KR101174975B1 - Apparatus for making ice slurry and dynamic ice storage cooling system using the same - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초음파 진동에 의한 캐비테이션 현상 및 낙하충격을 이용하여 축열재의 과냉각 상태를 빠르게 해소함으로써 아이스슬러리를 효율적으로 생성할 수 있는 아이스슬러리 제빙장치 및 이를 이용한 동적 빙축열 냉방시스템에 관한 것이다. 이를 위해, 축열재를 과냉각시켜 과냉각수를 생성하는 냉동기(100); 과냉각수 유입라인(L1)을 통해 상기 냉동기(100)와 연결된 축열조(200); 및 과냉각수에 초음파 진동을 인가하는 초음파 발생기(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 아이스슬러리 제빙장치가 제공된다.The present invention relates to an ice sludge ice making apparatus capable of efficiently generating ice sludge by quickly eliminating the supercooled state of the heat storage material by using the cavitation phenomenon and the drop impact by ultrasonic vibration, and a dynamic ice heat storage cooling system using the same. To this end, the refrigerator 100 for supercooling the heat storage material to generate a supercooled water; A heat storage tank 200 connected to the freezer 100 through a subcooling water inlet line L1; And an ultrasonic generator 300 applying ultrasonic vibration to the supercooled water.

Description

아이스슬러리 제빙장치 및 이를 이용한 동적 빙축열 냉방시스템{Apparatus for making ice slurry and dynamic ice storage cooling system using the same}Apparatus for making ice slurry and dynamic ice storage cooling system using the same

본 발명은 아이스슬러리 제빙장치 및 이를 이용한 동적 빙축열 냉방시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초음파 진동에 의한 캐비테이션(Cavitation) 현상 및 낙하충격을 이용하여 축열재의 과냉각 상태를 빠르게 해소함으로써 아이스슬러리(Ice slurry)를 효율적으로 생성할 수 있는 아이스슬러리 제빙장치 및 이를 이용한 동적 빙축열 냉방시스템에 관한 것이다.
The present invention relates to an ice slurry ice making device and a dynamic ice heat storage cooling system using the same, and more particularly, to rapidly relieving the supercooled state of the heat storage material by using a cavitation phenomenon and a drop impact by ultrasonic vibration, ice slurry (Ice slurry). The present invention relates to an ice sludge ice making device capable of efficiently generating a) and a dynamic ice heat storage cooling system using the same.

일반적으로 빙축열 냉방시스템은 축열재를 결빙시켜 축열조에 저장하고, 축열재에 저장된 잠열을 회수하여 건물의 냉방에 이용하는 열교환시스템을 말한다. 이와 같은 빙축열 냉방시스템은 주간 요금의 1/4 수준인 심야 전기를 이용함으로써 냉방비를 절감할 수 있고, 주야간의 전력수요 격차 및 하절기의 최대전력부하를 줄일 수 있는 이점이 있다. 이로 인해, 에너지부족 국가인 우리나라에서 그 효용성이 날로 증대되고 있다.In general, ice heat storage cooling system refers to a heat exchange system that freezes the heat storage material and stores it in the heat storage tank, and recovers the latent heat stored in the heat storage material and uses it for cooling the building. The ice heat storage cooling system can reduce cooling costs by using midnight electricity, which is about 1/4 of the daytime rate, and can reduce the power demand gap between the day and night and the maximum power load in the summer. For this reason, its utility is increasing day by day in the country with energy shortage.

빙축열 냉방시스템은 축열재의 종류 및 이용형태에 따라 정적 방식(static type)과 동적 방식(dynamic type)으로 구분할 수 있다. 정적 방식은 제빙장치로부터 생성된 고체상태의 얼음을 비유동 상태로 이용한다. 즉, 얼음과의 열교환을 통하여 브라인을 냉각시키고 이를 순환시키는 방식이다. 대표적으로 캡슐형(capsule type)과 관외착빙형(Ice on coil type)이 있다. 그러나, 정적 빙축열 시스템은 브라인을 이용한 간접 방식으로서 에너지 변환효율이 비교적 낮고, 시스템이 구조적으로 복잡해지는 문제점이 있다.Ice heat storage cooling system can be classified into a static type and a dynamic type according to the type and use type of heat storage material. The static method uses the solid state ice produced from the ice making machine in a non-flowing state. That is, the brine is cooled and circulated through heat exchange with ice. Representatively, there are capsule type and ice on coil type. However, the static ice heat storage system is an indirect method using brine, which has a relatively low energy conversion efficiency and has a problem in that the system is structurally complicated.

이에 비하여 동적 방식의 빙축열 냉방시스템(이하, '동적 빙축열 냉방시스템'이라고 함)은 유동성 결정상의 얼음(이하, '아이스슬러리'라고 함)을 생성하고, 일반 배관을 통해 부하까지 직접 수송하는 방식이다. 아이스슬러리는 단위 유량당 냉열수송 능력이 우수할 뿐만 아니라 미세한 얼음분말의 표면적이 모두 열교환면적이 되기 때문에 해빙속도가 빠른 장점이 있다. 이로 인해 동적 빙축열 냉방시스템은 그 구조를 단순화시킬 수 있으며 우수한 냉방성능을 제공할 수 있다. 이때, 아이스슬러리 제빙장치는 동적 빙축열 냉방시스템에 있어서 가장 중요한 장비로써 아이스슬러리를 신뢰성있고 경제적으로 생성할 수 있어야 한다. On the other hand, the dynamic ice storage cooling system (hereinafter referred to as 'dynamic ice storage cooling system') is a method of generating ice of crystalline liquid (hereinafter referred to as 'ice slurry') and transporting directly to the load through general pipes. . Ice slurries not only have excellent cold-heating capacity per unit flow rate, but also have a fast thawing speed because the surface area of the fine ice powder becomes the heat exchange area. This allows the dynamic ice heat storage cooling system to simplify its structure and provide excellent cooling performance. At this time, the ice sludge ice making device should be able to reliably and economically produce ice sludge as the most important equipment in the dynamic ice heat storage cooling system.

한편, 아이스슬러리 제빙장치는 제빙방식에 따라 기계적 방식과 과냉각 해소방식으로 구분할 수 있다. 기계적 방식의 제빙장치는 기계적 구동부를 이용하여 얼음 덩어리를 분쇄하거나, 증발판의 전열면에 형성된 얼음층을 긁어내는 방법을 주로 사용한다. 후자와 관련된 종래기술로 대한민국 등록특허 제0513219호, 제0489933호가 개시되어 있다. 이에 의하면 나선형태의 스크래퍼(scraper)를 이용하여 전열관에 형성된 얼음층을 긁어냄으로써 아이스슬러리를 얻게 된다.Meanwhile, the ice slurry ice making apparatus may be classified into a mechanical method and a subcooling dissolution method according to the ice making method. Mechanical ice makers mainly use a method of crushing ice mass using a mechanical drive unit or scraping an ice layer formed on the heat transfer surface of the evaporator plate. Korean Patent Nos. 0513219 and 0489933 have been disclosed as related arts. According to this, ice slurries are obtained by scraping the ice layer formed on the heat transfer tube using a spiral scraper.

그리고, 과냉각 해소방식의 제빙장치는 과냉각수를 생성하고, 이를 교반하거나 충격판에 충돌시키는 등 과냉각수에 인위적인 충격을 가함으로써 과냉각 상태를 해소하고 미세한 얼음입자가 포함된 아이스슬러리를 생성하게 된다. The ice making apparatus of the subcooling dissolution method generates an subcooled water, applies an artificial shock to the subcooled water, such as stirring or colliding the impact plate, thereby eliminating the supercooled state and generating an ice slurry containing fine ice particles.

그러나, 종래기술에 따른 아이스슬러리 제빙장치는 아이스슬러리를 얻기 위한 기계적인 구성이 복잡하여 대형화되고, 이에 따라 제작 및 유지보수 비용이 과도하게 발생하는 문제점이 있다. 또한, 종래의 아이스슬러리 제빙장치는 신뢰성이 떨어져서 제빙효율이 크게 떨어지고 소음발생이 큰 문제점이 있다.
However, the ice sludge ice making apparatus according to the prior art has a problem in that the mechanical configuration for obtaining the ice slurries is complicated and enlarged, resulting in excessive production and maintenance costs. In addition, the conventional ice slurry deicing device has a problem that the noise generation is greatly reduced and the noise generation is greatly reduced reliability.

본 발명은 아이스슬러리를 생성하기 위한 기계적 구성을 생략함으로써 우수한 경제성 및 정숙성을 제공할 수 있는 초음파를 이용한 아이스슬러리 제빙장치 및 이를 이용한 동적 빙축열 냉방시스템을 제공하는 것이다.The present invention provides an ice sludge ice making apparatus using ultrasonic waves and a dynamic ice heat storage cooling system using the same, by omitting a mechanical configuration for producing ice sludge.

본 발명의 다른 목적은 제빙효율이 우수하고 전력소모가 적은 친환경 아이스슬러리 제빙장치 및 이를 이용한 동적 빙축열 냉방시스템을 제공하는 것이다.
Another object of the present invention is to provide an eco-friendly ice slurry ice making device having excellent ice making efficiency and low power consumption, and a dynamic ice storage cooling system using the same.

상기와 같은 본 발명의 목적은, 축열재를 과냉각시켜 과냉각수를 생성하는 냉동기(100); 과냉각수 유입라인(L1)을 통해 냉동기(100)와 연결된 축열조(200); 및 과냉각수에 초음파 진동을 인가하는 초음파 발생기(300);를 포함하는 것을 특징으로 하는 아이스슬러리 제빙장치에 의해 달성될 수 있다.An object of the present invention as described above, the refrigerator 100 for generating a supercooled water by supercooling the heat storage material; A heat storage tank 200 connected to the freezer 100 through a subcooling water inlet line L1; And an ultrasonic generator 300 for applying ultrasonic vibrations to the supercooled water.

그리고, 축열재는 물 또는 3 ~ 10%의 브라인이 포함된 수용액인 것이 바람직하다.And, the heat storage material is preferably an aqueous solution containing water or 3 to 10% of brine.

그리고, 냉동기(100)는 축열재를 1차 냉각시키는 제1 열교환기(110)와, 1차 냉각된 축열재를 과냉각시켜 과냉각수를 생성하는 제2 열교환기(120)가 구비된다. 이때, 제1 및 제2 열교환기(110, 120)의 내부 온도를 각각 측정하는 센서와, 센서의 출력신호에 기초하여 냉동기(100) 및 초음파 발생기(300)를 제어하는 제어부가 더 구비된다.The refrigerator 100 includes a first heat exchanger 110 for primarily cooling the heat storage material and a second heat exchanger 120 for supercooling the primary cooled heat storage material to generate subcooled water. At this time, the sensor for measuring the internal temperature of the first and second heat exchangers (110, 120), respectively, and a control unit for controlling the refrigerator 100 and the ultrasonic generator 300 based on the output signal of the sensor.

그리고, 축열조(200)는 과냉각수를 분배하여 축열조(200)에 분산 낙하시키는 복수의 디퓨저(210)가 더 구비된다. 이때, 디퓨저(210)는 개폐밸브(212)가 구비된 함체로서 과냉각수가 임시저장될 수 있다.In addition, the heat storage tank 200 further includes a plurality of diffusers 210 that distribute and drop the supercooled water to the heat storage tank 200. At this time, the diffuser 210 is a housing provided with the on-off valve 212 may be temporarily stored in the supercooled water.

그리고, 초음파 발생기(300)는 37 ~ 45kHz의 발진 주파수를 갖는다.The ultrasonic generator 300 has an oscillation frequency of 37 to 45 kHz.

그리고, 초음파 발생기(300)는 축열조(200)의 일측에 설치된다.The ultrasonic generator 300 is installed at one side of the heat storage tank 200.

또한, 초음파 발생기(300)는 디퓨저(210)의 일측에 설치될 수도 있다. 이때, 제1 이송펌프(P1)가 구비되어 축열조(200)에 저장된 과냉각수를 상기 과냉각수 유입라인(L1)으로 반송하는 과냉각수 반송라인(L2)이 더 구비될 수 있다.
In addition, the ultrasonic generator 300 may be installed on one side of the diffuser 210. At this time, the first transfer pump (P1) may be further provided with a subcooled water conveying line (L2) for conveying the subcooled water stored in the heat storage tank 200 to the subcooled water inlet line (L1).

또한, 다른 카테고리로서 상기와 같은 본 발명의 목적은 전술한 아이스슬러리 제빙장치; 부하측 열교환기(400); 아이스슬러리 제빙장치의 축열조(200)와 부하측 열교환기(400)를 연결하고, 제2 이송펌프(P2)가 구비된 아이스슬러리 공급라인(L3); 및 부하측 열교환기(400)와 아이스슬러리 제빙장치의 냉동기(100)를 연결하는 축열재 반송라인(L4);을 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 빙축열 냉방시스템에 의해서도 달성될 수 있다. 이때, 부하측 열교환기(400)는 아이스슬러리에 초음파 진동을 인가하는 초음파 발생기(300')가 더 구비되는 것이 바람직하다.
In addition, another object of the present invention as described above is the above-mentioned ice slurry ice making apparatus; A load side heat exchanger 400; Ice slurry supply line (L3) for connecting the heat storage tank 200 and the load-side heat exchanger (400) of the ice slurry ice making apparatus, the second transfer pump (P2); And a heat storage material conveying line (L4) connecting the load-side heat exchanger 400 and the freezer 100 of the ice slurry ice making device to be achieved by a dynamic ice heat storage cooling system. At this time, the load-side heat exchanger 400 is preferably further provided with an ultrasonic generator 300 ′ for applying ultrasonic vibration to the ice slurry.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 아이스슬러리 제빙장치는 초음파 진동에 의한 캐비테이션 현상과 낙하충격을 이용하여 과냉각수의 과냉각 상태를 해소시킴으로써 아이스슬러리의 효율적인 제빙이 가능하다. 즉, 종래 아이스슬러리를 생성하기 위한 기계적 구성이 복잡하였던 것에 비해 제빙장치의 구성을 단순화시킬 수 있고, 이로 인해 아이스슬러리 제빙장치의 제작 및 유지보수비용이 대폭 절감되는 이점이 있다. 그리고, 초음파를 이용함으로써 제빙시 소음이 적게 발생하는 이점이 있다.As described above, the ice sludge ice making apparatus according to the present invention is capable of efficient ice making by eliminating the supercooled state of the subcooled water by using the cavitation phenomenon and the drop impact by the ultrasonic vibration. That is, compared with the conventional mechanical configuration for producing ice slurries, the configuration of the ice making device can be simplified, and thus, the manufacturing and maintenance cost of the ice sludge ice making device is greatly reduced. And, by using the ultrasonic wave there is an advantage that less noise occurs during ice making.

또한, 본 발명에 따른 아이스슬러리 제빙장치는 축열재를 2단계로 냉각하여 냉동기의 급격한 부하 발생을 방지하여 전력소모를 줄이고, 순도가 높은 과냉각수를 공급함으로써 본 발명의 신뢰성을 더욱 향상시킬 수 있다.In addition, the ice slurry ice making apparatus according to the present invention can reduce the power consumption by cooling the heat storage material in two stages to prevent the sudden load of the refrigerator, and further improve the reliability of the present invention by supplying a high-purity supercooled water. .

나아가, 본 발명에 따른 아이스슬러리 제빙장치를 이용한 동적 빙축열 냉방시스템은 그 운전방법에 따라 냉방부하의 일부 또는 전부를 부담할 수 있으며, 높은 냉방효율을 갖고 전력소모가 적어서 차세대 친환경 냉방시스템으로써 폭넓게 활용될 수 있다.Furthermore, the dynamic ice heat storage cooling system using the ice sludge ice making device according to the present invention can bear some or all of the cooling load depending on its operation method, and has high cooling efficiency and low power consumption, thus widely used as a next-generation eco-friendly cooling system. Can be.

비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허청구의 범위에 속함은 자명하다.
Although the present invention has been described in connection with the above-mentioned preferred embodiments, it will be readily apparent to those skilled in the art that various other modifications and variations are possible without departing from the spirit and scope of the invention. Are all within the scope of the appended claims.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 아이스슬러리 제빙장치를 나타내는 구성도.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 아이스슬러리 제빙장치를 나타내는 구성도.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 아이스슬러리 제빙장치의 디퓨저와 초음파발생장치를 개략적으로 도시한 단면도.
도 4는 제2 실시예에 따른 디퓨저의 변형예를 나타내는 단면도.
도 5는 본 발명에 따른 동적 빙축열 냉방시스템을 나타내는 구성도.1 is a block diagram showing an ice slurry ice making apparatus according to a first embodiment of the present invention.
Figure 2 is a block diagram showing an ice slurry ice making apparatus according to a second embodiment of the present invention.
Figure 3 is a schematic cross-sectional view of the diffuser and ultrasonic generator of the ice slurry ice making apparatus according to a second embodiment of the present invention.
4 is a cross-sectional view showing a modification of the diffuser according to the second embodiment.
5 is a block diagram showing a dynamic ice heat storage cooling system according to the present invention.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 사용한다.
Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In adding reference numerals to components of each drawing, the same reference numerals are used for the same components as much as possible even though they are shown in different drawings.

[[ 아이스슬러리Ice Slurry 제빙장치] Ice making device]

(제1 (First 실시예Example ))

먼저, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 아이스슬러리 제빙장치의 구성에 대하여 설명한다.First, with reference to the accompanying drawings will be described the configuration of the ice slurry ice making apparatus according to a first embodiment of the present invention.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 아이스슬러리 제빙장치를 나타내는 구성도이다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 아이스슬러리 제빙장치는 도 1에 도시된 바와 같이 냉동기(100), 축열조(200), 초음파 발생기(300) 및 제어부(미도시)를 포함하여 구성된다. 그리고, 본 발명에 사용되는 축열재는 상변화가능한 물질로서 물 혹은 약 3 ~ 10%의 브라인이 포함된 수용액이 적용된다.1 is a block diagram showing an ice slurry ice making apparatus according to a first embodiment of the present invention. The ice slurry ice making apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a refrigerator 100, a heat storage tank 200, an ultrasonic generator 300, and a controller (not shown) as shown in FIG. In the heat storage material used in the present invention, water or an aqueous solution containing about 3 to 10% of brine is applied as a phase changeable material.

냉동기(100)는 상온의 축열재를 과냉각시켜 과냉각수를 생성하는 역할을 한다. 냉동기(100)기 냉동능력은 약 100 ~ 250RT인 중형이거나 250RT 이상의 대용량인 것이 바람직하다. The refrigerator 100 serves to generate supercooled water by supercooling the heat storage material at room temperature. The freezing capacity of the refrigerator 100 is preferably about medium to about 100 to 250RT or a large capacity of 250RT or more.

냉동기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이 제1 열교환기(110)와 제2 열교환기(120)가 구비되어 축열재를 단계적으로 과냉각시키게 된다. 이때, 제1 및 제2 열교환기(110, 120)는 전열면적이 비교적 넓은 판형 열교환기가 사용되는 것이 바람직하다. 한편, 제1 열교환기(110)는 상온의 축열재를 어는점(물의 경우 0℃)보다 약 1 ~ 5℃높은 온도로 1차 냉각시키게 된다. 그리고, 제2 열교환기(120)는 1차 냉각된 축열재를 어는점보다 약 1 ~ 4℃ 낮은 온도로 급랭시켜 과냉각수를 생성한다. 이때, 제1 및 제2 열교환기(110, 120)에는 축열재의 냉각온도를 정밀하게 제어하기 위한 온도센서(미도시)가 설치된다.As shown in FIG. 1, the refrigerator 100 includes a first heat exchanger 110 and a second heat exchanger 120 to supercool the heat storage material in stages. In this case, it is preferable that the plate heat exchanger having a relatively large heat transfer area is used for the first and second heat exchangers 110 and 120. Meanwhile, the first heat exchanger 110 first cools the heat storage material at room temperature to a temperature about 1 to 5 ° C. higher than the freezing point (0 ° C.). In addition, the second heat exchanger 120 rapidly cools the first cooled heat storage material to a temperature about 1 to 4 ° C. lower than the freezing point to generate the supercooled water. At this time, the first and second heat exchangers (110, 120) is provided with a temperature sensor (not shown) for precisely controlling the cooling temperature of the heat storage material.

축열조(200)는 냉동기(100)에 의해 생성된 과냉각수가 유입되고, 이후에 설명될 초음파 발생기(300)에 의해 생성되는 아이스슬러리를 저장하는 역할을 한다. 본 실시예에 따르면 축열조(200)는 가로 및 세로길이가 약 10m이고 높이가 대략 7m인 대용량 수조로서, 콘크리트 또는 스테인레스로 제작된다. 축열조(200)는 원통형으로 제작될 수도 있으며 건물의 냉방에 필요한 축열량에 따라 그 크기를 달리할 수 있다. 이와 같은 축열조(200)는 도 1에 도시된 바와 같이 과냉각수 유입라인(L1)을 통해 냉동기(100)의 제2 열교환기(120)와 연결된다.The heat storage tank 200 flows in the supercooled water generated by the refrigerator 100 and stores ice slurries generated by the ultrasonic generator 300 to be described later. According to the present embodiment, the heat storage tank 200 is a large-capacity water tank having a horizontal and vertical length of about 10 m and a height of about 7 m, and is made of concrete or stainless steel. The heat storage tank 200 may be manufactured in a cylindrical shape and may vary in size depending on the amount of heat storage required for cooling the building. This heat storage tank 200 is connected to the second heat exchanger 120 of the refrigerator 100 through the subcooled water inlet line (L1) as shown in FIG.

한편, 축열조(200)의 상측에는 일정간격으로 배열된 다수의 디퓨저(210)가 구비된다. 본 실시예에 의하면 디퓨저(210)는 도 3에서와 같이 직경이 약 100mm인 배관으로서 말단부의 직경이 확대되는 형상을 갖는다. 그리고, 약 2m × 2m의 면적마다 1개씩 배치됨으로써 과냉각수 유입라인(L1)을 통해 유입되는 과냉각수를 분배하여 축열조(200)에 분산 낙하시키게 된다.On the other hand, a plurality of diffusers 210 arranged at a predetermined interval on the upper side of the heat storage tank 200 is provided. According to this embodiment, the diffuser 210 is a pipe having a diameter of about 100 mm, as shown in FIG. Then, by disposing one by one for each area of about 2m × 2m to distribute the sub-cooling water flowing through the sub-cooling water inlet line (L1) to be dispersed and dropped in the heat storage tank (200).

또한, 도면에는 도시되어 있지 않지만, 축열조(200) 내에 균일한 빙충전율 분포를 위해 교반기(미도시)가 설치될 수 있다.In addition, although not shown in the figure, a stirrer (not shown) may be installed in the heat storage tank 200 for uniform ice charge distribution.

초음파 발생기(300)는 축열조(200)에 유입된 과냉각수에 초음파 진동을 인가함으로써 아이스슬러리를 생성시키는 역할을 한다. 초음파 발생기(300)는 진동자와 발진기로 구성되고, 약 37 ~ 45kHz의 발진 주파수로 초음파 진동을 유발시키게 된다. 초음파 발생기(300)는 도 1에 도시된 바와 같이 축열조(200) 내부로 초음파 진동을 고르게 인가할 수 있도록 축열조(200)의 외측 둘레에 다수개가 일정간격으로 설치된다. 이와 달리 축열조(200)의 바닥면에 설치되는 것도 가능하다.The ultrasonic generator 300 serves to generate ice slurry by applying ultrasonic vibration to the supercooled water introduced into the heat storage tank 200. Ultrasonic generator 300 is composed of a vibrator and an oscillator, and causes the ultrasonic vibration at the oscillation frequency of about 37 ~ 45kHz. As illustrated in FIG. 1, a plurality of ultrasonic wave generators 300 are installed at a predetermined interval around the outer circumference of the heat storage tank 200 so as to evenly apply ultrasonic vibration to the heat storage tank 200. Alternatively, it is possible to be installed on the bottom surface of the heat storage tank 200.

제어부(미도시)는 냉동기(100) 및 초음파 발생기(300)와 전기적으로 연결되고, 이들을 제어하는 역할을 한다. 제어부(미도시)는 앞서 설명한 제1 및 제2 열교환기(110, 120)에 구비된 온도센서(미도시)로부터 전달받은 출력신호에 기초하여 냉동기(100)의 출력을 조절함으로써 축열재의 냉각온도를 정밀하게 조절한다. 또한, 온도센서(미도시)로부터 전달받은 출력신호에 기초하여 초음파 발생기(300)를 구동시킬 수 있다. 이때, 제어부(미도시)는 미리 설정된 시간 혹은 프로그램에 따라 초음파 발생기(300)를 구동시킬 수 있다.
The controller (not shown) is electrically connected to the refrigerator 100 and the ultrasonic generator 300 and serves to control them. The controller (not shown) adjusts the output of the refrigerator 100 based on the output signal received from the temperature sensors (not shown) provided in the first and second heat exchangers 110 and 120 described above, thereby cooling the temperature of the heat storage material. Precisely adjust the In addition, the ultrasonic generator 300 may be driven based on an output signal received from a temperature sensor (not shown). In this case, the controller (not shown) may drive the ultrasonic generator 300 according to a preset time or program.

이하, 도 1을 참고하여 상술된 구성을 갖는 본 발명의 제1 실시예에 따른 아이스슬러리 제빙장치의 작용에 대해서 설명한다.Hereinafter, the operation of the ice slurry ice making apparatus according to the first embodiment of the present invention having the above-described configuration with reference to FIG.

본 발명의 제1 실시예에 따른 아이스슬러리 제빙장치는 도 1에 도시된 바와 같이 상온의 축열재가 냉동기(100)에 구비된 제1 열교환기(110)와 제2 열교환기(120)를 차례로 거치면서 과냉각 상태로 변환된다. 먼저, 상온의 축열재는 제1 열교환기(110)에서 어는점(물의 경우 0℃)보다 약 1 ~ 5℃높은 온도로 1차 냉각된다. 그리고, 1차 냉각된 축열재는 제2 열교환기(120)에서 어는점보다 약 1 ~ 4℃ 낮은 온도로 빠르게 냉각되어 결정화 과정이 제대로 이루어지지 않게 되고, 결국 과냉각수로 변환된다. 이와 같이 축열재를 2단계로 냉각시키는 이유는 냉동기(100)의 급격한 부하 발생을 방지하여 전력소모를 줄이고, 순도가 높인 과냉각수를 얻기 위함이다.In the ice slurry ice making apparatus according to the first embodiment of the present invention, the first heat exchanger 110 and the second heat exchanger 120 equipped with the heat storage material at room temperature are provided in the refrigerator 100 as shown in FIG. 1. Is converted to a supercooled state. First, the heat storage material at room temperature is first cooled to a temperature about 1 to 5 ° C. higher than the freezing point (0 ° C. for water) in the first heat exchanger 110. In addition, the first cooled heat storage material is rapidly cooled to a temperature about 1 to 4 ° C. lower than the freezing point in the second heat exchanger 120, so that the crystallization process is not properly performed, and is eventually converted into supercooled water. The reason for cooling the heat storage material in two steps as described above is to prevent sudden load generation of the refrigerator 100 to reduce power consumption and to obtain a supercooled water with high purity.

이후, 과냉각수는 과냉각수 유입라인(L1)을 거쳐 다수의 디퓨저(210)에서 분배되고, 축열조(200)에 낙하하게 된다. 그리고 축열조(200)에 과냉각수가 어느 정도 저장되면, 초음파 발생기(300)가 약 37 ~ 45kHz의 발진 주파수를 갖는 초음파 진동을 지속적으로 혹은 단속적으로 가함으로써(예를 들어, 30초 ~ 3분마다) 아이스슬러리를 생성하게 된다. Subsequently, the subcooled water is distributed in the plurality of diffusers 210 via the subcooled water inflow line L1 and falls to the heat storage tank 200. When the supercooling water is stored in the heat storage tank 200 to some extent, the ultrasonic generator 300 continuously or intermittently applies ultrasonic vibration having an oscillation frequency of about 37 to 45 kHz (for example, every 30 seconds to 3 minutes). Ice slurries are created.

이와 같은 아이스슬러리의 생성과정은 초음파 진동에 의한 과냉각수의 캐비테이션 현상에 의해 촉발된다. 캐비테이션 현상은 초음파 진동이 액체에 전파될 때 초음파 진동의 압력변화에 의해 미세기포가 생성되고 소멸되는 현상으로 매우 큰 압력과 고온을 동반한다. 이 압력과 고온은 수 백분의 1초에서 수천 분의 1초 단위 짧은 시간 동안 발생한다. 이와 같은 캐비테이션 현상에 의해 발생된 기포가 터질 때의 압력 및 기포 내에서의 방전은 결정핵의 형성을 촉발시킨다. 그리고, 결정핵을 중심으로 0.1 ~ 0.001mm의 입자경을 갖는 얼음입자가 급격하게 생성됨으로써 유동성을 갖는 아이스슬러리가 생성되는 것이다. 이때, 얼음입자의 생성은 축열조(200)의 상부에서부터 아래방향으로 진행된다.The production of such ice slurry is triggered by the cavitation phenomenon of supercooled water by ultrasonic vibration. Cavitation is a phenomenon in which microbubbles are generated and extinguished by a change in pressure of ultrasonic vibration when ultrasonic vibration propagates into a liquid, and is accompanied with very high pressure and high temperature. This pressure and high temperature occur over a few hundredths of a second to thousands of seconds. The pressure when the bubbles burst due to such a cavitation phenomenon and the discharge in the bubbles trigger the formation of crystal nuclei. In addition, ice particles having a particle size of 0.1 to 0.001 mm are rapidly generated around the crystal nucleus to generate ice slurry having fluidity. At this time, the production of ice particles proceeds downward from the top of the heat storage tank (200).

또한, 과냉각수는 앞서 설명한 디퓨저(210)에서 축열조(300)로의 낙하충격에 의해서도 과냉각 상태가 어느 정도 해소된다. 즉, 낙하충격은 초음파 진동에 의한 과냉각 해소효과를 가속화하여 아이스슬러리의 생성율을 더욱 향상시키게 된다.In addition, the subcooled water is eliminated to some extent by the impact shock from the diffuser 210 to the heat storage tank 300 described above. In other words, the drop shock accelerates the subcooling effect by the ultrasonic vibration, thereby further improving the ice slurry production rate.

한편, 아이스 슬러리의 축열량과 배관 내에서의 유동성을 고려하여 축열조(200) 내의 빙충전율(전체 체적에 대한 얼음입자의 비율)이 약 70%가 될 때까지 초음파 발생기(300)를 가동시키는 것이 바람직하다.On the other hand, in consideration of the heat storage amount of the ice slurry and the fluidity in the pipe, the ultrasonic generator 300 is operated until the ice filling rate (the ratio of ice particles to the total volume) in the heat storage tank 200 becomes about 70%. desirable.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 아이스슬러리 제빙장치는 2종류의 운전이 가능하다. 첫번째 운전방법은 축열조(200)에 과냉각수가 채워지면 과냉각수의 유입을 차단하고, 아이스슬러리를 생성하여 저장하였다가 필요한 시간대에 냉방에 이용하는 것이다.The ice slurry ice making apparatus according to the present invention as described above is capable of two types of operation. The first operation method is to block the inflow of the subcooled water when the supercooling water is filled in the heat storage tank 200, to generate and store the ice slurry to use for cooling at the required time.

두번째 운전방법은 축열조(200)에 과냉각수를 계속적으로 유입시킴과 동시에 생성된 아이스슬러리를 배출시켜 실시간으로 냉방에 이용하는 것이다.
The second operation method is to continuously introduce the supercooled water into the heat storage tank 200 and to discharge the ice slurry produced at the same time to use for cooling in real time.

(제2 (Second 실시예)Example

이하, 본 발명의 제2 실시예에 따른 아이스슬러리 제빙장치에 대해 설명한다.Hereinafter, an ice slurry ice making apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described.

도 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 아이스슬러리 제빙장치를 나타내는 구성도이다. 본 발명의 제2 실시예에 따른 아이스슬러리 제빙장치는 도 2에 도시된 바와 같이 초음파 발생기(300)가 다수의 디퓨저(210)에 설치되는 것을 특징으로 한다. 그리고, 축열조(200)와 과냉각수 유입라인(L1)을 연결하는 과냉각수 반송라인(l2)이 구비된다는 점에서 제1 실시예와 다르다. Figure 2 is a block diagram showing an ice slurry ice making apparatus according to a second embodiment of the present invention. The ice slurry ice making apparatus according to the second embodiment of the present invention is characterized in that the ultrasonic generator 300 is installed in the plurality of diffusers 210 as shown in FIG. In addition, it differs from the first embodiment in that a subcooled water conveying line l2 connecting the heat storage tank 200 and the subcooled water inflow line L1 is provided.

도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 아이스슬러리 제빙장치의 디퓨저와 초음파 발생기를 개략적으로 도시한 단면도이다. 디퓨저(210)는 제1 실시예와 마찬가지로 말단부의 직경이 확대된 형상을 갖고, 말단부 외측 둘레에 초음파 발생기(300)가 설치된다. 즉, 본 실시예에 의하면 디퓨저(210)로 유입된 과냉각수에 초음파 진동이 인가되고, 이에 따라 과냉각수는 과냉각 상태가 어느 정도 해소되어 축열조(200)로 낙하하게 된다. 이때, 낙하충격에 의하여 과냉각 상태가 급격하게 해소되고, 아이스슬러리가 생성되는 것이다. 3 is a cross-sectional view schematically showing the diffuser and the ultrasonic generator of the ice slurry ice making apparatus according to a second embodiment of the present invention. The diffuser 210 has a shape in which the diameter of the distal end portion is enlarged, as in the first embodiment, and the ultrasonic generator 300 is installed around the outer end of the distal end portion. That is, according to the present exemplary embodiment, ultrasonic vibration is applied to the subcooled water flowing into the diffuser 210, and thus the subcooled water is dropped to the heat storage tank 200 by removing the subcooled state to some extent. At this time, the supercooled state is abruptly resolved by the drop impact, and ice slurry is generated.

본 실시예에 의하면 과냉각수가 유동하는 상태에서 초음파 진동이 인가되므로 초음파 발생기(300)를 여러 개 설치하여 초음파 진동의 출력을 높일 수 있다.According to this embodiment, since the ultrasonic vibration is applied in the state where the supercooled water flows, the ultrasonic generator 300 may be installed to increase the output of the ultrasonic vibration.

그리고, 축열조(200)에 저장된 아이스슬러리의 빙충전율이 낮을 경우 축열조(200) 내부의 과냉각수를 과냉각수 유입라인(L1)으로 다시 반송함으로써 아이스슬러리의 빙충전율을 높일 수 있다. 즉, 과냉각수 반송라인(L2)에 설치된 제1 이송펌프(P1)를 가동하여 축열조(200) 하부에 위치하는 과냉각수를 인출하여 반송하게 된다.When the ice filling rate of the ice slurry stored in the heat storage tank 200 is low, the ice filling rate of the ice slurry may be increased by conveying the subcooled water in the heat storage tank 200 back to the subcooling water inflow line L1. That is, by operating the first transfer pump P1 installed in the subcooled water transfer line L2, the supercooled water located under the heat storage tank 200 is extracted and conveyed.

도 4는 제2 실시예에 따른 디퓨저의 변형예를 나타내는 단면도이다. 한편, 본 실시예에 따른 아이스슬러리 제빙장치는 도 4에 도시된 바와 같이 디퓨저(210')를 소정 용량의 함체로 구성하고, 디퓨저(210')의 하측에 개폐밸브(212)를 구비시킴으로써 과냉각수를 임시저장할 수 있는 구조를 갖는다. 즉, 개폐밸브(212)를 닫은 상태에서 디퓨저(210')에 저장된 과냉각수에 초음파 진동을 가하고, 아이스슬러리의 빙충전율이 높아진 상태에서 개폐밸브(212)를 개방하여 낙하시키는 것이다.4 is a cross-sectional view showing a modification of the diffuser according to the second embodiment. On the other hand, the ice slurry ice making apparatus according to the present embodiment is configured to include a diffuser 210 'of a predetermined capacity as shown in Figure 4, by providing an on-off valve 212 below the diffuser 210' subcooled It has a structure that can temporarily store numbers. That is, ultrasonic vibration is applied to the subcooled water stored in the diffuser 210 'in the state in which the on / off valve 212 is closed, and the on / off valve 212 is opened and dropped in the state where the ice filling rate of the ice slurry is increased.

이와 같은 구조의 아이스슬러리 제빙장치는 과냉각수의 반송과정 없이도 아이스슬러리의 빙충전율을 향상시킬 수 있다.
The ice sludge ice making device having such a structure can improve the ice filling rate of the ice slurry without the supercooled water conveying process.

[동적 [dynamic 빙축열Ice storage 냉방시스템] Cooling system]

이하, 전술한 아이스슬러리 제빙장치를 이용한 동적 빙축열 냉방시스템에 대하여 설명한다.Hereinafter, a dynamic ice heat storage cooling system using the aforementioned ice slurry ice making device will be described.

도 5는 본 발명에 따른 동적 빙축열 냉방시스템을 나타내는 구성도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 동적 빙축열 냉방시스템은 아이스슬러리 제방장치에 아이스슬러리 공급라인(L3), 부하측 열교환기(400) 및 축열재 반송라인(L4)이 더 포함된 구성을 갖는다.Figure 5 is a block diagram showing a dynamic ice heat storage cooling system according to the present invention. As shown in FIG. 5, the dynamic ice heat storage cooling system according to the present invention further includes an ice slurry supply line (L3), a load side heat exchanger (400), and a heat storage material conveying line (L4). .

아이스슬러리 공급라인(L3)은 아이스슬러리 제빙장치의 축열조(200)에서 생성되어 저장된 아이스슬러리를 부하측 열교환기(400)로 수송하기 위한 배관이다. 즉, 제어부(미도시)에 의해 아이스슬러리 공급라인(L3)에 구비된 제2 이송펌프(P2)의 가동되고, 이에 따라 축열조(200)에 저장된 아이스슬러리가 인출되어 부하측 열교환기(400)로 이송된다. The ice slurry supply line L3 is a pipe for transporting the ice slurry produced and stored in the heat storage tank 200 of the ice slurry ice making device to the load side heat exchanger 400. That is, the control unit (not shown) of the second feed pump (P2) provided in the ice slurry supply line (L3) is operated, accordingly the ice slurry stored in the heat storage tank 200 is drawn out to the load-side heat exchanger (400) Transferred.

부하측 열교환기(400)는 빌딩, 공장 등의 중대형 건물에 설치된 공조장치로서, 통상적으로 사용되는 판형 열교환기나 나선형 열교환기일 수 있다. 그리고, 부하측 열교환기(400)는 열교환된 냉열을 순환시키기 위한 냉각팬(410)이 구비된다. The load-side heat exchanger 400 is an air conditioner installed in a medium-large building such as a building or a factory, and may be a plate heat exchanger or a spiral heat exchanger that is commonly used. In addition, the load-side heat exchanger 400 is provided with a cooling fan 410 for circulating the heat exchanged cold heat.

한편, 부하측 열교환기(400)에는 도 5에 도시된 바와 같이 열교환기(400) 내부에 초음파 진동을 가하기 위한 초음파 발생기(300')가 구비된다. 즉, 캐비테이션 현상에 의해 발생되는 압력 및 열을 이용함으로써 아이스슬러리의 해빙과정을 더욱 촉진할 수 있다. 이로 인해 부하측 열교환기(400)에서의 열교환효율 및 냉방효율이 더욱 향상된다.Meanwhile, as illustrated in FIG. 5, the load side heat exchanger 400 includes an ultrasonic generator 300 ′ for applying ultrasonic vibration to the inside of the heat exchanger 400. That is, by using the pressure and heat generated by the cavitation phenomenon it can further promote the ice slurry thawing process. This further improves heat exchange efficiency and cooling efficiency in the load side heat exchanger 400.

축열재 반송라인(L4)은 아이스슬러리 제빙장치의 냉동기(100)와 부하측 열교환기(400)를 연결하는 배관이다. 축열재 반송라인(L4)은 부하측 열교환기(400)에서 해빙된 축열재를 냉동기(100)의 제1 열교환기(110)로 반송하게 된다.The heat storage material conveying line (L4) is a pipe connecting the refrigerator 100 and the load side heat exchanger 400 of the ice slurry ice maker. The heat storage material conveying line L4 conveys the heat storage material thawed in the load side heat exchanger 400 to the first heat exchanger 110 of the refrigerator 100.

이상에서 설명한 바와 같은 본 발명에 따른 동적 빙축열 냉방시스템은 야간에 심야전기를 이용하여 아이스슬러리를 생성하여 축열조(200)에 저장하고, 주간의 필요한 시간대에 저장된 아이스슬러리를 이용하여 건물의 냉방에 이용될 수 있다. 또한, 아이스슬러리를 주간에 실시간으로 생성하고 이를 순환시킴으로써 건물의 냉방부하를 전적으로 부담할 수 있다.
Dynamic ice heat storage cooling system according to the present invention as described above generates ice sludge by using a late night electricity at night, stored in the heat storage tank 200, and used for cooling the building using ice sludge stored in the required time of day Can be. In addition, it is possible to bear the cooling load of the building by generating ice cycles in real time during the day and circulating them.

100 : 냉동기
110 : 제1 열교환기
120 : 제2 열교환기
200 : 축열조
210, 210' : 디퓨저
212 : 개폐밸브
300, 300' : 초음파발생기
400 : 부하측 열교환기
410 : 냉각팬
L1 : 과냉각수 유입라인
L2 : 과냉각수 반송라인
L3 : 아이스슬러리 공급라인
L4 : 축열재 반송라인
P1 : 제1 이송펌프
P2 : 제2 이송펌프100: freezer
110: first heat exchanger
120: second heat exchanger
200: heat storage tank
210, 210 ': diffuser
212: on-off valve
300, 300 ': ultrasonic generator
400: load side heat exchanger
410: cooling fan
L1: Supercooled water inlet line
L2: Supercooled water return line
L3: Ice Slurry Supply Line
L4: Heat storage material return line
P1: first transfer pump
P2: 2nd transfer pump

Claims (12)

축열재를 과냉각시켜 과냉각수를 생성하는 냉동기(100);
과냉각수 유입라인(L1)을 통해 상기 냉동기(100)와 연결된 축열조(200); 및
상기 과냉각수에 초음파 진동을 인가하는 초음파 발생기(300)를 포함하되, 상기 냉동기(100)는,
상기 축열재를 1차 냉각시키는 제1 열교환기(110)와,
상기 1차 냉각된 축열재를 과냉각시켜 상기 과냉각수를 생성하는 제2 열교환기(120)가 구비되고, 상기 제1 및 제2 열교환기(110, 120)의 내부 온도를 각각 측정하는 센서와, 상기 센서의 출력신호에 기초하여 상기 냉동기(100) 및 상기 초음파 발생기(300)를 제어하는 제어부가 구비되며, 상기 축열조(200)는 상기 과냉각수를 분배하여 상기 축열조(200)에 분산 낙하시키는 복수의 디퓨저(210)를 구비하되, 상기 디퓨저(210)는 개폐밸브(212)가 구비된 함체로서 상기 과냉각수가 임시저장되는 것을 특징으로 하는 아이스슬러리 제빙장치.A refrigerator 100 for supercooling the heat storage material to generate subcooled water;
A heat storage tank 200 connected to the freezer 100 through a subcooling water inlet line L1; And
It includes an ultrasonic generator 300 for applying ultrasonic vibration to the supercooled water, the refrigerator 100,
A first heat exchanger 110 for first cooling the heat storage material;
A second heat exchanger 120 configured to subcool the primary cooled heat storage material to generate the supercooled water, and to measure internal temperatures of the first and second heat exchangers 110 and 120, respectively; A control unit is provided to control the refrigerator 100 and the ultrasonic generator 300 based on the output signal of the sensor, and the heat storage tank 200 distributes and drops the supercooled water to the heat storage tank 200. Is provided with a diffuser (210), the diffuser 210 is an ice slurry ice making apparatus, characterized in that the supercooled water is temporarily stored as a housing having an opening and closing valve (212). 제1항에 있어서,
상기 축열재는 물 또는 3 ~ 10%의 브라인이 포함된 수용액인 것을 특징으로 하는 아이스슬러리 제빙장치.The method of claim 1,
The heat storage material is ice sludge ice making apparatus, characterized in that the aqueous solution containing water or 3 to 10% of brine. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제1항에 있어서,
상기 초음파 발생기(300)는 37 ~ 45kHz의 발진 주파수를 갖는 것을 특징으로 하는 아이스슬러리 제빙장치.The method of claim 1,
The ultrasonic generator 300 is an ice slurry ice maker, characterized in that having an oscillation frequency of 37 ~ 45kHz. 제1항에 있어서,
상기 초음파 발생기(300)는 상기 축열조(200)의 일측에 설치된 것을 특징으로 하는 아이스슬러리 제빙장치.The method of claim 1,
The ultrasonic generator 300 is an ice slurry ice making apparatus, characterized in that installed on one side of the heat storage tank (200). 제1항에 있어서,
상기 초음파 발생기(300)는 상기 디퓨저(210)의 일측에 설치된 것을 특징으로 하는 아이스슬러리 제빙장치.The method of claim 1,
The ultrasonic generator 300 is an ice slurry ice making apparatus, characterized in that installed on one side of the diffuser (210). 제9항에 있어서,
제1 이송펌프(P1)가 구비되어 상기 축열조(200)에 저장된 상기 과냉각수를 상기 과냉각수 유입라인(L1)으로 반송하는 과냉각수 반송라인(L2)이 더 구비된 것을 특징으로 하는 아이스슬러리 제빙장치.10. The method of claim 9,
Ice slurry ice making, characterized in that the first cooling pump (P1) is further provided with a subcooled water conveying line (L2) for conveying the subcooled water stored in the heat storage tank 200 to the subcooled water inlet line (L1). Device. 제1항, 제2항 및 제7항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 아이스슬러리 제빙장치;
부하측 열교환기(400);
상기 아이스슬러리 제빙장치의 축열조(200)와 상기 부하측 열교환기(400)를 연결하고, 제2 이송펌프(P2)가 구비된 아이스슬러리 공급라인(L3); 및
상기 부하측 열교환기(400)와 상기 아이스슬러리 제빙장치의 냉동기(100)를 연결하는 축열재 반송라인(L4);을 포함하는 것을 특징으로 하는 동적 빙축열 냉방시스템.Claim 1, 2 and 7, wherein the ice slurry ice making apparatus according to any one of claims 10 to 10;
A load side heat exchanger 400;
An ice slurry supply line (L3) connecting the heat storage tank (200) of the ice slurry deicing device to the load side heat exchanger (400), and having a second transfer pump (P2); And
And a heat storage material conveying line (L4) for connecting the load side heat exchanger (400) and the freezer (100) of the ice slurry ice making apparatus. 제11항에 있어서,
상기 부하측 열교환기(400)는 초음파 진동을 인가하는 초음파 발생기(300')가 더 구비된 것을 특징으로 하는 동적 빙축열 냉방시스템.The method of claim 11,
The load-side heat exchanger (400) is a dynamic ice heat storage cooling system, characterized in that further provided with an ultrasonic generator (300 ') for applying ultrasonic vibration.
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