KR20200061418A - 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템 - Google Patents

보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 가스 냉각기에서 나온 이산화탄소를 보조 냉각 사이클을 순환하는 냉매를 이용하여 추가적으로 냉각시킴으로써, 외기 온도의 영향을 받는 가스 냉각기의 한계를 보완하여, 이산화탄소의 온도를 충분히 낮추 수 있으므로 냉방 능력이 향상되고 성능 계수가 향상될 수 있다. 또한, 이산화탄소가 순환하는 사이클과, 프로판, 이소부탄 등 냉매가 순환하는 사이클을 별도로 구비함으로써, 상기 냉매와 상기 이산화탄소를 혼합하여 사용시 압력비가 과대해지는 문제점을 방지하고 압축기의 소비 동력 증가를 방지하여 시스템의 효율을 확보할 수 있는 이점이 있다. 또한, 프로판이나 이소부탄 등과 같은 냉매는 가연성의 문제로 인해 시스템에 적용할 수 있는 유량에 한계가 있으므로, 상기 냉매를 보조 냉각 사이클만 순환하도록 하여, 소량의 가연성 냉매를 이용하면서 이산화탄소의 온도를 효과적으로 낮출 수 있으므로, 성능계수 및 안정성을 모두 향상시킬 수 있는 이점이 있다. 또한, 추가 냉각기를 추가함으로써, 보조 냉각기의 냉각 용량을 줄일 수 있으므로, 냉매의 충전량을 감소시키면서도 이산화탄소를 충분히 냉각시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템{Carbon dioxide cooling system with auxiliary cooling cycle}
본 발명은 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 이산화탄소가 순환하는 이산화탄소 냉방 사이클과 별도로 냉매가 순환하는 보조 냉각 사이클을 추가함으로써, 이산화탄소 냉방 사이클의 가스 냉각기의 토출측 온도를 낮추어 성능계수를 향상시킬 수 있는 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템에 관한 것이다.
냉방 사이클 장치에서는 주로 HFC(HydroFluoroCarbon)계열 냉매를 주로 사용하였다. 그러나, 최근에는 지구환경에 대한 문제인식이 증가함에 따라 다양한 환경 규제에 의해 HFC 계열의 냉매 사용을 억제하고, 지구온난화지수(GWP, Global-warming potential)가 낮은 냉매를 활용하는 시스템에 대한 요구가 증가하고 있다.
따라서, HFC 계열의 냉매를 대체하기 위한 대체 냉매의 하나로서 이산화탄소를 사용하는 초임계 이산화탄소 냉동 사이클에 대한 관심이 증가하고 있다.
상기 초임계 이산화탄소 냉동 사이클의 냉방 용량을 최대화시켜 성능 계수를 증가시키기 위하여, 가스 냉각기에서 토출되는 이산화탄소의 온도를 효과적으로 낮출 수 있는 기술이 필요하다.
종래에는 열전소자를 활용하여 가스 냉각기의 후단의 온도를 낮추었으나, 열전소자의 열적용량이 적기 때문에 온도를 낮추는 데 한계가 있는 문제점이 있다.
또한, 초임계 이산화탄소와 냉매를 혼합한 혼합냉매를 활용하는 기술도 있으나, 압력비가 과대해서 압축기의 소비동력이 증가하기 때문에, 시스템의 효율이 오히려 낮아지는 문제점이 있다. 또한, 프로판과 이소부탄은 높은 가연성의 문제로 시스템에 적용할 수 있는 유량을 늘리는 데 한계가 있으므로, 냉방용량을 늘릴 수 없는 문제점이 있다.
한국등록특허 10-1729176호
본 발명의 목적은, 냉방용량을 증대시켜 성능계수를 향상시킬 수 있는 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템은, 이산화탄소가 순환하는 이산화탄소 유로로 연결되고, 1단 압축기, 2단 압축기, 가스 냉각기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 이산화탄소 냉방 사이클과; 냉매가 순환하는 냉매 유로로 연결되고, 보조 압축기, 보조 열교환기 및 보조 팽창밸브를 포함하는 보조 냉각 사이클과; 상기 이산화탄소 냉방 사이클과 상기 보조 냉각 사이클 사이에 구비되어, 상기 이산화탄소와 상기 냉매를 열교환시켜 상기 이산화탄소를 냉각시키는 쿨링수단을 포함하고, 상기 쿨링수단은, 일측은 상기 이산화탄소 유로 중에서 상기 가스 냉각기와 상기 팽창밸브를 연결하는 유로가 통과하고, 타측은 상기 냉매 유로 중에서 상기 보조 팽창밸브의 토출유로가 통과하도록 구비되어, 상기 가스 냉각기에서 나온 이산화탄소를 상기 냉매와 열교환시켜 냉각시키는 보조 냉각기와, 일측은 상기 이산화탄소 유로 중에서 상기 1단 압축기와 상기 2단 압축기를 연결하는 유로가 통과하고, 타측은 상기 냉매 유로 중에서 상기 보조 냉각기의 토출유로가 통과하도록 구비되어, 상기 1단 압축기에서 나온 이산화탄소를 상기 냉매와 열교환시켜 냉각시키는 중간 냉각기를 포함하는 보조 냉각 사이클을 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템은,이산화탄소가 순환하는 이산화탄소 유로로 연결되고, 압축기, 가스 냉각기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 이산화탄소 냉방 사이클과; 냉매가 순환하는 냉매 유로로 연결되고, 보조 압축기, 보조 열교환기 및 보조 팽창밸브를 포함하는 보조 냉각 사이클과; 상기 이산화탄소 냉방 사이클과 상기 보조 냉각 사이클 사이에 구비되어, 상기 이산화탄소와 상기 냉매를 열교환시켜 상기 이산화탄소를 냉각시키는 쿨링수단과; 상기 쿨링수단은, 일측은 상기 이산화탄소 유로 중에서 상기 가스 냉각기와 상기 팽창밸브를 연결하는 유로가 통과하고, 타측은 상기 냉매 유로 중에서 상기 보조 팽창밸브의 토출유로가 통과하도록 구비되어, 상기 가스 냉각기에서 나온 이산화탄소를 상기 냉매와 열교환시켜 냉각시키는 보조 냉각기를 포함하고, 상기 이산화탄소 냉방 사이클은, 상기 가스 냉각기와 상기 보조 냉각기를 연결하는 가스 냉각기 토출유로와, 상기 가스 냉각기 토출유로에서 분기되어 상기 가스 냉각기에서 나온 이산화탄소 중 일부를 바이패스시키는 바이패스 유로와, 상기 바이패스 유로에 설치되어, 바이패스된 이산화탄소를 팽창시키는 바이패스 팽창밸브와, 상기 가스 냉각기 토출유로와 상기 바이패스 유로 사이에 설치되어, 상기 가스 냉각기에서 나온 이산화탄소를 상기 바이패스 팽창밸브에서 팽창된 이산화탄소와 열교환시켜 상기 보조 냉각기로 흡입되는 이산화탄소를 추가 냉각시키는 추가 냉각기를 더 포함하는 보조 냉각 사이클을 포함한다.
본 발명은, 가스 냉각기에서 나온 이산화탄소를 보조 냉각 사이클을 순환하는 냉매를 이용하여 추가적으로 냉각시킴으로써, 외기 온도의 영향을 받는 가스 냉각기의 한계를 보완하여, 이산화탄소의 온도를 충분히 낮추 수 있으므로 냉방 능력이 향상되고 성능 계수가 향상될 수 있다.
또한, 이산화탄소가 순환하는 사이클과, 프로판, 이소부탄 등 냉매가 순환하는 사이클을 별도로 구비함으로써, 상기 냉매와 상기 이산화탄소를 혼합하여 사용시 압력비가 과대해지는 문제점을 방지하고 압축기의 소비 동력 증가를 방지하여 시스템의 효율을 확보할 수 있는 이점이 있다.
또한, 프로판이나 이소부탄 등과 같은 냉매는 가연성의 문제로 인해 시스템에 적용할 수 있는 유량에 한계가 있으므로, 상기 냉매를 보조 냉각 사이클만 순환하도록 하여, 소량의 가연성 냉매를 이용하면서 이산화탄소의 온도를 효과적으로 낮출 수 있으므로, 성능계수 및 안정성을 모두 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 추가 냉각기를 추가함으로써, 보조 냉각기의 냉각 용량을 줄일 수 있으므로, 냉매의 충전량을 감소시키면서도 이산화탄소를 충분히 냉각시킬 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템을 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 이산화탄소 냉방 시스템에서 냉매를 탄화수소계 단일 냉매로 사용하는 경우를 나타낸 그래프이다.
도 3은 도 1에 도시된 이산화탄소 냉방 시스템에서 냉매를 탄화수소계 혼합 냉매로 사용하는 경우를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템을 나타낸 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 이산화탄소 냉방 시스템에서 냉매를 탄화수소계 단일 냉매로 사용하는 경우를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템을 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템을 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템을 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템은, 이산화탄소가 순환하는 이산화탄소 냉방 사이클(10)과, 냉매가 순환하는 보조 냉각 사이클(100)과, 상기 이산화탄소 냉방 사이클(10)과 상기 보조 냉각 사이클(100)사이에 구비되어, 상기 이산화탄소와 상기 냉매를 열교환시켜 상기 이산화탄소를 냉각시키는 쿨링수단을 포함한다.
상기 이산화탄소 냉방 사이클(10)은, 상기 이산화탄소가 순환하는 이산화탄소 유로로 연결된다.
상기 이산화탄소 냉방 사이클(10)은, 1단 압축기(11), 2단 압축기(12), 가스 냉각기(13), 팽창밸브(14) 및 증발기(15)를 포함한다.
상기 가스 냉각기(13)는, 상기 2단 압축기(12)에서 토출된 이산화탄소를 외부 공기와 열교환시켜 냉각시킨다.
상기 증발기(15)는, 상기 팽창밸브(14)에서 팽창된 이산화탄소를 외부 공기와 열교환시켜 증발시킨다.
상기 보조 냉각 사이클(100)은, 상기 냉매가 순환하는 냉매 유로로 연결된다.
상기 냉매는, 프로판(R290), 이소부탄(R600a) 및 프로필렌(R1270) 등의 자연냉매인 탄화수소계 냉매를 포함하고, 이들 중 적어도 하나만을 사용한 탄화수소계 단일 냉매로 사용하거나, 이들을 혼합하여 탄화수소계 혼합 냉매로도 사용할 수 있다.
상기 보조 냉각 사이클(100)은, 보조 압축기(101), 보조 열교환기(102) 및 보조 팽창밸브(103)를 포함한다.
상기 보조 열교환기(102)는 상기 보조 압축기(101)에서 압축된 냉매를 외부 공기와 열교환시킨다.
상기 쿨링수단은, 보조 냉각기(130)와 중간 냉각기(140)를 포함한다.
상기 보조 냉각기(130)는, 일측은 상기 이산화탄소 유로가 통과하고, 타측은 상기 냉매 유로가 통과하도록 형성된 열교환기이다.
즉, 상기 보조 냉각기(130)는, 일측은 상기 이산화탄소 유로 중에서 상기 가스 냉각기(13)와 상기 팽창밸브(14)를 연결하는 가스 냉각기 토출유로(13a)가 통과하고, 타측은 상기 냉매 유로 중에서 상기 보조 팽창밸브의 토출유로(103a)가 통과하도록 형성된 열교환기이다.
상기 보조 냉각기(130)는, 상기 가스 냉각기(13)에서 토출된 이산화탄소를 상기 냉매를 이용하여 냉각시킨다.
상기 중간 냉각기(140)는, 일측은 상기 이산화탄소 유로가 통과하고, 타측은 상기 냉매 유로가 통과하도록 형성된 열교환기이다.
즉, 상기 중간 냉각기(140)는, 일측은 상기 이산화탄소 유로 중에서 상기 1단 압축기(11)와 상기 2단 압축기(12)를 연결하는 압축기 중간 유로(11a)가 통과하고, 타측은 상기 냉매 유로 중에서 상기 보조 냉각기(130)의 토출유로(104)가 통과하도록 형성된 열교환기이다.
상기 중간 냉각기(140)는, 상기 1단 압축기(11)에서 나온 이산화탄소를 상기 냉매를 이용하여 냉각시킨다.
한편, 상기 보조 냉각 사이클(100)은, 상기 보조 냉각기(130)의 토출유로(104)에서 분기되어 상기 중간 냉각기(140)를 바이패스하도록 형성된 중간냉각기 바이패스유로(105)와, 상기 중간냉각기 바이패스 밸브(106)를 더 포함할 수 있다.
상기 중간냉각기 바이패스 밸브(106)는, 삼방 밸브를 사용하는 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 중간냉각기 바이패스 밸브(106)는, 상기 1단 압축기(11)에서 토출된 이산화탄소의 온도, 상기 보조 냉각기(130)를 통과한 냉매의 온도에 따라 개도량이 제어될 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 제1실시예에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템의 작동을 설명하면, 다음과 같다.
상기 1단 압축기(11)에서 1차 압축된 이산화탄소는 상기 중간 냉각기(140)로 유입된다.
상기 중간 냉각기(140)에서 상기 이산화탄소와 상기 냉매와의 열교환이 이루어짐으로써, 상기 중간 냉각기(140)에서 상기 이산화탄소는 냉각되고, 상기 냉매는 과열된다.
상기 중간 냉각기(140)에서 냉각된 이산화탄소는 상기 2단 압축기(12)로 흡입된다.
따라서, 상기 중간 냉각기(140)에서 토출되는 상기 이산화탄소의 온도가 낮아지므로, 상기 2단 압축기(12)에서 소모되는 동력이 저감되어, 성능이 향상될 수 있다.
상기 2단 압축기(12)에서 2차 압축된 이산화탄소는 상기 가스 냉각기(13)에서 외부 공기와 열교환되어 냉각된다.
상기 가스 냉각기(13)에서 냉각된 이산화탄소는 상기 보조 냉각기(130)로 유입된다.
상기 보조 냉각기(130)에서 상기 이산화탄소와 상기 냉매와의 열교환이 이루어짐으로써, 상기 보조 냉각기(130)에서 상기 이산화탄소는 추가 냉각되고, 상기 냉매는 가열된다.
따라서, 상기 이산화탄소가 상기 보조 냉각기(130)에서 충분히 냉각됨으로써, 냉방 능력이 향상되어 성능계수가 향상될 수 있다.
즉, 상기 가스 냉각기(13)는 외기와의 열교환을 통해 냉각시키기 때문에, 외기 온도가 높을 경우에는 상기 이산화탄소의 온도를 낮추는 데 한계가 따르는 문제점이 있었다.
그러나, 본 발명에서는 상기 가스 냉각기(13)에서 나온 이산화탄소를 상기 보조 냉각기(130)에서 추가적으로 냉각시킴으로써, 상기 이산화탄소의 온도를 충분히 낮출 수 있으므로 냉방 능력이 향상될 수 있다.
또한, 상기 프로판이나 이소부탄과 같은 냉매를 상기 이산화탄소와 혼합하여 사용할 경우, 압력비가 과대해서 압축기의 소비 동력이 증가하는 문제점이 생길 수 있으나, 본 발명에서는 상기 이산화탄소가 순환하는 사이클과 상기 프로판이나 이소부탄과 같은 냉매가 순환하는 사이클을 별도로 구성함으로써, 압축기의 소비 동력 증가가 방지되어 시스템의 효율을 확보할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 프로판이나 이소부탄과 같은 냉매는 가연성의 문제로 인해 시스템에 적용할 수 있는 유량에 한계가 있으나, 본 발명에서는 상기 냉매는 상기 가스 냉각기(13)의 후단의 온도를 낮추는 보조 냉각 사이클에만 충전하면 되기 때문에, 소량의 가연성 냉매를 이용하여 이산화탄소의 온도를 낮추어 성능계수를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
한편, 도 2는 도 1에 도시된 이산화탄소 냉방 시스템에서 냉매를 탄화수소계 단일 냉매로 사용하는 경우를 나타낸 그래프이다. 도 3은 도 1에 도시된 이산화탄소 냉방 시스템에서 냉매를 탄화수소계 혼합 냉매로 사용하는 경우를 나타낸 그래프이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 팽창밸브(14)로 흡입되기 이전의 이산화탄소의 온도가 종래(C)의 경우에는 35℃였으나, 상기 보조 냉각기(130)와 상기 중간 냉각기(140)가 추가됨으로써, 20℃로 낮아진 것을 알 수 있다.
따라서, 상기 이산화탄소의 온도를 충분히 낮춤으로써, 냉방 능력이 향상될 수 있다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템을 나타낸 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템은, 상기 이산화탄소 냉방 사이클(10)에서 상기 가스 냉각기(13)와 상기 보조 냉각기(130) 사이에 구비된 추가 냉각기(200)를 더 포함하는 것이 상기 제1실시예와 상이하고 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 추가 냉각기(200)는, 상기 가스 냉각기 토출유로(13a)와 증발기 토출유로(15a)사이에 설치되어, 상기 가스 냉각기(13)에서 나온 이산화탄소를 상기 증발기에서 토출된 이산화탄소와 열교환시켜, 상기 보조 냉각기(130)로 흡입되기 이전의 이산화탄소를 추가로 냉각시킨다.
즉, 상기 추가 냉각기(200)는 상기 이산화탄소끼리 열교환시키는 열교환기이다.
상기 추가 냉각기(200)가 추가됨으로써, 상기 보조 냉각기(130)의 냉각 용량을 줄일 수 있으므로, 상기 냉매의 충전량을 낮출 수 있는 이점이 있다.
도 5는 도 1에 도시된 이산화탄소 냉방 시스템에서 냉매를 탄화수소계 단일 냉매로 사용하는 경우를 나타낸 그래프이다.
도 5를 참조하면, 상기 가스 냉각기(13)에서 나온 이산화탄소의 온도는 35℃이고, 상기 추가 냉각기(200)에서 제1온도(T1)까지 냉각된 후, 상기 보조 냉각기(130)에서 25℃까지 냉각되는 것을 알 수 있다. 즉, 상기 보조 냉각기(130)는 상기 제1온도(T1)에서 25℃까지 냉각시키면 되므로, 냉각 용량이 감소될 수 있다. 따라서, 별도의 에너지원을 필요로 하지 않는 상기 추가 냉각기(200)를 구비함으로써, 상기 보조 냉각기(130)의 냉각 용량을 줄일 수 있다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템을 나타낸 도면이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템은, 상기 이산화탄소 냉방 사이클(10)에서 1개의 압축기(320)와, 상기 가스 냉각기(13)와 상기 보조 냉각기(130) 사이에 구비된 추가 냉각기(200)와, 상기 가스 냉각기(13)에서 나온 이산화탄소 중 일부를 바이패스시키는 바이패스 유로(310)와, 상기 바이패스 유로(310)를 개폐하는 바이패스 팽창밸브(312)를 더 포함하는 것이 상기 제1실시예와 상이하고 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 바이패스 유로(310)의 일단은, 상기 가스 냉각기 토출유로(13a)에서 분기되어 상기 가스 냉각기(13)에서 냉각된 이산화탄소 중 적어도 일부를 바이패스 시킨다.
상기 바이패스 유로(310)의 타단은, 상기 압축기(320)의 내부로 연결되어, 상기 추가 냉각기(300)에서 열교환되어 가열된 이산화탄소를 상기 압축기(320)의 내부로 인젝션한다.
상기 바이패스 팽창밸브(312)는, 상기 바이패스 유로(310)에 설치되어, 상기 가스 냉각기 토출유로(13a)에서 바이패스된 이산화탄소를 팽창시킨다.
상기 가스 냉각기 토출유로(13a)에서 상기 바이패스 유로(310)가 분기되는 지점에는 바이패스 밸브(314)가 설치된다. 상기 바이패스 밸브(314)는, 상기 바이패스 유로(310)를 개폐하거나 상기 바이패스 유로(310)로 유입되는 이산화탄소의 양을 제어한다.
상기 추가 냉각기(300)는, 상기 가스 냉각기(13)에서 나와 상기 보조 냉각기(130)로 흡입되기 이전의 이산화탄소와 상기 바이패스 팽창밸브(312)에서 팽창된 이산화탄소를 열교환시켜, 상기 보조 냉각기(130)로 흡입되기 이전의 이산화탄소를 추가로 냉각시킨다.
상기 추가 냉각기(300)가 추가됨으로써, 상기 보조 냉각기(130)의 냉각 용량을 줄일 수 있으므로, 상기 냉매의 충전량을 낮출 수 있는 이점이 있다.
본 실시예에서는, 상기 이산화탄소 냉방 사이클(10)이 1개의 압축기(320)만을 포함하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 2개의 이상의 압축기가 구비되어, 상기 바이패스 유로(310)의 타단이 압축기들 사이의 유로로 연결되는 것도 물론 가능하다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템을 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제4실시예에 따른 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템은, 상기 가스 냉각기(13)에서 나온 이산화탄소 중 일부를 바이패스시키는 바이패스 유로(410)가 상기 압축기(320)의 흡입유로(320a)에 연결된 것이 상기 제3실시예와 상이하고 그 외 나머지 구성 및 작용은 유사하므로, 상이한 점을 중심으로 상세히 설명한다.
상기 바이패스 유로(410)의 일단은, 상기 가스 냉각기 토출유로(13a)에서 분기되어 상기 가스 냉각기(13)에서 냉각된 이산화탄소 중 적어도 일부를 바이패스 시킨다.
상기 바이패스 유로(410)의 타단은, 상기 압축기(320)의 흡입유로(320a)로 연결되어, 상기 추가 냉각기(300)에서 열교환되어 가열된 이산화탄소를 상기 압축기(320)의 흡입측으로 안내한다.
상기 추가 냉각기(300)가 추가됨으로써, 상기 보조 냉각기(130)의 냉각 용량을 줄일 수 있으므로, 상기 냉매의 충전량을 낮출 수 있는 이점이 있다.
본 실시예에서는, 상기 이산화탄소 냉방 사이클(10)이 1개의 압축기(320)만을 포함하는 것으로 예를 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않고, 2개의 이상의 압축기가 구비되어, 상기 바이패스 유로(310)의 타단이 압축기들 사이의 유로로 연결되는 것도 물론 가능하다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
10: 이산화탄소 냉방 사이클 11: 1단 압축기
12: 2단 압축기 13: 가스 냉각기
14: 팽창밸브 15: 증발기
100: 보조 냉각 사이클
101: 보조 압축기 102: 보조 열교환기
103: 보조 팽창밸브 130: 보조 냉각기
140: 중간 냉각기 200, 300: 추가 냉각기
310, 410: 바이패스 유로

Claims (7)

  1. 이산화탄소가 순환하는 이산화탄소 유로로 연결되고, 1단 압축기, 2단 압축기, 가스 냉각기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 이산화탄소 냉방 사이클과;
    냉매가 순환하는 냉매 유로로 연결되고, 보조 압축기, 보조 열교환기 및 보조 팽창밸브를 포함하는 보조 냉각 사이클과;
    상기 이산화탄소 냉방 사이클과 상기 보조 냉각 사이클 사이에 구비되어, 상기 이산화탄소와 상기 냉매를 열교환시켜 상기 이산화탄소를 냉각시키는 쿨링수단을 포함하고,
    상기 쿨링수단은,
    일측은 상기 이산화탄소 유로 중에서 상기 가스 냉각기와 상기 팽창밸브를 연결하는 유로가 통과하고, 타측은 상기 냉매 유로 중에서 상기 보조 팽창밸브의 토출유로가 통과하도록 구비되어, 상기 가스 냉각기에서 나온 이산화탄소를 상기 냉매와 열교환시켜 냉각시키는 보조 냉각기와,
    일측은 상기 이산화탄소 유로 중에서 상기 1단 압축기와 상기 2단 압축기를 연결하는 유로가 통과하고, 타측은 상기 냉매 유로 중에서 상기 보조 냉각기의 토출유로가 통과하도록 구비되어, 상기 1단 압축기에서 나온 이산화탄소를 상기 냉매와 열교환시켜 냉각시키는 중간 냉각기를 포함하는 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 이산화탄소 냉방 사이클은,
    상기 가스 냉각기와 상기 보조 냉각기를 연결하는 가스 냉각기 토출유로와,
    상기 증발기와 상기 1단 압축기를 연결하는 증발기 토출유로와,
    상기 가스 냉각기 토출유로와 상기 증발기 토출유로 사이에 설치되어, 상기 가스 냉각기에서 나온 이산화탄소를 상기 증발기에서 토출된 이산화탄소와 열교환시켜 상기 보조 냉각기로 흡입되는 이산화탄소를 추가 냉각시키는 추가 냉각기를 더 포함하는 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조 냉각 사이클은,
    상기 보조 냉각기의 토출측에서 분기되어 상기 중간 냉각기를 바이패스하도록 형성된 중간냉각기 바이패스유로와,
    상기 중간냉각기 바이패스유로를 개폐하는 중간냉각기 바이패스 밸브를 더 포함하는 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템.
  4. 이산화탄소가 순환하는 이산화탄소 유로로 연결되고, 압축기, 가스 냉각기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하는 이산화탄소 냉방 사이클과;
    냉매가 순환하는 냉매 유로로 연결되고, 보조 압축기, 보조 열교환기 및 보조 팽창밸브를 포함하는 보조 냉각 사이클과;
    상기 이산화탄소 냉방 사이클과 상기 보조 냉각 사이클 사이에 구비되어, 상기 이산화탄소와 상기 냉매를 열교환시켜 상기 이산화탄소를 냉각시키는 쿨링수단과;
    상기 쿨링수단은,
    일측은 상기 이산화탄소 유로 중에서 상기 가스 냉각기와 상기 팽창밸브를 연결하는 유로가 통과하고, 타측은 상기 냉매 유로 중에서 상기 보조 팽창밸브의 토출유로가 통과하도록 구비되어, 상기 가스 냉각기에서 나온 이산화탄소를 상기 냉매와 열교환시켜 냉각시키는 보조 냉각기를 포함하고,
    상기 이산화탄소 냉방 사이클은,
    상기 가스 냉각기와 상기 보조 냉각기를 연결하는 가스 냉각기 토출유로와,
    상기 가스 냉각기 토출유로에서 분기되어 상기 가스 냉각기에서 나온 이산화탄소 중 일부를 바이패스시키는 바이패스 유로와,
    상기 바이패스 유로에 설치되어, 바이패스된 이산화탄소를 팽창시키는 바이패스 팽창밸브와,
    상기 가스 냉각기 토출유로와 상기 바이패스 유로 사이에 설치되어, 상기 가스 냉각기에서 나온 이산화탄소를 상기 바이패스 팽창밸브에서 팽창된 이산화탄소와 열교환시켜 상기 보조 냉각기로 흡입되는 이산화탄소를 추가 냉각시키는 추가 냉각기를 더 포함하는 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 바이패스 유로는,
    일단은 상기 가스 냉각기 토출유로에 연결되고, 타단은 상기 압축기의 내부로 연결되어, 상기 추가 냉각기에서 나온 이산화탄소를 상기 압축기의 내부로 인젝션하도록 형성된 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 바이패스 유로는,
    일단은 상기 가스 냉각기 토출유로에 연결되고, 타단은 상기 압축기의 흡입측 유로로 연결되어, 상기 추가 냉각기에서 나온 이산화탄소를 상기 압축기의 흡입측으로 안내하도록 형성된 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템.
  7. 청구항 4에 있어서,
    상기 가스 냉각기 토출유로에서 상기 바이패스 유로가 분기되는 지점에 설치되어, 상기 바이패스 유로를 개폐하는 바이패스 밸브를 더 포함하는 보조 냉각 사이클을 포함한 이산화탄소 냉방 시스템.
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