KR102410835B1 - 미니 액체 질소 주입기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소규모 상점등에서 음료 등을 포장할 때 알루미늄 캔에 액체 질소를 주입하여 이동 및 유통 가능하도록 포장하여 장기간 보관 가능하고 간단하게 먹을 수 있는 캔에 일정량의 액체 질소를 주입하여 내부의 산소를 밀어내고 불활성 기체인 질소가 공간을 차지하여 미생물 번식을 억제하고 맛의 변질을 방지하기 위해 포장할 때 알루미늄 캔에 액체 질소를 주입하여 이동 및 유통 가능하도록 포장한 미니 액체 질소 주입기에 관한 것이다.

Description

미니 액체 질소 주입기{MINI LIQUID NITROGEN DOSER}

본 발명은 미니 액체 질소 주입기, 특히 소규모 상점 등에서 맥주, 음료 등을 포장할 때 알루미늄 캔, 플라스틱 캔에 액체 질소를 주입하여 밀봉하여 이동 및 유통 가능하도록 포장한 미니 액체 질소 주입기에 관한 것이다.

현재까지 수제의 캔 음료가 찌그러짐을 방지할 수 있는 방법은 없다. 일반적으로 수제 캔은 내부에 충진된 음료의 부피가 온도 차이에 의해 줄어들면서 캔이 찌그러지는데, 캔 음료의 찌그러짐을 방지할 수 있는 방법은 소량의 액체 질소를 캔 뚜껑 밀봉 직전에 넣어주어 내부의 액체 질소가 기화되면서 부피가 팽창하고 내압이 올라가 캔 자체가 찌그러지지 않게 하는 것이다. 이러한 방법은 캔 내부의 용존 산소량을 제거하여 유통기간도 연장할 수 있는 장점이 있다.

일반적으로 장기간 보관 가능하고 간단하게 먹을 수 있는 캔에 담긴 음료, 음식은 저장 용기를 찌그러지지 않게 보관하도록 그 내부에 일정량의 액체 질소를 주입한다. 일반적으로 액체 질소를 주입하면 내부의 산소를 밀어내고 불활성 기체인 질소가 공간을 차지하여 미생물 번식을 억제하고 맛의 변질을 방지하는 것으로 알려져 있다.

상기 액체 질소는 질소를 액화한 것으로서 -196도 정도로 대기에서 존재하는 물질이다. 이러한 액체 질소는 무색투명하고 인체에 무해하여 식품공업을 비롯하여 여러 분야에서 다양하게 사용되고 있다. 우리가 현재 먹는 음료 캔은 대량으로 저장용기에 음료를 채운 다음 일정량의 액체 질소를 주입하여 뚜껑을 밀봉하는데 용기 내부에 주입된 액체 질소가 기화하면서 압력으로 인한 용기의 찌그러짐을 방지할 수 있어 많이 이용되고 있다.

본 발명에 따른 미니 액체 질소 주입기는 음료 캔에 뜨거운 음료나 차가운 음료를 밀봉하여 휴대 및 이동이 편리하도록 밀봉하는 장치이다. 현재 소규모 상점에서 음료 캔을 밀봉하는 장치가 많이 사용되고 있으나 음료의 온도 내용물에 따라 밀봉 후 시간이 지나면 음료 캔 내부의 공기가 수축되어 캔 자체가 찌그러지고 캔 자체가 모양도 변형이 되어 제한적으로 사용되고 있다. 따라서 이러한 모양 변형을 방지하기 위해 음료 캔을 밀봉하기 전에 액체 질소를 투하하여 밀봉하면 음료 캔 내부에서 액체 질소가 기화하여 공기의 수축량을 보상하기 때문에 음료 캔을 단단하고 원형그대로 보관할 수 있다.

현재 맥주나 기타 음료를 캔에 밀봉하기 위해 큰 공장의 설비에서는 액체 질소 주입기가 사용되고 있으나 이러한 공장에서 사용되는 액체 질소 주입기는 대량 생산에 용이하도록 제조되어 기계 볼륨 자체도 크고 설치 비용도 만만치 않아 일반 소규모 상점에서는 사용하기가 어려웠다.

대한민국 공개특허 10-2014-2257호는 내부압력이 기준 이상인 경우 압력을 배출시켜 기준 압력으로 유지하는 액체 질소 주입장치를 기술하고 있다. 대한민국 특허 10-1279304호는 대량생산에 이용하는 음료 캔에 정량을 주입하는 주입기를 기술하고 있다. 그러나 상기 발명은 대량 생산에 용이하도록 제조된 것으로 본 발명과 같이 소량 생산에 유용하도록 개인이 직접 액체 질소를 주입하는 설비 자체를 줄인 액체 주입기가 필요하다.

본 발명의 목적은 소형의 설비로 음료 캔 등에 액체 질소를 신속하고 안전하게 주입하고 단열을 향상한 액체 질소 주입기를 제공하는 것이다.

따라서 본 발명은 종래의 액체 주입기의 구성을 최소 한도로 줄이고 수제 커피 전문점, 쥬스 전문점, 일반 상점에서도 간단하게 개인 사업자가 손쉽게 액체 주입기를 사용 할 수 있도록 소형의 미니 액체 질소 주입기를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명은 포토 센서에 의해 용기를 감지하고 타이머를 설치하여 사용자가 직접 주입 시간을 조절하여 원하는 양의 액체 질소를 주입하는 것이 목적이다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은 외조 탱크에 액체 질소를 공급하는 액체 질소 공급관과 기체 질소를 배출하는 배출관, 상기 외조 탱크 상부에 설치된 초저온 액체 질소의 양이 얼마나 남아 있는 지를 확인하는 레벨 사이트 글라스, 상기 외조 탱크 상부에서 스템 봉이 길게 연장되어 움직이면서 내조 탱크의 기체 질소를 주입하는 노즐 실린더, 레귤레이터의 설정 압력에 의해 압력을 항상 4kg/cm2 로 유지하는 버퍼 탱크, 베이스 판에서 수직의 원통형 기둥 중간에 장착된 포토 센서에 용기 캔을 감지하여 설정된 주입시간 동안 액체 질소가 주입되도록 하는 타이머 및 포토 센서, 상기 외조 탱크 내의 내조 탱크의 하부에 장착 연결되어 노즐 스템 및 주입 노즐, 파노라마 형태의 노즐 바디로 이루어진 노즐 박스와 상기 내조 탱크 상부로부터 공급되는 기체 질소의 양압을 유지하며 외부 공기가 침투되는 것을 차단하는 기체질소 공급관을 포함하며, 상기 내조 탱크와 외조 탱크 사이는 2중으로 형성한 진공상태이며, 상기 노즐 바디는 내조 탱크에 연결되는 지그자그의 형태로 전도열을 차단하여 단열 효과가 양호한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 주입 노즐은 노즐 스템과 노즐 히팅 블록의 발열에 의해 최적의 온도인 40도를 온도 센서와 온도 조절기로 유지하며, 내조 탱크에 저장된 액체 질소의 전도열에 의해 노즐 주입구가 얼어 막히는 아이싱 현상을 방지하기 위해 노즐 스템 하단에 노즐 주입구보다 작은 노즐 스템 핀을 조립하여 노즐 구멍을 막아서 물기가 얼어서 노즐 구멍이 막히는 것을 차단하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제어 판넬의 타이머는 액체 질소의 투입량을 1/100초 단위로 설정하여 액체 질소 주입량을 조절하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노즐 히팅 블록은 온도가 40도로 설정되어 전원 온 상태에서는 항상 40도를 유지하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 내조 탱크 내부에서 중공형 파이프 형태로 설치된 레벨 유니트는 스프링에 의해 작동하는 레벨 플로트에 의해 액체 질소의 충진 정도를 레벨 사이트 글라스에서 확인 가능한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노즐은 금속제의 노즐 주입구를 2단으로 가공한 구멍에 초저온 재질로 가공 조립하여 노즐의 쿨 다운 없이 바로 주입되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 미니 액체 질소 주입기를 통해 액체 질소를 주입하여 밀봉하면 캔이 절대 찌그러지지 않으며, 캔 내부의 미생물 번식을 억제하여 맛의 변질을 억제하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 미니 액체 질소 주입기를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 미니 액체 질소 주입기의 작동 과정을 설명하는 도면이다.

도 1을 참고로 본 발명의 미니 액체 질소 주입기를 설명하면, 본 발명의 미니 액체 질소 주입기는 크게 액체 질소 토출 디바이스(도시하지 않음)와 미니 액체 질소 주입기로 이루어져 있다. 상기 액체 질소 토출 디바이스는 액체 질소를 지속적으로 액체 질소 주입기에 공급하여 정량 주입을 위한 일종의 액체 질소 보관 탱크로서, 보관 탱크 상부에 설치된 디바이스를 통해 토출 된 액체 질소를 공급 파이프를 통해 미니 액체 질소 주입기에 지속적으로 공급한다.

본 발명의 미니 액체 질소 주입기는 외부에서 보면 도시된 바와 같이 클램프(1), 외조 저장 탱크(2), 노즐 실린더(28), 노즐 스템(4), 레벨기, 타이머와 온도를 설정하는 제어 판넬(3), 탱크 하부에서 액체 질소를 주입하는 히팅 박스, 포토 센서(24), 베이스 판(22)으로 구성되는데, 먼저 액체 질소가 액체 질소 보관 탱크로부터 디바이스를 통해 액체 질소 저장 탱크에 유입되면 탱크에서 액체 질소를 충진하여 포토 센서(24)를 통해 일정량의 액체 질소를 캔에 주입한다. 상기 미니 액체 질소 주입기 상부에 설치된 노즐 실린더(28)에서는 액체 질소 공급에 의해 액체 질소 내조 탱크(2) 내부로 스템(4) 봉이 길이 방향으로 길게 하부까지 내려와서 기체 질소 방출에 의해 노즐 스템(4) 봉이 상하로 움직여 노즐을 통해 액체 질소를 주입하며 노즐 실린더 옆에 장착된 레벨 사이트 글라스는 플로트 레벨 봉이 상하 길이 방향으로 내조 탱크에 설치되어 하단에 장착된 스프링에 의해 레벨 봉 하단을 잡아 내조 탱크에 남아 있는 액체 질소 양에 따라 플로트 레벨 봉이 상하로 움직여 사용자는 레벨 사이트 글라스를 보고 액체 질소 충진 유무를 인식한다.

상기 미니 액체 질소 주입기의 제어 판넬에 장착된 온도기(5)는 히팅 박스 노즐의 온도를 조절하는데, 상기 노즐 하단을 항상 40도로 발열하여 하단의 수분을 제거하며 -196인 액체 질소의 온도로 노즐이 얼어 막히는 것을 방지한다. 또한, 설치된 타이머(6)는 액체 질소의 주입 시간을 조절하여 노즐을 통해 토출되는 액체 질소의 양을 조절한다. 즉, 타이머(6) 시간을 길게 설정하면 토출되어 캔에 주입되는 액체 질소의 양이 많아 진다.

다시 말하면 상기 액체 질소 외조 탱크 하단에 설치된 히팅 박스는 온도기(5)에 의해 온도를 항상 40도로 하여 액체 질소에 의해 노즐이 어는 것을 방지하며, 미니 액체 질소 주입기 베이스 판(22) 위에서 캔에 액체 질소를 정량 주입하기 위해, 상기 베이스 판(22) 기둥에 설치된 포토 센서(24)는 베이스 판(22) 위에 사용자가 수동으로 음료 캔을 터치하면 센서가 음료 캔을 감지하여 상기 타이머(6)에 의해 미리 설정된 주입 시간 동안 액체 질소가 노즐을 통해 주입되고 이어서 음료 캔의 뚜껑을 시밍기에서 밀봉하게 된다.

도 2를 참고로 본 발명의 미니 액체 질소 주입기 동작을 상세히 설명한다.

본 발명의 미니 액체 질소 주입기는 외조(10), 내조(13) 저장탱크, 노즐 실린더(28), 제어 판넬, 레귤레이터(R1, R2, R3), 액체 질소 공급관(26), 기체 질소 방출관(27), 솔레노이드 노즐 밸브, 레벨 플로터(17)에 연결된 레벨 사이트 글라스(29), 노즐 스템(18), 파노라마 형태의 노즐 바디(20), 가열 차단 노즐(19), 포토 센서(24), 베이스 판(22)으로 구성된다. 동작을 살펴보면, 먼저, 제어 판넬에 전기를 공급하여 전원 선택스위치를 온 하면 S3 기체 질소 공급 밸브는 닫히고, S1, S2 밸브는 열리게 되고 노즐 실린더(28)는 전진하여 닫히고 기체 방출 밸브가 열리면서 액체 질소가 공급된다. 상기 액체 질소가 공급되면 내조(13) 탱크와 외조(10) 탱크로 이루어져 내조 탱크 위에는 기액분리공간(12)과 기체공간(11)이 존재하며, 내조와 외조 사이가 진공 상태(14)이며 내조(13) 탱크에 액체 질소가 저장된다.

다음에는 S1 솔레노이드 밸브가 노즐 실린더(28)를 전진하게 하여 노즐이 닫힌다. 이때 탱크에 연결된 R1 레귤레이터의 압력을 6 kg/cm2으로 설정하고 R2의 압력을 4 kg/cm2 로 설정하여, 기체 질소 공급 후의 기체 질소 압력이 낮아지는 경우에도 R1 레귤레이터와 R2 레귤레이터의 설정 압력에 의해 버퍼 탱크(25)의 압력이 항상 5kg/cm2 정도로 유지되도록 한다.

한편, R2 레귤레이터가 노즐 실린더(28)에 4 kg/cm2의 압력으로 기체 질소를 공급하며 실린더 속도를 일정하게 한다. 이때 액체 질소 공급양도 균일하게 조절한다.

상기 액체 질소 공급은 V1 액체 질소 공급 밸브를 열면 액체 질소 보관 탱크에서 공급되는 액체 질소가 미니 액체 질소 주입기의 내조(13) 탱크에 공급되어 내조 탱크를 쿨 다운(cool down)하고 내조(13) 탱크에 액체 질소가 채워지면 레벨 플로트(17)가 연결된 스프링에 의해 상부로 뜨기 시작하여 사이트 글라스(29) 중간쯤 도달하면 내조(13) 탱크에 액체 질소가 충진이 완료된 것으로 사용자가 확인할 수 있다. 이때 내조(13) 탱크에 액체 질소가 적정량 충진 되었으므로 V1 밸브는 닫힌다.

다음에 캔(21) 밀봉을 위해 음료가 충진된 캔(21)을 포트 센서(24) 앞에 대면 포트 센서(24)의 감지로 미리 설정된 주입시간 동안 S1 솔레노이드 밸브가 오픈되어 노즐 스템(18)을 후진하고 이때 액체 질소가 관 형태의 스템(4) 봉을 통해 아래로 주입된다. 상기 액체 질소가 스템(4) 봉을 통해 주입되는 동안 상기 액체 질소 주입기 판넬(3)에 설치된 타이머(6) 설정 시간이 지난 후에는 다시 S1 솔레노이드 밸브가 닫히고, 이러한 과정으로 매번 일정량의 액체 질소를 캔(21)에 공급할 수 있도록 한다. 이때 음료 캔 용기 내압이 적으면 타임 설정 시간을 연장하고 내압이 높으면 타임 설정 시간을 줄여서 캔에 들어가는 액체 질소의 양을 항상 일정하게 조절한다.

한편, 도면에 도시된 바와 같이 노즐 스템(18), 주입 노즐(19), 파노라마 형태의 노즐 바디(20)로 이루어진 노즐 박스에 기체 질소를 공급하고, 내조(13) 탱크에서 노즐 박스의 양압을 유지하는 기체 질소 공급 배관 (16)은 노즐 박스와 내조(13) 탱크 상부의 기체 공간과 연결하여 기화된 액체 질소를 노즐 박스 내로 공급하여 노즐 박스 내부를 양압으로 유지하고 외부 공기의 침투를 차단한다. 또한, 주입기 작동시 노즐 표면이 액체 질소로 인해 노즐 구멍의 초저온으로 인한 아이싱을 방지하면서 액체 질소가 정량으로 주입되게 한다.

여기서 노즐 박스 내의 파노라마 형태의 노즐 바디(20)는 내조 탱크에 저장된 액체 질소에서 전도되는 초저온 전도열을 차단 시키기 위해 열전도 통로를 도시된 바와 같이 지그자그의 파노라마 형태로 구성하여 외부로 전도되는 초저온 열을 사전에 차단하기 위해 사용되는 방법이다.

다음에 노즐 실린더(28) 작동과 액체 질소 주입 방법을 설명하면, 상기 노즐 실린더(28) 작동은 포트 센서(24)에 사용자가 캔(21) 용기를 대면 솔레노이드 밸브의 전자석 작동으로 인하여 노즐 실린더(28)를 후퇴하게 하여 액체 질소가 제어 판넬(3)의 타이머(6)에 의해 사전 설정된 시간 동안 작동하여 액체 질소가 용기 캔에 주입되고 액체 질소가 주입된 용기 캔(21)의 뚜껑을 밀봉 기계로 밀봉한다.

상기 내조(13) 탱크로부터 액체 질소가 일정한 갯수의 용기 캔(21)을 충진하면 액체 질소 보관 탱크로부터 액체 질소를 보충하여야 하는데, 이때에는 사용자가 레벨 플로트(17)가 연결되어 볼 수 있는 레벨 사이트 글라스(29)를 확인한다. 즉, 원통형 중공형 파이프 내조(13)에 수직으로 설치되어 내부에 레벨 유니트를 삽입하여 액체 질소가 부족하면 액체 위에 떠있는 레벨 플로트(17)의 하부에 장착된 스프링에 의해 레벨 유니트가 상부로 올라가 액체 질소의 충진 유무를 상부 레벨 사이트 글라스에서 확인할 수 있도록 구성되어 액체 질소 보관 탱크에 채워져 있는 액체 질소가 계속 공급된다.

또한, 노즐 박스 내에 체결된 주입 노즐(19)은 아이싱을 고려하여 초저온 재질을 이용하여 제조하고, 사용시 쿨 다운의 영향 없이 액체 질소가 연속해서 공급될 수 있는 역할을 하는데, 노즐 스템(18) 하부에 끝단에 노즐 구멍에는 노즐 스템핀을 삽입 하여 액체 질소를 캔에 충진 할 때 노즐 구멍이 온도로 인해 얼어 막히는 것을 방지한다.

또한, 본 발명의 제어 판넬에 설치된 방지회로는 판넬 내부에 타이머를 설치하여 주입 시간보다 조금 길게 설정되어 액체 질소 주입시 경보 부저가 울린다. 이는 캔 용기에 액체 질소가 설정양 또는 설정 시간보다 과충진 되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은 알루미늄 캔에 수제 커피와 과일 음료, 애완 동물 사료를 충진하고 액체질소를 주입하여 캔내 용존 산소량 감소로 인한 변질을 방지하고, 온도에 의해 부피 변화로 캔이 찌그러지는 것을 방지하며, 카페나 기타 업체에서 사용할 수 있다.

Claims (6)

1. 외조 탱크에 액체 질소를 공급하는 액체 질소 공급관과 기체 질소를 배출하는 배출관,
   상기 외조 탱크 상부에 설치된 초저온 액체 질소의 양이 얼마나 남아 있는 지를 확인하는 레벨 사이트 글라스,
   상기 외조 탱크 상부에서 스템 봉이 길게 연장되어 움직이면서 내조 탱크의 기체 질소를 주입하는 노즐 실린더,
   레귤레이터의 설정 압력에 의해 압력을 항상 4kg/cm2 로 유지하는 버퍼 탱크,
   베이스 판에서 수직의 원통형 기둥 중간에 장착된 포토 센서에 용기 캔을 감지하여 설정된 주입시간 동안 액체 질소가 주입되도록 하는 타이머 및 포토 센서,
   상기 외조 탱크 내의 내조 탱크의 하부에 장착 연결되어 노즐 스템 및 주입 노즐, 파노라마 형태의 노즐 바디로 이루어진 노즐 박스와
   상기 내조 탱크 상부로부터 공급되는 기체 질소의 양압을 유지하며 외부 공기가 침투되는 것을 차단하는 기체질소 공급관을 포함하며,
   상기 내조 탱크와 외조 탱크 사이는 2중으로 형성한 진공상태이며, 상기 파노라마 형태의 노즐 바디는 내조 탱크에 연결되는 지그자그의 형태로 전도열을 차단하여 단열 효과가 양호한 것을 특징으로 하는 미니 액체 질소 주입기.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 주입 노즐은 노즐 스템과 노즐 히팅 블록의 발열에 의해 최적의 온도인 40도를 온도 센서와 온도 조절기로 유지하며, 상기 내조 탱크에 저장된 액체 질소의 전도열에 의해 노즐 주입구가 얼어 막히는 아이싱 현상을 방지하기 위해 노즐 스템 하단에 노즐 주입구보다 작은 노즐 스템 핀을 조립하여 노즐 구멍을 막아서 물기가 얼어서 노즐 구멍이 막히는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 미니 액체 질소 주입기.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 타이머는 액체 질소의 투입량을 1/100초 단위로 설정하여 액체 질소 주입량을 조절하는 것을 특징으로 하는 미니 액체 질소 주입기.
4. 제 2항에 있어서,
   상기 노즐 히팅 블록은 온도가 40도로 설정되어 전원 온 상태에서는 항상 40도를 유지하는 것을 특징으로 하는 미니 액체 질소 주입기.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 내조 탱크 내부에서 중공형 파이프 형태로 설치된 레벨 유니트는 스프링에 의해 작동하는 레벨 플로트에 의해 액체 질소의 충진 정도를 레벨 사이트 글라스에서 확인 가능한 것을 특징으로 하는 미니 액체 질소 주입기.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 노즐은 금속제의 노즐 주입구를 2단으로 가공한 구멍에 초저온 재질로 가공 조립하여 노즐의 쿨 다운 없이 바로 주입되는 것을 특징으로 하는 미니 액체 질소 주입기.
   
   
   
   

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