KR19990007571A - 캔음료의 자체 냉각방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는 캔용기의 내부에 압축 저장된 액화탄산가스를 용기내에 마련된 별도의 공간에 1차로 기화 확산시킨 후 여기서 기화되지 않은 액화탄산가스를 2차로 외부의 힘에 의해 뚫린 방출구를 통해 기화시키면서 캔용기의 외부로 배출되도록 하는 캔음료의 자체 냉각방법에 있어서, 상기 액화탄산가스를 직경 0.4∼0.7㎜인 노즐이나 노즐관을 통해 기화 확산시키고 또한 냉매실을 스틸, 스테인레스 또는 동으로 구성하고 그 두께를 0.5∼1.0㎜로하여 액화탄산가스의 기화시 열교환이 빠르게 일어날 수 있도록 한 캔음료의 자체 냉각방법을 공개한다.

Description

캔음료의 자체 냉각방법

본 발명은 캔음료의 자체 냉각방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 캔용기의 내부에 냉매실을 구비하여 별도의 냉장수단에 의해 음료를 냉각하지 않고 냉매실에 충전된 냉매를 캔용기의 외부로 기화 방출하여 음료를 자체 냉각시킬 수 있는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 음료를 냉각하기 위해서는 냉장고, 냉장쇼케이스, 드라이아이스 등을 이용하게 된다. 특히 야외에 나갈 때에는 아이스박스를 주로 이용한다.

그러나 아이스박스 등은 부피가 크고 무겁기 때문에 등산이나 하이킹 등 야외 나들이를 할 때에 그 휴대가 매우 불편하다. 또한 아이스박스는 음료를 장시간 냉장시킬 수 없어 오랜시간 동안 음료를 냉장시킬 수 없다.

따라서 야외에서도 언제나 시원한 음료를 마실 수 있는 방안이 연구되기 시작하였으며, 그 결과로 자체 냉각형 캔용기(이하, 냉각캔 이라 한다)가 개발되었으며, 지금도 이에 대한 꾸준한 연구가 계속되고 있다.

냉각캔은 캔용기의 내부에 냉매실을 만들어 음료 섭취시 냉매에 의한 흡열반응, 발열반응 등을 이용하여 캔용기 내부의 음료를 냉각시키고자 한 것으로, 여러 가지 유형이 있다.

제 1 유형으로 캔용기 내에 물주머니와 약제실을 만들고 음료섭취시 약제실에 물이 유입되도록하여 물과 약제의 반응에 의해 음료와 반응물간에 열교환에 의해 음료를 냉각시키는 기술이 알려져 있다.

그러나 이 기술은 캔용기에 냉매실로서 물주머니와 약제실을 함께 만들어야 하므로 음료의 냉각수단이 차지하는 공간이 클 수 밖에 없었으며, 따라서 캔용기 자체를 크게 만들어야 하므로 경제적이지 못하다. 또한 냉매실의 표면적을 최대한 넓게 만들어도 충분한 열교환이 이루어지기 까지 시간이 많이 걸리기 때문에 갈증이 날 때 시원한 음료의 바로 섭취하지 못하게 되는 등 여러 가지 제약이 따른다.

제 2 유형으로 캔용기의 내부에 냉매가 충전되는 냉매실을 마련하고 용기의 외부로부터 냉매실을 터뜨릴 수 침봉 등을 구비하여, 침봉을 이용 냉매실을 떠뜨려 음료속으로 냉매를 분출시켜서 발열 및 흡열반응 원리를 이용, 음료를 냉각시키는 기술이 알려져 있다.

그러나 이 방법에 의하면 냉매를 음료내에 기화 확산시켜 냉각시키는데, 음료출구가 개방된 경우에는 냉매가 기화되면서 확산될 때 내부의 압력에 의해 음료가 캔의 외부로 배출될 수 밖에 없고, 음료출구가 개방되지 않은 경우에는 내부 압력에 의해 용기가 터질 위험도 내포하고 있다. 또한 이 방법은 300㎖ 캔용기에 냉매를 50㎖ 이상 충전하여 사용하여도 음료의 냉각정도가 -8℃를 넘기 어려워 그 효과도 작다.

제 3 유형으로 상기 제 2 유형과 비슷하나 냉매를 캔용기의 외부로 냉매를 분출시켜 음료를 냉각하는 기술이 알려져 있으나, 이 방법도 현재까지 알려진 기술로 충분히 음료를 냉각시키기 위해서는 많은 양의 냉매가 필요해 용기 자체가 커질 수 밖에 없었다. 또한 이 기술로도 -10℃ 이상 음료를 냉각시키기 어려웠다.

따라서 본 발명자는 먼저 캔용기의 내부에 압축 저장된 액화탄산가스를 기화시키면서 캔용기의 외부로 배출시키는 캔음료의 자체 냉각방법에 있어서, 상기 액화탄산가스를 용기내에 마련된 별도의 공간에 1차로 기화 확산시킨 후 여기서 기화되지 않은 액화탄산가스를 2차로 외부의 힘에 의해 뚫린 방출구를 통해 기화시키면서 캔용기의 외부로 배출되도록 한 기술을 특허출원 하였다.

상기와 같은 캔음료의 자체 냉각방법에 의하면 적은 양의 액화탄산가스를 사용하여 1∼2분의 시간에 충분히 캔음료를 -15℃ 이하로 자체 냉각할 수 있다.

본 발명은 압축 액화 저장된 탄산가스를 2차에 걸쳐 기화 확산시켜 최대한 액화탄산가스가 모두 기화되어 캔용기의 외부로 배출하여 캔음료를 -15℃ 이하로 자체 냉각할 수 있도록 하는데 있어 가장 효과적으로 액체탄산가스의 기화시킬 수 있는 캔음료의 자체 냉각방법을 제공하는 데에 그 목적이 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 액체탄산가스의 기화시 캔용기내 음료와 탄산가스간에 열교환이 효과적으로 이루어질 수 있도록 하는 캔음료의 자체 냉각방법을 제공하는 데에 있다.

상기 본 발명의 목적을 달성하기 캔음료의 자체 냉각방법은, 캔용기의 내부에 압축 저장된 액화탄산가스를 용기내에 마련된 별도의 공간에 1차로 기화 확산시킨 후 여기서 기화되지 않은 액화탄산가스를 2차로 외부의 힘에 의해 뚫린 방출구를 통해 기화시키면서 캔용기의 외부로 배출되도록 하는 캔음료의 자체 냉각방법에 있어서, 상기 액화탄산가스를 직경 0.4∼0.7㎜인 노즐이나 노즐관을 통해 기화 확산시키도록 한 데에 특징이 있다.

또한 본 발명은 효과적인 열교환이 이루어지도록 액화탄산가스를 저장하는 냉매실을 스틸, 스테인레스 또는 동으로 구성하고 그 두께를 0.5∼1.0㎜로하여 가장 효과적으로 열교환이 이루어지도록 한 데에 특징이 있다.

이와 같은 본 발명이 실현되기 위해서는 캔용기 내에 액화탄산가스가 충전되는 냉매실과, 냉매실의 액화탄산가스를 기화시키는 노즐이나 노즐관과, 상기에서 기화된 탄산가스가 확산되는 확산관과, 확산관의 단부에 구멍을 뚫을 수 있는 침봉과, 침봉에 의해 뚫린 구멍(제2노즐)을 통해 미기화 액화탄산가스가 2차적으로 기화되면서 외부로 배출되는 배출관이 구비되어야 한다.

즉, 기존 냉각캔에 비해 노즐과 확산관의 더 구비토록 하여 음료의 냉각 정도를 획기적으로 개선할 수 있다. 외부에 의해 침봉이 확산관을 단부(구체적으로는 확산관의 단부에 마련된 안전판)을 찌르게 되면 냉매실의 압력에 의해 침봉이 외부로 밀려 원위치되고 아울러 냉매실이 캔용기 외부와 연통된다. 따라서 압축된 액화탄산가스는 노즐을 통해 확산관에 기화 확산되면서 음료로 부터 기화열을 빼앗게 된다. 이때에 액화탄산가스는 노즐을 통과하면서 전부 기체 상태로 확산되지 못하고 일부는 액화상태로 확산관에 유입되며, 냉매는 노즐을 통과하는 과정에서 유체역학상 온도가 더욱 떨어지게 되어 이의 기화에 따른 열을 음료에서 보다 많이 흡수하게 되어 음료의 냉각이 보다 신속히 그리고 효과적으로 이루어지게 되는 것이다. 이와같이 냉매실의 액화탄산가스가 일부 노즐을 통하여 확산관으로 기화 확산을 시작하면 냉매실에 남아있는 잔여 액화탄산가스가 유동하면서 -70℃ 정도의 온도를 가지게 되므로 냉매실의 벽체를 통하여 캔용기내 음료와 열교환이 이루어지게 되는 바, 캔용기의 재질 및 그 두께가 최대한 압축되는 냉매의 압력에 견디면서 열교환이 효과적으로 이루어지도록 구성해야 한다. 한편 노즐의 경우 유체역학적으로 작은 구멍을 통과할 때 유체가 온도가 내려감과 동시에 음료의 열을 빼앗아 기화되게 되므로 그 구멍의 크기도 매우 중요하다. 따라서 본 발명에서는 이에 대해 실험을 통해 상세히 고찰하였다. 이렇게 확산관에 유입된 탄산가스 및 일부 액화탄산가스는 침봉에 의해 파열된 부분을 통해 용기 외부로 기화 배출되면서 2차적으로 음료와의 열교환이 이루어진다.

이와같은 본 발명의 방법에 의하면 음료의 온도를 -15℃ 이상으로 냉각시킬 수 있는데, 이를 실시예를 통해 살펴보기로 한다.

실시예 1

시중에 유통되고 있는 350㎖의 스틸캔과 동일한 캔용기의 저면에 자체 냉각장치를 만들어 조립하였다. 냉각장치에 있어서 냉매실은 원통형으로 용적이 6㎖인 것을 5개를 만들어 각각 노즐관으로 확산관에 연결하였고, 확산관은 내부지름과 길이를 10㎜와 20㎜로 하였다.

상기 캔용기에 시판 사이다 300㎖를 넣고 냉매실에 탄산가스를 압축 주입하여 액체탄산가스 30㎖이 되도록 충전하였다. 그런다음 침봉으로 확산관의 단부를 찔러 구멍을 형성하였더니, 1∼2분에 걸쳐 냉매실의 액체탄산가스가 기화되어 용기의 외부로 배출되었다.

이 때의 노즐직경과, 실린더 즉, 냉매실과 확산관의 재질 및 두께에 따른 음료의 냉각정도를 측정하였으며, 그 결과는 표1 및 표2에 도시하였다.

표1. 냉매실이 스테인레스인 경우

노즐직경실린더두께	0.3㎜	0.4㎜	0.5㎜	0.6㎜	0.7㎜
0.5㎜0.6㎜0.7㎜0.8㎜0.9㎜1.0㎜1.2㎜1.5㎜	-15℃-15℃-14℃-14℃-14℃-14℃-14℃-14℃	-16℃-16℃-16℃-15℃-15℃-15℃-15℃-15℃	-18℃-18℃-18℃-18℃-17℃-17℃-17℃-17℃	-17℃-17℃-16℃-16℃-15℃-14℃--	-15℃-15℃-14℃-13℃-12℃---

표2. 냉매실이 스틸인 경우

노즐직경실린더두께	0.3㎜	0.4㎜	0.5㎜	0.6㎜	0.7㎜
0.5㎜0.6㎜0.7㎜0.8㎜0.9㎜1.0㎜1.2㎜1.5㎜		-16℃-16℃-16℃-16℃-16℃-16℃-15℃-15℃	-17℃-17℃-17℃-17℃-17℃-16℃-16℃-16℃	-17℃-17℃-16℃-15℃-15℃-15℃-15℃-15℃	-15℃-14℃-13℃-13℃-13℃

실시예 2

냉매실을 원통형으로 용적이 10㎖인 것을 3개를 만들어 사용한 것 이외에는 실시예 1과 같은 방법으로 음료의 냉각정도를 측정하였으며, 그 결과는 표3, 표4 및 표5와 같다.

표3. 냉매실이 스테인레스인 경우

노즐직경실린더두께	0.3㎜	0.4㎜	0.5㎜	0.6㎜	0.7㎜
0.5㎜0.6㎜0.7㎜0.8㎜0.9㎜1.0㎜1.2㎜1.5㎜		-13℃-13℃-13℃-12℃-12℃-11℃-11℃-11℃	-14℃-14℃-13℃-13℃-13℃-13℃-12℃-12℃	-13℃-13℃-13℃-12℃-12℃-11℃-11℃-10℃	-11℃-11℃-10℃-10℃-9℃

표4. 냉매실이 스틸인 경우

노즐직경실린더두께	0.3㎜	0.4㎜	0.5㎜	0.6㎜	0.7㎜
0.5㎜0.6㎜0.7㎜0.8㎜0.9㎜1.0㎜1.2㎜1.5㎜		-13℃-13℃-13℃-12℃-12℃-12℃-11℃-11℃	-14℃-14℃-14℃-13℃-13℃-13℃-12℃-12℃	-13℃-13℃-13℃-13℃-12℃-11℃-11℃-10℃	-11℃-10℃-10℃-10℃-9℃

표5. 냉매실이 동인 경우

노즐직경실린더두께	0.3㎜	0.4㎜	0.5㎜	0.6㎜	0.7㎜
0.5㎜0.6㎜0.7㎜0.8㎜0.9㎜1.0㎜1.2㎜1.5㎜		-13℃-13℃-13℃-12℃-12℃-12℃-12℃-11℃	-15℃-15℃-14℃-14℃-13℃-13℃-12℃-12℃	-14℃-14℃-13℃-13℃-12℃-12℃-12℃-11℃	-12℃-12℃-11℃-11℃-10℃

이 외에도 냉매실을 하나로 만들고 같은 노즐관 대신 노즐을 사용하여 실시예1과 같은 방법으로 냉각 전,후의 온도를 비교해 본 결과, 냉매실의 음료와 접촉하는 표면적이 작을수록 냉각 효과가 조금씩 떨어짐을 알 수 있었으나, 냉매실을 하나로 만들더라도 한쪽을 어떻게든 굴곡시키는 정도이면 노즐직경 0.5㎜ 내외에서는 냉각 전,후의 온도차가 -15℃ 이상 이었다.

상기 표1 내지 표5를 참조하면, 냉매실을 여러개 만들어 냉매실의 표면적을 넓힌 경우가 표면적이 적은 경우에 비해 냉각효과가 우수하였음을 알 수 있다. 표1 및 표2를 참조하면, 냉매실을 5개를 만들어 표면적을 넓힌 경우 냉매실의 재질에 관계없이 그 두께가 1.2㎜ 이하이면 노즐직경 0.3∼0.7㎜ 범위내에서 -15℃ 이상의 온도차를 보였다. 그 중에 노즐직경 0.5㎜ 근처, 냉매실의 두께 0.9㎜ 이하에서 냉각효과가 더 우수하였으며, 냉매실의 재질로 보아서는 스테인레스인 경우가 스틸인 경우에 비해 약 -1℃ 정도 더 냉각 효과가 좋은 것으로 나타났다.

한편 표3, 4, 5를 참조하면, 냉매실을 3개로 만든 경우 냉매실이 5개인 경우보다 냉각효과가 떨어짐을 알 수 있는데, 이는 음료와 접촉하는 냉매실의 및 확산관의 표면적이 작기 때문이다. 이 경우에도 냉매실을 5개로 만든 경우와 마찬가지로 노즐직경 0.5㎜ 근처, 냉매실의 두께 0.8㎜ 이하에서 냉각효과가 더 우수하였으며, 냉매실의 재질에 따라 냉각 정도에 조금 차이가 있었으나, 그 차는 매우 미미하였다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 캔음료의 자체 냉각방법은 노즐직경과 냉매실의 재료 및 그 두께를 조절하여 가장 효과적으로 적은 양의 액화탄산가스를 기화 확산시킴과 동시에 음료와의 열교환이 효과적으로 이루어지도록 한 장점이 있는 것이다.

Claims (2)

1. 캔용기의 내부에 압축 저장된 액화탄산가스를 용기내에 마련된 별도의 공간에 1차로 기화 확산시킨 후 여기서 기화되지 않은 액화탄산가스를 2차로 외부의 힘에 의해 뚫린 방출구를 통해 기화시키면서 캔용기의 외부로 배출되도록 하는 캔음료의 자체 냉각방법에 있어서, 상기 액화탄산가스를 직경 0.4∼0.7㎜인 노즐이나 노즐관을 통해 기화 확산시키는 것을 특징으로 하는 캔음료의 자체 냉각방법.
2. 제 1 항에 있어서, 액화탄산가스가 충전되는 냉매실과 액화탄산가스가 기화 확산되는 별도의 공간을 스틸, 스테인레스 또는 동으로 두께 0.5∼1.0㎜가 되도록 구성하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 캔음료의 자체 냉각방법.