KR20000074465A - 냉각시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 냉동·냉장설비에 적용되는 냉각시스템에 관한 것으로서, 건식의 냉각방식에 냉매가 액체냉매 75% 가스냉매 25% 비율로 순환되게 하므로 냉각운전시에는 종래의 만액방식과 같은 높은 냉각성능을 얻을 수 있게 하고, 제상시에는 신속·원활하게 성애를 제거할 수 있게 하기 위해, 냉각운전시에는 압축기(10)로부터 토출·공급되는 냉매와 증발기(20)를 순환한 냉매가 유입되면 기·액 분리되어 기체냉매는 상기 압축기(10)로 흡입되게 하고 액체냉매는 분배기(40)를 통해 상기 증발기(10)로 공급되게 하는 기액분리실(31)과, 이 기액분리실과 구획되게 그 하부에 부설되며 제상운전시에는 상기 기액분리실(31)내로 유입된 액체냉매를 수용하여 이 액체냉매가 상기 압축기(10)와 증발기(20)로 공급되지 않게 하여주는 액냉매수용실(32)을 구비한 냉매탱크(30)를 설치하여 된 것이다.

Description

냉각시스템{a cooling system}

본 발명은 냉각시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 냉각 성능이 대폭 향상되고 성애를 제거하는 제상시간이 대폭 단축되게 한 냉각 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 냉각시스템에는 냉매 순환방식에 따라 건식과 반만액식, 만액식과 액순환식등이 있다.

상기 건식은 도 1에서 보는 바와 같이 압축기(1)로부터 토출되는 냉매기가 전자밸브(2)와 팽창밸브(3)를 거쳐 분배기(4)에서 각 분배관을 통해 냉동시설내에 설치된 증발기(5)로 공급되어 이 증발기에서 외부 열과 열교환하므로 주위를 냉각시켜 주게되며, 이러한 과정에서 기화되는 가스냉매는 압축기(1)로 흡입·압축되어 다시 증발기(5)로 공급되는 순환과정을 반복하게 된 것이다.

그러나, 이러한 건식은 증발기(5)내에 액체냉매 25% 가스냉매 75%의 비율로 순환되게 한 것으로서, 주로 공기 냉각식인 냉장고나 에어콘, 냉동고 등에 사용되며, 핫가스(hot gas) 제상방식을 채용하므로 제상시간은 단축되지만 액체냉매가 25% 이하이므로 냉각 성능이 매우 낮은 단점이 있다.

또한, 상기 반 만액식은 액체냉매 50% 가스냉매 50%의 비율로 순환되게 한 것이므로 건식과 만액식의 중간적인 냉각 성능을 발휘하게 되는데, 이를 건식에 사용하면 증발기로 공급되는 액체냉매 중 25%를 제외한 액체냉매가 그대로 압축기로 유입되기 때문에, 액 압축에 따른 압축기의 수명이 단축되므로 이를 방지하려면 냉각장치의 구조가 매우 복잡해지는 문제가 있었다.

그리고, 상기 만액식은 증발기내에 액체냉매 75% 가스냉매 25%의 비율로 순환되는 것이므로, 냉각 성능은 매우 높지만 파이프방식의 증발기에만 적용할 수 있어 건식에는 부적합하고, 또 액체냉매가 많아서 제상을 하려면 75%의 액체냉매를 회수한 후에 가능하기 때문에 제상 시간이 많이 소요되는 등의 문제점이 있었다.

또, 액 순환식은 증발기내에 액체냉매 80% 가스냉매 20%의 비율로 순환되게 한 것이므로, 증발기에서 증발되는 냉매량의 4∼6배를 액 순환펌프로 강제 순환시켜야 되기 때문에 전체 설비가 복잡하고, 시설비 및 운전비용이 많이 소요되는 등의 단점이 있다.

본 발명은, 상기와 같은 방식들의 문제점들을 감안하여 발명된 것으로서, 그 목적은 상기의 냉매 순환방식들 중에서 냉각 성능이 우수한 만액식을 이용하되 액체냉매가 그대로 압축기에 유입되지 않게 함은 물론, 증발기에 누적된 성애를 단시간 내에 신속 원활하게 제거할 수 있게 되어 제상 시간이 대폭 단축되는 냉각시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 상기와 같은 목적은, 건식의 냉각시스템에서 증발기내에 액체냉매 75% 가스냉매 25% 비율로 운전되게 하므로, 만액식에 준하는 냉각 효율을 얻을 수 있게 함과 동시에 신속한 제상이 가능하게 되는 냉각시스템을 제공함으로써 달성된다.

도 1은 종래의 건식냉각시스템의 일예를 보인 개략적인 구성도.

도 2a는 본 발명 실시예에 의한 냉각시스템의 냉각운전 상태를 보인 개략적인 구성도.

도 2b는 동 제상운전 상태를 보인 개략적인 구성도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 압축기

20 : 증발기

30 : 냉매탱크

31 : 기액분리실 32 : 액냉매수용실

33, 33' : 걸름망 36 : 유통관

35a : 제2전자밸브

311 : 배기부 312 : 분리부

313 : 액수용부

본 발명의 냉각시스템은, 압축기로부터 토출되는 고압의 냉매가 액체전자밸브와 팽창밸브를 거치면서 액화되어 증발기로 공급되면, 이 증발기를 순환하면서 외부의 열을 흡수하여 주위를 냉각시켜 주고, 이러한 과정에서 외부열과의 열교환에 의해 기화된 저압의 가스냉매는 상기 압축기로 보내지도록 함에 있어, 상기 압축기와 증발기 사이에 기액분리실과 액냉매수용실이 구획 부설되고 이들 분리실과 수용실이 전자밸브로 개폐되는 별도의 유통관으로 유통되게 구성된 냉매탱크를 설치하여 되는 것을 특징으로 한 것이다.

따라서, 본 발명 실시예에 의한 냉각시스템은 냉각 운전시에는 압축기로부터 토출되는 냉매는 먼저 상기 냉매탱크의 기액분리실내로 유입되어 기·액 분리된 후 액체냉매만 분배기를 거쳐 증발기로 공급되고, 증발기를 거친 냉매는 기액분리실내로 유입되어 기·액 분리된 후 가스냉매는 압축기로 보내지고 액체냉매는 증발기로 공급되는 냉각작동이 수행되며, 제상시에는 압축기로부터 토출되는 고압의 가스냉매가 응축과정을 거치지 않고 그대로 분배기를 거쳐 증발기로 보내져 이 증발기내에 잔류하는 냉매를 밀어내 주게한다.

이렇게 하여 밀려나오는 냉매는 상기 기액분리실로 유입되는데, 이때 유통관을 닫고있는 전자밸브를 열어서 기액분리실 내에 있는 액체냉매가 증발기와 압축기로 유입되지 않고 액냉매수용실로 이동 수용되게 하므로, 결국 이 수용실의 수용량에 비례하여 증발기내를 순환하게 되는 액냉매의 량을 높여 줄 수 있게 되어 냉각 성능은 대폭 향상되고, 제상시 증발기와 압축기에는 액체냉매가 잔류하지 않게 되어 신속 원활하게 성애를 제거할 수 있게 되는 것이다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2a∼b는 본 발명 실시예에 따른 냉각시스템을 보인 것이다.

도면 부호 중(10)은 압축기이며, 이 압축기는 냉매가 증발기(20)를 순환하면서 기화된 가스냉매를 흡입하여 압축시켜 토출하는 작동을 한다.

그리고, 상기 압축기와 증발기 사이에는 기액분리실(31)과 액냉매수용실(32) 상하로 격리 부설된 냉매탱크(30)가 설치된다.

상기, 기액분리실은 그 내부 상측에 격리 착설되는 걸름망(33)(33')들에 의해 상부로부터 배기부(311)와, 이 배기부보다 내용적이 조금 큰 분리부(312)와, 내용적이 상기 분리부와 배기부를 합친 것 보다 큰 액수용부(313)로 구획된다.

상기, 배기부는 흡입관(11)으로 압축기(10)의 흡입구와 연결되고, 상기 압축기의 토출구에 연결되는 토출관(12)의 단부는 액수용부(313)의 상측내로 배관되며. 분리부(312)내에는 증발기(20)의 각 순환관(21)들이 연결된 회송관(22)의 단부가 배관된다.

또한, 토출관(12)의 관로에는 압축기(10)측으로부터 액체전자밸브(13)와, 팽창밸브(14)가 차례로 격리 부설된다,

또, 액수용부(313) 하부의 유출구에는 공급관(34)이 배관되고, 이 공급관의 단부는 분배기(40)에 연결되며, 이 분배기의 각 분배관(41)들은 증발기(20)의 각 순환관(21)들과 연결된다,

그리고, 공급관(34)의 관로에는 제1전자밸브(35)가 부설되어 액수용부(313)내의 액체냉매가 분배관으로 공급되는 것을 제어하게되고, 상기 공급관의 제1전자밸브 앞쪽과 냉매수용실(32) 하부의 유입구는 유통관(36)으로 연결되며, 이 유통관의 관로에는 제2전자밸브(35a)가 부설되어 액체냉매가 액수용부(313)와 상기 냉매수용실로 유통되는 것을 제어하게 된다.

한편, 액수용부(313) 내에는 플로우트(37)를 설치하여 수용되는 액체 냉매량을 감지토록 하며, 또 액수용부와 토출관(12) 사이에는 회수관(15)을 배관하여 액수용부에 수용되는 액체냉매에 포함되어 있는 오일을 회수토록 한다.

이때, 냉매가 프레온인 경우에는 오일이 상부로 뜨기 때문에 회수관(15)의 액수용부(313)측 연결 위치를 상측으로 하고, 냉매가 암모니아인 경우에는 오일이 하부로 갈아 앉기 때문에 연결 위치를 하측으로 함으로써, 압축기(10)의 흡입력에 의해 냉매에 포함되어 있는 오일은 상기 회수관과 흡입관을 통해 압축기내로 흡입하므로 오일이 포함되어 있지 않은 냉매만 증발기(20)로 공급되게 한다.

또한, 토출관(12)의 압축기(10)와 액체전자밸브(13) 사이와, 액냉매수용실(32)의 상측부 사이에는 연결관(16)을 배관하고, 이 연결관의 관로에는 제3전자밸브(35b)를 설치하여 냉매의 유통을 제어토록 한다.

그리고, 상기 연결관의 액냉매수용실(32)과 제3전자밸브(35b) 사이와, 회수관(15) 사이에는 흡인관(17)을 배관하고, 이 흡인관의 관로에는 제4전자밸브(35c)를 설치하여 냉매의 흡인을 제어토록 한다.

또, 공급관(34)의 제1전자밸브(35)와 분배기(40) 사이와, 연결관(16)의 토출관(12)과 제3전자밸브(35b) 사이에는 연통관(18)을 배관하고, 이 연통관의 관로에는 제5전자밸브(35d)를 설치하여 냉매의 유통을 제어토록 한다.

이와 같이 구성되는 본 발명 실시예에 의한 냉각시스템의 작동은 일반적인 자동제어장치에 의해 모든 작동이 제어되는 것으로서, 그 작동 상태를 설명하면 다음과 같다.

먼저, 냉각운전시에는 도 2a에서 보는 바와 같이 제2∼5전자밸브(35a∼35d)들은 "오프" 되고, 액체전자밸브(13)는 "온" 된다.

이렇게 되면, 압축기(10)로부터 토출되는 냉매는 토출관(12)의 액체전자밸브(13)와 팽창밸브(14)를 거쳐 냉매탱크(30)의 기액분리실(31)내의 액수용부(313)로 유입되어, 액체냉매는 하부에 고이게 되고 가스냉매는 걸름망(33)(33')들을 통과하여 배기부(311)내로 상승된다.

이러한, 상태에서 제1전자밸브(35)가 "온" 되면, 액수용부(313)에 있는 액체냉매는 공급관(34)을 거쳐 분배기(40)로 공급되어 이 분배기의 각 분배관(41)들을 통해 증발기(20)의 각 순환관(21)으로 분배 공급된다.

그리고, 상기 배기부로 상승된 가스냉매는 흡입관(11)을 통해 압축기(10)로 흡입되어 다시 압축, 토출되어 액수용부(313)로 유입되는 과정이 반복된다.

한편, 증발기로 공급된 액체냉매는 각 순환관(21)들을 순환하는 과정에서 주위의 열과 열교환을 하므로 냉각 작용을 수행하게되며, 순환을 마친 냉매는 회송관(22)을 통해 기액분리실(31)의 분리부(312)내로 유입된다.

이렇게 유입되면, 냉매에 포함된 액체냉매는 하측의 걸름망(33')을 통과하여 액수용부(313)로 하락되어 다시 증발기(20)로 보내지며, 가스냉매는 상측의 걸름망(33)을 통과하여 배기부(311)로 상승되어 흡입관(11)을 통해 압축기(10)로 흡입·압축·토출되는 과정을 거치게된다,

따라서, 이러한 동작의 반복으로 냉각작동이 수행되는 것이며, 이러한 과정에서 제2∼5전자밸브(35a∼35d)들은 "오프" 되어 있기 때문에 기액분리실(31)내의 액체냉매와 가스냉매가 액냉매수용실(32)로 유입되는 것이 방지됨은 물론, 압축기(10)로부터 토출되는 냉매가 상기 액냉매수용실이나 분배기(40)로 직접 유입되는 것이 방지되므로 냉각작동이 정상적으로 수행된다.

도 2b는, 제상 운전을 보인 것으로서, 먼저 제상신호가 입력되면 액체전자밸브(13)와 제1∼3전자밸브(35)(35a∼35b) 및 제5전자밸브(35d)가 "오프"되고, 제4전자밸브(35c)는 "온" 된다.

이러한 상태에서, 일정 시간동안 압축기(10)를 가동하면 상기 제1전자밸브가 "오프" 되어 있기 때문에 냉매가 증발기(10)측으로는 공급되지 않게 되는 반면, 이 증발기내에 있는 냉매는 회송관(22)을 통해 기액분리실(31)내로 유입되며, 동시에 상기 제4전자밸브는 "온" 되어 있기 때문에 압축기(10)의 흡입력에 의해 액냉매수용실(32)내의 압력이 연결관(16)과 흡인관(17)을 거쳐 상기 압축기 측으로 흡입되므로, 상기 액냉매수용실의 압력이 낮아진다.

이때, 제2,5전자밸브(35a)(35d)들을 "온" 시켜주면, 상기 기액분리실의 액수용부(313)에 있는 액체냉매는 유통관(36)을 통해 중력에 의해 액냉매수용실(32)로 유입되며, 이 과정에서 압축기(10)에서 토출되는 고온·고압의 가스냉매는 제5전자밸브(35d)를 통과하여 분배기(40)를 거쳐 증발기(20)로 직접 공급되므로 이 증발기내에 잔류하는 냉매를 기액분리실(31) 측으로 밀어내준다.

그리고, 이러한 과정에서 압축기(10)의 흡입 작동에 의해 액냉매수용실(32)의 내부는 저압 상태가 유지되므로, 액수용부(313) 내의 액체냉매는 용이하게 상기 액냉매수용실로 유입된다.

이렇게 하여, 증발기(20)내의 냉매가 고온의 가스냉매에 의해 밀려 나와 기액분리실(31)에서 기·액 분리된 액체냉매가 모두 액냉매수용실(32)에 수용되었을 시간이 되면, 제2,4전자밸브(35a)(35c)들을 "오프" 시켜 준다.

이렇게 되면, 제5전자밸브(35d)만 "온" 되어 있기 때문에 압축기(10)에서 토출되는 고온의 가스냉매는 분배기(40)를 직접 통과하여 증발기(20)로 공급되어 이 증발기를 순환하면서 성애를 녹여 주며, 또 상기 증발기를 거친 냉매는 기액분리실(31)로 유입되어 배기부(311)를 거쳐 흡입관(11)을 통해 상기 압축기로 흡입·압축되어 다시 토출되는 과정이 반복되면서 제상을 수행하게 된다.

이후, 제상이 완료된 신호가 입력되면 상기 제5전자밸브도 "오프" 시켜주고, 압축기(10)는 계속 작동시켜 주므로 증발기(20)와 기액분리실(31)내에 잔류하는 가스냉매를 흡입토록 함으로써, 이들 증발기와 기액분리실 내의 압력이 낮아지게 하며, 일정압력 이하로 되면 이번에는 제2,3전자밸브(35a)(35b)를 "온" 시켜준다.

이렇게 되면, 기액분리실(31)내의 압력은 낮고 압축기(10)에서 토출되는 가스냉매는 연결관(16)과 제3전자밸브(35c)를 거쳐 액냉매수용실(32)의 상부내로 공급되므로, 이 수용실내에 수용되어 있는 액체냉매를 밀어내 주기 때문에 이 액체냉매는 신속, 원활하게 기액분리실(31)의 액수용부(313)내로 모두 압송된다.

그리고, 액체냉매가 모두 이동된 신호가 입력되면, 이번에는 상기 제2,3전자밸브들을 "오프" 시켜 주고 냉각운전 신호를 대기하게 된다.

한편, 상기 실시예에서는 제상 작동이 압축기(10)에서 토출되는 고온의 가스냉매에 의해 수행되는 것을 그 예로 설명하였으나 이에 한정되는 것은 아니며, 히터나 온수방식으로 제상하는 데에도 적용할 수 있다.

즉, 히터나 온수방식으로 제상 할 때에는 상기 실시예에서 증발기(20)와 기액분리실(31)의 액수용부(313)로부터 액체냉매가 모두 액냉매수용실(32)로 이동된 상태가 되면 압축기(10)의 작동을 정지시킨 다음, 히터방식인 경우에는 증발기에 장착된 히터를 가동시켜주면 되고, 온수방식인 경우에는 온수를 공급하는 장치를 가동시켜 증발기에 온수를 살포하면 된다.

이와 같이 작동하는 본 발명 실시예에 의한 냉각시스템은, 압축기와 증발기 사이에 기액분리실과 액냉매수용실이 격리 부설된 냉매탱크를 설치하여, 냉각운전시에는 냉매가 기액분리실로 유입되어 기액분리 과정을 거쳐 액체냉매만 증발기로 공급되게 하고, 제상운전시에는 액체냉매를 액냉매수용실에 수용시켜 압축기나 증발기에는 액체냉매가 유입되지 않게 하므로, 증발기에 액체냉매 75% 가스냉매 25%의 비율로 냉매를 순환시켜줄 수 있게 되어 건식 이지만 만액식에 준하는 높은 냉각 성능을 얻게 되는 특징이 있다.

또한, 제상운전시에는 액체냉매를 모두 별도 저장하여 순환되지 않게 하므로, 성애를 신속·원활하게 제거할 수 있게 되어 제상 시간이 대폭 단축되는 등의 장점도 있다.

Claims (3)

1. 냉각운전시에는 압축기(10)로부터 토출·공급되는 냉매와 증발기(20)를 순환한 냉매가 유입되면 기·액 분리되어 기체냉매는 상기 압축기(10)로 흡입되게 하고 액체냉매는 분배기(40)를 통해 상기 증발기(10)로 공급되게 하는 기액분리실(31)과, 이 기액분리실과 구획되게 그 하부에 부설되며 제상운전시에는 상기 기액분리실(31)내로 유입된 액체냉매를 수용하여 이 액체냉매가 상기 압축기(10)와 증발기(20)로 공급되지 않게 하여주는 액냉매수용실(32)을 구비한 냉매탱크(30)를 설치하여 되는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
2. 제1항에 있어서, 기액분리실(31)의 하부와 액냉매수용실(32)의 하부는 전자밸브(35a)로 유통이 제어되는 유통관(36)으로 연결하여 되는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기액분리실(31)의 내부는 격리 착설되는 걸름망(33)(33')들에 의해 상측으로부터 압축기(10)의 흡입구와 연결되는 가스냉매의 배기부(311)와, 증발기(20)를 순환한 냉매가 유입되게 이 증발기와 연결되는 기·액냉매의 분리부(312)와, 압축기(10)의 토출구와 연결되는 액수용부(313)로 구획되는 것을 특징으로 하는 냉각시스템.