KR20160049326A - 드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤 부재와 그를 포함하는 드라이아이스 제조장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤은, 실린더에 연결되며, 드라이아이스 스노우를 압착하는 압착면의 중심부가 오목 또는 볼록하게 형성됨으로써, 성형되는 드라이아이스의 경도를 향상시켜 드라이아이스를 제조자의 의도에 부합하는 상태로 제조하고 또한 소비자가 소망하는 상품성을 갖는 드라이아이스를 제공할 수 있어, 고객이 기기 또는 제품을 신뢰할 수 있도록 한다.

Description

드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤 부재와 그를 포함하는 드라이아이스 제조장치{A piston member and machine for manufacturing dry ice containing the same}

본 발명은 액화탄산가스(L-CO₂)를 단열팽창시켜 드라이아이스 스노우를 생성하고 이를 프레스 하여 덩어리 상태의 고형 드라이아이스를 생성하는 드라이아이스 제조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 성형되는 드라이아이스의 경도를 향상시켜 드라이아이스를 제조자의 의도에 부합하는 상태로 제조하고 또한 소비자가 소망하는 상품성을 갖는 드라이아이스를 제공할 수 있는 드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤 부재와 그를 포함하는 드라이아이스 드라이아이스 제조장치에 관한 것이다.

드라이아이스(dry ice)는 기압 상태에서 바로 기체로 승화하여 고체화된 이산화탄소이며, 드라이아이스의 승화점은 -78.5℃(-109.3℉)이고, -78.5℃에서의 기화열(ΔHsub)은 571kJ/kg이다. 기체로의 승화와 낮은 온도가 갖추어지면 얼음보다 차갑고 상태 변화시 수분을 남기지 않아 드라이아이스는 효과적인 냉각제이다.

현재 드라이아이스 제조장치는 사각 덩어리(블록), 괴상(너겟), 알갱이(펠릿), 판 모양(디스크)의 형태를 갖는 드라이아이스를 제조하는 드라이아이스 제조장치가 개시되어 있다. 한국공개특허공보 제1993-0004726호에 따른 드라이아이스 제조장치는 드라이아이스 성형실 내에, 액화탄산가스(L-CO₂)를 분출하여 드라이아이스 스노우를 생성시키고, 이 드라이아이스 스노우를 드라이아이스 성형 챔버 내에서 프레스 피스톤으로 압축하여 고체 형태의 드라이아이스를 성형한다. 한국공개특허공보 제2008-0004089호에 따른 드라이아이스 제조장치는 성형 챔버의 중공부에 액화탄산가스(L-CO₂)를 분출하여 드라이아이스 스노우를 생성시키고, 이 드라이아이스 스노우를 하부 실린더와 상부 실린더를 이용해 압축하여 고체 형태의 드라이아이스를 성형한다.

드라이아이스는 과일, 야채, 유제품, 육류, 어류, 혈액, 인체장기 등을 신선하게 보관하기 위해 사용되고 있다. 한편, 펠릿(pellet) 형태의 드라이아이스는 피세척물의 표면에 달라붙은 이물질(오염물)을 피세척물의 표면으로부터 박리 또는 균열을 일으켜서 제거하는데 사용되고 있다. 한편, 기존의 드라이아이스 제조업체는 중대형 크기로 제작된 드라이아이스 제조장치를 이용해 드라이아이스를 생성한 후 사용자로부터 주문을 받아서 사용자가 원하는 크기로 절단하여 납품하는 방식을 취하고 있다.

본 출원인은 드라이아이스 제조장치의 구조를 크게 개선하여, 낚시터, 수영장, 오토캠핑장, 야외 스포츠 구장 등 야외시설에 설치하여 사용자가 원하는 수량 및 크기에 맞는 드라이아이스를 생성하여 판매할 수 있는 드라이아이스 자동판매기를 개발하고자 연구를 진행하고 있다. 드라이아이스 자동판매기는 음료수나 생필품 자동판매기와 같이 비교적 소형의 크기를 갖도록 제작되어야 하는데, 드라이아이스 자동판매기의 경우 핵심구성인 드라이아이스 제조장치의 크기에 따라 드라이아이스 자동판매기의 크기가 결정된다.

한편, 연구결과 드라이아이스 자동판매기는 액화탄산가스(L-CO₂)를 단열팽창시켜 드라이아이스 스노우를 생성하고 이를 프레스하여 덩어리 상태의 고형 드라이아이스를 제조하는데, 제조 과정 중 혹은 제조된 덩어리 상태의 고형 드라이아이스를 배출하는 과정에서 드라이아이스의 일부가 파손되거나 드라이아이스 경도가 약하게 제조되는 경우가 발생한다. 이는 고객으로 하여금 기기 또는 제품 불량으로 인식되어 고객의 신뢰성을 떨어뜨리는 문제점을 초래할 것으로 판단된다.

한국공개특허공보 제2008-0004089호(공개일 2008.01.09) 한국공개특허공보 제1993-0004726호(공개일 1993.03.23) 일본특허공개공보 제1998-236814호(공개일 1998.09.08) 일본특허공개공보 제1999-116224호(공개일 1999.04.27)

본 발명은 상술한 바와 같은 배경에서 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 드라이아이스 제조장치에서 성형되는 드라이아이스의 경도를 향상시켜 드라이아이스를 제조자의 의도에 부합하는 상태로 제조할 수 있는 드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤 부재와 그를 포함하는 드라이아이스 드라이아이스 제조장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 드라이아이스 제조장치에서 성형되는 드라이아이스의 경도를 향상시켜 소비자가 희망하는 상품성을 갖는 드라이아이스를 제공할 수 있는 드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤 부재와 그를 포함하는 드라이아이스 드라이아이스 제조장치를 제공하는 것이다.

상술한 바와 같은 과제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 양상에 따른 드라이아이스 제조장치는, 측벽에 액화탄산가스(L-CO₂) 도입구와 기화 가스 배출구가 형성되고, 상부에 프레스 기구가 상하로 이동 가능하게 형성되며, 제1 프레스 기구의 동작에 의해 성형된 덩어리 상태의 고형 드라이아이스를 배출할 수 있도록 하부가 개구된 개구부를 갖는 통형 성형 챔버와; 통형 성형 챔버 내에서 액화탄산가스(L-CO₂)가 단열 팽창하여 생성된 드라이아이스 스노우를 수취하는 수취판과 수취판을 좌우로 이동시켜 통형 성형 챔버의 개구부를 개방 또는 밀폐하는 이동부재와;

액화탄산가스(L-CO₂) 저장탱크와 연결된 공급호스를 통해 공급되는 액화탄산가스(L-CO₂)를 통형 성형 챔버 내부에 분사하는 분사노즐과; 통형 성형 챔버의 기화 가스 배출구에 장착되며, 드라이아이스 성형시 발생하는 기화 가스를 외부로 배기하는 배기관과; 배기관 내부에 설치되며, 기화 가스에 포함되는 드라이아이스 스노우가 외부로 배기되지 못하도록 걸러내는 메쉬망; 및 통형 성형 챔버 내 프레스 기구와 이동부재의 동작을 제어하는 컨트롤러를 포함하며,

드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤은, 실린더에 연결되며 드라이아이스 스노우를 압착하는 압착면의 중심부가 오목 또는 볼록하게 형성되는 것을 특징으로 한다. 일례로 피스톤은, 그 압착면이 반구형으로 형성될 수 있으며, 열가소성 플라스틱 재질로 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 드라이아이스 제조장치는, 드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤은, 실린더에 연결되며, 드라이아이스 스노우를 압착하는 압착면의 중심부가 오목 또는 볼록하게 형성됨으로써, 성형되는 드라이아이스의 경도를 향상시켜 드라이아이스를 제조자의 의도에 부합하는 상태로 제조하고 또한 소비자가 소망하는 상품성을 갖는 드라이아이스를 제공할 수 있어, 고객이 기기 또는 제품을 신뢰할 수 있도록 하는 유용한 효과가 있다.

도 1 은 본 발명에 따른 드라이아이스 제조장치를 설명하기 위한 예시도이다.
도 2 내지 6 은 본 발명에 따른 드라이아이스 제조장치의 내부를 설명하기 위한 예시도이다.
도 7 은 본 발명에 따른 드라이아이스 제조장치에서 성형된 덩어리 상태의 고형 드라이아이스를 배출하는 과정을 설명하기 위한 예시도이다.

이하 본 명세서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 드라이아이스 제조장치에 대하여 상세히 기술하기로 한다.

도 1 은 본 발명에 따른 드라이아이스 제조장치를 설명하기 위한 예시도이고, 도 2 내지 6 은 본 발명에 따른 드라이아이스 제조장치의 내부를 설명하기 위한 예시도이다. 본 발명에 따른 드라이아이스 제조장치(100)는 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 크게 통형 성형 챔버(110), 이동부재(120), 배기관(130), 배출부(140)를 포함하여 구현될 수 있다.

통형 성형 챔버(110)는 측벽에 액화탄산가스(L-CO₂) 도입구(111)와 기화 가스 배출구(도 2의 참조부호 112)가 형성되고, 상부에 프레스 기구(113)가 상하로 이동 가능하게 형성된다. 통형 성형 챔버(110)는 도 2에 도시한 바와 같이 제1 프레스 기구(113)의 동작에 의해 성형된 덩어리 상태의 고형 드라이아이스를 배출할 수 있도록 하부가 개구된 개구부(114)를 갖는다.

이동부재(120)는 통형 성형 챔버(110) 내에서 액화탄산가스(L-CO₂)가 단열 팽창하여 생성된 드라이아이스 스노우를 수취하는 수취판(도 2의 참조부호 121)을 이동시켜 통형 성형 챔버(110)의 개구부(도 2의 참조부호 114)를 개방 또는 밀폐한다. 배기관(130)은 통형 성형 챔버(110)의 기화 가스 배출구(도 2의 참조부호 112)에 장착되며, 드라이아이스 성형시 발생하는 기화 가스를 외부로 배기한다.

도 3(a)을 참조하면, 액화탄산가스(L-CO₂)를 통형 성형 챔버(110) 내부에 분사하는 분사노즐(115)이 설치된다. 분사노즐(115)은 액화탄산가스(L-CO₂) 저장탱크와 연결된 공급호스를 통해 공급되는 액화탄산가스(L-CO₂)를 통형 성형 챔버(110) 내부에 분사한다. 분사노즐(115)은, 일례로, 도 3(b)에 도시한 바와 같이 프레스 기구(130)의 실린더(113a)에 장착되는 피스톤(113b)과 수평한 면을 기준으로 위로 30도 이상, 60도 이하의 각도(θ)를 갖도록 설치될 수 있다.

다른 예로, 분사노즐(115)은, 프레스 기구(130)를 향하여 액화탄산가스(L-CO₂)를 분출하되 프레스 기구(130)의 피스톤(113b) 중심으로부터 반지름의 ¼이상, ⅓이하의 거리에 해당하는 영역 내에 액화탄산가스(L-CO₂)를 분출하도록 설치될 수 있다. 이에 분사노즐(115)을 통해 분사되는 액화탄산가스(L-CO₂)가 단열 팽창하여 드라이아이스 스노우가 되어 통형 성형 챔버(110) 내의 수취판(도 2의 참조부호 121)에 쌓일 때, 중심부가 테두리 부분보다 많이 쌓이게 된다. 중심부에 드라이아이스 스노우가 테두리 부분보다 많이 쌓이게 되면 프레스 기구(130)로 압착하여 드라이아이스를 생성할 때 생성되는 드라이아이스가 단단해진다.

또한, 분사노즐(115)을 프레스 기구(130)를 향하여 분사하도록 구현함으로써 통형 성형 챔버(110) 내에서 드라이아이스 스노우가 날아서 흩어지면서 기화 가스와 함께 배기관(130)을 통해 외부로 배출되는 양을 줄일 수 있다.

도 4(a)를 참조하면, 드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤(113b)은 실린더(113a)에 연결되며, 드라이아이스 스노우를 압착하는 압착면의 중심부(C)가 오목하게 형성된다. 도 3(b)에 도시한 바와 같이, 분사노즐(115)이 피스톤(113b)과 수평한 면을 기준으로 위로 30도 이상, 60도 이하의 각도(θ)를 갖도록 설치되어 드라이아이스 스노우가 통형 성형 챔버(110) 내의 수취판(도 2의 참조부호 121)에 쌓일 때, 중심부가 테두리 부분보다 많이 쌓이게 된다. 도 4(a)에 도시한 피스톤(113b)이 드라이아이스 스노우를 프레스할 때, 오목하게 형성된 압착면의 중심부(C)가 드라이아이스 스노우가 가장 많이 쌓인 중심부를 눌러줌으로써 성형되는 드라이아이스가 단단해진다.

도 4(b)에 도시한 바와 같이, 피스톤(113b)의 압착면은 반구형으로 형성될 수 있다. 이에 따라 성형되는 드라이아이스는 사각 블록 형태뿐 아니라, 원형에 가까운 형태로 제조할 수 있다. 또한, 반구형 압착면의 중심부가 가장 많이 오목하여 드라이아이스 스노우가 가장 많이 쌓인 중심부를 눌러줌으로써 성형되는 드라이아이스가 단단해진다. 피스톤(113b)의 압착면은 오목한 형상 외에도 그 중심부가 볼록한 형태로 구현될 수 있다.

드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤(113b)은, 열가소성 플라스틱 재질로 구현될 수 있다. 열가소성 플라스틱은 열을 가했을 때 녹고, 온도를 충분히 낮추면 고체 상태로 되돌아가는 고분자이다. 다수의 열가소성 플라스틱은 약한 분자간 힘으로 상호작용하는 고분자 화합물에 의하여 생성된다. 열경화성 플라스틱과는 달리 열을 가하면 녹고 원래 상태로 돌아가므로 재활용이 가능하며, 대체적인 분자구조는 분자간 약한 상호작용만이 가능한 선형 구조이다. 열가소성 플라스틱의 종류로는 폴리에틸렌, 폴리스티렌, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴 등이 있다.

드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤(113b)은 실린더(113a)에 의해 통형 성형 챔버(110) 내벽을 따라 이동한다. 일례로, 통형 성형 챔버(110) 내벽은 내마모성이 뛰어나 테프론 재질로 구현되어 오래 사용이 가능하고, 소모품인 피스톤(113b)은 상대적으로 가격이 저렴하고 내마모성이 떨어지는 열가소성 플라스틱 재질로 구현될 수 있다. 이와 같은 실시예에 따라 장치 제작 비용 및 소모품 교체로 인한 드라이아이스 장치의 유지보수비용을 줄일 수 있다.

도 5(a)를 참조하면, 배기관(130) 내부에 설치되며, 기화 가스에 포함되는 드라이아이스 스노우가 외부로 배기되지 못하도록 걸러내는 메쉬망(135)이 설치된다. 도 5(b)를 참조하면, 메쉬망(135)은 틈새 구멍을 갖는 제1, 제2 메쉬부(1351, 1353)와, 드라이아이스 성형시 배기되는 기화 가스는 통과시키고 드라이아이스 스노우를 걸러내는 필터(1352)를 포함하여 구현된다.

제1, 제2 메쉬부(1351, 1353)의 틈새 구멍의 크기는 기화 가스를 배출하고 드라이아이스 스노우를 걸러내는 효율을 고려하여 제작되는 것이 바람직하다. 현재 공개된 논문 중,“원자력 제염용 CO2 상변화 노즐개발 연구”논문에 기재된 내용에 따르면, 드라이아이스 스노우의 입자 크기는 수 ㎛∼20㎛인 것으로 기재되어 있다. 이에 제1, 제2 메쉬부(1351, 1353)의 틈새 구멍의 크기는 5㎛이상, 50㎛이하인 것이 바람직하다.

연구결과, 제1, 제2 메쉬부(1351, 1353)의 틈새 구멍의 크기가 5㎛이하일 경우에는 기화 가스의 배기가 원활하게 이루어지지 않고, 50㎛이상일 경우에는 기화 가스 배기량이 너무 많아서 기화 가스에 포함된 드라이아이스 스노우의 양이 외부로 많이 배출되어 제조효율이 떨어짐을 알게 되었다.

제1, 제2 메쉬부(1351, 1353)는 이소불화비닐(PVDF)로 구현된 박막필름, 직물, 스틸, 수지 시트를 조합 필터, 소결 금속의 필터, 적층 소결 그물의 필터 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 필터(1352)는 드라이아이스 스노우를 걸러내는 능력과 기화 가스의 배기성능을 감안해 선택되며, 바람직하게는 샌드 필터(sand filter)로 구현될 수 있다.

샌드 필터(sand filter)는 제1 모래층, 제2 모래층, 제3 모래층, 자갈바닥층으로 적층되어 구현될 수 있다. 제1 모래층, 제2 모래층, 제3 모래층을 구성하는 모래의 등급과 크기는 기화 가스를 배출하고 드라이아이스 스노우를 걸러내는 효율을 고려하여 품질과 직경을 다양화시킬 수 있다.

도 6을 참조하면, 이동부재(120)와 수취판(121)은 연결 조인트(122)로 결합되며, 연결 조인트(122)는 이동부재(120)가 이동하는 제1 축과 수취판(121)이 이동하는 제2 축이 다르더라도 제1 축과 제2 축을 연결하여 이동부재(120)의 동력을 수취판(121)으로 전달하는 조인트로 구현된다. 예를 들어, 연결 조인트(122)는 유니버설 조인트로 구현될 수 있다.

본 발명에 따른 드라이아이스 제조장치는 수취판(121) 하부에 설치되는 밀대(123)를 더 포함한다. 도 7(a), 도 7(b)를 참조하면, 밀대(123)는 이동부재(120)의 동작에 따라 수취판(121)과 같이 움직이면서 통형 성형 챔버(110)의 개구부(114)를 통해 배출된 덩어리 상태의 고형 드라이아이스(D)를 밀어서 외부로 배출한다.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

100 : 드라이아이스 제조장치
110 : 통형 성형 챔버
111 : 액화탄산가스(L-CO₂) 도입구
112 : 기화 가스 배출구
113 : 프레스 기구
113a : 실린더 113b : 피스톤
114 : 개구부
120 : 이동부재 121 : 수취판
122 : 연결 조인트 123 : 밀대
130 : 배기관 140 : 배출부
135 : 메쉬망
1351 : 제1 메쉬부 1353 : 제2 메쉬부
1352 : 필터

Claims (6)

1. 드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤으로서,
   상기 드라이아이스 제조장치는 액화탄산가스(L-CO₂)를 단열팽창시켜 드라이아이스 스노우를 생성하고 이를 실린더와 피스톤을 포함하는 프레스 기구로 압착하여 드라이아이스를 제조하고,
   상기 피스톤은 상기 실린더에 연결되며, 드라이아이스 스노우를 압착하는 압착면의 중심부가 오목 또는 볼록하게 형성되는 것,
   을 특징으로 하는 드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤 부재.
2. 청구항 1 에 있어서,
   상기 피스톤은, 그 압착면이 반구형으로 형성되는 것,
   을 특징으로 하는 드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤 부재.
3. 청구항 1 에 있어서,
   상기 피스톤은, 열가소성 플라스틱 재질로 구현되는 것,
   을 특징으로 하는 드라이아이스 제조장치에 사용되는 피스톤 부재.
4. 측벽에 액화탄산가스(L-CO₂) 도입구와 기화 가스 배출구가 형성되고, 상부에 실린더와 피스톤을 포함하는 프레스 기구가 상하로 이동 가능하게 형성되며, 상기 프레스 기구의 동작에 의해 성형된 덩어리 상태의 고형 드라이아이스를 배출할 수 있도록 하부가 개구된 개구부를 갖는 통형 성형 챔버;
   상기 통형 성형 챔버 내에서 액화탄산가스(L-CO₂)가 단열 팽창하여 생성된 드라이아이스 스노우를 수취하는 수취판과 상기 수취판을 좌우로 이동시켜 상기 통형 성형 챔버의 개구부를 개방 또는 밀폐하는 이동부재;
   액화탄산가스(L-CO₂) 저장탱크와 연결된 공급호스를 통해 공급되는 액화탄산가스(L-CO₂)를 상기 통형 성형 챔버 내부에 분사하는 분사노즐;
   상기 통형 성형 챔버의 기화 가스 배출구에 장착되며, 드라이아이스 성형시 발생하는 기화 가스를 외부로 배기하는 배기관;
   상기 배기관 내부에 설치되며, 기화 가스에 포함되는 드라이아이스 스노우가 외부로 배기되지 못하도록 걸러내는 메쉬망; 및
   상기 통형 성형 챔버 내 프레스 기구와 이동부재의 동작을 제어하는 컨트롤러;를 포함하며,
   상기 피스톤은,
   상기 실린더에 연결되며, 드라이아이스 스노우를 압착하는 압착면의 중심부가 오목 또는 볼록하게 형성되는 것,
   을 특징으로 하는 드라이아이스 제조장치.
5. 청구항 4 에 있어서,
   상기 피스톤은, 그 압착면이 반구형으로 형성되는 것,
   을 특징으로 하는 드라이아이스 제조장치.
6. 청구항 4 에 있어서,
   상기 피스톤은, 열가소성 플라스틱 재질로 구현되는 것,
   을 특징으로 하는 드라이아이스 제조장치.

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