KR101790461B1

KR101790461B1 - 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템 및 승화 디프로스트 방법

Info

Publication number: KR101790461B1
Application number: KR1020167018741A
Authority: KR
Inventors: 초이쿠 요시카와; 다케시 가미무라; 다카히로 후루다테; 슈지 후카노
Original assignee: 가부시끼가이샤 마에가와 세이사꾸쇼
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2017-10-25
Also published as: JPWO2015093235A1; KR20160099659A; EP2940410B1; WO2015093233A1; CN105283719A; BR112015017785A2; CN105283719B; WO2015093234A1; CN105473960B; EP2940408B1; CN107421181A; US9863677B2; MX2015011266A; KR20160099653A; JP6046821B2; BR112015017789A2; EP2940409B1; JPWO2015093233A1; WO2015093235A1; EP2940408A4

Abstract

냉동고의 내부에 설치되고, 케이싱 및 상기 케이싱의 내부에 설치된 열교환관을 가지는 냉각기와, CO₂ 냉매를 냉각 액화하는 냉동기와, 열교환관에 접속되고, 냉동기로 냉각 액화된 CO₂ 냉매를 열교환관에 순환시키는 냉매 회로를 가지는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템이다. 냉동고의 고내 공기를 제습하기 위한 제습 장치와, 열교환관의 입구로 및 출구로에 접속된 순환로 형성로에 의해 형성되는 CO₂순환로와, 열교환관의 입구로 및 출구로에 설치되고, 디프로스트시에 닫아 상기 CO₂ 순환로를 폐회로로 하는 개폐 밸브와, CO₂ 순환로에 설치된 CO₂ 냉매의 순환 수단과, 온 브라인과 CO₂ 순환로를 순환하는 CO₂ 냉매를 열교환시키는 제1 열교환부와, 디프로스트시에 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 응축 온도가 냉동고의 고내 공기 중의 수증기의 빙점 이하의 응축 온도가 되도록, CO₂ 냉매의 압력을 조정하는 압력 조정부를 구비하며, 드레인 받이부를 설치하지 않고 디프로스트를 가능하게 한다.

Description

냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템 및 승화 디프로스트 방법{SUBLIMATION DEFROST SYSTEM FOR REFRIGERATION DEVICES AND SUBLIMATION DEFROST METHOD}

본 개시는, 냉동고 내에 설치된 냉각기에 CO₂ 냉매를 순환시켜 냉동고 내를 냉각하는 냉동 장치에 적용되고, 상기 냉각기에 설치된 열교환관에 부착된 서리를 용해시키지 않고 승화 제거하기 위한 승화 디프로스트 시스템 및 승화 디프로스트 방법에 관한 것이다.

오존층 파괴 방지나 온난화 방지 등의 관점으로부터, 실내의 공조나 식품 등의 냉동에 이용하는 냉동 장치의 냉매로서, NH₃나 CO₂ 등의 자연 냉매가 재검토되고 있다. 그래서, 냉각 성능은 높으나 독성이 있는 NH₃를 일차 냉매로 하고, 무독 및 무취의 CO₂를 이차 냉매로 한 냉동 장치가 널리 이용되고 있다.

상기 냉동 장치는, 일차 냉매 회로와 이차 냉매 회로를 캐스케이드 콘덴서로 접속하고, 상기 캐스케이드 콘덴서로 NH₃ 냉매와 CO₂ 냉매의 열의 수수를 행한다. NH₃ 냉매에 의해 냉각되어 응축된 CO₂ 냉매는 냉동고의 내부에 설치된 냉각기로 보내진다. 냉각기에 설치된 전열관을 통해 냉동고 내의 공기를 냉각한다. 그래서 일부가 기화한 CO₂ 냉매는, 이차 냉매 회로를 통해 캐스케이드 콘덴서로 돌아오고, 캐스케이드 콘덴서로 재냉각되어 액화된다.

냉동 장치의 운전 중, 냉각기에 설치된 열교환관에는 서리가 부착되어, 열전달 효율이 저하하므로, 정기적으로 냉동 장치의 운전을 중단시켜, 디프로스트할 필요가 있다.

종래, 냉각기에 설치된 열교환관의 디프로스트 방법은, 열교환관에 살수하거나, 열교환관을 전기 히터로 가열하는 등의 방법을 행하고 있다. 그러나, 살수에 의한 디프로스트는 새로운 서리 발생원을 만들어 내는 것이며, 전기 히터에 의한 가열은 귀중한 전력을 소비한다고 하는 점에서 에너지 절약에 반하고 있다. 특히, 살수에 의한 디프로스트는, 대용량의 수조와 대구경의 급수 배관 및 배수 배관이 필요하기 때문에, 플랜트 시공 코스트의 증가를 초래한다.

특허 문헌 1 및 2에는, 이러한 냉동 장치의 디프로스트 시스템이 개시되어 있다. 특허 문헌 1에 개시된 디프로스트 시스템은, NH₃ 냉매에 발생하는 발열에 의해 CO₂ 냉매를 기화시키는 열교환기를 설치하고, 상기 열교환기로 생성되는 CO₂핫 가스를 냉각기 내의 열교환관에 순환시켜 제상하는 것이다.

특허 문헌 2에 개시된 디프로스트 시스템은, NH₃ 냉매의 배열을 흡수한 냉각수로 CO₂ 냉매를 가열하는 열교환기를 설치하고, 가열된 CO₂ 냉매를 냉각기 내의 열교환관에 순환시켜 제상하는 것이다.

특허 문헌 3에는, 냉각기에 냉각용 튜브와는 별개로 독립하여 가열용 튜브를 설치하고, 디프로스트 운전시에 상기 가열용 튜브에 온수나 온 브라인을 흐르게 하여 상기 냉각용 튜브에 부착된 서리를 용해, 제거하는 수단이 개시되어 있다.

또, 이상적인 디프로스트 방법으로서 승화 디프로스트가 있다. 이 방법은, 열교환관의 표면을 균일하게 0℃를 초과하지 않도록, 즉, 서리가 물이 되지 않도록 가열하여, 서리를 승화시켜 열교환관의 표면으로부터 제거하는 것이다. 이 방법이 실현되면, 드레인이 발생하지 않기 때문에, 드레인 팬 및 배수 설비가 불필요하게 되어, 설비비를 대폭으로 저비용화할 수 있다.

본 출원인은, 먼저, 고내 공기를 0℃ 이하의 온도로 냉각함과 더불어, 흡착식 제습 장치에 의해 제습된 저수증기 분위기 중에서 냉각기의 열교환관에 부착된 서리를 승화 제거하는 방법을 제안하고 있다(특허 문헌 4).

일본국 특허 공개 2010-181093호 공보 일본국 특허 공개 2013-124812호 공보 일본국 특허 공개 2003-329334호 공보 일본국 특허 공개 2012-072981호 공보

특허 문헌 1 및 2에 개시된 디프로스트 시스템은, 냉각 시스템과는 다른 계통의 CO₂ 냉매나 NH₃ 냉매의 배관을 현지에서 시공할 필요가 있어, 플랜트 시공 코스트의 증가를 초래할 우려가 있다. 또, 상기 열교환기는 냉동고의 외부에 별도로 설치되기 때문에, 열교환기를 설치하기 위한 여분의 설치 스페이스가 필요하다.

특허 문헌 2의 디프로스트 시스템에 있어서는, 열교환관의 서멀 쇼크(급격한 가열·냉각)를 방지하기 위해 가압·감압 조정 수단이 필요하게 된다. 또, 냉각수와 CO₂ 냉매를 열교환하는 열교환기의 동결 방지를 위해, 디프로스트 운전 종료 후에 열교환기의 냉각수를 뽑는 조작이 필요하게 되어, 조작이 번잡해지는 등의 문제가 있다.

특허 문헌 3에 개시된 디프로스트 수단은, 냉각용 튜브를 외측으로부터 플레이트 핀 등을 통해 가열하기 때문에, 열전달 효율은 높아지지 않는다고 하는 문제가 있다.

또, NH₃ 냉매가 순환하고, 냉동 사이클 구성 기기를 가지는 일차 냉매 회로와, CO₂ 냉매가 순환하고, 상기 일차 냉매 회로와 캐스케이드 콘덴서를 통해 접속됨과 더불어, 냉동 사이클 구성 기기를 가지는 이차 냉매 회로로 이루어지는 이원 냉동기에서는, 이차 냉매 회로에 고온 고압의 CO₂ 가스가 존재한다. 그로 인해, CO₂ 핫 가스를 냉각기의 열교환관에 순환시키는 디프로스트가 가능하게 된다고 생각된다. 그러나, 전환 밸브나 분기 배관 등을 설치하는 것에 의한 장치의 복잡화 및 고비용화나, 고원/저원의 히트 밸런스에 기인하는 운전 제어의 불안정화가 과제로 되고 있다.

상기 서술의 승화 디프로스트는, 열교환관 표면의 서리를 0℃를 초과하지 않도록 균일하게 가열할 필요가 있다. 한편, 특허 문헌 4에 개시된 디프로스트 방법으로 이용하고 있는 통상의 히터 등에 의한 가열 방법에서는, 냉각기의 열교환관 표면을 0℃를 초과하지 않도록 균일하게 가열하는 것은 어렵기 때문에, 승화 디프로스트는 현상 실용화에 이르지 않았다.

본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, 상기 서술의 승화 디프로스트 방법을 실용화함으로써, 냉동 장치의 디프로스트에 필요로 하는 이니셜 코스트 및 러닝 코스트의 저감과 에너지 절약을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

(1) 본 발명의 적어도 일 실시 형태에 따른 승화 디프로스트 시스템은,

냉동고의 내부에 설치되고, 케이싱 및 상기 케이싱의 내부에 설치된 열교환관을 가지는 냉각기와,

CO₂ 냉매를 냉각 액화하기 위한 냉동기와,

상기 열교환관에 접속되고, 상기 냉동기로 냉각 액화된 CO₂ 냉매를 상기 열교환관에 순환시키기 위한 냉매 회로를 가지는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템으로서,

상기 냉동고의 고내(庫內) 공기를 제습하기 위한 제습 장치와,

상기 열교환관의 입구로 및 출구로에 접속된 순환로 형성로에 의해 형성되고 상기 열교환관을 포함하는 CO₂ 순환로와,

상기 열교환관의 입구로 및 출구로에 설치되고, 디프로스트시에 닫아 상기 CO₂ 순환로를 폐회로로 하기 위한 개폐 밸브와,

상기 CO₂ 순환로에 설치된 CO₂ 냉매의 순환 수단과,

제1 가열 매체인 브라인과 상기 CO₂ 순환로를 순환하는 CO₂ 냉매를 열교환시키도록 구성된 제1 열교환부와,

디프로스트시에 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 응축 온도가 상기 냉동고의 고내 공기 중의 수증기의 빙점 이하의 응축 온도가 되도록, 상기 CO₂ 냉매의 압력을 조정하는 압력 조정부를 구비하며,

드레인 받이부를 설치하지 않고 디프로스트를 가능하게 한다.

상기 구성 (1)에 있어서, 디프로스트를 행하는 경우, 상기 냉동고의 고내 공기가 포화 수증기 분압이 되어 있다면, 우선, 상기 제습 장치에 의해 고내 공기를 제습하여, 수증기 분압을 저하시킨다. 다음에, 상기 개폐 밸브를 닫아 상기 CO₂ 순환로를 폐회로로 한다.

그 후, 상기 압력 조정부에 의해, 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매가 냉동고의 고내 공기 중의 수증기의 빙점 이하의 응축 온도가 되도록 압력 조정한다. 그리고, 상기 순환 수단에 의해 상기 폐회로에서 CO₂ 냉매를 순환시킨다.

또한, 상기 순환 수단이란, 예를 들어, 폐회로에서 CO₂ 냉매액을 순환시키기 위해 상기 CO₂ 순환로에 설치되는 액 펌프 등을 말한다. 또, 상기 압력 조정부는, 예를 들어, CO₂ 냉매의 압력을 검출하는 압력 센서, 또는 CO₂ 냉매의 온도를 검출하고, 상기 온도 검출값에 상당하는 CO₂ 냉매의 포화 압력을 환산함으로써, CO₂ 냉매의 압력을 구하는 수단을 가지고 있다.

다음에, 상기 제1 열교환부에서 가열 매체로서의 온 브라인으로 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매를 가열하여, CO₂ 냉매를 기화시킨다. 그리고, 폐회로 내에서 기화한 CO₂ 냉매를 순환시켜, 상기 열교환관의 외표면에 부착된 서리를 CO₂ 냉매 가스의 열로 승화 제거한다. 서리에 열을 부여한 CO₂ 냉매는 액화하고, 그 후, 상기 제1 열교환부에서 재차 가열되어 기화한다.

또한, 여기서 「냉동고」란 냉장고 외 냉각 공간을 형성하는 것을 모두 포함하는 것이며, 상기 열교환관의 입구로 및 출구로란, 상기 냉각기의 케이싱의 격벽 부근으로부터 상기 케이싱의 외측으로서 상기 냉동고의 내부에 설치되는 열교환관의 범위를 말한다.

상기 열교환관의 외표면에 부착된 서리를 승화시키기 위한 조건은, (1) 고내 공기의 수증기 분압이 포화 수증기 분압까지 높지 않은 것, 및 (2) 서리의 온도가 빙점 이하인 것이다. 또한, 필수는 아니지만 바람직한 조건으로서, (3) 열교환기의 외표면에 공기류를 형성하여 승화한 수증기를 방산시킨다. 이러한 조건하에서 서리에 열을 부여함으로써 서리를 승화시킬 수 있다.

상기 구성 (1)에 의하면, 상기 열교환관의 외표면에 부착된 서리를 상기 열교환관 내를 흐르는 CO₂ 냉매의 열로 가열하므로, 열교환관 전역에서 균일 가열이 가능하게 된다. 또, 상기 폐회로를 압력 조정함으로써, CO₂ 냉매의 응축 온도를 제어하므로, 폐회로를 흐르는 CO₂ 냉매 가스의 온도를 정밀도 좋게 제어할 수 있으며, 이것에 의해, 서리를 빙점 이하의 온도로 정확하게 가열할 수 있으므로, 승화 디프로스트가 가능하게 된다.

이렇게 하여, 열교환관에 부착된 서리는 융해하지 않고 승화하므로, 드레인 팬 및 상기 드레인 팬에 모인 드레인의 배수 설비가 불필요하게 되어, 냉동 장치를 대폭으로 저비용화할 수 있다. 또, 상기 열교환관에 부착된 서리를 열교환관의 관벽만을 통해 내부로부터 가열하므로, 열교환 효율을 향상시킬 수 있어 에너지 절약이 가능하게 된다.

또, CO₂ 냉매를 고내 수증기의 빙점 이하의 응축 온도에 상당하는 저압 상태로 디프로스트 할 수 있으므로, CO₂ 순환로 등의 배관계 기기에 내압 강도를 부여할 필요가 없어, 고비용이 되지 않는다.

(2) 몇 개의 실시 형태에서는, 상기 구성 (1)에 있어서,

상기 순환로 형성로는, 상기 열교환관의 입구로 및 출구로로부터 분기한 디프로스트 회로이며,

상기 열교환부는 상기 디프로스트 회로에 형성된다.

상기 구성 (2)에 의하면, 상기 디프로스트 회로를 설치함으로써, 상기 제1 열교환부의 설치 장소의 자유도를 넓힐 수 있다.

(3) 몇 개의 실시 형태에서는, 상기 구성 (1)에 있어서,

상기 순환로 형성로는, 상기 열교환관의 입구로 및 출구로 사이에 접속된 바이패스로이며,

상기 열교환부는 상기 열교환관의 일부 영역에 형성된다.

상기 구성 (3)에 의하면, 상기 CO₂ 순환로는 상기 바이패스로를 빼고 상기 열교환관만으로 구성할 수 있다. 그로 인해, 상기 CO₂ 순환로를 형성하기 위해 상기 바이패스로를 빼고 새로운 관로를 설치할 필요가 없어져, 고비용이 되지 않는다.

(4) 몇 개의 실시 형태에서는, 상기 구성 (1)~(3) 중 어느 하나에 있어서,

상기 CO₂ 순환로는 고저차를 가지고 형성됨과 더불어, 상기 제1 열교환부는 상기 CO₂ 순환로의 하방 영역에 형성되고,

상기 순환 수단은, 디프로스트시에 상기 폐회로에서 CO₂ 냉매를 서모사이펀 작용에 의해 자연 순환시키는 것이다.

상기 구성 (4)에 있어서, 상기 제1 열교환부에 있어서, 가열 매체로서의 상기 브라인으로 상기 열교환관의 하부 영역에 존재하는 CO₂ 냉매를 가열하여 기화시킨다. 기화한 CO₂ 냉매는 서모사이펀 작용으로 폐회로를 상승한다. 폐회로의 상부 영역으로 상승한 CO₂ 냉매는, 열교환관의 외표면에 부착된 서리를 가열하여 승화 제거하고, CO₂ 냉매 자체는 액화한다. 액화한 CO₂ 냉매는 중력에 의해 하강한다.

상기 구성 (4)에 의하면, CO₂ 냉매를 서모사이펀 작용으로 폐회로를 자연 순환시킬 수 있으므로, 폐회로에서 CO₂ 냉매를 강제 순환시키는 수단을 필요로 하지 않아, 강제 순환시키기 위한 장비 및 동력이 불필요하게 되어 저비용화할 수 있다.

(5) 몇 개의 실시 형태에서는, 상기 구성 (1)~(4) 중 어느 하나에 있어서,

상기 브라인을 제2 가열 매체로 가열하기 위한 제2 열교환부와,

상기 제1 열교환부 및 상기 제2 열교환부에 접속되고, 상기 제2 열교환부에서 가열된 상기 브라인을 상기 제1 열교환부에 순환시키기 위한 브라인 회로를 더 구비하고 있다.

상기 제2 가열 매체는, 예를 들어, 냉동기를 구성하는 압축기로부터 토출된 고온 고압의 냉매 가스, 공장의 온배수, 보일러로부터 발생되는 열 또는 오일 쿨러의 보유열을 흡수한 매체 등, 임의의 가열 매체를 이용할 수 있다.

상기 구성 (5)에 의하면, 상기 제2 열교환부 및 상기 브라인 회로를 구비함으로써, 가열된 브라인을 상기 제1 열교환부에 공급할 수 있음과 더불어, 상기 브라인 회로를 상기 제1 열교환부의 설치 장소에 추종시켜 배치함으로써, 상기 제1 열교환부의 설치 장소의 자유도를 넓힐 수 있다.

(6) 몇 개의 실시 형태에서는, 상기 구성 (5)에 있어서,

상기 열교환관은 상기 냉각기의 내부에서 고저차를 가지고 배치되고,

상기 브라인 회로는 상기 냉각기의 내부에서 상기 열교환관의 하부 영역에 배치되며,

상기 제1 열교환부는 상기 브라인 회로와 상기 열교환관의 하부 영역 사이에서 형성된다.

상기 구성 (6)에 있어서는, 상기 열교환관의 하부 영역에서 기화한 CO₂ 냉매를 서모사이펀 작용에 의해 자연 순환시키면서, 열교환관의 외표면에 부착된 서리를 승화 제거할 수 있다. 그로 인해, 상기 열교환관 이외의 배관을 필요로 하지 않고, 또한 CO₂ 냉매를 강제 순환시키기 위한 장비를 필요로 하지 않으므로, 냉각기를 저비용화할 수 있다.

또, 상기 브라인 회로를 열교환관의 상부 영역에 배치하지 않으므로, 냉각기의 내부에서 공기류를 형성하기 위한 팬의 동력을 저감할 수 있음과 더불어, 상부 영역의 남은 스페이스에 열교환관을 설치할 수 있으므로, 냉각기의 냉각 능력을 높일 수 있다.

(7) 몇 개의 실시 형태에서는, 상기 구성 (5)에 있어서,

상기 열교환관 및 상기 브라인 회로는 상기 냉각기의 내부에서 고저차를 가지고 배치됨과 더불어, 상기 브라인 회로에서 상기 브라인이 하방으로부터 상방으로 흐르도록 구성되고,

상기 브라인 회로의 상하 방향의 중간 부위에 유량 조정 밸브가 설치되며, 상기 유량 조정 밸브보다 상류측의 상기 브라인 회로에서 상기 제1 열교환부가 형성된다.

상기 구성 (7)에 있어서, 상기 유량 조정 밸브로 브라인의 유량을 좁혀, 브라인 회로의 상부 영역에 유입하는 브라인의 유량을 제한함으로써, 상기 제1 열교환부의 형성을 열교환관의 하부 영역에만 제한할 수 있다. 이렇게 하여, 상기 구성 (6)과 마찬가지로, 열교환관의 내부에서 서모사이펀 작용에 의해 CO₂ 냉매를 자연 순환시키면서 서리를 승화 제거할 수 있다.

그로 인해, 특허 문헌 3에 개시된 냉각기와 같이, 온 브라인 등이 순환하는 가열 튜브가 열교환관의 상하 방향 전역에 배치된 기존의 냉각기여도, 열교환관에 유량 조정 밸브를 부설하기만 하는 간단한 개조에 의해, 열교환관에 부착된 서리를 승화 제거할 수 있다.

(8) 몇 개의 실시 형태에서는, 상기 구성 (5)에 있어서,

상기 브라인 회로의 입구 및 출구에 각각 설치되고, 상기 입구 및 상기 출구를 흐르는 상기 브라인의 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서 및 제2 온도 센서를 더 구비하고 있다.

상기 구성 (8)에 있어서, 상기 2개의 온도 센서의 검출값의 차가 작아졌을 때는, 서리의 융해량이 감소하여, 디프로스트가 거의 완료한 것을 나타내고 있다. 상기 열교환부는 브라인에 의한 현열 가열을 행하기 때문에, 상기 2개의 온도 센서의 검출값의 차를 구함으로써, 디프로스트 운전 종료의 타이밍을 정확하게 판정할 수 있다.

그로 인해, 냉동고 내의 과잉 가열이나 과잉 가열에 의한 수증기 확산을 방지할 수 있다. 따라서, 새로운 에너지 절약을 달성할 수 있음과 더불어, 고내 온도를 안정화할 수 있어, 냉동고에 보냉된 식품의 품질 향상을 실현할 수 있다.

(9) 몇 개의 실시 형태에서는, 상기 구성 (1)에 있어서,

상기 압력 조정부는,

상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 압력을 검출하기 위한 압력 센서와,

상기 열교환관의 출구로에 설치된 압력 조정 밸브와,

상기 압력 센서의 검출값이 입력되고, 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 응축 온도가 상기 냉동고의 고내 공기 중의 수증기의 빙점 이하의 응축 온도가 되도록 상기 압력 조정 밸브의 개도를 제어하기 위한 제어 장치로 구성되어 있다.

상기 구성 (9)에 의하면, 상기 제어 장치에 의해 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 압력을 정밀도 좋게 제어할 수 있다.

(10) 몇 개의 실시 형태에서는, 상기 구성 (1)에 있어서,

상기 냉동기는,

NH₃ 냉매가 순환하고 냉동 사이클 구성 기기가 설치된 일차 냉매 회로와,

CO₂ 냉매가 순환하고, 상기 냉각기에 도설(導設)됨과 더불어, 상기 일차 냉매 회로와 캐스케이드 콘덴서를 통해 접속된 이차 냉매 회로와,

상기 이차 냉매 회로에 설치되고, 상기 캐스케이드 콘덴서로 액화된 CO₂ 냉매를 저류하기 위한 CO₂ 수액기, 및 상기 CO₂ 수액기에 저류된 CO₂ 냉매를 상기 냉각기로 보내는 액 펌프를 가지고 있다.

상기 구성 (10)에 의하면, NH₃ 및 CO₂의 자연 냉매를 이용한 냉동기이므로, 오존층 파괴 방지나 온난화 방지 등에 기여할 수 있다. 또, 냉각 성능은 높으나 독성이 있는 NH₃를 일차 냉매로 하고, 무독 또한 무취의 CO₂를 이차 냉매로 하고 있으므로, 높은 냉각 성능을 유지하면서, 실내의 공조나 식품 등의 냉동에 이용할 수 있다.

(11) 몇 개의 실시 형태에서는, 상기 구성 (1)에 있어서,

상기 냉동기는,

상기 CO₂ 냉매가 순환하고, 상기 냉각기에 도설됨과 더불어, 상기 일차 냉매 회로와 캐스케이드 콘덴서를 통해 접속되며, 냉동 사이클 구성 기기가 설치된 이차 냉매 회로를 가지는 NH₃/CO₂ 이원 냉동기이다.

상기 구성 (11)에 의하면, 자연 냉매를 이용함으로써, 오존층 파괴 방지나 온난화 방지 등에 기여할 수 있음과 더불어, 무독 또한 무취의 CO₂를 이차 냉매로 하고 있으므로, 높은 냉각 성능을 유지하면서, 실내의 공조나 식품 등의 냉동에 이용할 수 있다. 또한, 이원 냉동기이기 때문에, 냉동기의 COP를 향상시킬 수 있다.

(12) 몇 개의 실시 형태에서는, 상기 구성 (10) 또는 (11)에 있어서,

상기 일차 냉매 회로에 상기 냉동 사이클 구성 기기의 일부로서 설치된 응축기에 도설된 냉각수 회로를 더 구비하고,

상기 제2 열교환부는, 상기 냉각수 회로 및 상기 브라인 회로가 도설되며, 상기 응축기로 가열된 냉각수로 상기 브라인 회로를 순환하는 브라인을 가열하기 위한 열교환기이다.

상기 구성 (12)에 의하면, 응축기로 가열된 냉각수로 브라인을 가열할 수 있으므로, 냉동 장치 외의 가열원이 불필요하게 된다.

또, 디프로스트 운전시에 상기 브라인으로 냉각수의 온도를 저하시킬 수 있으므로, 냉동 운전시의 NH₃ 냉매의 응축 온도를 내릴 수 있어, 냉동기의 COP를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 냉각수 회로가 응축기와 냉각탑 사이에 배치되는 예시적인 실시 형태에서는, 상기 제2 열교환부를 냉각탑 내에 설치할 수 있고, 이것에 의해, 디프로스트에 사용되는 장치의 설치 스페이스를 축소할 수 있다.

(13) 몇 개의 실시 형태에서는, 상기 구성 (10) 또는 (11)에 있어서,

상기 일차 냉매 회로에 상기 냉동 사이클 구성 기기의 일부로서 설치된 응축기에 도설된 냉각수 회로와,

상기 냉각수 회로를 순환하는 냉각수를 살포수와 열교환시켜 냉각하기 위한 냉각탑을 더 구비하고,

상기 제2 열교환부는,

상기 냉각탑과 일체로 설치되고, 상기 살포수가 도입되어 상기 살포수와 상기 브라인 회로를 순환하는 상기 브라인을 열교환하기 위한 가열탑으로 구성되어 있다.

상기 구성 (13)에 의하면, 가열탑을 냉각탑과 일체로 함으로써, 제2 열교환부의 설치 스페이스를 축소할 수 있다.

(14) 본 발명의 적어도 일 실시 형태에 따른 승화 디프로스트 방법은,

상기 구성 (1)~(13)을 가지는 승화 디프로스트 시스템을 이용한 승화 디프로스트 방법으로서,

상기 제습 장치에 의해 상기 냉동고의 고내 공기를 포화 수증기 분압이 되지 않도록 제습하는 제1 공정과,

디프로스트시에 상기 개폐 밸브를 닫아 상기 폐회로를 형성하는 제2 공정과,

상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매가 상기 냉동고의 고내 공기 중의 수증기의 빙점 이하의 응축 온도가 되도록 상기 CO₂ 냉매를 압력 조정하는 제3 공정과,

가열 매체로서의 상기 브라인과 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매를 열교환시켜 상기 CO₂ 냉매를 기화시키는 제4 공정과,

상기 제4 공정에서 기화한 상기 CO₂ 냉매를 상기 폐회로를 순환시켜, 상기 열교환관의 외표면에 부착된 서리를 상기 CO₂ 냉매의 열로 승화 제거하는 제5 공정을 포함하는 것이다.

상기(14)에 의하면, 상기 열교환관의 외표면에 부착된 서리를 상기 열교환관 내를 흐르는 CO₂ 냉매의 열로 가열하므로, 열교환관 전역에서 균일 가열이 가능하게 된다. 또, 상기 폐회로를 압력 조정함으로써, CO₂ 냉매의 응축 온도를 제어하므로, 폐회로를 흐르는 CO₂ 냉매 가스의 온도를 정밀도 좋게 제어할 수 있으며, 이것에 의해, 서리를 빙점 이하의 온도로 정확하게 가열할 수 있으므로, 승화 디프로스트가 가능하게 된다.

(15) 몇 개의 실시 형태에서는, 상기 구성 (14)에 있어서,

상기 제4 공정은, 고저차를 가지고 형성된 상기 폐회로의 하부 영역에서, 상기 브라인과 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매를 열교환시키는 것이며,

상기 제5 공정은, 상기 폐회로에서 상기 CO₂ 냉매를 서모사이펀 작용에 의해 자연 순환시키는 것이다.

상기 구성 (15)에 의하면, 상기 폐회로에서 CO₂ 냉매를 서모사이펀 작용에 의해 자연 순환시키므로, CO₂ 냉매를 강제 순환시키는 수단을 필요로 하지 않아, 저비용화할 수 있다.

본 발명의 적어도 일 실시 형태에 의하면, 냉각기의 열교환관 표면에 부착된 서리를 승화 디프로스트하는 것이 가능하게 되므로, 드레인 팬 및 드레인 배출 설비가 불필요하게 된다. 또, 드레인 배출 작업이 불필요하게 되므로, 디프로스트에 필요로 하는 이니셜 코스트 및 러닝 코스트의 저감과 에너지 절약이 가능하게 된다.

도 1은 일 실시 형태에 따른 냉동 장치의 계통도이다.
도 2는 일 실시 형태에 따른 냉동 장치의 계통도이다.
도 3은 도 2에 도시하는 냉동 장치의 냉각기의 단면도이다.
도 4는 일 실시 형태에 따른 냉각기의 단면도이다.
도 5는 일 실시 형태에 따른 냉동 장치의 계통도이다.
도 6은 도 5에 도시하는 냉동 장치의 냉각기의 단면도이다.
도 7은 일 실시 형태에 따른 냉동기의 계통도이다.
도 8은 일 실시 형태에 따른 냉동기의 계통도이다.
도 9는 일 실시 형태에 따른 냉동 장치의 계통도이다.
도 10은 실시 형태에 따른 냉동 장치의 배치도이다.

이하, 본 발명을 도면에 도시한 실시 형태를 이용하여 상세하게 설명한다. 단, 이 실시 형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 이 발명의 범위를 그것에만 한정하는 취지는 아니다.

예를 들어, 「어느 방향으로」, 「어느 방향을 따라」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 혹은 「동축」 등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 같은 기능이 얻어지는 정도의 각도나 거리를 가지고 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.

예를 들어, 「동일」, 「동일하다」 및 「균질」 등의 사물이 동일한 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 동일한 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 같은 기능이 얻어지는 정도의 차가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.

예를 들어, 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각 형상이나 원통 형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 같은 효과가 얻어지는 범위에서, 요철부나 모따기부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.

한편, 하나의 구성 요소를 「준비하다」, 「갖추다」, 「구비하다」, 「포함하다」, 또는 「가지다」라고 하는 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.

도 1~도 9는, 본 발명의 몇 개의 실시 형태에 따른 디프로스트 시스템을 도시하고 있다.

이들 실시 형태에 이용되는 냉동 장치(10A~10D)는, 냉동고(30a 및 30b)의 내부에 각각 설치되는 냉각기(33a 및 33b)와, CO₂ 냉매를 냉각 액화하는 냉동기(11A~11D)와, 상기 냉동기로 냉각 액화한 CO₂ 냉매를 냉각기(33a 및 33b)에 순환시키는 냉매 회로(이차 냉매 회로(14)에 상당)를 구비하고 있다. 냉각기(33a 및 33b)는 케이싱(34a 및 34b)과 상기 케이싱의 내부에 배치된 열교환관(42a 및 42b)을 가지고 있다. 도 1~도 9에 도시하는 냉동 장치(10A~10D)에서는, 냉동 운전시, 냉동고(30a 및 30b)의 내부는 예를 들어 -25℃의 저온으로 유지된다.

상기 각 실시 형태의 예시적인 구성에서는, 열교환관(42a 및 42b)은, 케이싱(34a 및 34b)의 외부로부터 케이싱(34a 및 34b)의 내부에 도설되어 있다.

여기에서는, 케이싱(34a 및 34b)의 격벽으로부터 외측으로 냉동고(30a 및 30b)의 내부에 배치되는 열교환관(42a 및 42b)의 영역을 입구관(42c) 및 출구관(42d)이라고 말한다.

냉동고(30a 및 30b)의 내부에는, 고내 공기를 제습하기 위한 제습 장치(38a 및 38b)가 설치되어 있다. 제습 장치(38a 및 38b)는, 도 1~도 9에 도시하는 몇 개의 실시 형태에서는, 흡착식 제습 장치이다. 흡착식 제습 장치란, 예를 들어, 표면에 흡착제를 담지한 회전식 로터로 구성되고, 상기 회전식 로터의 일부 영역에서 고내 공기로부터 수증기를 흡착하는 공정과, 다른 영역에서 흡착한 수증기를 이탈시키는 공정을 동시 연속적으로 행하는 데시칸트 로터식 제습 장치이다. 제습 장치(38a 및 38b)에는 외기(a)가 공급되고, 고내 공기로부터 수증기(s)를 흡착하여 외부로 배출함과 더불어, 고내에 저온 건조 공기(d)를 낸다.

또, 열교환관(42a 및 42b)의 입구관(42c) 및 출구관(42d)에 접속되는 순환로 형성로에 의해, CO₂ 순환로가 형성된다. 상기 순환로 형성로는, 도 1 및 도 9에 도시하는 실시 형태에서는, 열교환관(42a 및 42b)의 입구관 및 출구관에 접속된 디프로스트 회로(50a 및 50b)이며, 도 2~도 6에 도시하는 실시 형태에서는, 열교환관(42a 및 42b)의 입구관 및 출구관에 접속된 바이패스관(72a 및 72b)이다.

열교환관(42a 및 42b)의 입구관(42c) 및 출구관(42d)에는, 디프로스트시에 상기 CO₂ 순환로를 폐회로로 하기 위한 개폐 밸브가 설치되어 있다. 상기 개폐 밸브는, 도 1~도 9에 도시하는 몇 개의 실시 형태에서는, 전자 개폐 밸브(54a 및 54b)이다.

도 1~도 9에 도시하는 실시 형태의 예시적인 구성에서는, 케이싱(34a 및 34b)에 통풍용의 개구가 2개소 형성되고, 상기 개구 중 하나에 팬(35a 및 35b)이 설치되어 있다. 팬(35a 및 35b)의 가동에 의해 케이싱(34a 및 34b)의 내외에 유통하는 공기류가 형성된다. 열교환관(42a 및 42b)은, 예를 들어, 수평 방향 및 상하 방향으로 사행 형상으로 배치된다.

또, 디프로스트시에 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 압력을 저류 공간하기 위한 압력 조정부(45a 및 45b)가 설치되어 있다. 디프로스트시, 압력 조정부(45a 및 45b)에 의해 상기 폐회로의 CO₂ 냉매는 냉동고(30a 및 30b)의 내부에 존재하는 수증기의 빙점(예를 들어 0℃)보다 저온의 응축 온도를 가지도록 압력 조정된다.

도 1~도 9에 도시하는 몇 개의 실시 형태의 예시적인 구성에서는, 압력 조정부(45a 및 45b)는, 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 압력을 검출하기 위한 압력 센서(46a 및 46b)와, 출구관(42d)에 설치된 압력 조정 밸브(48a 및 48b)와, 압력 센서(46a 및 46b)의 검출값이 입력되고, 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 응축 온도가 냉동고(30a 및 30b)의 고내 공기 중의 수증기의 빙점 이하의 응축 온도가 되도록 압력 조정 밸브(48a 및 48b)의 개도를 제어하는 제어 장치(47a 및 47b)로 구성되어 있다.

상기 실시 형태의 예시적인 구성에서는, 압력 조정 밸브(48a 및 48b)는 전자 개폐 밸브(52a 및 52b)에 병렬로 설치되어 있다.

압력 센서(46a 및 46b)는 압력 조정 밸브(48a 및 48b)의 상류측의 출구관(42d)에 설치되어 있다. 제어 장치(47a 및 47b)는, 상기 압력 센서의 검출값에 따라, 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 응축 온도가 냉동고(30a 및 30b)의 고내 공기 중의 수증기의 빙점 이하의 응축 온도가 되도록 압력 조정 밸브(48a 및 48b)의 개도를 제어하여, CO₂ 냉매를 압력 조정한다.

또, 디프로스트시에 전자 개폐 밸브(52a 및 52b)를 닫아 상기 CO₂ 순환로를 폐회로로 했을 때, 상기 폐회로에서 순환 수단에 의해 CO₂ 냉매를 순환시킨다. 상기 순환 수단은, 예를 들어, 상기 CO₂ 순환로에 설치된 액 펌프이며, 혹은 도 1~도 10에 도시하는 몇 개의 실시 형태에서 채용되어 있는 바와 같이, 강제적인 순환 수단이 아닌, CO₂ 냉매를 서모사이펀 작용으로 자연 순환시키는 것이다.

또, 가열 매체로서 브라인을 이용하고, 이 브라인으로 CO₂ 순환로를 순환하는 CO₂ 냉매를 가열하여 기화시키는 제1 열교환부가 설치된다. 이 제1 열교환부는, 도 1 및 도 9에 도시하는 실시 형태에서는, 디프로스트 회로(50a 및 50b)와 브라인 회로(60)로부터 분기한 브라인 분기 회로(61a 및 61b)가 도설된 열교환기(70a 및 70b)이다. 도 2~도 6에 도시하는 실시 형태에서는, 열교환관(42a 및 42b)의 하부 영역과 상기 하부 영역에 도설된 브라인 분기 회로(63a, 61b 또는 80a, 80b)로 구성되는 열교환부이다.

상기 브라인으로서, 예를 들어, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 등의 수용액을 이용할 수 있다.

도 1 및 도 9에 도시하는 실시 형태에서는, 상기 순환로 형성로는, 디프로스트 회로(50a 및 50b)가 설치되고, 상기 제1 열교환부로서 열교환기(70a 및 70b)가 설치되어 있다.

도 2~도 6에 도시하는 실시 형태에서는, 상기 순환로 형성로로서 바이패스관(72a 및 72b)이 설치되고, 상기 제1 열교환부로서 열교환관(42a 및 42b)의 하부 영역과 상기 하부 영역에 도설된 브라인 분기 회로(61a 및 61b)로 구성되는 열교환부가 형성된다.

도 1~도 9에 도시하는 실시 형태에서는, 상기 CO₂ 순환로는 상하 방향으로 고저차를 가지고 형성됨과 더불어, 상기 제1 열교환부는 CO₂ 순환로의 하부 영역에 형성된다.

즉, 도 1 및 도 9에 도시하는 실시 형태에서는, 디프로스트 회로(50a 및 50b)가 냉각기(33a 및 33b)의 하방에 배치됨으로써, CO₂ 순환로에 고저차가 붙여진다. 도 2~도 6에 도시하는 실시 형태에서는, CO₂ 순환로를 형성하는 열교환관(42a 및 42b)이 고저차를 가지고 배치되어 있다.

이러한 고저차를 가지는 CO₂ 순환로에서는, 디프로스트시에 형성되는 폐회로에서 CO₂ 냉매를 서모사이펀 작용에 의해 자연 순환시킬 수 있다. 즉, 제1 열교환부에서 기화한 CO₂ 냉매 가스는 서모사이펀 작용에 의해 상승한다. 상승한 CO₂ 냉매 가스는 열교환관(42a 및 42b) 또는 상기 열교환관의 상부 영역에서 상기 열교환기의 외표면에 부착된 서리와 열교환하여 상기 서리를 승화 제습한다. 한편, CO₂ 냉매는 보유열을 빼앗겨 액화하고, 액화한 CO₂ 냉매는 중력에 의해 CO₂ 순환로를 하강한다. 이렇게 하여, 루프형 서모사이펀이 작동해, CO₂ 냉매는 상기 폐회로를 자연 순환한다.

도 1~도 6에 도시하는 몇 개의 실시 형태에서는, 브라인과 가열 매체(냉각수)를 열교환시켜, 상기 브라인을 가열하기 위한 제2 열교환부(열교환기(58)에 상당)와, 상기 제2 열교환부와 상기 제1 열교환부에 접속되고, 제2 열교환부에서 가열된 브라인을 제1 열교환부에 순환시키는 브라인 회로(60)(파선 표시)가 설치되어 있다. 브라인 회로(60)는 냉동고(30a 및 30b)의 외부에서 브라인 분기 회로(61a 및 61b)(파선 표시)에 분기하고 있다.

도 1 및 도 9에 도시하는 실시 형태에서는, 브라인 분기 회로(61a 및 61b)는 열교환기(70a 및 70b)에 도설되고, 도 2~도 6에 도시하는 실시 형태에서는, 접속부(62)를 통해 냉동고(30a 및 30b)의 내부에 설치된 브라인 분기 회로(63a, 63b 또는 80a, 80b)(파선 표시)에 접속되어 있다.

도 2 및 도 3에 도시하는 적어도 하나의 실시 형태에서는, 열교환관(42a 및 42b)은 냉각기(33a 및 33b)의 내부에서 고저차를 가지고 배치되어 있다. 브라인 분기 회로(63a 및 63b)는, 냉각기(33a 및 33b)의 내부에 도설됨과 더불어, 열교환관(42a 및 42b)의 하부 영역에 배치되어 있다. 예를 들어, 브라인 분기 회로(63a 및 63b)는 열교환관(42a 및 42b)이 배치된 영역의 1/3~1/5의 하부 영역에 배치된다.

상기 제1 열교환부는 브라인 분기 회로(63a 및 63b)와 열교환관(42a 및 42b)의 하부 영역 사이에서 형성된다.

또한, 도 3에 도시하는 냉각기(33a)의 예시적인 구성에서는, 통풍용 개구가 케이싱(34a)의 상면 및 측면(도시하지 않음)에 형성되고, 고내 공기(c)는 상기 측면으로부터 유입되고, 상기 상면으로부터 유출된다.

도 4에 도시하는 냉각기(33a)의 예시적인 구성에서는, 통풍용 개구가 양측의 측면에 형성되고, 고내 공기(c)는 상기 양측면을 통해 케이싱(34a)을 드나든다.

도 5 및 도 6에 도시하는 적어도 하나의 실시 형태에서는, 열교환관(42a, 42b) 및 브라인 분기 회로(80a, 80b)는 냉각기(33a 및 33b)의 내부에서 고저차를 가지고 배치되어 있다. 또, 브라인 분기 회로(80a, 80b)에서는 브라인이 하방으로부터 상방으로 흐르도록 구성되어 있다. 그리고, 브라인 분기 회로(61a 및 61b)의 상하 방향 중간 위치에 유량 조정 밸브(82a 및 82b)가 설치되어 있다.

이러한 구성에서는, 유량 조정 밸브(82a 및 82b)의 개도를 좁힘으로써, 유량 조정 밸브(82a 및 82b)의 상류측 영역, 즉, 유량 조정 밸브(82a 및 82b)보다 하방의 열교환관(42a 및 42b)에 상기 제1 열교환부를 형성할 수 있다.

도 1~도 9에 도시하는 몇 개의 실시 형태에서는, 브라인 회로(60)의 입구 및 출구에 각각 온도 센서(66 및 68)가 설치되고, 이들 온도 센서로 상기 입구 및 출구를 흐르는 브라인의 온도를 계측할 수 있다. 이들 온도 센서의 검출값의 차가 줄어들면, 디프로스트가 완료에 가깝다고 판정할 수 있다. 따라서, 상기 검출값의 차에 역치(예를 들어 2~3℃)를 설정하여, 검출값의 차가 상기 역치 이하가 되었을 때, 디프로스트가 완료했다고 판정하면 된다.

도 2~도 6에 도시하는 실시 형태에서는, 브라인 회로(60)의 왕로에 브라인을 일시적으로 저류하는 리시버(개방형 브라인조)(64) 및 브라인을 순환시키는 브라인 펌프(65)가 설치되어 있다.

도 9에 도시하는 실시 형태에서는, 리시버(64)를 대신하여, 압력 변동의 흡수 및 브라인의 유량 조정 등을 위해 팽창 탱크(92)가 설치되어 있다.

도 1~도 6에 도시하는 몇 개의 실시 형태에 있어서, 냉동 장치(10A~10C)는 냉동기(11A)를 구비하고 있다. 냉동기(11A)는, NH₃ 냉매가 순환하고, 냉동 사이클 구성 기기가 설치된 일차 냉매 회로(12)와, CO₂ 냉매가 순환하고, 냉각기(33a 및 33b)까지 연장 설치되는 이차 냉매 회로(14)를 가지고 있다. 이차 냉매 회로(14)는 일차 냉매 회로(12)와 캐스케이드 콘덴서(24)를 통해 접속된다.

일차 냉매 회로(12)에 설치된 냉동 사이클 구성 기기는, 압축기(16), 응축기(18), NH₃ 수액기(20), 팽창 밸브(22) 및 캐스케이드 콘덴서(24)로 이루어진다.

이차 냉매 회로(14)에는, 캐스케이드 콘덴서(24)로 액화된 CO₂ 냉매액이 일시 저류되는 CO₂ 수액기(36)와, CO₂ 수액기(36)에 저류된 CO₂ 냉매액을 열교환관(42a 및 42b)에 순환시키는 CO₂ 액 펌프(37)가 설치되어 있다.

또, 캐스케이드 콘덴서(24)와 CO₂ 수액기(36) 사이에 CO₂ 순환로(44)가 설치되어 있다. CO₂ 수액기(36)로부터 CO₂ 순환로(44)를 통해 캐스케이드 콘덴서(24)에 도입된 CO₂ 냉매 가스는, 캐스케이드 콘덴서(24)로 NH₃ 냉매에 의해 냉각되어 액화되고 CO₂ 수액기(36)로 돌아온다.

냉동기(11A)에서는, NH₃ 및 CO₂의 자연 냉매를 이용하고 있으므로, 오존층 파괴 방지나 온난화 방지 등에 기여할 수 있다. 또, 냉각 성능은 높으나 독성이 있는 NH₃를 일차 냉매로 하고, 무독 또한 무취의 CO₂를 이차 냉매로 하고 있으므로, 실내의 공조나 식품 등의 냉동에 이용할 수 있다.

도 7에 도시하는 적어도 하나의 예시적인 실시 형태에서는, 냉동기(11A)를 대신하여 냉동기(11B)를 설치할 수 있다. 냉동기(11B)는, NH₃ 냉매가 순환하는 일차 냉매 회로(12)에 저단 압축기(16b) 및 고단 압축기(16a)가 설치되고, 저단 압축기(16b)와 고단 압축기(16a) 사이의 일차 냉매 회로(12)에 중간 냉각기(84)가 설치되어 있다. 응축기(18)의 출구에서 일차 냉매 회로(12)로부터 분기로(12a)가 분기하고, 분기로(12a)에 중간 팽창 밸브(86)가 설치되어 있다.

분기로(12a)를 흐르는 NH₃ 냉매는 중간 팽창 밸브(86)에서 팽창하고 냉각되어, 중간 냉각기(84)에 도입된다. 중간 냉각기(84)에서, 저단 압축기(16b)로부터 토출된 NH₃ 냉매는 분기로(12a)로부터 도입된 NH₃ 냉매로 냉각된다. 중간 냉각기(84)를 설치함으로써, 냉동기(11B)의 COP(성적 계수)를 향상시킬 수 있다.

캐스케이드 콘덴서(24)로 NH₃ 냉매와 열교환하여 냉각 액화된 CO₂ 냉매액은, CO₂ 수액기(36)에 저류되고, 그 후, CO₂ 수액기(36)로부터 CO₂ 액 펌프(37)로 냉동고(30)의 내부에 설치된 냉각기(33)에 순환된다.

도 8에 도시하는 적어도 하나의 예시적인 실시 형태에서는, 냉동기(11A)를 대신하여 냉동기(11C)를 설치할 수 있다. 냉동기(11C)는 이원 냉동 사이클을 구성하고 있다. NH₃ 냉매가 순환하는 일차 냉매 회로(12)에 고원 압축기(88a) 및 팽창 밸브(22a)가 설치되어 있다. 일차 냉매 회로(12)와 캐스케이드 콘덴서(24)를 통해 접속되고, CO₂ 냉매가 순환하는 이차 냉매 회로(14)에는, 저원 압축기(88b) 및 팽창 밸브(22b)가 설치되어 있다.

냉동기(11C)는, 일차 냉매 회로(12) 및 이차 냉매 회로(14)로 각각 기계 압축식 냉동 사이클을 구성한 이원 냉동기이기 때문에, 냉동기의 COP를 향상시킬 수 있다.

도 1~도 6에 도시하는 몇 개의 실시 형태에서는, 냉동 장치(10A~10C)는 냉동기(11A)를 구비하고 있다. 냉동기(11A)에서는, 응축기(18)에 냉각수 회로(28)가 도설되어 있다. 냉각수 회로(28)에는 냉각수 펌프(57)를 가지는 냉각수 분기 회로(56)가 분기하고, 냉각수 분기 회로(56) 및 브라인 회로(60)(파선 표시)는 상기 제2 열교환부로서의 열교환기(58)에 도설되어 있다.

냉각수 회로(28)를 순환하는 냉각수는, 응축기(18)로 NH₃ 냉매에 의해 가열된다. 가열된 냉각수는, 상기 가열 매체로서, 디프로스트시에 열교환기(58)에 있어서 브라인 회로(60)를 순환하는 브라인을 가열한다.

냉각수 분기 회로(56)로부터 열교환기(58)에 도입되는 냉각수의 온도가 예를 들어 20~30℃이면, 이 냉각수로 브라인을 15~20℃로 가열할 수 있다.

별도의 실시 형태에서는, 상기 가열 매체로서, 상기 냉각수 이외에, 예를 들어, 압축기(16)로부터 토출된 고온 고압의 NH₃ 냉매 가스, 공장의 온배수, 보일러로부터 발생하는 열 또는 오일 쿨러의 보유열을 흡수한 매체 등, 임의의 가열 매체를 이용할 수 있다.

상기 몇 개의 실시 형태의 예시적인 구성으로서, 냉각수 회로(28)는 응축기(18)와 밀폐식 냉각탑(26) 사이에 설치된다. 냉각수는 냉각수 펌프(29)에 의해 냉각수 회로(28)를 순환한다. 응축기(18)로 NH₃ 냉매의 배열을 흡수한 냉각수는, 밀폐식 냉각탑(26)에서 외기와 접촉하면서 살포되는 물의 증발 잠열에 의해 냉각된다.

밀폐식 냉각탑(26)은, 냉각수 회로(28)에 접속된 냉각 코일(26a)과, 외기(a)를 냉각 코일(26a)에 통풍시키는 팬(26b)과, 냉각 코일(26a)에 냉각수를 살포하는 살수관(26c) 및 펌프(26d)를 가지고 있다. 살수관(26c)으로부터 살포되는 냉각수의 일부는 증발하고 그 증발 잠열을 이용하여 냉각 코일(26a)을 흐르는 냉각수를 냉각한다.

도 9에 도시하는 적어도 하나의 실시 형태에 있어서, 냉동 장치(10D)에 설치되는 냉동기(11D)는, 밀폐식 냉각탑(26)과 밀폐식 가열탑(91)이 일체로 된 밀폐식 냉각 가열 유닛(90)을 가지고 있다. 밀폐식 냉각탑(26)은 냉각수 회로(28)를 순환하는 냉각수를 살포수로 냉각하는 것이며, 그 기본적 구성은, 도 1~도 6에 도시하는 밀폐식 냉각탑(26)과 동일하다.

밀폐식 가열탑(91)은, 밀폐식 냉각탑(26)에서 냉각수 회로(28)를 순환하는 냉각수의 냉각에 제공된 살포수를 도입하고, 상기 살포수와 브라인 회로(60)를 순환하는 브라인을 열교환시킨다. 밀폐식 가열탑(91)은, 브라인 회로(60)에 접속된 가열 코일(91a)과, 냉각 코일(26a)에 냉각수를 살포하는 살수관(91c) 및 펌프(91d)를 가지고 있다. 밀폐식 냉각탑(26)의 내부와 밀폐식 가열탑(91)의 내부는 공유 하우징의 하부에서 연통하고 있다.

일차 냉매 회로(12)를 순환하는 NH₃ 냉매의 배열을 흡수한 살포수는, 살수관(91c)으로부터 냉각 코일(26a)에 살포되고, 가열 코일(91a) 및 브라인 회로(60)를 순환하는 브라인을 가열하는 가열 매체가 된다.

도 1~도 9에 도시하는 몇 개의 실시 형태에서는, 냉동고(30a 및 30b)의 외부에서, 이차 냉매 회로(14)는 CO₂ 분기 회로(40a 및 40b)에 분기한다. CO₂ 분기 회로(40a 및 40b)는, 냉동고(30a 및 30b)의 외부에서 열교환관(42a 및 42b)의 입구관 및 출구관에 접속된다.

열교환기(58)로부터 냉동고(30a 및 30b) 부근에 연장 설치된 브라인 회로(60)는, 냉동고(30a 및 30b)의 외부에서 브라인 분기 회로(61a 및 61b)(파선 표시)에 분기한다.

도 1에 도시하는 냉동 장치(10A)에서는, 브라인 분기 회로(61a 및 61b)는, 냉동고(30a 및 30b)의 내부에 설치된 열교환기(70a 및 70b)에 도설된다.

냉동 장치(10A)에서 승화 디프로스트할 때, 우선, 냉동고(30a 및 30b)의 고내 공기가 포화 수증기 분압을 가지고 있다면, 제습 장치(38a 및 38b)를 작동시켜, 저수증기 분압이 되도록 제습한다. 다음에, 전자 개폐 밸브(52a 및 52b)를 닫아, 열교환관(42a 및 42b)과 디프로스트 회로(50a 및 50b)로 구성되는 CO₂ 순환로를 폐회로로 한다.

또한, 제어 장치(47a 및 47b)에 압력 센서(46a 및 46b)의 검출값이 입력되고, 제어 장치(47a 및 47b)는 상기 검출값에 의거하여 압력 조정 밸브(48a 및 48b)를 조작하여, 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매가 고내 공기 중의 수증기의 빙점(예를 들어 0℃) 이하의 응축 온도가 되도록 CO₂ 냉매를 압력 조정한다. 예를 들어, CO₂ 냉매를 3.0MPa(응축 온도 -5℃)까지 승압한다.

그 후, 열교환기(70a 및 70b)로 브라인과 CO₂ 냉매를 열교환시켜, CO₂ 냉매를 기화시킨다. 다음에, 기화한 상기 CO₂ 냉매를 폐회로 내에서 순환시켜, 열교환관(42a 및 42b)의 외표면에 부착된 서리를 CO₂ 냉매의 응축 잠열(-5℃/3.0MPa로 249kJ/kg)로 승화 제거한다.

서리를 승화시키기 위해 조정되는 CO₂ 냉매의 응축 온도의 하한값은, 고내 온도(예를 들어 -25℃)이다. 냉각 운전시에는 고내 온도 이하의 온도의 CO₂ 냉매(예를 들어 -30℃)를 열교환관(42a 및 42b)에 순환시켜 고내를 냉각한다. 그로 인해, 서리의 온도도 고내 온도 이하(예를 들어 -25℃~-30℃)가 되므로, 승화 디프로스트시에 CO₂ 냉매의 응축 온도가 고내 온도로부터 고내에 존재하는 수증기의 빙점까지의 범위이면, 서리를 가열하여 승화시킬 수 있다.

본 실시 형태에서는, 디프로스트 회로(50a 및 50b)는 열교환관(42a 및 42b)의 하방에 설치되고, CO₂ 순환로는 고저차를 가지고 있다. 그로 인해, 열교환기(70a 및 70b)에서 기화한 CO₂ 냉매는 서모사이펀 작용에 의해 열교환관(42a 및 42b)까지 상승한다. 열교환관(42a 및 42b)까지 상승한 CO₂ 냉매 가스는, 그 보유열로 열교환관(42a 및 42b)의 외표면에 부착된 서리를 승화시키고, CO₂ 냉매는 액화된다. 액화된 CO₂ 냉매는 중력에 의해 디프로스트 회로(50a 및 50b)를 하강하여, 열교환기(70a 및 70b)에서 다시 기화한다.

도 2 및 도 3에 도시하는 냉동 장치(10B) 및 도 5 및 도 6에 도시하는 냉동 장치(10C)에서는, 냉각기(33a 및 33b)의 내부에서, 열교환관(42a, 42b) 및 브라인 분기 회로(63a, 63b 또는 80a, 80b)는 고저차를 가지고 배치되어 있다.

또, 케이싱(34a 및 34b)의 외부에서, 열교환관(42a 및 42b)의 입구관 및 출구관 사이에 바이패스관(72a 및 72b)이 접속되고, 바이패스관(72a 및 72b)에는 전자 개폐 밸브(74a 및 74b)가 설치되어 있다.

상기 입구관에서는 바이패스관(52a 및 52b)의 상류측에 전자 개폐 밸브(54a 및 54b)가 설치되고, 상기 출구관에서는 바이패스관(52a 및 52b)의 하류측에 전자 개폐 밸브(54a 및 54b)가 설치되어 있다.

냉동 장치(10B)에서는, 열교환관(42a 및 42b)의 하부 영역에 브라인 분기 회로(63a 및 63b)가 도설되고, 열교환관(42a 및 42b)의 하부 영역과 브라인 분기 회로(63a 및 63b)로 열교환부가 형성되어 있다.

냉동 장치(10C)에서는, 실질적으로 열교환관(42a 및 42b)이 배치된 영역의 전 영역에 브라인 분기 회로(80a 및 80b)가 배치되고, 브라인 분기 회로(80a 및 80b)의 상하 방향 중간 부위에 유량 조정 밸브(82a 및 82b)가 설치되어 있다. 브라인 분기 회로(80a 및 80b)는 브라인(b)이 하부 영역으로부터 상방 영역으로 흐르는 유로를 형성한다.

냉각기(33a 및 33b)의 예시적인 구성은, 도 3 또는 도 6에 도시하는 냉각기(33a)를 예로 들면, 열교환관(42a, 42b) 및 브라인 분기 회로(63a, 63b 및 80a, 80b)는 사행 형상으로 수평 방향을 향해 배치되고, 또한 상하 방향으로 배치된다. 브라인 분기 회로(80a 및 80b)는 브라인(b)이 하부 영역으로부터 상방 영역으로 흐르는 유로를 형성한다.

열교환관(42a)은 냉각기(33a)의 외부에서 입구관(42c) 및 출구관(42d)에 헤더(43a 및 43b)를 가지고 있다. 브라인 분기 회로(63a 및 80a)는 냉각기(33a)의 입구 및 출구에 헤더(78a 및 78b)가 설치되어 있다.

냉각기(33a)의 내부에 상하 방향으로 다수의 플레이트 핀(76a)이 설치되어 있다. 열교환관(42a) 및 브라인 분기 회로(63a 또는 80a)는, 플레이트 핀(76a)에 형성된 다수의 구멍에 끼워넣어져, 플레이트 핀(76a)에 의해 지지된다. 플레이트 핀(76a)을 설치함으로써, 상기 배관의 지지 강도를 높일 수 있음과 더불어, 열교환관(42a) 및 브라인 분기 회로(63a 또는 80a) 사이의 열전달이 촉진된다.

냉동 운전시, 팬(35a)에 의해, 냉각기(33a)로 냉각된 고내 공기(c)가 냉동고(32a)의 내부에 확산되고 있다. 또한, 디프로스트시 용해수는 발생하지 않기 때문에, 케이싱(34a)의 하방에 드레인 팬은 설치되어 있지 않다. 이상의 냉각기(33a)의 구성은 냉각기(33b)도 마찬가지이다.

냉동기(11B 및 11C)에 있어서, 열교환관(42a 및 42b)의 입구관(42c) 및 출구관(42d)은 냉동고(30a 및 30b)의 외부에서 접속부(41)를 통해 CO₂ 분기 회로(40a 및 40b)에 접속된다. 브라인 분기 회로(63a, 63b 및 80a, 80b)는, 냉동고(30a 및 30b)의 외부에서 접속부(62)를 통해 브라인 분기 회로(61a 및 61b)에 접속된다.

냉동 장치(10B)에서, 냉동고(30a 및 30b)의 케이싱(34a 및 34b), 입구관(42c) 및 출구관(42d)을 포함하는 열교환관(42a 및 42b), 브라인 분기 회로(63a 및 63b), 및 바이패스관(72a 및 72b)은, 일체로 구성된 냉각 유닛(31a 및 31b)을 구성한다.

냉동 장치(10C)에서, 냉동고(30a 및 30b)의 케이싱(34a 및 34b), 입구관(42c) 및 출구관(42d)을 포함하는 열교환관(42a 및 42b), 및 브라인 분기 회로(80a 및 80b), 및 바이패스관(72a 및 72b)은, 일체로 구성된 냉각 유닛(32a 및 32b)을 구성한다.

냉각 유닛(31a, 31b 또는 32a, 32b)은, 접속부(41 및 62)를 통해 CO₂ 분기 회로(40a, 40b) 및 브라인 분기 회로(61a, 61b)와 착탈 가능하도록 접속된다.

냉동 장치(10B 및 10C)에 있어서, 냉동 운전시, 전자 개폐 밸브(74a 및 74b)는 폐쇄되고, 전자 개폐 밸브(52a 및 52b)는 개방된다. 디프로스트시, 전자 개폐 밸브(74a 및 74b)는 개방되고, 전자 개폐 밸브(52a 및 52b)는 폐쇄되어, 열교환관(42a 및 42b) 및 바이패스관(72a 및 72b)으로 이루어지는 폐회로가 형성된다.

냉동 장치(10B)에서는, 디프로스트시, 열교환관(42a 및 42b)의 하부 영역에서, CO₂ 냉매는 브라인 분기 회로(63a 및 63b)를 흐르는 브라인의 보유열로 기화한다. 기화한 CO₂ 냉매는 열교환관(42a 및 42b)의 상부 영역으로 상승하고, 상기 상부 영역에서 열교환관(42a 및 42b)의 외표면에 부착된 서리를 승화 제거한다. 서리를 승화 제습한 CO₂ 냉매는 액화되어, 중력에 의해 하강하고, 하부 영역에서 다시 기화한다. 이와 같이, 폐회로 내에서 CO₂ 냉매는 서모사이펀 작용에 의해 자연 순환한다.

냉동 장치(10C)에서는, 디프로스트시에 유량 조정 밸브(82a 및 82b)의 개도를 좁혀, 브라인(b)의 유량을 제한함으로써, 유량 조정 밸브(82a 및 82b)의 상류측 영역(하방 영역)에만 CO₂ 냉매와 브라인을 열교환시키는 열교환부를 형성할 수 있다.

그로 인해, 유량 조정 밸브(82a 및 82b)의 상류측 영역 및 하류측 영역에 상당하는 열교환관(42a 및 42b)의 영역 사이에서, 서모사이펀 작용에 의해 CO₂ 냉매가 자연 순환하여, 순환하는 CO₂ 냉매의 보유열로 서리를 승화 제거할 수 있다.

도 1~도 10에 도시하는 몇 개의 실시 형태에 의하면, 열교환관(42a 및 42b)의 외표면에 부착된 서리를 상기 열교환관 내를 흐르는 CO₂ 냉매의 열로 가열하므로, 상기 열교환관 전역에서 균일 가열이 가능하게 된다. 또, 상기 폐회로를 압력 조정함으로써, CO₂ 냉매의 응축 온도를 제어하기 때문에, 상기 폐회로를 흐르는 CO₂ 냉매 가스의 온도를 정밀도 좋게 제어할 수 있으며, 이것에 의해, 서리를 빙점 이하의 온도로 정확하게 가열할 수 있으므로, 승화 디프로스트가 가능하게 된다.

디프로스트시, 팬(35a 및 35b)의 가동에 의해 케이싱(34a 및 34b)의 내외에 유통하는 공기류를 형성함으로써, 승화를 촉진시킬 수 있다.

이렇게 하여, 열교환관(42a 및 42b)에 부착된 서리는 융해하지 않고 승화하므로, 드레인 팬 및 상기 드레인 팬에 모인 드레인의 배수 설비가 불필요하게 되어, 냉동 장치를 대폭으로 저비용화할 수 있다. 또, 열교환관(42a 및 42b)에 부착된 서리를 상기 열교환관의 관벽만을 통해 내부로부터 가열하므로, 열교환 효율을 향상시킬 수 있어 에너지 절약이 가능하게 된다.

또, CO₂ 냉매를 저압 상태로 하여 디프로스트 할 수 있으므로, CO₂ 순환로 등의 배관계 기기에 내압 강도를 부여할 필요가 없어, 고비용이 되지 않는다.

따라서, 착상이나 결로에 의한 성능 저하가 현저하기 때문에, 냉동고용 냉각기로의 적용이 어렵다고 여겨지는 마이크로 채널 열교환관의 채용도 승화 디프로스트의 실현이 가능하게 된다. 또, 냉동고 이외에도, 배치식의 동결고나 논디프로스트로 장시간의 연속 운전이 요구되는 프리저 전용의 디프로스트 방법으로서도 적용 가능하다.

도 1에 도시하는 냉동 장치(10A)에서는, 디프로스트 회로(50a 및 50b)를 설치하여 CO₂ 순환로를 형성하므로, 상기 CO₂ 순환로에 형성되는 제1 열교환부의 설치 장소의 자유도를 넓힐 수 있다.

도 2 및 도 3에 도시하는 냉동 장치(10B)에서는, 바이패스관(72a 및 72b)을 빼고 열교환관(42a 및 42b)만으로 CO₂ 순환로를 형성하므로, 새로운 관로를 설치할 필요가 없어, 고비용이 되지 않는다.

도 1~도 9에 도시하는 몇 개의 실시 형태에 의하면, CO₂ 냉매를 서모사이펀 작용으로 상기 폐회로를 자연 순환시킬 수 있으므로, 상기 폐회로에서 CO₂ 냉매를 강제 순환시키는 수단을 필요로 하지 않으며, 강제 순환시키기 위한 장비 및 동력(펌프 동력 등)이 불필요하게 되어 저비용화할 수 있다.

또, 브라인 회로(60)를 구비함으로써, 가열된 브라인을 CO₂ 냉매와 열교환시키는 열교환부의 설치 장소에 추종시켜 배치할 수 있으며, 그로 인해, 상기 열교환부의 설치 장소의 자유도를 넓힐 수 있다.

또, 도 2 및 도 3에 도시하는 실시 형태에서는, 열교환관(42a 및 42b)의 하부 영역에서 브라인과의 열교환부를 형성하고, 또한 서모사이펀 작용에 의해 CO₂ 냉매를 자연 순환시키므로, 바이패스관(72a 및 72b) 이외에 새로운 배관을 필요로 하지 않고, 또한 강제 순환시키기 위한 장비를 필요로 하지 않으므로, 냉각기(33a 및 33b)를 저비용화할 수 있다.

또, 브라인 분기 회로(63a 및 63b)를 열교환관(42a 및 42b)의 상부 영역에 배치하지 않으므로, 냉각기(33a 및 33b)의 내부에서 공기류를 형성하기 위한 팬(35a 및 35b)의 동력을 저감시킬 수 있다. 또, 상부 영역의 남은 스페이스에 열교환관(42a 및 42b)을 설치할 수 있어, 냉각기(33a 및 33b)의 냉각 능력을 높일 수 있다.

또, 도 5 및 도 6에 도시하는 실시 형태에 의하면, 브라인 분기 회로(80a 및 80b)를 열교환관(42a 및 42b)의 상하 방향 전역에 설치한 채로, 유량 조정 밸브(82a 및 82b)로 브라인 유량을 좁힘으로써, 열교환부의 형성을 열교환관(42a 및 42b)의 하부 영역에만 제한할 수 있다. 그로 인해, 기존의 냉각기에 유량 조정 밸브(82a 및 82b)를 부설하기만 하는 간단한 개조에 의해, 승화 디프로스트가 가능하게 된다.

또, 도 1~도 9에 도시하는 몇 개의 실시 형태에 의하면, 브라인 회로(60)의 입구 및 출구에 각각 설치한 온도 센서(66 및 68)의 검출값의 차로부터, 디프로스트 완료 시기를 정확하게 구할 수 있다. 이것에 의해, 냉동고 내의 과잉 가열이나 과잉 가열에 의한 수증기 확산을 방지할 수 있음과 더불어, 새로운 에너지 절약을 달성할 수 있고, 또한 고내 온도를 안정화시킬 수 있어, 냉동고에 보냉된 식품의 품질 향상을 도모할 수 있다.

또, 도 1~도 9에 도시하는 몇 개의 실시 형태에 의하면, 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 압력 조정 수단으로서 압력 조정부(45a 및 45b)를 설치함으로써, 간이하고 또한 저비용화로 정밀도 좋은 압력 조정이 가능하게 된다.

또, 도 1~도 5에 도시하는 몇 개의 실시 형태에 의하면, 열교환기(58)에 냉각수 회로(28)가 도설되고, 응축기(18)로 가열된 냉각수를 브라인을 가열하는 가열 매체로 하고 있으므로, 냉동 장치 외의 가열원이 불필요하게 된다. 또, 디프로스트시에 브라인으로 냉각수의 온도를 저하시킬 수 있으므로, 냉동 운전시의 NH₃ 냉매의 응축 온도를 내릴 수 있어, 냉동기의 COP를 향상시킬 수 있다.

또한, 열교환기(58)를 밀폐식 냉각탑(26)의 내부에 설치할 수 있으며, 이것에 의해, 디프로스트에 사용되는 장치의 설치 스페이스를 축소할 수 있다.

또, 도 9에 도시하는 실시 형태에서는, 가열 매체와 브라인의 열교환을 밀폐식 냉각탑(26)과 일체의 밀폐식 가열탑(91)에서 행하도록 했으므로, 제2 열교환부의 설치 스페이스를 축소할 수 있다. 또, 밀폐식 냉각탑(26)의 살포수를 브라인의 열원으로 함으로써, 외기로부터의 채열도 가능하게 된다. 또한, 냉동 장치(10D)가 공냉 방식인 경우는, 가열탑 단독으로 외기에 의한 냉각수의 냉각 및 외기를 열원으로 한 브라인의 가열이 가능하게 된다.

또한, 상기 구성의 냉각 유닛(31a, 31b 및 32a, 32b)을 이용함으로써, 냉동고(30a 및 30b)로의 디프로스트 장치 장착 냉각기(33a 및 33b)의 장착이 용이하게 됨과 더불어, 이들 냉각 유닛을 미리 일체로 조립해 둠으로써, 냉동고(30a 및 30b)로의 장착이 더 용이하게 된다.

도 10은, 또한 별도의 실시 형태이며, 이 실시 형태의 냉동고(30)에는 화물 처리실(100)이 인접하고 있다. 냉동고(30)의 내부에는 상기 구성의 복수의 냉각기(33)가 설치되어 있다. 예를 들어, 냉각기(33)에는, 상기 구성의 케이싱(34), 열교환관(42), 브라인 분기 회로(61, 63), 및 CO₂ 분기 회로(40) 등을 구비하고 있다.

냉동고(30) 및 화물 처리실(100)의 내부에는, 각각 예를 들어 데시칸트 제습기와 같은 제습 장치(38)가 설치되고, 제습 장치(38)에 의해, 실외로부터 외기(a)를 도입하고, 실내로부터 수증기(s)를 배출함으로써, 실내에 저온 건조 공기(d)를 공급하고 있다.

화물 처리실(100)은 예를 들어 ＋5℃로 보온되고, 화물 처리실(100)로부터 냉동고(30)에 드나드는 입구에는 전동식의 단열문(102)이 설치되어, 문 개폐시의 냉동고(30)로의 수증기 주입을 최소한으로 억제하고 있다.

예를 들어, 냉동고(30)의 온도를 -25℃로 냉각하고, 냉동고(30)의 용적을 7,500m³로 했을 때, 상대 습도 100%로 절대 습도 0.4g/kg이며, 상대 습도 25%로 절대 습도 0.1g/kg이다. 그로 인해, 이 절대 습도차에 냉동고(30)의 용적을 곱한 수치 2.25kg이 보유 가능한 수증기량이 된다. 따라서, 고내 공기의 상대 습도를 25%로 함으로써, 승화 디프로스트가 충분히 가능하다.

산업상의 이용 가능성

본 발명에 의하면, 승화 디프로스트를 실현함으로써, 냉동 장치의 디프로스트에 필요로 하는 이니셜 코스트 및 러닝 코스트의 저감과 에너지 절약을 실현할 수 있다.

10A, 10B, 10C, 10D 냉동 장치
11A, 11B, 11C, 11D 냉동기
12 일차 냉매 회로
14 이차 냉매 회로
16 압축기
16a 고단 압축기
16b 저단 압축기
18 응축기
20 NH₃ 수액기
22, 22a, 22b 팽창 밸브
24 캐스케이드 콘덴서
26 밀폐식 냉각탑
28 냉각수 회로
29, 57 냉각수 펌프
30, 30a, 30b 냉동고
31a, 31b, 32a, 32b 냉각 유닛
33, 33a, 33b 냉각기
34, 34a, 34b 케이싱
35a, 35b 팬
36 CO₂ 수액기
37 CO₂ 액 펌프
38, 38a, 38b 제습 장치
40, 40a, 40b CO₂ 분기 회로
41, 62 접속부
42, 42a, 42b 열교환관
42c 입구관
42d 출구관
43a, 43b, 78a, 78b 헤더
44 CO₂ 순환로
45a, 45b 압력 조정부
46a, 46b 압력 센서
47a, 47b 제어 장치
48a, 48b 압력 조정 밸브
50a, 50b 디프로스트 회로
52a, 52b, 74a, 74b 전자 개폐 밸브
56 냉각수 분기 회로
58 열교환기(제2 열교환부)
60 브라인 회로
61, 61a, 61b, 63, 63a, 63b, 80a, 80b 브라인 분기 회로
64 리시버
65 브라인 펌프
66 온도 센서(제1 온도 센서)
68 온도 센서(제2 온도 센서)
70 열교환기(제1 열교환부)
72a, 72b 바이패스관
76a 플레이트 핀
82a, 82b 유량 조정 밸브
84 중간 냉각기
86 중간 팽창 밸브
88a 고원 압축기
88b 저원 압축기
90 밀폐식 냉각 가열 유닛
91 밀폐식 가열탑
92 팽창 탱크
100 화물 처리실
102 단열문
a 외기
b 브라인
c 고내 공기
d 저온 건조 공기

Claims

냉동고의 내부에 설치되고, 케이싱 및 상기 케이싱의 내부에 설치된 열교환관을 가지는 냉각기와,
CO₂ 냉매를 냉각 액화하기 위한 냉동기와,
상기 열교환관에 접속되고, 상기 냉동기로 냉각 액화된 CO₂ 냉매를 상기 열교환관에 순환시키기 위한 냉매 회로를 가지는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템으로서,
상기 냉동고의 고내(庫內) 공기를 제습하기 위한 제습 장치와,
상기 열교환관의 입구로 및 출구로에 접속된 순환로 형성로에 의해 형성되고 상기 열교환관을 포함하는 CO₂ 순환로와,
상기 열교환관의 입구로 및 출구로에 설치되고, 디프로스트시에 닫아 상기 CO₂ 순환로를 폐회로로 하기 위한 개폐 밸브와,
상기 CO₂ 순환로에 설치된 CO₂ 냉매의 순환 수단과,
제1 가열 매체인 브라인과 상기 CO₂ 순환로를 순환하는 CO₂ 냉매를 열교환시키도록 구성된 제1 열교환부와,
디프로스트시에 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 응축 온도가 상기 냉동고의 고내 공기 중의 수증기의 빙점 이하의 응축 온도가 되도록, 상기 CO₂ 냉매의 압력을 조정하는 압력 조정부를 구비하며,
드레인 받이부를 설치하지 않고 디프로스트를 가능하게 한 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 순환로 형성로는, 상기 열교환관의 입구로 및 출구로로부터 분기한 디프로스트 회로이며,
상기 제1 열교환부는 상기 디프로스트 회로에 형성되는 것임을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 순환로 형성로는, 상기 열교환관의 입구로 및 출구로 사이에 설치된 바이패스로이며,
상기 제1 열교환부는 상기 열교환관의 일부 영역에 형성되는 것임을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 CO₂ 순환로는 고저차를 가지고 형성됨과 더불어, 상기 제1 열교환부는 상기 CO₂ 순환로의 하방 영역에 형성되고,
상기 순환 수단은, 디프로스트시에 상기 폐회로에서 CO₂ 냉매를 서모사이펀 작용에 의해 자연 순환시키는 것임을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 브라인을 제2 가열 매체로 가열하기 위한 제2 열교환부와,
상기 제1 열교환부 및 상기 제2 열교환부에 접속되고, 상기 제2 열교환부에서 가열된 상기 브라인을 상기 제1 열교환부에 순환시키기 위한 브라인 회로를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 열교환관은 상기 냉각기의 내부에서 고저차를 가지고 배치되고,
상기 브라인 회로는 상기 냉각기의 내부에서 상기 열교환관의 하부 영역에 배치되며,
상기 제1 열교환부는 상기 브라인 회로와 상기 열교환관의 하부 영역 사이에서 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 열교환관 및 상기 브라인 회로는 상기 냉각기의 내부에서 고저차를 가지고 배치됨과 더불어, 상기 브라인 회로에서 상기 브라인이 하방으로부터 상방으로 흐르도록 구성되고,
상기 브라인 회로의 상하 방향의 중간 부위에 유량 조정 밸브가 설치되며, 상기 유량 조정 밸브보다 상류측의 상기 브라인 회로에서 상기 제1 열교환부가 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템.
청구항 5에 있어서,
상기 브라인 회로의 입구 및 출구에 각각 설치되고, 상기 입구 및 상기 출구를 흐르는 상기 브라인의 온도를 검출하기 위한 제1 온도 센서 및 제2 온도 센서를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 조정부는,
상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 압력을 검출하기 위한 압력 센서와,
상기 열교환관의 출구로에 설치된 압력 조정 밸브와,
상기 압력 센서의 검출값이 입력되고, 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 응축 온도가 상기 냉동고의 고내 공기 중의 수증기의 빙점 이하의 응축 온도가 되도록 상기 압력 조정 밸브의 개도를 제어하기 위한 제어 장치로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉동기는,
NH₃ 냉매가 순환하고 냉동 사이클 구성 기기가 설치된 일차 냉매 회로와,
CO₂ 냉매가 순환하고, 상기 냉각기에 도설(導設)됨과 더불어, 상기 일차 냉매 회로와 캐스케이드 콘덴서를 통해 접속된 이차 냉매 회로와,
상기 이차 냉매 회로에 설치되고, 상기 캐스케이드 콘덴서로 액화된 CO₂ 냉매를 저류하기 위한 CO₂ 수액기, 및 상기 CO₂ 수액기에 저류된 CO₂ 냉매를 상기 냉각기로 보내는 액 펌프를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 냉동기는,
NH₃ 냉매가 순환하고 냉동 사이클 구성 기기가 설치된 일차 냉매 회로와,
상기 CO₂ 냉매가 순환하고, 상기 냉각기에 도설됨과 더불어, 상기 일차 냉매 회로와 캐스케이드 콘덴서를 통해 접속되며, 냉동 사이클 구성 기기가 설치된 이차 냉매 회로를 가지는 NH₃/CO₂이원 냉동기인 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 브라인을 제2 가열 매체로 가열하기 위한 제2 열교환부와,
상기 제1 열교환부 및 상기 제2 열교환부에 접속되고, 상기 제2 열교환부에서 가열된 상기 브라인을 상기 제1 열교환부에 순환시키기 위한 브라인 회로와,
상기 일차 냉매 회로에 상기 냉동 사이클 구성 기기의 일부로서 설치된 응축기에 도설된 냉각수 회로를 더 구비하며,
상기 제2 열교환부는, 상기 냉각수 회로 및 상기 브라인 회로가 도설되고, 상기 응축기로 가열된 냉각수로 상기 브라인 회로를 순환하는 브라인을 가열하기 위한 열교환기인 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템.
청구항 10에 있어서,
상기 브라인을 제2 가열 매체로 가열하기 위한 제2 열교환부와,
상기 제1 열교환부 및 상기 제2 열교환부에 접속되고, 상기 제2 열교환부에서 가열된 상기 브라인을 상기 제1 열교환부에 순환시키기 위한 브라인 회로와,
상기 일차 냉매 회로에 상기 냉동 사이클 구성 기기의 일부로서 설치된 응축기에 도설된 냉각수 회로와,
상기 냉각수 회로를 순환하는 냉각수를 살포수와 열교환시켜 냉각하기 위한 냉각탑을 더 구비하며,
상기 제2 열교환부는, 상기 냉각탑과 일체로 설치되고, 상기 살포수가 도입되어 상기 살포수와 상기 브라인 회로를 순환하는 상기 브라인을 열교환하기 위한 가열탑으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 기재된 냉동 장치의 승화 디프로스트 시스템을 이용한 승화 디프로스트 방법으로서,
상기 제습 장치에 의해 상기 냉동고의 고내 공기를 포화 수증기 분압이 되지 않도록 제습하는 제1 공정과,
디프로스트시에 상기 개폐 밸브를 닫아 상기 폐회로를 형성하는 제2 공정과,
상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매가 상기 냉동고의 고내 공기 중의 수증기의 빙점 이하의 응축 온도가 되도록 상기 CO₂ 냉매를 압력 조정하는 제3 공정과,
가열 매체로서의 상기 브라인과 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매를 열교환시켜 상기 CO₂ 냉매를 기화시키는 제4 공정과,
상기 제4 공정에서 기화한 상기 CO₂ 냉매를 상기 폐회로를 순환시켜, 상기 열교환관의 외표면에 부착된 서리를 상기 CO₂ 냉매의 열로 승화 제거하는 제5 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 제4 공정은, 고저차를 가지고 형성된 상기 폐회로의 하부 영역에서, 상기 브라인과 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매를 열교환시키는 것이며,
상기 제5 공정은, 상기 폐회로에서 상기 CO₂ 냉매를 서모사이펀 작용에 의해 자연 순환시키는 것임을 특징으로 하는 냉동 장치의 승화 디프로스트 방법.