KR0153407B1 - 냉동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉매의 혼합물과, 냉동 운전중에 냉동용량을 조절할 수 있도록 냉매간의 비율을 조절하기 위한 냉매 조절 수단을 사용하는 냉동장치에 관한 것으로, 상기 냉동장치는 요구되는 냉동용량을 얻을 수 있도록 압축기 회전속도가 조절되며 그 회전속도가 하부 설정치나 상부 설정치를 벗어날때 냉매 조절기가 냉매간의 비율을 조절하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉동장치

제1도는 단일 냉매를 사용하는 종래 기술의 냉동장치를 나타낸 도면.

제2도는 본 발명의 한 실시예에 따른 냉동장치를 나타낸 도면.

제3도는 냉매의 혼합비율과 냉동용량간의 상관관계를 나타낸 특성도.

제4도는 가열 공정중의 조절된 실내온도를 나타낸 도면.

제5도는 회전속도와 냉동용량간의 상관관계를 나타낸 도면.

제6도는 탱크 주위에 모세관이 배치된 변형을 가진 제2도의 냉동장치를 나타낸 도면.

제7도는 탱크 주위에 감압기가 배치된 변형을 가진 제2도의 냉동장치를 나타낸 도면.

제8도는 조절기를 포함하는 냉매 가열기를 포함하는 변형을 가진 제2도의 냉동장치를 나타낸 도면.

제9도는 기체상태의 냉매가 통하기 위한 통로내에 탱크가 설치되어 있는 변형을 가진 제2도의 냉동장치를 나타낸 도면.

제10도는 기체 및 액체 상태의 냉매가 각각 통하기 위한 통로내에 탱크가 배치되어 있는 변형을 가진 제2도의 냉동장치를 나타낸 도면.

제11도는 본 발명에 따른 방출형 압축기를 사용하는 냉동장치를 나타낸 도면.

제12도는 제11도에 나타낸 장치의 특성도.

제13도는 본 발명에 따른 방출형 압축기의 주요 부분을 나타낸 도면.

제14도는 제13도의 압축기의 운전상태를 나타낸 도면.

제15도는 제13도의 압축기의 운전상태를 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압축기 3 : 흡입컵

5 : 4통밸브 7 : 내부 열교환기

9 : 탱크 11 : 감압기

13 : 외부 열교환기 17 : 내부 팬

19 : 냉매 가열기 21 : 열전달관

23 : 조절밸브 27 : 조절기

31 : 냉매온도센서 33 : 외부 팬

본 발명은 냉매의 혼합물을 사용하는 냉동장치에 관한 것이며, 더 상세하게는 장치의 냉동 능력을 조절하기 위해 냉매의 혼합비율을 조절하는 것에 관한 것이다.

제1도는 압축기(101), 내부 열교환기(103), 감압기(105) 및 외부 열교환기(107)를 가진 종래기술의 냉동장치를 나타낸 것이다. 냉동 운전중에는 내부 열교환기(103)가 증발기로써 작동하고 외부 열교환기(107)는 응축기로써 작동한다. 압축기(101)에서 방출된 냉매는 제1도의 쇄선 화살표 방향을 따라 외부 열교환기(107), 감압기(105) 및 내부 열교환기(103)를 통해 흐른다. 상기 과정을 거친 냉매는 압축기(101)로 되돌아 간다.

제1도의 냉동장치는 열펌프(pump)형의 것으로 4통(four-way) 밸브(109)를 포함한다. 가열 운전을 실행하기 위해서는, 내부 열교환기(103)는 응축기로써 작동하고 외부 열교환기(107)는 증발기로써 작동하도록 4통밸브(109)가 전환되어야 한다. 압축기(101)로부터 방출된 냉매는 제1도의 실선 화살표 방향을 따라 내부 열교환기(103), 감압기(105) 및 외부 열교환기(107)를 통해 흐른다. 상기 과정을 거친 냉매는 압축기(101)로 되돌아 간다.

내부 및 외부 열교환기(103)(107)는 냉동 및 가열 운전에 따라 각각 증발기나 응축기로써 작동한다.

냉동장치의 냉동용량은 압축기(101)의 용량에 따라 결정된다. 냉동장치의 냉동용량을 증가시키기 위해서는 압축기를 매우 큰 회전수로 회전시키거나 더 큰 것으로 교체해야 한다.

압축기(101)가 매우 큰 회전수로 회전하면 진동, 마찰 및 소음을 발생시키며 내구연한을 감소시킨다. 압축기(101)를 더 큰 것으로 교체할 경우에는 냉동장치의 전체 크기와 무게가 증가한다.

냉동장치의 냉매로는 끓는점이 높은 것과 낮은 것의 혼합물을 사용할 수 있다. 끓는점이 낮은 냉매에 비해 끓는점이 높은 냉매는 같은 응축 압력하에서 더 높은 비등점과 응축 온도를 가진다. 즉, 끓는점이 높은 냉매로는 더 높은 온도의 공기를 방안으로 보낼 수 있다. 압축기(101)의 방출 압력이 그리 크지 않은 경우에도 끓는점이 높은 냉매는 방안으로 고온의 공기를 불어넣을 수 있도록 높은 응축 온도를 제공하고, 그리하여 냉동장치의 가열 용량을 개선시킨다.

그러나, 끓는점이 높은 냉매는 한가지 단점을 가진다. 주변 공기의 온도가 낮을 경우에는, 가열용량을 증가시키기 위해 냉매의 순환량이 증가하도록 압축기(101)가 높은 회전수로 회전한다. 이 경우, 증발기(외부 열교환기(107))내에서 증발하는 끓는점이 높은 냉매의 특정 부피는 증발기(107) 및 압축기(101) 간의 흡입관내에서 압력 손실이 증가할 정도로 매우 커지게 된다. 따라서, 압축기(101)의 흡입량은 압축기(101)의 회전수가 증가해도 증가하지 않는다.

한편, 증발기내에서 증발하는 끓는점이 낮은 냉매의 특정 부피는 작다. 따라서, 압축기(101)를 상기와 같이 교체하므로써 끓는점이 낮은 냉매의 순환량은 크다. 이 결과로, 가열 운전의 효율이 증가한다. 주변의 온도가 가열용량을 감소시키도록 낮을 때는 끓는점이 높은 냉매에 대한 끓는점이 낮은 냉매의 비율을 증가시키는 것이 좋다. 그러나, 만일 끓는점이 낮은 냉매가 고온에서 방출된다면 압축기(101)의 방출 압력은 설계상의 허용 압력치를 초과할 정도로, 끓는점이 낮은 냉매는 같은 응축 온도하에서 더 높은 응축 압력을 보인다.

본 발명의 목적은 대용량의 압축기를 사용하지 않고서도 냉동 공정의 성능을 증가시킬 수 있도록 냉매 혼합물의 특성을 효과적으로 사용하는 냉동장치를 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 냉매의 혼합물 및 냉동 공정중의 냉동용량을 조절할 수 있도록 냉매간의 혼합 비율을 조절하는 조절장치를 포함한다.

상기 장치는 원하는 냉동용량을 제공하도록 회전속도가 조절되는 압축기(101)를 포함한다. 압축기의 회전속도가 하부 설정치 아래로 떨어지거나 상부 설정치를 넘어설 때, 냉매 조절장치는 냉매간의 비율을 조절한다.

이러한 방식에 의해 압축기는 최소로부터 최대 용량까지 효율적으로 운전된다.

압축기가 최소 용량으로 운전될 때, 냉매 조절기는 냉매 혼합물의 비체적을 증가시키도록 끓는점이 낮은 냉매에 대한 끓는점이 높은 냉매의 비율을 증가시킨다. 이 결과로 압축기의 용량은 줄어든다.

압축기가 최대 용량으로 운전될 때, 냉매 조절기는 냉매 혼합물의 비체적을 감소시키도록 끓는점이 높은 냉매에 대한 끓는점이 낮은 냉매의 비율을 증가시킨다. 이 결과로 압축기의 용량은 대용량의 압축기를 채용하지 않고도 증대된다.

본 발명의 상기 목적 및 기타의 목적, 특징 및 장점들은 도면으로 나타낸 구체적이고 바람직한 실시예로서 더욱 상세히 설명될 것이다.

본 발명에 따른 냉동장치의 실시예는 제2도 내지 제9도로써 상세히 설명될 것이다.

제2도의 냉동장치는 공기펌프형의 공기조화기로 이용되며 끓는점이 높은 냉매 및 끓는점이 낮은 냉매를 사용한다. 이 냉동장치는 흡입컵(cup)(3), 4통밸브(5), 내부 열교환기(7), 냉매 조절용 탱크(9), 감압기(11) 및 외부 열교환기(13)를 가지는 압축기(1)를 포함한다. 이런 구성품들은 냉매관(15)을 통해 서로 연결된다.

제3도는 냉매의 혼합비율과 냉동용량간의 상관관계를 나타낸 것이다. 기준 냉동용량 100%는 끓는점이 높은 냉매에 대한 끓는점이 낮은 냉매의 비가 X 일때 얻어진다. 끓는점이 높은 냉매에 대한 끓는점이 낮은 냉매의 비가 영역Z 방향으로 증가할 때 냉동용량이 증가한다. 한편, 끓는점이 높은 냉매에 대한 끓는점이 낮은 냉매의 비가 영역Y 방향으로 감소할 때 냉동용량이 감소한다. 본 발명의 실시예에 따른 냉매 혼합물은 공비 혼합물이 아니다.

제5도는 압축기(1)의 회전속도와 냉동용량간의 상관관계를 나타낸 것이다. 목표 실내온도와 실제 실내온도가 다르기 때문에, 압축기(1)는 약 10 에서 120 Hz의 회전속도 범위에서 운전된다. 압축기(1)는 기체상태의 냉매 혼합물을 흡입컵(3)으로부터 받아서 고온, 고압의 냉매 혼합물 기체를 방출한다.

4통밸브(5)는 압축기(1)로부터 내부 열교환기(7) 또는 외부 열교환기(13)로 냉매 혼합물의 흐름을 전환한다.

내부 열교환기(7)는 냉동 운전중에는 증발기로써 작동하고 가열 운전중에는 응축기로써 작동한다.

내부 열교환기(7)가 증발기로써 작동할 때 안개 형태의 저온, 저압 냉매 혼합물 기체를 감압기(11)로부터 수용한다. 내부 팬(fan)(17)은 내부 열교환기(7)내의 냉매가 내부 열교환기(7)의 핀(fin)으로 지나는 공기의 잠열을 흡수하고 증발해서 공기를 냉각시키도록 내부 열교환기(7)로 공기를 보낸다. 내부 팬(17)은 냉동된 공기를 실내로 보낸다.

내부 열교환기(7)가 응축기로써 작동할 때는 고온, 고압 냉매 혼합물 기체를 압축기(1)로부터 수용한다. 내부 팬(fan)(17)은 공기가 내부 열교환기(7)로 통과하는 냉매 혼합물의 잠열을 흡수하도록 내부 열교환기(7)로 공기를 보낸다. 그 결과로 냉매 혼합물은 안개상태가 되고, 동시에 가열된 공기가 내부 팬(17)에 의해 실내로 보내진다.

탱크(9)는 액체상태의 냉매 혼합물이 내부 열교환기(7)와 감압기(11)사이로 통하도록 통로(15a)내에 설치되어 있다. 냉매 혼합물은 탱크(9)가 가득찰 때까지 탱크(9)로 흐른다. 탱크(9)내의 냉매는 냉매 가열기(19)에 의해 가열된다.

냉매 가열기(19)는 냉매 혼합물을 통과시키기 위한 열전달관(21)을 가진다. 열전달관(21)은 탱크(9)의 주위에 감겨있다. 열전달관(21)의 한쪽 끝은 조절밸브(23)를 통해 압축기(1)의 방출구와 연결된다. 열전달관(21)의 다른 한쪽 끝은 냉매관(15), 즉 내부 열교환기(7)와 감압기(11) 사이의 액체 통로(15a)에 연결된다. 열교환관(21)은 압축기(1)로부터 나오는 고온, 고압의 냉매 혼합물 기체를 통과시킨다.

조절기(27)는 온도센서와 같은 공기조화기의 부하센서(S)로부터 신호를 받아서 압축기(1)의 운전회전수를 조절하도록 한다. 조절기(27)는 또한 공기조화기의 부하와 압축기(1)의 회전속도간의 상호 관계에 따라서 조절밸브(23)의 열림 정도를 조절한다. 조절기(27)는 끓는점이 낮은 냉매가 기화하는 가열 온도와 끓는점이 높은 냉매가 기화하는 가열 온도 사이로 탱크(9)의 온도를 조절한다. 즉, 탱크(9)내에 저장된 냉매 혼합물의 양은 냉동장치내에서 순환되는 끓는점이 낮은 냉매 및 끓는점이 높은 냉매간의 비율을 조절할 수 있도록 조절된다.

제8도는 제2도의 실시예의 변형을 나타낸 것이다. 냉매 가열기(19)에 상응하는 냉매 가열기(30)는 탱크(9)내에 설치된다. 냉매 가열기(30)는 조절기(29)에 의해 조절된다. 이 변형에 의해 냉매 혼합물의 가열 온도를 정확히 조절할 수 있고, 냉동장치의 운전 초기의 끓는점이 높은 냉매와 끓는점이 낮은 냉매간의 요구되는 비율을 제공할 수 있다.

제2도를 다시 살펴보면, 감압기(11)는 냉매 혼합물을 저온, 저압의 안개 형태로 만든다. 감압기(11)는 압축기(1)의 흡입계통에 설치된 냉매 온도 센서(31)로부터의 지시 신호에 따라 작동된다. 이 경우, 감압기(11)는 냉매 혼합물의 흐름 속도를 열적 부하와 같은 운전 조건에 따라 조절한다.

외부 열교환기(13)는 가열 운전중에는 증발기로써 작동하고 냉동 운전중에는 응축기로써 작동한다. 외부 열교환기(13)가 증발기로써 작동할 때는 안개 상태의 냉매 혼합물을 수용한다. 이 안개는 외부 열교환기(13)의 핀을 통과하는 공기의 열에 의해 증발한다. 공기는 외부 팬(33)을 통해 바깥쪽으로 보내진다.

외부 열교환기(13)는 응축기로써 작동할 때 고온, 고압의 냉매 혼합물 기체를 수용한다. 외부 팬(33)은 외부 열교환기(13)로 공기를 보내고 공기는 냉매 혼합물의 잠열을 흡수한다. 그 결과로, 냉매 혼합물은 액체 상태로 응축되고 잠열을 흡수한 공기는 외부 팬(33)에 의해 바깥쪽으로 보내진다.

내부 열교환기(7)가 응축기로써 작동하고 외부 열교환기(13)가 증발기로써 작동하는 가열 운전중에는, 압축기(1)로부터 방출된 냉매 혼합물은 내부 열교환기(7), 감압기(11), 외부 열교환기(13), 그리고는 다시 압축기(1)로 흐른다. 가열 운전의 시작 단계에서, 끓는점이 낮은 냉매 및 끓는점이 높은 냉매의 비율은 냉매가 처음 냉동 장치내에 밀봉되었을 때의 초기값이다.

가열 운전을 하는 동안 제4도에서의 목표 실내 온도(TS)와 실제 실내 온도의 차가 커지면, 조절기(27)에서 조절 밸브(23)가 완전히 열리도록 신호를 보낸다. 그 결과로, 압축기(1)로부터의 고온, 고압 냉매 기체는 탱크(9)내에 저장된 냉매 혼합물을 가열하도록 열전달관(21)을 통해 흐른다.

상기 가열 및 탱크(9)의 내부 압력으로 인해, 탱크(9)내의 끓는점이 낮은 냉매는 기화해서 냉매관(15)내로 흐른다. 이 결과로 탱크(9)내의 끓는점이 낮은 냉매에 대한 끓는점이 높은 냉매의 비율이 증가한다. 한편, 냉동장치내를 순환하는 냉매 혼합물에서, 끓는점이 높은 냉매에 대한 끓는점이 낮은 냉매의 비율은 영역Z(제3도 내지 제4도)내에서 증가하므로 가열용량이 증가한다.

그러면, 응축기로써 작동하는 내부 열교환기(7)의 핀을 통과하는 공기는 효율적으로 가열되고 실내에 더운 공기로써 공급된다.

증발기로써 작동하는 외부 열교환기(7)를 통해 흐르는 냉매 혼합물은 외부 열교환기(7)의 핀을 통해 흐르는 공기의 잠열을 흡수한다. 이 열로 인해 외부 열교환기(13)내의 냉매 혼합물은 안개에서 기체로 변한다. 이 기체내에서 끓는점이 높은 냉매에 대한 끓는점이 낮은 냉매의 비율은 커서 기화된 냉매 혼합물의 비체적이 감소되도록 한다. 즉, 실내 온도를 빠르게 상승시키도록 압축기(1)의 배출량에 대한 냉매 혼합물의 양이 커진다.

실제 실내 온도가 목표 온도(TS)에 근접함에 따라, 온도차가 작아지고 압축기(1)의 회전속도가 떨어진다. 압축기(1)의 회전속도에 대응하여 조절밸브(23)는 고온 냉매 혼합물의 흐름 속도를 제한한다. 그 결과로, 끓는점이 높은 냉매 및 끓는점이 낮은 냉매간의 비율이 영역X에서 영역Y로 이동하고 가열용량이 작아진다.

냉동 운전중에는 내부 열교환기(7)는 증발기로써 작동하고 외부 열교환기(13)는 응축기로써 작동한다. 압축기(1)는 냉매 혼합물을 흡입해서 압축하고 고온, 고압의 냉매 혼합물 기체를 응축기, 즉 외부 열교환기(13)로 방출한다. 냉매 혼합물의 잠열은 외부 열교환기(13)의 핀을 통과하는 공기에 의해 흡수되고, 냉매 혼합물을 액화한다.

액체 상태의 냉매 혼합물은 감압기(11)로 흘러들어가서 급격하게 팽창하여 저온, 저압의 안개 상태가 된다. 안개는 증발기, 즉 내부 열교환기(7)내로 흐르는데, 내부 열교환기(7) 내에서는 냉매가 내부 열교환기(7)의 핀을 통해 흐르는 공기로부터 열을 흡수한다. 그 결과로, 안개상태의 냉매는 기화되고 공기는 냉각된다. 냉각된 공기는 실내로 보내지고 기화된 냉매는 압축기(1)로 들어간다. 상기 과정은 냉동 운전 동안 반복된다.

냉동 운전중에는, 제5도에서와 같이 높은 냉동용량을 제공할 수 있도록 압축기(1)가 30 에서 100 Hz의 범위에서 운전된다. 목표 온도(TS)와 실제 실내 온도의 차가 클 경우, 조절기(27)는 가열기(19)가 탱크(9)를 가열하도록 조절밸브(23)가 완전히 열리게 신호를 전달한다. 탱크(9)내에서는 끓는점이 낮은 냉매에 대한 끓는점이 높은 냉매의 비율은 증가한다. 한편, 실제로 순환하는 냉매 혼합물에서 끓는점이 높은 냉매에 대한 끓는점이 낮은 냉매의 비율은 영역Z로 이동하도록 증가한다.

온도차가 작아지면서, 끓는점이 높은 냉매 및 끓는점이 낮은 냉매간의 비율은 압축기(1)의 회전속도에 응답하여 영역X로 이동하고 이어서 영역Y로 이동하여 압축기(1)의 용량을 감소시킨다. 제5도에서 보인 바와 같이, 본 발명에서는 종래기술에서의 용량 영역 Q1 보다 더 넓은 용량 영역 Q2를 제공하도록 A, B, C및 D의 냉매 비율로 냉동장치를 운전한다. 이러한 방법으로, 압축기(1)는 냉동 및 가열 운전동안 전력소비, 소음, 진동 및 마모가 감소되도록 효율적으로 운전된다.

제6도는 제2도의 실시예에 기초한 변형을 나타낸 것이다. 다양한 수축률을 가진 모세관(35)이 탱크(9) 둘레에 설치되어서 끓는점이 낮은 냉매를 위해 탱크(9)의 내부 압력을 최적화한다. 통로(39)는 탱크(9)의 상부로부터 냉동 순환 계통으로 뻗어있다. 이러한 방식은 탱크(9)내의 끓는점이 높은 냉매 및 끓는점이 낮은 냉매간의 비율을 정확히 조절하며 냉동 운전의 조절도를 개선시킨다.

제7도는 제2도의 실시예에 기초한 다른 변형을 나타낸 것이다. 감압기(11)는 탱크(9)의 전후단에 설치된다. 조절기(42)는 공기조화기의 부하, 냉매 온도 또는 압축기(1)의 회전속도에 대응하여 감압기를 조절하여 냉매 혼합물의 흐름 속도를 최적화한다. 탱크(9)로 들어가고 나오는 냉매 혼합물의 흐름 속도를 조절하기 위한 감압기(11)와 탱크(9)내의 냉매 혼합물을 가열하기 위한 냉매 가열기(19)의 조합은 끓는점이 낮은 냉매를 효율적으로 기화하고, 탱크(9)내의 액체상태 냉매의 양을 정확하게 조절하며, 압축기(1)의 운전 조건에 따라 냉동장치내를 실제적으로 순환하는 끓는점이 높은 냉매 및 끓는점이 낮은 냉매간의 비율을 최적화한다.

제9도는 제2도의 실시예에 기초한 다른 변형을 나타낸 것이다. 탱크(9)는 기체 상태의 냉매 혼합물을 통과시키도록 압축기(1)의 흡입구측에 위치한 통로(15b)에 설치되어 있다.

열전달관(41)은 탱크(9) 둘레에 감긴다. 열전달관(41)의 한 말단은 압축기(1)의 흡입구측에 연결되고, 다른쪽 끝은 제 1 조절밸브(45)와 제 2 조절밸브(47) 사이에 있는 바이패스(bypass)(43)에 연결된다. 압축기(1)의 흡입구측에 연결된 열전달관(41)의 말단은 압축기(1)로부터 뻗은 기체분사관에 연결되기도 한다.

조절기(46)는 압축기(1)의 회전속도 또는 공기조화기 부하에 응답하여 제 1 및 제 2 조절밸브의 열림정도를 조절한다. 바이패스(43)의 한 말단은 압축기(1)의 방출구쪽에 연결되어 있고, 다른쪽 말단은 내부 열교환기(7)와 외부 열교환기(13)간의 연결관에 연결되어 있다.

기름귀환관(49)은 탱크(9)내의 냉매가 모두 기화되면 압축기(1)로부터 탱크(9)로 윤활제를 되돌려 보낸다.

가열 운전중에는 압축기(1)로부터 방출된 냉매 혼합물은 실선 화살표 방향을 따라 내부 열교환기(7), 감압기(11) 및 외부 열교환기(13)를 통해 흘러서 압축기(1)로 되돌아 간다.

가열 운전에서, 열전달관(41)을 통해 흐르는 냉매 기체로 탱크(9)를 냉각하기 위해 압축기(1)의 회전 속도 또는 공기조화기의 부하에 따라 제 2 조절밸브가 열릴 수 있고 제 1 조절밸브는 닫힌다. 이 결과로 탱크(9)내의 끓는점이 높은 냉매는 액체상태로 응집되고, 그리하여 냉동장치내를 실질적으로 순환하는 냉매 혼합물내의 끓는점이 높은 냉매에 대한 끓는점이 낮은 냉매의 비율이 증가한다.

제 1 조절밸브는 열리고 제 2 조절밸브는 닫힌 상태일때는, 압축기(1)로부터의 고온, 고압의 냉매 기체는 탱크(9)를 가열하도록 열전달관(41)을 통해 흐른다. 이 결과로 탱크(9)내의 액체상태 냉매는 기화되고, 그리하여 냉매가 처음 장치내에 밀봉될때와 같은 끓는점이 높은 냉매와 끓는점이 낮은 냉매간의 비율로 복귀한다.

이러한 방식으로, 제 1 조절밸브 및 제 2 조절밸브의 열림정도를 조절하면 끓는점이 높은 냉매와 끓는점이 낮은 냉매간의 비율을 선택적인 값으로 조절할 수 있다.

제10도는 또다른 변형을 나타낸 것이다. 이것은 제8도 및 제9도의 방식을 조합한 것이다. 제10도의 방식에 따르면 운전 조건에 따라 끓는점이 높은 냉매와 끓는점이 낮은 냉매간의 비율을 넓은 범위로 조절할 수 있다.

제11도는 방출형 압축기(55)를 사용하는 본 발명에 따른 냉동장치를 나타낸다.

압축기(55)는 다수의 실린더를 가진다. 압축기(55)의 실린더에 인접한 실린더실은 통로(51)를 통해 서로 연결되어 있다. 통로(51)는 개폐장치(53)(54)에 의해 정상 운전상태일 때는 닫혀있고 압축기(1)의 용량이 작아지면 열린다. 개폐장치(53)(54)의 열고 닫힘에 상응하여 탱크(9)는 냉동장치내를 순환하는 끓는점이 높은 냉매와 끓는점이 낮은 냉매간의 비율을 조절하는 냉매 조절기로써 작동한다.

탱크(9)는 액체상태의 냉매 혼합물이 내부 열교환기(7)와 감압기(11)간에 통하도록 통로(15a)내에 설치된다. 액체상태 냉매는 탱크(9)가 다 찰때까지 탱크(9)로 흐른다. 탱크(9)내의 냉매 혼합물은 냉매 가열기(19)에 의해 가열된다.

냉매 가열기(19)는 냉매 혼합물을 통과시키기 위한 열전달관(21)을 포함한다. 열전달관(21)은 탱크(9)의 주위에 감겨져 있다. 열전달관(21)의 한쪽 끝은 조절밸브(23)를 통해 압축기(55)의 방출구에 연결되고, 그 다른쪽 끝은 내부 열교환기(7)와 감압기(11)간의 냉매관(15)의 통로(15a)에 연결된다. 압축기(55)로부터의 고온, 고압 냉매 기체는 열전달관(55)을 통해 흐른다.

조절기(27)는 개폐장치(53)(54)로부터 개폐신호를 받으며, 그 신호에 따라 조절밸브(23)의 열림정도를 조절한다. 조절기(27)는 끓는점이 낮은 냉매가 기화되는 가열온도와 끓는점이 높은 냉매가 기화되는 가열온도 사이에서 탱크(9)의 온도를 조절한다. 즉, 탱크(9)내의 냉매 혼합물의 양은 냉동장치내를 순환하는 끓는점이 높은 냉매와 끓는점이 낮은 냉매간의 비율을 조절하도록 조절된다.

제12도는 종래의 기술과 본 발명을 비교한 것이다. 본 발명이 가진 용량 범위 Q2는 종래기술에서의 용량 범위 Q1보다 더 광범위하다. 이러한 본 발명에서의 넓은 용량범위는 냉매 혼합물과 방출형 압축기에 의해 얻어진다.

제13도에서 제15도 까지는 본 발명의 냉동장치에 적용 가능한 방출형 압축기(59)를 나타낸 것이다.

압축기(59)의 용량은 기계적으로 조절된다. 압축기(59)의 기계적인 용량조절과 냉매간의 비율 조절을 조합하면 냉동장치의 조절가능한 용량범위를 넓힐 수 있다.

압축기(59)는 실린더실(60)을 형성하기 위한 부속 베어링(61)을 가진다. 부속 베어링(61)은 방출구(63)를 가진다. 실린더실(60)이 냉매 혼합물을 받아들여 압축할 때, 냉매 혼합물의 일부는 방출구(63)을 통해 압력이 낮은쪽으로 바이패스 되고, 그리하여 압축기(59)의 용량이 감소된다.

압축기(59)는 프레임(frame)(65), 실린더(67), 축(69), 흡입컵(71), 체크밸브(check valve)(73), 방출관(75) 및 롤러(roller)(77)를 가진다.

제14도에서, 체크밸브(73)는 방출구(63)와 방출관(75) 사이에 위치한다. 방출구(63)의 압력이 방출관(75)의 압력보다 더 큰 경우, 즉 방출관(75)이 저압측으로 연결되도록 밸브A는 열리고 밸브B는 닫힌때, 냉매 혼합물은 압축실로부터 저압측으로 바이패스 되고, 따라서 압축될 냉매 혼합물의 양이 감소된다. 밸브A가 닫히고 밸브B는 열린때, 방출관(75)은 고압측에 연결된다. 고압으로 인해, 체크밸브(73)는 냉매가 바이패스 되지 않도록 닫힌다. 따라서, 압축기(59)는 실린더의 체적에 따라서 보통의 용량을 제공한다.

제15도는 방출구(63)의 운전을 나타낸 것이다. 롤러(77)는 편심으로 회전한다. 롤러(77)의 한 말단면은 특정 회전각에서 방출구(63)를 개방한다. 롤러(77)의 말단면이 방출구(63)에서 벗어나면 냉매 혼합물은 저압측으로 방출된다. 롤러(77)의 말단면이 방출구(63)를 닫으면 냉매 혼합물은 압축된다. 방출구(63)는 압축기(59)가 효율적으로 운전되도록 하기 위해 최대 체적 허용치가 유지되도록 압축 주기중에는 압축실내에 위치하지 않는다.

본 발명이 냉동 및 가열 운전을 수행하기 위한 열펌프형의 냉동장치를 기준으로 설명되었지만, 냉장고에도 적용 가능하다.

결론적으로, 본 발명의 냉동장치는 냉매 혼합물의 구성 냉매간의 혼합비율을 조절해서, 가열 및 냉동용량의 최소 및 최대 범위를 넓힌다. 본 발명은 효율적인 운전 영역에서 압축기를 운전하는데 있어서 냉매 혼합물을 효율적으로 사용하여 소음, 마찰 및 진동을 억제하고 내구연한을 확장한다.

본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 범위에서 벗어남이 없이 여러가지 변형을 만드는 것이 가능함은 명백하다.

Claims (5)

1. 압축기, 응축기, 감압장치 및 증발기를 차례로 접속한 냉매회로를 갖고, 이 냉매회로를 순환하는 냉매로서 비점이 다른 냉매가 혼합된 혼합냉매를 이용한 냉동장치에 있어서, 상기 냉매회로내 또는 냉매회로의 일부에 바이패스되어 설치되고 혼합냉매를 축적하는 탱크; 상기 탱크에 설치된 냉매가열기; 상기 냉매가열기에 냉매회로에서 분기한 고온 또는 저온의 혼합냉매를 공급하는 열전달관; 및 상기 열전달관에 설치한 제어밸브를 갖는 냉매제어장치를 설치하고, 상기 냉매제어장치는 냉동운전시에 상기 혼합냉매를 가열 또는 냉각하여 혼합냉매의 성분비를 변화시킴으로써 냉동능력을 변화시키는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
2. 제1항에 있어서, 소정의 성분비의 혼합냉매 하에서 압축기의 회전속도가 소망하는 냉동능력을 얻도록 제어되고, 냉매제어장치가 상기 압축기의 설정된 하한속도 이하 또는 상한속도 이상의 냉동운전시에 냉매회로의 혼합냉매의 성분비를 변화하도록 제어하는 것에 의해 상기 압축기의 최소냉동능력 이하 또는 최대냉동능력 이상으로 냉동능력을 확대하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
3. 제1항에 있어서, 압축기가 인접하는 실린더의 실린더실을 서로 연통하는 통로와, 통상 운전중에는 상기 통로를 닫고, 압축기의 능력이 저하된 때에 상기 통로를 여는 개폐기구를 갖는 다기통형 압축기이고, 냉매제어장치가 상기 개폐기구의 '열림' 또는 '닫음'에 대응하여 냉매회로의 혼합냉매의 성분비를 변화하도록 제어하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.
4. 제1항에 있어서, 혼합냉매가 저비점 냉매와 고비점 냉매로 이루어진 비공비 혼합냉매인 것을 특징으로 하는 냉동장치.
5. 제2항에 있어서, 압축기가 압축행정 도중 냉매 일부를 저압축으로 바이패스하는 것에 의해 냉동능력을 감소시키는 압축능력 가변기구를 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동장치.