KR200240558Y1 - 소형2단원심압축기를이용한냉방장치용중간냉각기일체형응축기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 냉방능력 5RT 이하의 소형 2단 원심압축기의 냉매회로에 사용되는 중간냉각기 일체형 응축기에 관한 것으로서, 이는 특히 이러한 냉매회로에서 최적 사이클을 통한 성능과 효율을 향상시키고 시스템 구조를 단순화시킴에 따라 원가절감 및 제품의 간소화를 이룰 수 있도록 한 것이다.

본 고안은 상기예의 목적을 구현할 수 있도록 증발기에서 배출된 냉매를 받아 소형 2단 원심압축기에서 1단 압축한 후 중간 냉각시키고, 상기 중간 냉각된 냉매를 소형 2단 원심압축기에서 2단 압축한 후 응축시키도록 된 소형 2단 원심압축기를 이용한 냉방장치에 있어서, 상기 소형 2단 원심압축기(10)에서 1단 압축된 후 배출되는 냉매를 받기 위한 입구(13a)와 그 소형 2단 원심압축기(10)의 2단측 입구로 이어지는 출구(13b)를 갖는 중간냉각기관(13c)을 포함하는 중간냉각기(13)와, 상기 소형 2단 원심압축기(10)에서 2단 압축된 후 배출되는 냉매를 받기 위한 입구(21a)와 팽창밸브(14)로 이어지는 출구(21b)를 갖는 응축관(21c)을 포함하는 응축부(21)가, 송풍팬(24)에 의해 송풍되는 영역의 서로 다른 부분에 배치됨을 특징으로 하는 소형 2단 원심압축기를 이용한 냉방장치용 중간냉각기 일체형 응축기를 제공한다.

Description

소형 2단 원심압축기를 이용한 냉방장치용 중간냉각기 일체형 응축기{Condensor with intercooler for cooling unit using small two step centrifugal compressor}

본 고안은 냉방능력이 5RT이하인 소형 2단 원심압축기의 에어콘 냉매회로를구성하는 중간냉각기(이하 중간냉각기이라 약칭한다) 일체형 응축기에 관한 것으로서, 이는 특히 이러한 냉매회로에서 최적 사이클을 통한 성능과 효율을 향상시키고 시스템 구조를 단순화시킴에 따라 원가절감 및 제품의 간소화를 이룰 수 있도록 한 것이다.

통상의 전형적인 냉방 사이클에 사용되어온 중간냉각기 장치는 냉동능력 100RT 이상의 원심식 압축기에서 1단측 토출 냉매를 과냉 시키고자 별도의 구성으로 중간냉각기가 장착되어 있으며 냉동사이클은 도 1과 같이 나타내었다.

여기서는 증발기(1)에서 1단 압축기(2)로 흡입된 냉매는 저압 압축후 중간냉각기(3)에 의하여 과냉 시킨 후 다시 2단 압축기(4)로 유입 압축하여 응축기(5)로 토출하며, 상기 응축기(5)에서 응축과정 후 팽창밸브(6)를 지나 감압후 증발기(1)로 유입증발 과정을 거쳐 1단 압축기(2)로 흡입되는 사이클을 이루고 있다.

한편, 본 고안과 관련된 선행기술로는 대한민국 특허출원 제96-45731호 및 45732호가 알려져 있고, 이는 소형 2단 원심 압축기의 전동부에 윤활구조가 없고 회전속도가 약 36,000RPM 이상의 고속회전을 요구하면서 시스템에서 전동부의 냉각을 위한 별도의 바이패스 냉매 유로가 형성되어져 있다.

이러한 유형의 압축기에서는 모터냉각을 위해 윤활유를 사용하는 접촉식 압축기와는 다르게 냉매유로를 통해 모터를 냉각하는 2단 원심압축기는 특징상 증발기에서 1단 압축된 냉매는 곧바로 모터를 냉각시킨다. 이때 냉매온도는 급격히 상승되고 압력의 증가를 발생한다.

이러한 상태에서 2단 측으로 냉매가 흡입될 경우 비례적 증가로 압축기 성능을 크게 저하시키고, 밀도가 감소한 고온고압의 과포화 냉매증기는 2단측 효율을 격감시키게 된다. 따라서, 최적의 사이클 작동을 위해서는 모터냉각 후 과열냉매를 일정한 수준으로 과냉 시킬 필요가 있다.

그리고, 이러한 작용을 중간냉각기가 하게 되는데 종래에는 이에 따른 별도의 제어부와 장착에 필요한 공간이 확보되야하며, 이에 따른 가격을 상승시키는 요인을 발생한다.

또, 이러한 소형 2단 원심압축기를 이용한 에어컨 사이클을 구성할 때는 소형 2단 원심압축기의 전동부 측에서 소비되는 냉각 시스템을 유지하기 위한 다양한 형태가 요구되고 있으나, 소형 2단 원심압축기의 전체적 성능 및 효율을 증대시키기 위하여 중간냉각기를 별도로 구성할 때는 전체적인 장치의 부피와 무게를 증가시킬 뿐 아니라 시스템 효율에 장애가 되는 것이었다.

또, 이러한 에어컨 사이클에서 응축압력이 변함에 따라 중간냉각기 온도압력을 적정한 수준으로 제어하기 위해 온도 및 압력신호를 받는 별도 장치가 필요하고 복잡한 구조로 실제 에어컨 적용에 문제점이 발생한다.

본 고안의 목적은 이러한 소형 2단 원심압축기를 이용한 냉방(에어컨) 사이클을 구성할 때 중간냉각기와 응축기를 일체형 구조로 함으로써 소형 2단 원심압축기를 적용한 에어컨 시스템에 있어서 최적 사이클을 통한 성능과 효율을 향상시키고 시스템 구조를 단순화시킴에 따라 원가절감 및 제품의 단순화를 이룰 수 있도록 한 것이다.

본 고안은 소형 2단 원심압축기의 전동부 구동모터에서 발생한 열량만큼을 보상하기 위한 내용적 및 열량을 계산하여 중간냉각기를 설계한 후 응축기내에 중간냉각기를 일체로 장착하면 응축기 내에는 응축을 위한 라인과 중간냉각기용 라인이 형성된다.

그리고, 이때 중간냉각기의 열교환 열원은 공기를 이용하는 공냉식이며 팬의 구동으로 두 가지 상태변화(응축, 중간냉각)이 동시에 발생하게 되며, 응축온도의 변화시 팬 속도는 제어열원의 양을 제어하게 되므로 자동적으로 중간냉각이 동시에 조절될 수 있도록 한 것이다.

도 1은 종래기술의 냉동 사이클 구성을 나타낸 참고도

도 2는 본 고안의 중간냉각기 일체형 응축기가 구비된 냉동 사이클을 나타낸 도면

도 3은 본 고안의 중간냉각기 일체형 응축기를 나타낸 참고 사시도이다

＊도면의 주요부분에 대한 부호설명＊

10: 2단 원심압축기 13: 중간냉각기

13a: 중간냉각기입구 13b: 중간냉각기출구

13c: 중간냉각기관 21: 응축부

21a: 응축기입구 21b: 응축기출구

21c: 응축관 23: 응축기

본 고안은 특히 상기예의 목적을 구현할 수 있도록 증발기에서 배출된 냉매를 받아 소형 2단 원심압축기에서 1단 압축한 후 중간 냉각시키고, 상기 중간 냉각된 냉매를 소형 2단 원심압축기에서 2단 압축한 후 응축시키도록 된 소형 2단 원심압축기를 이용한 냉방장치에 있어서, 상기 소형 2단 원심압축기에서 1단 압축된 후 배출되는 냉매를 받기 위한 입구와 그 소형 2단 원심압축기의 2단측 입구로 이어지는 출구를 갖는 중간냉각기관을 포함하는 중간냉각기와, 상기 소형 2단 원심압축기에서 2단 압축된 후 배출되는 냉매를 받기 위한 입구와 팽창밸브로 이어지는 출구를 갖는 응축관을 포함하는 응축부가, 송풍팬에 의해 송풍되는 영역의 서로 다른 부분에 배치됨을 특징으로 하는 소형 2단 원심압축기를 이용한 냉방장치용 중간냉각기 일체형 응축기를 특징으로 하는 것이다.

이하에서 이를 첨부된 도면과 함께 좀더 구체적으로 설명하여 봄으로서 본고안의 보다 상세한 특징들이 이해될 수 있을 것이다.

도 2 및 도 3은 본 고안에 의한 중간냉각기 일체형 응축기(23)가 구비된 시스템의 냉매회로와 응축기(23)를 나타내었다.

여기서는 소형 2단 원심압축기(10)의 전동부 냉각을 위한 중간냉각기(13)와 응축부(21)가 일체로 유니트(Unit)화 되어져 있는 응축기(23)를 이루고 있고, 상기 중간냉각기(13)는 소형 2단 원심압축기(10)의 밀폐된 전동부 몸체 내부를 통과하여 외부로 토출되는 냉매의 출구측에 중간냉각기입구(13a)가 연결되어 있고, 중간냉각기입구(13a)가 연결된 중간냉각기관(13c)을 거쳐 2단 원심압축기(10)의 2단측 입구에 중간냉각기 출구(13b)가 연결되어져 있다.

또한, 응축부(21)의 응축관(21c)들과 다른 영역에 배치된 중간냉각기관(13c)과 이 중간냉각기관(13c)을 공냉식으로 식혀주는 송풍팬(24)이 설치되어져 있다.

즉, 소정 면적을 갖는 냉각핀이 다수열 평행하게 배치되고, 이들 냉각핀의 상부쪽을 관통하여 중간냉각기(13)의 중간냉각기관(13c)이 설치되며, 그 냉각핀의 하부쪽을 관통하여 응축부(21)의 응축관(21c)이 설치된다. 그리고, 이러한 중간냉각기(13)와 응축부(21)는 송풍팬(24)에 의한 송풍영역 내에 존재한다.

상기 응축부(21)의 응축관(21c) 입구는 2단 원심 압축기(10)의 2단 출구 측에 응축기입구(21a)가 연결되어져 있고, 응축기출구(21b)는 1차 팽창밸브(14)로 이어져 있다.

여기서는 미설명부호 11은 소형 2단 원심압축기(10)의 1단측입구, 12는 전동부 고정자, 15는 1차수액기, 16은 2차팽창변, 17은 2차 수액기, 18은 증발기, 22는증발기팬, 25는 소형 2단 원심압축기(10)의 2단측이다.

이러한 구성의 본 고안은 도 2 및 도 3고 같이 2단 원심압축기 1단측입구(11)를 통과한 냉매가 밀폐된 전동부 모터의 고정자(12) 등을 냉각하고 중간냉각기입구(13a)를 통하여 응축기(23)측의 중간냉각기(13)로 냉매가 유입된다.

상기 냉매가 중간냉각기(13)의 중간냉각기관(13c)을 통과하는 동안 송풍팬(24)에 의해 적당한 온도로 냉각된 후, 다시 중간냉각기출구(13b)를 통하여 2단 원심압축기(10)의 2단측(25)으로 유입되고, 상기 2단측(25)에서 압축 토출된 냉매는 응축부(21)의 응축기입구(21a)로 유입되어 응축관(21c)을 통해 응축된다.

이후, 응축기출구(21b)를 통하여 토출되며 다시 1차 팽창밸브(14)를 통해 1차 팽창된 후 1차수액기(15)로 유입하고, 다시 2차 팽창밸브(16)를 통해 2차수액기(17)로 유입후 증발기(18)를 통해 다시 2단 원심압축기(10)의 1단측입구(11)로 흡입되는 사이클이다.

상기 2단 원심압축기(10)에서 증발기(18)를 통과한 저온, 저압의 기체냉매는 1단측을 통과하여 압력이 증가되고 중간압으로 압축된다. 압축후 냉각 유로를 따라 이동하면서 전동부모터를 냉각하고 고온의 과열증기 상태로 2단 원심압축기(10)의 1단측 출구(20)로 빠져나와 응축기(23)측의 중간냉각기(13)로 유입된다. 이때 냉매는 응축기(23)내 중간냉각기(13) 라인을 따라 이송하면서 고온의 과열증기의 온도를 송풍팬(24)에 의해 냉각시키며, 이렇게 냉각된 냉매는 2단 원심압축기(10)의 2단측(25)에 유입된다.

상기 2단측(25)에 유입된 냉매는 2단 압축과정으로 고온고압의 과열증기가되어 응축기(23)측의 응축부(21)로 유입되며, 응축부(21)에서는 외부 열원(공기)을 가지고 팬의 구동으로 열교환이 이루어져 액냉매로 상변화를 일으킨다.

상기 응축기(23)를 통과한 냉매는 1차팽창밸브(14)를 통과하며 급속히 감압작용으로 압력이 떨어지고 1차 수액기(15)로 유입되어 상분리가 일어나며, 다시 액냉매 라인이 2차 팽창밸브(16)로 유입되어 2차 팽창작용으로 감압, 저온상태로 되고 다시 2차 수액기(17)로 유입되어 냉매가 증발기(18)로 이송된다.

상기 증발기(18)에서는 외부열원(공기)에 의해 증발과정이 발생되며 저온저압의 기체냉매를 다시 2단 원심압축기(10)의 1단측입구(11)로 이송하게 된다.

이러한 본 고안은 약 36,000RPM 이상의 고속회전 밀폐 전동부를 갖는 2단 원심압축기에서 전동부의 냉각 시스템을 위한 중간냉각기가 구비되면서 이것이 응축기와 일체로 되어 압축기 성능과 사이클 효율을 향상시킬 수 있고, 중간냉각기와 응축기가 일체화됨에 따른 원가절감 및 단순화가 가능하게 되었으며, 응축온도변화에 따라 자동으로 적정한 중간압 형성과 과열증기 냉각으로 2단 원심식 압축기의 수명향상과 성능개선을 향상시킬 수 있다.

Claims (1)

1. (정정) 증발기에서 배출된 냉매를 받아 소형 2단 원심압축기에서 1단 압축한 후 중간 냉각시키고, 상기 중간 냉각된 냉매를 소형 2단 원심압축기에서 2단 압축한 후 응축시키도록 된 소형 2단 원심압축기를 이용한 냉방장치에 있어서,

   상기 소형 2단 원심압축기(10)에서 1단 압축된 후 배출되는 냉매를 받기 위한 입구(13a)와 그 소형 2단 원심압축기(10)의 2단측 입구로 이어지는 출구(13b)를 갖는 중간냉각기관(13c)을 포함하는 중간냉각기(13)와, 상기 소형 2단 원심압축기(10)에서 2단 압축된 후 배출되는 냉매를 받기 위한 입구(21a)와 팽창밸브(14)로 이어지는 출구(21b)를 갖는 응축관(21c)을 포함하는 응축부(21)가, 송풍팬(24)에 의해 송풍되는 영역의 서로 다른 부분에 배치됨을 특징으로 하는 소형 2단 원심압축기를 이용한 냉방장치용 중간냉각기 일체형 응축기.