KR102418010B1

KR102418010B1 - 드라이아이스 제조장치 및 이를 이용한 제조방법

Info

Publication number: KR102418010B1
Application number: KR1020220027705A
Authority: KR
Inventors: 문명규
Original assignee: 문명규
Priority date: 2022-03-03
Filing date: 2022-03-03
Publication date: 2022-07-06

Abstract

본 발명은 드라이아이스 제조장치 및 제조방법을 개시한다. 구체적으로 액화탄산가스를 저장하는 탱크부; 상기 탱크부에서 이송된 액화탄산가스를 더 낮은 온도로 과냉각시키는 과냉각부; 상기 과냉각부에서 과냉각된 액화탄산가스를 밀폐된 챔버 내부로 분사하고 단열팽창에 의해 생성된 드라이아이스 입자을 압출실린더로 압착하면서 다수개의 드라이아이스 가닥으로 압출시키는 압출부; 상기 압출실린더에 압출된 다수개의 드라이아이스 가닥을 장방형의 성형틀이 형성된 블록금형에 넣고 상부와 하부에서 가압실린더로 압축하여 고체화된 드라이아이스 블록으로 성형하는 블록성형부;를 포함하여 이루어지되, 상기 과냉각부는 액화탄산가스를 -30℃로 과냉각시키는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 제조장치와 이 제조장치를 이용하여 드라이아이스 블록을 제조하는 방법이 개시된다.

Description

드라이아이스 제조장치 및 이를 이용한 제조방법{Apparatus and method for making dryice}

본 발명은 드라이아이스 제조장치 및 제조방법에 관한 것으로서, 상세하게는 액화상태의 탄산가스를 처리하여 고체상태의 드라이아이스 블록으로 제조할 수 있는 제조장치 및 그 장치를 이용하여 드라이아이스를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 드라이아이스는 과일, 야채, 유제품, 냉동육류, 냉과 및 어류 등을 신선하게 보전하기 위해서 사용되고 있다. 이러한, 드라이아이스는 제조장치에서 대형으로 생산되어 필요한 크기로 절단된 후, 상기 과일, 야채, 유제품, 냉동육류, 냉과 및 어류등과 함께 아이스박스에 담겨져서 내용물을 신선하게 보존할 수 있다.

종래 드라이아이스는 액화탄산가스를 고압으로 분사하고, 분사된 액화탄산가스를 응축하여 제조된다. 여기서 고압으로 분사되는 액화탄산가스는 단열 팽창에 의해 분말과 같은 형태로 상변화를 일으키게 된다.

그런데 이때, 액화탄산가스가 공급되어 고압으로 분사되기까지 액화탄산가스가 유동되는 동안 열손실이 일어나 액화탄산가스의 단열 팽창률이 낮아지게 되는 문제점이 발생되었다. 결과적으로 드라이아이스를 제조하는데 많은 양의 액화탄산가스가 소비됨으로써 제조 효율이 떨어지는 문제점도 발생되었다

이를 해결하기 위해 아래와 같은 종래 기술들이 제안되었다.

간략하게 설명하자면, 대한민국 등록특허 10-1458769(2014.10.31.)에 "상하방향으로 길게 형성된 하우징의 하측에 배치된 제1실린더에 결합된 지지블록이 상기 하우징의 내부공간의 하부를 차폐한 상태에서, 상기 하우징의 상측에 구비된 한 쌍의 가이드 부시에 결합되어 상기 하우징과 상방향으로 이격되게 배치된 제2실린더에 결합된 개폐블록이 상기 하우징을 향해 하향 이동하여 상기 내부 공간으로 삽입되어 상기 내부 공간의 상부를 차폐하는 단계와; 상기 내부 공간이 차폐되면, 초저온냉각기를 통과하면서 설정된 온도 이하로 과냉각된 액화탄산가스를 상기 내부 공간의 내부에 배치된 분사노즐을 통해 단열 팽창시켜 드라이아이스 분말상태로 상기 내부 공간에 분사시키는 단계와; 상기 드라이아이스 분말이 분사되면, 상기 지지블록이 상기 내부 공간을 상향 이동하면서 상기 드라이아이스 분말을 압착 응집하여 드라이아이스 블록으로 제조하는 단계와; 상기 드라이아이스 블록이 제조되면, 상기 개폐블록이 상향 이동하여 초기 위치로 복원되어 상기 내부 공간의 상부를 개방하는 단계와; 상기 내부 공간의 상부가 개방되면, 상기 지지블록이 상기 드라이아이스 블록을 지지한 상태로 상향이동하여, 상기 드라이아이스 블록을 상기 내부 공간의 개방된 상측 외부로 노출시키는 단계와; 상기 드라이아이스 블록이 노출되면, 상기 하우징의 상측에서 수평방향으로 구비된 작업 플레이트에 배치된 푸시 블록이 수평 이동하면서 상기 드라이아이스 블록을 밀어내어 배출하는 단계와; 상기 드라이아이스 블록이 배출되면, 상기 지지블록이 하향 이동하여 초기 위치로 복원되는 단계를 포함하는 드라이아이스 블록 제조방법."이 개시되었다.

위 선행기술에 따르면, 초저온냉각기를 구비하여 액화탄산가스를 설정 온도 이하가 되도록 과냉각시켜 액화탄산가스가 하우징 내부에 분사될 때 액화탄산가스의 단열팽창률을 향상시켜 상변화되는 드라이아이스 분말의 부피가 더 커지게 되므로 상대적으로 적은 양의 액화탄산가스로 드라이아이스를 만들 수 있으므로 제조효율이 향상되는 효과가 있었다.

그러나 약 -22℃의 액화탄산가스를 초저온냉각기로 -56.7℃ ~ -48℃ 사이의 온도로 과냉각시키면, 액화탄산가스가 거의 반고체 상태가 되므로 실제 유동이 일어나지 않아 노즐까지 잘 전달되지 못하거나 전달되더라도 노즐에서 잘 분사되지 못하는 문제가 있었다.

그리고 불완전한 분사로 인해 실제 운용시 단열팽창 효율이 떨어져 완전한 고체화를 위한 온도 -75℃에 이르지 못한 상태의 드라이아이스 분말을 압축하기 때문에 압축된 드라이아이스 블록 내부에 미세한 기공들이 형성되어 드라이아이스 품질이 저하되는 단점이 있었다.

또한 압축을 수행하는 하우징 내부공간에서 단열팽창으로 압력이 증가하면 유동하는 액화탄산가스가 액화탄산가스 저장탱크 방향으로 역류하는 문제가 발생할 수도 있다.

대한민국 등록특허 10-1458769(2014.10.31.)"드라이아이스 블록 제조방법" 대한민국 등록특허 10-2227156(2021.3.8.)"판형 열교환기와 이원 냉동기를 이용한 드라이아이스 제조시스템"

이에 본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하고자 개발한 것으로서, 본 발명의 목적은 초저온 냉각기를 사용하여 액화탄산가스를 종래와 다른 온도로 과냉각시켜 단열팽창시킬 수 있는 드라이아이스 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 단열팽창에 의해 생성된 드라이아이스 입자를 압축하여 다수개의 가닥으로 압착 분출시킨 후 다시 압축하는 방식으로 드라이아이스 블록으로 만들 수 있는 드라이아이스 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 압출이 이루어지는 챔버 내부가 일정 압력 이하를 유지하도록 제어되는 구조를 가진 드라이아이스 제조장치 및 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 드라이아이스 제조장치는, 액화탄산가스를 저장하는 탱크부; 상기 탱크부에서 이송된 액화탄산가스를 더 낮은 온도로 과냉각시키는 과냉각부; 상기 과냉각부에서 과냉각된 액화탄산가스를 밀폐된 챔버 내부로 분사하고 단열팽창에 의해 생성된 드라이아이스 입자을 압출실린더로 압착하면서 다수개의 드라이아이스 가닥으로 압출시키는 압출부; 상기 압출실린더에 압출된 다수개의 드라이아이스 가닥을 장방형의 성형틀이 형성된 블록금형에 넣고 상부와 하부에서 가압실린더로 압축하여 고체화된 드라이아이스 블록으로 성형하는 블록성형부;를 포함하여 이루어지되, 상기 과냉각부는 액화탄산가스를 -30℃로 과냉각시킬 수 있다.

여기서, 상기 압출부는, 내부에 단열팽창이 이루어지는 공간이 형성되는 챔버와, 상기 챔버의 외주면에 구비되어 상기 챔버의 내부로 상기 과냉각부에서 과냉각된 액화탄산가스를 분사하는 노즐과, 다수개의 압출홀이 형성되고 상기 챔버의 일단을 막도록 구비되는 압출망과, 상기 챔버의 타단에 설치되고 상기 챔버 내부의 드라이아이스 입자를 압축하여 상기 압출홀을 통해 다수의 드라이아이스 가닥으로 압출되게 하는 압출실린더를 포함하여 이루어질 수 있다.

그리고 상기 챔버의 외주면에는 하나 이상의 필터공이 형성되고, 상기 필터공에는 기체는 통과시키되 액체는 차단할 수 있는 다공성필터가 장착되어 상기 챔버 내부가 일정압력 이상으로 상승되는 것을 방지할 수 있다.

또 상기 다공성필터는 구리분말 소결체로 이루어질 수 있다.

한편, 상기 블록성형부는, 상기 압출부에서 압출되는 다수개의 드라이아이스 가닥을 상부로 수납하면서 하부로 낙하시킬 수 있도록 상하가 개방된 수납프레임과, 상기 수납프레임을 전후진 구동하는 투입실린더와, 전진된 상기 수납프레임의 하측에 구비되고 상하가 관통된 하나 이상의 성형틀이 형성된 블록금형과, 상기 블록금형의 상측과 하측에 각각 수직으로 구비되는 상부가압실린더 및 하부가압실린더와, 상기 하부가압실린더의 로드에 결합되고 상승하여 상기 성형틀에 수용된 드라이아이스를 하부에서 지지하는 지지프레스와, 상기 상부가압실린더의 로드에 결합되고 하강하여 상기 성형틀에 수용된 드라이아이스를 상부에서 가압함으로써 드라이아이스 블록을 성형하는 가압프레스를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 실시 예를 따르면, 장방형의 드라이아이스 블록을 제조하는 방법에 있어서, 20bar, -22℃의 액화탄산가스를 초저온냉각기를 사용하여 -30℃의 액화탄산가스로 과냉각시키는 단계; 과냉각된 액화탄산가스를 밀폐된 챔버로 보내고, 상기 챔버에 부착된 노즐을 통해 상기 챔버 내부로 분사하여 단열팽창시킴으로써 드라이아이스 입자를 형성키는 단계; 상기 챔버에 일단에 설치된 압출실린더를 작동하여 상기 챔버 내부에 수용된 드라이아이스 입자를 압축하고, 상기 챔버의 타단에 설치되고 다수개의 압출홀이 형성된 압출망을 통해 다수의 드라이아이스 가닥으로 압출시키는 단계; 압출된 드라이아이스 가닥을 장방형의 성형틀 속에 수용하고 상부와 하부에서 가압하여 드라이아이스 블록으로 성형하는 단계;를 포함하여 이루어질 수 있다.

이때, 상기 챔버의 외주면에는 구리분말을 소결체로 이루어진 다공성필터가 부착되어, 상기 챔버 내부에서 기화된 기화탄산가스는 통과하되, 액화탄산가스는 차단시킴으로써 상기 챔버 내부가 일정압력 이상이 되는 것을 방지할 수 있다.

이상에서 설명한 본 발명에 의하면, 아래와 같은 효과가 있다.

첫째는, 종래 과냉각 온도와 다르게 액화탄산가스를 -30℃까지만 과냉각시키기 때문에 반고체상태가 아니라 액체상태로 과냉각되므로 압출부까지 용이하게 이송된 후 단열팽창이 이루어질 수 있다.

둘째는, 단열팽창된 드라이아이스 입자를 바로 압축하여 블록으로 만들지 않고 다수의 가닥으로 압출한 후 압축하는 방식을 사용하므로 드라이아이스 내부에 기공이 거의 발생하지 않아 품질이 우수하다.

셋째는, 구리분말 소결체로 이루어진 다공성필터를 사용하여 챔버 내부의 압력을 제어함으로써 액화탄산가스가 역류하는 것을 방지할 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 드라이아이스 제조장치의 외관을 나타내는 사시도
도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 압출부를 나타내는 사시도
도 3은 도 2에 도시된 압출부의 단면사시도
도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 블록성형부를 나타내는 사시도
도 5는 도 4에 도시된 블록성형부의 단면사시도

이하, 본 발명에 따른 일 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

참고로, 도면을 참조한 설명은 본 발명을 더 쉽게 이해하기 위한 것으로, 본 발명의 범주가 그것에 의해 한정되는 것은 아니다. 그리고 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단될 경우, 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예를 따른 드라이아이스 제조장치의 외관을 나타내는 사시도이다.

도시된 바를 참조하면, 본 발명은 크게, 탱크부(100), 과냉각부(200), 압출부(300), 블록성형부(400)를 포함하여 구성될 수 있다.

먼저, 상기 탱크부(100)는 액체상태의 액화탄산가스를 저장한다.

상기 탱크부(100)의 내부에는 -22℃, 20bar의 압력을 가지는 액화탄산가스를 저장하면서 상기 과냉각부(200)로 공급한다.

그리고 도시되지는 않았으나 상기 탱크부(100)와 상기 과냉각부(200)는 액화탄산가스를 이송하는 배관(미도시)에 의해 연결된다.

다음으로 상기 과냉각부(200)는 상기 탱크부(100)로부터 이송된 액화탄산가스의 온도를 더 낮추어 과냉각시키기 위한 구성이다. 이것은 상기 탱크부(100)에서 공급된 액화탄산가스가 이송되는 과정에서 필연적으로 열을 흡수하게 되어 온도가 높아진 상태로 상기 압출부(300)에 분사되면 단열팽창율이 낮아지게 되어 드라이아이스 발생량이 감소하게 된다.

이러한 문제를 해결하기 위해 상기 과냉각부(200)가 액화탄산가스를 일정온도 이하로 재냉각하여 단열팽창이 최대화될 수 있도록 유도할 수 있다.

그런데 종래에는 액화탄산가스를 삼중점에 가까운 -56.7℃ ~ -48℃까지 과냉각시켰으나 이러한 상태는 거의 반고체 상태가 되어 실제 배관을 통해 유동하기 어려운 문제가 있었다.

따라서, 본 발명에서 상기 과냉각부(200)는 액화탄산가스가 액체상태를 유지하게 하면서 최대한 과냉각될 수 있도록 -30℃까지 과냉각시킨다.

상기 과냉각부(200)는 냉매로 구동되는 압축기와 응축기 및 증발기를 포함하는 냉동사이클을 이용하는 초저온냉각기(200)를 사용할 수 있다.

다음으로 도 2, 3을 함께 참조하여 상기 압출부(300)에 대해 설명한다. 도 2는 도 1에 도시된 본 발명의 압출부를 나타내는 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 압출부의 단면사시도를 나타낸다.

상기 압출부(300)는 상기 과냉각부(200)에서 과냉각된 액화탄산가스를 단열팽창시켜 드라이아이스 입자로 만들고, 드라이아이스 입자를 압착하여 다수 가닥으로 압출시키기 위한 구성으로서, 챔버(310), 노즐(320), 압출망(330), 압출실린더(340)를 포함해서 구현될 수 있다.

상기 챔버(310)는 단열팽창이 이루어지는 공간을 제공하면서 압출이 이루어지는 공간을 제공하는 구성으로서 원통형상으로 이루어진다.

상기 챔버(310)의 외주면에는 하나 이상의 상기 노즐(320)이 설치된다. 상기 노즐(320)은 상기 과냉각부(200)와 배관으로 연결되어 상기 챔버(310)의 내부로 과냉각된 액화탄산가스를 분사한다.

이때, 상기 노즐(320)은 상기 챔버(310)의 길이방향을 따라 복수개가 일정 간격을 두고 설치되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 챔버(310)의 일단에는 상기 압출망(330)이 씌워진다.

상기 압출망(330)은 다수개의 압출홀이 형성된 망(net, screen)과 같은 구조로 이루어진다.

또 상기 챔버(310)의 타단에는 상기 압출실린더(340)가 설치된다. 상기 압출실린더(340)의 피스톤(341)은 상기 챔버(310) 내부로 인입되어 전후진하면서 내부의 드라이아이스 입자를 압출할 수 있다.

따라서, 상기 노즐(320)을 통해 상기 챔버(310) 내부로 분사되면 액화탄산가스는 단열팽창에 의해 냉각되면서 고체화되어 드라이아이스 입자가 되고, 상기 압출실린더(340)가 작동하여 상기 챔버(310) 내부의 드라이아이스 입자를 압축하면 드라이아이스 입자는 압축되면서 상기 압출망(330)을 통해 다수개의 드라이아이스 가닥으로 압출된 후 상기 블록성형부(400)로 전달된다.

부가적으로 상기 압출망(330)의 전방에는 평판 다수개를 종횡으로 배열하여 격자 형상을 이루는 격자부재(350)가 더 구비된다.

상기 격자부재(350)는 상기 압출망(330)을 통해 다수개로 압출되는 드라이아이스 가닥들이 부러지면서 흩어지지 않도록 연속해서 수평으로 압출될 수 있게 가이드할 수 있다.

그리고 상기 격자부재(350)의 전방에는 회전하는 커터(360)가 구비되어 상기 격자부재(350)를 통해 안내되면서 토출되는 드라이아이스 가닥들을 절단한다.

또 상기 커터(360)에 의해 절단된 드라이아이스 가닥들은 낙하하여 호퍼(390)를 통해 상기 블록성형부(400)로 투입될 수 있다.

한편, 상기 챔버(310)의 외주면에 하나 이상의 다공성필터(370)가 장착되는 것이 좋다.

상기 다공성필터(370)는 상기 챔버(310) 내부에 드라이아이스 기체와 액체가 공존할 때 기체는 통과시키고, 액체는 차단할 수 있다.

이를 위해, 상기 챔버(310)의 외주면에 하나 이상의 필터공이 형성되고, 상기 필터공에 상기 다공성필터(370)가 장착될 수 있다.

이때, 상기 다공성필터(370)는 구리분말을 소결한 소결체를 사용할 수 있다.

따라서, 상기 챔버(310)의 내부 압력이 일정압 이상 상승하면 기체는 상기 다공성필터(370)를 통해 배출되어 압력이 낮아지면서 유지될 수 있다.

이것은 상기 탱크부(100)의 압력이 20bar 정도가 되므로 상기 챔버(310) 내부의 압력이 20bar 이상이 되면 상기 챔버(310) 내부 압력이 더 커지게 되어 액화탄산가스가 역류하는 문제가 발생하기 때문에 기체를 배출시키는 방식으로 챔버 내부가 일정압력 이상으로 상승하는 것을 방지하기 위함이다.

다양한 테스트와 시행착오를 통해 상기 챔버(310) 내부의 압력은 15bar를 유지하도록 제어되는 것이 바람직하므로, 상기 챔버(310)에 별도로 압력을 제어할 수 있는 압력제어기(미도시)가 부착되게 할 수 있다.

즉, 압력이 15bar 이상이 되면 상기 다공성필터(370)를 통해 기화탄산가스가 배출되면서 압력이 제어될 수 있다.

바람직한 것은 상기 다공성필터(370)의 외측으로 원형링 형상의 밀폐된 집기수단(380)이 더 구비될 수 있다.

상기 집기수단(380)은 상기 다공성필터(370)를 통해 배출되는 기화탄산가스를 수거하여 리커버(recover) 장비를 사용하여 다시 액화시킨 후 상기 탱크부(100)로 보낼 수 있다.

다음으로 도 4, 5를 함께 참조하여 상기 블록성형부(400)에 대해 설명한다. 도 4는 도 1에 도시된 본 발명의 블록성형부를 나타내는 사시도이고, 도 5는 도 4에 도시된 블록성형부의 단면사시도를 나타낸다.

상기 블록성형부(400)는 상기 압출부(300)에서 만들어진 드라이아이스 가닥을 수납하여 장방형을 이루는 드라이아이스 블록을 성형하는 구성으로서, 수납프레임(410), 투입실린더(420), 블록금형(430), 상부가압실린더(440) 및 하부가압실린더(450), 지지프레스(451), 가압프레스(441)를 포함해서 구현 가능하다.

상기 수납프레임(410)은 상기 호퍼(390)의 직하방에 구비되고 사각틀 형상을 이루어 내부에 낙하하는 드라이아이스 가닥들이 수납된다. 이때, 상기 수납프레임(410)의 상부와 하부는 개방된 형상을 이루어 상부로 드라이아이스 가닥들이 투입되고, 하부로 낙하할 수 있다.

그리고 상기 수납프레임(410)의 후방에 투입실린더(420)의 로드가 결합되어 상기 수납프레임(410)은 전후진 작동될 수 있다.

상기 수납프레임(410)의 수평 슬라이딩 이동을 지지하도록 상기 수납프레임(410)의 하측에 슬라이딩판(460)이 구비되고, 상기 슬라이딩판(460)의 상부면 양측에 상기 수납프레임(410)의 직선이동을 가이드하는 가이드부재(461)가 형성된다.

또 상기 수납프레임(410)의 전방의 하측에 다수개의 성형틀(431)이 형성된 블록금형(430)이 고정된다. 상기 성형틀(431)은 상하가 관통되고 횡단면이 직사각형일 수 있으며 상기 블록금형(430)의 내부에 복수개가 배열 형성된다.

여기서, 상기 블록금형(430)의 상부면은 상기 수납프레임(410)의 하부면과 일치하도록 배치되어 상기 수납프레임(410)이 수평으로 이동하여 상기 블록금형(430)의 상부면에 밀착될 수 있다.

상기 블록금형(430)의 상측과 하측에 각각 상부가압실린더(440)와 하부가압실린더(450)가 구비된다.

이때, 상기 상부가압실린더(440)의 로드에는 상기 성형틀(431)의 단면과 동일한 단면을 가지는 가압프레스(441)가 결합되고, 상기 하부가압실린더(450)의 로드에는 상기 성형틀 단면과 동일한 단면의 지지프레스(451)가 결합된다.

따라서, 상기 하부가압실린더(450)가 작동하면 상기 지지프레스(451)가 상승하여 상기 성형틀(431)의 하부를 밀폐할 수 있다.

그리고 상기 수납프레임(410)이 전진하여 상기 블록금형(430)의 상부면에 밀착되면 내부에 수용된 드라이아이스 가닥들이 낙하하여 상기 성형틀(431)에 채워진다.

이어서 수납프레임(410)이 후진한 후 상기 상부가압실린더(440)가 작동하면 상기 가압프레스(441)가 하강하여 상기 성형틀(431)의 상부를 밀폐하면서 내부의 드라이아이스를 가압함으로써 드라이아이스 블록이 성형된다.

이하에서는 본 발명의 다른 실시 예를 따른 상술한 드라이아이스 제조장치를 이용한 드라이아이스 제조방법에 대해 설명한다.

먼저, 상기 탱크부(100)에 저장된 20bar, -22℃의 액화탄산가스를 초저온냉각기()를 사용하여 -30℃의 액화탄산가스로 과냉각시킨다.

상기 초저온냉각기(200)는 냉매를 사용하는 압축기, 응축기, 증발기를 포함하는 냉동사이클로 구성된다. 이러한 냉동사이클은 공지된 것이므로 상세한 설명은 생략한다.

다만, 종래와 달리 -30℃까지만 과냉각시키면 여전히 액체상태이므로 배관을 통해 유동하는 것이 용이하다. 즉, 과냉각된 액화탄산가스가 배관을 통해 상기 챔버(310)로 잘 전달될 수 있다.

다음으로 상기 압출부(300)에서 과냉각된 액화탄산가스를 단열팽창시켜 드라이아이스 입자 또는 분말로 만드는 단계이다.

상기 초저온냉각기(200)에서 -30℃로 과냉각된 액화탄산가스는 상기 챔버(310)의 외주면에 구비된 노즐(320)을 통해 상기 챔버(310)의 내부로 분사된다.

이때, 상기 챔버(310) 내부에서 단열팽창이 일어나면서 온도가 급격하게 -75℃까지 낮아지므로 액화탄산가스는 고체화되면서 드라이아이스 입자로 변한다.

다음은 상기 챔버(310) 내에 충진된 드라이아이스 입자를 압축하면서 다수개의 가닥으로 압출시키는 단계이다.

이를 위해, 상기 챔버(310)의 압출실린더(340)가 작동하여 상기 챔버(310) 내부에서 상기 피스톤(341)이 전진하면서 드라이아이스 입자를 압축한다.

그리고 압축된 드라이아이스 입자는 덩어리가 되면서 상기 챔버(310)의 전방에 설치된 압출망(330)의 압출홀을 통해 다수개의 드라이아이스 가닥으로 압출된다.

압출된 다수개의 드라이아이스 가닥들은 상기 격자부재(350)에 의해 흩어지거나 부러지지 않고 수평으로 이동할 수 있으며, 상기 커터(360)에 의해 잘게 절단된 후 상기 호퍼(390)로 낙하된다.

낙하된 드라이아이스 가닥들은 상기 수납프레임(410)으로 수납된다.

바람직한 것은 상기 챔버(310)의 외주면에 다공성필터(370)가 부착되어 내부의 기체, 다시 말해서, 기화탄산가스는 외부로 배출하는 반면, 내부의 액체, 즉, 액화탄산가스는 차단하게 할 수 있다.

이것은 내부의 압력이 일정값 이상 올라가지 않도록 예를 들어, 15bar 이상이 되지 않도록 제어하여 액화탄산가스가 상기 압출부(300)로 역류하지 않게 한다.

다음으로 드라이아이스 블록을 성형하는 단계에 대해 설명한다.

상기 수납프레임(410)으로 드라이아이스 가닥들이 충분히 낙하하여 충진되면 상기 투입실린더(420)가 작동하여 상기 수납프레임(410)을 전진시킨다. 전진된 상기 수납프레임(410)이 상기 블록금형(430)의 상부면에 놓인다.

이때, 상기 하부가압실린더(450)의 지지프레스(451)는 상기 블록금형(430)의 성형틀(431) 하부를 밀폐한 상태이므로 상기 수납프레임(410) 내부에 수용된 드라이아이스는 낙하하여 상기 성형틀(431) 내부에 채워진다.

그리고 상기 투입실린더(420)가 상기 수납프레임(410)을 후진시키고, 상기 상부가압실린더(440)가 작동하여 상기 가압프레스(441)가 상기 성형틀(431)의 상부로 진입하여 드라이아이스를 가압함으로써 드라이아이스 블록을 성형한다.

참고로 성형된 드라이아이스 블록을 취출하기 위해 상기 가압프레스(441)가 상승하고, 상기 지지프레스(451)도 상승하면 드라이아이스 블록이 상기 성형틀(431) 외부로 노출되므로 상기 수납프레임(410)을 다시 전진시키면 노출된 드라이아이스 블록을 푸싱하여 취출할 수 있다.

동시에 상기 지지프레스(451)가 하강하면서 전진된 상기 수납프레임(410)에 수용된 드라이아이스가 상기 성형틀(431)에 다시 채워지는 과정이 반복될 수 있다.

이상에서 도면을 참조하여 본 발명의 대표적인 실시 예를 설명하였지만, 본 발명이 속한 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 상기 내용을 바탕으로 본 발명의 범주 내에서 다양한 응용 및 변형을 행하는 것이 가능할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 탱크부 200 : 과냉각부(초저온냉각기)
300 : 압출부
310 : 챔버 320 : 노즐
330 : 압출망 340 : 압출실린더
341 : 피스톤 350 : 격자부재
360 : 커터 370 : 다공성필터
380 : 집기수단 390 : 호퍼
400 : 블록성형부
410 : 수납프레임 420 : 투입실린더
430 : 블록금형 431 : 성형틀
440 : 상부가압실린더 441 : 가압프레스
450 : 하부가압실린더 451 : 지지프레스
460 : 슬라이딩판 461 : 가이드부재

Claims

액화탄산가스를 저장하는 탱크부;
상기 탱크부에서 이송된 액화탄산가스를 -30℃ 온도로 과냉각시키는 과냉각부;
내부에 단열팽창이 이루어지는 공간이 형성되는 챔버와, 상기 챔버의 외주면에 구비되어 상기 챔버의 내부로 상기 과냉각부에서 과냉각된 액화탄산가스를 분사하는 노즐과, 다수개의 압출홀이 형성되어 상기 과냉각부에서 과냉각된 액화탄산가스를 밀폐된 챔버 내부로 분사하고, 상기 챔버의 외주면에는 하나 이상의 필터공이 성형되고, 상기 필터공에는 기체는 통과시키되 액체는 차단할 수 있는 구리분말 소결체로 이루어진 다공성필터가 장착되어 상기 챔버 내부가 15bar 이상에서는 기화탄산가스가 배출될 수 있도록 압력이 제어되고, 다공성필터의 외측으로 원형링 형상의 밀페된 집기수단을 구비하여 다공성필터를 통해 배출되는 기화탄산가스를 액화시켜 상기 탱크부로 회수할 수 있는 리커버장비가 구비되고, 상기 챔버의 일단을 막도록 구비되는 압출망과, 상기 챔버의 타단에 설치되고 상기 챔버 내부의 드라이아이스 입자를 압축하여 상기 압출홀을 통해 다수의 드라이아이스 가닥으로 압출되게 하는 압출실린더로 단열팽창에 의해 생성된 드라이아이스 입자을 압착하면서 다수개의 드라이아이스 가닥으로 압출시키는 압출부;
상부로 드라이아이스 가닥들이 수납되는 수납프레임은 호퍼의 직하방에 구비되며 사각틀 형상을 이루고 상부와 하부는 개방된 형상을 이루며 후방에 투입실린더 로드가 결합되어 전후진할 수 있으며, 상기 수납프레임의 하측에 상하가 관통된 하나 이상의 성형틀이 형성된 블록금형의 하측에 수직으로 하부가압실린더가 구비되고, 상기 하부가압실린더의 로드에 결합된 지지프레스가 상승하여 상기 성형틀에 수용된 드라이아이스를 하부에서 지지할 수 있는 지지프레스가 성형틀을 밀폐하면 상기 드라이아이스가 수납된 수납프레임이 전진하여 상기 블록금형의 상부면에 밀착되면 드라이아이스 가닥이 성형틀에 채워지고, 상기 수납프레임이 후진 후 상기 블록금형의 상측에 구비되는 상부가압실린더의 로드에 결합된 가압프레스가 상기 성형틀에 수용된 드라이아이스를 상부에서 가압함으로써 드라이아이스 블록을 압축하여 고체화된 드라이아이스 블록으로 성형하는 블록성형부;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 제조장치.
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