KR101790462B1

KR101790462B1 - 냉동 장치의 디프로스트 시스템 및 냉각 유닛

Info

Publication number: KR101790462B1
Application number: KR1020167019012A
Authority: KR
Inventors: 초이쿠 요시카와; 도시오 구츠나; 무가비 넬슨; 다이키 가야시마
Original assignee: 가부시끼가이샤 마에가와 세이사꾸쇼
Priority date: 2013-12-17
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2017-10-25
Also published as: BR112015017791A2; CN105283719B; CN105473960A; KR20160099659A; EP2940410B1; CN107421181A; KR20160096708A; JPWO2015093233A1; JP6046821B2; CN105473960B; CN105283720B; KR20160099653A; MX2015011266A; EP2940408B1; BR112015017789A2; KR101823809B1; EP2940408A4; MX369577B; MX2015011265A; US10302343B2

Abstract

냉동고의 내부에 설치되고, 케이싱의 내부에 고저차를 갖고 배치된 열교환관, 및 상기 열교환관의 하방에 설치된 드레인 받이부를 갖는 냉각기와, CO₂ 냉매를 냉각 액화하기 위한 냉동기와, 상기 냉동기에서 냉각 액화한 CO₂ 냉매를 상기 열교환관에 순환시키는 냉매 회로와, 상기 열교환관의 입구로와 출구관 사이에 접속되고, 상기 열교환관을 포함하는 CO₂ 순환로를 형성하기 위한 바이패스관과, 상기 열교환관의 입구로 및 출구로에 설치되고, 디프로스트시에 닫아 상기 CO₂ 순환로를 폐회로로 하기 위한 개폐 밸브와, 디프로스트시에 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매를 압력 조정하기 위한 압력 조정부와, 상기 냉각기의 내부에서 상기 열교환관의 하부 영역에 인접 배치되고, 상기 열교환관의 하부 영역에 상기 브라인으로 상기 열교환관을 순환하는 CO₂ 냉매를 가열하는 제1 열교환부를 형성하는 제1 도설로를 포함하는 브라인 회로를 구비하고, 디프로스트시에 상기 폐회로로 CO₂ 냉매를 서모사이펀 작용에 의해 자연 순환시킨다.

Description

냉동 장치의 디프로스트 시스템 및 냉각 유닛{DEFROST SYSTEM FOR REFRIGERATION DEVICE AND COOLING UNIT}

본 개시는, 냉동고 내에 설치된 냉각기에 CO₂ 냉매를 순환시켜 냉동고 내를 냉각하는 냉동 장치에 적용되며, 상기 냉각기에 설치된 열교환관에 부착된 서리를 제거하기 위한 디프로스트 시스템, 및 상기 디프로스트 시스템에 적용 가능한 냉각 유닛에 관한 것이다.

오존층 파괴 방지나 온난화 방지 등의 관점으로부터, 실내 공조나 식품 등의 냉동에 이용하는 냉동 장치의 냉매로서, NH₃나 CO₂ 등의 자연 냉매가 재검토되고 있다. 그래서, 냉각 성능은 높지만 독성이 있는 NH₃를 1차 냉매로 하고, 무독 및 무취의 CO₂를 2차 냉매로 한 냉동 장치가 널리 이용되고 있다.

상기 냉동 장치는, 1차 냉매 회로와 2차 냉매 회로를 캐스케이드 콘덴서로 접속하고, 상기 캐스케이드 콘덴서로 NH₃ 냉매와 CO₂ 냉매의 열의 주고 받음을 행한다. NH₃ 냉매에 의해서 냉각되어 액화한 CO₂ 냉매는 냉동고의 내부에 설치된 냉각기로 보내진다. 냉각기에 설치된 전열관을 통해 냉동고 내의 공기를 냉각한다. 여기서 일부가 기화한 CO₂ 냉매는, 2차 냉매 회로를 통해 캐스케이드 콘덴서로 되돌아와, 캐스케이드 콘덴서에서 재냉각되어 액화한다.

냉동 장치의 운전중, 냉각기에 설치된 열교환관에는 서리가 부착되어, 열전달 효율이 저하되므로, 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 만들어내는 것이며, 전기 히터에 의한 가열은 귀중한 전력을 소비한다는 점에서 에너지 절약에 반하고 있다. 특히, 살수에 의한 디프로스트는, 대용량의 수조와 대구경의 급수 배관 및 배수 배관이 필요하게 되므로, 플랜트 시공 비용의 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 열교환기에서 생성되는 CO₂ 핫가스를 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 독립적으로 가열용 튜브를 설치하고, 디프로스트 운전시에 상기 가열용 튜브에 온수나 온(溫)브라인을 흐르게 하여 상기 냉각용 튜브에 부착된 서리를 용해, 제거하는 수단이 개시되어 있다.

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

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

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

특허 문헌 3에 개시된 디프로스트 수단은, 냉각용 튜브를 외측으로부터 플레이트핀 등을 통해 가열하기 때문에, 열 전달 효율은 높아지지 않는다는 문제가 있다.

또, NH₃ 냉매가 순환하고, 냉동 사이클 구성 기기를 갖는 1차 냉매 회로와, CO₂ 냉매가 순환하고, 상기 1차 냉매 회로와 캐스케이드 콘덴서를 통해 접속됨과 더불어, 냉동 사이클 구성 기기를 갖는 2차 냉매 회로로 이루어지는 이원 냉동기에서는, 2차 냉매 회로에 고온 고압의 CO₂ 가스가 존재한다. 그 때문에, CO₂ 핫 가스를 냉각기의 열교환관에 순환시키는 디프로스트가 가능하게 된다. 그러나, 전환 밸브나 분기 배관 등을 설치하는 것에 따른 장치의 복잡화 및 고비용화나, 고원/저원의 히트 밸런스에 기인하는 제어계의 불안정화가 과제로 되고 있다.

본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것이며, CO₂ 냉매를 이용한 냉동 장치에 있어서, 냉동고 등의 냉각 공간에 설치된 냉각기의 디프로스트에 필요로 하는 이니셜 코스트 및 러닝 코스트의 저감과 에너지 절약을 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 디프로스트 시스템은,

(1) 냉동고의 내부에 설치되고, 케이싱, 상기 케이싱의 내부에 고저차를 갖고 배치된 열교환관, 및 상기 열교환관의 하방에 설치된 드레인 받이부를 갖는 냉각기와,

CO₂ 냉매를 냉각 액화하도록 구성된 냉동기와,

상기 냉동기로 냉각 액화한 CO₂ 냉매를 상기 열교환관에 순환시키기 위한 냉매 회로를 갖는 냉동 장치의 디프로스트 시스템으로서,

상기 열교환관의 입구로와 출구로 사이에 접속되고, 상기 열교환관을 포함하는 CO₂ 순환로를 형성하기 위한 바이패스관과,

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

디프로스트시에 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매를 압력 조정하기 위한 압력 조정부와,

제1 가열 매체인 브라인이 순환하고, 상기 냉각기의 내부에서 상기 열교환관에 인접 배치되고, 상기 열교환관의 하부 영역에 상기 브라인으로 상기 열교환관을 순환하는 CO₂ 냉매를 가열하는 제1 열교환부를 형성하는 제1 도설(導設)로를 포함하는 브라인 회로를 구비하고,

디프로스트시에 상기 폐회로에서 CO₂ 냉매를 서모사이펀 작용에 의해 자연 순환시키도록 하고 있다.

상기 구성 (1)에 있어서, 디프로스트시에 상기 개폐 밸브을 닫음으로써, 상기 폐회로가 형성되고, 상기 폐회로는 상기 바이패스로를 제외하고 상기 냉각기의 내부에 설치된 상기 열교환관으로 구성된다. 상기 폐회로 내의 CO₂ 냉매는, 상기 압력 조정부에 의해서 냉동고의 고내(庫內) 공기에 존재하는 수증기의 빙점(예를 들면 0℃)보다 고온의 응축 온도가 되도록 압력 조정됨과 더불어, 상기 열교환관의 하부 영역에 형성된 제1 열교환부에서 브라인에 의해서 가열되어 기화한다. 기화한 CO₂ 냉매는, 냉동고의 고내 공기에 존재하는 수증기의 빙점보다 고온이 된다. 또, 기화한 CO₂ 냉매의 보유열로 열교환관의 하부 영역의 서리가 융해된다.

폐회로 내에서 기화한 CO₂ 냉매 가스는, 서모사이펀 작용에 의해 폐회로를 상승하고, 폐회로의 상부 영역에 있어서 열교환관의 외표면에 부착된 서리를 그 응축 잠열로 융해한다. 폐회로의 상부 영역에서 CO₂ 냉매는 서리에 열을 방출하여 액화하고, 액화한 CO₂ 냉매액은 중력으로 폐회로를 상기 제1 열교환부까지 하강한다. 제1 열교환부까지 하강한 CO₂ 냉매액은 브라인으로 가열되어 기화하여 상승한다.

이와 같이, 폐회로 내의 CO₂ 냉매는 서모사이펀 작용에 의해서 자연 순환하면서 열교환관의 외표면에 부착된 서리를 융해한다.

여기서, 「냉동고」란 냉장고 그 외 냉각 공간을 형성하는 것을 모두 포함하는 것이며, 드레인 받이부란, 드레인 팬을 포함해, 드레인을 받아 저류 가능한 기능을 갖는 것 전부를 포함하고 있다.

또, 상기 열교환관의 입구로 및 출구로란, 상기 냉각기의 케이싱의 격벽 부근에서부터 상기 케이싱의 외측이며 상기 냉동고의 내부에 설치되는 열교환관의 범위를 말한다.

종래의 디프로스트 방식은, 특허 문헌 3에 개시되어 있는 바와 같이, 플레이트핀 등을 통한 외부로부터의 열전도에 의해 브라인의 보유열을 열교환관(외표면)에 전달하고 있기 때문에, 열 전달 효율이 높아지지 않는다.

이에 대해, 상기 구성 (1)에 의하면, 고내 공기 중의 수증기의 빙점을 초과한 응축 온도를 갖는 CO₂ 냉매의 응축 잠열을 이용해, 열교환관의 내부에서부터 관벽을 통해 열교환관의 외표면에 부착된 서리를 제거하므로, 서리로의 열 전달량을 증가시킬할 수 있다.

또, 종래의 디프로스트 방식으로는, 디프로스트의 초기에 투입된 열량이 냉각기 내 전역의 CO₂ 냉매액의 증발에 소비되므로 열효율이 저하된다. 이에 대해, 상기 구성 (1)에 의하면, 디프로스트시에 형성되는 폐회로는 다른 부위와의 열의 주고받음이 차단되기 때문에, 폐회로 내의 열에너지가 외부로 방산되지 않고, 에너지 절약 가능한 디프로스트를 실현할 수 있다.

또, 열교환관 및 바이패스로로 형성되는 폐회로에서, 서모사이펀 작용을 이용하여 CO₂ 냉매를 자연 순환시키도록 하고 있으므로, 폐회로의 전 영역에서 열교환관에 부착된 서리를 융해할 수 있음과 더불어, CO₂ 냉매를 순환시키는 펌프 동력이 불필요해져, 한층의 에너지 절약이 가능하게 된다.

디프로스트 운전시의 CO₂ 냉매의 온도를 고내 수증기의 빙점에 가까운 온도 로 유지할수록, 연무의 발생을 억제할 수 있음과 더불어, CO₂ 냉매의 압력을 저감할 수 있다. 그 때문에, 상기 폐회로를 구성하는 배관 및 밸브류를 저압 사양으로 할 수 있어, 한층의 저비용화가 가능하게 된다.

또, 상기 제1 도설로를 열교환관의 상부 영역에 설치하지 않기 때문에, 냉각기의 내부에서 공기류를 형성하기 위한 팬의 동력을 저감할 수 있다. 또, 상부 영역의 나머지 스페이스에 열교환관을 여분으로 설치함으로써, 냉각기의 냉각 능력을 높일 수 있다.

또한, 브라인의 가열원으로서, 예를 들면, 냉동기를 구성하는 압축기로부터 토출된 고온 고압의 냉매 가스, 공장의 온배수, 보일러로부터 발해지는 열 또는 오일 쿨러의 보유열을 흡수한 매체 등, 임의의 가열 매체를 이용할 수 있다.

이에 의해서, 공장의 잉여 배열을 브라인을 가열하는 열원으로서 이용할 수 있다.

몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (1)에 있어서,

(2) 상기 제1 도설로는 상기 냉각기의 내부에서 상기 열교환관의 하부 영역에만 설치되고,

상기 냉각기의 내부에 도설된 상기 제1 도설로의 전역에서 상기 제1 열교환부를 형성하도록 하고 있다.

상기 구성 (2)에 의하면, 상기 열교환관의 하부 영역에만 설치되는 제1 도설로에서 제1 열교환부를 형성하기 때문에, 냉각기의 내부에서 팬 등에 의해서 형성되는 공기류의 압력 손실을 저감할 수 있다. 그 때문에, 팬 등의 공기류 형성 장치의 동력을 저감할 수 있다.

또, 열교환관의 상부 영역에서는 제1 도설로를 설치하지 않는 분 열교환관을 여분으로 설치할 수 있어, 냉각기의 냉각 능력을 높일 수 있다.

몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (1)에 있어서,

(3) 상기 제1 도설로는 상기 냉각기의 내부에서 고저차를 갖고 배치되고, 또한 상기 브라인이 하방으로부터 상방으로 흐르도록 구성되고,

상기 제1 도설로의 상하 방향 중간 위치에 유량 조정 밸브가 설치되고, 상기 유량 조정 밸브보다 상류측의 상기 제1 도설로에서 상기 제1 열교환부가 형성된다.

상기 구성 (3)에 의하면, 상기 유량 조정 밸브로 브라인의 유량을 줄여, 상기 제1 도설로의 상부 영역에 유입되는 브라인의 유량을 제한함으로써, 상기 제1 열교환부의 형성을 상기 열교환관의 하부 영역으로만 제한할 수 있다.

그 때문에, 특허 문헌 3에 개시된 냉각기와 같이, 온브라인 등이 순환하는 가열 튜브가 열교환관의 상하 방향 전역에 설치된 기존의 냉각기여도, 열교환관에 유량 조정 밸브를 부설하기만 한 간단한 개조에 의해서, 상기 폐회로에서 CO₂ 냉매를 서모사이펀 작용에 의해서 자연 순환시키도록 한 에너지 절약 및 저비용의 디프로스트가 가능하게 된다.

몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (1)~(3) 중 어느 하나에 있어서,

(4) 상기 압력 조정부는, 상기 열교환관의 출구로에 설치된 압력 조정 밸브이다.

상기 구성 (4)에 의하면, 상기 압력 조정부를 간이 또한 저비용화할 수 있다. 상기 폐회로의 CO₂ 냉매가 설정 압력을 초과했을 때, CO₂ 냉매의 일부는 상기 압력 조정 밸브를 통과해 냉매 회로로 되돌아오고, 폐회로는 설정 압력을 유지한다.

(5) 몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (1)~(3) 중 어느 하나에 있어서,

상기 압력 조정부는, 상기 제1 열교환부에 유입되는 상기 브라인의 온도를 조정하여 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 압력을 조정하는 것이다.

상기 구성 (4)에서는, 상기 브라인으로 폐회로 내의 CO₂ 냉매를 가열함으로써, 폐회로 내의 CO₂ 냉매의 압력을 높인다.

상기 구성 (4)에 의하면, 냉각기마다 압력 조정부를 설치할 필요가 없고, 1개의 압력 조정부이면 되므로 저비용화할 수 있음과 더불어, 상기 폐회로의 압력 조정을 냉동고의 외부로부터 행할 수 있어, 폐회로의 압력 조정이 용이해진다.

몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (1)~(5) 중 어느 하나에 있어서,

(6) 상기 브라인 회로는 상기 드레인 받이부에 도설된 제2 도설로를 포함하고 있다.

상기 구성 (6)에 의하면, 상기 제2 도설로를 드레인 받이부에 도설함으로써, 디프로스트시에 드레인 받이부에 부착된 서리를 브라인의 열로 제거할 수 있다. 그 때문에, 드레인 팬에 제상용 가열기를 따로 부설할 필요가 없어 저비용화할 수 있다.

몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (6)에 있어서,

(7) 상기 제1 도설로와 상기 제2 도설로를 병렬 또는 직렬로 접속 가능하게하기 위한 유로 전환부를 더 구비하고 있다.

상기 구성 (6)에 의하면, 상기 제1 도설로와 상기 제2 도설로를 직렬로 접속 하면, 이들을 흐르는 브라인의 유량을 증가시킬 수 있으므로, 보유열의 이용률을 향상시킬 수 있다. 또, 제1 도설로와 제2 도설로를 병렬로 접속하면, 이들을 흐르는 브라인의 유량 및 온도의 설정 가능한 범위를 확대할 수 있다.

몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (1)~(7)의 어느 하나에 있어서,

(8) 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 검출치의 차가 작아졌을 때에는 디프로스트가 거의 완료된 것을 나타내고 있다. 서리에 대한 가열 방식이 브라인에 의한 현열 가열이므로, CO₂ 냉매에 의한 잠열 가열과 달리, 상기 검출치의 차를 구함으로써, 디프로스트 운전 종료의 타이밍을 정확하게 판정할 수 있다.

그 때문에, 냉동고 내의 과잉의 가열이나 과잉의 가열에 의한 수증기 확산을 방지할 수 있으므로, 한층의 에너지 절약을 달성할 수 있음과 더불어, 고내 온도를 안정화할 수 있어, 냉동고에 보냉된 식품의 품질 향상을 실현할 수 있다.

몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (1)에 있어서,

(9) 상기 냉동기는,

NH₃ 냉매가 순환하고 냉동 사이클 구성 기기가 설치된 1차 냉매 회로와,

CO₂ 냉매가 순환하고, 상기 냉각기에 도설됨과 더불어, 상기 1차 냉매 회로와 캐스케이드 콘덴서를 통해 접속된 2차 냉매 회로와,

상기 2차 냉매 회로에 설치되고, 상기 캐스케이드 콘덴서에서 액화한 CO₂ 냉매를 저류하기 위한 CO₂ 수액기, 및 상기 CO₂ 수액기에 저류된 CO₂ 냉매를 상기 냉각기에 보내는 CO₂ 액 펌프를 갖고 있다.

상기 구성 (9)에 의하면, NH₃ 및 CO₂의 자연 냉매를 이용한 냉동기이므로, 오존층 파괴 방지나 온난화 방지 등에 기여할 수 있다. 또, 냉각 성능은 높지만 독성이 있는 NH₃를 1차 냉매로 하고, 무독 또한 무취의 CO₂를 2차 냉매로 하고 있으므로, 실내의 공조나 식품 등의 냉동에 이용할 수 있다.

몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (1)에 있어서,

(10) 상기 냉동기는,

상기 CO₂ 냉매가 순환하고, 상기 냉각기에 도설됨과 더불어, 상기 1차 냉매 회로와 캐스케이드 콘덴서를 통해 접속되고, 냉동 사이클 구성 기기가 설치된 2차 냉매 회로를 갖는 NH₃/CO₂ 이원 냉동기이다.

상기 구성 (10)에 의하면, 자연 냉매를 이용함으로써, 오존층 파괴 방지나 온난화 방지 등에 기여할 수 있음과 더불어, 이원 냉동기이므로, 냉동기의 냉각 능력을 증대시킬 수 있고, 또한 COP(성적 계수)를 향상시킬 수 있다.

몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (9) 또는 (10)에 있어서,

(11) 상기 1차 냉매 회로에 상기 냉동 사이클 구성 기기의 일부로서 설치된 응축기에 도설된 냉각수 회로를 더 구비하고,

상기 제2 가열 매체는 상기 냉각수 회로를 순환해 상기 응축기에서 가열된 냉각수이며,

상기 제2 열교환부는,

상기 냉각수 회로 및 상기 브라인 회로가 도설되고, 상기 냉각수 회로를 순환해 상기 응축기에서 가열된 냉각수와 상기 브라인 회로를 순환하는 브라인을 열교환하기 위한 열교환기로 구성되어 있다.

상기 구성 (11)에 의하면, 응축기에서 가열된 냉각수로 브라인을 가열할 수 있으므로, 냉동 장치 외의 가열원이 불필요해진다.

또, 디프로스트시에 상기 브라인으로 냉각수의 온도를 저하시킬 수 있으므로, 냉동 운전시의 NH₃ 냉매의 응축 온도를 낮춰, 냉동기의 COP를 향상시킬 수 있다.

또한, 상기 냉각수 회로가 응축기와 냉각탑 사이에 설치되는 예시적인 실시형태에서는, 상기 제2 열교환부를 냉각탑 내에 설치할 수도 있어, 이에 의해서, 디프로스트에 사용되는 장치의 설치 스페이스를 축소할 수 있다.

몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (9) 또는 (10)에 있어서,

(12) 상기 1차 냉매 회로에 상기 냉동 사이클 구성 기기의 일부로서 설치된 응축기에 도설된 냉각수 회로를 더 구비하고,

상기 제2 열교환부는,

상기 냉각수 회로를 순환하는 냉각수를 살포수와 열교환시켜 냉각하기 위한 냉각탑과,

상기 살포수를 도입하고 상기 살포수와 상기 브라인 회로를 순환하는 브라인을 열교환하기 위한 가열탑으로 구성되어 있다.

상기 구성 (12)에 의하면, 가열탑을 냉각탑과 일체로 함으로써, 제1의 열교환부의 설치 스페이스를 축소할 수 있다.

본 발명의 적어도 일 실시형태에 따른 냉각 유닛은,

(13) 케이싱, 상기 케이싱의 내부에 상하 방향으로 고저차를 갖고 배치된 열교환관, 및 상기 열교환관의 하방에 설치된 드레인 팬을 갖는 냉각기와,

상기 열교환관의 입구로와 출구관 사이에 접속되고, 상기 열교환관을 포함하는 CO₂ 순환로를 형성하기 위한 바이패스관과,

디프로스트시에 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매를 압력 조정하기 위한 압력 조정 밸브와,

제1 가열 매체인 브라인이 순환하고, 상기 냉각기의 내부에서 상기 열교환관의 하부 영역에 인접 배치되고, 상기 열교환관의 하부 영역에 상기 브라인으로 상기 열교환관을 순환하는 CO₂ 냉매를 가열하는 제1 열교환부를 형성하는 제1 도설로, 및 상기 드레인 팬에 도설된 제2 도설로를 포함하는 브라인 회로와,

상기 제1 도설로와 상기 제2 도설로를 병렬 또는 직렬로 접속 가능하게 하기 위한 유로 전환부를 구비하고 있다.

상기 구성 (13)을 구비한 냉각 유닛을 이용함으로써, 냉동고로의 디프로스트 장치를 갖는 냉각기의 부착이 용이하게 됨과 더불어, 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 증발 잠열을 이용한 에너지 절약 또한 저비용의 디프로스트가 가능해진다.

또, 이 냉각 유닛의 각 부품을 일체로 조립해둠으로써, 또한 냉동고로의 부착이 용이해진다.

몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (13)에 있어서,

(14) 상기 제1 도설로는 상기 열교환관의 하부 영역에만 설치되고,

상기 구성 (14)에 의하면, 제1 도설로를 열교환관의 하부 영역에만 설치함으로써, 냉각기의 내부에 공기류를 형성하기 위한 팬 등의 공기류 형성 장치의 동력을 저감할 수 있는 간소한 구성의 냉각 유닛으로 할 수 있다.

몇 가지 실시형태에서는, 상기 구성 (13)에 있어서,

(15) 상기 제1 도설로는 상기 냉각기의 내부에서 고저차를 갖고 배치되고, 또한 상기 브라인이 하방으로부터 상방으로 흐르도록 구성되고,

상기 제1 도설로의 상하 방향 중간 위치에 유량 조정 밸브가 설치되어 있다.

상기 구성 (15)에 있어서, 디프로스트 운전시에 상기 유량 조정 밸브의 개도를 좁힘으로써, 열교환관의 하부 영역에 상기 제2의 열교환부를 형성할 수 있다.

상기 구성 (15)에 의하면, 열교환관의 거의 전역에 제1 도설로를 설치한 기존의 디프로스트 장치를 갖는 냉각기를 간단하게 개조하는 것만으로, 에너지 절약 또한 저비용의 디프로스트가 가능한 디프로스트 장치를 갖는 냉각 유닛을 실현할 수 있다.

또한, 상기 구성 (13)~(15) 중 어느 하나에 있어서, 상기 드레인 팬에 보조 가열용 전기 히터를 더 부설할 수 있다.

이에 의해서, 드레인 팬에 낙하한 용해수의 재동결 억제 효과를 향상시킬 수 있음과 더불어, 드레인 팬에 도설된 상기 제2 도설로를 흐르는 브라인의 보조적으로 가열할 수 있는 디프로스트 장치를 갖는 냉각기의 조립이 용이하게 된다.

본 발명의 적어도 일 실시형태에 의하면, 냉각기에 설치된 열교환관을 내부에서부터 CO₂ 냉매로 디프로스트함으로써, 냉동 장치의 디프로스트에 필요로 하는 이니셜 코스트 및 러닝 코스트의 절감과 에너지 절약을 실현할 수 있다.

도 1은 일 실시형태에 따른 냉동 장치의 전체 구성도이다.
도 2는 일 실시형태에 따른 냉동 장치의 냉각기의 단면도이다.
도 3은 일 실시형태에 따른 냉동 장치의 냉각기의 단면도이다.
도 4는 일 실시형태에 따른 냉동 장치의 전체 구성도이다.
도 5는 일 실시형태에 따른 냉동 장치의 냉각기의 단면도이다.
도 6은 일 실시형태에 따른 냉동 장치의 전체 구성도이다.
도 7은 일 실시형태에 따른 냉동 장치의 전체 구성도이다.
도 8은 일 실시형태에 따른 냉동기의 계통도이다.
도 9는 일 실시형태에 따른 냉동기의 계통도이다.
도 10은 일 실시형태에 따른 냉동 장치의 실험 결과를 나타내는 선도이다.
도 11은 일 실시형태에 따른 냉동 장치의 실험 결과를 나타내는 선도이다.
도 12는 일 실시형태에 따른 냉동 장치의 실험 결과를 나타내는 선도이다.
도 13은 일 실시형태에 따른 냉동 장치의 실험 결과를 나타내는 선도이다.
도 14는 일 실시형태에 따른 냉동 장치의 실험 결과를 나타내는 선도이다.

이하, 본 발명을 도면에 나타낸 실시형태를 이용하여 상세하게 설명한다. 단, 이 실시형태에 기재되어 있는 구성 부품의 치수, 재질, 형상, 그 상대 배치 등은 특별히 특정적인 기재가 없는 한, 이 발명의 범위를 그것으로만 한정하는 취지는 아니다.

예를 들면, 「어느 한 방향으로」, 「어느 한 방향을 따라서」, 「평행」, 「직교」, 「중심」, 「동심」 혹은 「동축」 등의 상대적 혹은 절대적인 배치를 나타내는 표현은, 엄밀하게 그러한 배치를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일한 기능을 얻을 수 있을 정도의 각도나 거리를 갖고 상대적으로 변위하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.

예를 들면, 「동일」, 「같다」 및 「균질」 등의 사물이 같은 상태인 것을 나타내는 표현은, 엄밀하게 같은 상태를 나타낼 뿐만 아니라, 공차, 혹은, 동일한 기능을 얻을 수 있을 정도의 차가 존재하고 있는 상태도 나타내는 것으로 한다.

예를 들면, 사각형상이나 원통형상 등의 형상을 나타내는 표현은, 기하학적으로 엄밀한 의미에서의 사각형상이나 원통형상 등의 형상을 나타낼 뿐만 아니라, 동일한 효과를 얻을 수 있는 범위에서, 요철부나 면취부 등을 포함하는 형상도 나타내는 것으로 한다.

한편, 하나의 구성 요소를 「갖추다」, 「갖고 있다」, 「구비하다」, 「포함하다」, 또는 「가지다」라는 표현은, 다른 구성 요소의 존재를 제외하는 배타적인 표현은 아니다.

도 1~도 7은, 본 발명의 몇 가지 실시형태에 따른 냉동 장치(10A~10D)의 디프로스트 시스템을 나타내고 있다. 도 1 및 도 2는 냉동 장치(10A)를 나타내고, 도 4 및 도 5는 냉동 장치(10B)를 나타내고, 도 6은 냉동 장치(10C)를 나타내고, 도 7은 냉동 장치(10D)를 나타내고 있다.

냉동 장치(10A~10D)는, 냉동고(30a 및 30b)의 내부에 각각 설치되는 냉각기(33a 및 33b)와, CO₂ 냉매를 냉각 액화하는 냉동기(11A 및 11B)와, 상기 냉동기로 냉각 액화한 CO₂ 냉매를 냉각기(33a 및 33b)에 순환시키는 냉매 회로(2차 냉매 회로(14)가 상당)를 구비하고 있다. 냉각기(33a 및 33b)는 케이싱(34a 및 34b)과, 상기 케이싱의 내부에 상하 방향으로 고저차를 갖고 설치된 열교환관(42a 및 42b)과, 열교환관(42a 및 42b)의 하방에 설치된 드레인 팬(50a 및 50b)을 갖고 있다.

도 2, 도 3 및 도 5에 나타내는 바와 같이, 냉각기(33a 및 33b)의 예시적인 구성에서는, 케이싱(34a)에 통풍용 개구가 형성되고, 상기 개구에 팬(35a)이 설치되어 있다. 팬(35a)의 가동에 의해 케이싱(34a)의 내외에 유통하는 고내 공기(c)의 공기류가 형성된다. 열교환관(42a)은, 예를 들면, 수평 방향 및 상하 방향으로 갈깃자 형상으로 배치된다. 열교환관(42a)의 입구관(42c) 및 출구관(42d)에는 헤더(43a 및 43b)가 설치되어 있다.

여기서, 「입구관(42c)」 및 「출구관(42d)」은, 냉각기(33a 및 33b)의 케이싱(34a 및 34b)의 격벽 부근으로부터 상기 케이싱의 외측이며, 냉동고(30a 및 30b)의 내부에 설치되는 열교환관(42a 및 42b)의 범위를 말한다.

또한, 도 2 및 도 5에 나타내는 냉각기(33a)는, 통풍용 개구가 케이싱(34a)의 상면 및 측면(도시하지 않음)에 형성되고, 고내 공기(c)는 상기 측면으로부터 유입되어, 상기 상면으로부터 유출된다.

도 3에 나타내는 냉각기(34a)는, 통풍용 개구가 양측의 측면에 형성되고, 고내 공기(c)는 상기 양측면으로부터 출입한다.

냉동 장치(10A~10C)를 구성하는 냉동기(11A) 및 냉동 장치(10D)를 구성하는 냉동기(11B)는, NH₃ 냉매가 순환하고, 냉동 사이클 구성 기기가 설치된 1차 냉매 회로(12)와, CO₂ 냉매가 순환하고, 냉각기(33a 및 33b)까지 연장 설치되는 2차 냉매 회로(14)를 갖고 있다. 2차 냉매 회로(14)는 1차 냉매 회로(12)와 캐스케이드 콘덴서(24)를 통해 접속된다.

1차 냉매 회로(12)에 설치된 냉동 사이클 구성 기기는, 압축기(16), 응축기(18), NH₃수액기(20), 팽창 밸브(22) 및 캐스케이드 콘덴서(24)로 이루어진다.

2차 냉매 회로(14)에는, 캐스케이드 콘덴서(24)에서 액화한 CO₂ 냉매액이 일시 저류되는 CO₂ 수액기(36)와, CO₂ 수액기(36)에 저류된 CO₂ 냉매액을 열교환관(42a 및 42b)에 순환시키는 CO₂ 액 펌프(38)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)에서 NH₃ 냉매에 의해서 냉각되어 액화하여 CO₂ 수액기(36)로 되돌아온다.

냉동기(11A 및 11B)는, NH₃ 및 CO₂의 자연 냉매를 이용하고 있으므로, 오존층 파괴 방지나 온난화 방지 등에 기여할 수 있다. 또, 냉각 성능은 높지만 독성이 있는 NH₃를 1차 냉매로 하고, 독성이 없는 CO₂를 2차 냉매로 하고 있으므로, 실내의 공조나 식품 등의 냉동에 이용할 수 있다.

냉동 장치(10A~10D)에 있어서, 2차 냉매 회로(14)는, 냉동고(30a 및 30b)의 외부에서 CO₂ 분기 회로(40a 및 40b)로 분기하고, CO₂ 분기 회로(40a 및 40b)는, 케이싱(34a 및 34b)의 외측에 도설된 열교환관(42a 및 42b)의 입구관(42c) 및 출구관(42d)에, 접속부(41)를 통해 접속되어 있다.

냉동고(30a 및 30b)의 내부에서 입구관(42c) 및 출구관(42d)에 전자 개폐 밸브(54a 및 54b)가 설치되고, 전자 개폐 밸브(54a 및 54b)와 냉각기(33a 및 33b) 사이의 입구관(42c) 및 출구관(42d)에 바이패스관(52a 및 52b)이 접속되어 있다. 바이패스관(52a 및 52b)에는 전자 개폐 밸브(53a 및 53b)가 설치되어 있다. 열교환관(42a, 42b) 및 바이패스관(52a, 52b)에 의해서 CO₂ 순환로가 형성되고, 디프로스트시에 전자 개폐 밸브(54a 및 54b)를 닫아, 전자 개폐 밸브(53a 및 53b)를 엶으로써, 상기 CO₂ 순환로는 폐회로가 된다.

디프로스트시에 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 압력을 조정하는 압력 조정부가 설치된다.

냉동 장치(10A, 10B 및 10D)에 있어서, 압력 조정부(45a 및 45b)는, 열교환관(42a 및 42b)의 출구관(42d)에 전자 개폐 밸브(54a 및 54b)와 병렬로 설치된 압력 조정 밸브(48a 및 48b)와, 압력 조정 밸브(48a 및 48b)의 상류측의 출구관(42d)에 설치된 압력 센서(46a 및 46b)와, 압력 센서(46a 및 46b)의 검출치가 입력되는 제어 장치(47a 및 47b)로 구성되어 있다.

냉동 운전시, 전자 개폐 밸브(54a 및 54b)는 열고, 전자 개폐 밸브(53a 및 53b)는 닫도록 제어되고, 디프로스트시, 전자 개폐 밸브(54a 및 54b)는 닫고, 전자 개폐 밸브(53a 및 53b)는 열도록 제어된다.

제어 장치(47a 및 47b)는 압력 조정 밸브(48a 및 48b)의 개도를 제어하여 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 압력을 제어한다. 즉, CO₂ 냉매의 응축 온도가 고내 공기(c)에 포함되는 수증기의 빙점(예를 들면 0℃)보다 높아지도록 CO₂ 냉매의 압력을 제어한다. 폐회로 내의 CO₂ 냉매가 설정 압력을 초과했을 때, CO₂ 냉매의 일부는 압력 조정 밸브(48a 및 48b)를 통해 2차 냉매 회로(14)로 되돌려지고, 폐회로는 설정 압력을 유지한다.

냉동 장치(10C)에서는, 상기 압력 조정부는 압력 조정부(71)로 구성된다. 압력 조정부(71)는, 브라인 회로(복로)(60)에서 온도 센서(76)의 하류에 설치된 삼방 밸브(71a)와, 삼방 밸브(71a)와 온도 센서(76)의 상류측의 브라인 회로(왕로)(60)에 접속된 바이패스로(71b)와, 온도 센서(74)에서 검출된 브라인의 온도가 입력되고, 이 입력치가 설정 온도가 되도록 삼방 밸브(71a)를 제어하는 제어 장치(71c)로 구성되어 있다. 제어 장치(71c)는, 브라인 분기로(61a 및 61b)에 공급되는 브라인의 온도를 설정치(예를 들면, 10~15℃)로 제어한다.

가열 매체인 브라인이 순환하는 브라인 회로(60)(파선 표시)는, 냉동고(30a 및 30b)의 외부에서 브라인 분기 회로(61a 및 61b)(파선 표시)로 분기한다. 브라인 분기 회로(61a 및 61b)는 냉동고(30a 및 30b)의 외부에서 접속부(62)를 통해 브라인 분기 회로(63a, 63b 및 64a, 64b)에 접속되어 있다. 브라인 분기 회로(63a 및 63b)(파선 표시)는 냉각기(33a 및 33b)의 내부에 도설되고, 상기 냉각기의 내부에서 열교환관(42a 및 42b)에 인접 배치된다. 그리고, 열교환관(42a 및 42b)의 하부 영역에 브라인 분기 회로(63a 및 63b)를 순환하는 브라인으로 열교환관(42a 및 42b)을 순환하는 CO₂ 냉매를 가열하는 제1 열교환부를 형성하고 있다.

여기서, 냉각기(33a 및 33b)의 내부에 설치된 브라인 분기 회로(63a 및 63b)를 「제1 도설로」라고 한다.

냉동 장치(10A, 10C 및 10D)에서는, 상기 제1 도설로는 냉각기(33a 및 33b)의 내부에서 열교환관(42a 및 42b)의 하부 영역에 설치되어 있다. 예를 들면, 제1 도설로는, 높이의 경우 열교환관(42a 및 42b)의 배치 영역의 1/3~1/5의 높이의 하부 영역에 배치한다.

도 4에 나타내는 냉동 장치(10B)에서는, 상기 제1 도설로는 냉각기(33a 및 33b)의 내부에서 열교환관(42a 및 42b)의 전역에 고저차를 갖고 배치되고, 또한 브라인이 하방으로부터 상방으로 흐르도록 구성되어 있다. 그리고, 브라인 분기 회로(63a 및 63b)의 상하 방향 중간 위치에 유량 조정 밸브(80a 및 80b)가 설치되고, 상기 유량 조정 밸브보다 상류측(하방 영역)의 제1 도설로에서 열교환부가 형성된다.

도 2는, 냉동 장치(10A, 10C 및 10D)에 설치된 냉각기(33a)의 구성을 나타낸다.

열교환관(42a)의 하부 영역에서, 브라인 분기 회로(63a)는, 예를 들면 열교환관(42a)과 동일하게, 수평 방향 및 상하 방향으로 고저차를 갖고 갈깃자 형상으로 배치되어 있다.

예시적인 구성으로서, 드레인 팬(50a)은 드레인의 배수를 위해서, 수평 방향에 대해 경사져 있고, 하방 끝에 드레인 배출관(51a)이 설치되어 있다. 열교환관(42a)은 냉각기(33a)의 입구 및 출구에 헤더(43a 및 43b)를 갖고 있다.

브라인 분기 회로(63a)에는 냉각기(33a)의 입구 및 출구에 헤더(78a 및 78b)가 설치되어 있다. 브라인 분기 회로(64a)는 드레인 팬(50a)의 배면을 따라 드레인 팬(50a)에 인접하여 설치되고, 또한 갈깃자 형상으로 형성되어 있다.

또, 열교환관(42a) 및 브라인 분기 회로(63a)는 병렬로 늘어선 다수의 플레이트 핀(77a)에 의해서 서로 근접한 상태로 지지된다.

열교환관(42a) 및 브라인 분기 회로(63a)는 플레이트 핀(77a)에 형성된 다수의 구멍에 끼워지고, 플레이트 핀(77a)에 의해서 지지되고, 플레이트 핀(77a)을 통해 열교환관(42a)와 브라인 분기 회로(63a) 사이의 열전달이 촉진된다.

냉동 장치(10A, 10C 및 10D)에 설치되는 냉각기(33b)도 동일한 구성을 갖고 있다.

도 5는 냉동 장치(10B)에 설치되는 냉각기(33a)의 구성을 나타내고 있다.

브라인 분기 회로(63a)는 열교환관(42a)의 높이 방향 및 수평 방향의 전역에 갈깃자 형상으로 배치된다. 그리고, 브라인 분기 회로(63a)의 상하 방향 중간 위치에 유량 조정 밸브(80a)가 설치되어 있다. 냉동 장치(10B)의 냉각기(33b)도 동일한 구성을 갖고 있다.

냉동 운전시, 팬(35a)에 의해서, 냉각기(33a)에서 냉각된 고내 공기(c)를 냉동고(32a)의 내부로 확산하고 있다.

또한, 도 2 및 도 5에 있어서, 후술하는 유로 전환부(69a)의 도시는 생략되어 있다.

브라인 분기 회로(64a 및 64b)(파선 표시)는, 냉동고(30a 및 30b)의 내부에서 드레인 팬(50a 및 50b)의 배면에 도설되어 있다.

여기서, 드레인 팬(50a 및 50b)의 배면에 도설된 브라인 분기 회로(64a 및 64b)를 「제2 도설로」라고 한다.

디프로스트시에, 브라인 분기 회로(64a 및 64b)를 순환하는 브라인의 열로, 드레인 팬(50a 및 50b)에 떨어진 드레인의 재동결을 억제할 수 있다.

냉동 장치(10A~10D)는, 상기 제1 도설로와 상기 제2 도설로를 병렬 또는 직렬로 접속 가능하게 하기 위한 유로 전환부(69a 및 69b)를 더 구비하고 있다.

유로 전환부(69a 및 69b)는, 브라인 분기 회로(63a, 63b 및 64a, 64b) 사이에 접속된 바이패스관(65a, 65b)과, 상기 바이패스관에 설치된 유량 조정 밸브(68a, 68b)와, 브라인 분기 회로(63a, 63b 및 64a, 64b)에 각각 설치된 유량 조정 밸브(66a, 66b 및 67a, 67b)로 구성되어 있다.

브라인 분기 회로(63a, 63b 및 64a, 64b)를 직렬로 접속하는 경우, 유량 조정 밸브(68a, 68b)를 개방하고, 유량 조정 밸브(66a, 66b 및 67a, 67b)를 폐쇄한다.

브라인 분기 회로(63a, 63b 및 64a, 64b)를 병렬에 접속하는 경우, 유량 조정 밸브(68a 및 68b)를 폐쇄하고, 유량 조정 밸브(66a, 66b 및 67a, 67b)를 개방한다.

냉동 장치(10A~11D)에는, 브라인 회로(60)의 왕로 및 복로에 온도 센서(74 및 76)가 설치되어 있다.

냉동 장치(10A~10C)에서는, 브라인 회로(60)의 왕로에 브라인을 저류하는 리시버(개방형 브라인조)(70) 및 브라인 펌프(72)가 설치되어 있다.

냉동 장치(10D)에서는, 리시버(70) 대신에, 압력 변동의 흡수 및 브라인의 유량 조정 등을 위해서 팽창 탱크(92)가 설치되어 있다.

냉동 장치(10A~10D)에는, 제2 가열 매체와 브라인을 열교환시키는 제2 열교환부가 설치되어 있다.

예를 들면, 냉동기(11A)에서는, 응축기(18)에 냉각수 회로(28)가 도설되어 있다. 냉각수 회로(28)에는 냉각수 펌프(57)를 갖는 냉각수 분기 회로(56)가 분기하고, 냉각수 분기 회로(56)는 상기 제1의 열교환부에 상당하는 열교환기(58)에 도설되어 있다. 한편, 브라인 회로(60)가 열교환기(58)에 도설된다.

냉각수 회로(28)를 순환하는 냉각수는, 응축기(18)에서 NH₃ 냉매에 의해서 가열된다. 가열된 냉각수는, 상기 제2 가열 매체로서, 디프로스트시에 열교환기(58)에 있어서 브라인 회로(60)를 순환하는 브라인을 가열한다.

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

브라인으로서, 예를 들면, 에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜 등의 수용액을 이용할 수 있다.

다른 실시형태에서는, 상기 가열 매체로서, 상기 냉각수 이외에, 예를 들면, 압축기(16)로부터 토출된 고온 고압의 NH₃ 냉매 가스, 공장의 온배수, 보일러로부터 발해지는 열 또는 오일 쿨러의 보유열을 흡수한 매체 등, 임의의 가열 매체를 이용할 수 있다.

냉동기(11)의 예시적인 구성에서는, 냉각수 회로(28)는 응축기(18)와 밀폐식 냉각탑(26) 사이에 설치된다. 냉각수는 냉각수 펌프(29)에 의해서 냉각수 회로(28)를 순환한다. 응축기(18)에서 NH₃ 냉매의 배열을 흡수한 냉각수는, 밀폐식 냉각탑(26)에서 외기와 접촉하여 물의 증발 잠열에 의해서 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 갖고 있다. 살수관(26c)으로부터 살포되는 냉각수의 일부는 증발하여 그 증발 잠열을 이용하여 냉각 코일(26a)을 흐르는 냉각수를 냉각한다.

도 7에 나타내는 냉동기(11B)에서는, 밀폐식 냉각탑(26)과 밀폐식 가열탑(91)이 일체로 된 밀폐식 냉각 가열 유닛(90)이 설치되어 있다. 본 실시형태에 있어서의 밀폐식 냉각탑(26)은 냉각수 회로(28)를 순환하는 냉각수를 살포수와 열교환시켜 냉각하는 것이며, 그 구성은, 상기 실시형태의 밀폐식 냉각탑(26)과 동일하다.

이 실시형태에서는, 브라인 회로(60)는 밀폐식 가열탑(91)에 도설되어 있다. 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 열교환한다.

밀폐식 가열탑(91)은, 브라인 회로(60)에 접속된 가열 코일(91a)과, 냉각 코일(91a)에 냉각수를 살포하는 살수관(91c) 및 펌프(91d)를 갖고 있다. 밀폐식 냉각탑(26)의 내부와 밀폐식 가열탑(91)의 내부는 공유 하우징의 하부에서 연통하고 있다.

1차 냉매 회로(12)를 순환하는 NH₃ 냉매의 배열을 흡수한 살포수는, 살수관(91c)으로부터 냉각 코일(91a)에 살포되어, 브라인 회로(60)를 순환하는 브라인을 가열하는 가열 매체가 된다.

또, 도 4 및 도 5에 나타내는 냉동 장치(10B)의 예시적인 구성에서는, 드레인 팬(50a)의 배면에 근접하여, 보조 가열용 전기 히터(82a)가 부설된다.

냉동 장치(10A, 10C 및 10D)에서는, 냉동고(30a 및 30b)의 내부에 설치되는 냉각 유닛(31a 및 31b)이 형성된다.

CO₂ 분기 회로(40a 및 40b)는, 냉동고(30a 및 30b)의 외부에서 접속부(41)를 통해 각각 열교환관(42a 및 42b)에 접속된다. 브라인 분기 회로(61a 및 61b)는, 냉동고(30a 및 30b)의 외부에서 접속부(62)를 통해 냉동고(30a 및 30b)의 내부에 설치되는 브라인 분기 회로(63a, 63b 및 64a, 64b)에 접속된다.

냉각 유닛(31a 및 31b)는, 냉각기(33a 및 33b)와, 열교환관(42a 및 42b) 및 이들의 입구관(42c) 및 출구관(42d)과, 열교환관(42a 및 42b)의 하부 영역에 설치된 브라인 분기 회로(63a 및 63b)와, 브라인 분기 회로(64a 및 64b)와, 유로 전환부(69a 및 69b)와, 이들에 부속되는 기기류로 형성된다.

냉각 유닛(31a 및 31b)을 구성하는 상기 부품은 미리 일체로 형성할 수 있다.

도 3에 나타내는 냉동 장치(10B)에서는, 냉각 유닛(32a 및 32b)이 형성되어 있다. 냉각 유닛(32a 및 32b)은, 열교환관(42a 및 42b)이 배치된 상하 방향 및 수평 방향의 전 영역에 설치된 브라인 분기 회로(63a 및 63b)를 갖고, 또한 드레인 팬(50a 및 50b)의 배면에 보조 가열용 전기 히터(94a)가 설치된 점에서, 냉각 유닛(31a 및 31b)과 달리, 그 외에는 냉각 유닛(31a 및 31b)과 동일한 기기를 갖는다.

냉각 유닛(32a 및 32b)을 구성하는 상기 부품은 미리 일체로 형성할 수 있다.

이러한 구성에 있어서, 냉동 운전시, 전자 개폐 밸브(54a 및 54b)는 개방됨과 더불어, 전자 개폐 밸브(53a 및 53b)는 폐쇄된다. 이 상태에서, CO₂ 냉매는 CO₂ 분기 회로(40a, 40b) 및 열교환관(42a, 42b)을 순환한다. 냉동고(30a 및 30b)의 내부에서 팬(35a 및 35b)에 의해서, 냉각기(33a 및 33b)의 내부를 통과하는 고내 공기(c)의 순환류가 형성된다. 고내 공기(c)는 열교환관(42a 및 42b)을 순환하는 CO₂ 냉매에 의해 냉각되어, 고내는 예를 들면 -25℃의 저온으로 유지된다.

디프로스트시, 전자 개폐 밸브(54a 및 54b)는 폐쇄되고, 전자 개폐 밸브(53a 및 53b)는 개방되고, 열교환관(42a 및 42b)과 바이패스관(52a 및 52b)으로 구성된 CO₂ 순환로는 폐회로가 된다. 그리고, 브라인 분기 회로(63a, 63b 및 64a, 64b)에 예를 들면 +15℃의 온브라인을 순환시킨다.

냉동 장치(10A, 10B 및 10D)에서는, 제어 장치(47a 및 47b)로 압력 조정 밸브(48a 및 48b)의 개도를 제어하고, 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 압력을 승압함으로써, CO₂ 냉매가 고내 공기(c)에 포함되는 수증기의 빙점을 초과하는 응축 온도(예를 들면 +5℃／4.0MPa)를 갖도록 한다.

냉동 장치(10C)에서는, 압력 조정부(71)에 의해서 열교환관(42a 및 42b)에 유입되는 브라인의 온도를 설정 온도(예를 들면 10~15℃)로 함으로써, 상기 폐회로 내의 CO₂ 냉매가 고내 공기(c)에 포함되는 수증기의 빙점을 초과하는 응축 온도를 갖도록 한다.

냉동 장치(10A, 10C 및 10D)에서는, 열교환관(42a 및 42b)의 하부 영역에 형성된 제1 열교환부에 있어서, CO₂ 냉매는 브라인으로 가열되어 기화한다. 기화한 CO₂ 냉매는, 냉동고의 고내 공기에 존재하는 수증기의 빙점보다 고온이 된다. 또, 기화한 CO₂ 냉매의 보유열로 하부 영역의 열교환관(42a 및 42b)의 외표면에 부착된 서리가 융해된다. 기화한 CO₂ 냉매는 서모사이펀 작용에 의해서 열교환관(42a 및 42b)의 상부 영역으로 상승한다.

상승한 CO₂ 냉매는 응축 잠열(+5℃／4.0MPa에 있어서 219kJ/kg)로 열교환관 외표면의 착상을 융해해, CO₂ 냉매 자체는 액화한다. 액화한 CO₂ 냉매는 중력으로 열교환관(42a 및 42b)을 하강하고, 하부 영역에서 브라인의 열에 의해 다시 기화한다.

이렇게 하여, 루프형 서모사이펀이 작동해, CO₂ 냉매는 상기 폐회로를 자연 순환한다.

서리가 융해된 드레인은 드레인 팬(50a 및 50b)에 떨어져, 드레인 배출관(51a 및 51b)으로부터 배출된다. 드레인은 브라인 분기 회로(63a 및 63b)를 순환하는 브라인의 보유열에 의해서 재동결하는 것이 방지된다. 상기 브라인의 보유열로 드레인 팬(50a 및 50b)의 가열·제상도 가능하게 된다.

냉동 장치(10B)에서는, 디프로스트시에 유량 조정 밸브(80a 및 80b)를 조여, 브라인의 유량을 제한함으로써, 유량 조정 밸브(80a 및 80b)보다 상류측 영역(하방 영역)에만 CO₂ 냉매와 브라인을 열교환시키는 열교환부를 형성할 수 있다. 그 때문에, 상기 상류측 영역에서 CO₂ 냉매의 기화와 착상의 융해가 일어나, 기화한 CO₂ 냉매는 유량 조정 밸브(80a 및 80b)의 하류측 영역(상방 영역)으로 상승한다. 그리고, 상기 상류측 영역에서 CO₂ 냉매의 응축 잠열로 착상이 융해되고, 또한 CO₂ 냉매의 액화가 일어난다.

따라서, 폐회로가 된 열교환관(42a 및 42b)의 내부에서 서모사이펀 작용에 의해 CO₂ 냉매가 자연 순환해, 순환하는 CO₂ 냉매에 의해 착상을 융해시킬 수 있다.

브라인 분기 회로(63a, 63b 및 64a, 64b)는 유로 전환부(69a 및 69b)에 의해서 병렬 또는 직렬로 전환된다.

온도 센서(74 및 76)의 검출치의 차가 축소되어, 온도차가 역치(예를 들면 2~3)에 도달했을 때, 서리의 디프로스트가 완료되었다고 판정해, 디프로스트 운전을 종료한다.

본 발명의 몇 가지 실시형태에 의하면, 디프로스트시에 CO₂ 냉매의 증발 잠열을 이용해, 열교환관(42a 및 42b)의 착상을 내부에서부터 관벽을 통과해 제거하므로, 서리로의 열 전달량을 증가시킬 수 있다.

또, 디프로스트중, 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매는 다른 부위와의 열의 주고받음이 차단되므로, 폐회로 내의 열에너지가 외부로 방산되지 않고, 에너지 절약 가능한 디프로스트를 실현할 수 있다.

또, 디프로스트시 형성되는 폐회로에서, 서모사이펀 작용을 이용하여 CO₂ 냉매를 자연 순환시키도록 하고 있으므로, CO₂ 냉매를 순환시키는 펌프 동력이 불필요해져, 한층의 에너지 절약이 가능하게 된다.

또, 디프로스트 운전시의 CO₂ 냉매의 온도를 고내 공기(c)에 포함되는 수증기의 빙점에 가까운 온도로 유지할수록, 연무의 발생을 억제할 수 있음과 더불어, CO₂ 냉매의 압력을 저감할 수 있다. 그 때문에, 상기 폐회로를 구성하는 배관 및 밸브류를 저압 사양으로 할 수 있어, 한층의 저비용화가 가능하게 된다.

또, 도 2, 도 3 및 도 5에 나타내는 냉각기(33a)의 구성에 의하면, 열교환관(42a, 42b) 및 브라인 분기 회로(64a, 64b)를 다수의 플레이트 핀(77a)으로 지지했으므로, 플레이트 핀(77a)을 통한 열 전달에 의해, 열교환관(42a 및 42b)과 브라인 분기 회로(63a 및 63b) 사이의 열 전달량을 증가시킬 수 있다.

냉동 장치(10A, 10C 및 10D)에 의하면, 브라인 분기 회로(63a 및 63b)를 열교환관(42a 및 42b)의 하부 영역에만 설치하므로, 팬(35a 및 35b)에 의해서 형성되는 공기류의 압력 손실을 저감할 수 있어, 팬(35a 및 35b)의 동력을 저감할 수 있다. 또, 빈 상부 영역의 스페이스에 열교환관(42a 및 42b)을 여분으로 설치할 수 있으므로, CO₂ 냉매에 의한 냉각 효과를 높일 수 있다.

또, 냉동 장치(10B)에 의하면, 브라인 분기 회로(63a 및 63b)를 열교환관(42a 및 42b)의 배치 영역 전체에 배치하므로, 기존의 냉각기에 유량 조정 밸브(80a 및 80b)를 설치하기만 한 간단한 개조로, 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 증발 잠열을 이용한 에너지 절약 및 저비용의 디프로스트가 가능하게 된다.

냉동 장치(10A, 10B 및 10D)에 의하면, 압력 조정부(45a 및 45b)를 설치함으로써, 압력 조정부를 간이하고 또한 저비용화할 수 있다.

냉동 장치(10B)에 의하면, 압력 조정부(71)를 설치함으로써, 냉각기마다 압력 조정부를 설치할 필요가 없고, 1개의 압력 조정부이면 되므로 저비용화할 수 있음과 더불어, 디프로스트시, 상기 폐회로의 압력 조정을 냉동고(30a 및 30b)의 외부로부터 행하는 것이 압력 조정부(71G)로 가능하므로, 디프로스트 운전이 용이해진다.

또, 드레인 팬(50a 및 50b)의 배면에 브라인 분기 회로(64a 및 64b)를 도설함으로써, 드레인 팬(50a 및 50b)에 낙하한 융해수는 브라인의 보유열에 의해서 재동결되는 것을 방지할 수 있고, 동시에 상기 브라인의 보유열로 드레인 팬(50a 및 50b)의 가열·제상도 가능하게 된다. 그 때문에, 드레인 팬(50a 및 50b)에 가열기를 별도로 부설할 필요가 없어 저비용화할 수 있다.

몇 가지 실시형태에 의하면, 유로 전환부(69a 및 69b)를 구비하고, 브라인 분기 회로(63a, 63b 및 64a, 64b)를 병렬 및 직렬로 접속 가능하게 했으므로, 직렬로 하면, 이들 브라인 분기 회로를 흐르는 브라인의 유량을 증가시킬 수 있으므로, 보유열의 이용률을 향상시킬 수 있다. 또, 병렬로 접속하면, 이들을 흐르는 브라인의 유량 및 온도의 설정 가능한 범위를 확대할 수 있다.

몇 가지 실시형태에 의하면, 온도 센서(74 및 76)의 검출치의 차를 파악함으로써, 디프로스트 운전 종료의 타이밍을 적확하게 판정할 수 있다. 그 때문에, 냉동고 내의 과잉의 가열이나 과잉의 가열에 의한 수증기 확산을 방지할 수 있어, 한층의 에너지 절약을 달성할 수 있음과 더불어, 고내 온도를 안정화시킬 수 있어, 냉동고에 보냉된 식품의 품질 향상을 실현할 수 있다.

냉동기(11A)를 구비한 실시형태에 의하면, 냉동기(11A)의 응축기(18)에서 가열된 냉각수로 브라인을 가열할 수 있으므로, 냉동 장치 외의 가열원이 불필요하게 된다.

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

또한, 냉각수 회로(28)가 응축기(18)와 냉각탑(26) 사이에 설치되는 예시적인 구성에서는, 열교환기(58)를 냉각탑 내에 설치할 수도 있다. 이에 의해서, 디프로스트를 위해서 사용되는 장치의 설치 스페이스를 축소할 수 있다.

냉동기(11B)를 구비한 실시형태에 의하면, 밀폐식 냉각탑(26) 및 밀폐식 가열탑(91)을 일체로 한 밀폐식 냉각 가열 유닛(90)을 구비하고 있으므로, 제1의 열교환부의 설치 스페이스를 축소할 수 있다.

또, 밀폐식 냉각탑(26)과 연결된 밀폐식 가열탑(91)을 이용함으로써, 외기로부터의 채열도 가능해진다. 냉동 장치(10B)가 공랭 방식인 경우에는, 가열탑 단독으로 외기를 열원으로 할 수 있다.

또한, 밀폐식 냉각 가열 유닛(90)에 내장된 밀폐식 냉각탑(26)은, 복수대를 횡방향으로 병렬로 연결하여 설치하도록 해도 된다.

도 4 및 도 5에 나타내는 냉동 장치(10B)에 의하면, 드레인 팬(50a 및 50b)에 보조 가열용 전기 히터(94a)를 설치하고 있으므로, 드레인 팬(50a 및 50b)의 가열 효과를 높여, 드레인 팬에 낙하한 용해수의 재동결을 억제할 수 있다. 또, 드레인 팬(50a 및 50b)에 도설된 브라인 분기 회로(63a 및 63b)를 순환하는 브라인을 보조적으로 가열할 수 있다.

냉동 장치(10A, 10C 및 10D)에 의하면, 냉각 유닛(31a 및 31b)을 형성함으로써, 냉각기(33a, 33b) 및 그 디프로스트 장치의 부착이 용이해짐과 더불어, 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 증발 잠열을 이용한 에너지 절약 또한 저비용의 디프로스트가 가능해진다.

또, 냉각 유닛(31a 및 31b)을 구성하는 각 부품을 일체로 조립해두면, 냉각 유닛의 취급이 용이하게 된다.

냉동 장치(10B)에 의하면, 냉각 유닛(32a 및 32b)을 형성함으로써, 열교환관(42a 및 42b)의 거의 전역에 브라인 분기 회로(64a 및 64b)를 설치한 기존의 디프로스트 장치를 갖는 냉각기를 간단하게 개조하는 것만으로, 에너지 절약 또한 저비용의 디프로스트가 가능한 디프로스트 장치를 갖는 냉각 유닛을 실현할 수 있다.

또, 냉각 유닛(32a)에 전기 히터(82a)를 부설함으로써, 드레인 팬(50a) 및 브라인 분기 회로(63a)를 순환하는 브라인의 가열 효과를 높일 수 있다.

또한, 냉각 유닛(32a 및 32b)에서는, 보조 가열용 전기 히터(82a)를 부착하지 않아도 된다.

또, 상기 각 실시형태는, 냉동 장치의 목적 및 용도에 따라 적절하게 조합할 수 있다.

도 8은 본 발명에 적용 가능한 냉동기의 다른 실시형태를 나타낸다. 냉동기(11C)는, NH₃ 냉매가 순환하는 1차 냉매 회로(12)에 저단 압축기(16b) 및 고단 압축기(16a)가 설치되고, 저단 압축기(16b)와 고단 압축기(16a) 사이의 1차 냉매 회로(12)에 중간 냉각기(84)가 설치되어 있다. 응축기(18)의 출구에서 1차 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 팽창하여 냉각되고, 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 COP를 향상시킬 수 있다.

캐스케이드 콘덴서(24)에서 NH₃ 냉매와 열교환하여 냉각 액화한 CO₂ 냉매액은, CO₂ 수액기(36)에 저류되고, 그 후, CO₂ 수액기(36)로부터 CO₂ 액 펌프(38)에서 냉동고(30)의 내부에 설치된 냉각기(33)에 순환된다.

도 9에 본 발명에 적용 가능한 냉동기의 또 다른 실시형태를 나타낸다. 냉동기(11D)는 이원 냉동 사이클을 구성하고 있다. 1차 냉매 회로(12)에 고원 압축기(88a) 및 팽창 밸브(22a)가 설치되어 있다. 1차 냉매 회로(12)와 캐스케이드 콘덴서(24)를 통해 접속된 2차 냉매 회로(14)에는, 저원 압축기(88b) 및 팽창 밸브(22b)가 설치되어 있다.

냉동기(11D)는, 1차 냉매 회로(12) 및 2차 냉매 회로(14)에서 각각 기계 압축식 냉동 사이클을 구성한 이원 냉동기이므로, 냉동기의 COP를 향상시킬 수 있다.

도 10~도 14는, 브라인 분기 회로(63a 및 63b)를 순환하는 브라인의 온도가+15℃이며, 유로 전환부(69a 및 69b)를 직렬로 접속하여 디프로스트 운전을 행한 실험 데이터이다. 도 10은 냉각기 내 CO₂ 냉매의 압력 변화를 나타내고, 도 11은 온브라인의 이송 온도, 복귀 온도 및 양자의 차의 변화를 나타내며, 도 12는 각 부분의 온도 변화를 나타내고, 도 13은 냉매로 내 CO₂ 냉매의 압력 변화와 배수 증분의 관계를 나타내며, 도 14는 서리가 융해되어 발생하는 배수량의 변화를 나타내고 있다.

도 10 및 도 12로부터, 디프로스트 운전 개시 후, 열교환관(42a 및 42b) 내의 CO₂ 냉매의 승압과 함께, 열교환관(42a 및 42b)의 헤더나 벤드부의 온도가, 운전 개시 후 10~15분에 0℃보다 고온으로 상승하는 것을 확인할 수 있었다.

또, 도 13 및 도 14에 나타내는 바와 같이, 열교환관(42a 및 42b) 내의 CO₂ 냉매의 승압과 함께, 열교환관(42a 및 42b)의 외표면에서 서리의 융해가 개시된 것을 확인할 수 있었다.

또, 도 11로부터, 디프로스트 운전의 경과와 함께, 온브라인의 이송 온도와 복귀 온도의 차가 줄어드는 것을 확인할 수 있고, 상기 차를 검출함으로써, 디프로스트 운전의 완료시를 파악할 수 있음을 확인할 수 있었다.

본 발명에 의하면, CO₂ 냉매를 이용한 냉동 장치에 있어서, 냉동고 등의 냉각 공간에 설치된 냉각기의 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: 1차 냉매 회로 14: 2차 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 34a, 34b: 케이싱
35a, 35b: 팬 36: CO₂ 수액기
38: CO₂ 액 펌프 40a, 40b: CO₂ 분기 회로
41, 62: 접속부 42a, 42b: 열교환관
42c: 입구관 42d: 출구관
43a, 43b, 78a, 78b: 헤더 44: CO₂ 순환로
45a, 45b, 71: 압력 조정부 46a, 46b: 압력 센서
47a, 47b, 71c: 제어 장치 48a, 48b: 압력 조정 밸브
50a, 50b: 드레인 팬 51a, 51b: 드레인 배출관
52a, 52b, 65a, 65b: 바이패스관 53a, 53b, 54a, 54b: 전자 개폐 밸브
56: 냉각수 분기 회로 58: 열교환기
60: 브라인 회로
61a, 61b, 63a, 63b, 64a, 64b: 브라인 분기 회로
66a, 66b, 67a, 67b, 68a, 68b, 80a, 80b: 유량 조정 밸브
69a, 69b: 유로 전환부 70: 리시버
72: 브라인 펌프 74, 76: 온도 센서
82a, 82b: 보조 가열용 전기 히터 84: 중간 냉각기
86: 중간 팽창 밸브 88a: 고원 압축기
88b: 저원 압축기 90: 밀폐식 냉각 가열 유닛
91: 밀폐식 가열탑 92: 팽창 탱크
a: 외기 b: 브라인
c: 고내 공기

Claims

냉동고의 내부에 설치되고, 케이싱, 상기 케이싱의 내부에 고저차를 갖고 배치된 열교환관, 및 상기 열교환관의 하방에 설치된 드레인 받이부를 갖는 냉각기와,
CO₂ 냉매를 냉각 액화하도록 구성된 냉동기와,
상기 냉동기로 냉각 액화한 CO₂ 냉매를 상기 열교환관에 순환시키기 위한 냉매 회로를 갖는 냉동 장치의 디프로스트 시스템으로서,
상기 열교환관의 입구로와 출구로 사이에 접속되고, 상기 열교환관을 포함하는 CO₂ 순환로를 형성하기 위한 바이패스관과,
상기 열교환관의 입구로 및 출구로에 설치되고, 디프로스트시에 닫아 상기 CO₂ 순환로를 폐회로로 하기 위한 개폐 밸브와,
디프로스트시에 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매를 압력 조정하기 위한 압력 조정부와,
제1 가열 매체인 브라인이 순환하고, 상기 냉각기의 내부에서 상기 열교환관에 인접 배치되고, 상기 열교환관의 하부 영역에 상기 브라인으로 상기 열교환관을 순환하는 CO₂ 냉매를 가열하는 제1 열교환부를 형성하는 제1 도설(導設)로를 포함하는 브라인 회로를 구비하고,
디프로스트시에 상기 폐회로에서 CO₂ 냉매를 서모사이펀 작용에 의해 자연 순환시키도록 한 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 디프로스트 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 도설로는 상기 냉각기의 내부에서 상기 열교환관의 하부 영역에만 설치되고,
상기 냉각기의 내부에 도설된 상기 제1 도설로의 전역에서 상기 제1 열교환부를 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 디프로스트 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 제1 도설로는 상기 냉각기의 내부에서 고저차를 갖고 배치되고, 또한 상기 브라인이 하방으로부터 상방으로 흐르도록 구성되고,
상기 제1 도설로의 상하 방향 중간 위치에 유량 조정 밸브가 설치되고, 상기 유량 조정 밸브보다 상류측의 상기 제1 도설로에서 상기 제1 열교환부가 형성되는 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 디프로스트 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 조정부는, 상기 열교환관의 출구로에 설치된 압력 조정 밸브인 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 디프로스트 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 압력 조정부는, 상기 제1 열교환부에 유입되는 상기 브라인의 온도를 조정하여 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매의 압력을 조정하는 것임을 특징으로 하는 냉동 장치의 디프로스트 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 있어서,
상기 브라인 회로는 상기 드레인 받이부에 도설된 제2 도설로를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 디프로스트 시스템.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 도설로와 상기 제2 도설로를 병렬 또는 직렬로 접속 가능하게 하기 위한 유로 전환부를 더 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 디프로스트 시스템.
청구항 1 내지 청구항 3 중 어느 한 항에 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 디프로스트 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 냉동기는,
NH₃ 냉매가 순환하고 냉동 사이클 구성 기기가 설치된 1차 냉매 회로와,
CO₂ 냉매가 순환하고, 상기 냉각기에 도설됨과 더불어, 상기 1차 냉매 회로와 캐스케이드 콘덴서를 통해 접속된 2차 냉매 회로와,
상기 2차 냉매 회로에 설치되고, 상기 캐스케이드 콘덴서에서 액화된 CO₂ 냉매를 저류하기 위한 CO₂ 수액기, 및 상기 CO₂ 수액기에 저류된 CO₂ 냉매를 상기 냉각기에 보내는 CO₂ 액 펌프를 갖고 있는 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 디프로스트 시스템.
청구항 1에 있어서,
상기 냉동기는,
NH₃ 냉매가 순환하고 냉동 사이클 구성 기기가 설치된 1차 냉매 회로와,
상기 CO₂ 냉매가 순환하고, 상기 냉각기에 도설됨과 더불어, 상기 1차 냉매 회로와 캐스케이드 콘덴서를 통해 접속되고, 냉동 사이클 구성 기기가 설치된 2차 냉매 회로를 갖는 NH₃/CO₂ 이원 냉동기인 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 디프로스트 시스템.
청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
상기 1차 냉매 회로에 상기 냉동 사이클 구성 기기의 일부로서 설치된 응축기에 도설된 냉각수 회로와,
상기 냉각수 회로 및 상기 브라인 회로가 도설되고, 상기 냉각수 회로를 순환해 상기 응축기에서 가열된 냉각수와 상기 브라인 회로를 순환하는 브라인을 열교환하기 위한 열교환기를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 디프로스트 시스템.
청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
상기 1차 냉매 회로에 상기 냉동 사이클 구성 기기의 일부로서 설치된 응축기에 도설된 냉각수 회로와,
상기 냉각수 회로를 순환하는 냉각수를 살포수와 열교환시켜 냉각하기 위한 냉각탑과,
상기 살포수를 도입하고 상기 살포수와 상기 브라인 회로를 순환하는 브라인을 열교환하기 위한 가열탑을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 냉동 장치의 디프로스트 시스템.
케이싱, 상기 케이싱의 내부에 상하 방향으로 고저차를 갖고 배치된 열교환관, 및 상기 열교환관의 하방에 설치된 드레인 팬을 갖는 냉각기와,
상기 열교환관의 입구로와 출구로 사이에 접속되고, 상기 열교환관을 포함하는 CO₂ 순환로를 형성하기 위한 바이패스관과,
상기 열교환관의 입구로 및 출구로에 설치되고, 디프로스트시에 닫아 상기 CO₂ 순환로를 폐회로로 하기 위한 개폐 밸브와,
디프로스트시에 상기 폐회로를 순환하는 CO₂ 냉매를 압력 조정하기 위한 압력 조정 밸브와,
제1 가열 매체인 브라인이 순환하고, 상기 냉각기의 내부에서 상기 열교환관에 인접 배치되고, 상기 열교환관의 하부 영역에 상기 브라인으로 상기 열교환관을 순환하는 CO₂ 냉매를 가열하는 제1 열교환부를 형성하는 제1 도설로, 및 상기 드레인 팬에 도설된 제2 도설로를 포함하는 브라인 회로와,
상기 제1 도설로와 상기 제2 도설로를 병렬 또는 직렬로 접속 가능하게 하기 위한 유로 전환부를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 냉각 유닛.
청구항 13에 있어서,
상기 제1 도설로는 상기 열교환관의 하부 영역에만 설치되고,
상기 냉각기의 내부에 도설된 상기 제1 도설로의 전역에서 상기 제1 열교환부를 형성하도록 한 것을 특징으로 하는 냉각 유닛.
청구항 13에 있어서,
상기 제1 도설로는 상기 냉각기의 내부에서 고저차를 갖고 배치되고, 또한 상기 브라인이 하방으로부터 상방으로 흐르도록 구성되고,
상기 제1 도설로의 상하 방향 중간 위치에 유량 조정 밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 냉각 유닛.