KR20050121201A - Refrigeration system having an integrated bypass system - Google Patents

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KR20050121201A
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Abstract

A heat transfer device comprising a compressor, a condenser, an expansion device, an evaporator and a bypass device. the bypass device located in the bypass passage and one end of the bypass passage connecting refrigerant line downstream of the condenser and the other end downstream of the evaporator. The bypass device comprises two concentric tubes.

Description

일체형 바이패스 시스템을 구비한 냉동 시스템{REFRIGERATION SYSTEM HAVING AN INTEGRATED BYPASS SYSTEM}REFRIGERATION SYSTEM HAVING AN INTEGRATED BYPASS SYSTEM}

본 발명은 고효율 열전달 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 바이패스 경로를 활용하여 응축기, 압축기 및 증발기를 포함한 구성품들의 크기를 최적화시켜 전체 시스템 효율을 향상시킬 수 있도록 하는 열전달 시스템에 관한 것이다. 편의상 본 발명을 "냉동 시스템"에 대해 설명하지만, 본 발명은 냉동 시스템뿐만 아니라 히트 펌프(heat pump)로서 사용되는 유사 시스템에 대해서도 직접 적용될 수 있다.The present invention relates to a high efficiency heat transfer system, and more particularly, to a heat transfer system that utilizes a bypass path to improve the overall system efficiency by optimizing the size of components including a condenser, a compressor, and an evaporator. Although the present invention is described in terms of "freezing system" for convenience, the present invention may be directly applied to similar systems used as heat pumps as well as refrigeration systems.

도 1은 전체가 도면 부호 10으로 표기된 종래 냉동 시스템의 블록 다이어그램이다. 냉동 시스템은 압축기(12), 응축기(14), 팽창 장치(16) 및 증발기(18)를 포함한다. 이러한 구성품들은 도면 부호 19로 표기된 바와 같은 동관에 의해 서로 연결되어 순환 시스템을 형성하고, 이 순환 시스템을 통해 R-12, R-22, R-134a, R-407c, R-410c, 암모니아, 이산화탄소 또는 천연 가스와 같은 냉매가 순환된다.1 is a block diagram of a conventional refrigeration system, indicated entirely by reference numeral 10. The refrigeration system includes a compressor 12, a condenser 14, an expansion device 16 and an evaporator 18. These components are connected to each other by a copper tube as indicated by reference numeral 19 to form a circulation system through which R-12, R-22, R-134a, R-407c, R-410c, ammonia, carbon dioxide Or a refrigerant such as natural gas is circulated.

냉동 사이클의 주요 단계는, 압축기(12)에 의한 냉매 압축 단계와, 응축기(14)에 의한 냉매로부터 주위로의 방열 단계와, 팽창 장치(16)에서의 냉매의 교축(絞縮) 단계와, 증발기(18)의 냉매에 의한 냉각 공간으로부터의 흡열 단계이다. 증기 압축 냉동 사이클로 부르기도 하는 이러한 공정은, 생활 공간, 교통 수단(예를 들면, 자동차, 비행기, 기차 등), 냉동 장치, 히트 펌프 및 기타 분야에서 공기를 냉각하고 제습하는 공조 시스템에 사용된다.The main stages of the refrigeration cycle include the refrigerant compression step by the compressor 12, the heat dissipation from the refrigerant to the surroundings by the condenser 14, the step of throttling the refrigerant in the expansion device 16, Endothermic step from the cooling space by the refrigerant of the evaporator 18. This process, also referred to as a vapor compression refrigeration cycle, is used in air conditioning systems for cooling and dehumidifying air in living spaces, transportation (eg, automobiles, airplanes, trains, etc.), refrigeration units, heat pumps and other applications.

응축기(14)에서 열이 냉매로부터 제거됨으로써, 압축기(12)로부터의 과열 냉매 증기가 응축기의 출구에 도달할 때에는 액체 냉매가 된다. 도 1에서, 응축기(14)는 두 부분(14a, 14b)으로 분할되어 있다. 응축기의 제1 부분(14a)에서 과열 냉매 증기는 과열 저감 공정이라 불리는 공정에 의해 포화 증기가 되고, 이 포화 증기는 증기로부터 액체 냉매로의 상 변화를 겪는다. 응축기의 제2 부분(14b)에서 액체 냉매는 응축기 압력의 포화 온도 미만으로 더욱 냉각되는데, 이러한 공정은 과냉으로 알려져 있다. As heat is removed from the refrigerant in the condenser 14, the superheated refrigerant vapor from the compressor 12 becomes a liquid refrigerant when it reaches the outlet of the condenser. In FIG. 1, the condenser 14 is divided into two parts 14a, 14b. In the first portion 14a of the condenser, the superheated refrigerant vapor becomes saturated steam by a process called superheat reduction process, which saturated phase undergoes a phase change from vapor to liquid refrigerant. In the second part 14b of the condenser the liquid refrigerant is further cooled below the saturation temperature of the condenser pressure, a process known as subcooling.

2003년 11월 11일자로 출원된 발명의 명칭이 "바이패스 과냉 및 구성품 크기 탈최적화를 이용한 냉동 시스템(REFRIGERATION SYSTEM WITH BYPASS SUBCOOLING AND COMPONENT SIZE DE-OPTIMIZATION)"인 본 출원인의 국제 공개 특허 공보 제PCT/US03/36424호(이하 '424 출원이라 함)을 보면, 과냉이 응축기에서 행해지는 것이 아니라 주 냉매 경로를 부분적으로 우회시키는 2차 냉매 경로에서 행해지는 냉동 시스템이 개시되어 있다.Applicant's International Publication No. PCT entitled "REFRIGERATION SYSTEM WITH BYPASS SUBCOOLING AND COMPONENT SIZE DE-OPTIMIZATION", filed November 11, 2003, entitled "REFRIGERATION SYSTEM WITH BYPASS SUBCOOLING AND COMPONENT SIZE DE-OPTIMIZATION" / US03 / 36424 (hereinafter referred to as the '424 application) discloses a refrigeration system in which the subcooling is not done in the condenser but in the secondary refrigerant path which partially bypasses the main refrigerant path.

이러한 유형의 냉동 시스템이 도 2에 도시되어 있다. 여기서, 주 냉매 경로는 도 1에 도시된 냉동 시스템에서와 동일하지만, 도 2에는 냉매의 일부를 주 냉매 경로로부터 우회시키는 바이패스 라인(27)이 또한 구비되어 있다. 바이패스 라인은, 제2 팽창 장치(23)와, 응축기(14)와 제1 팽창 장치(16) 사이에서 주 냉매 유동 경로에 연결된 열교환기(22)를 포함한다. 응축기(14)로부터 배출되는 냉매의 우회된 부분이 제2 팽창 장치(23)를 통해 유동할 때, 그 냉매의 압력과 온도는 응축기 출구의 압력과 온도 미만으로 현저히 저감된다.This type of refrigeration system is shown in FIG. 2. Here, the main refrigerant path is the same as in the refrigeration system shown in FIG. 1, but FIG. 2 is also provided with a bypass line 27 to divert some of the refrigerant from the main refrigerant path. The bypass line includes a second expansion device 23 and a heat exchanger 22 connected to the main refrigerant flow path between the condenser 14 and the first expansion device 16. When the bypassed portion of the refrigerant exiting the condenser 14 flows through the second expansion device 23, the pressure and temperature of the refrigerant are significantly reduced below the pressure and temperature of the condenser outlet.

이어서, 제2 팽창 장치(23)로부터 배출되는 저온 냉매가 열교환기(22)를 통해 유동되며, 이때 응축기(14)에서 유출되는 액체 냉매로부터 열이 방열되어 추가로 액체 냉매의 과냉이 이루어진다. 바이패스 기술을 적용하여 추가의 과냉 공정이 달성되기 때문에, 응축기에서의 과냉 공정은 필요없어지게 된다. 이는 도 2에 과냉 영역(14a)이 제거된 상태의 보다 작아진 응축기로서 실선으로 도시되어 있다.Subsequently, the low temperature refrigerant discharged from the second expansion device 23 flows through the heat exchanger 22, at which time heat is radiated from the liquid refrigerant flowing out of the condenser 14 to further cool the liquid refrigerant. Since an additional subcooling process is achieved by applying bypass technology, the subcooling process in the condenser is not necessary. This is shown in FIG. 2 in solid lines as the smaller condenser with the subcooled region 14a removed.

열교환기 출구에서의 바이패스 라인(27)의 냉매 압력이 증발기(18) 출구에서의 압력보다 크기 때문에, 차압 조절 장치(Pressure Differential Accommodating Device: PDAD, 38)가 바이패스 라인의 출구와 주 냉매 라인을 연결시키는 데 사용된다. 차압 조절 장치는 '424 출원에 개시된 바와 같이 진공 발생 장치 또는 감압 장치일 수 있다.Since the refrigerant pressure in the bypass line 27 at the heat exchanger outlet is greater than the pressure at the outlet of the evaporator 18, a Pressure Differential Accommodating Device (PDAD) 38 provides the outlet of the bypass line and the main refrigerant line. Used to connect The differential pressure regulating device may be a vacuum generator or a pressure reducing device as disclosed in the '424 application.

과냉을 위해 바이패스 경로를 활용함으로써 발휘되는 여타 다른 이점들과 적용예들이 '424 출원에 개시되어 있으며, 이 문헌은 본 명세서에 참고로 포함된다.Other advantages and applications exerted by utilizing the bypass path for subcooling are disclosed in the '424 application, which is incorporated herein by reference.

응축기에서 과냉이 행해지는 종래 시스템에 비하여 바이패스 과냉을 활용함으로써 상당한 이점들이 달성되지만, 특히 소형 시스템에서의 비용과 크기를 더욱 저감시키기 위한 필요성이 여전히 존재하고 있다. 이러한 필요성은 본 발명에 따라 해소된다.While significant advantages are achieved by utilizing bypass subcooling over conventional systems where subcooling is done in the condenser, there is still a need to further reduce the cost and size, especially in small systems. This need is addressed according to the invention.

도 1은 종래 냉동 시스템의 블록 다이어그램이다.1 is a block diagram of a conventional refrigeration system.

도 2는 바이패스 과냉을 적용한 냉동 시스템의 블록 다이어그램이다.2 is a block diagram of a refrigeration system with bypass subcooling.

도 3은 우회된 냉매가 주 냉매 유동과 동일한 방향으로 열교환기를 통해 유동하는 본 발명의 제1 실시예에 따른 원리를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.3 is a diagram schematically illustrating the principle according to the first embodiment of the present invention in which the bypassed refrigerant flows through the heat exchanger in the same direction as the main refrigerant flow.

도 4는 도 3의 실시예와 유사하긴 하지만 주 냉매 경로와 바이패스 경로 사이에 차압 조절부가 구비된 본 발명의 실시예를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.FIG. 4 is a diagram schematically showing an embodiment of the present invention, which is similar to the embodiment of FIG. 3 but has a differential pressure control portion between the main refrigerant path and the bypass path.

도 5는 우회된 냉매가 주 냉매 유동과 반대 방향으로 열교환기를 통해 유동하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 원리를 개략적으로 도시한 다이어그램이다.5 is a diagram schematically illustrating the principle according to a second embodiment of the present invention in which bypassed refrigerant flows through the heat exchanger in a direction opposite to the main refrigerant flow.

도 6은 도 2에 도시된 냉동 시스템과 유사한 냉동 시스템으로서 도 5에 도시된 바이패스 과냉 장치를 적용한 냉동 시스템을 개략적으로 도시한 블록 다이어그램이다.FIG. 6 is a block diagram schematically illustrating a refrigeration system to which the bypass subcooling apparatus illustrated in FIG. 5 is applied as a refrigeration system similar to that of FIG. 2.

본 발명의 목적은 냉동 시스템, 히트 펌프 등에 대한 바이패스 과냉을 향상시키는 것이다.It is an object of the present invention to improve bypass subcooling for refrigeration systems, heat pumps and the like.

본 발명의 다른 목적은 종래 구성품들에 비해 저렴하게 제조될 수 있는 구성품들을 구비한 과냉 바이패스 장치를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a subcooled bypass device with components that can be manufactured at a lower cost than conventional components.

본 발명의 또 다른 목적은 종래 구성품들에 비해 소형으로 제조될 수 있는 구성품들을 구비한 과냉 바이패스 라인을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide a subcooled bypass line with components that can be made smaller than conventional components.

본 발명의 또 다른 목적은 냉동 시스템이나 히트 펌프 시스템에서 바이패스 과냉을 행할 수 있도록 하는 향상된 구성품을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide an improved component that enables bypass subcooling in refrigeration systems or heat pump systems.

본 발명의 또 다른 목적은 종래 구성품들에 비해 저렴하게 바이패스 과냉을 행할 수 있도록 하는 향상된 구성품을 제공하는 것이다.It is a further object of the present invention to provide an improved component that enables bypass subcooling at a lower cost than conventional components.

본 발명의 또 다른 목적은 바이패스 과냉을 적용한 히트 펌프 시스템의 냉동 장치가 종래 구성품들이 바이패스 경로에 구비된 경우에 비해서 소형이 되도록 하는 향상된 구성품을 제공하는 것이다.It is still another object of the present invention to provide an improved component that allows the refrigeration apparatus of a heat pump system to apply bypass subcooling to be smaller than when conventional components are provided in the bypass path.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 주 냉매 경로에서 응축기로부터 배출되는 액체 냉매의 일부를 바이패스 경로로 우회시키는 수단과, 우회된 냉매의 압력과 온도를 저감시키는 팽창 수단과, 압력과 온도가 저감된 상태의 우회된 냉매를 포함한 냉매 유동 경로를 응축기 하류의 주 냉매 경로 일부에 연결시켜 냉매로부터 과냉에 충분한 열을 방열시키는 열교환 수단과, 우회된 냉매를 열교환 수단 하류의 주 냉매 경로로 복귀시키기 위해 열교환 수단에 연결된 출구 수단을 포함하는 바이패스 장치에 의해 과냉이 달성된다.According to a first aspect of the present invention, there is provided a means for bypassing a portion of a liquid refrigerant discharged from a condenser in a main refrigerant path to a bypass path, expansion means for reducing pressure and temperature of the bypassed refrigerant, and pressure and temperature are reduced. Heat exchange means for dissipating sufficient heat for subcooling from the refrigerant by connecting a refrigerant flow path including the bypassed refrigerant in the closed state to a part of the main refrigerant path downstream of the condenser, and returning the bypassed refrigerant to the main refrigerant path downstream of the heat exchange means. Subcooling is achieved by a bypass device comprising an outlet means connected to a heat exchange means.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 출구 수단은 차압 조절 수단을 포함할 수 있다.According to a first aspect of the invention, the outlet means may comprise a differential pressure regulating means.

또한, 본 발명의 제1 태양에 따르면, 바이패스 라인의 모든 기능은 단일 기계 구성품에 의해 수행된다.In addition, according to the first aspect of the present invention, all functions of the bypass line are performed by a single machine component.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 응축기로부터 배출되는 액체 냉매의 일부가 주 냉매 경로로부터 바이패스 경로로 우회되도록 하고 그 냉매의 압력과 온도가 저감되도록 하는 제1 오리피스와, 제1 유동 경로를 포함하고 상류 단부가 개구와 소통되며 응축기 하류의 주 냉매 유동 경로 일부와 연결되어 응축기에서 배출되는 냉매로부터 과냉을 위해 열을 방열시킬 수 있는 열교환기와, 제1 유동 경로의 하류 단부와 소통되고 우회된 냉매를 주 냉매 경로로 복귀시키는 제2 오리피스를 포함하는 일체형 구조체에 의해 과냉이 달성된다.According to a second aspect of the present invention, there is provided a first orifice for causing a portion of the liquid refrigerant discharged from the condenser to be diverted from the main refrigerant path to the bypass path and for reducing the pressure and temperature of the refrigerant; A heat exchanger having an upstream end in communication with the opening and connected to a portion of the main refrigerant flow path downstream of the condenser to dissipate heat for subcooling from the refrigerant discharged from the condenser, and a refrigerant communicated and bypassed with the downstream end of the first flow path. Subcooling is achieved by an integral structure comprising a second orifice that returns the to the main refrigerant path.

또한, 본 발명의 제2 태양에 따르면, 제2 개구는 주 유동 경로의 냉매와 바이패스 경로의 냉매 사이의 차압을 조절할 수 있는 차압 조절 장치를 포함할 수 있다.Further, according to the second aspect of the present invention, the second opening may include a differential pressure regulating device capable of adjusting the differential pressure between the refrigerant in the main flow path and the refrigerant in the bypass path.

또한, 본 발명의 제2 태양에 따르면, 바이패스 라인의 모든 기능은 단일 기계 구성품에 의해 수행된다.In addition, according to the second aspect of the present invention, all functions of the bypass line are performed by a single machine component.

본 발명의 제3 태양에 따르면, 응축기로부터 배출되는 냉매의 일부에 대한 우회기의 기능과, 우회된 냉매의 온도를 응축기로부터 배출되는 냉매의 온도에 비해 현저히 저감시키는 팽창 장치의 기능과, 냉각된 우회 냉매를 사용하여 응축기로부터 주 팽창 장치로 유동하는 냉매를 과냉시키는 열교환기의 기능과, 우회된 냉매가 과냉을 위해 사용된 후 그 냉매를 주 냉매 경로로 복귀시키는 연결 장치의 기능을 단일 일체형 구조체에서 수행할 수 있는 냉동 시스템 또는 히트 펌프 시스템용 바이패스 과냉 구성품이 제공된다.According to a third aspect of the present invention, there is provided a function of a bypass device for a part of a refrigerant discharged from a condenser, a function of an expansion device that significantly reduces the temperature of the bypassed refrigerant relative to the temperature of the refrigerant discharged from the condenser, and A unitary structure comprising the function of a heat exchanger to supercool a refrigerant flowing from a condenser to a main expansion device using a bypass refrigerant, and the connecting device to return the refrigerant to the main refrigerant path after the bypassed refrigerant is used for subcooling. There is provided a bypass subcooling component for a refrigeration system or heat pump system that can be carried out in.

또한, 본 발명의 제3 태양에 따르면, 연결 장치는 차압 조절 장치로서 기능할 수 있다.In addition, according to the third aspect of the present invention, the connection device may function as a differential pressure control device.

본 발명의 제4 태양에 따르면, 과냉 구성품은 제1 동심관과 제2 동심관으로 구성될 수 있다. 내부관은 응축기의 출구에 연결되고 주 냉매 유동 경로의 구성품 역할을 한다. 제1 오리피스가 내부관과 외부관 사이에서 외부관의 상류 단부에 구비된다. 제1 오리피스는, 응축기로부터 배출되는 냉매의 일부를 바이패스 경로로 우회시키고 그 우회된 냉매를 냉각시키는 팽창 장치의 기능을 한다. 냉각된 냉매가 외부관을 통해 유동할 때, 그 냉각된 냉매는 내부관을 통해 유동하는 냉매로부터 열을 방열시켜 주 유동 경로의 냉매를 과냉시킨다. 제2 오리피스는 외부관의 하류 단부에서 바이패스 경로를 복귀관에 연결시키고, 이 복귀관은 우회된 냉매가 증발기 하류의 주 유동 경로로 재진입할 수 있도록 한다. 제2 오리피스의 크기를 적절히 선정함으로써, 주 유동 경로와 바이패스 경로 사이의 차압이 조절될 수 있다. According to a fourth aspect of the present invention, the subcooled component may consist of a first concentric tube and a second concentric tube. The inner tube is connected to the outlet of the condenser and serves as a component of the main refrigerant flow path. A first orifice is provided at the upstream end of the outer tube between the inner tube and the outer tube. The first orifice functions as an expansion device that bypasses a portion of the refrigerant discharged from the condenser to the bypass path and cools the bypassed refrigerant. When the cooled refrigerant flows through the outer tube, the cooled refrigerant dissipates heat from the refrigerant flowing through the inner tube to supercool the refrigerant in the main flow path. The second orifice connects the bypass path to the return tube at the downstream end of the outer tube, which allows the bypassed refrigerant to reenter the main flow path downstream of the evaporator. By appropriately selecting the size of the second orifice, the differential pressure between the main flow path and the bypass path can be adjusted.

이러한 일체형 구조체에 의하면, 바이패스 경로의 제조와 조립이 간단해져서 상당한 비용 절감이 이루어질 수 있게 된다. 또한, 별도의 제2 팽창 장치 대신에 내부 열교환기 관과 외부 열교환기 관 사이에 소형 제1 오리피스를 구비시키고, 별도의 차압 조절 장치 대신에 외부 열교환기 관에 소형 제2 구멍을 구비시키면, 과냉 장치의 크기가 상당히 축소될 수 있게 된다. 이는 특히 소형 공조 시스템이나 히트 펌프 시스템에 이롭다.Such an integrated structure simplifies the manufacture and assembly of the bypass paths, resulting in significant cost savings. In addition, if a small first orifice is provided between the inner heat exchanger tube and the outer heat exchanger tube instead of a separate second expansion device, and the small second hole is provided in the outer heat exchanger tube instead of the separate differential pressure control device, The size of the device can be significantly reduced. This is particularly advantageous for small air conditioning systems or heat pump systems.

본 발명의 제5 태양에 따르면, 일체형 과냉 장치는 '424 출원에 개시된 여러 가지 구성들에 사용될 수 있다. 2002년 9월 23일자로 출원된 발명의 명칭이 "과열 저감 바이패스를 구비한 냉동 시스템(REFRIGERATION SYSTEM WITH DESUPERHEATING BYPASS)"인 본 출원인의 미국 특허 출원 제10/253,000호를 보면, 일체형 과냉 장치가 현재 열전달 기술의 여러 가지 분야에 적용되고 있음을 알 수 있으며, 상기 미국 특허 출원에 개시된 개시 내용은 본 명세서에 참고로 포함된다.According to a fifth aspect of the invention, the integrated subcooling apparatus can be used in various configurations disclosed in the '424 application. Applicant's U.S. Patent Application No. 10 / 253,000, filed Sept. 23, 2002 entitled "REFRIGERATION SYSTEM WITH DESUPERHEATING BYPASS," discloses an integrated subcooling device. It can be seen that it is currently applied to various fields of heat transfer technology, and the disclosure disclosed in the above-mentioned US patent application is incorporated herein by reference.

본 발명의 상술한 목적들 및 여타 다른 목적들과 여러 가지 특징들을 첨부 도면들과 함께 이하의 설명으로부터 명확하게 파악할 수 있을 것이다.The above and other objects and various features of the present invention will be apparent from the following description taken in conjunction with the accompanying drawings.

본 발명의 여타 다른 특징들과 이점들도 첨부 도면들을 참고로 하여 이하의 설명으로부터 명확하게 파악할 수 있을 것이다.Other features and advantages of the present invention will become apparent from the following description with reference to the accompanying drawings.

도면들에서 동일 또는 유사 부재는 동일 도면 부호로 표기하였다.In the drawings, the same or similar members are denoted by the same reference numerals.

도 2는 '424 출원에 개시된 바이패스 과냉을 적용한 냉동 시스템과 히트 펌프를 대표하는 유형으로서 고려할 수 있다. 본 발명에 따르면, 바이패스 경로(27)를 포함하는 구성품을 일체형 구조체로 대체하여 그 대체된 구성품의 모든 기능을 수행하도록 한다. 이 구조체들 중 하나가 도 3에 도시되어 있다.2 may be considered as a representative type of refrigeration system and heat pump employing bypass subcooling disclosed in the '424 application. According to the present invention, the component including the bypass path 27 is replaced by an integral structure to perform all the functions of the replaced component. One of these structures is shown in FIG. 3.

여기서, 도면 부호 40으로 표기된 과냉기는 내부관(42)과 그에 동심인 외부관(44)으로 구성된다. 내부관(42)의 상류 단부(46)는 응축기(14)의 출구측에 연결되고(도 2 참조), 내부관의 하류 단부(48)는 주 팽창 장치(16)의 입구에 연결된다. 따라서, 관(42)은 바이패스 열교환기(22)를 통한 주 냉매 유동의 도관으로서 역할을 한다.Here, the supercooler indicated by 40 is composed of an inner tube 42 and an outer tube 44 concentric with it. The upstream end 46 of the inner tube 42 is connected to the outlet side of the condenser 14 (see FIG. 2), and the downstream end 48 of the inner tube is connected to the inlet of the main expansion device 16. Thus, pipe 42 serves as a conduit for the main refrigerant flow through bypass heat exchanger 22.

도 3을 보면, 외부관(44)은, 내부관(42)을 수용하는 각각의 개구(56, 58)를 구비한 밀폐 단부(52, 54)를 구비한다. 이하에서 설명하는 바와 같이, 개구(56, 58)는 냉매 누출을 방지하기 위해서 내부관(42)의 각각의 단부(46, 48)에 적절하게 밀봉된다. 이러한 구조에 의해 내부관(42)을 둘러싸는 누출 방지 챔버(60)가 형성된다. 3, the outer tube 44 has sealed ends 52, 54 having respective openings 56, 58 for receiving the inner tube 42. As described below, the openings 56 and 58 are suitably sealed to the respective ends 46 and 48 of the inner tube 42 to prevent refrigerant leakage. This structure forms a leak prevention chamber 60 surrounding the inner tube 42.

내부관(42)의 내부(62)와 챔버(60)는 내부관(42)의 상류 단부(46)의 소형 오리피스(64)에 의해 서로 소통된다. 오리피스(64)는 응축기(14)로부터 배출되는 냉매가 내부관(42) 내로 유입될 때 그 냉매의 일부에 대한 팽창 오리피스의 역할을 하도록 크기가 형성된다. 제2 오리피스(66)가 외부관(44)의 하류 단부에 구비되어 유출관(68)과 소통된다. 따라서, 다시 도 2를 보면, 챔버(60)는 바이패스 열교환기(22)를 통한 냉매 유동의 도관으로서 역할을 하게 된다.The interior 62 of the inner tube 42 and the chamber 60 are communicated with each other by a small orifice 64 of the upstream end 46 of the inner tube 42. The orifice 64 is sized to serve as an expansion orifice for some of the refrigerant as it exits the inner tube 42 as the refrigerant exiting the condenser 14. A second orifice 66 is provided at the downstream end of the outer tube 44 to communicate with the outlet tube 68. Thus, referring again to FIG. 2, the chamber 60 serves as a conduit for refrigerant flow through the bypass heat exchanger 22.

도 2에 도시된 시스템으로부터 파악할 수 있는 바와 같이, 바이패스 경로의 열교환기(22)로부터 배출되는 냉매와 증발기(18)로부터 배출되는 냉매 사이에 차압이 형성된다. 따라서, 바이패스 라인(27)의 우회된 냉매와, 증발기로부터 배출되어 압축기(12)로 복귀되는 냉매를 조합시킬 수 있게 하기 위하여, 차압 조절 장치(Pressure Differential Accommodating Device: PDAD, 38)가 구비된다. '424 출원은 차압 조절 장치(38)의 여러 가지 가능한 구성에 대해서 개시하고 있다.As can be seen from the system shown in FIG. 2, a differential pressure is formed between the refrigerant discharged from the heat exchanger 22 and the refrigerant discharged from the evaporator 18 in the bypass path. Thus, in order to be able to combine the bypassed refrigerant of the bypass line 27 with the refrigerant discharged from the evaporator and returned to the compressor 12, a pressure differential device (PDA) 38 is provided. . The '424 application discloses several possible configurations of the differential pressure control device 38.

하지만, 본 발명에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 바이패스 과냉 장치 자체에 차압 조절 장치 기능을 통합시키는 것이 가능하다. 이때, 배출 오리피스(70)는 챔버(60)로부터 배출되는 냉매가 복귀 라인(68)으로 유입될 때 압력 강하를 발생시키도록 크기가 형성된다. 배출 오리피스(70)의 크기는, 복귀 라인(68)의 냉매 압력이 증발기(18)로부터 배출되는 냉매 압력과 실질적으로 동일하게끔 선정된다(도 2 참조). 따라서, 배출 오리피스(70)는 차압 조절 장치(38)의 기능을 제공하도록 사용될 수 있다.However, according to the present invention, it is possible to integrate the differential pressure control device function into the bypass subcooling device itself as shown in FIG. At this time, the discharge orifice 70 is sized to generate a pressure drop when the refrigerant discharged from the chamber 60 enters the return line 68. The size of the discharge orifice 70 is selected such that the refrigerant pressure in the return line 68 is substantially equal to the refrigerant pressure discharged from the evaporator 18 (see FIG. 2). Thus, the discharge orifice 70 can be used to provide the function of the differential pressure control device 38.

도 3과 도 4를 보면, 챔버(60)의 입구 오리피스(64)는 각각의 내부관(42)의 상류 단부에 위치된다. 이와 유사하게, 챔버(60)의 출구 오리피스(66, 70)는 내부관(42)의 하류 단부에 위치된다. 결과적으로, 열교환기에서 냉매의 평행 유동이 형성된다. 즉, 관(42)과 챔버(60)의 냉매 유동이 동일 방향으로 형성된다. 3 and 4, the inlet orifice 64 of the chamber 60 is located at the upstream end of each inner tube 42. Similarly, outlet orifices 66, 70 of chamber 60 are located at the downstream end of inner tube 42. As a result, a parallel flow of refrigerant is formed in the heat exchanger. That is, the refrigerant flow in the pipe 42 and the chamber 60 is formed in the same direction.

하지만, 도 5의 실시예를 보면, 챔버(82)의 입구 오리피스(80)가 내부관(84)의 하류 단부(88)에 위치되고 출구 오리피스(86)가 내부관(84)의 상류 단부(90)에 위치된 바이패스 과냉 장치(40a)가 구비된다. 따라서, 도 5의 실시예에서는 열교환기에 대향 유동이 형성된다. 즉, 관(84)과 챔버(82)의 냉매 유동이 반대 방향으로 형성된다. 도 4의 실시예에서와 같이, 출구 오리피스(86)의 크기를 적절하게 선정함으로써 차압 조절 장치(38) 기능을 제공할 수 있다.However, in the embodiment of FIG. 5, the inlet orifice 80 of the chamber 82 is located at the downstream end 88 of the inner tube 84 and the outlet orifice 86 is located upstream of the inner tube 84. A bypass subcooling device 40a located at 90 is provided. Thus, in the embodiment of FIG. 5, opposite flow is formed in the heat exchanger. That is, the refrigerant flow in the tube 84 and the chamber 82 is formed in the opposite direction. As in the embodiment of FIG. 4, the differential pressure regulating device 38 can be provided by appropriately selecting the size of the outlet orifice 86.

도 6은 도 2에 도시된 바와 같은 시스템에서 도 5에 도시된 바와 같은 바이패스 과냉 장치를 활용하는 방안을 도시하고 있다. 여기서, 내부관(84)의 입구 단부(90)는 응축기(14b)의 출구에 연결되고, 내부관(84)의 출구 단부(88)는 팽창 장치(16)의 입구에 연결된다. 외부 열교환기 챔버(82)의 하류 단부(92)는 배출 오리피스(80)를 통해 복귀 라인(96)에 연결되며, 이 복귀 라인은 우회된 냉매를 압축기(12)의 입구로 복귀시키기 위하여 증발기(18)의 출구 단부에서 주 유동 경로에 적절하게 연결된다. FIG. 6 illustrates a scheme for utilizing a bypass subcooling device as shown in FIG. 5 in a system as shown in FIG. 2. Here, the inlet end 90 of the inner tube 84 is connected to the outlet of the condenser 14b and the outlet end 88 of the inner tube 84 is connected to the inlet of the expansion device 16. The downstream end 92 of the outer heat exchanger chamber 82 is connected to the return line 96 via an outlet orifice 80, which returns an evaporator to return the bypassed refrigerant to the inlet of the compressor 12. It is properly connected to the main flow path at the outlet end of 18).

본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명을 보다 명확하게 파악할 수 있도록 하기 위하여 특정 용어들을 사용하였다. 하지만, 본 발명은 이러한 특정 용어들에 한정되는 것은 아니며, 각 특정 용어들은 그와 유사한 목적을 위해 유사한 방식으로 작동되는 모든 기술적 해당 용어들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.In describing the present invention, specific terminology is used to more clearly understand the present invention. However, the invention is not limited to these specific terms, and it is to be understood that each specific term includes all technical corresponding terms that operate in a similar manner for a similar purpose.

이와 유사하게, 위에 기술된 실시예들은 설명을 위해 제시되었으며, 본 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 범위 내에서 여러 가지 변형예 및 수정예와 여타 다른 실시예들이 가능함을 명확하게 파악할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 본 명세서에 개시된 개시 내용이 아니라 첨부 특허청구범위에 의해서만 한정된다.Similarly, the embodiments described above have been presented for purposes of illustration, and those skilled in the art will clearly appreciate that various modifications and variations and other embodiments are possible within the scope of the invention. Accordingly, the invention is not limited to the disclosure disclosed herein but only by the appended claims.

Claims (11)

단일 일체형 구조체의 형태인 열전달 시스템용 과냉 장치로서,A subcooling device for a heat transfer system in the form of a single unitary structure, 주 냉매 경로와;A main refrigerant path; 상기 주 냉매 경로가 냉동 시스템의 제1 냉동 경로에서 응축기의 출구에 연결될 수 있도록 하는 제1 입구와;A first inlet allowing the main refrigerant path to be connected to the outlet of the condenser in the first refrigeration path of the refrigeration system; 상기 주 냉매 경로가 제1 냉동 경로에서 팽창 장치의 입구에 연결될 수 있도록 하는 제1 출구와;A first outlet allowing the main refrigerant path to be connected to the inlet of the expansion device in the first refrigeration path; 바이패스 경로와;A bypass path; 상기 과냉 장치로 유입되는 냉매의 일부를 응축기로부터 상기 바이패스 경로로 우회시키고, 우회된 냉매의 압력과 온도를 저감시키는 제2 입구와;A second inlet for bypassing a part of the refrigerant flowing into the subcooling device from the condenser to the bypass path and reducing the pressure and temperature of the bypassed refrigerant; 상기 바이패스 경로가 증발기의 하류에서 제1 냉동 경로에 연결될 수 있도록 하는 제2 출구를 포함하고,A second outlet allowing the bypass path to be connected to the first refrigeration path downstream of the evaporator, 상기 바이패스 경로는 주 냉매 경로의 냉매의 열을 바이패스 경로의 냉매로 전달하는 열교환기를 형성하기 위해서 주 냉매 경로에 연결되는 것을 특징으로 하는 과냉 장치.And the bypass path is connected to the main refrigerant path to form a heat exchanger for transferring heat of the refrigerant in the main refrigerant path to the refrigerant in the bypass path. 제1항에 있어서,The method of claim 1, 제2 출구는 제1 냉동 경로의 냉매에 대한 바이패스 경로의 냉매의 차압 조절부를 일체형 구조체의 일부로서 추가로 제공하는 것을 특징으로 하는 과냉 장치.And the second outlet further provides a differential pressure control portion of the refrigerant in the bypass path with respect to the refrigerant in the first refrigeration path as part of the integrated structure. 제1항 또는 제2항에 있어서,The method according to claim 1 or 2, 주 냉매 경로는 응축기의 출구와 팽창 장치의 입구 사이에 연결될 수 있는 제1 관으로 구성되고,The main refrigerant path consists of a first tube which can be connected between the outlet of the condenser and the inlet of the expansion device, 바이패스 경로는, 제1 관을 둘러싸고 단부가 제1 관의 외부에 밀봉되어 제1 관을 둘러싸는 챔버를 형성하는 제2 관으로 구성되며,The bypass path consists of a second tube that surrounds the first tube and whose end is sealed to the outside of the first tube to form a chamber surrounding the first tube, 제2 입구는 제1 관을 제2 관의 상류 단부에 연결시키는 오리피스로 구성되고, The second inlet consists of an orifice connecting the first tube to an upstream end of the second tube, 냉매가 제1 관과 제2 관을 통해 유동할 때, 저온인 제2 관의 냉매에 의해 고온인 제1 관의 냉매로부터 열이 흡열되는 것을 특징으로 하는 과냉 장치.And when the refrigerant flows through the first tube and the second tube, heat is absorbed from the refrigerant of the first tube, which is high temperature, by the refrigerant of the second tube, which is low temperature. 제3항에 있어서,The method of claim 3, 제2 출구는 주 냉매 경로에 연결될 수 있는 제2 관 하류 단부의 오리피스로 구성되는 것을 특징으로 하는 과냉 장치.And the second outlet consists of an orifice at the downstream end of the second tube which can be connected to the main refrigerant path. 제3항 또는 제4항에 있어서,The method according to claim 3 or 4, 제2 출구는 상기 제2 출구를 통해 유동하는 냉매의 압력 강하부를 제공하는 것을 특징으로 하는 과냉 장치.And the second outlet provides a pressure drop of the refrigerant flowing through the second outlet. 제4항 또는 제5항에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 제2 입구는 제1 관의 상류 단부에 위치하고, 제2 출구는 제1 관의 하류 단부에 위치하는 것을 특징으로 하는 과냉 장치.And the second inlet is located at the upstream end of the first tube and the second outlet is located at the downstream end of the first tube. 제4항 또는 제5항에 있어서,The method according to claim 4 or 5, 제2 입구는 제1 관의 하류 단부에 위치하고, 제2 출구는 제1 관의 상류 단부에 위치하는 것을 특징으로 하는 과냉 장치.And the second inlet is located at the downstream end of the first tube and the second outlet is located at the upstream end of the first tube. 압축기, 응축기, 팽창 장치 및 증발기가 함께 연결되어 냉매가 순환하는 순환 시스템을 형성하는 제1 냉동 경로와;A first refrigeration path, wherein the compressor, condenser, expansion device, and evaporator are connected together to form a circulation system through which the refrigerant circulates; 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 과냉 장치로서,A subcooling device according to any one of claims 1 to 7, 제1 입구는 응축기의 출구에 연결되고,The first inlet is connected to the outlet of the condenser, 제1 출구는 제1 팽창 장치의 입구에 연결되며,The first outlet is connected to the inlet of the first expansion device, 제2 출구는 우회된 냉매를 증발기 하류의 제1 냉동 경로로 복귀시키기 위해 연결되는 과냉 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.And the second outlet includes a subcooling device connected to return the bypassed refrigerant to the first refrigeration path downstream of the evaporator. 단일 구조체를 포함하는 열전달 시스템용 과냉 장치로서,A subcooling device for a heat transfer system comprising a unitary structure, 냉동 시스템의 주 냉동 경로에서 응축기 수단으로부터 배출되는 액체 냉매의 일부를 우회시키는 입구 수단과;Inlet means for bypassing a portion of the liquid refrigerant discharged from the condenser means in the main refrigeration path of the refrigeration system; 우회된 냉매의 압력과 온도를 저감시키는 팽창 수단과;Expansion means for reducing the pressure and temperature of the bypassed refrigerant; 압력과 온도가 저감된 상태의 우회된 냉매를 응축기 하류의 주 냉동 경로 일부에 연결시켜 냉매로부터 과냉에 충분한 열을 방열시키는 열교환 수단과;Heat exchange means for connecting the bypassed refrigerant at a reduced pressure and temperature to a portion of the main refrigeration path downstream of the condenser to dissipate heat sufficient for subcooling from the refrigerant; 우회된 냉매를 주 냉동 경로에서 증발기 수단 하류의 주 냉동 경로로 복귀시키기 위해 열교환 수단에 연결된 출구 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 과냉 장치.And an outlet means connected to the heat exchange means for returning the bypassed refrigerant from the main refrigeration path to the main refrigeration path downstream of the evaporator means. 제9항에 있어서,The method of claim 9, 출구 수단은, 냉매가 상기 출구 수단을 통해 유동할 때 냉매의 온도를 저감시키도록 작동하는 것을 특징으로 하는 과냉 장치.The outlet means is operable to reduce the temperature of the refrigerant as the refrigerant flows through the outlet means. 압축기 수단, 응축기 수단, 팽창 수단 및 증발기 수단이 함께 연결되어 냉매가 순환하는 순환 시스템을 형성하는 제1 냉동 경로와;A first refrigeration path, wherein the compressor means, the condenser means, the expansion means and the evaporator means are connected together to form a circulation system through which the refrigerant circulates; 제9항 또는 제10항에 따른 과냉 장치로서,A subcooling device according to claim 9 or 10, 입구 수단은 응축기 수단의 출구에 연결되고,The inlet means is connected to the outlet of the condenser means, 출구 수단은 우회된 냉매를 증발기 수단 하류의 제1 냉동 경로로 복귀시키기 위해 연결되는 과냉 장치를 포함하는 것을 특징으로 하는 열전달 시스템.The outlet means comprises a subcooling device connected to return the bypassed refrigerant to the first refrigeration path downstream of the evaporator means.
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