KR101392048B1 - 에너지 효율 및 냉각 효율을 향상시킨 냉동시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 응축기와 증발기의 효율을 향상시킬 수 있도록 한 냉동시스템에 관한 것으로서 현재, 일반적인 냉동시스템의 기본 구성은 압축, 응축, 팽창, 증발의 4가지 요소가 반복적으로 이루어지는 순환 사이클로서, 이러한 냉동시스템의 효율적인 운영을 위해서는 냉매가스의 응축을 위한 충분한 양의 열에너지 방출이 이루어져야 하며, 팽창변을 통해 증발기로 이동하는 냉매에서 가능한 기체 상태의 냉매가 제거된 액상태의 냉매가 공급 되어야 하는 것이나, 여름철 고온 다습한 외부 환경에서는 응축기를 통한 열 방출이 제대로 이루어지지 않아 응축기의 효율저하가 발생 시 팽창변으로 공급되는 냉매에 다량의 냉매기체가 혼합되어 증발기의 효율이 저하되는 문제가 발생하여, 냉동 효율저하 및 고장이 발생되는 문제점이 있다.

이러한 문제점의 해결을 위하여 본 발명은 기체와 액체 냉매의 밀도차이를 이용하여 팽창변으로 공급되는 기액 혼합냉매에서 기체상태의 냉매를 분리시켜 응축 후 재 공급함으로서 팽창변으로 최대한 액상태의 냉매만을 공급하는 방식과 증발기에서 압축기로 공급되는 저온 저압의 냉매라인 과 압축기에서 응축기로 들어가는 고온고압의 냉매라인을 열교환기에 연결시켜 압축기로 들어가는 저온의 냉매기체의 온도를 상승시켜 압축기의 효율을 높이고, 응축기로 들어가는 고온고압의 냉매기체의 온도를 낮추어서 여름철 고온 다습한 외부 환경에서 응축기의 효율 저하를 방지하는 방식을 적용한 에너지 효율 및 냉각 효율을 향상시킨 냉동시스템에 관한 것이다.

압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기, 열교환기, 기체 냉매 분리 및 응축 배관

Description

에너지 효율 및 냉각 효율을 향상시킨 냉동시스템{ Refrigeration systems improved energy efficiency and cooling efficiency.}

본 발명은 증발기를 거쳐 압축기로 흡입되는 저온저압의 냉매기체와 압축기에서 배출되어 응축기로 이동하는 고온고압의 냉매기체와의 열교환을 통해 압축기 및 응축기의 효율을 향상시킬 수 있도록 하며, 응축기를 거쳐 팽창밸브로 냉매가 이동시 응축기에서 액상태로 상태 변화하지 못한 냉매기체를 밀도차를 이용하여 분리시켜 2차 응축 후 팽창밸브로 이동시켜 증발효율을 높이는 방법에 관한 것으로, 특히 여름철 고온 다습한 외부 환경에서 응축기의 용량 부족 및 효율 저하로 인한 냉동기의 냉각 효율 저하를 방지할 수 있도록 하며, 압축기의 일을 줄여 주어 에너지 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.

일반적인 냉동시스템의 기본 구성요소는 압축→응축→팽창→증발의 4가지 요소로 이루어지는 순환 사이클로서, 도 2에 도시된 바와 같이 냉매기체가 압축기로 유입되어 고온 고압으로 압축된 후, 응축기로 유입되어 응축기에 장착된 팬에 의하여 외부 공기와 열교환되어 상온 고압 상태로 냉각되어 액체로 상변화를 거치며 응축된 후, 팽창밸브를 통과하며 압력 변화에 의하여 저온 저압 상태로 냉각된 후, 증발기를 통과하며 증발 시 발생되는 열 흡수 작용으로 증발기 주변의 공기를 냉각 시켜 주며, 증발기를 통과하며 저온 저압의 기체화된 냉매는 다시 압축기로 유입되어 반복적으로 순환되는 사이클로 이루어지는 것이다.

[문헌 1] KR 10-0520100 2005.10.11

그러나, 효율적인 냉동시스템의 운영을 위해서는 압축기의 일(저온저압의 냉매기체를 압축을 통해 고온고압의 냉매기체로 변환)을 줄여 주어야 하며, 고온고압의 냉매기체의 응축을 위한 충분한 양의 열에너지 방출이 이루어져야 하는 것으로, 이때 증발기를 통해 액분리기를 거쳐 압축기로 유입되는 저온 저압의 냉매기체의 온도가 낮을수록 압축기의 일이 많아짐에 따라 에너지 효율이 저하되며, 고온고압의 냉매기체의 응축 작용을 응축기에 장착된 팬에 의해서만 의존하게 될 경우 외부 환경이 고온 다습한 여름철의 경우, 응축기를 통하여 외부로 방출되어야 할 열이 제대로 방출되지 못하게 됨에 따라, 팽창밸브로 유입되는 냉매가 많은양의 기체와 액체의 혼합상태로 유입되어 증발기의 효율이 저하되는 문제점이 발생하게 된다.

따라서, 본 발명은 이제까지 증발기에서 배출되어 액분리기를 거쳐 압축기로 유입되는 저온 저압의 냉매 순환 단계를 개선하여 압축기의 일을 줄임으로써 에너지 효율을 높이고, 여름철 응축기의 효율 저하에 따른 냉각 효율 저하의 문제점을 해결하는 구조를 제공하는데 있다.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 이제까지 증발기에서 배출되어 액분리기를 거쳐 압축기로 유입되는 냉매 순환 단계를 개선하여 저온저압의 냉매기체가 액분리기로 유입되기 전 열교환기를 사용하여 압축기에서 배출되는 응축기로 유입되기 전의 고온고압의 냉매기체와 열교환 시켜 온도가 상승되어 압축기로 유입되는 단계를 포함하여 압축기의 에너지 효율을 향상시키며, 응축기를 거쳐 팬에 의해 열이 방출되어 고온고압의 기체에서 상온고압의 액체로 응축된 냉매가 팽창밸브로 유입되는 단계를 개선하여, 압축기에서 배출되는 고온고압의 냉매기체가 압축기로 들어가는 폐잠열을 가지고 있는 저온저압의 냉매기체와 열교환을 통해 응축기로 유입되기 전에 온도가 낮아지며 1차 응축 후, 응축기에 유입되어 팬에 의해 외부로 열을 방출하여 2차 응축을 거쳐 팽창밸브에 유입되기 전에 응축되지 않고 액체 냉매와 혼합되어 있는 냉매기체를 분리하여 3차 응축을 시켜 팽창밸브로 냉매가 유입되기 전에 최대한 응축을 함으로써, 압축기를 가동하는 데 필요한 에너지를 줄여주며 냉동기의 냉각 효율을 극대화 시키는데 도움이 되는 매우 유용한 발명인 것이다.

상기와 같은 본 발명의 구성에 의하면, 압축기로 유입되는 저온의 냉매온도를 열교환을 통해 높여 줌으로써 압축기의 일(저온저압의 냉매기체를 압축을 통해 고온고압의 냉매기체로 변환)을 줄여 주어서 압축기를 가동하는 데 필요한 전기에너지의 절감 효과를 기대할 수 있으며, 팽창밸브로 유입되는 냉매의 응축률을 극대화 시켜 냉동기의 냉각효율이 상승되는 효과가 발생되는 등의 매우 유용한 발명인 것이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 은 본 발명에 따른 냉동 시스템 계통도 이다.

도 2 은 본 발명에 따른 압축기(1)로 유입되는 저온저압의 냉매기체(7)와 압축기(1)에서 배출되는 고온고압의 냉매기체(8)의 열교환을 위해 설치되어 있는 열교환기(5) 내부의 형태를 간략하게 나타내는 단면도 이다.

즉, 본 발명은 기존 압축→응축→팽창→증발의 4가지 요소로 이루어지는 냉매 순환 냉동 시스템의 기본 사이클에서 증발기(4)에서 배출되어 액분리기(10)를 거쳐 압축기(1)로 유입되는 냉매 순환 단계를 개선하여 저온저압의 폐잠열을 가지고 있는 냉매기체(7)가 압축기(1)로 유입되기 전 도 2와 같은 형태의 열교환기(5)를 사용하여 압축기(1)에서 배출되는 응축기(2)로 유입되기 전의 고온고압의 냉매기체(8)와 열교환 시켜 폐잠열을 소모하며 온도가 상승되어 압축기(1)로 유입되는 단계를 포함하여 압축기(1)의 일(저온저압의 냉매기체(7)를 압축을 통해 고온고압의 냉매기체(8)로 변환)을 줄여 줆으로서 에너지 효율을 향상시키며, 응축기(2)를 거쳐 팬에 의해 열이 방출되어 고온고압의 기체(8)에서 상온고압의 냉매액(9)으로 응축된 냉매가 팽창밸브(3)로 유입되는 단계를 개선하여, 압축기(1)에서 배출되는 고온고압의 냉매기체(8)가 압축기(1)로 들어가는 폐잠열인 저온저압의 냉매기체(7)와 열교환을 통해 응축기(2)로 유입되기 전에 온도가 낮아지며 1차 응축 후, 응축기(2)에 유입되어 팬에 의해 외부로 열이 방출되며 2차 응축을 거쳐 팽창밸브(3)에 유입되기 전에 도 3의 기체 냉매 분리 및 응축 배관(6)을 통해 응축되지 않고 액체 냉매(9)와 혼합되어 있는 기체 냉매(8)를 기체와 액체의 밀도차이로 분리하여 3차 응축을 시켜 팽창밸브(3)로 냉매가 유입되기 전에 최대한 기체 상태의 냉매(8)를 액체 상태로 응축 하여 공급함으로써, 압축기(1)를 가동하는 데 필요한 전기 에너지를 줄여주며, 여름철 고온다습한 외부 환경에서 냉동기의 냉각 효율을 극대화 시키는데 도움이 되는 효과가 있는 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 냉동 시스템의 계통도 이다.

도 2 은 본 발명에 따른 압축기(1)로 유입되는 저온저압의 냉매기체(7)와 압축기(1)에서 배출되는 고온고압의 냉매기체(8)의 열교환을 위해 설치되어 있는 열교환기(5)내부의 형태를 간략하게 나타내는 단면도 이다.

도 3 은 본 발명에 따른 기체냉매 분리 및 응축 배관(6) 내부의 냉매 흐름을 도시한 순환도 이다.

도 4 은 종래 냉동 시스템의 계통도 이다.

＜도면의 주요부분에 대한 부호의 설명＞

1. 압축기 2. 응축기

3. 팽창밸브 4. 증발기

5. 열교환기 6. 기체 냉매 분리 및 응축 배관

6a. 격막 6b. 분지관

7. 저온저압 냉매기체 8. 고온고압 냉매기체

9. 상온고압 냉매액 10. 액분리기

Claims (2)

1. 압축→응축→팽창→증발의 4가지 요소로 이루어지는 냉매 순환 냉동 시스템의 기본 사이클에 있어서;

   증발기(4)에서 배출되어 압축기(1)로 유입되는 냉매 순환 단계에서 저온저압의 폐잠열을 가지고 있는 냉매기체(7)가 액분리기(10)를 거쳐 압축기(1)로 유입되기 전에 저온저압의 폐잠열을 가지는 냉매기체(7)의 유입 및 배출 배관을 가지며, 코일 형태로 전열면적을 높인 압축기(1)에서 배출되는 고온고압의 냉매기체(8)의 유입 및 배출 배관을 가지는 열교환기(5)를 사용하여;

   압축기(1)에서 배출되어 응축기(2)로 유입되기 전의 고온고압의 냉매기체(8)와 열교환을 통해 폐잠열을 소모하며 온도가 상승되어 압축기(1)로 유입되어 압축기(1)의 일{저온저압의 냉매기체(7)를 압축을 통해 고온고압의 냉매기체(8)로 변환}을 줄여 에너지 효율을 향상시키며,;

   응축기(2)를 거쳐 팬에 의해 열이 방출되어 고온고압의 기체(8)에서 상온고압의 액체(9)로 응축된 냉매가 팽창밸브(3)로 유입되는 단계에서,;

   압축기(1)에서 배출되는 고온고압의 냉매기체(8)가 압축기(1)로 들어가는 폐잠열을 가지는 저온저압의 냉매기체(7)와 열교환기(5)를 통과하며 상호 열교환을 통해 응축기(2)로 유입되기 전에 온도가 낮아지며 1차 응축 후,;

   응축기(2)에 유입되어 팬(Fan)에 의해 외부로 열이 방출되며 2차 응축을 거쳐 팽창밸브(3)에 유입되는 단계에서;

   팽창밸브(3)에 유입되기 전에 응축이 덜되어 기체 상태로 존재하는 냉매(8)를 분리하여 3차 응축을 거쳐 액체 상태로 팽창밸브(3)로 유입시키기 위하여 기체 냉매 분리 및 응축배관(6)을 통과하는데 있어서;

   기체 냉매 분리 및 응축배관(6)은 냉매 유입부 배관의 각도가 45°로 되어 있고, 중심 상단부 상부에는 분지관(6b)이 연결되어 있으며, 중심 상단 부 이후 냉매 유출부 배관의 각도가 80°로 절곡되어 제작되며,;

   기체 냉매 분리 및 응축 배관(6)의 중심 상단부 배관 내부에는 격막(6a)이 설치되어 있어서 유입부 배관을 따라 이동한 기체 액체 혼합 냉매가 기체와 액체의 밀도차이에 의하여 격막(6a) 상부에는 냉매 기체(8)가 격막(6a) 하부에는 냉매액(9)으로 분리되어 이동하게 된다.;

   이때 배관 내부 격막(6a) 상부 와 분지관(6b)을 연결함에 있어서 분지관(6b)의 배관은 내관경이 2mm의 배관 내관경을 가지며 분지관(6b)의 길이는 90cm로 되어 있으며, 설치가 용이 할 수 있도록 스프링형태로 제작되어 있고, 분지관(6b)의 끝은 팽창밸브(3)로 응축된 상온 고압의 냉매액(9)이 유입되기 전의 고압배관에 연결되게 설치되어, 팬(fan) 및 외부 공기에 의해 3차 응축되어 고압배관에 다시 유입됨으로써, 팽창밸브(3)로 냉매(9)가 유입되기 전에 최대한 기체 상태의 냉매(8)가 액체 상태(9)로 응축되어 증발기(4)의 효율이 높아지게 됨으로서;

   압축기(1)를 가동하는 데 필요한 전기 에너지를 줄여주며, 냉동기의 냉각 효율을 극대화 시키는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 및 냉각효율을 향상시킨 냉동시스템.
2. 청구항 1에 있어서 열교환기(5) 내부의 증발기(4)를 거쳐 압축기(1)로 유입되는 냉매배관에는 열교환 효율을 높이기 위한 다수의 전열핀이 부착되어 있는 것을 특징으로 하는 에너지 효율 및 냉각효율을 향상시킨 냉동시스템.

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