KR840001269B1 - 가열 및 냉각수요를 만족시키기 위한 냉각장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

가열 및 냉각수요를 만족시키기 위한 냉각장치

도면은 본 발명에 의한 냉각 장치의 개략도.

본 발명은 가열 및 냉각수요를 동시에 만족시키기 위한 냉각장치에 관한 것이다. 냉동장치는 일반적으로 빌딩의 각 방을 냉각시키기 위해 이 안에서 순환되는 물등의 유체를 냉각하도록 구성되어 있다. 때때로 이러한 냉각장치의 냉매는 냉각장치의 응축기에서 상당히 많은 양의 열을 방출한다. 이러한 방출열은 에너지 손실을 의미하며 따라서 최근에는 열부하 또는 수요를 만족시키기 위해 이러한 방출열을 재생 또는 회수하는 노력을 기울여 왔다.

이러한 열을 재생하는 한 방법은 냉각장치의 응축기로부터 냉매를 흡입하여 압축시키는 보조압축(booster compressor)를 사용하는 것이다. 이러한 압축된 냉매는 분리 재생 응축기로 보내진다. 열전달 유체는 열재생 응축기를 통해 순환하여 열재생 응축기를 지나가는 냉매와 열전달이 이루어진다. 열은 냉매로부터 열전달 유체로 전달되어 열전달 유체를 가열하고 냉매를 응축시킨다. 가열된 열전달 유체는 현재의 열부하를 만족시키는데 사용되거나, 열부하의 사용을 위해 저장하게 되고, 응축된 냉매는 냉매회로에서 다시 사용될 수 있도록 냉매 회로로 귀환된다.

상기에서 언급한 바와 같이, 냉각회로와 가열회로 모두를 갖고 있는 냉동장치의 경우에는, 각 가열 및 냉각부하를 충족시키도록 가열회로 및 냉각회로를 제어하는 것이 필요하고 또한 회로의 변화가 그 회로에 가해진 부하를 처리하는 다른 회로에 영향을 주지 않도록 가열회로와 냉각회로를 서로 독립적으로 제어하는 것이 좋다. 그러나, 가열회로와 냉각회로를 독립적으로 제어할 때는 많은 문제점이 발생된다. 예를 들면, 냉매장치가 낮은 냉각 부하와 높은 가열부하를 동시에 처리한다면, 냉각회로를 통과하는 냉매량은 비교적 적으며 상대적으로 적은 양의 증기를 냉각회로의 압축기로 부터 배출한다.

동시에, 가열회로를 통과하는 냉매량은 비교적 크고 냉각회로의 압축기로부터 배출되는 상대적으로 많은 냉매는 보조 압축기로 흡입되고 가열회로를 통과한다. 실제로 어떠한 극심한 상태에서는, 보조압축기를 통과하는 냉매량은 냉각회로의 압축기로부터 배출되는 냉매량 보다 훨씬 상회하게 된다. 이러한 경우에, 냉각회로의 응축기안의 냉매 증기량은 감소되고 그 안의 압력도 감소된다. 이에 따라, 보조 압축기 입구에서의 압력이 감소된다. 만약 이러한 압력이 매우 낮게 떨어지면, 보조 압축기로부터 배출된 증기의 온도는 필요이상으로 높게 되거나, 보조 압축기는 압축기안의 주기적인 완전 유동역진 현상이 발생되는 잘 알려진 서어지 상태(surge condition)가 되며, 이에 따라 압축기의 효율이 떨어지고 압축기의 각 부품에 손상을 준다.

이러한 어려움 및 다른 단점등은 본 발명에 의해 냉각장치의 냉각회로의 고압축 냉매 증기 압력이 설정치 이하로 떨어질때에 승압형 냉동장치(booster type refrigeration machine)의 보조압축기를 통과하는 냉매 유량을 감소시키므로써 극복되어 질 수 있다. 특히, 본 발명은 가열 및 냉각부하를 만족시키기 위한 냉각장치에 관한 것으로, 저압측과 고압측을 갖는 기계적 냉각 유니트를 포함하는 냉각회로와, 냉각 유니트의 고압측으로부터 냉매를 흡입하여 압축시키는 보조 압축기를 포함한 가열회로와, 열전달 유체를 가열하고 냉매 증기를 응축시키도록 압축된 냉매증기를 열전달 유체와 열전달 관계가 이루어지도록 통과시키는 열 재생 응축기로 구성된다. 또한, 본 발명에 의한 냉각장치는 냉각유니트의 고압측의 압력이 설정치 이하로 떨어질 때 보조 압축기를 통과하는 증기 유량을 감소시키기 위한 제어 장치로 구성된다.

본 발명은 첨부된 도면과 함께 하나의 실시예로써 하기에서 보다 상세히 설명한다.

도면에는 본 발명에 의한 냉각장치(10)의 개략도가 도시되어 있다. 일반적으로 냉각장치(10)는 냉각회로(12)와 가열회로(14)를 포함한다. 냉각회로(12)는 2단 압축기(18)의 제1단(16)과 같은 주압축장치와, 주 응축기(20), 주 팽창 장치(22) 그리고 증발기(24)로 구성된다. 가열회로(14)는 압축기(18)의 제2단(26)과 같은 보조 압축 장치와, 열 재생 응축기(30) 그리고 보조 팽장 장치(32)로 구성된다. 입구안내 날개(34)는 압축기(18)의 제1단, 즉 냉각회로(12)를 통과하는 증기량을 제어하도록 마련되는 동시에 밸브(36)는 압축기(18)의 제2단, 즉 가열회로(14)를 통과하는 증기량을 조절하도록 마련되어 있다. 양호하게는 두 개의 압력 스위치(40,42)를 갖고 있는 압력 감지장치(38)는 후술될 방법에 의해 제어 밸브(36)에 대하여 주응축기(20)와 증기적인 연통관계에 있다. (도시되지 않은) 모터 또는 구동장치는 종래의 기술에 의해 압축기(18)의 제1단(16)과 제2단(26)을 동시에 구동시킬 수 있는 방법으로 결합된다.

작동시에, 압축기(18)의 제1단(16)은 도관(44)을 통해 주응축기(20)로 고온 압축 냉매 증기를 배출한다. 냉매는 주 응축기(20)를 통과하고 주응축기 안에 위치한 열교환 코일(46)을 통해 순환되는 물등의 외부 열 교환 매체에 열을 빼앗겨서 응축된다. 응축된 냉매는 주 팽창 장치(22)를 통하여 유동되고 이에 따라 냉매의 온도 및 압력이 감소된다. 팽창된 냉매는 증발기(24)로 유입되어 통과하고, 증발기 안에 위치한 열교환 코일(50)을 통과하는 물과 같은 외부열 교화 매체로부터 열을 흡수한다. 따라서, 열교환 매체는 냉각되고 냉매는 증발한다. 냉각된 열교환 매체는 냉각부하를 충족시키기 위해 사용될 것이고, 증발된 냉매는 증발기(24)로부터 도관(52)으로 유입되어 압축기(18)의 제1단(16)에 귀환된다.

위에서 언급한 바와 같이, 압축기(18)의 제1단(16)과 주 팽창 장치(22)는 냉각회로(12)를 고압축(54)과 저압축(56)으로 분리시키며, 보조압축기 입구도관(boosterinlet line, 58)은 냉매증기를 냉각회로의 고압측으로부터 압축기(18)의 제2단(26)에 전달하기 위하여 마련되어 있다. 본 실시예에서는 입구도관(58)은 주 응축기(20)에 연결되어 있으며, 이를 통과하는 냉매증기의 일부분을 압축기(18)의 제2단(26)에 전달한다. 또한, 입구도관(58)은 배출도관(44)에 연결될 수도 있다.

압축기(18)의 제2단(26)은 이에 전달된 증기를 압축하고, 이에 따라 증기의 온도 및 압력을 증가시킨다. 이러한 압축된 증기는 도관(60)으로 배출되고 열 재생 응축기(30)에 유입된다. 냉매 증기는 열 재생 응축기 안에 설치된 열교환 코일(62)을 통과하는 물등의 열교환 유체와 열전달 관계를 이루면서 열재생 응축기를 통과한다. 그안에서 열은 냉매 증기로부터 열교환 코일(62)을 통과하는 열교환 유체로 전달되어 열교환 유체는 가열되며 냉매는 응축된다. 가열된 열교환 유체는 가열부하를 충족시키도록 사용된다. 열재생 응축기(30)안에 응축된 냉매는 오리피스(32)와 냉매도관(64,64)등의 보조 팽창 장치를 포함하는 귀환 장치를 통해 냉각 회로(12)로 귀환된다. 특히, 열재생 응축기(30)로부터 응축된 냉매는 도관(64)을 통하여 오리피스(32)로 유입되어 냉매의 압력 및 온도가 감소된다. 냉매도관(66)은 냉매를 냉각회로에 사용하기 위하여 오리피스(32)로부터 냉매회로(12)로 특히 냉매 회로의 주팽창 장치(22)로 귀환시킨다.

안내 날개(34)는 냉각회로(12)의 용량을 변화시키기 위하여 냉각회로 안의 부하 변화를 나타내는 여러인자에 반응하여 제어되어 진다. 예를 들면, 안내 날개(34)는 증발기(24)의 열교환 코일(15)의 출구온도에 따라 제어되어진다. 냉각부하가 증가하거나 감소할 때, 안내날개(34)는 압축기(18)의 제1단(16) 또는 냉각회로(12)의 증기 유량을 각각 증가 또는 감소시키도록 최소 증기유량 위치와 최대 증기 유량 위치 사이에서 움직인다. 이와 유사하게 밸브(36)는 가열회로(14)의 용량을 변화시키도록 가열회로(14)의 부하 변화를 나타내는 여러 인자에 반응하여 제어되어 진다. 예를 들면, 밸브(36)는 열 재생 응축기(30)의 열교환 코일(62)의 출구유체 온도에 따라 제어된다. 가열부하가 증가하거나 감소할 때, 위치재치(68)는 압축기(18)의 제2단 또는 가열회로(14)를 통과하는 증기유량을 각각 증가 또는 감소시키도록 밸브를 최소 증기유량위치와 최대 증기 유량 위치사이에서 움직이게 한다.

위치장치(68)은 전기 또는 유압 그리고 공기 역학적 장치와 같은 적절한 형태의 것을 사용한다. 그러나, 양호하게는 위치 장치(68)는 밸브(36)를 움직이는 전기적 에너지원에 선택적으로 연결되는 가역 전기모터(reversible electric motor)로 구성된다.

앞에서 언급한 바와 같이, 상기의 일반적인 냉각장치는 저 냉각부하와 고가열 부하를 동시에 취급하려 할 때에는, 가열회로 또는 보조 압축기의 입구에서의 압력은 매우 낮다. 이러한 경우, 보조압축기로부터 배출되는 증기의 온도는 과대하게 높거나 보조압축기가 서어지 상태가 된다. 이러한 점에서 냉각장치(10)은, 냉각회로(12)의 고압축(54)의 압력이 제 1설정치 설정점(set point)아래로 떨어질 때 압축기(18)의 제2단(26)을 통과하는 증기 유량을 감소시키기 위한 제어장치를 갖고 있다.

특히, 상기 제어장치는 압력 감지기(38)과 위치장치(68)로 구성된다. 위치 장치(68)는 압력 감지기(38) 그리고 밸브(36)에 연결되어 있다. 위치장치(68)와 압력감지기(38)는 주 응축기(20)안의 증기압이 제 1설정치 이하로 떨어질 때 압축기(18)의 제2단(26)을 통과하는 증기유량을 감소시키도록 그 최소 유량 위치로 밸브(36)를 이동시키도록 작동한다. 양호하게는 위치장치(68)는 주 응축기(20)안의 압력이 제1설정치 아래로 떨어진다면 밸브(36)를 그 최소 유량 위치로 이동시키도록 계속 작동한다.

상기의 구조에 의하면, 주 응축기(20)로부터 가열회로(14)로 송출되는 증기량은 주 압축기(16)를 통하여 주 응축기에 유입되는 증기량 보다 적거나 같아 질때까지 감소한다. 이는 주 응축기(20)안의 냉매 증기의 질량을 안정값 이상으로 유지시키도록 한다. 이러한 방법으로, 주 응축기(20)에서의 압력은 압축기(18)의 제2단(26)이 서어지 상태로 되거나 배출 증기가 과잉으로 고온이 되는 것을 방지할 수 있도록 충분히 높게 유지된다.

주 응축기(20)안의 압력이 제1설정치 이상으로 다시 올라가면, 압력 감지시(38)는 위치장치(68)가 밸브(36)를 최소유량 위치로 이동시키는 작동을 멈추도록 한다. 그러나, 밸브(36)는 가열회로(14)의 부하 감소와 같은 다른 이유등에 의해 계속 최소 유량 위치로 이동될 수도 있다. 이에 부언하여, 양호하게는 압력감지기(38)는 주응축기(20)안의 압력이 앞에서 언급한 제1설정치보다 큰 제2 설정치 또는 설정점 이하로 떨어질 때를 감지한다. 이러한 상태가 감지되면 위치장치(68)는 밸브(36)가 최대 유량 위치로 이동되는 것을 방지한다. 이는 가열회로(14)에 의해 주응축기(20)로부터 송출되는 증기량이 예를 들어 가열회로(14)의 부하 증기등에 의해 증가되는 것을 방지한다. 이에 따라 이러한 현상은 주 응축기 안의 압력이 증가되는 것을 방지한다. 주 응축기(20)안의 압력이 다시 제2설정치 위로 올라가면, 압력 감지기(38)는 위치장치(68)가 밸브(36)를 그 최대유량 위치로 이동시키는 작동을 더 이상 저지하지 않으며, 그리하여 예를들면 가열회로(14)의 가열부하의 증가등에 의하여 밸브는 최대유량 위치로 이동하게 될 것이다.

반면에, 주 응축기(20)의 압력이 냉각회로(12)의 냉각부하의 감소등에 의하여 계속 떨어지고 주응축기 안의 압력이 제1설정치 아래로 떨어진다면, 위치장치(68)는 밸브(36)가 압축기(18)의 제2단(26)을 통과하는 증기유량을 증가시키도록 작동된다.

압력 감지기(38)는 전기, 유압 또는 공기 역학적 장치와 같은 적절한 형태의 것이다. 양호하게는 위치 장치(68)는 가역 전기모터를 포함하기 때문에 압력 감지기(38)는 제1 및 제2 압력 스위치(40,42)를 갖고 있다. 스위치(40)는 주응축기(20)안의 압력이 제2 설정점 아래로 떨어지는 것을 감지하여 모터가 밸브(36)를 개방시키지 않도록 전기 에너지원과 모터를 연결시키지 않는 동시에 스위치(42)는 주응축기(20)안의 압력이 제1설정점 아래로 떨어지는 것을 감지하여 밸브(36)를 폐쇄시키도록 전기 에너지원과 모터를 연결시킨다. 도면에 도시된 바와 같이, 스위치(40,42)는 탭-오프(tap-off)도관(72)을 통하여 주응축기(20)와 증기적으로 연통된 실(70)안에 설치되어 있다.

본 발명에 의한 냉각장치(10)는 저 냉각부하와 고 가열 부하를 동시에 만족시킬 때 보조압축기가 서어지 상태로 되거나 불필요한 고온의 증기를 배출하는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. 또한, 상기에서 충분히 이해할 수 있는 바와 같이 이러한 유용한 결과는 매우 손쉽고 경제적인 방법으로 얻어질 수 있다.

본 발명은 상기에 언급한 목적을 완전히 충족시킬 수 있는 동시에 본 기술분야에 속한 사람에 의해 본 발명의 정신 및 영역을 벗어남이 없이 많은 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (1)

1. 고압측(54)과 저압측(56)으로 구성된 기계적 냉각회로(12)와 가열수요를 만족시키기 위한 가열회로(14)를 구비하고, 상기 가열회로가 냉매증기를 보다 압축하기 위한 보조 압축기(26)와, 냉매를 냉각회로(12)의 고압측(54)으로부터 보조 압축기(26)로 송출하기 위한 보조 압축기 입구도관(58)과, 열전달유체를 가열하고 냉매 증기를 응축시키도록 열전달 유체와 열전달 관계가 이루어지면서 보조 압축기(26)로 부터의 냉매 증기를 통과시키는 열재생 응축기(30)와, 응축된 냉매를 열 재생 응축기(30)로부터 냉각회로(12)로 귀환시키기 위한 장치(64,66)로 구성된 가열 및 냉각 수요를 만족시키기 위한 냉각 장치에 있어서, 냉각회로(12)의 고압측(54)의 압력이 제1설정치 이하로 떨어질 때 보조 압축기(26)룰 통과하는 증기량을 감소시키기 위한 제어장치(36,38,68)를 구비하는 것을 특징으로 하는 가열 및 냉각수요를 만족시키기 위한 냉각장치.

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