KR20120082077A - Expansion device for turbo-refrigerator - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: An expanding unit for a turbo cooler is provided to reduce costs by controlling the expansion and the flow quantity of coolant without mechanical or electrical mechanism. CONSTITUTION: An expanding unit for a turbo cooler is composed of a porous plate(36), a float chamber(44), and a float plate(48). The porous plate is fixed in a coolant line connecting a condenser(14) and an evaporator(18). The float chamber is installed in the coolant line and has larger diameter than that of the coolant line. The float plate is located in the bottom of the float chamber to block the inlet port of the float chamber connected to the condenser. The float plate comprises a mass member(50) heading for the porous plate. The mass member is formed into conical shape for smooth coolant flow.

Description

터보 냉동기용 팽창기구{Expansion Device for Turbo-Refrigerator}Expansion device for turbo refrigerators {Expansion Device for Turbo-Refrigerator}

본 발명은 터보 냉동기용 팽창기구에 관한 것으로, 특히 본 발명에서는 냉매의 팽창과 냉매의 유량 조절이 기계적 또는 전기적 메커니즘 방식에 의존하지 않더라도 자동적으로 이루어질 수 있도록 한 것이다.
The present invention relates to an expansion mechanism for a turbo-chiller, and in particular, the present invention is to allow the expansion of the refrigerant and the flow rate control of the refrigerant to be made automatically even without depending on the mechanical or electrical mechanism.

도 1을 통해 일반적인 터보 냉동기(10)의 냉동 사이클을 개략적으로 살펴보면, 압축기(12)에서 압축되어 고온 고압으로 형성된 과열 냉매 가스는 응축기(14)를 통과하는 동안 냉각수와 열교환 하게 되면서 열을 버리고 냉매 액으로 응축된다. 이때 응축된 저온 고압의 냉매는 팽창밸브(16)를 통과하면서 저온 저압으로 변화되어 증발기(18)로 유입되고, 증발기(18)에서 냉수와의 열 교환을 통해 증발된 냉매가스는 압축기(12)에서 압축되어 고온 고압의 과열 냉매가스로 형성된 후 다시 응축기(14)로 들어가는 순환을 계속하게 된다.Referring to the refrigeration cycle of the conventional turbo refrigerator 10 through FIG. 1 schematically, the superheated refrigerant gas compressed by the compressor 12 and formed at a high temperature and high pressure exchanges heat with the coolant while passing through the condenser 14, thereby discarding heat and allowing the refrigerant. Condensation into the liquid. At this time, the low-temperature, high-pressure refrigerant condensed is changed into a low-temperature low pressure while passing through the expansion valve 16, the evaporator 18 is introduced, the refrigerant gas evaporated through heat exchange with cold water in the evaporator 18 is a compressor 12 Compressed at and formed of a superheated refrigerant gas of high temperature and high pressure, and then continues to enter the condenser 14 again.

위의 같은 냉동 사이클을 가지는 일반적인 터보 냉동기(10)에는 냉동기 부하 또는 부분 부하로 구동시에 냉매의 유량을 가변적으로 조절하는 팽창밸브(16)가 설치되어 있는데, 주로 채용하고 있는 팽창밸브(16)는 게이트 밸브, 볼 밸브, 버터프라이밸브(수동) 등이 채용되고 있다.The general turbo refrigerator 10 having the same refrigeration cycle as described above is provided with an expansion valve 16 that variably adjusts the flow rate of the refrigerant when driven by a refrigerator load or a partial load, and the expansion valve 16 which is mainly employed is Gate valves, ball valves, butterfly valves (manual), and the like are employed.

그런데, 상기 배경기술에서 언급한 팽창밸브, 즉 게이트 밸브, 볼 밸브, 버터프라이밸브(수동)는 모두 수동을 조작하는 타입이다. 이에 따라 부하 변동에 따른 신속한 대응이 어렵고, 그로 인해 냉동기 효율 및 성능 저하는 물론, 냉동기 구성요소 중 압축기의 손상이 발생하는 문제가 있었다.By the way, the expansion valve mentioned in the background art, that is, the gate valve, the ball valve, the butterfly valve (manual) are all of the type of manual operation. Accordingly, it is difficult to quickly respond to the load fluctuations, and as a result, there is a problem in that the compressor efficiency and performance decrease, as well as damage to the compressor among the components of the refrigerator.

위와 같은 문제를 다소 해소하기 위해 기계적 및 전기적 메커니즘을 구비하고 있는 자동 버터플라이 밸브를 설치하고 있다. 이 경우 앞서 열거된 수동식 팽창밸브와는 달리 부하변동에 적극적인 대응이 가능 하다는 장점은 있으나 고가의 액추에이터가 내장되게 됨으로써 자동 버터플라이밸브의 채용에 따른 비용 부담이 크게 발생하게 된다. 아울러 액추에이터의 고장 및 오동작이 발생할 수 있으므로 지속적인 유지 관리가 요구되는 번거로움과 불편함이 있었다.To solve some of the above problems, automatic butterfly valves with mechanical and electrical mechanisms are being installed. In this case, unlike the manual expansion valves listed above, there is an advantage that the active response to the load fluctuation is possible, but since the expensive actuator is built, the cost burden of the automatic butterfly valve is greatly generated. In addition, the malfunction and malfunction of the actuator may occur, there was a hassle and inconvenience that requires constant maintenance.

따라서, 본 발명은 위와 같은 기계적 또는 전기적 메커니즘을 이용한 방식에 의존하지 않더라도 자동적으로 이루어질 수 있도록 한 터보 냉동기용 팽창기구를 제공하는데 그 목적이 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide an expansion mechanism for a turbo freezer that can be made automatically even without depending on the method using the above mechanical or electrical mechanism.

본 발명에서는 위와 같은 목적을 달성하기 위하여, 응축기와 증발기를 연결하는 냉매 라인에 구비되어 냉매의 팽창과 유량을 조절하는 터보 냉동기용 팽창기구로서, 상기 응축기와 증발기를 연결하는 냉매 라인에 유로를 가로막는 배치 상태로 고정 설치되는 다공판과; 상기 다공판과 증발기를 연결하는 냉매 라인에 범위를 가지고 유로가 일부 확관 형성되는 플로트 챔버와; 상기 응축기와 연결되는 플로트 챔버의 유입구를 막는 상태로 플로트 챔버의 바닥의 놓이는 플로트 판;을 포함하여 구성되는 터보 냉동기용 플로트형 팽창기구가 제공된다.In the present invention, in order to achieve the above object, it is provided in the refrigerant line connecting the condenser and the evaporator, the expansion mechanism for the turbo-cooler to control the expansion and flow rate of the refrigerant, which blocks the flow path to the refrigerant line connecting the condenser and the evaporator A porous plate fixedly installed in an arrangement state; A float chamber having a range in a refrigerant line connecting the porous plate and the evaporator, the passage being partially enlarged; Provided is a float-type expansion mechanism for a turbo-cooler comprising a; float plate placed on the bottom of the float chamber in a state of blocking the inlet of the float chamber connected to the condenser.

또한, 상기 플로트 판에는 다공판을 향하는 배치 상태로 유로에 삽입되는 질량체가 구비되는 구조가 제공된다.In addition, the float plate is provided with a structure provided with a mass inserted into the flow path in an arrangement state facing the porous plate.

또한, 상기 질량체는 냉매의 흐름이 원활하게 이루어질 수 있도록 하단으로부터 상단으로 갈수록 단면적이 점차 넓어지는 구조로 형성되는 것이 바람직하다.
In addition, the mass is preferably formed in a structure in which the cross-sectional area gradually increases from the bottom to the top so that the refrigerant flows smoothly.

본 발명에서는 기계적 및 전기적 메커니즘에 의한 구동 없이 냉매의 팽창과 냉매 유량 조절이 이루어질 수 있도록 함으로써, 터보 냉동기에서 채용하고 있는 종래의 팽창밸브에 비해 비용을 절감할 수 있다. In the present invention, it is possible to reduce the expansion of the refrigerant and the flow rate of the refrigerant without driving by the mechanical and electrical mechanisms, it is possible to reduce the cost compared to the conventional expansion valve employed in the turbo refrigerator.

아울러 별도의 유지보수 없이 영구적으로 사용할 수 있으며, 나아가 기능 상실이나 오동작으로 인한 터보 냉동기의 손상과 성능 저하를 방지할 수 있다.
In addition, it can be used permanently without any maintenance, and furthermore, it can prevent damage and performance deterioration of the turbo chiller due to malfunction or malfunction.

도 1은 일반적인 터보 냉동기의 냉동 사이클을 보여주는 모식도이다.
도 2는 본 발명에 따른 터보 냉동기용 팽창기구를 보여주는 단면도이다.
도 3은 도 2의 플로트형 팽창변이 상승하여 유로가 열린 상태를 보여주는 요부단면도이다.1 is a schematic diagram showing a refrigeration cycle of a typical turbo refrigerator.
2 is a cross-sectional view showing an expansion mechanism for a turbo freezer according to the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of a main portion showing a state in which the flow path is opened due to the float type expansion valve of FIG. 2 rising; FIG.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 터보 냉동기용 팽창기구의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment of the expansion mechanism for a turbo-freezer according to the present invention.

도 2에서는 본 발명에 따른 터보 냉동기용 팽창기구를 보여주는 단면도가 도시되어 있고, 도 3에서는 도 2의 플로트형 팽창변이 상승하여 유로가 열린 상태를 보여주는 단면도가 도시되어 있다.2 is a cross-sectional view showing an expansion mechanism for a turbo freezer according to the present invention, Figure 3 is a cross-sectional view showing a state in which the flow path is opened by the float-type expansion valve of FIG.

본 발명은, 종래와 같은 냉동 사이클을 가지는 터보 냉동기(10)에 있어, 본 발명은 응축기(14)와 증발기(18)를 연결하는 냉매 라인(32) 상에 팽창기구(30)가 설치된다.In the present invention, in the turbo chiller (10) having a refrigeration cycle as in the prior art, the present invention is provided with an expansion mechanism (30) on the refrigerant line (32) connecting the condenser (14) and the evaporator (18).

상기 팽창기구(30)는, 응축기(14)와 증발기(18)를 연결하는 냉매 라인(32) 상에 유로(34)를 가로막는 배치 상태로 고정 설치되는 다공판(36)과, 상기 다공판(36)으로부터 증발기(18)의 방향으로 이격된 유로(34)에 설치되는 플로트형 팽창변(38)으로 구성된다.The expansion mechanism (30) is a porous plate (36) fixedly installed in an arrangement in which the flow path (34) intersects on the refrigerant line (32) connecting the condenser (14) and the evaporator (18), and the porous plate ( It consists of a float type expansion valve 38 provided in the flow path 34 spaced apart from the 36 in the direction of the evaporator 18.

구체적으로, 상기 다공판(36)은 유로(34)를 가로막도록 배치되는 플레이트 부재(40)와, 이 플레이트 부재(40)에 복수로 형성되는 통공(42)을 포함하여 구성된다.Specifically, the porous plate 36 includes a plate member 40 disposed to block the flow path 34, and a plurality of through holes 42 formed in the plate member 40.

상기 플로트형 팽창변(38)은, 상기 다공판(36)과 증발기(18)를 연결하는 냉매 라인(32)에 범위를 가지고 유로(34)가 일부 확관 형성되는 플로트 챔버(44)와, 상기 응축기(14)와 연결되는 플로트 챔버(44)의 유입구(46)를 막는 상태로 플로트 챔버(44)의 바닥에 놓이는 플로트 판(48)과, 이 플로트 판(48)의 일면에 고정 구비되며 다공판(36) 측을 향하는 유로(34)로 삽입되는 질량체(50)(예를 들면 추)를 포함한다. 특히, 상기 질량체(50)는 원활한 냉매의 이송 흐름과 저항이 최소화될 수 있도록 하단으로부터 상단으로 갈수록 단면적이 점차 넓어지는 구조가 바람직하며, 일 예를 원추형 구조가 바람직하다. (도 3참조) The float-type expansion valve 38 includes a float chamber 44 having a range in a refrigerant line 32 connecting the porous plate 36 and the evaporator 18, and having a flow path 34 partially expanded, and the condenser. Float plate 48 placed on the bottom of the float chamber 44 in a state of blocking the inlet 46 of the float chamber 44 connected to the 14, and is fixed to one surface of the float plate 48, the porous plate The mass body 50 (for example, a weight) inserted into the flow path 34 facing the (36) side is included. In particular, the mass 50 is preferably a structure in which the cross-sectional area is gradually widened from the lower end to the upper end so that the smooth flow and the resistance of the refrigerant can be minimized, for example, a conical structure is preferable. (See Fig. 3)

따라서, 터보 냉동기(10)의 응축기(14)로부터 응축된 이상(액체+기체) 상태의 냉매가 다공판(36)을 통과하게 될 때 교축(throttling)과정을 거치면서 저온 저압을 형성하게 되어 냉매의 차압(냉수와 냉각수 온도에 따른 증발기 - 응축기의 압력 차이)을 형성하게 됨으로써, 다공판(36)을 통과한 냉매는 냉매의 차압에 의해 냉매 라인(32)을 따라 증발기(18) 방향으로 빨려들어가는 이송이 이루어지게 된다.Therefore, when the refrigerant in the abnormal (liquid + gas) state condensed from the condenser 14 of the turbo refrigerator 10 passes through the porous plate 36, a low temperature low pressure is formed while undergoing a throttling process. By forming a differential pressure of (evaporator-condenser pressure difference according to cold water and cooling water temperature), the refrigerant passing through the porous plate 36 is sucked toward the evaporator 18 along the refrigerant line 32 by the differential pressure of the refrigerant. Incoming transfer is made.

그리고, 상기 다공판(36)과 증발기(18) 사이의 냉매 라인(32)에는 플로트형 팽창변(38)이 유로(34)와 연결되는 유입구(46)을 막고 있어, 다공판(36)을 통과한 냉매가 플로트형 팽창변(38)을 밀게 된다. 이때 냉매가 플로트형 팽창변(38)를 이기기 될 때 플로트 챔버(44)의 유입구(46)에서 개도가 형성되며, 이와 같이 형성되는 개도를 통해 빠져나간 냉매가 증발기(18)로 유입된다.In addition, in the refrigerant line 32 between the porous plate 36 and the evaporator 18, a float-type expansion valve 38 blocks the inlet port 46 connected to the flow path 34, and passes through the porous plate 36. One refrigerant pushes the float expansion valve 38. At this time, when the refrigerant beats the float-type expansion valve 38, an opening degree is formed at the inlet 46 of the float chamber 44, and the refrigerant escaped through the opening degree formed as described above flows into the evaporator 18.

예를 들면, 터보 냉동기(10)의 구동 부하가 최대로 발생하게 되는 경우, 증발기(18)와 응축기(14)의 냉매 차압은 최대가 됨으로써 플로트형 팽창변(38)을 미는 냉매의 힘은 자연히 증대하게 된다. 그로 인해 개도가 최대를 형성하게 됨으로써 냉매의 유량도 최대가 된다. 부분 부하의 경우, 냉매의 차압이 줄어들게 되어 플로트형 팽창변(38)을 밀어 내는 힘은 자연 감소하게 되어 개도가 좁아지게 됨으로써 유량이 줄어들게 된다. For example, when the driving load of the turbo chiller 10 is generated to the maximum, the refrigerant differential pressure between the evaporator 18 and the condenser 14 is maximum, so that the force of the refrigerant pushing the float type expansion valve 38 naturally increases. Done. As a result, the opening degree is maximized, so that the flow rate of the refrigerant is also maximum. In the case of partial load, the differential pressure of the refrigerant is reduced so that the force for pushing the float-type expansion valve 38 is naturally reduced to narrow the opening degree, thereby reducing the flow rate.

위와 같이 냉매의 유량 조절이 요구될 때, 본 발명에 따른 플로트형 팽창변(38)이 무겁게 설계되면 유입구(46)을 완전히 막아 냉매가 흐르지 못하게 됨으로써 서지(surge) 현상이 발생할 수 있게 되고, 반대로 너부 가볍게 설계되면 부분 부하 구동 조건하에서 완전한 열림 상태를 취하되어 냉매가 과도하게 증발기(18)로 유입되게 된다. 참고로, 냉매가 과도하게 증발기(18)로 유입되게 되면, 증발기(18)에서 증발하지 못한 냉매 액이 압축기로 흐르게 되고, 그로 인해 압축기(12)의 손상과 압축 성능이 저하되어 냉동기 성능을 저하시키는 원인이 된다.When the flow rate of the refrigerant is required as described above, if the float-type expansion valve 38 according to the present invention is designed to be heavy, a surge phenomenon may occur by completely blocking the inlet port 46 to prevent the refrigerant from flowing, and conversely, The light design results in a full open under partial load driving conditions and excessive refrigerant flow into the evaporator 18. For reference, when the refrigerant is excessively introduced into the evaporator 18, the refrigerant liquid that failed to evaporate from the evaporator 18 flows to the compressor, thereby reducing the damage and compression performance of the compressor 12, thereby lowering the freezer performance. It causes.

따라서, 본 발명에 따른 터보 냉동기용 플로트형 팽창기구를 터보 냉동기(10)에 적용하게 되면, 종래와 같이 냉매의 팽창과 냉매 유량 조절이 기계적 또는 전기적 메커니즘을 이용한 방식에 의존하는 것이 아니므로 가격이 저렴하고 별도의 유지보수 없이 영구적으로 사용할 수 있다. 나아가 기능 상실이나 오동작으로 인한 냉동 장치의 효율성 저하를 사전에 방지할 수 있게 된다.
Therefore, when the float type expansion mechanism for a turbo freezer according to the present invention is applied to the turbo freezer 10, the expansion of the refrigerant and the control of the flow rate of the refrigerant do not depend on the method using a mechanical or electrical mechanism as in the prior art. It is inexpensive and can be used permanently without maintenance. Furthermore, it is possible to prevent the deterioration of the efficiency of the refrigerating device due to malfunction or malfunction.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 아니하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술사상과 아래에 기재된 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형 가능함은 물론이다.
As described above, although the present invention has been described by way of limited embodiments and drawings, the present invention is not limited thereto, and the technical spirit of the present invention and the following will be understood by those skilled in the art to which the present invention pertains. Of course, various modifications and variations are possible within the scope of the appended claims.

10 : 터보 냉동기 12 : 압축기
14 : 응축기 16 : 팽창밸브
18 : 증발기 30 : 팽창기구
32 : 냉매 라인 34 : 유로
36 : 다공판 38 : 플로트형 팽창변
40 : 플레이트 부재 42 : 통공
44 : 플로트 챔버 46 : 유입구
48 : 플로트 판 50 : 질량체10 turbo compressor 12 compressor
14 condenser 16 expansion valve
18: evaporator 30: expansion mechanism
32: refrigerant line 34: flow path
36: perforated plate 38: float type expansion valve
40 plate member 42 through hole
44: float chamber 46: inlet
48: float plate 50: mass

Claims (3)

응축기와 증발기를 연결하는 냉매 라인에 구비되어 냉매의 팽창과 유량을 조절하는 터보 냉동기용 팽창기구로서,
상기 응축기와 증발기를 연결하는 냉매 라인에 유로를 가로막는 배치 상태로 고정 설치되는 다공판과;
상기 다공판과 증발기를 연결하는 냉매 라인에 범위를 가지고 유로가 일부 확관 형성되는 플로트 챔버와;
상기 응축기와 연결되는 플로트 챔버의 유입구를 막는 상태로 플로트 챔버의 바닥의 놓이는 플로트 판;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기용 플로트형 팽창기구.
It is provided in the refrigerant line connecting the condenser and the evaporator, the expansion mechanism for turbo-cooler to control the expansion and flow rate of the refrigerant,
A perforated plate fixedly installed in a state in which a flow path is blocked in a refrigerant line connecting the condenser and the evaporator;
A float chamber having a range in a refrigerant line connecting the porous plate and the evaporator, the passage being partially enlarged;
And a float plate placed on the bottom of the float chamber in a state of blocking an inlet of the float chamber connected to the condenser.
제 1항에 있어서,
상기 플로트 판에는 다공판을 향하는 배치 상태로 유로에 삽입되는 질량체가 구비되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기용 플로트형 팽창기구.
The method of claim 1,
The float plate is a float type expansion mechanism for a turbo-cooler, characterized in that the mass body is inserted into the flow path in the arrangement state facing the porous plate.
제 2항에 있어서,
상기 질량체는 냉매의 흐름이 원활하게 이루어질 수 있도록 하단으로부터 상단으로 갈수록 단면적이 점차 넓어지는 구조로 형성되는 것을 특징으로 하는 터보 냉동기용 플로트 팽창기구. The method of claim 2,
The mass body is a float expansion mechanism for a turbo freezer, characterized in that the cross-sectional area is gradually increased from the bottom to the top so that the flow of the refrigerant is made smoothly.
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