KR102577554B1 - 초음파를 이용한 침지식 급속 냉동장치 및 그에 따른 급속 냉동방법 - Google Patents

초음파를 이용한 침지식 급속 냉동장치 및 그에 따른 급속 냉동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 초음파를 이용한 침지식 급속 냉동장치 및 그에 따른 급속 냉동방법으로, 보다 상세하게는 침지식 급속 냉동장치의 냉매가 주입된 수조 등에 별도의 초음파 진동자를 구비함으로써, 미세한 초음파 진동을 통해 냉매가 활성화되고, 활성화된 냉매액으로 침지된 각종 냉동 대상물의 표면접촉 및 열전달 효율을 최대화할 수 있도록 하여, 다양한 식품 등을 냉동하는 침지식 급속 냉동 효율을 향상시키고, 냉동된 각종 식품의 품질을 최상의 상태로 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 침지식 급속 냉동 방식에 사용되는 휘발성과 화재 위험성이 높은 알코올 성분의 함량을 낮출 수 있기 때문에, 침지식 급속 냉동의 동결 현장 및 동결 작업 과정에서의 보다 높은 안전성을 확보할 수 있도록 한 것이다.

Description

초음파를 이용한 침지식 급속 냉동장치 및 그에 따른 급속 냉동방법 { Submerged type quick freezing machine using ultrasonic wave and quick freezing method thereof }
본 발명은 초음파를 이용하여 육류 및 수산물 등을 침지식 급속 냉동기에서 급속 냉동하도록 한 장치와 그에 따른 방법에 관한 것으로, 특히 초음파 진동을 통해 냉매를 활성화하도록 형성함으로써, 냉매액에 침지된 각종 냉동 대상물의 표면접촉 및 열전달 효율을 최대화할 수 있도록 하여, 다양한 식품 등을 냉동하는 침지식 급속 냉동 효율을 향상시킬 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 육류 및 어류, 그리고 채소류 등의 각종 식품을 장기간 보관 및 유통되도록 하고, 식품의 미생물의 발육을 억제하여 변질과 부패가 방지되고 식품의 수명을 연장하도록 한 냉동 방법을 사용하고 있다.
근래에는 급속 냉동의 기술이 발전하게 되어, 각종 식품의 급속한 동결을 통해, 최대 빙결정 생성대를 신속하게 통과하도록 하고, 미세하고 균일한 분포의 얼음결정이 형성되어 식품 세포의 파괴를 방지함으로써, 완만한 동결의 냉동방식에 비해, 급속 냉동식품의 해동 후 품질이 우수하기 때문에, 급속 냉동의 방식을 선호하는 추세이다.
이러한 급속 냉동의 방식은 주로 송풍동결법과 접촉식 동결법, 그리고 침지식 동결법 등으로 구분되고 있으며, 이 중 침지식 동결법은 저온의 냉매에 각종 식품을 직접 침지시키도록 하여 급속 냉동하는 방식으로, 섭씨 영하 40 ~ 80도의 온도에서 사용되고 있다.
이와 같은 침지식 급속 냉동 기술에 관련한 종래의 선행기술문헌으로, 대한민국 등록특허공보 제10-0775649호의 발명의 명칭 ‘ 냉동기와 냉매교환장치를 포함하여 제공되는 침지식 급속냉동장치 및 이를 이용한 급속냉동방법 ’이 있다.
상기한 종래의 발명은 냉동기와 냉매액 교환장치가 연계되어 급속냉동장치 내부로 냉동대상 식품이 유입될 시 액체상태의 2차 냉매가 설정온도를 유지하며 짧은 시간 내에 초저온으로 급속 냉각시켜 내용물의 신선도를 유지하면서 안전하게 장기 보관할 수 있도록 설정온도의 범위로 급속냉동시켜주는 금속냉동장치를 제공하도록 한 것이다.
그리고 다른 종래의 선행기술문헌으로, 대한민국 등록특허공보 제10-2392101호의 발명의 명칭 ‘ 주정을 이용한 침지식 수산물 급속냉동장치와 이를 이용한 수산물 급속냉동방법 ’은, 주정을 열교환매체로 이용함으로써 포장되어 있지 않은 수산물 등과 같은 식품도 안전하게 급속 냉동시킬 수 있고, 본 발명은 열교환매체를 상층과 하층으로 순환시킬 수 있어서 열교환매체의 상층과 하층의 온도편차를 줄여서 전체적으로 균일한 온도를 유지할 수 있으므로 냉동 효율을 높일 수 있도록 한 것이다.
그러나 상기한 종래의 침지식 급속 냉동장치 및 방법은, 냉동 대상물이 침지되어 동결되도록 하는 냉매액을 활성화시키도록 하는 별도의 수단 및 장치가 미비하기 때문에, 냉동 대상물의 동결 시간이 더디고 냉동 효율이 현저히 낮아지는 문제점이 발생하였다.
또한, 침지식 급속 냉동 방식에 사용되는 에틸 알코올 등의 냉매액의 성분은 휘발성이 강하고, 고농도의 에틸 알코올 성분은 화재위험이 높기 때문에, 급속 냉동 현장 및 작업 과정의 안전성에 심각한 우려가 나타나는 실정이었다.
상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명은, 침지식 급속 냉동장치의 냉매가 주입된 수조 등에 별도의 초음파 진동자를 구비함으로써, 미세한 초음파 진동을 통해 냉매가 활성화되고, 활성화된 냉매액으로 침지된 각종 냉동 대상물의 표면접촉 및 열전달 효율을 최대화할 수 있도록 하여, 다양한 식품 등을 냉동하는 침지식 급속 냉동 효율을 향상시키고, 냉동된 각종 식품의 품질을 최상의 상태로 유지할 수 있도록 한 초음파를 이용한 침지식 급속 냉동장치 및 그에 따른 급속 냉동방법을 제공하도록 하는데 그 목적이 있는 것이다.
또한, 본 발명은 침지식 급속 냉동 방식에 사용되는 휘발성과 화재 위험성이 높은 알코올 성분의 함량을 낮출 수 있기 때문에, 침지식 급속 냉동의 동결 현장 및 동결 작업 과정에서의 보다 높은 안전성을 확보할 수 있도록 하는데 그 목적이 있는 것이다.
본 발명은 상부에 수조가 위치되도록 하고, 전원에 의해 동작되도록 하는 전동기 및 팬이 구동수단을 구비하도록 한 본체와;
냉매에 초음파 진동을 발생되도록 하는 다수 개의 초음파 진동자와, 상부에는 개폐되도록 하는 덮개와, 동결되도록 하는 식품을 투입되도록 하여 냉매에 침지시키도록 하는 바스켓을 형성한 수조와;
로 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 특징으로는, 증류수를 40 ~ 50도의 온도로 가열 유지하도록 한 후, 증류수 50 ~ 60 중량%와 에틸 알코올 40 ~ 50 중량%를 혼합하도록 하고, 조성된 혼합액에 대하여 액상의 이산화염소 10ppm을 추가로 첨가하도록 하는 냉매액 조성단계와;
동결되도록 하는 식품이 투입된 바스켓을 수조의 냉매에 침지시키도록 하는 식품투입단계와;
수조에 구비된 초음파 진동자를 구동하여, 미세한 진동에 의해 냉매가 활성화되어, 동결되는 식품의 표면 접촉 및 열교류가 진행되도록 하는 초음파 진동 및 동결단계;
로 구성되는 것을 특징으로 한다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 침지식 급속 냉동장치의 냉매가 주입된 수조 등에 별도의 초음파 진동자를 구비함으로써, 미세한 초음파 진동을 통해 냉매가 활성화되고, 활성화된 냉매액으로 침지된 각종 냉동 대상물의 표면접촉 및 열전달 효율을 최대화할 수 있도록 하여, 다양한 식품 등을 냉동하는 침지식 급속 냉동 효율을 향상시키고, 냉동된 각종 식품의 품질을 최상의 상태로 유지할 수 있을 뿐만 아니라, 침지식 급속 냉동 방식에 사용되는 휘발성과 화재 위험성이 높은 알코올 성분의 함량을 낮출 수 있기 때문에, 침지식 급속 냉동의 동결 현장 및 동결 작업 과정에서의 보다 높은 안전성을 확보할 수 있도록 한 유익한 발명인 것이다.
도 1은 본 발명의 초음파를 이용한 침지식 급속 냉동장치를 나타낸 장치도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예를 나타낸 장치도이고, 도 3은 초음파를 이용한 침지식 급속 냉동장치에 따른 급속 냉동방법을 나타낸 블록도이다.
우선 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다.
또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 초음파를 이용한 침지식 급속 냉동장치에 따른 구성 및 작용효과를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명은 육류 및 수산물, 채소류 등의 식품을 급속 냉동시키도록 하는 본체(100)와, 각종 식품을 동결시키는 냉매가 주입되는 수조(200)로 구성된다.
상기 본체(100)는 상부에 수조(200)가 위치되도록 하고, 전원에 의해 동작되도록 하는 전동기 및 팬 등의 구동수단을 구비하도록 한다.
상기 수조(200)는 냉매에 초음파 진동을 발생되도록 하는 다수 개의 초음파 진동자(210)를 형성하도록 한다.
상기 수조(200)의 상부에는 개폐되도록 하는 덮개(220)와, 육류 및 수산물, 채소류 등을 투입되도록 하는 바스켓(230)을 구비하여, 덮개(220)를 개방하고 각종 식품이 투입된 바스켓(230)을 수조 내의 냉매에 침지시키도록 한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 수조(200)는 냉매에 이산화염소를 첨가 투입하기 위한 별도의 이산화염소 공급부(240)을 형성하고, 이산화염소 공급부(240)에서 공급되는 기체상의 이산화염소를 수조에 구비된 노즐(241)에서 냉매에 미세 기포로 투입되도록 하여, 이산화염소에 의해 동결되는 식품의 살균 및 소독, 탈취 기능이 수행되고, 노즐(241)에서 발생되는 미세 기포에 의해, 냉매의 원활한 순환에 따른 식품의 신속한 동결이 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.
미설명부호 F는 동결 식품이고, A는 냉매액이다.
이하, 본 발명의 초음파를 이용한 침지식 급속 냉동장치에 따른 급속 냉동방법의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
냉매액 조성단계 (S1)
증류수를 40 ~ 50도의 온도로 가열 유지하도록 한 후, 증류수 50 ~ 60 중량%와 에틸 알코올 40 ~ 50 중량%를 혼합하도록 하고, 조성된 혼합액에 대하여 액상의 이산화염소 10ppm을 추가로 첨가하도록 한다.
그리고, 혼합 조성된 냉매액을 교반기 등을 통해, 6시간 동안 교반 배합되도록 한다.
또한, 냉매액에 혼합 조성되는 에틸 알코올 등의 성분의 함량을 낮추기 때문에, 동결 현장의 화재 위험을 방지하고 안전성을 향상을 확보할 있도록 한다.
식품투입단계 (S2)
각종 육류 및 수산물, 채소류 등이 투입된 바스켓(230)을 수조(200)의 냉매에 침지시키도록 한다.
초음파 진동 및 동결단계 (S3)
수조(200)에 구비된 초음파 진동자(210)를 구동하여, 미세한 진동에 의해 냉매가 활성화되고, 동결되는 식품의 표면 접촉 및 열교류를 원활하게 진행할 수 있도록 한다.
이때, 식품의 동결 과정에서, 기체상의 이산화염소를 주입할 경우, 이산화염소 공급부(240)의 노즐(241)를 통해, 수조의 냉매에 직접 주입 및 추가적으로 첨가하도록 하여, 노즐(241)에서 냉매에 기체 상태의 이산화염소가 미세 기포로 투입됨으로써, 이산화염소에 의해 동결되는 식품의 살균 및 소독, 탈취 기능이 수행될 수 있을 뿐만 아니라, 노즐(241)에서 발생하는 미세 기포에 의해 냉매를 원활하게 순환시켜, 신속한 열교환에 따른 급속 냉동 작업이 진행될 수 있게 된다.
또한, 초음파 진동을 통한 각종 식품의 신속한 동결 및 냉동 효율이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 급속 냉동되는 각종 식품 세포 및 조직의 손상을 최소화하여, 급속 냉동식품의 품질을 최상의 신선한 상태로 유지할 수 있도록 한다.
아래의 사진은 초음파를 이용한 침지식 급속 냉동장치와 급속 냉동방법으로 동결한 두부와, 일반의 급속 냉동고에서 냉동한 두부의 조직을 확대한 사진으로서, 초음파를 이용한 급속 냉동 방식의 두부의 조직이 빙결정입자가 미세하고 적음을 확인할 수 있다.
초음파를 이용한 급속 냉동 실험에 의한 두부의 조직 확대사진
일반적으로 급속 냉동한 두부의 조직 확대사진
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다.
따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 보호 범위는 아래 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
도면 주요 부분에 대한 부호의 설명
100 : 본체 200 : 수조
210 : 초음파 진동자 220 : 덮개
230 : 바스켓 240 : 이산화염소 공급부
241 : 노즐
S1 : 냉매액 조성단계 S2 : 식품투입단계
S3 : 초음파 진동 및 동결

Claims (5)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 증류수를 40 ~ 50도의 온도로 가열 유지하도록 한 후, 증류수 50 ~ 60 중량%와 에틸 알코올 40 ~ 50 중량%를 혼합하도록 하고, 조성된 혼합액에 대하여 액상의 이산화염소 10ppm을 추가로 첨가하도록 하는 냉매액 조성단계(S1)와;
    동결되도록 하는 식품이 투입된 바스켓(230)을 수조(200)의 냉매에 침지시키도록 하는 식품투입단계(S2)와;
    수조(200)에 구비된 초음파 진동자(210)를 구동하여, 미세한 진동에 의해 냉매가 활성화되어, 동결되는 식품의 표면 접촉 및 열교류가 진행되도록 하는 초음파 진동 및 동결단계(S3);
    로 구성되되,
    상기 냉매액 조성단계(S1)에서,
    혼합 조성된 냉매액을 교반기를 통해, 6시간 동안 교반 배합되도록 구성되며,
    상기 초음파 진동 및 동결단계(S3)에서,
    상기 초음파 진동자(210)는 상기 바스켓(230)의 양측벽과 대응되는 본체 안쪽면 상단 일정부분에 각각 형성되도록 하고, 기체상의 이산화염소를 이산화염소 공급부(240)의 노즐(241)를 통해, 수조의 냉매에 주입 및 추가 첨가하도록 하여, 노즐(241)에서 냉매에 기체 상태의 이산화염소가 미세 기포로 투입되도록 구성되는 것을 특징으로 하는 초음파를 이용한 침지식 급속 냉동장치에 따른 급속 냉동방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
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