KR100383654B1 - 다단계 가열과 냉각을 이용한 볶음시스템 - Google Patents

다단계 가열과 냉각을 이용한 볶음시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 곡물의 입출구가 형성되는 통형의 드럼(10)과, 상기 드럼(10)을 가열하도록 외주면에 설치되는 밴드히터(11)와, 상기 드럼(10)의 온도를 검출하도록 설치되는 온도센서(15)와, 상기 드럼(10)의 회전시키도록 고정되는 중공의 샤프트(12)와, 상기 드럼(10)의 내부공기를 흡입하는 배기수단과; 상기 밴드히터(11) 및 온도센서(15)와 결선되어 온도를 제어하는 온도제어기(31)를 구비하는 가열 유니트; 및 상기 가열 유니트에서 밴드히터(11)가 생략되고 배기수단 대신 공압기구(35)를 사용하는 구성이고, 상기 복수의 가열 유니트의 최종단에서 곡물을 수용하도록 설치되는 냉각 유니트를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 단계별로 온도와 시간을 설정하여 이송되는 소량의 개체를 급속가열 및 냉각시킴으로써 개체의 볶음시간과 냉각시간을 극대화하여 향미를 증가시키고 연속작업에 의해 균일한 품질을 유지하고 제조경비를 절감하는 효과가 있다.

Description

다단계 가열과 냉각을 이용한 볶음시스템{Roasting System Using Multi Stage Heating and Cooling}
본 발명은 볶음시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 단계별로 온도와 시간을 설정하여 급속가열 및 냉각시킴으로써 향미를 증가시키고 균일한 품질을 유지하고 제조경비를 절감하는 다단계 가열과 냉각을 이용한 볶음시스템에 관한 것이다.
커피, 참깨, 땅콩, 아몬드, 선식, 녹차잎 등의 식품을 볶기 위한 종래의 기구는 드럼통 하단에 버너 또는 전기히터 등의 가열원을 배치하는 구성이 일반적이다. 이에 따라 드럼통에 다량의 식품을 넣고 설정 온도까지 가열하면서 드럼통을 회전시켜 식품을 볶으며 설정 온도에 도달하면 드럼통을 역회전시키고 배출하는 작업이 반복적으로 수행된다.
그런데, 이와 같이 구성된 종래의 볶음기구에 있어서는 드럼통내의 한정된 발열면적과 다량의 식품 매개체에 의한 열전도율이 낮아 개체의 온도차가 증가하고 설정온도에 도달하는데 장시간 소요되어 열에 의해 향이 빠져나가는 향미증발 현상이 심하였다.
또한, 상기한 식품의 향자체는 저분자 휘발성 물질이기 때문에 열에 장시간 노출되면서 쉽게 휘발되어 완제품의 향미를 저하시키는 단점이 있었다.한편, 발열면적이나 발열량을 높여 급속으로 한꺼번에 곡물의 온도를 높이는 경우는 곡물 개개체의 심한 온도편차로 급팽창에 의한 폭발로 향미가 증발해 버린다는 문제점이 있었다.
그러므로 본 발명의 목적은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 단계별로 다른 온도 설정과, 샤프트를 회전시키는 회전수와 투입되는 곡물의 투입량 조절에 의한 가열시간을 설정하여, 이송되는 소량의 개체를 급속가열 및 급속냉각시킴으로써 개체의 볶음시간과 냉각시간을 극소화하여 향이 빠져나가는 것을 방지하여 향미를 증가시키고 연속작업에 의해 균일한 품질을 유지하고 제조경비를 절감하는 다단계 가열과 냉각을 이용한 볶음시스템을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 부분적으로 나타내는 구성도
도 2는 본 발명의 변형예에 따른 시스템을 나타내는 구성도
도 3은 본 발명에 따른 드럼의 내부 구조를 나타내는 단면도
도 4a 및 도 4c는 각각 종래와 본 발명에 따른 효과를 대비하는 그래프도 5는 도 1에 도시된 장치의 샤프트 부위의 사시도
* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명 *
10 : 드럼 11 : 밴드히터
12 : 샤프트 13 : 스크류
14 : 호퍼 15 : 온도센서
16 : 기어 17 : 로터리 조인트
21 : 펌프 22 : 배출관
23 : 조절밸브 31 : 온도제어기
32 : 회전접점 35 : 공압기구
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 곡물의 입출구가 형성되는 통형의 드럼(10)과, 상기 드럼(10)을 가열하기 위하여 그 드럼(10)의 외주면에 설치되는 밴드히터(11)와, 상기 드럼(10)의 온도를 검출하도록 설치되는 온도센서(15)와, 상기 드럼(10)의 중심부에 설치되어 그 드럼(10)을 회전시키며 속이 빈 중공의 형태를 가지며 그 외주면에 중심부를 향하여 관통된 통기공(12a)을 가지며 외주면에는 나선형의 스크류(13)를 구비하여 상기 드럼(10)의 입구측에 유입된 곡물을 회전에 의해 출구측으로 유동시키는 샤프트(12)와, 상기 드럼(10) 내에서 상기 통기공(12a)을 통하여 상기 샤프트(12)의 중심부로 유입된 공기를 흡입하며 상기 샤프트(12)와 결합된 배기수단과, 상기 밴드히터(11) 및 온도센서(15)와 결선되어 상기 드럼(10)의 온도를 제어하는 온도제어기(31)를 구비하며, 각각 수직으로 배열된 복수개의 가열유니트(U1, U1', U1")와, 곡물의 입출구가 형성되는 통형의 드럼(10)과, 상기 드럼(10)의 온도를 검출하도록 설치되는 온도센서(15)와, 상기 드럼(10)의 중심부에 설치되어 그 드럼(10)을 회전시키며 속이 빈 중공의 형태를 가지며 그 외주면에서 중심부를 향하여 관통된 통기공(l2a)을 가지는 샤프트(12)와, 외부공기를 상기 샤프트(12)의 통기공(l2a)을 통해 상기 드럼(10)으로 유입시키며 상기 샤프트(12)에 설치되는 공압기구(35)와, 상기 공압기구(35)의 풍량을 조절하여 상기 드럼(10) 내의 온도를 제어하는 온도제어기(31)를 구비하며, 상기 가열유니트의 최종단으로부터 유출되는 곡물을 수용하기 위하여 그 최종단의 하방에 설치되는 냉각 유니트(U2);를 구비하며, 상기 가열유니트 및 냉각유니트의 각각의 드럼(10)은, 그 입구측 상단에 위치되며 그 드럼(10)과 연통되며 깔때기 형상을 가지는 호퍼(14)와, 상기 호퍼(14)가 설치된 방향의 반대쪽인 출구측 하단에는 배출구(10a)가 설치되며, 상기 가열유니트 및 냉각유니트는 각각 후단계의 유니트의 호퍼(14)가 전단계의 유니트의 배출구(10a)의 하단에 위치되도록 지그재그형으로 배치되며, 상기 가열유니트들은 하방으로 갈수록 단계적으로 더욱 높은 온도로 유지되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 배기수단은 로터리 조인트(17)를 개재하여 상기 샤프트(12)에 연결되는 배출관(22)과, 상기 배출관(22) 상에 장착되는 펌프(21) 및 조절밸브(23)를 구비한다.
본 발명의 또 다른 특징으로서, 상기 온도제어기(31)는 회전접점(32)을 개재하여 상기 밴드히터(11) 및 온도센서(15)와 결선되어 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 시스템을 부분적으로 나타내는 구성도가 도시된다.
본 발명에 따른 시스템은 가열 유니트와 냉각 유니트로 구성되는데, 양자의 구성상 주요한 차이점은 가열원인 밴드히터(11)의 유무에 있다. 곡물의 입출구가 형성되는 통형의 드럼(10) 상에서 외주면에 밴드히터(11)가 둘러진 구성은 가열 유니트이고 밴드히터(11)가 생략되고 배기수단 대신 공압기구(35)를 사용하는 것이 냉각 유니트이다.
상기 드럼(10)의 외주면에는 밴드히터(11) 외에 온도를 검출하기 위한 온도센서(15)가 설치된다. 온도센서(15)의 적어도 300℃ 이상의 측정 범위를 지니는 형식을 사용한다.
본 발명의 드럼(10)은 중공의 샤프트(12)와 일체로 결합되어 회전 가능하게 장착된다. 상기 샤프트(12)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 드럼(10)에 수용된 부분에서 외주면에 통기공(12a)이 형성되는 동시에 스크류(13)를 구비한다. 샤프트(12)의 통기공(12a)은 곡물이 통과하지 않을 정도의 크기로 촘촘하게 형성한다. 즉, 상기 통기공(12a)을 통해서 곡물은 상기 스크류(13)의 중심부로 유동되지 않으며 상기 드럼(10)의 수분과 가스만이 샤프트(12)의 중심부로 유동되어 후술하는 배기수단에 의해 외부로 빠져나가는 것이다. 상기 스크류(13)는 드럼(10)의 내주면에 접촉하는 크기로 성형하여 샤프트(12)에 접합한다. 상기 드럼(10)의 입구측에 유입된 곡물이 상기 샤프트(12)의 회전에 따라 상기 스크류(13)를 타고 이동되어 상기 드럼(10)의 출구측으로 유동되는 것이다. 상기 샤프트(12)는 기어(16)에 연결된 통상의 모터(미도시)를 통하여 연결되어 회전되는 것이다. 또한, 상기 드럼(10)에 대해 상기 샤프트(12)가 상대회전이 가능하도록, 상기 드럼(10)의 양측면의 중심부에는 관통공(미도시)가 마련되며, 이 관통공들에는 베어링(미도시)가 끼워져 있으며, 이 베어링에 상기 샤프트(12)가 끼워져 상기 샤프트가 드럼(10)에 결합되어 있는 것이다. 따라서, 모터(미도시)의 회전에 의하여 샤프트는 회전을 하지만 상기 드럼(10)은 베어링 때문에 회전을 하지 않게 되는 것이다.
또, 본 발명에 따르면 상기 드럼(10)의 내부공기를 흡입하는 배기수단이 사용된다. 배기수단은 펌프(21)·배출관(22)·조절밸브(23)로 이루어지며 배출관(22)은 베이링과 동일한 역할을 하는 로터리 조인트(17)를 개재하여 상기 샤프트(12)에 연결된다. 즉, 상기 샤프트는 회전되지만 상기 배출관은 로터리 조인트(17)에 의해 고정될 수 있는 것이다. 왜냐하면 상기 로터리 조인트(17)가 베어링과 동일한 역할을 하기 때문이다. 상기 샤프트(12)는 통기공(12a)을 지니므로 드럼(10)의 내부공간은 배출관(22)과 연통된다. 배기수단은 식품의 볶음 과정에서 발생되는 수분과 가스를 배출하여 식품의 향미가 저감되지 않도록 한다. 조절밸브(23)는 드럼(10)의 외부로 유출되는 수분과 가스의 양을 조절한다.
또, 본 발명에 따르면 상기 밴드히터(11) 및 온도센서(15)와 결선되어 온도를 제어하는 온도제어기(31)가 구비된다. 밴드히터(11)를 설정된 온도로 제어하기 위한 온도제어기(31)는 회전접점(32)을 개재하여 상기 밴드히터(11) 및 온도센서(15)와 결선된다. 회전접점(32)은 샤프트(12)에 고정되어 회전하는 슬립링과 회전되지 않는 브러쉬로 이루어지고 드럼(10)과 함께 회전되는 밴드히터(11) 및 온도센서(15)의 전기적 접속을 보장한다. 온도제어기(31)는 상기 온도센서(15)로부터 제공되는 각각의 드럼(10)의 온도에 대한 출력과 미리 설정된 목표치 드럼의 온도를 비교하여, 드럼의 온도가 목표치보다 낮으면 그 해당되는 드럼의 밴드히터(11)가 가열되도록 신호를 보낸다.
도시하는 바와 같이 본 발명의 시스템은 이러한 가열 유니트(U1, U1', U1")가 상하 수직으로 배치되고, 상기 복수의 가열 유니트(U1, U1', U1")의 최종단에서 곡물을 수용하도록 냉각 유니트(U2)가 연속하여 설치된다. 즉, 가열 유니트의 최종단의 하방에 냉각 유니트가 위치되는 것이다. 최초의 제1 단계의 가열 유니트(U1)에서 드럼(10)의 흡입구 측에 설치되는 호퍼(14)는 해당 식품을 투입량 조절기를 이용하여 일시적으로 저장할 수 있고, 그 다음의 제2 단계의 가열 유니트(U1')에서 호퍼(14)는 전단계 가열 유니트(U1)의 배출구(10a) 연직 하방에 위치하고, 그 다음의 제3 단계의 가열 유니트(U1")에서 호퍼(14)는 전단계 가열 유니트(U1')의 배출구(10a) 연직 하방에 위치하고, 그 다음의 냉각 유니트(U2)에서 호퍼(14)는 전단계 가열 유니트(U1")의 배출구(10a) 연직 하방에 위치한다. 같은 방식으로 최종의 냉각 유니트(U2)에서 호퍼(14)는 가공 완료된 식품을 일시적으로 저장한다. 호퍼(14)의 투입량 조절기는 유로를 단속하는 밸브판 방식을 의미한다. 상기 투입량 조절기는 통상적인 장치이므로 자세한 설명은 생략한다.
도 2는 본 발명의 변형예에 따른 시스템을 나타내는 구성도가 도시된다.
상기 드럼(10)은 하나의 공간을 지니는 대신 열적으로 독립된 복수의 공간을 지니는 구성도 가능하다. 즉, 단열재 등을 이용하여 드럼(10)을 수평방향으로 수개로 구분하고 각각 분할된 드럼(10)의 외주에 밴드히터(11) 및 온도센서(15)를 설치하는 반면, 샤프트(12)·스크류(13)·호퍼(14)·로터리 조인트(17) 등은 공통으로 사용한다. 물론 회전접점(32)은 그 접점수도 증가하므로 도 1에 비하여 그 크기가 커진다. 냉각 유니트는 상기한 구성을 택할 수도 있고 도 1과 같은 구성을 택할 수도 있다.
이와 같이 하면 도 1에 비하여 동일한 가열시간 요구로 인해 드럼(10)의 길이가 대상 식품의 종류에 따라 5m ∼ 20m로 커지게 되어 부품 가공과 설치 공간이 증가하여 불리한 점도 있다.
도 3은 본 발명에 따른 드럼의 내부 구조를 나타내는 단면도가 도시된다.
가열 유니트 및 냉각 유니트에서 드럼(10)의 내부에는 길이 방향으로 홈(10a)이 형성된다. 홈(10a)은 식품의 가열 및 냉각에 따른 전열 면적을 증대할 뿐 아니라 식품의 회전 이송중 위치에너지를 증가시켜 운동에너지로 변환시 신속하게 이동되도록 한다.
본 발명에 따른 작동에 있어서, 최상단의 호퍼(14)를 개방하여 식품이 드럼(10)에 들어가면 드럼(10)과 함께 회전하는 스크류(13)에 의해 상승과 낙하를 반복하면서 이송되어 드럼(10)의 설정온도까지 도달한 후부터 이송중에도 설정온도를 유지하면서 매개체의 균일한 온도와 수분함유량을 유지하기 위한 시간을 갖는다. 제1 단계의 가열 유니트(U1)에서 온도와 시간에 따른 볶음이 완료되면 배출구(10a)로 낙하되어 제2 단계의 가열 유니트(U1')의 드럼(10)에 유입되어 같은 과정이 반복된다. 제2 단계의 가열 유니트(U1')의 드럼(10)은 제1 단계의 가열 유니트(U1)의 드럼(10)에 비하여 높은 온도로 유지되며, 이와 마찬가지로 제3 단계의 가열 유니트(U1")의 드럼(10)은 제2 단계의 가열 유니트(U1')의 드럼(10)에 비하여 높은 온도로 유지된다. 계속하여 모든 가열 유니트(U1, U1', U1")를 거친 식품은 그 하방향의 냉각 유니트(U2)에 들어가서 급속한 냉각 과정을 거치게 된다. 가열 유니트에서 펌프(21)는 드럼(10)내의 수분과 가스를 배출하는 기능을 수행하지만 냉각 유니트에서 공압기구(35)는 신선한 외기를 드럼(10)으로 유입하는 기능을 수행한다.
이때 공압기구(35)는 공압기와 개폐밸브가 사용되며 소정의 공기를 압축하여 공급하게 된다.
이와 같은 과정을 거쳐 볶아진 식품은 최종 냉각 유니트(U2)의 배출구(10a)를 통하여 호퍼(14)에 적층되고 주기적으로 밸브판을 개방하여 포장할 수 있는 등 자동화 공정이 가능하다.
도 4a 및 도 4c는 각각 종래와 본 발명에 따른 효과를 대비하는 그래프가 도시된다.
도 4a처럼 종래의 공정에서는 참깨가 다량 수용된 하나의 드럼통을 계속 가열하다가 원하는 설정온도(예컨대 220℃)에 도달하면 가열을 중지하고 식품을 인출하는데, 도시의 배출점(P)에서 참깨의 온도는 오히려 설정온도보다 높아지기 때문에 참깨의 향미가 감소하고 작업에도 주의를 요한다.
그러나 본 발명의 도 4b처럼 3개의 가열 유니트(U1, U1', U1")를 각기 다른 설정온도(예컨대 100, 150, 220℃)로 사용한다면 참깨의 설정온도 도달시간이 단축될 뿐 아니라 냉각 유니트(U2)를 통하여 급속히 냉각하기 때문에 배출점(P)의 시간이 단축되고 온도도 저하된다.
도 4c에 나타내는 것처럼, 본 발명의 시스템을 이용하는 경우 배출점(P) 전에 위치하는 볶음종료점(F)의 단축으로 향미 증발 시간이 줄어들어 종래에 비하여 향미는 더 한층 증가하게 된다.
도 2의 구성을 사용하는 경우 하나의 가열 유니트에서 각각의 구분된 공간상의 설정온도를 달리하여 단계적으로 온도를 급상승시켜 가열한 다음 냉각 유니트를 통하여 냉각하는 작용이 동일하다.
가열 유니트 및 냉각 유니트의 설정온도는 대상 식품의 종류에 따라 다르게 설정할 수 있다. 냉각에 따른 설정온도는 흡입되는 대기 온도와 상관되므로 펌프(21)의 풍량을 조절하는 방식으로 온도를 조절한다.
한편 도 1 및 도 2에 있어서 냉각 유니트도 다단으로 구성하여 점진적 급속 냉각을 수행하는 것이 가능하다.
이상의 구성 및 작용에 따르면 본 발명은 단계별로 온도와 시간을 설정하여 이송되는 소량의 개체를 급속가열 및 냉각시킴으로써 개체의 볶음시간과 냉각시간을 극대화하여 향미를 증가시키고 연속작업에 의해 균일한 품질을 유지하고 제조경비를 절감하는 효과가 있다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 곡물의 입출구가 형성되는 통형의 드럼(10)과, 상기 드럼(10)을 가열하기 위하여 그 드럼(10)의 외주면에 설치되는 밴드히터(11)와, 상기 드럼(10)의 온도를 검출하도록 설치되는 온도센서(15)와, 상기 드럼(10)의 중심부에 설치되어 그 드럼(10)을 회전시키며 속이 빈 중공의 형태를 가지며 그 외주면에서 중심부를 향하여 관통된 통기공(12a)을 가지며 외주면에는 나선형의 스크류(13)를 구비하여 상기 드럼(10)의 입구측에 유입된 곡물을 회전에 의해 출구측으로 유동시키며 교반시키는 샤프트(12)와, 상기 드럼(10) 내에서 상기 통기공(12a)을 통하여 상기 샤프트(12)의 중심부로 유입된 공기를 흡입하며 상기 샤프트(12)와 결합된 배기수단과, 상기 밴드히터(11) 및 온도센서(15)와 결선되어 상기 드럼(10)의 온도를 제어하는 온도제어기(31)를 구비하며, 각각 수직으로 배열된 복수개의 가열유니트(U1, U1', U1");
    곡물의 입출구가 형성되는 통형의 드럼(10)과, 상기 드럼(10)의 온도를 검출하도록 설치되는 온도센서(15)와, 상기 드럼(10)의 중심부에 설치되어 그 드럼(10)을 회전시키며 속이 빈 중공의 형태를 가지며 그 외주면에서 중심부를 향하여 관통된 통기공(12a)을 가지는 샤프트(12)와, 외부공기를 상기 샤프트(12)의 통기공(12a)을 통해 상기 드럼(10)으로 유입시키며 상기 샤프트(12)에 설치되는 공압기구(35)와, 상기 공압기구(35)의 풍량을 조절하여 상기 드럼(10) 내의 온도를 제어하는 온도제어기(31)를 구비하며, 상기 가열유니트의 최종단으로부터 유출되는 곡물을 수용하기 위하여 그 최종단의 하방에 설치되는 냉각유니트(U2);를 구비하며,
    상기 가열유니트 및 냉각유니트의 각각의 드럼(10)은, 그 입구측 상단에 위치되며 그 드럼(10)과 연통되며 깔때기 형상을 가지는 호퍼(14)와, 상기 호퍼(14)가 설치된 방향의 반대쪽인 출구측 하단에는 배출구(10a)가 설치되며,
    상기 가열유니트 및 냉각유니트의 호퍼 및 배출구들은 각각 후단계의 유니트의 호퍼(14)가 전단계의 유니트의 배출구(10a)의 연직하방에 위치되도록 지그재그형으로 배치되며,
    상기 가열유니트들은 하방으로 갈수록 단계적으로 더욱 높은 온도로 유지되며, 각각의 드럼에서 발생하는 수분과 가스는 상기 샤프트(12)의 통기공(12a)을 통하여 샤프트(2)의 내부공간에 수용되어 배기수단에 의해 드럼 외부로 배출되는 것을 특징으로 하는 다단계 가열과 냉각을 이용한 볶음시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 배기수단은,
    상기 회저되는 샤프트(12)에 대해서 고정된 위치를 유지하기 위하여 베어링 역할을 하는 로터리 조인트(17)를 통하여 상기 샤프트(12)에 설치된 배출관(22)과,
    상기 배출관(22)의 끝단에 설치되는 펌프(21) 및 조절밸브(23)를 구비하여, 상기 펌프(21)의 펌핑작용에 의해 상기 샤프트의 내부공간에 수용된 수분과 가스가 배출되는 것을 특징으로 하는 다단계 가열과 냉각을 이용한 볶음시스템.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 온도제어기(31)는 회전접점(32)을 개재하여 상기 밴드히터(11) 및 온도센서(15)와 결선되어,
    상기 온도센서(15)로부터 제공되는 각각의 드럼(10)의 온도에 대한 출력과 미리 설정된 목표치 드럼의 온도를 비교하여, 드럼의 온도가 목표치보다 낮으면 그 해당되는 드럼의 밴드히터(11)가 가열되도록 신호를 보내는 것을 특징으로 하는 다단계 가열과 냉각을 이용한 볶음시스템.
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