KR20150020002A

KR20150020002A - Exergy recovery high efficiency refrigerating apparatus

Info

Publication number: KR20150020002A
Application number: KR20140008655A
Authority: KR
Inventors: 이중용
Original assignee: 이중용
Priority date: 2013-08-16
Filing date: 2014-01-24
Publication date: 2015-02-25

Abstract

Disclosed is a freezer. According to an embodiment of the present invention, a freezer includes: a compressor compressing gaseous refrigerant under high temperature and high pressure; a condenser having a heat exchange medium introduced and discharged from and to a heat demand source, and cooling the gaseous refrigerant discharged from the compressor by heat exchange with the heat exchange medium to condense at least a portion of the refrigerant; a turbine expander expanding the low-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the condenser; an evaporator absorbing heat from surrounding portions by the low-temperature and low-pressure refrigerant discharged from the turbine expander being evaporated; a temperature difference measurement unit measuring a difference between a temperature of the heat exchange medium introduced into the condenser from the heat demand source and a temperature of the heat exchange medium discharged from the condenser; a branching valve installed at a pipe connecting the condenser to the turbine expander, and controlling the amount of refrigerant branched to a branching pipe by the temperature difference sensor; and a middle heat exchanger exchanging heat between gaseous and liquefied refrigerant flowing in the branching pipe branched by the branching valve and gaseous refrigerant discharged from the evaporator.

Description

[0001] EXERGY RECOVERY HIGH EFFICIENCY REFRIGERATING APPARATUS [0002]

본 발명은 냉동장치에 관한 것이고, 상세하게는 팽창밸브에서 발생되는 냉매의 압력낙차로 인한 엑서지 손실을 회수할 수 있는 냉동장치에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a refrigerating device, and more particularly, to a refrigerating device capable of recovering exergy loss due to pressure drop of a refrigerant generated in an expansion valve.

냉동장치는 공정에서 필요한 냉열을 공급하는 장치로서, 공정으로부터 발생된 열을 냉각하고, 회수된 냉열을 다시 냉각한 후 냉열을 공정에 다시 공급하는 장치를 말한다. A refrigeration system is a device that supplies cold heat required in a process. It is a device that cools heat generated from the process, re-cools the recovered cold, and then supplies the cold heat back to the process.

일반적으로 냉동장치는 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 포함하고, 공정에서 필요로 하는 냉열의 온도에 따라 냉수를 공급하는 방식과, 냉매를 직접 공급하는 방식이 있다. 냉수를 공급하는 방식은 냉동장치 내에 증발기가 설치되고, 냉매를 직접 공급하는 방식은 공정에서의 냉매 수요처, 즉 열이 많이 발생되는 곳의 열교환기가 증발기를 대신하므로 냉동장치 내에 증발기가 구비되지 않는다. Generally, the refrigerating device includes a compressor, a condenser, an expansion valve, and an evaporator, and a method of supplying cold water according to the temperature of the cold heat required in the process and a method of directly supplying the refrigerant. In the method of supplying cold water, an evaporator is installed in a refrigerating device, and a refrigerant is not provided in a refrigerating device because a refrigerant consumer in the process, that is, a heat exchanger where a lot of heat is generated, replaces the evaporator.

상기 두 가지 형식의 냉동장치는 모두 응축기에서 냉매의 응축이 일어나며, 응축기에서 응축된 냉매는 액체상태와 기체상태가 혼합된 상태로 팽창밸브에 의하여 고압에서 저압으로 압력이 떨어진 다음 증발기에 유입된다. 증발기에서 냉매는 증발하여 기체가 되고, 기체가 된 냉매는 다시 압축기로 유입되어 다시 저압에서 고압으로 압력이 높아진 후 응축기로 유입되는 과정을 반복한다.In both types of refrigerating apparatuses, condensation of the refrigerant occurs in the condenser, and the refrigerant condensed in the condenser is pressurized by the expansion valve from the high pressure to the low pressure in a state where the liquid state and the gas state are mixed, and then flows into the evaporator. In the evaporator, the refrigerant evaporates to become a gas. The refrigerant, which has become a gas, flows into the compressor again. Then, the pressure increases from the low pressure to the high pressure and then flows into the condenser.

냉매가 상술한 순환과정을 반복하는 과정에서 냉매를 저압에서 고압으로 압축하는 압축기의 구동원으로서 전기를 사용하게 되므로 냉동장치의 효율을 나타내는 성적계수가 낮아지는 원인이 되며, 이에 따라 냉동장치의 전기사용량이 증가하는 문제가 있었다.Since the refrigerant uses electricity as the driving source of the compressor for compressing the refrigerant from the low pressure to the high pressure in the process of repeating the circulation process described above, the coefficient of performance indicating the efficiency of the refrigerating device is lowered, There has been a problem of increase.

본 발명은 냉매의 팽창과정에서 발생되는 압력낙차에 의하여 손실되는 에너지를 회수할 수 있는 냉동장치를 제공하고자 한다.An object of the present invention is to provide a refrigerating device capable of recovering energy lost due to a pressure drop generated during expansion of a refrigerant.

또한, 본 발명은 종래 냉동장치에서 팽창밸브에 의한 냉매 팽창방식으로 인하여 손실되었던 에너지를 터빈 팽창기를 통하여 회수할 수 있는 냉동장치를 제공하고자 한다.The present invention also provides a refrigeration apparatus capable of recovering energy that has been lost due to a refrigerant expansion method by an expansion valve in a conventional refrigeration apparatus through a turbine inflator.

일 실시예에 따른 냉동장치는, 기체 상태의 냉매를 고온·고압으로 압축하는 압축기; 열 수요처에서 열 교환 매체가 유입 및 유출되고, 상기 압축기에서 배출된 기체 상태의 냉매를 상기 열 교환 매체와의 열 교환에 의하여 냉각하여 냉매의 적어도 일부를 응축시키는 응축기; 상기 응축기에서 배출된 저온·고압의 냉매를 팽창시키는 터빈 팽창기; 상기 터빈 팽창기에서 배출된 저온·저압의 냉매가 증발하여 주위로부터 열을 흡수하는 증발기; 상기 열수요처로부터 상기 응축기로 유입되는 열 교환 매체의 온도와 상기 응축기에서 배출되는 열 교환 매체의 온도의 차이를 측정하는 온도차 측정부; 상기 응축기와 상기 터빈 팽창기를 연결하는 배관에 설치되고, 상기 온도차 센서에 의하여 분기 배관으로 분기하는 냉매의 양이 조절되는 분기 밸브; 및 상기 분기 밸브에 의하여 분기되는 분기 배관을 흐르는 기체 및 액체 상태의 냉매와 상기 증발기에서 배출되는 기체 상태의 냉매 사이에 열교환이 일어나는 중간 열교환기를 포함한다.According to an embodiment, there is provided a refrigerating apparatus comprising: a compressor for compressing refrigerant in a gaseous state at a high temperature and a high pressure; A condenser for cooling and condensing at least a portion of the refrigerant by cooling the gaseous refrigerant discharged from the compressor by heat exchange with the heat exchange medium; A turbine expander for expanding the low temperature and high pressure refrigerant discharged from the condenser; An evaporator for evaporating the low-temperature and low-pressure refrigerant discharged from the turbine expander to absorb heat from the surroundings; A temperature difference measurement unit for measuring a difference between a temperature of the heat exchange medium flowing into the condenser from the heat consumer and a temperature of the heat exchange medium discharged from the condenser; A branch valve installed in a pipe connecting the condenser and the turbine inflator and controlling the amount of refrigerant branched to the branch pipe by the temperature difference sensor; And an intermediate heat exchanger in which heat exchange occurs between the gaseous and liquid refrigerant flowing through the branch pipe branched by the branch valve and the gaseous refrigerant discharged from the evaporator.

본 발명의 실시예에 따르면, 압축기에서의 전기소모량을 절감할 수 있고, 냉동장치의 성적계수를 향상시킬 수 있다. According to the embodiment of the present invention, it is possible to reduce the electric consumption amount in the compressor and improve the coefficient of performance of the refrigerating device.

또한, 냉동장치의 전기소모량이 절감되어 에너지가 절약되고, 온실가스 배출량이 저감될 수 있다.Further, the amount of electricity consumed by the refrigerating apparatus is reduced, so that energy can be saved and greenhouse gas emissions can be reduced.

도 1은 일 실시예에 따른 냉동장치의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 냉동장치의 터빈 팽창기 및 발전기를 나타내는 도면이다.
도 3은 일 실시예에 따른 터빈 팽창기의 주요부를 나타내는 도면이다.
도 4는 다른 일 실시예에 따른 냉동장치의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에서 증발기의 위치가 변경된 실시예에 따른 냉동장치의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 4와 증발기의 위치가 변경된 실시예에 따른 냉동장치의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 냉동장치의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다. 1 is a view showing a flow of a refrigerant in a refrigerating apparatus according to an embodiment.
2 is a view of a turbine inflator and generator of a refrigeration system according to one embodiment.
Figure 3 is a view of the main part of a turbine inflator according to one embodiment.
4 is a view showing a flow of refrigerant in a refrigerating apparatus according to another embodiment.
FIG. 5 is a view showing a flow of a refrigerant in a refrigeration apparatus according to an embodiment in which the position of the evaporator is changed in FIG. 1;
FIG. 6 is a view showing the flow of refrigerant in the refrigeration apparatus according to the embodiment in which the position of FIG. 4 and the evaporator is changed.
7 is a view showing a flow of refrigerant in a refrigerating apparatus according to another embodiment of the present invention.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상을 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상에 포함되는 것이다.
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It should be understood, however, that the spirit of the present invention is not limited to such embodiments, and that the spirit of the present invention may be proposed differently from addition, modification and deletion of elements constituting the embodiments, .

도 1은 일 실시예에 따른 냉동장치의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 2는 일 실시예에 따른 냉동장치의 터빈 팽창기 및 발전기를 나타내는 도면이며, 도 3은 일 실시예에 따른 터빈 팽창기의 주요부를 나타내는 도면이다.2 is a view illustrating a turbine inflator and a generator of a refrigeration apparatus according to an embodiment. FIG. 3 is a schematic view of a turbine inflator according to an exemplary embodiment of the present invention. Referring to FIG. 1, Fig.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예에 의한 냉동장치(1)는 압축기(10)와, 응축기(20)와, 터빈 팽창기(TURBINE EXPANDER, 30)와, 증발기(40)와, 발전기(50)를 포함한다.1 to 3, a refrigerating apparatus 1 according to an embodiment includes a compressor 10, a condenser 20, a TURBINE EXPANDER 30, an evaporator 40, a generator 50).

상기 압축기(10)는 기체 상태의 냉매를 고온, 고압의 기체로 압축하는 역할을 한다. 상기 압축기(10)는 기체 냉매를 압축할 수 있는 구동력을 제공하는 모터(31)와, 상기 모터(11)에 전기를 공급하는 모터 전원부(12)를 포함한다. The compressor (10) serves to compress the gaseous refrigerant into a high-temperature, high-pressure gas. The compressor (10) includes a motor (31) that provides a driving force capable of compressing gas refrigerant, and a motor power supply unit (12) that supplies electricity to the motor (11).

상기 압축기(10)는 상기 모터(11)의 구동력에 의하여 냉매를 압축하고, 순환시킬 수 있다. 상기 압축기(10)에서 배출된 냉매의 온도는 냉매의 종류와 사용압력 범위에 따라 다르며, 본 실시예에서 사용되는 냉매는 암모니아(NH3) 등과 같은 공지의 일반적인 냉매가 사용될 수 있다. The compressor (10) can compress and circulate the refrigerant by the driving force of the motor (11). The temperature of the refrigerant discharged from the compressor 10 varies depending on the kind of the refrigerant and the operating pressure range. For the refrigerant used in the present embodiment, a known general refrigerant such as ammonia (NH3) may be used.

상기 압축기(10)에서 배출된 고온, 고압의 기체는 냉매 유동관(60)을 거쳐서 상기 응축기(20)로 유입된다. 상기 응축기(20)는 상기 압축기(10)에서 배출된 고온, 고압의 기체 냉매를 냉각하여 냉매의 일부를 응축시키는 역할을 한다. The high-temperature, high-pressure gas discharged from the compressor (10) flows into the condenser (20) through the refrigerant flow pipe (60). The condenser 20 serves to cool the high-temperature, high-pressure gas refrigerant discharged from the compressor 10 to condense a part of the refrigerant.

상기 응축기(20)는 고온, 고압의 기체 냉매를 응축시키기 위해 냉각탑(25)과 연결될 수 있다. 상기 응축기(20)는 상기 냉각탑(25)으로부터 냉각수를 공급받을 수 있고, 상기 냉각수는 상기 응축기(20) 주변을 흐르면서 상기 기체 냉매로부터 열을 흡수한다. 따라서, 상기 응축기(20) 주변을 흐르는 냉각수의 온도는 상기 응축기(20)로 유입될 때보다 상기 응축기(20)에서 유출될 때 더 높아진다. 일례로, 상기 냉각탑(25)에서 상기 응축기(20)로 유입되는 냉각수의 온도가 대략 32℃인 경우, 상기 응축기(20)에서 상기 냉각탑(25)으로 유출되는 냉각수의 온도는 대략 37℃가 될 수 있다. The condenser 20 may be connected to the cooling tower 25 to condense the high-temperature, high-pressure gas refrigerant. The condenser 20 can receive cooling water from the cooling tower 25, and the cooling water absorbs heat from the gas refrigerant as it flows around the condenser 20. Therefore, the temperature of the cooling water flowing around the condenser 20 becomes higher when the condenser 20 flows out of the condenser 20 than when the condenser 20 flows into the condenser 20. For example, when the temperature of the cooling water flowing into the condenser 20 from the cooling tower 25 is approximately 32 ° C, the temperature of the cooling water flowing out from the condenser 20 to the cooling tower 25 is approximately 37 ° C .

상기 응축기(20)에 유입된 기체 상태의 냉매는 상기 응축기(20)의 주변을 흐르는 냉각수에 의하여 냉각되고, 상기 냉매의 온도가 액화점 이하로 내려가면, 상기 기체 상태의 냉매는 응축되기 시작한다. 따라서, 상기 응축기(20)에서 배출되는 냉매는 저온, 고압의 상태가 되고, 상기 응축기(20)에서 냉매의 적어도 일부가 응축되므로 액체와 기체가 혼재하는 상태가 된다. The gaseous refrigerant flowing into the condenser 20 is cooled by the cooling water flowing around the condenser 20 and when the temperature of the refrigerant falls below the liquefaction point, the gaseous refrigerant starts to condense . Therefore, the refrigerant discharged from the condenser 20 is in a state of low temperature and high pressure, and at least a part of the refrigerant is condensed in the condenser 20, so that the liquid and the gas are mixed.

상기 응축기(20)에서 배출된 저온, 고압 상태의 냉매는 상기 터빈 팽창기(30)로 유입된다. 상기 터빈 팽창기(30)는 기체 및 액체 상태의 냉매를 팽창시키는 2유체 터빈 팽창기 또는 스크류 터빈 팽창기가 될 수 있다. The low-temperature and high-pressure refrigerant discharged from the condenser 20 flows into the turbine inflator 30. The turbine expander 30 may be a two fluid turbine expander or a screw turbine expander for expanding gas and liquid refrigerant.

상기 터빈 팽창기(30)는 케이싱(31)과, 서로 맞물리는 한 쌍의 스크류 로터(32, 33)가 포함된다. 상기 케이싱(31)은 상기 터빈 팽창기(30)의 외형을 형성하고, 상기 스크류 로터(32, 33)를 수용한다. 상기 케이싱(31)에는 상기 응축기(20)에서 배출된 냉매가 유입되는 냉매 유입구(미도시)와 상기 케이싱(31) 내부로 유입된 냉매가 상기 증발기(40)로 배출되는 냉매 유출구(미도시)가 구비된다. 또한, 상기 케이싱(31)의 내부에는 상기 한 쌍의 스크류 로터(32, 33)에 의해 냉매를 팽창시키는 팽창공간이 형성되어 있다. 상기 스크류 로터(32, 33)는 상기 팽창공간 내부에 수용되고, 상기 팽창공간은 상기 냉매 유입구와 상기 냉매 유출구와 연통된다. The turbine inflator (30) includes a casing (31) and a pair of screw rotors (32, 33) meshing with each other. The casing 31 forms the outer shape of the turbine inflator 30 and accommodates the screw rotors 32 and 33. The casing 31 is provided with a refrigerant inlet port (not shown) through which the refrigerant discharged from the condenser 20 flows and a refrigerant outlet (not shown) through which the refrigerant introduced into the casing 31 is discharged to the evaporator 40. . An expansion space for expanding the refrigerant is formed in the casing 31 by the pair of screw rotors 32 and 33. The screw rotor (32, 33) is accommodated in the expansion space, and the expansion space communicates with the refrigerant inlet port and the refrigerant outlet port.

상기 스크류 로터(32, 33)는 상기 케이싱(31)의 내부에 회전 가능하게 설치된다. 상기 스크류 로터(32, 33)는 제1 스크류 로터(32)와, 상기 제1 스크류 로터(32)에 맞물려서 회전하는 제2 스크류 로터(33)로 구성될 수 있다. 상기 스크류 로터(32, 33)는, 상기 스크류 로터(32, 33)의 몸체 측면에 날개부(321, 331)와, 상기 스크류 로터(32, 33)의 중심을 관통하여 연장되는 로터축(322, 332)와, 상기 로터축(322, 332)을 지지하는 베어링(324, 334)를 포함한다. The screw rotors 32 and 33 are rotatably installed in the casing 31. The screw rotors 32 and 33 may include a first screw rotor 32 and a second screw rotor 33 that rotates in engagement with the first screw rotor 32. [ The screw rotors 32 and 33 have wing portions 321 and 331 on the side of the body of the screw rotors 32 and 33 and rotor shafts 322 and 333 extending through the centers of the screw rotors 32 and 33 332 and bearings 324, 334 for supporting the rotor shafts 322, 332.

상기 날개부(321, 331)는 상기 스크류 로터(32, 33)의 몸체 측면에 돌출되어 형성되고, 상기 스크류 로터(32, 33)의 길이 방향으로 나선형으로 휘감기며 연장된다. 상기 제1 스크류 로터(32)의 복수의 날개부(321) 사이의 공간 및 상기 제2 스크류 로터(33)의 복수의 날개부(331) 사이의 공간은 함몰되어 형성된다. 상기 제1 스크류 로터(32)의 날개부(321)는 상기 제2 스크류 로터(33)의 날개부(331) 사이에 형성되는 함몰부에 삽입되고, 상기 제2 스크류 로터(33)의 날개부(331)는 상기 제1 스크류 로터(32)의 날개부(321) 사이에 형성되는 함몰부에 삽입된다. 다시 말해, 상기 제1 스크류 로터(32) 및 상기 제2 스크류 로터(33)가 서로 맞물리는 부분에서 상기 제1 스크류 로터(32)의 날개부(321) 및 상기 제2 스크류 로터(33)의 날개부(331)가 교대로 배치되는 것을 확인할 수 있다.The wing portions 321 and 331 protrude from the side surfaces of the screw rotors 32 and 33 and extend in a spiral manner in the longitudinal direction of the screw rotors 32 and 33. A space between the plurality of wing portions 321 of the first screw rotor 32 and a space between the plurality of wing portions 331 of the second screw rotor 33 are formed by being recessed. The wing portion 321 of the first screw rotor 32 is inserted into a depression formed between the wing portions 331 of the second screw rotor 33, (331) is inserted into a depression formed between the wing portions (321) of the first screw rotor (32). In other words, in the portion where the first screw rotor 32 and the second screw rotor 33 are engaged with each other, the wing portion 321 of the first screw rotor 32 and the wing portion 321 of the second screw rotor 33 It can be confirmed that the wing portions 331 are arranged alternately.

상기 로터축(322, 332)은 길게 연장되는 원통형으로 형성되고, 상기 스크류 로터(32, 33)의 회전 중심을 제공하는 회전축의 역할을 한다. 상기 제1 스크류 로터(32)의 로터축(322) 및 상기 제2 스크류 로터(33)의 로터축(332) 가운데 적어도 하나는 상기 발전기(50)와 연결될 수 있다. 상기 로터축(322, 332)는 상기 발전기(50)에 직접 연결될 수도 있지만, 도 2와 같이 벨트(36) 등의 동력전달수단에 의하여 연결될 수 있다. 상기 두 개의 로터축(322, 332) 가운데 상기 발전기(50)와 연결되는 로터축은 상기 케이싱(31)의 외부로 돌출될 수 있다. The rotor shafts 322 and 332 are formed in a long cylindrical shape and function as a rotation axis for providing a rotational center of the screw rotors 32 and 33. At least one of the rotor shaft 322 of the first screw rotor 32 and the rotor shaft 332 of the second screw rotor 33 may be connected to the generator 50. The rotor shafts 322 and 332 may be directly connected to the generator 50, but may be connected by power transmission means such as a belt 36 as shown in FIG. The rotor shaft connected to the generator 50 among the two rotor shafts 322 and 332 may protrude to the outside of the casing 31.

상기 베어링(324, 334)는 상기 로터축(322, 332)을 회전 가능하게 지지할 수 있다. 상기 베어링(324, 334)은 볼 베어링 등이 사용될 수 있고, 상기 베어링(324, 334)의 윤활을 위해서 상기 베어링(324, 334)에 오일 등이 공급될 수 있다. The bearings 324 and 334 can rotatably support the rotor shafts 322 and 332. The bearings 324 and 334 may be ball bearings or the like and oil or the like may be supplied to the bearings 324 and 334 in order to lubricate the bearings 324 and 334.

상기 스크류 로터(32, 33)가 상기 팽창공간 내부에서 회전함에 따라, 상기 터빈 팽창기(30)에 유입된 냉매를 팽창시킨다. 상세히, 상기 제1 스크류 로터(32) 및 상기 제2 스크류 로터(33) 사이에서 냉매가 유입되는 부분(도 3의 A부분)으로 유입된 고압의 냉매는 회전하는 스크류 로터(32, 33)의 날개부(321, 331)를 균등하게 밀어내면서 상기 제1 스크류 로터(32) 및 상기 제2 스크류 로터(33)를 회전시킨다. 상기 스크류 로터(32, 33)가 회전하면서, 상기 제1 스크류 로터(32)의 날개부(321) 및 상기 제2 스크류 로터(33)의 날개부(331)의 측면을 균등하게 밀어내어 회전시킨다. 상기 스크류 로터(32, 33)가 회전됨에 따라, 상기 제1 스크류 로터(32), 상기 제2 스크류 로터(33), 상기 팽창공간의 내주면에 의하여 밀폐되는 부피가 증가하고, 이와 동시에 냉매도 팽창하여 냉매가 상기 제1 스크류 로터(32) 및 상기 제2 스크류 로터(33) 사이에서 냉매가 유출되는 부분(도 3의 B부분)에 도달했을 때 최대 부피가 될 수 있다. 상기 케이싱(31) 내부의 팽창공간에서 제1 스크류 로터(32) 및 상기 제2 스크류 로터(33)를 거쳐서 도 3의 B부분에 도달한 냉매는 밀폐가 개방되고, 부피가 최대로 팽창된 저압의 상태로 배기될 수 있다. 상기 케이싱(31) 내부로 유입된 냉매는 상기 제1 및 제2 스크류 로터(32, 33)의 일 단에서 타 단으로 갈수록 점점 부피가 팽창하고, 압력은 낮아지며 냉매의 팽창력을 기계적 회전력으로 변환하여 에너지를 회수할 수 있는 것이다. As the screw rotors (32, 33) rotate within the expansion space, the refrigerant introduced into the turbine expander (30) is expanded. 3) of the first screw rotor 32 and the second screw rotor 33. The high-pressure refrigerant introduced into the portion where the refrigerant flows between the first screw rotor 32 and the second screw rotor 33 The first screw rotor 32 and the second screw rotor 33 are rotated while pushing the wing portions 321 and 331 evenly. The wing portion 321 of the first screw rotor 32 and the side surface of the wing portion 331 of the second screw rotor 33 are evenly pushed and rotated while the screw rotors 32 and 33 are rotated . As the screw rotors 32 and 33 are rotated, the volume sealed by the inner circumferential surfaces of the first screw rotor 32, the second screw rotor 33, and the expansion space increases, and at the same time, And the refrigerant reaches the maximum volume when the refrigerant reaches a portion (portion B in FIG. 3) through which the refrigerant flows out between the first screw rotor 32 and the second screw rotor 33. The refrigerant that has reached the portion B in FIG. 3 through the first screw rotor 32 and the second screw rotor 33 in the expansion space inside the casing 31 is opened to be sealed and the low pressure As shown in Fig. The refrigerant introduced into the casing 31 gradually expands in volume from one end of the first and second screw rotors 32 and 33 to the other end and the pressure is lowered and the expansion force of the refrigerant is converted into a mechanical rotational force Energy can be recovered.

상술한 바와 같이, 상기 터빈 팽창기(30) 내부에서 냉매가 상기 스크류 로터(32, 33)를 회전할 수 있는 것은 상기 터빈 팽창기(30)에 유입되는 냉매의 압력과 상기 터빈 팽창기(30)에서 유출되는 냉매의 압력 차이에 의한 것이다. 이러한 냉매의 압력 차이는 냉매의 종류 및 냉열 사용온도 범위에 따라 다를 수 있으나 대략 0.5 내지 3.0MPa 정도이다. 종래의 팽창밸브의 경우, 이와 같이 유입되는 냉매와 유출되는 냉매 사이의 압력차이를 기계적 에너지 등으로 활용하지 못하는 문제가 있었다. 종래의 팽창밸브의 경우, 이러한 팽창밸브 내에서 교축작용 등에 의하여 압력이 저하되고, 이러한 압력차이로 인하여 냉매액의 일부가 기화되었다. 일례로, 종래의 팽창밸브에 유입되는 냉매의 액체 대 기체의 비율은 대략 70:30 정도이고, 팽창밸브 내부에서 액체 상태의 냉매가 일부 기화되어 팽창밸브에서 유출되는 냉매의 액체 대 기체의 비율은 대략 60:40 정도가 될 수 있다. The reason why the refrigerant can rotate the screw rotors 32 and 33 in the turbine inflator 30 is that the pressure of the refrigerant flowing into the turbine inflator 30 and the pressure of the refrigerant flowing out of the turbine inflator 30 The pressure difference between the refrigerant and the refrigerant. The pressure difference of the refrigerant may vary depending on the kind of the refrigerant and the temperature range of the cold and heat, but is about 0.5 to 3.0 MPa. In the case of the conventional expansion valve, there is a problem that the difference in pressure between the refrigerant flowing in and the refrigerant flowing out can not be utilized as mechanical energy or the like. In the case of the conventional expansion valve, the pressure is lowered in the expansion valve due to the throttling action or the like, and a part of the refrigerant liquid is vaporized due to such pressure difference. For example, the ratio of the liquid-to-gas ratio of the refrigerant flowing into the conventional expansion valve is about 70:30, and the ratio of the liquid-to-gas ratio of the refrigerant flowing out of the expansion valve by partially vaporizing the liquid- It can be about 60:40.

본 실시예에 의한 터빈 팽창기(30)의 경우 종래의 팽창밸브에서 액체 상태의 냉매를 기화시키는데 사용하던 에너지를 상기 스크류 로터(32, 33)를 회전시키는데 사용하는 것이다. 따라서, 상기 터빈 팽창기(30)는, 종래의 팽창밸브와 다르게 기체 상태의 냉매 비율이 유지될 수 있다.In the case of the turbine expander 30 according to the present embodiment, the energy used for vaporizing the liquid refrigerant in the conventional expansion valve is used to rotate the screw rotors 32 and 33. Accordingly, the turbine expander 30 can maintain the refrigerant ratio in the gaseous state, unlike the conventional expansion valve.

본 실시예에서는 상기 터빈 팽창기(30)에서 기화될 에너지가 상기 스크류 로터(32, 33)를 회전하는데 사용되므로, 종래에 비하여 기체 냉매의 비율이 감소하므로, 상기 터빈 팽창기(30)에서 배출된 냉매에 기체 냉매를 더 공급할 필요가 있을 수 있다. 이를 위해서, 상기 터빈 팽창기(30)와 상기 증발기(40) 사이에 냉매 보충부(70)가 구비될 수 있다. 상기 냉매 보충부(70)는 상기 터빈 팽창기(30) 및 상기 증발기(40) 사이의 냉매 유동관(60)에 연결되어, 상기 냉매 보충부(70)는 상기 터빈 팽창기(30)에서 배출된 냉매에 기체 상태의 냉매를 보충할 수 있다. 상기 냉매 보충부(70)와 상기 냉매 유동관(60) 사이에는 조절 밸브가 구비되어 상기 냉매 보충부(70)에서 상기 냉매 유동관(60)으로 배출되는 냉매의 양을 조절할 수 있다. In this embodiment, since the energy to be vaporized in the turbine expander 30 is used to rotate the screw rotors 32 and 33, the ratio of the gaseous refrigerant is reduced as compared with the prior art. Therefore, the refrigerant discharged from the turbine inflator 30 It may be necessary to supply the gas refrigerant further. For this purpose, a coolant replenishing unit 70 may be provided between the turbine expander 30 and the evaporator 40. The refrigerant replenishing unit 70 is connected to the refrigerant flow pipe 60 between the turbine inflator 30 and the evaporator 40 so that the refrigerant replenishing unit 70 is connected to the refrigerant discharged from the turbine inflator 30 The gaseous refrigerant can be replenished. A regulating valve is provided between the refrigerant replenishing unit 70 and the refrigerant flow pipe 60 to adjust the amount of refrigerant discharged from the refrigerant replenishing unit 70 to the refrigerant flow pipe 60.

상기 터빈 팽창기(30)에 유입되는 냉매와 상기 터빈 팽창기(30)에서 유출되는 냉매의 압력차이에 따라 상기 스크류 로터(32, 33)가 회전되면, 상기 로터축(322, 332)도 함께 회전된다. 상기 로터축(322, 332) 가운데 적어도 하나는 상기 벨트(36)에 의하여 상기 발전기(50)의 회전축(51)과 연결된다. When the screw rotors 32 and 33 are rotated according to the pressure difference between the refrigerant flowing into the turbine expander 30 and the refrigerant flowing out of the turbine expander 30, the rotor shafts 322 and 332 are also rotated . At least one of the rotor shafts 322 and 332 is connected to the rotary shaft 51 of the generator 50 by the belt 36.

상기 발전기(50)는 전자기 유도작용에 의하여 전기를 생산하는 회전자(미도시)와, 상기 회전자의 중심에서 연장되고, 상기 회전자의 회전 중심을 제공하는 회전축(51)을 포함한다. 상기 스크류 로터(322, 332)의 회전이 상기 회전자 회전축(51)에 전달되어 상기 회전자 회전축(51)이 회전되면, 상기 발전기(50) 내부의 터빈이 회전되고, 상기 터빈이 회전되면 상기 발전기(50)에서 전기가 발생된다. 이렇게 발생된 전기는 상기 모터 전원부(12)로 전달되고, 상기 모터 전원부(12)는 상기 발전기(50)에서 전기를 공급받음에 따라 외부 전원에서 전기를 적게 공급받더라도 상기 압축기(10)의 모터(11)를 안정적으로 구동시킬 수 있다. 일례로, 상기 발전기(50)가 상기 터빈 팽창기(30)에 구비되지 않은 경우, 상기 모터 전원부(12)가 외부 전원에서 110KW의 전력을 공급 받아야만 했다면, 상기 발전기(50)가 상기 터빈 팽창기(30)에 구비된 경우 상기 발전기(50)로부터 50KW 정도의 전력을 공급받을 수 있으므로, 외부 전원에서 60KW 정도의 전력만 공급받으면 된다. 따라서, 종래의 팽창밸브를 상기 터빈 팽창기(30)로 교체하고, 상기 터빈 팽창기(30)에 상기 발전기(50)를 연결하여 상기 발전기(50)에서 상기 압축기(10)를 구동시키는데 필요한 전기를 공급받을 수 있음에 따라 상기 압축기(10)에서의 전기 소모량을 줄일 수 있고, 상기 냉동장치(1)의 성적계수를 향상시킬 수 있다. The generator 50 includes a rotor (not shown) for producing electricity by an electromagnetic induction action, and a rotating shaft 51 extending from the center of the rotor and providing a rotation center of the rotor. When the rotation of the screw rotors 322 and 332 is transmitted to the rotor rotation shaft 51 and the rotor rotation shaft 51 rotates, the turbine inside the generator 50 rotates. When the turbine rotates, Electricity is generated in the generator (50). The generated motor power is supplied to the motor power supply unit 12. The motor power supply unit 12 receives the electric power from the external power supply when the generator 50 receives the electric power, 11 can be stably driven. For example, if the generator 50 is not provided in the turbine inflator 30 and the motor power source 12 has been supplied with 110 kW of power from an external power source, the generator 50 may be connected to the turbine inflator 30 , The generator 50 can receive power of about 50 KW, so that only about 60 KW of power may be supplied from the external power source. Accordingly, the conventional expansion valve is replaced with the turbine inflator 30, and the generator 50 is connected to the turbine inflator 30 to supply the electricity necessary for driving the compressor 10 from the generator 50 The amount of electricity consumed by the compressor 10 can be reduced, and the coefficient of performance of the refrigeration apparatus 1 can be improved.

한편, 상기 증발기(40)는 상기 터빈 팽창기(30)에서 팽창 및 배출된 저온, 저압의 냉매를 증발시켜서 주위에서 증발열을 흡수하여 상기 증발기(40) 주위의 공기, 물 등의 다른 유체를 냉각할 수 있다. 상기 증발기(40)는 일종의 열교환기라고 할 수 있다. 상기 냉동장치(1)는 냉매를 공정의 열 발생처에 직접 공급하는 것으로서, 상기 증발기(40)는 냉매 수요처의 열교환기가 될 수 있다.Meanwhile, the evaporator 40 evaporates the low-temperature and low-pressure refrigerant expanded and discharged from the turbine expander 30, absorbs the evaporation heat from the surroundings, and cools other fluids such as air, water and the like around the evaporator 40 . The evaporator 40 may be a kind of heat exchanger. The refrigerating apparatus 1 directly supplies the refrigerant to a heat source of the process, and the evaporator 40 may be a heat exchanger of a refrigerant consumer.

도 4는 다른 실시예에 따른 냉동장치의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다. 4 is a view showing a flow of refrigerant in a refrigerating apparatus according to another embodiment.

도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 냉동장치(2)는 상기 터빈 팽창기(30)의 로터축(322, 332)이 상기 압축기(10)에 구비된 회전축에 결합되고, 상기 로터축(322, 332)과 상기 압축기(10)에 구비된 회전축이 일체로 회전될 수 있다는 점에서 도 1 내지 도 3에서 상술한 실시예와 차이가 있다. 그 이외의, 상기 터빈 팽창기(30) 내부의 구조 등과 같이 상기 도 1 내지 도 3에서 상술한 실시예의 실시예와 중복되는 내용은 상기 도 1 내지 도 3에서 상술한 실시예의 내용을 원용하기로 한다. Referring to FIG. 4, the refrigeration apparatus 2 according to the present embodiment is characterized in that the rotor shafts 322 and 332 of the turbine expander 30 are coupled to the rotation shafts of the compressor 10, And 332 and the rotary shaft provided in the compressor 10 can be rotated integrally with each other. 1 to 3, such as the structure of the inside of the turbine expander 30, other than those described above, are used for the contents of the embodiments described above in FIGS. 1 to 3 .

상기 냉동장치(2)의 압축기(10)는 회전 스크류 등을 구비한 스크류 압축기인 것이 바람직하다. The compressor (10) of the refrigeration apparatus (2) is preferably a screw compressor having a rotating screw or the like.

상기 압축기(10)의 회전축은 상기 터빈 팽창기(30)의 로터축(322, 332)의 연장선 상에 나란히 배치되어 상기 압축기(10)의 회전축과 상기 로터축(322, 332)이 일체로 회전될 수 있다.The rotary shaft of the compressor 10 is arranged on an extension of the rotor shafts 322 and 332 of the turbine expander 30 so that the rotary shaft of the compressor 10 and the rotor shafts 322 and 332 are integrally rotated .

이 경우, 상기 압축기(10)의 회전축이 상기 터빈 팽창기(30)의 로터축(322, 332)으로부터 직접 회전력을 전달받음에 따라, 상기 압축기(10)의 모터(11)는 상기 압축기(10)의 회전축에 이전보다 작은 구동력을 제공하더라도 냉매를 안정적으로 압축할 수 있게 된다. In this case, as the rotary shaft of the compressor 10 receives the rotational force directly from the rotor shafts 322 and 332 of the turbine inflator 30, the motor 11 of the compressor 10 is driven by the compressor 10, It is possible to stably compress the refrigerant even if a driving force smaller than before is applied to the rotary shaft of the compressor.

다시 말해, 상기 모터 전원부(12)는 외부 전원으로부터 전기를 덜 제공받아서 상기 모터(11)를 이전보다 작은 구동력을 발생하도록 구동시키더라도 상기 압축기(10)는 냉매를 안정적으로 압축할 수 있게 된다. In other words, even if the motor power supply unit 12 receives less electric power from the external power supply and drives the motor 11 to generate a smaller driving force than before, the compressor 10 can reliably compress the refrigerant.

일례로, 상기 터빈 팽창기(30)의 로터축(322, 332)이 상기 압축기(10)에 구비된 회전축에 결합되지 않은 경우, 상기 모터 전원부(12)가 외부 전원에서 110KW의 전력을 공급 받아서 상기 모터(11)를 구동시켜야 했다면, 상기 터빈 팽창기(30)의 로터축(322, 332)이 상기 압축기(10)에 구비된 회전축에 결합된 경우 상기 압축기(10)의 회전축은 상기 로터축(322, 332)으로부터 직접 소정의 회전력을 제공받으므로, 상기 모터 전원부(12)는 외부 전원에서 60KW 정도의 전력만 공급받으면 된다. 따라서, 종래의 팽창밸브를 상기 터빈 팽창기(30)로 교체하고, 상기 터빈 팽창기(30)의 로터축(322, 332)에 상기 압축기(10)의 회전축을 결합하여 상기 압축기(10)의 회전축은 상기 로터축(322, 332)으로부터 직접 소정의 회전력을 제공받을 수 있음에 따라 상기 압축기(10)에서의 전기 소모량을 줄일 수 있고, 상기 냉동장치(1)의 성적계수를 향상시킬 수 있다.
For example, when the rotor shafts 322 and 332 of the turbine expander 30 are not coupled to the rotary shaft of the compressor 10, the motor power supply unit 12 receives 110 kW of power from the external power source, If the rotor shaft 322 or 332 of the turbine inflator 30 is coupled to the rotary shaft of the compressor 10 if the motor 11 had to be driven, the rotary shaft of the compressor 10 is connected to the rotor shaft 322 And 332, the motor power supply unit 12 only needs to receive power of about 60 KW from the external power supply. Thus the conventional expansion valve is replaced by the turbine inflator 30 and the rotary shaft of the compressor 10 is coupled to the rotor shafts 322 and 332 of the turbine inflator 30, Since a predetermined rotational force can be directly supplied from the rotor shafts 322 and 332, the electric consumption of the compressor 10 can be reduced and the coefficient of performance of the refrigerating apparatus 1 can be improved.

도 5는 도 1에서 증발기의 위치가 변경된 실시예에 따른 냉동장치의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이고, 도 6은 도 4와 증발기의 위치가 변경된 실시예에 따른 냉동장치의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다.FIG. 5 is a view showing a flow of a refrigerant in a refrigeration apparatus according to an embodiment in which the position of an evaporator is changed in FIG. 1, FIG. 6 is a view showing a flow of refrigerant in a refrigerating apparatus according to an embodiment in which the position of the evaporator is changed; to be.

도 1 및 도 4에 도시된 실시예들과 도 5 및 도 6에 도시된 실시예들은, 도 1 및 도 4에 도시된 실시예에 따른 냉동장치(1, 2)가 냉매를 공정의 열 발생처에 직접 공급하는 것이라면, 도 5 및 도 6에 도시된 실시예에 따른 냉동장치(3, 4)는 상기 냉동장치(3, 4) 내부의 증발기(40)에서 열교환된 냉수를 공급하는 것이라는 점에서 차이가 있을 뿐이고, 팽창밸브 대신 터빈 팽창기(30)가 구비되고, 상기 터빈 팽창기(30)에서 냉매의 압력 하강에 따른 에너지가 기계적인 에너지로 회수된다는 점은 동일하다. The embodiments shown in Figs. 1 and 4 and the embodiments shown in Fig. 5 and Fig. 6 are examples in which the refrigerating apparatuses 1 and 2 according to the embodiment shown in Figs. 1 and 4 supply refrigerant to the heat generation source The refrigerating apparatuses 3 and 4 according to the embodiment shown in Figs. 5 and 6 supply cold water heat-exchanged in the evaporator 40 inside the refrigerating apparatuses 3 and 4 The difference is that the turbine inflator 30 is provided instead of the expansion valve and the energy due to the pressure drop of the refrigerant in the turbine inflator 30 is recovered as mechanical energy.

다시 말해, 도 1 및 도 4에 도시된 실시예들과 도 5 및 도 6에 도시된 실시예들은, 상기 터빈 팽창기(30)에 연결된 발전기(50)에서 전기를 생산하여 이를 상기 압축기(10)의 모터 전원부(12)에 제공하거나, 상기 터빈 팽창기(30)의 로터축(322, 332)이 상기 압축기(10)의 회전축과 결합되어, 상기 모터 전원부(12)가 외부 전원으로부터 제공받는 전기의 양을 줄여준다는 측면에서는 동일하다. In other words, the embodiments shown in FIGS. 1 and 4 and the embodiments shown in FIGS. 5 and 6 produce electricity in the generator 50 connected to the turbine expander 30, Or the rotor shaft 322 or 332 of the turbine inflator 30 is coupled to the rotary shaft of the compressor 10 so that the motor power unit 12 is supplied with power from an external power source It is the same in terms of reducing the amount.

또한, 도 1 및 도 4에 도시된 실시예에 따른 냉동장치(1, 2)의 증발기(40)는 상기 냉동장치(1, 2)의 외부에 위치되어 냉매 수요처의 열교환기가 상기 증발기(40)의 역할을 하는 것이라면, 도 5 및 도 6에 도시된 실시예에 따른 냉동장치(3, 4)는 상기 냉동장치(3, 4) 내부에 증발기(40)가 설치되고, 상기 증발기(40)와 열교환되어 온도가 낮아진 냉수를 상기 냉동장치(3, 4) 외부에 공급한다는 점에서 차이가 있을 뿐이다. 도 5 및 도 6의 도면부호 45는 냉수 사용처를 의미한다.The evaporator 40 of the refrigeration apparatuses 1 and 2 according to the embodiment shown in FIGS. 1 and 4 is located outside the refrigerating apparatuses 1 and 2 so that the heat exchanger of the refrigerant consumer is installed in the evaporator 40, The refrigerating apparatuses 3 and 4 according to the embodiment shown in FIGS. 5 and 6 are provided with an evaporator 40 inside the freezing apparatuses 3 and 4, There is only a difference in that cold water whose temperature has been lowered by heat exchange is supplied to the outside of the freezing apparatuses 3 and 4. Reference numeral 45 in FIGS. 5 and 6 denotes a cold water use place.

도 7은 또 다른 실시예에 따른 냉동장치의 냉매의 흐름을 나타내는 도면이다.7 is a view showing a flow of refrigerant in a refrigerating apparatus according to another embodiment.

도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 냉동장치(5)는 상기 응축기(20)에서 배출되는 냉매의 일부와 상기 증발기(40)에서 배출되는 냉매가 서로 열교환하는 열교환기(80)가 더 추가된다는 점에서 도 1 내지 도 6에서 상술한 실시예와 차이가 있다.7, the refrigerating apparatus 5 according to the present embodiment further includes a heat exchanger 80 in which a part of the refrigerant discharged from the condenser 20 and the refrigerant discharged from the evaporator 40 exchange heat with each other Which is different from the above-described embodiment in FIGS. 1 to 6. FIG.

그 이외의, 상기 터빈 팽창기(30) 내부의 구조 등과 같이 상기 도 1 내지 도 6에서 상술한 실시예의 실시예와 중복되는 내용은 상기 도 1 내지 도 6에서 상술한 실시예의 내용을 원용하기로 한다.1 to 6, such as the structure of the inside of the turbine expander 30, other than those described in the above-mentioned embodiments, .

상기 응축기(20)는 열 수요처(22)와 열 수요처 배관(21)에 의하여 연결될 수 있고, 상기 열 수요처 배관(21)을 통하여 상기 열 수요처(22)로부터 열 교환 매체가 출입할 수 있다. 일례로, 상기 열 수요처(22)는 도 1에서 상술한 실시예의 상기 냉각탑(25)에 대응될 수 있고, 상기 열 교환 매체는 상술한 실시예의 냉각수에 대응될 수 있다.The condenser 20 can be connected to the heat demander 22 and the heat demander pipe 21 and the heat exchanger can enter and exit the heat demander 22 through the heat demander pipe 21. For example, the heat consumer 22 may correspond to the cooling tower 25 of the embodiment described above with reference to FIG. 1, and the heat exchange medium may correspond to the cooling water of the embodiment described above.

상기 열 수요처(22)에서 배출된 열 교환 매체는 상기 응축기(20)에 유입되고, 상기 응축기(20) 주변을 흐르면서 상기 응축기(20)로부터 열을 흡수할 수 있다. 따라서, 상기 응축기(20)에서 유출되는 열 교환 매체의 온도는 상기 응축기(20)로 유입될 때보다 더 높아질 수 있다. The heat exchange medium discharged from the heat consumer 22 flows into the condenser 20 and can absorb heat from the condenser 20 while flowing around the condenser 20. Therefore, the temperature of the heat exchange medium flowing out of the condenser 20 can be higher than when the condensed water is introduced into the condenser 20.

상기 열 수요처 배관(21)에는 상기 응축기(20)에 출입하는 열 교환 매체의 온도 차이를 측정할 수 있는 온도차 측정부(21a)가 구비될 수 있다. 상기 온도차 측정부(21a)는 상기 응축기(20)에 유입되는 열 교환 매체의 온도와 상기 응축기(20)에서 유출되는 열 교환 매체의 온도를 측정하여, 상기 응축기(20)에서 유출되는 열 교환 매체의 온도값에서 상기 응축기(20)에 유입되는 열 교환 매체의 온도값을 빼서 상기 응축기(20)에 출입하는 열 교환 매체의 온도 차이를 측정할 수 있다. The heat demanding pipe 21 may be provided with a temperature difference measuring unit 21a for measuring the temperature difference of the heat exchange medium flowing into and out of the condenser 20. The temperature difference measuring unit 21a measures the temperature of the heat exchange medium flowing into the condenser 20 and the temperature of the heat exchange medium flowing out of the condenser 20, The temperature difference of the heat exchange medium flowing into and out of the condenser 20 can be measured by subtracting the temperature value of the heat exchange medium flowing into the condenser 20 from the temperature value of the condenser 20.

상기 열 수요처(22)로 항상 기설정된 값 이상의 열량이 공급되어야 하므로, 상기 온도차 측정부(21a)에서 측정되는 온도차, 즉 상기 응축기(20)에 출입하는 열 교환 매체의 온도차는 항상 기설정된 온도 이상으로 유지되는 것이 바람직하다. The temperature difference measured by the temperature difference measuring unit 21a, that is, the temperature difference of the heat exchange medium entering and exiting the condenser 20, must always be equal to or higher than a predetermined temperature .

상기 응축기(20)와 상기 터빈 팽창기(30) 사이에는 3-way 밸브, 즉 분기 밸브(24)가 설치될 수 있다. 상기 분기 밸브(24)는 상기 응축기(20)에서 상기 터빈 팽창기(30)로 유입되는 냉매 가운데 일부를 분기하여 분기 배관(23)으로 유입시킬 수 있다.A three-way valve, i.e., a branch valve 24, may be provided between the condenser 20 and the turbine inflator 30. [ The branch valve 24 may divide a part of the refrigerant flowing into the turbine expander 30 from the condenser 20 into the branch pipe 23.

상기 응축기(20)에서 배출되는 냉매는 액체 및 기체가 섞여있는 상태이고, 상기 분기 배관(23)으로 유입되는 냉매도 마찬가지이다. The refrigerant discharged from the condenser 20 is mixed with liquid and gas, and the refrigerant flowing into the branch pipe 23 is also the same.

상기 분기 배관(23)은 상기 분기 밸브(24)와 후술할 중간 열교환기(80)를 연결하여, 상기 분기 밸브(24)에서 분기된 냉매를 중간 열교환기(80)로 유입시킬 수 있다. The branch pipe 23 connects the branch valve 24 and an intermediate heat exchanger 80 to be described later and allows the refrigerant branched from the branch valve 24 to flow into the intermediate heat exchanger 80.

상기 분기 밸브(24)에는 상기 분기 밸브의 개도를 조절할 수 있는 개도 조절부(26)가 구비될 수 있다. 특히, 상기 개도 조절부(26)는 상기 분기 배관(23)으로 분기되어 흐르는 냉매의 양을 조절할 수 있다. 상기 개도 조절부(26)는 상기 온도차 측정부(21a)와 전기적으로 연결되어 있고, 상기 온도차 측정부(21a)에서 측정한 온도차를 기준으로 상기 분기 밸브(24)의 개도를 조절할 수 있다.The branch valve 24 may be provided with an opening degree adjusting unit 26 for adjusting the opening degree of the branch valve. In particular, the opening degree regulating unit 26 can regulate the amount of the refrigerant branched into the branch pipe 23. The opening degree adjusting unit 26 is electrically connected to the temperature difference measuring unit 21a and can adjust the opening degree of the branching valve 24 based on the temperature difference measured by the temperature difference measuring unit 21a.

보다 상세히, 상기 온도차 측정부(21a)에서 측정한 상기 응축기(20)에 출입하는 열 교환 매체의 온도차가 작을수록 상기 분기 밸브(24)의 개도를 증가시켜서 상기 분기 배관(23)으로 분기되는 냉매의 양을 증가시키고, 상기 온도차 측정부(21a)에서 측정한 상기 응축기(20)에 출입하는 열 교환 매체의 온도차가 클수록 상기 분기 밸브(24)의 개도를 감소시켜서 상기 분기 배관(23)으로 분기되는 냉매의 양을 감소시킬 수 있다.More specifically, as the temperature difference of the heat exchange medium flowing into and out of the condenser 20 measured by the temperature difference measuring section 21a is smaller, the opening degree of the branch valve 24 is increased and the refrigerant branching to the branch pipe 23 As the temperature difference of the heat exchange medium flowing into and out of the condenser 20 measured by the temperature difference measuring section 21a increases, the degree of opening of the branch valve 24 is reduced, It is possible to reduce the amount of the refrigerant.

상기 분기 배관(23)으로는 상기 터빈 팽창기(30)에서 배출된 기체 및 액체 상태의 냉매가 합류할 수 있다. 상기 터빈 팽창기(30)에서 배출되는 냉매가 흐르는 터빈 팽창기 배출배관(29)에는 상기 터빈 팽창기 배출배관(29)에 흐르는 냉매의 유량을 조절할 수 있는 유량 조절 밸브(27)가 설치될 수 있다.The gas and liquid refrigerant discharged from the turbine expander (30) may join together into the branch pipe (23). The turbine inflator discharge pipe 29 through which the refrigerant discharged from the turbine inflator 30 flows may be provided with a flow rate control valve 27 for controlling the flow rate of the refrigerant flowing in the turbine inflator discharge pipe 29.

상기 유량 조절 밸브(27)에는 상기 유량 조절 밸브(27)의 개도를 조절하는 개도 조절부(28)가 구비되고, 상기 개도 조절부(28)는 상기 분기 배관(23)을 흐르는 냉매의 유량에 따라서 상기 유량 조절 밸브(27)의 개도를 조절할 수 있다. The flow control valve 27 is provided with an opening control unit 28 for controlling the opening of the flow control valve 27 and the opening control unit 28 controls the flow rate of the refrigerant flowing through the branch pipe 23 Accordingly, the opening of the flow control valve 27 can be adjusted.

일례로, 상기 분기 배관(23)을 흐르는 냉매의 유량이 크면 상기 유량 조절 밸브(27)의 개도를 감소시켜서 상기 터빈 팽창기 배출배관(29)에 흐르는 냉매의 양을 줄일 수 있고, 상기 분기 배관(23)을 흐르는 냉매의 유량이 작으면 상기 유량 조절 밸브(27)의 개도를 증가시켜서 상기 터빈 팽창기 배출배관(29)에 흐르는 냉매의 양을 증가시킬 수 있다. For example, if the flow rate of the refrigerant flowing through the branch piping 23 is large, the opening of the flow control valve 27 may be reduced to reduce the amount of refrigerant flowing to the turbine inflator discharge pipe 29, The amount of the refrigerant flowing through the turbine inflator discharge pipe 29 can be increased by increasing the opening of the flow control valve 27.

상기 분기 배관(23)과 상기 증발기(40)에서 배출되는 냉매가 흐르는 증발기 배출배관(41) 사이에는 중간 열교환기(80)가 설치될 수 있다. The intermediate heat exchanger 80 may be installed between the branch pipe 23 and the evaporator discharge pipe 41 through which the refrigerant discharged from the evaporator 40 flows.

상기 분기 배관(23)은 상기 중간 열교환기(80)를 통과하고, 상기 중간 열교환기(80)에서는 상기 증발기(40)에서 배출되는 기체 상태의 냉매와 상기 분기 배관(23)을 흐르는 기체 및 액체 냉매 사이에서 열 교환이 발생할 수 있다.The branch pipe 23 passes through the intermediate heat exchanger 80 and the gas refrigerant discharged from the evaporator 40 and the gas and liquid flowing through the branch pipe 23 in the intermediate heat exchanger 80 Heat exchange may occur between the refrigerants.

상기 분기 배관(23)을 흐르는 기체 및 액체 상태 냉매의 온도는 상기 증발기(40)에서 배출되는 기체 상태 냉매의 온도보다 더 높으므로, 상기 중간 열교환기(80)에서는 상기 분기 배관(23)을 흐르는 냉매로부터 상기 증발기 배출배 관(41)을 흐르는 냉매로 전달될 수 있다. The temperature of the gas and the liquid state refrigerant flowing through the branch pipe 23 is higher than the temperature of the gaseous state refrigerant discharged from the evaporator 40. In the intermediate heat exchanger 80, And can be transferred from the refrigerant to the refrigerant flowing through the evaporator discharge pipe 41.

따라서, 상기 분기 배관(23)을 흐르는 냉매가 상기 중간 열교환기(80)를 통과하면, 열을 빼앗겨서 통과하기 전에 비하여 온도가 낮아지고, 기체가 응축되어 액체 상태로 된다. 상기 중간 열교환기(80)에서 배출된 상기 분기 배관(23)을 흐르는 냉매는 액체 상태로 변환하여, 냉매 탱크(90)에 잠시 저장되었다가 상기 증발기(40)로 유입된다. 또한, 상기 증발기 배출배관(41)을 흐르는 냉매가 상기 중간 열교환기(80)를 통과하면, 열을 얻어서 통과하기 전에 비하여 온도가 높아진다. 상기 중간 열교환기(80)에 유입되는 상기 증발기 배출배관(41)의 냉매는 저온의 기체 상태 냉매이고, 상기 중간 열교환기(80)에서 유출되는 상기 증발기 배출배관(41)의 냉매는 중온의 기체 상태의 냉매이다. Therefore, when the refrigerant flowing through the branch pipe 23 passes through the intermediate heat exchanger 80, the temperature is lowered compared to when the refrigerant passes through the heat exchanger 80, and the gas condenses and becomes a liquid state. The refrigerant flowing through the branch piping 23 discharged from the intermediate heat exchanger 80 is converted into a liquid state and temporarily stored in the refrigerant tank 90 and then flows into the evaporator 40. Further, when the refrigerant flowing through the evaporator discharge pipe 41 passes through the intermediate heat exchanger 80, the temperature of the refrigerant increases before the refrigerant passes through the heat exchanger. The refrigerant of the evaporator discharge pipe (41) flowing into the intermediate heat exchanger (80) is a low-temperature gaseous refrigerant and the refrigerant of the evaporator discharge pipe (41) flowing out of the intermediate heat exchanger (80) State refrigerant.

따라서, 상기 증발기(40)에서 배출되는 기체 상태 냉매의 온도가 상승하게 되고, 결국에는 상기 응축기(20)에 유입되는 냉매의 온도가 상승하게 된다. 상기 증발기(40)에서 배출되는 냉매는 상기 압축기(10)를 거쳐서 결국 상기 응축기(20)에 유입되기 때문이다. 따라서, 상기 응축기(20)가 획득하는 열량이 증가하는 효과를 가져올 수 있다. Therefore, the temperature of the gaseous refrigerant discharged from the evaporator 40 is increased, and the temperature of the refrigerant flowing into the condenser 20 is increased. The refrigerant discharged from the evaporator 40 flows into the condenser 20 through the compressor 10. Therefore, the amount of heat that the condenser 20 acquires can be increased.

정리하면, 상기 응축기(20)와 연결된 상기 열 수요처(22)에서 상기 응축기(20)로 유입 및 유출되는 열 교환 매체의 온도차가 작으면, 즉 상기 응축기(20)에서 상기 열 수요처에 열을 제대로 공급하지 못하면, 상기 분기 밸브(24)의 개도를 증가시켜서 상기 중간 열교환기(80)에 유입되는 냉매의 유량을 증가시키게 되고, 이는 상기 증발기(40)에서 배출되는 냉매의 온도를 상승시켜서 결국 상기 응축기(20)에서 획득하는 열량이 증가하는 결과를 가져와서 상기 응축기(20)가 상기 열 수요처(22)에 열을 제대로 공급할 수 있도록 하는 것이다.
In summary, when the temperature difference of the heat exchange medium flowing into and out of the heat consumer 22 connected to the condenser 20 is small, that is, when the condenser 20 is heated to the heat consumer The opening degree of the branch valve 24 is increased to increase the flow rate of the refrigerant flowing into the intermediate heat exchanger 80. This increases the temperature of the refrigerant discharged from the evaporator 40, So that the amount of heat acquired by the condenser 20 increases, so that the condenser 20 can supply heat to the heat consumer 22 properly.

1; 냉동장치 10: 압축기
20: 응축기 30: 터빈 팽창기
32, 33: 스크류 로터 40: 증발기
50: 발전기 24: 분기 밸브
23: 분기 배관 80: 중간 열교환기One; Refrigeration apparatus 10: Compressor
20: condenser 30: turbine expander
32, 33: screw rotor 40: evaporator
50: generator 24: branch valve
23: branch piping 80: intermediate heat exchanger

Claims

A compressor for compressing gaseous refrigerant at a high temperature and a high pressure;
A condenser for cooling and condensing at least a portion of the refrigerant by cooling the gaseous refrigerant discharged from the compressor by heat exchange with the heat exchange medium;
A turbine expander for expanding the low temperature and high pressure refrigerant discharged from the condenser;
An evaporator for evaporating the low-temperature and low-pressure refrigerant discharged from the turbine expander to absorb heat from the surroundings;
A temperature difference measurement unit for measuring a difference between a temperature of the heat exchange medium flowing into the condenser from the heat consumer and a temperature of the heat exchange medium discharged from the condenser;
A branch valve installed in a pipe connecting the condenser and the turbine inflator and controlling the amount of refrigerant branched to the branch pipe by the temperature difference sensor; And
An intermediate heat exchanger in which heat exchange takes place between a gaseous and liquid refrigerant flowing through the branch pipe branched by the branch valve and a gaseous refrigerant discharged from the evaporator;
.

The method according to claim 1,
When the temperature difference measured by the temperature difference measuring unit becomes small, the opening degree of the branch valve increases and the amount of refrigerant flowing to the branch pipe increases,
Wherein when the temperature difference measured by the temperature difference measuring unit increases, the opening degree of the branch valve decreases and the amount of refrigerant flowing to the branch pipe decreases.

The method according to claim 1,
Further comprising a refrigerant tank in which gas and liquid refrigerant flowing through the branch pipe are condensed into a liquid state while passing through the intermediate heat exchanger and refrigerant passing through the intermediate heat exchanger is stored.

The method according to claim 1,
The turbine inflator recovers energy due to the difference in pressure between the refrigerant flowing in and the refrigerant discharged from the compressor, and supplies the recovered energy to the compressor to drive the compressor. The refrigerant flowing into the turbine inflator and the refrigerant discharged And a screw rotor rotated by a pressure difference.