Abstract
Improvements in the standard of living and lifestyle have led to increased sales of frozen milk products, such as soft ice cream or slush. These frozen milk products are commonly made in a small refrigeration machine. In a soft ice cream machine, the freezer is composed of a concentric cylinder, where the refrigerant flows in the annul us and the ice cream is made in the cylinder by a rotating scraper. In this study, an optimization and performance evaluation were conducted on a soft ice cream machine having a freezer volume of 2.8 liters. The optimization was focused on the scraper rotation speed and the refrigerant path of the freezer. The measurements included the temperature, pressure and consumed power. At the optimized speed of 124 rpm, ice cream was produced in 6 minutes and 2 seconds, and the COP was 0.90. Through a flow visualization study using air-water, the refrigerant path was improved. The improved design reduced the ice cream making time significantly. The present results may be used for the optimization of other refrigeration cycles, including those of frozen food products.
최근 들어 국민 식생활 문화가 개선되고 생활수준이 향상됨에 따라 소프트 아이스크림, 슬러시와 같은 일회용 냉동 유제품의 소비가 급증하고 있다. 이들 냉동 유제품은 소형 냉동 시스템에서 만들어진다. 소프트 아이스크림 제조기의 경우 냉각기는 동심 원통으로 구성되며 냉매는 환형부에서 증발하고 냉각기 표면에 형성된 얼음 결정이 내측에서 회전하는 스크레이퍼에 의해 빙삭되어 아이스크림이 만들어진다. 본 연구에서는 냉각기 체적 2.8 리터인 R-404A를 사용하는 소프트 아이스크림 제조기에 대하여 최적화와 성능평가를 수행하였다. 최적화는 냉각기 스크레이퍼 회전수 및 냉매 유로 개선에 주안점을 두고 실제 아이스크림 제조기에서 요소 부위의 온도와 압력 그리고 소비동력을 측정함으로써 수행되었다. 실험 결과 최적 회전수는 124 rpm으로 나타났다. 이 회전수에서 아이스크림 제조 시간은 6분 2초이고 이 때 성적계수는 0.90이었다. 또한 물-공기를 사용한 가시화 실험을 통하여 냉매측 유로 개선을 시도하였다. 유로가 개선된 제품은 아이스크림 제조 시간을 현저히 감소시켰다. 본 연구 결과는 냉동식품 제조기를 비롯한 여타 냉동 사이클의 최적화에도 활용될 수 있을 것이다.
