KR101263030B1

KR101263030B1 - 냉각액용 열교환기

Info

Publication number: KR101263030B1
Application number: KR1020077001682A
Authority: KR
Inventors: 미카일 모기레브스키
Original assignee: 미카일 모기레브스키; 거버, 라이오넬
Priority date: 2004-06-23
Filing date: 2005-06-23
Publication date: 2013-05-13
Also published as: NO20070435L; EP1766302B1; NO344837B1; EA010519B1; US20070261428A1; IL180273A0; WO2006000090A1; CN101006311B; US9995521B2; US20110011117A1; EA200700110A1; ES2804423T3; EP1766302A1; SG136948A1; US11566830B2; NZ552783A; US8479530B2; JP5735452B2; EP1766302A4; CN101006311A

Abstract

열 교환기는 냉매의 순환을 허용하기 위한 적어도 하나의 유입구 및 출구를 구비한다. 각각의 열 교환기는 한 쌍의 얇은 평편한 외측 플레이트 상에 배열되는 다수의 얇은 섹션을 구비한다. 각각의 얇은 섹션은 평행한 유동경로로 구성되어 냉매가 유입구를 통해 흐른 다음, 하나의 섹션에서 다음번 섹션으로 이동한 후 마지막으로 배출구를 통과한다. 평행한 유동경로의 섹션 구조로 인해, 냉매가 외측 플레이트의 모든 내벽과 접촉함으로써 최대의 열 교환이 달성된다. 냉각액에 사용하는 경우, 열 교환기는 프레임 내부에 배열되어 냉각될 액체와 접촉하게 된다. 열 교환기가 얼음 결정을 만들기에 충분한 액체를 냉각하기 위해 사용되면, 회전하는 스크래핑 장치가 열 교환기의 표면에 걸쳐 청소작업을 하여 열 교환기 표면에 형성된 얼음 결정들을 제거하게 된다.

열 교환기, 제빙기, 냉동냉장고, 스크래퍼, 유로, 유입구, 배출구

Description

냉각액용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR USE IN COOLING LIQUIDS}

본 발명은 냉각액용 열교환기에 관한 것이다.

제빙기 및 냉동냉장고가 공지되어 있다. 이런한 유형의 기계들은 음식물 처리, 플라스틱, 낚시, 및 일반 냉각 분야를 포함한 다양한 산업에서 사용된다. 냉동냉장고는 일반적으로 결빙온도 이상의 지점까지 액체를 냉각시키는 반면, 제빙기는 일반적으로 결빙점이하로 물 또는 용액을 냉각시킨다. 제빙기 및 냉동냉장고는 내부 통로를 통해 흐르는 냉매에 의해 냉각되는 열교환기를 사용한다. 냉각대상의 물, 또는 기타 다른 액체가 열교환기의 표면상으로 도입된다. 만약, 액체가 결빙되면, 열교환기 표면으로부터 얼음을 제거하기 위해, 스크래핑 장치(scraping device)를 이용하거나 열교환기 표면을 임시 가열하여 해빙시키는 것을 포함한 다양한 방법들이 사용된다. 결빙된 물이 통상 소금 또는 일부 다른 물질과 혼합하여 결빙점을 변경시키는 다는 점에서 슬러리 얼음(slurry ice)은 조각얼음(flake ice)과 다르다. 최종 슬러리 제품은 슬러시 점도(slush consistency)를 가지고, 펌핑됨으로써 최종 제품이 운반되는 많은 응용분야에 사용된다. 더욱이, 그 에너지 축적 및 전달 특성은 다른 형태의 얼음보다 뛰어나다.

Lyon의 미국특허 제 5,157,939 호 및 제 5,363,659 호는 물론, Gall의 미국 특허 제 5,632,159 호 및 제 5,918,477 호는 냉매가 디스크의 내부를 따라 이동하는 내부통로를 구비한 디스크 형상의 열교환기를 개시하고있다. 이 디스크는 그 표면상에 형성된 얼음을 제거하는 고정 스크래핑 기구와 접촉하면서 회전한다. 상기 Lyon의 미국특허에서, 디스크는 다수의 홈이 그 내표면상에 각각 형성되어 있는 2개의 결합 디스크쌍으로 형성된다. 이 결합 디스크쌍에 형성된 홈들의 패턴은 거울상(mirror images)으로 형성됨으로써 이들 디스크쌍이 함께 결합되어 납댐처리되어 대응 홈들이 결합하여 통로를 형성한다. 이러한 열교환기의 제조방법은 각각의 분리된 디스크 쌍을 화학적으로 에칭처리하는 과정을 포함하는데 이는 비용이 많이 소요된다.

Gall의 미국특허의 두개의 장치는 밀링머신을 사용하여 유체통로를 절단하여 두꺼운 금속판으로 만들어 형성되는 열교환장치를 개시하고 있다. 일단 유체통로가 절단되면, 얇은 평판이 밀링처리된 플레이트에 결합어 디스크를 완성하게 된다. 비록 플레이트의 밀링처리 과정이 화학적 에칭처리만큼 비용이 많이 들지 않고, 이 과정에서 하나의 플레이트만이 서로에 대향아혀 가공되지만, 이것은 여전히 시간과 비용이 많이 소요되는 과정이다. 종래의 평면 디스크 열교환기의경우, 냉매가 열교환기 표면의 주요부와 접촉하지 않는다. 그 이유는 압력에 견디도록 납땜을 위한 충분히 큰 표면적을 제공하기 위해서는 유로사이에 충분한 물질이 있어야 하기 때문이다.

종래특허에 개시된 열교환기의 냉매는 단일 유입구를 통해 열교환기속으로 유입되어 단일 배출구를 통해 배출된다. 이 냉매는 내부 통로를 통해 압축기에 의 해 구동된다. 냉매를 위한 최적의 속도범위가 있다: 만약, 속도가 너무 느리면, 열전달 효율이 감소하고 오일을 운반하기 위한 속도가 충분치 않아 오일이 압축기에서 픽업되어 이 압축기의 저장소로 반환된다. 만약, 그 속도가 너무 빠르면, 압축기는 에너지를 소모하게 될 것이다.

단일 유입구 및 단일 배출구를 구비함으로써 모든 냉매가 작은 단면적으로 통과하게 된다. 냉매의 고정 흐름을 위해, 보다 작은 유동 단면적은 보다 빠른 속도에 대응한다. 따라서, 단일 유입구 및 배출구를 구비함으로써, 유로 길이 및 속도는 증가하고, 그에 따라 제빙 시스템에서 냉매를 이동시키는 압축기의 작용이 크게 증가한다. 종래의 열교환기에서, 냉매속도를 줄이는 유일한 방법은 단면적을 증가시키는 것인데, 이것은 제조비용의 상승을 초래한다.

따라서, 보다 낮은 압력차를 가짐은 물론, 최적의 범위로 감소될 수 있는 냉매의 속도를 갖는 열교환기가 설치된 제빙기를 구비하는 것이 유리할 것이다.

또한, 저렴한 방식으로 제조될 수 있는 냉동냉장고 또는 제빙기용의 열교환기를 구비하는 것이 유리할 것이다.

또한, 냉매가 대다수 디스크 표면과 열접촉 정도가 크게 접촉되도록 하기 위한 냉매 통로를 갖는 열교환기를 구비하는 것이 유리할 것이다.

또한, 높온 열 전달율을 달성하기 위해 외벽이 얇으면서도 냉매의 고압에 견딜수 있는 평판형 열교환기를 구비하는 것이 유리할 것이다.

단일 구동모터를 사용하여 여러개의 열교환기 표면을 동시에 스크래핑할 수 있고 각각의 추가 표면에 대해 작은 추가 동력을 허용하는 평판형 열교환기를 구비 한 제빙기를 제공할 또 다른 필요성이 제기된다.

또한, 단순하고, 견고하며 서비스가 용이하고 청소가 필요치 않은 제빙기용의 스크래핑 기구를 제공할 또 다른 필요성이 제기된다.

본 발명의 일면에 따르면, 본 발명은 적어도 하나의 유체 유입구; 적어도 하나의 유체 배출구; 제 1 외측 플레이트 및 제 2 외측 플레이트; 및 내부층을 포함하는 열교환 장치에 관한 것이다. 상기 내부층은 상기 제 1 외측 플레이트와 상기 제 2 외측 플레이트 사이에 밀폐가능하게 삽입배치된다. 상기 내부층은 적어도 일련의 유로를 적어도 부분적으로 한정한다. 각 유로는 상기 외측 플레이트들 중 하나의 플레이트의 내표면과 상기 내부층에 의해 부분적으로 한정된다. 상기 적어도 일련의 유로는 상기 적어도 하나의 유체 유입구 및 적어도 하나의 유체 배출구 사이에 적어도 하나의 유동경로를 구성한다.

또 다른 일면에 따르면, 본 발명은 적어도 하나의 유체 유입구; 적어도 하나의 유체 배출구; 제 1 외측 플레이트 및 제 2 외측 플레이트; 및 내부층을 포함하는 열교환 장치에 관한 것이다. 상기 내부층은 상기 제 1 외측 플레이트와 상기 제 2 외측 플레이트 사이에 밀폐가능하게 삽입배치된다. 상기 내부층은 유로를 상기 적어도 하나의 유체 유입구 및 적어도 하나의 유체 배출구 사이에 적어도 하나의 유동경로를 적어도 부분적으로 한정한다. 상기 내부층은 하나 이상의 유동경로 세그먼트를 각각 한정하는 다수의 섹션을 선택적으로 구비한다. 이들 섹션은 퍼즐형 구조로 함께 대응 결합하여 내부층의 유동부를 구성한다.

일면에 따르면, 본 발명의 실시예는 열교환 장치를 구비한 냉동냉장고 또는 제빙기를 포함한다. 상기 열교환 장치는, 거의 동일한 형상을 갖는 상부 플레이트 및 하부 플레이트, 상기 플레이트들의 에지 또는 근접한 지점에 위치한 적어도 하나의 유체 유입구 및 적어도 하나의 유체 배출구, 상기 상부 플레이트 및 하부 플레이트사이에 퍼즐형 구조로 배치되는 다수의 섹션을 포함한다. 이들 각각의 섹션은 평행한 유동경로를 갖는 얇은 편의 재질을 포함한다. 상기 섹션의 퍼즐형 구조로 인해 상기 서로 다른 섹션을 통해 유입구로부터 그리고 배출구를 통해 유체가 연속적으로 유동되는 것 허용된다. 본 실시예의 추가 특징은 상기 섹션들은 상부 플레이트 및 하부 플레이트의 대다수 내표면이 상기 섹션들을 통해 흐르는 유체와 접촉되도록 구성된다는 점이다. 본 발명의 일 실시예에서, 평행한 유로의 섹션들은 파형재질로 구성되고, 상기 퍼즐형 구조는 상기 플레이트 내에서 대칭적이다. 또한, 각각의 유입구 및 배출구는 유체가 많은 수의 유로를 통해 흐르도록 치수가 정해진다. 유리한 실시예에서, 상부 플레이트 또는 하부 플레이트의 에지를 따라 균일하게 이격되어 있는 두 개의 유입구와 두 개의 배출구가 제공된다. 전술한 실시예에서, 상기 상부 및 하부 플레이트는 내측링 및 외측링부를 구비하고, 이 내층링 및 외측링은 유로의 섹션들을 넘어 연장한다. 상기 섹션을 통한 유체의 유동경로는 유체로 하여금 상기 유입구를 통해 흐르도록 하고 상기 내측링을 향해 유입되도록 한 다음, 상기 배출구를 향해 내측링 주변으로 흐른 후 처음엔 유입구를 향한 다음 배출구를 향하도록 하는 방향으로 상기 내측링 주변의 경로를 따라 전후 이동하고, 상기 경로는 상기 외측링에 연속적으로 근접한 다음, 상기 배출구를 통해 흐르는 과정을 포함한다.

본 발명의 또 다른 특징은 두 개의 평행한 플레이트로부터 물질을 스크래핑하기 위한 장치이다. 이 장치는 상기 플레이트를 수직으로 통과하는 샤프트; 상기 플레이트의 에지에 도달할 정도의 충분한 길이를 갖는 상기플레이트 사이에 배치되는 속이 빈 공동 캐리어; 상기 공동 캐리어의 길이를 따라 배치되는 다수의 스크래퍼; 상기 샤프트에 고정하기 위한 수단을 구비하고 상기 내측 캐리어가 속이 빈 공동의 외측 캐리어 내부에서 활주 결합하도록 배치되는 내측 캐리어; 상기 샤프트를 회전시키기 위한 수단; 상기 스크래퍼를 상기 플레이트와 접촉유지시키기 위한 수단; 및 상기 내측 캐리어를 상기 공동 캐리어에 연결하기 위한 제거가능 수단을 포함하여 구성된다. 일 실시예에서, 상기 고정수단은 상기 내측 캐리어에 용접되고 샤프트에 볼트 결합되는 플레이트이다. 또한, 상기 제거가능 연결수단은 상기 공동 캐리어가 활주될도록 제거가능한 볼트일 수 있다. 상기 스크래핑 장치의 형상은 열교환기와 접촉하는 모서리가 마모되면 반대쪽 에지가 사용될 수 있도록 뒤집어서 역전가능하게 함으로써 스크래핑 기구의 수명을 연장할 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다.

또 다른 일면에 따르면, 본 발명은 프레임; 상기 프레임 내부에 평행하게 배열되는 다수의 평판형 열교환기; 용액을 상기 열교환기 위로 지속적으로 공급하기 위한 수단; 및 상기 열교환기의 표면상에 형성되는 얼음 결정을 제거하기 위한 스크래핑 수단을 포함하여 구성되는 제빙장치에 관한 것이다. 일 실시예에서, 다수의 절연 패널이 상기 프레임에 고정되어 밀폐된 구획실이 생성된다.

또 다른 일면에 따르면, 본 발명은 열교환 장치를 통해 유입구에서 배출구로 전체적인 연속 유동경로를 설정하여 상기 유입구와 상기 배출구 사이의 모든 표면적을 거의 점유하는 방법에 관한 것이다. 이 방법은, 각 섹션이 평행한 일련의 유로들로 구성되는 다수의 섹션을 제공하는 단계; 각 섹션을 하나 이상의 각도로 선택된 평행한 유로 그룹으로 절단하는 단계; 각 섹션의 에지들을 하나 이상의 다른 섹션에 인접시켜 상기 유로가 방향을 변경하도록 하는 단계; 및 상기 섹션들을 퍼즐형 구조로 조립하는 단계를 포함하여 구성된다. 상기 각 섹션은 모든 인접하고 평행한 유로들을 소정지점에 포함함으로써, 하나의 섹션이 서로에 대해 반대 방향으로 평행한 유로를 구비할 수 있다.

본 발명의 장치의 다른 특징 및 장점들은 하기의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 명백해질 것이다.

이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 열교환기의 투시 정면도.

도 1a는 열교환기를 통해 냉매가 점유하는 유로를 예시하기 위해 각각의 유로가 명료하게 제거된 상태의 도 1에 도시된 열교환기의 투시도.

도 2는 도 1의 열교환기를 포함하는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제빙기의 부분 정면도.

도 3은 도 2의 선 3-3을 따라 절취한 단면도.

도 4는 플레이트의 일측을 스크래핑하기 위한 스크래핑 장치의 측면도.

도 5는 스크래핑 장치를 샤프트에 연결하는 베이스 플레이트의 단부 도면.

도 6A는 스크래퍼가 연결된 상태의 도 4의 스크래핑 장치로부터 상부 웹(top 웹)의 평면도.

도 6B는 스크래퍼가 구비되지 않은 상태의 도 6A의 상부웹의 평면도.

도 6C는 스크래퍼의 중앙 웹의 평면도.

도 6D는 스크래퍼의 하부 웹의 평면도.

도 7은 스크래퍼를 웹에 연결하는 피봇 샤프트의 측면도.

도 8은 두개의 플레이트사이에서 사용되는 스크래핑 장치의 측면도.

도 9A는 한 쌍의 스크래퍼가 연결된 상태의 도 7의 스크래퍼 장치의 웹의 평면도.

도 9B는 스크래퍼가 구비되지 않은 상태의 도 9A의 웹의 평면도.

도 10는 도 8의 스크래핑 장치와 함께 사용되는 스프레이 튜브의 측면도.

도 11은 플레이트사이의 대체 퍼즐형 구조(alternative puzzle-type arrangement)의 섹션들을 도시한 평면도.

도 11a는 열교환기를 통해 냉매가 점유하는 유로를 예시하기 위해 각각의 유로가 명료하게 제거된 상태의 도 11에 도시된 열교환기의 투시도.

도 12a는 도 1에 도시된 열교환기의 일부분을 도시한 확대 측단면도.

도 12b는 도 12a에 도시된 열교환기의 일부분의 대체 구성을 도시한 확대 측단면도.

도 13은 플레이트사이의 또 다른 대체 퍼즐형 구조의 섹션들을 도시한 평면 도.

도 14는 상기 장치가 단일 유입구 및 단일 배출구만을 구비할 경우 퍼즐형 구조의 섹션들을 도시한 평면도.

도 14a는 열교환기를 통해 냉매가 점유하는 유로를 예시하기 위해 각각의 유로가 명료하게 제거된 상태의 도 14에 도시된 열교환기의 투시도.

도 15는 상기 장치가 단일 유입구 및 단일 배출구만을 구비할 경우 또 다른 퍼즐형 구조의 섹션들을 도시한 평면도.

도 16은 열교환기가 수평으로 배치되는 제빙기의 대체 실시예를 도시한 정면도.

도 17은 수평 실시예의 수집팬(collection pan) 및 스위퍼(sweeper)구조를 도시한 평면도.

도 18은 수평 플레이트에 사용하기 위한 스크래핑 장치의 평면도.

도 19는 두개의 수평 플레이트를 동시에 스크래핑하기 위한 한 쌍의 스크래퍼를 도시한 측면도.

도 20은 수평 플레이트를 스크래핑하기 위한 단일 스크래핑 요소의 측면도.

도 21은 수평 플레이트와 접촉하는 스크래핑 요소의 평면도.

도 22는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 제빙기의 부분 사시도.

도 22a는 도 22에 도시된 하우징의 측면도.

도 3를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 제빙기(10)가 도시된다. 상기 제빙 기(10)는 지지 프레임(14)내에 배치된 다수의 평판형 열교환기(12), 스크래핑 시스템(15) 및 액체 공급시스템(17])을 포함한다. 도 2a를 참조하면, 각각의 열교환기는 제 1 외측 플레이트(42), 제 2 외측 플레이트(44) 및 상기 제1 외측 플레이트(42)와 상기 제 2 외측 플레이트(44)사이에 배치되는 내부층(45)으로 구성된다. 상기 내부층(45)은 두 개의 장방향 에지(49)를 각각 구비하는 다수의 벽부(47)를 포함한다. 이 장방향의 에지(49)중 하나 또는 두 개의 에지를 따라 족부(foot portion)(51)가 상기 벽부(47)에 일체로 결합될 수도 있다. 상기 하나 또는 두 개의 족부(51)는 상기 벽부(47)를 외측 플레이트(42,44)중 하나 또는 두 개의 플레이트에 결합시킨다. 벽부(47)는 상기 외측 플레이트(42 및 44)에 결합되면 열교환기(12)를 통해 냉매의 이동을 위해 사용되는 유로(53)를 분리 및 한정한다. 상기 유로(53)는 하나 이상의 냉매 유입구(32)와 하나 이상의 냉매 배출구(34)사이에 냉매의 유로를 제공하도록 배열된다. 도 1에 도시된 실시예에는, 두 개의 유입구(32) 및 두 개의 배출구(34)를 구비한 열교환기(12)이 도시되지만, 이와는 달리 상기 열교환기(12)가 두 개 이하 또는 이상의 유입구(32) 및 배출구(34)를 구비하는 것도 가능한다.

유로는 유체 유입구로부터 연통하는 유체 배출구로 이어지는 외측 플레이트들과 내부층사이의 삽입구조에 의해 형성된 모든 유로을 포함하는 것으로 이해된다. 이와는 달리, 용어 유로 "세그먼트"는 유입구와 배출구사이의 유로의 일부분을 한정하는데 사용되고, 일련의 인접 유로들만이 (유로 세그먼트에 있는 모든 내부층 섹션을 통해) 유로가 동일한 세그먼트에 속하는 길이에 걸쳐 평행하게 정렬되 는 것으로 이해된다.

도 1a를 참조하면, 족부(51)를 이용하여 벽부(47)를 외측 플레이트(42 및 44)에 결합함으로써, 몇 가지 장점이 얻어진다. 그중 한 가지 장점은 벽부(47)가 비교적 얇게 형성됨으로써 비교적 많은 수의 벽부(47)와 관련 족부(51)가 상기 외측 플레이트(42 및 44)사이에 배치될 수 있다. 이것으로 인해, 비교적 많은 수의 구조부재가 제 1 외측 플레이트(42)와 제2 외측 플레이트(44)사이에 제공된다. 그 결과, 냉매가 압력하에 유로(53)을 통해 순환될 때 열교환기의 변형에 견딜 수 있는 열교환기가 구성된다.

상기 열교환기(12)는 약 30 psig (207 kPa)과 약 300 psig (2070 kPa)사이의 범위로 압축되는 것으로 예상될 수 있고, 따라서, 적어도 약 300 psig (2070 kPa)까지 견딜수 있도록 구성될 수도 있다. 그러나, 일부 구역에서는, 열교환기(12)가사용중에 예상되는 최대 내부압력 보다 높은 압력에 견디도록 요구될 수도 있다. 예컨대, 열교환기(12)는 일부 구역에서 지역규제(local regulations)에 부합하도록 약 450 psig (3100 kPa)정도의 압력에 견디도록 구성될 수도 있다.

비교적 얇은 벽부(47)를 구비함으로써, 벽부(47)와 접촉하는 외측 플레이트(42, 44)의 전체 표면적은 비교적 작다. 이로 인해, 상기 외측 플레이트(42,44)와 유로(53)사이에는 비교적 큰 접촉 표면덕이 형성되어 선택된 온도에서 상기 외측 플레이트(42,44)가 유지되는 것을 용이하게 해준다. 상기 벽부(47)의 두께는 Tw로도시된다. 이 두께 Tw는 예컨대, 약 0.008" (0.2 mm)일 수 있다. 인접 유로를 한정하는 벽부쌍(47)사이의 유로폭은 W로 도시되고, 약 3/16" (4.8 mm)일 수 있 다. 상기 유로폭 W이 균일할 필요는 없고 그 용어 "유로폭"은 상기 외측 플레이트(42,44)와 유체 접촉 계면이 존재하는 유로(53)의 부분을 일컫는다. 벽부 두께 Tw대 유로폭 Wc의 비율은 약 1:8이하가 될 수도 있고, 보다 바람직하게는 약 1:18과 약 1:25사이 범위이고, 보다 바람직하게는 약 1:20 이하이고, 예컨대 약 1:22.5와 같이 약 1:20과 약 1:25사이의 범위가 될 수도 있다.

제1 외측 플레이트(42)와 제2 외측 플레이트(44)사이에 비교적 많은 수의 구조부재(즉, 벽부(47)를 구비함으로써, 상기 제1 및 제2 외측 플레이트(42,44)의 두께는 비교적 얇게 유지될 수 있다. 상기 제1 및 제2 외측 플레이트(42,44)의 두께는 각각 Tp1 및 Tp2로 도시된다. 두께 Tp1 및 Tp2는 각각 약 0.120" (3 mm) 정도일 수도 있다.

벽부(47)에 연결되는 족부(51)는 상기 벽부(47)의 두께 Tw와 동일할 수 있는 두께 Tf를 갖는다. 상기 족부(53)는 상기 외측 플레이트(42,44)의외표면상에 증착된 물질의 냉각시 비교적 적게 간섭하도록 얇게 형성되는 것이 바람직하다. 상기 족부(51)는 비교적 넓은 표면적에 걸쳐 벽부(47)가 제1 및 제2 외측 플레이트(42,44)에 결합되도록 함으로써, 비교적 확실한 밀봉 이음부를 제공함과 동시에 벽부(47})이 비교적 얇게 형성되도록 해준다.

상기 벽부(47) 및 족부(51)는 파형의 시트재(corrugated sheet material)로 이루어진 섹션(40)에서 일체로 함께 형성될 수 있다. 다수의 섹션(40)들이 함께 짝을 이루어 형성되어 유로(53)가 유입구(32)와 배출구(34)사이의 선택된 평행한 일련의 유로들을 따라 냉매가 흐르도록 한다. 이들 유로는 열교환기(12)를 통해 흐르는 냉매의 단위 체적당 발생하는 열전달의 양을 증가시키도록 대체로 구불구불한 뱀형상이 되도록 형성될 수도 있다. 용어 "구불구불한(serpentine)"은 방향이 (구간경계에 있는 다수의 90~180도 계면을 이용하여) 점차 또는 (적어도 하나의 예각 구간 계면을 이용하여)즉시 V자 패턴으로 적어도 한번 그리고 통상적으로는 파상 패턴(undulating pattern)으로 여러번 부분적으로 역전되는 유로 세그먼트를 지칭하는데 사용된다.예컨대, 도 13에 도시된 바와 같이, 구간 계면에서의 V자 패턴의 유로들은 단일 유로 세그먼트로 여러번 반복될 수 있다. 내부층(45)을 파형의 시트재로 된 다수의 대응결합 섹션(40)으로 형성함으로써, 유로를 위한 선택된 경로지정

(routing)이 제공되고, 벽부(47)와 외측 플레이트(42,44) 측면에서 비교적 얇은 벽구조가 제공되며, 이들 장점을 열교환기(12)에 접목시키는 비교적 저렴한 방법이 제공된다.

용어 "파형(corrugated)"은 열교환기를 통해 유체가 흐르는 유로의 높이 및폭을 한정하는 역할을 하는 만곡부의 파상패턴을 광의적으로 정의하는데 사용된다. 상기 만곡부에 의해 형성되는 형상은 상기 외측 플레이트(42,44)에 대해 적어도 부분적으로 동일평면을 포함하는 유로의 칫수를 정의하는 정도로 중요하다. 본 명세서에서 유로벽의 족부(51)로 지칭되는 이러한 동일평면은 상기 파형 시트재층이 예컨대 납땜에 의해 외측 플레이트에 밀봉 결합되면 상기 외측 플레이트(42,44)와 함께 이음부(joint)를 형성하기에 충분한 가용 접촉면에 관한 폭 Wf를 갖는다. 이러한 접촉면적은 상기 만곡부가 90도로 형성될 때 최대가 되지만, 부분적으로 곡선형 의 프로파일을 갖는 만곡부는 다소 작은 접촉면으로 유리하게 사용될 수 있다는 것을 이해하게 될 것이다. 족부(51)가 작을 수록, 냉매와 외측 플레이트(42,44)사이에 직접 존재하는 접촉 표면적이 커진다는 것을 이해하게 될 것이다(도 12b 참조).

따라서, 파형부의 구성은 실링 표면적의 양과 원하는 직접 유체-외측 플레이트 접촉의 양사이의 선택된 트레이드오프(tradeoff)를 제공하도록 선택될 수 있다.도 1에는 선택된 섹션(40)의 구성이 도시된다. 도 11, 도 13, 도 14 및 도 15에는 하나 이상의 유입구(32)와 하나 이상의 배출구(34)사이에 서로 다른 유로를 제공하는 추가의 섹션(40) 구성이 도시된다. 특히, 도 1, 도 11 및 도 13은 두 개의 유입구(32) 및 두 개의 배출구(34)사이의 일련의 유로를 구비한 열교환기(12)를 도시한다. 도 14 및 도 15는 하나의 유입구(32)와 하나의 배출구(34)사이의 일련의 유로를 구비한 열교환기(12)를 도시한다.

각 섹션(40)은 하나 이상의 인접 섹션(40)에 대해 비제로 각도로 절단됨으로써, 이들 섹션이 외측 에지를 따라 함께 대응하여 결합하면 파형부에 의해 형성된 유로(53)는 하나의 섹션(40)에서 다른 섹션(40)으로 방향을 변경한다. 제 2 섹션(40)은 또 다른 섹션(40)에 인접배치되어 유동 방향등을 다시 변경시켜 유입구(32)에서 부터 배출구(34)에 이르는 전체적인 유로를 설정한다. 각 섹션(40)은 소정 지점에서 모든 인접하는 평행한 유로들을 포함할 수 있고, 섹션(40)은 서로에 대해 반대방향으로 평행한 유로를 포함할 수 있다. 상기 내부층(45)은 열교환기(12)의 외주부로부터 냉매가 유출되는 것을 방지하기 위해 그 외주부의 주변에 상기 제1 및 제2 외측 플레이트(42,44)를 함께 밀봉 결합시키기 위한 외측링(48)을 구비할 수 있다. 상기 지지 프레임(14)상에 열교환기(12)를 장착하기 위해 개구가 형성된 장착용 탭(tab)(50)이 외측링(48)주변에 제공될 수 있다. 상기 탭(50)은 프레임(14)에 장착되는 타이로드(tie rod)(50)(도 3 참조)를 수용할 수 있다. 인접한 쌍의 열교환기(12)사이와, 상기 열교환기(12)와 프레임(14)사이의 타이로드(50)상에 스페이서(22)가 제공되어 하나 이상의 열교환기(12)를 선택된 위치에고정시킨다. 상기 외측링(48)은 내부층(45)(즉, 섹션(40))의 유로부 주변과 유입구(32) 및 배출구(34) 주변으로 연장가능하다.

용어 "밀폐가능하게(sealedly)"는 약 50 psig (340 kPa) 내지 약 300 psig (2070 kPa)의 압력과 같은 고압에서 3층 적층구조로부터 열교환 매체(예, 냉매)의 누출을 방지하는 3층 적층구조(즉, 두 개의 외측 플레이트(42,44) 및 내부층(45))의 특성을 지칭하기 위해 사용된다. 특히, 열교환 매체가 냉매인 경우, 이 매체는 열교환기(12)로부터 냉매의 누출에 대한 환경 우려를 불식시키기 위해 밀폐방식으로 3층을 결합하는데 중요하다.

상기 열교환기(12)는 스크래퍼 시스템(15)의 일부인 구동 샤프트(16)가 통과하여 열교환기(12)의 양측상에 있는 스크래퍼(26)에 연결되도록 해주는 샤프트 관통 개구부(55)를 구비할 수 있다. 일부 실시예의 경우, 예컨대 열교환기가 냉동냉장고로서 사용될 때 이 열교환기(12)는 샤프트 관통 개구부(55)를 구비할 필요가 없음을 고려해볼 수 있다.

내부층(45)은 상기 샤프트 관통 개구부(55)주변의 내주면을 따라 제1 및 제2 외측 플레이트(42,44})를 함께 밀폐가능하게 결합하여 열교환기(12)의 내주변으로부터 냉매가 누출되는 것을 방지해주는 내측링(46)을 구비한다.상기 제1 및 제2 외측 플레이트(42,44), 내측링 및 외측링(46,48) 및 섹션(40)을 포함하는 열교환기구성요소 각각은 금속재와 같은 적당한 재질로 제조될 수 있다.외측링(48), 내측링(46) 및 족부(51)을 외측 플레이트(42,44)에 결합하는 과정은 납땜과 같은 적절한 수단에 의해 수행될 수 있다.

섹션(40)의 퍼즐형 구조를 통한 전형적인 유로는 도 1 및 도 1a를 참조하여다음과 같이 설명될수 있다: 냉매는 도면부호 32a로 도시된 유입구를 통해 열교환기 내부로 유입되고 섹션(40a)을 따라 내측링(46)을 향해 이동한다. 냉매의 일부는 섹션(40a)을 통해 이동한 후 섹션(40a)내의 유로(53)의 단부에서 부터 섹션(40b)로 향하면서 방향을 변경하여 내측링(46)을 따라 이동하게 된다. 섹션(40b)로부터 냉매가 섹션(40c) 내부로 유입되고, 섹션(40d)으로 진행하여 유체가 방향을 변경하여 짧은 주기 동안 내측링(46)으로부터 멀어지면서 흐르게 된다. 냉매는 섹션(40c)을 통해 섹션(40d)을 향해 형성되었던 서로 다른 유로를 따라 섹션(40d)로부터 섹션(40c)으로 다시 유입된다. 섹션(40c)으로부터 냉매는 섹션(40b)내부로 다시 흐른 다음 섹션(40a)으로 유입된다. 화살표(52)로 표시된 바와

같이, 냉매는 도면부호 34a로 도시된 배출구에 도달할 때 까지 계속해서 섹션(40)을 통과한다. 유입구(32a,34a)사이에 도시된 유로는 도 1에 도시된 열교환기(12) 길이의 1/4에 걸쳐 연장된다. 열교환기(12)로 유입되는 냉매의 일부는 열교환기(12) 길이의 또 다른 1/4에 걸쳐 34b로 도시된 배출구로 유동한다는 것을 유념해 야 한다.

섹션(40b)과 같이 섹션(40)의 적어도 일부에는 냉매가 일방향으로 일부 유로(53)를 따라 그리고 반대방향으로 다른 유로를 따라 이동한다.

또한, 섹션(40d,40c)의 일부 사이의 이음부와 같이 적어도 일부 쌍의 인접 섹션사이의 이음부에는 유로(53)가 예각으로 만나 냉매가 어느정도 유로 자체위로 다시 흐르게 된다. 인접 섹션사이에 이음부의 적어도 일부를 제공하여 유로(53)가 예각으로 만나게 함으로써, 구불구불한 유로가 형성될 수 있다는 것을 유념해야 할 것이다.

섹션(40b,40c)사이의 이음부와 같이 적어도 일부 쌍의 인접 섹션사이의 다른 이음부에서는 유로(53)가 둔각으로 만난다는 것을 유념해야 한다.이러한 이음부들은 연속쌍의 인접 섹션(40)사이에 제공되어 일방향에서 또 다른 방향으로의 냉매의 유로방향의 비교적 점진적인 변화가 허용된다. 예컨대, 도 14 및 도 14a에서 열교호나기(12)에 의해 제공된 유로는 인접쌍의 섹션(40)사이의 둔각 이음부만을 포함한다. 도 14 및 도 14a에 도시된 열교환기(12)에서, 전체적인 유로는 열교환기(12)의 환상(環狀) 형상을 따르고 그 자체위에 이중구조를 갖지 않는 형상을 갖는다. 유로(53)가 인접 섹션(40)에서 둔각으로 만나는 적어도 일부 이음부를 제공함으로써, 유동방향의 전체적인 변경으로 초래되는 압력 강하가 감소된다.

두 개의 유입구(32) 및 두 개의 배출구(34)를 제공함으로써, 냉매의 1/4만큼 통과하는 전체 거리는 열교환기의 단일 4분원으로 제한된다. 이로 인해, 압력 강하가 냉매의 이동 경로길이에 비례하여 변경되기 때문에 열교환기에 걸쳐 전체 냉매 흐 름에 의해 야기되는 전체 압력 강하는 줄어든다.

냉매의 경로길이가 증가할 때 종래에 공지된 트레이드오프가 존재한다. 한편으로, 경로 길이가 길수록 냉매가 접촉하는 재질로부터 열을 제거해야 하는 시간이 증가하여 열 전달이 보다 효율적으로 이루어진다. 경로길이가 짧을 수록 냉매의 이동에 필요한 압력이 감소하여 압축기 또는 냉매 유동작용을 구동하는 것이 무엇이든지 간에 그 동작을 어렵게 만든다. 많은 퍼즐형 구조의 섹션(40)은 열교환기(12)에 사용될 수 있다. 도 1 및 도 13에 도시된 구조는 다양한 크기 유닛을 위한 길고 짧은 경로길이 사이의 트레이드오프를 최적화하면서 플레이트의 표면적의 전체 적용범위를 제공하는 것으로 확인되었다.

내부층(45)은 외측링(48)으로 구성되는 외측 경계부, 파형 시트금속의 섹션(40)으로 구성가능한 유동부, 및 선택적으로 제공되는 내측링(46)으로 구성되는 내측 경계부를 포함한다. 상기 유동부는 열교환기(12)가 샤프트 관통 개구부(55) 를 구비하는지의 여부와 같은 일정 인자에 따라 내부층(45)의 면적의 약 50% 내지 약 95%의 면적과 열교환기(12)의 전체크기를 포함할 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 유동부는 내부층(45)의 면적의 약 75% 내지 약 90%를 포함할 수 있고, 바람직하기로는 내부층(45)의 면적의 적어도 약 85%, 그리고 보다 바람직하기로는 내부층(45)의 면적의 적어도88%을 포함할 수 있다.

이하에서는 스크래퍼 시스템(15)에 대해 설명하기로 한다. 거의 평행인 위치에서 수직으로 정렬가능한 열교환기(12)를 중앙 샤프트(16)가 통과하고, 이 중앙 샤프트는 한쌍의 베어링(18)에 의해 프레임(14)의 외측상에 지지될 수 있다. 지지 브래 킷(20)에 장착된 개구형성 탭(50)의 개구부(101)를 다수의 나사산 로드(100)가 통과한다. 로드(100), 브래킷(20) 및 스페이서(22)는 도 3에 도시된 바와 같이 수직위치에 열교환기(12)를 유지시키고 너트(24)에의해 제 위치에 록킹된다.

최외측 열교환기(12)와 프레임(14)사이에는 도 4에 도시된 외측 스크래핑 장치(26)가 배치되는 동시에, 도 8에 도시된 내측 스크래칭 장치(28)는 두 개의 열교환기(12)사이에 배치된다.

냉매는 다수의 연결부(30)(도 3 참조)를 통해 제빙기(10)로 유입된 후, 유입구(32)(도 2 참조)를 통해 각각의 열교환기(12)속으로 펌핑된다. 일단 냉매가 열교환기(12)를 통과하면, 배출구(34)(도 2 참조)를 통해 배출되고 연결부(30)(도 3 참조)를 통해 다시 배출된다. 냉각대상의 담수, 염수 또는 기타 액체이 샤프트(16)을 통해 제빙기(10)속으로 펌핑된 후, 노즐(36)로부터 열교환기(12)의 표면상으로 분사된다.상기 최외측 열교환기(12)를 스크래핑하는 스크래핑 장치(26)의 경우, 노즐(36)은 상기 스크래퍼(26)의 후방부에 배치된다. 노즐(36)을 두 개의 플레이트를 동시에 스크래핑하는 스크래핑 기구상에 배치하는 것도 가능하지만, 별도의 분사 튜브(92)상에 노즐을 배치하는 것이 바람직하다. 상기 스크래핑 장치(26,28)는 샤프트(16)에 의해 회전하여 얼음과 물의 혼합물을 열교환기(12)의 표면으로부터 제고하고 제거된 혼합물이 후드(38)속으로 떨어지도록 한다. 상기 후드(38) 내부에 수집된 얼음-물 혼합물은 저장탱크(도시생략)속으로 펌핑되어 얼음이 분리되고 물은 제빙기(10)속으로 다시 펌핑된다. 다수의 절연패널(60)이 프레임에 볼트결합됨으로써 열절연 구획실이 생성된다.

도 4 내지 도 10을 참조하면, 스크래핑 장치의 실시예가 도시된다. 도 4는 베이스 플레이트(56)(도 5에 도시됨)를 사용하여 샤프트(16)에 볼트결합된 캐리어 튜브(54)를 포함하는 외측 스크래핑 장치(26)을 도시하고 있다. 도 6B에는 상부웹(62)이 캐리어 튜브(54)의 단부에 용접처리되고, 중앙 웹(64)(도 6C에 도시됨)은 캐리어 튜브(54)를 따라 균일하게 이격되어 있고, 하부 웹(66)은 샤프트 근처의 상기 캐리어 튜브(54)의 베이스에 용접된다. 다수의 스크래퍼(58)가 캐리어 튜브(54)의 길이를 따라 연장되어 도 7에 도시된 피봇 샤프트(68)에 의해 상기 웹들에 고정되어, 상기 피봇 샤프트의 쇼울더(70)가 제 위치에서 고정된다. 상기 스크래퍼들(58)는 슬러리 얼음을 제조하기 위해서는 플라스틱이 바람직하고, 조각얼음을 제조하기 위해서는 금속 재질이 바람직하다. 도 6A 및 도 6B를 참조하면, 각 웹의 슬롯(72)에는 제 1 바아(74)가 안치되고, 상기 제 1 바아(74) 및 웹에는 제 2 바아(76)이 용접된다. 상기 제 1 바아(74)와 상기 제 2 바아(76)사이에는 고무범퍼(78)가 안치된다. 이 고무 범퍼(78)는 상기 스크래퍼(58)를 제 1 바아(74)로부터 밀어내는 작용을 하고 스크래퍼 모서리(80)를 평판형 열교환기(12)에 대해 밀어낸다. 스크래퍼(58)의 형상은 모서리(80)가 마모되면 간단히 뒤집어서 제 2 모서리를 사용할 수 있어 스크래퍼의 수명을 연장할 수 있다. 스크래서(58)로부터 캐리어 튜브(54)의 대향측면을 따라 다수의 노즐(36)이 설치되어 있다. 물은 샤프트(16)속으로 펌핑됨에 따라, 캐리어 튜브(54)의 내부를 통해 위로 이동하고 튜브(54)가 샤프트와 함께 회전함에 따라 노즐(36)를 분사시킨다.

도 8은 두 개의 평판형 열교환기(12)사이에서 사용되는 내측 스크래핑 장 치(28)을 도시하고 있다. 내측 캐리어(82)가 베이스 플레이트(56)에 용접되어 있고(도 5 참조), 샤프트 (16)에 볼트결합되어 있다. 속이 빈 또 다른 공동 캐리어(84)가 상기 내측 캐리어(82)을 덮어 감싸면서 이 내측 캐리어 상에서 활주한다. 제거가능한 볼트(86)로 인해 공동 캐리어(84)가 내측 캐리어(82)에 고정되고, 이렇게 함으로써 샤프트(16)에 고정된다. 다수의 웹(88)이 상기 공동 캐리어(84)에 용접된다. 두 개 그룹의 스크래퍼(58)가 두 개의 별도의 피봇 샤프트(68)(도 7 참조)에 의해 웹에 고정된다. 각각의 스크래퍼(58) 쌍은 공동 캐리어(84)의 길이를 따라 범퍼(78)에 의해 분리된다. 바아(90)가 웹(88)에 용접되어 범퍼들(78)을 제 위치에 고정시킨다. 이 범퍼들(78)은 스크래퍼(58)를 서로 밀어내어 그 각각의 열교환기(12)를 향하도록 한다. 이러한 설계로 인해 내측 스크래핑 장치의 유지관리가 용이해진다.

평판형 열교환기(12)를 제거하기 보다는 무엇보다 필요한 것은 볼트(86})을 제거하는 것이며 , 공동 캐리어(84)는 열교환기들 사이에서 활주이동할 수도 있다.더욱이, 상기 공동 캐리어(84)는 열교환기(12)의 직경의 절반 이하이기 때문에 제빙기 주변의 필요한 서비스 면적이 작아진다.

도 10에는 내측 캐리어(82)로부터 샤프트(16)의 대향측면 상에는 베이스 플레이트(56)에 용접되고 샤프트(16)에 볼트고정되어 있는 분사튜브(92)가 설치된다.상기 분사튜브(92)의 길이를 따라 다수의 노즐(36)이 설치되어 있다. 물은 샤프트(16)속으로 유입됨에 따라 분사 튜브(92)를 통해 흐르고, 노즐(36)을 통해 열교환기(12)의 표면상에 물이 분사된다.

도 16은 플레이트가 수평으로 배치되어 있는 제빙기의 대체 실시예를 도시하고 있다. 이러한 구조는 예컨대 낚시 선박에 승선할 경우와 같이 높이가 제한되는 장소에서 유리하다. 도 16을 참조하면, 유사한 구성요소에 대해서는 유사한 도면부호가 병기되고, 제빙기(210)는 하부 프레임(208)에 의해 지지되는 상부 프레임(209) 내부에 다수의 평판형 열교환기(12)를 포함한다. 대체로 평행한 위치에 수형으로 정렬되는 열교환기들(12)을 중앙 샤프트(16)가 통과하고 있고 이 중앙 샤프트는 상기 상부 프레임(209)의 외측에서 그리고 수집팬(206) 아래에서 한 쌍의 베어링 하우징(18)에 의해 지지된다. 최외측 열교환기와 상부 프레임(209)사이에는 외측 스크래핑 장치(201)가 배치되는 반면, 두 개의 열교환기(12) 사이에는 내측 스크래핑 장치(202)가 배치된다. 냉매는 다수의 연결부를 통해 제빙기(210)속으로 유입된 ㅎ후, 각각의 열교환기(12) 내부로 펌핑된다. 결빙 대상의 담수, 염수 또는 기타 다른 액체가 샤프트(16)를 통해 제빙기(210)속으로 펌핑된 후, 스크래핑 장치(201,202)의 노즐을 통해 열교환기(12)의 표면상으로 분사된다. 이때, 상기 스크래핑 장치(201,202)는 샤프트(16)에 의해 회전하여 열교환기(12)의 표면으로부터 얼음-물 혼합물을 제거한다. 얼음은 스크래핑 장치(202,201)를 외부로 향하도록 한 후 외측방향으로 밀어낸다. 얼음이 열교환기(12)의 최외측 에지를 통과할 때 수집팬(206)속으로 떨어진다. 도 17은 수집팬(206)의 평면도를 도시하고있다. 이 수집팬(206)에는 샤프트(16)에 부착된 청소장치(203)가 설치되어 샤프트(16)와 함께 회전하여 수집팬(206)속으로 떨어진 얼음을 제거한다. 상기 수집팬은 천공부(212)를 구비하고 있다. 상기 청소장치가 상기 천공부(212)를 지남에 따라 얼음은 천공 부(212)를 통해 아래로 떨어지고 오수통(205)에 도달하게 된다. 이때, 얼음은 배출구(203)을 통해 제빙기로 부터 저장탱크(도시생략됨)속으로 펌핑되어 얼음이 분리되고 물은 제빙기(210)로 다시 펌핑된다. 비스듬한 모서리(207)때문에 얼음이 수집팬(206)속으로 떨어질 때 청소장치(203)가 미치는 거리에 있는 수집팬(206)의 영역속으로 미끄러지면서 떨어진다.

도 18에는 스크래핑 장치(201)가 도시되어 있고, 이 스크래핑 장치는 다수의 스크래퍼(220)을 구비한 캐리어 포함한다. 각각의 스크래퍼(220)는 스크래핑 요소(221)을 지탱하기 위해 상부(226), 후방부(224) 및 전방부(225)를 구비한 홀더(223), 및 두 개의 측면부(222)를 구비하고 있다. 압축가능한 범퍼(230)는 스크래핑 요소(221)에 대해 외부압력을 유지시켜 열교환기(12)와 접촉하도록 한다.

스크래퍼들(220)은 연속된 스크래퍼들(220)이 대략 단일 스크래퍼(220)의 폭만큼 분리되도록 캐리어를 따라 이격되어 있다. 샤프트의 대향측면상에 있는 스크래퍼들(220)은 임의의 스크래퍼(220)에 의해 남겨진 원형 경로가 상기 대향측면상의 스크래퍼를 통과하도록 캐리어를 따라 정렬된다. 스크래핑 요소들(221)은 얼음을 밀어내고 최종적으로 마무리하기 위해 외향으로 각이진 스크래핑 에지(229)를 구비한다. 연속된 스크래핑 요소들은, 샤프트에 근접한 요소들이 캐리어의 길이방향에 대해 근접하거나 평행하게 각이 형성되고 열교환기(12)의 에지에 근접한 요소들은 캐리어의 길이방향에 대해 근접하거나 수직하게 정렬되도록, 외부로 각이 크게 형성될 수도 있다. 서로 다르게 각이형성된 스크래핑 요소들은 설계에 필수적인 사항은 아니다. 핀(227)은 홀더(223)에 스크래핑 요소를 연결하기 위해 사용되며, 나사산(228)으로 고정된 나사가 핀(227)을 제 위치에 유지시켜준다.

외측 열교환기(12)의 최외측 부분을 스크래핑하는 외측 스크래핑 장치(201)의 경우, 스크래퍼(220)는 샤프트에 볼트고정된 캐리어에 용접될 수도 있다. 두 개의 플레이트 사이에 위치하고 이들 플레이트의 측면을 동시에 스크래핑하는 내측 스크래핑 장치(202)는 속인 빈 공동 캐리어에 용접된 스크래퍼들(220)을 구비하며, 이공동 캐리어는 샤프트에 볼트고정된 내측 캐리어상으로 활주이동한다. 노즐(도시생략됨)은 결빙대상의 액체를 분사하기 위해 캐리어로부터 열교환기(12)에 배향된다.

도면에는, 퍼즐형상의 방식으로 함께 결합되는 다수의 섹션으로 구성되는 내부층이 도시되어 있다. 각각의 섹션은 섹션의 일부로서 일체로 모두 결합되는 다수의 유로를 한정하는 다수의 벽부 및 족부를 포함하는 것으로 설명된다. 이와는 달리, 각각의 벽부(47)를 개별적인 조각이 되도록하는 것이 가능한데, 이 개별적인 조각은 하나 또는 두 개의 길이방향 에지(49)를 따라 벽부에 일체로 연결된 족부(51})를 구비한다. 환언하면, 관련된 하나 또는 두 개의 족부(51)를 갖는 각각의 벽부가 외측 열교환기에 개별적으로 연결된는 각각의 조각이 되도록 선택적으로만들수 있다.

도면에는, 제빙기가 각 열교환기의 양측면을 스크래핑하기 위한 스크래퍼들을 구비하고 있다. 이와는 달리, 하나 이상의 열교환기가 그 일측면을 스크래핑하기 위한 단일의 스크래퍼만을 구비하도록 구성할 수 있다.

도면에서, 제빙기는 다수의 열교환기(12)를 포함하는 것으로 도시되었다. 이와는 달리, 일부 제빙기를 단일의 열교환기(12)를 포함하도록 구성할 수 있다. 이러한 대체 실시예에서, 제빙기는 하나 또는 두 개의 외측면상에 외측 스크래퍼(26)를 구비할 수도 있지만, 내측 스크래퍼(28)가 구비되지 않는다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

제빙기(10)는 액체 공급 시스템(17)을 통해 액체 공급원을 거쳐 노즐(36)로부터 배출되도록 결빙될 액체를 공급하는 것으로 설명되었다. 이와는 달리, 결빙될 액체를 또 다른 방식으로 제공할 수 있다. 예컨대, 도 22를 참조하면, 내부에 열교환기 (12)와 스크래퍼(26,28)이 배치되는 내부 챔버(99)를 한정하는 밀폐 하우징(97)이 제공될 수 있다. 결빙결빙체는 상기 하우징(97)의 일측벽위와 같이소정의 장소에 위치할 수 있는 챔버 유입구(101)를 통해 상기 내부 챔버(99) 속으로 유입될 수 있다. 상기 내부 챔버(99)는 거의 동력될 액체로 충전될 수도 있다. 따라서, 열교환기(12)가 결빙될 액체속에 함침된다 얼음이 열교환기 표면에 형성됨에 따라, 스크래퍼(26,28)로 얼음을 제거한다. 이 얼음은 내부 챔버(99)의 상부에 연결된소정의 도관내에 수집되는 것과 같은 소정의 수단에 의해 수집될 수 있다.

도 22a를 참조하면, 밀폐 하우징(97)은 대체로 원통형인 형상으로 이루어 질 수 있고, 하나 이상의 평면 시트(301)로 구성될 수 있으며, 바람직하기로는 원통형으로 만곡되고 그 에지가 밀폐된 절연재질로 구성될 수도 있다. 상기 내부 챔버(99)는 두 개의 절연 단부 패널(302)(도 22 참조)에 의해 그 단부가 밀폐된다. 이와는 달리, 상기 밀폐 하우징은 장방형의 형태로 구성될 수도 있다.

상기 하우징(97)은 결빙될 액체의 누출을 방지하기 위해 하우징을 통과하는 회전 샤프트(16)주위에서 밀폐된다. 이러한 밀폐과정은 다수의 패킹링과 같은 소정의 수단에 의해 달성될 수 있다.

제빙기(10)의 대체 구성이 가능하다. 액체를 냉각시키지만 결빙시키지는 않는 냉동냉장고로 구성될 경우, 스크래퍼 시스템(15)은 필요하지 않다. 액체를 챔버(99)속으로/로부터 펌핑하여 열교환기(12)와 접촉하게 할 수도 있다. 펌핑 속도는 액체가 열교환기(12)에 의해 냉각되는 정도를 결정한다.

전술한 상세한 설명을 통해 본 발명의 실시예의 구성이 설명되었지만, 본 발명은 하기의 특허청구의 범위의 공정한 의미에서 벗어나지 않게 수정 및 변경이 가해질 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

열교환 장치에 있어서,

적어도 하나의 유체 유입구;

적어도 하나의 유체 배출구;

내표면과 외표면을 각각 구비하는 제 1 외측 플레이트 및 제 2 외측 플레이트; 및

외측 경계부를 포함하고 상기 외측 경계부 내부에 안착되는 파형 시트금속부를 포함하는 내부층을 포함하고,

상기 파형 시트금속부는 내부층 벽부 및 내부층 족부를 한정하며,

상기 내부층은 상기 제 1 외측 플레이트와 상기 제 2 외측 플레이트 사이에 밀폐가능하게 삽입배치되고 적어도 일련의 유로를 적어도 부분적으로 한정하고,

상기 각각의 유로는 상기 외측 플레이트들 중 하나의 플레이트의 내표면, 내부층 벽부 및 내부층 족부에 의해 한정되고,

상기 적어도 일련의 유로는 상기 적어도 하나의 유체 유입구 및 적어도 하나의 유체 배출구 사이에 적어도 하나의 유동경로를 구성하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제1항에 있어서, 상기 유체는 냉매인 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제2항에 있어서, 상기 내부층은 300 내지 450 psi의 압력에 견디도록 밀폐가능하게 삽입배치되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제2항에 있어서, 상기 내부층은 파형 시트재 내에 안착되는 내측 경계부를 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제4항에 있어서, 상기 내부층의 파형 시트금속부는 상기 내부층 면적의 약 50% 내지 약 95%를 커버하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제2항에 있어서, 각각의 유로는 유로폭을 구비하고 각각의 내부 벽부는 벽부 두께를 구비하며 상기 벽부 두께와 유로 폭의 비율은 1:8인 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제6항에 있어서, 상기 벽부 두께와 유로 폭의 근사 비율은 1:18 내지 1:25인 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제1항, 제3항, 제4항 또는 제7항에 있어서, 상기 파형 시트금속부와 표면 소통하는 상기 외측 플레이트들의 두께는 대략 0.12" (3 mm) 정도인 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제1항, 제4항 또는 제7항 있어서,

상기 외측 경계부, 내측 경계부와 파형 시트재의 높이는 거의 동일하고, 상기 파형 시트재는 외측 경계부 내부에 동일평면상으로 안착되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제1항에 있어서, 상기 내부층의 적어도 일부는 퍼즐형 구조로 결합되는 다수의 내부층 섹션에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제10항에 있어서, 상기 퍼즐형 구조는 인접 내부층 섹션에서 유로를 정렬하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제11항에 있어서,

다수의 내부층부는 제1 세트 유로를 한정하는 제1 세트 내부층 벽부를 갖는 제1 내부층부와, 제2 세트 유로를 한정하는 제2 세트 내부층 벽부를 갖는 제2 내부층부를 포함하고,

내부층 벽부의 제1 세트는 제2 내부층 벽부와 만나고, 제1 세트유로와 제2 세트유로는 유로 소통하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제1항에 있어서, 다수의 유입구 및 배출구를 포함하고 각각의 유체 유입구는 적어도 하나의 유체 배출구와 유체 소통하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제10항에 있어서, 상기 유동경로는 다수의 서로 다른 유동 경로 세그먼트에 의해 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제11항에 있어서, 상기 유로들이 적어도 두 개의 인접 내부층 섹션들과 정렬되는 적어도 하나의 내부층 섹션을 포함하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제11항에 있어서, 적어도 하나의 내부층 섹션을구성하는 유로들은 적어도 두 개의 서로 다른 유동경로 세그먼트내의 적어도 하나의 인접 내부층 섹션의 유로들과 정렬되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제14항에 있어서, 상기 적어도 하나의 내부층 섹션에서 적어도 하나의 다른 유동경로 세그먼트는 반대방향으로 향하도록 하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제14항에 있어서, 상기 다수의 인접 내부층 섹션들을 통해 적어도 하나의 유동경로 세그먼트를 구성하는 유로들은 상기 적어도 하나의 유체 유입구 및 상기 적어도 하나의 유체 배출구 사이에 거의 원형인 유동경로를 한정하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제14항에 있어서, 상기 다수의 인접 내부층 섹션들을 통해 적어도 하나의 유동경로 세그먼트를 구성하는 유로들은 적어도 하나의 구불구불한 유동경로 세그먼트를 한정하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제14항에 있어서, 상기 다수의 인접 내부층 섹션들을 통해 적어도 하나의 유동경로 세그먼트를 구성하는 유로들은 상기 섹션들 사이의 계면에 둔각으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제14항에 있어서, 모든 내부층 섹션들을 통해 적어도 하나의 유동경로 세그먼트를 구성하는 유로들은 상기 섹션들 사이의 계면에 둔각으로 정렬되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제14항에 있어서, 상기 내부층 섹션들을 통하는 유로들은 도 1, 도11, 도 13, 도 14 및 도 15 중 어느 한 도면에 도시된 바와 같이 정렬되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제10항에 있어서, 상기 파형 시트금속부는 거의 직각인 만곡부로 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제1항, 제2항, 제4항, 제7항, 제10항, 제11항, 제12항 또는 제13항에 있어서,

두 개의 유입구와 두 개의 배출구가 상기 플레이트의 에지를 따라 등간격으로 이격되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제1항, 제2항, 제4항, 제7항, 제10항, 제11항, 제12항 또는 제13항에 있어서,

상기 내부층은 각각 외측링 및 내측링을 구비하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제11항에 있어서,

지지 프레임;

상기 프레임 내부에 평행하게 결합되는 배열되는 원통형 하우징;

액체를 열교환기의 외부 플레이트의 일부와 지속적으로 접촉시키기 위한 액체공급수단; 및

상기 열교환기의 표면상에 형성되는 얼음 결정을 제거하기 위한 스크래핑 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제26항에 있어서,

적어도 하나의 유체 유입구;

적어도 하나의 유체 배출구;

제 1 외측 플레이트 및 제 2 외측 플레이트; 및

외측 경계부, 상기 외측 경계부 내부에 안착되는 상기 파형 시트금속부 및 상기 파형 시트금속부 내에 안착되는 내측 경계부를 포함하는 내부층을 포함하는 다수의 열교환기 플레이트를 포함하며,

상기 파형 시트금속부는 내부층 벽부 및 내부층 족부를 한정하며,

상기 내부층은 상기 제 1 외측 플레이트와 상기 제 2 외측 플레이트 사이에 밀폐가능하게 삽입배치되고 적어도 일련의 유로를 적어도 부분적으로 한정하고,

상기 각각의 유로는 상기 외측 플레이트들 중 하나의 플레이트의 내표면, 내부층 벽부 및 내부층 족부에 의해 한정되고,

상기 적어도 일련의 유로는 상기 적어도 하나의 유체 유입구 및 적어도 하나의 유체 배출구 사이에 적어도 하나의 유동경로를 구성하고,

상기 열교환기 플레이트는 수직으로 배치되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제27항에 있어서,

하우징과, 인접한 열교환기 플레이트 사이의 타이로드 상에 다수의 스페이서에 열교환기 플레이트를 고정하는 다수의 타이로드를 부가하여 포함하고 상기 스페이서는 평행하게 마련되는 열교환기 플레이트를 고정하는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
제1항에 있어서,

유체 유입구;

유체 배출구;를 포함하고,

상기 유체 유입구는 다수의 유체 배출구와 유체 소통되고,

각 유체 배출구는 다수의 유체 유입구와 유체 소통되는 것을 특징으로 하는 열교환 장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제