KR101188948B1

KR101188948B1 - 드라이아이스 분사 시스템

Info

Publication number: KR101188948B1
Application number: KR20100097893A
Authority: KR
Inventors: 이찬우
Original assignee: 이찬우
Priority date: 2010-10-07
Filing date: 2010-10-07
Publication date: 2012-10-08
Also published as: KR20120036169A

Abstract

개시된 본 발명에 따른 드라이아이스 분사 시스템은 일정압력 이상으로 압력용기(10)에 저장된 이산화탄소 가스를 이용하여 드라이아이스를 분사시키는 것으로써, 압력용기(10)에 연결된 이산화탄소 공급라인(101)이 부동액이 담겨진 내부를 경유하여 이산화탄소 공급라인 내의 이산화탄소를 액화시키는 냉각탱크(110)와, 냉각탱크(110)와 부동액 순환라인(132)에 의해 연결되어 부동액 순환라인으로부터 공급된 부동액을 냉각시키는 열전모듈부(120)와, 냉각탱크 내의 부동액을 열전모듈부의 콜드싱크(122)로 유입시킨 후 다시 냉각탱크로 유입하도록 순환시키는 제1펌프(130)와, 냉각탱크를 경유한 이산화탄소 공급라인과 연결되어 액화된 이산화탄소를 기화시켜 스노우를 분사시키는 분사유닛(140)과, 분사유닛(140)에서 발생된 기화열을 회수하여 열전모듈부(120)의 핫싱크(126)를 방열시킨 후 이 핫싱크의 방열열을 이용하여 분사유닛(140)의 결빙을 방지시키도록 하는 열순환유닛(150), 및 열전모듈부(120)의 열전모듈에 전원을 공급하는 전원공급부(162)의 극성을 제어하여 열전모듈의 출력을 제어하는 콘트롤러(160)를 포함한다.

Description

드라이아이스 분사 시스템{A SYSTEM FOR SPRAYING DRY ICE}

본 발명은 드라이아이스 분사 시스템에 관한 것으로써, 보다 상세하게는 상용하는 이산화탄소 압력용기에 일정 압력 이상으로 압축된 이산화탄소 가스의 상태변화를 유도하여 드라이아이스를 생성하고 그 분사상태를 조절하여 분사하는 드라이아이스 분사 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 이산화탄소(CO₂) 가스의 경우 대기압, 상온의 상태에서 기체상태를 유지하지만 일정 압력 이상에서는 액화되는 성질을 갖는다. 즉, 압력과 온도 변화에 따라 액화 포인트가 달라지게 되는데, 도 1은 이러한 이산화탄소의 압력과 온도 변화에 따른 상태 그래프를 나타낸 것이다.

드라이아이스를 생성하기 위해서는 기체상태의 CO₂ 가스를 액화시키고, 액화 CO₂를 다시 노즐을 통하여 기화시키는 과정이 요구된다. 노즐을 통과하는 기화과정에서 급격한 냉각현상이 발생되며, 이 때 분사되는 CO₂는 기체상태와 고체상태(드라이아이스)가 혼재된 상태로 분사된다. 이 과정에서 발생되는 드라이아이스의 크기와 분사량을 일정하게 조절하면 정밀부품의 미세한 오염부분을 안전하게 세척하는데 사용할 수 있으며, 또한 식품의 냉각 및 살균기, 국부의 냉각기 활용이 가능하다.

한편, 상용되는 CO₂ 저장용기의 크기는 규격이 다양하나 초기 충전압력은 50bar 이상의 고압으로 충전되어 있다. 그러므로 기존에 드라이아이스(스노우)를 생성하는 방법은 압력용기에 고압으로 충전된 CO₂ 가스를 분사하는 과정에서 발생되는 드라이아이스(스노우)를 사용하는 것이었다. 도 1을 참조하면, 상온에서 드라이아이스를 발생시키기 위해서는 최소 50bar 이상의 압력으로 충전된 상태에서 가능하다. 초기 충전상태에서는 상온(23℃ 내외)에서 별도의 냉각장치가 없어도 높은 충전압력으로 용기 내부에 액화된 일부의 CO₂가 분사되는 과정에서 드라이아이스를 구현할 수 있다. 그러나, 분사되는 과정에서 압력의 저하(55bar 이하)로 드라이아이스 구현이 중단된다. 그러므로 상용되는 CO₂ 압력용기를 연결하여 일정한 압력범위(35bar)까지 안정적으로 드라이아이스를 구현하기 위해 냉동장치를 구비하여 압력저하에 따른 액화온도를 낮추는 기능이 요구된다.

도 2는 압력용기를 이용한 종래의 드라이아이스 발생장치를 개략적으로 나타낸 것이다. 압력용기(10)에 이산화탄소 공급라인(11)이 연결되어 이산화탄소가 공급되고, 공급라인(11) 중간에 이산화탄소를 냉각시키기 위해 공급라인(11)을 감싸도록 열교환 튜브(30)가 설치된다. 열교환 튜브(30)에는 냉매가스가 유동하고, 냉동 사이클이 적용되는 냉각장치(20)가 열교환 튜브(30)에 냉매가스를 공급하게 된다. 종래의 냉각장치는 공랭식 냉동기를 사용하는 방식이며, 이산화탄소 공급라인(11)을 냉각하여 액화압력을 낮추는 방식이다. 이 때, 액화온도를 -20℃ ~ -10℃ 까지 낮추게 되면 액화압력은 약 30bar의 압력 전후까지 낮출 수 있다. 이 경우 분사되는 CO₂ 유량에 대비하여 냉각에 필요한 전열면적을 충분히 확보해야 한다.

그러나, 종래의 방식은 공급되는 이산화탄소의 압력이 고압이므로 열교환 튜브(30)는 Duble Coaxial Metal Tube를 사용하여 내측으로는 이산화탄소 가스가 지나고 외측으로는 냉매가스가 순환하는 방식으로 제작되어, 안정적으로 전열면적으로 확보하는데 어려움이 있었다. 또한, 냉매가스를 사용하므로 친환경 측면에서 바람직하지 않고 냉동사이클 적용에 따라 장치의 부피가 커지는 문제점이 발생하게 된다. 그리고, 종래의 방식은 압력변화에 따른 드라이아이스 분사조건을 일정하게 유지하기 어렵고 이산화탄소의 상태 변화에 정밀하게 대응하지 못해 드라이아이스 발생량이 불규칙하며, 또한 연속분사 과정에서 분사호스 및 노즐의 결빙으로 인한 막힘현상 등이 발생되는 문제점이 있다. 노즐의 결빙현상을 해결하기 위해 종래에는 분사호스 및 노즐에 단열재를 설치한 것이 소개된 것이 있으나, 이러한 단열재의 설치 만으로는 근본적인 해결이 어렵게 된다.

본 발명은 상기의 문제점을 감안하여 안출된 것으로써, 본 발명의 첫번째 목적은 전체 장비의 부피를 줄여 콤팩트한 디자인 설계가 가능하며 냉매가스를 사용하지 않도록 하여 친환경 제품을 구현하도록 하는 드라이아이스 분사 시스템을 제공하는데 있다. 본 발명의 두번째 목적은 이산화탄소의 공급압력의 변화에 대응하여 드라이아이스의 분사 상태를 정밀하게 제어하는 드라이아이스 분사 시스템을 제공하는데 있다. 본 발명의 세번째 목적은 연속분사 과정에서 분사호스 및 노즐의 결빙으로 인한 막힘현상을 해결하여 드라이아이스를 안정적으로 공급하도록 하는 드라이아이스 분사 시스템을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템은, 압력용기(10)에 연결된 이산화탄소 공급라인(101)이 부동액이 담겨진 내부를 경유하여 상기 이산화탄소 공급라인 내의 이산화탄소를 액화시키는 냉각탱크(110); 상기 냉각탱크(110)와 부동액 순환라인(132)에 의해 연결되어 부동액 순환라인으로부터 공급된 부동액을 냉각시키며, 열전모듈(122)과, 상기 열전모듈의 일측면에 설치되며 상기 부동액이 내부를 경유하는 콜드싱크(124)와, 상기 열전모듈의 타측면에 설치되는 핫싱크(126)를 구비하는 열전모듈부(120); 상기 냉각탱크 내의 부동액을 상기 열전모듈부의 콜드싱크로 유입시킨 후 다시 상기 냉각탱크로 유입하도록 순환시키는 제1펌프(130); 상기 냉각탱크를 경유한 이산화탄소 공급라인과 연결되어 액화된 이산화탄소를 기화시켜 스노우를 분사시키며, 기화 노즐(143)을 구비하는 기화기(142)와, 기화기와 연결된 분사라인(144) 및 분사라인의 단부에 연결되는 스노우 노즐(146)을 구비하는 분사유닛(140); 상기 분사유닛(140)에서 발생된 기화열을 회수하여 상기 열전모듈부(120)의 핫싱크를 방열시킨 후 이 핫싱크의 방열열을 이용하여 상기 분사유닛(140)의 결빙을 방지시키도록 하는 열순환유닛(150); 및, 상기 열전모듈부(120)의 열전모듈에 전원을 공급하는 전원공급부(162)의 극성을 제어하여 상기 열전모듈의 출력을 제어하는 콘트롤러(160)를 포함한다.

또한, 상기 냉각탱크(110) 전단의 이산화탄소 공급라인 상에는 공급되는 이산화탄소의 압력을 측정하는 압력센서(102)가 설치되고, 상기 냉각탱크(110) 내부에는 냉각되는 이산화탄소의 온도를 측정하는 온도센서(105)가 설치되며, 상기 콘트롤러(160)는 상기 압력센서 및 온도센서로부터 압력정보 및 온도정보를 수신하여 상기 열전모듈(122)의 출력을 제어한다.

상기 열순환유닛(150)은, 상기 분사유닛(140)을 밀착하도록 감싸게 설치되며 내부에 유체가 유동하는 워터쟈켓(152); 상기 워터쟈켓(152) 내부의 유체를 회수하여 저장하는 냉각열 회수탱크(154); 및, 상기 냉각열 회수탱크(154) 내의 유체를 상기 열전모듈부(120)의 핫싱크(126)로 유입시키고, 상기 핫싱크를 거친 유체를 상기 워터쟈켓(152)으로 유입시킨 후 이를 다시 상기 냉각열 회수탱크로 회수하도록 유체를 순환시키는 제2펌프(156)를 포함한다.

상기 핫싱크(126)를 거쳐 가열된 유체는 제1분배기(157)에 의해 기화기(143)를 감싸는 워터쟈켓(152a) 및 분사라인(144)과 스노우 노즐(146)을 감싸는 워터쟈켓(152b)으로 각각 분리되어 유입되며, 상기 기화기를 감싸는 워터쟈켓(152a) 내부의 유체와 분사라인과 스노우 노즐을 감싸는 워터쟈켓(152b) 내부의 유체는 제2분배기(158)에 의해 합쳐져서 상기 냉각열 회수탱크(154)로 유입된다.

한편, 상기 냉각열 회수탱크(154)의 측부에는 시스템의 초기 구동시 또는 상기 냉각열 회수탱크 내의 유체가 일정 온도 이하시 팬(172)이 구동하는 공랭식 콘덴서(170)가 설치되며, 상기 핫싱크(126)를 거친 유체의 일부는 상기 제1분배기(157)를 거쳐 상기 공랭식 콘덴서(170)를 통과하여 상기 냉각열 회수탱크(154)로 유입된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템은, 압력용기에 연결된 이산화탄소 공급라인(201)이 부동액이 담겨진 내부를 경유하여 상기 이산화탄소 공급라인 내의 이산화탄소를 액화시키는 냉각탱크(210); 상기 냉각탱크(210)와 부동액 순환라인(232)에 의해 연결되어 부동액 순환라인으로부터 공급된 부동액을 냉각시키며, 제1열전모듈(222)과, 상기 제1열전모듈의 일측면에 설치되며 상기 부동액이 내부를 경유하는 제1콜드싱크(224)와, 상기 제1열전모듈의 타측면에 설치되는 제1핫싱크(226)를 구비하는 제1열전모듈부(220); 상기 냉각탱크(210) 내의 부동액을 상기 제1열전모듈부(220)의 콜드싱크(224)로 유입시킨 후 다시 상기 냉각탱크(210)로 유입하도록 순환시키는 제1펌프(230); 상기 냉각탱크(210)를 경유한 이산화탄소 공급라인과 연결되어 액화된 이산화탄소를 기화시켜 스노우를 분사시키며, 기화 노즐(243)을 구비하는 기화기(242)와, 기화기와 연결된 분사라인(244) 및 분사라인의 단부에 연결되는 스노우 노즐(246)을 구비하는 분사유닛(240); 상기 이산화탄소 공급라인 상의 상기 분사유닛(240) 전단에 설치되며, 제2열전모듈(282)과, 상기 제2열전모듈의 일측면에 설치되며 상기 이산화탄소 공급라인이 연결되어 내부에 이산화탄소가 경유하는 제2콜드싱크(284) 및 상기 제2열전모듈의 타측면에 설치되는 제2핫싱크(286)를 구비하는 제2열전모듈부(280); 상기 분사유닛(240)에서 발생된 기화열을 회수하여 상기 제1열전모듈부(220)의 제1핫싱크(226)를 방열시킨 후, 이 제1핫싱크의 방열열을 이용하여 상기 분사유닛(240)의 결빙을 방지시키도록 하는 열순환유닛(250); 및, 상기 제1 및 제2열전모듈부(220,280)의 제1 및 제2열전모듈(222,282)에 전원을 공급하는 전원공급부(262)의 극성을 제어하여 상기 제1 및 제2열전모듈(222,282)의 출력을 제어하는 콘트롤러(260)를 포함한다.

상기 냉각탱크(210) 전단의 이산화탄소 공급라인 상에는 공급되는 이산화탄소의 압력을 측정하는 압력센서(202)가 설치되고, 상기 냉각탱크 내부에는 냉각되는 이산화탄소의 온도를 측정하는 제1온도센서(205)가 설치되고, 상기 제2열전모듈부(280)와 상기 분사유닛(240) 사이의 이산화탄소 공급라인 상에는 제2온도센서(206)가 설치되며, 상기 콘트롤러(260)는 상기 압력센서(202)와 제1 및 제2온도센서(205,206)로부터 압력 및 온도 정보를 수신하여 제1 및 제2열전모듈(222,282)의 출력을 제어한다.

상기 열순환유닛(250)은, 상기 분사유닛(240)을 밀착하도록 감싸게 설치되며 내부에 유체가 유동하는 워터쟈켓(252); 상기 워터쟈켓(252) 내부의 유체를 회수하여 저장하는 냉각열 회수탱크(254); 및, 상기 냉각열 회수탱크(254) 내의 유체를 상기 제1열전모듈부(220)의 제1핫싱크(226)로 유입시키고, 상기 제1핫싱크를 거친 유체를 상기 워터쟈켓(252) 및 제2열전모듈부(280)의 제2핫싱크(286)로 유입시킨 후 이를 다시 상기 냉각열 회수탱크로 회수하도록 유체를 순환시키는 제2펌프(256)를 포함한다.

상기 제1핫싱크(226)를 거친 유체는 제1분배기(257)에 의해 기화기(242)를 감싸는 워터쟈켓(252a)과, 분사라인(244)과 스노우 노즐(246)을 감싸는 워터쟈켓(252b) 및 상기 제2핫싱크(286)로 각각 분리되어 유입되며, 상기 기화기를 감싸는 워터쟈켓(252a) 내부의 유체와, 분사라인과 기화기를 감싸는 워터쟈켓(252b) 내부의 유체 및 제2핫싱크(286)를 거친 유체는 제2분배기(258)에 의해 합쳐져서 상기 냉각열 회수탱크(254)로 유입된다.

한편, 상기 냉각열 회수탱크(254)의 측부에는 시스템의 초기 구동시 또는 상기 냉각열 회수탱크 내의 유체가 일정 온도 이하시 팬(272)이 구동하는 공랭식 콘덴서(270)가 설치되며, 상기 제1핫싱크(226)를 거쳐 가열된 유체의 일부는 제1분배기(257)를 거쳐 상기 공랭식 콘덴서(270)를 통과하여 상기 냉각열 회수탱크(254)로 유입된다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 다른 드라이아이스 분사 시스템은, 상기 압력용기(10)에 연결되어 이산화탄소가 이동하는 경로를 제공하는 이산화탄소 공급라인(301); 열전모듈(322)과, 상기 열전모듈의 일측면에 설치되며 상기 이산화탄소 공급라인(301)과 연결되어 공급된 이산화탄소를 액화시키는 콜드싱크(324)와, 상기 열전모듈의 타측면에 설치되며 기화노즐(327)을 구비하고 이산화탄소 공급라인(301)에 의해 상기 콜드싱크(324)와 연결되어 상기 콜드싱크를 통과한 액화된 이산화탄소가 상기 기화노즐을 통해 유입되어 기화되도록 하는 핫싱크(326)를 구비하는 열전모듈부(320); 상기 열전모듈부(320)의 핫싱크(326)와 연결되는 분사라인(344) 및 분사라인의 단부에 연결되어 스노우를 분사시키는 스노우 노즐(346)을 구비하는 분사유닛(340); 상기 분사유닛(340)을 밀착하도록 감싸며 내부에 공기가 유동하는 에어쟈켓(350); 상기 에어쟈켓에 공기를 공급하는 에어 블로우어(370); 및, 상기 열전모듈부(320)의 열전모듈(322)에 전원을 공급하는 전원공급부(362)의 극성을 제어하여 상기 열전모듈의 출력을 제어하는 콘트롤러(360)를 포함한다.

상기 열전모듈부(320)의 콜드싱크(324) 전단의 이산화탄소 공급 라인 상에는 공급되는 이산화탄소의 압력을 측정하는 압력센서(302)가 설치되고, 상기 콜드싱크(324)와 핫싱크(326) 사이의 이산화탄소 공급 라인 상에는 온도센서(306)가 설치되며, 상기 콘트롤러(360)는 상기 압력센서 및 온도센서로부터 압력 및 온도 정보를 수신하여 상기 열전모듈의 출력을 제어한다.

본 발명에 의하면, 이산화탄소의 냉각을 위해 기존의 냉동사이클을 적용하는 대신 열전모듈을 이용하므로 전체 장비의 부피를 줄여 콤팩트한 디자인 설계가 가능하며 또한 냉매가스를 사용하지 않도록 하여 친환경 제품의 구현이 가능한 효과가 있다. 또한, 기화기와 분사라인 및 스노우 노즐에 워터쟈켓 또는 에어자켓을 구비함으로써, 연속분사 과정에서 분사라인 및 노즐의 결빙으로 인한 막힘현상을 해결하여 드라이아이스를 안정적으로 공급하도록 하는 효과가 있다. 그리고, 열순환유닛에 의해 기화과정에서 발생한 기화열을 열전모듈의 방열에 이용하고, 또한 이 방열열을 다시 분사라인 및 노즐의 결빙에 이용하므로, 에너지 절감 및 친환경 측면에서 매우 효과적이다. 또한, 이산화탄소 공급라인상에 압력센서를 설치하고 기화기 유입 전단에 온도센서를 추가로 설치함으로 인해 이산화탄소의 공급압력의 변화에 대응하여 드라이아이스의 분사 상태를 정밀하게 제어할 수 있다.

도 1은 압력과 온도 변화에 따른 이산화탄소의 상태 그래프,
도 2는 종래의 압력용기를 이용한 드라이아이스 분사 장치의 개략도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템의 구조도,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템의 구조도,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템의 구조도이다.

본 발명의 상기와 같은 목적, 특징 및 다른 장점들은 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명함으로써 더욱 명백해질 것이다. 이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템을 상세히 설명하기로 한다. 한편, 본 발명에 따른 드라이아이스 분사 시스템은 상용되는 압력용기에 일정 압력 이상으로 저장된 이산화탄소 가스를 이용하여 드라이아이스를 형성하고 그 분사상태를 조정하는 시스템에 관한 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 다른 드라이아이스 분사 시스템(100)의 구조도를 도시한 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템(100)은 냉각탱크(110), 열전모듈부(120), 제1펌프(130), 분사유닛(140), 열순환유닛(150) 및 콘트롤러(160)를 포함한다.

냉각탱크(110)는 내부에 부동액이 담겨져 있으며 수조 모양의 단열 구조를 가진다. 압력용기(10)에는 이산화탄소 공급라인(101)이 연결되어 이를 통해 이산화탄소가 공급되는데, 이산화탄소 공급라인(101)은 이 냉각탱크(110) 내부를 경유하게 되어 이산화탄소가 냉각된다. 종래의 이산화탄소 냉각 방식은 냉동기를 사용하여 냉매가스와 열교환이 이루어지도록 하는 방식인데, 공급되는 이산화탄소의 압력이 고압이므로 Double Coaxial Metal Tube를 사용하여 내측으로는 이산화탄소 가스가 지나고 외측으로는 냉매가스가 순환하는 방식으로 제작되어, 안정적인 전열면적을 확보하는데 어려움이 있었다. 그러나, 본 발명의 냉각방식은 단열 구조의 수조형 냉각탱크(110)를 사용하고 그 내부는 부동액을 순환시키도록 하므로 보다 쉽고 안정적으로 이산화탄소의 냉각 및 액화가 가능한 이점이 있다.

열전모듈부(120)는 부동액을 냉각시키는 역할을 하며, 열전모듈(122)과, 열전모듈의 일측면에 설치되는 콜드싱크(124) 및 열전모듈의 타측면에 설치되는 핫싱크(126)를 구비한다. 열전모듈(122)은 다수의 열전소자가 배치되어 있어서 콘트롤러(140)의 제어에 의해 전원공급부(162)로부터 공급된 전원의 극성 전환에 의해 양측면을 통하여 흡열 또는 방열하게 된다. 열전모듈(122)은 열에너지를 전기에너지로 또는 전기에너지를 열에너지로 직접 변환시킬 수 있는 전자부품으로서, 공급되는 전원의 극성을 제어함에 따라 열전방향을 역전시킴으로써 냉각 또는 가열로의 기능변환이 가능하여 열을 흡열면에서 방열면으로 이동시킬 수 있다. 또한, 공급되는 전압이나 전류를 제어함에 따라 0.05℃ 수준의 정밀한 온도제어도 가능하고, 소자를 가동시키기 위한 구동부분이 없기 때문에 진동 소음이 없으며, 열전반도체의 열전특성으로 이용하므로 냉매를 이용한 냉각시스템과 같은 오염이나 공해가 없는 특징이 있다. 열전모듈의 상세한 구조 및 특징은 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 사항이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다. 콜드싱크(124)는 열전모듈(122)의 흡열측면에 설치되어 냉각되며 따라서 콜드싱크(124) 내부를 유동하는 부동액은 냉각된다. 한편, 핫싱크(126)는 열전모듈(122)의 방열측면에 설치되어 가열되는데, 이 핫싱크(126)를 방열시키기 위해 내부에는 후술할 냉각열 회수탱크(154)로부터 냉각 유체가 유입된다.

냉각탱크(110)와 열전모듈부(120)의 콜드싱크(124) 간에는 부동액 순환라인(132)이 연결되며, 이 부동액 순환라인(132) 상에는 제1펌프(130)가 설치된다. 제1펌프(130)는 냉각탱크(110) 내의 부동액을 콜드싱크(124)로 유입시킨 후 냉각된 부동액을 다시 냉각탱크(110)로 유입하도록 부동액을 순환시킨다.

분사유닛(140)은 냉각탱크(110)를 경유한 이산화탄소 공급라인(101)과 연결되어 액화된 이산화탄소를 기화시켜 스노우(드라이아이스)를 분사시키며, 구체적으로 기화 노즐(143)을 구비하는 기화기(142)와, 기화기(142)와 연결된 분사라인(144) 및 분사라인의 단부에 연결되어 스노우를 분사하는 스노우 노즐(146)을 구비한다.

열순환유닛(150)은 분사유닛(140)에서 발생된 기화열을 회수하여 열전모듈부(120)의 핫싱크(126)를 방열시킨 후 이 핫싱크(126)의 방열열을 이용하여 분사유닛(140)의 결빙을 방지시키도록 한다. 구체적으로 열순환유닛(150)은 분사유닛(140)을 밀착하도록 감싸게 설치되며 내부에 유체(액체)가 유동하는 워터쟈켓(152)과, 워터쟈켓(152) 내부의 유체를 회수하여 저장하는 냉각열 회수탱크(154), 냉각열 회수탱크(154) 내의 냉각유체를 열전모듈부(120)의 핫싱크(126)로 유입시켜 핫싱크(126)를 방열시킨 후, 핫싱크를 거쳐 가열된 유체를 다시 워터쟈켓(152)으로 유입시켜 분사유닛(140)의 결빙을 방지하도록 유체를 순환시키는 제2펌프(156)를 포함한다. 워터쟈켓(152)는 분사유닛(140)의 기회가(143)를 감싸는 워터쟈켓(152a)과, 분사라인(144) 및 스노우 노즐(146)를 감싸는 워터쟈켓(152b)을 구비하며, 유체가 새지 않도록 기밀한 구조로 되어 있다.

분사유닛(140)과 냉각열 회수탱크(154), 냉각열 회수탱크(154)와 열전모듈부의 핫싱크(126), 핫싱크(126)와 분사유닛(140) 간에는 유체가 이동하는 유체 순환라인(159)이 각각 연결된다. 핫싱크(126)와 분사유닛(140) 사이의 유체 순환라인(159) 상에는 제1분배기(157)가 설치되어, 핫싱크(126)를 거친 유체는 제1분배기(157)에 의해 기화기(142)를 감싸는 워터쟈켓(152a) 및 분사라인(144)과 스노우 노즐(146)을 감싸는 워터쟈켓(152b)으로 각각 분리되어 유입된다. 그리고, 분사유닛(140)과 냉각열 회수탱크(154) 사이의 유체 순환라인(159) 상에는 제2분배기(158)가 설치되어, 기화기(142)를 감싸는 워터쟈켓(152a) 내부의 유체와 분사라인(144)과 스노우 노즐(146)을 감싸는 워터쟈켓(152b) 내부의 유체는 제2분배기(158)에 의해 합쳐져서 냉각열 회수탱크(154)로 유입된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 의하면 공랭식 콘덴서(170)가 추가로 설치되어, 냉각열 회수탱크(154)의 측부에 설치되어 시스템의 초기 구동시 또는 유체(방열수)의 온도가 일정 온도 이상일 경우 팬(172)이 작동하여 열전모듈부(120)의 핫싱크(126)를 방열시키는 역할을 한다. 시스템의 초기 구동시 기화가 덜 진행되어 분사유닛(140)에서 발생하는 냉각열이 충분하지 않으므로, 이 때 팬(172)을 작동시켜 열전모듈부(120)의 핫싱크(126)를 경유한 유체를 냉각시키게 된다. 이 경우, 핫싱크(126)를 거친 유체는 제1분배기(157)를 거쳐 일부가 공랭식 콘덴서(170)로 유입되어 식혀지고, 공랭식 콘덴서(170)를 거친 유체는 다시 냉각열 회수탱크(154)로 유입되게 된다. 한편, 어느 정도 시간이 흘러 기화가 진행되어 분사유닛에서 스노우를 분사하는 상태에서는 이 기화열(냉각열)을 이용하여 핫싱크(126)를 방열시키므로 팬(172)의 구동은 멈추게 된다.

콘트롤러(160)는 열전모듈부(120)의 열전모듈(122)에 전원을 공급하는 전원공급부(162)의 극성을 제어하여 열전모듈(122)의 출력을 제어하여, 결국 이산화탄소의 액화 온도를 조절하게 된다. 한편, 냉각탱크(110) 전단의 이산화탄소 공급라인(101) 상에는 공급되는 이산화탄소의 압력을 측정하는 압력센서(102)가 설치되고, 냉각탱크(110) 내부에는 부동액의 온도를 측정하는 온도센서(105)가 설치되며, 콘트롤러(160)는 압력센서(102) 및 온도센서(105)로부터 압력정보 및 온도정보를 수신하여 열전모듈의 출력을 제어한다. 그리고, 콘트롤러(160)는 제1펌프(130), 제2펌프(156), 팬(172) 등을 시스템의 동작 흐름에 맞게 적절하게 제어하도록 한다.

한편, 도시되지는 않았으나 필요에 따라서 기화기(142) 내부에 온도센서를 장착하여 실제 분사되는 스노우의 온도를 제어할 수도 있다. 또한, 기화기와 일체로 혼합될 수 있도록 N₂(또는 CDA) 라인을 연결하여 입자의 크기를 조절하거나 또는 분출압력의 보상 등의 목적으로 사용할 수도 있다. 액화된 이산화탄소의 분사량의 조절은 기화기 내부에 구성되는 오리피스(orifice)의 배치 또는 설계에 따라 달라질 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템(100)의 동작을 설명하기로 한다.

밸브(107)가 열리면 압력용기(10)에 저장되어 있는 이산화탄소는 이산화탄소 공급라인(101)을 통해 흘러가게 되고, 냉각탱크(110)를 순환하면서 액화과정을 거치게 된다. 이 때 콘트롤러(160)는 압력센서(102)로부터 수신된 압력 정보를 이용하여 압력의 변화에 따른 액화온도를 모니터링하여 열전모듈(122)의 냉각 출력을 조절하게 된다. 제1펌프(130)는 냉각탱크(110)에 저장되어 있는 부동액을 열전모듈부(120)의 콜드싱크(124)로 유입시키고, 콜드싱크(124)를 거쳐 냉각된 부동액을 다시 냉각탱크(110) 내부로 유입시키도록 부동액을 순환시킨다. 한편, 시스템 초기 구동시에는 공냉식 콘덴서(172)의 팬(172)을 구동시켜 열전모듈부(120)의 핫싱크(126)를 방열시키고, 기화가 진행되어 스노우가 발생되는 상태에서는 팬(172)의 구동을 멈추고 기화열을 회수하여 이 회수된 기화열을 이용해 핫싱크(126)를 방열시킨다.

액화상태로 냉각된 이산화탄소는 단속밸브(108)를 거쳐 분사유닛(140)의 기화노즐(143)을 거쳐 기화기(142)로 유입된다. 액화된 이산화탄소는 기화기(142)에서 기화되면서 분사라인(144)을 거치는데, 이 기화과정에서 액화된 이산화탄소는 가스 상태의 이산화탄소와 고체 상태의 이산화탄소인 드라이아이스(스노우)로 혼재된 상태가 되며, 스노우 노즐(146)을 통해 분사되게 된다. 한편, 제2펌프(156)에 의해 냉각열 회수탱크(154)에 저장되어 있는 냉각유체는 열전모듈부(120)의 핫싱크(126)를 거치면서 방열시키고 열을 흡수하게 되는데, 이 가열된 유체는 제1분배기(157)를 거쳐 기화기(142)를 감싸는 워터쟈켓(152a)과 분사라인(144)을 감싸는 워터쟈켓(152b)으로 유입된다. 따라서, 스노우 연속분사과정에서 기화 노즐(143) 및 분사라인(144)이 결빙되는 것을 방지할 수 있다. 한편, 분사유닛(140)에서 기화열(냉각열)을 흡수한 워터쟈켓(152) 내부의 유체는 제2분배기(158)를 거쳐 다시 냉각열 회수탱크(154)로 유입되고, 냉각열 회수탱크(154)의 유체는 다시 열전모듈부(120)의 핫싱크(126)의 방열을 위해 순환하게 된다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명의 일 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템(100)에 의하면, 이산화탄소의 냉동을 위해 기존의 냉동사이클을 적용하는 대신 열전모듈부(120)을 이용하므로 전체 장비의 부피를 줄여 콤팩트한 디자인 설계가 가능하며 또한 냉매가스를 사용하지 않도록 하여 친환경 제품의 구현이 가능한 이점이 있다. 그리고, 냉각방식에 있어서 단열 구조의 수조형 냉각탱크(110)를 사용하고 그 내부는 부동액을 순환시키도록 하므로 보다 쉽고 안정적으로 이산화탄소의 냉각 및 액화가 가능한 이점이 있다. 또한, 기화기와 분사라인 및 스노우 노즐을 구비하는 분사유닛(140)에 내부에 기화열을 흡수하는 유체가 유동하는 워터쟈켓(152)을 감싸도록 설치함으로써, 연속분사 과정에서 분사호스 및 노즐의 결빙으로 인한 막힘현상을 해결하여 스노우를 연속 분사가 가능하게 함으로써 스노우를 안정적으로 공급하도록 하는 이점이 있다. 그리고, 열순환유닛(150)에 의해 분사유닛(140)의 기화과정에서 발생한 기화열을 열전모듈부(120)의 방열에 이용하고, 또한 이 방열과정에서 흡수한 열을 분사유닛의 결빙을 방지하기 위해 사용하므로, 에너지 절감 및 친환경 측면에서 매우 효과적이며, 방열장치 및 가열장치를 추가적으로 설치하지 않아도 되어 비용 절감 및 장비의 소형화를 추구할 수 있다. 또한, 이산화탄소 공급라인상에 압력센서를 설치함으로써 이산화탄소의 공급압력의 변화에 대응하여 이산화탄소의 액화 온도를 조절함으로써 드라이아이스의 분사 상태를 정밀하게 제어할 수 있는 이점이 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 다른 드라이아이스 분사 시스템(200)의 구조도를 도시한 것이다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템(200)은 냉각탱크(210), 제1열전모듈부(220), 제1펌프(230), 분사유닛(240), 열순환유닛(250), 제2열전모듈부(280) 및 콘트롤러(260)를 포함한다.

본 실시예의 냉각탱크(210), 제1열전모듈부(220), 제1펌프(230), 분사유닛(240), 열순환유닛(250)은 앞선 본 발명의 일 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템(100)의 냉각탱크(110), 열전모듈부(120), 제1펌프(130), 분사유닛(140)과 그 구성 및 기능에 있어서 서로 동일하므로, 상세한 설명은 생략하기로 하며, 다른 구성요소에 대해서도 앞선 실시예와 동일한 구성 및 동작을 하는 구성요소는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

제2열전모듈부(280)는 이산화탄소 공급라인(201) 상의 분사유닛(240) 전단에 설치되며, 제2열전모듈(282)과, 상기 제2열전모듈의 일측면에 설치되며 상기 이산화탄소 공급라인(201)이 연결되어 내부에 이산화탄소가 경유하는 제2콜드싱크(284) 및 상기 제2열전모듈(282)의 타측면에 설치되는 제2핫싱크(286)를 구비한다. 한편, 제2열전모듈부(280)와 분사유닛(240) 사이의 이산화탄소 공급라인(201) 상에는 분사유닛(240)으로 유입되는 이산화탄소의 온도를 감지하는 제2온도센서(206)가 설치된다.

콘트롤러(160)는 압력센서(102)와 제1온도센서(205) 및 제2온도센서(206)로부터 압력 및 온도 정보를 수신하여 제1열전모듈(222) 및 제2열전모듈(282)의 출력을 제어한다.

본 실시예에 의하면 이산화탄소의 기화 조건을 더욱 정밀하게 조정하는 것을 특징으로 하는데 구체적으로 살펴보면, 액화상태로 냉각된 이산화탄소는 단속밸브(208)를 거쳐 제2열전모듈부(280)의 제2콜드싱크(284)로 유입되고, 콘트롤러(160)는 제2온도센서(206)를 통해 분사유닛(240)의 기화기(242)로 유입되는 액화된 이산화탄소의 온도를 감지하여 압력에 따른 적정한 액화온도를 기준으로 제2열전모듈(282)의 출력을 제어하여 이산화탄소의 기화조건을 더욱 정밀하게 조절할 수 있는 이점이 있다. 즉 1차 냉각장치의 역할을 하는 제1열전모듈부(220)를 이용하여 이산화탄소의 액화가 충분히 가능한 온도로 냉각시키고, 분사유닛(240)의 기화기(242)로 유입되는 액화된 이산화탄소의 온도를 감지하여 압력에 따른 적정한 액화온도를 기준으로 제2열전모듈부(280)를 제어하여 액화온도를 2중으로 제어함으로써 기화조건을 정밀하게 조절하게 된다. 분사되는 스노우의 상태를 좀 더 미세하게 조절하기 위해서는 압력대비 액화 임계온도 부근에서 정밀한 제어를 필요로 하는데, 상기 제2열전모듈부는 이러한 역할을 하게 된다.

여기서 유의할 점은 제1열전모듈부(220)의 제1콜드싱크(224)는 냉각 기능만 하게 되나, 제2열전모듈부(280)의 제2콜드싱크(284)는 냉각만 하는 것이 아니라 가열 기능도 하게 된다.

이하 본 발명의 다른 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템(200)의 동작을 설명하기로 한다.

밸브(207)가 열리면 압력용기(10)에 저장되어 있는 이산화탄소는 이산화탄소 공급라인(201)을 통해 흘러가게 되고, 냉각탱크(210)를 순환하면서 액화과정을 거치게 된다. 이 때 콘트롤러(260)는 압력센서(202)로부터 수신된 압력 정보를 이용하여 압력의 변화에 따른 액화온도를 모니터링하여 제1열전모듈(222) 및 제2열전모듈(282)의 냉각 출력을 조절하게 된다. 제1펌프(230)는 냉각탱크(210)에 저장되어 있는 부동액을 제1열전모듈부(220)의 콜드싱크(224)로 유입시키고, 콜드싱크(224)를 거쳐 냉각된 부동액을 다시 냉각탱크(210) 내부로 유입시키도록 부동액을 순환시킨다. 한편, 시스템 초기 구동시에는 공냉식 콘덴서(270)의 팬(272)을 구동시켜 제1열전모듈부(220)의 제1핫싱크(226)를 방열시키고, 기화가 진행되어 스노우가 발생되는 상태에서는 팬(272)의 구동을 멈추고 기화열을 회수하여 이 회수된 기화열을 이용해 제1핫싱크(226)를 방열시킨다.

액화상태로 냉각된 이산화탄소는 단속밸브(208)를 거쳐 분사유닛(240)의 기화노즐(243)을 거쳐 기화기(242)로 유입되고 스노우 노즐(246)을 통해 분사되게 된다. 한편, 제2펌프(156)에 의해 냉각열 회수탱크(254)에 저장되어 있는 냉각유체는 제1열전모듈부(220)의 제1핫싱크(226)를 거치면서 방열시키고 열을 흡수하게 되는데, 이 가열된 유체는 제1분배기(257)를 거쳐 기화기(242)를 감싸는 워터쟈켓(252a)과 분사라인(244)과 스노우 노즐(246)을 감싸는 워터쟈켓(252b)으로 유입된다. 한편, 제1핫싱크(226)에서 나온 유체의 일부는 제1분배기(257)를 거쳐 제2핫싱크(286)로 유입된 후 빠져나와, 제2분배기(158)를 거쳐 냉각열 회수탱크(154)로 유입되게 된다. 분사유닛(140)에서 기화열(냉각열)을 흡수한 워터쟈켓(152) 내부의 유체는 제2분배기(258)를 거쳐 다시 냉각열 회수탱크(154)로 유입된다.

도 3은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템(300)의 구조도이다. 본 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템(300)은 열전모듈부(320), 분사유닛(340), 에어쟈켓(350), 에어 블로우어(370) 및 콘트롤러(360)를 포함한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 드라이아이스 분사 시스템(300)은 앞선 실시예들과 달리 별도의 순환펌프나 냉각탱크를 구비하지 않는 콤팩트한 구조의 시스템으로 스노우 발생량이 비교적 적게 요구될 때 소형화하여 사용할 수 있는 구조를 가진 것을 특징으로 한다. 그러나, 열전모듈부를 적용하여 이산화탄소를 냉각시키는 점, 기화열을 이용하여 열전모듈부를 방열시킨다는 점은 앞선 실시예들과 유사하다.

열전모듈부(320)는 열전모듈(322)과, 열전모듈(322)의 일측면(하부측면)에 설치되는 콜드싱크(324)와, 열전모듈(322)의 타측면(상부측면)에 설치되는 핫싱크(326)를 구비한다. 한편, 콜드싱크(324)는 압력용기(10)와 연결된 이산화탄소 공급라인(301)에 연결되어 공급된 이산화탄소를 액화시키는 역할을 한다. 그리고, 핫싱크(326)는 콜드싱크(324)와 이산화탄소 공급라인(301)에 의해 연결되어 콜드싱크(324)를 통과한 액화된 이산화탄소가 핫싱크(326)로 유입된다. 한편, 핫싱크(326)는 유입단에 기화 노즐(327)을 구비하여 액화된 이산화탄소는 이 기화 노즐(327)를 통해 유입되어 핫싱크(326) 내에서 기화된다. 즉, 핫싱크(326)가 기화기 역할을 동시에 하게 된다.

본 실시예에 의하면, 열전모듈부(320)는 콜드싱크(324)를 이용하여 이산화탄소를 직접 냉각시키고, 핫싱크(326)를 이용하여 액화된 이산화탄소를 기화시키게 된다. 따라서, 별도의 방열장치를 요구하지 않는다. 이와 같이 본 실시예에 의하면 이산화탄소의 기화 과정에서 발생하는 기화열이 열전모듈부의 핫싱크(326)에서 방열되는 열량을 회수하므로 열전모듈부의 방열작용을 추가 방열장치 없이 효과적으로 유지할 수 있는 이점이 있으며, 또한 열전모듈부(320)의 핫싱크(326)를 통해서 기화되어 분사되는 스노우는 급격한 동결에 의한 결빙현상을 방지할 수 있게 된다.

한편, 도시되지는 않았으나 필요에 따라서 기화기 역할을 하는 핫싱크(326) 내부에 온도센서를 장착하여 실제 분사되는 스노우의 온도를 제어할 수도 있다. 또한, 기화기와 일체로 혼합될 수 있도록 N₂(또는 CDA) 라인을 연결하여 입자의 크기를 조절하거나 또는 분출압력의 보상 등의 목적으로 사용할 수도 있다.

분사유닛(340)은 열전모듈부의 핫싱크(326)와 연결되는 분사라인(344) 및 분사라인의 단부에 연결되어 스노우를 분사시키는 스노우 노즐(346)을 구비한다. 열전모듈부(320)의 핫싱크(326)가 기화기 역할을 하므로, 분사유닛(140)은 기화기가 생략된다.

에어쟈켓(350)은 분사유닛(340)을 밀착하도록 감싸며 내부에 공기가 유동한다. 스노우의 연속 분사 과정에서 분사라인(344) 및 스노우 노즐(346)의 동결로 인해 분사조건이 변할 수 있는데, 내부에 공기가 유동하는 에어쟈켓(350)에 의해 분사유닛(340)의 동결 및 결빙현상을 방지할 수 있다. 에어 블로우어(370)는 에어펌프의 일종으로써, 에어쟈켓(350)에 공기를 공급하게 된다. 에어 블로우어(370)에 의해 공기는 공기 공급라인을 거쳐 에어쟈켓(350)으로 유입된 후, 스노우 노즐(146)을 감싸는 단부에 형성된 유출공을 통해 빠져나가게 된다.

콘트롤러(360)는 열전모듈부(320)의 열전모듈(322)에 전원을 공급하는 전원공급부(362)의 극성을 제어하여 열전모듈(322)의 출력을 제어한다. 한편, 열전모듈부(320)의 콜드싱크(324) 전단의 이산화탄소 공급라인(301) 상에는 공급되는 이산화탄소의 압력을 측정하는 압력센서(302)가 설치되고, 또한 콜드싱크(324)와 핫싱크(326) 사이의 이산화탄소 공급라인(301)상 즉, 핫싱크(기화기) 유입단에는 온도센서(306)가 설치된다. 콘트롤러(360)는 상기 압력센서(302) 및 온도센서(306)로부터 압력 및 온도 정보를 수신하여 압력의 변화에 따른 액화온도를 모니터링하면서 열전모듈(322)의 출력을 제어한다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였으나 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니한다. 즉, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능하며, 그러한 모든 적절한 변경 및 수정의 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다.

100,200,300. 드라이아이스 분사 시스템
101,201,301. 이산화탄소 공급라인
102,202,302. 압력센서
110,210. 냉각탱크 120,220,280,320. 열전모듈부
140,240,340. 분사유닛 150,250. 냉각열 회수유닛
160,260,360. 콘트롤러

Claims

일정압력 이상으로 압력용기(10)에 저장된 이산화탄소 가스를 이용하여 드라이아이스를 분사하는 드라이아이스 분사 시스템(100)에 있어서,
상기 압력용기(10)에 연결된 이산화탄소 공급라인(101)이 부동액이 담겨진 내부를 경유하여 상기 이산화탄소 공급라인 내의 이산화탄소를 액화시키는 냉각탱크(110);
상기 냉각탱크(110)와 부동액 순환라인(132)에 의해 연결되어 부동액 순환라인으로부터 공급된 부동액을 냉각시키며, 열전모듈(122)과, 상기 열전모듈의 일측면에 설치되며 상기 부동액이 내부를 경유하는 콜드싱크(124)와, 상기 열전모듈의 타측면에 설치되는 핫싱크(126)를 구비하는 열전모듈부(120);
상기 냉각탱크 내의 부동액을 상기 열전모듈부의 콜드싱크로 유입시킨 후 다시 상기 냉각탱크로 유입하도록 순환시키는 제1펌프(130);
상기 냉각탱크를 경유한 이산화탄소 공급라인과 연결되어 액화된 이산화탄소를 기화시켜 스노우를 분사시키며, 기화 노즐(143)을 구비하는 기화기(142)와, 기화기와 연결된 분사라인(144) 및 분사라인의 단부에 연결되는 스노우 노즐(146)을 구비하는 분사유닛(140);
상기 분사유닛(140)에서 발생된 기화열을 회수하여 상기 열전모듈부(120)의 핫싱크를 방열시킨 후 이 핫싱크의 방열열을 이용하여 상기 분사유닛(140)의 결빙을 방지시키도록 하는 열순환유닛(150); 및,
상기 열전모듈부(120)의 열전모듈에 전원을 공급하는 전원공급부(162)의 극성을 제어하여 상기 열전모듈의 출력을 제어하는 콘트롤러(160)를 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 분사 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 냉각탱크(110) 전단의 이산화탄소 공급라인 상에는 공급되는 이산화탄소의 압력을 측정하는 압력센서(102)가 설치되고, 상기 냉각탱크(110) 내부에는 냉각되는 이산화탄소의 온도를 측정하는 온도센서(105)가 설치되며,
상기 콘트롤러(160)는 상기 압력센서 및 온도센서로부터 압력정보 및 온도정보를 수신하여 상기 열전모듈(122)의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 분사 시스템.
제 1 항에 있어서, 상기 열순환유닛(150)은,
상기 분사유닛(140)을 밀착하도록 감싸게 설치되며 내부에 유체가 유동하는 워터쟈켓(152);
상기 워터쟈켓(152) 내부의 유체를 회수하여 저장하는 냉각열 회수탱크(154); 및,
상기 냉각열 회수탱크(154) 내의 유체를 상기 열전모듈부(120)의 핫싱크(126)로 유입시키고, 상기 핫싱크를 거친 유체를 상기 워터쟈켓(152)으로 유입시킨 후 이를 다시 상기 냉각열 회수탱크로 회수하도록 유체를 순환시키는 제2펌프(156)를 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 분사 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 핫싱크(126)를 거쳐 가열된 유체는 제1분배기(157)에 의해 기화기(143)를 감싸는 워터쟈켓(152a) 및 분사라인(144)과 스노우 노즐(146)을 감싸는 워터쟈켓(152b)으로 각각 분리되어 유입되며,
상기 기화기를 감싸는 워터쟈켓(152a) 내부의 유체와 분사라인과 스노우 노즐을 감싸는 워터쟈켓(152b) 내부의 유체는 제2분배기(158)에 의해 합쳐져서 상기 냉각열 회수탱크(154)로 유입되는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 분사 시스템.
제 4 항에 있어서,
상기 냉각열 회수탱크(154)의 측부에는 시스템의 초기 구동시 또는 상기 냉각열 회수탱크 내의 유체가 일정 온도 이하시 팬(172)이 구동하는 공랭식 콘덴서(170)가 설치되며, 상기 핫싱크(126)를 거친 유체의 일부는 상기 제1분배기(157)를 거쳐 상기 공랭식 콘덴서(170)를 통과하여 상기 냉각열 회수탱크(154)로 유입되는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 분사 시스템.
일정압력 이상으로 압력용기(10)에 저장된 이산화탄소 가스를 이용하여 드라이아이스를 분사하는 드라이아이스 분사 시스템(200)에 있어서,
상기 압력용기에 연결된 이산화탄소 공급라인(201)이 부동액이 담겨진 내부를 경유하여 상기 이산화탄소 공급라인 내의 이산화탄소를 액화시키는 냉각탱크(210);
상기 냉각탱크(210)와 부동액 순환라인(232)에 의해 연결되어 부동액 순환라인으로부터 공급된 부동액을 냉각시키며, 제1열전모듈(222)과, 상기 제1열전모듈의 일측면에 설치되며 상기 부동액이 내부를 경유하는 제1콜드싱크(224)와, 상기 제1열전모듈의 타측면에 설치되는 제1핫싱크(226)를 구비하는 제1열전모듈부(220);
상기 냉각탱크(210) 내의 부동액을 상기 제1열전모듈부(220)의 콜드싱크(224)로 유입시킨 후 다시 상기 냉각탱크(210)로 유입하도록 순환시키는 제1펌프(230);
상기 냉각탱크(210)를 경유한 이산화탄소 공급라인과 연결되어 액화된 이산화탄소를 기화시켜 스노우를 분사시키며, 기화 노즐(243)을 구비하는 기화기(242)와, 기화기와 연결된 분사라인(244) 및 분사라인의 단부에 연결되는 스노우 노즐(246)을 구비하는 분사유닛(240);
상기 이산화탄소 공급라인 상의 상기 분사유닛(240) 전단에 설치되며, 제2열전모듈(282)과, 상기 제2열전모듈의 일측면에 설치되며 상기 이산화탄소 공급라인이 연결되어 내부에 이산화탄소가 경유하는 제2콜드싱크(284) 및 상기 제2열전모듈의 타측면에 설치되는 제2핫싱크(286)를 구비하는 제2열전모듈부(280);
상기 분사유닛(240)에서 발생된 기화열을 회수하여 상기 제1열전모듈부(220)의 제1핫싱크(226)를 방열시킨 후, 이 제1핫싱크의 방열열을 이용하여 상기 분사유닛(240)의 결빙을 방지시키도록 하는 열순환유닛(250);
상기 제1 및 제2열전모듈부(220,280)의 제1 및 제2열전모듈(222,282)에 전원을 공급하는 전원공급부(262)의 극성을 제어하여 상기 제1 및 제2열전모듈(222,282)의 출력을 제어하는 콘트롤러(260)를 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 분사 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 냉각탱크(210) 전단의 이산화탄소 공급라인 상에는 공급되는 이산화탄소의 압력을 측정하는 압력센서(202)가 설치되고, 상기 냉각탱크 내부에는 냉각되는 이산화탄소의 온도를 측정하는 제1온도센서(205)가 설치되고, 상기 제2열전모듈부(280)와 상기 분사유닛(240) 사이의 이산화탄소 공급라인 상에는 제2온도센서(206)가 설치되며,
상기 콘트롤러(260)는 상기 압력센서(202)와 제1 및 제2온도센서(205,206)로부터 압력 및 온도 정보를 수신하여 제1 및 제2열전모듈(222,282)의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 분사 시스템.
제 6 항에 있어서, 상기 열순환유닛(250)은,
상기 분사유닛(240)을 밀착하도록 감싸게 설치되며 내부에 유체가 유동하는 워터쟈켓(252);
상기 워터쟈켓(252) 내부의 유체를 회수하여 저장하는 냉각열 회수탱크(254); 및,
상기 냉각열 회수탱크(254) 내의 유체를 상기 제1열전모듈부(220)의 제1핫싱크(226)로 유입시키고, 상기 제1핫싱크를 거친 유체를 상기 워터쟈켓(252) 및 제2열전모듈부(280)의 제2핫싱크(286)로 유입시킨 후 이를 다시 상기 냉각열 회수탱크로 회수하도록 유체를 순환시키는 제2펌프(256)를 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 분사 시스템.
제 8 항에 있어서,
상기 제1핫싱크(226)를 거친 유체는 제1분배기(257)에 의해 기화기(242)를 감싸는 워터쟈켓(252a)과, 분사라인(244)과 스노우 노즐(246)을 감싸는 워터쟈켓(252b) 및 상기 제2핫싱크(286)로 각각 분리되어 유입되며,
상기 기화기를 감싸는 워터쟈켓(252a) 내부의 유체와, 분사라인과 기화기를 감싸는 워터쟈켓(252b) 내부의 유체 및 제2핫싱크(286)를 거친 유체는 제2분배기(258)에 의해 합쳐져서 상기 냉각열 회수탱크(254)로 유입되는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 분사 시스템.
제 9 항에 있어서,
상기 냉각열 회수탱크(254)의 측부에는 시스템의 초기 구동시 또는 상기 냉각열 회수탱크 내의 유체가 일정 온도 이하시 팬(272)이 구동하는 공랭식 콘덴서(270)가 설치되며, 상기 제1핫싱크(226)를 거쳐 가열된 유체의 일부는 제1분배기(257)를 거쳐 상기 공랭식 콘덴서(270)를 통과하여 상기 냉각열 회수탱크(254)로 유입되는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 분사 시스템.
일정압력 이상으로 압력용기(10)에 저장된 이산화탄소 가스를 이용하여 드라이아이스를 분사하는 드라이아이스 분사 시스템에 있어서,
상기 압력용기(10)에 연결되어 이산화탄소가 이동하는 경로를 제공하는 이산화탄소 공급라인(301);
열전모듈(322)과, 상기 열전모듈의 일측면에 설치되며 상기 이산화탄소 공급라인(301)과 연결되어 공급된 이산화탄소를 액화시키는 콜드싱크(324)와, 상기 열전모듈의 타측면에 설치되며 기화노즐(327)을 구비하고 이산화탄소 공급라인(301)에 의해 상기 콜드싱크(324)와 연결되어 상기 콜드싱크를 통과한 액화된 이산화탄소가 상기 기화노즐을 통해 유입되어 기화되도록 하는 핫싱크(326)를 구비하는 열전모듈부(320);
상기 열전모듈부(320)의 핫싱크(326)와 연결되는 분사라인(344) 및 분사라인의 단부에 연결되어 스노우를 분사시키는 스노우 노즐(346)을 구비하는 분사유닛(340);
상기 분사유닛(340)을 밀착하도록 감싸며 내부에 공기가 유동하는 에어쟈켓(350);
상기 에어쟈켓에 공기를 공급하는 에어 블로우어(370); 및,
상기 열전모듈부(320)의 열전모듈(322)에 전원을 공급하는 전원공급부(362)의 극성을 제어하여 상기 열전모듈의 출력을 제어하는 콘트롤러(360)를 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 분사 시스템.
제 11 항에 있어서,
상기 열전모듈부(320)의 콜드싱크(324) 전단의 이산화탄소 공급 라인 상에는 공급되는 이산화탄소의 압력을 측정하는 압력센서(302)가 설치되고, 상기 콜드싱크(324)와 핫싱크(326) 사이의 이산화탄소 공급 라인 상에는 온도센서(306)가 설치되며,
상기 콘트롤러(360)는 상기 압력센서 및 온도센서로부터 압력 및 온도 정보를 수신하여 상기 열전모듈의 출력을 제어하는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 분사 시스템.