KR20160118748A - 증발기 입출구 온도차에 의한 제상주기 결정방법 및 이를 이용한 제상시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 냉동고 혹은 냉장고의 증발기 핀에 착상된 성에의 양에 따라 증발기 입출구의 온도차이를 감지하여 효율적인 제상주기를 결정하도록 한 증발기 입출구 온도차에 의한 제상주기 결정방법 및 이를 이용한 제상시스템에 관한 것이다. 본 발명의 제상시스템은 증발기의 전단과 후단에 온도센서를 각각 부착하여 증발기 핀에 착상된 성에의 양에 따라 변화되는 증발기 입구와 출구의 온도차를 측정하여 그 온도차이가 통상적인 온도편차 이상으로 온도차가 발생하면 제상히터를 구동시켜 성에가 제거되도록 하며, 설정된 시간이 완료되면 제상히터에 전원을 차단하도록 구성된다. 따라서, 본 발명은 보다 효율적이고 안정적인 제상이 가능하며, 에너지 절감 및 히터봉의 수명을 높일 수 있는 효과를 제공한다.

Description

증발기 입출구 온도차에 의한 제상주기 결정방법 및 이를 이용한 제상시스템{Method for controlling defrost period by temperature difference of evaporator inlet/outlet and system using thereof}

본 발명은 냉동고 혹은 냉장고의 제상시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 증발기의 핀에 착상된 성에의 양에 따라 변화되는 증발기의 입구와 출구 간의 온도차를 검출하여 효과적인 제상주기를 결정하고, 이에 따라 제상할 수 있도록 한 증발기 입출구 온도차에 의한 제상주기 결정방법 및 이를 이용한 제상시스템에 관한 것이다.

일반적으로, 냉장 혹은 냉동창고는 식품이 상하지 않도록 냉장 혹은 냉동된 상태로 보관하는 곳으로서, 저장물의 품질을 양호하게 유지하기 위해서는 저온을 유지하여야 한다.

이러한 냉장 혹은 냉동창고에 적용되는 냉장 혹은 냉동시스템은 비교적 넓은 공간을 고르게 냉장 혹은 냉동 가능하게 하는 것이 필요하며, 아울러 저장온도를 설정된 온도범위 내에서 고르게 유지할 것이 요구된다.

이러한 냉장 혹은 냉동시스템은 배관 내부에서 냉매를 콤프레샤에 의해 순환시켜 팽창밸브에서 액냉매가 팽창되어 증발기 내를 흐를 때 팬에 의해 공기를 증발기 핀 사이에 통과시켜 열교환에 의해 기화된 냉매는 압축기로 흡입시키고 차가워진 공기는 냉장창고 또는 냉동창고에 골고루 퍼지면서 냉장 혹은 냉동이 된다.

이 과정에서 공기 중에 포함된 수분이 증발기 핀 사이를 통과하면서 배관 및 핀에 성에가 부착되어 공기의 흐름을 차단하고 이로 인해 냉장 혹은 냉동이 제대로 되지 않게 된다.

이를 해결하기 위해 증발기 핀에 부착된 성에를 제거하는 작업, 즉 제상(defrost) 작업이 실시된다.

제상의 방법들에는 냉동기의 운전을 일정시간 동안 정지시켜 제상하는 자연제상법, 핫 가스(hot gas)를 유입시켜 녹이는 핫가스 제상법, 증발기에 전기히터를 설치하여 일정시간 간격으로 전기를 공급하는 전열 제상법, 물을 분무하여 제거하는 살수제상법 등 여러 가지 방법이 제안되었다.

현재 일반적으로 사용되고 있는 제상 방법은 타이머(timer)를 이용하여 성에 부착과 관계없이 일정시간마다 증발기에 내장되어 있는 히터를 구동하여 제상 작업을 실시하는 방법이다.

통상적으로 타이머를 이용한 제상 시스템은 성에 부착여부와 관계없이 4∼6시간마다 20∼30분간 가동된다.

하지만, 상기한 종래의 타이머를 이용한 제상 방법은 다음과 같은 문제가 있었다.

성에 부착 유무에 관계없이 구동이 되므로 기온의 변화에 따라 제상이 제대로 되지 않거나, 기온 혹은 냉장고 혹은 냉동고 문을 여닫는 횟수에 따라 제상히터 구동시간을 조정해 주어야 하기 때문에 매우 불합리하고 또 제상시간 간격을 너무 짧게 하면 히터가 가동될 때 손실되는 전기에너지와 히터가 내는 열을 냉각시키기 위해서 냉동기가 추가로 구동되어야 하므로 전기에너지 손실이 심하게 발생될 뿐만 아니라 잦은 히터가동은 히터의 수명을 단축시켜 히터를 자주 교체해 주어야 한다.

위와 같은 문제점을 보완하기 위해 팬모터에서 발생된 바람이 증발기를 통과하는 과정에서 성에가 부착되면 핀과 핀 사이를 통과하는 바람의 양과 바람의 세기가 줄어들어 풍압이 약화되는 원리를 이용하여 풍압의 세기로 성에 유무를 감지하게 하여 제상시스템을 구동하게 하는 방법이 있다.

하지만, 상기한 종래의 풍압을 이용한 제상 방법은 가정용 냉장고 등에 주로 적용되는 방법으로 산업용 혹은 식품용, 농수산물을 저장하는 냉장 혹은 냉동 창고에는 적합하지 않고 이를 실현하기 위해서는 증발기 등의 기성품을 분해한 뒤 재가공해야 하는 불편함이 뒤따르는 한편 풍압을 감지하는 시스템 구성이 복잡하고 풍압은 창고의 문을 여닫을 때나 창고내 내용물의 양에 따라 미묘한 변화를 가져오기 때문에 오동작이 발생될 소지가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 증발기의 핀과 핀에 부착된 성에의 양에 따라 변화되는 증발기 입구와 출구의 온도차이를 검출하여 효과적인 제상주기를 결정하고, 이에 따라 제상할 수 있도록 한 증발기 입출구 온도차에 의한 제상주기 결정방법 및 이를 이용한 제상시스템을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 증발기 입출구 온도차에 의한 제상주기 결정방법은, (1) 증발기의 입구와 출구에 온도센서를 설치하여, 증발기의 입구 온도와 출구 온도를 검출하는 단계, 및 (2) 상기 검출된 증발기의 입구 온도와 출구 온도의 차이를 기설정된 온도편차와 비교하여, 그 비교결과에 따라 제상주기를 결정하는 단계를 포함한다.

이때, 상기 검출된 증발기 입출구 온도가 기설정된 온도편차 이상 차이가 나게 되면 이를 차온조절기에서 인식하여 제상히터를 기설정시간 동안 작동시키도록 한 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 제상시스템은, 냉동고 또는 냉장고의 제상시스템에 있어서, 제상히터와, 증발기에 장착되며, 증발기의 핀에 착상된 성에 양에 따라 증발기의 입구와 출구 사이에 발생되는 온도차이를 측정하기 위한 센서, 및 상기 센서에 의한 측정된 온도차이에 따라 제상주기를 결정하고, 결정된 제상주기에 맞춰 상기 제상히터를 구동시키는 콘트롤러를 포함한다.

이때, 상기 센서는 증발기 전단과 후단에 각각 설치되어 증발기의 입구온도와 출구온도를 측정하는 온도센서인 것이 바람직하다.

그리고, 상기 증발기 입구에 설치되는 온도센서는 배관 단면도 상의 3시 또는 9시 방향의 위치에 부착되며, 증발기 출구에 설치되는 온도센서는 배관 단면도 상의 7시와 8시 사이 또는 4시와 5시 사이의 방향의 위치에 부착됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 콘트롤러는 상기 온도센서의 감지신호를 수신받아 수신된 증발기 입구온도와 출구온도의 편차가 기설정된 온도편차 이상일 때 상기 제상히터를 구동시키는 차온조절기인 것이 바람직하다.

본 발명의 증발기 입출구 온도차에 의한 제상주기 결정방법 및 이를 이용한 제상시스템은 다음과 같은 효과가 있다.

냉장고 혹은 냉동고 내에 설치되는 증발기의 입구와 출구에 온도센서를 설치하여, 증발기의 핀에 성에가 착상되면 증발기에서 충분히 증발이 일어나지 않아 압축기 흡입 압력이 낮아지게 되며 이로 인해 증발온도는 더욱더 낮아지게 되어 증발기 입구와 출구의 온도 차이가 증가되는 것을 검출하여 적정한 시기에 제상주기를 결정함으로써, 효율적이고 안정적으로 제상할 수 있는 효과가 있다.

즉, 차온에 의한 제상주기 결정으로, 기존 4∼6시간마다 20∼30분 제상을 실시하므로 인한 불필요한 히터 가동을 줄일 수 있어 19％가량의 에너지 절감 효과를 기대할 수 있다.

또한, 제상히터로 인한 냉장고 혹은 냉동고 내의 온도변화를 최소화함으로써 저장물의 신선도 유지에도 도움이 될 것이다.

부가적으로, 제상시간이 단축됨으로써 히터봉의 수명 또한 에너지 절감된 양에 상응하게 수명이 늘어남과 동시에 제상불량에 의한 고가의 압축기가 액압축으로 파손되는 것도 미연에 방지할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명이 적용된 제상시스템을 나타내는 사시도,
도 2는 증발기 입출구에 온도센서가 설치된 상태를 나타내는 측단면도,
도 3의 (a) 및 (b)는 증발기 입구와 출구의 온도센서 부착 위치를 설명하기 위한 배관 단면도.

본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

이하, 첨부한 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 증발기 입출구 온도차에 의해 결정되는 제상주기를 이용한 제상시스템(이하, '제상시스템'이라 함)에 대하여 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 제상시스템은 증발기(100) 내의 핀(20)에 성에가 발생되면 증발기 핀(20)에서 충분히 증발이 일어나지 않기 때문에 증발기 입구(22)의 온도와 출구(23)의 온도 차이가 증가하게 되는 현상에 착안하여 제상히터(21)를 가동시키는 것이다.

즉, 압축기(미도시)에서 기체상태로 압축된 냉매를 응축기(실외기)(30)에서 액체상태로 냉각, 응축시켜 액화된 냉매가 팽창밸브(40)를 통과하며 팽창되어 증발기(100) 내부를 흐르고 팬(10)이 회전하여 증발기 핀(20) 사이에 공기를 통과시켜 냉장고 온도를 떨어뜨리고, 증발이 완료된 냉매는 팽창밸브(40) 직후의 냉매 온도와 같은 상태에서 다시 압축기에 흡입된다. 따라서, 증발기 핀(20)에 성에가 착상된 상태에서는 냉장고 내부의 공기와 열 교환이 충분히 일어나지 않게 되어 압축기 흡입압력이 낮아지고 냉매의 증발온도도 낮아지게 되어 증발기 입구(22)와 출구(23)의 온도차이가 더욱 커지게 된다.

이때, 증발기 입구(22) 즉, 팽창밸브(40) 직후 온도와 증발기 출구(23)의 온도 차이가 통상적인 범위에서 벗어날 경우 제상을 실시하여 보다 효율적인 제상주기를 결정하게 된다.

이를 위해 증발기(100)를 설치할 때 도 2와 같이 증발기 입구(22)와 출구(23)의 소정위치에 온도센서(50,60)를 각각 밀착하여 부착시켜 증발기(100) 측의 입구온도와 출구온도를 측정하도록 한다.

이때, 온도센서(50,60)는 증발기(100)의 입출구(22,23) 배관 외경 등을 고려하여 부착 위치가 결정되게 된다.

도 3을 참고하여 보면, 본 실시예에서, 증발기 입구(22)의 온도센서(50)는 (a)의 배관단면도상의 3시 또는 9시 방향에 설치되며, 증발기 출구(23)의 온도센서(60)는 수평보다 하부의 위치 즉, (b)의 배관단면도상의 7시와 8시 사이의 방향 또는 4시와 5시 사이의 방향에 설치됨이 바람직하다.

증발기 출구(23)의 배관에는 감온통(sensitive heat tube)(70)이 부착되어 출구 냉매 상태에 따라 팽창밸브(TEV)(40) 열림을 조정하게 된다.

도 2를 참고하여 보면, 증발기(100)는 팽창밸브(40)를 통해 팽창되어진 액냉매를 기화 증발시켜 다시 압축기(미도시)로 유입시킨다.

이때, 증발기 핀(20)에서는 유입된 공기로부터 열을 흡수하는 열교환을 실시하는 것에 의해 핀 자체 온도와 공기와의 온도차가 발생한다. 이렇게 증발기 핀(20) 온도가 장치노점온도(apparatus dew point) 이하가 되면 증발기 핀(20)에는 착상(着想)이 발생하게 된다. 이러한 성에는 공기와 냉매 사이에서 열전달을 방해하는 열저항체로 작용할 뿐만 아니라 증발기 핀(20)에서 충분히 열교환이 일어나지 않아 증발기 입구(22)의 온도와 출구(23)의 온도 차이가 증가하게 된다.

증발기 입구(22)와 출구(23)에 각각 설치된 온도센서(50,60)는 증발기(100) 측의 입구온도와 출구온도를 측정하여 차온조절기(TC)(80)로 전달한다. 즉, 성에가 두꺼울수록 온도차가 증가하게 된다.

차온조절기(80)는 콘트롤러(미도시)에 내장되며, 온도센서(50,60)에 의해 측정된 온도차이가 기설정된 온도편차 이상일 때 제상히터(21)를 가동하여 제상운전을 시작하고 설정된 시간이 지나면 제상히터(21)의 가동을 정지시켜 제상운전을 종료한다.

본 발명자는 상기한 제상시스템을 5평짜리 복분자 저장용 냉동고에 적용하였다.

[실시예 1]

5평짜리 복분자 저장용 냉동고를 시공함에 있어 우레탄판넬 100㎜로 벽체를 구성하고 쿨러는 경동산업(주)에서 생산된 PAS-050(5HP) 콘덴싱유니트에 경동산업(주)에서 생산된 SDU-075L 유니트쿨러(unit cooler)를 설치하였다. 유니트쿨러는 핀코일식 증발기로서, 유니트쿨러 측의 입구온도와 출구온도를 측정할 수 있도록 대성ENG에서 생산한 2센서 차온계 FOX-815DT를 온도센서(50,60)로 설치하였다. 이 온도센서(50,60)를 차온조절기(80)에 제상 마그네트와 연동시켜 성에 양에 따른 온도차이를 측정하여 온도편차가 5도 이상일 때 제상시스템이 가동할 수 있도록 구성하였다.

또한, 정확한 전력소모량을 측정하기 위해 서창전기통신(주)에서 생산된 TWR-ALM3을 설치하여 1일 4회 30분 간격으로 제상하는 종래의 제상시스템과 증발기 입출구 온도차에 따른 본 발명의 제상시스템을 비교한 결과 표 1과 같은 결과가 산출되었다.

구 분	소비전력	효율(％)
종래의 방법(1일 4회 30분간격)	80㎾/hr	100
증발기 입출구 온도차에 따른 제상주기 결정	67㎾/hr	119

* 측정조건 1일 5회 출입문 여닫음, 평균외부기온 30℃, 복분자 1톤(ton)을 넣어둔 상태로 10일간 가동하여 평균값을 산출함.

상기한 표 1에서 보듯이, 본 발명에 따른 제상시스템은 성에의 유무 혹은 양에 관계없이 일정시간마다 제상하는 종래의 방법에 비해 효율적임을 알 수 있다.

100 : 증발기 10 : 팬모터
20 : 증발기 핀 21 : 제상히터
22 : 증발기 입구 23 : 증발기 출구
30 : 응축기 40 : 팽창밸브(TEV)
50,60 : 온도센서 70 : 감온통
80 : 차온조절기(TC)

Claims (6)

1. (1) 증발기의 입구와 출구에 온도센서를 설치하여, 증발기의 입구 온도와 출구 온도를 검출하는 단계; 및
   (2) 상기 검출된 증발기의 입구 온도와 출구 온도의 차이를 기설정된 온도편차와 비교하여, 그 비교결과에 따라 제상주기를 결정하는 단계를 포함하는 증발기 입출구 온도차에 의한 제상주기 결정방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 단계 (2)는 검출된 증발기 입출구 온도가 기설정된 온도편차 이상 차이가 나게 되면 이를 차온조절기에서 인식하여 제상히터를 기설정시간동안 작동시키도록 한 것을 특징으로 하는 증발기 입출구 온도차에 의한 제상주기 결정방법.
3. 냉동고 또는 냉장고의 제상시스템에 있어서,
   제상히터;
   증발기에 장착되며, 증발기의 핀에 착상된 성에 양에 따라 증발기의 입구와 출구 사이에 발생되는 온도차이를 측정하기 위한 센서; 및
   상기 센서에 의한 측정된 온도차이에 따라 제상주기를 결정하고, 결정된 제상주기에 맞춰 상기 제상히터를 구동시키는 콘트롤러를 포함하는 증발기 입출구 온도차를 이용한 제상시스템.
4. 제 3항에 있어서, 상기 센서는 증발기 전단과 후단에 각각 설치되어 증발기의 입구온도와 출구온도를 측정하는 온도센서인 것을 특징으로 하는 증발기 입출구 온도차를 이용한 제상시스템.
5. 제 4항에 있어서, 상기 증발기 입구에 설치되는 온도센서는 배관 단면도 상의 3시 또는 9시 방향의 위치에 부착되며, 증발기 출구에 설치되는 온도센서는 배관 단면도 상의 7시와 8시 사이 또는 4시와 5시 사이의 방향의 위치에 부착됨을 특징으로 하는 증발기 입출구 온도차를 이용한 제상시스템.
6. 제 4항에 있어서, 상기 콘트롤러는 상기 온도센서의 감지신호를 수신받아 수신된 증발기 입구온도와 출구온도의 편차가 기설정된 온도편차 이상일 때 상기 제상히터를 구동시키는 차온조절기인 것을 특징으로 하는 증발기 입출구 온도차를 이용한 제상시스템.

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