KR880001432B1 - 냉동기 - Google Patents

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KR880001432B1
KR880001432B1 KR1019830005118A KR830005118A KR880001432B1 KR 880001432 B1 KR880001432 B1 KR 880001432B1 KR 1019830005118 A KR1019830005118 A KR 1019830005118A KR 830005118 A KR830005118 A KR 830005118A KR 880001432 B1 KR880001432 B1 KR 880001432B1
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이안 올더 죠프레이
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에어 프로덕트스 앤드 케미컬즈 인코오포레이티드
제임스 하링톤 에게르
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Abstract

내용 없음.

Description

냉동기
제1도는 본 발명에 따른 냉동기의 측면도.
제2도는 제1도에 도시한 냉동기의 부품인 리본오거에 대한 측면도.
제3도는 제1도에 도시한 냉동기의 냉동터널에 제2도에 도시한 리본오거를 조립한 상태의 단면도.
제4도는 냉동터널 내에서의 액화 질서의 양을 일정하게 유지하는 장치에 대한 개략적인 측면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
2 : 냉각터널 3 : 냉동터널
4 : 공급구 5 : 배출구
12 : 깔대기 41 : 윈치
본 발명은 냉동기, 특히 식료품 냉동기 및 이 식료품 냉동기에 사용되는 송풍 냉동터널에 관한 것이다.
종래의 송풍 냉동기에 있어서는 잘게 썰은 닭고기나 새우 또는 완두콩 등과 같은 식료품을 쟁반에 놓고 냉동시키는 것이 가능하긴 했었지만 냉동된 제품이 한덩어리로 뭉쳐지는 문제가 있었다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 유동상(流動床) 냉동기가 침수 냉동기를 사용한 식료품의 개별적 급속 냉동방법이 제안된 바 있다. 이 경우에는 일반적으로 한변의 길이가 4m 정도인 사각형 용기를 통하여 냉각공기를 송풍함으로써 식료품을 유동화 시킨다.
그러나 상기의 공정중에는 식료품을 유동화된 상태로 유지할 수 있도록 고속으로 냉각공기를 송풍하기 때문에 심각한 탈수손실이 유발될 뿐만 아니라 식료품의 일부가 냉동기의 구석이나 간극 등에 퇴적되어 이들을 증기 세척하는데 상당한 시간을 소비해야 하는 결점이 있다.
또한 식료품을 액화질소에 직접적으로 침수시키는 침수 냉동기를 사용하면 상기의 유동상 냉동시에 발생하는 탈수 손실을 대부분 방지할 수 있으나, 액화질소의 소모량이 비교적 많기 때문에 현실적으로는 래즈베리등과 같은 고급 기호식품의 냉동에만 경제성이 있을 뿐이다.
영국 특허 제1,088,126호에서는 식료품 예비 냉각용의 냉각 터널과 냉동터널을 구성요소로 하는 냉동기에 관하여 기술하고 있다. 상기 특허의 냉동터널은 (1) 상기 냉각 터널에서 예비 냉각된 식료품을 액화 냉동제에 침수시키는 침수부와, (2) 상기 액화 냉동제에 침수된 식료품을 상기 액화 냉동제의 증기와 접촉시키는 평형부와, (3) 상기 식료품을 액화 냉동제로 부터 평형부를 통하여 운반하는 수단으로 구성된다.
상기 특허에 있어서, 식료품을 액화 냉동체로 부터 평형부를 통하여 이동시키는 수단은 페들휘일(paddle wheel)로 되어 있다. 중심 피봇축을 제외한 페들휘일의 각 부는 냉각된 액화 질소와 질소의 상부에 형성된 증발 질소층을 교번하여 통과한다. 이와 같은 페들휘일의 연속 운동은 액화질소의 증발을 촉진하기 때문에 액화 질소를 계속적으로 공급하지 않으면 냉동기의 작동 성능이 저하된다.
본 발명은 액화 냉동제에 침수된 식료품을 평형부로 밀어 올리는데 사용되는 리본오거(ribbon augor)를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 특징을 갖는 본 발명의 냉동기는 상기한 영국 특허 제1,088,126호에 비하여 두가지의 중요한 장점이 있다. 첫번째 장점은 리본오거의 단지 일부만이 냉각된 액화 질소와 증발기체 내에서 교번운동을 함으로써 페들휘일을 사용할때 처럼 액화 질소의 표면이 심하게 교란되지 않기 때문에 불필요한 액화 질소의 증발이 억제된다는 점이다.
두번째 장점은 냉각부로 부터 과도한 양의 식료품이 공급된 경우 일지라도 리본오거에 의해서 상부로 이송될 때까지 식료품이 액화 질소내에 잔류할 수 있다는 점이다.
리본오거는 식료품이 전기한 액화 질소로 부터 배출 될 때에는 비교적 신속하게 이송되고 전기한 평형부를 통과할때는 비교적 완만하게 이송될 수 있도록 배열된 대형 피치부와 소형 피치부로 구성된다. 액화 질소로 부터 식료품의 배출을 촉진할 수 있도록 액화 질소내에서 회전하는 리본오거의 하부는 2개의 시발점을 갖는다.
식료품이 냉각터널에 정체되는 것을 방지하기 위하여 리본오거의 후미에는 냉각터널의 직경에 부합되는 배풀판을 연결한다.
리본오거의 중심축은 수평면과 10°내지 30°경사져 있는데, 일반적으로 20°내지 25°가 적당하다.
냉동터널은 세척을 용이하게 할 수 있도록 선회 가능하게 설치되며, 냉동터널은 수평위치로 부터 경사위치로 선회시키는 수단을 부착한다.
냉동기에는 기체상의 냉동제를 냉동터널로 부터 냉각터널로 유통시키는 도관이 설치된다. 전기한 도관에는 기체상의 냉동체의 흐름을 조절하는 한개 이상의 흐름 조절팬이 부착된다.
본 발명의 냉동기는 (1) 냉각터널로부터 예비 냉각된 후 공급되는 식료품을 액화 냉동제의 침수시키는 침수부와, (2) 전기한 액화 냉동제에 침수된 식료품을 전기한 액화 냉동제로부터 증발된 기체와 접촉시키는 평형부와, (3) 전기한 식료품을 액화 냉동제로 부터 전기한 평형부로 이송하는 수단인 리본오거의 3가지 부위로 구성되는 냉동터널을 구비하고 있다.
본 발명에 따른 냉동기 및 냉동터널에는 냉동터널내의 액화 냉동제의 양을 일정하게 유지하는 장치가 부설된다. 이러한 장치는 증발된 냉동제를 분출시키는 기능을 하는 상단과 일정하게 조절하기를 윈하는 액화 냉동제의 수위에서 바로 하부에 해당되는 냉동터널 부분과 연결된 하단으로 구성되는 상향 절연관과, 전기한 절연관 내에서 액화 냉동제의 양을 측정하는 수단과, 측정된 액화 냉동제의 양에 따라 전기한 냉동터널내로 유입되는 액화 냉동제의 흐름을 조절하는 수단을 구비하고 있다.
필요에 따라서는 절연관으로 공급되는 액화 냉동제의 유속을 제한하여 용기내의 액화 냉동제의 양이 일시적으로 변화하는 것을 방지하는 장치를 부착시킬 수도 있다.
이하에서는 본 발명의 이해를 증진하고 작동효과를 제시하기 위하여 첨부된 도면을 참조하면서 설명한다.
제1도는 냉동기(1)를 도시한 도면이다. 새우와 같은 식료품을 개별적으로 급속 냉동시킬 수 있도록 설계된 상기의 냉동기는 냉각터널(2)과 냉동터널(3)로 구성된다.
냉각터널(2)의 단면형상이 사각형이며, 그 내부에는 새우를 공급부(4)로 부터 배출구(5)로 운반하는 조밀 망상의 컨베이어 벨트(도시되지 않음)가 설치되어 있다. 냉각터널(2)을 따라 이동하는 새우는 약 -50℃에서 도관(6)을 통하여 유입된 후 배기관(7)을 통하여 유출되는 기체상의 냉각질소에 의해서 냉각된다. 냉각터널(2) 상부에 배열된 팬(8,9,10)은 기체상의 냉각질소와 새우 사이의 열교환을 촉진한다.
냉각터널(2)의 배출구(5) 부근에는 액화질소 분사봉(11)이 설치되어 시동시나 도관(6)으로 부터 가스상의 냉각질소의 공급이 불충분할때 액화 질소를 분사하게 된다.
냉각터널(2)의 배출구(5)로 이송된 새우의 냉각온도는 0℃인데, 새우 자체에는 염분이 포함되어 있기 때문에 빙점은 그보다 약간 낮다.
이와 같이 냉각된 새우는 깔대기(12)를 통하여 도면의 점선부분까지 채워져 있는 액화질소 용액에 낙하된다. 액화질소에 침수된 각각의 새우는 증발질소의 얇은 보호막이 형성되어 개별적인 냉동이 이루어진다. 액화 질소만으로도 새우를 완전히 냉동시킬 수 있지만, 그럴 경우에는 액화질소의 소모량이 많게된다. 그래서 본 발명에서는 식료품의 외피만을 액화질소에 의해 냉동하고 나머지 부분은 기체상의 냉각질소에 의해서 계속적으로 냉동하는 방법을 구상하게 되었다.
이러한 구상은 후술하는 바와 같이 새우를 액화질소 용액에서 추출한 후 냉동터널(3)을 통하여 이송하면서 기체상의 냉각질소와 접촉하도록 하는 수단으로서 구체화 하였다. 기체상의 냉각질소는 한쌍의 팬(15,16)에 의해서 도관을 통하여 유출되고, 냉동된 새우는 배출구(14)를 통하여 냉동터널(3)로 부터 배출된다.
정상 가동시에는 냉동터널(3)내의 액화 질소의 양이 거의 일정하게 유지되며, 깔대기(12)를 통하여 기체상의 냉각질소가 유출되는 것을 방지할 수 있도록 팬(15,16)의 회전속도 역시 적절하게 조정된다. 배기관(7)에 내설된 팬(17,18)의 속도는 도관(6)으로 부터 공급되는 냉각질소가 액화질소 분사봉(11)에서 생성되는 부가적인 기체상의 냉각질소와 힙류하여 냉각터널(2)을 통과할 수 있도록 조정된다.
제2도에는 액화질소로 부터 새우를 건져올리는 수단인 리본오거(20)가 도시되어 있다. 리본오거는 후미축(22)과 구동축(23)을 갖는 맨드릴(21)로 구성된다.
맨드릴(21)에는 다수의 버팀쇠(24)가 부착되어 제1플라이트(25)와 제2플라이트(26)를 지지한다. 배플판(27)으로 부터 버팀쇠(24°)까지 형성된 제1플라이트(25)의 피치는 300㎜이다. 제2플라이트(26)의 피치는 배플판(27)에서 버팀쇠(24") 사이가 300㎜이고 전기한 버팀쇠(24")에서 끝단까지는 150㎜이다. 구동축(23)과 인접한 제2플라이트(26)부분은 제2도에서 도시된 바와 같이 질소 차폐기능을 한다(이 질소 차폐기능은 뒤에서 설명한다).
제3도는 냉동터널(3)내의 리본오거(20)가 조립된 모양을 도시한 것이다. 깔대기(12)를 통하여 액화질소 용액으로 낙하된 새우는 변속모터(127)에 의해 회전하는 리본오거(20) 둘레의 플라이트를 타고 올라간다.
배플판(27)은 두꺼운 절연층으로 구획되어 리본오거(20)를 수용하는 원통형 냉동실(30)의 후벽(29)과 배플판 사이에 형성된 공간부(28)로 새우가 빠져 들어가는 것을 방지한다. 액화질소 용액에 잠겨있는 플라이트(25,26)부분은 피치가 커서 비교적 빠른 속도로 새우를 밀어 올리게 되는 반면, 리본오거(20) 상부의 피치가 작은 플라이트 부분에서는 비교적 저속으로 새우를 이송하는 냉동터널(3)의 배출구(4)로 배출시킨다. 배출구(14)에 로우터리 밸브를 설치하면 기체상의 질소가 누출되는 것을 보다 확실히 방지할 수 있지만, 구동축(23)에 인접한 고정 플라이트부 만으로도 배출구(14)를 통하여 유출되는 기체상의 질소를 어느정도 차단할 수 있다.
리본오거(20)는 후미베어링(31)과 끝단 덮개(33) 내부의 베어링(32)에 의해서 지지된다. 이때 끝단 덮개(33)는 조립식 고정구(34)에 의해 원통형 냉동실(30)의 상단에 고정된다.
플라이트의 폭과 냉동터널(3)의 경사도에 따라 냉동터널(3)을 통하여 배출구(14)로 이송되는 새우의 운반량이 결정된다. 일시에 과량의 새우가 깔대기(12)내부로 공급되는 경우에는 플라이트를 따라 올라가던 새우 중 일부가 플라이트의 가장 자리에서 초기 위치로 다시 낙하되기 때문에 액화질소 용액에 잔류하는 시간이 예상했던 것보다 약간 더 길어질 뿐이지 다른 장애가 발생하지는 않는다.
플라이트(25,26)의 회전에 따라 액화질소 용액이 교란되고, 그 결과 액화질소와 새우 사이의 열전달이 개선된다. 동시에, 액화 질소 상부의 플라이트(24)부분은 냉동터널(3)을 통한 기체질소의 흐름을 감소시킨다.
리본오거(20)의 회전속도를 조정함으로써 생산제품의 냉동온도를 적정하게 유지할 수 있다.
제1도를 보면, 냉동터널(3)에는 프레임(36)의 베어링에 축받이된 트러니언(trunion)이 설치되어 있다. 냉동터널(3)의 출구단(37)은 폴리(39,40)를 거쳐 윈치(41)에 고정된 케이블(38)과 연결된다.
냉동터널(3)을 세척하려고 할때에는 윈치(41)를 사용하여 수평위치로 하강시킨다. 그리고 나서 고정구(34)를 풀고 끝단덮개(33)와 리본오거(20)을 분해하여 증기 세척을 실시한다. 증기세적을 실시할 때에는 냉동터널(3)을 기울여서 폐기물이 배출관(42)과 밸브(43), 그리고 파이프(44)를 통하여 배출되도록 한다.
일단 증기 세척이 완료되면 밸브(43)을 잠그고 냉동터널(3)의 출구단(37)을 들어올려 도관(6)의 돌출단(43)을 플랜지(43)의 다이아프램 시일과 맞춘다. 이때 냉동터널(3)의 출구단(37) 하부에 안전봉(도시하지 않음)를 설치하고, 윈치(41)를 이완시킨다.
실시예에서는 소량의 새우를 개별적으로 분리해서 냉각터널(2)로 공급한다. 닭고기의 경우에 있어서는 고기의 껍질을 벗기고 요리를 한 다음 칼로 잘라서 냉각터널(2)속에 공급할 수도 있다. 그러나 닭고기를 자르는 시기는 닭의 껍질을 벗기고 요리를 해서 냉각터널(2)을 통과시킨후 냉동터널(3)로 투입되기 전이 보다 적합하다는 것을 알 수 있었다. 이때 닭고기를 냉동온도까지 냉각시킨후 칼질을 하면 가장 좋은 효과를 얻을 수 있다.
냉동시킬 제품은 적당한 기계적 강도를 가져야 하며, 래즈베리등이 플라이트(25,26)와 부딪치지 않고 액화 질소에 깨끗한 상태로 낙하되도록 냉동기를 변형시키지 않으면 래즈베리와 같은 고급 기호식품을 처리하기가 곤란하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
이상에서는 본 발명의 냉동기를 주로 식료품의 냉동에 중점을 두어 설명했지만, 다른 물건도 냉동시킬 수 있다는 것을 이해해야 할 것이다.
본 발명의 또다른 특징은 냉동터널(3)내의 액화질소 수위가 거의 일정하게 유지된다는 점이다.
종래 형태의 냉동기에 있어서는 액화질소의 표면에서 기포 또는 비등현상이 발생하기 때문에 액화질소의 양을 일정하게 유지하기가 어려웠다. 종래에는 초음파 감지기로써 냉동기내의 액화질소 수위를 측정하여 필요에 따라 부족한 양을 보충하고 과잉량은 배출시키는 방법으로 상기의 문제점을 해결하였다. 그러나 본 발명에서는 후술하는 바와 같이 더욱 간단한 해결책을 도입했다.
실질적으로 원통형 냉동실(30)의 단면 전체를 덮고 있는 배플판(27)과 후벽(29) 사이에 형성된 공간부로 액화질소가 관(100)을 통해 공급된다. 이와 같이 공급된 액화질소의 일부는 후벽(29)에 가공된 작은 구멍(101)을 통하여 튜브(102)로 유입된다. 전기한 튜브에는 대기와 접하는 통기기구(103)가 형성되어 있다. 작동중에 냉동터널(3)로 낙하되는 제품에 의해 야기되는 액화질소 표면의 일시적인 교란으로는 튜브(102)내의 수위가 거의 변화하지 않으며, 그 수위는 리본오거 주위의 평균수위와 정확하게 일치한다. 물론, 튜브(102)내에서 액화질소가 급속히 증발되어 수면이 교란되는 것을 방지하기 위하여 튜브(102)의 둘레에 두꺼운 절연재를 피복했다.
제4도에 도시한 바와 같이 튜브(102)에는 수위감지 장치(104)가 설치되어 있다. 수위감지 장치(104)는 원추체(105)로 구성되며, 원추체의 끝에는 뜨개(106)가 선회 가능하게 연결된다. 튜브(102)내의 수면이 변화하여 뜨개(106)가 상하운동을 하면, 그 운동은 원추체(105) 내부의 자석으로 전해진다. 자석의 작동에 따라 압추공기가 호칭규격 1.5의 관(107)으로 부터 분기구(108) 및 관(109)을 통하여 스프링(11)에 의해 닫혀 있는 다이아프램 밸브(110)의 측면으로 공급된다. 그리하여 튜브(102)내의 수면이 증가하여 뜨개(106)가 상승하고 그에 따른 자석의 운동으로 압축공기가 분기구(108)를 통하여 배출되면, 관(109)내의 압력이 강하되면서 스프링(111)력에 의해 다이아프램 밸브(110)가 닫힌다.
반면, 튜브(102)내의 수면이 감소하여 뜨개(106)가 하강하고 자석의 이동으로인하여 분기구(108)가 폐쇄되면, 관(109)내의 압력이 증가되면서 스프링(111)력을 상쇄시키고 밸브가 열린다.

Claims (11)

  1. 식료품을 예비 냉각하는 냉각터널(2), 상기 냉각터널(2)에서 예비 냉각된 식료품을 액화질소인 냉동제(13)에 침수시키는 침수부(a), 상기 액화냉동제(13)에 침수된 식료품을 전기한 액화 냉동제에서 증발된 증기와 접촉시키는 평형부(b), 상기 식료품을 액화 냉동제로 부터 평형부를 통하여 이송하는 수단(3)을 구비하는 냉동터널(3)로 이루어진 냉동기에 있어서, 상기 이송수단이 식료품을 액화질소로 부터 건져내어 평형부를 통하여 이송시키는 리본오거(20)인 것을 특징으로 하는 냉동기.
  2. 제1항에 있어서, 식료품이 상기 액화 냉동제에서 배출될 때에는 비교적 신속하게 이송되고 상기 평형부를 통과할 때는 서서히 이송될 수 있게끔, 상기 리본오거(20)가 대형 피치부와 소형 피치부로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 냉동기.
  3. 제2항에 있어서, 액화질소에 잠겨서 회전하는 리본오거(20)의 부분이 두개의 플라이트(25,26)을 갖는 것을 특징으로 하는 냉동기.
  4. 제1항에 있어서, 리본오거(20)의 후미단(22)의 냉동터널(3)의 직경과 거의 일치하는 크기의 배플판(27)이 부착된 것을 특징으로 하는 냉동기.
  5. 제1항에 있어서, 리본오거(20)의 종축이 수평으로 부터 10°내지 30°경사진 것을 특징으로 하는 냉동기.
  6. 제5항에 있어서, 상기 리본오거(20)가 수평으로 부터 20°내지 25°기울어진 것을 특징으로 하는 냉동기.
  7. 제1항에 있어서, 냉동터널(3)이 선회 가능하게 장착되고, 냉동터널을 수평위치로 부터 경사위치로 선회시키는 수단이 설치된 것을 특징으로 하는 냉동기.
  8. 제1항에 있어서, 냉동터널(3)에서 증발되는 기체상의 냉동제를 냉각터널(2)로 공급하기 위해 상기 냉동터널(3)과 냉각터널(2) 사이에 도관(6)이 설치된 것을 특징으로 하는 냉동기.
  9. 제8항에 있어서, 상기한 도관(6)을 통한 기체상 냉동제의 흐름을 제어할 수 있도록 이 도관(6)속에 한개 이상의 흐름 조절 팬(15,16)이 설치된 것을 특징으로 하는 냉동기.
  10. 제1항에 있어서, 상단에는 증발된 액화 냉동제를 분출시키는 통기기구(103)가 설치되고 하단은 액화 냉동제의 수면 아래에서 냉동터널의 저부와 연통된 상향 절연튜브(102)로 구성되어 상기 냉동터널 내에서 액화 냉동제(13)의 수면을 일정하게 유지하는 수위감지 장치(104)와, 상기 절연튜브(102)내에서 액화 냉동제의 양을 측정하여 상기 냉동터널(3)로 공급되는 액화 냉동제의 흐름을 제어하는 뜨개(106)를 구비한 것을 특징으로 하는 냉동기.
  11. 제10항에 있어서, 절연튜브(102)에 공급되는 액화 냉동제의 유속을 제한함으로써 냉동터널내의 액화 냉동제의 수면이 일시적으로 변동되는 것을 약화시키기 위해 후벽(29)에 작은 구멍(101)을 구비한 것을 특징으로 하는 냉동기.
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