KR102650093B1 - 제빙기 - Google Patents
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Abstract
이 제빙기(1)는, 제빙면 및 상기 제빙면을 냉각하는 한제를 흘려보내기 위한 한제 유로(6)를 구비한 제빙 유닛(4)과, 열교환기(18)에 의해 냉각된 한제를 가압하여 토출하는 펌프(14)와, 상기 펌프(14)의 토출량을 제어하는 제어부(15)를 구비한다. 상기 한제는 이산화탄소이고, 상기 제어부(15)는, 상기 한제 유로(6)의 출구(6B)에서 상기 한제가 기액 혼합 상태가 되도록 상기 펌프(14)를 제어한다.
Description
본 발명은, 물을 얼려 얼음을 제조하기 위한 제빙기에 관한 것이다.
본원은, 2019년 5월 15일에, 일본에 출원된 일본 특허출원 제2019-092070호 에 기초하여 우선권을 주장하고, 그 내용을 여기에 원용한다.
종래부터, 냉매나 한제(寒劑)에 의해 냉각된 제빙 유닛의 제빙면에 살수함으로써, 상기 제빙면 위에 일정한 두께까지 얼음을 성장시킨 후, 상기 제빙면으로부터 얼음을 탈락시켜 얼음을 제조하는 제빙기가 알려져 있다.
예컨대, 특허문헌 1에는, 냉매로서 프레온을 이용하고, 제빙 유닛인 제빙판의 내부에 액화 프레온을 순환시켜, 상기 제빙판의 표면에 얼음을 성장시킨 후에, 얼음을 제빙판으로부터 탈락시키는 제빙기가 개시되어 있다. 이 종류의 제빙기에서는, 냉매 유로의 입구에서는 프레온의 거의 전량이 액체이고, 냉매 유로를 흐름에 따라 제빙 유닛의 열을 빼앗아 프레온이 기화해가고, 냉매 유로의 출구에서는 마치 프레온의 거의 전량이 기체가 되도록 유량이 설정되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 제빙기에서는, 에너지 절약화를 도모하면서, 고품질의 얼음을 만드는 데 개선의 여지가 있었다. 즉, 특허문헌 1과 같이, 냉매로서 프레온을 이용한 직팽 방식(이하 '프레온 직팽 방식'이라고 한다)에서는, 냉매가 액체의 상태로 압축기에 흡입되는 액 백을 방지하기 위하여, 냉매가 냉매 유로 출구 부근에서 완전하게 기화하도록 과열도(어떤 압력 하에서의 과열 증기 온도와 건조 포화 증기 온도와의 사이의 온도차)를 취할 필요가 있다. 따라서, 냉매 유로의 입구와 출구에서 냉매의 온도차가 생기고, 이것이 제빙 불균일의 원인이 되었었다.
또한, 프레온 직팽 방식에서는, 냉매에 냉동기유가 혼입되는 것이 불가피하고, 이 냉동기유가 냉매 유로의 내면에 부착되어 전열(傳熱)을 저해하기 때문에, 그만큼 전열 효율이 저하된다.
프레온 직팽 방식 외에, 종래부터, 프로필렌글리콜이나 에틸렌글리콜 등의 브라인(brine)을 이용한 제빙 시스템도 알려져 있지만, 브라인은 점탄성이 높기 때문에 제빙판 내를 흐를 때의 압력 손실이 커지기 쉽다. 제빙판 내에서의 압력 손실이 커지면, 제빙판 내에서 편류하기 쉬워지기 때문에, 편류를 억제하는 목적으로 유량을 크게 할 필요가 있으며, 반송 동력이 증대한다. 또한, 브라인은 독성이 있기 때문에, 식품에 이용하는 얼음의 제조에는 적합하지 않다.
본 발명은, 제빙면에서의 제빙 불균일이 적고, 얼음의 생산 효율을 높여 에너지 절약화를 도모할 수 있으며, 또한, 고품질의 얼음을 만드는 것이 가능한 제빙기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
[1] 본 발명의 일 양태에 따른 제빙기는, 제빙면 및 상기 제빙면을 냉각하는 한제를 흘려보내기 위한 한제 유로를 구비한 제빙 유닛과, 상기 제빙면에 물을 공급하는 급수 기구와, 상기 한제 유로의 출구로부터 유출한 상기 한제를 냉각하기 위한 열교환기와, 상기 열교환기에 의해 냉각된 상기 한제를 가압하여 토출하는 펌프와, 상기 펌프의 토출량을 제어하는 제어부를 구비하고, 상기 한제는 이산화탄소이며, 상기 제어부는, 상기 한제 유로의 출구에서 상기 한제가 기액 혼합 상태가 되도록 상기 펌프를 제어하는 것을 특징으로 한다. 상기 펌프가 토출한 상기 한제를 감압하여 상기 한제 유로의 입구로부터 상기 한제를 주입하는 감압변을 포함하고 있어도 된다.
상기 양태의 제빙기에 의하면, 상기 한제로서 이산화탄소를 이용함과 함께, 상기 펌프의 토출량이 상기 한제 유로의 출구에서 상기 한제가 기액 혼합 상태가 되도록 상기 펌프를 제어함으로써, 냉각 유닛의 한제 유로로 공급하는 액체 이산화탄소가 액체 부분을 남긴 채 한제 유로를 통과하게 된다. 이와 같이, 액체 이산화탄소가 한제 유로의 출구에 이르기까지 잔존함으로써, 액체 이산화탄소의 잠열을 주로 이용하여, 냉각 유닛이 냉각되게 된다.
따라서, 프레온 직팽식과 같이 냉매 유로 출구 부근에서 과열도를 취하고, 냉매가 완전하게 기화하는 경우에 비하여, 한제 유로 출구까지 한제를 기액 혼합 상태에서 순환시킬 수 있기 때문에, 한제 유로의 전장에 걸쳐서 냉각의 불균일이 생기기 어렵다. 따라서, 냉각 유닛에서 구성되는 제빙면의 전역에 걸쳐서 온도 분포 및 냉각을 거의 균일하게 할 수 있고, 물을 제빙면의 거의 전역에 걸쳐서 편차가 적은 두께로 얼릴 수 있기 때문에, 두께 및 품질이 균일한 얼음을 제조하는 것이 가능하다.
또한, 종래의 프레온 직팽 방식과 달리, 제빙 유닛의 한제 유로에 냉동기유가 침입하지 않기 때문에, 한제 유로 내면으로의 냉동기유의 부착에 의한 전열 성능의 저하가 생기지 않고, 에너지 절약화를 도모할 수 있으며, 액체 이산화탄소의 잠열을 주로 냉각에 이용하기 때문에, 제빙면에 얼음이 생성될 때의 동결 속도가 비교적 느리고, 얼음 중에 기포나 수중의 불순물이 포함되기 어렵게 되어, 투명도가 높은 고품질의 얼음을 만들 수 있다는 우수한 효과도 있다.
[2] 상기 양태 [1]에서, 상기 제어부는, 상기 한제 유로의 입구에서는 이산화탄소의 전량이 액체이고, 상기 한제 유로의 출구에서는 이산화탄소의 전량이 기체가 되는 상기 펌프의 토출량을 전(全) 기화 임계 토출량으로 한 경우에, 상기 펌프의 토출량이 상기 전 기화 임계 토출량의 1.6배 이상이 되도록 상기 펌프를 제어하여도 된다. 상기 전 기화 임계 토출량의 1.6배 이상이 되도록 상기 펌프의 토출량을 제어함으로써, 냉각 유닛의 한제 유로로 공급하는 액체 이산화탄소의 0.6/1.6=37.5% 이상이 액체 상태 그대로 한제 유로를 통과하게 된다. 이와 같이, 37.5%를 초과하는 비교적 대량의 액체 이산화탄소가 한제 유로의 출구에 이르기까지 잔존함으로써, 한제 유로의 전장에 걸쳐서 액체 이산화탄소의 잠열을 이용할 수 있고, 제빙면의 전역에 걸쳐서 냉각을 거의 균일하게 행할 수 있다.
[3] 상기 양태 [1] 또는 [2]에서, 상기 펌프의 토출량은 상기 전 기화 임계 토출량의 1.6배 이상 또한 5배 이하이어도 된다. 이 경우, 제빙 유닛이나 가압 펌프 등 순환계 설비의 내압 강도를 그다지 높이지 않아도 되기 때문에, 설비 비용을 포함하는 코스트 퍼포먼스가 좋다. 상기 펌프의 토출량은, 상기 전 기화 임계 토출량의 1.6배 이상 또한 3.0배 이하이어도 된다.
[4] 상기 양태 [1]∼[3]에서, 상기 구성의 제빙기는, 상기 열교환기에 의해 냉각되어 액화한 이산화탄소를 저장하는 리시버 탱크를 구비하고 있어도 된다.
상기 리시버 탱크를 구비함으로써, 한제가 기액 혼합 상태가 되어도 한제를 중력에 의해 리시버 탱크 내의 상하로 기액 분리하고, 액체 한제만 펌프를 이용하여 한제 유로로 순환시킬 수 있다.
[5] 상기 양태 [1]∼[4]에서, 상기 열교환기는, 냉각된 1차 냉매가 통과하는 1차 냉매 유로와, 상기 한제가 통과하는 한제 유로를 포함하고, 상기 1차 냉매 유로를 통과하는 1차 냉매와, 상기 한제 유로를 통과하는 상기 한제를 열교환시키는 것이어도 되며, 상기 1차 냉매를 상기 1차 냉매 유로로 공급하기 위한 1차 냉매 냉각기를 추가로 구비하고 있어도 된다. 1차 냉매로서는, 예컨대, 액체 암모니아 등을 사용함으로써 효율적으로 한제를 냉각할 수 있다.
[6] 상기 양태 [1]∼[5]에서, 상기 제빙기는, 상기 한제 유로의 출구로부터 유출한 상기 한제의 물리량을 측정하고, 상기 한제의 기액 혼합 비율에 대응한 신호를 출력하는 센서를 포함하고 있어도 되며, 상기 제어부는, 상기 센서로부터의 상기 신호에 대응하여, 상기 펌프의 토출량이 상기 전 기화 임계 토출량의 1.6배 이상이 되도록 상기 펌프를 피드백 제어하는 것이어도 된다. 이 경우, 물의 온도나 외기온이 변화하였다고 하더라도, 펌프의 토출량을 자율적으로 전 기화 임계 토출량의 1.6배 이상의 일정 범위로 유지하는 것이 용이해져, 얼음의 성장 조건을 일정화하여, 얼음의 품질 편차를 방지하는 것이 가능하다.
[7] 상기 양태 [1]∼[6]에서, 상기 제빙 유닛은, 원통상의 냉각 드럼을 포함하고, 상기 냉각 드럼의 내부에 상기 한제 유로가 형성되고, 상기 냉각 드럼의 내 면에 상기 제빙면이 형성되어 있으며, 상기 급수 기구는 상기 냉각 드럼의 중심선의 둘레를 회전하면서 상기 냉각 드럼의 상기 제빙면에 살수하는 노즐을 포함하고 있어도 되고, 상기 냉각 드럼의 상기 제빙면에 고착한 얼음을 파쇄하기 위한 파쇄기를 추가로 구비하고 있어도 된다. 이 경우, 상기 냉각 드럼의 내면인 제빙면에 급수 기구로부터 살수하고, 제빙면에 얼음을 성장시키고, 다음으로 파쇄기에 의해 제빙면에 부착한 얼음을 파쇄하는 공정을 연속적으로 행하는 것이 가능하며, 고품질의 얼음을 높은 생산 효율로, 연속적으로 제조하는 것이 가능하다.
[8] 상기 양태 [1]∼[7]에서, 상기 제빙 유닛은 상기 한제 유로를 내부에 포함하는 제빙판을 포함하고, 상기 제빙판의 한쪽 면은 제빙면으로 되며, 다른 쪽 면은 열매(熱媒) 공급면으로 되어 있고, 상기 열매 공급면에 가온된 열매를 공급하는 열매 공급기가 추가로 마련되어 있어도 된다. 이 경우, 제빙판의 제빙면에 물을 공급하여 얼음을 성장시키고, 일정한 두께로 성장한 시점에서 제빙판의 다른 면의 열매 공급면에 가온한 열매를 공급함으로써, 제빙면에 부착한 얼음을 탈락시켜, 높은 생산성으로 고품질의 얼음을 간헐적으로 제조하는 것이 가능하다.
본 발명의 제빙기에 의하면, 제빙면에서의 제빙 불균일이 적고, 얼음의 생산 효율을 높여 에너지 절약화를 도모할 수 있으며, 나아가, 고품질의 얼음을 만드는 것이 가능하다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 따른 제빙기의 블록도이다.
도 2는, 본 발명의 실시형태에 따른 제빙기의 변형예의 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 실시형태에 따른 제빙기의 변형예의 블록도이다.
도 4는, 동 실시형태의 냉각 드럼의 주변을 나타내는 종단면도이다.
도 5는, 도 4 중의 III-III 선시도이다.
도 6은, 본 발명의 실시예의 효과를 나타내는 그래프이다.
도 2는, 본 발명의 실시형태에 따른 제빙기의 변형예의 블록도이다.
도 3은, 본 발명의 실시형태에 따른 제빙기의 변형예의 블록도이다.
도 4는, 동 실시형태의 냉각 드럼의 주변을 나타내는 종단면도이다.
도 5는, 도 4 중의 III-III 선시도이다.
도 6은, 본 발명의 실시예의 효과를 나타내는 그래프이다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태인 제빙기(1)를 나타내는 블록도이다. 이 제빙기(1)는, 축선을 수직으로 하여 배치된 원통형의 보호 커버(2)와, 그 안에 동심상으로 배치된 원통형의 냉각 드럼(4)(제빙 유닛)을 포함하고, 냉각 드럼(4)의 내면의 거의 전역을 제빙면(4A)으로 하여 얼음을 생성하며, 그 얼음을 파쇄하여 박편상의 플레이크 얼음을 생산하는 것이다.
이 실시형태에서는, 복수(도에서는 3대이지만 이에 한정되지 않음)의 동일 직경의 냉각 드럼(4)이 수직 방향으로 축선을 향하여 상하로 간극 없이 겹쳐져 배치되고, 이들 냉각 드럼(4)의 전체가 보호 커버(2)로 덮여있다. 보호 커버(2)와 냉각 드럼(4)과의 사이에는, 도시하지 않는 단열재가 충전되고, 냉각 드럼(4)의 냉온이 유지된다. 냉각 드럼(4)은, 한정은 되지 않지만 스테인리스 등의 내식성이 우수한 금속으로 형성되고, 그 주벽(周壁)의 내부에는, 냉각 드럼(4)의 중심축과 동축의 나선상으로 연장되는 한제 유로(6)가 둘레 전체 및 축 방향의 거의 전장에 걸쳐서 형성되어 있다.
각 한제 유로(6)는, 냉각 드럼(4)의 상측에 있는 입구(6A)와, 하측의 출구(6B)를 포함하고, 입구(6A)로부터 한제로서의 액체 이산화탄소가 주입되면, 한제는 한제 유로(6)를 나선상으로 흘러, 출구(6B)로부터 배출된다. 그 사이에 한제의 일부는 기화하고, 그 잠열을 주로 이용하여 냉각 드럼(4)의 내주면인 제빙면(4A)이 냉각된다. 각 한제 유로(6)의 입구(6A)는, 각각 감압변(7)을 거쳐 공통의 배관(12)에 접속되고, 배관(12)은 펌프(14)를 거쳐서 한제 도출부(18B)에 접속되어 있다.
펌프(14)는, 한제인 액체 이산화탄소를 가압하여 배관(12) 및 감압변(7)을 통하여 한제 유로(6)로 공급하는 것이며, 컴퓨터 등을 구비하는 제어부(15)에 접 속되고, 제어부(15)로부터의 전기 신호에 의해 토출량이 제어된다. 이 실시형태의 제어부(15)에는 제빙기 각 부의 온도 유량 등의 정보도 전달되고, 컴퓨터에서 실행되는 제어 프로그램에 기초하여, 펌프(14)의 토출량을 제어한다. 또한, 본 발명에서는 제어부(15)의 동작은 컴퓨터 프로그램에 의한 것뿐만 아니라, 경우에 따라서는 수동 조작이어도 되고, 또한 사전에 기계 학습을 행하게 한 인공지능 프로그램에 의해 제어하는 것이어도 된다.
이 실시형태의 제어부(15)는, 펌프(14)의 토출량이 '전 기화 임계 토출량'의 1.6배 이상이 되도록 펌프(14)를 제어하는 것을 특징으로 한다. 전 기화 임계 토출량은, 제빙기의 성능 및 운전 상황에 따라 값이 결정되는 파라미터이며, 본 명세서에서는, 하기 3개의 조건을 적절히 충족하는 토출량으로 정의한다.
(1)한제 유로(6)의 입구(6A)에서는, 공급되는 이산화탄소의 전량이 액체이다.
(2)한제 유로(6)의 내부에서는, 이산화탄소의 일부가 기체이고 잔부가 액체이다. 즉, 기액 혼합 상태이다.
(3)한제 유로(6)의 출구(6B)에서는, 이산화탄소의 전량이 기체가 된다.
펌프(14)의 토출량은, 상기 전 기화 임계 토출량의 1.6배 이상 3.0배 미만으로 제어되어도 된다. 이 경우, 냉각 드럼(4)이나 펌프(14), 배관계 등 순환계 설비의 내압 강도를 그다지 높이지 않아도 되기 때문에, 설비 비용을 포함하는 코스트 퍼포먼스가 좋다. 또한, 본 실시형태에서는, 펌프(14)의 토출량이, 전 기화 임계 토출량의 1.6배 이상 또한 5배 이하로 제어되어도 된다.
전 기화 임계 토출량은, 가능하면, 펌프(14)의 토출량을 컨트롤하면서, 한제 유로(6)의 입구(6A), 한제 유로(6) 내, 출구(6B)를 흐르는 한제의 상태를 관찰하여, 상기 조건 (1)∼(3)을 충족하는 토출량을 결정하여도 되지만, 후술하는 실시예에 나타내는 바와 같이 열량 계산으로부터도 구하는 것이 가능하다. 즉, 냉각 드럼(4)이 생산해야 할 얼음의 양과, 그 얼음을 제조하기 위하여 필요한 잠열로부터, 상기 조건 (1)∼(3)을 충족하는 전 기화 임계 토출량을 구할 수 있다.
제어부(15)가, 펌프(14)의 토출량이 '전 기화 임계 토출량'의 1.6배 이상이 되도록 펌프(14)를 제어함으로써, 냉각 드럼(4)의 입구(6A)를 통과한 액체 이산화탄소의 0.6/1.6=37.5% 이상이 액체 상태 그대로 출구(6B)를 통과하게 된다. 이와 같이, 37.5%를 초과하는 비교적 대량의 액체 이산화탄소가 한제 유로(6)의 출구(6B)에 이르기까지 잔존함으로써, 액체 이산화탄소의 잠열을 주로 이용하여, 냉각 드럼(4)이 냉각되게 된다.
종래, 이와 같이 냉각 유닛의 출구에 이르기까지 냉매를 액체 상태 그대로 다량으로 흘려보내는 것은 행하여지지 않았었다. 그것은, 운전 비용적으로 낭비가 있고, 또한, 순환계의 강도를 높이는 등의 설비 비용도 필요 이상으로 든다고 생각되었었기 때문이다. 그러나, 본 발명자들의 실험에 의하면, 특히 한제로 제빙을 행하는 경우, 제빙 유닛의 온도를 균일화하고, 게다가 얼음의 생산성을 높일 수 있다는 종래 공지되지 않았던 효과가 발견되었다. 본 발명은 이 관점에 기초하여 이루어진 것이다. 예컨대, 종래의 프레온 직팽 방식에서는, 전 기화 임계 토출량의 0.95배∼1배 정도로 설정되는 경우가 많았다.
본 실시형태에서는, 프레온 직팽식과 같이 냉매의 과열도를 취할 필요가 있고 냉매 유로 출구 부근에서 냉매가 완전하게 기화하는 경우에 비하여, 한제의 과열도를 제로로 억제할 수 있어, 한제 유로(6)의 전장에 걸쳐서 냉각의 불균일이 생기기 어렵다. 따라서, 3개의 냉각 드럼(4)으로 구성되는 넓은 제빙면(4A)의 전역에 걸쳐서 온도 분포 및 냉각을 거의 균일하게 할 수 있고, 노즐(50)로부터 공급되는 물을 제빙면(4A)의 거의 전역에 걸쳐서 균일한 두께로 얼릴 수 있기 때문에, 얼음의 두께가 균일하고, 또한, 동결 속도가 균일하기 때문에 얼음의 품질도 균일한 플레이크 얼음(P2)을 제조하는 것이 가능하다.
본 실시형태에서는, 냉각 효율의 관점에서, 한제 유로(6)의 입구(6A)에서의 한제의 온도는 -30℃∼-20℃인 것이 바람직하고, 한제 유로(6)의 입구(6A)에서의 한제의 압력은 1.3MPa∼1.9MPa인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 한제 유로(6)의 입구(6A)에서의 한제의 온도는 -26℃∼-23℃이고, 한제 유로(6)의 입구 (6A)에서의 한제의 압력은 1.5MPa∼1.7MPa이다. 단, 본 발명은 이 범위로 한정되지 않는다.
한제 유로(6)의 출구(6B)는, 각각 온도 센서(9)를 거쳐 공통의 배관(10)에 접속되고, 배관(10)은 증발기(18)(열교환기)의 한제 도입부(18A)에 접속되어 있다. 온도 센서(9)는 출구(6B)로부터 배출되는 한제의 기액 혼합물의 온도(물리량)를 측정하고, 온도에 대응한 전기 신호를 발생시키고, 이 전기 신호를 제어부(15)로 전달한다. 온도 센서(9)는, 한제 유로(6) 내에서의 과열도의 측정에도 도움이 된다. 제어부(15)는 온도 센서(9)로부터의 신호에 따라, 각 한제 유로(6) 내에서의 기체 이산화탄소의 과열도를 측정하고, 과열도가 올라오기 시작하면 펌프(14)에 의한 액체 이산화탄소의 토출량을 증가시켜 피드백 제어하고, 과열도를 허용 범위로 억제할 수도 있다.
온도 센서(9)는 한제의 유속(물리량)을 감지하는 유속 센서나 압력 센서를 구비하고 있어도 되고, 그 경우에는, 유속 센서 및/또는 압력 센서의 전기 출력도 제어부(15)에 전달하여도 된다. 유속 센서 및/또는 압력 센서에 의해 계측된 유속 및/또는 압력(물리량)이 증가한 경우에는, 한제의 기화 비율이 증가하였다고 판단하고, 펌프(14)에 의한 액체 이산화탄소의 토출량을 증가시켜 피드백 제어하고, 과열도를 허용 범위로 억제할 수도 있다.
증발기(18)는, 한제 도입부(18A)로부터 한제 도출부(18B)로 흐르는 한제와, 냉매 도입부(18D)로부터 도출부(18C)로 흐르는 1차 냉매를 열교환시킨다. 본 실시형태에서는, 1차 냉매로서 액체 암모니아를 이용하는 것이 바람직하다. 1차 냉매로서는, 암모니아 외에도 R404A, CO2 등도 이용할 수 있지만, 암모니아가 사용 온도 ·압력역의 점에서 가장 바람직하다. 1차 냉매로서 유독하고 취기가 있는 암모니아를 이용하였다고 하더라도, 한제로서 이산화탄소를 사용하고, 1차 냉각 측과 2차 냉각 측을 완전 분리함으로써, 암모니아가 얼음에 영향을 미칠 우려가 없다. 따라서, 본 실시형태에서는, 안전하게 냉각 효율이 좋은 암모니아를 사용하는 것이 가능하다.
증발기(18)의 도출부(18C)로부터는, 한제를 잠열에 의해 냉각한 후의 일부 또는 전부가 기화한 1차 냉매가 배출되고, 1차 냉매는 배관(20)을 거쳐서 압축기(22)로 도입되며, 압축기(22)에서 소정 압력으로 압축된 후, 냉매 도입부(24A)로부터 응축기(24)(1차 냉매 냉각기)로 도입된다. 응축기(24)에서는, 가압되고 승온된 1차 냉매를 물 또는 공기에 의해 냉각하고, 냉각되어 액화된 1차 냉매를 도출부(24B)로부터 유출시켜, 배관(23) 및 감압변(25)을 거쳐 냉매 도입부(18D)로부터 증발기(18)로 도입한다.
본 실시형태에서는, 냉각 효율의 관점에서, 증발기(18)의 냉매 도입부(18D)에서의 1차 냉매의 온도는 -32℃∼-22℃인 것이 바람직하고, 냉매 도입부(18D)에서의 1차 냉매의 압력은 0.006MPa∼0.07MPa인 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 증발기(18)의 냉매 도입부(18D)에서의 1차 냉매의 온도는 -28℃∼-25℃이고, 냉매 도입부(18D)에서의 1차 냉매의 압력은 0.03MPa∼0.05MPa이다. 단, 본 발명은 이 범위로 한정되지 않는다.
다음으로, 도 2 및 도 3을 이용하여 본 발명의 다른 실시형태를 설명한다. 이들 실시형태에서는 도 1의 구성에 더하여, 펌프(14)보다도 상류 측에서 배관(19)에 액체 이산화탄소를 일시적으로 저류하는 리시버 탱크(16)를 마련한 것을 새로운 특징으로 한다.
도 2의 실시형태에서는, 리시버 탱크(16)에, 증발기(18)에서 냉각되어 액화 된 한제가 배관(19)을 거쳐 도입된다. 이 구성에 의하면, 증발기(18)에 의해 액화 된 한제를 리시버 탱크(16)에 저류함으로써, 리시버 탱크(16) 내에서 기액 분리시켜, 액체 한제만을 펌프(14)를 이용하여 한제 유로(6)로 보낼 수 있다.
도 3의 실시형태에서는, 리시버 탱크(16)의 도출부(16C)에, 배관(17)을 통하여 증발기(18)(열교환기)의 한제 도입부(18A)에 접속되는 한편, 리시버 탱크(16)의 도입부(16D)는, 배관(19)을 통하여 증발기(18)의 한제 도출부(18B)에 접속되어 있다. 이에 따라, 리시버 탱크(16) 내의 한제의 일부는, 도출부(16C)로부터 배관(17)을 거쳐 한제 도입부(18A)로부터 증발기(18)를 통과하고, 후술하는 1차 냉매로 냉각된다. 증발기(18)에서 냉각된 한제는, 도출부(18B)로부터 배관(19)을 거쳐 도입 부(16D)로부터 리시버 탱크(16)로 들어간다.
리시버 탱크(16)로는, 증발기(18)에서 냉각된 한제와, 냉각 드럼(4)의 한제 유로(6)로부터 되돌아온 한제가 도입된다. 리시버 탱크(16)의 내부에서는, 기액이 혼합된 한제를 중력에 의해 리시버 탱크(16) 내의 상하로 기액 분리하고, 액체 한제만을 액체 토출구(16B)로부터 도출하고, 펌프(14)를 거쳐 한제 유로(6)로 되돌린다. 또한, 리시버 탱크(16) 내의 기체 또는 기액 혼합한 한제의 일부를 도출부(16C)로부터 도출시키고, 한제 도입부(18A)로부터 증발기(18)로 한제를 공급하여 냉각 및 액화한다.
다음으로, 도 4 및 도 5를 이용하여, 제빙기(1)의 냉각 유닛인 냉각 드럼(4)과, 그 주변을 설명한다. 이들은 전술한 도 1∼도 3의 어느 실시형태에도 적용할 수 있다. 이 예의 냉각 드럼(4)은, 박편상의 플레이크 얼음(P2)을 연속적으로 제조하기 위한 것이지만, 본 발명은 플레이크 얼음의 제조로 한정되지 않고, 후술하는 바와 같이 블록 얼음이나 플레이트 얼음, 그 외의 형상의 얼음의 제조에 이용할 수도 있다.
원통형의 보호 커버(2)의 내측에는, 앞서 언급한 바와 같이 3개의 냉각 드럼(4)이 상하로 겹쳐 간극 없이 배치되어 있다. 각 냉각 드럼(4)의 주벽부 내에는, 스테인레스 등을 포함하는 금속제의 칸막이가 나선상으로 배열됨으로써, 단면 직사각형상을 이루는 한제 유로(6)가 나선상으로 형성되고, 한제 유로(6)의 시작과 끝에는, 입구(6A)와 출구(6B)가 형성되어 있다. 이 실시형태에서는, 입구(6A)와 출구(6B)는 동일한 측에 배치되어 있지만, 서로 상이한 방향으로 향하여져 있어도 된다.
가장 아래의 냉각 드럼(4)의 하단에는, 냉각 드럼(4)과 동일 직경 또한 동축의 원통상의 배수부(30)가 부착되고, 배수부(30)의 내벽면은, 직경 방향에서, 그 상단이 냉각 드럼(4)의 제빙면(4A)에 따른 위치에 있으며, 아래쪽으로 갈수록 외측으로 확장되는 경사면(30A)으로 되어 있다. 냉각 드럼(4)의 제빙면(4A)에 공급되고, 얼지 않고 제빙면(4A)을 타고 떨어진 과잉의 물은, 배수부(30)의 경사면(30A)을 타고 냉각 드럼(4)의 제빙면(4A)보다도 외측의 위치에 떨어진다.
냉각 드럼(4)의 아래쪽에는, 원환상의 수수부(受水部)(32)가 수평으로 배치되어 있고, 수수부(32)의 내주 측에는 상단으로 갈수록 직경이 작아지는 수수벽(受水壁)(32A)이 형성되며, 경사면(30A)으로부터 떨어지는 물은 수수벽(32A)에 닿아, 수수부(32) 내에 고인다. 수수부(32)의 내저면은 한쪽으로 향하여 약간 경사져 있고, 가장 낮은 위치에 배수구(36)가 형성되며, 하면에는 배수관(34)이 접속되어 있다. 이에 따라, 수수부(32)에 고인 물은 배수구(36)를 거쳐 배수관(34)을 흐르고, 또한 수수부(62)에 저장되며, 순환 펌프(60)로 가압되어, 냉각 드럼(4)의 내면으로 물을 공급하기 위한 급수관(56)으로 공급된다. 급수관(56)에는 또한, 급수 펌프(58)를 거쳐서 도시하지 않는 원수(原水) 공급원으로부터 물이 공급된다.
3연의 냉각 드럼(4)의 중심축을 따라, 회전축(40)이 배치되어 있고, 회전축(40)의 상단은 모터(42)에 연결되며, 회전축(40)의 하단은 축수(軸受)(44)로 회전 가능하게 지지되어 있다. 회전축(40)의 상부에는, 원반형의 노즐 지지부(46)가 수평 또한 상대 회전 불능하게 고정되어 있고, 이 노즐 지지부(46)의 외주면의 편측으로부터, 복수(이 실시형태에서는 3개이지만 이에 한정되지 않음)의 노즐(50)이 외방을 향하여 방사상으로 부착되어 있다. 노즐 지지부(46)의 내부에는, 각 노즐(50)에 연통하는 수류로(48)가 형성되고, 수류로(48)의 상단은 도 5에 나타내는 바와 같이, 수수구(受水口)(48A)로서 노즐 지지부(46)의 상면으로 개구하고 있다.
노즐 지지부(46)의 위에는, 링 형상의 급수부(52)가 회전축(40)을 통하여 액밀하게 배치되어 있다. 급수부(52)는 부동이지만, 회전축(40) 및 노즐 지지부(46)는, 급수부(52)에 대하여 상대 회전 가능하게 되어 있다. 급수부(52)의 내부에는, 급수부(52)의 하면으로 개구하는 급수로(54)가 형성되고, 노즐 지지부(46)가 어느 회전 위치에 있더라도 급수로(54)는 수류로(48)와 기밀적으로 연통하고 있다. 급수부(52)에는 급수관(56)이 연결되고, 급수관(56)으로부터 공급되는 물은, 급수로(54) 및 수류로(4 8)를 거쳐, 각 노즐(50)의 선단으로부터 외방으로 산포되며, 냉각 드럼(4)의 제빙면(4A)에 닿아 흘러 떨어진다. 그 과정에서, 물은 냉각 드럼(4)에 의해 냉각되고, 냉각 드럼(4)의 제빙면(4A)에 일정한 두께의 얼음(P1)이 성장한다.
노즐 지지부(46)의 노즐(50)과 반대 측의 단부에는, 지지부(64) 및 축수부(66)가 부착되고, 축수부(66)에 의해, 로터리 커터(70)(파쇄기)의 회전축(68)의 상단이 회전 자재로 지지되어 있다. 회전축(68)의 하단은, 지지 아암(74)에 의해 회전 자재로 지지되고, 지지 아암(74)은 회전축(40)의 하부에 상대 회전 불능하게 고정되어 있다.
로터리 커터(70)는, 냉각 드럼(4)의 제빙면(4A)을 따라 수직으로 향하여 배치되고, 로터리 커터(70)의 외주면에는 완만한 나선 형상의 스크류날(72)이 복수 개 형성되어 있다. 로터리 커터(70)는 노즐 지지부(46)의 회전에 따라, 냉각 드럼(4)의 제빙면(4A)을 따라 회전하고, 스크류날(72)은, 제빙면(4A)에 퇴적한 얼음(P1)을 1변이 수 cm 정도의 크기의 플레이크상으로 파쇄한다. 파쇄된 플레이크 얼음(P2)은, 냉각 드럼(4)의 제빙면(4A)으로부터 수직으로 낙하하고, 얼음 저류 탱크(8)에 저장되도록 되어 있다.
상기 구성을 포함하는 제빙기에 의하면, 도 1에 나타내는 바와 같이, 액체 이산화탄소는 펌프(14)에 의해 가압되어 배관(12)을 통과하고, 3개의 감압변(7)으로 분배되어 감압된 후, 입구(6A)로부터 각 냉각 드럼(4)의 한제 유로(6)로 들어간다. 입구(6A)에서는 한제인 이산화탄소의 거의 전량이 액체이다. 액체 이산화탄소는 한제 유로(6)를 나선 형상으로 흐르면서, 냉각 드럼(4)을 냉각하고, 잠열을 발생시키면서, 액체 이산화탄소의 일부가 서서히 기화해간다.
이때, 제어부(15)는, 펌프 (14)의 토출량이 '전 기화 임계 토출량'의 1.6 배 이상이 되도록 펌프(14)를 제어하여도 된다. 이 경우, 냉각 드럼(4)의 입구(6A)를 통과한 액체 이산화탄소의 0.6/1.6=37.5% 이상이 액체 상태 그대로 출구(6B)를 통과하게 된다. 이와 같이, 37.5%를 초과하는 비교적 대량의 액체 이산화탄소가 한제 유로(6)의 출구(6B)에 이르기까지 잔존함으로써, 액체 이산화탄소의 잠열을 주로 이용하여, 냉각 드럼(4)이 냉각되게 된다.
증발기(18)는 기체 또는 기액 혼합의 이산화탄소를 냉각하고, 그에 의해 온도가 상승한 기체 또는 기액 혼합의 1차 냉매는, 도출부(18C)로부터 배관(20)을 통하여 압축기(22)에서 압축되며, 나아가 응축기(24)로 보내진다. 압축 및 승온된 기체 또는 기액 혼합의 1차 냉매는, 응축기(24) 내에서, 도시하지 않는 냉수 또는 공기와 열교환하고, 액체 1차 냉매로 된 후, 배관(23) 및 감압변(25)을 거쳐 재차 증발기(18)로 도입된다.
본 발명은 상기 실시형태로 한정되는 것은 아니고, 특허청구범위에 기재된 범위에서, 어떠한 구성 변경도 가능하다.
실시예
다음으로, 본 발명의 실시예를, 열력(熱力) 계산의 예도 들어 보다 구체적으로 설 명한다. 도 1∼도 5의 냉각 드럼을 이용한 플레이크 제빙기에서, 필요한 냉각 능력이 하기와 같았다고 한다.
(1) 제빙 능력 : 7000㎏/일
(2) 냉매 온도 1차 냉매(암모니아) 포화 온도 : -28℃,
한제(이산화탄소) 포화 온도 : -25℃
(3) 냉동 능력 : 53㎾(액체 이산화탄소 공급 온도 : -25℃)
(4) 원수 온도 : 25℃
(5) 얼음의 잠열 : 80kcal/㎏
(6) 과냉 온도 : 0℃
상기 조건에서, 제빙 1㎏ 당의 냉각 열량은,
q=((25-0)+80)×1(㎏)=105(kcal/㎏)
제빙 능력을 7000㎏/일(日)로 하기 위하여 필요한 냉동 능력은,
냉동 능력(㎾)=(7000(㎏)×105(kcal/㎏))/(860×24H/일)=35.6(㎾)
한 시간당 필요한 냉열량 R(kcal/H)은,
R=7000(㎏/일)×105(kcal/H)/24(H/일)=30625kcal/H
한 시간당 필요한 액체 이산화탄소의 공급량은,
W(LCO2)=R/(i1-i2)=30625/(156.5-86.5)=437.5㎏/H
한 시간당 필요한 액체 이산화탄소의 공급량 437.5㎏/H은, -25℃에서의 액체 이산화탄소의 체적 유량으로 환산하면
V(LCO2)=0.416㎥/H
가 된다. 이것이, 상기 운전 조건에서의 전 기화 임계 토출량 V(㎥/H)이다.
따라서, 이 실시형태에서 필요한 펌프(14)에 의한 액체 이산화탄소의 토출량은,
0.416(㎥/H)×1.6 이상
=0.6656(㎥/H) 이상이다. 이와 같이, 펌프(14)에 의한 액체 이산화탄소의 토출량을 계산할 수 있다.
또한, 펌프(14)에 의한 액체 이산화탄소의 토출량이 변화한 경우에, 냉각 드럼(4)의 출구(6B)에서의 기액 혼합 이산화탄소의 유속이 어떻게 변하는지를 계산하고, 출구(6B)에서의 유속이 과도하게 높아지지 않았는지 검증하면, 하기와 같다.
[전 기화 임계 토출량 V×1배에서의 출구(6B)의 유속(종래예)]
각 냉각 드럼(4)의 입구(6A)에서의 유량은, 냉각 드럼(4)이 3개 있으므로,
0.416(㎥/H)/3=0.139(㎥/H)이다.
이 경우, 각 냉각 드럼(4)의 출구(6B)에서는 전량이 기체가 된다. -25℃에서의 기체 이산화탄소의 가스 비용적=0.0228㎥/㎏이므로, -25℃에서의 기체 이산화탄소의 유량은,
가스 유량=437.5(㎏/H)×0.0228(㎥/㎏)
=9.975(㎥/H)가 된다.
따라서, 출구(6B)에서의 가스 유속은,
9.975(㎥/H)/(3×3600)
/(0.0275m×0.017m)(한제 유로(6)의 단면적)
=1.975(m/s)가 된다.
[전 기화 임계 토출량 V×2배에서의 출구(6B)의 유속(실시예 1)]
이 경우, 각 냉각 드럼(4)의 출구(6B)에서는 1/2 양이 기체가 된다. 따라서, 출구(6B)에서의 기액 혼합체의 유속은,
(0.416(㎥/H)+9.975(㎥/H))/(3×3600)
=2.06(m/s)가 된다.
[전 기화 임계 토출량 V×3배에서의 출구(6B)의 유속(실시예 2)]
이 경우, 각 냉각 드럼(4)의 출구(6B)에서는 1/3 양이 기체가 된다. 따라서, 출구(6B)에서의 기액 혼합체의 유속은,
(0.416(㎥/H)×2+9.975(㎥/H))/(3×3600)
=2.14(m/s)가 된다.
[전 기화 임계 토출량 V×4배에서의 출구(6B)의 유속(실시예 3)]
이 경우, 각 냉각 드럼(4)의 출구(6B)에서는 1/4 양이 기체가 된다. 따라서, 출구(6B)에서의 기액 혼합체의 유속은,
(0.416(㎥/H)×3+9.975(㎥/H))/(3×3600)
=2.22(m/s)가 된다.
이상의 계산으로부터 알 수 있는 바와 같이, 펌프(14)에 의한 토출량을, 전 기화 임계 토출량 V의 1배로부터 4배로 증대시켜도, 출구(6B)에서의 기액 혼합체의 유속은 1.124배로 증가하는 것에 불과하다. 따라서, 제빙기의 각부에 과대한 부하를 거는 일은 없다.
다음으로, 표 1에 전 기화 임계 토출량(CO2 펌프 유량)을 9.3L/min로 한 경우의 유량의 적정을 나타낸다. 본 발명의 실시형태에서 언급한 바와 같이 전 기화 임계 토출량의 1.6배 이상인 9.3(L/min)×1.6=14.8(L/min)을 경계로 제빙량에 차가 나는 것을 알 수 있다. 실시예에서는, 펌프 토출량을 전 기화 임계 토출량의 1.6배 이상인 15.2L/min 흘려보낸 경우 제빙량은 9888㎏/일이고, 1.6배에 미치지 않는 14.5L/min 흘려보낸 경우 제빙량은 8256㎏/일이었다.
다음으로, 도 6은, 한제로서의 이산화탄소 유량과, 제빙량의 관계를 나타내는 그래프이고, 하기의 조건에서 측정하였다. 사용한 장치는, 도 1 및 도 4에 나타내는 실시형태와 동일하다.
(1) 제빙 능력 : 10000㎏/일
(2) 냉매 온도 1차 냉매(암모니아) 포화 온도 : -28℃,
한제(이산화탄소) 포화 온도 : -25℃
(3) 냉동 능력 : 53㎾(액체 이산화탄소 공급 온도 : -25℃)
(4) 원수 온도 : 25℃
(5) 얼음의 잠열 : 80kcal/㎏
(6) 과냉 온도 : 0℃
(7) 플레이크 얼음의 두께 : 1.5㎜
도 6에 나타내는 바와 같이, '전 기화 임계 토출량'의 1.6배인 유량역에서 제빙량이 불연속적으로 상승하고, 그 후, 완만하게 하강하는 경향이 얻어졌다. 이와 같은 경향은 종래 알려져 있지 않고, 본 발명의 현저한 효과를 확인할 수 있었다.
본 발명의 제빙기에 의하면, 제빙면에서의 제빙 불균일이 적고, 얼음의 생산 효율을 높여 에너지 절약화를 도모할 수 있으며, 또한, 고품질의 얼음을 만드는 것이 가능하므로, 본 발명은 산업상의 이용이 가능하다.
1: 제빙기
2: 보호 커버
4: 냉각 드럼(제빙 유닛)
6: 한제 유로
8: 얼음 저류 탱크
6A: 입구
6B: 출구
7: 감압변
8: 얼음 저류 탱크
9: 온도 센서
10: 배관
14: 펌프
15: 제어부
16: 리시버 탱크
18: 증발기(열교환기)
20: 배관
22: 압축기
24: 응축기(1차 냉매 냉각기)
30: 배수부
32: 수수부
32A: 수수벽
34: 배수관
36: 배수구
40: 회전축
42: 모터
44: 축수
46: 노즐 지지부
48: 수류로
48A: 수수구
50: 노즐
52: 급수부
54: 급수로
56: 급수관
58: 급수 펌프
60: 순환 펌프
62: 수수부
64: 지지부
66: 축수부
68: 회전축
70: 로터리 커터(파쇄기)
72: 스크류날
74: 지지 아암
P1: 얼음
P2: 플레이크 얼음
2: 보호 커버
4: 냉각 드럼(제빙 유닛)
6: 한제 유로
8: 얼음 저류 탱크
6A: 입구
6B: 출구
7: 감압변
8: 얼음 저류 탱크
9: 온도 센서
10: 배관
14: 펌프
15: 제어부
16: 리시버 탱크
18: 증발기(열교환기)
20: 배관
22: 압축기
24: 응축기(1차 냉매 냉각기)
30: 배수부
32: 수수부
32A: 수수벽
34: 배수관
36: 배수구
40: 회전축
42: 모터
44: 축수
46: 노즐 지지부
48: 수류로
48A: 수수구
50: 노즐
52: 급수부
54: 급수로
56: 급수관
58: 급수 펌프
60: 순환 펌프
62: 수수부
64: 지지부
66: 축수부
68: 회전축
70: 로터리 커터(파쇄기)
72: 스크류날
74: 지지 아암
P1: 얼음
P2: 플레이크 얼음
Claims (8)
- 제빙면 및 상기 제빙면을 냉각하는 한제(寒劑)를 흘려보내기 위한 한제 유로를 구비한 제빙 유닛과,
상기 제빙면에 물을 공급하는 급수 기구와,
상기 한제 유로의 출구로부터 유출한 상기 한제를 냉각하기 위한 열교환기와,
상기 열교환기에 의해 냉각된 상기 한제를 가압하여 토출하는 펌프와,
상기 펌프의 토출량을 제어하는 제어부를 구비하고,
상기 한제는 이산화탄소이며,
상기 제어부는, 상기 한제 유로의 입구에서는 이산화탄소의 전량이 액체이고, 상기 한제 유로의 출구에서는 이산화탄소의 전량이 기체가 되는 상기 펌프의 토출량을 전(全) 기화 임계 토출량으로 한 경우에, 상기 펌프의 토출량이 상기 전 기화 임계 토출량의 1.6배 이상이 되도록 제어하고, 상기 한제 유로의 출구에서 상기 한제가 기액 혼합 상태가 되도록하는 것을 특징으로 하는 제빙기. - 제1항에 있어서,
상기 펌프가 토출한 상기 한제를 감압하는 감압변을 구비하는 것을 특징으로 하는 제빙기. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열교환기에 의해 냉각되어 액화한 이산화탄소를 저장하는 리시버 탱크를 구비하는 것을 특징으로 하는 제빙기. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 열교환기는, 냉각된 1차 냉매가 통과하는 1차 냉매 유로와, 상기 한제가 통과하는 한제 유로를 포함하고, 상기 1차 냉매 유로를 통과하는 1차 냉매와, 상기 한제 유로를 통과하는 상기 한제를 열교환시키는 것이며,
상기 1차 냉매를 상기 1차 냉매 유로로 공급하기 위한 1차 냉매 냉각기를 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 제빙기. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 한제 유로의 출구로부터 유출한 상기 한제의 물리량을 측정하고, 상기 한제의 기액 혼합 비율에 대응한 신호를 출력하는 센서를 포함하며,
상기 제어부는, 상기 센서로부터의 상기 신호에 대응하여, 상기 펌프의 토출량이 상기 전 기화 임계 토출량의 1.6배 이상이 되도록 상기 펌프를 피드백 제어하는 것을 특징으로 하는 제빙기. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제빙 유닛은, 원통 형상의 냉각 드럼을 포함하고, 상기 냉각 드럼의 내부에 상기 한제 유로가 형성되고, 상기 냉각 드럼의 내면에 상기 제빙면이 형성되어 있으며,
상기 급수 기구는 상기 냉각 드럼의 중심선의 둘레를 회전하면서 상기 냉각 드럼의 상기 제빙면에 살수하는 노즐을 포함하고,
상기 냉각 드럼의 상기 제빙면에 고착한 얼음을 파쇄하기 위한 파쇄기를 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 제빙기. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 제빙 유닛은 상기 한제 유로를 내부에 포함하는 제빙판을 포함하고, 상기 제빙판의 한쪽 면은 제빙면으로 되며, 다른 쪽 면은 열매(熱媒) 공급면으로 되어 있고,
상기 열매 공급면에 가온된 열매를 공급하는 열매 공급기가 추가로 마련되어 있는 것을 특징으로 하는 제빙기. - 삭제
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Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001201118A (ja) * | 2000-01-19 | 2001-07-27 | Sumitomo Metal Ind Ltd | ハーベスト式氷蓄熱システム及び同システムの脱氷方法 |
| JP2003314910A (ja) * | 2002-04-24 | 2003-11-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体素子冷却装置およびその制御方法 |
| JP2016080254A (ja) * | 2014-10-16 | 2016-05-16 | 株式会社前川製作所 | へリングボーンコイル製氷装置 |
| JP2017072358A (ja) | 2015-10-09 | 2017-04-13 | アイスマン株式会社 | 製氷機 |
| JP2018071835A (ja) * | 2016-10-26 | 2018-05-10 | 株式会社タガワ | 製氷機 |
Family Cites Families (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5990731A (ja) | 1982-11-16 | 1984-05-25 | Kubota Ltd | 気化器式エンジンの空気式ガバナ装置 |
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| JP2006110416A (ja) | 2004-10-12 | 2006-04-27 | Niigata Univ | 多段階凍結濃縮システム |
| CN2804740Y (zh) * | 2005-03-18 | 2006-08-09 | 广东科龙电器股份有限公司 | 一种小型家用制冰机 |
| CN204739800U (zh) * | 2015-06-29 | 2015-11-04 | 中机西南能源科技有限公司 | 一种制冷系统的四管制热气脱冰结构 |
| KR20180092997A (ko) * | 2015-11-19 | 2018-08-20 | 블랑테크 가부시키가이샤 | 보냉고, 이동체, 얼음 슬러리 공급 시스템, 피 보냉품 수송 시스템, 피 보냉품의 보냉 방법 및 피 보냉품의 수송 방법 |
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Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2001201118A (ja) * | 2000-01-19 | 2001-07-27 | Sumitomo Metal Ind Ltd | ハーベスト式氷蓄熱システム及び同システムの脱氷方法 |
| JP2003314910A (ja) * | 2002-04-24 | 2003-11-06 | Matsushita Electric Ind Co Ltd | 半導体素子冷却装置およびその制御方法 |
| JP2016080254A (ja) * | 2014-10-16 | 2016-05-16 | 株式会社前川製作所 | へリングボーンコイル製氷装置 |
| JP2017072358A (ja) | 2015-10-09 | 2017-04-13 | アイスマン株式会社 | 製氷機 |
| JP2018071835A (ja) * | 2016-10-26 | 2018-05-10 | 株式会社タガワ | 製氷機 |
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