KR20020038166A - 침지 이송식 동결방법 및 그 장치 - Google Patents

Abstract

냉매보다 비중이 가벼운 물질을 포함하여 냉동을 필요로 하는 각종 물질을 초저온상태의 냉매가 채워진 동결장치에 침지시켜 이송하면서 냉동할 수 있도록 이루어진 침지 이송식 동결방법 및 그 장치에 관한 것이다.

이러한 침지 이송식 동결방법은, 초저온상태의 냉매가 채워진 동결조 내부의 이송장치 사이에 피 냉동물질을 투입하고, 이송장치를 구동시켜 일정시간 동안 피 냉동물질을 냉매에 강제적으로 침지·이송시키면서 피 냉동물질을 일정한 온도로 냉동하는 냉동공정과;

동결조의 측면에 넘침배관을 설치하여 동결조내의 냉동용 냉매의 수위를 일정하게 유지시키고, 냉동용 냉매를 냉각기등에 공급·순환시켜 지속적으로 피동결물의 냉동에 필요한 냉열을 공급하는 공정을 포함하는 침지 이송식 동결방법 및 그 장치를 제공한다.

Description

침지 이송식 동결방법 및 그 장치{FREEZE METHOD AND DEVICE DIP TRANSFER TYPE}

본 발명은 침지 이송식 동결방법 및 그 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 냉매보다 비중이 가벼운 물질을 포함하여 냉동을 필요로 하는 각종 물질을 냉매가 채워진 동결장치에 침지시켜 이송하면서 냉동할 수 있도록 이루어진 침지 이송식 동결방법 및 그 장치에 관한 것이다.

일반적으로 합성수지나 고무로 이루어진 제품을 재활용하기 위한 방법으로 이들을 유리전이온도이하로 냉각한 후 분쇄하여 미세한 분말을 생산하는 기술이 산업분야에서 많이 사용되고 있다.

이와 같이 각종 물질을 초저온 상태로 동결시키는 방법으로는, 대한민국특허 출원 95-2793과 미국특허4,813,614, 미국특허5,385,307, 미국특허4,783,972, 미국특허5,444,985 등에서와 같이, 피 냉동물질을 터널로 통과시키면서 액체질소와 같은 초저온 상태의 유체냉매를 분사하거나 공급하여 동결시키는 분사방식과, 미국특허5,630,327, 미국특허4,403,479, 미국특허5,417,074 등에서와 같이, 컨베이어 벨트가 설치된 동결조에 액체질소를 채운 후, 컨베이어 벨트로 피 냉동물질을 이송시켜 액체질소와 접촉시킴으로써 피 냉동물질을 냉동시키는 침지 이송식 방법이 제시되어 있다.

그러나, 이와 같은 종래의 동결방식 중에서 액체질소를 분사시키는 분사방식은, 분사된 액체질소는 피 냉동물질을 냉동시킨 후 증발하여 없어지므로 고가의 액체질소가 다량으로 소모되는 단점을 갖게되며, 침지 이송식 방식은 컨베이어 벨트 위에 피 냉동물질을 올려놓은 상태에서 액체질소가 담긴 동결조를 통과시키기 때문에 액체질소보다 비중이 무거운 물질만 냉동시킬 수 있고, 액체질소보다 비중이 가벼운 물질은 냉동시킬 수 없으며, 냉동과정에서 액체질소가 상당량이 증발하여 없어지게 된다.

그리고, 상기의 냉각방식에 사용되는 냉매는 초저온 상태의 액체질소를 사용하기 때문에 냉동온도가 -196℃로 일정하고, 이는 대부분 과도한 냉동을 유도하게 되는 문제점이 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 피 냉동물질이 냉매보다 비중이 가볍거나 무거운 경우라도 피 냉동물질을 냉매에 침지시킨 상태에서 이송시켜 냉동할 수 있도록 구성된 침지 이송식 동결방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 액체질소 뿐만 아니라 초저온 상태의 각종 유체, 일예로, R-22, R-23, R-13B1 등을 냉동용 냉매를 사용할 수 있으며, 사용냉매에 따라 -40℃∼-160의 광범위한 온도범위로 피 냉동물질을 동결할 수 있고, 동결조 내부의 냉매온도와 냉매수위를 항상 일정하게 유지할 수 있는 침지 이송식 동결방법 및 그 장치를 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 목적을 실현하기 위하여, 피 냉동물질을 냉매가 채워진 동결조 내부의 이송장치 사이에 투입하고, 이송장치를 냉매에 침지시킨 상태에서 구동시켜 냉매의 비중보다 피 냉동물질의 비중이 크거나 작아도 피 냉동물질이 냉매에 강제적으로 침지·이송되면서 피 냉동물질을 일정한 온도로 냉동하는 냉동공정과;

피 냉동물질의 냉각과정에서 온도가 상승한 냉매를 냉각기에 의해 한층 더 냉각시켜 지속적으로 피 냉동물질의 냉동에 필요한 냉기를 공급하는 냉매 냉각공정을 포함하는 침지 이송식 동결방법 및 그 장치를 제공한다.

상기 냉동공정에서는 한 쌍의 컨베이어 사이에 피 냉동물질이 개재된 상태로 냉매를 통과할 수 있도록 하여, 냉매의 비중보다 피 냉동물질의 비중이 크거나 작아도 피 냉동물질이 냉매에 완전히 잠긴 상태로 이송되면서 냉각될 수 있도록 이루어진 것을 특징으로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 침지 이송식 동결방법에 적용되는 동결장치의 부분절개 측면도.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 침지 이송식 동결방법에 적용되는 동결장치의 부분절개 측면도로서, 부호(2)는 동결조를 지칭한다.

상기 동결조(2)는 단열재로 단열 처리된 상태로 일정한 면적을 갖는 내부공간을 갖추고 있으며, 이 내부공간에는 소정량의 냉매(4)가 채워진다.

상기 냉매(4)는 동결방법에서 통상적으로 사용되고 있는 액체질소는 물론이고, 초저온 상태로 액화된 액체냉매는 모두 사용할 수 있다.

이러한 동결조(2) 외부에는 피 냉동물질을 동결조(2) 내부로 투입하기 위한 투입장치(6)가 설치되고, 동결조(2) 내부에는 상기 투입장치(6)로부터 투입된 피 냉동물질(R)을 냉매(4)에 침지시킨 상태로 이송시키면서 냉동하는 이송장치(8)와, 이 이송장치(8)를 통하여 냉각 이송된 피 냉동물질(R)을 냉매(4)표면 위로 이송시켜 피 냉동물질(R)에 묻어있는 냉매를 중력에 의해 동결조(2)로 떨어지도록 하면서 냉동된 물질을 건조하는 냉매회수장치(10)가 설치된다.

상기 투입장치(6)는 냉동시킬 피 냉동물질이 담겨지는 호퍼(12)와, 이 호퍼(12)로부터 공급되는 피 냉동물질(R)을 일정한 양만큼 이송장치(8) 사이로 연속적으로 투입하는 원료 투입부(14)로 이루어진다.

상기 원료 투입부(14)는 일정량의 원료를 이송장치(8) 쪽으로 강제적으로 밀어 투입하는 피스톤식으로 형성될 수 있다.

상기 이송장치(8)는 냉매(4)표면 아래쪽으로 위치하면서 일정한 간격을 두고서 상하로 나란히 설치되는 한 쌍의 컨베이어(16a)(16b)로 이루어지며, 이들 컨베이어(16a)(16b)의 외측에는 등간격을 유지하며 형성되는 다수의 걸림턱(18a)(18b)이 형성된다.

이러한 컨베이어(16a)(16b)는 망상구조로 이루어지며, 양쪽 끝단부가 각각 축에 고정되어 무한궤도 형태로 설치되고, 도시되지 않은 구동장치의 구동력에 의하여 서로 반대 방향으로 회전되도록, 즉 피 냉동물질(R)이 투입장치(6)쪽에서 냉매회수장치(10) 쪽으로 이송될 수 있도록 구성된다.

또 상기 컨베이어(16a)(16b)는 양쪽 끝단부에 설치된 축을 도면에서 보아 상하로 이동할 수 있도록 하여 컨베이어(16a)(16b) 사이의 간격을 조절할 수 있도록 높이조절부(20a)(20b)가 각각 형성된다.

이 높이조절부(20a)(20b)는 나사봉을 이용하여 컨베이어(16a)(16b)의 높이를 조절할 수 있는 통상적인 구조가 사용될 수 있다.

상기 냉매회수장치(10)는 이송장치(8)의 끝단부에서 냉매(4)의 표면위로 경사지게 설치되며 냉매가 통과할 수 있도록 망상구조로 이루어진 컨베이어(22)와, 이 컨베이어(22)에 형성된 다수의 걸림턱(24)으로 형성되고, 상기 컨베이어(22)의 끝단부에는 동결된 피 냉동물질(R)이 동결조(2) 외부로 배출되도록 하는 배출부(26)가 설치된다.

그리고 상기 동결조(2)의 상,하부 외측으로는 동결조(2) 내부와 통하도록 이루어진 관로(28)가 연결되는데, 이 관로(28)상에는 열교환기(30)와 펌프(32)가 설치되어 동결조(2) 내부의 냉매(4) 온도와 냉매표면 높이를 일정하게 유지할 수 있도록 되어있다.

즉, 열교환기(30)에서 일정한 온도로 냉각된 냉매를 펌프(32)를 통하여 동결조(2)의 하부로 공급하면, 공급된 냉매만큼 동결조(2) 상부의 냉매가 관로(28)를 통하여 열교환기(30)로 유입되고, 이 열교환기(30)에서 일정온도 이하로 냉매를 냉각한 후, 펌프(32)를 통하여 동결조(2)로 공급하는 방식으로 냉매를 순환시킴으로서, 동결조(2)에 담긴 냉매(4)는 그 온도와 표면높이를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

또한 동결조(2) 내부에는 냉매(4)와 접촉되어 냉매를 직접 냉각하는 냉각코일(34)을 더욱 설치하면 냉각효과를 더욱 높일 수 있다.

이 냉각코일(34)은 관 형태로 이루어지며 그 내부에는 액체질소, 액화천연가스, 액체산소 등과 같은 초저온유체가 공급되어 동결조(2) 내의 냉매(4)와 열교환에 의하여 냉매(4)를 직접적으로 냉각하며, 냉각코일(34)의 양쪽 끝단부는 동결조(2) 외부로 연장된 상태에서 밸브가 각각 설치되어 냉각코일(34)의 냉매를 배출하거나 새로운 냉매를 주입할 수 있도록 되어있다.

상기와 같은 본 발명의 침지 이송식 동결장치를 이용하여 피 냉동물질을 냉각하려면, 먼저 일정량의 냉매(4)를 동결조(2)에 채우고 호퍼(12)에 피 냉동물질(R)을 공급하면, 원료 투입부(14)가 피 냉동물질(R)을 강제적으로 밀어 이송장치(8)로 투입한다.

그러면 피 냉동물질(R)은 냉매(4)에 담긴 상태로 소정의 속도로 서로 반대 방향으로 회전하는 컨베이어(16a)(16b)의 걸림턱(18a)(18b)에 걸려 냉매회수장치(10)쪽으로 이송되면서 냉각된다.

이러한 냉각이송시 피 냉동물질(R)이 냉매(4)의 비중보다 가벼우면 상부측컨베이어(16b)에 형성된 걸림턱(18b)에 걸려 이송되고, 반대로 피 냉동물질(R)이 냉매(4)의 비중보다 무거우면 하부측 컨베이어(16a)에 형성된 걸림턱(18a)에 걸려 이송된다.

따라서 피 냉동물질(R)이 냉매(4)의 비중보다 가볍거나 무거워도 이에 상관없이 냉매(4)에 침지시킨 상태로 이송시키면서 냉동할 수 있게된다.

이러한 냉동시 피 냉동물질(R)의 크기에 따라서 컨베이어(16a)(16b)의 에 형성된 높이조절부(20a)(20b)를 조절하여 사용하면 된다.

피 냉동물질(R)이 냉각되어 냉매회수장치(10)로 이송되면, 냉각된 냉동물질(R)은 경사지게 설치된 컨베이어(22)의 걸림턱(24)에 걸려 냉매(4)의 표면 위로 이송되는데, 이때 냉동물질(R)의 표면에 묻어있는 냉매는 중력에 의하여 동결조(2)로 떨어지게 되고 동결된 피 냉동물질(R)만 배출구(26)를 통하여 동결조(2) 밖으로 배출된다.

이러한 냉각 과정시 동결조(2) 외부에 설치된 열교환기(30)에서 일정온도 이하로 냉각된 냉매를 펌프(32)를 통하여 동결조(2) 내부로 공급하게 되는데, 이러한 것으로 인하여 동결조(2) 내부의 냉매(4) 온도 및 표면높이를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

그리고 동결조(2) 내부에는 냉매(4)와 직접 접촉되어 냉매를 냉각하는 냉각코일(34)이 설치되어 있으므로 동결조(2) 내부에 담긴 냉매(4)는 더욱 더 일정한 냉각온도를 유지하게 된다.

이상 설명한 바와 같이 본 발명에 의한 침지 이송식 동결방법 및 그 장치는, 이송장치 사이로 피 냉동물질을 이송시키는 구조로 이루어지므로 피 냉동물질이 냉매보다 비중이 가볍거나 무거워도 피 냉동물질을 냉매에 침지시켜 이송시키면서 냉동할 수 있다.

또한 냉매를 냉각하여 순환시키는 구조로 이루어져 동결조 내부의 냉매 온도와 냉매표면높이를 일정하게 유지할 수 있으며, 동결조 내부에는 냉매와 접촉되어 냉매를 직접 냉각하는 냉각코일이 설치되어 냉매가 항상 일정한 온도 이하로 유지될 수 있다.

Claims (6)

1. 피 냉동물질을 냉매가 채워진 동결조 내부의 이송장치 사이에 투입하고, 이송장치를 냉매에 침지시킨 상태에서 구동시켜 냉매의 비중보다 피 냉동물질의 비중이 크거나 작아도 피 냉동물질이 냉매에 강제적으로 침지·이송되면서 피 냉동물질을 일정한 온도로 냉동하는 냉동공정과;

   피 냉동물질의 냉각과정에서 온도가 상승한 냉매를 냉각기에 의해 한층 더 냉각시켜 지속적으로 피 냉동물질의 냉동에 필요한 냉기를 공급하는 냉매 냉각공정을 포함하는 침지 이송식 동결방법.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 냉매 냉각공정에서는 냉각기에 의해 냉각된 냉매는 동결조의 하단으로 공급되고, 공급된 냉매의 양만큼 동결조 측면의 넘침배관을 통해 냉각기에 유입, 냉각되는 순환과정을 통해 냉각열원을 공급하는 것을 특징으로 하는 침지 이송식 동결방법.
3. 일정한 면적의 내부공간을 갖추며 소정의 냉매가 채워지는 동결조와;

   상기 동결조의 외부에 설치되어 피 냉동물질을 동결조 내부로 투입하기 위한 투입장치와;

   상기 투입장치로부터 투입된 피 냉동물질을 냉매에 침지시킨 상태로 이송시키면서 냉동하는 이송장치와;

   냉각 이송된 피 냉동물질을 냉매표면 위로 이송시켜 피 냉동물질에 묻어있는 냉매를 중력에 의해 동결조로 떨어지도록 하면서 냉동된 물질을 건조하는 냉매회수장치와;

   상기 냉매회수장치와 연동되어 동결된 피 냉동물질이 동결조 외부로 배출되도록 하는 배출부를 포함하는 침지 이송식 동결장치.
4. 청구항 3에 있어서, 상기 동결조에 채워진 냉매표면 아래쪽으로 위치되면서 상하로 나란히 설치되어 있고, 높이조절부가 각각 형성되어 있어 그 사이의 간격이 조절되는 한 쌍의 컨베이어와, 이들 컨베이어의 외측에 등간격을 유지하며 형성되는 다수의 걸림턱을 가진 망상구조로 이루어지며, 상기 컨베이어는 양쪽 끝단부가 각각 축에 고정되어 구동장치의 구동력에 의하여 서로 반대 방향으로 회전되도록 구성된 것을 특징으로 하는 침지 이송식 동결장치.
5. 청구항 3에 있어서, 상기 동결조의 상,하부 외측으로는 동결조 내부와 통하도록 이루어진 관로가 연결되며, 이 관로상에는 냉매를 냉각하기 위한 열교환기와 냉각된 냉매를 냉각조로 공급하기 위한 펌프가 더욱 설치되어 동결조 내부의 냉매 온도와 냉매표면 높이를 일정하게 유지할 수 있도록 구성된 것을 특징으로 하는 침지 이송식 동결장치.
6. 청구항 3에 있어서, 상기 동결조 내부에는 냉매와 직접적으로 접촉되어 냉매를 냉각하는 냉각코일이 더욱 설치된 것을 특징으로 하는 침지 이송식 동결장치.