KR101827499B1 - 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 열교환 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 식품 냉동 후 외부로 배출되는 질소와 같은 가스를 냉각수로 안전하게 변환함으로써 이의 안전한 처리와 냉각수가 필요한 곳에 사용 가능하게 할 수 있는 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명은, 밀폐된 공간 내에서 식품 냉동을 위해 사용된 후 외부로 배출되는 냉동용 가스의 열 교환을 위한 장치로서, 상기 냉동용 가스를 일정 공간으로 유도하기 위한 가이드 덕트(10)와; 상기 가이드 덕트(10)에서 배출되는 냉동용 가스를 밀폐된 공간에 저장하기 위한 가스 하우징(20)과; 상기 가스 하우징(20) 내 상부에 설치되어 물을 분사하기 위한 워터 인젝션(30)과; 상기 가이드 덕트(10) 및 워터 인젝션(30) 사이에 배치되고 복수개의 구멍이 형성된 열교환 패널(40)과; 상기 열교환 패널(40)을 통해 냉각되어 낙하되는 물을 수집하기 위한 냉각수 수집조(50);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치{HEAT EXCHANGE APPARATUS USING GAS FOR FREEZING FOOD}

본 발명은 열교환 장치에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 식품 냉동 후 외부로 배출되는 질소와 같은 가스를 냉각수로 안전하게 변환함으로써 이의 안전한 처리와 냉각수가 필요한 곳에 사용 가능하게 할 수 있는 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치에 관한 것이다.

일반적으로 식품냉동은 식품을 환경온도 이하의 온도에서 처리 및 저장하여 장기간 품질을 보존할 수 있도록 처리하는 조작을 말한다. 따라서 식품냉동은 크게 저장전 환경온도 이하로 품온을 낮추는 조작인 냉동 공정과 이를 저장하는 냉장 공정으로 나눌 수 있다.

여기서 냉동 공정은 얼지 않는 온도 범위로 품온을 낮추는 조작인 냉각(chilling) 처리 공정과 어는 온도 범위로 품온을 낮추는 조작인 동결(freezing) 처리 공정으로 나눌 수 있으며, 저장 공정인 냉장 공정은 얼지 않는 온도 범위에서 저장하는 냉각 저장과 어는 온도 범위에서 저장하는 동결 저장으로 나눌 수 있다.

식품 원료로서 농산물은 수확, 수산물은 어획, 축산물은 도살한 후에는 이것들이 살아있을 때와는 다른 변화가 일어난다. 이와 같은 식품 원료는 사후에 숙성과 같이 일부 바람직한 현상이 일어나기도 하나 생체 시에 진행되던 미생물에 대한 억제기구가 파괴되고, 그 기능이 저하하므로 미생물에 의한 작용의 시작으로 생물학적 요인(채소 및 과실의 증산 및 호흡 작용 등)，화학적 요인(산소 및 효소 반응 등) 및 물리학적 요인(빙결정 생성 등)에 의하여 품질 악변이 일어난다.

이와 같은 식품의 사후 변화는 저온저장에 의하여 억제 가능하고, 채소나 과실과 같은 청과물은 수분 및 영양 성분의 공급이 중단된 수확 직후에도 일정기간 호흡 작용과 증산 작용을 하여 생체 상태를 유지하고 대부분이 이러한 상태에서 유통된다. 청과물은 유통 중 호흡과 증산에 필요한 에너지를 얻기 위하여 체내 성분을 서서히 분해하여 성숙, 완숙 및 과숙 상태로 변화하면서 신선도를 잃는다.

이로 인하여 청과물은 결국 체내 성분의 분해물을 영양 성분으로 증식하는 미생물에 의해 부패되어 상품 가치를 잃는다. 채소나 과실과 같은 청과물은 수분 및 영양 성분의 공급이 중단된 수확 직후에도 일정기간 호흡 작용과 증산 작용을 하여 생체 상태를 유지하고 대부분이 이러한 상태에서 유통된다. 청과물은 유통 중 호흡과 증산에 필요한 에너지를 얻기 위하여 체내 성분을 서서히 분해하여 성숙, 완숙 및 과숙 상태로 변화하면서 신선도를 잃는다. 이로 인하여 청과물은 결국 체내 성분의 분해물을 영양 성분으로 증식하는 미생물에 의해 부패되어 상품 가치를 잃는다.

따라서 수확 후 청과물의 신선도를 유지하기 위해서는 반드시 증산작용을 억제(적정한 습도 유지, 방습 포장 및 암소 유지)하여야 함과 동시에 호흡 작용을 억제(공기 조성을 호흡 작용에 부적절한 조성으로 변화시키고 이어서 저온 저장하여 발열에 의한 호흡 촉진을 억제)하여야 한다.

기술된 바와 같이 식품 냉동은 가공 및 제조 조건의 조정과 저장을 목적으로 하고, 각 제품의 가공 및 제조 조건의 조정과 저장은 식품의 성상 및 종류, 저장기간 등에 따라 적용되는 온도가 다르다. 식품 냉동을 저장 목적으로 적용하는 경우 식품을 빙결점 이상에서 얼리지 않고 저장하는 냉각 저장과 식품을 동결점 이하에서 식품을 동결하여 저장하는 동결 저장으로 구별된다. 식품의 품질을 저하시키는 원인은 ① 식품 자체의 효소에 의한 분해 ② 세균 및 곰팡이 등의 미생물에 의한 분해 ③ 산화 등의 화학적 반응에 의한 것 ④ 건조 등의 물리적 작용에 의한 것 등과 같이 크게 4가지로 분류된다. 이들 4가지 사항 모두가 품온을 내리면 그 작용이 완만해져서 품질 저하 속도가 상당히 억제된다.

식품의 냉각은 크게 예냉의 목적과 저장의 목적으로 사용될 수 있다. 예냉은 식품의 저온 저장 이전에 식품의 품온을 미리 낮춘 다음, 저온 저장하고자 하는 공정으로 저온 저장을 위한 전처리 공정에 해당하고, 농산물의 선도를 유지하기 위해서는 공기 조성을 바꾸어 호흡을 적극적으로 억제하여야 하는 면도 있으나, 예냉 처리에 의하여 냉각만 시켜도 호흡이 상당히 억제되므로 농산물의 선도 유지를 위해서는 반드시 예냉 처리가 필요하다. 축산물은 도살 직후 쇠고기, 돼지고기는 38℃ 정도이므로 신속히 10℃ 정도로 냉각하여야 한다. 그러나 축산물은 도살 후에 너무 신속히 도체의 온도를 강하시키는 경우 근육의 수축과 경화가 대단히 현저하게 되는 한냉 수축(Cold Shortening)이 발생하여 육이 너무 질겨 저급품으로 취급되기 쉽다. 따라서 축산물은 도살 후에 냉각에 의한 미생물의 증식, 효소 활성, 육색 변화의 억제, 선홍색의 장기간 유지, 육질의 긴축에 의한 절단 용이 및 표면 건조에 의한 피막 형성으로 미생물의 증식 억제 등을 위하여 반드시 동결과 같은 급냉 전에 예냉을 실시하여야 한다. 수산물은 선도가 저하하기 쉬우므로 품온을 낮추어서 저장하면, 부패 및 변질의 진행이 크게 억제되어서 선도 보존 효과가 크다. 따라서 수산물은 신속히 온도를 낮추어야 하므로 즉시 저온저장하거나 동결하여야 한다. 그러나 이런 조건이 되지 못하는 상황, 즉 어획 후 공판장으로 옮기는 어선이나, 공판장에서 공장으로 이동하는 차량에는 수빙이나 쇄빙으로 예냉 을 실시하여야 한다. 그러나 일부 농수산물의 경우 예냉이 냉각 저장 목적인 경우도 자주 있다. 이와 같이 냉각 방법에는 여러 가지가 있으나 어떤 방법을 선택할 것인가에 대하여는 식품의 종류, 포장의 종류와 방법, 수량 및 작업 방식에 따라 다르다. 축육, 어육, 가공식품 및 조리식품과 같은 식품은 대체로 품온이 낮을수록 품질 변화가 늦어진다고 하는 극히 간단한 관계로 되어 있다.

따라서 이러한 식품에서는 단기 저장을 위하여 품온을 식품의 빙결점 이상으로 보존하는 냉각 이외에 장기 저장을 위하여 동결을 이용할 수 있다. 이와 같은 식품은 미생물의 증식, 효소 작용, 산화 작용 등이 원인이다. 품온이 낮을수록 효소 및 미생물의 경우 최적 온도대가 있어 작용과 증식이 늦어지고, 산화 작용과 같은 화학 반응 속도와 증발에 따른 건조와 같은 생리적 변화의 진행도 완만하여지기 때문에 저온처리에 의하여 어느 정도 억제 가능하다. 한편, 식품의 동결 저장에 대하여 국제냉동협회에서는 -18°C 이하의 온도에서 저장하는 심온 동결 저장을 권고하고 있다. 그리고 식품의 동결저장을 위한 장치는 일반적으로 품온 유지를 위하여 급속 동결과 심온 동결이 가능하여야 하고, 비용을 낮추기 위하여 가동률을 높일 수 있어야 하며, 동결 작업 시에 에너지 절약이 가능하여야 하고, 위생적인 작업이 가능한 것이어야 한다.

정지 공기 동결법은 일반적인 동결법으로 방열을 한 냉각 실내에 냉각관을 선반 모양으로 조립하고, 그 위에 식품을 얹은 다음 동결실 내의 정지한 공기 중에서 동결하는 방법이나 일반적으로 이정도 만으로는 냉각이 불충분하여 천정에 냉각관을 돌려서 공기의 온도를 -25~-30℃ 정도가 되도록 한다. 정지 공기 동결법은 다른 동결법에 비하여 동결장치가 간단하고, 식품의 모양에 구애됨이 없이 적용 가능하고, 동결 품의 제조에 응용하는 경우 대량 처리가 가능하다는 장점이 있으나 식품의 냉각이 일부분은 냉각관을 통하여 이루어지나 대부분은 열용량이 적고 열전도가 나쁜 공기를 통하여 이루어지므로 동결속도가 늦어 다른 동결법에 비하여 완만 동결된다는 단점이 있다.

송풍 동결법은 일반적으로 동결실이 상자 터널 형이며 식품을 트레이나 컨베이어 위에 얹어 식품 표면에 차가운 냉풍(-40.-30°C)을 팬으로 순환(3~5m/sec)시켜 단시간에 동결하는 방법이다. 송풍 동결법은 공기 동결법애 비하여 동결 속도가 신속한 장점이 있으나 송풍에 의하여 건조 및 산화도 신속하다는 단점이 있다. 그러나 송풍 동결에 의한 건조 및 산화의 경우도 실용적인 면에서는 문제가 없다. 접촉식 동결법은 냉각된 냉매 또는 염수를 흘려 금속판을 냉각(-40~-30℃)시킨 후 이 금속판 사이에 원료를 넣고 양면을 밀착(압력 0.1 .0.2kg/㎠)하여 동결하는 방법이다.

접촉식 동결법은 최초에는 운항 중 흔들리는 식품을 동결하기 위하여 선상 동결법이 고안되었으나 동결 효과가 좋아, 현재에는 육상 동결로도 널리 이용되고 있다. 접촉식 동결법은 급속 동결이 가능하고 동결품의 모양이 일정하며 동결장치의 면적이 작다는 큰 장점이 있으나 식품의 형상 및 치수에 제한을 받고, 조작이 번거로운 단점이 있다.

액화가스 동결법은 식품에 직접 액체질소와 같은 액화가스를 살포하여 급속 동결하는 방법으로 새우, 반탈 각굴(Half Shell Oyster) 등과 같은 고가의 IQF(Individual Quick Freezing) 제품 등에 한정적으로 이용되고 있다.

유동층식 동결법은 컨베이어 없이 유동하면서 동결되는 방법으로 농산물에 가장 많이 이용되는 방법이다. 이 유동층식 동결법은 입구에서 투입된 원료가 다수의 구멍에서 분출되는 냉풍(약 -35℃)에 의하여 유동되면서 동결되므로 냉풍과 원료의 접촉 면적이 넓어져 급속 동결된다. 유동층식 동결법은 완두콩, 옥수수, 강낭콩, 당근 및 인삼 등과 같이 유동화가 가능하고 비교적 소형으로 형상이 균일한 식품에 효과가 있다. 그리고 원료 표면에 얇은 빙의가 형성되어 내부의 수분 증발을 막아 동결 중 감량이 적고, 급속 동결 및 심온 동결되어 해동 후의 품질이 좋다.

식품이 가지고 있는 본래의 가치를 장기간 보존하기 위해서는 냉동을 하는 것이 최선의 방법으로 원료부터 생산·유통·소비까지 여러 단계를 거치게 된다. 냉동된 식품을 소비자가 조리하기 위해서는 해동을 필연적으로 하게 되는데 해동 공정까지 합하면 5단계가 된다. 「냉동식품」의 정의는 아래와 같고, 그 외 것은 「냉동품」이라 총칭한다. 냉동식품의 정의는「식품공전(식품, 첨가물 등의 규격 기준)」과「한국산업규격(KS규격)」을 들 수 있고, 일본은 「일본표준상품분류』, 「식품위생법」, 「냉동식품 자주적 취급 기준」,「냉동식품의 품질 위생에 관한 자주적인 취급 기준』이 있으며, 미국은 「AFDOUS의 취급 기준」과 FACVWHO의 식품규격위원회의 「냉동식품 취급 기준」을 적용하고 있다. 그리고 유럽공동체(EC)는 1988년 12월 21일 「급속냉동식품에 관한 이사회지령(Council Diractive)』이 있다. 1971년에 「식품관련산업협력위원회」에서 책정한 「냉동식품 자주적 취급 기준」의 정의에 따르면 품온이 -18℃ 이하에서 급속 동결하여 소비자에게 판매되는 것을 목적으로「포장된 것」으로 정하고 있다.

일례로 과실류의 경우 개체 동결한 것은 그대로 판매하지만 전립 또는 슬라이스한 다음 시럽을 가당하여 동결한 것도 있다. 쨈 등의 가공원료나 아이스크림, 요구르트 등의 첨가물로 사용하기도 한다. 원료로는 여러 가지의 품종이 이용되지만 여러 가지 품종 중에서 믹스 쥬스용으로는 부적당한 것도 있다. 따라서 색택이 양호하고 향이 강한 것이 좋다. 가공 공정의 경우 개체 동결 제품은 세척 → 탈수 선별, 개체 동결 → 포장 → 동결 냉장 변색 방지를 위하여 동결 전에 아스코르빈산을 처리한다.

기술된 바와 같이 식품 냉동을 위해 다양한 냉각 기술들이 사용되는데, 특히 급속 냉동을 위해 최근에는 질소와 같은 냉각 가스를 사용하여 식품을 급냉시킨 후 포장하는 과정에 따르고 있으나, 냉동 후 -20℃ 전후의 차가운 가스를 대기에 그대로 방출시킴에 따라 가스 주변의 청결한 관리가 어렵거나 사람이 가스에 접촉하는 경우 동상을 입을 수 있는 문제점이 있으나 이러한 냉각 가스에 대한 올바른 처리가 아직까지는 제대로 이루어지지 않는 실정이다.

대한민국 등록특허공보 제10-1723461호

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 식품 냉동 후 외부로 배출되는 질소와 같은 냉동용 가스를 안전하게 처리할 수 있음과 아울러 냉각수로 변환시켜 필요한 곳에 사용 가능하도록 하는 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 밀폐된 공간 내에서 식품 냉동을 위해 사용된 후 외부로 배출되는 냉동용 가스의 열 교환을 위한 장치로서, 상기 냉동용 가스를 일정 공간으로 유도하기 위한 가이드 덕트와; 상기 가이드 덕트에서 배출되는 냉동용 가스를 밀폐된 공간에 저장하기 위한 가스 하우징과; 상기 가스 하우징 내 상부에 설치되어 물을 분사하기 위한 워터 인젝션과; 상기 가이드 덕트 및 워터 인젝션 사이에 배치되는 열교환 패널과; 상기 열교환 패널을 통해 냉각되어 낙하되는 물을 수집하기 위한 냉각수 수집조;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 가스 하우징 내 위치되는 가이드 덕트 끝단 부분에는 냉동용 가스의 배출을 위한 복수개의 통공이 형성되고, 상기 가스 하우징 외측에 배치되는 축회전 모터와, 상기 축회전 모터에 의해 회전되어 냉동용 가스의 흐름을 가스 하우징으로 유도하기 위한 가스 가이드팬으로 이루어진 가스 가이드부를 포함하며, 상기 가스 가이드팬은 상기 가이드 덕트 내부 끝단에 배치되는 것을 특징으로 한다.

한편으로 상기 가스 하우징에는 일정 압력 이상이 가해지면 파괴되도록 크랙이 형성된 투명체의 투시패널이 설치되는 것을 특징으로 한다.

추가로 상기 냉각수 수집조에는 수위 감지센서와, 상기 수위 감지센서를 통해 일정 수위 이상으로 냉각수량이 감지될 경우 냉각수를 외부로 배출하기 위한 냉각수 펌핑라인으로 이루어진 냉각수 처리부가 설치되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 가이드 덕트 끝단에는 온도감지센서가 설치되고, 상기 온도감지센서를 통해 일정 수준 이하의 온도가 감지될 경우 상기 워터 인젝션 및 가스 가이드부를 작동시키기 위한 하우징 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

여기서 상기 열교환 패널은 중앙부를 향해 상향 경사진 경사면을 갖고 상부에 물 배출 구멍이 형성되는 것을 특징으로 한다.

이상과 같은 본 발명에 따른 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치는 가공공장에서 식품 냉동 후 외부로 배출되는 질소와 같은 냉동용 가스를 밀폐된 하우징 내에서 물과 접촉시킴에 따라 냉각수로 변환시킬 수 있어 사람과 냉동용 가스가 접촉되지 않도록 함으로써 안전사고를 방지할 수 있다.

또한 변환된 냉각수를 하우징 외부로 자동적으로 배출할 수 있음에 따라 이러한 냉각수의 수집작업을 용이하게 수행할 수 있어 더운 날씨에 실내외 온도조절이나 기타 물 또는 냉각수가 필요한 설비에 용도에 맞는 활용을 가능하게 한다.

도 1은 본 발명에 따른 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치의 동작 원리를 개략적으로 도시한 도면.
도 2는 본 발명에 따른 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치 중 가이드 덕트를 도시한 도면.
도 3은 본 발명에 따른 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치 중 투시패널을 도시한 도면.
도 4는 본 발명에 따른 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치의 제어원리를 도시한 블록도.

이하, 본 발명에 따른 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치를 도면을 참조로 하여 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치의 동작 원리를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명은 밀폐된 공간 내에서 식품 냉동을 위해 사용된 후 외부로 배출되는 냉동용 가스의 열 교환을 위한 장치로서 기본적으로 냉동용 가스를 일정 공간으로 유도하기 위한 가이드 덕트(10)와, 가이드 덕트(10)에서 배출되는 냉동용 가스를 저장하도록 밀폐되는 가스 하우징(20)과, 가스 하우징(20) 내 설치되는 워터 인젝션(30)과, 가이드 덕트(10) 및 워터 인젝션(30) 사이에 배치되는 열교환 패널(40)과, 열교환 패널(40)을 거쳐 낙하되는 냉각수를 수집하기 위한 냉각수 수집조(50)로 이루어진다.

상기 가이드 덕트(10)는 식품 가공 공장 내에서 식품을 냉동시킨 후 공장 외부 대기 중으로 배출되어야 할 식품 냉동용 가스를 가스 하우징(20)측으로 유도하기 위한 것으로 공장부터 가스 하우징(20)까지 연결되는 일종의 폐쇄된 통로를 제공하게 되며, 이러한 통로로 냉동용 가스가 가스 하우징(20)까지 이동하게 된다.

상기 가이드 덕트(10)로는 금속, 플라스틱 등의 파이프나 건물 내 공기의 흡기 및 배기를 위한 종래 환기 덕트가 사용될 수 있으며, 당연히 냉동용 가스로 인한 영하의 온도에서 쉽게 파손되지 않도록 두께나 크기가 고려되어야 할 것이다.

여기서 상기 가이드 덕트(20)가 단순히 파이프나 환기 덕트처럼 측면만 개방된 형상을 가질 경우 가스 하우징(20) 내 열교환 패널(40)과 냉동용 가스가 넓은 면적으로 접촉하는 것이 어려울 수 있는 이유로, 도 2에서와 같이 가스 하우징(20) 내 위치되는 가이드 덕트(10) 끝단 부분에 냉동용 가스의 배출을 위한 복수개의 통공(11)이 형성되도록 함으로써 열교환 패널(40)과 냉동용 가스가 넓게 접촉하도록 유도할 수 있다.

상기 가스 하우징(20)은 가이드 덕트(10)를 따라 이동된 냉동용 가스가 외부로 배출되지 않도록 밀폐된 공간을 형성하게 되고 내부로 사람이 들어갈 수 있도록 별도의 도어를 구비하는 구조물로, 냉동용 가스로 인해 차가운 실내와 상온에 노출되는 실외를 고려할 때 금속과 같이 큰 온도 차이에도 쉽게 파손되지 않는 재질로 제작되는 것이 바람직할 것이다.

전체적으로 상기 가스 하우징(20)은 냉동용 가스의 누출을 방지할 수 있음과 더불어 내부에서 가해지는 어느 정도의 가스 압력에도 견딜 수 있어야 하나, 냉동용 가스량이 많아져 하우징 내 압력이 지나치게 높아질 경우 가스가 역으로 공장으로 흘러들어가는 현상도 발생될 수 있기 때문에 이를 방지할 수 있는 수단이 고려되어야 한다.

도 3을 참조로 하면, 위와 같은 가스 역류 현상을 방지하기 위해, 단순하게는 상기 가스 하우징(20) 내 압력이 일정 수준 이상이 되면 파괴될 수 있도록 패널 형태로 가스 하우징(20)에 부착시킬 수 있으며, 이러한 패널은 바람직하게는 일정 압력에서부터 파손 가능하도록 X형, +형 등의 크랙이 형성되고 가스 하우징(20) 내부 또한 살펴볼 수 있도록 투명체로 된 투시패널(21) 형태로 제작되는 것이 좋을 것이다.

추가적으로, 도면에는 도시되지 않았으나 상기 가스 하우징(20) 내부 압력을 감지하는 압력감지센서와, 그 압력감지센서로부터 일정 압력 이상이 감지될 경우 하우징 내 가스를 외부로 방출하기 위한 복수개의 전자식 밸브를 설치함으로써 가스 하우징(20) 내부 압력을 일정 수준으로 조절하는 것도 가능할 것이다.

상기 워터 인젝션(30)은 가스 하우징(20) 내 상부에 설치되어 하부측으로 물을 분사하기 위한 것으로 이에 대한 구조를 대략적으로 살펴보면, 이송관으로 펌핑된 물이 안개처럼 작은 입자로 분사되기 위해서는 좁은 구멍이 형성된 노즐이 필요하고, 이 노즐을 이송관에 연결하면 좁은 구멍은 물의 흐름을 방해하기 때문에 노즐을 향하는 물을 펌프가 큰 압력으로 밀어내야 한다. 높은 압력이 가해진 물이 좁은 구멍으로 뿜어져 나가면 공기와 부딪쳐 쪼개지므로 안개처럼 작은 물방울이 된다.

참고로 물을 좀 더 잘 분무하기 위해 분출 시 난류를 유발하여 공기와 접촉면을 증가시키기 위해서 나선형 모양의 노즐이 사용되기도 하며, 이러한 노즐의 내부나 끝 모양, 구멍 크기, 구멍 수와 분사압력에 따라 다양한 분무량과 분무형태가 결정될 수 있다.

기술된 바와 같이 상기 워터 인젝션(30)은 이송관, 펌프, 노즐 등과 같은 구성요소를 기본적으로 사용할 수 있으며, 이러한 워터 인젝션(30) 구조는 종래 공지된 바에 따르므로 상세한 언급은 생략하기로 한다.

여기서 상기 워터 인젝션(30)에서 필요로 하는 물은 이하 기술될 냉각수 처리부(70)에서 수집된 물을 별도 보관하여 사용할 수도 있다.

상기 열교환 패널(40)은 가이드 덕트(10) 및 워터 인젝션(30) 사이에 배치됨에 따라 가이드 덕트(10)로 유입된 냉동용 가스와도 접촉하게 되고 워터 인젝션(30)에서 분사되는 물과도 접촉되어져 냉동용 가스와 물의 열 교환으로 인해 결국에 냉각수가 가스 하우징(20) 하부로 낙하되도록 하게 된다.

보다 양호한 열교환을 위해서, 상기 열교환 패널(40)은 가스 하우징(20)을 밀폐시키는 형태로 설치되고 중앙부를 향해 상향 경사진 경사면을 가지며 상부에 물 배출 구멍이 형성되어 있어, 일정 시간 동안 워터 인젝션(30)에서 분사되는 물의 일부는 열교환 패널(40)을 기준으로 위쪽에 모이다가 수위가 오르면 물 배출 구멍을 거쳐 가스 하우징(20) 아래로 떨어지게 되는데, 이는 냉동용 가스와 물의 효율적인 열 교환 시간을 확보하기 위한 것이다.

한편으로 상기 열교환 패널(40)을 거쳐 냉각된 물은 가스 하우징(20)의 하부로 떨어지게 되기 때문에 낙하되는 냉각수를 원활하게 모아 처리할 방안이 마련되는 것이 바람직하다.

이를 위해 상기 열교환 패널(40)을 통해 냉각되어 낙하되는 물을 수집하기 위한 냉각수 수집조(50)가 가스 하우징(20) 하부에 설치될 수 있다.

여기서 상기 냉각수 수집조(50)에 모인 물을 단순히 수작업에 의해 다른 곳으로 운반할 수도 있으나, 냉각수 수집조(50)의 수위를 감지하기 위한 수위 감지센서(71)와 그 수위 감지센서(71)를 통해 일정 수위 이상으로 냉각수량이 감지될 경우 냉각수를 외부로 배출하기 위한 냉각수 펌핑라인(72)으로 이루어진 냉각수 처리부(70)를 추가로 더 활용함으로써 별도의 불편한 수작업 없이 냉각수 수집조(50) 내 물을 외부로 배출할 수 있으며, 배출된 냉각수는 별도의 용기에 담아 무더운 날씨 실내외 온도조절이나 기타 냉각수가 필요한 설비에 용이하게 사용될 수 있다.

아울러 상기 가스 하우징(20) 외측에 배치되는 축회전 모터(61)와, 축회전 모터(61)에 의해 회전되어 냉동용 가스의 흐름을 가스 하우징(20)으로 유도하기 위한 가스 가이드팬(62)으로 이루어진 가스 가이드부(60)를 포함시켜 가스 하우징(20)으로 냉동용 가스가 원활하게 유입되도록 할 수 있다.

여기서 상기 가스 가이드부(60)의 가스 가이드팬(62)은 가스 하우징(20) 내 가이드 덕트(10) 내부 끝단에 배치되는 것이 바람직한데, 이는 가스 가이드팬(62)의 유지보수 작업, 작동상태 확인 등을 용이하게 수행할 수 있는 점을 고려한 것이다.

또한 도 4를 참조로 하면, 상기 가이드 덕트(10) 끝단에 온도감지센서(81)를 설치하고 이러한 온도감지센서(81)를 통해 일정 수준 이하의 온도가 감지될 경우 워터 인젝션(30) 및 가스 가이드부(60)를 작동시키기 위한 하우징 제어부(80)가 본 발명의 추가 구성요소로 포함될 수 있으며 이에 대한 구체적인 사항은 다음과 같다.

상기 하우징 제어부(80)에 의하면, 기본적으로는 냉동용 가스의 가스 하우징(20) 내 유입 여부를 감지할 수 있음에 따라 워터 인젝션(30) 및 가스 가이드부(60)의 작동 여부 또한 결정된다.

<하우징 제어부 작동 예 1>

(1) -20℃ 이하의 온도가 감지되지 않으면 상기 워터 인젝션(30) 및 가스 가이드부(60) 작동하지 않음

(2) -20℃ 이하의 온도가 감지되면 상기 워터 인젝션(30) 및 가스 가이드부(60) 작동

기술된 상기 냉각수 처리부(70)의 수위 감지센서(71)와 냉각수 펌핑라인(72)으로 이루어진 냉각수 처리부(70) 또한 하우징 제어부(80)에서 제어 가능할 수 있다.

<하우징 제어부 작동 예 2>

(1) 상기 냉각수 수집조(50) 내 일정 수위가 수위 감지센서(71)를 통해 감지되지 않으면 냉각수 펌핑라인(72) 가동 중지

(2) 상기 냉각수 수집조(50) 내 일정 수위가 수위 감지센서(71)를 통해 감지되면 냉각수 펌핑라인(72) 가동

위에서 언급된 가스 하우징(20) 내부 압력을 감지하는 압력감지센서와, 그 압력감지센서로부터 일정 압력 이상이 감지될 경우 하우징 내 가스를 외부로 방출하기 위한 복수개의 전자식 밸브 또한 하우징 제어부(80)에서 제어 가능할 수 있다.

<하우징 제어부 작동 예 3>

(1) 상기 압력감지센서를 통해 가스 하우징(20) 내 일정 압력이 감지되지 않으면 복수개의 전자식 밸브 폐쇄 상태 유지

(2) 상기 압력감지센서를 통해 가스 하우징(20) 내 일정 압력이 감지되면 복수개의 전자식 밸브 개방 => 가스 하우징(20) 내부 압력 조정

추가적으로 상기 하우징 제어부(80)는 도면에는 도시되지 않았으나 기술된 바와 같은 온도 및 압력의 시각적 표시와 워터 인젝션(30) 및 가스 가이드부(60)의 작동상태 표시를 위한 디스플레이어 제어, 일정 수준 이상의 수위 및 압력 감지에 대한 알람 등의 전반적인 제어 또한 수행할 수 있을 것이다.

이상, 본 발명의 바람직한 일 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 일 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

Claims (6)

1. 밀폐된 공간 내에서 식품 냉동을 위해 사용된 후 외부로 배출되는 냉동용 가스의 열 교환을 위한 장치에 있어서,
   상기 냉동용 가스를 일정 공간으로 유도하기 위한 가이드 덕트(10)와;
   상기 가이드 덕트(10)에서 배출되는 냉동용 가스를 밀폐된 공간에 저장하기 위한 가스 하우징(20)과;
   상기 가스 하우징(20) 내 상부에 설치되어 물을 분사하기 위한 워터 인젝션(30)과;
   상기 가이드 덕트(10) 및 워터 인젝션(30) 사이에 배치되는 열교환 패널(40)과;
   상기 열교환 패널(40)을 통해 냉각되어 낙하되는 물을 수집하기 위한 냉각수 수집조(50);를 포함하되,
   상기 가스 하우징(20)에는 일정 압력 이상이 가해지면 파괴되도록 크랙이 형성된 투명체의 투시패널(21)이 설치되고,
   상기 열교환 패널(40)은 중앙부를 향해 상향 경사진 경사면을 갖고 상부에 물 배출 구멍이 형성되는 것을 특징으로 하는 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 가스 하우징(20) 내 위치되는 가이드 덕트(10) 끝단 부분에는 냉동용 가스의 배출을 위한 복수개의 통공(11)이 형성되고,
   상기 가스 하우징(20) 외측에 배치되는 축회전 모터(61)와, 상기 축회전 모터(61)에 의해 회전되어 냉동용 가스의 흐름을 가스 하우징(20)으로 유도하기 위한 가스 가이드팬(62)으로 이루어진 가스 가이드부(60)를 포함하며,
   상기 가스 가이드팬(62)은 상기 가이드 덕트(10) 내부 끝단에 배치되는 것을 특징으로 하는 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치.
   
3. 삭제
4. 청구항 2에 있어서,
   상기 냉각수 수집조(50)에는 수위 감지센서(71)와, 상기 수위 감지센서(71)를 통해 일정 수위 이상으로 냉각수량이 감지될 경우 냉각수를 외부로 배출하기 위한 냉각수 펌핑라인(72)으로 이루어진 냉각수 처리부(70)가 설치되는 것을 특징으로 하는 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치.
   
5. 청구항 4에 있어서,
   상기 가이드 덕트(10) 끝단에는 온도감지센서(81)가 설치되고,
   상기 온도감지센서(81)를 통해 일정 수준 이하의 온도가 감지될 경우 상기 워터 인젝션(30) 및 가스 가이드부(60)를 작동시키기 위한 하우징 제어부(80)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식품 냉동용 가스를 사용한 열교환 장치.
   
6. 삭제

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