기액분리기를 구비한 압축식 냉동장치

기액분리기를 구비한 압축식 냉동장치

제1도,제2도,제3도,제4도,제5도 및 제6도는 본 발명의 제 1 실시예를 나타낸 것으로, 제1도는 일부를 단면으로 나타낸 정면도.

제2도는 일부를 단면으로 나타낸 평면도.

제3도는 제2도의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도.

제4도 및 제5도는 다른 위치에서 절단한 단면도.

제6도는 제2도에서의 Ⅵ-Ⅵ선 단면도.

제7도는 본 발명의 제2의 실시예를 나타낸 정면도.

제8도, 제9도 및 제10도는 본 발명의 제3의 실시예를 나타낸 것으로 제8도는 일부를 단면으로 나타낸 정면도.

제9도는 제8도의 Ⅸ-Ⅸ선 단면도.

제10도는 플레이트의 사시도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 전동기 2 : 압축기

3 : 응축기 4 : 감압수단

5 : 증발기 6 : 기액분리기

7 : 증속장치 8 : 냉각장치

1A : 하우징 1B : 스테이터

1C : 로우터 2A : 케이싱

2B : 임펠라 2C : 흡입통로

2D : 토출통로 2E : 냉매증기 회수용통로

7A : 기어케이싱 7B : 기어

7C : 피니언 7D,7E : 축

7F : 오일미스트필터 3B : 전열관

3A,5A : 쉘(shell) 3C,3D : 냉각수실

본 발명은 압축기에 흡입되는 냉매 가스중에 혼입되어 있는 냉매의 액적(液滴)을 제거하는 기액분리기를 구비하고 압축식 특히 원심식 압축기를 사용한 것에 적합한 냉동장치에 관한 것이다.

압축기로서 원심식 압축기를 사용하고, 응축기, 팽창수단 및 증발기를 구비한 압축식 냉동장치가 미국특허 제3,589,140호 명세서에 개시되어 있다. 또 증발기에서 증발한 냉매증기중에는 냉매가 증발할때에 생기는 냉매의 액적이 부유(浮遊)하고 있으므로 이 냉매의 액적을 분리제거하기 위하여 분리기(eliminator)를 배치하는 것도 상기 미국특허에 나타나있다.

그러나 분리기가 증발기의 쉘(shell)의 내부에 배치되어 있다.

이와같은 구성에 있어서는 분리기를 증발기 쉘 내의 냉매액면으로부터 충분히 떨어지게 설치하여 냉매액면으로부터 비산(飛散)하는 액적이 분리기에 부착하지 않도록 할것, 분리기와 증발기쉘의 상부측 하면과의 사이에 충분한 거리를 확보하여 냉매증기가 분리기를 통과할때의 통과속도를 가능한한 저속이되게 하고, 또 분리기의 전면적에 걸쳐 가능한한 균일하게 냉매증기가 통과할 것 등이 필요하게 된다. 이 때문에 증발기 쉘의 높이가 커진다. 또한 증발기 쉘의 높이를 낮게하면 냉매액의 액적이 분리기를 통과하여 압축기에 흡입되는 소위 미스트업(mist up)현상이 일어난다. 이것은 냉각능력을 발휘할 수 있는 냉매액을 증발기로부터 들어내는(take out)것이 되어 냉각능력이 저하하게 되며, 압축기에 액적의 충돌에 의한 침식을 일으키거나 임펠라를 파손시키거나 한다.

본 발명의 목적은 증발기내의 냉매액면으로부터 증발기 쉘 상측하면까지의 거리를 작게할 수 있는 기액분리기를 구비한 압축식 냉동장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 설치면으로부터 장치의 최고위치까지의 거리를 작게할 수 있는 기액분리기를 구비한 압축식 냉동장치를 제공하는데 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 미스트업 현상을 억제할 수 있는 기액분리기를 구비한 압축식 냉동장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 특징은 증발기 쉘의 외부에 기액분리기를 설치하고 이 기액분리기의 내부와 증발기쉘내와를 개구를 거쳐 연통시키고 또 그 내부에 기액분리용의 분리기를 배치함과 동시에 기액분리기의 측면에 압축기를 결합시키므로서 증발기쉘 내에서 증발한 냉매증기를 개구를 거쳐 기액분리기내로 도입하고 여기서 분리기를 통과시키므로서 액적을 분리한 다음 압축기에 흡입되도록 한 것이다.

제1도, 제2도, 제3도, 제4도, 제5도 및 제6도는 본 발명을 터어보형 냉동장치에 적용시킨 제1실시예이다.

터어보 냉동장치는 전동기(1), 이 전동기(1)에 의하여 구동되는 터어보 압축기(2), 응축기(3), 감압수단(4), 증발기(5), 기액분리기(6), 증속장치(7) 및 전동기(1)의 냉각장치(8)로 구성되어 있다. 전동기(1)는 하우징(1A), 스테이터(1B) 및 로우터(1C)를 갖는다. 터어보 압축기(2)는 케이싱(2A), 임펠라(2B)를 갖으며, 케이싱(2A)의 내부에 흡입통로(2C), 토출통로(2D)가 형성되어 있다.

또 케이싱(2A)내에는 냉매증기의 회수용통로(2E)가 형성되어 있다. 증속장치(7)는 기어케이싱(7A), 기어(7B) 및 피니언(7C)으로 구성되고, 기어(7B)는 전동기(1)의 로우터(1C)에 고정된 축(7D)에 고정되고, 피니언(7C)과 치합되어 있다. 피니언(7C)은 축(7E)에 고정되어 있다. 축(7E)에 상기 임펠라(2B)가 고정되어 있다.

기어 케이싱의 내부는 통로(2E)와 오일미스트(mist)필터(7F)를 거쳐 연통되고 있다.

응축기(3)는 쉘(3A), 복수의 전열관(3B), 냉각수실(3C) 및 출입구를 갖는 냉각수실(3D)로 구성되어 있다.

증발기(5)는 응축기(3)의 쉘(3A)에 인접해있고, 쉘(5A), 전열관군(5B), 입구를 갖는 입구수실(5C) 및 출구를 갖는 출구수실(5D)로 구성되어 있다. 기액분리기(6)는 직육면체를 이루고 있으며, 쉘(3A) 및 쉘(5A)의 위에 장착되고 쉘(5A)내와 제1의 개구(6D)를 거쳐 연결되어 있고, 또 내부에는 분리요소(element)(분리기)(6A)가 내장되어 있다. 이 분리요소(6A)로서는 일반적인 것을 이용할 수가 있으므로 구조의 상세한 설명은 생략하나, 제6도에 나타낸 바와같은 지그재그판을 가지런히 늘어놓은 것을 이용할 수 있다. 분리요소(6A)는 제1도에서 기액분리실(6)의 우상(右上)의 모서리와 좌하의 모서리 근방과의 사이에 경사지게 놓여있다.

기액분리기(6)의 저벽(6B)에는 제1의 개구(6C), 측벽(6D)에는 제2의 개구(6E), 제3의 개구(6F), 제4의 개구(6G), 제5의 개구(6H), 및 제6의 개구(6J)가 형성되어 있다. 제3의 개구(6F)는 기액분리기(6)내와 벽(9A)으로 칸막힌 토출덕트(9)를 거쳐 응축기(3)의 쉘(3A)의 내부와 연결되어 있다.

터어보 압축기(2)는 쉘(3A),(5A)의 위에 설치되고, 플랜지부(2A)가 기액분리기(6)의 측벽(6D)에 고정되어 있다.

이 상태에서 터어보 압축기(2)의 흡입통로(2C)는 제2의 개구(6E)에, 토출통로(2D)는 제3의 개구(6F)에 각각 합치되어 있다.

전동기(1)의 냉각장치(8)는 냉매액 도입관(8A), 냉매액 도입구멍(8B), 냉매배출구멍(8C) 및 냉매배출관(8D)으로 이루어진다. 냉매액도입관(8A)의 일단은 응축기(3)의 쉘(3A)저부에 개구되고, 타단은 상기 제4의 개구(6G)에 결합되어 있다. 냉매액 도입구멍(8B) 및 냉매배출구멍(8C)은 상기 압축기(2)의 케이싱(2A), 상기 증속장치(7)의 기어케이싱(7A) 및 상기 전동기(1)의 하우징(1A)으로 형성되어 있다.

냉매배출관(8D)의 일단은 상기 제5의 개구(6H)에 결합되고 타단은 상기 증발기(5)의 쉘(5A)내부에 개구되어 있다. 상기한 바와같이 터어보 압축기(2)가 측벽(6D)에 결합됐을때 상기 흡입통로(2C)는 상기 제2의 개구(6E)와, 상기 토출통로(2D)는 상기 제3의 개구(6F)와, 상기 냉매액 도입구멍(8B)은 상기 제4의 개구(6G)와, 냉매배출구멍(8C)은 상기 제5의 개구(6H)와, 상기 통로(2E)는 상기 제6의 개구(6J)와 각각 위치가 일치하여 서로 연통된다. 이로 인하여 응축기(3)의 냉매액은 냉매액 도입관(8A)→제4의 개구(6G)→냉매액 도입구멍(8B)→하우징(1A)내로 흘러 전동기(1)를 냉각하고, 그 다음 냉매 배출구멍(8C)→제5의 개구(6H) 냉매배출관(8C)으로 흘러 증발기(5)내로 들어간다.

종속장치(7)의 기어케이싱(7A)내는 필터(7F) 통로(2E) 및 제6의 개구(6J)를 거쳐 기액분리기(6)내, 즉 압축기(2)의 흡입통로(2E)에 연통되어 기어케이싱(7A)내에 새로 들어간 냉매증기를 압축기(2)에 흡입시킨다.

다음에 동작을 설명한다. 압축기(2)에서 압축된 냉매증기는 토출통로(2D)→제3의 개구(6F)→토출덕트(9)를 순차적으로 거쳐 응축기(3)의 쉘(3A)내로 유입하고 여기서 전열관(3B)내를 흐르는 냉각수에 의하여 냉각되어 액화된다.

액화된 냉매액은 감압수단(4)을 통하여 감압된 후 증발기(5)의 쉘(5A)내로 유입하고, 여기서 증발하여 전열관(5B)내를 흐르는 물로부터 기화잠열을 빼앗아 냉수를 만들어 낸다.

증발한 냉매증기는 제1의 개구(6C)를 통하여 기액분리기(6)로 유입하고, 제2의 개구(6E)를 향하여 흐르는 도중에서 분리요소(6A)를 통과한다. 이를 통과할때에 냉매증기에 포함되어 있는 액적(液滴)이 분리요소(6A)에 포집(捕集)된다. 포집된 냉매의 액적은 분리요소(6A)를 따라 좌하의 모서리(제1도 참조)를 향하여 흐르고 이 모서리부로부터 증발기(5)의 쉘(5A)내로 유입한다. 한편 액적이 제거된 냉매증기는 제2의 개구(6E)→흡입통로(2C)를 경유하며 터어보 압축기(2)의 임펠라(2B)에 흡입되어 압축된다.

이와같이 본 실시예는 증발기(5)의 전열관군(5B)의 상측부에는 냉매증기가 흐를수 있을만큼의 공간을 설치하면 되므로 종래와 같이 냉매액면으로부터 비산하는 비말(飛沫)이 분리요소에 직접 부착하지 않게하기 위해 필요한 공간이 불필요하게 된다. 그러므로 증발기의 냉매 액면으로부터 쉘(5A)의 상측격벽(5A)까지의 거리를 1/2이하로 할수가 있다.

제7도는 본 발명의 제2의 실시예이다.

상기한 실시예에서는 기액분리실을 증발기의 쉘의 단부에 설치하고 한대의 압축기를 결합한 경우에 대하여 기술하였으나 쉘의 길이가 긴 경우나, 냉공기의 용량이 큰 경우에는 제5도와 같이 기액분리기를 쉘의 중앙 부군에 설치하고 기액분리기의 양측에 압축기(1),(1')를 결합하고 분리요소(6A')를 역 V자형으로 배치하는 것이 유효하다. 기타 구성은 제1실시예와 같다.

제8도, 제9도 및 제10도는 본 발명의 제3실시예이다.

이 실시예에서는 2매(두장)의 분리요소(6A''),(6A'')를 측면에서 볼때 V자형으로 배치한 것이다.

이들 분리요소(6A''),(6A'')의 압축기측의 단부에는 제10도에 나타낸 바와같은 판(10)이 배치되어 있다. 기타의 구성은 제1실시예와 동일하다.

증발기(5)의 쉘 내에서 증발한 냉매증기는 개구(6C)를 통하여 분리요소(6A''),(6'')에 분리요소(6''),(6A'')의 양측으로 유입하고, 양 분리요소(6A''),(6A'')로 둘러싸인 공간을 향하여 흐른다. 이때 제6도에 나타낸 바와같이 냉매증기는 분리요소(6A'')를 지그재그로 진행하여 냉매증기에 포함되어 있는 액적이 냉매증기로부터 제거된다. 제거된 냉매의 액적은 분리요소(6A'')를 따라 아랫쪽을 항햐여 흐르고, 양분리요소(6A''),(6A'')의 하단부로부터 증발기, 쉘내로 낙하한다.

액적이 제거된 냉매증기는 개구(6D)를 통하여 압축기(2)에 흡입된다.

본 실시예에 의하여 분리요소(6A'')의 면적을 넓게할 수가 있어 냉매증기의 통과속도를 더욱 낮게 할 수가 있다.

이상과 같이 본 발명에 의하면 분리요소를 내장한 기액분리실을 증발기의 쉘밖에 설치하고 있으므로 증발기의 쉘내에는 냉매증기가 흐를 수 있을 만큼의 공간(높이방향)이 있으면 되고, 종래에 필요했던 냉매액면으로부터 비산하는 비말이 분리요소에 부착하지 않도록 하는데 필요한 높이방향의 공간은 불필요하게 된다.

그러므로 이에 해당하는 만큼 증발기의 쉘 높이를 낮게 할수가 있다. 또한 기액분리실의 측면에 악축기가 배치되므로 기액분리실을 증발기의 쉘밖에 설치하므로서 증발기의 쉘저부로부터 압축부의 상단까지의 높이는 하등의 증가가 없다. 따라서 냉동기의 높이를 낮게할 수가 있다.

또 기액분리기(6)의 측벽(6D)에 압축기(2)를 결합하는 것만으로 압축기(2)의 흡입통로(2C)와 증발기(5), 토출통로(2D)와 응축기(3), 전동기(1)의 하우징(1A)내와 응축기(3)의 쉘(3A)저부, 전동기(1)의 하우징(1A)내와, 증발기(5), 종속장치(7)의 기어케이싱(7A)내와 압축기(2)의 흡입통로(2C)와의 각각의 연결이 동시에 달성된다.