KR101834739B1 - 초음파 해동장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 발열이 억제되는 금속진동판을 이용하여 냉동식품을 급속해동하기 위한 초음파 해동장치에 관한 것으로, 냉동식품을 사이에 두고 서로 평행하게 이격되어 대향하도록 배치되며, 소정시간 동안 냉동식품에 일정 강도의 초음파를 전달하는 한 쌍의 금속진동판, 한 쌍의 금속진동판이 냉동식품에 접촉하도록 조절하여 고정시키는 금속진동판 고정부 및 한 쌍의 금속진동판에 특정 주파수의 진동에너지를 공급하는 발진기를 포함한다. 이에 따라, 낮은 온도에서 급속해동이 가능한 초음파 해동장치를 제공하여 미생물 증식 문제를 해결 하는 효과가 있다.

Description

초음파 해동장치{ULTRASONIC THAWING MACHINE}

본 발명은 파렛트 초음파 해동장치로, 더욱 상세하게는 발열이 억제되는 금속진동판을 이용하여 냉동식품을 급속해동하기 위한 초음파 해동장치에 관한 것이다.

냉동식품을 냉장에서 해동할 경우, 냉동식품이 냉장상태에 장시간 노출됨으로써 식품 표면으로부터 내부를 향하여 해동이 점차 진행되며, 육류의 경우 최대빙결정형성대를 지나며 세포 외부에 얼음결정이 형성되어 해동시 드립으로 유출되나, 이러한 세포외부로 유출된 수분이 다시 세보내부로 흡수되어 드립이 적어져, 완만해동인 냉장해동이 최적의 해동법으로 제시되고 있다. 하지만 이 방법은 장시간을 요하므로 효율이 나쁘기 때문에, 냉동식품에 초음파, 마이크로파를 조사하여 급속해동하는 기술들이 개발되고 있다.

그러나, 마이크로파를 조사하는 경우, 냉동식품의 일부분이 해동되어 물이 되어 물 부분에 발열이 집중되어 마이크로파가 냉동식품 내로 깊숙이까지 침투하지 못하고 해동 된 부분에서만 강제적인 열을 발생시키게 되므로 표면부와 내부의 해동진행 격차가 심화되어 냉동식품의 품질을 저하시키는 문제가 있다.

또한, 초음파를 이용한 해동에서의 문제점은 초음파 진동자의 발열현상과 초음파에 의한 에너지 전달이 고체상태에서 용이하다는 점이다. 따라서 초음파 진동자의 발열로 접촉면의 냉동식품이 녹았을 경우 냉동식품 내로 초음파 에너지 전달이 용이하지 않으며, 발열 문제로 인해 냉동식품의 중심부분이 해동될 때의 표면은 진동자 발열 온도에 해당하는 온도로 상승되어 미생물 증식으로 인한 안전성의 문제가 발생할 수 있다.

따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 금속진동판의 발열이 농산물에 직접 전달되는 것을 억제하고, 고체상에서의 전달을 최적화 할 수 있는 초음파 해동기를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 초음파 해동기는 냉동식품을 사이에 두고 서로 평행하게 이격되어 대향하도록 배치되며, 소정시간 동안 상기 냉동식품에 일정 강도의 초음파를 전달하는 한 쌍의 금속진동판, 상기 한 쌍의 금속진동판이 상기 냉동식품에 접촉하도록 조절하여 고정시키는 금속진동판 고정부 및 상기 한 쌍의 금속진동판에 특정 주파수의 진동에너지를 공급하는 발진기를 포함한다.

각각의 상기 금속진동판은, 진동자 케이스 및 상기 진동자 케이스의 내부에 고정되고, 초음파를 발생시키는 압전물질을 포함하는 진동자를 포함할 수 있다.

각각의 상기 금속진동판은 상기 진동자 케이스의 내부로 냉각유를 순환시키는 냉각유 배관을 더 포함할 수 있다.

상기 진동자 케이스는 구리 또는 알루미늄으로 형성될 수 있다.

상기 진동자는 상기 진동자 케이스가 상기 냉동식품과 닿는 면에 고정될 수 있다.

상기 금속진동판 고정부는, 상기 한 쌍의 금속진동판들을 관통하여 지지하는 적어도 두 개의 지지봉 및 상기 지지봉에 형성되며, 상기 한 쌍의 금속진동판들이 상기 냉동식품을 해동하는 동안 상기 냉동식품에 접촉되어 있도록 힘을 가해주는 가압부를 포함할 수 있다.

상기 금속진동판 고정부는, 상기 냉동식품이 상기 가압부의 압력에 의해 손상되는 것을 방지하도록, 상기 한 쌍의 금속진동판들 사이의 간격을 유지시켜주는 스토퍼를 더 포함할 수 있다.

상기 발진기는 100~600KHz의 주파수의 진동에너지를 공급할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 본 발명은 급속해동이 용이한 초음파 해동장치를 제공할 수 있다.

또한, 낮은 온도에서 급속해동이 가능한 초음파 해동장치를 제공하여 미생물 증식 문제를 해결할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 해동기를 나타낸 사시도이다.
도 2는 도 1의 진동자를 나타낸 사시도이다.
도 3은 도 1의 금속진동판의 단면을 나타낸 단면도이다.
도 4는 도 1의 금속진동판들이 발진기로부터 공급받은 진동에너지에 의하여 진동하는 모습을 나타낸 개념도이다.
도 5는 도 1의 초음파 해동기를 이용하여 실험한 냉동무의 중심부 온도 변화 그래프이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성 요소는 제2 구성 요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성 요소도 제1 구성 요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성 요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 해동기를 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 해동기는 냉동식품에 일정 강도의 초음파를 전달하는 한 쌍의 금속진동판(100), 상기 한 쌍의 금속진동판(100)이 상기 냉동식품에 접촉하도록 조절하여 고정시키는 금속진동판 고정부(200) 및 상기 한 쌍의 금속진동판(100)에 특정 주파수의 진동에너지를 공급하는 발진기(300)를 포함한다.

상기 한 쌍의 금속진동판(100)은 냉동식품을 사이에 두고 서로 평행하게 이격되어 대향하도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 한 쌍의 금속진동판(100)은 지면과 평행하게 일정 간격을 두고 이격되어 배치되는 것이 바람직하다.

상기 한 쌍의 금속진동판(100)은 해동시킬 냉동식품을 두께만큼의 간격을 두고 이격되어 배치될 수 있으며, 상기 한 쌍의 금속진동판(100) 사이에 냉동식품이 위치시키고 해동하게 된다.

각각의 상기 금속진동판은 도 1 내지 도 3을 참조하여 이하에서 자세하게 설명하기로 한다.

도 2는 도 1의 진동자를 나타낸 사시도이고, 도 3은 도 1의 금속진동판의 단면을 나타낸 단면도이다.

각각의 상기 금속진동판(100)은, 진동자 케이스(110), 상기 진동자 케이스(110) 내부에 고정되어 초음파를 발생시키는 진동자(120) 및 상기 진동자 케이스(110)의 내부로 냉각유를 순환시키는 냉각유 배관(130)을 포함할 수 있다.

도 1 및 도 3에 따르면, 각각의 상기 금속진동판(100)은 상기 금속진동판(100)이 상기 냉동식품에 접촉하게 되는 면에 상기 진동자(120)를 실장하여 상기 진동자(120)가 발생시키는 초음파를 냉동식품에 전달하기 용이하다.

상기 진동자 케이스(110)는 상기 진동자(120)를 실장하고 상기 금속진동판 고정부(200)에 고정이 용이하도록 케이스의 형태를 갖는다. 본 발명에서는 두꺼운 진동자 케이스(110)에 홈이 형성되고, 상기 홈 내부에 진동자(120)가 실장되어 있는 형태를 갖으나, 이에 한정하지 않고, 금속판 상에 진동자(120)가 배치되고 상기 진동자(120)를 공간을 두어 밀봉하는 형태일 수도 있다.

상기 진동자(120)는 상기 발진기(300)로부터 공급받은 진동주파수에 의하여 진동하며 초음파를 상기 진동자 케이스(110)에 접촉하고 있는 냉동식품에 전달하게 된다.

상기 진동자(120)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 한 쌍의 전극(122) 및 상기 한 쌍의 전극(122) 사이에 압전소자(124)가 배치되어, 상기 발진기(300)로부터 특정 주파수 진동에너지를 공급받는다.

상기 압전소자(124)의 두께는 압전소자(124)의 종류와 상기 발진기(300)로부터 공급받는 진동주파수에 따라 달라지는 것이 바람직하며, 따라서 상기 진동자(120)가 교체 가능하도록 실장 될 수 있다.

상기 진동자 케이스(110)는, 또한, 상기 발진기(300)로부터 상기 진동자(120)에 진동에너지를 공급하는 RF케이블단자(140) 및 상기 진동자 케이스(110) 내부로 냉각유를 순환시키는 냉각유 배관(130)을 포함할 수 있다.

상기 진동자(120)는 진동하는 동안 열을 발산하게 되며, 열을 과도하게 발산하게 되면 과열 의해 파손될 수 있고, 또한 발산된 열이 상기 진동자 케이스(110)에 전달되어 상기 진동자 케이스(110)에 접촉하고 있는 냉동식품의 표면부의 온도를 상승시키게 되므로, 상기 냉각유 배관(130)을 통하여 공급된 냉각유로 상기 진동자(120)를 직접 냉각시켜 발열을 억제한다.

상기 냉각유 배관(130)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 진동자 케이스(110) 내부에 형성된 공간(A)에 냉각유를 유입하여 상기 진동자(120)를 냉각시킨 후 배출한다. 상기 진동자 케이스(110)는 상기 냉각유가 누유되지 않도록 밀봉되며, 상기 RF케이블단자(140)는 RF케이블이 냉각유에 노출되지 않도록 형성한다. 상기 냉각유는 전기적으로 절연특성을 갖는 냉각유, 예를 들어 실리콘오일과 같은 냉각용 오일인 것이 바람직하다.

상기 진동자 케이스(110)는, 상기 냉각유가 상기 진동자 케이스(110)를 쉽게 냉각시켜 상기 냉동식품에 열이 전달되지 않도록, 열전도율이 좋은 구리나 알루미늄으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 한 쌍의 금속진동판(100)은 냉동식품에 접촉할 수 있도록 상기 금속진동판 고정부(200)에 의하여 사이 간격을 조절되고 고정된다.

상기 금속진동판 고정부(200)는, 상기 한 쌍의 금속진동판(100)들을 관통하여 지지하는 지지봉(210)들 및 상기 진동판들이 상기 냉동식품에 접촉되어 있도록 힘을 가해주는 가압부를 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 네 개의 상기 지지봉(210)들이 상기 한 쌍의 금속진동판(100)들의 가장자리를 관통하여 평행하게 지지하고 있다. 본 발명에서는 네 개의 상기 지지봉(210)들이 상기 금속진동판(100)들을 관통하며 평행하게 지지하고 있으나, 이에 한정하지 않으며, 냉동식품을 해동하는 동안 상기 한 쌍의 금속진동판(100)들을 평행하게 지지할 수 있는 다른 형태의 지지대 또는 장치일 수 있다.

상기 지지봉(210)들에 지지되는 상기 한 쌍의 금속진동판(100)들에 의하여 상기 냉동식품이 해동되는 동안 상변화가 일어나 상기 한 쌍의 금속진동판(100)들과 냉동식품에 공간이 생기는 것을 방지하기 위하여 상기 가압부가 상기 지지봉에 설치된다.

도 1을 참조하면 상기 가압부는 상기 한 쌍의 금속진동판(100) 중 상판의 상부에 배치되며, 스프링(220) 및 상기 스프링(220)을 고정시켜주는 스프링 고정대(230)를 포함한다.

상기 스프링(220)은, 상기 스프링 고정대(230)에 고정되어 상기 한 쌍의 금속진동판(100) 중 상판에 일정한 압력을 주며, 이에 따라 냉동식품의 해동시 상기 한 쌍의 금속진동판(100)들이 상기 냉동식품과의 사이에 공간발생을 억제하는 역할을 할 수 있다.

상기 스프링(220)은, 냉동식품의 해동시 상기 한 쌍의 금속진동판(100)들의 사이 간격이 변하더라도 압력의 변화는 적을 수 있도록 충분한 길이의 스프링(220)을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 가압부는 연약한 재질의 농산물 등의 해동 시 농산물이 압력에 압착되어 손상될 수 있으므로, 상기 한 쌍의 금속진동판(100)들 사이의 간격을 유지시켜주는 스토퍼(240)들이 도 1에 도시된 바와 같이 상기 지지봉(210)이 관통하는 상기 한 쌍의 금속진동판(100)들 사이 부분에 배치되어 상기 스프링(220)의 탄성에 의하여 연약한 재질의 농산물 등의 냉동식품이 필요 이상 가압되는 것을 방지 할 수 있으며, 상기 스토퍼(240)는 위치 조절 가능한 것이 바람직하다.

상기 금속진동판 고정부(200)에 의하여 고정된 상기 금속진동판(100)은 상기 발진기(300)로부터 진동에너지를 공급받아 냉동식품을 해동하기 시작한다.

상기 발진기(300)는 RF케이블단자(140)를 통하여 연결되는 상기 진동자(120)에 진동에너지를 공급한다. 예를 들어, 상기 발진기(300)는 100~1000kHz의 주파수를 갖는 진동에너지를 공급할 수 있다. 상기 발진기(300)는 공급하는 진동에너지를 조절할 수 있으며, 상기 해동하는 냉동식품의 물질에 따라 공진 주파수에 다른 변동이 생기는데, 이러한 주파수 변화에 맞추어 정해진 진동에너지를 공급할 수 있도록, 자동으로 주파수를 조정하는 기능이 있는 것이 바람직하고, 상기 공급되는 진동에너지는 디지털로 표시되어 확인 가능한 것이 바람직하다.

도 4는 도 1의 금속진동판들이 발진기로부터 공급받은 진동에너지에 의하여 진동하는 모습을 나타낸 개념도이고, 도 5는 도 1의 초음파 해동기를 이용하여 실험한 냉동무의 중심부 온도 변화 그래프이다.

도 4에 도시된 바와 같이. 상기 발진기(300)에서 발생된 진동에너지, 예를 들어, 사인파는 진동자(120)에 공급되는데, 각각의 상기 진동금속판에 대해 동일한 위상을 공급하거나 반대 위상, 혹은 π/2도의 위상차를 갖도록 공급하는 것이 바람직하며, 선형적으로 0~π까지의 위상차를 조절하는 기능을 갖도록 하는 것이 바람직하다.

상기 구성을 포함하는 본 발명의 초음파 해동기를 이용하여 3cm두께로 절단한 냉동무의 급속해동을 600W, 132kHz를 공급한 상태, 490W, 580kHz를 공급한 상태 및 770W,1000kHz를 공급한 상태를 구별하여 실험해본 결과, 도 5에 도시된 바와 같이, 진동자에 770W,1000kHz를 공급한 경우 진동자의 발열현상이 너무 커서 본 발명의 초음파 해동기에 부적절했으며, 발진기가 600W, 132kHz와 490W, 580kHz를 공급했을 때, 상기 냉동무의 중심온도는 약 20~25분만에 0℃에 도달한 것을 알 수 있으며, 상온에서 완만한 해동을 했을 때에 비하여 급속해동된 것을 알 수 있다.

앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 금속진동판 110 : 진동자 케이스
120 : 진동자 122 : 전극
124 : 압전소자 130 : 냉각유 배관
140 : RF케이블단자 200 : 금속진동판 고정부
210 : 지지봉 220 : 스프링
230 : 스프링고정대 240 : 스토퍼
300 : 발진기

Claims (8)

1. 냉동식품을 사이에 두고 서로 평행하게 이격되어 대향하도록 배치되며, 소정시간 동안 상기 냉동식품에 일정 강도의 초음파를 전달하는 한 쌍의 금속진동판;
   상기 한 쌍의 금속진동판이 상기 냉동식품에 접촉하도록 조절하여 고정시키는 금속진동판 고정부; 및
   상기 한 쌍의 금속진동판에 특정 주파수의 진동에너지를 공급하는 발진기를 포함하고,
   각각의 상기 금속진동판은,
   진동자 케이스; 및
   상기 진동자 케이스의 내부에 고정되고, 초음파를 발생시키는 압전물질을 포함하는 진동자를 포함하고,
   각각의 상기 금속진동판은,
   상기 진동자 및 상기 진동자 케이스를 냉각하여 상기 냉동식품 표면부 온도상승을 방지하도록 상기 진동자 케이스의 내부로 냉각유를 순환시키는 냉각유 배관을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 해동기.
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 진동자 케이스는 구리 또는 알루미늄으로 형성된 것을 특징으로 하는 초음파 해동기.
5. 제1항에 있어서,
   상기 진동자는 상기 진동자 케이스가 상기 냉동식품과 닿는 면에 고정되는 것을 특징으로 하는 초음파 해동기.
6. 제1항에 있어서, 상기 금속진동판 고정부는,
   상기 한 쌍의 금속진동판들을 관통하여 지지하는 적어도 두 개의 지지봉;
   상기 지지봉에 형성되며, 상기 한 쌍의 금속진동판들이 상기 냉동식품을 해동하는 동안 상기 냉동식품에 접촉되어 있도록 힘을 가해주는 가압부를 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 해동기.
7. 제6항에 있어서, 상기 금속진동판 고정부는,
   상기 냉동식품이 상기 가압부의 압력에 의해 손상되는 것을 방지하도록, 상기 한 쌍의 금속진동판들 사이의 간격을 유지시켜주는 스토퍼를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 초음파 해동기.
8. 제1항에 있어서,
   상기 발진기는 100~1000KHz의 주파수의 진동에너지를 공급하는 것을 특징으로 하는 초음파 해동기.

Images