KR20190026288A - 냉동기 토출 가스에 의한 응축 폐열 회수를 이용한 냉동 시스템 - Google Patents

냉동기 토출 가스에 의한 응축 폐열 회수를 이용한 냉동 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명의 냉동기 토출 가스에 의한 응축폐열 회수를 이용한 냉동 시스템은 냉매를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매가 유입되고, 응축되는 응축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축기에 전달하는 메인 유로, 상기 압축기에서 배출되는 냉매의 열을 일부 저장하는 축열 저장조, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 축열 저장조에 전달하는 보조 유로계, 상기 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창밸브 및 상기 팽창된 냉매를 증발하는 증발측 복합 열교환기 를 포함하고, 상기 증발측 복합 열교환기는 상기 팽창 밸브에서 팽창된 냉매가 경유되는 증발 배관 및 상기 축열 저장조에 있는 순환수가 경유되는 제상수 공급관을 포함한다.

Description

냉동기 토출 가스에 의한 응축 폐열 회수를 이용한 냉동 시스템 {Chilling system using waste heat recovery by chiller discharge gas }
본 발명은 냉동기 토출 가스에 의한 응축 폐열 회수를 이용한 냉동 시스템 에 관한 것으로, 보다 상세하게는 부가적인 동력을 사용하지 않고 제상을 위한 응축 폐열 회수를 할 수 있는 냉동 시스템에 관한 것이다.
일반적으로, 냉동 시스템은 증발기가 설치되고, 압축기, 응축기 및 팽창 밸브가 설치되는 구조를 이룬다. 압축기, 응축기, 팽창 밸브 및 증발기로 이루어지는 냉각 사이클 과정에서 증발기의 증발열과 외기 온도와의 열교환에 의해 냉기를 발생시키게 된다. 이때, 증발기는 증발열과 외기 온도의 차이에 의해 표면에 성에가 착상되는데, 상기와 같이 증발기의 표면에 착상된 성에는 점차 성장하면서 증발기의 열교환 작용을 저해하고, 쇼 케이스의 소비전력을 증가시키는 요인이 된다.
따라서, 성에의 착상량이 지나치게 증대될 경우 이를 제거하기 위한 제상 모드 운전이 필수적으로 이루어지도록 구성된다. 종래의 쇼 케이스에서 제상 방법은 주변에 제상 히터를 설치하여 미리 설정된 시점에 히터를 가동하여 증발기에 결빙된 성에를 녹여 제거하도록 구성된다.
상기와 같이 제상 히터를 이용한 제상 방법은 증발기에 고온의 열을 제공함으로써 빠른 시간에 제상이 이루어지는 장점이 있으나, 외부의 열원 또는 에너지를 사용하는 문제점이 발생한다.
또한, 일반적인 냉동 싸이클에 있어서 응축 폐열을 회수하는 시스템을 이용하는 경우, 외부의 열원 또는 에너지를 절감할 수 있는 장점이 있으나, 이것 또한 응축 폐열을 회수하는 시점에서 별도의 외부 에너지를 사용하는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 별도의 외부 에너지를 사용하지 않고, 냉동 사이클 내에서 제상에 사용할 수 있는 에너지를 축열할 수 있는 냉동기 토출 가스에 의한 응축 폐열 회수를 이용한 냉동 시스템을 제공하는 것에 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉동기 토출 가스에 의한 응축 폐열 회수를 이용한 냉동 시스템은 냉매를 압축하는 압축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매가 유입되고, 응축되는 응축기, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축기에 전달하는 메인 유로, 상기 압축기에서 배출되는 냉매의 열을 일부 저장하는 축열 저장조, 상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 축열 저장조에 전달하는 보조 유로계, 상기 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창밸브 및 상기 팽창된 냉매를 증발하는 증발측 복합 열교환기; 를 포함하고, 상기 증발측 복합 열교환기는 상기 팽창 밸브에서 팽창된 냉매가 경유되는 증발 배관 및 상기 축열 저장조에 있는 순환수가 경유되는 제상수 공급관을 포함한다.
일 실시예에 있어서, 상기 보조 유로계는 상기 축열 저장조 내부를 경유하는 열교환로, 상기 열교환로의 말단부에 위치하고, 기화된 상기 냉매와 액화된 상기 냉매를 분리하는 기액분리부, 상기 기액분리부에서 상기 기화된 냉매를 메인 유로로 반환하는 응축 반환로, 상기 기액분리부에서 상기 액화된 냉매를 상기 팽창밸브 측으로 반환하는 팽창 반환로를 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 기액분리부는 실린더 형상의 기액분리헤더로 형성되며, 상기 팽창 반환로는 체크밸브를 포함하고, 상기 기액분리헤더의 하부에 연결되어 중력에 의해 상기 액화된 냉매를 상기 팽창밸브 측으로 반환하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 보조 유로계의 열교환로는 상기 축열 저장조 내에서 수회의 완만한 절곡을 가지는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 축열 저장조 내에 위치하고, 외부 전원에 의해 가열할 수 있는 보조히터를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 위치하여 상기 메인유로를 제어하는 메인유로제어밸브 및 상기 보조 유로계의 열교환로 입구측에 위치하는 보조유로제어밸브를 더 포함하고, 상기 냉매의 유로 제어는 상기 메인유로제어밸브 및 보조유로제어밸브에 의해 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 메인유로 및 상기 보조 유로계는 삼방향 밸브에 의해 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 증발측 복합 열교환기는, 급냉실에 급냉을 제공하는 급냉실 증발기, 냉동실에 냉동을 제공하는 냉동실 증발기, 냉장실에 냉장을 제공하는 냉장실 증발기, 상기 냉동실 증발기와 상기 팽창 밸브 사이에 배치되는 냉동실측 증발압력 조절부, 상기 냉장실 증발기와 상기 팽창 밸브 사이에 배치되는 냉장실측 증발압력 조절부 및 상기 급냉실 증발기와 상기 팽창 밸브 사이에 배치되는 급냉실측 증발압력 조절부를 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 급냉실측 증발압력 조절부는, 상기 증발측 유입 배관계와 연결되고, 상기 급냉실 증발기의 입구측에 형성되는 제1 급냉실 유입 압력 조절부 및 제2 급냉실 유입 압력 조절부 및 상기 급냉실 증발기의 출구 측에 위치하여, 상기 급냉실 증발기의 출구 온도를 측정하는 제1 급냉실 온도 센서 및 제2 급냉실 온도 센서를 포함하고, 상기 제1 급냉실 유입 압력 조절부는 상기 제1 급냉실 온도 센서에 의해 제어되고, 상기 제2 급냉실 유입 압력 조절부는 상기 제2 급냉실 온도 센서에 의해 제어되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 냉동실측 증발압력 조절부는, 상기 증발측 유입 배관계와 연결되고, 상기 냉동실 증발기의 입구측에 형성되는 냉동실 유입 압력 조절부 및 상기 증발측 유출 배관계와 연결되어, 상기 급냉실 증발기로부터 배출되는 냉매를 상기 냉동실측 증발기로 유입하는 냉동측 냉매 재유입로, 상기 냉동실 증발기의 출구 측에 위치하여, 상기 냉동실 증발기의 출구 온도를 측정하는 냉동실 온도 센서를 포함하고, 상기 냉동측 유입 압력 조절부는 상기 냉동실 온도 센서에 의해 제어되며, 상기 냉동실 증발기에는 증발측 유입 배관계로부터의 냉매와 상기 냉동측 냉매 재유입로에서의 토출된 냉매가 혼합되어 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 냉장실측 증발압력 조절부는, 상기 증발측 유입 배관계와 연결되고, 상기 냉장실 증발기의 입구측에 형성되는 냉장실 유입 압력 조절부 및 상기 증발측 유출 배관계와 연결되어, 상기 냉동실 증발기로부터 배출되는 냉매를 상기 냉장실측 증발기로 유입하는 냉장측 냉매 재유입로, 상기 냉장실 증발기의 출구 측에 위치하여, 상기 냉장실 증발기의 출구 온도를 측정하는 냉장실 온도 센서를 포함하고, 상기 냉장측 유입 압력 조절부는 상기 냉장실 온도 센서에 의해 제어되며, 상기 냉장실 증발기에는 증발측 유입 배관계로부터의 냉매와 상기 냉장측 냉매 재유입로에서의 토출된 냉매가 혼합되어 유입되는 것을 특징으로 할 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명에 의하면, 별도의 에너지를 사용하지 않고, 제상을 위한 열에너지를 수집하여 추가적으로 소비되는 전력 없이 효율적으로 제상을 실시할 수 있게 된다.
또한 급랭-냉동-냉장을 동시에 사용하는 냉동 시스템에 있어서, 냉매의 사용을 효율적으로 할 수 있어 에너지의 효율적인 사용이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉동기 토출 가스에 의한 응축 폐열 회수 냉동 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2는 도 1의 냉동 시스템의 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조 유로계를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 증발측 복합 열교환기를 나타내는 도면이다.
상술한 본 발명의 목적, 특징 및 장점은 첨부된 도면과 관련한 다음의 실시예를 통하여 보다 분명해질 것이다.
이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며, 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명하도록 한다.
시스템 전체 구성
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 냉동기 토출 가스에 의한 응축 폐열 회수 냉동 시스템의 구성을 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 냉동기 토출 가스에 의한 응축 폐열 회수 냉동 시스템은 냉매를 압축하는 압축기(10), 압축기에서 압축된 냉매가 유입되고, 응축되는 응축기(20), 압축기에서 압축된 냉매를 응축기에 전달하는 메인 유로(210), 압축기에서 배출되는 냉매의 열을 일부 저장하는 축열 저장조(60), 압축기에서 압축된 냉매를 상기 축열 저장조에 전달하는 보조 유로계(100), 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창밸브(30) 및 팽창된 냉매를 증발하는 증발측 복합 열교환기(400)를 포함한다.
증발측 복합 열교환기(400) 팽창 밸브에서 팽창된 냉매가 경유되는 증발 배관(410) 및 축열 저장조(60)에 있는 순환수가 경유되는 제상수 공급관(420)을 포함한다.
보조 유로계(100)는 축열 저장조(60) 내부를 경유하는 열교환로(110), 열교환로(110)의 말단부에 위치하고, 기화된 상기 냉매와 액화된 상기 냉매를 분리하는 기액분리부(90), 기액분리부(90)에서 기화된 냉매를 메인 유로로 반환하는 응축 반환로(120), 기액분리부(90)에서 액화된 냉매를 팽창밸브(30) 측으로 반환하는 팽창 반환로(130)를 포함한다.
축열 저장조(60)에는 외부 전원에 의해 가열할 수 있는 보조히터(70)를 더 포함할 수 있다. 응축기(20)의 일 측면에는 응축기의 제상이 필요한 조건을 감지할 수 있는 제상 센서(300)를 더 포함할 수 있다.
또한, 압축기(10)와 응축기(20) 사이에 위치하여 메인유로(210)를 제어하는 메인유로 제어밸브(V10) 및 보조 유로계(100)의 열교환로(110) 입구측에 위치하여 냉매가 보조 유로계(100)로 유입되는 것을 제어하는 보조유로 제어밸브(V20)를 더 포함할 수 있다.
이러한 메인유로 제어밸브(V10) 및 보조유로 제어밸브(V20)은 하나의 삼방향 밸브(V50)에 의해 통합되어 설치될 수 있다.
정상 가동 및 제상 가동
도 2는 도 1의 냉동 시스템의 구동을 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에 따른 냉동기 토출 가스에 의한 응축폐열 회수를 이용한 냉동 시스템의 구동을 먼저 설명한다.
정상 가동 시에, 냉동 시스템은 압축기(10)에서 압축된 냉매를 응축기(20)에 전달한다. 이 과정에서 압축기(10)에서 압축된 고온의 냉매는 보조 유로계(100)를 통하여 축열 저장조(60)에 열을 전달하여 에너지를 저장한다. 응축기(20)에 전달된 냉매는 다시 팽창밸브(30)에 전달되고, 이 때에 냉각된 냉매는 증발측 복합 열교환기(400)로 전달되어 대상을 냉각한다. 이러한 사이클을 통하여 대상을 냉동 및 냉장할 수 있다.
제상 센서(300)에 의해 증발측 복합 열교환기(400)에 제상이 필요하다고 판단되는 경우, 제상 가동이 진행된다. 제상 가동은 축열 저장조(60)에 저장된 열을 순환수를 통하여 증발측 복합 열교환기(400)에 열을 전달하여 제상을 실시하며, 이 때에는 별도의 제상 펌프(50)의 가동에 의해 순환수의 순환을 기동한다.
따라서 정상 가동 시에 축열 저장조(60)에 열을 저장하고, 제상이 필요한 시점에서 제상 가동을 실시하여, 별도의 전원을 이용하지 않고, 축열 저장조(60)에 열을 저장할 수 있어 에너지를 절약할 수 있는 제상이 기동될 수 있다.
축열 저장 시스템
도 2를 다시 참조하면, 정상 가동 시에, 압축기(10)에서 압축된 고온의 냉매는 보조 유로계(100)를 통하여 축열 저장조(60)에 열을 전달하여 에너지를 저장한다.
도 1을 다시 참조하면, 보조 유로계(100)는 메인 유로(210)와 연결되어 축열 저장조(60)를 경유하는 열교환로(110)를 포함한다. 압축기(10)에서 압축된 고온의 냉매는 보조 유로계(100)의 열교환로(110)를 통하여 축열 저장조(60)에 에너지를 저장한다.
축열 저장조(60)는 지정된 온도까지만 열을 저장하도록 제어된다. 통상 40도의 온도로 한정되어 에너지를 저장하며, 보조 유로계(100)의 냉매 흐름을 제어하여 저장한다. 또한 보조 유로계(100)의 냉매 흐름은 앞서 설명한 메인유로 제어밸브(V10) 및 보조유로 제어밸브(V20)에 의해 제어된다.
또한 메인유로 제어밸브(V10) 및 보조유로 제어밸브(V20)은 삼방향 밸브(V50)에 의해서 하나의 밸브로 제어될 수 있는데, 이것은 도 3에 나타나 있다.
통상적으로 축열 저장조(60)의 상단에서 보조 유로계(100)의 열교환로(110)가 유입되며, 열 교환을 마친 후 하단에서 배출된다. 따라서 중력방향에 의해 냉매가 이동되며, 축열 저장조(60)과의 열교환을 위하여 열교환로(110)가 절곡하여 배치될 수 있으나, 압력 손실이 커지는 것을 방지하기 위하여 많은 회수의 절곡을 가지지는 않으며, 수회의 완만한 절곡을 가질 수 있다. 축열 저장조(60) 내의 축열 매체는 대류에 의해 순환할 수 있으므로 효율적으로 에너지(열)을 저장할 수 있다.
축열 저장조(60)에서 빠져 나온 보조 유로계(100)와 기액분리부(90)가 연결된다. 기액분리부(90)는 기화된 냉매와 액화된 냉매를 분리하는 역할을 한다. 기액분리부(90)는 실린더 형상의 기액분리헤더로 형성될 수 있다.
기액분리부(90)는 기화된 냉매를 메인 유로로 반환하여 응축기(20)로 반환하는 응축 반환로(120)와 액화된 냉매를 팽창밸브 측으로 반환하는 팽창 반환로(130)를 포함하며, 팽창 반환로(130)는 체크밸브(V30)를 포함하여 액화된 냉매만 반환하도록 제어할 수 있다.
증발측 복합 열교환기 구성
증발측 복합 열교환기(400)는 급냉실에 급냉을 제공하는 급냉실 증발기(451), 냉동실에 냉동을 제공하는 냉동실 증발기(452), 냉장실에 냉장을 제공하는 냉장실 증발기(453), 냉동실 증발기와 팽창 밸브 사이에 배치되는 냉동실측 증발압력 조절부(462), 냉장실 증발기와 팽창 밸브 사이에 배치되는 냉장실측 증발압력 조절부(463) 및 급냉실 증발기와 상기 팽창 밸브 사이에 배치되는 급냉실측 증발압력 조절부(461)를 포함한다.
또한 증발측 복합 열교환기(400)은 증발기들에 냉매를 공급하는 증발측 유입 배관계(470) 및 증발기들로부터 배출된 냉매가 이동하는 증발측 유출 배관계(480)를 포함한다. 증발측 유입 배관계(470) 및 증발측 유출 배관계(480)는 서로 독립되어 구성되는 것이 아니며, 특수한 구간에서 연결되어 증발기 측에 특수한 상황의 냉매를 동시에 공급할 수 있도록 설계 된다.
급냉실측 증발압력 조절부(461)는 증발측 유입 배관계(470)와 연결되고, 급냉실 증발기(451)의 입구측에 형성되는 제1 급냉실 유입 압력 조절부 및 제2 급냉실 유입 압력 조절부를 포함한다.
또한 급냉실측 증발압력 조절부(461)는 급냉실 증발기(451)의 출구 측에 위치하여, 급냉실 증발기(451)의 출구 온도를 측정하는 제1 급냉실 온도 센서(E11) 및 제2 급냉실 온도 센서(E12)를 포함한다.
냉동실측 증발압력 조절부(462)는 증발측 유입 배관계(470)와 연결되고, 냉동실 증발기(452)의 입구측에 형성되는 냉동실 유입 압력 조절부를 포함한다.
또한 냉동실측 증발압력 조절부(462)는 증발측 유출 배관계(480)와 연결되어, 급냉실 증발기(451)로부터 배출되는 냉매를 냉동실측 증발기(452)로 유입하는 냉동측 냉매 재유입로(414)를 포함하고, 냉동실 증발기(452)의 출구 측에 위치하여, 냉동실 증발기(452)의 출구 온도를 측정하는 냉동실 온도 센서(E21)를 포함한다.
냉장실측 증발압력 조절부(463)는 증발측 유입 배관계(470)와 연결되고, 냉장실 증발기(453)의 입구측에 형성되는 냉장실 유입 압력 조절부(463)를 포함한다.
또한, 냉장실측 증발압력 조절부(463)는 증발측 유출 배관계(480)와 연결되어, 냉동실 증발기(452)로부터 배출되는 냉매를 냉장실 증발기(453)로 유입하는 냉장측 냉매 재유입로(417)를 포함하며, 냉장실 증발기(453)의 출구 측에 위치하여, 냉장실 증발기(453)의 출구 온도를 측정하는 냉장실 온도 센서(E31)를 포함한다.
증발측 급냉실 구동
급냉실 증발기(451)는 증발측 유입 배관계(470)으로부터 유입되는 냉매만을 사용한다. 급냉실측 증발압력 조절부(461)는 증발측 유입 배관계(470)와 연결되고, 급냉실 증발기(451)의 입구측에 형성되는 제1 급냉실 유입 압력 조절부 및 제2 급냉실 유입 압력 조절부를 포함한다.
제1 급냉실 유입 압력 조절부는 증발측 유입 배관계(470)으로부터 유입되는 제1 제어 밸브(V401) 및 제1 글로브 밸브(V421)를 포함한다. 제2 급냉실 유입 압력 조절부는 증발측 유입 배관계(470)으로부터 유입되는 제2 제어 밸브(V402) 및 제2 글로브 밸브(V422)를 포함한다. 이렇게 제1 및 제2 급냉실 유입 압력 조절부에 의해 제어되는 냉매는 급냉실 냉매 유입로(411)에 의해 합하여 유입 된다.
제1 및 제2 글로브 밸브(V421, V422)는 각각 제1 급냉실 온도 센서(E11) 및 제2 급냉실 온도 센서(E12)와 연결되어 냉매의 유량을 제어한다. 이러한 제1 및 제2 급냉실 온도 센서(E11, E12)는 급냉실 증발기(451)의 급냉실 냉매 배출로(412) 상에 설치된다.
급냉실 증발기(451)에서 두 개의 유입 압력 조절부를 사용하는 것은 두 개의 온도 센서에 따른 냉매의 유입량을 제어하기 때문이다. 제1 급냉실 온도 센서(E11)는 기준온도 -25도에서 사용되고, 제2 급냉실 온도 센서(E12)는 기준온도 -40도에서 사용될 수 있다. 급냉실 냉동기(451)는 내부 온도가 대략적으로 -40도에서 -25도 사이를 유지할 수 있도록 냉매의 유입량을 제거한다. 이러한 급냉실 온도 센서들의 기준 온도는 급냉실의 온도 조절 범위에 따라 다양하게 설정을 변경할 수 있다.
증발측 냉동실 구동
냉동실 증발기(452)는 증발측 유입 배관계(470)으로부터 유입되는 냉매만을 사용하거나, 증발측 유입 배관계(470)으로부터 유입되는 냉매와 급냉실 증발기(451)측에서 토출 되는 냉매를 동시에 사용할 수 있다.
냉동실측 증발압력 조절부(462)는 냉동실 유입 압력 조절부 및 냉동측 냉매 재유입로(414)를 포함한다.
냉동실 유입 압력 조절부는 증발측 유입 배관계(470)와 연결되고, 냉동실 증발기(452)의 입구측에 형성되며, 제3 제어 밸브(V403), 제4 제어 밸브(V404) 및 제3 글로브 밸브(V431)를 포함한다.
냉동측 냉매 재유입로(414)는 증발측 유출 배관계(480)와 연결되어, 급냉실 증발기(451)로부터 배출되는 냉매를 냉동실측 증발기(452)로 유입하며, 제7 제어 밸브(V407)를 포함한다.
냉동실 증발기(452)는 두 가지 모드로 운영될 수 있다. 하나는 증발측 유입 배관계(470)측에서 공급되는 냉매를 사용하는 경우이고, 다른 하나는 증발측 유입 배관계(470)와 급냉실 증발기(451)에서 토출 되는 냉매 가스를 동시에 사용하는 경우이다.
증발측 유입 배관계(470)에서 공급되는 냉매만을 이용하는 경우 제3 제어 밸브(V403)가 닫히고, 제4 제어 밸브(V404)가 열린다. 이 때에는 제7 제어 밸브(V406)은 닫히게 된다.
또한 냉동실 증발기(452)에서는 냉동실 온도 센서(E21)에서 감지되는 냉동실 증발기(452)의 냉매 온도에 따라 제3 글로브 밸브(V431)를 제어하여 냉동실 증발기(452) 측으로 유입되는 냉매를 제어할 수 있다. 냉동실 온도 센서(E21)는 냉동실 냉매 배출로(415) 상에 설치된다.
이 경우에는 냉동실 냉매 유입로(413)만을 경유하여 냉매가 냉동실 증발기(452)로 유입된다.
증발측 유입 배관계(470)와 급냉실 증발기(451)에서 토출 되는 냉매 가스를 동시에 사용하는 경우는, 냉동실 증발기(452)는 급냉실 증발기(451)에서 토출 되는 가스의 온도가 냉동실 증발기(452)의 온도보다 낮은 경우이다. 이 때에는 급냉실 증발기(451)에서 토출 되는 냉매 가스를 재사용할 수 있다.
이 경우 제7 제어 밸브(V407)이 개방되고, 제3 제어 밸브(V403)이 열리며, 제4 제어 밸브(V404)가 닫히게 된다. 냉동실 증발기(452) 측으로 급냉실 증발기(451)에서 토출 되는 냉매 가스가 유입 및 혼합되어 냉동실 증발기(452)에서 사용된다.
이 경우에는 냉동실 냉매 유입로(413)와 냉동측 냉매 재유입로(414) 양쪽에서 냉매가 공급되며, 냉동실 증발기(452) 내의 한 지점에서 양쪽의 냉매가 혼합된 상태로 공급된다.
증발측 냉장실 구동
냉장실 증발기(453)의 구동은 실질적으로 냉동실 증발기(452)의 구동과 유사하게 진행되며, 급냉실 증발기(451)에서 토출 되는 냉매 가스를 재사용 하는 대신, 급냉실 증발기(451) 또는 냉동실 증발기(452)에서 토출 되는 냉매 가스를 재사용한다.
냉장실 증발기(453)는 증발측 유입 배관계(470)으로부터 유입되는 냉매만을 사용하거나, 증발측 유입 배관계(470)으로부터 유입되는 냉매와 급냉실 증발기(451) 또는 냉동실 증발기(452)측에서 토출 되는 냉매를 동시에 사용할 수 있다.
냉장실 증발압력 조절부(463)는 냉장실 유입 압력 조절부 및 냉장측 냉매 재유입로(417)를 포함한다.
냉장실 유입 압력 조절부는 증발측 유입 배관계(470)와 연결되고, 냉장실 증발기(453)의 입구측에 형성되며, 제5 제어 밸브(V405), 제6 제어 밸브(V406) 및 제4 글로브 밸브(V441)를 포함한다.
냉장측 냉매 재유입로(417)는 증발측 유출 배관계(480)와 연결되어, 급냉실 증발기(451) 및/또는 냉동실 증발기(452)로부터 배출되는 냉매를 냉장실측 증발기(452)로 유입하며, 제8 제어 밸브(V407), 제9 제어 밸브(V409), 제10 제어 밸브(V410), 제11 제어 밸브(V411) 및 제12 제어 밸브(V412)를 포함하여 구성될 수 있다. 이 경우 제 8 내지 제12 제어 밸브의 구성은 급냉실 증발기(451) 및 냉동실 증발기(452)에서 토출 되는 냉매 가스를 제어할 수 있는 한 다양한 모델로 구성될 수 있음은 물론이다.
냉장실 증발기(453)는 역시 두 가지 모드로 운영될 수 있다. 하나는 증발측 유입 배관계(470)측에서 공급되는 냉매만을 사용하는 경우이고, 다른 하나는 증발측 유입 배관계(470)와 급냉실 증발기(451) 및/또는 냉동실 증발기(453)에서 토출 되는 냉매 가스를 동시에 사용하는 경우이다.
증발측 유입 배관계(470)에서 공급되는 냉매만을 이용하는 경우 제5 제어 밸브(V405)가 닫히고, 제6 제어 밸브(V406)가 열린다. 이 때에는 제9 제어 밸브(V409) 및 제 10 제어 밸브(V410)는 닫히게 된다.
또한 냉장실 증발기(453)에서는 냉장실 온도 센서(E31)에서 감지되는 냉장실 증발기(453)의 냉매 온도에 따라 제4 글로브 밸브(V441)를 제어하여 냉장실 증발기(453) 측으로 유입되는 냉매를 제어할 수 있다.
증발측 유입 배관계(470)와 급냉실 증발기(451) 또는 냉동실 증발기(452)에서 토출 되는 냉매 가스를 동시에 사용하는 경우는, 냉동실 증발기(452) 또는 급냉실 증발기(451)에서 토출 되는 가스의 온도가 냉장실 증발기(453)의 온도보다 낮은 경우이다. 이 때에는 급냉실 증발기(451) 또는 냉동실 증발기(452)에서 토출 되는 냉매 가스를 재사용할 수 있다.
이 경우 제9 제어 밸브(V409)이 개방되고, 제5 제어 밸브(V405)이 열리며, 제6 제어 밸브(V406)가 닫히게 된다. 또한 제 10 제어 밸브(V410)가 개방될 수 있다. 냉동실 증발기(452) 측으로 급냉실 증발기(451) 또는 냉동실 증발기(452)에서 토출 되는 냉매 가스가 유입 및 혼합되어 냉장실 증발기(453)에서 사용된다.
따라서 각 단계의 증발기에서 사용된 후 토출 되는 냉매 가스를 재사용하여, 냉동 효율을 상승시킬 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
10 : 압축기
20 : 응축기
30 : 팽창밸브
60 : 축열 저장조
70 : 보조 히터
90 : 기액분리부
100 : 보조유로계
110 : 열교환로
120 : 응축 반환로
130 : 팽창 반환로
210 : 메인유로
300 : 제상 센서
400 : 증발측 복합 열교환기
V10 : 메인유로 제어밸브
V20 : 보조유로 제어밸브
V50 : 삼방향 밸브
451 : 급냉실 증발기
452 : 냉장실 증발기
453 : 냉동실 증발기
461 : 급냉실측 증발압력 조절부
462 : 냉동실측 증발압력 조절부
463 : 냉장실측 증발압력 조절부
V401 … V412 : 제1 제어 밸브 … 제12 제어 밸브
V421, V422, V431, V441 : 제1 내지 제4 글로브 밸브
E11, E12 : 제1 및 제2 급냉실 온도 센서
E21 : 냉동실 온도 센서
E31 : 냉장실 온도 센서

Claims (11)

  1. 냉매를 압축하는 압축기;
    상기 압축기에서 압축된 냉매가 유입되고, 응축되는 응축기;
    상기 압축기에서 압축된 냉매를 응축기에 전달하는 메인 유로;
    상기 압축기에서 배출되는 냉매의 열을 일부 저장하는 축열 저장조;
    상기 압축기에서 압축된 냉매를 상기 축열 저장조에 전달하는 보조 유로계;
    상기 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창밸브; 및
    상기 팽창된 냉매를 증발하는 증발측 복합 열교환기; 를 포함하고,
    상기 증발측 복합 열교환기는
    상기 팽창 밸브에서 팽창된 냉매가 경유되는 증발 배관 및
    상기 축열 저장조에 있는 순환수가 경유되는 제상수 공급관;을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 토출 가스에 의한 응축폐열 회수를 이용한 냉동시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 보조 유로계는,
    상기 축열 저장조 내부를 경유하는 열교환로;
    상기 열교환로의 말단부에 위치하고, 기화된 상기 냉매와 액화된 상기 냉매를 분리하는 기액분리부;
    상기 기액분리부에서 상기 기화된 냉매를 메인 유로로 반환하는 응축 반환로;
    상기 기액분리부에서 상기 액화된 냉매를 상기 팽창밸브 측으로 반환하는 팽창 반환로;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 토출 가스에 의한 응축폐열 회수를 이용한 냉동시스템.

  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 기액분리부는 실린더 형상의 기액분리헤더로 형성되며,
    상기 팽창 반환로는 체크밸브를 포함하고, 상기 기액분리헤더의 하부에 연결되어 중력에 의해 상기 액화된 냉매를 상기 팽창밸브 측으로 반환하는 것을 특징으로 하는 냉동기 토출 가스에 의한 응축폐열 회수를 이용한 냉동시스템.

  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 보조 유로계의 열교환로는
    상기 축열 저장조 내에서 수회의 완만한 절곡을 가지는 것을 특징으로 하는 냉동기 토출 가스에 의한 응축폐열 회수를 이용한 냉동시스템.

  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 축열 저장조 내에 위치하고, 외부 전원에 의해 가열할 수 있는 보조히터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동기 토출 가스에 의한 응축폐열 회수를 이용한 냉동시스템.

  6. 청구항 2에 있어서,
    상기 압축기와 상기 응축기 사이에 위치하여 상기 메인유로를 제어하는 메인유로제어밸브; 및
    상기 보조 유로계의 열교환로 입구측에 위치하는 보조유로제어밸브를 더 포함하고,
    상기 냉매의 유로 제어는 상기 메인유로제어밸브 및 보조유로제어밸브에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 냉동기 토출 가스에 의한 응축폐열 회수를 이용한 냉동시스템.

  7. 청구항 2에 있어서,
    상기 메인유로 및 상기 보조 유로계는 삼방향 밸브에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 냉동기 토출 가스에 의한 응축폐열 회수를 이용한 냉동시스템.

  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 증발측 복합 열교환기는,
    급냉실에 급냉을 제공하는 급냉실 증발기;
    냉동실에 냉동을 제공하는 냉동실 증발기;
    냉장실에 냉장을 제공하는 냉장실 증발기;
    상기 냉동실 증발기와 상기 팽창 밸브 사이에 배치되는 급냉실측 증발압력 조절부;
    상기 냉장실 증발기와 상기 팽창 밸브 사이에 배치되는 냉동실측 증발압력 조절부;
    상기 급냉실 증발기와 상기 팽창 밸브 사이에 배치되는 냉장실측 증발압력 조절부;
    상기 증발기들에 냉매를 공급하는 증발측 유입 배관계; 및
    상기 증발기들로부터 배출된 냉매가 이동하는 증발측 유출 배관계;
    를 포함하는 냉동기 토출 가스에 의한 응축폐열 회수를 이용한 냉동시스템.

  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 급냉실측 증발압력 조절부는,
    상기 증발측 유입 배관계와 연결되고, 상기 급냉실 증발기의 입구측에 형성되는 제1 급냉실 유입 압력 조절부 및 제2 급냉실 유입 압력 조절부; 및
    상기 급냉실 증발기의 출구 측에 위치하여, 상기 급냉실 증발기의 출구 온도를 측정하는 제1 급냉실 온도 센서 및 제2 급냉실 온도 센서;를 포함하고,
    상기 제1 급냉실 유입 압력 조절부는 상기 제1 급냉실 온도 센서에 의해 제어되고,
    상기 제2 급냉실 유입 압력 조절부는 상기 제2 급냉실 온도 센서에 의해 제어되는 것을 특징으로 하는 냉동기 토출 가스에 의한 응축폐열 회수를 이용한 냉동시스템.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 냉동실측 증발압력 조절부는,
    상기 증발측 유입 배관계와 연결되고, 상기 냉동실 증발기의 입구측에 형성되는 냉동실 유입 압력 조절부;
    상기 증발측 유출 배관계와 연결되어, 상기 급냉실 증발기로부터 배출되는 냉매를 상기 냉동실측 증발기로 유입하는 냉동측 냉매 재유입로; 및
    상기 냉동실 증발기의 출구 측에 위치하여, 상기 냉동실 증발기의 출구 온도를 측정하는 냉동실 온도 센서;를 포함하고,
    상기 냉동측 유입 압력 조절부는 상기 냉동실 온도 센서에 의해 제어되며,
    상기 냉동실 증발기에는 증발측 유입 배관계로부터의 냉매와 상기 냉동측 냉매 재유입로에서의 토출된 냉매가 혼합되어 유입되는 것을 특징으로 하는 냉동기 토출 가스에 의한 응축폐열 회수를 이용한 냉동시스템.

  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 냉장실측 증발압력 조절부는,
    상기 증발측 유입 배관계와 연결되고, 상기 냉장실 증발기의 입구측에 형성되는 냉장실 유입 압력 조절부;
    상기 증발측 유출 배관계와 연결되어, 상기 냉동실 증발기로부터 배출되는 냉매를 상기 냉장실측 증발기로 유입하는 냉장측 냉매 재유입로; 및
    상기 냉장실 증발기의 출구 측에 위치하여, 상기 냉장실 증발기의 출구 온도를 측정하는 냉장실 온도 센서;를 포함하고,
    상기 냉장측 유입 압력 조절부는 상기 냉장실 온도 센서에 의해 제어되며,
    상기 냉장실 증발기에는 증발측 유입 배관계로부터의 냉매와 상기 냉장측 냉매 재유입로에서의 토출된 냉매가 혼합되어 유입되는 것을 특징으로 하는 냉동기 토출 가스에 의한 응축폐열 회수를 이용한 냉동시스템.

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