KR102405378B1 - 자동조절 냉매 분배기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자동조절 냉매 분배기에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 액화되어 팽창된 냉매의 공급량(압력)에 따라 탄성스프링에 지지되는 피스톤의 상하이동에 의해 피스톤에 조립되는 원뿔형밸브가 냉매배출 단차공으로부터 분리 이탈되는 열림 간격이 변화도록 구성하여 냉동시스템의 냉동부하가 커지거나 줄어들 때에도 유니트쿨러 각각의 냉각관에 일정량의 냉매를 공급하여 냉각효율을 극대화시키고, 또한 냉매가스의 압력으로서 피스톤이 기밀이 유지되면서 상방으로 이동하여 동작요홈의 내부를 압축하게 되고, 이에 따라 내부의 에어가 원뿔형밸브에 관통 형성되는 가스도피공을 통해 하방으로 배출되어 동작요홈과 피스톤의 안착요홈 내부의 압력이 항상 저압으로 유지됨에 따라 원뿔형밸브가 탄성스프링과 냉매가스의 압력차이로만 원활하게 열리고 닫히도록 구성하여 냉동효율의 향상과 에너지를 절약할 수 있는 효과가 제공된다.

Description

자동조절 냉매 분배기{Distributor Structural}

본 발명은 증기 압축식 냉동기의 냉각기(유니트쿨러-기체 및 액체의 냉각에 사용되는 기기)에 사용되는 냉매 분배기에 관한 것으로, 특히 냉매압축기에서 액화되어 팽창밸브에서 팽창된 냉매의 공급량(압력)에 따라 원뿔형밸브에 의해 유니트쿨러로의 냉매배출 단차공의 열림 간격이 변화도록 구성하여 냉동시스템의 냉동부하가 커지거나 줄어들 때에도 유니트쿨러(냉매증발기) 각각의 냉각관에 일정량의 냉매를 공급하여 냉각효율을 극대화시킬 수 있도록 구성한 것이다.

일반적으로 증기 압축식 냉동기의 냉각이 이루어지는 구조에서 냉매의 흐름은 ①냉매증기 압축행정, ②냉매증기 응축행정, ③액체냉매 팽창행정 및 ④액체냉매 증발행정의 4가지 사이클로 이루어지는데, 이중 팽창행정 및 증발행정 사이에 증발기의 냉각관에 냉매 분배기가 설치되어 액체 냉매를 고르게 분배하는데 사용하게 된다.

이러한 냉매 분배기는 냉각부하가 많을 때, 냉각기(유니트 쿨러)의 제작이 엄밀하게 제작되어 증발기냉각관의유체 흐름 배관저항의 크기가 일정할 경우에는 효과적으로 분배가 이루어져 지금까지 널리 사용되고 있다.

이와 같은 종래기술의 냉매 분배기에 대하여 첨부되는 도면을 참조로 설명하기로 한다.

첨부된 도 1은 종래 냉매 분배기가 설치된 상태의 개략적인 냉동시스템의 흐름도이고, 도 2는 종래 냉매 분배기의 단면 구성도이다.

도 1 및 도 2에서와 같이, 종래의 냉동시스템은 저압의 냉매가스를 압축하여 고압의 냉매가스를 생성하기 위한 냉매압축기(100)와; 냉매압축기(100)와 연결되어 고압의 냉매가스를 공급받아 응축기팬(21)을 이용해 열을 제거하여 응축, 액화시키는 응축기(200)와; 응축기(200)와 연결되어 액화된 냉매를 공급받아 응축된 냉매를 팽창시키는 온도식팽창밸브(300)와; 팽창된 냉매가 쿨러팬(410)에 의해 증발되면서 외부의 열을 흡수하는 유니트쿨러(400)로 이루어진다.

이때, 온도식팽창밸브(300)와 유니트쿨러(400) 사이의 증발기배관라인(102)에는 팽창된 냉매를 유니트쿨러(400)로 분배하기 위한 냉매 분배기(500)가 설치된다.

상기 냉매 분배기(500)는 증발기배관라인(102)에 연결되는 냉매유입공(510)이 중앙 영역에 관통 형성되고, 하단에는 동심원을 유지하여 다수의 냉매배출공(520)이 관통 형성된다.

상기 냉매배출공(520)의 하단에는 다수의 냉매공급관(530)이 결합되어 유니트 쿨러(400)의 냉각관(420)에 연결되어 냉매가 공급된다.

이와 같이 구성되는 종래의 냉동시스템은, 도 1 및 도 2에서와 같이 저압의 냉매가스가 냉매압축기(100)로 공급되어 고압의 냉매가스로 압축 생성한 다음, 고압의 냉매가스를 응축기(200)로 공급되어 응축기팬(210)으로서 응축 및 액화시키고, 응축기(200)에서 액화된 냉매가 증발기냉각배관라인(102)에 설치되는 온도식팽창밸브(300)에 의해 팽창하게 되고, 팽창된 액화 냉매가 냉매 분배기(500)의 냉매유입공(510)으로 공급되어 냉매유입공(510) 하단에 결합되는 냉매공급관(530)을 통하여 유니트쿨러(400)의 냉각관(420)으로 공급이 이루어지고, 쿨러팬(410)에 의해 증발되면서 외부의 열을 흡수하여 냉방을 하게 되고, 열이 흡수된 저압의 냉매가스는 다시 냉매압축기(100)로 공급되어 압축되는 순환구조로 동작이 이루어지게 된다.

그러나 이와 같은 냉매 분배기(500)는 냉동시스템이 최대부하로 운전되는 상태에서 최고의 효율을 발휘할 수 있도록 설계 제작되었고, 증발기냉각배관라인(102)의 배관저항이 일정하게 제작되었을 때를 기준으로 제작되었기 때문에, 냉동시스템의 냉동부하가 줄어, 냉매 흐름의 양이 줄어들게 되어 냉매 분배기(500)를 통과하는 냉매의 유동저항이 낮아지거나, 증발기냉각배관라인(102)의 냉매 유동저항의 정도가 차이가 나게 되면 냉매 분배가 원활하게 되지 않고, 유니트쿨러(400)의 냉각관(420) 중의 유동저항이 작은 일부 배관으로만 편중 공급되게 되어, 온도식팽창밸브(300)의 경우는 유니트 쿨러(400) 출구의 온도상태에 따라 열림의 정도가 변화하게 하여 통과 냉매량을 제어하게 되는데, 일부의 냉각관(420)에만 과도하게 냉매가 공급이 되었을 경우 미처 증발하지 못한 액 냉매가 통과하게 되며, 이로 인하여 과하게 냉각이 되게 되어 과열도(Super heat degree) 설정치(5~7℃) 이내로 형성되어 온도식팽창밸브(300)를 닫게 되어 냉각장애 및 액백(액 냉매가 증발이 안된 상태로 압축기(100)에 흡입이 되는 현상)이 발생하여 냉동시스템의 운전이 원활하게 되지 못하는 문제점을 갖는 것이다.

본 발명은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 액화되어 팽창된 냉매의 공급량(압력)에 따라 탄성스프링에 지지되는 피스톤의 상하이동에 의해 피스톤에 조립되는 원뿔형밸브가 냉매배출 단차공으로부터 분리 이탈되는 열림 간격이 변화도록 구성하여 냉동시스템의 냉동부하가 커지거나 줄어들 때에도 유니트쿨러 각각의 냉각관에 일정량의 냉매를 공급하여 냉각효율을 극대화시키도록 구성한 자동조절 냉매 분배기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 경사조립홈 내부의 몸체부와 머리부를 관통하여 형성되는 가스도피공을 통해 에어가 배출되어 피스톤 내부와 동작요홈 내부 압력이 항상 저압이 유지되도록 하여 원뿔형밸브가 탄성스프링과 냉매가스의 압력차이로만 열리고 닫히도록 구성하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 과제 해결 수단은 냉매가스를 압축하여 고압의 냉매가스를 생성하기 위한 냉매압축기와; 냉매압축기와 연결되어 고압의 냉매가스를 공급받아 열을 제거하여 응축, 액화시키는 응축기와; 응축기와 연결되어 액화된 냉매를 공급받아 응축된 냉매를 팽창시키는 온도식팽창밸브와; 팽창된 냉매가 증발되면서 외부의 열을 흡수하는 유니트쿨러로 구성되고, 온도식팽창밸브와 유니트쿨러 사이에 배치된 증발기배관라인의 팽창된 냉매를 유니트쿨러로 분배하기 위한 냉매 분배기가 설치되는 냉동시스템에 있어서, 상기 냉매 분배기는 증발기배관라인에 연결되는 냉매유입공이 중앙 영역에 관통 형성되고, 냉매유입공의 외주연에 동작요홈이 형성되는 상부케이스와; 상기 상부케이스의 하부에 결합되어 용착 고정되고, 상부 중앙 영역에 냉매유입공을 구획하는 구획돌기가 형성되며, 외주면에 다수의 냉매배출 단차공이 관통 형성되는 하부케이스와; 상기 상부케이스의 동작요홈에 탄력적으로 결합되어 유입되는 냉매의 유입량에 따라 열림높이가 변화도록 구성하여 냉매배출 단차공을 통해 배출되는 냉매량을 조절하는 냉매배출량조절부재로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면 액화되어 팽창된 냉매의 공급량(압력)에 따라 탄성스프링에 지지되는 피스톤의 상하이동 높이에 따라 피스톤에 조립되는 원뿔형밸브가 냉매배출 단차공으로부터 분리 이탈되는 열림 간격이 변화도록 구성하여 냉동시스템의 냉동부하가 커지거나 줄어들 때에도 유니트쿨러 각각의 냉각관에 일정량의 냉매를 공급하여 냉각효율을 극대화시키고, 또한 냉매의 압력으로서 피스톤이 기밀이 유지되면서 상방으로 이동하여 동작요홈의 내부를 압축하게 되고, 이에 따라 내부의 냉매가스가 원뿔형밸브에 관통 형성되는 가스도피공을 통해 하방으로 배출되어 동작요홈과 피스톤의 안착요홈 내부의 압력이 항상 저압으로 유지됨에 따라 원뿔형밸브가 탄성스프링과 냉매가스의 압력차이로만 원활하게 열리고 닫히도록 구성하여 냉동효율의 향상과 에너지를 절약할 수 있는 효과가 제공된다.

도 1은 종래 냉매 분배기가 설치된 상태의 개략적인 냉동시스템의 흐름도.
도 2는 종래 냉매 분배기의 단면 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 자동조절 냉매 분배기가 설치된 상태의 개략적인 냉동시스템의 흐름도.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 자동조절 냉매 분배기의 단면 구성도.
도 7은 도 4의 "A" 부분에 대한 확대도로서, 자동조절 냉매 분배기의 원뿔형밸브가 설치된 상태의 구성도.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 자동조절 냉매 분배기의 동작상태도.

이하, 첨부된 도면을 참조로 발명의 일실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면중 도 3은 본 발명에 따른 자동조절 냉매 분배기가 설치된 상태의 개략적인 냉동시스템의 흐름도이고, 도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 자동조절 냉매 분배기의 단면 구성도이며, 도 7은 도 4의 "A" 부분에 대한 확대도로서, 자동조절 냉매 분배기의 원뿔형밸브가 설치된 상태의 구성도이다.

도 3 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 냉동시스템은 저압의 냉매가스를 압축하여 고압의 냉매가스를 생성하기 위한 냉매압축기(10)와; 냉매압축기(10)와 연결되어 고압의 냉매가스를 공급받아 응축기팬(21)을 이용해 열을 제거하여 응축, 액화시키는 응축기(20)와; 응축기(20)와 연결되어 액화된 냉매를 공급받아 응축된 냉매를 팽창시키는 온도식팽창밸브(30)와; 팽창된 냉매가 쿨러팬(41)에 의해 증발되면서 외부의 열을 흡수하는 유니트쿨러(40)로 이루어진다.

이때, 온도식팽창밸브(30)와 유니트쿨러(40) 사이의 증발기배관라인(2)에는 팽창된 냉매를 유니트쿨러(40)로 자동으로 분배하기 위한 냉매 분배기(50)가 설치된다.

상기 냉매 분배기(50)는 증발기배관라인(2)에 연결되는 냉매유입공(62)이 중앙 영역에 관통 형성되고, 냉매유입공(62)의 외주연에 하부가 개방되게 동작요홈(64)이 형성되는 상부케이스(60)와; 상부케이스(60)의 하부에 결합되어 은납 용접으로 고정되고, 상부 중앙 영역에 냉매유입공(62)을 구획하는 구획돌기(72)가 형성되며, 외주면에 다수의 냉매배출 단차공(74)이 관통 형성되는 하부케이스(70)와; 상부케이스(60)의 동작요홈(64)에 탄력적으로 결합되어 유입되는 팽창된 냉매의 유입량에 따라 열림높이가 변화도록 구성하여 냉매배출 단차공(74)을 통해 냉매의 배출량을 조절하는 냉매배출량조절부재(80)로 이루어진다.

이때, 냉매배출 단차공(74)의 하부에는 유니트 쿨러(40)로 공급되는 다수의 냉매공급관(75)이 결합된다.

상기 냉매배출량조절부재(80)는 동작요홈(64) 내측 주연에 이동 가능하게 결합되는 중앙 영역에 조립통공(81)이 형성되고, 조립통공(81)의 외주연에 동심원을 유지하여 다수의 경사조립공(82a)이 관통 형성된 안착요홈(82)이 형성되며,
동작요홈(64) 외측 주연에 외주연이 이동 가능하게 결합되는 피스톤(83)과; 피스톤(83)의 경사조립공(82a)에 조립되고, 냉매배출 단차공(74)에 안착되는 다수의 원뿔형밸브(90)와; 동작요홈(64)과 안착요홈(82) 사이에 결합되어 피스톤(83)을 탄력적으로 지지하기 위한 탄성스프링(85)으로 이루어진다.

이때, 피스톤(83)의 조립통공(81) 내주연과 피스톤(83)의 외주연에 내측오링(83a) 및 외측오링(83b)이 돌출되게 삽입되어 기밀을 유지시키게 된다.

상기 원뿔형밸브(90)는 피스톤(83)의 경사조립공(82a)에 조립되도록 경사지게 형성되고, 경사조립홈(92a)이 형성되는 몸체부(92)와; 몸체부(92)에 단차지게 일체로 형성되어 냉매가스의 압력에 의해 냉매배출 단차공(74)을 차단 및 해제하는 머리부(94)와; 경사조립홈(92a) 내부의 몸체부(92)와 머리부(94)를 관통 형성하여 냉매가스가 공급되는 가스도피공(96)으로 이루어진다.

이때, 하부케이스(70)의 냉매배출 단차공(74)은 원뿔형밸브(90)의 몸체부(92)가 조립되는 피스톤(83)의 경사조립공(82a)과 대응되게 형성되어 원뿔형밸브(90)의 머리부(94)에 의해 차단 및 해제되고, 그 개수는 냉동시스템의 용량에 따라 2~40개 정도가 형성된다.

이와 같이 구성되는 본 발명에 따른 냉동시스템에 대한 동작상태를 개략적으로 설명하기로 한다.

도 3에서와 같이 저압의 냉매가스가 냉매압축기(10)로 공급되어 고압의 냉매가스로 압축 생성한 다음, 고압의 냉매가스를 응축기(20)로 공급되어 응축기팬(21)으로서 응축 및 액화시키고, 응축기(20)에서 액화된 냉매가 증발기배관라인(2)에 설치되는 온도식팽창밸브(30)에 의해 팽창하게 되고, 팽창된 액화 냉매가 냉매 분배기(50)를 통해 유니트쿨러(40) 내부로 분배되어 공급이 이루어져 쿨러팬(41)에 의해 증발되면서 외부의 열을 흡수하여 냉방을 하게 되고, 열이 흡수된 저압의 냉매가스는 다시 냉매압축기(10)로 공급되어 압축되는 순환구조로 동작이 이루어지게 된다.

이때, 응축기(20)와 온도식팽창밸브(30) 사이의 증발기배관라인(2)에 설치되는 냉매 분배기(50)에 의해 팽창된 냉매를 유니트쿨러(40)의 냉각관(42)으로 자동 분배하게 된다.

이와 같은 냉매 분배기(50)에 대한 조립 및 동작상태를 개략적으로 설명하면 다음과 같다.

도 4 내지 도 6에서와 같이 온도식팽창밸브(30)에서 팽창된 액화 냉매가 증발기배관라인(2)을 통하여 냉매 분배기(50)를 구성하는 상부케이스(60)의 냉매유입공(62)을 통하여 적정 압력으로 유입되어, 도 8a에서와 같이 상부케이스(60) 하부에 결합되어 은납 용접으로 고정되는 하부케이스(70)의 구획돌기(72)를 중심으로 피스톤(83) 측으로 분산 공급됨에 따라, 액화된 냉매의 압력으로서 피스톤(83)의 조립통공(81)과 외주연이 동작요홈(64)의 내측 및 외측 주연을 따라 내측오링(83a) 및 외측오링(83b)에 의해 기밀이 유지되면서 상방으로 이동하여 동작요홈(64)과 안착요홈(82) 사이에 결합되어 압축되는 탄성스프링(85)에 의해 지지된다.

이와 동시에 피스톤(83)의 경사조립공(82a)에 몸체부(93)로써 조립된 원뿔형밸브(90)의 머리부(94)가 하부케이스(70)의 냉매배출 단차공(74) 상부로부터 분리이탈되어 다수의 냉매배출 단차공(74)이 일시에 동일 간격으로 개방됨에 따라 냉매배출 단차공(74) 하부에 결합된 다수의 냉매공급관(75)을 통해 유니트쿨러(40)의 냉각관(42)으로 동일양의 냉매가 배출되는 것이다.(도 8b참조)

이때, 액화된 냉매의 공급량이 많으면 피스톤(83)이 높게 상승하게 되어 피스톤(83)에 조립되는 원뿔형밸브(90)의 머리부(94)가 냉매배출 단차공(74)으로부터 분리 이탈되는 열림 간격이 커져 많은 양의 냉매가 유니트쿨러(40)의 냉각관(42)으로 배출되나, 원뿔형밸브(90)에 의해 분리 이탈되는 냉매배출 단차공(74)의 열림 간격이 동일하게 유지됨에 따라 동일양의 냉매가 유니트쿨러(40)의 냉각관(42)으로 동일하게 배출된다.

또한, 액화된 냉매의 공급량이 적으면 피스톤(83)의 상승이 줄어들어 피스톤(83)에 조립되는 원뿔형밸브(90)의 머리부(94)가 냉매배출 단차공(74)으로부터 분리 이탈되는 열림 간격이 작아 소량의 냉매가 유니트쿨러(40)의 냉각관(42)으로 배출되나, 원뿔형밸브(90)에 의해 분리 이탈되는 냉매배출 단차공(74)의 열림높이가 동일하게 됨에 따라 일정하게 소량의 냉매가 유니트쿨러(40)의 냉각관(42)으로 동일하게 배출되어 효율이 높아지게 된다.

한편, 도 8b에와 같이 냉매의 압력으로서 피스톤(83)이 내측오링(83a) 및 외측오링(83b)에 의해 기밀이 유지되면서 상방으로 이동하여 동작요홈(64) 내부를 탄력적으로 압축하게 되고, 이에 따라 내부의 냉매가스가 경사조립홈(92a)의 몸체부(92)와 머리부(94)를 관통하여 형성되는 가스도피공(96)을 통해 하방으로 신속하게 배출되어 상부케이스(60)의 동작요홈(64)과 피스톤(83)의 안착요홈(82) 내부 압력이 항상 저압이 유지되도록 하여 원뿔형밸브(90)가 탄성스프링(85)과 냉매가스의 압력차이로만 원활하게 열리고 닫히도록 구성하게 된다.

이상에서와 같이 설명한 본 발명에 따른 자동조절 냉매 분배기는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시 가능한 범위까지 그 기술적 사상이 있다고 할 것이다.

2 : 증발기배관라인 10 : 냉매압축기
20 : 응축기 30 : 온도식팽창밸브
40 : 유니트쿨러 50 : 냉매 분배기
60,70 : 상,하부케이스 62 : 냉매유입공
64 : 동작요홈 72 : 구획돌기
74 : 냉매배출 단차공 80 : 냉매배출량조절부재
81 : 경사조립공 82 : 안착요홈
82a : 경사조립공 83 : 피스톤
85 : 탄성스프링 90 : 원뿔형밸브
92 : 몸체부 92a : 경사조립홈
94 : 머리부 96 : 가스도피공

Claims (4)

1. 냉매가스를 압축하여 고압의 냉매가스를 생성하기 위한 냉매압축기(10)와; 냉매압축기(10)와 연결되어 고압의 냉매가스를 공급받아 열을 제거하여 응축, 액화시키는 응축기(20)와; 응축기(20)와 연결되어 액화된 냉매를 공급받아 응축된 냉매를 팽창시키는 온도식팽창밸브(30)와; 팽창된 냉매가 증발되면서 외부의 열을 흡수하는 유니트쿨러(40)로 구성되고, 온도식팽창밸브(30)와 유니트쿨러(40) 사이에 배치된 증발기배관라인(2)의 팽창된 냉매를 유니트쿨러(40)로 분배하기 위한 냉매 분배기(50)가 설치되는 냉동시스템에 있어서,
   상기 냉매 분배기(50)는
   증발기배관라인(2)에 연결되는 냉매유입공(62)이 중앙 영역에 관통 형성되고, 냉매유입공(62)의 외주연에 동작요홈(64)이 형성되는 상부케이스(60);
   상기 상부케이스(60)의 하부에 결합되어 용착 고정되고, 상부 중앙 영역에 냉매유입공(62)을 구획하는 구획돌기(72)가 형성되며, 외주면에 다수의 냉매배출 단차공(74)이 관통 형성되는 하부케이스(70); 및
   상기 상부케이스(60)의 동작요홈(64) 내측 주연에 이동 가능하게 결합되는 조립통공(81)이 중앙 영역에 형성되고, 조립통공(81)의 외주연에 동심원을 유지하여 다수의 경사조립공(82a)이 관통 형성된 안착요홈(82)이 형성되며, 동작요홈(64) 외측 주연에 외주연이 이동 가능하게 결합되는 피스톤(83)과;
   피스톤(83)의 경사조립공(82a)에 조립되도록 경사지게 형성되고, 경사조립홈(92a)이 형성되는 몸체부(92)와, 몸체부(92)에 단차지게 일체로 형성되어 냉매배출 단차공(74)을 차단 및 해제하는 머리부(94)와, 경사조립홈(92a) 내부의 몸체부(92)와 머리부(94)를 관통 형성하여 냉매가스가 공급되는 가스도피공(96)으로 이루어진 다수의 원뿔형밸브(90)와;
   동작요홈(64)과 안착요홈(82) 사이에 결합되어 압력에 의해 피스톤(83)을 탄력적으로 지지하기 위한 탄성스프링(85)으로 구성되어,
   상기 상부케이스(60)의 동작요홈(64)에 탄력적으로 결합되어 유입되는 팽창된 냉매의 유입량에 따라 열림높이가 변화도록 구성하여 냉매배출 단차공(74)을 통해 배출되는 양을 조절하는 냉매배출량조절부재(80);
   를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 자동조절 냉매 분배기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서, 상기 냉매배출 단차공(74)은
   상기 하부케이스(70)의 가장자리 영역에 동심원을 유지하여 2~40개가 관통 형성되어 피스톤(83)에 동일 개수로 조립된 상기 원뿔형밸브(90)에 의해 열림높이가 조절되는 것을 특징으로 하는 자동조절 냉매 분배기.

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