KR200275025Y1 - 음료 및 음식물 급속냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 고안은 음료 및 음식물이 들어 있는 캔 또는 병을 빠른 시간내에 냉각시키는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 얼음과 캔 또는 병을 직접 접촉시키거나 빙부착을 억제하는 첨가제를 첨가한 유동성 잠열재인 아이스슬러리 혹은 이와 동등한 효과의 물질을 사용한 잠열재를 충전시킨 후 전열면을 통해 캔을 간접 접촉시킨 후, 회전부를 통해서 캔을 회전시켜서 접촉용융(direct contact melting)현상을 발생시켜 캔 내부의 음료를 급속히 냉각시키는 음료 및 음식물 급속냉각장치에 관한 것이다.

Description

음료 및 음식물 급속냉각장치{Rapid cooling device for drinks and foods}

본 고안은 음료 및 음식물이 들어 있는 캔 또는 병을 빠른 시간내에 냉각시키는 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 얼음과 캔 또는 병을 직접 접촉시키거나 빙부착을 억제하는 첨가제를 첨가한 유동성 잠열재인 아이스슬러리 혹은 이와 동등한 효과의 물질을 사용한 잠열재를 충전시킨 후 전열면을 통해 캔을 간접 접촉시킨 후, 회전부를 통해서 캔을 회전시켜서 접촉용융(direct contact melting)현상을 발생시켜 캔 내부의 음료를 급속히 냉각시키는 음료 및 음식물 급속냉각장치에 관한 것이다.

음료수 등의 음식물을 냉각시키는 방법은 매우 다양하다. 일반적으로 판매점에서 구입한 캔 음료 또는 병 음료는 주로 냉장고의 냉장실에 넣어서 적당한 온도로 낮추어 마시게 된다. 그러나, 상온 상태의 캔 음료 또는 병 음료를 냉장고의 냉장실에 넣어 냉각시키는 경우 1 시간 이상이 소요될 뿐만 아니라 급속한 냉각을 원할 경우 캔 음료 또는 병 음료를 냉장고의 냉동실에 넣어 급속히 냉각시키는 경우에도 최소 30분이 소요된다.

그러나, 통상적으로 가정용 냉장고는 컴프레셔를 이용하여 냉매를 압축한 후 증발기로 보내 기화시키면서 팬 모터를 가동하여 주변의 열이 냉매의 기화열로 신속히 흡수되는 방식을 사용하며, 이때 컴프레셔는 냉장실의 온도가 소정치에 이를 때까지 작동하여 냉장실 및 냉동실 내부의 온도를 낮추고, 설정된 온도에 도달하면 멈춘다. 그 후 냉장실의 온도가 소정치 이상이 되면 다시 컴프레셔 및 팬 모터가가동되어 온도 조절 작동이 반복되는데 통상 1회의 반복에 걸리는 시간은 약 30분 정도이다. 냉각시키려고 하는 대상물을 이러한 냉장실 혹은 냉동실에 넣어두면 캔 표면과 냉장실 혹은 냉동실의 냉기가 자연대류에 의해 열전달이 이루어지기 때문에 열저항이 커지고 냉각시간이 길어지는 문제점이 있었다.

상기의 문제점을 해결하기 위하여 많은 해결책이 개시되었는 바 이를 원리별로 정리하여 보면, 냉매배관을 변경하여 별도의 급속냉동용 증발부를 구성하는 냉장고의 구조를 바꾼 형태와, 캔을 회전시키고 그 주위에 냉기를 분사시키는 냉기를 강제로 분사하는 형태와, 프레온 등의 냉매를 캔 내부 혹은 외부에 밀봉시켰다가 개봉을 하면서 그 증발열을 이용하여 음료의 온도를 급격히 떨어뜨리는 냉매를 캔에 설치하여 증발에 의하여 급속히 냉각시키는 형태와, 가습을 통하여 증발잠열을 이용하여 냉각하는 형태 등이 있다.

그러나, 냉장고의 구조를 바꾼 형태는 기존의 냉장고의 냉매배관을 변경해야 하므로 냉장고의 구조가 복잡하게 되어 제품의 단가가 상승하는 원인이 되는 문제점이 있고, 냉기를 강제로 분사하는 형태도 역시 구조의 변경이 필요하며 냉각시키는 주체가 기체이므로 비슷한 조건이라면 냉각속도가 냉장고의 구조를 바꾼 형태보다 느릴 가능성이 높은 문제점이 있으며, 냉매를 캔에 설치하여 증발에 의한 급속냉각을 시키는 형태는 냉매를 캔에 직접 설치하게 되어 냉각속도는 순간적이며 매우 빠르나, 한번 사용후 버리게 되므로 환경에 나쁜 영향을 줄 뿐만 아니라 캔 음료의 단가의 상승을 유발하는 문제점이 있으며, 가습을 통해 증발잠열을 이용하여 냉각하는 형태는 구조가 복잡할 뿐만 아니라 냉각효과가 타 방식과 별 차이가 없다는 문제점이 있었다.

상기의 해결책의 일실시예로써 대한민국 특허청 공개공보 제 48305호 '냉장고의 음료 급속냉각장치'에는 냉장고의 도어 내측에 착탈이 가능하게 설치되는 냉기분사공을 구비한 음료수납바스켓과 그 바스켓의 내부에 회전가능하게 설치되는 음료회전롤러와 상기 음료수납바스켓의 내부 일측에 설치되어 음료회전롤러를 회전시키기 위한 모터를 구비하여서 구성되는 것을 특징으로 하는 냉장고의 음료 급속냉각장치가 개시되어 있다.

상기의 냉장고의 음료 급속냉각장치가 구비된 냉장고에 음료수납바스켓에 수납함과 아울러 음료회전롤러와 아이들 롤러에 접하도록 상면에 음료를 얹어 놓으면 모터가 회전을 하고, 그 모터와 결합된 음료회전롤러가 회전을 하면서 음료를 천천히 회전시키고, 그와 같이 회전되는 음료는 아이들 롤러에 의하여 롤링되도록 지지되면서 냉기분사공으로부터 분사되는 냉기에 의하여 전면에 균일한 냉기를 공급받게 된다.

그러나, 상기의 냉장고의 음료 급속냉각장치는 냉장고와 결합되어야만 사용되어질 수 있고, 상술한 바와 같이 냉각시키는 주체인 냉기가 기체이므로 냉각속도의 효율이 낮은 문제점이 있었다.

본 고안에서 이루고자 하는 기술적 과제는 얼음과 캔 또는 병을 직접 접촉시키거나 빙부착을 억제하는 첨가제를 첨가한 유동성 잠열재인 아이스슬러리 혹은 이와 동등한 효과의 물질을 사용한 잠열재를 충전시킨 후 전열면을 통해 캔을 간접 접촉시킨 후, 회전부를 통해서 캔을 회전시켜서 접촉용융(direct contact melting)현상을 발생시켜 캔 내부의 음료를 급속히 냉각시키는 음료 및 음식물 급속냉각장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치의 전체적인 구성을 나타내는 사시도이다.

도 2는 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치의 작동원리를 나타내는 개략적인 절단면도이다.

도 3은 얼음을 잠열재로 사용하는 경우의 실시예를 나타내는 상태도이다.

도 4는 냉각이 진행되면서 얼음이 녹아 생성된 물이 캔에 눌려 얼음(90)면 위로 올라가지만 캔(80)과 얼음(90)의 표면 사이에는 여전히 원활한 접촉용융이 일어나고 있는 상태를 나타내는 상태도이다.

도 5는 얼음을 잠열재로 사용하는 경우의 또 다른 실시예를 나타내는 상태도이다.

도 6은 얼음을 잠열재로 사용하는 경우의 도 5의 실시예에서의 이상적으로 접촉용융이 진행되고 있는 상태를 나타내는 상태도이다.

도 7은 얼음을 잠열재로 사용하는 경우의 도 5의 실시예에서의 실제로 발생하는 상태를 나타내는 상태도이다.

도 8은 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치의 잠열재로 빙부착을 억제하는 첨가제를 포함한 아이스 슬러리를 사용하는 상태를 나타내는 상태도이다.

도 9는 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치의 실시예에서 실제로 발생하는 상태를 나타내는 상태도이다.

도 10은 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치의 실시예를 나타내는 절단면도이다.

도 11은 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치의 실시예를 나타내는 절단면도이다.

도 12는 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치의 실시예를 나타내는 절단면도이다.

도 13은 냉각방식에 따른 냉각속도의 차이를 보여주는 실험데이터를 나타내는 도면이다.

※도면부호의 설명

10. 본체 20. 덮개

30. 회전부 40. 회전축

50. 음료회전롤러 60. 아이들 롤러

70. 냉각면 80. 캔 또는 병

90. 얼음 100. 물

110. 아이스슬러리 120. 스크류

130. 경사면

따라서, 본 고안의 목적은, 음료 및 음식물을 캔에 넣어 빠른 시간내에 냉각시키는 장치에 있어서, 본체(10)와 본체 내부에 설치되어 캔(80)을 회전시키기 위한 음료회전롤러(50)와, 아이스슬러리(110) 또는 얼음(90)이 충전되고, 회전축(40)을 회전시키기 위한 회전부(30)를 지니는 급속냉각장치를 제공하는 것이다.

상기 본체에는 얼음(90)과 캔 또는 병(80)을 직접 접촉시키거나 빙부착을 억제하는 첨가제를 첨가한 유동성 잠열재인 아이스슬러리(110) 혹은 이와 동등한 효과의 물질을 사용한 잠열재와 직접 접촉시키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전부(30)는 태엽 또는 배터리를 이용한 직류모터 또는 일반 교류전원으로 작동되는 교류모터로 구동되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 회전축(40)은 캔을 회전시키기 위한 음료회전롤러(50)와 그 회전되는 캔을 지지하기 위한 아이들 롤러(60)가 회전가능하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치의 전체적인 구성을 나타내는 사시도이다. 본 도면에 나타난 바와 같이, 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치는 본체(10)와 회전부(30)로 구성되어진다.

본체에는 캔을 삽입시키기 위해서 윗면에 덮개(20)나 통로가 형성되어 있으며, 덮개를 열고 상기 본체 내에 설치되어 있는 음료회전롤러(50)에 접하도록 캔을 위치시키고 잠열재를 충전시키거나 혹은 먼저 잠열재를 충전시킨 후 캔을 위치시킨다. 얼음 표면이 냉각면(70)의 역할을 직접 수행할 수도 있으나, 아이스 슬러리를 사용하면 캔이 전열면을 사이에 두고 아이스 슬러리(110)와 연속적으로 접하게 되어 저온을 유지하게 된다.

또한, 본체의 후부 혹은 상부에는 캔을 회전시킬 수 있는 장치가 설치되는 회전부가 형성되어진다. 상기 회전부(30)는 전기적인 모터에 의한 회전이 가능하며, 또는 롤러에 캔을 장착할 때 압축되는 스프링의 위치에너지 혹은 캔을 장착한 후 감게 되는 태엽 스위치의 위치에너지로부터 회전력을 얻게 하여 별도의 전원이 필요가 없도록 할 수 있다.

도 2는 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치의 작동원리를 나타내는 개략적인 절단면도이다. 본 도면에 나타난 바와 같이, 음료 및 음식물 급속냉각장치는 본체(10)와 회전부(30)로 구성되며 회전부는 태엽 또는 배터리를 이용한 직류모터 또는 일반 교류전원으로 작동되는 교류모터로 구동된다.

캔을 본체에 삽입시켜서 음료회전롤러(50)에 접하도록 하고 잠열재를 충전시키고 회전부를 작동시키면 캔이 회전하면서 잠열재와 접촉하면서 접촉용융현상이 발생되어 캔 내부의 음료가 급속히 냉각되어진다.

도 3은 얼음을 잠열재로 사용하는 경우의 실시예를 나타내는 상태도이다. 본 도면에 나타난 바와 같이, 냉각면이 없는 본체(10)에 얼음을 잠열재로서 충전시킨 후 캔(80)의 표면이 얼음(90)의 표면과 직접 접촉시키면서 회전시킴으로써 접촉용융(direct contact melting)현상에 의하여 캔 내부의 내용물을 냉각시키는 것이다.

도 4는 냉각이 진행되면서 얼음이 녹아 생성된 물이 캔에 눌려 얼음(90)면 위로 올라가지만 캔(80)과 얼음(90)의 표면 사이에는 여전히 원활한 접촉용융이 일어나고 있는 상태를 나타내는 상태도이다.

도 5는 얼음을 잠열재로 사용하는 경우의 또 다른 실시예를 나타내는 상태도이다. 본 도면에 나타난 바와 같이, 냉각면이 있는 본체(10)의 용기 속에 얼음을 잠열재로서 충전시킨 후 캔(80)의 표면을 냉각면(70)과 접촉시키면서 회전시키고, 냉각면과 얼음면 사이에 접촉용융(direct contact melting)현상에 의하여 캔 내부의 내용물을 냉각시키는 것이다.

캔 등 용기의 내부의 음료를 급속히 냉각하기 위해서는 캔의 내부온도와 외부온도의 차이가 클수록 유리하다. 그러나 냉장고의 냉동실의 온도 및 음료의 초기온도에 큰 차이가 없으므로 열저항을 감소시키는 것이 관건이다. 열저항을 감소시키기 위해서는 캔 내부측에 대한 열전달계수를 크게 하면서 동시에 외부측의 열전달계수를 크게 하여야 한다.

따라서, 캔 등의 내부의 열전달계수를 크게 하기 위해서는 캔 등을 회전시킴으로써 강제대류를 유도하면 일반적으로 자연대류에 비하여 강제대류시의 열전달계수가 10배 정도가 커지게 된다.

또한, 캔 등의 외부의 경우 기체에 비해 액체의 열전달계수가 월등히 크므로 액체를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 순수한 액체에 의한 대류의 경우 외부에서 연속적으로 열을 제거하지 않는 한 낮은 온도를 유지하는 것이 불가능하므로 접촉용융을 적용한다. 상변화를 수반하는 대류열전달로서는 비등, 응축, 접촉용융 등이 있다. 접촉용융은 얼음과 같은 상변화물질(PCM : Phase Change Material)과 열전달면이 밀착된 상태로 용융이 진행될 때 일어나는 현상으로 용융된 액체는 바로 외부로 배출됨으로써 액층에서의 열저항이 매우 작은 것이 특징이다. 반면에 일반적인 용융의 경우, 즉 상변화물질과 전열면이 공간에 고정되어 있으면 녹은 액체가 외부로 배출되지 않고 고이게 되어 액층의 두께가 점점 두꺼워져 열저항으로 작용하게 되고, 액체의 온도가 상승하게 되어 용융속도가 급격히 떨어지게 된다.

도 6은 얼음을 잠열재로 사용하는 경우의 도 5의 실시예에서의 이상적으로 접촉용융이 진행되고 있는 상태를 나타내는 상태도이다. 본 도면에 나타난 바와 같이 얼음(90)을 잠열재로 사용하는 경우 접촉용융이 발생할 때 용융된 액체가 접촉하고 있는 면으로부터 배출되어서 액층의 열저항이 작아져야 한다.

도 7은 얼음을 잠열재로 사용하는 경우의 도 5의 실시예에서의 실제로 발생하는 상태를 나타내는 상태도이다. 본 도면에 나타난 바와 같이, 얼음(90)이 본체용기 벽에 붙어 있어 얼음이 표면쪽으로 뜨지 못하고 용융된 액체인 물(100)이 아랫쪽으로 배출되지 않고 고이게 되어 액층의 두께가 점점 두꺼워져 열저항이 높아지게 되고 액체의 온도가 상승하게 되어 용융속도가 급격히 떨어지게 된다.

도 8은 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치의 잠열재로 빙부착을 억제하는 첨가제를 포함한 아이스 슬러리를 사용하는 상태를 나타내는 상태도이다. 본 도면에 나타난 바와 같이, 순수한 물을 잠열재로서 사용하지 않고 아이스슬러리(110)을 충전시켜서 캔(80)의 측면을 냉각면(70)과 접촉시키면서 회전시킴으로써 접촉용융(direct contact melting)현상에 의하여 캔 내부의 내용물을 냉각시키는 것이다.

에틸렌글리콜 수용액 등을 냉동시키면 얼음이 알갱이 형태로 형성되어 이른바 아이스슬러리(ice slurry) 상태가 되어 유동성 있는 얼음이 된다.

도 9는 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치의 실시예에서 실제로 발생하는 상태를 나타내는 상태도이다. 본 도면에 나타난 바와 같이 아이스슬러리(110)는 일정한 조건을 만족하게 되면 아이스슬러리는 용기의 벽에 부착되지 않게 되고 녹으면서 얼음입자가 부력에 의하여 자연스럽게 떠오르게 된다. 따라서, 냉각면(70) 근방은 연속적으로 접촉용융이 일어나게 되고 캔의 표면 근처는 계속 낮은 온도를 유지하게 되는 것이다.

도 10은 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치의 실시예를 나타내는 절단면도이다. 본 도면에 나타난 바와 같이, 음료 및 음식물 급속냉각장치는 본체(10)와 회전부(30)와 음료회전롤러(50)와 아이들 롤러(50)와 회전축(40)으로 구성되어 진다. 본체의 상부에는 캔과 잠열재를 본체 내에 넣기 위해 덮개(20)가 형성되어 있고 본체의 후부의 측면에는 본체 내에 설치되어 있는 회전축(40)를 회전시키기 위한 회전부(40)가 장착되어 있으며, 롤러에는 캔을 회전시키기 위한 음료회전롤러(50)와 그 회전되는 캔을 지지하기 위한 아이들 롤러(60)가 회전가능하도록 배치되어 있으며 상기 음료회전롤러(50)의 일단부에는 회전부(40)에 장착되어 있는 모터 또는 태엽이 결합되어 있고 상기 모터 또는 태엽은 고정커버에 의하여 스크류(130)로 고정되어 있다.

도 11은 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치의 실시예를 나타내는 절단면도이다. 본 도면에 나타난 바와 같이, 본체내의 음료회전롤러(50)의 위에 캔을 위치시키고 잠열재인 아이스슬러리(110)를 충전시키고 음료회전롤러를 회전시키면 캔을 회전하면서 캔의 측면이 아이스슬러리와 접촉하면서 접촉용융현상이 발생하게 된다.

도 12는 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치의 실시예를 나타내는 절단면도이다. 본 도면에 나타난 바와 같이, 본체 내에는 캔이 회전하면서 잠열재인 아이스슬러리(110)와 접촉이 용이하게 발생할 수 있도록 필요에 따라 아이스슬러리혹은 캔(병)이 자중에 의하여 강하하도록 경사면(140)이 설치되어 있다.

도 13은 냉각방식에 따른 냉각속도의 차이를 보여주는 실험데이터를 나타내는 도면이다. 본 도면에 나타난 바와 같이, ①은 일반냉장고의 냉동실에서의 냉각속도를 나타내는 선이며, ②는 캔 또는 병을 얼음속에 넣어둔 상태에서의 냉각속도를 나타내는 선이며, ③은 캔 또는 병을 얼음물속에 넣어둔 상태에서의 냉각속도를 나타낸 선이며, ④는 캔 또는 병을 얼음속에 넣은 후 이를 회전시키는 경우의 냉각속도를 나타내는 선이다.

본 실험데이터에서 보여주는 바와 같이, 캔 또는 병을 얼음속에 넣은 후 이를 회전시키는 경우 캔 또는 병의 온도를 약 27℃에서 5℃로 냉각시키는데 약 5분 정도가 소요되었다. 따라서, 본 고안의 음료 및 음식물 급속냉각장치에 캔 또는 병을 넣은 후 회전시키게 되면 약 3분에서 5분 미만에 이와 동등한 효과를 나타낼 수 있는 것이다.

본 고안의 효과는 기존의 음료 냉각장치와는 달리 냉장고의 냉동실 등의 구조를 전혀 변형시키지 아니하고 기존의 냉장고의 냉동실에 넣어 사용할 수 있으며 또한, 야유회나 낚시 등 야외에서도 사용할 수 있도록 하여 휴대용으로 가능하며또한 독립된 캔 및 병의 전용냉각장치로 이용하여 냉각속도가 5분 이내로 급속히 캔의 내용물을 냉각시킬 수 있으며 별도의 냉매 등을 사용하지 아니하므로 반영구적으로 사용이 가능하며 유지보수가 거의 필요없다.

Claims (4)

1. 캔 또는 병에 들어있는 음료 및 음식물을 빠른 시간내에 냉각시키는 장치에 있어서, 본체(10)와 본체 내부에 설치되어 캔(80)을 회전시키기 위한 음료회전롤러(50)와, 아이스슬러리(110) 또는 얼음(90)이 충전되고, 회전축(40)을 회전시키기 위한 회전부(30)를 지니는 음료 및 음식물 급속냉각장치
2. 제 1항에 있어서, 상기 아이스슬러리(110)는 빙부착을 억제하는 첨가제를 첨가한 잠열재 혹은 얼음과 캔 또는 병(80)이 직접 접촉할 수 있게 하거나 혹은 이와 동등한 효력을 가진 잠열재를 이용하여 냉각시키는 것을 특징으로 하는 음료 및 음식물 급속냉각장치
3. 제 1항에 있어서, 상기 회전부(30)는 태엽 또는 배터리를 이용한 직류 모터 또는 일반 교류전원으로 작동되는 교류모터로 구동되는 것을 특징으로 하는 음료 및 음식물 급속냉각장치
4. 제 1항에 있어서, 상기 회전축(40)은 캔을 회전시키기 위한음료회전롤러(50)와 그 회전되는 캔을 지지하기 위한 아이들 롤러(60)가 회전가능하도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 음료 및 음식물 급속냉각장치