KR100279668B1 - 무균 살균장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무균 살균장치에 관한 것으로서 특히, 압력을 가한 물을 열원으로 삼아 저장, 예열, 살균, 냉각 과정을 거치는 공정으로 이루어지고, 스크류 형상의 주름이 형성된 이중파이프를 이용한 살균방식을 이용하여 최적의 조건 및 효율로 살균할 수 있는 무균 살균장치에 관한 것으로서, 전체 파이프의 관내의 용량과 용적이 같으며 미살균시 재회수, CIP용액 회수, 질소치환 등의 역할이 이루어지는 무균포집탱크(10)와; 살균하고자 하는 재료의 물성에 따라 최적의 배열 바뀌는 이중관으로 구성된 살균을 위한 살균파이프(20)와; 미생물의 사멸시간 유지를 위한 호울딩튜브(30)와; 1, 2차 파이프로 나누어져 있으며 살균된 재료를 냉각시키는 이중관으로 구성된 냉각파이프(40)와; 살균에 필요한 열의 공급을 위한 열교환기(50)와; 관내의 세척을 위한 CIP펌프(60)와; 재료의 이송을 위한 로터리펌프(70)와; 상기 열교환기(50)에서 수증기와 열교환하여 가열된 가압수를 상기 살균파이프(20)의 이중파이프 구조의 외주부(22)로 보내는 물펌프(80)와; 상기 구성요소들을 제어하는 제어기(90)로 구성되어, 최적의 온도와 시간에 효율적으로 살균할 수 있는 발명인 것이다.

Description

무균 살균장치

본 발명은 무균 살균장치에 관한 것으로서 특히, 압력을 가한 물을 열원으로 삼아 저장, 예열, 살균, 냉각 과정을 거치는 공정으로 이루어지고, 스크류 형상의 주름이 형성된 이중파이프를 이용한 살균방식을 이용하여 최적의 조건 및 효율로 살균할 수 있는 무균 살균장치에 관한 것이다.

식품공업에서 열을 이용하여 가공식품의 저장성을 높이는 기술 즉, 살균과 멸균에 있어서, 병원성 미생물의 사멸 뿐 아니라 부패 미생물 전체를 사멸시키는 멸균공정이 향후 가공식품산업의 새로운 모델로 제시되고 있다.

여기서 멸균이란 무균상태를 의미하는 것으로 미생물의 생세포(Vegetative Cell)의 완전한 사멸과 포자의 사멸이 모두 이루어졌을 때를 말한다.

이러한 무균 공정이 가지고 있는 장점은 먼저, 상온에서도 장기간 보존이 가능하다는 점이다. 대부분의 식품의 원료가 되는 계절 농산물은 한정된 시기에 대량 출하되므로 즉시 대량가공 대량저장이 요구되었고 지금까지는 거의 대부분 급속동결후 저온저장고에 보관할 수밖에 없었다. 따라서 이에 따른 동결 및 저온창고가 필요하였고 동결 비용에 따른 제품의 원가 상승, 제품의 풍미저하, 해동과정 등 불필요한 비용 및 공정이 추가되었었다.

또한 수출·입 포장단위로서는 무균살균, 무균포장이 요구되며, 따라서 과다한 물류비용, 까다로운 통관 및 검역절차, 부정기적인 선적시기 등의 문제를 일거에 해소할 수 있고, 특히, 품질 및 가격경쟁력에서는 앞서있으나 포장기술의 취약성으로 인해 수출에 애로를 겪고 있는 우리 농산물의 경구에는 그 필요성이 절실히 요구되는 바이다.

상기와 같은 무균 살균장치는 스웨덴의 테드라-팩(Tetra-Pak)사가 1970년대에 과산화수소 살균기술을 개발하면서 급속도로 전세계에 보급되었으며 유럽의 각국에서도 이와 관련한 기술개발을 꾸준히 진행시키고 있다.

이중에서 상기 테트라-팩사의 썸 펄프(Therm Pulp)라는 명칭으로 제조되는 시스템은 파이프형 무균장치로 이중파이프를 이용하여 내주관으로는 살균시킬 재료가 흐르고 외주관으로는 온수 및 냉각수가 흐르게 하여 살균시키는 방식을 사용하여 액상의 제품을 살균하여 포장하는 장치이다.

이러한 살균시스템의 핵심기술은 식품의 물성에 따른 파이프의 간격과 질소치환에 의한 무균상태의 변화를 제어하는 것이며, 상기 파이프의 종류나 간격에 따라 유량, 유속, 온도변화, 이화학적변화가 다르게 나타나며 이들의 제어를 통한 효율 및 온도의 제어가 중요하고, 또한 각 식품의 종류 및 물성치에 따라 살균시간, 살균방법을 결정하여 식품의 물리적, 화학적 변화를 최소화하는 동시에 완전한 멸균 포인트를 찾아내어 장치를 설계하여야 하며, 이에 따라 효율을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 종래의 무균 살균장치를 개선하기 위한 것으로 각 식품의 물성에 맞는 조건으로 최적의 온도와 시간에 효율적으로 살균할 수 있는 무균 살균장치를 제공하고자 한다.

이러한 본 발명은 살균방식으로 관형 열교환 방식을 사용하며, 질소를 이용하여 장치 내의 미생물의 잔존가능성을 방지하고, 스크류 형상의 주름이 형성된 이중 살균 및 냉각파이프를 사용하여 열교환 매질의 흐름률 및 재료와의 접촉시간을 향상시키며, 호울딩튜브를 두어 미생물의 사멸시간을 유지시킴으로써 달성된다.

도 1은 본 발명의 무균 살균장치를 나타내는 사시도,

도 2는 본 발명의 무균 살균장치를 나타내는 정면도,

도 3은 본 발명의 무균 살균장치를 나타내는 평면도,

도 4는 본 발명의 무균 살균장치의 공정을 나타내는 개략도,

도 5는 본 발명의 무균 살균장치의 살균 및 냉각파이프를 나타내는 세부도,

도 6은 본 발명의 무균 살균장치에 의해 구해진 물성별 가열치사그래프를

나타내는 도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 무균포집탱크 20 : 살균파이프

30 : 호울딩튜브 40 : 냉각파이프

50 : 열교환기 60 : CIT펌프

70 : 로터리펌프 80 : 물펌프

90 : 제어기

본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 무균 살균장치를 나타내는 사시도이고, 도 2와 도 3은 각각 본 발명의 무균 살균장치를 나타내는 정면도 및 평면도로서, 이를 참고하여 본 발명의 구성을 설명하면 다음과 같다.

우선 본 발명의 무균 살균장치는 크게, 전체 파이프의 관내의 용량과 용적이 같으며 미살균시 재회수, CIP용액 회수, 질소치환 등의 역할이 이루어지는 무균포집탱크(10)와; 살균하고자 하는 재료의 물성에 따라 최적의 상태로 배열되는, 외주부에 주름이 형성된 이중관으로 구성된 살균파이프(20)와; 미생물의 사멸시간 유지를 위한 호울딩튜브(30)와; 1, 2차 파이프로 나누어져 있으며 살균된 재료를 냉각시키는, 외주부에 주름이 형성된 이중관으로 구성된 냉각파이프(40)와; 살균에 필요한 열의 공급을 위한 열교환기(50)와; 관내의 세척을 위한 CIP펌프(60)와; 재료의 이송을 위한 로터리펌프(70)와; 상기 열교환기(50)에서 수증기와 열교환하여 가열된 가압수를 상기 살균파이프(20)의 이중파이프 구조의 외주부(22)로 보내는 물펌프(80)와; 상기 구성요소들을 제어하는 제어기(90)로 구성된다.

상기 무균포집탱크(10)의 상부에는 질소를 충전하기 위한 필터(11)가 설치된 질소파이프(12)와, 살균이 완전히 되지 않은 미살균 재료를 회수하는 회수파이프(13)가 연결되어 있고, 하부에는 살균할 재료를 배출하는 배출파이프(14)가 연결되어 있다.

상기 살균 및 냉각을 위한 살균파이프(20)와 냉각파이프(40)는 도 5에서 도시하듯이 이중관구조로 되어있어서, 내주부(21,41)에는 재료가 지나게 되고, 외주부(22,42)에는 살균을 위한 고온의 가압수 혹은 저온의 냉각수가 흐르게 된다. 상기 외주부(22,42)에는 일정 피치가 있는 스크류 형상의 주름이 형성되어있는 것을 특징으로 한다.

따라서 상기 외주부(22,42)를 흐르는 가압수 및 냉각수는 상기 스크류 형상의 주름을 따라서 회전하며 흐르게 되어 유속을 효과적으로 제어할 수 있고, 또한 동일한 시간간격에 더욱 효율적으로 내부를 흐르는 재료와 접촉이 가능하며, 따라서 전체적인 흐름률과 살균, 냉각효율을 향상시킬 수 있는 구조로 되어있다.

또한 적절한 살균을 위해서는, 도 6에 본 발명의 장치를 이용하여 구한 물성별 가열치사그래프에 나타내었듯이, 적절한 온도 뿐 아니라 적절한 시간도 중요하며, 따라서 본 발명의 무균 살균장치는 호울딩튜브(30)를 두어 고온의 살균파이프(20)를 지난 재료가 이 호울딩튜브(30)에서 일정시간 체류되도록 하여 완전한 살균을 유도한다.

상기 살균을 위한 고온의 가압수를 공급하는 방법으로는 본 발명의 장치에서는 열교환기(50)에서 고온의 수증기와 열교환한 고온의 가압수를 상기 살균파이프(20)로 이송하는 열교환 방식을 사용하고 있으며, 이는 열교환기(50)의 상부에 설치된 수증기파이프(51)와 다수의 제어밸브(52)를 통하여 수증기가 열교환기(50)의 일측에 유입되고, 타측에는 상기 물펌프(80)에 의하여 물이 공급되어 상기 열교환기(50)에서 열교환 과정을 거친 후에 상기 살균파이프(20)의 외주부(22)로 이송된다. 상기의 가압수는 최대 6 ㎏/㎠의 압력을 가지며, 온도는 대략 140 ℃에 이르게 된다.

또한 CTI펌프(60)는 본 발명의 무균 살균장치를 세척하고자 할 때나, 다른 재료를 살균하고자 할 때 CTI용액을 장치 내로 순환시켜 세척을 하게 된다.

상기 재료의 흐름은 로터리펌프(70)에 의하여 제어가 되며, 사용되는 재료에 따라 유속을 달리 할 수 있다.

상기의 모든 구성요소의 제어는 제어기(90)에서 각 사용되는 재료에 따라 최적의 상태로 제어되게 된다.

도 4는 본 발명의 무균 살균장치의 공정과정을 나타내는 개략도로서, 상기 도 1 내지 도 5를 참고하여 본 발명의 작용 및 효과를 상세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 무균포집탱크(10)에는 질소파이프(12)를 통하여 질소를 충전하여 다른 세균이 존재할 가능성을 방지한 상태에서 살균하고자 하는 재료를 채운다.

상기 재료는 로터리펌프(70)에 의하여 배출파이프(14)를 통하여 흘러 살균파이프(20) 쪽으로 이송된다.

이 전에 상기 살균파이프(20)의 외주부(22)에는 열교환기(50)에서 수증기와 열교환한 고온의 가압수가 흐르는 상태이고, 상기 재료는 살균파이프(20)의 내주부(21)로 유입되어 상기 고온의 가압수에 의하여 살균이 이루어지게 된다.

상기 가압수는 물펌프(80)에 의하여 계속 순환되어 적정 온도를 유지하며, 상기한 바와 같이, 스크류 형상의 주름에 의하여 외주부(22)를 소용돌이 치며 흐르게 되고, 따라서 재료와 더욱 많은 시간동안 접촉할 뿐 아니라 흐름률도 향상되어 더욱 효과적으로 살균이 이루어지게 된다.

상기 살균파이프(20)를 지난 재료는 호울딩튜브(30)에서 일정시간 유지시켜 완전한 살균이 이루어지도록 한다.

이후에 상기 재료는 냉각파이프(40)의 내주부(41)로 이송되어 외주부(42)에 흐르는 냉각수에 의하여 적정온도로 냉각된 후 포장 등의 다음 단계로 이송되며, 일부는 상기 무균포집탱크(10)로 보내져서 상기 과정을 되풀이하게 된다.

이상과 같은 본 발명은 질소를 이용하여 장치 내의 미생물의 잔존가능성을 방지하고, 스크류 형상의 주름이 형성된 이중 살균 및 냉각파이프를 사용하여 열교환 매질의 흐름률 및 재료와의 접촉시간을 향상시키며, 호울딩튜브를 두어 미생물의 사멸시간을 유지시킴으로 전체적인 살균 효과를 향상시키는 효과가 있는 발명인 것이다.

Claims (2)

1. 전체 파이프의 관내의 용량과 용적이 같으며 미살균시 재회수, CIP용액 회수, 질소치환 등의 역할이 이루어지는 무균포집탱크와;

   살균하고자 하는 재료의 물성에 따라 최적의 상태로 배열되는, 이중관으로 구성된 살균파이프와;

   미생물의 사멸시간 유지를 위한 호울딩튜브와;

   1, 2차 파이프로 나누어져 있으며 살균된 재료를 냉각시키는, 이중관으로 구성된 냉각파이프와;

   살균에 필요한 열의 공급을 위한 열교환기와;

   파이프 내의 세척을 위한 CIP펌프와;

   재료의 이송을 위한 로터리펌프와;

   상기 열교환기에서 수증기와 열교환하여 가열된 가압수를 상기 살균파이프의 이중파이프 구조의 외주부로 보내는 물펌프와;

   상기 구성요소들을 제어하는 제어기로 구성되는 것을 특징으로 하는 무균 살균장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 살균파이프 및 냉각파이프의 이중파이프 구조는 내주부와 외주부로 구성되며, 상기 외주부에는 일정 간격의 피치를 갖는 스크류 형상의 주름이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 무균 살균장치.