KR101636092B1 - 터보 냉동기용 팽창기구 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터보 냉동기용 팽창기구에 관한 것으로, 특히 본 발명에서는 냉매의 팽창과 냉매 유량 조절이 기계적 또는 전기적 메커니즘을 이용한 방식에 의존하지 않더라도 자동적으로 이루어질 수 있도록 하여 터보 냉동기에 채용하고 있는 종래의 팽창밸브에 비해 비용을 절감할 수 있고, 아울러 별도의 유지 보수 없이 영구적으로 사용할 수 있으며, 나아가 기능 상실이나 오동작에 의한 터보 냉동기의 파손과 성능 저하를 방지할 수 있다.

Description

터보 냉동기용 팽창기구{Expansion Device for Turbo-Refrigerator}

본 발명은 터보 냉동기용 팽창기구에 관한 것으로, 특히 본 발명에서는 냉매의 팽창과 냉매의 유량 조절이 기계적 또는 전기적 메커니즘 방식에 의존하지 않더라도 자동적으로 이루어질 수 있도록 한 것이다.

도 1을 통해 일반적인 터보 냉동기(10)의 냉동 사이클을 개략적으로 살펴보면, 압축기(12)에서 압축되어 고온 고압으로 형성된 과열 냉매 가스는 응축기(14)를 통과하는 동안 냉각수와 열교환 하게 되면서 열을 버리고 냉매 액으로 응축된다. 이때 응축된 저온 고압의 냉매는 팽창밸브(16)를 통과하면서 저온 저압으로 변화되어 증발기(18)로 유입되고, 증발기(18)에서 냉수와의 열 교환을 통해 증발된 냉매가스는 압축기(12)에서 압축되어 고온 고압의 과열 냉매가스로 형성된 후 다시 응축기(14)로 들어가는 순환을 계속하게 된다.

위의 같은 냉동 사이클을 가지는 일반적인 터보 냉동기(10)에는 냉동기 부하 또는 부분 부하로 구동시에 냉매의 유량을 가변적으로 조절하는 팽창밸브(16)가 설치되어 있는데, 주로 채용하고 있는 팽창밸브(16)는 게이트 밸브, 볼 밸브, 버터프라이밸브(수동) 등이 채용되고 있다.

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그런데, 상기 배경기술에서 언급한 팽창밸브, 즉 게이트 밸브, 볼 밸브, 버터프라이밸브(수동)는 모두 수동으로 조작하는 타입이다. 이에 따라 부하 변동에 따른 신속한 대응이 어렵고, 그로 인해 냉동기 효율 및 성능 저하는 물론, 냉동기 구성요소 중 압축기의 손상이 발생하는 문제가 있었다.

위와 같은 문제를 다소 해소하기 위해 기계적 및 전기적 메커니즘을 구비하고 있는 자동 버터플라이 밸브를 설치하고 있다. 이 경우 앞서 열거된 수동식 팽창밸브와는 달리 부하변동에 적극적인 대응이 가능 하다는 장점은 있으나 고가의 액추에이터가 내장되게 됨으로써 자동 버터플라이밸브의 채용에 따른 비용 부담이 크게 발생하게 된다. 아울러 액추에이터의 고장 및 오동작이 발생할 수 있으므로 지속적인 유지 관리가 요구되는 번거로움과 불편함이 있었다.

따라서, 본 발명은 위와 같은 기계적 또는 전기적 메커니즘을 이용한 방식에 의존하지 않더라도 자동적으로 이루어질 수 있도록 한 터보 냉동기용 팽창기구를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 응축기와 증발기를 연결하는 냉매 라인에 구비되어 냉매의 팽창과 유량을 조절하는 터보 냉동기용 팽창기구로서, 상기 응축기와 증발기를 연결하는 냉매 라인에 유로를 가로막는 배치 상태로 고정 설치되는 다공판과; 상기 다공판과 증발기를 연결하는 냉매 라인에 범위를 가지고 유로가 일부 확관 형성되는 플로트 챔버와; 상기 응축기와 연결되는 플로트 챔버의 유입구를 막는 상태로 플로트 챔버의 바닥에 놓이는 플로트 판; 상기 플로트 판에는 다공판을 향하는 배치 상태로 유로에 삽입되는 질량체가 구비되고, 상기 질량체는 유입구에서의 냉매 흐름이 원활하게 이루어질 수 있도록 하단으로부터 상단으로 갈수록 단면적이 점차 넓어지는 구조로 형성되는 터보 냉동기용 플로트 팽창기구가 제공된다.

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본 발명에서는 기계적 및 전기적 메커니즘에 의한 구동 없이 냉매의 팽창과 냉매 유량 조절이 이루어질 수 있도록 함으로써, 터보 냉동기에서 채용하고 있는 종래의 팽창밸브에 비해 비용을 절감할 수 있다.

아울러 별도의 유지보수 없이 영구적으로 사용할 수 있으며, 나아가 기능 상실이나 오동작으로 인한 터보 냉동기의 손상과 성능 저하를 방지할 수 있다.

도 1은 일반적인 터보 냉동기의 냉동 사이클을 보여주는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 터보 냉동기용 팽창기구를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2의 플로트형 팽창변이 상승하여 유로가 열린 상태를 보여주는 요부단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 터보 냉동기용 팽창기구의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

도 2에서는 본 발명에 따른 터보 냉동기용 팽창기구를 보여주는 단면도가 도시되어 있고, 도 3에서는 도 2의 플로트형 팽창변이 상승하여 유로가 열린 상태를 보여주는 단면도가 도시되어 있다.

본 발명은, 종래와 같은 냉동 사이클을 가지는 터보 냉동기(10)에 있어, 본 발명은 응축기(14)와 증발기(18)를 연결하는 냉매 라인(32) 상에 팽창기구(30)가 설치된다.

상기 팽창기구(30)는, 응축기(14)와 증발기(18)를 연결하는 냉매 라인(32) 상에 유로(34)를 가로막는 배치 상태로 고정 설치되는 다공판(36)과, 상기 다공판(36)으로부터 증발기(18)의 방향으로 이격된 유로(34)에 설치되는 플로트형 팽창변(38)으로 구성된다.

구체적으로, 상기 다공판(36)은 유로(34)를 가로막도록 배치되는 플레이트 부재(40)와, 이 플레이트 부재(40)에 복수로 형성되는 통공(42)을 포함하여 구성된다.

상기 플로트형 팽창변(38)은, 상기 다공판(36)과 증발기(18)를 연결하는 냉매 라인(32)에 범위를 가지고 유로(34)가 일부 확관 형성되는 플로트 챔버(44)와, 상기 응축기(14)와 연결되는 플로트 챔버(44)의 유입구(46)를 막는 상태로 플로트 챔버(44)의 바닥에 놓이는 플로트 판(48)과, 이 플로트 판(48)의 일면에 고정 구비되며 다공판(36) 측을 향하는 유로(34)로 삽입되는 질량체(50)(예를 들면 추)를 포함한다. 특히, 상기 질량체(50)는 원활한 냉매의 이송 흐름과 저항이 최소화될 수 있도록 하단으로부터 상단으로 갈수록 단면적이 점차 넓어지는 구조가 바람직하며, 일 예를 원추형 구조가 바람직하다. (도 3참조)

따라서, 터보 냉동기(10)의 응축기(14)로부터 응축된 이상(액체+기체) 상태의 냉매가 다공판(36)을 통과하게 될 때 교축(throttling)과정을 거치면서 저온 저압을 형성하게 되어 냉매의 차압(냉수와 냉각수 온도에 따른 증발기 - 응축기의 압력 차이)을 형성하게 됨으로써, 다공판(36)을 통과한 냉매는 냉매의 차압에 의해 냉매 라인(32)을 따라 증발기(18) 방향으로 빨려들어가는 이송이 이루어지게 된다.

그리고, 상기 다공판(36)과 증발기(18) 사이의 냉매 라인(32)에는 플로트형 팽창변(38)이 유로(34)와 연결되는 유입구(46)을 막고 있어, 다공판(36)을 통과한 냉매가 플로트형 팽창변(38)을 밀게 된다. 이때 냉매가 플로트형 팽창변(38)를 이기게 될 때 플로트 챔버(44)의 유입구(46)에서 개도가 형성되며, 이와 같이 형성되는 개도를 통해 빠져나간 냉매가 증발기(18)로 유입된다.

예를 들면, 터보 냉동기(10)의 구동 부하가 최대로 발생하게 되는 경우, 증발기(18)와 응축기(14)의 냉매 차압은 최대가 됨으로써 플로트형 팽창변(38)을 미는 냉매의 힘은 자연히 증대하게 된다. 그로 인해 개도가 최대를 형성하게 됨으로써 냉매의 유량도 최대가 된다. 부분 부하의 경우, 냉매의 차압이 줄어들게 되어 플로트형 팽창변(38)을 밀어 내는 힘은 자연 감소하게 되고 개도가 좁아지게 됨으로써 유량이 줄어들게 된다.

위와 같이 냉매의 유량 조절이 요구될 때, 본 발명에 따른 플로트형 팽창변(38)이 무겁게 설계되면 유입구(46)을 완전히 막아 냉매가 흐르지 못하게 됨으로써 서지(surge) 현상이 발생할 수 있게 되고, 반대로 너부 가볍게 설계되면 부분 부하 구동 조건하에서 완전한 열림 상태를 취하되어 냉매가 과도하게 증발기(18)로 유입되게 된다. 참고로, 냉매가 과도하게 증발기(18)로 유입되게 되면, 증발기(18)에서 증발하지 못한 냉매 액이 압축기로 흐르게 되고, 그로 인해 압축기(12)의 손상과 압축 성능이 저하되어 냉동기 성능을 저하시키는 원인이 된다.

따라서, 본 발명에 따른 터보 냉동기용 플로트형 팽창기구를 터보 냉동기(10)에 적용하게 되면, 종래와 같이 냉매의 팽창과 냉매 유량 조절이 기계적 또는 전기적 메커니즘을 이용한 방식에 의존하는 것이 아니므로 가격이 저렴하고 별도의 유지보수 없이 영구적으로 사용할 수 있다. 나아가 기능 상실이나 오동작으로 인한 냉동 장치의 효율성 저하를 사전에 방지할 수 있게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.

10 : 터보 냉동기 12 : 압축기
14 : 응축기 16 : 팽창밸브
18 : 증발기 30 : 팽창기구
32 : 냉매 라인 34 : 유로
36 : 다공판 38 : 플로트형 팽창변
40 : 플레이트 부재 42 : 통공
44 : 플로트 챔버 46 : 유입구
48 : 플로트 판 50 : 질량체

Claims (3)

1. 응축기와 증발기를 연결하는 냉매 라인에 구비되어 냉매의 팽창과 유량을 조절하는 터보 냉동기용 팽창기구로서,
   상기 응축기와 증발기를 연결하는 냉매 라인에 유로를 가로막는 배치 상태로 고정 설치되는 다공판과;
   상기 다공판과 증발기를 연결하는 냉매 라인에 범위를 가지고 유로가 일부 확관 형성되는 플로트 챔버와;
   상기 응축기와 연결되는 플로트 챔버의 유입구를 막는 상태로 플로트 챔버의 바닥에 놓이는 플로트 판;
   상기 플로트 판에는 다공판을 향하는 배치 상태로 유로에 삽입되는 원추형 구조의 질량체가 구비되고, 상기 질량체는 유입구에서의 냉매 흐름이 원활하게 이루어질 수 있도록 하단으로부터 상단으로 갈수록 단면적이 점차 넓어지는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기용 플로트 팽창기구.
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