KR102049426B1

KR102049426B1 - 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러 및 그 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템

Info

Publication number: KR102049426B1
Application number: KR1020190075784A
Authority: KR
Inventors: 남해식
Original assignee: (주)대성마리프
Priority date: 2019-06-25
Filing date: 2019-06-25
Publication date: 2019-11-28

Abstract

본 발명에 따른 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러는, 냉매와 실내 공기 간 열교환을 수행하는 증발기; 고온 고압의 냉매를 단열팽창시키는 제상팽창밸브; 상기 제상팽창밸브에서 토출 된 냉매의 일부가 분기되어 상기 증발기의 입구를 연결하는 유로에 합류되는 제1제상 유로; 상기 제상팽창밸브에서 토출 된 냉매의 나머지가 분기되어 상기 증발기에 구비된 냉매 코일의 입구와 출구의 사이에서 합류되도록 구성된 제2제상 유로; 상기 증발기의 냉매 코일의 표면 온도를 측정하는 온도 센서; 상기 증발기의 냉매 코일을 통과하는 냉매의 압력을 측정하는 압력 센서; 및 상기 온도 센서 또는 상기 압력 센서에서 측정된 값이 미리 정해진 조건에 부합할 경우 상기 제상팽창밸브를 개폐하도록 신호를 발생시키는 압력 조절기;를 포함한 것을 특징으로 한다.

Description

핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러 및 그 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템{Cooler using hot gas injection effect and defrost system including thereof}

본 발명은 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러 및 그 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 농축수산물 등을 습도 감소 없이 저온으로 보관할 수 있는 냉동 시스템의 유니트 쿨러의 착상을 최대한 억제 하며, 신속하게 제상을 수행할 수 있는 냉동 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 냉동 시스템은 증발기의 증발열과 공기와의 열교환에 의해 냉기를 발생시킨다. 이 과정에서 증발열과 공기 온도의 차이에 의해 증발기 표면에는 성에가 착상된다. 농축수산물 등과 같이 충분한 습도를 유지한 상태로 저온 보관하여야 신선도가 유지되는 경우, 냉동 공간의 공기와 냉매 간 열교환에 의해 냉매의 증발기 역할을 하는 유니트 쿨러의 열교환 코일 표면에 성에가 발생하면, 냉각 능력이 저하되는 동시에 보관 중인 피냉각 물체의 수분, 즉 절대습도가 감소하여 신선도가 현저하게 떨어짐으로써 상품성이 나빠지는 문제점이 있다.

이와 같이 유니트 쿨러의 표면에 성에가 발생하는 것을 착상이라 하며, 이러한 성에를 제거하는 공정을 제상이라 한다.

종래의 냉동 시스템에서 제상은, 착상된 유니트 쿨러의 표면에 온수를 뿌려서 성에를 녹여주는 방식인 살수 제상, 전기 히터에 의해 발생하는 열에 의해 제상하는 방식인 전기 제상, 상기 살수 제상과 같은 방식인데 온수 대신 부동액을 분사하는 브라인 제상, 냉동 공간의 온도를 0℃보다 높게 유지하는 경우 유니트 쿨러의 작동을 정지시켜 제상 하는 방식인 자연 제상, 냉동 공간보다 온도가 높은 외기를 도입하여 제상하는 공기 순환 제상, 냉동기를 운전하면서 고온 고압의 냉매를 유니트 쿨러에 통과시켜 제상하는 핫 가스 제상 등이 사용되고 있다.

위의 여러 가지 제상 방식은 각각 장단점이 존재한다. 이 중 본 발명과 관련성이 있는 핫 가스 제상 방식을 채용한 냉동 시스템의 일 예가 대한민국 공개특허 제2019-0030967호에 개시되어 있다.

그런데 종래의 핫 가스 제상은 운전중 제상 시점이 도래하면, 증발기 내의 냉매를 고압측으로 모으는 방법인 펌프다운을 한 후 고온 고압의 냉매 가스를 직접적으로 증발기(유니트 쿨러)에 통과시키는 구조이기 때문에 증발기 코일이 고온 고압의 냉매 가스가 통과하는 과정에서 열충격이 반복적으로 일어나 신축율이 서로 다른 동튜브와 열교환핀의 접촉 부분이 넓어져 열교환 능력이 현저히 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 종래의 핫 가스 제상 방식은 압축기로부터 토출 된 고온 고압의 냉매 가스를 응축기를 우회하여 증발기에 직접적으로 공급하도록 사방밸브와 같이 복잡한 구성이 필요하므로 제조 비용이 비싸지는 문제점이 있다.

본 발명의 목적은 상술한 바와 같은 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로서, 핫 가스 제상의 문제점인 증발기 코일의 열충격을 방지하며, 증발기 표면에 착상이 발생하는 것을 최대한 억제하고, 신속한 제상이 가능하도록 제상 사이클을 개선함으로써 신선도가 양호하게 유지되어야 하는 농축수산물을 고습도의 환경하에서 장기간 보관할 수 있는 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러 및 그 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일 실시 예에 따른 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템은, 냉매 가스를 압축하여 고온 고압의 냉매 가스를 토출하는 압축기;

상기 압축기와 냉매 유로로 연결되어 압축기로부터 토출 된 냉매와 외기 간 열교환을 수행하는 응축기;

상기 응축기에서 유입된 액상의 냉매를 일시적으로 보관하며, 액상의 냉매와 증발기에서 유입된 냉매간 비혼합 열교환을 수행하는 수액기;

상기 수액기에서 토출된 과냉각된 액상의 냉매를 단열팽창시키는 팽창밸브; 및

상기 팽창밸브에서 배출된 습포화 증기 냉매와 실내 공기 간 열교환을 수행하는 상기 증발기; 및

상기 증발기에서 토출된 냉매가 상기 수액기 내부에 일시적으로 보관된 액상의 냉매와 비혼합 열 교환 됨으로써 과열도가 증가된 후, 기체 상태의 냉매만 상기 압축기로 회수되도록 상기 수액기 내에 설치되며, 상기 압축기의 입구측에 냉매 유로로 연결되는 과열도 조절 열교환기; 를 포함하는 냉동 시스템으로서,

상기 압축기와 상기 응축기를 연결하는 냉매 유로에서 분기되는 메인 제상 유로;

상기 메인 제상 유로에 설치되어 냉매를 단열팽창시키는 제상팽창밸브;

상기 제상팽창밸브에서 토출 된 냉매의 일부가 분기되어 상기 팽창밸브와 상기 증발기의 입구를 연결하는 유로에 합류되는 제1제상 유로;

상기 제상팽창밸브에서 토출 된 냉매의 나머지가 분기되어 상기 증발기에 구비된 냉매 코일의 입구와 출구의 사이에서 합류되도록 구성된 제2제상 유로;

상기 메인 제상 유로 상에 설치되어 상기 압축기로부터 상기 제상팽창밸브로의 냉매의 흐름 양을 비례적으로 조절하는 2방밸브; 를 구비한 점에 특징이 있다.

상기 제상팽창밸브는 상기 증발기에 구비된 냉매 코일의 표면 온도 및 상기 증발기에 구비된 냉매 코일을 통과하는 냉매의 압력에 기초하여 비례적으로 개폐가 조절되도록 제어되는 것이 바람직하다.

상기 증발기에 구비된 냉매 코일의 표면온도 및 상기 증발기에 구비된 냉매 코일을 통과하는 냉매의 압력에 기초하여 상기 제상팽창밸브를 개폐하는 압력 조절기가 구비된 것이 바람직하다.

상기 제1제상 유로 및 상기 제2제상 유로에는 각각 모세관부가 구비된 것이 바람직하다.

상기 증발기에 구비된 냉매 코일의 표면 온도가 5℃ 이상일 때 상기 제상팽창밸브가 완전 폐쇄되며, 상기 증발기에 구비된 냉매 코일의 표면 온도가 -5℃ 이하일때 상기 제상팽창밸브가 완전 개방되도록 제어되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러는, 냉매와 실내 공기 간 열교환을 수행하는 증발기;

고온 고압의 냉매를 단열팽창시키는 제상팽창밸브;

상기 제상팽창밸브에서 토출 된 냉매의 일부가 분기되어 상기 증발기의 입구를 연결하는 유로에 합류되는 제1제상 유로;

상기 증발기의 냉매 코일의 표면 온도를 측정하는 온도 센서;

상기 증발기의 냉매 코일을 통과하는 냉매의 압력을 측정하는 압력 센서; 및

상기 온도 센서 또는 상기 압력 센서에서 측정된 값이 미리 정해진 조건에 부합할 경우 상기 제상팽창밸브를 개폐하도록 신호를 발생시키는 압력 조절기;를 포함한 점에 특징이 있다.

본 발명에 따른 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러 및 그 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템은, 메인 제상 유로에 설치된 제상팽창밸브에 의해 상기 증발기의 입구와 중간 부위에 분기되어 공급되는 핫 가스에 의해, 상기 증발기의 표면 온도가 통과 공기중 수분의 동결점 보다 낮아 지지 않으므로, 장시간에 걸쳐 증발기 표면에 성에가 거의 발생하지 않는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템은 증발기 표면에 착상이 발생하면 빠른 시간내에 메인 제상 유로를 통해 공급되는 고온 고압의 냉매 가스가 팽창밸브를 통해 증발기로 공급되는 냉매에 혼합됨으로써 증발기 내부를 통과하는 냉매가 중간 온도로 유지되면서 제상 기능이 수행되는 효과를 제공한다. 이에 따라 증발기와 열 교환되는 냉동실 또는 냉장실에 보관되는 농축수산물의 습도가 양호하게 유지될 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러 및 그 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템은 팽창밸브를 통하여 증발기에 공급되는 습포화 증기와 제1제상 유로 및 제2제상 유로를 통과한 냉매가 증발기 내에서 혼합되어 중간 온도를 유지함으로써 증발기의 냉매 코일의 열충격을 감소시키는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명에 따른 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러 및 그 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템은, 종래의 핫가스 제상 시스템에 비하여 사방밸브나 삼방밸브와 같이 비싼 부품을 사용하지 않고서도 구현할 수 있으므로 제조 비용이 절감되는 효과를 제공한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 냉동 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 냉동 시스템이 정상적인 냉동 사이클 운전을 하는 경우 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 냉동 시스템이 착상 방지 및 제상 사이클 운전을 하는 경우의 냉매의 흐름을 보여주는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 각 지점에서 냉매의 상태를 몰리에르 선도에 표기한 것이다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템은, 압축기(20)와, 응축기(30)와, 수액기(35)와, 팽창밸브(40)와, 증발기(50)와, 2방밸브(70)와, 메인 제상 유로(80)와, 제상팽창밸브(90)와, 제1제상 유로(100)와, 제2제상 유로(110)와, 모세관부(120)를 포함한다.

상기 압축기(20)는 저온 저압의 냉매 가스를 압축하여 고온 고압의 냉매 가스를 토출 하는 장치다. 상기 압축기(20)의 토출구 측 유로에는 유분리기(미도시)가 구비되어 상기 압축기(20)로부터 냉매 가스에 포함된 오일을 상기 압축기(20)로 회수하도록 구성할 수 있다.

상기 응축기(30)는 상기 압축기(20)와 냉매 유로로 연결되어 있다. 상기 응축기(30)는 상기 압축기(20)로부터 토출 된 고온 고압의 냉매 가스와 외기(outdoor air) 간 열교환을 수행하는 장치다. 상기 응축기(30)를 통과하면서 열 교환된 냉매는 액체 상태로 상 변화한다.

상기 수액기(35)는 상기 응축기(30)에서 유입된 액상의 냉매를 일시적으로 보관한다. 상기 수액기(35)는 기체 상태의 냉매가 상기 수액기(35)의 출구로 토출되지 않고 액상의 냉매만 출구로 토출되도록 하는 역할을 수행한다. 상기 응축기(30)로부터 상기 수액기(35)에 유입된 액상의 냉매는 후술하는 증발기(50)에서 유입된 냉매와 비혼합 열교환을 수행한다. 이와 같은 냉매 간 비혼합 열교환을 위해 과열도 조절 열교환기(60)가 상기 수액기(35) 내부에 설치된다. 상기 과열도 조절 열교환기(60)에 대해서는 아래에서 상세하게 서술하기로 한다.

상기 팽창밸브(40)는 상기 수액기(35)와 냉매 유로로 연결되어 있다. 상기 팽창밸브(40)는 상기 수액기(35)를 통과한 액상의 냉매를 단열팽창시켜 습포화 증기로 변환한다.

상기 증발기(50)는 상기 팽창밸브(40)와 냉매 유로로 연결되어 있다. 상기 증발기(50)는 상기 팽창밸브(40)에서 배출된 습포화 증기 냉매와 실내 공기 간 열교환을 수행하는 장치다. 상기 증발기(50)는 상기 팽창밸브(40)에서 유입되는 냉매가 통과하는 입구 유로(51)를 구비한다. 상기 증발기(50)는 상기 입구 유로(51)로 유입된 냉매가 실내 공간의 공기와 열 교환되는 냉매 코일(52)을 포함한다. 상기 증발기(50)에는 제1제상 유로(100)와 제2제상 유로(110)가 연결된다. 상기 제1제상 유로(100)는 상기 입구 유로(51)에 합류되도록 설치된 유로이다. 상기 제1제상 유로(100)로 유입되는 냉매는 제상팽창밸브(90)에서 토출 된다. 상기 제2제상 유로(110)는 상기 제상팽창밸브(90)에서 토출 된 냉매가 상기 제1제상 유로(100)와 분기되어 형성된다. 상기 제2제상 유로(110)는 상기 증발기(50)의 냉매 코일(52)의 중간 부위에 합류되도록 설치된다. 상기 증발기(50)의 냉매 코일(52)의 표면 온도를 측정하는 온도 센서(53)가 설치된다. 또한, 상기 증발기(50)의 냉매 코일을 통과하는 냉매의 압력을 측정하는 압력 센서(54)가 설치된다. 상기 온도 센서(53)와 상기 압력 센서에서 측정된 값은 압력 조절기(56)에 전송되도록 설치된다. 상기 압력 조절기(56)는 상기 제상팽창밸브(90)를 개폐하는 신호를 발생시킨다. 상기 압력 조절기(56)는 상기 온도 센서(53) 또는 상기 압력 센서(54)에서 측정된 값이 미리 정해진 조건에 부합할 경우 상기 제상팽창밸브(90)를 개폐하도록 신호를 발생시킨다.

정상적인 냉동 사이클 운전시 상기 증발기(50)를 통과하는 냉매는 실내 공기와 열교환에 의해 액상에서 기상으로 상변화 되면서 과열도가 증가한다.

상기 과열도 조절 열교환기(60)는 상기 증발기(50)와 냉매 유로로 연결되어 있다. 또한, 상기 과열도 조절 열교환기(60)는 상기 압축기(20)의 입구측에 냉매 유로로 연결되어 있다. 상기 과열도 조절 열교환기(60)는 상기 수액기(35) 내부에 설치된다. 상기 과열도 조절 열교환기(60)는 상기 증발기(50)에서 토출된 냉매가 통과하면서 상기 응축기(30)에서 유입된 액상의 냉매와 비혼합 열교환 된다. 이에 따라 상기 수액기(35) 내부에서 액상의 냉매는 과냉각도가 증가한다. 한편, 상기 과열도 조절 열교환기(60)를 통과하는 냉매는 잔여 액상 냉매가 증발 기화하면서 과열도가 증가한다. 상기 과열도 조절 열교환기(60)에서 토출된 냉매는 과열도가 조절된 기체 상태의 냉매로서 상기 압축기(20)로 회수된다. 상기 압축기(20)로 회수되는 냉매는 상기 과열도 조절 열교환기(60)에 의해 기체 상태로 회수되므로 압축기(20)의 액압축을 방지한다. 본 발명에서 상기 수액기(35)와 상기 과열도 조절 열교환기(60)는 냉매 간 비혼합 열교환 기능을 수행한다.

상기 메인 제상 유로(80)는 상기 압축기(20)와 상기 응축기(30)를 연결하는 냉매 유로에서 분기되는 냉매 유로이다. 상기 메인 제상 유로(80)는 후술하는 제1제상 유로(100)와 제2제상 유로(110)로 분기된다. 상기 메인 제상 유로(80)는 제상팽창밸브(90)에 연결된다.

상기 제상팽창밸브(90)는 고온 고압의 냉매를 단열팽창시킨다. 상기 제상팽창밸브(90)는 상기 메인 제상 유로(80)에 설치되어 냉매를 단열팽창시킨다. 상기 제상팽창밸브(90)를 통과한 냉매는 온도와 압력이 낮아진 기체 상태가 된다.

상기 제1제상 유로(100)는 상기 제상팽창밸브(90)에서 토출 된 냉매의 일부가 분기되어 상기 팽창밸브(40)의 출구와 상기 증발기(50)의 입구를 연결하는 유로에 합류되는 냉매 유로이다. 상기 제1제상 유로(100)에는 모세관부(120)가 구비된다. 상기 모세관부(120)는 상기 제1제상 유로(100)를 따라 상기 팽창밸브(40)로부터 상기 제상팽창밸브(90)로 냉매가 역류하는 것을 방지하는 역할을 수행한다. 상기 모세관부(120)는 일종의 체크밸브와 유사한 작용을 수행한다.

상기 제2제상 유로(110)는 상기 제상팽창밸브(90)에서 토출 된 냉매의 나머지가 분기되어 상기 증발기(50)에 구비된 냉매 코일의 입구와 출구의 사이에서 합류되도록 구성된 냉매 유로이다. 상기 제2제상 유로(110)는 상기 증발기(50)의 입구로부터 출구쪽으로 1/2 지점에 연결되는 것이 바람직하다. 상기 제2제상 유로(110) 상에는 모세관부(120)가 구비된다. 상기 모세관부(120)는 상기 증발기(50)로부터 상기 제상팽창밸브(90)로 냉매가 역류하는 것을 방지하는 역할을 수행한다.

상기 2방밸브(70)는 상기 메인 제상 유로(80) 상에 설치된다. 상기 2방밸브(70)는 상기 압축기(20)로부터 토출 된 냉매가 상기 제상팽창밸브(90)로 흐르는 양을 비례적으로 조절하는 장치다.

상기 제상팽창밸브(90)는 상기 증발기(50)에 구비된 냉매 코일의 표면 온도 또는 상기 증발기(50)에 구비된 냉매 코일을 통과하는 냉매의 압력에 기초하여 개폐가 조절되도록 제어되는 것이 바람직하다. 상기 제상팽창밸브(90)의 개폐 조건을 측정하기 위해 상기 증발기(50)의 냉매 코일의 표면 온도를 측정하는 온도 센서(53)가 구비된다. 또한, 상기 증발기(50)의 냉매 코일을 통과하는 냉매의 압력을 측정하는 압력 센서(54)가 구비된다. 상기 온도 센서(53) 및 상기 압력 센서(54)의 설치 위치는 증발기(50)의 냉매 입구로부터 출구쪽으로 2/3 지점에 설치되는 것이 바람직하다. 상기 온도 센서(53) 및 상기 압력 센서(54)는 압력 조절기(56)에 연결된다. 상기 압력 조절기(56)는 미리 설정된 조건에 의해 상기 제상팽창밸브(90)의 개폐 신호를 발생시킨다. 즉, 상기 압력 조절기(56)는 상기 증발기(50)에 구비된 냉매 코일의 표면온도 또는 상기 증발기(50)에 구비된 냉매 코일을 통과하는 냉매의 압력에 기초하여 상기 제상팽창밸브(90)를 개폐한다.

상기 압력 조절기(56)에서 상기 제상팽창밸브(90)를 개폐하는 기준 온도는 상기 증발기(50)에 구비된 냉매 코일(52)의 표면 온도가 -5℃ 내지 5℃의 범위에서 사용자에 의해 선택되도록 구성되는 것이 바람직하다. 한편, 상기 압력 조절기(56)에서 상기 제상팽창밸브(90)를 개폐하는 기준 압력은 상기 증발기(50)에 구비된 냉매 코일(52)의 표면 온도가 0℃에서 냉매의 포화압력이 될 수 있다. 이에 따라 상기 제상팽창밸브(90)가 개방되는 조건은 상기 증발기(50)에 구비된 냉매 코일(52)의 표면온도가 사용자에 의해 미리 선택된 온도 이하인 경우나, 상기 증발기(50)에 구비된 냉매 코일(52)을 통과하는 냉매의 압력이 특정 온도에서 포화압력 이하인 경우가 된다. 예컨대, 상기 압력 조절기(56)는, 상기 증발기(50)에 구비된 냉매 코일(52)의 표면 온도가 5℃ 이상일 때 상기 제상팽창밸브(90)가 완전 폐쇄되며, 상기 증발기(50)에 구비된 냉매 코일(52)의 표면 온도가 -5℃ 이하일 때 상기 제상팽창밸브가 완전 개방되도록 제어될 수 있다.

또한, 상기 압력 조절기(56)가 상기 제상팽창밸브(90)를 개폐를 제어하는 조건은, 상기 제상팽창밸브(90)는 상기 증발기(50)에 의해 열교환 되는 실내 공기의 온도가 사용자에 의해 설정된 온도, 예컨대 실내 공기의 온도가 0℃ 내지 2℃로 사이의 특정된 값 이하에서만 개폐가 이루어지도록 상기 압력 조절기(56)기의 신호가 발생 되도록 설정하는 것이 바람직하다.

상술한 구성요소 중 상기 증발기(50)와, 상기 제상팽창밸브(90)와, 상기 제1제상 유로(100)와, 상기 제2제상 유로(110)와, 상기 온도 센서(53)와, 상기 압력 센서(54)와, 상기 압력 조절기(56)를 포함한 모듈을 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러로 제조할 수 있다. 상기 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러는 종래의 냉동 시스템을 구성하는 증발기를 대체하도록 쉽게 이식할 수 있는 장점이 있다.

이하에서는 상술한 바와 같은 구성요소를 포함한 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템이 냉동 사이클 운전을 하는 경우와, 착상 방지 및 제상 사이클 운전을 하는 경우를 구분하여 본 발명의 작용효과를 설명하기로 한다.

먼저, 도 2를 참조하여 냉동 사이클 운전을 하는 경우를 설명한다.

압축기(20)에서 고온 고압의 냉매 가스가 토출 된다. 상기 압축기(20)에서 토출 된 고온 고압의 냉매 가스는 지점 a를 지나 응축기(30)에 유입된다. 상기 응축기(30)에서 고온 고압의 냉매 가스는 외기와 열 교환되어 온도와 압력이 낮아져 액체 상태로 상변화 된다. 상기 응축기(30)를 통과한 냉매는 수액기(35)에 유입된다.

상기 응축기(30)로부터 상기 수액기(35)에 유입된 액상의 냉매는 상기 수액기(35) 내부에 일시적으로 보관된다. 상기 수액기(35)에 유입된 액상의 냉매 중 기화되는 기체 상태의 냉매는 상기 수액기(35)로부터 토출되지 않고 잔류하거나 상기 수액기(35) 내부에서 상기 과열도 조절 열교환기(60)를 통과하는 냉매와 비혼합 열교환을 통해 과냉각되어 액체 상태로 상변화 된다. 상기 수액기(35) 내부에 설치된 과열도 조절 열교환기(60)는 상기 증발기(50)에서 토출된 기체 상태의 냉매가 통과하면서 상기 수액기(35)에 유입된 액체 상태의 냉매와 비혼합 열교환이 이루어지도록 한다. 이에 따라 상기 수액기(35)에서 팽창밸브(40)로 토출되는 냉매는 과냉각도가 증가한다. 동시에 상기 과열도 조절 열교환기(60)에서 압축기(20)의 입구쪽으로 토출되는 냉매는 과열도가 증가한다.

상기 팽창밸브(40)에서 상기 수액기(35)로부터 유입된 액상의 냉매가 단열팽창하여 습포화 증기로 변환된다. 상기 팽창밸브(40)를 통과하는 냉매는 증발기(50)로 유입된다. 상기 증발기(50)에 유입된 냉매는 실내 공간의 공기와 열 교환되면서 액상에서 기상으로 상 변화하면서 과열도가 증가한다. 실내 공간의 공기의 온도는 낮아져서 냉기가 형성된다. 상기 증발기(50)에 의해 온도가 낮아진 실내 공간에는 농축수산물과 같은 저온 습도 유지가 필요한 피냉각 물체가 장기간 보관될 수 있다.

상기 증발기(50)를 통과한 냉매는 과열도가 증가하여 과열도 조절 열교환기(60)를 통과하면서 과열도가 조절되어 상기 압축기(20)로 회수됨으로써 하나의 냉동 사이클이 완성된다.

이제, 도 3을 참조하여 착상 방지 사이클 및 제상 사이클 운전을 하는 경우를 설명한다.

상기 압축기(20)에서 고온 고압의 냉매 가스가 토출 된다. 상기 압축기(20)에서 토출 된 고온 고압의 냉매 가스의 일부는 상기 2방밸브(70)를 통과한다. 한편, 상기 압축기(20)에서 토출 된 고온 고압의 냉매 가스의 나머지는 상기 2방밸브(70)를 우회하여 상기 응축기(30)로 유입된다. 상기 2방밸브(70)를 통과한 고온 고압의 냉매는 상기 메인 제상 유로(80)를 통과하여 제상팽창밸브(90)에 유입된다. 상기 제상팽창밸브(90)에서 단열 팽창된 고온 고압의 냉매 가스는 온도와 압력이 소폭 낮아진다. 상기 메인 제상 유로(80)를 통과한 냉매는 제1제상 유로(100)를 통해 상기 증발기(50)의 입구쪽으로 합류한다.

한편, 상기 응축기(30)를 통과한 냉매는 상기 메인 제상 유로(80)로 분기된 냉매의 양만큼 줄어든다. 상기 응축기(30)에서는 상술한 냉동 사이클에서와 마찬가지의 열교환이 이루어진다. 상기 응축기(30)를 통과한 냉매는 액화되어 상기 수액기(35)에 유입된다. 상기 수액기(35)에서 액상의 냉매는 상기 과열도 조절 열교환기(60)를 통과하는 냉매와 비혼합 열교환 된다. 이에 따라 상기 수액기(35)에 수용된 액상의 냉매의 과냉각도가 증가한다. 동시에 상기 과열도 조절 열교환기(60)를 통과하는 냉매는 과열도가 증가한다.

상기 수액기(35)에서 토출된 액상의 냉매는 상기 팽창밸브(40)에서 단열 팽창하여 습포화 증기가 된다.

상기 증발기(50) 입구에는 상기 팽창밸브(40)를 통과한 습포화 증기와 상기 제1제상 유로(100)를 통하여 합류된 고온 고압의 가스가 혼합되어 유입된다.

이에 따라 증발기(50)를 통과하는 냉매의 온도와 압력은 정상적인 냉동 사이클에 비하여 높다. 이에 따라 증발기(50) 표면의 온도가 높아져서 증발기(50) 표면에 발생된 성에가 제거된다. 또한, 증발기(50) 표면의 온도가 공기의 동결점 이상으로 유지되므로 성에가 발생할 가능성이 현저하게 감소한다. 한편, 상기 증발기(50)의 입구로 유입된 냉매의 포화온도는 상기 증발기(50)에 구비된 냉매 코일의 출구쪽으로 갈수록 열교환에 의해 점점 더 낮아진다. 이를 보상하기 위해 증발기(50) 코일의 중간 부위에 제2제상 유로(110)를 통하여 고온 고압의 가스가 상기 제상팽창밸브(90)로부터 분기되어 유입된다. 이에 따라 상기 증발기(50)를 통과하는 냉매의 온도가 입구측과 출구측에서 비교적 일정하게 유지될 수 있다.

상기 증발기(50)에서 제상 또는 착상 방지 작용을 수행한 냉매는 과열도 조절 열교환기(60)로 유입된다. 상기 과열도 조절 열교환기(60)를 통과하는 냉매는 상기 수액기(35) 내부에 상기 응축기(30)로부터 유입된 액상의 냉매와 비혼합 열교환되어 과열도가 증가한다. 상기 과열도 조절 열교환기(60)에서 과열도가 조절된 냉매 가스는 상기 압축기(20)로 회수된다. 이와 같은 과정에 의해 상기 증발기(50)에 제상 및 착상 방지 작용이 수행된다. 상기 증발기(50)에서 착상 방지의 경우보다 제상 작용이 수행될 경우 상기 2방밸브(70)를 통과하는 고온 고압의 냉매 가스의 양이 더 많아지게 조절될 수 있다. 도 4에는 도 1에 도시된 a, b, c, d, e, f, g, h 지점에서의 냉매의 상태를 몰리에르 선도에 표시한 것이다. 도 4에서 가로축(h)은 냉매의 엔탈피를 나타내며, 세로축(p)은 냉매의 압력을 나타낸다. 또한, 도 4에서 c.p로 표기된 상태는 임계점으로서, 임계점 이상에서는 습포화 증기구역이 나타나지 않고 액체 구간과 기체 구분이 사라진다. 따라서 임계점 이상에서는 증기의 응축이 일어나지 않으므로 냉매가 액화되지 않는다. 따라서, 냉동 사이클에서 냉매의 상태가 임계점 이하에서 상변화 되도록 제어되어야 한다. 4를 참조하면 냉매가 냉동 사이클 또는 제상 사이클을 구성하면서 변화되는 과열도와 과냉각도를 개념적으로 잘 이해할 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러 및 그 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템은 메인 제상 유로에 설치된 제상팽창밸브에 의해 상기 증발기의 입구와 중간 부위에 분기되어 공급되는 핫 가스에 의해 상기 증발기의 표면 온도가 통과 공기중 수분의 동결점 보다 낮아 지지 않으므로 장시간에 걸쳐 증발기 표면에 성에가 거의 발생하지 않는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템은 증발기 표면에 착상이 발생하면 빠른 시간내에 메인 제상 유로를 통해 공급되는 고온 고압의 냉매 가스가 팽창밸브를 통해 증발기로 공급되는 냉매에 혼합됨으로써 증발기 내부를 통과하는 냉매가 중간 온도로 유지되면서 제상 기능이 수행되는 효과를 제공한다. 이에 따라 증발기와 열 교환되는 냉동실 또는 냉장실에 보관되는 농축수산물의 습도가 양호하게 유지될 수 있는 효과를 제공한다. 또한, 본 발명에 따른 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러 및 그 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템은 팽창밸브를 통하여 증발기에 공급되는 습포화 증기와 제1제상 유로 및 제2제상 유로를 통과한 냉매가 증발기 내에서 혼합되어 중간 온도를 유지함으로써 증발기의 냉매 코일의 열충격을 감소시키는 효과를 제공한다.

이상, 바람직한 실시 예를 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.

20 : 압축기
30 : 응축기
35 : 수액기
40 : 팽창밸브
50 : 증발기
51 : 입구 유로
52 : 냉매 코일
53 : 온도 센서
54 : 압력 센서
56 : 압력 조절기
60 : 과열도 조절 열교환기
70 : 2방밸브
80 : 메인 제상 유로
90 : 제상팽창밸브
100 : 제1제상 유로
110 : 제2제상 유로
120 : 모세관부

Claims

냉매 가스를 압축하여 고온 고압의 냉매 가스를 토출하는 압축기;
상기 압축기와 냉매 유로로 연결되어 압축기로부터 토출 된 냉매와 외기 간 열교환을 수행하는 응축기;
상기 응축기에서 유입된 액상의 냉매를 일시적으로 보관하며, 액상의 냉매와 증발기에서 유입된 냉매간 비혼합 열교환을 수행하는 수액기;
상기 수액기에서 토출된 과냉각된 액상의 냉매를 단열팽창시키는 팽창밸브; 및
상기 팽창밸브에서 배출된 습포화 증기 냉매와 실내 공기 간 열교환을 수행하는 상기 증발기; 및
상기 증발기에서 토출된 냉매가 상기 수액기 내부에 일시적으로 보관된 액상의 냉매와 비혼합 열 교환 됨으로써 과열도가 증가된 후, 기체 상태의 냉매만 상기 압축기로 회수되도록 상기 수액기 내에 설치되며, 상기 압축기의 입구측에 냉매 유로로 연결되는 과열도 조절 열교환기; 를 포함하는 냉동 시스템으로서,
상기 압축기와 상기 응축기를 연결하는 냉매 유로에서 분기되는 메인 제상 유로;
상기 메인 제상 유로에 설치되어 냉매를 단열팽창시키는 제상팽창밸브;
상기 제상팽창밸브에서 토출 된 냉매의 일부가 분기되어 상기 팽창밸브와 상기 증발기의 입구를 연결하는 유로에 합류되는 제1제상 유로;
상기 제상팽창밸브에서 토출 된 냉매의 나머지가 분기되어 상기 증발기에 구비된 냉매 코일의 입구와 출구의 사이에서 합류되도록 구성된 제2제상 유로;
상기 메인 제상 유로 상에 설치되어 상기 압축기로부터 상기 제상팽창밸브로의 냉매의 흐름 양을 비례적으로 조절하는 2방밸브; 를 구비한 것을 특징으로 하는 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제상팽창밸브는 상기 증발기에 구비된 냉매 코일의 표면 온도 및 상기 증발기에 구비된 냉매 코일을 통과하는 냉매의 압력에 기초하여 개폐가 조절되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템.
제2항에 있어서,
상기 증발기에 구비된 냉매 코일의 표면온도 및 상기 증발기에 구비된 냉매 코일을 통과하는 냉매의 압력에 기초하여 상기 제상팽창밸브를 개폐하는 압력 조절기가 구비된 것을 특징으로 하는 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템.
제1항에 있어서,
상기 제1제상 유로 및 상기 제2제상 유로에는 각각 모세관부가 구비된 것을 특징으로 하는 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템.
제3항에 있어서,
상기 증발기에 구비된 냉매 코일의 표면 온도가 5℃ 이상일 때 상기 제상팽창밸브가 완전 폐쇄되며, 상기 증발기에 구비된 냉매 코일의 표면 온도가 -5℃ 이하일때 상기 제상팽창밸브가 완전 개방되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러를 포함한 착상방지 및 제상 시스템.
냉매와 실내 공기 간 열교환을 수행하는 증발기;
상기 증발기와 냉매 유로로 연결되며, 상기 증발기의 입구 유로 및 상기 증발기의 중간 부위로 합류되는 고온 고압의 냉매를 단열팽창시키는 제상팽창밸브;
상기 제상팽창밸브에서 토출 된 냉매의 일부가 분기되어 상기 증발기의 입구를 연결하는 유로에 합류되는 제1제상 유로;
상기 제상팽창밸브에서 토출 된 냉매의 나머지가 분기되어 상기 증발기에 구비된 냉매 코일의 입구와 출구의 사이에서 합류되도록 구성된 제2제상 유로;
상기 증발기의 냉매 코일의 표면 온도를 측정하는 온도 센서;
상기 증발기의 냉매 코일을 통과하는 냉매의 압력을 측정하는 압력 센서; 및
상기 온도 센서 또는 상기 압력 센서에서 측정된 값이 미리 정해진 조건에 부합할 경우 상기 제상팽창밸브를 개폐하도록 신호를 발생시키는 압력 조절기;를 포함한 것을 특징으로 하는 핫가스 인젝션 효과를 이용한 쿨러.