(57)【要約】  開示された本発明の一実施形態による製氷装置は、冷媒が蒸発しつつ熱エネルギーを吸収する熱交換器と、熱交換器の内部に横型に設けられ熱媒体が通過しながら冷媒と熱交換される複数の熱交換通路と、熱交換通路と連通され熱媒体が熱交換通路に流入される流入室と、熱交換通路と連通され熱交換された熱媒体が熱交換通路で排出される排出室と、棒状の棒部材及び棒部材の外部に螺旋状に突出形成されたブレイドとを含み、熱交換通路内に挿入されるが、回転しながら熱媒体を流入室から排出室方向に移動させるスクレーパーと、スクレーパーの駆動力を提供する駆動ユニットを備える。このような構成によれば、螺旋状のブレイドが備えられたスクレーパーを用いて、スクレーパーが流入室又は排出室まで延長形成されて流入室又は排出室で円滑に熱媒体を撹拌するため、固液混合熱媒体の相分離によるクロッグや凝集を防止することができる。
2013542393.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
冷媒が蒸発しながら熱エネルギーを吸収する熱交換器と、
前記熱交換器の内部に横型に設置されて熱媒体が通過しながら前記冷媒と熱交換される複数の熱交換通路と、
前記熱交換通路と連通され、前記熱媒体が前記熱交換通路に流入される流入室と、
前記熱交換通路と連通され、熱交換された前記熱媒体が前記熱交換通路で排出される排出室と、
棒状の棒部材及び前記棒部材の外部に螺旋状に突出形成されたブレイドを含み、前記熱交換通路内に挿入されて回転しながら前記熱媒体を前記流入室から前記排出室方向に移動させるスクレーパーと、
前記スクレーパーの駆動力を提供する駆動ユニットと、
を備えることを特徴とする製氷装置。
【請求項２】
前記スクレーパーは、前記流入室または前記排出室のうち少なくとも１つの内部に延長形成されることを特徴とする請求項１に記載の製氷装置。
【請求項３】
撹拌ユニットをさらに含み、前記撹拌ユニットは放射状に形成される複数のパドルを含み、前記排出室または前記流入室のうち少なくとも１つに配置されて回転する場合、前記熱媒体の相分離による詰まり現象を抑制させることを特徴とする請求項１に記載の製氷装置。
【請求項４】
前記ブレイドの端部と前記熱交換通路の内面との間隙が０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下で形成されることを特徴とする請求項２に記載の製氷装置。
【請求項５】
前記ブレイドの断面形状は一側面が曲面で設けられ、他側面は１つの直線または複数の直線を組み合わせた形状のうち少なくとも１つの形状で設けられることを特徴とする請求項２に記載の製氷装置。
【請求項６】
前記熱交換通路を保持する少なくとも１つの保持部材をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の製氷装置。
【請求項７】
前記保持部材はプラスチック材料で備えられることを特徴とする請求項６に記載の製氷装置。
【請求項８】
前記排出室は、
前記熱媒体を外部に排出するように形成される排出口と、
前記熱交換通路に対して斜めの平板状に形成されて、前記排出口の方向に前記熱媒体が移動するようにガイドするガイドプレートと、
をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の製氷装置。
【請求項９】
前記ガイドプレートは、前記スクレーパーの一部が貫通するように配置されることを特徴とする請求項８に記載の製氷装置。
【請求項１０】
前記流入室は外部と連通され、前記熱媒体を内部に流入させる１つまたは１つ以上の流入口が形成され、前記流入口が複数形成される場合に前記複数の流入口は、前記流入室を中心に互いに対称な方向に配置され、または放射状に配置されることを特徴とする請求項２に記載の製氷装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
冷媒の蒸発による熱エネルギーの吸収を用いて製氷を行うことのできる製氷装置が開示される。より詳しくは、冷媒と熱媒体の熱交換のための構造を変更して効率性及び生産性を向上させる製氷装置が開示される。
【背景技術】
【０００２】
一般に、アイススラリー（ｉｃｅ  ｓｌｕｒｒｙ）は、蓄熱、流動性、冷却特性、解氷特性により従来方式に比べて極めて優れる特性を有し、蓄熱及び冷熱輸送において大きい役割が期待され、次世代の冷暖房システムの核心技術の１つとして認定されているものの、近年になってその普及が停滞している。多くの学者と研究関係者はこのような停滞の原因は、経済的かつ信頼性が高くて大容量が可能であり、事後管理の便利な製氷装置の不在にあると判断している。したがって、アイススラリーの役割を拡大するために解決しなければならない課題は、製氷に関する問題として信頼性の高い経済的な製氷装置を確保することにある。
【０００３】
このような製氷装置は、現在まで開発された様々な熱交換器形態のうちＳｈｅｌｌ＆Ｔｕｂｅの熱交換器形態の製氷装置で可能であることが現在に用いられている立型多管式の熱交換器を用いる製品で部分的に立証されている。しかし、現在まで開発された粒型Ｓｈｅｌｌ＆Ｔｕｂｅ形式の製品は全て最大容量の５００ｋＷ／ｕｎｉｔ（製氷能力基準）を超えていない。また、アメリカ製品の場合に製氷装置に氷粒子が流入されるとき稼動できず、直接輸送システムに適用することが困難であり、国内製品の場合はアイススラリーを製氷するとき循環ポンプの動力が大容量であるほど大きく増加するという短所がある。
【０００４】
米国特許第５、７６８、８９４号のホイップロッド方式では、蓄熱媒体を上部で重力を用いて伝熱管の隅の上部にオーバーフロー（ｏｖｅｒ  ｆｌｏｗ）させることによって均一量の蓄熱媒体が複数の伝熱管へ流入された後、ホイップロッドが伝熱管内で軌道（Ｏｒｂｉｔａｌ）運転により高速回転しながら遠心力によって伝熱管の内面を密着旋回するため氷層が固着されず、アイススラリーが形成されて伝熱管の下部に重力により流れ集まるようになり、下部に集まったアイススラリーをスラリーポンプが流入される量よりも若干多いか同じ量で吸入して排出させる構造をもってアイススラリーを生産及び排出しているが、この装置では流入室の熱媒体流速が均等分配のために極めて遅れることから、少量の氷粒子が流入しても製氷装置の流入室の上部に氷粒子が停滞して積層され、結局には詰まることになる。極めて流動性の優れる添加剤を用いても前記問題は容易に解決できない。この製品を直接輸送方式に適用するため蓄熱槽に連結する場合、必然的に蓄熱槽と連結される熱媒体の吸引口に多量の氷粒子が流入されるため、製氷装置の流入室で頻繁に閉塞が発生しその運転が困難になる。この理由により、この製品は直接輸送に使用されず、主にアイスベッド（ｉｃｅ−ｂｅｄ）型の蓄熱槽を使用する冷房専用の氷蓄熱システムに主に用いられる状況である。しかも、動力伝達部品のうち核心部品であるドライブプレートの強度問題によって大容量の製品製造が難しく、大きい容量を必要とする地域冷房などの大規模の熱源システムには適切ではない短所があるため、駆動部品などで異常磨耗が頻繁に発生して装備保持に多くの費用がかかったり、アイススラリーの排出のための制御問題において相当な問題が発生している。
【０００５】
韓国特許１０−０５１３２１９では、製氷装置の必須的に解決する技術的な要素のうち１つとして、アイススラリーを製氷装置から外部に効率よく排出させることを指摘し、その具体的な形態として逆流型と出口水室に出口方向に斜めのガイド板を設置することを提示している。しかし、このような装置にもかかわらず、製氷装置で氷を排出するためには、追加的なポンプ揚程に製氷装置の大きさに応じて水溶液だけを循環させる場合よりも０．２〜０．８ｂａｒの追加揚程が必要であり、容量が増大するほど追加揚程が増大して均一に分配するための基本揚程を考慮するとき動力損失が大きくなる。さらに、製氷装置内で多量の氷粒子を含有するアイススラリーが流入される場合、入口でも分配過程において相分離が発生することで部分的な閉塞が発生することがある。したがって、製氷装置でアイススラリーが流入されるしかないアイススラリー直接輸送システムに使用する製氷装置は、より完ぺきな排出及び詰まり防止装置が求められる。
【０００６】
一方、ヨーロッパ及び北米で開発された製氷装置は、単管式スクレーパー型の製品とディスク型、真空利用型、流動ベッド型などがあるが、全てが、価格競争力が落ちたり容量が少なくて熱源機器として使用するには適せず、循環及び信頼性に問題があるので特定用途にのみ用いられている。小容量の単管式製品は優れた信頼性と優れた循環特性にもかかわらず容量の制約と価格競争力の不足によって水産物の冷却などの一部に制限的に使用されており、真空型の場合に優れた運転特性にも関連装備が開発されていないことから、極めて少数の設備のみ稼動しており、特に、作られた氷を真空に大気圧に取り出すことが極めて困難であるので商用化するには難しいものと見られる。
【０００７】
流動ベッド型の場合、氷粒子と流動状態に用いられる金属あるいはプラスチックボールの分離が難しくて設備の高さが高くなり、分離される氷粒子を用いる場所に送ることが容易ではない。実験室のレベルで開発された蒸発板の表面をなめらかにして氷粒子が付着されないようにした状態で製氷を行うスリッパリ方式は可能性があるものの、長時間運転による表面の汚れやこれを防止する装置及びそれによる表面材質の永続性に対して疑問があり、運転条件が極めて難しくて実際的な競争力を整えることができるか確認されない状態である。
【０００８】
最近、カナダで開発された多層ディスク＆ブラシ方式の製氷方式は５００ｋＷ／ｕｎｉｔの容量まで可能であるものと知らされているが、製造されたアイススラリーを効果的に回収できる適当な方法がないものと見られる。
【０００９】
日本で主に開発された水の過冷却現象を用いた過冷却水型の製氷方式おいても多くの技術的な発展を成し遂げ、氷蓄熱システムに適用されてその成果を出した。しかし、過冷却水型は特徴かつ長所である水を直接冷却して獲得するアイススラリーとして添加剤を使用しないという長所があるものの、直接輸送には多くの問題が存在し、特にクロッグ（ｃｌｏｇｇｉｎｇ、相分離による詰まり）と凝集（Ａｇｇｌｏｍｅｒａｔｉｏｎ、再結晶化及びブリッジング現象による凝集）が容易に発生して直接輸送することが難しく、製氷装置では氷粒子が流入されるとき閉塞が行われることから直接輸送システムに使用し難い短所があるため制限的に使用されている。また、過冷却水を持続的に製造するためには製氷に使用する水に含まれた微細ホコリまで除去しなければならないので、高性能フィルタと氷粒子の流入を遮断するための予熱装置、冷媒と直接に熱交換できないため使用する間接冷却用の蒸発機及び連続運転のための予備装備が必要である短所などがある。これによって、スクレーパー型よりかえって複雑になることで技術的な優秀性があるにもかかわらず縮小されている実情である。
【００１０】
最近、再びスクレーパー型の方式に対する開発が行われているが、アメリカ製品を改善した方式としてホイップロッド及び伝熱管の摩耗現象をなくすためにホイップロッドの外面をプラスチック材料でコーティングした方式として、駆動方式の問題、ホイップロッドの大きさが増大することによって氷粒子の流れが円滑に行われないというアイススラリーの循環問題、そして、分配のための流入室における停滞問題が依然として存在している。
【００１１】
結果的に、現在の熱源設備の一部として用いられる程度の製氷装置が不在でおり、アイススラリーシステムが熱源設備として幅広く使用されるためには経済性の確保、大容量化、そして循環時に発生する閉塞問題を必ず解決しなければならない。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明の一実施形態によれば、冷媒と熱媒体の熱交換のための構造を変更して効率性及び生産性を向上させて容量を大型化することのできる製氷装置を提供することにある。
【００１３】
本発明の一実施形態によれば、装置内部でアイススラリーのクロッグと凝集現象を最小化して部品の過負荷を防止し、効率的なアイススラリーの流動を期待することのできる製氷装置が提供される。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の一実施形態に係る製氷装置は、冷媒が蒸発しながら熱エネルギーを吸収する熱交換器と、前記熱交換器の内部に横型に設置されて熱媒体が通過しながら前記冷媒と熱交換される複数の熱交換通路と、前記熱交換通路と連通され、前記熱媒体が前記熱交換通路に流入される流入室と、前記熱交換通路と連通され、熱交換された前記熱媒体が前記熱交換通路で排出される排出室と、棒状の棒部材及び前記棒部材の外部に螺旋状に突出形成されたブレイドを含み、前記熱交換通路内に挿入されて回転しながら前記熱媒体を前記流入室から前記排出室方向に移動させるスクレーパーと、前記スクレーパーの駆動力を提供する駆動ユニットとを備える。
【００１５】
一実施形態によると、少なくとも１つのスクレーパーは、前記流入室または前記排出室のうち少なくとも１つの内部に延長形成されてもよい。
【００１６】
一実施形態によると、前記製氷装置は撹拌ユニットをさらに含み、前記撹拌ユニットは放射状に形成される複数のパドルを含み、前記排出室または前記流入室のうち少なくとも１つに配置されて回転する場合、前記熱媒体の相分離による詰まり現象を抑制するように配置される。
【００１７】
一実施形態によると、前記ブレイドの端部と前記熱交換通路の内面との間隙が０．１ｍｍ以上０．４ｍｍ以下で形成されることが好ましい。
【００１８】
一実施形態によると、前記ブレイドの断面形状は一側面が曲面で設けられ、他の側面は１つの直線または複数の直線を組み合わせた形状のうち少なくとも１つの形状で設けられることが好ましい。
【００１９】
一実施形態によると、前記熱交換通路を保持する少なくとも１つの保持部材をさらに備えることが好ましく、前記保持部材はプラスチック材料で備えられることが好ましい。
【００２０】
一実施形態によると、前記排出室は、前記熱媒体を外部に排出するように形成される排出口と、前記熱交換通路に対して斜めの平板状に形成されて、前記排出口の方向に前記熱媒体が移動するようにガイドするガイドプレートとをさらに備える。
【００２１】
一実施形態によると、前記ガイドプレートは、前記スクレーパーの一部が貫通するように配置される。
【００２２】
一実施形態によると、前記流入室は外部と連通され、前記熱媒体を内部に流入させる１つまたは１つ以上の流入口が形成され、前記流入口が複数形成される場合に前記複数の流入口は、前記流入室を中心に互いに対称な方向に配置され、または放射状に配置されてもよい。
【発明の効果】
【００２３】
第１に、螺旋状のブレイドが備えられたスクレーパーを用いて、スクレーパーが流入室または排出室まで延長形成され、流入室または排出室で円滑に熱媒体が撹拌されるようにするため、固液混合熱媒体の相分離によるクロッグや凝集を防止することができる。
【００２４】
第２に、流入口から流入室に流入される熱媒体の流速及び流入口でそれぞれの熱交換通路との距離が互いに異なることで発生する停滞が流入室に延長されたスクレーパーによって防止され得る。
【００２５】
第３に、スクレーパーの相対的に低い回転速度にもかかわらず、スクレーパーと熱交換通路の内面の間隔を保持することによって、相変化した熱媒体が熱交換通路の内面に固着することを効果的に抑制して安定運転を可能にする利点がある。
【００２６】
第４に、上述したスクレーパーのブレイドの形状とブレイドと熱交換通路との一定間隙を保持することによって、スクレーパーの停止時と駆動時との位置偏差が減少し、駆動時にスクレーパーが熱交換通路内から中心部に収斂するため熱交換通路を重力方向と関係なく配置される利点がある。
【００２７】
第５に、製氷装置を水平に保持することによって熱交換通路の外部の冷媒の沸騰条件を最適した核沸騰状態に保持することができ、伝熱効率を向上させることができ、駆動ユニットを水平に配置して垂直に配置する場合に比べて相対的にメンテナンスが有利であり、熱交換通路の長さを相対的に長く備えることで駆動ユニットの強度に応じて大容量の熱交換が可能である利点がある。
【００２８】
第６に、撹拌ユニットが熱媒体を循環または排出口の方向にガイドしてクロッグや凝集を抑制することができる利点がある。
【００２９】
第７に、停止時に重力の影響により下部に沈んでいたスクレーパーが熱交換通路の中心に収斂され、スクレーパーが縦方向に移動する距離が極めて短くなり、駆動による振動の発生が最小化され、熱交換通路の詰まりなどによりスクレーパーに力が加えられる場合にもスクレーパー外部の熱交換通路が保持部材によって固定されることから振動が抑制され、プラスチック材料の弾性によって振動が吸収されて他の部品に振動拡大されることを減らすことができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態に係る製氷装置の断面を示す断面図である。
【図２】図１に示すＩ−Ｉ線を切断して示す断面図である。
【図３】図１に示す製氷装置の一部分を変形して示す部分断面図である。
【図４】図３に示すＩＩ−ＩＩ線に沿って切断して示す断面図である。
【図５】本発明の他の一実施形態に他の製氷装置の断面を示す断面図である。
【図６】図５に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断して示す断面図である。
【図７】従来における製氷装置の製氷運転が行われる間にスクレーパーの動力変化を示す実測グラフである。
【図８】本発明の一実施形態に係る製氷装置の製氷運転が行われる間にスクレーパーの動力変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、添付された図面に記載された内容を参照して本発明に係る実施形態を詳細に説明する。ただし、本発明が実施形態によって制限されたり限定されることはない。
【００３２】
本発明の一実施形態に係る製氷装置は図１及び図２を参照して説明する。図１は本発明の一実施形態に係る製氷装置の断面を示す断面図であり、図２は図１に示すＩ−Ｉ線を切断して示す断面図である。
【００３３】
図示されるように、前記製氷装置は、熱交換器１００、熱交換通路１１０、流入室１２０、排出室１３０、スクレーパー２００及び駆動ユニット１７０を備える。
【００３４】
前記熱交換器１００は冷媒が蒸発しながら熱エネルギーを吸収する一般的に常用される熱交換器であり、内部に空間を有して外部の冷媒を前記空間に流入させて蒸発する場合に後述する熱媒体から熱エネルギーを吸収する。
【００３５】
前記熱交換通路１１０は前記熱交換器１００内に横型に設けられ、前記熱媒体が通過しながら前記冷媒と熱交換するように設けられ、内部が中空であるパイプ状に形成されるが、複数が備えられる。前記熱交換通路１１０は、核沸騰を促進するために表面が加工された表面加工型の銅管に備えられることが好ましいが、これに限定されたり制限されることはない。
【００３６】
前記流入室１２０は前記熱交換通路１１０と連通され、前記熱媒体が前記熱交換通路１１０に流入されるように前記熱交換器１００の一側に設けられ、前記排出室１３０も前記熱交換通路１１０と連通され、前記熱媒体が前記熱交換通路１１０から排出されるように設けられ、前記熱交換器１００を中心に前記流入室１２０が形成される反対側に配置される。
【００３７】
ここで、前記流入室１２０は、外部と連通する流入口１２５を形成して前記流入室１２０の内部に前記熱媒体が流入され、前記排出室１３０には外部に熱交換が完了された前記熱媒体、すなわち、アイススラリーを外部に排出するための排出口１３５が形成され、これに関する説明は図２または図６を参照して後述する。
【００３８】
前記スクレーパー２００は、棒部材２１０及びブレイド２２０を含む。前記棒部材２１０は棒状に形成され、前記熱交換通路１１０の長さよりも相対的に長く形成され、前記流入室１２０及び前記排出室１３０の外部に一定の長さだけ延長形成することが好ましいが、これに限定されたり制限されることはなく、例えば、前記熱交換通路１１０の長さと同じ長さで形成されたり、または、前記流入室１２０または前記排出室１３０のうち１つの内部に延長形成されてもよい。
【００３９】
前記ブレイド２２０は前記棒部材２１０の外部に螺旋状に突出形成され、前記ブレイド２２０の断面形状は前記スクレーパー２００が回転する方向により前面部となる一側面は曲線に設けられ、他側面は１つまたは１つ以上の直線に形成される形状または曲線型に設けられる。
【００４０】
ここで、前記スクレーパー２００は前記熱交換通路１１０の内部に挿入して配置され、前記スクレーパー２００が回転することによって前記ブレイド２２０の螺旋状の作用により前記流入室１２０から前記熱交換通路１１０の内部に流入した前記熱媒体が前記熱交換通路１１０に沿って前記排出室１３０の方向に移動しながら、前記熱交換通路１１０の外部面と接触するようにガイドされて熱交換が行われる。言い換えれば、前記スクレーパー２００は、前記熱媒体を前記排出室１３０の方向に移動させて相変化した熱媒体が前記熱交換通路１１０の内部面、すなわち、伝熱面に固着されないように抑制して伝熱効果が増大されるように備える。
【００４１】
前記駆動ユニット１７０は、前記スクレーパー２００の回転駆動力を提供するよ、一般的に常用されるモータとモータに接続されたギヤ装置に連結されるが、これに限定されたり制限されることはなく、前記製氷装置を運用することのできる出力をもって前記スクレーパー２００が回転される駆動力を提供することのできる電動機であれば、自由に変更できる。
【００４２】
したがって、螺旋状の前記ブレイド２２０が備えられた前記スクレーパー２００を用いて、前記スクレーパー２００が前記流入室１２０及び前記排出室１３０まで延長形成されるため、前記スクレーパー２００が前記熱媒体、特に固液混合の熱媒体の相分離によるクロッグや凝集を防止し、前記流入室１２０または前記排出室１３０で円滑に前記熱媒体を流動させることができる。
【００４３】
また、前記スクレーパー２００のうち、前記熱媒体の流れの中心をなす主流動が発生する部分に対応する前記スクレーパー２００は、前記排出室１３０または前記流入室１２０の部分に延長されないように設けられて円滑な流動を誘導することは言うまでもない。
【００４４】
さらに、上述した構造の製氷装置では、前記熱媒体が前記製氷装置の前記流入室１２０に流入しながら拡張された断面積により流速が遅延され、各部分の流速が一定ではなく、前記流入口１２５でそれぞれの前記熱交換通路１１０との距離が相違することで発生する停滞が前記流入室１２０に延長された前記スクレーパー２００によって防止され得る。
【００４５】
また、前記熱交換通路１１０における圧力降下が０．３〜０．８ｂａｒで大きくて前記流入室１２０及び前記排出室１３０におけるそれぞれの前記熱交換通路１１０が有する位置差による流れ条件、言い換えれば、圧力降下及び出口または入口の位置関係によって隣接する前記熱交換通路１１０における流れとぶつかる条件などの差よりも前記熱媒体の流れに対して支配的な因子になるため、それぞれの前記熱交換通路１１０にはほとんど一定の熱媒体が循環される。
【００４６】
ここで、前記スクレーパー２００に備えられた前記ブレイド２２０の端部と前記熱交換通路１１０の内部面とは間隙は０．１ｍｍ〜０．４０ｍｍを保持するように前記ブレイド２２０の長さが定義される。
【００４７】
ここで、前記スクレーパー２００は、２００〜４５０ｒｐｍで回転するように前記駆動ユニット１７０が作動し、前記熱媒体が前記熱交換通路１１０を経由しながら熱交換が行われて前記排出室１３０に排出される。
【００４８】
一方、前記スクレーパー２００と前記熱交換通路１１０の内部面の間に前記熱媒体が流動され、前記スクレーパー２００が回転することで前記熱媒体は前記熱交換通路１１０の内部面の方向に誘導されて前記排出室１３０にガイドされる。
【００４９】
ここで、前記スクレーパー２００の前記ブレイド２２０の先端の形状が鋭いほど回転しながら前記熱交換通路１１０の内部面のドライアウトポイントを減らし得るため、前記ブレイド先端の前記熱交換通路１１０に対応する部分は概略０．１ｍｍであることが好ましいが、これ以上に限定されたり制限されることはない。
【００５０】
したがって、前記熱交換通路１１０に接触する前記ブレイド２２０の先端の形状によって前記熱媒体の薄い液膜が持続的に形成破壊しながら熱伝達が促進され、上述した前記ブレイド２２０の前面の曲面で圧縮された前記熱媒体が後面で圧縮解除されながら発生する部分的な渦流により過冷却が解消されて相変化を促進することで、氷結晶が生成される過冷却度を低くすることにより効率的な熱交換を行うことができる。
【００５１】
また、一般的に前記製氷装置の過負荷の原因は、前記ブレイド２２０と前記熱交換通路１１０との間の間隙が大きくなって過冷却度が増大することで部分的な結氷が行われ、この結氷の部分を払い落とすことから前記スクレーパー２００に過負荷が発生するが、上述した前記スクレーパー２００の相対的に低い回転速度にもかかわらず、前記スクレーパー２００と前記熱交換通路１１０の内面の間隔を保持することによって過冷却を防止し、相変化した熱媒体が熱交換通路の内面に固着されることを効果的に抑制することによって安定運転を可能にする利点がある。
【００５２】
そして、隣接する前記熱交換通路１１０から前記排出室１３０に排出される前記熱媒体間の干渉による凝集やクロッグを防止するために、複数の前記熱交換通路１１０に挿入された前記スクレーパー２００は、隣接する前記熱交換通路１１０に挿入した前記スクレーパーと回転方向が反対に駆動するよう配置されることが好ましい。
【００５３】
上述した構造の特性により、本発明の一実施形態に係る前記製氷装置で必要な動力を最小化し、従来の製氷装置に生じる製氷初期の過負荷現象を発生しないことが明らかになり、また、伝熱効率が増加したことが明らかになった。このような結果について図７及び図８を参照して説明する。図７は、従来における製氷装置の製氷運転が行われる間のスクレーパーの動力変化を示す実測グラフであり、図８は、本発明の一実施形態に係る製氷装置の製氷運転が行われる間のスクレーパーの動力変化を示すグラフである。
【００５４】
本発明の一実施形態に係る製氷装置は、前記スクレーパー２００の初期の過負荷現象が動力変化に基づいて従来の製氷装置に比べて相対的に小さいことが確認される。
【００５５】
上述した前記スクレーパー２００の前記ブレイド２２０の形状、すなわち、回転方向に対して前面が曲面であり後面は斜めの形態で狭い間隙が保持される条件では、前記スクレーパー２００の停止時と駆動時の位置偏差が減少し、駆動時に前記スクレーパー２００が前記熱交換通路１１０の内部から中心部に収斂することから、前記熱交換通路１１０を重力方向と平行である垂直方向だけではなく前記製氷装置の構造を水平にすることができる。
【００５６】
したがって、本発明の実施形態に係る製氷装置は、重力方向に対して水平に配置することができる。言い換えれば、前記熱媒体は、前記スクレーパー２００の回転により前記流入室１２０から前記排出室１３０に移動するため、前記熱交換通路１１０が前記重力方向に対して水平、すなわち、地表面と平行するように設けられ、前記排出室１３０、前記流入室１２０及び前記駆動ユニット１７０が前記熱交換器１００の側面に備えられることで熱媒体を大容量に流動させることができ、重力による影響を最小化することができる。
【００５７】
また、前記製氷装置を水平に保持することで前記熱交換通路１１０の外部の冷媒沸騰が核沸騰の領域で安定に運転するよう制御されることで伝熱効率の向上を図ることができ、前記駆動ユニット１７０を水平に配置し、垂直に配置する場合に比べて相対的にメンテナンスが有利であり、前記熱交換通路１１０の長さを相対的に長く備えることで駆動ユニット１７０の強度により大容量の熱交換が可能である利点がある。
【００５８】
ここで、本発明の一実施形態に係る前記製氷装置は、前記スクレーパー２００が前記排出室１３０と前記流入室１２０に全て延長形成されるものと提示し、前記スクレーパー２００が前記熱媒体に対して撹拌作用をするものと提示したが、これに限定されたり制限されることはなく、その詳細な説明は図３及び図４を参照して説明する。
【００５９】
図３は図１に示す製氷装置の一部分を変形して示す部分断面図であり、図４は図３に示すＩＩ−ＩＩ線に沿って切断して示す断面図である。参考に、説明の便宜のために図１ないし図２に類似するか同じ構成要素に対する説明は省略する。
【００６０】
前記製氷装置は撹拌ユニット４００をさらに備える。
【００６１】
前記撹拌ユニット４００は前記排出室１３０に配置され、放射状に形成される複数のパドルを含んで設けられ、実質的にプロペラと類似の形状に備えられるが、これに限定されたり制限されることはない。
【００６２】
ここで、前記撹拌ユニット４００は、前記排出室１３０で回転しながら前記熱交換通路１１０から排出される前記熱媒体を撹拌して前記熱媒体の相分離による詰まり現象を抑制する。
【００６３】
前記熱交換通路１１０から排出される前記熱媒体は、アイススラリー形態に前記熱交換通路１１０に凝集されるかクロッグを起こすが、前記撹拌ユニット４００が前記熱媒体を循環または前記排出口１３５の方向にガイドすることでクロッグや凝集を抑制することができる。
【００６４】
本発明の他の一実施形態に係る製氷装置を図５から図６を参照して説明すれば次の通りである。図５は本発明の他の一実施形態に他の製氷装置の断面を示す断面図であり、図６は図５に示すＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断して示す断面図である。
【００６５】
前記製氷装置は、熱交換器１００、熱交換通路１１０、流入室１２０、排出室１３０、スクレーパー２００、駆動ユニット１７０、保持部材１１５及びガイドプレート３００を含む。参考に説明の便宜のために図１から図４を参照して説明した構造と同一であるか類似の構造に関する説明は省略する。
【００６６】
前記ガイドプレート３００は平板状に形成されて前記排出室１３０に配置され、前記熱交換通路１１０に対して前記排出口１３５の方向に前記熱媒体がガイドされるようにした方向に一定角度が斜めに備えられる。
【００６７】
ここで、前記スクレーパー２００の前記排出室１３０に延長された一部は前記ガイドプレート３００を貫通するように設けられ、前記ガイドプレート３００は、このような構造によって前記スクレーパー２００の外部に残留した前記熱媒体、すなわち、アイススラリーに変換されて前記スクレーパー２００の表面上に凝結された前記熱媒体を前記スクレーパー２００から離脱させて前記排出口１３５の方向にガイドする。
【００６８】
前記排出室１３０では、前記熱交換通路１１０を通過して前記熱媒体に含まれた氷粒子が増加したため循環が相対的に鈍化されるが、前記排出口１３５への流れを誘導する前記ガイドプレート３００と前記熱媒体に流れを誘導するため延長されない前記スクレーパー２００によって形成された流路の役割と、それぞれの前記熱交換通路１１０を通過した前記熱媒体の流れと延長された前記スクレーパー２００の撹拌を通した停滞防止の役割とが共に果たされ、熱交換された前記熱媒体、すなわち、アイススラリーは詰まることなく前記排出口１３５に誘導される。
【００６９】
ここで、製氷装置の容量が増大すれば、前記熱交換通路１１０の数が２００以上になるが、数個のグループに区分されてグループとグループとの間には流れを円滑にする通路空間を備えてもよい。
【００７０】
また、前記排出口１３５は、前記排出室１３０の上部に設けられることによって前記熱媒体の浮力を用いて前記排出口１３５に前記熱媒体を容易に排出することも可能である。
【００７１】
前記流入室１２０には複数の前記流入口１２５が形成されてもよく、前記排出口１３５も前記流入口１２５と類似に複数形成されてもよい。
【００７２】
ここで、前記流入口１２５は、前記流入室１２０の内部に流入される前記熱媒体の流動を調節するために、前記流入室１２０の内部に対して対称する位置または放射状に配置される。これによって、前記流入口１２５の配置を最適化することで前記流入室１２０の内部で前記熱交換通路１１０の相対的な位置による前記熱媒体の流動特性の差を最大に減少することができる。
【００７３】
また、前記熱媒体は、別途の分配装置を経由せず直接前記流入室１２０に流入されて前記流入室１２０で前記スクレーパー２００によって撹拌されることで均質化を図り、同じ条件の流れ状態となることで前記熱交換通路１１０に循環することによって前記排出室１３０でも最大同じ条件で排出され得る利点がある。
【００７４】
ここで、前記製氷装置は、前記排出室１３０と前記流入室１２０を互いに連結するが、前記熱交換通路１１０と区別されるバイパス管１１９をさらに備えてもよい。
【００７５】
前記バイパス管１１９は、前記流入室１２０に流入される前記熱媒体の量が相対的に急激に増加し、または一部の前記熱交換通路１１０の内部の前記熱媒体の流動が円滑ではない場合、前記流入室１２０の前記熱媒体を前記排出室１３０に移動させるように設け、必要に応じて開放するためのバルブ（図示せず）を備えてもよい。
【００７６】
前記保持部材１１５は前記熱交換通路１１０を保持する役割を行い、前記熱交換通路１１０の長さに応じて複数の５００ｍｍ〜９００ｍｍの間隔に配置して前記熱交換通路１１０の垂れを防止し、前記スクレーパー２００を駆動するとき前記熱交換通路１１０の振動を抑制することができる。
【００７７】
ここで、前記保持部材１１５は、前記熱交換通路１１０の振動による製品間の振動特性による破損または結合解除などを防止するため、前記熱交換通路１１０に間隙が発生しないように密着して備えられることが好ましく、前記熱交換通路を保護するためにプラスチック材料で備えられる。
【００７８】
一方、本発明に係る前記製氷装置は、前記スクレーパー２００の前記ブレイド２２０の先端と前記熱交換通路１１０の内面との間隙が小さく、前記ブレイド２２０の前面部が曲面に形成され、前記スクレーパー２００が回転すれば、前記スクレーパー２００は前記熱媒体を前記熱交換通路１１０の内部面に隣接するよう押し出しながら、前記スクレーパー２００は前記熱交換通路１１０の中心に収斂される。
【００７９】
したがって、停止時に重力の影響により下部にあった前記スクレーパー２００が前記熱交換通路１１０の中心に収斂され、前記スクレーパー２００が縦方向に移動する距離が極めて短くなり、駆動による振動の発生が最小化される。また、前記熱交換通路１１０の詰まりなどにより前記スクレーパー２００に力が加えられる場合にも、前記スクレーパー２００の外部の前記熱交換通路１１０が前記保持部材１１５によって固定されることから振動が抑制され、プラスチック材料の弾性によって振動が吸収され、他の部品に振動拡大されることを減らすことができる。
【００８０】
上述したように本発明は、限定された実施形態と図面によって説明されたが、本発明が上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明が属する分野において通常の知識を有する者であれば、このような記載から多様な修正および変形が可能である。
【００８１】
したがって、本発明の範囲は上述した実施形態に限定されて定められてはならず、添付の特許請求の範囲だけではなく、この特許請求の範囲と均等なものによって定められなければならない。
【符号の説明】
【００８２】
１００：熱交換器
１１０：熱交換通路
１２０：流入室
１２５：流入口
１３０：排出室
１３５：排出口
１７０：駆動ユニット
２００：スクレーパー
２１０：棒部材
２２０：ブレイド
３００：ガイドプレート
４００：撹拌ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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