KR101953809B1

KR101953809B1 - Rf 해동장치

Info

Publication number: KR101953809B1
Application number: KR1020160063782A
Authority: KR
Inventors: 김진세; 박석호; 최동수; 최승렬; 김용훈; 이수장; 박종우; 박천완; 한귀정
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2016-05-25
Filing date: 2016-05-25
Publication date: 2019-03-05
Also published as: KR20170132966A

Abstract

본 발명은 냉동식품에 대한 전극형상을 이용하여 위치에 따라 상이한 두께를 갖는 냉동식품을 전자기파를 이용하여 급속 균일 해동시키기 위한 RF 해동장치로서, 냉동식품의 두께에 대응되는 간격으로 냉동식품과 이격되도록 배치되는 제1 전극, 상기 냉동식품을 사이에 두고 상기 제1 전극과 대향하며, 상기 냉동식품의 두께에 대응되는 간격으로 상기 냉동식품과 이격되도록 배치되는 제2 전극 및 제1 전극 및 제2 전극에 RF 파워를 공급하는 RF 파워 공급부를 포함한다. 이에 따라, 상이한 두께를 갖는 냉동식품의 급속 균일해동이 가능하게 된다.

Description

RF 해동장치{RF THAWING MACHINE}

본 발명은 RF 해동장치로, 더욱 상세하게는 냉동식품에 따른 형상을 가진 전극을 이용하여 급속 균일 해동할 수 있는 RF 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 해동 시 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, 마이크로파가 식품 내부를 가열할 수 있는 반면에, 얼어있는 상태에서의 마이크로파 반감심도는 780cm로 거의 가열이 되지 않으며, 0℃ 물의 경우 반감심도가 1cm도 되지 않으므로 녹은 표면만 더욱 과열되는 현상이 나타난다.

얼어있는 냉동식품 내부를 직접 가열할 수 있는 효과적인 방법은 라디오파(RF)에 해당하는 전자기파를 사용하여 유전가열을 하는 것이다. 물의 수소와 산소의 결합은 대칭적이지 않아서 극성을 띄고 있으며, 이러한 극성물질에 교류 전기장을 가한다면 물분자에 회전운동에너지를 공급할 수 있으며, 산업적으로 13.56MHz와 27.12MHz의 주파수가 이러한 RF해동에 사용된다.

그러나 기존의 RF해동기술에 의한 해동은 대부분 상온에서 이루어져, 냉동식품의 표면이 곧바로 상온에 노출되어 녹아버리는 문제가 발생함에 따라 표면이 냉동식품의 내부보다 먼저 과열되는 현상이 나타난다. 또한, 냉동식품은 부위별로 유전율이 다르며, 도 1A와 같이 냉동식품의 부위별 두께도 다를 수 있기 때문에 그 전기용량(capacitance)도 부위별로 달라져, 도 1B의 실험결과와 같이 두꺼운 냉동식품과 얇은 냉동식품을 가열할 경우 얇은 냉동식품이 급격히 가열되는 문제가 나타나는 것을 알 수 있다.

따라서 본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 해결하고자 하는 과제는 전극 형상 및 등전위면의 형상을 이용하여 두께가 다른 냉동식품을 0℃ 인근으로 급속 균일 해동할 수 있는 RF 해동장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 또 다른 과제는 저온으로 유지하여 냉동식품의 표면이 해동되는 현상을 방지하여 위치에 따라 두께가 다른 냉동식품을 급속 균일 해동할 수 있는 RF 해동장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 의한 RF 해동장치는 위치에 따라 상이한 두께를 갖는 냉동식품을 전자기파를 이용하여 해동시키기 위한 RF 해동장치로서, 상기 냉동식품의 두께에 대응되는 간격으로 상기 냉동식품과 이격되도록 배치되는 제1 전극, 상기 냉동식품을 사이에 두고 상기 제1 전극과 대향하여 이격되도록 배치되는 제2 전극 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 RF 파워를 공급하는 RF 파워 공급부를 포함한다.

상기 제1 전극은 원기둥 형상의 상기 냉동식품에 대응하여 길이 방향에 수직한 단면이 반원 형상으로 형성되고, 상기 제2 전극은 판 형상으로 형성될 수 있다.

상기 제1 전극 및 제2 전극은 원기둥 형상의 상기 냉동식품에 대응하여 길이 방향에 수직한 단면이 반원 형상으로 형성될 수 있다.

상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 중 적어도 하나와 상기 냉동식품간의 간격 h는 수학식

에 의해 결정될 수 있다. (여기서, x는 상기 냉동식품의 제1 두께, y는 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께, d는 상기 제1 전극과 제2 전극간의 거리, ε_r은 상기 냉동식품의 비유전율을 의미함)

상기 냉동식품의 비유전율이 10이상으로 클 경우, 상기 제1 전극 및 제2 전극과 상기 냉동식품간의 간격은 모든 위치에서 동일 간격을 유지할 수 있다.

상기 냉동식품의 비유전율이 10미만으로 작을 경우, 상기 제1 전극 및 제2 전극 과 상기 냉동식품간의 간격은 상기 냉동식품의 두께가 얇아질수록 증가할 수 있다.

상기 RF 해동장치는 상기 제1 전극, 제2 전극 및 상기 RF 파워 공급부가 상기 냉동식품을 해동하는 동안 상기 냉동식품의 표면이 과열되는 것을 방지하기 위해, 상기 RF 해동장치 내부 온도를 일정 온도 이하로 유지시키는 냉각유닛을 더 포함할 수 있다.

상기 냉각유닛은 상기 냉동식품이 -60℃ 냉동육 일 때, 상기 냉동고 내부 온도를 -20℃로 조절 할 수 있다.

상기 냉각유닛은, 상기 냉동식품이 -25℃ 냉동육 일 때, 상기 냉동고 내부 온도를 -10℃ 이상 -5℃ 이하로 조절 할 수 있다.

상기 냉각유닛은 직접냉각방식일 수 있다.

상기 제1 전극과 상기 냉동식품 사이 또는 제2 전극과 상기 냉동식품 사이 에 절연 및 단열 재질의 받침판을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 의한 RF 해동장치는 위치에 따라 상이한 두께를 갖는 냉동식품을 전자기파를 이용하여 해동시키기 위한 RF 해동장치로서, 상기 냉동식품과 이격되도록 배치되는 제1 전극, 상기 냉동식품을 사이에 두고 상기 제1 전극과 대향하도록 배치되는 제2 전극, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되어 상기 냉동식품의 해동을 보조하는 보조 해동덮개 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 RF 파워를 공급하는 RF 파워 공급부를 포함한다.

상기 보조 해동덮개는, 상기 냉동식품 상에 이격되도록 배치되는 등전위판, 및 상기 냉동식품 주위를 둘러쌓도록 배치되고 상기 등전위판이 상기 냉동식품과 일정거리 이격되도록 상기 등전위판을 지지하는 지지유닛을 포함할 수 있다.

상기 등전위판은 돔 형상일 수 있다.

상기 등전위판은 전도성 재질인 구리 또는 알루미늄일 수 있다.

상기 지지유닛은 단열 및 절연 재질일 수 있다.

상기 냉각유닛은, 상기 냉동식품이 -60℃ 냉동육 일 때, 상기 냉동고 내부 온도를 -20℃로 조절 할 수 있다.

상기 냉각유닛은 직접냉각방식일 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 의하면, 본 발명은 상이한 두께를 갖는 냉동식품을 0℃인근에서 균일 급속해동이 가능한 RF 해동장치를 제공할 수 있다.

도 1 은 종래기술에 따른 RF 해동장치를 나타낸 개략도이다.
도 2 는 종래기술에 따른 RF 해동장치를 나타낸 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예 따른 RF 해동장치의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극부의 개략도이다.
도 5는 도 4의 전극간격을 설명하는 개략도이다.
도 6a 내지 6d는 본 발명의 일실시예인 RF 해동장치의 내부 온도에 따른 냉동식품 내부 온도변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 해동장치의 전극부의 개략도이다.
도 8은 도 7의 전극간격을 설명하는 개략도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 해동장치의 전극부의 개략도이다.
도 10은 도 9의 전극부를 포함하는 RF 해동장치의 개략도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 해동장치의 전극부 개략도이다.
도 12는 도 11의 전극부 및 보조 해동덮개를 나타낸 사시도이다.

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 3은 본 발명의 일 실시예 따른 RF 해동장치의 개략도이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 RF 해동장치(1000)는, 위치에 따라 상이한 두께를 갖는 냉동식품(1)을 전자기파를 이용하여 해동시키기 위한 RF 해동장치로서, 상기 냉동식품을 유전 가열하는 전극부(100), 상기 전극부에 RF 파워를 공급하는 RF 파워 공급부(200), 상기 RF 해동장치 내부의 온도를 저온으로 유지시키는 냉각유닛(300)을 포함한다.

도 3에서는, 상기 전극부(100)의 상, 하 전극이 굴곡 형태로 도시되어 있으나, 상기 전극부(100)는 상기 냉동식품의 내부 및 외부를 균일하게 해동시키기 위하여, 상기 냉동식품의 두께에 따라 형상 및 상기 냉동식품과의 간격이 조절되는 것이 바람직하다.

또한, 냉각유닛(300)은 상기 냉동식품(1)이 전극부에 의하여 해동될 때, 냉동식품의 내부 및 외부를 균일하게 해동시키기 위하여, 상기 냉동식품(1)의 표면이 미리 해동되는 것을 방지하도록 상기 RF 해동장치 내부를 저온으로 유지하는 것이 바람직하다.

이하에서, 본 발명의 전극부 및 냉각유닛은 도면을 참조하여 더욱 자세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 전극부의 개략도이다.

상기 전극부(110)는 상기 냉동식품(1)의 두께에 대응되는 간격으로 상기 냉동식품(1)과 이격되도록 배치되는 제1 전극(112), 상기 냉동식품(1)을 사이에 두고 상기 제1 전극(112)과 대향하도록 배치되는 제2 전극(114)을 포함한다. 여기서, 상기 제2 전극(114)은 상기 제1 전극(112)을 보조하여 상기 냉동식품(1)을 가열하며, RF 파워 공급부(200)는 상기 제1 전극(112) 및 제2 전극(114)에 RF 파워를 조절하여 공급한다.

도 4을 참조하여, 본 발명에 따른 전극부의 개략적인 구성을 살펴보면, 제1 전극(112)은 위치에 따라 상이한 두께를 갖는 냉동식품(1)에 대응하여 이격되어 배치되어 있으며, 상기 냉동식품(1)과 상기 제1 전극(112)의 간격은 상기 냉동식품(1)의 가장 두꺼운 두께 이상일 수 있다. 상기 제1 전극(112)과 상기 냉동식품(1)간의 간격 h는 모든 위치에서 동일 간격을 유지할 수 있으며, 이에 따라, 상기 냉동식품(1)의 형태가 기둥 형상일 때, 상기 제1 전극(112)의 형태는 길이 방향에 수직한 단면이 반원 형상인 것이 바람직하다.

상기 일정한 간격 h는 도 1 내지 도2 및 도 4를 참조하여 이하에서 더욱 자세하게 설명하도록 한다.

도 5는 도 4의 전극간격을 설명하는 개략도이다.

상기 냉동식품(1)은 도 1에서와 같이 위치에 따라 두께가 변하는 냉동식품(1)을 미분하여 높이가 다른 식품의 형태로 가정할 수 있다.

이러한 여러 두께의 기둥은 다시 도 2의 기본적으로 높이가 다른 두께를 가진 a와 b 냉동식품으로 가정할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같은 평행한 전극들(10, 20)에 의하여 가열되는 열량은 전자기학의 평행판 전극의 전기용량(capacitance) 계산공식

(C=전기용량, ε=유전율=ε₀ε_r _,A=단면적, d=간격 일 때)

과 직렬연결 또는 병렬연결 공식을 이용한다면, 평행판 전극의 발열량 계산공식

(W=에너지, V=전압 일 때)

을 이용하여 계산할 수 있다.

상기 도 2와 같이 높이가 다른 두께를 가진 a와 b 냉동식품을 균일 해동을 하기 위해서는 상기 평행판 전극의 전기용량 계산공식 및 평행판 전극의 발열량 계산공식을 이용하여 계산된 발열량과 농산물의 질량이 비례관계를 가져야한다. 즉, 두꺼운 냉동식품 a에는 더 많은 열량이 공급되어야 하고 얇은 냉동식품 b에는 높이에 비례하여 더 적은 열량이 공급되어야 한다. 또한, 전극과 냉동식품 사이의 공간은 가열하는 전력과 상관관계를 가지고 있다. 상기 RF 파워 공급부(200)의 출력을 높일 경우 전극 사이의 전압이 올라가 가열시간이 단축되는 반면, 전극 사이가 가까울 경우, 습도가 높은 공기를 통해 부분적으로 전기가 통하는 방전현상이 일어날 수 있으므로 이런 현상을 안정적으로 막기 위한 간격을 적절하게 유지시켜주어야 하며, 출력이 1000W급 정도에서는 전극과 냉동식품 사이의 공간은 5cm정도가 필요하다는 것을 실험적으로 밝혔다.

이러한 조건들을 토대로 질량대비 균등가열이 되기 위한 상기 냉동식품(1)과 제1 전극(10)의 사이 간격 h에 대한 공식은, 도 4를 참조하여, x를 두꺼운 냉동식품의 제1 두께, y는 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께, d는 상기 제1 전극(10)과 상기 제2 전극(20)간의 거리, ε_r은 상기 냉동식품의 비유전율일 때 다음과 같다.

도 5 및 상기 공식을 토대로, x를 1/2, y를 1/4, 온도가 0℃ 이하인 냉동육의 비유전율(ε_r)을 10으로 생각하고 근사시키면 h의 값은 (d/2 + d/20)가 되어 두꺼운 제1 두께 부위인 d/2와 유사한 값이라는 것을 알 수 있다. 즉, 예를 들어, 상기 냉동식품이 냉동육일 때 냉동육의 가장 두꺼운 위치에 대응하여 이에 대응하는 제1 전극(10)의 위치가 상기 냉동식품간의 간격이 상기 냉동식품의 가장 두꺼운 두께 이상일 경우, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 전극(112)과 냉동식품(1)간의 간격 h는 모든 위치에서 동일 간격을 유지할 때 균등 가열된다는 것을 알 수 있다. 예를 들어, 상기 냉동식품(1)의 가장 두꺼운 두께를 5cm로 가정하였을 때, 상기 냉동식품(1)과 상기 제1 전극(112)간의 간격은 모든 위치에서 5cm이상인 것이 바람직하다.

이는 제2 전극(114)의 형상 및 상기 제2 전극(114)과 상기 냉동식품(1)간의 간격에도 적용할 수 있는 것이 바람직하다.

냉각유닛(300)은 상기 전극부(100)가 냉동식품을 해동하는 동안 상기 RF 해동장치 내부의 온도를 저온으로 유지하여 상기 냉동식품(1)의 표면이 과열되는 것을 방지한다.

도 3에서, 상기 냉각유닛(300)을 냉각팬을 사용하여 냉기를 해동장치 내부에 퍼뜨리는 간접냉각방식으로 도시하고 있으나, 이는 바람에 의하여 상기 전극부(100)가 상기 냉동식품을 가열할 때, 균열가열하지 못하고 일부 표면이 급격히 가열되는 현상이 나타날 수 있으므로, 상기 냉각유닛(300)은 상기 RF 해동장치 벽면 안으로 냉각 파이프를 설치하여 상기 RF 해동장치의 내벽을 냉장하고 이 냉기로 냉장을 하는 직접냉각방식을 쓰는 것이 바람직하다.

본 발명의 RF 해동장치가 상기 전극부(100)를 이용하여 균일해동을 하기 위한 적정온도는 실험에 의하여 도출되었다.

도 6a 내지 6d는 본 발명의 일실시예인 RF 해동장치의 내부 온도에 따른 냉동식품 내부 온도변화를 나타낸 그래프이다.

도 6a는 실험에 쓰인 위치에 따라 두께가 다른 냉동식품의 내부온도를 측정하는 센서의 위치를 A, B, C, D로 나타낸 단면도이다. 상기 냉동식품(1)은 초기 온도가 -50℃이하인 냉동육인 것을 이용하여 실험하였으며, 도 6b는 RF 해동장치 내부의 온도가 -20℃일 때, 도 12c는 RF 해동장치 내부의 온도가 -10℃일 때, 도 6d는 -5℃일 때 냉동육 내부 위치에 따른 온도변화 그래프이다.

도 6b, 6c, 6d 그래프를 비교해 보았을 때, 내부온도를 -20℃로 유지하여 해동하기 시작한 도 6b의 그래프는 냉동육의 중심부 A, B 센서와 표면부 C, D 센서의 온도가 -5℃부근에 도달하는 시간이 비교적 비슷한 데에 반하여, 내부온도를 -10℃로 유지하고 해동하기 시작한 도 6c의 그래프는, 냉동육의 표면부 C 센서의 초기온도와 A, B, D 센서의 초기온도차이가 클 뿐만 아니라 -5℃에 도달하는 시간이 도 6b의 그래프보다 퍼져있는 것을 알 수 있으며, 내부온도를 -5℃로 유지하고 해동하기 시작한 도 6d의 그래프는 해동시 냉동육의 표면부 C와 D 센서의 온도가 A, B 센서와 비교하여 더욱 빠르게 올라가는 것을 알 수 있다.

따라서 본 발명의 RF 해동장치는 -50℃이하의 냉동식품을 해동할 때 상기 냉각유닛(300)을 이용하여 상기 RF 해동장치 내부의 온도를 -20℃로 유지하는 것이 바람직하며, 이와 비례하여, -25℃의 냉동육을 해동할 때는 이보다 높은 온도인 -10℃ 이상 -5℃ 이하의 온도에서 해동하는 것이 바람직할 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 해동장치의 전극부의 개략도이다.

또 다른 실시예에 의한 RF 해동장치는 전극부를 제외하면, 도 3에 도시된 RF 해동기기와 실질적으로 동일하므로 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하며, 그와 관련된 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 전극부(120)는, 상기 냉동식품(1)의 두께에 대응되는 간격으로 상기 냉동식품(1)과 이격되도록 배치되는 제1 전극(122), 상기 냉동식품(1)을 사이에 두고 상기 제1 전극(122)과 대향하도록 배치되는 제2 전극(124)을 포함한다. 여기서, 상기 제2 전극(124)은 상기 제1 전극(122)을 보조하여 상기 냉동식품(1)을 가열하며, RF 파워 공급부(200)는 상기 제1 전극(122) 및 제2 전극(124)에 RF 파워를 조절하여 공급한다.

상기 제1 전극(122)은 위치에 따라 상이한 두께를 갖는 냉동식품(1)에 대응하여 상기 제1 전극(122)이 간격을 두고 이격되어 배치되어 있으며, 상기 냉동식품(1)과 상기 제1 전극(122)의 간격은 상기 냉동식품(1)의 가장 두꺼운 두께 미만일 수 있다. 상기 제1 전극(122)과 상기 냉동식품(1) 간의 간격 h′은 상기 냉동식품(1)의 두께가 얇아질수록 증가할 수 있으며, 이에 따라, 상기 냉동식품(1)의 형태가 기둥 형상일 때, 상기 제1 전극(122)의 형태는 길이 방향에 수직한 단면이 반원 형상보다 완만한 것이 바람직하다.

상기 제1 전극(122)과 상기 냉동식품(1) 간의 간격 h′은 도 1 내지 도2 및 도 8을 참조하여 이하에서 더욱 자세하게 설명하도록 한다.

도 8은 도 7의 전극간격을 설명하는 개략도이다.

(C=전기용량, ε=유전율=ε₀ε_r _,A=단면적, d=간격 일 때)

(W=에너지, V=전압 일 때)

을 이용하여 계산할 수 있다.

이러한 조건들을 토대로 질량대비 균등가열이 되기 위한 상기 냉동식품(1)과 제1 전극(122)의 사이 간격 h′에 대한 공식은, 도 4를 참조하여, x를 두꺼운 냉동식품(1)의 제1 두께, y는 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께, d는 상기 제1 전극(10)과 상기 제2 전극(20)간의 거리, ε_r은 상기 냉동식품의 비유전율일 때 다음과 같다.

또한, x를 1/2, y를 1/4, 온도가 0℃ 이하인 냉동 농산물의 비유전율(ε_r)을 3으로 생각하고 근사시키면 h′의 값은 4d/9로 도출되며, 이는 제1 두께에 대응하는 제1 전극(10)과 상기 냉동식품(1) 사이의 간격 d/3보다 간격이 넓은 값이므로, 즉, 예를 들어, 냉동식품이 냉동 농산물일 경우, 냉동 농산물의 가장 두꺼운 위치에 대응하여 제1 전극(10)과 냉동 농산물간의 간격이 상기 냉동 농산물의 가장 두꺼운 두께 미만일 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 전극(122)과 냉동식품(1)간의 간격은 상기 냉동식품(1)의 두께가 얇아질수록 증가했을 때, 상기 냉동식품(1)이 균등 가열된다는 것을 알 수 있다.

상기 공식들로 유도된 상기 냉동식품(1)과 상기 제1 전극(122)의 간격 및 상기 제1 전극(122)의 형상은 제1 전극(122)에 한정하여 계산하여 유도 되었으나, 이는 제2 전극(124)의 형상 및 상기 제2 전극(124)과 상기 냉동식품(1)간의 간격에도 적용할 수 있는 것이 바람직하다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 해동장치의 전극부의 개략도이다. 또 다른 실시예에 의한 RF 해동장치는 전극부를 제외하면, 도 3에 도시된 RF 해동기기와 실질적으로 동일하므로 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하며, 그와 관련된 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 전극부(130)는, 위치에 따라 상이한 두께를 갖는 원기둥형 냉동식품(1)을 전자기파를 이용하여 해동시키기 위한 RF 해동장치로서, 상기 냉동식품(1)의 두께에 대응되는 간격으로 상기 냉동식품(1)과 이격되도록 배치되는 제1 전극(132), 상기 냉동식품(1)을 사이에 두고 상기 제1 전극(132)과 대향하며, 상기 냉동식품(1)의 두께에 대응되는 간격으로 상기 냉동식품(1)과 이격되도록 배치되는 제2 전극(200)을 포함한다. 여기서, 상기 제2 전극(134)은 상기 제1 전극(132)을 보조하여 상기 냉동식품(1)을 가열하며, RF 파워 공급부(330)는 상기 제1 전극(132) 및 제2 전극(134)에 RF 파워를 조절하여 공급한다.

상기 제1 전극(132)은 위치에 따라 상이한 두께를 갖는 냉동식품(1)에 대응하여 이격되어 배치되어 있다. 상기 냉동식품(1)과 상기 제1 전극(112)의 간격은 상기 냉동식품(1)의 가장 두꺼운 두께 이상 또는 미만일 수 있으며, 이에 따라, 상기 제1 전극(132)과 상기 냉동식품(1)간의 간격은 모든 위치에서 동일 간격을 유지하거나 또는 상기 냉동식품(1)의 두께가 얇아질수록 증가 할 수 있다. 예를 들어, 상기 냉동식품(1)의 형태가 원기둥 형상이며, 상기 냉동식품(1)의 두께가 상기 냉동식품(1)과 상기 제1 전극(132) 간의 간격과 동일하거나 그 이상일 때, 상기 제1 전극(132)의 형태는 길이 방향에 수직한 단면이 반원 형상이거나, 반원 형상보다 완만한 것이 바람직하다.

상기 제2 전극(134)은 상기 제1 전극(132)에 대향하며, 위치에 따라 상이한 두께를 갖는 냉동식품(1)에 대응하여 이격되어 배치되어 있다. 상기 냉동식품(1)과 상기 제2 전극(134)의 간격은 상기 냉동식품(1)의 가장 두꺼운 두께 이상 또는 미만일 수 있으며, 이에 따라, 상기 제2 전극(134)과 상기 냉동식품(1)간의 간격은 모든 위치에서 동일 간격을 유지하거나 또는 상기 냉동식품(1)의 두께가 얇아질수록 증가 할 수 있다. 예를 들어, 상기 냉동식품(1)의 형태가 원기둥 형상이며, 상기 냉동식품(1)의 두께가 상기 냉동식품(1)과 상기 제2 전극(134) 간의 간격과 동일하거나 그 이상일 때, 상기 제2 전극(134)의 형태는 길이 방향에 수직한 단면이 반원 형상이거나 반원 형상보다 완만한 것이 바람직하다.

도 10은 도 9의 전극부를 포함하는 RF 해동장치의 개략도이다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 해동장치는, 위치에 따라 상이한 두께를 갖는 원기둥형 냉동식품(1)을 전자기파를 이용하여 해동시키기 위한 RF 해동장치로서, 상기 냉동식품(1)의 두께에 대응되는 간격으로 상기 냉동식품(1)과 이격되도록 배치되는 제1 전극(132), 상기 냉동식품(1)을 사이에 두고 상기 제1 전극(132)과 대향하며, 상기 냉동식품(1)의 두께에 대응되는 간격으로 상기 냉동식품(1)과 이격되도록 배치되는 제2 전극(134), 상기 제1 전극(132) 및 상기 제2 전극(134)에 RF 파워를 공급하는 RF 파워 공급부(200) 및 상기 냉동식품(1)을 운반하여 상기 제1 전극(132) 및 상기 제2 전극(134) 사이를 통과시키는 운송부(미도시)를 포함한다. 여기서, 상기 제2 전극(134)은 상기 제1 전극(132)을 보조하여 상기 냉동식품(1)을 가열하며, RF 파워 공급부(200)는 상기 제1 전극(132) 및 제2 전극(134)에 RF 파워를 조절하여 공급한다.

상기 제1 전극(132) 및 상기 제2 전극(134)은 도 8을 참조하여 설명한 본 발명의 또 다른 실시예와 실질적으로 동일하므로 중복되는 설명을 생략하도록 한다.

상기 운송부는, 상기 냉동식품(1)을 운반하는 컨베이어 벨트 및 상기 컨베이어 벨트를 제어하는 제어부를 포함할 수 있으며, 상기 제어부는 상기 냉동식품(1)이 해동되는 정도에 따라 상기 컨베이어 벨트를 제어할 수 있다.

상기 RF 파워 공급부(200)는, 상기 컨베이어 벨트가 상기 냉동식품(1)을 운반하기 위하여 동작하는 동안 RF파워를 차단하여 운반되는 상기 냉동식품(1)을 가열하지 않을 수 있다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 해동장치의 전극부 개략도이며, 도 12는 도 11의 전극부 및 보조 해동덮개를 나타낸 사시도이다. 또 다른 실시예에 의한 RF 해동장치는 전극부를 제외하면, 도 3에 도시된 RF 해동기기와 실질적으로 동일하므로 동일한 구성 요소에 대해서는 동일한 참조 번호를 사용하며, 그와 관련된 중복되는 상세한 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 RF 해동장치는, 위치에 따라 상이한 두께를 갖는 냉동식품(1)을 전자기파를 이용하여 해동시키기 위한 RF 해동장치로서, 상기 냉동식품(1)과 이격되도록 배치되는 제1 전극(142), 상기 냉동식품(1)을 사이에 두고 상기 제1 전극(142)과 대향하도록 배치되는 제2 전극(144)을 포함한다. 여기서, 상기 제2 전극(144)은 상기 제1 전극(142)을 보조하여 상기 냉동식품(1)을 가열하며, RF 파워 공급부(200)는 상기 제1 전극(122) 및 제2 전극(124)에 RF 파워를 조절하여 공급한다.

한편, 상기 제1 전극(142) 및 상기 제2 전극(144) 사이에는 상기 제1 전극(142) 및 제2 전극(144)를 보조하여 상기 냉동식품(1)을 가열하는 보조 해동덮개(146)이 포함될 수 있다.

도 2를 참고하여, 높이가 다른 두께를 가진 a와 b 냉동식품을 균일 해동을 하기 위해서는 상기 평행판 전극의 전기용량 계산공식 및 평행판 전극의 발열량 계산공식을 이용하여 계산된 발열량과 농산물의 질량이 비례관계를 가져야한다. 즉, 두꺼운 냉동식품 a에는 더 많은 열량이 공급되어야 하고 얇은 냉동식품 b에는 높이에 비례하여 더 적은 열량이 공급되어야 한다. 따라서 상기 보조 해동덮개는, 일반적인 판 형상의 제1 전극(142) 및 상기 제2 전극(144)사이에 보조전극의 역할을 하는 굴곡진 형태의 등전위면을 제공함으로써, 전극부가 위치에 따라 상이한 두께를 갖는 상기 냉동식품(1)을 균일하게 급속해동 할 수 있다.

상기 보조 해동 덮개는, 상기 냉동식품(1) 상에 일정간격으로 이격되도록 배치되는 등전위판(146a) 및 상기 등전위판(146a)를 지지하는 지지유닛(146b)를 포함한다.

예를 들어,상기 등전위판(146a)은 돔 형상으로 형성되며, 상기 돔 형상은 해동시킬 냉동식품의 외면 형태와 유사한 것이 바람직하다.

또한, 상기 등전위판(146a)은 상기 전극부(100)와 같은 재질로 형성되거나, 구리, 알루미늄 등 전도성이 좋은 재질이 바람직하다.

한편, 상기 등전위판(146a)을 지지하는 지지유닛(146b)은 상기 냉동식품(1)의 주위를 둘러쌓도록 배치되고, 상기 등전위판이 상기 냉동식품과 일정거리 이격되도록 지지한다.

예를 들어, 상기 지지유닛(146b)의 높이는 상기 냉동식품의 가장 두꺼운 두께만큼 일 수 있다.

또한, 상기 지지유닛(146b)은 상기 냉동식품에 열 전달되지 않도록, 단열 및 절연 재질의 플라스틱, 세라믹, 유리 등인 것이 바람직하다.

상기 보조 해동덮개(146)는 냉동식품의 종류에 따라서 제작이 가능하며, 손쉽게 상기 제1 전극(142) 및 제2 전극(144) 사이에 배치가 가능하므로, 냉동식품의 균일해동 시 사용이 용이하다.

예를 들어, 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 보조 해동덮개(146)는 냉동식품 개수에 따라 각각 구비하여 냉동식품을 급속 균일해동하거나, 도면에 도시되지는 않았지만 상기 등전위판(146a)의 돔 형상이 반복되는 형태의 판으로 제작하여, 다수의 냉동식품을 동시에 급속 균일해동 할 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: 전극부 200: RF 파워 공급부
300: 냉각유닛
10, 112, 122, 132, 142: 제1 전극
20, 114, 124, 134, 144: 제2 전극
146: 보조 해동덮개

Claims

위치에 따라 상이한 두께를 갖는 냉동식품을 전자기파를 이용하여 해동시키기 위한 RF 해동장치로서,
상기 냉동식품의 두께에 대응되는 간격으로 상기 냉동식품과 이격되도록 배치되는 제1 전극;
상기 냉동식품을 사이에 두고 상기 제1 전극과 대향하여 이격되도록 배치되는 제2 전극; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 RF 파워를 공급하는 RF 파워 공급부를 포함하고,
상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 중 적어도 하나와 상기 냉동식품간의 간격 h는 하기 수학식에 의해 결정되는 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.

(여기서, x(cm)는 상기 냉동식품의 제1 두께, y(cm)는 상기 제1 두께보다 얇은 제2 두께, d(cm)는 상기 제1 전극과 제2 전극간의 거리, ε_r은 상기 냉동식품의 비유전율을 의미함, 0<y
x<1)
제1항에 있어서, 상기 제1 전극은 원기둥 형상의 상기 냉동식품에 대응하여 길이 방향에 수직한 단면이 반원 형상으로 형성되고, 상기 제2 전극은 판 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 원기둥 형상의 상기 냉동식품에 대응하여 길이 방향에 수직한 단면이 반원 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 냉동식품의 비유전율이 10이상으로 클 경우, 상기 제1 전극 및 제2 전극과 상기 냉동식품간의 간격은 모든 위치에서 상기 수학식으로 결정된 동일 간격을 유지하는 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
제1항에 있어서,
상기 냉동식품의 비유전율이 10미만으로 작을 경우, 상기 제1 전극 및 제2 전극이 상기 냉동식품의 제1 두께에 대응하는 간격보다 제2 두께에 대응하는 간격이 큰 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
제1항에 있어서, 상기 RF 해동장치는 상기 제1 전극, 제2 전극 및 상기 RF 파워 공급부가 상기 냉동식품을 해동하는 동안 상기 냉동식품의 표면이 과열되는 것을 방지하기 위해, 상기 RF 해동장치 내부 온도를 일정 온도 이하로 유지시키는 냉각유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
제7항에 있어서, 상기 냉각유닛은,
상기 냉동식품이 -60℃ 냉동육 일 때, 상기 RF 해동장치의 내부 온도를 -20℃로 조절 하는 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
제7항에 있어서, 상기 냉각유닛은,
상기 냉동식품이 -25℃ 냉동육 일 때, 상기 RF 해동장치의 내부 온도를 -10℃ 이상 -5℃ 이하로 조절 하는 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
제7항에 있어서, 상기 냉각유닛은 직접냉각방식인 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 전극과 상기 냉동식품 사이 또는 제2 전극과 상기 냉동식품 사이 중 적어도 하나에 절연 및 단열 재질의 받침판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
위치에 따라 상이한 두께를 갖는 냉동식품을 전자기파를 이용하여 해동시키기 위한 RF 해동장치로서,
상기 냉동식품과 이격되도록 배치되는 제1 전극;
상기 냉동식품을 사이에 두고 상기 제1 전극과 대향하도록 배치되는 제2 전극;
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치되어 상기 냉동식품의 해동을 보조하는 보조 해동덮개; 및
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 RF 파워를 공급하는 RF 파워 공급부를 포함하고,
상기 보조 해동덮개는,
상기 냉동식품 상에 이격되도록 배치되는 등전위판; 및
상기 냉동식품 주위를 둘러쌓도록 배치되고 상기 등전위판이 상기 냉동식품과 일정거리 이격되도록 상기 등전위판을 지지하는 지지유닛을 포함하며,
상기 등전위판은 냉동식품의 형상을 따라 변형가능 한 연속적인 면으로 형성된 형상인 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
삭제
삭제
제12항에 있어서, 상기 등전위판은 전도성 재질인 구리 또는 알루미늄 인 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
제12항에 있어서, 상기 지지유닛은 단열 및 절연 재질인 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
제12항에 있어서, 상기 RF 해동장치는 상기 제1 전극, 제2 전극 및 상기 RF 파워 공급부가 상기 냉동식품을 해동하는 동안 상기 냉동식품의 표면이 과열되는 것을 방지하기 위해, 상기 RF 해동장치 내부 온도를 일정 온도 이하로 유지시키는 냉각유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
제17항에 있어서, 상기 냉각유닛은,
상기 냉동식품이 -60℃ 냉동육 일 때, 상기 RF 해동장치의 내부 온도를 -20℃로 조절 하는 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
제17항에 있어서, 상기 냉각유닛은,
상기 냉동식품이 -25℃ 냉동육 일 때, 상기 RF 해동장치의 내부 온도를 -10℃ 이상 -5℃ 이하로 조절 하는 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.
제17항에 있어서, 상기 냉각유닛은 직접냉각방식인 것을 특징으로 하는 RF 해동장치.