KR101336592B1 - 축냉식 냉장 냉동 시스템 - Google Patents

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전용호
김진홍
문진호
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주식회사 리우스
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Abstract

축냉식 냉장 냉동 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 측면에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템은, 흡입구 및 유출구를 구비하는 케이스와, 케이스의 내부에 설치되어 케이스의 내부를 유입공간 및 유출공간으로 구분하는 격벽과, 열적으로 연결되어 유입공간 및 유출공간에 각각 위치하는 축냉부를 포함하고, 흡입구를 통해 유입된 공기는, 유입공간에 위치하는 축냉부의 일단에서 타단으로 흐르면서 냉각되어 유출공간으로 이동하고, 유출공간에서 공기는, 유출공간에 위치하는 축냉부의 타단에서 일단으로 흐르면서 냉각되어 유출구를 통해 케이스의 외부로 배출된다.

Description

축냉식 냉장 냉동 시스템{COLD STORAGE SYSTEM}
본 발명은 축냉식 냉장 냉동 시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 축냉재의 이용 효율을 높일 수 있는 축냉식 냉장 냉동 시스템에 관한 것이다.
축냉식 냉장 냉동 시스템은, 일반적인 냉동장치를 갖는 냉장 시스템 대신에 축냉재(상변화 물질-PCM(Phase Change Material))를 이용한 냉장 또는 냉동 시스템을 의미한다. 축냉식 냉장 냉동 시스템은 상변화 물질(축냉재)이 수용된 축냉모듈에 냉열을 저장하여 냉장창고를 저온으로 유지하기 위한 장치이다. 축냉식 냉장 냉동 시스템은 적어도 하나 이상의 축냉모듈을 일정한 간격으로 배치하고, 각각의 축냉모듈에는 축냉재를 냉각시키기 위해 냉동장치에 연결된 냉각관이 관통하여 지나가도록 설치되어 있다. 냉각관은 냉동장치에 연결되어 차가운 냉매가 유동하도록 설치된다.
축냉식 냉장 냉동 시스템은 안정적인 보냉 온도를 유지할 수 있으며, 균일한 냉동장치의 운전으로 모터의 온오프 회수가 줄어들기 때문에 에너지를 절약할 수 있는 장점이 있다. 또한, 축냉식 냉장 냉동 시스템은 저가인 심야전력을 이용하여 냉동기를 야간에 운전하여 운전 비용을 절감할 수 있으며, 주간에 운전을 할 경우에도 지정된 낮 시간에 냉동장치를 운전할 수 있는 장점이 있다. 특히, 축냉식 냉장 냉동 시스템은 정전시나 냉동장치의 고장 시에도 일정 시간 동안 보냉 온도를 유지할 수 있어서 냉장 또는 냉동 보관되는 제품의 신선도를 유지할 수 있는 장점이 있다.
종래의 축냉식 냉장 냉동 시스템은 강제 대류 방식에 의해 냉장창고 내부의 공기를 흡입한 후, 일정한 온도로 냉각된 축냉재 사이를 통과하게 함으로써 열교환을 통해 냉각된 공기를 냉장창고로 다시 배출한다. 그러나 냉방운전이 진행되면서, 흡입구 부근의 축냉재가 다른 위치의 축냉재에 비해 먼저 녹기 때문에, 나머지 축냉재의 동결면적으로는 외기 부하를 감당할 수 없게 된다. 이로 인해, 축냉재의 일부만이 녹은 상황에서 다시 냉동장치를 가동시켜서 축냉재를 냉각해야 하기 때문에, 나머지 축냉재에 대한 냉기 손실이 발생하게 된다.
따라서 본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 축냉재의 이용 효율을 높일 수 있는 축냉식 냉장 냉동 시스템을 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 목적들은 이하에 서술되는 실시예를 통하여 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템은, 흡입구 및 유출구를 구비하는 케이스와, 케이스의 내부에 설치되어 케이스의 내부를 유입공간 및 유출공간으로 구분하는 격벽과, 열적으로 연결되어 유입공간 및 유출공간에 각각 위치하는 축냉부를 포함하고, 흡입구를 통해 유입된 공기는, 유입공간에 위치하는 축냉부의 일단에서 타단으로 흐르면서 냉각되어 유출공간으로 이동하고, 유출공간에서 공기는, 유출공간에 위치하는 축냉부의 타단에서 일단으로 흐르면서 냉각되어 유출구를 통해 케이스의 외부로 배출된다.
본 발명의 일 측면에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템은 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 흡입구 및 유출구는 케이스의 상부에 각각 형성될 수 있다. 그리고 격벽은, 유출구에서의 공기 속도가 흡입구에서의 공기 속도에 비해 크게 되도록 경사지게 배치될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템은, 흡입구 및 유출구를 구비하는 케이스와, 케이스의 내부에 설치되어 케이스의 내부를 유입공간 및 유출공간으로 구분하는 격벽과, 유입공간에 위치하는 축냉부와, 유출공간에 위치하고 축냉부와 열적으로 연결되는 냉각부를 포함하고, 흡입구를 통해 유입된 공기는, 유입공간에 위치하는 축냉부의 일단에서 타단으로 흐르면서 유출공간으로 이동하며, 유출공간에서 공기는, 냉각부를 통과하면서 유출구를 통해 케이스의 외부로 배출된다.
본 발명의 다른 측면에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템은 다음과 같은 실시예들을 하나 또는 그 이상 구비할 수 있다. 예를 들면, 축냉부와 냉각부는 히트파이프에 의해 연결될 수 있다. 그리고 흡입구 및 유출구는 케이스의 상부에 각각 위치하고, 냉각부는 축냉부의 하부에 인접하게 위치할 수 있다.
본 발명은 축냉재의 흡입구 부분이 다른 부분에 비해서 먼저 녹는 문제점을 해결하여 축냉재의 이용 효율을 높일 수 있는 축냉식 냉장 냉동 시스템을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템이 차량에 장착된 상태를 예시하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템에 대한 사시도이다.
도 3은 도 2에 예시된 축냉식 냉장 냉동 시스템에 대한 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템에 대한 사시도이다.
도 5는 도 4에 예시된 축냉식 냉장 냉동 시스템에 대한 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템을 예시하는 정면도이다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템을 예시하는 정면도이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에서 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 실시예들을 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어 도면 부호에 상관없이 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 참조번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템이 차량(110)에 장착된 상태를 예시하는 도면이다.
도 1을 참고하면, 축냉식 냉장 냉동 시스템의 케이스(120)는 차량(110)의 냉동공간(112)의 내부에 장착되고, 케이스(120)의 내부에 설치된 축냉부(130)를 냉각하는 냉동장치(150)는 냉동공간(112)의 외부에 위치한다. 냉동장치(150)에 의해 냉각된 냉매는 축냉부를 냉각하여 축냉재를 일정한 온도로 동결한다. 그리고 냉동공간(112) 내부의 공기가 강제 순환되어 축냉재를 통과하면서 냉각되어 냉동공간(112) 내부의 공기가 일정하게 유지된다.
도 1에서는 차량(110)에 도 2 내지 도 3에 예시된 본 발명의 제1실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100)이 탑재된 것으로 예시하였지만, 도 4 내지 도 5에 예시된 제2실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(200)이 탑재될 수 있음은 물론이다. 또한, 본 실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100)은 차량은 물론 냉동창고 등에도 설치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 제1실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100)을 예시하는 사시도이고, 도 3은 도 2에 예시된 축냉식 냉장 냉동 시스템(100)에 대한 정면도이다. 참고로, 도 2에서는 냉동장치(150)를 생략하였으며, 도 2 내지 도 3에서 공기 흐름을 화살표로 표시하였다.
도 2 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100)은, 냉동공간(112)의 내부에 위치하는 케이스(120)와, 케이스(120)의 내부에 위치하면서 냉각되어 일정한 축냉용량을 갖는 축냉부(130)와, 케이스(120)의 내부에 구비되어 케이스(120)의 내부 공간을 유입공간(170) 및 유출공간(175)으로 구분하는 두 개의 격벽(140)과, 냉동공간(112)의 외부에 위치하면서 축냉부(130)를 냉각하는 냉동장치(150)를 포함한다.
제1실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100)은, 케이스(120)의 흡입구(122)를 통해 케이스(120)의 내부 즉, 유입공간(170)으로 유입된 공기가 축냉부(130)의 상단에서 하단으로 흐르면서 냉각된 후, 격벽(140)에 의해 분리된 케이스(120) 내부의 다른 공간 즉, 유출공간(175)으로 유입되어 축냉부(130)의 하단에서 상단으로 흐르면서 다시 한 번 냉각된 후 유출구(126)를 통해서 냉동공간(112)으로 배출된다.
도 3을 참조하면, 흡입구(122)를 통해 유입공간(170)으로 유입된 공기는 축냉부(130)의 a 부분, b 부분, c 부분 및 d 부분을 순차적으로 통과하면서 냉각된다. 이때, 유입공간(170)의 내부로 유입된 공기의 온도(Tin)은 a 부분, b 부분, c 부분 및 d 부분을 순차적으로 통과하면서 Ta, Tb, Tc, Td로 된다. 이때, Tin > Ta > Tb > Tc > Td의 관계가 성립한다. 열전달률 q=h(T-Tp)(h는 열전달계수, Tp는 축냉부(130)의 온도)에서, h 및 Tp가 동일한 것으로 가정하면, a 부분 내지 d 부분의 열전달률은 qa > qb > qc > qd의 관계가 성립한다.
이와 같이, 축냉부(130)의 상부에서 a 부분은 열전달률이 가장 높은 반면 d 부분은 가장 낮다. 그리고 축냉부(130)의 하부에서 b 부분 및 c 부분은 열전달률이 a 부분에 비해서는 낮고 d 부분에 비해서는 높다. 축냉부(130)의 내부는 격벽(140)에 의해 분리되어 있지 않고 열적으로 연결되어 있기 때문에, 공기와의 열전달에 의해 축냉부(130)의 a 부분이 가장 많이 녹더라도, 가장 적게 녹은 d 부분의 냉기가 a 부분으로 이동하여서, 흡입구(122) 측의 a 부분이 부분적으로 급속하게 녹는 것을 방지할 수 있다.
케이스(120)는 그 내부에 축냉부(130)를 수용하는 것으로, 냉동공간(112) 내부의 공기가 유입되는 흡입구(122)와, 흡입구(122)에 배치되어 공기를 강제 흡입하게 하는 흡입팬(124)과, 축냉부(130)에 의해 냉각된 공기가 배출되는 유출구(126)와, 축냉부(130)를 케이스(120)의 바닥에서 일정한 높이를 갖도록 지지하는 지지대(128)를 포함한다.
흡입구(122)는 케이스(120)의 상부 중앙에 두 개가 배치되어 있으며, 그 전방에는 공기를 강제 흡입하기 위한 흡입팬(124)이 설치되어 있다. 흡입구(122)를 통해 케이스(120)의 내부로 유입된 공기는, 격벽(140)에 의해 구분된 유입공간(170)의 상부에서 하부로 흐른 후 유출공간(175)의 하부로 유입된 후 유출구(126)를 통해서 외부로 배출된다. 이 과정에서, 공기는 유입공간(170) 및 유출공간(175)에 각각 위치하는 축냉부(130)에 의해 각각 냉각된다.
유출구(126)는 케이스(120)의 상부 좌우측에 각각 형성되어 있는데, 두 개의 유출공간(175)의 상부에 각각 하나씩 형성되어 있다. 유출구(126)를 통해서 축냉부(130)에 의해 냉각된 공기가 케이스(120)의 외부로 배출되어 냉동공간(112)을 냉각하게 된다.
제1실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100)은, 중앙에 유입공간(170)이 위치하고 그 좌우에 각각 유출공간(175)을 갖는 것으로 예시하였지만, 중앙에 유출공간이 위치하고 그 좌우에 각각 유입공간이 형성될 수도 있고, 이때 케이스(120) 내부에서 공기는 반대 방향으로 흐르게 된다. 또한, 제1실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100)은, 두 개의 흡입구(122) 및 유출구(126)를 구비하는 것으로 예시하였지만, 하나 또는 세 개 이상의 흡입구(122) 및 유출구(126)를 구비할 수 있음은 물론이다.
케이스(120)의 하부에 구비된 지지대(128)는, 케이스(120)의 바닥면에서 축냉부(130)가 일정한 높이를 갖도록 한다. 그리고 도 3에서 알 수 있는 바와 같이, 케이스(120)의 하부에는 격벽(140)이 형성되어 있지 않기 때문에, 격벽(140)에 의해 구분되는 유입공간(170) 및 유출공간(175)은 케이스(120)의 하단부에서 연결된다.
축냉부(130)는 판 형상을 갖는 것으로, 다수 개의 축냉모듈(132)이 상호 결합하여 하나의 축냉부(130)를 형성하게 된다. 제1실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100)에서, 하나의 축냉부(130)는, 가로 방향으로 두 개의 축냉모듈(132) 및 세로 방향으로 다섯 개의 축냉모듈(132)로 이루어져 총 열 개의 축냉모듈(132)로 구성된다. 그리고 케이스(120)의 내부에는 세 개의 축냉부(130)가 일정한 간격을 가지고 배치되어 있음을 알 수 있다.
물론, 축냉부(130)의 개수는, 축냉식 냉장 냉동 시스템(100)이 사용되는 환경의 부하조건 등에 따라서 달라질 수 있음은 물론이다.
축냉부(130)를 형성하는 각각의 축냉모듈(132)의 내부에는 상변화 물질(Phase Change Material, PCM)이 구비되어 있다. 상변화 물질은 온도에 따라서 액체에서 고체로 또는 고체에서 액체로 상변화 하는 과정에서 다양한 고유의 동결점 온도를 일정하게 유지하면서 다량의 잠열을 발생한다. 축냉모듈(132)은 -40℃~+60℃까지 다양한 상변화 물질을 이용할 수 있다.
축냉부(130)는 냉동장치(150)에 의해서 냉각되어 일정한 축냉용량을 갖게 된다. 냉동장치(150)의 냉각관(159)은 축냉부(130)의 좌우 폭 방향으로 상부에서 하부 또는 하부에서 상부로 흐르면서 축냉모듈(132)의 내부에 구비된 상변화 물질을 냉각한다.
축냉부(130)는, 케이스(120)의 내부에 형성된 격벽(140)에 의해서 하나의 유입공간(170) 및 두 개의 유출공간(175)으로 구분된다. 따라서 하나의 유입공간(170)에는 축냉부(130)의 중간 부분이 위치하고, 좌우측에 위치하는 각각의 유출공간(175)에는 축냉부(130)의 좌우측 부분이 각각 위치하게 된다. 격벽(140)은 축냉모듈(132)의 내부를 차단하는 것이 아니고, 축냉부(130)의 외부에 밀착되어 위치하면서, 케이스(120)의 공간만을 유입공간(170) 및 유출공간(175)으로 분리한다. 따라서 축냉부(130)의 a 부분 및 d 부분은 열적으로 연결되어 있기 때문에, 흡입구(122)측 a 부분에서 상대적으로 많이 빼앗긴 냉기를 d 부분의 냉기로 보충할 수 있다. 또한, 축냉부(130)의 b 부분 및 c 부분도 열적으로 연결되어 있기 때문에, b 부분에서 상대적으로 많이 빼앗긴 냉기를 c 부분의 냉기로 보충할 수 있다.
물론, 축냉부(130)는 a 부분, b 부분, c 부분 및 d 부분이 모두 열적으로 연결될 수 있다.
유입공간(170)에는, 유입된 공기가 축냉부(130)의 상단(a 부분)에서 하단(b 부분)으로 흐르면서 냉각된다. 그리고 유출공간(175)에는 유입공간(170)을 빠져 나온, 냉각된 공기가 축냉부(130)의 하단(c 부분)에서 상단(d 부분)으로 흐르면서 다시 한 번 냉각된다. 또한, 유입공간(170)의 상단(a 부분)에서 하단(b 부분)으로 그리고 유출공간(175)의 하단(c 부분)에서 상단(d 부분)으로 갈수록 흡입된 공기의 온도는 축냉부(130)에 의해서 냉각되어 점점 하강한다(즉, Ta > Tb > Tc > Td).
따라서 축냉부(130)의 상부에서, 유입공간(170)에 위치하는 a 부분은 가장 높은 온도(Ta)의 공기가 흐르고 유출공간(175)에 위치하는 d 부분은 가장 낮은 온도(Td)의 공기가 흐르게 된다. 그리고 축냉부(130)의 하부에서, 유입공간(170)에 위치하는 b 부분에는 온도 Tb 의 공기가 흐르고 유출공간(175)에 위치하는 c 부분에는 온도 Tc 의 공기가 흐른다. 따라서 a 부분 내지 d 부분에서의 열전달률은 qa > qb > qc > qd의 관계가 성립하기 때문에, 축냉부(130)의 상부(a 부분 및 d 부분)에서 발생하는 열교환량은 축냉부(130)의 하부(b 부분 및 c 부분)에서 발생하는 열교환량과 어느 정도 균형을 이루게 된다. 이로 인해, 축냉부(130)의 하부(b 부분 및 c 부분)에 비해 상부(a 부분 및 d 부분)가 먼저 녹는 문제점을 해결할 수 있다.
격벽(140)은 케이스(120)의 내부 공간을 유입공간(170) 및 유출공간(175)으로 구분하는 것으로, 동일한 형상을 가진 두 개가 구비된다.
격벽(140)은 축냉부(130)의 외부에 밀착 형성된다. 그리고 격벽(140)에서 하단부를 제외한 나머지 가장자리는 케이스(120)의 내면에 밀착 형성되고, 그 하단부의 가장자리는 케이스(120)의 바닥면에서 일정 높이로 이격되어 있다. 따라서 유입공간(170)에서 축냉부(130)의 상단에서 하단으로 흐르는 공기가 도중에 유출공간(175)으로 유출되는 것을 방지한다. 이로 인해, 케이스(120)의 내부를 흐르는 공기는, 유입공간(170)의 상단에서 하단으로 유동한 후 케이스(120)의 바닥 부분에 형성된 통로를 통해서 유출공간(175)으로 유입된다.
격벽(140)에 의해서 흡입구(122)와 유출구(126)는 상호 분리된다.
냉동장치(150)는 축냉부(130)를 일정한 온도로 동결 냉각하는 것으로, 압축기(152), 응축기(154), 수액기(156), 팽창밸브(158) 및 냉각관(159)을 포함한다. 냉동장치(150)는 일반적인 냉동 시스템에 해당하기 때문에 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
냉각관(159)의 내부에는 냉동장치(150)에 의해 냉각된 냉매가 흐르게 된다. 냉각관(159)은 축냉부(130)의 좌우 방향 및 상하 방향으로 배치되어 있다. 이로 인해, 냉각관(159)의 내부에서 유동하는 저온의 냉매는, 축냉부(130)의 전체를 냉각한 후 다시 냉동장치(150)로 유입된다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(200)에 대한 사시도이고, 도 5는 도 4에 예시된 축냉식 냉장 냉동 시스템(200)에 대한 정면도이다. 참고로, 도 4에서는 냉동장치(250)를 생략하였으며, 도 4 내지 도 5에서 화살표는 공기의 흐름을 나타낸다.
도 4 내지 도 5를 참고하면, 제2실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(200)은, 냉동공간(112)의 내부에 위치하는 케이스(220)와, 케이스(220)의 내부에 위치하면서 냉각되어 일정한 축냉용량을 갖는 축냉부(230)와, 케이스(220)의 내부에 구비되어 케이스(220)의 내부 공간을 유입공간(270) 및 유출공간(275)으로 구분하는 두 개의 격벽(240)과, 냉동공간(112)의 외부에 위치하면서 축냉부(230)를 냉각하는 냉동장치(250)와, 유출공간(275)에 위치하고 히트파이프(260)에 의해 축냉부(230)와 열적으로 연결되는 냉각부(265)를 포함한다.
제2실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(200)은, 케이스(220)의 흡입구(222)를 통해 케이스(220)의 내부 즉, 유입공간(270)으로 유입된 공기가 축냉부(230)의 상단에서 하단으로 흐르면서 냉각된 후, 격벽(240)에 의해 분리된 케이스(220) 내부의 다른 공간 즉, 유출공간(275)으로 유입된다. 유출공간(275)에는 축냉부(230)의 하단부와 히트파이프(260)에 의해 열적으로 연결되고 다수 개의 냉각판으로 이루어진 냉각부(265)가 구비되어 있어서, 공기는 유출공간(275)의 하단에서 상단으로 흐르면서 냉각부(265)를 통과하면서 다시 한 번 냉각된 후 유출구(226)를 통해서 냉동공간(112)으로 배출된다.
냉각부(265)는 열전도율이 매우 높은 히트 파이프(heat pipe)(260)에 의해 축냉부(230)의 하부와 연결되어 있기 때문에, 냉각부(265)의 온도와 축냉부(230) 하부의 온도는 거의 동일하게 유지된다. 그리고 공기는 축냉부(230)의 하부에서 냉각된 후 다시 냉각부(265)를 통과하면서 냉각되기 때문에, 결과적으로 축냉부(230)의 하부는 두 번에 걸쳐서 공기를 냉각하게 된다. 또한, 축냉부(230)의 상부는 유입된 고온의 공기에 의해 한 번만 냉각된다. 따라서 유입된 공기에 포함된 열은 축냉부(230)의 상부와 축냉부(230)의 하부(냉각부(265) 포함)에 비교적 균일하게 전달되기 때문에, 축냉부(230)의 상부와 축냉부(230)의 하부가 녹는 시점이 동일 또는 유사하게 되어 동결면적이 축냉부(230)의 일부만 감소하는 것을 방지할 수 있게 된다.
제2실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(200)의 케이스(220)는, 공기가 강제 유입되는 흡입구(222)와, 흡입구(222)의 입구에 구비된 흡입팬(224)과, 냉각된 공기가 배출되는 유출구(226)과, 축냉부(230)를 케이스(220)의 바닥에서 일정한 높이로 지지하는 지지대(228)를 포함한다. 이와 같은 흡입구(222), 흡입팬(224), 유출구(226) 및 지지대(228)는, 제1실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100)의 케이스(120)에 구비된 흡입구(122), 흡입팬(124), 유출구(126) 및 지지대(128)과 동일한 구성에 해당하기 때문에 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
제2실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(200)의 축냉부(230)는, 제1실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100)의 축냉부(130)와 유사한 구성을 갖는다. 다만, 축냉부(230)는, 격벽(240)에 의해 구분되는 케이스(220) 내부의 유입공간(270) 및 유출공간(275) 중에서 유입공간(270)에만 위치하고 유출공간(275)에는 위치하지 않는다. 유출공간(275)에는 축냉부(230)가 위치하지 않는 대신, 히트파이프(260)에 의해서 축냉부(230)와 열적으로 연결된 냉각부(265)가 구비된다.
냉각부(265)는 다수 개의 냉각판이 일정한 간격으로 배열된 구조를 갖는다. 그리고 각각의 냉각판에는 히트파이프(260)가 관통하고 있다.
감압(減壓)한 파이프 내부에 물 또는 알코올 등의 액체를 넣고 한쪽을 가열하면 액체가 증기로 되어 다른 쪽으로 흐르고, 그곳에서 방열하여 액체가 되면 모세관 현상에 의해 액체가 가열부로 되돌아온다. 이 작용의 반복으로 열을 가열부에서 방열부로 전달하는 원리를 응용한 열전도(熱傳導)를 히트파이프(260)라고 한다. 이와 같이 히트파이프(260)는 열전도도가 매우 높기 때문에, 축냉부(230)의 하부와 냉각부(265)의 온도를 거의 동일하게 유지한다.
냉각부(265)는 열전도도가 높은 히트파이프(260)에 의해 축냉부(230)의 하부와 연결되어 있기 때문에, 축냉부(230)의 하부와 거의 동일한 온도를 갖게 된다. 그리고 유입공간(275)에서 빠져 나온 공기가 냉각부(265)에서 다시 냉각되기 때문에, 결과적으로 축냉부(230)의 하부는 공기를 두 번 냉각하게 된다. 이로 인해, 상대적으로 높은 온도의 공기를 한 번 냉각하는 축냉부(230)의 상부와, 축냉부(230)의 상부에서 냉각되어 상대적으로 낮은 온도의 공기를 두 번 냉각하는 축냉부(230)의 하부는, 녹는 시점이 거의 동일하게 된다.
두 개의 격벽(240)은 직사각으로 동일한 형상을 갖고, 케이스(220)의 내부를 유입공간(270) 및 유출공간(275)으로 구분한다. 제2실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(200)의 격벽(240)은, 제1실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100)의 격벽(140)과 동일한 구성을 갖기 때문에, 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
다만, 격벽(240)은 축냉부(230)의 좌우측 양단부와 접하고 있다. 따라서 격벽(240)에 의해서 축냉부(230)는 유입공간(270)의 내부에만 위치하고 유출공간(275)의 내부에는 위치하지 않는다.
냉동장치(250)는, 압축기(252), 응축기(254), 수액기(256), 팽창밸브(258) 및 냉각관(259)을 구비하는데, 이는 제1실시예에 따른 냉동장치(150)의 압축기(152), 응축기(154), 수액기(156), 팽창밸브(158) 및 냉각관(159)과 동일하기 때문에 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(200)은 하나의 냉각부(265)를 갖는 것으로 예시하였지만, 축냉부(230)의 높이 방향으로 다수 개의 냉각부(265)를 구비할 수 있다. 이때, 냉각부(265)는 축냉부(230)의 상부로 갈수록 작은 수의 냉각판을 갖도록 형성될 수 있다.
이하에서는 도 6을 참조하면서 본 발명의 제3실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(300)에 대해서 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(300)을 예시하는 정면도이다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(300)은, 제1실시예 및 제2실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100, 200)과 유사하게 케이스(320), 축냉부(330), 격벽(340), 유입공간(370) 및 유출공간(375)을 갖는다. 또한, 케이스(320)는 흡입구(322), 흡입팬(324) 및 유출구(326)를 갖는다. 이와 같은 제3실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(300)의 구성은 제1실시예 및 제2실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100, 200)과 구성이 유사하거나 동일하기 때문에, 이하에서는 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
격벽(340)은 케이스(320)의 내부를 유입공간(370) 및 유출공간(375)으로 구분한다. 한 쌍의 격벽(340)은 케이스(320)의 상부에서 하부 방향으로 내측으로 경사지게 형성되어 있어서, 흡입구(322)측의 단면적이 유출구(326)측에 비해 크게 형성된다. 이로 인해, 흡입구(322)에서의 공기의 속도 vin는 유출구(326)에서 공기의 속도 vout에 비해 작게 된다(vin < vout). 그리고 유체의 열전달계수는 유체의 속도에 비례하기 때문에, 유출구(326)측은 흡입구(322)측에 비해 열전달계수가 더욱 크게 나타난다.
흡입구(322)측의 공기 온도 Tin, 축냉부(330)의 온도 Tp 그리고 유출구(326) 측의 공기 온도 Tout은 Tin > Tout > Tp 이다. 그리고 열전달률은 q=h(T- Tp) 이다. 따라서 흡입구(322)측은 온도차(Tin- Tp)가 가장 큰 반면 열전달계수(h)가 가장 적고, 유출구(326)측은 온도차(Tout- Tp)가 가장 적은 반면 열전달계수(h)가 가장 크다. 이로 인해, 흡입구(322)에서의 열전달률 qin은 유출구(326)에서의 열전달률 qout과 같거나 유사하게 되어서, 축냉부(330)에서 흡입구(322) 부분이 유출구(326) 부분에 비해 먼저 녹는 문제점을 해결할 수 있다.
도 6에 예시되어 있는 바와 같이, 격벽(340)은 축냉부(330)가 위치하는 부분만 경사지게 형성되고 흡입구(322) 및 유출구(326)의 일측에는 수직으로 형성될 수 있지만, 길이 전체가 경사지게 형성될 수도 있다.
이하에서는 도 7을 참조하면서 본 발명의 제4실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(400)에 대해서 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 제4실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(400)을 예시하는 정면도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(400)은, 제1실시예 및 제2실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100, 200)과 유사하게 케이스(420), 축냉부(430), 격벽(440), 유입공간(470) 및 유출공간(475)을 갖는다. 또한, 케이스(420)는 흡입구(422), 흡입팬(424) 및 유출구(426)를 갖는다. 이와 같은 제4실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(400)의 구성은 제1실시예 및 제2실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(100, 200)과 구성이 유사하거나 동일하기 때문에, 이하에서는 차이점을 위주로 설명하기로 한다.
본 실시예에 따른 축냉식 냉장 냉동 시스템(400)은, 좌우 양측에 유입공간(470)이 형성되어 있고, 중앙에 하나의 유출공간(475)이 형성되어 있다.
격벽(440)은 케이스(420)의 내부를 유입공간(470) 및 유출공간(475)으로 구분한다. 한 쌍의 격벽(440)은 케이스(420)의 상부에서 하부 방향으로 외측으로 경사지게 형성되어 있어서, 흡입구(422)측의 단면적이 유출구(426)에 비해 크게 형성된다. 이로 인해, 흡입구(422)에서의 공기의 속도 vin는 유출구(426)에서 공기의 속도 vout에 비해 작게 된다(vin < vout). 그리고 유체의 열전달계수는 유체의 유속에 비례하기 때문에, 유출구(426)측이 흡입구(422)측에 비해 열전달계수가 상대적으로 크다.
흡입구(422)측의 공기 온도 Tin, 축냉부(430)의 온도 Tp 그리고 유출구(426) 측의 공기 온도 Tout은 Tin > Tout >Tp 이다. 그리고 열전달률은 q=h(T- Tp) 이다. 따라서 흡입구(422)측은 온도차(Tin- Tp)가 가장 큰 반면 열전달계수(h)가 가장 작고, 유출구(426)측은 온도차(Tout- Tp)가 가장 작은 반면 열전달계수(h)가 가장 크다. 이로 인해, 흡입구(422)에서의 열전달률 qin은 유출구(426)에서의 열전달률 qout과 같거나 유사하게 되어서, 축냉부(430)에서 흡입구(422) 부분이 유출구(426) 부분에 비해 먼저 녹는 문제점을 해결할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 일 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100, 200: 축냉식 냉장 냉동 시스템
120, 220: 케이스 130, 230: 축냉부
140, 240: 격벽 150, 250: 냉동장치

Claims (6)

  1. 흡입구 및 유출구를 구비하는 케이스;
    상기 케이스의 내부에 설치되어 상기 케이스의 내부를 유입공간 및 유출공간으로 구분하는 격벽; 및
    열적으로 연결되어 상기 유입공간 및 유출공간에 각각 위치하는 축냉부를 포함하고,
    상기 흡입구를 통해 유입된 공기는, 상기 유입공간에 위치하는 상기 축냉부의 일단에서 타단으로 흐르면서 냉각되어 상기 유출공간으로 이동하고,
    상기 유출공간에서 공기는, 상기 유출공간에 위치하는 상기 축냉부의 타단에서 일단으로 흐르면서 냉각되어 상기 유출구를 통해 상기 케이스의 외부로 배출되는 축냉식 냉장 냉동 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 흡입구 및 유출구는 상기 케이스의 상부에 각각 형성되는 것을 특징으로 하는 축냉식 냉장 냉동 시스템.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 격벽은, 상기 유출구에서의 공기 속도가 상기 흡입구에서의 공기 속도에 비해 크게 되도록 경사지게 배치되는 것을 특징으로 하는 축냉식 냉장 냉동 시스템.
  4. 흡입구 및 유출구를 구비하는 케이스;
    상기 케이스의 내부에 설치되어 상기 케이스의 내부를 유입공간 및 유출공간으로 구분하는 격벽;
    상기 유입공간에 위치하는 축냉부; 및
    상기 유출공간에 위치하고 상기 축냉부와 열적으로 연결되는 냉각부를 포함하고,
    상기 흡입구를 통해 유입된 공기는, 상기 유입공간에 위치하는 상기 축냉부의 일단에서 타단으로 흐르면서 상기 유출공간으로 이동하고,
    상기 유출공간에서 공기는, 상기 냉각부를 통과하면서 상기 유출구를 통해 상기 케이스의 외부로 배출되는 축냉식 냉장 냉동 시스템.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 축냉부와 상기 냉각부는 히트파이프에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 축냉식 냉장 냉동 시스템.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 흡입구 및 유출구는 상기 케이스의 상부에 각각 위치하고,
    상기 냉각부는 상기 축냉부의 하부에 인접하게 위치하는 것을 특징으로 하는 축냉식 냉장 냉동 시스템.
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