KR20210158612A

KR20210158612A - 식품 충진장치

Info

Publication number: KR20210158612A
Application number: KR1020200077159A
Authority: KR
Inventors: 지대호
Original assignee: 지대호
Priority date: 2020-06-24
Filing date: 2020-06-24
Publication date: 2021-12-31
Also published as: KR102443947B1

Abstract

본 발명은 식품 충진장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 상부에 주입관과 양측으로는 실린더관 및 압출관을 구비한 삼방밸브의 내실에서 동작하는 전환밸브의 밸브공에 주입관을 통해 호퍼로부터 공급되는 식품을 수용하여, 실린더관에 연결된 피스톤의 동작으로 압출관을 통해 식품이 배출되도록 구성하되, 식품의 배출을 위해 구동부의 동작으로 회전하여 밸브공이 실린더관과 압출관을 연결할 때, 밸브공의 일부가 주입관의 일부와도 통하는 잔량공을 구비하여 덩어리 식품이 절단되지 않도록 함과 함께, 가압부를 통해 호퍼의 식품을 가압하여 잔량공을 메꿈으로써, 피스톤의 전진 힘은 잔량공으로 소실없이 잔량공에 끼인 덩어리 식품을 압출관으로 빨아들여 배출하는 식품 충진장치에 관한 것이다.

Description

식품 충진장치{filling apparatus for processed food}

일반적으로 육가공식품은 육류 또는 육류와 양념을 섞어 충진장치를 통하여 기밀용기인 식품포장용기에 진공포장한다.

상기 충진장치는 대량의 육류인 식품을 호퍼에 수용한 후, 호퍼에 수용된 식품을 정량배출장치를 통해 일정량으로 정량화시켜 이를 식품포장용기에 배출하는 것으로 식품을 포장한다.

상기와 같은 정량배출장치는 이미 소개되었다. 예컨데, 국내 등록실용 제20-0270913호(2002.03.25.등록), 국내등록특허 제10-1670046호(2016.10.21.등록), 국내 등록특허 제10-1069338호(2011.09.26.등록), 국내 공개특허 제10-2020-0017621호(2020.02.19.공개) 등에서도 정량배출장치가 소개되어 있다.

그런데 상기한 종래 기술에서는 정량배출장치의 식품수용 호퍼에서 일정량의 식품을 분리하여 배출하는 과정에서 일정량의 식품을 분리할 때, 대량 수용된 식품에서 일정량으로 분리되는 식품 사이에는 양자를 완전히 단절시키는 절단부재가 개입하였다. 이같이 양자를 완전히 분리시키는 경우, 덩어리 형태의 식품에서는 덩어리 식품이 분리되는 구간에 끼이게 되면, 한 덩어리가 2개 이상으로 분리되는 현상을 피할 수 없게 된다. 한 덩어리로 제공되는 식품은 그 덩어리가 절단 내지 분리되면, 고유의 상품성이 훼손되어 소비자의 선택을 받을 수 없어 판매에 악영향이 있을 수밖에 없다.

국내 등록실용 제20-0270913호(2002.03.25.등록) 국내등록특허 제10-1670046호(2016.10.21.등록) 국내 등록특허 제10-1069338호(2011.09.26.등록) 국내 공개특허 제10-2020-0017621호(2020.02.19.공개)

본 발명의 목적은 닭가슴살과 같은 덩어리 식품을 충진하고자 할 때, 덩어리 형태의 식품이 충진과정에서 절단되지 않고 온전한 형태로 충진될 수 있는 식품 충진장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 충진장치를 소형화시킬 수 있음은 물론, 그 구조를 단순화하여 제조 원가를 낮춤과 함께 유지보수가 용이한 식품 충진장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 식품 충진장치는 상부 주입관과 양측으로 실린더관 및 압출관을 구비한 삼방밸브의 내실에서, 상기 압출관을 폐쇄한 채 상기 주입관과 연결된 호퍼의 식품을 수용하는 밸브공을 갖는 전환밸브가 구동부와 연결된 모터의 회전축에 축회전하여, 상기 밸브공의 양단이 상기 실린더관과 상기 압출관을 연결하되 상기 밸브공의 일부가 상기 주입관의 일부와도 연결되는 잔량공을 형성하고, 상기 호퍼의 식품을 하향가압하는 가압부의 동작에 의해 상기 잔량공이 식품으로 메워져 상기 밸브공이 밀실이 되면, 상기 구동부의 동작에 의해 상기 실린더관과 연결된 실린더를 따라 전후진 가능한 피스톤이 상기 실린더관을 향해 전진하는 힘으로 상기 잔량공에 끼인 덩어리 식품이 절단되지 않고 상기 압출관으로 배출되는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실린더는, 상기 삼방밸브의 내실과 연결되는 상기 실린더관 및 상기 압출관과 상기 전환밸브의 밸브공 직경보다 큰 직경을 갖어, 상기 실린더에서 상기 피스톤의 전진시 발생된 힘이 통로가 좁아지는 상기 실린더관, 밸브공 및 압출관에서 낮은 압력을 발생시켜, 상기 잔량공에 끼인 덩어리 식품이 낮은 압력이 작용하는 압출관으로 빨려들어가 절단되지 않고 배출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 잔량공이 상기 실린더관과 상기 주입관 간의 최근접 부분에 형성되도록 상기 전환밸브의 밸브공은 경사각을 이루어 상기 실린더관과 상기 압출관을 연결하고, 상기 경사진 밸브공의 양단부에 대응하여 상기 실린더관과 상기 압출관이 구비되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실린더관, 압출관 및 주입관은 이들 관보다 직경이 작은 축소가속관을 통해 상기 삼방밸브의 내실과 연결되어, 상기 피스톤의 전진시 발생된 힘이 상기 실린더관과 연결된 좁은 상기 축소가속관을 지나며 압력이 낮아짐에 따라 상기 내실의 압력도 낮아져 상기 실린더관과 상기 압출관을 연결하는 상기 밸브공의 낮아진 압력으로 상기 잔량공에 끼인 덩어리 식품이 절단되지 않고 상기 압출관으로 배출되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 실린더관과 상기 주입관에 각각 연결된 상기 축소가속관은 서로 가까운 쪽을 향해 각 관에 편심형성되고, 상기 각 축소가속관 간의 최근접 부분에 상기 잔량공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 압출관의 외측단에는 이 압출관과 동일 직경으로 연장되는 연장배출관이 더 구비되고, 상기 연장배출관의 단부에는 상기 구동부와 연결동작하는 정량배출부재가 식품을 정량으로 배출하는 것을 특징으로 한다.

본 발명 식품 충진장치는 상부에 주입관과 양측으로는 실린더관 및 압출관을 구비한 삼방밸브의 내실에서 동작하는 전환밸브의 밸브공에 주입관을 통해 호퍼로부터 공급되는 식품을 수용하여, 실린더관에 연결된 피스톤의 동작으로 압출관을 통해 식품이 배출되도록 구성하되, 식품의 배출을 위해 밸브공이 실린더관과 압출관을 연결할 때, 밸브공의 일부가 주입관의 일부와도 통하는 잔량공을 구비하여 덩어리 식품이 잔량공으로 인해 절단되지 않는 이점이 있다.

그리고, 전환밸브의 밸브공이 구동부에 의해 회전하여 삼방밸브의 실린더관과 압출관을 연결하면, 실린더관과 연결된 실린더에서 피스톤이 전진하는 힘으로 실린더관과 압출관의 배출라인상에 수용된 식품을 배출시키게 되는데, 이때 피스톤의 전진 힘이 실린더관과 압출관의 배출라인상에서 소실되지 않도록 가압부가 호퍼의 식품을 가압하여 잔량공을 메워 실린더관과 압출관의 배출라인을 밀실화시키게 된다. 이로 인해, 배출라인과 주입관에 걸쳐 잔량공에 끼어 있던 덩어리 식품이 피스톤의 전진 힘으로 절단되지 않고 배출라인으로 빨려 들어와 압출관을 통해 배출되므로, 덩어리 식품이 온전한 상태를 유지한 채 충진된다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 식품 충진장치의 전체 구성 실시예.
도 2는 도 1의 주요부 정면도 개념도.
도 3은 도 1의 주요부 평면 개념도.
도 4는 본 발명 삼방밸브와 전환밸브의 사시도.
도 5는 본 발명 삼방밸브와 전환밸브의 작동개념 단면도.

이하, 첨부한 도면을 이용하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 다만, 첨부 도면은 본 발명의 바람직한 실시예를 나타낸 것으로, 이들 도면에 의해서 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다. 그리고 본 발명을 실시하는데 꼭 필요한 구성이라 하더라도 공지기술에 속하거나, 통상의 기술자가 공지기술로부터 용이하게 실시할 수 있는 구성에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.

도 1과 같이, 본 발명 식품 충진장치는 구동부(2), 상기 구동부(2)와 연결 작동하는 피스톤(4)과 모터(5) 및 가압부(6), 식품(F)이 수용되는 호퍼(7), 상기 호퍼(7)가 상단에 연결되는 삼방밸브(10), 및 상기 삼방밸브(10)의 내실(11)에서 상기 모터(5)의 회전축에 회전동작하여 상기 피스톤(4)이 전진하는 힘과 상기 가압부(6)의 가압력을 이용해 상기 호퍼(7)의 식품(F)을 정량 배출시키는 전환밸브(20)를 포함한다.

상기와 같은 구성을 포함하는 본 발명은 도 1 처럼 프레임(1)에 안착되어 사용될 수 있다. 여기서 프레임(1)은 본 발명 식품충진장치를 지지하는 받침프레임(1a)에 가압부(6)를 지탱하는 직립프레임(1b)이 결합된 형태로 구성될 수 있다. 또한, 여기서 상기 가압부(6)는 별도의 직립프레임(1b)이 없이 상기 호퍼(7)에 지지되어 구성될 수 있음은 물론, 상기 받침프레임(1a)과 연결되지 않는 별도의 프레임에 고정되어 사용될 수도 있다.

도 2 내지 도 3과 같이, 상기 구동부(2)는 상기 모터(5), 가압부(6) 및 피스톤(4)과 연결구성되어 이들을 동작시키는 물리적 구성과 아울러 제어하는 컨트롤유닛을 포함한다. 이러한 구동부(2)는 상기 삼방밸브(10)의 내실(11)에서 축회전동작하는 상기 전환밸브(20)를 축회전시키는 상기 모터(5), 상기 호퍼(7)의 식품(F)을 상기 삼방밸브(10)를 향해 위에서 아래로 가압하는 상기 가압부(6), 상기 삼방밸브(10)를 향해 실린더(3) 내에서 전후진으로 왕복하는 상기 피스톤(4)과, 각각 기계적 및 전기적으로 연결 구성된다. 여기서 상기 모터(5), 가압부(6) 및 피스톤(4)은 컨트롤유닛을 통해 각각 작동 속도를 개별적 및/또는 유기적으로 설정하는 것이 가능하다. 상기 구동부(2)의 이러한 구성은 공지기술을 통해 달성될 수 있으며, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

식품(F)이 투입되는 깔때기 형태인 상기 호퍼(7)는 후술할 상기 삼방밸브(10)의 주입관(12)으로 투입된 식품(F)이 이동 가능하도록 깔때기 형태의 좁은 쪽 단이 상기 주입관(12)의 상단에 분리 가능하게 결합설치된다.

그리고 상기 가압부(6)는 상기 호퍼(7)의 깔때기 형태 중 넓은 쪽 단을 통해 진입해 호퍼(7)에 수용된 식품(F)을 상기 주입관(12)을 향해 아랫쪽으로 가압한다.

이러한 가압부(6)는 상기 직립프레임(1b)에 지지되는 가압봉(6a)의 단부에 가압스크류(6b)가 결합설치되는 것으로 구성될 수 있다. 여기서 상기 가압부(6)는 상기 구동부(2)와 연결되어 구동부(2)에 의해 제어작동되며, 상기 구동부(2)의 동작에 의해 상기 가압스크류(6b)가 회전하여 호퍼(7)에 수용된 식품(F)을 주입관(12) 쪽으로 이동시킨다.

도 4 내지 도 5에서 처럼, 상기 삼방밸브(10)는 내부에 내실(11)이 구비된다. 상기 내실(11)은 세방향으로 각각 주입관(12), 실린더관(13) 및 압출관(14)을 통해 외부와 연결된다. 여기서 상기 주입관(12)은 삼방밸브(10)의 상부에 설치되고, 상기 실린더관(13) 및 상기 압출관(14)은 삼방밸브(10)의 양 측면에 각각 설치된다.

그리고 도 4와 같이, 육면체 형태를 갖는 상기 삼방밸브(10)는 상기 주입관(12), 실린더관(13) 및 압출관(14)이 육면체의 상측과 양측으로 분리 가능하게 결합되거나, 또는 일체로 구비될 수 있다.

상기와 같은 구성을 갖는 삼방밸브(10)는 양측으로 구비되는 상기 실린더관(13)의 통로 중심과 상기 압출관(14)의 통로 중심이 동일선 상에 있지 않고 어긋나게 구성될 수 있다. 예컨데, 도 5에서 처럼, 상기 전환밸브(20)의 회전 중심을 기준으로 상기 실린더관(13)은 중심보다 윗쪽에 배치되고, 상기 압출관(14)은 중심보다 아랫쪽에 배치된다. 물론, 서로 반대로 구성될 수도 있다. 이와 같이, 실린더관(13)과 압출관(14)이 그 통로 중심을 동일선 상에 두지 않고, 서로 다른 높이로 두는 것은 후술할 잔량공(30)의 형성과 이 잔량공(30)의 형성에 따른 상기 전환밸브(20)의 밸브공(21) 경사배치와 밀접한 관계가 있다.

또한, 상기 주입관(12)의 상단에는 상기 호퍼(7)가 결합형성된다. 그리고 이 호퍼(7)에 수용되는 식품(F)은 상기 가압부(6)에 의해 아래쪽으로 이동된다.

그리고 상기 실린더관(13)의 외측단에는 실린더(3)가 결합설치된다. 상기 실린더(3)에는 상기 구동부(2)에 연결작동하는 상기 피스톤(4)이 설치되는데, 이 피스톤(4)은 실린더(3)의 내부를 전후진으로 왕복운동한다.

그리고 상기 압출관(14)의 외측단에는 연장배출관(15)이 연장설치될 수 있다. 바람직하게 상기 연장배출관(15)은 상기 압출관(14)의 직경과 동일 직경으로 형성된다. 이뿐아니라, 상기 연장배출관(15)의 단부에는 상기 구동부(2)에 연결동작하는 정량배출부재(16)가 설치될 수 있다.

도 2에서 처럼, 상기 연장배출관(15)은 상기 압출관(14)을 통해 배출된 식품(F)이 특정 위치에서 식품포장용기에 담기도록 일정길이로 형성되는 여러 개의 연장배출관(15)을 연결하여 구성할 수 있다. 그리고 이러한 연장배출관(15)이 끝나는 단부에 상기 정량배출부재(16)가 설치된다. 이 정량배출부재(16)는 상기 압출관(14)을 통해 배출된 일정량의 식품(F)이 식품포장용기에 정량으로 담기도록 배출되는 양을 재단한다. 이러한 정량배출부재(16)는 상기 연장배출관(15)과 토출구(16c)로 연결되는 배출실린더(16a)와, 상기 배출실린더(16a)의 토출구(16c) 위쪽에 수용되어 상기 구동부(2)에 의해 토출구(16c)를 지나 하강하였다가 제자리로 복귀하는 정량날(16b)과, 상기 배출실린더(16a)의 개방된 하면으로 토출구(16c)에서 배출된 식품(F)을 식품포장용기에 배출하는 포장구(16d)로 이루어진다. 여기서 상기 정량날(16b)은 식품(F)에 따라 교체 가능하다. 예를 들어, 도 2의 확대(A)와 같이 닭가슴살과 같은 덩어리 식품(F)의 경우 정량날(16b)의 날은 뭉뚝한 만곡날(16b1)이다. 이렇게 뭉뚝한 만곡날(16b1)로 인해 한 덩어리의 닭가슴살은 중간부가 절단되지 않고 뭉뚝한 날부분에 한 덩어리의 닭가슴살 전체가 밀려나와 식품포장용기에 담기게 된다. 이와는 달리 정량날(16b)의 날은 도 2의 확대(B)와 같이 예리한 절단날(16b2)일 수 있다. 양념육의 경우, 고기가 각종 양념과 함께 버무려짐으로써 일정한 점도를 갖는다. 이렇게 점도가 있는 양념육은 점도에 의해 고기가 서로 뒤엉켜 있다. 그리고 뒤엉킨 고기들은 배출시 함께 딸려 나올 수 있다. 이러한 경우 예리한 절단날(16b2)은 그 예리함으로 뒤엉킨 고기를 절단하여 정량만을 배출할 수 있게 한다.

한편, 상기 삼방밸브(10)의 주입관(12), 실린더관(13) 및 압출관(14)은 각각 삼방밸브(10)의 내실(11)과 축소가속관(12a,13a,14a)을 통해 연결될 수 있다. 상기 축소가속관(12a,13a,14a)은 주입관(12), 실린더관(13) 및 압출관(14)의 직경보다 작은 직경의 관통공이다. 이러한 축소가속관(12a,13a,14a)은 개별 축소가속관(12a,13a,14a)과 연결되는 주입관(12), 실린더관(13) 및 압출관(14)의 통로 중심과 동심원 상으로 구성될 수 있다. 그러나, 바람직하게는 주입관(12), 실린더관(13) 및 압출관(14)의 통로 중심에서 벗어나되, 이들 각 관의 원둘레를 벗어나지 않은 채 편심으로 형성된다. 이러한 각 관에 대한 각 축소가속관(12a,13a,14a)의 편심구성은 도 5와 같이 구성될 수 있다. 도 5에서, 상기 실린더관(13)은 최상단에 치우쳐 축소가속관(13a)이 구비되고, 상기 압출관(14)은 최하단에 치우쳐 축소가속관(14a)이 구비되며, 상기 주입관(12)의 축소가속관(12a)은 상기 실린더관(13)을 향해 치우치게 구비된다. 이러한 상기 각 축소가속관(12a,13a,14a)의 상기와 같은 구성 상의 특징은 후술할 잔량공(30)과 이 잔량공(30)에 따른 상기 전환밸브(20)의 밸브공(21)의 경사배치와 밀접한 관련성이 있다.

또한, 상기 삼방밸브(10)는 내실(11)을 전후방으로 관통하는 밸브삽입홀(17)이 관통형성될 수 있다. 여기서 육면체인 상기 삼방밸브(10)의 전후면에 형성되는 상기 밸브삽입홀(17)의 전후방테두리는 각각 돌출하여 돌출테(17a)로 형성될 수 있다. 그리고 이중 상기 전방돌출테(17a)의 일측에는 상기 밸브삽입홀(17)에 연결되는 쐐기공(18)이 형성된다. 바람직하게 상기 쐐기공(18)은 전방돌출테(17a)의 상부에 형성된다.

다음으로, 도 4를 참조하면, 상기 전환밸브(20)의 몸체에는 관통형태의 밸브공(21)이 형성된다. 이 밸브공(21)은 상기 삼방밸브(10)의 내실(11)에서 상기 주입관(12), 실린더관(13) 및 압출관(14)의 연결상태를 결정한다. 상기와 같이 밸브공(21)이 작동 가능하도록 전환밸브(20)가 상기 삼방밸브(10)의 밸브삽입홀(17)을 통해 삽입되었을 때, 삼방밸브(10)의 내실(11)에 연결되는 상기 주입관(12), 실린더관(13) 및 압출관(14)은 밸브공(21)과 대응하여 형성됨은 당연하다.

바람직하게 상기 전환밸브(20)는 원기둥 형태이다. 그리고 이 원기둥의 길이방향에 대해 수직방향으로 상기 밸브공(21)이 관통형성된다. 여기서 상기 밸브공(21)은 주관통공(21a)과 보조관통공(21b)으로 구분될 수 있다. 다시 말해, 상기 전환밸브(20)는 원기둥의 길이방향에 대해 수직방향으로 주관통공(21a)이 관통형성된다. 이때, 상기 주관통공(21a)의 양측벽은 그 자체로 차단벽(22)이 된다. 여기에 더해 상기 일측 차단벽(22)의 일부가 상기 주관통공(21a)에 연결관통되는 보조관통공(21b)이 형성된다.

또한, 원기둥 형태인 상기 전환밸브(20)의 길이방향 후면에는 홈 형태의 축결합부(23)가 구비될 수 있다. 전환밸브(20)가 상기 삼방밸브(10)의 밸브삽입홀(17)에 삽입되면, 상기 축결합부(23)는 상기 모터(5)의 회전축에 결합한다. 이러한 결합의 결과, 상기 구동부(2)의 동작에 의해 구동부(2)와 연결구성된 모터(5)의 회전축이 회전하면서, 전환밸브(20)가 정역회전한다. 그리고 이러한 전환밸브(20)의 정역회전에 따라 상기 밸브공(21)이 상기 삼방밸브(10)의 압출관(14)을 차단한 채 주입관(12)에 연결되기도 하고, 상기 실린더관(13)과 압출관(14)을 연결시키기도 한다.

또한, 원기둥 형태인 상기 전환밸브(20)의 길이방향 전방부에는 원기둥의 둘레를 따라 일정 깊이의 링형태로 파인 쐐기홈(24)이 구비될 수 있다. 전환밸브(20)가 상기 삼방밸브(10)의 밸브삽입홀(17)에 삽입되면, 상기 쐐기홈(24)에는 상기 삼방밸브(10)의 전방돌출테(17a)에 형성된 쐐기공(18)을 통해 쐐기(19)가 삽입된다. 이렇게 쐐기(19)가 삼방밸브(10)의 쐐기공(18)을 통해 전환밸브(20)의 쐐기홈(24)에 삽입됨으로써, 삼방밸브(10)에서 전환밸브(20)가 이탈하지 못하게 된다. 이에 더해 원기둥의 원주를 따라 테두리 홈형태로 형성된 전환밸브(20)의 쐐기홈(24)은 그 구성의 형태적 특징으로 인해, 삼방밸브(10)의 쐐기공(18)에 박힌 쐐기(19)를 쐐기홈(24)에 수용한 채 상기 모터(5)의 회전축에 대해 전환밸브(20)가 축회전을 가능하게 한다.

상기와 같은 구성을 통해, 상기 전환밸브(20)는 상기 삼방밸브(10)의 내실(11)에서 상기 모터(5)의 회전축에 의해 정역방향으로 회전한다. 이러한 전환밸브(20)의 정역회전을 통해 상기 호퍼(7)로부터 유입되는 식품(F)이 일정량 상기 압출관(14)을 통해 배출된다.

상기 전환밸브(20)의 작동을 살펴보면, 먼저, 도 5(A)에서와 같이 상기 밸브공(21)은 상기 삼방밸브(10)의 주입관(12)에 연결되어 상기 호퍼(7)로부터 유입되는 식품(F)을 수용한다. 이때, 삼방밸브(10)의 압출관(14)은 전환밸브(20)의 타측 차단벽(22)에 의해 완전히 막혀 있는 상태이다. 그리고 상기 가압부(6)는 가압스크류(6b)가 회전하면서 호퍼(7)의 식품(F)을 아래로 이동시키기 때문에 식품(F)이 주입관(12)을 거쳐 밸브공(21)에 수용된다. 이러한 상태를 식품수용라인이라 한다.

그 다음으로, 상기 밸브공(21)에 식품(F)이 일정량 수용되면 상기 구동부(2)의 동작으로 상기 모터(5)의 회전축이 회전한다. 상기 모터(5)가 회전함에 따라 모터(5)의 회전축에 축결합부(23)가 결합된 전환밸브(20)도 회전한다. 이때 전환밸브(20)는 밸브공(21)이 상기 삼방밸브(10)의 실린더관(13)과 압출관(14)을 연결하는 위치까지 회전한 후 정지한다. 도 5(B)와 같이 전환밸브(20)가 회전을 멈추면, 실린더관(13)에 결합된 실린더(3)를 따라 피스톤(4)이 실린더관(13)을 향해 전진한다. 그리고 실린더관(13)을 향해 전진하는 피스톤(4)의 전진 힘에 의해 실린더관(13)과 압출관(14)을 연결하는 밸브공(21)에 수용된 식품(F)이 압출관(14)을 통해 배출된다. 이러한 상태를 식품배출라인이라 한다.

상기 압출관(14)을 통해 배출된 식품(F)은 이 압출관(14)에 연결된 상기 연장배출관(15)으로 이동하여, 상기 정량배출부재(16)의 동작에 의해 포장구로 배출되어 일정량이 식품포장용기에 담기게 된다. 여기서 상기 압출관(14)을 통해 식품(F)이 연장배출관(15)으로 이동함과 동시에 상기 전환밸브(20)는 곧바로 식품배출라인인 도 5(B)에서 식품수용라인인 도 5(A)로 회전전환한다. 그리고 전환밸브(20)가 식품수용라인인 도 5(A)로 전환함과 동시에 정량배출부재(16)의 토출구(16c)에서는 압출관(14)을 통해 배출된 식품(F)이 배출실린더(16a)로 쏟아져 나온다. 그리고 이때 미리 설정된 상기 피스톤(4)의 배출에너지 설정값만큼 식품(F)이 토출구(16c)로 토출되어 나오면 배출실린더(16a)의 토출구(16c) 상측에 있던 정량날(16b)이 토출구(16c)를 지나 포장구(16d)까지 하강하였다가 다시 제자리로 돌아간다. 이 과정을 거쳐 미리 설정된 정량만큼의 식품(F)이 식품포장용기에 담기게 되는 것이다.

한편, 도 5(B)에서와 같이, 본 발명은 상기와 같은 식품배출라인에서 밸브공(21)과 주입관(12)이 완전히 차단되지 않고 잔량공(30)으로 연결된다. 다시 말해, 상기와 같은 전환밸브(20)의 정역회전 중, 상기 전환밸브(20)의 밸브공(21)이 상기 삼방밸브(10)의 실린더관(13)과 압출관(14)을 연결할 때, 전환밸브(20)의 타측 차단벽(22)에 의해 주입관(12)이 완전히 차단되지 않은 채 밸브공(21)의 일부와 주입관(12)의 일부가 서로 연결되어 잔량공(30)을 형성한다.

여기서, 상기 잔량공(30)에 의해 상기 주입관(12)이 상기 실린더관(13) 및 압출관(14)에 각각 연결될 수 있다. 또한, 이와는 달리 잔량공(30)에 의해 주입관(12)이 실린더관(13)과 압출관(14) 중 어느 하나에만 연결될 수도 있다. 그러나 바람직하게 상기 잔량공(30)은 주입관(12)과 실린더관(13)이 가장 가깝게 만나는 부분에 형성된다. 이를 도 5를 참조하여 설명하면, 도 5(A)처럼 밸브공(21)이 주입관(12)과 연결됨에 따라 타측 차단벽(22)이 압출관(14)을 막고 있다가, 밸브공(21)이 압출관(14)과 실린더관(13)이 통하도록 연결될 때까지 전환밸브(20)가 반시계방향으로 회전하되, 타측 차단벽(22)이 주입관(12)을 완전히 차단하지 않고 밸브공(21)의 일부가 주입관(12)의 일부와 통하는 위치에서 회전을 멈춰 도 5(B)와 같이 된다. 이때, 밸브공(21)은 실린더관(13)과 압출관(14)의 연결을 주연결로 하면서도 잔량공(30)에 의해 일부가 주입관(12)과도 보조적으로 연결된다.

앞서 설명하였듯이, 도 5(B)와 같이, 상기 잔량공(30)은 상기 실린더관(13)과 상기 주입관(12) 간의 최근접 부분에 형성된다. 이는 도 5(A)와 같이 압출관(14)을 막고 있던 전환밸브(20)의 타측 차단벽(22)이 반시계방향으로 회전하여 주입관(12)을 완전히 차단하지 않음으로써, 실린더관(13)과 주입관(12) 사이에 잔량공(30)이 형성되는 것이다. 그런데 여기서 실린더관(13), 주입관(12), 압출관(14)은 이웃하는 관과 서로 대략 직각으로 형성된다. 그리고 압출관(14)을 수직으로 막고 있던 타측 차단벽(22)은 반시계 방향으로 회전하여 실린더관(13)과 주입관(12) 사이에 잔량공(30)을 형성해야만 한다. 이러한 구성을 만족시키기 위해 타측 차단벽(22)은 직각 이상으로 회전할 수 없다.

만약, 타측 차단벽(22)이 압출관(14)을 수직으로 막고 있다가 반시계방향으로 직각만큼 회전하면, 수직관계에 있는 실린더관(13), 주입관(12), 압출관(14)의 관계에 의해 실린더관(13)과 주입관(12)의 사이는 폐쇄되어 잔량공(30)이 형성될 여지가 없다. 또한, 만약 타측 차단벽(22)이 압출관(14)을 수직으로 막고 있다가 반시계방향으로 직각을 초과하는 둔각만큼 회전하면, 역시 수직관계에 있는 실린더관(13), 주입관(12), 압출관(14)의 관계에 의해 실린더관(13)과 주입관(12)의 사이는 폐쇄된다. 그러나 이때, 주입관(12)과 압출관(14) 사이에는 서로 연결되는 공간이 형성된다. 이 공간이 잔량공(30)이 될 수도 있다. 하지만, 본 발명 충진장치는 많은 양의 식품(F)을 연속하여 빠르게 정량으로 배출하여 식품(F)을 포장해야 한다. 그런데, 잔량공(30)을 주입관(12)과 압출관(14) 사이에 형성시키면 전환밸브(20)는 항상 둔각으로 회전하여 상대적으로 많은 시간과 에너지를 소모하게 된다.

이러한 문제를 최소화하기 위해 압출관(14)을 수직으로 폐쇄하고 있던 타측 차단벽(22)은 항상 예각만큼 회전하여 실린더관(13)과 주입관(12) 사이에 잔량공(30)을 형성된다. 그리고 상기 타측 차단벽(22)이 예각으로만 회전한다는 것은 원기둥의 원점을 중심으로 축회전하는 상기 전환밸브(20) 전체가 예각으로 회전한다는 것이다. 결과적으로 상기 밸브공(21)은 예각만큼 회전하여 경사각을 이루게 된다. 이렇게 밸브공(21)이 경사각을 이루어 실린더관(13)과 압출관(14)을 연결하기 때문에, 밸브공(21)의 양단에 배치되는 실린더관(13)과 압출관(14)은 경사진 밸브공(21)에 대응하여 동일선상이 아닌 위아래로 구비되는 것이다. 상기와 같이 경사진 밸브공(21)에 대응하여 실린더관(13)과 압출관(14)이 위아래로 연속 배치되어 식품배출라인을 형성하기 때문에, 상기 피스톤(4)의 동작으로 발생하는 피스톤(4)의 전진 힘인 배출에너지는 식품배출라인 상에서 각 구성 간에 충돌하지 않고 온전하게 식품(F)을 배출하는 에너지로 사용될 수 있게 되는 것이다.

이와 더불어, 상기에서 이미 살폈듯이, 상기 실린더관(13), 압출관(14) 및 주입관(12)에는 각각 축소가속관(12a,13a,14a)이 각 관의 통로 중심에서 벗어나 편심으로 구성된다. 상기 각 관에 구비되는 각각의 축소가속관(12a,13a,14a)의 편심위치를 유기적으로 구성하여 상기 전환밸브(20)가 가장 작은 각도로 정역회전하도록 구성한다. 예컨데, 도 5에서 처럼, 축소가속관(12a,13a,14a)을 실린더관(13)에서는 윗쪽에, 압출관(14)에서는 아랫쪽에 구성한다. 그리고 주입관(12)에 형성되는 축소가속관(12a)은 실린더관(13)에 구비된 축소가속관(13a) 쪽으로 치우치게 구성한다.

이렇게 상기 밸브공(21)의 일부가 상기 주입관(12)과 연결되는 상기 잔량공(30)을 형성하는 본 발명의 식품 충진장치는 충진되는 식품(F)이 덩어리 형태의 식품(F)일 때 매우 유용하다. 실제로 닭가슴살과 같은 덩어리 식품(F)이 식품수용라인, 즉 호퍼(7)에서 주입관(12)을 거쳐 밸브공(21)에 수용될 때, 밸브공(21)에 먼저 수용된 닭가슴살에 의해 나중에 수용되는 닭가슴살은 한 덩어리 전체가 온전히 밸브공(21)에 수용되지 못한 채 밸브공(21)과 주입관(12)에 걸친 상태에 놓일 수 있다. 그런데 밸브공(21)에 닭가슴살이 일정량 수용되면 전환밸브(20)는 식품배출라인, 즉 밸브공(21)이 실린더관(13)과 압출관(14)을 연결하는 위치가 되도록 회전한다. 이 과정에서 회전에 의해 타측 차단벽(22)이 주입관(12)을 완전히 차단하면, 밸브공(21)과 주입관(12)에 걸쳐 있던 닭가슴살은 타측 차단벽(22)에 의해 2조각으로 절단될 수 밖에 없다. 이렇게 한 덩어리가 2조각으로 절단된 닭가슴살은 상품성이 떨어진다. 상품성이 떨어지는 조각난 닭가슴살은 구매자로부터 외면받아 종국에는 판매되지 못하고 폐기될 수도 있다.

그러나, 상기 전환밸브(20)의 밸브공(21)이 식품배출라인 상에 있을 때, 밸브공(21)과 주입관(12)이 완전히 차단되지 않고, 상기 잔량공(30)으로 연결되면 한 덩어리의 닭가슴살은 절단되지 않은 채 밸브공(21)과 주입관(12)에 걸쳐져 끼인 상태에 놓이게 된다.

그리고 상기 실린더관(13), 밸브공(21) 및 압출관(14)이 모두 연결되어 식품배출라인이 되면, 상기 피스톤(4)이 실린더관(13)을 향해 전진 작동하여, 밸브공(21)에 수용된 식품(F)을 압출관(14) 밖으로 밀어낸다. 이때, 상기 잔량공(30)에 끼어 있던 닭가슴살이 피스톤(4)의 전진하는 힘에 의해 절단되지 않고 배출라인으로 빨려들어와 배출되는 것이다. 그리고 이 과정에서 상기 가압부(6)의 가압스크류(6b)는 계속하여 동작 중에 있다. 이로 인해 상기 호퍼(7)를 통해 주입관(12)으로 공급되는 식품(F)은 가압스크류(6b)의 동작에 의해 아래쪽인 주입관(12)을 향해 계속하여 밀려서 이동된다. 이러한 가압부(6)에 의한 식품(F)의 지속적인 가압에 의해 상기 잔량공(30)은 식품(F)으로 메워진다. 또한 잔량공(30)이 메워지기 때문에 식품배출라인은 밀실이 된다. 이러한 상기 피스톤(4)의 전진 힘인 배출압력과 식품배출라인의 밀실 구조로 인해, 잔량공(30)에 끼인 덩어리 식품(F)은 절단되지 않고 배출에너지에 의해 식품배출라인 상으로 빨려들어와 배출되는 것이다.

또한, 상기 잔량공(30)에 끼어 있는 덩어리 식품(F)을 식품배출라인으로 보다 효과적으로 빨아들이기 위해 식품배출라인 및 이와 연계되는 구성을 베르누이의 정리를 이용해 구성할 수 있다. 다시말해, 상기 피스톤(4)이 왕복운동하는 상기 실린더(3)의 직경은 식품배출라인 상에 있는 상기 실린더관(13), 밸브공(21) 및 압출관(14)의 직경보다 큰 직경으로 형성될 수 있다. 이러한 구성을 통해, 대구경의 실린더(3)에서 동작하는 피스톤(4)의 전진 힘인 배출에너지는 소구경인 실린더관(13), 밸브공(21) 및 압출관(14)을 지날때 속도는 증가하고 압력은 낮아지게 된다. 그런데 이때, 상기 가압부(6)의 가압에 의해 상기 잔량공(30)에 끼어 있는 덩어리 식품(F)의 주위로 다른 덩어리 식품(F)들이 밀려들어 공간을 메우기 때문에 결과적으로 식품배출라인과 상기 주입관(12)은 차단된 상태이다. 이렇게 식품배출라인과 주입관(12)이 차단된 상태에서 식품배출라인의 압력이 낮아지면 당연하게도 식품배출라인과 주입관(12) 사이에도 압력차가 발생한다. 여기서 압력은 주입관(12)에서 식품배출라인을 향해 작용한다. 이 같은 상황을 종합해 보면, 넓은 통로인 실린더(3)에서 피스톤(4)의 전진에 의해 발생된 배출에너지는 밀실로 구성되는 좁은 통로인 실린더관(13), 밸브공(21) 및 압출관(14)을 지나면서 가속됨과 함께 주입관(12)의 압력보다 낮아진다. 이로써, 잔량공(30)에 끼어 있던 덩어리 식품(F)은 배출에너지의 증가된 속도와 주입관(12)으로부터의 가중 압력을 동시에 받아 보다 효과적으로 식품배출라인 상으로 빨려들어 절단되지 않게 되는 것이다.

상기 피스톤(4)의 전진 힘인 배출에너지는 상기 주입관(12), 실린더관(13) 및 압출관(14)에 구비되는 상기 축소가속관(12a,13a,14a)을 구성하여 속도는 더욱 높이고, 압력은 더욱 낮추어 상기 잔량공(30)에 끼인 덩어리 식품(F)을 더욱 효과적으로 식품배출라인 상으로 빨아들여 배출시킬 수 있다. 상기에서 이미 살폈듯이 축소가속관(12a,13a,14a)은 주입관(12), 실린더관(13) 및 압출관(14) 보다 작은 직경으로 구비된다. 피스톤(4)의 전진 함인 배출에너지가 동일한 경우 축소가속관(12a,13a,14a)을 통해 더욱 좁은 통로가 마련되면 베느루이의 정리에 의해 좁은 통로인 축소가속관(12a,13a,14a)을 지나면 배출에너지는 가속됨과 함께 압력은 낮아진다. 따라서 잔량공(30)에 끼어 있던 덩어리 식품(F)은 배출에너지의 증가된 속도와 주입관(12)으로부터의 가중 압력을 동시에 받게 되어 식품배출라인 상으로 더욱 쉽게 빨려들어와 덩어리가 절단되지 않게 되는 것이다.

1, 1a, 1b: 프레임 2: 구동부
3: 실린더 4: 피스톤
5: 모터 6: 가압부
6a: 가압봉 6b: 가압스크류
7: 호퍼 F: 식품
10: 삼방밸브 11: 내실
12: 주입관 12a,13a,14a: 축소가속관
13: 실린더관 14: 압출관
15: 연장배출관 16: 정량배출부재
17: 밸브삽입홀 17a: 돌출테
18: 쐐기공 19: 쐐기
20: 전환밸브 21: 밸브공
21a: 주관통공 21b: 보조관통공
22: 차단벽 23: 축결합부
24: 쐐기홈
30: 잔량공

Claims

상부 주입관(12)과 양측으로 실린더관(13) 및 압출관(14)을 구비한 삼방밸브(10)의 내실(11)에서, 상기 압출관(14)을 폐쇄한 채 상기 주입관(12)과 연결된 호퍼(7)의 식품(F)을 수용하는 밸브공(21)을 갖는 전환밸브(20)가 구동부(2)와 연결된 모터(5)의 회전축에 축회전하여, 상기 밸브공(21)의 양단이 상기 실린더관(13)과 상기 압출관(14)을 연결하되 상기 밸브공(21)의 일부가 상기 주입관(12)의 일부와도 연결되는 잔량공(30)을 형성하고, 상기 호퍼(7)의 식품(F)을 하향가압하는 가압부(6)의 동작에 의해 상기 잔량공(30)이 식품(F)으로 메워져 상기 밸브공(21)이 밀실이 되면, 상기 구동부(2)의 동작에 의해 상기 실린더관(13)과 연결된 실린더(3)를 따라 전후진 가능한 피스톤(4)이 상기 실린더관(13)을 향해 전진하는 힘으로 상기 잔량공(30)에 끼인 덩어리 식품(F)이 절단되지 않고 상기 압출관(14)으로 배출되는 것을 포함하는 식품 충진장치.
제1항에 있어서,
상기 실린더(3)는, 상기 삼방밸브(10)의 내실(11)과 연결되는 상기 실린더관(13) 및 상기 압출관(14)과 상기 전환밸브(20)의 밸브공(21) 직경보다 큰 직경을 갖어, 상기 실린더(3)에서 상기 피스톤(4)의 전진시 발생된 힘이 통로가 좁아지는 상기 실린더관(13), 밸브공(21) 및 압출관(14)에서 낮은 압력을 발생시켜, 상기 잔량공(30)에 끼인 덩어리 식품(F)이 낮은 압력이 작용하는 압출관(14)으로 빨려들어가 절단되지 않고 배출되는 것을 특징으로 하는 식품 충진장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 잔량공(30)이 상기 실린더관(13)과 상기 주입관(12) 간의 최근접 부분에 형성되도록 상기 전환밸브(20)의 밸브공(21)은 경사각을 이루어 상기 실린더관(13)과 상기 압출관(14)을 연결하고, 상기 경사진 밸브공(21)의 양단부에 대응하여 상기 실린더관(13)과 상기 압출관(14)이 구비되는 것을 특징으로 하는 식품충진장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 실린더관(13), 압출관(14) 및 주입관(12)은 이들 관보다 직경이 작은 축소가속관(13a,14a,12a)을 통해 상기 삼방밸브(10)의 내실(11)과 연결되어, 상기 피스톤(4)의 전진시 발생된 힘이 상기 실린더관(13)과 연결된 좁은 상기 축소가속관(13a)을 지나며 압력이 낮아짐에 따라 상기 내실(11)의 압력도 낮아져 상기 실린더관(13)과 상기 압출관(14)을 연결하는 상기 밸브공(21)의 낮아진 압력으로 상기 잔량공(30)에 끼인 덩어리 식품(F)이 절단되지 않고 상기 압출관(14)으로 배출되는 것을 특징으로 하는 식품 충진장치.
제4항에 있어서,
상기 실린더관(13)과 상기 주입관(12)에 각각 연결된 상기 축소가속관(13a,12a)은 서로 가까운 쪽을 향해 각 관(13,12)에 편심형성되고, 상기 각 축소가속관(13a,12a) 간의 최근접 부분에 상기 잔량공(30)이 형성되는 것을 특징으로 하는 식품 충진장치.
제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 압출관(14)의 외측단에는 이 압출관(14)과 동일 직경으로 연장되는 연장배출관(15)이 더 구비되고, 상기 연장배출관(15)의 단부에는 상기 구동부(2)와 연결동작하는 정량배출부재(16)가 식품(F)을 정량으로 배출하는 것을 특징으로 하는 식품 충진장치.