KR850000813B1 - 수냉 축열식 음료 냉각장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

수냉 축열식 음료 냉각장치

제1도는 수냉 축열식 음료냉각장치의 계통도.

제2도는 종래의 냉각장치의 운전제어 회로도.

제3도는 제2도에 의한 냉각운전 경과의 타임도표.

제4도는 본 발명의 원리적인 실시예의 운전제어 회로도.

제5도는 제4도에 의한 운전타임도표.

제6도 및 제8도는 각각 본 발명의 응용실시예의 운전제어 회로도.

제7도는 제6도에서의 각 온도조절기의 배치 및 동작원리 설명도.

제9도는 제8도에서의 전극식 센서의 구성 및 동작원리의 설명도.

제10도는 제6도 및 제8도에 의한 운전타임도표.

본 발명은 컵식 청량음료 자동판매기, 냉수 혹은 청량음료 조합기 등에 사용하는 수냉축열식 음료냉각장치에 관한 것이다.

상기 음료냉각장치로서, 물을 채운 냉각수조 내에 냉동기의 에바포레이터 냉각기, 음료공급파이프라인에 삽임된 음료냉각코일 및 교반용의 전동식 교반기를 침지배치하여, 냉동기의 운전으로 수조내의 물을 열 이동매체로 하고, 또한 물을 교반기의 운전으로 교반하면서 음료를 냉각시키는 장치가 공지되어 있다. 이 경우에 냉동기의 소용량화를 목적으로 해서 수조내의 냉각기 주위에 소위 아이스뱅크라고 불리워지는 얼음을 항상 제빙해 두고, 냉동기의 운전정지 중에도 얼음의 축열량을 이용해서 수조내 냉각수를 저온으로 유지하고, 이것으로 순간적인 음료냉각 능력의 증강화를 꾀하는 방식이 일반적으로 널리 채용되고 있다. 이러한 수냉축열식 음료냉각 장치의 개요를 제1도에 표시한다. 제1도에 있어서, (1)은 수도등의 음료수원, (2)는 음료수 저장소, (3)은 저장소(2)에서 끌어내서 벤드스테이지(4)에 두어진 컵(5)을 향해서 개구하도록 배관된 음료공급파이프라인, (6)은 음료송수용펌프, (7)은 파이프라인(3)의 종단 가까이에 착설된 음료공급밸브, (8)은 음료공급 제어회로이다. 한편, 음료냉각장치(9)는 물(91)을 채운 냉각수조(92)와 수조내의 수중에 침지해서 설치한 냉동기(93)의 에바포레이터인 냉각기(94)와, 물교반용 교반기(95)와, 상기 파이프라인(3) 도중에 삽입해서 수조내에 냉각기(94)로 부터 떨어지게 배치한 음료냉각코일(31)로 구성되어 있다. 또한, (96)은 냉동기(93)의 콤프레서모우터, (97)은 교반기(95)의 구동모우터, (98)은 냉각기(94) 주위에 생성된 아이스뱅크를 표시한다. 음료수는 항상 저장소(2)에 저장되어 있으며, 음료공급 지령신호가 부여되면 공급밸브(7)가 열리고, 동시에 펌프(6)가 운전되어서, 냉각코일(31)로 냉각된 음료수가 컵(8)에 공급된다.

그러나, 종래 장치에 있어서의 냉동기 콤프레서모우터(96) 및 교반기 구동모우터(97)의 운전제어 회로는 제2도에 표시함과 같다. 도면중(TS₁)은 콤프레서모우터(96)와 직렬로 접속한 콤프레서모우터 운전제어용 온도조절기의 접점이고, 그 감온부는 냉각기(94)로 부터 사이가 떨어지게 설치되어, 냉각기 주위에 생성된 얼음층이 성장해서 아이스뱅크(97)가 소정의 두께가 되면, 감온부가 얼음층으로 덮여지므로 얼음의 온도를 감지해서 제어접점을 열어, 콤프레서모우터(96)를 정지한다. 또, 얼음이 용해해서 얼음층의 두께가 소정치까지 작아지면, 복귀 동작해서 제어접점을 닫아서, 냉동기(93)를 운전재개하도록 동작한다.

또한 콤프레서모우터의 운전제어 수단으로서는, 상기 온도조절기 대신에 전극식의 얼음센서의 채용이 가능하다. 한편, 교반기 구동모우터(97)는, 음료냉각장치의 가동중, 열 관류특성 향상을 위하여 항상 운전을 계속하여 수조(92) 내의 물(91)을 계속 교반하고 있다.

그러나, 상기 종래의 운전방식으로 음료냉각장치를 운전하였을 경우에는, 음료공급 지령을 주었을 때에 펌프(6), 공급밸브(9)가 정상적으로 동작하고 있음에도 불구하고 때때로 음료가 컵에 유출하지 않는 문제가 생기는 일이 있다. 이와 같은 문제를 조사해 보면 음료 공급파이프라인(3) 도중의 좁은개소, 혹은 공급밸브(7)의 내부에 작은 얼음조각이 막혀, 음료의 흐름을 막고 있는 것이 판명되었다.

이것은 냉각과정에 어떠한 원인으로 음료냉각코일(31) 속에서 음료수에 과냉각이 생겨, 이 때문에 얼음 조각이 발생한 것이라고 생각하여, 이러한 얼음조각 발생의 원인을 규명하도록 고찰을 거친 결과, 그 원인은 다음점에 있는 것이 판명되었다.

즉, 제2도의 종래 회로에 의한 음료냉각장치의 운전경과를 타임도표로 나타내면 제3도와 같다. 도면 중, (a), (b)의 온도특성선은 각각 수조(92) 내에서의 수온 및 냉각기(940의 표면온도를 나타낸다. 이 온도특성선(a)에서 명백한 바와 같이, 수온은 냉각기(940의 표면에 얼음층이 생성되기 시작하는 과정에서 물의 빙점인 0℃보다 낮은 마이너스 온도(To℃)까지 일단 과냉각 되어있다. 일반적으로 얼음이 냉각기(94) 표면에 결빙하려면, 냉각기의 표면주위의 수온이 일단은 0℃ 이하까지과 냉각될 필요가 있으며, 이 온도 취이를 거쳐서 얼음층이 생긴 순간에 물은 0℃가 되어, 일반냉각기에 얼음층이 생성되면 이후는 그 얼음층을 핵으로 해서 얼음이 성장되어 간다. 따라서 냉동기의 운전에 수반해서 얼음층으로 덮혀진 냉각기의 표면온도 만이 저하되고, 수중에서의 과냉각 현상은 생기지 않게된다.

그래서, 상기와 같이 이 결빙개시의 과도기간에 교반기(95)를 계속운전해서 수조(92)의 물(91)을 교반하고 있는 경우에는, 수조내전역의 수온이 냉각기(94)의 온도에 대랴 같아지게 되어, 이 결과, 결빙이 시작하는 과정에서는 냉각기(94)의 주변역에 한정되지 않고, 수조내 전역에 걸쳐서 물(91)의 과냉각 현상이 생기게 된다. 이 경우의 과냉각 온도(To℃)는 수조의 구조, 냉각기의 냉각능력, 교반기의 교반상태에 따라서 상이하나, 대체로 -0.5℃~-2.0℃ 정도이다. 이 때문에 음료공급지령이 부여되어 있지 않는 상태에서 상기의 과냉각 현상이 생기면 냉각기(94)에서 충분히 떨어진 위치의 냉각코일(31) 내에 정체하고 있는 음료수도, 열 이동매체인 물(91)을 개재해서 빙점이하로 과냉각 되며, 이렇게 해서 냉각코일내에 미세한 얼음조각이 발생하기에 이른다. 더우기 냉각코일(31) 속에 얼음조각이 한창 생기고 있는 상태중에 음료공급 지령이 주어지면, 음료수와 함께 얼음조각이 파이프라인(3) 내를 이동해서 파이프라인의 좁은 개소, 예를들면 공급밸브(7)의 내부에 막혀, 이 결과로서 음료수의 흐름을 막아서 정상적인 음료공급을 저해하는 문제의 사태가 발생하게 되는 것이다. 특히, 자동판매기에서는 음료공급량은 공급밸브(7)가 열리는 시간을 제어함으로서 설정되기 때문에, 상기의 문제는 그대로 판매문제와 연결되게 된다. 또한, 상기의 설명은 음료로서 물을 냉각 공급하는 경우에 대해서 설명하였으나, 그 외에 시롭류를 냉각공급할 경우에도 마찬가지인 과냉각의 문제가 일어날 수 있다.

본 발명은 상기한 음료냉각장치에 관해서 아이스 뱅크의 얼음층 생성과정에서 음료냉각 코일속의 음료가 과냉각 되는 것을 방지하고, 얼음조각의 발생을 방지하도록 한 것을 목적으로 이루어진 것이다.

이러한 목적은, 본 발명에 의해 교반기를 운전하면서 냉각기에 얼음층을 생성시키도록 냉각기를 운전해서 수조의 물을 냉각해 가는 과정에서 수조의 수온이 빙점에 가까운 온도까지저 하되었을 때에, 지금까지 운전하고 있던 교반기를 정지시키는 것과 같이, 수조의 수온을 검지해서 작동하는 교반기의 정지제어수단, 예를들면 교반기의 구동모우터 회로에 삽입된 제어접점을 가지고, 수조수온이+온도역의 빙점 근처까지 저하하였을 때에, 사이 접점을 열어서 교반기를 정지 제어하는 온도조절기를 갖춤으로서 달성되는 것이다.

다음에 본 발명의 실시예를 도면에 대해서 설명한다. 먼저, 제4도에 본 발명의 기본적인 운전제어 회로를 표시한다. 도면에 있어서, 제2도의 회로와 비교해서 교반기 구동모우터(97)의 전원회로에는 교반기 정지제어용의 온도조절기, 접점(TS₂)삽입접속되어 있는 점이 다르다. 이 온도조절기접점(TS₂)의 감온부 S(TS₂)는 냉각기(94)로부터 충분히 떨어지게 부착되어 있으며, 제5도의 운전경과 타임도표로 표시함과 같이, 냉각기를 운전해서 수조의 물(91)을 냉각해 가는 과정에서 수온이 빙점인 0℃에 가까운+온도(TS₂)까 지저하되었을 때에 이 온도(TS₂)를 감지해서 상기 접점(TS₂)를 열도록 동작한다.

상기한 교반기 정지제어 수단을 갖춤으로서 교반기를 운전하고 있는 상태에서 냉각기(94)에 아이스뱅크(98)를 생성시키도록 냉각기를 운전시켜서, 수조의 물(91)을 냉각해 가는 과정에서, 수조수온이 0℃에 가까운 온도 T₂℃까지 저하되면, 온도조절기접점(TS₂)의 감온부 S(TS₂)가 온도 T₂를 감지해서 그 접점(TS₂)을 열어, 교반기 구동모우터(970의 운전을 정지한다. 따라서, 이 시점으로 부터는 수조의 물(91)은 교반되지 않고 정지상태가 된다. 이 결과, 과냉각현상은 겨우 냉각기(94)의 주위역에 한정되어서 국소적으로 발생하는데 그치고 냉각기(94)에서 떨어져서 위치한 음료냉각코일(31)의 주위역까지 과냉각이 미치지 않고, 냉각코일 안의 음료중에 얼음조각이 발생할 우려가 없어진다. 즉, 수온특성은 제5도에 있어서의 특성선(a')과 같이된다.

다음에 상기 기본회로를 바탕으로 구성된 구체적인 실시예를 설명한다. 먼저, 제6도에 얼음의 생성검지 수단으로서 온도조절기를 채용한실시예의 운전제어 회로도를 표시한다. 제6도에서는 제4도의 기본회로에서 설명한 교반기 정지제어용 온도조절기 접점(TS₂)에 덧붙여, 상기한 콤프레서모우터 운전제어용 온도조절기의 b 접점(TSi)과 교반기 운전재개용 온도조절기의 제어접점(TS₃)과 음료공급지령에 따라서 동작하는 릴레이(Rv)의 제어접점(X)이 추가되고, 이들 4개의 제어접점은 OR회로를 형성하도록 서로 병렬 접속해서 교반기 모우터회로에 개재 삽입되어 있다. 또, 각 온도조절기접점(TS₁), (TS₂), (TS₃)의 감온부 S (TS₁), S(TS₂), S(TS₃)는 냉각기(94)에 대해서 제7도에 표시한 바와 같이 병설해서 부착되어 있다. 또한 제7도에서의 부호(c)~(g)로 나타낸 특성선은 가로축에 얼음의 두께, 세로축에-온도를 취한 얼음층의 내부온도 분포를 나타낸 것이며, 이 중 실선(c), (d), (e)는 각각 냉동기를 윤전한 상태에 있어서의 냉각기(94)주위에 결빙된 얼음두께(Ⅰ), (Ⅱ), (Ⅲ)의 얼음충 내의 온도분포를 나타내고, 이것에 대해 점선(f), (g)는 냉동기를 정지한 상태에서의 얼음두께(Ⅱ), (Ⅲ)의 얼음충내의 온도분포를 나타내고 있다. 그리고, 상기 온도조절기 접점(TS₃)의 감온부 S(TS₃)는 냉각기(94) 표면에 밀접되고 있으며, 수조의 물을 냉각해 가는 얼음생성 과정에서 냉각기(94)의 표면에 근소하나마 두께(Ⅰ)의 얼음층이 생성되면, 냉각기(94)의 표면온도는 급속히 저하하므로 그-온도(T₃)를 감지해서, 그 제어접점을 닫고, 앞서 온도조절기 접점(TS₂)의 동작에 의해서 정지되어 있던 교반기(95)의 윤전을 재개시킨다. 더우기, 앞서 설명한 바와 같이 냉각기(94) 주위에 일단 얼음층이 생성된 뒤에는, 수조내에 과냉각 현상이 생기는 우려가 없으므로, 교반기(95)의 운전재개에 의해서 물과 음료냉각코일(31)과의 열 교환효율, 따라서 음료의 냉각성능을 높일 수 있다. 또한, 온도조절기 접점(TS₃)은 대략 0℃의 온도(T₃')에서 복귀동작해서 열린다. 이 온도(T₃)와 (T₃')와의 사이의 온도차가 온도조절기의 차동(differential)이 된다.

한편, 냉각기(94)로의 결빙개시 후, 냉각기(94)의 계속운전에 의해 더욱 얼음층이 성장해서 그 얼음 두께가 소정의 (Ⅲ)에 도달하면, 온도조절기 접점(TS₁)의 감온부 S(TS₁)의 주위온도는 (T₁)까지 저하되므로 이 온도를 감지해서 온도조절기 접점(TS₁)이 동작하고, 콤프레서모우터(96)를 정지시킴과 동시에, 교반기 모우터회로의 제어접점(TS₁')을 닫는다(제6도). 여기서 부터 서서히 얼음이 녹아서 두께(Ⅱ)까지 감소하면, 온도조절기(TS₁)감온부의 주위온도(T₁')를 감지해서 접점을 절환하며, 재차 콤프레서 모우터(9)를 운전시킨다.

즉, 음료의 연속공급 등 커다란 부하면동이 없는 한, 얼음두께 (Ⅱ)와 (Ⅲ) 사이를 유지하도록 냉동기는 온도조절기 접점(TS₁)에 의해서 운전제어 된다. 또한, 콤프레서 모우터(96)가 정지하면, 냉각기(94)에서는 냉매의 흐름이 없어지고, 그 표면온도는 대략 0℃까지 상승한다.

다음에 릴레이접점(X)의 역할에 대해서 설명한다. 릴레이(RV)는 음료공급 지령을 받아서 그 제어접점(X)을 닫고 교반기(95)를 운전시킨다. 이 경우에 릴레이접점(X)의 동작은 다른온도조절기의 동작조건으로 부터의 제약을 받는 일은 없으며, 가령얼음의 생성과정에서 수온이 0℃ 부근에 저하되고, 교반기 정지제어용 온도조절기 접점(TS₂)에 의해서 교반기가 정지되고 있는 중에도 음료공급 지령이 부여되면, 온도조절기 접점(TS₂)에 우선해서 즉시 교반기를 운전시킨다. 즉, 교반기의 운전에 의해서 수조내 전역에 과냉각이 생기고 있는 중에도 음료파이프라인(3)에 음료가 흐르고 있는 한은, 음료냉각코일(31) 속에 얼음 조각기 발생할 우려는 없으며, 도리어 교반기(95)를 운전시킴으로서 음료냉각코일(31)과 물과의 사이의 열 교환 효과를 높여서 음료를 양호하게 냉각할 수 있다. 이상 설명한 동작을 바탕으로, 제6도의 운전제어 회로의 운전타임 도표를 표시하면 제10도와 같다.

제10도에서 명백한 바와 같이, 냉각기에 얼음층이 생성되기 시작하는 과정에서는, 수조내에서의 음료냉각코일주변의 수조의 물이 과냉각을 야기하는 것을 방지하기 위해서 수온이 0℃부근까지 저하되면, 교반기의 운전이 정지된다. 따라서, 수온특성선(a')과 같이 음료수는 과냉각되기에 이르지 못하고, 음료냉각코일내에 얼음조각이 발생하는 것을 피할 수 있다. 더우기 과냉각 발생의 우려가 없는 운전범위 및 음료냉각 코일내에 음료수가 흐르는 음료공급 기간에는, 교반기를 운전해서 수조의 물을 교반하고 있으므로 높은 열 관류 효율이 얻어지고 음료의 냉각 성능을 높이 유지할 수 있다.

다음에 얼음의 생성검지 수단으로서 전극식 얼음감지기를 사용한 실시예를 제8도 및 제9도에 따라서 설명한다. 즉, 제8도에서의 제어접점(S₁) 및 ((S₂가 각각 제6도에서의 부호(TS₁) 및 (TS₂)으로 표시한 제어접점과 같은 역할을 수행하고 있다. 그리고, 제어접점(S₁), (S₂)은 제9도에 표시한 전극식 얼음감지기(10)의 출력신호에 의해서 개폐제어 된다. 이러한 얼음 감지기(10)는 냉각기(94)의 옆쪽에 도시한 바와 같이 병설한 부호(A)~(E)로 표시한 5본의 전극(11)과 검지회로(12)로 되어있다.

이 중, 전극(A), (B)은 항상 수중에 위치하는 기준전극(C), (D), (E)는 각각 얼음두께 (Ⅲ), (Ⅱ), (Ⅰ)에 대응하는 위치에 정해서 부착된 얼음 검지전극이다. 한편, 검지회로(12)는 전극(A)-(B) 사이의 저항과 전극(A)-(C), (A)-(D), (A)-(E)간의 저항을 비교하는, 예를들면 브리지회로 로서, 상기 각 전극간의 저항차에 따라서 신호를 출력한다.

그 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다. 먼저, 알려져 있는 바와 같이 물과 얼음과의 고유전기 저항은 2자리 정도의 차이가 있다. 따라서, 냉각기(94)에 얼음층이 생성되어 있지 않으며, 전극(A)-(B)과 (A)-(E)사이는 다같이 물이므로 저항이 균형을 이루어, 회로(12)는 신호를 출력하지 않는다. 이에 대해서 얼음의 생성으로 전극(E)이 얼음에 덮이면 전극(A)-(B)과 (A)-(E)간의 저항균형이 무너져, 얼음감지기는 얼음의 생성을 검지해서 신호를 출력하고, 제어접점(S₂)을 닫는다. 마찬가지로 해서 전극(A)-(B)과 (A)-(C) 사이에서는, 양자의 저항의 균형이 잡히고 있는 동안은, 제어접점(S₁)을 닫아서 콤프레서 모우터(96)를 계속운전해수 얼음의 성장에 수반해서, 결국 얼음두께가(Ⅲ) 되어서 저항의 균형이 무너지면, 제어접점(S₁)을 열어서 콤프레서 모우터(96)를 정지시킨다. 다음에, 이 상태에서 얼음이 녹기 시작해서 얼음두께(Ⅱ)로 감소되어 전극(D)이 수중에 노출되어서 전극(A)-(B)과, (A)-(D) 사이의 저항이 균형을 잡는 상태가 되면 제어접점(S₁)을 복귀동작 시켜서 콤프레서 모우터(96)의 운전을 재개한다. 이렇게 해서 냉각기(94)의 결빙 상태는 얼음감지기에 의해서 검지되어, 제6도에서의 온도조절기(TS₁), (TS₂)의 작용과 마찬가지로, 콤프레서 모우터(96) 및 교반기 모우터(97)를 소망대로 운전 제어할 수 있다. 상기 제어방식에 따른 음료냉각 장치의 운전타임 도표는 제10도와 거의 같게 된다. 단, 제어접점(S₂)에 관해서는, 도면 중 에서의 점선과 같이 얼음이 거의 녹을 때 까지는 접점이 닫히고, 이 사이에 교반기를 점선으로 표시함과 같이 운전을 계속한다.

이상의 설명에서 명백한 바와 같이 본 발명에 따르면 냉동기의 냉각기 주위에 얼음층이 생성되기 시작하는 과정의 수온 0℃ 부근에서는 수조의 물을 교반하는 교반기의 운전이 정지되므로, 과냉각은 겨우 냉각기를 둘러싸는 주위의 극히 한정된 국부범위에 생기는 것 만으로 그치고, 음료냉각코일 주위역의 물이 0℃ 이하로 과냉각되는 일이 없어진다. 이 결과, 음료냉각 코일속에 얼음조각이 발생되는 일이 없어지고 종래 문제가 있던 음료공급의 장해를 해결해서 원활한 음료공급을 행하게할 수 있다.

Claims (1)

1. 물을 채운 수조내에 냉각기, 음료공급 파이프 라인의 도중에 개재 삽입한 음료냉각코일 및 물 교반용의 전동식 교반기를 침지해서 배설하고, 냉각기의 운전에 의해 수조내의 물을 냉각함과 동시에 냉각기 주위에 얼음층을 생성시켜서 축열하고, 수조내의 냉각수로 음료냉각 코일내를 통과하는 음료를 냉각하는 수냉축열식 음료냉각장치에 있어서 냉각기를 운전해서 수조의 물을 냉각하고, 얼음을 생성시키는 과정에서, 수온이 빙점 부근까지 저하되었을 때에 그 수온을 감지해서 교반기를 정지시키도록 동작하는 교반기의 정지제어 수단을 갖춘 것을 특징으로 하는 수냉축열식 음료냉각장치.

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