KR102042353B1 - Refrigerator - Google Patents

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KR102042353B1
KR102042353B1 KR1020180085818A KR20180085818A KR102042353B1 KR 102042353 B1 KR102042353 B1 KR 102042353B1 KR 1020180085818 A KR1020180085818 A KR 1020180085818A KR 20180085818 A KR20180085818 A KR 20180085818A KR 102042353 B1 KR102042353 B1 KR 102042353B1
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compressor
evaporator
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heat exchanger
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KR1020180085818A
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윤상국
정일영
문경록
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한국해양대학교 산학협력단
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    • F25B7/00Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit

Abstract

Disclosed is a refrigerator. According to an embodiment of the present invention, the refrigerator comprises: a compressor discharging a gas-phased refrigerant; a condenser cooling the refrigerant discharged from the compressor to liquefy the refrigerant; an expansion device expanding the refrigerant liquefied in the condenser; and an evaporator cooling a predetermined space as the expanded refrigerant flows into the evaporator to be vaporized while sucking heat and guiding the refrigerant to the compressor. The evaporator can comprise: a first heat exchange pipe guiding the refrigerant containing gas to the expansion device after re-liquefaction of the refrigerant when guiding the refrigerant discharged from the condenser to the expansion device; and a second heat exchange pipe guiding the liquefied refrigerant passing through the expansion device to the compressor after gasifying the liquefied refrigerant.

Description

냉동기{REFRIGERATOR}Freezer {REFRIGERATOR}

아래의 실시예들은 냉동기에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매의 재액화를 통해 저비용으로 냉동기의 온도를 보다 낮추는 냉동기에 관한 것이다. The following embodiments relate to a refrigerator, and more particularly, to a refrigerator that lowers the temperature of the refrigerator at low cost through reliquefaction of the refrigerant.

냉동기는 일측의 열을 빼앗아 타측으로 전달함으로써 일측의 온도를 감소시키는 장치를 말한다. The refrigerator refers to a device that reduces the temperature of one side by taking heat from one side and transferring it to the other side.

도 1은 종래의 단단 압축 냉동기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다. 1 is a view schematically showing the structure of a conventional single stage compressor.

도 1을 참조하면, 종래의 단단 압축 냉동기는 압축기(11), 응축기(12), 팽창장치(13) 및 증발기(14)를 포함하여 이루어질 수 있으며, 실시예에 따라 수액기를 더 포함할 수 있다. Referring to FIG. 1, a conventional single stage compression refrigerator may include a compressor 11, a condenser 12, an expansion device 13, and an evaporator 14, and may further include a receiver according to an embodiment. .

압축기(11)는 증발기(14)에서 제공된 저온 저압의 기체 냉매를 고온 고압으로 압축하여 응축기(12)로 전달하고, 응축기는 압축기(11)에서 압축된 고온 고압의 기체 냉매를 외부 공기 또는 물과의 열교환 작용으로 액상 냉매가 되도록 응축시켜 수액기로 전달하며, 수액기는 응축기(12)에서 고온 고압으로 응축된 액상 냉매를 일시 저장한다. 팽창장치(13)는 수액기에서 공급되는 고온 고압의 액상 냉매를 급속 팽창시켜 저온 저압의 냉매를 증발기로 전달하고, 증발기는 팽창장치(13)에서 공급되는 저온 저압의 냉매를 외부의 공기 및 물 등 열교환 매체와의 열교환 작용으로 열을 빼앗아 증발하도록 하여 저온 저압의 기체 냉매를 생성한 후 압축기(11)로 전달한다. The compressor 11 compresses the low temperature low pressure gas refrigerant provided by the evaporator 14 to the high temperature and high pressure, and delivers the high temperature gas pressure refrigerant compressed by the compressor 11 to the outside air or water. Condensed to be a liquid refrigerant by the heat exchange action of the transfer to the receiver, the receiver temporarily stores the liquid refrigerant condensed at high temperature and high pressure in the condenser 12. The expansion device 13 rapidly expands the high temperature and high pressure liquid refrigerant supplied from the receiver to transfer the low temperature low pressure refrigerant to the evaporator, and the evaporator delivers the low temperature low pressure refrigerant supplied from the expansion device 13 to the outside air and water. The heat is taken away by the heat exchange action with the heat exchange medium to evaporate to generate a low temperature low pressure gas refrigerant, and then transfer to the compressor (11).

종래의 단단 압축 냉동기의 경우 압축기(11)가 하나 사용되며, 이 때 증발기의 온도는 약 -20℃정도이다. 단단 압축 냉동기보다 더 낮은 온도를 얻기 위해 이원 냉동기가 사용될 수 있다. In the conventional single stage compressed refrigerator, one compressor 11 is used, and the temperature of the evaporator is about -20 ° C. Binary freezers can be used to achieve lower temperatures than single stage compressors.

도 2는 종래의 이원 냉동기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다. 2 is a view schematically showing the structure of a conventional binary refrigerator.

도 2를 참조하면, 종래의 이원 냉동기는 고온의 단단 압축 냉동 사이클인 고온부(10)와 저온의 냉동 사이클인 저온부(20)를 포함하는 2개의 냉동 사이클이 조합된 형태로 이루어질 수 있다. 여기서, 단단 압축 냉동 사이클인 고온부(10) 또는 저온부(20)는 도 1에서 설명한 단단 압축 냉동기의 구조를 포함할 수 있다. Referring to FIG. 2, the conventional binary refrigerator may be configured in a combination of two refrigeration cycles including a high temperature unit 10, which is a high temperature single stage compression refrigeration cycle, and a low temperature unit 20, which is a low temperature refrigeration cycle. Here, the high temperature section 10 or the low temperature section 20, which is a single stage compression refrigeration cycle, may include the structure of the single stage compression refrigerator described with reference to FIG.

종래의 이원 냉동기는 두 개의 압축기(11, 21)가 구성될 수 있으며, 보다 구체적으로 두 개의 압축기(11, 21)는 제1 압축기(11) 및 제2 압축기(21)로 이루어질 수 있고, 고온부(10) 및 저온부(20)에 각각 구비될 수 있다. 그리고 고온부(10)의 증발기(14)가 저온부(20)의 응축기(22)로 동작될 수 있다. 이 때, 고온부(10)의 증발기(14) 및 저온부(20)의 응축기(22)를 열 교환기(30)라 언급할 수 있다. Conventional binary refrigerators may be composed of two compressors (11, 21), more specifically, two compressors (11, 21) may be composed of a first compressor (11) and a second compressor (21), high temperature unit 10 and the low temperature portion 20 may be provided respectively. The evaporator 14 of the high temperature unit 10 may be operated as the condenser 22 of the low temperature unit 20. At this time, the evaporator 14 of the high temperature section 10 and the condenser 22 of the low temperature section 20 may be referred to as a heat exchanger (30).

종래의 이원 냉동기의 경우, 냉동실 온도가 -50℃ 정도의 낮은 온도를 얻는 냉동기이고, 이 때의 증발기(14)의 온도는 약 -55℃ 정도이다. In the conventional binary refrigerator, the freezer compartment obtains a low temperature of about -50 ° C, and the temperature of the evaporator 14 at this time is about -55 ° C.

고온부(10) 측의 냉매는 R134a, R22 등이 적용될 수 있고, 저온부(20) 측의 냉매는 R23, R508A, R508B 등 사용될 수 있다. 여기서, R134a의 비점은 대기압에서 -29.6℃이고, R23의 비점은 -82℃이며, R508A의 비점은 -87℃이다. R134a, R22, or the like may be applied to the coolant on the high temperature part 10 side, and the coolant on the low temperature part 20 side may be used to R23, R508A, R508B, or the like. Here, the boiling point of R134a is -29.6 ° C at atmospheric pressure, the boiling point of R23 is -82 ° C, and the boiling point of R508A is -87 ° C.

종래의 이원 압축 냉동기의 동작을 보다 구체적으로 설명하면, 먼저 고온부(10)는 제1 압축기(11)를 나온 고압의 R134a 냉매(7)가 대기에 의하여 냉각되면서 액화(6)되고, 제1 팽창장치(13)를 이용하여 팽창(5) 후 약 -15~-20℃가 되어, 열 교환기(30)(증발기(14) 기능)에서 증발되어(6) 제1 압축기(11)로 유입될 수 있다. Referring to the operation of the conventional dual compression refrigerator in more detail, first, the high temperature section 10 is liquefied (6) while the high-pressure R134a refrigerant (7) exiting the first compressor (11) is cooled by the atmosphere, the first expansion After expansion (5) using the device (13) it is about -15 ~ -20 ℃, evaporated in the heat exchanger 30 (evaporator 14 function) (6) can be introduced into the first compressor (11) have.

또한, 저온부(20)는 제2 압축기(21)를 나온 고압의 R23 냉매(3)가 열 교환기(응축기(22) 기능)에서 고온부(10) -15℃의 R134a 냉매와 열교환하여 전부 액화(4)된 후, 팽창(1)되어 -55℃ 정도의 온도로 증발기(24)에 유입되어 열을 흡입하고, 기화되면서 저온을 제공하여 냉동 공간을 -50℃ 정도로 냉각시키고 제2 압축기(21)에 유입(2)될 수 있다. 여기서, 제2 팽창장치(23)를 통해 열 교환기(30)를 통과하여 액화(4)된 냉매를 팽창(1)시킬 수 있다. In addition, the low-temperature unit 20 is completely liquefied by exchanging the high-pressure R23 refrigerant 3 leaving the second compressor 21 with the R134a refrigerant of the high-temperature unit 10 -15 ° C in a heat exchanger (condenser 22 function). After being expanded, it is expanded (1) and enters the evaporator 24 at a temperature of about -55 ° C, sucks in heat, and provides a low temperature while vaporizing to cool the freezing space to about -50 ° C and to the second compressor 21. Inflow (2). Here, the refrigerant liquefied 4 may be expanded 1 through the heat exchanger 30 through the second expansion device 23.

이러한 이원 냉동기는 압축기를 2개 적용하므로 비용이 많이 소요되나, 압축기를 1개 쓰는 단단 압축 냉동기보다 더 낮은 온도를 얻고자 하는 냉동 시스템이다. 이에 따라 적은 비용으로 최대한 온도를 낮출 수 있는 이원 냉동기가 요구된다. This dual refrigerator is expensive because two compressors are applied, but is a refrigeration system that wants to obtain a lower temperature than a single stage compressor using one compressor. Accordingly, there is a need for a binary freezer capable of lowering the temperature at the lowest possible cost.

한국등록특허 10-1649193호는 이러한 이원 냉동 사이클 시스템에 관한 것으로, 초저온 냉각을 효과적으로 수행할 수 있는 이원 냉동 사이클 시스템에 관한 기술을 기재하고 있다. Korean Patent No. 10-1649193 relates to such a dual refrigeration cycle system, and describes a technique related to a dual refrigeration cycle system capable of effectively performing cryogenic cooling.

한국등록특허 10-1649193호Korean Patent Registration No. 10-1649193

실시예들은 증발기, 팽창탱크 또는 액화기를 이용하여 보다 낮은 온도의 냉동 공간을 제공할 수 있는 냉동기를 제공하는데 있다. Embodiments provide a freezer that can provide a lower temperature freezing space using an evaporator, expansion tank or liquefier.

또한, 실시예들은 혼합냉매를 이용하여 증발기의 온도를 낮추어 보다 낮은 온도의 냉동 공간을 제공하며, 비점이 낮은 혼합냉매의 경우 증발기, 팽창탱크 또는 액화기를 이용하여 재액화시킴으로써, 저비용으로 냉동 효율이 높은 냉동기를 제공하는데 있다. In addition, embodiments use a mixed refrigerant to lower the temperature of the evaporator to provide a lower temperature freezing space, in the case of a low boiling mixture refrigerant to re-liquefy using an evaporator, expansion tank or liquefaction, thereby reducing the freezing efficiency To provide a high freezer.

일 실시예에 따른 냉동기는, 기체 상태의 냉매를 토출하는 압축기; 상기 압축기에서 토출된 상기 냉매를 냉각하여 액화시키는 응축기; 상기 응축기에서 액화된 상기 냉매를 팽창시키는 팽창장치; 및 팽창된 상기 냉매가 유입되어 열을 흡입하고 기화됨에 따라 소정 공간을 냉각시키며, 상기 냉매를 상기 압축기로 안내하는 증발기를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 증발기는 상기 응축기에서 나온 상기 냉매를 상기 팽창장치로 안내 시, 기체가 포함된 상기 냉매를 재액화시킨 후 상기 팽창장치로 안내하는 제1 열교환 배관; 및 상기 팽창장치를 통과한 액화된 상기 냉매를 기화시킨 후 상기 압축기로 안내하는 제2 열교환 배관을 포함할 수 있다. In one embodiment, a refrigerator includes: a compressor configured to discharge a refrigerant in a gas state; A condenser for cooling and liquefying the refrigerant discharged from the compressor; An expansion device for expanding the refrigerant liquefied in the condenser; And an evaporator which cools a predetermined space as the expanded refrigerant flows in, inhales heat, and vaporizes, and guides the refrigerant to the compressor. Here, the evaporator is a first heat exchange pipe for guiding the refrigerant from the condenser to the expansion device, after liquefying the refrigerant containing gas to the expansion device; And a second heat exchange pipe for vaporizing the liquefied refrigerant passing through the expansion device and guiding the compressor to the compressor.

상기 응축기에서 나온 상기 냉매를 상기 팽창장치로 안내 시, 상기 응축기에서 액화되지 않은 기체가 포함된 상기 냉매를 상기 증발기로 안내 후, 상기 팽창장치로 안내할 수 있다. 여기서, 상기 냉매는 서로 다른 비점의 냉매를 적어도 둘 이상 혼합한 혼합냉매로 이루어질 수 있다. When guiding the refrigerant from the condenser to the expansion device, the refrigerant containing gas not liquefied in the condenser may be guided to the evaporator and then guided to the expansion device. Here, the refrigerant may be made of a mixed refrigerant in which at least two refrigerants of different boiling points are mixed.

다른 실시예에 따른 이원 냉동기는, 기체 상태의 제1 냉매를 토출하는 제1 압축기; 상기 제1 압축기에서 토출된 상기 제1 냉매를 냉각하여 액화시키는 응축기; 상기 응축기에서 액화된 상기 제1 냉매를 팽창시키는 제1 팽창장치; 팽창된 상기 제1 냉매가 유입되어 열을 흡입하고 기화되며, 상기 제1 냉매를 상기 압축기로 안내하는 열 교환기; 기체 상태의 제2 냉매를 토출하는 제2 압축기; 상기 제2 압축기에서 토출된 상기 제2 냉매를 상기 열 교환기를 통해 냉각하여 액화시킨 후, 액화된 상기 제2 냉매를 팽창시키는 제2 팽창장치; 및 팽창된 상기 제2 냉매가 유입되어 열을 흡입하고 기화됨에 따라 소정 공간을 냉각시키며, 상기 제2 냉매를 상기 제2 압축기로 안내하는 증발기를 포함하여 이루어질 수 있다. 여기서, 상기 증발기는 상기 열 교환기에서 나온 상기 제2 냉매를 상기 제2 팽창장치로 안내 시, 기체가 포함된 상기 제2 냉매를 재액화시킨 후 상기 제2 팽창장치로 안내하는 제1 열교환 배관; 및 상기 제2 팽창장치를 통과한 액화된 상기 제2 냉매를 기화시킨 후 상기 제2 압축기로 안내하는 제2 열교환 배관을 포함하여 이루어질 수 있다. According to another embodiment, a binary refrigerator includes: a first compressor configured to discharge a first refrigerant in a gaseous state; A condenser for cooling and liquefying the first refrigerant discharged from the first compressor; A first expansion device for expanding the first refrigerant liquefied in the condenser; A heat exchanger to which the expanded first refrigerant is introduced to suck in heat and vaporize, and guide the first refrigerant to the compressor; A second compressor for discharging a second refrigerant in a gas state; A second expansion device for cooling and liquefying the second refrigerant discharged from the second compressor through the heat exchanger, and then expanding the liquefied second refrigerant; And an evaporator configured to cool the predetermined space as the expanded second refrigerant is introduced, sucks heat, and vaporizes, and guides the second refrigerant to the second compressor. The evaporator may include: a first heat exchange pipe configured to guide the second refrigerant from the heat exchanger to the second expansion device after reliquefying the second refrigerant containing gas to guide the second expansion device; And a second heat exchange pipe for vaporizing the liquefied second refrigerant passing through the second expansion device and guiding the second refrigerant to the second compressor.

상기 열 교환기는, 팽창된 상기 제1 냉매가 유입되어 열을 흡입하고 기화되며, 상기 제1 냉매를 상기 압축기로 안내하는 증발부; 및 상기 제2 압축기에서 토출된 상기 제2 냉매를 상기 증발부의 상기 제1 냉매와의 열교환에 의해 냉각하여 액화시키는 열 교환기의 응축기를 포함할 수 있다. The heat exchanger may include: an evaporator configured to receive the expanded first refrigerant, suck heat, and vaporize the first refrigerant, and guide the first refrigerant to the compressor; And a condenser of a heat exchanger configured to cool and liquefy the second refrigerant discharged from the second compressor by heat exchange with the first refrigerant of the evaporator.

상기 응축기에서 나온 상기 제2 냉매를 상기 제2 팽창장치로 안내 시, 상기 열 교환기에서 액화되지 않은 기체가 포함된 상기 제2 냉매를 상기 증발기로 안내 후, 상기 제2 팽창장치로 안내할 수 있다. When the second refrigerant from the condenser is guided to the second expansion device, the second refrigerant containing gas not liquefied in the heat exchanger may be guided to the evaporator and then guided to the second expansion device. .

상기 제2 냉매는, 서로 다른 비점의 냉매를 적어도 둘 이상 혼합한 혼합냉매로 이루어질 수 있다. The second refrigerant may be a mixed refrigerant in which at least two refrigerants of different boiling points are mixed.

상기 증발기에서 토출된 기체 상태의 상기 제2 냉매를 적어도 일부 이용하여, 상기 열 교환기에서 나온 상기 제2 냉매를 상기 제2 팽창장치로 안내 시, 기체가 포함된 상기 제2 냉매를 재액화시키는 팽창탱크를 더 포함할 수 있다. An expansion tank for reliquefying the second refrigerant containing gas when the second refrigerant from the heat exchanger is guided to the second expansion device using at least a portion of the second refrigerant in a gas state discharged from the evaporator. It may further include.

상기 열 교환기에서 나온 상기 제2 냉매를 상기 제2 팽창장치로 안내 시, 기체가 포함된 상기 제2 냉매를 재액화시키는 액화기를 더 포함할 수 있다. 여기서, 상기 액화기는 상기 제2 팽창장치에 의해 팽창된 상기 제2 냉매가 상기 증발기로 유입되는 흐름을 분지하여, 기체가 포함된 상기 제2 냉매를 재액화시키기 위한 냉 에너지를 제공하도록 할 수 있다. When guiding the second refrigerant from the heat exchanger to the second expansion device, it may further include a liquefier for re-liquefying the second refrigerant containing gas. Here, the liquefier may branch the flow of the second refrigerant expanded by the second expansion device to the evaporator to provide cold energy for reliquefying the second refrigerant containing gas. .

실시예들에 따르면 증발기, 팽창탱크 또는 액화기를 이용하여 보다 낮은 온도의 냉동 공간을 제공할 수 있는 냉동기를 제공할 수 있다. According to the embodiments it can be provided a refrigerator that can provide a lower temperature freezing space using an evaporator, expansion tank or liquefier.

또한, 실시예들에 따르면 혼합냉매를 이용하여 증발기의 온도를 낮추어 보다 낮은 온도의 냉동 공간을 제공하며, 비점이 낮은 혼합냉매의 경우 증발기, 팽창탱크 또는 액화기를 이용하여 재액화시킴으로써, 저비용으로 냉동 효율이 높은 냉동기를 제공할 수 있다. In addition, according to embodiments, the refrigerant temperature is lowered to provide a freezing space by lowering the temperature of the evaporator, and the low boiling point refrigerant is reliquefied using an evaporator, an expansion tank, or a liquefier, thereby freezing at low cost. High efficiency refrigerator can be provided.

또한, 실시예들에 따른 단단 압축 냉동기의 경우 보다 낮은 온도를 얻기 위한 방법으로, 이원 냉동기를 구성하지 않더라도 낮은 온도를 얻을 수 있다. 이 때, 혼합된 냉매의 비점이 낮을수록 증발기의 온도를 낮출 수 있다. In addition, as a method for obtaining a lower temperature in the case of the single stage compressed refrigerator according to the embodiments, it is possible to obtain a low temperature even if a dual freezer is not configured. At this time, the lower the boiling point of the mixed refrigerant can lower the temperature of the evaporator.

도 1은 종래의 단단 압축 냉동기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 종래의 이원 냉동기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 단단 압축 냉동기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 다른 실시예에 따른 이원 냉동기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 팽창탱크를 포함하는 이원 냉동기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 액화기를 포함하는 이원 냉동기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다.
1 is a view schematically showing the structure of a conventional single stage compressor.
2 is a view schematically showing the structure of a conventional binary refrigerator.
3 is a view schematically showing the structure of a single stage compression refrigerator according to an embodiment.
4 is a view schematically showing the structure of a binary refrigerator according to another embodiment.
5 is a view schematically showing the structure of a binary refrigerator including an expansion tank according to another embodiment.
6 is a view schematically showing the structure of a binary refrigerator including a liquefier according to another embodiment.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명한다. 그러나, 기술되는 실시예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명되는 실시예들에 의하여 한정되는 것은 아니다. 또한, 여러 실시예들은 당해 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 도면에서 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있다.Hereinafter, exemplary embodiments will be described with reference to the accompanying drawings. However, the described embodiments may be modified in many different forms, and the scope of the present invention is not limited to the embodiments described below. In addition, various embodiments are provided to more fully describe the present invention to those skilled in the art. Shape and size of the elements in the drawings may be exaggerated for more clear description.

도 3은 일 실시예에 따른 단단 압축 냉동기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다. 여기서 도 3a는 제2 배관(B)을 갖는 단단 압축 냉동기의 구조를 나타내며, 도 3b는 제1 배관(A) 및 제2 배관(B)을 갖는 단단 압축 냉동기의 구조를 나타낸다. 3 is a view schematically showing the structure of a single stage compression refrigerator according to an embodiment. Here, FIG. 3A shows the structure of the single stage compressed refrigerator having the second pipe B, and FIG. 3B shows the structure of the single stage compressed refrigerator having the first pipe A and the second pipe B. As shown in FIG.

도 3a 및 도 3을 참조하면, 일 실시예에 따른 단단 압축 냉동기는 압축기(210), 응축기(220), 팽창장치(230) 및 증발기(240)를 포함하여 이루어질 수 있다. Referring to FIGS. 3A and 3, the single stage compressed refrigerator according to one embodiment may include a compressor 210, a condenser 220, an expansion device 230, and an evaporator 240.

압축기(210)는 기체 상태의 냉매를 토출할 수 있고, 응축기(220)는 압축기(210)에서 토출된 냉매를 냉각하여 액화시키며, 팽창장치(230)는 응축기(220)에서 액화된 냉매를 팽창시킬 수 있고, 증발기(240)는 팽창된 냉매가 유입되어 열을 흡입하고 기화됨에 따라 소정 공간을 냉각시키며, 냉매를 압축기(210)로 안내할 수 있다. The compressor 210 may discharge a refrigerant in a gas state, the condenser 220 cools and liquefies the refrigerant discharged from the compressor 210, and the expansion device 230 expands the refrigerant liquefied in the condenser 220. The evaporator 240 may cool the predetermined space as the expanded refrigerant is introduced, sucks heat and vaporizes, and guides the refrigerant to the compressor 210.

이 때, 응축기(220)에서 액화되지 않은 기체가 포함된 냉매는 제2 배관(B)을 통해 증발기(240)로 안내되어 액화된 후, 팽창장치(230)에서 액화된 냉매가 팽창되고 다시 증발기(240)로 안내되어 기화될 수 있다. At this time, the refrigerant containing the gas not liquefied in the condenser 220 is guided to the evaporator 240 through the second pipe (B) to liquefy, the liquefied refrigerant in the expansion device 230 is expanded and evaporator again Guided to 240 may be vaporized.

도 3b에 도시된 바와 같이, 예를 들어 응축기(220)에서 나온 냉매를 팽창장치(230)로 안내 시, 배관이 분지되어 제1 배관(A)은 응축기(220)에서 액화된 냉매를 팽창장치(230)로 안내하고, 제2 배관(B)은 응축기(220)에서 액화되지 않은 기체가 포함된 냉매를 증발기(240)로 안내할 수 있다. As shown in FIG. 3B, for example, when guiding the refrigerant from the condenser 220 to the expansion device 230, the pipe is branched so that the first pipe A expands the liquefied refrigerant in the condenser 220. In operation 230, the second pipe B may guide the refrigerant including the gas not liquefied from the condenser 220 to the evaporator 240.

증발기(240)는 제1 열교환 배관(241) 및 제2 열교환 배관(242)을 포함할 수 있다.The evaporator 240 may include a first heat exchange pipe 241 and a second heat exchange pipe 242.

제1 열교환 배관(241)은 응축기(220)에서 나온 냉매를 팽창장치(230)로 안내 시, 기체가 포함된 냉매를 재액화시킨 후 팽창장치(230)로 안내할 수 있다. 그리고, 제2 열교환 배관(242)은 응축기(220)에서 나온 냉매를 팽창장치(230)로 안내 시, 팽창장치(230)를 통과한 액화된 냉매를 기화시킨 후 압축기(210)로 안내할 수 있다. When the first heat exchange pipe 241 guides the refrigerant from the condenser 220 to the expansion device 230, the first heat exchange pipe 241 may re-liquefy the refrigerant containing gas to guide the expansion device 230. In addition, when the second heat exchange pipe 242 guides the refrigerant from the condenser 220 to the expansion device 230, the second heat exchange pipe 242 may vaporize the liquefied refrigerant passing through the expansion device 230 and then guide the refrigerant to the compressor 210. have.

냉매는 R134a, R22, R23, R508A, R508B 등이 사용될 수 있다. 또한, 냉매는 서로 다른 비점의 냉매를 적어도 둘 이상 혼합한 혼합냉매로 이루어질 수도 있다.The refrigerant may be R134a, R22, R23, R508A, R508B, or the like. In addition, the refrigerant may be made of a mixed refrigerant in which at least two refrigerants of different boiling points are mixed.

압축기를 1개 사용하는 기존의 단단 압축 냉동기의 경우 -15~-20℃ 정도의 저온을 얻는 반면, 이원 냉동기의 경우에는 -50℃ 정도의 보다 낮은 온도를 얻고자 고비용의 압축기를 2개 적용하는 냉동 시스템이다. 이에 따라 적은 비용으로 온도를 최대한 낮출 수 있는 공정이 요구된다. 아래에서는 기존의 이원 냉동기보다 증발기의 온도를 저하시킬 수 있는 이원 냉동기를 제공할 수 있다. In the case of a conventional single-stage compressed refrigerator using one compressor, a low temperature of about -15 to -20 ° C is obtained, whereas in the case of a binary refrigerator, two expensive compressors are applied to obtain a lower temperature of about -50 ° C. Refrigeration system. This requires a process that can lower the temperature at the lowest possible cost. Below it can provide a binary freezer that can lower the temperature of the evaporator than conventional binary freezer.

먼저, 증발기에서 나오는 -55℃ 정도의 기체의 저온을 이용하여 고압의 혼합냉매 중 액화되지 않은 비점이 낮은 냉매를 액화시킬 수 있다. 이는, 열 교환기(300) 형태로 구성된 추가된 증발기나 팽창탱크를 통해 구현할 수 있다. First, the low boiling point of the non-liquefied refrigerant in the high-pressure mixed refrigerant can be liquefied by using a low temperature of the gas of about -55 ° C exiting the evaporator. This can be achieved through an additional evaporator or expansion tank configured in the form of a heat exchanger 300.

이에, 추가하여 비점이 낮은 냉매의 혼합량이 많은 경우, 액화되지 않은 액기 혼합냉매를 -50℃ 정도의 증발기 내부로 통과시켜 액화시킬 수 있다. 이 때, 증발기 내부에는 열교환 배관이 가설될 수 있다. 아래에서 보다 구체적으로 설명하기로 한다. In addition, when the mixing amount of the refrigerant having a low boiling point is large, it is possible to liquefy by passing the liquid mixture refrigerant not liquefied into the evaporator of about -50 ℃. At this time, the heat exchange pipe may be installed inside the evaporator. It will be described in more detail below.

도 4는 다른 실시예에 따른 이원 냉동기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다. 여기서 도 4a는 제2 배관(B)을 갖는 이원 냉동기의 구조를 나타내며, 도 4b는 제1 배관(A) 및 제2 배관(B)을 갖는 이원 냉동기의 구조를 나타낸다. 4 is a view schematically showing the structure of a binary refrigerator according to another embodiment. 4A shows the structure of the binary refrigerator having the second pipe B, and FIG. 4B shows the structure of the binary refrigerator having the first pipe A and the second pipe B. As shown in FIG.

도 4a 및 도 4b를 참조하면, 이원 냉동기는 제1 압축기(110), 응축기(120), 제1 팽창장치(130), 열 교환기(300), 제2 압축기(210), 제2 팽창장치(230) 및 증발기(240)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라 수액기를 더 포함하는 것도 가능하다. 여기서, 이원 냉동기는 고온의 단단 압축 냉동 사이클인 고온부(100)와 저온의 냉동 사이클인 저온부(200)를 포함하는 2개의 냉동 사이클이 조합된 형태로 이루어질 수 있다. 여기서, 단단 압축 냉동 사이클인 고온부(100) 또는 저온부(200)는 도 4에서 설명한 단단 압축 냉동기의 구조를 포함할 수 있다. 4A and 4B, the binary refrigerator has a first compressor 110, a condenser 120, a first expansion device 130, a heat exchanger 300, a second compressor 210, and a second expansion device ( 230 and evaporator 240. It is also possible to further include a receiver according to the embodiment. Here, the binary refrigerator may be configured in a combination of two refrigeration cycles including a high temperature unit 100 which is a high temperature single stage compression refrigeration cycle and a low temperature unit 200 which is a low temperature freezing cycle. Here, the high temperature unit 100 or the low temperature unit 200, which is a single stage compression refrigeration cycle, may include the structure of the single stage compression freezer described with reference to FIG. 4.

고온부(100)는 제1 압축기(110), 응축기(120), 제1 팽창장치(130) 및 열 교환기(300)를 포함하는 사이클로 이루어지며, 이 때 열 교환기(300)는 증발기 역할을 수행할 수 있다. 또한, 저온부(200)는 제2 압축기(210), 열 교환기(300), 제2 팽창장치(230) 및 증발기(240)를 포함할 수 있으며, 이 때 열 교환기(300)는 응축기 역할을 수행할 수 있다. The high temperature unit 100 is composed of a cycle including the first compressor 110, the condenser 120, the first expansion device 130 and the heat exchanger 300, wherein the heat exchanger 300 is to act as an evaporator. Can be. In addition, the low temperature unit 200 may include a second compressor 210, a heat exchanger 300, a second expansion device 230, and an evaporator 240, wherein the heat exchanger 300 serves as a condenser. can do.

제1 압축기(110)는 작동유체로서 냉매를 흡입하여, 압축한 후 토출되도록 하는 것으로, 기체 상태의 제1 냉매를 토출할 수 있다. The first compressor 110 sucks the refrigerant as a working fluid, compresses the refrigerant, and discharges the compressed refrigerant. The first compressor 110 may discharge the first refrigerant in a gas state.

응축기(120)는 제1 압축기(110)에서 토출된 제1 냉매를 응축시킴으로써 제1 냉매를 냉각하여 액화시킬 수 있다. The condenser 120 may cool and liquefy the first refrigerant by condensing the first refrigerant discharged from the first compressor 110.

제1 팽창장치(130)는 응축기(120)에서 액화된 제1 냉매를 팽창시켜 압력을 저하시킬 수 있다. 여기서, 제1 팽창장치(130)는 팽창밸브로 이루어질 수 있다. The first expansion device 130 may lower the pressure by expanding the first refrigerant liquefied in the condenser 120. Here, the first expansion device 130 may be formed of an expansion valve.

열 교환기(300)는 팽창된 제1 냉매가 유입되어 열을 흡입하고 기화되며, 제1 냉매를 압축기로 안내할 수 있다. 이는, 앞에서 설명한 고온부(100)에서 열 교환기(300)가 증발기 역할을 수행하는 것을 의미한다.In the heat exchanger 300, the expanded first refrigerant is introduced to suck heat and vaporize, and guide the first refrigerant to the compressor. This means that the heat exchanger 300 serves as an evaporator in the high temperature unit 100 described above.

또한, 열 교환기(300)는 2 압축기에서 토출된 제2 냉매를 열 교환기(300)를 통해 냉각하여 액화시킬 수 있다. 이는, 앞에서 설명한 저온부(200)에서 열 교환기(300)가 응축기 역할을 수행하는 것을 의미한다. In addition, the heat exchanger 300 may liquefy the second refrigerant discharged from the two compressors through the heat exchanger 300. This means that the heat exchanger 300 serves as a condenser in the low temperature unit 200 described above.

다시 말하면, 열 교환기(300)는 열 교환기(300)의 증발기(140) 및 열 교환기(300)의 응축기(220)를 포함할 수 있으며, 열 교환기(300)의 증발기(140)는 팽창된 제1 냉매가 유입되어 열을 흡입하고 기화되며, 제1 냉매를 압축기로 안내할 수 있고, 열 교환기(300)의 응축기(220)는 제2 압축기(210)에서 토출된 제2 냉매를 열 교환기(300)의 증발기(140)의 제1 냉매와의 열교환에 의해 냉각하여 액화시킬 수 있다. In other words, the heat exchanger 300 may include an evaporator 140 of the heat exchanger 300 and a condenser 220 of the heat exchanger 300, wherein the evaporator 140 of the heat exchanger 300 may be expanded. The first refrigerant is introduced to suck heat and vaporize, and the first refrigerant may be guided to the compressor, and the condenser 220 of the heat exchanger 300 may convert the second refrigerant discharged from the second compressor 210 into a heat exchanger ( The evaporator 140 of 300 may be cooled and liquefied by heat exchange with the first refrigerant.

제2 압축기(210)는 작동유체로서 냉매를 흡입하여, 압축한 후 토출되도록 하는 것으로, 기체 상태의 제2 냉매를 토출할 수 있다. The second compressor 210 sucks the refrigerant as a working fluid, compresses the refrigerant, and discharges the compressed refrigerant. The second compressor 210 may discharge the second refrigerant in a gas state.

제2 팽창장치(230)는 제2 압축기(210)에서 토출된 제2 냉매를 열 교환기(300)를 통해 냉각하여 액화시킨 후, 액화된 제2 냉매를 팽창시켜 압력을 저하시킬 수 있다. 여기서, 제2 팽창장치(230)는 팽창밸브로 이루어질 수 있다.The second expansion device 230 may cool the second refrigerant discharged from the second compressor 210 through the heat exchanger 300 to liquefy and expand the liquefied second refrigerant to lower the pressure. Here, the second expansion device 230 may be formed of an expansion valve.

증발기(240)는 팽창된 제2 냉매가 유입되어 열을 흡입하고 기화됨에 따라 소정 공간을 냉각시키며, 제2 냉매를 제2 압축기(210)로 안내할 수 있다. The evaporator 240 may cool the predetermined space as the expanded second refrigerant is introduced, sucks heat, and vaporizes, and guides the second refrigerant to the second compressor 210.

여기서, 증발기(240)는 제1 열교환 배관(241) 및 제2 열교환 배관(242)을 포함할 수 있으며, 제1 열교환 배관(241)은 열 교환기(300)에서 나온 제2 냉매를 제2 팽창장치(230)로 안내 시, 기체가 포함된 제2 냉매를 재액화시킨 후 제2 팽창장치(230)로 안내하고, 제2 열교환 배관(242)은 제2 팽창장치(230)를 통과한 액화된 제2 냉매를 기화시킨 후 제2 압축기(210)로 안내할 수 있다. 이와 같이, 증발기(240)의 내부에 제1 열교환 배관(241) 및 제2 열교환 배관(242)을 가설함으로써 기체가 포함된 제2 냉매를 재액화시킬 수 있다. Here, the evaporator 240 may include a first heat exchange pipe 241 and a second heat exchange pipe 242, the first heat exchange pipe 241 second expansion of the second refrigerant from the heat exchanger 300. Upon guiding to the device 230, the second refrigerant containing gas is liquefied and then guided to the second expansion device 230, and the second heat exchange pipe 242 is liquefied through the second expansion device 230. The second refrigerant may be vaporized and then guided to the second compressor 210. As such, the second refrigerant containing gas may be reliquefied by installing the first heat exchange pipe 241 and the second heat exchange pipe 242 in the evaporator 240.

저온부(200) 측의 냉매인, 제2 냉매는 서로 다른 비점의 냉매를 적어도 둘 이상 혼합한 혼합냉매로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 저온부(200) 측의 사이클의 대표적 순환 냉매인 R23(-82℃)이나 R508A 등에 비점이 낮거나 높은 다른 냉매를 혼합하여 저온부(200) 측의 증발기(240)의 온도를 낮출 수 있다. The second refrigerant, which is a refrigerant on the low temperature part 200 side, may be formed of a mixed refrigerant in which at least two refrigerants of different boiling points are mixed. For example, it is possible to lower the temperature of the evaporator 240 on the low temperature part 200 side by mixing another refrigerant having a low or high boiling point, such as R23 (-82 ° C.) or R508A, which is a typical circulating refrigerant of the cycle on the low temperature part 200 side. have.

여기서, 비점이 낮은 대표적인 혼합 가능한 냉매는 R14, R1150, R170, R116 등이다. R14의 비점은 -128.1℃이고, R1150의 비점은 -109.4℃이며, R170의 비점은 -88.9℃이다. 혼합 가능한 냉매의 수는 2개 또는 그 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. Here, typical mixable refrigerants having a low boiling point are R14, R1150, R170, R116 and the like. The boiling point of R14 is -128.1 占 폚, the boiling point of R1150 is -109.4 占 폚, and the boiling point of R170 is -88.9 占 폚. The number of the refrigerants that can be mixed can be used by mixing two or more thereof.

한편, 비점이 낮은 냉매가 혼합된 혼합냉매의 경우, 열 교환기(300) 또는 응축기에서 모두 액화되지 않고 기체를 포함한 냉매로 남을 수 있다. On the other hand, in the case of a mixed refrigerant in which the refrigerant having a low boiling point is mixed, it may remain as a refrigerant including gas without being liquefied in the heat exchanger 300 or the condenser.

이에 따라, 도 4b에 도시된 바와 같이, 응축기(120)에서 나온 제2 냉매를 제2 팽창장치(230)로 안내 시, 배관이 분지되어 제1 배관(A)은 열 교환기(300)의 응축기(220)에서 액화된 제2 냉매를 제2 팽창장치(230)로 안내하고, 제2 배관(B)은 열 교환기(300)의 응축기(220)에서 액화되지 않은 기체가 포함된 제2 냉매를 증발기(240)로 안내할 수 있다. Accordingly, as shown in FIG. 4B, when guiding the second refrigerant from the condenser 120 to the second expansion device 230, the pipe is branched so that the first pipe A is the condenser of the heat exchanger 300. The second refrigerant liquefied at 220 guides the second expansion device 230, and the second pipe B receives the second refrigerant containing the gas not liquefied at the condenser 220 of the heat exchanger 300. Guide to evaporator 240.

다시 말하면, R23 등의 냉매에 추가 혼합된 비점이 낮은 혼합냉매는 열 교환기(300)에서 액화가 되지 않으므로 이를 액화시키는 공정이 요구된다. In other words, a low boiling point mixed refrigerant additionally mixed with a refrigerant such as R23 is not liquefied in the heat exchanger 300, and thus a process of liquefying it is required.

일례로, 비점이 낮은 혼합냉매를 액화시키기 위해 응축되지 않은 고압의 혼합냉매를 증발기(240)(저온 증발기) 내부로 통과시켜 액화 후 팽창시켜 보다 낮은 온도를 얻을 수 있다. For example, to liquefy the mixed refrigerant having a low boiling point, the non-condensed high-pressure mixed refrigerant may be passed into the evaporator 240 (low temperature evaporator) to expand after liquefaction to obtain a lower temperature.

다른 예로, 비점이 낮은 혼합냉매를 액화시키기 위해 증발기(240)(저온 증발기)에서 나오는 -50℃ 기체의 저온을 이용하여 고압의 혼합냉매를 액화시킬 수 있다. 이는, 아래에서 도 5를 참조하여 설명하기로 한다. As another example, the high pressure mixed refrigerant may be liquefied by using a low temperature of -50 ° C gas from the evaporator 240 (low temperature evaporator) to liquefy the low boiling boiling mixture. This will be described below with reference to FIG. 5.

이에 따라 비점이 낮은 냉매를 원활히 응축시키고 팽창시켜, 증발기(240)에서 보다 저온을 제공할 수 있다. Accordingly, the refrigerant having a low boiling point can be smoothly condensed and expanded to provide a lower temperature in the evaporator 240.

한편, 고온부(100) 측의 냉매인, 제1 냉매는 하나의 냉매로 이루어질 수 있으나, 실시예에 따라 서로 다른 비점의 냉매를 적어도 둘 이상 혼합한 혼합냉매로 이루어지는 것도 가능하다. 이 때, 제1 냉매와 제2 냉매는 서로 다른 냉매(또는 혼합냉매)로 이루어질 수 있다. On the other hand, the first refrigerant, which is a refrigerant on the high-temperature part 100 side, may be made of one refrigerant, but may be made of a mixed refrigerant in which at least two or more refrigerants of different boiling points are mixed according to an embodiment. In this case, the first refrigerant and the second refrigerant may be made of different refrigerants (or mixed refrigerants).

도 5는 다른 실시예에 따른 팽창탱크를 포함하는 이원 냉동기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다. 여기서 도 5a는 제2 배관(B)을 갖는 팽창탱크를 포함하는 이원 냉동기의 구조를 나타내며, 도 5b는 제1 배관(A) 및 제2 배관(B)을 갖는 팽창탱크를 포함하는 이원 냉동기의 구조를 나타낸다.5 is a view schematically showing the structure of a binary refrigerator including an expansion tank according to another embodiment. 5A shows a structure of a binary refrigerator including an expansion tank having a second pipe (B), and FIG. 5B shows a structure of a binary refrigerator including an expansion tank having a first pipe (A) and a second pipe (B). The structure is shown.

도 5a 및 도 5b을 참조하면, 팽창탱크(250)를 포함하는 이원 냉동기는 제1 압축기(110), 응축기(120), 제1 팽창장치(130), 열 교환기(300), 제2 압축기(210), 제2 팽창장치(230), 증발기(240) 및 팽창탱크(250)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라 수액기를 더 포함하는 것도 가능하다. 이러한 팽창탱크를 포함하는 이원 냉동기는 도 4에서 설명한 이원 냉동기에 추가적으로 팽창탱크(250)를 포함할 수 있으며, 중복되는 설명은 생략하기로 하고 팽창탱크(250)를 중심으로 간략히 설명한다. 5A and 5B, the binary refrigerator including the expansion tank 250 includes a first compressor 110, a condenser 120, a first expansion device 130, a heat exchanger 300, and a second compressor ( 210, a second expansion device 230, an evaporator 240, and an expansion tank 250 may be included. It is also possible to further include a receiver according to the embodiment. The binary refrigerator including the expansion tank may further include the expansion tank 250 in the binary refrigerator described with reference to FIG. 4, and a redundant description thereof will be omitted and briefly described with reference to the expansion tank 250.

팽창탱크(250)는 증발기(240)에서 토출된 기체 상태의 제2 냉매를 적어도 일부 이용하여, 열 교환기(300)에서 나온 제2 냉매를 제2 팽창장치(230)로 안내 시, 기체가 포함된 제2 냉매를 재액화시킬 수 있다. The expansion tank 250 uses at least a portion of the gaseous second refrigerant discharged from the evaporator 240 to guide the second refrigerant from the heat exchanger 300 to the second expansion device 230. The second refrigerant can be liquefied.

즉, 비점이 낮은 혼합냉매를 액화시키기 위해 증발기(240)에서 나오는 -50℃ 기체의 저온을 이용하여 고압의 혼합냉매를 액화시킬 수 있다. That is, the high-pressure mixed refrigerant may be liquefied by using a low temperature of -50 ° C gas exiting the evaporator 240 to liquefy the mixed refrigerant having a low boiling point.

도 6은 다른 실시예에 따른 액화기를 포함하는 이원 냉동기의 구조를 개략적으로 나타내는 도면이다. 6 is a view schematically showing the structure of a binary refrigerator including a liquefier according to another embodiment.

도 6을 참조하면, 혼합냉매 중 증발 온도가 낮은 액화되지 않은 기체를 응축시키는 방법에 있어서, 앞에서 설명한 팽창탱크(250)나 열교환 배관을 포함하는 증발기(240)를 사용하지 않고 별도의 열 교환기(300)를 장착하여 액화시킬 수 있다. 여기서, 별도의 열 교환기(300)는 액화기(260)가 될 수 있다. Referring to FIG. 6, in a method of condensing unliquefied gas having a low evaporation temperature among mixed refrigerants, a separate heat exchanger may be used without using the expansion tank 250 or the evaporator 240 including the heat exchange pipe. 300) to liquefy. Here, the separate heat exchanger 300 may be a liquefier 260.

다시 말하면, 액화기를 포함하는 이원 냉동기는 제1 압축기(110), 응축기(120), 제1 팽창장치(130), 열 교환기(300), 제2 압축기(210), 제2 팽창장치(230), 증발기(240) 및 액화기(260)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라 수액기를 더 포함하는 것도 가능하다. 이러한 액화기를 포함하는 이원 냉동기는 도 4 및 도 5에서 설명한 이원 냉동기의 구성과 일부 중복되어 차이점을 중심으로 간략히 설명한다. 예를 들어, 액화기를 포함하는 이원 냉동기의 제1 압축기(110), 응축기(120), 제1 팽창장치(130), 열 교환기(300), 제2 압축기(210) 및 제2 팽창장치(230)는 도 4 및 도 5에서 설명한 이원 냉동기의 제1 압축기(110), 응축기(120), 제1 팽창장치(130), 열 교환기(300), 제2 압축기(210) 및 제2 팽창장치(230)를 포함하거나 동일하게 구성될 수 있다. In other words, the binary refrigerator including the liquefier includes the first compressor 110, the condenser 120, the first expansion device 130, the heat exchanger 300, the second compressor 210, and the second expansion device 230. , An evaporator 240 and a liquefier 260 may be included. It is also possible to further include a receiver according to the embodiment. The binary freezer including such a liquefier will be briefly described mainly on the difference, overlapping with the configuration of the binary freezer described in FIGS. 4 and 5. For example, a first compressor 110, a condenser 120, a first expansion device 130, a heat exchanger 300, a second compressor 210, and a second expansion device 230 of a binary refrigerator including a liquefier. ) Is the first compressor 110, the condenser 120, the first expansion device 130, the heat exchanger 300, the second compressor 210 and the second expansion device of the binary refrigerator described in FIGS. 230) or may be identically configured.

액화기(260)는 열 교환기(300)에서 나온 제2 냉매를 제2 팽창장치(230)로 안내 시, 기체가 포함된 제2 냉매를 재액화시킬 수 있다. 보다 구체적으로 액화기(260)는 제2 팽창장치(230)에 의해 팽창된 제2 냉매가 증발기(240)로 유입되는 흐름을 분지하여, 기체가 포함된 제2 냉매를 재액화시키기 위한 냉 에너지를 제공하도록 할 수 있다. When the liquefier 260 guides the second refrigerant from the heat exchanger 300 to the second expansion device 230, the liquefier 260 may reliquefy the second refrigerant including gas. More specifically, the liquefier 260 branches the flow of the second refrigerant expanded by the second expansion device 230 to the evaporator 240, the cold energy for reliquefying the second refrigerant containing gas Can be provided.

즉, 비점이 다른 냉매를 저온부(200)의 사이클 측에 혼입하여, 증발기(240)의 온도를 저하시킬 수 있다. 또한, 고온부(100)의 사이클 측에도 동일하게 적용할 수 있다. That is, the refrigerant having different boiling points may be mixed on the cycle side of the low temperature unit 200 to lower the temperature of the evaporator 240. The same applies to the cycle side of the high temperature portion 100.

한편, 저온부(200) 측의 사이클에는 팽창부(250)가 가설될 수 있다. 팽창부(250)는 냉동기가 가동되지 않을 때 사이클 내부의 저온 냉매가 모두 기체 상태로 존재하게 되므로 기체 압력을 흡수하여 안전하게 하는 기능을 한다. Meanwhile, the expansion part 250 may be hypothesized in a cycle on the low temperature part 200 side. The expansion unit 250 functions to absorb and safely absorb gas pressure because all of the low temperature refrigerant inside the cycle is present in a gas state when the refrigerator is not operated.

아래에서는 도 4 내지 도 6에서 설명한 이원 냉동기의 동작을 하나의 예를 들어 설명한다. 이 때, 사용되는 냉매 및 온도는 동작 및 그 효과를 돕기 위해 하나의 예시로써 설명되는 것으로, 이에 제한되지는 않는다. Hereinafter, the operation of the binary refrigerator described with reference to FIGS. 4 to 6 will be described as an example. At this time, the refrigerant and the temperature used are described as an example to assist the operation and its effects, but are not limited thereto.

먼저, 고온부(100)에서, 제1 압축기(110)는 고압의 R134a 냉매가 토출되어 응축기(120)에서 대기에 의하여 냉각되면서 액화되고, 제1 팽창장치(130)를 통해 냉매가 팽창 후 약 -15~-20℃가 되어 열 교환기(300)의 증발기(140)에서 증발되고 제1 압축기(110)로 유입될 수 있다. First, in the high temperature unit 100, the first compressor 110 is liquefied while the high pressure R134a refrigerant is discharged and cooled by the atmosphere in the condenser 120, and after the refrigerant is expanded through the first expansion device 130, 15 to 20 ° C. may be evaporated from the evaporator 140 of the heat exchanger 300 and introduced into the first compressor 110.

일례로, 저온부(200)에 사용되는 혼합냉매에서 비점이 낮은 냉매가 미량 혼합된 경우, 저온부(200)에서, 제2 압축기(210)는 고압의 혼합냉매(예컨대, R23 및 R14의 혼합)를 토출하고, 열 교환기(300)의 응축기(220)에서 고온부(100)의 -15℃ 정도의 저온의 R134a에 의하여 고압의 R23(대기압의 비점: -82℃)만이 액화될 수 있다. 이 때, 열 교환기(300)는 저온부(200)의 혼합냉매가 고온부(100)의 냉매와 열교환하여 액화되므로 응축기 기능을 수행할 수 있다. For example, when a small amount of refrigerant having a low boiling point is mixed in the mixed refrigerant used in the low temperature unit 200, in the low temperature unit 200, the second compressor 210 may use a high pressure mixed refrigerant (eg, a mixture of R23 and R14). The high pressure R23 (the boiling point of the atmospheric pressure: -82 ° C) may be liquefied by the low temperature R134a of about -15 ° C of the high temperature part 100 in the condenser 220 of the heat exchanger 300. At this time, the heat exchanger 300 may perform a condenser function because the mixed refrigerant of the low temperature unit 200 is liquefied by heat exchange with the refrigerant of the high temperature unit 100.

액화된 R23과 비점이 낮은 기체 상태의 R14 등의 혼합냉매는 열 교환기(300) 형태로 변형된 팽창탱크(250)에 유입되어 증발기(240)에서 토출되는 -50℃의 냉기에 의하여 R14 등이 액화될 수 있다. The mixed refrigerant such as liquefied R23 and R14 having a low boiling point gas flows into the expansion tank 250 deformed in the form of a heat exchanger 300 and is discharged from the evaporator 240 by the cold air of -50 ° C. Can be liquefied.

혼합냉매가 전부 액화된 경우에는, 제1 배관(A)으로 흘러 제2 팽창장치(230)로 가는 공정이 될 수 있다. 이는 제2 팽창장치(230)에서 압력이 저하되어 온도가 10℃ 이상 더 저하된 -75℃ ~ -80℃ 이하의 냉매 온도가 될 수 있다. 이에 따라 증발기(240)의 냉동 공간의 온도는 -70℃ 이하로 저하하게 된다. 여기서, 혼합냉매의 비점이 낮을수록 증발기(240)의 냉동 공간의 온도가 낮아질 수 있다. When all of the mixed refrigerant is liquefied, the process may flow to the first pipe A and go to the second expansion device 230. This may be a refrigerant temperature of −75 ° C. to −80 ° C. or less in which the pressure is lowered in the second expansion device 230 so that the temperature is further lowered by 10 ° C. or more. Accordingly, the temperature of the freezing space of the evaporator 240 is lowered to -70 ℃ or less. Here, as the boiling point of the mixed refrigerant is lower, the temperature of the freezing space of the evaporator 240 may be lowered.

다른 예로, 저온부(200)에 사용되는 혼합냉매에서 비점이 낮은 냉매가 다량 혼합된 경우를 설명한다. 저온부(200)의 열 교환기(300)에서 액화된 액체 상태의 R23과 비점이 낮은 기체 상태의 R14 등의 냉매가 다량 함유된 경우 팽창탱크(250)에 유입되어 증발기(240)에서 토출되는 -50℃의 냉기에 의하여 R14 등의 일부가 액화될 수 있다. As another example, a case where a large amount of refrigerant having a low boiling point is mixed in the mixed refrigerant used in the low temperature unit 200 will be described. When a large amount of refrigerant, such as R23 in the liquid state and R14 in the low-boiling gas state, is contained in the heat exchanger 300 of the low temperature unit 200, -50 flows into the expansion tank 250 and is discharged from the evaporator 240. Part of R14 or the like may be liquefied by cold air at 占 폚.

기체가 혼합된 혼합냉매는 제2 배관(B)으로 흘러 -60~-70℃의 증발기(240)의 온도에 의하여 남은 냉매 기체 R14 등 전부가 액화될 수 있다. 액화된 혼합냉매는 제2 팽창장치(230)에서 압력이 저하되어 온도가 더 저하된 -80℃의 냉매 온도가 될 수 있다. The mixed refrigerant in which the gas is mixed flows into the second pipe B, and thus all of the remaining refrigerant gas R14 and the like may be liquefied by the temperature of the evaporator 240 at -60 to -70 ° C. The liquefied mixed refrigerant may be a refrigerant temperature of −80 ° C. at which the pressure is lowered in the second expansion device 230 and the temperature is further lowered.

한편, 비점이 낮은 냉매가 미량 혼합된 혼합냉매를 액화하는 경우에는 추가 장치 없이 기존의 팽창부를 열 교환기(300) 형태로 구성하여 사용할 수 있으나, 비점이 낮은 냉매가 다량 혼합된 혼합냉매를 액화하는 경우에는 증발기(240)의 내부에 열교환 배관을 가설함으로써 액화 가능하다. On the other hand, in the case of liquefying the mixed refrigerant mixed with a small amount of the refrigerant having a low boiling point can be used to configure the existing expansion unit in the form of a heat exchanger 300 without any additional device, but a low boiling point refrigerant to liquefy the mixed refrigerant mixed with a large amount In this case, it is possible to liquefy by installing a heat exchange pipe inside the evaporator 240.

또한, 응축기 역할을 하는 열 교환기(300)를 통과한 혼합냉매 중 비점이 낮은 기체를 응축시키기 위하여, 팽창탱크(250)나 열교환 배관을 포함하는 증발기(240)를 사용하지 않고 팽창장치 후의 온도 -70℃ 이하의 저온 혼합냉매의 흐름의 일부를 분지하여 액화기(260)에 냉 에너지를 제공할 수 있다. In addition, in order to condense gas having a low boiling point from the mixed refrigerant passing through the heat exchanger 300 serving as a condenser, the temperature after the expansion device without using the expansion tank 250 or the evaporator 240 including the heat exchange pipe − A portion of the flow of the low temperature mixed refrigerant at 70 ° C. or less may be branched to provide cold energy to the liquefier 260.

실시예들에 따르면 이원 냉동기의 목적인 보다 낮은 온도의 냉동 공간의 온도를 이룰 수 있으며, 이 때 혼합된 냉매의 비점이 낮을수록 증발기(240)의 온도를 낮출 수 있다. 한편, 이원 냉동기는 증발기(240)에 유입되는 비점이 낮은 기체 냉매의 응축을 위한 액화 에너지량만큼 냉동기 용량이 증가하게 될 수 있다. According to embodiments, the temperature of the freezing space having a lower temperature, which is the purpose of the binary refrigerator, may be achieved, and the lower the boiling point of the mixed refrigerant may reduce the temperature of the evaporator 240. On the other hand, the binary refrigerator may increase the freezer capacity by the amount of liquefaction energy for condensation of the low boiling gas refrigerant flowing into the evaporator 240.

즉, 이원 냉동기는 비점이 낮은 냉매의 양이 많을수록 온도의 저하는 크게 얻어지는 반면, 이에 따른 냉동기 용량의 증가가 필요하게 될 수 있다. 그러나 이원냉동기의 사용 목적이 보다 낮은 온도를 얻기 위한 것이기 때문에 이는 문제가 되지 않는다. In other words, while the amount of the refrigerant having a low boiling point is larger, the binary chiller may have a large decrease in temperature, and thus an increase in the capacity of the refrigerator may be required. However, this is not a problem because the purpose of the dual chiller is to obtain a lower temperature.

이상과 같이, 실시예들에 따르면 혼합냉매를 이용하여 증발기의 온도를 낮추어 보다 낮은 온도의 냉동 공간을 제공하며, 비점이 낮은 혼합냉매의 경우 증발기, 팽창탱크 또는 액화기를 이용하여 재액화시킴으로써, 저비용으로 보다 낮은 온도의 냉동 공간을 제공하는 냉동기를 제공할 수 있다. As described above, according to embodiments, the mixed refrigerant is used to lower the temperature of the evaporator to provide a lower temperature freezing space, and in the case of the low boiling point mixed refrigerant, the liquid is re-liquefied using an evaporator, an expansion tank, or a liquefier, thereby lowering the cost. It is possible to provide a refrigerator that provides a lower temperature freezing space.

이상에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.When a component is referred to as "connected" or "connected" to another component, the component may be directly connected to or connected to the other component, but another component may be present in the middle. It should be understood that. On the other hand, when a component is said to be "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in between.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. As used herein, the terms "comprise" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, action, component, part, or combination thereof described on the specification, and one or more other features. It is to be understood that the present invention does not exclude the possibility of the presence or the addition of numbers, steps, operations, components, components, or a combination thereof.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.Terms such as first and second may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.In addition, terms such as “… unit”, “… module” described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which may be implemented by hardware or software or a combination of hardware and software.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.In addition, the components of the embodiments described with reference to the drawings are not limited to the corresponding embodiments, and may be implemented to be included in other embodiments within the scope of the technical spirit of the present invention. Even if the description is omitted, it is obvious that a plurality of embodiments may be reimplemented into one integrated embodiment.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조 부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다. In addition, in the description with reference to the accompanying drawings, the same components regardless of reference numerals will be given the same or related reference numerals and redundant description thereof will be omitted. In the following description of the present invention, if it is determined that the detailed description of the related known technology may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, the detailed description thereof will be omitted.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.Although the embodiments have been described by the limited embodiments and the drawings as described above, various modifications and variations are possible to those skilled in the art from the above description. For example, the described techniques may be performed in a different order than the described method, and / or components of the described systems, structures, devices, circuits, etc. may be combined or combined in a different form than the described method, or other components Or even if replaced or substituted by equivalents, an appropriate result can be achieved.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 특허청구범위의 범위에 속한다.Therefore, other implementations, other embodiments, and equivalents to the claims are within the scope of the claims that follow.

Claims (7)

삭제delete 삭제delete 기체 상태의 제1 냉매를 토출하는 제1 압축기;
상기 제1 압축기에서 토출된 상기 제1 냉매를 냉각하여 액화시키는 응축기;
상기 응축기에서 액화된 상기 제1 냉매를 팽창시키는 제1 팽창장치;
팽창된 상기 제1 냉매가 유입되어 열을 흡입하고 기화되며, 상기 제1 냉매를 상기 제1 압축기로 안내하는 열 교환기;
기체 상태의 제2 냉매를 토출하는 제2 압축기;
상기 제2 압축기에서 토출된 상기 제2 냉매를 상기 열 교환기를 통해 냉각하여 액화시킨 후, 액화된 상기 제2 냉매를 팽창시키는 제2 팽창장치; 및
팽창된 상기 제2 냉매가 유입되어 열을 흡입하고 기화됨에 따라 소정 공간을 냉각시키며, 상기 제2 냉매를 상기 제2 압축기로 안내하는 증발기
를 포함하고,
상기 증발기는,
상기 열 교환기에서 나온 상기 제2 냉매를 상기 제2 팽창장치로 안내 시, 기체가 포함된 상기 제2 냉매를 재액화시킨 후 상기 제2 팽창장치로 안내하는 제1 열교환 배관; 및
상기 제2 팽창장치를 통과한 액화된 상기 제2 냉매를 기화시킨 후 상기 제2 압축기로 안내하는 제2 열교환 배관
을 포함하며,
상기 열 교환기는,
팽창된 상기 제1 냉매가 유입되어 열을 흡입하고 기화되며, 상기 제1 냉매를 상기 압축기로 안내하는 증발부; 및
상기 제2 압축기에서 토출된 상기 제2 냉매를 상기 증발부의 상기 제1 냉매와의 열교환에 의해 냉각하여 액화시키는 열 교환기의 응축기
를 포함하고,
상기 열 교환기의 응축기에서 나온 상기 제2 냉매를 상기 제2 팽창장치로 안내 시, 배관이 분지되어 제1 배관(A)은 상기 열 교환기의 상기 열 교환기의 응축기에서 액화된 상기 제2 냉매를 상기 제2 팽창장치로 안내하고, 제2 배관(B)은 상기 열 교환기의 상기 열 교환기의 응축기에서 액화되지 않은 기체가 포함된 상기 제2 냉매를 상기 증발기로 안내하여 액화시킨 후 상기 제2 팽창장치로 안내하여, 상기 제2 팽창장치에서 액화된 상기 제2 냉매가 팽창되어 다시 상기 증발기로 안내하는 것
을 특징으로 하는, 이원 냉동기.
A first compressor for discharging a first refrigerant in a gas state;
A condenser for cooling and liquefying the first refrigerant discharged from the first compressor;
A first expansion device for expanding the first refrigerant liquefied in the condenser;
A heat exchanger in which the expanded first refrigerant is introduced to suck in heat and vaporize, and guide the first refrigerant to the first compressor;
A second compressor for discharging a second refrigerant in a gas state;
A second expansion device for cooling and liquefying the second refrigerant discharged from the second compressor through the heat exchanger, and then expanding the liquefied second refrigerant; And
As the expanded second refrigerant is introduced to suck heat and vaporize, the evaporator cools a predetermined space and guides the second refrigerant to the second compressor.
Including,
The evaporator,
A first heat exchange pipe for guiding the second refrigerant from the heat exchanger to the second expansion device after liquefying the second refrigerant containing gas to the second expansion device; And
A second heat exchange pipe configured to vaporize the liquefied second refrigerant passing through the second expansion device and to guide the second compressor to the second compressor;
Including;
The heat exchanger,
An evaporator configured to introduce the expanded first refrigerant to suck heat and vaporize the first refrigerant, and to guide the first refrigerant to the compressor; And
A condenser of the heat exchanger for cooling and liquefying the second refrigerant discharged from the second compressor by heat exchange with the first refrigerant of the evaporator.
Including,
When guiding the second refrigerant from the condenser of the heat exchanger to the second expansion device, a pipe is branched so that the first pipe A receives the second refrigerant liquefied in the condenser of the heat exchanger of the heat exchanger. Guides to a second expansion device, and the second pipe (B) guides and liquefies the second refrigerant containing gas not liquefied in the condenser of the heat exchanger of the heat exchanger to the evaporator, and then the second expansion device. Guiding to the second expansion device, the second refrigerant liquefied in the second expansion device is expanded and guided back to the evaporator
Characterized in that, binary freezer.
삭제delete 제3항에 있어서,
상기 제2 냉매는,
서로 다른 비점의 냉매를 적어도 둘 이상 혼합한 혼합냉매로 이루어지는 것
을 특징으로 하는, 이원 냉동기.
The method of claim 3,
The second refrigerant is,
Consisting of a mixed refrigerant in which at least two refrigerants of different boiling points are mixed
Characterized in that, binary freezer.
제3항에 있어서,
상기 증발기에서 토출된 기체 상태의 상기 제2 냉매를 적어도 일부 이용하여, 상기 열 교환기에서 나온 상기 제2 냉매를 상기 제2 팽창장치로 안내 시, 기체가 포함된 상기 제2 냉매를 재액화시키는 팽창탱크
를 더 포함하는, 이원 냉동기.
The method of claim 3,
An expansion tank for reliquefying the second refrigerant containing gas when the second refrigerant from the heat exchanger is guided to the second expansion device using at least a portion of the second refrigerant in a gas state discharged from the evaporator.
Further comprising, a binary freezer.
제3항에 있어서,
상기 열 교환기에서 나온 상기 제2 냉매를 상기 제2 팽창장치로 안내 시, 기체가 포함된 상기 제2 냉매를 재액화시키는 액화기
를 더 포함하고,
상기 액화기는,
상기 제2 팽창장치에 의해 팽창된 상기 제2 냉매가 상기 증발기로 유입되는 흐름을 분지하여, 기체가 포함된 상기 제2 냉매를 재액화시키기 위한 냉 에너지를 제공하도록 하는 것
을 특징으로 하는, 이원 냉동기.
The method of claim 3,
A liquefier for liquefying the second refrigerant containing gas when guiding the second refrigerant from the heat exchanger to the second expansion device
More,
The liquefier,
Branching the flow of the second refrigerant expanded by the second expansion device into the evaporator to provide cold energy for reliquefying the second refrigerant containing gas;
Characterized in that, binary freezer.
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KR102385311B1 (en) * 2021-04-08 2022-04-11 주식회사 차고엔지니어링 Multi chiller system

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