KR19990074486A - 2단팽창을 이용한 냉장고 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2단팽창을 이용한 냉장고에 관한 것으로, 특히 응축기에 의해 고온고압으로 응축된 냉매를 감압시킨 다음 냉장실증발기로 사용되는 배관에 흐르는 냉매와 직접 열교환시키므로서 냉매의 과도한 과냉을 방지함과 아울러 초기운전시 냉장실증발기의 기능을 완전하게 수행할 수 있다.

본 발명은 압축기와, 응축기 및 서로 구획된 냉동실과 냉장실에 설치되어 각실에 냉기를 공급하는 냉동실증발기와 냉장실증발기를 구비한 냉장고에 있어서, 상기 응축기로부터 공급되는 고온고압의 응축된 냉매가 포화액선에 돌입하면 감압하는 제 1팽창수단; 상기 제 1팽창수단으로부터 감압된 냉매를 공급받는 제 1배관과 상기 냉동실증발기로부터 냉매를 공급받는 제 2배관과 함께 배설되고, 온도가 서로 다른 상기 제 1배관과 상기 제 2배관 사이에 열교환하며, 열교환에 의해 냉각된 냉매는 상기 제 1배관을 통해 상기 냉동실증발기측으로 공급함과 아울러, 열교환에 의해 가열된 냉매는 상기 제 2배관을 통해 상기 압축기로 공급하는 열교환부; 및 상기 열교환부의 제 1배관으로부터 열교환된 냉매를 감압하여 상기 냉동실증발기로 공급하는 제 2팽창수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

2단팽창을 이용한 냉장고

본 발명은 2단팽창을 이용한 냉장고에 관한 것으로, 특히 응축기에 의해 고압고압으로 응축된 냉매를 감압한 다음 냉장실증발기로 사용되는 배관에 흐르는 냉매와 열교환하므로서 냉매의 과도한 과냉을 방지함과 아울러 초기운전시 냉장실증발기의 기능을 완전하게 수행할 수 있도록 한 2단팽창을 이용한 냉장고에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고는 서로 구획된 냉동실과 냉장실을 구비하고 있으며, 주로 하나의 증발기를 통해 냉기를 각 실에 공급하게 된다. 또, 각 실에 증발기를 별도로 구비하는 이른바 독립냉각방식을 채용하고 있으며, 개별적으로 냉동실과 냉장실에 냉기를 공급하여 각 실의 고내온도를 제어하는 방안이 제시되에 따라 널리 이용되고 있는 실정이다. 그러한 예가 도 1에 도시되어 있다.

도 1은 종래의 2개의 증발기를 사용하는 냉장고의 구성도로서, 압축기(1)는 고온고압으로 냉매를 압축하여 응축기(2)로 공급하고, 응축기(2)는 고온고압으로 압축된 냉매를 응축하여 액상의 냉매를 모세관(3)으로 공급한다. 모세관(3)은 압축기(1)로 공급되는 입구측의 배관을 감싸며, 응축된 액상의 냉매를 감압하여 냉장실증발기(4)로 공급하고, 냉장실증발기(4)에서 증발된 냉매는 냉동실증발기(5)를 거쳐 저온저압의 상태로 다시 압축기(1)로 복귀하게 된다. 이러한 냉매의 순환과정에서의 압력-엔탈피선도를 도시하면 도 2와 같다.

이러한 독립냉각방식의 냉장고는 하나의 증발기를 사용할 때 보다 해당 실의 부하증가에 신속하게 대처할 수 있는 이점이 있는 반면, 두 개의 증발기를 사용함에 따라 압축기의 출력을 보다 증가시켜야 하는 부담이 따랐다.

이를 해소하기 위해, 근래에는 압축기의 입구측과 출구측의 온도차를 감소시키 위해 도 3에 도시한 바와 같이, 응축기의 출구측의 배관과 냉장실증발기의 배관이 서로 교차하게 배설되어 열교환을 수행하도록 하는 인터쿨러방식이 제시되었다. 즉, 응축기(12)는 압축기(11)에 의해 고온고압으로 압축된 냉매를 공급받아 응축하여 열교환부(13)의 제 1배관(13a)으로 공급한다. 제 1배관(13a)으로 공급된 고온고압의 액냉매는 열교환부(13)의 제 2배관(13b)에 흐르는 저온저압의 냉매와 열교환하여 냉각된 다음 팽창밸브(14)로 공급된다. 팽창밸브(14)로 공급된 냉매는 감압된후 냉동실증발기(15)에서 증발된 후 냉장실증발기의 역할을 수행하는 열교환부(13)의 제 2배관(13b)으로 공급된다. 제 2배관(13b)으로 공급된 냉매는 제 1배관(13a)의 고온고압의 냉매와 열교환하여 가열된 다음 압축기(11)로 다시 복귀하게 된다. 이러한 인터쿨러방식에 따른 냉매의 순환과정에서의 압력-엔탈피선도를 도시하면 도 4와 같다. 도 4에서, 압축기(11)에 의해 포화증기선(S2)의 우측의 압축과정(L1)과 응축기(12)의 응축과정(L2)을 거친 액상의 냉매는 포화액선(S1)의 경계점(E)을 통과될때, 제 1배관(13a)과 제 2배관(13b)의 온도차에 의한 열교환동작 즉, △H만큼 과냉된 다음 팽창밸브(14)에 의해 △P만큼 감압되어 진다(L3). 팽창밸브(14)에 의해 감압된 냉매는 냉동실증발기(15)와 열교환부(13)의 제 2배관(13b)을 차례로 거치면서 증발된다(L4). 냉동실증발기(15)와 열교환부(13)에는 미도시한 냉각팬에 의해 의해 열교환동작이 촉진된다.

이와 같은 인터쿨러방식의 냉장고는 열교환부(13)를 통해 과냉된 냉매를 감압함에 따라 냉동실과 냉장실에 냉기를 공급하기 위한 증발작용을 원할히 수행하는 한편, 증발된 냉매를 가열하여 압축기(11)로 공급함에 따라 압축기(11)의 출력증가를 저감할 수 있게 된다.

그러나, 종래의 인터쿨러방식의 냉장고는 초기운전시 열교환부(13)에 의한 열교환동작이 활발히 진행되지 않아 냉장실증발기의 역할을 정상적으로 수행하는데 일정시간이 소요되었다. 즉, 초기운전시 제 1배관(13a)에 고온고압의 액상냉매가 흐르는 반면, 제 2배관(13b)에는 냉동실증발기(15)를 지나온 냉매는 냉동실의 부하가 커서 냉동실의 증발작용으로 소진되어 충분히 낮은 온도의 냉매가 흐르지 않게 된다. 즉, 도 5와 같이 제 1배관(13a)의 출구측의 배관온도(A)와 제 2배관(13b)의 입구측의 배관온도(B)는 일치하는데 일정 시간(t)이 소요됨에 따라 냉장실증발기로서의 기능을 완전하게 수행하는데 저해요인이 되는 문제점이 있었다.

또, 열교환부(13)를 통해 과냉된 냉매가 액상이므로 저온저압의 증발조건에 맞도록 △P만큼 감압시키기 위해서는 기상의 냉매를 감압하는 경우에 비하여 모세관(14)의 길이가 길어지는 단점이 있었다.

본 발명의 목적은 냉동실과 냉장실에 증발기를 각각 구비하는 냉장고에서 응축기에 의해 고온고압으로 응축된 냉매를 감압시킨 다음 냉장실증발기로 사용되는 배관에 흐르는 냉매와 직접 열교환시키므로서 냉매의 과도한 과냉을 방지함과 아울러 초기운전시 냉장실증발기의 기능을 완전하게 수행할 수 있도록 한 2단팽창을 이용한 냉장고를 제공함에 있다.

도 1은 종래의기술에 따른 2개의 증발기를 사용하는 냉장고의 구성도,

도 2는 도 1에 대한 냉매의 압력-엔탈피선도,

도 3은 종래의 기술에 따른 1단팽창을 이용한 냉장고의 구성도,

도 4는 도 3에 대한 냉매의 압력-엔탈피선도,

도 5는 도 3의 열교환부에 대한 온도곡선,

도 6은 본 발명에 따른 2단팽창을 이용한 냉장고의 구성도,

도 7은 도 6에 대한 냉매의 압력-엔탈피선도,

도 8은 도 6의 열교환부에 대한 온도곡선.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1,11,21 : 압축기 2,12,22 : 응축기

13,23 : 열교환부 14 : 팽창밸브

15,25 : 냉동실증발기 24 : 제 2모세관

26 : 제 1모세관

상기와 같은 본 발명의 목적은 압축기와, 응축기 및 서로 구획된 냉동실과 냉장실에 설치되어 각실에 냉기를 공급하는 냉동실증발기와 냉장실증발기를 구비한 냉장고에 있어서, 상기 응축기로부터 공급되는 고온고압의 응축된 냉매가 포화액선에 돌입하면 감압하는 제 1팽창수단; 상기 제 1팽창수단으로부터 감압된 냉매를 공급받는 제 1배관과 상기 냉동실증발기로부터 냉매를 공급받는 제 2배관과 함께 배설되고, 온도가 서로 다른 상기 제 1배관과 상기 제 2배관 사이에 열교환하며, 열교환에 의해 냉각된 냉매는 상기 제 1배관을 통해 상기 냉동실증발기측으로 공급함과 아울러, 열교환에 의해 가열된 냉매는 상기 제 2배관을 통해 상기 압축기로 공급하는 열교환부; 및 상기 열교환부의 제 1배관으로부터 열교환된 냉매를 감압하여 상기 냉동실증발기로 공급하는 제 2팽창수단에 의하여 달성된다.

본 발명은 응축기의 출구측에 연결된 제 1팽창수단을 통해 고온고압으로 응축된 냉매를 일차적으로 감압하고, 열교환에 의해 냉각된 냉매를 제 2팽창수단을 통해 저온저압의 증발조건에 맞도록 감압하므로서 냉매의 과냉을 방지하고, 초기운전시 냉장실증발기로서의 기능을 완전하게 수행할 수 있게 된다.

본 발명의 제 1 및 제 2팽창수단은 모세관을 사용하였으나 냉매를 감압하기 위한 팽창밸브를 사용하여도 아무런 제한이 따르지 않는다.

이하, 본 발명의 바람직한 일실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 2단팽창을 이용한 냉장고의 구성도이다. 도시한 바와 같이, 본 발명은 냉매를 고온고압으로 압축하는 압축기(21)와, 고온고압으로 압축된 냉매를 응축하는 응축기(22)와, 냉동실에 냉기를 공급하는 냉동실증발기(25)을 구비한다. 또, 본 발명은 상기 응축기(22)로부터 공급되는 고온고압의 응축된 냉매가 포화액선에 돌입하면 감압하는 제 1모세관(26)과, 상기 제 1모세관(26)으로부터 감압된 냉매를 공급받는 제 1배관(23a)과 상기 냉동실증발기(25)로부터 냉매를 공급받는 제 2배관(23b)이 배설되고 제 1배관(23a)과 제 2배관(23b) 사이에 열교환이 이루어지는 열교환부(23), 및 상기 열교환부(23)의 제 1배관(23a)으로부터 열교환된 냉매를 감압하여 상기 냉동실증발기(25)로 공급하는 제 2모세관(24)을 구비한다.

상기와 같은 구성을 갖는 본 발명에 따른 2단팽창을 이용한 냉장고에 대한 작용효과를 도 6 내지 도 8에 따라 설명한다.

먼저, 상기 압축기(21)는 도 8의 압축과정(L11)에 따라 고온고압으로 압축하고, 상기 응축기(22)는 상기 압축기(21)에 의해 고온고압으로 압축된 냉매를 도 8의 응축과정(L12)에 따라 응축하고, 응축된 고온고압의 냉매를 제 1모세관(26)으로 공급한다. 상기 제 1모세관(26)은 응축된 액상의 냉매가 도 7의 포화액선(S11)의 경계점(E1)에 돌입할 때 도 7의 감압과정(L13)에 따라 △P1만큼 감압한 다음 상기 열교환부(23)의 제 1배관(23a)으로 공급한다. 상기 제 1배관(23a)의 감압된 냉매는 도 7의 열교환과정(L14)에 따라 제 2배관(23b)에 흐르는 냉매와 열교환하여 냉각된 다음 상기 제 2모세관(24)으로 공급된다. 상기 제 2모세관(24)은 열교환에 의해 냉각된 냉매를 도 7의 감압과정(L15)에 따라 증발조건에 맞도록 저온저압으로 감압한 다음 상기 냉동실증발기(25)로 공급한다. 이어, 도 8의 증발과정(L16)과 같이 상기 냉동실증발기(25)는 저온저압의 냉매를 공급받아 냉동실에 냉기를 공급하는 증발작용을 수행한 다음 상기 열교환부(23)의 제 2배관(23b)으로 공급함고 아울러, 상기 제 2배관(23b)은 상기 냉동실증발기(25)로부터 냉매를 공급받고 상기 제 1배관(23a)의 감압된 냉매와 열교환하여 가열된 다음 압축기(21)로 다시 복귀하게 된다.

상기 열교환부(23)는 제 1배관(23a)을 통해 공급되는 냉매가 전단에 설치된 상기 제 1모세관(26)을 통해 △P1만큼 감압된 상태에서 열교환동작이 이루어짐에 따라 상기 제 1배관(23a)과 제 2배관(23b) 사이의 열교환동작이 단축되어 활발해진다. 또, 냉동실증발기(25)와 열교환부(23)에는 미도시한 냉각팬에 의해 의해 열교환동작이 촉진된다.

냉장고를 초기운전하는 경우 상기 열교환부(23)의 제 1배관(23a)에는 고온고압의 액상의 냉매를 감압한 냉매가 흐르게 되고, 제 2배관(23b)에는 냉동실증발기(15)를 지나와서 충분히 차지 않은 기상의 냉매가 흐르게 된다. 이때, 상기 제 1배관(23a)의 냉매의 온도와 상기 제 2배관(23b)의 냉매의 온도 사이에는 정상운전시와 같이 활발한 열교환동작이 완전하게 이루어지기 이전의 상태이며, 이후 도 8의 냉매의 온도곡선과 같이 일정 시간(ta)이 경과한 시점 즉, 상기 제 1배관(23a)의 출구측 배관온도(A11)와 상기 제 2배관의 입구측(B11)의 배관온도가 일치하는 시점부터 열교환동작은 활발해지게 된다.

초기운전에서 정상운전에 도달하는데 소요되는 일정 시간(ta)은 종래보다 보다 단축되는데, 이는 상기 제 1모세관(26)에 의해 감압된 제 1배관(23a)의 냉매와 상기 제 2배관(23b)의 냉매의 압력차(△P2)가 상대적으로 작기 때문이다.

상기 열교환부(23)의 제 1배관(23a)과 제 2배관(23b)은 전체가 일정 시간(ta)이 경과하여 정상운전으로 전환된 경우에는 냉장실에 냉기를 공급하는 증발기의 역할을 수행하게 된다.

상기 제 1배관(23a)과 제 2배관(23b)은 서로 밀착하여 설치하는데, 바람직하게는 열의 전도를 촉진하기 위해 용접으로 고착하는 것이 바람직하다.

상기 제 2모세관(24)는 감압된 냉매를 증발조건에 맞도록 저온저압으로 감압하게 되므로 종래보다 감압의 크기가 상대적으로 줄어들며 이로 인해 모세관의 길이는 줄어 들게 된다.

이상과 같은 본 발명은 응축기의 출구측에 설치된 팽창수단에 의해 고온고압으로 응축된 냉매를 감압시키고, 감압된 냉매는 열교환을 통해 냉각한 다음 증발조건에 맞도록 저온저압으로 다시 감압한 다음 냉동실증발기와 열교환부를 차례로 거쳐 압축기로 복귀하는 냉매의 순환과정을 거치므로서 냉매의 과도한 과냉을 방지함과 아울러 초기운전시 냉장실증발기로서의 기능을 완전하게 수행할 수 있는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 압축기와, 응축기 및 서로 구획된 냉동실과 냉장실에 설치되어 각실에 냉기를 공급하는 냉동실증발기와 냉장실증발기를 구비한 냉장고에 있어서,

   상기 응축기로부터 공급되는 고온고압의 응축된 냉매가 포화액선에 돌입하면 감압하는 제 1팽창수단;

   상기 제 1팽창수단으로부터 감압된 냉매를 공급받는 제 1배관과 상기 냉동실증발기로부터 냉매를 공급받는 제 2배관과 함께 배설되고, 온도가 서로 다른 상기 제 1배관과 상기 제 2배관 사이에 열교환하며, 열교환에 의해 냉각된 냉매는 상기 제 1배관을 통해 상기 냉동실증발기측으로 공급함과 아울러, 열교환에 의해 가열된 냉매는 상기 제 2배관을 통해 상기 압축기로 공급하는 열교환부; 및

   상기 열교환부의 제 1배관으로부터 열교환된 냉매를 감압하여 상기 냉동실증발기로 공급하는 제 2팽창수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 2단팽창을 이용한 냉장고.
2. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2팽창수단은 모세관인 것을 특징으로 하는 2단팽창을 이용한 냉장고.
3. 제 1항에 있어서, 상기 열교환부의 제 1배관 및 제 2배관은 정상운전시 전체가 냉장실용 증발기로 사용되는 것을 특징으로 하는 2단팽창을 이용한 냉장고.