KR20040059003A - Ice slurry generator using supersonic waves - Google Patents

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KR20040059003A
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Abstract

PURPOSE: A slurry ice making machine by using supersonic waves is provided to improve heat-transfer efficiency, to separate slurry particles well on a heat transferring surface, to stably transfer and discharge the generated slurry ice, and to minimize the size of the ice making machine. CONSTITUTION: A slurry ice making machine(10) by using supersonic waves is composed of an inflow chamber(30) mounted with an inlet port(31) through which a heat storage medium flows; a discharge chamber(40) installed with a discharge port(42) through which the heat storage medium is discharged; a heat exchanging chamber positioned between the inflow and discharge chambers, formed with a refrigerant inlet(24) and a refrigerant outlet(25), and mounted with a heat transfer pipe(22) extended between the inflow and discharge chambers from the inflow chamber to form a passage for the heat storage medium; and a supersonic wave supply device installed to the inflow chamber.

Description

초음파를 이용한 슬러리 아이스 제빙장치{ICE SLURRY GENERATOR USING SUPERSONIC WAVES}Slurry ice ice maker using ultrasonic wave ICE SLURRY GENERATOR USING SUPERSONIC WAVES}

본 발명은 동적 빙축열 시스템에 사용되는 제빙기에 관한 것으로 다관식 쉘튜브형의 슬러리 아이스 제빙기에 관한 것이다.The present invention relates to an ice maker used in a dynamic ice heat storage system, and to a slurry ice ice maker of a shell-type shell tube type.

최근 슬러리 아이스에 대한 관심의 집중은 슬러리 아이스가 기존의 축냉 방식보다 고 효율 및 해빙속도 등에서 많은 장점을 갖고 있는데다가 고밀도 냉열 수송 수단으로 사용될 수 있는 특성을 갖고 있기 때문이다. 여기서 슬러리 아이스를 경제적이며 신뢰성 있게 만들어내는 제빙 장치는 핵심 장비로써 전 세계적으로 다양한 형태의 제빙기가 연구 개발되고 있다. 크게 증발판형, 과냉각수형, 냉매 집적 접촉형, 진공에 의한 물의 직접 동결형 등이 연구 또는 개발되고 있으며, 최근 슬리퍼리형 및 유동베드 형 등이 연구 개발 중에 있다. 이 중 증발판형과 과냉각수형이 개발 완료되어 보급되고 있으나 현재까지 가장 신뢰성 있는 방식은 증발판형으로 인식되고 있다. 증발판형은 크게 단관식과 다관식으로 구분되며 최근 다관식 제빙기가 집중적으로 개발되고 있는 상황이다.Recently, the focus of attention on slurry ice is that slurry ice has many advantages such as high efficiency and thawing speed than the existing ice storage method, and it can be used as a high density cold heat transportation means. Here, ice makers that make slurry ice economically and reliably are the core equipment, and various types of ice makers are being researched and developed around the world. Evaporative plate type, supercooled water type, refrigerant integrated contact type, direct freezing type of water by vacuum, etc. are being researched or developed, and recently slippery type and fluidized bed type are under research and development. Among them, the evaporation plate type and the subcooled water type have been developed and are widely distributed, but until now, the most reliable method is recognized as the evaporation plate type. The evaporation plate type is largely divided into single and multi-pipe type, and the multi-tube ice maker is being developed intensively.

다관식 제빙기는 쉘튜브형 입형 열교환기를 기본으로 사용하며 전열관 내부에 빙결 억제제를 소량 포함한 축열매체를 공급하면서 쉘측(전열관 외부)에 냉매를 증발시켜 열을 빼앗고 전열관 내부에 얼음이 고착하지 못하도록 연속적으로 긁어내는 형식을 취하고 있다. 대표적인 것으로 튜브 내부에 전열관 내벽을 선회운동하는 로드를 이용하여 제빙하는 휩로드(whip rod) 방식(예를 들면, 한국공개특허공보 제2001-0068584호에 기재된 장치)과 전열관 내부에 플라스틱 재질의 나사형식의 스크래퍼(scraper)를 회전시켜 제빙하는 스크루 스크래퍼 방식(예를 들면, 한국등록특허 제10-0296653호에 기재된 장치), 진동스프링 장치를 이용하여 진동에너지에 의한 스프링의 운동을 이용한 진동식(예를 들면, 한국등록실용신안 제20-0240787호에 기재된 장치) 등이 개발되었다.The multi-tube ice maker uses the shell tube type heat exchanger as a base and supplies heat storage medium containing a small amount of freezing inhibitor inside the heat pipe, while evaporating the refrigerant to the shell side (outside the heat pipe) to remove heat and scrape continuously to prevent ice from sticking inside the heat pipe. I'm taking the form. Typical examples include a whip rod method (for example, a device described in Korean Patent Application Laid-Open No. 2001-0068584) and a plastic screw inside the heat transfer tube by using a rod pivoting the inner wall of the heat transfer tube inside the tube. A screw scraper method (for example, the device described in Korean Patent No. 10-0296653) that rotates and defrosts by rotating a scraper of a type, and a vibrating type using a motion of a spring by vibrating energy using a vibrating spring device. For example, the apparatus described in Korean Utility Model Model No. 20-0240787) and the like have been developed.

그러나 개발된 방식들이 각각 갖는 많은 장점에도 불구하고 공통적으로 갖는 약점은 전열면을 연속적으로 긁어내는 동력을 전달하는 기계기구의 복잡성과 신뢰성 부족이 공통적인 문제이며 또한 생성된 슬러리 아이스의 순환과정에서의 집적에 의한 폐색은 슬러리 아이스 제빙기의 신뢰성을 떨어뜨리고 있으며 구조적 복잡성에 따르는 고가격이 일반 보급을 크게 제약하고 있다.However, despite the many advantages of each of the developed methods, a common drawback is the complexity and lack of reliability of the mechanisms that deliver the power to continuously scrape the heat transfer surfaces. Aggregation blockages reduce the reliability of slurry ice ice makers, and the high cost of structural complexity has severely limited general dissemination.

슬러리 아이스의 안정적인 생성을 위하여 다관식 제빙기에서 기술적으로 해결해야하는 과제는 크게 세 가지로 구분할 수 있다.There are three major problems to be technically solved in the multi-tube ice maker for the stable production of slurry ice.

첫째로 제빙기는 상변화한 슬러리 입자가 전열면에 고착하지 못하도록 전열면에서 연속적으로 이탈시켜야 한다. 전열면의 미세 표면에서 생성된 얼음이 박리가 잘되는 부드러운 얼음(Frazil Ice)이 되도록 열교환에 의한 축열매체의 과냉각도를 일정 범위내로 안정화시켜 쉽게 이탈될 수 있도록 하여야 하며 이를 위하여 축열매체에 일정 이상의 유동에너지를 공급하면서 과냉각도의 상승을 방지할 수 있는 기구가 있어야 한다.Firstly, the ice maker should be continuously removed from the heat transfer surface to prevent the phase change of slurry particles from sticking to the heat transfer surface. The supercooling of the heat storage medium by heat exchange should be stabilized within a certain range so that the ice generated on the fine surface of the heat transfer surface becomes smooth ice (Frazil Ice) so that it can be easily released. There should be a mechanism to prevent the increase of supercooling while supplying energy.

또한 생성된 빙이 재결정에 의하여 경질의 입자화되지 못하도록 하여야 하며 이상 조건에 의하여 전열면에 경질의 얼음이 형성되었을 때 이를 처리할 수 있는 장치가 있어 전열관의 폐색을 막아야 한다. 기존의 휩로드 방식은 금속제 로드를 고속으로 선회운동시켜 튜브 내면과 로드가 얇은 축열매체의 막을 형성하였다가 파괴하면서 흘러내리도록 하고 있으며 스크루 스크래퍼 역시 비슷한 방식으로 연속적으로 긁어내리며 이탈시키고 있으며 진동식 역시 비슷한 기제에 의하여 안정적인 제빙을 이루려 하고 있다.In addition, the ice should not be hardened by recrystallization, and there should be a device that can handle the formation of hard ice on the heat transfer surface due to abnormal conditions. Conventional whip rods rotate metal rods at high speeds so that the inner surface of the tube and the rods form a thin layer of heat storage medium and flow down while destroying them. The screw scraper also scrapes and breaks in a similar manner in a continuous manner. It is trying to achieve stable ice making by the mechanism.

둘째로 생성된 아이스슬러리를 전열관 밖으로 보내어 제빙기 외부로 배출시킬 수 있어야 한다. 전열관 밖으로의 이송은 중력이나 펌프의 양정에 의하여 전열관 밖으로 보낼 수 있다. 휩로드 형에서는 중력에 의하여 흘러내리도록 하고 있으며 스크루 스크래퍼형에서는 제빙기 전단의 펌프의 양정에 의하여 축열매체가 강제로 압송되면서 여기에 슬러리가 함께 이송되고 스크루의 회전에 의하여 전열관 외부로 보내진다. 전열관에서 이송되어 배출실에 모인 아이스 슬러리와 수용액의 혼합액을 제빙기 밖으로 배출시키기 위해서 배출실에서 발생하는 유속저하에 의한 2상 분리에 의한 폐색 발생 문제를 중력 혹은 부력과 유속 및 배출실 형상을 적절하게 활용하여 해결하여야 한다.Secondly, the ice sludge produced should be sent out of the heat pipe and discharged outside the ice maker. Transfers out of the heat pipes can be sent out of the heat pipes by gravity or by pump heads. In the whip rod type, the flow is caused to flow down by gravity. In the screw scraper type, the heat storage medium is forcibly pushed by the pump of the pump in front of the ice maker, and the slurry is transferred together and sent to the outside of the heat pipe by the rotation of the screw. In order to discharge the mixed mixture of ice slurry and aqueous solution transferred from the heat transfer tube to the ice making machine out of the ice maker, the problem of clogging caused by the two-phase separation caused by the flow rate decrease in the discharge chamber is appropriately determined by gravity or buoyancy, flow rate and discharge chamber shape. It should be solved by utilizing.

물론 이 문제는 제빙기를 축열조의 상부에 위치하여 전열관에서 직접 축열조로 중력에 의하여 낙하시키게 되면 간단하게 처리되나 설치 공간상의 제약 또는 밀폐계통 순환을 위하여 제빙기에서 생성된 슬러리 아이스를 펌프로 이송시켜야 할 필요가 있는 경우에는 주요한 사항이 된다.Of course, this problem is solved simply by dropping the ice maker on top of the heat storage tank and dropping it directly from the heat pipe to the heat storage tank by gravity, but it is necessary to pump slurry ice produced in the ice maker to constrain the installation space or circulate the closed system. If there is a major issue.

슬러리 아이스는 축열매체보다 비중이 작아 일정 유속 이하에서는 분리되어 떠오르게 되며 이 경우 집적에 의한 폐색이 이루어지게 되고, 중력을 이용하여 흘러내리게 할 경우 이상 열교환 조건에 의한 점성 증가 시 배출이 힘들게 된다.Slurry ice has a specific gravity smaller than the heat storage medium, so that it floats under a certain flow rate. In this case, the blockage occurs due to accumulation, and when it flows down by gravity, it is difficult to discharge when the viscosity increases due to abnormal heat exchange conditions.

셋째 과제는 전열 효율의 개선에 의한 제빙기 크기를 최소화 하여야 한다는 점이다. 단관식 제빙기가 운전의 신뢰성에도 불구하고 보급되지 못한 것은 전열면적이 부족하고 전열 효율을 더 이상 상승시킬 수 없어 장비의 크기가 커서 경제적이지 못한 점 때문이다. 슬러리 아이스 제빙기는 일반적인 열교환기와 달리 축열매체와 일차 냉매의 대수평균 온도차(=온도구배)를 일정 범위 이상으로 할 수 없다. 일정 범위를 벗어나면 축열매체의 지나친 과냉각에 의한 운전의 안정성이 문제가 되기 때문에 온도 구배를 크게 할 수 없다. 또한 전열면적이 커질 경우 전열면을 스크래핑하는 동력이 커져야 하므로 전열 효율은 제빙기의 경제성을 좌우하는 중요 요소가 되며 이를 해결하기 위해서 냉매측의 열전달 계수와 축열매체 측 열전달 계수를 최대화 하여야 한다.The third problem is to minimize the size of ice makers by improving the heat transfer efficiency. The single tube ice maker has not been supplied despite the reliability of operation because of the lack of heat transfer area and no further increase in heat transfer efficiency. Unlike ordinary heat exchangers, slurry ice ice makers cannot have a logarithmic mean temperature difference (= temperature gradient) between the heat storage medium and the primary refrigerant above a certain range. If it is out of a certain range, the temperature gradient cannot be increased because the stability of the operation due to excessive supercooling of the heat storage medium becomes a problem. In addition, if the heat transfer area is large, the power to scrape the heat transfer surface must be increased. Therefore, the heat transfer efficiency is an important factor that determines the economics of the ice maker. To solve this problem, the heat transfer coefficient on the refrigerant side and the heat transfer coefficient on the heat storage medium must be maximized.

이를 위해서 냉매측의 냉매 유동을 개선하거나 가공 전열관을 사용하고 있으며 축열매체 측은 다양한 스크래핑에 의하여 열전달 계수를 높이고 있다. 이러한 기준에서 검토해 보면 휩로드 방식은 로드와 전열관 사이에 형성되는 얇은 축열매체의 막이 빠른 속도로 생성 소멸되면서 전열효율이 좋으나 생성된 슬러리 아이스를 중력에 의하여 흘러내리게 하여야 하므로 원하는 방향으로 이송시킬 수가 없다. 따라서 배출을 위해 정밀한 장치 및 제어 기구가 필요하다. 또한, 휩로드 방식에서는 선회운동 기구에 의해 로드에 동력을 전달하고 있어 동력 손실이 적고 전열면에 부분적으로 경질의 결정이 성장하여도 동력전달이 가능하며 중공 상태로 운전이 이루어져 제빙기의 동결 폐색이 지연되는 장점이 있으나 선회운동의 동력전달 접점에 부하가 집중되는 문제점을 가지고 있다.To this end, the refrigerant flow on the refrigerant side is improved or the processing heat pipe is used, and the heat storage medium side is increasing the heat transfer coefficient by various scrapings. Considered from these standards, the whip rod method has good heat transfer efficiency as the film of thin heat storage medium formed between the rod and the heat transfer tube is rapidly disappeared, but cannot be transported in the desired direction because the produced slurry ice must flow down by gravity. . Therefore, precise devices and control mechanisms are required for the discharge. In addition, in the whip rod method, power is transmitted to the rod by the swing motion mechanism, so the power loss is small, and even if the hard crystal grows partially on the heat transfer surface, the power can be transmitted and the operation is carried out in the hollow state, which freezes the ice maker. There is a delay, but there is a problem that the load is concentrated on the power transmission contact of the turning movement.

스크루 스크래퍼 방식은 과냉각을 해소하고 슬러리 아이스를 원하는 방향으로 이송시킬 수 있으나 휩로드 방식에 비해 전열효율은 떨어진다. 또한, 스크루 스크래퍼 방식은 플라스틱 기어에 의한 연속동력 전달로 비교적 단순하고 안정된 동력 전달 구조를 가지고 있으나 기어 치면이 축열매체에 직접 노출되어 이물질 유입에 의한 치면 손상 시 제빙기 전체가 정지하여 결빙되는 단점을 가지고 있으며 하부 배출실에서 부정기적으로 발생하는 집적에 의한 폐색을 정밀한 제어에 의하여 방지해야 한다.The screw scraper method can eliminate the supercooling and transfer the slurry ice in the desired direction, but the heat transfer efficiency is lower than that of the whip rod method. In addition, the screw scraper method has a relatively simple and stable power transmission structure due to continuous power transmission by plastic gears, but the gear tooth surface is directly exposed to the heat storage medium, and the entire ice maker stops and freezes when the tooth surface is damaged by the inflow of foreign substances. In addition, the blockage caused by irregular accumulation in the lower discharge chamber should be prevented by precise control.

두 방식 모두 전열관 내부에 스크래핑 기구를 갖고 있음으로써 단위 전열관의 내경이 커져야 하므로 높은 전열계수에도 불구하고 전열부의 크기가 커서 제빙기 단위 용량을 크게 하기 어렵게 되므로 전체적으로 장비의 크기가 커지게 된다.In both methods, the inner diameter of the unit heat pipe must be increased by having a scraping mechanism inside the heat pipe, so that despite the high heat transfer coefficient, the size of the heat transfer part is large, making the unit capacity of the ice maker difficult to increase.

슬러리 아이스 제빙기의 위와 같은 기술적 해결과제를 고려하여 초음파의 공동효과 및 제트스트리밍 형성 등에 의한 과냉각 해소, 전열 촉진, 표면 세정 효과를 이용하여 해결이 가능하다는 점에 착안하여 본 발명이 이루어졌다.The present invention has been made in consideration of the above-mentioned technical problems of the slurry ice ice maker, which can be solved by using supercooling, heat transfer promotion, and surface cleaning effects due to ultrasonic co-effects and jetstreaming.

따라서 본 발명의 목적은 전열효율이 보다 개선되고 슬러리 입자가 전열면에서 잘 분리되는 슬러리 아이스 제빙기를 제공하는 것이다.It is therefore an object of the present invention to provide a slurry ice ice maker in which the heat transfer efficiency is further improved and the slurry particles are well separated from the heat transfer surface.

본 발명의 다른 목적은 생성된 슬러리 아이스의 이송 및 배출이 안정적으로 이루어지는 슬러리 아이스 제빙기를 제공하는 것이다.It is another object of the present invention to provide a slurry ice ice maker in which the transport and discharge of the resulting slurry ice is made stable.

본 발명의 또 다른 목적은 제빙기의 크기를 최소화할 수 있는 구조를 제공하는 것이다.Still another object of the present invention is to provide a structure capable of minimizing the size of an ice maker.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제빙시스템에서 슬러리 아이스 제빙 장치의 주변의 냉매 및 축열매체의 순환계통도1 is a circulation system diagram of a refrigerant and a heat storage medium around a slurry ice ice making device in an ice making system according to an embodiment of the present invention.

도 2는 도1에 도시한 시스템에 사용될 수 있 입형 제빙 장치의 상세도.FIG. 2 is a detailed view of a standing ice maker that may be used in the system shown in FIG.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제빙시스템에서 브라인을 이용할 경우의 순환계통도3 is a circulation diagram when using brine in an ice making system according to another embodiment of the present invention.

도 4는 축열매체 유입실의 일예를 도시한 도면4 is a view showing an example of a heat storage medium inlet chamber

10 : 제빙기 20 : 열교환부10 ice maker 20 heat exchanger

21a:지지 플레이트 상 21b: 지지 플레이트 하21a: On support plate 21b: On support plate

22 : 전열관22: heat pipe

23a, 23b : 냉매 유동 안내판 상하23a, 23b: Refrigerant flow guide plate up and down

24 : 냉매 유입구 25 : 냉매 배출구24: refrigerant inlet 25: refrigerant outlet

30 : 유입실 31 : 유입구30: inlet chamber 31: inlet

32 : 분배 장치 33 : 압력센서32: distribution device 33: pressure sensor

40 : 배출실 41 : 경사판40: discharge chamber 41: inclined plate

42 : 배출구 43 : 온도 센서42 outlet 43 temperature sensor

44 : 플로우 스위치 50 : 진동 유닛44: flow switch 50: vibration unit

51 : 발진기 52 : 진동판51: oscillator 52: diaphragm

53 : 진동자 54 : 진동자 덮개53: vibrator 54: vibrator cover

60 : 저압 수액기 61 : 팽창 장치60: low pressure receiver 61: expansion device

62 : 증발압력 조절 장치 63 : 레벨 센서62: evaporation pressure control device 63: level sensor

70 : 냉동기 71 : 바이패스 밸브70: freezer 71: bypass valve

73a : 공급 차단 밸브 73b : 바이패스 밸브73a: supply shutoff valve 73b: bypass valve

74 : 브라인 펌프74: brine pump

본 발명은 동적 축냉시스템 및 특수 냉각 장치에 사용되는 아이스 슬러리(유동성 빙)의 새로운 제조방법과 관련된 것으로 쉘 튜브 열교환기의 쉘측에 1차 냉매(냉매)또는 2차 냉매(브라인)를 순환시키며, 동시에 전열튜브 내측에 축열매체가 하부에서 상부로 혹은 수평으로 막힘없이 흐르면서 전열튜브 외측(=쉘측)의 냉매와 열교환에 의하여 부분적인 상변화를 하여 아이스 슬러리를 형성하도록 한 장치이다. 이 때 축열매체가 전열관 내부에서 상변화를 하면서 전열튜브 내측에 고착하지 못하도록 전열면의 열유속(heat flow)을 일정 수준 이하로 유지하는 장치를 통해 전열튜브 내 벽면에 부착하려는 힘을 일정 수준 이하로 관리 하면서 이 힘 이상의 부착 억제력을 초음파의 진동 에너지 형태로 축열매체에 공급하면 슬러리 아이스가 전열면에 붙지 않고 연속적으로 생성되며, 생성되어 전열면에서 분리된 얼음 입자가 다시 튜브 내벽 면에 붙지 못하도록 축열매체를 일정 유속 이상으로 이송시키면 안정적으로 튜브 외부로 배출 시킬 수 있다. 이때 얼음 입자의 밀도차에 의한 부력을 이용하거나 축열매체에 약간의 빙결 억제제 또는 계면 활성제를 투여하면 더욱 확실한 결과를 얻을 수 있다. 튜브에서 배출된 아이스 슬러리와 축열매체는 쉘의 상부 혹은 측면 부에 위치한 수실(water chamber or water box)로 모아지며 여기서 외부 배관으로 배출되어 축열조나 부하측으로 공급되어 저장되거나 직접 이용된다.The present invention relates to a novel process for producing ice slurry (fluidic ice) used in dynamic refrigerating systems and special cooling devices, and circulates a primary refrigerant (refrigerant) or a secondary refrigerant (brain) on the shell side of a shell tube heat exchanger, At the same time, the heat storage medium flows without blocking from the bottom to the top or horizontally inside the heat transfer tube, thereby partially changing the phase by heat exchange with the refrigerant outside the heat transfer tube (= shell side) to form an ice slurry. At this time, the force to attach to the wall surface of the heat transfer tube is below a certain level through a device that maintains the heat flow of the heat transfer surface below a certain level so that the heat storage medium does not adhere to the inside of the heat transfer tube while changing phase inside the heat transfer tube. If you supply more than this force to the heat storage medium in the form of ultrasonic vibration energy during the management, the slurry ice is continuously generated without adhering to the heat transfer surface, and the heat generated to prevent the ice particles separated from the heat transfer surface from sticking to the inner wall of the tube again. If the medium is transported above a certain flow rate, it can be stably discharged out of the tube. At this time, by using buoyancy due to the density difference of the ice particles or administering some freezing inhibitor or surfactant to the heat storage medium, more reliable results can be obtained. The ice slurry and the heat storage medium discharged from the tube are collected in a water chamber or water box located at the upper or side portion of the shell, which is discharged to an external pipe and supplied to the heat storage tank or the load side, and stored or directly used.

한편 축열매체에 직접 혹은 간접 전달된 초음파에 의하여 축열매체에서는 많은 공동과 제트스트리밍이 발생하므로 축열매체와 전열관 사이의 전열이 촉진되고 또한 초음파의 진동에너지는 전열관 외부까지 전달되어 냉매측에 전달되므로 냉매측 열전달도 촉진시킴으로써 전체적인 열전달 계수를 크게 증대 시키며, 빙점 이하로 온도가 낮아진 축열매체는 초음파에 의하여 과냉각도가 적은 상태에서 과냉각이 해소되어 미세한 입자의 부드러운 얼음(frazil ice)을 생성하며 과냉각도를 안정적으로 적게 유지함으로써 안정적인 제빙이 이루어지게 한다.On the other hand, since many cavities and jet streams are generated in the heat storage medium by the ultrasonic waves directly or indirectly transmitted to the heat storage medium, heat transfer between the heat storage medium and the heat transfer pipe is promoted, and the vibration energy of the ultrasonic wave is transferred to the outside of the heat transfer pipe and transferred to the refrigerant side. By promoting the side heat transfer, the overall heat transfer coefficient is greatly increased, and the heat storage medium whose temperature is lowered below the freezing point is eliminated by the ultrasonic undercooling, so that the supercooling is eliminated, so that fine ice of fine particles is generated and the supercooling degree is increased. By keeping it stable and low, it makes stable ice making.

초음파는 여러 가지 특성을 갖고 있어서 광범위하게 이용되고 있다. 이러한 초음파의 특성 중 유체 매질 중에서의 공동 효과 및 제트스트리밍 생성에 의한 열전달 촉진(주1) 및 고상 변화 시의 과냉각 억제 효과, 서로 다른 매질 경계면에서의 표면세정 효과 등은 초음파가 아이스 슬러리의 제조 장치에 적용될 수 있는 기초를 이룬다.Ultrasonic waves have various characteristics and are widely used. Among the characteristics of the ultrasonic wave, the cavity effect in the fluid medium, the heat transfer promotion (1) by the generation of jet streams, the supercooling inhibiting effect during the solid phase change, the surface cleaning effect at different media interfaces, etc. Forms the basis that can be applied to.

이러한 특성의 일부를 활용하여 물의 과냉각 현상을 이용한 아이스 슬러리제빙기의 출구에 설치하여 과냉각을 해소하는 장치로 활용되고 있다. 또 이 장치에 연구 과정에서 초음파에 의한 부착 억제 효과가 입증되기도 하였으나(주2) 초음파의 진동 에너지를 직접 제빙기의 제빙 과정에서 얼음이 부착하지 못하도록 하는 용도로 사용된 예는 없었다.By utilizing some of these characteristics, it is installed at the outlet of the ice slurry ice maker using the supercooling phenomenon of water, and is used as a device to solve the supercooling. In addition, although the effect of inhibiting adhesion by ultrasonic waves has been demonstrated in the research process (Note 2), there has been no use of ultrasonic vibration energy to prevent ice from attaching directly to ice makers.

아이스 슬러리 제빙기에서 연속적으로 생산하기 위해서 기술적으로 해결해야 하는 과제는 여러 가지가 있으나 그 중 전열면을 연속적으로 긁어대는 스크래퍼형 제빙 방식을 포함하여 고상의 전열면을 갖고 전열면에서 열교환에 의하여 얼음을 직접 생산하는 제빙 장치에 있어서는 무엇보다도 전열면에서 생성된 아이스 슬러리가 부착하지 못하게 하는 것이 매우 중요하며 그 다음으로 이탈된 빙이 다시 전열면에 붙지 못하도록 전열관 및 제빙기 외부로 배출 시켜야 하는 과제가 중요하다.There are a number of technical problems to be solved in order to continuously produce in ice slurry ice maker, but among them, there is a scraper-type ice making method that scrapes the heating surface continuously. It is very important to prevent the ice slurry produced on the heat transfer surface from sticking to the ice making device that is produced directly, and then to discharge the ice to the outside of the heat pipe and the ice maker to prevent the detached ice from sticking back to the heat transfer surface. .

전열면에서 연속적으로 빙을 형성하기 위해서는 전열에 의하여 에너지를 빼앗긴 물 분자가 전열면에 부착하려는 힘 이상의 부착 억제력이 전열면 전체에서 유지되어야 한다. 이를 위해서는 열 유속이 커지면 얼음의 부착력이 커지므로(주3) 전열면의 열유속을 일정 범위 이내로 제한하여야 하며 전열면의 임계표면 장력이 적은 재질을 사용하거나, 첨가제를 투여하거나 미생물을 이용하는 등의 방법을 통하여 부착력을 최소화 하여야 한다.In order to continuously form ice on the heat transfer surface, the adhesion inhibitory force of water molecules deprived of energy by the heat transfer to the heat transfer surface must be maintained throughout the heat transfer surface. To this end, the greater the heat flux, the greater the adhesion of ice (Note 3). Therefore, the heat flux of the heat transfer surface should be limited within a certain range, and materials such as critical surface tension of the heat transfer surface may be used, additives may be used, or microorganisms may be used. The adhesion should be minimized through

동시에 상변화 시의 과냉각도를 제한하여 생성된 얼음이 박리가 잘되는 부드러운 상태를 유지하도록 요구된다.At the same time, it is required to limit the degree of supercooling at the time of phase change, so that the ice produced is kept in a smooth state with good peeling.

또 전열면 전체의 전열 조건이 최대한 균일한 조건이 되도록 해야 한다. 이를 위하여 축열매체에 충분한 유동량이 있어야 하며 유동이 균일하게 이루어지도록하는 수단이 요구된다.In addition, the heat transfer conditions of the entire heat transfer surface should be as uniform as possible. For this purpose, there must be sufficient flow amount in the heat storage medium, and a means for ensuring the flow is uniform is required.

이러한 조건이 갖추어진 상태에서 얼음을 전열면으로부터 분리시키는 힘이 부착력보다 큰 조건을 연속적으로 유지하면 안정적으로 슬러리 아이스를 전열면에서 얻을 수 있게 된다.In such a condition, when the ice separating the ice from the heat transfer surface is continuously maintained in a condition where the force greater than the adhesion force, the slurry ice can be stably obtained from the heat transfer surface.

본 발명의 초음파를 이용한 슬러리 아이스 제빙 장치에는 이러한 제빙 과정의 안정적인 제빙을 위하여 몇 가지 구성 요소를 갖고 있다. 우선 첫째로 전열면의 열유속을 일정 수준 이하로 유지하기 위한 장치를 갖고 있다.The slurry ice ice making apparatus using ultrasonic waves of the present invention has several components for the stable ice making of the ice making process. First, it has a device for maintaining the heat flux of the heat transfer surface below a certain level.

도 1은 1차 냉매와의 열교환에 의하여 슬러리 아이스를 생성할 경우의 제빙 장치 주변 계통도이며, 도2는 제빙 장치의 상세도이다. 도2에서는 내장된 부분(예를 들면 22, 23, 53으로 지시된 부분)도 실선으로 도시하고 있으나 당업자라면 이러한 부분들이 안쪽에 내장되어 있는 것임을 쉽게 이해할 수 있을 것이다.1 is a schematic diagram of an ice making apparatus peripheral system when slurry ice is produced by heat exchange with a primary refrigerant, and FIG. 2 is a detailed view of the ice making apparatus. In FIG. 2, embedded parts (for example, parts indicated by 22, 23, and 53) are also shown by a solid line, but those skilled in the art can easily understand that these parts are embedded inside.

도 1 및 도2를 참조하면 축열조 또는 부하 장비로부터 공급되는 수용액(축열매체라고도 함)은 펌프로 제빙기(10)로 유입된다. 제빙기의 유입관(31)을 통해 유입실(30)로 유입되며 다수의 전열관(22)(도2에서는 하나만 예시적으로 도시됨)을 통과하여 배출실(40)에 도달하고 배출관(42)을 통해 배출되어 축열조나 부하측으로 이송된다.1 and 2, an aqueous solution (also called a heat storage medium) supplied from a heat storage tank or a load device is introduced into the ice maker 10 by a pump. It enters the inlet chamber 30 through the inlet pipe 31 of the ice maker, passes through a plurality of heat pipes 22 (only one illustrated in FIG. 2) to reach the discharge chamber 40 and discharges the discharge pipe 42. It is discharged through and transferred to heat storage tank or load side.

한편 압축기에서 압축하여 냉각된 고압의 액냉매는 팽창 장치(61)를 통과하여 저압의 액냉매가 되어 제빙장치의 열교환부(20)하부 쉘측으로 유입되며 낮은 압력이 유지되는 쉘측에서 증발하면서 전열관(22)내부를 지나는 수용액으로부터 열을 흡수함으로써 수용액의 일부를 상변화시켜 제빙을 하게 된다.On the other hand, the high-pressure liquid refrigerant cooled by the compressor passes through the expansion device 61 to become a low-pressure liquid refrigerant to enter the lower shell side of the heat exchange unit 20 of the ice making device, and evaporate from the shell side where the low pressure is maintained. 22) By absorbing heat from the aqueous solution passing through the inside, the part of the aqueous solution is changed to make ice.

쉘측 하부로 들어온 액냉매는 액냉매의 전열부 내부의 균일 분포를 위하여 설치한 상하부의 냉매 유동 안내판(23a,23b)에 의하여 전열부 전체에 냉매를 분산하여 전열효율을 유지하게 하며 전열관으로부터 열을 흡수하여 증발한 냉매가스와 미처 증발하지 못한 액냉매 및 오일이 뒤섞여 냉매 배출구(25)를 통해 저압 수액기(60)로 유입된다.The liquid refrigerant entering the shell side is dispersed by the upper and lower refrigerant flow guide plates 23a and 23b installed for uniform distribution in the heat transfer part of the liquid refrigerant to maintain the heat transfer efficiency and heat is transferred from the heat transfer pipe. The refrigerant gas absorbed and evaporated and the liquid refrigerant and the oil which do not evaporate are mixed and introduced into the low pressure receiver 60 through the refrigerant outlet 25.

저압 수액기에 유입된 냉매가스와 액냉매 및 오일 등은 저압수액기에서 속도차에 의하여 가스와 액 및 오일로 분리되며 액냉매와 오일은 별도로 마련된 열교환부 하부의 냉매환수구를 통하여 쉘측에 다시 공급되어 팽창장치(61)를 통해 유입된 냉매와 혼합되어 증발 및 분리의 과정을 반복하면서 냉매가스는 압축기로 흡입된다. 이 때 증발하지 않는 오일을 회수하기 위한 별도의 장치(도시되지 않음)도 마련된다.The refrigerant gas, liquid refrigerant and oil introduced into the low pressure receiver are separated into gas, liquid and oil by the speed difference in the low pressure receiver, and the liquid refrigerant and oil are supplied back to the shell through the refrigerant return port under the heat exchanger. The refrigerant gas is mixed with the refrigerant introduced through the expansion device 61, and the refrigerant gas is sucked into the compressor while repeating the process of evaporation and separation. A separate device (not shown) is also provided for recovering oil that does not evaporate at this time.

본 실시예의 특징 중 하나는 저압 수액기(60)를 이용하여 만액식의 냉매 공급을 통하여 열전달 조건을 안정화하고 증발압력 조절 장치(62)를 이용하여 증발기 내의 증발 압력을 일정 수준으로 유지함으로써 증발 온도를 안정시켜 열유속이 일정 범위를 넘어가지 않도록 해야 한다는 것이다. 물론, 열유속을 낮게 유지하는데 충분한 개수의 전열관이 마련된다. 보다 바람직한 경우로 냉동 시스템에 사용하는 압축기를 흡입압력에 의한 용량 조절이 가능한 기종으로 사용할 경우 최적의 조건을 형성할 수 있다.One of the features of the present embodiment is to stabilize the heat transfer condition through the supply of a full liquid refrigerant by using the low pressure receiver 60, and the evaporation temperature by maintaining the evaporation pressure in the evaporator at a constant level using the evaporation pressure control device 62 It should be stabilized so that heat flux does not exceed a certain range. Of course, a sufficient number of heat transfer tubes are provided to keep the heat flux low. In a more preferred case, when the compressor used in the refrigeration system is used as a model capable of volume control by suction pressure, optimal conditions can be formed.

도3은 본 발명의 실시예에 따른 시스템으로 도시한 것으로서 2차 냉매인 브라인과의 열교환에 의하여 슬러리 아이스를 생성할 경우의 제빙 장치 주변 계통도이다.3 is a schematic diagram of a system around an ice making apparatus when slurry ice is generated by heat exchange with a brine, which is a secondary refrigerant, as a system according to an exemplary embodiment of the present invention.

이 경우에 브라인 온도를 일정하게 유지하는 장치를 제빙기측 또는 배관계통에 설치하는 것 보다는 브라인 생산 장치 즉 냉동기(70)에 장치하는 것이 바람직하며 제빙기 주변에는 일정 온도 이하의 브라인이 제빙 장치에 공급되지 못하도록 하는 장치(73a,73b) 혹은 일정 온도 이하의 브라인이 공급될 경우 온도가 높은 브라인을 일부 혼합하여 온도를 낮게 유지하는 장치(71)가 필요하며, 도 3은 이러한 장치들이 구성된 바람직한 실시예의 경우의 계통도이다. 도3의 실시예에서 사용하는 제빙장치(10')는 도2에 도시한 장치와 거의 유사하다. 브라인을 사용할 경우에는 냉매 유동 안내판으로서 수평 배플이 지그재그 형태로 다수가 배치된다.In this case, a device for maintaining the brine temperature is preferably installed in the brine production apparatus, that is, the refrigerator 70, rather than being installed on the ice maker side or in the piping system.Brines below a predetermined temperature are not supplied to the ice maker around the ice maker. If a device 73a, 73b or a brine of a certain temperature or less is supplied, a device 71 for maintaining a low temperature by mixing some high temperature brine is required, and FIG. 3 is a preferred embodiment in which such devices are configured. It is a schematic diagram of. The ice making apparatus 10 'used in the embodiment of FIG. 3 is almost similar to the apparatus shown in FIG. When using brine, a plurality of horizontal baffles are arranged in a zigzag form as a refrigerant flow guide plate.

도4는 초음파 진동자 유닛(53)을 부착한 일예의 유입실(30)의 상세도이다. 유입구(31)를 통하여 유입실에 들어온 축열매체(수용액)는 분배 장치(32)를 통하여 유입실에 분사되어 유입실 전체에 균등하게 분배되며 유입실에 하부 지지플레이트(21b)를 관통하여 연결된 전열관(22) 하부로 균등하게 나뉘어져 공급된다.4 is a detailed view of an inflow chamber 30 in which an ultrasonic vibrator unit 53 is attached. The heat storage medium (aqueous solution) introduced into the inlet chamber through the inlet 31 is sprayed to the inlet chamber through the distribution device 32 and is evenly distributed throughout the inlet chamber, and is connected to the inlet chamber through the lower support plate 21b. (22) Evenly divided into the lower part is supplied.

유입실에 연결되거나 유입실 내부에 설치된 진동자 유닛(53)은 진동판(52)에 의해 수실과 구분되는 공간에 위치하며 진동자(53)는 진동판(52)에 밀착 결합되어 진동을 전달하게 된다. 진동판의 재질은 축열매체에 대하여 내식성을 갖는 재질을 사용하여 진동판의 부식에 의한 파손이 발생하지 않을 것이 요청된다. 진동자는 진동판과 진동자 덮개(54)로 밀폐되어 결로 혹은 축열매체의 유입에 의한 수분이 침투하지 않도록 하는 구조로 제작되어야 한다.The vibrator unit 53 connected to the inflow chamber or installed in the inflow chamber is located in a space separated from the water chamber by the diaphragm 52, and the vibrator 53 is tightly coupled to the diaphragm 52 to transmit vibration. As the material of the diaphragm is a material having corrosion resistance to the heat storage medium, it is required that no damage caused by corrosion of the diaphragm occurs. The vibrator should be manufactured in a structure that is sealed by the diaphragm and the vibrator cover 54 so that moisture due to condensation or heat storage medium does not penetrate.

두 번째로 전열관(22)의 재질을 얼음의 부착력이 적은 재질을 사용 한다. 얼음의 부착력이 적은 재질로 알려진 것에는 동 및 염화 비닐. 실리콘 등이 있다. 또 다른 경우로 표면 피막 처리를 한 전열관을 사용할 수 있다. 어느 경우든 전열 과정에서 빙 부착력이 적어야 하며 초음파에 의한 재질의 파괴나 변형이 있어서는 안 된다.Secondly, the material of the heat transfer pipe 22 is made of a material having less adhesion of ice. Copper and vinyl chloride are known as materials with low adhesion to ice. Silicon and the like. In another case, a heat transfer tube with a surface coating can be used. In any case, the ice adhesion should be low during the heat transfer and there should be no breakage or deformation of the material by ultrasonic waves.

세 번째로 본 발명에서는 상대적으로 열유속이 큰 조건에서도 부착력을 최대한 억제하면서 슬러리 아이스를 생성하기 위해서 수용액에 유기물 또는 무기물의 첨가제를 사용할 수 있다. 슬러리 아이스 생성 과정에서 첨가제가 어떠한 역할을 하는가에 대하여 상세하게 밝혀지지는 않았으나 지금까지 밝혀진 바에 의하면 첨가제를 사용할 경우 슬러리 아이스 형성 과정에서 열교환기의 온도 구배를 크게 하여 열교환기 크기를 줄일 수 있으며 생성된 슬러리 아이스의 재결정을 지연시키고, 유동성을 증가시켜 제빙과정을 안정화 시키는 것으로 밝혀졌다.Thirdly, in the present invention, an additive of an organic or inorganic substance may be used in an aqueous solution to generate slurry ice while suppressing adhesion as much as possible even under relatively high heat flux. The role of additives in the process of producing slurry ice has not been revealed in detail, but it has been found that additives can be used to reduce the size of heat exchanger by increasing the temperature gradient of the heat exchanger during slurry ice formation. It has been found to delay the recrystallization of the slurry ice and to stabilize the ice making process by increasing the fluidity.

본 발명에서도 첨가제의 사용으로 동일한 효과를 얻을 수 있으며 첨가제의 사용으로 초음파의 강도를 줄이는 것도 가능하게 된다. 물론 첨가제를 사용하지 않고도 제빙이 가능하나 경제적인 문제에서 첨가제의 사용으로 장비의 크기를 줄일 수 있으며 일차 냉매와 열교환을 통하여 슬러리 아이스를 얻을 경우(도1의 실시 경우) 운전 효율의 상승효과를 얻을 수 있다.In the present invention, the same effect can be obtained by using an additive, and it is also possible to reduce the intensity of the ultrasonic wave by using the additive. Of course, it is possible to make ice without using additives, but in economic problems, it is possible to reduce the size of the equipment by using additives and to obtain a synergistic effect of operating efficiency when slurry ice is obtained through heat exchange with primary refrigerant (in case of FIG. 1). Can be.

네 번째로 본 발명에서 초음파를 이용하여 전열면에 얼음이 부착하지 못하도록 한다. 초음파는 서로 다른 매질의 경계층을 통과하여 전달될 때 경계면을 깨끗하게 세정하는 효과가 있는 것으로 알려져 있으며 이러한 특성을 이용하여 세척 장치, 스케일 방지 장치 등에 사용하고 있다. 또한 전술한 바와 같이 과냉각수를 이용한 슬러리 아이스 제빙 장치 개발 과정에서도 초음파가 생성된 얼음이 벽면에 붙지 못하도록 하는 효과가 있다.Fourthly, in the present invention, ice is prevented from adhering to the heat transfer surface using ultrasonic waves. Ultrasound is known to have an effect of cleaning the interface cleanly when it passes through the boundary layer of different media, and it is used for a cleaning device, an anti-scale device, and the like by using this property. In addition, as described above, in the process of developing a slurry ice deicing device using subcooled water, there is an effect of preventing the ultrasonic waves from adhering to the wall.

본 발명에서 초음파 진동자는 유입실(30)에 설치하거나 유입실(30)에 연결되도록 설치하여 유입되는 수용액에 진동에너지를 공급하고 이 진동이 전열관(22) 내부 전체에 도달하도록 하였다. 진동자(53)는 진동판(52)을 경계로 수용액과 직접 접촉을 차단하면서도 진동에너지가 전달되도록 하였으며 진동이 제빙기 본체에 흡수되는 것을 억제하기 위하여 최소 면적만이 본체에 연결되도록 하는 구조로 제작하였다.In the present invention, the ultrasonic vibrator is installed in the inlet chamber 30 or installed so as to be connected to the inlet chamber 30 to supply the vibration energy to the aqueous solution to be introduced, so that the vibration reaches the entire heat pipe 22 inside. The vibrator 53 was designed to allow the vibration energy to be transmitted while blocking direct contact with the aqueous solution at the boundary of the diaphragm 52 and to connect only the minimum area to the main body in order to suppress the vibration from being absorbed by the ice maker main body.

진동자는 비교적 장파에 속하는 28kHz ~ 68kHz주파수의 진동자를 사용하는 것이 좋다. 또한, 최대 강도 시 수용액 내부에서 공동현상이 발생하도록 진동자의 수량을 조정하는 것이 바람직하다.It is recommended to use a vibrator with a frequency of 28 kHz to 68 kHz, which belongs to a relatively long wave. In addition, it is preferable to adjust the quantity of the vibrator so that the cavitation occurs inside the aqueous solution at the maximum strength.

초음파에 의하여 얼음을 전열면에서 분리하는 과정에서 보다 복잡한 기제가 작용한다. 전열관(22)의 전열면에서 냉각에 의하여 빙점이하로 과냉각된 물 혹은 수용액은 초음파의 공동 효과 등에 의하여 과냉각 상태가 해소됨으로써 상변화를 하며 생성된 얼음 입자는 이후의 다른 물분자들의 상변화 과정의 핵으로써 작용함으로써 적은 과냉각 상태에서 상변화가 이루어지도록 한다.More complex mechanisms work in the process of separating ice from the heat transfer surface by ultrasonic waves. The water or aqueous solution supercooled below the freezing point by cooling on the heat transfer surface of the heat transfer tube 22 undergoes phase change by eliminating the supercooling state by the co-effect of ultrasonic wave, etc., and the generated ice particles are subjected to the phase change process of other water molecules. By acting as a nucleus, the phase changes occur in a lesser subcooled state.

이 경우 생성된 얼음이 쉽게 분리되는 특성을 지닌 경사진 수지상 얼음이 생성되어 전열면에 부착력이 매우 적게 된다. 결과적으로 초음파에 의한 박리가 쉽게 이루어지게 된다. 이 결과를 종합하면 제빙 초기에는 초음파의 강도를 세게 하여야 하나 안정된 제빙이 이루어지는 상태가 되면 초음파의 강도를 줄일 수 있다.In this case, inclined dendritic ice, which has a characteristic of easily separating the generated ice, is generated, and the adhesion to the heat transfer surface is very low. As a result, peeling by ultrasonic waves is easily performed. In conclusion, the intensity of the ultrasonic wave should be increased at the initial stage of ice making, but the intensity of the ultrasonic wave can be reduced when the stable ice making is achieved.

일면에서 초음파는 과냉각 상태를 조기에 해소하여 과냉각도를 줄이며 과냉각도가 적은 상태에서 상변화가 이루어지게 함으로써 빙 부착력을 줄여 박리를 위한 에너지를 줄일 수 있게 되는 것이다. 이로써 초음파는 슬러리 아이스의 제빙이 안정적으로 이루어지도록 한다.In one aspect, the ultrasonic waves can reduce the energy for peeling by reducing the ice adhesion force by eliminating the supercooling state early to reduce the supercooling degree and to allow the phase change to be made in a state of low subcooling. As a result, the ultrasonic wave makes the ice of the slurry ice stable.

상변화된 슬러리 아이스와 수용액은 일정 범위의 유속이상으로 전열관 내부를 통과해야 한다. 이 때 충분한 전열면적을 확보 하며 유속이 증가하려면 전열관의 높이 혹은 길이가 제한된 상황에서는 전열관이 관경이 작아져야 하나 이럴 경우 이상 과냉각에 의한 관내 동결의 우려가 커지게 되므로 전열관 내부의 유속은 일정 범위내로 제한된다.Phase-change slurry ices and aqueous solutions must pass through the heat pipes over a range of flow rates. In this case, in order to secure sufficient heat transfer area and increase the flow rate, the tube diameter should be reduced in the situation where the height or length of the heat transfer tube is limited, but in this case, the risk of freezing in the tube due to abnormal supercooling increases, so the flow rate inside the heat transfer tube is within a certain range. Limited.

또한 상변화를 한 물 분자가 전열면에 다시 부착하지 않도록 하기 위해서나 전열면에서 축열매체의 유동이 부족함으로써 과냉각도가 커지지 않도록 하기 위해서는 일정 범위 이상의 유속이 필요하다. 바람직하기로는 난류의 영역인 0.25m/s 이상의 유속이 이루어지는 것이 좋으며 최대 속도가 1.5m/s 이하가 되도록 하여 전열관 내부에서 순간적인 과냉각 현상에 의한 폐색이 방지되도록 하는 것이 좋다.In addition, in order to prevent re-attachment of water molecules that have undergone phase change to the heat transfer surface, or to prevent the supercooling degree from increasing due to the lack of flow of the heat storage medium on the heat transfer surface, a flow rate of more than a predetermined range is required. Preferably, a flow rate of 0.25 m / s or more, which is an area of turbulent flow, is preferably made, and the maximum speed is 1.5 m / s or less to prevent blockage due to instantaneous supercooling in the heat pipe.

그러나 이러한 운전 조건은 외부적 혹은 내부적인 비정상 조건에 의하여 교란될 수 있으므로 제빙 장치는 이러한 이상 발생 시 기계적인 파괴나 이상의 확대 현상이 발생하지 않도록 안전장치를 갖추는 것이 좋다.However, since these operating conditions may be disturbed by external or internal abnormal conditions, the ice making device should be equipped with a safety device so that mechanical breakdown or abnormal expansion does not occur when such an abnormality occurs.

슬러리 아이스 제빙 장치에서 일어나는 이상 현상으로는 전열관(22) 내부의 빙 부착현상(관내동결)과 생성된 빙이 제빙장치 밖으로 배출되지 못하고배출실(10) 및 전열관(22) 내부에서 뭉쳐 발생하는 집적에 의한 폐색현상이 대표적인 것으로 제빙 장치는 반드시 이에 대한 안전장치를 구비하는 것이 바람직하다.Anomalies occurring in the slurry ice deicing device include ice sticking (in-tube freezing) inside the heat transfer pipe 22 and accumulated ice that is formed in the discharge chamber 10 and the heat transfer pipe 22 without being discharged out of the ice maker. Occlusion is a typical phenomenon, it is preferable that the ice making apparatus is provided with a safety device for this.

본 발명의 제빙 시스템에서는 이러한 안전장치로 수용액 순환 배관의 제빙기의 전단에 미세 압력 변화를 감지할 수 있는 압력센서(33)와 제빙기 전단 혹은 후단 수용액 순환 배관에 플로우 스위치(또는 플로우 센서)(44)를 설치하여 흐름의 이상을 감지하도록 하였으며, 제빙기 후단의 수용액 온도를 정밀하게 감지하는 온도센서(43)를 설치하여 과냉각이 일정온도 범위를 벗어나는 경우에 이를 감지하도록 하였다.In the ice making system of the present invention, such a safety device is a pressure sensor 33 capable of detecting a micro pressure change in the front end of the ice machine of the aqueous solution circulation pipe and a flow switch (or flow sensor) 44 in the front or back end aqueous solution circulation pipe of the ice maker. It was installed to detect the abnormality of the flow, by installing a temperature sensor 43 for accurately detecting the temperature of the aqueous solution of the ice maker rear end to detect this when the supercooling is out of a certain temperature range.

이상이 감지되는 각각의 경우에 냉동기의 정지 또는 브라인 공급 차단장치(73a,73b)를 작동하여 냉매 공급을 차단하고 초음파의 강도를 증가하면서 수용액의 순환을 일정시간 유지하여 폐색 및 관내동결이 해소되도록 하였으며 이상 조건이 해소되고 일정 시간(예를 들면, 5~30분)이 경과하면 자동적으로 정상 제빙운전으로 복귀하도록 하였다.In each case where abnormality is detected, stop the refrigeration supply or operate the brine supply cut-off device (73a, 73b) to shut off the refrigerant supply and maintain the circulation of the aqueous solution for a certain time while increasing the intensity of the ultrasonic wave so as to eliminate the blockage and tube freezing. When the condition was resolved and a certain time (for example, 5 to 30 minutes) elapsed, the automatic return to the normal ice making operation was performed.

제빙 장치에 있어서 열교환 및 전열면의 조건을 전열관 전체에 균등하게 하는 것은 실제적인 제빙 장치 제작에서 중요한 요소 중의 하나이다. 부분적으로 열교환이 집중되거나 열교환이 제대로 이루어지지 않는 면이 발생하면 전체적인 전열 효율이 저하될 뿐만 아니라 집중된 곳에서 빙 부착이 없도록 큰 초음파의 강도가 필요하게 되며 이는 초음파의 전체적 강도를 지나치게 크게 설계해야 하는 결과를 가져올 수 있다.In the ice making apparatus, equalizing heat exchange and heat transfer surface conditions to the entire heat pipe is one of the important factors in the actual ice making apparatus. If the heat exchange is partially concentrated or the surface where heat exchange is not performed properly, not only the overall heat transfer efficiency is lowered, but also the large intensity of the ultrasonic wave is required so that there is no ice adhesion in the concentrated place. You can get results.

본 발명에서는 열교환 장치의 구조를 이에 적합한 구조로 만들기 위하여 수용액의 전열관에서의 균등한 분배를 위하여 유입실(30)을 하부에 위치하도록 하였고, 유입구를 통해 유입된 수용액이 각 전열관에 균등하게 분배될 수 있도록 유입구에 분배장치(32)가 구비된다. 하부 유입실(30)과 상부의 배출실(40)의 사이에서 적정의 압력 강하가 유지되도록 전열관의 내경이 조정(예를 들면, 12 mm 내지 19 mm)된다. 이로서 적정 유속이 균일하게 유지되었다.In the present invention, in order to make the structure of the heat exchanger device suitable for this structure, the inlet chamber 30 is positioned at the bottom for an even distribution in the heat transfer tube of the aqueous solution, and the aqueous solution introduced through the inlet is equally distributed to each heat transfer tube. Dispensing device 32 is provided at the inlet so that it can be. The inner diameter of the heat transfer pipe is adjusted (eg, 12 mm to 19 mm) so that a proper pressure drop is maintained between the lower inlet chamber 30 and the upper discharge chamber 40. This kept the proper flow rate uniform.

또한 냉매 측 열전달 조건을 균등화하기 위하여 수직 혹은 수평의 냉매 유동 안내판(23a,23b) 또는 배플이 냉매의 물리적, 열역학적 특성에 부합하도록 적절하게 사용된다.In addition, in order to equalize the refrigerant-side heat transfer conditions, vertical or horizontal refrigerant flow guide plates 23a and 23b or baffles are suitably used to match the physical and thermodynamic characteristics of the refrigerant.

참고 문헌references

주1. 이재효외, 초음파가 얼음과 파라핀 용해에 미치는 영향에 관한 실험적 연구, 대한설비공학회 하계학술발표회 논문집 1131-1136(2001)Note 1. Jae Hyo Lee, An Experimental Study on the Effect of Ultrasound on Ice and Paraffin Dissolution, Proceedings of the Korea Society of Facility Engineering Conference 1131-1136 (2001)

주2. daisuke MITO 외, 물의 과냉각 해제 관련한 능동제어 기술의 개발, 일본 냉동공조학회 2000 논문집 191-201(2000)Note 2. daisuke MITO et al., Development of Active Control Technology Related to Subcooling of Water, Japan Society of Refrigeration and Air Conditioning 2000, pp. 191-201 (2000)

주3. 강채동외, 물-기름 에멀션을 이용한 냉각면에서의 빙부착 억제, 대한설비공학회 하계학술발표회 논문집 622-627(2001)Note 3. Kang, Chae-Dong et al., Inhibition of ice adhesion on the cooling surface using water-oil emulsion, Proceedings of the Korea Society of Facility Engineers Conference 622-627 (2001)

본 발명의 제빙시스템은 초음파의 공동효과 및 제트스트리밍 형성 등에 의한 과냉각 해소, 전열 촉진, 표면 세정 효과를 이용하여 슬러리 아이스 제빙기의 기술적 과제를 해결하였다. 즉, 본 발명의 제빙 장치에서는 전열효율이 보다 개선되고 슬러리 입자가 전열면에서 잘 분리된다. 또한, 생성된 슬러리 아이스의 이송 및 배출이 안정적으로 이루어지며, 제빙기의 크기를 최소화할 수 있다.The ice making system of the present invention solves the technical problem of the slurry ice ice maker by using the ultrasonic effect, the subcooling by the jet stream formation, the promotion of the heat transfer, and the surface cleaning effect. That is, in the ice making apparatus of the present invention, the heat transfer efficiency is further improved and the slurry particles are well separated from the heat transfer surface. In addition, the transport and discharge of the resulting slurry ice is made stable, it is possible to minimize the size of the ice maker.

Claims (16)

축열매체가 유입되는 유입구가 마련되는 유입실과,An inlet chamber in which an inlet for the heat storage medium is introduced; 축열매체가 배출되는 배출구가 마련되는 배출실과,A discharge chamber provided with a discharge port through which the heat storage medium is discharged; 상기 유입실과 배출실 사이에 위치하며, 냉매의 입구와 출구가 마련되어 있고, 상기 유입실로부터 상기 배출실 사이에 연장되어 축열매체의 통로를 형성하는 전열관이 구비되는 열교환실과,A heat exchange chamber disposed between the inflow chamber and the discharge chamber, the inlet and the outlet of the refrigerant being provided, and a heat transfer tube extending from the inflow chamber to the discharge chamber to form a passage of the heat storage medium; 상기 유입실 쪽에 설치되는 초음파 공급 장치를 포함하는 슬러리 아이스 제빙기.Slurry ice ice maker comprising an ultrasonic feeding device installed on the inlet chamber. 제1항에 있어서, 상기 유입실은 상기 열교환실의 하부에 위치하고, 상기 배출실은 상기 열교환실의 상부에 위치하며, 상기 배출실의 상면이 상기 배출구 쪽을 향하여 위로 경사지도록 마련된 경사판을 구비하는 슬러리 아이스 제빙기.The slurry ice of claim 1, wherein the inflow chamber is positioned below the heat exchange chamber, the discharge chamber is positioned above the heat exchange chamber, and has an inclined plate provided so that an upper surface of the discharge chamber is inclined upwardly toward the discharge port. Ice maker. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열교환실에는 둘 이상의 전열관을 하나의 단위 셀로 구획하여 다수의 셀이 구비되도록 마련된 셀분리벽을 구비하는 슬러리 아이스 제빙기.The slurry ice ice maker according to claim 1 or 2, wherein the heat exchange chamber includes a cell dividing wall formed by dividing two or more heat transfer tubes into one unit cell to provide a plurality of cells. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유입된 냉매를 각 전열관 주위로 균등하게 공급시키는 다수의 통로구멍이 마련된 냉매 분배판이 구비되는 슬러리 아이스 제빙기.The slurry ice ice maker according to claim 1 or 2, further comprising a refrigerant distribution plate having a plurality of passage holes for supplying the introduced refrigerant evenly around each heat pipe. 제1항 또는 제2항에 있어서, 유입된 냉매를 각 전열관 주위로 균등하게 공급시키는 다수의 배플이 구비되는 슬러리 아이스 제빙기.The slurry ice ice maker according to claim 1 or 2, wherein a plurality of baffles are provided to evenly supply the introduced refrigerant around each heat pipe. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 초음파 공급장치는According to any one of claims 1 to 5, wherein the ultrasonic supply device 상기 유입실과 연결되거나 또는 유입실과 접촉하는 진동판과,A diaphragm connected to or in contact with the inflow chamber, 상기 진동판에 부착되는 초음파 진동자와,An ultrasonic vibrator attached to the diaphragm, 상기 진동자와 연결된 발진기를 구비하는 슬러리 아이스 제빙기.Slurry ice ice maker having an oscillator connected to the vibrator. 제1항 내지 제5항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 초음파 공급장치는 유입실 내로 연장되는 진동자를 구비하는 슬러리 아이스 제빙기.6. The slurry ice ice maker according to any one of claims 1 to 5, wherein the ultrasonic feeding device has a vibrator extending into the inlet chamber. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 전달되는 초음파는 장파인 슬러리 아이스 제빙기.The slurry ice ice maker of claim 1 wherein the ultrasonic waves delivered are long waves. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 냉매는 1차 냉매인 슬러리 아이스 제빙기.The slurry ice ice maker of claim 1 wherein the refrigerant is a primary refrigerant. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 있어서, 냉매는 브라인인 슬러리 아이스 제빙기.9. A slurry ice ice maker according to any one of claims 1 to 8 wherein the refrigerant is brine. 제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 축열매체 배출관에 온도 센서가 마련된 슬러리 아이스 제빙기.The slurry ice ice maker according to any one of claims 1 to 10, wherein a temperature sensor is provided in the heat storage medium discharge pipe. 제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 축열매체 배출관 또는 유입관에 플로우 센서가 마련된 슬러리 아이스 제빙기.The slurry ice ice maker according to any one of claims 1 to 11, wherein a flow sensor is provided in the heat storage medium discharge pipe or the inlet pipe. 제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 축열매체 유입관에는 압력 센서가 마련된 슬러리 아이스 제빙기.The slurry ice ice maker according to any one of claims 1 to 12, wherein the heat storage medium inlet pipe is provided with a pressure sensor. 제1항 내지 제12항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 축열매체 유입관에는 압력 센서가 마련된 슬러리 아이스 제빙기.The slurry ice ice maker according to any one of claims 1 to 12, wherein the heat storage medium inlet pipe is provided with a pressure sensor. 제12항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 센서의 작용에 따라 냉매의 공급을 제한하는 밸브(73a)가 마련된 슬러리 아이스 제빙기.The slurry ice ice maker according to any one of claims 12 to 14, wherein a valve (73a) is provided for limiting the supply of refrigerant according to the action of the sensor. 제10항에 있어서, 브라인 온도 유지장치가 더 구비된 슬러리 아이스 제빙기.11. The slurry ice ice maker of claim 10, further comprising a brine temperature maintaining device.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN109682139B (en) * 2018-12-25 2024-02-06 福建工程学院 Online micronization mechanism for manufacturing seawater fluidized ice

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