KR102310880B1

KR102310880B1 - 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템

Info

Publication number: KR102310880B1
Application number: KR1020200023080A
Authority: KR
Inventors: 윤홍선
Original assignee: (주)대성마리프
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-10-08
Also published as: KR20210108186A

Abstract

본 발명은 농식품 등을 냉동 및 냉장 저장하는 저장고나 쇼케이스 등에 설치되어 한 개의 기계장치로 냉장온도와 냉동온도를 동시에 조절할 수 있음은 물론 서브 쿨링을 통해 냉매의 온도를 조절하여 냉동시스템의 효율이 온도조절의 정밀도를 높일 수 있고 압축기의 과열을 방지할 수 있도록 한 냉장 냉동 겸용 냉동기 시스템에 관한 것으로,
냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기; 고온 고압의 냉매를 냉각시켜 액화시키는 응축기; 응축된 액체 냉매를 일시 저장하는 수액기; 냉동 효과를 발생하는 냉동용 유닛쿨러; 냉장 효과를 발생하는 냉장용 유닛쿨러; 냉동용 유닛쿨러의 전방에 구비되는 냉동용 팽창밸브; 냉장용 유닛쿨러의 전방에 구비되는 냉장용 팽창밸브; 수액기의 냉매 온도가 설정온도 이상일 경우 액냉매를 냉각시키는 액냉매 온도조절장치; 냉각된 냉매의 일부를 압축기로 공급하여 압축기의 과열을 방지하는 제1차 과냉각기; 냉동용 유닛쿨러 및 냉장용 유닛쿨러로 공급되는 냉매를 냉각시키는 제2차 과냉각기; 압축기에서 배출되는 냉매 온도를 감지하는 제1온도센서; 수액기에서 배출되는 냉매온도를 감지하는 제2온도센서; 냉동용 팽창밸브로 공급되는 냉매 온도를 감지하는 제3온도센서; 및 냉장용 팽창밸브로 공급되는 냉매온도를 감지하는 제4온도센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

냉장 냉동 겸용 냉동기시스템{Refrigerator System for both refrigeration and freezing}

본 발명은 냉장 냉동 겸용 냉동기 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 농식품 등을 냉동 및 냉장 저장하는 저장고나 쇼케이스 등에 설치되어 한 개의 기계장치로 냉장온도와 냉동온도를 동시에 조절할 수 있음은 물론 서브 쿨링을 통해 냉매의 온도를 조절하여 냉동시스템의 효율과 온도조절의 정밀도를 높일 수 있고 압축기의 과열을 방지할 수 있도록 한 냉장 냉동 겸용 냉동기 시스템에 관한 것이다.

통상적인 냉장고나 냉동고에 사용되는 냉동기 시스템을 대부분 냉장용 시스템과 냉동용 시스템이 별개로 구성되어 있고, 하나의 시스템을 냉장과 냉동에 겸용으로 사용하는 것을 찾아볼 수 없다.

왜냐하면, 냉장은 0~15℃, 냉동은 -15~-35℃ 등으로 사용 온도영역이 다르고, 이를 하나의 냉동기시스템으로 구성할 경우 효율이 낮아지고, 온도조절도 원활하지 않기 때문이다. 따라서, 냉장용 시스템과 냉동용 시스템을 별도로 구성하여 사용하고 있는 것이다.

다시 말해, 기존 냉동기 시스템을 사용할 경우에는 냉장과 냉동 겸용의 저장고에 냉장용 시스템과 냉동용 시스템을 별도로 구성해야 함에 따라 시설비와 전력비가 많이 소요되는 문제점이 있다.

한편, 본 발명과 관련한 선행기술을 조사한 결과 다수의 특허문헌이 검색되었으며, 그 중 일부를 소개하면 다음과 같다.

특허문헌 1은, 냉매를 고온고압으로 압축시켜 토출시키는 압축기와, 상기 압축기에 연결되며 온수를 상기 압축기로부터 유입된 냉매와 열교환시켜 고온으로 가열하는 고온열교환기와, 그 내부에는 제상을 위해 사용될 온수가 저장되며 그 일측에는 그 내부의 온수를 상기 고온열교환기를 관류하여 순환시키는 온수순환관로가 구비되고 상기 온수순환관로 상에는 온수순환펌프가 설치되는 제상용탱크와, 상기 고온열교환기에 연결되며 상기 고온열교환기에서 온수와 열교환된 냉매가 유입되는 저온열교환기와, 상기 저온열교환기와 연결되며 상기 저온열교환기를 거친 냉매를 냉각수와 열교환시키는 제 1 응축기와, 상기 제 1 응축기에 연결되며 상기 제 1 응축기에서 액화된 냉매가 저장되는 수액기와, 상기 수액기에 연결되며 상기 수액기의 냉매를 저온저압의 기체로 팽창시키는 응축기용 팽창밸브와, 일측은 상기 응축기용 팽창밸브에 연결되고 타측은 상기 저온열교환기를 거쳐 상기 압축기와 연결되며 상기 응축기용 팽창밸브를 거친 냉매를 냉각수와 열교환시킨 후 상기 저온열교환기로 다시 제공하여 상기 고온열교환기에서 온수와 열교환된 냉매와 다시 열교환시킨 후 상기 압축기로 유입시키는 제 2 응축기와, 상기 제 1 응축기와 상기 제 2 응축기에서 냉각수에 의한 열교환이 가능하도록 상기 제 1 응축기와 상기 제 2 응축기를 순차적으로 관류하며 냉각수를 순환시키는 냉각수순환펌프가 구비되는 냉각수순환관로와, 상기 수액기와 연결되는 증발기용 팽창밸브와, 냉장/냉동실 내에 설치되고 그 일측은 상기 증발기용 팽창밸브에 연결되며 그 내부에는 상기 증발기용 팽창밸브를 거친 냉매가 관류하면서 상기 냉장/냉동실 내의 열을 흡수하여 증발됨에 따라 냉장/냉동실의 온도를 저온으로 유지시키는 열교환기가 구비되고 그 타측은 상기 저온열교환기를 거쳐 상기 압축기로 연결되는 증발기와, 일측은 상기 온수순환관로 중 상기 제상용탱크의 입구측에 연결되고 타측은 상기 증발기의 열교환기를 거쳐 상기 제상용탱크로 연결되며 상기 고온열교환기를 거친 온수를 상기 증발기의 열교환기로 공급하여 제상을 가능하게 하는 제상용관로를 포함하여 이루어지고, 냉각탑이나 공냉식 응축기 없이도 응축부하를 효과적으로 제거할 수 있으며, 응축부하의 일부를 증발기의 제상에 이용함에 따라 에너지 절감효과가 증대될 뿐만 아니라 전열히터를 사용하지 않더라도 제상이 가능해질 수 있도록 한 냉장냉동장치를 개시하고 있다.

특허문헌 2는, 증발기의 증발코일로 고온고압의 핫 가스(냉매)를 공급하는 내부분지관과; 우회분지관; 냉매의 흐름을 제어하는 전자밸브들;로 구성된 증발코일 제상수단과; 상기 우회분지관의 후단 또는 우회분지관이 연결된 냉매관의 일지점에서 분지되어 드레인판에 설치된 드레인판용 제상 코일에 고온고압의 핫 가스(냉매)를 공급하는 제 2 분지관과; 냉매의 흐름을 제어하는 제 5전자밸브;로 구성된 드레인판 제상수단과; 상기 증발기 후단의 액분리기와 압축기 사이 냉매관에 설치되어 상기 증발코일과 드레인판용 제상 코일을 지난 고압 상태의 냉매를 저압 상태로 조절하여 압축기에 공급하는 흡입압력조절기;를 포함하며, 제상시 압축기를 지난 고온고압의 핫가스를 이용하여 증발기를 구성하는 증발 코일 및 그 하부 드레인판에 낀 성에를 동시에 제상하고, 제상 과정에서 압축기로 되돌아오는 핫 가스의 압력을 낮추어 공급함으로써 압축과정의 부하 및 압축력 저하를 줄일 수 있도록 한, 동시 핫가스 제상 수단을 구비한 냉동 냉장 장치를 개시하고 있다.

특허문헌 3은, 증발기, 액분리기, 압축기, 응축기, 수액기 및 팽창밸브를 포함하고, 주 냉매배관에 의해 연결되어 냉매가 순환하는 냉동 사이클을 구비한 냉동 또는 냉장 장치에 있어서, 상기 팽창밸브로 공급되는 고온고압 액체 상태의 냉매를 열교환시켜 냉매의 온도를 과냉각시키도록 수액기와 팽창밸브 사이의 주 냉매배관 일 지점에 설치된 과냉각열교환기;를 더 포함하며, 수액기와 팽창밸브 사이의 온도차를 검출하여 팽창밸브에 공급되는 고온고압의 액체를 과냉각 열교환기를 통해 과냉각시켜 공급함으로써 후레시 가스 발생량(건조도)을 감소시켜 냉각능력 증대에 의해 에너지 효율이 향상되도록 한, 과냉각 냉매 공급을 통한 에너지 절감형 냉동 또는 냉장장치를 개시하고 있다.

특허문헌 4는, 수액기와 팽창밸브 사이의 주냉매관 상에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 제 1 주전자밸브와; 압축기와 응축기 사이의 주냉매관 상에 설치되어 냉매의 흐름을 제어하는 제 2 주전자밸브와; 상기 제 1 주전자밸브를 사이에 두고 양측 방향의 주냉매관을 우회하는 제 1 분지냉매관과; 상기 제 2 주전자밸브를 사이에 두고 양측 방향의 주냉매관을 우회하는 제 2 분지냉매관과; 상기 증발기와 압축기 사이 주냉매관 일지점에 설치되어 내부를 경유하는 상기 제 1 분지냉매관과 열교환하는 제 1 열교환기와; 상기 증발기와 압축기 사이의 주냉매관 타지점에 설치되어 내부를 경유하는 상기 제 2 분지냉매관과 열교환하는 제 2 열교환기;를 포함하며, 증발기와 압축기 사이 어느 하나의 열교환기로는 응축기를 지난 고온고압 액체 상태의 냉매를 과냉각시켜 건조도를 줄여 냉매액량이 증대된 상태의 냉매를 팽창밸브에 공급하거나 다른 하나의 열교환기로는 압축기를 지난 고온고압 기체상태 냉매의 과열도를 줄여 응축기에 공급함으로써 충분한 응축능력을 가질 수 있도록 한 복합 에너지 절약형 냉동·냉장 장치를 개시하고 있다.

특허문헌 1 : KR 10-2010-0027353 A 특허문헌 2 : KR 10-1270208 B1 특허문헌 3 : KR 10-1413421 B1 특허문헌 4 : KR 10-1607642 B1

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 농식품 등을 냉동 및 냉장 저장하는 저장고나 쇼케이스 등에 설치되어 한 개의 기계장치로 냉장온도와 냉동온도를 동시에 조절할 수 있음은 물론 서브 쿨링을 통해 냉매의 온도를 조절하여 냉동시스템의 효율이 온도조절의 정밀도를 높일 수 있고 압축기의 과열을 방지할 수 있도록 한 냉장 냉동 겸용 냉동기 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기; 고온 고압의 냉매를 냉각시켜 액화시키는 응축기; 응축된 액체 냉매를 일시 저장하는 수액기; 냉동고의 내부에 구비되며 냉매의 기화열을 이용하여 냉동 효과를 발생하는 냉동용 유닛쿨러; 냉장고의 내부에 구비되며 냉매의 기화열을 이용하여 냉장 효과를 발생하는 냉장용 유닛쿨러; 냉동용 유닛쿨러의 전방에 구비되어 냉매를 단열팽창시키는 냉동용 팽창밸브; 냉장용 유닛쿨러의 전방에 구비되어 냉매를 단열팽창시키는 냉장용 팽창밸브; 수액기의 전방에 설치되어 수액기의 온도가 설정온도 이상일 경우 액냉매를 냉각시키는 액냉매 온도조절장치; 수액기의 후방에 설치되어 냉각된 냉매의 일부를 압축기로 공급하여 압축기의 과열을 방지하는 제1차 과냉각기; 냉동용 팽창밸브의 전방에 구비되어 냉동용 유닛쿨러 및 냉장용 유닛쿨러로 공급되는 냉매를 냉각시키는 제2차 과냉각기; 압축기에서 배출되는 냉매 온도를 감지하는 제1온도센서; 수액기에서 배출되는 냉매온도를 감지하는 제2온도센서; 냉동용 팽창밸브로 공급되는 냉매 온도를 감지하는 제3온도센서; 및 냉장용 팽창밸브로 공급되는 냉매온도를 감지하는 제4온도센서;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따른 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템에 따르면, 액냉매 온도조절장치는 액냉매를 단열팽창시키는 제1팽창밸브와, 수액기의 냉매 온도가 설정온도 이상일 경우 냉매가 제1팽창밸브를 통과하도록 하는 삼방밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템에 따르면, 1차 과냉각기는 단열팽창에 의해 냉각된 액냉매와 수액기에서 나온 액냉매의 열교환을 통해 액냉매를 냉각시키는 제1이중관열교환기와, 제1이중관열교환기를 통과한 액냉매를 단열팽창시켜 제1이중관열교환기의 열교환관으로 공급하는 제2팽창밸브와, 제1이중관열교환기의 열교환관에서 배출된 액냉매를 단열팽창시킨 후 압축기로 공급하는 제3팽창밸브 및 삼방밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템에 따르면, 제3팽창밸브를 거쳐 압축기로 공급되는 액냉매의 압력은 압축기로 귀환하는 액냉매의 압력보다는 높고 압축기에서 배출되는 액냉매의 압력보다는 낮은 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템에 따르면, 2차 과냉각기는 단열팽창에 의해 냉각된 액냉매와 1차 과냉각기에서 나온 액냉매의 열교환을 통해 냉동용 유닛쿨러로 공급되는 액냉매를 냉각시키는 제2이중관열교환기와, 제2이중관열교환기를 통과한 액냉매를 단열팽창시켜 제2이중관열교환기의 열교환관으로 공급하는 제4팽창밸브 및 삼방밸브를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명의 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템에 따르면, 제2이중관열교환기의 열교환관에서 배출되는 액냉매는 냉장용 유닛쿨러로 공급되는 액냉매에 혼합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템에 따르면, 응축기의 측부에 구비되어 고온 고압의 냉매 일부를 저장하는 축열조;를 포함하는 제상수단을 더 구비하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템은 냉장용 냉매회로와 냉동용 냉매회로를 병합하여 하나의 압축기에서 나온 냉매를 냉동용 유닛쿨러와 냉장용 유닛쿨러에 선택적으로 공급하여 냉장과 냉동에 겸용으로 사용할 수 있으므로, 냉동기 시스템의 설치비를 절감할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 수액기의 냉매온도를 설정온도 이하로 유지하여 냉동효율과 냉장효율이 향상되는 효과가 있다.

또한, 압축기의 과열시 제1차 과냉각기를 이용하여 냉각한 냉매를 압축기에 분사함으로써 압축기의 과열을 방지하고 압축기의 효율을 향상시켜 전력 소모가 절감되는 효과가 있다.

또한, 제2차 과냉각기를 이용하여 냉동용 팽창밸브 또는 냉장용 팽창밸브로 공급되는 냉매의 온도를 설정온도 이하로 하강시킴으로써 냉동 온도와 냉장 온도를 설정 온도 이하로 유지할 수 있게 되는 효과가 있다.

또한, 압축기에서 배출되는 고온의 냉매를 저장한 후 제상 운전에 활용함으로써 제상전력을 절감할 수 있게 되는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템을 개략적으로 나타낸 구성도.
도 2는 본 발명에 따른 액냉매 온도조절장치의 구성도.
도 3은 본 발명에 따른 제1차 과냉각기의 구성도.
도 4는 본 발명에 따른 제2차 과냉각기의 구성도.
도 5는 본 발명에 따른 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템에서 냉동만 수행할 때의 냉매 흐름을 나타낸 도면.
도 6은 본 발명에 따른 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템에서 냉장만 수행할 때의 냉매 흐름을 나타낸 도면.
도 7은 본 발명에 따른 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템에서 냉동과 냉장을 동시에 수행할 때의 냉매 흐름을 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템에 대하여 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기 위한, 도 1은 본 발명에 따른 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템을 개략적으로 나타낸 구성도이고, 도 2는 본 발명에 따른 액냉매 온도조절장치의 구성도이며, 도 3은 본 발명에 따른 제1차 과냉각기의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 제2차 과냉각기의 구성도이다. 도 5는 본 발명에 따른 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템에서 냉동만 수행할 때의 냉매 흐름을 나타낸 도면이고, 도 6은 본 발명에 따른 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템에서 냉장만 수행할 때의 냉매 흐름을 나타낸 도면이며, 도 7은 본 발명에 따른 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템에서 냉동과 냉장을 동시에 수행할 때의 냉매 흐름을 나타낸 도면이다.

본 발명에 따른 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템은 도 1에 도시된 바와 같이, 냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(10); 고온 고압의 냉매를 냉각시켜 액화시키는 응축기(20); 응축된 액체 냉매를 일시 저장하는 수액기(30); 냉동고의 내부에 구비되며 냉매의 기화열을 이용하여 냉동 효과를 발생하는 냉동용 유닛쿨러(40); 냉장고의 내부에 구비되며 냉매의 기화열을 이용하여 냉장 효과를 발생하는 냉장용 유닛쿨러(50); 냉동용 유닛쿨러(40)의 전방에 구비되어 냉매를 단열팽창시키는 냉동용 팽창밸브(45); 냉장용 유닛쿨러(50)의 전방에 구비되어 냉매를 단열팽창시키는 냉장용 팽창밸브(55); 수액기(30)의 전방에 설치되어 수액기(30)의 냉매 온도가 설정온도(40℃) 이상일 경우 액냉매를 냉각시키는 액냉매 온도조절장치(35); 수액기(30)의 후방에 설치되어 냉각된 냉매의 일부를 압축기로 공급하여 압축기(10)의 과열을 방지하는 제1차 과냉각기(60); 냉동용 팽창밸브(45)의 전방에 구비되어 냉동용 유닛쿨러(40) 및 냉장용 유닛쿨러(50)로 공급되는 냉매를 냉각시키는 제2차 과냉각기(70); 압축기(10)에서 배출되는 냉매 온도를 감지하는 제1온도센서(T1); 수액기(30)의 후방에 설치되어 수액기(30)에서 배출되는 냉매온도를 감지하는 제2온도센서(T2); 제2차 과냉각기(70)의 후방에 구비되어 냉동용 팽창밸브(45)로 공급되는 냉매 온도를 감지하는 제3온도센서(T3); 및 냉장용 팽창밸브(55)로 공급되는 냉매온도를 감지하는 제4온도센서(T4);를 포함하여 이루어진다.

이때, 응축기(20)의 측부에는 압축기(10)에서 나온 고온 고압의 냉매 일부를 저장하는 축열조(25)가 구비되어, 냉동용 유닛쿨러(40) 및 냉장용 유닛쿨러(50)의 제상이 필요한 경우 고온의 냉매를 공급하여 제상 운전이 이루어지도록 하는 제상수단을 구성할 수도 있다.

액냉매 온도조절장치(35)는 제2온도센서(T2)에 의해 감지된 냉매온도가 설정온도(40℃) 이상일 경우 냉매를 냉각시키기 위한 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 액냉매를 단열팽창시키는 제1팽창밸브(35b)와, 수액기(30)의 냉매 온도가 설정온도 이상일 경우 냉매가 제1팽창밸브(35b)를 통과하도록 하는 삼방밸브(35a)를 포함한다. 따라서, 응축기(20)에서 배출되는 냉매가 제1팽창밸브(35b)를 통과하는 과정에서 단열팽창된 상태로 수액기(30)에 공급되고, 수액기(30)의 내부에서 일부 냉매가 기화되면서 기화열을 흡수하게 되므로 수액기(30)에서 배출되는 액체 상태의 냉매 온도가 하강하게 된다.

제1차 과냉각기(60)는 압축기(10)의 부하가 증가하여 제1온도센서(T1)에 의해 감지된 냉매온도가 과도하게 상승하면 냉매를 냉각시켜 압축기(10)에 분사하여 압축기(10)의 과열을 방지하기 위한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 단열팽창에 의해 냉각된 액냉매와 수액기(30)에서 나온 액냉매의 열교환을 통해 액냉매를 냉각시키는 제1이중관열교환기(63)와, 제1이중관열교환기(63)를 통과한 액냉매를 단열팽창시켜 제1이중관열교환기(63)의 열교환관(63')으로 공급하는 제2팽창밸브(62)와, 제1이중관열교환기(63)의 열교환관(63')에서 배출된 액냉매를 단열팽창시킨 후 압축기(10)로 공급하는 제3팽창밸브(64) 및 압축기(10)가 과열될 경우 제1이중관열교환기(63)를 통과한 냉매가 제3팽창밸브(64)를 통과하도록 하는 삼방밸브(61)를 포함하여 이루어지게 된다.

제1이중관열교환기(63)는 제2팽창밸브(62)를 통과면서 단열팽창된 냉매의 기화열을 이용하여 유로를 따라 흐르는 냉매를 냉각시키게 되므로, 제1이중관열교환기(63)로 유입되는 냉매의 온도에 비해 제1이중관열교환기(63)를 통과한 냉매의 온도가 더 낮아지게 된다. 그리고 제1이중관열교환기(63)의 열교환관(63')을 통과한 냉매가 제3팽창밸브(64)에서 다시 단열팽창된 후 압축기(10)에 분사되므로, 냉매가 기화하면서 압축기(10)의 열을 흡수하게 되고, 그로 인해 압축기(10)의 과열이 방지된다.

이때, 제1이중관열교환기(63)의 열교환관(63')을 통과한 후 제3팽창밸브(64)를 거쳐 압축기(10)로 공급되는 액냉매의 온도와 압력은 압축기(10)로 귀환하는 액냉매의 온도와 압력보다는 높고 압축기(10)에서 배출되는 액냉매의 온도와 압력보다는 낮은 것은 당연하다.

그리고 제2차 과냉각기(70)는 제1차 과냉각기(60)의 후방에 구비되어 냉동용 팽창밸브(45) 및 냉장용 팽창밸브(55)로 공급되는 냉매의 온도가 설정온도 이상일 경우에 냉매를 냉각시키는 것으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 단열팽창에 의해 냉각된 액냉매와 제1차 과냉각기(60)에서 나온 액냉매의 열교환을 통해 냉동용 유닛쿨러(40)로 공급되는 액냉매를 냉각시키는 제2이중관열교환기(73)와, 제2이중관열교환기(73)를 통과한 액냉매를 단열팽창시켜 제2이중관열교환기(73)의 열교환관(73')으로 공급하는 제4팽창밸브(72) 및 냉동용 팽창밸브(45)로 공급되는 냉매의 온도가 설정온도(0℃)가 이상이거나 냉장용 팽창밸브(55)로 공급되는 냉매의 온도가 설정온도(20℃) 이상일 경우 제2이중관열교환기(73)를 통과한 냉매를 제4팽창밸브(72)로 공급하는 삼방밸브(71)를 포함한다.

이에 따라, 제2이중관열교환기(73)를 통과하는 냉매가 냉각되어 0℃ 이하의 온도로 냉동용 팽창밸브(45)로 공급되고, 제4팽창밸브(72)를 통과하면서 단열팽창된 후 제2이중관열교환기(73)를 통과하면서 열교환관(73')을 통해 냉매를 냉각시킨 후 냉장용 유닛쿨러(50)로 공급되는 액냉매에 혼합됨으로써 냉매가 20℃ 이하의 온도로 냉장용 팽창밸브(55)에 공급된다.

본 발명의 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템은 수액기와 냉동용 팽창밸브 및 냉장용 팽창밸브의 냉매 온도를 설정온도 이하로 유지함으로써 냉동 및 냉장 효과를 향상시킴과 아울러 압축기가 과열되지 않도록 하며, 다음에서는 본 발명의 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템을 이용한 냉동 운전과 냉장 운전, 냉동 냉장운전 및 제상 운전에 대하여 각각 설명한다.

냉동 운전

냉동 운전시에는 도 5에 도시된 바와 같이, 압축기(10)에서 나온 냉매는 응축기(20)와 액냉매 온도조절장치(35), 수액기(30), 제1차 과냉각기(60), 제2차 과냉각기(70), 냉동용 팽창밸브(45), 냉동용 유닛쿨러(40)를 거쳐 다시 압축기(10)로 귀환하는 유로를 형성하게 된다.

이때, 액냉매 온도조절장치(35)는 수액기(30)의 냉매온도가 40℃를 유지하도록 하고, 제1차 과냉각기(60)는 냉매의 일부를 냉각시킨 후 압축기(10)로 분사하여 압축기(10)의 과열을 방지하며, 제2차 과냉각기(70)는 냉매를 냉각시켜 냉동용 팽창밸브(45)로 공급되는 냉매의 온도가 0℃ 이하가 되도록 한다. 따라서, 냉동용 유닛쿨러(40)에서 냉매가 증발하면서 -35℃ 이하로 주위를 냉각시키게 되고, 그로 인해 냉동고의 온도가 -30℃ 이하로 유지된다.

냉장 운전

냉장 운전시에는 도 6에 도시된 바와 같이, 압축기(10)에서 나온 냉매는 응축기(20)와 액냉매 온도조절장치(35), 수액기(30), 제1차 과냉각기(60), 냉장용 팽창밸브(55), 냉장용 유닛쿨러(50)를 거쳐 다시 압축기(10)로 귀환하는 유로를 형성하게 된다. 이때, 냉장용 팽창밸브(55)는 설정온도(20℃) 이하로 공급된 냉매를 단열팽창시켜 냉장용 유닛쿨러(50)에 공급함으로써, 냉장용 유닛쿨러(50)에서 냉매가 증발하면서 -10℃ 이하로 주위를 냉각시켜 냉장고의 온도가 0℃ 이하로 유지되도록 한다. 만약, 냉장용 팽창밸브(55)로 공급되는 냉매의 온도가 설정온도 이상일 경우에는 제1차 과냉각기(60)를 통과한 냉매의 일부가 제2차 과냉각기(70)를 거쳐 냉장용 유닛쿨러(50)로 공급되는 냉매에 혼합되도록 하면 된다.

냉동 및 냉장 운전

냉동 및 냉장 운전시에는 도 7에 도시된 바와 같이, 압축기(10)에서 나온 냉매는 응축기(20)와 액냉매 온도조절장치(35), 수액기(30), 제1차 과냉각기(60)를 거친 후 분기되어, 일부는 제2차 과냉각기(70)와 냉동용 팽창밸브(45) 및 냉동용 유닛쿨러(40)를 거쳐 압축기로 다시 귀환하고 나머지 일부는 냉장용 팽창밸브(55)와 냉장용 유닛쿨러(50)를 거쳐 압축기(10)로 다시 귀환하는 유로를 형성하게 된다. 따라서, 냉동고의 냉동 운전과 냉장고의 냉장 운전을 동시에 수행할 수 있게 된다.

제상 운전

냉동용 유닛쿨러(40)와 냉장용 유닛쿨러(50) 중 적어도 어느 하나에 성애가 발생하여 정상적인 작동이 어려운 경우에는 축열조(25)에 저장된 고온의 냉매가 냉동용 유닛쿨러(40) 및/또는 냉장용 유닛쿨러(50)에 공급되어 성에가 제거되도록 하는 제상운전을 하면 된다. 제상운전을 위한 냉매의 유로는 기존 냉동회로의 유로를 그대로 이용할 수도 있고, 별도의 축열조(25)와의 열교환을 통해 가열된 냉매를 냉동용 유닛쿨러(40) 및/또는 냉장용 유닛쿨러(50)에 공급하는 펌프를 구비한 별도의 제상유로를 형성할 수도 있다.

이상으로 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위한 몇 가지 실시 예들과 관련하여 설명하고 도시하였지만, 본 발명은 이와 같이 설명된 그대로의 구성 및 작용에만 국한되는 것이 아니며, 발명의 설명 및 청구범위에 기재된 기술적 사상의 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대해 다수의 변경 및 수정이 가능함을 통상의 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

10…압축기
20…응축기
25…축열조
30…수액기
35…액냉매 온도조절장치
35a…삼방밸브
35b…팽창밸브
40…냉동용 유닛쿨러
45…냉동용 팽창밸브
50…냉장용 유닛쿨러
55…냉장용 팽창밸브
60…제1차 과냉각기
61…삼방밸브
62…팽창밸브
63…이중열교환기
63'…열교환관
70…제2차 과냉각기
71…삼방밸브
72…팽창밸브
73…이중열교환기
73'…열교환관

Claims

냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(10);
고온 고압의 냉매를 냉각시켜 액화시키는 응축기(20);
응축된 액체 냉매를 일시 저장하는 수액기(30);
냉동고의 내부에 구비되며 냉매의 기화열을 이용하여 냉동 효과를 발생하는 냉동용 유닛쿨러(40);
냉장고의 내부에 구비되며 냉매의 기화열을 이용하여 냉장 효과를 발생하는 냉장용 유닛쿨러(50);
냉동용 유닛쿨러(40)의 전방에 구비되어 냉매를 단열팽창시키는 냉동용 팽창밸브(45);
냉장용 유닛쿨러(50)의 전방에 구비되어 냉매를 단열팽창시키는 냉장용 팽창밸브(55);
수액기(30)의 전방에 설치되어 수액기(30)의 냉매 온도가 설정온도 이상일 경우 액냉매를 냉각시키는 액냉매 온도조절장치(35);
수액기(30)의 후방에 설치되어 냉각된 냉매의 일부를 압축기(10)로 공급하여 압축기(10)의 과열을 방지하는 제1차 과냉각기(60);
냉동용 팽창밸브(45)의 전방에 구비되어 냉동용 유닛쿨러(40) 및 냉장용 유닛쿨러(50)로 공급되는 냉매를 냉각시키는 제2차 과냉각기(70);
압축기(10)에서 배출되는 냉매 온도를 감지하는 제1온도센서(T1);
수액기(30)에서 배출되는 냉매온도를 감지하는 제2온도센서(T2);
냉동용 팽창밸브(45)로 공급되는 냉매 온도를 감지하는 제3온도센서(T3); 및
냉장용 팽창밸브(55)로 공급되는 냉매온도를 감지하는 제4온도센서(T4);
를 포함하며,
액냉매 온도조절장치(35)는,
액냉매를 단열팽창시키는 제1팽창밸브(35b)와,
수액기(30)의 냉매 온도가 설정온도 이상일 경우 냉매가 제1팽창밸브(35b)를 통과하도록 하는 삼방밸브(35a)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템.
냉매를 고온 고압으로 압축하는 압축기(10);
고온 고압의 냉매를 냉각시켜 액화시키는 응축기(20);
응축된 액체 냉매를 일시 저장하는 수액기(30);
냉동고의 내부에 구비되며 냉매의 기화열을 이용하여 냉동 효과를 발생하는 냉동용 유닛쿨러(40);
냉장고의 내부에 구비되며 냉매의 기화열을 이용하여 냉장 효과를 발생하는 냉장용 유닛쿨러(50);
냉동용 유닛쿨러(40)의 전방에 구비되어 냉매를 단열팽창시키는 냉동용 팽창밸브(45);
냉장용 유닛쿨러(50)의 전방에 구비되어 냉매를 단열팽창시키는 냉장용 팽창밸브(55);
수액기(30)의 전방에 설치되어 수액기(30)의 냉매 온도가 설정온도 이상일 경우 액냉매를 냉각시키는 액냉매 온도조절장치(35);
수액기(30)의 후방에 설치되어 냉각된 냉매의 일부를 압축기(10)로 공급하여 압축기(10)의 과열을 방지하는 제1차 과냉각기(60);
냉동용 팽창밸브(45)의 전방에 구비되어 냉동용 유닛쿨러(40) 및 냉장용 유닛쿨러(50)로 공급되는 냉매를 냉각시키는 제2차 과냉각기(70);
압축기(10)에서 배출되는 냉매 온도를 감지하는 제1온도센서(T1);
수액기(30)에서 배출되는 냉매온도를 감지하는 제2온도센서(T2);
냉동용 팽창밸브(45)로 공급되는 냉매 온도를 감지하는 제3온도센서(T3); 및
냉장용 팽창밸브(55)로 공급되는 냉매온도를 감지하는 제4온도센서(T4);
를 포함하며,
제1차 과냉각기(60)는,
단열팽창에 의해 냉각된 액냉매와 수액기(30)에서 나온 액냉매의 열교환을 통해 액냉매를 냉각시키는 제1이중관열교환기(63)와,
제1이중관열교환기(63)를 통과한 액냉매를 단열팽창시켜 제1이중관열교환기(63)의 열교환관(63')으로 공급하는 제2팽창밸브(62)와,
제1이중관열교환기(63)의 열교환관(63')에서 배출된 액냉매를 단열팽창시킨 후 압축기(10)로 공급하는 제3팽창밸브(64) 및 삼방밸브(61)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템.
제2항에 있어서,
제3팽창밸브(64)를 거쳐 압축기(10)로 공급되는 액냉매의 압력은 압축기(10)로 귀환하는 액냉매의 압력보다는 높고 압축기(10)에서 배출되는 액냉매의 압력보다는 낮은 것을 특징으로 하는 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
제2차 과냉각기(70)는,
단열팽창에 의해 냉각된 액냉매와 제1차 과냉각기(60)에서 나온 액냉매의 열교환을 통해 냉동용 유닛쿨러(40)로 공급되는 액냉매를 냉각시키는 제2이중관열교환기(73)와,
제2이중관열교환기(73)를 통과한 액냉매를 단열팽창시켜 제2이중관열교환기(73)의 열교환관(73')으로 공급하는 제4팽창밸브(72) 및 삼방밸브(71)를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템.
제4항에 있어서,
제2이중관열교환기(73)의 열교환관(73')에서 배출되는 액냉매는 냉장용 유닛쿨러(50)로 공급되는 액냉매에 혼합되는 것을 특징으로 하는 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
응축기(20)의 측부에 구비되어 고온 고압의 냉매 일부를 저장하는 축열조(25)를 포함하는 제상수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템.
제4항에 있어서,
응축기(20)의 측부에 구비되어 고온 고압의 냉매 일부를 저장하는 축열조(25)를 포함하는 제상수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템.
제5항에 있어서,
응축기(20)의 측부에 구비되어 고온 고압의 냉매 일부를 저장하는 축열조(25)를 포함하는 제상수단을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 냉장 냉동 겸용 냉동기시스템.