KR101226897B1 - 브라인 순환을 이용한 축냉장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 공기의 전열면적 증대를 통해 냉동효율을 대폭 향상시킴과 더불어 제상효율이 높은 브라인 순환을 이용한 축냉장치에 관한 것이다.
저온잠열PCM이 저장된 축냉조와; 상기 축냉조 내의 저온잠열PCM을 냉각하고, 상기 축냉조 내를 통과하도록 배치되는 냉매순환라인을 가진 냉각기와; 상기 축냉조를 감싸도록 설치되고, 하부에 복수의 공기흡입구가 형성되어 제1공기흡입구는 상기 외측케이스의 하부 중앙측에 위치되고, 제2공기흡입구 및 제3공기흡입구는 상기 외측케이스의 하부 우측 및 좌측에 대칭적으로 위치한 것이며, 상부에는 공기토출구가 형성된 외측케이스와; 상기 외측케이스의 공기흡입구 측에 배치된 흡입측 열교환기를 가진 브라인 순환유닛과; 상기 축냉조 내의 저온잠열PCM을 교반하는 교반유닛; 및 상기 축냉조의 외측면과 상기 외측케이스의 내측면 사이에 복수의 보강재가 일정간격으로 이격되어 배치됨에 따라 공기순환 열교환통로를 통과하는 공기는 복수의 통로로 분할되게 형성된 공기순환 열교환통로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

브라인 순환을 이용한 축냉장치 {THERMAL STORAGE SYSTEM USING BRINE CIRCULATION}

본 발명은 축냉장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 공기의 전열면적이 증대됨을 통해 냉동효율을 대폭 향상시킴과 더불어 제상효율이 높은 브라인 순환을 이용한 축냉장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉장·냉동차는 적재함(냉동공간) 내에 저온을 생성, 유지시키기 위하여 유류를 사용하여 구동되는 메인엔진(Main engine) 또는 서브엔진(Sub engine)냉각기를 사용하고 있다. 그러나, 이러한 엔진구동형 냉각기는 운송수단의 주행시 얻어지는 동력 또는 유류를 이용하고 있어 차량 유지비가 상승되고 있으며, 주·정차 시 엔진가동을 정지되어 적재함 내의 온도가 급격히 상승하여 보관중인 제품의 품질 저하 및 각종 세균번식의 위험이 발생하게 되는 등 안전상의 문제가 있고, 저온 저장고 및 저온 쇼케이스는 AC용 냉각기를 사용하여 주,야간 구분없이 하루 18시간 이상 계속적으로 가동하여 저장고 내의 적정 온도를 유지하는 방식으로 하절기 주간 피크타임에 전력 수급 불균형의 원인이 되고 있으며, 많은 전기 소모와 전기요금이 발생하고, 냉각기의 주요 구성품인 압축기 수명을 단축시키는 등의 문제가 있다.

또한, 통상적인 축냉장치를 이용한 축냉식 냉장·냉동탑차는 상변환물질(Phase change material)인 잠열(Latent heat) 축열재를 축냉모듈에 저장한 후 병렬방식으로 여러개로 축냉판을 형성하여 적재함 천장에 부착한 후 차량 하부에 설치된 AC용 냉각기를 심야전력 및 일반전력을 사용하여 약 8-10시간 가동하여 차량 적재함 상부에 부착된 축냉판에 저장된 상변화물질(Phase change material)을 동결시킨 후, 자연 냉방시켜 적재함 내부의 온도를 낮추는 방식으로 냉각기 가동없이 냉장·냉동탑차를 약 8시간 운행할 수 있다.

하지만, 이러한 방식은 저온 잠열PCM 모듈이 병렬로 천장에 부착된 축냉판에서 결로현상이 발생하여 적재물 훼손 등의 문제점이 발생하고 있으며, 또한, 운행 중 축냉판의 무게에 따른 적재함의 무게 중심이 상부로 이동함에 따라, 굽은 길에서 전복의 위험성이 높아 지게 된다.

축냉장치를 냉장·냉동탑차에 적용한 것으로 대표적인 것으로 한국등록실용신안 20-0231247호(특허문헌 1)을 예로 들 수 있다.

이를 간략하게 살펴보면 전기료가 저렴한 심야전력을 통해 냉각수단을 가동하여 잠열 축열재를 미리 축냉하고 있다가 냉장·냉동탑차가 물류창고 등에 도착하면 저장수단에서 적재함에 설치된 축냉 수단으로 저온 열에너지를 이송시켜 대기와의 열교환을 통한 자연 대류방식으로 상기 적재함의 내부를 냉장·냉동 하고 있다.

그러나, 상기 [특허문헌 1]은 단순한 자연대류방식으로 적재함의 내부를 냉장·냉동하고 있어 냉장·냉동탑차를 운행하지 않을 때에도 동결된 상변화물질(이하, 저온잠열PCM이라 함)이 적재함 내부 대기와 지속적으로 열교환을 함으로서 불필요한 저온 열에너지의 소진이 발생하여, 냉장·냉동탑차 운행가능시간이 감소하는 단점이 있다. 또한, 축냉판을 적재함 천장에 부착함에 따라 축냉판 표면에 결로 발생 시 적재함에 보관중인 물류제품 위로 떨어져 제품 손상에 따른 품질저하의 문제점이 발생하고 있으며, 또한 기존 축냉판에 저장된 저온잠열PCM의 경우 저온잠열기능이 시간이 지남에 따라 저온잠열PCM의 침전이 발생하여 처음 설치되었을 때의 기능이 발휘되지 않는 문제점 등이 발생하여 냉장·냉각기능의 저하에 따른 저장 물품의 신선도 유지에 악영향을 미치고 있다.

이에 따라 본 출원인은 단순 자연대류방식에 대한 문제를 해결하고, 축냉판과 외부와의 지속적인 열교환을 통한 열손실 문제 및 축냉판에 결로가 발생하여 제품 손상에 따른 품질 저하의 문제점을 해결하고, 시간이 지남에 따라 차상 축냉판 내에 저장된 저온 잠열PCM의 성능 저하 문제점을 해결하기 위한 등록특허 10-1102333호(특허문헌 2)를 선등록 받은 바 있다.

한편, [특허문헌 2]는 저온 잠열PCM이 충전된 축냉조의 내부로 외부 공기를 강제 순환시켜 불필요한 저온 열에너지 손실 없이 장시간 냉장·냉동탑차를 운행 또는 저온 저장고 등을 가동할 수 있도록 구성된다.

특히, 축냉조 내부의 저온 잠열PCM과 적재함 내부의 공기가 서로 열교환을 하여 적내함 내부의 공기가 냉각될 수 있도록 축냉조 내부에 공기 흡입구와 공기 배출구가 연결되게 공기순환 열교환관을 설치하고, 공기흡입구에 적재함 내부의 공기와 PCM에 저장된 저온 열에너지의 열교환 면적을 증대시키기 위해 전열핀으로 구성된 열교환기를 부착하여 1차 열교환을 통해 냉각된 공기가 PCM 축냉조 내부를 관통하는 공기순환 열교환관을 통과하며 2차 열교환을 마친 후, 적재함 내부로 배출될 수 있도록 축냉조 상부에 송풍기를 부착하여 가동함으로써 강제적으로 공기 배출구를 통해 냉각된 공기를 송풍하는 방식을 사용하여 적재함 내부의 온도를 냉각시키도록 구성되어 있다.

하지만, [특허문헌 2]는 AC용 냉각기만을 사용함에 따라 DC전원을 이용해야할 다양한 여건에서 활용성이 낮은 단점이 있었고, 또한 공기순환 열교환관이 축냉조 내부에 설치됨에 따라 축냉조 내에 충전된 저온 잠열PCM의 액상상태 압력에 의해, 공기순환 열교환관의 중앙부 측이 가압됨으로써 공기순환 시에 저항이 발생하여 온도복원이 느려져 냉동순환사이클이 원활하게 작동하지 못하는 단점이 있었다.

또한, [특허문헌 2]는 공기흡입구 측의 열교환기에서 결로현상이 발생하고, 이러한 결로현상으로 인해 열교환기의 전열핀이 막혀 냉동공간의 냉방이 원활하게 이루어지지 못하는 단점이 있었다.

그리고, [특허문헌 2]는 축냉조 내에서 저온잠열PCM를 교반하기 위한 구조에서 흡입관이 축냉조의 상부에 배치되고, 토출관이 축냉조의 하부에 배치됨에 따라 차량이 흔들릴 경우, 축냉조 내에서 흡입관 측에서 저온잠열PCM의 흡입이 제대로 이루어지지 못하여 저온잠열PCM의 교반이 원활하지 못한 단점이 있었다.

[특허문헌 2]는 공기흡입구가 축냉조의 하측 중앙부에만 설치됨에 따라 적재함의 냉동공간 측에서 냉방의 사영역(dead zone)이 발생하고, 이로 인해 냉동공간의 냉동효율이 저하되는 단점이 있었다.

[특허문헌1]

한국 등록실용신안 20-0231247(2001.05.03)

[특허문헌2]

한국 등록특허 10-1102333(2011.12.28)

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 운행거리를 연장할 수 있음과 동시에 축냉조의 안정성이 풍부하여 식품의 신선도를 일정하게 유지할 수 있고, 공기순환 효율을 향상시킴으로써 냉동효율을 대폭 향상시킬 수 있으며, 공기흡입구 측의 열교환기에서 제상효율을 높일 수 있으며, 축냉조 내에서 저온잠열PCM의 교반을 원활하게 하며, 적재함 등과 같은 냉동공간 내에서의 사(死)영역(領域) 발생을 방지하여 냉동효율을 높일 수 있는 브라인 순환을 이용한 축냉장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 브라인 순환을 이용한 축냉장치는,

저온잠열PCM이 저장된 축냉조;

상기 축냉조 내의 저온잠열PCM을 냉각하고, 상기 축냉조 내를 통과하도록 배치되는 냉매순환라인을 가진 냉각기;

상기 축냉조를 감싸도록 설치되고, 하부에 복수의 공기흡입구가 형성되어 제1공기흡입구는 상기 외측케이스의 하부 중앙측에 위치되고, 제2공기흡입구 및 제3공기흡입구는 상기 외측케이스의 하부 우측 및 좌측에 대칭적으로 위치한 것이며, 상부에는 공기토출구가 형성된 외측케이스와;

상기 외측케이스의 공기흡입구 측에 배치된 흡입측 열교환기를 가진 브라인 순환유닛;

상기 축냉조 내의 저온잠열PCM을 교반하는 교반유닛; 및

상기 축냉조의 외측면과 상기 외측케이스의 내측면 사이에 복수의 보강재가 일정간격으로 이격되어 배치됨에 따라 공기순환 열교환통로를 통과하는 공기는 복수의 통로로 분할되게 형성된 공기순환 열교환통로;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

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상기 냉매순환라인은 상기 축냉조 내에 배치된 입력측 분배관 및 출력측 헤더관, 상기 입력측 분배관 및 출력측 헤드관 사이에 연결된 복수의 분기관으로 이루어지며,

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상기 외측케이스의 하부에 복수의 공기흡입구가 형성되고, 상기 복수의 공기흡입구는 상기 외측케이스의 하부 중앙측에 위치한 제1공기흡입구, 상기 외측케이스의 하부 우측 및 좌측에 대칭적으로 위치한 제2공기흡입구 및 제3공기흡입구로 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 축냉조의 외측면과 외측케이스의 내측면 사이에는 복수의 보강재가 일정간격으로 이격되어 배치됨에 따라 공기순환 열교환통로을 통과하는 공기는 복수의 통로로 분할되게 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 브라인 순환유닛은 그 일부가 상기 축냉조 내부를 통과하도록 설치되고, 상기 브라인 순환유닛은 상기 외측케이스의 공기흡입구 측에 배치된 흡입측 열교환기를 포함하며,

상기 흡입측 열교환기는 제1흡입측 열교환기, 제2흡입측 열교환기, 제3흡입측 열교환기로 구성되고, 상기 제1흡입측 열교환기는 상기 외측케이스의 제1공기흡입구에 인접하여 설치되며, 상기 제2흡입측 열교환기는 상기 외측케이스의 제2공기흡입구에 인접하여 설치되고, 상기 제3흡입측 열교환기는 상기 외측케이스의 제3공기흡입구에 인접하여 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 브라인 순환유닛의 일측에는 브라인을 순환구동시키는 브라인 순환펌프가 설치되고,

상기 브라인 순환유닛은 상기 브라인 순환펌프의 상류측에는 축냉조 내에 설치된 내측 브라인냉각코일, 상기 브라인 순환펌프의 하류측에 연결된 브라인공급라인, 및 상기 흡입측 열교환기와 내측 브라인냉각코일 사이에 연결된 브라인회수라인으로 이루어지고,

상기 브라인공급라인의 도중에는 상기 복수의 흡입측 열교환기가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 브라인공급라인의 일측에는 브라인의 팽창 방지 및 브라인의 보충을 위한 브라인 팽창 및 보충탱크가 설치되고, 상기 브라인회수라인의 일측에는 브라인 내의 잔여공기를 외부로 배출하는 에어벤트가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 브라인공급라인의 일측에서 상기 브라인회수라인의 일측으로 바이패스배관이 연결되고, 상기 바이패스배관의 일측에는 바이패스밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 브라인 공급라인의 일측에는 엔진룸의 라디에이터로부터 제상용 고온수를 공급받는 제상용 고온수 공급라인이 연결되고, 상기 브라인 회수라인의 일측에는 엔진룸의 라이에이터 측으로 제상용 고온수를 회수시키는 제상용 고온수 회수라인이 연결되며, 상기 제상용 고온수 공급라인과 상기 브라인 공급라인이 연결되는 부분에는 제1제상밸브가 설치되고, 제상용 고온수 회수라인과 브라인 회수라인이 연결되는 부분에는 제2제상밸브가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 각 흡입측 열교환기는 상기 브라인공급라인이 복수의 전열핀을 관통하도록 구성되고, 상기 각 흡입측 열교환기의 전열핀 측에는 제상용 전기히터가 설치되는 것을 특징으로 한다.

상기 축냉조의 하단에는 방진받침틀이 좌우 대칭적으로 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 의하면, 복수의 공기흡입구 측에 배치된 복수의 흡입측 열교환기를 통해 흡입되는 공기가 1차 열교환하여 냉각되고, 이렇게 1차 열교환에 의해 냉각된 공기는 축냉조와 외측케이스 사이의 공기순환 열교환통로를 거치면서 축냉조의 저온잠열PCM과의 2차 열교환하여 냉각되며, 이러한 다단 냉각공기는 공기토출구를 통해 강제로 냉동공간으로 토출됨으로써 냉동공간에 대한 냉동/냉장효율을 대폭 향상시킬 수 있으며, 별도의 유류 및 주간피크시간 대에 냉각기의 가동 없이 냉장·냉동보관용 물류제품을 신선하게 보관 및 운반하고, 별도의 냉각기를 작동시키기 위해 소비되는 유류 및 CO₂를 절감시켜 환경오염으로 지구온난화를 사전방지하고, 에너지비용등의 경제성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 차량의 운행거리를 연장할 수 있음과 동시에 축냉조의 안정성 풍부로 식품의 신선도를 일정하게 유지할 수 있고, 이를 통해 다양한 현장여건에 용이하게 대응하여 축냉조의 저온잠열PCM 축냉을 효과적으로 구현할 수 있다.

또한, 본 발명은 교반유닛의 흡입관이 축냉조의 하부 측에 위치하고, 교반유닛의 토출관은 축냉조의 상측에 위치한 구조로 구성됨에 따라 축냉조 내에서 저온잠열PCM의 순환 내지 교반이 매우 효율적으로 이루어지는 장점이 있다.

그리고, 본 발명은 외측케이스의 하측에 복수의 공기흡입구가 중앙측, 좌측, 우측으로 균등하게 분산 구성됨에 따라 냉동공간에 대한 공기의 흡입면적이 증가되어 냉동공간 내에서 냉동의 사영역 발생을 방지할 수 있고, 이를 통해 냉동공간 내에서 복수의 냉동/냉장 물품을 분산시키지 않고 전면적으로 넓게 적재할 수 있어 냉동공간의 공간활용도 증가 및 냉동/냉장효율을 향상할 수 있다.

또한, 본 발명은 브라인 회수라인과 브라인 공급라인 사이에 바이패스배관 및 바이패스밸브를 설치하고, 바이패스밸브의 조작에 의해 축냉만이 진행될 경우 축냉조의 저온잠열PCM과 열교환된 브라인이 흡입측 열교환기 측으로 순환하지 않으므로 저온잠열PCM의 축냉에너지가 소모됨을 방지할 수 있는 장점이 있다.

그리고, 본 발명은 엔진룸의 고온수를 복수의 흡입측 열교환기 측으로 공급하거나 전기히터 등을 통해 복수의 흡입측 열교환기 측에 발생하는 결로를 효과적으로 제상 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명은 축냉조의 하단에는 방진받침틀이 좌우 대칭적으로 설치되고, 복수의 흡입측 열교환기가 축냉조의 하부측에 균일하게 분산된 구조로 이루어짐에 따라 방진받침틀에 의한 축냉조의 방진지지를 보다 효과적으로 구현할 수 있어 열교환기의 손상과 훼손을 사전방지하는 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 브라인 순환을 이용한 축냉장치를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명에 의한 축냉장치에서 냉매순환라인을 추출하여 도시한 구성도이다.
도 3은 본 발명에 의한 축냉장치에서 브라인 순환유닛을 추출하여 도시한 구성도이다.
도 4는 본 발명에 의한 축냉장치에서 브라인 순환유닛의 축냉작동 시에 브라인 흐름을 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 의한 축냉장치에서 브라인 순환유닛의 축냉 및 방냉 동시 작동 시에 브라인의 흐름을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 1의 A-A선을 따라 도시한 평단면도이다.
도 7은 본 발명에 의한 축냉장치의 교반유닛을 도시한 구성도이다.
도 8은 본 발명에 의한 축냉장치의 외측케이스를 도시한 정면도이다.
도 9는 본 발명에 의한 축냉장치의 외측케이스와 냉동공간 사이의 관계를 개념적으로 도시한 평면도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명을 설명하는 데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다. 또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하겠다.

본 발명에 의한 브라인 순환을 이용한 축냉장치는 내부에 밀폐된 냉동공간을 가지는 냉동차량의 적재함, 냉동컨테이너, 저온 저장고, 저온 쇼케이스, 냉동창고 등에 설치되어 냉동공간에 적재되는 냉동/냉장 식품을 저온상태로 유지하여 냉동/냉장하도록 구성된다.

특히, 본 발명에 의한 축냉장치는 밀폐된 냉동공간의 적어도 일측벽에 설치되고, 냉동공간 내의 공기를 흡입하여 다단으로 열교환시킨 후에 냉동공간으로 다시 토출시킴으로써 냉동공간 내에 적재되는 냉동/냉장 식품을 효과적으로 냉동/냉장시키도록 구성된다.

도 1 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 브라인 순환을 이용한 축냉장치를 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 브라인 순환을 이용한 축냉장치는 저온잠열PCM이 저장된 축냉조(10), 축냉조(10) 내의 저온잠열PCM을 냉각하는 냉각기(20), 축냉조(10)를 감싸도록 설치된 외측케이스(30), 외측케이스(30)의 공기흡입구(31a, 31b, 31c) 측에 배치된 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)를 가진 브라인 순환유닛(40), 축냉조(10) 내의 저온잠열PCM을 교반하는 교반유닛(50), 축냉조(10)의 외측면과 외측케이스(30)의 내측면 사이에 배치된 공기순환 열교환통로(60)를 포함한다.

축냉조(10)는 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 그 내부의 저장공간에 저온잠열PCM이 저장되고, 저온잠열PCM은 냉각기(20)에 의해 냉각됨에 따라 액체상태에서 고체상태로 동결됨에 따라 소정의 축냉에너지를 축적하는 저장조이다.

한편, 저온잠열PCM은 냉각기(20)에 의해 냉각 전에는 액체상태이고, 이러한 액상의 저온잠열PCM은 교반유닛(50)에 의해 적절히 교반 내지 순환됨에 따라 저온잠열PCM의 침전에 따른 축냉기의 기능 저하를 방지할 수 있으며, 이를 통해 저온잠열PCM의 동결 시에 빠른 열전달 기능을 구현하여 축냉시간을 대폭 단축할 수 있다.

교반유닛(50)은 도 7에 도시된 바와 같이, 축냉조(10) 내부를 통과하도록 배치된 교반라인(51)을 가지고 있고, 교반라인(51)에는 순환펌프(52), 흡입관(53), 토출관(54)가 설치되며, 이 순환펌프(52)의 구동에 의해 축냉조(10) 내에서 저온잠열PCM이 흡입관(53)을 통해 흡입된 후에 순환하여 토출관(54)측으로 토출됨에 따라 원활하게 교반 된다.

특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 흡입관(53)은 교반라인(51)의 상측에 복수개로 분기된 구조로 형성되어 축냉조(10)의 하부 측에 위치되고, 토출관(54)은 교반라인(51)의 하측에 복수개로 분기된 구조로 형성되어 축냉조(10)의 상측에 위치한다.

이에 본 발명이 냉동차량 측에 적용될 경우, 냉동차량이 언덕 또는 요철부 등을 통과할 때 진동과 외부충격에 의하여 흔들릴지라도 흡입관(53)이 축냉조(10)의 하측에 배치됨에 따라 공기층이 형성되지 않아 저온잠열PCM의 흡입이 원활하게 이루어짐과 더불어 토출관(54)이 축냉조(10)의 상부에서 토출됨에 따라 저온잠열PCM의 순환 내지 교반이 매우 효율적으로 이루어지는 장점이 있다.

냉각기(20)는 냉매를 냉각시킨 후에 냉각된 냉매가 냉매순환라인(21)을 통과하면서 축냉조(10) 내의 저온잠열PCM을 냉각시키도록 구성된다.

특히, 냉매순환라인(21)은 축냉조(10)의 내부를 통과하도록 배치되고, 이에 냉각기(20)의 냉매가 축냉조(10) 내부를 순환하면서 축냉조(10) 내의 저온잠열PCM을 저온상태로 냉각시킨다.

특히, 본 발명의 실시예에 따르면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 냉각기(20)는 AC전원을 이용하는 AC용 냉각기(22)가 냉매순환라인(21) 측에 접속되고, 운행거리를 연장할 수 있음과 동시에 축냉조의 안정성이 풍부하여 식품의 신선도를 일정하게 유지할 수 있고, 이를 통해 다양한 현장여건에 용이하게 대응하여 축냉조(10)의 저온잠열PCM 축냉을 효과적으로 구현할 수 있다.

AC용 냉각기(22)의 공급라인(22a) 및 회수라인(22b)는 냉매순환라인(21) 측에 연결되고, AC용 냉각기(22)의 공급라인(22a) 측에는 밸브(22c)가 설치되고, AC용 냉각기(22)의 회수라인(22b) 측에도 밸브(22d)가 설치된다.

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냉매순환라인(21)은 축냉조(10) 내에 배치된 입력측 분배관(21a) 및 출력측 헤더관(21b), 입력측 분배관(21a) 및 출력측 헤더관(21b) 사이에 연결된 복수의 분기관(21c)으로 이루어지고, 이에 냉각기(20) 측에서 공급된 냉매가 입력측 분배관(21a)을 거쳐 복수의 분기관(21c)으로 순환한 후에 출력측 헤더관(21b)을 통해 합류되어 냉각기(20) 측으로 회수되도록 구성된다.

외측케이스(30)는 도 6에 도시된 바와 같이 복수의 단열패널이 조립되어 축냉조(10)를 감싸도록 설치됨에 따라 축냉조(10)의 외부를 밀폐한다.

그리고, 외측케이스(30)의 하측에는 도 1, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 복수의 공기흡입구(31a, 31b, 31c)가 형성되고, 외측케이스(30)의 상측에는 공기토출구(32)가 형성된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이 복수의 공기흡입구(31a, 31b, 31c)는 외측케이스(30)의 하부 중앙측에 위치한 제1공기흡입구(31a), 외측케이스(30)의 하부 우측 및 좌측에 대칭적으로 위치한 제2공기흡입구(31b) 및 제3공기흡입구(31c)로 이루어진다.

이에 복수의 공기흡입구(31a, 31b, 31c)은 외측케이스(30)의 하부에 균등하게 분산 배치됨에 따라 냉동공간(35)에 대한 공기의 흡입면적 증가로 냉동공간(35) 내에서 냉동의 사영역(dead zone) 발생을 방지할 수 있고, 이를 통해 냉동공간(35) 내에서 복수의 냉동/냉장 식품을 분산시키지 않고 전면적으로 넓게 적재할 수 있으며(도 9의 도번 38 참조), 냉동공간(35)의 공간활용도 및 냉동/냉장효율을 높일 수 있다.

그리고, 도 6에 도시된 바와 같이 외측케이스(30)의 내측면과 축냉조(10)의 외측면 사이에는 공기가 순환하는 공기순환 열교환통로(60)가 형성된다.

즉, 본 발명은 축냉조(10)의 외측면과 외측케이스(30)의 내측면 사이에 공기순환 열교환통로(60)가 형성됨에 따라 액상의 저온잠열PCM의 압력에 의해 공기순환 열교환통로(60)가 가압되어 변형될 우려가 거의 없으므로 공기의 순환이 매우 원활하게 이루어져 냉동공간에 대한 냉동/냉장 효율이 대폭 향상될 수 있는 장점이 있다.

특히, 축냉조(10)의 외측면과 외측케이스(30)의 내측면 사이에는 복수의 보강재(65)가 일정간격으로 이격되어 배치됨에 따라 공기순환 열교환통로(60)을 통과하는 공기는 복수의 통로로 분할되어 순환할 수 있어, 이에 축냉조(10)의 외측면과의 전열면적이 대폭 증대되며, 또한 보강재(65)들에 의해 축냉조(10) 및 외측케이스(30)에 대한 강도를 보강할 수 있고,부가적인 재료 투입없이도 강도와 순환로를 형성하는 장점이 있다.

공기순환 열교환통로(60)는 외측케이스(30)의 공기흡입구(31a, 31b, 31c) 및 공기토출구(32)와 소통되게 형성되고, 이에 공기흡입구(31a, 31b, 31c)를 통해 흡입된 공기는 공기순환 열교환통로(60)를 통과한 후에 공기토출구(32) 측에서 토출된다. 공기토출구(32) 측에 송풍기(미도시)가 설치되어 공기토출구(32) 측에서 냉각된 공기를 강제로 송풍하도록 구성된다.

보강재(65)는 각형, 원형, 삼각형 단면 등으로 이루어진 복수의 파이프가 일정간격 이격되게 배치된 구조 또는 절곡된 데크플레이트 구조로 구성될 수도 있으며, 필요에 의하여 당업자가 단순한 설계변경도 가능한 구조로 할 수 있다.

브라인 순환유닛(40)은 도 3에 도시된 바와 같이 그 일부가 축냉조(10)의 내부를 통과하도록 설치되고, 브라인 순환유닛(40)은 외측케이스(30)의 공기흡입구(31a, 31b, 31c) 측에 배치된 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)를 포함한다.

브라인 순환유닛(40)을 통해 순환하는 브라인은 축냉조(10) 내의 저온잠열PCM과의 열교환을 통해 냉각되고, 이렇게 냉각된 브라인은 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c) 측에서 흡입되는 공기를 1차로 냉각시키도록 구성된다.

흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)는 제1흡입측 열교환기(41a), 제2흡입측 열교환기(41b), 제3흡입측 열교환기(41c)로 구성되고, 제1흡입측 열교환기(41a)는 외측케이스(30)의 제1공기흡입구(31a)에 인접하여 설치되며, 제2흡입측 열교환기(41b)는 외측케이스(30)의 제2공기흡입구(31b)에 인접하여 설치되고, 제3흡입측 열교환기(41c)는 외측케이스(30)의 제3공기흡입구(31c)에 인접하여 설치된다.

브라인 순환유닛(40)의 일측에는 브라인을 순환구동시키는 브라인 순환펌프(42)가 설치되고, 브라인 순환유닛(40)은 브라인 순환펌프(42)의 상류측에는 축냉조(10) 내에 설치된 내측 브라인냉각코일(43), 브라인 순환펌프(42)의 하류측에 연결된 브라인공급라인(44), 제3흡입측 열교환기(41c)와 내측 브라인냉각코일(43) 사이에 연결된 브라인회수라인(45)으로 이루어진다.

그리고, 브라인공급라인(44)의 도중에는 복수의 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)가 설치된다.

이에, 브라인 순환펌프(42)의 구동에 의해 브라인이 내측 브라인냉각코일(43)을 통과함에 따라 브라인은 축냉조(10) 내의 저온잠열PCM과 열교환하여 냉각되고, 이렇게 냉각된 브라인은 브라인공급라인(44)을 통해 복수의 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)를 순차적으로 통과하면서 흡입되는 공기와 열교환하여 공기를 1차로 냉각한 후에 브라인회수라인(45)을 통해 브라인 순환펌프(42) 측으로 회수된다.

각 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)는 브라인공급라인(44)이 복수의 전열핀을 관통하도록 구성되고, 이에 각 공기흡입구(31a, 31b, 31c) 측으로 흡입되는 공기와의 전열면적을 넓혀 그 열교환효율을 높일 수 있다.

한편, 축냉조(10)의 저온잠열PCM이 냉매순환라인(21)에 의해 축냉될 때 그 동결로 인하여 과냉각이 발생할 수 있고, 이에 축냉조(10)의 저온잠열PCM 측에 미세한 진동 또는 전류를 인가할 경우 과냉각을 해소할 수 있다.

이에 본 발명은, 브라인 순환유닛(40)의 내측 브라인냉각코일(43)을 냉매순환라인(21) 측에 인접하여 설치함에 따라 브라인이 내측 브라인냉각코일(43) 내를 흐르면서 발생하는 미세한 진동에 의해 저온잠열PCM의 과냉각을 해소할 수 있는 장점이 있다.

또한, 냉매순환라인(21)의 분기관(21c)들 사이의 간격이 10cm정도로 이격될 경우 저온잠열PCM을 고체화(동결)시킬 때 많은 축냉시간이 소요될 뿐만 아니라 축냉조 내에서 저온잠열PCM 전체의 고체화(동결) 시에 사각(死角)지대가 발생할 수 있지만, 본 발명은 내측 브라인냉각코일(43)이 냉매순환라인(21)의 분기관(21c)들 사이에 배치시킴에 따라 축냉시간을 대폭 단축함과 더불어 저온잠열PCM의 고체화 시에 사각지대의 발생을 방지할 수 있는 장점이 있다.

브라인공급라인(44)의 일측에는 브라인의 팽창을 방지함과 더불어 브라인 보충을 위한 브라인 팽창 및 보충탱크(46)가 설치될 수 있다.

브라인회수라인(45)의 일측에는 브라인 내의 잔여공기를 외부로 배출할 수 있는 에어벤트(47)가 설치될 수 있다.

그리고, 브라인공급라인(44)의 일측에서 브라인회수라인(45)의 일측으로 바이스배관(48)이 연결되고, 바이패스배관(48)의 일측에는 바이패스밸브(49)가 설치되며, 바이패스밸브(49)는 입구포트(49a), 제1출구포트(49b), 제2출구포트(49c)를 가진 삼방밸브 구조로 구성될 수 있다. 상기 삼방밸브는 전자식으로 가동할 수도 있다.

저온잠열PCM의 축냉 및 방냉이 동시에 작동할 경우, 도 4에 도시된 바와 같이 바이패스밸브(49)의 제1출구포트(49b)는 개방됨과 동시에 제2출구포트(49c)가 폐쇄되고, 이에 브라인은 브라인 공급라인(44)을 통과한 후에 복수의 흡입측 열교환기(41b, 41a, 41c)를 순차적으로 거치면서 공기흡입구(31b, 31a, 31c)로 흡입되는 공기와 열교환된 후에 브라인 순환펌프(42)로 회수된다.

즉, 저온잠열PCM의 축냉과 방냉이 동시에 이루어질 경우에는 브라인은 복수의 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)측으로 정상적으로 순환한다.

그리고, 저온잠열PCM이 냉각기(20)의 냉매와 열교환을 통해 축냉만이 진행될 때 즉, 저온잠열PCM의 축냉 작동 시에는 도 5에 도시된 바와 같이 바이패스밸브(49)의 제1출구포트(49b)는 폐쇄됨과 동시에 제2출구포트(49c)가 개방되고, 이에 브라인은 바이패스배관(48)을 거친 후에 내측 브라인냉각코일(43)을 통과하여 브라인 순환펌프(42) 측으로 회수됨으로써 브라인은 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c) 측으로 순환하지 않으며, 이에 저온잠열PCM은 그 축냉에너지의 소모가 방지될 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 바이패스밸브(49)의 조작에 의해 축냉만이 진행될 경우 축냉조(10)의 저온잠열PCM과 열교환된 브라인이 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c) 측으로 순환하여 저온잠열PCM의 축냉에너지가 소모됨을 방지할 수 있는 장점이 있다.

한편, 복수의 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c) 측에서 결로현상이 발생할 경우 그 결로를 제상하기 위한 제상구조가 설치되고, 이러한 제상구조는 제상용 고온수 공급라인(71) 및 제상용 고온수 회수라인(72)으로 이루어진다.

도 3 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 제2흡입측 열교환기(41b)에 인접한 브라인 공급라인(44)의 일측에는 제상용 고온수 공급라인(71)이 연결되고, 제상용 고온수 공급라인(71)을 통해 엔진룸의 라디에이터로부터 제상용 고온수를 공급받으며, 제3흡입측 열교환기(41c)에 인접한 브라인 회수라인(45)의 일측에는 제상용 고온수 회수라인(72)이 연결되고, 제상용 고온수 회수라인(72)을 통해 엔진룸의 라이에이터 측으로 제상용 고온수를 회수한다.

제상용 고온수 공급라인(71)과 브라인 공급라인(44)이 연결되는 부분에는 제1제상밸브(73)가 설치되고, 제1제상밸브(73)는 입구포트(73a), 제1출구포트(73b), 제2출구포트(73c)를 가진 삼방밸브 구조로 구성될 수 있다. 제1제상밸브(73)는 전자식으로 가동될 수 있다.

제상용 고온수 회수라인(72)과 브라인 회수라인(45)이 연결되는 부분에는 제2제상밸브(74)가 설치되고, 제2제상밸브(74)는 입구포트(74a), 제1출구포트(74b), 제2출구포트(7c)를 가진 삼방밸브 구조로 구성될 수 있다. 제2제상밸브(74)는 전자식으로 가동될 수 있다.

제상작동 시에 제1제상밸브(73)의 제1출구포트(73b) 및 제2제상밸브(74)의 제1출구포트(74b)를 폐쇄함과 동시에 제1제상밸브(73)의 제2출구포트(73c) 및 제2제상밸브(74)의 제2출구포트(74c)를 개방함으로써 브라인 공급라인(44) 및 브라인 회수라인(45) 측으로의 브라인 흐름이 정지된 상태에서 제상용 고온수가 제상용 고온수 공급라인(71)를 거쳐 복수의 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)를 순차적으로 통과하면서 각 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)의 전열핀에 대한 제상 작동을 수행한 후에 제상용 고온수 회수라인(72)을 통해 회수될 수 있다.

그리고, 제상이 완료된 후에는 제1제상밸브(73)의 제1출구포트(73b) 및 제2제상밸브(74)의 제1출구포트(74b)를 개방함과 동시에 제1제상밸브(73)의 제2출구포트(73c) 및 제2제상밸브(74)의 제2출구포트(74c)를 폐쇄함으로써 브라인 공급라인(44) 및 브라인 회수라인(45) 측으로의 브라인 흐름이 이루어질 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 상술한 제상구조(71, 72, 73, 74)에 의해, 제1 및 제2 개폐밸브(73, 74)의 제1출구포트(73b, 74b)가 폐쇄됨과 동시에 제2출구포트(73c, 74c)가 개방되면 브라인의 순환이 정지되고, 이러한 브라인의 순환 정지상태에서 엔진룸 측에서 발생한 고온수가 제상용 고온수 공급라인(71)을 통해 복수의 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)을 통과하여 각 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)의 전열핀에 생성된 결빙을 제상한 후에 제상용 고온수 회수라인(72)을 통해 엔진룸 측으로 회수될 수 있다.

또한, 각 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)의 전열핀 측에는 하나 이상의 제상용 전기히터(미도시)가 설치됨으로써 각 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)의 전열핀에서 발생하는 결빙을 효과적으로 제상할 수도 있다.

그리고, 축냉조(10)의 하단에는 방진받침틀(18)이 좌우 대칭적으로 설치되고, 특히 본 발명은 복수의 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)가 축냉조(10)의 하부측에 균일하게 분산된 구조로 이루어짐에 따라 방진받침틀(18)에 의한 축냉조(10)의 방진지지를 보다 효과적으로 구현할 수 있다.

본 발명의 축냉장치가 냉동차량에 적용될 경우 냉동차량이 도로 주행 중에 언덕이나 요철부분 통과시에 발생하는 진동이 축냉조(10) 측으로 전달될 경우 방진받침틀(18)이 축냉조(10)를 적절히 방진지지함으로써 축냉조(10) 측에 걸리는 피로와 스트레스 등을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

본 발명에 의하면, 복수의 공기흡입구(31a, 31b, 31c) 측에 개별적으로 배치된 복수의 흡입측 열교환기(41a, 41b, 41c)를 통해 흡입되는 공기가 1차 열교환하여 냉각되고, 이렇게 1차 열교환에 의해 냉각된 공기는 축냉조(10)와 외측케이스(30) 사이의 공기순환 열교환통로(60)를 거치면서 축냉조(10)의 저온잠열PCM과의 2차 열교환하여 냉각되며, 이러한 다단으로 냉각된 공기는 공기토출구(32)를 통해 강제로 냉동공간으로 토출됨으로써 냉동공간에 대한 냉동/냉장효율을 대폭 향상시킬 수 있으며, 별도의 유류 및 주간피크시간 대에 냉각기의 가동 없이 냉장·냉동보관용 물류제품을 신선하게 보관 및 운반하고, 별도의 냉각기를 작동시키기 위해 소비되는 유류 및 CO₂를 절감시켜 환경오염으로 지구온난화를 사전방지하고, 에너지비용 등의 경제성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

이상, 본 발명의 구체적인 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 이 명세서에 개시된 실시예 및 첨부된 도면에 의하여 한정되지 않으며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 이내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형될 수 있다.

10: 축냉조 20: 냉각기
30: 외측케이스 31a, 31b, 31c: 공기흡입구
40: 브라인 순환유닛 41a, 41b, 41c: 흡입측 열교환기
50: 교반유닛 60: 공기순환 열교환통로

Claims (12)

1. 저온잠열PCM이 저장된 축냉조와;
   상기 축냉조 내의 저온잠열PCM을 냉각하고, 상기 축냉조 내를 통과하도록 배치되는 냉매순환라인을 가진 냉각기와;
   상기 축냉조를 감싸도록 설치되고, 상부에는 공기토출구가 형성된 외측케이스와;
   상기 외측케이스의 하부에 복수의 공기흡입구가 형성되고, 제1공기흡입구는 상기 외측케이스의 하부 중앙측에 위치되고, 제2공기흡입구 및 제3공기흡입구는 상기 외측케이스의 하부 우측 및 좌측에 대칭적으로 위치한 것이며,
   상기 외측케이스의 공기흡입구 측에 배치된 흡입측 열교환기를 가진 브라인 순환유닛과;
   상기 축냉조 내의 저온잠열PCM을 교반하는 교반유닛; 및
   상기 축냉조의 외측면과 상기 외측케이스의 내측면 사이에 복수의 보강재가 일정간격으로 이격되어 배치됨에 따라 공기순환 열교환통로를 통과하는 공기는 복수의 통로로 분할되게 형성된 공기순환 열교환통로;를 포함하는 것을 특징으로 하는 브라인 순환을 이용한 축냉장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 청구항 1에 있어서,
   상기 브라인 순환유닛은 그 일부가 상기 축냉조 내부를 통과하도록 설치되고, 상기 브라인 순환유닛은 상기 외측케이스의 공기흡입구 측에 배치된 흡입측 열교환기를 포함하며,
   상기 흡입측 열교환기는 제1흡입측 열교환기, 제2흡입측 열교환기, 제3흡입측 열교환기로 구성되고, 상기 제1흡입측 열교환기는 상기 외측케이스의 제1공기흡입구에 인접하여 설치되며, 상기 제2흡입측 열교환기는 상기 외측케이스의 제2공기흡입구에 인접하여 설치되고, 상기 제3흡입측 열교환기는 상기 외측케이스의 제3공기흡입구에 인접하여 설치되는 것을 특징으로 하는 브라인 순환을 이용한 축냉장치.
   
7. 청구항 6에 있어서,
   상기 브라인 순환유닛의 일측에는 브라인을 순환구동시키는 브라인 순환펌프가 설치되고,
   상기 브라인 순환펌프의 상류측에는 축냉조 내에 설치된 내측 브라인냉각코일, 상기 브라인 순환펌프의 하류측에 연결된 브라인공급라인, 및 상기 흡입측 열교환기와 내측 브라인냉각코일 사이에 연결된 브라인회수라인으로 이루어지고,
   상기 브라인공급라인의 도중에는 상기 복수의 흡입측 열교환기가 설치되는 것을 특징으로 하는 브라인 순환을 이용한 축냉장치.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 브라인공급라인의 일측에는 브라인의 팽창 방지 및 브라인의 보충을 위한 브라인 팽창 및 보충탱크가 설치되고,
   상기 브라인회수라인의 일측에는 브라인 내의 잔여공기를 외부로 배출하는 에어벤트가 설치되는 것을 특징으로 하는 브라인 순환을 이용한 축냉장치.
   
9. 청구항 7에 있어서,
   상기 브라인공급라인의 일측에서 상기 브라인회수라인의 일측으로 바이패스배관이 연결되고, 상기 바이패스배관의 일측에는 바이패스밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 브라인 순환을 이용한 축냉장치.
   
10. 청구항 7에 있어서,
    상기 브라인 공급라인의 일측에는 엔진룸의 라디에이터로부터 제상용 고온수를 공급받는 제상용 고온수 공급라인이 연결되고, 상기 브라인 회수라인의 일측에는 엔진룸의 라이에이터 측으로 제상용 고온수를 회수시키는 제상용 고온수 회수라인이 연결되며,
    상기 제상용 고온수 공급라인과 상기 브라인 공급라인이 연결되는 부분에는 제1제상밸브가 설치되고, 제상용 고온수 회수라인과 브라인 회수라인이 연결되는 부분에는 제2제상밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 브라인 순환을 이용한 축냉장치.
    
11. 청구항 7에 있어서,
    복수의 흡입측 열교환기는 상기 브라인공급라인이 복수의 전열핀을 관통하도록 구성되고, 상기 각 흡입측 열교환기의 전열핀 측에는 제상용 전기히터가 설치되는 것을 특징으로 하는 브라인 순환을 이용한 축냉장치.
    
12. 청구항 1에 있어서,
    상기 축냉조의 하단에는 방진받침틀이 좌우 대칭적으로 설치되는 것을 특징으로 하는 브라인 순환을 이용한 축냉장치.
    

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