KR20200080066A - 액상 음료 과냉각 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 상부 부분(10); 및 하부 부분(60)을 포함하는 액상 음료를 과냉각시키기 위한 장치에 있어서, 상부 부분(10)의 내부에는 냉각 액체를 보관할 수 있고, 액상 음료의 용기는 상기 냉각 액체에 담겨진 상태로 과냉각되는 것을 특징으로 하는 액상 음료 과냉각 장치에 관한 것이다.

Description

액상 음료 과냉각 장치{Liquid Phase Beverage Supercooling Device}

본 발명은 액상 음료를 과냉각 시키기 위한 장치에 관한 것이다.

과냉각은 (Supercooling) 응고점 이하에서 고체가 되지 않으면서 액체 상태로 낮추는 과정이다.

표준 동결점을 통과하는 액체는 결정 구조가 형성될 수 있는 시드 결정(seed crystal) 또는 핵이 존재하여야 결정화되고 고체를 생성할 것이며 그러한 시드 결정 또는 핵이 존재하지 않으면, 액체 상태는 계속 유지 될 수 있다.

물은 일반적으로 0℃에서 얼지만, 표준 압력에서 거의 균일한 결정 핵 생성까지 약 -48.3℃까지 "과냉각"될 수 있습니다.

과냉각 공정은 물이 순수하고 핵 형성 사이트가 없어야 하며, 이는 역삼투 또는 화학적 탈회와 같은 공정으로 달성할 수 있지만 냉각 자체에는 특별한 기술이 필요하지 않는다.

과냉각액 상태로 있는 것을 열역학적으로는 준 안정(metastable) 상태라고 하며 주변에서 외란이 가해질 경우 순간적으로 고상으로 상변화가 일어나게 된다.

과냉각 상태로 냉각된 액상음료를 차가운 컵에 따르거나 과냉각 상태의 액상음료에 충격, 진동 등을 가하면 완전히 얼거나 녹지 않은 상태의 액상 음료로 상변화 되는데, 이와 같이 고상으로 상변화된 액상 음료를 슬러시(Slush)라 한다.

공개 특허 10-2007-0075669에 도시된 것과 같이, 일반적인 과냉각 장치는 차가운 기체가 순환하는 공간에 액상 음료를 어는점 이하로 떨어뜨려 과냉각 상태가 되게 하고 외부 충격이 없게 보관하도록 설치되어 있다.

그러나, 이와 같은 과냉각 장치에서는 외부에서 작은 충격이나 진동이 있으면 과냉각 장치에 보관되어 있는 과냉각 상태의 음료에 충격이 전달되어 고체상으로 변하게 되는 문제점이 있다.

공개 실용 신안: 제20-2013-0003375호 (2013.06.07) 공개특허 제10-2007-0075669호 (2007.07.24)

본 발명은 ‘용기 내에 담겨있는 액상 음료’(이하 '액상음료')를 어는점 이하의 액체에 보관하여 과냉각 상태가 되게 하고자 한다.

본 발명에서는 액상 음료를 냉각시키는 외부 환경이 기체 상태가 아닌 액체 상태가 되도록 하여 외부 충격을 적게 받고자 한다.

본 발명에서는 액상 음료를 냉각시키기 위한 전열 매개체를 기체보다 전열 속도가 약 20~50배 큰 액체로 하여 과냉각 대상인 액상 음료의 냉각 속도를 훨씬 빠르게 하고자 한다.

본 발명에서는 상기 액상 음료를 냉각시키는 전열 매개체인 액체 ('냉각 액체')를 냉각시키기 위해 냉매의 순환으로 냉동 에너지를 생성하는 냉동 장치의 냉매 증발관을 냉각액체 중에 설치한다.

본 발명에서 상기 냉각 액체는 순환이 가능하도록 하고자 한다.

본 발명에서는 냉매 증발관 위에 상기 액상 음료의 위치를 고정할 수 있는 플레이트를 설치할 수 있도록 하고자 한다.

본 발명에서는 냉동 장치를 냉각시키기 위한 냉동 장치의 방열부인 응축기를 수랭식으로 하여 동급 능력에서 크기가 큰 공랭식에 비하여 냉동 장치의 설치 공간에서 유리하게 하고자 한다.

본 발명에서는 냉동 장치를 냉각시키기 위한 냉동 장치의 방열부인 응축기를 수랭식으로 하되, 수랭식 응축기 형태를 내부 공간이 빈 원형 코일 또는 사각 코일 형태의 다수의 관이 감겨진 구조로 하여 그 감겨진 코일 내부의 빈 공간에 압축기를 설치할 수 있게 하여, 통상의 냉동 장치에서 응축기와 압축기를 별도 공간에 설치함에 필요로 하는 설치 공간보다, 설치 공간을 더욱더 줄일 수 있게 하고자 한다.

본 발명에서는 냉동 장치를 냉각시키기 위한 냉동 장치의 방열부인 응축기를 수랭식으로 하여 운전 중 소음과 진동이 큰 공랭식에 비하여 냉동장치의 운전 중 소음과 진동에서 유리하게 하고자 한다.

본 발명에서는 냉동장치를 냉각시키기 위한 냉동장치의 방열부인 응축기를 수랭식으로 하여 운전 중 송풍기에 의한 분진 발생이 많은 공랭식에 비하여 분진 발생이 근절되는 장점을 얻고자 한다.

본 발명에서는 냉동장치를 냉각시키기 위한 냉동장치의 방열부인 응축기를 수랭식으로 하여, 공랭식에서의 외부 공기순환용 통풍구 설치가 불필요하고 외부 통풍구에 의한 장치의 설치 방향 및 설치 공간의 제약을 제거한 효과를 얻고자 한다.

본 발명에서는 냉동장치를 냉각시키기 위한 냉동장치의 방열부인 응축기를, 냉동기의 고압측 압력에 의하여 응축기 냉각수 공급량을 조절하는 냉각수 조절 밸브가 장착된, 수랭식으로 하여, 운전 중 주위 온도의 변화에 의한 성능 변화가 큰 공랭식에 비하여, 냉동 장치의 운전 중 성능 변화 없이 안정된 성능 유지 효과를 얻고자 한다.

본 발명은 상부 부분(10); 및 하부 부분(60)을 포함하는 액상 음료를 과냉각시키기 위한 장치에 있어서, 상부 부분(10)은 냉각 액체를 보관할 수 있는 용기이고, 액상 음료의 용기는 상기 냉각 액체에 담겨진 상태로 과냉각 되는 것을 특징으로 하는 액상 음료 과냉각 장치에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 상기 상부 부분(10)에는 상기 냉각 액체를 냉각시키기 위하여 냉매의 순환으로 냉동에너지를 발생시키는 냉동장치의 흡열부인 냉매증발관(40)이 설치되어 있고, 상기 냉매증발관(40)은 상기 냉각 액체에 담겨진다.

또한, 본 발명에서 상기 냉매증발관(40)은 다수의 관이 감겨진 형태이며 상부에서 볼 때 비스듬한 사각형 형상을 이루고 일부가 상부 부분(10)의 내벽과 접촉하며, 상기 접촉 부분에서 냉매증발관(40)이 상부 부분 내벽에 고정될 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 비스듬한 사각형 형상의 냉매증발관(40)의 4개의 변 상부 각각에 측면 플레이트(20)가 놓여지고, 상기 측면 플레이트(20)의 상부에 음료 플레이트(30)가 놓여질 수 있고, 상기 음료 플레이트(30)에 다수의 개구가 형성되어 있으며 상기 개구(33)에 액상 음료 용기가 놓여 질 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 각각의 측면 플레이트(20)는 제1 수직 부분, 제2 수직 부분, 및 제1 수직 부분(21)과 제2 수직 부분(23)의 단부를 연결하는 수평 부분(22)을 포함하고 다수의 개구(24)가 형성되어 있으며, 액상 플레이트(30)는 직사각형 형태로 이루어지며, 상면은 평평한 형태이고, 하부의 가장자리에는 측면 플레이트의 수평 부분(22)에 맞추어지는 오목부(32)가 형성되어 있을 수 있다.

또한, 본 발명에서 하부 부분(60)에는 수랭식 응축기로 냉각되는 수랭식 냉동 장치와 냉각 액체 저장 탱크가 설치되어 있고, 수랭식 냉동 장치는 상부부분(10)의 냉각 액체를 냉각시키고 냉각 액체 저장 탱크의 냉각 액체는 펌프 등으로 상부 부분에 공급되거나 연속 순환될 수 있다.

또한, 본 발명에서 상부 부분(10)의 상부에는 수평 이동식 도어(11)가 설치되어 있어서 상부 부분(10)의 개폐가 가능할 수 있다.

또한, 본 발명에서 하부 부분(60)에는 냉매 증발관(40)으로부터 배출되는 저온 저압 기체를 고온 고압의 기체로 압축하기 위한 압축기(70), 상기 고온 고압의 기체를 고온 고압의 액체로 응축하기 위한 응축기(73) 및 상기 고온 고압의 액체를 저온 저압의 기체로 팽창하기 위한 팽창 밸브(76)를 포함하고, 상기 냉매 증발관(40), 압축기(70), 상기 응축기(73) 및 팽창 밸브(76)가 냉동 장치를 형성할 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 응축기(73)은 수냉식이고, 상기 응축기(73)의 냉각수 입구에는 냉각수 유량 제어 밸브가 설치되어 있을 수 있다.

또한, 본 발명에서 상기 응축기(73)에는 냉각수가 지나가는 냉각수 통로(90)를 포함하고 냉매는 상기 냉각수 통로 주위를 지나갈 수 있다.

또한, 본 발명에서 압축기(70)가 수냉식 응축기(73)의 냉각수 코일 형태의 다수의 관 내부에 설치되어 있을 수 있다.

본 발명은 액상음료를 빙점 온도 이하에서 얼지 않은 액상으로 만들고 유지하기 위한 과냉각 장치로서, 액상음료를 직접 냉각하는 전열매개체를 액상인 냉각액체를 적용하게 함으로서, 액상음료를 빙점온도 이하의 목표온도로 냉각하는 속도를 빠르게 하는 효과와 목표온도 도달 과정 및 목표온도 도달 후 과냉각상태의 불안정성의 주 원인인 온도의 불안정성과 장치 진동 및 외부 진동 등의 영향을 최소화할 수 있게 하였다.

본 발명은 액상음료를 냉각하는 액상전열매개체인 냉각액체를 냉각하기위하여 냉각액체 내에, 냉매순환에 의해 냉동에너지를 발생시키는 냉동기의 냉매증발관을 설치하였다.

본 발명은 액상음료를 냉각하는 액상전열매개체인 냉각액체를 냉각하기위하여 적용하는 냉동기의 냉각방식을 냉동기 내부 고압 측 압력 변화에 의하여 냉각수량을 제어하는 냉각수 제어밸브가 장착된 수랭식으로 함으로서, 공랭식 장치에 비하여, 장치의 소음 및 진동을 최소화시키는 효과와, 냉동기 성능 안정화 효과와, 분진 등에 의한 오염을 최소화하는 효과를 얻게 하였다.

본 발명은 수랭식 응축기를 채용함으로써 장치의 설치 방향과 공간의 제약을 없게 하였다.

본 발명은 본 발명에 적용한 수랭식 냉동기의 수랭식 응축기 형태를 그 내부 빈 공간에 냉동기의 압축기 설치가 가능한 원형코일 또는 사각코일 형태의 다중의 관이 감겨진 형태로 하여 냉동기 설치공간을 최소화하는 효과를 얻게 하였다.

본 발명은 액상 음료를 어는점 이하의 냉각 액체에 보관하여 과냉각 상태가 되게 하여 과냉각 장치에 대한 외부 충격의 영향을 적게 받게 하였다.

본 발명에서는 상기 냉각 액체를 냉각시키기 위한 냉매관을 설치하였다.

본 발명에서는 냉매관 위에 음료 플레이트를 설치하여 상기 액상 음료의 위치를 고정할 수 있게 하였다.

또한, 본 발명에서는 냉매를 냉각시키기 위해 수냉식 냉각장치를 사용하여 공냉식 냉각 장치에 비하여 설치 공간에서 유리하게 하였다.

도 1은 본 발명 과냉각 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명 응축기의 단면도이다.
도 3은 본 발명 과냉각 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명 과냉각 장치에 설치되는 측면 플레이트의 사시도이다.
도 5는 본 발명 과냉각 장치에 설치된 측면 플레이트의 단면도이다.
도 6는 본 발명 과냉각 장치에 설치된 음료 플레이트의 평면도이다.
도 7는 본 발명 과냉각 장치에 설치된 음료 플레이트의 측면도이다.
도 8는 본 발명 과냉각 장치에 설치된 바닥 플레이트의 평면도이다.
도 9는 본 발명 과냉각 장치의 또 다른 실시예이다.
도 10은 공랭식 냉각장치에 대한 도면이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

첨부된 도면은 본 발명의 예시적인 형태를 도시한 것으로, 이는 본 발명을 보다 상세히 설명하기 위해 제공되는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적인 범위가 한정되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명 과냉각 장치(100)의 단면도이다.

본 발명 과냉각 장치(100)는 상부 부분(10) 및 하부 부분(60)으로 나뉘어 질수 있으며, 상부 부분(10)의 내부에 냉각 액체(50)가 보관되며, 상기 냉각 액체(50)에 액상 음료의 용기가 놓여진다.

상부 부분(10)은 냉각 액체를 보관할 수 있는 용기 형태이다.

상기 냉각 액체(50)는 어는점 이하의 온도가 되어 있어서, 상기 액상 음료는 냉각 액체(50)안에서 과냉각 상태가 될 수 있다.

상기 냉각 액체는 어는점 이하에서도 액체 상태를 유지할 수 있어야 하므로 염도가 높은 수액이 될 수 있다.

상부 부분(10) 내부에는 상기 냉각 액체(50)를 어는점 이하로 냉각 시킬 수 있는 냉동 장치의 냉매 증발관(40)이 설치되어 있다.

상기 냉매증발관(40)의 상부에는 측면 플레이트(20)가 설치되어 있으며, 상기 측면 플레이트(20)의 상부에 음료 플레이트(30)가 놓여지고, 음료 플레이트(30)의 개구(33)에 액상 음료수를 보관한 용기가 놓여지게 된다.

냉매는 냉매 증발관(40)에서 증발되며 냉각 액체(50)를 냉각시키면서 저온 저압의 기체상태로 배출되고 도관(71)을 통해 압축기(70)로 보내진다.

압축기(70)에서 고온 고압의 기체로 압축이 되며 이는 도관(72)을 통해 응축기(73)로 보내지고 냉매는 고온 고압의 액체로 응축된다.

고온 고압의 액체는 연결 배관(74)를 통해 팽창 밸브(76)로 보내지며 연결 배관(74)에서 냉매는 상온 고압의 액채 상태로 이송이 되고 팽창 밸브(76)에서 저온 저압의 기체로 팽창한다.

상기 저온 저압의 기체는 냉각 유체에 담겨진 냉매 증발관(40)을 통과하면서 저온 저압의 기체로 되면서 흡열을 하게 된다.

상기 응축기는 수냉식을 사용하는 것이 바람직하며, 도 1에 도시된 것과 같이 냉각수 입구(75)를 통해 냉각수가 공급되고 냉각수 배출구(79)를 통해 냉각수가 배출된다.

냉각수 입구(75)측에는 냉각수 유량 제어 밸브가 설치되어 있고, 상기 냉각수 유량 제어 밸브(78)는 응축기의 압력을 감지하여 응축기 압력에 의해서 응축기가 일정한 압력으로 유지되기 위해 냉각수 공급을 조절한다.

도 2를 보면, 응축기(73)에서 냉각수는 입구(75)를 통해 배출구(79)로 진행되는 냉각수 도관(100)이 설치되어 있고, 입구 도관(72)를 통해 들어온 냉매는 상기 냉각수 도관(90)을 감싸는 부분을 관통하여 냉각수에 의해 응축되며 배출 도관(74)을 통해 고온 고압의 액체 냉매로 배출된다.

도 3에 도시된 것과 같이, 냉매 증발관(40)은 상부 부분(10)의 안쪽 벽에 일부(41a 41b, 41c, 41d)가 부착되는 방식으로 고정될 수 있다.

냉매 증발관은 다수의 층을 이루고 상부에서 볼 때 비스듬한 방식의 4각형이 되며, 일부(41a 41b, 41c, 41d)가 상부 부분 내벽에 접촉하고 접촉부분을 용접 또는 접착 등의 방식으로 고정시킬 수 있다.

상기 사각형 냉매증발관(40)의 각각의 변 상부에 놓여지는 측면 플레이트(20A, 20B, 20C, 20D)는 도 4 및 도 5와 같은 형태로, 제1 수직 부분(21), 제2 수직 부분(23) 및 제1 수직 부분(21)과 제2 수직 부분(23)의 단부를 연결하는 수평 부분(22)을 포함하고, 다수의 개구(24)가 형성되어 냉각 액체가 관통하여 지나갈 수 있다.

상기 측면 플레이트(20)의 상부에 놓여지는 액상 플레이트(30)는 직사각형 형태로 이루어지며, 상면은 평평한 형태이고 하부의 가장자리에는 오목부(32)가 형성되어 있으며, 상기 오목부(32)는 측면 플레이트의 수평 부분(22)에 맞추어지면서 고정된다.

상부 부분(10)의 상부에는 수평 이동식 도어(11)가 설치되어 있어서 상부 부분(10)의 개폐가 가능하다.

상부 부분(10)의 바닥면에는 바닥 플레이트(90)가 놓여질 수 있고, 액상 플레이트(30)에 고정되는 음료 용기의 하부를 지지할 수 있다.

?颱瞿? 부분(60)에는 압축기(70), 응축기(73) 및 팽창 밸브(76)가 설치되고 상부 부분(10)에 설치된 냉매증발관(40)과 함께 냉동장치를 형성한다.

냉동 장치는 수냉식으로 하는 것이 바람직하다. 공냉식의 경우 도 10에 도시된 것과 같이 하부 부분에 공기의 순환을 위한 통풍구(61)가 필요한데, 본 발명 과냉각 장치를 벽면에 부착하여 설치하는 경우 공기 순환이 이루어지지 않아 과냉각 장치의 하부의 온도가 증가하는 문제점이 발생할 수 있다.

상부에 설치된 냉매증발관(40)은 냉매 출구관(71)을 통해 압축기(70)와 연결되고 냉매 입구관(77)을 통해 팽창 밸브(76)와 연결되어 있을 수 있다.

또한, 하부 부분(60)의 내부에 냉각 액체 저장 탱크가 설치되고, 냉각 액체 공급관 및 냉각 액체 배출관를 통해 상부 부분에 냉각 액체를 공급할 수 있다 (도시되지 않음).

도 9은 본 발명 과냉각 장치(100)의 또 다른 실시예로서, 압축기(70)가 수냉식 응축기(73)의 냉각수 나선형 코일 형태 내부에 설치되어 공간 효율을 증가시킨 것을 도시하고 있다.

공개된 실시예의 상기 설명은 본 분야의 전문 기술자가 본 발명을 구현하거나 또는 사용할 수 있도록 한 것이다. 이러한 실시예에 대하여 본 분야의 전문 기술자가 다양하게 수정할 수 있음은 자명한 것이며, 본문에 정의된 일반 원리는 본 발명의 정신 또는 범위를 벗어나지 않을 경우, 기타 실시예에서 구현할 수 있다. 따라서, 본 발명은 본문 중의 이러한 실시예로 제한되지 않으며, 본문에 공개된 원리 및 신규 특징과 일치하는 가장 넓은 범위에 부합되어야 한다.

10: 상부 부분 20: 측면 플레이트
30: 음료 플레이트 40: 냉매증발관
50: 냉각 액체 60: 하부 부분
70: 압축기 80: 냉각 액체 저장 탱크

Claims (11)

1. 상부 부분(10); 및 하부 부분(60)을 포함하는 액상 음료를 과냉각시키기 위한 장치에 있어서,
   상부 부분(10)은 냉각 액체를 보관할 수 있는 용기이고,
   액상 음료의 용기는 상기 냉각 액체에 담겨진 상태로 상기 액상 음료가 과냉각되는 것을 특징으로 하는 액상 음료 과냉각 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 상부 부분(10)에는 냉각 액체를 냉각시키기 위하여 냉동장치(70)와 연결된 냉매가 지나가는 냉매증발관(40)이 설치되어 있고,
   상기 냉매 증발관(40)은 상기 냉각 액체에 담겨질 수 있는 것을 특징으로 하는 액상 음료 과냉각 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 냉매 증발관(40)은 다수의 관이 감겨진 형태이며 상부에서 볼때 비스듬한 사각형 형상을 이루고 일부가 상부 부분(10)의 내벽과 접촉하며,
   상기 접촉 부분에서 냉매 증발관(40)이 상부 부분 내벽에 고정되는 것을 특징으로 하는 액상 음료 과냉각 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 비스듬한 사각형 형상의 냉매 증발관(40)의 4개의 변 상부 각각에 측면 플레이트(20)가 놓여지고,
   상기 측면 플레이트(20)의 상부에 음료 플레이트(30)가 놓여지는 것을 특징으로 하는 액상 음료 과냉각 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 각각의 측면 플레이트(20)는 제1 수직 부분, 제2 수직 부분 및 제1 수직 부분(21)과 제2 수직 부분(23)의 단부를 연결하는 수평 부분(22)을 포함하고, 다수의 개구(24)가 형성되어 있으며,
   액상 플레이트(30)는 직사각형 형태로 이루어지며 상면은 평평한 형태이고 하부의 가장자리에는 측면 플레이트의 수평 부분(22)에 맞추어지는 오목부(32)가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액상 음료 과냉각 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상부 부분(10)의 상부에는 수평 이동식 도어(11)가 설치되어 있어서 상부 부분(10)의 개폐가 가능한 것을 특징으로 하는 액상 음료 과냉각 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상부 부분(10)의 바닥면에는 바닥 플레이트(90)가 놓여질 수 있고, 액상 플레이트(30)에 고정되는 음료 용기의 하부를 지지할 수 있는 것을 특징으로 하는 액상 음료 과냉각 장치.
8. 제2항에 있어서,
   하부 부분(60)에는 냉매 증발관(40)으로부터 배출되는 저온 저압 기체를 고온 고압의 기체로 압축하기 위한 압축기(70), 상기 고온 고압의 기체를 고온 고압의 액체로 응축하기 위한 응축기(73) 및 상기 고온 고압의 액체를 저온 저압의 기체로 팽창하기 위한 팽창 밸브(76)를 포함하고,
   상기 냉매 증발관(40), 압축기(70), 상기 응축기(73) 및 팽창 밸브(76)가 냉동 장치를 형성하는 것을 특징으로 하는 액상 음료 과냉각 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 응축기(73)은 수냉식이고, 상기 응축기(73)의 냉각수 입구에는 냉각수 유량 제어 밸브가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액상 음료 과냉각 장치.
10. 제9항에 있어서,
    상기 응축기(73)에는 냉각수가 지나가는 냉각수 통로(90)를 포함하고 냉매는 상기 냉각수 통로 주위를 지나가는 것을 특징으로 하는 액상 음료 과냉각 장치.
11. 제10항에 있어서,
    압축기(70)가 수냉식 응축기(73)의 코일 형태 다수의 관 내부에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액상 음료 과냉각 장치.

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