KR20160059010A - 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 냉동장치 내의 응축기에서 대기로 방출되는 토출가스 폐열을 응축열 회수 열교환기를 통해 회수하고 그 열에 의해 가온된 제상수를 제상수 공급관을 통해 증발기에 공급함으로써 증발기를 제상시키는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템에 관한 것이다.

Description

토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 {Defrost system for freezer using the heat of discharged gas}

본 발명은 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 냉동장치 내의 응축기에서 대기로 방출되는 토출가스 폐열을 응축열 회수 열교환기를 통해 회수하고 그 열에 의해 가온된 제상수를 제상수 공급관을 통해 증발기에 공급함으로써 증발기를 제상시키는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 냉동장치 시스템은 냉매를 순환시키면서 부하에서 열교환을 통해 정해진 공간을 냉동시키는 장치로서 사용되고 있다. 통상 냉동장치의 경우 냉매를 압축, 응축 및 열교환, 팽창, 기화의 네 단계를 순환적으로 사이클링시키면서 응축시 열교환을 통한 냉동을 실행하는 것이다. 이러한 냉동장치 시스템은 압축기, 응축기 겸 열교환기, 팽창밸브, 증발기 겸 열교환기 등을 구비하고 있다.

냉동장치 시스템 내에서 증발기의 성에 발생 메커니즘을 살펴보면 냉동장치 시스템 내의 압축기의 운전을 통해 저온 기체 상태인 냉매를 압축시켜 응축기로 이송시키면 압축된 냉매는 응축기에서 주위의 공기와 토출가스를 발생시키며 열교환되고 냉매는 다시 냉각되어 액체 상태 냉매가 팽창밸브에서 유량이 조정되면서 증발기로 분사되면 급팽창되어 기화되면서 증발기에서 주위로부터 기화열을 흡수하여 주위의 내부 공간을 급격히 냉각시킬 뿐만 아니라 증발기 외부에 성에의 발생을 일으키게 되는 것이었다.

그 후로 증발기에서 저온 기체 상태로 된 냉매는 다시 압축기로 들어간 후 압축되어 고압 기체 상태가 되면서 위와 같은 냉동사이클을 반복한다.

이때 냉동사이클을 통해 외부 공기의 열을 흡수하는 증발기 표면온도는 외부 공기의 온도에 비하여 상대적으로 낮고, 이로 인하여 증발기 표면에는 상대적으로 고온, 습윤인 외부 공기로부터 응결된 수분이 달라붙게 되어 성에가 생성된다.

이렇게 증발기 표면에 생성된 성에는 시간이 지남에 따라 점점 두꺼워지고, 이로 인해 증발기를 통과하는 공기의 열교환 효율이 떨어져 냉각 효율이 떨어지고 과다한 전력 소모가 발생한다.

그러나 현재까지 개발된 냉동장치 시스템 내의 제상장치의 경우 물을 가열시킨 제상수를 증발기에 살수시켜 성에를 제거하는 방법이 알려져 있으나 이때 제상수의 가열을 위해 전기 히터 방식으로 가열함으로써 제상을 위한 상당한 전력 소모가 발생하는 문제가 있었다.

또한 제상수의 살수 후 제상수를 냉동장치 시스템 내에서 완벽하게 회수하기 어려워 드레인 팬 상에 상당한 물기와 이로 인한 위생상의 문제도 발생하였던 것이다.

한편 냉동장치 시스템의 경우 별도의 제상 장치 또는 제상 기능을 지니지 않은 경우에는 증발기의 제상을 위해서는 냉동장치의 작동을 중단시키고 냉매 순환 사이클을 반대 방향으로 역사이클 순환시켜 증발기 주위의 공간에 기화열을 발산하게 함으로써 성에를 제거하여야만 하는 불편함이 있었다.

이에 본 발명자는 히트펌프 냉난방 시스템 내의 증발기 상의 성에 제거를 위해 대한민국 특허출원 제10-2014-81632호 '복합 열원을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템 및 그의 제어방법'에서 공기열, 지하수열, 브라인 및 인라인 히터의 복합 열원을 이용하여 증발기 상의 성에 제거를 위한 시스템과 제어 방법을 개시한 바 있다.

이를 통해 본 발명자가 다시 냉동장치 내의 증발기 성에 제거를 위한 제상 시스템을 개발하던 중 실외응축기에서 주위의 공기에 발산시키는 토출가스 폐열을 이용하고 '복합 열원을 이용한 히트펌프 냉난방 시스템 및 그의 제어방법'에서 개발한 히트펌프 냉난방 시스템 내의 증발기 성에 제어 장치 및 시스템을 일부 활용하여 성에감지 센서에서 감지된 성에발생을 제거하기 위한 성에제거 운전시 제상수 공급관에 토출가스 폐열로 가온된 제상수를 공급함으로써 증발기 상의 성에를 효과적으로 제거할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 된 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 냉동장치 내의 증발기 성에 제거를 위한 제상 시스템을 개발코자 한 것이다. 실외응축기에서 주위의 공기에 발산시키는 토출가스 폐열을 이용하고 성에감지 센서에서 감지된 성에발생을 제거하기 위한 성에제거 운전시 제상수 공급관에 토출가스 폐열로 가온된 제상수를 공급함으로써 증발기 상의 성에를 효과적으로 제거할 수 있는 냉동장치 제상 시스템을 개발코자 한 것이다.

본 발명의 목적은 압축기(1)에서 압축된 고온 고압의 냉매를 실외응축기(3)에서 주위의 공기와 열교환시키고 냉각시킨 액체 상태의 냉매를 팽창 밸브 및 증발냉각기(4)에서 기화시켜 증발기 주위의 기화열을 흡수하고 다시 압축기로 순환시키는 냉동장치 시스템을 지닌 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템에 있어서, 상기 실외응축기(3)에서 발생하는 토출가스 폐열을 응축열회수열교환기(2)를 통해 회수시켜 제상수를 가온하고 가온된 제상수를 제상수 공급관에 공급하여 증발냉각기(4) 배관의 성에를 제거시킨 후 응축열 저장탱크(5)로 회수 순환시킴을 특징으로 하는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템을 제공하는 것이다.

이때 상기 증발냉각기 배관과 제상수 공급관은 비등간격 코일 배열의 형태로 증발기 배관과 제상수 공급관을 서로 혼재시켜 배열시키고 그 외부에 등간격으로 핀을 설치시켜 증발냉각기에 제상수 열을 열공급시킴을 특징으로 한다.

또한 상기 냉동장치의 정상 운전과 성에제거 운전 결정은 성에감지 센서(S10)에서 감지된 성에 발생 시점을 시작으로 제어판에 입력된 실외응축기 온도센서(S11), 응축열저장탱크 온도센서(S12), 제상수 온도센서(S13), 증발냉각기 온도센서(S14)에서 측정된 데이터를 제어판 내 프로세서에서 처리함으로써 운전 조건을 결정함을 특징으로 한다.

한편 상기 정상 운전시에는 제상수 공급밸브(11)를 차단하여 회수열을 응축열 저장탱크(5)에 저장시키고, 성에제거 운전시에는 제상수 공급밸브(11)를 통해 제상수 공급관에 공급된 열원으로 증발기 배관의 성에를 제거시킴을 특징으로 한다.

본 발명의 효과는 냉동장치 내의 증발기 성에 제거를 위한 제상 시스템을 제공하는 것이다. 실외응축기에서 주위의 공기에 발산시키는 토출가스 폐열을 이용하고 성에감지 센서에서 감지된 성에발생을 제거하기 위한 성에제거 운전시 제상수 공급관에 토출가스 폐열로 가온된 제상수를 공급함으로써 증발기 상의 성에를 효과적으로 제거할 수 있는 냉동장치 제상 시스템을 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템의 전체 장치 구성을 나타낸 개략도이다. 도 1은 실외응축기(3)에서 발생하는 토출가스 폐열을 응축열회수열교환기(2)를 통해 회수시켜 제상수를 가온하고 가온된 제상수를 제상수 공급관에 공급하여 증발냉각기(4) 배관의 성에를 제거시킨 후 응축열 저장탱크(5)로 회수 순환시킴을 도시하고 있다.
도 2a는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 내의 제상수 공급관과 증발기 배관 구성을 3차원적으로 도시한 개략도이다. 성에제거 운전시에는 제상수가 공급되어 증발기 상의 성에를 제거한다.
도 2b는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 내의 제상수 공급관과 증발기 배관 구성을 평면적으로 도시한 개략도이다. 성에제거 운전시에는 제상수가 공급되어 증발기 상의 성에를 제거한다.
또한 제상수 공급관과 증발기 배관은 비등간격 코일 배열의 형태로 제상수 공급관과 증발기 배관을 서로 혼재시켜 배열시키고 그 외부에 등간격으로 핀을 설치시켜 열교환시킨다.
도 3a는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 내의 냉매 입출구 측면에서 제상수 공급관과 증발기 배관의 구성을 예시한 상세도이다. 도 3a에서 붉은색은 냉매 주입 및 배출을 위한 배관을 나타낸 것이며 푸른색은 제상수 주입 및 배출을 위한 배관을 나타낸 것이다. 냉매 주입 및 배출을 위한 주입구와 배출구를 증발기 외부에 설치한다.
도 3b는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 내의 제상수 입출구 측면에서 제상수 공급관과 증발기 배관의 구성을 예시한 상세도이다. 도 3b에서 붉은색은 냉매 주입 및 배출을 위한 배관을 나타낸 것이며 푸른색은 제상수 주입 및 배출을 위한 배관을 나타낸 것이다. 제상수 주입 및 배출을 위한 주입구와 배출구를 증발기 외부에 설치한다.
도 4a는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 내의 냉매 입출구 측면에서 제상수 공급관과 증발기 배관의 또다른 구성을 예시한 상세도이다. 도 4a에서 옥색은 증발기로 주입되는 증발기 냉매 주입관을 나타내고 청색은 증발기로부터 배출되는 증발기 냉매 배출관을 나타낸다. 녹색은 제상수의 주입구이며 노란색은 드레인판 위에 제상수 라인을 나타낸다.
도 4b는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 내의 냉매 입출구 측면에서 제상수 공급관과 증발기 배관의 또다른 구성을 예시한 도 4a의 부분 상세도이다.
도 4c는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 내의 냉매 입출구 측면에서 제상수 공급관과 증발기 배관의 또다른 구성을 예시한 도 4a의 부분 상세도이다.
도 5a는 제어판을 중심으로 증발기가 정상 작동하는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템의 정상 운전 상태를 도시한 것이다. 도 5a에 나타난 바와 같이 온도센서, 압력센서, 감지센서에 의해 측정된 데이터를 제어판에서 처리시킨다. 제어판의 지시에 따라 정상 운전시에는 제상수의 순환을 중단시키고 증발기를 정상 작동시킨다.
도 5b는 제어판을 중심으로 증발기가 제상 작동하는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템의 성에제거 운전 상태를 도시한 것이다. 도 5b에 나타난 바와 같이 온도센서, 압력센서, 감지센서에 의해 측정된 데이터를 제어판에서 처리시킨다. 제어판의 지시에 따라 성에제거 운전시에는 제상수를 순환시키고 증발기를 제상 작동시킨다.

본 발명은 압축기(1)에서 압축된 고온 고압의 냉매를 실외응축기(3)에서 주위의 공기와 열교환시키고 냉각시킨 액체 상태의 냉매를 팽창 밸브 및 증발냉각기(4)에서 기화시켜 증발기 주위의 기화열을 흡수하고 다시 압축기로 순환시키는 냉동장치 시스템을 지닌 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템에 있어서, 상기 실외응축기(3)에서 발생하는 토출가스 폐열을 응축열회수열교환기(2)를 통해 회수시켜 제상수를 가온하고 가온된 제상수를 제상수 공급관에 공급하여 증발냉각기(4) 배관의 성에를 제거시킨 후 응축열 저장탱크(5)로 회수 순환시킴을 특징으로 하는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템에 관한 것이다.

이하 본 발명을 첨부된 도면을 통해 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템의 전체 장치 구성을 나타낸 개략도이다.

도 1은 실외응축기(3)에서 발생하는 토출가스 폐열을 응축열회수열교환기(2)를 통해 회수시켜 제상수를 가온하고 가온된 제상수를 제상수 공급관에 공급하여 증발냉각기(4) 배관의 성에를 제거시킨 후 응축열 저장탱크(5)로 회수 순환시킴을 도시하고 있다.

본 발명의 냉동장치 제상 시스템은 압축기(1)에서 압축된 고온 고압의 냉매를 실외응축기(3)에서 주위의 공기와 열교환시키고 냉각시킨 액체 상태의 냉매를 팽창 밸브 및 증발냉각기(4)에서 기화시켜 증발기 주위의 기화열을 흡수하고 다시 압축기로 순환시키는 일반적인 냉동장치 시스템에 냉동장치 제상 시스템을 부가시킨 것이다.

즉 실외응축기(3)에서 발생하는 토출가스 폐열을 응축열회수열교환기(2)를 통해 회수시켜 제상수를 가온하고 가온된 제상수를 제상수 공급관에 공급하여 증발냉각기(4) 배관의 성에를 제거시킨 후 응축열 저장탱크(5)로 회수 순환시키는 냉동장치 제상 시스템을 부가시킨 것이다.

본 발명의 냉동장치 시스템은 냉동장치의 정상 운전과 성에제거 운전으로 나눌 수 있으며 냉동장치의 정상 운전과 성에제거 운전 결정은 성에 감지센서(S10)에서 감지된 성에 발생 시점을 시작으로 제어판에 입력된 실외응축기 온도센서(S11), 응축열저장탱크 온도센서(S12), 제상수 온도센서(S13), 증발냉각기 온도센서(S14)에서 측정된 데이터를 제어판 내 프로세서에서 처리함으로써 운전 조건을 결정한다.

정상 운전시에는 제상수 공급밸브(11)를 차단하여 회수열을 응축열저장탱크(5)에 저장하고, 성에제거 운전시에는 제상수 공급밸브(11)를 통해 제상수 공급관에 공급된 열원으로 증발기 배관의 성에를 제거한다.

제어판의 지시에 의해 성에제거 운전으로 전환시 토출가스 폐열을 흡수하여 응축열저장탱크(5) 내의 제상수 온도를 성에를 제거하는데 필요한 온도까지 상승시킨 후 제상수 공급밸브(11)를 열어 제상수 펌프를 가동시키면서 응축열저장탱크(5)에 저장되어있던 제상수를 증발냉각기(4)로 이송한다.

이송된 제상수는 먼저 증발냉각기(4)의 드레인 챔버 바닥을 통과시켜 드레인수 챔버를 가열시킨 다음 증발냉각기를 통과시켜 성에를 제거한다. 이를 통해 성에제거시 발생하는 드레인수가 드레인수 챔버 바닥에 얼어붙는 현상을 방지할 수 있다.

증발냉각기(4)의 성에가 완전히 제거되면 성에감지센서(S10)를 통해 제어판에 신호를 송출하고 제어판은 정상 운전으로의 작동을 지시한다. 제상수 공급밸브(11)는 닫히고 응축열 회수밸브(10)가 열려 토출가스 폐열은 응축열저장탱크(5)에 저장된다.

한편 응축열 회수열교환기(2)를 통해 회수된 열을 보관하는 응축열저장탱크(5)의 온도가 제상수공급 온도센서(S13)를 통해 설정 온도 이상으로 증가하면 순환펌프의 작동을 중지시켜 더 이상의 토출가스 폐열의 회수를 중단시킨다.

또한 여름철 외기 온도의 과도한 상승으로 인한 냉동 시스템의 효율 저하를 방지하기 위해 응축온도센서(S11)를 통해 응축된 냉매의 온도를 측정하고 적정 온도 이상 상승 시에는 보충수 밸브(12)를 열어 응축열저장탱크(5)의 온도를 낮춤으로써 응축액의 온도를 저하시킬 수 있다.

도 2a는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 내의 제상수 공급관과 증발기 배관 구성을 3차원적으로 도시한 개략도이다. 성에제거 운전시에는 제상수가 공급되어 증발기 상의 성에를 제거한다.

도 2b는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 내의 제상수 공급관과 증발기 배관 구성을 평면적으로 도시한 개략도이다. 성에제거 운전시에는 제상수가 공급되어 증발기 상의 성에를 제거한다.

또한 제상수 공급관과 증발기 배관은 비등간격 코일 배열의 형태로 제상수 공급관과 증발기 배관을 서로 혼재시켜 배열시키고 그 외부에 등간격으로 핀을 설치시켜 열교환시킨다.

도 3a는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 내의 냉매 입출구 측면에서 제상수 공급관과 증발기 배관의 구성을 예시한 상세도이다. 도 3a에서 붉은색은 냉매 주입 및 배출을 위한 배관을 나타낸 것이며 푸른색은 제상수 주입 및 배출을 위한 배관을 나타낸 것이다. 냉매 주입 및 배출을 위한 주입구와 배출구를 증발기 외부에 설치한다.

도 3b는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 내의 제상수 입출구 측면에서 제상수 공급관과 증발기 배관의 구성을 예시한 상세도이다. 도 3b에서 붉은색은 냉매 주입 및 배출을 위한 배관을 나타낸 것이며 푸른색은 제상수 주입 및 배출을 위한 배관을 나타낸 것이다. 제상수 주입 및 배출을 위한 주입구와 배출구를 증발기 외부에 설치한다.

도 4a는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 내의 냉매 입출구 측면에서 제상수 공급관과 증발기 배관의 또다른 구성을 예시한 상세도이다. 도 4a에서 옥색은 증발기로 주입되는 증발기 냉매 주입관을 나타내고 청색은 증발기로부터 배출되는 증발기 냉매 배출관을 나타낸다. 녹색은 제상수의 주입구이며 노란색은 드레인판 위에 제상수 라인을 나타낸다.

도 4a에 나타난 또다른 형태의 제상수 공급관과 증발기 배관의 구성에서도 증발냉각기 배관과 제상수 공급관은 비등간격 코일 배열의 형태로 증발기 배관과 제상수 공급관을 서로 혼재시켜 배열시키고 그 외부에 등간격으로 핀을 설치시켜 증발냉각기에 제상수 열을 열공급시킨다.

도 4b는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 내의 냉매 입출구 측면에서 제상수 공급관과 증발기 배관의 또다른 구성을 예시한 도 4a의 부분 상세도이다.

도 4c는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템 내의 냉매 입출구 측면에서 제상수 공급관과 증발기 배관의 또다른 구성을 예시한 도 4a의 부분 상세도이다.

도 5a는 제어판을 중심으로 증발기가 정상 작동하는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템의 정상 운전 상태를 도시한 것이다. 도 5a에 나타난 바와 같이 온도센서, 압력센서, 감지센서에 의해 측정된 데이터를 제어판에서 처리시킨다. 제어판의 지시에 따라 정상 운전시에는 제상수의 순환을 중단시키고 증발기를 정상 작동시킨다.

도 5b는 제어판을 중심으로 증발기가 제상 작동하는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템의 성에제거 운전 상태를 도시한 것이다. 도 5b에 나타난 바와 같이 온도센서, 압력센서, 감지센서에 의해 측정된 데이터를 제어판에서 처리시킨다. 제어판의 지시에 따라 성에제거 운전시에는 제상수를 순환시키고 증발기를 제상 작동시킨다.

1. 압축기 2. 응축열 회수열교환기
3. 실외응축기 4. 증발냉각기
5. 응축열저장탱크 10. 응축열 회수밸브
11. 제상수 공급밸브 12. 보충수 밸브
S10. 성에감지센서 S11. 응축온도센서
S12. 저장탱크 온도센서 S13. 제상수공급 온도센서
S14. 증발냉각기 온도센서

Claims (4)

1. 압축기(1)에서 압축된 고온 고압의 냉매를 실외응축기(3)에서 주위의 공기와 열교환시키고 냉각시킨 액체 상태의 냉매를 팽창 밸브 및 증발냉각기(4)에서 기화시켜 증발기 주위의 기화열을 흡수하고 다시 압축기로 순환시키는 냉동장치 시스템을 지닌 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템에 있어서,
   상기 실외응축기(3)에서 발생하는 토출가스 폐열을 응축열회수열교환기(2)를 통해 회수시켜 제상수를 가온하고 가온된 제상수를 제상수 공급관에 공급하여 증발냉각기(4) 배관의 성에를 제거시킨 후 응축열 저장탱크(5)로 회수 순환시킴을 특징으로 하는 토출가스 폐열을 이용한 냉동장치 제상 시스템.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 증발냉각기 배관과 제상수 공급관은 비등간격 코일 배열의 형태로 증발기 배관과 제상수 공급관을 서로 혼재시켜 배열시키고 그 외부에 등간격으로 핀을 설치시켜 증발냉각기에 제상수 열을 열공급시킴을 특징으로 하는 냉동장치 제상 시스템.
   
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 냉동장치의 정상 운전과 성에제거 운전 결정은 성에감지 센서(S10)에서 감지된 성에 발생 시점을 시작으로 제어판에 입력된 실외응축기 온도센서(S11), 응축열저장탱크 온도센서(S12), 제상수 온도센서(S13), 증발냉각기 온도센서(S14)에서 측정된 데이터를 제어판 내 프로세서에서 처리함으로써 운전 조건을 결정함을 특징으로 하는 냉동장치 제상 시스템.
   
4. 제 3항에 있어서, 상기 정상 운전시에는 제상수 공급 밸브(11)를 차단하여 회수열을 응축열 저장탱크(5)에 저장시키고, 성에제거 운전시에는 제상수 공급밸브(11)를 통해 제상수 공급관에 공급된 열원으로 증발기 배관의 성에를 제거시킴을 특징으로 하는 냉동장치 제상 시스템.

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