KR20010015175A - 항온냉각액 순환장치 - Google Patents

Abstract

부하(20)에 냉각액을 순환적으로 공급하기 위한 냉각액회로(21)가 열교환기(25)로부터 송출되는 냉각액의 온도를 측정하는 온도센서(35)를 포함하고, 부하(20)의 냉각에 의해 승온한 상기 냉각액을 열교환기(25)에서 냉매와 열교환시킴으로써 냉각하는 냉동회로(22)가 상기 열교환기(25)에 공급되는 냉매의 유량을 조정가능한 전자팽창밸브(52)를 포함하고, 또한 제어부(23)가 상기 온도센서(35)로 측정된 냉각액의 온도가 설정온도로 되도록 상기 전자팽창밸브(52)의 개방도를 조정하기 위한 회로수단을 갖는다.

Description

항온냉각액 순환장치{THERMOSTATIC REFRIGERANT LIQUID CIRCULATING DEVICE}

본 발명은 부하에 항온의 냉각액을 순환적으로 공급하는 항온냉각액 순환장치에 관한 것이다.

도 2는 공지의 항온냉각액 순환장치의 일예를 나타내고 있다. 이 항온냉각액 순환장치는 부하(1)에 항온냉각액을 순환적으로 공급하기 위한 냉각액회로(2)와, 부하(1)의 냉각에 의해 승온한 상기 냉각액을 냉각하기 위한 냉동회로(3)와, 이들 회로(2, 3)를 제어하는 제어부(4)를 갖고 있다.

상기 냉각액회로(2)에 있어서, 부하(1)를 냉각함으로써 승온한 냉각액은 복귀관(6)을 통해 열교환기(7)에 환류하고, 이 열교환기(7)에 있어서, 상기 냉동회로(3)의 증발기(8)내부를 흐르는 냉매와 열교환함으로써 설정온도이하로 냉각된 후, 가열용기(9)내에 유입해서 히터(10)에 의해 설정온도까지 가열승온되고, 그 후 이 가열용기(9)를 오버플로해서 탱크(11)안으로 유입한다. 그리고, 펌프(12)에 의해 공급관(13)을 통해 상기 부하(1)에 공급된다. 상기 냉각액의 온도는 탱크(11)의 출구에 설치된 온도센서(14)에 의해 측정되고, 여기에서의 측정온도가 설정온도로 되도록 상기 히터(10)가 제어부(4)에 의해 컨트롤된다.

한편, 상기 냉동회로(3)는 상기 증발기(8)내에서 냉각액과의 열교환에 의해 증발한 냉매를 압축기(15)에서 압축함으로써 고온·고압의 냉매가스로 한 후, 이 냉매가스를 응축기(16)에서 냉각함으로써 응축해서 고압의 액냉매로 하고, 이 액냉매를 압력조정 팽창밸브(17)로 감압함으로써 저온화해서 상기 증발기(8)에 공급하는 것으로, 상기 압력조정 팽창밸브(17)에 의해 회로안을 순환하는 냉매의 유량이 항상 일정하에 유지되고 있다. 따라서, 이 냉동회로(3)의 냉각능력은 열부하의 대소에 관계없이 항상 일정하다.

이렇게 종래의 냉각액 순환장치는 승온한 냉각액을 냉동회로로 일단 설정온도이하로 냉각한 후 히터에서 설정온도까지 가열승온시키도록 했기 때문에, 항상 히터를 사용하지 않으면 안되고, 전력소비량이 많았다. 특히, 부하의 열량이 작기 때문에 냉각액의 온도가 그 만큼 상승하지 않을 경우에는, 상기 냉각액이 필요이상으로 냉각되어 온도가 너무 내려가게 되고, 그것을 히터에서 설정온도까지 가열승온시키는 데에 매우 많은 열량이 필요했다. 게다가, 상기 냉각액의 온도가 외기온도보다 높은 경우에는, 외부로의 방열에 의한 온도저하도 추가되므로, 냉각액온도는 더욱 저하하고, 그것을 설정온도로 하는 데에 더욱 많은 열량을 필요로 하게 된다. 이 결과, 필연적으로 히터의 능력은 커지고, 관련설비가 대형화하거나, 최대 운전전류나 소비전력이 많아져 러닝코스트나 설비비 등도 증대한다.

본 발명의 주요 기술적 과제는 냉동회로의 냉각능력을 냉각액의 온도상승폭에 따라 조정가능하게 함으로써, 부하의 냉각에 의해 승온한 냉각액을 상기 냉동회로에서 설정온도로 유지할 수 있도록 한 운전효율이 양호하고 경제적인 항온냉각액 순환장치를 제공하는 데에 있다.

본 발명의 다른 기술적 과제는 상기 냉각액 순환장치에 있어서, 부하에 의한 냉각액의 온도상승폭이 작은 경우나 외부로의 방열에 의해 냉각액의 온도가 설정온도이하로 된 경우 등에 상기 냉각액의 승온에 히터를 보조적으로 사용하도록 하고, 그것에 의해 상기 히터의 소형화와 가열을 위한 설비비 및 러닝코스트의 절감을 꾀하는 데에 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명에 의하면, 부하에 냉각액을 순환적으로 공급하기 위한 냉각액회로와, 부하의 냉각에 의해 승온한 상기 냉각액을 열교환기에서 냉매와 열교환시킴으로써 냉각하는 냉동회로와, 이들 회로를 제어하는 제어부를 갖는 항온냉각액 순환장치가 제공된다.

상기 냉동회로는 상기 열교환기에 공급되는 냉매의 유량을 조정가능한 밸브수단을 보유하고, 상기 냉각액회로는 상기 열교환기에서 냉각된 냉각액의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 보유하고, 상기 제어부는 상기 온도센서에서 측정된 냉각액의 온도가 설정온도로 되도록 상기 밸브수단의 개방도를 조정하기 위한 회로수단을 보유하고 있다.

상기 구성을 갖는 본 발명의 냉각액 순환장치에 있어서, 열량이 큰 부하를 냉각함으로써 온도가 상승한 냉각액은 열교환기에서 설정온도로 냉각되고, 다시 부하에 공급된다. 이 때, 상기 온도센서에서 측정한 냉각액의 온도가 설정온도보다 높은 경우에는, 상기 밸브수단의 개방도가 증대함으로써 열교환기에 유입하는 냉매의 유량이 증대해서 냉각능력이 증대하고, 냉각액의 온도가 설정온도로 되도록 낮아진다. 반대로 냉각액의 측정온도가 설정온도보다 낮은 경우에는 상기 밸브수단의 개방도가 감소함으로써 상기 냉매의 유량이 감소해서 냉각능력이 감소하고, 냉각액의 과냉각이 해소되어 그 온도가 설정온도로 유지된다. 이렇게 해서, 냉각액의 온도에 따라 냉동회로의 냉각능력이 조정되므로써, 상기 냉각액의 온도가 설정온도로 유지된다.

본 발명의 하나의 구체적인 실시형태에 의하면, 상기 냉각액회로가 상기 열교환기에서 보내지는 냉각액을 수용하기 위한 탱크와, 상기 냉각액을 가열승온시키기 위한 히터와, 상기 탱크안의 냉각액을 부하에 공급하기 위한 펌프를 가지고 있고, 상기 온도센서가 상기 열교환기의 출구에 히터에서 가열되기 전의 냉각액의 온도를 측정가능하도록 설치되고, 또 상기 제어부가 상기 온도센서에서 측정된 냉각액의 온도가 설정온도보다 일정값이상으로 저하했을 때 상기 히터에 통전하는 기능을 가지고 있다.

이것에 의해, 부하의 열량이 작기 때문에 냉각액의 온도가 거의 상승하지 않는 경우나, 외기로의 방열에 의해 액온이 설정온도이하로 저하한 경우에도, 히터를 보조적으로 사용함으로써 상기 냉각액을 설정온도로 유지할 수 있다. 즉, 상기와 같이 부하에 의한 냉각액의 온도상승폭이 작은 경우나, 냉각액의 온도가 외기온도보다 높기 때문에 부하의 전후 외부배관에서 방열에 의한 온도저하가 발생한 경우 등에는 상기 냉동회로의 냉각능력이 최소한으로 줄어들어도 냉각액의 온도는 열교환기에 의해 설정온도이하로 냉각된다. 그래서, 상기 온도센서로부터의 측정신호에 의해 제어부가 히터에 통전하고, 냉각액을 설정온도로 되도록 가열승온시킨다.

이렇게 히터가 사용되는 것은 부하에 의한 냉각액의 온도상승폭이 작은 경우나 외부로의 방열에 의해 냉각액의 온도가 설정온도이하로 된 경우뿐으로, 그 저하분을 보상하는 보조적인 사용이므로, 항시 히터를 사용하는 종래장치에 비해, 소형 히터를 사용할 수 있으므로 설비비가 낮아지고, 또 최대사용전류나 소비전력 등도 적어져 러닝코스트도 절감된다.

본 발명의 바람직한 구체적인 실시형태에 의하면, 상기 냉동회로가 상기 열교환기내에 설치된 증발기와, 이 증발기에서 냉각수와의 열교환에 의해 증발한 냉매를 압축해서 고온고압의 냉매가스로 하는 압축기와, 이 압축기로부터의 냉매가스를 응축시켜 고압의 액냉매로 하는 응축기와, 이 응축기로부터의 액냉매를 감압해서 저온화하는 팽창밸브를 가지고, 이 팽창밸브가 상기 회로수단으로부터의 전기신호에 의해 개방도를 컨트롤가능한 전자팽창밸브로서 냉매의 유량을 조정하기 위한 상기 밸브수단을 겸하고 있다.

또, 본 발명에 있어서 바람직하게 상기 제어부가 냉각액의 설정온도를 변경가능하도록 구성되어 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 냉각액 순환장치의 구성도이다.

도 2는 공지의 냉각액 순환장치의 구성도이다.

(부호의 설명)

20…부하 21…냉각액회로

22…냉동회로 25…열교환기

26…복귀관 28…발열기

도 1에 나타낸 냉각액 순환장치는 부하(20)에 냉각액을 순환적으로 공급하기 위한 냉각액회로(21)와, 상기 부하(20)의 냉각에 의해 승온한 상기 냉각액을 열교환기(25)에서 냉매와 열교환시킴으로써 냉각하는 냉동회로(22)와, 이들 회로(21, 22)를 제어하는 제어부(23)를 구비하고 있다.

상기 냉각액회로(21)는 부하(20)를 냉각함으로써 승온한 냉각액이 복귀관(26)을 통해 열교환기(25)에 환류되고, 이 열교환기(25)에 있어서, 상기 냉동회로(22)의 증발기(28)내부를 흐르는 냉매와 열교환함으로써 냉각된 후, 탱크(29)내에 설치된 상부가 개방된 내측용기(30)안에 출구관(31)을 통해 유입하고, 이 내측용기(30)를 오버플로해서 탱크(29)내에 유입하도록 되어 있다. 그리고, 이 탱크(29)안의 냉각액이 펌프(32)에 의해 공급관(33)을 통해 상기 부하(20)에 순환적으로 공급된다.

상기 내측용기(30)의 내부에는 열교환기(25)로부터 연장하는 상기 출구관(31)의 개구부근방에 상기 열교환기(25)에서 냉각된 직후의 냉각액의 온도를 측정하기 위한 제1온도센서(35)가 설치되고, 탱크(29)의 출구근방에는 상기 탱크(29)로부터 부하(20)에 공급되는 냉각액의 온도를 측정하기 위한 제2온도센서(36)가 설치되고, 이들 온도센서(35, 36)가 상기 제어부(23)에 있어서의 제1제어회로(38)에 각각 접속되어 있다. 또, 상기 내측용기(30)의 내부에는 냉각액을 가열하기 위한 히터(42)가 설치되고, 이 히터(42)가 제어부(23)의 제2제어회로(39)에 접속되어 있다.

도면중 부호 43은 탱크(29)내의 냉각액의 액위를 검출해서 제어부(23)의 제3제어회로(40)에 검출신호를 출력하는 레벨스위치, 44는 내측용기(30)내의 냉각액의 액위를 검출해서 마찬가지로 제3제어회로(40)에 검출신호를 출력하는 레벨스위치, 45는 부하(20)에 보내지는 냉각액의 압력을 검출하는 압력계, 46은 이 압력계(45)가 검출한 압력이 일정값이하로 되면 상기 제3제어회로(40)에 냉각액의 커트신호를 출력하는 저압커트스위치, 47은 상기 탱크(29)안의 냉각액을 배출하기 위한 드레인관이다.

한편, 상기 냉동회로(22)는 상기 증발기(28)내에서 냉각액과의 열교환에 의해 증발한 냉매를 압축기(50)에서 압축함으로써 고온고압의 냉매가스로 한 후, 이 냉매가스를 응축기(51)로 냉각응축해서 고압의 액냉매로 하고, 이 액냉매를 전자팽창밸브(52)에서 감압함으로써 저온화해서 상기 증발기(28)에 공급하도록 구성되어 있다.

상기 전자팽창밸브(52)는 상술한 바와 같이 냉매를 감압하는 기능외에, 상기 냉매의 유량을 조정하는 기능도 가지는 것으로, 상기 제어부(23)의 제1제어회로(38)에 접속되고, 이 제1제어회로(38)로부터의 전기신호에 의해 그 개방도가 상기 제1온도센서(35)에서 측정된 냉각액의 온도에 따라 컨트롤되도록 되어 있고, 그 개방도컨트롤에 의해 증발기(28)에 유입하는 냉매의 유량이 조정되고, 열교환기(25)의 냉각능력이 증감되다. 구체적으로는, 상기 제1온도센서(35)에서 측정된 냉각액의 온도가 제어부(23)에 설정된 설정온도보다 높은 경우에는, 상기 전자팽창밸브(52)의 개방도가 증대함으로써 열교환기(25)에 유입하는 냉매의 유량이 증대해서 냉각능력이 증대하고, 냉각액의 온도가 내려간다. 반대로 냉각액의 측정온도가 설정온도보다 낮은 경우에는 상기 전자팽창밸브(52)의 개방도가 감소함으로써 상기 냉매의 유량이 감소해서 냉각능력이 감소하고, 냉각액의 과냉각이 해소되어 그 온도가 설정온도로 유지된다. 이 결과, 냉각액의 온도상승폭이 부하(20)의 열량에 따라 다른 경우라도, 그 온도에 따라 냉동회로(22)의 냉각능력이 자동적으로 조정됨으로써, 상기 냉각액은 확실하게 설정온도를 유지하도록 냉각된다.

상기 냉동회로(22)는 또, 증발기(28)의 출구온도가 통상보다 높을 때에, 응축기(51)에서 응축한 냉매의 일부를 상기 전자팽창밸브(52)로 유입시키지 않고 압축기(50)의 입구측에 직접 환류시키기 위한 환류회로(55)와 상기 환류회로(55)중의 냉매순환량을 조정하기 위한 온도식 팽창밸브(56)를 구비하고 있다. 이 온도식 팽창밸브(56)는 압축기(50)에 환류하는 냉매의 온도를 검출하는 온도센서(57)에 의해 제어되는 것으로, 압축기(50)에 흡입되는 상기 냉매의 온도가 높아졌을 때에 상기 팽창밸브(56)의 개방도가 증대하고, 상기 환류회로(55)를 통해 응축기(51)로부터의 냉매를 흐르게 하므로써 냉매온도를 저하시키는 것이다.

상기 냉동회로(22)에 있어서의 압축기(50)와 응축기(51)사이의 유로에는 고온고압의 냉매가스의 압력을 검출하는 고압냉매압력계(59)와, 이 냉매가스의 압력이 소정 압력이상으로 상승했을 때에 제3제어회로(40)에 커트신호를 출력하는 고압냉매컷스위치(60)가 설치되어 있다. 또, 압축기(50)에 있어서의 냉매가스의 입구(환류)측에는 저압의 냉매가스의 압력을 검출하는 저압냉매압력계(61)가 설치되어 있다. 그리고 상기 응축기(51)에는 그것에 공급되는 냉각수의 유량을 조절하는 압력제어밸브(62)가 설치되어 있다.

상기 제어부(23)는 상술한 제1 내지 제3제어회로(38∼40)와, 조작표시부(41)를 구비하고 있다. 이 중 제1제어회로(38)는 상술한 바와 같이, 제1온도센서(35)로부터의 온도측정신호에 근거해서 전자팽창밸브(52)의 개방도를 컨트롤하는 기능을 가지고 있지만, 그밖에도 이 제1제어회로(38)는 상기 제1온도센서(35)에 의한 측정온도와 설정온도와의 차에 따라 히터(42)를 통전제어하는 기능을 가지고 있다. 즉, 상기 부하(20)의 열량이 작거나 또는 제로인 경우에는 냉각액의 온도는 거의 상승하지 않거나, 또는 그 온도가 외기온도보다 높은 경우에는 외기로의 방열에 의해 설정온도이하로 저하하는 일이 있다. 이러한 경우에는, 상기 냉동회로(22)의 냉각능력이 최소한으로 줄어져도 냉각액은 열교환기(25)에 의해 더욱 냉각된다. 여기에서 상기 제1제어회로(38)는 제1온도센서(35)에 의한 측정온도가 설정온도를 일정값이상 밑돌 때 제2제어회로(39)에 신호를 보내고, 히터(42)에 통전함으로써 상기 온도저하분을 이 히터(42)에서 보상하고, 냉각액의 온도를 설정온도까지 상승시키도록 동작한다.

또, 상기 제2제어회로(39)는 전자접촉기나 전자개폐기 또는 솔리드 스테이트 릴레이 등의 기기에 의해 구성되어 있어, 상기 제1제어회로(38) 및 제3제어회로(40)로부터의 신호를 받아 동작하고, 상기 기기에 의해 상기 압축기(50)와 펌프(32) 및 히터(42)를 제어하는 것이다.

또한, 상기 제3제어회로(40)는 프로그래머블 로직 컨트롤러(PLC)로서 구성된 것으로, 탱크(29)내의 레벨스위치(43), 내측용기(30)내의 레벨스위치(44), 저압컷스위치(46) 및 고압냉매컷스위치(60) 등으로부터의 신호에 의해 상기 제2제어회로(39)와 조작표시부(41)에 신호를 출력한다.

또, 상기 조작표시부(41)는 부하(20)에 공급하는 냉각액의 온도를 설정할 수 있도록 되어 있어, 그 설정온도와 제2온도센서(36)에서 측정한 측정온도가 적절한 방법으로 표시되는 동시에, 제1제어회로(38)와 제3제어회로(40)로 출력되도록 되어 있다. 그리고, 상기 설정온도는 패널로의 터치에 의해 변경할 수 있다.

상기 구성을 갖는 본 발명의 냉각액 순환장치에 있어서, 열량이 큰 부하(20)를 냉각하는 경우에는 냉각액의 온도가 상승한다. 승온한 냉각액은 열교환기(25)에 있어서 냉동회로(22)중의 냉매와 열교환함으로써 설정온도로 냉각되고, 탱크(29)안에 일단 수용된 후, 펌프(32)로 다시 부하(20)에 공급된다.

상기 냉각액의 온도는 탱크(29)의 입구측에서 제1온도센서(35)에 의해 측정되고, 그 온도에 따라 상기 전자팽창밸브(52)의 개방도가 제어되어 냉동회로의 냉각능력이 조정됨으로써, 설정온도로 유지된다. 즉, 상기 제1온도센서(35)에서 측정한 냉각액의 온도가 설정온도보다 높은 경우에는 제1제어회로(38)에 의해 상기 전자팽창밸브(52)의 개방도가 증대되고, 증발기(28)에 유입하는 냉매의 유량이 증대해서 그 냉각능력이 증대하고, 냉각액의 온도가 설정온도가 되도록 낮아진다. 반대로 냉각액의 측정온도가 설정온도보다 낮은 경우에는 상기 전자팽창밸브(52)의 개방도가 감소함으로써 상기 냉매의 유량이 감소해서 냉각능력이 감소하고, 냉각액의 과냉각이 해소되어 그 온도가 설정온도로 유지된다. 이렇게 해서, 냉각액의 온도에 따라 냉동회로(22)의 냉각능력이 조정됨으로써 상기 냉각액이 설정온도로 유지된다.

또, 부하의 열량이 작거나 또는 제로일 경우에는 상기 냉각액의 온도는 상승하지 않고, 그 액온이 외기온도보다 높은 경우에는 외부로의 방열에 의해 설정온도이하로 저하하는 일도 있다. 이러한 경우에는 상기 냉동회로(22)의 냉각능력이 최소한으로 줄어들어도 냉각액은 열교환기(25)에서 냉각되어 그 온도가 설정온도이하로 되므로, 냉동회로(22)의 냉각능력의 조정만으로는 이 냉각액을 설정온도로 유지할 수는 없다. 여기에서, 상기 제1온도센서(35)에 의한 측정온도가 설정온도를 일정값이상 밑돌 때에 제1제어회로(38)가 제2제어회로(39)에 신호를 보내 히터(42)를 온으로 하고, 상기 온도저하분을 이 히터(42)에서 보상해서 냉각액의 온도를 설정온도로 까지 상승시킨다. 상기 히터(42)는 이러한 경우에만 상기 온도저하분을 보상하는 목적으로 보조적으로 사용되므로, 소형이며 소비전력이 적은 것을 사용할 수 있다.

본 발명에 의하면, 소형 히터를 사용할 수 있으므로 설비비가 낮아지고, 또 최대사용전류나 소비전력 등도 적어져 러닝코스트도 절감된다.

Claims (5)

1. 부하에 냉각액을 순환적으로 공급하기 위한 냉각액회로와, 부하의 냉각에 의해 승온한 상기 냉각액을 열교환기에서 냉매와 열교환시킴으로써 냉각하는 냉동회로와, 이들 회로를 제어하는 제어부를 보유하고 있고,

   상기 냉동회로가 상기 열교환기에 공급되는 냉매의 유량을 조정함으로써 냉각능력을 조정할 수 있는 밸브수단을 보유하고,

   상기 냉각액회로가 상기 열교환기에서 냉각된 냉각액의 온도를 측정하기 위한 온도센서를 보유하고,

   상기 제어부가 상기 온도센서에서 측정된 냉각액의 온도가 설정온도로 되도록 상기 밸브수단의 개방도를 조정하기 위한 회로수단을 보유하는 것을 특징으로 하는 항온냉각액 순환장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 냉각액회로가 상기 열교환기에서 보내지는 냉각액을 수용하기 위한 탱크와, 상기 냉각액을 가열승온시키기 위한 히터와, 상기 탱크안의 냉각액을 부하에 공급하기 위한 펌프를 가지고 있고, 상기 온도센서가 상기 열교환기의 출구에 히터로 가열되기 전의 냉각액의 온도를 측정가능하도록 설치되고, 또 상기 제어부가 상기 온도센서로 측정된 냉각액의 온도가 설정온도보다 일정값이상으로 저하했을 때 상기 히터에 통전하는 기능을 가지고 있는 것을 특징으로 하는 항온냉각액 순환장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 냉동회로가 상기 열교환기내에 설치된 증발기와, 상기 증발기에서 냉각수와의 열교환에 의해 증발한 냉매를 압축해서 고온고압의 냉매가스로 하는 압축기와, 상기 압축기로부터의 냉매가스를 응축시켜 고압의 액냉매로 하는 응축기와, 상기 응축기로부터의 액냉매를 감압해서 저온화하는 팽창밸브를 보유하고, 상기 팽창밸브가 상기 회로수단으로부터의 전기신호에 의해 개방도를 컨트롤가능한 전자팽창밸브로서 냉매의 유량을 조정하기 위한 상기 밸브수단을 겸하고 있는 것을 특징으로 하는 항온냉각액 순환장치.
4. 제2항에 있어서, 상기 냉동회로가 상기 열교환기내에 설치된 증발기와, 상기 증발기에서 냉각수와의 열교환에 의해 증발한 냉매를 압축해서 고온고압의 냉매가스로 하는 압축기와, 상기 압축기로부터의 냉매가스를 응축시켜 고압의 액냉매로 하는 응축기와, 상기 응축기로부터의 액냉매를 감압해서 저온화하는 팽창밸브를 보유하고, 상기 팽창밸브가 상기 회로수단으로부터의 전기신호에 의해 개방도를 컨트롤가능한 전자팽창밸브로서 냉매의 유량을 조정하기 위한 상기 밸브수단을 겸하고 있는 것을 특징으로 하는 항온냉각액 순환장치.
5. 제1항에 있어서, 상기 제어부가 냉각액의 설정온도를 변경가능한 것을 특징으로 하는 항온냉각액 순환장치.