KR840001457B1 - 저온 냉동 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

저온 냉동 장치

제1도는 터널의 수평길이를 단축시켜 도시하기 위하여 중간부분을 절취한 상태의 냉동장치에 대한 측단면도.

제2도는 피냉동물 접촉실중 하나를 제1도의 2-2선을 따라 절단한 확대 단면도.

제3도는 제1도의 3-3선을 따라 절단한 냉동장치의 중심부에 대한 평면도.

제4도는 제1도에 도시한 개별냉동장치를 여러개 조합한 고 냉동능력의 냉동장치에 대한 개략측면도.

본 발명은 중심부에 송풍기를 내설한 터널형 냉동장치에 관한 것이다.

액화질소나 액화 이산화 탄소와 같은 초 저온 냉매를 사용하는 냉동장치는 이미 여러 형태의 것들이 공지되었다. 액화질소를 냉매로 사용하는 공지된 냉동장치들은 대별하여 미합중국 특허번호 제28,712호, 제3,403,527호 및 3,381,895호에 기술된 것과 같이 스프레이 헤더와 다수의 가스 예냉각 지역을 사용하여 액화질소를 노즐을 통해 냉동장치내로 분사사키는 동안 액체 상태로 유지하고 비교적 따뜻한 피냉동물과 접촉할 때 기화되도록 한 것과 이와는 달리 미합중국 특허번호 제3,611,745호의 냉동장치와 같이 액화질소와 피 냉동물간에 간접적인 열교환을 시킴과 아울러 냉동실내의 기화된 질소가스를 다수의 순환팬으로 순환시켜 냉동실내의 보호 대기(protective atmosphere)를 형성시키는 것이 있다.

액화이산화 탄소를 냉매로 사용하는 경우는, 액체 냉매를 분사 노즐로써 팽창시켜 가스와 고체 입자의 혼합물을 기화시킨다. 이러한 장치는 미합중국 특허번호 제4,086,784호에 공지된 바와 같이 피 냉동물에 이산화탄소 스노우(snow)를 직접 분사하고 다수의 축방향 유동 홴으로 기화된 가스를 순환시키는 것과 미합중국 특허 제3,818,719호에 공지된 바와 같이 송풍기의 방출부에 저온 냉매를 분사시키고 다수의 팬으로 가스를 순환시키는 냉동장치가 있다. 그러나, 이러한 설계에서는 대량의 가스 이동이 요구되어 그에 수반하는 홴의 에너지를 많이 소모한다.

따라서, 홴으로부터 열이 발생하여 냉동장치에 바람직하지 못한 현상을 야기한다.

미합중국 특허 제3,672,181호, 제3,677,176호 및 제3,708,995호에 공지된 냉동장치는 블로우어를 설치하여 고체 미립자와 가스와 혼합된 이산화탄소를 순환시켜 피냉동물에 접하도록 하는 것이다.

그러나, 이 장치는 가스-고체 혼합물의 속도가 비교적 느리고 대량의 냉매(혼합물)을 순환시키기 위한 다수의 팬 또는 송풍기에서 냉동장치에 바람직하지 않은 열입력을 야기시킬 뿐만 아니라 이산화탄소의 기화 온도보다 휠씬 높은 온도에서 장치가 구동되게 되므로 이산화탄소 스노우(snow)를 형성시키는데 많은 문제점들이 따르게 된다는 것이다.

본 발명은 중심위치에 하나의 블로우어를 설치하고 냉매와 피냉동물간의 접촉속도를 최대로 하는 동시에 이들의 접촉실을 최소의 크기로 한 초저온 냉동 장치를 제공하는 것이다. 여기서 접촉실의 단면적은 가변으로 할 수 있는데 순환되는 냉매량을 최소로 하고 또한 피냉동물이 냉매와 접촉하여 신속히 열전달 되도록 접촉속도를 크게 하기 위하여 접촉실 단면적을 최소로 한다.

더우기 본 발명의 한 실시예에서는 원심 블로우어의 중심에 상술한 초저온 냉매를 주입하고 한쌍의 플러넘(plenum) 챔버를 제공하여 냉매가 고속의 접촉실에서 피냉동물의 상하로 흐르기 전에 보다 더 저속으로 흐르게 한다.

이하 도면에 도시한 본 발명의 냉동장치는 고정 및 이동 가능부분으로 구성되고 길게 수평으로 연장된 터널(10)이 설치되는데, 이것은 일반적인 프레임 조립체(11)에 의해서 지지된다.

예를 들면, 프레임 조립체는 다리부(12), 메인프레임(13) 및 3개의 수직프레임부재 세트(14,15 및 16)를 지닌다.

수직프레임부재(14,15 및 16)는 각각 고정인 입부(17), 고정중심부(18) 및 고정배출부(19)를 지지하게 되어 있다. 상기 각 고정부들의 길이는 1 내지 2피트로 비교적 짧고 저면, 측면, 상면 벽들로 구성되어 있다. 이 벽들은 모두 열절연된다.

터널(10)은 이동덮개(24-26)와 고정부들 사이에 수평하게 연장된 이동하부 부분(28-30)으로 형성된다. 터널(10) 길이의 양호한 실시예는 15 내지 25피트 정도이고, 최적길이는 20피트 정도이다. 이동덮개(24-26)와 이동하부 부분(28-30)의 설계 상세는 본 발명이 아니고, 미합중국 특허 제3,813,895호에 기술된 것 같은 공지된 것을 채택한다.

얼려진 피냉동물은 다공의 와이어 메쉬 콘베이어 벨트(32)에 의해서 인입부(17)로부터 배출부(19)로 이송된다. 제2도에서 보다 명확히 알 수 있듯이, 콘베이어 벨트(32)의 하부리치(34)는 채널 브래킷(36)에 의해서 지지되고 저면벽에서 요구되어지는 최소의 주행틈새로 간격을 이룬다.

예를 들면, 터널의 저면 부분(28-30)과 컨베이어 벨트의 하부리치(34)와의 간격은 1인치 이하로 하되 가급적 0.5인치 정도가 적합하다. 컨베이어(32)의 상부리치(38)는 지지바(40)와 저마찰 스트립(42)에서와 같이 하부리치(34)에 가급적 가깝게 배치한다. 예를 들어 상부리치(38)와 하부처리 사이의 간격은 2인치 이하로 하되 1.5인치 정도가 바람직하다. 따라서, 상부리치(38)와 터널의 저면벽 사이 거리는 3인치 이하이고 가급적 2인치 정도로 한다.

제1도와 3도에 도시한 바와 같이 고정중심부(18)에는 적당한 모터(48)로 구동되는 단일 블로우어(44)가 설치된다. 이 블로우어(44)는 원심형으로써 중심인입구(50)와 이중 방출스크로울(52)로 형성된 2개의 주면 배출구가 형성되어 있다. 아울러, 블로우어(44)에는 구동축(46)에 수직방향으로 허브(55)로 지지된 원형판(54)를 포함하는 로우터(53)와 원주 방향으로 향한 다수의 블레이드가 설치되어 있다.

블레이드(56)의 하단부는 가급적 원형링(58)에 결합한다. 로우터(53)의 내경은 완전히 개방되고 방해요소가 없어야 함을 주의해야 한다.

이상 기술한 바와 같은 설계는 주입 노즐(60)을 통하여 로우터의 중심부내로 액화 이산화탄소를 직접 주입할 수 있고, 또한 블로우어에 서리가 끼는 것을 방지할 수 있다.

다시 말해서 블로우어의 구조가 피냉동물이나 혹은 고체 이산화탄소 입자가 부착되지 못하게 되어 있고, 액화 이산화탄소 가스로 되는 팽창력이 스크로울이나 로우터 블레이드에 부착되었던 서리를 붙어버리게 된다는 것이다.

제1도에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 힌지 플레이트(62-64)는 배출 스크로울(52)의 하단부에 피봇 결합되고 스크로울로부터 하향 외측방향으로 연장되어 하단부가 수평 연장된 조절판(66,68)상에 높이게 된다. 조절판(66,68)은 터널의 폭에 횡방향으로 연장되고 터널의 길이를 따라 중심으로부터 인입부(17), 배출부(19)를 각기 포함하는 양쪽단부까지 연장되어 있다. 그리하여 수평한 조절판(66)(68)은 터널을 상부 플리넘 챔버(70-72)와 생성물(피냉동물)이 컨베이어 벨트(32)의 상부리치상에 운반되는 하부 접촉실(74-76)으로 나눈다. 플리넘챔버(70-72)의 단면적은 접촉실크기보다 약 2-3배 더 큼을 유의해야 한다.

제2도에 도시한 바와 같이 조절판(66,68)은 가급적 수직 조정되도록 지지되고 그리하여 냉동되는 생성물의 입자 크기의 변화를 무시할 수 있을 정도로 접촉실(74)(76)의 단면적을 최소화한다. 수직 조정 가능한 조절판(66,68)을 지지하는데 사용되는 수단은 매우 여러 가지가 있다.

한 예로 다수의 적층간격자(80)은 수직 지지핀(82)로부터 제거될 수도 제거될 수도 결합될 수도 있는데, 후자(수직 지지핀)는 채널(36)에 의해 지지된다.

조절판(66,68)은 생성물의 높이를 상하로 조절하고, 힌지플레이트(62-64)는 그 하단부가 조절판(66-68)상에 접한 상태에서 상하로 자동 피봇되므로 블로우어의 배출구와 인입부(50) 사이의 밀봉을 유지할 수 있다.

인입부(17)와 배출부(19)에는 한쌍의 수직조절 가능한 역류 조절판(86,88)이 설치되는데 이것은 역류 통로를 형성하도록 조절판(66,68)의 단부(67,69)와 같이 동작한다. 도면에 화살표로 도시한 바와같이 이들 역류 통로는 플리넘챔버(70,72)의 단부에 있는 냉매가 접촉실(74,76)를 경유하여 다시 채널의 중심부로 돌아오게 한다.

상기한 컨베이어 벨트는 메쉬 형상으로 다공질로 되어 있기 때문에 고속 냉매의 거의 절반 가량은 역류조절판(86)(99)에서 콘베이어 벨트의 상부 리치를 통하여 흐르고 상부리치와 하부리치 사이의 냉매는 접촉실에서 냉동될 피냉동물의 저면상에 고속으로 접촉한다.

따라서, 피냉동물이 고속의 냉매에 노출되는 동안 냉각된 냉매는 최대 크기의 접촉실(74)(76)를 통해 블로우어(44)의 인입부(50)로 역류한다.

온도 센서(96)은 터널내에 설치하여 플리넘챔버(72)와 같은 냉동기내의 냉매의 온도를 측정한다.

이온도 센서는 통상의 제어 시스템에 연결하여 터널내의 온도가 미리 세트시켜 놓은 -109℉미만 혹은 그 이상으로 올라가면 노즐(60)을 통하여 액화 이산화탄소를 터널내에 주사하게 한다. 액화 이산화탄소가 주사될 때는 이산화탄소가 가스 및 고체 미립자로 되어 체적이 증가한다. 따라서, 동일한 체적의 냉매가 조절판하에서 터널의 인입구와 배출구를 통과하게 되는 것이다. 과잉 냉매는 인입구와 배출구 흡입덕트(94-96)로 연결된 흡입블로우어(90-92)에 의해 제거된다.

작업 도중에 분할 조절판(66)(68)의 길이는 생성물의 입자 크기 정도로 틈새를 허용하도록 세트된다.

예를 들면, 수평 연장된 분할 조절판(66)(68)은 특별한 생성물의 입자 크기에 따라 1인치 정도의 틈새로 세트될 수 있다.

이렇게 하면 접촉실(74)(76)의 담면적인 최소가 되는데, 그 이유는 최소량의 냉매가 최대의 속도로 재순환되기 때문이다.

냉매는 다공성 컨베이어 벨트의 상부 리치에서와 마찬가지로 컨베이어 벨트의 상부리치상의 생성물 위를 고속으로 통과하여 냉매의 방향은 접촉실(74)(76)의 피냉동물저 면부에 직접 접촉하게 된다.

접촉실의 단면적을 작게 하므로 말미암아 냉매의 속도를 1500 내지 2000ft/min 정도로 할 수 있고, 냉매의 속도로 컨베이어를 따라 불러가는 생성물의 형태를 제한할 수도 있다.

블로우어(44)의 인입부로 되돌아오는 냉매의 속도는 블로우어(44)의 인입부의 단면적이 매우 크므로 인하여 급격히 감소된다. 이 인입부 단면적은 적어도 두배 또는 4배 이상의 거리로 떨어진 조절판(66)(68)의 단부(65)(67)사이 거리와 접촉실(74)(76)의 수직 높이로 형성된다. 그리하여 햄버거 형상의 작은 피냉동물들은 냉매가 블로우어의 인입부로 되돌아갈 때 냉매가 컨베이어 벨트로 올라가지 않고 2000ft/min 정도의 고속으로 냉동된다.

온도센서(96)가 추가의 액화 이산화탄소를 노즐(60)을 통해 주입하도록 동작할 때 냉매는 급격히 팽창하여 냉가스와 고체 미립자의 혼합물이 되고, 이 혼합물은 블로우어(44)에 의해 플리넘챔버(70)(72)를 통해 반대 방향으로 불려 나간다. 만일 터널 온도가 미리 세트한 승화온도 -109℃F보다 높다면 대부분의 이산화탄소 고체 미립자들은 플리넘 챔버(70)(72)를 통과하는 동안 가스 상태로 승화하여 피냉동물은 완전한 가스 상태인 냉매와 접촉하게 된다. 그러나, 상기한 승화점보다 낮을 경우, 피 냉동물은 가스와 고체 미립자의 혼합물 형태인 이산화탄소(냉매)와 접촉한다.

위의 어느 경우에라도 로우터의 블레이드에 서리가 생기는 것을 방지할 수 있고, 심지어 비교적 고온인 0℉상태에서도 블로우어의 로우터(53)의 중심에 냉매를 주입하므로써 서리를 제거할 수 있다. 더우기 접촉실(74)(76)내에 서리 또는 고체 이산화탄소 미립자가 생성된 경우도 가스에 섞인 고체 미립자들을 고속으로 흐르게 하요 제거할 수 있다. 그러므로 블로우어 인입부(50)에 노즐 “60”만을 설치하는 것으로도 족하지만 추가의 착탈 가능한 노즐 “60”를 제1도에 점선으로 도시한 바와 같은 플리넘 챔버(70)(72)의 한쪽 또는 양쪽에 설치할 수도 있다. 액화질소 냉매도 액화 이산화탄소와 동일하게 사용될 수 있다.

도면에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명의 냉동기는 재순환 가스의 체적을 최소화하고 필요한 블로우어수를 감소시킬 수 있으므로 바람직하지 못한 홴 에너지(열)를 피할 수 있는 것이다. 동시에 접촉실에서 접촉하는 냉매의 속도를 최대화하고, 서리나 냉매의 스노우가 쌓인 경우 온도를 0℉로 세트하는 웜 아이들 조건으로 하거나 장치를 이산화탄소의 승화점 이하로 작동시켜서 서리를 제거할 수 있다.

또한, 조절판(66,68)의 높이를 가변 조절할 수 있어서, 동일한 냉동장치로 생성물을 얇은 파이 형상이나 두꺼운 케이크 형상 등 여러 모양으로 할 수 있고 접촉실의 단면적을 최소화하여 접촉 속도를 고속으로 할 수 있다. 하지만 플리넘 챔버와 최소화시킨 접촉실을 사용하면 생성물의 형상은 한 가지 형상으로 밖에 할 수 없다.

이러한 경우 분할 조절판(66,68)은 요구되어지는 틈새로 최소로 하여 고정시키고 변경하면 안된다.

제1도에는 분할 조절판(66-68)을 두 부분으로 하였으나, 취급상 용이하도록 1개 부분으로 할 수도 있으며, 블로우어 인입부(50) 영역에 적당히 큰 구멍을 수개 설치할 수도 있다. 더우기, 컨베이어 지지부와 조절판의 형상을 달리할 수도 있다. 즉, 컨베이어 벨트의 하부처리와 접촉실간의 거리를 가변조절할 수 있는 지지로드(40)를 설치하는 것이다.

이 지지로드(40)를 사용하면 접촉실(74-76)의 단면적을 더욱 작게 조절할 수도 있으나, 바람직하진 않다. 왜냐하면, 냉동장치 저면부를 청소하는데 문제점이 따르기 때문이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 냉동장치에는 블로우어가 1개 필요하고 장치의 길이도 15-25피트, 가급적 20피트 정도로 하면 된다. 이것은 경제적인 냉동작업에 적합한 것으로 단지 제1도에서 4도에 도시한 바와 같이 설치하면 시간당 냉동할 식품량을 2배 이상 4배까지 생산량을 증가할 수 있는 것이다. 그러므로 “단일 블로우어”란 말은 최소 컨베이어 벨트 15피트당 블로우어 1개 또는 15 내지 25피트의 컨베이어 벨트당 블로우어가 1개 설치되었다는 의미이다. 물론, 대형 냉동장치에는 2 내지 3개의 블로우어를 컨베이어 벨트에 횡방향으로 설치한다. 그러나, 상술한 최고 길이의 컨베이어 벨트에는 1개면 족하다. 이에 비하여 종래의 냉동장치에서는 컨베이어 길이 3 내지 6피트당 1개의 블로우어를 설치하였다.

따라서, 본 발명은 컨베이어의 단위 길이당 설치되는 블로우어의 수를 감소시킬 수 있음이 분명하다.

본 발명은 도면에 도시한 실시예에 한하지 않고 다른 여러 가지 수정예들이 가능하다.

예를 들면 역류 조절판(86)(88)에서 냉매의 온도가 미리 세트한 온도에서 매우 미세한 양만큼만 올라가도 배출 통로(98)에서 배출 통로(98)에서 과잉 냉매를 전부 또는 일부를 제거하게 하는 것이다. 본 발명이 속한 분야에 종사하는 사람이면 누구나가 상술한 이상의 실시예가 가능하리라는 것을 알 수 있을 것이다.

Claims (1)

15비트 이상 이격된 피냉동물 인입구(17)와 생성물(피냉동물) 배출구(19)를 지니는 열절연된 터널(10)과 한쌍의 긴 상부 플리넘 챔버(70,72)와 한쌍의 긴 하부 접촉실(74,76)로 상기한 터널(10)을 분리시키기 위해 인입구(17) 및 배출구(19) 사이에서 터널(10)을 통해 연장되는 수평 배치된 조절판(66,68)과 상기 접촉실(74,76)에 연결된 배출통로를 설치하고 터널(10) 중간 부분에 설치하는 단일블로우어(44)와 접촉실(74,76)을 통해 연장되는 컨베이어 벨트(32)의 상부리치(38)의 상부 및 하부로 연장되는 냉매 흐름통로를 형성하는 상부리치(38)를 지지하는 수단(40)과 2개의 고속 냉매 재순환 통로를 형성하도록 상기의 플리넘 챔버로부터 상기 접촉실(74,76)을 통해 블로우어(44)의 인입구(17)로 냉매를 역류시키고(70,72)로부터 접촉실(74,76)까지 흐르게 하기 위해 터널(10)의 인입구(17) 및 배출구(19)에 인접한 접촉실(74,76)에 상기 플리넘 챔버(70,72)를 연결시키는 역류 조절판(86,88)와 상기 재순환 통로 가운데 적어도 한 개 이상에 액체 또는 가스와 고체 미립자의 혼합물 상태인 초저온 냉매를 직접 분사하는 냉매 분사 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 냉동 장치.

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