KR101908302B1 - 냉장시스템 - Google Patents

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엘지전자 주식회사
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Abstract

본 발명은 냉장시스템에 관한 것이다. 본 발명의 실시예에 따른 냉장시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉장운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 실외 열교환기와, 상기 냉장운전시 냉매를 증발하고 오일회수운전시 냉매를 응축하는 냉장 열교환기와, 상기 오일회수운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매와 상기 냉장 열교환기에서 응축된 냉매를 열교환하는 오일회수 열교환기와, 상기 냉장운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 실외 열교환기로 안내하고 상기 오일회수운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 오일회수 열교환기로 안내하는 절환유닛을 포함한다.

Description

냉장시스템 {Refrigeration system}
본 발명은 냉장시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 오일 회수가 원활하게 이루어지는 냉장시스템에 관한 것이다.
냉장시스템은 압축기, 응축기, 팽창기 및 증발기로 이루어진 냉동사이클을 이용하여 냉장고 또는 쇼케이스의 고내 온도를 저온으로 유지시키는 장치이다.
냉장시스템은 상품을 보관하고 진열하는 냉장실내기와, 실외에 설치되어 냉장실내기와 냉매배관으로 연결되는 냉장실외기를 포함한다. 냉장실외기에는 압축기 및 응축기가 배치되고 냉장실내기에는 팽창기 및 증발기가 배치된다. 냉장시스템은 하나의 냉장실내기와 하나의 냉장실외기가 연결되어 구성될 수 있으나, 복수개의 냉장실내기와 냉장실외기의 조합으로 구성될 수도 있다.
냉장실내기와 냉장실외기는 설치 조건에 따라 매우 긴 냉매배관으로 연결될 수 있으며 냉장실내기의 증발기에서 증발된 냉매가 유동되는 냉매배관인 기관에는 기상냉매가 유동됨에 따라 압축기 오일이 다량 잔류하여 압축기에 오일이 부족해지는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 오일 회수가 원활하게 이루어지는 냉장시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 냉장시스템은, 냉매를 압축하는 압축기와, 냉장운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 실외 열교환기와, 상기 냉장운전시 냉매를 증발하고 오일회수운전시 냉매를 응축하는 냉장 열교환기와, 상기 오일회수운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매와 상기 냉장 열교환기에서 응축된 냉매를 열교환하는 오일회수 열교환기와, 상기 냉장운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 실외 열교환기로 안내하고 상기 오일회수운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 오일회수 열교환기로 안내하는 절환유닛을 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 냉장시스템에 따르면 다음과 같은 효과가 하나 혹은 그 이상 있다.
첫째,　냉장운전시 기상냉매가 유동하는 기관에 오일회수운전시 액상냉매가 유동하도록 하여 오일이 원활하게 회수되는 장점이 있다.
둘째,　오일회수운전시 압축기에서 압축된 냉매와 압축기로 유동되는 냉매를 열교환하여 사이클이 안정적으로 유지되는 장점도 있다.
셋째,　오일회수운전시 냉매가 2차에 걸친 응축과 팽창으로 사이클이 안정적으로 유지되는 장점도 있다.
넷째, 오일회수운전시 냉장 열교환기가 응축기로 작용하여도 응축된 후 팽창된 냉매가 유입되어 냉장 열교환기가 구비된 쇼케이스 또는 냉동고의 고내 온도가 과하게 높아지지 않는 장점도 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장시스템에 대한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장시스템에 대한 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장시스템의 냉장운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장시스템의 오일회수운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장시스템의 오일회수운전시 압력-엔탈피 선도(Pressure-Enthalpy Diagram, 이하 P-h 선도)를 나타내는 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 본 발명의 실시예들에 의하여 냉장시스템을 설명하기 위한 도면들을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장시스템에 대한 구성도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장시스템에 대한 블럭도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 냉장시스템은, 냉매를 압축하는 압축기(110)와, 냉장운전시 압축기(110)에서 압축된 냉매를 응축하는 실외 열교환기(130)와, 냉장운전시 냉매를 증발하고 오일회수운전시 냉매를 응축하는 냉장 열교환기(120)와, 오일회수운전시 압축기(110)에서 압축된 냉매와 냉장 열교환기(120)에서 응축된 냉매를 열교환하는 오일회수 열교환기(140)와, 냉장운전시 압축기(110)에서 압축된 냉매를 실외 열교환기(130)로 안내하고 오일회수운전시 압축기(110)에서 압축된 냉매를 오일회수 열교환기(140)로 안내하는 절환유닛(190)을 포함한다.
압축기(110)는 유입되는 저온 저압의 냉매를 고온 고압의 냉매로 압축시킨다. 압축기(110)는 다양한 구조가 적용될 수 있으며, 실린더 및 피스톤을 이용한 왕복동 압축기 또는 선회 스크롤 및 고정 스크롤을 이용한 스크롤 압축기일 수 있다. 본 실시예에서 압축기(110)는 스크롤 압축기이다. 압축기(110)는 실시예에 따라 복수로 구비될 수 있다.
압축기(110)는 냉장운전시 냉장 열교환기(120)에서 증발된 냉매가 유입되고, 오일회수운전시 오일회수 열교환기(140)에서 증발된 냉매가 유입된다.
본 실시예에서 냉장운전은 냉장 열교환기(120)에서 냉매를 증발하여 냉장 열교환기(120)가 구비된 쇼케이스 또는 냉동고의 고내 온도를 저온으로 유지하는 운전이고, 오일회수운전은 냉장 열교환기(120)에서 냉매를 응축하여 시스템 내(특히, 기관(174) 내)의 오일을 압축기(110)로 회수하는 운전이다.
압축기(110)는 토출배관(171)에 의하여 절환유닛(190)과 연결되고, 흡입배관(176) 및 제 2 오일회수배관(178)에 의하여 오일회수 열교환기(140)에 연결되고, 흡입배관(176), 바이패스배관(175) 및 기관(174)에 의하여 냉장 열교환기(120)와 연결된다.
절환유닛(190)은 냉장운전과 오일회수운전을 절환을 위한 유로 절환 밸브이다. 절환유닛(190)은, 냉장운전시 압축기(110)에서 압축된 냉매를 실외 열교환기(130)로 안내하고, 오일회수운전시 압축기(110)에서 압축된 냉매를 오일회수 열교환기(140)로 안내한다.
절환유닛(190)은, 토출배관(171)에 의하여 압축기(110)와 연결되고, 실외유입배관(172)에 의하여 실외 열교환기(130)와 연결되고, 제 1 오일회수배관(177)에 의하여 오일회수 열교환기(140)와 연결된다.
절환유닛(190)은, 냉장운전시 토출배관(171)와 실외유입배관(172)을 연결하고, 오일회수운전시 토출배관(171)와 제 1 오일회수배관(177)을 연결한다.
절환유닛(190)은 서로 다른 유로를 연결할 수 있는 다양한 모듈로 구현될 수 있으며, 본 실시예에서는 삼방밸브이다. 실시예에 따라 절환유닛(190)은 사방밸브 또는 다양한 밸브 의 조합으로 구현될 수 있다.
실외 열교환기(130)는 냉장운전시 실외공기와 냉매를 열교환하고 오일회수운전시 냉매가 유동하지 않는다. 실외 열교환기(130)는 실외유입배관(172)에 의하여 절환유닛(190)과 연결되고 액관(173)에 의하여 냉장 팽창밸브(151)와 연결된다.
냉장 팽창밸브(151)는 개도가 조절되어 냉장 열교환기(120)로 유입되는 냉매를 팽창한다. 냉장 팽창밸브(151)는 냉장운전시 실외 열교환기(130)에서 응축된 냉매를 팽창하고 오일회수운전시 오일회수 열교환기(140)에서 응축된 냉매를 팽창한다. 본 실시예에서 냉장 팽창밸브(151)는 감온팽창밸브(thermal expansion valve)인 것이 바람직하다.
냉장 팽창밸브(151)는 액관(173)에 배치되어 실외 열교환기(130) 및 냉장 열교환기(120)와 연결된다. 냉장 팽창밸브(151)는 액관(173) 및 제 1 오일회수배관(177)을 통하여 오일회수 열교환기(140)와 연결된다. 냉장 팽창밸브(151)는 냉장 열교환기(120)와 함께 쇼케이스 또는 냉장고 내에 구비된다.
액관(173)에는 냉매의 유동을 조절하는 냉장밸브(161)가 배치될 수 있다. 냉장밸브(161)는 냉장 열교환기(120)와 냉장 팽창밸브(151)의 사이에 배치되어 냉장운전시 냉장 열교환기(120)가 설치된 쇼케이스 또는 냉동고의 고내 온도에 따라 개폐된다.
냉장 열교환기(120)는, 냉장운전시 실외 열교환기(130)에서 응축되어 냉장 팽창밸브(151)에서 팽창된 냉매를 증발하고, 오일회수운전시 오일회수 열교환기(140)에서 응축되어 냉장 팽창밸브(151)에서 팽창된 냉매를 다시 응축한다.
냉장 열교환기(120)는 액관(173)에 의하여 냉장 팽창밸브(151) 및 실외 열교환기(130)와 연결된다. 냉장 열교환기(120)는 액관(173) 및 제 1 오일회수배관(177)에 의하여 오일회수 열교환기(140)와 연결된다. 냉장 열교환기(120)는 기관(174) 및 제 2 오일회수배관(178)에 의하여 오일회수 팽창밸브(152)와 연결된다. 냉장 열교환기(120)는 기관(174) 및 바이패스배관(175)에 의하여 압축기(110)와 연결된다.
오일회수 열교환기(140)는 오일회수운전시 압축기(110)에서 압축된 냉매와 냉장 열교환기(120)에서 응축되어 오일회수 팽창밸브(152)에서 팽창된 냉매를 열교환한다. 오일회수 열교환기(140)는 냉장운전시 냉매가 유동하지 않는다. 오일회수운전시 오일회수 열교환기(140)는 압축기(110)에서 압축된 냉매를 응축하고 냉장 열교환기(120)에서 응축되어 오일회수 팽창밸브(152)에서 팽창된 냉매를 증발한다.
오일회수 열교환기(140)는 제 1 오일회수배관(177)과 제 2 오일회수배관(178)이 관통하여 상호 열교환이 이루질 수 있도록 형성된다. 오일회수 열교환기(140)는 2중관 형태로 형성될 수 있다.
오일회수 열교환기(140)는, 제 1 오일회수배관(177)에 의하여 절환유닛(190)과 연결되고, 제 1 오일회수배관(177) 및 기관(174)에 의하여 냉장 팽창밸브(151)와 연결된다. 오일회수 열교환기(140)는, 제 2 오일회수배관(178) 및 흡입배관(176)에 의하여 압축기와 연결되고, 제 1 오일회수배관(177)에 의하여 오일회수 팽창밸브(152)와 연결된다.
오일회수 팽창밸브(152)는 오일회수운전시 개도가 조절되어 냉장 열교환기(120)에서 응축되어 오일회수 열교환기(140)로 유입되는 냉매를 팽창한다. 오일회수 팽창밸브(152)는 냉장운전시 폐쇄된다. 본 실시예에서 오일회수 팽창밸브(152)는 전자팽창밸브(electronic expansion valve)인 것이 바람직하다.
오일회수 팽창밸브(152)는 제 2 오일회수배관(178)에 배치되어 오일회수 열교환기(140)와 연결된다. 오일회수 팽창밸브(152)는 기관(174)에 의하여 냉장 열교환기(120)와 연결된다.
바이패스배관(175)은 냉장 열교환기(120)와 압축기(110)를 연결하여 냉장운전시 냉장 열교환기(120)에서 증발된 냉매를 압축기(110)로 안내한다. 바이패스배관(175)은 오일회수운전시 냉매가 유동하지 않는다. 바이패스배관은 기관(174)에 의하여 냉장 열교환기(120)와 연결되고 흡입배관(176)에 의하여 압축기(110)와 연결된다.
바이패스배관(175)에는 냉매의 유동을 조절하는 바이패스밸브(162)가 배치된다. 바이패스밸브(162)는 냉장운전시 개방되고 오일회수운전시 폐쇄된다.
기관(174)은 제 2 오일회수배관(178)과 바이패스배관(175)으로 분지되고, 제 2 오일회수배관(178)과 바이패스배관(175)은 흡입배관(176)으로 합지된다. 제 1 오일회수배관(177)은 일단이 절환유닛(190)과 연결되고 타단이 액관(173)과 연결된다.
제어부(10)는 운전 모드에 따라 압축기(110), 절환유닛(190), 냉장 팽창밸브(151), 오일회수 팽창밸브(152), 냉장밸브(161) 및 바이패스밸브(162)를 제어한다.
냉장운전시 제어부(10)는 절환유닛(190)을 제어하여 토출배관(171)과 실외유입배관(172)을 연결한다. 냉장운전시 제어부(10)는 오일회수 팽창밸브(152)를 폐쇄하고 바이패스밸브(162)를 개방한다. 냉장운전시 제어부(10)는 냉장 팽창밸브(151)의 개도를 조절하고 쇼케이스 또는 냉동고의 고내 온도에 따라 냉장밸브(161)를 개폐한다.
오일회수운전시 제어부(10)는 절환유닛(190)을 제어하여 토출배관(171)과 제 1 오일회수배관(177)을 연결한다. 오일회수운전시 제어부(10)는 바이패스밸브(162)를 폐쇄하고 오일회수 팽창밸브(152)의 개도를 조절한다. 오일회수운전시 제어부(10)는 냉장밸브(161)를 개방하고 냉장 팽창밸브(151)의 개도를 조절한다.
제어부(10)는 냉장운전시 압축기(110)의 오일 부족이 감지되면 오일회수운전을 수행한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장시스템의 냉장운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이다.
냉장운전시 압축기(110)에서 압축된 냉매는 토출배관(171)을 통하여 절환유닛(190)으로 유동된다. 냉장운전시 절환유닛(190)은 토출배관(171)과 실외유입배관(172)을 연결하므로 절환유닛(190)으로 유동된 냉매는 실외유입배관(172)을 통하여 실외 열교환기(130)로 유입된다. 실외 열교환기(130)로 유입된 냉매는 실외공기와 열교환을 하여 응축된다.
냉장밸브(161)의 개방시 실외 열교환기(130)에서 응축된 냉매는 액관(173)을 통하여 냉장 팽창밸브(151)로 유동된다. 냉장 팽창밸브(151)로 유동된 냉매는 팽창된 후 냉장 열교환기(120)로 유동되어 증발한다. 냉장 열교환기(120)에서 냉매는 증발되어 쇼케이스 또는 냉동고의 고내 온도를 저온으로 유지시킨다. 냉장 열교환기(120)에서 증발된 냉매는 기관(174)으로 유동된다.
*냉장운전시 기관(174)에는 냉장 열교환기(120)에서 증발된 기상냉매가 유동하므로 기관(174)이 길수록 기관(174)에는 다량의 오일이 잔류한다.
냉장운전시 오일회수 팽창밸브(152)는 폐쇄되고 바이패스밸브(162)는 개방되므로 기관(174)으로 유동된 냉매는 바이패스배관(175)을 통하여 흡입배관(176)으로 유동된다. 흡입배관(176)으로 유동된 냉매는 압축기(110)로 유입되어 압축된다.
도 4은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장시스템의 오일회수운전시 냉매 흐름이 도시된 구성도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장시스템의 오일회수운전시 P-h 선도를 나타내는 도면이다.
오일회수운전시 압축기(110)에서 압축된 냉매는 토출배관(171)을 통하여 절환유닛(190)으로 유동된다. 압축기(110)에서 압축된 b 지점의 냉매는 고온고압의 상태가 된다. 압축기(110)에서 압축된 냉매는 냉장운전시보다 압력이 낮다. 즉, 오일회수운전시 압축기(110)는 낮은 운전속도 작동한다.
오일회수운전시 절환유닛(190)은 토출배관(171)과 제 1 오일회수배관(177)을 연결하므로 절환유닛(190)으로 유동된 냉매는 제 1 오일회수배관(177)으로 유동된다. 제 1 오일회수배관(177)으로 유동된 냉매는 오일회수 열교환기(140)에서 열교환되어 응축된다. 오일회수 열교환기(140)는 제 1 오일회수배관(177)을 유동하는 냉매와 제 2 오일회수배관(178)을 유동하는 냉매를 상호 열교환다. 오일회수 열교환기(140)에서 응축된 c 지점의 냉매는 저온고압의 상태가 된다.
오일회수 열교환기(140)에서 응축된 냉매는 액관(173)을 통하여 냉장 팽창밸브(151)로 유동된다. 냉장 팽창밸브(151)로 유동된 냉매는 팽창된 후 냉장 열교환기(120)로 유동된다. 냉장 팽창밸브(151)에서 팽창된 d 지점의 냉매는 저온저압의 상태가 된다. 냉장 팽창밸브(151)에서 팽창된 냉매는 냉장운전시보가 압력이 높도록 냉장 팽창밸브(151)의 개도가 조절된다.
냉장 열교환기(120)로 유동된 냉매는 다시 응축된다. 냉장 열교환기(120)에서 응축되는 냉매는 저온상태이며 압력도 비교적 낮은 상태이므로 쇼케이스 또는 냉장고의 고내 온도를 크게 상승시키지 않는다. 냉장 열교환기(120)에서 응축된 냉매는 기관(174)으로 유동된다. 냉장 열교환기(120)에서 응축된 e 지점의 냉매는 온도가 더욱 하강한다.
오일회수운전시 기관(174)에는 냉장 열교환기(120)에서 응축된 액상냉매가 유동하므로 기관(174)에 잔류하는 오일은 액상냉매와 함께 오일회수 팽창밸브(152)로 유동된다.
오일회수운전시 바이패스밸브(162)는 폐쇄되고 오일회수 팽창밸브(152)는 개도가 조절되므로 기관(174)으로 유동된 냉매는 제 2 오일회수배관(178)을 통하여 오일회수 팽창밸브(152)로 유동되어 다시 팽창된다. 오일회수 팽창밸브(152)에서 팽창된 f 지점의 냉매는 압력이 하강되어 저온저압의 상태가 된다.
오일회수 팽창밸브(152)에서 팽창된 냉매는 오일회수 열교환기(140)로 유입된다. 오일회수 열교환기(140)로 유입된 냉매는 증발된 후 제 2 오일회수배관을 통하여 흡입배관(176)으로 유동된다. 오일회수 열교환기(140)에서 증발된 a 지점의 냉매는 압력을 유지하며 온도가 상승한다. 흡입배관(176)으로 유동된 냉매는 압축기(110)로 유입되어 압축된다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 이러한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안될 것이다.
110: 압축기 120: 냉장 열교환기
130: 실외 열교환기 140: 오일회수 열교환기
151: 냉장 팽창밸브 152: 오일회수 팽창밸브
161: 냉장밸브 162: 바이패스밸브
173: 액관 174: 기관
177: 제 1 오일회수배관 178: 제 2 오일회수배관
190: 절환유닛

Claims (5)

  1. 냉매를 압축하는 압축기;
    냉장운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축하는 실외 열교환기;
    상기 냉장운전시 냉매를 증발하고 오일회수운전시 냉매를 응축하는 냉장 열교환기;
    상기 오일회수운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매와 상기 냉장 열교환기에서 응축된 냉매를 열교환하는 오일회수 열교환기; 및
    상기 냉장운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 실외 열교환기로 안내하고 상기 오일회수운전시 상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 오일회수 열교환기로 안내하는 절환유닛을 포함하고,
    상기 냉장 열교환기로 유입되는 냉매를 팽창하는 냉장 팽창밸브; 및
    상기 오일회수운전시 상기 냉장 열교환기에서 응축되어 상기 오일회수 열교환기로 유입되는 냉매를 팽창하는 오일회수 팽창밸브를 더 포함하는 냉장시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉장 팽창밸브는 상기 냉장운전시 상기 실외 열교환기에서 응축된 냉매를 팽창하고 상기 오일회수운전시 상기 오일회수 열교환기에서 응축된 냉매를 팽창하는 냉장시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 오일회수 팽창밸브는 상기 냉장운전시 폐쇄되는 냉장시스템.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉장 열교환기와 상기 압축기를 연결하여 상기 냉장운전시 상기 냉장 열교환기에서 증발된 냉매를 상기 압축기로 안내하는 바이패스배관을 더 포함하는 냉장시스템.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 바이패스배관에 배치되어 냉매의 유동을 조절하는 바이패스밸브를 더 포함하고,
    상기 바이패스밸브는 상기 냉장운전시 개방되고 상기 오일회수운전시 폐쇄되는 냉장시스템.
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