KR100772971B1 - 저염분 얼음 제조용 제빙기, 및 제빙 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해수가 유동하면서 결빙되도록 하여 그 결빙되는 얼음이 일반적인 해수의 염분 농도보다 낮은 농도의 염분을 함유하도록 하여 예냉 효과가 뛰어나면서도 생선 등의 신선도를 장기간 유지할 수 있는 저염분 얼음을 제조할 수 있는 제빙기, 제빙 시스템을 제공하기 위한 것으로, 냉매 공급부로부터 공급되는 냉매를 이용하여 얼음을 제조하는 제빙기에 있어서 : 해수가 저장될 수 있는 공간을 형성하며 그 동결벽이 상기 냉매 공급부로부터 공급되는 냉매에 의하여 냉각되며 해수가 유입되는 해수 유입구가 형성되는 동결조 ; 상기 동결조의 상부 덮개에 마련되는 구동수단 ; 상기 구동수단에 연결되어 상기 동결조 내부로 삽입되며 파쇄용 커터가 마련되는 회전축 ; 상기 동결조의 하부에 호퍼 형태로 형성되어 그 하부에 상기 동결조에 저장된 해수를 배출하기 위한 해수 배출구와 상기 동결조에서 파쇄되는 얼음이 배출되는 얼음 배출구가 형성되는 하부 덮개 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

제빙기, 동결조, 파쇄용 커터, 예냉기, 해수 유입구, 해수 배출구

Description

저염분 얼음 제조용 제빙기, 및 제빙 시스템 {DEVICE AND SYSTEM FOR GENERATING SEA WATER ICE WITH LAW SALINITY}

도 1은 본 발명에 따른 제빙 시스템 계통도,

도 2는 본 발명에 따른 제빙기의 주요부 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 예냉기의 일부 절개 측면도,

도 4a 및 도 4b는 본 발명을 실험한 실험 그래프.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 제빙기 110 : 동결조

200 : 예냉기 300 : 저장용기

400 : 해수 공급부 500 : 냉매 공급부

본 발명은 어선 및 냉동 또는 냉장 산업분야의 예비냉각용 및 운송용 얼음을 제조하기 위한 것으로, 해수를 직접 동결시켜 저염분농도를 가진 얼음을 제조하기 위한 제빙기, 제빙 시스템에 관한 것이다.

상기 및 이하에서 "저염분 얼음"이란 일반적인 해수의 염분 농도보다 낮은 염분 농도를 가진 얼음을 말한다.

일반적인 어선 및 냉동, 냉장산업분야에서 예냉용으로 사용되고 있는 얼음으로서는 100%의 청수(식수)로 제빙하는 얼음과 100%의 해수로서 제빙하는 얼음을 제빙하는 장치가 개발되어 있다. 또한 중,소형어선 중 일부는 육상에서 어창에 얼음을 저장하여 사용하는 선박이 있으며, 일부는 해상에서 얼음 공급선으로부터 예냉용 얼음을 공급받아 사용하고 있다. 이러한 경우 선외에서 공급받음으로 인하여 포획한 생선의 신선도를 유지하는데 많은 비용이 소요되게 된다.

또한 100%의 청수로 제빙된 얼음은 동결점이 0℃ 이기 때문에 포획한 생선의 신선도는 잘 유지되나, 예냉효과가 작은 결점이 있고, 100%의 해수로 제빙된 얼음은 동결점이 -21.5℃ 또는 다른 온도로서 예냉효과는 뛰어나나 포획한 생선으로부터의 삼투압현상으로 인하여 신선도가 떨어지는 결점이 있다.

상기한 제빙장치의 종래기술로는 본 명세서에 일체화된 국내 등록특허 10-0498735호의 '해수빙제조장치', 일본 공개특허 특개2003-56954호 '제빙기' 등이 공개되어 있으나, 상기와 같은 종래기술에 의한 제빙기는 순간적으로 얼음을 생성한 뒤 파쇄되는 구조로서, 이러한 장치는 염분의 농도가 그대로 유지되어 저염분의 얼음을 생성하기가 불가능하다는 결점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 해수가 유동하면서 결빙되도록 하여 그 결빙되는 얼음이 일반적인 해수의 염분 농도보다 낮은 농도의 염분을 함유하도록 하여 예냉 효과가 뛰어나면서도 생선 등의 신선도를 장기간 유지할 수 있는 저염분 얼음을 제조할 수 있는 제빙기, 제빙 시스템을 제안하고자 한다.

또한 본 발명은 포획한 생선의 세포 속에 존재하는 결합수 및 자유수의 염분 함유량과 같은 저농도의 얼음을 제빙함으로써 청수 얼음에 대한 예냉효과는 물론 삼투압현상을 없앰으로서 포획한 생선의 신선도를 최적의 상태로 유지하여 제품의 질을 향상시키고자 한다.

상기의 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 냉매 공급부로부터 공급되는 냉매를 이용하여 얼음을 제조하는 제빙기에 있어서 : 해수가 저장될 수 있는 공간을 형성하며 그 동결벽이 상기 냉매 공급부로부터 공급되는 냉매에 의하여 냉각되며 해수가 유입되는 해수 유입구가 형성되는 동결조 ; 상기 동결조의 상부 덮개에 마련되는 구동수단 ; 상기 구동수단에 연결되어 상기 동결조 내부로 삽입되며 파쇄용 커터가 마련되는 회전축 ; 상기 동결조의 하부에 호퍼 형태로 형성되어 그 하부에 상기 동결조에 저장된 해수를 배출하기 위한 해수 배출구와 상기 동결조에서 파쇄되는 얼음이 배출되는 얼음 배출구가 형성되는 하부 덮개 ; 를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 파쇄용 커터는 상기 회전축에 고정되는 고정부와 상기 고정부에 회동가능하게 결합되는 커터부로 이루어지는 것이거나, 상기 회전축에 고정되는 일체형 파쇄용 커터인 것일 수 있다.

상기에 있어서, 상기 동결벽의 외측에 나선형의 냉매 통로가 형성되며, 상기 동결벽의 외측에 열전달 향상을 위한 핀이 부착되는 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 사상으로 냉매 공급부, 해수 공급부 및 상기 냉매 공급부로부터 공급되는 냉매를 이용하여 상기 해수 공급부로부터 공급되는 해수를 얼음으로 제조하는 상기 제빙기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

상기에 있어서, 상기 제빙기에 유입되는 해수를 미리 냉각하기 위한 예냉기가 상기 해수 공급부와 상기 제빙기 사이에 마련되는 것이 바람직하다.

상기에 있어서, 상기 예냉기에 이용되는 냉매는 상기 제빙기에 이용된 냉매인 것이 바람직하다.

이하 첨부된 도면에 의거 본 발명에 의한 일 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명에 의한 일 실시례의 제빙 시스템 계통도이며, 도 2는 도 1의 제빙기의 주요부 단면도이며, 도 3은 도 1의 예냉부의 일부 절개 측면도이다.

본 제빙 시스템은 크게 제빙기(100), 예냉기(200), 저장용기(300), 해수 공급부(400), 냉매 공급부(500)으로 이루어져 있다.

냉매 공급부(500)는 응축기(510, CONDENSER), 압축기(520, COMPRESSOR), 액 분리기(530, Accumulator) 등으로 이루어지며, 냉매 공급부(500)는 제빙기(100)에 냉매를 공급하기 위하여 마련된다.

냉매를 공급하기 위한 냉매 공급부(500)의 구조 및 작동 원리는 종래에 이미 널리 알려져 있는 공지의 기술이므로 상세한 설명을 생략한다.

해수 공급부(400)는 펌프(410)를 통하여 제빙기(100) 및 응축기(510)에 해수를 공급하며, 이러한 구성 또한 이미 널리 알려져 있는 공지의 기술이므로 상세한 설명을 생략한다.

해수 공급부(400)의 펌프(410)에 유입되는 해수는 전필터(430, pre filter) 및 살균장치(420)을 거친 후 펌프(410)로 유입된다.

해수 공급부는 펌프 등의 구동에 의할 경우도 있지만, 단순히 해수 탱크로부터 중력에 의하여 해수가 자유 낙하하도록 구성하는 등 다양한 방안이 강구될 수 있다.

제빙기(100)의 구조를 설명한다.

제빙기(100)의 몸체는 스테인레스 강 또는 동합금강 등을 이용하여 제조될 수 있다.

제빙기(100)는 내부에 해수를 저장할 수 있는 공간을 형성하는 동결조(110) 가 마련된다.

동결조(110)는 상부 덮개(111)와 하부 덮개(112)와 동결벽(113)으로 이루어진다.

동결조(110)의 동결벽(113) 외측은 냉매 공급부(500)로부터 공급되는 냉매에 의하여 냉각되며, 따라서 동결조(110)의 동결벽(113) 내측으로부터 동결조(110)의 중앙부로 결빙이 시작된다.

동결조(110)의 상부 덮개(111)에는 구동 수단으로서의 기어드 모터(120, geared motor)가 마련되며, 상기 기어드 모터(120)에 의하여 회전되는 회전축(121)은 동결조(110) 내부로 삽입되어 회전가능하게 마련된다.

또한 상부 덮개(111)를 관통하는 회전축(121)에는 해수의 누설을 방지하기 위한 미캐니칼 시일(mechanical seal)이 마련된다.

상기 회전축(121)에는 파쇄용 커터(122)가 마련되어 있다. 파쇄용 커터(122)는 동결조(110)의 동결벽(113) 내측으로부터 결빙되는 얼음을 파쇄(또는 절삭)하기 위한 것이다.

파쇄용 커터(122)는 고정부(122a) 및 커터부(122b)로 이루어지며, 고정부(122a)는 회전축(121)에 수직하게 고정되며, 커터부(122b)는 고정부(122a)에 회동가능하게 결합된다.

따라서 커터부(122b)는 회전축(121)의 미회전시에는 고정부(122a)에 대하여 아래로 처지지만, 회전축(121)의 회전시에는 그 원심력에 의하여 고정부(122a)를 기준으로 상부로 회동하여 지면과 평행한 상태를 이루게 된다. 이러한 파쇄용 커터 (122)의 구조는 회전축(121)의 회전 여부에 따라 그 회전 반경이 달라지게 됨으로써 결빙 과정에는 커터부(122b)가 결빙되는 얼음과 접촉하지 않는 상태로 있다가, 파쇄 과정에는 커터부(122b)의 회전 반경이 확장되어 결빙된 얼음을 파쇄하도록 이루어져 있는 것이다.

그러나 실시례에 따라서는 파쇄용 커터(122)를 2단으로 구성한 회동가능한 구조로 하지 않고 회전축에 완전히 고정된 구조의 일체형 파쇄용 커터를 채택할 수도 있다. 이러한 파쇄용 커터(122)의 구조는 당업자에 의하여 다양하게 변형 및 조정되어 실시될 수 있는 것이라 이해된다.

파쇄용 커터(122)는 일정한 강도와 해수에 의한 부식을 방지하기 위하여 스테인레스 강 또는 특수강 등을 이용하여 제작한다.

동결조(110)의 상부 덮개(111)에는 해수 유입구(111a)가 형성되며, 해수 유입구(111a)를 통하여 예냉기(200)에 의해 미리 냉각된 해수가 동결조(110) 내부로 유입된다. 한편, 해수 유입구(111a)의 전단에는 솔레노이드 밸브(140)가 마련되어, 동결조(110)에서 얼음을 파쇄할 경우 동결조(110)로 해수가 유입되는 것을 차단한다.

동결조(110)의 하부 덮개(112)는 호퍼 형태로 형성되며 그 하부에는 동결조(110)에 저장된 해수를 배출하기 위한 해수 배출구(112a) 및 파쇄된 얼음이 배출되기 위한 얼음 배출구(112b)가 형성되어 있다.

따라서 동결조(110)에 저장된 해수 또는 파쇄되는 얼음은 호퍼 형태의 하부 덮개(112)에 의하여 중앙부로 모이면서 해수 배출구(112a) 또는 얼음 배출구(112b) 로 배출된다.

얼음 배출구(112b)는 고상이므로 동결조(110)의 직하부에 형성되며, 해수 배출구는 액상이므로 하부 덮개(112)의 하부에서 분기되도록 형성하였다.

얼음 배출구(112b)에는 제빙시에 해수가 후술하는 저장용기(300)로 유입되지 않도록 솔레노이드 밸브(130)가 마련된다. 즉, 솔레노이드 밸브(130)는 결빙된 얼음의 파쇄시에만 개방된다.

한편, 동결조(100)의 동결벽(113)의 외측에는 나선형의 냉매 통로(150)가 형성이 되어, 냉매 공급부(500)로부터 공급된 냉매가 냉매 통로(150)를 따라 지나가면서 동결조(100)의 동결벽(113)을 냉각하게 된다.

냉매 통로(150)를 형성하기 위하여 동결조(100)의 동결벽(113) 외측에 원형의 본체벽(160)이 마련되며, 본체벽(160)의 상단은 상부 덮개(111)에 연결되고 본체벽(160)의 하단은 하부 덮개(112)에 연결되어, 본체벽(160), 상부 덮개(111), 하부 덮개, 동결벽(113)에 의하여 밀폐된 공간이 형성된다.

또한 동결벽(113)과 본체벽(160) 사이에는 나선형으로 냉매 가이드 평판(151)이 부착되며, 따라서 상부로 유입된 냉매는 냉매 가이드 평판(151)에 의하여 형성되는 나선형의 냉매 통로(150)를 따라 동결벽(113)의 외측을 냉각한다.

한편, 동결벽(113)의 내측은 제빙을 위한 동결면을 이루므로 평활한 면으로 구성되나, 동결벽(113)의 외측은 냉매의 열전달 성능의 향상을 위하여 돌출 형성되는 다수의 핀(113a)이 부착되어 있다. 핀(113a)은 동합금, 알루미늄합금, 특수강 중에서 어느 하나의 재질이 선택될 수 있다.

본체벽(160)의 외측은 보온재(170)에 의하여 감싸지며, 본체벽(160)에는 냉매 유입구(161) 및 냉매 유출구(162)가 형성되어 있어, 냉매 공급부(500)로부터 공급되는 냉매가 냉매 유입구(161)를 통하여 유입되어 냉매통로(150)를 거친 후 냉매 유출구(162)로 빠져나간다.

냉매 유입구(161)의 전단에는 냉각 온도를 조절하기 위하여 팽창 밸브(170)가 마련되며, 냉매 유출구(162)의 후단에는 온도조절장치(180, thermostat)가 마련되어, 온도조절장치(180, thermostat)와 팽창밸브(170, Expansion Valve)가 전기적으로 연결되어 있어 제빙기(100)의 냉각 온도를 조정할 수 있다.

이와 같은 제빙기(100)의 하부에는 저장용기(300)가 마련된다.

저장용기(300)는 제빙기(100)에서 파쇄된 얼음을 저장하는 용기로서 각 선박 및 현장에서 요구하는 제빙능력에 따라 용량을 결정한다. 저장용기(300)는 염분에 의한 부식을 방지하기 위하여 스테인리스 스틸(stainless steel) 또는 동합금 등을 사용하며, 사각형 또는 원형 등의 구조로 할 수 있다. 저장용기(300)는 저장된 얼음을 꺼내기 위한 출입구가 마련되어 있다.

예냉기(200)는 제빙기(100)에 공급되는 해수의 온도를 조절하는 장치로서, 냉각유체로는 냉매 R504 또는 다른 냉매를 이용할 수 있다. 예냉기(200)에 공급되는 냉매는 제빙기(100)를 냉각하고 나온 냉매를 이용하며, 예냉기(200)에서 해수의 온도를 0

C까지 냉각하도록 한다. 그러나 예냉기(200)에서 공급하는 해수의 온도는 제빙기(100)에서 필요한 해수의 온도에 따라 조절될 수 있다. 한편 예냉기(200) 에서 제빙기(100)로 공급되는 해수는 제빙기(100)에서 필요한 유량 이외에는 바이패스(Bypass)시키는 구조로 되어 있다. 예냉기(200)는 열교환 효율을 높이기 위하여 판형 열교환기 혹은 튜브형으로 제작할 수 있다.

이러한 예냉기(200)의 배치는 본 제빙기(100)의 제빙이 동결조(110)에 해수를 일정량 채워진 상태에서 진행되므로 본 제빙 시스템의 효과적인 제빙을 위하여 마련된다. 즉, 종래의 미량의 해수를 냉각하는 방식에서는 예냉기가 중요한 요소로 작용하지 않지만, 본 발명은 소정량 이상의 해수를 냉각하게 되므로 예냉기가 없다면 제빙 작업에 많은 시간과 에너지가 소비될 것이다.

이하 상기의 실시례의 작동을 설명한다.

먼저 동결조(110)에 해수가 일정량 채워진다. 이때 해수 배출구(112a)로는 해수가 배출되지 않으며, 오직 해수 유입구(111a)로만 해수가 유입된다.

동결조(110)에 해수가 일정량 채워지면, 해수 배출구(112a)로 해수가 배출되며, 또한 해수 유입구(111a)로 해수가 유입된다. 이에 의하여 동결조(110) 내의 해수는 상부에서 하부로 유동하게 되면서 해수 배출구(112a)로 조금씩 해수가 빠져나가게 된다.

동결조(110)의 동결벽(113)의 내측 즉, 동결면에서의 온도범위는 - 60 ~ - 15 ℃를 유지하도록 하고, 유량의 범위 0.1 ~ 5 m3/sec 가 되도록 조절하도록 한다.

이렇게 동결조(110)내에 해수의 유동이 발생하면 동결조(110)의 동결벽(113) 으로부터 결빙되는 얼음은 저농도의 염분을 가지게 된다. 이때 예냉기(200)에서 공급되는 해수는 얼음의 염분 농도를 조절하기 위하여 제빙기(100)의 입구에 설치된 유량 조절용 오리피스(Orifice)에 의하여 동결조(110)로 유입되는 해수의 양이 조절되도록 할 수 있다. 이와 같이 유량 조절을 하면 생성되는 얼음의 농도는 유량 조절에 따라 그 염분 농도를 달리한다.

일정 두께의 얼음이 결빙되면, 해수 유입구(111a)로는 더이상 해수가 유입되지 않고 해수 유출구(112a)로 동결조(110)의 해수가 모두 빠져나가도록 한다.

해수가 모두 배출되면, 기어드 모터(120)를 구동하여 회전축(121)을 회전시키고, 회전축(121)의 회전에 따라 파쇄용 커터(122)로 결빙된 얼음을 파쇄(또는 절삭)한다.

파쇄된 얼음은 얼음 배출구(112b)를 통하여 저장용기(300)에 저장된다.

이렇게 하여 저농도의 염분을 가진 얼음이 제조된다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명에 의한 방법을 테스트한 그래프로서, 해수의 유속의 영향에 따른 저염분 얼음을 생성할 수 있음을 알 수 있는 실험데이터를 나타낸 것으로, 도 4a는 Tw = -20 ℃(동결벽의 온도), Qair = 10 l/min 에서 염화나트륨 수용액의 유속의 변화에 따른 동결량과 동결률의 변화를 시간의 흐름에 따라 나타낸 것이다. 그림에서 나타낸 바와 같이 빙의 성장은 실험초기에는 냉각면에서 동결계면으로의 큰 온도구배에 따른 열유속의 지배를 받아 급속히 빙이 성장하다가 점차 유속의 영향을 지배적으로 받게 됨으로써, 빙의 성장속도가 둔화되어 정상상태 에 다다름을 확인할 수 있다, 또한 유속이 빠를수록 대류열전달율이 증대하여 빙이 지속적으로 성장을 하지 못하고 빨리 정상상태에 도달함을 확인할 수 있다. 한편, 빙의 조직은 유속이 낮은 0.02 m/sec 의 경우에 비해 유속이 큰 0.1 m/sec 의 경우에 생성된 빙이 훨씬 조직이 치밀하고 단단한 투명빙을 생성하였는데 이는 유속이 증가함에 따라 동결로 인해 석출된 고농도의 염화나트륨수용액의 제거효과가 증대하여 동결층내에 고액공존층이 감소하기 때문이다. 이러한 경향은 생성빙의 염분농도에도 큰 영향을 미치며, 정상상태에 도달한 동결층의 염분농도의 변화를 유속에 따라 나타내면 도 4b 와 같다. 그림으로부터 유속이 증가할수록 정상상태에 도달한 동결층의 염분농도가 저감됨을 확인할 수 있다.

상기의 실시례는 본 발명의 바람직한 실시례일 뿐이며, 본 발명의 기술적 사상은 당업자에 의하여 다양하게 변형 내지 조정되어 실시될 수 있다. 이러한 변형 내지 조정이 본 발명의 기술적 사상을 이용한다면 이는 본 발명의 범위에 속하는 것이다.

이와 같이 된 본 발명은 해수를 이용하여 저염분 얼음의 제조가 가능하도록 함으로써, 포획한 생선의 세포속에 존재하는 결합수 및 자유수의 염분 함유량과 같은 저농도 염분의 얼음을 제공함으로써 예냉효과의 증대는 물론, 삼투압 현상을 제거함으로 인해 포획한 생선에서의 수분의 이탈을 방지하여 생선의 신선도를 최적의 상태로 유지하여 제품의 질을 향상시킬 수 있다.

Claims (7)

1. 냉매 공급부로부터 공급되는 냉매를 이용하여 얼음을 제조하는 제빙기에 있어서 :

   해수가 저장될 수 있는 공간을 형성하며 해수가 유입되는 해수 유입구가 형성되며 그 동결벽이 상기 냉매 공급부로부터 공급되는 냉매에 의하여 냉각되는 동결조 ;

   상기 동결조의 상부 덮개에 마련되는 구동수단 ;

   상기 구동수단에 연결되어 상기 동결조 내부로 삽입되며 파쇄용 커터가 마련되는 회전축 ;

   상기 동결조의 하부에 호퍼 형태로 형성되어 그 하부에 상기 동결조에 저장된 해수를 배출하기 위한 해수 배출구와 상기 동결조에서 파쇄되는 얼음이 배출되는 얼음 배출구가 형성되는 하부 덮개 ; 를 포함하여 이루어지며,

   상기 동결조에 저장된 해수가 결빙될 때, 해수가 상기 동결조에 채워진 상태에서 상기 해수 유입구로부터 해수가 유입되는 동시에 상기 해수 배출구로 해수가 배출되어 해수의 유동이 발생되는 것

   을 특징으로 하는 저염분 얼음 제조용 제빙기.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 파쇄용 커터는 상기 회전축에 고정되는 고정부와 상기 고정부에 회동가능하게 결합되는 커터부로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저염분 얼음 제조용 제빙기.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 파쇄용 커터는 상기 회전축에 고정되는 일체형 파쇄용 커터인 것을 특징으로 하는 저염분 얼음 제조용 제빙기.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 동결벽의 외측에 나선형의 냉매 통로가 형성되며, 상기 동결벽의 외측에 열전달 향상을 위한 핀이 부착되는 것을 특징으로 하는 저염분 얼음 제조용 제빙기.
5. 냉매 공급부, 해수 공급부 및 상기 냉매 공급부로부터 공급되는 냉매를 이용하여 상기 해수 공급부로부터 공급되는 해수를 얼음으로 제조하는 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 제빙기를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저염분 얼음 제조용 제빙 시스템.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 제빙기에 유입되는 해수를 미리 냉각하기 위한 예냉기가 상기 해수 공급부와 상기 제빙기 사이에 마련되는 것을 특징으로 하는 저염분 얼음 제조용 제빙 시스템.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 예냉기에 이용되는 냉매는 상기 제빙기에 이용된 냉매인 것을 특징으로 하는 저염분 얼음 제조용 제빙 시스템.

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