KR20000031159A - 빙축열 냉동 시스템용 물 교란장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어 실린더에 의해서 작동되는 쇠말굽의 진동을 이용하여 축열조 내의 물을 주기적으로 교란하여 열교환율을 높일 수 있는 빙축열 냉동 시스템용 물 교란장치에 관한 것으로, 이 물 교란장치는 솔레노이드 밸브(36)의 개방에 따라 에어 콤프레셔에서 압축된 공기가 유입되는 파이프(32)와, 파이프(32)를 통해 유입된 공기에 의해 리턴수단에 의해 가압되어 있는 피스톤(42)이 내벽을 따라 미끄럼 이동할 수 있도록 설치된 에어 실린더(40)와, 피스톤(42)의 로드(48)에 작동적으로 결합되어 있어, 피스톤(42)의 이동시에 진동하면서 축열조(30)내의 물을 교란시키는 진동자(50)로 구성된다.

Description

빙축열 냉동 시스템용 물 교란장치

본 발명은 빙축열 냉동 시스템용 물 교란장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 에어 실린더에 의해서 작동되는 쇠말굽의 진동을 이용하여 축열조 내의 물을 주기적으로 교란하여 열교환율을 높일 수 있는 빙축열 냉동 시스템용 물 교란장치에 관한 것이다.

통상, 공기조화장치는 모든 기후조건과 실내환경에 따라서 최적의 온도 및 습도를 유지하기 위한 것으로, 여기에는 더운 여름철에 실내공기를 차갑게 유지하기 위한 냉방장치를 비롯하여, 추운 겨울철에 실내공기를 따뜻하게 유지하기 위한 난방장치가 있다.

냉방장치에는 에어콘(air-conditioner)과 물을 냉매로 사용하는 냉동 시스템이 있다. 에어콘은 액냉매가 기체상태의 냉매로 증발되는 과정에서 발생되는 찬공기를 실내로 공급하여 냉방하는 반면에, 냉동 시스템은 액냉매의 증발시에 발생되는 열교환을 통해서 유입된 물을 냉각하여 찬물을 만든다. 냉각된 찬물은 공기를 차갑게 냉각하며, 냉각된 공기가 실내로 공급되어 냉방하는 점에서 에어콘과 구별된다.

냉동 시스템 중에는 얼음의 융해열을 이용하여 냉방하는 빙축열 냉동시스템이 있다. 이 빙축열 냉동시스템은 야간에 냉동 시스템을 이용하여 얼음을 얼려두었다가 전력소비가 많은 주간에 얼음의 융해열을 이용하여 실내 공간을 냉방하게 된다. 이 때, 얼음을 얼려 저장하기 위해서 축열조를 사용한다. 축열조에서는 냉동기로부터 전달되는 부동액이 포함된 영하의 함수(brine)가 축열조 내의 물과 열교환되어 얼음을 생성하게 되는데, 결빙시에 열효율을 높이기 위한 방법으로 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같은 구조의 교란장치를 이용하여 물에 교란을 일으킨다.

먼저, 도 1a에 도시된 바와 같은 형태의 축열조는 에어를 분무하여 물을 교란하는 방식으로, 전체적인 구성을 보면, 내부에 물이 저장되어 있으며, 냉동기로부터 전달되는 영하의 함수가 유입되어 순환하는 과정에서 내부의 물을 냉각시키는 코일(20)이 내장되어 있는 축열조(10)와, 코일(20)의 하부에 배치되어 있는 다수의 에어 배출구(18)를 통해서 공기를 불어넣기 위한 파이프(12)와, 파이프(12)를 지나는 공기의 흐름을 단속하는 솔레노이드 밸브(16)로 이루어져 있으며, 축열조(10)의 상부에는 덮개(11)가 씌워져 있다.

솔레노이드 밸브(16)의 개방시에, 에어 콤프레셔(도시생략)에서 압축된 공기는 파이프(12)로 공급된 다음, 에어 배출구(18)를 통해서 배출되면서 물을 교란시킨다. 그에 따라, 화살표(P)를 따라 유입된 함수가 코일(20)내부를 순환하는 과정에서 축열조(10)내부의 물과 열교환되어 이를 냉각시킨 다음, 화살표(P')를 따라 냉동기로 리턴된다.

다음에, 도 1b에 도시된 바와 같은 축열조에서는 모터를 이용하여 물을 교란시키는 것으로, 축열조(10')내에는 도 1a에서 설명한 바와 같이, 코일(20')이 내장되어 있으며, 이 코일(20')의 하부에는 모터(12')에 의해 구동되는 교반용 팬(14')이 설치되어 있다. 따라서, 외부 전기를 모터(12')에 공급하게 되면, 모터(12')가 작동되면서 팬(14')을 회전시켜 축열조(10')내의 물을 교란시킨다.

이러한 구성을 지닌 종래의 빙축열 냉동 시스템에 있어서, 도 1a의 에어를 이용한 교란장치의 경우, 더운 여름철에는 야간일지라도 대기온도가 약 30℃ 정도이므로, 에어 콤프레셔에서 생성된 공기의 온도 역시, 상당히 고온이 된다. 이 고온의 공기가 축열조 내로 그대로 분무되므로 얼음을 얼리는데 많은 시간이 소요되며 열효율이 저하되는 문제가 있다. 또한, 도 1b에 도시한 교란장치의 경우에는 팬을 구동하기 위한 별도의 모터를 이용하므로, 전기 에너지의 소비가 많으며 잠수 모터를 이용하는 경우에는 별도의 설치공간을 필요로 하기 때문에 축열조 전체의 크기가 증대되는 결과를 초래하게 된다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 본 발명은 에어 콤프레셔에서 압축된 공기를 축열조 내부에 공급하여 물을 직접적으로 교란하는 방식 대신에, 에어 콤프레셔로부터 공급되는 압축공기를 이용하여 진동자를 진동시킴으로써, 축열조 내의 물을 교란하여 열효율을 향상시킬 수 있는 빙축열 냉동 시스템용 물 교란장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1a, 1b는 종래의 빙축열 냉동 시스템의 축열조를 개략적으로 보인 구성도,

도 2는 본 발명에 따른 빙축열 냉동 시스템의 축열조를 개략적으로 보인 구성도.

♣도면의 주요부분에 대한 부호의 설명♣

20:열교환 코일 30:축열조

32:에어 파이프 36:솔레노이드 밸브

40:에어 실린더 42:피스톤

46:스프링 48:피스톤 로드

50, 52:진동자 60:타이머

상술한 본 발명의 목적은 냉동기로부터 유입된 함수와 물의 열교환을 통해서 만들어진 얼음의 융해열을 이용하여 냉방하는 것으로, 물이 저장되어 있는 축열조의 내부에는 함수가 순환하는 코일이 내장되어 있는 빙축열 냉동 시스템에 있어서, 솔레노이드 밸브의 개방에 따라 에어 콤프레셔에서 압축된 공기가 유입되는 파이프와, 파이프를 통해 유입된 공기에 의해 리턴수단에 의해 가압되어 있는 피스톤이 내벽을 따라 미끄럼 이동할 수 있도록 설치된 에어 실린더와, 피스톤의 로드에 작동적으로 결합되어 있어, 피스톤의 이동시에 진동하면서 축열조 내의 물을 교란시키는 진동자로 이루어진 것을 특징으로 하는 빙축열 냉동 시스템용 물 교란장치에 의해 달성된다.

이하, 첨부한 도 2를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 빙축열 냉동 시스템용 물 교란장치에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명에 따른 빙축열 냉동 시스템의 축열조를 개략적으로 보인 구성도이다. 여기에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에서는 압축공기에 의한 종래의 직접 교란방식 대신에, 에어 실린더에 의해 진동되는 진동자(50)에 의한 간접 교란방식을 채용하였다. 통상, 축열조(30)의 내부에는 화살표(P)방향을 따라 함수가 유입되는 코일(20)이 설치되어 있어, 유입된 함수는 코일(20)을 순환하는 과정에서 축열조(30)내의 물과 열교환되어 이를 냉각하게 된다. 열교환된 후에 함수는 화살표 방향(P')을 따라 냉동기로 보내진다.

이러한 구성의 축열조에 있어서, 본 발명에 따른 물 교란장치의 개략적인 구성을 보면, 솔레노이드 밸브(36)의 작동에 따라 압축공기가 유입되는 파이프(32)와, 이 파이프(32)를 통해서 유입된 공기에 의해 내부의 피스톤(42)이 미끄럼 이동하는 에어 실린더(40)와, 로드(48)를 개재하여 피스톤(42)과 작동적으로 결합되어 있어, 축열조(30)내부의 물을 교란하는 진동자(50)로 이루어져 있다.

여기에서, 파이프(32)상에 설치된 솔레노이드 밸브(36)의 주기적인 개폐를 위해서 타이머(60)를 설치하였으며, 파이프(32)를 통해 에어 콤프레셔(도시생략)로부터 유입된 압축공기는 에어 실린더(40)내로 유입되어 피스톤(42)을 가압하게 된다. 피스톤(42)에 연결된 로드(48)의 끝단에는 타격부(48a)가 형성되어 있어 진동자(50)를 타격하게 된다. 피스톤(42)의 외주면에는 공기의 누출을 막기 위한 시일(44)이 끼워져 있다.

또한, 에어 실린더(40)내에는 피스톤(42)을 원래의 위치로 복귀시키기 위한 리턴수단이 설치되어 있다. 본 발명에서는 리턴수단으로서 쇠말굽 형상의 진동자(50)를 채용하였다. 진동자(50)는 공명진동을 위해서 2개를 하나의 쌍으로 하여 마주보도록 대향으로 배치하였다. 도 2에서는 2개만을 도시하였으나, 용량에 따라서는 2개 내지 4개 또는 그 이상의 진동자를 쌍을 이루도록 대향되게 배치하는 것도 가능하다.

다음에는 이러한 구성의 교란장치를 이용하여 물을 교란시키는 과정을 설명한다.

타이머(60)의 작동에 의해서 솔레노이드 밸브(36)가 통전되어 개방되면, 에어 콤프레셔에서 압축된 공기는 파이프(32)를 통해 에어 실린더(40)내로 유입된다. 도 2에 확대하여 도시한 바와 같이, 파이프(32)를 통해 에어 실린더(40)내부로 유입된 공기는 코일 스프링(46)의 힘을 이기고 미끄럼 이동되면서 실선으로 도시한 바와 같이 이동하게 되며, 이 과정에서, 로드(48)의 끝단에 부착된 타격부(48a)에 의해서 진동자(50)를 타격하게 된다. 그 결과, 진동자(50)가 진동되면서 대향으로 배치되어 있는 진동자(52)를 공명진동시켜 물을 교란시킨다.

진동자(50)에 의해 물이 교란됨으로써, 코일(20)의 외부면과 물의 접촉을 통해 열교환이 활발하게 전개되어, 물을 빠른 속도로 냉각시키는 것이 가능하게 된다.

이상으로 설명한 본 발명에 의하면, 에어 콤프레셔로부터 공급되는 압축공기를 이용하여 진동자를 진동시킴으로써, 축열조 내의 물을 교란하게 된다. 그에 따라 고온의 공기를 공급하여 물을 직접적으로 교란시키던 종래의 방식에 비해 열전달율이 향상되어 얼음을 얼리는 시간이 단축되는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 냉동기로부터 유입된 함수와 물의 열교환을 통해서 만들어진 얼음의 융해열을 이용하여 냉방하는 것으로, 물이 저장되어 있는 축열조(30)의 내부에는 함수가 순환하는 코일(20)이 내장되어 있는 빙축열 냉동 시스템에 있어서,

   솔레노이드 밸브(36)의 개방에 따라 에어 콤프레셔에서 압축된 공기가 유입되는 파이프(32)와,

   상기 파이프(32)를 통해 유입된 공기에 의해 리턴수단에 의해 가압되어 있는 피스톤(42)이 내벽을 따라 미끄럼 이동할 수 있도록 설치된 에어 실린더(40)와,

   상기 피스톤(42)의 로드(48)에 작동적으로 결합되어 있어, 피스톤(42)의 이동시에 진동하면서 상기 축열조(30)내의 물을 교란시키는 진동자(50)로 이루어진 것을 특징으로 하는 빙축열 냉동 시스템용 물 교란장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 진동자(50)는 상기 축열조(30)내에서 서로 대향으로 쌍을 이루면서 다수개 배치되는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉동 시스템용 물 교란장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 솔레노이드 밸브(36)는 타이머(60)의 작동에 따라 개폐되어 압축공기의 흐름을 단속하는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉동 시스템용 물 교란장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 피스톤(42)을 가압하는 리턴스단은 코일 스프링(46)인 것을 특징으로 하는 빙축열 냉동 시스템용 물 교란장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 피스톤(42)의 외주부에는 압축공기의 누출을 막기 위한 시일(44)이 끼워져 있는 것을 특징으로 하는 빙축열 냉동 시스템용 물 교란장치.