KR101944267B1 - 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치에 관한 것으로, 대기압에서 유전체 방전 플라즈마를 이용하여 알갱이 식품에서 기인되는 냄새를 효과적으로 제거하기 위한 것이다. 알갱이 식품이 투입된 다공성 회전 챔버를 회전시킨 상태에서, 플라즈마 발생에 필요한 공정 가스를 이중 반응관에 주입한 후 이중 반응관 내에서 발생되는 대기압 유전체 방전 플라즈마를 다공성 회전 챔버에 투입된 알갱이 식품에 분출하여 알갱이 식품에서 기인되는 냄새를 제거한다. 이때 다공성 회전 챔버를 회전시켜 투입된 알갱이 식품을 고르게 섞어줌으로써, 플라즈마에 알갱이 식품이 균일하게 노출시켜 냄새 제거를 보다 효과적으로 수행할 수 있다. 또한 이중 전극관 내부로 냉매를 순환시킴으로써, 이중 전극관의 온도와 플라즈마 온도가 상승하는 것을 억제하고, 이를 통하여 플라즈마로 표면 처리되는 알갱이 식품의 표면 손상을 억제할 수 있다.

Description

대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치{Deodorizing device of granular food using atmospheric pressure plasma}

본 발명은 식품의 냄새 제거 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대기압에서 유전체 방전 플라즈마를 이용하여 알갱이 식품에서 기인되는 냄새를 제거하는 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치에 관한 것이다.

최근 소비자들의 건강에 대한 관심 증가와 노령인구의 급속한 증가로 건강보조식품 시장이 급속도로 확대되어 다양한 종류의 제품이 소개되고 있다. 과거에는 소비자들이 식품의 기능성에 더 큰 관심을 가지고 제품을 구입하는 경향이 높았으나, 현재는 제품의 기능성에 더하여 소비자들의 개인적인 취향이 결부되어 섭취 시의 맛과 향을 만족하는 맞춤형 건강기능식품이 요구되고 있다.

특히 생선성분 유래 제품들은 건강에 유익한 성분을 포함하고 있어 다양한 종류로 제품화되어 공급되고 있다. 예컨대 주요성분인 오메가3 불포화지방산은 혈전 생성을 억제하며, 협심증, 심근경색 및 뇌경색을 예방할 수 있고, 혈중콜레스테롤과 중성지방을 저하시키는 작용을 하는 고도불포화지방산인 에이코사펜타엔산(eicosapentaenoic acid; EPA)과 도코사헥사엔산(docosa hexaenoic acid; DHA)을 함유하고 있다. 위생 기준을 만족시키는 생산 시스템에서 오메가3 불포화지방산을 함유하는 제품을 제조하지만, 오메가3 불포화지방산에서 유래되는 고유의 비린내 때문에 냄새에 민감한 많은 소비자들은 섭취를 꺼린다.

이러한 문제점을 해소하기 위해서, 오메가3 캡슐을 장용코팅(enteric coating)하여 위산에 견디고 장에서 녹는 제품으로 공급되고 있다. 하지만 장용코팅으로 캡슐 크기가 커지고, 비 코팅에 비해 상대적으로 주 내용물의 함유량이 적어질 뿐만 아니라 코팅재료로부터 기인되는 불필요한 성분의 추가 섭취의 문제와 생산비용의 상승으로 제품 단가가 높아지는 단점이 있다.

오메가3 제품의 캡슐화 공정에서 캡슐 불량 또는 내용물 누설이 발생하면, 미미한 양이라도 동일 공정 내에 존재하는 모든 캡슐 제품의 표면을 오염시킬 수가 있고 이를 완벽하게 냄새 제거하는 것은 불가능하다. 오염이 심할 경우, 일부라도 제거하기 위해 다시 세척 및 건조 공정을 거치면 잔류물이 남아 표면을 오염시킬 수가 있고, 캡슐 표면이 노후화되어 저장 안정성이 떨어져 또 다시 캡슐 불량 및 누설이 발생할 가능성이 높아진다. 따라서 캡슐 및 정제형 제품의 최종포장단계까지의 확실한 냄새 제거를 실현하기 위해 위생적인 냄새 제거 기술을 확보하여 소비자의 취향을 만족시키고 유통 안정성을 높이는 것이 중요하다.

한국등록특허 제10-1682885호(2016.11.30. 등록)

기존의 냄새 제거 기술들은 처리 대상이 생활 및 축산 쓰레기와 공기정화를 목적으로 주로 발전해왔으며, 사용의 용이성을 위해 대기압 코로나 방전 방식이 주로 적용되어 왔다. 이러한 처리 대상물들은 열, 전기적 충격 및 기타 손상을 받아도 상관없기 때문에, 불균일한 필라멘트(filament)형 스트리머를 형성하는 코로나 방전이 냄새 제거를 위한 청정 기술로 인지되고 있다. 하지만 대기압 코로나 방전 방식을 표면이 민감하고 인체 건강에 영향을 주는 식품에 적용하기에는 많은 위험성이 따른다.

한편 액상 내용물을 고형물화해서 섭취할 수 있는 편리성이 높은 제품 형태가 연질캡슐(soft gelatin capsules)이며, 오메가3 제품에 대표적으로 적용이 되고 있다. 연질캡슐은 제조 시 원료의 충전과 캡슐 피막의 성형이 동시에 이뤄지며 일반적으로 젤라틴 시트(gelatin sheet)에 가소제로서 글리세린(glycerin)과 소르비톨(sorbitol)을 첨가하여 탄력성과 유연성이 부여된다. 이 피막은 공기 중의 산소 차단성이 높고 내용물의 성분 열화를 방지하는 효과가 높으며, 먹기 쉽고 이물질 혼입이 없다.

하지만 연질캡슐은 습도와 온도에 매우 민감하여, 습도의 경우 캡슐 보관 또는 충전 공정 시 일정한 수분함유량을 가지는 RH 30~50%로 유지해야 하고, 온도의 경우 상온 이상에 방치될 경우 연화되어 외부로부터의 열과 충격에 대한 저항성이 떨어져 불량 및 누설을 야기한다. 특히 연질캡슐이 대기압 코로나 방전 플라즈마에 노출될 경우, 미세한 필라멘트 방전에도 피막이 손상을 입어 스트리머와의 접촉 부위가 녹아 구멍이 생겨 결국 캡슐이 파손될 수 있다. 미세 필라멘트가 생성되지 않는 진공 플라즈마를 사용할 경우, 진공 상태의 낮은 압력으로 연질캡슐이 팽창하여 피막이 파손되어 내용물이 터져 나올 수 있다.

이러한 이유로 연질캡슐의 냄새 제거를 위해 플라즈마 기술을 사용한 사례가 없었고, 일반적인 장용코팅 방법이 사용되고 있는 실정이다.

따라서 본 발명의 목적은 캡슐형, 정제형 식품 등과 같은 알갱이 식품에서 기인되는 냄새를 효과적으로 제거할 수 있는 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 알갱이 식품의 냄새 제거 시 손상이 없고 저온의 단일 공정에서 냄새를 균일하고 안정적으로 제거할 수 있는 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 회전부; 알갱이 식품이 투입되는 내부 공간을 가지고, 상기 회전부에 의해 회전하면서 투입된 알갱이 식품을 굴려주고, 둘레면에 균일하게 배기 구멍이 형성된 다공성 회전 챔버; 상기 다공성 회전 챔버 내에 고정 설치되되 상기 다공성 회전 챔버의 회전축 방향으로 길게 설치되며, 내부로 냉매가 순환하는 내부 전극관과, 상기 내부 전극관을 둘러싸는 외부 전극관을 포함하고, 상기 외부 전극관은 한 쪽에 공정 가스가 주입되는 주입 구멍들이 형성되어 있고, 상기 주입 구멍들의 반대 쪽에 플라즈마가 분출되는 분출 구멍이 형성되어 있는 이중 전극관; 상기 다공성 회전 챔버 내에 고정 설치되며, 상기 이중 전극관의 주입 구멍들로 플라즈마 발생용 공정 가스를 공급하는 샤워 헤드를 갖는 가스 공급부; 및 상기 이중 전극관에 교류전압을 인가하여 상기 샤워 헤드를 통하여 공급되는 공정 가스를 기반으로 상기 이중 전극관 내에서 대기압 방전 플라즈마를 발생시켜 상기 다공성 회전 챔버 내의 알갱이 식품의 표면 처리를 통해 냄새를 제거하는 교류전원;을 포함하는 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치를 제공한다.

상기 다공성 회전 챔버의 배기 구멍의 크기는 투입되는 알갱이 식품의 크기보다는 작다.

상기 다공성 회전 챔버는, 원판 형태로 서로 이격되게 설치되며, 상기 이중 전극관과 상기 가스 공급부가 고정되는 한 쌍의 플랜지; 및 상기 한 쌍의 고정 플랜지를 둘러싸는 관 형태를 가지며, 상기 한 쌍의 고정 플랜지에 원형 베어링을 매개로 회전 가능하게 연결되며, 알갱이 식품이 투입되는 내부 공간을 형성하고, 둘레면에 균일하게 상기 배기 구멍들이 형성된 챔버관;을 포함할 수 있다.

상기 내부 전극관은, 냉매가 투입되어 배출되며, 상기 교류전원에 연결되는 내부 금속관; 및 상기 내부 금속관의 외주면을 덮는 유전체관;을 포함할 수 있다.

상기 외부 전극관은, 상기 내부 전극관의 유전체관과의 사이의 플라즈마 발생 공간을 형성하도록 상기 내부 전극관의 유전체관을 둘러싸며, 상부에 상기 주입 구멍들이 형성되어 있고, 상기 주입 구멍들에 반대되는 하부에 상기 분출 구멍이 적어도 하나가 형성되어 있고, 상기 교류전원에 연결된다.

상기 내부 전극관과 상기 외부 전극관 간에 상기 교류전원으로부터 교류전압이 인가되어 대기압 플라즈마를 발생시킨다.

상기 가스 공급부의 샤워 헤드는, 상기 이중 전극관의 상부에 상기 이중 전극관을 따라서 형성된 메인 가스 주입 라인; 및 상기 메인 가스 주입 라인과 상기 외부 전극관의 주입 구멍들을 각각 연결하여 상기 메인 가스 주입 라인으로 이동한 공정 가스를 상기 주입 구멍들로 주입하는 복수의 서브 가스 주입 라인;을 포함할 수 있다.

상기 이중 전극관이 상하로 이동 가능하게 상기 한 쌍의 플랜지에 설치될 수 있다.

상기 회전부는 상기 다공성 회전 챔버를 5~30 rpm으로 회전시킨다.

상기 가스 공급부는 1~10 slm의 공정 가스를 공급한다.

상기 교류전원은 5~25kV의 중간주파수(middle frequency), RF 또는 마이크로웨이브(microwave) 교류전압을 인가한다.

그리고 상기 공정 가스는 공기, 질소, 산소, 아르곤 또는 헬륨을 포함한다.

본 발명에 따르면, 대기압에서 발생시킨 유전체 방전 플라즈마를 이용하여 알갱이 식품에서 기인되는 냄새를 효과적으로 제거할 수 있다. 즉 대기압 유전체 방전 플라즈마에서 불균일하게 형성되는 필라멘트형 스트리머 공간으로 냄새 제거에 유리한 공정 가스를 제공하여 전극 하부 슬릿으로 배출시킴으로써, 필라멘트형 스트리머가 없는 균일한 플라즈마 활성종으로 알갱이 식품에 국부적인 손상 없이 단순한 공정으로 냄새를 제거할 수 있다.

알갱이 식품의 성분 및 특성에 맞는 공정 가스로 대기압 유전체 방전 플라즈마를 발생시킴으로써, 알갱이 식품에서 기인되는 냄새를 효과적으로 제거할 수 있다.

대기압 하에서 다공성 회전 챔버가 회전하며 알갱이 식품에 대한 대기압 유전체 방전 플라즈마를 이용한 냄새 제거가 수행되고, 다공성 회전 챔버의 상부에서 즉시 배기가 이뤄지므로 냄새 유발 성분이 알갱이 식품의 표면에 재흡착되는 것을 막을 수 있다.

다공성 회전 챔버가 회전하며 알갱이 식품을 균일하게 섞어주기 때문에, 플라즈마에 알갱이 식품이 균일하게 노출시켜 냄새 제거를 보다 효과적으로 수행할 수 있다.

그리고 유전체로 덮인 내부 금속관은 튜브형 구조이며, 내부로 냉매를 순환시킴으로써, 내부 금속관의 온도와 내부 금속관 주위에 발생되는 플라즈마의 온도 상승을 억제할 수 있다. 이로 인해 냄새를 제거하기 위해서, 알갱이 식품을 플라즈마로 표면 처리하는 과정에서 열에 의해 알갱이 식품의 표면에 손상이 발생하는 것을 억제할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치를 보여주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치를 보여주는 도면이다.
도 3은 도 2의 다공성 원통형 챔버에 이중 전극관 및 가스 공급부가 설치된 상태를 보여주는 부분 단면도이다.
도 4는 도 3의 이중 전극관에 샤워 헤드가 설치된 상태를 보여주는 단면도이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치를 보여주는 블록도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 냄새 제거 장치(100)는 대기압에서 발생시킨 유전체 방전 플라즈마를 이용하여 알갱이 식품(90)에서 기인되는 냄새를 제거하는 장치이다.

여기서 알갱이 식품(90)은 일정 크기를 갖는 식품으로, 예컨대 캡슐형 식품, 정제형 식품과 같은 가공 식품과, 쌀, 보리, 콩, 옥수수 등과 같은 곡류를 포함할 수 있다. 캡슐형은 경질캡슐, 연질캡슐을 포함한다.

이러한 본 실시예에 따른 냄새 제거 장치(100)는 회전부(10), 다공성 회전 챔버(20), 이중 전극관(30), 가스 공급부(50) 및 교류전원(70)을 포함한다. 여기서 회전부(10)는 다공성 회전 챔버(20)를 회전시킨다. 다공성 회전 챔버(20)는 알갱이 식품(90)이 투입되는 내부 공간(24)을 가지고, 회전부(10)에 의해 회전하면서 투입된 알갱이 식품(90)을 굴려주고, 둘레면에 균일하게 배기 구멍이 형성되어 있다. 이중 전극관(30)은 다공성 회전 챔버(20) 내에 고정 설치되되 다공성 회전 챔버(20)의 회전축 방향으로 길게 설치되며, 내부로 냉매가 순환하는 내부 전극관(31)과, 내부 전극관(31)을 둘러싸는 외부 전극관(36)을 포함한다. 외부 전극관(36)은 한 쪽에 공정 가스가 주입되는 주입 구멍들(37)이 형성되어 있고, 주입 구멍들(37)의 반대 쪽에 플라즈마가 분출되는 분출 구멍(38)이 형성되어 있다. 가스 공급부(50)는 다공성 회전 챔버(20) 내에 고정 설치되며, 이중 전극관(30)의 주입 구멍들(37)로 플라즈마 발생용 공정 가스를 공급하는 샤워 헤드(61)를 갖는다. 그리고 교류전원(70)은 이중 전극관(30)에 교류전압을 인가하여 샤워 헤드(61)를 통하여 공급되는 공정 가스를 기반으로 이중 전극관(30) 내에서 대기압 방전 플라즈마를 발생시켜 다공성 회전 챔버(20) 내의 알갱이 식품(90)의 표면 처리를 통해 냄새를 제거한다.

그리고 본 실시예에 따른 냄새 제거 장치(100)는 냉매 순환부(40)를 더 포함할 수 있다. 이중 전극관(30)에서의 플라즈마 방전에 의해 내부 전극관(31)의 온도가 상승할 수 있다. 따라서 냉매 순환부(40)는 내부 전극관(31) 안으로 냉매를 순화시켜 내부 전극관(31)의 온도와 플라즈마 온도가 상승하는 것을 억제하고, 이를 통하여 플라즈마로 표면 처리되는 알갱이 식품(90)의 표면 손상을 억제할 수 있다. 이러한 냉매 순환부(40)는 냉매 공급 냉크(41)와 열교환기(43)를 포함한다. 냉매는 냉매 공급 탱크(41), 내부 전극관(31) 및 열교환기(43) 사이를 순환한다.

본 실시예에 따른 냄새 제거 장치(100)가 알갱이 식품(90)의 냄새를 제거하기 위해서 대기압 플라즈마를 이용하는 이유는 다음과 같다.

먼저 플라즈마 응용 기술은 표면처리, 신소재 합성 등의 분야에 널리 이용되고 있고, 특히 금속, 유/무기물, 폴리머 재료 등의 특수 표면처리 및 개질이 요구되는 산업분야에는 필수적인 기술이다. 현재는 그 고유의 물리화학적 및 전기적 특성 등을 이용하여 항공우주, 의료분야에서도 활발한 응용연구가 전 세계적으로 진행되고 있다.

최근 플라즈마의 식품분야 응용에 관심이 높아지고 있어, 플라즈마 기술을 식품 처리에 적용하기 위해 연구를 진행해 왔고, 예컨대 과일, 채소류 등의 표면처리 적용을 발표한 사례도 있다. 하지만 알갱이 식품(90)을 위한 냄새 제거 장치에 플라즈마를 적용한 사례는 없는 것으로 판단된다. 따라서 알갱이 식품(90)을 위한 냄새 제거 장치는 식품업체들에게 보다 위생적인 알갱이 식품(90)을 공급할 수 있는 기술적인 기반을 제공하고, 소비자들에게 알갱이 식품(90)을 거리낌 없이 섭취할 수 있는 기술적인 기반을 제공할 수 있을 것으로 판단된다.

플라즈마는 주로 기체 상태에서 적용되는 기술로서 그 생성 방법에 따라 진공 플라즈마와 대기압 플라즈마로 나눌 수 있다. 지금까지 반도체, LED 등의 분야에서 많이 응용되고 있는 진공 플라즈마는 상대적으로 처리 대상물의 크기에 제약이 있고 구성 장치가 복잡하지만 외부 오염이 없고 균일한 방전을 유지하여 복잡한 처리 대상물의 표면을 균일하게 처리할 수 있다는 장점이 있다. 하지만 연질피막을 가지는 처리 대상물의 내부에 저점성의 유체가 있는 경우에는 압력차로 피막이 파괴되므로 진공 플라즈마 방식을 적용할 수 없다.

대기압 플라즈마는 생성 방법에 따라 플라즈마 젯 방식과 유전체 방전 플라즈마 방식이 있다. 플라즈마 젯 방식은 유전체 방전 플라즈마에 비해 상대적으로 고밀도 플라즈마를 생성시킬 수 있어 표면처리 효과가 높다는 장점이 있으나 노즐에서 분사되는 플라즈마의 처리 면적이 작으므로 대면적이 요구되는 분야에서는 여러 개를 연결하여 사용해야 한다. 유전체 방전 플라즈마 방식은 대면적 처리가 가능한 구조를 가지지만 분사되는 플라즈마가 처리 대상물의 표면까지의 유효 거리가 짧아서 거친 표면 및 형상이 복잡한 대상물을 처리하기에는 불리하다. 또한 유전체 방전 플라즈마 방식은 미세 필라멘트 방전 또는 미세 아크 플라즈마가 형성되어 열충격에 약한 처리 대상물의 처리에는 적합하지 않다.

따라서 플라즈마 젯 방식과 유전체 방전 방식이 혼합되어 필라멘트형 스트리머와 미세 아크가 형성되지 않는 플라즈마 발생 전극 및 시스템이 열충격에 약한 처리 대상물의 표면 손상의 위험을 줄이고 저온 대면적 처리에 유리할 것으로 판단된다.

본 실시예에 따른 냄새 제거 장치(100)는 이러한 점을 고려하여 설계되었으며, 구체적으로 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 도 1의 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품(90)의 냄새 제거 장치(100)를 보여주는 도면이다. 도 3은 도 2의 다공성 원통형 챔버(20)에 이중 전극관(30) 및 가스 공급부(50)가 설치된 상태를 보여주는 부분 단면도이다. 그리고 도 4는 도 3의 이중 전극관(30)에 샤워 헤드(61)가 설치된 상태를 보여주는 단면도이다.

회전부(10)는 다공성 회전 챔버(20)를 회전시킨다. 회전부(10)는 다공성 회전 챔버(20) 내에 투입된 알갱이 식품(90)을 균일하게 섞어줄 수 있는 속도, 예컨대 5 내지 30rpm으로 회전시킨다. 회전부(10)의 회전 속도는 다공성 회전 챔버(20) 내에 투입된 알갱이 식품(90)의 양과, 다공성 회전 챔버(20)의 크기에 따라서 전술된 rpm 범위 내에서 결정될 수 있다.

회전부(10)는 다공성 회전 챔버(20)에 구동력을 전달하는 구동축을 갖는 모터를 포함한다. 회전부(10)는 구동축을 통하여 다공성 회전 챔버(20)에 직접 구동력을 전달하여 회전시킬 수 있다. 또는 회전부(10)는 풀리, 벨트, 롤러 등의 동력 전달 부재를 통하여 간접적으로 구동력을 전달하여 다공성 회전 챔버(20)를 회전시킬 수 있다.

회전부(10)는 다공성 회전 챔버(20) 중 회전하는 챔버관(29)에 구동력을 전달한다.

다공성 회전 챔버(20)는 실린더 형태의 단일 챔버이다. 이러한 다공성 회전 챔버(20)는 한 쌍의 플랜지(21,23)와 챔버관(25)을 포함한다. 한 쌍의 플랜지(21,23)는 원판 형태로 서로 이격되게 설치되며, 이중 전극관(30)과 가스 공급부(50)가 고정된다. 그리고 챔버관(25)은 한 쌍의 플랜지(21,23)를 둘러싸는 관 형태를 가지며, 한 쌍의 플랜지(21,23)에 원형 베어링(22)을 매개로 회전 가능하게 연결되며, 알갱이 식품(90)이 투입되는 내부 공간(24)을 형성하고, 둘레면에 균일하게 배기 구멍들(27)이 형성되어 있다.

여기서 한 쌍의 플랜지(21,23)는 제1 플랜지(21)와 제2 플랜지(23)를 포함한다.

제1 및 제2 플랜지(21,23)를 관통하여 이중 전극관(30)이 상하로 이동 가능하게 설치된다. 가스 공급부(50)는 제1 플랜지(21)를 통하여 다공성 회전 챔버(20) 내에 설치된다. 가스 공급부(50) 또한 이중 전극관(30)의 상하 이동에 연동하여 함께 상하 이동할 수 있도록 제1 플랜지(21)에 설치될 수 있다. 제1 및 제2 플랜지(21,23)에는 이중 전극관(30)의 상하 이동을 가이드 하는 가이드 구멍(29)이 형성되어 있다.

챔버관(25)은 한 쌍의 플랜지(21,23)에 결합되어 내부 공간(24)을 형성한다. 챔버관(25)과 한 쌍의 플랜지(21,23)가 중첩되는 부분에는 원형 베어링(22)이 개재된다. 따라서 원형 베어링(22)에 의해서, 고정된 한 쌍의 플랜지(21,23)를 중심으로 챔버관(25)이 회전하게 된다.

챔버관(25)은 내주면에 균일하게 배기 구멍들(27)이 형성되어 있다. 배기 구멍(27)을 형성한 이유는, 챔버관(25) 내부로 투입된 알갱이 식품(90)이 챔버관(25)의 회전에 의해 균일하게 섞이면서 챔버관(25) 내로 분사되는 플라즈마에 균일하게 노출되도록 하기 위해서이다.

즉 챔버관(25)을 고정한 상태에서 알갱이 식품(90)에 대한 플라즈마로 표면 처리를 수행하는 경우, 챔버관(25)의 내부 공간(24)에 노출된 알갱이 식품(90)에 대해서는 플라즈마에 의한 표면 처리가 원활히 수행될 수 있다. 하지만 챔버관(25)의 내주면에 가까운 알갱이 식품(90)은 플라즈마에 직접적으로 노출되지 않기 때문에, 플라즈마에 의한 표면 처리가 원활히 수행되지 않을 수 있다.

따라서 챔버관(25)의 회전을 통해서 챔버관(25) 내에 투입된 알갱이 식품(90)을 균일하게 섞어줌으로써, 알갱이 식품(90)이 플라즈마에 노출되는 빈도를 증가시켜 알갱이 식품(90)의 표면 처리를 원활히 수행될 수 있도록 한다.

한편 챔버관(25)의 내주면이 매끈하게 형성된 경우, 챔버관(25)이 회전하더라도 알갱이 식품(90)이 챔버관(25)의 내주면을 타고 미끄러지면서 균일하게 섞이지 않을 수 있다. 따라서 챔버관(25)의 내주면에 균일하게 배기 구멍들(27)을 형성함으로써, 챔버관(25)에 투입된 알갱이 식품(90)이 회전하는 챔버관(25)의 배기 구멍들(27)에 걸려 구르게 된다. 이에 따라 챔버관(25)의 회전에 의해 알갱이 식품(90)이 구르면서 균일하게 섞이게 된다.

이와 같이 본 실시예에서는 챔버관(29)의 내주면에 배기 구멍들(27)을 형성함으로써, 챔버관(25) 내에 투입된 알갱이 식품(90)을 좀 더 원활히 섞어줄 수 있다.

한편 회전하는 챔버관(25) 내에서 알갱이 식품(90)이 좀 더 균일하게 섞일 수 있도록, 챔버관(25)의 내주면에 배기 구멍(27)과 함께 균일하게 돌기를 형성할 수 있다. 돌기는 반구형, 반타원형, 삼각 등의 다양한 형태로 형성될 수 있다. 돌기는 엠보싱 형태나 바 형태로 형성될 수 있다. 돌기가 바 형태로 형성되는 경우, 챔버관의 회전축 방향으로 길게 형성하는 것이 바람직하며, 직선, 사인파형, 사각판형 등으로 형성될 수 있다.

또한 플라즈마와 알갱이 식품(90) 간의 플라즈마 표면 화학반응에 의해 탈착 또는 기화된 반응 생성물이 다시 알갱이 식품(90)에 흡착되지 않고 챔버관(25) 밖으로 원활히 배출될 수 있도록 하기 위해서, 챔버관(25)에 균일하게 배기 구멍(27)을 형성한 것이다.

이때 배기 구멍(27)은 투입되는 알갱이 식품(90)의 크기보다는 작게 형성된다. 이와 같이 배기 구멍(27)을 형성한 이유는 배기 구멍(27)을 통하여 알갱이 식품(90)이 빠지는 문제를 방지하기 위해서이다.

또한 챔버관(25)은 제1 및 제2 플랜지(21,23)와 접하는 안쪽에 퍼짐 방지턱(26)이 형성되어 있다. 퍼짐 방지턱(26)은 알갱이 식품(90)이 플라즈마와 접할 수 있는 유효 공간 밖으로, 즉 제1 및 제2 플랜지(21,23)와 가까운 쪽으로 나가지 않도록 모아준다. 퍼짐 방지턱(26)은 챔버관(25)의 회전축을 중심으로 양쪽에 깔때기(원추) 형상으로 형성되며, 챔버관(25) 하부의 중심으로 알갱이 식품(90)이 모이도록 경사면으로 형성된다.

이중 전극관(30)은 내부 전극관(31)과 외부 전극관(36)을 포함한다. 내부 전극관(31)은 제1 및 제2 플랜지(21,23)를 관통하여 설치되며, 양단부가 제1 및 제2 플랜지(21,23) 밖으로 돌출되어 있다. 외부 전극관(36)은 제1 및 제2 플랜지(21,23) 안쪽의 내부 공간(24)에 배치된다.

내부 전극관(31)은 냉매가 투입되어 배출되며 교류전원(70)에 연결되는 내부 금속관(32)과, 내부 금속관(32)의 외주면을 덮는 유전체관(33)을 포함한다.

내부 금속관(32)의 양단부는 냉매 순환부(40)와 연통되어, 냉매 순환부(40)에 의해 순환하는 냉매가 내부를 통과한다. 제1 플랜지(21)의 밖에 위치하는 내부 금속관(32)의 일단부에 교류전원(70)의 전원 공급 라인(71)이 연결될 수 있다.

이때 냉매 순환부(40)는 내부 금속관(32)의 양단에 연결되어 냉매를 순환시킨다. 냉매 순환부(40)는 냉매 공급 탱크(41)와 열교환기(43)를 포함한다. 냉매 공급 탱크(41)는 내부 금속관(32)의 일단에 연결되어 냉각된 냉매를 공급한다. 열교환기(43)는 내부 금속관(32)의 타단으로부터 가열된 냉매를 공급받고, 가열된 냉매를 열교환을 통해서 다시 냉각시킨다. 그리고 열교환기(43)는 다시 냉각된 냉매를 냉매 공급 탱크(41)로 공급하여 냉매를 순환시킨다.

유전체관(33)은 내부 금속관(32)의 외주면을 덮으며, 대기압 상태에서 유전체 방전 플라즈마가 발생될 수 있도록 한다. 유전체관(33)의 소재로는 세라믹, 알루미나, 산화마그네슘, 유리 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

외부 전극관(36)은 내부 전극관(31)의 유전체관(33)과의 사이의 플라즈마 발생 공간(35)을 형성하도록 내부 전극관(31)의 유전체관(33)을 둘러싸며, 상부에 주입 구멍들(37)이 형성되어 있고, 주입 구멍들(37)에 반대되는 하부에 분출 구멍(38)이 형성되어 있고, 교류전원(70)에 연결된다. 내부 전극관(31)과 외부 전극관(36) 간에 교류전원(70)으로부터 교류전압이 인가되어 대기압 상태에서 유전체 방전 플라즈마를 발생시킨다.

이때 이중 전극관(30)에 교류전압이 인가되면, 내부 전극관(31)의 유전체관(33)과 외부 전극관(36) 사이에 공정 가스를 기반으로 필라멘트형 스트리머 방전이 발생된다. 필라멘트형 스트리머 방전에 의해 발생된 플라즈마 활성종은 분출 구멍(38)을 통하여 다공성 회전 챔버(20)의 내부 공간(24)으로 분출된다. 내부 공간(24)에 투입된 알갱이 식품(90)은 플라즈마 활성종에 의한 표면 반응에 의해 냄새가 제거된다.

또한 외부 전극관(36)의 주입 구멍(37)을 통하여 플라멘트형 스트리머 방전 공간으로 냄새 제거 가스가 추가적으로 주입될 수 있다. 냄새 제거 가스는 스트리머 방전 상태를 깨고 분출 구멍(38)을 통하여 플라즈마 활성종과 함께 다공성 회전 챔버(20)의 내부 공간(24)으로 분출되어 내부 공간(24)에 투입된 알갱이 식품(90)에 대한 냄새 제거를 수행할 수도 있다.

이때 외부 전극관(36)은 관 형으로, 실링재(39)를 매개로 유전체관(33)의 외주면에 일정 간격 이격되게 설치되어 플라즈마 발생 공간(35)을 형성한다.

외부 전극관(36)의 상부에 형성된 주입 구멍들(37)은 샤워 헤드(61)에 연결되어 공정 가스를 주입받는다. 외부 전극관(36)의 하부에 형성된 분출 구멍(38)은 플라즈마 발생 공간(35)에서 발생된 플라즈마를 알갱이 식품(90)이 위치하는 챔버관(25)의 하부로 분출한다. 분출 구멍(38)은 1mm 폭의 슬릿으로 외부 전극관(36)의 하부에 적어도 하나가 형성될 수 있다. 본 실시예에서는 복수의 분출 구멍(38)이 외부 전극관(36)에 형성된 예를 개시하였다.

가스 공급부(50)는 대기압 플라즈마 발생에 필요한 공정 가스를 제1 플랜지(21)를 통하여 다공성 회전 챔버(20) 내부에 설치된 이중 전극관(30)으로 공급한다. 가스 공급부(50)는 가스 공급 라인(57)으로 연결된 공정 가스 공급 탱크(51)와 샤워 헤드(61)를 포함한다. 가스 공급 라인(57)에는 가스 공급을 개폐하는 밸브(55)와, 가스 공급량을 제어하는 유량계(53)가 연결된다. 예컨대 가스 공급부(50)는 유량계(53)의 제어를 통해서 1~10 slm의 공정 가스를 다공성 회전 챔버(20) 내부로 공급할 수 있다.

공정 가스 공급 탱크(51)에서 공급하는 공정 가스로는 제습 및 정화된 공기, 질소, 산소, 아르곤, 헬륨 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 본 실시예에서는 두 개의 공급 가스 공급 탱크(51)가 질소 가스와 아르곤 가스를 공급하는 예를 개시하였다.

한편 알갱이 식품(90)이 캡슐형 식품인 경우, 캡슐 피막의 성분에 따라 플라즈마와의 표면반응이 다르기 때문에, 해당 캡슐 피막의 성분에 따라 적절한 공정 가스가 선택적으로 사용될 수 있다. 또한 공정 가스 이외에 가스화 되어 냄새 제거에 도움이 되는 액상의 화합물도 사용 가능하며, 액상의 화합물은 특정 성분으로 한정되는 것은 아니다. 액상의 화합물은 가스화되어 냄새 제거 가스를 형성한다.

샤워 헤드(61)는 다공성 회전 챔버(20) 내부에 설치되며, 가스 공급 라인(57)에 연결된다. 이러한 샤워 헤드(61)는 메인 가스 주입 라인(63)과 복수의 서브 가스 주입 라인(65)을 포함한다. 메인 가스 주입 라인(63)은 가스 공급 라인(57)과 연결되며, 이중 전극관(30)의 상부에 이중 전극관(30)을 따라서 형성된다. 복수의 서브 가스 주입 라인(65)은 메인 가스 주입 라인(63)과 외부 전극관(36)의 주입 구멍들(37)을 각각 연결하여 메인 가스 주입 라인(63)으로 이동한 공정 가스를 주입 구멍들(37)로 주입한다.

즉 메인 가스 주입 라인(63)은 가스 공급 라인(57)을 통하여 공정 가스를 공급받은 후, 메인 가스 주입 라인(63)에서 분기된 서브 가스 주입 라인들(65)에 연결된 외부 전극관(36)의 주입 구멍들(37)을 통하여 플라즈마 발생 공간(35)으로 공정 가스를 주입한다.

그리고 교류전원(70)은, 이중 전극관(30) 내에 공급된 공정 가스를 기반으로 대기압에서 유전체 방전에 의한 플라즈마를 발생시킬 수 있도록, 내부 금속관(32)과 외부 전극관(36) 간에 교류전압을 인가한다. 예컨대 교류전원(70)은 5~25kV, 30~500W 플라즈마 출력전압 범위가 가능하며, 이중 전극관(30)의 크기에 따라서 더 높아질 수 있다. 교류전원(70)은 20~100 kHz의 중간주파수(middle frequency), RF 또는 마이크로웨이브(microwave)인 교류전압을 이중 전극관(30)에 인가할 수 있다.

그리고 본 실시예에 따른 냄새 제거 장치(100)는 다공성 회전 챔버(20)의 상부에 설치되는 배기부(80)를 더 포함한다. 배기부(80)는 다공성 회전 챔버(20)의 상부에 설치된 배기덕트(81)를 통하여 다공성 회전 챔버(20)에서 배출된 배기가스를 외부로 배출시킨다.

이와 같은 본 실시예에 따른 냄새 제거 장치(100)는 다음과 같이 다공성 회전 챔버(20) 내에서 대기압 플라즈마를 발생시켜 다공성 회전 챔버(20) 내부로 투입된 알갱이 식품(90)에 대한 냄새 제거 공정을 진행한다.

먼저 다공성 회전 챔버(20) 내부로 냄새를 제거할 알갱이 식품(90)을 투입한다. 투입된 알갱이 식품(90)의 양과 다공성 회전 챔버(20)의 크기를 고려하여 이중 전극관(30)의 위치를 결정한다. 이중 전극관(30)의 위치는 제1 플랜지(21)의 가이드 구멍(29)을 통하여 상하로 이동시켜 조정할 수 있다.

다음으로 가스 공급부(50)는 유량계(53)의 제어를 통해서 1~10 slm의 공정 가스를 이중 전극관(30)의 플라즈마 발생 공간(35)으로 주입한다. 회전부(10)는 다공성 회전 챔버(20)를 5~30 rpm 수준으로 회전시킨다.

다음으로 교류전원(70)이 이중 전극관(30)에 교류전압을 인가함으로써, 플라즈마 발생 공간(35)에 주입된 공정 가스를 기반으로 대기압 상태에서 유전체 방전 플라즈마를 발생시킨다.

이때 냉매 순환부(40)는 이중 전극관(30) 내부로 냉매를 순환시켜, 이중 전극관(30)의 온도와 플라즈마 온도가 상승하는 것을 억제한다. 이를 통하여 비교적 온도가 낮은 플라즈마로 알갱이 식품(90)에 대한 표면 처리를 수행하도록 함으로써, 플라즈마로 알갱이 식품(90)의 표면을 처리하는 과정에서 플라즈마에 의한 알갱이 식품(90)의 표면 손상을 억제할 수 있다.

이어서 플라즈마 발생 공간(35)에서 발생된 플라즈마 활성종은 외부 전극관(36)의 하부에 분출 구멍(38)을 통하여 이중 전극관(30) 아래에 위치하는 알갱이 식품(90)으로 분출된다.

그리고 분출된 플라즈마 활성종은 알갱이 식품(90)의 표면에 존재하는 냄새 유발 분자의 결합을 끊거나 탈착시켜 기화시킴으로써, 알갱이 식품(90)에서 기인되는 냄새를 제거한다.

이때 플라즈마와 알갱이 식품(90) 간의 플라즈마 표면 화학반응에 의해 탈착 또는 기화된 반응 생성물과 플라즈마 표면 화학반응에 참여하지 못한 일부 플라즈마 활성종을 포함하는 배기가스는 다공성 회전 챔버(20)의 배기 구멍(27)을 통하여 다공성 회전 챔버(20) 밖으로 배출된다.

다공성 회전 챔버(20) 밖으로 배출된 배기가스는 다공성 회전 챔버(20)의 상부에 설치되는 배기부(80)를 통하여 외부로 배기시킴으로써, 기화된 반응 생성물이 다시 알갱이 식품(90)의 식품에 재흡착되는 것을 막을 수 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 회전부 20 : 다공성 회전 챔버
21 : 제1 플랜지 22 : 원형 베어링
23 : 제2 플랜지 24 : 내부 공간
25 : 챔버관 26 : 퍼짐 방지턱
27 : 배기 구멍 29 : 가이드 구멍
30 : 이중 전극관 31 : 내부 전극관
32 : 내부 금속관 33 : 유전체관
35 : 플라즈마 발생 공간 36 : 외부 전극관
37 : 주입 구멍 38 : 분출 구멍
39 : 실링재 40 : 냉매 순환부
41 : 냉매 공급 탱크 43 : 열교환기
50 : 가스 공급부 51 : 공정 가스 공급 탱크
53 : 유량계 55 : 밸브
57 : 가스 공급 라인 61 : 샤워 헤드
63 : 메인 가스 주입 라인 65 : 서브 가스 주입 라인
70 : 교류전원 71 : 전원 공급 라인
80 : 배기부 81 : 배기덕트
90 : 알갱이 식품 100 : 냄새 제거 장치

Claims (8)

1. 회전부;
   알갱이 식품이 투입되는 내부 공간을 가지고, 상기 회전부에 의해 회전하면서 투입된 알갱이 식품을 굴려주고, 둘레면에 균일하게 배기 구멍이 형성된 다공성 회전 챔버;
   상기 다공성 회전 챔버 내에 고정 설치되되 상기 다공성 회전 챔버의 회전축 방향으로 길게 설치되며, 내부로 냉매가 순환하는 내부 전극관과, 상기 내부 전극관을 둘러싸는 외부 전극관을 포함하고, 상기 외부 전극관은 한 쪽에 공정 가스가 주입되는 주입 구멍들이 형성되어 있고, 상기 주입 구멍들의 반대 쪽에 플라즈마가 분출되는 분출 구멍이 형성되어 있는 이중 전극관;
   상기 다공성 회전 챔버 내에 고정 설치되며, 상기 이중 전극관의 주입 구멍들로 플라즈마 발생용 공정 가스를 공급하는 샤워 헤드를 갖는 가스 공급부; 및
   상기 이중 전극관에 교류전압을 인가하여 상기 샤워 헤드를 통하여 공급되는 공정 가스를 기반으로 상기 이중 전극관 내에서 대기압 방전 플라즈마를 발생시켜 상기 다공성 회전 챔버 내의 알갱이 식품의 표면 처리를 통해 냄새를 제거하는 교류전원;
   을 포함하는 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 다공성 회전 챔버의 배기 구멍의 크기는 투입되는 알갱이 식품의 크기보다는 작은 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치.
3. 제2항에 있어서, 상기 다공성 회전 챔버는,
   원판 형태로 서로 이격되게 설치되며, 상기 이중 전극관과 상기 가스 공급부가 고정되는 한 쌍의 플랜지; 및
   상기 한 쌍의 고정 플랜지를 둘러싸는 관 형태를 가지며, 상기 한 쌍의 고정 플랜지에 원형 베어링을 매개로 회전 가능하게 연결되며, 알갱이 식품이 투입되는 내부 공간을 형성하고, 둘레면에 균일하게 상기 배기 구멍들이 형성된 챔버관;
   을 포함하는 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 내부 전극관은,
   냉매가 투입되어 배출되며, 상기 교류전원에 연결되는 내부 금속관; 및
   상기 내부 금속관의 외주면을 덮는 유전체관;
   을 포함하는 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 외부 전극관은,
   상기 내부 전극관의 유전체관과의 사이의 플라즈마 발생 공간을 형성하도록 상기 내부 전극관의 유전체관을 둘러싸며, 상부에 상기 주입 구멍들이 형성되어 있고, 상기 주입 구멍들에 반대되는 하부에 상기 분출 구멍이 적어도 하나가 형성되어 있고, 상기 교류전원에 연결되며,
   상기 내부 전극관과 상기 외부 전극관 간에 상기 교류전원으로부터 교류전압이 인가되어 대기압 플라즈마를 발생시키는 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 가스 공급부의 샤워 헤드는,
   상기 이중 전극관의 상부에 상기 이중 전극관을 따라서 형성된 메인 가스 주입 라인; 및
   상기 메인 가스 주입 라인과 상기 외부 전극관의 주입 구멍들을 각각 연결하여 상기 메인 가스 주입 라인으로 이동한 공정 가스를 상기 주입 구멍들로 주입하는 복수의 서브 가스 주입 라인;
   을 포함하는 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 이중 전극관이 상하로 이동 가능하게 상기 한 쌍의 플랜지에 설치되는 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 회전부는 상기 다공성 회전 챔버를 5~30 rpm으로 회전시키고,
   상기 가스 공급부는 1~10 slm의 공정 가스를 공급하고,
   상기 교류전원은 5~25kV의 중간주파수(middle frequency), RF 또는 마이크로웨이브(microwave) 교류전압을 인가하고,
   상기 공정 가스는 공기, 질소, 산소, 아르곤 또는 헬륨을 포함하는 대기압 플라즈마를 이용한 알갱이 식품의 냄새 제거 장치.

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