KR100466504B1

KR100466504B1 - 빙축열 냉방장치

Info

Publication number: KR100466504B1
Application number: KR10-2002-0029860A
Authority: KR
Inventors: 김정훈
Original assignee: (주)레파엔지니어링
Priority date: 2002-05-29
Filing date: 2002-05-29
Publication date: 2005-01-24
Also published as: KR20030092248A

Abstract

본 발명은, 냉매가 상변화를 하는 컨덴싱유니트와, 상기 냉매를 이용하여 얼음을 만드는 제빙기와, 상기 얼음을 저장하는 축열조와, 상기 축열조로부터 유출된 순환수로부터 열교환을 하는 열교환기를 포함하는 빙축열 냉방장치에 관한 것으로서, 상기 컨덴싱유니트와 상기 제빙기와 상기 축열조 및 상기 열교환기를 내장하는 케이싱을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 설치가 간단하여 공간활용이 용이하며, 에너지 절약에도 유리한 빙축열 냉방장치가 제공된다.

Description

빙축열 냉방장치{AIR-COOLER}

본 발명은, 빙축열 냉방장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 전력사용의 수요가 적은 야간의 전력을 이용하여 제빙을 하였다가, 제빙된 얼음을 온도가 높은 주간에 냉방용으로 이용하는 빙축열 냉방장치에 관한 것이다.

이러한 빙축열 냉방장치에는 큰 건물 전체를 한곳에서 제빙된 얼음을 이용하여 냉방하는 대형 빙축열 냉방장치와, 대형 빙축열 냉방장치의 구성요소들을 소형화하여 사무실등 특정 공간을 냉방하는 소형 빙축열 냉방장치가 있다.

도 1을 참조하면, 종래에 사용된 소형 빙축열 냉방장치는, 물을 제빙하는 제빙기(101)와, 얼음을 저장하는 축열조(102) 및 실내와 직접 접촉하여 냉방을 하는 실내기(103)를 가지고 있다.

여기서, 제빙기(101)와 축열조(102)는 한 캐비넷에 상부와 하부에 각각 형성된다. 상부의 제빙기(101)는 격자형의 여러칸으로 구획된 제빙판(104)의 상부에 물공급 노즐(105)과 에어분사노즐(미도시)이 설치되어 측면의 물공급탱크(106)와 연결되고, 하부의 축열조(102)는 물분사노즐(107)과 통수판(미도시)이 설치되어 상부의 낙하통공(109)을 사이에 두고 제빙기(101)와 관통된다.

이와 같은 구성에 의하여, 전력 사용이 적은 심야시간에 제빙기(101)를 작동시켜 물공급탱크(106)로부터 공급받는 물을 제빙시킨 후 제빙된 얼음을 제빙판(104)으로부터 에어 등에 의해 분리 이탈시키게 되면 이탈된 얼음(122)이 낙하통공(109)을 통해 축열조(102)에 저장된다. 저장된 얼음(122)에 분사노즐(107)을이용하여 순환수를 살수시키면 그 순환수가 얼음(122)을 통과하면서 차갑게 냉각 되어 그 배출관(116)을 통해 순환파이프(110)로 순환하게 되어 실내기내측하부의 송풍팬(미도시)에 의해 실내기(103)내에 마련되어 있는 열교환기(미도시)의 차가운 온도를 실내중에 방열시켜 실내온도를 냉방시키는 것이다.

그런데, 아이스하베스트(Ice Harvest)타입를 사용하고 있는 종래 냉각장치는 하부에 얼음을 저장하여야 함으로 공간상의 제약을 받으며, 아이스하비스트(Ice Harvest) 타입의 특성상 후술할 슬러리형 타입보다 낮은 에너지 효율을 가지고 있어 전력소비가 많다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은, 설치공간상 제약을 최소화하며, 에너지 효율이 좋은 빙축열 냉방장치를 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은, 페키지화된 슬러리형 빙축열 냉방장치를 제공하는 것이다.

도 1은 종래 기술에 대한 전면도,

도 2는 본 발명에 따른 외형도,

도 3은 도 2를 Ⅲ-Ⅲ의 방향에서 본 단면도,

도 4는 도 2를 Ⅳ-Ⅳ의 방향에서 본 단면도,

도 5는 도 2를 Ⅴ-Ⅴ의 방향에서 본 단면도,

도 6은 도 2를 Ⅵ-Ⅵ의 방향에서 본 단면도,

도 7은 본 발명에 따른 계통도,

도 8은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 계통도,

도 9는 본 발명의 제 3 실시예 이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 빙축열 냉방장치 10 : 컨덴싱유니트

20 : 제빙기 30 : 축열조

40 : 열교환기 50 : 실내기

60 : 케이싱 70 : 팽창탱크

90 : 온도센서 33, 35, 49, 80 : 펌프

상기 목적은, 본 발명에 따라, 냉매가 상변화를 하는 컨덴싱유니트와, 상기 냉매를 이용하여 얼음을 만드는 제빙기와, 상기 얼음을 저장하는 축열조와, 상기 축열조로부터 유출된 순환수로부터 열교환을 하는 열교환기를 포함하는 빙축열 냉방장치에 있어서, 상기 컨덴싱유니트와 상기 제빙기와 상기 축열조 및 상기 열교환기를 내장하는 케이싱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 제빙기는 슬러리형 얼음을 제공하는 슬러리형 제빙기를 사용하여 에너지 효율을 높이는 것이 바람직하다.

또한, 상기 케이싱은 상기 축열조를 내장하는 축열조케이싱을 포함하게 하여 시스템 구축의 용이성을 높일 수 있고, 상기 열교환기를 3-웨이밸브로 교체하여 시스템 제작 단가를 낮출 수 있다.

여기서, 상기 케이싱내에 내장되어 상기 케이싱 외부에서 유입되어 상기 열교환기와 열교환을 하는 순환수의 흐름을 완충시켜주는 팽창탱크를 더 포함하게 할 수 있다.

또한 상기 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 냉매가 상변화를 하는 컨덴싱유니트와, 상기 냉매를 이용하여 얼음을 만드는 슬러리형 제빙기와, 상기 얼음을 저장하는 축열조와, 상기 축열조로부터 유출된 순환수로부터 열교환을 하는 열교환기를 포함하는 빙축열 냉방장치에 있어서, 상기 컨덴싱유니트와 상기 슬러리형 제빙기를 내장하는 케이싱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방장치에 의해 달성된다.

여기서, 상기 케이싱내에는 상기 축열조가 더 내장되게 하고, 상기 케이싱은 상기 축열조를 내장하는 축열조케이싱을 포함하게 하여 같은 목적을 달성 할 수 있다.

또한, 상기 케이싱은 상기 열교환기를 더 포함하게 하고, 상기 케이싱은 상기 케이싱 외부에서 유입되어 상기 열교환기와 열교환을 하는 순환수의 흐름을 완충시켜주는 팽창탱크를 포함하고, 상기 열교환기는 3-웨이밸브로 교체하여같은 목적을 달성할 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다.

도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명은, 냉매가 압축기(미도시)와 컨덴서(미도시)등을 이용하여 액화와 기화를 반복하는 컨덴싱유니트(10)와, 컨덴싱유니트(10)로부터 기상의 냉매를 흡수하여 제빙을 하는 제빙기(20)와, 제빙기(20)에서 제빙한 얼음을 저장하는 축열조(30)와, 축열조(30)에서 유출되는 후술할 순환수(31)를 수용하여 후술할 실내기(50)에서 유출되는 냉방수와 열교환을 하는 열교환기(40)를 하나의 케이싱(60)에 가지고 있다.

컨덴싱유니트(10)는, 기본적으로 저온저압의 냉매를 고온고압의 가스로 만드는 압축기(미도시)와, 압축기(미도시)로부터 유출된 냉매가스를 응축시키는 응축기(미도시)를 기본적으로 가지고 있어 냉매가 액체에서 기체로, 또는 기체에서 액체로 상변화를 할 수 있다. 그리고, 후술할 제빙기(20)에 가스냉매를 공급하기 위한 냉매 유출구(11)와, 제빙기(20)내에서 후술할 제빙용순환수와 열교환 후 온도가 내려간 냉매를 다시 받아들이기 위한 유입구(13)를 가지고 있어, 냉매가 제빙기(20)와 컨덴싱유니트(10)를 A의 방향에서 B의 방향으로 순환하는 하나의 사이클을 이룰 수 있다.

전술한 컨덴싱유니트(10)에서 만들어진 냉매가스를 흡수구(21)를 통해 흡수하여 후술할 축열조(30)에서 유출되는 제빙용순환수와 열교환을 하여 얼음을 만드는 일종의 열교환기인 제빙기(20)는, 후술할 축열조(30)로부터 순환수펌프(33)에 의해 공급된 수용액을 관(23)의 내부로 흘러내리며 전열효과를 증가시키기 위해 수용액을 저어주는 드라이브모터(25)와, 열교환이 끝난 후 액화된 냉매를 컨덴싱유니트(10)에 보내어 다시 냉매기체를 만들기 위한 통로인 유출구(22)와, 얼음을 축열조(30)로 보내기 전 잠시 얼음을 보관하는 임시박스(29)를 가지고 있다. 또한 전술한 냉매와 열교환을 하는 수용액을 유입하는 수용액유입구(27)와, 냉매와 열교환 후 만들어진 얼음을 후술할 축열조로 보내기 위한 얼음유출구(28)를 가지고 있다. 여기서 제빙기(20)는 도면에 도시된 바와 같이, 수직 및 수평 모두에 사용 가능한 슬러리형 제빙기를 사용하여 사용환경에 따라 케이싱(60)의 형태를 변경가능하게 함이 바람직하다. 또한, 제빙기(60)에 유입되는 수용액을 적당한 배율의 글리콜 수용액(예 : 브라인 7%)을 사용하여 슬러리형 얼음을 만들어 얼음유출구(28)와 연통되는 제빙용순환펌프(35)에 의해 축열조(30)로 압출하기 쉽게 함이 시스템상 유리하다.

여기서 슬러리형 타입 제빙기의 특성을 살펴보면, 첫째로, 관(23) 내측에서 생성되는 슬러리가 내측면을 따라 700~800RPM으로 선회하는 ROD에 의해 전열면에서 분리됨으로서 열전달 효율이 하비스트 타입(HARVEST TYPE)과 비교하여 약 14배정도 더 높다.

둘째로, 제빙기(20)에서 빙수형태의 얼음이 증발기에서 연속적으로 생성되어 축열조(30)로 이송됨으로 제빙시 증발온도가 높고(약 -6.7℃), 거의 일정하므로 냉동기의 성적계수(C.O.P)가 커지고, 소요전력이 작아지게 되어 일정한 냉방부하에 대한 장비의 용량을 상대적으로 줄일 수 있으며 전력비(수변전 설비비, 기본요금, 사용요금) 또한 줄어들게 되어 매우 경제적이다.

셋째로, 제빙기(20)를 축열조(30)의 같은 평면이나 상부 또는 하부 어느 방향에 설치가 가능하여 시스템의 구성에 용이하다.

전술한 제빙기(20)로부터 만들어진 얼음을 저장하는 축열조(30)는, 제빙기(20)로부터 얼음을 공급받는 얼음유입구(37)와, 축열조에 보관된 제빙용 순환수를 제빙기(20)로 보내는 통로인 수용액유출구(38)와, 후술할 열교환기(40)로부터 유입되는 냉방용순환수를 유입하는 순환수유입구(31)와, 순환수유입구(31)로 유입된 순환수를 저장된 얼음과 열교환을 하게 하는 분사노즐(39)과, 순환수를 후술할 열교환기(40)로 유출하는 순환수유출구(32)를 가지고 있다. 여기서, 수용액유출구(38)와 연통되는 수용액유입구(27)사이에 펌프(33)를 설치하여 수용액의 흐름을 원할히 할 수 있다. 또한, 축열조(30) 내에 마련되어 순환수유입구(31)로부터 유입되는 냉방용순환수를 축열조(30)에 저장된 얼음에 살수 시키는 노즐(39)은 냉방용순환수와 얼음이 쉽게 열교환을 할 수 있도록 스프레이식 노즐을 사용함이 열교환에 유리하다. 이러한 구성과 효과를 가진 축열조(30)는 전술한 바와 같이 얼음을 저장하는 것이 주 목적이고, 또한 제빙기(20) 및 열교환기(40)와 각각의 사이클을 형성하여야 함으로 도면에 도시된 바와 같이 축열조케이싱(30a)을 후술할 메인케이싱(61)에 포함되어 있는 구성요소(40, 20)들과 쉽게 연통되어 사이클을 형성할 수 있도록 후술할 메인케이싱(61)의 좌우 측면에 형성함이 효과적이다.

전술한 축열조(30)에서 열교환을 하여 냉수(약-6.7℃)가 된 냉방용순환수가 후술할 실내기(50)에서 유출된 냉방수와 열교환을 하는 장소인 열교환기(40)는, 축열조(30)와 열교환기(40)를 순환하는 순환수가 유입 및 유출가능하게 하는 순환수유입구(41) 및 순환수유출구(42)와, 열교환기(40)와 실내기(50)를 순환하는 냉방수가 유입 및 유출되는 냉방수유입구(45)와 냉방수유출구(46)를 가지고 있다. 여기서 냉방수가 냉방수유입구(45)로 유입하기 쉽게 하기 위하여 펌프(49)를 설치하여 냉방수를 쉽게 유입할 수 있게 함이 바람직하다. 또한, 열교환기(40)내로 유입되는 냉방수를 완충시켜주며, 열교환기(40)에 유입되는 수압을 조절하고, 물을 잠시 보관하는 보조탱크의 역할을 할 수 있으며, 부피 또한 팽창과 수축을 하는 팽창탱크(70)를 설치 하여 냉방수의 유입을 완충시켜 주는 것이 열교환기(40)내에서 냉방수가 열교환을 하는데 유리하다.

그리고, 축열조(30)와 열교환기(40) 사이에 순환펌프(80)를 마련하고, 열교환기(40)의 냉방수유출구(46)와 실내기(50) 사이에 온도센서(90)를 마련하여 실내기(50)에서 유입되는 냉방수의 온도를 체크한 후 체크된 냉방수의 온도가 미리 정해진 온도 이하이면 순환펌프(80)를 오프(OFF)시켜 에너지손실을 막을 수 있다.

지금까지 설명한 구성요소 중 실내기(50)를 제외한 구성요소를 하나 이상 내장한 케이싱(60)은 축열조(30)를 포함하는 축열조케이싱(30a)과, 축열조(30)를 제외한 구성요소를 갖는 메인케이싱(61)으로 이루어 진다.

축열조케이싱(30a)은, 외측 ' ㄴ'자형 프레임(30b)과, 내측 'ㄴ'자형 프레임(30c)을 가지고 있어 얼음등을 수용할 수 있는 공간이 형성된다. 여기서, 내측 'ㄴ자형 프래임(30c)은 메인케이싱(61)과 분리 제작 할 수 있으나, 메인케이싱(61)의 일부가 내측'ㄴ'자형 프레임 역할을 하게 하여 제작 단가를 낮추는 것이 바람직하다.

그리고 케이싱(60a)의 외형은, 도 9에 도시된 바와 같이, 원통 형상의 축열조케이싱(30a)등 다양한 형태의 케이싱을 사용환경에 맞게 제작 할 수 있다. 메인케이싱(61)은, 기립된 사각통 형상을 하며, 기립된 사면 중 두면은 축열조케이싱(30a)과 접촉하고, 두면은 메인케이싱(61)을 개폐하는 도어(61a)를 갖는다.

메인케이싱(61) 내측에는 컨덴싱유니트(10), 제빙기(20), 열교환기(40), 팽창탱크(70), 파이프 및 펌프등이 도3 내지 도7에 도시된 바와 같은 위치에 배열 및 내장되게 된다. 여기서 소개된 배열은 하나의 일실시예에 불과할 뿐 다양한 배열이 나올 수 있음은 쉽게 알 수 있다.

이러한 구성을 가진 본 발명은, 컨덴싱유니트(10)에서 상변환을 한 가스냉매가 제빙기(20)로 유입된 순환수와 열교환을 하여 얼음을 만든다. 열교환을 한 냉매는 제빙기에서 열교환 후 컨덴싱유니트(10)로 다시 유입되어 냉매를 다시 제빙기(20)에 공급하는 폐회로를 형성한다. 제빙기(20)에서 만들어진 얼음은 제빙용순환펌프(35)에의해 축열조(30)로 이송되고, 이송된 얼음은 열교환기(40)로부터 유입된 냉방용순환수와 열교환을 하게 된다. 얼음과 열교환을 한 냉방용순환수는 열교환기(40)로 보내지고, 열교환기(40)로 보내진 냉방용순환수는 실내기(50)에서 이송된 냉방수와 열교환을 하게 되다. 냉방용순환수와 열교환을 한 냉방수는 실내기로 유입되어 실내기(50)내에 마련된 송풍펜(미도시)과 열교환기(미도시)에 의해 실내의 공기와 열교환을 하여 실내를 시원하게 만든다. 여기서 실내기(50)를 제외한 구성요소(10, 20, 30, 40, 70)들은 메인케이싱(61)과 축열조케이싱(30a)으로 분리되어 배치된다.

이러한 페키지화된 본 발명은 다양한 환경에 유동적으로 대처 할 수 있도록 축열조케이싱(30a)의 형태나, 구성요소간의 배열을 쉽게 바꿀 수 있는 슬러리형 제빙기를 사용함이 유리하다.

도 8은 본 발명의 제 2실시예로서, 본 발명의 열교환기(40) 대신 3-웨이(3-WAY)밸브(40a)를 사용하여 본 발명과 같은 효과를 발휘하고 있다.

3-웨이 밸브(40a)는 유체를 혼합하거나 열교환등을 시키는 장치로서 간단한 구조임에도 불구하고 온도센서(90)등에 의해 쉽게 컨트롤된다는 장점이 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 설치공간상 제약을 최소화하며, 에너지 효율이 좋은 빙축열 냉방장치가 제공된다.

특히, 페키지화되어 설치공간상 제약이 최소화되며, 에너지 효율이 좋은 슬러리형 빙축열 냉방장치가 제공된다.

Claims

냉매가 상변화를 하는 컨덴싱유니트와, 상기 냉매를 이용하여 얼음을 만드는 제빙기와, 상기 얼음을 저장하는 축열조와, 상기 축열조로부터 유출된 순환수로부터 열교환을 하는 열교환기를 포함하는 빙축열 냉방장치에 있어서,

상기 컨덴싱유니트와 상기 제빙기와 상기 축열조 및 상기 열교환기를 내장하는 케이싱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방장치.
제1항에 있어서,

상기 제빙기는 슬러리형 얼음을 제공하는 슬러리형 제빙기임을 특징으로 하는 빙축열 냉방장치.
제1항에 있어서,

상기 케이싱은 상기 축열조를 내장하는 축열조케이싱을 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방장치.
제1항에 있어서,

상기 열교환기는 3-웨이밸브인 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방장치.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 케이싱내에 내장되어 상기 케이싱 외부에서 유입되어 상기 열교환기와 열교환을 하는 순환수의 흐름을 완충시켜주는 팽창탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방장치.
냉매가 상변화를 하는 컨덴싱유니트와, 상기 냉매를 이용하여 얼음을 만드는 슬러리형 제빙기와, 상기 얼음을 저장하는 축열조와, 상기 축열조로부터 유출된 순환수로부터 열교환을 하는 열교환기를 포함하는 빙축열 냉방장치에 있어서,

상기 컨덴싱유니트와 상기 슬러리형 제빙기를 내장하는 케이싱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방장치.
제6항에 있어서,

상기 케이싱내에는 상기 축열조가 더 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방장치.
제6항에 있어서,

상기 케이싱은 상기 축열조를 내장하는 축열조케이싱을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방장치.
제6항에 있어서,

상기 케이싱은 상기 열교환기가 더 내장되어 있는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방장치.
제9항에 있어서,

상기 열교환기는 3-웨이밸브인 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방장치.
제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 케이싱에 내장되어 상기 케이싱 외부에서 유입되어 상기 열교환기와 열교환을 하는 순환수의 흐름을 완충시켜주는 팽창탱크를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉방장치.