KR101584607B1 - 응축능력이 향상된 에너지 절약형 냉동·냉장 장치 - Google Patents

응축능력이 향상된 에너지 절약형 냉동·냉장 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 응축능력이 향상된 에너지 절약형 대형 냉동·냉장 시스템에 관한 것으로, 그 목적은 증발기와 압축기 사이에 열교환기를 구비하여 압축기를 지난 고온고압 기체상태 냉매의 과열도를 줄여 응축기에 공급함으로써 응축기의 전열면적을 증대 없이 충분한 응축능력을 가지도록 하여 소형화 할 수 있고, 동시에 압축기로 유입되는 증발기에서 배출된 저온저압 기체 상태 냉매 중의 액성분을 줄여 별도의 액분리기가 필요 없는 에너지 절약형 냉동·냉장 장치를 제공하는 데 있다. 본 발명의 구성은 압축기와 응축기 사이의 주냉매관 상에 냉매의 흐름을 제어하는 제 1 주전자밸브를 설치하고, 이 제 1 주전자밸브를 사이에 두고 양측 방향의 주냉매관을 우회하는 분지냉매관을 형성하여 상기 증발기와 압축기 사이의 주냉매관 일지점에 설치한 열교환기의 내부를 경유토록 구성하여, 온도 측정에 따라 주냉매관을 흐르는 고온고압 기체상태 냉매가 분지냉매관을 통해 흐르도록 제어하여 증발기를 지난 저온저압 기체상태 냉매와 열교환 후 상기 제 1 주전자밸브를 지난 주냉매관으로 회수되도록 함으로써 과열도를 줄인 고온고압 기체상태 냉매가 응축기로 공급되도록 하여 전열면적을 감소토록 구성하고, 열교환기를 거치면서 저온저압 기체상태 냉매 중 액성분이 증발된 냉매가 압축기로 공급되도록 구성한 응축능력이 향상된 에너지 절약형 냉동·냉장 장치를 발명의 특징으로 한다.

Description

응축능력이 향상된 에너지 절약형 냉동·냉장 장치{Energy saving freezer and refrigerator having improved condensing ability}
본 발명은 응축능력이 향상된 에너지 절약형 냉동·냉장 장치에 관한 것으로, 자세하게는 응축기로 공급되는 고온고압 기체상태 냉매의 과열도를 줄여 응축기의 전열면적을 감소시킨 기술에 관한 것이다.
냉동 또는 냉장 장치의 냉동싸이클은 증발기를 거친 냉매를 압축기에서 압축하여 고온고압 기체화한 후 냉매회로를 통해 응축기로 보내면 응축기에서 고온고압 액체화하여 냉매회로를 통해 팽창밸브로 보내고, 팽창밸브에서는 이를 저온저압 액체화 후 냉매회로를 통해 증발기로 보내 다시 증발기에서는 저온저압 기체화하는 싸이클을 반복하게 된다.
상기 증발기는 냉동고(또는 냉장실) 내부에 설치되어 실내 공기와 열교환함으로써 내부 온도를 낮추는 열교환기이다.
도 4는 종래의 일반적인 냉동장치를 보인 구성도이고, 도 5는 종래의 일반적인 냉동장치의 몰리에르 선도를 보인 예시도이다.
먼저 도 4를 참조하여 냉매의 상태 변화를 기준으로 살펴보면, 팽창밸브(400)를 지난 저온저압 액체 상태의 냉매는 증발기(100)를 통과하면서 냉동고(500) 내부 공기와 열교환하여 실내 공간을 냉동시키면서 저온저압 기체 상태의 냉매로 변한다.
이후 액분리기(210)를 거치면서 저온저압 기체 중에 포함된 액체를 분리한 후 기체 상태로 압축기(200)에 공급한다. 이때 분리된 액상태의 냉매는 다시 증발되어 기체화 된 다음 압축기로 공급되게 된다.
압축기(200)에 공급된 저온저압 기체 상태의 냉매는 압축되어 고온고압 기체 상태의 냉매로 된다.
이후 압축된 고온고압 기체 상태의 냉매는 유분리기(Oil seperator, 미도시됨)를 거치면서 오일이 분리된 후 응축기(300)에서 고온고압 액체 상태로 잠열 변화된 후, 수액기(Receiver tank, 310)에 액체 상태의 냉매로 저장된다.
이후 수액기를 거친 고온고압의 액체 상태의 냉매는 다시 팽창밸브(400)를 지나면서 저온저압의 액체 상태의 냉매로 되고, 이후 상기 설명과 같이 다시 증발기(100)를 거치면서 냉동고 실내 공기와 열교환하여 저온저압 기체 상태의 냉매로 변하는 냉동 싸이클 과정을 반복하게 된다.
상기와 같이 구성된 종래 냉동장치의 냉동 싸이클 각 과정에서 냉매의 열역학적 상태는 압력과 엔탈피를 기준으로 도시된 도 5의 몰리에르 선도에 잘 나타나 있다. 종래 냉동 싸이클은 도면상의 a → b → C → D → E → a 로 진행함을 알 수 있다. 도면에서 엔탈피 변화를 보면 증발과정에서 압축과정으로 변환되는 지점에서의 엔탈피가 150 Kcal/kg이고, 압축과정에서 응축과정으로 변환되는 지점에서의 엔탈피가 163 Kcal/kg이고, 팽창과정에서 증발과정으로 변환되는 지점에서의 엔탈피가 115 Kcal/kg임을 알 수 있다.
이를 통해 종래 한 실시예에 따른 냉동싸이클을 가지는 냉동장치의 냉동력 및 성적계수는 아래와 같다.
냉동력(Kcal/kg) = 150 - 115 = 35
성적계수(Cop) = 150 - 115 / 163 - 150 = 2.69
건조도(x) = 0.3(가스 성분 30%, 액 성분 70%)
상기 도 4 및 도 5에서 살펴본 바와 같은 종래의 냉각시스템은 정상운전시 고온고압 기체상태 냉매의 과열제거 과정(C-D)이 응축기 내부에서 이루어지지기 때문에 응축기 전열면적이 감소되는 현상을 초래한다는 구조적 문제점이 있다.
이를 해결하기 위해 종래에는 필요로 하는 응축과정이 수행되도록 하기 위해 응축기 전열면적을 필요 면적보다 30 ~ 40% 더 크게 생산하였다.
하지만 이와 같은 해결방안은 전열면적이 커지게 응축기를 생산하게 되어 제작 비용이 상승한다는 단점과, 응축기가 대형화되어 설치공간을 많이 차지하게 되어 공간확보 문제점이 있고, 소형화하는데 제약이 따른다는 문제점이 있어서 이에 대한 해결책이 필요한 실정이다.
국내 등록특허공보 등록번호 10-0796283(2008.01.14.) 국내 등록특허공보 등록번호 10-0948584(2010.03.12.) 국내 등록특허공보 등록번호 10-0155652(1998.07.16.) 국내 공개실용신안공보 공개번호 20-1999-0040762(1999.12.06.)
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 증발기와 압축기 사이에 열교환기를 구비하여 경유토록 함으로써 압축기를 지난 고온고압 기체상태 냉매의 과열도를 줄여 응축기에 공급함으로써 응축기의 전열면적을 증대시키지 않아도 충분한 응축능력을 가지도록 하여 소형화 할 수 있고, 동시에 압축기로 유입되는 증발기에서 배출된 저온저압 기체 상태 냉매 중의 액성분을 줄여 별도의 액분리기가 필요 없는 에너지 절약형 냉동·냉장 장치를 제공하는 데 있다.
또한 본 발명의 다른 목적은 상기 열교환기의 내부를 경유하는 냉매관이 경사구조를 가지도록 하여 열교환 효율을 높인 에너지 절약형 냉동·냉장 장치를 제공하는 데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 주냉매관을 통해 흐르는 냉매가 증발기, 압축기, 응축기, 수액기 및 팽창밸브를 순환하는 냉동 사이클을 구비한 냉동 또는 냉장 장치에 있어서, 상기 압축기와 응축기 사이의 주냉매관 상에 냉매의 흐름을 제어하는 제 1 주전자밸브를 설치하고, 이 제 1 주전자밸브를 사이에 두고 양측 방향의 주냉매관을 우회하는 분지냉매관을 형성하여 상기 증발기와 압축기 사이의 주냉매관 일지점에 설치한 열교환기의 내부를 경유토록 구성하여, 온도 측정에 따라 주냉매관을 흐르는 고온고압 기체상태 냉매가 분지냉매관을 통해 흐르도록 제어하여 증발기를 지난 저온저압 기체상태 냉매와 열교환 후 상기 제 1 주전자밸브를 지난 주냉매관으로 회수되도록 함으로써 과열도를 줄인 고온고압 기체상태 냉매가 응축기로 공급되도록 하여 전열면적을 감소토록 구성하고, 열교환기를 거치면서 저온저압 기체상태 냉매 중 액성분이 증발된 냉매가 압축기로 공급되도록 구성한 것을 특징으로 하는 응축능력이 향상된 에너지 절약형 냉동·냉장 장치를 제공함으로써 달성된다.
바람직한 실시예로, 상기 분지냉매관은 열교환기의 전단 쪽 분지냉매관 일지점에 보조전자밸브가 설치되어 열교환기 내부를 경유하는 냉매의 흐름을 제어하도록 구성되고, 열교환기를 지난 후단 분지냉매관의 일지점에는 체크밸브가 설치되어 응축기에서 냉매가 역류되어 열교환기쪽으로 흐르는 것을 제어하도록 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 압축기를 지난 주냉매관에서 분지냉매관이 분지되기 전 일지점에는 제 1 온도센서가 설치되어 온도측정에 의해 응축기로 공급되는 고온고압 기체상태 냉매의 과열도(온도)를 측정하도록 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 열교환기의 내부에는 제 2 온도센서가 설치되어 증발기에서 배출된 저온저압 기체상태 냉매가 주냉매관을 따라 흐르다가 열교환기에 유입된 후 분지냉매관을 흐르는 고온고압 기체상태 냉매와 열교환된 후의 과열도를 측정하도록 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 열교환기는 고온고압 기체상태 냉매가 공급되는 분지냉매관을 열교환기 본체의 일측단 하부에서 타측단 상부쪽으로 경사지게 설치하여 열교환기 본체 내부 공간으로 유입된 주냉매관에서 배출된 저온저압 기체상태 냉매가 처음 유입된 상태에서는 분지냉매관의 하부쪽 공간이 넓은 영역을 거친 후 점차 하부쪽 공간이 좁은 영역을 거친 후 배출되어 열교환 효율을 증대시키도록 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 열교환기의 내부 구간에 설치된 분지냉매관은 코일 형태로 형성하여 열접촉 면적을 높이도록 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 열교환기 내부를 경유하는 분지냉매관의 외경면에 복수개의 열교환핀이 돌출되어 배열되도록 형성하여 보다 많은 열교환이 일어나도록 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 열교환기 내부를 경유하는 분지냉매관의 내경면에 복수개의 열교환핀이 돌출 배열되게 형성하여 저항을 높여 냉매의 유속을 줄여 보다 많은 열교환이 일어나도록 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 열교환기 내부에 위치한 분지냉매관의 외경면과 내경면 모두에 복수개의 열교환핀을 돌출 배열되게 형성하여 복합적으로 열교환이 이루어지도록 구성할 수 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명은 일반적인 냉동싸이클 구조를 가지는 증발기와 압축기 사이에 열교환기를 설치하여 증발기를 지난 저온저압 기체상태 냉매와 압축기에서 압축되어 배출되는 고온고압기체 상태의 냉매간을 열교환시켜 과열현상을 미리 제거 후 응축기에 공급함으로써 종래 응축기에서 전담하던 과열제거 과정을 생략할 수 있어서 추가적인 전열면적의 증대가 필요치 않아 종래보다 적은 전열면적을 가지고도 동일한 응축력을 제공할 수 있어서 전반적인 응축효율이 향상되었다는 장점과,
또한 응축기 제조시 전열면적의 확대가 필요없게 됨으로써 응축기를 소형화할 수 있어서 전체적인 에너지 소비가 절약되었다는 장점과,
또한 증발기와 압축기 사이에 열교환기를 설치함으로써 압축기에 유입되는 냉매에 미처 증발되지 못한 액성분을 기체화 함으로써 액 햄머링을 방지하면서 별도의 액분리기를 설치할 필요가 없어 제작비용을 절약할 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 냉동·냉장 장치를 보인 구성도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열교환기의 구조를 보인 구성도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 몰리에르 선도를 보인 예시도이고,
도 4는 종래의 일반적인 냉동장치를 보인 구성도이고,
도 5는 종래의 일반적인 냉동장치의 몰리에르 선도를 보인 예시도이다.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 냉동·냉장 장치를 보인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 열교환기의 구조를 보인 구성도이다.
도시된 바와 같은 본 발명의 냉동장치의 기본 구성은 증발기(100), 압축기(200), 응축기(300), 수액기(310) 및 팽창밸브(400)를 포함하고, 주 냉매관에 의해 연결되어 정상운전시 폐순환하는 냉매의 냉동 또는 냉장 싸이클을 구비한 냉동 또는 냉장 장치이다. 이와 같은 본 발명의 냉동 또는 냉장 장치는 필요한 목적에 따라 증발기가 내부에 설치되는 냉동고 또는 냉장고의 크기를 달리하여 구성할 수 있다.
상기와 같은 구성을 구비한 냉장 또는 냉동 장치를 순환하는 냉매는 팽창밸브(400)를 지나면서 저온저압 액체 상태의 냉매는 증발기(100)를 통과하면서 냉동고(또는 냉장고)(500) 내부 공기와 열교환하여 실내 온도를 냉동(또는 냉장)시키면서 저온저압의 기체상태 냉매로 변하고, 이후 저온저압 기체상태 냉매는 압축기(200)에 공급되며, 압축기에서는 공급된 저온저압 기체상태 냉매를 압축하여 고온고압 기체상태 액체로 변화하고, 이후 압축된 고온고압 기체상태 냉매는 유분리기(미도시됨)를 거쳐 오일을 분리한 후 응축기(300)에서 고온고압 액체상태 냉매로 잠열 변화 후, 수액기(310)에서 액 상태로 저장되며 이후 수액기를 거친 냉매는 팽창밸브(400)를 지나면서 저온저압 액체상태 냉매로 된다. 이후 상기 냉동 싸이클을 반복하게 된다.
본 발명은 상기한 일반적인 냉장 또는 냉장싸이클을 구비한 냉장 또는 냉동 장치에 아래에 개시된 구성을 더 포함하여 구성되는데, 이와 같은 구성을 가진 냉장고 또는 냉동고는 대형으로 구성할수록 보다 많은 에너지 절감 효과를 가지게 된다.
구체적으로, 본 발명은 상기 압축기(200)와 응축기(300) 사이의 주냉매관(7) 상에 냉매의 흐름을 제어하는 제 1 주전자밸브(1)를 설치하고, 이 제 1 주전자밸브(1)를 사이에 두고 양측 방향의 주냉매관(7)을 우회하는 분지냉매관(8)을 형성하고, 이 분지냉매관은 상기 압축기(210)와 응축기(300) 사이 주냉매관(7)에 설치된 열교환기(2)의 내부를 경유하면서 열교환토록 구성하였다. 이때 열교환된 냉매는 주전자밸브를 지난 주냉매관(7)로 회수되어 응축기로 공급된다.
또한 상기 분지냉매관(8)은 열교환기(2)의 전단 쪽 분지냉매관 일지점에 보조전자밸브(3)가 설치되어 열교환기 내부를 경유하는 냉매의 흐름을 제어하도록 구성되고, 열교환기(1)를 지난 후단 분지냉매관의 일지점에는 체크밸브(4)가 설치되어 응축기(300)에서 냉매가 역류되어 열교환기쪽으로 흐르는 것을 제어하도록 구성된다.
또한 압축기(200)를 지난 주냉매관(7)에서 분지냉매관(8)이 처음 분지되기 전 일지점에는 제 1 온도센서(5)가 설치되어 온도측정에 의해 응축기로 공급되는 고온고압 기체상태 냉매의 과열도(온도)를 측정하여 기 설정된 온도보다 높을 경우 제 1 주전자밸브를 작동시키는 신호를 정보하도록 구성된다.
또한 상기 열교환기(2)의 내부에는 제 2 온도센서(6)가 설치되어 증발기에서 배출된 냉매가 주냉매관(7)을 따라 흐르다가 열교환기에 유입된 후 분지냉매관(8)을 흐르는 냉매와 열교환된 상태의 온도를 측정하여 저온저압 기체 상태 냉매(흡입가스)의 과열도를 측정하도록 구성된다.
또한 상기 응축기(300) 및 수액기(310)를 지난 주냉매관(7)은 팽창밸브 전단에 제 2 주전자밸브(9)가 설치되어 팽창밸브로 흐르는 냉매의 흐름을 제어하도록 구성된다.
상기 제 1 주전자밸브(1)와 제 2 주전자밸브(9) 및 보조전자밸브(3)는 제 1 온도센서(5) 및 제 2 온도센서(6)의 온도에 따라 미도시된 제어부의 제어 신호에 따라 개폐되어 압축기를 지난 고온고압 기체상태 냉매의 과열도 및 증발기를 지난 저온저압 기체 상태 냉매(흡입가스)의 과열도 측정 결과에 따라 냉매의 흐름을 주냉매관(7) 또는 분지냉매관(8)로 흐르도록 개폐된다.
즉, 정상운전조건일 경우 제 1 주전자밸브(1)와 제 2 주전자밸브(9)는 개방되고 보조전자밸브(3)는 폐쇄된 채로 운전되고, 제 1 온도센서(5) 및 제 2 온도센서(6)의 온도 측정시 높은 과열도가 측정되었을 경우에는 제 1 주전자밸브(1)는 폐쇄되고, 제 2 주전자밸브(9) 및 보조전자밸브(3)는 개방된 상태로 운전된다.
상기 열교환기(2)는 분지냉매관(8) 속을 흐르는 압축기에서 배출된 고온고압 기체상태 냉매와 열교환기 본체 내부로 유입되는 증발기를 지난 저온저압 기체상태 냉매간의 열교환 효율을 높여 열손실을 방지하도록 고온고압 상태의 냉매가 공급되는 내부 구간의 분지냉매관(8)을 코일 형태로 형성하여 열접촉 면적을 높이도록 구성할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에서는 종래의 냉동·냉장 장치와 달리 달리 액분리기가 생략되어 구성된다. 그 이유는 압축기로 공급되는 저온저압 기체 상태의 냉매 중에 포함된 액성분이 열교환을 하면서 증발된 후 공급되기 때문에 별도의 액분리기가 필요치 않게 된다.
또한 상기 열교환기(2)는 분지냉매관(8) 속을 흐르는 냉매와 열교환기 본체 내부로 유입되는 증발기를 지난 저온저압 기체 상태 냉매간의 열교환효율을 높여 열손실을 방지하도록 고온고압 상태의 냉매가 공급되는 내부 구간의 분지냉매관(8)을 열교환기 본체의 일측단 하부에서 타측단 상부쪽으로 경사지게 설치하여 고온고압 상태의 냉매가 열교환기를 통과하는 동안 경사진 형태에서 일측 하부에서 타측 상부쪽으로 흐르도록 구성하였다.
상기와 같이 구성하면 열교환기(2) 본체 내부 공간으로 유입된 주냉매관(7)에서 배출된 저온저압 기체 상태의 냉매가 처음 유입된 상태에서는 분지냉매관(8)의 하부쪽 공간이 넓은 영역을 거친 후 점차 하부쪽 공간이 좁은 영역을 거치면서 배출되게 구성하였다.
이로인해 기체성분과 액체 성분이 혼재된 냉매가 넓은 공간에서 밀도차에 의해 상부로는 기체성분이 하부쪽으로는 액 성분이 분리되게 된 다음 흐르게 되어 액성분이 많아져 냉매가 고온고압 상태의 기체 냉매가 흐르는 분지냉매관과의 접촉에 의해 좀더 많은 열을 흡수하게 되면서 증발 효율이 증대되고, 분지냉매관(8) 속의 고온고압 기체상태 냉매는 열교환에 의해 온도가 낮아져 과열도가 개선된 상태로 응축기(300)로 공급되게 된다.
보다 상세히 설명하면 상기와 같은 구조로 제공된 본 발명에 따른 열교환기 구성은 저온저압 기체 상태 냉매 중에 포함된 일부 저온저압 상태 액체 냉매가 무게 차이로 인해 열교환기의 하부면을 따라 후단으로 흐르면서 고온고압의 액체 상태의 냉매가 흐르는 분지냉매관(8)과 접촉하여 고온의 열과 열교환하는 면적이 많아져 쉽게 기체화되어 저온저압 상태 기체 냉매가 되어 배출됨으로써 압축기에 공급되는 액체 상태 냉매량이 적어져 액 햄머링과 같은 문제점을 방지하게 되고, 응축기로 공급되는 고온고압 기체 상태 냉매는 열교환에 의해 온도가 낮아져 과열도가 개선됨으로써 응축기의 전열면적 증대 없이 곧바로 응축작용을 하게 된다.
이때 상기 열교환기(2)의 내부 구간에 설치된 분지냉매관(8)은 코일 형태로 형성하여 열접촉 면적을 높이도록 구성할 수 있다.
한편, 본 발명은 상기와 같은 분지 냉매관을 경사지게 설치한 구조뿐만 아니라 상기 열교환기 내부에 위치한 분지냉매관의 외경면에 복수개의 열교환핀(81)이 돌출 되어 배열되도록 형성하여 보다 많은 열교환이 일어나도록 구성할 수 있다.
또한 상기 분지냉매관을 통해 공급되는 고온 고압 상태 기체 냉매의 속도를 줄여 보다 많은 열이 저온저압 기체상태 냉매에 공급되어 고효율로 열교환이 이루어지도록 열교환기 내부에 위치한 분지냉매관의 내경면에 복수개의 열교환핀(81)이 돌출 배열되게 형성하여 저항을 높여 냉매의 유속을 줄여 보다 많은 열교환이 일어나도록 구성할 수도 있다.
또한 열교환기 내부에 위치한 분지냉매관의 외경면과 내경면 모두에 복수개의 열교환핀(81)을 돌출 배열되게 형성하여 복합적으로 열교환이 이루어지도록 구성할 수도 있다.
전술한 본 발명의 구조를 가지는 냉장 또는 냉동장치에 흐르는 냉매의 상변화에 따른 제어 흐름을 통한 작동을 이하 설명한다.
본 발명은 최초 운전을 시작한 정상 운전시에는 제 1 주전자밸브(1)와 제 2 주전자밸브(9)는 개방되고 보조전자밸브(3)는 폐쇄하여 냉매가 주냉매관을 통해 일상적인 냉동 또는 냉장 싸이클로 운전한다.
이와 같은 정상 운전을 하다가 압축기(200)를 지난 주냉매관(7)에서 분지냉매관(8)이 처음 분지되기 전 일지점에 설치된 제 1 온도센서(5)의 온도를 측정하여
응축기(300)로 공급되는 냉매의 과열도를 측정하거나 제 2 온도센서(6)의 온도를 측정하여 압축기(200)로 유입되는 저온저압 기체상태 냉매(흡입가스)의 과열도를 측정하여 과열도가 높다고 판단되면, 미도시된 제어부의 제어에 의해 제 1 주전자밸브(1)는 폐쇄되고, 제 2 주전자밸브(9) 및 보조전자밸브(3)는 개방하여 주냉매관(7)을 통해 압축기에서 응축기(300) 쪽으로 흐르던 고온고압 기체상태 냉매의 흐름을 분지냉매관(8)을 통해 증발기와 압축기 사이에 연결된 주냉매관(7)에 설치된 열교환기(2)를 경유하여 저온저압 기체 상태 냉매와 열교환시켜 온도를 낮춘 다음 응축기 전단의 주냉매관(7)로 공급하여 응축기(300)로 공급되는 냉매의 과열도를 줄이게 된다. 이와 같이 응축기로 공급되는 냉매의 과열도가 감소하게 되면, 응축기의 전열면적을 줄여도 동일한 응축능력을 가지게 되어 전체적인 에너지 절감효과를 가져오게 된다.
한편, 증발기(100)에서 증발을 다하지 못하고 저온저압 상태 기체 냉매중에 포함된 일부 저온저압 상태 액체 냉매는 상기 증발기와 압축기 사이의 주냉매관(7)에 설치된 열교환기(2)로 공급하여 이를 관통하는 분지냉매관 속의 고온고압 상태 기체 냉매로부터 고온의 열을 얻어 증발되어 저온저압 상태 기체로 변화되게 된다. 이 때문에 종래 구조의 냉장 또는 냉동 장치에서 압축기에 공급되는 저온저압 기체상태 냉매 중에 일부 혼합된 저온저압 액체상태 냉매가 비 압축성 유체이여서 압축기 내에서 액 햄머링 현상을 유발하였으나 본 발명에서는 이와 같은 현상이 나타나지 않게 된다.
즉, 본 발명은 상기 열교환기를 통해 고온고압의 기체 상태 냉매와 저온저압 기체 상태 냉매를 열교환시킴으로써 고온고압의 기체 냉매는 과열도를 낮추게 되고, 저온저압 기체 상태 냉매중에 포함된 액체 성분은 증발되게 되어 고효율의 냉동·냉장 성능을 발휘하게 된다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 몰리에르 선도를 보인 예시도인데, 상기 도 1, 2에 따른 본 발명 냉동장치의 냉동 싸이클 각 과정에서 냉매의 열역학적 상태를 보면 bc 선이 종래보다 D쪽으로 많이 가까워진 것을 알 수 있는데, 이로 인해 DC간의 길이가 짧아져 응축기에서의 전열면적이 작아졌음을 알 수 있다. 따라서 응축기의 소형화가 가능해졌음을 알 수 있다.
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
(1) : 제 1 주전자밸브 (2) : 열교환기
(3) : 보조전자밸브 (4) : 체크밸브
(5) : 제 1 온도센서 (6) : 제 2 온도센서
(7) : 주냉매관 (8) : 분지냉매관
(9) : 제 2 주전자밸브 (81) : 열교환핀
(100) : 증발기 (200) : 압축기
(300) : 응축기 (310) : 수액기
(400) : 팽창밸브 (500) : 냉동고

Claims (9)

  1. 주냉매관을 통해 흐르는 냉매가 증발기, 압축기, 응축기, 수액기 및 팽창밸브를 순환하는 냉동 사이클을 구비한 냉동 또는 냉장 장치에 있어서,
    상기 압축기와 응축기 사이의 주냉매관 상에 냉매의 흐름을 제어하는 제 1 주전자밸브를 설치하고, 이 제 1 주전자밸브를 사이에 두고 양측 방향의 주냉매관을 우회하는 분지냉매관을 형성하여 상기 증발기와 압축기 사이의 주냉매관 일지점에 설치한 열교환기의 내부를 경유토록 구성하여, 온도 측정에 따라 주냉매관을 흐르는 고온고압 기체상태 냉매가 분지냉매관을 통해 흐르도록 제어하여 증발기를 지난 저온저압 기체상태 냉매와 열교환 후 상기 제 1 주전자밸브를 지난 주냉매관으로 회수시켜 과열도를 줄인 고온고압 기체상태 냉매를 응축기로 공급하여 전열면적이 감소되게 구성하고, 열교환기를 거치는 저온저압 기체상태 냉매는 액성분이 증발된 상태로 압축기로 공급되게 구성하되,
    상기 분지냉매관은 열교환기의 전단 쪽 분지냉매관 일지점에 보조전자밸브가 설치되어 열교환기 내부를 경유하는 냉매의 흐름을 제어하도록 구성하고, 열교환기를 지난 후단 분지냉매관의 일지점에는 체크밸브가 설치되어 응축기에서 냉매가 역류되어 열교환기쪽으로 흐르는 것을 제어하도록 구성하며,
    상기 압축기를 지난 주냉매관에서 분지냉매관이 분지되기 전 일지점에는 제 1 온도센서가 설치되어 온도측정에 의해 응축기로 공급되는 고온고압 기체상태 냉매의 과열도(온도)를 측정하도록 구성하고, 상기 열교환기의 내부에는 제 2 온도센서가 설치되어 증발기에서 배출된 저온저압 기체상태 냉매가 주냉매관을 따라 흐르다가 열교환기에 유입된 후 분지냉매관을 흐르는 고온고압 기체상태 냉매와 열교환된 후의 과열도를 측정하도록 구성하며,
    상기 열교환기는 고온고압 기체상태 냉매가 공급되는 분지냉매관을 열교환기 본체의 일측단 하부에서 타측단 상부쪽으로 경사지게 설치하여 고온고압 기체상태 냉매가 열교환기를 통과하는 동안 일측 하부에서 타측 상부쪽으로 흐르도록 구성하고, 열교환기 본체 내부 공간으로 유입된 주냉매관에서 배출된 저온저압 기체상태 냉매는 처음 유입된 상태에서는 분지냉매관의 하부쪽 공간이 넓은 영역을 거치면서 밀도차에 의해 상부로는 기체성분이 하부로는 액성분이 분리되어 흐르다가 점차 하부쪽 공간이 좁은 영역을 거치면서 하부의 액성분이 열교환기의 일측단 하부에 설치된 고온고압 상태의 기체 냉매가 흐르는 분지냉매관과 열교환하여 기체화된 후 배출되도록 구성한 것을 특징으로 하는 응축능력이 향상된 에너지 절약형 냉동·냉장 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기의 내부 구간에 설치된 분지냉매관은 코일 형태로 형성하여 열접촉 면적을 높이도록 구성한 것을 특징으로 하는 응축능력이 향상된 에너지 절약형 냉동·냉장 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기 내부를 경유하는 분지냉매관의 외경면에 복수개의 열교환핀이 돌출되어 배열되도록 형성하여 보다 많은 열교환이 일어나도록 구성한 것을 특징으로 하는 응축능력이 향상된 에너지 절약형 냉동·냉장 장치.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기 내부를 경유하는 분지냉매관의 내경면에 복수개의 열교환핀이 돌출 배열되게 형성하여 저항을 높여 냉매의 유속을 줄여 보다 많은 열교환이 일어나도록 구성한 것을 특징으로 하는 응축능력이 향상된 에너지 절약형 냉동·냉장 장치.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 열교환기 내부에 위치한 분지냉매관의 외경면과 내경면 모두에 복수개의 열교환핀을 돌출 배열되게 형성하여 복합적으로 열교환이 이루어지도록 구성한 것을 특징으로 하는 응축능력이 향상된 에너지 절약형 냉동·냉장 장치.


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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105910323A (zh) * 2016-06-03 2016-08-31 广东申菱环境系统股份有限公司 一种制冷系统、制冷机组及其制冷控制方法
CN109340919A (zh) * 2018-09-14 2019-02-15 广东美的制冷设备有限公司 空调器
CN118602611A (zh) * 2024-07-31 2024-09-06 泰兴市腾达电子科技有限公司 一种螺杆式冷水机组

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101249721B1 (ko) * 2012-09-05 2013-04-02 주식회사 화승알앤에이 열교환용 이중관
KR101270210B1 (ko) * 2012-12-28 2013-05-31 주식회사 유한엔지니어링 에너지 절약형 냉동냉장 장치

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101249721B1 (ko) * 2012-09-05 2013-04-02 주식회사 화승알앤에이 열교환용 이중관
KR101270210B1 (ko) * 2012-12-28 2013-05-31 주식회사 유한엔지니어링 에너지 절약형 냉동냉장 장치

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105910323A (zh) * 2016-06-03 2016-08-31 广东申菱环境系统股份有限公司 一种制冷系统、制冷机组及其制冷控制方法
CN105910323B (zh) * 2016-06-03 2018-07-24 广东申菱环境系统股份有限公司 一种制冷系统、制冷机组及其制冷控制方法
CN109340919A (zh) * 2018-09-14 2019-02-15 广东美的制冷设备有限公司 空调器
CN118602611A (zh) * 2024-07-31 2024-09-06 泰兴市腾达电子科技有限公司 一种螺杆式冷水机组

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