KR100430691B1 - 폐쇄식 냉동기 및 액체 질소를 이용한 식품급속 동결장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 폐쇄식 냉동기를 이용한 동결기와 액체 질소를 이용한 동결기를 혼합하여 구성한 급속 식품 동결기에 관한 것으로, 식품은 동결기의 한랭에 의하여 1차로 예냉되는 1차 냉각부와 액체 질소의 한랭에 의하여 최종적으로 동결되는 2차 냉각부로 구성되며, 1차 냉각부와 2차 냉각부는 상호간에 분리 및 조립이 가능하도록 1차 냉각부에는 암 베요넷이 설치되고, 2차 냉각부에는 숫 베요넷이 설치되어 있으며, 그 사이에는 동결기 내부의 한랭이 외부로 누설되는 것을 방지하기 위하여 개스킷이 설치되며, 식품은 컨베이어 벨트를 따라 1차 냉각부에 유입되고, 열교환 시스템에 의하여 강제로 예냉되며, 2차 냉각부로 유입되면 액체 질소에 의하여 동결실 내부의 온도가 저온으로 유지되며, 한랭한 질소가스의 교반에 의하여 동결되는 터널형 동결기로서, 기존의 폐쇄식 냉동기에 의한 동결기에 비하여 설비 비용이 저렴하고 크기가 작으며, 액체 질소형 동결기에 비하여 운전 비용이 저렴한 혼합형 식품 급속동결장치를 제공한다.

Description

폐쇄식 냉동기 및 액체 질소를 이용한 식품급속 동결장치{Rapid food freezer with closed cycle refrigerator and liquid nitrogen}

본 발명은 가공 식품을 급속하게 동결하는 식품동결장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 1차 냉각부에서는 소용량의 폐쇄식 냉동기를 사용하여 예냉을 하고, 2차 냉각부에서 액체 질소를 사용하여 최종 동결하는 액체 질소를 이용한 혼합형 식품급속 동결장치에 관한 것이다.

일반적으로 소형 가공식품, 아이스크림 등을 급격히 냉각 및 동결하기 위한 장비로 사용되는 식품 동결장치는, 폐쇄식 냉동기를 이용한 동결장치와 액체 질소를 이용한 동결장치의 두 종류가 사용되고 있는데, 같은 용량의 식품을 동결하는 경우 각 동결장치마다 장,단점을 가지고 있다.

첫째로, 폐쇄식 냉동기를 이용한 동결장치는, 식품이 컨베이어 벨트를 따라 터널을 지나가면서 동결되는 터널형과 스파이럴(spiral) 원판을 따라 이동하면서동결되는 스파이럴 형이 있는데, 상대적으로 설비 규모가 거대하여 많은 면적을 차지하고 동결장치를 설치하는데 사용되는 설비 비용이 매우 높은 단점이 있다.

그러나, 폐쇄식 냉동기를 이용한 동결장치는 많은 전기 에너지를 사용하기는 하나 가격이 비싼 액체 질소를 사용하는 동결장치보다 전체적인 운전 비용이 약 10 ~ 20% 정도 저렴한 장점이 있다.

그러나, 많은 한랭량을 발생시키기 위해서는 동결 용량이 커야하며, 효과적으로 열교환기의 한랭을 식품에 전달하기 위해서는 많은 양의 공기의 대류가 필요하기 때문에 대류를 위하여 넓은 동결공간이 필요하며, 따라서 전체 규모가 커지게 된다.

또한, 대용량의 냉동기는 소용량의 냉동기에 비하여 고장이 많으며 세심한 유지 관리가 필요하고, 그로 인하여 대용량의 냉동기는 유지관리 비용이 소용량의 냉동기에 비하여 높은 단점을 가진다.

운전중에 외부로부터 수분이 동결장치 내부로 식품과 함께 들어오게 되면 열교환기에 얼어붙게 되어 열교환 냉매로 사용되는 공기가 원활하게 열교환기와 열교환을 할 수 없게 되는 문제점이 있다. 이를 방지하기 위하여 대용량의 냉동기는 얼음 혹은 성애를 제거하는 제상 작업을 주기적으로 실시해야 하는 문제점을 가진다.

둘째로, 액체 질소를 이용한 동결장치는, 폐쇄식 냉동기를 이용한 동결장치에 비하여 상대적으로 규모가 작아서 설치 면적이 작아도 되며, 냉동기를 사용하지 않기 때문에 유지 관리가 간편하고 전체 설비의 비용도 폐쇄식 냉동기를 이용한 동결장치에 비하여 훨씬 저렴한 장점을 가진다.

그러나, 액체 질소를 이용한 동결장치는, 동결을 시키는 냉매로 액체 질소를 사용하기 때문에 상대적으로 높은 동결 비용이 소요되는 단점을 가지는 관계로 많은 동결장치를 제조하는 업체에서는 동결이 되기도 전에 식품을 포장하여 냉동고에 넣는 경우가 많아 식품의 품질을 저하시키는 문제점을 내포하고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은, 식품을 급속하게 동결시켜서 동결식품의 품질과 생산성을 향상시키는 급속식품 동결기에 있어서, 소용량의 폐쇄식 냉동기와 액체 질소를 사용하여 설비 비용과 운전 비용이 저렴하고 사용자들이 쉽게 사용할 수 있도록 하는 식품급속 동결장치를 제공하고자 하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명은 상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 소형 가공식품, 아이스크림 등을 냉각하고 급속하게 동결하기 위하여 1차 냉각부에서 소용량의 폐쇄식 냉동기를 사용하여 식품에 대한 예냉을 실시한 후 액체 질소를 사용하는 2차 냉각부에서 식품을 최종적으로 동결시킴으로서, 냉동기의 용량을 크게 줄여서 전기 에너지의 소모를 줄이고, 유지 관리가 간편하게 구성하고 소용량의 액체 질소를 이요함으로서 전체의 운전 비용을 줄여서 효과적으로 식품을 동결할 수 있는 폐쇄식 냉동기 및 액체 질소를 이용한 식품급속 동결장치를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

또한, 본 발명은, 상기 예냉을 위한 1차 냉각부는 소용량의 폐쇄식 냉동기를 사용하여 한랭을 발생시키고 내측에 설치된 열교환기에 한랭을 전달하며, 상부에설치된 구동모터에 의하여 작동되는 팬은 공기가 열교환기를 통과하면 한랭을 얻게 하고, 컨베이어 벨트를 통하여 내측으로 유입해 들어오는 식품과 충돌하면서 한랭을 식품에 직접적으로 전달하게 된다. 상기 1차 냉각부는 2개의 동결실로 구성되며, 동결 식품의 용량에 따라 각 냉각실은 1~2개의 열교환기가 설치되며, 제1실과 제2실의 온도는 각각 -30℃와 -36℃ 정도가 유지된다.

상기 2차 냉각부는 외측 하부에서 내측 하부로 관통하는 배관을 통하여 액체 질소가 공급되며, 액체 질소는 내측 상부에 설치된 분사 노즐에 공급되고, 분사 노즐에서 안개와 같은 형태로 분사하여 동결실의 온도를 떨어뜨리며, 상부에 설치된 구동 모터에 고정된 내측의 팬에 의하여 내측의 질소가스가 교반되어 유입해 들어오는 식품에 한랭을 전달하게 된다. 상기 2차 냉각부는 3개의 동결실로 구분되며, 액체 질소는 오직 중간에 위치한 제 2 실에만 공급 및 분사되며, 제 1 실과 제 3 실은 제 2 실로부터 유입해 들어오는 한랭한 질소 가스에 의하여 온도가 떨어지게 된다. 각 동결실의 온도는 제 2 실의 온도에 의존하게 되며, 제 2 실의 온도가 -80℃ 정도일 경우 제 1 실과 제 3 실의 온도는 각각 -60℃와 -50℃ 정도가 유지하게 된다.

상기 1차 냉각부와 2차 냉각부는 상호간에 분리 및 조립이 가능하도록 1차 냉각부에는 암 베요넷이 설치되고, 2차 냉각부에는 숫 베요넷이 설치되어 있으며, 암 베요넷과 숫 베요넷 사이에는 동결기 내부의 가스가 외부로 누설되지 않도록 개스킷이 설치된다.

도 1은 본 발명의 식품급속 동결장치의 전체 모습을 나타내는 도면.

도 2는 본 발명의 식품급속 동결장치의 1차 냉각부를 상세하게 나타내는 도면.

도 3은 본 발명의 식품급속 동결장치의 2차 냉각부를 상세하게 나타내는 도면.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 >

30 : 혼합형 식품동결장치 32 : 프레임

34 : 1차 냉각부 36 : 상부 단열케이스

38 : 하부 단열케이스 40,78 : 제 1 동결실

42,80 : 제 2 동결실 44 : 열교환 시스템

46 : 암 베요넷 48 : 플랜지

50 : 팬 구동모터 52 : 하우징

54 : 팬 구동축 56 : 열교환기

58 : 순환 팬 60 : 개스킷

64 : 단열벽 68 : 커튼

70 : 질소가스 벤트 72 : 교반용 팬

74 : 2차 냉각부 76 : 숫 베요넷

82 : 제 3 동결실 84 : 액체질소 받침판

86 : 진공단열배관 88 : 액체질소 분사노즐

90 : 밸브 유니트 92 : 컨베이어 벨트

94 : 컨베이어 구동모터 96 : 컨베이어 벨트 기어

98 : 압력버퍼탱크 100: 온도센서

이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 구성과 작동 상태를 설명한다.

도 1은 본 발명의 혼합형 식품급속 동결장치의 전체 모습을 나타내는 도면으로서, 혼합형 식품 동결장치(30)는 크게 1차 냉각부(34)와 2차 냉각부(74)로 구성되며, 상기 1차 냉각부(34)의 암 베요넷(46)과 2차 냉각부(74)의 숫 베요넷(76)이 길이방향으로 상호 결합에 의하여 일체가 되며, 내부의 하단에 컨베이어 시스템(92)이 형성된다.

상기 혼합형 식품급속 동결장치(30)는 종래의 폐쇄식 냉동기를 이용한 터널형 동결장치와 액체 질소를 이용한 터널형 동결장치를 1차 냉각부(34)와 2차 냉각부(74)로 통합한 장치로, 상기 혼합형 식품급속 동결장치(30)는 기존의 터널형 동결기에 비하여 효과적으로 한랭을 식품에 전달할 수 있는 구조를 가진다.

상기 1차 냉각부(34)와 2차 냉각부(74)는 상온의 외부와 저온의 내부를 단열하기 위하여 단열판에 의해 폐쇄되는 4각의 구조를 가지도록 형성되며, 상기 1차 냉각부(34)와 2차 냉각부(74)는 프레임(32)의 상부에 놓이게 된다.

상기 단열판은 상부 단열 케이스(36)와 하부 단열 케이스(38), 그리고 좌측과 우측의 단열 케이스와 단열문이 설치되며, 전면과 후면에 식품이 유입되는 유입구와 출구가 설치된다.

상기 1차 냉각부(34)에는 2개의 동결실이 구성되는데, 제 1 동결실(40)과 제 2 동결실(42)이 일체로 형성되며, 각각의 동결실에는 식품의 동결용량 및 동결기의 용량에 따라 열교환 시스템(44)의 갯수가 결정된다.

1개의 열교환 시스템(44)은 구동 모터(50)와 연결된 순환 팬(58),하우징(52), 열교환기(56)로 구성되며, 상기 열교환기(56)의 직하부에는 컨베이어 벨트(92)가 설치된다. 각각의 동결실은 상호간의 단열 및 한랭한 공기의 흐름을 억제하기 위하여 분리벽(64)과 컨베이어 벨트(92)의 상단에 커튼(68)이 설치되어 있다.

상기 열교환 시스템(44)은 공기를 순환시켜 열교환기(56)의 한랭을 식품에 전달하는 역할을 한다. 즉, 구동모터(50)에 고정된 순환 팬(58)은 공기를 강제로 하우징(52)에 유입시켜서 공기를 열교환기(56)의 내부로 통과시키며, 이때 공기는 열교환기(56)로부터 한랭을 얻게 되고, 상기 컨베이어 벨트(92)를 따라 유입해 들어오는 식품과 충돌하면서 한랭을 전달한다.

여기에서 열교환기(56)는 외부에 설치된 폐쇄식 동결기로부터 한랭을 공급받으며, 한랭을 전달한 공기는 컨베이어 하단을 통과한 후 다시 상부로 이송되어 순환 팬(58)으로 유입되게 된다.

또한, 상기 2차 냉각부(74)는 3개의 독립된 동결실이 구성되어 있으며, 각 동결실에는 상부단열 케이스(36)의 상단에 설치된 팬 구동모터(50)에 의하여 작동되는 교반용 팬(72)이 설치되고 상기 상부단열 케이스(36)에는 하단에 액체 질소를 제어하는 밸브 유니트(90)가 설치된다.

상기 밸브 유니트(90)를 구성하는 배관은 제 2 동결실(42)의 하부의 단열 케이스(38)를 관통하여 제 2 동결실(80)의 상부에 설치된 분사노즐(88)에 연결되며, 상기 배관은 액체 질소가 이송되는 라인이며, 액체 질소는 외부에 설치된 초저온 액화가스 저장탱크로부터 밸브 유니트(90)를 통하여 공급되며, 분사노즐(88)에서안개와 같은 형태로 분사되게 된다. 액체질소 분사량은 제 2 동결실(80)의 온도를 감지하여 온도제어 판넬에서 결정되며, 밸브 유니트(90)의 밸브로 주어진 양만큼 공급된다. 상기 제 2 동결실(80)에서 발생한 한랭한 가스가 제 1 동결실(78)로 이송되면서 제 1 동결실(78)의 온도를 떨어뜨리게 되며, 제 3 동결실(82)은 과냉된 식품의 표면으로부터 상대적으로 온도가 높은 심부로 한랭이 전달되는 시간을 제공한다. 상기 컨베이어 벨트(92)를 타고 상기 1차 냉각부(34)에서 예냉된 후 유입해 들어오는 식품은 교반용 팬에 의하여 한랭한 질소가스와 충돌에 의하여 온도가 떨어지게 된다.

상기 2차 냉각부(74)는 상기 1차 냉각부(34)와 마찬가지로 각 동결실을 단열하기 위하여 각 동결실 사이에 단열벽(64)과 커튼(68)이 설치된다.

상기 혼합형 식품 동결장치(30)는 동결기 내부에서 발생한 질소 가스를 계속적으로 외부로 배출하기 위하여 질소가스 벤트(70)가 설치되며, 컨베이어 시스템을 구동하기 위한 컨베이어 구동모터(94)가 상기 2차 냉각부(74)의 후단에 설치된다.

도 2는 본 발명의 혼합형 식품 동결장치의 1차 냉각부(34)를 상세하게 나타내는 도면이다. 상기 1차 냉각부(34)의 제 1 동결실(40)과 제 2 동결실(42)은 각각 2개의 열교환 시스템(44)을 가지고 있으며, 각 동결실(40)(42)은 1개의 팽창밸브에 의하여 냉매의 온도가 떨어지고 한랭한 냉매는 2개의 열교환기(56)에 동시에 공급되며, 상기 열교환기(56)를 통과한 냉매는 압력 버퍼탱크(98)에 모이게 되며, 상기 압력버퍼 탱크(98)에 모인 냉매는 다시 압축기로 이송되게 된다.

도 3은 본 발명의 혼합형 식품급속 동결장치의 2차 냉각부(74)를 상세하게나타내는 도면으로서, 상기 2차 냉각부(74)는 제 2 동결실(80)의 컨베이어 벨트(92) 사이에 액체 질소 받침판(84)을 설치하여 액체 질소가 분사될 때에 액체질소가 하부 케이스의 바닥에 모이게 됨으로서 쉽게 제 1 동결실(78)로 이송되어 액체 질소가 소모되는 것을 방지시키는 구조로 구성된다.

상기 1차 냉각부에는 도면상 우측에 암 베요넷이 설치되는데, 이는 상기 2차 냉각부(74)의 좌측에서 설치된 숫 베요넷(76)과 암 베요넷이 조립되며, 상기 암 베요넷과 숫 베요넷(76) 사이에는 가스의 유출을 방지하기 위하여 개스킷(60)이 설치된다. 상기 1차 냉각부의 암 베요넷을 형성한 곳에는 외주에 플랜지가 형성되어 있어 상호 밀착되게 볼트와 너트를 이용하여 결합시킬 수 있다.

상기 구성에서 알 수 있듯이, 혼합형 식품급속 동결장치(30)는 종래의 식품 동결장치에 대한 문제점을 개량하고 혼합한 것으로, 식품을 1차로 예냉하는 폐쇄식 동결부인 1차 냉각부(34)와 식품을 최종적으로 동결 온도에서 동결하는 액체 질소 동결부인 2차 냉각부(74)로 구성시키며, 상기 1차 냉각부(34)와 2차 냉각부(74)에서는 한랭이 새어나가지 않는 구조로 형성시킴과 아울러 조립 및 분리가 가능하도록 형성한 관계로 공장에서 제작된 제품을 현장으로 운송하여 설치 및 해체가 간편하다.

본 발명의 액체 질소를 이용한 혼합형 식품급속 동결장치는, 종래의 액체 질소용 동결장치와 크기면에서 비슷하지만 종래의 폐쇄식 냉동기에 비하여 차지하는 면적이 훨씬 적고 그 설비 비용도 저렴하며, 액체 질소를 이용하는 동결장치의 단점으로 지적된 운전비용 문제를 완벽하게 해소하였다.

또한, 상기 폐쇄식 동결장치에서는 동결되는 생산량이 동결기의 한랭량에 의하여 결정되기 때문에 생산량을 조절하기 어려우나 상기 혼합형 동결기는 액체 질소의 양을 임의로 조절할 수 있기 때문에 생산량의 조절의 가능하다.

본 발명의 혼합형 식품 동결장치는 두 부분으로 구성되어 있으며, 장비를 공장 및 현장에서 서로 조립 및 분리시킬 수 있도록 구성되어 있어 작업자들이 종래의 동결장치에 비하여 간단하게 운송 및 설치할 수 있으므로 작업성 측면에서 뛰어나다 할 것이다.

특히, 본 발명의 혼합형 식품 동결장치는 같은 용량을 동결하는 경우 종래의 동결기에 비하여 설비 비용과 운전 비용면에서 경제적이고, 크기가 종래의 액체 질소용 동결기와 비슷함으로 장소가 상대적으로 협소한 업체에서도 설치가 가능함으로 국내의 식품 동결시장에 커다란 발전을 기대할 수 있다.

Claims (3)

1. 식품을 급속하게 동결하는 터널형 식품 급속 동결장치에 있어서, 동결식품을 폐쇄식 냉동기의 한랭을 이용하여 예냉하는 1차 냉각부(34)와 예냉된 식품을 액체 질소의 한랭을 이용하여 최종 동결시키는 2차 냉각부(74)로 구성시키고, 상기 1차 냉각부(34)와 2차 냉각부(74)의 상호간 연결을 암, 숫 베요넷(46)(76)을 이용하여 조립 및 분리할 수 있도록 구성시키며, 상기 1차 냉각부(34)와 2차 냉각부(74)에는 그 내부에 컨베이어 벨트(92)가 설치되고 동결기의 입구 및 출구에 커튼이 설치되어 외부의 유체가 유입되지 않도록 구성시킨 혼합형 식품 급속동결장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 1차 냉각부(34)는 1개 이상의 동결실로 구성되며, 각 동결실에는 팬 구동모터(50), 순환 팬(58), 하우징(52), 열교환기(56)로 구성된 열교환 시스템(44)이 1개 이상 설치되며, 상기 열교환기(56)와 컨베이어 벨트(92)의 간격을 최소화하여 열교환기를 통과한 냉기류가 식품에 직접적으로 충돌할 수 있는 구조를 가지도록 구성시킨 것을 특징으로 하는 혼합형 식품 급속 동결장치.
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