KR101796565B1 - 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치 - Google Patents

냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치 Download PDF

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Abstract

냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치가 개시된다.
개시되는 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치는 병렬로 연결된 제 1 압축기, 제 2 압축기 및 제 3 압축기로 구성된 압축기들; 상기 압축기들에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 급냉실에 급냉을 제공할 수 있는 급냉실 증발기; 상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 냉동실에 냉동을 제공할 수 있는 냉동실 증발기; 상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 냉장실에 냉장을 제공할 수 있는 냉장실 증발기; 상기 냉동실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 냉동실측 증발압력 조절밸브(EPR, evaporator pressure regulating valve); 상기 냉장실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 냉장실측 증발압력 조절밸브; 및 상기 급냉실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 급냉실측 증발압력 조절밸브;를 포함한다.
개시되는 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치에 의하면, 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치가 병렬로 연결된 제 1 응축기, 제 2 응축기 및 제 3 압축기로 구성된 압축기들; 상기 압축기들에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 급냉실에 급냉을 제공할 수 있는 급냉실 증발기; 상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 냉동실에 냉동을 제공할 수 있는 냉동실 증발기; 상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 냉장실에 냉장을 제공할 수 있는 냉장실 증발기; 상기 냉동실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 냉동실측 증발압력 조절밸브; 상기 냉장실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 냉장실측 증발압력 조절밸브; 및 상기 급냉실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 급냉실측 증발압력 조절밸브;를 포함함에 따라, 고가의 2단 압축기 적용없이도 보관 대상물을 냉장, 냉동 및 급냉시켜 보관할 수 있게 되는 장점이 있다.

Description

냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치{Refrigerating, freezing and quick freezing storage apparatus}
본 발명은 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치에 관한 것이다.
각종 식품, 농산물, 어패류, 육류 등의 보관 대상물을 보관하기 위해서는 냉장, 냉동 및 급냉 기능을 가진 보관 장치가 필요하다.
여기서, 냉장은 보관 대상물이 얼지 않을 정도로 차갑게 하는 상태를 말하고, 냉동은 보관 대상물이 얼어 있는 상태를 말하며, 급냉은 보관 대상물을 짧은 시간에 급속히 냉동시키는 것을 말하는데, 예를 들어 냉장은 0 내지 10℃ 범위, 냉동은 -20 내지 0℃ 범위, 급냉은 -40 내지 -20℃ 범위에서 운전될 수 있다.
종래의 보관 대상물 보관 장치로 제시될 수 있는 것이 아래 제시된 등록특허인데, 아래 제시된 등록특허는 본 특허출원인이 2005년12월16일자로 출원하여 특허등록받은 것이다.
그러나, 위 문헌을 포함한 종래의 보관 대상물 보관 장치에 의하면, 3상 380V의 고전압을 이용하는 2단 압축기가 필수적으로 이용되어야 하는 구조인데, 그러한 2단 압축기는 고가의 장비여서, 위 보관 대상물 보관 장치의 보급에 한계가 있었다.
또한, 상기 보관 장치는 냉동과 급냉 기능만 가질 뿐, 냉장 기능이 전혀 없어서, 다양한 보관 대상물의 신선한 보관에 한계가 있었다.
등록특허 제 10-0651179호, 등록일자: 2006년11월22일, 발명의 명칭: 복분자 급냉 및 냉동 보관 장치
본 발명은 고가의 2단 압축기 적용없이도 보관 대상물을 냉장, 냉동 및 급냉시켜 보관할 수 있는 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치를 제공하는 것을 일 목적으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치는 병렬로 연결된 제 1 압축기, 제 2 압축기 및 제 3 압축기로 구성된 압축기들; 상기 압축기들에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 급냉실에 급냉을 제공할 수 있는 급냉실 증발기; 상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 냉동실에 냉동을 제공할 수 있는 냉동실 증발기; 상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 냉장실에 냉장을 제공할 수 있는 냉장실 증발기; 상기 냉동실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 냉동실측 증발압력 조절밸브(EPR, evaporator pressure regulating valve); 상기 냉장실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 냉장실측 증발압력 조절밸브; 상기 급냉실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 급냉실측 증발압력 조절밸브; 상기 급냉실 증발기에서 상기 급냉실로 급냉을 공급하고 출력된 냉매가 상기 냉동실 증발기 쪽으로 유동되는 배관을 개폐시킬 수 있는 냉동 병렬 밸브; 상기 급냉실 증발기에서 상기 급냉실로 급냉을 공급하고 출력된 냉매가 상기 냉장실 증발기 쪽으로 유동되는 배관을 개폐시킬 수 있는 냉장 병렬 밸브; 미리 설정된 급냉 설정 온도에 도달되기 전의 중간 온도까지 작동되는 급냉실측 냉동 팽창 밸브; 상기 급냉 설정 온도 이하의 온도에서 상기 급냉 설정 온도에 도달될 때가지 작동되는 급냉실측 급냉 팽창 밸브; 상기 급냉실측 냉동 팽창 밸브 전단에 설치되는 급냉실측 냉동 차단 밸브; 및 상기 급냉실측 급냉 팽창 밸브 전단에 설치되는 급냉실측 급냉 차단 밸브;를 포함하고,
상기 냉동실과 상기 냉장실 온도 중 적어도 하나인 저장실 온도가 미리 설정된 설정 온도보다 미리 설정된 일정 편차만큼 높은 온도에 도달된 상태에서는, 상기 냉동 병렬 밸브, 상기 냉장 병렬 밸브 및 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브가 모두 열리고, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브는 닫힌 상태가 되고,
상기 저장실 온도가 상기 설정 온도와 상기 설정 온도에 상기 편차를 더한 온도 사이의 중간 온도에 도달되면, 상기 냉동 병렬 밸브, 상기 냉장 병렬 밸브 및 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브가 모두 열린 상태를 유지하면서, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브를 열어주고,
상기 저장실 온도가 상기 설정 온도에 도달되면, 상기 냉동 병렬 밸브, 상기 냉장 병렬 밸브 및 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브가 모두 닫히고, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브가 열린 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치에 의하면, 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치가 병렬로 연결된 제 1 압축기, 제 2 압축기 및 제 3 압축기로 구성된 압축기들; 상기 압축기들에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기; 상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 급냉실에 급냉을 제공할 수 있는 급냉실 증발기; 상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 냉동실에 냉동을 제공할 수 있는 냉동실 증발기; 상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 냉장실에 냉장을 제공할 수 있는 냉장실 증발기; 상기 냉동실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 냉동실측 증발압력 조절밸브; 상기 냉장실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 냉장실측 증발압력 조절밸브; 및 상기 급냉실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 급냉실측 증발압력 조절밸브;를 포함함에 따라, 고가의 2단 압축기 적용없이도 보관 대상물을 냉장, 냉동 및 급냉시켜 보관할 수 있게 되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치의 구성을 보이는 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치에서 냉매 적체 현상을 해소하기 위한 상세 제어 방법을 보이기 위한 그래프.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치에서 냉매 적체 현상을 해소하기 위한 상세 제어 방법에 대한 실험 데이터를 보이는 그래프.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치에 대하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치의 구성을 보이는 도면이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치에서 냉매 적체 현상을 해소하기 위한 상세 제어 방법을 보이기 위한 그래프이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치에서 냉매 적체 현상을 해소하기 위한 상세 제어 방법에 대한 실험 데이터를 보이는 그래프이다.
도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 실시예에 따른 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)는 압축기들(110, 111, 112), 응축기(120), 급냉실 증발기(130), 냉동실 증발기(140), 냉장실 증발기(150), 냉동실측 증발압력 조절밸브(144), 냉장실측 증발압력 조절밸브(154) 및 급냉실측 증발압력 조절밸브(135)를 포함한다.
상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)는 냉동실 및 급냉실과 함께 냉장실을 가진다.
상기 압축기들(110, 111, 112)은 병렬로 연결된 제 1 압축기(110), 제 2 압축기(111) 및 제 3 압축기(112)로 구성된 것이고, 2단 압축기가 아닌 일반적인 단단 압축기가 각각 적용된다.
상기 응축기(120)는 상기 압축기들(110, 111, 112)에서 압축된 냉매를 응축시키는 것이다.
상기 급냉실 증발기(130)는 상기 급냉실에 설치되고, 상기 응축기(120)를 경유한 냉매를 증발시켜, 급냉실에 급냉을 제공할 수 있는 것이다.
상기 냉동실 증발기(140)는 상기 냉동실에 설치되고, 상기 응축기(120)를 경유한 냉매를 증발시켜, 냉동실에 냉동을 제공할 수 있는 것이다.
상기 냉장실 증발기(150)는 상기 냉장실에 설치되고, 상기 응축기(120)를 경유한 냉매를 증발시켜, 냉장실에 냉장을 제공할 수 있는 것이다.
상기 응축기(120)에서 상기 증발기들(130, 140, 150)로 향하는 배관 상에는 수액기(101)와, 중간 냉각기(102)가 설치된다.
상기 수액기(101)는 상기 증발기들(130, 140, 150) 내의 부하 변동에 따른 냉매량의 변화를 흡수하여 운전을 원활하게 할 수 있도록, 상기 응축기(120)에서 액화된 고온·고압의 냉매액을 일시 저장하는 것이다.
상기 중간 냉각기(102)는 중간 냉각을 하기 위한 열교환기로, 상기 중간 냉각기(102)에서 냉매 일부를 다시 상기 압축기들(110, 111, 112)로 순환시킬 수도 있다.
상기 응축기(120), 상세히는 상기 중간 냉각기(102)와 상기 증발기들(130, 140, 150) 사이에는 팽창 밸브들(133, 141, 151)이 설치되어, 응축된 냉매를 팽창시킨다.
상기 팽창 밸브들(133, 141, 151)은 상기 급냉실 증발기(130), 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150) 전단에 각각 설치되는 급냉실측 급냉 팽창 밸브(133), 냉동실측 팽창 밸브(141) 및 냉장실측 팽창 밸브(151)로 구성된다.
특히, 상기 급냉실 증발기(130) 전단에는 상기 급냉실측 급냉 팽창 밸브(133) 외에도 별도 라인으로 급냉실측 냉동 팽창 밸브(131)가 더 설치된다. 상기 급냉실측 냉동 팽창 밸브(131)는 미리 설정된 급냉 설정 온도, 예를 들어 -40℃에 도달되기 전의 온도인 중간 온도, 예를 들어 -20℃까지 작동되는 것이고, 상기 급냉실측 급냉 팽창 밸브(133)는 상기 급냉실측 냉동 팽창 밸브(131)의 작동을 이어받아 상기 급냉 설정 온도 이하의 온도에서 상기 급냉 설정 온도에 도달될 때가지 작동되는 것이다. 그리고, 상기 급냉실측 급냉 팽창 밸브(133)와 상기 급냉실측 냉동 팽창 밸브(131) 전단에는 각각 급냉실측 급냉 차단 밸브(134)와 급냉실측 냉동 차단 밸브(132)가 설치된다. 그러면, 일정 온도, 예를 들어 급냉 설정 온도인 -40℃의 중간 온도인 -20℃까지는 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브(134)가 닫히고 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브(132)가 열려, 상기 급냉실측 냉동 팽창 밸브(131)가 작동되고, 급냉 설정 온도인 -40℃의 중간 온도인 -20℃에 도달되면, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브(134)가 열리고 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브(132)가 닫혀, 상기 급냉실측 급냉 팽창 밸브(133)가 작동됨으로써, 급냉이 이루어지도록 한다.
급냉실측 급냉 팽창 밸브(133)가 작동되는 경우 상기 급냉실에는 급냉이 이루어지고, 상기 급냉실측 냉동 팽창 밸브(131)가 작동되는 경우 상기 급냉실에는 냉동이 선택적으로 이루어질 수 있게 된다.
도면 번호 142와 152는 각각 상기 냉동실측 팽창 밸브(141) 및 상기 냉장실측 팽창 밸브(151)로의 냉매 유입을 차단할 수 있는 차단 밸브들이다.
상기 냉동실측 증발압력 조절밸브(EPR, evaporator pressure regulating valve)(144)는 상기 냉동실 증발기(140)와 상기 압축기들(110, 111, 112) 사이에 배치되는 것이고, 상기 냉장실측 증발압력 조절밸브(154)는 상기 냉장실 증발기(150)와 상기 압축기들(110, 111, 112) 사이에 배치되는 것으로, 상기 압축기들(110, 111, 112)의 흡입 압력이 일정 압력 이상이 되면 상기 압축기들(110, 111, 112)의 모터에 과부하가 걸려 모터가 손상될 수가 있으므로, 상기 압축기들(110, 111, 112)의 흡입 압력이 미리 설정된 값보다 높아지는 것을 방지하고 조절하는 밸브들이다.
상기 급냉실측 증발압력 조절밸브(135)는 상기 급냉실 증발기(130)와 상기 압축기들(110, 111, 112) 사이에 배치되는 것으로, 상기 급냉실 증발기(130) 내의 압력을 일정하게 유지하여 원하는 온도를 만들어주는 밸브이다.
상기 냉동실측 증발압력 조절밸브(144), 상기 냉장실측 증발압력 조절밸브(154) 및 상기 급냉실측 증발압력 조절밸브(135)가 설치됨에 따라, 냉동 및 급냉과 함께 냉장 기능도 가진 본 실시예에 따른 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)에서의 상기 압축기들(110, 111, 112) 등의 구성 요소에 과도한 부하가 걸리지 않도록 하면서 운전이 가능해진다.
상기 증발기들(130, 140, 150)과 상기 압축기들(110, 111, 112) 사이에는 기액 분리기(103)가 설치된다.
한편, 상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)는 저압 헤더 밸브(172), 고압 헤더 밸브(171) 및 2단 운전 밸브(170)를 포함한다.
상기 저압 헤더 밸브(172)는 상기 제 1 압축기(110) 및 상기 제 2 압축기(111)의 각 입력단과 상기 제 3 압축기(112)의 입력단 사이를 개폐할 수 있는 것이고, 상기 고압 헤더 밸브(171)는 상기 제 1 압축기(110) 및 상기 제 2 압축기(111)의 각 출력단과 상기 제 3 압축기(112)의 출력단 사이를 개폐할 수 있는 것이다.
상기 2단 운전 밸브(170)는 상기 제 1 압축기(110) 및 상기 제 2 압축기(111)의 각 출력단과 상기 제 3 압축기(112)의 입력단 사이를 개폐할 수 있는 것이다.
본 실시예에서는, 상기 제 1 압축기(110) 및 상기 제 2 압축기(111)의 각 출력단과 상기 중간 냉각기(102)를 연결하여 상기 중간 냉각기(102)를 경유한 다음 상기 제 3 압축기(112)의 입력단 쪽에 연결되는 배관 상에 상기 2단 운전 밸브(170)가 설치된다.
상기 저압 헤더 밸브(172), 상기 고압 헤더 밸브(171) 및 상기 2단 운전 밸브(170)에 의해, 상기 제 1 압축기(110) 및 상기 제 2 압축기(111)는 하나의 유닛처럼 묶여서 각각 저단용 압축기로 운전될 수 있고, 상기 제 3 압축기(112)는 상기 제 1 압축기(110) 및 상기 제 2 압축기(111)와 별도로 고단용 압축기로 운전될 수 있게 된다.
상기와 같이 구성되면, 상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)가 급냉 모드로 운전되는 경우, 상기 저압 헤더 밸브(172) 및 상기 고압 헤더 밸브(171)는 닫히고, 상기 2단 운전 밸브(170)는 열림으로써, 상기 제 1 압축기(110) 및 상기 제 2 압축기(111)는 저단용 압축기로, 상기 제 3 압축기(112)는 고단용 압축기로 기능할 수 있게 되고, 그에 따라 상기 제 1 압축기(110) 및 상기 제 2 압축기(111)에서 압축된 냉매가 상기 중간 냉각기(102)를 거친 다음 상기 제 3 압축기(112)로 유입되어 다시 압축된 다음, 상기 응축기(120)로 향하게 된다. 따라서, 별도의 곡가의 2단 압축기를 적용하지 아니하고도, 2단 압축이 가능해진다.
한편, 상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)가 냉동 모드 또는 냉장 모드로 운전되는 경우, 상기 저압 헤더 밸브(172) 및 상기 고압 헤더 밸브(171)는 열리고, 상기 2단 운전 밸브(170)는 닫힘으로써, 상기 제 1 압축기(110), 상기 제 2 압축기(111) 및 상기 제 3 압축기(112)가 각각 단단용 압축기로 기능할 수 있게 되고, 그에 따라 상기 제 1 압축기(110), 상기 제 2 압축기(111) 및 상기 제 3 압축기(112)에서 각각 압축된 냉매는 합지된 다음 상기 응축기(120)로 향하게 된다.
상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)는 응축 폐열 회수 열교환기(163)와 응축 폐열 회수 탱크(160)를 포함한다.
상기 응축 폐열 회수 열교환기(163)는 상기 압축기들(110, 111, 112)에서 상기 응축기(120)로 향하는 냉매 중의 폐열과 상기 응축기(120)에서 냉매 응축 과정에서 발생되는 폐열 중 적어도 하나를 회수할 수 있는 것이다.
본 실시예에서는, 상기 응축 폐열 회수 열교환기(163)가 예시적으로 상기 압축기들(110, 111, 112)에서 상기 응축기(120)로 향하는 배관과 상기 응축 폐열 회수 탱크(160)에서 연장된 배관이 열교환되는 것으로 제시된다.
상기 응축 폐열 회수 탱크(160)는 상기 응축 폐열 회수 열교환기(163)에서 회수된 폐열을 수용하는 것이다.
도면 번호 161은 상기 응축 폐열 회수 탱크(160)에서 상기 응축 폐열 회수 열교환기(163) 쪽으로 냉매 유동이 일어나도록 하는 제상 순환 펌프이고, 도면 번호 162는 상기 제상 순환 펌프가 설치된 배관에서의 역류 방지를 위한 체크변이다.
또한, 상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)는 상기 응축 폐열 회수 열교환기(163), 상기 응축 폐열 회수 탱크(160) 및 상기 증발기등 사이에 설치되는 삼방 밸브(164)를 포함한다.
상기 삼방 밸브(164)는 상기 응축 폐열 회수 열교환기(163)에서 회수되는 폐열이 상기 급냉실 증발기(130), 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150) 중 적어도 하나의 제상에 이용될 수 있도록 하거나, 상기 응축 폐열 회수 열교환기(163)에서 회수되는 폐열이 상기 응축 폐열 회수 탱크(160)로 수용되도록 조절할 수 있는 것이다.
즉, 상기 삼방 밸브(164)가 상기 증발기들(130, 140, 150) 쪽을 열게 되면, 상기 응축 폐열 회수 열교환기(163)에서 회수되는 폐열이 상기 증발기들(130, 140, 150)로 향하게 되어, 응축 폐열에 의해 상기 증발기들(130, 140, 150)에서 제상이 이루어질 수 있게 되고, 상기 삼방 밸브(164)가 상기 응축 폐열 회수 탱크(160) 쪽을 열게 되면, 상기 응축 폐열 회수 열교환기(163)에서 회수되는 폐열이 상기 응축 폐열 회수 탱크(160)에 저장될 수 있게 되며, 상기 삼방 밸브(164)가 상기 증발기들(130, 140, 150) 쪽과 상기 응축 폐열 회수 탱크(160) 쪽을 모두 열게 되면, 상기 응축 폐열 회수 열교환기(163)에서 회수되는 폐열 증 일부는 상기 증발기들(130, 140, 150)로 향하여 제상에 이용되고, 상기 응축 폐열 회수 열교환기(163)에서 회수되는 폐열 중 나머지는 상기 응축 폐열 회수 탱크(160)로 항하여 저장된다.
상기 급냉실 증발기(130), 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150)에는 각각 제상 밸브들(165, 166, 167)이 설치되어, 상기 급냉실 증발기(130), 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150)에서 선택적으로 제상이 이루어질 수 있도록 한다.
상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)는 급냉 차단 밸브(180)와, 냉동실측 체크 밸브(143)와, 냉장실측 체크 밸브(153)를 포함한다.
상기 급냉 차단 밸브(180)는 상기 급냉실 증발기(130)에서 상기 압축기들(110, 111, 112)로의 냉매 흐름을 차단할 수 있는 것으로, 상기 급냉 차단 밸브(180)가 상기 급냉실 증발기(130)에서 상기 압축기들(110, 111, 112)로의 냉매 흐름을 차단하지 아니하면(차단 해제), 상기 급냉실 증발기(130)에서 급냉실로 급냉을 공급하고 출력된 냉매는 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150)에서 각각 출력되는 냉매와 함께 상기 압축기들(110, 111, 112)로 향하게 되고, 상기 급냉 차단 밸브(180)가 상기 급냉실 증발기(130)에서 상기 압축기들(110, 111, 112)로의 냉매 흐름을 차단하게 되면, 상기 급냉실 증발기(130)에서 급냉실로 급냉을 공급하고 출력된 냉매는 별도 배관을 통해 상기 체크 밸브들(143, 153)을 거쳐 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150)로 유입되어 각각 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150)에서의 증발에 이용될 수 있게 된다.
상기 체크 밸브들(143, 153)은 상기 급냉 차단 밸브(180)가 상기 급냉실 증발기(130)에서 상기 압축기들(110, 111, 112)로의 냉매 흐름을 차단하게 될 때, 상기 급냉실 증발기(130)에서 급냉실로 급냉을 공급하고 출력된 냉매가 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150) 쪽으로 유동되는 배관 상에 각각 설치되어, 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150)의 각 입력단과 상기 급냉실 증발기(130)의 출력단 사이의 냉매 역류를 방지하는 것이다.
상기 급냉실 증발기(130)에서 급냉실로 급냉을 공급하고 출력된 냉매가 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150) 쪽으로 유동되는 배관 상에서 상기 냉동실측 체크 밸브(143) 및 상기 냉장실측 체크 밸브(153)의 각 전단에는 각각 해당 배관을 개폐시킬 수 있는 냉동 병렬 밸브(168) 및 냉장 병렬 밸브(169)가 설치된다.
이하에서는 도면을 참조하여 본 실시예에 따른 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)의 작동에 대하여 설명한다.
먼저, 상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)가 냉장실 및 냉동실에 대한 냉장 및 냉동과 함께 급냉실에 대한 급냉도 공급하여야 하는 급냉 모드로 운전되는 경우, 상기 저압 헤더 밸브(172) 및 상기 고압 헤더 밸브(171)는 닫히고, 상기 2단 운전 밸브(170)는 열림으로써, 상기 제 1 압축기(110) 및 상기 제 2 압축기(111)는 저단용 압축기로, 상기 제 3 압축기(112)는 고단용 압축기로 기능하여, 2단 압축이 이루어진다.
상기와 같이 2단 압축된 냉매는 상기 중간 냉각기(102)를 경유한 다음 상기 응축기(120)로 유입된 후, 상기 증발기들(130, 140, 150)로 향하여 각 증발기에서 증발이 이루어지도록 한다.
이 때, 상기 급냉 차단 밸브(180)가 상기 급냉실 증발기(130)에서 상기 압축기들(110, 111, 112)로의 냉매 흐름을 차단하게 되면, 상기 급냉실 증발기(130)에서 급냉실로 급냉을 공급하고 출력된 냉매는 별도 배관을 통해 상기 체크 밸브들(143, 153)을 거쳐 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150)로 유입되어 각각 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150)에서의 증발에 이용될 수 있게 된다.
상기와 같이 증발된 냉매는 상기 기액 분리기(103)를 경유한 다음 상기 압축기들(110, 111, 112)로 재유입된다.
한편, 상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)가 냉동 모드 또는 냉장 모드로 운전되는 경우, 상기 저압 헤더 밸브(172) 및 상기 고압 헤더 밸브(171)는 열리고, 상기 2단 운전 밸브(170)는 닫힘으로써, 상기 제 1 압축기(110), 상기 제 2 압축기(111) 및 상기 제 3 압축기(112)가 각각 단단용 압축기로 기능하여, 단단 압축이 이루어진다.
상기와 같이 단단 압축된 냉매는 상기 중간 냉각기(102)를 경유한 다음 상기 응축기(120)로 유입된 후, 상기 증발기들(130, 140, 150)로 향하여 각 증발기에서 증발이 이루어지도록 한다.
이 때, 상기 급냉 차단 밸브(180)가 상기 급냉실 증발기(130)에서 상기 압축기들(110, 111, 112)로의 냉매 흐름을 차단 해제하게 되면, 상기 응축기(120)에서 순환된 냉매는 상기 각 증발기들(130, 140, 150)로 배분 유입되고, 상기 급냉실 증발기(130), 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150)에서 각각 출력되는 냉매는 상기 압축기들(110, 111, 112)로 향하게 된다.
상기와 같이, 상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)가 병렬로 연결된 제 1 압축기(110), 제 2 압축기(111) 및 제 3 압축기(112)로 구성된 압축기들(110, 111, 112); 상기 압축기들(110, 111, 112)에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기(120); 상기 응축기(120)를 경유한 냉매를 증발시켜, 급냉실에 급냉을 제공할 수 있는 급냉실 증발기(130); 상기 응축기(120)를 경유한 냉매를 증발시켜, 냉동실에 냉동을 제공할 수 있는 냉동실 증발기(140); 상기 응축기(120)를 경유한 냉매를 증발시켜, 냉장실에 냉장을 제공할 수 있는 냉장실 증발기(150); 상기 냉동실 증발기(140)와 상기 압축기들(110, 111, 112) 사이에 배치되는 냉동실측 증발압력 조절밸브(144); 상기 냉장실 증발기(150)와 상기 압축기들(110, 111, 112) 사이에 배치되는 냉장실측 증발압력 조절밸브(154); 및 상기 급냉실 증발기(130)와 상기 압축기들(110, 111, 112) 사이에 배치되는 급냉실측 증발압력 조절밸브(135);를 포함함에 따라, 고가의 2단 압축기 적용없이도 보관 대상물을 냉장, 냉동 및 급냉시켜 보관할 수 있게 된다.
한편, 위에 예시된 바와 같이 급냉 설정 온도인 -40℃의 중간 온도인 -20℃에 도달되는 순간에, 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브(132)가 닫히고 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브(134)가 열리게 하면, 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브(132)를 경유하던 냉매가 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브(134) 쪽으로 유동되어야 하나, 기체인 냉매의 특성상 곧바로 그러한 유동 전환이 이루어지지 못하고, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브(134) 쪽으로 냉매가 제대로 유동되지 못하는 등 상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)의 운전 과정 전반에서 냉매 정체 현상이 발생되어, 상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)의 작동이 제대로 이루어지지 못할 수 있다.
이러한 냉매 적체 현상을 해소하고, 상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치(100)의 원활한 작동을 위하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 저장실 온도(냉동실과 냉장실 온도 중 적어도 하나의 온도)가 미리 설정된 설정 온도보다 미리 설정된 일정 편차만큼 높은 온도에 도달된 (a)상태에서는, 상기 냉동 병렬 밸브(168), 상기 냉장 병렬 밸브(169) 및 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브(132)가 모두 열리고, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브(134)는 닫힌 상태이다.
이러한 상태에서, 저장실 온도가 설정 온도보다 상기 편차의 1/2값만큼 높은 온도에 도달된 (b)상태가 되면, 상기 냉동 병렬 밸브(168), 상기 냉장 병렬 밸브(169) 및 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브(132)가 모두 열린 상태를 유지하면서, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브(134)를 열어준다.
이러한 상태에서, 저장실 온도가 설정 온도에 도달된 (c)상태가 되면, 상기 냉동 병렬 밸브(168), 상기 냉장 병렬 밸브(169) 및 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브(132)가 모두 닫히고, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브(134)가 열린 상태를 유지한다. 이 때, 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150)는 작동 정지된다.
상기와 같이 작동되면, 저장실 온도가 설정 온도에 도달되기 전 상태(위 (b)상태)에 미리 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브(134)를 열어줌으로써, 저장실 온도가 설정 온도에 도달되기 전부터 상기 급냉실측 급냉 팽창 밸브(133) 쪽으로 냉매 유동이 점진적으로 발생될 수 있고, 그에 따라 상기 급냉실측 급냉 팽창 밸브(133)가 작동되어야 하는 시점인 저장실 온도가 설정 온도에 도달된 시점(위 (c)상태)에서 상기 급냉실측 급냉 팽창 밸브(133) 쪽으로의 냉매 정체 현상없이 냉매 유동이 원활하게 이루어짐에 따라, 상기 급냉실측 급냉 팽창 밸브(133)가 제대로 작동될 수 있고, 그에 따라 급냉이 원활하게 이루어질 수 있다.
한편, 저장실 온도가 다시 점진적으로 높아져서 설정 온도보다 상기 편차의 1/2값만큼 높은 온도에 도달된 (d)상태가 되면, 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브(132)는 닫힌 상태를 유지하고, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브(134)는 열린 상태를 유지하면서, 닫혀 있던 상기 냉동 병렬 밸브(168) 및 상기 냉장 병렬 밸브(169)를 열어준다.
이러한 상태에서, 저장실 온도가 설정 온도보다 상기 편차만큼 높은 온도에 도달된 (e)상태가 되면, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브(134)는 닫히고, 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브(132)는 열리며, 상기 냉동 병렬 밸브(168) 및 상기 냉장 병렬 밸브(169)는 열린 상태를 유지한다. 이 때, 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150)는 다시 작동된다.
위 (e)상태는 위 (a)상태와 같은 상태로, 이 후의 작동은 위에서 설명된 (a) 내지 (d) 상태의 반복이 된다.
상기와 같이 작동되면, 저장실 온도가 설정 온도에 상기 편차값이 더해진 온도값에 도달되기 전 상태(위 (d)상태)에 미리 상기 냉동 병렬 밸브(168) 및 상기 냉장 병렬 밸브(169)를 열어줌으로써, 저장실 온도가 설정 온도에 상기 편차값이 더해진 온도값에 도달되기 전부터 상기 냉동 병렬 밸브(168) 및 상기 냉장 병렬 밸브(169) 쪽으로 냉매 유동이 점진적으로 발생될 수 있고, 그에 따라 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150)가 작동되어야 하는 시점인 저장실 온도가 설정 온도에 상기 편차값이 더해진 온도값에 도달된 시점(위 (e)상태)에서 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150) 쪽으로의 냉매 정체 현상없이 냉매 유동이 원활하게 이루어짐에 따라, 상기 냉동실 증발기(140) 및 상기 냉장실 증발기(150)가 제대로 작동될 수 있고, 그에 따라 냉동 및 냉장이 원활하게 이루어질 수 있다.
여기서, 상기 (b)상태와 상기 (d)상태는 상기 저장실 온도가 상기 설정 온도보다 상기 편차의 1/2값만큼 높은 온도인 경우로 제시되나, 이는 예시적인 것이고, 상기 설정 온도와 상기 설정 온도에 상기 편차를 더한 온도 사이의 중간 온도에 해당되는 것이다.
위와 같은 제어 방법을 3평형 저장고에 적용시켜 시험해본 결과가 도 3에 도시되어 있다. 이러한 도 3을 참조해 보면, 급냉 모드에서 급냉실 온도가 요구되는 온도인 -40℃까지 안정적으로 구현되는 등 전체적으로 냉매 적체 현상없이 원활한 구동이 이루어짐을 알 수 있다.
상기에서 본 발명은 특정한 실시예에 관하여 도시되고 설명되었지만, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 알 수 있을 것이다. 그렇지만 이러한 수정 및 변형 구조들은 모두 본 발명의 권리범위 내에 포함되는 것임을 분명하게 밝혀두고자 한다.
본 발명의 일 측면에 따른 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치에 의하면, 고가의 2단 압축기 적용없이도 보관 대상물을 냉장, 냉동 및 급냉시켜 보관할 수 있으므로, 그 산업상 이용가능성이 높다고 하겠다.
110, 111, 112 : 압축기들
120 : 응축기
130 : 급냉실 증발기
135 : 급냉실측 증발압력 조절밸브
140 : 냉동실 증발기
144 : 냉동실측 증발압력 조절밸브
150 : 냉장실 증발기
154 : 냉장실측 증발압력 조절밸브

Claims (9)

  1. 병렬로 연결된 제 1 압축기, 제 2 압축기 및 제 3 압축기로 구성된 압축기들;
    상기 압축기들에서 압축된 냉매를 응축시키는 응축기;
    상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 급냉실에 급냉을 제공할 수 있는 급냉실 증발기;
    상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 냉동실에 냉동을 제공할 수 있는 냉동실 증발기;
    상기 응축기를 경유한 냉매를 증발시켜, 냉장실에 냉장을 제공할 수 있는 냉장실 증발기;
    상기 냉동실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 냉동실측 증발압력 조절밸브(EPR, evaporator pressure regulating valve);
    상기 냉장실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 냉장실측 증발압력 조절밸브;
    상기 급냉실 증발기와 상기 압축기들 사이에 배치되는 급냉실측 증발압력 조절밸브;
    상기 급냉실 증발기에서 상기 급냉실로 급냉을 공급하고 출력된 냉매가 상기 냉동실 증발기 쪽으로 유동되는 배관을 개폐시킬 수 있는 냉동 병렬 밸브;
    상기 급냉실 증발기에서 상기 급냉실로 급냉을 공급하고 출력된 냉매가 상기 냉장실 증발기 쪽으로 유동되는 배관을 개폐시킬 수 있는 냉장 병렬 밸브;
    미리 설정된 급냉 설정 온도에 도달되기 전의 중간 온도까지 작동되는 급냉실측 냉동 팽창 밸브;
    상기 급냉 설정 온도 이하의 온도에서 상기 급냉 설정 온도에 도달될 때가지 작동되는 급냉실측 급냉 팽창 밸브;
    상기 급냉실측 냉동 팽창 밸브 전단에 설치되는 급냉실측 냉동 차단 밸브; 및
    상기 급냉실측 급냉 팽창 밸브 전단에 설치되는 급냉실측 급냉 차단 밸브;를 포함하고,
    상기 냉동실과 상기 냉장실 온도 중 적어도 하나인 저장실 온도가 미리 설정된 설정 온도보다 미리 설정된 일정 편차만큼 높은 온도에 도달된 상태에서는, 상기 냉동 병렬 밸브, 상기 냉장 병렬 밸브 및 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브가 모두 열리고, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브는 닫힌 상태가 되고,
    상기 저장실 온도가 상기 설정 온도와 상기 설정 온도에 상기 편차를 더한 온도 사이의 중간 온도에 도달되면, 상기 냉동 병렬 밸브, 상기 냉장 병렬 밸브 및 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브가 모두 열린 상태를 유지하면서, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브를 열어주고,
    상기 저장실 온도가 상기 설정 온도에 도달되면, 상기 냉동 병렬 밸브, 상기 냉장 병렬 밸브 및 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브가 모두 닫히고, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브가 열린 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치는
    상기 제 1 압축기 및 상기 제 2 압축기의 각 입력단과 상기 제 3 압축기의 입력단 사이를 개폐할 수 있는 저압 헤더 밸브;
    상기 제 1 압축기 및 상기 제 2 압축기의 각 출력단과 상기 제 3 압축기의 출력단 사이를 개폐할 수 있는 고압 헤더 밸브; 및
    상기 제 1 압축기 및 상기 제 2 압축기의 각 출력단과 상기 제 3 압축기의 입력단 사이를 개폐할 수 있는 2단 운전 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치가 급냉 모드로 운전되는 경우,
    상기 저압 헤더 밸브 및 상기 고압 헤더 밸브는 닫히고, 상기 2단 운전 밸브는 열림으로써, 상기 제 1 압축기 및 상기 제 2 압축기에서 압축된 냉매가 상기 제 3 압축기로 유입되어 다시 압축된 다음, 상기 응축기로 향하게 되는 것을 특징으로 하는 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치가 냉동 모드 또는 냉장 모드로 운전되는 경우,
    상기 저압 헤더 밸브 및 상기 고압 헤더 밸브는 열리고, 상기 2단 운전 밸브는 닫힘으로써, 상기 제 1 압축기, 상기 제 2 압축기 및 상기 제 3 압축기에서 각각 압축된 냉매는 합지된 다음 상기 응축기로 향하게 되는 것을 특징으로 하는 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치는
    상기 압축기들에서 상기 응축기로 향하는 냉매 중의 폐열과 상기 응축기에서 냉매 응축 과정에서 발생되는 폐열 중 적어도 하나를 회수할 수 있는 응축 폐열 회수 열교환기; 및
    상기 응축 폐열 회수 열교환기에서 회수된 폐열을 수용하는 응축 폐열 회수 탱크;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치는
    상기 응축 폐열 회수 열교환기에서 회수되는 폐열이 상기 급냉실 증발기, 상기 냉동실 증발기 및 상기 냉장실 증발기 중 적어도 하나의 제상에 이용될 수 있도록 하거나, 상기 응축 폐열 회수 열교환기에서 회수되는 폐열이 상기 응축 폐열 회수 탱크로 수용되도록 조절할 수 있는 삼방 밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치는
    상기 급냉실 증발기에서 상기 압축기들로의 냉매 흐름을 차단할 수 있는 급냉 차단 밸브; 및
    상기 냉동실 증발기 및 상기 냉장실 증발기의 각 입력단과 상기 급냉실 증발기의 출력단 사이의 냉매 역류를 방지하는 체크 밸브;를 포함하고,
    상기 급냉 차단 밸브가 상기 급냉실 증발기에서 상기 압축기들로의 냉매 흐름을 차단하면, 상기 급냉실 증발기에서 출력되는 냉매는 상기 체크 밸브를 거쳐 상기 냉동실 증발기 및 상기 냉장실 증발기로 유입되어 각각 증발될 수 있고,
    상기 급냉 차단 밸브가 상기 급냉실 증발기에서 상기 압축기들로의 냉매 흐름을 차단 해제하면, 상기 급냉실 증발기에서 출력되는 냉매는 상기 냉동실 증발기 및 상기 냉장실 증발기에서 각각 출력되는 냉매와 함께 상기 압축기들로 유동되는 것을 특징으로 하는 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 저장실 온도가 다시 높아져서 상기 설정 온도와 상기 설정 온도에 상기 편차를 더한 온도 사이의 중간 온도에 도달되면, 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브는 닫힌 상태를 유지하고, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브는 열린 상태를 유지하면서, 닫혀 있던 상기 냉동 병렬 밸브 및 상기 냉장 병렬 밸브를 열어주고,
    상기 저장실 온도가 상기 설정 온도보다 상기 편차만큼 높은 온도에 도달되면, 상기 급냉실측 급냉 차단 밸브는 닫히고, 상기 급냉실측 냉동 차단 밸브는 열리며, 상기 냉동 병렬 밸브 및 상기 냉장 병렬 밸브는 열린 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 냉장, 냉동 및 급냉 보관 장치.
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