KR100874565B1 - 흡열 반응을 이용한 자가 냉각 보틀 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분말상의 유기산계 화합물과 Na, K, Ca 계의 탄산염에 물을 촉매로 하면, 탄산가스가 배출되면서 흡열반응을 일으키는 현상을 이용하여 기존의 맥주나 음료의 병에 냉각 조를 장입하여 필요 시, 간단한 조작만으로 맥주나 음료를 차갑게 하여, 식음 시, 청량감을 제공하는 자가 냉각 보틀에 관한 것이다. 즉, 제한된 공간 내에서, 화합물 A와 B 또는 C 와 적정량의 물을 촉매로 하여, 비사용 시에는 화합물들과 물을 격리 보관하고 있다가, 식음을 하고자 할 때, 자가 냉각 보틀의 아래 면을 개봉하고, 버턴을 누르거나 또는 돌리거나 하는 간단한 조작만으로 냉각 조 내의 물주머니가 터지면서, 화합물들과 혼합되면, 순간적으로 흡열반응을 일으키면서, 탄산가스를 발생하게 되고, 이러한 탄산가스 등의 가스만을 냉각 조에 미리 성형된 배출 튜브를 통해 외부로 배출하게 되고, 이러한 탄산가스 등의 배출에 의한 냉각을 맥주나 음료의 내용물들과 직접 접촉하고 있는 냉각 조의 내면에 섬유질의 윅을 설치해 놓음으로서 내용물이 가지고 있는 열량이 냉각조의 면 두께를 통해 모세관력에 의해 수분을 머금고 있는 윅에 전달됨으로서 이러한 수분이 증발되어 빠른 열전달을 하게 되고 수분 내에 맥주나 음료가 청량 온도까지 냉각되도록 한 것이며, 이렇게 냉각된 연 후에, 기존의 음료를 마실 때와 마찬가지로 뚜껑이나 마개를 개봉하여 청량감을 만끽하면서 식음토록 한 것이다.

자가 냉각, 냉각조, 유기산계 화합물, 탄산염 화합물, 흡열 반응, 모세관력, 윅(Wick),

Description

흡열 반응을 이용한 자가 냉각 보틀{Self Chilling Bottle utilizing Endothermic Reaction}

현재의 인류가 한해에 소비하고 있는 냉 음료의 숫자는 수십 조 개에 달하고 있으며, 해당 냉 음료 업계에서도 임의의 장소에서 필요 시, 수분 안에 빠르게 음료를 차갑게 하여 식음 할 수 있는 자가 냉각 캔 또는 보틀을 갈구해온지 오래이다. 이러한 자가 냉각 캔 또는 보틀을 구현하기 위해서는 작은 음료 용기의 크기나 무게의 큰 증가가 없어야 하고, 사용 시, 인체에 무해하여야 하며, 단시간 내에 냉각이 가능하면서도, 친환경 제품으로서, 음료 가격에 대해 무리한 포장비 부담을 주지 말아야 한다는 기본적인 제약 조건이 상존하여 왔다. 이러한 제약 조건을 해소하기 위해서는, 인체에 무해하면서도 친환경적인 냉각 물질의 선택과 냉각 기구와 음료와의 빠른 열전달, 단순하면서도 경제성 있는 구조를 실현 시킬 수 있는 기술의 뒷받침이 있어야 한다. 따라서, 본 발명은 식음 첨가제 화합물 중에서 분말상의 유기산 화합물과 탄산염 화합물 중에서 물을 촉매로 하여 반응 하면, 탄산가스 등의 배출로서 흡열반응을 하는 냉각물질을 선택하고, 단순 구조와 간단한 조작 만으로서도 냉각 반응을 초래할 수 있도록 하였으며, 빠른 냉각 효과를 위해, 음료와의 접촉 내면에 빠른 열전달을 촉구할 수 있는 윅을 설치한 단순, 경량, 염가의 자 가 냉각 보틀을 제공한 것이다. 또한, 기존의 자가 냉각 캔에서 사용하려고 시도 했던 환경 파괴적이면서도 지구 온난화를 초래하는 냉매를 배제하고, 또한, 물만을 냉매로 사용하려고 하는 냉각 캔의 무게 증가나 비경제성을 떠나, 인체에 무해하고 친환경적인 화합물과 물만을 사용하는, 단순하면서도 경량이고, 경제성이 있고, 더욱이, 빠른 냉각 효과를 제공하여, 식음자에게 식음 시, 기다림이란 불편함을 말끔하게 씻어 준 자가 냉각 보틀을 실현한 것이다.

본 발명의 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀의 배경 기술은 크게 세 가지로 분류할 수 있는데, 첫째로, 일반적으로 냉각이란 냉각물질이 유체나 고체에서 기화하거나 팽창에 의해 열을 주위로부터 흡수하는 과정이다. 드라이아이스와 같이 대기 중에서 자연 기화하는 경우도 있지만, 대개의 경우, 미리 압축 액화된 냉각물질을 팽창 변을 통해 팽창시킴으로 냉각이 이루어짐으로, 냉각물질을 보관하기 위해서 자연히 압력 용기이어야만 한다. 대기압 하에서 전체의 냉각과정이 이루어지려면 화합물의 흡열 반응 이외에는 기대할 수 없다고 하겠다. 따라서, 이러한 냉각 화합물 과 그 양을 선정함에 있어, 인체에 무해하며, 친환경적인 화합물과 열평형에 의한 계산에 따라 선택하는 것이다. 둘째로, 화합물의 흡열 반응에 의한 냉각조와 냉각 보틀 내의 음료와의 온도차에 의한 열량을 어떻게 빠른 열전달로 유도하느냐 하는 것이다. 마지막으로, 간단하면서도 단순한 조작에 의해 화합물과 물과의 흡열반응을 유도하고, 이 때, 발생된 반응 용액은 냉각조에 잔류시키면서 가스와 열을 머금고 있는 증기 등만을 여하히 지장 없이 외기로 배출하느냐 하는 것이다.

상기 세 가지 해당 기술을 세부적으로 기술하면 아래와 같다.

- 최대 흡열 반응을 위한 친환경 화합물 및 열평형에 의한 용량 선정 기술

- 음료와 냉각 조와의 빠른 열전달 유도 기술

- 화합물의 혼합 방안 및 반응 액을 배제한 배기 기술

맥주 또는 음료의 대부분은 차게 하여 식음하는 것이, 음료의 맛과 청량감을 더해준다는 것은 잘 알려진 사실이다. 그러나 여행 중이거나 야외 활동 시 등과 같이, 시공간의 제약 없이, 언제, 어디서나 식음 자가 원할 때마다, 보관 중인 맥주나 음료를 차게 해서 마실 수 있는 방안은 아직까지 마련되어 있지 않고 있다. 현재까지, 기존의 냉매를 이용하여 자가 냉각 캔의 개발을 한 적이 있으나, 사용된 냉매가 높은 지구온난화 지수 등으로 친환경적이지 못하였다. 또한, 젤리상의 물의 증발과 이로부터 발생된 열을 수집하는 방안이 강구되어 개발 중에 있으나, 냉각시간의 지연이라는 기술적인 문제점과 제조 단가의 경제성이 문제시 되고 있는 것으로 알려져 있다. 알려진 바에 의하면, 큰 용량의 맥주에 이와 유사한 기술이 적용되어 상용화 된 바 있으나, 보통 크기의 맥주나 음료 용기에의 적용은 하지 못한 것으로 발표된 적이 있다. 따라서 본 발명은 상기와 같은 맥주나 음료 용기의 크기, 제조의 경제성 및 친환경 적인 자가 냉각 보틀을 개발하려는 데에 있다. 이렇게 하기 위해서는 친환경적인 냉각 물질을 찾아내야하고, 이러한 물질을 찾았다고 하더라도, 어떠한 방식으로 맥주나 음료 등의 내용물과의 열 교환을 빠른 시간 내 에 달성하느냐 하는 것과 맥주나 음료의 가격 대비 적절한 제조 단가 범위 내에서 가능한 간단하면서도 단순 조작에 의해 자가 냉각 효과를 이룩해야만 한다. 참고 상, 이러한 자가 냉각 캔 또는 보틀의 경제성은 대형할인 마트에서의 구입가 대비 자판기에서의 판매가 차이의 범위 내에서 포장비가 책정되어야 한다는 분석이 있어 왔다.

또한, 이동 및 운반 시를 고려하여, 자가 냉각 캔 또는 보틀의 무게도 고려의 대상이다. 별도로 맥주나 음료의 냉각 중, 반응 액을 배제한 가스 등 만이 배기되어야 하고, 배기된 가스가 환경이나 식음자에 어떠한 지장을 초래하지 않을 것이 요구된다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제 점 및 과제를 최대 흡열 반응을 위한 친환경 화합물로서의 냉각물질의 선정 및 열평형에 의한 그의 적정양의 결정 기술, 음료와 냉각 조와의 빠른 열전달 유도 기술 및 화합물의 혼합 방안 및 반응 액을 배제한 배기 기술의 3가지 기술과 더불어 간단하면서도 단순한 구조로서 보다 경제적인 자가 냉각 보틀을 구현하고자 하는 것이다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위해서, 우선, 친환경적인 화합물로서, 물을 촉매로 하여 탄산가스를 발생하고 흡열반응을 하는 냉각물질을 찾아 활용하는 것이 가장 효과적이라 하겠다. 본 발명은 이를 위하여 분말상의 유기산 화합물과 Na, K, Ca 계 탄산염에서 물을 촉매로 반응을 하는 물질 중, 최대의 흡열반응을 하는 물질들을 선정하여 반응 시험을 행하고 흡열 양을 확인하여 사용하였다. 이렇게 확인된 흡열 양으로서 자가 냉각 보틀 내에 들어 있는 맥주나 음료의 양이 식음 시 청량감을 줄 수 있는 온도, 즉, 통상 보관 중인 맥주나 음료의 온도를 35℃라고 하면, 일반적으로 식음 시의 맥주나 음료의 적정 온도인 5℃까지의 냉각에 필요한 열량에 대응하여, 빠른 열전달이 달성되어야 한다. 이러한 빠른 열전달을 위해서는 흡열 반응 시, 발생되는 탄산가스와 냉각조 내면에 윅을 설치하여 맥주나 음료의 내용물로부터의 열량이 냉각조의 전면에 걸쳐 열전달이 되면서, 이러한 열량이 윅에 침윤되는 물을 증발 시, 발생되는 증기와 더불어 자가 냉각 보틀 밖으로 배출시키는 것이 냉각에 있어서 가장 효과적인 것으로 알려져 있다. 이것은 히트파이프 냉각기술의 일부를 활용한 것으로서, 흡열반응에 의한 냉각 시, 냉각조 내의 압력을 고려하여 모세관력에 의한 물이 냉각조의 윅에 까지 침윤되어, 맥주나 음료로 부터의 열량을 냉각조 전면에 걸쳐 열전도에 의한 열전달이 이루어지면, 그 열량에 의해, 윅에 침윤된 물이 증기 상으로 변환되면서, 흡열반응에 의해 발생된 탄산가스와 더불어 외기로 배출되도록 하면, 냉각조 내의 온도가 하강하는 것은 의심의 여지가 없다.

이러한 냉각 과정을 이행하기위해서는, 냉각조의 전 외면이 맥주나 음료와 직접 접촉하게 하였으며, 냉각조 내에는 평소 보관 시, 냉각물질들 각각의 봉투와 물을 별도로 저장하였다가, 식음 시, 수분 전에 자가 냉각 보틀의 배면 뚜껑을 따고, 그 내면 상에 있는 가스배출 튜브를 누르거나, 돌림으로 인해서, 냉각조 내에 팽창되어 있는 물주머니와 냉각 물질들의 봉투를 터뜨리게 하여, 순간적으로 냉각물질들과 물이 혼합되면서 흡열 반응이 일어나도록 하였으며, 흡열 반응에 의한 탄 산가스의 발생과 맥주나 음료로부터의 열량이 냉각조의 전 외면을 거쳐, 내면의 물이 침윤된 윅으로 전달되어 해당 열량에 의해 물이 증기 상으로 변환되고, 이렇게 발생된 탄산가스와 증기가 냉각조의 가스 배출 튜브를 통하여 외부로 배출되면서 자가 냉각 보틀 내의 내용물의 온도를 수분 내에 식음을 위한 청량 온도에 도달하게 되면, 통상의 음료용 캔이나 보틀에서와 같이 뚜껑이나 마개를 개봉하여 청량감 있는 맥주나 음료를 식음토록 한 것이다. 이러한 목적을 위해, 보관 중인 맥주나 음료를 청량감 있는 온도로 낮추기 위해서는 맥주나 음료인 내용물이 가지고 있는 잠열을 냉각물질의 흡열 반응과 냉각조 내면의 빠른 열전달로서 발생된 탄산가스와 증기를 예측된 시간 내에 배출튜브를 통하여 배출 될 수 있도록 하였다. 이러한 열평형에 의한 열전달과 열전달의 매체인 가스와 증기의 배출질량의 양을 조절할 수 있도록, 냉각조 내면에 소요 매쉬의 윅과 배출 튜브의 내경 및 높이를 결정하여, 요구된 냉각시간 내에 가스와 증기만의 배출에 의해서 자가 냉각 효과가 이루어지도록 하였다.

여기에서, 요구된 냉각 시간은 2 분 정도 이내 이다.

상기에서 언급한 바와 같이, 금세기에 있어서, 맥주나 음료 시장에 있어서, 냉각 음료가 차지하는 비중은 점진적으로 확대일로에 있으며, 해당 냉 음료 업계에서도 임의의 장소에서 필요 시, 수분 안에 빠르게 음료를 차갑게 하여 식음할 수 있는 친환경적인 자가 냉각 캔 또는 보틀을 갈구해온 지 오래이다. 이러한 수요에 맞추어, 본 발명인 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀은 친환경적이면서도 인체에 무해한 식자재 첨가제 중에서 분말상의 유기산 화합물과 Na, K, Ca 계 탄산염을 냉각 물질로 하고 물을 촉매제로 하여 흡열반응을 유발토록 하였으며, 이러한 반응에 의해 생성되는 탄산가스와 음료와의 빠른 열전달을 위하여 증발되는 증기만을 외기로 배출하므로 자가 냉각 캔 또는 보틀에 적용할 수 있는 인체에 무해하면서도 환경 친화적인 냉각물질을 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 냉각하려고 하는 맥주나 음료 등의 내용물을 음료 용기에 보관시 갖고 있는 높은 온도로부터 식음 시, 청량감을 줄 수 있는 온도에 까지 낮추기 위해서는 내용물이 갖고 있는 잠열, 즉 열량을 2 ∼ 3 분 내에 흡열하여 외기로 배출하도록 선정된 냉각물질의 흡열반응에 소요되는 열용량과의 평형에 의한 정량의 선택과 잠열을 지니고 있는 내용물과 직접 접촉하고 있는 냉각조의 내 표면에 냉각용 히트파이프의 특성 중에 하나인 모세관력이 있는 윅을 설치하여, 촉매로 사용하고 있는 물 등이 해당 윅에 침윤되어, 잠열에 의해 증기상으로 변환하여, 냉각조의 흡열반응에 의해 생성된 탄산가스 등과 더불어 냉각조의 배출 튜브를 통하여 외부로 배기되도록 한 구조를 가지게 하여서, 식음 시, 해당 냉각과정을 진행시키면 열평형에 의한 냉각에 의해 내용물인 맥주나 음료의 청량감을 줄 수 있는 온도를 달성하도록 하였다. 이와 같이 본 발명은 보관 중인 맥주나 음료의 외기 조건을 미리 예측하고, 내용물의 양이 정해지면, 그에 따른 내용물의 잠열에 대응되는 냉각물질 및 물의 양을 열평형에 의한 계산에 따라 미리 결정하여 흡열 반응식 자가 냉각 보틀의 용량 및 크기를 설계 및 제작할 수 있는 효과가 있는 것이다.

또한, 본 발명인 흡열 반응을 이용한 자가 냉각 보틀은 사용자가 보관하여 여하한 외기 여건 하에서도 자신이 원하는 임의의 장소에서 간단한 조작만으로 기다림 없이 식음하여 목마름과 청량감을 동시에 해소하는 효과가 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 상세하게 설명하고자 한다.

도 1 은 본 발명인 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀 10 의 외양으로서 식음 시, 개봉해야 하는 마개 11 과 흡열반응이 일어나는 냉각조 및 가스 배출 튜브를 내장하고 밀폐시킨 아래 면에 별도의 뚜껑 12및 따개 13 가 있는 것을 제외하고는 기존의 맥주나 음료용 캔이나 보틀과 외양이 거의 유사한 모양을 가진 자가 냉각 보틀 10의 A-A 단면도를 참조하여 그 구조를 설명하면, 보틀 10의 내부에는 3 개의 공간을 이루고 있는데, 우선, 맥주나 음료인 내용물을 보관하는 공간 [100]과 흡열반응의 개시를 위해, 누르거나 돌리는 방식의 배출 튜브 14 또는 버튼 15를 수용하는 공간 [200]과 냉각 물질로서 탄산염계 화합물 A와 분말 상 유기산 화합물 B를 수성접착제로서 잠정적으로 분리 보관하고 있는 냉각물질 주머니 16과 촉매로서 작용할 물주머니 17과, 이러한 냉각물질과 촉매인 물이 흡열반응을 개시 하도록 동시에 터지게 하는 가스 배출 튜브 14 를 수용하는 공간 [300]으로 나누어져 있으며, 사용자가 식음하고자 할 때에는 따개 13으로서 보틀 10의 아래면 뚜껑 12을 따고, 버턴 15를 누르면, 가스 배출 튜브 14가 내려가면서 종이 등의 다공성 재질로 되어 있는 냉각물질 A 와 B가 들어 있는 주머니 16이 찢어지고, 동시에 물주머니 17이 터져, 흡열반응이 개시되고, 버턴 15를 놓으면, 스프링 20 에 의해 배출 튜브 15 는 본래의 위치로 돌아가며, 이때, 내용물과 냉각 공간 [300]과의 보다 원활한 열전달을 위해 냉각조 18의 외면에 보다 넓은 전열면적을 위해 냉각용 주름 19와 냉각조 18의 내면에는 보다 빠른 열전달을 위해 냉각 히트파이프에 적용되는 윅 21을 설치한 것을 특징으로 하는 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀 10을 보여주고 있다.

도 2 는 본 발명인 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀의 상기 실시 예에 있어서, 식음용 마개 11 은 잠근 그대로 놔두고, 그 배면에 뚜껑 12를 따개 13을 잡아 당겨 개봉하면, 공간 [200]이 나오고, 그 공간 내에 가스 배출용 버튼 15를 누르면, 가스 배출용 튜브 14가 아래로 내려감으로 인해, 튜브 외면에 점착성 풀로 붙어 있던 탄산염계 화합물 A와 유기산계 화합물 B를 분리 보관하고 있던 다공성 섬유질 주머니 16이 찢어지고, 도 1에서와 같이 물로서 팽창되어 있던 물주머니 17이 튜브 14 의 첨단부의 날카로운 면에 닿는 순간에 터져서, 공간 [300]의 아래쪽으로 물풀(pool) 17A를 형성하여, 냉각물질 주머니 16으로부터 흘려내려 오는 냉각물질 A와 B가 물풀 17A로 녹아 들어가면서 흡열반응에 의해 탄산가스가 배출되고, 이로 인해, 공간 [300]의 온도는 하강하여, 공간 [100]에 보관중인 맥주나 음료의 내용물이 가지고 있는 잠열로부터, 냉각조 18의 외면과의 접촉면으로의 열전도에 의한 열전달이 개시되고, 냉각조 18의 내면에 부설된 윅 21로 침윤된 수분이 이 열에 의해 증기상으로 전환되면서, 탄산가스와 더불어 상승된 압력에 의해 배출튜브 14의 내 통로를 거쳐 외기로 배출되는 상태 30로 된다. 이러한 냉각과정을 대략 2 분 이내에 완료하려면, 흡열반응에 의해 배출되는 탄산가스의 양과 냉각조 18 로의 열전달에 의해 발생되는 증기 양에 의한, 공간 [300]내의 압력 상승과 더불어, 발생된 유속으로 탄산가스와 증기의 합한 양이 가스배출 튜브 14를 거쳐 배출하도록 가스 배출 튜브의 내경을 결정하였다. 따라서 도 2는 본 발명인 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀 10 의 식음용 마개 11는 개봉하지 않고, 그 배면에 있는 뚜껑 12를 따개 13 을 당겨서 개봉하고, 개봉된 공간[200] 내의 가스 배출용 버턴 15를 누르는 동작 하나로, 냉각조 18 내의 흡열반응과 공간 [100]내에 보관 중인 맥주나 음료의 내용물과의 냉각조 18 내의 공간 [300]과의 열 교환에 의해 발생된 탄산가스와 증기가 2분여 내에 가스배출 튜브 14를 통해 외기로 배출되는 것으로 냉각과정이 완료되는 양태를 도시하고 있다.

도 3 은 도 2에서와 같이 냉각과정이 완료된 본 발명인 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀 10을 식음을 위해, 기존의 맥주나 음료의 식음 시와 같이 보틀 10 의 마개 11을 개봉하여, 공간 [100] 내에 보관 중이었던 해당 내용물을 마시게 되면, 그 때, 냉각조 18 내의 공간 [300]에 흡열반응과 열전달 후에 잔류 용액의 수위 17A가 가스 배출 튜브 14의 높이보다 아래에 위치하도록 튜브 14의 길이를 결정하여 제작함으로서, 식음 시에도 공간 [300] 내의 잔류 가스나 증기 이외는 누설되지 않는 기능을 가진 것을 보여주고 있다.

도 4는 본 발명인 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀 40의 다른 실시 예로서 상기의 실시 예에서와 같이 식음용 마개 41 과 그 배면에 뚜껑 42 와 따개 43을 갖는 동일한 외양을 갖고 있으나, 도 4 의 단면도 D-D를 참조해 보면, 냉각조 48 의 공간 [300] 내의 냉각물질 봉투 46과 물주머니 47의 아래 위가 뒤 바뀌었음을 알 수 있고, 이는 냉각과정을 위해, 본 발명인 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀 40의 아래 면을 위로 향하게 하였을 때, 냉각조 48의 공간 [300]에서의 물주머니 47을 위쪽으로 배열하여, 흡열반응을 예리한 칼날 50이 달린 손잡이 45를 돌리게 되면, 물주머니 47의 목 부분이 잘려지면서, 물주머니 47 내에 보관되었던 물이 순간적으로 다공성 섬유질과 수성 접착제로 분리 포장된 냉각물질 A와 B의 보관 봉투 46으로 스며들어가, 냉각물질 A와 B 그리고 촉매의 역할을 담당하고 있는 물이 혼합되면서, 흡열반응이 개시되도록 하였으며, 여기에서도 상기의 실시 예에서처럼 공간 [100] 내에 있는 맥주나 음료의 내용물과 냉각조 48 내의 공간 [300]과의 빠른 열전달을 위해 냉각조 48의 외면에 주름상의 열 핀 49와 내면에 소정의 매쉬로 된 윅 51을 설치한 것을 특징으로 한 본 발명의 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀 40의 다른 실시 예를 보여주고 있다.

도 5는 본 발명인 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀 40의 다른 실시 예에서 흡열반응을 개시하기 위하여, 보틀 40의 바닥면의 뚜겅 42를 따개 43을 당겨 개봉한 후, 칼날 50 이 부설되어 있는 마개형 손잡이 45를 시계방향으로 돌리면, 도 4 의 물주머니 47의 목 부분과 가스 배출 튜브 44 의 일단이 절단됨으로서 냉각물질 A 및 B와 촉매로 작용하는 물이 냉각조 48 아래 부분에 반응 풀 47A를 형성하여, 탄산가스 등이 발생하고, 이로 인하여 냉각조 48 내의 공간 [300]의 온도가 내려감으로서 공간 [100]내의 내용물의 잠열로부터 냉각조의 넓은 전열면적인 주름상의 냉각핀 49를 통해 냉각조 48 내면의 윅 51에 침윤된 수분이 증발되어 증기로 전환 되는 열전달 과정으로 공간 [300]으로부터 탄산가스와 증기(여기서 46A 참조)만이 가스 배출 튜브 44를 경유하여 외기로 배출되는 상황 60 이 연출되도록 하였으며, 이러한 발열반응과 열전달 과정에 의한 냉각 과정이 종료 되는 시점에 본 발명인 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀 40을 기존의 맥주나 음료의 내용물을 식음할 때와 동일하게 해당 보틀 40을 바로 세운 후, 음료용 마개 41을 개봉하여 청량감 있는 맥주나 음료를 즐길 수 있도록 하였으며, 앞서 실시 예에서와 마찬가지로 식음 시, 가스 배출 튜브 44의 내경과 깊이를 가스만이 2 분여 만에 배기되도록 결정하여 제작된 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀 40의 다른 실시 예를 예시하였다.

본 발명인 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀의 상기 두 가지 예에 있어서, 흡열반응에 적용될 수 있는 냉각물질과 원활하면서도 빠른 열전달을 위한 전열면적 및 윅에 대한 구체적 사례와 냉각과정에 필요한 가스배출 튜브의 내경 및 길이에 대한 선정 방법에 대해서 보다 자세하게 설명하면,

우선, 냉각물질 A와 B 그리고 촉매제인 물의 흡열반응에 대한 한 예만을 예시하면,

NaHCO₃ + 2CH₃COOH + H₂O → CH₃CO₂Na + 3CO₂ + 4H₂ - Q₁ Kcal 또는 3NaHCO₃ + 2C6H8O7 + 2H2O→Na₃C6H5O7 + 9H₂ + 9CO₂ (GAS) - Q₂ Kcal 여기에서는 증조와 초산(빙초산) 및 구연산만을 예로 하였으나, 그 선택의 범위는 흡열량의 결정에 따라 K 또는 Ca 계 탄산염 화합물과 다양한 분말 상 유기산 화합물을 선택할 수 있겠다.

원활한 열전달을 위한 전열면적의 결정은 냉각조의 소재의 선택에 따라 다르 며, 열전도성이 양호한 알미늄의 경우에는 별도의 주름상의 열 핀이 필요하지 않으나 열전도가 낮은 플라스틱에서는 주어진 시간 내의 열전달이 요구됨으로 전열면적에 따른 열 유량의 비례관계에서 소요되는 전열면적의 계산이 가능하다.

또한, 신속한 열전달을 위하여 냉각 히트파이프의 원리를 이용한 윅의 선정에는 수두와 주위 압력 및 모세관력에 의존하게 되는데 1 리터 용량의 맥주나 음료인 내용물의 경우에는 냉각조의 수두가 120 mm이하이므로 150 ∼ 200 매쉬로서 충분한 결과를 얻을 수 있다. 특히, 가스 배출 튜브의 내경 및 길이를 결정하는 주요 인자는 1 리터의 내용물을 35℃에서 청량감 있는 온도 인 5℃ 이하로 냉각하려면 대략 30 Kcal의 흡열양이 필요하므로, 이에 대응하는 냉각물질의 해당 mol수를 계산하여, 발생되는 탄산가스 등의 유량과 2 분대라는 냉각시간을 고려하면 가스 배출 튜브의 내경은 약 7mm 정도로 책정될 수 있겠다.

마지막으로 해당 튜브의 길이는 촉매제인 물의 해당 mol 수와 증발되는 양을 고려하여 120 미리 높이와 70 미리의 직경을 갖는 냉각조에서는 대략 65 mm 정도의 해당 튜브의 길이를 갖게 된다.

본 발명의 사상인 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀이 상기 두 가지 실시 예 만에 국한되는 것이 아니라, 해당 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 다음의 청구범위 내에서 여러 가지 형태의 보틀을 강구할 수 도 있겠다.

본 발명인 흡열 반응을 이용한 자가 냉각 보틀은 기존의 음료용 보틀에 그 크기나 무게의 커다란 증가 없이 경제적인 범주 내에서 제작하여 판매할 수 있는 기술의 적용과 여하한 청량음료나 음식물 등을 일반 대기 중에서 보관하였다가 필요 시, 즉 언제 어디서나, 용기나 포장을 개봉 후, 간단한 조작만으로 2 ∼3분 내에 청량감 있게 식음할 수 있는 방안이 마련될 것으로 기대된다.

또한, 본 발명은 냉각 물질로서 식자재의 첨가제 등을 사용하고 있음으로, 조리된 음식물을 순간적으로 청량감 있게 또는 시원하게 식음을 하려고 할 때에 적용시킬 수 있는 인체에 무해하면서도 친환경적인 식음 청량 방법으로서 하나의 지침이 될 것으로 믿어 마지않는다.

도 1 은 본 발명인 흡열반응을 이용한 자가 냉각 보틀의 한 실시예로서 식음시의 마개와 냉각 시 개봉해야 할 뚜껑을 보여주고 있는 사시도와 흡열반응을 위한 냉각 물질들과 누르는 방식의 가스 배출 튜브 등을 나타낸 A-A 단면도이다.

도 2 는 식음 전, 본 발명인 자가 냉각 보틀의 한 실시예의 냉각을 위해 배면의 뚜껑의 개봉 후, 누르는 동작을 보여주는 사시도 및 냉각조 내부에서의 냉각물질이 물과의 반응에 의해 가스가 외부로 배출되는 과정을 나타낸 B-B 단면도 이다.

도 3 는 본 발명의 상기 실시 예에서 냉각완료 후, 식음 용 마개를 열고 식음하는 모양을 보여주는 사시도 및 그 때의 냉각조 내부의 상황을 나타낸 C-C 단면도이다.

도 4 는 본 발명의 다른 실시 예로서, 냉각조의 흡열반응의 개시를 위해 칼날이 달린 손잡이를 돌리는 방식으로 한 사시도 및 그의 D-D 단면도이다.

도 5 는 다른 실시예의 냉각을 위하여 뚜껑의 개봉 후 칼날이 달린 손잡이를 돌려서 물주머니와 배기 튜브의 일단을 절단하여 개시 된 흡열반응과 발생 가스가 외부로 방출되는 현상을 보여주는 E-E 단면도 이다.

Claims (7)

1. 내부에 소정의 공간이 마련되고, 외면에는 전열면적을 넓히기 위한 냉각용 주름이 형성되며, 내면에는 신속한 열전달을 위한 다수의 윅(wick)이 돌출되는 냉각조;

   상기 냉각조 내부에 마련되며 맥주나 음료 등의 내용물을 제한된 시간 내에 청량감 있는 온도까지 낮추기 위한 흡열반응 물질인 Na, K, Ca을 기본 원소로 하는 탄산염계 화합물과 분말형태의 유기산계 화합물을 서로 분리하여 포장하는 냉각물질 주머니;

   상기 냉각조 내부에 마련되며 상기 탄산염계 화합물과 유기산계 화합물 흡열반응 물질의 촉매인 물을 포장하는 물주머니; 및

   상기 냉각조의 내부에 날카로운 일단이 위치되고, 그 타단은 냉각조의 외부로 노출되는 버튼을 포함하여 구성되고, 상기 버튼 조작 시 날카로운 선단이 깊숙이 삽입되거나 회전하며 냉각물질 주머니와 물주머니를 파열시켜 상기 탄산염계 화합물, 유기산계 화합물 및 물을 반응시키는 것을 특징으로 하는 흡열 반응을 이용한 자가 냉각 보틀.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 냉각물질 주머니는 섬유질의 다공성 재질 봉투로 제작되고, 그 내부는 탄산염계 화합물과 유기산계 화합물이 분리 포장될 수 있도록 수용성 접착제에 의해 두 부분으로 구획되며,

   상기 물주머니는 냉각물질 주머니와 별도로 분리 포장되는 것을 특징으로 하는 흡열 반응을 이용한 자가 냉각 보틀.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 냉각조는 보틀의 식음부 배면을 통해 보틀 내부로 장입되는 것을 특징으로 하는 흡열 반응을 이용한 자가 냉각 보틀.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 보틀의 식음부 배면을 따개를 포함하여 밀봉되는 것을 특징으로 하는 흡열 반응을 이용한 자가 냉각 보틀.
5. 제 4 항에 있어서,

   상기 윅은 150∼200메쉬인 것을 특징으로 하는 흡열 반응을 이용한 자가 냉각 보틀.
6. 제 4 항에 있어서,

   일단은 상기 냉각조 내부에 위치되고 타단은 상기 보틀의 외부로 노출되어, 상기 탄산염계 화합물, 유기산계 화합물 및 물의 반응 시 발생되는 가스를 배출하는 배출 튜브를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 흡열 반응을 이용한 자가 냉각 보틀.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 배출 튜브는 버튼의 내부에 마련되는 것을 특징으로 하는 흡열 반응을 이용한 자가 냉각 보틀.

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