KR20240060972A - 프리쿨링을 이용한 냉동싸이클 - Google Patents

프리쿨링을 이용한 냉동싸이클 Download PDF

Info

Publication number
KR20240060972A
KR20240060972A KR1020220142095A KR20220142095A KR20240060972A KR 20240060972 A KR20240060972 A KR 20240060972A KR 1020220142095 A KR1020220142095 A KR 1020220142095A KR 20220142095 A KR20220142095 A KR 20220142095A KR 20240060972 A KR20240060972 A KR 20240060972A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
refrigerant
heat exchanger
refrigerant liquid
discharged
receiver
Prior art date
Application number
KR1020220142095A
Other languages
English (en)
Inventor
김봉석
김수민
Original Assignee
(주)하이세이브아시아
김봉석
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by (주)하이세이브아시아, 김봉석 filed Critical (주)하이세이브아시아
Priority to KR1020220142095A priority Critical patent/KR20240060972A/ko
Publication of KR20240060972A publication Critical patent/KR20240060972A/ko

Links

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F25B6/00—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits
    • F25B6/04—Compression machines, plants or systems, with several condenser circuits arranged in series
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F25B41/00—Fluid-circulation arrangements
    • F25B41/30—Expansion means; Dispositions thereof
    • F25B41/31—Expansion valves
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F25B43/00—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat
    • F25B43/04—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for withdrawing non-condensible gases
    • F25B43/043—Arrangements for separating or purifying gases or liquids; Arrangements for vaporising the residuum of liquid refrigerant, e.g. by heat for withdrawing non-condensible gases for compression type systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/04—Refrigeration circuit bypassing means
    • F25B2400/0403—Refrigeration circuit bypassing means for the condenser
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/05—Compression system with heat exchange between particular parts of the system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F25B2400/00—General features or devices for refrigeration machines, plants or systems, combined heating and refrigeration systems or heat-pump systems, i.e. not limited to a particular subgroup of F25B
    • F25B2400/13—Economisers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • 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
    • F25B2500/00—Problems to be solved
    • F25B2500/09—Improving heat transfers

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Thermal Sciences (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Devices That Are Associated With Refrigeration Equipment (AREA)

Abstract

본 발명은 프리쿨링을 이용한 냉동싸이클에 관한 것으로, 냉매순환라인의 도중에 마련된 압축기와, 상기 압축기에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매가 유입되는 외부 열교환기와, 상기 외부 열교환기에서 토출되는 냉매액을 저장하는 수액기와, 상기 수액기에서 공급되는 냉매액을 급속 팽창시키는 팽창밸브 및 상기 팽창밸브에서 급속 팽창되어 이송되는 안개상태의 냉매로 하여금 외부 열교환매체가 가진 열을 빼앗는 열교환작용으로 증발되게 하는 과정에서 주위의 열을 흡수한 후 저온의 기체상태로 변화시키는 증발기를 포함하도록 구성되는 냉동싸이클에 있어서,
상기 압축기와 외부 열교환기 사이에 캐스케이드 열교환기를 추가하는 구성을 포함하고 있으며, 상기 캐스케이드 열교환기에는 압축기에서 토출되는 고온고압의 기체냉매가 순환하는 기체냉매 순환관과 수액기에서 공급되는 냉매액이 순환하는 냉매액 순환관이 함께 병설되어 있되, 고온고압의 기체냉매가 순환하는 기체냉매 순환관과, 냉매액이 순환하는 냉매액 순환관은 기체냉매와 냉매액이 서로 열교환작용이 잘 이루어지는 구조로 병설되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 발명이ㅣ다.

Description

프리쿨링을 이용한 냉동싸이클{Refrigeration cycle using free-cooling}
본 발명은 프리쿨링을 이용한 냉동싸이클에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축기와 외부 열교환기 사이에 캐스케이드 열교환기를 설치하여 상기 압축기에서 토출된 고온고압의 기체냉매와 수액기에서 펌핑되는 상온의 냉매액이 상기 캐스케이드 열교환기에서 1차적으로 열교환작용을 수행한 후 외부 열교환기로 공급되도록 하는 수단으로 상기 외부 열교환기에 성에가 적상되지 않도록 하여 냉동싸이클의 열교환 효율을 증대시킬 수 있도록 함으로써 성적계수를 향상시킬 수 있는 프리쿨링을 이용한 냉동싸이클에 관한 것이다.
일반적으로 냉동싸이클은 식품이나 음료 등을 저온에서 장시간 보관하기 위한 냉장고 및 냉동고 또는 높은 외기 온도에 대하여 실내의 온도를 쾌적하게 유지하는 에어컨 등의 기기에 사용되는 시스템으로 사용되고 있다.
종래의 냉동싸이클은 도 4에 도시되어 있는 바와 같이 냉매순환라인(100)의 도중에 마련되어 있는 압축기(110)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매는 응축기(120)로 유입되어 외기와의 열교환작용으로 응축 액화되어 토출되어 수액기(130)에 일시 저장되며, 상기 수액기(130)에 저장되는 냉매액은 팽창밸브(140)로 이송되어 급속 팽창되며, 상기 팽창밸브(140)에서 급속팽창되는 안개상태의 냉매는 증발기(150)로 공급되어 실내 공기와의 열교환작용으로 실내를 쾌적하게 냉각시키게 되며, 상기 증발기(150)에 공급되는 안개상태의 냉매는 실내로부터 열을 빼앗는 열흡수작용으로 증발하게 되며, 증발된 저온저압의 기체냉매는 액분리기(160)을 거친 후 압축기(110)로 유입되어 고온고압으로 압축되어 토출되는 작동을 반복 되풀이 하도록 구성되어 있다.
그런데 상기와 같은 종래 기술의 냉동싸이클은 외부 온도가 영하 10℃ 이하의 동절기에도 압축기(110)를 구동시켜서 냉매를 순환시키도록 구성되어 있기 때문에 전기 에너지가 많이 소요된다는 것이 문제점으로 지적되고 있으며, 또한 외부 온도가 영하 10℃ 이하의 동절기에는 외부에 설치되어 있는 응축기(120)에 성에가 적상되는 현상이 나타나게 된다는 것이 문제점으로 지적되고 있다.
상기와 같은 종래의 냉동싸이클에서 나타나는 제반 문제를 해결하기 위해 도 5에 도시되어 바와 같이 수냉식 냉동싸이클이 소개된 바 있다.
상기한 수냉식 냉동싸이클은 냉매순환라인(200)의 도중에 마련된 압축기(210)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매는 수냉식 응축기(220)에서 응축 액화되도록 구성되어 있는데, 이를 위해 상기 수냉식 응축기(220)에는 압축기(210)에서 고온고압으로 압축되는 기체냉매가 순환하는 냉매순환관(210a)과 외부에 설치되어 있는 냉각탑(300)에 저장되어 있는 냉수를 펌핑하는 냉각수 펌프(310)로부터 펌핑 공급되는 냉수가 순환하는 냉수순환관(220b)이 함께 병설되는 구조로 구성되어 있으며, 상기 수냉식 응축기(220)에서 응축 액화되는 냉매액은 수액기(230)에 일시 저장되며, 상기 수액기(230)에 저장되는 냉매액은 팽창밸브(240)으로 이송되어 급속 팽창되며, 급속 팽창되는 안개상태이 냉매는 증발기(250)로 공급되어 실내 공기와의 열교환작용으로 증발하여 액분리기(260)를 거친 후 압축기(210)로 유입되어 고온고압으로 압축되어 토출되는 작동을 반복 되풀이 하도록 구성되어 있다.
그러나 상기와 같은 수냉식 냉동싸이클은 압축기(210)에서 고온고압으로 압축되어 토출되는 기체냉매는 수냉식 응축기(220)의 냉매순환관(220a)을 순환하는 동안 냉수순환관(220b)을 순환하는 냉수와의 열교환작용으로 응축 액화되도록 구성되어 있으므로 영하 10℃ 이하의 동절기에 성에가 적상되는 현상은 발생하지 않는 장점이 있지만, 상기한 수냉식 냉동싸이클 역시 영하 10℃ 이하의 동절기에도 압축기(210)를 구동시켜서 냉매를 순환시키게 되므로 전기 에너지가 많이 소요되는 문제는 여전히 존재하게 된다는 것이 문제점으로 지적되고 있는 실정이다.
한편, 컴퓨터 장비가 설치된 데이터 센터, 반도체 등의 생산 장비가 설치된 크린룸, MRI 등 의료장비가 설치된 병원검사실 등은 별도의 냉각장치를 구비하지 않으면 롬 온도가 고온으로 상승하게 되고, 룸 온도가 각종 장비의 동작 온도 범위를 벗어나게 되면 이들 장비는 정상적으로 작동하지 않기 때문에 장비 자체의 발열부를 냉각 공기 등으로 직접 냉각시키거나 이들 장비가 설치된 룸을 적정 온도로 냉방시켜 주어야 한다.
그래서 종래 외기에 의한 프리쿨링과 압축기를 이용한 냉동싸이클을 선택적으로 사용하는 냉열원 장치가 제안된 바 있다.
그러나 종래 냉열원 장치는 냉동싸이클과 프리쿨링 장치가 상호 기능적으로 결합되지 못하고 각기 독립적으로 구성되어 있고, 또한 선택적으로만 운용되도록 구성되어 있다는 것이 문제점으로 지적되고 있다.
등록특허공보 제10-2406775호(2022. 06. 10. 공고) 등록특허공보 제10-1593481호(2016. 02. 12. 공고)
본 발명은 종래 기술에서 나타나는 제반 문제를 해결하기 위하여 제안된 것으로, 폐회로를 구성하는 냉동싸이클의 압축기와 외부 열교환기 사이에 캐스케이드 열교환기를 추가 설치하는 구성으로, 상기 압축기에서 토출된 고온고압의 기체냉매와 수액기에서 펌핑되는 상온의 냉매액이 상기 캐스케이드 열교환기에서 1차적으로 열교환작용을 수행한 후 외부 열교환기로 공급되도록 구성하는 동시에 수액기에 저장되는 냉매액을 캐스케이드 열교환기로 순환시킴으로써 영하 10℃ 이하의 동절기에도 외부 열교환기에 성에가 적상되는 현상이 발생되지 않도록 하여 냉매의 순환작동이 정상적으로 이루어지도록 하는 동시에 냉매의 열교환 효율을 증대시킬 수 있는 냉동싸이클을 제공하는데 목적을 두고 발명한 것이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 추구하기 위한 수단으로서, 냉매순환라인의 도중에 마련된 압축기와, 상기 압축기에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매가 유입되는 외부 열교환기와, 상기 외부 열교환기에서 토출되는 냉매액을 저장하는 수액기와, 상기 수액기에서 공급되는 냉매액을 급속 팽창시키는 팽창밸브 및 상기 팽창밸브에서 급속 팽창되어 이송되는 안개상태의 냉매로 하여금 외부 열교환매체가 가진 열을 빼앗는 열교환작용으로 증발되게 하는 과정에서 주위의 열을 흡수한 후 저온의 기체상태로 변화시키는 증발기를 포함하도록 구성되는 냉동싸이클에 있어서,
상기 압축기와 외부 열교환기 사이에 캐스케이드 열교환기를 추가하는 구성을 포함하고 있으며, 상기 캐스케이드 열교환기에는 압축기에서 토출되는 고온고압의 기체냉매가 순환하는 기체냉매 순환관과 수액기에서 공급되는 냉매액이 순환하는 냉매액 순환관이 함께 병설되어 있되, 고온고압의 기체냉매가 순환하는 기체냉매 순환관과, 냉매액이 순환하는 냉매액 순환관은 기체냉매와 냉매액이 서로 열교환작용이 잘 이루어지는 구조로 병설되어 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부 열교환기는 압축기에서 토출되어 캐스케이드 열교환기의 기체냉매 순환관을 순환하는 과정에서 응축 액화되는 냉매액이 순환하는 제1 열교환실과, 상기 캐스케이드 열교환기의 냉매액 순환관을 순환하는 과정에서 기체냉매 순환관을 순환하는 기체냉매로부터 열을 빼앗는 열교환작용으로 가열된 냉매액이 순환하는 제2 열교환실이 서로 분리 구획되어 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부 열교환기에 분리 구획되어 있는 제1 및 제2 열교환실 각각을 순환하고 토출되어 수액기에 저장되는 냉매액을 캐스케이드 열교환기에 형성되어 있는 냉매액 순환관으로 공급하기 위하여 형성되는 바이패스라인에는 상기 수액기에 저장되는 냉매액을 펌핑 공급하기 위한 냉매액펌프가 설치되어 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 외부 열교환기에 분리 구획되어 있는 제1 및 제2 열교환실 각각을 순환하고 토출되는 냉매액을 저장하는 수액기와, 압축기에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매와 냉매액이 서로 열교환작용을 수행하면서 순환케 하는 캐스케이드 열교환기 각각은 설치 높이가 서로 다르게 설치되어 있되, 상기 수액기에 저장되어 있는 냉매액이 중력에 의해 캐스케이드 열교환기로 흘러내릴 수 있도록 수액기가 캐스케이드 열교환기보다 높은 위치에 설치되어 있도록 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면 냉동싸이클의 구성요소 중 외부에 설치되는 외부 열교환기에 형성되어 있는 제1 및 제2 열교환실 각각에는 냉매액이 순환하도록 구성되어 있으므로 외부 온도가 영하 10℃ 이하의 동절기에도 성에가 적상되지 않아 상기 외부 열교환기를 순환하는 냉매의 열방출작용이 원활하게 되므로 냉매의 열교환 효율이 향상되는 효과가 있으며, 또한 압축기에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매를 캐스케이드 열교환기를 응축 액화시켜 순환시킴으로서 냉매의 체적을 감소시킬 수 있어 압축기의 고압률을 낮게 하여 운전할 수 있으므로 압축기의 동력을 절감시키는 효과가 있으며, 냉동싸이클을 안정적으로 운전할 수 있으므로 냉동장치의 부하변동에 따른 냉동능력을 일정하게 유지할 수 있도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 냉동싸이클 회로구성도.
도 2는 본 발명의 다른 실시예의 냉동싸이클 회로 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예의 냉동싸이클의 구성요소 중 수액기에 저장된 냉매액이 중력에 의해 캐스케이드 열교환기로 흘러내릴 수 있도록 수액기와 캐스케이드 열교환기 각각의 설치 위치의 높낮이를 나타낸 설치상태도.
도 4는 종래 기술의 냉동싸이클 회로 구성도.
도 5는 종래 기술의 수냉식 냉동싸이클 회로 구성도.
본 발명에 의한 프리쿨링을 이용한 냉동싸이클에 대한 구체적인 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세하게 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예의 냉동싸이클 회로 구성도로서, 냉매순환라인(1)의 도중에 마련된 압축기(2)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매는 캐스케이드 열교환기(3)에 형성되어 있는 기체냉매 순환관(3a)로 공급되어 순환하게 되며, 상기 기체냉매 순환관(3a)을 순환하는 과정에서 응축 액화되어 토출되는 냉매액은 외부 열교환기(4)의 제1 열교환실(4a)을 순환한 후 토출되어 수액기(5)에 일시 저장된다.
상기 수액기(5)에 저장되는 냉매액의 일부는 제1 배출라인(51)을 통해 팽창밸브(6)로 이송되고, 상기 팽창밸브(5)에 급속 팽창되는 안개상태의 냉매는 증발기(7)로 공급되며, 상기 증발기(7)로 공급되는 안개상태의 냉매는 외부 열교환매체가 가진 열을 빼앗는 열교환작용으로 증발하는 과정에서 주위의 열을 흡수한 후 저온의 기체상태로 변화되어 액분리기(8)을 거친 후 압축기(2)로 유입되어 고온고압으로 압축되어 토출되는 작용을 반복 되풀이하게 된다.
한편, 상기 수액기(5)에 저장되는 냉매액의 일부는 제2 배출라인(52)으로 배출되며, 상기 제2 배출라인(52)으로 배출되는 냉매액은 바이패스라인(9)을 통해 캐스케이드 열교환기(3)의 냉매액 순환관(3b)으로 유입되어 순환하게 되는데, 이때 상기 캐스케이드 열교환기(3)에는 압축기(2)에서 토출되는 고온고압의 기체냉매가 순환하는 기체냉매 순한관(3a)과 냉매액이 순환하는 냉메액 순환관(3b)이 함께 병설되어 있는데, 상기 기체냉매 순환관(3a)과 냉매액 순환관(3b) 각각은 그들 각각을 순환하는 기체냉매와 냉매액이 서로 열교환이 잘 이루어지는 구조로 구성되어 있다.
따라서 상기 캐스케이드 열교환기(3)에 병설되어 있는 기체냉매 순환관(3a)과 냉매액 순환관(3b) 각각을 순환하는 고온고압의 기체냉매와 냉매액은 기체냉매 순환관(3a)과 냉매액 순환관(3b) 각각을 따로따로 순환하는 동안 서로 열교환작용을 수행하게 되므로 압축기(2)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매가 캐스케이드 열교환기(3)의 기체냉매 순환관(3a)을 순환하는 동안 냉매액 순환관(3b)을 순환하는 냉매액과의 열교환작용으로 열을 빼앗기면서 응축 액화되어 배출되는 반면, 상기 수액기(5)에서 제2 배출라인(52)으로 배출되어 바이패스라인(9)으로 이송되어 캐스케이드 열교환기(3)의 냉매액 순환관(3b)을 따라 순환하는 냉매액은 기체냉매 순환관(3a)으로 순환하는 고온고압의 기체냉매로부터 열을 빼앗는 열교환작용으로 가열되는 상태로 배출되어 상기 외부 열교환기(4)에 형성되어 있는 제1 열교환실(4a)와는 분리 구획되어 있는 제2 열교환실(4b)로 공급된다.
상기와 같이 압축기(2)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매는 캐스케이드 열교환기(3)의 기체냉매 순환관(3a)을 순환하는 동안 냉매액 순환관(3b)을 순환하는 냉매액과의 열교환작용으로 응축 액화되어 배출되며, 이와 같이 기체냉매 순환관(3a)을 순환하는 동안 응축 액화되어 배출되는 냉매액은 외부 열교환기(4)에 분리 구획되어 있는 제1 열교환실(4a)을 순환하면서 외기와의 열교환작용을 수행한 후 수액기(5)에 저장되며, 또한 상기 수액기(5)에 저장되는 냉매액의 일부는 제2 배출라인(52)을 통해 배출되어 바이패스라인(9)을 통해 이송되는데, 이때 상기 바이패스라인(9)에는 수액기(5)에 저장되어 있는 냉매액을 펌핑 공급하기 위한 냉매액 펌프(9a)가 설치되어 있다.
상기 냉매액 펌프(9a)는 제2 배출라인(52)으로 배출되는 냉매액을 펌핑하여 공급하게 되므로 수액기(5)에 저장되어 있는 냉매액의 일부가 상기 캐스케이드 열교환기(3)의 냉매액 순환관(3b)으로 원활하게 공급되어 순환하면서 기체냉매 순환관(3a)을 순환하는 고온고압의 기체냉매와의 열교환작용으로 가열되어 배출되며, 상기 냉매액 순환관(3b)을 순환하면서 열교환작용으로 가열되어 배출되는 냉매액은 외부 열교환기(4)에 분리 구획되어 있는 제2 열교환실(4b)을 순환하면서 외기와의 열교환작용을 거친 후 수액기(5)에 저장된다.
따라서 상기 캐스케이드 열교환기(3)에 병설되어 있는 기체냉매 순환관(3a)으로 유입되어 순환하는 고온고압의 기체냉매는 냉매액 순환관(3b)을 순환하는 냉매액과의 열교환작용으로 응축 액화된 냉매액으로 변하여 배출되어 외부 열교환기(3)에 분리 구획되어 있는 제1 열교환실(4a)로 공급되어 외기와의 열교환작용을 수행한 후 수액기(5)에 저장되는 한편, 상기 캐스케이드 열교환기(3)에 병설되어 있는 냉매액 순환관(3b)으로 유입되는 냉매액은 기체냉매 순환관(3a)을 순환하는 고온고압의 기체냉매와의 열교환작용으로 가열되어 외부 열교환기(4)에 분리 구획되어 있는 제2 열교환실(4b)로 공급되어 외기와의 열교환작용을 수행한 후 수액기(5)에 저장된다.
한편, 상기 수액기(5)의 제1 배출라인(51)으로 배출되는 냉매액은 팽창밸브(6)에 의해 급속 팽창되어 증발기(7)로 공급되며, 상기 팽창밸브(6)에서 급속 팽창되는 안개상태의 냉매는 증발기(7)로 공급되어 외부 열교환매체가 가진 열을 빼앗는 열교환작용으로 증발되는 과정에서 주위의 열을 흡수한 후 저온의 기체상태로 변하여 액분리기(8)로 이송되며, 상기 액분리기(8)를 거친 저온저압의 기체냉매는 압축기(2)로 유입되어 고온고압으로 압축되어 토출되는 작동을 반복 되풀이하도록 구성되어 있다.
도 2의 도시는 본 발명의 다른 실시예의 냉동싸이클 회로 구성도로서, 본 발명의 다른 실시예의 냉동싸이클을 구성하는 각 구성요소들은 도 1에 도시된 바람직한 실시예와 대동소이하지만, 다른 실시예의 냉동싸이클을 구성하는 각 구성요소들 중 압축기(2)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매와 수액기(5)에 저장되는 냉매액이 열교환작용을 수행하도록 구성된 캐스케이드 열교환기(3)와, 외부 열교환기(4)에 분리 구획되어 있는 제1 및 제2 열교환실(4a)(4b)을 순환한 후 배출되는 냉매액을 저장하는 수액기(5)의 설치 위치를 다르게 구성한 것에 차이가 있다.
따라서 본 발명의 도 2에 도시된 다른 실시예의 냉동싸이클을 설명함에 있어서는 도 1에 도시된 바람직한 실시예의 냉동싸이클과 대동소이한 구성에 대해서는 간략하게 설명하기로 하며, 다르게 구성된 구성요소 즉, 캐스케이드 열교환기(3)와 수액기(5)의 차이점에 대해서는 구체적으로 설명하기로 한다.
도 2에 도시된 다른 실시예의 냉동싸이클은 도 1에 도시된 바람작한 실시예와 마찬가지로 냉매순환라인(1) 도중에 마련된 압축기(2)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매는 캐스케이드 열교환기(3)에 병설되어 있는 기체냉매 순환관(3a)으로 유입되어 순환하는 동안 냉매액 순환관(3b)을 순환하는 냉매액으로부터 열을 빼앗기는 열교환작용으로 응축 액화되어 토출되며, 이같이 상기 기체냉매 순환관(3a)를 순환하는 동안 응축 액화되어 토출되는 냉매액은 외부 열교환기(4)의 제1 열교환실(4a)로 공급되어 외부와의 열교환작용을 수행한 후 수액기(5)에 저장되며, 상기 수액기(5)에 저장되는 냉매액의 일부는 제1 배출라인(51)으로 배출되어 팽창밸브(6)에 의해 급속 팽창되며, 상기 팽창밸브(6)에서 급속 팽창되는 안개상태의 냉매는 증발기(7)로 공급되어 열교환매체로부터 열을 빼앗는 열교환작용으로 증발하여 저온저압의 기체냉매로 변화되어 액분리기(8)측으로 이송되며, 상기 액분리기(8)를 거친 기체냉매는 압축기(2)로 유입되어 고온고압으로 압축되어 토출되는 작동을 반복 되풀이하게 된다.
한편, 도 2에 도시된 다른 실시예의 냉동싸이클을 구성하는 수액기(5)의 제2 배출라인(52)에는 펌프의 구성이 없는 바이패스라인(9)이 연결되어 있으며, 상기 수액기(5)에 저장되어 제2 배출라인(52)으로 배출되는 냉매액이 바이패스라인(9)을 통해 캐스케이드 열교환기(3)에 병설되어 있는 냉매액 순환관(3b)으로 이송될 수 있도록 하기 위하여 도 3의 도시와 같이 상기 캐스케이드 열교환기(3)는 바닥(G)으로부터 낮은 높이로 설치되는 낮은 지지대(L1) 위에 설치되어 있으며, 상기 수액기(5)는 바닥(G)으로부터 높게 설치된 높은 지지대(L2) 위에 설치되어 있도록 구성한다.
따라서 다른 실시예의 냉동싸이클의 수액기(5)에 저장되어 있는 냉매액은 높은 지지대(L2) 위에 설치되어 중력에 의해 제2 배출라인(52)으로 배출되어 바이패스라인(9)으로 흘러내려 낮은 지지대(L1) 위에 설치된 캐스케이드 열교환기(3)의 냉매액 순환관(3b)으로 유입되어 순환하도록 구성되는 것이다.
이와 같이 구성된 본 발명의 각 실시예의 냉동싸이클 각각은 냉매순환라인(1)의 도중에 형성되어 있는 압축기(2)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매는 캐스케이드 열교환기(3)에 병설되어 있는 기체냉매 순환관(3a)으로 유입되어 순환하게 되는 한편, 수액기(5)에 저장되어 있는 냉매액의 일부는 제2 배출라인(52)으로 배출되어 바이패스라인(9)을 통해 상기 캐스케이드 열교환기(3)에 병설되어 있는 냉매액 순환관(3b)으로 순환하게 되는데, 이때 상기 캐스케이드 열교환기(3)에 병설되어 있는 기체냉매 순환관(3a)과 냉매액 순환관(3b) 각각으로 따로따로 순환하는 고온고압의 기체냉매와 냉매액은 서로 열교환하게 되므로 상기 기체냉매 순환관(3a)으로 순환하는 고온의 기체냉매는 냉매액으로부터 열을 빼앗기는 열교환작용에 의해 응축 액화되어 외부 열교환기(4)의 제1 열교환실(4a)로 유입되는 한편, 냉매액 순환관(3b)을 순환하는 냉매액은 고온의 기체냉매로부터 열을 빼앗는 열교환작용으로 가열되어 외부 열교환실(4)의 제2 열교환실(4b)로 유입되게 된다.
따라서 상기 외부 열교환기(4)에 분리 구획되어 있는 제1 및 제2 열교환실(4a)(4b) 각각으로 냉매액이 순환하면서 외기와 열교환하게 되며, 이에 따라 외부 온도가 영하 10℃ 이하의 동절기에도 성에가 적상되는 현상이 절대 발생하지 않게 된다.
또한 상기 수액기(5)에 저장되는 냉매액의 일부는 제1 배출라인(51)으로 배출되어 팽창밸브(6)에서 급속 팽창되는 안개상태의 냉매는 증발기(7)에서 열교환매체로 부터 열을 빼앗아 증발하게 되는 과정에서 증발기(7)가 설치되어 있는 실내 공기를 냉각시키는 등 냉동싸이클의 냉매순환작동이 정상적으로 진행되므로 압축기(2)는 액분리기(8)을 거친 저온저압의 기체냉매를 정상적인 작동으로 압축하여 토출시키게 되므로 상기 압축기(2)의 압축비를 감소시켜 운전할 수 있게 되므로 압축기(2)의 동력에 소요되는 전기 에너지를 절감시킬 수 있게 된다.
한편, 상기 수액기(5)의 제2 배출라인(52)에 연결되는 바이패스라인(9)에 냉매액 펌프(9a)가 설치된 실시예(도 1 참조)의 경우에는 상기 냉매액 펌프(9a)가 제1 배출라인(51)으로 배출되는 냉매액을 펌핑하여 공급할 수 있으므로 상기 캐스케이드 열교환기(3)의 설치 위치를 기준하여 수액기(5)가 높거나 또는 낮은 위치에 설치되어 있더라도 수액기(5)에 연결된 제1 배출라인(51)으로 배출되는 냉매액을 펌핑하여 캐스케이드 열교환기(3)에 병설되어 있는 냉매액 순환관(3b)으로 공급할 수 있게 된다.
상기와 같이 바이패스라인(9)상에 냉매액 펌프(9a)가 장설되어 있을 경우에는 수액기(5)가 캐스케이드 열교환기(3)보다 낮은 위치에 설치되어 있더라도 수액기(5)에 저장되어 있는 냉매액을 펌핑 공급할 수 있지만, 이와는 달리 도 2의 도시와 같이 상기 바이패스라인(9)상에 냉매액 펌프(9a)가 설치되어 있지 아니할 때는 수액기(5)에 저장되어 있는 냉매액을 캐스케이드 열교환기(3)로 공급하기 위해서는 도 3의 도시와 같이 수액기(5)는 높은 지지대(L2) 위에 설치하고 캐스케이드 열교환기(3)는 낮은 지지대(L1) 위에 설치하게 되면 높은 지지대(L2) 위에 설치된 수액기(5)에 저장되어 있는 냉매액이 중력에 의해 낮은 지지대(L1) 위에 설치되어 있는 캐스케이드 열교환기(3)로 자연스럽게 흘러내리게 되므로 상기 수액기(5)에 저장되어 있는 냉매액이 제2 배출라인(52)을 통해 바이패스라인(9)으로 흘러내려 캐스케이드 열교환기(3)의 냉매액 순환관(3b)으로 원활하게 이송 공급되는 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 압축기(2)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매와 수액기(5)에 저장되는 일부의 냉매액을 캐스케이드 열교환기(3)에 병설되어 있는 기체냉매 순환관(3a)과 냉매액 순환관(3b)을 순환케 한 후 상기 기체냉매 순환관(3a)에서 응축 액화되어 배출되는 냉매액과 상기 냉매액 순환관(3b)으로 배출되는 가열된 냉매액이 외부 열교환기(4)의 제1 및 제2 열교환실(4a)(4b) 각각으로 따로따로 공급되어 순환토록 함으로써 상기 외부 열교환기(4)는 외부 온도가 영하 10℃ 이하의 동절기에도 성에가 적상되지 않게 되므로 냉매의 열교환 효율을 증대시킬 수 있도록 하는 효과가 있으며, 또한 상기 수액기(5)에 형성된 제1 배출라인(51)으로 배출되는 냉매액은 팽창밸브(6)에서 안개상태의 냉매로 급속 팽창되어 증발기(7)로 공급되어 열교환매체와의 열교환작용으로 증발하여 액분리기(8)측으로 배출되어 압축기(2)로 유입되는데, 이때 상기 압축기(2)에는 저온저압의 기체냉매가 유입되도록 함으로써 압축기(2)로 하여금 기체냉매를 고압으로 압축하는 압축비를 감소시킬 수 있어 압축기(2)에 소요되는 동력을 절감하는 효과를 기대할 수 있는 것이다.
1 : 냉매순환라인 2 : 압축기
3 : 캐스케이드 열교환기 3a : 기체냉매 순환관
3b : 냉매액 순환관 4 : 외부 열교환기
4a : 제1 열교환실 4b : 제2 열교환실
5 : 수액기 51 : 제1 배출라인
52 : 제2 배출라인 6 : 팽창밸브
7 : 증발기 8 : 액분리기
9 : 바이패스라인 9a : 냉매액 펌프
L1 : 낮은 지지대 L2 : 높은 지지대
G : 바닥

Claims (4)

  1. 냉매순환라인의 도중에 마련된 압축기와, 상기 압축기에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매가 유입되는 외부 열교환기와, 상기 외부 열교환기에서 토출되는 냉매액을 저장하는 수액기와, 상기 수액기에서 공급되는 냉매액을 급속 팽창시키는 팽창밸브 및 상기 팽창밸브에서 급속 팽창되어 이송되는 안개상태의 냉매로 하여금 외부 열교환매체가 가진 열을 빼앗는 열교환작용으로 증발되게 하는 과정에서 주위의 열을 흡수한 후 저온의 기체상태로 변화시키는 증발기를 포함하도록 구성되는 냉동싸이클에 있어서,
    상기 압축기와 외부 열교환기 사이에 캐스케이드 열교환기를 추가하는 구성을 포함하고 있으며, 상기 캐스케이드 열교환기에는 압축기에서 토출되는 고온고압의 기체냉매가 순환하는 기체냉매 순환관과 수액기에서 공급되는 냉매액이 순환하는 냉매액 순환관이 함께 병설되어 있되, 고온고압의 기체냉매가 순환하는 기체냉매 순환관과, 냉매액이 순환하는 냉매액 순환관은 기체냉매와 냉매액이 서로 열교환작용이 잘 이루어지는 구조로 병설되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 프리쿨링을 이용한 냉동싸이클.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 열교환기는 압축기에서 토출되어 캐스케이드 열교환기의 기체냉매 순환관을 순환하는 과정에서 응축 액화되는 냉매액이 순환하는 제1 열교환실과, 상기 캐스케이드 열교환기의 냉매액 순환관을 순환하는 과정에서 기체냉매 순환관을 순환하는 기체냉매로부터 열을 빼앗는 열교환작용으로 가열된 냉매액이 순환하는 제2 열교환실이 서로 분리 구획되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 프리쿨링을 이용한 냉동싸이클.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 열교환기에 분리 구획되어 있는 제1 및 제2 열교환실 각각을 순환하고 토출되어 수액기에 저장되는 냉매액을 캐스케이드 열교환기에 형성되어 있는 냉매액 순환관으로 공급하기 위하여 형성되는 바이패스라인에는 상기 수액기에 저장되는 냉매액을 펌핑 공급하기 위한 냉매액펌프가 설치되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 프리쿨링을 이용한 냉동싸이클.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 외부 열교환기에 분리 구획되어 있는 제1 및 제2 열교환실 각각을 순환하고 토출되는 냉매액을 저장하는 수액기와, 압축기에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매와 냉매액이 서로 열교환작용을 수행하면서 순환케 하는 캐스케이드 열교환기 각각은 설치 높이가 서로 다르게 설치되어 있되, 상기 수액기에 저장되어 있는 냉매액이 중력에 의해 캐스케이드 열교환기로 흘러내릴 수 있도록 수액기가 캐스케이드 열교환기보다 높은 위치에 설치되어 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 프리쿨링을 이용한 냉동싸이클.
KR1020220142095A 2022-10-31 2022-10-31 프리쿨링을 이용한 냉동싸이클 KR20240060972A (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220142095A KR20240060972A (ko) 2022-10-31 2022-10-31 프리쿨링을 이용한 냉동싸이클

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020220142095A KR20240060972A (ko) 2022-10-31 2022-10-31 프리쿨링을 이용한 냉동싸이클

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR20240060972A true KR20240060972A (ko) 2024-05-08

Family

ID=91074779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020220142095A KR20240060972A (ko) 2022-10-31 2022-10-31 프리쿨링을 이용한 냉동싸이클

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR20240060972A (ko)

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101593481B1 (ko) 2014-03-23 2016-02-12 권영목 프리쿨링과 냉동사이클을 이용한 절전형 냉각 시스템
KR102406775B1 (ko) 2021-10-01 2022-06-10 김봉석 냉동싸이클 시스템

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101593481B1 (ko) 2014-03-23 2016-02-12 권영목 프리쿨링과 냉동사이클을 이용한 절전형 냉각 시스템
KR102406775B1 (ko) 2021-10-01 2022-06-10 김봉석 냉동싸이클 시스템

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6125000B2 (ja) 二元冷凍装置
EP2223021B1 (en) Refrigerating system and method for refrigerating
JP2001147050A (ja) ２個の蒸発器を備えた冷蔵庫の冷凍システム
CA2898424A1 (en) Cooling mechanism for data center
CN110657597A (zh) 一种氟泵多联制冷系统及其控制方法
US20130061622A1 (en) Refrigerating and air-conditioning apparatus
KR20100059176A (ko) 축열 시스템
KR20100027353A (ko) 냉장냉동장치
JP2007218466A (ja) 二次冷媒式冷凍装置
KR102477314B1 (ko) 냉동싸이클 시스템의 수액기 냉매액 온도저감 방법 및 증발기 냉각성능 개선방법
JP5506638B2 (ja) 冷凍装置
JP2011117685A (ja) 冷凍冷蔵庫
WO2002066908A1 (en) System and method in which co2 is used for defrost and as refrigerant during stand-still
JP2007051788A (ja) 冷凍装置
KR100756880B1 (ko) 냉장고의 냉각장치
KR20240060972A (ko) 프리쿨링을 이용한 냉동싸이클
WO2022116568A1 (zh) 一种新型供冷制冷一体化装置
JP2006003023A (ja) 冷凍装置
KR20240078692A (ko) 프리쿨링을 이용한 유니트쿨러 냉동싸이클
JP3918980B2 (ja) 冷凍装置
CN219368027U (zh) 一种氟泵制冷系统
CN221036246U (zh) 一种气液混合动力型热管复合式制冷系统
JP2001201194A (ja) 冷凍冷蔵装置
WO2016199671A1 (ja) 冷凍システム
CN112524830B (zh) 一种复合超低温制冷系统