KR20140072764A - 축냉모듈, 다수 축냉모듈을 장착한 냉동 컨테이너, 그리고 냉동 컨테이너 차량 - Google Patents

Abstract

본 발명은 잠열축냉재에 열전도 특성과 응용 확장성 등을 향상시킨 축냉모듈, 축냉모듈을 다수 개 장착한 냉동 컨테이너, 그리고 냉동 컨테이너 차량에 관한 것으로, 축냉모듈은 내부에 잠열축냉재(PCM)를 포함하는 하우징과, 상기 하우징을 관통하여 배치되며, 상기 잠열축냉재의 냉각을 위해 내부에 저온의 냉매가 흐르는 열교환 파이프와, 상기 하우징 내부에서 상기 잠열축냉재에 냉열 에너지를 분배하는 메쉬 메탈(MESH METAL)을 포함하고, 냉동 컨테이너는 상기 축냉모듈이 다수 개 배열되어 상부측에 장착되고, 냉동 컨테이너 차량은 상기 냉동 컨테이너가 탑재되는 것이 특징이다.

Description

축냉모듈, 다수 축냉모듈을 장착한 냉동 컨테이너, 그리고 냉동 컨테이너 차량{cold storage module, refrigerator container mounting a plurality of cold storage module, and refrigerator vehicle}

본 발명은 상변화 물질인 잠열축냉재를 이용하는 축냉 시스템에서 열전도 특성과 응용 확장성 등을 향상시킨 축냉모듈, 축냉모듈을 다수 개 장착한 냉동 컨테이너, 그리고 냉동 컨테이너 차량에 관한 것이다.

냉동기는 증발기, 압축기, 응축기 등을 구비한다. 증발기는 팽창밸브를 통과하면서 팽창된 저온 저압의 냉매를 증발시켜 주위 공간이나 피냉각 물체에서 열을 흡수하는 일종의 열교환기이다.

압축기는 저압의 냉매를 고압으로 변환시켜 응축기로 전달하며, 응축기는 압축기에 의해 고온 고압으로 압축된 냉매를 냉각하여 응축 액화시켜 다시 증발기로 전달한다.

일반적으로 적재물을 신선한 상태로 보관 이송하는 냉동 컨테이너 차량이나 승객을 운송하는 대중교통 수단은 전술된 구조의 냉동기가 장착된다.

이와 같이 차량에 냉동기가 설치됨에 따라, 차량의 전체적인 중량이 증가함은 물론 차량 주행 시에는 발생되는 엔진 동력의 일부를 냉동기의 동력원으로 이용해야 하기 때문에 차량 주행 성능을 저하시키는 원인이 된다.

차량의 수행 성능만을 감안한다면, 냉동기 구동을 위한 전용의 동력원을 별도로 설치해면 되지만 차량 가격도 증가하고 차량 중량은 더욱더 증가하게 된다. 그러므로 차량 주행 시 연비 손실을 증가시키며 과도한 유해가스 배출의 원인으로 작용한다. 과도한 유해가스 배출은 대기오염 문제까지 확대되고 있다.

또한, 냉동기의 구조적 특성상 여러 부분들로 이루어짐에 따라 잦은 고장 발생 요인을 가지고 있는데, 냉동기의 고장으로 인해 신선도를 유지해야 하는 적재물이 손상되거나 쾌적한 여행을 원하는 승객에게 많은 불편을 주는 경우가 자주 발생한다.

그로 인해, 운송 손실, 물류비용의 증가, 그리고 대중교통 수단의 서비스 저하의 문제 등이 많았다.

이와 같이 냉동기를 차량에 직접 설치하여 구동시킴에 따라 발생하던 문제를 해결하고 또한 부가적으로 심야 전력과 같은 잉여 전력의 효율적인 이용을 목적으로 전력의 효율적 분산 저장 방안이 개발되어 왔다.

열매체가 되는 물질의 융해, 응고 등의 상변화에 수반하는 흡열 반응을 이용한 잠열축냉재 및 이를 이용하는 축냉모듈이나 축냉시스템의 개발도 그 중 하나이다.

축냉시스템은 그 사용목적을 크게 두 가지로 나눌 수 있는데, 첫 번째는 에너지 이용 합리화 방안의 일종인 심야전기를 이용하여 축냉 분야로 냉열 생성을 위해 구동되는 열원기기(주로 냉동기)의 운전시간을 전력수요가 낮은 시간대에 맞추어 운전하여 축냉하고, 전력수요가 많은 시간대에는 축냉된 냉열원을 사용하여 냉각, 냉장 및 냉동을 유지시킴으로써 국가적인 전력수요 수급안정을 꾀하는데 그 목적이 있다.

두 번째 사용목적은 냉각, 냉장 및 냉동이 필요한 시스템에 균일한 온도의 냉열원을 공급하여 기존 시스템에 비하여 제품의 가공, 보관 또는 운송과정에서 고품질을 유지시키거나, 각종 시스템에 존재하는 발열부의 균일한 냉각에 의한 전체 시스템의 성능 또는 경제성 개선에 또다른 목적이 있다.

그 밖에도 축냉기술은 우주항공, 첨단무기제어, 전자통신, 생물의료산업, 특수의복 등 적용 범위는 상당히 광범위하다.

축냉기술의 원천적인 핵심은 특정한 온도대에서 상변화하는 잠열재(PCM: PHASE CHANGE MATERIAL)이며, 상변화 과정에서 수반되는 상변화 엔탈피 만큼의 잠열량을 축열할 수 있다. 여기서, 잠열재는 잠열축냉재로도 명칭한다.

잠열축냉재는 미리 냉열을 축적하고 있다가 필요 시에 방냉하는 물질로, 무기염이나 무기수화염 등의 무기물계와 파라핀이나 폴리에틸렌이나 알코올 등의 유기물계를 이용하여 제조된다.

무기물계는 유기물계에 비해 열전도율과 잠열량이 크며, 체적 변화가 작은 이점을 가지고 있어서, 잠열축냉재로는 무기염계(INORGANIC SALT) 혼합물이 주로 사용되고 있다.

축냉모듈은 제조 단가나 열전달 효율을 고려하여 잠열축냉재가 충진되는 용기를 금속 소재로 제조하는 경우가 많다.

이와 같이, 금속 소재를 이용하는 경우에는 금속 이온의 활성에 의해 잠열축냉재가 금속과 반응하여 용기가 부식하는 문제가 있다.

특히, 부식이 급속히 진행되는 경우에는 용기가 심각한 변형을 일으키거나 파손되는 경우까지 발생한다.

이를 개선하기 위해, 금속 용기 내에 부식을 방지물질을 코팅하는 방식을 적용하고는 있으나 제조공정이 복잡해지고 제조 단가 상승의 부담을 안게 된다.

잠열축냉재가 충진되는 용기를 고분자 소재로 제조하는 기술도 개발되었다.

즉, 저온 특성이 우수한 폴리에틸렌계(저밀도폴리에틸렌, 선형저밀도폴리에틸렌, 고밀도폴리에틸렌)를 이용하여 중공사출성형 또는 사출성형 등의 가공 방법으로 용기가 제조되고 있다.

이러한 고분자 소재의 용기는 금속 소재 용기에 비하여 다양한 형태의 제조가 용이하나 열에너지의 저장 및 방출에 있어서의 특성이 좋지 못하며, 기계적 물성이 금속 소재에 비하여 다소 취약하다는 단점이 있다.

결국, 잠열축냉재를 용기에 충진하는 구조의 축냉모듈은 제조 단가 및 열에너지 전달 특성 등을 고려한 최적의 용기 개발이 급선무이다.

더나아가, 축냉모듈의 용기 내에 충진되는 잠열축냉재를 이용하여 냉열을 축적하는 과정에서 냉열을 잠열축냉재에 빠르게 전달하는 기술이나 잠열축냉재 전체에 동시적으로 전달하는 기술이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 상기한 점을 감안하여 안출한 것으로, 충진되는 잠열축냉재에 냉열을 빠르게 전달하면서도 잠열축냉재 전체에 대해 고르게 냉열을 전달하여 열에너지 전달 특성을 최적화한 축냉모듈, 다수 축냉모듈을 장착한 냉동 컨테이너, 그리고 냉동 컨테이너 차량을 제공하는 데 있다.

본 발명의 또다른 목적은, 냉열의 축적과 방냉에 최적 효율을 제공하면서도 용기의 구조적 변형을 최소화하는 축냉모듈, 다수 축냉모듈을 장착한 냉동 컨테이너, 그리고 냉동 컨테이너 차량을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 축냉모듈의 특징은, 내부에 잠열축냉재(PCM)를 포함하는 하우징과, 상기 하우징을 관통하여 배치되며, 상기 잠열축냉재의 냉각을 위해 내부에 저온의 냉매가 흐르는 열교환 파이프와, 상기 하우징 내부에서 상기 잠열축냉재에 냉열 에너지를 분배하는 메쉬 메탈(MESH METAL)을 포함하는 것이다.

바람직하게, 상기 하우징은 탄소 섬유계 또는 그라파이트 섬유계 또는 유리 섬유계 재질로 제조될 수 있으며, 보다 바람직하게는 상기 탄소 섬유계와 상기 그라파이트 섬유계와 상기 유리 섬유계 중 어느 하나가 싸이클릭 부틸렌 테레프탈레이트(CBT)와 결합한 복합 재질일 수 있다.

바람직하게, 상기 메쉬 메탈은 구리와 스테인레스 스틸을 포함하는 금속재질 중 어느 하나일 수 있다.

바람직하게, 상기 메쉬 메탈의 적어도 일단이 상기 열교환 파이프에 직접 접촉되게 형성될 수 있다.

바람직하게, 상기 메쉬 메탈은 상기 하우징의 내부에 전체적으로 분포될 수 있다.

바람직하게, 상기 열교환 파이프는 상기 냉매가 유입되는 유입구와 상기 냉매가 유출되는 유출구에 타 파이프와의 체결을 위한 연결부재를 각각 구비할 수 있다.

바람직하게, 상기 열교환 파이프는 구리와 알루미늄을 포함하는 금속재질 중 어느 하나일 수 있다.

바람직하게, 상기 하우징은 하부 면에 대향하는 상부 면이 외측으로 연장되는 장착부를 구비할 수 있으며, 상기 장착부는 상기 축냉모듈을 대상 영역에 장착 가능하도록 해주는 적어도 하나의 체결 홀을 구비할 수 있다.

바람직하게, 상기 하우징은 상기 열교환 파이프가 관통하는 방향에 해당하는 길이방향이 폭방향에 비해 상대적으로 긴 길이를 가질 수 있다.

바람직하게, 상기 하우징의 내부에서 상기 잠열축냉재가 충진되는 공간을 제외한 여유 공간에 공기 또는 불활성기체를 주입할 수 있다.

바람직하게, 상기 하우징의 내부 압력이 마이너스 압력일 수 있다.

바람직하게, 상기 잠열축냉재는 무기물계 조성물, 유기물계 조성물, 그리고 무기물계와 유기물계의 혼합 조성물 중 어느 하나로 제조될 수 있다.

바람직하게, 상기 하우징은 외벽이 주기적 만곡 구조로 형성될 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 다수 축냉모듈을 장착한 냉동 컨테이너의 특징은, 축냉모듈이 다수 개 배열되어 상부측에 장착되는 것이다.

바람직하게, 상기 배열된 다수 개 축냉모듈이 제1 내지 N 축냉모듈을 포함하고, 상기 제1 내지 N 축냉모듈 중 이웃하는 축냉모듈 간에 상기 열교환 파이프가 연결되어 제1 축냉모듈에서 제N 축냉모듈까지 상기 냉매가 흐르는 열교환 파이프라인이 형성될 수 있다. 여기서, 상기 냉동 컨테이너의 측부에 외부로부터 냉매가 유입되게 형성되는 냉매유입구와 외부로 냉매를 유출하게 형성되는 냉매유출구가 구비되고, 상기 제1 축냉모듈에 구비되는 열교환 파이프의 유입구가 상기 냉매유입구에 연결되고, 상기 제N 축냉모듈에 구비되는 열교환 파이프의 유출구가 상기 냉매유출구에 연결될 수 있다. 또한, 상기 냉매유입구와 상기 냉매유출구는 상기 냉동 컨테이너의 외부에 마련되는 냉동기와의 연결을 위해 구비될 수 있다.

바람직하게, 상기 열교환 파이프라인은 상기 제1 내지 N 축냉모듈에 각각 구비되는 열교환 파이프를 포함하고, 상기 제1 내지 N 축냉모듈 중 일부 축냉모듈을 연결시키는 U자관을 더 포함할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 냉동 컨테이너 차량의 특징은, 다수 축냉모듈이 장착된 냉동 컨테이너가 탑재되는 것이다.

본 발명에 따르면, 메쉬 메탈을 이용하여 열에너지 전달 특성을 최대화할 수 있다. 그에 따라 충진되는 잠열축냉재에 냉열을 빠르게 전달하면서도 잠열축냉재 전체에 대해 고르게 냉열을 전달할 수 있다.

본 발명에서는 잠열축냉제 전체에 대한 고른 냉열 전달 특성으로 인해 냉열의 축적 시간을 단축시킬 수 있다. 즉, 메쉬 메탈을 구비함으로써 잠열축냉재가 결빙 온도에 이르는 시간이 짧아진다. 그로 인해 냉장 사이클 또는 냉동 사이클이 단축되어 적재물의 신선도 유지에 유리하다.

또한, 본 발명에서는 잠열축냉재가 충진되는 하우징이 어느 정도 강성을 가지면서도 연성을 가지는 복합 소재(섬유계와 CBT의 합성물)로 제조되면서 하우징의 내부가 마이너스 압력(-P)이 되도록 함으로써, 하우징의 구조적 변형을 최소화하여 축냉모듈의 변형이나 파손에 강할 뿐만 아니라 금속재질의 하우징이 가지는 부식의 우려도 없다는 효과가 있다.

또한, 본 발명에서는 심야 전력과 같은 잉여 전력으로 구동되는 냉동기를 외부에 마련하여 연동시킬 수 있으므로, 효율적인 에너지 이용에 유리하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축냉모듈의 단위 구조를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축냉모듈의 정면도.
도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축냉모듈의 종단면도.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축냉모듈의 투시도.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 축냉모듈의 일측 단면도.
도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반구형 축냉모듈의 사시도.
도 7은 축냉모듈 내에서 잠열축냉재의 상변화에 따른 현상을 설명하기 위한 다이어그램.
도 8은 본 발명에 따른 축냉모듈 내에서 잠열축냉재의 상변화에 따른 현상을 설명하기 위한 다이어그램.
도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수 축냉모듈이 장착된 냉동 컨테이너의 횡단면도.
도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다수 축냉모듈이 장착된 냉동 컨테이너의 횡단면도.
도 11는 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉동 컨테이너 차량에 다수 축냉모듈이 장착된 구조를 나타낸 다이어그램.

발명의 실시를 위한 최선의 형태

본 발명의 다른 목적, 특징 및 이점들은 첨부한 도면을 참조한 실시 예들의 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예의 구성과 그 작용을 설명하며, 도면에 도시되고 또 이것에 의해서 설명되는 본 발명의 구성과 작용은 적어도 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해서 상기한 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지는 않는다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 축냉모듈, 다수 축냉모듈을 장착한 냉동 컨테이너, 그리고 냉동 컨테이너 차량의 바람직한 실시 예를 자세히 설명한다.

본 발명의 설명에서는 축냉모듈이 냉동 컨테이너에 장착된 경우와, 그 냉동 컨테이너가 탑재된 차량을 일 예로 설명된다. 그러나, 본 발명은 축냉식 냉동고, 냉장고, 냉동 차량, 냉동 컨테이너, 이동식 냉동 컨테이너 등에 폭넓게 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축냉모듈의 단위 구조를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축냉모듈의 정면도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 축냉모듈(100)은 내부에 잠열축냉재(PCM: PHASE CHANGE MATERIAL)(20)를 포함하는 하우징(10)과, 하우징(10)을 관통하여 배치되는 열교환 파이프(30)를 포함하여 구성된다.

하우징(10)은 잠열축냉재(20)가 충진되는 밀폐 용기에 해당하는 것으로, 열 탄소 섬유계 또는 그라파이트 섬유계 재질로 제조될 수 있다.

특히, 하우징(10)은 탄소 섬유계와 그라파이트 섬유계와 유리 섬유계 중 어느 하나가 싸이클릭 부틸렌 테레프탈레이트(CBT: CYCLIC BUTYLENE TEREPHTHALATE)와 결합한 복합 재질일 수 있다. 또는, 하우징(10)은 탄소 섬유계와 그라파이트 섬유계와 유리 섬유계 중 어느 하나가 나일론 소재와 결합한 복합 재질일 수 있다.

보다 바람직하게는, 유리 섬유계에 싸이클릭 부틸렌 테레프탈레이트(CBT)를 합성한 복합 소재로 하우징(10)이 제조된다.

이와 같이, 섬유계에 싸이클릭 부틸렌 테레프탈레이트(CBT)를 합성하여 어느 정도 강성을 가지면서도 연성을 가지는 매트릭스(MATRIX) 구조의 재질을 하우징(10)의 제조에 사용한다. 상기한 복합 재질로 제조됨에 따라 하우징(10)의 외벽 두께를 얇게 형성할 수 있다. 일 예로, 하우징(10)은 0.5 ~ 1.0㎜의 두께로 제조될 수 있다.

본 발명에서는 하우징(10)이 사각 형태 특히, 직사각형 구조를 갖는 것으로 예시하나, 그들만으로 한정되지는 않는다.

도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 축냉모듈의 일측 단면도로써, 도 2와 3에 도시된 구성과 동일하면서 외벽의 형상이 방열 효과를 높이기 위한 구조로 변형된 예이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 하우징(10)은 그 외벽이 물결무늬와 같이 주기적 만곡 구조로 형성될 수 있다. 하우징(10)의 외벽을 주기적 만곡 구조로 형성함으로써 평면 주고의 외벽에 비해 방열 면적을 최대화한다.

하우징(10)은 하부 면에 대향하는 상부 면이 외측으로 연장되는 장착부(11)를 구비한다.

장착부(11)는 축냉모듈(100)을 대상 영역에 장착 가능하도록 해주는 적어도 하나의 체결 홀(12)을 구비한다. 여기서, 대상 영역은 도 9 내지 11에 도시된 바와 같이, 냉동 컨테이너의 내부 중 상부 면에 해당하며, 체결 홀(12)을 통해 나사 체결될 수 있다.

하우징(10)이 직사각형 구조임에 따라 열교환 파이프(30)는 하우징(10)의 대향하는 두 측면을 관통한다.

가장 바람직하게, 냉열의 전달이 하우징(10) 내부에서 고루 분포되도록, 열교환 파이프(30)는 하우징(10)의 대향하는 두 측면의 중앙을 관통한다.

특히, 열교환 파이프(30)가 상대적으로 긴 길이를 갖는 길이방향으로 관통한다. 즉, 열교환 파이프(30)는 하우징(10)의 폭방향을 이루는 두 측면을 관통한다.

다른 예로써, 하우징(10)은 원형의 상부 평면부와 그 상부 평면부의 하부에 잠열축냉재가 충진되는 반구 형상의 용기를 구비하는 형태일 수도 있다. 도 6은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 반구형 축냉모듈의 사시도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 잠열축냉재가 충진되는 용기를 반구 형상으로 구현하는 것은 원형 구조가 사각 구조를 포함하는 어떠한 구조에 비해 가장 높은 방열 면적을 갖는다는 점을 고려한 것이다.

하우징(10)의 내부에는 열교환 파이프(30) 내의 유체인 냉매로부터 냉열을 축적하고 있다가 필요 시에 방냉하는 물질인 잠열축냉재(20)가 충진된다.

열교환 파이프(30)는 열전도도가 높은 구리와 알루미늄을 포함하는 금속재질 중 어느 하나일 수 있다.

열교환 파이프(30) 중에서 하우징(10)의 외부에 노출되는 부위에는 단열을 위한 물질로 코팅될 수 있다.

잠열축냉재(20)는 -26 ~ -29℃ 이하의 결빙 온도를 가지며, 그 결빙 온도 이하로 축냉되어 냉열을 축적한 후에, 냉각 능력이 저하되어 주변 온도가 결빙 온도 이상이 되는 시점에서 방냉한다.

잠열축냉재(20)는 하우징(10)의 내부 공간을 100% 채우지 않게 충진된다. 즉, 하우징(10)에 잠열축냉재(20)가 충진된 공간을 제외한 여유 공간이 구비되도록 한다.

그리고, 그 여유 공간에는 공기 또는 불활성기체가 주입될 수 있다. 여기서, 여유 공간은 단열 역할을 할 수 있다. 즉, 장착부(11)에 구비되는 체결 홀(12)을 통해 축냉모듈(100)이 장착되는 경우에는, 하우징(10)의 상부면이 대상 영역에 부착된다. 그로 인해 하우징(10)의 상부면은 하부면이나 측면에 비해 외부에서 유입되는 열에 영향을 더 받게 된다. 따라서, 하우징(10)의 상부면에 부가적인 단열 구조가 요구되며, 하우징(10) 내의 여유 공간이 그러한 부가적인 단열 구조를 만족시킨다.

잠열축냉재(20)는 무기염이나 무기수화염 등의 무기물계, 파라핀이나 폴리에틸렌이나 알코올 등의 유기물계, 또는 무기물계와 유기물계의 혼합 조성물로 제조될 수 있다. 그러나 이들로 한정하지는 않는다.

무기물계와 유기물계의 혼합 조성물의 예로는, 물과 요소 또는 그 밖의 추가적인 첨가제를 이용하여 결빙 온도인 공융점(EUTECTIC POINT) 또는 공정점(CRYOHYDRIC POINT)을 형성시킨다.

무기물계와 유기물계의 혼합 조성물에 사용되는 요소(UREA)는 매우 큰 수용성 물질이며, 물에 용해시키면 발열반응과 함께 많은 양이 용해된다. 따라서, 본 발명에서는 기본적으로 물에 요소를 용해시킨 잠열축냉재(20)를 하우징(10)에 충진하여 사용한다. 여기서, 물은 증류수인 것이 바람직하다.

또한 본 발명에서는 물에 요소를 용해한 조성물에 첨가물질 A_XB_Y로 이루어지는 1개의 물질을 더 첨가한 잠열축냉재(20)를 하우징(10) 내부에 충진하여 사용할 수도 있다.

상기에서, A는 리튬, 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 칼슘, 바륨의 금속 원소에 해당하고, B는 Cl, CO₃, NO₃, SO₄, OH, COOH에 해당하며, X와 Y는 1 또는 2이다.

첨가물질 A_XB_Y는 물 속에 용해되어 양이온과 음이온 상태의 이온화 상태를 띄며, 이들이 첨가된 용액의 결빙점을 하강시키는 효과를 나타낸다.

본 발명에서는 축냉모듈(100)의 용도에 따라 물에 요소를 용해시킨 조성물을 잠열축냉재(20)로 사용할 수 있다.

또한 본 발명에서는 보다 낮은 상변화 온도가 요구되는 용도에서는 물에 요소를 용해시킨 조성물에 전술된 첨가물질 A_XB_Y를 추가하여 잠열축냉재(20)로 사용할 수도 있다.

잠열축냉재(20)가 충진된 하우징(10)의 내부는 마이너스 압력(-P)인 것이 바람직하다. 이는 하우징(10)의 소재가 어느 정도 강성을 가지면서도 연성을 가지는 복합 소재로 제조됨에 따라 잠열축냉재(20)의 냉각 시 부피 변화에 의해 하부면이나 측면에서의 팽창 현상을 방지하기 위한 것이다.

하우징(10) 내부에서 잠열축냉재(20)가 충진되는 공간을 제외한 여유 공간에 마이너스 압력(-P)을 가하여 하우징(10)의 내부 압력이 형성된다.

한편, 본 발명에서는 하우징(10) 내부에 여유 공간이 구비되도록 잠열축냉재(20)의 충진량을 잠열축냉재(20)의 냉각 시 부피증가율에 따른 하우징(10)의 변형을 최소화하는 비율로 정한다. 일 예로, 잠열축냉재(20)는 하우징(10)의 내부 용적의 90~95%까지 충진시킨다.

열교환 파이프(30)는 하우징(10) 내부에 충진된 잠열축냉재(20)의 냉각을 위해 내부에 저온의 냉매가 흐르는 관으로, 하우징(10)을 관통한다.

열교환 파이프(30)가 하우징(10)을 관통함에 따라 하우징(10) 내부의 잠열축냉재(20)가 누액되는 것을 방지하기 위해 누액방지부재(31)가 구비된다.

누액방지부재(31)는 열교환 파이프(30)와 하우징(10)의 측면이 결합되는 부위에 구비된다.

열교환 파이프(30)는 냉매가 유입되는 유입구(34)와 냉매가 유출되는 유출구(35)가 구비되며, 유입구(34)와 유출구(35)에는 타 파이프와의 체결을 위한 연결부재(COUPLING MEMBER)(32,33)가 각각 구비된다.

연결부재(32,33)는 두 개의 열교환 파이프를 연결하여 이후에 설명되는 열교환 파이프라인(300)을 형성하는데 요구되는 구성이다.

한편, 본 발명에서는 축냉모듈(100)에 구비되는 유입구(34)와 유출구(35)의 방향에 상관없이 체결하여 열교환 파이프라인(300)을 형성할 수 있다. 이는 도 1 내지 4에 도시된 바와 같이 축냉모듈(100)의 구조가 대칭 구조이기 때문이다.

도 3은 본 발명의 일 실시 예에 따른 축냉모듈의 종단면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 축냉모듈의 투시도이다.

도 3 및 4를 참조하면, 본 발명의 축냉모듈(100)은 하우징(10)의 내부에 메쉬 메탈(MESH METAL)(40)을 구비한다.

메쉬 메탈(40)은 하우징(10)의 내부에서 잠열축냉재(20)에 냉열 에너지를 고루 분배한다.

메쉬 메탈(40)은 열교환 파이프(30) 내에 흐르는 냉매의 열에너지가 잠열축냉재(20) 전체에 고르게 전달되도록 하는 매개이며, 축냉모듈(100)의 총 중량을 고려하여 메쉬 형상의 금속재질로 형성한다.

메쉬 메탈(40)은 열교환 파이프(30)에 적어도 일단이 직접 접촉되게 형성되면서, 하우징(10)의 내부에 전체적으로 분포된다.

메쉬 메탈(40)은 금속재질로 제조된다. 메쉬 메탈(40)은 열전도도가 높은 구리 또는 스테인레스 스틸로 제조된다.

도 7은 축냉모듈 내에서 잠열축냉재의 상변화에 따른 현상을 설명하기 위한 다이어그램으로, 축냉모듈(100)에 메쉬 메탈(40)이 구비되지 않은 경우에는, 저온의 냉매가 흐르는 열교환 파이프(30)의 주변에서 우선적으로 잠열축냉재(20)가 냉각되는 현상이 발생한다.

그로 인해, 열교환 파이프(30)의 둘레에서 잠열축냉재(20)가 먼저 결빙됨에 따라 그 열교환 파이프(30)의 둘레에 결빙막(A)이 형성된다.

결빙막(A)은 열교환 파이프(30)를 통한 방열을 차단하는 단열 작용을 한다. 그로 인해, 하우징(10) 내의 전체적으로 냉열이 전달되는 것을 방해하는 요인이 된다.

도 8은 본 발명에 따른 축냉모듈 내에서 잠열축냉재의 상변화에 따른 현상을 설명하기 위한 다이어그램으로, 본 발명의 메쉬 메탈(40)은 열교환 파이프(30)의 주변에서 잠열축냉재(20)의 상변화 현상이 생기더라도 잠열축냉재(20) 전체에 고르게 냉열을 전달한다.

그에 따라, 열교환 파이프(30)의 둘레는 물론 메쉬 메탈(40)에도 결빙막(A)이 형성되어 축냉모듈(100) 내에서 잠열축냉재가 전체적으로 고르게 결빙되도록 냉열을 전달한다.

도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 다수 축냉모듈이 장착된 냉동 컨테이너의 횡단면도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 다수 축냉모듈이 장착된 냉동 컨테이너의 횡단면도이다.

또한 도 11은 본 발명의 일 실시 예에 따른 냉동 컨테이너 차량에 다수 축냉모듈이 장착된 구조를 나타낸 다이어그램으로, 도 9에 도시된 냉동 컨테이너를 탑재한 차량을 도시한 것이다.

도 9와 10은 단위 축냉모듈(100)이 다수 개 배열되어 냉동 컨테이너(200)의 상부측에 장착되는 예를 도시한 것이다.

다수 개의 축냉모듈(100)은 A열 B행으로 배열된다. 이하에서는 냉동 컨테이너(200)의 상부 즉, 천정에 배열된 다수 개 축냉모듈이 제1 내지 N 축냉모듈을 포함하는 것으로 설명한다.

본 발명에서와 같이 다수 개의 축냉모듈(100)을 냉동 컨테이너(200)의 상부에 배치함으로써 측부이나 하부에 배치되는 경우보다 방열 효과를 높일 수 있다.

도 9는 냉동기(500)의 위치를 기준으로 단위 축냉모듈(100) 8개가 4열 2행으로 배열되는 예이며, 도 10은 냉동기(500)의 위치를 기준으로 단위 축냉모듈(100) 8개가 2열 4행으로 배열되는 예이다.

축냉모듈(100)의 배열 구조나 장착 개수는 냉동 컨테이너(200)의 천정 면적에 따라 정해질 수 있으며, 특정 배열 구조로 한정되지는 않는다.

냉동 컨테이너(200)에서 제1 내지 N 축냉모듈이 서로 연결됨으로써 냉매가 흐르는 하나의 열교환 파이프라인(300)이 형성된다.

열교환 파이프라인(300)은 제1 내지 N 축냉모듈 중 이웃하는 축냉모듈 간에 열교환 파이프가 연결되어 형성된다. 열교환 파이프라인(300)은 제1 내지 N 축냉모듈에 각각 구비되는 열교환 파이프를 포함하고, 제1 내지 N 축냉모듈 중 일부 축냉모듈을 연결시키는 U자관(310)을 더 포함한다.

열교환 파이프라인(300)에서 이웃하는 축냉모듈 간에는 연결부재(32,33)에 의해 체결 연결되지만 일부 축냉모듈 간에는 U자관(310)에 의해 체결 연결될 수 있다.

다수 개의 축냉모듈이 배열되고 상호 체결됨에 따라, 열교환 파이프라인(300)은 만곡부에 해당하는 U자관(310)을 적어도 하나 포함하여 만곡형 지그재그 형태를 갖는다.

냉동 컨테이너(200)는 그의 측부에 외부로부터 냉매가 유입되게 형성되는 냉매유입구(210)와 외부로 냉매를 유출하게 형성되는 냉매유출구(220)가 구비된다. 여기서, 냉매유입구(210)와 냉매유출구(220)는 냉동 컨테이너(200)의 외부에 마련되는 냉동기(500)에 연결되기 위해 구비된다. 특히, 제1 내지 N 축냉모듈 중 제1 축냉모듈에 구비되는 열교환 파이프의 유입구는 냉매유입구(210)에 연결되고, 마지막 축냉모듈인 제N 축냉모듈에 구비되는 열교환 파이프의 유출구는 냉매유출구(220)에 연결된다.

냉동기(500)는 연결관을 통해 냉매유입구(210)와 냉매유출구(220)에 연결되며, 그에 따라 냉매유입구(210), 제1 내지 N 축냉모듈의 열교환 파이프, 그리고 냉매유출구(220)를 거치는 열교환 파이프라인(300)을 통해 냉매를 순환시킨다.

냉동기(500)는 심야 전력과 같은 잉여 전력으로 구동되어 전술된 열교환 파이프라인을 통해 냉열을 순환시키므로 효율적인 에너지 이용에 부합된다.

도 11에 도시된 바와 같이, 다수 축냉모듈을 장착한 냉동 컨테이너(200)를 차량에 탑재함으로써, 냉동 컨테이너 차량의 연비 손실을 줄일 수 있다. 또한 외부에 별도로 마련되는 냉동기(500)를 심야시간 대에 작동시켜 축냉이 진행되므로 축냉을 위한 차량 운전이 요구되지 않고 유해가스 배출도 없다.

본 발명에 따르면, 메쉬 메탈을 이용하여 열에너지 전달 특성을 최대화할 수 있다. 그에 따라 충진되는 잠열축냉재에 냉열을 빠르게 전달하면서도 잠열축냉재 전체에 대해 고르게 냉열을 전달할 수 있으므로, 냉열의 축적 시간을 단축시킬 수 있다. 즉, 메쉬 메탈을 구비함으로써 잠열축냉재가 결빙 온도에 이르는 시간이 짧아진다. 그로 인해 냉장 사이클 또는 냉동 사이클이 단축되어 적재물의 신선도 유지에 유리하다.

발명의 실시를 위한 형태

지금까지 본 발명의 바람직한 실시 예에 대해 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위 내에서 변형된 형태로 구현할 수 있을 것이다.

그러므로 여기서 설명한 본 발명의 실시 예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 상술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

산업상 이용가능성

상기와 같은 본 발명은 축냉모듈이 냉동 컨테이너에 장착된 경우와 그 냉동 컨테이너가 탑재된 차량은 물론 축냉식 냉동고, 냉장고, 냉동 차량, 냉동 컨테이너, 이동식 냉동 컨테이너 등에 폭넓게 적용될 수 있다.

Claims (21)

1. 내부에 잠열축냉재를 포함하는 하우징;
   상기 하우징을 관통하여 배치되며, 상기 잠열축냉재의 냉각을 위해 내부에 저온의 냉매가 흐르는 열교환 파이프; 그리고
   상기 하우징 내부에서 상기 잠열축냉재에 냉열 에너지를 분배하는 메쉬 메탈;
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 축냉모듈.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징은,
   탄소 섬유계 또는 그라파이트 섬유계 또는 유리 섬유계 재질로 제조되는 것을 특징으로 하는 축냉모듈.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 탄소 섬유계와 상기 그라파이트 섬유계와 상기 유리 섬유계 중 어느 하나가 싸이클릭 부틸렌 테레프탈레이트(CBT)와 결합한 복합 재질인 것을 특징으로 하는 축냉모듈.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 메쉬 메탈은,
   구리와 스테인레스 스틸을 포함하는 금속재질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 축냉모듈.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 메쉬 메탈의 적어도 일단이 상기 열교환 파이프에 직접 접촉되게 형성되는 것을 특징으로 하는 축냉모듈.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 메쉬 메탈은,
   상기 하우징의 내부에 전체적으로 분포되는 것을 특징으로 하는 축냉모듈.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환 파이프는,
   상기 냉매가 유입되는 유입구와 상기 냉매가 유출되는 유출구에 타 파이프와의 체결을 위한 연결부재를 각각 구비하는 것을 특징으로 하는 축냉모듈.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 열교환 파이프는,
   구리와 알루미늄을 포함하는 금속재질 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 축냉모듈.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 하우징은,
   하부 면에 대향하는 상부 면이 외측으로 연장되는 장착부를 구비하는 것을 특징으로 하는 축냉모듈.
10. 제 9 항에 있어서,
    상기 장착부는,
    상기 축냉모듈을 대상 영역에 장착 가능하도록 해주는 적어도 하나의 체결 홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 축냉모듈.
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 열교환 파이프가 관통하는 방향에 해당하는 길이방향이 폭방향에 비해 상대적으로 긴 길이를 갖는 것을 특징으로 하는 축냉모듈.
12. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 내부에서 상기 잠열축냉재가 충진되는 공간을 제외한 여유 공간에 공기 또는 불활성기체를 주입하는 것을 특징으로 하는 축냉모듈.
13. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징의 내부 압력이 마이너스 압력인 것을 특징으로 하는 축냉모듈.
14. 제 1 항에 있어서,
    상기 잠열축냉재는,
    무기물계 조성물, 유기물계 조성물, 그리고 무기물계와 유기물계의 혼합 조성물 중 어느 하나로 제조되는 것을 특징으로 하는 축냉모듈.
15. 제 1 항에 있어서,
    상기 하우징은,
    외벽이 주기적 만곡 구조로 형성되는 것을 특징으로 축냉모듈.
16. 제 1 내지 15 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 축냉모듈이 다수 개 배열되어 상부측에 장착되는 것을 특징으로 하는 다수 축냉모듈을 장착한 냉동 컨테이너.
17. 제 16 항에 있어서,
    상기 배열된 다수 개 축냉모듈이 제1 내지 N 축냉모듈을 포함하고,
    상기 제1 내지 N 축냉모듈 중 이웃하는 축냉모듈 간에 상기 열교환 파이프가 연결되어 제1 축냉모듈에서 제N 축냉모듈까지 상기 냉매가 흐르는 열교환 파이프라인이 형성되는 것을 특징으로 하는 다수 축냉모듈을 장착한 냉동 컨테이너.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 냉동 컨테이너의 측부에 외부로부터 냉매가 유입되게 형성되는 냉매유입구와 외부로 냉매를 유출하게 형성되는 냉매유출구가 구비되고,
    상기 제1 축냉모듈에 구비되는 열교환 파이프의 유입구가 상기 냉매유입구에 연결되고, 상기 제N 축냉모듈에 구비되는 열교환 파이프의 유출구가 상기 냉매유출구에 연결되는 것을 특징으로 하는 다수 축냉모듈을 장착한 냉동 컨테이너.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 냉매유입구와 상기 냉매유출구는,
    상기 냉동 컨테이너의 외부에 마련되는 냉동기와의 연결을 위해 구비되는 것을 특징으로 하는 다수 축냉모듈을 장착한 냉동 컨테이너.
20. 제 17 항에 있어서,
    상기 열교환 파이프라인은,
    상기 제1 내지 N 축냉모듈에 각각 구비되는 열교환 파이프를 포함하고,
    상기 제1 내지 N 축냉모듈 중 일부 축냉모듈을 연결시키는 U자관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 다수 축냉모듈을 장착한 냉동 컨테이너.
21. 제 16 내지 20 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 냉동 컨테이너가 탑재되는 것을 특징으로 하는 냉동 컨테이너 차량.

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