KR20020030293A - 열교환사이클 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환사이클에 관한 것으로, 상세하게는 다수개의 출력포트가 있는 밸브의 밸브 절환을 용이하게 하기 위한 열교환사이클에 관한 것이다.

본 발명에 의하면, 냉매가 압축기(32) → 응축기(34) → 복수개의 제 1 모세관(38a,38b) → 복수개의 증발기(40a,40b) → 압축기(32)를 순환하면서 냉동사이클이 형성된다. 그리고 상기 압축기(32)를 통과한 냉매를 복수개의 증발기(38a,38b)로 공급하는 냉매관로(35a,35b)를 선택적으로 개폐하는 3방향밸브(36)가 상기 응축기(34)와 제 1 모세관(38a,38b) 사이에 설치되고, 상기 3방향밸브(36)로 유입되는 냉매를 감압하는 제 2 모세관(42)이 상기 3방향밸브(36)의 전단에 설치된다. 상기와 같은 구성에 의하면, 3방향밸브(36)의 입구측 압력을 낮춤으로서 밸브절환시 과부하 조건하에서도 밸브 절환 동작을 용이하게 할 수 있다.

Description

열교환사이클{Heat-transfer Cycle}

본 발명은 열교환사이클에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 다수개의 출력포트를 가지는 밸브의 입구측 냉매 압력을 저감시켜서 밸브 절환을 용이하게 하는 열교환사이클에 관한 것이다.

열교환사이클을 이용한 기기에는 냉장고, 김치냉장고, 공기조화기 등이 있는데, 여기서는 냉장고를 예를 들어서 설명하기로 한다.

냉장고는 저장공간내에 냉기를 공급하여 저장공간내의 음식물을 일정온도로 유지하는 냉동기기이다.

상기 냉장고의 냉기는 냉동사이클의 운전에 의해 발생하며, 상기 냉동사이클은 압축기, 응축기, 모세관, 증발기를 포함하여 구성된다. 상기 구성요소를 따라 냉매가 유동하면서 상변화를 하고 냉장고의 저장공간을 순환하는 공기와 열교환하여 냉기를 생성하게 된다.

도 1은 종래 기술에 의한 3방향밸브를 사용하고 있는 냉장고의 냉동 사이클을 보이고 있는 구성도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래 기술에 의한 냉동사이클에는 저압의 냉매를 압축하는 압축기(2)가 냉동사이클을 구성하고 있다. 그리고, 상기 압축기(2)를 통과한 냉매를 응축하여 액화시키는 응축기(4)가 냉매관로(5)를 통해서 압축기(2)에 연결된다.

상기 응축기(4)에는 복수개의 증발기(10a,10b)가 연결된다. 상기 증발기 (10a,10b)는 저장공간내 음식물에 포함된 열을 빼앗기 위한 냉기를 발생한다.

그리고, 상기 증발기(10a,10b)로 유입되는 액냉매를 감압하여 증발기 (10a,10b)에서의 냉매 증발을 용이하게 하는 모세관(8a,8b)이 상기 응축기(4)와 증발기(10a,10b) 사이에 설치된다.

그리고, 하나의 압축기(2)를 통과한 냉매를 상기 복수개의 증발기(10a,10b)로 공급하는 냉매관로를 선택적으로 개폐하여 필요한 냉동사이클을 개방하는 3방향밸브(6)가 상기 응축기(4)와 모세관(8a,8b) 사이에 설치된다.

그리고 상기 증발기(10a,10b) 후단에 연결되고 있는 냉매관로는 상기 압축기(2)에 연결되면서, 압축기(2) → 응축기(4) → 모세관(8a,8b) → 증발기(10a, 10b) → 압축기(2)로 연결되는 냉동사이클이 형성된다.

다음은 상기와 같이 구성되는 종래 기술에 의한 3방향밸브를 사용한 냉동시스템의 동작 과정에 대해서 설명한다.

저장공간내에 냉기를 필요로 하는 경우, 마이크로컴퓨터(도시 생략)는 압축기(2)를 구동시켜서 냉동사이클을 운전시킨다.

상기 냉동사이클은, 3방향밸브(6)의 절환모드에 따라서 압축기 (2) → 응축기(4) → 모세관(8a) → 냉장실증발기(10a) → 압축기(2)로 연결되는 냉동사이클이 구성되거나, 또는 상기 압축기(2) → 응축기(4) → 모세관(8b) → 냉동실증발기(10b) → 압축기(2)로 연결되는 냉동사이클이 구성되거나, 또는 상기 압축기(2) → 응축기(4) → 모세관(8a,8b) → 증발기(10a,10b) → 압축기(2)로 연결되는 냉동사이클이 구성된다.

어느 하나의 냉동사이클 운전중 다른 냉동사이클로 변경하는 경우, 마이크로컴퓨터는 밸브절환구동부(도시 생략)에 밸브절환을 명령하고 상기 밸브절환구동부의 구동에 의하여 상기 3방향밸브(6)는 밸브절환된다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술에 의한 3방향밸브(6)를 사용하는 냉동시스템에서는 다음과 같은 문제점이 제기된다.

상기 3방향밸브(6)는 외부로부터 냉매를 공급받는 입력포트(도시 생략)와 상기 입력포트로 유입된 냉매를 외부로 토출하는 제 1,2 출력포트(도시 생략)를 구비하고 있다. 상기 입력포트는 냉매관로(5)에 연결되고, 상기 제 1,2 출력포트는 각각 냉매관로(5a,5b)에 연결된다. 그리고 제 1,2 출력포트의 개방 또는 폐쇄는 밸브체(도시 생략)의 회전에 의하여 이루어진다.

응축기(4)를 통과한 고압의 냉매가 상기 3방향밸브(6)의 입력포트로 유입되면 상기 입력포트의 압력은 상승하고, 상기 입력포트와 상기 제 1,2 출력포트의 압력차는 고압으로 된다. 특히 고온에서 냉동 사이클이 작동하는 경우 또는 냉장고 초기 운전시에는 3방향밸브(6)로 유입되는 냉매의 압력은 더욱 높아진다. 따라서 3방향밸브(6)의 절환을 위한 작동압력차는 더욱 커진다. 여기서 밸브 작동압력차 또는 밸브 절환을 위한 작동압력차는, 상기 3방향밸브(6)가 절환될 때, 밸브체가 냉매로 부터 받는 부하를 나타내는 것으로 상기 입력포트와 상기 출력포트의 압력차이다.

상기와 같기 3방향밸브로 유입되는 냉매가 고압으로 되면, 상기 제 1,2 출력포트의 개방 또는 폐쇄수단인 밸브체의 회전에 대하여 고압의 액냉매는 부하로 작용한다. 따라서 고압의 액냉매가 밸브체로 유입되는 경우 밸브체의 회전에 제동이 걸리게 되고, 그 결과 제 1,2 출력포트의 밸브 절환에 어려움이 발생한다. 즉, 밸브절환시 작동 압력차가 커지기 때문에 밸브 절환이 어렵게 된다.

그리고, 3방향밸브(6)의 밸브절환이 용이하지 않으면 원하는 냉동사이클을운전하는 것이 어렵게 되는 문제점이 야기된다.

또한, 3방향밸브(6)로 유입되는 냉매의 압력이 높으면 3방향밸브(6)의 미세간극에서 일부 냉매가 누설될 우려도 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은, 출력포트가 다수인 밸브의 입구측의 냉매 압력을 감소시켜서 밸브 절환을 용이하게 함으로서, 밸브 절환모드에 따라 원하는 냉동사이클을 운전할 수 있는 출력포트가 다수개인 밸브를 사용한 열교환사이클을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은, 종래 기술에 의한 3방향밸브를 사용한 냉동사이클을 보이고 있는 구성도.

도 2는, 본 발명에 의한 3방향밸브를 사용한 냉동사이클을 보이고 있는 구성도.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

2,32 ............. 압축기 4,34 .............. 응축기

6,36 ......... 3방향 밸브 8a,8b ............. 모세관

38a,38b ..... 제 1 모세관 42 ............ 제 2 모세관

10a,40a .... 냉장실증발기 10b,40b ....... 냉동실증발기

5,35,5a,5b,35a,35b .... 냉매관로

본 발명에 의한 열교환사이클은, 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 압축기를 통과한 냉매를 응축하는 제 1 열교환기와, 상기 제 1 열교환기를 통과한 냉매를 증발시키는 다수개의 제 2 열교환기와, 상기 다수개의 제 2 열교환기 전단에 설치되어 상기 압축기를 통과한 냉매를 감압하는 제 1 감압밸브와, 상기 압축기를 통과한 냉매를 상기 다수개의 제 2 열교환기로 공급하는 냉매관로를 선택적으로 개폐하여 필요한 냉동사이클을 개방하는 n방향밸브와, 상기 n방향밸브의 전단에 설치되어 n방향밸브로 유입되는 냉매를 감압하는 제 2 감압밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 열교환사이클에 있어서, n은 n≥3 이고 상기 제 2 열교환기의 수보다 1 큰 것을 특징으로 한다.

상기와 같은 구성에 의하면, 다수개의 출력포트를 갖는 밸브의 입구측 냉매압력을 저감시킬 수 있으므로 밸브 절환이 용이하게 된다.

다음은 첨부한 도면을 기초로 하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 냉동사이클에는 저압의 냉매를 압축하는 압축기(32)가 냉동사이클을 구성하고 있다. 그리고, 상기 압축기(32)를 통과한 냉매를 응축하여 액화시키는 응축기(34)가 냉매관로(35)를 통해서 압축기 (32)에 연결된다.

상기 응축기(34)에는 복수개의 증발기(40a,40b)가 연결된다. 상기 증발기 (40a,40b)는 저장공간내 음식물에 포함된 열을 빼앗기 위한 냉기를 발생한다.

그리고, 상기 증발기(40a,40b)로 유입되는 액냉매를 감압하여 증발기 (40a,40b)에서의 냉매 증발을 용이하게 하는 제 1 모세관(38a,38b)이 상기 응축기(34)와 증발기(40a,40b) 사이에 설치된다.

하나의 압축기(32)를 통과한 냉매를 상기 복수개의 증발기(40a,40b)로 공급하는 냉매관로를 선택적으로 개폐하여 필요한 냉동사이클을 개방하는 3방향밸브 (36)가 상기 응축기(34)와 제 1 모세관(38a,38b) 사이에 설치된다.

또한, 상기 3방향밸브(36)의 입구측 냉매관로(35)를 흐르는 냉매 압력을 저감시키기 위한 제 2 모세관(42)이 상기 3방향밸브(36)의 전단에 설치된다. 상기 제 2 모세관(42)은 3방향밸브(36)의 입구측 냉매 압력을 낮춤으로서 3방향밸브(36)의 밸브 절환을 용이하게 한다.

그리고, 상기 증발기(40a,40b) 후단에 연결되고 있는 냉매관로는 상기 압축기(32)에 연결되면서, 압축기(32) → 응축기(34) → 제 2 모세관(42) → 제 1 모세관(38a,38b) → 증발기(40a,40b) → 압축기(32)로 연결되는 냉동사이클이 형성된다.

따라서 도 2에 도시하고 있는 바와 같이, 복수개의 증발기(40a,40b)를 구비하고 있는 냉장고의 경우, 상기 3방향밸브(36)의 오픈 제어동작에 따라서, 상기 압축기(32) → 응축기(34) → 제 2 모세관(42) → 제 1 모세관(38a) → 냉장실증발기(40a) → 압축기(32)로 연결되는 냉동사이클이 구성되거나, 또는 상기 압축기(32) → 응축기(34) → 제 2 모세관(42) → 제 1 모세관(38b) → 냉동실증발기(40b) → 압축기(32)로 연결되는 냉동사이클이 구성 되거나, 또는 상기 압축기(32) → 응축기(34) → 제 2 모세관(42) → 제 1 모세관(38a,38b) → 증발기(40a,40b) → 압축기 (32)로 연결되는 냉동사이클이 구성된다.

다음은 상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 3방향밸브를 사용한 냉동시스템의 동작 과정에 대해서 설명한다.

저장공간내에 냉기를 필요로 하는 경우, 마이크로컴퓨터(도시 생략)는 압축기(32)를 구동시켜서 냉동사이클을 운전시킨다.

상기 압축기(32)의 구동에 의해서 고온고압의 냉매가 발생하고, 상기 압축기(32)에서 발생한 냉매는 냉매관로(35)를 통해서 응축기(34)로 전달된다. 상기 응축기(34)에서 냉매는 주위에 열을 방출하면서 응축된다.

상기 응축기(34)를 통과한 냉매는 제 2 모세관(42)으로 전달된다. 상기 제 2 모세관(42)은 응축기(34)를 통과한 고압의 냉매를 감압시켜서 3방향밸브(36)로전달한다. 그리고, 제 2 모세관(42)에 의해서 감압된 액냉매가 3방향밸브(36)로 입력됨에 따라, 상기 3방향밸브(36)는 원하는 냉동사이클을 구동하기 위한 밸브 절환을 용이하게 할 수 있게된다.

즉, 3방향밸브(36)의 출력포트(도시 생략)의 개폐는 밸브체(도시 생략)의 회전에 의하여 이루어지는데, 3방향밸브(36)의 입력포트(도시 생략)의 냉매 압력이 높으면 상기 압력이 밸브체에 대하여 부하로 작용하여 출력포트의 밸브 절환이 어려워진다. 그런데, 제 2 모세관(42)에 의해서 감압된 냉매가 3방향밸브(36)로 유입됨으로서 상기 밸브체에 대한 부하 압력은 다운되고 3방향밸브(36)의 밸브 절환이 정상적으로 작동된다.

상기 제 2 모세관(42)를 통과하면서 감압된 냉매는 밸브 절환이 자유로운 오픈상태의 3방향밸브(36)를 통과하게 된다. 그리고 상기 3방향 밸브(36)는 마이크로컴퓨터(도시 생략)에 의해서 열림과 닫힘이 제어된다.

냉장실에만 냉기 공급이 필요한 경우, 마이크로컴퓨터(도시 생략)는 냉매관로(35a)와 연결되는 3방향밸브(36)의 출력포트만을 오픈 제어하고, 냉동실에만 냉기 공급이 필요한 경우에는 마이크로컴퓨터는 냉매관로(35b)와 연결되는 3방향밸브(36)의 출력포트만을 오픈 제어한다. 그리고, 냉장실과 냉동실 모두에 냉기 공급을 하는 경우, 냉매관로(35a,35b)와 연결되는 3방향밸브(36)의 출력포트 모두를 오픈 제어한다.

그리고, 어느 하나의 냉동사이클 운전중 다른 냉동사이클로 변경하는 경우, 예를 들면 냉장실에만 냉기를 공급하는 냉동사이클 운전중 냉동실에만 냉기를 공급하는 냉동사이클로 사이클 모드 절환을 하는 경우, 마이크로 컴퓨터는 밸브절환구동부(도시 생략)에 밸브절환 명령을 내리고 상기 밸브절환구동부의 구동에 의하여 상기 3방향밸브(36)는 밸브체의 회전에 의하여 밸브 절환된다.

상기와 같이 마이크로컴퓨터의 제어에 의해 수행되는 3방향밸브(36)의 밸브절환은, 제 2 모세관(42)에 의하여 감압된 냉매가 3방향밸브(36)의 입력포트로 유입되므로 정상적으로 작동하게 된다.

한편, 3방향밸브(35)를 통과한 냉매는 제 1 모세관(38a,38b)으로 입력된다. 제 1 모세관(38a,38b)에서 냉매는 증발기(40a,40b)에서 증발하기 쉬운 상태로 감압되어서 증발기로 유입된다. 상기 증발기(40a,40b)에서 냉매는 외부와의 열교환에 의해서 기냉매로 되고, 결과적으로 고내에 차가운 냉기가 공급된다.

그리고, 본 실시예에서는 3방향밸브(36)를 사용한 냉동시스템에 대하여 설명하였으나 여기에 한정되는 것은 물론 아니다. 즉, 하나의 압축기에 의해서 압축된 냉매를 증발시키는 n개의 증발기를 갖는 열교환사이클에서, n+1방향밸브의 입력측 냉매 압력을 저감시키기 위한 n+1방향밸브를 사용하는 열교환사이클에 대하여도 본 발명의 기술적 사상이 적용될 수 있음은 물론이다.

상기의 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 일실시예에 불과하며,동업계의 통상의 기술자에 있어서는, 본 발명의 기술적인 사상내에서 다른 변형된 실시가 가능함은 물론이다.

상기와 같은 구성을 가지는 본 발명은 다음과 같은 효과를 가진다.

고온에서 운전시 밸브 입구측 냉매 압력을 저감시키기 위해서, 밸브의 입구측에 압력 저감 장치인 모세관을 설치함으로서, 밸브의 입구측 냉매 압력이 고압인 경우에도 밸브 절환을 용이하게 하여 정상 작동을 할 수 있게하는 효과가 있다.

Claims (2)

1. 냉매를 압축하는 압축기와;

   상기 압축기를 통과한 냉매를 응축하는 제 1 열교환기와;

   상기 제 1 열교환기를 통과한 냉매를 증발시키는 다수개의 제 2 열교환기와;

   상기 다수개의 제 2 열교환기 전단에 설치되어 상기 압축기를 통과한 냉매를 감압하는 제 1 감압밸브와;

   상기 압축기를 통과한 냉매를 상기 다수개의 제 2 열교환기로 공급하는 냉매관로를 선택적으로 개폐하여 필요한 냉동사이클을 개방하는 n방향 밸브와;

   상기 n방향밸브의 전단에 설치되어 n방향 밸브로 유입되는 냉매를 감압하는 제 2 감압밸브를;

   포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환사이클.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 n은, n≥3 이고 상기 제 2 열교환기의 수보다 1 큰 것을 특징으로 하는 열교환사이클.