KR19990086562A - 냉동 사이클장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동 사이클장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축기와 응축기를 연결하는 냉매관의 중도에 냉매 수용챔버가 설치된 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 냉동 사이클장치는 압축기의 출구와 응축기의 입구사이에 고압의 기체상태 냉매가 수용될 수 있도록 수용공간이 형성된 별도의 수용챔버를 마련하였다. 따라서 압축기의 초기 기동시 급격한 압력 상승을 방지하는 완충공간을 형성하게 되어, 응축기가 고효율화 되어 내용적이 작아지더라도 냉동 사이클장치가 원활하게 작동되게 하고, 이로써 응축기의 크기를 더욱 소형화 할 수 있게 된다. 또한, 이러한 냉동 사이클 장치가 분리형 공기조화기에 적용될 경우, 상기 수용챔버가 액냉매를 수용하는 수용공간의 역할을 하게되어, 냉매의 충진을 용이하게 할 수 있게 된다.

Description

냉동 사이클장치

본 발명은 냉동 사이클장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축기와 응축기를 연결하는 냉매관의 중도에 고압의 기체상태 냉매가 수용될 수 있도록 냉매 수용챔버가 설치된 냉동 사이클 장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고나 냉방장치 등에 설치되는 냉동 사이클장치는 액체상태의 냉매가 증기상태로 변화하면서 주변의 열을 흡수하고, 기체상태에서 다시 액체상태로 변화하면서 열을 방출하는 원리를 이용한 것이다. 즉, 냉매관 내부를 흐르는 냉매의 상태변화에 의한 열의 수수(授受)를 통해 냉동을 수행하는 것이다.

이러한 냉동 사이클장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 압축기(1), 응축기(2), 팽창장치(3), 그리고 증발기(4)가 냉매관(7)에 의해 차례로 연결되어 구성된다.

압축기(1)는 저온 저압의 냉매가스를 흡입하여 고온 고압으로 압축한 후 응축기(2)에 토출시키고, 응축기(2)는 이 고온 고압의 냉매가스를 열교환을 통하여 액상의 냉매로 바꾸어준다. 응축기(2)로부터 액상으로 유출된 냉매는 팽창장치(3)를 통과하면서 압력강하를 일으켜 저압의 냉매가 되며, 이러한 저압의 냉매는 증발기(4)를 거치는 동안 기체상태로 증발되면서 주위로부터 열을 흡수하여 냉방 또는 냉동 작용을 수행하게 된다.

그리고, 증발기(4)를 통과한 냉매가스는 다시 압축기(1)에 흡입되어 동일한 사이클을 반복하게 된다. 또한, 냉동 사이클장치에서는 응축기(2)와 증발기(4)의 열교환 성능을 향상시키기 위해, 주위의 공기를 응축기(2)와 증발기(4)에 송풍시키는 냉각팬(5)과 송풍팬(6)이 설치된다.

한편, 이러한 냉동 사이클장치는 냉장고나 창문형 공기조화기처럼 냉동 사이클을 이루는 구성요소의 모두가 일체의 구조물 내에 설치되기도 하지만, 실내기(8)와 실외기(9)가 구분되는 분리형 공기조화기의 경우에는 냉동 사이클장치의 일부가 실내기(8)에 설치되고, 나머지는 실외기(9)에 설치되게 된다. 즉, 실내기(8)에는 보통 증발기(4)가 설치되고, 실외기(9)에는 압축기(1), 응축기(2), 냉매 팽창장치(3) 등이 설치되게 되는데, 실내기(8)와 실외기(9)의 사이에는 냉동 사이클을 이루도록 냉매관(7)이 연결되게 된다.

그런데, 이러한 분리형 공기조화기는 제품을 출하할 때나 설치 장소가 변경될 때 실내기(8)와 실외기(9)를 분리시키게 되는데, 이 때에는 냉동 사이클장치 내부를 흐르는 냉매 모두를 실외기(9)측에 몰아 넣어두게 된다. 즉, 이 때에는 실외기(9)가 냉매를 보관하는 냉매통의 역할을 하게 되어, 실외기(9)의 응축기(2)와 일부 냉매관(7)의 내측에 고압의 액체상태 냉매가 채워지게 된다.

그러나, 최근 기술의 발전으로 응축기(2)의 열교환 효율이 높아지게 됨에 따라 응축기(2)의 크기가 작아지게 되고, 이에 따라 응축기(2)의 내 용적도 작아지게 되어, 냉동 사이클장치 내를 순회하는데 필요한 냉매의 양을 충분하게 충진시킬 수 없는 문제가 발생되었다.

또한, 이처럼 응축기(2)가 고효율화되어 내부 용적이 작아지게 되면서, 비단 분리형 공기조화기에서의 냉매 충진에 관한 문제뿐만 아니라, 일반적으로 냉동 사이클장치가 적용되는 냉동장치의 초기 기동이 원활하지 못한 문제가 있었다.

즉, 압축기(1)가 가동되면 응축기(2) 내부의 압력은 상승하게 되고, 팽창장치(3)를 통과하는 냉매량은 점차적으로 증가하게 된다. 그런데, 응축기(2)가 고효율화 되어 응축기(2)의 내부 용적이 작아지게 됨으로써, 응축기(2) 전체에 액체상태의 냉매가 단시간에 가득차게 되어 액압축이 이루어지기 때문에 응축기(2) 내부 압력이 급격하게 상승되게 된다. 이로 인해 압축기(1)의 기동에 문제가 발생되어, 냉동 사이클장치의 초기 기동이 원활하지 못하게 되는 것이다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 주 목적은 압축기와 응축기를 연결하는 냉매관의 중도에 고압 기체상태의 압축 냉매가 수용되는 수용공간을 형성함으로써, 압축기의 초기 기동시 급격한 압력 상승이 방지되는 냉동 사이클장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 응축기의 내부 용적이 작아지더라도 상기 수용공간이 형성됨으로써, 분리형 공기조화기의 경우 실외기 내에 냉동 사이클장치를 순회하는데 필요한 냉매가 모두 충진될 수 있는 냉동 사이클장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 냉동 사이클장치의 구성을 보인 도면이다.

도 2는 본 발명에 따른 냉동 사이클장치의 구성을 보인 도면이다.

도 3은 본 발명에 따른 수용챔버의 내부 구조를 보인 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 수용챔버의 다른 실시 예로, 내부에 오일분리장치가 설치된 상태를 보인 단면도이다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예로, 수용챔버가 응축기와 일체로 형성된 상태를 보인 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10: 압축기, 11: 냉매관,

12: 수용챔버, 12a: 수용공간,

12b: 구획판, 12c: 오일분리공간,

12d: 연통공, 13: 응축기,

14: 팽창장치, 15: 증발기,

16: 냉각팬, 17: 송풍팬,

20: 오일복귀관, 21: 부자장치.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 저압의 냉매를 흡입하여 고압의 냉매가스로 압축하는 압축기와, 상기 압축기와 냉매관에 의해 연결이 되며 상기 압축기로부터 압축이된 냉매가스를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기와 냉매관에 의해 연결되며 상기 응축기에 의해 응축된 액상의 냉매를 증발조건에 알맞도록 감압시키는 팽창장치와, 일측이 상기 팽창장치와 냉매관에 의해 연결되고 타측이 상기 압축기와 냉매관에 의해 연결이 되어 냉매를 증발시키는 증발기를 구비하는 냉동 사이클장치에 있어서,

상기 압축기와 상기 응축기를 연결하는 냉매관의 중도에는, 냉매의 주입시에 액상의 냉매가 수용되는 수용공간을 이루고, 냉동 사이클의 작동시에는 상기 압축기를 거친 고압의 기체상태의 냉매가 수용되는 수용공간을 이루도록, 그 내부가 비어있는 소정의 크기의 수용챔버가 마련된 것을 특징으로 하는 구성이다.

이하에서는 본 발명에 따른 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 냉동 사이클장치는 도 2에 도시된 바와 같이, 냉매가스를 흡입하여 압축하는 압축기(10), 압축기(10)에 의해 압축이 된 고온 고압의 냉매를 수용하는 수용챔버(12), 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(13), 응축된 냉매를 감압시키는 팽창장치(14), 팽창된 냉매를 증발시키는 증발기(15)가 냉매관(11)에 의해 차례로 연결되어 구성된다.

압축기(10)는 전원이 인가되면 자체에 내장된 구동장치의 구동에 의해 저온 저압의 냉매가스를 흡입하여 고온 고압의 냉매가스로 압축한 후 냉매관(11)을 통해 응축기(13)에 토출한다.

응축기(13)는 압축기(10)에 의해 압축된 고온 고압의 냉매를 열교환시켜 액체상태의 냉매로 바꾸어준다. 이 때 응축기(13)에서의 열교환은 자연대류에 의한 열교환과 강제대류, 즉 냉각팬을 이용한 열교환으로 나누어지는데, 본 실시 예에서는 냉각팬(16)을 사용하는 강제대류 방식이 적용된다.

팽창장치(14)는 응축기(13)로부터 액상으로 유출된 냉매를 감압시켜 증발조건에 알맞은 무화상태의 냉매로 만들어준다. 이러한 팽창장치(14)는 통상의 자동팽창밸브나 모세관이 채용됨으로써 용이하게 구현되는데, 본 실시 예에서는 모세관이 적용된다.

팽창장치(14)를 거친 저압의 냉매는 증발기(15)를 거치는 동안 기체상태로 증발되면서 주위로부터 열을 흡수하여 냉방 또는 냉동 작용을 수행하게 된다. 이러한 증발기(15)에는 상기 응축기(13)와 마찬가지로 주위 공기를 강제로 순환시키는 송풍팬(17)이 설치된다.

한편, 본 발명에 따른 냉동 사이클장치는 상기 압축기(10)와 응축기(13)를 연결하는 냉매관(11)의 중도에 고온 고압의 기체상태의 냉매를 수용할 수 있도록 냉매 수용챔버(12)가 설치된다. 이 냉매 수용챔버(12)는 본 발명의 특징적인 요소로, 최근 기술의 발전으로 응축기(13)의 열교환 효율이 높아지고, 이에 따라 응축기(13)의 내 용적이 크게 적어지면서 발생되는 냉매 충진의 문제와 냉동 사이클 내의 압력상승의 문제들을 해결할 수 있도록 한 것이다.

도 3을 참조하면, 수용챔버(12)는 일단부가 압축기(10)의 출구쪽에서 연장이된 냉매관(11a)과 연결이 되고, 타단부가 응축기(13)의 입구쪽에서 연장이된 냉매관(11b)과 연결이 된다. 그리고 수용챔버(12)의 내측은 비어있는 수용공간(12a)으로 구성되어, 이 빈 공간(12a)에 압축기(10)에서 압축이 된 고압의 기체상태 냉매가 채워지게 된다. 이러한 내용을 하기의 표 1을 참조하면서 그 구성을 상세히 설명한다.

하기 표 1은 냉동 사이클의 냉방능력과 에너지효율의 측면에서 동일한 결과치를 얻을 수 있는 최근의 고효율 응축기(13)를 종래의 것과 대비한 것이다.

구 분	종래 응축기의 적용시	고효율 응축기의 적용시	비 고
		비교예 1		비교예 2
냉매의 충진량(g)	1,700	900	800
냉동 사이클에 들어가는액냉매 체적(㏄)	1,452	769	683	30℃에서
응축기 내용적(㏄)	2,928	780	640
액냉매체적／응축기내용적(％)	49.6	98.6	107

표 1에 나타낸 바와 같이, 냉방능력과 에너지효율이 동일할 때 종래의 냉동 사이클에 적용되었던 응축기(13)는 내용적이 2,928㏄ 인데 반하여, 최근의 고효율응축기(13)는 660∼780㏄로 줄어들게 되고, 이에 따라 냉동 사이클에 들어가는 액냉매의 양도 1454㏄에서 683∼769㏄로 줄어들게 된다.

그런데, 응축기(13)의 내용적이 크게 줄어들어 냉매의 소요량 및 응축기(13)의 크기가 크게 줄어든 반면에, 응축기(13)의 내부에 액냉매가 채워질 때, 그 내부 공간을 점유하는 비율은 종래의 49.6 %에서 98.6∼107 %로 크게 증가되게 된다. 즉, 응축기(13) 내의 여유공간이 크게 감소하게 된 것이다.

따라서, 냉동 사이클에서 압축기(10)가 가동되면 응축기(13)의 내부에는 액체상태의 냉매가 단시간에 가득차게 되어 액압축이 이루어지게 됨으로써, 응축기(13)의 압력이 급격하게 상승되게 된다. 그런데 이러한 문제는 본 발명에 따른 냉매 수용챔버(12)가 설치되어 여유공간이 형성됨으로써 모두 해결되게 된다. 즉, 냉매 수용챔버(12)는 최초로 냉동 사이클이 가동되어 안정된 상태에 이르는 동안 압력상승을 방지하는 완충공간의 역할을 수행하게 된다.

또한, 냉매 수용챔버(12)는 분리형 공기조화기에서의 냉매 충진이 용이하도록, 냉매가 수용되는 수용공간을 형성하게 된다. 즉, 실내기(18)와 실외기(19)가 분리되는 분리형 공기조화기는 제품의 출하시나 설치 장소 등이 변경될 때 실내기(18)와 실외기(19)를 분리시키게 되고, 이 때에는 냉동 사이클장치의 내부에 흐르는 냉매 모두를 응축기(13)가 설치된 실외기(19)측에 액체상태로 압축시켜 몰아 넣어두게 된다. 따라서, 이 때에는 냉매 수용챔버(12)가 여유공간의 역할을 하게 되어 응축기(13)의 내부용적이 냉매를 충진시키기에 부족하다 하더라도 이를 보상해 줄 수 있게 된다.

또한, 수용챔버(12)는 초기에 압축기(10)가 가동될 때 압력상승이 방지되도록 여유있는 크기로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 표 1에서 비교예 1의 수치를 참조하여 설명하면, 응축기(13)의 내용적이 780㏄일 때, 냉동 사이클 전체에 소요되는 액냉매의 체적은 769㏄가 되어 응축기(13)의 내부에 이 액냉매가 모두 채워질 경우, 공간의 점유율이 98,6%에 달하게 된다. 따라서 액냉매의 점유율을 종래의 49.6%, 즉 50% 내외로 맞추어 주기 위해서는 액냉매량이 769㏄일 때 응축기(13)와 수용챔버(12)의 내부용적을 합한 크기가 1550㏄ 내외가 되는 것이 바람직하다. 따라서 이 때에는 응축기(13)의 내용적이 780㏄이므로, 수용챔버(12)의 내용적이 770㏄ 내외가 되게 된다. 즉, 응축기(13)의 내용적이 적어지더라도 수용챔버(12)가 이를 보상해 주게되어 종래와 같은 효과를 얻을 수 있게 된다. 여기에서는 종래와 비교하여 수용챔버(12)의 크기를 설명을 하였으나, 실제로 수용챔버(12)는 이보다 크게 형성되거나 적게 형성된다하더라도 냉동 사이클의 작동에는 크게 문제가 되지 않는다.

또한, 상기 수용챔버(12)의 설치위치는 반드시 압축기(10)의 출구와 응축기(13)의 입구사이에 설치되어야 한다. 수용챔버(12)가 단지 냉매를 주입하기 위한 수용공간으로써의 역할만을 수행한다면 압축기(10)의 입구나 응축기(13)의 출구도 가능하다.

그러나, 수용챔버(12)가 압축기(10)의 입구에 설치될 경우에는 압축기(10)에 액냉매가 유입되게 되어 최초 기동이 어렵게 된다. 또한, 수용챔버(12)가 응축기(13)의 출구에 설치될 경우에는 냉동 사이클의 가동시 액상을 유지하게 되어, 기존의 수액기(미도시)와 동일한 역할을 수행하게 되므로, 여기에 설치를 하게 되면, 냉동 사이클의 냉매 주입량이 수용챔버(12)의 크기에 비례하여 증가하게 되는 결과를 초래하게 된다.

따라서 수용챔버(12)는 압축기(10)와 응축기(13)의 사이에 설치되는데, 이 곳은 냉동 사이클의 작동시 기체상태의 영역이기 때문에 수용되는 냉매량이 얼마되지 않아 냉매 주입량도 크게 늘지 않게 되고, 냉매의 충진시에는 응축기(13)와 더불어 액냉매의 일부가 수용될 수도 있게 되는 것이다.

도 4는 본 발명의 다른 실시 예를 도시한 것으로, 수용챔버(12)의 내부 일측에 오일을 분리하는 오일분리장치가 마련된 것이다. 오일분리장치는 압축기(10)가 작동될 때 압축기(10)의 크랭크실에 마련된 오일이 압축 기체와 함께 펌프되어 나오게 되는데, 이 오일을 분리하여 압축기(10)로 다시 돌려보내기 위한 것이다.

이를 위하여 수용챔버(12)에는 구획판(12b)이 설치되어, 내부 공간이 오일을 분리하는 오일분리공간(12c)과 압축냉매를 수용하는 수용공간(12a)으로 구분되게 된다. 이 때 구획판(12b)의 상측에는 이 두 공간을 연통시키는 연통공(12d)이 형성되어 오일분리공간(12c)을 경유한 냉매가 수용공간(12a)으로 흐르게 된다. 오일분리공간(12c)에는 압축기(10)의 출구쪽의 냉매관(11)이 내부로 연장이 되고, 또한 압축기(10) 크랭크실과 연통이된 오일복귀관(20)이 세워서 설치된다.

이 오일복귀관(20)은 그 단부가 오일분리공간(12c)의 하단부에 위치되게 되고, 또 오일복귀관(20)의 단부에는 오일복귀관(20)의 단부를 개폐하는 부자(floating)장치(21)가 설치된다. 따라서 오일분리공간(12c)에 오일이 분리되어 쌓이게 되면, 부자장치(21)에 의해 오일복귀관(20)의 단부가 열리게 되고, 이 때 오일분리공간(12c)의 내부 압력에 의해 오일이 압축기(10)의 크랭크실 쪽으로 흘러가게 된다. 즉, 냉매는 수용공간(12a)쪽으로 흐르게 되고, 오일은 분리되어 압축기(10)로 돌아가게 되는 것이다. 이러한 오일분리장치는 커다란 상업용 시설에 적용되는 냉동 사이클에 주로 설치된다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시 예를 도시한 것으로, 냉매를 수용하는 수용챔버(12)가 응축기(13)와 일체로 구성된 것이다. 즉, 응축기(13)의 입구부에 압축 냉매가 수용되는 수용챔버(12)가 설치되어 냉매의 응축과 더불어 여유공간 및 냉매 충진공간을 형성하게 된 것이다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉동 사이클장치는 압축기의 출구와 응축기의 입구사이에 냉매가 수용될 수 있는 별도의 수용챔버를 마련하였다. 따라서 압축기의 초기 기동시 급격한 압력 상승을 방지하는 완충공간을 형성하게 되어, 응축기가 고효율화 되어 내용적이 작아지더라도 냉동 사이클장치가 원활하게 작동되게 하고, 이로써 응축기의 크기를 더욱 소형화 할 수 있는 이점이 있다. 또한, 이러한 냉동 사이클 장치가 분리형 공기조화기에 적용될 경우, 상기 수용챔버가 액냉매를 수용하는 수용공간의 역할을 하게되어, 실외기 내에 냉동 사이클장치를 순회하는데 필요한 액냉매를 모두 충진시킬 수 있게 된다.

Claims (3)

1. 저압의 냉매를 흡입하여 고압의 냉매가스로 압축하는 압축기와, 상기 압축기와 냉매관에 의해 연결이 되며 상기 압축기로부터 압축이된 냉매가스를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기와 냉매관에 의해 연결되며 상기 응축기에 의해 응축된 액상의 냉매를 증발조건에 알맞도록 감압시키는 팽창장치와, 일측이 상기 팽창장치와 냉매관에 의해 연결되고 타측이 상기 압축기와 냉매관에 의해 연결이 되어 냉매를 증발시키는 증발기를 구비하는 냉동 사이클장치에 있어서,

   상기 압축기와 상기 응축기를 연결하는 냉매관의 중도에는, 냉매의 주입시에 액상의 냉매가 수용되는 수용공간을 이루고, 냉동 사이클의 작동시에는 상기 압축기를 거친 고압의 기체상태의 냉매가 수용되는 수용공간을 이루도록, 그 내부가 비어있는 소정의 크기의 수용챔버가 마련된 것을 특징으로 하는 냉동 사이클장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 수용챔버의 내부 일측에는 냉매속에 함유된 오일이 분리되도록 오일분리공간이 구획되게 형성되고, 상기 오일분리공간에는 상기 오일분리공간에 쌓인 오일을 상기 압축기 쪽으로 복귀시키는 오일복귀관과, 상기 오일복귀관의 단부에 설치되어 상기 오일복귀관을 개폐하는 부자(floating)장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 사이클장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 수용챔버는 상기 응축기의 입구측에 설치되며, 상기 응축기와 일체로 형성된 것을 특징으로 하는 냉동 사이클장치.