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문제 정의
- 이에 따라 고가의 예냉장치가 일부 배추에만 국한되어 사용되고 있어 효율이 떨어지며, 고가의 가격으로 인하여 고품질 농산물의 생산에 장해요인이 되고 있다. 따라서 저가의 효율적인 진공예냉장치를 개발하고자 효율적인 설계를 위하여 파일럿 규모의 진공냉각장치를 이용 농산물의 진공냉각특성 및 적정진공압력, 포장방법에 따른 진공냉각특성 등을 구명하여 진공예냉장치의 실용화 기술개발을 위한 설계인자를 구명하기 위하여 연구를 수행하였다.
제안 방법
- 또한 상추는 골판지상자내의 비닐 내포장 유무와 비닐팩 포장방법별로 시험하였으며, 버섯에 대해서는 비닐팩 포장방법별로 시험을 실시하였다. 가수유무에 따른 시험은 배추와 버섯을 대상으로 배추는 살수와 침수방식을 버섯은 살수방식으로 가 수하였다.
- 5Toit 까지 조절하여 예냉시험을 실시하였다. 냉각균일도는 배추의 경우 배추 표면과 심부의 온도차를 측정했으며, 버섯의 경우에는 버섯의 갓과 줄기의 온도차를 비교하고, 상추는 적재상자내의 바깥부분과 중앙부분의 온도차를 측정하여 냉각균일도를 비교하였다. 중량 감모율은 예냉전 시료의 무게와 예냉 완료 후 무게 변화비로 측정하였다.
- 농산물의 진공예 냉특성을 구명코자 요인시험장치 를 제작하였다. 시험장치는 진공챔버, 콜드트랩, 콜드트랩용 냉동기, 진공펌프로 구성되어있고 압력센서, 온도센서와 로드셀 등을 이용 농산물의 상태변화를 측정할 수 있도록 구성하였고, 시험장치의 제원 및 구조는 표1과 그림1에 나타내었다.
- 003%인 비닐팩에 포장하여 시험하였다. 또한 상추는 골판지상자내의 비닐 내포장 유무와 비닐팩 포장방법별로 시험하였으며, 버섯에 대해서는 비닐팩 포장방법별로 시험을 실시하였다. 가수유무에 따른 시험은 배추와 버섯을 대상으로 배추는 살수와 침수방식을 버섯은 살수방식으로 가 수하였다.
- 배추와 같이 조밀하게 결구되어 있는 작물일 경우 냉각완료 후 표면과 심부의 온도편차가 증가 하여 온도편차를 줄이기 위해 진공압을 조절하여 시험을 실시하였다. 챔버내 진공압조절은 프레시 포인트 즉, 시료로부터 수분이 급격히 증발하여 품온이 초기온도의 1/2이 되었을 때를 기준으로 압력를 변화시켜 냉각특성을 시험하였다(그림6, 그림7, 그림8, 그림9).
- 시험장치는 진공챔버, 콜드트랩, 콜드트랩용 냉동기, 진공펌프로 구성되어있고 압력센서, 온도센서와 로드셀 등을 이용 농산물의 상태변화를 측정할 수 있도록 구성하였고, 시험장치의 제원 및 구조는 표1과 그림1에 나타내었다. 실험은 Cold trap 표면온도를 -7℃로 유지한 조건에서 행하였고, 진공챔버내 시료중량은 load cell을 이용하여 측정하였으며, 챔버내의 압력은 Capacitance형 전압계로 검출하고, 진공챔버내 진공도는 컴퓨터로 이용하여 전자변을 제어하여 조절하였다.
- 냉각균일도는 배추의 경우 배추 표면과 심부의 온도차를 측정했으며, 버섯의 경우에는 버섯의 갓과 줄기의 온도차를 비교하고, 상추는 적재상자내의 바깥부분과 중앙부분의 온도차를 측정하여 냉각균일도를 비교하였다. 중량 감모율은 예냉전 시료의 무게와 예냉 완료 후 무게 변화비로 측정하였다. 포장방법에 따른 냉각특성을 비교하고자 배추는 골판지상자의 통기공 여부와 골 판지상자와 PE상자를 비교하였으며, 포장에 따른 차이를 비교하고자 상기방법과 병행하여 각 개체를 개공율이 0.
- 진공냉각특성을 구명하고자 농산물형태, 진공압력, 포장방법 및 예냉전 가수처리별로 냉각시험을 실 시하여 냉각균일도, 중량감모율, 예냉소요시간을 측정하였다. 진공압은 760Toit~4.
- 진공냉각특성을 구명하고자 농산물형태, 진공압력, 포장방법 및 예냉전 가수처리별로 냉각시험을 실 시하여 냉각균일도, 중량감모율, 예냉소요시간을 측정하였다. 진공압은 760Toit~4.5Toit 까지 조절하여 예냉시험을 실시하였다. 냉각균일도는 배추의 경우 배추 표면과 심부의 온도차를 측정했으며, 버섯의 경우에는 버섯의 갓과 줄기의 온도차를 비교하고, 상추는 적재상자내의 바깥부분과 중앙부분의 온도차를 측정하여 냉각균일도를 비교하였다.
- 배추와 같이 조밀하게 결구되어 있는 작물일 경우 냉각완료 후 표면과 심부의 온도편차가 증가 하여 온도편차를 줄이기 위해 진공압을 조절하여 시험을 실시하였다. 챔버내 진공압조절은 프레시 포인트 즉, 시료로부터 수분이 급격히 증발하여 품온이 초기온도의 1/2이 되었을 때를 기준으로 압력를 변화시켜 냉각특성을 시험하였다(그림6, 그림7, 그림8, 그림9). 그 결과 그림9 에서처럼 챔 버내 압력을 프레시 포인트(4Torr내외)에서 압력을 심부온도가 표면온도와 비슷해질 때까지 상승 시키고 그 이후부터 품온에 따라 압력의 변화를 일정하게 유지했을 경우 표면과 심부의 품온편차 를 줄일 수 있는 것으로 나타났다.
- 중량 감모율은 예냉전 시료의 무게와 예냉 완료 후 무게 변화비로 측정하였다. 포장방법에 따른 냉각특성을 비교하고자 배추는 골판지상자의 통기공 여부와 골 판지상자와 PE상자를 비교하였으며, 포장에 따른 차이를 비교하고자 상기방법과 병행하여 각 개체를 개공율이 0.17%, 0.003%인 비닐팩에 포장하여 시험하였다. 또한 상추는 골판지상자내의 비닐 내포장 유무와 비닐팩 포장방법별로 시험하였으며, 버섯에 대해서는 비닐팩 포장방법별로 시험을 실시하였다.
대상 데이터
- 본 연구의 공시재료는 가락동시장에서 구입한 배추, 상추 및 버섯 3가지의 농산물과, 진공하에서의 물의 증발특성을 구명하기 위하여 증류수를 시료로 사용하였다.
- 농산물의 진공예 냉특성을 구명코자 요인시험장치 를 제작하였다. 시험장치는 진공챔버, 콜드트랩, 콜드트랩용 냉동기, 진공펌프로 구성되어있고 압력센서, 온도센서와 로드셀 등을 이용 농산물의 상태변화를 측정할 수 있도록 구성하였고, 시험장치의 제원 및 구조는 표1과 그림1에 나타내었다. 실험은 Cold trap 표면온도를 -7℃로 유지한 조건에서 행하였고, 진공챔버내 시료중량은 load cell을 이용하여 측정하였으며, 챔버내의 압력은 Capacitance형 전압계로 검출하고, 진공챔버내 진공도는 컴퓨터로 이용하여 전자변을 제어하여 조절하였다.
성능/효과
- 챔버내 진공압조절은 프레시 포인트 즉, 시료로부터 수분이 급격히 증발하여 품온이 초기온도의 1/2이 되었을 때를 기준으로 압력를 변화시켜 냉각특성을 시험하였다(그림6, 그림7, 그림8, 그림9). 그 결과 그림9 에서처럼 챔 버내 압력을 프레시 포인트(4Torr내외)에서 압력을 심부온도가 표면온도와 비슷해질 때까지 상승 시키고 그 이후부터 품온에 따라 압력의 변화를 일정하게 유지했을 경우 표면과 심부의 품온편차 를 줄일 수 있는 것으로 나타났다.
- 또한 배추, 상추, 버섯을 대상으로 진공압을 대기압(760Torr) 상태에서 4.5Torr까지 조절하여 시료의 품온을 2℃내외까지 되도록 냉각시험을 실시한 결과 농산물 형태에 따른 진공냉각특성은 챔버내 압력을 4Torr 까지 비례적으로 제어했을 경우 배추와 같이 조밀하게 결구되어 있는 농산 물은 표면과 심부의 온도편차가 증가하여 4.8℃ 차이를 나타냈으나(그림3) 상추 및 버섯과 같이 분리된 각각의 개체가 상자에 포장된 경우는 진공압력에 따른 온도편차가 0.2C, 0.6℃로 거의 균일한 냉각이 가능하였다.(그림4, 그림5).
- 또한 표3 에서와 같이 진공압력 조절IV가 냉각 완료 후 표면과 심부의 온도차를 줄여 균일한 냉각을 행할 수 있었으며, 냉각소요시간도 단축할 수 있는 것으로 나타났다. 중량감모율의 경우 다른 처리구에 비하여 높게 나타났으나 배추의 품질에는 영향을 미치지 않았다.
- 물의 진공하에서의 증발특성을 알아보기 위하여 시험장치내의 건구온도와 습구온도를 측정하고, 물의 온도를 측정한 결과 그림 2와 같이 건구온도는 초기에 4C까지 급격히 하강한 후 다시 온도가 상승하여 냉각완료시까지 일정하게 초기 온도를 유지하였고, 습구온도는 초기 온도변화가 일어난 후 진공압과, 증류수의 온도변화와 거의 유사한 경향을 나타냈다.
- 배추와 같은 결구성 농산물에 있어서 사전가수는 감모율 저하에는 효과적이었으나 무가수에 비해 냉각균일도가 낮아지고 예냉 소요시간이 증가되는 것으로 나타났다. 가수 방법에 따라서는 유사한 경향을 나타냈다.
- 상추 포장상자에 따른 냉각특성은 그림11과 같이 골판지 상자내 비닐 내포장유무에 관계없이 냉 각특성은 유사하게 나타났고, 통기공 6mm 비닐팩에 포장하였을 경우에는 골판지상자의 냉각속도와 유사하였지만, 통기공 0.8mm의 비닐팩으로 포장한 농산물은 냉각속도가 현저히 낮아졌다(그림 12).
- 다. 예냉전 농산물 표면에 가수를 했을 경우 배추와 같은 결구성 농산물은 감모율 저하에는 효과적 이었으나 무가수에 비해 냉각균일도와 냉각속도가 낮게 나타났으며 버섯에서는 감모율 저하 및 냉각속도 향상에 효과가 있는 것으로 나타났다
- 배추 포장상자에 따른 냉각특성은 그림10과 같이 무개공 골판지상자, 개공율 5% 골판지상자 및 PE 상자에서 진공압력에 따른 냉각 특성은 유사하였다. 통기공 6mm가 9개 있는 비닐팩(34W 440mm)에 포장되어 있는 농산물의 냉각 특성은 일반 골판지상자의 냉각 특성과 유사하였지만, 통기공 0.8mm가 있는 비닐팩의 농산물은 냉각속도가 현저히 낮아졌다. 그러나 배추와 같이 결구성 작물에서는 비닐팩 포장하여 진공냉각할 경우 배추표면보다도 심부의 온도가 낮게 나타나는 경향을 보이고 있다.
- 나. 포장방법에 따른 냉각 특성에서는 무개공 및 개공율 5% 골판지상자, PE 상자, 6mm 통기공이 있는 필름 포장에서의 냉각속도는 유사한 경향을 나타냈으나 0.8mm의 통기공을 가지고있는 필름 포장에서는 냉각속도가 현저히 낮게 나타나 필름 포장을 했을 경우 최소 개공율의 구명이 필요한 것으로 나타났다.
후속연구
- 버섯에서도 그림13와 같이 비닐팩 포장상자에 따른 냉각특성은 상추의 냉각특성과 유사하게 나타냈 다. 따라서 진공냉각에 필요한 비닐팩의 최소 개공율을 조사할 필요가 있을 것으로 판단되었다.
- (그림4, 그림5). 또한 각시료의 챔버내 습구온도 변화는 시료의 품온변화 와 유사한 경향을 나타내 진공냉각에 의한 작물의 품온변화를 습구온도를 측정하여 품온변화, 경향을 알 수 있을 것으로 판단된다. 냉각이 완료된 후의 중량 감모율은 표2와 같이 배추가 1.
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