KR102060689B1 - 응축효율이 향상된 다중에너지 절약형 냉동·냉장 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 응축효율이 향상된 다중에너지 절약형 냉동·냉장 장치에 관한 것으로, 그 목적은 냉동·냉장 장치의 압축기에서 압축된 고온고압 기체 상태 냉매의 과열도 및 동절기 온도저하로 인한 응축기 및 수액기간의 압력차이 상황에 따라 압축기에서 배출되는 냉매를 우회시켜 액가스 열교환기에서 일단 또는 다단 열교환시킨 후 응축기와 수액기에 공급함으로써 응축기의 방열량을 감소시키고 또한 응축압력을 일정하게 유지시켜 냉동능력을 향상시킬 수 있는 다중에너지 절약형 냉동·냉장 장치를 제공하는데 있다.
본 발명은 냉동·냉장 장치에 있어서, 증발기와 압축기 사이 주냉매관 일지점에 설치된 제 1 액가스 열교환기와; 제 1 액가스 열교환기와 증발기 사이의 주냉매관 사이에 설치된 제 2 액가스 열교환기와; 상기 제 1 액가스 열교환기를 지난 주냉매관에 설치된 온도센서와; 제 1 밸브 설치 지점 이전단에서 분지되어 제 2 액가스 열교환기를 관통하여 상기 주냉매관의 제 1 밸브 설치 지점 후단 일지점과 연결되는 제 1 분지냉매관과; 제 1 액가스 열교환기와 제 2 액가스 열교환기 사이 제 1 분지냉매관 일 지점에 설치된 제 2 밸브와; 제 2 액가스 열교환기를 지난 제 1 분지냉매관 일 지점에 설치된 제 3 밸브를 포함하여 구성된 응축효율이 향상된 다중에너지 절약형 냉동·냉장 장치를 발명의 특징으로 한다.
본 발명은 냉동·냉장 장치에 있어서, 증발기와 압축기 사이 주냉매관 일지점에 설치된 제 1 액가스 열교환기와; 제 1 액가스 열교환기와 증발기 사이의 주냉매관 사이에 설치된 제 2 액가스 열교환기와; 상기 제 1 액가스 열교환기를 지난 주냉매관에 설치된 온도센서와; 제 1 밸브 설치 지점 이전단에서 분지되어 제 2 액가스 열교환기를 관통하여 상기 주냉매관의 제 1 밸브 설치 지점 후단 일지점과 연결되는 제 1 분지냉매관과; 제 1 액가스 열교환기와 제 2 액가스 열교환기 사이 제 1 분지냉매관 일 지점에 설치된 제 2 밸브와; 제 2 액가스 열교환기를 지난 제 1 분지냉매관 일 지점에 설치된 제 3 밸브를 포함하여 구성된 응축효율이 향상된 다중에너지 절약형 냉동·냉장 장치를 발명의 특징으로 한다.
Description
본 발명은 응축효율이 향상된 다중에너지 절약형 냉동·냉장 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축기에서 고온고압으로 압축된 고온고압의 가스로 인한 응축기의 응축능력 감소를 개선하여 응축효율, 압축기로 액흡입방지 등 고효율의 냉동, 냉장 능력을 제공하는 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. 이로인해 냉동·냉장고 내부에 설치된 증발기가 실내 공기와 열교환 함으로써 내부 온도를 낮추게 된다.
도 3은 종래의 일반적인 냉동장치를 보인 구성도이고, 도 4는 종래 사용한 일반적인 냉동장치의 몰리에르 선도를 보인 예시도이다.
먼저 도 3을 참조하여 냉매의 상태 변화를 기준으로 살펴보면, 팽창밸브(400)를 지난 저온저압 액체 상태의 냉매는 증발기(100)를 통과하면서 냉동·냉장고(600) 내부 공기와 열교환하여 실내 공간을 냉동,냉장시키면서 저온저압 기체 상태의 냉매로 변한다.
이후 액분리기(도시생략)를 거치면서 저온저압 기체 중에 포함된 액체를 분리한 후 기체 상태로 압축기(200)에 공급한다. 이때 분리된 액체상태의 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, 도시생략)를 거치면서 오일이 분리된 후 응축기(300)에서 고온고압 액체 상태로 잠열 변화된 후, 수액기(Receiver tank, 500)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 냉동·냉장고(600) 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 4의 몰리에르 선도에 잘 나타나 있다. 도 4는 R-22 냉매를 사용했을때의 몰리에르 선도이다.
종래 냉동 싸이클은 도면상의 A → B → C → D → E → A로 진행함을 알 수 있다. 도면에서 엔탈피 변화를 보면 증발과정에서 압축과정으로 변환되는 지점에서의 엔탈피가 148 kcal/kg이고, 압축과정에서 응축과정으로 변환되는 지점에서의 엔탈피가 163 kcal/kg이고, 팽창과정에서 증발과정으로 변환되는 지점에서의 엔탈피가 113 kcal/kg임을 알 수 있다.
이를 통해 종래 한 실시예에 따른 냉동싸이클을 가지는 냉동장치의 응축기방열량및 냉동능력은 아래와 같다.
(1)응축기 방열량(kcal/kg) = 163 - 113 = 50
상기의 기존 냉동 싸이클로 정상 운전하게 되면 압축기에서 압축된 고온고압의 가스가 그대로 응축기로 유입되어 응축기 방열량이 증대되어 응축능력이 감소되므로 이로인한 응축압력 상승, 압축비 상승, 토출가스 온도상승, 윤활유의 열화 및 탄화, 흡입가스 비체적이 커지므로 냉매순환량이 감소하고, 냉동능력 감소로 인한 여러 가지 악영향을 초래하게 된다.
따라서 경제적인 손실을 초래하고 또한 동절기 운전시 응축압력 저하로 고·저압의 압력차가 적어지므로 냉매 순환량(고압과 저압의 압력차에 비례한다: 표준냉동공학참조)감소 등 여러 가지 악영향이 발생하게 된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 냉동·냉장 장치의 압축기에서 압축된 고온고압 기체 상태 냉매의 과열도 및 동절기 외기 온도저하로 인한 응축기 및 수액기의 압력 저하로 상황에 따라 압축기에서 배출되는 냉매를 우회시켜 액가스 열교환기에서 일단 또는 다단 열교환시킨 후 응축기 또는 수액기에 공급함으로써 응축기의 방열량 감소 및 응축압력 저하로 인한 냉매순환량 감소를 막아줌으로써 냉동능력을 향상시킬 수 있는 다중에너지 절약형 냉동·냉장 장치를 제공하는데 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 증발기, 압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브 및 주냉매관으로 구성되어 냉매가 폐순환하면서 냉동·냉장 싸이클을 수행하는 냉동·냉장 장치에 있어서,
상기 증발기와 압축기 사이 주냉매관 일지점에 설치된 제 1 액가스 열교환기와; 상기 압축기와 응축기 사이 주냉매관 일지점에 설치된 제 1 밸브와; 상기 제 1 액가스 열교환기와 증발기 사이의 주냉매관 사이에 설치된 제 2 액가스 열교환기와; 상기 제 1 액가스 열교환기를 지난 주냉매관에 설치된 온도센서와; 상기 제 1 밸브 설치 지점 이전단에서 분지되어 제 2 액가스 열교환기를 관통하여 상기 주냉매관의 제 1 밸브 설치 지점 후단 일지점과 연결되는 제 1 분지냉매관과; 상기 제 1 액가스 열교환기와 제 2 액가스 열교환기 사이 제 1 분지냉매관 일 지점에 설치된 제 2 밸브와; 상기 제 2 액가스 열교환기를 지난 제 1 분지냉매관 일 지점에 설치된 제 3 밸브를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 응축효율이 향상된 다중에너지 절약형 냉동·냉장 장치를 제공함으로써 달성된다.
바람직한 실시예로, 상기 응축기와 연결된 주냉매관의 일지점에서 분지되어 직접 수액기와 연결되는 제 2 분지냉매관과; 이 제 2분지냉매관의 일지점에 설치된 제 4 밸브와; 상기 수액기의 압력을 측정하도록 연결된 압력센서를 더 포함하여 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 제 1 액가스 열교환기 후단 주냉매관에 설치된 개도량이 조절되는 가변밸브 형태 제 5 밸브;를 더 포함하여 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 응축기 후단 주냉매관에 설치된 개도량이 조절되는 가변밸브 형태 제 6 밸브를 더 포함하여 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 온도센서가 측정한 온도가 제 1 액가스 열교환기의 출구 과열도를 측정하여 응축압력에 해당하는 포화온도 이하이면 제 1 밸브는 개방하고 제 2 밸브 및 제 3 밸브는 닫은 상태로 운전하도록 구성되고,
상기 온도센서가 측정한 온도가 제 1 액가스 열교환기의 출구 과열도를 측정하여 응축압력에 해당하는 포화온도 이상일 경우 제 1 밸브는 닫고 제 2 밸브 및 제 3 밸브는 개방하여 운전하도록 구성할 수 있다.
바람직한 실시예로, 상기 압력센서가 동절기에 외기온도 저하에 따라 응축기의 고압측(응축압력)의 압력이 정상압력 이하로 낮아지는 것을 감지하면 상기 제 1 밸브는 닫고 상기 제 2 밸브, 제 3 밸브 및 제 4 밸브를 개방하여 운전하도록 구성할 수 있다.
상기와 같은 특징을 갖는 본 발명은 냉동·냉장 장치의 압축기에서 압축된 고온고압 기체 상태 냉매의 과열도 상황에 따라 압축기에서 배출되는 냉매를 우회시켜 액가스 열교환기에서 일단 또는 다단 열교환시킨 후 응축기에 공급함으로써 압축기에서 압축된 고온고압의 과열증기 과열도를 저하시켜 건조포화증기상태로 응축기로 유입시키므로 과열 제거과정이 없이 즉시 응축이 일어나므로 응측능력이 25% 정도 향상되면서 압축비가 감소하고, 토출가스 온도상승이 감소하고, 윤활유의 열화 및 탄화가 방지되고, 흡입가스의 비체적이 작아져 냉매순환량이 증대하여 냉동능력이 증대되는 효과가 있다.
또한 동절기 운전시는 외기 온도저하로 인한 응축기 및 수액기의 압력차이 상황에 따라 압축기에서 배출되는 냉매를 우회시켜 액가스 열교환기에서 다단 열교환시킨 후 응축기와 수액기에 직접 공급함으로써 외기 온도 저하에도 응축압력이 낮아지는 것을 방지하고, 고·저압의 압력차가 작아지는 것을 방지하므로 냉매 순환량(고압과 저압의 압력차에 비례한다: 표준냉동공학참조)이 감소하는 것을 방지하는 등의 효과가 있다.
이러한 다양한 효과를 가진 본 발명은 경제적인 효과가 증대하고 고효율의 냉동·냉장 장치를 제공할 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 몰리에르 선도를 보인 예시도이고,
도 3은 종래의 일반적인 냉동장치를 보인 구성도이고,
도 4는 종래의 일반적인 냉동장치의 몰리에르 선도를 보인 예시도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 몰리에르 선도를 보인 예시도이고,
도 3은 종래의 일반적인 냉동장치를 보인 구성도이고,
도 4는 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 몰리에르 선도를 보인 예시도이다.
도시된 바와 같은 본 발명의 냉동·냉장 장치의 구성은 증발기(100), 압축기(200), 응축기(300), 수액기(500) 및 팽창밸브(400)와 상기 각 구성과 연결된 주냉매관(700)으로 구성되어 냉매가 폐순환하면서 냉동·냉장 싸이클을 수행하는 기본 구성에 상기 압축기에서 압축된 고온고압의 과열증기 과열도를 저하시켜 건조포화증기 상태로 응축기로 유입시키기 위해 증발기와 압축기 사이 주냉매관(700) 일지점에 설치된 제 1 액가스 열교환기(1)와 압축기와 응축기 사이 주냉매관(700) 일지점에 설치된 제 1 밸브(10)를 포함하여 구성된다.
상기 제 1 액가스 열교환기(1)에서는 압축기에서 압축된 냉매가 흐르는 주냉매관(700)이 내부 공간부를 거쳐 응축기로 연결되게 구성되어 제 1 액가스 열교환기(1)로 유입되는 증발기에서 배출된 냉매와 주냉매관(700)을 통해 열전도가 이루어지면서 열교환하게 구성된다.
상기 제 1 액가스 열교환기(1)와 제 1 밸브(10)를 구비한 본 발명의 정상운전시의 냉동·냉장 싸이클은 다음과 같다.
냉매는 팽창밸브(400)를 지나면서 저온저압 액체 상태의 냉매는 증발기(100)를 통과하면서 냉동·냉장고(600) 내부 공기와 열교환하여 실내 온도를 냉동 또는 냉장 시키면서 저온저압의 기체상태 냉매로 변하고, 이후 저온저압 기체상태 냉매는 주냉매관(700)을 통해 압축기(200)에 공급되며, 압축기에서는 공급된 저온저압 기체상태 냉매를 압축하여 고온고압 기체상태 냉매로 변화하고, 이후 압축된 고온고압 기체상태 냉매는 유분리기(미도시됨)를 거쳐 오일을 분리한 후 주냉매관(700)을 통해 제 1 액가스 열교환기(1)를 통과하면서 증발기에서 공급되는 냉매와 열교환을 한 다음 주냉매관(700)의 일지점에 설치된 제 1 밸브(10)가 회로 연결된 제어장치(도시생략)가 작동하여 개방되면 주냉매관(700)을 통해 응축기(300)로 유입된 후 고온고압 액체상태 냉매로 잠열 변화 후, 수액기(500)에서 액체 상태로 저장되며 이후 수액기를 거친 냉매는 주냉매관(700)을 통해 팽창밸브(400)를 지나면서 저온저압 액체상태 냉매로 된다. 이후 상기 냉동 싸이클을 반복하게 된다.
이와 같이 본 발명은 정상운전시 폐순환하면서 냉동·냉장 싸이클을 수행하여 증발기가 내부에 설치되는 냉동·냉장고(600)의 내부 공간을 냉동·냉장 시키는 장치이다. 상기 냉동·냉장고(600)의 크기는 필요로 하는 저장 용량에 따라 그 크기를 달리하여 구성할 수 있다.
상기와 같은 정상운전은 후단에서 설명하는 온도센서(3)가 측정한 온도가 제 1 액가스 열교환기의 출구 과열도를 측정하여 응축압력에 해당하는 포화온도 이하일 경우에 운전되는 조건으로, 정상운전시는 후단에서 설명하는 제 2 밸브(20) 및 제 3 밸브(30)가 닫혀 있는 상태이다.
한편, 본 발명은 압축기에서 압축된 고온고압 기체 상태 냉매의 과열상태 운전시를 위해, 상기 제 1 액가스 열교환기(1)와 증발기(100) 사이의 주냉매관(700) 사이에 제 2 액가스 열교환기(2)를 설치하고, 제 1 액가스 열교환기(1)를 지난 주냉매관(700)에는 제 1 액가스 열교환기(1)에서 배출된 고온·고압 기체상태 냉매의 과열증기 과열도를 측정하는 온도센서(3)를 설치하고,
상기 제 1 밸브(10) 설치 지점 이전단에서 분지되어 제 2 액가스 열교환기(2)를 관통하면서 상기 증발기에서 배출되어 주냉매관(700)을 통해 제 2 액가스 열교환기로 유입된 냉매와 재차 열교환 후 상기 주냉매관(700)의 제 1 밸브(10) 설치 지점 후단 일지점과 연결되는 제 1 분지냉매관(710)과, 상기 제 1 액가스 열교환기와 제 2 액가스 열교환기 사이 제 1 분지냉매관(710) 일 지점에 설치된 제 2 밸브(20)와, 상기 제 2 액가스 열교환기를 지난 제 1 분지냉매관(710) 일 지점에 설치된 제 3 밸브(30)를 구비하여 응축기로 공급되는 주냉매관(700)에 흐르도록 하는 구성을 더 포함한다.
상기 제 1 액가스 열교환기(1) 및 제 1 밸브(10)와 상기 제 2 액가스 열교환기(2) 및 온도센서(3), 제 2 밸브(20), 제 3 밸브(30)를 구비한 본 발명의 과열상태 운전시의 냉동·냉장 싸이클은 다음과 같다.
상기 온도센서(3)가 측정한 온도가 제 1 액가스 열교환기의 출구 과열도를 측정하여 응축압력에 해당하는 포화온도 이상이면 과열도 측정 온도센서와 회로 연결된 제어장치(도시생략)가 작동하여 주냉매관(700)에 설치된 제 1 밸브(10)를 닫고 제 1 분지냉매관(710)에 설치된 제 2 밸브(20) 및 제 3 밸브(3)를 연다.
이에 따라 냉매는 팽창밸브(400)를 지나면서 저온저압 액체 상태의 냉매는 증발기(100)를 통과하면서 냉동·냉장고(600) 내부 공기와 열교환하여 실내 온도를 냉동 또는 냉장 시키면서 저온저압의 기체상태 냉매로 변하고, 이후 저온저압 기체상태 냉매는 주냉매관(700)을 통해 압축기(200)에 공급되며, 압축기에서는 공급된 저온저압 기체상태 냉매를 압축하여 고온고압 기체상태 냉매로 변화하고, 이후 압축된 고온고압 기체상태 냉매는 유분리기(미도시됨)를 거쳐 오일을 분리한 후 주냉매관(700)을 통해 제 1 액가스 열교환기(1)를 통과하면서 열교환을 한 다음, 제 1 분지냉매관(710)을 통해 제 2 액가스 열교환기(2)를 통과하면서 재차 열교환을 한 다음 제 1 분지냉매관(710)을 통해 주냉매관(700)의 일지점에 설치된 제 1 밸브(10) 후단에 설치된 주냉매관(700)을 통해 응축기(300)로 유입된 후 고온고압 액체상태 냉매로 잠열 변화 후, 수액기(500)에서 액체상태로 저장되며 이후 수액기를 거친 냉매는 주냉매관(700)을 통해 팽창밸브(400)를 지나면서 저온저압 액체상태 냉매로 된다. 이후 상기 냉동 싸이클을 반복하게 된다.
또한 본 발명은 동절기 운전중 외기온도 저하 상태에서 일정기간 운전을 하게되면 응축기의 고압측(응축압력)의 압력이 정상압력 이하로 낮아지는 것을 방지하여 응축기의 능력을 정상적으로 유지시키기 위해 상기 응축기와 연결된 주냉매관(700)의 일지점에서 분지되어 직접 수액기와 연결되는 제 2 분지냉매관(720)과 이 제 2 분지냉매관(720)의 일지점에 설치된 제 4 밸브(40)와 상기 수액기의 압력을 측정하도록 연결된 압력센서(4)를 더 포함하여 구성된다.
상기 제 1 액가스 열교환기(1) 및 제 1 밸브(10)와; 상기 제 2 액가스 열교환기(2), 온도센서(3), 제 2 밸브(20) 및 제 3 밸브(30)와; 상기 제 2 분지냉매관(720), 4 밸브(40) 및 압력센서(4)를 구비한 본 발명의 동절기 운전시의 냉동·냉장 싸이클은 다음과 같다.
동절기 운전중 외기온도 저하에 따라 응축기의 고압측(응축압력)의 압력이 정상압력 이하로 낮아지는 것을 감지한 압력센서(4)가 작동하면서 이와 회로 연결된 제어장치(도시생략)가 작동하여 주냉매관(700)에 설치된 제 1 밸브(10)를 닫도록 압력센서(4)와 제 1 분지냉매관(710)에 설치된 제 2 밸브(20), 제 3 밸브(3) 및 제 2 분지냉매관(720)에 설치된 제 4 밸브(4)를 연다.
이에 따라 냉매는 팽창밸브(400)를 지나면서 저온저압 액체 상태의 냉매는 증발기(100)를 통과하면서 냉동·냉장고(600) 내부 공기와 열교환하여 실내 온도를 냉동 또는 냉장 시키면서 저온저압의 기체상태 냉매로 변하고, 이후 저온저압 기체상태 냉매는 주냉매관(700)을 통해 압축기(200)에 공급되며, 압축기에서는 공급된 저온저압 기체상태 냉매를 압축하여 고온고압 기체상태 냉매로 변화하고, 이후 압축된 고온고압 기체상태 냉매는 유분리기(미도시됨)를 거쳐 오일을 분리한 후 주냉매관(700)을 통해 제 1 액가스 열교환기(1)를 통과하면서 열교환을 한 다음, 제 1 분지냉매관(710)을 통해 제 2 액가스 열교환기(2)를 통과하면서 재차 열교환을 한 다음 제 1 분지냉매관(710)을 통해 주냉매관(700)의 일지점에 설치된 제 1 밸브(10) 후단에 설치된 주냉매관(700)을 통해 응축기(300)로 유입됨과 동시에 일부 냉매는 응축기로 가지 않고 직접 제 2 분지냉매관(720)을 통해 수액기(500)로 공급되어 수액기 내부를 고압으로 유도하고 응축기에 유입된 냉매를 고온고압 액체상태 냉매로 잠열 변화 후, 수액기(500)에서 액체상태로 저장되며 이후 수액기를 거친 냉매는 주냉매관(700)을 통해 팽창밸브(400)를 지나면서 저온저압 액체상태 냉매로 된다. 이후 상기 냉동 싸이클을 반복하게 된다.
또한 본 발명은 제 1 액가스 열교환기(1) 후단 주냉매관(700)에 개도량이 조절되는 가변밸브 형태 제 5 밸브(50)를 더 설치하여 이와 회로 연결된 제어장치(도시생략)가 작동하여 제 2 액가스 열교환기(2)에 공급되는 냉매를 정밀하게 제어하기 위해서 냉매량 및 냉매 유속을 조절하여 공급되는 냉매량을 조절하므로써 보다 정밀하게 고온·고압 기체상태 냉매의 과열증기 과열도를 조절할 수 있게 구성할 수 있다.
또한 본 발명은 응축기 후단 주냉매관(700)에 개도량이 조절되는 가변밸브 형태 제 6 밸브(60)를 더 설치하여 이와 회로 연결된 제어장치(도시생략)가 작동하여 수액기에 공급되는 냉매량을 조절함으로써 응축기 전열 면적의 증,감에 의해 보다 정밀하게 압력차를 조절하게 구성할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 제 1 액가스 열교환기 및 제 2 액가스 열교환기로 다단 구성되어 정상운전중 또는 냉매의 과열도에 따라 압축기에서 압축된 고온·고압의 과열증기 과열도를 저하시켜 건조포화증기상태로 응축기로 유입시켜 주도록 구성된다. 이로인해 전열면적이 감소되고 응축능력이 25% 정도 향상되게 된다. 즉, 도 2에 도시된 몰리에르 선도를 참조하면,
(1) 본 발명 응축기 방열량(kcal/kg) =153-113=40
(2) 종래 응축기 방열량(kcal/kg)=163-113=50
(3) 제 1, 2 액가스 열교환기에서 제거한 열량=163-153=10((1)-(2))
또한 응축압력 저하 등 여러 가지 악영향을 방지하도록 제 4 밸브와 분지냉매관을 설치하여 동절기 운전 중 외기 온도 저하로 인한 응축압력이 저하되고 고·저압의 압력차이가 적어지면서 냉매 순환량(고압과 저압의 압력차에 비례한다: 표준냉동공학참조)이 감소되는 것을 막아주도록 구성된다. 이로인해 냉동능력이 감소되는 등의 여러 가지 악영향을 방지하여 경제적인 효과 및 에너지 절감이 가능해진다.
전술한 본 발명의 구조를 가지는 냉장 또는 냉동장치에 흐르는 냉매의 상태변화에 따른 제어 흐름을 통한 작동을 이하 설명한다.
본 발명은 정상적인 운전을 할때는 제어장치(도시생략)가 제 1 밸브를 열고 제 2, 3, 4 밸브를 닫고 운전을 하다가 과열도 측정 온도센서(3)이 제 1 액가스 열교환기 출구 과열도를 측정하여 응축압력에 해당하는 포화온도 이상이면 과열도 측정 온도센서(3)과 회로 연결된 제어장치(도시생략)가 회로연결된 제 1 밸브를 닫고 제 2, 3 밸브를 열어 증발기에서 나오는 저온·저압의 냉매가스와 열교환시켜 응축기로 토출되는 냉매가스를 응축압력에 해당하는 건조포화 증기 상태가 되도록 한다.
이로인해 최소의 응축기 전열면적으로 최대로 응축능력을 증대시킴으로써 냉동 싸이틀의 안정된 운전은 물론 경제적인 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한 동절기 운전 중 외기온도 저하로 일정기간 운전을 하게되면 응축기의 고압측(응축압력)의 압력이 정상압력 이하로 낮아지게 될 수 있는데 이때 압력센서(4)가 작동하면서 회로연결된 제어장치(도시 생략)가 제 4 밸브를 열도록 작동하여 수액기 내부를 고압으로 유도함으로써 수액기 내의 압력이 저하되는 것을 막아 어떠한 경우라도 고압과 저압의 압력 차이를 일정하게 유지시켜 준다.
이로인해 냉매순환량(고압과 저압의 압력차에 비례한다: 표준냉동공학참조) 변화가 생기지 않아 냉동능력의 저하, 성적계수 저하 등 여러 가지 악영향을 방지하여 냉동·냉장 장치의 효율을 향상시킴으로써 에너지 절감효과를 기대할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 몰리에르 선도를 보인 예시도이다.
도시된 바와 같이 도 2는 상기 도 1에 따른 본 발명 냉동·냉장 장치의 냉동냉장 싸이클 각 과정에서 냉매의 열역학적 상태를 보여주고 있는데, BC 선이 종래보다 D점 쪽으로 많이 가까워진 것을 알 수 있는데, 이로 인해 DC간의 길이가 짧아져 응축기입구(D)에서 건조포화증기 상태이므로 외부 공기와열교환시 즉시 응축이 일어남을 알 수 있다. 즉, 본 발명은 압축기에서 압축된 고온·고압의 과열증기상태 냉매의 과열도(C → D)를 제 1, 2 액가스 열교환기에 의해 제거시킴으로써 응축기로 토출되는 냉매가스를 응축압력에 해당하는 건조포화 증기 상태가 되도록 하였음을 알 수 있어서 즉시 응축현상이 일어남으로 응축능력이 향상되었음을 알 수 있다.
이하 보다 상세하게 본 발명에 따른 효율을 설명한다.
본 발명의 한 실시예에 따른 따른 냉동싸이클을 가지는 냉동장치의 응축기 방열량 아래와 같다.
(1)응축기 방열량(kcal/kg) = 153 - 113 = 40
구체적으로 기준 냉동싸이클과 본 발명 냉동싸이클 성능을 비교해보면
응축기 방열량은
종래 응축기 방열량(kcal/kg) = 163 - 113 = 50(C → E)
열교환기에서 제거열량(kcal/kg) = 163 - 153 = 10(C → D)
본 발명 응축기 방열량(kcal/kg) = 153 - 113 = 40(D → E)
∴ 응축효율 = 50/40 × 100 = 125%
즉, 25% 만큼 응축기 전열면적이 적어도 최고의 응축능력을 발휘할 수 있다.
상기와 같이 본 발명은 다단으로 구성된 액가스 열교환기를 설치하여 정상운전 중 또는 과열도가 증가시 압축기에서 압축된 고온·고압의 과열증기의 과열도를 저하시킴으로써 전열면적 감소 응축능력 향상, 윤활유 열화, 탄화 방지 등 여러 가지 악영향을 방지하였고,
또한 압력센서(4)에 의해 작동되는 제 4 밸브와 제 2 분지냉매관을 설치함으로써 동절기 응축압력이 저하되면서 고저압의 압력차이가 적어지므로 냉매순환량(고압과 저압의 압력차에 비례한다: 표준냉동공학참조)이 감소되고, 냉동능력이 감소되는 여러 가지 악영향을 방지함으로써 경제적인 효율울 높일 수 있게 되었다.
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 액가스 열교환기 (2) : 제 2 액가스 열교환기
(3) : 온도센서 (4) : 압력센서
(10) : 제 1 밸브 (20) : 제 2 밸브
(30) : 제 3 밸브 (40) : 제 4 밸브
(50) : 제 5 밸브 (60) : 제 6 밸브
(100) : 증발기 (200) : 압축기
(300) : 응축기 (400) : 팽창밸브
(500) : 수액기 (600) : 냉동·냉장고
(700) : 주냉매관 (710) : 제 1 분지냉매관
(720) : 제 2 분지냉매관
(3) : 온도센서 (4) : 압력센서
(10) : 제 1 밸브 (20) : 제 2 밸브
(30) : 제 3 밸브 (40) : 제 4 밸브
(50) : 제 5 밸브 (60) : 제 6 밸브
(100) : 증발기 (200) : 압축기
(300) : 응축기 (400) : 팽창밸브
(500) : 수액기 (600) : 냉동·냉장고
(700) : 주냉매관 (710) : 제 1 분지냉매관
(720) : 제 2 분지냉매관
Claims (6)
- 증발기(100), 압축기(200), 응축기(300), 수액기(500), 팽창밸브(400) 및 주냉매관(700)으로 구성되어 냉매가 폐순환하면서 냉동·냉장 싸이클을 수행하는 냉동·냉장 장치에 있어서,
상기 증발기와 압축기 사이 주냉매관(700) 일지점에 설치된 제 1 액가스 열교환기(1)와; 상기 압축기와 응축기 사이 주냉매관(700) 일지점에 설치된 제 1 밸브(10)와; 상기 제 1 액가스 열교환기(1)와 증발기(100) 사이의 주냉매관(700) 사이에 설치된 제 2 액가스 열교환기(2)와; 상기 제 1 액가스 열교환기(1)를 지난 주냉매관(700)에 설치된 온도센서(3)와; 상기 제 1 밸브(10) 설치 지점 이전단에서 분지되어 제 2 액가스 열교환기(2)를 관통하여 상기 주냉매관(700)의 제 1 밸브(10) 설치 지점 후단 일지점과 연결되는 제 1 분지냉매관(710)과; 상기 제 1 액가스 열교환기와 제 2 액가스 열교환기 사이 제 1 분지냉매관(710) 일 지점에 설치된 제 2 밸브(20)와; 상기 제 2 액가스 열교환기를 지난 제 1 분지냉매관(710) 일 지점에 설치된 제 3 밸브(30)를 포함하여 구성하되,
상기 온도센서(3)가 측정한 온도가 제 1 액가스 열교환기의 출구 과열도를 측정하여 응축압력에 해당하는 포화온도 이하이면 제 1 밸브(10)는 개방하고 제 2 밸브(20) 및 제 3 밸브(30)는 닫은 상태로 운전하도록 구성되고,
상기 온도센서(3)가 측정한 온도가 제 1 액가스 열교환기의 출구 과열도를 측정하여 응축압력에 해당하는 포화온도 이상일 경우 제 1 밸브(10)는 닫고 제 2 밸브(20) 및 제 3 밸브(30)는 개방하여 운전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 응축효율이 향상된 다중에너지 절약형 냉동·냉장 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 응축기와 연결된 주냉매관(700)의 일지점에서 분지되어 직접 수액기와 연결되는 제 2 분지냉매관(720)과; 이 제 2 분지냉매관(720)의 일지점에 설치된 제 4 밸브(40)와; 상기 수액기의 압력을 측정하도록 연결된 압력센서(4)를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 응축효율이 향상된 다중에너지 절약형 냉동·냉장 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 제 1 액가스 열교환기(1) 후단 주냉매관(700)에 설치된 개도량이 조절되는 가변밸브 형태 제 5 밸브(50);를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 응축효율이 향상된 다중에너지 절약형 냉동·냉장 장치.
- 청구항 1에 있어서,
상기 응축기 후단 주냉매관(700)에 설치된 개도량이 조절되는 가변밸브 형태 제 6 밸브(60)를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 응축효율이 향상된 다중에너지 절약형 냉동·냉장 장치.
- 삭제
- 청구항 2에 있어서,
상기 압력센서(4)가 동절기에 외기온도 저하에 따라 응축기의 고압측(응축압력)의 압력이 정상압력 이하로 낮아지는 것을 감지하면 상기 제 1 밸브(10)는 닫고 상기 제 2 밸브(20), 제 3 밸브(3) 및 제 4 밸브(4)를 개방하여 운전하도록 구성된 것을 특징으로 하는 응축효율이 향상된 다중에너지 절약형 냉동·냉장 장치.
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| KR101270210B1 (ko) * | 2012-12-28 | 2013-05-31 | 주식회사 유한엔지니어링 | 에너지 절약형 냉동냉장 장치 |
| KR101607642B1 (ko) * | 2015-07-24 | 2016-03-31 | 주식회사 유한엔지니어링 | 복합 에너지 절약형 냉동·냉장 장치 |
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| KR101607642B1 (ko) * | 2015-07-24 | 2016-03-31 | 주식회사 유한엔지니어링 | 복합 에너지 절약형 냉동·냉장 장치 |
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |