KR20080057837A - 음료용기의 급속냉각장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 음료용기의 급속냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음료용 용기를 올려놓으면 용기는 1개씩 올려진 단위플레이트가 자전을 하게 되고 중앙부의 냉각봉과 선 접촉하면서 용기가 냉각봉을 중심으로 회전(공전)하게 되면서 전자가 전위차가 있는 두 금속 사이를 움직이기 위해서 에너지를 필요로 하고, 여기에 필요한 에너지를 금속이 가지고 있는 에너지에서 흡수하여 감으로써 플레이트 주변의 온도가 급속히 저온화시켜 신선한 음료를 제공할 수 있도록 하는데 그 특징이 있다.

Description

음료용기의 급속냉각장치{Apparatus for quick cooling}

도 1은 일반적인 냉각장치의 구조를 보여주는 예시도.

도 2는 종래 열전냉각방식의 구조를 보여주는 단면도.

도 3은 본 발명의 기술이 적용된 급속냉각장치의 구성을 보여주는 단면도.

도 4는 본 발명의 기술요점인 전류의 흐름을 보여주는 예시도.

도 5는 본 발명의 급속냉각장치를 사용하여 음료용기를 냉각하였을 때의 효율을 보여주는 그래프.

※도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※

10 : 콘트롤박스 20 : 공전플레이트

20a : 단위플레이트 21 : 용기 삽입부

30a : 라지에이터수단 30c : 냉매저장탱크

30d : 펌프 40 : 도전체

41 : P형반도체금속 42 : N형반도체금속

50 : 온도전달수단 60 : 열교환수단

70 : 절연체 80 : 전극

본 발명은 음료용기의 급속냉각장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 음료용 용기를 올려놓으면 용기는 1개씩 올려진 단위플레이트가 자전을 하게 되고 중앙부의 냉각봉과 선 접촉하면서 용기가 냉각봉을 중심으로 회전(공전)하게 되면서 전자가 전위차가 있는 두 금속 사이를 움직이기 위해서 에너지를 필요로 하고, 여기에 필요한 에너지를 금속이 가지고 있는 에너지에서 흡수하여 감으로써 플레이트 주변의 온도가 급속히 저온이 되도록 한 음료용기의 급속냉각장치에 관한 것이다.

일반적으로 냉장고와 같은 각종 냉각장치를 사용하게 되면, 종래 냉각장치는 압축, 응축, 팽창, 증발의 4가지 과정을 반복하면서 장치 내를 순환하여, 온도가 낮은 증발기에서 열을 빼앗아서 온도가 높은 응축기로 열을 이동시키는 역할을 한다. 첨부도면 도 1은 종래 냉동사이클의 4가지 변화과정을 그리고, 그 주위에 냉매상태 변화를 그려서 대비시킨 것이다.

① 압축과정(A → B)

압축기(100)는 증발기(400)에서 증발한 저온 저압의 건포화 증기를 흡입하며 이때의 온도와 압력을 흡입 온도 및 흡입 압력이라 부른다. 흡입된 건포화 증기는 압축되어 상온의 냉각수 및 공기로서 쉽게 액화시킬 수 있는 고온 고압의 과열증기로 되어 배출된다. 이 압력과 온도를 배출 압력 및 배출 온도라 하며, 일반적으로 이 과정을 단열 압축과정이라 가정하고 압축변화는 등엔트로피 선을 따라 응축압력 에 도달하게 된다.

② 응축과정(B → C)

응축기(200)는 압축기(100)에서 보내온 고온고압의 과열증기를 흡입하여 물로 냉각한다. 과열증기는 압축열을 방출하여 포화 증기로 되고 응축 잠열을 제거하여 응축 액화시켜 포화액으로 되며 배출 부근에서 과냉각 되어 상온 고압의 과냉각액이 된다. 응축기에서 방출하는 열량은 냉매가 증발기에서 빼앗은 증발열과 압축하기 위하여 더해진 압축 열량의 합이며, 이 열량을 냉각수 및 공기 중에 방출하게 된다.

③ 팽창과정( C → D)

팽창과정은 냉매가 팽창 밸브(300)를 통과할 때에 냉매의 상태변화를 말하며, 외부와의 열 출입이 없는 단열 팽창으로 엔탈피의 변화가 없다. 팽창밸브(300)는 과냉각된 고압의 냉매를 감압시킨다. 팽창밸브를 통과한 냉매는 저온 저압이 되어 증발하기 쉬운 상태로 된다. 여기서 팽창밸브는 감압작용과 동시에 냉매 액의 유량을 제어한다.

④ 증발과정 (D → A)

증발기(400)는 저온 저압의 냉매가 가지고 있는 저온을 플레이트(500)에 전달하여 저온의 열을 전달받은 플레이트(500) 상에 놓여있는 음료를 냉각 즉 저온화 시키게 된다.

상기한 종래 냉각장치는 냉각 시간이 많이 소요되고 냉각 온도가 낮은 문제점이 있다. 다른 문제점으로는 장치의 구성품이 많아 크기가 커지는 문제점과 무게 가 무거워 관리 및 보관이 용이하지 않은 등의 문제점이 있다.

이러한 문제점을 해소하고자 열전냉각방식이 제공되었으며 종래의 열전냉각방식의 장치로는 미국특허 제4,l43,711호(1979), 제4,350,016호(1982), 제4,407,133호(1983)등에서 개시된 바와 같이 약품 또는 식품의 보존이나 수송용으로 몇 가지 특허가 제안된 바 있다.

그러나 이들 미국특허들에서 개시한 장치에서는 방열방식이 방열핀에 의한 자연냉각 또는 방열팬(fan)에 의한 강제냉각방식을 취하고 있어 냉각효율이 낮을 뿐만 아니라 특정한 용도를 목적으로 하고 있기 때문에 음료수캔의 냉각이나 보온 또는 가열에는 적합하지 못한 점이 있다.

상기한 종래 문제점을 감안하여 선원된 대한민국 특허출원 제94-0008947호의 열전냉각식 옴료수 캔쿨러 구조는 첨부도면 도 2에 도시된 바와 같이 음료수캔(6)이 장입되는 냉각/가열슈(7)와, 상기 냉각/가열슈(7)를 열전달매체로 하여 간단한 직류전원의 공급만으로 음료수 캔(6)을 냉각 또는 가열시키는 열전모듈(8)과, 흡열된 열을 흡수하는 히트캐파시타(9)와, 상기 히트캐파시타(9)의 열을 외부로 방출시키는 방열핀(11)과, 상기 방열핀(11)의 열방출효과를 증대시키기 위한 방열팬(l2)으로 구성된 구조이다.

상기한 대한민국 특허출원 제94-0008947호는 첨부도면 도 6에 도시된 바와 같이 냉각 시간이 많이 소요되고 냉각 온도가 낮은 문제점이 있다.

상기한 문제점을 감안하여 안출한 것으로서 본 발명의 목적은 적은 시간 내에 플레이트와 그 주변의 온도를 짧은 시간 동안에 다량으로 저온으로 급냉시켜 신선한 음료를 마실 수 있도록 냉각 효율이 증대되는 효과를 갖는 급속냉각장치를 제공하는데 있다.

이러한 본 발명의 목적은 급속냉각장치에 있어서, 음료용 용기를 올려놓는 단위플레이트와; 상기 단위플레이트가 일정간격으로 다수 설치할 수 있도록 공간부를 갖으며 중앙으로 냉각봉이 관통하는 통공을 형성한 용기 삽입부의 하부의 외측으로 기어를 구비한 평판으로 이루어진 공전플에이트와; 상기 공전플에이트의 기어와 치합되어 회전하는 회전판과; 상기 회전판을 회전시키는 구동모터와; 상기 공전플레이트의 처짐 및 유동을 방지하는 유동방지수단과; 상기 공전플레이트의 중앙을 관통하는 냉각봉이 일체로 구비되어 냉각봉과 일체로 형성되어 전극과 접지된 열교환판을 구비한 온도전달수단과; 상기 공전플레이트 저면과 열교환수단의 일면에 부착 설치되는 절연체와; 상기 절연체에 부착되면서 서로 대향되는 방향에 설치되는 전극과; 상기 전극과 전극을 지그재그로 연결하는 P형반도체금속 및 N형반도체금속과; 냉각봉이 일체로 구비되어 용기의 온도 및 주변의 온도를 전달받아 이동파이프 내를 흐르는 냉매로 전달하는 열교환수단와; 상기 열교환수단을 통과하는 이동파이프에 의해 연결되며 응축기 및 팬이 부설된 라지에이터수단과; 상기 냉매를 이동파이프 내에 충입된 냉매를 저장 및 보충할 수 있는 냉매저장탱크와; 상기 냉매를 강제순환시키는 펌프 및 상기 각 부재에 전원을 공급 및 차단하는 콘트롤박스를 포함 하여 이루어진 것을 특징으로 하는 음료용기의 급속냉각장치에 의하여 달성된다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면에 의하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 첨부도면 도 3은 본 발명의 기술이 적용된 급속냉각장치의 구조를 보여주는 단면도이고 첨부도면 도 4는 본 발명의 기술이 적용된 음료용기의 급속냉각장치의 평면예시도로서 본 발명의 냉각장치는 음료용 용기를 올려놓는 단위플레이트(20a)가 일정간격으로 다수 설치되는 공간부를 갖으며 중앙으로 냉각봉(51)이 관통하는 통공을 형성한 용기 삽입부(21)의 하부 외측으로는 기어를 구비한 평판(22)으로 이루어진 공전플레이트(20)는 상기 기어와 치합되어 회전하는 회전판(M1)으로부터 구동력을 전달받아 회전되도록 구성되어 있다.

한편, 상기 회전판(M1)은 구동모터(M)의 회전축에 축설되어 있으며 상기 공전플레이트(20)의 하부에 유동방지수단(90)에 의하여 처짐 및 유동이 방지되어 있으며, 상기 음료용기를 올려놓는 단위플레이트(20a) 및 용기와 선접촉하는 냉각봉(51)이 일체로 구비된 온도전달수단(50)의 일면에는 절연체(70)가 설치된다.

한편, 상기 절연체(70)에는 서로 대향되는 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 방향에 전극(80)이 설치되어 있으며, 상기 상·하부에 이격되게 설치된 전극(80)과 전극(80)은 지그재그 형태로 설치되되 도전체(40)에 의하여 연결된 구조이다.

상기 도전체(40)의 구조는 전극(80)과 전극(80)을 연결하는 첫번째 도전 체(40)는 P형반도체금속(41)이고 두번째 도전체는 N형반도체금속(42)에 의하여 연결 구성된 구조로써 홀수의 자리에는 P형반도체금속(41)이 짝수의 연결 자리에는 N형반도체금속(42)이 설치되는 것이다.

한편, 상기 P형반도체금속(41) 및 N형반도체금속(42)은 Bi-Te계열, Ge-Si계열, Mn계열 중 선택된 어느 하나로 이루어진 것이 바람직하며, 하방향의 전극 밑에는 절연체(70)가 설치되어 전원의 인가시 전원의 누설을 방지하도록 형성된 구조이며, 상기 하방향의 절연체 즉 전극의 타 측방향에는 공전플레이트(20)의 온도 및 주변의 온도를 전달받아 이동파이프 내를 흐르는 냉매로 전달하는 열교환수단(60)이 설치된다.

상기 열교환수단(60)은 이동파이프에 의해 연결되며 응축기 및 팬이 부설된 라지에이터수단(30a)과 상기 냉매를 이동파이프 내에 충입된 냉매를 저장 및 보충할 수 있는 냉매저장탱크(30c) 및 상기 냉매를 강제순환시키는 펌프(30d)와 상기 각 부재에 전원을 공급 및 차단하는 콘트롤박스(10)를 포함하여 이루어진 구조이다.

상기와 같은 구조를 갖는 본 발명의 급속냉각장치의 작동 효과는 콘트롤박스(10)에 구비된 스위치수단을 이용하여 구동모터(M)를 회전시키면 회전축에 축설된 회전판(M1)이 회전하게 되면 회전판(M1)에 치합된 공전플레이트(20)가 회전하게 된다.

이때 상기 공전플레이트(20)는 유동방지수단(90)에 의하여 처짐 및 유동이 방지되어 회전시 안정감을 갖으면서 회전하게 되며, 상기 공전플레이트(20)가 회전 하게 되면 공전플레이트(20)에 설치된 단위플레이트(20a)는 온도전달수단(50)의 냉각봉(51)을 중심으로 회전 이동하게 된다.

상기 단위플레이트(20a)가 냉각봉(51)을 중심으로 회전 이동할 때 공전플레이트(20)는 냉각봉(51)을 중심으로 공전하며 단위플레이트(20a)는 열교환판(52)과 일체로 형성된 냉각봉(51)을 중심으로 자전을 하게 되는 것이다.

한편 콘트롤박스(10)에 구비된 스위치수단을 이용하여 전극에 DC전류를 공급하면 첨부도면 도 5에 도시된 바와 같이 상기 전류는 하방향의 전극(80)을 통해 하방향의 전극과 접지된 도전체(40)의 P형반도체금속(41)을 통과하여 상부의 전극으로 전류를 이동시키면 상부 전극에 이른 전류는 상부 전극 끝단에 연결된 N형반도체금속(42)을 통과하여 하방의 전극으로 전류를 이동시키면 다시 전류는 P형반도체금속 및 N형반도체금을 통과하면서 지그재그 형태로 전류가 흐른다.

상기 P형반도체금속(41) 및 N형반도체금속(42)에 전류가 흐를 때 P형반도체금속(41)을 통과하는 전류는 상방향으로 지향되어 전류가 이동하게 되는데 이때 전류가 흐르는 반대방향으로 전자가 이동하므로 열을 흡열한 전자는 하방향으로 이동하며 하방향으로 이동된 전자는 흡열한 열을 열교환수단(60)에 전달하게 된다.

한편, N형반도체금속(42)을 통과하는 전류는 하방향으로 지향되어 전류가 이동하게 되는데 이때 전류가 흐르는 방향으로 정공이 이동하므로 열을 흡열한 정공은 하방향으로 이동하며 하방향으로 이동된 정공은 흡열한 열을 열교환수단(60)에 전달하게 된다.

상기 열교환수단(60)에 전달된 저온의 온도는 일체로 형성된 냉각봉(51)으로 이전되고 상기 냉각봉(51)과 선접촉하고 있는 단위플레이트(20a)와 용기에 저온의 온도가 전달되어 용기 내부의 음료가 저온이 되는 것으로 구체적으로는 단위플레이트(20a)에 놓여진 용기의 온도 및 주변온도를 선접촉하고 있는 냉각봉(51)으로 전달하고 냉각봉(51)으로 전달된 고온의 온도는 열교환판(52)를 경유하여 상부 전극(80)으로 전달하고 전달된 고온(상온이라 할 수 있음)의 온도는 열교환수단(60)으로 전달되어 이동파이프 내를 흐르는 냉매에 전달되어 라지에이터수단(30a)에 의해 플레이트와 플레이트 주변의 온도가 대기중으로 방출되는 것이다.

한편 상기 냉매가 용이하게 순환되도록 펌프(30d)에 의하여 이송 압력에 의해 강제순환되며 냉매저장탱크(30c)는 냉매를 충입하거나 보충할 때 사용되며, 상기 플레이트(20) 또는 냉각봉(51)에는 온도센서(T)가 부착 설치되어 있어 상기 플레이트(20)의 온도가 콘트롤박스(10)에서 기 설정된 온도가 되면 이를 검출하여 콘트롤박스(10)에 디스플레이하여 사용자가 현재 온도를 확인할 수 있도록 하여 더욱이 콘트롤박스(10)에 타이머기능이 추가되어 있는 것이 바람직하며 재료에 따라서 시간과 온도를 조절하여 빙과를 용이하게 할 수 있기 때문이다.

첨부도면 도 6에 도시된 바와 같이 종래 냉각장치는 냉각 시간이 많이 소요되고 냉각 온도가 낮지만 본 발명의 냉각장치를 사용할 경우 냉각 시간이 적게 소요되고 냉각 온도가 상대적으로 높은 것을 알 수 있다.

이와 같은 구조로 이루어져 작동되는 본 발명은 음료용 용기를 올려놓으면 용기는 1개씩 올려진 단위플레이트가 자전을 하게 되고 중앙부의 냉각봉과 선 접촉하면서 용기가 냉각봉을 중심으로 회전(공전)하게 되면서 전자가 전위차가 있는 두 금속 사이를 움직이기 위해서 에너지를 필요로 하고, 여기에 필요한 에너지를 금속이 가지고 있는 에너지에서 흡수하여 감으로써 플레이트 주변의 온도가 급속히 저온화시켜 신선한 음료를 제공할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (4)

1. 급속냉각장치에 있어서,

   음료용 용기를 올려놓는 단위플레이트와;

   상기 단위플레이트가 일정간격으로 다수 설치할 수 있도록 공간부를 갖으며 중앙으로 냉각봉이 관통하는 통공을 형성한 용기 삽입부의 하부의 외측으로 기어를 구비한 평판으로 이루어진 공전플레이트와;

   상기 공전플레이트의 기어와 치합되어 회전하는 회전판과;

   상기 회전판을 회전시키는 구동모터와;

   상기 공전플레이트의 처짐 및 유동을 방지하는 유동방지수단과;

   상기 공전플레이트의 중앙을 관통하는 냉각봉이 일체로 구비되어 냉각봉과 일체로 형성되어 전극과 접지된 열교환판을 구비한 온도전달수단과;

   상기 공전플레이트 저면과 열교환수단의 일면에 부착 설치되는 절연체와;

   상기 절연체에 부착되면서 서로 대향되는 방향에 설치되는 전극과;

   상기 전극과 전극을 지그재그로 연결하는 P형반도체금속 및 N형반도체금속과;

   상기 용기의 온도 및 주변의 온도를 전달받아 이동파이프 내를 흐르는 냉매로 전달하는 열교환수단와;이동파이프 내를 흐르는 냉매로 전달하는 열교환수단와;

   상기 열교환수단을 통과하는 이동파이프에 의해 연결되며 응축기 및 팬이 부설된 라지에이터수단과;

   상기 냉매를 이동파이프 내에 충입된 냉매를 저장 및 보충할 수 있는 냉매저장탱크와;

   상기 냉매를 강제순환시키는 펌프 및 상기 각 부재에 전원을 공급 및 차단하는 콘트롤박스를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 음료용기의 급속냉각장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 P형반도체금속 및 N형반도체금속은 Bi-Te계열, Ge-Si계열, Mn계열 중 선택된 어느 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 급속냉각장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 단위플레이트가 냉각봉을 중심으로 공전하는 것을 특징으로 하는 음료용기의 급속냉각장치.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 단위플레이트가 자전하는 것을 특징으로 하는 음료용기의 급속냉각장치.

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