KR20000009210A - 급속 냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 피냉각물이 급속하게 냉각되도록 피냉각물의 표면에 냉매를 직접 분사하는 급속 냉각장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 급속 냉각장치는 압력용기에 채워진 냉매를 감압 팽창시켜 밀폐용기의 내부의 피냉각물에 직접 분사하여 피냉각물을 냉각시키고, 또한 피냉각물의 냉각이 완료된 후에는 밀폐용기의 내부 냉매를 다시 압력용기로 복귀시킴으로써, 피냉각물의 냉각속도를 매우 빠르게 할 수 있을 뿐만 아니라, 사용한 냉매를 회수하여 재 사용할 수 있게 된다.

Description

급속 냉각장치

본 발명은 급속 냉각장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피냉각물이 급속하게 냉각되도록 피냉각물의 표면에 냉매를 직접 분사하는 급속 냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 피냉각물을 냉각시키는 냉각장치는 밀폐된 공간 내부에 냉기를 공급하고, 이 냉기가 피냉각물과 접촉되어 열교환을 하도록 함으로써 냉각을 수행하게 된다. 이러한 냉각장치로는 얼음이나 드라이아이스의 한기를 이용하는 것도 있지만, 보통 가장 널리 이용되는 것으로 냉매의 상변화를 통해 냉기를 발생시키는 냉동사이클장치가 적용된 냉장고를 들 수 있다.

냉장고는 밀폐공간을 형성하는 저장실의 내부에 식품등의 피냉각물을 저장한 다음, 저장실에 냉기를 공급하여 피냉각물을 냉각시키는데, 냉장고의 본체에는 냉기 발생을 위한 장치로 압축기, 응축기, 팽창장치, 그리고 증발기가 냉매관에 의해 차례로 연결되어 구성된 냉동사이클장치가 설치된다.

압축기는 저온 저압의 냉매가스를 흡입하여 고온 고압으로 압축한 후 응축기에 토출시키고, 응축기는 이 고온 고압의 냉매가스를 열교환시켜 액상의 냉매로 바꾸어준다. 응축기로부터 액상으로 유출된 냉매는 팽창장치를 통과하면서 압력강하를 일으켜 저압의 냉매가 되며, 이러한 저압의 냉매는 증발기를 거치는 동안 기체상태로 증발되면서 주위로부터 열을 흡수하여 냉방 또는 냉동 작용을 수행하게 된다. 그리고, 증발기를 통과한 냉매가스는 다시 압축기에 흡입되어 동일한 사이클을 반복하게 된다.

이때, 증발기의 주변에는 냉장고의 저장실 내부공기를 증발기와 열교환 시켜 저장실 내부에 냉기가 공급될 수 있도록 저장실의 내부 공기를 순환시키는 냉기 순환팬이 설치된다.

따라서, 냉장고는 증발기의 내부를 흐르는 냉매가 증발되면서 주변의 열을 흡수하게 되므로, 증발기를 구성하는 냉매관 및 냉각핀은 차가운 상태를 유지하게 된다. 즉, 저장실의 내부공기는 증발기와 열교환하여 냉기로 변하게 되고, 이 냉기가 저장실로 공급되어 저장실에 저장된 피냉각물과 다시 열교환을 하게 됨으로써 피냉각물이 냉각되게 되는 것이다. 즉, 냉매의 증발시 발생되는 한기의 전달은 냉매→증발기→순환 공기→피냉각물의 단계를 거치게 된다.

그러나, 이러한 구성으로 이루어진 종래의 냉각장치는 흡열현상을 일으키는 냉매로부터 피냉각물로 한기가 전달되기까지 여러번의 열교환 단계를 거치기 때문에, 장치의 효율등으로 인해 피냉각물의 냉각이 더디게 이루어지는 결점이 있었다. 즉, 급속 냉각이 필요한 피냉각물을 단시간에 냉각시키는 데에는 한계가 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 냉매를 피냉각물의 표면에 직접 분사함으로써 피냉각물의 냉각속도를 높이는 급속 냉각장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 분사된 냉매를 회수하여 재 사용할 수 있도록 냉매 회수장치가 구비되는 급속 냉각장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 급속 냉각장치의 구성을 보인 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1: 밀폐용기, 2: 압력용기,

3: 공급펌프, 4: 공급밸브,

5: 팽창장치, 6: 노즐,

7: 회수밸브, 8: 회수펌프,

9: 공기배출밸브, 10: 중간밸브,

11: 외기유입밸브, 12: 보충밸브,

13: 냉매공급관, 14: 냉매회수관,

15: 연결구, 16: 연결소켓,

17: 응축수단.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 내부에 피냉각물이 수납되는 밀폐용기와, 고압의 액체상태의 냉매가 채워진 압력용기와, 상기 압력용기의 냉매를 상기 밀폐용기의 내측으로 공급할 수 있도록 상기 압력용기로부터 상기 밀폐용기의 내측으로 연장되는 냉매공급관과, 상기 밀폐용기로 공급되는 냉매를 감압 팽창시키도록 상기 냉매공급관의 중도에 설치되는 팽창장치와, 상기 냉매공급관을 개폐하도록 상기 냉매공급관에 설치되는 공급밸브와, 상기 밀폐용기 내부의 피냉각물의 표면에 냉매를 분사할 수 있도록 상기 밀폐용기의 내측으로 연장된 상기 냉매공급관의 단부에 설치되는 노즐을 포함하는 구성이다. 또한, 상기 냉매공급관에는 상기 압력용기의 냉매를 상기 밀폐용기 쪽으로 강제 이송시키도록 상기 압력용기와 상기 팽창밸브사이에 공급펌프가 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 피냉각물의 냉각이 완료된 후 상기 밀폐용기 내부의 기화된 냉매를 상기 압력용기로 회수할 수 있도록 상기 밀폐용기와 상기 압력용기를 연결하는 냉매회수관과, 상기 밀폐용기 내부의 냉매를 상기 압력용기 쪽으로 가압 이송시키도록 상기 냉매회수관의 중도에 설치되는 회수펌프와, 상기 냉매 회수관을 개폐하도록 상기 밀폐용기와 상기 회수펌프 사이의 상기 냉매회수관 중도에 설치되는 회수밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 구성이다.

이하에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 급속 냉각장치의 구성을 보인 도면이다.

본 발명에 따른 급속 냉각장치는 이에 도시된 바와 같이, 그 내부에 피냉각물(100)이 수납될 수 있도록 개폐가 가능한 덮개(1a)가 마련된 밀폐용기(1)가 구비되고, 밀폐용기(1)와는 별도로 고압의 액체상태의 냉매가 채워진 압력용기(2)가 구비된다. 그리고, 압력용기(2)와 밀폐용기(1)사이에는 압력용기(2) 내부의 냉매를 밀폐용기(1) 내측으로 공급할 수 있도록 압력용기(2)로부터 밀폐용기(1)의 내측으로 연장되는 냉매공급관(13)이 마련된다.

또한, 냉매공급관(13)의 중도에는 냉매를 밀폐용기(1) 쪽으로 이동시키는 공급펌프(3), 냉매의 공급을 제어하는 공급밸브(4), 그리고 밀폐용기(1)로 공급되는 냉매를 증발조건에 맞도록 감압 팽창시키는 팽창장치(5)가 설치된다. 이때, 팽창장치(5)는 밀폐용기(1)와 인접되는 곳에 설치되고, 팽창장치(5)와 압력용기(2)사이에 공급펌프(3)가 설치되며, 공급펌프(3)와 팽창장치(5)사이에 공급밸브(4)가 설치되는 것이 바람직하다.

그리고, 밀폐용기(1)의 내측으로 연장된 냉매공급관(13)의 단부에는 팽창장치(5)를 거치면서 감압된 냉매가 피냉각물(100)의 표면에 분사될 수 있도록 복수개의 노즐(6)이 설치된다. 따라서, 팽창장치(5)에서 감압 팽창된 후 노즐(6)을 통해 피냉각물(100)에 분사된 냉매는 증발이 이루어지면서 피냉각물(100) 표면과 열교환을 하여 피냉각물(100)을 급속하게 냉각시키게 된다.

또한, 본 발명에 따른 급속 냉각장치는 밀폐용기(1) 내부로 공급되어 기화된 냉매를 다시 압력용기(2)로 회수할 수 있도록 밀폐용기(1)와 압력용기(2)의 상단부를 연결하는 냉매회수관(14)이 설치되고, 이 회수관의 중도에는 냉매를 밀폐용기(1) 내부의 냉매를 압력용기(2)쪽으로 가압 이송시키는 회수펌프(8)가 설치된다. 그리고 회수펌프(8)와 밀폐용기(1)사이에는 냉매회수관(14)을 개폐하는 회수밸브(7)가 설치된다.

한편, 상기 회수펌프(8)는 냉매를 압력용기(2) 쪽으로 이송시키는 기능뿐만 아니라, 최초 밀폐용기(1)에 냉매를 분사하기에 앞서서 밀폐용기(1)의 내부에 채워진 공기를 외부로 배출시키는 기능을 수행하게 된다. 이를 위하여 회수펌프(8)와 압력용기(2)사이의 냉매회수관(14)에는 회수펌프(8)의 작동으로 밀폐용기(1)에서 흡입된 공기가 외부로 배출되도록 외부와 연통되는 공기배출밸브(9)가 설치되고, 공기배출밸브(9)와 압력용기(2)사이에는 공기가 압력용기(2)쪽으로 흘러가는 것을 차단하는 동시에 압력용기(2)의 냉매 유출을 방지할 수 있도록 중간밸브(10)가 설치된다. 이처럼 공기를 배출할 때에는 공기배출밸브(9)와 회수밸브(7)는 열고, 공급밸브(4)와 중간밸브(10)는 닫아야 한다.

또한, 본 발명에 따른 급속 냉각장치는 피냉각물(100)의 냉각을 완료하고, 밀폐용기(1) 내부의 냉매를 회수하게 되면, 밀폐용기(1)의 내부가 진공상태로 유지되어 피냉각물(100)의 인출이 어렵게 되는데, 이를 해결하기 위해 밀폐용기(1) 내부로 외기가 유입될 수 있도록 외기유입밸브(11)가 설치된다. 이 외기유입밸브(11)는 밀폐용기(1)와 회수밸브(7)사이의 회수냉매관에 설치되는데, 외기유입밸브(11)를 열 때에는 냉매의 유출이 방지되도록 공급밸브(4)와 회수밸브(7)를 닫아야 한다.

또한, 상기 압력용기(2)의 상부에는 냉매를 보충해줄 수 있도록 보충밸브(12)가 설치되고, 압력용기(2)의 외면에는 용기 내부에 채워진 냉매의 응축이 용이하도록 냉각핀 등으로 구성된 응축수단(17)이 마련되는 것이 바람직하다.

그리고, 상기 압력용기(2)와 연결되는 냉매공급관(13) 및 냉매회수관(14)의 연결부에는 압력용기(2)의 교체가 용이하도록 착탈이 가능한 연결구(15)와 연결소켓(16)이 설치되는 것이 바람직하다.

다음은 이와 같이 구성된 본 발명에 따른 급속 냉각장치의 동작을 설명한다.

먼저, 밀폐용기(1)의 상부의 덮개(1a)를 열고 피냉각물(100)을 밀폐용기(1)의 내부에 넣은 다음 밀폐용기(1) 내부에 채워진 공기를 배출시킨다. 이때, 공급밸브(4), 중간밸브(10), 그리고 외기유입밸브(11)를 닫고, 회수밸브(7)와 공기배출밸브(9)를 열어둔 상태에서 회수펌프(8)를 구동시키면, 밀폐용기(1)의 내부 공기가 냉매회수관(14)과 공기배출밸브(9)를 통해 외부로 배출되어 밀폐용기(1)가 진공상태로 유지된다.

공기의 배출이 완료되면, 회수밸브(7)를 닫고 공급밸브(4)를 연 상태에서 공급펌프(3)를 구동시키면 압력용기(2) 내의 냉매가 밀폐용기(1) 쪽으로 이동된다. 이때, 냉매는 팽창장치(5)를 통해 감압 팽창이 된 후 노즐(6)을 통해 피냉각물(100)의 표면에 직접 분사되어 피냉각물(100)을 냉각시키게 된다. 즉, 피냉각물(100)의 표면에 분사된 냉매는 기체상태로 증발되면서 피냉각물(100)의 열을 흡수하게 되어 신속한 냉각이 이루어지게 된다.

피냉각물(100)의 냉각이 완료되면, 공급밸브(4)는 닫고 회수밸브(7)와 중간밸브(10)를 연 상태에서 회수펌프(8)를 구동시켜 밀폐용기(1) 내의 냉매를 압력용기(2)로 회수한다. 이때 공급펌프(3)의 구동은 정지시키고 공기배출밸브(9)와 외기유입밸브(11)는 닫힌 상태를 유지하여야 한다.

이러한 과정을 통해 밀폐용기(1) 내의 냉매 회수가 완료되면 밀폐용기(1)는 진공상태를 유지하게 된다. 이때, 사용자는 회수펌프(8)의 구동을 정지시키고 회수밸브(7)를 닫은 상태에서 외기유입밸브(11)를 열게 되면 외기가 밀폐용기(1) 내부로 유입되어 진공이 해지된다. 다음으로 사용자는 밀폐용기(1)의 덮개(1a)를 열고 냉각된 피냉각물(100)을 꺼내면 된다. 그리고 피냉각물(100)의 냉각정도가 원하는 수준에 미달되면 상기의 과정을 반복 실시하면 된다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 급속 냉각장치는 압력용기에 채워진 냉매를 감압 팽창시켜 밀폐용기의 내부의 피냉각물에 직접 분사하여 피냉각물을 냉각시킴으로써, 피냉각물의 냉각속도를 매우 빠르게 할수 있는 이점이 있다. 또한, 피냉각물의 냉각이 완료된 후에는 밀폐용기의 내부 냉매를 다시 압력용기로 복귀시킴으로써, 사용한 냉매를 회수하여 재 사용할 수 있는 이점이 있다.

Claims (5)

1. 내부에 피냉각물이 수납되는 밀폐용기와, 고압의 액체상태의 냉매가 채워진 압력용기와, 상기 압력용기의 냉매를 상기 밀폐용기의 내측으로 공급할 수 있도록 상기 압력용기로부터 상기 밀폐용기의 내측으로 연장되는 냉매공급관과, 상기 밀폐용기로 공급되는 냉매를 감압 팽창시키도록 상기 냉매공급관의 중도에 설치되는 팽창장치와, 상기 냉매공급관을 개폐하도록 상기 냉매공급관에 설치되는 공급밸브와, 상기 밀폐용기 내부의 피냉각물의 표면에 냉매를 분사할 수 있도록 상기 밀폐용기의 내측으로 연장된 상기 냉매공급관의 단부에 설치되는 노즐을 포함하는 것을 특징으로 하는 급속 냉각장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 냉매공급관에는 상기 압력용기의 냉매를 상기 밀폐용기 쪽으로 강제 이송시키도록 상기 압력용기와 상기 팽창밸브사이에 공급펌프가 설치된 것을 특징으로 하는 급속 냉각장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 피냉각물의 냉각이 완료된 후 상기 밀폐용기 내부의 기화된 냉매를 상기 압력용기로 회수할 수 있도록 상기 밀폐용기와 상기 압력용기를 연결하는 냉매회수관과, 상기 밀폐용기 내부의 냉매를 상기 압력용기 쪽으로 가압 이송시키도록 상기 냉매회수관의 중도에 설치되는 회수펌프와, 상기 냉매 회수관을 개폐하도록 상기 밀폐용기와 상기 회수펌프 사이의 상기 냉매회수관 중도에 설치되는 회수밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 급속 냉각장치.
4. 제 3항에 있어서,

   상기 회수펌프와 상기압력용기사이의 상기 냉매회수관에는 상기 회수펌프를 구동시켜 상기 밀폐용기의 내부 공기를 외부로 배출시킬 수 있도록 상기 냉매회수관을 외부와 연통시키는 공기배출밸브와, 상기 냉매회수관을 통해 배출되는 공기가 상기 압력용기쪽으로 흘러가는 것을 차단하는 동시에 상기 압력용기의 냉매 유출을 방지하도록 중간밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 급속 냉각장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 밀폐용기의 진공상태를 해지할 수 있도록 상기 밀폐용기와 상기 회수밸브사이의 상기 냉매회수관 중도에는 외기유입밸브가 설치된 것을 특징으로 하는 급속 냉각장치.