KR20030041380A

KR20030041380A - 냉동시스템

Info

Publication number: KR20030041380A
Application number: KR1020010072148A
Authority: KR
Inventors: 이미자; 유경곤
Original assignee: 이미자
Priority date: 2001-11-20
Filing date: 2001-11-20
Publication date: 2003-05-27
Also published as: KR100520100B1

Abstract

본 발명은 냉동시스템에 관한 것으로, 특히 고압에서 저압으로 저압에서 고압으로 상호 에너지가 동일하므로 이를 이용하여 냉매순환 기기를 이용한 냉동기의 성능향상과 에너지 절감을 위한 장치로 고압에서 저압으로의 손실 압 에너지를 회수하여 저압에서 고압으로 압력을 높여주는 상호 에너지를 교환하는 냉매순환장치를 이용하여 성능향상 원가 절감 및 에너지 절감을 할 수 있도록 한 것이다.

Description

냉동시스템{refrigeration system}

통상 냉동기에서의 냉동방법으로는 자연적인 외부의 온도를 이용하는 자연적인 냉동방법과 인위적인 냉동방법으로 구분하며 본 발명은 인위적인 냉동방법에 한정된다.

상기 인위적인 냉동방법에는 압축공기를 팽창하여 저온을 얻는 방법과 기 한재를 이용하는 방법 흡수제를 이용한 흡수식 냉동장치 냉매증기를 압축하여 액상으로 응축시키고 기체로 팽창 될 때의 기화열을 이용하는 일반적인 증기압축식의 냉동방법이 있다.

그러나 압축식 냉동기의 단점은 큰 동력을 필요로 한다. 여름철에 가정에서 에어콘을 가동하려고 하여도 1-3마력의 모터가 내장되어 냉매가스를 압축기로 돌려 냉방을 하므로 정부에서도 여름철 전력에 비상이 걸리는 것도 에어콘을 자제하고 선풍기를 사용하자는 것도 모두 압축기를 사용한 냉동장치에서는 큰 압축기 구동 동력이 필요한 것이다.

그래서 전 세계는 문명의 발전과 이상적인 생활추구에 어쩔 수 없이 많은 발전소를 건립하고 전력 소모가 적은 밤에 빙축하여 부하가 많은 낮에 냉방을 하거나 비교적 전력소비가 적은 흡수식 냉동장치를 보조와 융자를 하면서 전력사정과 문명추구에 전전긍긍 하고있는 실정이다.

따라서, 본 발명자는 보다 적은 전력이나 소요동력이 극소량으로 냉동장치나 냉방장치 공조장치인 히트 펌프식 냉 온방장치 등 열의 이동에 관한 모든 장치에서 지금과 같이 모든 기기를 전력소모량이 큰 현재의 냉동장치를 계속 사용한다면 전 세계는 발전소로 덮을 것임에 틀림없을 것이기에 발명자는 이장의 설명인 전력난 과 증기 압축식 냉동기나 열원 기기의 근본적인 해결책을 얻고자 본 발명에 이른 것이다.

통상 압축기는 저온저압의 가스를 응축압력까지 압축하고 응축압력에서는 저압으로는 모세관이나 팽창변을 통하여 저온저압으로 증발압력까지 내려오는데 오늘날 냉매를 사용한 압축식 냉동장치의 결점이다.

저압에서 고압으로는 외부의 동력으로 압축하고 고압에서 저압으로는 자연적으로 압력이 강하하므로 즉, 동력을 버림으로 일방적으로 압력 상승시 냉동기에서 사용되는 대부분의 동력을 이 압력 상승목적으로 사용되며 결론적으로 냉동장치에서는 외부의 큰 동력이 필요하며 반대로 고온고압에서 저온저압으로 압력의 하강시 자연적으로 팽창변이나 모세관 등으로 압력을 강하하므로 고압에서 저압으로의 압력 즉 동력을 버리므로 냉동기에서의 큰 동력의 손실이 생긴 것이다.

그래서 본 발명은 이 고압에서 저압으로 압력하강의 동력에너지와 저압에서 고압으로의 압력상승의 동력에너지는 같으므로 고압에서 저압으로의 하강에너지를 회수한다면 상호의 에너지의 량이 같으므로 이를 서로간에 역이용한다면 냉동장치에서의 압축기의 압축동력이 불필요하게 된다.

그러나 냉동기는 우리가 생각하는 정도의 간단한 원리나 장치로 작동되는 것이 아니며 고압과 저압의 단순한 압력으로만 이루어지는 것이 아니며 압력의 변화와 냉매의 상태적 변화를 단계적으로 사이클 내를 순환하면서 저온에서 고온으로 열을 운반하는 열 펌프라고도 하는 장치로 냉매가 장치 내를 순환하면 긴 코일과 각종 기기를 통과하면서 유체의 통과저항 즉 관류저항이 발생하고 고 저압의 에너지 상호 교환장치에서도 회전 부의 마찰손실과 열 손실 체적효율의 저하 등 실질 냉동장치에서는 이들 손실을 보완하기 위하여 외부에 손실 분만큼 보충하는 보조 압축기나 고 저압의 에너지 교환장치의 회전축에 보조 모터를 설치하여 손실분을보충한다면 발명은 현재의 냉동장치에서의 큰 동력모터의 에너지는 필요가 없게 된다 .

본 발명이 현실화하여 상용화한다면 종래의 물이나 암모니아 리듐브로마이드의 흡수식 냉동기의 냉온수 유니트나 흡식 저온장치(흡수식 냉동기는 물이나 리듐브로마이드의 흡수성질을 이용하여 증발기에서 증발한 냉매가스인 물이나 암모니아를 흡수하고 이를 가열하여 다시 분리하여 분리된 냉매가스는 응축기에서 방열 하므로서 응축액화 되고 이응축 액화된 냉매는 증발기에서 다시 증발하는 등 증기압축식 냉동장치보다 복잡하고 설비비가 많이 드나 압축기와 같은 큰동력이 없이 냉매액을 순환시키는 순환펌프만의 적은 동력에너지가 소모되므로 정부나 환경단체에서는 이를 적극 권장하나 흡수식의 경우 가열열원으로 발전소의 폐열 등을 사용하지 않고 개별 단독 설치 운전한다면 여름철에 냉방을 하기 위하여 보일러 등의 가열 에너지를 소비하므로 이 또한 미래에 권장할만한 냉동.냉방 장치는 아니라고 할 것이다)의 사용이 없어질 것이고 자동차의 여름철 에어콘 사용시 엔진부하의 차량의 속도저하나 연비 저하 등도 없어질 것이며 여름철 각 가정에서의 선풍기대신 에어콘의 사용을 권장하는 시대가 될 것이며 전 세계는 여름철 냉방기의 사용으로인 한 전력 비상도 없을 것이며 정부의 빙축열장치의 지원도 사라질 것으로 예상된다.

또한 본 발명의 냉동장치의 상업화가 시작되면 우리나라를 비롯하여 전 세계가 더 이상의 발전소를 건설하지도 않아도 되며 겨울철에 난방을 위하여 보일러대신 본 발명의 냉동장치를 이용하여 외기의 열을 흡수하여 실내로 이동하여 난방하는 저전력 히트펌프의 공조기기가 실용화되어 겨울철 에너지(수입유류) 비축의 해프닝(아직은 절실)도 없을 것으로 기대된다.

이하에서는 종래의 냉동시스템을 설명한다.

종래의 냉동시스템은, 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매가스를 고온고압의 상태로 응축 압력까지 압축하는 압축기(10')와, 상기 압축기(10')에서 압축된 냉매를 냉각팬(10a')(수냉식의 경우 공기가 아닌 물이며 기타 다른 냉각제나 기기가 사용되며 설명상 공기로 한다) 의 송풍에 의한 방열에 의하여 액상으로 응축하는 응축기(12')와, 상기 응축기(12')에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 교축작용에 의하여 저압상태의 기상냉매로 팽창시키는 팽창밸브(24')와, 그리고 팽창밸브(24')에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발잠열을 이용하여 송풍기(26a')(피 냉각물체에따라 액체나 우유 기타 냉동장치의 종류나 구조에따라 증발기의 종류가 많으나 여기서는 설명상 공기로 한다)에 의하여 송풍되는 공기를 열교환에 의하여 냉각함과 아울러 상기 압축기(10')로 냉매가스를 복귀시키는 증발기(26')를 냉매 순환 사이클로 이루어진다.

한편, 냉동사이클 동안 기체→액체 및 액체→기체로 연속적으로 상태변화되어야 하는데, 만약 냉매에 수분이 함유될 경우 냉동과정에서 수분이 냉매와 함께 장치내를 순환하면서 팽창변이나 모세관등 저온부에서 수분이 동결되어 냉매의 순환회로를 차단하는 동결 폐쇠 현상으로 냉동창치를 멤추게 하고 냉매의 상변화가 원활하게 이루어지지 못하므로(암모니아를 사용하는 냉동기는 수분이 침투하면 암모니아 수로 희석되므로 소량의 경우 장치를 중지하는 사고는 없으나 수분희석시증발압력이 상승되므로 수분 분리는 필요하다) 냉동시스템이 제기능을 할 수 없을 뿐만 아니라 냉동시스템이 부식되는 현상이 발생한다. 특히, R-12와 같은 냉매를 사용하는 냉동시스템에 있어서는, 냉매에 수분이 혼합된 경우, 수분이 냉매와의 화학반응으로 금속에 대한 강부식성을 가지고 냉매의 수명을 단축시키며 냉매중의 수분은 냉동장치에서는 치명적인 악영향을 받게 된다.

이러한 수분에 의한 문제를 해결하기 위하여, 통상 냉동창치 에서는 냉매에 혼합된 수분을 흡착하는(실리카겔 과 같은 다공성 물질의 흡착제) 드라이어(18')가 응축기(12')와 팽창밸브(24') 사이에 설치되고, 또한 상기 응축기(12')와 드라이어(18') 사이에는 액상 냉매만을 팽창밸브(24')쪽으로 공급하기 위한 수액기(15')가 설치된다. 즉, 드라이어(18')의 하우징 내부에는 건조제와 필터가 내장되어 있어서, 상기 건조제에 의하여 응축기(12')에서 팽창밸브(24')쪽으로 유동하는 냉매로부터 수분이 흡수되고 또 필터에 의하여 냉매에 포함된 수분 이외의 이물질을 여과된다. 그리고, 수액기(15')는 냉동사이클의 부하변동에 대응하여 냉매를 일시 저장함과 아울러 액냉매에 함유된 미 응축냉매나 불응축가스 를 분리하는 작용을 하며, 또 가용전(Fusible Plug)이 설치되는 경우 이 가용전을 이용하여 냉동시스템 이상으로 냉매가 과열되었을 때 냉매를 강제적으로 배출시켜 시스템을 보호하게 된다.

한편, 증발기(26')로부터 배출되는 냉매가스가 완전히 증발되지 않은 경우 배출되는 냉매가스에는 액상냉매가 함유되어 있고, 또한 냉동시스템의 가동을 중단한 경우 증발기(26')와 압축기(10') 사이의 관로에 존재하는 냉매가스가 액상으로변한다. 따라서 압축기(10')로 액상 냉매가 유입되는 일이 발생할 수 있다. 액냉매는 비압축성 유체이기 때문에 압축기(10')로 액냉매 유입되면 액압축 현상이 발생하여 망치로 두드리는 듯한 소음, 즉 소위 해머링 노이즈가 발생함은 물론 액냉매가 압축되지 않음으로 인하여 압축기(10')의 소손이 유발된다.

따라서, 압축기(10') 내부로 액냉매가 유입되는 것을 근본적으로 차단할 필요성이 요청되고, 이를 위하여 증발기(26')와 압축기(10') 사이에는 액냉매를 분리하고 냉매가스만을 압축기로 공급하기 위한 액분리기(29')가 설치된다. 또한 압축기(10') 내부로 이물질이 유입되어 압축기(10')가 손상되는 것을 방지하기 위하여 상기 액분리기(26')와 압축기(10') 사이에는 이물질을 제거하기 위한 여과기(32')가 더 설치된다. 도 1에 표시된 참조 부호들 중 (16')는 냉매을 차단하기 위한 솔레노이드 밸브를 나타내고, 참조부호 (22')는 사이트 글래스(투시경)를 나타낸다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래 냉동시스템에 있어서는, 냉매가 수액기(16'), 드라이어(18') 및 솔레노이드 밸브(16')를 통과할 때 통과저항이 크고, 팽창밸브(24')의 용량 제어 등으로 인하여 냉매가 수액기(15')를 통과할 때는 만액상태이지만 팽창밸브(24') 직전에서는 만액과 반만액 상태로 교차되면서 유동하기 때문에 고압변동이 심하다. 이를 방지하기 위하여 항상 수액기(15')에 냉매를 필요이상으로 만액상태로 유지하고 있지만, 이 경우 수액기(15')의 크기를 증대시킴과 아울러 냉매충전량이 증가하는 문제점은 몬트리올 협약(오존층을 파괴하는 후레온 냉매의 사용제한을 위한 협약)이후 후레온 냉매의 사용량이 제한되기 때문에 후레온 충전량이 적은 냉동치의 개발이 필요 하며 또한, 종래 냉동장치에 있어서는증발기(26')와 압축기(10') 사이에 설치된 액분리기(29')는 단순히 그 하우징 내부에 설치되는 액분리파이프를 U자형으로 굴곡하여 액냉매가 액분리파이프로 유입되지 않도록 하는 구조를 가지고 있지만 이 경우(액분리기로인한 냉매과 차징과 저온상태에서의 기동시 액냉매에 함유된 오일이 분리하지 못하고 액 냉매와 함께 압축기로 유입되어 압축기가 액 압축등으로 압축기의 소손 원인이 된다) 증발기측의 급격한 증발압력 변동에 의하여 유동하는 냉매가스의 유속이 큰 경우 액상냉매가 냉매가스의 유속에 이끌려 상기 액분리파이프 쪽으로 유입될 우려가 크며 후레온 냉매의 사용이 무제한시 냉동기술에서는 기본적인 기술로 여겨왔다.

본 발명의 장점은 구조가 간단하고 전력이 극소량이며 운전후의 폐 에너지(흡수식 냉방기나 냉동기의 경우 보일러로 가열을 하므로 필요이상의 응축방열을 하며 증기 압축기에서는 응축기에서의 방열은 증발기에서 흡수하는 증발잠열과 압축기에서의 압축에대한 일에 열당량 모터의 발열량 등 응축 방열량은 증발잠열+압축기의 발열량 이므로 필요이상의 열을 방열하나 본 발명 장치는 압축기의 발열량이 장치의 효율부족분만 보충하므로 방열량이 증발잠열보다 크게 늘어나지 않는다)가 없고 현재의 압축식 냉동장치보다 가격이 저럼하며 흡수식 냉동장치보다 가격에서 극히 미미하며 새로운 이론적 기술이 아닌 종래의 기술로 응용이 가능하므로 상업화가 빠르게 진행될 것으로 생각된다.

이상과 같이 고저압을 이용하여 냉매순환 기기를 이용한 냉동기의 성능향상을 위한 장치로 고압에서 저압으로의 손실 압 에너지를 회수하여 저압에서 고압으로 압력을 높여주는 상호에 저온저압으로 압력의 하강시 자연적으로 팽창변이나 모세관 등의 로 압력을 강하하므로 고압에서 저압으로의 압력 즉 동력을 버리므로 냉동기에서의 큰 동력의 손실이 생긴 것이다

그래서 본 발명은 이 고압에서 저압으로 압력하강의 동력에너지와 저압에서 고압으로의 압력상승의 동력에너지는 같으므로 고압에서 저압으로의 하강에너지를 회수한다면 상호의 에너지의 량이 같으므로 이를 서로간에 역이용한다면 냉동장치에서의 압축기의 압축동력이 불필요하게 된다

그러나 냉동기는 우리가 생각하는 정도의 간단한 원리나 장치로 작동되는 것이 아니며 고압과 저압의 단순한 압력으로만 이루어지는 것이 아니며 압력의 변화와 냉매의 상태적 변화를 단계적으로 사이클 내를 순환하면서 저온에서 고온으로 열을 운반하는 열 펌프라고도 하는 장치로 냉매가 장치 내를 순환하면 긴 코일과 각종 기기를 통과하면서 유체의 통과저항 즉 관류저항이 발생하고 고 저압의 에너지 상호 교환장치에서도 회전 부의 마찰손실과 열 손실 체적효율의 저하 등 실질 냉동장치에서는 이들 손실을 보완하기 위하여 외부에 손실 분만큼 보충하는 보조 압축기나 고 저압의 에너지 교환장치의 회전축에 보조 모터를 설치하여 손실분을 보충한다면 현재의 냉동장치에서의 큰 동력모터의 에너지는 필요가 없게 된다던지 교환하는 냉매순환장치를 이용하여 성능향상 원가절감 및 에너지를 절감할 수 있다.

도 1은 종래 냉동시스템을 나타내는 구성도

도 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 냉동시스템을 나타내는 구성도

도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 냉동시스템을 나타내는 구성도

도 4는 본 발명의 실시예 3에 따른 냉동시스템을 나타내는 구성도

도 5는 본 발명의 실시예 4에 따른 냉동시스템을 나타내는 구성도

도 6은 본 발명의 실시예 5에 따른 냉동시스템을 나타내는 구성도

도 7은 본 발명의 실시예 6에 따른 냉동시스템을 나타내는 구성도

도 8은 본 발명의 실시예 7에 따른 냉동시스템을 나타내는 구성도

도 9는 본 발명의 실시예 8에 따른 냉동시스템을 나타내는 구성도

도 10은 본 발명의 실시예 9에 따른 냉동시스템을 나타내는 구성도

도 11은 도 10의 실시예 9에 따른 응축기의 응축발열량의 pi선도를 나타낸 도면

도 12a와 도 12b는 도 10의 실시예 9에 따른 증발기의 증발판을 여러 가지 형상으로 나타낸 도면

도 13과 도 14는 본 발명에 따른 냉동시스템의 전자 제어상태를 나타내는 구성도

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 - 압축기11 - 모터

11,11a - 압력상승용 펌프12 - 응축기

13,14 - 전자밸브17a,17b - 바이패스관

18 - 드라이어24 - 팽창밸브

25 - 냉매팽창펌프26 - 증발기

27 - 이젝터27a - 하우징

28 - 중간냉각기30 - 외부하우징

32 - 여과기

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 냉동시스템은, 냉매가스를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 방열에 의하여 액상으로 응축하는 응축기와, 상기 응축기로부터 배출되는 냉매에 함유된 수분을 제거하는 드라이어와, 상기 응축기에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 교축작용에 의하여 저압상태의 액상냉매로 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발잠열을 이용하여 피 냉각물체와 열 교환 에 의하여 냉동효과를 달성하면서 증발하여 저온저압의 기상의 냉매가스를 압축기로 복귀시키는 증발기와, 그리고 상기 증발기로부터 배출되어 압축기로 복귀하는 냉매가스 중에 함유된 미 증발의 액 냉매 분을 분리하는 액 분리기를 포함하여 이루어지는 냉동장치시스템에 있어서, 상기 증발기의 출구단과 연결되어 저온 저압의 냉매가스를 흡입하여 고압의 냉매가스로 토출하는 압력상승용 펌프; 및 상기 드라이어의 출구단과 연결되어 흡입한 냉매를 증발기로 토출하는 냉매팽창펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 압력상승용 펌프와 상기 냉매팽창펌프는 동축에 설치하는 것이 좋으나, 동축이 아닌 다른 축에 각각 설치하여 풀리 등의 전달수단에 의해 동일 회전을 갖도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 압력상승용 펌프와 상기 냉매팽창펌프의 동축에는 압력상승용 펌프를 하나 더 설치하여 2단 압축하도록 한 것을 특징으로 한다.

상기 두 개의 압력상승용 펌프 사이에는 중간냉각기를 더 설치한 것을 특징으로 한다.

상기 동축에는 모터를 더 설치한 것을 특징으로 한다.

상기 응축기에 공급되는 냉각수는 응축기의 응축발열량 pi선도상의 등온, 등압선에 해당되는 구간에 1차적으로 순환되도록 제1냉각수입구와 제1냉각수출구를 구비하고, 상기 제1냉각수출구를 통해 배출된 냉각수의 일부를 다시 응축기의 응축발열량 pi선도상의 과열제거 구간에 2차적으로 순환되도록 제2냉각수입구와 제2냉각수출구를 구비한 것을 특징으로 한다.

상기 증발기는 2장의 판을 전체적으로 스포트 용접 한 후 그 사이로 가스가 통과될 수 있는 유로를 형성한 것을 특징으로 한다.

상기 압축기의 토출라인과 상기 응축기의 토출라인에 각각 전자밸브에 의해 제어되는 바이패스관로를 입구단에 연결함과 아울러 증발기의 출구단이 연결되어 벤추리작용으로 냉매를 회수하도록 한 이젝터; 및 상기 이젝터의 출구단측 관로 하우징 둘레로 드라이어의 출구단과 연결됨과 아울러 팽창밸브의 입구단과 연결되는 외부 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예들에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

<실시예 1>

도 1을 참조하면서 본 발명의 실시예 1에 따른 냉동시스템에 대하여 설명한다.

참조부호 10은 압축기로서, 냉매가스를 흡입하여 고온고압으로 압축하여 배출하기 위한 것으로서, 그 사용목적에 따라 왕복동식 .크랭크식, 사판식, 워블 플레이트식, 로터리식, 스크롤식 등 다양한 형태의 압축기가 채용될 수 있다.

이 압축기(10)의 토출라인은 응축기(12)와 연결되며, 이 응축기(12)는 상기 압축기(10)에서 압축되어 배출되는 냉매가스를 방열시킴으로써 고온고압의 액상 냉매로 응축하도록 되어 있다. 여기서는 구체적으로 도시하지 않았으나, 응축기(12)는 상부 헤더 와, 하부 헤더 와, 상기 상/하부 헤더 들을 연결하여 이들이 서로 통하도록 함으로써 소정의 유로를 형성하는 다수의 튜브와, 그리고 상기 튜브들 사이에 적층되는 코르게이트형 전열핀을 가진 통상적인 형태의 것이 사용될 수 있다. 따라서, 냉각팬(14)에 의하여 송풍되는 공기는 튜브들 사이의 전열핀들을 거치게 되고 이 과정에서 응축기(12) 내부를 유동하는 냉매의 온도가 송풍공기에 빼앗겨 냉매의 응축작용이 수행된다.

본 실시예에 따르면, 상기 응축기(12)의 배출라인쪽에는 수액기(15)를 통해 응축기(12)로부터 배출되는 응축 냉매를 차단하기 위한 솔레노이드 밸브(16)가 연결되고, 상기 솔레노이드 밸브(16)의 배출라인쪽에는 응축기(12)로부터 배출되는 응축 냉매중에 함유된 수분을 제거하기 위한 드라이어(18)가 설치된다. 상기 드라이어(18)는 그 하우징 내에 건조제와 필터가 내장된 통상적인 형태의 것이 사용될 수 있다.

따라서, 상기 건조제에 의하여 응축기(12)에서 증발기로 유동하는 냉매로부터 수분이 흡수될 수 있고 또 필터에 의하여 냉매에 포함된 수분 이외의 이물질이 여과될 수 있다.

한편, 압축기(10)의 입구라인쪽에는 후술하는 팽창밸브(24)로부터 유입되는 냉매를 증발시킴으로써 이 때의 증발잠열을 이용하여 피 냉각물체 와 냉매를 열교환시켜 냉동효과를 달성하는 하는 증발기(26)가 연결되고, 상기 증발기(26)와 압축기(10)와의 사이에는 증발기(26)로부터 배출되는 냉매가스에 함유된 액냉매를 분리하여 냉매가스만을 압축기(10)로 복귀시키기 위한 액분리기(29)가 설치되며, 상기 액분리기(29)와 압축기(10)와의 사이에는 압축기(10)로 이물질이 유입되어 압축기(10)가 손상되는 것을 방지하기 위하여 이물질을 제거하는 여과기(32)가 설치된다.

그리고, 증발기(26)의 입구단에는 공급되는 고온고압 상태의 액상 냉매를 교축작용에 의하여 저압상태의 냉매로 팽창시켜 증발작용이 용이하게 수행되도록 증발기(26)로 공급하기 위한 팽창밸브(24)가 설치된다. 이 팽창밸브(24)는, 여기서는 구체적으로 도시되지는 않았으나, 감온실 내부의 온도에 따른 다이어프램의 팽창변위에 의하여 압력전달로드를 통하여 고압냉매유로의 개도를 조절하는 내부균압식, 캐필러리 튜브를 통한 다이어프램의 팽창변위에 의하여 고압냉매유로의 개도를 조절하는 외부균압식 등 일반적으로 TEV라하는 감온식 팽창변을 사용하며 다양한 형태의 것이 사용될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 상기 응축기(12)와 드라이어(18)와의 사이의 관로에 응축기(12)에 의하여 응축된 고온고압의 액상 냉매를 저장하여 배출하기 위한수액기(15)가 더 설치되어 있다. 본 실시예의 경우 상기 수액기(15)는 종래의 것에 비하여 작은 용량의 것을 채용해도 무방하고 또 상기 수액기(15)를 제거하여도 무방하다.

본 실시예에 따르면, 상기 압축기(10)의 토출라인과, 상기 응축기(12)의 토출라인에는 각각 바이패스관(17a)(17b)을 설치하고, 그 바이패스관(17a)(17b)은 이젝터(27)의 입구측에 연결하며 상기 이젝터(27)의 배출구는 상기 여과기(32)에 연결한다. 그리고, 상기 바이패스관(17a)(17b)에는 각각 전자밸브(13)(14)들을 설치하여 제어하도록 한다. 또한, 본 실시예는 상기 이젝터(32)에 증발기(26)에서 토출되는 냉매를 공급되도록 하여 작동시 증발기의 냉매를 벤추리 작용으로 회수되며 증발기로의 역순환을 방지하기 위한 역지변(23)을 설치한다.

도 1중 미설명부호 22는 사이트 글래스이다.

다음에, 본 실시예에 따른 냉동시스템의 작용에 대하여 설명한다.

압축기(10)가 구동되면 증발기(26)로부터 배출되어 액분리기(29) 및 여과기(32)를 거친 저압의 냉매가스는 압축기(10)로 흡입되고, 이와 같이 압축기(10)에 흡입된 냉매가스는 고온고압의 냉매가스로 압축되어 응축기(12)쪽으로 토출된다. 응축기(12)로 유입된 냉매가스는 방열되어 응축됨으로써 고온고압의 액상 냉매로 바뀌어 솔레노이드 밸브(16)를 거쳐 드라이어(18)로 유입된다. 액상 냉매가 드라이어(18)를 거치는 과정에서 액상 냉매에 함유된 수분 및 이물질이 제거된다.

이러한 본 실시예에 따르면, 상기 압축기(10)에서 토출되는 냉매 및응축기(12)를 거친 핫 가스의 압력 및 온도를 계측하여 전자밸브(13)(14)를 제어하여 이젝터(27)에 공급하여 분사하는 것에 의해 압축기(10)의 입구측 비체적의 감소 및 압력을 보상하여 성능 향상 및 압축 동력을 저감시켜 준다. 본 실시예는 작동시 증발기의 냉매를 벤추리 작용으로 회수되며 역지변(23)에 의하여 증발기로의 역순환을 방지한다.

본 실시예에 따르면, 증발기의 압력저하 및 응축압력 상승시 냉매유량 및 핫 가스를 제어밸브(13)(14)로 제어하여 냉동 능력 향상 및 압축기의 소요 동력을 저감할 수 있어 기존 냉동기, 에어컨, 히트 펌프 등의 냉동기기에 부착하여 성능 향상 및 동력에너지를 절감 할 수 있다.

<실시예 2>

도 3을 참조하면서 본 발명의 실시예 2에 따른 냉동시스템에 대하여 설명한다. 본 실시예에 있어서 실시예 1과 동일한 부호는 동일구성요소를 가리키며 이들 각 동일구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따르면, 상기 이젝터(27)의 출구단측 관로 하우징(27a) 둘레로 드라이어(18)의 출구단과 연결됨과 아울러 팽창밸브(24)의 입구단과 연결되는 외부 하우징(30)이 더 설치됨으로써, 드라이어(18)로부터 배출되는 고온고압의 액상 냉매가 이젝터(27)의 하우징(27a) 외면과 외부 하우징(30)의 내면 사이의 공간을 거쳐 팽창밸브(24)로 유동하도록 되어 있다.

따라서, 드라이어(18)로부터 배출되어 이젝터(27)의 하우징(27a) 외면과 외부 하우징(30)의 내면 사이의 공간을 거쳐 팽창밸브(24)로 유동하는 고온고압의 액상 냉매의 온도가 증발기(26)로부터 배출되어 이젝터(27)의 하우징(27a) 내부를 거치는 저압의 냉매가스에 전달되어 냉매가스에 전열됨으로써 냉매가스에 함유된 액냉매가 완전히 기화되어 여과기(32)를 거쳐 압축기(10)로 공급되므로 압축기(10) 내부로 액냉매가 유입되지 않음에 따라 압축기(10)의 액압축 현상이 방지된다. 또한, 냉매가스에 온도를 빼앗긴 액상 냉매는 그 온도가 낮아져 액상 냉매에 함유될 수 있는 냉매가스가 응축된 상태로 팽창밸브(24)를 거쳐 증발기(26)로 유입되므로 증발잠열이 커져 냉동성능이 향상될 수 있다.

상기한 냉매사이클 과정에 있어서, 드라이어(18)로부터 배출되어 이젝터(27)의 하우징(27a) 외면과 외부 하우징(30)의 내면 사이의 공간을 거쳐 팽창밸브(24)로 유동하는 고온고압의 액상 냉매가 이젝터(27)의 하우징(27a) 외면과 접촉하게 된다. 따라서, 이 액상 냉매의 온도가 증발기(26)로부터 배출되어 이젝터(27)의 하우징(27a) 내부를 거치는 저압의 냉매가스에 열전달되어 냉매가스가 가열된다. 따라서, 냉매가스에 함유된 액냉매가 완전히 기화되어 여과기(32)를 거쳐 압축기(10)로 공급되므로 압축기(10) 내부로 액냉매가 유입되지 않음에 따라 압축기(10)의 액압축 현상을 방지할 수 있다. 이에 대하여, 냉매가스에 온도를 빼앗긴 액상 냉매는 그 온도가 낮아져 액상 냉매에 함유될 수 있는 냉매가스가 응축된 상태로 팽창밸브(24)를 거쳐 증발기(26)로 유입되므로 증발잠열이 커짐에 따라 냉동성능이 향상될 수 있다.

<실시예 3>

도 4를 참조하면서 본 발명의 실시예 3에 따른 냉동시스템에 대하여 설명한다. 본 실시예에 있어서도 위 실시예들과 동일한 부호는 동일구성요소를 가리키며 이들 각 동일구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따르면, 위 실시예 2의 구성에 냉매팽창펌프(25)와 압력상승용 펌프(11)를 설치한 것이다. 여기서 압축기(10)는 보조 압축기로서의 역할을 한다. 상기 압력상승용 펌프(11)의 입구로는 저온 저압의 증발기에서 나온 냉매가스가 흡입되고 압력상승용 펌프(11) 출구는 고온 고압의 냉매가스가 토출되므로 이는 압축기에 해당한다. 따라서, 위 실시예 2,3에 따른 압축기(10)는 보조 압추기이다.

또한 냉매팽창펌프(25)의 입구는 고압의 액 냉매가 유입되고 출구는 저온 저압의 액 냉매로 변화하면서 고압에서 저압으로의 압력차에 의한 운동에너지는 동일축의 압력상승용펌프(11)가 회전하므로 냉매팽창펌프(25)와 압력상승용펌프(11)의 양자의 운동에너지는 같으므로 이 펌프를 회전시키는데는 외부의 동력이 불필요하나 실제냉동장치에서는 회전부의 마찰손실이나 냉매의 응축기나 증발기등 기타 기기의 통과저항 등 관류저항 때문에 보조압축기가 손실분과 저항분만큼 보완하여야 하며 이 보조 압축기의 컨트롤로 사용자가 원하는 온도등의 조건으로 운전을 제어할수 있다 또한 이 냉동기의 on-off는 이 보조압축기로 제어가 가능하다.

본 실시예에 따르면, 상기 냉매팽창펌프(25)와 상기 압력상스용펌프(11)에 의해 고압에서 저압으로 저압에서 고압으로 상호 에너지를 이용한 냉매를 순환할 수 있다. 이러한 냉매의 펌프 방식은 배인, 피스톤, 스크롤, 기어, 다이어후램, 밸로우즈, 로타리의 용적방식이나 회전식의 터보식도 사용할 수 있다.

<실시예 4>

도 5를 참조하면서 본 발명의 실시예 4에 따른 냉동시스템에 대하여 설명한다. 본 실시예에 있어서도 위 실시예들과 동일한 부호는 동일구성요소를 가리키며 이들 각 동일구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따르면, 위 실시예 3에서 보조압축기를 배제하고 상기 냉매팽창펌프(25)와 압력상승용 펌프(11)의 동축(11b)에 모터(9)를 설치한 것이다. 본 실시예에서는 보조압축기가 필요 없다. 상기 냉매팽창펌프(25)와 압력상승용 펌프(11)의 동축(11b)에 마찰손실이나 냉매의 응축기나 증발기등 기타 기기의 통과저항 등 관류저항 때문에 손실된 에너지만큼 모터(9)를 설치하여 손실 보상과 운전 제어를 함으로 장치의 간소화와 생산비의 절감을 얻을 수 있다.

이와 같이 저압에서 응축압력까지 상승시 필요한 동력은 응축압력에서 증발압력까지의 냉매팽창밸브(24)의 에너지로 가동하므로 냉동장치의 성능향상은 물론이고 운전동력 에너지를 절감하고 시켜주는 기능이다.

이와 같이 냉동장치를 운전하면 압축기로만 압축할 때에는 압축기의 발열량과 냉매의 단열압축에의한 발열등으로 냉동기의 수명이나 응축발열량이 많으나 본 발명의 장치를 이용하면 에너지의 절감과 기계의 수명이 연장된다.

고압에서 저압으로 저압에서 고압으로 상호 에너지가 동일하므로 이를 이용하여 냉매순환 기기를 이용한 냉동기의 성능향상과 에너지 절감을 위한 장치로 고압에서 저압으로의 손실 압 에너지를 회수하여 저압에서 고압으로 압력을 높여주는 상호 에너지 교환하는 냉매순환장치를 이용하여 성능향상 원가절감 및 에너지 절감할 수 있다

<실시예 5>

도 6을 참조하면서 본 발명의 실시예 5에 따른 냉동시스템에 대하여 설명한다. 본 실시예에 있어서도 위 실시예들과 동일한 부호는 동일구성요소를 가리키며 이들 각 동일구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따르면, 위 실시예 4에서 수액기를 제거한 것으로, 상기 수액기는 이젝터의 출구단측 관로 외부 하우징(30)을 지나는 액상 냉매가 액분리기(29)를 지나는 냉매가스와 열교환된 다음 팽창밸브(24)로 유동하기 때문에, 본 실시예의 경우 수액기(15)를 제거하여도 무방하다.

<실시예 6>

도 7을 참조하면서 본 발명의 실시예 6에 따른 냉동시스템에 대하여 설명한다. 본 실시예에 있어서도 위 실시예들과 동일한 부호는 동일구성요소를 가리키며 이들 각 동일구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따르면, 저온의 경우 이젝터를 이용한 2단 압축 사이클로서 위 실시예들의 냉매팽창펌프(25)와 압력상스용 펌프(11)의 동축(11b)에 압력상승용 펌프(11a)를 하나 더 구비한 구성이다.

<실시예 7>

도 8을 참조하면서 본 발명의 실시예 7에 따른 냉동시스템에 대하여 설명한다. 본 실시예에 있어서 실시예 6과 동일한 부호는 동일구성요소를 가리키며 이들 각 동일구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따르면, 실시예 6에서 중간냉각기(28)를 더 구비한 것이다. 이중간냉각기(28)는 두 개의 압력상승용 펌프(11)(11a)의 사이에 설치하여 성능 향상을 가져온 것으로, 상기 중간냉각기(28)의 입구단측은 압력상승용 펌프(11)와 연결되고, 중간냉각기(28)의 출구단측은 다른 압력상승용 펌프(11a)와 연결된다.

이와 같이 본 실시예는 하나의 압력상승용 펌프(11)를 통한 냉매가 중간냉각기(28)를 거친 후 다시 압력상스용 펌프(11a)로 유입됨으로 냉동사이클의 성능 향상을 기대할 수 있다.

<실시예 8>

도 9를 참조하면서 본 발명의 실시예 8에 따른 냉동시스템에 대하여 설명한다. 본 실시예에 있어서도 위 실시예들과 동일한 부호는 동일구성요소를 가리키며 이들 각 동일구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따르면, 위 실시예 7에서 수액기를 제거한 것이다. 이러한 수액기는 이젝터의 출구단측 관로 외부 하우징(30)을 지나는 액상 냉매가 액분리기(29)를 지나는 냉매가스와 열교환된 다음 팽창밸브(24)로 유동하기 때문에, 본 실시예의 경우 수액기(15)를 제거하여도 무방하다.

<실시예 9>

도 10과 도 11을 참조하면서 본 발명의 실시예 9에 따른 냉동시스템에 대하여 설명한다. 본 실시예에 있어서도 위 실시예들과 동일한 부호는 동일구성요소를 가리키며 이들 각 동일구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따르면, 위 실시예들에서 냉동 향상을 위한 응축수(냉각수)의 개량과 증발기의 개량으로 효율 개선과 냉매 차지량 감소의 효과를 가져올 수 있도록 한 것으로, 응축기(12)에 공급되는 냉각수의 순환을 다르게 한 것이다.

상기 냉각수는 제1냉각수입구(12a)를 통해 공급되어 제1냉각수출구(12b)로 배출되도록 한다. 상기 제1냉각수입구(12a)에서 제1냉각수출구(12b)의 냉각수 열량은 도 11에 표시된 응축기의 응축발열량 pi선도상의 등온, 등압선에 해당되므로 순수 응축발열량에 해당된다.

또한, 상기 제1냉각수출구(12b)로 배출된 냉각수의 일부가 다시 제2냉각수입구(12c)를 통해 공급되어 제2냉각수출구(12d)로 배출되도록 한다. 상기 제2냉각수입구(12c)에서 제2냉각수출구(12d)의 냉각수 열량은 도 11에 표시된 응축기의 응축발열량 pi선도상의 과열제거 구간의 열량으로 이 과열제거 구간은 응축발열량 보다 적음으로 제1냉각구출구(12b)를 통해 배출된 냉각수의 일부를 재투입하면 응축압력이 내려가고 응축기의 용량이 적어지며 결과적으로 효율이 증대하며 응축라인이 짧아져 냉매차지량이 감소한다.

본 실시예에 따르면, 상기 제1냉각수입구(12a)의 온도가 대략 30℃이면, 제1냉각수출구(12b)의 온도는 대략 45℃이다. 따라서, 제2냉각수입구(12c)의 온도는 대략 45℃이고, 제2냉각수출구(12d)의 온도는 대략 70℃가 될 수 있다.

또한, 종래의 증발기는 냉매관을 긴 파이프를 이용하므로 배관의 관류저항이 커지고 내관내의 냉매 잔류량이 많음으로 효율이 저하되나, 본 실시예에 따르면, 증발판을 이용한 것으로 이 증발판은 2장의 판(26a)을 전체적으로 스포트 용접(16') 한 후 그 사이로 가스가 통과될 수 있는 유로(26b)를 형성하여 냉매 가스를 2장의 판(26a) 사이로 통과시킴으로 냉매 가스의 전체 거리가 짧아지고, 판으로의 넓게 냉매가스가 흐르므로 판 내의 냉매가스의 통과 저항이 적고 관에 비하여 내 용적이 적음으로 경제적으로 효율이 크고 냉매 차지량을 감소할 수 있다.

상기 실시예에 따른 증발판의 제조방법은, 2장의 평판(26a)을 겹쳐 놓고 일정한 간격으로 스포트 심의 용접(26')으로 2장을 접합한 다음에 냉매의 흐름과 퍼짐을 위하여 냉동시스템의 크기나 종류에 따라 흐름 유로(26b)를 없애거나 다중 설치하여 주변을 심 용접하며 2장의 판(26a) 사이를 공기나 Co2를 가압함으로서, 즉 기체나 액압으로 가압함으로서 2장의 판(26a) 사이를 적당한 간격이 형성되도록 한 후 그 형성된 간격 사이로 냉매가스를 흐르도록 한다.

이러한 증발판은 도 12a와 도 12b에 표시와 같이, 용기의 크기나 형상에 따라 여러 가지의 모양으로 유로(26b)를 형성하여 냉동기의 증발기 역할을 하도록 한다.

이상과 같이 위에서 설명한 여러 실시예들에 따른 냉동시스템의 제어 상태를 도 13과 도 14에 나타내었다.

도 13과 도 14는 냉동시스템에 보조압축기(10)가 설치되어 있는 차이가 있는 것으로, 이를 동시에 설명한다. 도 13과 도 14의 도면 표시와 같이, 본 발명에 따른 냉동시스템을 제어하기 위한 전자제어기(40)가 구비된다. 이 전자제어기(40)는 각종 센서로부터 입력된 값을 연산하여 사용자가 원하는 조건으로 운전되도록 아나로그, 디지탈, 위상 헤르쯔 제어로 모터의 회전속도를 조절한다.

상기 전자제어기(40)로 입력되는 각종 신호로는, 먼저 냉매팽창펌프(25)로 유입되는 냉매의 수분 검출, 응축기(12)의 토출구측에 응축압력 검출, 증발기(26)의 증발압력 검출, 냉매팽창펌프(25)의 감압측밀도 검출, 및 압력상승용 펌프(11)의 승압측밀도 검출 등이다.

또한, 상기 전자제어기(40)는 냉매팽창펌프(25)와 압력상승용 펌프(11)의 상호 용적 발란스를 조절하고, 보조압축기(10) 및 모터(9)의 온/오프를 제어한다. 그리고, 상기 전자제어기(40)는 실외온도센서(42)와 고내온도센서(44)와 연결되어 제어한다.

본 발명은 저온냉동기나 히트 펌프 식 공조 기 등 운전상태 에 따라 압축비가 변하는 냉동장치에서는 압축비의 상승시 압축기의 토출 가스의 온도가 급격히 상승하고 응축압력의 상승시 체적효율과 압축효율 의 급격한 감소 운전동력의 증가 등의 일반적인 사항과 더불어 압축기의 과열과 압축기 구동용 모터의 회전슬립 압축기의 윤활유의 열화와 탄화에 의하여 급격한 압축기의 수명단축 등의 피해에서 보완하기 위하여 전술한 기술 내용으로부터 자명하듯이, 본 발명은 증발기의 압력저하 및 응축압력 상승시 냉매유량 및 핫 가스를 제어하여 냉동 능력 향상 및 압축기의 소요 동력을 저감하여 기존 냉동기, 에어컨, 히트 펌프 등의 냉동기기에 부착하여 성능 향상 및 동력에너지를 절감 할 수 있는 효과가 있다.

Claims

냉매가스를 고온고압의 상태로 압축하여 배출하는 압축기와, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 방열에 의하여 액상으로 응축하는 응축기와, 상기 응축기로부터 배출되는 냉매에 함유된 수분을 제거하는 드라이어와, 상기 응축기에서 응축된 고온고압 상태의 액상 냉매를 교축작용에 의하여 저압상태의 액상냉매로 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 팽창된 냉매를 증발시키면서 냉매의 증발잠열을 이용하여 피 냉각물체와 열 교환 에 의하여 냉동효과를 달성하면서 증발하여 저온저압의 기상의 냉매가스를 압축기로 복귀시키는 증발기와, 그리고 상기 증발기로부터 배출되어 압축기로 복귀하는 냉매가스 중에 함유된 미 증발의 액 냉매 분을 분리하는 액 분리기를 포함하여 이루어지는 냉동시스템에 있어서,

상기 증발기의 출구단과 연결되어 저온 저압의 냉매가스를 흡입하여 고압의 냉매가스로 토출하는 압력상승용 펌프; 및

상기 드라이어의 출구단과 연결되어 흡입한 냉매를 증발기로 토출하는 냉매팽창펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동시스템.
제 1항에 있어서, 상기 압력상승용 펌프와 상기 냉매팽창펌프는 동축에 설치한 것을 특징으로 하는 냉동시스템.
제 2항에 있어서, 상기 압력상승용 펌프와 상기 냉매팽창펌프의 동축에는 압력상승용 펌프를 하나 더 설치하여 2단 압축하도록 한 것을 특징으로 하는 냉동시스템.
제 3항에 있어서, 상기 두 개의 압력상승용 펌프 사이에는 중간냉각기를 더 설치한 것을 특징으로 하는 냉동시스템.
제 2항 또는 3항에 있어서, 상기 동축에는 모터를 더 설치한 것을 특징으로 하는 냉동시스템.
제 1항에 있어서, 상기 응축기에 공급되는 냉각수는 응축기의 응축발열량 pi선도상의 등온, 등압선에 해당되는 구간에 1차적으로 순환되도록 제1냉각수입구와 제1냉각수출구를 구비하고, 상기 제1냉각수출구를 통해 배출된 냉각수의 일부를 다시 응축기의 응축발열량 pi선도상의 과열제거 구간에 2차적으로 순환되도록 제2냉각수입구와 제2냉각수출구를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동시스템.
제 1항에 있어서, 상기 증발기는 2장의 판을 전체적으로 스포트 용접 한 후 그 사이로 가스가 통과될 수 있는 유로를 형성한 것을 특징으로 하는 냉동시스템.
제 1항에 있어서, 상기 압축기의 토출라인과 상기 응축기의 토출라인에 각각 전자밸브에 의해 제어되는 바이패스관로를 입구단에 연결함과 아울러 증발기의 출구단이 연결되어 벤추리작용으로 냉매를 회수하도록 한 이젝터; 및

상기 이젝터의 출구단측 관로 하우징 둘레로 드라이어의 출구단과 연결됨과 아울러 팽창밸브의 입구단과 연결되는 외부 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동시스템.