KR101200638B1 - 냉동기의 냉매 유량 조절장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동기의 냉매 유량 조절장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 냉매액에 대해 부력을 갖는 구조적 특성을 이용하여 냉동기 내에서 유동하는 냉매액의 유량을 조절할 수 있는 냉매 유량 조절장치에 관한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 냉동기의 냉매유량 조절장치는 응축기, 이코노마이져, 증발기 및 압축기를 포함하는 냉동기의 냉매 유량을 조절하기 위한 장치로서, 상기 응축기 또는 이코노마이져로부터 냉매액이 배출되는 개구면에 배치되며, 상기 냉매액이 배출되도록 하나 이상의 홈을 구비하는 냉매액 배출부; 및 상기 냉매액에 대한 부력에 의해 상기 냉매액 배출부에 대해 상대적으로 이동하면서 상기 냉매액 배출부의 개도율을 조절하는 플로트 밸브를 포함한다.

Description

냉동기의 냉매 유량 조절장치 {CONTROL DEVICE FOR REFRIGERANT FLOW IN CHILLER}

본 발명은 냉동기의 냉매 유량 조절장치에 관한 것으로, 더 상세하게는, 냉매액에 대해 부력을 갖는 구조적 특성을 이용하여 냉동기 내에서 유동하는 냉매액의 유량을 조절할 수 있는 냉매 유량 조절장치에 관한 것이다.

통상 냉동기는 이산화탄소, 암모니아, 염화메틸 등의 냉매를 이용하여, 기화하기 쉬운 냉매를 액체로 만들고, 냉매가 기화할 때 주위로부터 기화열을 빼앗는 현상을 이용하여 온도를 조절하는 장치를 말한다.

압축식 냉동기는 대개 응축기, 이코노마이져, 증발기 및 압축기로 구성되며, 냉매가 이를 순환하여 냉동사이클을 이루게 된다. 여기서, 이코노마이져는 응축기로부터 전달된 상온의 고압 냉매액을 내부에서 팽창시켜 증발기에 공급되는 냉매액을 과냉각시킴으로써 냉동효과를 증대시키고, 이때 발생한 중간 압력의 냉매가스(플래시가스)는 직접 압축기로 흡입시킴으로써 압축기 동력을 절약시키는 기기이다.

상기 냉동사이클이 원활하게 작동하기 위해서는 응축기와 이코노마이져에서 냉매액의 유량 조절이 중요하다.

도 1 및 도 2는 종래의 냉동기에서 냉매액의 유량 조절 방식을 개략적으로 도시한 도면들이다.

도 1을 참조하면, 응축기(12), 이코노마이져(14), 증발기(16) 및 압축기(18)를 포함하는 2단 압축방식 원심식 냉동기(10)에서 냉매 유량 조절은 이코노마이져(14)에서 증발기(16)로 유입되는 냉매유량을 조절하고, 응축기(12) 및 이코노마이져(14) 내부의 냉매액(13, 15)의 수위를 조절하여 이코노마이져(14) 및 증발기(16)로 냉매가스(플래시가스)의 유입을 방지하면서 냉매액(15)을 증발기(16)로 전달하는 방식으로 이루어진다.

도 2는 1단 압축방식 원심식 냉동기(30)를 개략적으로 도시한 것으로, 부하변동에 따른 냉매 유량 조절은 응축기(32)에서 증발기(34)로 유입되는 냉매액(33)의 유량을 조절하고, 응축기(32)의 수위를 조절하여 증발기(34)로 냉매가스의 유입을 방지하면서 냉매액(33)을 증발기(34)로 전달하는 방식으로 이루어진다.

종래의 냉매 유량 조절 방식은 이코너마이져(14) 또는 응축기(12, 32)에 레벨 센서(20, 36)를 부착하여 응축기(12, 32) 및 이코노마이져(14)의 수위를 측정하고, 측정된 수위의 위치 정보에 따라 응축기(12)에서 이코노마이져(14)로 연결되는 배관, 이코노마이져(14)에서 증발기(16)로 연결되는 배관 또는 응축기(32)에서 증발기(34)로 연결되는 배관에 설치된 전동 밸브(22, 24, 38)의 개도율을 조절하였다. 이에 따라, 부하변동에 따라 필요한 냉매 유량을 순환시키고 응축기(12)에서 이코노마이져(14), 이코노마이져(14)에서 증발기(16), 또는 응축기(32)에서 증발기(34)로 냉매액(13, 15, 33)만이 순환되도록 하여 냉동 효과 감소를 방지하였다. 또한, 응축기(12) 및 증발기(16)의 압력과 이코노마이져(14)의 압력을 비교하거나, 응축기(32)의 압력과 증발기(34)의 압력을 비교하여 이들 사이에 흐르는 냉매 유량을 조절하는 방식도 일반적으로 이용되었다.

그러나, 상기 종래 방식은 그 제어를 위해 레벨 센서(20, 36), 전동 밸브(22, 24, 38) 또는 압력 센서(미도시) 등을 별도로 구비하여야 하므로, 설치 비용 및 관리 비용이 발생하였으며, 상기 부품에 불량이 발생할 가능성도 내재하고 있었다.

따라서, 비용을 최소화하고 간단하면서 신속한 방식으로 냉매 유량을 조절할 수 있는 장치의 개발이 요구된다.

본 발명의 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 냉동기의 냉매액의 순환을 간단하면서 신속한 방식으로 수행할 수 있는 냉매 유량 조절장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 자연 현상인 부력을 이용하는 간단한 구조를 통해 기존의 냉동기에 사용되던 레벨 센서, 전동 밸브 및 압력 센서를 제거하여 냉동기 설치 비용을 절감할 수 있는 냉매 유량 조절장치를 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 냉동기의 냉매유량 조절장치는 응축기, 이코노마이져, 증발기 및 압축기를 포함하는 냉동기의 냉매 유량을 조절하기 위한 장치로서, 상기 응축기 또는 이코노마이져로부터 냉매액이 배출되는 개구면에 배치되며, 상기 냉매액이 배출되도록 하나 이상의 홈을 구비하는 냉매액 배출부; 및 상기 냉매액에 대한 부력에 의해 상기 냉매액 배출부에 대해 상대적으로 이동하면서 상기 냉매액 배출부의 개도율을 조절하는 플로트 밸브를 포함한다.

상기 냉매액 배출부는 상기 응축기 또는 이코노마이져의 바닥면으로부터 돌출하는 원기둥 형태로 이루어지며, 상기 원기둥 형태의 측면에 하나 이상의 홈이 형성될 수 있다.

상기 플로트 밸브는, 상기 냉매액 배출부의 개도율을 조절하도록 상기 냉매액 배출부에 접하거나 이격되는 제1 몸체; 상기 제1 몸체의 상단에 배치되며, 상기 냉매액에 대해 부력을 갖는 제2 몸체; 및 상기 제1 몸체와 제2 몸체 사이를 연결시키는 연결 부재를 포함할 수 있다.

상기 제2 몸체 내부에는 공기가 주입될 수 있다.

상기 연결 부재의 길이는 조절될 수 있다.

본 발명의 냉매 유량 조절장치는 냉동기의 냉매액의 순환을 간단하면서 신속한 방식으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명의 냉매 유량 조절장치는 자연 현상인 부력을 이용하여 간단한 구조만으로 냉매액의 수위 조절을 할 수 있으므로, 기존의 냉동기에 사용되던 레벨 센서, 전동 밸브 및 압력 센서를 제거하여 냉동기 설치 비용을 절감할 수 있는 효과가 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 냉동기에서 냉매액의 유량 조절 방식을 개략적으로 도시한 도면들이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 유량 조절장치가 적용된 냉동기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시된 냉매 유량 조절장치의 작동 상태를 설명하기 위한 도면들이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 따른 냉매 유량 조절장치에 대하여 상세하게 설명한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 유량 조절장치가 적용된 냉동기의 구성을 개략적으로 도시한 도면이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 냉매 유량 조절장치(100)는 응축기(112), 이코노마이져(120), 증발기(130) 및 압축기(140)를 포함하는 냉동기(100)에 적용되며, 냉동사이클 상 응축기(112)와 이코노마이져(120)의 내부에 냉매액(110, 122)이 형성된다.

응축기(112)와 이코노마이져(120) 내부에 담겨진 냉매액(110, 122)의 수위 조절을 위해 냉매 유량 조절장치(100)가 응축기(112) 또는 이코노마이져(120)의 바닥에 배치되어 냉매액(110, 122)이 배출되는 통로인 개구면을 형성하며, 응축기(112)와 이코노마이져(120)를 연결하는 배관 또는 이코노마이져(120)와 증발기(130)를 연결하는 배관을 통해 냉매액(110, 122)을 배출시킨다.

이때, 응축기(112)와 이코노마이져(120) 내부에 담겨진 냉매액(110, 122)의 수위에 따라 냉매액(110, 122)의 배출량도 조절되어야 하며, 이를 위해 본 발명의 냉매 유량 조절장치(100)가 적용된다. 냉매 유량 조절장치(100)는 응축기(112) 또는 이코노마이져(120)에 설치되거나 양쪽 모두에 설치될 수 있다.

냉매 유량 조절장치(200)는 냉매액 배출부(210)와 플로트 밸브(220)를 포함한다.

냉매액 배출부(210)는 응축기(112) 또는 이코노마이져(120)로부터 냉매액(110, 122)이 배출되는 개구면에 배치되며, 냉매액(110, 122)이 배출되도록 하나 이상의 홈(212, 214)을 구비한다. 도 3에서 냉매액 배출부(210)의 홈은 2개가 도시되었으나, 홈의 개수는 다양한 환경에서의 사용에 적합하도록 변경될 수 있다.

또한, 냉매액 배출부(210)는, 예를 들어, 응축기(112) 또는 이코노마이져(120)의 바닥면으로부터 돌출하는 원기둥 형태로 이루어질 수 있으며, 상기 원기둥 형태의 측면에 하나 이상의 홈(212, 214)이 형성될 수 있다.

플로트 밸브(220)는 냉매액(110, 122)에 대한 부력에 의해 냉매액 배출부(210)에 대해 상대적으로 상하로 이동하면서 냉매액 배출부(210)의 개도율을 조절한다.

플로트 밸브(220)는 제1 몸체(222), 제2 몸체(224) 및 연결부재(226)를 포함할 수 있다.

제1 몸체(222)는 냉매액 배출부(210)의 개도율을 조절하도록 냉매액 배출부(210)에 접하거나 이격된다. 즉, 제1 몸체(222)가 냉매액 배출부(210)에 접하게 되면 상대적으로 냉매액(110, 122)이 배출될 수 있는 공간이 좁아져서 냉매액(110, 122)의 배출량이 적어지며, 제1 몸체(222)가 냉매액 배출부(210)로부터 완전히 이격되면 상대적으로 냉매액(110, 122)의 배출량이 많아진다. 도 3에서 제1 몸체(222)는 원뿔 형태로 도시되었으나, 제1 몸체(222)의 형상은 이에 제한되지 않는다.

제2 몸체(224)는 제1 몸체(222)의 상단에 배치되며, 냉매액(110, 122)에 대해 부력을 갖는다. 이를 위해 제2 몸체(224)는 냉매액(110, 122)보다 비중이 낮은 재료로 이루어지거나, 제2 몸체(224)의 내부에 공기가 주입될 수 있다.

연결 부재(226)는 제1 몸체(222)와 제2 몸체(224) 사이를 연결하며, 제1 몸체(222)와 제2 몸체(224)의 일면에는 연결 부재(226)가 결합하는 결합홈을 구비할 수 있다. 또한, 연결 부재(226)의 길이는 조절 가능하도록 구성할 수 있으며, 연결 부재(226)의 길이를 조절함으로써, 응축기(112) 또는 이코노마이져(120)에서의 냉매액(110, 122)의 적정 수위를 조절할 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 도 3에 도시된 냉매 유량 조절장치의 작동 상태를 설명하기 위한 도면들이다.

도 4a 내지 도 4c를 참조하면, 플로트 밸브(220)가 냉매액 배출부(210)와 접하는 경우(닫힘), 플로트 밸브(220)가 냉매액 배출부(210)로부터 다소 이격된 경우(50% 열림), 플로트 밸브(220)가 냉매액 배출부(210)로부터 완전히 이격된 경우(100% 열림)를 각각 도시한다.

우선, 냉동기(100)가 구동하면, 냉매가 순환하게 되고 응축기(112)의 냉매는 배관을 통해 이코노마이져(120)로 이동한다. 이코노마이져(120)에 유입된 냉매는 액체와 가스로 분리되어 냉매가스는 압축기(140)에 유입되고, 냉매액(122)은 냉매 유량 조절장치(200)를 통해 증발기(130)로 유입된다. 이때, 냉매 유량 조절장치(200)는 응축기(112) 또는 이코노마이져(120) 내부에 배치되어 냉매액(110, 122)의 수위에 따라 배관의 개도율을 조정하는데, 냉동기(100)의 초기 구동시, 이코노마이져(120)에 냉매액(122)이 부족하여 냉매 유량 조절장치(200)가 닫혀 있으며, 도 4a와 같은 상태에 있게 된다. 이 경우에는 냉매액 배출부(210)의 홈(212, 214)을 통해서만 냉매액(122)이 배출되므로 최소량의 냉매액(122)이 흐르게 된다.

한편, 냉동기(100)의 구동에 의해 응축기(112) 또는 이코노마이져(120) 내의 냉매액(110, 122)이 수위가 높아짐에 따라 도 4b 내지 도 4c의 상태로 변할 수 있으며, 이에 따라 냉매액 배출부(210)를 통한 냉매액(110, 122)의 배출량도 증가할 수 있다.

상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 단지 예시의 목적을 위해 개시된 것이고, 본 발명에 대한 통상의 지식을 가지는 당업자라면 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경, 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 하기의 특허청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.

10, 30, 100: 냉동기
12, 32, 112: 응축기
14, 120: 이코노마이져
16, 34, 130: 증발기
18, 140: 압축기
13, 15, 33, 110, 122: 냉매액
20, 36: 레벨 센서
22, 24, 38: 전동 밸브
200: 냉매 유량 조절장치
210: 냉매액 배출부
212, 214: 홈
220: 플로트 밸브
222: 제1 몸체
224: 제2 몸체
226: 연결 부재

Claims (5)

1. 응축기, 이코노마이져, 증발기 및 압축기를 포함하는 냉동기의 냉매 유량을 조절하기 위한 장치로서,
   상기 응축기 또는 이코노마이져로부터 냉매액이 배출되는 개구면에 배치되며, 상기 냉매액이 배출되도록 하나 이상의 홈을 구비하는 냉매액 배출부; 및
   상기 냉매액에 대한 부력에 의해 상기 냉매액 배출부에 대해 상대적으로 이동하면서 상기 냉매액 배출부의 개도율을 조절하는 플로트 밸브를 포함하며,
   상기 냉매액 배출부는 상기 응축기 또는 이코노마이져의 바닥면으로부터 돌출하는 원기둥 형태로 이루어지며, 상기 원기둥 형태의 측면에 하나 이상의 홈이 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동기의 냉매유량 조절장치.
2. 삭제
3. 제 1 항에 있어서, 상기 플로트 밸브는,
   상기 냉매액 배출부의 개도율을 조절하도록 상기 냉매액 배출부에 접하거나 이격되는 제1 몸체;
   상기 제1 몸체의 상단에 배치되며, 상기 냉매액에 대해 부력을 갖는 제2 몸체; 및
   상기 제1 몸체와 제2 몸체 사이를 연결시키는 연결 부재를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기의 냉매유량 조절장치.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 제2 몸체 내부에는 공기가 주입되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동기의 냉매유량 조절장치.
5. 제 3 항에 있어서, 상기 연결 부재의 길이는 조절 가능한 것을 특징으로 하는 냉동기의 냉매유량 조절장치.

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