KR20180092996A - 플레이크 아이스 제조 장치, 플레이크 아이스 제조 시스템, 플레이크 아이스 제조 방법 및 이동체 - Google Patents

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요시오 히로카네
타다오 이즈츠
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블랑테크 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 용질 농도를 거의 균일하게 하는 동결점이 서로 다른 여러 종류의 플레이크 아이스를 쉽게 제조하는 방법을 제공한다.
플레이크 아이스 제조 장치(10)에 있어서, 드럼(11)은, 내부 실린더(22); 내부 실린더(22)를 둘러싸는 외부 실린더(23); 내부 실린더(22)와 외부 실린더(23) 사이에 형성되는 클리어런스(24); 를 포함하고, 냉매 공급부(29)는, 클리어런스(24)에 대하여 냉매를 공급한다. 회전축(12)은, 드럼(11)의 중심축을 축으로 하여 회전한다. 분사부(13)는, 회전축(12)과 함께 회전하고, 내부 실린더(22)의 내주면을 향해 브라인을 분사한다. 박취부(14)는, 분사부(13)에서 분사된 상기 브라인이, 클리어런스(24)로 공급된 상기 냉매에 의해 냉각된 내부 실린더(22)의 내주면에 부착하고, 그 결과로서 생성된 플레이크 아이스를 긁어낸다.

Description

플레이크 아이스 제조 장치, 플레이크 아이스 제조 시스템, 플레이크 아이스 제조 방법 및 이동체
본 발명은 플레이크 아이스 제조 장치, 플레이크 아이스 제조 시스템, 플레이크 아이스 제조 방법, 및 이동체에 관한 것이다.
종래부터, 신선한 해산물의 신선도나 품질을 유지하기 위하여, 신선한 해산물을 얼음으로 냉각하는 방법을 취하고 있다. 예를 들면, 어선이 고기잡이를 떠날 때에는, 대량의 얼음을 어선에 싣고, 수빙(얼음과 바닷물의 혼합물)을 가득 채운 용기에 포획한 생선을 넣어 수송하고 있다.
하지만, 담수로 만들어진 얼음의 경우, 얼음이 녹으면 신선도 유지에 사용되는 바닷물의 용질 농도가 저하된다. 그 결과, 삼투압에 의해 수빙에 잠겨져 있는 생선의 체내에 물이 침입되어, 생선의 신선도나 미각이 떨어지는 문제점이 존재한다.
그러므로, 특허 문헌1에는, 신선한 식품의 신선도 유지에 사용하기 위하여, 약 0.5~2.5%의 용질 농도를 갖는 염분 함유수의 동결에 의해 얻어진 염분 함유빙을 슬러리 형태로 형성하여 실현되는 염분 함유수의 제빙 방법으로서, 여과 살균을 거친 바닷물 등 원수를 염분 조절하여 약 1.0~1.5% 전후의 용질 농도의 염분 함유수를 얻고, 상기 염분 함유수를 급속 냉각하여 상기 용질 농도에 대응하는 -5~-1℃의 빙점 온도를 갖는 슬러리 형태의 염분 함유빙을 생성하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 종래부터, 생선의 신선도를 유지하는 것 등을 목적으로, 얼음이 피 냉각물의 냉각에 사용되고 있다.
특허 문헌2에는, 식염수로 이루어진 얼음을 생선과 접촉시킴으로써 생선을 냉각하고, 생선의 신선도를 유지하는 방법이 개시되어 있다. 특허 문헌 2에는, 식염수로 이루어지는 얼음의 제조 방법으로서, 염수 용액을 용기에 담아 외부로부터 냉각하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 지금까지, 신선한 해산물 등의 동식물 또는 그 부분은, 빙수로 냉각하여 신선도를 유지하고 있다. 하지만, 담수로 만들어진 얼음의 경우, 얼음이 녹으면 신선도 유지에 사용되는 바닷물의 용질 농도가 저하된다. 그 결과, 삼투압에 의해 수빙에 잠겨져 있는 동식물 또는 그 부분의 체내에 물이 침입되어 신선도 등이 떨어져 버리는 문제점이 존재한다.
그러므로, 특허 문헌 3에는, 약 0.5~2.5%의 용질 농도를 갖는 염분 함유수의 동결에 의해 얻어진 염분 함유빙을 슬러리 형태로 형성하여 실현되는 염분 함유수의 제빙 방법으로서, 여과 살균을 거친 바닷물 등의 원수를 염분 조절하여 약1.0~1.5% 전후의 용질 농도의 염분 함유수를 얻고, 상기 염분 함유수를 급속 냉각하여 상기 용질 농도에 대응하는 -5~-1℃의 빙점 온도를 갖는 슬러리 형태의 염분 함유빙을 생성하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 4에는, 약0.2~5.0%(w/v)의 식염수에 간수를 첨가하여, -3~10℃의 수온으로 유지한 용액에, 선어를 일정 시간 침지하여 동결시키는 방법이 개시되어 있다.
또한, 지금까지, 신선한 해산물 등의 신선한 동식물 또는 그 부분의 신선도를 유지하기 위하여, 신선한 해산물 등을 얼음으로 냉각함으로써 피 냉동 신선한 동식물 또는 그 부분을 제조하고 있다. 예를 들면, 어선이 고기잡이를 떠날 때에는, 대량의 얼음을 어선에 싣고, 수빙(얼음+바닷물)을 가득 채운 용기에 포획한 생선을 넣어 수송하고 있다. 하지만, 담수로 만들어진 얼음의 경우, 얼음이 녹으면 신선도 유지에 사용되는 바닷물의 용질 농도가 저하된다. 그 결과, 삼투압에 의해 수빙에 잠겨져 있는 생선의 체내에 물이 침입되어, 생선의 신선도나 미각이 떨어져 버리는 문제점이 존재한다.
그러므로, 특허 문헌 3에는, 제조된 피 냉동 동식물 또는 그 부분의 신선도 유지에 사용하기 위하여, 약 0.5~2.5%의 용질 농도를 갖는 염분 함유수의 동결에 의해 얻어진 염분 함유빙을 슬러리 형태로 형성하여 실현되는 염분 함유수의 제빙 방법으로서, 여과 살균을 거친 바닷물 등의 원수를 염분 조절하여 약 1.0~1.5% 전후의 용질 농도의 염분 함유수를 얻고, 상기 염분 함유수를 급속 냉각함으로써 상기 용질 농도에 대응하는 -5~-1℃의 빙점 온도를 갖는 슬러리 형태의 염분 함유빙을 생성하는 방법이 개시되어 있다.
또한, 특허 문헌 4에는, 0.2~5.0%(w/v)의 식염수에 간수를 첨가하여, -3~10℃의 수온으로 유지한 침지액에, 선어를 일정 시간 침지하는 방법이 개시되어 있다.
일본 특허 공개 공보 제2002-115945호 일본 특허 공개 공보 제2000-3544542호 일본 특허 공개 공보 제2002-115945호 일본 특허 공개 공보 제2006-158301호
하지만, 특허 문헌 1을 포함하는 종래의 기술에는, 신선한 해산물 중의 수분은 동결하면 결정화되지만, 신선한 해산물 중의 얼음의 결정이 커지기 때문에, 신선한 해산물의 세포 조직이 파괴되어, 신선도, 미각을 유지할 수 없는 문제점이 존재한다. 또한, 특허 문헌 1에 기재되어 있는 종래 방법의 경우, 슬러리 형태의 염분 함유빙의 빙점 온도나 침지액의 수온이 그다지 낮지 않기 때문에, 짧은 시간 밖에 신선한 해산물의 신선도를 유지할 수 없으며, 각 피 보냉물에 요구되는 보냉 온도에 대응할 수 없다.
또한, 염수를 동결시킨 얼음은, 동결점이 높은 담수 부분으로부터 동결하기 시작하고, 최종적으로 동결하는 부분에는 소량의 염수가 동결한 부분이나 얼음의 주위에 석출한 염이 부착된 상태로 되며, 얼음의 용질 농도는 불균일해 진다. 그리고, 융해시에는 최종적으로 동결한 부분이 먼저 융해하고, 고농도의 염수가 나오기 때문에, 융해수는 융해 과정에서 용질 농도가 대폭으로 변화하거나, 온도가 0℃를 향해 상승하는 기술적인 과제가 있었다.
본 발명은 이러한 사정을 감안하여 완성된 것으로, 용질 농도를 거의 균일하게 하는 플레이크 아이스를 쉽게 제조하는 것을 목적으로 하다. 또한, 냉각 능력이 양호한 플레이크 아이스의 제조 방법 및 분리하지 않는 상태를 길게 지속시킬 수 있는 플레이크 아이스의 제조 방법을 제공할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 측면의 플레이크 아이스 제조 장치는,
브라인을 동결시켜 플레이크 아이스를 제조하는 플레이크 아이스 제조 장치로서,
내부 실린더, 상기 내부 실린더를 둘러싸는 외부 실린더, 상기 내부 실린더와 상기 외부 실린더 사이에 형성되는 클리어런스를 포함하는 드럼;
상기 클리어런스에 대하여 냉매를 공급하는 냉매 공급부;
상기 드럼의 중심축을 축으로 하여 회전하는 회전축;
상기 회전축과 함께 회전하고, 상기 내부 실린더의 내주면을 향해 브라인을 분사하는 분사부;
상기 분사부에서 분사된 상기 브라인이, 상기 클리어런스에 공급된 상기 냉매에 의해 냉각된 상기 내부 실린더의 내주면에 부착하고, 그 결과로서 생성된 플레이크 아이스를 긁어내는 박취부;
를 구비한다.
또한, 상기 브라인은,
소정의 조건을 만족시키는 용질을 함유하는 수용액;
상기 수용액을 포함하는 액체의 얼음보다도 높은 열 전도율을 가지는 고체(예를 들면, 금속)를 함유할 수 있다.
또한, 상기 액체는,
기름을 더 함유할 수 있다.
또한, 상기 용질은,
응고점 강하도가 서로 다른 2가지 종류 이상의 용질을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면의 플레이크 아이스 제조 장치는,
상기 회전축의 회전 속도를 가변 제어하는 속도 제어부
를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 냉매 공급부는,
상기 냉매로서, 액화 천연가스를 상기 클리어런스에 공급할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 측면의 플레이크 아이스 제조 장치는, 이동체에 탑재될 수 있다.
본 발명에 따르면, 용질 농도를 거의 균일하게 하는 플레이크 아이스를 쉽게 제조할 수 있다. 또한, 냉각 능력이 양호한 플레이크 아이스의 제조 방법 및 분리하지 않는 상태를 길게 지속시킬 수 있는 플레이크 아이스의 제조 방법을 제공할 수 있다.
도1은 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플레이크 아이스 제조 장치의 개요를 나타내는 부분 단면 사시도를 포함하는 이미지 도면이다.
도2는 도1의 플레이크 아이스 제조 장치를 포함하는 플레이크 아이스 제조 시스템의 전체 개요를 나타내는 이미지 도면이다.
도3은 도1의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 제조된 플레이크 아이스를 이용하여 제조할 수 있는 얼음 슬러리의 종류를 나타내는 이미지 도면이다.
도4는 액화 천연가스(LNG)의 배출 냉열의 이용예를 나타내는 도면이다.
<얼음>
본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음은, 아래의 조건 (a) 및 (b)를 만족시키는 용질을 함유하는 수용액을 포함하는 액체(브라인이라고도 함.)의 얼음(플레이크 아이스라고도 함.)이다.
(a) 융해 완료시의 온도가 0℃ 미만.
(b) 융해 과정에서 상기 얼음으로부터 발생하는 수용액의 용질 농도의 변화율이 30% 이내.
물에 용질을 융해시킨 경우, 그 수용액의 응고점이 저하되는 응고점 강하가 발생하는 것이 알려져 있다. 응고점 강하의 작용에 의해, 식염 등의 용질이 융해된 수용액은, 그 응고점이 저하된다. 즉, 그러한 수용액으로 이루어지는 얼음은, 담수로 이루어지는 얼음보다 낮은 온도에서 응고된 얼음이다.
여기서, 얼음이 물로 변화할 때에 필요한 열을 "잠열"이라고 하지만, 이 잠열은 온도 변화를 동반하지 않는다. 이러한 잠열의 효과에 의해, 상기와 같은 응고점이 저하된 얼음은, 융해시에 담수의 응고점 이하의 온도에서 안정한 상태가 지속되므로, 냉열 에너지를 저축한 상태가 지속된다.
따라서, 본래는, 피 냉각물의 냉각 능력이 담수로 이루어진 얼음보다 높아져야 한다. 하지만, 종래 기술에 의해 제조된 얼음은, 냉각시에 자체의 온도가 경시적으로 빨리 상승하는 등, 피 냉각물을 냉각하는 능력이 충분하지 않다는 것을 본 발명자들은 발견하였다. 본 발명자들은 그 이유에 대하여 검토한 결과, 종래 기술에서는 식염 등의 용질을 함유하는 수용액을 이용하여 얼음을 제조했다고 해도, 실제는, 수용액이 얼기 전에 용질을 포함하지 않는 얼음이 먼저 제조되고, 그 결과로서 제조되는 것은 용질을 포함하지 않는 얼음과 용질의 혼합물이 되거나, 또는, 응고점이 저하된 얼음은 아주 조금 밖에 생성되지 않기 때문에, 냉각 능력이 높은 얼음이 제조되지 않았다는 것을 알았다.
하지만, 본 발명자들은, 소정의 방법에 의해(상세한 내용은 후술한다.), 응고점이 저하된 수용액을 포함하는 액체의 얼음을 제조하는데 성공하였다. 이러한 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음은, 상기의 조건 (a) 및 (b)를 만족시킨다. 아래에, 상술한 조건 (a) 및 (b)에 대해 설명한다.
(융해 완료시의 온도)
상기 (a)에 대하여, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음은, 용질을 함유하는 수용액을 포함하는 액체의 얼음이기 때문에, 담수(용질을 포함하지 않는 물)의 응고점보다 응고점의 온도가 저하한다. 그러므로, 융해 완료시의 온도가 0℃ 미만인 특징을 갖는다. "융해 완료시의 온도"란, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음을 융해점 이상의 환경(예를 들면, 실온, 대기압)에 놓음으로써 얼음의 융해를 개시시키고, 모든 얼음이 융해되어 물로 된 시점에서의 그 물의 온도를 말한다.
융해 완료시의 온도는 0℃ 미만이면 특별히 한정되지 않으며, 용질의 종류, 농도를 조절함으로써 적당히 변경할 수 있다. 융해 완료시의 온도는 냉각 능력이 보다 높다는 점에서, 온도가 낮은 편이 바람직하며, 구체적으로는, -1℃ 이하(-2℃ 이하, -3℃ 이하, -4℃ 이하, -5℃ 이하, -6℃ 이하, -7℃ 이하, -8℃ 이하, -9℃ 이하, -10℃ 이하, -11℃ 이하, -12℃ 이하, -13℃ 이하, -14℃ 이하, -15℃ 이하, -16℃ 이하, -17℃ 이하, -18℃ 이하, -19℃ 이하, -20℃ 이하 등)인 것이 바람직하다. 한편, 응고점을 피 냉각물의 동결점과 근사하게 하는 편이 바람직한 경우도 있으며(예를 들면, 신선한 동식물의 손상을 방지하기 위한 등), 이러한 경우에는, 융해 완료시의 온도가 너무 낮지 않은 편이 바람직하고, 예를 들면, -21℃ 이상(-20℃ 이상, -19℃ 이상, -18℃ 이상, -17℃ 이상, -16℃ 이상, -15℃ 이상, -14℃ 이상, -13℃ 이상, -12℃ 이상, -11℃ 이상, -10℃ 이상, -9℃ 이상, -8℃ 이상, -7℃ 이상, -6℃ 이상, -5℃ 이상, -4℃ 이상, -3℃ 이상, -2℃ 이상, -1℃ 이상,-0. 5℃ 이상 등)인 것이 바람직하다.
(용질 농도의 변화율)
상기 (b)에 대하여, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음은, 융해 과정에서 얼음으로부터 발생하는 수용액의 용질 농도의 변화율(아래에, 본 명세서에 있어서 "용질 농도의 변화율"이라고 약칭하는 경우도 있다.)이 30% 이내인 특징을 갖는다. 특허 문헌 1에 기재된 것과 같은 방법에 있어서도, 응고점이 약간 저하된 얼음이 생기는 경우도 있지만, 그 대부분은 용질을 포함하지 않는 물의 얼음과 용질의 결정의 혼합물이기 때문에, 냉각 능력이 충분하지 않다. 이와 같이, 용질을 포함하지 않는 물의 얼음과 용질의 결정의 혼합물이 많이 포함되는 경우, 얼음을 융해 조건하에 놓으면, 융해에 따른 용질의 용출 속도가 불안정하고, 융해 개시시에 가까운 시점일수록 용질이 많이 용출하며, 융해가 진행되는 동시에 용질의 용출하는 양이 적어지고, 융해가 완료시에 가까운 시점일수록 용질의 용출량이 적어진다. 이에 대하여, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음은, 용질을 함유하는 수용액을 포함하는 액체의 얼음으로 이루어진 물질이기 때문에, 융해 과정에서의 용질의 용출 속도의 변화가 적은 특징을 갖는다. 구체적으로, 융해 과정에서 얼음으로부터 발생하는 수용액의 용질 농도의 변화율은 30% 이다. 또한, "융해 과정에서 얼음으로부터 발생하는 수용액의 용질 농도의 변화율"이란, 융해 과정의 임의의 시점에서 발생하는 수용액에 있어서의 용질 농도에 대한, 융해 완료시의 수용액의 농도의 비율을 의미한다. 또한, "용질 농도"란 수용액 중의 용질의 질량의 농도를 의미한다.
본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음에 있어서의 용질 농도의 변화율은 30% 이내이면 특별히 한정되지 않지만, 그 변화율이 작을수록 응고점이 저하된 수용액의 얼음의 순도가 높다는 것, 즉, 냉각 능력이 높다는 것을 의미한다. 이 관점에서, 용질 농도의 변화율은, 25% 이내(24% 이내, 23% 이내, 22% 이내, 21% 이내, 20% 이내, 19% 이내, 18% 이내, 17% 이내, 16% 이내, 15% 이내, 14% 이내, 13% 이내, 12% 이내, 11% 이내, 10% 이내, 9% 이내, 8% 이내, 7% 이내, 6% 이내, 5% 이내, 4% 이내, 3% 이내, 2% 이내, 1% 이내, 0.5% 이내 등)인 것이 바람직하다. 한편, 용질 농도의 변화율은, 0.1% 이상(0.5% 이상, 1% 이상, 2% 이상, 3% 이상, 4% 이상, 5% 이상, 6% 이상, 7% 이상, 8% 이상, 9% 이상, 10% 이상, 11% 이상, 12% 이상, 13% 이상, 14% 이상, 15% 이상, 16% 이상, 17% 이상, 18% 이상, 19% 이상, 20% 이상 등)일 수도 있다.
(용질)
본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음에 포함되는 용질의 종류는, 물을 용매로 했을 때의 용질이면 특별히 한정되지 않으며, 원하는 응고점, 사용하는 얼음의 용도 등에 따라 적당히 선택할 수 있다. 용질로서는, 고체 상태의 용질, 액체 상태의 용질 등을 예로 들 수 있지만, 대표적인 고체 상태의 용질로서는, 염류(무기염, 유기염 등)를 예로 들 수 있다. 특히, 염류 중에서 식염(NaCl)은 응고점의 온도를 과도하게 낮추지 않고, 신선한 동식물 또는 그 일부의 냉각에 적합하기 때문에 바람직하다. 또한, 식염은 바닷물에 포함되므로, 조달이 쉽다는 점에서도 바람직하다. 또한, 액체 상태의 용질로서는, 에틸렌 글리콜 등을 예로 들 수 있다. 또한, 용질은 단독적으로 1가지 종류를 포함할 수 있으며, 2가지 종류 이상을 포함할 수도 있다.
본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음에 포함되는 용질의 농도는 특별히 한정되지 않으며, 용질의 종류, 원하는 응고점, 사용하는 얼음의 용도 등에 따라, 적당히 선택할 수 있다. 예를 들면, 용질로서 식염을 사용하는 경우, 수용액의 응고점을 보다 낮추어, 높은 냉각 능력을 얻을 수 있다는 점에서, 식염의 농도는 0.5%(w/v) 이상(1%(w/v) 이상, 2%(w/v) 이상, 3%(w/v) 이상, 4%(w/v) 이상, 5%(w/v) 이상, 6%(w/v) 이상, 7%(w/v) 이상, 8%(w/v) 이상, 9%(w/v) 이상, 10%(w/v) 이상, 11%(w/v) 이상, 12%(w/v) 이상, 13%(w/v) 이상, 14%(w/v) 이상, 15%(w/v) 이상, 16%(w/v) 이상, 17%(w/v) 이상, 18%(w/v) 이상, 19%(w/v) 이상, 20%(w/v) 이상 등)인 것이 바람직하다. 한편, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음을 신선한 동식물 또는 그 일부의 냉각에 사용하는 경우 등에 있어서, 응고점의 온도를 과도하게 낮추지 않는 편이 바람직하며, 이 관점에서, 23%(w/v) 이하(20%(w/v) 이하, 19%(w/v) 이하, 18%(w/v) 이하, 17%(w/v) 이하, 16%(w/v) 이하, 15%(w/v) 이하, 14%(w/v) 이하, 13%(w/v) 이하, 12%(w/v) 이하, 11%(w/v) 이하, 10%(w/v) 이하, 9%(w/v) 이하, 8%(w/v) 이하, 7%(w/v) 이하, 6%(w/v) 이하, 5%(w/v) 이하, 4%(w/v) 이하, 3%(w/v) 이하, 2%(w/v) 이하, 1%(w/v) 이하 등)인 것이 바람직하다.
본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음은 냉각 능력이 양호하기 때문에, 피 보냉물을 냉각시키는 냉매로서 사용하는데 적합하다. 피 보냉물을 냉각시키는 저온의 냉매로서는, 얼음 이외에 에탄올 등 부동액으로 사용되는 유기 용매를 예로 들 수 있지만, 이러한 부동액보다 얼음의 열 전도율이 높고, 비열(specific heat)이 높다. 그러므로, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음과 같은 용질을 용해시켜 응고점이 낮아진 얼음은, 부동액과 같은 기타 0℃ 미만의 냉매보다 냉각 능력이 양호하다는 점에서도 유용하다.
본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음은, 상기 용질 이외의 성분을 포함할 수 있고, 포함하지 않을 수도 있다.
본 발명에 있어서, "얼음"이란, 수용액을 포함하는 액체가 얼은 물질을 말한다.
또한, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음은, 담수의 응고점 이하의 온도에서 안정한 상태가 지속되기 때문에, 즉, 분리하지 않는 상태를 길게 지속시킬 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 후술한 바와 같이, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음을 구성하는 액체가, 상기 용질을 함유하는 수용액 외에, 기름을 더 포함하는 액체인 경우, 이 기름의 균일한 상태가 길게 지속되며, 즉, 분리하지 않는 상태를 길게 지속시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음을 구성하는 액체는, 상기 용질을 함유하는 수용액 외에, 기름을 더 포함하는 액체일 수도 있다. 그러한 액체로서는, 생우유, 물과 기름을 포함하는 산업 폐기물(폐기 우유 등)을 예로 들 수 있다. 액체가 생우유인 경우, 그 얼음을 먹었을 때의 관능성이 향상한다는 점에서 바람직하다. 이와 같이, 관능성이 향상되는 이유는, 생우유에 포함되는 기름(지방)이 얼음 속에 갇혀진 상태이기 때문인 것으로 추측된다. 또한, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음은, 상기 용질을 함유하는 수용액을 동결시킨 물질로만 구성될 수도 있다.
본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음을 구성하는 액체가 기름을 더 포함하는 경우, 액체 중의 물과 기름의 비율은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 1:99~99:1(10:90~90:10, 20:80~80:20, 30:70~70:30, 40:60~60:40 등)의 범위에서 적당히 선택할 수 있다.
또한, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음은, 응고점 강하도가 서로 다른 2가지 종류 이상의 용질을 포함하는 수용액의 얼음일 수도 있다. 이러한 경우, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음은, 한가지 용질을 포함하는 수용액의 얼음과 다른 한가지 용질을 포함하는 수용액의 얼음의 혼합물일 수도 있다. 이러한 경우, 예를 들면, 용질로서 에틸렌 글리콜을 포함하는 수용액의 얼음에, 에틸렌 글리콜과 응고점 강하도가 서로 다른 용질로서 식염을 포함하는 수용액의 얼음을 추가함으로써, 에틸렌 글리콜을 포함하는 수용액의 얼음의 융해를 지연시킬 수 있다. 또는, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음은, 2가지 종류 이상의 용질을 동일한 수용액에 용해시킨 수용액의 얼음일 수도 있다. 또한, 응고점 강하도가 서로 다른 2가지 종류 이상의 용질을 병용하는 경우, 대상으로 되는 용질을 포함하는 수용액의 얼음의 융해점을 낮추는 경우에 있어서도 유용하다. 예를 들면, 용질로서 식염을 사용하는 경우, 식염보다 융해점을 더 낮출 수 있는 용질(에틸렌 글리콜, 염화칼슘 등)을 병용함으로써, 식염수의 얼음의 융해점을 낮출 수 있으며, 예를 들면, 식염수의 얼음만으로는 달성할 수 없는 -30℃에 가까운 온도를 실현할 수 있다. 응고점 강하도가 서로 다른 2가지 종류 이상의 용질의 비율은 목적에 따라 적당히 변경할 수 있다.
(피 보냉물을 냉각시키는 냉매(얼음 슬러리라고도 함.))
본 발명은, 상기 얼음을 포함하는, 피 보냉물을 냉각시키는 냉매를 포함한다. 상기와 같이, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음은 냉각 능력이 양호하기 때문에, 피 보냉물을 냉각시키는 냉매로서 적합하다.
또한, 피 보냉물을 냉각시키기 위한 냉매와, 내부 실린더(22)(도1 참조)를 냉각시키기 위한 냉매의 혼동을 방지하기 위하여, 피 보냉물을 냉각시키기 위한 냉매를, 이하 "얼음 슬러리"라고 부른다.
본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음 슬러리는, 상기 얼음 외의 기타 성분을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 상기 얼음 이외에 물을 포함함으로써, 얼음과 물의 혼합물에 의하여 구성될 수도 있다. 예를 들면, 얼음에 포함되는 용질과 동일한 용질을 함유하는 물을 더 포함하는 경우, 얼음에서의 용질의 농도와, 물에서의 용질의 농도는 근사한 편이 바람직하다. 그 이유는, 아래와 같다.
얼음의 용질 농도가 물의 용질 농도보다 높은 경우, 얼음의 온도가 물의 포화 동결점보다 낮기 때문에, 용질 농도가 낮은 물을 혼합한 직후에 수분이 동결한다. 한편, 얼음의 용질 농도가 물의 용질 농도보다 낮은 경우, 얼음의 포화 동결점보다도 물의 포화 동결점이 낮기 때문에, 얼음이 융해하고, 얼음과 물의 혼합물로 이루어진 얼음 슬러리의 온도가 저하된다. 즉, 얼음과 물의 혼합물의 상태(얼음 슬러리의 상태)를 변동시키지 않도록 하기 위하여, 상술한 바와 같이, 혼합하는 얼음과 물의 용질 농도를 동일 정도로 하는 것이 바람직하다. 또한, 얼음과 물의 혼합물의 상태인 경우, 물은 상기 얼음이 융해되어 형성될 수도 있고, 별도로 조제될 수도 있지만, 상기 얼음이 융해되어 형성되는 것이 바람직하다.
구체적으로, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음 슬러리를 얼음과 물의 혼합물에 의하여 구성하는 경우, 얼음에서의 용질의 농도와 물에서의 용질의 농도의 비가, 75:25~20:80인 것이 보다 바람직하고, 70:30~30:70인 것이 더욱 바람직하며, 60:40~40:60인 것이 보다 더 바람직하고, 55:45~45:55인 것이 한층 더 바람직하며, 52:48~48:52인 것이 특히 바람직하고, 50:50인 것이 가장 바람직하다. 특히, 용질로서 식염을 사용하는 경우, 얼음에서의 용질의 농도와 물에서의 용질의 농도의 비가 상기 범위 내인 것이 바람직하다.
본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음의 원료로 되는 물은, 특별히 한정되지 않지만, 용질로서 식염을 사용하는 경우, 바닷물, 바닷물에 염을 추가한 물, 또는 바닷물의 희석수의 얼음인 것이 바람직하다. 바닷물, 바닷물에 염을 추가한 물, 또는 바닷물의 희석수는, 조달이 쉬우므로 비용의 절감도 가능하다.
본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음 슬러리는, 상기 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음보다 높은 열 전도율을 가지는 고체를 더 함유할 수도 있고, 함유하지 않을 수도 있지만, 함유하는 것이 바람직하다. 짧은 시간 내에 냉각 대상물을 냉각시키고자 하는 경우, 열 전도율이 높은 고체를 이용함으로써 달성 가능하지만, 이 경우, 그 고체 자체도 짧은 시간 내에 냉열 에너지를 잃고 온도가 상승하기 쉬우므로, 장시간의 냉각에는 부적절하다. 한편, 열 전도율이 높은 고체를 이용하지 않는 편이 장시간의 냉각에 적합하지만, 짧은 시간 내에 냉각 대상물을 냉각하는데는 부적절 하다. 하지만, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음은, 상기와 같이 냉각 능력이 높기 때문에, 열 전도율이 높은 고체에 의한 짧은 시간 내의 냉각 능력을 얻을 수 있을뿐만 아니라, 장시간의 냉각도 가능하다는 점에서 유용하다. 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음보다 높은 열 전도율을 가지는 고체로서는, 예를 들면, 금속(알루미늄, 은, 동, 금, 두랄루민, 안티몬, 카드뮴, 아연, 주석, 비스무트, 텅스텐, 티타늄, 철, 납, 니켈, 백금, 마그네슘, 몰리브덴, 지르코늄, 베릴륨, 인듐, 니오브, 크롬, 코발트, 이리듐, 팔라듐), 합금(강철(탄소강, 크롬강, 니켈강, 크롬니켈강, 규소강, 텅스텐강, 망간강 등), 니켈크롬합금, 알루미늄 청동, 포금, 황동, 망가닌, 양은, 콘스탄탄, 땜납, 알루멜, 크로멜, 모넬메탈, 백금 이리듐 등), 규소, 탄소, 세라믹스(알루미나 세라믹스, 포로스테라이트 세라믹스, 스테아타이트 세라믹스 등), 대리석, 벽돌(마그네시아 벽돌, 코발트 벽돌 등)등으로, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음보다 높은 열 전도율을 갖는 고체를 예로 들 수 있다. 또한, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음보다 높은 열 전도율을 갖는 고체는, 열 전도율이 2.3W/m K 이상(3W/m K 이상, 5W/m K 이상, 8W/m K 이상 등)인 고체인 것이 바람직하고, 열 전도율이 10W/m K 이상(20W/m K 이상, 30W/m K 이상, 40W/m K 이상 등)인 고체인 것이 보다 바람직하며, 열 전도율이 50W/m K 이상(60W/m K 이상, 75W/m K 이상, 90W/m K 이상 등)인 고체인 것이 더욱 바람직하고, 열 전도율이 100W/m K 이상(125W/m K 이상, 150W/m K 이상, 175W/m K 이상 등)인 고체인 것이 보다 더 바람직하며, 열 전도율이 200W/m K 이상(250W/m K 이상, 300W/m K 이상, 350W/m K 이상 등)인 고체인 것이 보다 더욱 바람직하고, 열 전도율이 400W/m K 이상(410W/m K 이상 등)인 고체인 것이 특히 바람직하다.
본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음 슬러리가, 상기 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음보다 높은 열 전도율을 갖는 고체를 함유하는 경우, 상기와 같이, 많은 고체를 함유해도 장시간의 냉각에 적합하며, 예를 들면, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음보다 높은 열 전도율을 갖는 고체의 질량/얼음 슬러리에 포함되는 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음의 질량(또는 얼음 슬러리에 포함되는 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음과 수용액을 포함하는 액체의 합계 질량)은, 1/100000 이상(1/50000 이상, 1/10000 이상, 1/5000 이상, 1/1000 이상, 1/500 이상, 1/100 이상, 1/50 이상, 1/10 이상, 1/5 이상, 1/4 이상, 1/3 이상, 1/2 이상 등)일 수 있다.
본 발명에 있어서의 상기 고체는, 임의의 형상일 수 있지만, 입자 형상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 고체는, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음의 내부에 포함된 형태로 포함될 수도 있고, 얼음의 외부에 포함된 형태로 포함될 수도 있지만, 얼음의 외부에 포함된 형태로 포함되는 편이 냉각 대상물과 직접 접하기 쉬우므로, 냉각 능력이 높아진다. 따라서, 얼음의 외부에 포함된 형태로 포함되는 편이 바람직하다. 또한, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음 슬러리가 상기 고체를 함유하는 경우, 후술하는 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음의 제조 방법에 의해 얼음을 제조한 후에 상기 고체와 혼합할 수 있고, 또는, 사전에 원료로 되는 물에 혼합한 상태로 얼음을 제조할 수도 있다.
아래에, 본 발명의 일 실시 형태를 도면에 근거하여 설명한다.
[플레이크 아이스 제조 장치]
용기에 담겨진 상태의 수용액을 포함하는 액체를 외부로부터 냉각해도, 본 발명의 플레이크 아이스 제조 장치에 의해 생성되는 얼음을 제조할 수는 없다. 이는, 냉각 속도가 충분하지 않기 때문이라고 볼 수 있다. 하지만, 본 발명의 일 실시 형태인 플레이크 아이스 제조 장치(10)에 따르면, 용질을 함유하는 수용액을 포함하는 액체를 분무함으로써, 안개 상태로 된 수용액이 응고점 이하의 온도로 유지된 벽면에 직접 접함으로써 종래에 없었던 급속한 냉각이 가능하다. 따라서, 상기 조건 (a) 및 (b)를 만족시키는 냉각 능력이 높은 얼음을 생성할 수 있다고 볼 수 있다.
벽면은, 예를 들면, 후술하는 도1에 있어서의 드럼(11)과 같은 원주형의 구조물의 내벽 등을 예로 들 수 있지만, 수용액의 응고점 이하의 온도로 유지할 수 있는 벽면이라면 특별히 한정되지 않는다. 벽면의 온도는, 수용액의 응고점 이하의 온도로 유지되면 특별히 한정되지 않지만, 상기 조건 (a) 및 (b)를 만족시키는 얼음의 순도가 높은 얼음을 제조할 수 있다는 점에서, 수용액의 응고점보다 1℃ 이상 낮은 온도(2℃ 이상 낮은 온도, 3℃ 이상 낮은 온도, 4℃ 이상 낮은 온도, 5℃ 이상 낮은 온도, 6℃ 이상 낮은 온도, 7℃ 이상 낮은 온도, 8℃ 이상 낮은 온도, 9℃ 이상 낮은 온도, 10℃ 이상 낮은 온도, 11℃ 이상 낮은 온도, 12℃ 이상 낮은 온도, 13℃ 이상 낮은 온도, 14℃ 이상 낮은 온도, 15℃ 이상 낮은 온도, 16℃ 이상 낮은 온도, 17℃ 이상 낮은 온도, 18℃ 이상 낮은 온도, 19℃ 이상 낮은 온도, 20℃ 이상 낮은 온도, 21℃ 이상 낮은 온도, 22℃ 이상 낮은 온도, 23℃ 이상 낮은 온도, 24℃ 이상 낮은 온도, 25℃ 이상 낮은 온도 등)로 유지되는 것이 바람직하다.
분무 방법은, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 후술하는 도1에 있어서의 분사부(13)와 같이, 분사홀(13a)을 구비하는 분사 수단에서 분사함으로써 분무할 수 있다. 이러한 경우, 분사할 때의 수압은, 예를 들면, 0.001MPa 이상(0.002MPa 이상, 0.005MPa 이상, 0.01MPa 이상, 0.05MPa 이상, 0.1MPa 이상, 0.2MPa 이상 등)일 수 있고, 1MPa 이하(0.8MPa 이하, 0.7MPa 이하, 0.6MPa 이하, 0.5MPa 이하, 0.3MPa 이하, 0.1MPa 이하, 0.05MPa 이하, 0.01MPa 이하 등)일 수도 있다.
또한, 후술하는 도1에 도시된 바와 같이, 세로형 드럼(11)의 중심축에 회전 가능한 회전축(12)을 설치하는 등, 회전 수단을 설치하고, 회전시키면서 분무를 진행하는 등 연속적인 분무에 의해 진행될 수도 있다.
(회수 공정)
본 발명은, 상기의 얼음 생성 공정 후에, 벽면에서 생긴 얼음을 회수하는 공정을 갖는다.
회수하는 방법은, 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 후술하는 도1에 도시된 바와 같이, 벽면의 얼음을 블레이드(15) 등 수단으로 긁어내고, 떨어진 얼음을 회수할 수 있다.
또한, 얼음이 생성될 때, 제빙열이 발생하지만, 이 제빙열이 발생함으로써 실제의 융해 완료 온도에 영향을 줄 가능성이 있다. 이와 같이, 융해 완료 온도는, 용질의 종류, 농도뿐만 아니라 제빙열의 영향을 받는다고 볼 수 있다. 그러므로, 얼음에 잔존하는 제빙열의 열량을 조절함으로써 실제의 융해 완료 온도를 조절할 수 있다. 제빙열을 조절하기 위해서는, 본 발명의 회수 공정에 있어서, 얼음의 벽면에서의 유지 시간을 조절하여 진행할 수 있다.
도1은, 본 발명의 일 실시 형태에 따른 플레이크 아이스 제조 장치(10)의 개요를 나타내는 부분 단면 사시도를 포함하는 이미지 도면이다.
도1에 도시된 바와 같이, 플레이크 아이스 제조 장치(10)는, 드럼(11), 회전축(12), 분사부(13), 박취부(14), 블레이드(15), 플레이크 아이스 배출구(16), 상부 베어링 부재(17), 단열 보호 커버(19), 기어드 모터(20), 로터리 조인트(21), 냉매 클리어런스(24), 부시(28), 냉매 공급부(29), 및 회전 제어부(27)를 구비한다.
드럼(11)은, 내부 실린더(22); 내부 실린더(22)를 둘러싸는 외부 실린더(23); 내부 실린더(22)와 외부 실린더(23) 사이에 형성되는 냉매 클리어런스(24); 로 구성된다. 또한, 드럼(11)의 외주면은, 원통 형상의 단열 보호 커버(19)에 의해 덮혀져있다. 내부 실린더(22) 및 외부 실린더(23)의 자재는 특별히 한정되지 않는다. 또한, 본 실시 형태에서는 스틸을 채용하고 있다.
냉매 클리어런스(24)에는, 냉매 공급부(29)로부터 냉매 배관(35)을 통해 냉매가 공급된다. 따라서, 내부 실린더(22)의 내주면이 냉각된다.
회전축(12)은, 드럼(11)의 중심축에 배치되며, 상부 베어링 부재(17)의 위에 설치된 기어드 모터(20)를 동력원으로, 상기 중심축을 축으로 하여 재축 방향으로 회전한다. 또한, 기어드 모터(20)의 회전 속도는, 후술의 회전 제어부(27)에 의해 제어된다.
또한, 회전축(12)의 정상에는 로터리 조인트(21)가 장착되어 있다. 또한, 회전축(12)의 상부에는, 재축 방향으로 연장하고 분사부(13)의 각 파이프와 연통하는 세로홀(12a)이 형성되어 있다(도2 참조).
분사부(13)는, 선단부에 내부 실린더(22)의 내주면을 향하여 브라인을 분사하는 분사홀(13a)을 갖는 복수의 파이프로 구성되며, 회전축(12)과 함께 회전한다. 분사홀(13a)에서 분사된 브라인은, 냉매에 의해 냉각된 내부 실린더(22)의 내주면에 부착하여, 분리할 시간도 없이 급속히 동결된다.
분사부(13)를 구성하는 복수의 파이프는, 회전축(12)에서 드럼(11)의 반경 방향으로 방사상으로 연장되어 있다. 각 파이프의 설치 높이는 특별히 한정되지 않지만, 본 실시 형태에서는, 드럼(11)의 내부 실린더(22) 높이의 상부 위치에 설치되어 있다. 또한, 파이프 대신 스프레이 노즐 등을 채용할 수도 있다.
박취부(14)는, 드럼(11)의 내주면에 동결한 상태로 부착된 브라인을 긁어내는 블레이드(15)가 선단부에 장착된 복수의 암으로 구성된다. 또한, 박취부(14)는, 드럼(11)의 반경 방향으로 연장하고, 회전축(12)과 함께 회전한다.
박취부(14)를 구성하는 복수의 암은, 회전축(12)에 대하여 대칭되도록 장착되어 있다. 암의 개수는 특별히 한정되지 않지만, 본 실시 형태에서는, 암의 개수를 2개로 한다. 각 암의 선단부에 장착되어 있는 블레이드(15)의 크기 및 자재는, 특별히 한정되지 않으며, 동결한 브라인을 긁어낼 수 있으면 된다. 또한, 본 실시 형태에 있어서의 블레이드(15)는, 내부 실린더(22)의 총 길이(총 높이)에 거의 같은 길이를 갖는 스테인리스제의 판재로 이루어지고, 내부 실린더(22)에 마주하는 단면에는 복수의 톱날(15a)이 형성되어 있다.
동결된 브라인은, 블레이드(15)에 의해 긁혀지는 경우, 플레이크 아이스로 되고, 상기 플레이크 아이스는, 플레이크 아이스 배출구(16)로부터 떨어진다. 플레이크 아이스 배출구(16)로부터 떨어진 플레이크 아이스는, 플레이크 아이스 제조 장치(10)의 바로 아래에 배치된 플레이크 아이스 저장 탱크(34)(도2) 내에 저장된다.
상부 베어링 부재(17)는, 냄비를 거꾸로 놓은 형상으로 이루어져 드럼(11)의 상면을 밀봉한다. 상부 베어링 부재(17)의 중심부에는, 회전축(12)을 지지하는 부시(28)가 끼워져 있다. 또한, 회전축(12)은, 상부 베어링 부재(17)에 의해서만 지지되고, 회전축(12)의 하단부는 회전 가능하게 지지되지 않는다.
즉, 드럼(11)의 아래측에는, 블레이드(15)에 의하여 긁혀진(scraping) 플레이크 아이스가 떨어질 때의 장애물이 없으므로, 드럼(11)의 하면은 플레이크 아이스를 배출하는 플레이크 아이스 배출구(16)로 된다.
냉매 공급부(29)는, 내부 실린더(22)의 내주면을 냉각시키기 위한 냉매를, 냉매 배관(35)을 통해 냉매 클리어런스(24)에 공급한다. 또한, 냉매 공급부(29)에 의하여 공급되는 냉매는 특별히 한정되지 않으며, 내부 실린더(22)의 내주면을 냉각시키는 냉매이면 된다. 구체적으로 예를 들면, 냉매로서, LNG(Liquefied Natural Gas/액화 천연가스)를 채용할 수 있다. LNG를 냉매로 이용하는 방법에 대해서는, 도4를 참조하여 후술한다.
본 실시 형태에 있어서, 냉매 클리어런스(24)에 공급되는 냉매는, 냉매 배관(35)을 통해, 냉매 클리어런스(24)와 냉매 공급부(29) 사이에서 순환될 수 있다. 따라서, 냉매 클리어런스(24)에 공급되어 있는 냉매를 냉각 기능이 높은 상태로 유지시킬 수 있다.
회전 제어부(27)는, 기어드 모터(20)의 회전 속도를 조절함으로써, 회전축(12)과 함께 회전하는 분사부(13) 및 박취부(14)의 회전 속도를 조절한다. 또한, 회전 제어부(27)를 통해 회전 속도를 제어하는 방법은 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로, 예를 들면, 인버터에 의한 제어 방법을 채용할 수도 있다.
[플레이크 아이스 제조 시스템]
도2는, 도1의 플레이크 아이스 제조 장치(10)를 포함하는 플레이크 아이스 제조 시스템(60)의 전체 개요를 나타내는 이미지 도면이다.
플레이크 아이스 제조 시스템(60)은, 플레이크 아이스 제조 장치(10), 브라인 저장 탱크(30), 펌프(31), 브라인 배관(32), 브라인 탱크(33), 플레이크 아이스 저장 탱크(34), 냉매 배관(35), 및 동결점 조절부(36)를 구비한다.
브라인 저장 탱크(30)는, 플레이크 아이스의 원료로 되는 브라인을 저장한다. 브라인 저장 탱크(30)에 저장된 브라인은, 펌프(31)를 작동시킴으로써 브라인 배관(32)을 통해 로터리 조인트(21)에 공급되며, 플레이크 아이스 제조 장치(10)에 의하여 플레이크 아이스로 된다. 즉, 로터리 조인트(21)에 공급된 브라인은, 로터리 조인트(21) 및 회전축(12)에 형성된 세로홀(12a)에 공급되며, 세로홀(12a)에서 분사부(13)를 구성하는 각 파이프로 공급된다.
브라인 탱크(33)는, 브라인 저장 탱크(30) 내의 브라인이 적어진 경우에, 브라인 저장 탱크(30)에 브라인을 공급한다.
또한, 내부 실린더(22)의 내주면에서 동결되지 않고 흘러내린 브라인은, 브라인 저장 탱크(30)에 저장되며, 펌프(31)를 작동시킴으로써 브라인 배관(32)을 통해 로터리 조인트(21)로 다시 공급된다.
플레이크 아이스 저장 탱크(34)는, 플레이크 아이스 제조 장치(10)의 바로 아래에 배치되며, 플레이크 아이스 제조 장치(10)의 플레이크 아이스 배출구(16)로부터 떨어진 플레이크 아이스를 저장한다.
동결점 조절부(36)는, 브라인 탱크(33)에 의하여 브라인 저장 탱크(30)에 공급되는 브라인의 동결점을 조절한다. 예를 들면, 브라인이 염수인 경우에는, 염수의 동결점은 농도에 따라 다르므로, 동결점 조절부(36)는, 브라인 저장 탱크(30)에 저장되어 있는 염수의 농도를 조절한다.
또한, 브라인의 동결점의 조절 방법은, 특별히 이에 한정되지 않는다. 예를 들면, 다음과 같은 방법을 채용할 수도 있다.
즉, 브라인 저장 탱크(30)를 복수 개 설치하고, 동결점이 서로 다른 여러 종류의 브라인을 복수 개의 브라인 저장 탱크(30) 각각에 저장시킨다. 또한, 브라인 동결점 조절부(36)는, 요구되는 플레이크 아이스의 온도(예를 들면, 상기 플레이크 아이스에 의해 반송되는 반송품에 대하여, 요구하는 보냉 온도)에 근거하여, 소정의 종류의 브라인을 선택하고, 플레이크 아이스 제조 장치(10)에 공급한다.
이와 같이, 브라인의 동결점을 조절함으로써, 제조되는 플레이크 아이스의 온도를 조절할 수 있다.
다음으로, 상기 구성을 갖는 플레이크 아이스 제조 장치(10)를 포함하는 플레이크 아이스 제조 시스템(60)의 동작에 대하여, 브라인이 염수인 것으로 설명한다.
우선, 냉매 공급부(29)는, 냉매 클리어런스(24)에 냉매를 공급하고, 내부 실린더(22)의 내주면의 온도를 염수의 동결점보다 -10℃ 정도 낮도록 설정한다. 따라서, 내부 실린더(22)의 내주면에 부착한 염수를 동결시킬 수 있다.
내부 실린더(22)의 내주면이 냉각되면, 회전 제어부(27)는, 기어드 모터(20)를 구동시키고, 회전축(12)을 재축 방향으로 회전시킨다.
회전축(12)이 회전하면, 펌프(31)는, 브라인 저장 탱크(30)에서 로터리 조인트(21)를 통해 회전축(12) 내에 브라인인 염수를 공급한다.
회전축(12) 내에 염수가 공급되면, 회전축(12)과 함께 회전하는 분사부(13)는 내부 실린더(22)의 내주면을 향해 염수를 분사한다. 분사부(13)에서 분사된 염수는, 내부 실린더(22)의 내주면과 접촉하면 순식간에 동결하여 얼음으로 된다.
이 때, 회전 제어부(27)는, 회전축(12)의 회전 속도를 2~4rpm으로 제어한다. 또한, 분사부(13)의 구성 요소로서 파이프가 아닌 스프레이 노즐을 사용하는 경우, 회전 제어부(27)는 회전축(12)의 회전 속도를 10~15rpm으로 제어한다.
내부 실린더(22)의 내주면에 생성된 얼음은, 회전축(12)과 함께 회전하는 박취부(14)에 의해 긁혀진다. 박취부(14)에 의해 긁혀진 얼음은, 플레이크 아이스로서 플레이크 아이스 배출구(16)로부터 떨어진다. 플레이크 아이스 배출구(16)로부터 떨어진 플레이크 아이스는, 플레이크 아이스 제조 장치(10)의 바로 아래에 배치된 플레이크 아이스 저장 탱크(34) 내에 저장된다.
상술한 바와 같이, 얼음이 되지 않고 내부 실린더(22)의 내주면을 흘러내린 염수는 브라인 저장 탱크(30)에 저장되며, 펌프(31)를 작동시킴으로써 브라인 배관(32)을 통해 로터리 조인트(21)로 다시 공급된다. 또한, 브라인 저장 탱크(30) 내의 염수가 적어진 경우, 브라인 탱크(33)가 자체에 저장되어 있는 염수를 브라인 저장 탱크(30)에 공급한다.
여기서, 회전 제어부(27)는, 기어드 모터(20)의 회전 속도를 변경시킴으로써, 플레이크 아이스 제조 장치(10)에 의해 제조되는 플레이크 아이스의 온도를 변경시킬 수 있다.
예를 들면, 브라인으로서 염수가 채용된 브라인을 사용한다. 이러한 경우, 염수가 동결하는 동결점은, 그 용질 농도에만 의존한다고 종래부터 생각되어 왔다. 예를 들면, 용질 농도가 0.8%이면, 그 어떤 경우에서도 -1.2℃에서 염수가 동결한다고 종래부터 생각되어 왔다.
하지만, 본 출원인은, 브라인으로서 염수를 채용하고, 본 실시 형태의 플레이크 아이스 제조 장치(10)를 사용하여 회전축(12)의 회전 속도를 변경시킨 결과, 동일 농도의 염수에서 제조되는 플레이크 아이스의 온도가, 회전수에 따라 변화한다는 것, 특히 회전수가 저하하면 온도가 저하한다는 것을 발견하였다.
그 이유는, 플레이크 아이스는 제빙열을 발생한 상태가 융해 완료될 때까지 유지되기 때문이다.
따라서, 브라인의 농도를, 냉장, 냉동 대상에 적합한 목표치에 고정하면서, 플레이크 아이스의 온도를 조절할 수 있다.
도3은, 도1의 플레이크 아이스 제조 장치(10)에 의해 제조된 플레이크 아이스로부터 제조할 수 있는 얼음 슬러리의 종류를 나타내는 이미지 도면이다.
도3에 도시된 바와 같이, 플레이크 아이스 제조 장치(10)는, 브라인을 염수로 한 경우, 용질 농도가 1%에서 23.2%의 범위의 염수를 동결시킴으로써, -1℃에서 -21.3℃의 범위의 플레이크 아이스(솔트 아이스)를 제조할 수 있다.
도4는, LNG의 배출 냉열의 이용예를 나타내는 도면이다.
종래부터, 수입된 LNG는, -160℃의 액체의 상태로 LNG 저장 탱크에 격납되어 있고, 이 -160℃의 LNG는, 상온으로 될 때까지 기화되며, 열량 조절 및 부취되어, 도시 가스 또는 GT 발전용에 공급된다. 예를 들면, LNG의 배출 냉열을 유효적으로 활용하는 방법으로서, LNG 기지에서는, -160℃의 LNG가 상온으로 될 때까지의 배출 냉열을 액체 산소나 액체 질소의 제조, 냉동 창고, 냉열 발전, 바닷물을 열원으로 한 LNG의 기화(ORV식)에 이용하는 방법을 취하고 있다.
하지만, 상술한 플레이크 아이스 제조 장치(10)의 냉매로서 이용하여, 종래와 같은 장치, 에너지 등을 필요로 하지 않고 LNG를 쉽게 상온으로 되게 할 수 있다.
또한, -160도의 LNG를 플레이크 아이스 제조 장치(10)의 냉매로서 이용하여, 동결점이 -150도 정도까지인 브라인을 순식간에 동결시킨 초저온의 플레이크 아이스를 제조할 수 있다. 즉, 브라인이 염수(염화나트륨 수용액)인 경우에는, 포화 상태에서 -21.2℃의 플레이크 아이스를 제조할 수 있고, 염화마그네슘 수용액인 경우에는, 포화 상태에서 -26.27℃의 플레이크 아이스를 제조할 수 있지만, 에틸렌 글리콜 염수나 염화마그네슘 수용액보다 동결점이 낮고, 종래부터 "부동액"으로서 브라인으로 이용할 수 없었던 물질에 대해서도 순식간에 동결시킴으로써 플레이크 아이스로서 이용할 수 있다. 구체적으로, 예를 들면, 에틸렌 글리콜을 브라인으로 하는 플레이크 아이스를 제조할 수도 있다.
즉, -160도의 LNG인 초저온의 냉매를 이용하여, -150℃ 정도의 초저온의 플레이크 아이스를 제조할 수 있다. 바꾸어 말하면, 요구되는 보냉 온도는, 피 보냉물의 종류에 따라 개별적으로 다르며, 예를 들면, -1℃가 적합한 것도 있으며, -150℃가 적합한 것도 있다. 본 발명은, -160도의 LNG인 초저온의 냉매를 이용하여, 광범위하게 요구되는 보냉 온도에 어울리는 플레이크 아이스를 쉽게 제조할 수 있다.
이상, 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 형태에 기재된 어떠한 구성에도 한정되지 않으며, 특허 청구 범위에 기재되어 있는 사항의 범위 내에서 생각되는 기타 실시 형태나 변형예도 포함한다. 또한, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 범위 내에서 각종 변경이나 상기 실시 형태의 조합을 실시할 수도 있다.
예를 들면, 브라인은, 상술한 실시 형태에서는 염수(염화나트륨 수용액)이지만, 특별히 한정되지 않는다. 구체적으로, 예를 들면, 염화칼슘 수용액, 염화마그네슘 수용액, 에틸렌 글리콜 등을 채용할 수 있다. 따라서, 용질 또는 농도의 차이에 따른 동결점이 서로 다른 여러 종류의 브라인을 마련할 수 있다.
또한, 본 발명의 제빙 장치에 의해 생성되는 얼음은, 상기 조건 (a) 및 (b)를 만족시키는 용질을 함유하는 수용액을 포함하는 액체의 얼음인 것이 바람직하지만, (a) 및 (b)의 한가지 또는 두가지 조건을 만족시키지 않는 얼음일 수도 있다. 즉, 얼음과 물의 용질 농도가 서로 다른 얼음 슬러리를 사용하여 피 보냉물의 보냉을 진행할 수도 있다.
또한, 상술한 얼음 슬러리가 얼음보다 높은 열 전도율을 가지는 고체를 함유하는 경우, 냉각 공정에 있어서, 얼음 슬러리에 포함되는 얼음과 피 냉각물 사이에, 얼음보다 높은 열 전도율을 가지는 고체가 개재하도록 냉각을 진행하는 것이 바람직하다. 따라서, 열 전도율이 높은 고체에 의한 짧은 시간의 냉각 능력을 얻을뿐만 아니라, 장시간의 냉각도 가능하게 된다. 이러한 경우, 목적에 따라, 얼음, 얼음보다 높은 열 전도율을 가지는 고체, 피 냉각물 각각의 사이에, 별도의 물질이 개재할 수도 있다. 예를 들면, 얼음 슬러리 속에 피 냉각물과 직접 접하는 것이 바람직하지 않은 물질(예를 들면, 안전성의 관점에서 피 냉각물과 접하는 것이 바람직하지 않은, 얼음보다 열 전도율이 높은 고체(금속 등) 등)이 포함되는 경우, 주머니에 얼음 슬러리 또는 피 냉각물 중 어느 하나를 수납하고, 얼음 슬러리와 피 냉각물이 직접 접하지 않도록 하여 냉각할 수도 있다.
또한, 본 발명의 제빙 장치의 일 실시 형태의 플레이크 아이스 제조 장치(10)에 따르면, 임의의 온도의 플레이크 아이스를 효과적으로 제조할 수 있으므로, 플레이크 아이스 제조 장치(10) 자체의 사이즈를 보다 콤팩트화(compactification)할 수 있다. 따라서, 예를 들면, 피 보냉물을 운반하기 위한 차량, 선박, 항공기 등의 이동체에 있어서, 적재되는 보냉물 전체의 체적에 대하여, 작은 체적의 플레이크 아이스 제조 장치(10)를 탑재시킬 수 있다.
즉, 피 보냉물을 수송하는 경우에는, 수송 대상으로 되는 피 보냉물의 양에 비례하여 피 보냉물을 냉각하기 위한 얼음 슬러리가 필요되지만, 당연히, 피 보냉물을 운반하기 위한 차량, 선박, 항공기에는 최대 적재량이 설정되어 있다. 상기 최대 적재량의 범위 내에서, 피 보냉물의 적재량을 최대화 시키기 위해서는, 냉각 효과를 유지할 수 있는 범위 내에서, 얼음 슬러리의 양을 최소화할 필요가 있다. 이 때, 콤팩트화된 플레이크 아이스 제조 장치(10)라면, 적재되는 보냉물 전체의 체적에 대하여, 작은 체적으로 충분하기 때문에, 최대 적재량의 범위 내에서, 피 보냉물의 적재량을 최대화시킬 수 있다.
상기를 요약하면, 본 발명이 적용되는 플레이크 아이스 제조 장치, 플레이크 아이스 제조 시스템은, 아래와 같은 구성을 취하면 충분하며, 다종다양한 실시 형태를 취할 수 있다.
즉, 본 발명이 적용되는 플레이크 아이스 제조 장치(예를 들면, 도1의 플레이크 아이스 제조 장치(10))는,
내부 실린더(예를 들면, 도1의 내부 실린더(22)), 상기 내부 실린더를 둘러싸는 외부 실린더(예를 들면, 도1의 외부 실린더(23)), 상기 내부 실린더와 상기 외부 실린더 사이에 형성되는 클리어런스(예를 들면, 도1의 냉매 클리어런스(24))를 포함하는 드럼(예를 들면, 도1의 드럼(11));
상기 클리어런스에 대하여, 냉매(예를 들면, 도4의 LNG)를 공급하는 냉매 공급부(예를 들면, 도2의 냉매 공급부(29));
상기 드럼의 중심축을 축으로 하여 회전하는 회전축(예를 들면, 도1의 회전축(12));
상기 회전축과 함께 회전하고, 상기 내부 실린더의 내주면을 향해 브라인을 분사하는 분사부(예를 들면, 도1의 분사부(13));
상기 분사부에서 분사된 상기 브라인이, 상기 클리어런스에 공급된 상기 냉매에 의해 냉각된 상기 내부 실린더의 내주면에 부착하고, 그 결과로서 생성된 플레이크 아이스를 긁어내는 박취부(예를 들면, 도1의 박취부(14));
를 구비한다.
따라서, 브라인을 동결시킨 플레이크 아이스를 쉽게 제조할 수 있다.
또한, 상기 브라인은,
소정의 조건을 만족시키는 용질을 함유하는 수용액;
상기 수용액을 포함하는 액체의 얼음보다도 높은 열 전도율을 가지는 고체(예를 들면, 금속); 를 함유할 수 있다.
따라서, 냉각 능력을 높일 수 있다.
또한, 상기 액체는,
기름을 더 함유할 수 있다.
또한, 상기 용질은,
응고점 강하도가 서로 다른 2가지 종류 이상의 용질을 포함할 수 있다.
따라서, 냉각 능력이 양호한 플레이크 아이스의 제조 방법, 및 분리하지 않는 상태를 길게 지속시킬 수 있는 플레이크 아이스의 제조 방법을 제공할 수 있다.
또한, 상기 회전축의 회전 속도를 가변 제어하는 속도 제어부(예를 들면, 도2의 회전 제어부(27))를 더 구비할 수 있다.
따라서, 기어드 모터(20)의 회전 속도를 저속으로 할 수 있기 때문에, 통상보다도 낮은 온도의 플레이크 아이스를 제조할 수 있다.
또한, 상기 냉매 공급부는,
상기 냉매로서, 액화 천연가스를 상기 클리어런스에 공급할 수 있다.
또한, 본 발명이 적용되는 플레이크 아이스 제조 시스템(예를 들면, 도2의 플레이크 아이스 제조 시스템(60))은,
브라인을 동결시켜 플레이크 아이스를 제조하는 플레이크 아이스 제조 시스템으로서,
상기 브라인을 분무하는 분무부(예를 들면, 도1의 분사부(13));
소정의 냉매(예를 들면, 도4의 LNG)에 의해 상기 브라인의 동결점 이하로 냉각된 상태에서, 분무된 상기 브라인을 부착시킴으로써, 상기 브라인을 동결시켜 상기 플레이크 아이스를 제조하는 부재(예를 들면, 도1의 플레이크 아이스 제조 장치(10));
상기 소정의 냉매로서, 상기 부재를 상기 브라인의 동결점 이하로 냉각시킬 수 있는 액화 가스(예를 들면, 도4의 LNG)를 상기 부재로 공급하는 냉매 공급부(예를 들면, 도2의 냉매 공급부(29));
를 구비한다.
또한, 상기 냉매 공급부는, 상기 소정의 냉매로서, LNG를 상기 부재로 공급할 수 있다.
따라서, LNG의 배출 냉열을 효과적으로 이용할 수 있기 때문에, 보다 친환경적(ecological)인 플레이크 아이스를 제조할 수 있다.
또한, 본 발명이 적용되는 플레이크 아이스 제조 장치(10)는, 이동체에 탑재될 수 있다.
따라서, 임의의 온도의 플레이크 아이스를 효과적으로 제조할 수 있기 때문에, 플레이크 아이스 제조 장치 자체의 사이즈를 보다 콤팩트화할 수 있다. 그러므로, 예를 들면, 피 보냉물을 운반하기 위한 차량, 선박, 항공기에 있어서, 적재되는 보냉물 전체의 체적에 대하여, 작은 체적의 플레이크 아이스 제조 장치(10)를 탑재시킬 수 있다.
1, 2: 보냉고 3: 얼음 슬러리
4: 케이싱 5: 보냉 공간
6: 격벽 7: 단열재
8: 열 차단 시트 9: 얼음 슬러리 격납 용기
10: 플레이크 아이스 제조 장치 11: 드럼
12: 회전축 12a: 세로홀
13: 분사부 13a: 분사홀
14: 박취부 15: 블레이드
15a: 톱날 16: 플레이크 아이스 배출구
17: 상부 베어링 부재 19: 단열 보호 커버
20: 기어드 모터 21: 로터리 조인트
22; 내부 실린더 23: 외부 실린더
24: 냉매 클러어런스 27: 회전 제어부
28: 부시 29: 냉매 공급부
30: 브라인 저장 탱크 31: 펌프
32: 브라인 배관 33: 브라인 탱크
34: 플레이크 아이스 저장 탱크 35: 냉매 배관
36: 동결점 조절부 40: 얼음 슬러리 공급구
41: 얼음 슬러리 배출구 42,43: 개폐 밸브
44: 보냉 차량 45: 물류 거점,
46: 얼음 슬러리 공급 설비 47: 얼음 슬러리 공급 조절부
50: 공극 60: 플레이크 아이스 제조 시스템,
70: 얼음 슬러리 공급 시스템 81: 송풍 클리어런스

Claims (11)

  1. 브라인을 동결시켜 플레이크 아이스를 제조하는 플레이크 아이스 제조 장치에 있어서,
    내부 실린더, 상기 내부 실린더를 둘러싸는 외부 실린더, 상기 내부 실린더와 상기 외부 실린더 사이에 형성되는 클리어런스를 포함하는 드럼;
    상기 클리어런스에 대하여 냉매를 공급하는 냉매 공급부;
    상기 드럼의 중심축을 축으로 하여 회전하는 회전축;
    상기 회전축과 함께 회전하며, 상기 내부 실린더의 내주면을 향하여 브라인을 분사하는 분사부; 및
    상기 분사부에서 분사된 상기 브라인이, 상기 클리어런스에 공급된 상기 냉매에 의해 냉각된 상기 내부 실린더의 내면에 부착하고, 그 결과로서 생성된 플레이크 아이스를 긁어내는 박취부
    를 구비하는 플레이크 아이스 제조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 브라인은,
    소정의 조건을 만족시키는 용질을 함유하는 수용액;
    상기 수용액을 포함하는 액체의 얼음보다도 높은 열 전도율을 가지는 고체
    를 함유하는 것인 플레이크 아이스 제조 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 액체는,
    기름을 더 함유하는 것인 플레이크 아이스 제조 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 용질은,
    응고점 강하도가 서로 다른 2가지 종류 이상의 용질을 포함하는 것인 플레이크 아이스 제조 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 회전축의 회전 속도를 가변 제어하는 속도 제어부를 더 구비하는 플레이크 아이스 제조 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 냉매 공급부는,
    상기 냉매로서, 액화 천연가스를 상기 클리어런스로 공급하는 것인 플레이크 아이스 제조 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 기재된 플레이크 아이스 제조 장치를 사용하는 플레이크 아이스 제조 방법.
  8. 브라인을 동결시켜 플레이크 아이스를 제조하는 플레이크 아이스 제조 시스템에 있어서,
    　상기 브라인을 분무하는 분무부;
    　소정의 냉매에 의해 상기 브라인의 응고점 이하로 냉각된 상태에서, 분무된 상기 브라인을 부착시킴으로써, 상기 브라인을 동결시켜 상기 플레이크 아이스를 제조하는 부재; 및
    　상기 소정의 냉매로서, 상기 부재를 상기 브라인의 응고점 이하로 냉각시킬 수 있는 액화 가스를 상기 부재로 공급하는 냉매 공급부
    　를 구비하는 플레이크 아이스 제조 시스템.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 냉매 공급부는, 상기 소정의 냉매로서, LNG를 상기 부재로 공급하는 것인 플레이크 아이스 제조 시스템.
  10. 제8항 또는 제9항에 기재된 플레이크 아이스 제조 시스템을 사용하는 플레이크 아이스 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제6항에 기재된 플레이크 아이스 제조 장치 중 어느 하나를 탑재하는 이동체.
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