KR960013202B1

KR960013202B1 - 냉동된 분위기(atmosphere)를 생성하는 방법 및 제품을 냉각시키는 장치

Info

Publication number: KR960013202B1
Application number: KR1019930008526A
Authority: KR
Inventors: 프란시스 킥젝 에드워드; 마이클 페트로우스키 조셉
Original assignee: 에어 프로덕츠 앤드 케미칼스, 인코오포레이티드; 윌리암 에프. 마쉬
Priority date: 1992-05-20
Filing date: 1993-05-19
Publication date: 1996-09-30
Also published as: DE69304788D1; EP0570868A1; ES2094413T3; KR930023674A; DE69304788T2; CA2096209C; JP2514898B2; JPH0634212A; CA2096209A1; MY131191A; MX9302892A; US5267449A; EP0570868B1; BR9301941A

Abstract

내용없음

Description

냉동된 분위기(atmosphere)를 생성하는 방법 및 제품을 냉각시키는 장치

첨부도면은 본 발명에 의한 장치 및 방법을 개략적으로 나타낸 도면이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

14 : 단열된 영역(공간)16 :공기흐름

20 : 미립자 공기필터24 : 압축기

32 : 분리기38 : 건조기/미립자 제거 장치

70 : 송풍기74 : 멸균기

본 발명은 공기를 극저온으로 냉각하기 위한 방법 및 장치에 관한 것으로, 그 냉각 공기는 특히 식료품과 같은 제품을 급냉시키기 위한 냉동기로 주입되도록 사용된다.

미합중국 특허 제4,315,409호 및 제4,317,665호에는 미합중국 특허 제3,733,848호 및 제3,868,827호에 개시된 것같은 극저온에서 공기를 이용하는 극저온 냉동장치에 대한 개선점들이 개시되어 있다. 전술한 특허들의 장치에 있어서, 식품 냉동기와 같은 냉각될 장치를 둘러사는 공기로부터 취한 공기는 -180℉(약 -117.8℃) 이하의 온도로 냉각되기 때문에, 이 온도에서 냉동기로 공기가 주입될때 그 냉동기 안에서 제품들의 급냉기 일어날 수 있다. 그런 냉동기들은 식품업계에서 식품의 보존 및 선적을 위해 식품을 급냉시킬때 사용되는 것으로 알려져 있다.

종래 장치들에서는 냉기의 일부를 추출한 후에 재압축 및 팽창에 의해 냉동실로부터의 대기의 재순환에 의존하여 극저온을 얻게 된다. 재순환 장치에 대한 문제점들은 미연방정부가 이런 형태의 장치의 철저한 세척 및 위생을 요구한다는 사실에 집중된다. 주변 온도로부터 -180℉ 이하까지의 공기를 취하기 위해 압축기 등을 포함하는 장치와 같은 설비의 대형 부품으로 설치되는 재순환 장치는 일반적으로 세척을 하고자 할때 쉽게 열려지지 않는다. 그래서, 상기 장치들에서는 대기가 재사용되기 때문에 서리가 발생하기 쉽고 박테리아 입자 및 서리입자들이 재순환하기 쉽다.

본 발명은 극저온의 공기 냉동 사이클의 사용에 관한 것으로, 그것에 의해 아주 차가운 가스형태의 공기가 압축기 및 터보팽창기의 일련의 중간냉각 공정들에 의해 제조된다. 냉각 가스는 단열된 폐쇄 용기의 내부에 함유된 제품들의 급속한 냉동을 이루기 위해 단열된 폐쇄 용기로 공급된다. 상기 단여된 폐쇄 용기가 종래의 극저온의 식품 냉동기일때, 냉동될 그 식품은 약 -200℉(-129℃) 이하의 온도에서 공기에 의해 접촉된다. 단열된 격실로부터 배출된 또는 나오는 공기는 상기 장치안으로 합류되고, 팽창전에 단열된 격실(용기)로 주입되기 위해 냉각된 공기와 열교환된 후에 사용된다. 배출된 공기는 상승된 온도로 가열되어, 냉각 및 팽창전에 압축된 공기흐름으로부터, 수분과 가스상의 오염물질 제거를 위한 장치들을 재생시키게 된다. 배출된 공기의 일부분은 재생을 위해 사용되기 전에 멸균되고, 그후에 대기중에 배출된다. 그러므로, 본 발명의 장치 및 방법은 종래기술 장치들의 문제점을 극복하기 위해 재순환하지 않는 공기에 의존한다.

식료품들을 냉각시키기 위해 기계적인 냉장고들을 사용함에 있어서 중요한 문제점들중 하나는 냉매로서 클로오르플루오르화탄소 또는 암모니아를 이용한 기계적인 냉장고들에 의해 생성된 온도에서, 냉동된 제품(특히, 식료품)이 최종 소비자에 의해 사용될때 탈수를 일으키고 맛과 품질의 손실을 초래한다는 것이다. 기계적인 냉장고들은 대략 -35℉(-37℃)의 온도에서 냉각 공기를 만들 수 있다. 액체질소를 사용하는 극저온의 식품 냉동기들은 널리 알려져 있고, 과다한 탈수를 방지할 것이다. 그러나, 공기 이외의 냉동제(즉, 질소 또는 이산화탄소 등)를 이용하는 극저온 식품 냉동기들은 가격이 바싸고, 냉동장치 안이나 주위에서 기화된 냉동제를 안전하게 배출해야 한다는 문제점을 가지고 있다.

본 발명을 따른 장치 및 방법은 공기의 사용이 가능하고 종래기술 장치의 극저온 냉동을 이용하여 제품 품질 및 효율의 향상을 얻을 수 있고, 더불어서 냉동기의 서리 형성을 감소시키고, 유지시간 및 비용을 감소시키며, 공기가 진정한 개방 사이클 형태로만 사용된다는 사실 때문에 환경 위생문제를 개선시킨다는 이점을 갖는다.

도면을 보면, 장치(10)은 단열된 폐쇄 공간(14)를 포함한다. 단열된 폐쇄 공간(14)는 다른 것들중에서, 종래에 널리 알려진 나선형, 충돌(impingement)형, 또는 터널형의 종래 식품 냉동기를 나타낸다. 단열된 폐쇄 공간(14)는 평균지름이 20마이크론(micron) 이상인 미립자 물질의 98% 이상을 여과시키는 형태인 미립자 공기 필터(20)를 통과하는 공기의 흐름(16)을 취함으로써 냉각된다. 여과된 공기는 도관(22)를 통해 다단계 압축기(24)까지 전달되고, 흡입공기는 약 20℉(-6.7℃)에서 105℉(40.5℃)의 온도와 14.1psia(97.21Kpa)의 압력을 갖는다. 압축기(24)는 그 압축기(24)에서 나오는 도관(26)내의 공기가 대략 198psia(1365.01Kpa)과 200℉(93℃)가 되도록 중간 냉각하는 다단계(예를들어, 4단계) 압축기이다. 도관(26)은 압축 및 가열된 공기를 후냉각기(28)까지 안내하고, 압축된 공기흐름은 후냉각기(28)에서 주변온도에 대해 ±10℉ 이내까지 압력손실없이 냉각되고 도관(30)을 통해 분리기(32)로 전달되며, 분리기(32)에서 물은 압축된 공기흐름으로부터 제거된다. 분리기(32)로부터의 물은 종래기술에서 알려진 바와 같이 처분을 하기 위해 도관(34)를 통해 제거될 수 있다. 압축된 공기흐름은 도관(36)을 통해 분리기(32)로부터 건조기/미립자 제거 장치(38)까지 전달되고, 그 장치의 구성 요소들은 예를들어 수분 및 가스상의 오염물질 제거를 위한 분자형태의 체(sieve)와 같은 재료를 함유하는 적어도 두개의 용기(39),(40)을 포함하는 박스(38)안에 표시되어 있다. 수증기의 최종량을 제거하는 것 이외에도 용기(39),(40)안이 재료의 형태에 의존하여, 이산화탄소같은 가스상 오염물질도 제거될 수 있다.

건조기/미랍자 제거장치(38)는 용기(39),(40)들이 종래에 알려진 바와 같이 가동될 수 있고/또는 재생될 수 있도록 필요한 전환밸브(42),(44)들을 포함한다. 또한, 건조기/미립자 제거장치(38)안에는 압축된 공기흐름내의 다른 미립자들 또는 약간의 이월된 체(sieve) 재료를 제거하기 위하여 미립자 트랩(trp)(46)이 포함된다. 압축된 공기흐름은 무시할 수 있는 양의 압력 이상의 손실없이 트랩(46)으로부터 도관(48)을 통해 대략 -90℉(-68℃)의 온도까지 냉각되는 열교환기(50)까지 전달된다. 냉각 압축된 공기흐름은 터브팽창기(58)로의 유입을 위해 도관(52)에 의해 열교환기(50)으로부터 미립자 여과기(Strainer)(54)를 통과해 도관(56)까지 전달된다. 미립자 여과기(54)는 터보팽창기(58)을 보호하기 위하여 구비된다. 냉각된 가스흐름은 대략 -250℉(-157℃)의 온도와 15.2psia(104.79Kap)의 압력으로 도관(60)을 통해 터보팽창기(58)에서 배출되고, 그것은 제품을 냉각 또는 냉동시키기 위한 냉각된 냉동영역을 만들기 위해 단열된 공간(14)로 주입되다. 모든 균형잡힌 흐름의 냉동장치에 있어서, 그것의 냉동용량의 전부 또는 일부분을 소모한 공기는 도관(62)를 통해 단열된 공간(14)로부터 배출되고 얼음 및 미립자 필터(64)를 통과해 열교환기(50)에 이어져 있는 도관(66)까지 통과되며, 열교환기(50)에서 약 -100℉(-73℃) 및 14.7psia(97.21Kpa) 상태로 열교환기로 유입되는 공기는 약 13.3psia(91.69Kpa)의 압력과 90℉(32.2℃)의 온도로 열교환기(50)에서 도관(68)로 유출된다.

도관(68)안의 더워진 배출가스 흐름은 송풍기(70)로 유입되고, 도관(72)를 통해 송풍기(70)에서 유출되고, 자외선 살균과 같은 멸균기(74)로 유입되고, 멸균기(74)에서 도관(76)을 통해 유출되며, 용기(39),(40)을 재생시키기 위한 장치(38)로 유입될 수 있으며, 그후에 도관(78)을 통해 장치에서 방출된다. 별도의 예로서, 배출된 공기는 상기 장치로부터 도관(78)을 경유해 방출될 수도 있다. 배츨 공기는 장치내로 재순환되지 않지만, 장치(38)안의 흡착기를 재생시키기 위해서만 사용된다. 결국, 배출공기가 멸균되었기 때문에 유입공기는 오염되지 않게 되고, 공기가 얼음 및 미랍자 필터(64)를 통해 통과된 것이기 때문에 재순환되는 공기내에 얼음을 형성하지 않게 된다.

압축기(24)와 팽창기(58)은 팽창기의 설치를 위해 압축기 안에 추가 피니언(pinion)을 제공함으로써 연결된다. 압축기는 진공 송풍기(70)을 구동시키기 위해 사용될 수 있는 이중축으로된 1,500마력이 유도모터에 의해 작동될 수 있다. 단열된 공간(용기)(14)를 제외한 전체 장치는 냉동장치들의 다른 형태들을 이용하는 실제 공장내로의 설치를 쉽게 하기 위해서 스키드(skid) 위에 장착될 수 있다. 후냉각기(28)은 주공기 압축기(24)로부터의 배기를 냉각하는 것 뿐만 아니라 주 공기 압축기(24)의 내부 단계들을 위해 냉각을 제공하는데 사용될 수 있는 폐쇄된 루프형 그리콜 라디에이터(Spiral type)장치일 수 있다. 단열된 공간(14)는 나선형(Spiral type) 식품 냉동기와 같은 냉동기일 수 있다.

전술한 적으로부터 공기는 단열된 영역을 냉각시키거나, 냉동공정동안 제품의 품질저하 및 탈수를 최소화하면서 식품 냉동을 하기 위한, 극저온을 생성하도록 사용될 수 있다는 것을 알 수 있다. 본 발명의 장치는 재순환하는 박테리아 및 서리 입자들을 제거시키고, 냉동기 서리형성을 최소화시키며, 그로인해 유지비용을 감소시키고 장치의 위생을 개선시킨다.

Claims

폐쇄된 공간의 내부에 냉동된 분위기(atmosphere)를 생성하는 방법으로서, 미립자 필터를 통해 주변공기의 흐름을 통과시키는 단계와; 상승된 압력과 온도까지 상기 여과된 공기의 흐름을 압축시키는 단계와; 대략 주위 환경의 온도까지 상기 압축된 공기의 흐름을 냉각시키는 단계와; 상기 공기흐름의 온도 및 압력을 거의 동일하게 유지하면서 상기 압축된 공기흐름으로부터 수분 및 가스상 오염물질들을 제거시키는 단계와; 상기 압축된 공기흐름을 상기 폐쇄된 공간으로부터 배출된 냉각 공기와 열교환시킴으로써 0℉(-17.8℃) 이하의 온도까지 냉각시키는 단계와; 상기 냉각 압축된 공기흐름을 대기압보다 약간 높은 압력과 극저온까지 팽창시키는 단계와; 극저온의 상기 공기의 흐름을 상기 폐쇄된 영역안으로 주입시키는 단계; 및 상기 공기가 상기 폐쇄된 공간을 냉각시키거나 그 폐쇄된 공간안의 제품과 접촉하여 그 제품을 냉각시킴으로써 더워진후에 상기 폐쇄된 공간으로부터 그 공기를 제거시키는 단계를 구비하며, 상기 제거된 공기는 상기 압축된 공기흐름을 냉각시킨 후에 멸균되며 상기 수분 및 가스상 오염물질의 제거 단계에 사용되는 장치를 재생시키는데 사용되는 것을 특징으로 하는 냉동된 분위기의 생성 방법.
제1항에 있어서, 상기 배출된 공기는 상기 압축된 공기의 흐름과 열교환하기 전에 얼음 및 미립자가 제거되는 것을 특징으로 하는 냉동된 분위기의 생성 방법.
제1항에 있어서, 상기 냉각 압축된 공기흐름이 팽창되기 전에 미립자 제거 단계를 거치는 것을 특징으로 하는 냉동된 분위기의 생성 방법.
-100℉(-73℃) 이하의 온도까지 제품을 냉각시키기 위한 장치로서, 냉각될 제품과 -100℉(-73℃)까지 냉각된 공기로 이루어진 분위기를 함유하기 위한 단열 수단과; 주위압력과 온도에서 여과된 공기의 흐름을 만들기 위한 수단과; 상기 여과된 공기의 흐름을 상승된 온도와 압력까지 압축하기 위한 수단과; 상기 압축된 공기의 흐름을 압력의 손실없이 주위 온도 근처까지 냉각시키기 위한 수단과; 최소의 압력 손실로 상기 압축된 공기흐름으로부터 수분, 가스상 오염물질 및 미립자들을 제거하기 위한 수단과; 상기 압축된 공기흐름을 0℉(-17.8℃) 이하의 온도까지 냉각시키기 위한 수단과; 상기 냉각 압축된 공기의 흐름으로부터 미립자들을 여과시시키기 위한 수단과; 상기 냉각 압축된 공기의 흐름을 -100℉(-73℃) 이하의 온도와 주위보다 약간 큰 압력까지 팽창시키기 위한 수단과; 상기 팽창된 공기의 흐름을 상기 단열 수단으로 주입하기 위한 수단과; 상기 제품과 접촉하여 제품을 냉각시킨 후에 냉각 공기를 상기 장치로 재순환시키지 않고 상기 단열 수단으로부터 제거하기 위한 수단과; 상기 단열 수단으로부터 제거된 공기를 상기 압축된 공기흐름을 냉각시키도록 열교환시킨 후 멸균시키기 위한 수단; 및 상기 압축된 공기흐름으로부터 수분과 가스상 오염물질을 제거하는 상기 수단을 재생시키기 위해 상승된 온도에서 상기 제거된 공기를 사용하는 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 제품을 냉각시키기 위한 장치.
제4항에 있어서, 상기 압축된 공기흐름을 냉각시키기 위한 상기 수단이 열교환기와, 상기 압축된 공기흐름을 냉각시키기 위해 상기 열교환기에 사용하기 위한 상기 단열 수단으로부터의 냉각공기를 제거하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제5항에 있어서, 상기 단열 수단으로부터 제거된 공기를 상기 열교환기 안으로 주입하기 전에 상기 공기로부터 얼음 입자들을 제거하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서, 상기 단열 공간이 나선형, 충돌형 또는 터널형의 냉동실로 이루어지는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서, 상기 흐름을 압축하기 위한 상기 수단이 상기 팽창기를 작동시키기 위한 일체의 기어 구동장치를 구비한 다단계 압축기인 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서, 상기 압축된 공기흐름으로부터 수분 및 가스 오염물질을 제거하기 위한 상기 수단이 수분 및 가스 오염물질을 제거한 후에 상기 압축된 공기흐름으로부터 미립자들을 제거하기 위한 미립자트랩을 포함하는 압력 진동(swing) 흡수유니트인 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서, 상승된 온도의 상기 공기를 상기 압축된 공기흐름으로부터 수분 및 가스상 오염물질을 제거하기 위한 상기 수단을 통과하도록 밀어내기 위한 송풍기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
제4항에 있어서, 상기 공기의 흐름을 압축하기 위한 상기 수단이 오일이 없는 압축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.