KR20070028970A - 냉동시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동시스템에 관한 것이다. 본 발명은 작동유체를 압축시키는 압축기(20)와; 상기 압축기(20)에서 압축되어 나온 작동유체를 고온고압의 작동유체와 저온저압의 작동유체로 분리하여 각각 제1출구(22a)와 제2출구(22b)로 유출되게 하는 보텍스튜브(22)와; 상기 제1출구(22a)를 통해 유출되어 열교환 및 팽창을 한 작동유체와 저장공간 내부의 공기 사이에 열교환을 하게 하는 제1열흡수기(28)와; 상기 제2출구(22b)를 통해 유출되는 작동유체와 저장공간 내부의 공기 사이에 열교환을 하게 하는 제2열흡수기(30);를 포함하여 구성된다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 냉동시스템은 압축기(20)의 일량이 감소하고 열교환되는 열량이 증가되어, 냉장고의 소비전력성능을 향상시키는 이점이 있다.

냉동시스템, 열교환기, 보텍스튜브

Description

냉동시스템{Refrigeration system}

도 1은 종래기술에 의한 냉동시스템의 작동원리를 설명하기 위한 개념도.

도 2는 본 발명에 의한 냉동시스템의 바람직한 실시예의 작동원리를 설명하기 위한 개념도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

20:압축기 22:보텍스튜브

22a:제1출구 22b:제2출구

24:열방출기 26:모세관

28:제1열흡수기 30:제2열흡수기

본 발명은 냉동시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 작동유체의 상변화에 따른 열교환으로 냉기를 생성시키는 냉동시스템에 관한 것이다.

도 1에는 종래기술에 의한 냉동시스템의 작동원리를 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다. 이에 도시된 바와 같이, 저온저압의 기체상태의 작동유체는 압축기(2)에 의해 고온고압의 기체상태가 되고, 고온고압의 기체상태의 작동유체는 열방 출기(4)를 통해 외부와 열교환을 한다. 여기서, 열방출기(4)는 작동유체를 기체상태에서 액체상태로 상변화시키는 과정에서 열을 외부로 방출하게 된다.

이와 같이, 열방출기(4)를 빠져나온 작동유체는 모세관(6)에 의해 저온저압의 액상과 기상이 공존하는 상태로 된다. 상기 저온저압의 작동유체는 열교환기(8)에서 열교환을 한다. 상기 열교환기(8)는 상기 저온저압의 작동유체를 기체상태로 상변화시키는 과정에서 외부로부터 열을 흡수하게 된다.

한편, 상기 열교환기(8)는 보통 냉동실의 배면에 설치되어, 냉동실의 열을 흡수한다. 이에 따라 상기 냉동실에는 냉기가 발생하게 되고, 상기 냉기는 송풍기에 의해 강제순환되어 냉동실 및 냉장실에 저장된 음식물을 신선한 상태로 유지할 수 있는 것이다.

그러나, 상기와 같은 종래기술에는 다음과 같은 문제점이 있다.

즉, 냉동시스템의 성능계수(COP)는 저원열원에서 뽑아낸 열량(열교환기(8)에서 뽑아낸 열량)을 압축기(2)에서 한 일의 양으로 나눔으로써 산출된다. 따라서, 냉동시스템의 소비전력 향상을 위해서는 압축기(2)에서의 일량을 감소시키고, 열교환기(8)에서 최대 열교환이 이루어질 수 있어야 한다. 이를 위해서는 고효율의 압축기(2) 개발 및 열교환기(8)의 성능 향상이 필수적이다.

결과적으로 종래기술에는 냉동시스템의 소비전력 향상을 위한 압축기(2) 및 열교환기(8)의 개발로 제품의 제조원가가 상승될 수 밖에 없고, 이러한 제조원가 상승으로 가격경쟁력이 없어 판매실적이 약화되는 문제를 제품설계 단계에서 고려하지 않을 수 없기 때문에 소비전력을 크게 향상시키지 못하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 소비전력을 향상시킬 수 있는 냉동시스템을 제공하기 위한 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 작동유체를 압축시키는 압축기와; 상기 압축기에서 압축되어 나온 작동유체를 고온고압의 작동유체와 저온저압의 작동유체로 분리하여 각각 제1출구와 제2출구로 유출되게 하는 보텍스튜브와; 상기 제1출구를 통해 유출되어 열교환 및 팽창을 한 작동유체와 저장공간 내부의 공기 사이에 열교환을 하게 하는 제1열흡수기와; 상기 제2출구를 통해 유출되는 작동유체와 저장공간 내부의 공기 사이에 열교환을 하게 하는 제2열흡수기;를 포함하여 구성된다.

상기 제1출구를 통해 유출되는 작동유체는, 기체를 액체로 상변화시키는 열방출기를 통과하여 고온고압의 작동유체를 저온저압의 작동유체로 변화시키는 모세관을 통과한 후 상기 제1열흡수기에 유입된다.

상기 제2출구를 통해 유출되는 기체상태의 작동유체는 열교환으로 저장공간에 냉기가 형성되게 하는 제2열흡수기에 유입된다.

상기 제1열흡수기와 상기 제2흡수기는 각각 상기 냉동실과 냉장실에 냉기를 공급한다.

이와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 냉동시스템은 압축기(20)의 일량이 감소하고 열교환되는 열량이 증가되어, 냉장고의 소비전력성능을 향상시키는 이점 이 있다.

이하에서는 본 발명에 의한 냉동시스템의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 2에는 본 발명에 의한 냉동시스템의 바람직한 실시예의 작동원리를 설명하기 위한 개념도가 도시되어 있다.

이에 도시된 바와 같이, 압축기(20)는 저온저압의 기상 작동유체를 고온고압의 기상 작동유체로 압축하는 역할을 한다. 냉동시스템에서 압축을 하여야 하는 이유는 열을 버려야 할 고열원의 온도보다 작동유체증기의 온도가 높을수록 온도차가 커지므로 작동유체의 응축이 쉬워지며 고온고압일수록 응축열이 작아 응축이 잘 이루어지기 때문이다.

상기 압축기(20)를 빠져 나온 작동유체는 보텍스튜브(22)로 유입된다. 상기 보텍스튜브(22)는 기체상태의 작동유체를 전기나 어떤 약품도 필요없이 저온저압의 작동유체와 고온고압의 작동유체로 분리해 내는 장치이다. 즉, 상기 작동유체가 배관을 통해 상기 보텍스튜브(22)로 유입되면 작동유체는 보텍스튜브(22) 내부에 구비된 보텍스회전실(미도시)에 유입되어 일백만RPM으로 초고속 회전을 하게 된다. 이와 같은 회전으로 고온고압의 작동유체와 저온저압의 작동유체가 발생하게 되고, 상기 고온고압의 작동유체는 제1출구(22a)를 통해 유출되고 저온저압의 작동유체는 제2출구(22b)를 통해 유출된다.

상기 보텍스튜브(22)의 제1출구(22a)측으로 빠져나온 고온고압의 작동유체는 열방출기(24)에 유입된다. 상기 열방출기(24)는 외부로 열을 방출하여 기체상태의 작동유체를 액체상태의 작동유체로 상변화시키는 장치이다.

상기 열방출기(24)를 빠져 나온 고온고압의 액상 작동유체는 모세관(26)에 유입된다. 상기 모세관(26)은 아래에서 설명될 제1열흡수기(28)에서 작동유체의 증발이 원활하게 이루어지도록 고온고압의 작동유체를 저온저압의 작동유체로 만들어 주는 역할을 한다.

상기 모세관(26)을 빠져 나온 저온저압의 작동유체는 제1열흡수기(28)에 유입된다. 상기 제1열흡수기(28)는 냉동실의 배면에 위치되어 냉동실의 열을 흡수하여 저온저압의 액상 작동유체를 저온저압의 기상 작동유체로 상변화시키는 역할을 한다.

이와 같이, 제1열흡수기(28)에 의해 냉동실의 열이 흡수됨으로써, 냉동실에는 냉기가 공급되고 상기 냉기는 송풍기에 의해 냉동실 내부에서 강제순환된다. 그리고, 상기 냉장고본체의 내부에는 냉동실과 냉장실을 연통시키는 덕트(미도시)가 구비될 수 있고, 상기 냉동실에 형성된 냉기는 덕트를 냉장실에 유입되게 할 수도 있다.

한편, 상기 보텍스튜브(22)에서 고속회전에 의해 분리된 저온저압의 기상 작동유체는 보텍스튜브(22)의 제2출구(22b)를 통해 유출되어 제2열흡수기(30)에 유입된다. 상기 저온저압의 기상 작동유체의 온도는 냉장실의 내부의 공기보다 훨씬 낮고 상기 제2열흡수기(30)는 냉장실의 배면에 위치되기 때문에, 열전도에 의해 상기 냉장실의 내부는 적은 전력소비에 의해서도 차가운 상태를 오랫동안 유지할 수 있게 된다.

이하에서는 상기한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명에 의한 냉동시스템의 작용을 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명의 냉동시스템에는 저온저압의 기상작동유체를 고온고압의 기상작동유체로 변화시키기 위해서 고효율의 압축기(20)를 사용할 필요가 없다. 즉, 상기 압축기(20)의 일의 양은 엔탈피의 변화량으로 산출되고, 상기 엔탈피의 변화량은 압력 및 온도의 변화량에 직접적인 관계가 있다.

그런데, 상기 압축기(20)를 빠져 나온 작동유체는 보텍스튜브(22)에 유입되어 고온고압의 작동유체와 저온저압의 작동유체로 분리되기 때문에, 상기 압축기(20)에 의해 요구되는 일의 양은 감소하게 된다.

한편, 작동유체가 보텍스튜브(22)에 의해 고온고압의 작동유체와 저온저압의 작동유체로 분리되는 비율 및 온도는 보텍스튜브(22)의 내부에 구비되는 보텍스회전실에서 회전되는 작동유체의 회전속도에 의해 설정할 수 있다. 이와 같이, 보텍스튜브(22)를 통해 분리된 고온고압의 작동유체와 저온저압의 작동유체는 각각 제1출구(22a)와 제2출구(22b)를 통해 제1열흡수기(28)와 제2열흡수기(30)에 유입된다.

상기 제1열흡수기(28)는 냉동실의 배면에 위치되어 냉동실 내부의 열을 흡수하여 상기 냉동실에 냉기를 형성하고, 상기 제2열흡수기(30)는 냉장실의 배면에 위치되어 열전도에 의해 냉장실에 냉기를 추가로 형성하게 된다.

이와 같이, 상기 제1열흡수기(28)와 제2열흡수기(30)를 통해 작동유체가 각각 냉동실과 냉장실의 공기와 열교환을 하여, 냉동실과 냉장실을 원하는 온도로 유지할 수 있게 된다.

한편, 보텍스튜브(22)의 보텍스회전실에서 회전되는 작동유체의 회전속도를 조절하여 상기 제1열흡수기(28)와 제2열흡수기(30)를 통해 흡수되는 열량을 조절할 수 있어, 냉동실과 냉장실의 온도를 원하는 온도로 만들어 줄 수 있다.

결과적으로, 본 발명은 냉동시스템에 보텍스튜브(22)를 사용하여 압축기(20)의 일량을 감소시키고 제1열흡수기(28) 및 제2열흡수기(30)를 통해 열교환된 열량을 크게 하여, 냉동시스템의 성능계수를 향상시킬 수 있게 된다.

본 발명의 권리는 위에서 설명된 실시예에 한정되지 않고 청구범위에 기재된 바에 의해 정의되며, 본 발명의 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 청구범위에 기재된 권리범위 내에서 다양한 변형과 개작을 할 수 있다는 것은 자명하다.

예를 들어, 상기 제1열흡수기(28) 및 제2열흡수기(30)는 각각 냉동실과 냉장실의 배면에 설치되나, 반대로 냉장실과 냉동실의 배면에 설치될 수도 있다.

위에서 상세히 설명한 바와 같은 본 발명에 의한 냉동시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

즉, 압축기를 통해 빠져 나온 작동유체를 보텍스튜브로 유입되게 하고 상기 보텍스튜브에 의해 분리된 고온고압의 작동유체를 열방출기, 모세관, 제1열흡수기를 통하게 하여 냉동실에 냉기를 형성함으로써, 압축기의 일량을 감소시키는 효과가 있다.

그리고, 상기 보텍스튜브에 의해 분리된 저온저압의 작동유체는 제2열흡수기를 통하여 냉장실에 추가적인 냉기를 형성함으로써, 상기 제1열흡수기 및 제2열흡 수기를 통해 열교환되는 열량을 크게 하는 효과가 있다.

결과적으로, 본 발명에서는 압축기의 일량이 감소되고 열교환되는 열량이 증가되어 냉장시스템의 소비전력성능이 개선되는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 작동유체를 압축시키는 압축기와;

   상기 압축기에서 압축되어 나온 작동유체를 고온고압의 작동유체와 저온저압의 작동유체로 분리하여 각각 제1출구와 제2출구로 유출되게 하는 보텍스튜브와;

   상기 제1출구를 통해 유출되어 열교환 및 팽창을 한 작동유체와 저장공간 내부의 공기 사이에 열교환을 하게 하는 제1열흡수기와;

   상기 제2출구를 통해 유출되는 작동유체와 저장공간 내부의 공기 사이에 열교환을 하게 하는 제2열흡수기;를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 냉동시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 제1출구를 통해 유출되는 작동유체는,

   기체를 액체로 상변화시키는 열방출기를 통과하여 고온고압의 작동유체를 저온저압의 작동유체로 변화시키는 모세관을 통과한 후 상기 제1열흡수기에 유입됨을 특징으로 하는 냉동시스템.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 제2출구를 통해 유출되는 기체상태의 작동유체는 열교환으로 저장공간에 냉기가 형성되게 하는 제2열흡수기에 유입됨을 특징으로 하는 냉동시스템.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 제1열흡수기와 상기 제2흡수기는 각각 상기 냉동실과 냉장실에 냉기를공급함을 특징으로 하는 냉동시스템.

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