KR20010062194A - 열매체 유체용의 온도 조정 장치 - Google Patents

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KR20010062194A
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사카모토야스시
류히데오
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와타나베이쿠오
다키카와가즈노리
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우스이유따로
우수이 고쿠사이 산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 온도 조정 범위를 확대한 열매체 유체용의 온도 조정 장치를 제공한다. 시동시의 전력 에너지의 저감을 꾀한다. 냉각 모드와 가온 모드로 전환 가능한 자동판매기의 온도 조정 장치를 제공한다.
압축기로부터 응축기에 이르는 회로에 열교환기를 삽입하고, 그 일차측 회로를 압축기로부터 응축기에 이르는 회로로 하고, 펌프의 하류측에 열교환기의 이차측 회로를 통과하여 열매체 유체 순환회로로 환류하는 제 1 바이패스 회로를 부설하며, 유량 제어 밸브를 이용하여 열매체 유체의 온도 제어를 행한다. 또한 응축기의 하류측에서 증발기의 하류측으로 접속되는 제 2 바이패스 회로를 부설하고, 상기 제 2 바이패스 회로에 캐필러리 튜브와 전자 밸브를 삽입하고, 냉각 온도를 제어하며 또한 압축기의 과열을 방지한다.

Description

열매체 유체용의 온도 조정 장치{Temperature control device for thermal medium fluid}
본 발명은, 반도체 제조장치나 레이저기기, 또는 각종 생화학기기 등에 일정온도의 냉수 등의 열매체 유체를 순환 공급하기 위한 정온 칠러(chiller)용의 온도 조정 장치, 및 내부에 수납한 상품을 계절, 그 외 조건에 따라서 냉각 모드와 가온 모드로 전환 가능한 자동판매기용의 온도 조정 장치에 관한 것이다.
반도체 제조 장치나 레이저기기, 또는 각종 이화학기기 등에 이용되는 정온 칠러(chiller)에서는, 압축기·응축기·증발기로 이루어지는 냉동 사이클에 의해서 순수나 플로리너트(상품명) 등의 열매체 유체를 생성한다. 즉, 냉동 사이클 시스템내에서 압축기에 의해 압축된 고온의 프레온 가스(냉매)는 응축기에 의해서 액화되고, 액화된 프레온 가스는 증발기에서 기화할 때에 주위에서 열을 빼앗아 저온의 순수 냉수나 플로리너트(상품명) 등의 열매체 유체를 생성한다. 이때, 반도체 제조 장치와 같이 허용 온도 범위가 작게(예를 들면 플러스 마이너스 1.0℃로) 설정되어 있는 경우는, 냉동기(증발기)에 의해서 최대한으로 냉각된 상태에서는 열매체 유체의 온도가 지나치게 내려가게 되기 때문에, 내용적이 냉수의 매분 유량의 3 내지 5배의 용량을 버퍼로서 갖는 정온 탱크에 히터를 부설하여 온도 제어를 행하고 있다. 이 때문에, 불필요한 전력을 필요로 하고, 장치가 대형화됨과 동시에 운전 비용·장치 비용 쌍방의 비용이 상승되고 있다.
도 8를 참조하면서, 종래의 히터가 부착된 정온 탱크에 대해서 설명한다. 도 8의 정온 탱크(16)는, 압축기(12)·응축기(14)·증발기(20)로 이루어지는 냉동회로(1)에 의해서 냉수를 생성하고, 생성된 냉수는 펌프(22)에 의해서 반도체 제조 장치 등의 이차측 열부하(24)로 공급되며, 또한 냉수 순환회로(3)로 환류한다. 냉동회로(1)에는 드라이어(15)가 배치되고, 냉수 순환회로(3)에는 압력 조정기(17)·릴리프 밸브(19)·압력계(G) 등이 배치되어 있다. 정온 탱크(16)에는 과열 동결을 검출하는 센서와 탱크의 수위를 검출하는 센서가 내장되고 있고, 이들은 각각 모니터에 접속되어 있다. 정온 탱크(16)의 저부에는 드레인 회로(28)가 접속되고 드레인 밸브(29)가 배치되어 있다.
이렇게 하여, 냉동 사이클 시스템내에서 압축기(12)에 의해 압축된 고온의 프레온 가스(냉매)는 응축기(14)에 의해서 수냉되어 액화되고, 액화된 프레온 가스는 증발기(20)에서 기화될 때에 주위에서 열을 빼앗아 냉수를 생성한다. 한편, 응축기(14)는 고온이 되기 때문에, 냉각 타워수·공장내 순환수·지하수 등에 의해 냉각되는 수냉 냉각기(26)를 포함하는 냉각회로(2)가 부설되며, 플로 스위치(25)와 체크 밸브(27)를 통해 냉각수를 순환시킴으로써 냉각된다.
그런데, 반도체 제조 장치와 같이 허용 온도 범위가 작게 설정되어 있는 경우는, 증발기(냉동기;20)에 의해서 최대한으로 냉각된 상태에서는 냉수의 온도가 지나치게 내려가게 되기 때문에, 정온 탱크(16)에 히터(50)를 부설하여 온도 제어를 행하고 있다. 또한, 히터(50)는, 시동 준비 기간중에 열매체 유체를 원하는 온도까지 높이기 위해서도 이용되고 있다. 이 때문에, 쓸모 없는 전력을 필요로 하고, 비용이 상승되고 있다.
다른 온도 제어방법으로서, 핫 가스를 바이패스시키는 방법이나, 냉동기를 ON-OFF시키는 방법 등이 이용되고 있지만, 전자의 방법에서는 냉각과 가열을 번갈아 전환하여 행하기 때문에 온도 제어의 응답성이 나쁘고 바이패스 밸브의 신뢰성이 낮으며 고장이 많다는 결점이 있고, 후자 방법에서는 대용량의 버퍼 탱크를 준비해야 하기 때문에 장치가 대형화되고 온도 제어의 정확성이 떨어진다는 결점이 있다.
또한, 하절기와 동절기에 따라서 냉각 모드와 가온 모드로 전환 가능한 자동판매기도, 강력한 히터를 필요로 하기 때문에, 쓸모 없는 전력을 필요로 하고, 비용이 상승되고 있다.
정온 칠러로 이루어지는 냉수 공급장치의 예로서, 일본 특개평9-72644호 「이화학 기기용의 냉수 순환 공급기」나 일본 특개평 9-196512호 「냉각액 공급장치」 등이 있다.
본 발명의 제 1 목적은, 정온 탱크에 히터를 부설하지 않음으로써 전력을 절약하고, 또한 온도 제어의 정확성과 응답성에 뛰어난 열매체 유체용의 온도 조정 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 2 목적은, 정온 탱크를 폐지함으로써, 소형화된 열매체 유체용의 온도 조정 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 3 목적은, 온도 조정 범위를 -40℃에서 60℃ 정도까지 확대한 열매체 유체용의 온도 조정 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 4 목적은, 특히 시동 준비기간의 전력 에너지의 저감을 꾀한 열매체 유체용의 온도 조정 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 제 5 목적은, 내부에 수납한 상품을 계절 그 외의 조건에 따라서 냉각 모드와 가온 모드로 전환 가능한 자동판매기용의 전력을 절약한 온도 조정 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 상술한 제 1 목적은, 압축기·응축기·증발기를 포함하는 냉동회로에 의해서 내부의 열매체 유체를 냉각하는 정온 탱크와, 상기 정온 탱크로부터 펌프에 의해서 일정 온도의 열매체 유체를 이차측 열부하로 순환시키는 열매체 유체 순환회로를 구비하는 열매체 유체용의 온도 조정 장치에 있어서, 압축기로부터 응축기에 이르는 회로에 열교환기를 삽입하고, 상기 열교환기의 일차측 회로를 압축기로부터 응축기에 이르는 회로로 하며, 상기 펌프의 하류측에 상기 열교환기의 이차측 회로를 통과하여 열매체 유체 순환회로로 환류하는 바이패스 회로를 부설하고, 유량 제어 밸브를 이용하여 상기 바이패스 회로를 흐르는 유량을 제어하면서 상기 열교환기에 의해서 가열된 열매체 유체를 상기 펌프의 하류측의 열매체 유체 순환회로에 도입함으로써, 이차측 열부하에 공급되는 열매체 유체의 온도 제어를 행하 도록 한 열매체 유체용 온도 조정 장치에 의해서 달성된다.
상기 구성에 근거하여, 본 발명의 제 1 예에 따른 열매체 유체용 온도 조정 장치에 의하면, 압축기로 압축된 고온의 프레온 가스(냉매)의 열의 일부를 이차측 열부하에 공급되는 열매체 유체(냉수)에 부여함으로써, 냉동기에 의해서 과도하게 냉각된 열매체 유체(냉수)의 온도를 상승시켜 소정의 온도 범위내로 제어하고, 온도 제어의 정확성과 응답성을 높일 수 있다. 종래와 같이 히터를 부설할 필요가 없어지기 때문에, 전력을 절약할 수 있고, 비용을 삭감할 수 있다.
본 발명의 상술한 제 2 목적은, 증발기를 다관 원통식 증발기로 구성하고, 상기 다관 원통식 증발기가 상기 정온 탱크를 겸용함으로써 달성된다. 열매체 유체의 내용적은 열매체 유체의 매분당 유량의 1/10 내지 2배, 바람직하게는 1/4 내지 1.5배, 더욱 바람직하게는 1/2 내지 등배로 하는 것이 바람직하다. 이로써, 본 발명의 제 2 예에 따른 열매체 유체용 온도 조정 장치에 의하면, 정온 탱크를 생략하여 장치를 소형화하는 것이 가능해진다.
본 발명의 상술한 제 3 목적은, 압축기·응축기·증발기 등을 포함하는 냉동회로, 응축기의 냉각회로, 및 펌프를 이용하여 열매체 유체를 외부 이차 부하에 순환시키는 열매체 유체 순환회로를 구비하는 열매체 유체용의 온도 조정 장치이며, 압축기로부터 응축기에 이르는 회로에 열교환기를 삽입하고, 상기 열교환기의 일차측 회로를 압축기로부터 응축기에 이르는 회로로 하며, 상기 펌프의 하류측에 상기 열교환기의 이차측 회로를 통과하여 열매체 유체 순환회로로 환류하는 제 1 바이패스 회로를 부설하고, 유량 제어 밸브를 이용하여 상기 바이패스 회로를 흐르는 유량을 제어하면서 상기 열교환기에 의해서 가열된 열매체 유체를 상기 펌프의 하류측의 열매체 유체 순환회로에 도입함으로써, 이차측 열부하에 공급되는 열매체 유체의 온도 제어를 행하고, 또한 상기 응축기의 하류측으로부터 상기 증발기의 하류측으로 접속되는 제 2 바이패스 회로를 부설하며, 상기 제 2 바이패스 회로에 캐필러리 튜브와 전자 밸브를 삽입하고, 제 2 바이패스 회로를 흐르는 유량을 제어함으로써, 상기 증발기에 의한 냉각 온도를 제어하고 또한 압축기의 과열을 방지하도록 한 열매체 유체용의 온도 조정 장치에 의해서 달성된다.
상기 구성에 근거하여, 본 발명의 제 3 예에 따른 열매체 유체용의 온도 조정 장치에 의하면, 제 1 바이패스 회로를 이용하고, 압축기로 압축된 고온의 프레온 가스(냉매)의 열의 일부를 이차측 열부하에 공급되는 열매체 유체(냉수)에 부여함으로써, 냉동기에 의해서 과도하게 냉각된 열매체 유체(냉수)의 온도를 상승시켜 소정의 온도 범위내로 제어하며, 온도 제어의 정확성과 응답성을 높일 수 있다. 종래와 같이 히터를 부설할 필요가 없어지기 때문에, 전력을 절약할 수 있으며 비용을 삭감할 수 있다. 또한, 제 2 바이패스 회로에 의해, 증발기에 의한 냉각 온도의 제어를 행할 수 있기 때문에, 온도 제어의 범위를 확대할 수 있다.
본 발명의 상술한 제 4 목적은, 상기 응축기의 냉각회로에 스로틀 밸브가 부착된 전자 밸브를 삽입하고, 응축기의 온도 제어를 행하도록 함으로써 달성되며, 온도 제어 범위를 더욱 확대할 수 있다. 특히, 시동시에, 응축기의 냉각을 중지함으로써, 히터를 부설하지 않고 급속할 목적의 온도까지 승온, 도달시킬 수 있는 이점이 있다.
본 발명의 상술한 제 5 목적은, 내부에 수납한 상품을 계절 그외의 조건에 따라서 냉각 모드와 가온 모드로 전환 가능한 자동판매기용의 온도 조정 장치에 있어서, 적어도 1개의 상품 수납실과, 압축기·응축기·증발기 등을 포함하는 냉동회로를 구비하고, 상기 증발기의 입구측에 제 1 전자 밸브를 삽입하고, 압축기의 출구측과 응축기의 입구측의 중간에 제 2 전자 밸브를 삽입하며, 또한 압축기의 출구측으로부터 제 2 전자 밸브를 우회하여 응축기의 입구측에 이르는 바이패스 회로를 병설하고, 상기 바이패스 회로에 열교환기를 삽입하며, 상기 증발기 및 상기 열교환기를 상품 수납실내에 설치하고, 상기 제 1 및 제 2 전자 밸브의 전환 조작으로 증발기에 의한 흡열과 열교환기에 의한 방열을 선택 가능하게 한 자동판매기용의 온도 조정 장치에 의해서 달성된다.
상기 구성에 근거하여, 본 발명의 제 4 예에 따른 자동판매기용의 온도 조정 장치에 의하면, 종래의 장치와 같이 가온하기 위한 강력한 히터가 불필요해지고, 필요에 따라서 소전력의 보조 히터를 쓰면 되기 때문에, 전력 전략·에너지 전략이 달성되게 된다.
본 발명은 또한 적절한 예으로서, 상기 응축기의 하류측에 상기 증발기의 하류측으로 접속되는 제 2 바이패스 회로를 부설하고, 상기 제 2 바이패스 회로에 캐필러리 튜브와 전자 밸브를 삽입하며, 제 2 바이패스 회로를 흐르는 유량을 제어함으로써, 상기 증발기에 의한 냉각 온도를 제어하고 또한 압축기의 과열을 방지할 수 있다. 이로써, 한층 온도 제어 범위를 확대할 수 있고, 그 적용 범위가 현저하게 확대된다는 이점이 있다. 본 발명의 다른 특징 및 이점은, 첨부 도면의 실시예를 참조한 이하의 기재에 의해 분명히 한다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 장치의 전체를 도시하는 회로도.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 장치의 전체를 도시하는 회로도.
도 3은 본 발명의 제 3 실시예에 따른 장치의 승온 모드를 도시하는 회로도.
도 4는 도 3 장치의 가열 모드를 도시하는 회로도.
도 5는 도 3 장치의 냉각 모드를 도시하는 회로도.
도 6은 본 발명의 제 4 실시예에 따른 장치의 동절기 모드를 도시하는 회로도.
도 7은 도 6 장치의 하절기 모드를 도시하는 회로도.
도 8은 종래의 냉수 순환 공급장치의 전체를 도시하는 회로도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 냉동회로 2 : 응축기 냉각회로
3 : 냉수 순환회로 12 : 압축기
14 : 응축기 16 : 정온 탱크
20 : 증발기 22 : 냉수 공급 펌프
24 : 이차측 열부하 25 : 전자 밸브
26 : 수냉 냉각기 30 : 열교환기
31 : 일차측 회로 32 : 이차측 회로
36 : 팽창 밸브 37 : 전자 밸브
40, 42 : 바이패스 회로 41 : 3방 밸브
43 : 캐필러리 튜브 52 : 압축기
54 : 응축기 56, 58 : 열교환기
61, 62, 63 : 상품 수납실 66, 67, 68 : 증발기
71 내지 76 : 전자 밸브 77, 79 : 바이패스 회로
78 : 캐필러리 튜브
도 1은 본 발명의 제 1 예에 따른 열매체 유체용의 온도 조정 장치를 도시하고 있고, 상기 장치는 압축기(12)·응축기(14)·PI제어의 팽창 밸브(36)·증발기(20) 등을 포함하는 냉동회로(1)와, 응축기(14)의 냉각회로(2)와, 펌프(22)를 이용하여 열매체 유체를 외부 이차 부하(24)에 순환시키는 열매체 유체 순환회로(3)를 구비하고 있다. 정온 탱크(16)는, 냉동회로(1)에 의해서 냉수(열매체 유체)를 생성하고, 생성된 냉수는 냉수 공급 펌프(22)에 의해서 반도체 제조 장치 등의 이차측 열부하(24)로 공급된다. 응축기(14)에는, 냉각 타워수·공장내 순환수·지하수 등에 의해 냉각되는 수냉 냉각기(26)가 부설되고, 플로 스위치(25)와 제수 밸브(27)를 통해 냉각수를 순환시킴으로써 냉각된다.
본 발명에 따라, 압축기(12)로부터 응축기(14)에 이르는 회로에, 바람직하게는 유과저항이 적은 다관식 열교환기(30)가 삽입되고, 열교환기(30)의 일차측 회로(31)가 압축기로부터 응축기에 이르는 회로로 되어 있다. 또한, 응축기(14)로부터 증발기(20)에 이르는 회로에 팽창 밸브(36)가 삽입되어 있다. 한편, 냉수 공급 펌프(22)의 하류측에, 열교환기(30)의 이차측 회로(32)를 통과하여 환류하는 바이패스 회로(40)가 부설되어 있다.
이렇게 하여, 냉수 공급 펌프(22)로부터 이차측 열부하(24)로 보내지는 냉수의 일부는, 전동식의 유량 제어 밸브(38)의 작용에 의해서 바이패스 회로(40)측으로 보내지고, 열교환기(30)에 의해서 가열된 냉수가 냉수 공급 펌프(22)의 하류측의 냉수 순환회로(3)로 환류된다. 유량 제어 밸브(38)를 통과하는 유량을 전기적으로 제어함으로써, 이차측 열부하(24)에 공급되는 냉수에 혼합되는 가열된 온수량을 제어하고, 이로써 냉수의 온도 제어를 행할 수 있다.
또한, 전환 밸브(41)를 설치함으로써, 유량 제어 밸브(38)에서의 제어와 함께, 이차측으로 보내지는 냉수의 유량을 최대 그 전량을 열교환기(30)로 유도할 수 있다.
상기 온도 조정 장치를 이용한 실험에서는, 종래의 정온 칠러 유닛과 비교하여, 유닛 본체의 소비전력이 약 50% 삭감되고, 온도의 정온 제어성이 향상되었다. 또한, 히터가 불필요해졌기 때문에, 칠러 유닛이 소형화되고 순환 수량도 적어도 되는 것이 판명되었다.
도 2는 본 발명의 제 2 예에 따른 열매체 유체용의 온도 조정 장치를 도시하고 있고, 상기 실시예는, 도 1의 실시예에 있어서의 증발기(20)를 포함하는 정온 탱크(16)를, 비교적 냉수의 내용적이 큰 다관 원통식 증발기(열교환기;46)로서 구성하고, 정온 탱크를 생략하여 장치를 소형화하는 것을 가능하게 한 예이다. 열매체 유체의 내용적은, 열매체 유체의 매분당 유량의 1/10 내지 2배, 바람직하게는1/4 내지 1·5배, 더욱 바람직하게는 1/2 내지 등배 정도가 바람직하다.
도 3 내지 도 5는 본 발명의 제 3 예에 따른 열매체 유체용의 온도 조정 장치를 도시하고 있고, 상기 장치는, 압축기(12)·응축기(14)·PI제어의 팽창 밸브(36)·증발기(20) 등을 포함하는 냉동회로(1)와, 응축기의 냉각회로(2)와, 펌프(22)를 이용하여 열매체 유체를 외부 이차 부하(24)에 순환시키는 열매체 유체 순환회로(3)를 구비하고 있다. 또한 펌프(22)는 인버터(23)에 의해서 제어된다.
도 3은 승온 모드(-40℃ 내지 -10℃에서 실온까지 상승), 도 4는 가열 모드(실온에서 50℃ 내지 60℃까지 상승), 도 5는 냉각 모드에 대응하고 있다.
냉동회로(1)에 의해서 냉수(열매체 유체)를 생성하고, 생성된 냉수는 냉수 공급 펌프(22)에 의해서 반도체 제조 장치 등의 이차측 열부하(24)로 공급된다. 응축기(14)에는, 냉각 타워수·공장내 순환수·지하수 등에 의해 냉각되는 수냉 냉각기(26)가 부설되고, 스로틀 밸브가 부착된 전자 밸브(플로 스위치;25)와 제수 밸브(27)를 통해 냉각수를 순환시킴으로써 냉각된다. 열매체 유체 순환회로(3)에는, 전환 밸브(19)나 액면계가 부착된 버퍼 탱크(21)가 접속되고, 장치의 각부에는 필요에 따라서 각종의 계기로서, 고압용 압력 센서(33), 저압용 압력 센서(35), 온도 센서(44, 45), 압력 센서(46), 유량계(47), 온도계(48), 실온용 온도계(49) 등이 부착된다. 응축기(14)의 입구측에는 프레온 가스의 축적 탱크(storage tank;34)가 부설되고, 압축된 프레온 가스의 압력이 비정상적으로 높아지는 것을 방지한다.
본 발명의 특징에 따라, 압축기(12)로부터 응축기(14)에 이르는 회로에, 바람직하게는 유과저항이 적은 다관식 열교환기(30)가 삽입되고, 열교환기(30)의 일차측 회로(31)가 압축기로부터 응축기에 이르는 회로로 되어있다. 한편, 냉수 공급 펌프(22)의 하류측에, 열교환기(30)의 이차측 회로(32)를 통과하여 환류하는 바이패스 회로(40)가 부설되어 있다.
이렇게 하여, 냉수 공급 펌프(22)로부터 이차측 열부하(24)로 보내지는 냉수의 일부는, 전동식의 3방 밸브가 부착된 유량 제어 밸브(41)의 작용에 의해서 바이패스 회로(40)측으로 보내지고, 열교환기(30)에 의해서 가열된 온수가 냉수 공급 펌프(22)의 하류측의 냉수 순환회로(3)로 환류된다. 유량 제어변(41)을 통과하는 유량을 전기적으로 제어(PID 제어)함으로써, 이차측 열부하(24)에 공급되는 냉수의 양을 제어하고, 이로써 냉수의 온도 제어를 행할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 특징에 따라서, 응축기(14)의 하류측으로부터 증발기(20)의 하류측으로 접속되는 제 2 바이패스 회로(42)가 부설되고, 상기 제 2 바이패스 회로(42)에 캐필러리 튜브(43)와 전자 밸브(37)가 삽입되어 있다. 이렇게 하여, 전자 밸브(37)를 ON-OFF하여 제 2 바이패스 회로(42)를 흐르는 유량을 제어함으로써, 증발기(20)에 의한 냉각 온도를 제어하고 또한 압축기의 과열을 방지할 수 있다.
즉, 시동 준비 기간 중의 승온 모드에서는, 전자 밸브(37)가 ON, 세방면 밸브(41)의 펌프측이 ON, 수냉 냉각기(26)의 전자 밸브(25)가 ON으로 되어 있고, 증발기에 의한 흡열이 저하, 열교환기(30)가 고온, 응축기(14)가 고온의 상태로 되어 있다.
상기 상태에서 -40℃ 내지 -10℃에서 실온까지 승온시킬 때에, 도중에서 냉동회로의 저압측이 진공에 가까워지고 압축기가 정지하지 않도록, 수냉 냉각기(26)로부터 열을 도입하고 있다.
한편, 시동 개시 기간중의 가열 모드에서는, 전자 밸브(37)가 ON, 세방면 밸브(41)의 펌프측이 OFF, 수냉 냉각기(26)의 전자 밸브(25)가 OFF로 되어 있고, 증발기에 의한 흡열이 저하, 열교환기(30)가 고온, 응축기(14)가 고온의 상태가 되어 있다.
상기에 의해, 압축기(12)를 히터로서 활용할 수 있게 되지만, 압축기의 이상가열을 방지(압축기를 보호)하기 위해, 프레온 가스를 캐필러리 튜브측에 바이패스시키고 있다.
한편, 안정상태에 있어서의 냉각 모드에서는, 전자 밸브(37)가 OFF, 세방면 밸브(41)의 펌프측이 ON으로 열교환기측이 유량 제어된 ON 상태, 수냉 냉각기(26)의 전자 밸브(25)가 ON으로 되어 있고, 증발기에 의한 흡열이 상승하고, 열교환기(30) 및 응축기(14)가 승온 모드·가열 모드에 비해 저온의 상태가 되어 있다.
상기 온도 조정 장치를 이용한 실험에서는, 종래의 정온 칠러 유닛과 비교하여, 유닛 본체의 소비전력이 약 50% 삭감되고, 온도의 정온 제어성이 향상되었다. 또한, 히터가 불필요해졌기 때문에, 칠러 유닛의 순환 수량도 적어도 되는 것이 판명되었다.
도 6 및 도 7은 본 발명에 의한 자동판매기용의 온도 조정 장치를 도시하고 있고, 상기 자동판매기는, 냉각 전용실(61)과, 냉각 가온 전환실(62, 63), 합계 3실에 각각 청량 음료수 등의 상품이 수납되어 있다.
각 실에는 각각 냉각용의 증발기(66, 67, 68)가 배치되고, 압축기(52)·응축기(54)를 포함하는 냉동회로에 의해, 실내 공기를 열매체 유체로서 냉각되도록 되어 있다. 도 6은, 동절기에 대응하기 위해, 냉각 가온 전환실(62, 63)을 가온 모드로 한 상태, 도 7은 하절기에 대응하기 위해, 냉각 가온 전환실(62, 63)도 냉각 모드로 한 상태를 도시하고 있다.
본 발명의 특징에 따라, 각 증발기의 입구측에 제 1 전자 밸브(73, 75, 76)가 삽입되고, 압축기(52)의 출구측과 응축기(54)의 입구측의 중간에 제 2 전자 밸브(71)가 삽입되어 있다. 또한 압축기(52)의 출구측으로부터 제 2 전자 밸브(71)를 우회하여 응축기(54)의 입구측에 이르는 바이패스 회로(77)가 병설되어 있다. 상기 바이패스 회로(77)는, 냉각 가온 전환실(62, 63)의 내부로 연신되고, 각각의 실내에 열교환기(56, 58)가 배치되어 있다.
이렇게 하여, 제 1 및 제 2 전자 밸브를 전환함으로써, 증발기(67, 68)에 의한 흡열(냉각)과 열교환기(56, 58)에 의한 방열(가온)이 선택 가능하게 되어 있다.
또한 본 발명의 다른 특징에 따라서, 응축기(54)의 하류측에 증발기(67, 68)의 하류측으로 접속되는 제 2 바이패스 회로(79)가 부설되고, 상기 제 2 바이패스 회로(79)에는 캐필러리 튜브(78)와 전자 밸브(74)가 삽입되어 있다. 이렇게 하여, 전자 밸브(74)의 ON-OFF 조작에 의해, 제 2 바이패스 회로(79)를 흐르는 유량을 제어함으로써, 증발기(67, 68)에 의한 냉각 온도의 제어와, 압축기의 과열 방지를 행하게 되어 있다.
즉, 도 6에 도시하는 동절기에는, 전자 밸브(71, 73, 75)를 OFF 로 하여 증발기(67, 68)에 의한 냉각을 정지시키고, 전자 밸브(72, 74)를 ON으로 하여, 바이패스 회로중의 열교환기(56, 58)를 고온으로 하고, 전환실(62, 63)을 가열 모드로 한다. 또, 전자 밸브(76)는 상시 ON으로 하여 증발기(66)를 작용시키고, 냉각실(61)은 항상 냉각 모드로 해 둔다.
상기의 경우, 열 에너지의 관점에서는, 증발기(66)를 작용시킴으로써 발열이 바이패스 회로(77)를 통하여 열교환기(56, 58)로 보내지게 되기 때문에, 자동판매기의 토탈 에너지가 감소하고, 에너지 절약이 되는 이점이 있다.
도 7에 도시하는 하절기에는, 전자 밸브(71, 73, 75)를 ON으로 하여 증발기(67, 68)를 작용시키고, 전자 밸브(72, 74)를 OFF로 하여, 바이패스 회로중의 열교환기(56, 58)를 정지시키고, 전환실(62, 63)을 냉각 모드로 한다.
또한, 필요에 따라서, 가열용 보조 히터(64)를 전환실(62, 63)내에 배치하여 전원 스위치(69)로 ON-OFF시킬 수도 있다. 자동판매기내에서 고온이 되는 응축기(54)·열교환기(56, 58)·보조 히터(64)에는, 송풍용 팬(80)을 설치하면 유리하다.
이상 상세하게 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 압축기로 압축된 고온의 프레온 가스(냉매)의 열의 일부를 이차측 열부하로 공급되는 냉수에 부여함으로써, 냉동기에 의해서 과도하게 냉각된 냉수의 온도를 상승시켜 소정의 온도 범위내로 제어하고, 온도 제어의 정확성과 응답성을 높일 수 있다. 이로써, 종래와 같이 히터를 부설할 필요성이 없어지고, 전력을 절약할 수 있어 비용이 저감되며, 탱크 유닛이 소형화되어 순환수량이 적어도 된다.
또한, 온도 조정 범위를 -40℃에서 60℃ 정도까지 확대할 수 있고, 특히 시동시의 전력 에너지의 저감을 도모할 수 있으며, 또한 냉각 모드와 가온 모드로 전환 가능한 자동판매기의 전력을 절약하고, 종래와 같은 강력한 히터를 설치할 필요성이 없어지는 등, 그 기술적 효과에는 극히 현저한 것이 있다.

Claims (6)

  1. 압축기·응축기·증발기를 포함하는 냉동회로에 의해서 내부의 열매체 유체를 냉각하는 정온 탱크와, 상기 정온 탱크로부터 펌프에 의해서 일정 온도의 열매체 유체를 이차측 열부하에 순환시키는 열매체 유체 순환회로를 구비하는 열매체 유체용의 온도 조정 장치에 있어서,
    압축기로부터 응축기에 이르는 회로에 열교환기를 삽입하고, 상기 열교환기의 일차측 회로를 압축기로부터 응축기에 이르는 회로로 하며,
    상기 펌프의 하류측에 상기 열교환기의 이차측 회로를 통과하여 열매체 유체 순환회로로 환류하는 바이패스 회로를 부설하고,
    유량 제어 밸브를 이용하여 상기 바이패스 회로를 흐르는 유량을 제어하면서 상기 열교환기에 의해서 가열된 열매체 유체를 상기 펌프의 하류측의 열매체 유체 순환회로에 도입함으로써, 이차측 열부하에 공급되는 열매체 유체의 온도 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 열매체 유체용의 온도 조정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 증발기를 다관 원통식 증발기로 구성하고, 상기 다관 원통 증발기가 상기 정온 탱크를 겸용하는 것을 특징으로 하는 열매체 유체용의 온도 조정 장치.
  3. 압축기·응축기·증발기 등을 포함하는 냉동회로, 응축기의 냉각회로, 및 펌프를 이용하여 열매체 유체를 외부 이차 부하에 순환시키는 열매체 유체 순환회로를 구비하는 열매체 유체용의 온도 조정 장치에 있어서,
    압축기로부터 응축기에 이르는 회로에 열교환기를 삽입하고, 상기 열교환기의 일차측 회로를 압축기로부터 응축기에 이르는 회로로 하고,
    상기 펌프의 하류측에 상기 열교환기의 이차측 회로를 통과하여 열매체 유체 순환회로로 환류하는 제 1 바이패스 회로를 부설하며,
    유량 제어 밸브를 이용하여 상기 바이패스 회로를 흐르는 유량을 제어하면서 상기 열교환기에 의해서 가열된 열매체 유체를 상기 펌프의 하류측의 열매체 유체 순환회로에 도입함으로써, 이차측 열부하에 공급되는 열매체 유체의 온도 제어를 행하고,
    또한 상기 응축기의 하류측에서 상기 증발기의 하류측으로 접속되는 제 2 바이패스 회로를 부설하고, 상기 제 2 바이패스 회로에 캐필러리 튜브와 전자 밸브를 삽입하고,
    제 2 바이패스 회로를 흐르는 유량을 제어함으로써, 상기 증발기에 의한 냉각 온도를 제어하고 또한 압축기의 과열을 방지하도록 한 것을 특징으로 하는 열매체 유체용의 온도 조정 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 응축기의 냉각회로에 스로틀 밸브가 부착된 전자 밸브를 삽입하고, 응축기의 온도 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 열매체 유체용의 온도 조정 장치.
  5. 내부에 수납한 상품을 계절 그외의 조건에 따라서 냉각 모드와 가온 모드로 전환 가능한 자동판매기용의 온도 조정 장치에 있어서,
    적어도 1개의 상품 수납실과, 압축기·응축기·증발기 등을 포함하는 냉동회로를 구비하고,
    상기 증발기의 입구측에 제 1 전자 밸브를 삽입하고,
    압축기의 출구측과 응축기의 입구측의 중간에 제 2 전자 밸브를 삽입하며,
    또한 압축기의 출구측에서 제 2 전자 밸브를 우회하여 응축기의 입구측에 이르는 바이패스 회로를 병설하고, 상기 바이패스 회로에 열교환기를 삽입하고,
    상기 증발기 및 상기 열교환기를 상품 수납실내에 설치하고, 상기 제 1 및 제 2 전자 밸브의 전환 조작으로 증발기에 의한 흡열과 열교환기에 의한 방열을 선택 가능하게 한 것을 특징으로 하는 자동판매기용의 온도 조정 장치.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 응축기의 하류측에 상기 증발기의 하류측으로 접속되는 제 2 바이패스 회로를 또한 부설하고, 상기 제 2 바이패스 회로에 캐필러리 튜브와 전자 밸브를 삽입하며, 제 2 바이패스 회로를 흐르는 유량을 제어함으로써, 상기 증발기에 의한 냉각 온도의 제어를 행하도록 한 것을 특징으로 하는 자동판매기용의 온도 조정 장치.
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