KR20020006564A - 빙축조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 심야전력을 이용한 빙축열시스템의 빙축조에 관한 것으로써, 빙축조 내부에 휜이 접합된 전열 튜브를 내장하고 물을 채워 전열 튜브의 내부에 냉매 가스를 순환케 함으로써 전열 튜브와 휜에 착빙시킬 수 있고 휜의 수직 끝 선으로부터 일정 거리에 제빙한계선을 설정하여 그 지점의 상단에 연장된 축에 임펠러 날개가 접합된 소형모터를 장치하고 임펠러 날개에 얼음이 얼게되면 증가하는 모터의 전류를 검출하여 냉동기의 운전을 정지시킴으로써 냉동기의 소비전력을 절감하고 해빙을 위한 물의 유동로를 확보하는 특징이 있는 빙축조인데 주간 냉방시 휜과 빙축조 내벽 면 사이의 얼지 않은 물이 실내기로 순환하고 유동함에 따라 휜에 착빙된 얼음을 자연스럽게 해빙할 수 있도록 구성한 점과 휜붙이 전열 튜브를 배열함에 있어 일부는 냉매가스가 순환하고 일부는 브라인 혼합수가 실내기로 순환하게 함으로써 빙축조에서 물이 유동하지 않더라도 목적하는 바를 달성할 수 있는 빙축조인데 빙축조의 크기를 대폭 줄일 수 있는 효과와 냉동용 전력 소모를 줄일 수 있는 효과가 있다.

Description

빙축조{Freezer Storage Tank}

본 발명은 값 싼 심야전력을 이용하여 야간에 냉동기를 가동하여 제빙과 동시에 빙축하고 주간에는 해빙되면서 냉각된 냉수를 이용하여 냉방을 수행하는 빙축열시스템의 빙축조에 관한 것으로써 빙축 방법은 관외 착빙형의 일종이다.

빙축 방법에 있어서, 설비가 간단한 편에 속하는 관외 착빙형의 경우는 얼음의 두께가 두꺼워 질수록 열 전달 효율이 저감됨에 따라 목적하는 바의 얼음을 얻기 위하여 냉동기의 가동시간이 길어지고 따라서 냉동기는 전력 소모가 과다한 폐단이 있고 해빙시에는 두꺼운 얼음을 녹이기 위하여 물을 강제로 유동시켜야 하고 이를 위하여 교반 장치, 강제 순환 장치 등 부가 장치가 요구되는 폐단이 있었다. 이를 탈피하기 위하여 초기 시설비용이 많이 소요되더라도 동적인 방법이 동원되었는데 대체로 제빙하여 물이 담긴 빙축조에 얼음을 떨어뜨리거나 얼음을 죽과 같이 제빙하거나 알갱이로 제빙하여 이송하는 방법이 그것이다.

대표적으로 우리나라 실용신안 제20-0166820호 '빙축열시스템용 축열장치'를 살펴보면, 관외 착빙형으로써 냉매분배기와 냉매수집기 사이에 전열관을 'S'자 형상으로 빙축조의 거의 절반을 채우고 있으며 전열관과 전열관 사이의 거리는 약100mm에 이르며 전열관이 채워져 있지 않은 부분은 물의 유동을 고려하여 착빙할 수 없는 공간인데 그 체적은 결코 작지 아니하며 신속한 해빙을 돕기 위한 물의 유동장치가 구비되어 있다. 이러한 전열관외 착빙은 전술한 바와 같은 폐단을 피할 수 없는 것이다.

그리고 우리나라 특허 공고 제95-0009056호 '레벨센서를 이용한 능동형 심야전력 빙축열 제어방법과 장치'를 살펴보면 결빙과 해빙에 관한 방법이 선결되지 않은 상태에서 물의 체적 변화를 판독하기 위하여 다점형 레벨스위치를 장치한 것으로써 빙축조 내부 전체를 결빙하는 경우에 있어서의 제어방법으로는 부적절하며 부분적으로 결빙하는 방법에 의해서만 가능할 것으로 판단된다. 문제는 물의 증발에 따른 체적의 감소가 아주 조금씩 일어나고 물의 보충으로 인한 레벨의 변형이 냉동기의 운전과 직접적인 관련이 있지만 이것에 대한 대책이 보이지 않는데 이 제어방법에 있어서 이 점의 보완이 필요할 것으로 판단되고 얼음이 부풀어오를 때를 기다려 제어하고자 함은 과잉 제빙 방지에 대한 대책으로는 시간 상 늦은 감이 있는 제어방법이라고 생각되기 때문과 얼음이 부풀어오를 정도가 되면 물의 유동로가 없어서 해빙시 많은 곤란을 겪을 수 있기 때문이다.

본 발명은 정적인 방법인 관외 착빙형의 일종이면서도 얼음의 두께로 인한 열전달 효율을 걱정하지 않으며 냉동기의 냉동시간의 절약과 효율을 높일 수 있고 해빙시 물의 유동을 고려하지 않아도 무난하게 해빙이 되면서 냉방에 이용할 수 있도록 함에 본 발명의 목적이 있다.

도1은 본 발명의 물을 냉방용수로 이용하는 빙축조 계통도

도2는 본 발명의 브라인을 냉방용수로 이용하는 빙축조 계통도

도3은 도1과 같은 종류의 빙축조 부분 해체 사시도

도4는 도2와 같은 종류의 빙축조에 관한 투시도 겸 사시도

도5는 도3의 방법에서 개선 발전시켜 구성한 사시도

도6a와 도6b는 도2에 적용하는 휜붙이 전열관의 배열에 관한 사례도

도7은 빙축조 제어부 블록 다이아 그램

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

1 : 빙축조 2 : 소형 모터 3 : 냉동압축기

4 : 응축기 7, 8 : 열교환기 9 : 휜(fin)

12 : 냉매전열관 19 : 브라인전열관 27 : 급수밸브

31 : 단열재 33 : 물 40 : 제빙 한계선

35 : 임펠러 날개

이하, 본 발명의 구성을 살펴본다.

도1은 본 발명 빙축조와 부근의 요소 부품들에 대한 계통도로써 빙축조(1) 내부에 휜(9)이 접합된 전열관(12)으로 구성된 제1열교환기(7)와 제2열교환기(8)를 내장하고 제1열교환기(7)와 냉매유입관(34) 사이에는 냉매분배기(10)가 장치되며 냉매분배기(10)의 지관은 제1열교환기(7)의 각 냉매전열관(12)에 연결되고 연결된각 냉매전열관은 휜(9)을 관통하고 제2열교환기(8)의 각 냉매전열관(12)에 각각 연결되었고 제2열교환기(8) 냉매전열관(12)의 종단은 냉매수집기(11)의 지관과 연결되고 냉매수집기(11)는 냉매유출관(14)에 연결된다.

제1열교환기(7) 휜(9)과 제2열교환기(8) 휜(9)이 마주보는 각 끝선 사이 중심 혹은 휜의 수직 끝 선으로부터 임의의 약5mm 지점에는 상부로부터 소형 모터(2)의 축이 연장되었고 축의 종단에는 임펠러 날개(35)가 접합되어 있는데 설치 지점은 상기 지점 외에 휜과 휜 사이에서 얼음이 얼고 자라나서 냉동압축기의 효율이 급격하게 저하될 수 있는 제빙한계선(40)을 설정하고 제빙한계선(40)상에 물의 유동로가 막히면 곤란한 지점 중에서 가장 중요한 지점을 선정하여 설치할 수 있다.

빙축조(1)의 상부 덮개(25)에는 공기 구멍(26)이 있고 빙축조의 외 벽면에는 도시하지 않았지만 단열재(31)가 감싸고 있다.

빙축조(1)의 하부에는 냉수출구(36)가 형성되었고 냉수출구(36)에는 냉수출구관(15)이 냉수순환펌프(17)와 실내기(39)를 연결해 주고 있으며 실내기 2차측에는 냉수입구관(16)이 빙축조(1)의 상부 냉수입구(37)와 연결해 주고 있다.

한편, 빙축조(1)의 냉매유출관(14)은 냉동압축기(3)와 연결되고 냉동압축기(3)의 출구측 고온고압가스관(13)은 응축기(4)에 연결되었고 응축기(4), 수액기(5), 팽창밸브(6)와 빙축조 내 냉매분배기(10)는 냉매유입관(34)이 연결해 주고 있다.

이렇게 구성된 빙축조에 휜의 높이를 크게 초과하지 않도록 급수관(28)과 급수밸브(27)를 통하여 물(33)이 채워지고, 이 물(33)의 량은 실내기(39)와 실내기로연결되는 냉수출구관(15) 그리고 냉수입구관(16)이 차지하는 내부 체적까지 고려한 것이다.

도2는 도1과 유사하지만 다른 점이 있는데 살펴보면,

냉매유입관(34)과 연결된 냉매분배기(10)의 지관은 제1열교환기(7)의 냉매전열관(12)에 연결되었고 이 냉매전열관(12)은 휜(9)을 관통하고 제2열교환기(8)의 냉매전열관(12)에 연결되어 휜(9)을 관통하여 냉매수집기(11)의 지관과 연결되었고 냉매수집기(11)는 냉매유출관(14)과 연결되었으며, 브라인유입관(22)에 연결된 브라인분배기(20)는 지관이 제2열교환기(8)의 각 브라인전열관(19)에 연결되고 각 브라인전열관(19)은 휜(9)을 관통하고 제1열교환기(7)의 브라인전열관(19)과 상호 연결되었고 이 전열관(19)은 휜(9)을 관통하고 브라인수집기(21)의 지관에 연결되었으며 브라인수집기(21)는 브라인유출관(38)에 연결된 것으로써 실내기(39)와 브라인순환펌프(18), 브라인유출관(38)과 브라인유입관(22), 브라인전열관(19)에는 브라인이 채워져 있다.

빙축조(1) 하부와 상부를 연결하는 양수관(23)은 양수펌프(24)를 중간에 연결하고 있는데 필수 구성요건은 아니며 냉방부하가 한꺼번에 많이 발생할 우려가 있을 경우에만 장치를 고려할 부분이다.

도2에는 도시하지 않았지만 도1에서 도시한 바와 같은 소형 모터(2)를 장치하면 유용한 가치가 있다.

결국, 도1은 물(33)이 열교환기(7)(8) 바깥 주변에서 결빙되고 해빙되어 실내기(39)로 순환하는 반면 도2는 물(33)은 유동하지 않으나 열교환기(7)(8)와 실내기(39)에 브라인이 순환하는 구성이다.

본 도와 같이 냉동사이클(3)(4)(5)(6)(34)(10)(11)(12)(13)(14)을 구성함에 있어서 냉매를 빙축조(1)로 순환시키는 직접 팽창방법 외에 도시하지 않았지만 냉매를 빙축조(1) 밖 증발기에서 브라인과 열교환하면서 증발시켜고 냉각된 브라인을 빙축조(1) 내로 순환시켜서 제빙하는 방법도 본 발명의 구성에는 아무런 장애가 없다.

상기에서 브라인(brine)은 에치렌글리콜수용액, 염화나트륨수용액, 염화칼슘수용액 등을 일컬음이고 흔히 부동액이라고 부른다.

도3은 앞선 도1의 구성 방법에서 냉매전열관(12)의 구성을 약간 달리한 것으로써 상부 덮개(25)와 일부 외벽을 해체한 사시도인데 살펴보면,

냉수입구(37)와 냉수출구(36)가 상부와 하부에 가장 먼 거리를 유지하면서 서로 대각을 이루어 설치되어 있고 소형 모터(2)가 각 열교환기(7)(8) 사이 중심에 축을 내리고 취부 구조(32)에 체결되어 있다. 도1과 구성상 차이점은 냉매를 분배하는 방법 즉, 2분배와 4분배의 차이가 있을 뿐으로써 도1의 이해도를 높이기 위한 것이다.

도4는 앞선 도2의 구성 방법에서 냉매전열관(12)과 브라인전열관(19)의 구성을 약간 변형시킨 것으로써 상부 덮개(25)와 일부 외벽을 해체한 사시 겸 투시도인데 살펴보면,

냉매분배기가 없고 냉매유입관(34)이 제1열교환기(7)의 냉매전열관(12)에 연결되며 냉매전열관(12)은 같은 열교환기(7)의 휜을 여러 번 반복하여 관통하고 종단은 제2열교환기(8)의 냉매전열관에 연결되며 이 냉매전열관은 같은 열교환기(8)의 휜을 여러번 반복하여 관통한 뒤 냉매유출관(14)에 연결되는 것이고, 브라인분배기 없이 브라인유입관(22)과 제2열교환기(8) 브라인전열관(19)이 연결되며 브라인전열관(19)은 휜을 여러 번 반복하여 관통하고 종단은 제1열교환기(7)의 브라인전열관에 연결되고 다시 브라인전열관(19)은 휜을 여러 번 반복하여 관통한 뒤 브라인유출관(21)에 연결된 것으로써 도2는 열교환을 병렬로 구성한 것이고 도4는 직렬로 구성한 것으로 대별된다.

도5는 도1, 도3과 같이 냉수를 실내기로 순환시키는 구성에 있어서 빙축조(1) 내 열교환기(7)(8)의 휜 사이에 착빙된 빙괴 사이로 물의 흐름을 발생시켜 해빙하기에 알맞은 구조로 구성한 것으로써 빙축조의 상단과 외벽 일부를 해체한 사시도인데 살펴보면,

도3과 대동소이하지만 열교환기(7)(8)의 휜에 있어서 휜을 수평 방향으로 여러 층을 지어 층과 층 사이에 거리를 가지며, 수직 방향으로 휜을 장치함에 있어 휜 간의 정상적인 피치를 유지하다가 일정 거리마다 피치를 크게 구성한 점이 다르다.

도6a와 도6b는 도2, 도4와 같이 브라인을 실내기로 순환시키는 구성에 있어서 휜(9)을 관통하는 냉매전열관(12)과 브라인전열관(19)의 배치 사례를 표시한 것인데 도6a는 3배열의 경우이고 도6b는 4배열의 경우인데 냉매전열관(12)과 브라인전열관(19)이 서로 에워싸듯이 적정하게 썩여 배치되어 있다.

빙축조(1) 내 상기 열교환기(7)(8)는 빙축조의 용량에 따라 열교환기의 체적, 수량 등을 결정함으로 여기서 제1열교환기 혹은 제2열교환기라고 칭한 것은 특정한 의미를 갖는 것이 아니고 구성 설명을 위한 것이다.

상기 빙축조(1) 내 지관을 가진 냉매분배기(10)는 지관의 거리에 따라 냉매의 분배가 균등하지 못할 수도 있음으로 이를 냉매분배용 배관으로 형성하고 각 배관의 길이는 균등하게 구성하는 편이 좋다.

도7은 빙축조 제어부의 블록 다이아 그램인데 살펴보면, 빙축조 내 설치된 소형의 모터(2)는 AC와 DC 중에서 어느 한가지의 모터인데 대체로 소형인 경우에는 DC모터가 작기도 하고 가격이 싼 편임을 참고하고, 도상 모터 제어부는 냉동기의 가동이 시작된 신호를 입수하여 냉동기의 운전이 일정시간을 경과한 시각부터 수 분마다 수 초씩 출력을 보내어 모터를 가동시키고 출력부로부터 'H' 신호를 입수하면 초기 상태가 된다. 도상 검출부는 모터가 가동하는 동안 선로에 흐르는 전류를 검출하는 기능이 있는데 AC 모터인 경우에는 홀 센서, 전류변압기(Current Transformer) 등이 이용되고 DC 모터인 경우에는 분로기(Shunt), 고정저항기(Resister), PTCR센서(Positive Temperature Coefficients of Resistance)등이 이용된다. 검출부에 과대 전류가 흐르면 이에 비례한 전압 신호를 발신하고 이 전압 신호를 기준부 전압과 비교부에서 비교하여 검출된 전압이 기준 전압 이상이면 NPN형 트랜지스터 베이스에 인가하여 릴레이를 구동시켜 릴레이의 접점 출력 신호를 내 보내기 위한 구성이다. 이 출력신호는 결국 도시하지 않은 제빙 제어부의 냉동압축기 구동용 전자접촉기를 차단하는 신호와 상기 모터제어부의 리셋 신호로 사용된다.

이상과 같이 구성하고 작용 효과를 살펴본다.

도시 외 제빙 제어부는 심야시간대에 전력을 공급받아 냉동압축기(3)와 응축기(4)의 송풍 휀(29)에 공급하면 냉매의 압축과 압축열을 제거하고 액상의 냉매는 수액기(5)와 팽창밸브(6)를 거쳐서 냉매입구관(34)에 연결된 빙축조(1) 내 냉매분배기(10)로 이송되고 냉매분배기의 각 지관과 열교환기의 각 냉매전열관(12)을 거치는 동안 액상의 냉매는 증발하여 기체로 상변화 하면서 냉매수집기(11)의 각 지관을 통과하고 다시 냉매유출관(14)을 거쳐 냉동압축기(3)로 회귀하게 되는데 상기 열교환기(7)(8)는 냉동사이클에 있어서 증발기의 역할을 수행하게 된다. 이러한 냉동사이클은 도1과 도2, 도3, 도4, 도5 모두에 적용되며 다만 빙축조 내 열교환기의 수량에 따라 제1, 제2, 제3열교환기 등으로 나누고 전열관의 배열을 따라 단열, 2열, 3열, 4열 등으로 나누며 냉매의 분배 방법에 따라 직렬, 병렬, 직렬과 병렬 혼합렬로 나눌 뿐이지만 기본적인 냉동사이클의 변화는 아니다.

이 냉동사이클의 운전으로 냉매전열관(12) 내부 액상의 냉매는 휜(9)과 전열관(12)을 통하여 바깥의 물(33)로부터 전달받은 열을 흡수하고 증발하여 기체로 변하고 전열관(12)의 바깥에 접합된 휜(9)과 전열관(12)을 통하여 물(33)은 냉각되어 응고점 이하 상태로 되면 전열관(12)과 휜(9)의 표면부터 얼기 시작한다.

일반적으로 얼음의 두께가 두꺼워 질수록 많은 시간 동안 냉동기을 가동하여야 하는 과잉 제빙의 폐단이 발생하는데 관외 착빙형의 경우 전열관 표면에서 약 5∼10cm의 두께를 가진 얼음을 얼리는 오래 동안 많은 전력을 소모하면서도 얼음의 두께는 잘 자라지 않는 비효율적인 냉동기의 운전이 계속되는 것이다.

여기서 얼음의 두께는 냉동기의 가동시간과 매우 밀접한 관계가 있는데 관계식을 참고하면,

H = 0.56t²분지 -tb 이고, H는 결빙시간(hour), 0.56은 결빙계수(0.53∼0.6), t는 얼음 두께(cm), tb는 브라인의 온도(℃)이다.

이러한 비효율적인 과잉 제빙의 폐단을 없애기 위하여 본 발명은 냉매전열관(12)에 휜(9)을 3∼10mm의 간격으로 접합한 것인데 냉매전열관(12)의 표면과 그리고 휜과 휜 사이에 상기에서 정하는 3∼10mm의 두께를 가진 얼음이 얼게 된다. 휜(9)의 간격은 가까우면 가까울수록 좋지만 효율적이지 못한 한계가 있는 것이고 빙축 예정량과 열교환기의 크기, 냉동기의 종류와 성능, 운전시간, 팽창밸브의 조절상태, 냉매량 그리고 냉동기의 고효율 운전을 전제하고 결정하여야 할 사항이며 그리고 해빙을 고려하여 열교환기의 크기에 따른 얼음의 표면적, 물의 유속, 입출구 ΔT 등을 염두에 두어야 한다.

이후 얼음은 휜의 끝 선까지 얼고 다시 바깥을 향하여 자라면서 얼게 되는데 물의 유동로를 막아 버리는 경우를 고려하고 과잉 제빙을 방지하고자 휜의 수직 끝 선으로부터 일정 거리의 상부에 소형 모터(2)를 설치하여 모터의 축을 연장하고 축 끝에 임펠러 날개(35)를 접합한 것인데 이는 휜의 수직 끝 선 측방 제빙한계선(40)에 접하여 위치하게 된다.

냉동기의 가동시간으로부터 휜과 휜 사이에 얼음이 만충되기로 예상되는 시각이 경과하고 난 이후부터 모터는 수 분 간격으로 수 초간 가동하는데 만약 휜의 끝 선에서 임의의 5mm 지점에 설치된 임펠러 날개(35)까지 얼음이 얼게되면 모터의전류는 급속히 증가하게 되고 전류의 증가는 검출부에서 높은 전압신호를 얻게되며 이 신호는 비교부 (op amp.)에서 'H'신호를 발신하고 따라서 릴레이로 구성된 출력부는 냉동기의 운전을 담당하는 전자개폐기(magnet conductor)를 차단하여 냉동기의 운전을 정지하게 한다.

이와 같이 준비된 냉동기 운전방법에 의하여 빙축조(1) 내 열교환기(7)(8) 휜(9)과 휜(9) 사이에 얼음이 가득 차게 되면 열교환기의 크기보다 조금 더 큰 제빙한계선(40)과 같은 커다란 빙괴를 생산하게 된 것이고 커다란 빙괴 속에는 전열관(12)과 휜(9)이 있고 휜은 빙괴 속 표면에 가까운 약5mm 지점에 끝 선이 위치한 상태인데 냉동압축기(3)와 응축기(4)(29)의 운전은 정지된 상태이다.

다시 주간에 이르러 냉방을 위하여 실내기(39)를 가동하면서 냉수순환펌프(17)를 가동하면 빙축조(1) 내 얼지 않은 물(33)은 냉수출구관(15)을 통하여 실내기(39)로 가서 실내기와 열교환을 실시하고 다시 냉수입구관(16)을 통하여 빙축조(1) 내 상부 냉수입구(37)에 진입하게 되고 온도가 높아진 냉수는 빙축조 내 열교환기(7)와 열교환기(8) 사이 또는 빙축조(1) 내 벽면 사이를 흐르면서 휜(9)에 착빙된 얼음을 녹이면서 다시 냉각되어 실내기(39)로 순환하게 되는데 휜(9)의 각 끝 선보다 많이 얼려진 얼음이 다 녹게 되면 - 시간적으로 냉방부하가 커지게 되는 시점 근방 - 실내로부터 실려온 고온 냉수는 횐(9)과 직접 열교환을 실시할 수 있게 되고 이 열을 전달받은 휜(9)은 깊숙한 곳의 전열관(12)까지 열을 전달하게 됨에 따라 휜(9)과 전열관(12) 전체에 걸쳐 동시에 해빙되기 시작함으로 별도의 교반 장치, 강제 순환 장치를 구성하고 물을 유동시켜 해빙을 하지 않아도얼음의 표면 그리고 휜(9)과 얼음 사이에서 생성되어 대류 됨으로 해빙이 되고 휜(9)과 얼음 사이가 분리되면서부터 얼음의 표면적은 휜의 양 면적과 전열관의 표면적을 합한 면적으로 넓어짐에 따라 해빙은 순환하는 물로 인하여 자연스럽게 이루어진다.

상기의 빙축조 내 열교환기가 복수라면 냉수입구(37)는 열교환기 수량에 해당하는 분배구를 가지고 열교환기 상단에 냉수를 방류시키는 구성이 되면 더욱 효과적이다.

그리고 도5와 같이 구성하면 도1 대비 얼음의 표면적이 넓고 해빙 초기 물의 유동로가 많이 확보되어 해빙을 위한 필요 충분 조건은 더욱 만족스럽게 갖춰진 것이라고 볼 것이다.

공기 구멍(26)은 물(33)의 상변화와 온도변화에 따라 체적의 증감이 따르는 것에 대비한 것으로써 이것이 없을 경우에는 빙축조(1) 내 압력이 증감되고 이에 따라 빙축조 벽면의 응력이 압력을 이기지 못하고 안쪽 또는 바깥쪽으로 휘어지게 되는데 이것을 예방하는 효과를 가진다.

일반적인 냉동사이클을 구성함에 있어 증발기를 거쳐온 냉매의 온도 여하에 따라 냉동압축기의 회전 속도를 자동 조절하거나 팽창밸브를 자동 조절함으로써 원만한 냉동사이클을 유지할 수 있지만, 대부분 냉동압축기에 있어서 다단 제어, 팽창밸브에 있어서는 한 번의 조절 설정으로 공장에서 출고되어 주변의 조건이 적합하지 않더라도 무시되는 경우가 있다.

제빙기에 있어서 얼음의 두께 여하에 따라 냉동압축기 혹은 조절밸브를 제어하는 것은 매우 어려우며 정밀함을 요하는데 이 점은 증발기를 거쳐온 냉매의 온도가 얼음의 두께와 비례하여 어느 정도는 하향하지만 냉동사이클을 구성하는 제반 요소 부품의 특성을 고려하고 많은 실험에 의하여 그 특성을 얻을 수 있으며 얻었다고 하더라도 요소 부품의 변경, 조절 정도의 변경이 있으면 그 특성은 다시 달라 질 수 있기 때문이다. 그리고 얼음이 일정 두께 이상으로 과잉 제빙이 되면 액상의 냉매는 전열관으로부터 열을 전달받지 못하여 증발하지 않음에 따라 온도의 변화를 유발하지 않고 액상 그대로 냉동압축기에 진입할 수가 있는데 이는 냉동압축기 고장의 원인이 됨으로 액상의 냉매에 고온 가스를 주입하여 강제로 증발시키거나 별도로 가열장치를 부가하여 증발시키거나 혹은 높은 온도의 대기와 자연스러운 열교환이 되어 모든 액상의 냉매가 증발하고 추가로 약5℃의 과열 온도를 유지하여 냉동압축기에 진입하도록 구성하고 있다. 액상의 냉매를 증발기가 아닌 다른 관로에서 증발시키는 것은 비효율적이며 전기에너지의 낭비인 것이다.

냉동사이클에 이상이 발생하지 않고 고 효율을 유지할 수 있는 최대한의 얼음의 두께를 사전에 측정하여 그 지점을 제빙 한계선(40)으로 정하고 제빙 한계선과 맞물리는 지점에 소형 모터(2)의 축에 연장된 임펠러 날개(35)를 위치시키고 얼음이 그 두께 이상이 되면 전류를 검출하고 냉동압축기(3)와 응축기(4)(29)의 운전을 정지할 수 있는 본 발명이 있음으로 하여 얼음 두께에 비례한 냉매의 온도와 압력, 상변화 상태를 조사하고 냉동기의 특성을 조사하여 상호 관련된 특성도표를 제작하는 등 보완적인 측면과 양산에 대비한 데이터화 등 제반의 관리가 필요가 없으며 앞선 설명과 같이 얼음 두께의 제곱에 비례하는 냉동압축기의 운전시간을 획기적으로 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라 과잉 제빙에 의한 상변화를 갖지 못한 액상의 냉매 발생을 줄이거나 없앨 수 있는 효과도 있다.

따라서 빙축조(1) 내 장치된 소형 모터(2)는 냉동사이클의 운전시간을 단축하여 전력의 소모를 줄이고 과잉 제빙을 방지하여 냉동압축기의 고효율 운전이 가능하게 하는 기능이 있고 빙축조 내 물의 유동로를 확보할 수 있는 기능을 가진 것이다.

도2와 같이 브라인을 실내기(39)로 순환시키는 경우에는 물(33)이 유동할 필요가 없지만 냉방 부하가 급격하게 증가될 것에 대비한다면 열교환 성능 향상을 위하여 물(33)의 유동로를 확보하고 양수펌프(24)가 설치된 것이 좋으며 확보한 경우에는 주간 냉방시 실내기(39)와 브라인순환펌프(18)의 가동과 함께 양수펌프(24)를 가동하면 브라인전열관(19) 외 표면의 휜(9)과 얼음이 있는 냉수측의 열교환 성능이 향상된다.

제1열교환기(7) 휜(9)의 끝 선과 대향하는 제2열교환기(8) 휜(9)의 끝 선 사이 또는 빙축조(1)의 내 벽면 사이의 거리에서 제빙 한계선(40)을 정하고 제빙 한계선(40) 밖 물(33)의 유동로를 최소화하는 것은 물의 유속을 증가시키고 전체 체적을 줄이는 결과를 준다.

도1에 표시한 바 있는 소형의 모터(2)를 도2에도 적용한다면 물(33)의 유동로 확보 기능과 냉동압축기(3)와 응축기(4)(29)의 운전시간을 단축하는 효과와 과잉 제빙을 방지하는 효과가 있다. 다만 브라인전열관(19)으로 냉매전열관(12)이 차지하던 절반을 구성하기 때문에 냉매 측 열전달 성능은 도1과 같은 구성보다 다소떨어지고 이에 따라 냉동압축기(3)와 응축기(4)(29)의 운전시간이 다소 길어지지만 냉동사이클을 구성하는 요소 부품의 용량이 작아질 수 있다.

브라인이 흐르는 브라인전열관(19)의 열전달 성능은 브라인의 이송 속도, 브라인전열관(19)의 내 표면적, 브라인유출관(38)과 브라인유입관(22)의 ΔT에 의해서 결정됨에 따라 실내기(39)용 팬(30), 실내기(39)용 열교환기와 브라인순환펌프(18)의 선정 등이 열전달 성능 즉, 냉방 성적을 좌우한다. 그렇지만 실내기(39)측의 냉방 부하가 한꺼번에 많이 요구될 경우에는 휜(9)의 바깥 즉, 얼음이 있는 냉수 측 열전달 성능을 살펴야 하는데 냉수측 열전달 성능은 표면적이 휜(9)으로 인하여 열전달 면적은 넓은 반면 자연 대류 또는 유속이 느린 층류에 의한 열전달이라고 보아야 하기 때문에 냉수 측 열교환 성능이 냉방부하를 따르지 못할 경우도 있다. 이럴 경우가 예상되면 앞선 설명과 같이 양수펌프(24) 등의 장치를 고려하여 물(33)이 유동하면서 휜(9)과의 열전달 성능을 향상시켜야 한다.

본 발명은 빙축조 내에 얇은 휜을 전열관에 접합하여 설치함에 따라 휜이 차지하는 체적이 크지 않으면서 빙축조 내 거의 대부분을 채워 넣을 수 있고 냉매가 전열관에서 증발하면서 물을 냉각시킴에 따라 휜이 위치하는 곳에는 과잉 제빙을 하지 않으면서 모두 얼음을 얻을 수 있어 빙축조의 체적을 크게 줄일 수 있으며 적정한 두께의 얼음을 얻기 위하여 설치된 소형 모터의 구동을 통한 전류의 검출로 인하여 물의 유동로가 확보되어 원활한 해빙 효과를 가져오며 냉동압축기의 가동 시간 단축과 고 효율 운전에 의한 전력 절감 효과가 있고 종래 관외 착빙형이 가지는 해빙을 위한 교반장치, 강제순환장치등을 설치하지 않아도 좋은 효과가 있다.

물을 유동하지 않고 브라인을 실내기로 순환하는 경우에 있어서도 대등한 효과와 체적을 더욱 줄일 수 있는 효과가 있음이 확인된다.

버려질 수 있는 심야의 잉여 전력을 싼값에 공급받더라도 고급의 에너지임으로 아낄 수 있는 기술의 구성이 필요한데 본 발명은 이와 같은 심야 전력을 이용한 빙축열시스템에 있어서 상기와 같은 에너지 절감효과와 그 외 다양한 효과가 있는 매우 획기적인 발명이라고 할 것이다.

Claims (6)

1. 심야 전력을 이용한 빙축열시스템의 관외 착빙용 전열관을 내장한 빙축조에 있어서, 전열관의 바깥 면에는 물이 채워지고 전열관으로 냉매 또는 브라인을 순환시켜서 전열관 표면의 물이 냉각되어 결빙되도록 구조를 구성한; 상기 빙축조 내 전열관의 바깥 표면에 휜이 접합된 것을 특징으로 하는 빙축조.
2. 심야 전력을 이용한 빙축열 시스템의 빙축조에 있어서, 빙축조 내부 임의의 제빙 한계선 상부에 연장된 축의 끝에 임펠러 날개가 부착된 소형 모터를 장치하고 임펠러 날개가 제빙 한계선에 접한 상태에서 제빙 한계선을 넘어 임펠러 날개까지 얼음이 얼게되면 모터의 전류가 증가됨을 인식하고 냉동기의 운전을 정지시키는 특징을 가진 빙축조.
3. 1항에 있어서, 낱장의 휜에 여러 개의 전열관이 관통하는 것을 특징으로 하는 빙축조.
4. 3항에 있어서, 낱장의 휜을 관통한 전열관의 일부는 냉동기 측으로 냉매 또는 브라인이 순환하지만 다른 일부는 실내기 측으로 브라인이 순환하도록 구성한 것을 특징으로 하는 빙축조.
5. 4항에 있어서, 빙축조 하부와 상부 사이에 양수관을 설치하고 양수관에 양수펌프를 장치한 것을 특징으로 하는 빙축조.
6. 1항에 있어서, 휜과 휜 사이의 간격이 대부분 일정하지만 부분적으로 결빙시키지 않을 목적으로 임의의 거리마다 그 간격을 더 멀리하거나 여러 개의 열교환기를 장치하여 열교환기 사이에 간격을 두어서, 해빙할 때를 위하여 얼음의 표면적이 넓도록 구성한 것을 특징으로 하는 빙축조.