KR100463589B1

KR100463589B1 - 축열식 냉각시스템

Info

Publication number: KR100463589B1
Application number: KR10-2004-0075593A
Authority: KR
Inventors: 조성은
Original assignee: (주)티원엔지니어링
Priority date: 2004-09-21
Filing date: 2004-09-21
Publication date: 2004-12-30

Abstract

본 발명은 축열식 냉각시스템에 관한 것으로, 압축기(10), 응축기(20), 증발기(31,32), 축열매체를 저장하는 축열조(40), 내부에 상기 증발기(32)를 수용하고 상기 축열조(40)의 냉기유입구(44a)로 냉기를 유입하여 증발기(32)로 공급하며 상기 증발기(32)를 통과한 냉기를 냉기토출구(44b)를 통해 축열조(40)로 환수시키는 냉기순환덕트(44), 상기 냉기순환덕트(44)의 내부에 냉기토출구(44b)쪽으로 축열매체를 분사하는 분사노즐(50), 상기 냉기순환덕트(44) 내부의 냉기를 강제순환시키는 송풍팬(60)으로 구성되어, 냉동사이클의 증발기와 접촉하지 않고 빙을 제조하여 증발기의 손상을 방지하고 압축공기를 이용하여 성애를 쉽게 제거할 수 있도록 된 것이다.

Description

축열식 냉각시스템{ A regenerative cooling thermal storage system }

본 발명은 축열식 냉각시스템에 관한 것으로, 특히 증발기와의 접촉없이 빙을 제조하여 축열시킬 수 있는 축열식 냉각시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 냉동사이클은 압축기와 응축기, 팽창변, 증발기로 구성되고 증발기와 부하측의 열교환에 의해 부하측을 냉각시키며, 축열시스템을 구비하여 증발기의 열에너지를 축적하고 특히 제빙과정을 통해 열에너지를 축적하게 된다.

축열식 냉각시스템은 축열시스템의 제빙방식에 따라 정적제빙방식과 동적제빙방식으로 구분되고, 동적제빙방식은 축열매체가 유체상태에서 증발기를 통과하는 열교환 과정에서 상변화하여 만들어진 얼음이나 슬러리를 축열조에 저장하였다가 부하측의 고온 순환수와 축열매체를 서로 열교환시켜 냉방 및 냉각에 사용한다.

종래의 동적제빙방식은 증발기와 축열매체의 열교환을 통해 얼음을 형성하는 과정에서 증발기 표면에 부착되는 얼음을 미세한 조각얼음으로 분해하여 제거하므로 소음 및 진동이 발생하고 에너지 손실이 크며, 장치의 내구성도 저하되는 문제점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바의 제반 문제점들을 해소하기 위해 안출된 것으로, 냉동사이클의 증발기와 접촉하지 않고 빙을 제조하여 증발기의 손상을 방지하고 압축공기를 이용하여 성애를 쉽게 제거할 수 있는 축열식 냉각시스템을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 축열식 냉각시스템을 나타낸 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 축열식 냉각시스템의 제빙장치를 나타낸 일측면도,

도 3은 본 발명에 따른 축열식 냉각시스템의 제빙장치를 나타낸 저면도,

도 4는 본 발명에 따른 축열식 냉각시스템의 축열냉각운전과정을 나타낸 구성도,

도 5는 본 발명에 따른 축열식 냉각시스템의 축열제빙운전과정을 나타낸 구성도,

도 6은 본 발명에 따른 축열식 냉각시스템의 방냉운전과정을 나타낸 구성도,

도 7은 본 발명에 따른 축열식 냉각시스템의 제빙-방냉 동시운전과정을 나타낸 구성도,

도 8은 본 발명에 따른 축열식 냉각시스템의 제상운전과정을 나타낸 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 압축기 15 : 제상라인

20 : 응축기 21 : 냉각탑

31 : 제1증발기 32 : 제2증발기

33 : 제1냉매공급라인 34 : 제2냉매공급라인

35 : 냉매공급헤더 36 : 제1냉매환수라인

37 : 제2냉매환수라인 38 : 냉매환수헤더

40 : 축열조 41 : 축열매체순환라인

42 : 축열매체순환펌프 43 : 냉방라인

44 : 냉기순환덕트 44a : 냉기유입구

44b : 냉기토출구 45 : 엘리미네이터

46 : 축열매체공급라인 50 : 분사노즐

55 : 자동배수밸브 60 : 송풍팬

70 : 공기압축기 80 : 압력탱크

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 압축기, 응축기, 제1증발기, 제2증발기, 축열매체를 저장하는 축열조, 내부에 제2증발기를 수용하고 상기 축열조로부터 냉기를 순환시키는 냉기순환덕트, 상기 냉기순환덕트의 내부에서 축열조의 내부로 축열매체를 분사하는 분사노즐, 상기 냉기순환덕트 내부의 냉기를 강제순환시키는 송풍팬으로 구성되어 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 축열식 냉각시스템은 압축기(10), 응축기(20), 증발기(31,32)를 포함하는 냉동사이클과, 축열매체를 저장하는 축열조(40)를 포함하고 있다.

냉동사이클의 냉매는 압축기(10)와 응축기(20) 및 증발기(31,32)를 순차적으로 통과하고, 상기 축열조(40)는 증발기(31,32)와 열교환하여 냉기를 축적하며 부하측과 열교환하게 된다.

상기 축열조(40)는 축열매체를 저장하고, 축열매체순환라인(41)을 통해 저장된 축열매체를 부하측으로 순환시키며, 상기 축열매체순환라인(41)에는 축열매체순환펌프(42)가 구비되어 축열매체를 강제순환시키게 되고, 상기 축열매체순환라인(41)에는 냉방라인(43)이 병렬로 연결되어 부하측과 열교환하게 된다.

상기 축열매체순환라인(41)과 냉방라인(43)이 연결되는 2개의 분기점 중 한쪽에는 3방향밸브가 구비되어 축열매체순환라인(41)만 축열매체를 순환시키거나 냉방라인(43)을 포함하여 순환시키게 된다.

상기 축열매체는 부동액으로 에틸렌 글리콜 수용액을 사용하여 물만 제빙된다.

상기 축열조(40)의 상부에는 축열조(40) 내부의 냉기를 순환시키는 냉기순환덕트(44)가 병렬로 연결되어 있다.

상기 응축기(20)는 냉각탑(21)을 통해 냉각수와 열교환함으로써 냉매를 응축시키고, 응축기(20)를 통과한 냉매는 증발기(31,32)로 공급된다.

상기 증발기(31,32)는 상기 축열매체순환라인(41)과 열교환하는 제1증발기(31)와, 상기 냉기순환덕트(44)를 통과하는 제2증발기(32)로 구성되어 있다.

상기 응축기(20)를 통과한 냉매는 제1냉매공급라인(33)을 통해 상기 제1증발기(31)로 공급되고, 제2냉매공급라인(34)을 통해 상기 제2증발기(32)로 공급되며, 상기 제1냉매공급라인(33)과 제2냉매공급라인(34)으로 냉매를 분급하는 냉매공급헤더(35)를 구비하고 있다.

상기 제1증발기(31)로 공급된 냉매는 제1냉매환수라인(36)을 통해 압축기(10)로 환수되고, 상기 제2증발기(32)로 공급된 냉매는 제2냉매환수라인(37)을 통해 압축기(10)로 환수되며, 상기 제1냉매환수라인(36)과 제2냉매환수라인(37)으로 유입되는 냉매를 선택적으로 환수하는 냉매환수헤더(38)를 구비하고 있다.

상기 압축기(10)를 통과한 냉매는 응축기(20)로 공급되거나, 제상라인(15)을 통해 제2증발기(32)로 공급된다.

상기 냉기순환덕트(44)는 내부에 상기 제2증발기(32)를 수용하고, 상기 축열조(40)의 냉기유입구(44a)로 냉기를 유입하여 제2증발기(32)로 공급하며, 상기 증발기(31,32)를 통과한 냉기를 냉기토출구(44b)를 통해 축열조(40)로 환수한다.

상기 냉기순환덕트(44)의 내부에는 냉기토출구(44b)쪽으로 축열매체를 분사하는 분사노즐(50)이 구비되고, 상기 냉기순환덕트(44) 내부의 냉기를 강제순환시키는 송풍팬(60)이 구비되어 있다.

상기 냉기순환덕트(44)의 내부 일측에는 축열매체나 이물질이 순환하는 것을 방지하는 엘리미네이터(45)가 구비되어 있다.

도 2와 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 분사노즐(50)은 환형의 관을 따라 소정간격을 두고 구비되어 상기 냉기순환덕트(44)의 내부에서 축열조(40)로 물을 분사하고, 상기 환형관의 중심과 동일한 축상에 상기 송풍팬(60)이 구비되어 분사노즐(50)의 사이로 냉기순환덕트(44) 내부의 냉기를 강제로 통과시킴으로써 냉기와 축열매체를 접촉시키게 된다.

상기 분사노즐(50)로 분사되는 축열매체 중 습기는 고속으로 공급되는 냉기와 접촉하여 과냉됨으로써 제빙되어 축열조(40)로 낙하한다.

상기 축열매체순환라인(41)의 일측에는 상기 분사노즐(50)로 축열매체를 공급하는 축열매체공급라인(46)이 분기되어 있다.

상기 축열매체공급라인(46)의 분사노즐(50)쪽 선단에는 자동배수밸브(55)가 구비되어 축열매체공급라인(46)상의 잔류 축열매체를 배출시킨다.

즉, 상기 자동배수밸브(55)는 제상운전 이후에 축열매체공급라인(46)에 잔류하는 축열매체를 배출시킴으로써 동파를 방지하고, 배관내의 압력이 대기압과 동일해지면 밸브가 자동으로 개방되어 잔류 축열매체를 배출하게 된다.

또한, 상기 축열매체공급라인(46)의 일측에는 그 축열매체공급라인(46)의 분사압을 일정하게 유지하는 압력탱크(80)가 구비되어 있다.

상기 축열매체공급라인(46)의 분기점에는 3방향밸브가 구비되어 축열매체순환라인(41)의 축열매체를 축열매체공급라인(46)으로 우회시키거나 축열조(40)로 직접 유입시킨다.

상기 축열매체공급라인(46)의 일측에는 상기 분사노즐(50)로 압축공기를 공급하는 공기압축기(70)가 연결되어 상기 분사노즐(50)로 토출되는 축열매체를 고속으로 분사시키게 된다.

상기 공기압축기(70)는 상기 분사노즐(50)로 공급되는 축열매체를 차단한 상태에서 분사노즐(50)로 압축공기만을 분사함으로써 분사노즐(50)에 형성된 성애를 탈거시켜 축열조(40)로 낙하시킨다.

도 4를 참조하여 축열냉각운전을 설명하면, 상기 냉매공급헤더(35)와 냉매환수헤더(38)는 상기 제1증발기(31)로 냉매를 순환시키고, 상기 축열매체순환펌프(42)를 가동시켜 축열조(40)의 축열매체를 축열매체순환라인(41)으로 순환시킨다.

이 과정에서 상기 축열매체순환라인(41)의 축열매체는 상기 제1증발기(31)와 열교환하면서 냉각된 후 축열조(40)로 환수됨으로써 축열조(40)에 저장되는 축열매체의 온도가 하강하게 된다.

축열냉각운전을 소정시간 동안 수행함으로써 축열매체를 과냉상태에 가까운 온도로 냉각시킨 상태에서 제빙운전을 한다. 즉, 축열냉각운전 후에 축열제빙운전을 순차적으로 수행한다.

도 5를 참조하여 축열제빙운전을 설명하면, 상기 냉매공급헤더(35)와 냉매환수헤더(38)는 상기 제2증발기(32)로 냉매를 순환시키고 제1증발기(31)로의 냉매순환은 차단하며, 상기 축열매체순환라인(41)에서 분사노즐(50)로 축열매체를 공급하며, 송풍팬(60)을 작동시켜 상기 냉기순환덕트(44)로 냉기를 강제순환시킨다.

상기 송풍팬(60)에 의해 상기 냉기순환덕트(44)의 냉기가 환형관의 분사노즐(50)쪽으로 공급됨과 동시에 상기 분사노즐(50)로 축열매체가 공기압축기(70)에 의해 고압으로 분사되면 축열매체가 과냉각되면서 축열매체에 포함된 수분이 제빙되면서 축열조(40)로 낙하하여 축적된다.

축열제빙운전에 의해 축열조(40)에 축적된 빙은 축열매체를 냉각시키게 되고, 방냉운전을 하게 되면 부하측과 열교환하여 부하측을 냉방시키게 된다.

도 6을 참조하여 방냉운전을 설명하면, 상기 축열매체순환펌프(42)를 가동시켜 축열조(40)의 축열매체를 축열매체순환라인(41)으로 순환시키고, 상기 축열매체순환라인(41)의 축열매체를 냉방라인(43)으로 순환시켜 부하측과 열교환시킴으로써 부하측을 냉방시킨다.

방냉운전시에는 상기 냉방라인(43)의 분기점의 3방향밸브가 축열매체순환라인(41)측과 냉방라인(43)측을 모두 개방하여 축열매체가 축열매체순환라인(41)을 완전히 통과함과 동시에 상기 냉방라인(43)으로 순환하여 부하측과 열교환하게 된다.

또한, 상기 축열매체공급라인(46)의 분기점의 3방향밸브는 축열매체공급라인(46)측을 폐쇄하여 축열매체순환라인(41)상의 축열매체를 축열조(40)로 토출시키게 된다.

축열제빙운전과 방냉운전은 순차적으로 수행하는 것도 가능하나 동시에 수행하는 것도 가능하다.

도 7을 참조하여 축열제빙과 방냉 동시운전을 설명하면, 상기 축열조(40)의 축열매체는 축열매체순환라인(41)을 통해 냉방라인(43)으로 순환하며, 이때 냉방라인(43)의 3방향밸브는 축열매체순환라인(41)측을 폐쇄하고 냉방라인(43)측을 개방함으로써 축열매체순환라인(41)으로 유입된 축열매체는 냉방라인(43)을 경유하여 통과하게 된다.

또한, 상기 축열매체공급라인(46)의 3방향밸브는 축열매체순환라인(41)과 축열매체공급라인(46)을 연통시킴으로써 상기 냉방라인(43)을 통과한 축열매체를 상기 분사노즐(50)로 공급하게 되고, 분사노즐(50)로 공급된 축열매체는 제2증발기(32)를 통과한 냉기와 열교환하여 빙을 생성하면서 축열조(40)로 낙하하게 된다.

상기 제2증발기(32)나 분사노즐(50)에 성애가 끼이게 되면 제상운전을 수행하게 된다.

도 8을 참조하여 제상운전을 설명하면, 상기 압축기(10)의 냉매를 응축기(20)를 거치지 않고 제상라인(15)을 통해 제2증발기(32)로 직접 순환시킴으로써 고온의 냉매를 통해 제2증발기(32)의 성애를 제거하고, 상기 공기압축기(70)를 작동시켜 상기 분사노즐(50)로 압축공기를 분사함으로써 분사노즐(50)의 성애를 탈거시켜 낙하되게 한다. 이때 상기 축열매체공급라인(46)의 3방향밸브는 축열매체공급라인(46)쪽을 폐쇄함으로써 분사노즐(50)로 축열매체의 공급을 차단한다. 또한, 상기 제2냉매공급라인(34)을 폐쇄하여 제2증발기(32)로 공급되는 냉매를 차단한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 축열식 냉각시스템에 의하면, 냉동사이클의 증발기와 접촉하지 않고 빙을 제조하여 증발기의 손상을 방지하고 압축공기를 이용하여 성애를 쉽게 제거할 수 있는 효과가 있다.

Claims

압축기(10), 응축기(20), 증발기(31,32)를 포함하는 냉동사이클과, 축열매체를 저장하는 축열조(40)를 통해, 축열매체와 증발기(31,32)의 열교환시에 상변화한 얼음을 축열조(40)에 저장하고, 부하측에 열에너지를 공급하는 축열식 냉각시스템에 있어서,

내부에 상기 증발기(32)를 수용하고, 상기 축열조(40)의 냉기유입구(44a)로 냉기를 유입하여 증발기(32)로 공급하며, 상기 증발기(32)를 통과한 냉기를 냉기토출구(44b)를 통해 축열조(40)로 환수시키는 냉기순환덕트(44)와;

상기 냉기순환덕트(44)의 내부에 냉기토출구(44b)쪽으로 축열매체를 분사하는 분사노즐(50)과;

상기 냉기순환덕트(44) 내부의 냉기를 강제순환시키는 송풍팬(60);을 포함하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉각시스템.
제1항에 있어서, 상기 축열조(40)의 축열매체를 부하측으로 순환시키는 축열매체순환라인(41)을 구비하고, 상기 축열매체순환라인(41)에서 상기 분사노즐(50)로 축열매체를 공급하는 축열매체공급라인(46)을 구비한 것을 특징으로 하는 축열식 냉각시스템.
제2항에 있어서, 상기 축열매체순환라인(41)에 부하측과 열교환하는 냉방라인(43)이 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 축열식 냉각시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서,

상기 응축기(20)를 통과한 냉매를 제1냉매공급라인(33)과 제2냉매공급라인(34)을 통해 2개의 증발기(31,32)로 분급하는 냉매공급헤더(35)를 구비하고, 상기 2개의 증발기(31,32)로부터 제1냉매환수라인(36)과 제2냉매환수라인(37)을 통해 냉매를 각각 환수하는 냉매환수헤더(38)를 구비하며, 상기 2개의 증발기(31,32)는 상기 축열매체순환라인(41)과 열교환하는 제1증발기(31)와 상기 냉기순환덕트(44)를 통과하는 제2증발기(32)로 구성된 것을 특징으로 하는 축열식 냉각시스템.
제4항에 있어서,

축열냉각운전시, 상기 냉매공급헤더(35)와 냉매환수헤더(38)는 상기 제1증발기(31)로 냉매를 순환시키고, 상기 축열매체순환라인(41)은 축열조(40)로부터 축열매체를 순환시키며,

축열제빙운전시, 상기 냉매공급헤더(35)와 냉매환수헤더(38)는 상기 제2증발기(32)로 냉매를 순환시키고, 상기 축열매체순환라인(41)에서 분사노즐(50)로 축열매체를 공급하며, 상기 냉기순환덕트(44)로 냉기가 강제순환시키고,

방냉운전시, 상기 축열매체순환라인(41)으로 축열매체를 순환시키고, 상기 축열매체순환라인(41)과 냉방라인(43)을 열교환시키며,

제상운전시, 상기 압축기(10)의 냉매를 응축기(20)를 거치지 않고 제2증발기(32)로 직접 순환시키도록 처리하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉각시스템.
제5항에 있어서, 제빙운전과 방냉운전은 동시에 수행가능하도록 처리하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉각시스템.
제5항에 있어서, 제상운전시, 상기 분사노즐(50)로 압축공기를 분사하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉각시스템.
제5항에 있어서, 축열냉각운전 후에 축열제빙운전을 순차적으로 수행하도록 처리하는 것을 특징으로 하는 축열식 냉각시스템.
제5항에 있어서, 상기 분사노즐(50)이 과냉각으로 인해 막힘현상이 발생할 경우, 제상운전에 의해 노즐을 해동시키도록 처리된 것을 특징으로 하는 축열식 냉각시스템.