KR102542674B1

KR102542674B1 - 복합 냉동사이클 및 그 장치

Info

Publication number: KR102542674B1
Application number: KR1020210143347A
Authority: KR
Inventors: 이준배; 김범식
Original assignee: (주)부흥산업사
Priority date: 2021-10-26
Filing date: 2021-10-26
Publication date: 2023-06-14
Also published as: KR20230059304A

Abstract

본 발명은 복합 냉동사이클에 관한 것으로, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하고, 압축, 응축, 팽창 과정을 거쳐 증발기로부터 주위의 열을 흡수하는 냉동사이클에 있어서, 상기 냉동사이클을 통상적인 과정으로 순환하는 제1 냉매; 및 상기 제1 냉매가 액화된 상태에서 제1 냉매에 물리적으로 압력에 비례하여 용해될 수 있는 제2 냉매를 포함하며; 상기 제1 냉매가 응축기를 통과하며 액화됨과 동시에 상기 제2 냉매는 액화된 상기 제1 냉매에 용해되는 것을 특징으로 하는 복합 냉동사이클을 제안한다.

Description

복합 냉동사이클 및 그 장치{Combined Refrigeration Cycle And Apparatus Thereof}

본 발명은 복합 냉동사이클 및 그 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 초임계 상태가 아닌 일반적인 냉동사이클 상황에서 GWP를 최대한 낮추고, 압축 시는 단일 기체상을 압축함으로써 압축기 문제와 에너지 사용의 문제를 해결함과 동시에 가연성 냉매를 사용하는 경우에는 가연성 문제를 완화하거나 해소할 수 있는 복합 냉동사이클 및 그 장치에 관한 것이다.

종래에 냉매로 주로 사용되어 오던 프레온(CFC) 가스가 오존층을 파괴하는 물질임이 밝혀진 이래, 이에 대한 규제가 강화되고 대체용인 수소염화불화탄소(HCFC) 조차도 몬트리올 의정서에 기초하여 2040년까지는 완전히 사용금지 하기로 되어 있다.

이에 이산화탄소, 암모니아 등의 자연 냉매를 사용한 연구가 많이 진행되고 있으나, 이산화탄소의 경우에는 고압축비가 요구되어 일부제품이나 특정 자동차 회사만이 특정모델에 적용한 제품이 한정적으로 출시되고 있으며, 암모니아 또한 부식성으로 인해 그 사용이 제한적인 상황이다.

또한, 여러 가지 냉매의 다양한 조합을 사용한 혼합 냉매가 연구되고 사용되고 있으나 원천적으로 GWP(Global Warming Potential, 지구온난화지수)가 낮지 않은 냉매들의 조합으로 그 효율은 증가하지만 GWP는 획기적으로 낮추지는 못하고 있는 실정이다.

최근 대체 냉매로써 각광받는 HFO 계열의 냉매인 R1234yf는 최근 신차에 적용되기 시작된 신냉매로써 GWP가 4로 매우 낮으나 그 가격이 수배~10배에 이르는 가격 부담이 있고, 기존 냉매인 R134a 보다 덜 효율적이며 새로운 시스템 설계는 이러한 효율을 보완하기 위한 추가 장치를 포함해야 한다.

따라서, 새롭게 개발 및 출시되기 시작한 전기자동차의 히트펌프 시스템의 경우에는 그 효율이 적합하지 않아 최근에는 자연냉매 중의 하나인 R290(프로판)을 이용한 히트펌프 및 열관리 통합 시스템이 활발히 개발되고 있는 실정이다.

그러나 주지하는 바와 같이 R290은 자연냉매로서 GWP가 3으로 매우작고 효율이 좋으나 미국공조냉동공학회(ASHRAE) 안전그룹 분류에서 가연성에 해당하는 A3 그룹으로 그 취급이 어려워서 각종 부품 및 시스템 개발에 상당한 시간이 걸리고 있다.

또한, 이산화탄소를 사용하는 냉동사이클은 25℃에서 액화압력이 65 바(bar)에 이르는 고압이 필요하므로, 이를 완화하는 여러 가지 방법이 제안되고 있으나 실용화되고 있지는 못하는 실정이다.

관련 선행문헌으로 특허문헌 1(대한민국 등록특허 제10-1718421호(2017.03.24.))에서는 이온성 액체에 이산화탄소를 용해시켜 기화열을 사용하는 방법으로 비교적 저압으로 운용이 가능한 코플루이드(Co-Fluid)방식을 사용한 방법 및 장치를 기술하고 있으나, 본질적으로 액상과 기상의 두 가지 상의 물질을 동시에 압축해야 하므로 두 대의 압축기 사용에 관한 문제와 과도한 에너지 사용의 문제가 있었다.

또한, 관련 선행문헌으로 특허문헌 2(대한민국 공개특허 제10-2021-0045398호(2021.04.26.))에서는 냉매 조성물에 관한 것을 개시하고 있으며, 전기자동차를 위한 이산화탄소관련 냉동사이클로, R32 등과 이산화탄소를 혼합하여 초임계사이클(supercritical cycle)로 운용하여 냉동시스템의 효율을 개선하는 동시에 R32의 GWP가 675인 것을 이산화탄소를 혼합함으로써 EU F-가스 지침에서 설정한 GWP 한계인 150으로 낮추는 내용을 제안한다.

또한, 미연성인 R32를 불연성 수준까지 만들 수 있는 장점이 있으나 초임계 사이클이 가지는 시스템의 정교함과 복잡성은 이러한 많은 장점을 가짐에도 불구하고 실용화시에 많은 비용을 필요로 하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1718421호(2017.03.24.) 대한민국 공개특허 제10-2021-0045398호(2021.04.26.)

C.S. Choudhari et.al., Performance investigation of Natural refrigerant R290 as a substitute to R22 in Refrigeration systems. Energy Procedia 109 (2017) 346-352

따라서 본 발명은 상기의 문제점을 해소하고자 발명한 것으로, 본 발명의 목적은 초임계 상태가 아닌 일반적인 냉동사이클 상황에서 GWP를 최대한 낮추고, 압축 시 주 냉매인 제1 냉매와 보조 냉매인 제2 냉매를 단일 기체상을 압축함으로써 압축기 문제와 에너지 사용의 문제를 해결하며, 가연성 냉매를 사용하는 경우에는 가연성 문제를 완화하거나 해소할 수 있는 복합 냉동사이클 및 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 단일 기체상 압축된 제1 냉매와 제2 냉매를 응축 과정에서 제1 냉매에 제2 냉매가 용해될 수 있도록 냉동사이클의 구성하여 적은 비용으로 실용화 할 수 있는 복합 냉동사이클 및 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명의 복합 냉동사이클 및 그 장치는, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하고, 압축, 응축, 팽창 과정을 거쳐 증발기로부터 주위의 열을 흡수하는 냉동사이클에 있어서, 상기 냉동사이클을 통상적인 과정으로 순환하는 제1 냉매; 및 상기 제1 냉매가 액화된 상태에서 제1 냉매에 물리적으로 압력에 비례하여 용해될 수 있는 제2 냉매를 포함하며; 상기 제2 냉매는, 상기 제1 냉매가 응축기를 통과하며 액화됨과 동시에 액화된 상기 제1 냉매에 용해되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 제1 냉매는, R22, 디플루오로메탄(R32), 프로판(R290) 및 이소부탄(R600a) 중 어느 하나이며; 상기 제2 냉매는, 이산화탄소(R744)인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 제1 냉매에 상기 제2 냉매는 10 내지 20 w%가 용해되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하고, 압축, 응축, 팽창 과정을 거쳐 증발기로부터 주위의 열을 흡수하는 냉동장치에 있어서, 상기 냉동 장치를 통상적인 냉동사이클 과정으로 순환하는 제1 냉매; 및 상기 제1 냉매가 액화된 상태에서 제1 냉매에 물리적으로 압력에 비례하여 용해될 수 있는 제2 냉매를 포함하며; 상기 제2 냉매는, 상기 제1 냉매가 응축기를 통과하며 액화됨과 동시에 액화된 상기 제1 냉매에 용해되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 복합 냉동장치는, 응축기 배관의 중간부 이후부터 후단부에 라인믹서를 삽입하여 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한 바람직하게는, 상기 복합 냉동장치는, 상기 응축기의 출력측과 팽창밸브 입력측 사이에 라인믹서가 삽입된 관을 설치하여 구비되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 초임계 상태가 아닌 일반적인 냉동사이클 상황에서 GWP를 최대한 낮추고, 압축 시 주 냉매인 제1 냉매와 보조 냉매인 제2 냉매를 단일 기체상을 압축함으로써 압축기 문제와 에너지 사용의 문제를 해결하며, 가연성 냉매를 사용하는 경우에는 가연성 문제를 완화하거나 해소할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따르면, 단일 기체상 압축된 제1 냉매와 제2 냉매를 응축 과정에서 제1 냉매에 제2 냉매가 용해될 수 있도록 냉동사이클의 구성하여 적은 비용으로 실용화 할 수 있는 효과를 가진다.

또한, 본 발명에 따르면 제1 냉매의 증발 잠열보다 제2 냉매의 증발 잠열이 큰 경우 에너지 효율이 증가하는 효과를 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 냉동사이클의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 냉동사이클의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 냉동사이클의 구성을 나타내는 도면이다.

본 발명의 동작상 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부도면 및 첨부도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 구성 및 작용을 상세히 설명하면 다음과 같다. 여기서, 각 도면의 구성요소들에 대해 참조부호를 부가함에 있어 동일한 구성요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호로 표기되었음에 유의하여야 한다.

하기 실시예는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명에 따른 복합 냉동사이클의 개략적인 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 복합 냉동사이클의 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 복합 냉동사이클의 구성을 나타내는 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 복합 냉동사이클은 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(110), 응축기(120), 팽창밸브(130) 및 증발기(140)를 포함하고, 압축, 응축, 팽창 과정을 거쳐 증발기로부터 주위의 열을 흡수하는 냉동사이클로, 상기 냉동사이클을 통상적인 과정으로 순환하는 제1 냉매(10) 및 상기 제1 냉매(10)가 액화된 상태에서 제1 냉매(10)에 물리적으로 압력에 비례하여 용해될 수 있는 제2 냉매(20)를 포함하며, 제2 냉매(20)는 제1 냉매(10)가 응축기(120)를 통과하며 액화됨과 동시에 액화된 제1 냉매(10)에 용해되는 것을 특징으로 한다.

즉, 주 냉매인 제1 냉매(10)에 보조 냉매인 제2 냉매(20)가 기체상태로 압축기(110)로 들어가서 동시에 동일 압력으로 압축되며, 주 냉매를 기준으로 형성된 냉동사이클이므로 압축된 기체들은 응축기(120)를 통과하면서 열을 방출하게 된다. 응축기(120) 전단부에서는 주 냉매는 액화되기 시작하고 보조 냉매는 이러한 압력과 온도에서는 단일 사용시에는 액화되지 않고 기체상태를 유지하게 된다.(보조 냉매인 이산화탄소는 상온에서 최소 65bar의 압력이 필요하며, 통상 냉동사이클에서는 15~20bar 대의 압력이므로 액화되지 않음) 그러나, 응축기(120) 일정 부분 이후부터 열방출에 따라 제1 냉매(10)가 액화되기 시작하면 제2 냉매(20)는 액화된 제1 냉매(10)에 용해되기 시작한다. 용해과정은 발열과정으로 용해에 따른 추가적인 열이 응축기(120)를 통해 방출된다. 응축기(120) 후단부에 이르면 제1 냉매(10)에 제2 냉매(20)는 완전히 용해되며, 이러한 완전한 용해가 일어나도록 주어진 운전압력 하에서 제1 냉매(10)에 대한 제2 냉매의 용해도를 미리 측정하여 제1 냉매(10)와 제2 냉매(20)의 최적의 혼합비를 결정한다.

이어서, 액화된 제1 냉매(10)와 제2 냉매(20)는 팽창밸브(130)를 통해 압력과 온도가 강하된 후, 증발기(140)로 분사되며, 증발기(140)를 거치면서 주위의 열을 흡수하게 되며, 증발기(140)를 통해 제1 냉매(10)와 제2 냉매(20)는 다시 기화된다. 실험에 의하면 제2 냉매(20)가 기화되는 과정에서 제1 냉매(10)보다 우선하여 팽창함에 따라 제1 냉매(10)의 팽창을 보조하는 효과가 발생하여 보다 빠른 시간 모든 액화상태의 냉매가 기체상태로 기화할 수 있는 효과가 있다.

기화된 제1 냉매(10)와 제2 냉매(20)는 다시 압축기(110)로 들어가게 되고 또다시 일정 동일한 압력으로 압축되어 사이클이 반복되게 된다.

주 냉매인 제1 냉매(10)와 보조 냉매인 제2 냉매(20)의 조합은 제1 냉매(10)는 액화되고 제2 냉매(20)는 기체상태를 유지하는 조합으로 냉매를 형성할 수 있다.

종래 기술에서 이온성액체는 이산화탄소를 최대한 용해시킬 수 있는 조합을 선택하였다. 이것은 이산화탄소의 이온성액체에 대한 기화열을 이용하는 것이 본질이기 때문이다. 일반적으로 이것은 물리적인 용해로 알려져 있으며 용해도는 압력에 비례한다.

이와 동일한 작용에 기초하여 주 냉매인 제1 냉매(10)는 응축기(120)를 통과하면서 액화됨에 따라 보조 냉매인 제2 냉매(20)는 액화된 냉매에 최대한 용해될 수 있어야 한다.

따라서, 제2 냉매(20)를 R744(이산화탄소)로 사용하는 경우에 R1234yf와 같은 경우에는 실험에 의하면 용해성이 거의 없으므로 사용될 수 없으며, 본원발명에서는 주 냉매인 제1 냉매(10)는, R22, 디플루오로메탄(R32), 프로판(R290) 및 이소부탄(R600a) 중 어느 하나이며, 제2 냉매(20)는, 이산화탄소(R744)인 것을 특징으로 한다.

실험에 의하면 통상적인 냉동사이클의 운전압력인 15~25bar 수준에서 제1 냉매(10)에 상기 제2 냉매(20)는 10 내지 25 w%가 용해되는 것으로 나타났으며, 이것은 운전사이클의 온도에 따라서도 일부 달라지게 된다. R744의 액화상태인 R32, R22, R290의 용해도는 10~20 w%로 비슷하게 나타났으며, 특히 R22에 대한 용해도는 10~30 w%로 더욱 큰 것으로 나타났다.

이와같이, 주 냉매인 제1 냉매(10)가 응축기(120)를 통과하면서 액화됨에 따라 기체상태인 보조 냉매인 제2 냉매(20)는 주어진 압력에서 점차 액화된 제1 냉매(10)에 용해된다. 이 과정은 발열과정으로 발열량은 응축기(120)를 통해 동시에 방출되게 된다.

또한, 실험에 의하면 냉동기의 용량과 냉장/공조 공간 사이즈에 따른 다양한 사이즈의 압축기(110)-응축기(120) 조합이 있을 수 있으므로, 종래 최적설계된 응축기(120)를 그대로 사용하는 경우에도 제2 냉매(20)가 제1 냉매(10)에 충분히 용해될 수 있는 경우가 있었고, 반면에 응축기(120)를 통과하는 데에 시간적으로 충분하지 않아 종래에 최적설계된 응축기(120) 내에서 충분히 보조 냉매인 제2 냉매(20)가 용해되지 않는 경우도 있었다. 이러한 경우에는 응축기(120)의 후단 길이를 길게 형성하여 용해될 수 있도록 하거나 도 2에 도시된 바와 같이, 응축기(120) 배관의 중간부 이후부터 후단부에 라인믹서(150, line mixer)를 삽입하여 구비하도록 하여, 제2 냉매(20)가 액화된 제1 냉매(10)에 보다 잘 용해되도록 할 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래에 제1 냉매(10)에서 최적설계된 응축기(120)를 그대로 사용하는 경우에는 응축기(120)의 출력측과 팽창밸브(130) 입력측 사이에 라인믹서(150, line mixer)가 삽입된 관을 설치하여 구비되도록 하여, 제2 냉매(20)가 액화된 제1 냉매(10)에 보다 잘 용해되도록 할 수 있다.

라인믹서(150, line mixer)는 응축기(120) 배관의 길이방향을 따라 회전하는 형태의 플레이트(미도시)가 복수개 구비될 수 있으며, 서로 인접하는 플레이트는 인접한 단부가 소정의 각도로 회전하여 어긋나게 결합될 수 있다.

또한, 라인믹서(150)는 응축기(120) 배관에서 냉매가 유동하는 유로를 가로지르는 플레이트(미도시)가 배관의 길이방향을 따라 회전하는 형태로 형성될 수 있다.

또한, 라인믹서(150)는 응축기(120) 배관에서 냉매가 유동하는 유로에 복수개의 플레이트가 적층된 형태의 적층 플레이트가 구비될 수 있으며, 서로 인접하는 적층 플레이트(미도시)는 인접한 단부가 소정의 각도로 회전하여 어긋나게 결합될 수 있다.

따라서, 라인믹서(150)는 다양한 형태로 적용되어 구비될 수 있음은 물론이다.

액화된 제1 냉매(10)와 제2 냉매(20)는 모두 팽창밸브(130)를 통과한 후 증발기(140)를 거치면서 주위의 열을 흡수하게 되는데, 제1 냉매(10)는 통상적인 냉동사이클에서의 잠열인 엔탈피 변화량 만큼 열을 흡수하게 되며, 제2 냉매(20)는 액화된 제1 냉매(10)에서 기화하며 거의 증발잠열과 비슷한 수준의 열을 흡수하게 된다.

이때, 제2 냉매(20)의 이산화탄소(R744)의 경우는 녹는점에서는 엔탈피 변화량이 348 kJ/kg이고 냉동사이클 동안의 온도에서는 대략 170-300kJ/kg 정도의 엔탈피 변화량을 가지는 기화열을 흡수하게된다. 이것은 통상적인 냉매의 증발잠열이 공조용으로 사용되는 경우에 5℃에서 R22가 대략 170 kJ/kg, R32가 260 kJ/kg, R1234yf가 196 kJ/kg 그리고 R744가 250kJ/kg 정도인 것을 감안하면 비슷하거나 높은 수준임을 알 수 있으며, R290의 경우에는 300kJ/kg 이상의 높은 증발잠열을 가지므로 이론적으로는 효율이 약간 낮을 수 있음을 알 수 있다. 그러나, 실제 실험에 의하면 상술한 바와 같이 제2 냉매(20)인 R744가 우선 빠르게 기화되면서 제 1 냉매(10)의 기화를 추가로 돕는 상승효과를 가지는 결과가 나타나 R22와 R32보다는 증발잠열 차이에 따른 나은 효율을 보여주며, R290의 경우와도 거의 차이가 없는 효율을 보여주게 된다. 실제 시중 제품에 제1 냉매(10)인 R32 주입량의 10w% 를 제2 냉매(20) R744로 주입하고 R32의 15%를 제거한 후, 동일한 압축기 압력 20바를 가한 후 팽창부 후단의 온도를 측정하면 제1 냉매(10) 만을 사용한 경우는 1.3~2.1℃인 반면, 제2 냉매(20)를 사용하는 경우는 -1.0~0.5℃로 보다 효율이 좋음을 알 수 있고, R22를 사용하여 R744를 혼합하는 경우는 증발잠열 차이에 의해 팽창부 후단의 온도 차이가 3~4℃에 이르는 좋은 효율을 보였다.

따라서, 본 발명에 따른 실시예에서는 종래발명과 같이 이온성액체를 매개체로하여 이산화탄소를 용해시켜 순환시키거나, R32를 보조냉매로 사용하여 우선적으로 제 1 냉동사이클을 형성하고, 형성된 제1 냉동사이클을 사용하여 제2 냉동사이클의 이산화탄소 냉매를 냉각시켜 상대적인 저압상태에서 액화시키는 종래의 복잡한 냉동사이클을 사용하지 않고, 단지 보조냉매인 이산화탄소가 주 냉매가 액화된 상태에서 보조냉매가 용해가 가능한 조합인 주 냉매를 선택하고 혼합하여 냉동사이클을 형성함으로써 응축기를 통과하며 액화된 주 냉매에 보조 냉매인 이산화탄소가 물리적으로 용해됨으로써 액화가 가능한 냉동사이클을 형성하는 것을 특징으로 한다.

팽창기(130)를 통과하여 팽창한 주 냉매인 제1 냉매(10)와 보조냉매인 제2 냉매(20)인 이산화탄소는 완전히 기화하며 열을 흡수하고 저압으로 다시 압축기의 입력측으로 들어가고 냉동사이클은 반복되게 된다.

종래의 이산화탄소를 사용하는 냉동사이클은 복잡하거나 압축기가 두 대이거나 초임계 상태에서 순환되거나 별도의 시스템을 필요로 하나 본 발명에 따른 복합 냉동사이클을 사용한 시스템은 종래의 시스템과 동일한 시스템을 사용하므로 적용이 쉽고 간단한 수정에 의해 대량생산이 가능한 효과를 가진다.

또한, 혼합된 보조냉매인 이산화탄소의 비율만큼 GWP가 감소할 수 있다.

예를 들어 주 냉매:보조냉매를 0.75:0.15 비율로 섞는 경우를 보면 R32 냉매의 GWP는 675의 값을 가지고 이산화탄소의 GWP는 1 이므로, 0.75*675+(0.15*1) = 506.4로 감소하며, 실제로는 R744의 운전압력 상승으로 R32는 대략 70%만을 사용하므로 GWP는 472.65까지 떨어지게 된다. 이러한 비율로도 동일하거나 보다 나은 효율을 가진 사이클을 이루게 된다. R290 냉매의 GWP는 3 이므로 R290과 이산화탄소를 섞는 경우에는 2.4로 떨어지게되므로 GWP를 감소할 수 있다.

또한, 불연성인 보조 냉매를 가연성인 주 냉매와 혼합하는 경우에는 혼합 기체의 가연성을 떨어뜨려 미연성이 되게 하거나 첨가 비율에 따라 불연성이 되게 할 수 있는 효과를 가진다. 따라서, R290과 R744를 혼합하여 싸이클을 구성하는 경우에는 가연성을 완화시키는 효과가 있다.

R290 냉매는 상업용이나 가정용의 경우에 유럽이나 중국에서 사용되나 국내에서는 가연성 때문에 거의 사용되지 않았으나, 본 발명을 통해 현재 전기자동차용으로 개발중인 R290(프로판) 냉매의 가연성에 대한 단점을 크게 완화할 수 있는 것으로 그 의미가 크다고 할 수 있다. 즉, 종래 논문(비특허문헌1)에 의하면 R22보다 R290의 효율이 매우 우수하며, 최근 전기자동차의 경우 전체 열관리 효율로 인하여 R1234yf에서 R290으로 옮겨가는 추세에 있으나 가연성으로 인하여 그 출시가 늦어지고 있는 현실이다. 따라서, 본 발명에 의한 제2 냉매(20)로서 R744를 첨가하여 사용하는 경우에는 효율적인 면에서는 매우 유리하다고는 볼 수 없으나 가연성을 떨어뜨린다는 데에서는 중요한 의미를 찾을 수 있다.

따라서, 본 발명에 따르면, 초임계 상태가 아닌 일반적인 냉동사이클 상황에서 GWP를 최대한 낮추고, 압축 시 주 냉매인 제1 냉매와 보조 냉매인 제2 냉매를 단일 기체상을 압축함으로써 압축기 문제와 에너지 사용의 문제를 해결하며, 가연성 냉매를 사용하는 경우에는 가연성 문제를 완화하거나 해소할 수 있는 효과를 가진다.

본 발명의 실시예에서는 복합 냉동사이클에 관하여, 설명하였으나 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

10: 제1 냉매
20: 제2 냉매
101: 냉매 이송라인
110: 압축기
120: 응축기
130: 팽창밸브
140: 증발기

Claims

압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하고, 압축, 응축, 팽창 과정을
거쳐 증발기로부터 주위의 열을 흡수하는 냉동사이클에 있어서,
상기 냉동사이클을 통상적인 과정으로 순환하는 제1 냉매; 및
상기 제1 냉매가 액화된 상태에서 제1 냉매에 물리적으로 압력에 비례하여
용해될 수 있는 제2 냉매를 포함하며;
상기 제1 냉매와 제2 냉매는 단일 기체상 압축되며;
상기 제2 냉매는, 상기 제1 냉매가 응축기를 통과하며 액화됨과 동시에 액화
된 상기 제1 냉매에 용해되며;
상기 제1 냉매는 증발하면서 열을 흡수하고, 상기 제2 냉매는 액화된 제1 냉매에서 기화하며 열을 흡수하는 것을 특징으로 하는 복합 냉동사이클.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 냉매는,
R22, 디플루오로메탄(R32), 프로판(R290) 및 이소부탄(R600a) 중 어느 하나이며;
상기 제2 냉매는, 이산화탄소(R744)인 것을 특징으로 하는 복합 냉동사이클.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 냉매에 상기 제2 냉매는 10 내지 20 w%가 용해되는 것을 특징으로 하는 복합 냉동사이클.
압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하고, 압축, 응축, 팽창 과정을
거쳐 증발기로부터 주위의 열을 흡수하는 냉동장치에 있어서,
상기 냉동 장치를 통상적인 냉동사이클 과정으로 순환하는 제1 냉매; 및
상기 제1 냉매가 액화된 상태에서 제1 냉매에 물리적으로 압력에 비례하여
용해될 수 있는 제2 냉매를 포함하며;
상기 제1 냉매와 제2 냉매는 단일 기체상 압축되며;
상기 제2 냉매는, 상기 제1 냉매가 응축기를 통과하며 액화됨과 동시에 액화
된 상기 제1 냉매에 용해되며;
상기 제1 냉매는 증발하면서 열을 흡수하고, 상기 제2 냉매는 액화된 제1 냉매에서 기화하며 열을 흡수하는 것을 특징으로 하는 복합 냉동장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 냉매는,
R22, 디플루오로메탄(R32), 프로판(R290) 및 이소부탄(R600a) 중 어느 하나이며;
상기 제2 냉매는, 이산화탄소(R744)인 것을 특징으로 하는 복합 냉동장치.
청구항 4에 있어서,
상기 제1 냉매에 상기 제2 냉매는 10 내지 20 w%가 용해되는 것을 특징으로 하는 복합 냉동장치.
청구항 4에 있어서,
상기 복합 냉동장치는,
응축기 배관의 중간부 이후부터 후단부에 라인믹서를 삽입하여 구비되는 것을 특징으로 하는 복합 냉동장치.
청구항 4에 있어서,
상기 복합 냉동장치는,
상기 응축기의 출력측과 팽창밸브 입력측 사이에 라인믹서가 삽입된 관을 설치하여 구비되는 것을 특징으로 하는 복합 냉동장치.