KR20230155668A - 동절기 냉동싸이클의 압축기 냉매우회순환방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동절기 냉동싸이클의 압축기 냉매우회순환방법에 관한 것으로, 냉매순환라인의 도중에 마련된 압축기와, 상기 압축기에 의해 고온고압으로 압축되어 급송되는 고온고압의 기체냉매를 고온고압의 액상냉매로 응축 액화시키기 위한 1차 응축기와, 상기 1차 응축기에서 응축된 고온고압의 액상냉매를 일시 저장하는 수액기와, 상기 수액기로부터 이송된 고온의 액체냉매를 안개상태로 급속 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 수액기와 팽창밸브 사이에 장설되어 수액기에서 팽창밸브로 공급되는 액상냉매의 이송 압력을 증압시켜 공급하기 위한 냉매유량 증압펌프와, 상기 팽창밸브에서 급속 팽창된 안개상태의 냉매로 하여금 외부 열교환매체가 가진 열을 빼앗는 열교환작용으로 증발되게 하는 과정에서 주위의 열을 흡수한 후 저온의 기체상태로 변화시키는 증발기가 구성되어 있으며, 상기 수액기에 저장되는 냉매를 다시 한번더 순환시켜서 응축 액화시킨 액상냉매를 다시 수액기로 공급하기 위한 2차 응축기를 포함하고 있도록 구성되는 냉동싸이클에 있어서,
상기 냉매유량 증압펌프와 팽창밸브 사이에 연결되어 수액기에 저장되어 있는 액상냉매를 상기 2차 응축기로 순환 공급하기 위한 제1 냉매우회라인과, 상기 제1 냉매우회라인에는 냉매의 이송량을 조절하기 위한 냉매유량제어밸브 및 냉매의 이송을 개폐하기 위한 제1 전자밸브가 장설되어 상기 냉매유량 증압펌프에 의해 펌핑 이송되는 액상냉매의 100% 중 30~40%에 해당하는 비율의 액상냉매는 2차 응축기로 공급하도록 구성되며, 나머지 60~70%에 해당하는 액상냉매는 팽창밸브를 우회순환케 하는 제2 냉매우회라인를 통해 증발기로 공급하도록 구성되어 있으며,
상기 증발기로 공급되는 안개상태의 냉매는 열교환매체로부터 열을 빼앗아 증발하는 과정에서 주변 온도를 적절한 온도 이하로 냉각시키고 이송되는 저온의 냉매가스는 압축기를 우회하여 순환케 하는 제3 냉매우회라인을 통해 1차 응축기로 이송되어 응축 액화되어 수액기에 일시 저장된 다음 상기 냉매유량 증압펌프의 펌핑작동에 의하여 증발기측으로 순환하는 작용을 반복 되풀이하도록 구성된 것을 특징으로 하는 발명이다.

Description

동절기 냉동싸이클의 압축기 냉매우회순환방법{Compressor refrigerant bypass circulation method in winter refrigerant cycle}

본 발명은 동절기 냉동싸이클의 압축기 냉매우회순환방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 동절기에 실내 온도에 비하여 실외 온도가 대략 10℃ 이하로 낮은 경우에는 냉동싸이클을 순환하는 냉매의 순환작용을 도움을 주는 냉매조절 증압펌프의 펌핑압력만으로 냉매를 순환시킬 수 있도록 함으로써 동절기에 냉동싸이클의 압축기 동력을 절약할 수 있도록 하는 한편, 하절기에는 수액기에 일시 저장되는 냉매액의 온도를 저감시킴으로써 응축기에서 응축 액화되는 냉매를 수액기로 원활하게 순환시킬 수 있도록 하여 압축기의 운전동력을 줄일 수 있도록 하는 동시에 증발기의 냉각성능을 향상시키는 기능을 겸비하도록 구성되는 동절기의 냉동싸이클의 압축기 냉매우회순환방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉동싸이클은 식품이나 음료 및 식품 등을 저온에서 장시간 보관하기 위한 냉장고와 냉동고 또는 높은 외기에 대하여 실내의 온도를 쾌적하게 유지하는 에어컨 등의 기기에 널리 사용되고 있는 것으로 알려져 있다.

상기와 같은 용도로 사용되는 냉동싸이클은 지구온난화로 인해 발생하는 미세먼지 등으로 인하여 실외에 노출되도록 설치되는 응축기의 성능이 현저하게 떨어지기 때문에 압축기의 토출압력이 상대적으로 상승하게 되며, 이로 인해 압축기의 소요동력이 증가하게 될 뿐 아니라 냉동기의 효율이 저하되어 냉동기의 운전시간이 길어지게 되며, 이에 따라 전기에너지의 소요비용이 증가하게 되는 등의 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점이 발생하게 되는 원인에 대하여 살펴보면 다음과 같다.

일반적으로 종래 기술의 냉동싸이클은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 냉매순환라인(100)의 도중에 설치되어 있는 압축기(110)에서 고온고압으로 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매는 응축기(120)에서 실외 공기와의 열교환작용으로 응축하게 되며, 상기 응축기(120)에서 응축 액화되는 고온고압의 액상냉매는 수액기(130)에 일시 저장된 후 팽창밸브(140)측으로 이송되며, 상기 팽창밸브(140)는 수액기(130)에서 이송되는 액상냉매를 안개상태로 급속 팽창시켜서 증발기(150)로 공급하게 되며, 상기 증발기(150)로 공급되는 안개상태의 냉매는 주변의 열교환매체(공기, 물 등)로부터 열을 빼앗아 증발하는 과정에서 주변 온도를 차갑게 냉각시키는 한편, 열을 빼앗는 과정에서 증발되는 저온의 기체냉매는 액분리기(160)을 거쳐 압축기(110)에 유입되어 고온고압으로 압축되어 응축기(120)로 토출되는 작용을 반복 되풀이하는 방법으로 냉매를 순환시키게 된다.

상기와 같은 종래 기술의 냉동싸이클은 봄, 여름, 가을, 겨울 등 4계절 동안 계속 운전하도록 구성되어 있는바, 상기한 4계절 중 실내온도보다 실외온도가 높은 하절기에는 냉동싸이클이 적용된 에어컨 기기를 이용하여 실내온도를 낮추기 위해 냉동싸이클의 압축기(110)를 계속 작동시키는 방법으로 냉매를 강제 순환시켜서 실내 온도가 실외 온도보다 낮게 유지되도록 조절하게 되는데, 이때 실외 온도가 실내 온도보다 10℃ 이하로 낮을 때의 동절기에도 냉동싸이클의 냉매를 계속하여 순환시키기 위해서는 냉동싸이클의 압축기(110)를 계속 가동시키는 방법으로 냉매를 순환시키게 될 경우에는 상기 압축기(110)를 작동시키는데 따른 동력이 많이 소요되며, 이로 인해 냉동싸이클의 운전비용이 비싸지게 된다는 것이 문제점으로 지적되어 왔다.

또한 하절기의 경우 실내 온도에 비하여 실외 온도가 훨씬 높을 때에는 냉동싸이클의 응축기에서 응축 액화되는 액상냉매의 온도에 비하여 수액기에 일시 저장되는 액상냉매의 온도가 같거나 별 차이가 없는 상태일 때에는 응축기에서 수액기로 순환하는 냉매의 순환작용이 원활하지 않게 되므로, 이를 위해 본 발명의 발명인은 응축기에서 응축 액화되는 액상냉매의 온도에 비하여 수액기에 일시 저장되는 액상냉매의 온도가 낮은 온도로 저감될 수 있도록 조절하기 위한 수단으로서, 선행기술(등록특허공보 제10-2350303호)을 제안한 바 있다.

상기한 선행기술은 도 5의 도시와 같이 냉매순환라인(200)의 도중에 설치되어 있는 압축기(210)에서 고온고압으로 압축되는 기체냉매는 1차 응축기(220)에서 열교환매체(공기, 물 따위)와의 열교환작용으로 응축 액화된 후 수액기(230)에 일시 저장되고, 상기 수액기(230)에 저장되는 고온의 액상냉매 상부에 저장되는 가스상태의 기체냉매를 2차 응축기(240)로 이송시켜서 열교환매체(공기, 물 따위)와의 열교환작용으로 응축 액화되어 다시 수액기(230)에 저장되었다가 팽창밸브(240)측으로 공급되게 하며, 상기 팽창밸브(240)는 수액기(230)에서 공급되는 액상냉매를 안개상태로 급속 팽창시켜 증발기(260)로 공급하게 되고, 상기 증발기(260)에 공급된 안개상태의 냉매가 주변의 열을 빼앗아 증발하게 되는 과정에서 차갑게 냉각되는 공기를 실내에 송풍시키는 에어컨 시스템으로 사용하도록 구성하거나 또는 많은 열을 빼앗아 주변 온도를 실온 이하의 적절한 온도로 냉각 및 냉동시키도록 구성하는 수단으로 냉장 및 냉동 시스템으로 사용하도록 구성할 수 있도록 하는 냉동싸이클을 제안한 바 있다.

그러나, 상기한 선행기술(특허등록 제10-2350303호)의 경우는 압축기(210)에서 압축되는 고온고압의 기체냉매를 응축하여 액화시키는 1차 응축기(220)에서 응축된 고온의 액상냉매를 수액기(230)에 일시 저장하게 되며, 상기 수액기(230)의 내부에 일시 저장되는 고온의 액상냉매는 가스상태의 기체냉매와 함께 저장되는 상태가 되는데, 이때 상기 수액기(230)의 하부에 저장되는 액상냉매는 2차 응축기(240)로 공급되지 않고 상기 수액기(230)의 수면 상부에 저장되어 있는 가스상태의 기체냉매만 2차 응축기(240)로 이송 공급되도록 구성되어 있기 때문에 상기 2차 응축기(240)에서 응축 액화되는 액상냉매의 응축량은 매우 적은 량으로 응축 액화될 수밖에 없으며, 이러한 이유로 인해 상기 2차 응축기(240)에서 2차적으로 응축되는 액상냉매의 응축 액화량이 매우 적어 수액기(230)에 2차적으로 이송 공급 저장되는 액상냉매의 공급량이 적은 상태가 되므로 상기 수액기(230)에 저장되었다가 팽창밸브(250)측으로 공급되는 액상냉매의 온도는 1차 응축기(220)에서 1차적으로 응축되는 액상냉매의 온도에 비하여 온도편차가 많이 나타날 정도로 낮아진 상태가 아니기 때문에 냉매의 순환이 원활하지 않게 되는 현상은 여전히 남아있게 된다는 것이 문제점으로 지적되고 있다.

등록특허공보 제10-2350303호(2022. 01. 17. 공고)

본 발명은 상기와 같은 종래 기술에서 나타나는 제반 문제를 감안하여 제안된 것으로, 실외 온도가 실내 온도에 비하여 10℃ 이하로 낮은 동절기의 경우에는 압축기보다 훨씬 적은 동력비용이 소요되는 냉매유량 증압펌프를 이용하여 냉매를 순환시키게 되더라도 증발기에서 열교환매체와의 열교환작용으로 증발하는 저온의 기체냉매가 압축기를 우회하여 1차 응축기에서 응축되는 과정을 거친 후 수액기에 일시 저장되었다가 다시 증발기측으로 순환하는 순환작용을 반복 되풀이하도록 구성함으로써 동절기에 냉동싸이클의 냉매순환라인으로 냉매를 순환시키는데 따른 운전비용을 절감할 수 있도록 하였으며, 또한 하절기의 경우에는 수액기에 일시 저장되는 액상냉매의 온도를 저감시킬 수 있도록 함으로써 냉매의 압축기를 과도하게 가동시키지 않게 되더라도 냉매의 순환작용이 원활하게 이루어질 수 있도록 구성되는 냉동싸이클을 제공하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 추구하기 위한 수단으로서,

냉매순환라인의 도중에 마련된 압축기와, 상기 압축기에 의해 고온고압으로 압축되어 급송되는 고온고압의 기체냉매를 고온고압의 액상냉매로 응축 액화시키기 위한 1차 응축기와, 상기 1차 응축기에서 응축된 고온고압의 액상냉매를 일시 저장하는 수액기와, 상기 수액기로부터 이송된 고온의 액체냉매를 안개상태로 급속 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 수액기와 팽창밸브 사이에 장설되어 수액기에서 팽창밸브로 공급되는 액상냉매의 이송 압력을 증압시켜 공급하기 위한 냉매유량 증압펌프와, 상기 팽창밸브에서 급속 팽창된 안개상태의 냉매로 하여금 외부 열교환매체가 가진 열을 빼앗는 열교환작용으로 증발되게 하는 과정에서 주위의 열을 흡수한 후 저온의 기체상태로 변화시키는 증발기가 구성되어 있으며, 상기 수액기에 저장되는 냉매를 다시 한번더 순환시켜서 응축 액화시킨 액상냉매를 다시 수액기로 공급하기 위한 2차 응축기를 포함하고 있도록 구성되는 냉동싸이클에 있어서,

상기 냉매유량 증압펌프와 팽창밸브 사이에 연결되어 수액기에 저장되어 있는 액상냉매를 상기 2차 응축기로 순환 공급하기 위한 제1 냉매우회라인과, 상기 제1 냉매우회라인에는 냉매의 이송량을 조절하기 위한 냉매유량제어밸브 및 냉매의 이송을 개폐하기 위한 제1 전자밸브가 장설되어 상기 냉매유량 증압펌프에 의해 펌핑 이송되는 액상냉매의 100% 중 30~40%에 해당하는 비율의 액상냉매는 2차 응축기로 공급하도록 구성되며, 나머지 60~70%에 해당하는 액상냉매는 팽창밸브를 우회순환케 하는 제2 냉매우회라인를 통해 증발기로 공급하도록 구성되어 있으며,

상기 증발기로 공급되는 안개상태의 냉매는 열교환매체로부터 열을 빼앗아 증발하는 과정에서 주변 온도를 적절한 온도 이하로 냉각시키고 이송되는 저온의 냉매가스는 압축기를 우회하여 순환케 하는 제3 냉매우회라인을 통해 1차 응축기로 이송되어 응축 액화되어 수액기에 일시 저장된 다음 상기 냉매유량 증압펌프의 펌핑작동에 의하여 증발기측으로 순환하는 작용을 반복 되풀이하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3 냉매우회라인에는 증발기에서 증발하여 이송되는 저온의 냉매가스의 흐름을 개폐하기 위한 제3 전자밸브와, 상기 제3 전자밸브를 통과하는 기체냉매가 1차 응축기측으로 이송되는 것을 허용하는 증발기측 일방향 체크밸브가 각각 설치되어 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 냉매유량 증압펌프에 의해 펌핑 공급되는 100%의 비율에 해당하는 액상냉매 중 60~70%의 비율에 해당하는 대부분의 액상냉매는 팽창밸브에 의해 안개상태로 급속 팽창되어 증발기로 공급되도록 구성되는 한편, 나머지 일부에 해당하는 30~40% 비율의 액상냉매는 제1 냉매우회라인을 통해 2차 응축기로 이송되어 2차적으로 외부 열교환매체와의 열교환작용으로 응축되는 2차 응축 액상냉매는 상기 1차 응축기에서 1차적으로 응축 액화되어 수액기에 저장되는 1차 응축 액상냉매와의 혼합작용으로 상기 수액기에 저장되는 1차 및 2차 혼합 액상냉매는 상기 1차 응축기에서 응축 액화되는 1차 응축 액상냉매의 온도에 비하여 훨씬 낮은 온도를 유지하게 되므로 상기 1차 응축기에서 응축 액화되는 1차 응축 액상냉매는 그보다 낮은 온도의 액상냉매가 저장되어 있는 수액기측으로의 냉매순환작용이 원활하게 이루어질 수 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 동절기의 경우 실내 온도에 비하여 실외 온도가 10℃ 이하의 낮은 온도일 때에는 증발기에서 외부의 열교환매체와의 열교환작용으로 열을 빼앗는 과정에서 증발하게 되는 저온의 기체냉매가 압축기로 유입되지 않고 상기 압축기를 우회하여 제3 냉매우회라인을 통해 곧바로 1차 응축기로 이송되어 열교환작용으로 응축 액화된 후 수액기에 일시 저장되었다가 냉매유량 증압펌프에 의해 순환하는 순환작용이 반복 되풀이되도록 구성함으로써 동력이 많이 소요되는 압축기를 가동하지 않더라도 동력이 적게 소요되는 상기 냉매유량 증압펌프로 냉매를 순환시킬 수 있으므로 냉동싸이클의 운전비용을 크게 절감시킬 수 있도록 하는 효과가 있다.

또한, 하절기의 경우 압축기에서 고온고압으로 압축된 기체냉매를 1차적으로 응축 액화시키는 1차 응축기에서 토출되어 수액기에 일시 저장되는 고온의 액상냉매와, 상기 수액기에 저장되어 있는 액상냉매를 2차적으로 응축 액화시키는 2차 응축기에서 토출되는 저온의 액상냉매를 함께 수액기에 저장하는 수단으로, 상기 1차 응축기에서 응축되는 높은 온도의 액상냉매와 상기 2차 응축기에서 응축되는 낮은 온도의 액상냉매가 수액기에 함께 저장되어 혼합되도록 함으로써 상기 수액기에 저장되어 팽창밸브측으로 공급되는 냉매는 1차 및 2차 응축기에서 따로따로 응축되는 액상냉매의 온도보다 훨씬 낮은 온도로 저감된 저온의 액상냉매를 공급시킬 수 있도록 함으로써, 상기 압축기에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매가 응축기에서 응축 액화되는 액상냉매의 온도에 비하여 상기 수액기에 일시 저장되는 액상냉매의 온도가 훨씬 낮은 상태로 저감되므로 액상냉매의 순환작용을 원활하게 하는 효과가 있으며, 팽창밸브에서는 낮은 온도로 공급되는 액상냉매를 급속 팽창시켜서 증발기에 공급하게 되므로 상기 증발기의 냉각성능을 향상시키는 효과와 함께 압축기의 토출압력을 과다하게 증가시키지 않고도 냉매를 원활하게 순환시킬 수 있으므로 압축기의 동력소비를 줄일 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 냉동싸이클 회로도로서, 동절기의 경우 냉동싸이클을 순환하는 냉매가 압축기를 우회하여 순환하는 냉매순환 회로구성도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예의 냉동싸이클 회로도로서, 하절기의 경우 1차 및 2차 응축기에서 각각 응축 액화되는 1차 및 2차 응축 액상냉매가 수액기에 함께 저장 혼합되어 순환하는 냉매순환 회로구성도.
도 3은 본 발명의 냉매유량 증압펌프 운전으로 증발기측의 냉매 및 응축기측의 냉매를 수액기로 회수하기 위한 냉매순환 회로구성도.
도 4는 종래 기술의 냉동싸이클 회로구성도.
도 5는 선행기술의 냉동싸이클 회로구성도.

본 발명에 의한 동절기 냉동싸이클의 압축기 냉매우회순환방법에 대한 구체적인 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 제1 내지 제2 실시예의 냉동싸이클은 도 1 및 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 냉매순환라인(1)의 도중에 설치되어 있는 압축기(2)에서 고온고압으로 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매는 하나의 응축기 본체(3)에 병설되어 있는 1차 응축기(3a)로 이송되어 외부의 열교환매체(공기, 물 등)와의 열교환작용으로 응축 액화되어 수액기(4)에 일시 저장되며, 상기 수액기(4)에 저장되는 액상냉매는 냉매유량 증압펌프(5)의 운전작동에 의해 펌핑되어 팽창밸브(6)측으로 이송되며, 상기 팽창밸브(6)는 냉매유량 증압펌프(5)로부터 펌핑 이송되는 액상냉매를 안개상태로 급속 팽창시켜서 증발기(7)로 공급하게 되고, 상기 증발기(7)는 팽창밸브(6)에서 공급되는 안개상태의 냉매를 외부의 열교환매체(공기, 물 등)와의 열교환작용으로 열을 흡수하고 증발하는 과정에서 주변을 차갑게 냉각 및 냉동시키는 작용을 수행하게 되며, 이때 주변으로부터 열을 빼앗고 증발하는 저온의 기체냉매는 액분리기(8)을 거친 후 상기 압축기(2)의 저압측으로 유입되어 고온고압으로 압축되어 토출되는 작동을 반복 되풀이하도록 구성되어 있다.

본 발명의 특징 중 하나는, 상기 냉매유량 증압펌프(5)와 팽창밸브(6)를 연결하는 냉매순환라인(1) 사이에는 제1 냉매우회라인(11)이 연결되어 있으며, 상기 제1 냉매우회라인(11)은 응축기 본체(3)에 병설되어 있는 2차 응축기(3b)로 냉매를 공급하도록 구성되어 있다.

또한 상기 제1 냉매우회라인(11)에는 냉매유량 증압펌프(5)의 펌핑작동에 의해 팽창밸브(6)측으로 공급되는 100% 비율의 액상냉매 중 60~70%에 해당하는 대부분의 액상냉매는 팽창밸브(6)측으로 이송되도록 하는 동시에 나머지 30~40%의 비율에 해당하는 액상냉매는 제1 냉매우회라인(11)을 통해 2차 응축기(3b)에 유입될 수 있도록 냉매의 유량을 조절하기 위한 유량제어밸브(111)와 냉매의 흐름을 개폐하기 위한 제1 전자밸브(112)가 각각 장설되어 있도록 구성되어 있다.

또한 상기 냉매유량 증압펌프(5)와 팽창밸브(6)를 잇는 냉매순환라인(1)에는 액상냉매의 흐름을 개폐하기 위한 제2 전자밸브(113)가 장설되어 있으며, 상기 팽창밸브(6)의 입구라인(61)과 출구라인(62)에는 냉매순환라인(1)으로 이송되는 냉매가 팽창밸브(6)를 거치지 않고 우회하여 증발기(7)로 유입되도록 유도하는 제2 냉매우회라인(12)이 연결 형성되어 있으며, 상기 제2 냉매우회라인(12)에도 냉매의 흐름을 개폐하기 위한 제3 전자밸브(114)가 장설되어 있다.

본 발명의 특징 중 다른 하나는, 동절기에 동력이 많이 소요되는 압축기(2)를 운전하지 않는 대신에 동력이 적게 소요되는 냉매유량 증압펌프(5)를 운전하는 작동만으로 냉매순환라인(1)으로 냉매를 순환시킬 수 있도록 한 것에 있다.

이를 위해, 상기 증발기(7)에서 외부 열교환매체(공기, 물 등)와의 열교환작용으로 증발되는 저온의 기체냉매가 압축기(2)측으로 이송되지 않고 1차 응축기(3a)로 이송 공급되도록 유도하는 제3 냉매우회라인(13)을 형성한 것에 있으며, 상기 제3 냉매우회라인(13)에는 압축기(2)를 우회하여 순환하는 냉매의 흐름을 개폐하기 위한 제4 전자밸브(115)와 1차 응축기(3a)로 이송된 냉매의 역류를 방지하기 위한 증발기측 일방향 체크밸브(119)가 각각 형성되어 있다.

한편, 상기 하나의 응축기 본체(3)에 병설되어 있는 1차 응축기(3a)의 입구라인(31)으로 공급되어 열교환작용에 의해 응축 액화되는 1차 응축 액상냉매는 출구라인(32)을 통해 배출되어 수액기(4)에 일시 저장되며, 상기 제1 냉매우회라인(11)이 연결되는 입구라인(33)을 통해 2차 응축기(3b)로 유입되어 응축 액화되는 2차 응축 액상냉매는 출구라인(34)을 통해 배출되어 수액기(4)에 일시 저장되는데, 이때 상기 수액기(4)에는 1차 응축기(3a)에서 응축되는 1차 응축 액상냉매와 2차 응축기(3b)에서 응축되는 2차 응축 액상냉매가 함께 유입 저장되면서 혼합됨으로써 상기 수액기(4)에 저장되는 액상냉매는 상기 1차 응축기(3a)에서 1차적으로 응축되는 1차 응축 액상냉매의 온도보다 낮은 온도로 저감된 상태가 된다. 이에 따라 상기 1차 응축기(3a)에서 1차적으로 응축 액화되는 1차 응축 액상냉매의 온도에 비하여 상기 2차 응축기(3b)에서 2차적으로 응축 액화되는 2차 응축 액상냉매가 혼합되는 상태로 상기 수액기(4)에 저장되는 혼합 액상냉매의 온도가 더 낮은 온도를 유지하게 되므로 결국, 상기 1차 응축기(3a)에서 1차적으로 응축되는 액상냉매를 그보다 낮은 온도로 저감된 액상냉매가 저장되는 수액기(4)측으로 순환하는 순환작용이 원활하게 이루어지게 되는 것이다.

또한, 상기 증발기(7)의 출구라인(71)과 액분리기(8)의 입구라인(81)을 연결하는 냉매순환라인(1)에는 제5 전자밸브(116)이 장설되어 있으며, 상기 액분리기(8)의 입구라인(81)과 수액기(4)를 연결하는 냉매순환라인에는 제7 전자밸브(117)가 장설되어 있다.

또한, 상기 2차 응축기(3b)의 출구라인(34)은 수액기(4)에 연결되는데, 상기 출구라인(34)에는 제2 응축기(3b)에서 응축 액화되는 액상냉매의 흐름을 개폐하기 위한 제7 전자밸브(118)가 장설되어 있다.

한편, 상기 압축기(2)의 입구라인(21)과 출구라인(22)에는 입구라인(21)으로 유입되는 저온의 기체냉매의 압력과 출구라인(22)으로 토출되는 고온고압이 기체냉매간의 압력차를 측정하는 제1 압력측정계(23)와, 상기 압축기(2)의 출구라인(22)으로 토출되는 고공고압의 기체냉매를 1차 응축기(3a)측으로의 이송은 허용하는 반면에, 역류는 방지하기 위한 압축기측 일방향 체크밸브(24)가 장설되어 있다.

또한 상기 냉매유량 증압펌프(5)의 입구(51)와 출구(52) 각각으로 유입 및 유출되는 액상냉매의 압력을 측정하기 위한 제2 압력측정계(53)가 마련되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 제1 및 제2 실시예의 냉동싸이클에 따른 작용효과를 살펴볼 것 같으면 다음과 같다.

먼저, 동절기에 적용되는 제1 실시예의 냉동싸이클을 순환하는 냉매의 순환작동에 대하여 살펴보기로 한다.

동절기의 경우, 실내 온도가 24℃ 정도이고, 이에 대하여 실외 온도가 14℃ 이하로 낮은 상태로서 온도 차이가 10℃ 이하의 온도 편차가 발생하게 된다고 가정할 경우에는, 도 1에 도시된 제1 실시예의 냉동싸이클에 도시되어 있는 바와 같이 냉매유량 증압펌프(5)는 운전(on)되고 있는 상태로서 수액기(4)에 저장되어 있는 액상냉매를 펌핑하여 냉매순환라인(1)으로 공급하게 되는데, 이때 제1 냉매우회라인(11)에 장설되어 있는 제1 전자밸브(112)는 폐쇄작동(off)된 상태이며, 제2 전자밸브(113) 및 제3 전자밸브(114) 각각은 개방작동(on)된 상태가 된다.

따라서 상기 냉매유량 증압펌프(5)의 운전으로 펌핑 공급되는 액상냉매를 제1 냉매우회라인(11)으로 공급되지 않고 전량 냉매순환라인(1)을 따라 팽창밸브(6)측으로 공급되는데, 이때 상기 제2 전자밸브(113)가 개방(on)된 상태인 동시에 제2 냉매우회라인(12)에 장설되어 있는 제3 전자밸브(114)가 개방(on)된 상태이므로 냉매순환라인(1)으로 이송되는 액상냉매는 개방되어 있는 제2 전자밸브(113)를 통과한 다음 팽창밸브(6)를 우회하여 개방된 제3 전자밸브(114)가 장설되어 있는 제2 냉매우회라인(12)을 통해 증발기(7)로 공급된다.

상기 증발기(7)로 공급되는 액상냉매는 그 상태(급속 팽창되지 아니한 액체상태를 말함)로 증발기(7)를 통과하게 되는데, 이때에도 액상냉매 자체는 외부의 열교환매체(공기, 물 등)와 접촉하는 과정에서 외부의 열을 흡수하게 되며, 상기 증발기(7)를 통과하는 액상냉매는 제5 전자밸브(116)가 폐쇄작동(off)되어 있기 때문에 압축기측으로 이송되지 못하고 개방(on)된 제4 전자밸브(115)가 장설되어 있는 제3 냉매우회라인(13)을 따라 1차 응축기(3a)측으로 이송되는데, 이때 상기 제3 냉매우회라인(13)으로 이송되는 액상냉매는 1차 응축기(3a)측으로의 이송이 허용되는 반면에, 역류를 방지하도록 구성된 증발기측 일방향 체트밸브(119)를 통과하여 1차 응축기(3a)의 입구라인(31)을 통해 1차 응축기(3a)로 유입되어 외부의 열교환매체(공기, 물 등)와의 열교환작용으로 응축 및 액화되어 출구라인(32)으로 배출되어 수액기(4)에 저장된다.

따라서 상기와 같이 증발기(7)에서 열교환작용으로 증발되어 배출되는 저온의 기체냉매는 압축기(2)로 이송되지 않고 상기 압축기(2)를 우회하여 1차 응축기(3a)로 이송되며, 상기 1차 응축기(3a)를 통과하는 과정에서 응축 액화되는 액상냉매는 상기 냉매유량 증압펌프(5)의 운전(on)작동에 의한 펌핑압력에 의하여 냉매순환라인(1)을 따라 순환하여 증발기(7)측으로 이송되는 순환작동을 반복하게 되며, 이와 같이 압축기(2)에 비하여 동력이 적게 소요되는 냉매유량 증압펌프(5)를 운전시키는 수단으로 액상냉매를 순환시킬 수 있으므로 종래 기술과 같이 압축기의 운전작동으로 냉매를 순환시키는 것에 비하여 훨씬 전기에너지를 절약하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.

다음, 하절기에 적용되는 제2 실시예의 냉동싸이클을 순환하는 냉매의 순환작동에 대하여 살펴보기로 한다.

하절기의 경우, 실외 온도가 35℃일 때 상기 1차 응축기(3a)에서 1차적으로 응축 액화되는 액상냉매의 온도가 45℃를 유지하는 상태로 수액기(4)로 유입되는 상태라고 가정할 경우, 상기 냉매유량 증압펌프(5)의 운전(on)으로 수액기(4)에 저장되어 있는 액상냉매를 펌핑하여 냉매순환라인(1)으로 공급하게 되는데, 이때 상기 냉매순환라인(1)에 장설되어 있는 제2 전자밸브(113)은 개방(on)되어 있고, 냉매순환라인(10)에 연결되어 있는 제1 냉매우회라인(11)에 장설되어 있는 제1 전자밸브(112)도 개방작동(on)된 상태이며, 또한 제3 냉매우회라인(12)에 장설되어 있는 제3 전자밸브(114)는 폐쇄(off)된 상태이다.

따라서 상기 냉매유량 증압펌프(5)의 운전작동(on)에 의해 펌핑 공급되는 액상냉매 중 대부분에 해당하는 60~70% 비율의 액상냉매는 팽창밸브(6)측으로 이송되어 개방작동된 상기 제2 전자밸브(113)를 통과하여 팽창밸브(6)로 이송되어 안개상태로 급속 팽창되면서 증발기(7)로 유입 공급되는 한편, 상기 냉매유량 증압펌프(5)에 의해 펌핑되는 액상냉매는 냉매순환라인(1)에 연결되어 있는 제1 냉매우회라인(11)에 의해 분배되는데, 이때 상기 팽창밸브(6)측으로는 60~70%의 비율에 해당하는 대부분의 액상냉매가 분배 공급되며, 상기 제1 냉매우회라인(11)에 설치되어 있는 유량제어밸브(111)의 유량조절작동에 의하여 30~40%의 비율에 해당하는 일부의 액상냉매가 개방(on)된 제1 전자밸브(112)를 통과하여 2차 응축기(3b)로 유입되어 외부와의 열교환작용으로 응축 액화되어 출구라인(32)으로 배출되어 수액기(4)에 일시 저장되는 상태가 된다.

따라서 전술한 바와 같이 실외 온도가 35℃일 때 상기 1차 응축기(3a)에서 1차적으로 응축 액하되는 1차 응축 액상냉매의 온도가 45℃를 유지하는 상태로 상기 수액기(4)에 저장된다고 가정할 경우, 상기 냉매유량 증압펌프(5)에 의해 펌핑되어 제1 냉매우회라인(11)으로 분배되어 액상냉매는 45℃의 온도를 유지하는 상태로 2차 응축기(3b)로 유입되어 외부의 열교환매체와의 열교환작용으로 응축될 때에는 대략 37℃ 내외의 온도로 낮아진 상태로 액화된다. 이에 따라 상기 수액기(4)에는 1차 응축기(3a)에서 응축 액화되는 1차 응축 액상냉매와 그보다 더 낮은 온도로 저감되는 상태로 2차 응축기(3b)에서 2차적으로 응축 액화된 2차 응축 액상냉매가 함께 저장되어 혼합되는 상태가 되므로, 결국 상기 수액기(4)에 저장되는 액상냉매는 45℃의 높은 온도로 응축 액화되는 1차 응축 액상냉매와 37℃의 낮은 온도로 응축 액화되는 2차 응축 액상냉매가 혼합되므로 대략 41℃ 정도로 낮아진 액상냉매가 저장되는 상태가 된다.

또한 상기 1차 응축기(3a)에서 1차적으로 응축 액화되는 45℃ 정도로 높은 액상냉매의 압력과, 상기 수액기(4)에 일시 저장되어 혼합되는 41℃ 정도로 낮은 액상냉매의 압력 차이는 대략 2바(bar) 정도의 압력차가 발생하게 되므로, 상기 1차 응축기(3a)에서 높은 온도 및 압력으로 응축 액화되는 액상냉매는 낮은 온도 및 압력으로 응축 액화되는 액상냉매가 저장되는 수액기(4)측으로 원활하게 순환하게 되는 것이다.

한편, 제1 및 제2 실시예의 냉동싸이클을 구성하는 증발기(7)와 1차 응축기(3a)에 존재하는 냉매를 회수하고자 할 때에는 상기 냉매유량 증압펌프(5)를 운전(on)하여 회수하고자 할 때에는 냉매유량 증압펌프(5)는 정지(off)시키고, 제1 내지 제3 전자밸브(112, 113, 114)와 제5 및 제6 전자밸브(116, 117)은 폐쇄(off)시키며, 제3 냉매우회라인(13)에 설치되어 있는 제4 전자밸브(115)와 2차 응축기(3b)의 출구라인(34)에 설치되어 있는 제7 전자밸브(118) 각각은 개방(on)시키게 되면 상기 증발기(5)에 존재하는 냉매는 개방된 제4 전자밸브(115)와 증발기측 일방향 체크밸브(116)을 통해 1차 응축기(3a)로 유입되어 출구라인(32)으로 배출되어 수액기(4)에 저장되며, 상기 2차 응축기(3b)에 존재하는 냉매는 출구라인(34)으로 배출되어 개방(on)된 제7 전자밸브(118)을 통해 수액기(4)에 저장된다.(도 3 참조)

상기에서 설명한 바와 같이 본 발명의 제1 실시예의 냉동싸이클은 동절기의 경우 실내 온도를 기준하여 볼 때 실외 온도가 10℃ 이하의 온도로 낮을 때에는 동력이 많이 소요되는 압축기(2)를 운전하는 대신에 동력이 적게 소요되는 냉매유량 증압펌프(5)를 운전하는 수단으로 냉매순환라인(1)으로 냉매를 원활하게 순환시킬 수 있도록 하여 전기에너지를 절약하는 효과를 얻을 수 있도록 하였으며, 제2 실시예의 냉동싸이클은 하절기의 경우 수액기(4)에 일시 저장되는 액상냉매의 온도를 1차 응축기(3a)에서 1차적으로 응축 액화되는 액상냉매의 언도보다 더 낮은 온도로 저감된 액상냉매가 저장되도록 함으로써 상기 1차 응축기(3a)에서 응축 액화되는 액상냉매가 수액기(4)측으로 원활하게 순환하여 저장되도록 하는 동시에 팽창밸브(6)로 온가 저감된 액상냉매를 공급할 수 있게 되므로 증발기(7)에서의 냉각효율을 향상시킬 수 있도록 하는 작용효과를 기대할 수 있다.

1 : 냉매순환라인 2 : 압축기
3 : 응축기 본체 3a : 1차 응축기
3b : 2차 응축기 4 : 수액기
5 : 냉매유량 증압펌프 6 : 팽창밸브
7 : 증발기 8, 53 : 제1 및 제2 압력측정계
11 : 제1 냉매우회라인 12 : 제2 냉매우회라인
13 : 제3 냉매우회라인 111 : 유량제어밸브
112~118 : 제1 내지 제7 전자밸브

Claims (3)

1. 냉매순환라인의 도중에 마련된 압축기와, 상기 압축기에 의해 고온고압으로 압축되어 급송되는 고온고압의 기체냉매를 고온고압의 액상냉매로 응축 액화시키기 위한 1차 응축기와, 상기 1차 응축기에서 응축된 고온고압의 액상냉매를 일시 저장하는 수액기와, 상기 수액기로부터 이송된 고온의 액체냉매를 안개상태로 급속 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 수액기와 팽창밸브 사이에 장설되어 수액기에서 팽창밸브로 공급되는 액상냉매의 이송 압력을 증압시켜 공급하기 위한 냉매유량 증압펌프와, 상기 팽창밸브에서 급속 팽창된 안개상태의 냉매로 하여금 외부 열교환매체가 가진 열을 빼앗는 열교환작용으로 증발되게 하는 과정에서 주위의 열을 흡수한 후 저온의 기체상태로 변화시키는 증발기가 구성되어 있으며, 상기 수액기에 저장되는 냉매를 다시 한번더 순환시켜서 응축 액화시킨 액상냉매를 다시 수액기로 공급하기 위한 2차 응축기를 포함하고 있도록 구성되는 냉동싸이클에 있어서,
   상기 냉매유량 증압펌프와 팽창밸브 사이에 연결되어 수액기에 저장되어 있는 액상냉매를 상기 2차 응축기로 순환 공급하기 위한 제1 냉매우회라인과, 상기 제1 냉매우회라인에는 냉매의 이송량을 조절하기 위한 냉매유량제어밸브 및 냉매의 이송을 개폐하기 위한 제1 전자밸브가 장설되어 상기 냉매유량 증압펌프에 의해 펌핑 이송되는 액상냉매의 100% 중 30~40%에 해당하는 비율의 액상냉매는 2차 응축기로 공급하도록 구성되며, 나머지 60~70%에 해당하는 액상냉매는 팽창밸브를 우회순환케 하는 제2 냉매우회라인를 통해 증발기로 공급하도록 구성되어 있으며,
   상기 증발기로 공급되는 안개상태의 냉매는 열교환매체로부터 열을 빼앗아 증발하는 과정에서 주변 온도를 적절한 온도 이하로 냉각시키고 이송되는 저온의 냉매가스는 압축기를 우회하여 순환케 하는 제3 냉매우회라인을 통해 1차 응축기로 이송되어 응축 액화되어 수액기에 일시 저장된 다음 상기 냉매유량 증압펌프의 펌핑작동에 의하여 증발기측으로 순환하는 작용을 반복 되풀이하도록 구성된 것을 특징으로 하는 동절기 냉동싸이클의 압축기 냉매우회순환방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제3 냉매우회라인에는 증발기에서 증발하여 이송되는 저온의 냉매가스의 흐름을 개폐하기 위한 제3 전자밸브와, 상기 제3 전자밸브를 통과하는 기체냉매가 1차 응축기측으로 이송되는 것을 허용하는 증발기측 일방향 체크밸브가 각각 설치되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 동절기 냉동싸이클의 압축기 냉매우회순환방법.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 냉매유량 증압펌프에 의해 펌핑 공급되는 100%의 비율에 해당하는 액상냉매 중 60~70%의 비율에 해당하는 대부분의 액상냉매는 팽창밸브에 의해 안개상태로 급속 팽창되어 증발기로 공급되도록 구성되는 한편, 나머지 일부에 해당하는 30~40% 비율의 액상냉매는 제1 냉매우회라인을 통해 2차 응축기로 이송되어 2차적으로 외부 열교환매체와의 열교환작용으로 응축되는 2차 응축 액상냉매는 상기 1차 응축기에서 1차적으로 응축 액화되어 수액기에 저장되는 1차 응축 액상냉매와의 혼합작용으로 상기 수액기에 저장되는 1차 및 2차 혼합 액상냉매는 상기 1차 응축기에서 응축 액화되는 1차 응축 액상냉매의 온도에 비하여 훨씬 낮은 온도를 유지하게 되므로 상기 1차 응축기에서 응축 액화되는 1차 응축 액상냉매는 그보다 낮은 온도의 액상냉매가 저장되어 있는 수액기측으로의 냉매순환작용이 원활하게 이루어질 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 동절기 냉동싸이클의 압축기 냉매우회순환방법.