KR20060098208A - 냉각 시스템의 냉매 흐름제어장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉각 시스템의 냉매 흐름 제어 장치에 관한 것으로, 냉매로 열전달을 수행하여 찬 물을 형성하는 증발기와, 증발기에서 나온 냉매 증기를 흡입, 압축하여 응축기로 응축 냉매 가스를 보내는 압축기와, 응축 냉매 가스의 열을 외부로 방출하여 액냉매로 응축시키는 응축기, 및, 응축된 액냉매를 팽창시켜 증발기로 유입시키는 팽창밸브를 구비하여 이루어지는 냉각 시스템에 있어서, 응축기 출구측 배관에 설치되어 액냉매만을 팽창 밸브를 경유하여 증발기로 흐르도록 액냉매 흐름을 제어하는 냉매 흐름제어기구를 구비하여 냉각 시스템의 냉매 흐름제어장치를 구성한다.

냉각시스템, 팽창밸브, 액냉매, 흐름제어, 회동격판, 균형추

Description

냉각 시스템의 냉매 흐름제어장치{Apparatus for contolling a refrigerator of a refrigeration system}

도 1은 통상적인 냉각 시스템의 사이클 계통을 설명하기 위한 도면,

도 2는 상기 냉각 시스템의 p-h 선도,

도 3은 종래의 냉각 시스템에서 응축기의 하류에 사용하는 흐름제어장치의 구성을 도시한 도면,

도 4는 본 발명에 따른 냉각 시스템의 응축기 하류에 설치한 흐름제어장치의 구성을 도시한 도면,

도 5는 도 4 도시 냉매 흐름제어장치를 분해하여 도시한 도면,

도 6은 도 4 도시 냉매 흐름제어장치의 작동을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1:증발기 2:압축기

3:응축기 4:팽창유닛

15:응축기 출구 41:다공판

42:버터플라이밸브 50:파이프(배관)

60:흐름제어기구 61:힌지축

62:격판 63:격판 프레임

64:균형추

본 발명은 냉각 시스템의 냉매 흐름 제어 장치에 관한 것으로, 특히 냉매 흐름 제어 장치 중 팽창 밸브의 개량에 관한 것이다.

통상의 대형 상업용, 산업용 공조시스템은 증발기, 압축기, 응축기 그리고 팽창 밸브로 구성된 냉동기를 중심으로 구성된다.

도 1에 상기와 같은 통상의 냉동기의 구성을 간략하게 도시하였는바, 이를 설명하면 다음과 같다. 증발기(1)에서는 냉매로 열전달이 이루어져 찬 물이 형성되고, 압축기(2)는 증발기(1)에서 나온 냉매 증기를 흡입, 압축하여 응축기(3)로 응축 냉매 가스를 보내며, 응축기(3)에서는 응축 냉매 가스의 열을 외부로 방출하고, 냉매는 액냉매로 응축되며, 응축된 액냉매는 팽창 밸브(4)를 통해 증발기(1)로 유입되는바, 이러한 일련의 과정을 통해 냉각 사이클을 이루게 된다.

이러한 냉각 사이클의 효율을 높이기 위해서는 응축기(3) 출구의 냉매 상태가 포화 액냉매여야 하는 데, 냉각 사이클의 각 부위에서의 p-h 관계를 도시한 도 2의 실선과 같이 되는 것이 필요하나, 응축기(3) 출구의 냉매 상태가 포화 액냉매가 아닌 경우는 도 2에 점선으로 표시된 것과 같이 작동하여 냉각 사이클의 효율은 떨어지게 된다.

한편, 상기와 같은 냉각 사이클에 사용되는 종래의 팽창 밸브(4)는 도 3 도 시와 같이, 버터플라이 밸브(42)와 다공판(41)을 사용하여 구성하였으나 응축기(3) 출구 냉매 상태를 포화 액냉매 상태로 만들기는 곤란하였다. 이는 응축기(3) 쪽에서 포화 액냉매로 완전히 응축되기 전에 응축기(3)와 증발기(1)의 물의 온도 차로 인해 발생된 압력 차로 인해 증발기 쪽으로 냉매가 흘러가기 때문이다.

이를 해결하기 위한 종래기술로서, 미국 특허 제5,417,078호와 미국 특허 제5,285,653호에서는 응축기와 증발기의 압력 차를 극복하면서, 동시에 포화된 액냉매를 제어하기 위해 부유(浮遊) 장치를 사용하는 기술을 개시하고 있는바, 이를 구체적으로 살펴보면, 응축기와 증발기 사이의 일정한 압력차가 발생한 상태에서 액냉매가 집수정(Sump)에 채워지면 부유 장치가 떠오르게 되고, 이로 인해 증발기로 가는 라인이 열려짐으로써 액냉매만 흐르고, 이상적으로 액냉매가 팽창하도록 제어하는 것이다.

즉, 미국 특허 제5,417,078호에 기재된 기술은 응축기 출구 쪽의 웅덩이(sump)와 같은 탱크에 부유 타입의 냉매 흐름 제어 장치를 설치하고, 이 장치의 웅덩이 출구에 수직으로 설치된 원통형 파이프에 부유물이 유동하게 구성되며, 이것이 위 아래로 움직이면서 기체 냉매일 때는 부유물이 웅덩이의 바닥에 위치하여 유로를 차단하고, 액냉매가 일정 이상으로 채워지면 부유물이 떠오르고 유로가 열려서 액냉매를 보내도록 구성되어 있다.

그러나 상기 미국 특허들에서 제시하는 기술에 의하면, 장치의 구조가 복잡하며, 이로 인해 제작이 곤란하고, 비용 증가를 가져오는 문제가 존재하였다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 이루어진 것으로서, 본 발명은 이보다 훨씬 간단한 장치로서 내구성이 보장되며, 저렴한 비용으로 제작, 적용할 수 있는 냉각 시스템의 냉매 흐름 제어장치를 제공함을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 냉매로 열전달을 수행하여 찬 물을 형성하는 증발기와, 증발기에서 나온 냉매 증기를 흡입, 압축하여 응축기로 응축 냉매 가스를 보내는 압축기와, 응축 냉매 가스의 열을 외부로 방출하여 액냉매로 응축시키는 응축기, 및, 응축된 액냉매를 팽창시켜 증발기로 유입시키는 팽창밸브를 구비하여 이루어지는 냉각 시스템에 있어서, 응축기 출구측 배관에 설치되어 액냉매만을 팽창 밸브를 경유하여 증발기로 흐르도록 액냉매 흐름을 제어하는 냉매 흐름제어기구를 구비한 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 냉매 흐름제어장치를 제공한다.

또한, 본 발명에서는,냉매로 열전달을 수행하여 찬 물을 형성하는 증발기와, 증발기에서 나온 냉매 증기를 흡입, 압축하여 응축기로 응축 냉매 가스를 보내는 압축기와, 응축 냉매 가스의 열을 외부로 방출하여 액냉매로 응축시키는 응축기, 및, 응축기 출구측 배관에 설치되어 액냉매만을 팽창 밸브를 경유하여 증발기로 흐르도록 액냉매 흐름을 제어하며, 응축기 출구측 배관의 직경 방향으로 연장하는 힌지축과, 힌지축에 결합된 격판 프레임에 회동가능하게 결합된 회동격판 및 회동격판의 개폐를 제어하는 균형추를 포함하여 이루어지는 냉매 흐름제어기구를 구비하여 냉각 시스템의 냉매 흐름제어장치를 구성할 수 있다.

본 발명의 상기 목적과 다른 목적들 및 본 발명에 의해 얻어지는 유용한 효과는 첨부 도면과 관련한 이하의 설명에 의해 명확해질 것이다.

이하에서는 첨부 도면과 관련하여 본 발명을 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 냉각 시스템의 냉매 흐름 제어장치의 설치 상태를 도시하는 도면이며, 도 5는 구성 부품들을 분해하여 도시한 도면이며, 도 6은 그 작동 상태를 도시하는 도면이다.

본 발명은 도 4 및 도 5 도시와 같이, 냉각 시스템의 응축기(3) 하류에 버터플라이 밸브(42)와 다공판(41)으로 구성되는 팽창밸브(4)를 설치하는 것에 부가하여, 냉각 시스템의 응축기(3) 출구(15)에 인접하여 파이프(50) 내부에 액냉매만을 팽창밸브(4)로 공급하기 위한 흐름제어기구(60)를 설치한 구성인데, 이 흐름제어기구는, 파이프(50) 내부에 직경 방향으로 연장하여 파이프 내주면에 고정된 힌지축(61)과, 이 힌지축(61)에 결합되며, 냉매 유통 통로를 개폐하는 한 쌍의 원형 격판(62a, 62b)이 장착되는 원형의 격판 프레임(63) 및, 힌지축(61)에 결합되어 고정측 격판(62a)의 하부에 설치된 균형추(64)로 구성되며, 일측의 고정격판(62a)은 항상 폐쇄된 위치에 유지되며, 타층의 회동격판(62b)은 개폐가능하도록 이루어진다.

본 발명을 구성하는 냉동기의 수명은 통상 20년이므로, 이 구성품들도 20년 이상을 견딜 수 있는 금속 재질로 제조하는 것이 일반적이다. 특히 힌지축(61) 부분을 튼튼하게 제조하여 반복 개폐에도 불구하고 내구성을 갖도록 한다.

다음에는 상기와 같이 구성된 본 발명에 따른 냉각 시스템의 흐름제어기구의 작용을 설명한다.

일반적으로 냉각 시스템의 응축기(3)와 증발기(1) 사이에는 7bar ~ 1bar 정도의 압력 차가 형성되는데, 본 발명에서는 종래의 버터플라이밸브(42)와 다공판(41)으로 구성된 팽창 밸브(4) 외에 액냉매만을 팽창밸브(4)에 공급하도록 흐름제어기구(60)를 설치하고 있으나 대부분의 압력차는 팽창 밸브(4)가 감당한다.

일반적으로 냉각 시스템을 구성하는 응축기(3)와 팽창밸브(4)의 버터플라이밸브(42) 사이에 걸리는 압력차는 0.1bar 내외이므로 이러한 압력차와 소량의 액냉매에 의해 격판(63)이 열리지 않도록 균형추(64)의 무게가 설정된다.

따라서, 기체 냉매 가스나 소량의 액냉매가 채워져 있을 때에는 이 회동격판(62b), 고정 격판(62a)과 격판 프레임(63)으로 인해 응축기(3) 출구(15)와 버터플라이밸브(42) 사이가 닫혀 있어서 응축기(3)에서 포화 액냉매가 충분히 형성될 수 있다. 이어서, 충분히 형성된 액냉매의 중력이 균형추(64)의 무게보다 커져서 회동격판(62b)을 밀게 되어 유동 통로를 형성하며, 액냉매만 버터플라이밸브(42)로 흐르게 되어 냉동 사이클이 최적의 조건을 형성하게 된다.

이상 본 발명이 바람직한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 다른 실시예도 가능하다.

즉, 상기 실시예에서는 응축기(3)의 출구측에 종래 설치된 팽창밸브(4) 외에 흐름제어기구(60)가 추가적으로 설치되는 구성을 설명하였으나, 종래의 팽창밸브(4)를 구성하는 버터플라이밸브(42) 및/또는 다공판(41)을 제거하고 상기 설명한 흐름제어기구(60)만을 설치하여 증발기(1)로 가는 액냉매만을 통과시켜 증발기(1) 에서 액냉매만이 팽창하도록 구성할 수도 있다.

상기 설명한 바와 같은 본 발명에 의하면, 기존의 버터플라이 밸브와 다공판으로 구성된 팽창 장치에 대해 간단한 냉매 흐름 제어 기구를 추가함으로서 응축기와 증발기 사이의 압력차와 액냉매 제어를 동시에 수행하고 기존의 팽창 밸브에 비해 가스 냉매의 유입을 줄임으로써, 즉 완전한 액냉매만 팽창시킴으로써 냉매 사이클의 효율을 향상시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 간단한 구조, 저렴한 비용으로 냉매 흐름을 효과적으로 제어할 수 있어서 경제적이다.

Claims (4)

1. 냉매로 열전달을 수행하여 찬 물을 형성하는 증발기와, 증발기에서 나온 냉매 증기를 흡입, 압축하여 응축기로 응축 냉매 가스를 보내는 압축기와, 응축 냉매 가스의 열을 외부로 방출하여 액냉매로 응축시키는 응축기, 및, 응축된 액냉매를 팽창시켜 증발기로 유입시키는 팽창밸브를 구비하여 이루어지는 냉각 시스템에 있어서,

   응축기 출구측 배관에 설치되어 액냉매만을 팽창 밸브를 경유하여 증발기로 흐르도록 액냉매 흐름을 제어하는 냉매 흐름제어기구를 구비한 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 냉매 흐름제어장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 냉매 흐름제어기구는, 응축기 출구측 배관의 직경 방향으로 연장하는 힌지축과, 힌지축에 결합된 격판 프레임에 회동가능하게 결합된 회동격판 및 회동격판의 개폐를 제어하는 균형추를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 냉매흐름제어장치.
3. 냉매로 열전달을 수행하여 찬 물을 형성하는 증발기와,

   증발기에서 나온 냉매 증기를 흡입, 압축하여 응축기로 응축 냉매 가스를 보내는 압축기와,

   응축 냉매 가스의 열을 외부로 방출하여 액냉매로 응축시키는 응축기, 및,

   응축기 출구측 배관에 설치되어 액냉매만을 증발기로 흐르도록 액냉매 흐름을 제어하며, 응축기 출구측 배관의 직경 방향으로 연장하는 힌지축과, 힌지축에 결합된 격판 프레임에 회동가능하게 결합된 회동격판 및 회동격판의 개폐를 제어하는 균형추를 포함하여 이루어지는 냉매 흐름제어기구를 구비하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 냉매 흐름제어장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 냉매 흐름제어기구의 하류에 다공판 또는 버터플라이밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 냉각 시스템의 냉매흐름 제어장치.

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