Analytical Model for Predicting Degassing Pressure of the One Way Valve with Ring Type Rubber Disk for Packaging

One-way degassing valves usually designed for coffee packaging are recently applied to the various food packaging such as fermented health functional food or home meal replacement (HMR) packaging. The optimized degassing pressure by food product is important factor for keeping effective freshness and improving preservation of the food, therefore the development of degassing valves specified with various open pressure is needed. In this study, the mechanical characteristics of the degassing valve with ring type rubber disk were analyzed and a mathematical model was developed to predict the open pressure of the valve. The model was verified with test results derived from several available valves, and it may be useful in designing and developing a new valve.

포장용 링타입 고무막 One-way 밸브의 가스배출압력 예측을 위한 수학적 분석 모델

주로 커피포장에 사용되던 포장용 One-way 가스배출밸브(아로마 밸브)가 최근 발효건강기능식품이나 전자렌지 조리용 즉석식품 포장 등 다양한 영역으로 적용이 확대되고 있다. 포장 식품의 효과적인 신선도 유지와 보존성 향상을 위해서는 대상 식품에 따른 최적의 가스배출 압력을 유지하는 것이 중요하며, 이를 위해 다양한 개방압력(Open Pressure)을 가진 밸브를 개발할 필요가 있다. 본 연구에서는 국내에서 개발된 링타입 고무막을 이용한 식품 포장용 가스배출 밸브(Degassing Valve)에 대하여 오일의 표면장력, 고무막의 재질특성 및 구조 역학적 특성을 분석하여 개방압력 예측이 가능하도록 수학적 분석 모델을 개발하였다. 직관적으로 보면 오일의 점도가 밸브의 개방압력에 영향을 미칠 것으로 예상되지만, 이론상으로 점도는 유체 내부의 요인에 의한 특성이고, 표면장력은 서로 다른 상태의 계면에서 발생되는 특성이므로 점도와 표면장력은 서로 무관하다. 이에 대해 본 연구의 실험을 통해 오일의 점도가 표면장력과는 무관하고 결과적으로 밸브의 개방압력과도 무관함을 확인할 수 있었으며, 수학적 모델에 의한 이론값이 재료의 실험값과 유사한 경향의 결과를 확인함으로써 제안한 수학적 모델의 유효성을 확인할 수 있었다. 따라서, 이 모델을 통해 포장용 가스 배출 밸브의 압력 설계 및 품질 신뢰성 확보를 위한 유용한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.