KR20010070791A - 전기 가열봉을 이용한 과즙, 혼합음료, 두유 등의 직접가열, 살균기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종음료의 가열, 살균과정에 종래 증기를 이용한 가열방식과 달리 가열관을 직접이용 가열함으로써 에너지절약과 가열 과정중 습증기의 유입을 근본적으로 불가능하게 만들어 위생성과 안전성을 획기적으로 향상시켰으며, 제작비용이 보일러의 1/5정도로 경제적 측면에서도 유리하다.

특히 과즙 및 혼합음료,두유의 가열과정에서는 종래 근본적으로 직접가열 방식이 존재하지 않았다. 이는 직접 가열과정에서 가열기의 순간 상승온도(최고 600℃)가 높아 타거나, 늘어붙는 일이 발생하기 때문이다. 해결방법으로 온도의 상승을 느리게하는 경우 생산 속도가 느려지고 에너지의 낭비가 심하게 되어 지금까지는 실용화 할수 없는 한부분으로 여겨졌다.

본 발명은 이문제를 해결하기 위해 도면 Ⅰ과같이 가열관을 연속적으로 연결하고 통(19)으로부터 연결된 펌프(10)를 회전시켜 유속과 유량을 일정하게 유지하되 가열봉(1)의 온도상승률을 계산하여 가열봉(1)을 통과하는 액체의 유속과 유량을 결정한다. 이 경우 통과하는 액체와 가열봉(1)의 가열선(5)의 온도의 차는 5℃를 넘지 않도록 유속과 유량을 결정한다.

순간 온도 상승의 원인은 액체중의 공기를 함유한 포말로서 미세한 포말이 가열봉(1)의 가열선(5)에 붙는 순간 포말이 붙은 부분의 온도가 급상승하며 주변이 타는 현상이 발생하면서 전체적으로 타들어가는 현상이 발생하는바, 가열관(2)으로의 포말의 유입을 막기위해 먼저 포말생성의 원인인 유체의 이동을 적게하고 유체의 이동시에도 공기중 노출을 적게하며 유체의 운동시 그 저항을 최대로 줄인다. 이러한 목적을 달성하기 위해서 가열통(19)의 구조를 경사판을 설치하고 다시 유체 안정부(18)를 따로 두며, 관의 배치를 도면과 같이 하였다.

본 발명은 기존의 증기 보일러를 대체하면서도 그 점유면적은 극히 작다. 별도의 설치장소없이 설비의 후면에 부착 가능하게한 극 소형이다.

Description

전기 가열봉을 이용한 과즙, 혼합음료, 두유 등의 직접 가열, 살균기{a Direct heating, a sterilizer}

종래 각종 음료의 가열, 살균은 거의 전적으로 증기 보일러를 이용한 증기로 직접 또는 간접 가열을 하였다. 직접 가열의 경우는 증기로부터의 오염문제, 습증기의 유입으로 인한 농도의 희석, 온도 상승률이 일정치 않은 문제 및 증기 보일러의 잦은 고장이 문제이다.

간접 가열의 경우는 열 교환기를 필요로 하는바 열 교환기의 가격이 높고 점유면적이 크며, 열 효율을 올리는 것에 한계가 있어 에너지의 낭비가 심하다. 또한 설비의 청소가 곤란하다.

그러나 본 발명의 전기 가열기를 사용하는 경우, 점유면적이 필요 없이 설비의 한곳에 붙여서 설치 하면 되므로 실질 점유면적이 거의 없고, 그제작 비용이 기존 보일러에 비해 1/5정도면 제작 가능하며, 근본적으로 오염의 가능성이 없고, 농도의 희석이 없으며, 결정적으로는 에너지의 절약이 현저하다. 즉 증기보일러 자체는 물이라는 매체를 통해 열을 전달하므로 물을 통한 열 전달시 에너지가 중간 낭비되나 본 발명 설비는 가열 봉을 이용 대상물질을 직접 가열함으로써 열량의 손실이 거의 존재하지 않는다. 또한 안전의 측면에서 고압을 요구하지 않고 펌프를 통해 가열관을 통과하는 동안 팽창하는 순간압력을 이용하므로 폭발의 위험성이 없다.

결과적으로 본 설비는 증기 발생량 1ton/hour의 증기 보일러를 쓰는 음료공업에서 점유면적의 절약, 안전 ,위생, 에너지 절약, 통제의 용이성, 제작비용의 절약이 가능해 향후 이 분야에서 기존 증기보일러를 완전 대체 할 것으로 보인다.

본 발명은 가열관을 이용한 직접 가열 방식이 가장 이상적이고 우수한 방법임에도 불구하고 가열봉의 온도 통제의 어려움으로 인한 타는 현상을 해결하지 못해 사실상 사용을 하지 못했던 방식을 사용가능하게 하였다는데 그 기술적 의의가 있다. 즉 가열봉의 소모전력(일반적으로 전기 가열봉 1개는 최저 1Kw)을 통한 발열량을 계산하고 다시 이에 또한 유속과 유량을 조정하여 가열봉의 온도가 통과하는 유체와 5℃이상의 온도차이를 내지못하게 만든다.

유체가 타는 현상이 발생하는 가장 중요한 원인 중 하나는 유체 중 포말이존재함으로써 발생하므로 포말 형성을 억제하기 위해 관도 상에 항상 일정한 압력을 갖는 유체가 흐르도록 하여 기포의 생성을 억제가능하며, 가열통 및 관도를 배치하는 경우도 기포가 형성되지 못하도록 최대한 유선형 구조로 배치하는 동시 형성된 기포도 압력을 받아 깨지도록 펌프를 이용해 순간 압력을 걸어준다.

도Ⅰ은 전기 가열기로서 가열관(2)내 가열봉(1)을 장착한 것으로 각 가열관을 연결관(8,9)을 이용 연속적으로 연결한 모형으로 유체의 통과시 저항을 최소화하여 포말의 형성을 방지하고 자 이러한 연결방식을 선택 하였다.

도Ⅱ는 전기 가열기를 연결하는 배관도와 가열통(19)의 내부의 포말을 방지하기 위한 각종 장치를 나타낸다.

상위 목적을 달성 하기위해 기포 발생을 억제하는 가열통과 가압펌프, 연속식의 가열관의 배치, 방출구의 각도배치 등에 의해 기포발생 억제를 통한 가열의 목적을 달성한다.

이하 본발명의 바람직한 실시예에 대해 도면을 참고로 자세히 설명하겠다.

도Ⅰ은 가열상자의 도면으로 스텐레스(sus304 또는 sus316)로된 가열관(2)의 내부에 가열봉(1)을 넣어 밀봉하고 가열관(2)과 가열관의 연결은 연결관(8,9)과 같은 모양으로 연결한다. 이러한 형태의 모형은 유체의 정체나 와류를 없애고 유체의 흐름을 최대한 원할히 하여 관도 속에서 기포가 생성 또는 머물지 못하도록 하기위한 구조이다. 또한 가열관(2) 하부의 가열관 액체 진입구(6)를 설치함으로써 가열관 내부에 균등한 흐름과 압력을 보장함으로써 가열관내에 공기가 차는 현상을 막기위한 구조이다. 이는 가열과정에서 아무리 작은 기포라도 일단 가열선(5)에 점착 되는 경우 바로 가열선(5) 점착부분의 온도가 급격히 올라가(최고600℃) 타는 현상이 발생하고 다시 그 주변의 온도가 상승하여 전체가 타는 현상이 발생한다. 이러한 현상을 막기 위한 관 배치구조가 도Ⅰ과 같은 모양이며 가열관은 수량 제한 없이 연속식으로 배치 가능 하다.

도Ⅱ는 기포 생성을 억제하고 가열기가 과열되는 것을 막는 장치이다. 가열통(19)은 내부에 경사판(17)을 설치하고 다시 전면 하부에 유체 안정부(18)를 설치한다. 방출구는 가열통(19) 하단부를 향하되 가열통의 뒷벽을 향해 60-80 ° 각도로 꺽어 줌으로써 방출구로부터 유체가 빠른 속도로 나올 때 자연스런 흐름을 이루어 가열통 안을 회전 하게하는 역할을 한다. 즉 유체가 방출구로부터 빠른 속력으로 나올때 가열통 안의 기존 액체와 충돌하여 기포를 생성함으로 이를 막기위한 장치이다. 경사판(17)은 방출되 나온 유체가 회전시 최상단부를 중심으로 회전 하게 하고 경사판 낯은 부분은 회전의 영향은 있으나 생성된 기포는 낯은 쪽으로 오지 못하게 하는 역할을 한다. 유체 안정부(18)는 경사판(17)의 가장 낮은 부분의 앞쪽에 낮게 설치함으로써 발생된 기포가 상부로 떠오르게 설계되어 유체 안정부에는 기포가 없는 액체만 남아 펌프에의한 액체 흡입시 액체만을 흡입하도록 설계되었다.

펌프(10)는 가열통의 액체를 가열관을 통해 회전 하도록 하는 역할을 하며 이때 가열관(2)에 압력을 주어 기포가 형성되지 못하게 하며 일정한 유속과 유량을 유지하게 한다.

가열기를 연속으로 운전하지 않는 경우 먼저 펌프를 중지시키고 개폐기(14)를 닫은후 물통(22)의 개폐기(23)를 열어 물이 가열관으로 역류하여 홀러들어가게 함으로써 가열관 내부의 온도를 내리고 가열관 내부를 청소하는 역할을 하게 한다.

본 발명은 종래 과즙, 혼합음료, 두유등 점성이 어느정도 있는 음료의 가열살균과정에서 증기보일러를 이용한 증기로 가열 살균 하였으나, 직접 증기 분사시 온도의 불안정성, 물의유입문제, 농도의 희석, 오염문제가 있고 간접가열 살균 방식은 열 교환기를 이용해야 하므로 면적이 크고 바용 발생이 크며 에너지의 낭비가 크다. 본 발명품을 이용하는 경우 면적이 작고, 제작비용은 보일러의 1/5, 오염 문제나 물의 유입문제가 존재하지 않으며 에너지의 낭비가 거의 존재하지 않는다. 따라서 본 발명품은 경제, 안전, 위생 측면 등에서 기존 증기 보일러( 증기발생량1ton/hour )를 대체 가능하다.

Claims (3)

1. 전기 가열봉을 가열관에 삽입 밀봉하고 가열관과 가열관을 연결관(8,9)을 통해 연결하며, 가열관의 입구를 가열관 액체 진입구(6)와 같이 하여 연속적으로 연결하는 것을 특징으로 한 전기가열기.
2. 가열통(19)속에서 기포 발생을 억제하기위해 액체가 회수되어 돌아오는 방출구(16)를 경사판(17) 상면에 하부방향을 향하게하고 다시 뒷 벽을 향해 60-80 ° 정도 각도를 주어 나오는 액체가 폭등하지 않고 자연 스럽게 회전하면서 나오도록 하게하고, 경사진 경사판의 하부에 유체 안정부(18)를 두어 펌프(10)에 기포가 없는 액체가 공급 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 장치이다.
3. 기계의 상면에 물통(22)을 설치하여 설비를 연속으로 사용하지 않는 경우 펌프(10)를 정지시키고, 관도의 개폐기(14)를 닫은후 물통의 개폐기(23)를 열어 물이 역류하여 가열기안으로 흘러들어가는 것을 특징으로 하는 장치이다.