KR101370940B1 - Multi Stage Refrigerating System And Operating Method Thereof - Google Patents

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Abstract

이원냉동시스템과 이의 가동 방법이 개시된다. 본 발명의 이원냉동시스템은 이원 이상의 냉동 사이클이 구비된 이원냉동시스템에서, 제 1 냉매의 냉동사이클의 운전 정상화를 위해 해당 냉매의 냉동사이클이 아닌 다른 냉동사이클을 활용하되, 1차 열교환기에서 열교환된 상기 제 1 냉매의 일부가 상기 다른 냉동사이클에서 냉각된 후 다시 상기 1차 열교환기를 거쳐 상기 제 1 냉매의 냉동사이클로 복귀하게 하는 것을 특징으로 한다.A binary refrigeration system and its method of operation are disclosed. In the binary refrigeration system of the present invention, in a two-way refrigeration system having two or more refrigeration cycles, in order to normalize the operation of the refrigeration cycle of the first refrigerant, another refrigeration cycle of the corresponding refrigerant is used, but the heat exchange is performed in the primary heat exchanger. After the part of the first refrigerant is cooled in the other refrigeration cycle is characterized in that to return to the refrigeration cycle of the first refrigerant through the first heat exchanger again.

Description

이원냉동시스템과 이의 가동 방법{Multi Stage Refrigerating System And Operating Method Thereof} Multi Stage Refrigerating System And Operating Method Thereof}

본 발명은 이원냉동시스템과 이의 가동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이원냉동시스템에서 1차 냉매의 신속한 압축 공정 및 냉동사이클 정상화를 위해 2차 냉매의 압축기를 활용하는 이원냉동시스템과 이의 가동 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a binary refrigeration system and a method of operating the same, and more particularly, to a dual refrigeration system and a method of operating the same using a compressor of the secondary refrigerant for rapid compression process and normalization of the refrigeration cycle in the primary refrigeration system. It is about.

냉동사이클은 기본적으로 네 가지 작용으로 이루어지고 있으며, 냉매는 액체에서 기체로, 기체에서 액체로 변화를 반복하면서 순환한다.The refrigerating cycle basically consists of four actions, and the refrigerant circulates repeatedly changing from liquid to gas and gas to liquid.

첫째는, 증발 작용이다. 냉각관을 통해 증발기로 유입되는 액화 냉매는 증발기에서 증발하며, 이때 냉매액은 냉각관 주위에 있는 공기에서 증발에 필요한 열(증발 잠열)을 제거하면서 증발한다. 열을 빼앗긴 공기는 냉각되어 온도가 내려가고 이 공기는 자연대류 또는 팬에 냉동장치 내로 퍼져나간다.First is evaporation. The liquefied refrigerant flowing into the evaporator through the cooling tube evaporates in the evaporator, where the refrigerant liquid evaporates while removing heat (evaporative latent heat) necessary for evaporation from the air around the cooling tube. The deprived air is cooled down to a lower temperature, which is then spread into the freezer by natural convection or a fan.

냉매액을 더 낮은 온도에서 증발시키기 위해서는 증발기를 더 낮은 압력으로 유지해야 한다. 이 작용은 증발기 내의 냉매 압력을 낮게 유지함으로써, 낮은 온도의 상태 하에서도 액체 냉매가 왕성하게 증발을 계속할 수 있도록 하기 위한 것이다. 증발한 냉매 증기는 압축기로 도입된다. The evaporator must be kept at a lower pressure to evaporate the refrigerant liquid at lower temperatures. This action is intended to keep the refrigerant pressure in the evaporator low, so that the liquid refrigerant can continue to evaporate vigorously even under low temperature conditions. The vaporized refrigerant vapor is introduced into the compressor.

둘째는, 압축 작용이다. 증발기 내에서 기화한 냉매 증기는 압축기에 흡입된다. 압축기에 흡입된 냉매 증기는 압축기의 실린더 내에서 피스톤에 의하여 압축되고, 압력이 높아짐으로써 상온의 냉각수나 냉각공기로 냉각시켜도 쉽사리 액화될 수 있는 상태가 된다.Second is the compression action. The refrigerant vapor vaporized in the evaporator is sucked into the compressor. The refrigerant vapor sucked into the compressor is compressed by the piston in the cylinder of the compressor, and the pressure is increased so that the refrigerant vapor can be easily liquefied even if cooled by normal temperature cooling water or cooling air.

셋째는, 응축 작용이다. 압축기를 나온 압축가스는 상온의 냉각수나 냉각공기에 의하여 쉽게 액화될 수 있는 상태(고압)에 있다. 응축기는 압축가스를 냉각하여, 응축 액화시키는 열교환기이며, 수냉식과 공냉식이 널리 쓰이고 있다.Third is condensation. Compressed gas from the compressor is in a state (high pressure) that can be easily liquefied by the coolant or cooling air at room temperature. A condenser is a heat exchanger that cools compressed gas to liquefy condensation, and water-cooling and air-cooling are widely used.

여기서 액화된 냉매는 수액기에 고이게 한다. 압축기를 나온 고온, 고압의 냉매에서 냉각수 또는 냉각공기에 방출되는 열을 응축열이라 하며, 이 열은 냉매가 증발기에서 냉동장치 내로부터 빼앗아 온 열과 압축하기 위해 가해진 일을 합한 열량이 된다. The liquefied refrigerant here accumulates in the receiver. The heat released to the cooling water or cooling air from the high-temperature, high-pressure refrigerant exiting the compressor is called condensation heat, and this heat is the sum of the heat taken by the refrigerant from the freezer in the evaporator and the amount of heat applied to compress it.

응축의 경우도 증발과 마찬가지로 냉매는 증기와 액체가 공존하고 있는 상태이며, 기체에서 액체로 변화하는 동안, 압력(응축압력)과 온도 사이에 일정한 관계가 있어, 압력이 결정되면 온도가 정해지고, 반대로 온도가 정해지면 압력이 정해지게 된다. 이와 같은 응축 온도와 응축 압력과의 관계는 냉매의 종류에 따라, 또한 동일 냉매일지라도 응축 온도의 차이에 따라 압력도 변화하게 된다.In the case of condensation, like evaporation, the refrigerant is a state in which vapor and liquid coexist, and there is a constant relationship between pressure (condensing pressure) and temperature during the transition from gas to liquid, and when the pressure is determined, the temperature is determined. On the contrary, when the temperature is set, the pressure is set. Such a relationship between the condensation temperature and the condensation pressure is changed depending on the type of refrigerant and the difference in the condensation temperature even with the same refrigerant.

넷째는, 팽창 작용이다. 액화한 냉매를 증발기에 보내기 전에 미리 증발하기 쉬운 상태까지 압력을 내려주는 작용을 팽창이라 한다. 이 작용을 하는 팽창 밸브는 감압 작용을 함과 동시에 냉매 액의 유량 제어를 한다. 즉, 증발기 내에서 증발하는 냉매량은 소정의 증발온도(증발 압력) 하에 냉동장치 내에서 제거해야 할 열량(냉각부하)에 따라 결정하게 되는데, 이것을 정확하게 파악해서 과부족이 없도록 필요한 만큼의 냉매량을 증발기에 보내주도록 컨트롤하는 것은 매우 중요한 사항이다.Fourth, the expansion action. The action of lowering the pressure to a state that is easy to evaporate before sending the liquefied refrigerant to the evaporator is called expansion. The expansion valve which acts in this way acts as a depressurizing action and simultaneously controls the flow rate of the refrigerant liquid. In other words, the amount of refrigerant evaporated in the evaporator is determined according to the amount of heat (cooling load) to be removed in the refrigerating device under a predetermined evaporation temperature (evaporation pressure). Controlling what to send is very important.

냉매는 이와 같은 네 가지 작용을 순차적으로 반복하면서 냉동장치의 계통 내를 순환하여 온도가 낮은 곳에서 온도가 높은 곳으로 열을 이동(냉각 작용)시키기 위한 매개체의 역할을 수행한다.The refrigerant circulates in these four operations sequentially and performs the role of a medium for moving (cooling) heat from a low temperature to a high temperature by circulating in the system of the refrigerating device.

한편 -70℃ 이하의 극저온 장치가 되면, 다단압축방식으로는 극저온의 실현이 곤란하므로, 냉동장치의 개량으로서 다원냉동방식이 개발되었다.On the other hand, when the cryogenic apparatus is below -70 ° C, it is difficult to realize the cryogenic temperature by the multi-stage compression method. Therefore, the multiple-way refrigeration system has been developed as an improvement of the refrigeration apparatus.

극저온장치에 있어서 중요한 것은 초저온탱크 내에 있는 증발기 내의 냉매가 적당한 압력하에서 용이하게 증발되도록 하는 것이며, 이러한 저온특성을 갖는 냉매로는 프레온-13, 에틸렌 등이 사용된다. 프레온-13은 -100℃에서 증발압력 0.339㎏/㎠abs이며, 극저온에서의 열역학적 특성이 좋은 것을 알 수 있다.What is important in the cryogenic system is that the refrigerant in the evaporator in the cryogenic tank is easily evaporated under a suitable pressure. Freon-13, ethylene and the like are used as the refrigerant having such low temperature characteristics. Freon-13 has an evaporation pressure of 0.339 kg / cm 2 abs at -100 ° C., and it can be seen that the thermodynamic properties are excellent at cryogenic temperatures.

그러나, 이러한 냉매는 상온에서 상당히 높은 압력이 되거나 또는 임계온도를 넘기 때문에(프레온-13의 경우, 임계온도 28.8℃) 상온의 냉각수나 냉각 공기로는 냉동 사이클이 실현될 수 없다. 따라서 냉동 사이클을 온도 적으로 2단계로 나누어, 저온 측의 응축기를 고온 측의 증발기로 냉각시키도록 한 냉동 사이클이 사용되고 있다.However, since such a refrigerant is at a substantially high pressure at room temperature or exceeds a critical temperature (critical temperature 28.8 ° C. for Freon-13), a refrigeration cycle cannot be realized with cooling water or cooling air at room temperature. Therefore, a refrigeration cycle that divides the refrigeration cycle into two stages in temperature and cools the condenser on the low temperature side with the evaporator on the high temperature side is used.

이와 같은 경우, -70℃ 정도까지의 저온장치에서는 고온 측, 저온 측 공통으로 프레온-22가 사용되고 있으나, 그 이하의 온도에서는 고온 측에 프레온-22, 저온 측에 프레온-13을 사용하는 방식으로 냉매가 사용되고 있다.In such a case, Freon-22 is commonly used in the high temperature side and the low temperature side in a low temperature device up to about -70 ° C. However, at a temperature below that level, Freon-22 is used for the high temperature side and Freon-13 for the low temperature side. Refrigerant is used.

이와 같이, 이원 냉동장치는 각각 독립된 냉동사이클을 온도 적으로 2단계로 조합시킨 냉동장치이며, 여기서 저온 측의 열을 고온 측으로 이동시키기 위한 열 교환기를 캐스케이드 콘덴서(cascade condenser)라 한다. 또한 -100℃이하에서는 삼원 냉동방식이 채용되기도 한다.As described above, the dual refrigeration apparatus is a refrigeration apparatus in which two independent refrigeration cycles are combined in two steps in temperature, and a heat exchanger for moving heat on the low temperature side to the high temperature side is called a cascade condenser. Also, below -100 ° C, three-way refrigeration may be employed.

냉동사이클에 사용되는 냉매는, 증발하기 쉬운 액체로서 냉방기기 내에서 냉동사이클을 반복하면서 저온부의 열을 흡수하여 고온부에 운반, 방출하는 역할을 한다. 이러한 냉매는 1차 냉매(primary refrigerant)와 2차 냉매(secondary refrigerant)로 구분된다. 1차 냉매는 증기 압축 냉동시스템의 저온부에서 기화되어 고온부에서 응축, 액화되는 상 변화 과정을 갖는 냉매이며, 2차 냉매는 저온열을 상 변화없이 운반하는 냉매로서, 일 예로 브라인(brine)을 들 수 있다.The refrigerant used in the refrigerating cycle is a liquid that tends to evaporate, and serves to absorb and heat the low temperature part while transporting and discharging the low temperature part while repeating the refrigerating cycle in the cooling device. Such refrigerants are classified into primary refrigerants and secondary refrigerants. The primary refrigerant is a refrigerant having a phase change process vaporized in the low temperature portion of the vapor compression refrigeration system and condensed and liquefied in the high temperature portion, and the secondary refrigerant is a refrigerant that carries low temperature heat without a phase change. Can be.

도 1은 이원냉동시스템이 적용된 LNG액화플랜트의 C3MR의 원리를 개략적으로 도시한 것이다.1 schematically illustrates the principle of C3MR of a LNG liquefaction plant to which a binary refrigeration system is applied.

이는 1차 냉매는 프로판, 2차 냉매는 혼합냉매(메탄, 에탄, 프로판, 질소의 혼합가스)를 사용하는 냉동시스템이다. 이원냉동사이클은 1차 냉매사이클 부분(예냉)과 2차 냉매사이클 부분(본냉)으로 구성된다. 1차 냉매사이클부분은 1차 냉매가스를 저장하는 석션 드럼(21), 기체 상태의 냉매를 압축하는 압축시스템(22)과, 압축시스템에서 압축된 냉매의 열을 방열하여 응축시키는 콘덴서(23), 응축된 액상 냉매를 저장하는 리시버 탱크(24), 응축된 액상냉매를 저압화하는 팽창밸브(25), 그리고 상기 구성요소를 거치면서 저온저압화된 냉매의 증발작용을 통해 Target 가스를 예냉시키는 열교환기(10) 등을 포함하고 있다. It is a refrigeration system using propane as the primary refrigerant and mixed refrigerant (mixed gas of methane, ethane, propane and nitrogen) as the secondary refrigerant. The binary refrigeration cycle is composed of a primary refrigerant cycle portion (precooling) and a secondary refrigerant cycle portion (main cooling). The primary refrigerant cycle portion includes a suction drum (21) for storing primary refrigerant gas, a compression system (22) for compressing a gaseous refrigerant, and a condenser (23) for radiating and condensing heat of the refrigerant compressed in the compression system. Preheating the target gas through evaporation of the low-temperature and low-pressure refrigerant through the component, the receiver tank 24 for storing the condensed liquid refrigerant, the expansion valve 25 for lowering the condensed liquid refrigerant, and the components Heat exchanger 10 and the like.

그리고 이러한 1차 냉매사이클 부분은 일반적인 냉동사이클과 거의 유사한 냉매의 온도 특성을 띠게 되고, 상기 열교환기(10)는 저온상태를 유지하지만, 후술하는 2차 냉매사이클 부분의 열교환기(40)에 비해서는 상대적으로 높은 온도를 가지게 된다.And the primary refrigerant cycle portion has a temperature characteristic of the refrigerant almost similar to the general refrigeration cycle, the heat exchanger 10 maintains a low temperature, but compared to the heat exchanger 40 of the secondary refrigerant cycle portion described later Has a relatively high temperature.

그리고 2차 냉매사이클 부분은, 냉매가 저장되는 2차 냉매 석션 드럼(31), 기체상태의 냉매를 압축하는 압축시스템(32), 압축된 냉매를 냉각시키는 인터쿨러(33), 냉매 역류를 방지하기 위한 체크 밸브(34), 냉각된 냉매를 저장하는 리시버탱크(35), 그리고 저온저압의 냉매를 이용하여 열교환을 수행하기 위한 열교환기(40) 등을 포함하고 있다. 여기서 2차 냉매사이클부분의 열교환기(40)는, 냉동공간에서 요구되는 극저온(예를 들면 -60 ~ -70℃ 또는 그 이하의 저온)상태를 형성할 수 있도록 그보다 더 저온상태를 유지해야 한다.
The secondary refrigerant cycle portion may include a secondary refrigerant suction drum 31 in which refrigerant is stored, a compression system 32 for compressing a gaseous refrigerant, an intercooler 33 for cooling the compressed refrigerant, and a refrigerant backflow. It includes a check valve 34, a receiver tank 35 for storing the cooled refrigerant, and a heat exchanger 40 for performing heat exchange using the refrigerant of low temperature and low pressure. Here, the heat exchanger 40 of the secondary refrigerant cycle portion must be kept at a lower temperature than that to form a cryogenic temperature (eg, a low temperature of -60 to -70 ° C or lower) required in the freezing space. .

기존의 이원냉동시스템은 두 가지 문제점이 지적된다. 첫 번째는 예냉 사이클의 압축기로 주입되는 1차 냉매의 저장을 위한 별도의 Gas Tank, 또는 액화가스 용기와 기화기가 필요한데 따른 추가적인 장치로 인한 설비의 부피증가 및 설치 비용 증가 문제이다. Two problems of the existing binary refrigeration system are pointed out. The first is the increase in the volume and installation cost of the installation due to the additional gas tank, or liquefied gas container and vaporizer for the storage of the primary refrigerant injected into the compressor of the pre-cooling cycle.

두 번째는 예냉 사이클의 초기 정상운전을 위해 필요한 냉매가스 확보 방안이다. 이원냉동시스템이 정상 운전되어 충분한 냉각효과를 발휘하기 위해서는 냉동사이클이 정상 운전되어 적절한 열교환이 수행되어야만 한다. The second method is to secure the refrigerant gas required for the initial normal operation of the precooling cycle. In order for the binary refrigeration system to operate normally to achieve a sufficient cooling effect, the refrigeration cycle must be operated normally and proper heat exchange must be carried out.

이러한 냉동 사이클의 정상 운전을 위해서는 압축기의 부하조건 및 순환되는 냉매량의 적절한 유지가 필수적이다. Proper maintenance of the load conditions of the compressor and the amount of refrigerant circulated is essential for normal operation of this refrigeration cycle.

그러나 1차 냉매의 초기 운전시 냉매가 1차 열교환기에서 완전 기화되지 못할 수 있으며, 완전 기화된 경우에도 1차 열교환기에서 석션 드럼까지의 배관길이가 길 경우 외부온도의 영향으로 재 액화될 수 있는데, 이러한 경우 압축기 손상을 막기 위해 세퍼레이터(25)를 통해 액상 냉매는 압축기로 유입되지 않게 된다. However, during the initial operation of the primary refrigerant, the refrigerant may not be completely vaporized in the primary heat exchanger, and even when fully vaporized, if the pipe length from the primary heat exchanger to the suction drum is long, it may be liquefied under the influence of external temperature. In this case, the liquid refrigerant is not introduced into the compressor through the separator 25 to prevent damage to the compressor.

이는 압축기로 유입되는 냉매의 양을 감소시켜 압축기 부하조건을 낮추게 되고, 결과적으로 순환되는 냉매량의 저하로 이어져 냉동사이클이 정상 운전되지 못하게 된다. This reduces the amount of refrigerant flowing into the compressor, thereby lowering the compressor load condition, resulting in a decrease in the amount of refrigerant circulated, thereby preventing the refrigeration cycle from operating normally.

또한 압축기로 유입되는 냉매 가스의 양이 부족하여 압축 공정이 제대로 이루어지지 못하는 경우, 바이패스 라인을 통해 2단의 압축을 거친 냉매를 응축기로 보내지 않고 압축기 입구로 재주입하고 있는데, 이는 리시버탱크에 저장되는 1차 냉매의 양을 감소시켜 열교환기에서 충분한 예냉 공정이 이루어지지 못하는 원인이 될 수 있다. In addition, when the compression process is not performed properly due to insufficient amount of refrigerant gas flowing into the compressor, the refrigerant, which has undergone two stages of compression through the bypass line, is re-injected into the compressor inlet instead of being sent to the condenser. Reducing the amount of primary refrigerant stored may cause a lack of sufficient precooling in the heat exchanger.

결과적으로 이러한 예냉 사이클의 비정상적 운전은 본냉 사이클의 운전을 방해하게 되므로, 이원냉동시스템의 정상 운전을 위해서는 1차 냉매의 초기 운전시 일정 시간 동안 압축기를 운전할 수 있는 충분한 양의 1차 냉매 가스 확보 방안이 요구된다. As a result, the abnormal operation of the precooling cycle interferes with the operation of the main cooling cycle. Therefore, for the normal operation of the dual cooling system, a sufficient amount of primary refrigerant gas to operate the compressor for a predetermined time during the initial operation of the primary refrigerant is required. Is required.

본 발명은 상술한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 1차 냉매를 액상 주입하여 부수적 장비 사용을 줄임으로써 시스템 설치 면적을 감소시키고, 1차 냉매의 초기 운전 정상화를 위해 2차 냉매 압축기를 활용할 수 있도록 함으로써 냉동사이클의 운전 정상화 소요시간 문제를 해결하고자 한다. The present invention is to solve the conventional problems as described above, to reduce the system installation area by reducing the use of ancillary equipment by injecting the primary refrigerant in the liquid phase, and the secondary refrigerant compressor to normalize the initial operation of the primary refrigerant By making it possible to use, we want to solve the problem of normalization of the refrigeration cycle.

본 발명의 일 측면에 따르면, 냉각대상 유체의 냉각을 위한 제 1 냉매가 순환 공급되는 1차 열교환기; 상기 1차 열교환기에 상기 제 1 냉매를 압축냉각하여 순환 공급하는 제 1 냉매 순환 공급부; 냉각대상 유체의 냉각을 위한 제 2 냉매가 순환 공급되는 2차 열교환기; 상기 2차 열교환기로 상기 제 2 냉매를 압축냉각하여 순환 공급하는 제 2 냉매 순환 공급부; 및 상기 1차 열교환기에서 열교환 된 상기 제 1 냉매가 상기 제 2 냉매 순환 공급부에서 압축냉각된 후 다시 상기 1차 열교환기로 공급되어 상기 냉각대상 유체와 열교환된 후 상기 제 1 냉매 순환 공급부로 복귀하게 하는 제 1 냉매 리턴 순환공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이원냉동시스템을 제공한다.According to an aspect of the invention, the first heat exchanger is circulated supply of the first refrigerant for cooling the fluid to be cooled; A first refrigerant circulation supply unit configured to compressively cool and supply the first refrigerant to the primary heat exchanger; A secondary heat exchanger through which a second refrigerant for cooling the fluid to be cooled is circulated and supplied; A second refrigerant circulation supply unit configured to circulate and supply the second refrigerant by compression cooling the secondary heat exchanger; And after the first refrigerant heat-exchanged in the primary heat exchanger is compressed and cooled in the second refrigerant circulation supply unit, is supplied to the primary heat exchanger again, and heat exchanged with the cooling target fluid to return to the first refrigerant circulation supply unit. It provides a two-way refrigeration system comprising a first refrigerant return circulation supply.

상기 제 1 냉매 리턴 순환공급부는 상기 제 1 냉매 순환 공급부의 라인에 마련되어 상기 1차 열교환기에서 열교환된 상기 제 1 냉매를 상기 제 2 냉매 순환 공급부로 공급되도록 유도하는 제1 삼방향밸브; 및 상기 제 2 냉매 순환 공급부의 라인에 마련되어 상기 1차 열교환기에서 열교환된 제 1 냉매가 상기 제 1 냉매 순환공급부로 공급되도록 유도하는 제3 삼방향밸브를 포함할 수 있다. The first refrigerant return circulation supply unit is provided in a line of the first refrigerant circulation supply unit to guide the first refrigerant heat exchanged in the primary heat exchanger to supply the second refrigerant circulation supply unit; And a third three-way valve provided in a line of the second refrigerant circulation supply unit to guide the first refrigerant heat-exchanged in the primary heat exchanger to the first refrigerant circulation supply unit.

상기 제 1 냉매 리턴 순환공급부는 상기 제 2 냉매 순환공급부의 라인에 마련되어 상기 제 2 냉매 순환공급부로 공급되는 상기 제 1 냉매가 상기 제 2 냉매 순환 공급부의 제 2 리시버탱크에 저장되지 않고 바이패스되도록 유도하는 제2 삼방향밸브를 포함할 수 있다.The first refrigerant return circulation supply part is provided in a line of the second refrigerant circulation supply part so that the first refrigerant supplied to the second refrigerant circulation supply part is bypassed without being stored in the second receiver tank of the second refrigerant circulation supply part. Inducing second three-way valve may be included.

상기 제 1 냉매 순환 공급부는 상기 1차 열교환기의 후단에 설치되어 상기 1차 열교환기로부터 배출되는 상기 제 1 냉매를 흡입하는 제 1 석션 드럼; 상기 제 1 냉매를 흡입하여 압축하는 제 1 압축 시스템; 압축된 상기 제 1 냉매를 응축하는 제 1 콘덴서; 응축된 상기 제 1 냉매를 축적하는 제 1 리시버탱크; 및 상기 제 1 리시버탱크에 축적된 상기 제 1 냉매를 상기 1차 열교환기에 순환 공급하는 제 1 팽창 밸브를 포함할 수 있다.The first refrigerant circulation supply unit is installed in the rear end of the primary heat exchanger, the first suction drum for sucking the first refrigerant discharged from the primary heat exchanger; A first compression system for sucking and compressing the first refrigerant; A first condenser for condensing the compressed first refrigerant; A first receiver tank for accumulating the first refrigerant condensed; And a first expansion valve configured to circulate and supply the first refrigerant accumulated in the first receiver tank to the primary heat exchanger.

상기 제 1 냉매 순환 공급부는 상기 제 1 냉매가 액상주입되는 상기 제 1 리시버 탱크; 상기 제 1 팽창 밸브로 주입되는 상기 제 1 냉매의 양을 조절하는 니들 밸브; 상기 제 1 열교환기를 순환한 상기 제 1 냉매를 기체와 액체로 분리하는 제 1 세퍼레이터; 분리된 상기 기체의 상기 석션드럼으로의 주입을 조절하는 게이트 밸브; 분리된 상기 기체의 상기 제 1 압축 시스템으로의 주입을 조절하는 솔레노이드 밸브; 상기 석션드럼으로부터 상기 제 1 압축 시스템으로 주입되는 제 1 냉매의 압력을 조절하는 압력 레귤레이터; 및 상기 석션드럼으로부터 상기 제 1 압축 시스템으로 제 1 냉매의 주입을 조절하는 컨트롤 밸브를 더 포함할 수 있다.The first refrigerant circulation supply unit includes the first receiver tank into which the first refrigerant is injected in a liquid phase; A needle valve for controlling an amount of the first refrigerant injected into the first expansion valve; A first separator for separating the first refrigerant circulated through the first heat exchanger into a gas and a liquid; A gate valve controlling injection of the separated gas into the suction drum; A solenoid valve that regulates injection of the separated gas into the first compression system; A pressure regulator for regulating the pressure of the first refrigerant injected from the suction drum into the first compression system; And a control valve for controlling the injection of a first refrigerant from the suction drum to the first compression system.

상기 제 2 냉매 순환 공급부는 상기 2차 열교환기 후단에 설치되어 상기 제 1 냉매 또는 제 2 냉매를 흡입하는 제 2 석션 드럼; 제 2 석션 드럼으로부터 상기 제 1 냉매 또는 제 2 냉매가 공급되어 압축되는 제 2 압축 시스템; 압축된 상기 제 1 냉매 또는 제 2 냉매가 냉각되는 인터쿨러;및 냉각된 상기 제 2 냉매를 축적하는 제 2 리시버 탱크를 포함할 수 있다.The second refrigerant circulation supply unit is provided at a rear end of the secondary heat exchanger to suck the first refrigerant or the second refrigerant; A second compression system supplied with the first refrigerant or the second refrigerant from a second suction drum and compressed; And an intercooler in which the compressed first or second refrigerant is cooled, and a second receiver tank configured to accumulate the cooled second refrigerant.

제 2 냉매 순환 공급부는 냉매가 상기 인터쿨러로 역류하는 것을 방지하는 체크 밸브; 및 상기 제 2 냉매 순환 공급부에 남아 있는 상기 제 1 냉매를 배출하는 배출구를 더 포함할 수 있다.The second refrigerant circulation supply unit includes a check valve to prevent refrigerant from flowing back into the intercooler; And a discharge port for discharging the first refrigerant remaining in the second refrigerant circulation supply unit.

상기 제 1 냉매는 프로판을 사용하고, 제 2 냉매는 혼합냉매를 사용하는 것을 특징으로 한다.The first refrigerant may be propane, and the second refrigerant may be a mixed refrigerant.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 이원 이상의 냉동 사이클이 구비된 이원냉동시스템에서, 제 1 냉매의 냉동사이클의 운전 정상화를 위해 해당 냉매의 냉동사이클이 아닌 다른 냉동사이클을 활용하되, 1차 열교환기에서 열교환된 상기 제 1 냉매의 일부가 상기 다른 냉동사이클에서 냉각된 후 다시 상기 1차 열교환기를 거쳐 상기 제 1 냉매의 냉동사이클로 복귀하게 하는 이원냉동시스템의 가동 방법을 제공한다.According to another aspect of the present invention, in a two-way refrigeration system having two or more refrigeration cycles, in order to normalize the operation of the refrigeration cycle of the first refrigerant, using a refrigeration cycle other than the refrigeration cycle of the refrigerant, in the primary heat exchanger A method of operating a dual refrigeration system for allowing a portion of the heat exchanged first refrigerant to be cooled in another refrigeration cycle and then returning to the refrigeration cycle of the first refrigerant via the first heat exchanger.

본 발명의 실시예는 1차 냉매의 초기 운전에 2차 냉매의 압축기를 활용할 수 있도록 함으로써 운전 정상화 시간을 단축하는 동시에, 1차 냉매의 비정상적 운전으로 인해 이원냉동시스템이 제대로 가동되지 못하는 악순환을 방지할 수 있고, 1차 냉매를 액상 주입함으로써 가스 주입시의 설치면적 문제를 해결할 수 있다.Embodiment of the present invention by using the compressor of the secondary refrigerant in the initial operation of the primary refrigerant to shorten the operation normalization time, while preventing the vicious cycle that the dual refrigeration system does not operate properly due to the abnormal operation of the primary refrigerant. This can solve the installation area problem during gas injection by injecting the primary refrigerant in the liquid phase.

도 1은 기존의 이원냉동시스템의 일 예로 천연가스 액화 시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 천연가스 액화 시스템에서 예냉 공정만을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 이원냉동시스템에서 1차 냉매의 제 2 냉매 순환 공급부 및 제1 냉매 리턴 순환공급부에서의 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 5는 도 3에 도시된 이원냉동시스템에서 1차 냉매의 제 1 냉매 순환 공급부에서의 흐름을 개략적으로 도시한 도면이다.
1 is a view schematically showing a natural gas liquefaction system as an example of a conventional two-way refrigeration system.
FIG. 2 is a view schematically illustrating only a precooling process in the natural gas liquefaction system illustrated in FIG. 1.
3 is a view schematically showing a binary refrigeration system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view schematically illustrating a flow in the second refrigerant circulation supply unit and the first refrigerant return circulation supply unit of the primary refrigerant in the binary refrigeration system shown in FIG. 3.
FIG. 5 is a view schematically showing the flow of the primary refrigerant circulation supply unit of the primary refrigerant in the binary refrigeration system shown in FIG.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.In order to fully understand the present invention, operational advantages of the present invention, and objects achieved by the practice of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings and the accompanying drawings which illustrate preferred embodiments of the present invention.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the preferred embodiments of the present invention with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 천연가스 액화 시스템의 이원냉동시스템을 개략적으로 도시한 도면이다.3 is a view schematically showing a binary refrigeration system of a natural gas liquefaction system according to an embodiment of the present invention.

천연가스 액화 시스템은 본 발명의 이원냉동시스템 및 방법이 적용될 수 있는 대표적인 예이다.Natural gas liquefaction system is a representative example of the binary refrigeration system and method of the present invention can be applied.

도 3에서 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 이원냉동시스템은, 냉각대상 유체의 냉각을 위한 제 1 냉매가 순환 공급되는 1차 열교환기(100), 1차 열교환기(100)에 제 1 냉매를 압축냉각하여 순환 공급하는 제 1 냉매 순환공급부(200), 냉각대상 유체의 냉각을 위한 제 2 냉매가 순환 공급되는 2차 열교환기, 2차 열교환기로 제 2 냉매를 압축냉각하여 순환 공급하는 제 2 냉매 순환 공급부 및 1차 열교환기(100)에서 열교환 된 제 1 냉매가 제 2 냉매 순환 공급부에서 압축냉각된 후 다시 1차 열교환기(100)로 공급되어 냉각대상 유체와 열교환된 후 제 1 냉매 순환공급부(200)로 복귀하게 하는 제 1 냉매 리턴 순환공급부(500)를 포함한다.As shown in FIG. 3, in the two-way refrigeration system according to the present embodiment, the first heat exchanger 100 and the first heat exchanger 100 to which the first refrigerant for circulation of the cooling target fluid is circulated are supplied. The first refrigerant circulating supply unit 200 for circulating and supplying the refrigerant by compression, the secondary heat exchanger circulated and supplied with the second refrigerant for cooling the cooling target fluid, and the second refrigerant being circulated and supplied with the second refrigerant by the secondary heat exchanger. The first refrigerant heat-exchanged in the second refrigerant circulation supply unit and the primary heat exchanger 100 is compressed and cooled in the second refrigerant circulation supply unit and then supplied to the primary heat exchanger 100 to be heat-exchanged with the fluid to be cooled and then the first refrigerant. The first refrigerant return circulation supply unit 500 to return to the refrigerant circulation supply unit 200 is included.

천연 가스 액화 공정은 일반적으로, 가스전에서의 가스를 정제하여 냉매를 이용해서 상온으로부터 약 -160℃ 이하로 냉각시켜서 냉각대상 유체를 액화시키는 공정을 말한다.The natural gas liquefaction process generally refers to a process of liquefying a fluid to be cooled by purifying a gas in a gas field and cooling it from about room temperature to about -160 ° C or less using a refrigerant.

본 발명의 일 실시예에 따른 이원냉동시스템은 천연가스 액화 공정 중에서 가장 많이 쓰이는 공정 중 하나인 프로판 예냉 혼합냉매 공정(C3MR process)에 적용될 수 있다. 또한 본 실시예는 기동 및 정지가 필요한 액화 플랜트, 예컨대 파일럿 플랜트에 적용할 수 있으며, 프로판 예냉 혼합냉매 공정이 두 개의 냉매 사이클로 형성되고, 따라서 냉매의 종류도 프로판 냉매와 혼합냉매 두 가지를 사용하는데, 이러한 공정은 같은 이름으로 여러 가지 구조로 설계 및 제작될 수 있다.The binary refrigeration system according to an embodiment of the present invention may be applied to a propane precooled mixed refrigerant process (C3MR process), which is one of the most used processes among natural gas liquefaction processes. In addition, the present embodiment can be applied to a liquefaction plant, such as a pilot plant, which requires starting and stopping, and the propane precooled mixed refrigerant process is formed by two refrigerant cycles. However, these processes can be designed and manufactured in various structures under the same name.

그러나 천연가스 액화 시스템은, 전술한 바와 같이 본 발명의 이원냉동시스템이 적용될 수 있는 일 예이고, 본 발명의 이원냉동시스템은 극저온 냉동이 요구되는 이원냉동시스템에 일반적으로 적용될 수 있다.
However, the natural gas liquefaction system is an example to which the dual refrigeration system of the present invention can be applied as described above, and the binary refrigeration system of the present invention can be generally applied to a binary refrigeration system requiring cryogenic refrigeration.

도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 일 실시예에 따른 천연가스 액화 시스템에서 냉각대상 유체의 냉각을 위한 제 1 냉매를 냉각하여 순환 공급되면 1차 열교환기(100)에서 열교환을 통해 냉각대상 유체가 예냉된다.As shown in FIG. 3, in the natural gas liquefaction system according to an embodiment of the present invention, when the first refrigerant for cooling the cooling target fluid is circulated and supplied, the cooling target is exchanged through the first heat exchanger 100. The fluid is precooled.

1차 열교환기(100)는 일례로 kettle형 열교환기가 사용될 수 있고, 이것은 Shell&Tube, Flate-fin 열교환기등으로 구현될 수 있을 것이다. The primary heat exchanger 100 may be used as a kettle type heat exchanger, for example, it may be implemented as a Shell & Tube, Flate-fin heat exchanger.

본 실시예에서 예냉된 천연가스의 온도는 -30 내지 -40℃정도일 수 있다.In this embodiment, the temperature of the pre-cooled natural gas may be about -30 to -40 ℃.

예냉된 천연가스는 2차 열교환기에서 제 2 냉매 순환공급부(300)를 통해 순환공급되는 제 2 냉매와의 열교환을 통한 본냉 공정으로 액화된다. The pre-cooled natural gas is liquefied in the main cooling process through heat exchange with the second refrigerant circulated and supplied through the second refrigerant circulation supply unit 300 in the secondary heat exchanger.

상술한 바와 같은 제 1 냉매와 제 2 냉매에 의한 천연가스 액화 공정은 이원냉동시스템이 정상가동되고 있는 경우에 이루어진다.The natural gas liquefaction process by the first refrigerant and the second refrigerant as described above is performed when the binary refrigeration system is operating normally.

그러나, 이원냉동시스템의 초기 운전시에는 이러한 천연가스 액화 공정이 바로 이루어지기 어렵다.However, during the initial operation of the binary refrigeration system, such a natural gas liquefaction process is difficult to occur immediately.

이원냉동시스템의 초기 운전시에는 시스템 내에 도입된 제 1 냉매의 양이 부족하여 예냉 공정이 정상 운전되기까지는 일정시간이 소요되며, 이원냉동시스템의 특성상 이러한 예냉 공정의 비정상적 운전은 본냉 공정의 운전을 방해한다. 따라서 1차 냉매의 초기 운전시 일정시간 동안 제 1 냉매 압축시스템의 운전을 위한 충분한 제 1 냉매 가스 확보방안이 필요하다.In the initial operation of the binary refrigeration system, the amount of the first refrigerant introduced into the system is insufficient, and it takes a certain time for the precooling process to operate normally. Disturb. Therefore, there is a need for a sufficient first refrigerant gas securing method for the operation of the first refrigerant compression system for a predetermined time during the initial operation of the primary refrigerant.

이를 위해 기존 이원냉동시스템에서는 제 1 냉매가스 주입을 위한 대용량의 가스 저장탱크를 설치하거나, 액상의 제 1 냉매를 기화시키는 별도의 기화기를 설치하여 왔다.To this end, the existing binary refrigeration system has been installed a large-capacity gas storage tank for the first refrigerant gas injection, or a separate vaporizer for vaporizing the liquid first refrigerant.

그러나, 이는 단위장치 증설로 인한 설비 비용과 설비면적의 측면에서 효율적이지 못한 문제점이 있었다. However, this was not efficient in terms of equipment cost and equipment area due to the expansion of the unit.

이를 위해 본 실시예에서는 추가적인 단위설비 증설을 지양하고 기존 시스템을 활용할 수 있도록, 제 1 냉매를 액상 주입하고 제 2 냉매 순환 공급부에서 가스상태로 압축냉각하여 제 1 냉매 순환공급부(200)로 복귀시키는 제 1 냉매 리턴 순환공급부(500)를 제안하는 것이다.
To this end, in the present embodiment, in order to avoid additional unit facilities and to utilize the existing system, the first refrigerant is injected into the liquid phase, and the second refrigerant is circulated and cooled in a gas state in the second refrigerant circulation supply unit to return to the first refrigerant circulation supply unit 200. The first refrigerant return circulation supply unit 500 is proposed.

본 실시예의 제 1 냉매 리턴 순환공급부(500)는, 제 1 냉매 순환공급부(200)의 라인에 마련되어 1차 열교환기(100)에서 열교환된 제 1 냉매를 상기 제 2 냉매 순환 공급부로 공급되도록 유도하는 제 1 삼방향밸브(510) 및 제 2 냉매 순환 공급부의 라인에 마련되어 1차 열교환기(100)에서 열교환된 제 1 냉매가 제 1 냉매 순환공급부(200)로 공급되도록 유도하는 제 3 삼방향밸브(530)를 포함한다. The first refrigerant return circulation supply unit 500 of the present embodiment is provided in a line of the first refrigerant circulation supply unit 200 to induce the first refrigerant heat exchanged in the primary heat exchanger 100 to be supplied to the second refrigerant circulation supply unit. The third three-way valve is provided in the first three-way valve 510 and the second refrigerant circulation supply unit to induce the first refrigerant heat exchanged in the primary heat exchanger 100 to be supplied to the first refrigerant circulation supply unit 200. Valve 530.

또한 제 1 냉매 리턴 순환공급부(500)는 제 2 냉매 순환공급부(300)의 라인에 마련되어 제 2 냉매 순환공급부(300)로 공급되는 제 1 냉매가 상기 제 2 냉매 순환 공급부의 제 2 리시버탱크에 저장되지 않고 바이패스되도록 유도하는 제2 삼방향밸브(520)를 포함한다.In addition, the first refrigerant return circulation supply unit 500 is provided in the line of the second refrigerant circulation supply unit 300 and the first refrigerant supplied to the second refrigerant circulation supply unit 300 is supplied to the second receiver tank of the second refrigerant circulation supply unit. And a second three-way valve 520 which induces to be bypassed without being stored.

도 3 및 도 4에는 제 1 냉매 리턴 순환공급부(500)를 통한 제 1 냉매의 흐름이 개략적으로 도시되어 있다.3 and 4 schematically illustrate the flow of the first refrigerant through the first refrigerant return circulation supply unit 500.

도 3 및 도 4에서 볼 수 있듯이, 이원냉동시스템의 초기 가동시 제 1 냉매는 제 1 리시버 탱크(240)에 액상 주입되어 제 1 팽창밸브 후단에서 완전 기화된다. 완전 기화된 가스상태의 제 1 냉매는 제 1 삼방향밸브(510)에 의해 제 1 분기라인(501)으로 흘러 제 2 냉매 순환공급부(300)도 도입된다. 제 2 냉매 순환공급부(300)로 도입된 제 1 냉매는 이를 거치면서 압축냉각되고, 압축냉각된 제 1 냉매는 제2 삼방향밸브(520)에 의해 제 2 리시버탱크를 바이패스하는 제 2 분기라인(502)으로 흐른다. 제 2 분기라인(502)을 거쳐 제 2 냉매의 유로에 도달한 제 1 냉매는 제3 삼방향밸브(530)에 의해 제 3 분기라인(503)을 거쳐 제 1 냉매 순환공급부(200)로 도입된다.
3 and 4, during initial operation of the binary refrigeration system, the first refrigerant is injected into the liquid phase into the first receiver tank 240 and completely vaporized at the rear end of the first expansion valve. The first refrigerant in the fully vaporized gas state flows to the first branch line 501 by the first three-way valve 510 and the second refrigerant circulation supply unit 300 is also introduced. The first refrigerant introduced into the second refrigerant circulation supply unit 300 is compressed and cooled while passing through the second refrigerant circulation, and the second refrigerant which bypasses the second receiver tank by the second three-way valve 520. Flows to line 502. The first refrigerant reaching the flow path of the second refrigerant through the second branch line 502 is introduced into the first refrigerant circulation supply unit 200 through the third branch line 503 by the third three-way valve 530. do.

제 1 냉매 순환공급부(200)는 상기 1차 열교환기(100)의 후단에 설치되어 1차 열교환기(100)로부터 배출되는 제 1 냉매를 흡입하는 제 1 석션 드럼(210), 제 1 냉매를 흡입하여 압축하는 제 1 압축 시스템(220), 압축된 제 1 냉매를 응축하는 제 1 콘덴서(230), 응축된 제 1 냉매를 축적하는 제 1 리시버탱크 및 제 1 리시버탱크에 축적된 제 1 냉매를 1차 열교환기(100)에 순환 공급하는 제 1 팽창 밸브(260)를 포함한다.The first refrigerant circulation supply unit 200 is installed at the rear end of the primary heat exchanger 100 to suction the first suction drum 210 and the first refrigerant to suck the first refrigerant discharged from the primary heat exchanger 100. A first compression system 220 for suction and compression, a first condenser 230 for condensing the compressed first refrigerant, a first receiver tank for accumulating the condensed first refrigerant, and a first refrigerant accumulated in the first receiver tank It includes a first expansion valve 260 for circulating supply to the primary heat exchanger (100).

본 실시예에 따른, 제 1 냉매 순환공급부(200)는 제 1 냉매가 액상주입되는 상기 제 1 리시버 탱크(240), 제 1 팽창 밸브(260)에 주입되는 제 1 냉매의 양을 조절하는 니들 밸브(250), 제 1 열교환기를 순환한 제 1 냉매를 기체와 액체로 분리하는 제 1 세퍼레이터(270), 분리된 기체의 상기 석션드럼으로의 주입을 조절하는 게이트 밸브(281), 분리된 기체의 제 1 압축 시스템(220)으로의 주입을 조절하는 솔레노이드 밸브, 석션드럼으로부터 제 1 압축 시스템(220)으로 주입되는 제 1 냉매의 압력을 조절하는 압력 레귤레이터(282) 및 석션드럼으로부터 상기 제 1 압축 시스템(220)으로 제 1 냉매의 주입을 조절하는 컨트롤 밸브(283)를 더 포함한다.According to the present embodiment, the first refrigerant circulation supply unit 200 adjusts the amount of the first refrigerant injected into the first receiver tank 240 and the first expansion valve 260 into which the first refrigerant is injected in the liquid phase. Valve 250, a first separator 270 that separates the first refrigerant circulated in the first heat exchanger into a gas and a liquid, a gate valve 281 that controls the injection of the separated gas into the suction drum, a separated gas Solenoid valve to regulate the injection of the first compression system 220 into the first compression system 220, pressure regulator 282 to adjust the pressure of the first refrigerant injected from the suction drum into the first compression system 220 and the first from the suction drum It further includes a control valve 283 that regulates the injection of the first refrigerant into the compression system 220.

이하에서 본 실시예에 따른 제 1 냉매 순환공급부(200)의 작동 상태를 간략히 설명한다.Hereinafter, an operating state of the first refrigerant circulation supply unit 200 according to the present embodiment will be briefly described.

제 1 리시버탱크로 액상주입된 제 1 냉매는, 제 1 팽창 밸브(260) 후단에서 완전 기화될 수 있게 밸브 궤도율이 조정된 니들 밸브(250)를 지나 제 1 팽창 밸브(260)에서 기화된다. 기화된 제 1 냉매는 제 1 냉매 리턴 순환공급부(500)를 거쳐 제 1 석션 드럼(210)으로 도입된다. 제 1 냉매가 충분한 양이 제 1 석션 드럼(210)에 충전되기까지 게이트 밸브(281) 및 컨트롤 밸브(283)는 잠겨져 있다. 제 1 석션 드럼(210)에 충분한 제 1 냉매가 충전되면, 압력 레귤레이터(282)를 입구압력 조건에 맞게 조정하고, 컨트롤 밸브(283)를 서서히 열어서 제 1 냉매를 제 1 냉매 압축 시스템으로 유입시켜 제 1 냉매의 압축냉각공정이 이루어지게 한다. 압축냉각 이후 1차 열교환기(100)를 거친 제 1 냉매는 제 1 세퍼레이터(270)에 의해 기액분리되어 기체 부분은 제 1 석션 드럼(210) 또는 제 1 냉매 압축시스템으로 유입된다. The first refrigerant injected into the liquid phase into the first receiver tank is vaporized at the first expansion valve 260 through the needle valve 250 whose valve trajectory is adjusted so as to be completely vaporized after the first expansion valve 260. . The vaporized first refrigerant is introduced into the first suction drum 210 via the first refrigerant return circulation supply unit 500. The gate valve 281 and the control valve 283 are locked until a sufficient amount of the first refrigerant is filled in the first suction drum 210. When sufficient first refrigerant is charged in the first suction drum 210, the pressure regulator 282 is adjusted to the inlet pressure condition, and the control valve 283 is gradually opened to introduce the first refrigerant into the first refrigerant compression system. The compression cooling process of the first refrigerant is made. After the compression cooling, the first refrigerant having passed through the primary heat exchanger 100 is gas-liquid separated by the first separator 270, and the gas part flows into the first suction drum 210 or the first refrigerant compression system.

제 1 석션 드럼(210) 내의 압력과 세퍼레이터의 압력을 비교하여, 제 1 석션 드럼(210)의 압력이 높으면 게이트 밸브(281)는 잠기고 솔레노이드 밸브가 열려, 제 1 세퍼레이터(270)에 의해 분리된 기체는 제 1 냉매 압축시스템으로 도입된다. 이는 이원냉동시스템의 운전 초기에 해당된다. 제 1 세퍼레이터(270)로부터 도입되는 제 1 냉매의 양이 부족하면 제 1 석션 드럼(210)으로부터 제 1 냉매 가스가 추가적으로 공급된다. By comparing the pressure in the first suction drum 210 with the pressure in the separator, when the pressure in the first suction drum 210 is high, the gate valve 281 is closed and the solenoid valve is opened, which is separated by the first separator 270. The gas is introduced into the first refrigerant compression system. This is the early stage of operation of a binary refrigeration system. When the amount of the first refrigerant introduced from the first separator 270 is insufficient, the first refrigerant gas is additionally supplied from the first suction drum 210.

반면, 제 1 세퍼레이터(270)의 압력이 높거나 압력이 같은 경우, 솔레노이드 밸브는 잠기고 게이트 밸브(281)를 열어, 제 1 세퍼레이터(270)에서 분리된 기체 전부는 제 1 석션 드럼(210)으로 유입되어 이를 거쳐 제 1 냉매 압축시스템으로 도입된다.
On the other hand, when the pressure of the first separator 270 is high or the same pressure, the solenoid valve is closed and the gate valve 281 is opened, so that all of the gas separated from the first separator 270 is transferred to the first suction drum 210. It is introduced and then introduced into the first refrigerant compression system.

제 2 냉매 순환 공급부는 2차 열교환기 후단에 설치되어 제 1 냉매 또는 제 2 냉매를 흡입하는 제 2 석션 드럼(310), 제 2 석션 드럼(310)으로부터 제 1 냉매 또는 제 2 냉매가 공급되는 제 2 압축 시스템(320), 압축된 제 1 냉매 또는 제 2 냉매가 냉각되는 인터쿨러(330) 및 냉각된 제 2 냉매를 축적하는 제 2 리시버 탱크(340)를 포함한다.The second refrigerant circulation supply unit is installed at the rear end of the second heat exchanger to supply the first refrigerant or the second refrigerant from the second suction drum 310 and the second suction drum 310 to suck the first refrigerant or the second refrigerant. A second compression system 320, an intercooler 330 in which the compressed first or second refrigerant is cooled, and a second receiver tank 340 that accumulates the cooled second refrigerant.

제 2 냉매 순환 공급부는, 냉매가 인터쿨러(330)로 역류하는 것을 방지하는 체크 밸브(350) 및 제 2 냉매 순환 공급부에 남아 있는 제 1 냉매를 배출하는 배출구(380)를 더 포함한다.The second refrigerant circulation supply unit further includes a check valve 350 to prevent the refrigerant from flowing back to the intercooler 330 and a discharge port 380 for discharging the first refrigerant remaining in the second refrigerant circulation supply unit.

이하에서 본 실시예에 따른 제 2 냉매 순환 공급부의 작동 상태를 간략히 설명한다.Hereinafter, the operating state of the second refrigerant circulation supply unit according to the present embodiment will be briefly described.

제 1 냉매의 예냉 시스템이 정상 운전에 이르게 되면, 제 1 삼방향밸브(510)에 의한 제 1 냉매의 제 2 냉매 순환공급부(300)로의 도입은 종료된다.When the precooling system of the first refrigerant reaches normal operation, introduction of the first refrigerant into the second refrigerant circulation supply unit 300 by the first three-way valve 510 is terminated.

서로 다른 종류의 냉매를 제 1 냉매와 제 2 냉매로 사용하는 경우, 제 2 냉매 순환공급부(300)에 잔류할 수 있는 제 1 냉매는 제 2 냉매를 시스템에 도입하기에 앞서 배출구(380)를 통해 모두 배출시켜야 한다.When different types of refrigerants are used as the first refrigerant and the second refrigerant, the first refrigerant that may remain in the second refrigerant circulation supply unit 300 may have the outlet 380 prior to introducing the second refrigerant into the system. All must be discharged.

또한 제 1 냉매와 제 2 냉매는 서로 다른 성질을 지니므로, 시스템 내에 도입된 냉매의 종류에 따라 압력과 온도에 따른 응축점을 판단해 인터쿨러(330)의 냉각정도를 조절해야 한다. In addition, since the first and second refrigerants have different properties, the degree of cooling of the intercooler 330 should be adjusted by determining a condensation point according to pressure and temperature according to the type of refrigerant introduced into the system.

본 실시예에서는 제 1 냉매는 프로판을 사용하고, 제 2 냉매는 혼합냉매를 사용하는 것이 바람직하지만, 냉매의 종류가 이에 한정되는 것은 아니다. 공급대상유체의 종류와 목표하는 냉각 정도, 냉각 효율 등을 고려하여 적절한 냉매가 선택될 수 있다.
In the present embodiment, it is preferable to use propane as the first refrigerant and mixed refrigerant as the second refrigerant, but the type of the refrigerant is not limited thereto. An appropriate refrigerant may be selected in consideration of the type of the fluid to be supplied, the desired degree of cooling, the cooling efficiency, and the like.

본 발명의 일 측면에 따르면, 이원 이상의 냉동 시스템을 통한 이원냉각 시스템에서, 제 1 냉매의 냉동사이클의 운전 정상화를 위해 해당 냉매의 냉동사이클이 아닌 다른 냉동사이클을 활용하되, 1차 열교환기(100)에서 열교환된 상기 제 1 냉매의 일부가 상기 다른 냉동사이클에서 냉각된 후 다시 상기 1차 열교환기(100)를 거쳐 상기 제 1 냉매의 냉동사이클로 복귀하게 하는 이원냉동시스템의 가동 방법을 제공한다.
According to an aspect of the present invention, in the two-way cooling system through the two or more refrigeration system, in order to normalize the operation of the refrigeration cycle of the first refrigerant using a refrigeration cycle other than the refrigeration cycle of the refrigerant, the primary heat exchanger (100) And a part of the first refrigerant heat exchanged in the C) is cooled in the other refrigeration cycle and then returned to the refrigeration cycle of the first refrigerant via the first heat exchanger (100).

이상에서 살펴본 바와 같이, 이원 이상의 냉동사이클을 통한 이원냉각시스템에서, 시스템의 초기 운전시에 제 1 냉매의 압축냉각에 제 2 냉매의 냉동사이클을 활용하고 제 1 냉매를 액상주입함으로써, 조속한 운전정상화가 가능해질 뿐만 아니라, 설비의 부피를 줄일 수 있어 공간활용도를 높이고, 추가적인 단위설비의 증설을 막아 설비의 원가절감을 이룰 수 있다.As described above, in a dual cooling system using two or more refrigeration cycles, the normal operation of the system is achieved by utilizing the refrigerating cycle of the second refrigerant and injecting the first refrigerant into the liquid phase during the initial operation of the system. In addition to being able to reduce the volume of the equipment, it is possible to reduce the volume of the equipment by increasing the space utilization, and prevent the addition of additional unit equipment.

본 발명의 이원냉동시스템은 제 1 냉매를 액상주입함으로써 공간 활용도가 높아, 한정된 공간에 설치되어야할 냉동시스템, 예를 들어 저온 창고(cold room)에서도 효과적으로 적용될 수 있다.
The binary refrigeration system of the present invention has high space utilization by injecting the first refrigerant into liquid phase, and thus can be effectively applied to a refrigeration system, for example, a cold room, to be installed in a limited space.

이와 같은 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형될 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit and scope of the invention. Accordingly, such modifications or variations are intended to fall within the scope of the appended claims.

100 : 1차 열교환기
200 : 제 1 냉매 순환공급부
210 : 제 1 석션 드럼
220 : 제 1 압축 시스템
230 : 제 1 콘덴서
240 : 제 1 리시버 탱크
250 : 니들 밸브
260 : 제 1 팽창 밸브
270 : 제 1 세퍼레이터
281 : 게이트 밸브
282 : 압력 레귤레이터
283 : 컨트롤 밸브
300 : 제 2 냉매 순환공급부
310 : 제 2 석션 드럼
320 : 제 2 압축 시스템
330 : 인터쿨러
340 : 제 2 리시버 탱크
350 : 체크 밸브
380 : 배출구
500 : 제 1 냉매 리턴 순환공급부
501 : 제 1 분기 라인
502 : 제 2 분기 라인
503 : 제 3 분기 라인
510 : 제 1 삼방향 밸브
520 : 제 2 삼방향 밸브
530 : 제 3 삼방향 밸브
100: primary heat exchanger
200: first refrigerant circulation supply unit
210: first suction drum
220: first compression system
230: first capacitor
240: first receiver tank
250: needle valve
260: first expansion valve
270: first separator
281: Gate Valve
282: Pressure Regulator
283: control valve
300: second refrigerant circulation supply unit
310: second suction drum
320: second compression system
330: intercooler
340: second receiver tank
350: check valve
380: outlet
500: first refrigerant return circulation supply unit
501: first branch line
502: second branch line
503: third branch line
510: first three-way valve
520: the second three-way valve
530: third three-way valve

Claims (10)

냉각대상 유체의 냉각을 위한 제 1 냉매가 순환 공급되는 1차 열교환기;
상기 1차 열교환기에 상기 제 1 냉매를 압축냉각하여 순환 공급하는 제 1 냉매 순환공급부;
상기 냉각대상 유체의 냉각을 위한 제 2 냉매가 순환 공급되는 2차 열교환기;
상기 2차 열교환기로 상기 제 2 냉매를 압축냉각하여 순환 공급하는 제 2 냉매 순환 공급부; 및
상기 1차 열교환기에서 열교환된 상기 제 1 냉매가 상기 제 2 냉매 순환 공급부에서 압축냉각된 후 다시 상기 1차 열교환기로 공급되어 상기 냉각대상 유체와 열교환된 후 상기 제 1 냉매 순환공급부로 복귀하게 하는 제 1 냉매 리턴 순환공급부를 포함하는 것을 특징으로 하는 이원냉동시스템.
A primary heat exchanger through which a first refrigerant for cooling the fluid to be cooled is circulated and supplied;
A first refrigerant circulation supply unit configured to compressively cool and supply the first refrigerant to the primary heat exchanger;
A secondary heat exchanger through which a second refrigerant for cooling the fluid to be cooled is circulated and supplied;
A second refrigerant circulation supply unit configured to circulate and supply the second refrigerant by compression cooling the secondary heat exchanger; And
The first refrigerant heat-exchanged in the primary heat exchanger is compressed and cooled in the second refrigerant circulation supply unit and then supplied to the primary heat exchanger again to exchange heat with the cooling target fluid to return to the first refrigerant circulation supply unit. A binary refrigeration system comprising a first refrigerant return circulation supply.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 냉매 리턴 순환공급부는
상기 제 1 냉매 순환 공급부의 라인에 마련되어 상기 1차 열교환기에서 열교환된 상기 제 1 냉매를 상기 제 2 냉매 순환 공급부로 공급되도록 유도하는 제 1 삼방향밸브; 및
상기 제 2 냉매 순환 공급부의 라인에 마련되어 상기 1차 열교환기에서 열교환된 제 1 냉매가 상기 제 1 냉매 순환공급부로 공급되도록 유도하는 제 3 삼방향밸브를 포함하는 이원냉동시스템.
The method of claim 1, wherein the first refrigerant return circulation supply unit
A first three-way valve provided in a line of the first refrigerant circulation supply unit to guide the first refrigerant heat-exchanged in the primary heat exchanger to the second refrigerant circulation supply unit; And
And a third three-way valve provided in a line of the second refrigerant circulation supply unit to guide the first refrigerant exchanged in the primary heat exchanger to the first refrigerant circulation supply unit.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 냉매 리턴 순환공급부는
상기 제 2 냉매 순환공급부의 라인에 마련되어 상기 제 2 냉매 순환공급부로 공급되는 상기 제 1 냉매가 상기 제 2 냉매 순환 공급부의 제 2 리시버탱크에 저장되지 않고 바이패스되도록 유도하는 제 2 삼방향밸브를 더 포함하는 이원냉동시스템.
The method of claim 1, wherein the first refrigerant return circulation supply unit
A second three-way valve provided in a line of the second refrigerant circulation supply unit to guide the first refrigerant supplied to the second refrigerant circulation supply unit to be bypassed without being stored in the second receiver tank of the second refrigerant circulation supply unit; Binary refrigeration system further comprising.
제 1항에 있어서, 상기 제 1 냉매 순환 공급부는
상기 1차 열교환기의 후단에 설치되어 상기 1차 열교환기로부터 배출되는 상기 제 1 냉매를 흡입하는 제 1 석션 드럼;
상기 제 1 냉매를 흡입하여 압축하는 제 1 압축 시스템;
압축된 상기 제 1 냉매를 응축하는 제 1 콘덴서;
응축된 상기 제 1 냉매를 축적하는 제 1 리시버탱크; 및
상기 제 1 리시버탱크에 축적된 상기 제 1 냉매를 상기 1차 열교환기에 순환 공급하는 제 1 팽창 밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 이원냉동시스템.
The method of claim 1, wherein the first refrigerant circulation supply unit
A first suction drum installed at a rear end of the primary heat exchanger to suck the first refrigerant discharged from the primary heat exchanger;
A first compression system for sucking and compressing the first refrigerant;
A first condenser for condensing the compressed first refrigerant;
A first receiver tank for accumulating the first refrigerant condensed; And
And a first expansion valve for circulating and supplying the first refrigerant accumulated in the first receiver tank to the primary heat exchanger.
제 4항에 있어서, 상기 제 1 냉매 순환 공급부는
상기 제 1 팽창 밸브에 주입되는 상기 제 1 냉매의 양을 조절하는 니들 밸브;
상기 1차 열교환기를 순환한 상기 제 1 냉매를 기체와 액체로 분리하는 제 1 세퍼레이터;
분리된 상기 기체의 상기 제 1 석션드럼으로의 주입을 조절하는 게이트 밸브;
분리된 상기 기체의 상기 제 1 압축 시스템으로의 주입을 조절하는 솔레노이드 밸브;
상기 제 1 석션드럼으로부터 상기 제 1 압축 시스템으로 주입되는 제 1 냉매의 압력을 조절하는 압력 레귤레이터; 및
상기 제 1 석션드럼으로부터 상기 제 1 압축 시스템으로 제 1 냉매의 주입을 조절하는 컨트롤 밸브를 더 포함하되,
상기 제 1 냉매는 상기 제 1 리시버 탱크로 액상주입되는 것을 특징으로 하는 이원냉동시스템.
The method of claim 4, wherein the first refrigerant circulation supply unit
A needle valve controlling an amount of the first refrigerant injected into the first expansion valve;
A first separator separating the first refrigerant circulated through the primary heat exchanger into a gas and a liquid;
A gate valve for controlling injection of said separated gas into said first suction drum;
A solenoid valve that regulates injection of the separated gas into the first compression system;
A pressure regulator for regulating the pressure of the first refrigerant injected into the first compression system from the first suction drum; And
Further comprising a control valve for regulating the injection of a first refrigerant from said first suction drum to said first compression system,
The first refrigerant is a binary refrigeration system, characterized in that the liquid injection into the first receiver tank.
제 1항에 있어서, 상기 제 2 냉매 순환 공급부는
상기 2차 열교환기 후단에 설치되어 상기 제 1 냉매 또는 제 2 냉매를 흡입하는 제 2 석션 드럼;
제 2 석션 드럼으로부터 상기 제 1 냉매 또는 제 2 냉매가 공급되는 제 2 압축 시스템;
압축된 상기 제 1 냉매 또는 제 2 냉매가 냉각되는 인터쿨러;및
냉각된 상기 제 2 냉매를 축적하는 제 2 리시버 탱크를 포함하는 것을 특징으로 하는 이원냉동시스템.
The method of claim 1, wherein the second refrigerant circulation supply unit
A second suction drum installed at a rear end of the secondary heat exchanger to suck the first refrigerant or the second refrigerant;
A second compression system supplied with the first refrigerant or the second refrigerant from a second suction drum;
An intercooler in which the compressed first or second refrigerant is cooled; and
And a second receiver tank for accumulating the cooled second refrigerant.
제 6항에 있어서, 상기 제 2 냉매 순환 공급부는
냉매가 상기 인터쿨러로 역류하는 것을 방지하는 체크 밸브; 및
상기 제 2 냉매 순환 공급부에 남아 있는 상기 제 1 냉매를 배출하는 배출구를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 이원냉동시스템.
The method of claim 6, wherein the second refrigerant circulation supply unit
A check valve to prevent refrigerant from flowing back into the intercooler; And
And a discharge port for discharging the first refrigerant remaining in the second refrigerant circulation supply unit.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제 1 냉매는 프로판을 사용하고, 제 2 냉매는 혼합냉매를 사용하는 것을 특징으로 하는 이원냉동시스템.
8. The method according to any one of claims 1 to 7,
The first refrigerant uses propane, the second refrigerant is a mixed refrigerant, characterized in that using a mixed refrigerant.
제 1항 내지 제 7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉각대상 유체는 천연가스인 것을 특징으로 하는 이원냉동시스템.
8. The method according to any one of claims 1 to 7,
The cooling fluid is a binary refrigeration system, characterized in that the natural gas.
이원 이상의 냉동 사이클이 구비된 이원냉동시스템에서, 제 1 냉매의 냉동사이클의 운전 정상화를 위해 해당 냉매의 냉동사이클이 아닌 다른 냉동사이클을 활용하되, 1차 열교환기에서 열교환된 상기 제 1 냉매의 일부가 상기 다른 냉동사이클에서 냉각된 후 다시 상기 1차 열교환기를 거쳐 상기 제 1 냉매의 냉동사이클로 복귀하게 하는 이원냉동시스템의 가동 방법.In a binary refrigeration system having two or more refrigeration cycles, a part of the first refrigerant heat exchanged in the primary heat exchanger may be utilized by using a refrigeration cycle other than the refrigeration cycle of the corresponding refrigerant to normalize operation of the refrigeration cycle of the first refrigerant. Operating the dual refrigeration system after cooling in the other refrigeration cycle and returning to the refrigeration cycle of the first refrigerant through the first heat exchanger.
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