KR100313241B1 - 고전계 살균장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은, 고압 대전류 펄스형 전계(HVHC-PEF)를 이용하는 살균처리 방식에 있어서, 고압 전원공급장치를 사용하여 유체 식품에 고전계를 가함으로써 유체 식품 내에 살아있는 세균 또는 미생물의 이중막을 터뜨려 살균처리하는 고전계 살균 장치와다수의 절연체 링을 전극 사이에 삽입하여 전극 간격을 조절할 수 있고, 균일한 전계가 유체식품에 가해지도록하는 살균용 챔버에 관한 것으로서, 본 발명은 교번하는 스위치 제어신호에 따라 전원을 승압하여 공급하는 고압 전원공급장치(1) : 고압을 저장하는 제1 커패시터(C1) : 제1커패시터(C1)에서 출력되는 전류를 제한하는 전류제한용 인덕터(L1) : 입력된 제어신호에따라 구동펄스를 출력하는 구동펄스 발생기(2) : 사이라트론 턴온시 고압노이즈를 필터하는 저대역 필터(3) : 그리드 단자로 입력되는 구동펄스에 따라 상기 제2커패시터(C2)에 충전된 고압을 방전시키는 사이라트론(S1): 사이라트론(S1)의 음극을 가열하기 위한 변압기(4) : 공급된 고압을 분압, 측정하는 제1 및 제2 고압 분압기(5,7) : 고압을 지수함수적으로 인가하는 제2 커패시터(C2) : 인가된 고압에 따른 전계를 형성하여 살균하는 살균용 챔버(6)를 포함하여 구성되고, 본 발명은 고전계 살균장치 및 전계가 균일하고, 제작이 용이하며 전극의 간격 조절이 가능한 살균용 챔버를 구현하여 낮은 에너지로 종래의 가열살균과 동일한 살균 효과를 가지는 유용한 발명인 것이다.

Description

고전계 살균장치
본 발명은 살균용 챔버를 포함하는 고전계 살균장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압 대전류 펄스형 전계(High Voltage High Current Pulsed Electric Fields : HVHC-PEF 이하 '고전계')를 이용하는 저온의 살균처리 방식에 있어서, 유체식품에 고전계를 가함으로서 유체 식품 내에 살아있는 세균 또는 미생물이 이중막을 터뜨려 살균처리하는 고압 펄스전원장치와, 다수의 절연체 링을 전극 사이에 삽입하여 전극 간격을 조절할 수 있는 살균용 챔버와, 균일한 전계가 유체식품에 가해지도록 하는 제작이 용이한 살균용 챔버에 관한 것이다.
오늘날 식품공업에서 사용되는 식품보존 방법은 대부분 식품을 가열 조작(Thermal operation)하거나, 또는 식품 보존제를 첨가하는 등이 화학적 조작(Chemical operation)에 의한 보존 방법을 사용하고 있다. 그러나 상기 가열조작에서는 열에 의한 영양 성분의 파괴, 식품 구조의 변화 및 향기 성분의 손실 등 품질의 손실을 피할 수 없으며, 또한 상기 식품 보존제로 사용되는 인공 보존제의 경우에도 그 사용을 자제하고 있다.
최근 건강에 대한 관심이 고조됨에 따라 천연 상태의 품질을 가능한 유지하는 최소가공 식품(Minimal Processing Foods)에 대한 수요가 증가되고 있다. 상기 최소가공은 식품 본래의 신선한 품질을 가능한 그대로 유지하고, 또한 안전한 보존 수명을 부여할 수 있는 가공 방법을 말한다. 예를 들어, 종래의 우유를 살균처리하는 방식의 경우는 약 72℃에서 30분간 처리하는 저온 살균법 또는 약 135℃에서 2~3초 동안 살균하는 순간고온 살균법이 대부분이었다. 이에 따라 사용되고 있는 기존의 저온 살균법은 식품 내에 포함된 비타민 또는 영양분의 파괴를 최소화할 경우에 사용되고, 상기 고온 살균법은 장기간에 걸쳐 보관할 경우에 사용되고 있지만, 서로 상충되는 성격을 갖는다.
따라서 식품 가공 및 포장 기술의 혁신이 요구되고 있으며, 이에 따라 여러 가지 비가열(Nonthermal operation)가공기술이 개발되고 있다.
상기 비가열 가공기술 중에서, 특기 고압 대전류 펄스형 전계 처리 기술은 종래의 열적, 화학적 방법과는 달리 전기적 및 물리적 조작에 의한 가공기술로서, 식품공업에 큰 변화를 가져올 고도의 기술로 평가되고 있으며, 향후 이러한 비가열 가공기술이 실용화되면 품질 면에서 훨씬 우수하고, 천연의 영양성분을 그대로 함유하며, 신선하고 식미가 우수한 고품질의 안전한 식품을 소비자들에게 제공할 수 있을 것이다. 제1도에 도시된 바와같이, 고전계에 의한 살균처리 방식은, 일정시간 고압의 전원을 살균용 챔버에 인가하여 전극의 양단에 고전계(E)를 형성하고, 이때 상기 고전계가 유체 식품(Food Product)내에 포함된 세균, 미생물 등의 살아있는 생체의 이중막을 터뜨리게 된다.
현재까지 소개된 HVHC-PEF 방법에서는 스파크 갭을 사용하는 전원장치나 펄스압축회로를 이용하는 전원장치를 소개하였으며 이는 장치의 구성상에 많은 단점을 갖는다. 본 발명에서는 간단한 구성의 지수함수형 출력을 가지는 싸이라트론 스위치를 이용한 고압 펄스 전계발생장치와 변형된 형태의 새로운 펄스형성회로를 이용한 구형파 펄스전계 발생장치를 나타낸다.
한편, 살균처리시 발생하는 공기방울 거품은, 살균용 챔버 내부의 구조, 냉각 및 전원 장치, 그리고 고전계의 정밀계측 등의 설계 잘못으로 인한 것이며, 이러한 공기방울 거품은 스파크의 발생으로 인한 전극의 파손, 소음 및 살균처리 효능의 저하 등에 영향을 미치게 됨에 따라 궁극적으로 주소자의 파손을 일으키게 된다는 문제점이 있다. 또한, 장치의 실용성을 고려할 때 보다 제작이 용이하고, 균일한 전계를 갖어야 한다는 점도 역시 필수적이라 할 수 있다. 따라서 살균 처리시 문제를 야기하는 거품(bubble) 문제와 제작이 용이해야 한다는 점 및 균일한 내부 전계를 가져야 하는 점등이 살균용 챔버 설계시 고려되어야 하는데, 이를 해결하며 기존이 문헌에서 제공되는 챔버와 다른 구조의 우수한 챔버를 제공한다.
현재까지 국내에서는 전술한 HVHC-PEF 방법을 이용한 식품처리 기술이 기초적인 연구단계에 머물러 있으며, 실제 공장 시설에는 전혀 적용되고 있지 않고, 또한 국외에서도 역시 연구단계에 머물러 있는 수준이다. 또한 살균처리 챔버의 설계 및 제작은 선진 외국에서도 고난이도에 해당하는 기술로 인식되고 있으며, 이에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 고압 펄스전계 살균 방식을 이용하여, 유체 식품 내에 살아있는 세균 및 미생물 등의 생체 이중막을 터뜨려 살균처리하는 살균장치를 실제 생산에 적용하고, 유체식품을 처리하는 새로운 살균용 챔버로서 내부에서 발생하는 공기방울 거품의 발생을 최소화하고, 균일한 전계를 가지면서도 용이하게 제작할 수 있고, 또는 다수의 절연체 링을 살균용 챔버의 두 전극 내에 삽입하여 전극의 간격을 조절하는데 그 목적이 있는 것이다.
제1도는 고압 펄스 전게에 의한 살균 방식을 나타내는 도면이고.
제2도는 본 발명에 따른 고압 펄스 전계 살균장치의 구성도이고.
제3도는 본 발명에 따른 고압 커패시터 충전을 위한 고압 전원공급장치의 개략적 구성도이고.
제4도는 본 발명에 따른 상기 고압 전원공급장치의 스위치를 구동하는 파형도이고.
제5도는 본 발명에 따른 살균용 챔버에 인가되는 자수함수 형식의 전압 파형도이고.
제6도는 본 발명에 따른 구형파 형성회로를 갖는고전계 살균장치의 개략적 구성도이고.
제7도는 본 발명에 따른 구형파 형성회로의 일실시예이고,
제8도는 본 발명에 따른 사이라트론의 턴온 및 턴오프 동작 모드를 나타내는 도면이고,
제9도는 본 발명에 따른 플로우형 살균용 챔버의 단면도이고.
제10도는 본 발명에 따른 동축형 살균용 챔버의 단면도이고.
제11도는 제9도의 플로우형 살균용 챔버의 분해 사시도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 전원공급부(PS) 2 : 사이라트론 구동회로부(PG)
3 : 저대역 필터(LF) 4 : 사이라트론 가열용 변압부(TRS)
5 : 제1고압 분압부(HVD1) 6 : 살균용 챔버(CH)
7 : 제2고압 분압부(HVD2) 8 : 펄스 형성부(PFC)
L1 : 전류제한용 인덕터 C1,C2 : 커패시터
S1 : 사이라트론(Thyratron) 11 : 인버터
12 : 고압 변압기(HVT) 13 : 고압 정류기(HVR)
200 : 플로우형(Flow)챔버 300 : 동축형(Coaxial) 챔버
201,202,304 : 내부전극 301 : 외부전극
203,303,306 : 절연체 204,302 : 인입구
205 : 배출구 206,305 : 냉각관
207,208,209 : 지지대 210 : 절연체 링
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고전계 살균장치는, 살균장치에 있어서, 고압의 전원을 공급하는 고압공급수단, 상기 공급되는 고압의 형태를 변환출력하는 변환수단 : 및 상기 변환출력되는 고압에 따른 전계를 형성하여 살균하는 살균용 챔버를 포함하여 구성되는 것에 특징이 있는 것이며,
본 발명에 따른 고전계 살균용 플로우형 챔버는 살균용 챔버에 있어서, 두 내부전극 사이에 고압의 전계를 형성하여 유체를 살균하는 전계 형성부 : 상기 두내부전극 사이에 외삽되어 전극의 간격을 조절하는 조절부 : 상기 전계형성부와 연통되어 살균하려는 유체가 인입되는 인입구 : 및 상기 전계형성부와 연통되어 살균된 유체가 배출되는 배출구를 포함하여 구성되는 것에 다른 특징이 있는 것이고, 본 발명에 따른 고전계살균용 동축형 챔버는, 살균용 챔버에 있어서, 동축형 본체를 감싸는 외부전극과 봉 모양의 내부전극 사이에 고압의 전계를 형성하여 유체를 살균하는 전계 형성부 : 상기 전계 형성부와 연통되어 살균하려는 유체가 인입되고, 내부의 벽면이 사선형으로 형성된 인입구 : 및 상기 전계 형성부와 연통되어 살균된 유체가 배출되는 배출구를 포함하여 구성되는 것에 다른 특징이 있는 것이다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고전계 살균장치 및 살균용 챔버는, 고압공급수단에 의해 공급되는 고압을 살균용 챔버에 인가하게 되는데, 이때 변환 수단이 상기 공급되는 고압의 형태를 지수함수 또는 구형파형으로 변환하여 출력하면, 상기 변환출력된 고압에 따른 살균용 챔버 내에 전계를 형성하여 유체를 살균하게 된다. 여기에서 상기 살균용 챔버는두 내부전극 사이에 고압의 전계를 형성하여 상기 유체를 살균하고, 전극 사이에 절연물을 삽입하여 전극의 간격을 조절할 수 있는 플로우형 챔버이거나, 또는 동축형 본체를 감싸는 외부전극과 봉 모양의 내부전극 사이에 고압의 전계를 형성하여 유체를 살균하는 동축형 챔버이다.
이하, 본 발명에 따른 고전계 살균장치 및 살균용 챔버의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명한다.
제2도는 본 발명에 따른 고전계 살균장치의 구성도로서, 저온 살균장치에 있어서, 교번하는 스위치 제어신호(Q1~Q4)에 따라 입력직류 전원을 승압하여 공급하는 고압 전원공급장치(1) : 상기 고압을 저장하는 제1커패시터(C1) : 상기 제1커패시터(C1)에서 출력되는 전류를 제한하는 전류제한용 인덕터(L1) : 입력된 제어신호(Control)에 따라 구동펄스를 출력하는 구동펄스 발생기(2): 스위칭시 발생되는 고압 노이즈를 필터하는 저대역 필터(3): 그리드(G) 단자로 입력되는 상기 필터를 통과한 구동펄스에 따라 상기 제2커패시터(C2)에 충전된 고압을 방전시키는 사이라트론(S1) : 상기 사이라트론(S1)의 음극(K)을 가열하기 위한 변압기(4) : 상기 공급된 고압을 분압하는 제1 및 제2 고압 분압기(HVD1,2)(5,7) : 상기 공급된 고압을 지수함수적으로 살균용 챔버(6)에 인가하는 제2커패시터(C2) : 상기 인가된 고압에 따른 전계를 형성하여 살균하는 살균용 챔버(6)를 포함하여 구성된다. 여기에서 상기 살균용 챔버(6)는 수 kV~수십 kV급의 전압이 인가되는 두 전극 사이에 절연체링을 삽입하여 전계의 크기를 조절할 수 있는 플로우형 살균용 챔버 또는 공기방울 거품의 방지, 우수한 전계분포 및 원활한 유체 흐름을 가지는 동축형 살균용 챔버이다. 상기 제1커패시터(C1)는 상기 고압 전원공급장치(1)에서 출력되는 고압 전원을 충전하는 커패시터이고, 전류제한용 인덕터(L1)는 상기 제1커패시터(C1)에서 출력되는 전류를 제한하게 된다. 상기 구동펄스 발생기(2)는 입력된 제어신호(Control)에 따라 구동펄스를 출력하고, 상기 고압노이즈 필터(3)를 통해 사이라트론(S1)의 그리드(G) 단자에 입력하게 된다. 상기 사이라트론(S1)은 상기 고압노이즈 필터(3)를 통과한 구동펄스에 따라 상기 제2커패시터(C2)에 충전된 고압을 챔버(6)에 공급하게 된다. 변압기(4)는 상기 사이라트론(S1)의 음극(K)을 가열하게 된다.
제9도 및 제10도는 각각 본 발명에 따른 플로우형 및 동축형 살균용 챔버의 단면도로서, 제2도의 고전계 살균장치를 참고로 하여, 이하 상세히 설명한다.
본 발명은 제1도에 도시된 고전계 살균처리 방식을 이용하여 약 45℃ 이하에서 분당 수~수십 리터를 살균처리하는 장치로서, 상기 고전계는 전계인가 방식에 따라 지수함수 파형 방식과 구형파 방식 등으로 구분할 수 있다.
제2도는 지수함수형 방식의 고전계 살균장치의 일실시예로서, 먼저 커패시터 충전용 고압 전원공급장치(1)는 고압 변압기를 이용하여 입력전압을 고압으로승압한 뒤에 이를 정류하여 제1커패시터(C1)의 입력으로 사용하게 된다.
제3도는 제2도의 상기 고압 전원공급장치(1)의 개략적 구성도로서, 상기 고압 전원공급장치(1)는, 교번적으로 입력되는 스위치 제어신호에 따라 입력전력을 변환하는 인버터(11) ; 1차측의 상기 변환된 전력을 승압하여 2차측에 유도하는 고압 변압기(HVT)(12) ; 및 상기 2차측에 유도된 전력을 일방향으로 흐르도록 정류하는 고압 정류기(HVR)(13)로 구성된다. 여기에서 상기 인버터(11)는 입력전압을 교번적으로 전달하는 스위치(Q1, Q2,Q3,Q4), 상기 스위치(Q1,Q2,Q3,Q4) 각각의 역병렬 다이오드(D) 및 상기 각 스위치(Q1,Q2,Q3,Q4)의 양단에 병렬 연결된 커패시터(C)를 포함하고 있다.
다시 말하면, 상기 고압 전원공급장치(1)는 상기 제1커패시터(C1)를 충전하는 전원공급장치로서, 인버터(11), 고압 변압기((12), 그리고 고압 정류기(13)로 구성되고, 상기 고압 전원공급장치(1)는 진상레그 스위치들과 지상레그 스위치들에 위상차를 줌으로써 출력전압을 펄스폭 제어하게 된다. 즉, 상기 고압 전원공급장치(1)는 임피던스가 큰 고압 변압기를 통해 입력전력을 출력으로 전달해야 하므로 직렬 공진형 인버터(11)를 사용하며, 여기에서 상기 인버터(11)의 제어는 위상변이(Phase shift) 펄스폭(Pulse Width)제어를 사용하게 된다. 그리고 상기 고압 변압기(12)는 보빈에 권선을 감아서 페라이트 재질의 코어(Core)를 사용하며, 절연과 전압비 손실에 따른 권선비를 감안하여 제작한다. 상기 고압 정류기(13)는 고압 다이오드를 사용하여 직접 정류하는 방식이며, 이때 고압측 직류전압은 R,C 분압기를 이용해 대지와의 커패시턴스 성분에 영향을 받지 않도록 검출되어야 한다.
제4도는 상기 고압 전원공급장치(1)의 스위치(Q1-Q4)를 구동하는 파형도로서, 교번하는 구형파 전압이 되고, 상기 구형파 전압은 공진 커패시터와 변압기 누설 인덕턴스를 거치면서 정현파의 고주파 전압이 되고, 이것이 고압 변압기(12)에 의해 승압되어 전달된다. 이때 펄스폭에 따라 출력으로 전달되는 공진 전류의 양이 선형적으로 가감되며, 따라서 일정한 출력전압의 제어가 이루어진다.
상기 고압 변압기(12)의 출력은 고압 정류기(13)에 의해 일정한 직류전압이 된다. 한편, 상기 직류전압은 일정하게 제어되며 후단의 사이라트론(S1)이 턴온될 때, 상기 고압 전원공급장치(1)의 동작이 중지되도록 하여 그 사이라트론(S1)
의 자연소호가 이뤄지도록 할 수 있다. 이렇게 상기 고압 전원공급장치(1)의 동작이 상기 사이라트론(S1)과 연계되도록 하면 상기 제1커패시터(C1)와 인덕터(L1), 다이오드(D1)가 필요없게 된다.
한편, 상기 제1커패시터(C1)에 충전된 전류의 첨두치를 제한하기 위해 상기 제1 커패시터(C1)의 후단에 전류제한용 인덕터(L1)가 연결된다. 그리고 상기 제2커패시터(C2)는 상기 고압을 충전한 후에 살균처리 챔버(6)에 고압을 인가하기 위한 소자이고, 상기 제1 및 제2분압기(5,7)는 상기 고압을 분압하게 된다.
그리고 상기 사이라트론(S1)은 상기 제2커패시터(C2)에 충전된 에너지를 부하인 살균용 챔버(6)에 순간적으로 공급하는 역할을 한다. 즉, 상기 사이라트론(S1)이 턴온되면 상기 제2커패시터(C2)가 상기 챔버(6)에 병렬 연결되어 부하로서의 상기 챔버(6)로 충전 에너지를 공급하게 되는데, 이때 상기 챔버(6)의 등가 임피던스가 저항으로 나타나므로 상기 제2커패시터(C2)의 에너지는 상기 챔버(6) 측으로 자연 방전하는 형태로 나타나고 이것이 제5도와 같이 지수함수의 모양을 갖게 된다.
상기 사이라트론(S1)은 열음극 그리드 제어 방전관으로서, 열음극 정류방전관의 방전로 안에 1개 또는 2개의 그리드(G)를 넣고, 상기 그리드(G)에 이해 양극(A)-음극(K) 사이의 기동을 제어하려는 방전관이며, 약간의 그리드 입력으로 비교적 큰 전력 제어가 가능하며 동작이 확실하고, 대응속도가 극히 빠른다는 장점이 있다. 또한 상기 사이라트론(S1)은 펄스 사이리스터로 대체되어 사용할 수 있다.
제5도는 제2도의 상기 제2커패시터(C2)로부터 상기 살균용 챔버(6)에 인가되는 지수함수 형태의 전압 파형도로서, 지수함수형의 인가전압 파형에서 실제 살균처리 영역은 tp구간, 즉 최대 인가전압을 1로 했을 때, 인가전압이 약 0.5VL이 될 때까지이며, 이 구간에서 고압의 전계에 의해 세균 등의 이중막이 파괴되며 살균효과가 나타난다.
제6도는 구형파 형성회로(8)를 갖는 구형파 방식의 고전계 살균장치에 대한 개략적 구성도이고, 제7도는 상기 구형파 형성회로의 일실시예로서, 상기 구형파 방식의 살균장치는 그 설계 및 구성이 어렵지만, 살균 효율은 제2도의 상기 지수함수 방식의 살균장치에 비해 우수하다는 장점이 있다. 따라서 고전계 살균장치의 살균효율을 증대하기 위해 인가 파형을 구형파로 변환하는 제7도의 상기 구형파 형성회로(8)를 구비하여 본 발명의 다른 실시예로서의 구형파 방식의 고전계 살균장치를 구현할 수 있다.
즉, 제6도는 제2도의 살균장치 구성에서, 상기 제1커패시터(C1), 상기 인덕터(L1), 상기 다이오드(D1) 및 상기 제2커패시터(C2)를 제거함과 아울러, 상기 제2커패시터(C2)대신에 제7도와 같이 병렬연결된 다수의 커패시터와 인덕터에 의해 구형파를 형성하는 상기 구형파 형성회로(8)를 구비하여, 그 구형파 형성회로(8)의 후단에 연결된 상기 살균용 챔버(6)에게 고전압을 인가하게 된다.
제7도의 상기 구형파 형성회로(8)에서 다수의 커패시터와 인덕터는 전송선의 전파원리에 기초한 회로로서 단일 펄스를 만들기에 필요되는 에너지를 저장하는 기능과 이를 부하에 정해진 형태의 파형으로 공급하는 기능을 한다. 즉, 상기 사이라트론(S1)의 턴온과 함게 상기 구형파 형성회로(8)와 그 후단의 상기 챔버(6)가 상호 병렬로 연결되며, 상기 구형파 형성회로(8)의 각각의 커패시터는 각 인덕터를 통해 방전을 시작하고, 이에 따른 파형은 설계한 값에 따라 구성된다. 이러한 각각의 커패시터와 인덕터의 방전파형의 합이 구형파가 되도록 할 경우 상기 챔버(6)에 구형파가 인가되게 된다.
상기 고압 전원공급장치(1)는 상기 구형파 형성회로(8)를 직접 충전토록 하되, 상기 사이라트론(S1)이 턴온하면 그 동작이 중지되어 그 사이라트론(S1)이 자연소호되도록 한다.
제8도는 제2도에서 상기 사이라트론(S1)의 턴온 및 턴오프 동작 모드를 나타내는, 즉 상기 사이라트론(S1) 의 턴온, 턴오프에 따른 등가 회로도로서, 상기 사이라트론(S1)이 턴온되었을 때 상기 살균용 챔버(6)에 상기 제2커패시터(C2)의 충전전압이 모두 가해짐을 알 수 있다. 또한 상기 사이라트론(S1)이 턴오프되었을 때, 제1커패시터(C1)가 제2커패시터(C2)를 충전시키는 것을 알 수 있다.
여기서 이전 절에서 설명한 바와 같이, 입력전원장치로서의 상기 고압전원 공급장치(1)의 동작이 상기 사이라트론(S1)의 온,오프동작과 연계되어 이뤄지면 상기 제1커패시터(C1)와 인덕터(L1)는 필요없게 된다.
한편, 상기 살균용 챔버(6)는 실제 살균을 하고자 하는 대상물을 주입하고, 고전계를 형성하여 살균하는 기구로서, 상기 고압 전원공급장치(1)의 고압이 그 살균용 챔버(6)의 두 전극 양단에 가해지도록 되어 있다. 상기 살균용 챔버(6)의 구조와 형상 등은 살균 효과에 큰 영향을 주게 된다.
제9도는 플로우형 살균용 챔버(200)의 단면도로서, 두 내부전극(201,202) 사이에 전압의 전계를 형성하여 유체를 살균하는 전계 형성부 ; 상기 두 내부전극(201,202)사이에 외삽되어 상기 전극의 간격을 조절하는 조절부(210) ; 상기 전계 형성부와 연통되어 살균하려는 유체가 인입되는 인입구(204) ; 및 상기 전계 형성부와 연통되어 살균된 유체가 배출되는 배출구(205)를 포함하여 구성되고, 여기에서 상기 내부전극(201,202) 사이에 상기 조절부(210)로서의 절연체 링을 삽입하여 전극의 간격을 물리적으로 조절할 수 있으며, 인입구(204)를 통해 주입된 유체 식품이 상부로 펌프에 의해 상승하면서, 두 전극(201,202)사이의 일정한 전계 영역을 통과하면서 살균처리된다. 그리고 상기 이외이 구조물(207,208,209)은 살균용 챔버를 지지하기 위한 케이스와 볼트 등의 지지물이다.
제11도는 상기 플로우형 살균용 챔버(200)의 분해 사시도로서, 제9도에서 상기 구조물(207,208,209)을 제외한 챔버(200)만을 분해한 후, 분해된 구성 중 절연물체(203)를 3/4분면 절개한 입체적 형상의 사시도이다.
제9도 및 제11도를 보면, 상기 플로우형 살균용 챔버(200)는 상호 대향 배치된 두 개의 전극(201,202)과, 그 전극(201,202)을 지지하는 절연물체(203)로 구성되며, 상기 절연물체(203)는 유체가 한쪽편에서 흘러 들어오는 인입구(204)와 다른편으로 나갈 수 있도록 하는 배출구(205)가 형성되어 있으며, 상기 전극(201,202)의 각면이 그 전극(201,202)간 대향면 중심부를 제외하고서 상기 절연물체(203)에 당접지지되어서, 상기 두 전극(201,202)의 상기 대향면 사이에는 상기 인입구(204)를 통해 유체가 흘러들어와서 전계를 받게 되는 전극간의 공간(203a)이 존재하게 된다.
상기 절연물체(203)중에서 상기 각 전극(201,202)의 상기 대향면 가장자리 부분이 접하여 지지되는 부분에는 링형 삽입홈(210a)이 형성되어 있고, 그 삽입홈(210a)내에 상기 절연체 링(210)이 삽입되고, 그 위에 상기 각 전극(201,202)의 대향면 외주부분이 각기 접하게 조립된다.
따라서, 상기 절연체 링(210)의 삽입으로 인해 유체가 새어나옴을 방지함과 아울러 그 링(210)의 수 및 두께에 따라 상기 두 전극(201,202)간의 간격(즉, 상기 대향면 간의 간격)이 조절된다.
그리고 유체 식품의 상기 인입구(204)는 상기 두 전극(201,202)사이의 상기 공간(203a)내로 인입형성되어 있으며, 상기 유체 식품은 상기 두 전극(201,202)간의 균일한 고압 전계가 가해지는 전계 영역(즉, 상기 공간)(203a)사이를 지나 두 개의 상기 배출구(205)로 배출되게 된다.
또한, 상기 살균용 챔버(200)의 냉각을 위해서 냉각수가 흐르는 관(206)이 상기 전극(201,202)내부를 관통하여 형성되어 있다.
제10도는 동축형(Coaxial) 살균용 챔버(300)의 단면도로서, 동축형 본체를 감싸는 외부전극(301)과 봉 모양의 내부전극(304)사이에 고압의 전계를 형성하여 상기 유체를 살균하는 전계형성부 ; 상기 전계형성부와 연통되어 살균하려는 유체가 인입되고, 내부 벽면이 사선형으로 형성된 인입구(302) ; 및 상기 전계 형성부와 연통되어 살균된 유체가 배출되는 배출구를 포함하여 구성되며, 상기 동축형 챔버는 유체가 입력될 때의 압력에 의해 공기방울이 발생하지 않도록 인입구(302)의 정면벽에 사선형의 기울기를 주었다. 또한 살균용 챔버의 냉각을 위해 내부 수냉봉이 내부전극(304)인 구리판 내부에 배치되게 된다.
상기 동축형 챔버(300)에서 입력 노즐을 통해 주입된 유체가 고압의 전계가 조밀하게 분포되는 전극을 통과하면서 살균처리된다. 즉, 살균 전에 유체 식품은 외부의 펌프에 의해 일정한 유속으로 양쪽 인입구(302)로 들어오게 되며, 내부전극(304)과 외부전극(301) 사이를 통과하면서 일정한 전계를 받게 된다. 이후 살균된 식품은 출구를 통해 다시 외부로 빠져나가게 된다.
상기 동축형 챔버(300)는 균일한 전계가 두 전극 사이에 분포되며, 또한 유체에 공기방울이 발생하지 않도록 하는 구조로 되어 있고, 또한 외부를 감싸고 있는 전극(301)과 내부 봉 구조의 전극(304)이 있으며, 식품의 인입구(302)를 통해 인입되며, 고전계에 의한 유체 식품의 살균처리 후 배출하는 부분을 절연물(303)이 감싸고 있고, 내부전극(304)은 구리 계열의 도체인 봉의 구조를 갖고, 절연물(306)에 의해 지지되며, 상기 내부전극(304)의 내부로 냉각을 위한 냉각 매체가 들어간다. 외부전극(301)은 스테인레스 스틸로 이루어져 있으며, 아래쪽의 절연체(306)는 에폭시 계열의 절연체로 되어 있다.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고전계 살균장치 및 살균용 챔버는, 고압 대전류 펄스형 전계 처리 기술을 이용하는 고전계 살균처리, 그리고 물리적으로 전극의 간격 조절이 가능한 살균용 챔버를 구현함으로써, 전계가 균일하고, 제작이 용이하며, 낮은 에너지로도 종래와 동일한 살균 효과를 가져오기 때문에 살균효율이 보다 높은 유용한 발명인 것이다.

Claims (2)

  1. 살균장치에 있어서,
    고압의 전원을 공급하는 고압 공급수단 (1);
    입력된 제어신호에 따라 구동펄스를 출력하는 구동펄스 발생기(2)와, 상기 출력된 구동펄스를 필터링하는 저대역 필터(3)와, 상기 필터링된 구동펄스에 따라 상기 고압공급수단(1)의 온/오프 동작과 반대연동하여 상기 공급되는 고압을 단속출력하는 사이라트론(S1)과, 상기 사이라트론(S1)의 음극(K)을 가열하기 위한 변압기(4)와, 상기 단속출력된 고압을 분압출력하는 분압기(HVD1)(5)와, 상기 분압출력된 에너지의 형태를 구형파형으로 만들어 출력하는 구형파 형성회로부(8)를 구비하여, 상기 공급되는 고압을 단속하고 구형파형으로 변환하여 출력하는 변환수단 ; 및
    냉각매체의 유입·유출용 냉각관이 내부에 각기 형성되고 대향 배치된 두 개의 내부전극과, 상기 변환출력되는 고압에 따라 상기 두 내부전극 사이에 전계를 형성하여 유체를 살균하는 전계 형성부와, 상기 두 내부전극의 상기 대향면 외주상에 각기 돌출되도록 삽입되어 그 대향면각의 간격을 조절하는 하나 이상의 절연체링과, 상기 전계 형성부와 연통되어 살균하려는 유체가 인입되는 인입구와 상기 전계 형성부와 연통되어 살균된 유체가 배출되는 배출구를 가진 절연지지체를 구비하여, 상기 변환출력되는 고압에 따른 전계를 형성하여 살균하되, 그 전계 형성을 위한 상기 두 내부전극간 간격을 조정가능토록 된 고전계 살균용 플로우형 챔버(6)를 포함하여 구성되는 고전계 살균장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 고압공급수단은 커패시터 충전용 고압 전원장치로서,
    교번적으로 입력되는 스위치 제어신호에 따라 입력전력을 교류전력으로 변환하는 고주파 직렬 공진형 인버터 ;
    상기 변환된 교류전력에 따라 1차측에 유기되는 전압을 승압하여 2차측으로 유도하는 고압 변압기 ; 및
    상기 2차측에 유도된 전력을 일방향으로 흐르도록 정류하는 고압 정류기를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 고전계 살균장치.
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