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KR100442188B1 - 제빙기및그제빙기용열교환기 - Google Patents

제빙기및그제빙기용열교환기 Download PDF

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KR100442188B1
KR100442188B1 KR10-1998-0708364A KR19980708364A KR100442188B1 KR 100442188 B1 KR100442188 B1 KR 100442188B1 KR 19980708364 A KR19980708364 A KR 19980708364A KR 100442188 B1 KR100442188 B1 KR 100442188B1
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KR
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heat exchange
exchange surface
fluid
ice
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블라디미르 골드스타인
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선웰 엔지니어링 컴파니 리미티드
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Publication date
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Abstract

본 발명에 따른 제빙기(10)는 하우징(12)을 구비하는데, 이 하우징은 제빙될 염수 용액을 유입시키도록 마련된 염수 용액 유입구와, 하우징으로부터 빙염수 슬러리의 유출을 허용하도록 마련된 빙염수 슬러리 배출구로 구성된다. 이 하우징에 마련된 열교환기는 열교환 표면(30)들을 구비한다. 이 열교환기는, 냉매 유입구와, 냉배 배출구와, 그리고 적어도 하나의 열교환 표면과 접촉하는 유체로부터 열을 추출할 수 있도록 상기 열교환기를 통해 냉매의 유동을 허용하기 위해 상기 냉매 유입구와 냉매 배출구를 상호 연결시키는 적어도 하나의 냉매 회로(32)를 더 포함한다. 이러한 하나 이상의 냉매 회로는 하우징의 본체부에 일체적으로 형성된 냉매 통로(34)들에 의해 이루어진다. 하우징내의 블레이드 조립체(90)는 열교환 표면과 각각 접촉하는 복수개의 블레이드를 구비한다. 이 블레이드 조립체는 열교환 표면을 가로질러 이동하여 냉각된 유체를 상기 표면으로부터 제거하기 위해 그리고 열교환 표면에 얼음 결정들의 침전을 방지하기 위해 모터로 구동되는 샤프트(80) 상에 장착된다.

Description

제빙기 및 그 제빙기용 열교환기
다양한 구조의 제빙기가 해당 분야에 공지되어 있다. 예컨대, 본 출원인의 미국 특허 제4,796,441호(1989.1.10)에는 유체 유입구와 유체 배출구가 마련된 챔버를 구비하는 제빙기가 개시되어 있는데, 제빙될 염수(鹽水) 용액은 유입구로 유입되며 빙염수(氷鹽水) 슬러리는 하우징으로부터 배출구로 유출된다. 챔버의 내면은 열교환 표면을 형성한다. 블레이드(blade) 조립체는 챔버의 중심을 지나 연장하는 회전 샤프트에 장착되고 열교환 표면과 접촉한다. 모터는, 열교환 표면 위를 연속적으로 통과하는 블레이드 조립체의 시간 간격이 열교환 표면상에 얼음 결정의 침전을 방지할 수 있을 정도가 되도록 한 속도로 샤프트를 회전시킨다.
관상의 재킷은 챔버를 에워싼다. 냉매 유입구와 냉매 배출구는 재킷과 챔버 사이의 공간으로 통하며, 제빙기의 양단부에 각각 배치된다. 유입구로부터 배출부로 유동하는 냉매는, 이러한 유동 중에 열교환 표면과 접촉하는 염수 용액을 냉각시킨다. 배출구를 지나 제빙기로부터 유출되는 냉매는 유입구로 재유입되기 전에압축된다. 제빙기가 내압에 견딜 수 있는 구조적 안정성을 부여하도록 재킷에는 측방향으로 간격을 두고 링이 용접되어 설치된다. 비록 이러한 제빙기는 만족할 만큼 작동하지만, 제조 시간과 제작비가 많이 든다. 따라서, 저가이고 효율이 높은 제빙기를 제조하기 위해 많은 시도가 계속 이루어져 왔다.
본 발명은 제빙기(製氷機)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 말하면, 내부에 냉매용 통로들이 일체적으로 형성되어 있는 열교환기를 구비하는 제빙기와, 그 제빙기에 사용되는 열교환기에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 따른 제빙기의 단면도이고,
도 2는 도 1의 2-2 선을 따라 절취하여 제빙기용 열교환기의 본체를 도시한단면도이며,
도 3은 도 1에 도시된 제빙기의 가스킷 형성부의 단면도이며,
도 4는 도 1의 화살표 5 방향으로 바라 본 제빙기의 블레이드 조립체 형성부의 단부도이며,
도 5는 도 4의 블레이드 조립체를 도시한 사시도이며,
도 6은 도 1의 제빙기에 구비된 냉매 회로에서 냉매 통로들 간의 상호 연결부를 도시하는 도 3에 도시된 부분의 사시도이며,
도 7은 빙염수 슬러리 재순환 회로에 연결된, 도 1의 제빙기의 개략도이며,
도 8은 본 발명에 따른 제빙기가 복수개로 침전되어 있는 것을 도시한 정면도이며,
도 9는 도 8의 침전된 제빙기의 측면도이다.
따라서, 본 발명의 목적은 전술한 문제점을 해결한 제빙기 및 그 제빙기용 열교환기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 일 태양에 따라 제공되는 제빙기는,
적어도 하나의 고형 본체부로 구성되고 주로 원형을 이루는 관상 주요부, 내부의 열교환 표면, 유체 유입구 및 배출구를 포함하는 하우징으로, 상기 유체 유입구는 제빙될 유체를 상기 열교환 표면과 접촉되도록 하고 상기 하우징을 통해 순환시키도록 그 유체를 유입시키고, 상기 배출구는 상기 하우징으로부터 얼음을 유출시키도록 구성되어 있는 하우징과,
상기 주요부를 통해 축방향으로 연장하고, 상기 열교환 표면과 접촉하며, 그리고 상기 열교환 표면을 가로질러 이동하여 냉각된 유체를 상기 표면으로부터 제거하기 위해 상기 하우징의 종축을 중심으로 회전 가능한 블레이드 수단과,
상기 블레이드 수단을 회전시키는 구동 수단과, 그리고
냉매 유입구, 냉매 배출구 및 상기 냉매 유입구와 상기 냉매 배출구를 상호 연결시키는 복수개의 냉매 통로들을 구비하는 적어도 하나의 냉매 회로를 포함하며,
상기 냉매 통로는, 연속한 냉매 통로들을 통해 상기 냉매 유입구에서 상기 냉매 배출구로 유동하는 냉매가 상기 열교환 표면과 접촉하는 유체로부터 열을 추출할 수 있도록 상기 적어도 하나의 고형 본체부의 원주방향으로 간격을 둔 위치에서 그 본체부를 통해 종방향으로 연장하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 태양에 따라 제공되는 제빙기는,
제빙될 유체를 유입시키는 유입구와 얼음을 유출시키는 배출구를 구비하는 하우징과,
적어도 하나의 열교환 표면을 형성하는 적어도 하나의 고형 본체부를 구비하는 상기 하우징내에 마련된 열교환기로, 냉매 유입구와, 냉배 배출구와, 그리고 상기 적어도 하나의 열교환 표면과 접촉하는 유체로부터 열을 추출할 수 있도록 상기 열교환기를 통해 냉매의 유동을 허용하기 위해 상기 냉매 유입구와 상기 냉매 배출구를 상호 연결시키는 적어도 하나의 냉매 회로를 더 포함하며, 상기 적어도 하나의 냉매 회로는 상기 적어도 하나의 고형 본체부를 통해 연장하는 냉매 통로들에 의해 구성되는 열교환기와,
상기 적어도 하나의 열교환 표면과 접촉하며, 상기 적어도 하나의 열교환 표면을 가로질러 이동하여 냉각된 유체를 상기 표면으로부터 제거하기 위해 하나의 축을 중심으로 회전할 수 있는 블레이드 수단과, 그리고
상기 블레이드 수단을 상기 적어도 하나의 열교환 표면을 가로질러 이동시키는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따라 제공되는 제빙기는,
제빙될 유체를 유입시키는 유입구와 얼음을 유출시키는 배출구를 구비하는 하우징과,
대개 원통형의 열교환 표면을 구비하는 상기 하우징내에 마련된 열교환기로, 냉매 유입구와, 냉배 배출구와, 그리고 상기 적어도 하나의 열교환 표면과 접촉하는 유체로부터 열을 추출할 수 있도록 상기 열교환기를 통해 냉매의 유동을 허용하기 위해 상기 냉매 유입구와 상기 냉매 배출구를 상호 연결시키는 적어도 하나의 냉매 회로를 더 포함하는 열교환기와,
상기 적어도 하나의 열교환 표면과 접촉하며, 상기 적어도 하나의 열교환 표면을 가로질러 이동하여 냉각된 유체를 상기 표면으로부터 제거하기 위해 하나의 축을 중심으로 회전할 수 있는 블레이드 수단으로, 복수개의 원주방향으로 간격을 둔 유체 통로를 구비하며 그곳을 통해 연장하고 상기 유입구와 유체 연통하는 회전 가능한 블레이드 운반체를 포함하며, 상기 운반체가 회전할 때 상기 배출구를 지나 상기 하우징으로 유입되는 유체가 상기 적어도 하나의 열교환 표면과 대개 이 표면의 외주부 둘레를 향하도록 해주는 블레이드 수단과, 그리고
상기 블레이드 수단을 상기 적어도 하나의 열교환 표면을 가로질러 이동시키는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따라 제공되는 제빙기는,
제빙될 유체를 유입시키는 유입구와 얼음을 유출시키는 배출구를 구비하는 하우징과,
대개 원통형의 열교환 표면을 구비하는 상기 하우징내에 마련된 열교환기로,냉매 유입구와, 냉배 배출구와, 그리고 상기 적어도 하나의 열교환 표면과 접촉하는 유체로부터 열을 추출할 수 있도록 상기 열교환기를 통해 냉매의 유동을 허용하기 위해 상기 냉매 유입구와 상기 냉매 배출구를 상호 연결시키는 적어도 하나의 냉매 회로를 더 포함하는 열교환기와,
상기 적어도 하나의 열교환 표면과 접촉하며, 상기 적어도 하나의 열교환 표면을 가로질러 이동하여 냉각된 유체를 상기 표면으로부터 제거하기 위해 하나의 축을 중심으로 회전할 수 있는 블레이드 수단으로, 상기 열교환 표면과 접촉하고 대개 균등하게 간격을 두고 원주방향으로 배치된 복수개의 블레이드를 구비하는 회전 가능한 블레이드를 포함하며, 상기 블레이드 운반체에 신축 가능하게 장착되고 상기 열교환 표면에 얼음이 침전될 경우 상기 블레이드 운반체를 향해 선회되며, 상기 열교환 표면에 침전된 얼음을 긁어내기 위해 상기 적어도 하나의 열교환 표면으로부터 간격을 두고 상기 블레이드 운반체에 마련된 스크레이퍼 요소들을 더 포함하며, 상기 스크레이퍼 요소들은, 이 요소들이 상기 열교환 표면에 침전된 얼음과 접촉할 때 상기 블레이드들이 상기 블레이드 운반체로 향해 선회될 수 있게 충분한 거리만큼 상기 블레이드 운반체로부터 돌출하도록 되어 있는 블레이드 수단과, 그리고
상기 블레이드 수단을 상기 적어도 하나의 열교환 표면을 가로질러 이동시키는 구동 수단을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 태양에 따라 제공되는 제빙기용 열교환기는,
열교환 표면을 이루는 대개 원통형의 내부 표면을 구비하는 고형의, 대개 원통형의 본체부와, 그리고
상기 본체부에 원주방향으로 간격을 두고 그곳을 통해 종방향으로 연장하는 복수개의 냉매 통로들로 구성된 적어도 하나의 냉매 회로를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따르면, 열교환기의 본체는 압출성형되고 일체형의 냉매 통로들이 형성되어 있기 때문에, 제빙기의 제조비가 감소하고 조립이 간단하여 대량 생산에 적합하다. 또한, 각각의 냉매 및/또는 염수 용액 유입구 및 배출구를 그대로 유지하면서 복수개의 제빙기들을 상호 연결시킴으로써 원하는 용량을 얻기 위해 제빙기의 구조를 변형할 수 있다. 추가적으로, 본 발명은 제빙기의 열교환 표면 전체에 걸쳐 염수 용액과 냉매간의 열교환을 균등화 및 증대시킴으로써 염수 용액내에 미세한 얼음 입자들이 효과적으로 제조되는 장점을 제공한다. 구체적인 실시예에 따르면, 이러한 특징은 냉매 회로의 냉매 통로들의 단면적을 이들 냉매 유입구에서 냉매 배출구까지의 길이에 걸쳐 증가시킴으로써, 그리고 유체와 냉매 사이의 열교환을 균등화시키도록 냉매 회로의 냉매 통로들을 서로에 대해 적절하게 배치시킴으로써 달성된다.
본 발명의 양호한 실시예들은 첨부 도면을 참조한 설명에 의해 더욱 분명해질 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 제빙기(10)는 원통형의 중앙 본체부(14)에 의해 이루어진 주로 원통형의 하우징(12)과, 적절한 파스너(도시 생략)에 의해 중앙 본체부(14)의 양단부에 각각 고정된 1 조의 단부판(16),(18)을 포함한다. 가스킷(20)(도 3 참조)은 하우징(12)을 밀봉시키고 유체의 누출을 막기 위해 상기 단부판(16),(18)들과 중앙 본체부(14) 사이에 개재된다.
도 1, 도2 및 도 6에는 중앙 본체부(14)가 잘 도시되어 있는데, 이 중앙 본체부(14)는 압성출형된 알루미늄의 단일체이며, 제빙기(10)의 열교환 표면을 형성하는 원통형의 내면(30)을 구비한다. 이 열교환 표면(30)은 내식제 및 내침식제로피복되어 있다. 내식제 및 내침식제는 이곳에 얼음 결정의 침전을 방지하기 위해 상표명 테프론(Teflon) 등과 같은 이탈제로 다시 피복된다.
냉매 통로(34)들이 마련된 복수개의, 예컨대 본 실시예에서는 4 개의 냉매 회로(32)는 중앙 본체부(14)를 중심으로 원주방향으로 일정한 간격을 두고 그곳에 일체로 형성된다. 본 실시예의 경우, 각각의 냉매 회로(32)에는 1번에서 5번으로 표시된 바와 같이 5 개의 냉매 통로(34)들이 구비되어 있다. 이 냉매 회로의 통로(34) 각각의 단면적은 동일하지 않다.
구체적으로 말하면, 1번 및 2번 냉매 통로(34)는 타원형이며, 이들의 주축은 중앙 본체부(14)의 중심을 관통하는 반경방향의 선과 정렬된다. 3번 냉매 통로(34)는 원형이다. 또, 4번 및 5번 냉매 통로(34)는 타원형이지만, 이들의 주축은 열교환 표면(30)에 대해 접선방향으로 정렬된다. 도시된 바와 같이, 1번 냉매 통로의 단면적이 가장 작다. 냉매 통로(34)의 단면적의 크기는 번호순대로 증가하는데, 5번 냉매 통로의 단면적이 가장 크다. 1번, 2번, 4번, 5번 냉매 통로(34)의 타원 단면은 원형의 통로에 비해 냉매 통로의 표면적을 증가시키기 때문에, 열교환 표면(30)에 접촉하는 유체와 냉매 통로(34)를 통과하는 냉매 사이의 열교환을 증가시키게 된다. 결국, 제빙기의 효율이 항상된다. 당업자들에 의해, 냉매 통로의 표면적을 증대시키기 위해 다른 모양의 단면을 갖는 냉매 통로가 선택될 수도 있다.
냉매 통로(34) 각각의 내부는 냉매의 비등을 향상시키기 위해 냉매 회로(32)를 통해 유동하는 냉매를 난류로 만들도록 설계하는 것이 바람직하다. 이러한 난류를 만들기 위해, 본 실시예에서는 냉매 통로(34)의 내면(36)에 난류 발생을 위한 구조물을 마련하였다. 도시는 생략하였지만, 난류 발생을 위한 구조물의 형태는 상기 내면(36)에 마련되는 마이크로핀이라고 일컫는 소형의 사다리꼴 핀 형태이다.
냉매 회로(32) 각각의 인접하는 냉매 통로(34)들 간의 간격과, 우수한 열전도성의 알루미늄 중앙 본체부(14)를 적절히 선택함으로써, 냉매 통로(34)를 통해 순환하는 냉매와 열교환 표면(34)을 접촉하는 염수 사이의 열교환이 열교환 표면(30)에 인접하는 냉매 통로의 벽 일부에서 일어나지 않고 냉매 통로(34)의 외주부 전체에서 일어나도록 해준다. 이로 인해 제빙기(10)의 효율이 증대된다.
도 1 및 도 6에는 단부판(16),(18)이 더욱 상세히 도시되어 있다. 본 실시예에 따른 단부판(16),(18)은 환상이며 두 부분으로 구성되어 있지만, 필요에 따라 단일체로 형성될 수 있다. 각각의 단부판(16),(18)은 플라스틱재의 중앙 삽입부(16a),(18a)와, 적절한 파스너(도시 생략)에 의해 이 삽입부(16a),(18a) 둘레에 고정된 환상의 외측 알루미늄 플랜지(16b),(18b)를 포함한다. 단부판(16),(18)은 중앙 본체부(14)의 양단부에 볼트로 체결된다.
단부판(16)의 외측 플랜지(16b)에는 4 개의 냉매 유입구(50)가 일체적으로 형성되어 있다(도 1에는 2개만 도시). 냉매 유입구(50)는 각각의 냉매 회로(32)의 1번 냉매 통로(34)에 연결되어 유동 냉매를 유입시킨다. 또, 단부판(16)의 외측 플랜지(16b)에는 연결 통로(54)가 형성되어 있고, 이 통로는 냉매 회로(32) 각각의 2번 및 3번 냉매 통로(32)와 4번 및 5번 냉매 통로(34)를 상호 연결시킨다.
단부판(18)의 외측 플랜지(18b)에는 4 개의 냉매 배출구(60)가 일체적으로형성되어 있다(도 1에는 2개만 도시). 냉매 배출구(60)는 각각의 냉매 회로(32)의 5번 냉매 통로(34)에 연결되어 냉매를 제빙기(10) 외부로 유출시킨다. 단부판(18)의 외측 플랜지(18b)에는 연결 통로(64)가 형성되어 있고, 이 통로는 냉매 회로(32) 각각의 1번 및 2번 냉매 통로(32)와 3번 및 4번 냉매 통로(34)를 상호 연결시킨다. 도 6에는 이러한 연결 통로(54),(64)에 의해 하나의 냉매 회로(32)에 마련된 냉매 통로(34)들 간의 상호 연결부가 도시되어 있다.
단부판(18)의 중앙 삽입부(18a)는, 제빙기(10)로 염수 용액 혹은 빙염수 슬러리의 유입을 허용하고 그리고 제빙기(10)로부터 빙염수 슬러리의 유출을 허용하도록 각각 마련된 염수 용액 유입구(66)와 빙염수 슬러리 배출구(68)를 포함한다. 염수 용액 유입구(66)는 단부판(18)으로부터 중앙 본체부(14)의 일부로 연장하는 중공 샤프트(70)와 협동한다. 단부판(18) 상에 마련된 부싱(72)은 중공 샤프트(70)가 그 종축을 중심으로 단부판(18)에 대해 회전할 수 있도록 해준다.
구동 샤프트(80)는 단부판(16)의 중앙 삽입부(16a)를 관통하여 중앙 본체부(14) 속으로 부분적으로 연장하게 되는데, 그 선단부(82)는 중공 샤프트(70)의 개방단까지 연장한다. 단부판(16) 상에 형성된 부싱(84)은 모터(도시 생략)에 의해 구동 샤프트(80)가 그 종축을 중심으로 단부판(16)에 대하여 회전할 수 있도록 해준다. 밀봉체(86)는 단부판(16)의 중앙 삽입부(16a)와 구동 샤프트(80) 사이에 개재되어 유체의 누출을 방지하는 역할을 한다.
블레이드 조립체(90)(도 1, 도 4 및 도 5에 도시)는 중공 샤프트(70)와 구동 샤프트(80)에 각각 장착되며, 원통형 블레이드 운반체(92)를 포함한다. 이 운반체에는 이것을 통과하고 원주방향으로 간격을 두고 경사지게 배치된 3 개의 타원형 통로(94)가 마련되어 있다. 각 통로(94)의 일단부는 중공 샤프트(70)의 개방단과 유체 연통하는 반면 타단부는 염수 용액을 열교환 표면(30)으로 향해 배출시키도록 위치하다. 통로(94)는 염수 용액이 이 통로(94)를 따라 유동할 때 샤프트(82)에 가해지는 부하가 균형을 이룰 수 있도록 블레이드 운반체(92)를 중심으로 120°만큼 간격을 두고 있다. 제빙기(10)를 통해 유동하는 염수 용액을 고속으로 유지하고 열교환 표면(30)에 얼음 결정이 형성되는 것을 방지하기 위해 블레이드 운반체(92)의 외면과 열교환 표면(30) 사이의 반경방향의 간격(95)은 좁게 형성된(본 실시예에서는 0.25인치).
블레이드 운반체(92)의 외면에는 원주방향으로 동일한 간격을 둔 복수개의 키 슬롯(96)이 마련되어 있다. 각각의 키 슬롯(96)은 스페이서(100)(spacer)에 의해 분리된 복수개의 블레이드(98)를 수용한다. 블레이드(98)와 스페이서(100)는, 다양한 슬롯(96)에 의해 수용된 블레이드(98)가 종방향으로 오프셋되지만 약간 중첩되도록 각각의 슬롯을 따라 배열된다. 블레이드(98)는 블레이드 운반체(92)를 중심으로 약 120°의 간격을 두고 열교환 표면(30)과 접촉하고 있기 때문에, 블레이드(98)는 샤프트(82)가 하우징(12)에 대해 센터링되도록 보조한다. 스프링(102)은 블레이드(98)를 각각의 단부판(16),(18)으로 향해 밀어내도록 슬롯의 양단에 위치한 블레이드(98)와 스페이서(100) 사이에서 작동한다.
각각의 블레이드(98)는 키 슬롯(96)과 대응하는 형상의 일단부(106)가 구비되어 있는 가요성 부분(104)을 포함한다. 이 가요성 부분(104)의 자유단(108)은가장자리(112)를 형성하는 훅(110)을 이루면서 열교환 표면(30)과 접촉하여 그곳에 걸리게 된다. 블레이드(98)는 가요성 부분(104) 보다 더 강성의 재료로 훅(110)을 형성한 복합 형태일 수 있다. 선택적으로, 블레이드(98)는 가요성 부분(104)이 원하는 대로 구부러지도록 한 형상을 갖는 단일의 강성재로 구성될 수 있다. 스페이서(100)의 상면은 스크레이퍼 요소(116)를 형성하도록 톱니 모양을 취한다.
도 7에 도시된 바와 같이, 제빙기(10)는 제빙 시스템에 연결된다. 냉매 유입구(50)는 유입 헤더(도시 생략)를 경유하여 콘덴서(120)의 배출부에 연결된다. 냉매 배출구(60)는 유입 헤더(도시 생략)를 경유하여 콘덴서(120)의 유입부에 연결된다. 콘덴서(120)는, 냉매가 제빙기(10)로부터 유출되어 냉매 배출구(60)를 지나 냉매 유입구(50)로 재순환되기 전에 그 냉매를 응축 및 압축시킨다. 빙염수 슬러리 배출구(68)는 배출 도관(122)에 연결된다. 이 배출 도관(122)은 재순환용 도관(126)과 배출부(124)로 분기된다. 재순환용 도관(126)은 염수 용액을 수용하는 유입 도관(128)으로 향한다. 유입 도관(128)은 염수 용액 및/또는 빙염수 슬러리를 염수 용액 유입구(66)로 공급한다. 펌프(130)는 빙염수 슬러리를 재순환시키기 위해 재순환용 도관(126)을 따라 배치된다. 유입 도관(128)으로 유입되고 재순환된 빙염수 슬러리와 혼합되는 염수 용액의 양은, 제빙기(10)에서 제조된 빙염수 슬러리에 대한 얼음의 비율이 적당히 조절되도록 제어될 수 있다.
이하에서는 제빙기(10)의 작동에 관해 설명할 것이다. 염수 용액 혹은 빙염수 슬러리(이하 염수 용액이라 함)는 염수 용액 유입구(66)를 통해 제빙기(10)로 유입된다. 이 염수 용액은 중공 샤프트(70)를 통해 유동한 다음 구동 샤프트(80)의 선단부(82)에 의해 3개의 경사진 통로(94)로 향하게 된다. 염수 용액은 열교환 표면(30)에 인접한 블레이드 운반체(92)로부터 유출될 때까지 3개의 경사진 통로(94)를 따라 유동한다. 이러한 유동이 발생하는 동안, 냉매는 냉매 유입구(50)를 지나 각각의 냉매 회로(32)로 유입된다. 이 냉매는 각각의 냉매 회로(32)의 냉매 통로(34)를 따라 유동하여 냉매 배출구(60)를 지나 냉매 회로(32)에서 유출된다. 냉매가 중앙 본체부(14)의 냉매 통로(34)를 통해 유동할 때, 냉매는 열교환 표면(30)을 통과하는 열을 흡수하여 비등하게 된다. 따라서, 열교환 표면(30)과 접촉 상태로 있는 염수 용액은 과냉하게 된다.
냉매로의 열전달을 방해하여 제빙기(10) 효율의 감소를 초래하는, 열전달 표면(30) 상에 얼음이 침전되는 것을 방지하기 위해 블레이드 조립체(90)는 모터 구동식 구동 샤프트(80)에 의해 회전된다. 구체적으로 말하자면, 얼음의 결정이 열교환 표면(30) 상에서 결정화되기 전에, 블레이드(98)가 과냉된 염수 용액을 열교환 표면(30)에서 제거할 수 있도록 충분히 빠른 속도로 블레이드 조립체(90)가 회전된다. 따라서, 과냉된 염수 용액은 블레이드 운반체(92)와 열교환 표면(30) 사이의 염수 용액에서 결정화되어, 이 염수 용액이 전체 염수 용액에 걸쳐 미세한 얼음 결정 형태로 존재하게 될 이차 냉매 역할을 하도록 해준다.
블레이드 부분(104)의 가요성은 블레이드(98)가 회전될 때 이 블레이드가 열교환 표면(30)과 순응될 수 있도록 해준다. 만약 의도하지 않은 얼음 층이 열교환 표면(30) 상에 형성될 경우, 블레이드(98)는 블레이드 운반체(92)의 외면에 중첩될 때까지 구부러지게 된다. 이렇게 구부러짐으로써, 스크레이퍼 요소(116)는 블레이드(98)를 넘어 반경방향으로 돌출하여 얼음 층을 긁어낼 수 있게 되고 블레이드(98)를 손상시키지 않게 된다.
블레이드 운반체(92)와 열교환 표면(30) 사이에 마련된 반경방향의 소형 간격(95)은 고속의 염수 용액이 통로(94)에서 유출되어 단부판(18)에 마련된 빙염수 슬러리 배출구(68)로 향하도록 보장해준다. 이는 열교환 표면(30)에 발생하는 얼음 결정의 침전을 추가적으로 방지하는 데 기여한다.
제빙기(10)의 효율을 증대시키기 위해, 각각의 냉매 회로(32)에 마련된 냉매 통로(34)들은 냉매 회로의 길이를 따라 그 단면적이 증가하도록 구성된다. 증가된 단면적은 냉매가 냉매 회로(32)를 순환할 때 냉매 회로(32)의 길이를 따라 높은 압력 강하의 발생을 피하면서 냉매의 속도를 고속으로 유지하여 제빙기의 효율 증대를 돕게 된다. 추가적으로, 각각의 냉매 회로(32)에 마련된 다양한 냉매 통로(34)가 엇갈리게 배치된 구조는 중앙 본체부(14)의 외주 둘레에서 일어나는 열전달을 균일화시키는 데 도움을 주기 때문에, 제빙기(10)의 온도를 균일하게 유지시키게 된다. 더욱이, 냉매 통로(34)의 내면(36)에 마련된 마이크로핀은 냉매의 비등을 증대시키기 때문에 냉매의 열전달 성능이 향상된다.
당업자들이 쉽게 이해할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 제빙기는 실질적으로 전체의 열교환 표면에 걸쳐 염수 용액과 냉매 사이의 열교환을 증가시키고 균등화시킴으로써 염수 용액내에 미세한 얼음 입자를 효과적으로 제조하게 된다.
비록 염수 용액 유입구와 빙염수 슬러리 배출구가 단부판(18)에 마련되는 것으로 설명되었지만, 이 염수 용액 유입구와 빙염수 슬러리 배출구는 단부판(16)에마련될 수 있고, 혹은 염수 용액 유입구는 일단부판에 그리고 빙염수 슬러리 배출구는 타단부판에 마련될 수도 있다. 또한, 비록 단부판(16)은 냉매 유입구를 구비하고 단부판(18)은 냉매 배출구를 구비하는 것을 도시되었지만, 냉매 유입구와 배출구의 위치는 반대로 될 수 있다. 또, 필요에 따라 냉매 유입구 및 냉매 배출구 모두가 단부판(16)이나 단부판(18) 중 어느 하나에만 설치될 수 있다.
도 8 및 도 9에는 본 발명의 또 다른 양호한 실시예에 따른 제빙기가 도시되어 있다. 이 실시예에 따른 제빙기의 동일한 구성 요소를 지시하는 도면 부호는 전술한 실시예의 해당 부분의 도면 부호에 "'" 를 덧붙였다. 도시된 바와 같이, 복수개의 제빙기(10')들이 열을 지어 적층되어 있다. 이 실시예에 따른 단부판(16'),(18')의 외측 플랜지(16'b),(18'b)는 제빙기(10')를 포개 넣을 수 있도록 6각형으로 구성된다. 냉매 유입구(50')의 각 쌍은 단부판(16')의 양측면 사이로 연장하는 냉매 도관(200)에 연결된다. 냉매 도관(200)의 개방단들은 인접하는 제빙기(10')의 단부판(16')의 냉매 도관(200)과 정렬된다. O형 링 밀봉체(202)는 냉매의 누출을 방지하기 위해 인접하는 제빙기(10')들 사이에 삽입된다. 기저부(204)는 냉매 도관(200)의 일단부를 밀봉시키기 위해 각 열의 제빙기(10') 바닥의 단부판(16')에 고정된다. 유입부 헤더(206)는 유동 냉매를 수용하여 침전된 각 제빙기(10')로 전달시키도록 각 열의 제빙기(10') 상부의 단부판(1')에 고정된다.
이와 유사하게 단부판(18')들은 제빙기(10') 각각의 냉매 회로에서 유출되는 냉매를 냉매 도관으로 공급하도록 구성된다. 각 열의 제빙기(10')의 단부판(18')에 마련된 냉매 도관들은 상호 연결되어 제빙기(10')의 상부에 고정된 배출부 헤더로 향한다.
비록 도시는 생략하였지만, 단부판(16'),(18')들은 유사한 구조를 갖는 염수 용액 유입구 및 빙염수 슬러리 배출구를 포함하도록 설계될 수 있다. 원하는 용량의 빙염수 슬러리를 제조하기 위해, 이러한 제빙기의 기본 구조에 따라 제빙기 열의 크기가 선택된다.
비록 냉매 통로는 내식제 및 내침식제로 피복되고 유동하는 냉매를 직접 수용하는 형태의 것이라고 설명하였지만, 냉매 통로들과 상호 연결 통로들은 필요할 경우 냉매 회로를 따라 유동하는 냉매를 수용하는 배관과 정렬될 수 있다.
이상, 본 발명의 양호한 실시예를 설명하였지만, 당업자들은 첨부된 특허 청구의 범위에 의해 한정한 본 발명의 범위와 정신 내에서 여러 가지의 변형 및 수정이 가능하다는 것을 이해하여야 한다.

Claims (13)

  1. 적어도 하나의 고형 본체부로 구성되고 주로 원형을 이루는 관상 주요부, 내부의 열교환 표면, 유체 유입구 및 배출구를 포함하는 하우징으로, 상기 유체 유입구는 제빙될 유체를 상기 열교환 표면과 접촉되도록 하고 상기 하우징을 통해 순환시키도록 그 유체를 유입시키고, 상기 배출구는 상기 하우징으로부터 얼음을 유출시키도록 구성되어 있는 하우징과,
    상기 주요부를 통해 축방향으로 연장하고, 상기 열교환 표면과 접촉하며, 그리고 상기 열교환 표면을 가로질러 이동하여 냉각된 유체를 상기 표면으로부터 제거하기 위해 상기 하우징의 종축을 중심으로 회전 가능한 블레이드 수단과,
    상기 블레이드 수단을 회전시키는 구동 수단과, 그리고
    냉매 유입구, 냉매 배출구 및 상기 냉매 유입구와 상기 냉매 배출구를 상호 연결시키는 복수개의 대개 평행한 냉매 통로들을 구비하는 적어도 하나의 냉매 회로를 포함하며,
    상기 냉매 통로는, 연속한 냉매 통로들을 통해 상기 냉매 유입구에서 상기 냉매 배출구로 유동하는 냉매가 상기 열교환 표면과 접촉하는 유체로부터 열을 추출할 수 있도록 상기 적어도 하나의 고형 본체부의 원주방향으로 간격을 둔 위치에서 그 본체부를 통해 종방향으로 연장하는 것을 특징으로 하는 제빙기.
  2. 제1항에 있어서, 복수개의 냉매 회로를 포함하며, 상기 냉매 회로 각각은 냉매 유입구, 냉매 배출구 및 상기 주요부의 원주방향으로 간격을 둔 위치에서 그 주요부를 통해 종방향으로 연장하는 복수개의 냉매 통로를 구비하며, 상기 냉매 회로는 상기 주요부의 외주를 따라 대개 동일한 간격을 두고 있는 것을 특징으로 하는 제빙기.
  3. 제2항에 있어서, 상기 각각의 냉매 회로의 인접하는 냉매 통로들 사이의 간격과, 상기 주요부의 열전도성은 상기 냉매 통로들을 통해 순환하는 냉매와 상기 열교환 표면과 접촉하는 유체 사이의 열교환이 상기 냉매 통로들의 전체 외주부 둘레에서 일어날 수 있도록 선택되는 것을 특징으로 하는 제빙기.
  4. 제3항에 있어서, 상기 주요부는 압출성형된 알루미늄으로 형성된, 고형이고 대개 원통형인 단일의 본체로 구성되며, 상기 열교환 표면은 내식제 및 내침식제로 피복되는 것을 특징으로 하는 제빙기.
  5. 제4항에 있어서, 상기 냉매 통로를 형성하는 상기 주요부의 표면은 상기 냉매의 비등을 향상시키도록 그곳에 마련된 핀 구조체를 구비하는 것을 특징으로 하는 제빙기.
  6. 제2항에 있어서, 상기 블레이드 수단은 복수개의 원주방향으로 간격을 둔 블레이드를 수반하고 그곳을 통해 연장하고 상기 유입구와 유체 연통하는 복수개의원주방향으로 간격을 둔 유체 통로들을 구비하는 회전 가능한 운반체를 포함하며, 상기 운반체가 회전할 때 상기 배출구를 지나 상기 하우징으로 유입되는 유체가 상기 적어도 하나의 열교환 표면과 대개 이 표면의 외주부 둘레를 향하도록 해주는 것을 특징으로 하는 제빙기.
  7. 제6항에 있어서, 상기 구동 수단은 상기 종축을 따라 상기 하우징 속으로 연장하는 구동 샤프트와, 상기 구동 샤프트를 회전시키는 모터를 포함하며, 상기 블레이드 운반체는 대개 관형이며 중앙 통로를 형성하며, 상기 구동 샤프트는 상기 중앙 통로로 부분적으로 연장하며, 상기 원주방향으로 간격을 둔 유체 통로들은 상기 종축에 대해 경사지게 배치되고, 상기 유체 통로들 각각은 상기 열교환 표면과 인접하는 일단부 및 상기 중앙 통로와 유체 연통하는 타단부를 구비하며, 상기 중앙 통로는 상기 유입부와 유체 연통하는 것을 특징으로 하는 제빙기.
  8. 제6항에 있어서, 상기 원주방향으로 간격을 둔 블레이드는 상기 블레이드 운반체에 선회 가능하게 장착되는 것을 특징으로 하는 제빙기.
  9. 제8항에 있어서, 상기 블레이드 운반체는 그곳에 간격을 두고 마련된 스크레이퍼 요소들을 더 포함하며, 상기 스크레이퍼 요소들은 상기 열교환 표면으로부터 간격을 두고 있는 것을 특징으로 하는 제빙기.
  10. 제9항에 있어서, 상기 스크레이퍼 요소들은, 이 요소들이 상기 열교환 표면에 침전된 얼음과 접촉할 때 상기 블레이드들이 상기 블레이드 운반체로 향해 선회될 수 있도록 충분한 거리만큼 상기 블레이드 운반체로부터 돌출하여 상기 블레이드가 상기 열교환 표면상에 침전된 얼음과 상기 블레이드 운반체 사이에 끼이는 것을 방지하는 것을 특징으로 하는 제빙기.
  11. 열교환 표면을 이루는 대개 원통형의 내부 표면을 구비하는 고형의, 대개 원통형의 본체부와, 그리고
    상기 본체부에 원주방향으로 간격을 두고 그곳을 통해 종방향으로 연장하는 복수개의 대개 평행한 냉매 통로들로 구성된 적어도 하나의 냉매 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 제빙기용 열교환기.
  12. 제11항에 있어서, 상기 냉매 통로들은, 상기 열교환 표면과 접촉하는 유체와, 상기 적어도 하나의 냉매 회로를 따라 유동하는 냉매 사이의 열교환을 균등화시키기 위해 상기 적어도 하나의 냉매 회로에 서로에 대해 배치되는 것을 특징으로 하는 제빙기용 열교환기.
  13. 제11항에 있어서, 상기 원통형의 본체부는 압출성형된 알루미늄으로 형성되며, 상기 열교환 표면은 내식제 및 내침식제로 피복되는 것을 특징으로 하는 제빙기용 열교환기.
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