KR20230020112A - Method for improving effectiveness of mobile cooling unit using ice thermal energy storage based on direct contact technology - Google Patents

Method for improving effectiveness of mobile cooling unit using ice thermal energy storage based on direct contact technology Download PDF

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Abstract

The present invention relates to a method for improving cooling efficiency, which is able to load ice on a mobile cooling unit detachably arranged on a transport apparatus performing cold chain distribution by optimizing the shape and weight of the ice, be environmentally friendly, minimize the generation of noise, and achieve the temperature conditions generally required for the cold chain distribution process. According to the present invention, the method is low-priced and environmentally friendly since water, which is not hazardous and is stable, is a refrigerant. In addition, the method uses a mobile cooling unit detachable from a transport apparatus, and does not use a vapor compression cooling system driven by a conventional diesel engine, so that no greenhouse gas is emitted and the generation of noise can be reduced. Furthermore, the method is able to optimize the shape and weight of individual ice cubes, so that the generally required temperature conditions for the cold chain distribution process (under 8℃) can be efficiently achieved.

Description

직접 접촉 기술 기반 얼음 축열조를 이용한 이동식 냉각 유닛의 냉각 효율 증대 방법 {METHOD FOR IMPROVING EFFECTIVENESS OF MOBILE COOLING UNIT USING ICE THERMAL ENERGY STORAGE BASED ON DIRECT CONTACT TECHNOLOGY}Method for increasing the cooling efficiency of a mobile cooling unit using an ice storage tank based on direct contact technology

본 발명은 이동식 냉각 유닛을 이용한 냉각 효율 증대 방법에 관한 것으로, 구체적으로, 콜드 체인 유통을 수행하는 수송장치와 탈착 가능하도록 배치되는 이동식 냉각 유닛에 얼음의 형상 및 중량을 최적화하여 적재함으로써, 친환경적이고 소음 발생을 최소화하면서도 콜드 체인 유통 과정에 일반적으로 요구되는 온도 조건을 달성할 수 있는 냉각 효율 증대 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for increasing cooling efficiency using a mobile cooling unit, and more specifically, by optimizing the shape and weight of ice and loading it into a transport device that performs cold chain distribution and a mobile cooling unit that is detachably disposed, thereby providing an eco-friendly and It relates to a method of increasing cooling efficiency capable of achieving temperature conditions generally required in a cold chain distribution process while minimizing noise generation.

신선한 식품이 유통될 때 냉장 상태로 유지시키는 것을 콜드 체인 (cold chain)이라고 한다. 고품질 식품에 대한 수요가 증가함에 따라, 전세계적으로 콜드 체인 시스템에 필요한 냉각 트럭의 수요가 급격히 증가하고 있다. 또한, 신선 식품 전자 상거래 물류로 인해 이러한 수요는 더욱 증가하였다. 일반적으로 기존의 냉장 트럭은 비교적 비싸고 소음이 많은 디젤 엔진으로 구동되는 증기 압축 냉각 시스템 (vapor compression refrigeration system)을 사용한다. 이러한 디젤 엔진은 온실 가스를 방출하고 효율이 35-40 %에 불과하다. 따라서 기존 냉각 시스템을 대체하기 위하여, 냉열 에너지 저장조 (cold thermal energy storage; CTES)를 활용하는 여러 연구가 수행되었다.Keeping fresh food in a refrigerated state when it is distributed is called the cold chain. As the demand for high-quality food increases, the demand for cooling trucks for cold chain systems is rapidly increasing worldwide. In addition, fresh food e-commerce logistics have further increased this demand. Conventional refrigerated trucks typically use a vapor compression refrigeration system powered by a relatively expensive and noisy diesel engine. These diesel engines emit greenhouse gases and are only 35-40% efficient. Therefore, in order to replace the existing cooling system, several studies using cold thermal energy storage (CTES) have been conducted.

냉열 에너지 저장조는 온-피크 기간 (on-peak period)에서 오프-피크 기간 (off-peak period)으로 냉각 부하를 전달하기 때문에, 장비 용량과 운영 비용을 감소시킬 수 있으므로, 다양한 응용 분야, 특히 건물공조에 널리 사용된다. 종래 연구에서는 냉열 에너지 저장조가 냉각 차량에 고정 설치되었기 때문에 트럭을 냉각 장치에 연결시킬 때에만 냉열 에너지 (cold thermal energy)를 수급할 수 있다는 단점이 있다. 따라서, 하루 종일 에너지 저장조에 냉각 에너지를 저장하고, 필요에 따라 저장된 냉각 에너지를 냉각 트럭에 직접 전달할 수 있는 새로운 냉각 시스템은, 냉열 에너지 저장조의 이점을 적절하게 활용하게 되고, 신선 식품을 위한 콜드 체인에 있어서 기존 디젤 엔진을 이용한 냉각 시스템을 대체할 수 있을 것이다.Cold thermal energy storage can reduce equipment capacity and operating costs because it transfers the cooling load from on-peak periods to off-peak periods, and thus can be used in a variety of applications, especially in buildings. It is widely used in coordination. In the conventional studies, since the cooling energy storage tank is fixedly installed in the cooling vehicle, there is a disadvantage in that cold thermal energy can be supplied only when the truck is connected to the cooling device. Therefore, a new cooling system that can store cooling energy in an energy storage tank throughout the day and deliver the stored cooling energy directly to a cooling truck as needed appropriately utilizes the benefits of a cold heat energy storage tank, and is a cold chain for fresh food. In this case, it will be possible to replace the cooling system using the existing diesel engine.

냉열 에너지 저장조 중 얼음 축열조 (ice thermal energy storage; ITES)는 에너지 저장 매체로 물을 사용하므로, 높은 융해열 (334 kJ/kg)을 나타내는 특성이 있고, 저렴하고 친환경적이고 무독성이며 화학적으로 안정한 것으로 간주할 수 있다. 또한, 물의 용융/응고점 (0 ℃은 신선 식품의 콜드 체인 유통에 대한 일반적인 온도 요건 (8 ℃미만)을 충족한다. 그러나 얼음 축열조를 포함한 냉열 에너지 저장조는 낮은 열전도율로 인해 저장 매체 (일반적으로 상변화 물질 (phase change material; PCM) 및 열전달 유체 (heat-transfer fluid; HTF)) 간의 열전달 효율이 좋지 않다.Among cold thermal energy storage tanks, ice thermal energy storage (ITES) uses water as an energy storage medium, so it has the characteristics of showing a high heat of fusion (334 kJ/kg) and can be considered inexpensive, environmentally friendly, non-toxic, and chemically stable. can In addition, the melting/freezing point of water (0 °C) meets the general temperature requirements (below 8 °C) for cold chain distribution of fresh food. However, cold energy storage tanks, including ice thermal storage tanks, have low thermal conductivity due to storage media (usually phase change The heat transfer efficiency between the phase change material (PCM) and the heat-transfer fluid (HTF) is poor.

이러한 맥락에서, 열 에너지 저장 장치의 열전달율은 광범위하게 연구되어 왔으며, 핀 (fins), 캡슐화 (encapsulation) 및 직접 접촉 기술 (direct contact technology)로 향상될 수 있음이 확인된 바 있다. 비록 직접 접촉 기술은 열전달 효율을 증가시키지만 실제 현장에 적용하기까지는 많은 연구가 필요하다.In this context, the heat transfer rate of thermal energy storage devices has been studied extensively and it has been shown that it can be improved with fins, encapsulation and direct contact technologies. Although the direct contact technology increases the heat transfer efficiency, much research is required before it is applied to the actual field.

이에, 직접 접촉 기술을 발전시켜 열전달 효율을 최적화한 냉각 시스템의 개발하여 신선 식품의 유통을 위한 효율적인 콜드 체인 시스템을 구축하는 것이 필요한 실정이다.Accordingly, it is necessary to develop an efficient cold chain system for the distribution of fresh foods by developing a cooling system that optimizes heat transfer efficiency by developing direct contact technology.

이에 본 발명자들은 얼음의 직접 접촉 방식을 이용한 냉각 시스템의 냉각 효율을 증대시킬 수 있는 방법을 고안하기 위해 노력하였다.Accordingly, the present inventors have tried to devise a method capable of increasing the cooling efficiency of a cooling system using a direct contact method of ice.

그 결과, 냉각 시스템의 냉각 유닛 내 팬을 이용한 내부공기 유입속도, 냉각부에 적재되는 얼음의 형상이나 개별 얼음의 질량, 및 전체 얼음의 총량과 같은 다양한 조건을 최적화함으로써, 냉각 시스템의 냉각 효율을 극대화할 수 있음을 확인하였다.As a result, the cooling efficiency of the cooling system is improved by optimizing various conditions such as the speed of inflow of internal air using the fan in the cooling unit of the cooling system, the shape of ice loaded in the cooling unit, the mass of individual ice, and the total amount of ice. It was confirmed that it can be maximized.

이에, 본 발명의 목적은 냉각 효율 증대 방법을 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a method for increasing cooling efficiency.

본 발명은 이동식 냉각 유닛을 이용한 냉각 효율 증대 방법에 관한 것으로, 구체적으로, 콜드 체인 유통을 수행하는 수송장치와 탈착 가능하도록 배치되는 이동식 냉각 유닛에 얼음의 형상 및 중량을 최적화하여 적재함으로써, 친환경적이고 소음 발생을 최소화하면서도 콜드 체인 유통 과정에 일반적으로 요구되는 온도 조건을 달성할 수 있는 냉각 효율 증대 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for increasing cooling efficiency using a mobile cooling unit, and more specifically, by optimizing the shape and weight of ice and loading it into a transport device that performs cold chain distribution and a mobile cooling unit that is detachably disposed, thereby providing an eco-friendly and It relates to a method of increasing cooling efficiency capable of achieving temperature conditions generally required in a cold chain distribution process while minimizing noise generation.

이하 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 발명의 일 예는 다음의 단계를 포함하는 냉각 효율 증대 방법에 관한 것이다:One example of the present invention relates to a method for increasing cooling efficiency comprising the following steps:

콜드 체인 유통을 수행하기 위한 수송장치 내 냉각 유지 시간, 냉각 목표 온도, 및 수송장치의 적재량을 고려하여, 이동식 냉각 유닛의 냉각부에 적재할 냉매의 총 중량을 결정하는 이동식 냉각 유닛 준비 단계;A mobile cooling unit preparation step of determining a total weight of refrigerant to be loaded into a cooling unit of the mobile cooling unit, considering a cooling holding time in the transport device for performing cold chain distribution, a cooling target temperature, and a loading amount of the transport device;

이동식 냉각 유닛의 공기흡입부를 이용하여, 이동식 냉각 유닛의 일 측에 배치된 이송부를 통해 일정한 속도로 공기를 흡입하는 흡입 단계;a suction step of inhaling air at a constant speed through a transfer unit disposed on one side of the mobile cooling unit by using an air intake unit of the mobile cooling unit;

공기를 냉각부에 적재된 냉매와 접촉시키는 냉각 단계; 및a cooling step of bringing air into contact with the refrigerant loaded in the cooling unit; and

토출부를 통해 냉매와 접촉한 공기를 이동시키는 방출 단계.A discharge step of moving the air in contact with the refrigerant through the discharge unit.

본 발명에 있어서 이동식 냉각 유닛 준비 단계는 콜드 체인 유통을 수행하기 위한 수송장치 내 냉각 유지 시간, 냉각 목표 온도, 및 수송장치의 적재량을 고려하여, 냉각부에 적재할 냉매의 총 중량을 결정하는 것일 수 있다.In the present invention, the mobile cooling unit preparation step is to determine the total weight of the refrigerant to be loaded in the cooling unit in consideration of the cooling holding time in the transport device for cold chain distribution, the cooling target temperature, and the loading amount of the transport device. can

본 발명에 있어서 콜드 체인 유통을 수행하기 위한 수송장치는 유통 중 냉장 보관이 필요한 대상물을 수송하는 장치를 의"J할 수 있고, 예를 들어, 트럭과 같은 수송장치를 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the transportation device for performing cold chain distribution may refer to a device for transporting an object requiring refrigerated storage during distribution, and may mean, for example, a transportation device such as a truck, but is limited thereto it is not going to be

본 발명에 있어서 대상물은 신선 식품을 의미할 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니고, 콜드 체인 유통을 위하여 신선도를 유지하기 위한 것이라면 야채나 채소, 곡물, 기타 가공 식품 등을 의미할 수 있다.In the present invention, the object may mean fresh food, but is not particularly limited thereto, and may mean vegetables, vegetables, grains, other processed foods, etc., as long as they are intended to maintain freshness for cold chain distribution.

본 발명에 있어서 냉각 유지 시간은 수송장치가 콜드 체인 유통을 수행하는 시간으로서, 예를 들어, 제1지점으로부터 제2지점으로 수송장치가 이동하는 시간,또는 제1지점에서 제2지점을 거쳐 제3지점으로 이동하는 총 시간을 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the cooling holding time is the time during which the transport device performs cold chain distribution, for example, the time the transport device moves from the first point to the second point, or the first point through the second point. It may mean the total time to move to 3 points, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에서 지점은 물류센터를 의미할 수 있으나, 특별히 이에 한정되는 것은 아니고, 콜드 체인 유통을 필요로 하는 장소나, 구조물, 시스템 등이라면 어떤 것이든 의미할 수 있다.In one embodiment of the present invention, a branch may mean a distribution center, but is not particularly limited thereto, and may mean any place, structure, system, or the like that requires cold chain distribution.

본 발명에 있어서 냉각 목표 온도는 수송장치 내 대상물 등의 보관에 필요한 적정 온도를 의미할 수 있다.In the present invention, the cooling target temperature may mean an appropriate temperature required for storage of an object or the like in a transport device.

본 발명에 있어서 냉각부에 적재할 냉매의 총 중량은 수송장치의 최대 적재량 및 수송장치에 적재되어야 하는 대상물의 양을 고려하여 결정되는 것일 수 있다.In the present invention, the total weight of the refrigerant to be loaded in the cooling unit may be determined in consideration of the maximum loading amount of the transport device and the amount of objects to be loaded in the transport device.

본 발명에 있어서 이동식 냉각 유닛은 팬을 구동하여 주변 공기를 흡입하는 공기흡입부; 흡입된 공기가 이동 가능하도록 공기흡입부와 연통하는 냉각부; 및 냉각부를 통해 이동한 공기를 방출 가능하도록 냉각부와 연통하는 토출부;를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the movable cooling unit includes an air intake unit for sucking ambient air by driving a fan; a cooling unit communicating with the air intake unit so that the intake air is movable; and a discharge unit communicating with the cooling unit so as to discharge the air moved through the cooling unit, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에서, 공기흡입부는 공기를 흡입할 수 있도록 팬을 포함하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the air suction unit may include a fan to suck air.

본 발명의 일 구체예에서, 이동식 냉각 유닛은 팬을 구비한 공기흡입부가 수송장치의 내부 공기를 흡입한 후, 이를 냉각부로 이송시켜 흡입된 공기를 냉각부에서 냉각시키는 것일 수 있다. 또한, 흡입되어 냉각된 공기는 냉각부와 연통하는 토출부를 통해 방출될 수 있으며, 결과적으로 수송장치의 내부 공기 온도가 낮아질 수 있다.In one embodiment of the present invention, the movable cooling unit may be one in which an air intake unit equipped with a fan sucks air inside the transport device, transfers it to a cooling unit, and then cools the sucked air in the cooling unit. In addition, the sucked and cooled air can be discharged through the discharge part communicating with the cooling part, and as a result, the temperature of the air inside the transport device can be lowered.

본 발명의 일 구체예에서, 공기흡입부는 일 측에 온도 센서를 추가로 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the air intake unit may further include a temperature sensor on one side.

본 발명의 일 구체예에서, 이동식 냉각 유닛은 공기흡입부의 일 측에 구비된 온도 센서를 통해 수송장치의 내부 공기를 흡입할 시 내부 공기의 온도를 측정하여, 온도 정보를 생성할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the movable cooling unit may generate temperature information by measuring the temperature of the internal air when the transport device sucks in the internal air through a temperature sensor provided on one side of the air intake unit.

본 발명의 일 구체예에서, 이동식 냉각 유닛은 온도 센서가 생성한 온도 정보를 이용하여 공기흡입부의 팬을 제어하기 위한 제어 정보를 생성할 수 있고, 또한, 온도 센서는 생성한 제어 정보를 컨트롤러부터 송신할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the movable cooling unit may generate control information for controlling the fan of the air intake unit by using the temperature information generated by the temperature sensor, and the temperature sensor may transmit the generated control information from the controller. can be sent

본 발명의 일 구체예에서, 공기흡입부는 팬의 가동 속도를 조절하는 컨트롤러부를 추가로 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the air intake unit may further include a controller unit for adjusting the operating speed of the fan.

본 발명의 일 구체예에서, 이동식 냉각 유닛은 컨트롤러부가 제어 정보를 인가받아 공기흡입부의 일 측에 구비된 팬의 가동 속도를 제어할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the movable cooling unit may control the operating speed of the fan provided on one side of the air intake unit by receiving control information from the controller unit.

본 발명에 있어서 냉각부는 냉매를 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the cooling unit may include a refrigerant, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서, 냉매는 상변화 물질 (Phase Change Material; PCM)일 수 있으며, 고체-기체 상변화 물질, 고체-액체 상변화 물질 및 고체-고체 상변화 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으며, 예를 들어, 고체-액체 상변화 물질일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the refrigerant may be a phase change material (PCM), and at least one selected from the group consisting of a solid-gas phase change material, a solid-liquid phase change material, and a solid-solid phase change material. It may be, for example, a solid-liquid phase change material, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에서, 고체-액체 상변화 물질은 얼음일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solid-liquid phase change material may be ice.

본 발명에 있어서 고체상 (Solid phase) 냉매의 형상은 육면체일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the shape of the solid phase refrigerant may be a hexahedron, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에서, 고체상 냉매의 폭은 23.3 mm, 길이는 21.7 mm 및 높이는 20.6 mm일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the solid phase refrigerant may have a width of 23.3 mm, a length of 21.7 mm and a height of 20.6 mm.

본 발명에 있어서 고체상 냉매는 일측이 내측으로 함몰되어 사다리꼴, 사각형 및 삼각형 중 어느 하나의 모양을 가지는 공간이 형성된 것일 수 있으며, 예를 들어, 사다리꼴 모양을 가지는 공간이 형성된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the solid refrigerant may be one side of which is depressed inward to form a space having a shape of any one of trapezoidal, square and triangular, for example, a space having a trapezoidal shape may be formed, but is limited thereto It is not.

본 발명에 있어서 냉매의 고체상 개별 중량은 6.0 내지 10.0 g, 6.0 내지 9.0 g, 6.0 내지 8.0 g, 6.0 내지 7.0 g, 6.4 내지 10.0 g, 6.4 내지 9.0 g, 6.4 내지 8.0 g, 6.4 내지 7.0 g, 6.8 내지 10.0 g, 6.8 내지 9.0 g, 6.8 내지 8.0 g 또는 6.8 내지 7.0 g일 수 있으며, 예를 들어, 6.8 내지 7.0 g일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the solid phase individual weight of the refrigerant is 6.0 to 10.0 g, 6.0 to 9.0 g, 6.0 to 8.0 g, 6.0 to 7.0 g, 6.4 to 10.0 g, 6.4 to 9.0 g, 6.4 to 8.0 g, 6.4 to 7.0 g, It may be 6.8 to 10.0 g, 6.8 to 9.0 g, 6.8 to 8.0 g, or 6.8 to 7.0 g, for example, 6.8 to 7.0 g, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서 고체상 냉매의 형상, 일 측이 함몰되어 형성되는 공간의 모양, 및 냉매의 개별 중량은 냉매의 고체상 준비에 필요한 소비 전력을 고려하여 결정되는 것일 수 있다.In the present invention, the shape of the solid refrigerant, the shape of a space formed by one side being recessed, and the individual weight of the refrigerant may be determined in consideration of power consumption required for preparing the refrigerant in the solid phase.

본 발명에 있어서 고체상 냉매의 총 중량은 2.00 내지 12.00 kg, 2.00 내지 11.00 kg, 3.00 내지 12.00 kg, 3.00 내지 11.00 kg, 4.00 내지 12.00 kg, 4.00 내지 11.00 kg, 5.00 내지 12.00 kg, 5.00 내지 11.00 kg, 6.00 내지 12.00 kg, 6.00 내지 11.00 kg, 7.00 내지 12.00 kg, 7.00 내지 11.00 kg, 8.00 내지 12.00 kg, 또는 8.00 내지 11.00 kg일 수 있으며, 예를 들어, 8.00 내지 11.00 kg 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고, 수송장치의 최대적재량 및 수송장치에 적재되어야 하는 대상물의 양을 고려하여 결정되는 것일 수 있다.In the present invention, the total weight of the solid refrigerant is 2.00 to 12.00 kg, 2.00 to 11.00 kg, 3.00 to 12.00 kg, 3.00 to 11.00 kg, 4.00 to 12.00 kg, 4.00 to 11.00 kg, 5.00 to 12.00 kg, 5.00 to 11.00 kg, It may be 6.00 to 12.00 kg, 6.00 to 11.00 kg, 7.00 to 12.00 kg, 7.00 to 11.00 kg, 8.00 to 12.00 kg, or 8.00 to 11.00 kg, for example, it may be 8.00 to 11.00 kg, but is not limited thereto. Instead, it may be determined in consideration of the maximum loading amount of the transport device and the amount of objects to be loaded on the transport device.

본 발명에 있어서 흡입 단계는 이동식 냉각 유닛의 공기흡입부를 이용하여, 콜드 체인 유통을 수행하기 위한 수송장치 내 공기를 일정한 속도로 흡입하는 것일 수 있다.In the present invention, the intake step may be to use the air intake unit of the mobile cooling unit to intake air in the transportation device for performing the cold chain distribution at a constant speed.

본 발명에 있어서 공기흡입부가 공기를 흡입하는 속도는 0.43 내지 2.00 m/s, 0.43 내지 1.90 m/s, 0.43 내지 1.80 m/s, 0.43 내지 1.70 m/s, 0.60 내지 2.00 m/s, 0.60 내지 1.90 m/s, 0.60 내지 1.80 m/s, 0.60 내지 1.70 m/s, 0.85 내지 2.00 m/s, 0.85 내지 1.90 m/s, 0.85 내지 1.80 m/s, 0.85 내지 1.70 m/s, 1.00 내지 2.00 m/s, 1.00 내지 1.90 m/s, 1.00 내지 1.80 m/s, 1.00 내지 1.70 m/s, 1.28 내지 2.00 m/s, 1.28 내지 1.90 m/s, 1.28 내지 1.80 m/s 또는 1.28 내지 1.70 m/s 일 수 있으며, 예를 들어, 1.28 내지 1.70 m/s일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the speed at which the air intake unit sucks air is 0.43 to 2.00 m/s, 0.43 to 1.90 m/s, 0.43 to 1.80 m/s, 0.43 to 1.70 m/s, 0.60 to 2.00 m/s, and 0.60 to 1.80 m/s. 1.90 m/s, 0.60 to 1.80 m/s, 0.60 to 1.70 m/s, 0.85 to 2.00 m/s, 0.85 to 1.90 m/s, 0.85 to 1.80 m/s, 0.85 to 1.70 m/s, 1.00 to 2.00 m/s, 1.00 to 1.90 m/s, 1.00 to 1.80 m/s, 1.00 to 1.70 m/s, 1.28 to 2.00 m/s, 1.28 to 1.90 m/s, 1.28 to 1.80 m/s or 1.28 to 1.70 m / s, for example, 1.28 to 1.70 m / s, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서 이동식 냉각 유닛은 공기흡입부의 일 측에 온도 센서를 추가적으로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the movable cooling unit may additionally include a temperature sensor on one side of the air intake, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서 흡입 단계는 공기흡입부가 흡입하는 공기의 온도를 측정하여 온도 정보를 생성하는 온도측정 단계를 추가로 포함할 수 있다.In the present invention, the intake step may further include a temperature measurement step of generating temperature information by measuring the temperature of the air sucked by the air intake unit.

본 발명의 일 구체예에서, 온도측정 단계는 온도 센서를 이용하여 이동식 냉각 유닛이 흡입하는 수송장치 내 공기의 온도를 측정하여, 온도 정보를 생성하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of measuring the temperature may be to measure the temperature of the air in the transportation device that the mobile cooling unit takes in using a temperature sensor to generate temperature information.

본 발명의 일 구체예에서, 온도측정 단계는 측정한 공기의 온도 정보와 시간 정보를 이용하여, 온도 이력 데이터를 생성하는 이력관리 단계를 추가로 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the temperature measurement step may further include a history management step of generating temperature history data using the measured air temperature information and time information.

본 발명의 일 구체예에서, 온도 이력 데이터는 대상물의 객체 정보 및 상태 정보를 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the temperature history data may include object information and state information of the object.

본 발명의 일 구체예에서, 이력관리 단계는 생성한 온도 이력 데이터를 이력관리 서버로 전송하는 서버전송 단계를 추가로 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the history management step may further include a server transmission step of transmitting the generated temperature history data to a history management server.

본 발명에 있어서 이력관리 서버는 콜드 체인 유통 과정을 관리하는 사설 또는 국가공인 서버를 의미할 수 있고, 구체적으로 대상물의 온도 이력 데이터를 물류센터나 소매점과 공유함으로써 물류센터나 소매점이 콜드 체인상 대상물의 유통 이력을 확인할 수 있는 서버를 의미할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the history management server may mean a private or state-certified server that manages the cold chain distribution process, and specifically, by sharing the temperature history data of the object with the distribution center or retail store, the distribution center or retail store can refer to the object on the cold chain. It may mean a server that can check the distribution history of, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에서, 온도측정 단계는 공기흡입속도 제어 단계를 추가로 포함할 수 있다.In one embodiment of the present invention, the temperature measurement step may further include an air intake rate control step.

본 발명의 일 구체예에서, 공기흡입속도 제어 단계는 공기흡입부가 공기를 흡입하는 속도를 제어하도록 온도 센서가 컨트롤러부에 제어 정보를 송신하는 것일 수 있다.In one embodiment of the present invention, the step of controlling the air intake speed may be that the temperature sensor transmits control information to the controller to control the speed at which the air intake unit sucks in air.

본 발명에 있어서 이동식 냉각 유닛은 공기흡입부의 일 측에 습도 센서를 추가적으로 포함할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.In the present invention, the movable cooling unit may additionally include a humidity sensor on one side of the air intake unit, but is not limited thereto.

본 발명에 있어서 냉각 단계는 온도를 측정한 공기를 냉각부에 적재된 냉매와 접촉시키는 것일 수 있다.In the present invention, the cooling step may be contacting the air whose temperature is measured with the refrigerant loaded in the cooling unit.

본 발명에 있어서 온도를 측정한 공기가 냉매와 접촉하는 속도는 공기흡입부가 공기를 흡입하는 속도와 동일할 수 있다.In the present invention, the speed at which the temperature-measured air contacts the refrigerant may be the same as the speed at which the air suction unit sucks air.

본 발명에 있어서 냉각 단계는 공기를 냉매와 접촉시킨 후, 냉매로부터 발생하는 물을 배출하는 물 배출 단계를 추가로 포함할 수 있다.In the present invention, the cooling step may further include a water discharge step of discharging water generated from the refrigerant after contacting air with the refrigerant.

본 발명에 있어서 방출 단계는 토출부를 통해 냉매와 접촉한 공기를 이동시키는 것일 수 있다.In the present invention, the discharging step may be to move air in contact with the refrigerant through the discharge unit.

본 발명에 있어서 이동식 냉각 유닛은 수송장치와 탈착 가능하도록 연결된 것일 수 있다.In the present invention, the movable cooling unit may be detachably connected to the transportation device.

본 발명에 있어서 이동식 냉각 유닛은 냉각부에 냉매를 충진하기 위해 수송장치로부터 탈거될 수 있고 (charging), 또한, 냉각부에 냉매를 충진한 후, 수송장치에 장착되어 수송장치 내 공기를 냉각할 수 있다. (discharging)In the present invention, the mobile cooling unit can be detached from the transport device to charge the cooling unit with the refrigerant, and after charging the cooling unit with the refrigerant, it is mounted on the transport device to cool the air in the transport device. can (discharging)

본 발명은 이동식 냉각 유닛을 이용한 냉각 효율 증대 방법에 관한 것으로, 본 발명의 방법을 이용하면 무독하고 안정한 물질인 물을 냉매로 사용함으로써 저렴하고, 친환경적이다.The present invention relates to a method for increasing cooling efficiency using a mobile cooling unit. The method of the present invention is inexpensive and environmentally friendly by using water, which is a non-toxic and stable material, as a refrigerant.

또한, 수송장치로부터 탈착이 가능한 이동식 냉각 유닛을 이용함으로써 기존 디젤 엔진으로 구동되는 증기 압축 냉각 시스템을 이용하지 않아, 온실 가스를 배출하지 않으며, 소음 발생을 줄일 수 있으며 편의성이 증대될 수 있다.In addition, by using a removable cooling unit that can be detached from the transportation device, a vapor compression cooling system driven by a conventional diesel engine is not used, so greenhouse gases are not emitted, noise generation can be reduced, and convenience can be increased.

나아가, 개별 얼음 큐브의 형상 및 중량을 최적화함으로써, 콜드 체인 유통 과정에 일반적으로 요구되는 온도 조건 (8 ℃ 미만)을 효율적으로 달성할 수 있다.Furthermore, by optimizing the shape and weight of individual ice cubes, the temperature conditions normally required for cold chain distribution processes (below 8 °C) can be efficiently achieved.

도 1은 본 발명에 따른 충진 (charging)을 위한 제빙 유닛 (ice-making unit; IMU) 및 방출 (discharging)을 위한 이동식 냉각 유닛 (mobile cooling unit; MCU)를 나타낸 모식도이다.
도 2는 개별 얼음 큐브의 질량에 따라, 얼음 큐브 내 형성된 공간의 형상의 단면을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 일 실험예에 따라 7,200 초 동안 IMU에서 증발기 출구의 증발, 응축 및 냉매 온도 (a-c), 및 각각의 경우에 소비 전력 (d-f)을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실험예에 따라 제빙 및 제상의 사이클 당 지속 시간, 전체에 대한 제상 시간의 비율, 평균 소비 전력량, 최대 약 13,500 초의 사이클 동안 얼음 큐브의 질량 변화로 인한 평균 성능 계수를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실험예에 따라 MCU의 작동 시간 (t) 및 얼음이 없는 면 공기 속도 (Vf,woi)가 0.43 내지 1.28 m/s인 조건 하에서, 얼음이 있는 면 공기 속도 (face air velocity, Vf,wi), 냉각부의 입구와 출구에서 공기 온도 구배 (air temperature gradient, △Tair) 및 냉각 용량 (Qc) 변화를 나타낸 그래프이다. 온도 구배는 팬이 흡입한 공기의 온도와 토출부를 통해 토출되는 냉각된 공기의 온도차를 의미한다.
도 6은 본 발명의 일 실험예에 따라, 작동 시간 (t)에 따른 얼음이 있는 면 공기 속도 (Vf,wi), 냉각부의 입구와 출구에서의 공기 온도 구배 (△Tair), 및 냉각 용량 (Qc) 변화에 있어서, 얼음의 양 (2.00 내지 6.00 kg, mice,am)에 따른 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실험예에 따라, 얼음이 없는 면 공기 속도 (Vf,woi)가 0.43 내지 1.70 m/s인 경우, 2.00 내지 6.00 kg의 얼음 양 (mice,am) 및 6.8 내지 10.0 g의 얼음 큐브 질량 (mice,cb) 조건하에서, 변화하는 평균 냉각 용량 (Qc,avg)을 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 일 실험예에 따라, 얼음이 없는 면 공기 속도 (Vf,woi)는 0.85 또는 1.70 m/s이고, 기온 (Tair,in)이 10 내지 30 ℃인 조건 하에서, 6.00 또는 10.00 kg의 얼음 양 (mice,am), 6.8 내지 10.0 g의 얼음 큐브 질량 (mice,cb)에 대하여 변화하는 평균 냉각 용량 (Qc,avg)을 나타낸 그래프이다.
도 9는 10.0 kg의 얼음 양 및 10 ℃의 온도 조건 하에서, 6.8 g 또는 10.0 g의 얼음 큐브의 질량, 0.85 m/s 또는 1.70 m/s의 얼음이 없는 면 공기 속도 및 목표 평균 냉각 용량 (Qc,abg,tg)에 따라 변화하는, 총 COP (COPtot) 및 소비 전력 (Rw,mcu, 전체에 대한 팬의 소비 전력을 의미) 사이의 관계를 나타낸 그래프이다.
1 is a schematic diagram showing an ice-making unit (IMU) for charging and a mobile cooling unit (MCU) for discharging according to the present invention.
2 is a schematic diagram showing a cross-section of the shape of a space formed in an ice cube according to the mass of an individual ice cube.
3 shows evaporation, condensation and refrigerant temperatures (ac) at the evaporator outlet in the IMU for 7,200 seconds according to an experimental example of the present invention, and power consumption (df) in each case.
Figure 4 shows the duration per cycle of ice-making and defrosting, the ratio of defrosting time to the total, average power consumption, and the average coefficient of performance due to the change in mass of ice cubes during a cycle of up to about 13,500 seconds according to an experimental example of the present invention. it's a graph
5 is an operating time (t) of the MCU according to an experimental example of the present invention and an ice-free surface air speed (V f, woi ) under the condition of 0.43 to 1.28 m / s, the ice surface air speed (face It is a graph showing changes in air velocity, V f,wi ), air temperature gradient (ΔT air ) and cooling capacity (Q c ) at the inlet and outlet of the cooling unit. The temperature gradient means a temperature difference between the temperature of the air sucked in by the fan and the temperature of the cooled air discharged through the discharge part.
6 is an air velocity (V f,wi ), an air temperature gradient (ΔT air ) at the inlet and outlet of the cooling unit, and cooling according to an operating time (t) according to an experimental example of the present invention. In the change in capacity (Q c ), it is a graph showing the change according to the amount of ice (2.00 to 6.00 kg, m ice,am ).
7 shows, according to an experimental example of the present invention, when the ice-free surface air velocity (V f,woi ) is 0.43 to 1.70 m/s, the amount of ice (m ice,am ) of 2.00 to 6.00 kg and the air velocity (m ice,am ) of 6.8 to 6.8 kg It is a graph showing the changing average cooling capacity (Q c,avg ) under the condition of 10.0 g of ice cube mass (m ice,cb ).
8 is 6.00 according to an experimental example of the present invention, under the condition that the ice-free surface air velocity (V f,woi ) is 0.85 or 1.70 m/s and the air temperature (T air,in ) is 10 to 30 °C. or 10.00 kg of ice (m ice,am ), 6.8 to 10.0 g of ice cube mass (m ice,cb ) is a graph showing the average cooling capacity (Q c,avg ).
9 shows the mass of ice cubes of 6.8 g or 10.0 g, the ice-free surface air velocity of 0.85 m/s or 1.70 m/s, and the target average cooling capacity (Q It is a graph showing the relationship between total COP (COP tot ) and power consumption (R w,mcu , which means total fan power consumption), which varies according to c,abg,tg ).

이하, 도면을 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail through the drawings. These examples are only for explaining the present invention in more detail, and it will be apparent to those skilled in the art that the scope of the present invention is not limited by these examples according to the gist of the present invention. .

도 1은 충진 (charging)을 위한 제빙 유닛 (ice-making unit; IMU) 및 방출 (discharging)을 위한 이동식 냉각 유닛 (mobile cooling unit; MCU)를 나타낸 모식도이다.1 is a schematic diagram showing an ice-making unit (IMU) for charging and a mobile cooling unit (MCU) for discharging.

도 1을 참조하면, 콜드 체인 트럭 (cold chain truck)에 (ice making energy storage; ITES)를 이용하여 직접 접촉 방출 (direct contact discharging) 방식으로 콜드 체인 트럭 내 열 전달율을 향상시키고, 하루 종일 냉각 에너지를 저장할 수 있도록 하는 이동식 냉각 시스템을 확인할 수 있다.Referring to FIG. 1, the heat transfer rate in the cold chain truck is improved by direct contact discharging using an ice making energy storage (ITES) in the cold chain truck, and the cooling energy is stored throughout the day. You can see the mobile cooling system that allows you to store

이동식 냉각 시스템은 충진 (charging)을 위한 제빙 유닛 (ice-making unit; IMU) 및 방출을 위한 이동식 냉각 유닛 (mobile cooling unit; MCU)을 포함할 수 있다.The mobile cooling system may include an ice-making unit (IMU) for charging and a mobile cooling unit (MCU) for discharge.

제빙 유닛은 유통 센터 (distribution center)에서 냉각 에너지를 저장한 얼음을 준비하고, 이 때 얼음은 캡슐화하지 않고 공기와 직접 열교환을 수행할 수 있도록 큐브 형상으로 생산될 수 있다. 충진 과정에서, 제빙 유닛의 증발기 표면에 직접 얼음을 생성시키기 위하여, 직접 유형 (direct type)이 선택될 수 있다. 유통 센터에 들어가는 트럭의 경우, 이동식 냉각 유닛은 얼음을 충진하기 위해 얼음 저장 탱크로 안내되고, (충진 과정, charging) 냉각 (space cooling)을 위해 트럭의 냉장 공간으로 안내될 수 있다. (방출 과정, discharging)The ice making unit prepares ice with cooling energy stored in a distribution center, and at this time, the ice may be produced in a cube shape so as to perform heat exchange directly with air without encapsulation. In the filling process, direct type can be selected to make ice directly on the evaporator surface of the ice making unit. In the case of a truck entering a distribution center, the mobile cooling unit may be guided to an ice storage tank for filling the ice (charging process) and to the truck's refrigerated space for space cooling. (discharging process, discharging)

도 1을 참조하여 충진용 제빙 유닛과 방출용 이동식 냉각 유닛으로 구성된 이동식 냉각 시스템의 효율을 확인하기 위한 실험실 규모의 테스트 시설이 구축되었다.Referring to FIG. 1, a laboratory-scale test facility was built to verify the efficiency of a mobile cooling system composed of a mobile ice-making unit for filling and a mobile cooling unit for discharge.

테스트에는 왕복동 압축기 (reciprocating compressor), 응축기 (condenser; CON), 팽창 장치용 모세관 (capillary tube for expansion device), 증발기 (evaporator; EVA) 및 솔레노이드 밸브 (solenoid valve; SV)가 포함된 상업용 제빙 장치가 사용되었다.Commercial ice-making equipment tested included a reciprocating compressor, condenser (CON), capillary tube for expansion device, evaporator (EVA) and solenoid valve (SV). has been used

여기서, 왕복동 압축기는 R-134a 냉매를 사용하였고, 왕복동 압축기의 배기량은 8.8 cm3/rev이며, 소비 전력은 1/3 HP였다. 응축기는 깊이 45 mm, 높이 150 mm, 폭 420 mm의 핀-튜브 열교환기이며, 증발기는 깊이 18 mm, 높이 117 mm, 폭 207 mm의 교차 흐름 유형 열교환기였다. 모세관의 길이는 1,113 mm였다.Here, the reciprocating compressor used R-134a refrigerant, the displacement of the reciprocating compressor was 8.8 cm 3 /rev, and the power consumption was 1/3 HP. The condenser was a fin-tube heat exchanger with a depth of 45 mm, a height of 150 mm and a width of 420 mm, and the evaporator was a cross-flow type heat exchanger with a depth of 18 mm, a height of 117 mm and a width of 207 mm. The length of the capillary was 1,113 mm.

도 1의 제빙 유닛에서 확인할 수 있듯이, 압축기로부터 토출된 냉매는 응축기로 유입되어 열을 배출한 후 응축되어 모세관을 통해 증발기로 들어가게 된다. 냉매는 증발기에서 증발하여 압축기로 다시 유입된다. 또한, 제빙 유닛에 공급된 물은 워터 펌프를 이용하여 증발기 표면에 지속적으로 재순환되었다. 영하의 온도에서 증발기 표면에 물이 얼기 시작하고, 시간이 지남에 따라 얼음은 두꺼워졌다. 일정 시간이 지난 후 솔레노이드 밸브는 압축기에서 증발기로 뜨거워진 냉매를 우회시키고, 이는 열을 전달함으로써 증발기 표면의 얼음을 제거한다.As can be seen in the ice making unit of FIG. 1 , the refrigerant discharged from the compressor flows into the condenser, discharges heat, is condensed, and enters the evaporator through the capillary tube. The refrigerant evaporates in the evaporator and flows back into the compressor. In addition, the water supplied to the ice making unit was continuously recirculated to the surface of the evaporator using a water pump. At sub-zero temperatures, water begins to freeze on the surface of the evaporator, and over time the ice thickens. After a period of time, the solenoid valve diverts the hot refrigerant from the compressor to the evaporator, which transfers heat to remove ice from the evaporator surface.

다음으로, 이동식 냉각 유닛은 팬 (fan) 및 냉각부가 있는 절연 덕트 (insulated ducts)를 포함할 수 있다. 얼음은 제빙 유닛으로부터 이동식 냉각 유닛의 냉각부 (cooling zone)로 이동되었다. 팬으로부터 배출되는 공기는 냉각부에 퇴적된 얼음층을 가로질러 냉각될 수 있다.Next, the mobile cooling unit may include a fan and insulated ducts with a cooling section. Ice was moved from the ice making unit to the cooling zone of the mobile cooling unit. The air discharged from the fan can be cooled across the ice layer deposited in the cooling section.

여기서, 냉각부 (cooling zone)는 한 변이 0.2 m 인 정사각형 단면을 가질 수 있다.Here, the cooling zone may have a square cross section with one side of 0.2 m.

이동식 냉각 시스템의 효율을 확인하는 테스트의 세부 조건은 표 1에 나타내었다.Table 1 shows the detailed conditions of the test to confirm the efficiency of the mobile cooling system.

파라미터 (Parameters)Parameters 수치값 (Values)Values 전체 얼음의 중량 (Amount of ice) (kg)Amount of ice (kg) 2.00, 4.00, 6.00, 10.002.00, 4.00, 6.00, 10.00 각 얼음 큐브의 질량 (Mass of an ice cube) (g)Mass of an ice cube (g) 6.8, 8.4, 10.06.8, 8.4, 10.0 얼음이 없는 면 공기 속도 (Face air velocity without ice in the cooling zone) (m/s)Face air velocity without ice in the cooling zone (m/s) 0.43, 0.85, 1.28, 1.700.43, 0.85, 1.28, 1.70 냉각부 유입구에서의 공기 온도 (Air temperature at the cooling zone inlet) (℃)Air temperature at the cooling zone inlet (℃) 10, 20, 3010, 20, 30 냉각부 유입구에서의 상대 습도 (Relative humidity at the cooling zone inlet) (%)Relative humidity at the cooling zone inlet (%) 5050 주변 공기 온도 (Ambient air temperature) (℃)Ambient air temperature (℃) 2727

표 1에서 확인할 수 있듯이, 각각의 얼음 큐브 질량은 6.8 내지 10.0 g으로 준비되었다. 제빙 유닛의 특성은 각 얼음 큐브의 질량을 변화시킴으로써 측정하였다. 그리고, 이동식 냉각 유닛의 특성은 전체 얼음의 양을 2.00 내지 10.00 kg으로 변화시키고, 냉각부에서 얼음이 없는 면 공기 속도 (face air velocity)를 0.43 내지 1.70 m/s로 변화시켜 측정하였다. 또한, 냉각부 유입구에서의 공기 온도는 10 내지 30 ℃로 준비되었다.As can be seen in Table 1, each ice cube mass was prepared from 6.8 to 10.0 g. The properties of the ice making unit were measured by varying the mass of each ice cube. In addition, the characteristics of the mobile cooling unit were measured by varying the total amount of ice from 2.00 to 10.00 kg, and by changing the face air velocity of the ice-free cooling unit from 0.43 to 1.70 m/s. In addition, the air temperature at the inlet of the cooling unit was prepared at 10 to 30 °C.

제빙 유닛의 평균 성능 계수 (coefficient of performance; COP)는 하기 수학식 1로 계산되었다.The average coefficient of performance (COP) of the ice making unit was calculated by Equation 1 below.

[수학식 1][Equation 1]

Figure pat00001
Figure pat00001

여기서, total amount of mice는 얼음의 총량, Heat of fusion은 융해열, t는 시간 및 Wice-making는 제빙 소비 전력을 의미한다.Here, total amount of m ice is the total amount of ice, heat of fusion is heat of fusion, t is time, and W ice-making is ice-making power consumption.

이동식 냉각 유닛의 냉각 용량은 하기 수학식 2과 같이 냉각부 전체에 걸친 공기 유량과 공기 엔탈피 구배로부터 파생된다.The cooling capacity of the mobile cooling unit is derived from the air flow rate and the air enthalpy gradient throughout the cooling unit as shown in Equation 2 below.

[수학식 2][Equation 2]

Figure pat00002
Figure pat00002

여기서,

Figure pat00003
air는 냉각부를 통과하는 공기의 유량 (m3/s), v는 부피 (m3/kg), h는 엔탈피 (kJ/kg)를 의미한다.here,
Figure pat00003
air is the flow rate of air passing through the cooling unit (m 3 /s), v is the volume (m 3 /kg), and h is the enthalpy (kJ/kg).

전체 테스트 설비의 소비 전력 대비, 이동식 냉각 유닛 팬의 소비 전력 비율은 수학식 3로 계산될 수 있다.The power consumption ratio of the fan of the mobile cooling unit to the power consumption of the entire test facility can be calculated by Equation 3.

[수학식 3][Equation 3]

Figure pat00004
Figure pat00004

여기서, R은 비율, W는 소비 전력, mcu는 이동식 냉각 유닛, imu는 제빙 유닛 및 t는 시간을 의미한다.Here, R is a ratio, W is power consumption, mcu is a mobile cooling unit, imu is an ice-making unit, and t is time.

이를 이용하여, 테스트 설비 전체의 성능 계수 (COPtot)는 수학식 4로 계산될 수 있다.Using this, the coefficient of performance (COP tot ) of the entire test facility can be calculated by Equation 4.

[수학식 4][Equation 4]

Figure pat00005
Figure pat00005

도 2는 개별 얼음 큐브의 질량에 따라, 얼음 큐브 내 형성된 공간의 형상의 단면을 나타낸 모식도이다.2 is a schematic diagram showing a cross-section of the shape of a space formed in an ice cube according to the mass of an individual ice cube.

도 2를 참조하면, 각각의 얼음 큐브 질량에 따른 단면의 대략적인 형상을 확인할 수 있다. 모든 얼음 큐브의 폭은 23.3 mm, 길이 21.7 mm, 높이 20.6 mm이었다. 증발기 표면에 형성된 각 얼음 큐브는 얼음의 질량이 증가함에 따라 두꺼워졌다. 각 얼음 큐브의 외면 모양은 육면체 형상으로 동일하나, 얼음 큐브의 질량에 따라, 일측이 얼음 큐브의 내측으로 함몰되어 형성되는 공간은 차이가 있었다.Referring to FIG. 2 , an approximate shape of a cross section according to the mass of each ice cube can be confirmed. All ice cubes were 23.3 mm wide, 21.7 mm long and 20.6 mm high. Each ice cube formed on the surface of the evaporator thickened as the mass of the ice increased. The shape of the outer surface of each ice cube is the same in the shape of a hexahedron, but the space formed by sinking one side into the inside of the ice cube differs according to the mass of the ice cube.

실험예 1. 제빙 사이클에 따른 온도와 소비 전력의 변화Experimental Example 1. Change in temperature and power consumption according to ice making cycle

7,200 초의 가동 시간 동안, 제빙 유닛 내 증발기 출구에서의 증발 (evaporating), 응축 (condensing) 및 냉매 (regrigerant) 온도 (a-c), 및 각각의 경우에 소비 전력 (d-f)을 도 3에 나타내었다.The evaporating, condensing and refrigerant temperatures (a-c) and power consumption (d-f) in each case at the evaporator outlet in the ice making unit are shown in FIG. 3 for an operating time of 7,200 seconds.

제빙 사이클은 제빙 (frosting) 및 제상 (defrosting) 과정으로 구성된다. The ice making cycle consists of frosting and defrosting.

도 3 (a-c)에서 확인할 수 있듯이, 제빙 과정 중 증발 온도 (evaporating temperature)는 감소하는 반면, 응축 온도 (condensing temperature)는 증가하였다. 증발기에 쌓인 두꺼운 얼음은 내열성을 유발하고 얼음과 증발기 사이의 열전달 효율을 감소시키기 때문에, 시간이 지남에 따라 증발기 출구에서의 냉매 온도는 낮아졌다. 이후 압축기에서 토출된 냉매는 증발기로 직접 유입되고, 솔레노이드 밸브에 의하여 제상 과정이 시작되었으며, 이에, 제상 과정 동안 증발기 출구의 냉매 온도는 상승하였다.As can be seen in FIG. 3 (a-c), the evaporating temperature decreased while the condensing temperature increased during the ice making process. The refrigerant temperature at the evaporator outlet decreased over time because the thick ice accumulated in the evaporator caused heat resistance and reduced the efficiency of heat transfer between the ice and the evaporator. Thereafter, the refrigerant discharged from the compressor is directly introduced into the evaporator, and the defrosting process is started by the solenoid valve. Accordingly, the temperature of the refrigerant at the outlet of the evaporator rises during the defrosting process.

얼음을 만드는 데 필요한 시간은 각 얼음의 질량에 따라 증가하였다. 얼음의 질량이 증가함에 따라 얼음의 열용량도 증가하였고, 제상 시간 또한 증가하였다.The time required to make ice increased with the mass of each ice. As the mass of ice increased, the heat capacity of ice increased and the defrosting time also increased.

도 3 (d-f)에서 확인할 수 있듯이, 소비 전력은 제빙 과정에서 감소하고, 제상 과정에서 증가하였다. 냉매가 팽창 유닛 (모세관)을 통과하지 못하여, 압축기의 입구와 출구 사이의 엔탈피 구배가 증가하게 되므로, 제상 과정에서 소비 전력이 급격히 증가한 것이다. 또한, 얼음 큐브의 질량이 증가함에 따라 증발기 내 얼음의 열용량이 증가하게 되고, 또한 얼음에서 증발기로의 열전달율이 증가하여 압축기 입구에서의 냉매 온도와 엔탈피는 감소하였다. 결과적으로, 엔탈피의 감소는 압축기의 소비 전력 피크 값을 감소시켰다.As can be seen in FIG. 3 (d-f), power consumption decreased during the ice-making process and increased during the defrosting process. Since the refrigerant does not pass through the expansion unit (capillary) and the enthalpy gradient between the inlet and outlet of the compressor increases, power consumption in the defrost process increases rapidly. In addition, as the mass of the ice cube increases, the heat capacity of the ice in the evaporator increases, and the heat transfer rate from the ice to the evaporator increases, so the temperature and enthalpy of the refrigerant at the inlet of the compressor decrease. As a result, the decrease in enthalpy reduced the peak power consumption value of the compressor.

실험예 2. 얼음 큐브 질량에 따른 평균 성능 계수의 변화Experimental Example 2. Change in average coefficient of performance according to ice cube mass

얼음 큐브의 질량에 따른, 제빙 및 제상의 사이클 당 지속 시간, 전체 시간 대비 제상 시간의 비율, 평균 소비 전력량, 약 13,500초 동안에 해당하는 사이클의 변화하는 평균 성능 계수 (COPavg)를 도 4 및 표 2에 나타내었다.The duration per cycle of ice making and defrosting, the ratio of the defrosting time to the total time, the average amount of power consumption, and the average coefficient of performance (COP avg ) varying for a cycle corresponding to about 13,500 seconds according to the mass of the ice cube are shown in FIG. 4 and Table 4. 2.

Mice,cb(g)M ice, cb (g) tcc(s)t cc (s) Rdf Rdf Wavg(kW)W avg (kW) COPavg(-)COP avg (-) 6.86.8 643643 0.1490.149 0.2620.262 0.610.61 8.48.4 851851 0.1150.115 0.2590.259 0.570.57 10.010.0 12661266 0.0830.083 0.2510.251 0.470.47

도 4 (a) 및 표 2에서 확인할 수 있듯이, 사이클 당 지속 시간 (tcc)은 각 얼음 큐브의 질량 (mice,cb)이 증가할수록 함께 증가하였다. 각 얼음 큐브의 질량이 증가하여 제상 시간이 약간 증가했으나, 제빙 시간이 제상 시간보다 길어짐에 따라 전체 시간 대비 제상 시간의 비율은 감소하였다.As can be seen in FIG. 4 (a) and Table 2, the duration per cycle (t cc ) increased as the mass (m ice,cb ) of each ice cube increased. The defrost time increased slightly as the mass of each ice cube increased, but the ratio of defrost time to total time decreased as the ice-making time became longer than the defrost time.

도 4 (b) 및 표 2에서 확인할 수 있듯이, 전체 시간에 대한 제상 시간의 비율이 감소하고, 제상 과정의 평균 소비 전력이 제빙 과정보다 높았기 때문에, 각 얼음 큐브의 질량이 증가할수록 평균 소비 전력 (Wavg)은 감소하였다.As can be seen in FIG. 4 (b) and Table 2, since the ratio of the defrosting time to the total time decreased and the average power consumption of the defrosting process was higher than that of the ice making process, the average power consumption as the mass of each ice cube increased. (W avg ) decreased.

6.8 g 또는 10.0 g의 얼음 큐브에 대한 제상 과정의 평균 소비 전력은 제빙 과정에 비하여 각각 163.6 %와 127.7 %인 것으로 측정되었다. 또한, 각 얼음 큐브의 질량이 증가함에 따라 사이클 당 생산되는 얼음의 양은 증가하였으나, 증발기의 내열성이 증가하여 사이클 당 지속 시간을 증가시키게 되고, 이로 인해 얼음의 생산 효율은 감소하였다. 즉, 10.0 g 얼음 큐브의 생산율은 6.8 g 얼음 큐브 생산율의 74.6 %인 것으로 계산되었다.The average power consumption of the defrosting process for 6.8 g or 10.0 g ice cubes was measured to be 163.6% and 127.7%, respectively, compared to the ice-making process. In addition, as the mass of each ice cube increased, the amount of ice produced per cycle increased, but the heat resistance of the evaporator increased and the duration per cycle increased, thereby reducing the ice production efficiency. That is, the production rate of 10.0 g ice cubes was calculated to be 74.6% of the production rate of 6.8 g ice cubes.

평균 소비 전력량이 감소하여 얼음 생산량이 감소하였고, 얼음 큐브의 질량이 증가함에 따라 평균 성능 계수는 감소하였다. 작은 얼음 큐브 (6.8 g)의 평균 성능 계수는 큰 얼음 큐브 (10.0 g)보다 28.5 % 더 높았다. 따라서, 얼음 큐브의 질량이 증가함에 따라 평균 소비 전력이 감소하더라도 충진 (charging) 성능 측면에서 평균 성능 계수가 더 크기 때문에 질량이 낮은 얼음 조각을 선택하는 것이 바람직하다고 판단된다.Ice production decreased as the average power consumption decreased, and the average performance coefficient decreased as the ice cube mass increased. The average coefficient of performance for small ice cubes (6.8 g) was 28.5% higher than that for large ice cubes (10.0 g). Therefore, even though the average power consumption decreases as the mass of the ice cube increases, it is desirable to select ice cubes with a lower mass because the average performance coefficient is larger in terms of charging performance.

실험예 3. 이동식 냉각 유닛의 작동에 따른 변화Experimental Example 3. Change according to the operation of the mobile cooling unit

이동식 냉각 유닛의 작동 시간 (t) 및 얼음이 없는 면 공기 속도 (face air velocity without ice, Vf,woi)가 0.43 내지 1.28 m/s인 조건 하에서, 얼음이 있는 면 공기 속도 (face air velocity with ice, Vf,wi), 냉각부의 입구와 출구에서 공기 온도 구배 (air temperature gradient, △Tair) 및 냉각 용량 (Qc) 변화를 도 5에 나타내었다.Under the condition that the operating time (t) of the mobile cooling unit and the face air velocity without ice (V f,woi ) are 0.43 to 1.28 m/s, the face air velocity with ice, V f,wi ), air temperature gradient (ΔT air ) and cooling capacity (Q c ) changes at the inlet and outlet of the cooling unit are shown in FIG. 5 .

여기서, 얼음이 없는 면 공기 속도는 냉각 유닛의 팬이 일정하게 공기를 흡입하는 속도를 의미하고, 얼음이 있는 면 공기 속도는 흡입된 공기가 얼음이 충진된 냉각부를 통과할 때의 공기 속도를 의미한다.Here, the ice-free side air velocity means the speed at which the fan of the cooling unit constantly sucks in air, and the ice-side air velocity means the air speed when the sucked air passes through the cooling unit filled with ice. do.

도 5를 참조하면, 작동 시간 및 얼음이 없는 면 공기 속도가 0.43 내지 1.28 m/s이고, 냉각부의 얼음 총량은 4 kg, 얼음 큐브의 개별 질량은 8.4 g인 조건 하에서, 얼음이 있는 면 공기 속도, 냉각부의 입구와 출구에서 공기 온도 구배 및 냉각 용량 변화를 확인할 수 있다.Referring to FIG. 5, the operating time and air velocity of the ice-free surface are 0.43 to 1.28 m/s, the total amount of ice in the cooling section is 4 kg, and the individual mass of the ice cube is 8.4 g, the air velocity of the ice-free surface under the conditions. , the air temperature gradient and cooling capacity change at the inlet and outlet of the cooling unit can be checked.

냉각부에 적층된 얼음은 다공성 물질로 작용하였다. 얼음층이 공기 흐름의 경로를 막음에 따라 얼음층으로 인한 압력 강하가 커지고, 얼음이 있는 면 공기 속도가 감소하였다. 시간이 지남에 따라 얼음층이 녹으면서 얼음층을 가로 지르는 압력 강하가 감소하고 얼음이 있는 면 공기 속도가 증가하였다. 얼음이 있는 면 공기 속도의 상승은 냉각부에서의 열전달율을 증가시켰고, 그에 따라 얼음이 더 빨리 녹고 얼음이 있는 면 공기 속도는 빠르게 증가하였다.The ice stacked on the cooling part acted as a porous material. As the ice layer blocks the path of the air flow, the pressure drop due to the ice layer increases and the air velocity decreases with the ice layer. Over time, as the ice layer melted, the pressure drop across the ice layer decreased and the air velocity over the ice surface increased. An increase in the ice-side air velocity increased the heat transfer rate in the cooling section, and accordingly, the ice melted faster and the ice-side air velocity increased rapidly.

또한, 온도 구배는 초기에 최대치까지 도달한 후 시간이 지남에 따라 감소하였다. 시간이 지남에 따라, 얼음이 있는 면 공기 속도가 증가함으로 인해 온도 구배는 크게 감소하였다. 결과적으로, 냉각 용량은 초기에 최대값까지 도달한 후, 시간이 지남에 따라 감소하였다. 왜냐하면 온도 구배가 감소하는 속도는 얼음이 있는 면 공기 속도가 증가하는 속도보다 크기 때문이다.In addition, the temperature gradient initially reached a maximum value and then decreased over time. Over time, the temperature gradient decreased significantly due to the increase in the ice-side air velocity. As a result, the cooling capacity initially reached a maximum value and then decreased over time. This is because the rate at which the temperature gradient decreases is greater than the rate at which the air velocity increases in the presence of ice.

냉각부에서 얼음이 녹을 때, 얼음 큐브가 재배열됨에 따라 압력 강하, 면 공기 속도 및 냉각 용량에 변동이 발생하였다. 또한, 얼음이 없는 면 공기 속도의 상승으로 인하여 얼음이 있는 면 공기 속도가 증가하였으나, 얼음이 없는 면 공기 속도의 경우 최대 온도 구배는 유의미한 차이가 없었다. 얼음이 없는 면 공기 속도의 차이가 온도 구배보다 크기 때문에, 결국, 얼음이 없는 면 공기 속도가 높을수록 냉각 능력은 더 향상됨을 확인하였다.When the ice melted in the cooling section, the pressure drop, face air velocity, and cooling capacity fluctuated as the ice cubes rearranged. In addition, the air velocity on the ice-free side increased due to the increase in the air speed on the ice-free side, but there was no significant difference in the maximum temperature gradient in the case of the air velocity on the ice-free side. Since the difference in air velocity on the ice-free side is greater than the temperature gradient, it was confirmed that the higher the air velocity on the ice-free side, the higher the cooling capacity.

실험예 4. 이동식 냉각 유닛의 작동에 따른 변화들Experimental Example 4. Changes according to the operation of the mobile cooling unit

얼음이 없는 면 공기 속도 (Vf,woi)가 0.85 m/s로 일정한 조건 하에서, 이동식 냉각 유닛의 작동 시간 (t) 및 얼음의 양 (2.00 내지 6.00 kg, mice,am)에 따른 얼음이 있는 면 공기 속도 (Vf,wi), 냉각부의 입구와 출구에서의 공기 온도 구배 (△Tair), 및 냉각 용량 (Qc) 값의 변화들을 도 6에 나타내었다.Under the condition that the ice-free surface air velocity (V f,woi ) is constant at 0.85 m/s, ice is produced according to the operating time (t) of the mobile cooling unit and the amount of ice (2.00 to 6.00 kg, m ice,am ). Changes in air velocity (V f,wi ), air temperature gradient at the inlet and outlet of the cooling unit (ΔT air ), and cooling capacity (Q c ) are shown in FIG. 6 .

도 6을 참조하면, 얼음의 양은 증가할수록 압력 강하 폭은 증가하여, 얼음이 있는 면 공기 속도는 감소하였다. 공기와 얼음 사이의 열 교환 면적 (heat exchange area)이 증가하였기 때문에 얼음이 증가함에 따라 온도 구배는 확대되었다. 결과적으로, 냉각 용량은 피크에 도달한 후 급격히 감소하였다.Referring to FIG. 6 , as the amount of ice increases, the width of the pressure drop increases, so that the air velocity on the surface of the ice decreases. The temperature gradient widened as the ice increased because the heat exchange area between air and ice increased. As a result, the cooling capacity decreased rapidly after reaching the peak.

얼음이 있는 면 공기 속도에 비해 얼음의 양이 일정값 이상인 경우, 얼음이 녹아 얼음이 있는 면 공기 속도를 증가시켰으나, 열 교환 면적이 넓어서 초기 온도 구배는 유의미하게 감소되지 않았다. 따라서, 이 때의 냉각 능력 (cooling capacity)은 일시적으로 증가하였고, 이는 얼음이 있는 면 공기 속도의 증가율이 온도 구배의 감소율보다 높았기 때문이다.When the amount of ice compared to the air velocity on the ice side was above a certain value, the ice melted and the air velocity on the ice side increased, but the initial temperature gradient did not significantly decrease due to the large heat exchange area. Therefore, the cooling capacity at this time temporarily increased, because the rate of increase in the air velocity on the ice side was higher than the rate of decrease in the temperature gradient.

그러나, 얼음이 시간이 지남에 따라 빨리 녹기 때문에 얼음이 있는 면 공기 속도의 증가는 온도 구배의 감소를 가속화하였다. 온도 구배의 감소율이 얼음에 의한 면 공기 속도의 상승율보다 높았기 때문에 피크에 도달한 후 냉각 능력은 급격히 감소하였다.However, since ice melts quickly over time, the increase in air velocity over the icy side accelerated the decrease in the temperature gradient. Since the rate of decrease of the temperature gradient was higher than the rate of increase of surface air velocity due to ice, the cooling capacity decreased rapidly after reaching the peak.

얼음 2 kg의 최대 냉각 용량은 얼음이 4 kg이거나 6 kg인 경우보다 낮았다. 이는 얼음의 양이 적고 냉각부 출구의 공기 온도가 0 ℃보다 훨씬 높기 때문이다. 이와 대조적으로, 얼음의 양이 6 kg일 때보다 4 kg 일 때, 얼음이 있는 면 공기 속도는 더 빠르고 온도 구배는 더 적기 때문에, 최대 냉각 용량 (maximum cooling capacities)은 4 kg 및 6 kg의 경우에서 유의미한 차이를 나타내지 않았다.The maximum cooling capacity of 2 kg of ice was lower than that of 4 kg or 6 kg of ice. This is because the amount of ice is small and the air temperature at the outlet of the cooling section is much higher than 0 °C. In contrast, when the amount of ice is 4 kg than when it is 6 kg, the maximum cooling capacities are higher for the 4 kg and 6 kg cases because the air velocity on the ice side is faster and the temperature gradient is smaller. did not show a significant difference in

실험예 5. 평균 냉각 용량의 변화 ①Experimental Example 5. Change in Average Cooling Capacity

2.00 내지 6.00 kg의 얼음 양 (mice,am) 및 6.8 내지 10.0 g의 얼음 큐브 질량 (mice,cb) 조건하에서, 얼음이 없는 면 공기 속도 (Vf,woi)가 0.43 내지 1.70 m/s로 변화하는 경우, 평균 냉각 용량 (Qc,avg)의 변화를 도 7 및 표 3에 나타내었다. 여기서, 평균 냉각 용량은 냉각 구역의 입구와 출구 사이의 온도 차이가 최대 온도 차이의 절반인 15 ℃보다 큰 조건 하에서 측정 및 계산되었다.Under conditions of 2.00 to 6.00 kg of ice amount (m ice,am ) and 6.8 to 10.0 g of ice cube mass (m ice,cb ), the ice-free surface air velocity (V f,woi ) is 0.43 to 1.70 m/s When changing to , the change in average cooling capacity (Q c,avg ) is shown in FIG. 7 and Table 3. Here, the average cooling capacity was measured and calculated under the condition that the temperature difference between the inlet and outlet of the cooling zone is greater than 15 °C, which is half of the maximum temperature difference.

Qc,avg(kW)Q c,avg (kW) mice,cb(g)m ice, cb (g) mice,am(kg)m ice, am (kg) Vf,woi V f,woi 0.43 m/s0.43 m/s 0.85 m/s0.85m/s 1.28 m/s1.28m/s 1.70 m/s1.70m/s 6.86.8 2.002.00 0.5640.564 1.0961.096 1.5431.543 1.8271.827 4.004.00 0.6050.605 1.1791.179 1.7581.758 2.1632.163 6.006.00 0.5630.563 1.1531.153 1.7841.784 2.2762.276 8.48.4 2.002.00 0.5348260.534826 1.047521.04752 1.5074821.507482 1.7771.777 4.004.00 0.6122340.612234 1.1466941.146694 1.7484891.748489 2.0812.081 6.006.00 0.5945640.594564 1.167031.16703 1.7620911.762091 2.292.29 10.010.0 2.002.00 0.5361020.536102 0.9352010.935201 1.3440151.344015 1.4211.421 4.004.00 0.6405750.640575 1.1688221.168822 1.6469341.646934 2.0252.025 6.006.00 0.6404190.640419 1.2066161.206616 1.8250851.825085 2.2672.267

도 7 및 표 3에서 확인할 수 있듯이, 얼음이 없는 면 공기 속도 (Vf,woi)의 증가는 평균 냉각 용량 (Qc,avg)을 증가시켰고, 열 전달을 위한 질량 유량 (mass flow rate)이 증가함으로써 저장 에너지를 단기간에 활용할 수 있었다. 더욱이, 얼음이 적층됨에 따라 열교환 영역은 확대되고, 얼음이 있는 면 공기 속도가 감소하였다. 따라서, 평균 냉각 용량은 감소하는 면 공기 속도와 확대된 열 교환 영역을 대조 관찰함으로써 결정되었다.As can be seen in FIG. 7 and Table 3, the increase in the ice-free surface air velocity (V f,woi ) increased the average cooling capacity (Q c,avg ), and the mass flow rate for heat transfer increased. By increasing it, stored energy could be utilized in a short period of time. Moreover, as the ice was deposited, the heat exchange area was enlarged, and the air velocity on the side with ice was reduced. Therefore, the average cooling capacity was determined by contrasting the decreasing face air velocity with the enlarged heat exchange area.

얼음층을 통과하는 공기의 온도가 0 ℃에 도달하면 얼음층은 공기의 냉각에 영향을 주지 않고 압력 강하에만 영향을 미쳤다. 이 시점에서 평균 냉각 용량에 대한 공기 온도의 영향은 감소하였다. 따라서 평균 냉각 용량은 1.2 m/s 이하의 얼음이 없는 면 공기 속도에 대하여, 6.8 g 또는 8.4 g의 얼음 큐브 형태나, 4 kg 또는 6 kg의 얼음 총 중량에 따라 유의미한 차이를 나타내지 않았다.When the temperature of the air passing through the ice layer reached 0 °C, the ice layer did not affect the cooling of the air, only the pressure drop. At this point, the effect of air temperature on the average cooling capacity decreased. Therefore, the average cooling capacity did not show a significant difference according to the ice cube type of 6.8 g or 8.4 g, or the total weight of ice of 4 kg or 6 kg, for ice-free surface air velocity of less than 1.2 m/s.

그러나 2 kg의 얼음인 경우, 공기 온도는 0 ℃까지 되지 않았고, 평균 냉각 용량은 4 kg 및 6 kg의 얼음보다 낮았다. 이와 비슷하게, 얼음이 없는 면 공기 속도가 1.70 m/s인 경우, 얼음의 양이 적을수록 평균 냉각 용량은 더 낮았다. 또한, 얼음 큐브의 질량이 커짐에 따라, 압력 강하는 감소하고 면 공기 속도는 증가하였다.However, in the case of 2 kg of ice, the air temperature did not reach 0 °C, and the average cooling capacity was lower than that of 4 kg and 6 kg of ice. Similarly, for an ice-free side air velocity of 1.70 m/s, the average cooling capacity was lower with less ice. Also, as the mass of the ice cube increased, the pressure drop decreased and the surface air velocity increased.

열전달 면적은 평균 냉각 용량에 상당한 영향을 미쳤다. 공기 온도가 0 ℃까지 되지 않았기 때문에, 2 kg 및 4 kg에서 얼음 양이 증가함에 따라 평균 냉각 용량은 감소하였다. 6 kg의 얼음에 대하여는, 얼음 큐브의 양이 열전달 영역과 면 공기 속도에 미치는 영향은 복잡하고 추세가 불분명하다. 얼음의 양에 따른 평균 냉각 능력의 변화는 얼음 큐브의 질량에 따라 증가하였다.The heat transfer area had a significant effect on the average cooling capacity. Since the air temperature did not reach 0 °C, the average cooling capacity decreased as the amount of ice increased at 2 kg and 4 kg. For 6 kg of ice, the effect of the amount of ice cubes on the heat transfer area and surface air velocity is complex and the trend is unclear. The change in average cooling capacity with the amount of ice increased with the mass of the ice cube.

실험예 6. 평균 냉각 용량의 변화 ②Experimental Example 6. Change in Average Cooling Capacity

얼음이 없는 면 공기 속도 (Vf,woi)는 0.85 또는 1.70 m/s이고, 얼음 양 (mice,am)은 6.00 또는 10.00 kg이고, 얼음 큐브 질량 (mice,cb)은 6.8 내지 10.0 g인 조건 하에서, 기온 (Tair,in)이 10 내지 30 ℃로 변화하는 경우에 평균 냉각 용량 (Qc,avg)의 변화를 도 8 및 표 4에 나타내었다.The ice-free surface air velocity (V f,woi ) is 0.85 or 1.70 m/s, the ice amount (m ice,am ) is 6.00 or 10.00 kg, and the ice cube mass (m ice,cb ) is 6.8 to 10.0 g 8 and Table 4 show changes in average cooling capacity (Q c,avg ) when the air temperature (T air,in ) varies from 10 to 30 °C under the condition of phosphorus.

평균 냉각 용량은 주변 공기 온도가 10, 20 또는 30 ℃이고, 각각 냉각부의 입구와 출구 사이의 온도 구배가 5 ℃, 10 ℃ 또는 15 ℃보다 큰 조건하에서 측정 및 계산되었다.The average cooling capacity was measured and calculated under conditions where the ambient air temperature was 10, 20, or 30 °C, and the temperature gradient between the inlet and outlet of the cooling unit was greater than 5 °C, 10 °C, or 15 °C, respectively.

Qc,avg(kW)Q c,avg (kW) mice,am(kg)m ice, am (kg) Vf,woi(m/s)Vf ,woi (m/s) mice,cb(g)m ice, cb (g) Tair,in(℃)T air, in (℃) 1010 2020 3030 6.006.00 0.850.85 6.86.8 0.2020.202 0.6190.619 1.2281.228 10.010.0 0.410.41 1.1671.167 2.2382.238 1.701.70 6.86.8 0.2220.222 0.6310.631 1.2071.207 10.010.0 0.4170.417 1.1821.182 2.2672.267 10.0010.00 0.850.85 6.86.8 0.2010.201 0.5680.568 0.9520.952 10.010.0 0.370.37 1.0551.055 1.8141.814 1.701.70 6.86.8 0.240.24 0.6410.641 1.1261.126 10.010.0 0.4340.434 1.1731.173 2.0062.006

도 8 및 표 4에서 확인할 수 있듯이, 입구와 출구 사이의 온도 구배가 증가함에 따라, 그리고 유입 공기 온도 (inlet air temperature)가 상승함에 따라 평균 냉각 용량은 증가하였다.As can be seen in FIG. 8 and Table 4, the average cooling capacity increased as the temperature gradient between the inlet and outlet increased and as the inlet air temperature increased.

얼음 총량이 6.00 kg인 경우, 각 얼음 큐브의 질량이 다르더라도 평균 냉각 용량은 거의 변화하지 않았다. 이는 얼음 큐브의 질량이 증가하면, 온도 구배가 감소하여 면 공기 속도가 증가하는 것을 상쇄시켰기 때문이다. 얼음 큐브의 질량이 6.8 g에서 10.0 g으로 증가함에 따라, 얼음이 있는 평균 면 공기 속도는 평균적으로 +14.9 % 증가하였고, 입구와 출구의 엔탈피 차이는 평균 -13.1 % 감소하였다.When the total amount of ice was 6.00 kg, the average cooling capacity hardly changed even if the mass of each ice cube was different. This is because as the mass of the ice cube increases, the decrease in temperature gradient offsets the increase in surface air velocity. As the mass of the ice cube increased from 6.8 g to 10.0 g, the average surface air velocity with ice increased by +14.9% on average, and the enthalpy difference between the inlet and outlet decreased by -13.1% on average.

얼음 총량이 10.00 kg인 경우, 얼음이 없는 면 공기 속도와 얼음 큐브의 질량에 따라 평균 냉각 능력이 증가하였다. 마찬가지로, 얼음 큐브의 질량이 6.8 g에서 10.0 g으로 증가함에 따라, 얼음이 있는 평균 면 공기 속도는 +21.2 % 증가하고, 입구와 출구의 엔탈피 차이는 평균 -6.8 % 감소하였다.When the total amount of ice was 10.00 kg, the average cooling capacity increased with the ice-free side air velocity and the mass of the ice cube. Similarly, as the mass of the ice cube increased from 6.8 g to 10.0 g, the average surface air velocity with ice increased by +21.2%, and the enthalpy difference between the inlet and outlet decreased on average by -6.8%.

따라서 평균 냉각 용량은 가벼운 얼음 큐브 (6.8 g) 보다 무거운 얼음 큐브 (10.0 g)에서 더 높았다.Therefore, the average cooling capacity was higher for heavy ice cubes (10.0 g) than for light ice cubes (6.8 g).

얼음의 총량이 6.00 kg에서 10.00 kg으로 증가함에 따라, 얼음이 있는 면 공기 속도는 감소하여, 평균 냉각 용량 또한 감소하였다. 또한, 얼음의 양이 10.00 kg인 경우, 10.0 g 얼음 큐브는 6.8 g 얼음 큐브보다 평균 냉각 용량이 평균적으로 13.0 % 더 큰 것을 확인하였다.As the total amount of ice increased from 6.00 kg to 10.00 kg, the surface air velocity with ice decreased, so the average cooling capacity also decreased. In addition, when the amount of ice was 10.00 kg, it was confirmed that the average cooling capacity of the 10.0 g ice cube was 13.0% higher than that of the 6.8 g ice cube.

결과적으로, 높은 냉각 용량을 달성하기 위해서는, 면 공기 속도에 비하여 많은 양의 얼음에 대해서는 얼음 큐브의 질량을 증가시켜야 하는 반면, 적은 양의 얼음에 대해서는 얼음 큐브의 질량을 감소시켜야 한다. 일반적으로 냉각 트럭은 몇 시간 동안의 냉각이 필요하다는 점을 고려하여, 많은 양의 얼음이 사용되어야 하기 때문에, 무거운 얼음 큐브는 냉각 능력을 향상시킬 수 있다.As a result, to achieve high cooling capacity, the ice cube mass must be increased for large amounts of ice relative to the surface air velocity, while the ice cube mass must be decreased for small amounts of ice. Heavy ice cubes can improve the cooling capacity, since a large amount of ice must be used, considering that cooling trucks generally require several hours of cooling.

실험예 7. 콜드 체인 유통을 위한 이동식 냉각 시스템의 성능 평가Experimental Example 7. Performance Evaluation of Mobile Cooling System for Cold Chain Distribution

제빙 유닛에서, 6.8 g 얼음 큐브의 성능 계수 및 얼음 생산율은 10.0 g 얼음 큐브에 비하여 높은 것으로 확인되었다. 이와는 대조적으로, 이동식 냉각 유닛의 평균 냉각 성능은 적절하게 많은 양의 얼음을 기반으로 한 10.0 g 얼음 큐브에 있어서 우수한 것으로 확인되었다. 이는 동일한 목표의 평균 냉각 용량을 위해 팬이 소비하는 전력량을 줄일 수 있다. 이동식 냉각 시스템이 제빙 유닛과 이동식 냉각 유닛으로 구성되었기 때문에, 두 장치의 상충되는 결과를 논의하고 통합하여야 한다.In the ice making unit, the coefficient of performance and ice production rate of 6.8 g ice cubes were found to be higher than those of 10.0 g ice cubes. In contrast, the average cooling performance of the mobile cooling unit was found to be good for 10.0 g ice cubes based on moderately large amounts of ice. This can reduce the amount of power consumed by the fan for the same target average cooling capacity. Since the mobile cooling system consists of an ice making unit and a mobile cooling unit, the conflicting results of the two devices must be discussed and integrated.

10.0 kg의 얼음 양 및 10 ℃의 공기 온도 조건 하에서, 6.8 g 또는 10.0 g의 얼음 큐브의 질량, 0.85 m/s 또는 1.70 m/s의 얼음이 없는 면 공기 속도 및 0.20 kW 및 0.37 kW의 목표 평균 냉각 용량 (Qc,abg,tg)에 따라, 변화하는 총 성능 계수 (COPtot) 및 소비 전력 (Rw,mcu, 전체 시스템에 대한 냉각 유닛의 팬이 소비하는 전력량을 의미) 사이의 관계를 도 9 및 표 5에 나타내었다.Under the condition of ice amount of 10.0 kg and air temperature of 10 °C, mass of ice cubes of 6.8 g or 10.0 g, ice-free side air velocity of 0.85 m/s or 1.70 m/s, and target averages of 0.20 kW and 0.37 kW Depending on the cooling capacity (Q c,abg,tg ), the relationship between the varying total coefficient of performance (COP tot ) and power consumption (R w,mcu , which means the amount of power consumed by the fan of the cooling unit for the entire system) It is shown in Figure 9 and Table 5.

목표 평균 냉각 용량은 6.8 g의 얼음 큐브에 대한 냉각 용량을 기준으로 선택되었다. 이동식 냉각 유닛의 팬 속도는 목표 평균 냉각 용량을 달성하도록 조정되었다. 이동식 냉각 전체 시스템의 총 소비 전력은 제빙 유닛에서 충진 과정 중 소비하는 전력과 이동식 냉각 유닛의 팬이 소비하는 전력을 포함한다.The target average cooling capacity was selected based on the cooling capacity for a 6.8 g ice cube. The fan speed of the mobile cooling unit was adjusted to achieve the target average cooling capacity. The total power consumption of the entire mobile cooling system includes the power consumed by the ice making unit during the filling process and the power consumed by the fan of the mobile cooling unit.

도 9 및 표 5를 참조하면, 전반적으로 얼음의 양이 증가함에 따라 팬 소비 전력은 감소하고, 이는 소비 전력 비율을 감소시켰다. 동일한 총량의 얼음에 대한 충진 전력이 일정하기 때문에, 얼음 큐브의 질량이 증가하면 팬 소비 전력이 감소되고, 결국 이는 총 소비 전력을 감소시킨다.Referring to FIG. 9 and Table 5, overall, fan power consumption decreased as the amount of ice increased, which reduced the power consumption ratio. Since the filling power for the same total amount of ice is constant, the fan power consumption decreases as the mass of the ice cube increases, which in turn reduces the total power consumption.

그러나 제빙 유닛의 충진을 위한 소비 전력은 이동식 냉각 유닛의 팬 소비 전력에 비해 상당히 크기 때문에, 얼음 큐브의 질량이 적을수록 총 성능 계수 (COPtot)는 높았다. 더욱이, 얼음이 없는 면 공기 속도가 0.85 m/s에서 1.70 m/s로 증가함에 따라, 팬 소비 전력의 비율은 증가하게 되고, 총 성능 계수는 감소하였다.However, the total coefficient of performance (COP tot ) was higher when the mass of the ice cube was smaller, because the power consumption for filling the ice making unit was significantly higher than the fan power consumption of the mobile cooling unit. Moreover, as the ice-free surface air velocity increased from 0.85 m/s to 1.70 m/s, the proportion of fan power consumption increased and the total performance coefficient decreased.

mice,cb(g)m ice, cb (g) Qc,avg,tg=0.20kWQ c,avg,tg =0.20kW Qc,avg,tg=0.37kWQ c,avg,tg =0.37kW Rw,mcu(-)R w,mcu (-) COPtot(-)COP tot (-) Rw,mcu(-)R w,mcu (-) COPtot(-)COP tot (-) 6.86.8 0.170.17 0.510.51 0.210.21 0.480.48 10.010.0 0.120.12 0.420.42 0.150.15 0.400.40

Claims (9)

콜드 체인 유통을 수행하기 위한 수송장치 내 냉각 유지 시간, 냉각 목표 온도, 및 수송장치의 적재량을 고려하여, 이동식 냉각 유닛의 냉각부에 적재할 냉매의 총 중량을 결정하는 이동식 냉각 유닛 준비 단계;
이동식 냉각 유닛의 공기흡입부를 이용하여, 이동식 냉각 유닛의 일 측에 배치된 이송부를 통해 일정한 속도로 공기를 흡입하는 흡입 단계;
공기를 냉각부에 적재된 냉매와 접촉시키는 냉각 단계; 및
토출부를 통해 냉매와 접촉한 공기를 이동시키는 방출 단계;를 포함하고,
상기 이동식 냉각 유닛은 상기 수송장치와 탈착 가능하도록 연결되는 것인, 냉각 효율 증대 방법.
A mobile cooling unit preparation step of determining a total weight of refrigerant to be loaded into a cooling unit of the mobile cooling unit, considering a cooling holding time in the transport device for performing cold chain distribution, a cooling target temperature, and a loading amount of the transport device;
a suction step of inhaling air at a constant speed through a transfer unit disposed on one side of the mobile cooling unit by using an air intake unit of the mobile cooling unit;
a cooling step of bringing air into contact with the refrigerant loaded in the cooling unit; and
A discharge step of moving air in contact with the refrigerant through the discharge unit; includes,
The method of increasing cooling efficiency, wherein the movable cooling unit is detachably connected to the transportation device.
제1항에 있어서, 상기 냉매는 고체-기체 상변화 물질, 고체-액체 상변화 물질 및 고체-고체 상변화 물질로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상인 것인, 냉각 효율 증대 방법.The method of claim 1, wherein the refrigerant is at least one selected from the group consisting of a solid-gas phase change material, a solid-liquid phase change material, and a solid-solid phase change material. 제2항에 있어서, 상기 냉매의 고체상 개별 중량은 6.0 내지 10.0 g인 것인, 냉각 효율 증대 방법.The method of claim 2, wherein the solid phase weight of the refrigerant is 6.0 to 10.0 g. 제1항에 있어서, 상기 흡입 단계는 공기흡입부가 흡입하는 공기의 온도를 측정하여 온도 정보를 생성하는 온도측정 단계를 추가로 포함하는 것인, 냉각 효율 증대 방법.The method of claim 1, wherein the intake step further comprises a temperature measurement step of generating temperature information by measuring the temperature of the air sucked in by the air intake unit. 제4항에 있어서, 상기 온도측정 단계는 이력관리 단계를 추가로 포함하고,
상기 이력관리 단계는 공기의 온도 정보와 시간 정보를 이용하여, 온도 이력 데이터를 생성하는 것인, 냉각 효율 증대 방법.
The method of claim 4, wherein the temperature measuring step further comprises a history management step,
Wherein the history management step is to generate temperature history data using air temperature information and time information.
제5항에 있어서, 상기 이력관리 단계는 서버전송 단계를 추가로 포함하고,
상기 서버전송 단계는 상기 온도 이력 데이터를 이력관리 서버로 전송하는 것인, 냉각 효율 증대 방법.
The method of claim 5, wherein the history management step further comprises a server transmission step,
Wherein the server transmission step transmits the temperature history data to a history management server.
제4항에 있어서, 상기 온도측정 단계는 공기흡입속도 제어 단계를 추가로 포함하고,
상기 공기흡입속도 제어 단계는 공기흡입부가 공기를 흡입하는 속도를 제어하도록 온도 센서가 컨트롤러부에 제어 정보를 송신하는 것인, 냉각 효율 증대 방법.
The method of claim 4, wherein the temperature measurement step further comprises an air intake rate control step,
Wherein the air intake rate control step is to transmit control information to a controller unit by a temperature sensor so as to control a speed at which the air intake unit sucks in air.
제1항에 있어서, 상기 냉각 단계는 물 배출 단계를 추가로 포함하고,
상기 물 배출 단계는 공기를 냉매와 접촉시킨 후, 냉매로부터 발생하는 물을 배출하는 것인, 냉각 효율 증대 방법.
The method of claim 1, wherein the cooling step further comprises a water discharging step,
In the step of discharging water, after contacting air with the refrigerant, water generated from the refrigerant is discharged.
제1항에 있어서, 상기 공기흡입부가 공기를 흡입하는 속도는 0.43 내지 2.00 m/s인 것인, 냉각 효율 증대 방법.
According to claim 1, The speed at which the air suction unit sucks air is 0.43 to 2.00 m / s, the cooling efficiency increasing method.
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