켜 극저온의 냉기를 얻을 수 있도록 하는 장치를 말한다.

일례로 종래기술의 극저온 냉동고에 대해 개략적으로 살펴보면, 도 1에서 나타낸 것과 같이, 냉매를 고온고압으로 압축시키는 압축기(5)와, 상기 고온고압의 냉매를 응축시키는 응축기(20)와, 상기 응축된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리시키는 복수의 기액분리기(31,32)와, 상기 기액분리기(31)의 액상냉매가 팽창 분사되어 저온저압 상태로 공급되고 상기 기상냉매는 상기 액상냉매와 열교환되어 응축된 후 다음 단계의 기액분리기(32)로 공급되도록 하는 복수의 열교환기(41,42)와, 상기 최종 기액분리기(32)에서 공급되어 최종 열교환기(42)를 거쳐 응축된 냉매를 팽창시켜 극저온의 냉기를 얻는 증발기(50)와, 상기 증발기(50)를 거친 냉매가 상기 압축기(5)로 회수되도록 하는 냉매회수유로(60)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

여기서, 상기 기액분리기(31,32)와 열교환기(41,42)는 각각 2단으로 구성되되, 상기 응축기(20)에서 응축된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리시키는 제1기액분리기(31)와, 상기 제1기액분리기(31)의 액상냉매가 팽창밸브(31a)를 통해 팽창 분사되어 저온저압 상태로 공급되고 상기 기상냉매는 상기 액상냉매와 열교환되어 응축된 후 다음 단계로 공급되도록 하는 제1열교환기(41)와, 상기 제1열교환기(41)에서 응축되어 다음 단계로 공급된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리시키는 제2기액분리기(32) 및 상기 제2기액분리기(32)의 액상냉매가 팽창밸브(32a)를 통해 팽창 분사되어 저온저압 상태로 공급되고 상기 기상냉매는 상기 액상냉매와 열교환되어 응축된 후 상기 증발기(50)로 공급되도록 하는 제2열교환기(42)를 통해 소정의 극저온 냉기를 얻을 수 있도록 되어 있다.

그러나, 이러한 종래 기술의 극저온 냉동고는 압축기가 단일 구성으로 되어 있기 때문에 압축기에 이상이 발생하게 되면 곧바로 냉동사이클을 정지시켜야 되는 문제점을 갖고 있었다.

그리고, 단일 압축기의 경우 초기 작동시나 급속 냉동시에 압축기로의 과부하가 걸리는 것이 방지하지 못하게 되는 등의 문제점을 갖고 있었다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 냉동사이클의 압축기를 2중으로 구성하여 압축기 이상 발생에 신속하게 대응할 수 있도록 함은 물론 초기 가동시나 급속 냉동시에는 압축기의 가동을 2중으로 분담하여 압축기에 대한 과부하를 방지할 수 있도록 하는 극저온 냉동고를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 압축기의 유입측유로와 토출측유로 사이에 바이패스유로 및 바이패스밸브를 마련하여 상기 유로들의 균일압 조정이 가능하도록 하여 압축기의 초기 가동시의 토출측유로에 대한 과부하를 방지할 수 있게 되는 극저온 냉동고를 제공하는데 다른 목적이 있다.

이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉동고는 냉매를 고온고압으로 압축시키는 압축기; 상기 고온고압의 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리시키는 복수의 기액분리기; 상기 기액분리기의 액상냉매가 팽창 분사되어 저온저압 상태로 공급되고 상기 기상냉매는 상기 액상냉매와 열교환되어 응축된 후 다음 단계의 기액분리기로 공급되도록 하는 복수의 열교환기; 상기 최종 기액분리기에서 공급되어 최종 열교환기를 거쳐 응축된 냉매를 팽창시켜 극저온의 냉기를 얻는 증발기; 상기 증발기를 거친 냉매가 상기 압축기로 회수되도록 하는 냉매회수유로를 포함하여 구성되는 극저온 냉동고에 있어서, 상기 압축기는 2중 압축기로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉동고에 있어서, 상기 압축기들은 각각 증발기를 거친 냉매가 상기 각각의 압축기로 유입되는 유입측유로와, 상기 각각의 압축기에서 상기 응축기로 압축 냉매가 공급되도록 하는 토출측유로가 마련되되, 상기 각각의 유입측유로와 토출측유로 사이에는 이들 유로를 직접 연결하는 바이패스유로 및 상기 바이패스유로 상에 배치되어 냉매의 흐름을 온/오프 단속하는 바이패스밸브가 각각 구비된 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉동고에 있어서, 상기 압축기들의 각 유입측유로 및 토출측유로의 일측부에 이들 유로를 착탈 가능하게 연결시키는 조인트가 더 구비된 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉동고에 있어서, 상기 조인트의 인접 유로 상에 상기 압축기가 작동되지 않을 경우 냉매 유입을 차단하기 위한 차단밸브가 각각 마련된 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉동고에 있어서, 상기 기액분리기와 열교환기는 각각 2단으로 구성되되, 상기 응축기에서 응축된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리시키는 제1기액분리기; 상기 제1기액분리기의 액상냉매가 팽창밸브를 통해 팽창 분사되어 저온저압 상태로 공급되고 상기 기상냉매는 상기 액상냉매와 열교환되어 응축된 후 다음 단계로 공급되도록 하는 제1열교환기; 상기 제1열교환기에서 응축되어 다음 단계로 공급된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리시키는 제2기액분리기; 및 상기 제2기액분리기의 액상냉매가 팽창밸브를 통해 팽창 분사되어 저온저압 상태로 공급되고 상기 기상냉매는 상기 액상냉매와 열교환되어 응축된 후 상기 증발기로 공급되도록 하는 제2열교환기를 포함하여 구성된 것일 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉동고에 있어서, 상기 냉매회수유로는 증발기에서 압축기로 회수되는 동안 상기 복수의 열교환기들을 역순차적으로 거친 후 상기 압축기로 회수되도록 하는 것일 수 있다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 극저온 냉동고는 냉동사이클의 압축기를 2중으로 구성하여 압축기 이상 발생에 신속하게 대응할 수 있도록 함은 물론 초기 가동시나 급속 냉동시에는 압축기의 가동을 2중으로 분담하여 압축기에 대한 과부하를 방지할 수 있도록 하는 등의 효과를 얻는다.

또한, 압축기의 유입측유로와 토출측유로 사이에 바이패스유로 및 바이패스밸브를 마련하여 상기 유로들의 균일압 조정이 가능하도록 하여 압축기의 초기 가동시의 토출측유로에 대한 과부하를 방지할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

이와 더불어, 상기 2중 압축기 구조 및 바이패스 구조를 통해 압축기를 순차적으로 경부하 기동시킬 수 있게 되고, 또한, 저전압으로 인한 압축기의 기동불량을 개선할 수 있게 되며, 압축기 기동시 굉음을 방지할 수 있게 되고, 또한, 압축기 기동전류를 줄여 수명을 연장하여 절전효과를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 극저온 냉동고를 나타낸 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉동고를 나타낸 회로도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 극저온 냉동고는 냉매를 고온고압으로 압축시키는 2중 압축기(11,12)와, 상기 고온고압의 냉매를 응축시키는 응축기(20)와, 상기 응축된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리시키는 복수의 기액분리기(31,32)와, 상기 기액분리기(31)의 액상냉매가 팽창 분사되어 저온저압 상태로 공급되고 상기 기상냉매는 상기 액상냉매와 열교환되어 응축된 후 다음 단계의 기액분리기(32)로 공급되도록 하는 복수의 열교환기(41,42)와, 상기 최종 기액분리기(32)에서 공급되어 최종 열교환기(42)를 거쳐 응축된 냉매를 팽창시켜 극저온의 냉기를 얻는 증발기(50)와, 상기 증발기(50)를 거친 냉매가 상기 압축기(11,12)로 회수되도록 하는 냉매회수유로(60)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

그리고, 상기 압축기(11,12)들은 각각 증발기(50)를 거친 냉매가 상기 각각의 압축기(11,12)로 유입되는 유입측유로(11a,12a)와, 상기 각각의 압축기(11,12)에서 상기 응축기(20)로 압축 냉매가 공급되도록 하는 토출측유로(11b,12b)가 마련되어 있다.

그리고, 상기 각각의 유입측유로(11a,12a)와 토출측유로(11b,12b) 사이에는 이들 유로(11a,12a,11b,12b)를 직접 연결하는 바이패스유로(11c,12c) 및 상기 바이패스유로(11c,12c) 상에 배치되어 냉매의 흐름을 온/오프 단속하는 바이패스밸브(70)가 각각 구비되어 있다.

그리고, 상기 압축기들(11,12)의 각 유입측유로(11a,12a) 및 토출측유로(11b,12b)의 일측부에 이들 유로(11a,12a,11b,12b)를 착탈 가능하게 연결시키는 조인트(80)가 마련되어 있다.

그리고, 상기 유입측유로(11a,12a)의 조인트(80)의 인접 유로 상에 상기 압축기(11,12)가 작동되지 않을 경우 냉매 유입을 차단하기 위한 차단밸브(81)가 각각 마련되어 있다.

한편, 상기 기액분리기(31,32)와 열교환기(41,42)는 각각 2단으로 구성되되, 상기 응축기(20)에서 응축된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리시키는 제1기액분리기(31)와, 상기 제1기액분리기(31)의 액상냉매가 팽창밸브(31a)를 통해 팽창 분사되어 저온저압 상태로 공급되고 상기 기상냉매는 상기 액상냉매와 열교환되어 응축된 후 다음 단계로 공급되도록 하는 제1열교환기(41)와, 상기 제1열교환기(41)에서 응축되어 다음 단계로 공급된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리시키는 제2기액분리기(32) 및 상기 제2기액분리기(32)의 액상냉매가 팽창밸브(32a)를 통해 팽창 분사되어 저온저압 상태로 공급되고 상기 기상냉매는 상기 액상냉매와 열교환되어 응축된 후 상기 증발기(50)로 공급되도록 하는 제2열교환기(42)를 포함하여 구성된다.

그리고, 상기 냉매회수유로(60)는 증발기(50)에서 압축기(11,12)로 회수되는 동안 상기 복수의 열교환기(41,42)들을 역순차적으로 거친 후 상기 압축기(11,12)로 회수되도록 하는 구조로 되어 있다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 일 실시예인 극저온 냉동고의 작동 상태를 살펴보면, 우선 정상운전시 2대의 압축기(11,12) 중 어느 하나의 압축기(11)만 가동시켜 발생된 고온고압의 냉매를 응축기(20)에서 중온고압 상태로 응축시켜 된 혼합냉매는 제1기액분리기(31)로 이송되어 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리된다.

그런 다음, 상기 제1기액분리기(31)의 액상냉매는 팽창밸브(31a)를 통해 팽창 분사되어 저온저압 상태로 상기 제1열교환기(41)로 공급되는 동시에 상기 기상냉매도 상기 제1열교환기(41)로 공급되어 상기 액상냉매와 열교환되어서 응축된 후 다음 단계로 공급된다.

이때, 상기 제1열교환기(41)에서는 팽창된 액상냉매가 기상냉매를 대략 -20도 정도로 냉각시킨 후 냉매회수유로(60)를 통해 압축기(11)로 복귀된다.

계속해서, 상기 제1열교환기(41)에서 응축되어 다음 단계로 공급된 혼합냉매는 다시 제2기액분리기(32)에서 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리된 후 상기 제2기액분리기(32)의 액상냉매는 팽창밸브(32a)를 통해 팽창 분사되어 저온저압 상태로 상기 제2열교환기(42)에 공급되고 이와 동시에 상기 기상냉매도 상기 제2열교환기(42)에 공급되어 상기 액상냉매와 열교환되어서 응축된 후 상기 증발기(50)로 공급된다.

이때, 상기 제2열교환기(42)에서는 팽창된 액상냉매가 기상냉매를 대략 -48도 정도로 냉각시킨 후 상기 제1열교환기(41)를 거쳐 냉기를 공급한 다음 냉매회수유로(60)를 통해 압축기(11)로 복귀된다.

그러고 나서, 상기 증발기(50)로 공급된 냉매는 팽창밸브(51)를 통해 팽창되어 냉동고 내부가 최종적으로 극저온인 대략 -90도 ~ -93도 정도의 냉기를 얻을 수 있게 된다.

그리고, 상기 증발기(50)를 통한 냉매는 냉매회수유로(60)를 통해 각각의 열교환기(42,41)를 역순차적으로 거치면서 상기 열교환기(42,41)의 온도를 더욱 더 낮춘 후 압축기(11)로 회수된다.

이와 같은 냉매 순환 경로를 계속적으로 반복하면서 냉매순환사이클이 이루어져 소정의 원하는 냉기 온도를 얻을 수 있게 되는 것이다.

한편, 이러한 냉동 운전 중 상기 압축기(11)에 이상이 생겨 교체하여야 할 경우에는 상기 차단밸브(81)를 닫고 상기 압축기(11)의 가동을 정지시키는 동시에 인접 압축기(12)를 가동시켜 냉동사이클의 정지없이 지속적인 운전이 가능하게 된다.

여기서, 상기 문제의 압축기(11)를 교체하는 경우에는 상기 유입측유로(11a) 및 토출측유로(11b)의 조인트(80)를 해체한 후 새로운 압축기로의 교체가 가능하게 된다.

그리고, 상기 교체가 완료된 압축기에 대한 유입측유로(11a) 및 토출측유로(11b)의 압력을 균일하게 유지시키기 위해 상기 바이패스밸브(70)를 개방시키게 되면 상기 바이패스유로(11c)를 통해 양자 간의 압력이 균일하게 유지된 상태가 되며 이렇게 하여 초기 가동시 압축기(11)의 토출측유로(11b)에 대한 부하를 경감시킬 수 있게 된다.

또한, 냉매사이클의 초기 작동시나 급속 냉동시에는 상기 압축기(11,12)를 동시에 작동시켜 상기 압축기(11,12)에 대해 과부하가 걸리는 것을 방지할 수도 있게 된다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예인 극저온 냉동고는 냉동사이클의 압축기를 2중으로 구성하여 압축기 이상 발생에 신속하게 대응할 수 있도록 함은 물론 초기 가동시나 급속 냉동시에는 압축기의 가동을 2중으로 분담하여 압축기에 대한 과부하를 방지할 수 있도록 하고, 또한, 압축기의 유입측유로와 토출측유로 사이에 바이패스유로 및 바이패스밸브를 마련하여 상기 유로들의 균일압 조정이 가능하도록 하여 압축기의 초기 가동시의 토출측유로에 대한 과부하를 방지할 수 있게 되며, 또한, 상기 2중 압축기 구조 및 바이패스 구조를 통해 압축기를 순차적으로 경부하 기동시킬 수 있게 되고, 또한, 저전압으로 인한 압축기의 기동불량을 개선할 수 있게 되며, 압축기 기동시 굉음을 방지할 수 있게 되고, 또한, 압축기 기동전류를 줄여 수명을 연장하여 절전효과를 얻을 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 상기의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 이러한 실시예를 종래의 공지 기술과 단순히 조합 적용한 변형예는 물론 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 용이하게 변경하여 이용할 수 있는 모든 기술들은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

5 : 압축기 11, 12 : 압축기
11a, 12a : 유입측유로 11b, 12b : 토출측유로
11c, 12c : 바이패스유로 20 : 응축기
31 : 제1기액분리기 31a : 팽창밸브
32 : 제2기액분리기 32a : 팽창밸브
41, 42 : 열교환기 50 : 증발기
60 : 냉매회수유로 70 : 바이패스밸브
80 : 조인트 81 : 차단밸브

Claims (6)

1. 냉매를 고온고압으로 압축시키는 압축기;
   상기 고온고압의 냉매를 응축시키는 응축기;
   2단구조로 상기 응축된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리시키는 제1,제2기액분리기를 포함하는 기액분리기;
   2단구조로 상기 기액분리기의 액상냉매가 팽창 분사되어 저온저압 상태로 공급되고 상기 기상냉매는 상기 액상냉매와 열교환되어 응축된 후 다음 단계의 기액분리기로 공급되도록 하는 제1,제2열교환기를 포함하는 열교환기;
   상기 최종 기액분리기에서 공급되어 최종 열교환기를 거쳐 응축된 냉매를 팽창시켜 극저온의 냉기를 얻는 증발기;
   상기 증발기를 거친 냉매가 상기 압축기로 회수되도록 하는 냉매회수유로;
   를 포함하여 구성되는 극저온 냉동고에 있어서,
   상기 압축기는,
   2중 압축기로 구성되고, 이 압축기들은 각각 증발기를 거친 냉매가 상기 각각의 압축기로 유입되는 유입측유로와, 상기 각각의 압축기에서 상기 응축기로 압축 냉매가 공급되도록 하는 토출측유로가 마련되며, 상기 압축기들의 각 유입측유로 및 토출측유로의 일측부에 이들 유로를 착탈 가능하게 연결시키는 조인트가 구비되고, 이 조인트의 인접 유로 상에 상기 압축기가 작동되지 않을 경우 냉매 유입을 차단하기 위한 차단밸브가 각각 마련되며, 상기 각각의 유입측유로와 토출측유로 사이에는 이들 유로를 직접 연결하는 바이패스유로가 구비되고, 이 바이패스유로 상에 냉매의 흐름을 온/오프 단속하는 바이패스밸브가 배치되며,
   상기 기액분리기는,
   상기 응축기에서 응축된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리시키는 제1기액분리기; 및 상기 제1열교환기에서 응축되어 다음 단계로 공급된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리시키는 제2기액분리기로 구성되고,
   상기 열교환기는,
   상기 제1기액분리기의 액상냉매가 팽창밸브를 통해 팽창 분사되어 저온저압 상태로 공급되고 상기 기상냉매는 상기 액상냉매와 열교환되어 응축된 후 다음 단계로 공급되도록 하는 제1열교환기; 및 상기 제2기액분리기의 액상냉매가 팽창밸브를 통해 팽창 분사되어 저온저압 상태로 공급되고 상기 기상냉매는 상기 액상냉매와 열교환되어 응축된 후 상기 증발기로 공급되도록 하는 제2열교환기;로 구성되며,
   상기 냉매회수유로는,
   증발기에서 압축기로 회수되는 동안 상기 복수의 열교환기들을 역순차적으로 거친 후 상기 압축기로 회수되도록 하는 것을 특징으로 하는 극저온 냉동고.
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