KR20000013474A - High electric fields sterilizing device and chamber for sterilization - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 고전계 살균장치 및 살균용 챔버에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 고압 대전류 펄스형 전계(High Voltage High Current Pulsed Electric Fields: HVHC-PEF 이하 '고전계')를 이용하는 저온의 살균처리 방식에 있어서, 유체 식품에 고전계를 가함으로써 유체 식품 내에 살아있는 세균 또는 미생물의 이중막을 터뜨려 살균처리하는 고압 펄스전원장치와 다수의 절연체 링을 전극 사이에 삽입하여 전극 간격을 조절할 수 있는 살균용 챔버와, 균일한 전계가 유체식품에 가해지도록 하는 제작이 용이한 살균용 챔버에 관한 것이다.The present invention relates to a high-temperature sterilization apparatus and a sterilization chamber, and more particularly, to a low-temperature sterilization method using high voltage high current pulsed electric fields (HVHC-PEF or less 'high electric field'). A sterilization chamber comprising: a high pressure pulse power supply for disinfecting a double layer of living bacteria or microorganisms in a fluid food by applying a high electric field to the fluid food, and a plurality of insulator rings inserted between the electrodes to control electrode spacing; The present invention relates to a sterilization chamber that is easy to manufacture so that a uniform electric field is applied to the fluid food.
오늘날 식품공업에서 사용되는 식품보존 방법은 대부분 식품을 가열 조작(Thermal operation)하거나, 또는 식품 보존제를 첨가하는 등의 화학적 조작(Chemical operation)에 의한 보존 방법을 사용하고 있다. 그러나 상기 가열조작에서는 열에 의한 영양 성분의 파괴, 식품 구조의 변화 및 향기 성분의 손실 등 품질의 손실을 피할 수 없으며, 또한 상기 식품 보존제로 사용되는 인공 보존제의 경우에도 그 사용을 자제하고 있다.Most food preservation methods used in the food industry today use preservation methods by chemical operations such as heating a food or adding a food preservative. However, in the heating operation, loss of quality, such as destruction of nutritional components, changes in food structure, and loss of fragrance components due to heat, is inevitable, and the use of artificial preservatives used as the food preservatives is also refrained.
최근 건강에 대한 관심이 고조됨에 따라 천연 상태의 품질을 가능한 유지하는 최소가공 식품(Minimal Processing Foods)에 대한 수요가 증가되고 있다. 상기 최소가공은 식품 본래의 신선한 품질을 가능한 그대로 유지하고, 또한 안전한 보존 수명을 부여할 수 있는 가공 방법을 말한다. 예를 들어, 종래의 우유를 살균처리하는 방식의 경우는 약 72℃에서 30분간 처리하는 저온 살균법 또는 약 135℃에서 2∼3초 동안 살균하는 순간고온 살균법이 대부분이었다. 이에 따라 사용되고 있는 기존의 저온 살균법은 식품 내에 포함된 비타민 또는 영양분의 파괴를 최소화할 경우에 사용되고, 상기 고온 살균법은 장기간에 걸쳐 보관할 경우에 사용되고 있지만, 서로 상충되는 성격을 갖는다.Recent interest in health has increased the demand for Minimal Processing Foods that maintain the quality of the natural state as much as possible. The minimum processing refers to a processing method capable of maintaining the original fresh quality of the food as possible and giving a safe shelf life. For example, in the conventional method of sterilizing milk, most of the pasteurization is performed at about 72 ° C. for 30 minutes or at about 135 ° C. for 2 to 3 seconds. The existing pasteurization method used in this way is used to minimize the destruction of vitamins or nutrients contained in food, and the high temperature sterilization method is used when stored for a long time, but has a conflicting nature.
따라서 식품 가공 및 포장 기술의 혁신이 요구되고 있으며, 이에 따라 여러 가지 비가열(Nonthermal operation) 가공기술이 개발되고 있다.Therefore, innovation in food processing and packaging technology is required, and various nonthermal operation processing technologies are being developed accordingly.
상기 비가열 가공기술 중에서, 특히 고압 대전류 펄스형 전계 처리 기술은 종래의 열적, 화학적 방법과는 달리 전기적 및 물리적 조작에 의한 가공기술로서, 식품공업에 큰 변화를 가져올 고도의 기술로 평가되고 있으며, 향후 이러한 비가열 가공기술이 실용화되면 품질 면에서 훨씬 우수하고, 천연의 영양성분을 그대로 함유하며, 신선하고 식미가 우수한 고품질의 안전한 식품을 소비자들에게 제공할 수 있을 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 고전계에 의한 살균처리 방식은, 일정시간 고압의 전원을 살균용 챔버에 인가하여 전극의 양단에 고전계(E)를 형성하고, 이때 상기 고전계가 유체 식품(Food Product) 내에 포함된 세균, 미생물 등의 살아있는 생체의 이중막을 터뜨리게 된다.Among the non-heating processing technology, in particular, the high-voltage large current pulse type electric field processing technology is a processing technology by electrical and physical operation, unlike the conventional thermal and chemical methods, and is evaluated as a high technology that will bring a great change to the food industry. In the future, if this non-heating processing technology is put into practical use, it will be able to provide consumers with high quality, safe foods that are much better in quality, contain natural nutrients, and are fresh and have excellent taste. As shown in FIG. 1, in the sterilization method using a high electric field, a high voltage power is applied to a sterilization chamber for a predetermined time to form a high electric field E at both ends of an electrode, wherein the high electric field is a fluid food. The product will explode the double layer of living organisms such as bacteria and microorganisms.
현재까지 소개된 HVHC-PEF 방법에서는 스파크 갭을 사용하는 전원장치나 펄스압축회로를 이용하는 전원장치를 소개하였으며 이는 장치의 구성상에 많은 단점을 갖는다. 본 발명에서는 간단한 구성의 지수함수형 출력을 가지는 싸이라트론 스위치를 이용한 고압 펄스 전계발생장치와 변형된 형태의 새로운 펄스형성회로를 이용한 구형파 펄스전게 발생장치를 나타낸다.The HVHC-PEF method introduced to date has introduced a power supply device using a spark gap or a power supply device using a pulse compression circuit, which has many disadvantages in the construction of the device. In the present invention, a high-voltage pulse field generator using a cytrontron switch having an exponential output of a simple configuration and a square wave pulse generator using a new pulse forming circuit of a modified type are shown.
한편, 살균처리시 발생하는 공기방울 거품은, 살균용 챔버 내부의 구조, 냉각 및 전원 장치, 그리고 고전계의 정밀계측 등의 설계 잘못으로 인한 것이며, 이러한 공기방울 거품은 스파크의 발생으로 인한 전극의 파손, 소음 및 살균처리 효능의 저하 등에 영향을 미치게 됨에 따라 궁극적으로 주소자의 파손을 일으키게 된다는 문제점이 있다. 또한, 장치의 실용성을 고려할 때 보다 제작이 용이하고, 균일한 전계를 갖어야 한다는 점도 역시 필수적이라 할 수 있다. 따라서 살균 처리시 문제를 야기하는 거품(bubble) 문제와 제작이 용이해야 한다는 점 및 균일한 내부 전계를 가져야 하는 점등이 살균용 챔버 설계시 고려되어야 하는데, 이를 해결하며 기존의 문헌에서 제공되는 챔버와 다른 구조의 우수한 챔버를 제공한다.Meanwhile, the bubble bubbles generated during the sterilization treatment are caused by a design error such as a structure inside the sterilization chamber, a cooling and power supply device, and a precision measurement of a high electric field, and the bubble bubbles are broken due to sparking. As it affects the noise and deterioration of sterilization efficiency, there is a problem that ultimately causes breakage of the addressee. In addition, in consideration of the practicality of the device, it is also essential that the production is easier and have a uniform electric field. Therefore, bubble problems that cause problems in sterilization treatment and the fact that they should be easy to manufacture and lighting that should have a uniform internal electric field should be considered in the design of the sterilization chamber. Provides an excellent chamber of another structure.
현재까지, 국내에서는 전술한 HVHC-PEF 방법을 이용한 식품처리 기술이 기초적인 연구단계에 머물러 있으며, 실제 공장 시설에는 전혀 적용되고 있지 않고, 또한 국외에서도 역시 연구단계에 머물러 있는 수준이다. 또한 살균처리 챔버의 설계 및 제작은 선진 외국에서도 고난이도에 해당하는 기술로 인식되고 있으며, 이에 대한 연구가 지속적으로 진행되고 있다.To date, the food processing technology using the above-described HVHC-PEF method is in the basic research stage, and is not applied to the actual plant facilities at all, and is also at the research stage abroad. In addition, the design and fabrication of the sterilization chamber is recognized as a technology of high difficulty in advanced foreign countries, and research on this is ongoing.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창작된 것으로서, 고압 펄스전계 살균 방식을 이용하여, 유체 식품 내에 살아있는 세균 및 미생물 등의 생체 이중막을 터뜨려 살균처리하는 살균장치를 실제 생산에 적용하고, 유체식품을 처리하는 새로운 살균용 챔버로서 내부에서 발생하는 공기방울 거품의 발생을 최소화하고, 균일한 전계를 가지면서도 용이하게 제작할 수 있고, 또는 다수의 절연체 링을 살균용 챔버의 두 전극 내에 삽입하여 전극의 간격을 조절하는데 그 목적이 있는 것이다.Therefore, the present invention was created to solve the above problems, using a high-pressure pulsed electric field sterilization method, applying a sterilization apparatus for disinfecting biological double membranes such as living bacteria and microorganisms in fluid food in actual production and As a new sterilization chamber for processing fluid foods, it is possible to minimize the generation of air bubble bubbles generated inside and to easily manufacture with a uniform electric field, or insert a plurality of insulator rings into two electrodes of the sterilization chamber. The purpose is to control the spacing of the electrodes.
도 1은 고압 펄스 전계에 의한 살균 방식을 나타내는 도면이고,1 is a view showing a sterilization method by a high pressure pulse electric field,
도 2는 본 발명에 따른 고압 펄스 전계 살균장치의 구성도이고,2 is a block diagram of a high pressure pulse electric field sterilizer according to the present invention,
도 3은 본 발명에 따른 고압 커패시터 충전을 위한 고압 전원공급장치의 개략적 구성도이고,3 is a schematic configuration diagram of a high voltage power supply for charging a high voltage capacitor according to the present invention;
도 4는 본 발명에 따른 상기 고압 전원공급장치의 스위치를 구동하는 파형도이고,4 is a waveform diagram for driving a switch of the high voltage power supply according to the present invention,
도 5는 본 발명에 따른 살균용 챔버에 인가되는 지수함수 형식의 전압 파형도이고,5 is a voltage waveform diagram of the exponential function applied to the sterilization chamber according to the present invention,
도 6은 본 발명에 따른 구형파 형성회로를 갖는 고전계 살균장치의 개략적 구성도이고,6 is a schematic configuration diagram of a high electric field sterilizer having a square wave forming circuit according to the present invention;
도 7은 본 발명에 따른 구형파 형성회로의 일실시예이고,7 is an embodiment of a square wave forming circuit according to the present invention,
도 8은 본 발명에 따른 사이라트론의 턴온 및 턴오프 동작 모드를 나타내는 도면이고,8 is a diagram illustrating a turn on and a turn off operation mode of cyratron according to the present invention;
도 9는 본 발명에 따른 플로우형 살균용 챔버의 단면도이고,9 is a cross-sectional view of a flow type sterilization chamber according to the present invention;
도 10은 본 발명에 따른 동축형 살균용 챔버의 단면도이다.10 is a cross-sectional view of the coaxial sterilization chamber according to the present invention.
※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명※ Explanation of code for main part of drawing
1 : 전원공급부(PS) 2 : 사이라트론 구동회로부(PG)1: Power supply part PS 2: Cyratron driving circuit part (PG)
3 : 저대역 필터(LF) 4 : 사이라트론 가열용 변압부(TRS)3: low pass filter (LF) 4: cyratron heating transformer (TRS)
5 : 제1 고압 분압부(HVD1) 6 : 살균용 챔버(CH)5: first high pressure partial pressure unit (HVD1) 6: sterilization chamber (CH)
7 : 제2 고압 분압부(HVD2) 8 : 펄스 형성부(PFC)7: second high voltage dividing unit (HVD2) 8: pulse forming unit (PFC)
L1 : 전류제한용 인덕터 C1, C2 : 커패시터L1: Current limiting inductor C1, C2: Capacitor
S1 : 사이라트론(Thyratron) 11 : 인버터S1: Thyratron 11: Inverter
12 : 고압 변압기(HVT) 13 : 고압 정류기(HVR)12: high voltage transformer (HVT) 13: high voltage rectifier (HVR)
200 : 플로우형(Flow) 챔버 300 : 동축형(Coaxial) 챔버200: flow chamber 300: coaxial chamber
201, 202, 304 : 내부전극 301 : 외부전극201, 202, 304: internal electrode 301: external electrode
203, 303, 306 : 절연체 204, 302 : 인입구203, 303, 306: insulator 204, 302: inlet
205 : 배출구 206, 305 : 냉각관205: outlet 206, 305: cooling tube
207, 208, 209 : 지지대 210 : 절연체 링207, 208, 209: support 210: insulator ring
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고전계 살균장치는, 살균장치에 있어서, 고압의 전원을 공급하는 고압공급수단; 상기 공급되는 고압의 형태를 변환출력하는 변환수단; 및 상기 변환출력되는 고압에 따른 전계를 형성하여 살균하는 살균용 챔버를 포함하여 구성되는 것에 특징이 있는 것이며,High system sterilization apparatus according to the present invention for achieving the above object, in the sterilization apparatus, high pressure supply means for supplying a high pressure power; Conversion means for converting and outputting the type of the high pressure supplied; And a sterilization chamber for sterilizing by forming an electric field according to the converted high pressure.
본 발명에 따른 고전계 살균용 플로우형 챔버는, 살균용 챔버에 있어서, 두 내부전극 사이에 고압의 전계를 형성하여 유체를 살균하는 전계 형성부; 상기 두 내부전극 사이에 외삽되어 전극의 간격을 조절하는 조절부; 상기 전계 형성부와 연통되어 살균하려는 유체가 인입되는 인입구; 및 상기 전계 형성부와 연통되어 살균된 유체가 배출되는 배출구를 포함하여 구성되는 것에 다른 특징이 있는 것이고, 본 발명에 따른 고전계 살균용 동축형 챔버는, 살균용 챔버에 있어서, 동축형 본체를 감싸는 외부전극과 봉 모양의 내부전극 사이에 고압의 전계를 형성하여 유체를 살균하는 전계 형성부; 상기 전계 형성부와 연통되어 살균하려는 유체가 인입되고, 내부의 벽면이 사선형으로 형성된 인입구; 및 상기 전계 형성부와 연통되어 살균된 유체가 배출되는 배출구를 포함하여 구성되는 것에 다른 특징이 있는 것이다.In the sterilization chamber, a high-temperature sterilization flow-type chamber according to the present invention comprises: an electric field forming unit for sterilizing a fluid by forming a high-pressure electric field between two internal electrodes; An adjusting unit for extrapolating between the two internal electrodes to adjust the spacing of the electrodes; An inlet through which the fluid to be sterilized in communication with the electric field forming unit is introduced; And a discharge port through which the sterilized fluid is discharged in communication with the electric field forming unit, and the high-pressure sterilizing coaxial chamber according to the present invention is a sterilizing chamber. An electric field forming part which sterilizes a fluid by forming an electric field of high pressure between the outer electrode and the rod-shaped inner electrode; An inlet port in which fluid to be sterilized in communication with the electric field forming unit is drawn in, and an inner wall surface thereof is formed in a diagonal shape; And an outlet through which the sterilized fluid is discharged in communication with the electric field forming unit.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고전계 살균장치 및 살균용 챔버는, 고압공급수단에 의해 공급되는 고압을 살균용 챔버에 인가하게 되는데, 이때 변환수단이 상기 공급되는 고압의 형태를 지수함수 또는 구형파형으로 변환하여 출력하면, 상기 변환출력된 고압에 따라 살균용 챔버 내에 전계를 형성하여 유체를 살균하게 된다, 여기에서 상기 살균용 챔버는 두 내부전극 사이에 고압의 전계를 형성하여 상기 유체를 살균하고, 전극 사이에 절연물을 삽입하여 전극의 간격을 조절할 수 있는 플로우형 챔버이거나, 또는 동축형 본체를 감싸는 외부전극과 봉 모양의 내부전극 사이에 고압의 전계를 형성하여 유체를 살균하는 동축형 챔버이다.The high-pressure sterilization apparatus and the sterilization chamber according to the present invention configured as described above apply the high pressure supplied by the high pressure supply means to the sterilization chamber, wherein the conversion means has an exponential function or When the output is converted to a square wave, the fluid is sterilized by forming an electric field in the sterilization chamber according to the converted high pressure. Here, the sterilization chamber forms a high-pressure electric field between two internal electrodes to form the fluid. Sterilization and flow chamber that can control the gap between electrodes by inserting insulation between electrodes, or coaxial type to sterilize fluid by forming high pressure electric field between outer electrode and coarse inner electrode surrounding coaxial body Chamber.
이하, 본 발명에 따른 고전계 살균장치 및 살균용 챔버의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면에 의거하여 상세히 설명하겠다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings, a preferred embodiment of a high-pressure sterilization apparatus and a sterilization chamber according to the present invention will be described in detail.
도 2는 본 발명에 따른 고전계 살균장치의 구성도로서, 저온 살균장치에 있어서, 교번하는 스위치 제어신호(Q1∼Q4)에 따라 입력직류 전원을 승압하여 공급하는 고압 전원공급장치(1); 상기 고압을 저장하는 제1 커패시터(C1); 상기 제1 커패시터(C1)에서 출력되는 전류를 제한하는 전류제한용 인덕터(L1); 입력된 제어신호(Control)에 따라 구동펄스를 출력하는 구동펄스 발생기(2); 스위칭시 발생되는 고압 노이즈를 필터하는 저대역 필터(3); 그리드(G) 단자로 입력되는 상기 필터를 통과한 구동펄스에 따라 상기 제2 커패시터(C2)에 충전된 고압을 방전시키는 사이라트론(S1); 상기 사이라트론(S1)의 음극(K)을 가열하기 위한 변압기(4); 상기 공급된 고압을 분압하는 제1 및 제2 고압 분압기(HVD1,2)(5,7); 상기 공급된 고압을 지수함수적으로 살균용 챔버(6)에 인가하는 제2 커패시터(C2); 상기 인가된 고압에 따른 전계를 형성하여 살균하는 살균용 챔버(6)를 포함하여 구성된다. 여기에서 상기 살균용 챔버(6)는 수 ㎸∼수십 ㎸급의 전압이 인가되는 두 전극 사이에 절연체 링을 삽입하여 전계의 크기를 조절할 수 있는 플로우형 살균용 챔버 또는 공기방울 거품의 방지, 우수한 전계분포 및 원활한 유체 흐름을 가지는 동축형 살균용 챔버이다. 상기 제1 커패시터(C1)는 상기 고압 전원공급장치(1)에서 출력되는 고압 전원을 충전하는 커패시터이고, 전류제한용 인덕터(L1)는 상기 제1 커패시터(C1)에서 출력되는 전류를 제한하게 된다. 상기 구동펄스 발생기(2)는 입력된 제어신호(Control)에 따라 구동펄스를 출력하고, 상기 고압노이즈 필터(3)를 통해 사이라트론(S1)의 그리드(G) 단자에 입력하게 된다. 상기 사이라트론(S1)은 상기 고압노이즈 필터(3)를 통과한 구동펄스에 따라 상기 제 2 커패시터에 충전된 고압을 챔버에 공급 하게 된다. 변압기(4)는 상기 사이라트론(S1)의 음극(K)을 가열하게 된다.2 is a configuration diagram of a high electric field sterilizer according to the present invention, which includes a high pressure power supply device 1 for boosting and supplying input DC power according to alternating switch control signals Q1 to Q4; A first capacitor C1 storing the high voltage; Current limiting inductor (L1) for limiting the current output from the first capacitor (C1); A drive pulse generator 2 outputting a drive pulse according to the input control signal Control; A low band filter 3 for filtering high voltage noise generated during switching; Cyrattron (S1) for discharging the high pressure charged in the second capacitor (C2) in accordance with the drive pulse passed through the filter input to the grid (G) terminal; A transformer (4) for heating the cathode (K) of the cyratron (S1); First and second high pressure voltage dividers (HVD1,2) (5,7) for dividing the supplied high pressure; A second capacitor (C2) for applying the supplied high pressure exponentially to the sterilization chamber (6); It comprises a sterilization chamber (6) for forming and sterilizing the electric field according to the applied high pressure. Here, the sterilization chamber 6 is inserted into an insulator ring between two electrodes to which a voltage of several kV to several tens of kV is applied to prevent the flow type sterilization chamber or bubble bubbles, which can control the size of the electric field, Coaxial sterilization chamber with electric field distribution and smooth fluid flow. The first capacitor C1 is a capacitor for charging the high voltage power output from the high voltage power supply 1, and the current limiting inductor L1 limits the current output from the first capacitor C1. . The driving pulse generator 2 outputs a driving pulse according to the input control signal Control, and inputs the driving pulse to the grid G terminal of the cyratron S1 through the high pressure noise filter 3. Sairatron (S1) is supplied to the chamber the high pressure charged in the second capacitor in accordance with the driving pulse passed through the high-pressure noise filter (3). The transformer 4 heats the cathode K of the cyratron S1.
도 9 및 도 10은 본 발명에 따른 플로우형 및 동축형 살균용 챔버의 단면도로서, 도 2의 고전계 살균장치를 참고로 하여, 이하 상세히 설명한다.9 and 10 are cross-sectional views of the flow type and coaxial sterilization chambers according to the present invention, with reference to the high electric field sterilization apparatus of FIG.
본 발명은 도 1에 도시된 고전계 살균처리 방식을 이용하여 약 45℃ 이하에서 분당 수∼수십 리터를 살균처리하는 장치로서, 상기 고전계는 전계인가 방식에 따라 지수함수 파형 방식과 구형파 방식 등으로 구분할 수 있다.The present invention is a device for sterilizing several to several liters per minute at about 45 ℃ or less using the high-system sterilization method shown in Figure 1, the high-power system according to the electric field application method, such as exponential wave form and square wave method It can be divided into
도 2는 지수함수형 방식의 고전계 살균장치의 일실시예로서, 먼저 커패시터 충전용 고압 전원공급장치(1)는 고압 변압기를 이용하여 입력전압을 고압으로 승압한 뒤에 이를 정류하여 제1 커패시터(C1)의 입력으로 사용하게 된다.Figure 2 is an embodiment of the high-power sterilization apparatus of the exponential function type, first, the high-voltage power supply for charging the capacitor (1) is to boost the input voltage to a high voltage by using a high voltage transformer and then rectified it to the first capacitor (C1) Will be used as input.
도 3은 고압 커패시터 충전을 위한 고압 전원공급장치(1)의 개략적 구성도로서, 상기 고압 전원공급장치(1)는, 교번적으로 입력되는 스위치 제어신호에 따라 입력전력을 변환하는 인버터(11); 1차측의 상기 전력을 승압하여 2차측에 유도하는 고압 변압기(HVT)(12); 및 상기 2차측에 유도된 전력을 일방향으로 흐르도록 정류하는 고압 정류기(HVR)(13)로 구성된다. 여기에서 상기 인버터(11)는 입력전압을 교번적으로 전달하는 스위치(Q1,Q2,Q3,Q4), 상기 스위치(Q1,Q2,Q3,Q4) 각각의 역병렬 다이오드(D1,D2,D3,D4) 및 상기 스위치(Q1,Q2,Q3,Q4) 양단에 병렬 연결된 커패시터(C1,C2,C3,C4)를 포함하고 있다.3 is a schematic configuration diagram of a high voltage power supply 1 for charging a high voltage capacitor, wherein the high voltage power supply 1 converts input power according to an alternately input switch control signal. ; A high voltage transformer (HVT) 12 which boosts the electric power of the primary side and induces the secondary side; And a high voltage rectifier (HVR) 13 for rectifying the power induced in the secondary side to flow in one direction. Here, the inverter 11 switches to pass the input voltage are alternately (Q 1, Q 2, Q 3, Q 4), said switch (Q 1, Q 2, Q 3, Q 4) each antiparallel Diodes (D 1 , D 2 , D 3 , D 4 ) and capacitors (C 1 , C 2 , C 3 , C 4 ) connected in parallel across the switches (Q 1 , Q 2 , Q 3 , Q 4 ) Doing.
다시 말하면, 상기 고압 전원공급장치(1)는 제1 커패시터(C1)를 충전하는 전원공급장치로서, 인버터(11), 고압 변압기(12), 그리고 고압 정류기(13)로 구성되고, 상기 고압 전원공급장치(1)는 진상레그 스위치들과 지상레그 스위치들에 위상차를 줌으로써 출력전압을 펄스폭 제어하게 된다. 즉, 상기 고압 전원공급장치(1)는 임피던스가 큰 고압 변압기를 통해 입력전력을 출력으로 전달해야 하므로 직렬 공진형 인버터(11)를 사용하며, 여기에서 상기 인버터(11)의 제어는 위상변이(Phase shift) 펄스폭(Pulse Width) 제어를 사용하게 된다. 그리고 상기 고압 변압기(12)는 보빈에 권선을 감아서 페라이트 재질의 코어(Core)를 사용하며, 절연과 전압비 손실에 따른 권선비를 감안하여 제작한다. 상기 고압 정류기(13)는 고압 다이오드를 사용하여 직접 정류하는 방식이며, 이때 고압측 직류전압은 R, C 분압기를 이용해 대지와의 커패시턴스 성분에 영향을 받지 않도록 검출되어야 한다.In other words, the high voltage power supply 1 is a power supply for charging the first capacitor C1, and includes an inverter 11, a high voltage transformer 12, and a high voltage rectifier 13. The supply device 1 performs pulse width control of the output voltage by providing a phase difference between the advance leg switches and the ground leg switches. That is, the high voltage power supply 1 uses a series resonant inverter 11 because the input power must be transmitted to the output through a high impedance transformer having a large impedance, and the control of the inverter 11 is a phase shift ( Phase shift) Pulse Width control is used. The high voltage transformer 12 uses a ferrite core wound around the bobbin, and is manufactured in consideration of the winding ratio due to insulation and voltage ratio loss. The high-voltage rectifier 13 is a method of rectifying directly by using a high-voltage diode, wherein the high-voltage DC voltage should be detected so as not to be affected by the capacitance component of the earth using R and C voltage dividers.
도 4는 상기 고압 전원공급장치(1)의 스위치를 구동하는 파형도로서, 교번하는 구형파 전압이 되고, 상기 구형파 전압은 공진 커패시터와 변압기 누설인덕턴스를 거치면서 정현파의 고주파 전압이 되고, 이것이 고압 변압기(12)에 의해 승압되어 전달된다. 이때 펄스폭에 따라 출력으로 전달되는 공진 전류의 양이 선형적으로 가감되며, 따라서 일정한 출력전압의 제어가 이루어진다.4 is a waveform diagram for driving a switch of the high voltage power supply 1, which is an alternating square wave voltage, and the square wave voltage becomes a high frequency voltage of a sine wave while passing through a resonance capacitor and a transformer leakage inductance, which is a high voltage transformer. It is boosted by (12) and delivered. At this time, the amount of resonant current delivered to the output is linearly added or subtracted according to the pulse width, and thus a constant output voltage is controlled.
상기 고압 변압기(12)의 출력은 고압 정류기(13)에 의해 일정한 직류전압이 된다. 한편, 상기 직류전압은 일정하게 제어되며 후단의 사이라트론(S1)이 턴온될 때, 상기 고압 전원공급장치(1)의 동작이 중지되도록 하여 사이라트론의 자연소호가 이뤄지도록 할 수 있다. 이렇게 입력 고압전원장치의 동작이 사이라트론과 연계되도록 하면 제 1 커패시터와 인덕터 L1, D1이 필요없게 된다.The output of the high voltage transformer 12 is a constant DC voltage by the high voltage rectifier 13. On the other hand, the DC voltage is constantly controlled and when the later stage of the latron (S1) is turned on, the operation of the high-voltage power supply (1) can be stopped so that the natural firing of the thyraltron is achieved. If the operation of the input high-voltage power supply is linked to the Cyrattron, the first capacitor and the inductors L1 and D1 are unnecessary.
한편, 상기 제1 커패시터(C1)에 충전된 전류의 첨두치를 제한하기 위해 상기 제1 커패시터(C1)의 후단에 전류제한용 인덕터(L1)가 연결된다. 그리고 제2 커패시터(C2)는 상기 고압을 충전한 후에 살균처리 챔버(6)에 고압을 인가하기 위한 소자이고, 제1 및 제 2 분압기(5.7)는 상기 고압을 분압하게 된다.On the other hand, the current limiting inductor (L1) is connected to the rear end of the first capacitor (C1) in order to limit the peak value of the current charged in the first capacitor (C1). The second capacitor C2 is a device for applying a high pressure to the sterilization chamber 6 after the high pressure is charged, and the first and second voltage dividers 5.7 divide the high pressure.
그리고 사이라트론(S1)은 제2 커패시터(C2)에 충전된 에너지를 부하인 살균용 챔버에 순간적으로 공급하는 역할을 하며, 즉, 상기 사이라트론(S1)이 턴온되면 제2 커패시터(C2)가 챔버에 병렬 연결되어 부하로 충전 에너지를 공급하게 된다. 즉, 입력된 제어신호(Control)에 따라 구동펄스 발생기(2)로부터 고압 대전류의 구동펄스가 출력되어 그리드 단자에 입력되고 상기 사이라트론(S1)의 턴온 및 턴오프가 제어된다.Cyrattron S1 serves to instantaneously supply energy charged in the second capacitor C2 to the sterilization chamber as a load. That is, when the cyratron S1 is turned on, the second capacitor C2 is turned on. ) Is connected in parallel to the chamber to supply charging energy to the load. That is, according to the input control signal Control, the driving pulse of the high voltage and high current is output from the driving pulse generator 2 and input to the grid terminal, and the turn-on and turn-off of the cyratron S1 are controlled.
상기 사이라트론(S1)은 열음극 그리드 제어 방전관으로서, 열음극 정류방전관의 방전로 안에 1개 또는 2개의 그리드(G)를 넣고, 상기 그리드(G)에 의해 양극(A)-음극(K) 사이의 기동을 제어하려는 방전관이며, 약간의 그리드 입력으로 비교적 큰 전력 제어가 가능하며 동작이 확실하고, 대응속도가 극히 빠르다는 장점이 있다. 또한 상기 사이라트론(S1)은 펄스 사이리스터로 대체되어 사용할 수 있다.Sairatron (S1) is a hot cathode grid-controlled discharge tube, one or two grid (G) is put into the discharge path of the hot cathode rectifier discharge tube, between the anode (A)-cathode (K) by the grid (G). It is a discharge tube to control the operation of the power source, and with a slight grid input, relatively large power control is possible, the operation is sure, and the response speed is extremely fast. In addition, the thyrrone (S1) can be used by replacing the pulse thyristor.
도 5는 살균용 챔버에 인가되는 지수함수 형식의 전압 파형도로서, 지수함수형의 인가전압 파형에서 실제 살균처리 영역은 tP구간, 즉 최대 인가전압을 1로 했을 때, 인가전압이 약 0,57VL이 될 때까지이며, 이 구간에서 고압의 전계에 의해 세균 등의 이중막이 파괴되어 살균 효과가 나타난다.FIG. 5 is an exponential voltage waveform diagram applied to a sterilization chamber. In the exponential voltage applied voltage waveform, an actual sterilization region has a t P section, that is, when the maximum applied voltage is 1, an applied voltage is about 0, It is until it reaches 57V L. In this section, the double layer such as bacteria is destroyed by the high pressure electric field, and the sterilization effect is shown.
도 6은 구형파 형성회로를 갖는 고전계 살균장치의 개략적 구성도이고, 도 7은 상기 구형파 형성회로의 일실시예로서, 상기 구형파 방식은 살균장치의 설계 및 구성이 어렵지만, 살균 효율은 상기 지수함수 방식에 비해 우수하다는 장점이 있다. 따라서 도 7과 같이, 상기 고전계 살균장치의 살균효율을 증대하기 위해 인가 파형을 구형파로 변환하는 본 발명의 또 다른 실시예가 추가될 수 있다. 결국, 도 6은 도 2의 살균장치 구성에서, 제2 커패시터(C2) 대신에 도 7의 구형파 형성회로가 추가되며, 도 2의 제2 커패시터(C2) 대신에 병렬 연결된 다수의 커패시터와 인덕터에 의해 구형파를 형성하여, 살균용 챔버에 고압을 인가하게 된다. 입력 고압 전원장치는 펄스형성회로를 직접 충전하고 사이라트론이 턴온하면 동작이 중지되어 사이라트론이 자연소호되도록 하였다.6 is a schematic configuration diagram of a high electric field sterilizing apparatus having a square wave forming circuit, and FIG. 7 is an embodiment of the square wave forming circuit. The square wave method is difficult to design and configure a sterilizing apparatus, but the sterilization efficiency is the exponential function. It has the advantage of being superior to the method. Therefore, as shown in FIG. 7, another embodiment of the present invention may be added to convert the applied waveform into a square wave in order to increase the sterilization efficiency of the high electric field sterilizer. 6, the square wave forming circuit of FIG. 7 is added in place of the second capacitor C2 in the sterilizer configuration of FIG. 2, and the capacitor and the inductor are connected in parallel to the second capacitor C2 of FIG. 2. By forming a square wave, a high pressure is applied to the sterilization chamber. The input high-voltage power supply charges the pulse-forming circuit directly and stops operation when the cyratron turns on, causing the cyratron to naturally burn out.
도 8은, 상기 사이라트론(S1)의 턴온 및 턴오프 동작 모드를 나타내는, 즉, 상기 사이라트론(S1)의 턴온, 턴오프에 따른 등가 회로도로서, 상기 사이라트론(S1)이 턴온되었을 때 살균용 챔버(6)에 제2 커패시터(C2)의 충전전압이 모두 가해짐을 알 수 있다. 또한 상기 사이라트론(S1)이 턴오프되었을 때, 제1 커패시터(C1)가 제2 커패시터(C2)를 충전시키는 것을 알 수 있다.FIG. 8 is an equivalent circuit diagram illustrating a turn-on and turn-off operation mode of the cyratron S1, that is, the same according to the turn-on and turn-off of the cyratron S1. In this case, it can be seen that the charging voltage of the second capacitor C2 is applied to the sterilization chamber 6. In addition, it can be seen that the first capacitor C1 charges the second capacitor C2 when the cyratron S1 is turned off.
여기서 이전 절에서 설명한 바와 같이, 입력전원장치의 동작이 사이라트론의 온, 오프동작과 연계되어 이뤄지면 제 1 커패시터와 인덕터 L1은 필요없게 된다.Here, as described in the previous section, the first capacitor and the inductor L1 are unnecessary when the operation of the input power supply is performed in conjunction with the on and off operation of the cyratron.
한편, 상기 살균용 챔버(6)는 실제 살균을 하고자 하는 대상물을 주입하고, 고전계를 형성하여 살균하는 기구로서, 상기 고압 전원공급장치(1)의 고압이 살균용 챔버의 두 전극 양단에 가해지도록 되어 있다. 상기 살균용 챔버(6)의 구조와 형상 등은 살균 효과에 큰 영향을 주게 된다.Meanwhile, the sterilization chamber 6 is a mechanism for injecting an object to be sterilized and forms a high electric field to sterilize. The high pressure of the high voltage power supply 1 is applied to both electrodes of the sterilization chamber. It is meant to be built. The structure and shape of the sterilization chamber 6 has a great influence on the sterilization effect.
도 9는 플로우형 살균용 챔버(200)의 단면도로서, 두 내부전극(201,202) 사이에 고압의 전계를 형성하여 상기 유체를 살균하는 전계 형성부; 상기 두 내부전극(201,202) 사이에 외삽되어 상기 전극의 간격을 조절하는 조절부(210); 상기 전계 형성부와 연통되어 살균하려는 유체가 인입되는 인입구(204); 및 상기 전계 형성부와 연통되어 살균된 유체가 배출되는 배출구(205)를 포함하여 구성되고, 여기에서 상기 내부전극(201,202) 사이에 절연체 링을 삽입하여 전극의 간격을 물리적으로 조절할 수 있으며, 인입구(204)를 통해 주입된 유체 식품이 상부로 펌프에 의해 상승하면서, 두 전극(201,202) 사이에 일정한 전계 영역을 통과하면서 살균처리된다.9 is a cross-sectional view of the flow type sterilization chamber 200, an electric field forming unit for sterilizing the fluid by forming an electric field of high pressure between the two internal electrodes (201, 202); An adjusting unit 210 which is extrapolated between the two internal electrodes 201 and 202 to adjust the spacing of the electrodes; An inlet opening 204 in communication with the electric field forming unit for introducing a fluid to be sterilized; And an outlet 205 through which the sterilized fluid is discharged in communication with the electric field forming unit, wherein an insulator ring is inserted between the internal electrodes 201 and 202 to physically adjust the gap of the electrode. Fluid food injected through 204 is sterilized as it is pumped upwards, passing a constant field region between the two electrodes 201 and 202.
상기 플로우형 살균용 챔버는 종래의 발명이나 문헌에서 제안된 형태에 비해 훨씬 간단한 구조를 가지며, 제작이 용이한 특징을 갖는다. 특히, 종래의 챔버들은 일정한 전극 간격을 가지며, 전극 간격의 변경이 불가능한 구조이기 때문에 부하가 약간씩 달라질 때마다, 즉, 살균식품이 달라질 때마다 새로운 챔버로 대체해야 하지만, 본 발명의 플로우형 챔버는 상기 두 전극 사이에 절연체 링을 다수 삽입하여 전극의 간격을 물리적으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 두 전극(201,202) 사이를 유체 식품이 통과하게 되는데, 상기 두 전극과 유체 식품이 통과하는 관 사이에 다수의 절연체 링(210)을 삽입하여, 전극의 간격을 물리적으로 조절할 수 있다.The flow type sterilization chamber has a much simpler structure than the form proposed in the prior art or the literature, and is characterized by easy manufacturing. In particular, since the conventional chambers have a constant electrode spacing and cannot change the electrode spacing, each chamber has to be replaced with a new chamber every time the load is slightly changed, that is, every time the sterilized food is changed. A plurality of insulator rings may be inserted between the two electrodes to physically adjust the gap of the electrodes. For example, fluid food passes between the two electrodes 201 and 202, and a plurality of insulator rings 210 are inserted between the two electrodes and a tube through which the fluid food passes, thereby physically adjusting the gap of the electrodes. .
상기 플로우형 살균용 챔버는 두 개의 전극(201,202)으로 구성되며, 절연체 링(210)에 의해 분리된다. 상기 절연체 링(210)은 전극 사이에 전계가 집중하는 부분을 벗어나도록 위치시킨다. 그리고 유체 식품의 인입구(204)는 두 전극 사이에 위치하며, 상기 유체 식품은 두 전극 간(201,202)의 균일한 고압 전계가 가해지는 전극 사이를 지나 두 개의 배출구(205)로 배출되게 된다. 또한 상기 살균용 챔버의 냉각을 위해서 냉각수가 흐르는 관(206)이 전극 내부를 관통하게 된다. 그리고 상기 이외의 구조물(207,208,209)은 살균용 챔버를 지지하기 위한 케이스와 볼트 등의 지지물이다.The flow type sterilization chamber is composed of two electrodes 201 and 202 and is separated by an insulator ring 210. The insulator ring 210 is positioned outside the portion where the electric field is concentrated between the electrodes. The inlet 204 of the fluid food is located between the two electrodes, and the fluid food is discharged to the two outlets 205 between the electrodes to which a uniform high pressure electric field between the two electrodes 201 and 202 is applied. In addition, the tube 206, through which the coolant flows, passes through the inside of the electrode for cooling the sterilization chamber. The structures 207, 208, and 209 other than the above are supports such as a case and a bolt for supporting the sterilization chamber.
도 10은 동축형(Coaxial) 살균용 챔버(300)의 단면도로서, 동축형 본체를 감싸는 외부전극(301)과 봉 모양의 내부전극(304) 사이에 고압의 전계를 형성하여 상기 유체를 살균하는 전계 형성부; 상기 전계 형성부와 연통되어 살균하려는 유체가 인입되고, 내부 벽면이 사선형으로 형성된 인입구(302); 및 상기 전계 형성부와 연통되어 살균된 유체가 배출되는 배출구를 포함하여 구성되며, 상기 동축형 챔버는 유체가 입력될 때의 압력에 의해 공기방울이 발생하지 않도록 인입구(302)의 정면 벽에 사선형의 기울기를 주었다. 또한 살균용 챔버의 냉각을 위해 내부 수냉봉이 내부전극(304)인 구리판 내부에 배치되게 된다.10 is a cross-sectional view of the coaxial sterilization chamber 300, in which a high-pressure electric field is formed between an outer electrode 301 surrounding a coaxial body and a rod-shaped inner electrode 304 to sterilize the fluid. Electric field forming unit; An inlet 302 in which fluid to be sterilized in communication with the electric field forming unit is drawn in, and an inner wall thereof is diagonally formed; And an outlet through which the sterilized fluid is discharged in communication with the electric field forming unit, wherein the coaxial chamber is oblique to the front wall of the inlet 302 so that no air bubbles are generated by the pressure when the fluid is input. Gave the slope of. In addition, an internal water cooling rod is disposed inside the copper plate, which is the internal electrode 304, for cooling the sterilization chamber.
상기 동축형 챔버(300)에서 입력 노즐을 통해 주입된 유체가 고압의 전계가 조밀하게 분포되는 전극을 통과하면서 살균처리된다. 즉, 살균 전에 유체 식품은 외부의 펌프에 의해 일정한 유속으로 양쪽 인입구(302)로 들어오게 되며, 내부전극(304)과 외부전극(301) 사이를 통과하면서 일정한 전계를 받게 된다. 이후 살균된 식품은 출구를 통해 다시 외부로 빠져나가게 된다.The fluid injected through the input nozzle in the coaxial chamber 300 is sterilized while passing through an electrode in which a high-pressure electric field is densely distributed. That is, before sterilization, the fluid food enters both inlets 302 at a constant flow rate by an external pump, and receives a constant electric field while passing between the inner electrode 304 and the outer electrode 301. The sterilized food is then taken out again through the exit.
상기 동축형 챔버(300)는 균일한 전계가 두 전극 사이에 분포되며, 또한 유체에 공기방울이 발생하지 않도록 하는 구조로 되어 있고, 또한 외부를 감싸고 있는 전극(301)과 내부 봉 구조의 전극(304)이 있으며, 식품의 인입구(302)를 통해 인입되며. 고전계에 의한 유체 식품의 살균처리 후 배출하는 부분을 절연물(303)이 감싸고 있고, 내부전극(304)은 구리 계열의 도체인 봉의 구조를 갖고, 절연물(306)에 의해 지지되며, 상기 내부전극(304)의 내부로 냉각을 위한 냉각 매체가 들어간다. 외부전극(301)은 스테인레스 스틸로 이루어져 있으며, 아래쪽의 절연체(306)는 에폭시 계열의 절연체로 되어 있다.The coaxial chamber 300 has a structure in which a uniform electric field is distributed between the two electrodes, and prevents air bubbles from occurring in the fluid, and also has an electrode 301 surrounding the outside and an electrode 304 having an internal rod structure. ), And is introduced through the inlet 302 of the food. The insulator 303 surrounds a portion discharged after the sterilization process of the fluid food by the high electric field, and the internal electrode 304 has a structure of a rod, which is a copper-based conductor, is supported by the insulator 306, and the internal electrode. Cooling medium for cooling enters inside 304. The external electrode 301 is made of stainless steel, and the lower insulator 306 is made of an epoxy-based insulator.
상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 고전계 살균장치 및 살균용 챔버는. 고압 대전류 펄스형 전계 처리 기술을 이용하는 고전계 살균장치, 그리고 물리적으로 전극의 간격 조절이 가능한 살균용 챔버를 구현함으로써, 전계가 균일하고, 제작이 용이하며, 낮은 에너지로도 종래와 동일한 살균 효과를 가져오기 때문에 살균 효율이 보다 높은 유용한 발명인 것이다.High system sterilization apparatus and sterilization chamber according to the present invention configured as described above. By implementing a high-temperature sterilization device using high-voltage, high-current pulsed electric field treatment technology, and a sterilization chamber with physically adjustable electrode spacing, the electric field is uniform, easy to manufacture, and has the same sterilization effect as before with low energy. It is a useful invention with higher sterilization efficiency.
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