KR101366186B1 - 냉매회로 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매회로에 관한 것으로서,
압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브 및 증발기가 관에 의해 순차적으로 연결된 냉매회로에 있어서, 상기 응축기는 적어도 두 개가 마련되어 나란히 배치됨으로써 냉매를 순차적으로 응축하여 수액기로 전달하되, 상기 수액기는 상기 응축기로 한 차례 응축된 냉매를 공급받아 내부 압력이 조절되는 것을 특징으로 하여,
다수의 응축기를 통해 냉매를 여러 차례 응축함으로써 응축율을 극대화할 수 있게 됨에 따라 냉매회로의 효율이 향상되고, 수액기 내부의 압력이 한 차례 응축된 냉매를 통해 보충되기 때문에 다수의 응축기를 사용하더라도 수액기의 용량을 증가시키지 않아도 되어 편리하면서도 안정적으로 작동되는 냉매회로에 관한 것이다.

Description

냉매회로{Refrigeration circuit}

본 발명은 냉매회로에 관한 것으로, 특히 응축기를 두 개 설치하여 효율을 증가시키되 응축기의 증가에 따른 수액기의 용량상승 없이도 원활하게 작동되는 냉매회로에 관한 것이다.

냉매시스템은 냉매가 정해진 경로를 따라 유동하면서 열교환을 수행하여 냉난방, 냉각, 가열, 가습, 제습 등의 공기조화 기능을 수행하도록 하는 열교환 시스템이다.

이와 같은 냉매시스템은 냉매가 고온, 고압으로 압축되는 압축기(compressor)와, 압축기와 연결되고 정해진 경로를 따른 냉매의 유동을 유도하여 공기조화 기능을 수행하게 되는 냉매회로를 가지는바, 예를 들면 특허공개 1차0-1998-070270호(1998. 10. 26.) "냉매순환장치, 냉매회로조립방법"에 개시된 냉매회로이다.

이러한 냉매회로는 도 1에 도시된 바와 같이 기체 상태의 냉매를 냉각하여 열을 빼앗아 액화시키는 응축기(20, condenser)나 냉매를 증발시켜 주위에서 증발열을 빼앗아 공기, 물 등의 다른 유체를 냉각하는 증발기(50, evaporator)와 같은 열교환기가 설치되어 있고, 더불어 응축기(20)에서 응축 액화된 고온/고압의 액체 냉매를 교축 작용에 의해 증발을 일으킬 수 있는 압력까지 감압해 주는 팽창밸브(40, expansion valve), 그리고 증발기(50)를 지난 저온/저압의 기체 상태 냉매를 압축하여 고압의 기체로 응축기에 전달하는 압축기(10, compressor)를 포함한다.

상기와 같은 종래의 냉매회로는 응축기(20)가 한 개 설치되는 것으로서, 응축기(20)에서 응축된 냉매가 과잉공급되는 경우 내부 공간에 냉매의 일부를 수용하고 부족공급될 때에는 수용된 냉매를 공급함으로써 냉매가 일정하게 공급되게 하는 수액기(30, receiver)가 더 설치될 수 있다.

상기 수액기(30)는 응축기(20)와 팽창밸브(40) 사이에 설치되는데, 내부가 비어 있는 통 형태로서 내부 공간에 냉매가 3/4정도 까지 채워지게 하고 냉매를 적절하게 공급받아 공급하기 위해 내부의 압력이 응축기(20)와 동일하게 설정되는 것이 바람직하다.

그런데 여러 이유로 수액기(30)의 내부 압력이 적정한 수준으로 유지되지 못하는 경우가 발생하여 냉매가 원활하게 순환되지 못하는 현상이 발생할 수 있었다. 대표적인 이유가 온도조건이다. 온도가 낮아지면 압력이 낮아져 적정수준을 유지하지 못하게 되는 것이다.

따라서 수액기(30)의 내부 압력을 일정하게 유지하기 위해서 수액기(30) 내부 압력이 낮아질 경우 고압으로 압축된 기체 상태의 냉매를 수액기(30) 내부로 공급할 수 있도록 구성하였다. 즉, 압축기(10)에서 압축된 고압의 기체 상태 냉매가 수액기(30)로 공급되게 하여 압력을 보충하게 된다.

상기의 구성은 응축기(20)가 한 개 설치되는 종래의 냉매회로에서는 압축기(10)와 응축기(20) 사이에 압력조절관(60)을 연결하여 타단이 수액기(30)와 연결되게 하되, 상기 압력조절관(60)에 압력조절밸브(62)를 설치하여 수액기(30)의 압력이 설정보다 낮아지면 자동으로 상기 압력조절밸브(62)가 개방되면서 고압의 기체 상태 냉매가 수액기(30)로 공급될 수 있게 함으로써 달성하는 것이었다.

이상과 같은 구성의 냉매회로가 일반적으로 냉방장치에 적용되는 냉매회로인바, 한 개의 응축기(20)를 설치하여 냉매를 응축하게 되고, 그 결과 냉매의 응축율은 약 70~75%정도가 되었다.

한편, 냉매의 응축률이 낮을 경우 수액기(30)로 공급되는 냉매의 양이 적어지고 그렇게 되면 냉매가 원활하게 순환되지 못하여 냉매 회로의 효율이 낮아질 수밖에 없다. 이는 수액기(30)로 공급되는 냉매에 포함되어 있는 기체의 양이 증가할 수록 냉매가 원활하게 순환되지 못하기 때문에 발생하는 당연한 현상이다.

결국, 효율적인 냉매회로를 얻기 위해서는 냉매의 응축율을 높여야 할 필요가 있었는바, 이를 위한 다양한 시도가 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 냉매회로를 개선하여 냉매의 응축율을 극대화함으로써 효율을 개선함과 아울러 안정적으로 작동되게 할 수 있는 냉매회로를 얻고, 그것을 냉난방, 냉각, 가열, 가습, 습기제거 등의 공기조화 기능을 수행하는 장치에 적용하여 성능을 개선할 수 있도록 하는 것에 그 목적이 있다.

본 발명에서는 냉매를 여러 차례 응축함으로써 응축율의 극대화하여 냉매회로의 효율을 개선하되, 냉매를 여러 차례 응축하기 위해 응축기 개수가 증가하더라도 수액기의 용량을 증가시킬 필요가 없는 냉매회로를 제안하여 상기의 목적을 달성한다.

본 발명에 따르면 다수의 응축기를 통해 냉매를 여러 차례 응축함으로써 응축율을 극대화할 수 있게 됨에 따라 냉매회로의 효율이 향상되고, 수액기 내부의 압력이 한 차례 응축된 냉매를 통해 보충되기 때문에 다수의 응축기를 사용하더라도 수액기의 용량을 증가시키지 않아도 되어 편리하면서도 안정적으로 작동되는 냉매회로를 얻을 수 있게 된다.

도 1은 종래 냉매회로의 예시도,
도 2는 본 발명에 의한 냉매회로의 예시도.

본 발명에서는 냉매를 여러 차례 응축함으로써 응축율의 극대화하여 냉매회로의 효율을 개선하되, 냉매를 여러 차례 응축하기 위해 응축기 개수가 증가하더라도 수액기의 용량을 증가가 불필요한 냉매회로를 얻기 위해,

압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브 및 증발기가 관에 의해 순차적으로 연결된 냉매회로에 있어서, 상기 응축기는 적어도 두 개가 마련되어 나란히 배치됨으로써 냉매를 순차적으로 응축하여 수액기로 전달하되, 상기 수액기는 상기 응축기로 한 차례 응축된 냉매를 공급받아 내부 압력이 조절되는 것을 특징으로 하는 냉매회로를 제안한다.

이하 본 발명을 첨부된 도면 도 2를 참고로 하여 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 냉매회로는 압축기(10), 응축기(20), 수액기(30), 팽창밸브(40) 및 증발기(50)가 관에 의해 순차적으로 연결되어 냉매가 압축, 응축, 팽방, 증발의 과정을 거치며 순환하며 냉방기능을 수행하게 한다.

상기 압축기(10), 응축기(20), 수액기(30), 팽창밸브(40) 및 증발기(50)의 작용은 공지되어 있는 냉매회로에 적용되는 것과 그 기능이 동일한 것이고, 일반적인 냉방장치에 적용되는 경우 실외 열교환기가 응축기(20)로서 기능을 하고 실내 열교환기가 증발기(50)로서 기능을 하게 된다.

본 발명에서는 응축기(20)를 복수 개로 마련하여 냉매를 여러 차례 응축하게 구성한다. 적어도 두 개가 마련되어 나란히 배치되게 하는바, 응축기(20)의 개수가 증가할 경우 냉매의 응축율을 상승하게 되나 전력소모량이 증가할 수 있으므로 이러한 사정을 고려하여 응축기(20)의 개수를 결정하는 것이다.

바람직한 응축기(20)의 개수는 도시된 바와 같이 두 개이다. 1차 응축기(20a)와 2차 응축기(20b)를 연달아 배치하여서 응축율을 상승시키는 것이다. 이때, 1차 응축기(20a)와 2차 응축기(20b)는 성능이 동일한 것을 채택하는 것이 바람직하나 그것에 한정되지는 않는다.

상기와 같이 두 개가 설치된 응축기(20)에서는 냉매가 1차 응축기(20a)를 지나면 응축율이 종래의 냉매회로에서와 마찬가지로 약 70~75%정도가 된다. 그러나 2차 응축기(20b)를 지나며 한 차례 응축된 냉매가 다시 응축됨으로써 응축률을 더 끌어올려 줄 수 있게 된다. 결과적으로 한 차례 응축을 할 때보다 응축률이 상당한 정도 상승하게 되는 것이다.

상기 응축기(20)를 거치며 응축된 냉매는 수액기(30)로 전달된다. 이때 통상적인 냉방장치에서 수액기(30)는 응축기(20) 아래쪽에 설치되어 중력에 의해 냉매가 수액기(30)로 흘러들어가게 모이게 되는데, 응축률이 높을수록 수액기(30)로 공급되는 냉매의 양은 증가하게 될 뿐만 아니라 원활하게 흘러들어가게 된다. 따라서 본 발명에서와 같이 냉매를 여러 차례 응축함으로써 한 개의 응축기(20)를 사용하는 종래 냉매회로에 비해 많은 양의 냉매를 수액기(30)로 원활하게 공급하여 줄 수 있게 되는 것이다.

여기서 본 발명에 의한 상기 수액기(30)는 상기 1차 응축기(20a)로 한 차례 응축된 냉매를 공급받아 내부 압력이 조절된다. 내부 압력이 설정된 기준 이하로 떨어질 경우 자동으로 한 차례 응축된 냉매가 공급되어 압력을 보충하는 것으로서, 1차 응축기(20a)에서 응축된 응축률 70~75%의 냉매가 수액기(30)로 공급됨으로써 압력이 보충된다.

이를 위해 1차 응축기(20a)와 2차 응축기(20b) 사이의 관에 일단이 연결되고 타단이 수액기(30)로 냉배가 유입되는 관(본 발명에서는 2차 응축기(20b)에서 수액기(30)로 연결되는 관)에 연결되는 압력조절관(60)이 구비된다. 따라서 평상시에는 2차 응축기(20b)에서 응축된 냉매가 수액기(30)로 공급되다가 수액기(30) 내부 압력이 낮아지면 압력조절관(60)을 통해 한 차례 응축된 냉매가 추가적으로 수액기(30)로 공급되어 압력을 보충하게 된다.

이러한 압력조절관(60)에는 압력조절밸브(62)가 설치되어 있다. 압력조절밸브(62)는 수액기(30) 내부 압력이 설정된 기준 압력 이하로 떨어지면 그것이 센서에 의해 감지되어 개방되면서 냉매가 수액기(30)로 공급되게 하는 역할을 하여 압력을 보충하게 된다. 여기서, 상기 압력조절밸브(62)는 도시된 바와 같이 2차 응축기(20b)에서 수액기(30)에 이르는 관과 압력조절관(60)이 모두 연결되게 하여 2방향의 압력조절이 가능하게 하는 것이 바람직하다.

상기 압력조절관(60)에는 상기 압력조절밸브(62)와 더불어 체크밸브를 설치하여 역류를 방지하여 줄 수 있고, 아울러 볼 밸브를 추가로 설치하여 압력의 손실을 방지할 수 있는다.

상기와 같이 1차 응축기(20a)에서 응축률 70~75%로 응축된 냉매가 수액기(30)로 공급되게 구성함으로써 압력 보충을 위해 수액기(30) 내부로 투입되는 기체의 양을 최소로 할 수 있게 된다. 즉, 종래에는 압축기(10)에서 압축된 기체 상태의 냉매를 수액기(30) 내부로 공급하여 압력을 보충하였는데, 본 발명에서는 압력 보충을 위해 수액기(30)로 투입되는 기체의 총량을 현저하게 줄일 수 있게 되는 것이다.

이로 인해 압력조절을 위해 투입되는 냉매의 전체 총량, 다시 말해 냉매의 체적이 최소화되므로 수액기(30)가 수용하여야 할 냉매의 전체 체적 또한 줄어들게 된다. 따라서 응축기(20)의 수가 증가하게 되면 수액기(30)의 용량도 당연히 증가하여야 하지만, 본 발명에서와 같이 한 차례 응축되어 체적이 최소화된 냉매를 투입하여 수액기(30) 내부 압력을 보충하기 때문에 수액기(30)의 용량을 늘려주지 않아도 원활하고 안전하게 작동하는 냉매회로를 구현할 수 있게 되는 것이다.

상기의 과정을 거쳐 수액기(30)에 전달된 냉매는 팽창밸브(40)로 공급되어 급격히 팽창하고, 이어서 증발기(50)를 거치며 주위 열을 흡수하여 냉방을 하게 된다. 이후 증발기(50)를 거친 냉매는 다시 압축기(10)를 거쳐 앞서의 순환을 반복하며 공기조화기능을 하게 되는 것이다.

10 : 압축기, 20(20a, 20b) : 응축기,
30 : 수액기, 40 : 팽창밸브,
50 : 증발기, 60 : 압력조절관,
62 : 압력조절밸브.

Claims (3)

1. 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브 및 증발기가 관에 의해 순차적으로 연결된 냉매회로에 있어서,
   상기 응축기는 적어도 두 개가 마련되어 나란히 배치됨으로써 냉매를 순차적으로 응축하여 수액기로 전달하되,
   상기 수액기의 내부 압력이 설정된 기준 이하로 떨어질 경우 상기 응축기로 한 차례 응축된 냉매를 압력조절관을 통해 공급받아 내부 압력이 조절되는 것을 특징으로 하는 냉매회로.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 응축기는 두 개가 구비되고 상기 압력조절관은 일단이 응축기 사이 관에 연결되고 타단이 수액기에 연결되는 것을 특징으로 하는 냉매회로.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 압력조절관에는 압력조절밸브가 설치되어 냉매의 흐름을 단속하는 것을 특징으로 하는 냉매회로.

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