KR102384453B1 - 아이스슬러리 생산 시스템 - Google Patents

Abstract

일 실시 예에 따른 아이스슬러리 생산 시스템은, 작동 유체를 저장하는 탱크; 상기 탱크에 저장된 상기 작동 유체를 제빙기로 공급하는 주순환 펌프; 상기 작동 유체를 공급받아 아이스슬러리를 생산하는 상기 제빙기; 및 상기 제빙기의 출구로부터 상기 제빙기의 입구로 일정 유량을 재순환시키는 재순환 펌프를 포함할 수 있다.

Description

아이스슬러리 생산 시스템{ICE SLURRY PRODUCTION SYSTEM}

아래의 실시 예는 아이스슬러리 생산 시스템에 관한 것이다.

상변화 물질 중의 하나인 아이스슬러리는 얼음(고체)과 수용액 또는 물(액체)의 혼합체로 냉열의 저장과 수송, 그리고 식품의 직접 냉각 분야에서 많은 장점을 갖는 열매체로 알려져 있다. 최근에 아이스슬러리는 제빙장치의 용량, 효율, 가격 등의 문제로 인해 에너지 저장이나 수송 용도보다 접촉 냉각용 해수 제빙장치 위주로 발전해 오고 있다. 다만, 이 분야에서도 접촉 냉각에 필요한 높은 IPF의 아이스슬러리를 얻기 어려워 특수한 용도의 접촉 냉각 장치를 요구하는 곳에 제한적으로 이용되고 있다.

종래에는 높은 IPF를 얻기 위해서는 도 2와 같이 4~8대의 다수의 제빙기를 직렬로 연결하여 사용하거나 도 3과 같이 다양한 형식의 제빙기를 이용하여 얻은 아이스슬러리를 교반 탱크에서 교반기를 이용하여 높은 IPF로 만들어 이용하는 방식을 주로 사용하고 있었다. 다만, 이러한 시스템의 복잡한 구조와 운전의 신뢰성 부족, 높은 가격, 사용상의 불편 등으로 인하여, 아이스슬러리의 성능과 효과의 탁월함에도 불구하고 아이스슬러리가 제한적으로 사용되고 있는 주요한 원인이 되고 있다.

따라서, 높은 IPF의 아이스슬러리를 생산할 수 있으면서도, 간단한 구조를 갖고 운전의 신뢰성을 확보할 수 있는 아이스슬러리 생산 시스템이 요구되는 실정이다.

전술한 배경기술은 발명자가 본원의 개시 내용을 도출하는 과정에서 보유하거나 습득한 것으로서, 반드시 본 출원 전에 일반 공중에 공개된 공지기술이라고 할 수는 없다.

일 실시 예의 목적은, 높은 IPF의 아이스슬러리를 생산할 수 있는 아이스슬러리 생산 시스템을 제공하는 것이다.

일 실시 예의 목적은, 다양한 IPF를 가변적으로 구현할 수 있는 아이스슬러리 생산 시스템을 제공하는 것이다.

일 실시 예의 목적은, 간단한 구조와 높은 신뢰성을 갖는 아이스슬러리 생산 시스템을 제공하는 것이다.

일 실시 예에 따른 아이스슬러리 생산 시스템은, 작동 유체를 저장하는 탱크; 상기 탱크에 저장된 상기 작동 유체를 제빙기로 공급하는 주순환 펌프; 상기 작동 유체를 공급받아 아이스슬러리를 생산하는 상기 제빙기; 및 상기 제빙기의 출구로부터 상기 제빙기의 입구로 일정 유량을 재순환시키는 재순환 펌프를 포함할 수 있다.

상기 주순환 펌프 및 재순환 펌프를 제어하여, 상기 아이스슬러리의 IPF(Ice Packing Factor)를 가변시키는 제어부를 더 포함할 수 있다.

상기 제어부는 상기 재순환 펌프를 가동하여, 상기 아이스슬러리의 IPF를 20% 이상으로 향상시킬 수 있다.

상기 제어부는, 상기 아이스슬러리의 IPF 가변화 과정에서, 상기 주순환 펌프를 먼저 제어하여 새로운 유량 및 양정을 확보한 후에 상기 재순환 펌프를 가동할 수 있다.

상기 제빙기는 밀폐형 단관식 제빙기, 밀폐형 다관식 제빙기 및 밀폐형 디스크식 제빙기 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 주순환 펌프는, 복수 개의 펌프가 병렬로 연결된 형태이거나, 인버터가 구비된 펌프일 수 있다.

일 실시 예에 따른 아이스슬러리 생산 시스템은, 재순환 펌프를 포함함으로써 높은 IPF의 아이스슬러리를 생산할 수 있다.

일 실시 예에 따른 아이스슬러리 생산 시스템은, 주순환 펌프 및 재순환 펌프의 제어를 통하여 다양한 IPF를 가변적으로 구현할 수 있다.

일 실시 예에 따른 아이스슬러리 생산 시스템은, 간단한 구조를 가지면서도 높은 신뢰성을 가질 수 있다.

일 실시 예에 따른 아이스슬러리 생산 시스템의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 효과들은 아래의 기재로부터 통상의 기술자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 아이스슬러리 생산 시스템의 개략도이다.
도 2는 IPF를 높이기 위한 종래 아이스슬러리 생산 시스템의 개략도이다.
도 3은 IPF를 높이기 위한 종래 아이스슬러리 생산 시스템의 개략도이다.
도 4는 일 실시 예에 따른 아이스슬러리 생산 시스템의 개략도이다.
도 5는 일 실시 예에 따른 아이스슬러리 생산 시스템의 개략도이다.

이하에서, 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 상세하게 설명한다. 그러나, 실시예들에는 다양한 변경이 가해질 수 있어서 특허출원의 권리 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 실시예들에 대한 모든 변경, 균등물 내지 대체물이 권리 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

실시예에서 사용한 용어는 단지 설명을 목적으로 사용된 것으로, 한정하려는 의도로 해석되어서는 안된다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 실시예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 실시예의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

또한, 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

어느 하나의 실시 예에 포함된 구성요소와, 공통적인 기능을 포함하는 구성요소는, 다른 실시 예에서 동일한 명칭을 사용하여 설명하기로 한다. 반대되는 기재가 없는 이상, 어느 하나의 실시 예에 기재한 설명은 다른 실시 예에도 적용될 수 있으며, 중복되는 범위에서 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 종래 아이스슬러리 생산 시스템의 개략도이다. 도 2는 IPF를 높이기 위한 종래 아이스슬러리 생산 시스템의 개략도이다. 도 3은 IPF를 높이기 위한 종래 아이스슬러리 생산 시스템의 개략도이다.

아이스슬러리는 현재 아래와 같은 생산 방식으로 생산되고 있다.

1) 냉각 전열면을 여러 가지 방식으로 스크래핑함으로써 아이스슬러리를 얻는 방식이 있다. 이러한 방식은 가장 많이 이용되고 있는 방식이며, 다양한 특성으로 인해 다방면에서 사용되고 있다. 스크래핑 방식에는 단일 열교환 및 제빙 채널을 갖는 방식의 제빙기와 용량을 확대할 수 있는 다 채널을 갖는 제빙기가 있다. 대부분의 식품 냉각에 사용되는 제빙기는 단일채널 형태로 주로 적은 용량이며, 해수 등을 이용하여 식품의 직접 접촉 냉각에 이용되고 있다.

다 채널을 갖는 제빙기로는 Whip Rod를 사용하는 ORE 방식, 나선형 스크래퍼 방식, 디스크 방식 등이 있다. 이들은 각기 다른 특징을 갖고 있으며, 용량 확대가 가능하여 비교적 큰 용량까지 사용되고 있다. 직접 접촉 냉각에 사용되기도 하지만 그 외 축열용, 프로세스용 등 다양한 용도에 이용되고 있다.

스크래핑 방식은 비교적 높은 IPF를 얻을 수 있는 방식으로 1회 순환으로 적게는 4%에서 많게는 15%의 IPF를 가질 수 다. 순환 형태에 따라 밀폐식 회로를 갖는 방식과 개방형 회로를 갖는 방식이 있다. 개방형 회로를 갖는 방식은 주로 중력을 이용하여 생산한 아이스슬러리를 탱크에 떨어뜨리는 방식이므로 아이스슬러리를 펌프로 이송하여 사용하기 위해서는 별도의 교반 탱크 등을 사용하여야 한다.

2) 물의 고유 특성인 과냉각 현상을 이용하여 아이스슬러리를 생산하는 방식이 있다. 빙점 이하의 얼지 않는 물을 만들어 여기에 다양한 방식으로 충격을 주어 과냉각을 해소하면서 아이스슬러리를 얻는 방식이며, 주로 일본에서 연구되고 개발되었다. 개방형 순환 시스템을 갖는 경우 공기 중에 노출되어 많은 먼지 입자를 계속해서 제거해 주어야 하는 어려움이 있어 밀폐식 순환 방식으로 바뀌었으나 여전히 불안정한 상태를 연속적으로 유지하여야 하는 어려움이 신뢰성을 떨어뜨리고 있다. 또한, 높은 IPF를 얻기 어려워 최근에는 극히 제한적으로 이용되고 있을 뿐이다.

3) 이들 이외에도 진공 챔버에서 물을 증발시켜 3중점 이하의 온도에서 아이스슬러리를 생산하는 방식, 물에 섞이거나 반응하지 않는 유체를 냉각 분사시켜 아이스슬러리를 얻거나 냉매를 직접 물속에 분사, 증발시켜 아이스슬러리를 얻는 방식, 1~3mm직경의 물과 비슷한 비중을 갖는 부유 입자들을 전열관 내부에 빠른 속도로 물과 함께 순환시켜 전열관 외부의 냉매와 열교환 시켜 아이스슬러리를 얻는 방식, 고압 압력으로 가압한 상태에서 냉각하여 일정 이하 온도에 이르면 압력을 해소하여 아이스슬러리를 얻는 방식 등 다양한 제빙 방식이 개발되었고 일부는 이용되고 있으나 아직 해결해야 할 과제가 많아 상용화 수준에는 이르지 못하고 있다.

실제로 아이스슬러리를 이용하기 위해서는 용도에 따라 다양한 IPF의 아이스슬러리가 필요하다. 대부분의 경우 제빙장치에서 생산하는 아이스슬러리의 IPF가 높을수록 유용성은 증가한다. 또한 제빙기를 밀폐 구조로 하여 제빙기에서 직접 높은 IPF의 아이스슬러리를 생산할 수 있다면 유용성은 더욱 커진다.

수산물 등 식품 직접 접촉 냉각에 필요한 아이스슬러리의 경우 최소 15% 이상의 IPF가 필요하다. 제빙기에서 이러한 아이스슬러리를 얻을 수 없으면 제빙기 외부에서 교반 탱크, Consentrater 등을 이용하거나 다수의 제빙기를 직렬로 여러 대 연결하여 사용하여야 한다. 이러한 문제는 아이스슬러리 시스템의 보급을 제한적이게 하는 가장 큰 제약이다. 경제성의 문제뿐만이 아니라 설치 면적, 장비 사용의 까다로움, 하자 요소의 증가로 인한 잦은 하자와 짧은 수명 등은 아이스슬러리 시스템의 경쟁력을 크게 제한하고 있어 많은 장점에도 불구하고 보급이 제한되고 있는 것이다.

축열 시스템에 있어서는 IPF의 제약을 비교적 적게 할 수 있는 축열 탱크에서의 입자와 수용액의 분리 이용이 간편한 단순한 축열 이용이 대부분이어서 크게 제한받지 않고 이용되어 왔다. 다만, 장거리 냉열 수송이 필요한 경우 또는 아이스슬러리 직접 순환이 필요한 경우에는 복잡한 교반 장치와 축열 탱크를 모두 사용하거나 축열 탱크 전체를 교반 탱크로 해야 하는 어려움이 있다.

여기서 아이스슬러리 공급 시스템을 단순화할 수 있는 밀폐형 회로를 갖는 제빙장치에서 높은 IPF를 갖는 아이스슬러리를 직접 생산할 수 있다면 이와 같은 아이스슬러리 생산 시스템은 냉열 수송 부분에서도 보다 많은 이용 가능성을 갖게 된다. 개방형 순환 시스템을 갖는 구조에서는 아이스슬러리의 직접 이송을 위해서 또 다른 장치를 사용하여야 하며 이러한 장치 구성 또한 시스템의 경쟁력과 신뢰성을 크게 떨어뜨리기 때문이다.

한편 아이스슬러리의 IPF를 높일 수 있는 방식은 현재까지 네 가지 정도의 방법이 알려져 있으며 이들 중 2~3가지의 방식이 이용되고 있다. 이 중에서 가장 효과적인 방식은 제빙 과정에서 IPF를 높이는 방법이다. 순환에 필요한 최소 유량으로 큰 직경의 원통형 증발기 내부에서 중력을 이용하여 흘러내리게 하는 순환 방식으로 15% 이상의 아이스슬러리를 제빙할 수 있다. 이를 탱크에 모아서 슬러리 펌프로 이송하여 이용하거나 저장 탱크 상부에서 떨어뜨려 탱크에 채워서 이용하는 방식으로 이용하고 있다.

탱크에 떨어뜨릴 경우 탱크 하부에서 연속적으로 수용액만을 순환시켜 누적 제빙할 수 있어 탱크내의 IPF는 최대 60% 수준의 아이스슬러리가 될 수 있다. 보다 높은 IPF가 필요하거나 이를 이송하여 이용하고자 할 경우는 별도의 교반장치를 포함한 이송장치와 수용액 분리장치가 필요하다.

다른 방식으로 도 2와 같이, 여러 대의 제빙기를 직렬로 연결하여 높은 IPF의 아이스슬러리를 얻는 방식이 이용되고 있다. 단관식 제빙장치의 경우 수산물, 또는 식품 냉각에는 대부분 이 방식을 사용하고 있다. 적게는 3대부터 많게는 8대 까지의 제빙기를 직렬로 이용하여 15~20℃의 해수를 직접 냉각하여 IPF 20~40% 수준의 아이스슬러리를 얻는 방식이 사용되고 있다. 얻을 수 있는 최대 IPF는 제빙기의 유입 및 배출 구조에 따라 달라지며 최대 40%의 아이스슬러리를 이러한 방식으로 공급할 수도 있다. 하지만 고양정의 펌프가 필요하며 구동 부분이 많아 신뢰성이 떨어지며 제작비용이 커서 아이스슬러리 시스템 보급을 제약하는 큰 요인이 되고 있다.

15℃의 해수를 직접 냉각하여 IPF 40%의 아이스슬러리를 얻는 제빙 시스템인 경우 열교환기 입장에서는 입출구 온도차 47 K의 조건에서 열교환하는 시스템으로 순환 유량이 지나치게 적어 안정적인 운전이 거의 불가능하다. 특히 아이스슬러리 제빙장치의 경우 상변화를 수반하는 열교환 장치이며 아이스슬러리는 일정 유속 이하에서는 얼음 입자와 수용액이 분리되어 정상 적인 순환을 위해서는 유로에서 일정 유속 이상 순환 조건이 필요하다는 점에서 결코 쉽게 해결할 수 있는 문제가 아니다.

도 3과 같이, 교반 탱크를 사용하는 방식은 상대적으로 높은 IPF를 얻을 수 있으나 교반 탱크 자체가 하나의 복잡한 장치가 되어 운전이 매우 까다롭다. 탱크로 들어오는 양과 나가는 양을 조절하는 것은 더욱 어렵다. 일정한 IPF를 얻기 위해서는 사용량과 들어오는 양이 같아야 하며 여기에 포함된 입자 얼음 양까지 같아야 하는 점에서 일정한 IPF를 얻기 어렵다. 더구나 탱크로 아이스슬러리를 공급하기 위해 교반장치와 연결된 제빙장치는 높은 IPF의 아이스슬러리가 순환 가능한 구조여야 한다는 제약 조건이 있어 실제 교반 장치에서는 일정한 IPF를 얻기 어렵다.

2000년대 초반 유럽에서 시도된 다관식 열교환기를 이용한 아이스슬러리 직접 순환 시스템의 실패는 이러한 교반 탱크 특성을 미처 이해하지 못한 실수로 이로 인해 아이스슬러리 시스템에 대한 불신을 초래하여 직접수송 시스템의 보급을 크게 제한하는 결과를 가져왔다. 교반 장치에 연결된 입자 얼음과 수용액의 분리 공간은 정밀하게 설계된 분리 공간일지라도 입자 얼음을 완전히 분리하는 것이 쉽지 않다는 것이 알려져 있다. 교반 탱크에 연결되는 제빙장치가 얼음 입자 혹은 높은 IPF의 아이스슬러리를 순환시킬 수 있는 구조가 아니라면 교반장치나 탱크는 미리 생산한 아이스슬러리를 교반하여 보낼 수밖에 없다는 것이 일반적인 평가이다. 이 경우 일정한 IPF의 아이스슬러리를 연속으로 얻는 것은 매우 어렵다.

교반 탱크를 사용하지 않고 아이스슬러리 순환 중에 아이스슬러리 중의 수용액을 필터를 통해 입자 얼음과 분리하여 추출함으로써 IPF를 높이고자 하는 시도가 실험적으로 이루어졌으나 아직까지 상용화된 사례는 많지 않다. 농축 이후 순환이 필터를 빠져나가며 형성하는 압력의 양정으로 순환이 이루어지게 된다는 점에서 얻을 수 있는 IPF가 제한될 수 있으며 여기에 강제적인 순환 장치를 추가하여 보다 높은 IPF가 가능할 것으로는 판단이 되나 이럴 경우 이 장치 또한 하나의 설비가 되어 관리 유지가 까다로워진다.

이와 같은 점에 비추어, 밀페형 순환 시스템을 사용하며 동시에 IPF를 높일 수 있는 제빙 방식의 유용성이 크다는 것은 쉽게 판단할 수 있다. 하지만 제빙기에서 IPF를 높이는 것이 쉽지 않다. 밀폐형 순환 구조를 갖는 제빙장치에서 높은 IPF를 갖는 아이스슬러리를 생산하는 방식은 많은 어려움을 동반한다. 특히 중, 대용량의 제빙장치에 사용되는 다 채널식 제빙장치에서 이러한 어려움은 더욱 가중된다.

결론적으로 다채널 제빙장치에서 높은 IPF의 아이스슬러리를 얻기 위해서는 상분리가 이루어지지 않고 순환할 수 있는 기본적으로 필요한 유량과 균등 흐름에 의한 수실 내부에서의 재순환 영역 제거, 그럼에도 불구하고 이루어질 수 있는 부분적인 상분리를 제거하는 수실내 교반 등이 필요하다. 또한 이러한 흐름의 전제가 되는 제빙기에 순환하는 아이스슬러리는 일정 이상의 유량과 양정이 반드시 필요하다. 이러한 조건에서 다관식 제빙기는 일반적으로 단관식 제빙기에 비하여 생산 가능한 IPF가 낮을 수밖에 없다. 열교환 과정에서 유량이 적어야 하는 조건에서 다채널 제빙기는 순환에 문제가 발생할 수밖에 없기 때문이다.

또한 이러한 문제는 출구 수실에서의 문제만이 아니라 입구 수실에서도 유량이 적게 될 경우 균등 분배가 이루어지기 어렵다는 제약이 있어 입형 형태로 제작되어 중력실 배출 방식을 사용하는 개방형 다관식 제빙기에서도 해결되지 아니한다.

본원 발명은 이러한 상황에서 단순한 방법으로 높은 IPF의 아이스슬러리를 소용량에서 대용량까지 얻을 수 있도록 고안되었다.

본원 발명으로 1대의 제빙 시스템으로 제빙 용량 기준으로 3~1,500 usRT 용량 범위에서 IPF 5~30%의 아이스슬러리를 일반적으로 사용하는 펌프를 이용하는 단순한 방식으로 생산할 수 있으며 필요한 IPF를 임의로 일정하게 조절하면서 생산할 수 있는 시스템이 가능하게 되었다. 또한 특수한 기능을 가진 펌프를 사용하고 수실 구조를 개선하면 높은 IPF의 아이스슬러리도 제빙기에서 직접 생산할 수 있을 것이다.

이러한 제빙 시스템은 현재 아이스슬러리 제빙 장치의 용량의 한계, 낮은 효율, 높은 비용, 낮은 신뢰성 문제를 일거에 해결할 수 있는 방법이 된다. 또, 이러한 방식의 아이스슬러리 제빙 시스템은 경제성을 향상 시키고, 용량의 제한을 극복하며 운전 효율을 향상 시킴으로써 아이스슬러리 시스템이 현재 주로 사용되고 있는 식품 냉각 용도에서는 경쟁력을 크게 강화할 것이며 불가능한 영역으로 인식에서 멀어져 가고 있는 열에너지 수송 매체로써의 역할을 회복할 수 있을 것이다. 나아가 담수화, 쥬스 농축, 제설, 등의 영역에 사용될 수 있는 가능성을 확대할 수 있을 것이다.

도 4는 일 실시 예에 따른 아이스슬러리 생산 시스템의 개략도이다. 도 5는 일 실시 예에 따른 아이스 슬러시 생산 시스템의 개략도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 일 실시 예에 따른 아이스슬러리 생산 시스템(1)은, 일정 유량을 제빙기(13)의 출구에서 입구로 재순환시킴으로써, 높은 IPF(Ice Packing Factor)의 아이스슬러리를 생산할 수 있다. 또한, 아이스슬러리 생산 시스템(1)은, 주순환 펌프(12) 및 재순환 펌프(14)의 제어를 통하여, 다양한 IPF의 아이스슬러리를 생산할 수 있다.

일 실시 예에 따른 아이스슬러리 생산 시스템(1)은, 밀폐형 순환 구조를 가질 수 있다. 아이스슬러리 생산 시스템(1)은 탱크(11), 주순환 펌프(12), 제빙기(13), 재순환 펌프(14) 및 제어부(미도시)를 포함할 수 있다.

탱크(11)는 작동 유체를 외부로부터 공급받고, 공급받은 작동 유체를 저장할 수 있다. 주순환 펌프(12)는 작동 유체를 순환시킬 수 있다. 구체적으로, 주순환 펌프(12)는 탱크(11)에 저장된 작동 유체를 제빙기(13)로 공급할 수 있다. 제빙기(13)는 작동 유체를 공급받아 아이스슬러리를 생산할 수 있다. 재순환 펌프(14)는 제빙기(13)의 출구로부터 제빙기(13)의 입구로 일정 유량을 재순환시킬 수 있다. 제어부는 주순환 펌프(12) 및 재순환 펌프(14)를 제어할 수 있다. 제어부는 주순환 펌프(12) 및 재순환 펌프(14)의 제어를 통하여, 아이스 슬리러의 IPF를 가변시킬 수 있다. 구체적으로, 제어부는 재순환 펌프(14)를 가동하여, 제빙기(13) 내부를 흐르는 일정 유량과 양정을 담보함으로써, 아이스슬러리의 IPF를 20% 이상, 필요에 따라 30% 이상으로 향상시킬 수 있다. 재순환 펌프(14)를 이용한 재순환 루프에 의하면, 제빙기(13)로 순환하는 유량과 양정을 확보할 수 있으므로, 아이스슬러리의 IPF를 향상시키는 것이 가능할 수 있다.

제빙기(13)의 출구로 배출된 아이스슬러리는 사용처로 공급되거나, 탱크(11)로 회수되어 재순환될 수 있다. 아이스슬러리가 사용처로 공급되는 라인과, 탱크(11)로 회수되는 라인에는 아이스슬러리 유량계 및 유로 제어 밸브가 각각 구비될 수 있다.

제빙기(13)는 작동 유체를 공급받아 아이스슬러리를 생산할 수 있다. 제빙기(13)는 밀폐형 단관식 제빙기, 밀폐형 다관식 제빙기 및 밀폐형 디스크식 제빙기 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

밀폐형 단관식 제빙기의 경우, 입구 및 출구의 구조가 단순하므로, 일정 유량만 확보되면 제빙기(13)에 30% IPF 수준의 아이스슬러리가 유입되더라도 순환에 문제가 발생하지 않을 수 있다. 밀폐형 단관식 제빙기를 사용하는 경우, 제빙기의 용량 한계를 극복하기 위하여 최대용량이 높은 제빙기를 사용하는 것이 바람직할 수 있다.

밀폐형 다관식 제빙기의 경우, 입구에서 일정 유량이 균등하게 분배될 수 있도록 교반 장치가 구비될 수 있다. 교반 장치를 구비함으로써, 재순환 또는 흐름의 사공간에 의한 클로깅(clogging) 현상을 방지할 수 있다. 수실 내 교반을 통하여, 균등한 흐름을 생성하고, 이에 따라 출구로 높은 IPF의 아이스 슬러스가 원활히 배출되는 것을 담보할 수 있다.

한편, IPF가 높아질수록 아이스슬러리의 배출이 원활하게 지속되기 위하여, 추가 유량과 양정이 확보되어야 할 수 있다. 이를 위하여, 재순환 펌프(14)가 구동될 수 있다. 재순환 펌프(14)가 제빙기(13)의 출구에서 입구로 일정 유량과 양정을 재순환시킴으로써, 제빙기(13)가 막힘없이 가동될 수 있으며, IPF가 높아질 수 있다.

아이스슬러리는 IPF가 높아질수록 높은 양정과 유량이 필요하게 된다. 특히, 30% 이상의 IPF에서는 급격히 높은 유량과 양정을 필요로 할 수 있다. 주순환 펌프(12)는 일정 IPF 이하가 유지되도록 외부로 순환되는 유량을 유지할 수 있다. 주순환 펌프(12)는 유량 변화에 따른 양정 변화가 큰 펌프가 바람직할 수 있다.

아이스슬러리를 외부로 배출시키는 주순환 펌프(12)는, 유량과 양정을 제어할 수 있는 방식으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 주순환 펌프(12)는 다수의 고양정 펌프가 병렬로 연결된 형태일 수 있다. 또는, 주순환 펌프(12)는 인버터가 구비된 펌프로서, 제빙기(13)에 필요한 양정을 유지하면서 유량을 변화시켜 IPF를 변화시킬 수 있다.

주순환 펌프(12)를 인터버로 제어할 경우, 토출 양정은 재순환 펌프(14)에 의해 형성된 유량과 양정에 배출을 위해 추가되는 유량 변화에 의해 늘어나는 양정을 초과하는 범위에서 제어될 수 있다. 즉, 안정적인 제빙기(13)의 운전이 이루어지도록, 재순환 펌프(14)의 가동에 의해 형성되는 유량과 양정에 유량을 추가하며 증가되는 양정을 동시에 대응하여야 하므로, 인터버로 제어시 최소 유량과 양정 확보가 가능한 주파수 이상으로 제어되는 것이 바람직할 수 있다.

또한, 다양한 IPF를 얻기 위하여, 제빙기(13)에 일정량 이상의 유량을 순환시키며 주순환 펌프(12)의 유량을 변화시킬 수 있어야 한다. 따라서, 주순환 펌프(12)는 제빙기(13) 내부 순환 유량 증가에 의한 양정 상승을 대응할 수 있는 특성을 갖는 펌프가 사용됨이 바람직할 수 있다.

한편, 주순환 펌프(12)의 주파수 변화에 의하여, 유량은 회전수 제곱이 비례하여 변화하고, 양정은 회전수 세제곱에 비례하여 크게 변하므로, 유량값과 양정값의 부조화가 발생할 수 있다. 이 경우, 시스템 전체 압력 강하값을 키워서 대응하는 것이 바람직할 수 있다.

주순환 펌프(12)가 병렬로 연결된 복수 개의 펌프로 구성되는 경우, 늘어난 유량에 따라 증가한 양정에 의한 유량 감소분을 고려하여, 복수 개의 펌프는 서로 다른 용량으로 구성될 수 있다.

아이스슬러리 생산 시스템(1)은 가변적으로 낮은 IPF 운전과 높은 IPF 운전을 구현할 수 있다. 낮은 IPF 제빙 운전의 경우, 주순환 펌프(12)의 순환만으로 낮은 IPF의 아이스슬러리의 연속 제빙이 가능하도록 주순환 펌프(12)의 유량과 양정을 이용하여 제빙할 수 있다. 높은 IPF 제빙 운전이 필요한 경우, 재순환 펌프(14)를 추가로 가동시켜, 목표하는 IPF를 얻기 위해 필요한 유량과 양정으로 순환시킬 수 있다. 이에 의하면, 주순환 펌프(12)는 증가된 양정만큼 유량이 줄어들게 되면서, 제빙기 외부로 배출되는 IPF는 상승할 수 있다. 이때, 주순환 펌프(12)는 양정 변화에 의해 유량 변화가 크면서도 상승하는 압력 강하 이상의 양정을 유지할 수 있어야 한다. 주순환 펌프(12)에 인터버를 적용하는 경우, 회전수를 가변하여 적합한 유량과 양정을 얻을 수 있으나, 유량 감소보다 양정 감소율이 훨씬 크므로 제빙기(13) 외부에 별도의 유량 제어 밸브가 더 구비될 수 있다.

한편, 높은 IPF 제빙 운전 중에는, 생성되는 아이스슬러리를 충분히 순환시킬 수 있는 유량과 양정이 요구된다. 이를 위하여, 제어부는 주순환 펌프(12)를 먼저 제어하여 새로운 유량과 양정을 먼저 확보하고, 후에 재순환 펌프(14)를 가동시킬 수 있다. 예를 들어, 제어부는 아이스슬러리의 IPF 가변화 과정에서 재순환 펌프(14)가 가동될 때 주순환 펌프(12)의 양정이 부족해지지 않도록, 주순환 펌프(12)를 먼저 제어하여 새롭게 형성되는 유량과 양정이 먼저 확보된 상태에서, 재순환 펌프(14)를 가동시킬 수 있다. 예를 들어, 인버터를 사용하는 경우에는, 제어부는 인버터의 주파수 조정을 먼저 수행하고, 재순환 펌프(14)를 가동시킬 수 있다.

이상과 같이 실시예들이 비록 한정된 도면에 의해 설명되었으나, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기를 기초로 다양한 기술적 수정 및 변형을 적용할 수 있다. 예를 들어, 설명된 기술들이 설명된 방법과 다른 순서로 수행되거나, 및/또는 설명된 시스템, 구조, 장치, 회로 등의 구성요소들이 설명된 방법과 다른 형태로 결합 또는 조합되거나, 다른 구성요소 또는 균등물에 의하여 대치되거나 치환되더라도 적절한 결과가 달성될 수 있다.

그러므로, 다른 구현들, 다른 실시예들 및 특허청구범위와 균등한 것들도 후술하는 청구범위의 범위에 속한다.

1: 아이스슬러리 생산 시스템
11: 탱크
12: 주순환 펌프
13: 제빙기
14: 재순환 펌프

Claims (6)

1. 작동 유체를 저장하는 탱크;
   상기 탱크에 저장된 상기 작동 유체를 제빙기로 공급하는 주순환 펌프;
   상기 작동 유체를 공급받아 아이스슬러리를 생산하는 상기 제빙기; 및
   상기 제빙기의 출구로부터 상기 제빙기의 입구로 일정 유량을 재순환시키는 재순환 펌프를 포함하고,
   상기 주순환 펌프는, 서로 다른 용량을 갖는 복수 개의 펌프가 병렬로 연결된 형태인, 아이스슬러리 생산 시스템.
2. 제1항에 있어서,
   상기 주순환 펌프 및 재순환 펌프를 제어하여, 상기 아이스슬러리의 IPF(Ice Packing Factor)를 가변시키는 제어부를 더 포함하는, 아이스슬러리 생산 시스템.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제어부는 상기 재순환 펌프를 가동하여, 상기 아이스슬러리의 IPF를 20% 이상으로 향상시키는, 아이스슬러리 생산 시스템.
4. 작동 유체를 저장하는 탱크;
   상기 탱크에 저장된 상기 작동 유체를 제빙기로 공급하는 주순환 펌프;
   상기 작동 유체를 공급받아 아이스슬러리를 생산하는 상기 제빙기; 및
   상기 제빙기의 출구로부터 상기 제빙기의 입구로 일정 유량을 재순환시키는 재순환 펌프를 포함하고,
   상기 주순환 펌프 및 재순환 펌프를 제어하여, 상기 아이스슬러리의 IPF(Ice Packing Factor)를 가변시키는 제어부를 더 포함하고,
   상기 제어부는, 상기 아이스슬러리의 IPF 가변화 과정에서, 상기 주순환 펌프를 먼저 제어하여 새로운 유량 및 양정을 확보한 후에 상기 재순환 펌프를 가동하는, 아이스슬러리 생산 시스템.
5. 제1항에 있어서,
   상기 제빙기는 밀폐형 단관식 제빙기, 밀폐형 다관식 제빙기 및 밀폐형 디스크식 제빙기 중 적어도 어느 하나를 포함하는, 아이스슬러리 생산 시스템.
6. 삭제

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