KR20070015495A - 냉동 시스템 및 저온 냉동 시스템용 증발기 플레이트의제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 냉동 시스템은 개개의 증발기 플레이트들(individual evaporation plates)(3a)로 구성되는, 필수적으로 편평한 증발기를 포함하여 구성된다. 각 증발기 플레이트들은, 용접 점(6) 및 용접 씨임(8)에 의해 조립되는, 상이한 두께의 두 개의 고품질 강철 플레이트들(9 및 10)을 포함하여 구성된다. 상기 증발기는 냉동 기구(refrigerating appliance)의 내부 하우징의 일부를 형성하는 것이 바람직하다. 상기 증발기는 플레이트들(9 및 10)을 서로 용접하여 제조된다. 그 다음에 압축 공기가 상기 플레이트들(9 및 10) 사이에 불어넣어지고, 이에 따라 상기 두 플레이트들(9, 10) 중에서 더 얇은 것이 냉매를 위한 채널(14)이 만들어지도록 구부러진다(curved).

Description

냉동 시스템 및 저온 냉동 시스템용 증발기 플레이트의 제조 방법{Cooling system and method for producing an evaporation plate for a low-temperature cooling system}

본 발명은, 하나의 단열 외부 하우징과, 하나의 편평 형상(plane shape)의 증발기를 구비한 하나의 냉각 유닛을 포함하는 냉동 시스템 및 그러한 냉동 시스템용 증발기 플레이트(evaporator plate)의 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 냉동 유닛(refrigerating units)의 내부 챔버를 냉각하기 위하여 여러가지 냉각 유닛이 이용가능하다. 본래, 냉각 유닛의 기능적 원리는, 열역학적 순환 과정(thermodynamic cycle processes)과 물리적 효과의 이용을 기초로 한다. 예를 들어, 냉증기 과정(cold vapor process)에서, 약간 비등하는 액체냉매(slightly boiling liquid coolant)는, 두 개의 상이한 압력과 관련 비등 온도들(relating boiling temperatures) 사이로 안내된다(guided). 액체냉매의 증발에 필요한 열 에너지(증발열)의 양은 그에 따라 냉각되는 주위로부터 얻어진다(extracted). 따라서, 열은 직접 증발(direct evaporation)에 의해 냉각 챔버로부터 흡수된다.

냉각 유닛은 비등 냉매가 들어있는 하나의 증발기를 포함하여 구성되는 것이 일반적이다. 종래의 냉동 시스템, 예를 들어 압축 냉동기(compression refrigerators)에서, 증발기는 하우징에 장치된 구불구불한(serpentine-shaped) 채널 또는 튜브들로 구성되는 것이 필수적이다. 특히, 이 하우징은, 하나의 외부 벽 및 하나의 내부 벽을 포함하여 구성되며, 그 사이에 증발기가 냉각 챔버의 후방에 균형있게(regularly) 배열된다. 흔히, 증발기는, 외부 및 내부 하우징 사이의 설치 위치에, 단열재(insulation material), 바람직하게는 경화 발포재(curing foamed material)로 고정된다.

그러나, 이 공지 시스템의 단점은, 단열 발포재내에 증발기 채널을 배치하기 때문에, 증발기와 냉각 챔버 사이의 열 전달(heat transfer)이 방해되고, 이에 따라 냉각 장치의 냉각 출력(cooling output)의 효율이 감소된다는 것이며, 이는 냉각 장치의 내부 챔버의 냉각이 두개의 재료 경계부(material borders)를 거쳐 이루어지기 때문이다. 냉각 효과는 일시적 지연을 거쳐야만 일어난다.

이와 달리, 플레이트(plate) 위에 구불구불하게(in serpentines) 배열된 라인(lines)을 구비한 증발기가 사용되는 사례들이 공지되어 있다. 이 플레이트는 냉각 장치의 내부 챔버에 바로 인접할 수 있다. 따라서, 종래의 냉동부(freezer sections)와 냉동고(chest freezers) [-30℃까지 하강]에는 구리, 알루미늄 또는 강철로 된 파이프 써펜타인(steel pipe serpentines)이 알루미늄 및/또는 박강판(sheet steel)에 감겨져 있다. (-100℃ 까지 낮아지는 증발 온도를 갖는) 저온 구역(low temperature region)에는, 동 파이프 써펜타인이 감겨진 박강판으로 만들어진 내부 컨테이너가 주로 사용된다. 그러나, 이러한 해결책은 구조상 소요비용이 매우 비싸다. 또한, 최적의 에너지 이동이 보장되지 않는다. 공지된 증발기의 다른 예는, 플라스틱 재료에 매입된(embedded) 파이프 써펜타인인데, 역시 필요한 효율을 얻을 수 없다. 냉기의 균일 분포는 더 긴 시간이 경과한 후에 그리고 에너지 소모의 증가에 의해서만 실현될 수 있다. 실제로, 진입구(admission opening) 방향으로 온도가 낮아짐을 관찰할 수 있다.

종합하면, 종래의 증발기는 냉각 챔버내의 그러한 배치로 인해 국부적으로 제한된 구역내의 주위로부터만 열을 흡수한다는 것을 언급하지 않을 수 없다. 높은 냉각 출력뿐만 아니라 냉각 챔버내의 균일한 온도 분포는 어렵게 그리고 높은 에너지 소모를 통해서만 달성될 수 있다. 일반적으로 냉각 효과는 일시적 지연을 거쳐 발생한다.

특히, 극저온 영역, 예를 들어 -80℃와 -90℃ 사이의 온도 범위를 위해 설계된 냉동 시스템에서, 위와 같은 사실은 적절한 에너지 소모로써 이러한 저온에 도달하고 이를 유지하는데 있어 문제를 야기한다.

다른 문제는 저온 영역에서 작동하는 압축 냉동 장치에서 발생한다. 어느 정도의 양의 압축기 오일(compressor oil)이 냉매, 그리고 이에 따라 증발기에 들어가는 것은 어쩔 수 없다. 매우 낮은 온도 때문에 압축기 오일이 증발기내에서 굳어질 수 있다. 그 때문에 증발기의 열 전달 효율이 낮아진다. 최악의 경우에, 시간이 흐르면 이 증발기는 특정 온도 범위에 대해 완전히 무용지물이 될 수도 있다.

상술한 것을 기초로 하여, 본 발명의 목적은, 높은 효율의 열 및/또는 냉기 전달(heat and/or cooling transfer)과 높은 효율의 성능을 가지며, 냉각 챔버내의 균일한 온도 분포가 보장될 수 있는, 냉동 시스템을 이용가능하게 하는 것이다. 특히, 이러한 냉동 시스템은, 극저온 구역, 특히, -80℃ 와 -90℃ 사이의 구역에서 영구적으로 사용가능할 수 있어야 한다.

본 발명의 다른 목적은 냉동 시스템용의 효율적인 증발기의 제조를 위한 단순하고 저렴한 제조 방법을 제안하는 것이다.

이러한 목적들은 본 발명의 특허청구범위 제1항에 따른 냉동 시스템과 제20항에 따른 제조방법에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 냉동 시스템은, 하나의 단열 외부 하우징과; 그리고 편평 형상의 적어도 두 개의 플레이트가 상기 플레이트들 사이에 하나의 냉매용 채널이 형성되도록 결합하여 이루어진(joining), 적어도 하나의 증발기 플레이트를 포함하는 하나의 증발기를 구비한 하나의 냉각 유닛(a cooling unit);을 포함한다.

상기 플레이트들 표면 사이에 형성된 채널은 넓은 구역에 걸쳐 냉매가 통과한다. 이런 식으로, 플레이트 표면에 걸친 균일한 온도 분포와 그리고 이에 따른 냉각 장치의 내부 챔버의 균일한 냉각이 달성된다. 증발기내의 압력 강하 또는 압력 차이가 최소화되도록 채널들이 형성된다. 이러한 단순한 구성에 더하여, 높은 온도 균일성과 안정성 그리고 이에 따른 냉동 시스템의 고효율이 달성된다. 따라서, 본 발명의 냉동 시스템은, 특히 매우 낮은 온도, 또한 -80℃보다 낮은 범위의 온도를 발생시키는데 적합하다.

이 플레이트들은 용접에 의해 서로 연결되는 것이 바람직하다.

이 플레이트들은 특히 용접 씨임(welding seams) 및/또는 용접 점(welding points)에 의해 서로 연결된다. 이 플레이트들의 가장자리부(marginal area)에서, 채널이 플레이트 표면에 한정되어(limited) 외부와 경계를 이루도록 주변 용접 씨임(circumferential welding seam)이 형성된다. 또한, 압축기 오일의 불완전한 복귀뿐만 아니라 증발기의 압력 강하의 문제들에 대처할 수 있게 하나의 채널 가이던스(channel guidance)가 만들어지도록, 용접 라인들(welding lines)이 배치된다. 냉각 장치의 내부 챔버와 증발기 사이의 우수한 열 전달이 이루어지는, 크고 균일한 증발 표면이 만들어지도록, 부가적인 용접 점들(additional welding points)이 채널내에서의 플레이트 표면에 걸친 냉매의 분포를 향상시킨다. 용접 점 대신에 다른 형상의 용접부, 예를 들어 원형 용접 씨임이 형성될 수 있다. 이러한 용접부들은 증발기에 기계적 안정성을 부가적으로 부여한다.

용접 씨임은, 플레이트들 사이에 형성된, 냉매를 위한 채널이 필수적으로 구불구불하게(in serpentines or in meanders) 뻗어나가도록 구성되는 것이 바람직하다.

채널을 한정하는(limiting) 용접 씨임은, 냉매가 중력의 작용하에서 역류되지 않고 배출될 수 있게 배열되거나 경사질 수 있다. 이런 식으로, 냉매에 포함된 압축기 오일이 귀환(return)된다. 이러한 목적을 위해, 냉각 장치의 내부 챔버에 옆으로(즉, 수직으로) 배치된 플레이트들에서, 가능한 한 완전한 오일 귀환이 이루어지도록, 채널 분리부(channel separations)가 냉매의 통과 방향 아래로 경사지게 형성될 수 있다.

특히, 증발기 플레이트는 냉매를 위한 적어도 하나의 유입구와 적어도 하나의 배출구를 포함하여 구성된다. 내부 하우징의 커버부(cover part)를 형성하는, 상기 냉각 장치의 내부 챔버의 상측에 배치된 하나의 플레이트는, 특히, 냉매를 위한 하나의 단일 유입구를 포함하여 구성된다. 예를 들면, 냉매는, 상부 플레이트의 중앙의 하나의 단일 위치에 주입된다. 냉매의 흐름은, 냉각 장치의 내부 챔버에 옆으로 배치되고 수직으로 배열된 두 개의 플레이트들에 공급하기 위해 상부 플레이트에서 두 갈래로 나뉜다. 이 상부 플레이트에서의 냉매의 대량의 흐름(high mass flow)은 포함된(taken) 압축기 오일의 효율적인 이동을 가져온다.

증발기 플레이트의 플레이트들의 적어도 하나는 특수 강, 특히 스테인레스 스틸(stainless steel)로 만들어지는 것이 바람직하다.

일반적으로 증발기 플레이트의 두 개의 결합 플레이트들은 특수 강철, 특히 스테인레스 스틸로 만들어진다. 이 재료는 그 안정성 때문에 증발기에 적합하다. 냉매는 고압력 냉매이기 때문에, 힘이 발생할 수 있으나, 그 힘은 특수 강철이 문제없이 감당할 수 있다. 특수 강철 플레이트 사용의 다른 장점은 재료의 높은 열 용량으로 인한 높은 열 안정성에 있다. 이것은, 또한, 높은 온도 균일성 및 에너지 소모의 감소를 가져온다.

플레이트들은 여러가지 두께로 만들어질 수 있다.

본 발명의 냉동 시스템은 특히, 냉동을 필요로 하는 물품을 저장하기 위한 내부 챔버를 형성하기 위한 하나의 내부 하우징을 포함하여 구성된다. 이 내부 하우징은 적어도 일부가 편평 증발기로 형성된다.

내부 하우징을 형성하는 증발기는 세부적으로 적어도 하나, 바람직하게는 여러개, 특히 3개의, 증발기 플레이트로 형성된다. 그리하여, 이들은 냉동 시스템의 내부 챔버와 직접적으로 접촉한다. 플레이트들은, 바람직한 균일 냉각 효과를 보장하기 위해 냉각되도록 내부 챔버의 좌측, 상측 및 우측 내부 표면을 따라, U-자형으로 배치되는 것이 바람직하다. 그러나, 바람직한 용도에 따라, 내부 챔버의 바닥 또는 뒷벽(rear wall)에 플레이트들을 구비하는 것을 생각할 수도 있다.

그 개개의 증발기 플레이트들은, 증발 동안에 냉각 효과를 만들어내는 냉매가 안내되는(guided) 하나의 연속적인 증발기 채널을 포함하여 구성된다. 가능한 한 큰, 이용가능한 표면을 만들기 위해, 채널이 구불구불하게 형성될 수 있다. 특히, 하우징의 내부벽의 구현(embodiment)은 증발기 또는 증발기 채널 자체로 인한 긍정적인(positive) 효과를 나타내는데, 이러한 구성의 냉동 시스템으로 인해, 증발기 또는 증발기 채널로부터 내부 챔버로의 냉기의 이동이 직접적으로 이루어져서, 말하자면, 에너지 흐름에 부정적인 영향(negative influence)을 주는 재료 경계부가 있는 증발기-단열 발포재(the material border evaporator - insulating foam)를 쓰지 않아도 되게 하기 때문이다. 동작중에 열 흡수(heat absorption), 즉, 내부 챔버의 냉각이 하나의 재료 경계부(one material border)를 통해서만 일어나야 하기 때문에, 에너지 소모의 감소와 함께 장치의 효율성의 증가가 직접적인 결과로 나타난다. 특수 강의 플레이트를 사용함으로써, 그들의 높은 열 용량으로 인해 정상 동작중의 플레이트들이 느리게 뜨거워지기 때문에 증발기를 위한 에너지 소모도 또한 감소될 수 있다. 이것은, 낮은 에너지 소모를 일으키는, 장기간의 압축기 홀딩 시간(compressor holding times)을 허용한다. 부가적인 장점은, 냉기의 방사(radiation)가 여러 측면에서 달성되기 때문에, 하우징 내부의 균일 온도 분포의 배경을 고려할때, 증발기 자체로서의 냉각 하우징의 내벽의 구현(embodiment)이다.

외부 및 내부 하우징 사이의 틈은 단열재, 예를 들어 단열 발포재로 채워질 수 있다. 그 때문에, 냉동 시스템의 시스템 경계부(system border)에 대해 필요한 단열이 유지된다. 동시에, 액체 형태로 도입되어 나중에 경화되는 단열 발포재는, 외부 하우징과 증발기 사이의 스페이서(spacer)의 역할을 한다. 또한, 내부에 위치된 내부 하우징에 관한 특정 접착성 기능을 추가 고정 수단 없이 생각할 수 있다. 이에 따라 동작중의 냉기 또는 에너지의 손실이 효율적으로 감소된다.

증발기 플레이트의 플레이트들 사이의 간격(a spacing)을 가진 구역이, 특히 용접 씨임 및/또는 용접 점 사이에 형성된다. 용접 씨임과 용접 점들의 적절한 배치에 의해, 적합한 안정성 뿐만 아니라 전체 길이에 걸친 최적 횡단면이 채널에 주어질(allotted) 수 있다.

채널을 형성하는 플레이트들 사이의 틈이 여러 구역(areas)에 형성되도록, 플레이트들중 적어도 하나가 성형적으로(plastically) 변형되는 것이 바람직하다. 냉매를 위한 최적의 통과 조건(optimum passage conditions)을 달성하기 위해, 채널의 횡단면은 그 전체 길이에 걸쳐 점 용접(spot weldings)에 의해, 고정될 수 있다. 냉동 장치의 내부 챔버를 향하는 것이 바람직한, 냉동 시스템의 조립(erection)에 배치된 적어도 하나의 플레이트는, 변형으로 인해, 냉각 챔버와 냉매 사이에 열교환이 일어날 수 있는 하나의 확장부(enlarged area)를 가진다. 그리하여, 냉동 시스템의 효율이 증대된다.

특히 증발기는, 적어도 부분적으로 내부 하우징의 측면부(lateral regions)를 형성하는, 적어도 두 개의 증발기 플레이트들을 포함하여 구성된다. 이것은, 강제 공기 순환이 필요없는, 냉각 챔버내의 우수한 온도 분포를 가져온다.

특히 바람직한 실시예에 있어서, 증발기는, 적어도 부분적으로 내부 하우징의 커버부를 형성하는, 적어도 하나의 증발기 플레이트를 더 포함하여 구성된다. 여러개의 증발기 플레이트들을 사용할 때, 이들은, 균일한 냉각 효과를 만들어내기 위해 냉매가 증발기 플레이트들로 동시에 유입되도록, 합체(embodied)될 수 있다. 이 구조에 있어, 이러한 적어도 하나의 증발기 플레이트는, 한편으로는 증발될 냉매가 공급될 수 있고, 이미 증발되고 상 이동(phase transfer) 후에 가스 상태로 존재하는 냉매가 제거될 수 있는, 적어도 하나의 유입구와 적어도 하나의 배출구를 포함하여 구성된다. 그러나, 개개의 증발기 플레이트들이 모듈 방식이고, 융통성있게 사용가능한 구성체(modular, flexibly usably embodiment)임에도 불구하고, 증기가 방해없이 모든 플레이트들을 통해 흐를 수 있고 전체 증발기가 열 흡수 또는 냉기 방출을 위한 효과적인 구역으로 이용가능하도록, 개개의 플레이트들에 각기 형성된 증발기 채널들은, 어느 것이든 연속 채널(a continuous channel)을 형성하도록 서로 연결될 수 있다는 것을 또한 생각할 수 있다.

적어도 하나의 측면 증발기 플레이트는, 냉매가 증발기 플레이트의 상부에 위치한 유입구로부터 증발기 플레이트의 하부에 위치한 배출구로 역류없이 흐를 수 있도록 용접 씨임을 포함하여 구성될 수 있다. 압축기 냉동 시스템에 있어서, 압축기에 사용된 오일이 냉매와 혼합되어 그것과 함께 증발기로 옮겨지는 것을 피할 수 없다. 특히, 매우 낮은 온도의 경우에, 오일의 귀환이 문제이다. -100℃ 아래의 낮은 증발기 온도에서 오일은 냉매와 완전히 혼합될 수 없기 때문에, 증발기의 냉각 부위에 응결되기 쉽다. 그러나, 증발기에 형성된 오일층은 열 이동과 장치의 출력을 감소시킨다. 본 발명의 특정 실시예는, 역류 없는 냉매의 출구가 있어서 오일이 역류없이 증발기로부터 계속 제거되기 때문에 문제 해결에 기여한다.

내부 표면, 특히 측벽위의, 내부 하우징은, 냉동이 필요한 물품을 넣어두기 위한 보관 부재(deposit elements)가 삽입될 수 있는 저장 수단을 포함하여 구성된다. 따라서, 내부 챔버의, 이용가능한 공간의 제공은 냉각이 필요한 물품 또는 필수품(requirements) 각각에 적합화될 수 있다.

본 발명의 냉동 시스템은, 외부 하우징으로부터 분리되고 증발기에 연결된 모듈형 부재(modular member)로서 외부 하우징에 고정된 하나의 열 교환기를 포함한다. 열 교환기로서 예를 들어 이중-파이프 열 교환기(double-pipe heat exchanger)가 사용될 수 있다. 그러나, 이제까지, 열 교환기가 컨테이너와 합체되어 그 안에 함께 발포되는(co-foamed) 반면에, 본 발명에 따른 열 교환기는 냉동 시스템의 하우징과 일체를 이루는 것이 아니고, 처음부터 독립된(separate) 부분으로 제조된다. 개별적으로 발포된 부분은, 예를 들어, 하우징의 압축기 격실(compressor compartment)에 장착될 수 있다. 증발기에의 연결은 상응하는 터미날(terminals)에 의해 이루어진다.

본 발명의 목적은, 상술한 바와 같고 다음의 단계들에 의해 특징지어지는, 극저온 냉동 시스템을 위한 증발기 플레이트를 제조하기 위한 방법에 의해 또한 해결될 수 있다;

- 적어도 두 개의 플레이트들을 이용가능하게 하는 단계;

- 상기 플레이트들의 표면을 서로 정렬시키는 단계;

- 상기 플레이트들을 서로 용접하여 연결시키는 단계; 및

- 상기 플레이트들 사이에 공기를 도입함으로써 상기 플레이트들 사이에 하나의 채널을 형성시키는 단계.

이 제조방법은 특수 강철 플레이트를 사용하는 경우에도 특히 적합하다. 그것은 단순하고 비용면에서 유리하다.

이 플레이트들은 특히 라인 및/또는 점 용접에 의해 서로 연결된다. 점 용접은 예를 들어 레이저를 사용하여 이루어질 수 있다.

냉매를 위한 채널을 형성하기 위한 적어도 하나의 플레이트를 적어도 성형적으로 변형시키기 위하여, 공기가, 특히 약 150 바아의 압력을 갖는 압축 공기로서 상기 플레이트들 사이에 불어넣어지는 것이 바람직하다.

이 플레이트들은 스테인레스 특수 강철로 만들어지는 것이 바람직하다.

이 플레이트는 여러가지 두께로 만들어질 수 있다. 이 경우에 압축 공기를 유입시킬 때, 얇은 플레이트는 두꺼운 플레이트보다 더 크게 변형될 수 있다. 거의(in an approximation) 얇은 플레이트만이 변형된다. 그것은 효과적인 열 교환을 위해 사용될 수 있을 정도로 더 넓은 표면을 가진다. 그러나, 외부 하우징과 마주보는 측면은 필수적으로 편평하다(flat). 그러나, 여러 가지 고려할 사항에 기초하여, 예를 들어 냉각 장치의 내벽의 표면 상태 때문에, 플레이트의 변형된 측면이 또한 하우징의 외부벽을 향할 수 있다. 특수 강철 플레이트를 위해 가능한 두께 값은 예를 들어 1 mm 또는 2.5 mm로 주어질 수 있다.

공기의 도입으로, 플레이트들 중 적어도 하나는 성형적으로 변형되어, 여러 구역에 채널을 형성하는, 플레이트들 사이의 틈이 형성된다.

플레이트들 사이에 틈을 갖는 구역들은 특히 용접 씨임 및/또는 용접 점 사이에 형성된다. 두 개의 플레이트들 중 더 얇은 하나는, 용접 점 또는 씨임 사이의 구역이 압축 공기로 채워지는 동안 성형적으로 변형된다. 주어진 직경을 갖는 바람직한 채널 도형(diagram)이 둥근 천장(vaultings)에 의해 만들어진다.

본 발명의 다른 특징 및 장점들은, 첨부된 도면 뿐만 아니라 바람직한 실시예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 알 수 있다. 첨부 도면에 있어서;

도 1은, 본 발명에 따른 냉동 시스템의 정면도이고;

도 2는, 본 발명에 따른 증발기 플레이트의 단면도이며;

도 3은, 본 발명에 따른 냉각 장치의 측면 배치를 위한 증발기 플레이트의 평면도이고; 그리고

도 4는, 냉각 장치의 커버 범위(cover range)에 사용하기 위한, 본 발명에 따른 증발기 플레이트를 나타낸 도면이다.

도 1에는, 하나의 외부 하우징(2)과 하나의 내부 하우징을 포함하여 구성되는 냉각 장치(1)가 나타나 있다. 내부 하우징은 적어도 부분적으로 증발기(3)에 의해 형성되며, 증발기는 또한 필수적으로 증발기 플레이트들(3a, 3b 및 3c)로 구성된다. 증발기 플레이트들(3a 및 3b)은 내부 하우징의 측벽으로부터 가깝게 위치하고 증발기 플레이트(3c)는, 상기 내부 하우징의 커버부(cover region)를 형성한다. 그러나, 플레이트들은 또한 챔버 구역의 다른 내부를 커버할 수 있다. 증발기 플레이트들(3a, 3b 및 3c)은 냉각 장치(1)의 내부 챔버와 직접 접촉한다. 내부 챔버의 냉각이 재료 경계부(material border)를 거쳐 이루어지기 때문에, 이렇게 해서, 높은 효율의 냉각 출력 및 이에 따른 에너지 소모의 감소가 달성된다.

내부 하우징 및/또는 증발기(3)와 외부 하우징(2) 사이의 틈은, 예를 들어 단열재(heat insulating material), 특히 단열 플라스틱 발포재(insulating plastic foam)로 채워질 수 있다. 그 때문에, 냉각 장치(1)의 내부 하우징에 의해 형성된 내부 챔버와 외부 하우징(2) 사이의 단냉(cold insulation)이 달성된다. 이와 동시에, 액체 형태로 유입되어 그 후 경화되는 단열 플라스틱 발포재가 하우징부(2 및 3) 사이에서 스페이서(spacer)의 역할을 할 수 있다.

그러나, 본 발명은, 이러한 종류의 고정 수단(fixation)에 한정되지 않는다. 내부 하우징을 형성하는 증발기(3)는, 예를 들어, 지지 수단(holding means)에 의해 외부 및 내부 하우징 사이에 삽입된, 추가 중간 벽(intermediate additional wall)에 고정될 수 있다. 상기 구성에 따라 중간 벽과 외부 벽 사이에 형성된 틈에는 상기 절연 플라스틱 발포재가 발포될 수 있다. 위의 구성과 플레이트들의 상호배치뿐 아니라, 상기 증발기 플레이트는 위의 설명과 부합한다.

냉각 장치(1)의 내부 챔버는, 냉각 장치(1)의 정면에 배치되는 것이 바람직한 하나의 유입부(inlet opening)를 통해 들어갈 수 있다. 외부 하우징(2)은 하나의 단열 외부 도어(4)를 포함하여 구성된다. 내부 도어(5)는 나뉘어(in segments) 형성되고 또한 단열된다. 그것은 외부 도어(4)와 독립적으로 동작될 수 있는 여러 플랩형 분절부(flap-shaped segments)(5a, 5b, 5c 및 5d)로 구성된다. 이 분절부들(5a, 5b, 5c 및 5d)은 또한 서로 독립적으로 개폐될 수 있다. 그 때문에, 개방되지 않은 구역의 냉각 효과에 부정적인 영향을 주지 않고 냉각 장치(1)의 내부 챔버에의 의도된 접근(aimed access)이 허용된다.

냉각 장치 하우징과 유사하게 외부 도어(4)는, 도어의 외부 및 내부 하우징 사이에 틈이 형성되도록 이중 벽체로 구성되는(embodied double-walled) 것이 바람직하며, 이러한 틈에는 외부 하우징(2)과 내부 하우징 사이의 틈과 같이 단열 발포재가 발포될 수 있다.

냉각 장치(1)는 또한, 증발기(3)에 더하여 하나의 응축기와 하나의 열 교환기(둘 다 도시되지 않음)를 포함하는 하나의 냉각 유닛을 포함하여 구성된다. 열 교환기는 예를 들어 이중-파이프 열 교환기일 수 있다. 냉각 유닛은 두 개의 분리 된 압축기 사이클을 구비한 다단 시스템(cascade system)으로 구성될 수 있다. 고온측(high temperature side)에는, 예를 들어 실온의 응축기에서 액체가 되는 냉매 R404A가 사용되고, 다단 열 교환기(cascade heat exchanger)에는 저온측을 냉각시키는 예를 들어 냉매 R508B가 사용된다. 냉매 R508B는 다단 열 교환기에서 액체가 되고, 그 다음에 증발기 플레이트에 주입된다.

그러나, 도면에 도시되지는 않았으나, 바람직한 실시예에서, 내부 표면, 특히 측벽의, 상기 내부 하우징(3)은 또한, 상기 내부 챔버(4)에 제공된 공간을 냉각이 필요한 물품 또는 요건에 상응하게 맞추기 위해 상응하는 형상의 보관 부재(correspondingly shaped deposit elements) 또는 보관 트레이(deposit trays)를 삽입할 수 있는 적절한 저장 수단을 포함하여 구성된다. 복수의 보관 부재의 치수를 복수의 분절부(5a-5d)로 세분된 위의 내부 도어에 맞추는 것을 고려할 수 있다.

도 2는, 상기 증발기 플레이트들(3a, 3b, 3c) 중의 하나를 단면도로 개략적으로 나타낸 도면이다. 이 플레이트(3a)는 필수적으로, 상이한 두께의 두 개의 스테인레스 스틸 플레이트(9 및 10)로 구성된다. 예를 들어, 플레이트(10)는 2.5 mm의 두께를 가지며, 플레이트(9)는 1 mm의 두께를 가진다.

제조 공정 중에 플레이트들(9 및 10)은 서로 상하로 위치되고 조절된다. 서로 인접하게 위치한 상기 플레이트들(9 및 10)의 외부 구역은, 적어도 부분적으로, 용접 씨임(8)[용접 라인]을 봉합하는 수단에 의해 연결된다. 또한, 상기 두 개의 플레이트들(9 및 10)을 연결시키기 위해, 용접 점(6)이 점 용접(spot welding)을 사용하여 정해진 간격으로 형성된다.

다음에서 두 개의 강철 플레이트들중 얇은 것(9)은, 냉매의 통과를 위한 하나의 채널(14)이 상기 플레이트들(9 및 10) 사이에 형성되도록, 용접 씨임들(6) 또는 용접 점들(8) 사이에, 예를 들어 150 바아(bar)의 압력을 갖는, 압축 공기를 주입함으로써 약간 둥근 천장을 갖도록 만들어진다. 용접 씨임(8)은 플레이트들(9 및 10)의 측면 가장자리부(lateral marginal area)에 채널(14)의 경계부를 형성한다. 다음에 설명하는 바와 같이, 하나의 유입구로부터 하나의 배출구로 뻗어있는, 냉매용 채널을 구획하기 위해, 추가적인 용접 씨임 또는 용접 라인이 형성될 수 있다.

박막 강철 플레이트(9)로된 바람직한 둥근 천장이 얻어지도록 상기 용접 점들(6)이 배치된다. 그 때문에, 구획된 통로 채널(14)이 만들어진다. 또한, 증발기(3)의 구조가 안정화된다. 플레이트(9)의 확장된 표면이 냉각 챔버로부터 냉매로의 증발열의 이동에 특히 적합하기 때문에, 상기 둥근 천장을 갖는 얇은 플레이트(9)의 표면이 냉각 장치의 증발기 플레이트(3a, 3b 및 3c)의 구조(arrangement)에서 내부를 향할 수 있다. 그러나, 필요하다면, 변형된(deformed) 표면이 상기 외부 하우징(2)을 향할 수도 있다.

도 3은, 측면으로 배치된 증발기 플레이트들(3a, 3b)중의 하나를 나타낸 평면도이다. 쉬트(sheet)의 평면에 상하로 놓여있는, 두 개의 강철 플레이트들은, 거의 전체 원주부에 걸쳐 용접 씨임(9)에 의해 서로 연결된다. 또한, 증발기 플레이트(3a)는 상하로 놓여있는 플레이트들 사이의 추가 연결부로서의 용접 점들(6)을 포함하여 구성된다. 용접 점(6)과 용접 라인(8) 사이에 하나의 채널(14)이 연장 형성되는데, 이 채널은, 유입구(11)로부터 배출구(12)로 증발기 플레이트(3a)를 통과 하는 냉매의 통로로서, 상하로 놓이는 플레이트들 중의 적어도 하나를 둥근 천장을 갖도록 처리함으로써 형성된다.

또한, 상기 냉매를 상기 증발기 플레이트(3a)를 통해 통과시키기 위해, 용접 라인 또는 용접 씨임(7)은 가장자리부로부터 내측으로, 가능한 한 필수적으로 구불구불하게 연장형성 된다. 냉매는 유입구(11)를 통해 상부로부터 공급되고, 채널(14)을 통해 증발기 플레이트(3a) 하부의 배출구(12) 방향으로 흐른다. 용접 점(6)과 용접 라인(7)에 의해, 냉매는, 증발기 플레이트(3a)를 통과할 때 플레이트의 거의 전체 표면에 걸쳐 분포된다. 이런 식으로, 거의 전체 표면에 걸친 균일한 온도 및 이에 따른 냉기 이동의 고효율이 달성된다.

상기 플레이트들의 측면 가장자리로부터 뻗어있는, 용접 라인(7)은, 냉매의 통과시 역류를 피하기 위해 중심부 쪽으로 연장되어 하향으로 약간 기울어지게 형성된다. 채널(14)의 하부 경계부(13)와 그와 관련된 용접 씨임도 또한 냉매의 확실한 방출을 보장하기 위해 배출구(12)쪽으로 기울어지게 형성된다.

이렇게 하여 냉각 장치의 압축기로부터 취해진 오일이 역류하지 않고 제거되기 때문에, 이러한 방책(measurements)이 특히 중요하다. 증발기내에 오일층이 있으면 냉각 장치의 열 전달과 출력을 감소시키게 된다.

그 위에, 냉각 시스템의 작동을 위한 냉매에 더하여 이 문제를 해결하기 위해, 냉매의 오일과의 혼합도(mixability)를 증가시키기 위한 추가 냉매가 혼합될 수 있다. 합성 오일(예를 들어 폴리에스테르 오일)은, 예를 들어 합성 냉매와만 친화성이 있다. 이 경우에, 에탄이 추가 냉매로 사용될 수 있다. 에탄은 혼합물이 가 연성이 되도록 (약 5.6 퍼센트까지의) 특정 비율로 냉매 R508B에 첨가될 수 있다. 에탄올/R508B 냉매 혼합물은 또한 순수한 R508B 냉매 보다 더 우수한 효율을 가진다. 에탄올 첨가에 의해 오일의 냉매와의 혼합도가 보장되고, 증발기로부터 압축기로의 오일의 귀환이 증진된다.

도 4에는, 커버측 증발기 플레이트(3c)가 평면도로 나타나 있다. 그것은 또한, 플레이트 평면에 상하로 고정된 두 개의 특수 강철 플레이트들로 구성되며, 연결점들 또는 라인들 사이에 냉매의 통과를 위한 채널들이 만들어지도록, 그들 중에서 적어도 하나가 둥근 천장을 갖도록 만들어진다. 냉매는, 하나의 중심 공급 라인(15)을 통해 증발기 플레이트(3c)에 공급된다. 상하로 배치된 플레이트들의 가장자리부에서, 상기 특수 강철 플레이트들이 용접 씨임(8)에 의해 서로 연결된다. 강철 플레이트들을 연결시키는 라인-형상 용접 연결부들(7)과 용접 점들(6)에 의해, 통과하는 냉매가 가능한 한 균일하게 플레이트(3c)의 넓은 표면에 걸쳐 분포된다.

냉매는 유입구(11)(도 2 참조)에 의해 측면 증발기 플레이트들(3a 및 3b)에 연결된 두 개의 배출구(16)를 통해 증발기(3)의 측면부에 공급된다. 따라서, 측면으로 배치된 증발기 플레이트들(3a 및 3b)에는, 냉매가 각기 하나의 유입구를 통해 커버측 증발기 플레이트(3c)를 거쳐 공급된다.

냉매는 측면 플레이트들(3a, 3b)을 통과하여 빠져나가서, 이중-파이프 열 교환기에 공급된다. 냉매는, 열 교환기에 들어갈 때, 예를 들어 -90℃의 매우 낮은 온도를 여전히 가진다. 냉매는 열 교환기에서 가열되고 그 다음에 압축기로 공급된다.

증발기 플레이트들(3a, 3b 및 3c)은 각각 실제로 전체 표면에 걸쳐 뻗어있는 하나의 채널(14)을 포함하여 구성된다. 이런 식으로, 가능한 한 넓고 온도 분포 측면에서 비교적 균일한 표면이 이용 가능하게 되며, 이를 통해 냉각 장치(1)의 내부 챔버의 냉각이 이루어진다.

상기 냉각 시스템의 작동을 위해, 공지된 적합한 냉매가 사용될 수 있다. 특히, 본 발명의 범위내에서 냉매는 -100℃ 아래의 증발 온도를 가지도록 사용되어야 한다.

Claims (26)

1. 하나의 단열 외부 하우징(heat insulating outside housing)(2)과, 하나의 증발기(evaporator)(3)를 구비한 하나의 냉각 장치를 포함하는 냉동 시스템(1)에 있어서, 상기 증발기(3)가, 그 사이에 냉매를 위한 하나의 채널(14)이 형성되도록 서로 연결된 적어도 두 개의 평면 형상의 플레이트들(9, 10)을 포함하는, 편평 형상의 적어도 하나의 증발기 플레이트(evaporator plate)(3a, 3b, 3c)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
2. 제1항에 있어서, 상기 플레이트들(9, 10)이 용접에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
3. 전술한 청구항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 플레이트들(9, 10)이 용접 씨임(welding seams)(7, 8) 및/또는 용접 점(welding points)에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
4. 제3항에 있어서, 상기 냉매를 위해 상기 플레이트들(9, 10) 사이에 형성된 상기 채널(14)이 필수적으로 구불구불하게(in serpentines or meanders) 뻗어나가도록, 상기 용접 씨임(7, 8)이 배열되는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
5. 제4항에 있어서, 상기 냉매가 중력의 작용하에서 역류없이 배출될 수 있도록, 상기 채널과 접하는 상기 용접 씨임(7)이 배열되고 그리고/또는 기울어지게 형성되는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
6. 전술한 청구항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 증발기 플레이트(3a, 3b, 3c)가 상기 냉매를 위한 적어도 하나의 유입구(11)와 상기 냉매를 위한 적어도 하나의 배출구(12)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
7. 제6항 또는 제7항에 있어서, 상기 증발기 플레이트(3a, 3b, 3c)의 플레이트들(9, 10) 중의 적어도 하나가 특수 강철, 특히 스테인레스 스틸(stainless steel)로 만들어지는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
8. 전술한 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 증발기 플레이트(3a, 3b, 3c)의 상기 두 개의 연결 플레이트들(9, 10)이 특수 강철, 특히 스테인레스 스틸로 제조되는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
9. 전술한 청구항들중 어느 한 항에 있어서, 상기 플레이트들(9, 10) 사이에 하나의 틈을 가진 구역이 형성되어 상기 채널(14)을 형성하도록, 적어도 상기 플레이트들 중 적어도 하나(9)가 성형적으로 변형되는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
10. 제9항에 있어서, 상기 플레이트들(9, 10) 사이에 하나의 틈을 갖는 상기 구역이 상기 용접 씨임 및/또는 용접 점 사이에 형성된 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
11. 전술한 청구항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 플레이트들(9, 10)이 여러가지 두께를 갖는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
12. 전술한 청구항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 냉동 시스템(1)이 냉각을 필요로 하는 물품을 저장하기 위한 하나의 내부 챔버를 형성하기 위한 하나의 내부 하우징을 포함하여 구성되고, 상기 내부 하우징이 적어도 그 일부가 상기 편평 증발기(3)에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
13. 제12항에 있어서, 상기 증발기(3)가, 상기 내부 하우징의 측면 구역을 적어도 일부 형성하는, 적어도 두 개의 증발기 플레이트들(3a, 3b)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
14. 제13항에 있어서, 상기 증발기(3)가, 상기 내부 하우징의 커버측(cover-side) 구역을 적어도 일부 형성하는, 적어도 하나의 추가 증발기 플레이트(3c)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
15. 제13항 또는 제14항에 있어서, 상기 냉매가 상기 증발기 플레이트(3a, 3b)의 상부 구역에 배열된 하나의 유입구(11)로부터 상기 증발기 플레이트(3a, 3b)의 하부 구역에 배열된 하나의 배출구(12)로 역류없이 배출될 수 있도록, 상기 측면 증발기 플레이트들(3a, 3b) 중 적어도 하나가 용접 씨임(7, 13)을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
16. 제13항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 내부 하우징이, 상기 내부 표면, 특히 냉각을 필요로 하는 물품을 넣어두기(depositing) 위한 보관 수단(deposit means)이 삽입될 수 있는 측벽에, 저장 수단을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
17. 전술한 청구항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 냉매의 오일과의 혼합도(mixability)를 향상시키기 위한 추가 냉매가, 상기 냉동 시스템(1)을 작동시키기 위한 상기 냉매에 혼합되는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
18. 제17항에 있어서, 상기 혼합된 냉매가 에탄을 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
19. 전술한 청구항들중의 어느 한 항에 있어서, 상기 냉동 시스템(1)이, 상기 외 부 하우징(2)으로부터 분리된 모듈(module)로서 상기 외부 하우징에 고정되고 상기 증발기(3)에 연결된 하나의 열 교환기를 포함하는 것을 특징으로 하는, 냉동 시스템(1).
20. 적어도 두 개의 플레이트들(9, 10)을 준비하는 단계와;

    상기 플레이트들의 표면을 서로에 대해 정렬하는 단계와;

    상기 플레이트들을 서로 용접하여 연결시키는 단계와; 그리고

    상기 플레이트들 사이에 공기를 투입하여 상기 플레이트들 사이에 하나의 채널(14)을 형성하는 단계들을 특징으로 하는, 전술한 청구항 1 내지 청구항 19 중의 어느 한 항의 냉동 시스템(1)을 위한 증발기 플레이트(3a, 3b, 3c)의 제조방법.
21. 제20항에 있어서, 라인(line) 용접 및/또는 점 용접에 의해 상기 플레이트들(9, 10)을 서로 연결시키는 것을 특징으로 하는, 증발기 플레이트의 제조방법.
22. 제20항 또는 제21항에 있어서, 상기 냉매를 위한 하나의 채널(14)을 형성시키기 위해 상기 플레이트들 중 적어도 하나(9)를 성형적으로 변형시키기 위해, 상기 공기가, 압축 공기로서, 특히 약 150 바아(bar)의 압력으로, 상기 플레이트들(9, 10) 사이에 불어넣어지는 것을 특징으로 하는, 증발기 플레이트의 제조방법.
23. 제20항 내지 제22항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 플레이트들(9, 10)이 스테인레스 스틸로 제조된 것을 특징으로 하는, 증발기 플레이트의 제조방법.
24. 제20항 내지 제23항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 플레이트들(9, 10)이 여러가지 두께를 가지는 것을 특징으로 하는, 증발기 플레이트의 제조방법.
25. 제20항 내지 제24항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 플레이트들(9, 10) 사이에 틈을 갖는 구역이 형성되어 상기 채널(14)을 형성하도록, 공기를 주입함에 의해, 상기 플레이트들 중 적어도 하나(9)가 성형적으로 변형되는 것을 특징으로 하는, 증발기 플레이트의 제조방법.
26. 상기 플레이트들(9, 10) 사이에 틈을 갖는 상기 구역이 상기 용접 씨임 및/또는 용접 점 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는, 제25항의 냉동 시스템(1).

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