KR20190047913A - 아이스팩 - Google Patents

Abstract

본 발명은 다양한 재질 및 형태의 그릇을 위에 올려서 사용할 수 있는 아이스팩에 관한 것으로서 충분히 냉동시킨 아이스팩의 냉기를 아이스팩의 상부에 밀착시킨 용기의 내용물에 전달해 장시간에 걸쳐 차가운 상태로 내용물의 온도를 유지할 수 있도록 하는 아이스팩에 관한 것이다.

Description

상향 전도성 아이스팩 {Ice pack chilling upward}

본 발명은 다양한 형태의 그릇 밑면에 밀착하여 그릇에 담겨있는 내용물을 장시간 저온으로 신선하게 유지하는 아이스팩에 관한 것이다.

기존의 아이스팩은 아이스 박스, 혹은 배송용 스티로폼 박스 등의 밀폐된 공간 안에서의 보냉 수단으로 많이 사용된다. 이 때 아이스팩의 위치는 주로 냉각 시킬 대상의 위 쪽이나 측면에 주로 배치하지만 외부로의 냉기 손실이 극히 적은 폐쇄된 공간 안에서는 아이스팩의 위치를 냉각 시킬 대상의 위, 아래, 옆 어디에 두는 지는 그리 중요하지 않다.

하지만 외부에 노출된 공간에서는 위에서 아래로 아이스팩의 표면을 흘러 내려가는 보편적인 냉기흐름의 방향을 감안해서 냉각시킬 대상의 위쪽이나 옆쪽에 접촉시켜 두는 경우는 많지만 대상의 아랫면에 아이스팩을 접촉시켜 사용하는 예는 많지 않다.

대한민국 실용신안공보 KR 20-0475106 아이스팩 (이하 문헌 1이라 한다.)에서는 동일한 곡면을 갖는 복수의 아이스팩을 굴절이 가능한 구조로 연결하여 대상을 감싸는 방식으로 냉각을 한다. 이러한 형태는 밀봉된 용기나, 병 같은 대상에는 적합하나 그릇, 접시 등 상대적으로 지름이 크면서 높이가 낮은 대상에는 사용할 수 없는 한계를 지닌다. [그림 1]은 상기 발명의 아이스팩을 표시한 것이다.

[그림 1] 대한민국 실용신안공보 KR 20-0475106 아이스팩

일본 공개실용신안공보 JP 3138500 동물용음수기 (이하 문헌 2라 한다.)에서는 보냉제를 별도로 가공된 용기에 넣은 후, 이와 결합할 수 있게 가공된 그릇의 밑면에 결합하여 냉각을 하는 방법을 사용한다.

상기 발명은 유동적인 형태의 보냉제를 사용한다. 유동적인 형태의 보냉제는 냉동시의 환경에 따라 형태가 일정하지 않게 냉동되는 경우가 대부분이다.

표면이 평평하지 않게 얼어 불규칙한 요철이 생긴 보냉제는 상단의 그릇에 효율적으로 밀착시키거나 위치시키기 어렵기 때문에 그릇에 제대로 고정시키기 위한 지지구조나 보조도구가 필요해 다양한 그릇에 사용하는 데는 무리가 있다.

하기 [그림 2]는 상기 발명의 보냉용 용기, 보냉제, 지지구조를 표시한 것이다.

[그림 2] 일본 공개실용신안공보 JP 3138500 동물용음수기 구조

대한민국 공개특허공보 10-2007-0092020 보냉 겸용 냉각컵(이하 문헌 3이라 한다.)에서는 술 또는 음료를 담아 시원하게 마실 수 있는 보냉 컵에 관한 것으로 음료가 담기는 컵, 잠열에 의한 흡열반응으로 음료를 냉각 시키는 하부가 개방된 미들컵, 냉매의 잠열이 외부로 빠져 나가는 것을 방지하는 외컵 등으로 구성되어 있다. 이 역시 음료가 담길 컵, 미들컵, 외컵, 냉매 수용체 등을 반드시 함께 조합해야 사용이 가능하므로 그 활용이 극히 제한적이다.

미국 등록특허 US 8453602 동물용 식기 디바이스 (이하 문헌 4라 한다.)에서는 탄성이 있는 압축장치를 다량의 일회용 그릇 밑에 위치시켜 잔여 그릇의 양에 상관없이 외부용기의 윗면 돌기 부분까지 올라오도록 구조하였다.

하기 [그림 3]은 상기 발명의 복수의 1회용 그릇을 장착한 동물용 식이를 위한 디바이스의 도면이다.

[그림 3] 미국 등록특허 US 8453602 동물용 식이를 위한 디바이스 구조

본 발명자들은 밀착성을 높이기 위해 이러한 탄성이 있는 압축 장치 등 보조 도구의 필요 없이 단일 개체로써 다양한 대상(그릇, 접시 등)의 아래쪽에 최대한 밀착해 밀봉되지 않은 음수 및 음식도 장시간 효율적으로 냉기를 공급할 수 있게 해주는 아이스팩을 개시하고자 한다.

대한민국 실용신안공보 KR 20-0475106 아이스팩 일본 공개실용신안공보 JP 3138500 동물용 음수기 대한민국 공개특허공보 10-2007-0092020 보냉 겸용 냉각컵 미국 등록특허 US 8453602 동물용 식이를 위한 디바이스

본 발명은 그릇의 밑면에 최대한 밀착하여 그릇으로의 냉기 전도를 장시간에 걸쳐 극대화 할 수 있도록 한 아이스팩을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 아이스팩은 액상, 겔 형태, 고형 및 혼합형태의 음식을 장시간 최적의 상태로 저온 보존하는 데 사용할 수 있으며, 동물용 물그릇 등에 사용할 수 있다.

본 아이스팩은 일반적인 아이스팩의 사용법과 다르게 냉기를 아이스팩의 주변이나 아래쪽으로 전달하는 것이 아닌 위쪽으로 효율적으로 전달하기 위한 것이다. 따라서 아이스팩 내부의 냉매가 아이스팩 윗면 내부에 항시 접촉되어야 하는 구조가 필요하다. 만일 아이스팩의 윗면 내부와 냉매 사이에 공간이 있다면 그 공간 자체가 단열재로 작용하기 때문에 아이스팩으로부터 그릇으로의 효율적인 냉기 전도는 기대할 수 없다.

보편적으로 외관 변형 및 파손을 예방하기 위해 아이스팩 내부에는 그 양이 정해져 있지는 않지만 부피변화의 완충재 역할로써 냉매 외에 공기가 어느 정도 그 공간을 차지한다.

만일 아이스팩 내부에 빈 공간이 없게 냉매를 가득 채운다면 냉매의 상변화 시 이에 따른 부피 변화로 아이스팩 자체가 변형되거나 심한 경우 파손에 이를 수 있어서 임의의 구조(장치)와 아이스팩을 결합, 조합하여 사용하기에는 큰 제약이 따른다.

다른 방법으로는 신축성 있는 소재를 사용해 아이스팩의 외벽을 제조하여 상변화 시 부피 변화에 의한 파손을 견디는 방법도 있겠지만 이 또한 냉매의 상변화와 냉동환경에 따라 아이스팩의 형태가 불규칙하게 변형된다. 해동, 냉동 과정에 아이스팩의 형태가 변형되어서는 위에 밀착되는 용기 또는 임의의 구조(장치)와의 결합 사용이 곤란할 수 있다. 대부분의 아이스팩은 상변화 시 그 정도는 일정하지 않지만 팽창하여 불룩해지거나 수축되어 오목하게 변형되는 경우가 발생한다.

본 발명에서는 전술한 문제를 해결하기 위해 비교적 내부 압이 잘 분산되는 원기둥 형태의 구조(10)를 채택하고 가장 넓은 윗면과 아랫면 부분을 속이 비어있는 기둥형태의 구조로 연결(10b)한 좀 더 견고한 구조를 형성하여 냉매의 상변화에 따른 부피변화에 의해 아이스팩의 구조가 변형되거나 파손되는 경우를 예방한다.

또한 아이스팩의 윗면을 오목하게 만든 오목부(10a)를 두어 해동 시에나 냉동 시 모두 아이스팩의 윗면의 오목부에 냉매가 접하도록 한다.

위쪽으로의 냉기전달과 냉매의 상 변화 시 아이스팩 형태의 변화 문제를 동시에 해결하기 위하여 강도가 좋은 고밀도 폴리에틸렌 혹은 금속을 재료로 상단부가 오목하게 들어간(10a) 원기둥 형태(10)를 가지며 동시에 그 중심부를 수직으로 가로질러 아이스팩의 윗면과 아랫면을 잡아주는 기둥 형태의 공동(cavity)(10b)을 갖는 아이스팩의 외형을 만든다.

합성수지재로 제조할 경우 블로우 성형법을 이용하여 제작하며 금속재로 제조할 경우 절곡, 판금, 용접 등 다양한 방법을 사용해 제조한다.

아이스팩의 내부는 공간의 85% 내지 95%를 냉매(30)로 채운다.

이렇게 만들어진 아이스팩은 저온에서 냉매가 냉각되면서 아이스팩 윗 부분의 가장자리의 공기(40)가 차 있는 공간으로 부피가 팽창해 나아가는 동시에 그 공간에 있던 공기는 저온 수축과 냉매의 팽창에 밀려 압력은 상승하지만 아이스팩은 형태의변화 없이 냉동되어 상변화가 마무리 된다.

이렇게 만들어진 냉동된 아이스팩은 상온에서 사용 시 완전히 해동된 이후에도 내부의 냉매가 아이스팩 윗면의 내부 오목한 부분(10a)에 접하여 있으므로 냉기는 아이스팩의 오목한 부분에 밀착 고정되어 있는 그릇(50)에 지속적이며 효율적으로 전달되고 있는 상태이다.

본 실시예에서는 아이스팩의 윗면과 아랫면을 연결하는 기둥 형태의 공동(10b)을 1개만 적용했지만 다양한 크기의 그릇에 사용하기 위해 다양한 크기로 제작할 경우 윗면과 아랫면의 면적이 더 커질 수 있다. 이 때는 아이스팩의 내부를 연결하는 기둥 구조를 여러 개 적용할 수도 있다.

각 기둥형태의 공동은 그 내부가 비어 있고 도 6의 단면도의 10b에서 보듯이 내부 구경이 두 단계로 설계되어 손가락을 넣어 걸어서 들어올리기 편리한 동시에 이중으로 설계된 내부 구경은 상변화에 따른 냉매의 팽창에 잘 견디며 상부 구경이 하부보다 좁아 그릇에 닿는 냉매의 표면적의 손실을 최소화 함으로써 보냉 효율을 높일 수 있도록 설계되었다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과가 있다.

음식을 담은 그릇의 밑면과 밀착되는 형태로 아이스팩의 상단을 설계하여 그릇에 밀착하고 아이스팩 내부의 냉매 역시 아이스팩 상부의 벽과 밀착하여 냉매의 냉기를 효율적으로 그릇 쪽으로 전달하여 그릇 내용물의 빠른 냉각이 가능하다.

아이스팩의 그릇 접촉면 오목부(10a)를 제외한 나머지 부분을 단열구조물(60)로 감싸면 그릇(50) 외에는 냉기가 소비되는 곳이 최소화되므로 아이스팩 위의 그릇의 냉각 시간 또한 비약적으로 늘어나 그릇 내용물의 장시간 냉각에도 효율적이다.

이 구조로 제조된 아이스팩은 냉동과 해동을 거듭하는 모든 과정에서 외부 형태 변화가 거의 없어 기타의 구조물(다양한 그릇(50), 아이스팩과 그릇의 주변을 감싸는 단열 구조물(60), 열전도율이 우수한 금속 부품(80) 등)과 조합하여 사용하기 편리하며 수명도 반영구적이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 아이스팩의 사시도.
도 2는 도면 1의 평면도.
도 3은 도면 1의 정면도.
도 4는 도면 1의 저면도
도 5는 도면 1의 내부를 볼 수 있는 단면 사시도.
도 6은 도면 1의 바람직한 실시예에 따른 아이스팩 내부의 냉매 주입 양(해동 시)을 표시한 단면 사시도.
도 7은 도면 5의 냉동 시 냉매의 팽창 정도와 형태의 변화가 없는 아이스팩의 외형을 표시한 단면 사시도.
도 8은 그릇의 하부에 아이스팩을 밀착시킨 모습을 표시한 사시도.
도 9는 도면 8에서의 그릇과 아이스팩의 밀착, 아이 스팩 내부의 냉매(냉동상태)의 아이스팩 상부와의 밀착을 표시한 단면 사시도.
도 10은 단열구조물을 아이스팩과 그릇에 적용한 모습을 표시한 사시도.
도 11은 도면 1의 아이스팩에 금속 코어 부품을 결합한 모습을 표시한 사시도.
도 12는 도면 11의 금속 코어 부품의 사시도.
도 13은 도면 11의 금속 코어 부품의 저면 사시도

이하 본 발명의 일 실시예를 첨부한 도면에 따라 설명한다.

도 1 내지 도 5에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 아이스팩은 상부 면이 아래쪽으로 오목한(10a) 원기둥 형태(10)이며 상부 면과 하부 면을 연결하는 기둥형태의 공동(cavity)(10b)을 가지고 있는 구조이다.

도 6은 10℃ 이상의 외부 온도에서 아이스팩의 오목부(10a)에 접할 정도의 양의 냉매(30)가 주입된 모습을 표시한 단면 사시도이며, 도 7은 도 6의 아이스팩을 영하의 저온에서 일정시간 냉동시킨 후 액체에서 고체로 상변화를 일으킨 후의 얼어있는 냉매(30a)의 모습을 표시한 단면 사시도이다.

도 8은 본 발명의 아이스팩(10)을 그릇(50)과 결합하여 사용하는 모습을 표시한 사시도이고, 도 9는 도 8의 형태로 그릇과 아이스팩이 같이 사용될 때 아이스팩 내부의 냉매(30a), 아이스팩 상부의 외벽(10a), 올려진 그릇(50)의 바닥면이 효율적으로 밀착되어 있는 모습을 표시한 단면 사시도이다.

도 10은 도 8내지 도 9에 도시한 사용 형태에서 상부의 그릇에 전도되는 냉기 외에 주변으로 방출되는 냉기 소비를 줄일 수 있도록 그릇의 개구부를 제외한 그릇의 옆면과 아이스팩의 주변(옆면과 밑면)을 단열 기능의 구조물(60)로 감싼 모습을 표시한 사시도이다.

실시예

도 1에 표시된 형태의 아이스팩(이하 실험체 A라 한다.)1개, 도 11에 표시된 금속코어가 결합된 아이스팩(이하 실험체 B라 한다.) 1개, 하기의 [그림 4]의 우측 편에 표시된 형태의 윗면이 평평한 아이스팩(이하 실험체 C라 한다.)을 1개 준비하였다.

각각의 아이스팩은 HDPE 플라스틱을 재질로 하여 제조하였다.

각각의 아이스팩에 냉매를 주입한 후 영하 5 ℃의 냉동실에서 12시간 동안 냉동시켰다. 본 실험에 사용한 냉매는 PEG400과 물의 혼합용액이며, 실험체 A와 B는 동일한 양의 냉매가 들어갔으며, 실험체 C는 A, B와 달리 공동(Cavity)이 없기 때문에 A, B 대비 120%의 냉매가 주입되었다.

각각의 아이스팩 위에 23.0 ℃ 수온의 물을 500 ml씩 채운 동일한 규격의 그릇을 올려놓았다.

모든 실험체를 27±0.5 ℃를 유지하는 항온 챔버에 넣고 8시간 동안 세 그릇 내의 수온을 1시간 간격으로 체크하였다.

그 결과는 하기의 [표 1]과 같다.

[그림 4] 실험체 A, 실험체 B, 실험체 C의 단면 사시도

시간에 따른 실험체 A, B, C의 그릇 내 물의 온도

경과시간	실험체 A의 물 온도(℃)	실험체 B의 물 온도(℃)	실험체 C의 물 온도(℃)
0시간	23.0	23.0	23.0
1시간	13.0	12.4	19.5
2시간	11.9	10.5	18.4
3시간	12.5	11.0	19.6
4시간	13.3	12.5	20.8
5시간	15.5	14.3	22.0
6시간	16.8	16.6	23.5
7시간	17.8	18.3	26.3
8시간	18.4	19.5	26.5

상기 실시예의 결과에서 볼 수 있듯이 실험체 A와 B는 실험체 C와 비교하여 월등하게 우수한 보냉 효능을 보여주었다. 실험체 A와 B는 실험체 C와 비교할 때 용기에 담은 물의 온도를 효율적으로 낮출 뿐 아니라 더 오랜 시간 낮은 온도를 유지하였다. 더욱이 실험체 C는 A, B에 비교하여 냉매의 양이 120%로 더 많았음에도 보냉 효과는 온도 및 유지 시간에서 모두 A, B의 결과에 미치지 못했다.

실험체 A와 B는 전체 실험 시간인 8시간 동안 용기에 담긴 물의 온도를 20 ℃ 이하로 낮춘 반면에 실험체 C는 3시간이 경과한 후 용기에 담긴 물의 온도가 20 ℃에 거의 근접했다. 한편, 실험체 A와 B는 큰 차이는 없지만 실험체 B가 용기에 담긴 물의 온도를 상대적으로 빠르게 낮췄으며, 실험체 A는 상대적으로 더 긴 시간 동안 낮은 온도를 유지하였다.

따라서 금속코어를 결합한 실험체 B의 아이스팩은 보냉 유지 시간은 실험체 A에 비해 근소하게 짧지만 대상물을 빠르게 저온으로 냉각시키는 속도 면에서는 보다 우수하다는 결론을 얻을 수 있다.

한편, 실험체 A와 B의 아이스팩은 냉동시킨 후에 그 외형의 변화가 전혀 없었으나 실험체 C의 아이스팩은 냉매의 팽창에 의해 외형이 부풀어 오름이 관찰되었다. 이와 같은 아이스팩 형태의 변형은 용기와의 접촉면적을 작게 하여 보냉 효율 자체를 떨어뜨릴 뿐 아니라 반복 사용 시 외형 자체의 영구적인 변형을 가져올 수 있다.

실험체 A와 B는 아이스팩 상반부와 하반부의 내경 크기가 다른 2단의 공동(cavity)을 갖는 구조로써 열역학적 변화에 따른 팽창에 대한 압력을 효율적으로 분산시켜 외형의 변화를 가져오지 않는 것임을 확인할 수 있다.

본 발명에 있어 아이스팩의 재질은 합성수지 또는 금속을 사용할 수 있으며, 합성수지로는 일례로 HDPE, PP, PE를 사용할 수 있으며, 금속으로는 스테인리스 스틸을 사용할 수 있으나 이에 제한되진 않는다. 본 발명에 있어 아이스팩에 주입되는 냉매는 액상, 겔 형태, 액체와 고형의 혼합물 등 다양한 냉매를 사용할 수 있으며, 일례로 널리 상용화되어 있는 고흡수성 폴리머와 액체의 혼합 형태 냉매를 사용할 수 있으나 이에 제한되진 않는다.

본 발명에 있어 아이스팩에 주입되는 냉매의 양은 냉각 전 상태에서 아이스팩 내부 공간의 80 내지 95%를 차지하도록 주입하며, 바람직하게는 85 내지 95%를 주입하도록 한다. 냉매의 양이 80% 이하일 때는 아이스팩의 보냉의 효율이 떨어질 우려가 있으며, 95%를 넘을 경우 열역학적 팽창에 의해 아이스팩의 외형이 변형될 우려가 있다.

전술한 바와 같이, 본 발명을 상기 일 실시예를 통하여 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변경 또는 변형하여 실시할 수 있음은 해당기술분야의 당업자라면 자명하다 할 것이다.

10 : 아이스팩 본체
10a : 아이스팩 본체의 상부 오목면
10b : 아이스팩 중심의 기둥 형태의 공동
10c : 아이스팩 하부의 냉매주입구
20 : 아이스팩 하부의 냉매주입구 마개
30 : 해동되어 액체 상태인 냉매(30a와 같은 물질)
30a : 냉동되어 부피가 증가한 고체 상태의 냉매 (30과 같은 물질)
40 : 아이스팩 본체 내부 상단의 공기 층
50 : 아이스팩의 상단에 놓아 사용하는 그릇
60 : 아이스팩과 그릇의 주변을 감싸는 단열 구조물
70 : 물
80 : 열전도율이 우수한 금속 부품

Claims (6)

1. 도면 6으로 표시되는 중앙에 세로로 공간(10b)이 있는 원기둥 형태(10)를 가지며 그 윗면이 오목하며(10a) 아랫면에 있는 냉매 주입구(10c)를 통하여 냉매(30)를 주입할 수 있도록 설계된 아이스팩.
   
2. 청구항 1에서 합성수지나 금속을 재질로 하는 것을 특징으로 하는 아이스팩
   
3. 청구항 1 내지 2에서 도면 6의 중앙 공간(10b)은 상부가 좁고, 하부가 넓은 이중 내부구경을 갖는 것을 특징으로 하는 아이스팩
   
4. 청구항 1 내지 3에서 상기 냉매는 액상, 겔, 또는 폴리머와 액체의 혼합물인 것을 특징으로 하는 아이스팩
   
5. 청구항 1 내지 4에서 중앙 공간에 선택적으로 금속 부품(80)을 결합한 것을 특징으로 하는 아이스팩
   
6. 청구항 1 내지 5에서 음수, 액상 형태, 겔 형태, 액상 및 고형 혼합 형태 및 고형상의 음식물을 실온 이하의 상태에서 장시간 보존하기 위한 목적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 아이스팩의 용도

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