KR102785541B1 - 유니트쿨러 냉동시스템의 냉매순환장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유니트쿨러 냉각시스템의 냉매순환장치 및 방법에 관한 것으로, 냉매순환라인의 도중에 마련되는 압축기와, 상기 압축기에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매를 응축 액화하는 응축기와, 상기 응축기에서 배출되는 냉매를 저장하는 수액기와, 상기 수액기에서 배출되는 냉매를 이용하여 냉방 작동이나 냉장 작동을 수행하는 유니트쿨러를 구비하고 있도록 구성되는 유니트쿨러 냉동시스템에 있어서,
상기 응축기에서 배출되는 냉매를 저장하는 상온 수액기와, 상기 유니트쿨러를 거친 냉매를 저장하는 저온 수액기 각각은 독립적으로 따로따로 분리된 상태에서 상,하부 연결관으로 연결되어 있으며,
상기 상온 수액기에 저장되는 냉매는 하부 연결관을 통하여 저온 수액기으로 이동하여 저장된 후 출구라인을 통하여 배출되어 유니트쿨러를 순환하도록 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 발명이다.

Description

유니트쿨러 냉동시스템의 냉매순환장치 및 방법{Refrigerant circulation device and method of unit cooler refrigeration system}

본 발명은 유니트쿨러 냉동시스템의 냉매순환장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 응축기에서 토출되는 상온냉매를 저장하기 위한 상온 수액기와 유니트쿨러에서 배출되는 저온냉매를 저장하기 위한 저온 수액기를 각각 독립적으로 구성하는 한편, 캐스케이드 열교환기를 이용하여 상온 수액기의 상온냉매를 냉각시킨 저온냉매를 유니트쿨러에 공급하는 수단으로 냉동, 냉장, 냉방 등을 수행할 수 있도록 함과 동시에 유니트쿨러에 성에가 착상되는 속도를 현저히 늦출 수 있도록 하였으며, 또한 유니트쿨러에 착상된 성에를 제거하고자 할 때에는 상온냉매를 유니트쿨러에 순환시키는 수단으로 별도의 제상설비를 설치하지 않고도 쉽고 간단하게 제상할 수 있도록 구성되는 유니트쿨러 냉동시스템의 냉매순환장치 및 방법에 관한 것이다.

일반적으로 냉동공조 시스템에서 냉각 기능을 제공하는 유니트쿨러는, 냉매를 압축, 응축, 팽창, 증발하는 과정의 냉동싸이클을 거쳐 순환하면서 냉기를 발생시키게 된다.

이에 따라 유니트쿨러에 구비되어 냉기를 발생시키는 역할을 하는 증발기에 성에가 발생하게 되어 결빙하게 되며, 시간이 경과함에 따라 결빙 면적이 점점 커지게 되면서 냉동효율을 저하시키게 된다.

때문에 유니트쿨러의 냉각 효과를 원활하게 유지하기 위해서는 지속적으로 증발기에 발생하는 성에를 제거하기 위한 제상 운전을 실행하는 것이 필요하다.

그런데, 일반적인 유니트쿨러의 제어방법에서는 제상 타이머에 시간을 설정한 다음, 타이머 설정 시간이 되면 제상 운전이 실행되는 방식을 사용하고 있다.

그러나, 상기와 같은 제어방식은 유니트쿨러의 사용 환경이나 유니트쿨러에 의해 냉각되는 공간에 저장되는 저장물의 특성에 맞게 제상 운전을 실행하는 데에는 한계가 뒤따르게 된다.

따라서 유니트쿨러의 사용환경이나 저장물의 특성에 따라 다양한 조건 항목을 선택적이나 조합적으로 사용하여 제상 운전을 실행할 수 있도록 하는 방안을 고려해 볼 필요가 있다.

상기와 같은 방안을 감안하여 사용되고 있는 유니트쿨러 냉동시스템에 대하여 살펴본다.

종래 기술의 유니트쿨러 냉동시스템은 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 압축기(100)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매는 응축기의 입구라인(111)을 통해 응축기(110)로 유입되어 외기와의 열교환작용에 의해 응축 액화되어 출구라인(112)으로 배출되어 수액기(120)에 저장되며, 상기 수액기(120)에 저장되는 냉매액은 출구라인(121)을 통해 배출되어 저압수액기(130)측으로 이송되는데, 상기 수액기(120)의 출구라인(121)에는 메인 전자밸브(140)와 팽창밸브(150)가 각각 순서대로 장설되어 있으며, 상기 팽창밸브(150)는 수액기(120)의 출구라인(121)으로 배출되어 이송되는 냉매액을 급속 팽창시키게 되므로 팽창밸브(150)에 의해 급속 팽창된 저온 저압의 냉매는 저압수액기(130)에 저장되는데, 이때 상기 저압수액기(130)에 저장되는 저압저온의 냉매 중 가스상태의 냉매는 압축기의 입구라인(102)을 통해 압축기(100)로 유입되는 한편, 저온의 액상냉매는 냉매펌프(160)의 펌핑작동에 의해 출구라인(161)으로 배출 이송되어 컴퓨터 장비가 설치된 데이터 센터, 반도체 등의 생산 장비가 설치된 크린룸, MRI 등의 의료장비가 설치된 병원 검사실 등에 설치되어 있는 복수의 유니트쿨러(170a)(170b) 각각에 공급되어 실내를 적정 온도로 냉방하거나 또는 식품이나 음료 등을 장시간 보관하는 냉동고나 냉장케이스 및 채소 등 농산물을 저온 상태로 보관하기 위한 저온창고 등에 설치되어 있는 복수의 유니트쿨러(170a)(170b) 각각에 공급되어 식품이나 음료 및 각종 농산물을 저온 상태로 장시간 보관하도록 구성되어 있다.

한편, 종래 기술의 유니트쿨러 냉동시스템은 압축기(100)와 응축기(110) 사이에는 상기 압축기(100)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매에 포함되어 배출되는 오일을 분리하여 회수하기 위한 유분리기(180)가 마련되어 있으며, 또한 상기 저압수액기(130)에는 냉매의 저장수위를 감지하기 위한 상,하부 감지센서(130a)(13b)가 형성되어 있으며, 상기 저압수액기(130)에 저장되는 저온의 냉매액을 펌핑하여 복수의 유니트쿨러(170a)(170b)로 공급하기 위한 냉매펌프(160)의 출구라인(161)에는 유니트쿨러 냉동시스템의 냉매 압력을 제한하기 위한 릴리프밸브(190)가 장설되는 바이패스라인(191)이 연결되어 있다.

그러나, 상기와 같은 종래 기술의 유니트쿨러 냉각시스템은 저압수액기(130)에 저장되어 있는 저온의 냉매를 복수의 유니트쿨러(170a)(170b)의 냉동시스템을 작동시키게 될 때 상기 복수의 유니트쿨러(170a)(170b)에는 성에가 발생하게 되고, 시간이 경과하게 됨에 따라 성에의 발생 면적이 커지게 되어 냉동효율이 저하되는 현상이 나타나게 되는데, 이러한 현상을 방지하기 위해 종래 기술의 유니트쿨러 냉동시스템에는 별도의 제상설비인 제상수탱크(200)와 제상수펌프(210) 및 제상수 공급라인(220)과 제상수 회수라인(230) 등을 추가 구성하여야 하며, 또한 도면에는 도시하지 않았지만 상기 제상수탱크(200)에는 저장되는 제상수를 가열하기 위한 전기히터 등을 구성하여야 하기 때문에 유니트쿨러의 냉동시스템을 구축하는 비용이 많이 소요될 뿐 아니라 전기에너지가 많이 소요된다는 것이 문제점으로 지적되어 왔다.

공개특허공보 제10-2003-0047937호(2003. 06. 18. 공개) 등록특허공보 제10-1593481호(2016. 02. 12. 공고) 등록특허공보 제10-2099015호(2020. 05. 26. 공고) 등록특허공보 제10-2406775호(2022. 06. 10. 공고)

본 발명은 종래 기술에서 나타나는 제반 문제를 감안하여 제안한 것으로, 응축기에서 배출되는 상온의 냉매액과 유니트쿨러에서 배출되는 저온의 냉매액을 각각 따로따로 저장할 수 있도록 상온 수액기와 저온 수액기 각각을 독립적으로 분리구성하였으며, 또한 캐스케이드 열교환기를 이용하여 팽창밸브에서 급속 팽창되는 냉매와 저온 수액기에서 배출되는 냉매와의 열교환작용으로 가스상 냉매는 압축기로 보내고 냉각되는 냉매는 유니트쿨러로 보내는 수단으로 상기 유니트쿨러가 설치되는 실내 및 냉장고 등을 쾌적한 온도로 냉방하거나 설정된 저온으로 냉장·냉동할 수 있도록 하였을 뿐 아니라 상기 상온 수액기 및 저온 수액기에 저장되는 냉매액을 이용하여 유니트쿨러에 착상된 성에를 제상할 수 있도록 함으로써 유니트쿨러 냉동시스템에 별도의 제상설비를 마련하지 않아도 되므로 유니트쿨러 냉동시스템을 구축하는데 소요되는 비용을 절약할 수 있으며, 유니트쿨러에 성에가 적상되었을 때에는 냉매펌프의 구동으로 제상 운전을 수행할 수 있도록 함으로써 제상 운전시에 소요되는 전기에너지룰 절약할 수 있는 유니트쿨러 냉동시스템을 제공하는데 목적을 두고 발명한 것이다.

본 발명은 상기와 같은 목적을 추구하기 위한 수단으로서,

본 발명의 냉매순환장치는, 냉매순환라인의 도중에 마련되는 압축기와, 상기 압축기에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매를 응축 액화하는 응축기와, 상기 응축기에서 배출되는 냉매를 저장하는 수액기와, 상기 수액기에서 배출되는 냉매를 이용하여 냉방 작동이나 냉장 작동을 수행하는 유니트쿨러를 구비하고 있도록 구성되는 유니트쿨러 냉동시스템에 있어서,

상기 응축기에서 배출되는 냉매를 저장하는 상온 수액기와, 상기 유니트쿨러를 거친 냉매를 저장하는 저온 수액기 각각은 독립적으로 따로따로 분리된 상태에서 상,하부 연결관으로 연결되어 있으며,

상기 상온 수액기에 저장되는 냉매는 하부 연결관을 통하여 저온 수액기로 이동하여 저장된 후 출구라인을 통하여 배출되어 유니트쿨러를 순환하도록 구성하여서 된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 저온 수액기에 저장되는 냉매는 출구라인에 설치되어 있는 냉매펌프의 펌핑작동으로 이송되어 팽창밸브에서 급속 팽창되어 캐스케이드 열교환기를 거쳐 압축기로 유입되는 한편, 상기 냉매펌프의 펌핑작동으로 이송되는 냉매의 일부는 바이패스라인을 통해 캐스케이드 열교환기에 유입되어 순환하는 동안 팽창밸브에서 급속 팽창된 냉매와의 열교환작용으로 냉각되어 배출되며, 상기 캐스케이드 열교환기에서 냉각되어 배출되는 냉매는 유니트쿨러측으로 이송되어 순환한 후 저온 수액기 및 상온 수액기 중 어느 한곳으로 유입되어 저장되는 순환작동을 반복하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유니트쿨러를 순환하고 배출되는 냉매를 회수하기 위한 냉매회수라인에 연결되는 저온 수액기의 입구라인 및 상온 수액기의 연결라인 각각에는 냉매의 회수를 제어하기 위한 회수제어용 전자밸브가 각각 하나씩 설치되어 있으며,

상기 저온 수액기의 입구라인 및 상온 수액기의 연결라인 각각에 하나씩 설치되는 회수제어용 전자밸브를 유니트쿨러 냉각시스템 운전시 및 제상 운전시에 따라 상호 교대적으로 엇갈리게 개폐작동하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 냉매순환방법은, 냉매순환라인의 도중에 마련되는 압축기와, 상기 압축기에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매를 응축 액화하는 응축기와, 상기 응축기에서 배출되는 냉매를 저장하는 수액기와, 상기 수액기에서 배출되는 냉매를 이용하여 냉방 작동이나 냉장 작동을 수행하는 유니트쿨러를 구비하고 있도록 구성되는 유니트쿨러 냉동시스템에 있어서,

상기 응축기에서 응축 액화되는 상온의 냉매는 상온 수액기에 저장되고, 유니트쿨러를 순환하고 배출되는 저온의 냉매는 저온 수액기에 저장되도록 구성되어 있되, 상기 상온 수액기와 저온 수액기는 상,하부 연결관으로 연결되어 상온 수액기에 저장되는 냉매가 하부 연결관을 통하여 저온 수액기측으로 이동하여 저장되도록 구성되어 있으며,

유니트쿨러 냉동시스템 운전시에는, 상기 저온 수액기의 출구라인에 설치된 냉매펌프의 펌핑작동으로 배출되는 냉매는 팽창밸브에서 급속 팽창되어 캐스케이드 열교환기의 가스상 냉매입구로 유입되어 가스상 냉매출구로 배출되어 압축기로 유입되는 작동을 반복하는 한편, 상기 저온 수액기의 출구라인에 연결된 바이패스라인을 통해 캐스케이드 열교환기의 액상 냉매입구로 유입되는 냉매는 팽창밸브에 의해 급속 팽창된 냉매와의 열교환작용으로 냉각되어 액상 냉매출구로 배출되어 유니트쿨러에 공급되어 순환하면서 유니트쿨러가 설치되어 있는 실내 공기와의 열교환 작용을 수행한 후 냉매회수라인으로 배출되어 저온 수액기의 입구라인을 통하여 저온 수액기에 저장되는 작동을 반복하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 유니트쿨러 냉각시스템 제상 운전시에는, 상기 상온 수액기에 저장되어 있는 냉매가 저온 수액기로 이동하여 출구라인에 설치된 냉매펌프의 펌핑작동으로 배출되어 바이패스라인을 통해 캐스케이드 열교환기의 액상 냉매입구로 유입되어 액상 냉매출구로 배출되어 유니트쿨러에 공급되어 순환하는 작동으로 유니트쿨러에 착상된 성에를 제거한 후 냉매회수라인으로 배출되어 상온 수액기에 유입 저장되는 작동을 반복하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면 냉동싸이클의 유니트쿨러 운전 중 기존의 잠열에 의한 냉각보다 감열에 의해 유니트쿨러에 성에가 착상되도록 구성되어 있어 성에의 착상 속도가 느려지는 상태로 진행되므로 성에의 착상에 따른 열교환효율이 감소되는 것을 방지하는 효과가 있으며, 또한 유니트쿨러에 적상된 성에를 제거하기 위하여 히터 및 제상수 탱크와 제상수 순환배관 등의 제상 부속 시설이 필요하지 않을 뿐 아니라 제상시 유니트쿨러의 주변온도 상승으로 인한 냉동기 운전시간이 길어지는 것을 방지하는 등 압축기의 가동시간을 줄일 수 있게 되므로 전기에너지를 절감할 수 있도록 하는 경제적인 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 유니트쿨러 냉동시스템의 냉매순환 회로구성도.
도 2는 종래 기술의 유니트쿨러 냉동시스템의 냉매순환 회로구성도.

본 발명에 의한 유니트쿨러 냉매순환식 냉동시스템에 대한 구체적인 실시예를 첨부한 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1의 도시는 본 발명의 유니트쿨러 냉매순환식 냉동시스템의 냉매순환 회로구성도로서, 냉매순환회로(1)의 도중에 마련된 압축기(2)에 의해 압축되어 출구라인(21)으로 토출되는 고온고압의 기체냉매는 입구라인(31)을 통해 응축기(3)에 유입되어 외기와의 열교환작용으로 응축 액화된다.

상기 압축기(2)의 출구라인(21)과 응축기(3)의 입구라인(31) 사이에는 압축기(2)에서 토출되는 기체냉매에 포함되는 오일을 회수하는 유분리기(4)가 형성되어 있으며, 상기 유분리기(4)에서 회수되는 오일은 압축기(2)에 유입되도록 구성되어 있다.

상기 응축기(3)에서 외기와의 열교환작용으로 응축 액화되는 상온의 냉매액은 출구라인(32)으로 배출되어 상온 수액기(5a)에 저장되며, 상기 상온 수액기(5a)에 저장되는 상온의 냉매는 하부 연결관(51)으로 이동하여 저온 수액기(5b)에 저장될 수 있는데, 이때 상기 저온 수액기(5b)에는 후술하는 복수의 유니트쿨러를 순환하고 배출되는 저온의 냉매액이 유입 저장되어 있으므로 상기 저온 수액기(5b)에는 상온 수액기(5a)에서 이동하는 상온의 냉매는 유니트쿨러를 순환하는 저온의 냉매와 혼합되는 상태이기 때문에 시간이 경과함에 따라 상기 저온 수액기(5b)에 저장되는 냉매는 저온 상태를 유지하게 된다.

또한 상기 상온 수액기(5a)와 저온 수액기(5b)는 하부 연결관(51)과 상부 연결관(52)으로 연결되어 있도록 구성되어 있으며, 상기 상온 수액기(5a)와 저온 수액기(5b) 각각에는 내부를 들여다 볼 수 있는 사이트 글라스(sight glass : 부호 생략)가 형성되어 있다..

상기 저온 수액기(5b)의 출구라인(53)에는 냉매펌프(54)가 장설되어 있으며, 상기 냉매펌프(54)에 의해 펌핑 이송되는 냉매는 메인 전자밸브(55)와 팽창밸브(6)를 거치게 되는데, 상기 팽창밸브(6)는 냉매펌프(54)에서 펌핑 이송되는 냉매를 급속 팽창시키게 되며, 상기 팽창밸브(6)에서 급속 팽창된 냉매는 캐스케이드 열교환기(7)의 가스상 냉매입구(71)를 통한여 유입되어 가스상 냉매출구(72)로 배출되어 압축기의 입구라인(22)을 통하여 압축기(2)로 유입되는 작동을 반복하도록 구성되어 있다.

상기 냉매펌프(54)에서 펌핑 이송되는 냉매의 일부는 바이패스라인(56)을 통해 캐스케이드 열교환기(7)의 액상 냉매입구(73)으로 유입되어 액상 냉매출구(74)로 배출되는데, 이때 상기 캐스케이드 열교환기(7)의 액상 냉매입구(73)로 유입되는 냉매는 팽창밸브(6)에서 급속 팽창되어 가스상 냉매입구(71)로 유입되어 가스상 냉매출구(72)로 배출되는 냉매와의 열교환작용으로 냉각되어 액상 냉매출구(74)로 배출된다.

상기 캐스케이드 열교환기(7)의 액상 냉매출구(74)로 배출되는 냉각 냉매는 액상냉매 배출라인(75)을 따라 이송되며, 이같이 액상냉매 배출라인(75)으로 이송되는 냉각 냉매는 유니트쿨러(8)의 입구라인(81)을 통해 유니트쿨러(8)로 유입되어 순환하면서 상기 유니트쿨러(8)가 설치되어 있는 실내 또는 창고 등 내부의 공기와의 열교환작용을 수행하게 되며, 이와 같이 유니트쿨러(8)를 순환하면서 외부 공기와의 열교환작용을 수행하고 출구라인(82)으로 배출되는 냉매의 온도는 입구라인(81)으로 유입될 때 냉각 냉매의 온도보다 높은 상태가 된다. 왜냐하면, 입구라인(81)으로 유입될 때의 냉각 냉매는 유니트쿨러(8)가 설치되어 있는 실내 또는 창고 등 내부 공기로부터 열을 빼앗는 열교환작용을 수행하였기 때문이다.

또한 상기 유니트쿨러(8)는 도면에 도시되어 있는 바와 같이 액상냉매 배출라인(75)에 병렬로 복수 형성할 수 있으며, 또한 복수로 형성되는 유니트쿨러(8)는 컴퓨터 장치가 설치된 데이터 센터, 반도체 등의 생산 설비가 설치되는 크린룸, MRI 등 의료장비가 설치된 병원검사실 및 식품이나 음료를 비롯하여 각종 농산물을 저장하는 저온 창고 등에 각기 한대씩의 유니트쿨러(8)를 설치할 수 있도록 구성되어 있다.

또한 상기 복수의 유니트쿨러(8) 각각의 입구라인(81)에는 액상내매의 공급을 제어하기 위한 공급제어용 전자밸브(83)가 하나씩 설치되어 있으며, 상기 복수의 유니트쿨러(8)의 배출라인(82)에는 냉매회수라인(84)이 연결되어 있다.

또한 상기 복수의 유니트쿨러(8)의 배출라인(82)이 연결되는 냉매회수라인(84)에는 저온 수액기(5b)의 입구라인(57)이 연결되어 있으며, 또한 상기 상온 수액기(5a)에 연결 형성되어 있는 연결라인(58)이 냉매회수라인(84)에 연결되어 있도록 구성되어 있다.

또한 상기 저온 수액기(5b)의 입구라인(57) 및 상온 수액기(5a)의 연결라인(58) 각각에는 냉매회수라인(84)으로 이송되는 냉매의 회수를 제어하기 위한 회수제어용 전자밸브(9a)(9b)가 하나씩 설치되어 있으며, 상기 회수제어용 전자밸브(9a)(9b) 각각은 서로 교대적으로 엇갈리기 개폐작동하도록 구성되어 있다. 예를 들어, 상기 저온 수액기(5b)의 입구라인(57)에 설치되어 있는 회수제어용 전자밸브(9b)가 개방작동되어 있을 경우에는 상기 상온 수액기(5a)의 연결라인에 설치되어 있는 회수제어용 전자밸브(9a)는 폐쇄작동되도록 구성되어 있으며, 이와는 달리 상온 수액기(5a)의 연결라인(58)에 설치된 회수제어용 전자밸브(9a)가 개방작동될 때에는 저온 수액기(5a)의 입구라인(57)에 설치된 회수제어용 전자밸브(9b)가 폐쇄 작동되도록 구성되어 있다.

한편, 상기 복수의 유니트쿨러(8) 각각의 배출라인(82)에는 냉매회수라인(84)로 배출된 냉매가 역류하지 못하게 하기 위한 체크밸브(부호 생략)가 하나씩 설치되어 있다.

이와 같이 구성된 본 발명의 유니트쿨러 냉각시스템의 냉매순환장치 및 방법에 대한 작용효과에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 유니트쿨러 냉각시스템의 운전시에는, 상온 수액기(5a)의 연결라인(58)에 설치되어 있는 회수제어용 전자밸브(9a)는 폐쇄작동(off)시키는 반면, 그 외의 전자밸브들은 모두 개방작동(on)시킨 상태에서 압축기(2)와 냉매펌프(54)를 작동시키는 작동으로 유니트쿨러 냉각시스템을 운전한다.

상기와 같이 유니트쿨러 냉각시스템을 운전시키고자 할 때에는 상기 압축기(2)를 작동시키게 되며, 상기 압축기(2)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매는 냉매순환라인(1)을 따라 이송되어 응축기(3)로 유입되고, 상기 응축기(3)의 입구라인(31)으로 유입되는 고온고압의 기체냉매는 외부와의 열교환작용으로 응축 액화되어 출구라인(32)으로 배출되어 상온 수액기(5a)에 저장되는 한편, 상기 저온 수액기(5b)에 저장되는 냉매는 출구라인(53)에 설치되어 있는 냉매펌프(54)의 펌핑 작동으로 펌핑되어 이송되는데, 이때 메인 전자밸브(55)는 개방(on)작동된 상태이므로 냉매펌프(54)에 의해 펌핑 이송되는 냉매는 팽창밸브(6)에서 급속 팽창되어 캐스케이드 열교환기(7)의 가스상 냉매입구(71)로 유입되어 순환하다가 가스상 냉매출구(72)로 배출되어 압축기(2)에 유입되는 작동을 반복하게 된다.

상기 냉매펌프(54)에서 펌핑 이송되는 냉매는 전량 팽창밸브(6)측으로 이송되지 않고 일부가 바이패스라인(56)을 통해 캐스케이드 열교환기(7)의 액상 냉매입구(73)로 유입되며, 이와 같이 상기 캐스케이드 열교환기(7)의 액상 냉매입구(73)로 유입되어 순환하는 냉매는 액상 냉매출구(74)까지 이동 순환하는 동안 가스상 냉매입구(71)로 유입되어 순환하는 급속 팽창된 냉매와의 열교환작용으로 냉각되어 액상 냉매출구(74)를 통해 배출되어 액상냉매 배출라인(75)으로 이송된다.

상기와 같이 캐스케이드 열교환기(7)에서 냉각되어 액상 냉매출구(74)로 배출되는 냉각된 냉매는 액상냉매 배출라인(75)으로 이송되는데, 이때 상기 액상냉매 배출라인(75)에 연결된 복수의 유니트쿨러(8)의 입구라인(81) 각각에 설치되어 있는 공급제어용 전자밸브(83)는 개방작동된 상태이므로 액상냉매 배출라인(75)으로 배출 이송되는 냉각된 냉매는 입구라인(81)을 통해 상기 복수의 유니트쿨러(8) 각각으로 유입되어 순환하게 되며, 이와 같이 복수의 유니트쿨러 각각의 입구라인(81)으로 유입되어 유니트쿨러(8)를 순환하게 되는 냉각된 냉매는 복수의 유니트쿨러(8)가 한대씩 설치되어 있는 실내 및 창고 등의 내부 공기와의 열교환작용으로 실내를 쾌적한 온도로 냉방하거나 또는 창고 등의 내부를 설정된 저온으로 냉각하는 작동을 수행한 후 배출라인(82)으로 배출된다.

상기와 같이 복수의 유니트쿨러(8)를 순환하고 배출라인(82)으로 배출되는 냉매는 유니트쿨러(8)가 설치되어 있는 실내의 냉방온도 및 창고 등 내부와 같은 온도를 유지하는 상태로 배출되어 냉매회수라인(84)으로 이송되는데, 이때 상기 냉매회수라인(84)으로 이송되는 냉매는 폐쇄(off)된 회수제어용 전자밸브(9a)측으로는 이송되지 않고 개방(on)작동되어 있는 회수제어용 전자밸브(9b)가 설치된 입구라인(57)을 통하여 저온 수액기(5b)에 유입되어 저장되는 작동을 반복하게 되는 한편, 상기 캐스케이드 열교환기(7)의 가스상 냉매출구(72)로 배출되는 냉매는 압축기(2)에 유입되는 작동을 반복하는 상태로 유니트쿨러 냉각시스템을 순환하게 되므로 복수의 유니트쿨러(8)가 한대씩 설치되어 있는 데이터 센터, 크린룸, 병원검사실 등의 실내를 쾌적한 온도로 냉방할 수 있게 되며, 또한 식품이나 음료 등이 저장되는 냉장고 등이나 채소 등 각종 농산물이 저장되는 저온 창고 등은 설정된 저온으로 냉각할 수 있게 된다.

한편, 상기와 같이 유니트쿨러 냉각시스템을 운전함에 있어 복수의 유니트쿨러(8)에는 캐스케이드 열교환기(7)에서의 열교환작동에 의해 냉각되어 액상 냉매출구(74)로 배출되는 냉각된 냉매가 순환하게 되므로 유니트쿨러(8)에 성에가 착상되는 속도를 늦출 수 있게 되며, 이에 따라 유니트쿨러 냉각시스템을 운전하는 동안 유니트쿨러(8)에서의 열교환효율이 감소되는 것을 방지할 수 있게 되므로 유니트쿨러 냉각시스템을 장시간 동안 지속적으로 운전할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

다음, 유니트쿨러 냉각시스템의 제상 운전시에는, 압축기(2)를 정지시키고, 메인 전자밸브(55)와 저온 수액기(5b)의 입구라인(57)에 형성되어 있는 회수제어용 전자밸브(9b)는 폐쇄(off)시키는 반면에, 복수의 유니트쿨러(8)의 입구라인(81)에 설치되어 있는 공급제어용 전자밸브(83) 및 상온 수액기(5a)의 연결라인(58)에 설치되어 있는 회수제어용 전자밸브(9a)는 개방(on) 작동시킨 상태에서 상기 저온 수액기(5b)의 배출라인(53)에 설치되어 있는 냉매펌프(54)를 작동시킨다.

상기 냉매펌프(54)를 작동시키게 되면 저온 수액기(5b)에 저장되어 있는 냉매는 출구라인(53)으로 배출되어 이송되는데, 이때 냉매펌프(54)에서 펌핑 이송되는 냉매는 폐쇄된 메인 전자밸브(55)측으로는 이송되지 않고 바이패스라인(56)을 통하여 캐스케이드 열교환기(7)의 액상 냉매입구(73)로 유입되어 순환하게 되는데, 이때 상기 캐스케이드 열교환기(7)의 가스상 냉매입구(71)를 통해서는 급속 팽창된 냉매가 유입되지 않는 상태이므로 상기 액상 냉매입구(73)로 유입되어 냉매는 열교환작용을 수행하지 아니하는 상태 그대로 순환하여 액상 냉매출구(74)를 통하여 배출된다.

따라서 상기 캐스케이드 열교환기(7)의 액상 냉매출구(74)를 통해서는 냉각되지 아니한 냉매가 배출되어 액상냉매 배출라인(75)으로 이송되어 개방(on)된 공급제어용 전자밸브(83)가 설치된 입구라인(83)을 통해 복수 유니트쿨러(8) 각각으로 유입되어 순환하게 되므로 각 유니트쿨러(8)에 착상되어 있는 성에를 제거할 수 있게 되며, 상기 유니트쿨러(8)의 성에를 제거하는 작동을 수행한 냉매는 출구라인(82)을 통해 냉매회수라인(84)으로 배출되는데, 이때 상기 냉매회수라인(84)으로 배출되는 냉매는 폐쇄(off)된 회수제어용 전자밸브(9b)가 설치되어 있는 저온 수액기(5b)의 입구라인(57)으로는 이송되지 않고 개방(on) 작동된 회수제어용 전자밸브(9a)가 설치되어 있는 연결라인(58)으로 이송되어 상온 수액기(5a)에 유입 저장되는 작동을 반복하게 된다.

상기와 같이 유니트쿨러 냉각시스템의 제상 운전시에는 연결라인(58)으로 이송되어 상온 수액기(5a)에 저장되는 냉매는 하부 연결관(51)을 통하여 저온 수액기(5b)로 이동하여 저장되는 상태이므로 냉매펌프(54)의 펌핑작동으로 이송되는 냉매는 상온 수액기(5a)에 저장되는 냉매와 같은 상온 상태를 유지할 수 있게 되며, 이에 따라 상기 냉매펌프(54)에 의해 펌핑 이송되는 상온 상태의 냉매가 복수의 유니트쿨러(8)에 공급되어 순환하게 되므로 제상 작동이 매우 빠르게 진행될 수 있어 유니트쿨러 냉각시스템의 제상 운전 시간을 단축시킬 수 있게 되므로 컴퓨터 장치가 설치된 데이터 센터, 반도체 등의 생산 장치가 설치된 크린룸, MRI 등의 의료장비가 설치되어 있는 병원검사실 등의 실내를 설정된 쾌적한 온도로 유지시킬 수 있게 될 뿐 아니라 식품이나 음료 및 채소 등의 농산물이 저장되는 냉장고 및 저온 창고 등의 내부를 설정된 저온상태를 지속적으로 장시간 동안 유지시킬 수 있도록 하는 효과를 제공한다.

상기와 같은 유니트쿨러 냉각시스템의 운전시 및 제상시 상온 수액기(5a) 및 저온 수액기(5b) 저장되는 냉매의 온도변화 상태 및 복수의 유니트쿨러(8)의 입구라인(81)으로 유입되는 냉매와 유니트쿨러(8)의 출구라인(82)으로 배출되는 냉매의 온도변화 상태에 대한 일례를 설명하기로 한다.

예를 들어, 유니트쿨러 냉각시스템이 정상적으로 운전될 때 압축기(2)에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매가 응축기(3)에 유입되어 외부와의 열교환작용으로 응축 액화되어 상온 수액기(5a)에 저장되는 냉매의 온도가 30℃이고, 유니트쿨러(8)를 순환하고 배출되어 저온 수액기(5b)에 저장되는 냉매의 온도가 0℃라고 가정할 경우, 냉매펌프(54)에서 펌핑 이송되는 냉매는 팽창밸브(6)에서 급속 팽창되어 캐스케이드 열교환기(7)의 가스상 냉매입구(71)로 유입되며, 상기 가스상 냉매입구(71)로 유입되는 급속 팽창된 냉매는 대략 -15℃ 내외인 반면, 냉매펌프(54)에 펌핑되어 바이패스라인(56)으로 이송되는 냉매의 온도는 0℃를 유지하는 상태로 캐스케이드 열교환기(7)의 액상 냉매입구(73)로 유입되어 순환하게 되는데, 이때 상기 액상 냉매입구(73)로 유입되는 0℃의 냉매는 가스상 냉매입구(71)로 유입되어 순환하는 -15℃의 냉매와의 열교환작용으로 대략 -10℃로 냉각되는 상태가 되어 액상 냉매출구(74)로 배출 이송되어 유니트쿨러(8)에 유입되어 순환하게 되며, 이같이 유니트쿨러(8)를 순환하는 -10℃의 냉매는 실내 또는 내부 등에 존재하는 공기와의 열교환작용으로 실내를 쾌적한 온도로 냉방하거나 또는 내부를 설정된 온도로 냉각하는 일을 수행하고 배출되는데, 이때 유니트쿨러(8)를 순환하는 냉매는 실내 등에 존재하는 공기와의 열교환작용에 의하여 대략 0℃ 내외로 상승된 상태로 저온 수액기(5b)로 저장되어 다시 냉매펌프(54)에 의해 펌핑되어 전술한 바와 같이 순환하는 작동을 반복하게 되며, 이와는 달리 유니트쿨러 냉각시스템의 제상 운전시에는 저온 수액기(5b)에 저장되어 있는 냉매는 냉매펌프(54)에 의해 펌핑되어 팽창밸브(6)측으로는 이송되지 않고 바이패스라인(56)을 통해 캐스케이드 열교환기(7)를 거쳐 곧바로 유니트쿨러(8)에 유입되어 순환하고 배출되는데, 이때 유니트쿨러(8)를 순환하고 배출되는 냉매는 저온 수액기(5b)측으로 이송되지 않고 상온 연결라인(58)으로 이송되어 상온 수액기(5a)에 유입되어 저장되므로, 이에 따라 상온 수액기(5a)에 저장되는 상온의 냉매는 하부 연결관(51)을 통해 저온 수액기(5b)로 이동하게 되므로 상기 저온 수액기(5b)에는 상온 수액기(5a)에서 이동하는 상온의 냉매가 혼합되어 냉매펌프(54)의 펌핑작동으로 배출되어 유니트쿨러(8)를 순환하게 되므로 성에를 제거하는 시간을 단축시킬 수 있게 되며, 이에 따라 데이터 센터, 크린룸, 병원검사실 등의 실내를 쾌적한 온도로 냉방하거나 또는 식품이나 음료 및 농산물 등을 보관하는 냉장고 및 저온 창고 등을 설정된 온도로 냉각하는 냉방 및 냉각 효율을 크게 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

이상에서 설명한 실시예는 예시적인 것에 불과할 뿐이고, 본 발명의 작용 및 효과를 모두 대변하는 것은 아니라는 것으로 이해되어야 하며, 본 발명의 범위는 상세한 설명보다는 특허청구범위에 의하여 나타나며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 변경 또는 변형된 형태는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

1 : 냉매순환라인 2 : 압축기
3 : 응축기 21,32 : 출구라인
22,31 : 입구라인 4 : 유분리기
5a : 상온 수액기 5b : 저온 수액기
51 : 하부 연결관 52 : 상부 연결관
53 : 출구라인 54 : 냉매펌프
55 : 메인 전자밸브 56 : 바이패스라인
57 : 입구라인 58 : 연결라인
6 : 팽창밸브 7 : 캐스케이드 열교환기
71 : 가스상 냉매입구 72 : 가스상 냉매출구
73 : 액상 냉매입구 74 : 액상 냉매출구
75 : 액상냉매 배출라인 8 : 유니트쿨러
81 : 입구라인 82 : 출구라인
83 : 공급제어용 전자밸브 84 : 냉매회수라인
9a,9b : 회수제어용 전자밸브

Claims (5)

1. 냉매순환라인의 도중에 마련되는 압축기와, 상기 압축기에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매를 응축 액화하는 응축기와, 상기 응축기에서 배출되는 냉매를 저장하는 수액기와, 상기 수액기에서 배출되는 냉매를 이용하여 냉방 작동이나 냉장 작동을 수행하는 유니트쿨러를 구비하고 있도록 구성되는 유니트쿨러 냉동시스템에 있어서,
   상기 응축기에서 배출되는 냉매를 저장하는 상온 수액기(5a)와, 상기 유니트쿨러를 거친 냉매를 저장하는 저온 수액기(5b) 각각은 독립적으로 따로따로 분리된 상태에서 상,하부 연결관(52)(51)으로 연결되어 있으며,
   상기 상온 수액기(5a)에 저장되는 냉매는 하부 연결관(51)을 통하여 저온 수액기(5b)로 이동하여 저장된 후 출구라인(53)을 통하여 배출되어 유니트쿨러(8)를 순환하도록 구성하여서 된 것을 특징으로 하는 유니트쿨러 냉각시스템의 냉매순환장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 저온 수액기(5b)에 저장되는 냉매는 출구라인(53)에 설치되어 있는 냉매펌프(54)의 펌핑작동으로 이송되어 팽창밸브(6)에서 급속 팽창되어 캐스케이드 열교환기(7)를 거쳐 압축기(2)로 유입되는 한편, 상기 냉매펌프(54)의 펌핑작동으로 이송되는 냉매의 일부는 바이패스라인(56)을 통해 캐스케이드 열교환기(7)에 유입되어 순환하는 동안 팽창밸브(6)에서 급속 팽창된 냉매와의 열교환작용으로 냉각되어 배출되며, 상기 캐스케이드 열교환기(7)에서 냉각되어 배출되는 냉매는 유니트쿨러(8)측으로 이송되어 순환한 후 저온 수액기(5b) 및 상온 수액기(5a) 중 어느 한곳으로 유입되어 저장되는 순환작동을 반복하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유니트쿨러 냉각시스템의 냉매순환장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 유니트쿨러(8)를 순환하고 배출되는 냉매를 회수하기 위한 냉매회수라인(84)에 연결되는 저온 수액기(5b)의 입구라인(57) 및 상온 수액기(5a)의 연결라인(58) 각각에는 냉매의 회수를 제어하기 위한 회수제어용 전자밸브(9a)(9b)가 각각 하나씩 설치되어 있으며,
   상기 저온 수액기(5b)의 입구라인(57) 및 상온 수액기(5a)의 연결라인(58) 각각에 하나씩 설치되는 회수제어용 전자밸브(9a)(9b)는 유니트쿨러 냉각시스템 운전시 및 제상 운전시에 따라 상호 교대적으로 엇갈리게 개폐작동하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유니트쿨러 냉각시스템의 냉매순환장치.
4. 냉매순환라인의 도중에 마련되는 압축기와, 상기 압축기에서 압축되어 토출되는 고온고압의 기체냉매를 응축 액화하는 응축기와, 상기 응축기에서 배출되는 냉매를 저장하는 수액기와, 상기 수액기에서 배출되는 냉매를 이용하여 냉방 작동이나 냉장 작동을 수행하는 유니트쿨러를 구비하고 있도록 구성되는 유니트쿨러 냉동시스템에 있어서,
   상기 응축기에서 응축 액화되는 상온의 냉매는 상온 수액기(5a)에 저장되고, 유니트쿨러(8)를 순환하고 배출되는 저온의 냉매는 저온 수액기(5b)에 저장되도록 구성되어 있되, 상기 상온 수액기(5a)와 저온 수액기(5b)는 상,하부 연결관(52)(51)으로 연결되어 상온 수액기(5a)에 저장되는 냉매가 하부 연결관(51)을 통하여 저온 수액기(5b)측으로 이동하여 저장되도록 구성되어 있으며,
   유니트쿨러 냉동시스템 운전시에는, 상기 저온 수액기(5b)의 출구라인(53)에 설치된 냉매펌프(54)의 펌핑작동으로 배출되는 냉매는 팽창밸브(6)에서 급속 팽창되어 캐스케이드 열교환기(7)의 가스상 냉매입구(71)로 유입되어 가스상 냉매출구(72)로 배출되어 압축기(2)로 유입되는 작동을 반복하는 한편, 상기 저온 수액기(5b)의 출구라인(53)에 연결된 바이패스라인(56)을 통해 캐스케이드 열교환기(7)의 액상 냉매입구(73)로 유입되는 냉매는 팽창밸브에 의해 급속 팽창된 냉매와의 열교환작용으로 냉각되어 액상 냉매출구(74)로 배출되어 유니트쿨러(8)에 공급되어 순환하면서 유니트쿨러가 설치되어 있는 실내 공기와의 열교환작용을 수행한 후 냉매회수라인(84)으로 배출되어 저온 수액기의 입구라인(57)을 통하여 저온 수액기(5b)에 저장되는 작동을 반복하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유니트쿨러 냉각시스템의 냉매순환방법.
5. 제 4 항에 있어서,
   유니트쿨러 냉각시스템 제상 운전시에는, 상기 상온 수액기(5a)에 저장되어 있는 냉매가 저온 수액기(5b)로 이동하여 출구라인(53)에 설치된 냉매펌프(54)의 펌핑작동으로 배출되어 바이패스라인(56)을 통해 캐스케이드 열교환기(7)의 액상냉매입구(73)로 유입되어 액상 냉매출구(74)로 배출되어 유니트쿨러(8)에 공급되어 순환하는 작동으로 유니트쿨러에 착상된 성에를 제거한 후 냉매회수라인(84)으로 배출되어 상온 수액기(5a)에 유입 저장되는 작동을 반복하도록 구성된 것을 특징으로 하는 유니트쿨러 냉각시스템의 냉매순환방법.