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1. WO2020067654 - SAFE OPERATING METHOD AND APPARATUS FOR REFRIGERATION SYSTEM USING FLAMMABLE REFRIGERANT

Document

명세서

발명의 명칭

기술분야

1  

배경기술

2   3   4   5   6   7  

발명의 상세한 설명

기술적 과제

8  

과제 해결 수단

9   10   11   12   13   14   15   16   17   18   19  

발명의 효과

20   21  

도면의 간단한 설명

22   23   24  

발명의 실시를 위한 형태

25   26   27   28   29   30   31   32   33   34   35   36   37   38   39   40   41   42   43   44   45   46   47   48   49   50   51   52   53   54   55   56   57   58   59   60   61   62   63   64   65   66   67   68   69   70   71   72   73   74   75   76   77   78   79   80   81   82   83   84   85   86   87   88   89   90  

청구범위

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

도면

1 (R91)   2 (R91)   3  

명세서

발명의 명칭 : 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전방법 및 안전운전장치

기술분야

[1]
본 발명은 냉동시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 하이드로카본과 같은 가연성 냉매를 사용하는 냉동시스템의 안전 운전 및 이를 위한 안전 구조에 관한, 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전방법 및 안전운전장치에 관한 것이다.

배경기술

[2]
냉동 시스템은 위한 냉매로서 과거부터 디클로로플루오로메탄(CFC12), 클로로트리플루오로메탄(CFC13) 등의 소위 프레온(CFC, 클로로플루오로카본)이 사용되었다. 그러나 프레온 가스는 오존층을 파괴하고 지구환경에 심각한 영향을 끼치는 것으로 알려져 선진국에서는 사용이 중단되었거나 곧 사용이 중단될 예정이다. 예컨대 냉동용 냉매로 사용되고 있는 R-22 냉매는 선진국에서는 사용이 중단되었으며, 개도국에서는 사용이 가능하지만 2040년까지는 퇴출이 완료될 예정이다.
[3]
근래에 오존층파괴지수(ODP)가 제로이고, 지구온난화지수(GWP)가 3으로 거의 0에 가까운 하이드로카본(HC, 탄화수소) 냉매가 대체 냉매로서 주목 받고 있다. 하이드로카본 냉매는 탄소와 수소만으로 구성된 냉매이며 R50(메탄), R170(에탄), R290 (프로판), R600(부탄), R600a (이소부탄), R1270(프로필렌) 등이 있다. 예컨대, R600 제품은 냉장고용으로 사용이 정착되었고, 냉방용으로 R290의 소비가 확대되고 있다.
[4]
하이드로카본 냉매는 환경성, 호환성, 경제성 등의 다수의 장점이 있는 것으로 알려져 있지만, 가연성에 대한 위험성 때문에 소비 확대에 대한 문제점이 있다. 예컨대 R290 냉매를 이용한 냉동 시스템에서 화재사고가 일부 보고되고 있다. 이러한 위험성은 하이드로카본 뿐만 아니라 모든 가연성 냉매에 공통된다. 종래기술에 따른 냉동시스템에서는, 냉매의 누설, 외부 화재 등과 같은 비상 시에 하이드로 카본 등과 같은 가연성 냉매를 회수하여 안전 사고를 예방할 수 있는 방안이 마련되어 있지 않은 문제점이 있었다.
[5]
[선행기술문헌]
[6]
[특허문헌]
[7]
(특허문헌 1) 일본특허공보 제5854751호(2016.02.09)

발명의 상세한 설명

기술적 과제

[8]
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명은 하이드로카본과 같은 가연성 냉매를 사용하는 냉동시스템에서 안전사고를 방지할 수 있도록, 비상 시(냉매의 누설 및 외부 화재 등)에 가연성 냉매를 냉동시스템의 냉매저장기로 회수하고 냉동시스템을 정지시키는 것이 가능한, 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전방법 및 안전운전장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

과제 해결 수단

[9]
본 발명의 일 측면에 의하면, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 배출된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 배출되는 냉매를 감압하는 팽창밸브; 및 상기 팽창밸브에서 배출된 냉매를 증발시키고 압축기 측으로 배출하는 증발기를 구비하는 냉동시스템의 안전운전방법으로서, 상기 응축기와 상기 팽창밸브 사이에 배치되어 냉매를 모아 저장할 수 있는 냉매 저장기와, 상기 냉매 저장기로부터 상기 팽창밸브 측으로의 냉매의 유동을 차단할 수 있는 냉매차단밸브와, 상기 압축기의 입구측으로 연결되는 배관의 압력을 측정하는 압력 게이지를 포함하고, 냉매로는 가연성 냉매가 사용되며, 냉매 회수 동작이 시작되면, 상기 냉매차단밸브가 동작하여 상기 냉매 저장기로부터 상기 팽창밸브 사이의 냉매 유동이 차단되어 상기 냉매 저장기에 냉매가 저장되는 것을 허용하고, 상기 압축기는 계속 동작하여 상기 증발기 측으로부터 냉매를 흡입하여 상기 냉매 저장기 측으로 보내는 냉매 회수가 이루어지며, 상기 압력 게이지를 통해 압력을 측정하여, 압력이 설정된 압력값 이하로 내려가는 경우 냉매 회수 완료로 판단하고 상기 압축기를 정지하는 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전방법을 제공한다.
[10]
본 발명에 의하면, 상기 팽창밸브와 상기 증발기는 실내기를 형성하여 냉동 또는 냉장이 이루어지는 냉동고에 설치되고, 상기 압축기와 상기 응축기는 냉동유니트를 형성하여 상기 냉동고와 분리된 별개의 공간으로 설치되되, 가스를 검지할 수 있는 가스검지기와, 가스 누설을 관리자 인식가능하게 알리는 경보장치와, 화재를 감지할 수 있는 화재감지기와, 상기 냉동고 또는 상기 냉동유니트의 부분들이 설치된 격리된 공간의 내부 공기를 배기할 수 있는 배기기구와, 상기 냉동고 또는 상기 격리된 공간 내부에 CO 2(이산화탄소)가스를 퍼지할 수 있는 CO 2 퍼지장치를 더 포함하고, 상기 가스검지기 및 상기 화재감지기의 감지 값에 기초하여, 가스의 누설 또는 화재의 발생을 감지하고, 상기 가스검지기에서 검지된 냉매 가스의 농도값에 기초하여, 상기 경보장치를 통해 가스 누설을 알리는 동작과, 상기 배기기구를 통해 내부 공기를 배기하는 동작과, 상기 CO 2 퍼지장치를 통해 내부로 CO 2가스를 퍼지하는 동작과, 상기 냉매 회수 동작이, 설정된 제어 명령에 기초하여 순차적으로 또는 동시적으로 수행된다.
[11]
본 발명에 의하면, 상기 냉매 저장기로부터 상기 팽창밸브로의 냉매 공급차단이 이루어진 상태에서 상기 압축기가 동작하여 이루어는 냉매 회수 시에, 상기 압축기에서 배출되어 상기 냉매 저장기로 이송되는 냉매 중의 일부가 상기 증발기로 일시적으로 공급되는 동작이 수행된다.
[12]
본 발명에 의하면, 상기 응축기의 출구측으로 설치된 액 이송펌프에 의해, 상기 응축기에 잔류하는 액체 냉매를 상기 냉매 저장기로 강제 이송하는 동작이 수행된다.
[13]
본 발명의 다른 측면에 의하면, 냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 배출된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 배출되는 냉매를 감압하는 팽창밸브; 및 상기 팽창밸브에서 배출된 냉매를 증발시키고 압축기 측으로 배출하는 증발기를 포함하는 냉동시스템으로서, 냉매로는 가연성 냉매가 사용되며, 상기 응축기와 상기 팽창밸브 사이에 배치되어 냉매를 모아 저장할 수 있는 냉매 저장기; 상기 냉매 저장기의 냉매 이송방향 후측으로 구비되어 상기 팽창밸브 측으로의 냉매 이송을 차단할 수 있는 냉매차단밸브; 상기 증발기와 상기 압축기 사이의 배관에서 설치되어 상기 압축기로 유입되는 배관 내의 냉매 압력을 측정하는 압력 게이지; 및 상기 냉동 시스템의 냉매 회수 동작을 제어하는 제어기; 를 포함하고, 상기 제어기는 냉매 회수 동작이 시작되면, 상기 냉매차단밸브를 작동하여 냉매의 유동을 차단하고, 상기 압축기는 계속 동작하여 상기 증발기 측으로부터 냉매를 흡입하여 상기 냉매 저장기 측으로 보내는 냉매 회수 동작을 하게 하며, 상기 압력 게이지를 통해 측정되는 압력이 설정된 입력값 이하로 내려가는 경우 상기 냉매 회수 완료로 판단하고 상기 압축기를 정지시키는 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전장치를 제공한다.
[14]
본 발명에 의하면, 상기 압축기에 배출된 냉매를 상기 팽창밸브의 입구 전측으로 공급가능한 분기관; 상기 분기관의 냉매 유입 부분에서 설치되어 상기 분기관으로부터의 냉매 유입을 제어할 수 있는 유량제어기를 더 포함하고, 상기 냉매 저장기로부터 상기 팽창밸브로의 냉매 공급차단이 이루어진 상태에서 상기 압축기가 동작하여 이루어는 냉매 회수 시에, 상기 압축기에서 배출되어 상기 냉매 저장기로 이송되는 냉매 중의 일부가 상기 분기관을 통해 유입되도록 상기 유량제어기가 상기 제어기에 의해 제어가능하다.
[15]
본 발명에 의하면, 상기 냉매 저장기는 상기 냉매차단밸브와 일체로 형성된다.
[16]
본 발명에 의하면, 상기 냉매 저장기는 복수개의 수액기를 포함한다.
[17]
본 발명에 의하면, 상기 응축기의 출구측에는 액 이송펌프를 더 포함하여, 상기 응축기에 잔류하는 액체 냉매를 상기 냉매 저장기로 강제 이송 가능하다.
[18]
본 발명에 의하면, 상기 압축기와 병렬로 상기 배관에서 부취제 또는 형광제를 투입가능한 첨가제 주입장치가 설치된다 .
[19]
본 발명에 의하면, 상기 팽창밸브와 상기 증발기는 실내기를 형성하여 냉동 또는 냉장이 이루어지는 냉동고에 설치되고, 상기 압축기와 상기 응축기는 냉동유니트를 형성하여 상기 냉동고와 분리된 별개의 공간으로 설치되되, 가스를 검지할 수 있는 가스검지기; 가스 누설을 관리자 인식가능하게 알리는 경보장치; 화재를 감지할 수 있는 화재감지기; 상기 냉동고 또는 상기 냉동유니트의 부분들이 설치된 격리된 공간의 내부 공기를 배기할 수 있는 배기기구; 상기 냉동고 또는 상기 격리된 공간 내부에 CO 2가스를 퍼지할 수 있는 CO 2 퍼지장치를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 가스검지기 및 상기 화재감지기의 감지 값에 기초하여 가스의 누설 또는 화재의 발생을 감지하여, 상기 경보장치, 상기 배기기구, 상기 CO 2 퍼지장치, 상기 냉매 회수 동작을 수행 여부를 제어한다.

발명의 효과

[20]
본 발명에 의하면, 냉동시스템에서, 냉매의 누설, 외부 화재 등과 같은 비상 시에 하이드로 카본 등과 같은 가연성 냉매를 냉동시스템에 구비된 냉매저장기로 회수하는 것이 가능하므로, 안전사고를 방지하는 데 도움이 된다.
[21]
본 발명에 의하면, 가연성 냉매의 유출로 안전사고의 위험이 있을 때, 안전사고의 위험성을 사전에 예고하며, 위험을 방지하기 위해 보조안전장치를 가동하며, 또한 배관으로 연결된 각 장치내의 냉매를 회수하여 냉매저장기에 보관함으로써 냉매가 추가적으로 누설되는 것을 방지하면서 관리자가 필요한 조처를 취할 수 있도록 한다. 또한, 냉매 가스의 누설이 있는 경우 이를 예고함과 동시에 필요한 단계에 따라 강제 환기 및 CO 2 퍼지를 통해 폭발 사고 등의 위험을 방지할 수 있다. 또한, 냉동시스템의 점검 및 보수가 완료된 후에 보다 신속하게 냉동시스템을 가동하는 것이 가능하게 된다.

도면의 간단한 설명

[22]
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전장치를 설명하기 위한 도면이다.
[23]
도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전장치를 설명하기 위한 도면이다.
[24]
도 3 은 본 발명에 따른 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 제어시스템 을 설명하기 위한 블록도이다.

발명의 실시를 위한 형태

[25]
첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세하게 설명한다.
[26]
도 1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전장치를 설명하기 위한 도면이다.
[27]
도 1 을 참조하면, 본 발명에 따른 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템은, 냉매로서 하이드로카본과 같은 가연성 냉매를 이용하며, 공지의 냉동시스템과 동일하게 압축기(100), 응축기(200), 팽창밸브(300) 및 증발기(400)를 구비한 냉동사이클을 포함한다. 이하에서는 가연성 냉매로서 하이드로카본이 사용된 것을 실시예로서 하여 설명한다.
[28]
본 발명에 따른 냉동시스템은 팽창밸브(300) 및 증발기(400)를 포함하는 실내기(25)와, 냉동시스템을 구성하는 다른 장치들을 포함하는 냉동유니트(10)로 구분된다. 실내기(25)는 냉동 또는 냉장이 이루는 냉동고(20)의 내부 일측에 구비되거나 냉동고(20)의 내부와 공기 소통이 가능하게 설치되어, 냉동고(20) 내부로 냉기를 공급한다.
[29]
본 발명에 따른 냉동시스템의 냉동사이클의 동작은, 냉매로서 가연성 있는 하이드로카본을 사용하는 것을 제외하고는 공지의 냉동시스템과 동일하다. 압축기(100), 응축기(200), 팽창밸브(300) 및 증발기(400)는 배관을 통해 서로 연결되어, 하이드로카본이 압축기(100), 응축기(200), 팽창밸브(300), 증발기(400)를 거치면서 순환하도록 구성된다. 본 명세서에서 사용되는 표현인 전측 및 후측은 냉매의 순환방향과 관련되어 배관에서의 위치를 표현하기 사용되는 데, 냉매 순환 흐름에서 냉매가 유입되어 오는 방향을 전측, 냉매가 유출되어 나가는 방향을 후측으로 지칭한다.
[30]
압축기(100)는 증발기(400)에서서 온 저온 저압의 기체 냉매를 고온 고압의 냉매 가스로 압축하는 기능을 한다.
[31]
응축기(200)는 압축기(100)에 의해 고온 고압이 된 냉매 가스를 주위 열원(공기 등)과의 열 교환 작용으로 액체 상태로 응축시키는 기능을 한다. 응축기(200)에는 열 교환을 돕기 위해 송풍팬이 구비된다.
[32]
팽창밸브(300)는 고온 고압의 액체 냉매를 저온 저압의 액체 냉매로 변환할 수 있다. 팽창밸브(300)는 고온 고압 상태의 액체 냉매를 증발할 수 있는 압력까지 감압시킨다.
[33]
증발기(400)는 팽창밸브(300)를 통과하면서 저온 저압으로 감압된 액체 냉매를 받아, 주위 열원과의 열 교환을 통해, 저온 저압의 액체 냉매를 증발시킨다. 증발에 필요한 증발잠열을 외부로부터 흡수하여 주변의 열을 빼앗는 과정을 통해 냉동실(5) 내에 냉기를 공급한다. 증발기(400)에 구비된 송풍팬은 냉동실(5) 내의 공기와의 열교환을 촉진하다.
[34]
본 발명의 일 실시예에 의한 냉동시스템의 냉동유니트(10)는, 오일분리기(110), 액분리기(410), 냉매저장기(210), 냉매차단밸브(220), 냉매드라이어(230), 냉매표시창(240), 압력 게이지(450)를 더 포함한다.
[35]
오일분리기(110)는 압축기(100)와 응축기(200) 사이 배관에 설치된다. 오일분리기(110)는 압축기(100)에서 토출되는 냉매 가스에 포함되어 있는 오일을 회수하여 압축기(100)로 돌려보내고 냉매가스만 응축기(200)로 보내게 된다.
[36]
액분리기(410)는 증발기(400)와 압축기(100) 사이 배관에 설치된다. 액분리기(410)는 증발기(400)를 통과한 냉매 중의 액체 상태의 액 분리하여 기체 상태의 냉매가 압축기(100)로 유입될 수 있도록 한다.
[37]
본 발명에 따르면, 응축기(200)와 팽창밸브(300) 사이의 배관에, 냉동시스템의 각 장치로부터 냉매를 회수하여 저장할 수 있는 냉매저장기(210)를 구비한다. 본 발명에 의하면, 냉매저장기(210)는 냉동시스템의 통상적인 운전 모드에서는 공지의 수액기 기능을 한다. 따라서, 냉매 저장기(210)로는 기존의 수액기를 사용할 수 있다. 수액기는 응축기에서 액화된 냉매를 임시 저장하는 장치로 냉동시스템에서 증발기(400)에서 사용되는 냉매 량에 맞추어 냉매를 팽창밸브(300) 측으로 보내는 기능을 하는 데, 본 발명의 실시예에 따르면 냉매 저장기(210)는 냉동시스템의 통상적인 운전 모드에서는 공지의 수액기와 동일한 기능을 한다. 한편, 냉매 저장기(210)는 하이드로카본의 누설 등에 의하여, 냉매 회수가 수행되는 경우, 냉매를 모아 저장하는 저장소 기능을 한다. 본 발명에 따른 냉매 저장기(210)는, 냉동시스템의 공지의 수액기와 대비하여, 냉동시스템의 각 부분 예컨대, 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기 등의 각 장치들과 설비들 사이를 잇는 배관 등에 존재하는 냉매가 회수되어 수용될 수 있도록 대 용량으로 형성된다. 기존의 수액기의 용량이 회수 용량보다 부족할 경우 수액기를 추가 설치할 수 있다. 이때 복수의 수액기가 전체로서 냉매 저장기(210)가 된다.
[38]
냉매 저장기(210)의 출구 측에는 냉매차단밸브(220)가 설치된다. 냉매차단밸브(220)는 냉매 저장기(210)로부터 냉매가 팽창밸브(300) 측으로 유동하는 것을 선택적으로 차단할 수 있다. 냉매가 냉매 저장기(210)로부터 팽창밸브(300) 측으로 유동하는 것이 차단하는 것을 통해, 냉매 저장기(210) 내부에 냉매를 저장되는 것을 가능하게 한다. 냉매차단밸브(220)는 냉매 저장기(210)에 일체로 형성될 수 있고, 냉매 저장기(210)와 팽창밸브(300) 사이의 배관에 별도의 밸브로 설치될 수 있다. 제어기(40)의 제어에 의해 냉매차단밸브(220)가 동작하게 되며, 냉매 저장기(210)로부터의 냉매 유출은 차단되고 냉매 유입만이 허용되므로 냉동시스템 내의 각 장치 및 배관에 있는 냉매가 냉매 저장기(210)에 모이는 것이 가능하게 된다. 따라서, 냉매 저장기(210)에 유입된 냉매는 배관을 통해 순환되지 않고 내부에 보유되는 것이 가능하게 된다.
[39]
도 1 에 도시된 실시예와 같이, 냉매 저장기(210)는 냉동고(20)의 외부에 설치되며, 냉매차단밸브(220)가 냉매 저장기(210)와 팽창밸브(300) 사이 배관에 별도의 밸브로서 설치되는 경우에 상기 냉매차단밸브(220)는 냉매 저장기(210)의 가까운 출구측의 냉동고(20)의 외부에 위치한다. 따라서 냉매 회수 시에 냉동고(20)를 경유하는 배관 내에 냉매가 잔류하는 것을 방지한다.
[40]
본 발명에 의하면, 냉매 저장기(210)와 팽창밸브(300) 사이, 보다 구체적으로는 냉매차단밸브(220)의 후측으로 팽창밸브(300)와의 사이에 냉매드라이어(230)가 설치되어 배관 내의 이물질 또는 수분 등을 필터링하는 기능을 한다. 또한, 냉매드라이어(230)의 후측으로 냉매표시창(240)이 설치되어 배관을 통한 냉매의 유동을 외부에서 확인할 수 있게 한다.
[41]
본 발명에 따른 냉동시스템에서 각 전기동작 부분들은 방폭 구조로 형성될 수 있다. 본 발명에 의하면, 적어도 압축기(100)와 냉매차단밸브(220)는 방폭 구조로 형성되는 것이 바람직하다. 방폭 구조가 적용된 압축기(100)는 내부에서 전기 불꽃 등에 의해 화재, 폭발 등이 발생하더라도 화재 등이 발생하는 것을 방지할 수 있게 하며, 방폭 구조의 냉매차단밸브(220)는 냉매 저장기(210) 내에서의 냉매 보유를 보증하는 기능을 한다.
[42]
본 발명에 따른 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템에 의하면, 증발기(400)와 압축기(100) 사이에는 압력 게이지(450)가 설치된다.
[43]
압력 게이지(450)는 냉매 회수 동작 시에 증발기(400)와 압축기(100) 사이의 배관 내의 압력을 측정하여 증발기(400)와 압축기(100) 사이의 배관에, 냉매의 잔존 여부를 판단할 수 있도록 한다. 냉매 저장기(210)로부터의 냉매 유출이 차단된 상태에서 압축기(100)가 여전히 동작하면 팽창밸브(300), 증발기(400) 및 배관에 있는 냉매는 압축기(100)에 의해 흡입되어 냉매 저장기(210)로 보내지는 냉매 회수가 수행되고, 냉매 회수가 진행됨에 따라 증발기(400)와 압축기(100) 사이의 배관은 점차로 진공 상태가 되어 진다. 압력 게이지(450)는 이를 감지하여 냉매 회수의 완료 여부를 판단하게 하고, 제어기(40)는 압력 게이지(450)의 감지 값에 기초하여 압축기(100)의 동작을 정지시킬 수 있다. 위와 같이 압축기(100)는 냉매 회수 동작시에 증발기(400) 측으로부터 냉매를 흡입하여 냉매 저장기(210)쪽으로 보내는 펌프 기능을 한다.
[44]
도 2 는 본 발명의 다른 실시예에 따른 가연성 냉매를 이용한 냉동시스템의 구성예이다.
[45]
도 2에 도시된 본 발명의 다른 실시예에 따른 냉동시스템은, 도 1 에 도시된 일 실시예와 대비하면, 압축기(100)와 응측기(200) 사이의 배관과, 냉매차단밸브(230)와 증발기(400) 사이를 연결하는 분기관(500)을 더 포함한다. 분기관(500)의 일측으로 압축기(100)와 응측기(200) 사이의 배관, 보다 구체적으로는 오일분리기(110)의 후측으로 응축기(200)의 전측으로 그 사이 배관에 연결된다. 분기관(500)의 타측은 냉매차단밸브(230)와 증발기(400) 사이에 연결되는 데, 보다 구체적으로는 냉매차단밸브(230)의 후측으로 팽창밸브(300)의 전측으로 그 사이 배관에 연결된다. 분기관(500)의 타측으로 냉매차단밸브(230)의 후측으로 냉매차단밸브(230)에 인접하여 설치될 수 있다. 분기관(500)의 일측으로 유량제어기(510)가 설치되어, 분기관(500)의 일측에서 타측으로 냉매의 유동이 선택적으로 제어된다.
[46]
냉동시스템의 통상적인 운전 모드에서는 유량제어기(510)는 닫혀 분기관(500)으로의 냉매 유입이 차단되어 있다.
[47]
본 발명에 의하면, 냉매 회수 시에 냉매차단밸브(220)가 차단되고, 압축기(100)에 의해 냉매차단밸브(220)와 압축기(100) 사이의 냉매 즉, 냉매차단밸브(220)의 후측으로 위치하는 배관, 팽창밸브(300), 증발기(400)에 있는 냉매는 압축기(100)로 흡입된다. 이 때 증발기(400)에서의 과냉각에 의해 냉매 회수가 어려울 수 있다. 분기관(500) 및 유량제어기(510)는 이러한 경우를 대비하여 제공된다.
[48]
냉동 시스템의 통상적인 운전 모드 즉, 정상 작동시에 증발기(400)는 0도(°) 내지 -45도(°) 저온 저압에서 작동하며 팽창밸브(300)로부터 연속적으로 증발기(400) 내로 냉매가 유입된다. 냉매 회수 공정 시에는 냉매차단밸브(220)가 동작하여 냉매 저장기(210)로부터의 냉매 공급은 차단되므로, 증발기(400)에 잔류된 냉매의 증발 가스만이 압축기(100)로 흡입될 수 있다. 증발기(400)에서 저온 상태로 잔류하는 미증발된 액체 냉매는 증발기(400) 외부로부터 공급받은 열에 의해 증발되어 압축기(100)로 유입되는 데, 증발기(400)의 정상 가동 중에는 증발기(400)에 열을 공급하는 증발기(400)의 외부 즉, 냉동고(20)의 내부가 이미 냉각된 상태이므로 증발기(400)의 증발코일은 이미 냉각된 상태에 있는 것이 일반적이므로 증발에 필요한 열전달을 위한 온도차는 작으며, 증발코일 외면에 형성된 얼음에 의한 단열효과 때문에 냉매의 증발이 지연될 수 있다, 따라서 긴급한 상황에서 이루어는 냉매 회수 공정시에는 증발에 필요한 열의 공급을 위하여 압축기(100) 출구 측의 압축열을 가진 고온의 냉매 일부를 증발기(400)로 전송하여 증발기(400) 내의 냉매 증발을 촉진시킴으로써 냉매의 회수 시간을 단축시키는 것이 가능하다.
[49]
분기관(500)의 통한 고온 냉매 가스의 공급은 냉매 회수 작업 신호와 동시에 정해진 타이머에 의하여 진행되며, 증발기(400)의 용량에 따라 적절량이 공급되도록 하여 과잉공급이 방지된다. 제어기(40)에 의해 유량제어기(510)의 개폐 동작이 제어될 수 있다.
[50]
이와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 유량제어기(510)가 동작하여 소량의 고온 고압가스를 분기관(500)을 통해 증발기(400)로 공급하므로 증발기(400)의 증발열을 보충해 줌으로, 보다 효과적으로 압축기(100)가 냉매를 흡입하여 냉매 저장기(210)로 보내는 시간을 단축하는 것이 가능하게 된다.
[51]
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 응축기(200)에 잔류하는 액체 냉매를 회수하기 위하여 응축기(200)와 냉매 저장기(210) 사이의 배관에 액 이송펌프(205)를 병렬로 더 구비할 수 있다. 액 이송펌프(205)는 응축기(200)의 출구측에 연결된 배관을 통하여 응축기(200)에 잔류된 액체 냉매를 냉매저장기(210)로 이송한다. 액 이송펌프(205)는 제어기(40)에 의해 동작이 제어될 수 있다.
[52]
본 발명의 다른 실시예에 의하면, 냉동시스템은 첨가제 주입장치(105)를 더 포함할 수 있다. 첨가제는 부취 및/또는 형광제가 사용될 수 있다. 부취제는 냉매의 누설이 발생하는 경우 이를 냄새로서 확인가능하게 하며, 형광제는 냉매의 누설이 발생하는 경우에 이를 육안으로 확인가능하게 한다. 첨가제 주입장치(105)는 압축기(100)에 병렬로 설치된다.
[53]
액 이송펌프(205) 및 첨가제 주입장치(105)는 분기관(500)의 형성 여부와 무관하게 설치될 수 있다.
[54]
도 1 및 도 2 를 함께 참조하면, 본 발명에 따른 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전장치는, 냉매의 누설을 감지할 수 있는 가스검지기(30)를 포함한다. 가스검지기(20)는 실내기(25)가 설치된 냉동고(20) 및 냉동유니트(10)의 내부 또는 냉동유니트(10)의 각 부분들이 설치된 격리된 공간에 설치된다.
[55]
또한, 냉동유니트(10)의 내부 및 냉동유니트(10)의 각 부분들이 설치된 공간에는 화재를 감지할 수 있는 화재감지기(31)가 설치된다.
[56]
그리고 가스검지기(30)와 화재감지기(31)의 감지결과에 따라 위험 정도에 따라 경보를 내릴 수 있는 경보장치(70)가 사용자 들이 인식할 수 있는 위치에 인식할 수 있는 방법으로 설치된다.
[57]
본 발명에 따르면, 냉동고(20) 및 냉동유니트(10)의 부분들이 설치된 공간의 내부 공기를 흡입하여 외부로 강제배출할 수 있는 배기기구(50)가 설치되며, 냉동고(20)와 냉동유니트(10)의 부분들이 설치된 공간에 CO 2 가스를 퍼지할 수 있는 CO 2 퍼지장치(60)와 화재시 자동소화할 수 있는 자동소화기(61) 구비한다.
[58]
본 발명에 의하면, 배기기구(50), CO 2 퍼지장치(60)는, 자동소화기(61)는 보조안전장치로서, 냉동시스템에서의 냉매 회수 동작과 함께 또는 단계적으로 동작하여 화재 등의 사고 위험성으로부터 가연성 냉매를 사용하는 냉동시스템 및 냉동시스템이 설치된 공간을 보호한다.
[59]
본 발명에 따르면 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전장치는 각 부분들의 동작이 제어기(40)에 의해 자동 제어되어 안전 모드 운전이 가능하며, 관리자에 의해 안전 모드 동작이 수동으로 제어될 수 있다.
[60]
이하, 도 3 을 참조하여 본 발명에 따른 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전방법을 설명한다.
[61]
도 3 은 본 발명에 따른 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전방법의 각 단계별 동작을 설명하기 위한 블록도이다.
[62]
본 발명에 따른 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템은 안전운전방법은, 가스검지기(30) 및/또는 화재감지기(31) 에서 감지되는 냉매의 누설 감지 및/또는 화재감지에 따라 예비단계(S10), 주의단계(S20), 비상단계(S30)로 나누어 단계별로 안전운전 동작이 수행될 수 있다.
[63]
이하에서는, 제어기(40)에 의해 자동으로 수행되는 예비단계(S10), 주의단계(S20) 및 비상단계(S30)의 동작을 중심으로 설명한다.
[64]
예비단계(S10)는 가스검지기(30)에 설정된 미량의 가스 누설을 감지할 때 취해지는 조치이다. 예비단계(S10)에서는 관리자가 가스누설 여부를 명확하게 확인할 수 있도록 경보장치(40)가 램프, 벨소리로 경보 동작을 수행한다. 본 발명의 실시예에 의하면, 예비단계(S10)의 작동범위는 누출된 가스 농도가 가스폭발 하한의 20%의 농도에서 연속적으로 20초간 감지될 경우에 작동하게 설정한다.
[65]
관리자는 경보장치(40)의 동작에 의한 램프, 벨소리 등을 통해 가스누설이 있음을 인식하고, 설비를 점검하며, 냉동시스템의 중단 또는 냉매 회수 동작의 실행 여부를 판단하고, 필요한 조처를 행할 수 있다.
[66]
주의단계(S20)는 가설누설 감지기(30)에서 설정된 하한의 범위 즉, 가스 농도가 가스폭발 하한의 20%의 농도를 초과하는 경우 일 때 취해지는 조치이다.
[67]
주의단계(S20)에서는 예비단계(S10)에서의 조치 즉, 관리자가 가스누설 여부를 명확하게 확인할 수 있도록 램프, 벨소리로 경보하는 경보 동작이 유지될 뿐만 아니라, 배기기구(50)가 작동하여 가스누설이 감지된 공간 예컨대, 냉동고(20) 또는 냉동유니트(10)의 부분들이 공간의 내부 공기를 외부로 강제 배출한다. 관리자는, 설비를 점검하며, 냉동시스템의 중단 또는 냉매 회수 동작의 실행 여부를 판단하고, 필요한 조처를 행할 수 있다.
[68]
비상단계(S30)는 가스검지기(30)에서 주의단계(S20)에서 조치 즉, 배기기구(20)가 작동된 후에도, 가스농도가 연속적으로 감소되지 않고 비상조건 설정량을 초과하거나 화재감지기(31)로부터 신호를 받았을 때 취해지는 조치이다.
[69]
비상단계(S30)에서는 주의단계(S20)에서의 조치가 유지될 뿐만 아니라, 냉동사이클을 이루는 냉동시스템의 각 장치 및 배관으로부터의 냉매 회수 동작 수행되고, CO 2 퍼지장치(60)가 동작하여 가스누설이 감지된 공간 즉, 냉동고(20) 및/또는 냉동유니트(10)의 부분 들이 설치된 공간에 CO 2 가스를 퍼지하고 자동소화기(61)에 의하여 화재를 소화한다.
[70]
냉매 회수 동작은 예비단계(S10), 주의단계(S20)에서 관리자의 판단에 기초하여 수행되는 것이 가능하며, 비상단계(S30)에서는 제어기(40)에 의해 자동으로 수행된다. 냉매 회수 동작은 비상단계(S30)에 한정되지 않고, 주의단계(S20)에 수행되도록 제어기(40)에 설정될 수 있다.
[71]
이하 본 발명에 따른 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 냉매 회수 동작을 설명한다.
[72]
냉매 회수 동작이 시작되면, 먼저, 냉매차단밸브(200)가 동작하여 냉매 저장기(210)로부터 팽창밸브(300)측으로의 냉매 유출을 차단한다. 이를 통해 냉매 저장기(210)는 통상의 운전모드에서의 수액기 역할에서 냉매를 모아 임시적으로 저장하는 저장소로 그 기능이 변경된다. 이때 배기기구, CO 2퍼지 등 주의 단계(S20)에 작동되는 보조안전장치와 냉매 회수 동작에 관련하여 작동하는 설비를 제외한 설비의 전원 공급은 차단된다.
[73]
냉매 저장기(210)로부터 냉매 유출이 차단된 상태에서 압축기(100)는 계속 동작하여, 냉매차단밸브(200)와 압축기(100) 사이의 설비 및 배관으로부터 냉매를 지속적으로 강제 흡입하여 응축기에서 액화과정을 거처 냉매 저장기(210)로 냉매를 송출한다.
[74]
이때 압력 게이지(450)의 검지 값(압력 스위치 작동 설정값)에 기초하여, 압축기가 정지된다.
[75]
도 2 에 도시된 실시예에 의하면, 이때 회수작업 시간 단축을 위하여 압축기(100)의 작동에 의하여 입구측의 압력이 설정된 일정한 압력이하로 내려가면 유량제어기(510)가 동작하여 압축기(100)에서 배출된 고온 고압의 증기를 분기관(500)을 통해 공급된다.
[76]
유량제어기(510)가 동작하여 소량의 고온 고압의 냉매 가스를 분기관(500)으로 유입시키면 증발기(400)에서의 냉매 회수 동작이 보다 효과적으로 수행될 수 있다. 유량제어기(510)는 증발기의 특성(증발기의 용량,증발온도 )를 고려하여 단위유량설정 또는 유량제어량 또는 유량제어장치 작동 타이머설정을 조정하여 불필요한 회수가스량 증가를 방지한다.
[77]
또한, 액 이송펌프 구동하여 응축기(200)의 잔류 액체 냉매를 냉매 저장기(210) 측으로 강제 이송함으로써, 냉매 순환의 정지에 의해 응축기(200)에 액체 냉매가 잔류하는 것을 방지한다.
[78]
본 발명에 따르면 설비 점검 및 보수가 완료되고, 냉동시스템이 다시 운전을 시작할 때, 냉동사이클 내에 냉매가 보유되고 있으므로 별도의 냉매 충진 절차 없이 냉동시스템을 다시 가동하는 것이 가능하게 된다.
[79]
[부호의 설명]
[80]
30: 가스검지기 31: 화재감지기
[81]
40: 제어기 50: 배기기구
[82]
60: CO 2 퍼지장치 70: 경보장치
[83]
100: 압축기 105: 첨가제 주입장치
[84]
200: 응축기 205: 액이송펌프
[85]
300: 팽창밸브 400: 증발기
[86]
210: 냉매 저장기 220: 냉매차단밸브
[87]
450: 압력 게이지 500: 분기관
[88]
510: 유량제어기
[89]
[90]

청구범위

[청구항 1]
냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 배출된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 배출되는 냉매를 감압하는 팽창밸브; 및 상기 팽창밸브에서 배출된 냉매를 증발시키고 압축기 측으로 배출하는 증발기를 구비하는 냉동시스템의 안전운전방법으로서, 상기 응축기와 상기 팽창밸브 사이에 배치되어 냉매를 모아 저장할 수 있는 냉매 저장기와, 상기 냉매 저장기로부터 상기 팽창밸브 측으로의 냉매의 유동을 차단할 수 있는 냉매차단밸브와, 상기 압축기의 입구측으로 연결되는 배관의 압력을 측정하는 압력 게이지를 포함하고, 냉매로는 가연성 냉매가 사용되며, 냉매 회수 동작이 시작되면, 상기 냉매차단밸브가 동작하여 상기 냉매 저장기로부터 상기 팽창밸브 사이의 냉매 유동이 차단되어 상기 냉매 저장기에 냉매가 저장되는 것을 허용하고, 상기 압축기는 계속 동작하여 상기 증발기 측으로부터 냉매를 흡입하여 상기 냉매 저장기 측으로 보내는 냉매 회수가 이루어지며, 상기 압력 게이지를 통해 압력을 측정하여, 압력이 설정된 압력값 이하로 내려가는 경우 냉매 회수 완료로 판단하고 상기 압축기를 정지하되, 상기 냉매 저장기로부터 상기 팽창밸브로의 냉매 공급차단이 이루어진 상태에서 상기 압축기가 동작하여 이루어는 냉매 회수 시에, 상기 압축기에서 배출되어 상기 냉매 저장기로 이송되는 냉매 중의 일부가 상기 증발기로 일시적으로 공급되는 동작이 수행되는 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전방법.
[청구항 2]
제1항에 있어서, 상기 팽창밸브와 상기 증발기는 실내기를 형성하여 냉동 또는 냉장이 이루어지는 냉동고에 설치되고, 상기 압축기와 상기 응축기는 냉동유니트를 형성하여 상기 냉동고와 분리된 별개의 공간으로 설치되되, 가스를 검지할 수 있는 가스검지기와, 가스 누설을 관리자 인식가능하게 알리는 경보장치와, 화재를 감지할 수 있는 화재감지기와, 상기 냉동고 또는 상기 냉동유니트의 부분들이 설치된 격리된 공간의 내부 공기를 배기할 수 있는 배기기구와, 상기 냉동고 또는 상기 격리된 공간 내부에 CO 2가스를 퍼지할 수 있는 CO 2 퍼지장치를 더 포함하고, 상기 가스검지기 및 상기 화재감지기의 감지 값에 기초하여, 가스의 누설 또는 화재의 발생을 감지하고, 상기 가스검지기에서 검지된 냉매 가스의 농도값에 기초하여, 상기 경보장치를 통해 가스 누설을 알리는 동작과, 상기 배기기구를 통해 내부 공기를 배기하는 동작과, 상기 CO 2 퍼지장치를 통해 내부로 CO 2가스를 퍼지하는 동작과, 상기 냉매 회수 동작이, 설정된 제어 명령에 기초하여 순차적으로 또는 동시적으로 수행되는 것을 특징으로 하는 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전방법.
[청구항 3]
제1항에 있어서, 상기 응축기의 출구측으로 설치된 액 이송펌프에 의해, 상기 응축기에 잔류하는 액체 냉매를 상기 냉매 저장기로 강제 이송하는 동작이 수행되는 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전방법.
[청구항 4]
냉매를 압축하는 압축기; 상기 압축기에서 배출된 냉매를 응축하는 응축기; 상기 응축기에서 배출되는 냉매를 감압하는 팽창밸브; 및 상기 팽창밸브에서 배출된 냉매를 증발시키고 압축기 측으로 배출하는 증발기를 포함하는 냉동시스템으로서, 냉매로는 가연성 냉매가 사용되며, 상기 응축기와 상기 팽창밸브 사이에 배치되어 냉매를 모아 저장할 수 있는 냉매 저장기 ; 상기 냉매 저장기의 냉매 이송방향 후측으로 구비되어 상기 팽창밸브 측으로의 냉매 이송을 차단할 수 있는 냉매차단밸브; 상기 증발기와 상기 압축기 사이의 배관에서 설치되어 상기 압축기로 유입되는 배관 내의 냉매 압력을 측정하는 압력 게이지; 상기 냉동 시스템의 냉매 회수 동작을 제어하는 제어기; 를 포함하고, 상기 제어기는 냉매 회수 동작이 시작되면, 상기 냉매차단밸브를 작동하여 냉매의 유동을 차단하고, 상기 압축기는 계속 동작하여 상기 증발기 측으로부터 냉매를 흡입하여 상기 냉매 저장기 측으로 보내는 냉매 회수 동작을 하게 하며, 상기 압력 게이지를 통해 측정되는 압력이 설정된 입력값 이하로 내려가는 경우 상기 냉매 회수 완료로 판단하고 상기 압축기를 정지시키되, 상기 압축기에 배출된 냉매를 상기 팽창밸브의 입구 전측으로 공급가능한 분기관; 상기 분기관의 냉매 유입 부분에서 설치되어 상기 분기관으로부터의 냉매 유입을 제어할 수 있는 유량제어기를 포함하고, 상기 냉매 저장기로부터 상기 팽창밸브로의 냉매 공급차단이 이루어진 상태에서 상기 압축기가 동작하여 이루어는 냉매 회수 시에, 상기 압축기에서 배출되어 상기 냉매 저장기로 이송되는 냉매 중의 일부가 상기 분기관을 통해 유입되도록 상기 유량제어기가 상기 제어기에 의해 제어 가능한 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전장치.
[청구항 5]
제4항에 있어서, 상기 냉매 저장기는 상기 냉매차단밸브와 일체로 형성되는 것을 특징으로 하는 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전장치.
[청구항 6]
제4항에 있어서, 상기 냉매 저장기는 복수개의 수액기를 포함하는 것을 특징으로 하는 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전장치.
[청구항 7]
제4항에 있어서, 상기 응축기의 출구측에는 액 이송펌프를 더 포함하여, 상기 응축기에 잔류하는 액체 냉매를 상기 냉매 저장기로 강제 이송 가능한 것을 특징으로 하는 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전장치.
[청구항 8]
제4항에 있어서, 상기 압축기와 병렬로 상기 배관에서 부취제 또는 형광제를 투입가능한 첨가제 주입장치가 설치되는 것을 특징으로 하는 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전장치.
[청구항 9]
제4항에 있어서, 상기 팽창밸브와 상기 증발기는 실내기를 형성하여 냉동 또는 냉장이 이루어지는 냉동고에 설치되고, 상기 압축기와 상기 응축기는 냉동유니트를 형성하여 상기 냉동고와 분리된 별개의 공간으로 설치되되, 가스를 검지할 수 있는 가스검지기; 가스 누설을 관리자 인식가능하게 알리는 경보장치; 화재를 감지할 수 있는 화재감지기; 상기 냉동고 또는 상기 냉동유니트의 부분들이 설치된 격리된 공간의 내부 공기를 배기할 수 있는 배기기구; 상기 냉동고 또는 상기 격리된 공간 내부에 CO 2가스를 퍼지할 수 있는 CO 2 퍼지장치를 더 포함하고, 상기 제어기는 상기 가스검지기 및 상기 화재감지기의 감지 값에 기초하여 가스의 누설 또는 화재의 발생을 감지하여, 상기 경보장치, 상기 배기기구, 상기 CO 2 퍼지장치, 상기 냉매 회수 동작을 수행 여부를 제어하는 것을 특징으로 하는, 가연성 냉매를 이용하는 냉동시스템의 안전운전장치.

도면

[도1]   [규칙 제91조에 의한 정정07.10.2019] 

[도2]   [규칙 제91조에 의한 정정07.10.2019] 

[도3]