KR20050019798A - 열처리, 충전 및 밀폐된 금속캔 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열처리, 충전 및 밀봉된 캔을 제조하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법은 금속 컵을 충전하는 단계, 캔의 기밀한 열처리가 가능하도록 리드로 금속 컵을 밀폐하는 단계 및 캔의 열처리단계를 포함하고, 밀폐 후에 캔 내부를 과소압력으로 하기 위해 측정을 실시하며, 상기 캔은 유연성 및 밀봉 리드가 제공되어 강도가 증가된 강체 형태이고, 상기 측정은 부분동결 충전물을 이용하는 단계, 캔 내부의 충전물의 비체적을 낮추기 위해 밀폐한 후에 상호작용하는 구성물을 포함하는 충전물을 구비하는 단계, 충전한 후 그리고 폐쇄하기 전에 컵에 수증기를 부가하는 단계, 대기압 이하에서 컵을 밀폐하는 단계 및 밀폐 후 캔을 부분적으로 진공시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

열처리, 충전 및 밀폐된 금속캔 제조방법{METHOD FOR PROVIDING A HEAT TREATED FILLED AND CLOSED METAL CAN}

본 발명은 열처리, 충전 및 밀폐된 금속캔을 제조하는 방법에 관한 것이다.

열처리, 충전 및 밀폐된 금속캔은 사람이나 동물을 위한 음식을 보관할 수 있고, 상기 음식은 충전후에 밀폐된 금속 포장용기 내에서 열처리되었거나 또는 열처리될 것이다. 음식의 열처리는 음식의 종류에 따라 다르고, 조리법이나 제조자에 따라 따르다.

캔을 만드는 금속은 보통 강철이나 알루미늄이다. 포장산업은 물론 강철 및 알루미늄 산업과 음식산업에서, 캔을 제조할 때에 소비되는 재료의 양 또는 재활용할 수 있는 재료의 양, 또는 소비자에게 캔이 어떻게 비추어질지에 관한 사항 등, 포장을 향상시키기 위해 계속적으로 노력하고 있다.

계속적인 혁신을 이룩한 예로는 'Le Carre'사의 캔을 들 수 있고, 상기 캔은 유럽특허 제1005428호 '음식용 캔과 같은 포장용 금속용기'에 개시된 바와 같이, 얇은 껍데기부분을 갖는 다중패널 타입의 캔이다.

유럽특허 제1005428호에 따르면, 유연성이 있는 캔을 제공함으로써 오토클레이브에서 충전된 캔을 멸균하는 것과 같이 열처리가 가능해져, 캔을 처리하는 데에 있어 압력면에서 위험이 적다. 즉, 오토클레이브의 압력제어가 훨씬 쉽다는 것이다. 오토클레이브의 압력이 캔의 압력보다 높은 한 캔이 잘못될 일은 없다.

상기한 바와 같은 'Le Carre'(등록상표)의 구상이 매우 긍정적이긴 하지만, 유연성이 있는 조건에서도 오토클레이브 내에서 열처리를 하는 것이 항상 경제적으로 이로운 것만은 아니라는 문제가 있다. 상용 멸균 오토클레이브는 배치-와이즈식(batch-wise)으로 작동하고, 배치식 처리는 포장용기의 모든 음식에 대해 경제적인 매력이 없다.

또한, 보다 쉽게 개방할 수 있는 뚜껑을 제공하여 포장된 음식물을 꺼내기 위한 보다 나은 해결책을 찾을 필요가 있고, 이러한 뚜껑은 쉽게 개방할 수 있다는 특징때문에 (매우 낮은)내부적인 초과압력(over-pressure) 상태, 특히 오토클레이브의 온도 120℃ 또는 그 이상의 높은 온도 및 반시간 또는 그 이상의 멸균 기간 동안의 시간과 복합된 초과압력 상태에서 보다 쉽게 손상되게 된다. 본 명세서에서, '초과압력'은 밀폐 캔의 압력이 외부압력보다 높은 것을 의미한다. 또한 '과소압력(under-pressure)'은 밀폐 캔의 압력이 외부압력보다 작은 것을 의미한다.

본 발명에 따른 제 1 실시예를 통해 이와 같은 문제를 이제 극복하거나 줄일 수 있고, 본 발명 즉, 열처리, 충전 및 밀폐된 캔의 제조방법은 하기의 연속적인 처리단계 즉,

- 금속 컵을 충전하는 단계,

- 캔의 기밀한 열처리가 가능하도록 리드(lid)로 금속 컵을 밀폐하는 단계 및

- 캔을 열처리하는 단계를 포함하고,

컵을 밀폐한 후 캔 내부를 과소압력으로 만들기 위해 측정을 하고, 캔은 유연성을 갖는 것을 특징으로 한다.

상기 측정은 아래의 단계를 포함하는 그룹에 속하는 하나의 단계를 포함한다.

- 부분동결 충전물(partly frozen filling)을 이용하는 단계.

- 캔 내부의 충전물의 비체적을 낮추기 위해 밀폐한 후에 상호작용하는 구성물을 포함하는 충전물을 구비하는 단계.

- 충전한 후, 밀폐하기 전에 컵에 수증기를 부가하는 단계.

- 대기압 이하에서 컵을 밀폐하는 단계.

- 밀폐 후 캔을 부분적으로 진공시키는 단계.

'유연성'이란 캔 내에 비록 작더라로 초과압력이 있게 되면 밀폐되어 충전된 캔의 체적이 차지하는 공간이 증가하고, 캔 내에 비록 작더라고 과소압력이 있게 되면 상기 공간이 줄어드는 것을 의미한다.

상기 방법에서 상기 유연성을 갖는 캔을 선택함으로써, 압력에 대한 관심을 체적으로 돌려 후에 기술하는 여러 장점들을 얻을 수 있다.

본 명세서에서, 캔 내부의 충전물의 비체적을 낮추기 위해 밀폐한 후에 상호작용하는 구성물을 포함하는 충전물은 예를 들면 원래 구성물의 체적보다 작은 체적을 점유하는 반응물을 형성하도록 컵이 밀폐된 후에 반응하는 구성물을 포함하는 충전물을 의미하고, 이때의 온도가 체적에 독립적으로 영향을 미친다.

본 발명에 따른 방법의 실시예에서, 캔은 유연성형태로 선택하고, 상기 캔은 금속 컵에 밀폐제로 접착되는, 쉽게 개방할 수 있는 밀봉형태의 리드로 밀폐된다. 본 발명에 따르면, 초과압력에 민감한 형태의 밀봉 리드를 파괴하는 초과압력을 발생시키는 산업분야의 편견에 의한 열처리대신에 초과압력에는 민감하지만 개방이 매우 용이한 리드를 사용하는 것이 가능하다.

바람직한 실시예에서, 유연성 형태에서 선택된 캔은 25, 바람직하게는 35 또는 그 이상의 유연성을 갖고, 상기 유연성은 이제부터 양적으로 표현한다. 종래의 열처리가능한 캔보다 상당히 큰 유연성을 갖는 캔을 선택함으로써, 너무 큰 초과압력 및 너무 큰 과소압력에 따른 위험이 상당히 줄어든다.

바람직한 실시예에서, 유연성 형태에서 선택된 캔은 붕괴되지 않고 그 체적감소율을 7.5%, 바람직하게는 10% 이상 또는 15% 까지도 유지할 수 있다. 이와 같은 캔을 선택함으로써 과도한 과소압력 상태에서 붕괴될 위험이 최소화된다.

본 발명은 또한 청구범위 제1항에 따른 방법에 포함이 되고, 여기서 선택된 컵은 평평한 벽패널을 포함한다. 상기 컵은 몸체(이 경우에는 컵)를 형성하는 평평한 패널 고유의 기계적 특성으로 인해 유연성을 갖는다.

상기 문제점은 본 발명에 따른 제 2 실시예를 통해 극복하거나 줄일 수 있고, 본 발명 즉, 열처리, 충전 및 밀폐된 캔을 제공하는 방법은 하기의 연속적인 단계 즉,

- 금속 컵을 충전하는 단계.

- 캔의 기밀한 열처리가 가능하도록 리드로 금속 컵을 밀폐하는 단계.

- 캔을 열처리하는 단계를 포함하고,

컵을 밀폐한 후에 캔 내의 과소압력을 얻을 수 있도록 측정을 실시하며, 상기 캔은 강체의 일종으로 금속 컵에 접착되는 개방이 용이한 형태의 리드를 포함하고, 상기 측정은 위에 언급한 것과 같다.

'강체'는 캔 내부가 초과압력인 경우와 그 반대인 경우에도 충전되어 밀폐된 캔이 갖는 체적이 변하지 않는 것을 의미한다.

상기 방법에서 강성을 갖는 캔을 선택하여 내부의 과소압력에 관한 관심을 보다 높은 절대치로 돌림으로써 내부의 최대 초과압력을 낮추고, 강체 캔이 내부의 과소압력의 증가를 견딜 수 있다면(이에 관해서는 후술한다), 밀봉 캔 리드를 사용할 수 있다.

발명의 상세한 설명

도 1에는 균질한 온도(T)에 대한 ΔP-ΔV의 그래프를 도시하고 있고, 개방이 쉬운 리드(an easy pull off lid, EPOL)를 구비하는 'Le Carre'와 밀폐하기 전에 캔의 컵에 수증기를 가하여 다양한 정도의 진공으로 멸균하는 동안의 캔의 성능을 도시하고 있다. '1'로 표시한 선은 'Le Carre'를 , '2'로 표시한 선은 기준 캔을, '3'으로 표시한 선은 상부 경계를 그리고 '4'로 표시한 선은 하부 경계를 표시하고 있으며, 이에 대해서는 후술한다.

수직축은 캔의 체적변화(ΔV)(ml)를 나타내고, 수평축은 캔의 압력변화(ΔP)(bar)를 나타낸다. ΔP-ΔV는 유동체(이 경우에는 물)를 이미 충전된 캔으로 펌핑하거나(초과압력 상태), 또는 충전된 캔으로부터 펌핑하여(과소압력 상태) 얻을 수 있다. 압력과 체적의 변화는 물이 펌핑되어 들어오고 또는 나감으로써 측정된다.

도 1에서, 'Le Carre'(벽 0.13mm, 바닥 0.17mm, EPOL 0.17mm)를 나타내는 유연성 선은 좌측 하부의 사분면에서 우측 상부의 사분면으로 연장되고, 이 선의 그레디언트는 Le Carre 캔의 유연성을 나타내며, 상기 캔의 사진을 도 2에 나타내고 있다. 기준 캔을 나타내는 유연성 선도 좌측 하부의 사분면에서 우측 상부의 사분면으로 연장되고, 이 선의 그레디언트는 둥근 캔(직경 73mm, 종래의 0.196mm의 단부를 갖고 대기상태에서 최대 용량이 414ml인 0.14mm 쓰리 피스(3 piece) 강철 캔)의 유연성을 나타낸다. 유연성을 그레디언트로 표시하면 다음과 같다.

ΔV=-10ml 내지 ΔV=10ml 사이에서, Le Carre 캔은 유연성이 약 154이고, 이것은 기준 캔의 유연성 17의 약 9배에 해당한다.

좀 더 완벽하게 하기 위해 다른 용기의 유연성을 비교해보면, 다른 내용물을 포함하고 있는 용기로서 대기상태에서 500ml의 최대 용량을 갖는 용기의 경우에 유연성을 계산하기 위해 이용된 간격은 (500/414)×10으로, 이는 약 12ml이다.

상부와 하부 경계는 캔이 멸균과정을 거치는 동안 겪게 되는 극한의 처리조건을 나타내고 있다. 상부 경계는 멸균온도 121℃이고 대응 압력은 2bar의 멸균처리에 기초한 것이고, 하부 경계는 20℃에 대응압력은 역시 2bar인 상태에 기초한 것이다.

도 1에 도시한 특정 경계조건은 피스톤을 통해 실험 용기의 내용물(즉, 헤드스페이스의 충전물 및 내용물 모두)에 압력을 가하면서 충전물 위쪽의 헤드스페이스를 5% 남기고 용량 414ml의 원통형 실험 용기에 60℃ 온도에서 충전물을 위치시키는 데에 적용된다. 실험 용기에 적용된 외부 압력은 2bar이다. 실험 용기의 압력과 체적의 변화는 하부 온도 20℃ 및 상부 온도 121℃의 시스템으로 측정되었다.

'정상'경계는 밀폐전에 캔 컵에 공급되는 수증기가 없는 상태를 나타낸다. 그러나 충전물의 온도가 60℃인 경우에는 헤드스페이스의 공기의 약 20%가 대체된다. 나머지 상부 및 하부 경계조건은 헤드스페이스에 수증기를 더함으로써 대체된 공기의 비율을 가리키는 백분율로 표시된다. 상기 부분적인 또는 전체적인 진공 충전은 캔이 멸균과정 동안 더 작은 초과압력에 견디도록 한다.

본 발명에 따르면, 충전한 후에 그리고 밀폐하기 전에 컵에 수증기를 더하여 초과압력을 줄일 수 있지만, 캔 내부의 충전물의 비체적을 낮추도록 밀폐한 후에 상호작용하는 구성물을 포함하는 부분동결 충전물을 이용하고, 대기압 이하에서 캔을 밀봉하고 밀봉후 캔을 부분적으로 진공을 만들어 본 발명에 따른 동일한 효과의 캔을 얻을 수 있다.

도 1에서 보면, 헤드스페이스 내의 공기 50%를 수증기로 대체함으로써 고온상태에서의 초과압력을 줄일 뿐만 아니라 저온 상태에서의 과소압력을 증가시킨다는 것을 알 수 있다.

멸균과정에서 캔의 초과압력을 줄이거나 또는 완전히 없앰으로써 캔은 리드의 파손에 대한 위험 없이 초박막 폴리머 코팅 포장 강철로 만들어진 EPOL과 같이 쉽게 개방할 수 있는 리드(EPOL)로 밀봉할 수 있다. EPOL과 같은 리드는 초과압력에 특히 민감하기 때문에 종래의 멸균과정에서는 파손의 위험이 있었다. EPOL을 포함하는 캔의 생존률을 향상시키기 위한 한 방법은 캔에 가해지는 초과압력을 줄이거나 또는 이를 보상하기 위해 멸균과정 동안 신중히 제어된 충분한 외부 대응 압력을 적용하는 것이다.

본 발명은 상기 대응 압력을 적용할 필요 없이 동일한 결과를 얻을 수 있다. 정수압 처리와 같은 종래의 연속적인 멸균과정에서, 추가적인 대응 압력을 공급하는 방법으로는 설치시에 단계를 더 추가하는 것이 있고, 이는 복잡하고 비싸다. 따라서, 본 발명의 제 1 실시예의 방법은 설치시에 고비용의 추가적인 단계를 포함시킬 필요 없이 25 이상의 유연성을 갖는 많은 양의 유연성 캔을 연속적인 정수압 멸균처리할 수 있도록 한다. 따라서, 본 발명의 제 2 실시예의 방법은 고비용의 추가적인 단계를 설치시에 포함시킬 필요 없이 20 이하의 유연성 및 증가된 강도를 가지며 쉽게 개방할 수 있는 리드를 포함하는 많은 양의 강체 캔을 연속적인 정수압 멸균처리할 수 있도록 한다.

하부 처리경계에서 볼 수 있는 바와 같이, 캔 내부의 초과압력은 줄지만 캔 내부의 과소압력은 증가한다. '정상'경계선은 헤드스페이스의 공기의 50~100%가 대체될 때 얻을 수 있는 것보다 심하지 않은 과소압력을 보이고 있다. 이를 극복하기 위해, 본 발명의 제 1 실시예의 방법은 증가된 과소압력을 견딜 수 있는 유연성 캔을 이용한다.

제 2 실시예의 방법은 EPOL 리드를 포함하며 증가된 강도를 갖는 강체타입의 캔을 이용한다.

종래의 개방이 용이한 전체이음 개구를 포함하는 수증기가 충전된 원통형 강체 캔(직경 약 85mm, 높이 약 85mm이고, 0.24mm 두께의 알루미늄으로 제조)이 알려져 있다. 이러한 캔은 사탕옥수수 등의 포장용기로 시중에 나와 았다. 그러나 본 발명의 제 2 실시예의 방법에 따른, 열처리, 충전 및 밀폐된 캔은 종래의 개방이 용이한 전체이음 개구가 아닌 개방이 용이한 밀봉 리드를 포함하는 강체 캔이다. 따라서, 현재 산업에서의 기대와는 반대로, 본 발명의 방법을 이용하여 상기 캔에 EPOL을 적용하고 파손의 염려 없이 간단하고 큰 스케일의 열처리과정으로 처리하는 것이 가능해진다.

도 1에서, Le Carre 캔 유연성 선은 처리조건의 하부경계와 교차하여 연장된다. 따라서 본 발명의 방법에 따라 제공된 Le Carre 캔은 생각할 수 있는 가장 극한의 조건에서도 파손되지 않는다. 그러나 기준 캔 유연성 선은 하부 경계선 어디에서도 교차하거나 연장되지 않는다. 기준 캔은 극한의 과소압력을 견딜 수 있을 정도로 강하지 않고, 그 정도의 강성 또는 유연성을 갖지 못한다.

따라서 유연성 캔을 이용하는 본 발명의 한 실시예의 방법은 상기 캔이 EPOL과 같이 초과압력에 민감한 리드를 포함할 때에 대응 압력 없이 멸균될 수 있도록 한다.

실험은 헤드스페이스가 8%이하로 비교적 작은 경우에 유연성 Le Carre 캔이 과소압력에 가장 잘 견딘다는 것을 보여준다.

헤드스페이스가 5%로 비교적 큰 경우에는 강체 캔이 과소하중에 가장 잘 견딘다는 것을 알 수 있다.

Le Carre와 관련하여 방법을 설명하였지만, 상기 방법은 열처리, 충전 및 밀폐된 다른 캔 또는 초과압력에 파손되기 쉬운 리드를 포함하는 증가된 강도를 갖는 강체 캔에도 이용할 수 있다.

Claims (7)

1. 금속 컵을 충전하는 단계,

   캔의 기밀한 열처리가 가능하도록 리드로 금속 컵을 밀폐하는 단계 및

   캔의 열처리단계를 포함하고,

   밀폐 후에 캔 내부를 과소압력으로 하기 위해 측정을 실시하는 열처리, 충전 및 밀폐된 캔을 제공하는 방법에 있어서,

   상기 캔은 유연성을 갖는 캔인 것을 특징으로 하는 열처리, 충전 및 밀폐된 캔의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 캔은 금속 컵에 밀폐제에 의해 접착되는 개방이 용이한 밀봉타입의 리드로 밀폐하는 것을 특징으로 하는 열처리, 충전 및 밀폐된 캔의 제조방법.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 캔은 25 또는 그 이상의 유연성을 갖는 것을 특징으로 하는 열처리, 충전 및 밀폐된 캔의 제조방법.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 캔은 35 또는 그 이상의 유연성을 갖는 것을 특징으로 하는 열처리, 충전 및 밀폐된 캔의 제조방법.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 캔은 파손되지 않는 체적감소율이 7.5% 이상, 바람직하게는 10% 이상, 또는 15% 까지의 유연성을 갖는 것을 특징으로 하는 열처리, 충전 및 밀폐된 캔의 제조방법.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,

   컵은 평평한 벽 패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리, 충전 및 밀폐된 캔의 제조방법.
7. 금속 컵을 충전하는 단계,

   캔의 기밀한 열처리가 가능하도록 리드로 금속 컵을 밀폐하는 단계 및

   캔의 열처리단계를 포함하고,

   밀폐 후에 캔 내부를 과소압력으로 하기 위해 측정을 실시하는 열처리, 충전 및 밀폐된 캔을 제공하는 방법에 있어서,

   상기 캔은 강체이고, 금속 컵에 접착되는 개방이 용이한 형태의 리드를 포함하는 것을 특징으로 하는 열처리, 충전 및 밀폐된 캔의 제조방법.