KR101970496B1

KR101970496B1 - 불응축가스를 퍼지할 수 있는 냉각장치 및 냉각장치의 유지보수방법

Info

Publication number: KR101970496B1
Application number: KR1020160068161A
Authority: KR
Inventors: 임송
Original assignee: (주)에코알앤에스
Priority date: 2016-01-18
Filing date: 2016-06-01
Publication date: 2019-04-19
Also published as: KR20170086388A

Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 냉각장치는, 압축기; 상기 압축기를 통해 압축된 냉매가 전달되는 응축기; 상기 응축기를 통해 응축된 상기 냉매가 이동하는 내부공간 및 상기 내부공간에 연통되는 가스토출구를 가지는 수액기; 상기 가스토출구에 설치되어 상기 가스토출구를 개폐하는 토출밸브; 그리고 상기 압축기 및 상기 토출밸브에 전기적으로 연결되어, 상기 압축기 및 상기 토출밸브를 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 상기 냉매의 압력이 상기 냉매의 온도로부터 산출된 포화증기압력을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나면 상기 토출밸브를 구동하여 상기 가스토출구를 개방한다.

Description

불응축가스를 퍼지할 수 있는 냉각장치 및 냉각장치의 유지보수방법{COOLING APPARATUS FOR PURGING NON-CONDENSATING GAS AND METHOD FOR MAINTAINING COOLING APPARATUS}

본 발명은 냉각장치 및 냉각장치의 유지보수방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 불응축가스를 퍼지할 수 있는 냉각장치 및 냉각장치의 유지보수방법에 관한 것이다.

냉동 또는 냉장 시스템의 냉각사이클은 증발기를 거친 냉매를 압축기에서 압축하여 고온고압 기체화하고, 이를 다시 응축기에서 고온고압 액체화한다. 그리고, 응축기에서 고온고압 액체화된 냉매는 다시 팽창밸브에서 저온저압 액체화한 후, 다시 증발기에서 저온저압 기체화하는 사이클을 반복하여 증발기에서 공기와 열교환을 통해 냉동고 또는 냉장고 내부의 온도를 낮춘다.

냉동시스템 운전 중 필요한 오일교체, 드라이어 교체 및 냉매누설 조치 등 점검보수시 공기 등의 기체가 시스템 내로 흡입되어 냉매와 함께 시스템 내를 순환하다가 응축기나 수액기 상부에 모이게 된다. 그러나, 이와 같은 기체는 비점이 낮아 응축이 되지 않으면서 응축압력을 높여 동력의 낭비 및 냉동능력의 저하, 냉동기 마모촉진, 냉각관 주위에서 열전달을 방해한다.

현재 할인마트에서 운영되고 있는 소형냉동기 시스템 등에서는 불응축가스 퍼지시스템이 갖추어지지 않아 이로 인한 온도불량, 에너지 낭비 등의 많은 문제점을 안고 있다.

한국공개특허공보 제10-2004-0049072호. 2004.06. 11.

본 발명의 목적은 불응축가스를 퍼지할 수 있는 냉각장치 및 냉각장치의 유지보수방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 의하면, 냉각장치는, 압축기; 상기 압축기를 통해 압축된 냉매가 전달되며, 상기 냉매가 이동하는 내부공간 및 상기 내부공간에 연통되는 가스토출구를 가지는 응축기; 상기 가스토출구에 설치되어 상기 가스토출구를 개폐하는 토출밸브; 그리고 상기 압축기 및 상기 토출밸브에 전기적으로 연결되어, 상기 압축기 및 상기 토출밸브를 제어하는 제어기를 포함하되, 상기 제어기는 상기 냉매의 압력이 상기 냉매의 온도로부터 산출된 포화증기압력을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나면 상기 토출밸브를 구동하여 상기 가스토출구를 개방한다.

상기 제어기는 상기 냉매의 압력이 상기 포화증기압력을 기준으로 기설정된 범위 이내이면 상기 토출밸브를 구동하여 상기 가스토출구를 폐쇄할 수 있다.

상기 냉각장치는, 상기 응축기를 통해 응축된 상기 냉매가 저압 상태로 전달되는 증발기; 상기 증발기에 연결되어 저압 상태의 상기 냉매가 흐르는 냉매공급라인; 그리고 상기 냉매공급라인에 설치되어 상기 냉매공급라인을 개폐가능한 개폐밸브를 더 포함하되, 상기 제어기는 상기 개폐밸브를 구동하여 상기 냉매공급라인을 폐쇄하고 상기 압축기의 작동을 정지한 상태에서 상기 냉매의 압력이 상기 냉매의 온도로부터 산출된 포화증기압력을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나는지 여부를 판단할 수 있다.

상기 냉각장치는, 상기 응축기에 연결되며, 상기 응축기의 내부에서 상기 냉매와 열교환하는 냉각유체를 각각 공급 및 회수하는 냉각유체 공급라인 및 냉각유체 회수라인; 상기 냉각유체 회수라인에 설치되어 상기 냉각유체의 온도를 감지가능한 냉각유체 온도센서; 상기 응축기를 통과한 상기 냉매의 온도를 감지가능한 냉매 온도센서; 그리고 상기 응축기를 통과한 상기 냉매의 압력을 감지가능한 냉매 압력센서를 더 포함하되, 상기 제어기는 상기 냉각유체 온도센서 및 상기 냉매 온도센서를 통해 각각 감지한 온도 중 어느 하나가 다른 하나를 기준으로 기설정된 범위 이내인 경우 상기 냉매의 압력이 상기 냉매의 온도로부터 산출된 포화증기압력을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나는지 여부를 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면, 압축기와, 상기 압축기를 통해 압축된 냉매가 전달되는 응축기와, 상기 응축기를 통해 응축된 상기 냉매가 이동하는 내부공간 및 상기 내부공간에 연통되는 가스토출구를 가지는 수액기와, 상기 가스토출구에 설치되어 상기 가스토출구를 개폐하는 토출밸브를 포함하는 냉각장치를 유지보수하는 방법은, 상기 냉매의 압력이 상기 냉매의 온도로부터 산출된 포화증기압력을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나면 상기 토출밸브를 구동하여 상기 가스토출구를 개방한다.

상기 냉매의 압력이 상기 포화증기압력을 기준으로 기설정된 범위 이내이면 상기 토출밸브를 구동하여 상기 가스토출구를 폐쇄할 수 있다.

상기 냉각장치는, 상기 응축기를 통해 응축된 상기 냉매가 저압 상태로 전달되는 증발기와, 상기 증발기에 연결되어 저압 상태의 상기 냉매가 흐르는 냉매공급라인과, 상기 냉매공급라인에 설치되어 상기 냉매공급라인을 개폐가능한 개폐밸브를 더 포함하며, 상기 유지보수방법은 상기 개폐밸브를 구동하여 상기 냉매공급라인을 폐쇄하고 상기 압축기의 작동을 정지한 상태에서 상기 냉매의 압력이 상기 냉매의 온도로부터 산출된 포화증기압력을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나는지 여부를 판단할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면 냉각장치 내에서 불응축가스를 퍼지할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시한 수액기를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시한 개폐 밸브 및 압축기, 도 2에 도시한 토출 밸브 등이 제어기에 연결된 상태를 나타내는 블럭도이다.
도 4는 도 1에 도시한 냉각장치를 통해 불응축가스를 퍼지하는 과정을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시한 응축기 내부의 냉매에 대한 온도와 압력의 관계를 나타낸다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 5를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉각장치를 개략적으로 나타내는 도면이다. 도 1에 도시한 바와 같이, 냉매는 압축기(compressor)(10)를 통해 고온고압으로 기체화하며, 응축기(condenser)(20)로 이동하여 잠열을 방출한 후 고온고압 액체화된다.

이후, 냉매는 수액기(receiver tank)(30) 내에 저장된 후 팽창밸브(40)를 거쳐 저온저압액체화한다. 증발기(60)는 냉각하고자 하는 공간에 설치되며, 냉매는 증발기(60)를 거쳐 해당 공간으로부터 열을 흡수한다. 이와 같은 과정에 따라, 공간 내부의 열은 증발기(60)를 통해 냉매로 흡수된 후 응축기(20)를 통해 외부로 배출되며, 공간 내부는 원하는 온도로 냉각될 수 있다.

그러나, 앞서 설명한 바와 같이, 공기 등의 기체가 냉매에 혼입되어 냉매와 함께 순환할 경우, 공기 등의 기체는 비점이 낮아 응축이 되지 않으면서 응축압력을 높이는 원인이 될 뿐만 아니라 냉각성능을 저해한다.

도 2는 도 1에 도시한 수액기를 나타내는 도면이다. 수액기(30)는 내부공간을 가지며, 냉매는 응축기(20)를 거쳐 고온고압 액체화된 상태에서 수액기(30)의 내부공간에 채워진다. 수액기(30)는 유입배관(도시안함) 및 유출배관(도시안함)을 구비하며, 고온고압 액체화된 냉매는 유입배관을 통해 수액기(30)의 내부로 유입되어 저장되고 유출배관을 통해 수액기(30)의 외부로 유출된다. 유출배관의 일단은 액체화된 냉매에 침지되므로 냉매는 유출배관을 통해 외부로 유출되나, 불응축가스는 기체 상태이므로 냉매의 액면을 기준으로 상부에 위치하여 외부로 유출되지 않고 수액기(30) 내부에 모인다.

한편, 도 2에 도시한 바와 같이, 수액기(30)는 내부공간과 연통되는 가스토출구(32)를 가지며, 토출밸브(34)는 가스토출구(32)에 설치되어 가스토출구(32)를 개폐한다. 따라서, 토출밸브(34)를 통해 가스토출구(32)를 개방하면 수액기(30)의 내부에 모인 불응축가스를 외부로 배출할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시한 개폐 밸브 및 압축기, 도 2에 도시한 토출 밸브 등이 제어기에 연결된 상태를 나타내는 블럭도이며, 도 4는 도 1에 도시한 냉각장치를 통해 불응축가스를 퍼지하는 과정을 나타내는 도면이다. 이하, 도 3 및 도 4를 참고하여 불응축가스를 퍼지하는 과정을 설명한다.

먼저, 도 1에 도시한 바와 같이, 응축기(20)는 내부를 흐르는 냉매의 잠열을 방출하여 냉매를 고온고압 액체화한다. 냉각유체 공급라인(22) 및 냉각유체 회수라인(24)은 응축기(20)에 연결되어 응축기(20)의 내부에 냉각유체를 공급 및 회수하며, 응축기(20) 내부의 냉매는 냉각유체와 열교환하여 잠열을 방출하고 고온고압 액체화 된다.

냉각유체 온도센서(26)는 냉각유체 회수라인(24)에 설치되어 회수되는 냉각유체의 온도를 감지하며, 제어기(70)에 전기적으로 연결된다. 또한, 냉매 온도센서(27) 및 냉매 압력센서(28)는 응축기(20)와 수액기(30)를 연결하는 냉매순환라인 상에 설치되어 응축기(20)로부터 유출된 냉매의 온도와 압력을 각각 감지하며, 제어기(70)에 전기적으로 연결된다. 또한, 개폐밸브(50)는 팽창밸브(40)와 증발기(60)를 연결하는 냉매순환라인 상에 설치되어 냉매순환라인을 개폐하며, 제어기(70)에 전기적으로 연결된다.

도 4에 도시한 바와 같이, 개폐밸브(50)를 작동하여 냉매순환라인을 폐쇄하면 증발기(60)로 이동하는 냉매가 차단된다(S10). 제어기(70)는 개폐밸브(50)를 주기적으로 작동하여 후술하는 불응축가스를 퍼지할 수 있으며, 이와 달리 작업자가 직접 개폐밸브(50)를 작동할 수 있다.

냉매가 차단된 후, 압축기(10)와 증발기(60)를 연결하는 냉매순환라인에 설치된 압력 센서(Low Pressure Sensor, LPS)(12)가 저압을 감지하여 압축기(10)의 작동이 정지된다(S20). 압력 센서(LPS)(12)는 압축기(10)의 흡입압력을 측정하는 센서로, 압축기(10)가 설정값(설정압력) 이하로 작동되는 경우 압축기(10)는 작동을 정지한다. 이와 달리, 제어기(70)를 통해 압축기(10)의 작동을 정지시킬 수 있다.

이후, 냉매 온도센서(27) 및 냉각유체 온도센서(26)를 통해 감지한 냉매 및 냉각유체의 온도를 비교하여, 어느 하나가 다른 하나를 기준으로 기설정된 범위 이내인지(즉, 두 온도가 근사치에 있는지) 판단한다(S30). 범위 이내인 경우 냉매의 유동 및 냉각유체의 유동이 충분히 발달하여 정상상태(steady state)에 있는 것으로 간주할 수 있다. 냉매 온도센서(27) 및 냉각유체 온도센서(26)의 설치위치는 필요에 따라 달라질 수 있으며, 수액기(30)에 설치될 수 있다.

이후, 후술하는 불응축가스의 존재여부를 판단한다. 즉, 냉매 압력센서(28)를 통해 측정한 압력과 냉매 온도센서(27)를 통해 측정한 온도로부터 산출된 냉매의 포화증기압력을 비교하며(S40), 측정압력이 산출압력보다 기설정된 범위를 벗어날 정도로 큰 경우 불응축가스가 존재하는 것으로 판단한다. 앞서 설명한 바와 같이, 측정압력이 산출압력보다 일정 수준 이상인 이유는 불응축가스가 응축되지 않아 압력이 증가하기 때문이다.

따라서, 제어기(70)는 토출밸브(34)를 작동해제하여 가스토출구(32)를 개방하며(S50), 불응축가스는 가스토출구(32)를 통해 배출된다. 이후, 측정압력이 산출압력을 기준으로 기설정된 범위 이내이면 토출밸브(34)를 작동하여 가스토출구(32)를 폐쇄하며(S60), 개폐밸브(50)를 작동해제하여(S70) 냉매가 증발기(60)로 이동하는 것을 허용한다. 그 결과, 압력 센서(12)가 압력 상승을 감지하여 압축기(10)의 작동이 재개된다(S80).

도 5는 도 1에 도시한 응축기 내부의 냉매에 대한 온도와 압력의 관계를 나타낸다. 앞서 설명한 산출압력은 도 5에 도시한 관계를 통해 구할 수 있으며, 냉매에 따른 온도와 압력의 관계는 제어기(70) 내에 저장되거나 제어기(70)와 전기적으로 연결된 별도의 저장장치에 저장될 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 측정압력이 도 5에 도시한 산출압력보다 기설정된 범위를 초과하는 경우, 불응축가스가 존재하는 것으로 판단할 수 있다.

본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.

10 : 압축기 12 : 압력 센서
20 : 응축기 22 : 냉각유체 공급라인
24 : 냉각유체 회수라인 26 : 냉각유체 온도센서
27 : 냉매 온도센서 28 : 냉매 압력센서
30 : 수액기 40 : 팽창밸브
50 : 개폐밸브 60 : 증발기

Claims

압축기;
상기 압축기를 통해 압축된 냉매가 전달되는 응축기;
상기 응축기를 통해 응축된 상기 냉매가 이동하는 내부공간 및 상기 내부공간에 연통되는 가스토출구를 가지는 수액기;
상기 가스토출구에 설치되어 상기 가스토출구를 개폐하는 토출밸브;
상기 응축기에 연결되며, 상기 응축기의 내부에서 상기 냉매와 열교환하는 냉각유체를 각각 공급 및 회수하는 냉각유체 공급라인 및 냉각유체 회수라인;
상기 냉각유체 회수라인에 설치되어 상기 냉각유체의 온도를 감지가능한 냉각유체 온도센서;
상기 응축기를 통과한 상기 냉매의 온도를 감지가능한 냉매 온도센서;
상기 응축기를 통과한 상기 냉매의 압력을 감지가능한 냉매 압력센서; 및
상기 압축기 및 상기 토출밸브, 상기 냉각유체 온도센서, 상기 냉매 온도센서 및 상기 냉매 압력센서에 전기적으로 연결되어, 상기 압축기 및 상기 토출밸브를 제어하는 제어기를 포함하되,
상기 제어기는 상기 냉각유체 온도센서 및 상기 냉매 온도센서를 통해 각각 감지한 온도 중 어느 하나가 다른 하나를 기준으로 기설정된 범위 이내인 경우, 상기 냉매의 압력이 상기 냉매의 온도로부터 산출된 포화증기압력을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나면 상기 토출밸브를 구동하여 상기 가스토출구를 개방하는, 냉각장치.
압축기;
상기 압축기를 통해 압축된 냉매가 전달되며, 상기 냉매가 이동하는 내부공간 및 상기 내부공간에 연통되는 가스토출구를 가지는 응축기;
상기 가스토출구에 설치되어 상기 가스토출구를 개폐하는 토출밸브;
상기 응축기에 연결되며, 상기 응축기의 내부에서 상기 냉매와 열교환하는 냉각유체를 각각 공급 및 회수하는 냉각유체 공급라인 및 냉각유체 회수라인;
상기 냉각유체 회수라인에 설치되어 상기 냉각유체의 온도를 감지가능한 냉각유체 온도센서;
상기 응축기를 통과한 상기 냉매의 온도를 감지가능한 냉매 온도센서;
상기 응축기를 통과한 상기 냉매의 압력을 감지가능한 냉매 압력센서; 및
상기 압축기 및 상기 토출밸브, 상기 냉각유체 온도센서, 상기 냉매 온도센서 및 상기 냉매 압력센서에 전기적으로 연결되어, 상기 압축기 및 상기 토출밸브를 제어하는 제어기를 포함하되,
상기 제어기는 상기 냉각유체 온도센서 및 상기 냉매 온도센서를 통해 각각 감지한 온도 중 어느 하나가 다른 하나를 기준으로 기설정된 범위 이내인 경우, 상기 냉매의 압력이 상기 냉매의 온도로부터 산출된 포화증기압력을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나면 상기 토출밸브를 구동하여 상기 가스토출구를 개방하는, 냉각장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제어기는 상기 냉매의 압력이 상기 포화증기압력을 기준으로 기설정된 범위 이내이면 상기 토출밸브를 구동하여 상기 가스토출구를 폐쇄하는, 냉각장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 냉각장치는,
상기 응축기를 통해 응축된 상기 냉매가 저압 상태로 전달되는 증발기;
상기 증발기에 연결되어 저압 상태의 상기 냉매가 흐르는 냉매공급라인;
상기 냉매공급라인에 설치되어 상기 냉매공급라인을 개폐가능한 개폐밸브를 더 포함하되,
상기 제어기는 상기 개폐밸브를 구동하여 상기 냉매공급라인을 폐쇄하고 상기 압축기의 작동을 정지한 상태에서 상기 냉매의 압력이 상기 냉매의 온도로부터 산출된 포화증기압력을 기준으로 기설정된 범위를 벗어나는지 여부를 판단하는, 냉각장치.
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