펌핑 가능한 얼음 기술

Pumpable ice technology

펌핑 가능한 얼음(PI) 기술은 얼음의 냉각 용량을 가진 얇은 액체를 사용한다. 펌핑 가능한 얼음은 일반적으로 지름 5마이크로미터에서 1cm에 이르는 얼음 결정이나 입자의 슬러리로 이루어져 있으며, 브라인, 해수, 식품 액체 또는 공기, 오존 또는 이산화탄소의 기포로 운반된다.[1][2][3]

플라스틱 튜브를 통과하는 펌프 가능한 얼음

용어.

펌핑 가능, 젤리 또는 슬러리 얼음과 같은 일반적인 용어 외에도 "딥칠", "벨루가", "최적", "유체", "젤", "바이너리", "액체", "액체", "리퀴드",[4] "맥심", "도끼", "버블 슬러리"[5][6] 얼음과 같은 그러한 냉각제의 상표 이름이 많이 있다. 이 상표들은 호주,[7] 캐나다,[8][9] 중국,[10] 독일,[11] 아이슬란드,[12] 이스라엘,[13] 러시아,[14] 스페인,[15] 영국,[16] 미국의 산업용 얼음 제조 회사들에 의해 승인된다.[17]

기술공정

펌프 가능한 얼음은 으깬 얼음을 액체에 섞거나 액체에 물을 얼리는 두 가지 방법 중 하나로 만들어질 수 있다.

  • 첫 번째 방법은 플레이트, 튜브, 껍질 또는 플레이크 얼음과 같이 일반적으로 사용되는 형태의 수정 고체 얼음을 물과 으깨어 혼합하여 제조하는 것이다. 다양한 얼음 농도와 입자 치수(얼음 결정의 길이는 200µm에서 10mm까지 다양할 수 있음)의 혼합물은 저장 탱크에서 소모 장치로 전달된다. 현재 재래식 얼음 제조기의 구조, 사양 및 용도는 이 참조에 설명되어 있다.[18]
  • 두 번째 방법의 이면에 있는 아이디어는 냉각된 액체의 부피 안에 결정화 과정을 만들어 내는 것이다. 내부의 이러한 결정화는 진공 또는 냉각 기술을 사용하여 달성할 수 있다. 진공 기술에서, 매우 낮은 압력은 남아있는 물이 얼는 동안 물의 작은 부분을 증발시켜, 물과 얼음의 혼합물을 형성한다.[19] 첨가제 농도에 따라 펌핑 가능한 얼음의 최종 온도는 0~4°C이다. 대량의 증기와 약 6mbar(600Pa)의 작동 압력은 큰 스윕 부피의 수증기 압축기를 사용해야 한다. 이 기술은 경제적으로 합리적이며 냉각 용량이 1MW(냉장고 300t; 350만 BTU/h) 이상인 시스템에 권장할 수 있다.

냉각에 의한 결정화는 직접 또는 간접 시스템을 사용하여 수행할 수 있다.

직접 펌프식 빙하 기술

냉매가 액체[20] 내부에 직접 분사됨

이 방법의 장점은 냉매와 액체 사이에 중간 장치가 없다는 것이다. 단, 열 상호작용(열전달) 과정에서 냉매와 액체 간 열 손실이 없을 경우 문제가 발생할 수 있다. 이행해야 할 안전대책, 냉매 분리의 추가 단계 필요성, 결정 생성의 어려움 등은 이 방법의 또 다른 단점이다.

간접흡수식 빙하 기술

고농도의 펌핑 가능한 얼음

간접적인 방법으로는 증발기(열교환기-크리스탈라이저)를 수평 또는 수직으로 조립한다. 1~100개의 내부 튜브로 조립된 셸 튜브가 있으며 셸과 내부 튜브 사이에서 증발하는 냉매가 들어 있다. 작은 직경의 관을 통해 액체가 흐른다. 증발기의 내부 부피에서는 결정체 냉각벽과의 열교환으로 인해 액체의 냉각, 슈퍼 냉각, 동결 등이 일어난다.[21][22]

잘 다듬어진 증발기 표면(동적 스크래핑 표면 열교환기)과 적절한 메커니즘을 이용해 튜브가 얼음 배아에 달라붙지 않도록 하고, 내부 냉각 표면의 성장과 얼음의 두꺼움을 막자는 취지다. 금속 또는 플라스틱 와이퍼가 있는 채찍 로드, 나사 또는 샤프트는 보통 제거 메커니즘으로 사용된다.

간접흡수식 얼음 기술은 5~50마이크로미터 결정으로 구성된 펌프식 얼음을 생산하며, 일반 물 얼음(플레이크, 플라이크, 쉘 타입)을 생산하는 데 필요한 90~130kWh 대신 60~75kWh의 낮은 에너지 소비로 1,000kg의 크리스털 얼음을 생산할 수 있다는 장점이 있다. 추가 개선으로 인해 순수 얼음 1,000kg당 40~55kWh의 얼음 생산에 대한 특정 에너지 지출이 발생하고 증발기 냉각 표면(최대 450kg/(m2·h)[23]에서 면적 값당 높은 특정 얼음 용량이 발생할 것으로 예상된다.

식품 및 어업에 사용되는 이중 파이프 유형의 상업용 증발기는 내부 튜브의 내부 직경과 길이가 50–125 mm, 60–300 cm이다. 이슬로 맺히는 윤활유의 경우 증발기는 내부 튜브의 내부 직경은 150~300mm이고 길이는 600~1,200cm이다.[24]

때로는 증발기를 통해 흐르는 액체에 가스를 첨가할 수 있다. 열교환기-크리스탈라이저 냉각면의 액체 층층층을 파괴하고, 흐름 난류를 증가시키며, 펌프 가능한 얼음의 평균 점도를 감소시킨다.

이 과정에서 농도가 3~5% 이상, 동결점이 -2℃ 미만인 첨가제의 바닷물, 주스, 브라인, 글리콜 용액 등 다양한 액체가 사용된다.

일반적으로 펌프 가능한 얼음의 생산, 축적 및 공급을 위한 장비에는 얼음 제조기, 저장 탱크, 열 교환기, 배관, 펌프, 전기 및 전자 제품 및 장치가 포함된다.

최대 얼음농도 40%의 펌핑 가능한 얼음을 제조기에서 소비자에게 직접 펌핑할 수 있다. 저장 탱크에 있는 펌프 가능한 얼음의 최종 얼음 농도는 50%이다. 균일상 저장탱크에 축적된 펌프 가능한 얼음의 최대 냉각에너지 값은 약 700 kWh로 저장탱크의 10–153 m 부피에 해당한다. 고-샤르 혼합기는 냉각된 액체에서 얼음이 분리되는 것을 방지하기 위해 사용되며, 얼음 농도를 시간이 지남에 따라 변하지 않고 탱크 높이에 영향을 받지 않게 한다. 펌프 가능한 얼음은 저장 탱크에서 수백 미터 떨어져 있을 수 있는 소비 장소로 운반된다. 잠수식 믹서 모터(kW)와 "kneeaded" 펌프 가능한 얼음 부피(m3) 사이의 실제 비율은 1:1이다.

부피가 15m3 이상인 탱크에서는 펌핑 가능한 얼음이 섞이지 않고 저장 탱크와 한랭 소비자들 사이를 순환하는 액체의 열전달에 의해서만 저장 얼음의 차가운 에너지가 사용된다. 기존 빙축열조의 단점은 다음과 같다.

따뜻한 액체가 고르지 않게 뿌려져 발생하는 혼란스러운 얼음 능선의 상승. 이 액체는 얼음 표면과 직접 접촉하여 추가적인 냉각을 위해 열 교환기에서 저장 탱크로 공급된다. 용액은 공간에 고르지 않게 뿌려진다. 더구나 공급 속도는 일정하지 않다. 따라서 얼음이 고르지 않게 녹는다. 따라서 얼음 송곳니가 얼음 표면 위로 솟아올라 분사 장치가 파괴된다. 이 경우 살수장치가 파손되지 않도록 저장탱크의 용액 수준을 낮출 필요가 있다.

탱크에 쌓인 얼음이 큰 덩어리로 변한다. 냉방 시스템에서 나오는 따뜻한 액체는 액체가 냉각되지 않고 시스템으로 되돌아갈 수 있는 채널을 생성할 수 있다. 그 결과 축적된 얼음을 충분히 활용하지 못하고 있다.

축적 탱크의 부피를 비효율적으로 사용하면 달성 가능한 최대 얼음 농도가 감소하고 저장 탱크의 전체 작업 부피를 채울 수 없다.

이러한 단점들을 극복하기 위한 연구 개발이 진행 중이며 값싸고 믿을 수 있고 효율적인 축적 탱크의 대량 생산으로 이어질 것으로 기대된다. 이러한 탱크는 더 높은 얼음 농도를 보장해야 하며 저장된 저온 전위를 완전히 사용할 수 있어야 한다.

적용들

많은 아이스 메이커 생산자, 연구 센터, 발명가들이 펌프 가능한 얼음 기술을 연구하고 있다.[25][26] 에너지 효율이 높고 크기가 작아지고 냉매 충전량이 적어 응용 분야가 다양하다.

선택

다양한 펌프식 얼음 제조기 설계와 많은 특수 적용 영역이 있다. 그 선택은 제조업자들이 개발한 컴퓨터 프로그램에 의해 촉진된다.

펌프식 얼음 기술을 사용하고자 하는 고객은 다음을 알아야 한다.

  • 필요한 최대/최소 냉각 용량(TR)
  • 24시간, 1주, 1계절, 1년 이상 발전소의 에너지 소비량(TR•h) 프로필
  • 냉장 보관할 제품의 온도 범위(물, 주스, 액체, 식품 및 생선)
  • 고객 위치의 온도 조건
  • 장비 배치에 대한 설계 제한 사항
  • 전원공급장치의 특성
  • 향후 확장 의도와 계획

저장 탱크를 설계할 때 다음과 같은 몇 가지 특징을 고려해야 한다.

  • PIT 시스템 사용 목표: 냉장제품과 직접 접촉할 수 있도록 펌프식 얼음을 적용하려면 믹서가 있는 저장 탱크를 설치해야 한다. 빙산형태로 얼음이 얼게 되는 경향을 극복하고 100m~200m의 거리에 걸쳐 파이프를 통해 얼음을 펌핑하기 위해서는 연속 혼합을 사용해야 한다. 열 에너지 저장 시스템에서 펌핑 가능한 얼음 애플리케이션에는 혼합이 필요하지 않다.
  • 사용 가능한 공간: 시공 유형(수직 또는 수평)과 저장 탱크의 수, 부지 치수 및 허용 높이를 결정해야 한다.
  • 필요한 일별 및 주별 저장 에너지: 저장 탱크의 비용은 펌프 가능한 얼음 시스템의 총 비용에서 중요한 요인이다. 일반적으로 저장 탱크는 생산에 필요한 것보다 10~20% 높은 저장 에너지 값으로 설계된다. 게다가, 탱크 안의 100% 얼음 농도는 불가능하다는 것을 기억해야 한다.

증발기 벽의 두께는 보통 다음을 보장하기 위해 결정된다.

  • 프로세스 중 지속 가능한 높은 열전달 유량
  • 외압을 견딜 수 있는 내부 배관의 인장 강도
  • 내부 압력을 견딜 수 있는 외부 파이프의 인장 강도
  • 부식을 위한 충분한 공간
  • 예비 부품의 가용성

증발기는 보통 껍질 지름이 작고 파이프 길이가 길면 더 싸다. 따라서 펌프 가능한 얼음 제조기의 증발기는 일반적으로 물리적으로 가능한 한 길지만 생산 능력을 초과하지 않는다. 그러나 펌프 가능한 얼음 제조기를 사용할 고객 현장에서 사용할 수 있는 공간 등 많은 제약이 있다.

유지보수 및 서비스

펌프 가능한 얼음 제조기는 예측 유지 보수와 청소 요건을 갖추고 있다. 특정 장비의 작동 조건에 따라 서비스 주기 및 서비스 유형이 결정된다.

펌프 가능한 얼음 제조기의 적절한 냉동 유지보수는 수명을 연장하며, 일상적인 유지보수는 냉각 압축기나 더러운 코일에 의한 공기 응축기의 팬 모터, 냉매 누출과 같은 주요 구성품 고장으로 인한 비상 서비스 발생 확률을 줄일 수 있다.

공랭식 펌프식 얼음 제조기를 유지하지 않아 발생할 수 있는 문제는 다음과 같다.

  • 공기 흐름을 제한하는 더러운 코일로 인한 팬 모터 고장
  • 더러운 콘덴서 코일로 인한 높은 전류 요구량 때문에 서모스탯 고장
  • 더러운 콘덴서 코일과 과도한 헤드 압력으로 인한 냉동 압축기 고장
  • 냉매 오일 과열 및 오염으로 인한 모세관(금속 장치)의 제한
  • 헤드 압력이 높고 콘덴서 코일이 더러워져 과도한 암페어로 인한 배선 연소 및 고장
  • 콘덴서 코일의 오염으로 인한 장시간 가동으로 인한 전기 소비량 증가
  • 응축수 선 오염 및 막힘.

펌프 가능한 얼음 제조기에서 액체 처리법은 입자를 1µm까지 제거하고 증발기의 열 전달 표면의 오염을 최소화하기 위해 사용된다. 판형 열교환기도 주기적으로 분해 및 세척할 필요가 있다. 펌프 가능한 얼음 제조기 또는 판형 열교환기에 들어가기 전에 액체를 적절하게 처리하면 축척량을 제한하여 세척 시간을 단축하고 유지관리 비용을 예방할 수 있다. 액체 필터 시스템의 크기를 잘못 조정하면 비용이 많이 들고 성능이 저하된다.

폐수처리

펌핑 가능한 얼음 기술은 폐수의 퇴적물을 청소(조명)하는 데 권장될 수 있다. 이 경우 액체 및 고체 단계의 후속 분리에 따른 동결 및 추가 용융을 포함하는 방법이 사용된다.[27] 이 방법은 퇴적물의 물리적 화학적 구조의 변화를 초래하며, 침전물의 고체 입자와 습기가 연결되는 모든 형태의 재분배에 의해 실현된다. 화학 시약이 필요 없다. 침전물의 결빙은 침전물의 자유수량 증가를 촉진하고 침전물의 침전 효율을 향상시킨다. 대부분의 습기는 어떤 조건에서도 확산될 수 있다. 따라서 수정 성장속도가 0.02m/h를 초과하지 않으면 콜로이드 세포에서 수분이 동결되는 수정 표면으로 이동하는 시간이 있다. 해동 후, 경화된 물은 산업용과 농업용으로 사용될 수 있다. 농축된 퇴적물은 프레스 필터에 공급되어 수분 함량을 더욱 감소시킨다.

해수 담수화

추가 정보: 담수화

기존 상용화된 담수화 방법은 다단계 플래시 증발, 증기압축, 다효과 증발, 역삼투, 전기투석 등이다. 이론적으로 얼리는 것은 위에서 언급한 방법보다 몇 가지 장점이 있다. 그것들은 더 낮은 이론적 에너지 요구 조건, 최소한의 부식 가능성, 그리고 거의 스케일링이나 침전성을 포함한다. 단점은 얼음과 물의 혼합물을 얼리는 것이 기계적으로 복잡한, 이동과 처리 둘 다와 관련이 있다는 것이다. 지난 50년 동안 소수의 담수화 스테이션이 세워졌지만 이 과정은 시정을 위한 담수 생산에 상업적으로 성공하지 못했다. 펌핑 가능한 얼음 기계는 높은 효율의 결정화 과정 때문에 적당한 대안을 제공한다. 그러나 현재 모델은 산업용 담수화 플랜트에 필요한 용량이 없지만 소형 모델은 소규모 담수화 필요량에 충분하다.

식품 액체와 주스의 농축 과정

현재 역삼투와 진공증진 기술은 주스와 다른 음식 액체를 농축하는 데 사용된다. 상업적 운영에서 주스는 보통 증발에 의해 농축된다. 1962년부터 열가속단시간 증발기(TEATE)가 널리 사용되어 왔다.[citation needed] TUSE 증발기는 효율적이고 위생적이며 세척이 용이하며 대용량, 조작이 간편하며 비용이 비교적 저렴하다. 반면 고온증기처리로 인한 제품의 열손상은 다소 있다. 이 치료법은 제품 품질과 아로마 손실을 초래한다. 증기와 처리된 주스 사이의 필름 계수의 값이 낮기 때문에, 그들 사이의 열 전달은 매우 비효율적이다. 그것은 TUSE 공장의 거추장스러운 건설로 이어진다. 대안은 냉방과 냉동과정에 의해 주스와 음식물을 농축하는 것이다. 이 경우 순수한 물의 결정체는 결정화에 의해 주스, 와인 또는 맥주에서 제거된다. 향과 색, 풍미가 농축된 매체에 남아 있다. 동결 농축 제품의 품질은 다른 기술로는 달성할 수 없다.[citation needed] 다른 냉동기술과 비교했을 때 주요한 장점은 낮은 에너지 지출과 액체에서 고체 얼음으로의 위상 변화 속도를 조절할 수 있는 가능성인데, 이는 순수 얼음 결정의 생산을 증가시키고 농축 주스나 식품 액체 및 얼음 결정의 분리를 단순화한다.

냉동식품액 생산

1990년대 들어 냉동 탄산음료와 냉동 무탄산 음료가 큰 인기를 끌기 시작했다.

거의 모든 냉동 탄산음료와 냉동 무탄산 음료의[28] 제조(공정 및 냉동 장비)는 펌프 가능한 얼음의 생산처럼 조직되어 있다.

냉동 탄산 음료

냉동 콜라

냉동 탄산음료 기계는 1950년대 후반 오마르 크네들릭에 의해 발명되었다.

냉동 탄산음료 제조의 경우, 향미 시럽, 이산화탄소 가스(CO2)와 여과수를 혼합하여 사용한다. 일반적으로 혼합물의 초기 온도는 12–18 °C이다. 탄산 혼합물은 기구의 증발기에 주입된 다음 원통형 증발기의 내부 표면에서 얼고 날개에 의해 긁어낸다(믹서가 60~200rpm으로 회전). 결정체의 내부 부피에서는 약간의 양압(최대 3bar)을 유지하여 액체로 가스가 분해되는 것을 개선한다. 현대 냉동 탄산음료 장치에는 모세관이나 자동온도조절 팽창밸브와 보통 공기응축기가 있는 재래식 냉동 회로가 있다. 냉매는 2벽 증발기의 캐비티로 직접 공급되거나 결정체의 외부 표면에 있는 나선형 증발기 상처로 공급된다. 증발기 벽은 스테인리스강 등급 SS316L로 제작돼 미국 식품의약국(FDA)의 요구조건에 따라 식품 접촉이 승인됐다. 증발기 온도는 -32 ~ -20 °C이다. 제조사는 냉동 탄산음료기의 시간당 용량을 밝히지 않지만 냉동 탄산음료 10.0kg을 생산하기 위한 에너지 지출은 1.5~2.0kWh가 될 수 있다.

결정체-믹서 혼합과 냉동 후에 냉동 탄산음료는 노즐을 통해 컵으로 배출된다. 최종 산물은 부유 얼음 결정체가 두껍게 혼합된 것으로 비교적 적은 양의 액체를 가지고 있다. 냉동 탄산음료 품질은 얼음 결정의 농도, 크기, 구조를 포함한 많은 요인에 따라 달라진다. 얼음물 혼합물의 농도는 용액의 위상도에 따라 정확하게 결정되며 50%에 도달할 수 있다. 최대 결정 크기는 0.5mm~1.0mm이다. 혼합물의 결정 초기 온도는 물 속 성분의 초기 농도에 따라 달라지며 -2.0°C에서 -0.5°C 사이에 있다. 제품의 최종 온도는 제조업체에 따라 -6.0 °C에서 -2.0 °C 사이에 차이가 있다.

인도에서는 냉동 탄산음료에 대한 관심이 주목됐다. 인도 정부는 박테리아 오염의 가능성을 이유로 시용수에서 생산된 얼음을 음료에 첨가하는 것을 금지하고 있다. 냉동 콜라 형태의 탄산음료를 사용하면 인도에서 얼음을 넣은 음료를 만드는 방법이 나왔다.

냉동 무탄소 음료

냉동 오렌지 주스

당초 냉동 탄산음료는 커피나 차, 요구르트를 원료로 과일, 채소즙, 음료 등을 이용해 생산됐다. 냉동 와인과 맥주 생산에 대한 연구가 진행 중이다.

냉동탄화되지 않은 음료 기계는 증발기의 작업량에서 유지되는 작은 양의 압력을 필요로 하지 않는다는 점에서 냉동 탄산음료 기계와 다르며, 이산화탄소 가스의 공급원이나 특별히 훈련된 직원이 아니다. 그렇지 않으면 현대 냉동 무탄산 음료기의 디자인은 냉동 탄산음료와 비슷하다. 냉동 무탄산 음료는 냉동 탄산 음료보다 얼음 농도가 낮고, 액수가 많은 경우가 많다. 냉동 무탄산 음료 기계는 냉동 탄산음료 기기보다 복잡하고 저렴해 더 흔하다.

아이스크림

아이스크림 생산 시장은 1990년대 내내 꾸준히 증가했으며 그 가치는 다변도의 미국 달러다.[29]

세계 8대 아이스크림 시장은 미국, 중국, 일본, 독일, 이탈리아, 러시아, 프랑스, 영국이다.[30] 업계의 핵심 경쟁자는 유니레버와 네슬레로, 이들은 시장의 3분의 1을 함께 장악하고 있다. 아이스크림을 소비하는 상위 5개국에는 미국, 뉴질랜드, 덴마크, 호주, 벨기에가 있다.[31]

산업용 아이스크림 냉동기의 현대적인 디자인은 높은 수준의 기계/운영자 인터페이스와 생산된 아이스크림의 최고 품질을 보장한다. 아이스크림 제조 공정은 저온 살균, 균질화, 아이스크림 혼합물의 성숙을 포함한다. 준비된 혼합물은 산업용 이중 튜브 스크래핑 결정체인 열 교환기에 들어가며, 이 과정에서 아이스크림을 미리 얼리고 츄어링하는 과정이 수행된다. 냉매 액이 증발하여 용기 재킷 안에서 계속 순환한다. 보통 아이스크림 혼합물의 초기 온도는 12–18 °C이다. 냉동고를 켜면 냉매의 증발온도가 -25~-32°C까지 낮아진다. 스크래핑된 표면 냉동고로 처리된 혼합물의 최종 온도는 약 -5 °C이며, 식에 따라 얼음 농도는 약 30–50%이다. 얼음이 어는 동안 얼음 결정체는 결정체 벽의 시원한 표면에 형성된다. 그것들은 날개로 제거되어 벌크에 섞이고, 계속해서 온도를 낮추고 제품 내 열 전달을 향상시킨다.

또한 혼합물을 채찍질하고 혼합물에 공기를 넣는 데 도움을 주는 회전식 대셔도 있다. 냉동된 제품은 그 후 유통업자에게 간다.

아이스크림의 질과 부드러운 식감은 아이스크림의 구조와 치수에 따라 달라지며, 아이스크림의 점성에 따라 달라진다. 물은 얼음처럼 순수한 형태로 액체에서 얼게 된다. 물 제거로 남은 액상당 혼합물의 농도가 높아져 동결점이 더 낮아진다. 따라서 아이스크림의 구조는 얼음 결정과 기포가 대부분의 공간을 차지하고 있는 부분적인 냉동 거품으로 묘사할 수 있다. 아주 작은 지방 구상체들이 흩어진 국면의 형태로 기포를 부풀리고 둘러싸고 있다. 단백질과 유화제가 차례로 지방 구상체를 둘러싸고 있다. 연속 상은 당분의 농축되지 않은 액체로 구성된다.

얼음 결정의 최종 평균 지름은 얼음이 얼는 속도에 따라 달라진다. 이것이 빠를수록 핵이 촉진되고 작은 얼음 결정의 수가 많아진다. 보통 냉각 처리 후 냉동실의 얼음 결정 치수는 약 35–80 µm이다.

수산업 및 식품산업

바닷물로 만든 펌프식 얼음이 채워진 욕조림
펌프식 얼음으로 식힌 생선

수산업과 식품산업의 냉방과정에 펌핑 가능한 얼음 기술 기반 장비를 사용할 수 있다.[32][33][34][35] 담수 고체 얼음과 비교했을 때 주요 장점은 동질성, 식품과 어류의 높은 냉각율이다. 펌프 가능한 얼음은 물처럼 흐르며 냉동 화상과 냉각된 물체에 대한 물리적 손상을 제거한다; 그것은 음식 품질을 높여 더 긴 저장 수명을 가능하게 한다. 펌프 가능한 얼음 기술은 식품 안전 및 공중 보건 규정(HACCP 및 ISO)을 충족한다. 펌핑 가능한 얼음은 기존 담수 고체 얼음을 사용한 기술에 비해 특정 에너지 지출이 적다.

슈퍼마켓

펌프 가능한 얼음 기술을 이용한 냉동 시스템은 슈퍼마켓 카운터(쇼케이스)의 공기 냉각에 매력적이다.[36][37] 이 용도를 위해 펌프 가능한 얼음이 냉각제로 이미 사용 가능한 배관을 통해 순환되어 R-22(프론)와 기타 염산플루오로카본(HCFCs)과 같은 환경 친화적이지 않은 냉매를 대체한다. 이 응용을 위해 펌프 가능한 얼음 기술을 사용하는 이유는 다음과 같다.

  1. 펌핑 가능한 얼음 열전달률은 소형 장비로 이어진다. 이 장비는 같은 용량의 다른 냉동장비를 판매하는 업체보다 규모가 작다. 바닥 면적이 적고 부피와 무게가 낮다.
  2. 펌프 가능한 얼음 구조는 이 냉각 매체의 매개변수를 상당히 개선한다. 증발기를 통과하는 용액의 1회 통과, 장비가 점유하는 단위 바닥 면적 당 또는 기기의 단위 중량에 따라 더 큰 용량을 계산할 수 있다.
  3. 펌프 가능한 얼음 기술을 사용하면 슈퍼마켓 진열장 또는 캐비닛 내부의 온도를 일정하게 유지하기가 쉽다.
  4. 펌프 가능한 얼음 기술을 통해 냉각 시스템의 유연성이 향상되어 요구 사항 증가 또는 감소에 따라 식품 캐비닛을 쉽게 재배열할 수 있다.
  5. 펌프식 아이스 기술 기반의 쇼 캐비닛은 직접 팽창 및 냉매 펌프 순환 시스템에 비해 냉각 배관, 설치 노동력 및 누출 발견 비용 절감.
  6. 펌프 가능한 얼음 기술의 높은 효율로 인해 열전달 프로세스는 냉각 장비에서 매우 낮은 냉매 충전으로 이루어진다.
  7. 직접 팽창 시스템과 달리 펌프식 아이스 기술 기반의 디스플레이 캐비닛과 케이스는 캐비닛 아래에 공기 응축기가 필요 없기 때문에 열을 발생시키지 않는다. 따라서 캐비닛 주위의 공기는 가열되지 않는다.
  8. 펌핑이 가능한 얼음 기술로 슈퍼마켓 진열장과 캐비닛의 성에 제거에 필요한 에너지가 줄어든다.

아이스 와인의 생산

펌핑 가능한 얼음 사용에 대한 넓은 시야가 "아이스 와인"(독일 아이즈웨인)을 연상시키는 특수 와인의 생산에 개방된다.[38] 기존 아이스 와인 생산기술과 비교하면 펌핑이 가능한 아이스 기술은 포도가 얼기까지는 몇 달을 기다릴 필요가 없다. 갓 짠 포도는 펌프 가능한 얼음 기계에 연결된 특정 용기에서 수확된다. 주스는 이 기계를 통해 펌핑되는데, 그 기계에서 얼음의 혼합물(소형의 순수한 얼음 결정체 형태)과 다소 농축된 주스가 나온다. 액체 얼음은 축적 탱크로 돌아가는데, 축적 탱크에는 (아키메데스 법칙에 따라) 얼음과 주스의 자연적인 분리가 있다. 당분 농도가 50~52°Brix에 이를 때까지 주기는 여러 번 반복된다. 그리고 발효 과정이 일어나며, 그 결과 이 알코올 음료를 발효된다.

열 에너지 저장 시스템

키프로스 올림픽 슈퍼마켓 지하에 설치된 펌프식 얼음 제조기 및 저장 탱크

급할 때 최대 수요 부하를 제거하기 위해 중앙집중식 수냉식 냉방 시스템에 펌프식 빙축열 에너지 저장 시스템(TESS)[39]을 사용할 수 있다. 이것은 건물의 운영비, 새로운 발전소와 현대적인 송전선로의 필요성, 발전소의 에너지 소비와 오염, 그리고 온실 가스 배출량을 감소시킨다. 가장 낮은 kWh 관세로 오프피크 전기시간대에 펌핑 가능한 얼음을 만들어 축적하자는 취지다. 저장되어 있는 펌핑 가능한 얼음은 중간 또는 높은 관세 부과 시간 동안 건물로 공급되는 장비나 공기를 식히기 위해 사용된다. 투자수익률(ROI)은 2~4년이 걸린다. 정적 및 동적 빙축열시스템과 비교했을 때 펌핑 가능한 빙하의 생산 중 전체 열전달계수(OHTC)는 전술한 TES 유형에 대해 동일한 계수보다 수십배 또는 수백배 이상(효율적) 높다.[40] 이는 증발기에서 끓는 냉매와 정적 및 동적 빙축열 시스템의 저장 탱크 내 물/얼음 사이에 다양한 종류의 열저항이 존재한다는 점에서 설명된다. 높은 OHTC 값 펌프 가능-얼음 기술 기반 TES는 구성품 부피의 감소, 저장 탱크 부피의 최대 달성 가능한 얼음 농도의 증가, 그리고 궁극적으로 장비 가격의 하락을 의미한다. 일본, 한국, 미국, 영국[41], 사우디아라비아 등에 펌프식 얼음 기술을 기반으로 한 테스가 설치됐다.[42]

약

개발된 특수 아이스 슬러리의 구현에 기초한 보호 냉각 프로세스가 의료용으로 개발되었다.[43] 이 경우 펌프 가능한 얼음은 복강경 검사 또는 내과 튜브를 통해 동맥 내, 정맥 내, 장기의 외부 표면을 따라 주입할 수 있다. 펌프식 얼음이 뇌졸중이나 심장마비 후 허혈성 손상을 예방하거나 제한하기 위해 장기를 선택적으로 냉각시킬 수 있다는 사실이 확인되고 있다. 병원 내 신장 복강경 시술을 요하는 동물 시뮬레이션 조건에 대한 의료 테스트 완료. 프랑스와 미국의 연구 결과는 아직 미국 식품의약국(FDA)의 승인을 받지 못했다.[44] 약용에서 펌프 가능한 얼음 기술의 이점은 다음과 같다.

  1. 펌핑 가능한 얼음은 좁은 카테터를 통해 쉽게 펌핑할 수 있으며, 높은 냉각 용량과 장기의 신속하고 표적적인 냉각을 제공한다.
  2. 펌프 가능한 얼음은 수술 중 대상 장기의 보호 냉각 및 온도 관리를 제공할 수 있다.
  3. 펌프 가능한 얼음은 심장마비와 뇌졸중과 같은 의료 응급상황의 희생자들을 돕는다.

스키장

스키장은 주변 온도가 20℃에 달할 때도 눈 생산에 대한 관심이 높다. 알려진 제설 장비의 치수 및 전력 지출은 습도와 바람 조건에 따라 달라진다. 이 제설 장비는 지면에 도달하기 전에 공기 중으로 분사되는 물방울이 얼어서 주변 온도가 -4 °C 미만이어야 하는 것을 기본으로 한다.

VIM(Vacuum Ice Maker) 테크놀로지가[45] 생산한 펌핑 가능한 얼음은 전문 스키어들이 겨울 시즌(늦가을과 초봄)을 전후해 훈련 기간을 늘릴 수 있게 해준다. 펌프 가능한 얼음 과정은 다음과 같이 구성된다. 소금 용액은 VIM 내부의 매우 낮은 압력에 노출된다. 그 중 작은 부분은 진공력 때문에 물의 형태로 증발하는 반면, 남은 액체는 얼어서 혼합물을 형성한다. 수증기는 VIM에서 지속적으로 배출되어 압축되고 원심압축기의 특수 구조로 인해 응축기로 공급된다. 표준수냉기는 수증기를 응축하기 위해 5 °C에서 냉각수를 공급한다. 액체-얼음 혼합물은 얼음 결정체가 액체와 분리되는 얼음 농축기로 뿜어져 나온다. 고농도 얼음은 집선 장치에서 추출된다. VIM은 오스트리아와 스위스 스키장에 설치되었다.

참고 항목

참조

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외부 링크