KR20000017696A

KR20000017696A - 유동성빙축냉식시스템의제빙장치

Info

Publication number: KR20000017696A
Application number: KR1019990023229A
Authority: KR
Inventors: 이승기
Original assignee: 김용옥; 디와이 주식회사
Priority date: 1999-06-21
Filing date: 1999-06-21
Publication date: 2000-04-06
Also published as: KR100296653B1; CN1278053A; CN1131978C; HK1033974A1

Abstract

본 발명은 건물 냉방 및 산업용 냉각장치에 사용되는 축냉식 시스템에 관한 것으로서, 냉매의 증발열을 이용하여 축열수를 냉각 및 제빙시킬 수 있으며 생성된 얼음의 성상은 0.01mm의 미세 슬러리가 되도록 제작된 유동성빙 축냉식 시스템의 제빙 장치에 관한 것이다.

본 발명은, 냉매가 증발하면서 축열수와 열교환 제빙하는 열교환기와; 상기 열교환기의 내부에 수직 다관형으로 설치되어 축열수가 통과하면서 냉매와 열교환되는 제빙 튜브와; 상기 제빙 튜브 내에 삽입되어 회전되면서 축열수가 분사되는 동시에 제빙 튜브의 내벽에 생성된 얼음 조각을 긁어주는 기어 구동형 나선식 스크레이퍼와; 상기 열교환기의 상측과 하측에 각각 설치되어 상기 제빙 튜브와 기어 구동형 나선식 스크레이퍼의 양단부를 지지하는 지지 플레이트와; 상기 열교환기의 상부에 설치되어 상기 기어 구동형 나선식 스크레이퍼를 회전시키는 구동 모터로 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

유동성빙 축냉식 시스템의 제빙 장치{Slurry ice generator for cool thermal storage system}

본 발명은 건물 냉방 및 산업용 냉각장치에 사용되는 빙축열 냉방 시스템에 관한 것으로서, 특히 냉매의 증발열을 이용하여 축열수를 냉각 및 제빙시킬 수 있도록 이루어진 유동성빙 축냉식 시스템의 제빙 장치에 관한 것이다.

통상 빙축열 냉방 시스템은 제빙 방식에 따라 정적제빙 방식과 동적제빙 방식으로 분류할 수 있다.

이중에서 동적제빙 방식은 얼음을 미세화하여 물 또는 동결억제재가 첨가된 수용액에 혼합하여 축열수로 저장하였다가 필요시 실내를 통과한 부하측 고온의 순환수와 축열수를 서로 열교환시켜 열에너지를 사용함으로써 건축물 등의 냉방을 실현할 수 있는 시스템이다.

이와 같은 동적제빙 방식의 빙축열 냉방 시스템은 축열수를 냉각 제빙시켜 미세한 얼음 조각으로 만들기 위해 냉동 사이클의 냉매가 통과하는 제빙기가 포함되어 있다.

즉, 상기 제빙기는 냉동 사이클의 증발기와 같이 냉매가 저온 저압의 기체 상태로 변화되면서 흡수하는 열에너지를 이용하여 축열수를 냉각 제빙시킬 수 있도록 이루어져 있다.

이와 같은 종래 기술의 제빙기는 다관식 로드형 열교환기(Orbital Rod Evaporator) 방식과 단관식 브레이드형 열교환기 방식이 있는 바,

상기 다관식 로드형 열교환기 방식은 빙결 완화제를 첨가한 축열수를 수직 다관식 열교환기의 관 내벽을 따라 흘리면서 관 외측을 통과하는 액냉매의 증발열에 의하여 냉각, 제빙시키고,

관 내부에 설치된 로드(rod)를 700∼800 RPM으로 축열수를 휘저어 미세한 얼음 조각으로 만든 다음, 관 하부로 배출하여 하부에 설치된 축열조에 저장하였다가 필요시 부하측 유체와 열교환할 수 있도록 이루어져 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 다관식 로드형 열교환기 방식은 관 내부에 로드가 고속으로 회전하면서 축열수를 미세한 얼음 조각으로 만들도록 구성되어 있기 때문에 로드의 고속 회전으로 인하여 소음 및 진동이 심하게 발생하게 되고, 장치의 내구성도 떨어지는 문제점이 있다.

물론, 상기와 같은 문제점을 극복하기 위해 정밀한 기계 구조로 제작하면 되나, 이는 고숙련도를 가진 작업자 및 보수 점검자가 요구됨과 아울러 정밀한 기계 구조를 갖게 되므로 그만큼 생산 및 유지 보수비용이 상승하게 되는 문제점이 발생된다.

한편, 상기한 단관식 브레이드형 열교환기 방식은 액냉매가 통과하는 원통형의 증발기 내부에 빙결완화제가 첨가된 축열수가 통과하는 챔버가 구비된다.

상기 챔버로 축열수를 고속으로 선회시키면 원심력에 의해 챔버 내측벽으로 밀려 고속 및 고압 상태에서 얇은 온도 경계층이 될 때, 상기 증발기를 통과하는 냉매와의 열전달에 의해 과냉되면서 얼음이 형성되고, 이 얼음을 챔버내에서 회전하는 브레이드로 깎아서 축열조에 저장하였다가 필요시 부하측 유체와 열교환할 수 있도록 이루어져 있다.

그러나, 상기한 단관식 브레이드형 열교환기 방식도 챔버내에서 브레이드가 고속 회전하면서 미세한 얼음 조각을 만들기 때문에 소음 및 진동이 심하게 발생하고, 또한 하나의 챔버로 이루어져 있기 때문에 전열 면적을 확대하기 위해서는 챔버의 크기가 그만큼 커져야 하므로 제빙기 전체의 부피가 커지며 가격이 고가인 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 냉매과 통과하는 열교환기 내부에 축열수가 통과하는 수직 다관형 튜브와 연쇄적으로 회전하는 기어 구동형 나선식 스크레이퍼를 설치함으로써 기기의 안정성 및 내구성을 향상시키는 동시에 열교환 효율 및 제빙 효율이 향상되도록 하는 유동성빙 축냉식 시스템의 제빙 장치를 제공하는 데 있다.

상기한 과제를 실현하기 위한 본 발명의 유동성빙 축냉식 시스템의 제빙 장치는, 냉매가 증발하면서 열에너지를 흡수하는 열교환기와; 상기 열교환기의 내부에 수직 다관형으로 설치되어 축열수가 통과하면서 냉매와 열교환되는 제빙 튜브와; 상기 제빙 튜브 내에 길게 삽입되어 회전되면서 축열수가 분사되는 동시에 제빙 튜브의 내벽에 생성된 얼음 조각을 긁어주는 기어 구동형 나선식 스크레이퍼와; 상기 열교환기의 상부에 설치되어 상기 기어 구동형 나선식 스크레이퍼를 회전시키는 구동 모터로 구성된 것을 특징으로 하여 가능하게 된다.

도 1은 빙축열 냉방 시스템이 도시된 회로도,

도 2는 본 발명에 따른 유동성빙 축냉식 시스템의 제빙 장치가 도시된 내부 구성 단면도,

도 3은 도 2의 A-A선 방향의 단면도,

도 4는 본 발명에 따른 기어 구동형 나선식 스크레이퍼가 도시된 상세도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 제빙기 20 : 열교환기

21 : 유압실 21a : 유입구

23 : 증발실 24 : 냉매유동 안내판

25 : 배출실 26 : 배출관

30 : 제빙 튜브 40 : 기어 구동형 나선식 스크레이퍼

41 : 종동 기어 42 : 유입홀

43 : 노즐관 43a : 노즐

45 : 스크레이퍼 51, 52 : 지지 플레이트

60 : 구동 모터 61 : 축

65 : 구동 기어

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 따른 제빙기가 구비된 빙축열 냉방 시스템의 회로도이다.

냉동 사이클의 압축기(1)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매 가스는 냉각탑(2)을 통과하면서 응축된 후, 팽창 밸브(3)를 통해 제빙기(10)로 들어가면서 증발한 뒤 다시 압축기(1)로 순환한다.

한편, 상기 제빙기(10)에서 냉매 가스와 열교환되는 축열수는 슬러리 펌프(4)에 의해 축열조(5)에 축열 저장되며, 빙축수 순환펌프(6)에 의하여 삼방 밸브(7)에서 부하측 열교환기(8)의 온도조건에 의하여 유량이 조절되어 잉여량은 바이패스 라인(7a)을 통해 축열조(5)로 다시 복귀하며, 열교환기(9)로 순환된 축열수는 부하측 냉수와 열교환된 다음, 바이패스 라인(7a)을 통과하는 축열수와 합류하여 제빙기(10)로 순환하면서 냉각, 제빙된다.

여기서, 상기 열교환기(9)와 바이패스 라인(7a)을 통과하면서 제빙기(10)로 유입되지 않은 잉여량은 스프레이 노즐(5a)을 통해 축열조(5)내에 분사됨으로써 슬러리 펌프(4) 측으로 유입된 미세 얼음 조각을 저온의 축열수로 해빙하게 된다.

도 2는 상기한 바와 같은 빙축열 냉방 시스템에 구비되는 본 발명의 제빙기 내부 구조가 도시된 단면도이다.

본 발명의 제빙기는 상기 팽창 밸브(3)를 거친 냉매가 증발하면서 열에너지를 흡수하는 열교환기(20)와, 상기 열교환기(20)의 내부에 수직 다관형으로 설치되어 축열수가 통과하면서 상기 증발되는 냉매와 열교환되는 제빙 튜브(30)와, 상기 제빙 튜브(30) 내에 길게 삽입되어 회전되면서 축열수가 분사되는 동시에 제빙 튜브(30)의 내벽에 생성된 얼음 조각을 긁어주는 기어 구동형 나선식 스크레이퍼(40)와, 상기 열교환기(20)의 상측과 하측에 각각 설치되어 상기 제빙 튜브(30)와 기어 구동형 나선식 스크레이퍼(40)의 양단부를 지지하는 지지 플레이트(51)(52)와, 상기 열교환기(20)의 상측에 설치되어 상기 기어 구동형 나선식 스크레이퍼(40)를 회전시키는 구동 모터(60)로 구성된다.

여기서, 상기 열교환기(20)는 상기 지지 플레이트(51)(52)를 통해 상측으로부터 축열수가 유입되는 유입실(21), 냉매가 통과하는 증발실(23), 축열수가 배출되는 배출실(25)로 구획된다.

상기 유입실(21)은 열교환기(20) 상부에 두 개의 유입구(21a)가 형성되고, 또한 상기 구동 모터(60)의 축(61)이 연결된다.

상기 증발실(23)은 하측에 팽창 밸브(3)와 연결되어 냉매가 유입되는 유입관(23a)이 위치되고, 상측에 압축기(1)와 연결되어 냉매가스가 배출되는 배출관(23b)이 위치된다.

또한, 상기 증발실(23) 내부에는 지그재그 방식으로 냉매 가스가 통과하도록 다수의 냉매유동 안내판(24)이 설치된다.

상기 배출실(25)은 상기 제빙 튜브(30)를 통과하면서 미세한 얼음 조각으로 변화된 축열수가 떨어지는 곳으로 상기한 축열조(5)로 연결되는 배출관(26)이 설치된다.

이와 같은 열교환기(20)는 상측 중앙부에 구동 모터(60)가 설치되어 있는 바, 상기 유입실(21) 내측으로 축(61)이 연결되어 상측 지지 플레이트(51) 상측에 구동 기어(65)가 위치된다.

그리고, 상기 제빙 튜브(30) 및 상기 기어 구동형 나선식 스크레이퍼(40)는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 구동 모터(60)에 의해 모두 회전되도록 상기 구동 기어(65)를 중심으로 정방형으로 배열된다.

즉, 상기 다수의 기어 구동형 나선식 스크레이퍼(40)가 상기 구동 기어(65)를 중심으로 종동하도록 종동 기어(41)가 구동 기어(65)를 중심으로 유효 피치경에 맞추어 정방형으로 배열된다.

상기한 바와 같은 기어 구동형 나선식 스크레이퍼(40)는 도 4에 상세히 도시된 바와 같이 상기 상측 지지 플레이트(51)의 상부에서 상기 구동 기어(65)와 연쇄적으로 치합되는 동시에 축열수가 유입되도록 유입홀(42)이 형성된 종동 기어(41)와, 상기 종동 기어(41)로부터 상기 제빙 튜브(30)의 내측으로 길게 연결되는 동시에 축열수가 제빙 튜브 내로 분사되도록 다수의 노즐(43a)이 형성된 노즐관(43)과, 상기 노즐관(43)의 외측에 나사 모양으로 돌출되어 제빙 튜브(30)의 내벽에 생성된 얼음을 긁어주는 스크레이퍼(45)로 구성된다.

이와 같은 기어 구동형 나선식 스크레이퍼(40)는 상기 종동 기어(41), 노즐관(43), 스크레이퍼(45)가 일체형으로 형성된다.

또한, 상기 종동 기어(41)는 구동 기어(65)에 치합되어 연쇄적으로 회전되도록 동일한 유효 피치경으로 형성되고, 상기 노즐관(43)은 유입홀(42)을 통하여 압입된 축열수가 제빙 튜브(30) 내로 균일하게 분사될 수 있도록 노즐(43a)이 일정 간격으로 균일하게 형성되며, 상기 스크레이퍼(45)는 축열수가 결빙시 과냉되거나 유동성이 저하되어도 제빙 튜브(30) 내벽을 회전에 맞추어 계속 긁어내려 얼음층의 정체 및 과냉각의 진행을 방지하여 전열효과를 극대화하도록 나사식으로 형성된다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 유동성빙 축냉식 시스템의 제빙 장치의 작동을 설명하면 다음과 같다.

냉매는 유입관(23a)을 통해 열교환기(20) 내부로 유입되면서 증발하게 되고, 냉매유동 안내판(24)의 위치에 따라 지그재그 방식으로 유동하면서 열에너지를 흡수한 다음 배출관(23b)으로 배출된다.

반면, 축열수는 열교환기(20)의 유입실(21) 내부로 유입된 다음, 기어 구동형 나선식 스크레이퍼(40)의 유입홀(42) 및 노즐(43a)을 통과하면서 제빙 튜브(30)로 분사되고, 이때 냉매와 열교환되면서 빙결되어 스크레이퍼(45)에 의해 배출실(25)로 떨어진 다음, 배출관(26)을 통해 배출된다.

따라서, 상기와 같이 구성되고 작용되는 본 발명의 유동성빙 축냉식 시스템의 제빙 장치는 수직 다관식으로 구성되어 열교환 면적을 최대한 확보할 수 있음은 물론 노즐관과 스크레이퍼를 통해 축열수를 고르게 냉각시키면서 긁어내리기 때문에 제빙 효율을 극대화시킬 수 있게 되고, 결국 전체 시스템 성적계수를 향상시킬 수 있는 이점을 제공하게 된다.

또한, 본 발명의 유동성빙 축냉식 시스템의 제빙 장치는 하나의 구동 기어를 통해 다수의 종동 기어를 연쇄적으로 회전시켜 구동하기 때문에 회전 구동의 안정성을 확보할 수 있는 동시에 내구성 향상을 기대할 수 있는 이점도 제공하게 된다.

Claims

냉매가 증발하면서 열에너지를 흡수하는 열교환기와; 상기 열교환기의 내부에 수직 다관형으로 설치되어 축열수가 통과하면서 냉매와 열교환되는 제빙 튜브와; 상기 제빙 튜브 내에 길게 삽입되어 회전되면서 축열수가 분사되는 동시에 제빙 튜브의 내벽에 생성된 얼음 조각을 긁어주는 기어 구동형 나선식 스크레이퍼와; 상기 열교환기의 일측에 설치되어 상기 기어 구동형 나선식 스크레이퍼를 회전시키는 구동 모터로 구성된 것을 특징으로 하는 유동성빙 축냉식 시스템의 제빙 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 열교환기는 그 상측 중앙부에 상기 구동 모터에 연결되어 회전되는 구동 기어가 구비되고;

상기 제빙 튜브 및 상기 기어 구동형 나선식 스크레이퍼는 상기 구동 모터에 의해 회전되도록 상기 구동 기어를 중심으로 정방형으로 배열된 것을 특징으로 하는 유동성빙 축냉식 시스템의 제빙 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 기어 구동형 나선식 스크레이퍼는 상기 구동 모터의 구동 기어와 연쇄적으로 치합되는 동시에 축열수가 유입되도록 유입홀이 형성된 종동 기어와; 상기 종동 기어로부터 상기 제빙 튜브의 내측으로 길게 연결되는 동시에 축열수가 제빙 튜브 내로 분사되도록 다수의 노즐이 형성된 노즐관과; 상기 노즐관의 외측에 나사 모양으로 돌출되어 제빙 튜브의 내벽에 생성된 얼음을 긁어주는 스크레이퍼로 구성된 것을 특징으로 하는 유동성빙 축냉식 시스템의 제빙 장치.