KR102406775B1 - 냉동싸이클 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 냉동싸이클 시스템에 관한 것으로, 냉매순환라인의 도중에 마련된 압축기와, 상기 압축기에 의해 압축되어 급송되는 고온 고압의 기체냉매를 고온 등압의 액체로 만들기 위한 응축기와, 상기 응측기에서 응축된 고온고압의 액상냉매를 일시 저장하는 수액기와, 상기 수액기로부터 유입된 고온고압의 액상냉매를 안개상태로 급속 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 급속 팽창 교축시킨 저온 등압의 안개상태의 냉매로 하여금 외부 열교환매체가 가진 열을 빼앗는 열교환 작용으로 증발되게 하는 과정에서 주위의 열을 흡수한 후, 저온 상태의 기체상태로 변화시키는 증발기를 포함하도록 구성되는 냉동싸이클 시스템에 있어서,
상기 응축기에는 압축기에서 급송되는 고온고압의 기체냉매를 고온등압의 액체로 만들어서 제1 액상냉매 이송라인을 통하여 수액기로 유입시키는 압축기측 열교환기와, 상기 압축기측 열교환기와 함께 응축기의 내부에 병설되며, 상기 수액기의 상부에 저류하는 냉매가스를 인출하는 가스상냉매 이송라인과 상기 가스상냉매 이송라인으로 인출한 냉매가스를 응축시키고 이를 다시 제2 액상냉매 이송라인을 통해 다시 수액기로 유입시키는 수액기측 열교환기를 포함하고 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 발명이다

Description

냉동싸이클 시스템{Refrigeration cycle system}
본 발명은 냉동싸이클 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 응축기에서 응축된 액상의 냉매가 수액기 측으로 원활하게 순환 공급되도록 하기 위하여 상기 응축기 및 수액기의 구조를 개선하여 작은 압축기 동력을 사용하더라도 냉매를 원활하게 순환시킬 수 있도록 하는 동시에 냉각 성능을 향상시킬 수 있도록 하는 냉동싸이클 시스템을 제공함에 있다.
냉동싸이클 시스템은 식품이나 음료 등을 저온에서 장시간 보관하기 위한 냉장고 및 냉동고 또는 높은 외기온에 대하여 실내의 온도를 쾌적하게 유지하는 에어컨 등의 기기에 사용되는 시스템으로, 일반적인 냉동싸이클 시스템을 나타낸 도 1의 도시에 의해 간략하게 설명하면 다음과 같다.
특허문헌 1 내지 특허문헌 3에 나타나 있는 바와 같이, 일반적인 종래 냉동싸이클 시스템은 폐루프를 형성하는 냉매순환라인(10)을 따라 순환하는 냉매를 단열 압축시키도록 냉매순환라인(10)의 도중에 마련된 압축기(12)와, 상기 압축기(12)에 의해 압축되어 급송되는 고온 고압의 기체냉매를 고온 등압의 액체로 만들기 위한 응축기(14)와, 상기 응축기(14)에서 응축된 고온 고압의 액상냉매를 일시 저장하는 수액기(16)와, 상기 수액기(16)에서 공급되는 고온고압의 액상냉매 속의 이물질을 걸러내어 제거하는 드라이어(18)와, 상기 드라이어(18)를 거쳐 여과된 고온고압의 액상냉매를 안개상태로 급속 팽창시키는 팽창밸브(20)와, 상기 팽창밸브(20)에서 급속 팽창 교축시킨 저온 등압의 안개상태의 냉매로 하여금 외부 열교환매체가 가진 열을 빼앗는 열교환작용으로 증발되게 하는 과정에서 주위의 열을 흡수한 후 저온의 기체상태로 변환시키는 증발기(22)와, 상기 증발기(22)를 거쳐 나온 냉매가스로부터 액상 냉매를 분리하는 액분리기(24)와, 상기 액분리기(24)를 거쳐 나온 저온의 기체상태인 냉매가스를 다시 고온 고압으로 압축하여 급송하는 압축기(12) 순으로 냉매가 순환하는 싸이클을 반복 되풀이 하도록 구성되어 있다.
여기서, 상기 응축기(14)와 증발기(22) 각각의 일측에는 열교환 효율을 증대시키기 위하여 공기를 송풍하기 위한 송풍팬(26)(28)이 설치되어 있어서, 상기 응축기(14) 및 증발기(22)에서의 공기에 의한 열교환을 촉진하며, 상기 증발기(22)에서 냉매가스가 주변의 열을 빼앗아 증발하게 되는 과정에서 온도가 낮아진 주변 공기를 실내에 송풍하게 되면 에어컨 시스템이 되는 것이고, 많은 열을 빼앗아 주변 온도를 식음료의 보관에 적합한 실온 이하의 적절한 온도 이하로 만들게 되면 냉장 및 냉동 시스템이 되는 것이다.
그런데, 상기와 같은 종래의 냉동싸이클 시스템에서는 압축기(12)에서 압축된 고온의 냉매가스(예를 들면, 90℃)는 응축기(14)의 입구를 거쳐 내부 배관을 통과하면서 송풍팬(26)에 의해 내부 배관 외주를 따라 흐르도록 송풍되는 상온의 공기와 열교환을 일으켜 냉각되면서 저온(예를 들면, 45℃)의 액상 냉매로 응축되어 출구로 나가 수액기(16)로 유입되는데, 외기 온도가 높아지게 되면 응축기(14)의 출구온도가 높아지게 되고, 이는 응축 액화되는 액상냉매의 밀도가 증가됨으로써 체적이 팽창되어 응축기의 전열면적이 감소하는 효과를 초래하여 응축기 장비를 크게 제작하여야 하는 문제로 인해 비용문제가 발생하게 되고, 또한 수액기(16) 내부에 유입된 액상냉매(16a)의 부피 팽창으로 인해 저류하게 되는 기체상의 냉매가스(16b)가 압축력을 받아 압력이 높아져 응축기(14) 측에서 응축된 액상의 냉매가 수액기(16)로의 원활한 유입을 방해하여 원활한 순환 공급을 위해서는 더 큰 압축기(12) 또는 응축기(14) 동력을 필요로 하고, 이는 냉각 성능을 저하시키는 원인이 되고 있다.
즉, 응축기(14)의 압력을 낮게 유지하면서(그래야만 압축기 용량을 작게 할 수 있다), 액상냉매의 수액기(16)로의 원활한 유입을 위해 수액기(16) 내의 온도와 압력을 응축기(14) 측보다 낮게 유지하는 것이 냉각 성능 증대에 필요하다.
[특허문헌 1] 등록특허 제10-1429070호 [특허문헌 2] 등록특허 제10-1289664호 [특허문헌 3] 등록실용신안 제20-0359861호
본 발명은 상기한 종래 기술에서 나타나는 제반 문제를 감안하여 제안한 것으로서, 그의 목적으로 하는 것은 수액기 측의 온도와 압력을 낮추어 응축기 측에서 순환하는 냉매의 원활한 유입을 촉진하여 압축기 부하를 줄이면서 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 냉동싸이클 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 하나의 목적은 압축기 측에 유입되는 냉내가스의 순도를 높임과 동시에 수액기측의 온도와 압력을 강하시켜 냉각 효율을 높일 수 있는 냉동싸이클 시스템을 제공하는데 있다.
또한 본 발명은 응축기 및 수액기의 내부 구조를 개선하여 상기 응축기에는 따로따로 열교환작용을 수행하는 압축기측 열교환기와 수액기측 열교환기를 함께 병설하고, 상기 수액기에는 내부를 양분하는 분리격판을 형성하여 압축기측 열교환기를 거친 냉매와 수액기측 열교환기를 거친 냉매를 따로따로 저장하기 위한 압축기측 토출냉매저장실과 수액기측 토출냉매저장실을 구비하여 수액기측에서는 압축기에서 수액기로 급송되는 냉매보다 더 낮은 온도 및 압력이 강하된 냉매를 팽창밸브 측으로 공급할 수 있도록 함으로써 냉각 효율을 높일 수 있도록 하는 냉동싸이클 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 추구하기 위한 수단으로서,
냉매순환라인의 도중에 마련된 압축기와, 상기 압축기에 의해 압축되어 급송되는 고온 고압의 기체냉매를 고온 등압의 액체로 만들기 위한 응축기와, 상기 응측기에서 응축된 고온고압의 액상냉매를 일시 저장하는 수액기와, 상기 수액기로부터 유입된 고온고압의 액상냉매를 안개상태로 급속 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 급속 팽창 교축시킨 저온 등압의 안개상태의 냉매로 하여금 외부 열교환매체가 가진 열을 빼앗는 열교환작용으로 증발되게 하는 과정에서 주위의 열을 흡수한 후, 저온 상태의 기체상태로 변화시키는 증발기를 포함하도록 구성되는 냉동싸이클 시스템에 있어서,
상기 응축기 내부에는 압축기에서 급송되는 고온고압의 기체냉매를 고온 등압의 액체로 만들어서 제1 액상냉매 이송라인을 통하여 수액기로 유입시키는 압축기측 열교환기와, 상기 압축기측 열교환기와 함께 응축기의 내부에 병설되며, 상기 수액기의 상부에 저류하는 냉매가스를 인출하는 가스상냉매 이송라인과 상기 가스상냉매 이송라인으로 인출하는 냉매가스를 응축시키는 동시에 이를 다시 제2 액상냉매 이송라인을 통해 다시 수액기로 유입시키는 수액기측 열교환기를 포함하고 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 수액기에는 내부를 양분하도록 설치되는 분리격판에 의해 압축기측 토출냉매저장실과 수액기측 토출냉매저장실이 각각 독립적으로 분리 형성되어 있도록 구성되어 있으며, 상기 압축기측 토출냉매저장실에는 압축기측 열교환기에서 응축되는 액상냉매를 이송하는 제1 액상냉매 이송라인과 상기 수액기측 열교환기로 냉매가스를 이송하는 가스상냉매 이송라인이 배설되고, 상기 수액기측 토출냉매저장실에는 수액기측 열교환기에서 응축되는 액상냉매를 이송하는 액상냉매 이송라인과 상기 수액기측 토출냉매저장실에 저장되는 액상냉매를 증발기측으로 이송시킬 수 있도록 수액기측 토출냉매저장실에 저장되는 액상냉매에 잠기도록 연장 형성되는 냉매흡입라인이 배설되어 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 상기 분리격판에는 수액기의 압축기측 토출냉매저장실과 수액기측 토출냉매저장실 각각에 저장되는 액상냉매가 이동할 수 있게 하는 냉매이동공을 구비하고 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 압축기에서 토출되는 가스상냉매는 응축기에 내설되어 있는 압축기측 열교환기를 거치는 과정에서 1차적으로 응축되어 수액기의 압축기측 토출냉매저장실에 일시 저장되고, 이어서 상기 응축기에 압축기축 열교환기와 함께 병설되어 있는 수액기측 열교환기를 거치는 과정에서 1차적으로 응축될 때보다 상대적으로 더 낮은 저온저압 상태로 2차적으로 응축되어 수액기의 수액기측 토출냉매저장실에 저장되도록 함으로써 압축기측 열교환기 및 수액기측 열교환기가 병설되어 있는 상기 응축기에서는 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매가스를 1차 응축시킨 후 다시 수액기에서 토출되는 냉매가스를 2차로 응축시켜서 상기 수액기에 따로따로 분리 형성되어 있는 압축기측 토출냉매저장실 및 수액기측 토출냉매저장실 각각에 일시 저장시킨 후 증발기측으로 순환시키게 되므로 냉동싸이클의 냉매 순환작용이 원활하게 이루어지도록 함으로써 압축기 및 응축기의 부하를 저감하고, 나아가 상기 수액기에는 1차 및 2차 순으로 응축되는 액상냉매를 순환시키게 되므로 증발기에서의 냉각성능을 크게 향상시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 종래 기술의 일반적인 냉동싸이클 시스템을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 냉동싸이클 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 냉동싸이클 시스템을 구성하는 응축기와 수액기의 연결상태를 나타낸 도면이다.
도 4의 (a)(b)는 냉동싸이클의 몰리에르 선도로서, (a)는 종래 일반적인 몰리에르 선도이고, (b)는 본 발명에 의한 냉동 능력을 종래 냉동싸이클 시스템과 대비하여 보여주는 몰리에르 선도이다.
본 발명을 설명하기 위하여 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 바람직한 실시예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 아니되며, 본 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 사람에게 본 발명을 보다 안전하게 설명하기 위하여 제공되는 것이다. 따라서 도면에서 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다. 각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조 부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략되며, 본 발명의 요지 구성인 응축기 및 수액기 각각의 구성 및 연결 상태에 대해서는 별도의 부호 및 명칭을 사용하여 설명하기로 한다.
그리고 본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함수 있다. 또한 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계. 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다.
또한 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한 후술되는 용어들은 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있으므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명한다.
도 2의 도시는 본 발명의 바람직한 실시예의 냉동싸이클 시스템을 나타낸 도면으로서, 냉동싸이클 시스템은 사이클 내부를 순환하면서 저온부(증발부)에서 증발함으로써 주위로부터 열을 흡수하여 고온부(응축기)에서 열을 방출시키는 작동유체인 냉매가 폐루프를 형성하는 냉매순환라인(40)을 따라 순환하도록 구성되어 있다.
상기 냉매순환라인(40)을 따라 순환하는 냉매는 냉매순환라인(40) 도중에 형성된 압축기(42)에 의해 단열 압축되어 압송되며, 상기 압축기(42)에 의해 압축되어 급송되는 고온 고압의 기체냉매는 응축기(44)에 유입되어 공랭 또는 수냉, 바람직하게는 찬 외기에 의한 공랭 방식에 의한 열교환 방식에 의해 가스상냉매가 응축되어 고온 등압의 액체로 상변환되며, 상기 응축기(44)에서 응축된 고온고압의 액상냉매는 수액기(46)로 유입되어 일시 저장되며, 상기 수액기(46) 내부에는 하부에 액상냉매가 저류하게 되는 한편, 상부에는 기체상의 가스냉매가 저류하게 된다.
상기 수액기(46)를 통해 순환 공급되는 고온고압의 액상냉매는 드라이어(48)를 통과하면서 이물질을 걸러내게 되며, 상기 드라이어(48)를 거쳐 이물질이 여과된 고온고압의 액상냉매는 팽창밸브(50)를 통하여 안개상태로 급속 팽창되며, 상기 팽창밸브(50)에서 급속 팽창 교축시켜 저온 등압의 안개상태의 냉매는 증발기(52)를 통과하면서 외부의 열교환매체가 가진 열을 빼앗는 열교환작용으로 증발되게 하는 과정에서 주위의 열을 흡수한 후, 저온의 기체상태로 변화된 후, 상기 증발기(52)를 거쳐 나온 냉매가스는 액분리기(54)로 유입되어 가스냉매 속에 함유된 액상냉매를 분리하고, 상기 액분리기(54)를 거쳐 나온 저온의 기체 상태인 냉매가스는 압축기(42)로 유입되는 순으로 냉매가 순환하는 냉동싸이클을 반복 되풀이하게 된다.
여기서, 상기 응축기(44)와 증발기(52)에는 열교환 효율을 증대시키기 위해 공기를 송풍하기 위한 송풍팬(56)(58)이 설치되어 있으며, 상기 응축기(44) 및 증발기(52)에서는 공기에 의한 열교환 작용을 촉진하며, 상기 증발기(52)에서 냉매가스가 주변의 열을 빼앗아 증발하게 되는 과정에서 온도가 낮아진 주변 공기를 실내에 송풍하게 되면 에어컨 시스템이 되는 것이고, 많은 열을 빼았아 주변 온도를 식음료의 보관에 적합한 실온 이하의 적절한 온도 이하로 만들면 냉장 및 냉동 시스템이 되는 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예의 기술적 특징 중 하나는, 상기 응축기(44)에는 압축기(42)에서 급송되는 고온고압의 냉매가스를 열교환작용으로 1차 응축시켜서 수액기(46)로 유입되게 하는 위한 압축기측 열교환기(44a)(44b)와, 상기 수액기(46)에 유입되어 일시 저장된 후 응축기(44)로 이송되는 냉매가스를 열교환작용으로 2차 응축시켜서 다시 수액기(46)로 유입되게 하는 수액기측 열교환기(44c)(44d)가 병설되어 있도록 구성되어 있으며, 본 발명의 바람직한 실시예의 기술적 특징 중 다른 하나는, 상기 수액기(46)의 내부를 분리격판(47)으로 양분하여 압축기측 토출냉매저장실(46a)와 수액기측 토출냉매저장실(46b) 각각에 액상냉매 및 가스상냉매를 저장할 수 있도록 구성하되, 상기 압축기측 토출냉매저장실(46a)과 수액기측 토출냉매저장실(46b) 각각의 수위(W1)(W2) 상부에 존재하는 가스상냉매는 이동을 차단하는 반면, 상기 압축기측 토출냉매저장실(46a)과 수액기측 토출냉매저장실(46b)의 하부에 저장되는 액상냉매는 이동이 가능하도록 상기 분리격판(47)의 하부에는 냉매이동공(47a)이 형성되어 있도록 구성한 것에 있다.
이를 위해, 본 발명의 바람직한 실시예의 응축기(44)에 병설되어 있는 압축기측 열교환기(44a)(44b) 및 수액기측 열교환기(44c)(44d) 각각은 상기 응축기(44)의 좌,우 양측에 서로 마주하는 상태로 대칭 설치되어 있으며, 상기 압축기측 열교환기(44a)(44b)의 일측(도면상 상측)에는 냉매순환라인(40)이 연결되는 제1 냉매공급라인(441)으로 연결되어 있도록 하여 상기 압축기(42)에서 급송되는 고온고압의 액상냉매를 상기 압축기측 열교환기(44a)(44b)으로 순환 공급하도록 구성되어 있으며, 상기 압축기측 열교환기(44a)(44b)를 거치는 과정에서 외부의 열교환매체와의 열교환작용으로 1차 응축되는 액상냉매를 수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)로 유입시키기 위해 압축기측 열교환기(44a)(44b)의 타측(도면상 하측)에는 제1 냉매회수라인(442)이 연결되어 있으며, 상기 제1 냉매회수라인(442)은 제1 액상냉매 이송라인(445)에 연결되어 상기 압축기측 열교환기(44a)(44b)에서 열교환작용으로 1차 응축된 액상냉매를 수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)에 일시저장시키도록 구성되어 있다.
또한 상기 압축기측 열교환기(44a)(44b)와 함께 응축기(44)에 병설되어 있는 수액기측 열교환기(44c)(44d)의 일측(도면상 상측)에는 제2 냉매공급라인(443)이 연결되어 있으며, 상기 수액기측 열교환기(44c)(44d)의 타측(도면상 하측)에는 제2 냉매회수라인(444)이 연결되어 있다.(도 3 참조)
또한 상기 제2 냉매공급라인(443)은 상기 수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)에 일시 저장되어 있는 가스상냉매를 수액기측 열교환기(44c)(44d)에 공급하기 위한 가스상냉매 이송라인(446)에 연결되며, 상기 제2 냉매회수라인(444)은 수액기측 토출냉매저장실(46b)에 연결되어 있는 제2 액상냉매 이송라인(447)에 연결되어 수액기측 열교환기(44c)(44d)에서 2차 응축되는 액상냉매를 수액기(46)의 수액기측 토출냉매저장실(46b)에 유입시키도록 구성되어 있다.
한편, 상기 응축기(44)에 병설되어 있는 압축기측 열교환기(44a)(44b)와 수액기측 열교환기(44c)(44d) 및 상기 수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)과를 수액기측 토출냉매저장실(46b)를 연결하도록 구성되는 제1 액상냉매 이송라인(445), 제2 액상냉매 이송라인(447), 가스상냉매 이송라인(447) 각각에는 수동개폐밸브(부호 생략)가 하나씩 형성되어 있으며, 상기 수액기(46)의 수액기측 토출냉매저장실(46b)에는 수액기(46)에 저장되어 있는 액상냉매를 냉매순환라인(40)으로 순환시키기 위한 냉매흡입라인(40a)이 수액기측 토출냉매저장실(46b)에 저장되는 액상내매의 수위(W2)보다 낮은 위치까지 하부를 향해 연장 형성되어 있도록 구성하여 상기 수액기측 토출냉매저장실(46b)에 저장되어 있는 액상냉매를 흡입하여 팽창밸브(50)측으로 이송시킬 수 있도록 구성되어 있다.
상기와 같이 본 발명은 냉매순환라인(40)의 도중에 마련되어 있는 압축기(42)에 의하여 고온고압으로 압축되는 상태로 응축기(44)로 급송되는 액상냉매는 상기 응축기(44)에 병설되어 있는 압축기측 열교환기(44a)(44b)에서 1차적으로 응축된 후 다시 상기 수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)에 일시 저장된 가스상냉매가 상기 응축기(44)에 병설된 수액기측 열교환기(44c)(44d)에서 2차적으로 응축되므로 상기 수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)에 저장되는 액상냉매 보다 수액기측 토출냉매저장실(46b)에 일시 저장되는 액상냉매의 온도 및 압력은 더 낮아진 상태를 유지할 수 있게 되어 상기 응축기(44)측에서 수액기(46)측으로의 냉매순환이 원활하게 이루어지게 되며, 또한 상기 팽창밸브(50)에서는 액상냉매를 급속 팽창시켜서 증발기(52)에 공급할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예의 도면에는 도시하지 않았지만, 특허문헌 1 내지 3의 선행기술과 같이 상기 수액기(46)의 내부에는 압축기측 토출냉매저장실(46a) 및 수액기측 토출냉매저장실(46b)를 형성하기 위한 분리격판(47)과 함께 액분리기를 내설하는 구조로 구성할 수 있음을 밝혀둔다.
이와 같이 구성된 본 발명의 바람직한 실시예는 냉매순환라인(40)으로 순환하는 냉매는 압축기(42)의 동력에 의해 순환하도록 구성되는 것이며, 상기 응축기(44)와 수액기(46) 사이의 냉매 순환에 있어서는 별도의 동력을 요구하지는 않는다. 다만, 상기 응축기(44)측과 수액기(46)측 사이의 압력차에 의존하므로 냉매 순환을 위한 별도의 에너지 공급은 필요로 하지 않는 것이며, 상기 응축기(44)에 설치되어 있는 송풍팬(56)을 구동하여 수액기(46) 내부의 온도와 압력을 적정치로 낮추게 되므로 효율성을 극대화시킬 수 있게 된다.
상기 압축기(42)에서 고온고압으로 압축되어 급송되는 액상냉매는 냉매순환라인(40)을 따라 응축기(44)로 공급될 때에는 상기 냉매순환라인(40)이 연결되어 있는 제1 냉매공급라인(441)을 통해 상기 응축기(44)에 병설되어 있는 좌, 우 양측의 압축기측 열교환기(44a)(44b)에 공급되며, 상기 압축기측 열교환기(44a)(44b)로 공급되는 고온고압의 액상냉매는 송풍기(56)의 온(on) 작동으로 송풍되는 공기와의 열교환하는 작용에 의해 1차적으로 응축되어 제1 냉매회수라인(442)에 연결되어 있는 제1 액상냉매 이송라인(445)을 통해 상기 수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)에 유입 저장되는데, 이때 상기 압축기측 토출냉매저장실(46a)의 상부에 저장되는 가스상냉매는 분리격판(47)에 의해 수액기측 토출냉매저장실(46b)로 이동하지 못하고 상기 압축기측 토출냉매저장실(46a)에 갇혀 있는 상태이다.
상기와 같이 압축기측 토출냉매저장실(46a)의 상부에 갇혀 있는 상태로 저장되어 있는 가스상냉매는 가스상냉매 이송라인(446)이 연결되어 있는 제2 냉매공급라인(443)을 통해 상기 응축기(44)에 병설되어 있는 수액기측 열교환기(44c)(44d)로 공급되어 송풍팬(56)에 의해 송풍되는 공기와의 열교환작용을 한번 더 수행하는 응축작용에 의해 2차적으로 응축되어 제2 냉매회수라인(444)에 연결되어 있는 제2 액상냉매 이송라인(447)을 통해 상기 수액기(46)의 수액기측 토출냉매저장실(46b)에 유입 저장되는데, 상기 수액기측 토출냉매저장실(46b)에 유입 저장되는 액상냉매의 온도 및 압력은 상기 압축기측 토출냉매저장실(46a)에 저장되는 액상냉매의 온도 및 압력 보다 더 낮아진 상태가 된다.
예를 들어, 외기 온도가 20℃일 경우, 압축기(42)에서 압축되어 이송되는 냉매가스가 응축기(44)에 형성되어 압축기측 열교환기(44a)(44b)에서 1차적으로 응축된 후 제1 액상냉매 이송라인(445)을 통해 수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)에 유입되는 액상냉매의 1차 응축 온도는 30℃이고, 압력은 11.5 바(bar)이라고 가정할 경우, 상기 수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)에서 가스상냉매 이송라인(446)을 통해 수액기측 열교환기(44c)(44d)로 이송되는 냉매가스는 30℃의 온도를 유지하는 상태로 상기 수액기측 열교환기(44c)(44d)로 유입되어 2차적으로 응축되며, 이렇게 2차적으로 응축되어 제2 액상냉매 이송라인(447)을 통해 상기 수액기(46)의 수액기측 토출냉매저장실(46b)에 유입되는 액상냉매의 2차 응축 온도는 25℃가 되고, 압력은 11.0 바(bar)가 된다. 따라서 상기 수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)에 저장되는 냉매의 압력(11.5bar)이 수액기측 토출냉매저장실(46b)에 저장되는 냉매의 압력(11.0bar)보다 높은 상태가 되며, 이에 따라 상기 압축기측 토출냉매저장실(46a)에 저장되는 액상냉매의 수위(W1)는 낮고, 상기 수액기측 토출냉매저장실(46b)에 저장되는 액상냉매의 수위(W2)는 높은 상태를 유지하게 되며, 또한 상기 수액기측 토출냉매저장실(46b)에 저장되는 액상냉매는 대략 28℃ 정도를 유지하게 된다. 왜냐하면, 상기 수액기측 토출냉매저장실(46b)에 저장되는 액상냉매(30℃)는 분리격판(47)에 형성되어 있는 냉매이동공(47a)으로 유입되는 압축기측 토출냉매저장실(46a)의 액상냉매(25℃)가 섞이기 때문이다.
따라서 상기 수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)에 저장되는 액상냉매는 상기 응축기(44)에 압축기측 열교환기(44a)(44b)와 함께 병설되어 있는 수액기측 열교환기(44c)(44d)를 순환하여 응축되는 액상냉매의 온도 및 압력보다 더 낮아진 상태이므로 상기 압축기(42)에서 고온고압으로 압축되어 냉매순환라인(40)을 따라 응축기(44)의 압축기측 열교환기(44a)(44b)→수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)→수액기측 열교환기(44c)(44d)→수액기측 토출냉매저장실(46d)을 순차적으로 통과하여 팽창밸브(50) 및 증발기(52)측으로 이송되게 되므로 액상냉매는 원활하게 순환하게 된다.
이상에서 설명한 본 발명의 바람직한 실시예의 냉동싸이클 시스템은 상기 응축기(44)에 병설되어 있는 압축기측 열교환기(44a)(44b)는 압축기(42)에서 고온고압의 압축되어 응축기(44)로 이송되는 고온고압의 액상냉매를 1차적으로 응축시키고, 상기 압축기측 열교환기(44a)(44b)와 함께 응축기(44)에 병설되어 있는 수액기측 열교환기(44c)(44d)는 수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)의 상부에 저장되었다가 응축기(44)측으로 다시 공급되어 순환하게 되는 가스상냉매를 2차적으로 응축시키도록 구성되어 있으므로 상기 압축기(42)에서 고온고압으로 압축되어 냉매순환라인(40)을 따라 이송하게 되는 액상냉매는 상기 응축기(44)에 병설되어 있는 압축기측 열교환기(44a)(44b)에 의해 1차적으로 응축된 후, 다시 수액기측 열교환기(44c)(44d)에 의해 2차적으로 응축되므로, 이에 따라 상기 응축기(44)에 병설된 압축기측 열교환기(44a)(44b)→상기 수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)→상기 응축기(44)에 병설된 수액기측 열교환기(44c)(44d)→상기 수액기(46)의 수액기측 토출냉매저장실(46b)의 순으로 순환하게 되는 냉매의 온도 및 압력은 점차적으로 낮아지는 상태로 순환하게 되므로 상기 냉매순환라인(40)을 따라 이송되는 냉매는 원활하게 순환하는 상태가 되며, 또한 상기 냉매순환라인(40)을 따라 상기 응축기(44)에서 수액기(46)의 순으로 순환하는 냉매는 별도의 동력에 의존하지 않고 상기 응축기(44)와 수액기(46)를 순환하는 액상냉매의 온도와 압력의 차이에 의해 원활하게 순환하게 된다.
한편, 본 발명의 바람직한 실시예는 도 4의 (a)(b)에 도시된 몰리에르 선도와 같이 압축기(42)의 동력을 줄일 수 있는 동시에 냉각 성능은 향상시킬 수 있다.
즉, 도 4의 (a)는 종래 냉동싸이클 시스템의 몰리에르 선도로서, 압축기 부분에서 압축이 이루어지면 가스상 냉매는 압력이 P1에서 P2로 증가하게 되고(엔탈피는 E2에서 E3로 증가), 응축기를 거쳐 응축되고(등압 P2로 유지되며, 엔탈피는 E3에서 E1으로 감소), 팽창밸브에서 팽창되면 압력은 P2에서 P1으로 다시 감소되며(엔탈피는 E1으로 변동없음), 증발기에서는 압력은 P1으로 유지되면서 엔탈피는 E1에서 E2로 증가되는 것을 나타내는 바, 이때 응축기 열량은 압축기와 증발기 열량의 합과 같으며, P2와 P1의 압력차가 크면 동력이 많이 소요됨을 의미하고 기계적 고장도 증가하게 되는데, P2를 낮추기 위해서는 응축기의 용량을 증대시켜야 하나, 이 경우 응축기의 크기가 커져 제작비용의 증가를 초래하고 성적계수의 감소를 초래하기 때문에 P2를 어떤 방식으로 낮출 수 있을까 하는 것이 관건이다.
도 4의 (b)도시는 종래 냉동싸이클 시스템과 본 발명의 냉동싸이클 시스템의 선도를 함께 도시하여 비교한 그래프로서, 본 발명에서는 응축기 측의 압력(즉, 입축기 출구 압력)이 P2로부터 P3로 감소되어 압축기의 동력이 C1에서 C2로 감소되고, 냉동 능력은 P1에서 P2로 증대되어 시간당 칼로리가 증가하여 성적계수 COP가 증가하게 되며, 이는 대기온도가 설정한계치 이상 높아질 때 수액기의 냉매를 자체 순환 과정을 통해 열교환기를 통해 냉각하여 수액기로 재유입되는 과정을 통하여 응축기측(즉, 압축기 출구) 압력을 낮게 할 수 있는데 기인한 효과이다.
이와 같이, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 가술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로, 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며, 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형될 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
40 : 냉매순환라인 42 : 압축기
44 : 응축기 44a ,44b : 압축기측 열교환기
44c,44d : 수액기측 열교환기 46 : 수액기
46a : 압축기측 토출냉매저장실
46b : 수액기측 토출냉매저장실
47 : 분리격판 47a : 유통공
441 : 제1 냉매공급라인 442 ： 제1 냉매회수라인
443 : 제2 냉매공급라인 444 : 제2 냉매회수라인
445 : 제1 액상내매 이송라인 446 : 가스상냉매 이송라인
447 : 제2 액상냉매 이송라인 40a : 냉매흡입라인
48 : 드라이어 50 : 팽창밸브
54 : 액분리기 56,58 : 송풍팬

Claims (3)

  1. 냉매순환라인(40)의 도중에 마련된 압축기(42)와, 상기 압축기에 의해 압축되어 급송되는 고온고압의 기체냉매를 고온등압의 액체냉매로 만들어서 제1 액상냉매 이송라인(445)을 통하여 수액기(46)로 유입시키기 위한 압축기측 열교환기(44a)44b)가 구성되어 있는 응축기(44)와, 상기 응축기의 압축기측 열교환기에서 응측된 고온고압의 액상냉매를 일시 저장하는 수액기(46)와, 상기 수액기로부터 유입된 고온고압의 액상냉매를 안개상태로 급속 팽창시키는 팽창밸브(50)와, 상기 팽창밸브에서 급속 팽창시킨 저온 등압의 안개상태의 냉로 하여금 외부 열교환매체가 가진 열을 빼앗는 열교환작용으로 증발되게 하는 과정에서 주의의 열을 흡수한 후 저온상태의 기체냉매로 변화시키는 증발기(52)를 포함하도록 구성되는 냉동싸이클 시스템에 있어서,
    상기 응축기(44) 내부에는 압축기측 열교환기(44a)(44b)와 함께 병설된 채 수액기(46)에서 인출하는 냉매가스를 응축하여 액상냉매로 만들기 위한 수액기측 열교환기(44c)(44d)가 구성되어 있으며,
    상기 수액기(46)에는 내부를 압축기측 토출냉매저장실(46a)과 수액기측 토출냉매저장실(46b)리 각각 독립된 상태로 양분되도록 구성하는 분리격판(47)이 형성되어 있으며,
    상기 수액기(46)의 압축기측 토출냉매저장실(46a)에는 상기 압축기측 열교환기(44a)(44b)에서 응축되는 액상냉매를 이송하기 위한 제1 액상냉매 이송라인(445)과 상기 압축기측 토출냉매저장실(46a)의 상부에 저류하는 냉매가스를 수액기측 열교환기(44c)(44d)로 이송하기 위한 가스상냉매 이송라인(446)이 배설되어 있으며,
    상기 수액기(46)의 수액기측 토출냉매저장실(46b)에는 수액기측 열교환기(44c)(44d)에서 응축되는 액상냉매를 이송하기 위한 제2 액상냉매 이송라인(447)과 증발기(52)측으로 이송시킬 수 있도록 수액기측 토출냉매저장실(46b)에 저장되는 액상냉매에 잠기도록 연장 형성되는 냉매흡입라인(40a)이 배설되어 있도록 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동싸이클 시스템.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리격판(47)에는 수액기(46)의 내부에 각각 독립된 상태로 양분되어 있는 압축기측 토출냉매저장실(46a)에 저장되어 있는 액상냉매와, 수액기측 토출냉매저장실(46b)에 저장되는 액상냉매가 서로 이동할 수 있도록 하는 냉매이동공(47a)이 형성되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉동싸이클 시스템.
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