KR100969204B1 - 저압 냉동기로부터의 냉매 정제/회수 장치 및 그 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저압 냉동기로부터 냉매를 정제하면서 회수하는 냉매 정제/회수 장치 및 그 회수 방법에 관한 것으로, 상기 냉동기와 연결된 냉매배출유로를 통해 상기 냉동기 내의 냉매를 회수하는 정제기와; 상기 정제기 내의 불순물은 기화하지 않고 냉매가 기화되는 온도로 가열하는 가열수단과; 상기 가열수단에 의하여 기화된 기체 상태의 냉매를 상기 냉동기로 다시 순환시키는 냉매순환유로와; 상기 정제기에서 기화된 기체 상태의 냉매를 냉매전달유로를 따라 이동하며 응축하는 응축기와; 응축된 냉매가 냉매전달유로를 따라 이동하여 담겨지는 저장 탱크를; 포함하여 구성되어, 회수한 정제기 내의 냉매를 가열하여 기화된 고온의 기체 상태의 냉매를 냉매순환유로를 통해 다시 냉동기 내로 순환시키는 것에 의하여, 냉동기 내에 잔류하는 액체 상태의 냉매가 빠른 시간 내에 모두 기화되도록 유도하여 냉동기 내의 냉매를 신속하게 완전히 배출시킬 수 있도록 하고, 배출된 냉매는 외부로 손실되지 않도록 하면서 불순물을 완전히 제거하고 기화한 후 경제적으로 응축하여 저장하는 냉매 정제/회수 장치 및 그 방법을 제공한다.

냉매순환유로, 냉매, 프레온, 정제, 회수, 응축기

Description

저압 냉동기로부터의 냉매 정제/회수 장치 및 그 방법 {REFRIGERANT PURIFYING AND COLLECTING APPARATUS AND METHOD THEREOF}

본 발명은 냉매 정제/회수 장치 및 그 회수 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 냉동기 내의 냉매를 완전히 회수할 수 있으면서, 회수된 냉매를 전부 다시 사용할 수 있도록 정제된 냉매로 회수함으로써 냉매의 회수 공정 및 별도의 냉매 정제 공정에서 냉매가 손실되는 것을 근본적으로 제거한 냉매 정제/회수 장치 및 그 회수 방법에 관한 것이다.

저압 냉동기는 공기 조화용이나 공업용으로 사용하기 위한 냉수를 만드는 장치이다. 여기서, 열을 전달하는 매개체로서 프레온 냉매가 사용된다.

이와 같은 냉동기를 유지 보수하고자 하는 경우에는 냉매를 제거해야 하는 경우가 발생되는 데, 종래에는 냉동기 내의 냉매 유로의 임의 지점에 배출 출구를 둔 상태에서 반대편 지점에 고압의 질소나 공기를 주입하여 드럼통 등의 저장통에 저장하는 방식으로 냉매를 회수하여 왔다. 그러나, 이와 같은 방법에 의하여 냉매를 회수하는 경우에는 냉동기 내의 냉매를 완전히 회수하는 것이 불가능하여 냉매 의 일부가 냉동기 내에 잔류하게 되고, 이에 따라 유지보수 작업 시에 지장이 초래되는 문제점이 있었다. 특히, 냉매 회수 과정에서 냉매를 완전히 회수하지 못하고 1/4~1/3에 해당하는 많은 양의 냉매가 소실되는 문제점도 아울러 크게 대두되고 있었다.

무엇보다도, 이와 같이 회수한 냉매를 재사용하기 위해서는 회수된 냉매에 포함되어 있는 냉동유나 물, 산화된 철분 찌꺼기 등의 불순물을 반드시 제거해야 하는데, 이 과정에서도 많은 양의 냉매가 소실되어, 회수된 냉매를 재사용하기 위해서는 새로운 냉매를 반드시 보충해야만 하는 한계가 있었다.

한편, 저압 냉동기의 냉매로서 R-11(CCl3F), R-12(CCl2F2) 및 R-123 등의 프레온 가스가 널리 사용되고 있다. 이 가운데, 오존층 파괴 문제가 대두되어 온 프레온 R-11 가스는 냉매로서의 효율이 우수하지만 환경 문제로 인하여 조만간 이를 제조하는 것이 허용되지 않아, 프레온 R-11을 냉매로 사용하던 냉동 장치 및 빌딩의 공조 장치들은 냉매(R-123 등)에 적합하게 개조하거나, 신설비로 교체해야 하는 부담이 발생되었다. 그러나, R-123은 R-11에 비하여 냉동 효율이 낮아 기존 냉동기의 냉각 용량이 감소되는 문제점이 있고, 신설비로 교체하는 경우에는 막대한 비용 부담이 있으므로, 오존층 파괴를 최소화하면서 기존의 냉동기의 활용 기간을 연장시키는 방안의 필요성이 절실히 요구되고 있다.

또한, 종래의 냉매 회수 방법은 냉매가 회수되는 과정이나 정제되는 과정에서 반드시 냉매가 소실될 수 밖에 없는 한계를 가지고 있으므로, 더이상 제조되지 않는 냉매를 지속적으로 사용하는 것이 근본적으로 불가능하게 되고, 나아가 새로 운 냉매에 적합한 냉동기로 개조해야만 하는 문제점을 반드시 감수해야만 하였다.

따라서, 냉동기로부터 냉매를 회수하고 정제하는 과정에서 냉매의 소실량을 완전히 제거한다면 상기한 문제점들이 일거에 해소되는 것일 뿐만 아니라, 냉매의 소실에 따른 오존층 파괴와 같은 문제점을 해소할 수 있게 되므로, 냉매의 회수 및 정제과정에서 냉매의 소실량을 완전히 제거하는 장치 및 방법의 필요성이 높게 대두되고 있다.

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 저압 냉동기 내의 냉매를 회수하는 공정이 밀폐계로 구성되어 대기로 증발되는 것을 근본적으로 배제시켜 모든 냉매를 회수할 수 있도록 함과 동시에 회수 과정에서 냉매를 정제함으로써 냉매의 소실량을 근본적으로 제거한 냉매를 정제/회수 장치 및 그 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

이를 통해, 본 발명은 정제/회수 과정에서 누설되는 냉매에 의하여 오존층이 파괴되는 등의 환경 문제를 전혀 유발하지 않도록 하는 것을 다른 목적으로 한다.

그리고, 본 발명의 다른 목적은 냉동기를 회수된 냉매로 직접 가열하는 것에 의하여 냉동기 내에 잔류하는 냉매를 완전히 배출시켜 회수할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 본 발명은 정제된 상태로 전량 모두 회수되는 냉매를 저장통에 담아두 기만 하므로, 본 발명에 따른 장치에 사용되는 별도의 특별한 저장 탱크를 필요로 하지 않는 것을 또 다른 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 저압 냉동기로부터 냉매를 정제하면서 회수하는 장치로서, 상기 냉동기와 연결된 냉매배출유로를 통해 상기 냉동기 내의 냉매를 회수하는 정제기와; 상기 정제기 내의 냉매가 기화되도록 가열하는 가열수단과; 상기 가열수단에 의하여 기화된 기체 상태의 냉매를 상기 냉동기로 다시 순환시키는 냉매순환유로와; 상기 정제기에서 기화된 기체 상태의 냉매를 냉매전달유로를 따라 이동하며 응축하는 응축기와; 응축된 냉매가 냉매전달유로를 따라 이동하여 담겨지는 저장 탱크를; 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 저압 냉동기로부터의 냉매 정제/회수 장치를 제공한다.

이는, 냉동기 내의 냉매를 1차적으로 회수한 정제기 내의 액체 냉매를 가열하여 가열된 기체 상태의 냉매를 냉매순환유로를 통해 다시 냉동기 내로 순환시키는 것에 의하여, 냉동기의 배관이나 부품 사이에 잔류하는 액체 상태의 냉매를 가열하여 기화되도록 하여 냉동기 내의 냉매를 완전히 배출시키기 위함이다. 이를 통해, 정제기에는 냉동기로부터 배출된 냉매가 순환하며 담겨진다.

참고로, 이 명세서 및 특허청구범위에서 사용된 "냉동기"라는 용어는 냉수를 만드는 제반 설비나 장치를 통칭하는 것이다.

특히, 프레온 냉매 R-11(CCl3F)의 경우에는 비등점이 23.7℃이어서, 저압 냉 동기로부터 냉매를 배출시키고자 할 경우에는 액체 상태와 기체 상태가 공존한다. 따라서, 이 경우에는 정제기에서 회수된 액체 상태의 냉매를 가열하여 증발시킨 후 기체상태 냉매를 냉동기 내에 다시 순환시키는 것에 의하여, 상대적으로 고온인 기체 상태의 냉매에 의해 냉동기 내부에 잔류할 수 있는 액체 상태의 냉매까지도 가열하여 기화시키는 것을 용이하게 함으로써 냉동기 내부로부터 냉매를 완전히 배출시키는 것이 가능해진다. 한편, 그 밖의 저압 냉동기에 사용되는 다른 냉매들(예컨대, 프레온 냉매 R-113(C2Cl3F3))에 대해서도 이들 냉매의 비등점에 따라 정제기에서의 가열 온도를 조절하여, 예시(例示)로서 전술한 R-11 프레온 냉매의 경우와 마찬가지의 원리로 저압 냉동기로부터 냉매를 완전히 회수하는 것이 가능하다.

이 뿐만 아니라, 냉매에 함유하고 있는 물, 오일 등의 불순물은 정제기를 거치는 것에 의하여 완전히 제거된다. 즉, 냉매에 포함되어 있는 오일이나 수분의 비등점이 냉매의 비등점보다 훨씬 높으므로, 상기 가열 수단에 의하여 가열되는 정제기 내부의 온도는 냉매의 비등점보다는 높으면서 물, 오일의 비등점보다는 낮게 제어된다. 이에 따라, 정제기 내부의 액체 상태의 냉매에 함유된 물, 오일 등의 불순물은 기화되지 못하고 정제기 내에 남게 되며, 오로지 냉매만 기화하여 저장 탱크로 이동되므로, 냉매에 포함되어 있었던 오일이나 수분 등을 완전히 정제한 순수한 냉매로 정제하는 것이 가능해진다.

그리고, 상기 저장 탱크에는 상기 냉매의 비등점 이하의 낮은 온도에 노출된 나선형 통기관(通氣管)이 형성되어, 상기 저장 탱크 내의 액체의 일부가 기화하여 통기관을 통해 배출되려고 하더라도, 나선형 통기관이 냉매의 비등점보다 낮은 온 도에 노출됨에 따라, 기화된 냉매가 나선형 통기관을 통과하면서 열을 빼앗기게 되고 다시 응축되도록 함으로써, 저장 탱크로부터 냉매가 외부로 배출되지 않도록 할 수 있다.

한편, 발명의 다른 분야에 따르면, 본 발명은, 냉동기로부터 저장 탱크로 냉매를 정제하면서 회수하는 방법으로서, 냉동기와 정제기를 연결하는 냉매배출유로를 통하여 상기 냉동기 내의 냉매를 정제기에 회수하는 냉매회수단계와; 상기 회수단계에서 상기 정제기에 회수된 냉매에 대하여, 상기 정제기 내의 불순물은 기화하지 않고 냉매가 기화되는 온도로 가열하여 기체상태가 되도록 하는 냉매증발단계와; 냉매증발단계에서 증발된 기체 상태의 냉매를 상기 정제기로부터 상기 저장 탱크 또는 상기 냉동기 중 어느 하나 이상으로 이동시키는 기체냉매이동단계와; 상기 저장 탱크 쪽으로 이동되는 기체 상태의 냉매를 액화시키는 냉매응축단계와; 상기 냉매응축단계를 거친 액체 상태의 냉매를 상기 저장 탱크 내에 담는 냉매저장단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 저압냉동기로부터의 냉매 정제/회수 방법을 제공한다.

또한, 회수단계에서 정제기에 회수된 냉매를 가열하여 순수한 기체 상태가 되도록 증발한 것을 다시 액화킴으로써 정제된 순수 냉매로 회수하여 저장하는 것이 가능해진다.

그리고, 상기 냉매증발단계는 상기 냉매를 가열하는 것에 의하여 이루어져 증발된 기체 상태의 냉매는 보다 많은 에너지를 함유하게 되고, 상기 냉매증발단계 에서 증발된 냉매를 상기 정제기와 상기 냉동기를 연결하는 냉매순환유로를 통해 상기 냉동기내로 순환하는 단계를 추가적으로 포함함으로써 많은 에너지를 함유한 고온(여기서, 고온이란 액체 상태에 있는 냉매에 열을 전달해줄 정도로 온도를 말한다.) 기체상태의 냉매는 냉동기 내부에 잔류하는 액체 상태의 냉매를 기화시켜 냉동기로부터 보다 완전하게 냉매를 배출시켜 회수하는 것을 가능하게 한다.

이 때, 냉동기 내에 잔류되는 액체 상태의 냉매는 진공 펌프를 작동하여 냉동기 내의 압력을 낮추면, 초기에는 증발하지만 냉매 자체의 온도가 낮아져 증발 속도가 지연되고 완전히 증발할때 까지는 매우 긴 시간이 필요하게 된다. 따라서, 액체 냉매의 회수 시로부터 꾸준히 정제기로부터 증발된 기체 상태의 냉매를 냉동기에 순환시키면, 순환하는 기체 상태의 냉매가 냉동기 내부를 가열하게 되고, 이에 따라 냉동기 내부의 냉매 증발 속도를 증가시켜 회수 시간을 줄일 수 있게 된다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 저압 냉동기로부터 냉매를 정제하면서 회수하는 장치로서, 상기 냉동기와 연결된 냉매배출유로를 통해 상기 냉동기 내의 냉매를 회수하는 정제기와; 상기 정제기 내의 불순물은 기화하지 않고 냉매가 기화되는 온도로 가열하는 가열수단과; 상기 가열수단에 의하여 기화된 기체 상태의 냉매를 상기 냉동기로 다시 순환시키는 냉매순환유로와; 상기 정제기에서 기화된 기체 상태의 냉매를 냉매전달유로를 따라 이동하며 응축하는 응축기와; 응축된 냉매 가 냉매전달유로를 따라 이동하여 담겨지는 저장 탱크를; 포함하여 구성되어, 회수한 정제기 내의 냉매를 가열하여 기화된 고온의 기체 상태의 냉매를 냉매순환유로를 통해 다시 냉동기 내로 순환시키는 것에 의하여, 냉동기 내에 잔류하는 액체 상태의 냉매가 빠른 시간 내에 모두 기화되도록 유도하여 냉동기 내의 냉매를 신속하게 완전히 배출시킬 수 있도록 하고, 배출된 냉매는 외부로 손실되지 않도록 하면서 불순물을 완전히 제거하고 기화한 후 경제적으로 응축하여 저장하는 냉매 정제/회수 장치 및 그 방법을 제공한다.

그리고, 본 발명은 냉동기로부터 회수되는 냉매가 정제기에서 가열되어 증발된 기체 상태의 냉매를 다시 응축하여 액체 상태의 냉매를 최종적으로 저장 탱크에 담도록 구성되므로, 냉매가 정제된 상태로 회수됨에 따라 전량(全量)을 다시 사용하는 것이 가능해지고, 이에 따라 특정 냉매가 환경 문제로 더이상 제조되지 않더라도, 별도의 냉동기나 공조 장치의 개조나 변경없이 이미 냉동기 등에 주입되어 있는 냉매를 활용하여 장기간 동안 냉동 및 공조 설비에 사용하는 것을 가능하게 한다.

그리고, 본 발명은 냉동기 내의 냉매를 회수하는 공정이 밀폐계로 구성되어 대기로 증발되는 것을 완전히 배제시킬 수 있으며 이를 통해 냉동기로부터 냉매를 완전히 회수할 수 있도록 한다.

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 설명한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 정제/회수 장치의 구성을 도시한 개략도, 도2는 도1의 'A'부분을 확대하여 도시한 사시도, 도3은 도2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ에 따른 단면도, 도4는 도1의 'B'부분을 확대하여 도시한 사시도, 도5는 도1의 냉매회수방법을 도시한 순서도이다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 정제/회수 장치(100)는 냉동기(10)로부터 냉매를 회수하는 정제기(110)와, 정제기(110)에 회수된 냉매(88)를 원하는 온도 범위 내로 유지하면서 냉매(88)만 증발시키도록 정제기(110)의 내부에 구불구불하게 배치된 온열관(121)으로 형성된 가열 수단(120)과, 가열 수단(120)에 의하여 냉매(88)만 기화되어 증발한 기체 상태의 순수 냉매를 액체상태의 냉매로 액화시키도록 냉매 전달 유로(164) 상에 설치된 제1응축기(130) 및 제2응축기(140)와, 액체상태로 응축된 냉매를 담아 저장하는 저장 탱크(150)와, 이들 구성 부품들(10,110,130,140,150)을 연결하여, 정제기(110)에서 기화되어 증발한 기체 상태의 냉매 중 일부를 냉동기(10)에 다시 순환시키는 냉매순환유로(163) 등의 도관(161-164)을 포함하여 구성된다.

상기 정제기(110)는 냉동기(10)로부터 회수한 냉매를 담아 두고, 순수한 냉매로 정제시키기 위하여 냉매(88)만을 증발시키도록 가열 수단(120)을 구비한다.

상기 가열 수단(120)은, 정제기(110) 내에 회수된 냉매(88)가 국부적으로 높은 온도에 도달하지 않고 전체적으로 가열되도록 냉매(88)를 가로지르도록 구불구 불하게 다층으로 형성된 온열관(121)과, 온열관(121) 내의 물이나 오일을 일정 온도로 유지하는 제어부(122)로 구성된다. 도면에 도시되지는 않았지만, 온열관(121) 내부의 유체 온도를 항상 감시하는 것에 의하여, 정제기(10) 내부의 냉매(88)만 기화되며, 그 밖의 물, 오일 등의 불순물은 기화되지 않게 된다. 다시 말하면, 온열관(121) 내의 유체 온도는 냉매(88)의 비등점보다는 높으며, 오일이나 수분의 비등점보다는 낮게 제어된다(비등점 이하에서도 기화될 수 있으므로, 가급적 오일이나 수분의 비등점보다는 훨씬 낮은 온도의 유체가 흐르도록 제어된다).

예컨대, 프레온 R-11 냉매가 사용되는 경우에는 프레온 R-11의 비등점이 23.7℃이므로, 온열관(121) 내부 유체의 온도는 약 30℃ 내지 50℃로 유지된다. 다만, 본 발명에 적용할 수 있는 냉매는 프레온 R-11에 국한되지 않으며, 냉동기에 사용되는 다른 종류의 냉매도 적용할 수 있음은 자명하다.

상기 응축기(130, 140)는 정제기(110)로부터 증발되어 불순물이 포함되지 않은 기체 상태의 순수 냉매를 액화시키기 위한 것이다. 이 때, 기체 상태의 순수 냉매는 제1응축기(130)에서 송풍팬(131)에 의해 공냉 방식으로 1차 냉각된다. 이에 따라, 제2 응축기(140)의 냉각 부하를 줄일 수 있으며, 동시에 정해진 시간에 보다 많은 기체 상태의 순수 냉매를 액화시켜 정제/회수 속도를 증가시킬 수 있게 된다. 제2응축기(140)는 압축기(141)를 운전하여 별도 냉매를 압축하여 온도와 압력이 상승한 고온 고압의 기체 상태로 응축기(142)로 보내고, 이것을 외부의 물이나 공기로 냉각하여 액화시켜, 액체 상태의 이 냉매를 팽창 밸브(143)에서 유량이 조절되면서 증발기(144)로 분사되면 급팽창하면서 기화하여 증발기(144) 주변으로부터 열 을 흡수하여 기체 상태의 순수 냉매를 액화시키게 된다.

이와 같이, 제1응축기(130)와 제2응축기(140)에 의하여 기체 상태의 순수 냉매를 2단계로 액화시키는 것에 의하여, 회수되는 냉매는 정제된 상태일 뿐만 아니라 저장 탱크(150)에 냉매의 누설없이 전량 회수할 수 있게 된다.

상기 저장 탱크(150)는 정제기(110)로부터 냉매전달유로(164, 165)를 통해 액체 상태의 냉매(99)를 모아 저장한다.

특히, 저장 탱크(150)는 냉매의 비등점보다 낮은 온도에 노출되는 나선형 냉각 통기관(153)의 끝단에 통기공(153a)이 형성된다. 따라서, 액체 상태로 저장 탱크(150)에 유입되는 냉매의 일부가 기화된다고 하더라도, 기화되어 기체 상태인 냉매는 통기공(153a)을 통해 외부로 누설되기 이전에 나선형 냉각 통기관(153)을 통과하는 중에 응축되어 다시 저장 탱크(150)내로 모여진다.

나선형 냉각 통기관(153)의 일부가 증기압축식 냉동기의 원리로 상온보다 차가운 공기와 열교환할 수 있도록 도2 및 도3에 도시된 냉각 시스템이 구비된다. 다시 말하면, 압축기(1531)를 운전하여 별도 냉매를 압축하여 온도와 압력이 상승한 고온 고압의 기체 상태로 응축기(1532)로 보내고, 이것을 외부의 물이나 공기로 냉각하여 액화시켜, 액체 상태의 이 냉매를 팽창 밸브(1534)에서 유량이 조절되면서 통기관(153)의 외측을 감싸는 중공형 관 형상으로 형성된 증발기(153o)로 분사되면 급팽창하면서 기화하여 증발기(153o) 주변(즉, 기체 상태의 냉매가 배출되는 관(153i))으로부터 열을 흡수하므로, 저장 탱크(150)의 외부로 빠져나가려는 냉매를 액화시켜 다시 저장 탱크(150) 내로 모을 수 있게 된다.

액상냉매 배출유로(161)는 일단이 냉동기(10)의 하측과 연결되고 타단이 정제기(110)로 연결된다. 그리고, 액상냉매 배출유로(161)에는 냉동기(10)로부터 액체 상태의 냉매를 강제로 배출시키는 액체 펌프(171)가 구비되고, 액상냉매 배출유로(161)를 개폐하는 제1밸브(181)가 설치된다. 이를 통해, 비중이 높아 냉동기의 하측에 모여진 액체 상태의 냉매를 강제로 배출시켜 정제기(110)내에 회수된다.

기상냉매 배출유로(162)는 일단이 냉동기(10)의 상측 또는 액상 냉매의 배출이 완료된 액상냉매배출유로와 연결되고 타단이 정제기(110) 내의 액체 상태의 냉매(88)의 액면(液面)보다 낮은 최하단의 지점까지 연장된다. 그리고, 기상냉매 배출유로(162)에는 냉동기(10)로부터 기체 상태의 냉매를 강제로 배출시키는 진공 펌프(172)가 구비되고, 기상냉매 배출유로(162)를 개폐하는 제2밸브(182)가 설치된다. 이를 통해, 냉동기 내의 기체 상태의 냉매를 강제로 배출시켜 정제기(110)내의 액체 상태의 냉매(88) 속에 담겨지고, 기체 상태의 냉매에 비하여 온도가 낮은 액체 상태의 냉매(88)와 접촉함에 따라, 정제기(110) 내에서는 곧바로 액화되게 된다.

여기서, 기상냉매 배출유로(162)를 통해 회수되는 기체 내부에는 진공펌프를 통하면서 오일이 분무된 상태(mist)로 섞여 나오므로, 이 불순물이 정제기(110) 내부의 액체 냉매(88) 외부로 배출되는 것을 방지할 필요가 있다. 따라서, 이를 회수하는 기상냉매 배출유로(162)의 끝단(1621)이 정제기(110) 내의 액체 냉매에 잠기도록 하고, 동시에, 기상냉매 배출유로(162)의 끝단(1621)에는 다수의 미세 구멍(162a)이 형성됨으로써, 기상냉매 배출유로(162)를 통해 정제기(110)로 유입되는 기체가 냉매와 보다 넓은 면적으로 접촉하여 액체 상태로 섞이도록 한다. 도면에 도시되지는 않았지만, 미세 구멍(162a)의 주변에 강제 유동을 유도하는 프로펠러 등이 구비되어, 기상냉매 배출유로(162)를 통해 유입되는 분무된 상태의 오일 등이 곧바로 액체 상태의 냉매와 섞이는 것을 보조할 수도 있다.

냉매순환유로(163)는 일단이 냉동기에 연결되고 타단이 정제기(110) 내의 액체 상태의 냉매(88)의 액면보다 높은 지점까지 연장되어, 정제기(110)의 액체 상태의 냉매(88)를 가열 수단(120)으로 가열하여 증발시켜 고온의 기체 상태의 냉매를 다시 냉동기(10)내로 주입시킨다. 그리고, 별도의 구동 수단이 없더라도 기화된 냉매는 그 증기압에 의하여 냉동기(10)내로 이동하므로, 냉매순환유로(163)에는 별도의 구동 수단이 필요하지 않다. 냉매순환유로(163)를 개폐하는 제3밸브(183)가 냉매순환유로(163)상에 설치된다.

냉매전달유로(164)는 일단이 정제기(110) 내의 액체 상태의 냉매(88)의 액면보다 높은 지점과 연결되고 타단이 저장 탱크(150)에 연결된다. 그리고, 별도의 구동 수단이 없더라도 기화된 냉매는 그 증기압에 의하여 저장 탱크(150)를 향하여 이동하므로, 냉매전달유로(164)에는 별도의 구동 수단이 필요하지 않다. 냉매전달유로(164)를 개폐하는 제4밸브(184)가 냉매전달유로(164)상에 설치된다.

이하, 도5을 참조하여 프레온 냉매 R-11이 적용되는 경우를 일례로 들어 본 발명에 따른 냉매 회수 방법을 상술한다.

단계 1 : 액체 펌프(171)를 가동하여 액상냉매 배출유로(161)를 통해 액체 상태의 프레온 냉매 R-11을 냉동기(10)로부터 배출시켜 정제기(110)에 회수한다(S110).

단계 2 : 정제기(110)를 가열 수단(120)에 의하여 프레온 냉매 R-11의 비등점인 23.7℃보다 약 10~15℃정도 높은 온도로 정제기(100)를 가열하되, 국부적으로라도 50℃ 내지 60℃를 초과하지 않도록 전체적으로 서서히 가열한다(S120).

단계 3 : 이에 따라, 정제기(110)내의 액체 상태의 냉매(88)는 고온의 기체 상태의 냉매로 증발하고, 증기압에 의하여 냉매순환유로(163)를 통해 냉동기(10) 내부로 순환됨과 동시에, 냉매전달유로(164)를 통해 저장 탱크(150)를 향하여 이동하게 된다.(S130)

이 때, 정제기(110)에서 증발한 고온의 기체 상태의 냉매는 비등점보다 5~10℃정도 높은 온도로 가열되어 증발한 것이므로, 냉매보다 훨씬 비등점이 높은 오일이나 물 등의 이물질이 함께 함유되지 않는 정제된 순수 냉매 상태가 된다.

다만, 정제기(110) 내부의 증발된 기체 상태의 순수 냉매를 냉매순환유로(163)와 냉매전달유로(164)로 동시에 이동시키는 것보다는, 정해진 증기압을 보다 효과적으로 활용하기 위하여 냉매순환유로(163)와 냉매전달유로(164)를 선택적으로 이동시키는 것이 바람직하다. 다시 말하면, 액체 상태의 냉매를 냉동기(10)로부터 정제기(110)로 회수하는 동안에도, 정제기(110)에서 증발된 냉매는 계속하여 냉동기(10)로 순환하며, 냉동기(10)내부의 압력에 따라 밸브(183)의 개폐량을 조절한다.

그리고, 정제기(110) 내부의 증발된 기체 상태의 냉매가 다시 냉동기(110) 내부로 순환하면, 냉동기(110) 내부에는 여전히 바닥부에 액체 상태의 냉매가 잔존하고 있으므로, 고온의 순환되는 기체 상태의 냉매가 액체 상태로 관로의 틈이나 장치 구석구석에 잔류하는 액체 상태의 냉매를 가열하게 되고, 이에 따라 잔존하던 액체 상태의 냉매는 쉽게 기화된다. 따라서, 정제기(110) 내부의 증발된 기체 상태의 냉매를 냉동기(110)내부로 다시 순환시키는 공정은 냉동기(10) 내부의 액체 냉매가 정제기(110) 내부로 추출될 때까지만 행하는 것이 좋다.

단계 4 : 냉동기(10) 내부의 액체 상태의 냉매가 모두 배출되면, 액상냉매배출유로(161)의 제1밸브(181)와 냉매순환유로(163)의 제3밸브(183)를 닫고, 기상냉매 배출유로(162)의 제2밸브(182)를 열고 진공 펌프(172)를 가동하여 기상냉매 배출유로(162)를 통해 기체 상태의 프레온 냉매 R-11을 냉동기(10)로부터 배출시켜 정제기(110)에 회수한다(S140). 이 때, 냉매순환유로(163)를 통해 순환된 고온의 기체 상태의 냉매에 의해 가열되어 증발한 냉동기(10) 내부의 구석구석에 잔류하던 액체 냉매도 함께 정제기(110)에 완전히 회수된다.

그리고, 기상냉매 배출유로(162)를 통해 정제기(110)에 회수된 냉매는 액체 상태의 냉매(88)속에 담겨지고, 기체 상태의 냉매에 비하여 온도가 낮은 액체 상태의 냉매와 접촉함에 따라, 정제기(110) 내에서는 곧바로 액화되어 수집된다. 동시에, 분무된 상태의 오일이 섞여서 함께 유입되더라도, 다수의 미세 구멍(162a)이 기상냉매 배출유로(162)의 끝단(1621)에 형성됨에 따라, 분무 상태의 오일 등은 쉽게 액체 냉매에 섞이게 된다.

단계 5 : S140단계가 계속되는 중에, 그리고 S140단계가 종료(제2밸브(182) 가 닫힌 상태)된 이후에도 여전히, 제4밸브(184)를 개방한 상태로 정제기(10) 내부의 증발된 기체 상태의 순수 냉매를 저장 탱크(150)로 이동시킨다(S150).

단계 6 : 정제기(10) 내부의 증발된 기체 상태의 순수 냉매가 저장 탱크(150)로 이동하는 과정에서, 강제 송풍팬과 튜브식 열교환기에 의해 외기와 열교환되는 제1응축기(130)와 증기압축식 제2응축기(140)를 순차적으로 거치면서, 기체 상태의 냉매는 완전히 액화된다(S160).

단계 7 : 이에 따라, 냉매전달유로(164)를 통해 저장 탱크(150)에 모이는 액체 상태의 냉매는 수분이나 오일, 산화된 철분 찌꺼기 등이 모두 제거된 정제된 냉매만 회수하여 저장할 수 있게 된다(S170). 한편, 정제기(110)의 바닥에는 오일이나 수분의 불순물이 다량으로 쌓이게 되므로, 작업이 완료된 후에 정제기(110)의 바닥면을 청소하는 것이 필요하다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시적으로 설명하였으나, 본 발명의 범위는 이와 같은 특정 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 특허청구 범위에 기재된 범주 내에서 적절하게 변경 가능한 것이다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉매 정제/회수 장치의 구성을 도시한 개략도

도2는 도1의 'A'부분을 확대하여 도시한 사시도

도3은 도2의 절단선 Ⅲ-Ⅲ에 따른 단면도

도4는 도1의 'B'부분을 확대하여 도시한 사시도

도5는 도1의 냉매회수방법을 도시한 순서도

** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 **

10: 냉동기 88: 1차회수냉매

99: 최종회수냉매 110: 정제기

120: 가열수단 121: 온열관

130: 1차 응축기 140: 2차 응축기

150: 저장 탱크 153: 나선형 냉각 통기관

161: 액상 냉매 배출유로 162: 기상 냉매 배출유로

163: 냉매순환유로 164: 냉매전달유로

171: 액체 펌프 172: 진공 펌프

181: 제1밸브 182: 제2밸브

183: 제3밸브 184: 제4밸브

Claims (11)

1. 저압 냉동기로부터 냉매를 정제하면서 회수하는 장치로서,

   상기 냉동기로부터 액체 상태의 냉매를 이송시키는 액상 냉매 배출유로와, 상기 냉동기로부터 기체 상태의 냉매를 이송시키는 기상 냉매 배출유로를 통해 상기 냉동기 내의 액체 상태의 냉매와 기체 상태의 냉매를 회수하는 정제기와;

   상기 정제기 내의 불순물은 기화하지 않고 냉매가 기화되는 온도로 가열하는 가열수단과;

   상기 가열수단에 의하여 가열되어 기화된 고온의 기체 상태의 냉매를 구동수단없이 기체 상태로 상기 정제기로부터 상기 냉동기로 다시 순환시키는 냉매순환유로와;

   상기 정제기 내에서 상기 가열 수단에 의하여 가열된 기체 상태의 냉매를 냉매전달유로를 통해 이송시켜 담는 저장 탱크를;

   포함하여 구성되어, 상기 정제기에 회수된 냉매가 상기 가열 수단에 의해 가열되어 고온의 기체 상태로 상기 냉동기로 다시 유입되어 상기 냉동기 내에 잔류하는 냉매를 기화시켜 상기 정제기로 회수하는 것을 특징으로 하는 저압 냉동기로부터의 냉매 정제/회수 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 정제기 내에서 상기 가열 수단에 의하여 가열된 기체 상태의 냉매를 응축시켜 액체 상태가 되도록 하는 응축기를;

   추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 저압 냉동기로부터의 냉매 정제/회수 장치.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 응축기는,

   송풍기와 튜브핀 식 열교환기로서 외기와 열교환하여 상기 냉매를 공냉시키는 제1응축기와;

   압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 구비하여 상기 냉매를 냉각시키는 증기압축식 제2응축기를;

   포함하는 것을 특징으로 하는 저압 냉동기로부터의 냉매 정제/회수 장치.
4. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 가열 수단은 상기 정제기 내의 액체 상태의 냉매를 가로지르는 온열관이 형성되어, 상기 온열관에 고온의 유체가 흐르는 것에 의하여 상기 정제기 내의 냉매를 가열하도록 구성된 것을 특징으로 하는 저압 냉동기로부터의 냉매 정제/회수 장치.
5. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 저장 탱크에는 상기 냉매의 비등점 이하의 낮은 온도에 노출된 나선형 통기관(通氣管)이 형성되어, 상기 저장 탱크 내의 냉매가 기체 상태로 통기관을 통해 배출되는 중에, 상기 기체 상태의 냉매가 주변 온도와 열교환하여 액화되어 다시 저장통에 회수되도록 구성된 것을 특징으로 하는 저압 냉동기로부터의 냉매 정제/회수 장치.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 기상냉매 배출유로의 끝단은 상기 정제기에 회수된 액체 상태의 냉매에 잠기도록 연장 형성되고, 상기 정제기 내부의 액체 상태의 냉매의 내부에 미세한 공기 방울로 배출되도록 다수의 미세 구멍이 형성된 것을 특징으로 하는 저압 냉동기로부터의 냉매 정제/회수 장치.
7. 냉동기로부터 저장 탱크로 냉매를 정제하면서 회수하는 방법으로서,

   상기 냉동기로부터 액체 상태의 냉매를 정제기로 이송시키는 액상 냉매 배출유로와, 상기 냉동기로부터 기체 상태의 냉매를 상기 정제기로 이송시키는 기상 냉매 배출유로를 통해 상기 냉동기 내의 냉매를 상기 정제기에 회수하는 냉매회수단계와;

   상기 냉매회수단계에서 상기 정제기에 회수된 냉매에 대하여, 상기 정제기 내의 불순물은 기화하지 않고 냉매가 기화되는 온도로 가열하여 기체상태가 되도록 하는 냉매증발단계와;

   상기 냉매증발단계에서 기화된 고온의 기체 상태의 냉매를 냉매순환유로를 통해 상기 정제기로부터 상기 냉동기로 다시 유입시켜, 상기 냉동기로 다시 유입된 고온의 기체 상태의 냉매가 상기 냉동기에 잔류하는 액체 상태의 냉매를 기화시켜 상기 기상냉매 배출유로를 통해 상기 정제기로 다시 유입시켜 순환시키는 기체냉매순환단계와;

   상기 정제기에 유입된 냉매를 가열하여 상기 정제기로부터 냉매전달유로를 통해 상기 저장 탱크로 이동시키는 기체냉매이동단계와;

   상기 저장 탱크로 이동하는 기체 상태의 냉매를 액화시키는 냉매응축단계와;

   상기 냉매응축단계를 거친 액체 상태의 냉매를 상기 저장 탱크 내에 담는 냉매저장단계를;

   포함하는 것을 특징으로 하는 저압냉동기로부터의 냉매 정제/회수 방법.
8. 제 7항에 있어서,

   상기 정제기에서 증발된 기체 상태의 냉매는 상기 정제기로부터 상기 저장 탱크 또는 상기 냉동기 중 어느 하나로만 선택적으로 이동되고, 상기 기체냉매이동단계에서 증발된 기체 상태의 냉매를 상기 정제기로부터 상기 냉동기로 이동시키는 단계는 상기 냉매회수단계가 완료될 때까지 이루어지는 것을 특징으로 하는 저압냉동기로부터의 냉매 정제/회수 방법.
9. 제 7항 또는 제8항에 있어서,

   상기 냉매회수단계는 상기 냉동기로부터 기체 상태의 냉매를 회수하는 기상냉매회수단계를 포함하며,

   상기 기상냉매회수단계는 상기 냉동기로부터 기체 상태의 냉매가 상기 정제기 내의 액체 상태의 냉매 내부로 미세 거품 형태로 배출되어 회수되는 것을 특징으로 하는 저압냉동기로부터의 냉매 정제/회수 방법.
10. 제 7항 또는 제8항에 있어서, 상기 냉매응축단계는,

    외기와 열교환에 의하여 냉각되는 제1냉각단계와;

    증기압축식 냉기와 열교환되는 것에 의하여 냉각되는 제2냉각단계로;

    이루어지는 것을 특징으로 하는 저압냉동기로부터의 냉매 정제/회수 방법.
11. 삭제

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