KR20150114168A - Electric power reducing type of refrigerating device using liquid centrifugal pump - Google Patents

Electric power reducing type of refrigerating device using liquid centrifugal pump Download PDF

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KR20150114168A
KR20150114168A KR1020140038407A KR20140038407A KR20150114168A KR 20150114168 A KR20150114168 A KR 20150114168A KR 1020140038407 A KR1020140038407 A KR 1020140038407A KR 20140038407 A KR20140038407 A KR 20140038407A KR 20150114168 A KR20150114168 A KR 20150114168A
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김봉석
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    • F25—REFRIGERATION OR COOLING; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS; MANUFACTURE OR STORAGE OF ICE; LIQUEFACTION SOLIDIFICATION OF GASES
    • F25B—REFRIGERATION MACHINES, PLANTS OR SYSTEMS; COMBINED HEATING AND REFRIGERATION SYSTEMS; HEAT PUMP SYSTEMS
    • F25B7/00—Compression machines, plants or systems, with cascade operation, i.e. with two or more circuits, the heat from the condenser of one circuit being absorbed by the evaporator of the next circuit

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Abstract

The present invention relates to a power reduction refrigerating machine using a liquid centrifugal pump. The liquid centrifugal pump which is installed in a condenser, a liquid receiver, and an expansion valve to circulate refrigerants is included in a main refrigerating cycle. An exit line of the liquid receiver is connected to an entrance of the liquid centrifugal pump. An entrance line of the expansion valve is connected to an exit of the liquid centrifugal pump. The exit line of the liquid centrifugal pump is connected to an exit line of the expansion valve connected to an entrance line of a main side of a cascade heat exchanger with a first bypass line. The exit line of the liquid centrifugal pump is connected to a second entrance line of the condenser with a second bypass line. An exit line of a main side of the cascade heat exchanger is connected to the second entrance line of the condenser with a fourth bypass line. An entrance line of a compressor is connected to the exit line of the main side of the cascade heat exchanger. A first electromagnetic valve is installed between the exit line of the liquid receiver and the entrance line of the liquid centrifugal pump. A second first electromagnetic valve is installed between the exit line of the liquid centrifugal pump and the entrance line of the expansion valve. A third electromagnetic valve is installed on the first bypass line. A fourth electromagnetic valve is installed on the second bypass line. A fifth electromagnetic valve is installed on the entrance line of the compressor. A sixth electromagnetic valve is installed on the fourth bypass line to connect the exit line of the cascade heat exchanger and the second entrance line of the condenser.

Description

액체원심펌프를 이용한 전력절감형 냉동장치{Electric power reducing type of refrigerating device using liquid centrifugal pump}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to an electric power reducing type refrigerating device using a liquid centrifugal pump,

본 발명은 액체원심펌프를 이용한 전력절감형 냉동장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 실외의 온도가 영하인 동절기에는 메인냉동사이클의 압축기를 가동시키지 않고도 냉동장치를 정상적으로 작동시킬 수 있도록 하므로써 상기한 압축기를 가동시키는데 소요되는 전기에너지를 절약할 수 있도록 하는 액체원심펌프(LPA-PUMP)를 이용한 전력절감형 냉동장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a power saving type refrigerating apparatus using a liquid centrifugal pump, and more particularly, to a refrigerating apparatus capable of normally operating a refrigerating apparatus without operating a compressor of a main refrigeration cycle during a winter season when the outdoor temperature is below zero, (LPA-PUMP) that can save the electric energy required to operate the LPA-PUMP.

일반적으로 냉매를 사용하여 공기 및 물을 냉각시키는 장치로서는 냉동사이클을 구비하고 있는 냉동장치가 사용되고 있다.BACKGROUND ART Generally, as a device for cooling air and water using a refrigerant, a refrigerating device equipped with a refrigeration cycle is used.

종래 기술의 냉동장치는 증발기에서 증발된 저온저압의 기체냉매를 고온고압으로 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에서 압출된 고온고압의 기체냉매를 외부의 공기 또는 물과의 열교환작용으로 액상냉매가 되도록 응축하는 응축기와, 상기 응축기에서 고온으로 응축된 액상냉매를 일시 저장하는 수액기와, 상기 수액기에서 공급되는 고온의 액상냉매를 급속하게 팽창시켜서 공급하는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 급속 팽창되어 안개상태로 공급되는 저온저압의 냉매를 외부의 공기 또는 물과의 열교환작용으로 공기 또는 물로부터 열을 빼앗고 증발하도록 하는 증발기 등의 구조로 냉동사이클을 구성하고 있다.The refrigerating device of the related art includes a compressor for compressing low temperature low pressure gas refrigerant vaporized in an evaporator to a high temperature and a high pressure, a condenser for condensing high temperature and high pressure gas refrigerant extruded from the compressor into liquid refrigerant by heat exchange action with external air or water An expansion valve for rapidly expanding and supplying the liquid refrigerant at a high temperature supplied from the receiver; and an expansion valve for rapidly expanding and supplying the liquid refrigerant, which is rapidly expanded from the expansion valve, into a mist state And an evaporator that takes heat from the air or water and evaporates the refrigerant at a low temperature and a low pressure to be supplied to the outdoor air or water by an external heat exchange action with air or water.

그러나, 상기와 같은 냉동장치는 냉매사이클의 냉매를 순환시키기 위해서는 증발기에서 공기 또는 물과의 열교환작용을 열을 빼앗아 증발하는 저온저압의 기체냉매를 고온고압으로 기체냉매로 압축하는 압축기를 반드시 작동시켜야 하는데, 통상 압축기를 작동시키기 위해서는 많은 전력이 소비되는 것으로 나타났다.However, in order to circulate the refrigerant in the refrigerant cycle, the refrigerating apparatus as described above must always operate the compressor that compresses the low-temperature and low-pressure gas refrigerant, which evaporates heat by heat-exchanging heat with air or water in the evaporator, However, it has been shown that a large amount of electric power is consumed in order to operate the compressor normally.

때문에 종래 기술의 냉동장치는 소비전력이 많이 소요되는 압축기를 작동시켜야만 냉매를 순환시킬 수 있기 때문에 실외의 온도가 영하인 동절기에 냉동장치를 작동시켜야 할 때에도 상기한 압축기를 작동시켜야 하므로 동절기에 냉동장치를 가동시킬 경우에는 고가의 전기에너지가 많이 소요된다는 것이 문제점으로 지적되어 왔다.Therefore, the refrigerating apparatus of the prior art can circulate the refrigerant only when the compressor consuming a large amount of electric power is operated. Therefore, even when the refrigerating apparatus must be operated during the winter season when the outdoor temperature is below zero, It has been pointed out that a large amount of expensive electric energy is required.

그리고 캐스케이드 열교환기(cascade heat exchange)를 이용하는 히트펌프시스템이 제안된바 있으나, 이러한 히트펌프시스템은 메인 냉동사이클과 보조 냉동사이클 등의 이원냉동사이클을 이용하여 난방의 효율성을 높일 수는 있겠지만, 전기에너지를 절감하는 냉동사이클의 기능은 기대하기 어려웠으며, 특히 상기한 캐스케이드 열교환기를 사용하는 히트펌프시스템은 실외의 온도가 영하인 동절기에도 메인 냉동사이클 및 보조 냉동사이클 각각의 압축기를 작동시켜서 냉매를 순환시키는 구조로 되어 있기 때문에 소비전력이 많이 소요된다는 것이 여전히 문제점으로 남아있다.
Although a heat pump system using a cascade heat exchanger has been proposed, the heat pump system can increase the efficiency of heating by using a dual refrigeration cycle such as a main refrigeration cycle and an auxiliary refrigeration cycle. However, In particular, the heat pump system using the above-described cascade heat exchanger operates the compressors of the main refrigeration cycle and the sub-refrigeration cycle in the winter even when the outdoor temperature is below zero, It is still a problem that it consumes a lot of power.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서 나타나는 제반 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 동절기에는 냉동사이클의 압축기를 가동하지 않고 압축기에 비하여 전력소비가 훨씬 적게 소요되는 액체원심펌프(LPA-PUMP : Liquid Pressur Amplification pump)만을 작동시키는 방법으로 냉동사이클을 가동시킬 수 있도록 하므로써 실외의 온도가 영하일 때의 동절기에는 전력소비를 절약하면서 냉동장치를 가동시킬 수 있도록 하였으며, 또한 상기 압축기를 가동시키지 아니할 때에는 냉매가 압축기로 유입되지 않도록 하므로써 압축기를 보호할 수 있도록 하는 전력절감형 냉동장치를 제공하는데 목적을 두고 발명한 것이다.
The present invention has been proposed in order to solve all of the problems of the related art as described above. In the winter, a liquid centrifugal pump (LPA-PUMP: Liquid Pressure Pump), which consumes much less power than a compressor, The refrigeration cycle can be operated by operating only the compressor and the amplification pump so that the refrigerating apparatus can be operated while the power consumption is reduced during the winter when the outdoor temperature is below zero and when the compressor is not operated, The present invention has been achieved with the aim of providing a power saving type freezing device that can prevent a compressor from flowing into a compressor.

본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위한 수단으로서,In order to achieve the above object, according to the present invention,

압축기, 응축기, 수액기, 팽창밸브를 구비하고 있는 메인냉동사이클과, 냉매저장탱크, 냉매펌프, 냉각쿨러를 구비하고 있는 보조냉동사이클 각각을 순환하는 냉매끼리 서로 열교환하도록 상기 메인냉동사이클과 상기 보조냉동사이클의 냉매순환라인을 캐스케이드열교환기에 형성된 메인냉동사이클측의 입,출구 및 보조냉동사이클측의 입,출구 각각에 연결하는 구조로 구성되는 냉동장치에 있어서,A main refrigerating cycle including a compressor, a condenser, a receiver, and an expansion valve, and an auxiliary refrigerant cycle including a refrigerant storage tank, a refrigerant pump, and a cooling cooler, And the refrigerant circulation line of the refrigeration cycle is connected to the inlet and the outlet of the main refrigeration cycle side and the inlet and the outlet of the auxiliary refrigeration cycle side respectively formed in the cascade heat exchanger,

상기 메인냉동사이클은,The main refrigeration cycle includes:

상기 응축기와 수액기 및 팽창밸브 각각에 냉매가 순환할 수 있도록 설치되는 액체원심펌프를 구비하고 있으며,And a liquid centrifugal pump installed in each of the condenser, the receiver, and the expansion valve so as to circulate the refrigerant,

상기 액체원심펌프의 입구에는 수액기의 출구라인이 연결되며, 상기 액체원심펌프의 출구에는 팽창밸브의 입구라인이 연결되어 있으며,An outlet line of the receiver is connected to an inlet of the liquid centrifugal pump, an inlet line of the expansion valve is connected to an outlet of the liquid centrifugal pump,

상기 액체원심펌프의 출구라인과 상기 캐스케이드열교환기의 메인측 입구라인과 연결되는 상기 팽창밸브의 출구라인은 제1 바이패스라인으로 연결되어 있으며,The outlet line of the liquid centrifugal pump and the outlet line of the expansion valve connected to the main side inlet line of the cascade heat exchanger are connected by a first bypass line,

상기 액체원심펌프의 출구라인과 상기 응축기의 제2 입구라인은 제2 바이패스라인으로 연결되어 있으며,The outlet line of the liquid centrifugal pump and the second inlet line of the condenser are connected by a second bypass line,

상기 캐스케이드열교환기의 메인측 출구라인과 상기 응축기의 제2 입구라인은 제4 바이패스라인으로 연결되어 있으며,The main side outlet line of the cascade heat exchanger and the second inlet line of the condenser are connected by a fourth bypass line,

상기 압축기의 입구라인은 캐스케이드열교환기의 메인측 출구라인에 연결되어 있으며,The inlet line of the compressor is connected to the main side outlet line of the cascade heat exchanger,

상기 수액기의 출구라인과 액체원심펌프의 입구라인 사이에는 제1 전자밸브가, 상기 액체원심펌프의 출구라인과 팽창밸브의 입구라인 사이에는 제2 전자밸브가, 상기 제1 바이패스라인에는 제3 전자밸브가, 상기 제2 바이패스라인에는 제4 전자밸브가, 상기 압축기의 입구라인에는 제5 전자밸브가, 상기 캐스케이드열교환기의 출구라인과 상기 응축기의 제2 입구라인을 연결하는 제4 바이패스라인에는 제6 전자밸브가 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.A first solenoid valve is disposed between the outlet line of the receiver and the inlet line of the liquid centrifugal pump, a second solenoid valve is provided between the outlet line of the liquid centrifugal pump and the inlet line of the expansion valve, A third solenoid valve is connected to the second bypass line, a fifth solenoid valve is connected to the inlet line of the compressor, and a fourth solenoid valve is connected to the fourth inlet line of the cascade heat exchanger and the second inlet line of the condenser. And a sixth solenoid valve is provided on the bypass line.

또한, 상기 메인냉동사이클의 압축기의 출구라인과 응축기의 제1 입구라인 사이에는 상기 압축기에서 압축된 고온고압의 기체냉매가 응축기를 향해 일방향으로 흐르도록 하는 제1 체크밸브가 설치되어 있으며, 상기 캐스케이드열교환기의 메인측 출구라인과 상기 응축기의 제2 입구라인 사이에는 캐스케이드열교환기에서 증발된 기체냉매가 메인측 출구라인을 따라 응축기의 제2 입구라인을 향해 일방향으로 흐르도록 하는 제4 체크밸브가 설치되어 있으며, 상기 제2 바이패스라인에는 상기 액체원심펌프의 출구라인으로 흐르는 액상냉매가 응축기를 향해 일방향으로 흐르돌록 하는 제2 체크밸브가 설치되어 있으며, 상기 제3 바이패스라인에는 캐스케이드열교환기에서 증발되어 존재하는 기체냉매가 액체원심펌프의 입구라인을 향해 일방향으로 흐르도록 하는 제3 체크밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 한다.Also, a first check valve is provided between the outlet line of the compressor of the main refrigeration cycle and the first inlet line of the condenser so that the high-temperature, high-pressure gas refrigerant compressed by the compressor flows in one direction toward the condenser, A fourth check valve is provided between the main side outlet line of the heat exchanger and the second inlet line of the condenser so that the gaseous refrigerant evaporated in the cascade heat exchanger flows in one direction toward the second inlet line of the condenser along the main side outlet line And the second bypass line is provided with a second check valve in which liquid refrigerant flowing to the outlet line of the liquid centrifugal pump flows in one direction toward the condenser, and the third bypass line is provided with a cascade heat exchanger And the gas refrigerant present therein flows in one direction toward the inlet line of the liquid centrifugal pump Claim characterized in that a third check valve is installed so that.

또한, 상기 메인냉동사이클의 응축기가 설치되는 실외의 온도가 영상일 때에는 메인냉동사이클과 보조냉동사이클이 함께 작동하도록 구성되어 있으며, 상기 메인냉동사이클에 설치되어 있는 제1, 제2 및 제5 전자밸브 각각은 온(개방) 작동되고, 나머지 제3, 제4 및 제6 전자밸브를 오프(폐쇄) 작동되어 상기 압축기에서 압축된 고온고압의 기체냉매가 응축기→수액기→액체원심펌프→팽창밸브→캐스케이드열교환기의 순서로 순환하는 작동을 반복하도록 구성되어 있으며, 상기 보조냉동사이클의 냉매펌프가 작동하게 되면 냉매는 냉각쿨러→캐스케이드열교환기→냉매저장탱크→냉매펌프의 순서로 순환하는 작동을 반복하도록 구성된 것을 특징으로 한다.In addition, when the outdoor temperature at which the condenser of the main refrigeration cycle is installed is an image, the main refrigeration cycle and the auxiliary refrigeration cycle operate together, and the first, second and fifth electrons And the third solenoid valve is operated to be turned off (closed) so that the high-temperature and high-pressure gas refrigerant compressed in the compressor flows through the condenser, the receiver, the liquid centrifugal pump, the expansion valve, → cascade heat exchanger, and when the refrigerant pump of the auxiliary refrigeration cycle is operated, the refrigerant circulates in the order of the cooling cooler → the cascade heat exchanger → the refrigerant storage tank → the refrigerant pump Is repeated.

또한, 상기 메인냉동사이클의 응축기가 설치되는 실외의 온도가 영하일 때에는 상기 보조냉동사이클의 냉매펌프가 작동하여 냉매를 냉각쿨러→캐스케이드열교환기→냉매저장탱크→냉매펌프의 순서로 순환하는 작동을 반복하며, 상기 메인냉동사이클에 설치되어 있는 압축기는 정지된 채 액체원심펌프의 작동으로 냉매가 순환될 수 있도록 제1, 제3, 제6 전자밸브는 온(개방) 작동되고 나머지 제2, 제4, 제5 전자밸브 각각은 오프(폐쇄) 작동되어 상기 액체원심펌프에 의해 순환하게 되는 냉매는 제1 바이패스라인의 제3 전자밸브→캐스케이드열교환기→제6 전자밸브→응축기→수액기→액체원심펌프의 순서로 순환하는 작동을 반복하도록 구성된 것을 특징으로 한다.When the outdoor temperature at which the condenser of the main refrigeration cycle is below zero, the refrigerant pump of the auxiliary refrigeration cycle is operated to circulate the refrigerant in the order of the cooling cooler → the cascade heat exchanger → the refrigerant storage tank → the refrigerant pump The first, third, and sixth solenoid valves are opened (opened) so that the refrigerant can be circulated by the operation of the liquid centrifugal pump while the compressor installed in the main refrigeration cycle is stopped, 4 and the fifth solenoid valves are operated to be off (closed) so that the refrigerant circulated by the liquid centrifugal pump flows through the third solenoid valve of the first bypass line → the cascade heat exchanger → the sixth solenoid valve → the condenser → the receiver → The liquid centrifugal pump, and the liquid centrifugal pump.

또한, 상기 캐스케이드열교환기에 들어있는 메인냉동사이클측 냉매를 회수하고자 할 때에는 상기 메인냉동사이클의 압축기 및 상기 보조냉동사이클의 냉매펌프를 정지시킨 상태에서 상기 메인냉동사이클의 액체원심펌프를 작동시키고 제1, 제2,제3, 제5, 제6 전자밸브는 오프(폐쇄) 작동시키고 제4 전자밸브만 온(개방) 작동시켜서 상기 액체원심펌프의 작동에 의해 캐스케이드열교환기에 들어있는 메인냉동사이클측의 냉매는 액체원심펌프의 입구로 흡입되어 출구를 통해 제4 전자밸브→제3 체크밸브→응축기의 순서로 경유하여 수액기에 저장되도록 구성된 것을 특징으로 한다.
When the main refrigerating cycle side refrigerant in the cascade heat exchanger is to be recovered, the liquid centrifugal pump of the main refrigeration cycle is operated while the refrigerant pump of the main refrigeration cycle and the refrigerant pump of the auxiliary refrigeration cycle are stopped, And the fourth solenoid valve is operated to turn on (open) only the second, third, fifth, and sixth solenoid valves, and only the fourth solenoid valve is operated to open The refrigerant is sucked into the inlet of the liquid centrifugal pump and is stored in the receiver via the outlet through the fourth solenoid valve, the third check valve, and the condenser in this order.

본 발명에 의하면 실외의 온도가 영하 -10℃ 이상일 경우에는 메인냉동사이클 및 보조냉동사이클이 정상적으로 작동하여 상기 보조냉동사이클의 냉각쿨러가 설치되어 있는 실내 및 작업장을 원하는 온도로 냉각시킬 수 있으며, 상기 메인냉동사이클의 응축기가 설치되어 있는 실외의 온도가 영하 -10℃ 이하일 경우에는 메인냉동사이클의 압축기를 정지시키고 액체원심펌프의 작동으로 캐스케이드열교환기에서 보조냉동사이클의 냉매와 열교환작용으로 증발되는 냉매를 응축기로 순환시킬 수 있도록 하는 효과가 있으며, 이에 따라 메인냉동사이클의 압축기보다 수십배의 낮은 소비전력으로 가동시킬 수 있는 액체원심펌프를 작동시켜서 보조냉동사이클의 냉각쿨러가 설치된 실내 및 작업장을 냉방할 수 있으므로 전기에너지를 절약할 수 있도록 하는 장점이 있는 것이다.
According to the present invention, when the outdoor temperature is minus -10 ° C or more, the main refrigeration cycle and the auxiliary refrigeration cycle normally operate to cool the room and the workplace in which the cooling cooler of the auxiliary refrigeration cycle is installed to a desired temperature, When the outdoor temperature at which the condenser of the main refrigeration cycle is installed is less than -10 ° C, the compressor of the main refrigeration cycle is stopped and the refrigerant which is evaporated by the heat exchanging operation with the refrigerant of the auxiliary refrigeration cycle in the cascade heat exchanger by the operation of the liquid centrifugal pump The liquid centrifugal pump capable of operating at a power consumption several tens times lower than that of the compressor of the main refrigeration cycle is operated to cool the room and the workplace provided with the cooling cooler of the auxiliary refrigeration cycle So that you can save electric energy. It would have advantages.

도 1은 본 발명의 냉동장치를 설명하기 위한 메인냉동사이클과 보조냉동사이클의 회로구성도
도 2는 본 발명의 냉동장치의 메인냉동사이클 및 보조냉동사이클이 정상적으로 냉매를 순환시키는 작동상태도
도 3은 본 발명의 냉동장치의 메인냉동사이클에 설치된 압축기가 정지된 상태에서 액체원심펌프의 작동으로 냉매를 순환시키는 작동상태도
도 4는 본 발명의 냉동장치의 메인냉동사이클에서 냉매를 수액기에 회수하는 작동상태도1 is a circuit diagram of a main refrigeration cycle and an auxiliary refrigeration cycle for explaining the refrigeration apparatus of the present invention
Fig. 2 is a view showing an operating state in which the main refrigeration cycle and the auxiliary refrigeration cycle of the refrigeration apparatus of the present invention normally circulate the refrigerant
Fig. 3 is a diagram showing an operating state in which the refrigerant is circulated by the operation of the liquid centrifugal pump in a state where the compressor installed in the main refrigeration cycle of the refrigeration apparatus of the present invention is stopped
Fig. 4 is an operating state diagram showing the refrigerant recovered in the receiver in the main refrigeration cycle of the refrigeration apparatus of the present invention. Fig.

본 발명에 의한 액체원심펌프를 이용한 전력절감형 냉동장치에 대한 구체적인 실시예를 첨부한 도면에 따라서 상세히 설명하면 다음과 같다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, specific embodiments of a power saving type refrigeration apparatus using a liquid centrifugal pump according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도면부호 1a는 메인냉동사이클을, 1b는 보조냉동사이클을 나타낸다.Reference numeral 1a denotes a main refrigeration cycle, and 1b denotes an auxiliary refrigeration cycle.

상기 메인냉동사이클(1a)과 보조냉동사이클(1b)은 캐스케이드열교환기(2)에 의하여 서로 연결되는 구조로 구성되어 있지만, 상기 메인냉동사이클(1a)을 순환하는 냉매와 상기 보조냉동사이클(1b)을 순환하는 냉매는 서로 섞이지 아니하는 상태에서 냉매끼리 서로 열교환하도록 구성되어 있다.The main refrigerant cycle 1a and the auxiliary refrigerant cycle 1b are connected to each other by the cascade heat exchanger 2. The refrigerant circulating in the main refrigerant cycle 1a and the auxiliary refrigerant cycle 1b ) Are configured so that the refrigerants exchange heat with each other in a state in which they are not mixed with each other.

즉, 상기 캐스케이드열교환기(2)에는 메인냉동사이클(1a)의 냉매순환라인이 연결되는 메인냉동사이클측 입,출구(2a,2b)와 보조냉동사이클(1b)의 냉매순환라인이 연결되는 보조냉동사이클측 입,출구(2c,2d)가 각각 형성되어 있으며, 그 내부에는 냉동사이클(1a)을 순환하는 냉매와 보조냉동사이클(1b)을 순환하는 냉매가 서로 섞이지 아니하는 상태에서 열교환작용을 하도록 상기 메인냉동사이클(1a)의 냉매순환통로와 상기 보조냉동사이클(1b)의 냉매순환통로가 지그재그상으로 배설되어 있거나 또는 서로 교대적으로 격설되는 구조로 구성되어 상기 메인냉동사이클(1a)의 냉매순환통로를 흐르는 냉매와 상기 보조냉매순환통로를 흐르는 냉매가 서로 열교환하도록 구성되어 있다.That is, the cascade heat exchanger 2 is connected to the main refrigerating cycle side inlet / outlet 2a, 2b to which the refrigerant circulation line of the main refrigeration cycle 1a is connected and the auxiliary refrigerant circulation line of the auxiliary refrigeration cycle 1b And the refrigerant circulating in the refrigeration cycle 1a and the refrigerant circulating in the auxiliary refrigeration cycle 1b are not mixed with each other and the heat exchanging operation is performed in the state where the refrigerant circulating in the refrigeration cycle 1a and the refrigerant circulating in the auxiliary refrigeration cycle 1b are not mixed with each other The refrigerant circulation passage of the main refrigeration cycle 1a and the refrigerant circulation passage of the auxiliary refrigeration cycle 1b are arranged in a zigzag fashion or alternately arranged alternately with each other, So that the refrigerant flowing through the refrigerant circulation passage and the refrigerant flowing through the auxiliary refrigerant circulation passage exchange heat with each other.

먼저, 상기 메인냉동사이클(1a)을 형성하는 구성요소와 이들의 냉매순환회로에 대하여 살펴보기로 한다.First, the components forming the main refrigeration cycle 1a and their refrigerant circulation circuits will be described.

상기 메인냉동사이클(1a)은 압축기(3), 응축기(4), 수액기(5), 팽창밸브(6) 등이 구비되어 있으며, 상기 보조냉동사이클(1b)은 냉매저장탱크(7), 냉매펌프(8), 냉각쿨러(9) 등이 구비되어 있다.The main refrigeration cycle 1a includes a compressor 3, a condenser 4, a receiver 5 and an expansion valve 6. The auxiliary refrigeration cycle 1b includes a refrigerant storage tank 7, A coolant pump 8, a cooling cooler 9, and the like.

상기 메인냉동사이클(1a)에 설치되어 있는 압축기(3)에는 캐스케이드열교환기(2)에서 열교환작용으로 증발되는 기체냉매가 유입되는 입구라인(31)과 고온고압으로 압축된 기체냉매를 응축기(4)로 공급하는 출구라인(32)이 연결되어 있으며, 상기 응축기(4)의 제1 입구라인(41)은 압축기(3)의 출구라인(32)에 연결되어 있으며, 상기 응축기(4)의 출구라인(43)은 수액기(5)의 입구라인(51)에 연결되며, 상기 응축기(5)의 출구라인(52)은 액체원심펌프(10)의 입구라인(13)에 연결된다.An inlet line 31 through which the gas refrigerant evaporated by the heat exchange function in the cascade heat exchanger 2 flows and a gas refrigerant compressed by the high temperature and high pressure are introduced into the compressor 3 installed in the main refrigeration cycle 1a through the condenser 4 The first inlet line 41 of the condenser 4 is connected to the outlet line 32 of the compressor 3 and the outlet line 32 of the condenser 4 is connected to the outlet line 32 of the compressor 3, The line 43 is connected to the inlet line 51 of the receiver 5 and the outlet line 52 of the condenser 5 is connected to the inlet line 13 of the liquid centrifugal pump 10.

상기 액체원심펌프(10)의 입구라인(13)은 액체원심펌프의 입구(11)에 연결되어 있으며, 상기 액체원심펌프(10)의 출구(12)에는 출구라인(14)이 연결되어 있다.An inlet line 13 of the liquid centrifugal pump 10 is connected to an inlet 11 of a liquid centrifugal pump 10 and an outlet line 14 is connected to an outlet 12 of the liquid centrifugal pump 10.

상기 액체원심펌프(10)의 출구라인(14)은 팽창밸브(6)의 입구라인(61)에 연결되어 있으며, 상기 팽창밸브(6)의 출구라인(62)은 캐스케이드열교환기(2)의 메인냉동사이클측 입구(2a)에 연결된 메인측 입구라인(21)에 연결되어 있다.The outlet line 14 of the liquid centrifugal pump 10 is connected to the inlet line 61 of the expansion valve 6 and the outlet line 62 of the expansion valve 6 is connected to the inlet of the cascade heat exchanger 2 Side inlet line 21 connected to the inlet 2a of the main refrigeration cycle side.

상기 캐스케이드열교환기(2)의 메인냉동사이클측 출구(2b)에 연결된 메인측 출구라인(22)은 압축기(3)의 입구라인(31)에 연결되어 있다.The main side outlet line 22 connected to the main refrigerating cycle side outlet 2b of the cascade heat exchanger 2 is connected to the inlet line 31 of the compressor 3.

한편, 상기 수액기(5)의 출구라인(52)과 상기 액체원심펌프(10)의 입구라인(13) 사이에는 냉매의 흐름을 자동으로 제어하기 위한 제1 전자밸브(24)가 장설되어 있으며, 상기 액체원심펌프(10)의 출구라인(14)과 팽창밸브(6)의 입구라인 사이에도 냉매의 흐름을 자동으로 제어하기 위한 제2 전자밸브(25)가 장설되어 있다.A first electromagnetic valve 24 for automatically controlling the flow of the refrigerant is installed between the outlet line 52 of the receiver 5 and the inlet line 13 of the liquid centrifugal pump 10 Between the outlet line 14 of the liquid centrifugal pump 10 and the inlet line of the expansion valve 6 is provided with a second solenoid valve 25 for automatically controlling the flow of the refrigerant.

또한, 상기 액체원심펌프(10)의 출구라인(14)과 팽창밸브(6)의 출구라인(62)은 제1 바이패스라인(45)으로 연결되어 있으며, 상기 제1 바이패스라인(45)에는 제2 전자밸브(26)가 장설되어 있다.The outlet line 14 of the liquid centrifugal pump 10 and the outlet line 62 of the expansion valve 6 are connected to the first bypass line 45 and the first bypass line 45, The second solenoid valve 26 is extended.

또한, 상기 액체원심펌프(10)의 출구라인(14)과 상기 응축기(4)의 제2 입구라인(42)은 제2 바이패스라인(46)에 의하여 연결되어 있으며, 상기 제2 바이패스라인(46)에는 제4 전자밸브(27)가 장설되어 있다.The outlet line 14 of the liquid centrifugal pump 10 and the second inlet line 42 of the condenser 4 are connected by a second bypass line 46, And a fourth solenoid valve 27 is provided on the second solenoid valve 46.

그리고, 상기 캐스케이드열교환기(2)의 메인측 출구라인(22)과 압축기(3)의 입구라인(31) 사이에는 제5 전자밸브(28)가 장설되어 있으며, 또한 상기 메인측 출구라인(22)과 응축기(4)의 제2 입구라인(42)은 제4 바이패스라인(48)에 의하여 연결되어 있고, 상기 제4 바이패스라인(48)에는 제6 전자밸브(29)가 장설되어 있다.A fifth solenoid valve 28 is extended between the main side outlet line 22 of the cascade heat exchanger 2 and the inlet line 31 of the compressor 3 and the main side outlet line 22 And the second inlet line 42 of the condenser 4 are connected by a fourth bypass line 48 and a sixth solenoid valve 29 is installed on the fourth bypass line 48 .

상기 제 2 바이패스라인(46), 제3 바이패스라인(47), 제4 바이패스(48) 각각에는 냉매를 일방향으로 흐르도록 유도하는 제2 체크밸브(34), 제3 체크밸브(35), 제4 체크밸브(36)이 각각 장설되어 있으며, 상기한 제1 내지 제4 체크밸브(33∼36) 각각은 자동으로 제어되면서 냉매의 흐름을 허용하는 한편, 역류하는 것을 방지하도록 구성되어 있다.A second check valve 34 for guiding the refrigerant to flow in one direction, a third check valve 35 for guiding the refrigerant to flow in one direction, ) And a fourth check valve 36 are respectively installed. Each of the first to fourth check valves 33 to 36 is automatically controlled to allow the flow of the refrigerant while preventing the flow of the refrigerant have.

다음, 상기 보조냉동사이클(1b)을 형성하는 구성요소와 이들의 냉매순환회로에 대하여 살펴보기로 한다.Next, the components forming the auxiliary refrigeration cycle 1b and the refrigerant circulation circuit thereof will be described.

상기 보조냉동사이클(1b)은 냉매를 저장하는 냉매저장탱크(7)의 입구라인(71)이 캐스케이드열교환기(2)의 보조냉동사이클측 출구(2d)에 연결되어 있고, 상기 냉매저장탱크(7)의 출구라인(72)은 냉매펌프(8)의 입구(81)에 연결되어 있다.In the auxiliary refrigeration cycle 1b, the inlet line 71 of the refrigerant storage tank 7 for storing the refrigerant is connected to the outlet 2d on the side of the auxiliary refrigeration cycle side of the cascade heat exchanger 2, 7 are connected to the inlet 81 of the refrigerant pump 8.

상기 보조맹동사이클(1b)의 냉각쿨러(9)의 입구라인(91)은 냉매펌프(8)의 출구(82)에 연결되어 있고, 상기 냉각쿨러(9)의 출구라인(92)은 캐시케이드열교환기(2)의 보조냉동사이클측 입구(2c)에 연결되어 있다.The inlet line 91 of the cooling cooler 9 of the auxiliary firing cycle 1b is connected to the outlet 82 of the refrigerant pump 8 and the outlet line 92 of the cooling cooler 9 is connected to the outlet And is connected to the inlet 2c of the heat exchanger 2 on the side of the auxiliary refrigeration cycle side.

따라서 상기 보조냉동사이클(1b)의 냉매펌프(8)가 작동하게 되면 냉매저장탱크(7)에 저장되어 있는 냉매는 냉매펌프(8)의 입구(81)로 흡입되어 출구(82)를 통해 실내 또는 작업장 등을 냉방하도록 설치되어 있는 냉각쿨러(9)측으로 이동하게 되며, 상기 냉각쿨러(9)에서 공기 등의 열교환매체로부터 열을 빼앗는 열교환작용으로 증발되는 보조냉동사이클측 냉매는 출구라인(9)을 통해 캐스케이드열교환기(2)의 보조냉동사이클측 입구(2c)로 유입되어 메인냉동사이클측 입구(2a)로 유입되어 캐스네이드열교환기(2)의 내부를 순환하는 메인냉동사이클측 냉매로부터 열을 빼앗는 열교환작용을 한 후 보조냉동사이클측 출구(2d)를 통해 냉매저장탱크(7)에 자장되는 작동을 반복 되풀이하게 되는 것이다.
When the refrigerant pump 8 of the auxiliary refrigeration cycle 1b is operated, the refrigerant stored in the refrigerant storage tank 7 is sucked into the inlet 81 of the refrigerant pump 8, The refrigerant is evaporated by a heat exchange action that takes heat from the heat exchange medium such as air in the cooling cooler 9. The refrigerant circulates through the outlet line 9 Side refrigerant inlet side 2c of the cascade heat exchanger 2 to the inlet 2a of the main refrigeration cycle side and circulates in the inside of the cascade heat exchanger 2 The heat exchanging operation for taking out heat is performed, and then the operation of magnetizing the refrigerant storage tank 7 through the outlet 2d of the auxiliary refrigeration cycle is repeated.

이와 같이 구성된 본 발명은 메인냉동사이클(1a)의 응축기(4)는 실외에 설치되어 압축기(3)로부터 고온고압으로 압축된 기체냉매의 열기를 실외로 방출하여 기체냉매를 액상으로 응축하는 작용을 하게 되며, 보조냉동사이클(1b)의 냉각쿨러(9)는 실내 또는 작업장 등에 설치되어 상기의 실내 및 작업장을 냉방하도록 설치되는 것인데, 실외의 온도가 영상인 하절기에는 상기 메인냉동사이클(1a)의 압축기(3)가 작동하여 캐스케이드열교환기(2)에서 보조냉동사이클(1b)을 순환하는 보조냉동사이클측 냉매와의 열교환작용으로 증발되는 냉매를 상기 압축기(3)에서 압축한 다음 응축기(4)로 보내야만 상기 응축기(4)가 고온고압으로 압축된 기체냉매를 영상의 실외의 공기와 열교환하는 작용으로 열을 방출하면서 기체냉매를 액상으로 응축시킬 수 있게 된다.The condenser 4 of the main refrigeration cycle 1a operates to condense the gas refrigerant into a liquid state by discharging the heat of the gas refrigerant compressed at a high temperature and high pressure from the compressor 3 to the outside, And the cooling cooler 9 of the auxiliary refrigeration cycle 1b is installed in the room or a workplace to cool the room and the workplace. In the summer when the outdoor temperature is an image, The refrigerant evaporated by the heat exchange action with the auxiliary refrigerating cycle side refrigerant circulating in the auxiliary refrigerant cycle 1b in the cascade heat exchanger 2 by the operation of the compressor 3 is compressed by the compressor 3, The condenser 4 heat-exchanges the gaseous refrigerant compressed at high temperature and high pressure with the outdoor air of the image, thereby releasing heat and condensing the gaseous refrigerant into the liquid phase.

따라서 실외의 온도가 영상인 하절기에는 메인냉동사이클(1a)과 보조냉동사이클(1b)을 동시에 작동시켜서 메인냉동사이클(1a)의 응축기(4)는 압축기(3)에서 압축된 고온고압의 기체냉매를 액상으로 응축시키는 한편, 보조냉동사이클(1b)의 냉각쿨러(9)는 캐스케이드열교환기(2)에서 열교환작용으로 냉각되어 공급되는 냉매에 의하여 실내 또는 작업장을 냉방하게 되는 것이다.Therefore, the main refrigeration cycle 1a and the auxiliary refrigeration cycle 1b are operated at the same time during the summer when the outdoor temperature is the image, so that the condenser 4 of the main refrigeration cycle 1a is operated to cool the high- While the cooling cooler 9 of the auxiliary refrigeration cycle 1b is cooled by the heat exchange function in the cascade heat exchanger 2 to cool the room or the workplace by the refrigerant supplied.

즉, 도 2의 도시와 같이 메인냉동사이클(1a)과 보조냉동사이클(1b)이 함께 작동하게 될 때에는 액체원심펌프(10)도 작동하게 되며, 이때 상기 보조 냉동사이클(1b)의 냉매는 냉매펌프(8)의 작동에 의해 냉각쿨러(9)→캐스케이드열교환기(2)→냉매저장탱크(7)의 순서로 순환하는 작동을 반복하게 되는 것이며, 상기 메인냉동사이클(1a)의 경우에는 제1, 제2, 제5 전자밸브(24)(25)(28)은 온(on : 개방) 작동되고 나머지 제3, 제4, 제6 전자밸브(26)(27)(29)는 오프(off : 폐쇄) 작동된다.2, when the main refrigeration cycle 1a and the auxiliary refrigeration cycle 1b are operated together, the liquid centrifugal pump 10 also operates. At this time, the refrigerant in the auxiliary refrigeration cycle 1b is cooled by the refrigerant The operation of circulating the refrigerant in the order of the cooling cooler 9 → the cascade heat exchanger 2 → the refrigerant storage tank 7 is repeated by the operation of the pump 8. In the case of the main refrigeration cycle 1a, Second, and fifth solenoid valves 24, 25 and 28 are turned on and the remaining third, fourth and sixth solenoid valves 26 and 27 are turned off off: closed).

따라서 상기 메인냉동사이클(1a)의 압축기(3)에 의해 압축되는 고온고압의 기체냉매는 응축기(4)→수액기(5)→제1 전자밸브(24)→액체원심펌프(10)→제2 전자밸브(25)→팽창밸브(6)→캐스케이드열교환기(2)→제5 전자밸브(28)를 차례대로 경유하여 압축기(3)로 공급되는 순환작동을 반복 되풀이하게 되는 것이다.Therefore, the high-temperature and high-pressure gas refrigerant compressed by the compressor 3 of the main refrigeration cycle 1a flows through the condenser 4, the receiver 5, the first electromagnetic valve 24, the liquid centrifugal pump 10, The circulation operation of supplying the refrigerant to the compressor 3 via the second electromagnetic valve 25 → the expansion valve 6 → the cascade heat exchanger 2 → the fifth electromagnetic valve 28 in turn is repeated.

상기와 같이 실외의 온도가 영상인 하절기에는 메인냉동사이클(1a)을 순환하는 냉매는 압축기(3)에서 고온고압으로 압축되는 상태로 응축기(4)로 보내져야만 상기 응축기(4)에서 고온고압의 기체냉매를 액상으로 응축시킬 수 있게 되는 것이며, 상기 응축기(4)에서 기체냉매가 액상으로 응축된 상태로 공급되어야 팽창밸브(4)에서 액상냉매를 급속 팽창시켜서 안개상태로 캐스케이드열교환기(2)로 보내야 상기 캐스케이드열교환기(2)의 메인냉동사이클측 냉매와 보조냉동사이클측 냉매와의 열교환작용이 잘 이루어지게 되며, 이에 따라 상기 보조냉동사이클(1b)의 냉각쿨러(9)가 실내 또는 작업장의 내부를 설정된 낮은 온도로 낮추는 냉방작동이 잘 이루어지게 되는 것이다.The refrigerant circulating in the main refrigeration cycle 1a must be sent to the condenser 4 in a state where the refrigerant is compressed to a high temperature and a high pressure in the compressor 3, The gas refrigerant can be condensed in the liquid phase. In the condenser 4, the gas refrigerant must be supplied in a condensed state in the liquid phase so that the liquid refrigerant is rapidly expanded in the expansion valve 4, and the cascade heat exchanger 2, The heat exchanging action between the main refrigerating cycle side refrigerant of the cascade heat exchanger 2 and the auxiliary refrigerating cycle side refrigerant is performed well so that the cooling cooler 9 of the sub freezing cycle 1b is operated in the room or in the workshop The cooling operation for lowering the temperature of the cooling water to a set low temperature is performed well.

그런데, 실외의 온도가 영하인 동절기에는 캐스케이드열교환기(1)의 내부에서 보조냉동사이클측 냉매와의 열교환작용으로 증발되어 메인냉동사이클측 출구(2b)를 통해 메인측 출구라인(22)으로 흐르는 메인냉동사이클측 냉매를 압축기(3)에서 고온고압으로 압축하지 아니한 상태로 응축기(4)로 보내게 되더라도 상기 응축기(4)는 영하의 실외온도에 노출되어 있으므로 상기 캐스케이드열교환기(2)의 메인측 출구라인(22)으로 흐르는 기체상태의 메인냉동사이클측 냉매는 영하의 온도에 의해 액상상태로 응축될 수 있는 것이다.In the winter season when the outdoor temperature is below zero, the refrigerant is evaporated in the cascade heat exchanger 1 by the heat exchange action with the refrigerant on the auxiliary refrigeration cycle side and flows to the main side outlet line 22 through the outlet 2b on the main refrigeration cycle side Even if the main refrigerating cycle side refrigerant is sent to the condenser 4 without being compressed to the high temperature and high pressure in the compressor 3, the condenser 4 is exposed to the outdoor outdoor temperature, The refrigerant on the main refrigerating cycle side in the gaseous state flowing to the side outlet line 22 can be condensed into a liquid state by the subzero temperature.

하지만 종래 기술에서는 상기 캐스케이드열교환기(2)에서 보조냉동사이클측 냉매로부터 열을 빼앗아 증발하는 메인냉동사이클측 냉매를 순환시키기 위하여 압축기(3)를 작동시키도록 구성되어 있기 때문에 동절기에도 전력소비가 클 수밖에 없어 비경제적이었다. 왜냐하면, 냉동장치의 압축기(3)는 전기에너지의 사용량이 매우 크기 때문이다.However, in the prior art, since the compressor 3 is operated in order to circulate the main refrigerating cycle side refrigerant that takes heat from the auxiliary refrigerating cycle side refrigerant in the cascade heat exchanger 2 and evaporates, It was inevitable that it was inevitable. This is because the compressor 3 of the refrigerating apparatus is very large in the amount of electric energy used.

그렇지만, 본 발명은 실외의 온도가 영하인 동절기에는 상기 메인냉동사이클(1a)의 압축기(3)를 작동시키지 않는 대신에, 상기 압축기(3)에 비하여 소비전력이 수십배로 적게 소비되는 액체원심펌프(10)를 이용하여 메인냉동사이클을 가동시킬 수 있으므로 소비전력을 크게 절약할 수 있는 것이다.However, in the present invention, instead of operating the compressor 3 of the main refrigeration cycle 1a during the wintertime when the outdoor temperature is below zero, the liquid centrifugal pump 10 consumes less power than the compressor 3, Since the main refrigeration cycle can be operated using the refrigeration cycle 10, the power consumption can be greatly reduced.

도 3에 도시된 실시예는, 실외의 온도가 영하인 동절기에는 소비전력이 매우 큰 메인냉동사이클(1a)의 압축기(3)를 작동시키지 않는 대신에, 상기한 압축기(3)에 비하여 소비전력이 훨씬 적게 소요되는 액체원심펌프(10)를 작동시켜서 캐스케이드열교환기(2)에서 열교환작용으로 증발된 기체냉매를 응축기(4)로 직접 보내게 되더라도 상기 응축기(4)는 영하의 실외 온도에 의해 기체냉매를 액상으로 응축시킬 수 있게 되는 것이다.The embodiment shown in Fig. 3 does not operate the compressor 3 of the main refrigeration cycle 1a in which the power consumption is very high in the winter when the outdoor temperature is below zero, Even if the gas refrigerant vaporized by the heat exchange function in the cascade heat exchanger 2 is directly sent to the condenser 4 by operating the liquid centrifugal pump 10 requiring much less heat, The gas refrigerant can be condensed into a liquid phase.

이때에는 도 3의 도시와 같이 보조냉동사이클(1b)은 냉매펌프(8)가 가동되어 냉매가 정상적으로 순환하게 되어 냉각쿨러(9)가 냉방작동을 하게 되며, 메인냉동사이클(1a)은 제1, 제3, 제6 전자밸브(24)(26)(29)는 온(on : 개방) 작동되고 나머지 제2, 제4, 제5 전자밸브(25)(27)(28)은 오프(off : 폐쇄)된 상태에서 액체원심펌프(10)가 작동하여 냉매를 순환시키게 된다. 따라서 상기 액체원심펌프(10)가 작동하게 되면 냉매는 수액기(5)에서 액체원심펌프(10)의 입구(11)로 흡입되어 출구(12)를 통해 출구라인(14)→제1 바이패스라인(45)→제3 전자밸브(26)→메인측 입구라인(21)→캐스케이드열교환기(2)의 입구(2a)→출구(2b)→메인측 출구라인(22)→제4 바이패스라인(48)→제6 전자밸브(29)→제4 체크밸브(36)→응축기(4)→수액기(5) 등의 순서로 경유하여 액체원심펌프(10)로 흡입되는 작동을 반복 되풀이하게 되는 것이다.At this time, as shown in FIG. 3, the refrigerant pump 8 is operated in the auxiliary refrigeration cycle 1b so that the refrigerant circulates normally so that the cooling cooler 9 performs the cooling operation. In the main refrigeration cycle 1a, Third and sixth solenoid valves 24, 26 and 29 are turned on and the second, fourth and fifth solenoid valves 25, 27 and 28 are turned off, : Closed), the liquid centrifugal pump 10 is operated to circulate the refrigerant. When the liquid centrifugal pump 10 is operated, the refrigerant is sucked from the receiver 5 to the inlet 11 of the liquid centrifugal pump 10 and then flows through the outlet 12 to the outlet line 14, Line 45 → third solenoid valve 26 → main side inlet line 21 → inlet 2a of the cascade heat exchanger 2 → outlet 2b → main side outlet line 22 → fourth bypass The operation of being sucked into the liquid centrifugal pump 10 via the line 48 → the sixth solenoid valve 29 → the fourth check valve 36 → the condenser 4 → the receiver 5 in order, It will be done.

상기와 같이 실외의 온도가 영하인 동절기에는 메인냉동사이클(1a)의 압축기(3)는 정지시킨 채 액체원심펌프(10)를 작동시키는 방법으로 냉매를 정상적으로 순환시킬 수 있으며, 또한 보조냉동사이클(1b)의 냉각쿨러(9)를 작동시켜서 실내 및 작업장의 내부를 정상적으로 냉방할 수 있으므로 동절기에는 냉동장치를 가동사키데 소요되는 전력을 절약할 수 있게 되는 것이다.The refrigerant can be circulated normally by the method of operating the liquid centrifugal pump 10 while the compressor 3 of the main refrigeration cycle 1a is stopped while the outdoor temperature is below zero, 1b can be normally operated by operating the cooling cooler 9 of the refrigerator 1b so that power consumption for operating the refrigerator can be saved during the winter.

한편, 상기 메인냉동사이클(1a)의 냉매를 회수하고자 할 때에는 도 4의 도시와 같이 상기 보조냉동사이클(1b)을 정지시키고, 메인냉동사이클(1a)의 제4 전자밸브(27)만 온(on : 개방) 작동시키고 나머지 제1, 제2, 제3, 제5, 제6 전자밸브(24)(25)(26)(28)(29)는 오프(off : 폐쇄) 작동시킨 다음 액체원심펌프(10)를 작동시키게 되면 상기 캐스케이드열교환기(2)에 들어있는 메인냉동사이클측 냉매는 캐스케이드열교환기(2)의 입구(2a)→메인측 입구라인(21)→제3 바이패스라인(47)→제3 체크밸브(35)→액체원심펌프(10)의 입구라인(13)→액체원심펌프(10)→액체원심펌프(10)의 출구라인(14)→제2 바이패스라인(46)→제4 전자밸브(27)→제2 체크밸브(34)→응축기(4)→수액기(5)의 순서로 순환하여 상기 수액기(5)에 저장되는 것이다.On the other hand, when the refrigerant in the main refrigeration cycle 1a is to be recovered, the auxiliary refrigeration cycle 1b is stopped and only the fourth solenoid valve 27 of the main refrigeration cycle 1a is turned on and the remaining first, second, third, fifth, and sixth solenoid valves 24, 25, 26, 28 and 29 are turned off, When the pump 10 is operated, the main refrigerating cycle side refrigerant in the cascade heat exchanger 2 flows from the inlet 2a of the cascade heat exchanger 2 through the main side inlet line 21 to the third bypass line 47 → the third check valve 35 → the inlet line 13 of the liquid centrifugal pump 10 → the liquid centrifugal pump 10 → the outlet line 14 of the liquid centrifugal pump 10 → the second bypass line The fourth solenoid valve 27 → the second check valve 34 → the condenser 4 → the receiver 5 in this order and stored in the receiver 5.

상기와 같이 메인냉동사이클(1a)의 냉매를 수액기(5)에 회수하는 작동이 완료되면 냉동장치를 정상적으로 운전할 수 있는 준비작업이 완료되는 것이며, 이어서 냉동장치를 정상적으로 운전하고자 할 때에는 도 2의 도시와 같이 메인냉동사이클(1a)의 제1,제2,제5 전자밸브(24)(25)(28)은 온(on)시키고, 제3,제4,제6 전자밸브(26)(27)(29)는 오프(off)시킨 상태에서 메인냉동사이클(1a) 및 보조냉동사이클(1b)을 함께 작동시키게 되면 메인냉동사이클(1a)의 압축기(3)는 캐스케이드열교환기(2)의 출구(2b)를 통해서 공급되는 기체냉매를 고온고압으로 압축하여 응축기(4)로 공급하는 작동을 반복하게 되며, 상기 보조냉동사이클(1b)의 냉각쿨러(9)는 실내 또는 작업장의 내부를 냉방하는 냉방작동을 반복하게 되는 것이다.As described above, when the operation of recovering the refrigerant of the main refrigeration cycle 1a to the receiver 5 is completed, the preparatory work for normally operating the refrigeration apparatus is completed. When the refrigeration apparatus is to be normally operated, The first, second and fifth solenoid valves 24, 25 and 28 of the main refrigeration cycle 1a are turned on and the third, fourth and sixth solenoid valves 26 When the main refrigeration cycle 1a and the auxiliary refrigeration cycle 1b are operated together with the compressor 29 of the cascade heat exchanger 2 turned off, The gas coolant supplied through the outlet 2b is compressed to a high temperature and a high pressure and supplied to the condenser 4. The cooling cooler 9 of the auxiliary refrigeration cycle 1b is cooled The cooling operation is repeated.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 캐스케이드열교환기(2)를 이용하여 실내 또는 작업장의 내부를 냉방하고자 할 때 실외의 온도가 영상인 하절기에는 메인냉동사이클(1a)의 압축기(3) 및 액체원심펌프(10)를 함께 작동시켜서 실내 또는 작업장 등을 냉방하게 되지만 실외의 온도가 영하인 동절기에는 메인냉동사이클(1a)의 압축기(3)를 작동시키지 않고 그 대신 액체원심펌프(10)만을 작동시키는 방법으로 실내 또는 작업장을 냉방할 수 있으므로 냉동장치를 운전하는데 소요되는 소비전력을 많이 절약하여 경제적으로 냉동장치를 운전할 수 있게 하는 특징이 있다.
As described above, according to the present invention, when the interior of a room or a workplace is to be cooled by using the cascade heat exchanger 2, the compressor 3 of the main refrigeration cycle 1a and the liquid centrifugal pump A method in which only the liquid centrifugal pump 10 is operated instead of operating the compressor 3 of the main refrigeration cycle 1a during the winter season in which the indoor or the work place is cooled by operating the indoor heat exchanger 10 together, So that it is possible to economize the operation of the refrigeration apparatus by saving much power consumption for operating the refrigeration apparatus.

1a : 메인냉동사이클 1b : 보조냉동사이클
10 : 액체원심펌프 11,81 : 입구
12,82 : 출구 2 : 캐스케이드열교환기
2a,2b : 메인냉동사이클측 입,출구
2c,2d : 보조냉동사이클측 입,출구
21 : 메인측 입구라인 22 : 메인측 출구라인
3 : 압축기 4 : 응축기
5 : 수액기 6 : 팽창밸브
7 : 냉매저장탱크 8 : 냉매펌프
9 : 냉각쿨러 13,31,51,61,71,91 : 입구라인
14,32,43,52,62,92 : 출구라인 41 : 제1 입구라인
42 : 제2 입구라인
24,25,26,27,28,29 : 제1 내지 제6 전자밸브
33,34,35,36 : 제1 내지 제4 체크밸브1a: main refrigeration cycle 1b: auxiliary refrigeration cycle
10: liquid centrifugal pump 11,81: inlet
12,82: Exit 2: Cascade heat exchanger
2a, 2b: Main refrigeration cycle side inlet and outlet
2c, 2d: Auxiliary refrigeration cycle side inlet, outlet
21: Main-side inlet line 22: Main-side outlet line
3: compressor 4: condenser
5: Receiver 6: Expansion valve
7: Refrigerant storage tank 8: Refrigerant pump
9: Cooling cooler 13, 31, 51, 61, 71, 91:
42, 42, 52, 62, 92: exit line 41: first entrance line
42: 2nd entrance line
24, 25, 26, 27, 28, 29: first to sixth solenoid valves
33, 34, 35, 36: first to fourth check valves

Claims (5)

압축기(3), 응축기(4), 수액기(5), 팽창밸브(6)를 구비하고 있는 메인냉동사이클(1a)과, 냉매저장탱크(7), 냉매펌프(8), 냉각쿨러(9)를 구비하고 있는 보조냉동사이클(1b) 각각을 순환하는 냉매끼리 서로 열교환하도록 상기 메인냉동사이클(1a)의 냉매순환라인은 캐스케이드열교환기(2)에 형성된 메인냉동사이클측의 입,출구(2a)(2b)에 연결하며, 상기 보조냉동사이클(1b)의 냉매순환라인은 보조냉동사이클측 입,출구(2c)(2d)에 각각 연결하는 구조로 구성되는 냉동장치에 있어서,
상기 메인냉동사이클(1a)은,
상기 응축기(4)와 수액기(5) 및 팽창밸브(6) 각각에 냉매를 순환시킬 수 있도록 설치되는 액체원심펌프(10)를 구비하고 있으며,
상기 액체원심펌프(10)의 입구(11)에는 수액기(5)의 출구라인(52)이 연결되며, 상기 액체원심펌프(10)의 출구(12)에는 팽창밸브(6)의 입구라인(61)이 연결되어 있으며,
상기 액체원심펌프(10)의 출구라인(14)과 상기 캐스케이드열교환기(2)의 메인측 입구라인(21)에 연결되는 상기 팽창밸브(6)의 출구라인(62)은 제1 바이패스라인(45)으로 연결되어 있으며,
상기 액체원심펌프(10)의 출구라인(14)과 상기 응축기(4)의 제2 입구라인(42)은 제2 바이패스라인(46)으로 연결되어 있으며,
상기 캐스케이드열교환기(2)의 메인측 출구라인(22)과 상기 응축기(4)의 제2 입구라인(42)은 제4 바이패스라인(48)으로 연결되어 있으며,
상기 압축기(3)의 입구라인(31)은 캐스케이드열교환기(2)의 메인측 출구라인(22)에 연결되어 있으며,
상기 수액기(5)의 출구라인(52)과 액체원심펌프(10)의 입구라인(13) 사이에는 제1 전자밸브(24)가, 상기 액체원심펌프(10)의 출구라인(14)과 팽창밸브(6)의 입구라인(61) 사이에는 제2 전자밸브(25)가, 상기 제1 바이패스라인(45)에는 제3 전자밸브(26)가, 상기 제2 바이패스라인(46)에는 제4 전자밸브(27)가, 상기 압축기(3)의 입구라인(31)에는 제5 전자밸브(28)가, 상기 캐스케이드열교환기(2)의 메인측 출구라인(22)과 상기 응축기(4)의 제2 입구라인(42)을 연결하는 제4 바이패스라인(48)에는 제6 전자밸브(29)가 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액체원심펌프를 이용한 전력절감형 냉동장치.
A main coolant cycle 1a having a compressor 3, a condenser 4, a receiver 5 and an expansion valve 6, a coolant storage tank 7, a coolant pump 8, a cooling cooler 9 The refrigerant circulation line of the main refrigeration cycle 1a is connected to the inlet and outlet 2a of the main refrigeration cycle side formed in the cascade heat exchanger 2 so that refrigerant circulating through each of the auxiliary refrigeration cycles 1b provided in the cascade heat exchanger 2 is heat- (2b), and the refrigerant circulation line of the auxiliary refrigeration cycle (1b) is connected to the auxiliary refrigeration cycle side inlet and outlet (2c) (2d), respectively,
The main refrigeration cycle (1a)
And a liquid centrifugal pump 10 installed to circulate the refrigerant to the condenser 4, the receiver 5, and the expansion valve 6, respectively,
The inlet 11 of the liquid centrifugal pump 10 is connected to the outlet line 52 of the receiver 5 and the outlet 12 of the liquid centrifugal pump 10 is connected to the inlet line of the expansion valve 6 61 are connected,
The outlet line 62 of the expansion valve 6 connected to the outlet line 14 of the liquid centrifugal pump 10 and the main side inlet line 21 of the cascade heat exchanger 2 is connected to the first bypass line 12, (45)
The outlet line 14 of the liquid centrifugal pump 10 and the second inlet line 42 of the condenser 4 are connected by a second bypass line 46,
The main side outlet line 22 of the cascade heat exchanger 2 and the second inlet line 42 of the condenser 4 are connected to a fourth bypass line 48,
The inlet line (31) of the compressor (3) is connected to the main side outlet line (22) of the cascade heat exchanger (2)
A first solenoid valve 24 is connected between the outlet line 14 of the liquid centrifugal pump 10 and the inlet line 13 of the liquid centrifugal pump 10 between the outlet line 52 of the receiver 5 and the inlet line 13 of the liquid centrifugal pump 10. [ A second solenoid valve 25 is connected between the inlet line 61 of the expansion valve 6 and a third solenoid valve 26 is connected to the first bypass line 45 and a second solenoid valve 26 is connected to the second bypass line 46, A fifth solenoid valve 27 is connected to the inlet line 31 of the compressor 3 and a fifth solenoid valve 28 is connected to the main side outlet line 22 of the cascade heat exchanger 2 and the condenser Characterized in that a sixth solenoid valve (29) is provided in the fourth bypass line (48) connecting the second inlet line (42) of the second centrifugal pump (4).
제 1 항에 있어서,
상기 메인냉동사이클(1a)의 압축기(3) 출구라인(32)과 응축기(4)의 제1 입구라인(41) 사이에는 상기 압축기(3)에서 압축된 고온고압의 기체냉매가 응축기(4)를 향해 일방향으로 흐르도록 하는 제1 체크밸브(33)가 설치되어 있으며, 상기 캐스케이드열교환기(2)의 메인측 출구라인(22)과 상기 응축기(4)의 제2 입구라인(42) 사이에는 캐스케이드열교환기(2)에서 증발된 기체냉매가 메인측 출구라인(22)을 따라 응축기(4)의 제2 입구라인(42)을 향해 일방향으로 흐르도록 하는 제4 체크밸브(36)가 설치되어 있으며, 상기 제2 바이패스라인(46)에는 상기 액체원심펌프(10)의 출구라인(14)으로 흐르는 액상냉매가 응축기(4)를 향해 일방향으로 흐르도록 하는 제2 체크밸브(34)가 설치되어 있으며, 상기 제3 바이패스라인(47)에는 캐스케이드열교환기(2)에서 증발되어 존재하는 기체냉매가 액체원심펌프(10)의 입구라인(13)을 향해 일방향으로 흐르도록 하는 제3 체크밸브(35)가 각각 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액체원심펌프를 이용한 전력절감형 냉동장치.
The method according to claim 1,
The high-temperature and high-pressure gas refrigerant compressed by the compressor 3 is introduced into the condenser 4 between the outlet line 32 of the compressor 3 of the main refrigeration cycle 1a and the first inlet line 41 of the condenser 4, Between the main side outlet line 22 of the cascade heat exchanger 2 and the second inlet line 42 of the condenser 4 is provided a first check valve 33 for allowing the refrigerant to flow in one direction toward the condenser 4, A fourth check valve 36 is provided for allowing gas refrigerant evaporated in the cascade heat exchanger 2 to flow in one direction toward the second inlet line 42 of the condenser 4 along the main side outlet line 22 And a second check valve 34 is provided in the second bypass line 46 for allowing the liquid refrigerant flowing to the outlet line 14 of the liquid centrifugal pump 10 to flow in one direction toward the condenser 4 And the third bypass line 47 is connected to the first bypass line 47, Falcon third check valve power-saving refrigerating apparatus using a liquid centrifugal pump, characterized in that (35) is provided for each allowed to flow in one direction towards the inlet line 13 of the centrifugal fluid pump 10.
제 1 항에 있어서,
상기 메인냉동사이클(1a)의 응축기(4)가 설치되는 실외의 온도가 영상일 때에는 메인냉동사이클(1a)과 보조냉동사이클(1b)이 함께 작동하도록 구성되었으며, 상기 메인냉동사이클(1a)에 설치되어 있는 제1, 제2 및 제5 전자밸브(24)(25)(28) 각각은 온(개방) 작동되고, 나머지 제3, 제4 및 제6 전자밸브(26)(27)(29) 각각은 오프(폐쇄) 작동되어 상기 압축기(3)에서 압축된 고온고압의 기체냉매가 응축기(4)→수액기(5)→액체원심펌프(10)→팽창밸브(6)→캐스케이드열교환기(2)의 순서로 순환하는 작동을 반복하도록 구성되어 있으며, 상기 보조냉동사이클(1b)의 냉매펌프(8)가 작동하게 되면 냉매는 냉각쿨러(9)→캐스케이드열교환기(2)→냉매저장탱크(7)→냉매펌프(8)의 순서로 순환하는 작동을 반복하도록 구성된 것을 특징으로 하는 액체원심펌프를 이용한 전력절감형 냉동장치.
The method according to claim 1,
The main refrigeration cycle 1a and the auxiliary refrigeration cycle 1b operate together when the outdoor temperature at which the condenser 4 of the main refrigeration cycle 1a is installed is an image. Each of the installed first, second and fifth solenoid valves 24, 25 and 28 is opened and the remaining third, fourth and sixth solenoid valves 26, 27 and 29 And the gas refrigerant of high temperature and high pressure compressed in the compressor 3 is supplied to the condenser 4 → the receiver 5 → the liquid centrifugal pump 10 → the expansion valve 6 → the cascade heat exchanger When the refrigerant pump 8 of the auxiliary refrigeration cycle 1b is operated, the refrigerant is circulated through the cooling cooler 9, the cascade heat exchanger 2, (7) to the refrigerant pump (8) in the order of the circulation of the liquid refrigerant The device.
제 1 항에 있어서,
상기 메인냉동사이클(1a)의 응축기(3)가 설치되는 실외의 온도가 영하 이하일 때에는 상기 보조냉동사이클(1b)의 냉매펌프(8)가 작동하여 냉매를 냉각쿨러(9)→캐스케이드열교환기(2)→냉매저장탱크(7)→냉매펌프(8)의 순서로 순환하는 작동을 반복하며, 상기 메인냉동사이클(1a)에 설치되어 있는 압축기(3)는 정지된 채 액체원심펌프(10)의 작동으로 냉매가 순환될 수 있도록 제1, 제3, 제6 전자밸브(24)(26)(29)는 온(개방) 작동되고 나머지 제2, 제4, 제5 전자밸브(25)(27)(28) 각각은 오프(폐쇄) 작동되어 상기 액체원심펌프(10)에 의해 순환하게 되는 냉매는 제1 바이패스라인(45)의 제3 전자밸브(26)→캐스케이드열교환기(2)→제6 전자밸브(29)→응축기(4)→수액기(5)→액체원심펌프(10)의 순서로 순환하는 작동을 반복하도록 구성된 것을 특징으로 하는 액체원심펌프를 이용한 전력절감형 냉동장치.
The method according to claim 1,
The refrigerant pump 8 of the auxiliary refrigerant cycle 1b is operated to cool the refrigerant from the cooling cooler 9 to the cascade heat exchanger 9 The compressor 3 installed in the main refrigeration cycle 1a repeats the operation of circulating the refrigerant in the order of the refrigerant storage tank 7 and the refrigerant pump 8, The first, third and sixth solenoid valves 24, 26 and 29 are operated to be opened and the remaining second, fourth and fifth solenoid valves 25 The refrigerant circulated by the liquid centrifugal pump 10 is circulated through the third solenoid valve 26 of the first bypass line 45 to the cascade heat exchanger 2, The liquid centrifugal pump 10, the sixth solenoid valve 29, the condenser 4, the receiver 5, and the liquid centrifugal pump 10, A power-saving refrigeration system.
제 1 항에 있어서,
상기 캐스케이드열교환기(2)에 들어있는 메인냉동사이클측 냉매를 회수하고자 할 때에는 상기 메인냉동사이클(1a)의 압축기(3) 및 상기 보조냉동사이클(1b)의 냉매펌프(8)를 정지시킨 상태에서 상기 메인냉동사이클(1a)의 액체원심펌프(10)를 작동시키며, 제1,제2,제3,제5,제6 전자밸브(24)(25)(26)28)(29)는 오프(폐쇄) 작동시키고 제4 전자밸브(27)만 온(개방) 작동시켜서 상기 액체원심펌프(10)의 작동에 의해 캐스케이드열교환기(2)에 들어있는 메인냉동사이클측의 냉매는 액체원심펌프(10)의 입구(1)로 흡입되어 출구(12)를 통해 제4 전자밸브(27)→제2 체크밸브(34)→응축기(4)의 순서로 경유하여 수액기(5)에 저장되도록 구성된 것을 특징으로 하는 액체원심펌프를 이용한 전력절감형 냉동장치.
The method according to claim 1,
When the main refrigerating cycle side refrigerant contained in the cascade heat exchanger 2 is to be recovered, the compressor 3 of the main refrigeration cycle 1a and the refrigerant pump 8 of the auxiliary refrigeration cycle 1b are stopped The first, second, third, fifth, and sixth solenoid valves 24, 25, 26, 28, and 29 operate the liquid centrifugal pump 10 of the main refrigeration cycle 1a, The refrigerant on the side of the main refrigeration cycle contained in the cascade heat exchanger 2 by the operation of the liquid centrifugal pump 10 is turned on by the liquid centrifugal pump 10, The refrigerant is sucked into the inlet 1 of the compressor 10 through the outlet 12 and stored in the receiver 5 via the fourth solenoid valve 27 → the second check valve 34 → the condenser 4 in this order Wherein the liquid centrifugal pump is a centrifugal type centrifugal pump.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2021174067A1 (en) * 2020-02-26 2021-09-02 Johnson Controls Technology Company Free cooling system for hvac system

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