KR20000005980A - 냉각유체를냉동구획내에보유하기위한방법및장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 방법은 냉동기의 유입 및 유출 포트에서 국부적인 증기 농도를 비교하여 이에 대한 조치를 취하는 것에 관한 것이다. 본 발명에 따른 조절 장치는 포트에 인접한 냉동 구획 내부에, 바람직하게는 최하단부에 설치된다. 냉동 구획이 유사한 높이에 다중 포트를 함유하는 경우, 각각의 포트는 이에 부착된 특정 형태의 조절 장치를 지닌다. 조절 장치는 냉동 구획의 내부로부터 유출되는 증기 흐름을 조절한다. 조절 장치는 덕트 어셈블리 및 송풍기 시스템을 포함한다. 덕트 어셈블리의 바닥 부분은 컨베이어 벨트가 통과하는 터널형 냉동 구획이다. 컨베이어 벨트로부터 상향으로 연장되는 덕트가 터널형 냉동 구획의 내측 에지부에 연결된다. 이러한 덕트용 송풍기 장치는 컨베이어 벨트로부터 증기를 흡수하거나 벨트 방향으로 냉동 구획 내부로부터 증기를 송풍시킨다. 흐름 방향과는 무관하게, 증기막은 터널형 냉동 구획의 내부에 형성되며 모든 증기로부터 모든 공기까지 변화 영역을 나타낸다. 가스 분석기가 터널에서의 증기 농도를 측정하는데 사용된다. 덕트 어셈블리용 송풍기의 조절은 각각의 포트에 인접한 터널형 냉동 구획내에서의 증기 농도에 토대를 둔다. 마이크로프로세서는 측정된 농도 수준을 비교하고, 각각의 포트에서 농도 수준의 차를 최소화하도록 송풍기 모터 회전수를 변경시킨다.

Description

냉각 유체를 냉동 구획내에 보유하기 위한 방법 및 장치 {METHOD AND APPARATUS FOR RETENTION OF A REFRIGERANT FLUID IN A REFRIGERATION ENCLOSURE}

본 발명은 냉동 구획의 전체 효율을 개선시키기 위한 방법 및 장치에 관한 것이며, 보다 상세하게는, 냉각 유체를 냉동 구획내에 보유하기 위한 개선된 방법 및 장치에 관한 것이다.

극저온 냉동 장비를 조작함에 있어, 조작 동안 장비로 유입되는 공기의 양을 최소화시키기 위해 지속적인 노력이 기울여져야 한다. 이러한 장비에서, 냉매는 냉동 과정 동안 증발되는 극저온 유체이다. 특징으로서, 공기는 생산물이 냉동 구획내외로 통과되는 출구를 통해 냉동 구획내로 유입되기 마련이다. 전형적으로, 공기는 냉동 구획내 환경 보다 훨씬 뜨겁고 상당량의 수분을 함유하고 있다. 더욱이, 습기는 냉동 구획내의 증기의 순도 수준을 감소시킨다는 점에서 오염물질로서 간주될 수 있다.

공기 유입을 최소화시켜야 하는 다수의 이유가 존재하는데, 공기 유입을 통해 냉동 효율, 경제성 및 증기화된 냉매의 재순환 능력이 영향을 받기 때문이다. 냉동 효율은 한제에 의해 소모되는 냉동량에 대한 냉각되는 생산물로부터 제거되는 열의 양으로서 정의된다. 습기가 냉동 구획으로 유입되는 경우에, 그 내부에서는 반드시 현재의 온도로 냉각되어야 할 것이다. 생산물 대신에 공기를 냉각시키게 되면 냉매의 냉각 능력이 감소되고, 그로 인해 냉매 효율이 감소될 것이다. 또한, 수증기의 결빙은 냉동 구획내에 이롭지 못한 얼음의 축적을 유발시킨다. 얼음의 축적은 냉각되는 생산물의 생산 라인의 중단을 필요로 하여 해동 시간을 고려해야 할 정도로 심각해질 수 있다. 명백하게는, 냉매의 냉각 능력은 이러한 해동 사이클 동안 감소되거나 상실된다. 전체적으로, 작동 비용이 많이 들게 된다.

냉매를 재순환시키기 위한 최선의 방법은 공급원, 이 경우에는 냉동 구획으로부터 가능한 가장 순도가 높은 스트림으로 출발하는 것이다. 냉매 재순환과 관련된 경제적인 측면은 냉동 구획내의 증기의 순도가 약간만 변하더라도 크게 영향을 받는다. 그러므로, 가장 큰 경제적인 장점은 공기 유입이 최소화되는 경우에 달성된다.

공기 유입의 최소화는 터널형 및 나선형 냉동기 둘 모두에 중요하다. 전형적으로, 터널형 냉동 구획은 생산물이 냉동 구획내로 유입되는 유입 포트, 생산물이 냉동 구획 밖으로 유출되는 유출 포트, 및 이들 사이에 평평한 컨베이어를 갖는다. 나선형 냉동 구획은 포트가 냉동 구획의 기부에 대하여 상이한 높이에 있다는 것을 제외하고는 터널형 냉동 구획과 유사하다. 냉동 구획 내부에서, 컨베이어는 포트들 사이에서 나선형으로 이루어져 있다.

슈미트(Schmidt)의 미국특허 제 3,728,869호에는 냉동 구획(주로 나선형 냉동기)로부터 극저온 증기의 재순환이 기술되어 있다. 냉동 구획내의 압력은 공기 및 그 밖의 오염물질의 유입을 최소화시키기 위해 대기압 보다 높은 압력으로 유지되며, 압력 및 중력 효과는 각각의 냉동 포트로부터의 이들의 흐름에 영향을 미친다. 배출되는 증기는 입구(vestibule) 위에 증기 장벽을 형성하는 방식으로 입구(vestibule) 또는 유출(spillover) 박스에 근접한 지점에 모인다. 공기 유입은 일종의 증기 댐에 의해 저지된다. 증기는 송풍기 시스템에 의해 구동되는 파이프 네트워크에 의해 유입구의 바닥부터 제거된다. 증기 제거의 조절은 유입구로부터 멀리 유도되는 덕트에서 모터가 장착된 온/오프 제동기를 통해 수행된다.

타이리(Tyree) 등의 미국특허 제 4,356,707호에는 기계적 및 극저온 냉동 둘 모두를 이용하는 수 개의 냉동 구획 설계가 기술되어 있다. 희석 챔버가 냉동 포트에 인접하여 위치하는 극저온 냉매를 사용하는 나선형 냉동 구획이 기술되어 있다. 하부에서의 관심사항은 냉동 구획으로부터 공기보다 밀도가 더 높은 극저온 증기의 유출량을 최소화시키는 것이다. 하부에 인접한 챔버는 수개의 배플 및 일정 회전수로 작동되는 송풍기 시스템을 포함한다. 증기는 희석 챔버로부터 증기의 일부를 흡수하고 냉동 구획으로 다시 회귀시킴으로써 냉동 구획으로부터의 유출이 지연된다. 증기의 나머지 부분은 냉동 구획의 개구를 통해 유출되고 냉동 구획으로 유입되는 어떠한 공기라도 희석시킨다. 수작업으로 위치된 측날개는 컨베이어 벨트를 가로지르는 흐름을 조율하는데 사용된다.

종래에는 가변 팬 속도 조절이 냉동 구획으로부터 조기의 과다한 극저온 증기를 방지하거나 공기가 유입되지 못하도록 하는 수단으로서 사용되었다. 미국특허 제 4,528,819호 (클리(Klee)) 및 제 4,800,728호 (클리)에서, 관심을 끄는 것은 냉동 구획으로부터의 극저온 증기의 손실 및 냉동 구획으로의 공기의 유입을 저지하는 방법이다. 온도 센서는 극저온 증기가 냉동 구획으로부터 유출되는지 또는 공기가 냉동 구획으로 유입되는지를 나타내는데 사용된다. 송풍기 시스템이 온도 센서에 커플링된다. 미국특허 제 4,528,819호에는, 송풍기가 냉동 구획의 배기 라인상에 배치된다. 미국특허 제 4,800,728호에는, 송풍기 장치가 냉동 구획의 내측에 위치하며 순환 시스템의 일부를 구성한다.

그 밖의 방법이 냉동기로부터 유출되는 증기 또는 냉동 구획의 내부를 오염시키는 주위 공기의 양을 최소화시키는데 사용되었다. 미국특허 제 4,947,654호(싱크(Sink) 등)에는 나선형 냉동기 및 터널형 냉동기내에서의 대기 조절이 기술되어 있다. 나선형 냉동기에 대해, 미국특허 제 4,356,707호에 기술된 희석 시스템에 대한 개선이 기술되어 있다. 희석 시스템의 송풍기(들)는 더 이상 일정 회전수에서 작동되지 않지만, 송풍기 시스템의 조절은 현재 극저온 주입 속도에 커플링된다. 일차적인 센서 장치로서 냉동 구획내의 온도 센서 또는 극저온 주입기에 공급되는 액체 공급 라인내의 압력 센서가 사용될 수 있다. 출구 포트는 소량의 증기가 포트를 통해 유출됨으로써 공기 유입을 저지하도록 유사한 시스템을 갖는다. 터널형 냉동기에 대해, 냉동기로부터 증기의 조기 손실을 감소시키고 공기 유입을 최소화시키기 위한 유사한 수단이 논의된다.

미국특허 제 4,955,206호(랭(Lang) 등)에는 냉동기내에서 특정 환경을 유지시키기 위한 가변 속도 조절 방법이 기술되어 있다. 터널형 냉동기의 경우에, 내부 환경의 지속성은 광전지 트랜스미터, 및 입구 포트 외측에 위치한 리시버 센서 시스템, 및 내부의 축방향 팬 중의 하나를 둘러싸는 배플 결합 설계를 부가함으로써 증대된다. 센서 시스템은 얼마나 많은 증기가 냉동기로부터 유출되는지를 기초로 한 조절 정보를 제공한다. 과다한 고수준의 증기가 새나가는 경우, 배플 결합 시스템은 포트로부터 먼 방향 흐름을 유도한다. 그 반대의 경우라면, 배플 결합은 증기를 포트로 향하게 함으로써 반응한다. 나선형 냉동기의 경우에, 희석 송풍기 시스템이 광전지 센서 시스템에 결합되고 주입 속도에 의존하지 않는다. 냉동기배열의 두 경우 모두, 송풍기 시스템은 가변 또는 단일 속도 드라이브를 갖는다.

냉동 구획 내부에서 극저온 순도를 유지시키기 위한 또 다른 방법은 냉동 구획에서 조절된 진공화 시스템을 사용하는 방법이다. 미국특허 제 5,186,008호(아폴로니아(Appolonia) 등)에는 재순환 연구의 일부로서 냉동 구획으로부터 추출되는 증기의 양을 조절하기 위한 방법이 기술되어 있다. 나선형 냉동 구획의 경우에, 흡입 위치는 냉동 구획의 상부 입구와 바닥이다. 바닥 흡입 위치의 경우에, 냉동 구획으로부터 유출되는 증기의 양은 주입 속도에 대한 일정한 비이다. 주입된 한제로부터 생성되는 증기의 잔류 부분은 입구 및 출구 포트를 통해 배출된다. 충분한 흡입은 하부를 통해 유출되는 증기 흐름에 대한 중력 효과를 최소화시키고 상부 부분에 공기 유입을 저지하기 위해 상부 입구에서 적용될 필요가 있다. 따라서, 상부 입구 영역에서의 압력은 냉동 구획 및 주위 대기와 비교하여 가장 낮은 압력일 필요가 있다.

본 발명의 목적은 냉동 구획으로부터의 냉동 증기의 유출, 및 냉동 구획내로의 공기의 유입을 최소화하기 위한 개선된 장치 및 방법을 제공하는 데에 있다.

도 1은 나선형 컨베이어와 중앙 케이지 팬을 지닌 본 발명에 따른 냉동 구획의 개략도이다.

도 2는 나선형 컨베이어를 지닌 본 발명에 따른 냉동 구획의 개략도이다.

도 3, 4 및 5는 출구 배플이 있는 도 1의 냉동 구획 및 출구 배플이 없는 도 1의 냉동 구획의 제 1 포트에 위치한 터널/덕트 배치의 상세도이다.

도 6, 7 및 8은 출구 배플이 있는 도 1의 냉동 구획 및 출구 배플이 없는 도 1의 냉동 구획의 제 2 포트에 위치한 터널/덕트 배치의 상세도이다.

도 9는 도 1의 냉동 구획내에 합체된 본 발명의 조절 장치의 개략적인 블록 다이아그램이다.

도 10은 냉동 구획에서부터 냉동 장치까지의 배기관의 개략도이며, 여기에서 배기관은 냉동 구획 및 배기관내에서 바람직한 냉매 농도를 유지시키도록 조절된다.

도 11은 도 10의 냉동 구획으로부터 배기물을 수송하기 위한 조절 장치의 개략적인 블록 다이아그램이다.

도 12는 본 발명에 따른 터널형 냉동 구획의 개략도이다.

도 13은 도 12의 터널형 냉동 구획내의 본 발명에 따른 조절 장치의 개략적인 블록 다이아그램이다.

도 14는 도 1의 나선형 냉동 구획용의 변형된 터널/덕트 배치의 상세도이다.

도 15는 냉동 구획 포트에서 터널/덕트 배열의 제 1의 대안적인 구체예의 개략도이다.

도 16은 냉동 구획 포트에서 터널/덕트 배열의 제 2의 대안적인 구체예의 개략도이다.

도 17은 냉동 구획 포트에서 터널/덕트 배열의 제 3의 대안적인 구체예를 도시하는 도면이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

10 : 냉동 구획 16 : 컨베이어 벨트

17 : 덕트 어셈블리 20 : 외부 터널

23 : 수직 덕트 25 : 수평 덕트

26 : 팬 29 : 컨베이어 벨트 롤러

32 : 배플 105 : 송풍기 하우징

108 : 차단 밸브 109 : 조절 밸브

113 : 가스 흐름 계량 장치 115 : 압력 센서

120 : 냉동 시스템 204 : 주입 시스템

본 발명의 방법은 냉동기의 유입 및 유출 포트에서 국부적인 증기 농도를 비교하여 이에 대한 조치를 취하는 것에 관한 것이다. 본 발명에 따른 조절 장치는 포트에 인접한 냉동 구획 내부에, 바람직하게는 최하단부에 설치된다. 냉동 구획이 유사한 높이에 다중 포트를 함유하는 경우, 각각의 포트는 이에 부착된 특정 형태의 조절 장치를 지닌다. 조절 장치는 냉동 구획의 내부로부터 유출되는 증기 흐름을 조절한다. 조절 장치는 덕트 어셈블리 및 송풍기 시스템을 포함한다. 덕트 어셈블리의 바닥 부분은 컨베이어 벨트가 통과하는 터널형 냉동 구획이다. 컨베이어 벨트로부터 상향으로 연장되는 덕트가 터널형 냉동 구획의 내측 에지부에 연결된다. 이러한 덕트용 송풍 장치는 컨베이어 벨트로부터 증기를 흡수하거나 벨트 방향으로 냉동 구획 내부로부터 증기를 송풍시킨다. 흐름 방향과는 무관하게, 증기막은 터널형 냉동 구획의 내부에 형성되는 모든 증기로부터 모든 공기까지 변화 영역을 나타낸다. 증기막의 형성을 돕기 위해, 추가의 흡수 덕트 어셈블리가 터널의 외측 에지부에 연결되고 컨베이어 벨트가 연결된다. 이러한 덕트는 배출되는 증기를 터널형 냉동 구획의 상향으로 유도한다. 따라서, 증기의 대부분은 냉동 구획내로 다시 유입되며, 반면에 소량의 증기는 냉동 구획으로부터 유출되어 공기로 인한 오염을 저지한다. 가스 분석기가 터널에서의 증기 농도를 측정하는데 사용된다.

덕트 어셈블리용 송풍기의 조절은 각각의 포트에 인접한 터널형 냉동 구획내에서의 증기 농도에 토대를 둔다. 일정한 간격에서, 각 포트에서의 증기 농도 수준이 측정된다. 마이크로프로세서는 측정된 농도 수준을 비교하고, 각각의 포트에서 농도 수준의 차를 최소화하도록 송풍기 모터 회전수를 변경시킨다.

바람직한 구체예에서, 증기막 밸런스가 형성된다. 증기막 밸런스를 유지시킴으로써, 비교적 높은 순도의 증기 스트림이 냉동 구획의 증기막 밸런스에는 영향을 미치지 않으면서 제 3 포트를 통해 냉동 구획으로부터 비교적 높은 순도의 증기스트림이 유도될 수 있다. 냉동 구획 내부의 송풍기는 냉동 구획 전체에 걸쳐 증기의 순환 및 혼합을 제공하여 증기의 층화를 최소화하고 냉동 구획내의 어떠한 지점으로부터도 고순도 증기 스트림이 제거된다.

도 1을 참조하면, 냉동 구획(10)은 단열벽, 기부, 상부 및 내부 용적물(12)을 포함한다. 하나 이상의 회전 팬(13)(또는 도 2에 도시된 바와 같은 중앙 케이지 팬(11))은 내부 용적물(12) 주변에 위치한다. 나선형의 컨베이어 벨트(16)는 냉동 구획(10)을 통해 생산물을 수송한다. 냉각 대상 생산물은 하부(14)를 통해 통과하고 상부(15)를 통해 냉동 구획(10)으로부터 배출되거나, 상부를 통해 통과하고 하부를 통해 배출되기도 한다. 이하의 설명은 나선형 냉동 구획에만 특정되지만, 터널형 배열과 같은 그 밖의 냉동 설계가 본 발명에 사용될 수 있다.

주입기 및 이와 결합된 파이프(도시되지 않음)로 구성된 한 세트는 극저온 유체(예를 들어, 이산화탄소, 질소 등)를 용적물(12)내로 전달한다. 냉동 조절 시스템은 온도를 기초로 하며, 냉동 구획내에서 주어진 온도에 도달하는데 필요한 일정량의 극저온 유체를 전달하는 유입되는 극저온 공급 라인상의 조절 밸브에 신호를 제공한다.

도 3을 참조하면, 냉동 구획(10)은 유입 포트(14)에 있는 덕트 어셈블리(17)를 포함한다. 덕트 어셈블리(17)는 컨베이어 벨트(16)에서 멀리 떨어진 냉각 증기를 흡입하기 위한 수단을 제공한다. 덕트 어셈블리(17)는 컨베이어 벨트(16)의 끝부분에 연결되어 있다. 냉동 구획(10)의 유입 포트(14)는 낮은 클리어런스의 외부 터널(20), 및 벨트 아래의 평면 플레이트(35)에 결합되어 있다. 컨베이어벨트(16)의 상부 진행은 평면 플레이트(35) 위에서 그리고 외측 터널(20)을 통해 통과하고, 반면에 벨트(16)의 하부 진행은 그렇지 않다. 배플(32)은 컨베이어 벨트(16)의 상부 진행과 하부 진행 사이에 위치하여 냉동 구획으로부터 증기의 조기 배출을 저지한다.

덕트 어셈블리(17)는 내부 터널(22)의 선두 에지부인 구멍(21)에서 내측 용적물(12)내로 개방되어 있다. 터널(20,22)의 접합부에는 수직 덕트(23)가 제공된다. 수직 덕트(23)의 바닥 에지부는 컨베이어 벨트와 비교하여 가장 낮은 클리어런스를 갖는다. 외부 터널(20)은 바닥 에지부보다 약간 위에 있는 수직 덕트(23)에 연결되어 외부 터널(20)의 상부를 따라서 약간의 보유 공동을 형성한다. 보유 공동은 외부 터널(20)내로 유입되는 공기를 희석하여 냉동 구획(10)의 내측에 도달하는 공기 오염을 최소화시키는 작용을 한다. 벨트 아래의 플레이트(35)는 냉동 구획(10)을 약간 지나서 수직 덕트(23)를 약간 넘어서는 위치까지 연장되어 플레이트(35)가 터널(20)의 극단부, 및 터널(22)의 거의 에지부까지 연장된다.

수직 덕트(23)의 제 2 단부는 90°벤드(24)에 부착되고, 이는 수송관의 폭의 변화를 허용한다. 벨트(16)에 연결되지만 수직 덕트(23) 보다 폭이 더 큰 수평 덕트가 벤드(24)의 제 2 단부에 부착된다. 수평 덕트(25)는 수평 덕트(25)와 유사한 치수를 갖는 플레이트(34)에서 종료된다. 두 개, 다수의 블레이드가 장착된 중앙 허브 송풍기 팬(26)이 나란하게 고정되는 것이 바람직하다. 팬(26)은 냉동 구획(10)에 외부적으로 고정된 모터(27)에 의해 구동된다. 수평 덕트(25)로부터 유출되는 증기는 영역(28)에서 냉동 구획 벽과 충돌하여 내측(12)으로 분산된다. 배플은 증기 흐름을 상향(수평 덕트(25)에 대하여)으로, 하향으로, 또는 내측 용적물(12)로 회귀되는 측로로 유도하는데 사용될 수 있다.

상기된 바와 같이, 본 발명의 구체예는 도 3에서 화살표에 의해 지시된 바와 같이 컨베이어 벨트(16)로부터 멀리 떨어진 냉매 증기를 흡수한다. 증기의 일부는 외측 터널을 통해 냉동 구획(10)으로부터 유출되고, 증기의 대부분은 냉동 구획(10)의 내측 용적물(12)내로 다시 유도된다. 하부(14)를 통해 새어나오는 증기는 유출 박스(31)내에서 수거된다. 유출 박스(31)는 외부 수직 덕트(33)에 의해 개략적으로 제시된 배기 시스템에 의해 비워진다. 이러한 형태에 있어서, 증기는 냉동 구획(10)을 함유하는 공간 밖으로 및 구성요소에서 먼 방향으로 배기된다.

도 4에 도시된 바와 같이, 냉동 구획(10)의 외벽으로부터 컨베이어 벨트 롤러(29)를 약간 지나 수평으로, 그리고 컨베이어 벨트(16)의 상부 진행에 약간 아래로 수직으로 연장되어 있는, 컨베이어 벨트(16)의 하부 진행하의 유출 박스(31)내에 유출 배플(38)을 위치시키는 것이 바람직하다. 유출 배플(38)은 유입 포트(14)로부터 새어나오는 증기를 수거하여 증기의 유출에 대한 추가의 배리어를 생성시킨다.

도 5에 도시된 바와 같은 대안적인 구체예에서, 유출 박스(31)는 컨베이어 벨트(16)의 하부 진행의 윤곽을 따라서 그리고 컨베이어 벨트 롤러(29) 주위에서 컨베이어 벨트(16)의 상부 진행에 약간 아래로 연장되는 유출 배플(42)을 함유한다. 이러한 대안적인 구체예에서, 롤러 배플(41)은 컨베이어 벨트(16)의 상부 진행과 하부 진행 사이에서 컨베이어 벨트 롤러(29)에 인접하여 위치한다. 롤러 배플(41) 및 유출 배플(42)은 증기의 유출에 대한 또 다른 배리어를 생성시킨다.

냉동 구획(10)의 유출 포트(15)는 추가의 덕트 작업에 의해 국부적으로 변형되기도 한다(도 6 참조). 유출 포트(15)는 유입 포트(14)와 유사하게, 공기가 유입되고 증기가 새어나가지 못하도록 수개의 상호연결된 부분에 의해 형성된 터널 모양의 냉동 구획(49)을 갖는다. 벨트 아래의 플레이트(50)는 컨베이어 벨트 롤러(59)의 바로 앞에서 시작되고 냉동 구획(10)내로 연장된다. 터널 측면부(도시되지 않음)는 냉동벽의 에지부에서 시작되고 냉동 구획내로 연장된다. 벨트 아래의 플레이트(50)의 내측 에지부 및 측면부의 내측 에지부는 냉동 구획 내부에서 공통적인 에지부를 형성해야 한다. 터널(49)의 상부(51)는 냉동 구획 천장이다. 컨베이어 벨트(16)에 연결된 수직으로 위치한 배플(52)은 또한 냉동 구획 천장에 부착된다. 배플(52)과 컨베이어 벨트(16) 사이의 클리어런스는 냉각되는 생산물에 의해 결정되며, 바람직하게는 조정 가능하다. 배플(52)은 터널(49)의 측면에 의해 함유되어야 하지만, 측면부의 내측 에지부에 위치할 필요는 없다.

유출 포트(15)의 위치는 벨트 위의 픽업 유니트(53)의 높이에 의해 결정된다. 수직으로 위치된 배플(52)과 유사하게, 컨베이어 벨트(16)를 벗어난 벨트 위의 픽업 유니트(53)의 클리어런스는 냉각 대상 생산물에 의해 결정된다. 이러한 터널 구조에 있어서, 보유 공동은 하부(14)에 근접한 외부 터널(20)에 있는 공동과 유사하게 형성된다. 추가의 배플(54)은 컨베이어 벨트(16)의 상부와 하부 층 사이에 위치하여 공기의 유입 및 증기의 유출을 최소화시킨다. 유출 박스(55)는 유출 포트(15)로부터 배출되는 증기를 수거하고 덕트(56)를 통해 배기된다.

도 7에 도시된 바와 같이, 유입 포트(14)의 경우에서와 같이 유출 포트(15)에서, 유출 박스내에 유출 배플을 위치시키는 것이 바람직하다. 유출 배플(57)은 냉동 구획(10)의 측벽으로부터 컨베이어 벨트 롤러(59)를 약간 지나 수평으로, 이어서 컨베이어 벨트(16)의 상부 진행 보다 약간 낮게 수직으로 연장되는 컨베이어 벨트(16)의 하부 진행하에 유출 박스(55)내에 위치한다. 유출 배플(57)은 증기의 유출에 대한 추가의 배리어를 생성시키는 유출 포트(15)로부터 배출되는 증기를 수집한다.

대안적인 구체예에서, 도 8에 도시된 바와 같이, 유출 박스(58)는 컨베이어 벨트(16)의 하부 진행의 윤곽선을 따라서 그리고 컨베이어 벨트 롤러(59) 주위에서 컨베이어 벨트(16)의 상부 진행 보다 약간 아래로 연장되는 유출 배플(62)을 함유한다. 이러한 구체예에서, 롤러 배플(61)은 컨베이어 벨트(16)의 상부와 하부 진행 사이에서 컨베이어 벨트 롤러(59)에 인접하여 위치한다. 롤러 배플(61) 및 유출 배플(62)은 증기의 유출에 대한 또 다른 배플을 생성시킨다.

포트 둘 모두(14 및 15)는 벨트 위 픽업 장치(30 및 53)를 갖는 것이 바람직하다. 각각의 벨트 위 픽업 장치(30 및 53)는 도 3 및 6에 도시된 바와 같이 인접 터널(20 및 49)에 대한 양성적 밀봉물을 갖는다. 벨트 위 픽업 장치(30 및 53)에 대한 흡수는 배기 시스템에 의해 제공되며, 여기에서는 외부 덕트(33 및 56)로서 도시된다. 이러한 픽업 장치의 작용은 배가된다. 첫째, 픽업 장치는 터널내로 유입되는 공기의 양을 최소화시킨다. 둘째, 픽업 장치는 임의의 유출되는 극저온 증기가 컨베이어 벨트(16)의 기능이 증대되게 하는 경향이 있으며 증기에 대한 중력의 효과에 대항한다. 증기를 터널내에서 가능하게 높은 수준으로 유지시킴으로써, 터널내로 유입되는 어떠한 공기라도 희석된다. 게다가, 벨트 위 픽업 장치는 터널 내부에서 증기 층화를 최소화시키는 것으로 밝혀졌다.

냉동 구획(10)에 대한 조절 과정은 각각의 포트(14 및 15) 근처에서 증기 농도를 모니터링하는 것으로 기초로 한다. 센서 시스템은 각각의 터널 형태에서 증기 농도를 모니터링하는 가스 분석기를 포함한다. 그러므로, 외측 터널(20)은 센서 포트(40)를 가지며, 상부 터널(49)은 센서 포트(60)를 갖는다. 일반적으로, 바람직한 센서 위치는 벨트 위 픽업 장치(30 및 53)의 선두 에지부로부터 안쪽으로 향하게 하는 것이다. 조절 과정은 두 개의 터널 사이의 극저온 가스 농도의 차를 기초로 한다. 비교 목적상, 두 위치 모두를 모니터링하기 위한 단일의 분석기를 사용하는 것이 바람직하다. 그러므로, 파이프/튜브, 자동 조절 밸브 및 타이밍 장치의 적합한 네트워크가 요구된다(도시되지 않음).

도 9는 가스 분석기(80)를 사용하여 각각의 위치로부터 얻을 수 있는 판독을 얻는데 필요한 바와 같은 밸브의 타이밍을 조절하기 위한 수단을 제공하는 마이크로프로세서(81)를 도시하고 있다. 주로 각각의 터널에서의 농도차에 기초한 알고리즘은 팬 모터(27)를 구동시키는 가변 속도 드라이브(82)에 세팅 회전수 세팅 시그날을 제공한다. 알고리즘은 농도차가 최대가 되는 정도로 회전수 조절을 최대한 활용한다. 미리 결정된 셋포인트 패턴은 사용되지 않는다. 본질적으로, 가변 속도 드라이브(82)의 회전수에 대한 보정은 농도차의 크기에 기초한다. 차가 크면 클수록, 회전수에 대한 보정값이 커진다.

알고리즘은 본질적으로 두 형태를 갖는다: 거의 정상 상태 조건 또는 비정상 상태. 거의 정상 상태 조건에 대해, 조절 알고리즘은 다음과 같은 과정을 따르는 순환 루프이다: 소정의 시간 간격 다음에 각각의 터널로부터 증기 농축 샘플을 수집하는 과정, 수집된 샘플을 비교하는 과정, 및 샘플의 차에 기초하여 팬 회전수를 보정하는 과정. 냉동 구획의 하향 냉각 과정과 같은 비정상 상태 조건에 대해, 팬 회전수는 주입 속도의 변화율 및/또는 냉동 구획 온도의 변화율의 함수로서 보정된다.

조절 시스템에 의해 조정된 덕트 어셈블리(17)는 외부 터널(20)에서 증기막을 형성시킨다. 본원에서 사용되는 용어 "증기막"은 모든 증기(내측 용적물(12)의 농도 수준)로부터 모든 공기로 전환이 일어나는 증기 프런트를 의미한다. 이러한 프런트의 두께는 외부 터널(20)에 함유될 필요가 있다는 것 이외에는 중요하지 않다. 프런트가 외측 포트(14)에 존재하는 경우에는, 송풍기 모터(27)가 충분히 빠르게 회전하지 않는다. 어떠한 증기 프런트도 터널(20)내에서 형성되지 않는 경우에는, 모터(27)가 너무 빠르게 회전한다.

냉동 구획(10) 내부를 고수준으로 유지시키는 열쇠는 외부 터널(20)에서 증기막 또는 프런트의 수립에 있다. 이것은 상부 유출 포트(15) 및 하부 유입 포트(14)가 서로 기체 상태로 연통되는 경우에만 성공적이다. 증기막이 터널(20)내에 형성되는 경우, 증기 프런트가 터널(49)에서도 또한 형성된다.

재순환을 위한 증기 스트림의 추출

본 발명은 증기막 밸런스 시스템이 적소에 배치되고 작동되는 경우에 고순도증기 스트림을 회수한다. 냉동 구획 내부에서, 내부 송풍기 시스템(팬 장치(13) 또는 중앙 케이지 팬 장치(11))은 잘 혼합된 환경을 제공한다. 완전하게 혼합된 환경이 냉동 구획(10) 내부에 함유되어 있기 때문에, 고순도 증기 스트림이 내부 용적물(12)로부터 임의의 장소 또는 냉동 구획(10) 내부로 회수될 수 있다. 따라서, 고순도 증기 스트림은 예를 들어 냉동 구획(10)의 내측벽 또는 이의 인접부, 포트(14 또는 15) 또는 인접부, 및 내측 용적물(12)의 중앙 또는 인접부를 포함하여, 임의의 위치로부터 회수될 수 있다. 이러한 고순도 증기 스트림이 조절된 배기물로서 제거된 후, 액화되고 냉동 구획(10)내로 재도입될 수 있다.

도 10을 참조하면, 회수 포트(101)는 냉동 구획(10)의 단열 천장에 밀봉되는 덕트(102)를 포함한다. 플레이트(100)는 덕트(102)의 하단부 아래에 위치하여 냉동 구획의 일소 동안 덕트를 보호한다. 덕트(102)의 반대편 단부는 차단 밸브(103)에 연결된다. 추가의 덕트(104)는 차단 밸브(103)의 반대편 단부에 연결된다. 덕트(104)의 다운스트림 단부는 모터(106)에 의해 구동되는 송풍기 하우징(105)에 연결된다.

회수 포트(101)로부터 송풍기 하우징(105)으로 연장되는 덕트 어셈블리는 대기압 이하의 압력을 갖는 증기를 함유할 것이므로, 덕트라인의 적합한 밀봉이 요구된다. 차단 밸브(108)에서 종결되는 추가의 덕트(107)가 송풍기 하우징(105)의 유출구에 연결된다. 재순환을 목적으로 증기 스트림을 액화시키기 위해 냉동 시스템(120)이 차단 밸브(108) 위에 위치한다.

송풍기 하우징(105)의 다운스트림에 있는 덕트(107)는 정압 센싱 위치(110),온도 표시기, 가스 흐름 계량 장치(113) 및 조절 밸브(109)를 포함하는 다수의 장치를 함유한다. 조절 밸브(109)는, 필요한 경우에, 증기 스트림의 일부 또는 모두가 냉동 시스템(120)으로부터 멀리 떨어진 위치에서 전환되게 하는데 필요하다. 정압은 (송풍기 하우징(105)의 업스트림에 있는 덕트라인의 압력 센서로부터 및 송풍기 하우징(105)의 다운스트림에 있는 덕트라인(107)에서 압력 센서(110)로부터의 판독을 통해)송풍기 하우징(105)의 작동 특성을 모니터링하는데 사용된다. 송풍기 가스 분석기(112)는 하우징(105)의 업스트림에 있다.

냉동 구획(10)로부터 증기의 추출은 정확하게 조절되고 증기막 밸런스 시스템에 대한 조절 시스템에 의존한다. 증기막에 대한 조절 과정과 유사하게, 냉동 구획(10)로부터 증기 스트림의 추출의 조절(회수 라인 송풍기 모터 회전수)은 터널(20 및 49) 내부와 회수 라인 덕트라인(104)의 증기 스트림의 가스 농도의 비교에 기초한다. 터널 농도값은 각각의 센서(40 및 60)에서 모니터링된 농도의 평균값 또는 어느 하나의 센서에서 취해진 단일 측정값이다.

조절 과정의 기본 원리는 회수 라인에서 가장 높은 농도를 유지시키는 것이며, 이차적으로는, 터널내에서 생성되는 증기 프런트를 충돌시키지 않으면서 추출된 증기의 흐름을 최소화시키는 것이다. 시험은 회수 라인 송풍기 모터 회전수의 조절이 약 10% 내지 50% 정도로 농도값에서의 상당한 차에 의해 달성될 수 있다는 것을 나타낸다. 따라서, 조절 방법은 농도를 모니터링하고 소정의 최대 옵셋값 내에 농도차를 유지시킨다. 송풍기 회전수에 대한 보정은 농도차의 크기, 및 최대 옵셋값의 만족 정도에 기초를 둔다. 터널의 가스 농도는 명백하게 회수 라인 농도가 감소하기 전에 감소할 것이다. 더욱이, 주입 속도의 현저한 감소는 냉동 구획(10)의 농도 수준이 감소될 것으로 예기됨을 나타내는데 사용된다.

세 가지 조절 모드가 있다(도 10 참조). 모드 1은 밀폐된 회수 라인상에 제 1 차단 밸브(103)를 갖는다. 이러한 조건은 회수 라인이 냉동 구획에 부착되지 않는 경우에도 동일하다. 회수 라인 조절 시스템은 본질적으로 가치가 없다.

회수 라인상의 모든 센서(110, 111, 112, 113 및 115)는 마이크로프로세서(81)에 의해 모니터링된다(도 11 참조). 마이크로프로세서(81)는 조절 밸브(109), 및 보정 회전수에서 송풍기 모터(106)를 작동시키는 가변 속도 드라이브(130)에 대한 조절 시그날을 제공한다.

모드 2는 개방된 제 1 차단 밸브(103), 및 밀폐된 제 2 차단 밸브(108)를 갖는다. 이러한 모드에서, 회수 라인은 배기 라인과 유사하게 작동되는데, 배출 포트(101)를 통해 유출되는 모든 증기는 조절 밸브(109)를 통해 회수 라인으로부터 배출된다. 이러한 조건은 냉동 시스템(120)으로 인한 갑작스러운 문제점이 있는 경우에도 발생될 것이다. 흐름을 빠르게 유도함으로써, 내측 용적물(12)의 환경에 대한 영향은 최소로 유지된다.

모드 3은 전형적인 작동 모드로서, 차단 밸브(103 및 108) 둘 모두가 개방될 때 발생한다. 이러한 모드에서, 증기는 냉동 구획(10)로부터 배출되고 냉동 시스템(120)으로 전달된다. 다시 언급하자면, 조절 방법의 목적은 회수 라인에서 증기 농도 수준을 최대화하는 데에 있다.

회수 라인 조절 방법은 증기막 조절 방법에 의존한다. 회수 라인이 사용되는 경우, 증기 밸런스 막 설계는 냉동을 균형적으로 수행하여 냉동 구획 포트(14 및 15)로부터 증기의 일정한 손실을 제공한다. 증기의 나머지 부분은 회수 라인을 통해 냉동 구획(10)로부터 유출된다. 냉동 구획(10)로부터의 추출 속도가 지나치게 큰 경우, 증기 밸런스 시스템은 지나치게 많은 증기가 제거되기 때문에 공기 유입의 증가에 의한 업셋을 나타낸다. 추출 속도가 지나치게 낮은 경우, 회수 라인 시스템은 최적화되지 않으며, 송풍기 하우징(105)을 통한 흐름은 증가될 필요가 있다. 회수 라인에서의 흐름이 냉동 시스템의 용량에 부합하는 경우, 냉동 시스템(120)은 최대화되고, 임의의 과다한 증기는 포트(14 및 15))를 통해 흘러 증기막에 대한 추가의 지지체를 제공한다.

터널형 냉동 구획 구조

터널형 냉동 구획은 나선형 냉동 구획과 유사한 방식으로 작동하여 냉동 구획의 내측 환경을 높은 증기 농도로 유지시킨다. 주된 차이는 터널형 냉동 구획 포트가 전형적으로 냉동 구획의 기부에 대하여 동일한 높이라는 점이다. 결과적으로, 이들이 나선형으로 배치되기 때문에 중력 효과는 터널형 냉동 구획에서는 우세하지 않다. 본 발명은 적어도 소량의 증기가 각각의 터널 포트로부터 유출됨으로써 터널형 냉동 구획내로 공기의 유입을 조절한다.

터널형 냉동 구획(200)은 도 12에 도시된다. 예시적 목적으로, 생산물은 포트(201)를 통해 냉동 구획(200)내로 유입되고 포트(202)를 통해 냉동 구획으로부터 유출된다. 생산물은 컨베이어 벨트(203)상에 냉동 구획(200)을 통해 수송된다. 극저온 유체는 주입 시스템(204)을 통해 냉동 구획내로 유입된다. 냉동 구획(200)내로 전달되는 한제의 양은 주입 라인에서 조절 밸브와 관련된 온도 조절 방법에 기초를 두며, 당업자에게는 공지되어 있다.

추가의 덕트 및 송풍기 시스템이 냉동 구획내로 공기의 유입, 및 냉동 구획(200)으로부터 증기의 비조절된 유출을 조절하고 최소화하기 위해 각각의 냉동 포트에 인접하도록 제공된다. 관련된 원리는 상기된 나선형 냉동 구획에 대하여 사용된 방법과 유사하다. 유입 포트(201)에, 덕트라인 배치, 및 각각이 모터(211)에 의해 구동되는 다중 팬(210)이 위치한다. 증기는 화살표(212)에 의해 도시된 바와 같이 유도된다. 증기는 하나 이상의 벤드를 갖는 덕트 어셈블리(213)로 유도된다. 덕트 어셈블리(213)는 다수의 벤드를 가질 수 있으며, 컨베이어 벨트(203)의 폭에 연결되어야 한다. 덕트 어셈블리(213)의 바닥 부분은 이러한 증기를 유도하여 냉동 구획 포트를 통해 냉동 구획(200)으로부터 유출되는 증기에 영향을 미친다. 공기 프런트에 대한 증기는 터널 구획(214) 내에서 또는 터널을 가까스로 지나서 형성된다.

터널 구획(214)은 기부 플레이트(216) 상에 위치하여 포트로부터 유출되는 증기의 양을 조절한다. 공기 유입을 최소화시키는 것을 돕는 벨트 위 픽업 장치(231)가 터널 구획(214)의 선두 에지부에 위치한다. 픽업 장치(231)는 나선형 구획에서 사용된 장치(30)와 유사한 디자인을 갖는다. 유입 포트(201)로부터 유출되는 증기는 유출 박스(217)에서 수거되고 덕트(230)를 통해 배기된다. 가스 센서(215)는 터널(214)내에서 증기 농도를 모니터링하는데 사용된다. 가스 센서(215)는 벨트 위 픽업 장치(231)의 선두 에지부의 내측에 위치하는 것이 바람직하다.

유사한 배치가 유출 포트(202)에서 요구된다. 덕트라인, 및 각각이 모터(221)에 의해 구동되는 다중 팬(220)이 개구(202)에 인접하여 위치한다. 증기는 화살표(222)에 의해 도시된 바와 같이 유도된다. 증기는 하나 이상의 벤드를 지닌 덕트 어셈블리(223)내로 유도된다. 덕트 어셈블리(223)는 다수의 벤드를 가질 수 있으며 컨베이어 벨트(203)의 폭에 연결된다. 덕트 어셈블리(223)의 바닥 부분은 이러한 증기를 유도하여 유출 포트(202)를 통해 구획(200)으로부터 유출되는 증기에 영향을 미친다. 포트(201)에서와 같이, 전환 터널(224)은 기부 플레이트(226) 상에 위치하여 포트로부터 유출되는 증기의 양을 조절한다. 가스 센서(225)는 터널(224) 내부의 증기 농도를 모니터링하는데 사용된다. 벨트 위 픽업 장치(241)는 터널(224)의 에지부에 위치한다. 유출 포트(202)로부터 유출되는 증기는 유출 박스(227)에서 수거되고 덕트(240)를 통해 배기된다.

상기된 바와 같이, 증기 농도는 각각의 터널(214 및 224)에서 모니터링된다. 마이크로프로세서 기본 장치(281)(도 13 참조)는 단일의 가스 분석기(280)를 사용하여 각각의 위치로부터 허용되는 판독값을 얻기 위해 파이프 네트워크(도시되지 않음)의 밸브 타이밍을 조절하는 수단을 제공한다. 조절 알고리즘은 나선형 냉동 구획과 관련하여 상기된 바와 같이 각각의 터널에서의 농도차에 기초를 둔다. 터널에서의 농도차는 구획(200) 내부의 농도를 최대화하기 위해 최소화되어야 한다. 터널 포트(201 및 202) 둘 모두 덕트 장치를 포함하므로, 하나의 송풍기 시스템이 일정 회전수로 작동되며 제 2 송풍기 시스템은 조절된 가변 회전수를 갖는다. 일정 회전수의 송풍기 시스템은 나선형 냉동 구획에서 자연적으로 일어나는 중력 헤드를 시뮬레이션한다. 포트 농도(215 및 225)에서의 차를 측정함으로써, 가변 속도 송풍기가 적합하게 조절된다.

예를 들어, 가변 속도 송풍기 시스템(211)을 갖는 포트(201), 및 일정 회전수 송풍기 시스템(221)을 갖는 포트(202)를 고려해 보자. 센서(215)가 센서(225)에 비하여 보다 높은 농도를 나타내면, 송풍기의 회전수는 증가될 것이다. 센서(215)가 센서(225)에 비하여 더 낮은 농도를 나타내면, 송풍기의 회전수는 감소될 것이다. 가변 속도 송풍기 시스템에 대한 보정의 크기는 농도차의 크기에 기초를 둔다. 차가 크면 클수록, 송풍기 모터 회전수에 대한 보정은 더 커진다.

나선형 구획 증기 밸런스 조절 방법과 유사하게, 터널 구획 알고리즘은 본질적으로 두 개의 모드를 갖는다. 거의 정상 상태 조건에 대해, 조절 알고리즘은 다음과 같은 과정을 따르는 순환 루프이다: 소정의 시간 간격 다음에 각각의 터널로부터 증기 농축 샘플을 수집하는 과정, 수집된 샘플을 비교하는 과정, 및 샘플의 차에 기초하여 송풍기 회전수를 보정하는 과정. 구획(200)의 하향 냉각 과정과 같은 비정상 상태 조건에 대해, 송풍기 회전수는 주입 속도의 변화율 및/또는 냉동 구획 온도의 변화율의 함수로서 보정된다.

재순환 목적상 구획(200)으로부터 증기의 추출은 나선형 냉동 구획과 함께 사용된 방법과 유사하다. 나선형 구획의 경우에 있어서, 중요한 목적은 구획 내부를 고순도 수준으로 유지시키는 데에 있다. 따라서, 증기막 둘 모두 구획(200)으로부터 고순도 증기 스트림을 성공적으로 추출하는데 작동하도록 요구된다. 회수라인(250)에 대한 배출 포트는 구획(200) 상의 어떠한 장소에도 위치할 수 있지만, 구획(200)의 상부 또는 바닥 표면이 바람직하다. 나선형 구획에 대하여 서두에 언급된 회수 라인 시스템의 작동은 터널형 냉동 구획에 대해서도 동일하다. 도 12에서, 이러한 설계는 도 10에 도시된 바와 같은 회수 라인의 초기 밸브에 상응하는 차단 밸브(103)에 의해 설계되었다.

다수의 대안적인 형태가 공기의 유입 및 증기의 비조절된 유출을 최소화시키는 목적에 부합하도록 사용될 수 있다. 하기의 구체예는 주로 나선형 냉동 구획에 관한 것이지만, 그 밖의 구획(예, 터널)도 포함할 수 있다. 하기의 설명은 처음에는 입구 포트(14)에 인접한 덕트라인(17)에 대한 대안적인 설계를 고려한다. 대안적인 덕트 형태 및 조절 방법이 그 다음에 제시된 후, 구획으로부터 증기 스트림의 추출에 대한 대안이 제시된다.

덕트 어셈블리(17)의 주된 목적은 컨베이어 벨트(16)의 폭을 가로지르는 균일한 증기 흐름 패턴을 형성하는 데에 있다. 주로, 증기막을 개발하기 위한 수단은 축방향 팬의 사용을 필요로 하며, 여기에서 증기가 팬 모터의 샤프트 축에 평행한 방향으로 블레이드를 통해 흐른다. 그러나, 축방향 팬은 덕트 어셈블리(17)를 통해 유입되고, 통과하고, 유출되는 흐름으로 상당한 소용돌이를 일으킨다. 곧은 날개, 배플, 및 덕트의 곡면 또는 형상은 포트(14)에 인접한 외부 터널(20)내에서 컨베이어 벨트를 따라 흐르는 흐름에 대한 소용돌이 효과를 최소화시킬 수 있다.

중앙에 위치한 배플은 수평 덕트(25)내로 삽입되어(도 3 참조) 흡입 방법을 수행하는 경우에 축방향 팬의 업스트림 효과를 최소화시켰다. 덕트(25)의 상부로부터 하부로 연장된 배플은 덕트를 두 개의 작은 직사각형 덕트로 분리한다. 배플의 존재 및 부재하에서의 시험은 흐름에 대한 이의 효과가 한계적이지만, 음성적 효과를 확실하게 생성시키지 않음을 나타낸다. 덕트에 연결되고 샤프트 높이에 위치한 수평 배플이 또한 연구되었다. 수직 배플과 유사하게, 외부 터널(20)에서의 흐름에 대한 효과는 최소였다. 유사한 배플이 수직 덕트(23)내로 삽입될 수 있다. 다시 언급하자면, 본 발명의 목적은 덕트 어셈블리내에서 형성되는 것으로 관찰된 대규모 소용돌이 흐름 패턴을 방해하는 데에 있다. 두 개 이상의 날개가 수직 덕트(23) 내부에 위치하여 흐름이 직선이 되게 한다. 또한, 수직 덕트(23)내에서, 컨베이어 벨트 경로에 평행한 배플링은 외부 터널(20) 내부의 특정 흐름 영역을 조정하여 균형된 흐름을 달성하기 위해 컨베이어 벨트로부터 유리된 증기를 픽업하지 못하게 하는 방해물로서 사용되었다. 그러나, 비용 문제 및 클리닝 문제는 배플 용액을 덜 바람직하게 하는 충분히 강한 인자였다.

바람직한 구체예가 도 3, 4 및 5에 도시되어 있지만, 상향 흡입을 달성하기 위한 대안적인 설계가 도 14에 도시되어 있다. 두 개의 디자인에서의 주된 차이는 유입 공급물에서의 덕트 배열 및 팬 유출구(28)로부터 유입되는 흐름이다. 도 3과 도 14를 비교하는 경우에, 도 14의 디자인은 내부 터널(22), 및 수직 덕트(23)의 일부를 대신하는 일정 각도의 배플(300)을 갖는다. 내부 터널(22)는 컨베이어 벨트 경로를 따라서 구획(10)내로 추가로 이동되었고 덕트 어셈블리로 유입구의 선두 에지부를 남긴다는 사실에 주목해야 한다. 갭(303)은 내부 터널(22)의 긴 에지부와 일정각도의 배플(300)의 선두 에지부 사이에 존재한다. 또한, 벨트하플레이트(35)가 연장되어 내부 터널(22)을 갖는 공통 에지부를 형성시킨다. 또한, 갭(303)은 컨베이어 벨트 경로에 평행한 수평면에만 존재한다. 내부 터널(22)의 측벽 높이는 일정각도의 배플(300)의 종결에 의해 정의된 측벽을 결합시키도록 연장되었다.

도 14의 기하학적 형태를 사용하여, 내부 터널(22)은 컨베이어 벨트(16)를 따라서 구획으로부터 유출되는 증기에 대한 상태조절 터널로서 작동된다. 덕트라인으로부터 흡수되는 증기는 덕트(301)를 통해 팬 영역으로부터 유출되고, 구획(10)의 내측 용적물로 유도된다. 벨트하 플레이트(35)의 조합체, 상태조절 터널(22) 및 갭이 존재하지 않는 경우에, 성능은 감소하고 구획으로부터 유출되는 증기의 조절은 불량해진다. 이러한 배열의 변화성은 일정각도의 배플(300)이 상이한 흡입 패턴을 개발하도록 조정될 수 있는 커버를 갖는 포트를 함유할 수 있다는 것이다. 포트는 컨베이어 벨트 전체에 걸쳐 일정한 간격으로 배치되거나 되지 않을 수 있으며, 외부 터널(20)에서 흐름을 조율하는데 사용된다. 연동장치가 포트에 연결되어 구획의 내측에 접근할 필요없이 수동 또는 모터 조정을 제공할 수 있다.

덕트 어셈블리(17)에 대해, 바람직한 배치는 나선형 냉동 구획에 대한 두 개의 팬과 두 개의 모터를 포함한다. 팬은 축방향으로 배치되며 다수의 블레이드가 장착된 패턴 및 커다란 중앙 허브를 갖는다. 일부 덕트 형태에 대해, 바람직한 블레이드 스타일은 원심력을 이용한 형태이다. 그러나, 블레이드상에 얼음이 생성될 때 원심력을 이용한 팬의 불균형으로 인해, 축방향 팬이 본 발명에 사용된다. 나란하게 고정된 두 개의 팬에 대해, 흡입 방법을 사용할 때 각각의 팬에 대하여 바람직한 회전 방향이 존재한다. 두 개의 팬에 대하여 세가지 가능한 배치가 있는데: 두 개의 팬 모두 두 개의 팬 사이에서 위로 향한 공통 흐름 영역에 의해 반대 방향으로 회전하고, 두 개의 팬이 두 개의 팬 사이에서 아래로 향한 공통 흐름 영역에 의해 반대 방향으로 회전하고, 두 개의 팬 모두 동일 방향으로 회전하는 배치가 있다. 마지막 배치가 가장 바람직하다.

다수의 블레이드가 장착된 팬에 의한 시험 이외에, 두 개의 커다란 블레이드가 장착된 하나의 팬에 의해 시험이 완료되었다. 결합된 덕트라인은 요구되는 커다란 구멍을 취급하도록 변형되었으며, 이는 도 15에 개략적으로 도시되어 있다. 덕트 내부에서 흡입이 잘 이루어지도록 단일의 두 개의 블레이드가 장착된 팬을 사용할 때, 시험은 덕트/샤프트의 형태로 인한 한계로 인해 팬의 배출물에서 시발되는 모터 샤프트를 따라서 내향 흐름이 생성됨을 나타낸다. 이러한 역류 조절은 모터 샤프트상에 원형 디스크를 설치하여 내향 흐름을 저지함으로써 최소화되었다. 단일의 두 개의 블레이드가 장착된 팬은 바람직한 덕트 형태를 사용할 때 두 개의 팬 접근법에 대한 허용될 수 있는 대안일 것으로 예기될 것이다.

컨베이어 벨트를 따라서 외부 터널(20)에서 균형된 흐름을 달성하기 위해, 덕트 형태가 외부 터널(20) 내부에서 증기 흐름이 순조로워지도록 설계된 그 밖의 덕트 형상이 연구되었다. 하나의 존립 가능한 대안은 구획내에 덕트가 함유되도록 하는 것이다. 내부 덕트라인의 두가지 변형예가 연구되었으며, 도 15에 도시되어 있다. 바람직한 설계의 경우에서와 같이, 증기는 덕트(401)를 통해 컨베이어 벨트로부터 멀리 떨어진 위치에서 흡수되고 팬(403)에서 배출된다. 제 1 변형예에서,도 15에서 굵은 선으로 도시된 바와 같이, 흐름은 컨베이어 벨트(16)에 인접한 증기 흐름을 순조롭게 하기 위해 덕트(401)에서 두 번 회귀된다. 제 2 변형예에서, 도 15에서 대시 라인으로 도시된 바와 같이, 흐름은 소용돌이 효과를 감소시키기 위해 덕트 변형형(402)에서 세 번 회귀된다. 벤드 수의 감소에 의한 장점은 팬에 의해 생긴 소용돌이 효과의 커다란 감소를 달성함에 있다. 그러나, 벤드 수가 많으면 많을수록, 동량의 증기를 이동시키는데 필요한 마력은 더 높아진다.

도 15에 도시된 바와 같은 내부 덕트 디자인에 의한 주된 장점은 일관적으로 냉동 구획을 냉각시키기 전에 덕트 완전성을 입증하는 능력 및 클리닝을 포함한다. 도 16에 도시된 바와 같이, 클리닝 문제는 덕트 어셈블리(501)의 대부분을 구획의 외부에 설치함으로써 용이하게 처리될 수 있다. 기본적으로, 덕트(501)는 도 15에 도시된 덕트와 동일한 방식으로 작용한다. 클리닝에 대한 관심이 감소되고 있지만, 덕트의 외부 부분은 다른 문제를 제기한다. 먼저, 덕트의 벽이 단열될 필요가 있거나 구획의 냉동 효율이 감소한다. 또한, 덕트(501)는 잠재적으로 팬의 흡입면에 있을 수 있으며, 공기 유입에 대한 민감성이 증가한다. 모터는 컨베이어 벨트에 가장 근접할 때 가장 바람직하게 위치된다. 다른 한편, 덕트 어셈블리는 터널(20) 내측의 흐름에 대한 하나 이상의 팬으로부터의 소용돌이 효과를 최소화시킬 정도로 충분히 높게 위치되어야 한다.

본 발명의 또 다른 구체예는 상기된 바와 같이 컨베이어 벨트로부터 멀리 떨어진 위치에서 증기를 흡입하는 것과 반대에 경우에서와 같이 컨베이어 벨트를 따라서 증기를 송풍시킨다. 방법을 성공적으로 수행하기 위한 열쇠는 충분한 증기를덕트(601) 아래 방향으로 밀어내어 중력 효과로 인해 하부 부분(14)을 통해 배출되는 증기를 차단하는 데 있다. 흡입 방법에서와 같이, 덕트(602)내의 다수의 벤드는 컨베이어 벨트(16)에 인접한 흐름의 소용돌이를 최소화시키는 것이 바람직하다. 덕트 어셈블리의 기부에서, 평평한 조정 가능한 플레이트(605)는 외부 터널(20)의 상부를 이룬다. 중요한 파라미터는 평판(605)의 삽입의 정도인 것으로 보인다. 또한, 구멍(21)에서, 아래에 위치한 컨베이어 벨트로부터 덕트(601)(602)의 상부 선두 에지부의 높이는 또한 증기막의 생성에 영향을 미친다. 컨베이어 벨트를 따라서 증기를 송풍시키는 시험 동안 수행된 관찰은 이러한 방법이 나선형 냉동 구획에서의 흡입 방법 보다 덜 효과적임을 나타낸다. 그러나, 배치(601)의 모델로 완결된 시험은 팬 모터 회전수의 조절이 가스 분석기 뿐만 아니라 압력 센서로부터 유도될 수 있음을 나타낸다.

바람직한 조절 방법은 각각의 냉동 구획 포트에 인접한 터널에서의 농도차를 기초로 한 자기 조절 시스템이다. 가스 모니터링 장치의 배치는 주기적인 룸 공기 흐름이 증기막 밸런스 시스템의 조절에 영향을 미치지 못하도록 포트로부터 충분히 멀리 떨어질 필요가 있다.

조절 정보를 얻기 위해 증기 농도를 사용하는 것 이외에, 그 밖의 가능한 조절 파라미터가 사용될 수 있다. 특히, 압력 센서가 증기막이 형성되는 정도를 나타내는데 사용될 수 있다. 압력 조절은 셋포인트 압력과 비교된 냉동 구획내의 정압에 기초한다. 셋포인트는 구획내의 주어진 온도에 대하여 실험적으로 수립된다. 송풍기 속도는 필요에 따라 선택된 구획 온도에 대한 바람직한 셋포인트 압력을 유지시키도록 조정된다. 압력 조절이 사용되는 경우에, 정압이 두 위치에서 측정되고 미분 압력이 셋포인트 압력과 비교하여 계산되는 것이 바람직하다. 정압 측정은 증기막에서 또는 근처에서 수행된다. 도 3을 참조하면, 정압은 위치(18 및 19)에서 덕트(17)내에서 측정되는 것이 바람직하다.

본 발명은 증기막이 조작자에 의해 수동으로 조절될 수도 있다. 조작자는 마이크로프로세서와 동등한 역할을 하며 각각의 터널에서 측정된 증기 농도차의 판독에 기초하여 조치를 취한다. 경험이 있는 조작자는 스트리머(streamer) 또는 증기 구름(외부 터널 내부의 증기 스트림으로부터의 유출 증기 스트림과 마주치는 유입 공기의 습기를 응축시킴으로써 형성됨)과 같은, 터널 내부의 유시계에 기초하여 증기막을 조절한다. 조작자는 송풍기 모터에 연결된 가변 속도 드라이브의 회전수 신호를 조정할 것이다. 수동 조절의 단점은 구획이 작동될 때마다 조작자가 필요하다는 것이다. 그러나, 교체식 표시기가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 회수 라인 내부에서의 흐름 속도가 측정되고 냉동 포트를 통해 일정량의 증기 손실에 기초하여 회수 라인 송풍기 시스템에 대한 회전수 드라이브를 조절하는데 사용된다. 또한, 미분 정압이 송풍기의 조작 정도를 나타내는 데도 사용될 수 있다. 압력 측정을 사용함에 있어 장점은 판독이 정적이어서, 결빙에 덜 민감하다는 것이다. 회수 라인 송풍기 시스템에 대한 회전수 드라이브는 수동 모드로 조작될 수도 있다. 증기막 수동 조절에서와 같이, 조작자는 회수 라인 내부의 흐름 운동을 감지하고 조절하는데 사용되는 표시기 방법에 기초하여 결정을 내릴 것이다.

터널 배치(200)에서 높은 증기 농도를 달성하는 대안적인 조절 방법(도 12참조)은 다음과 같다. 먼저, 덕트 어셈블리(213 및 223)는 덕트 어셈블리에 추가의 만곡부를 부가함으로써 도 12에 도시된 형상으로부터 변형된다. 이러한 경우에, 공기 프런트에 대한 증기가 외부 터널(214 및 224)에서 형성된다. 두 번째 변화는 일정 회전수의 송풍기 시스템을 조절된 가변 회전수 드라이브 시스템으로 대체하는 것이다. 지금부터는, 송풍기 시스템 둘 모두 마이크로프로세서(281)에 의해 조절된다. 그러나, 송풍기 시스템(211 및 221)의 회전수는 동일한 회전수로 작동되거나 작동되지 않을 수 있다.

이러한 시스템에 있어서, 조절은 각각의 포트에 인접한 터널에서의 농도를 유지시키기 보다는 증기화 액체 냉매로 인한 구획(200)내 과다 압력 유사 조건에 기초하는 것이 원칙이다. 그러나, 터널 둘 모두 모니터링되고, 증기 농도가 변할 때 마다 보정 작용이 취해진다. 추가의 덕트 및 가능한 제 2 가변 속도 회전수 드라이브가 요구되므로, 이러한 조절 방법은 바람직한 배치와 관련하여 기술된 방법 보다 비용이 많이 든다.

본 발명의 사용을 통해 유도된 장점이 지금부터 고려될 것이다. 공기가 구획내로 용이하게 유입되지 않는 경우에, 냉동 구획에서의 증기 순도 수준은 비교적 높게 유지된다. 냉동이 유입 공기를 냉각시키는데 사용되지 않으므로, 구획내로의 낮은 공기 동반은 보다 효과적인 조작을 필요로 하게 된다. 더욱이, 구획내로의 낮은 공기 유입으로 인해 고순도 수준의 증기 스트림이 재순환 목적상 조절된 방식으로 구획으로부터 추출된다.

본 발명의 한 일면은 냉동 구획 포트의 인접 지점에, 바람직하게는 최하단부포트에 본 발명에 따른 조절 장치를 설치함으로써 얻어진 개선이다. 특히, 구획으로부터 유출되려는 증기를 재유도하기 위한 수단이 개선되었다. 나선형 냉동 구획에 있어서, 종래 기술은 구획의 내부로 다시 증기를 재유도하기 위해 팬 및 덕트를 사용하였지만, 이들 시스템은 유출되는 증기 흐름이 슬라이딩 베인(sliding vane)을 통해 수동으로 조절된다는 점에서 한계점을 드러냈다. 결론적으로, 컨베이어 포트를 통해 냉동 구획으로부터 유출되는 증기 스트림에 대한 불균일 흐름 패턴이 생성되었다. 이러한 상태는 공기 유입을 저지하기 위해서는 보다 높은 흐름 속도를 필요로 하였다. 본 발명은 구획 포트로부터 먼 위치에서 증기를 끌어당겨 이것을 구획의 내부로 재유도하는 덕트 어셈블리 및 팬 시스템을 사용한다. 상기된 바와 같이, 소량의 증기는 공기 유입을 저지하기 위해 구획 포트를 통해 유출된다. 구획 포트를 통해 감소된 증기 흐름 속도는 구획이 재순환 시스템의 일부인 경우에는 중요하다.

본 발명은 구획내에 함유된 증기의 균형을 맞추는데 사용된 조절 설계에 있어서 종래 기술을 개선시킨다. 종래의 시스템은 일정 회전수로 구동되는 송풍기 시스템 또는 가변 드라이브를 사용하였다. 또한, 송풍기 회전수는 주입 속도와 결부되었다. 이러한 방법에 대한 하나의 한계점은 어떠한 주입도 행해지지 않는 경우에 냉동 능력의 후속적인 상실을 가져오는 조절이 없다는 것이다. 송풍기 회전수가 육안으로 식별할 수 있는 증기 구름을 감지하는 것을 기초한 시스템과 결부되는 경우에, 조절은 국부적인 상대 습도 수준에 의존하게 된다. 습도가 낮으며 냉각 대상 건조 생산물이 들어있는 방은 효과적으로 조절되지 못할 것이다. 온도 감지가 증기 밸런스 조절을 유지시키는데 성공적으로 사용되었으므로, 이러한 옵션은 그 자체로서는 무가치하다. 언급된 조절 설계의 어떠한 것도 공기의 유입 또는 증기의 유출을 나타내도록 냉동 구획 포트로부터 정보를 전달하지 못한다.

본 발명은 가스 분석기를 사용하는 조절 시스템을 사용하여 포트 둘 모두에서 농도를 모니터링함으로써 구획내에 함유된 증기량을 나타낸다. 더욱이, 본 발명은 셋포인트 기본 조절 설계 또는 송풍기 회전수에 대한 소정의 패턴을 갖지 않는다. 대신에, 송풍기 시스템은 구획 내부의 순도 수준에 응하여 최적의 회전수를 달성한다.

본 발명은 극저온 증기의 재순환을 위한 공지된 시스템을 추가로 개선시킨다. 종래의 방법은 상부 입구에서 충분한 흡입 압력의 발생을 필요로 하며, 이는 대기압 미만뿐만 아니라 냉동 구획내에서 가장 낮은 압력 미만의 압력 수준에 있다. 이러한 방법의 시험은 룸으로부터 취해진 모인 공기의 양이 이러한 방법의 경우에 상당하다는 것을 보여주었다.

본 발명의 경제적인 장점은 증기 부화 스트림의 조절된 추출이 다량의 모인 공기를 필요로 하지 않는다는 데 있으며, 실제로, 재순환 적용시에 필요한 모인 공기의 양을 감소시켜야 한다. 모인 공기의 이러한 감소에 드는 비용은 작다.

재순환 적용을 위한 본 발명의 조절 설계는 추가의 장점을 제공한다. 예를 들어, 미국특허 제 5,186,008호에 따르면, 재순환 목적으로 회수되는 증기의 양은 주입 속도의 일정 배수이다. 이것은 구획으로부터의 증기 손실이 주입 속도의 일정 배수로 변동됨을 의미한다. 따라서, 구획으로부터의 증기 손실은 주입 속도에따라 변한다.

본 발명에서, 구획으로부터의 증기 손실은 주어진 적용에 대하여 일부 값에 본질적으로 고정된다. 따라서, 재순환되는 증기의 흐름은 주입 속도의 일정비가 아니다. 이러한 조절 방법의 장점은 경제적으로 실행하고자 하는 재순환 시스템에 대한 가스 농도의 허용 범위를 규정하는데 보다 탄력적이라는 사실이다.

앞서의 설명은 단지 본 발명의 설명으로만 이해되어야 한다. 다양한 대안 및 변형이 본 발명으로부터 벗어나지 않으면서 당업자에게 만들어질 수 있다. 따라서, 본 발명은 특허청구범위에 속하는 이러한 모든 대안, 변형 및 변화를 포함하도록 의도된다.

이상에서와 같이, 본 발명의 방법 및 장치를 사용하게 되면 냉동 구획으로부터의 냉동 증기의 유출, 및 냉동 구획내로의 공기의 유입이 최소화되어 냉동 구획의 전체 효율이 증대되며 냉동에 대한 비용이 절감된다.

Claims (10)

1. 제 1 포트 및 제 2 포트;

   제 1 포트와 제 2 포트 사이의 생산물을 이동시키기 위한 컨베이어 수단;

   냉동 구획내의 냉각 유체;

   제 1 포트에서 컨베이어 수단의 일부를 둘러싸고, 냉동 구획내로 개방된 내부 길이부 및 제 1 포트에 결합된 외부 길이부를 포함하는 제 1 터널;

   냉동 구획내로 개방된 하나의 개구 및 내부 길이부와 외부 길이부 사이의 제 1 터널에 결합된 제 2 개구를 가지며, 그 내부에서 냉각 유체의 가변 흐름을 제공하기 위한 제 1 재순환 덕트 수단; 및

   제 1 포트에 나란한 제 1 센서 및 제 2 포트에 나란한 제 2 센서를 포함하며, 농도에 따라서 각각의 냉각 유체 농도를 결정하고 재순환 덕트 수단을 조절하여 그 내부에서 냉각 유체의 흐름을 변화시켜 제 1 및 제 2 포트에서 공기 전환 영역에 냉각 유체를 생성시키고 제 1 센서 및 제 2 센서에서 냉각 유체 농축물을 서로의 방향으로 이동시키기 위한 제 1 모니터링 수단을 포함하는, 냉동 구획의 효율을 개선시키기 위한 시스템.
2. 제 1항에 있어서, 재순환 덕트 수단을 통한 냉각 유체의 흐름이 터널과 냉동 구획 사이에서 이루어지며, 여기에서 제 1 모니터링 수단에 의해 재순환 덕트 수단이 다량의 흐름을 변경시켜 제 1 터널의 외부 길이부를 통해 냉각 유체의 충분한흐름을 유지시켜 공기 전환 영역에 냉각 유체를 생성시킴을 특징으로 하는 시스템.
3. 제 1항에 있어서, 제 1 포트에 인접하고 컨베이어 수단의 위에 위치하며 이로부터 상향으로 순환 도관내로 배출되는 냉각 유체를 회수하기 위한 진공 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 시스템.
4. 제 3항에 있어서, 제 2 포트에 인접하여 위치한 진공 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 시스템.
5. 제 1항에 있어서, 제 1 재순환 덕트 수단이 소용돌이 효과를 감소시키기 위한 하나 이상의 벤드를 포함하는 덕트를 통해 흐르는 냉각 유체 흐름에 영향을 미치도록 위치하는 덕트 및 가변 속도 팬 수단을 포함함을 특징으로 하는 시스템.
6. 제 1항에 있어서,

   냉동 구획의 외벽을 관통하는 냉각 유체 회수 포트;

   냉동 구획으로부터 회수 라인내로 냉각 유체를 회수하기 위한 회수 포트에 인접하여 위치한 재순환 덕트 수단; 및

   회수 라인내에 위치한 제 3 센서를 포함하며, 냉각 유체 농도를 결정하여 재순환 덕트 수단을 조절하기 위한 제 2 모니터링 수단으로서, 냉각 유체의 회수를 조절하고 제 1 모니터링 수단과 협력하여 공기 전환 영역으로 흐르는 냉각 유체를제 1 및 제 2 포트에 유지시키는 제 2 모니터링 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 시스템.
7. 제 1항에 있어서,

   냉동 수단;

   냉동 구획을 냉동 수단에 커플링시키기 위한 도관 수단; 및

   제 2 모니터링 수단에 커플링되고, 도관 수단내에서 냉각 유체 농도를 결정하기 위한 밸브 수단으로서, 제 1 모니터링 수단 및 제 2 모니터링 수단이 밸브 수단을 작동시켜 도관 수단을 통하는 냉각 유체 흐름을 조절하여 1종 이상의 냉각 유체 농도를 바람직한 수준에 유지시키는 밸브 수단을 추가로 포함함을 특징으로 하는 시스템.
8. a) 제 1 포트 부근의 냉각 유체의 농도 및 제 2 포트 부근의 냉각 유체의 농도를 감지하는 단계; 및

   b) 단계 a)에서 감지된 냉각 유체의 농도에 응답하여 팬 수단을 조절하여 제 1 재순환 덕트내에서 냉각 유체의 흐름을 변화시킴으로써 외부 길이부에서 냉각 유체의 흐름량을 변화시켜 제 1 포트 부근에서 감지된 냉각 유체의 농도 및 제 2 포트 부근에서 감지된 냉각 유체의 농도를 서로의 방향으로 이동시키는 단계를 포함하여, 제 1 포트 및 제 2 포트, 제 1 포트와 제 2 포트 사이의 생산물을 이동시키기 위한 컨베이어 수단, 냉동 구획내의 냉각 유체, 컨베이어 수단을 둘러싸고, 냉동 구획내로 개방된 내부 길이부 및 제 1 포트에 결합된 외부 길이부를 포함하는 제 1 터널; 냉동 구획내로 개방된 하나의 개구 및 내부 길이부와 외부 길이부 사이에서 제 1 터널에 커플링된 제 2 개구를 갖는 제 1 재순환 덕트, 및 제 1 재순환 덕트에 냉각 유체의 가변 흐름을 제공하기 위한 제 1 팬 수단을 포함하는 냉동 구획의 효율을 개선시키기 위한 방법.
9. 제 8항에 있어서, c) 컨베이어 수단으로부터 순환 도관내로 유출되는 냉각 유체를 유도하기 위해 제 1 포트, 제 2 포트에 인접하고 컨베이어 수단의 위에 위치한 지점에 진공을 적용하는 단계를 추가로 포함함을 특징으로 하는 방법.
10. 제 8항에 있어서, 밸브를 조작하여 도관 수단을 통해 냉각 유체 흐름을 조절하여 냉각 유체 농도를 농도를 바람직한 수준에 유지시키는 단계를 포함하여, 밸브를 포함하는 도관 수단을 통해 냉동 구획이 냉동기에 연결됨을 특징으로 하는 방법.