KR20100072926A - 냉동시스템의 폐열회수 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동시스템의 폐열회수 시스템에 관한 것으로, 저온저압의 냉매가스를 고온고압으로 압축하는 압축기와, 상기 압축기에 연결되어 고온고압의 냉매가스를 고온고압의 냉매액으로 바꿔주는 응축기와, 상기 응축기에 연결되어 고온고압의 냉매액을 저온저압의 냉매액으로 바꿔주는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에 연결되어 순환되는 저온저압의 냉매액이 쇼케이스의 열을 흡수하여 저온저압의 냉매가스로 바꿔주는 증발기로 이루어진 냉동시스템에 있어서, 상기 응축기에 순환되는 고온고압의 냉매의 온도를 낮추기 위해 응축기 내부에 냉각수가 순환되는 순환관이 마련되고, 상기 순환관에 연결되어 상기 응축기를 통해 열교환된 냉각수가 토출되는 제1파이프가 연결되며, 상기 제1파이프를 통해 토출된 냉각수를 열교환시키는 냉각탑이 마련되고, 상기 냉각탑에서 열교환된 냉각수를 상기 순환관으로 토출시키는 제2파이프로 이루어진 열교환시스템과, 상기 제1파이프를 통해 토출된 냉각수를 분기시키고, 분기된 냉각수의 열을 회수하여 난방이 가능하도록 한 난방기가 마련되며, 상기 난방기를 통해 열교환된 냉각수를 다시 순환시키도록 이루어진 열회수시스템으로 구성되었다.

냉동시스템, 냉각수, 회수, 난방

Description

냉동시스템의 폐열회수 시스템{The ice-cycle system of waste heat recovery system}

본 발명은 냉동시스템의 폐열회수 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 쇼케이스에 냉기를 공급하는 냉동시스템의 폐열을 이용하여 난방이 가능하도록 구성한 냉동시스템의 폐열회수 시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 대형 마트의 냉장/냉동식품을 전시하기 위해 쇼케이스가 마련되어 있다. 이처럼, 상단이 개구된 쇼케이스에는 적어도 하나 이상의 냉방기가 구비되어 있다. 이러한, 냉방기에서 분사되는 냉기가 쇼케이스 내부의 온도를 적정온도로 낮추어 쇼케이스 내부에 냉장/냉동식품들을 전시시 신선도가 유지되도록 계절과 상관없이 지속적으로 가동하고 있다.

상기와 같은 기능을 수행하는 냉동시스템은 냉매가스를 압축하는 압축기와, 상기 압축기에 연결된 응축기와, 상기 응축기에 연결된 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에 연결된 증발기를 포함하여 이루어져 있다.

여기서 팽창밸브와 증발기를 포함하여 실내기를 구성하고, 상기 압축기와 응축기를 포함하여 실외기를 구성하게 된다.

이와 같은, 구조로 되어 있는 종래의 냉동시스템은 도 1에 도시한 바와 같이, 증발기 17에서 열교환된 저온저압의 냉매가스가 압축기 11를 통과하면서 고온고압의 냉매가스로 전환되고, 이것이 응축기 13에 유입되어 순환될 때 액체상태로 응축되면서 외부로 열을 방출하게 되는데 이때 팬에서 토출된 바람이 냉매액의 열을 낮춰주고, 상기 응축기 13를 통과하여 액체상태의 고온고압 냉매액이 팽창밸브 15를 지나면서 저온저압으로 변화되고, 상기 저온저압 상태의 냉매액이 증발기 17 내로 유입되어 증발하면서 외부의 열을 빼앗아 열교환을 일으키고, 상기 증발기 17에서 열교환된 저온저압의 냉매가스가 다시 압축기 11로 보내지게 되는 반복 순환만을 한다.

그런데 종래의 기술구성은 다음과 같은 문제점이 있었다.

상기, 응축기에 순환되는 냉매를 열교환시 팬을 이용하기 때문에 응축기의 폐열을 재활용할 수 없게 되는 문제점이 있었다.

또한 쇼케이스에 냉기를 공급하기 위한 냉동시스템에 각각의 응축기를 설치해야 하는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 상기와 같은 종래의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으 로, 쇼케이스에 냉기를 공급하는 냉동시스템의 폐열을 이용하여 난방이 가능하도록 제공하는 데 있다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 적어도 하나 이상의 응축기를 동시에 열교환이 가능하도록 하는 데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 저온저압의 냉매가스를 고온고압으로 압축하는 압축기와, 상기 압축기에 연결되어 고온고압의 냉매가스를 고온고압의 냉매액으로 바꿔주는 응축기와, 상기 응축기에 연결되어 고온고압의 냉매액을 저온저압의 냉매액으로 바꿔주는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에 연결되어 순환되는 저온저압의 냉매액이 쇼케이스의 열을 흡수하여 저온저압의 냉매가스로 바꿔주는 증발기로 이루어진 냉동시스템에 있어서, 상기 응축기에 순환되는 고온고압의 냉매의 온도를 낮추기 위해 응축기 내부에 냉각수가 순환되는 순환관이 마련되고, 상기 순환관에 연결되어 상기 응축기를 통해 열교환된 냉각수가 토출되는 제1파이프가 연결되며, 상기 제1파이프를 통해 토출된 냉각수를 열교환시키는 냉각탑이 마련되고, 상기 냉각탑에서 열교환된 냉각수를 상기 순환관으로 토출시키는 제2파이프로 이루어진 열교환시스템과, 상기 제1파이프를 통해 토출된 냉각수를 분기시키고, 분기된 냉각수의 열을 회수하여 난방이 가능하도록 한 난방기가 마련되며, 상기 난방기를 통해 열교환된 냉각수를 다시 순환시키도록 이루어진 열회수시스템으로 구성된 것을 그 기술적 구성상의 기본 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 열회수시스템은, 상기 제1파이프를 통해 토출되어 분기된 냉각수가 상기 난방기에 공급되도록 제1파이프와 난방기의 일측을 연결하는 제3파이프가 마련되고, 상기 난방기의 타측에 난방기 내부를 순환하여 열교환된 냉각수가 토출되는 제4파이프가 연결된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 제4파이프와 제2파이프를 연결하는 제5파이프를 마련하여 제4파이프를 통해 토출된 냉각수가 제2파이프로 합류될 수 있도록 한 것을 더 포함한다.

본 발명에 따르면, 상기 제2파이프와 연통되게 연결시켜 냉각수를 순환시키는 펌프가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 제1파이프를 통해 토출된 냉각수를 제3파이프로 분기시키는 것을 선택적으로 조절하는 제1밸브가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 제4파이프를 통해 토출된 냉각수를 제1파이프로 합류시키거나 제5파이프로 분기되도록 조절하는 제2밸브가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 상기 제4파이프를 통해 토출된 냉각수를 제2파이프로 합류시키는 것을 선택적으로 조절하는 제3밸브가 더 포함된 것을 특징으로 한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 냉동시스템의 폐열회수 시스템은 쇼케이스에 냉기를 공급하는 냉동시스템의 응축기에서 방출되는 폐열을 순환관으로 회수하고 회수된 폐열을 난방기에 순환시켜 난방이 가능하도록 함으로 인해, 난방기를 가동하기 위한 에너지가 절약되는 효과가 있다.

더불어, 본 발명의 냉동시스템의 폐열회수 시스템은 적어도 하나 이상의 응축기에 구비된 순환관에 냉각수를 순환시켜 적어도 하나 이상의 응축기를 동시에 열교환이 가능하도록 하여 냉동시스템의 효율이 증가되는 효과가 있다.

그리고, 본 발명의 냉동시스템의 폐열회수 시스템은 폐열회수시스템과 냉각탑으로 순환되는 냉각수의 방향을 선택적으로 조절하는 밸브를 마련하여, 계절에 따른 온도변화에 맞춰 불필요하게 가동되는 시스템을 정지시켜 에너지가 낭비되는 것을 방지하는 효과가 있다.

이하 본 발명에 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 일실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

우선, 도면들 중, 동일한 구성요소 또는 부품들은 가능한 동일한 참조부호로 나타내고 있음에 유의하여야 한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 모호하지 않기 위하여 생략한다.

도 1은 종래의 냉동시스템을 나타낸 흐름도이고, 도 2는 본 발명인 냉동시스템의 폐열회수 시스템을 나타낸 배치도이며, 도 3a은 본 발명인 냉동시스템의 폐열회수 시스템의 1실시예를 나타낸 흐름도이고, 도 3b은 본 발명인 냉동시스템의 폐 열회수 시스템의 2실시예를 나타낸 흐름도이며, 도 3c은 본 발명인 냉동시스템의 폐열회수 시스템의 3실시예를 나타낸 흐름도이다.

먼저, 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 냉동시스템의 폐열회수 시스템의 구성상태를 살펴보면, 냉동시스템 10의 응축기 13에 냉각수(높은 열을 내는 기계를 차게 식히는 데 쓰는 물)를 순환시켜 냉매의 열을 열교환시키는 열교환시스템 110과, 상기 열교환시스템 110을 통해 열교환된 냉각수의 열을 회수하는 열회수시스템 120으로 구성한다.

본 발명에 따른 냉동시스템의 폐열회수 시스템에 대하여 보다 상세하게 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 냉동시스템 10을 설명하면 도 1에 도시한 바와 같이, 증발기 17에서 열교환된 저온저압의 냉매가스가 압축기 11를 통과하면서 고온고압의 냉매가스로 전환되고, 이것이 응축기 13에 유입되어 순환될 때 액체상태로 응축되면서 외부로 열을 방출하게 되는데 이때 팬에서 토출된 바람이 냉매액의 열을 낮춰주고, 상기 응축기 13를 통과하여 액체상태의 고온고압 냉매액이 팽창밸브 15를 지나면서 저온저압으로 변화되고, 상기 저온저압 상태의 냉매액이 증발기 17 내로 유입되어 증발하면서 외부의 열을 빼앗아 열교환을 일으키고, 상기 증발기 17에서 열교환된 저온저압의 냉매가스가 다시 압축기 11로 보내지게 되는 반복 순환을 한다.

여기서, 쇼케이스에 냉기를 공급하는 냉동시스템 10의 응축기 13에서 방출되는 열을 열교환하는 열교환시스템 110과 상기 열교환시스템 110을 통해 열교환된 냉각수의 열을 회수하는 열회수시스템 120을 구비하여 응축기 13에서 방출되는 폐 열을 난방기 121에 순환시켜 난방이 가능하도록 함으로 인해, 난방기 121를 가동하기 위한 에너지가 절약된다.

특히, 열교환시스템 110은 순환관 111, 제1파이프 113, 냉각탑 115, 제2파이프 117로 이루어져 있다.

여기서, 순환관 111은 응축기 13에 순환되는 고온고압의 냉매가스가 액체상태로 응축되면서 외부로 열을 방출하는데, 이때 응축기 13에 냉매가스가 순환되는관의 외부를 감싸는 순환관 111에 냉각수를 순환시켜 냉매액에서 방출되는 열을 냉각수가 회수하게 된다.

이때, 순환관 111의 배치상태는 냉매가 순환되는 관을 감싸는 것이 바람직하나 교차 또는 이격되게 배치되는 등과 같이 순환관 111의 배치상태는 설치환경에 따라 다양하게 변화가 가능하다.

그리고, 순환관 111과 연통되게 제1파이프 113가 연결된다. 상기 순환관 111을 통해 열교환된 냉각수가 제1파이프 113를 따라 토출되게 된다.

이렇게, 제1파이프 113로 토출된 냉각수는 건물의 옥상등에 배치된 냉각탑 115에 보내져 냉각수를 대기 속에 분무하거나 물방울 지어 떨어지게 한 후 냉각시키게 된다.

즉, 냉각탑 115을 통해 냉각된 냉각수를 적어도 하나 이상의 응축기 13로 다시 순환시켜 이용가능하게 된다. 이때, 냉각탑 115에서 토출되는 냉각수를 응축기 13로 압송시키기 위한 펌프 117a를 제2파이프 117에 연통되게 연결시킨다.

이처럼, 적어도 하나 이상의 응축기 13를 동시에 열교환이 가능하도록 하여 냉동시스템 10의 효율이 증가되게 하였다.

한편, 열교환시스템 110에 열회수시스템 120을 연결하여 순환관 111을 순환하여 열교환된 냉각수의 열을 난방용으로 이용할 수 있도록 하였다.

여기서, 열회수시스템 120은 난방기 121, 제3파이프 123, 제4파이프 125로 이루어져 있다.

특히, 제3파이프 123는 제1파이프 113에서 분기 되도록 연결되어 있다. 제1파이프를 통해 토출된 냉각수가 제3파이프 123를 통해 난방기 121로 공급된다. 이때, 제1파이프 113에서 제3파이프 123로 분기시키기 위해 방향전환이 가능한 제1밸브 126a을 설치한다.

이때, 난방기 121에 공급되는 냉각수의 온도는 28℃(겨울)~37℃(여름)이다. 이렇게 공급된 냉각수를 난방기 121에 순환시켜 난방이 가능하도록 하였다. 난방기 121 내부에 장착된 팬(미부호)을 가동하여 온풍을 공급할 수도 있고, 온수를 순환시켜 난방을 할수도 있도록 하였다.

이와 같이, 난방기 121에서 열교환된 냉각수를 토출시키는 제4파이프 125가 연결되어 있다. 여기서 제4파이프 125로 토출되는 냉각수의 온도는 26℃(여름)~30℃(겨울)이다.

이렇게, 제4파이프 125에서 토출된 냉각수는 제1파이프 113에 설치된 제2밸브 126b와 제2파이프 117에 설치된 제3밸브 126c의 개폐 유무에 따라 난방기 121에서 열교환이 충분히 되지 않았을 경우 냉각탑 115으로 토출되게 조절한다. 또한, 난방기 121에서 열교환이 충분히 되지 않았을 경우 제5파이프 127로 토출되게 조절 한다.

이와 같이, 계절에 따른 온도변화에 맞춰 불필요하게 가동되는 시스템을 정지시켜 에너지가 낭비되는 것을 방지한다.

본 발명에 따른 냉동시스템의 폐열회수 시스템에 작용을 살펴보면 다음과 같다.

먼저, 도 3a에 도시한 바와 같이 응축기 13에서 열교환된 냉각수가 열회수시스템 120을 거치지 않고 냉각탑 115으로 바로 토출되는 흐름을 설명한다.

상기 응축기 13의 내부에 설치된 순환관 111을 거쳐 온도가 상승된 냉각수가 제1파이프 113를 따라 냉각탑 115방향으로 토출되도록 제1파이프 113에 설치된 제1밸브 126a와 제2밸브 126b를 조절하여 냉각수가 냉각탑 115으로 인입되도록 한다.

더불어, 제2파이프 117에 설치된 펌프 117a가 냉각탑 115을 거친 냉각수를 순환관 111으로 압송하여 순환시킨다.

한편, 도 3b에 도시한 바와 같이 응축기 13에서 열교환된 냉각수가 열회수시스템 120을 순환하였음에도 열교환이 충분히 이루어 지지 않은 냉각수를 냉각탑 115으로 토출시키는 흐름을 설명한다.

상기 응축기 13의 내부에 설치된 순환관 111을 거쳐 온도가 상승된 냉각수가 제1파이프 113를 따라 난방기 121방향으로 토출되도록 제1파이프 113에 설치된 제1밸브 126a를 조절하여 제3파이프 123로 분기시킨다.

더불어, 제3파이프 123로 분기된 냉각수가 난방기 121를 순환하면서 열교환된 후 제4파이프 125로 토출된다. 이때, 냉각탑 115방향으로 냉각수가 토출되도록 제2밸브 126b를 조절하여 제4파이프 125에서 토출된 냉각수가 냉각탑 115으로 인입되도록 한다.

그리고, 제2파이프 117에 설치된 펌프 117a가 냉각탑 115을 거친 냉각수를 순환관 111으로 압송하여 순환시킨다.

이때, 제4파이프 125에서 분기되도록 설치된 제5파이프 127로 냉각수가 토출되지 않도록 제3밸브 126를 반드시 차단시켜 냉각탑 115을 거친 냉각수가 순환관 111으로 압송되도록 한다.

한편, 도 3c에 도시한 바와 같이 응축기 13에서 열교환된 냉각수가 열회수시스템 120을 순환하여 열교환이 충분히 이루진 냉각수를 순환관 111 토출시키는 흐름을 설명한다.

상기 응축기 13의 내부에 설치된 순환관 111을 거쳐 온도가 상승된 냉각수가 제1파이프 113를 따라 난방기 121방향으로 토출되도록 제1파이프 113에 설치된 제1밸브 126a를 조절하여 제3파이프 123로 분기시킨다.

더불어, 제3파이프 123로 분기된 냉각수가 난방기 121를 순환하면 열교환된 후 제4파이프 125로 토출된다. 이때, 제2밸브 126b를 차단시켜 제4파이프 125에서 토출된 냉각수가 제5파이프 127로 분기되도록 한다.

나아가, 제2파이프 117에 설치된 제3밸브 126c를 조절하여 제5파이프 127를 통해 토출된 냉각수가 제2파이프 117에 합류되도록 한다.

그리고, 제2파이프 117에 설치된 펌프 117a가 냉각탑 115을 거친 냉각수를 순환관 111으로 압송하여 순환시킨다.

이와 같이, 냉각탑 115으로 순환되는 냉각수의 방향을 선택적으로 조절하는 밸브 126a,b,c를 마련하여, 계절에 따른 온도변화에 맞춰 불필요하게 가동되는 시스템을 정지시켜 에너지가 낭비되는 것을 방지하게 된다.

여기서, 앞서 도시된 도면에서와 동일한 참조부호는 동일한 기능을 하는 동일한 부재를 가리킨다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 명백할 것이다.

도 1은 종래의 냉동시스템을 나타낸 흐름도.

도 2는 본 발명인 냉동시스템의 폐열회수 시스템을 나타낸 배치도.

도 3a은 본 발명인 냉동시스템의 폐열회수 시스템의 1실시예를 나타낸 흐름도.

도 3b은 본 발명인 냉동시스템의 폐열회수 시스템의 2실시예를 나타낸 흐름도.

도 3c은 본 발명인 냉동시스템의 폐열회수 시스템의 3실시예를 나타낸 흐름도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 냉동시스템 11 : 압축기

13 : 응축기 15 : 팽창밸브

17 : 증발기

100 : 냉동시스템의 폐열회수 시스템

110 : 열교환시스템 111 : 순환관

113 : 제1파이프 115 : 냉각탑

117 : 제2파이프 117a : 펌프

120 : 열회수시스템 121 : 난방기

123 : 제3파이프 125 : 제4파이프

126a : 제1밸브 126b : 제2밸브

126c : 제3밸브 127 : 제5파이프

Claims (7)

1. 저온저압의 냉매가스를 고온고압으로 압축하는 압축기와, 상기 압축기에 연결되어 고온고압의 냉매가스를 고온고압의 냉매액으로 바꿔주는 응축기와, 상기 응축기에 연결되어 고온고압의 냉매액을 저온저압의 냉매액으로 바꿔주는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에 연결되어 순환되는 저온저압의 냉매액이 쇼케이스의 열을 흡수하여 저온저압의 냉매가스로 바꿔주는 증발기로 이루어진 냉동시스템에 있어서,

   상기 응축기에 순환되는 고온고압의 냉매의 온도를 낮추기 위해 응축기 내부에 냉각수가 순환되는 순환관이 마련되고, 상기 순환관에 연결되어 상기 응축기를 통해 열교환된 냉각수가 토출되는 제1파이프가 연결되며, 상기 제1파이프를 통해 토출된 냉각수를 열교환시키는 냉각탑이 마련되고, 상기 냉각탑에서 열교환된 냉각수를 상기 순환관으로 토출시키는 제2파이프로 이루어진 열교환시스템과,

   상기 제1파이프를 통해 토출된 냉각수를 분기시키고, 분기된 냉각수의 열을 회수하여 난방이 가능하도록 한 난방기가 마련되며, 상기 난방기를 통해 열교환된 냉각수를 다시 순환시키도록 이루어진 열회수시스템으로 구성된 것을 특징으로 하는 냉동시스템의 폐열회수 시스템.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 열회수시스템은,

   상기 제1파이프를 통해 토출되어 분기된 냉각수가 상기 난방기에 공급되도록 제1파이프와 난방기의 일측을 연결하는 제3파이프가 마련되고, 상기 난방기의 타측에 난방기 내부를 순환하여 열교환된 냉각수가 토출되는 제4파이프가 연결된 것을 특징으로 하는 냉동시스템의 폐열회수 시스템.
3. 제 1항 또는 제2항에 있어서,

   상기 제4파이프와 제2파이프를 연결하는 제5파이프를 마련하여 제4파이프를 통해 토출된 냉각수가 제2파이프로 합류될 수 있도록 한 것을 더 포함하는 냉동시스템의 폐열회수 시스템.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 제2파이프와 연통되게 연결시켜 냉각수를 순환시키는 펌프가 더 포함된 것을 특징으로 하는 냉동시스템의 폐열회수 시스템.
5. 제 1항에 있어서,

   상기 제1파이프를 통해 토출된 냉각수를 제3파이프로 분기시키는 것을 선택적으로 조절하는 제1밸브가 더 포함된 것을 특징으로 하는 냉동시스템의 폐열회수 시스템.
6. 제 1항에 있어서,

   상기 제4파이프를 통해 토출된 냉각수를 제1파이프로 합류시키거나 제5파이프로 분기되도록 조절하는 제2밸브가 더 포함된 것을 특징으로 하는 냉동시스템의 폐열회수 시스템.
7. 제 1항에 있어서,

   상기 제4파이프를 통해 토출된 냉각수를 제2파이프로 합류시키는 것을 선택적으로 조절하는 제3밸브가 더 포함된 것을 특징으로 하는 냉동시스템의 폐열회수 시스템.

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