펠티어효과가 10여년 전에 발견되었으나 이것을 공학분야에 응용되기 시작한 것은 반도체 재료가 개발되기 시작한 1950년경부터 실용화되기 시작하였다. 이러한 열전식 열펌프를 이용하여 냉 각시스템을 만들 경우 재래식인 기계식 냉동시스템과 비교해 볼 때 여러 가지 장점이 있다. 열전식 냉동방법은 전자가 한 반도체에서 다른 반도체로 이동하면서 그 주위의 열과 함께 이동 하는 원리를 이용한 것이기 때문에 기계식 냉동시스템의 중요한 구성품인 압축기, 증발기, 응 축기, 용매제와 같은 부품이 전혀 필요가 없다. 움직이는 부품이 없기 때문에 소음이 없고 신 뢰성이 높다. 100W 보다 적은 열출력에 대해서는 무게가 적고 부피가 적은 장점이 있다. 또한 습도 제어가 정확하고 전류의 방향만 바꾸워 주면 쉽게 냉동에서 가열로 전환이 된다. 작동습 도범위는 제품에 따라 다르지만 대개 +100.deg.C~ -125.deg. C까지 가능하다. 이러한 장점 때 문에 가장 많이 응용되고 있는 분야는 군사무기인 관성항법유도무기의 전자부품실을 냉각시켜 주는 데 사용되고 그 외에 용도는 다양하다. 본 고에서는 열전식 열펌프의 원리와 그 응용에 대해서 가능한 상세히 설명하여 앞으로 이 분야에 대한 연구에 보템이 되고저 한다.
The conventional refrigeration system is composed of a compressor, condenser, receiver, expansion valve or capillary tube, and an evaporator. The refrigeration system used in this study has additional expansion valve and evaporator along with an evaporation pressure regulator(EPR) at the exit side of the evaporator. The two evaporators can be operated at different temperatures according to the opening of the EPR. The experimental results obtained using the refrigeration system with parallel control of evaporation pressure are presented and the performance analysis of the refrigeration system with two evaporators is conducted.
멜론의 가공방안을 높이고, 안정된 수급과 식품소재로 활용하기 위해 냉동저장과 추출방법에 따른 생리활성 변화를 조사하였다. 냉동저장기간(3, 6개월)에 따른 멜론의 총 phenol 함량은 멜론즙이 $296.25\;{\mu}g/mL$, 열수추출물은 $433.25\;{\mu}g/mL$로 나타났다. 또한 총 flavonoid성 함량은 멜론즙이 $20.83\;{\mu}g/mL$로 나타났고, 열수추출물은 $53.58\;{\mu}g/mL$로 나타났고, 냉동저장기간 동안 총 phenol 함량과 총 flavonoid성 함량은 비교적 차이가 없었다. 멜론의 항산화 효과는 전자공여능이 멜론즙과 열수추출물이 각각 60.58%, 85.84%로 나타났고, ABTS는 각각 94.50%, 99.30%로 높게 나타났다. SOD 유사활성은 열수추출물이 27.5%인 반면 멜론즙의 경우 거의 효과를 나타내지 않았다. Xanthine oxidase의 저해활성의 경우 멜론즙이 41.76%, 열수추출물은 61.29%로 높은 저해율을 나타내었고, 열수추출물이 다소 높게 나타났다. $\alpha$-Glucosidase 저해활성은 멜론즙이 22.42%, 열수추출물은 23.43%로 비교적 유사한 저해율을 나타내었다. 냉동기간에 따른 항산화 효과는 비교적 차이가 없었다. 이러한 결과로 냉동 저장 시 항산화활성의 차이가 거의 없음으로 연중 원료의 안정적인 수급과 식품소재로 활용이 가능할 것으로 사료된다.
본 실험은 냉동저장 중에 법동변성 방지제의 첨가가 우육과 돈육의 품질에 미치는 영향을 알아본 것으로 냉동변성 방지제 종류는 sorbitol, mono sodium glutamate와 sodium tripolyphosphate를 혼합하여 사용한 CP-A, sorbitol, sucrose와 sodium tripolyphosphate를 섞은 CP-B 그리고 sorbitol, sucrose, sodium citrate와 sodium tripolyphosphate를 사용한 CP-C세 종류이었고 시료는 $-20^{\circ}C$에서 12주간 저장되었으며 분석항목으로는 pH변화, TBA가, 유리지방산 함량의 변화, 수용성 및 염용성 단백질의 추출성이었다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 냉동변성 방지제 첨가구의 pH는 무첨가구의 pH보다 0.2-0.5unit 정도의 상승효과를 보였으며 TBA가 및 유리지방산 함량은 저장기간이 길어짐에 따라 무첨가구에 비해 증가하는 경향을 보였다. 2. 수용성 단백질의 추출성은 냉동변성 방지제를 처리할 때 돈육이 우육에 비해 높은 추출율을 보였는데 특히 돈육의 CP-B 처리구에서 무첨가구에 비해 우수하였다. 3. 염용성 단백질의 추출성에 대한 냉동변성 방지제의 효과는 우육의 CP-A 처리구와 돈육의 CP-B 처리구에서 무첨가구에 비해 약 10-25%의 높은 추출성 향상을 나타내었다.
근래에 들어서 증기 압축식 냉동시스템으로 인한 대기환경 오염문제를 해결하기 위해 국제적 공조의 분위기가 형성되고 있다. 그래서 그 환경오염의 주원인으로 지적되는 CFC 냉매를 대체하는 냉동기술이 큰 주목을 받고 있다. 자기냉동은 물질의 자기열량효과를 이용하여 저온을 생성시키는 방법으로, CFC 냉매를 사용하는 대신에 고체 냉매를 사용함으로써 친환경적인 냉동 기술이라고 할 수 있다. 또한 전력 소모와 소음이 큰 압축기를 사용하지 않고, 자기장의 변화에 따른 재료의 온도 변화를 이용하여 저온부와 고온부의 온도차를 발생시킬 수 있어서 효율적인 냉동시스템으로 간주된다. 본 논문에서는 동심 원통형 Halbach 배열의 영구자석을 이용한 자기냉동장치를 제작하고, 이 장치를 이용하여 실험한 결과를 소개하고자 한다.
단백질 함량이 다른 밀가루로 데니쉬 페이스트리를 직날법으로 제조 후 급속 냉동시켜 냉동고에 12주간 저장하면서 4주 간격으로 해동ㆍ발효ㆍ굽기 한 제품의 부피, 수분함량, 조직감 및 품질평가의 결과는 다음과 같다. 1. 단백질 함량이 높은 밀가루로 만든 냉동 생지 제품의 부피가 가장 컸다. 2. 단백질 함량이 높은 밀가루로 만든 냉동 생지 제품의 수분함량이 높게 나타났으나 그 차이는 크지 않았다. 3. 단백질 함량이 높은 밀가루로 만든 냉동 생지 제품의 경도가 높게 나타났다. 4. 종합적인 품질평가는 단백질 함량이 높은 밀가루로 만든 냉동 생지 제품에서 높은 점수를 얻었다. 이상의 결과로 데니쉬 페이스트리 냉동 생지 제조시 단백질 함량이 높은 밀가루를 사용할 때 제품의 부피, 수분 함량, 품질 평가 등에서 우수한 효과를 나타냈으나 경도에는 그렇지 않았다.
바지락 발생배의 냉동보존을 위한 동해방지제의 효과를 규명하기 위하여4종의 보존액, dimethyl sulfoxide, ethylene glycol, glycerol 및 1,2-propanediol을 사용하여 발생배의 생존율을 조사한 결과로, 생존율의 범위는 0-64.3%였고, 대조구의 생존율은 82.3%을 보였다. 발생배의 냉동보존을 위한 프로그래 동결 과정은 최초 25℃에서 10분 동안 유지하다가 자동 냉동보존 프로그램 장치에 의하여 -12℃까지 분당 -1℃씩 조정하였으며 -35℃까지는 분당 -2℃씩 하강시켜 액체 질소통에 스트로우를 넣어 해동 후 관찰한 결과, 바지락 생존율은 DMSO(dimethyl sulfoxide) 2.0M 실험구에서 64.3%로 가장 좋은 결과를 보였다.
대추술의 가열살균으로 인한 품질저하를 개선하고자 초고압(500 MPa, 5분) 및 냉동처리($-20^{\circ}C$에서 3일간 냉동 후 $20^{\circ}C$에서 4시간 동안 해동)를 이용하여 대추술을 살균한 다음 가열처리구($63^{\circ}C$, 10분) 및 시판대추술과 비교하면서 품질특성을 조사하였다. 미생물은 초고압 및 시판대추술에서는 검출되지 않았고, 가열처리구에서는 세균류만이 10 CFU/mL 이하로 검출되었으며, 냉동처리구에서는 $10^2{\sim}10^3CFU/mL$ 수준으로 검출되어 $30{\sim}60%$의 살균효과를 보였다. 초고압, 냉동 및 가열처리는 대추술의 pH, 산도, 아미노산도, 환원당 및 에탄올함량 등의 성분에 유의적인 영향을 미치지 않았으나, 색도에는 유의적으로 영향을 미쳤으며 변화폭은 초고압 처리가 가장 작았고 다음으로 가열 및 시판, 냉동처리 순으로 크게 나타났다. 관능검사 결과에서는 가열처리 시 신맛 및 화한 맛이 감소하면서 전체적인 품질이 낮아진 데 비하여, 초고압 및 냉동처리 시에는 신맛과 화한 맛이 변하지 않으면서 품질이 유지되었다. 한편 시판 대추술에서는 탄내, 단내 및 단맛이 뚜렷이 증가하고 신내 및 신맛이 감소하면서 가장 낮은 품질을 보였다. 이상으로부터 초고압처리는 살균효과가 우수하고 제품의 성분 및 색도에 큰 영향을 미치지 않으면서 본래 대추술의 관능적인 특성을 최대 유지 할 수 있는 효과적인 비열살균법임을 알 수 있었고, 냉동처리 역시 관능적으로 받아들일 수 있는 수준으로 품질이 유지되었으나 불완전한 살균으로 인한 저장성 연구가 추가되어야 할 것이다.
농축우유에 냉동보호물질을 첨가하여 $-15^{\circ}C$에서 비동결 상태로 저장할 수 있는 방법을 개발하여, $-15^{\circ}C$에서 저장하면서 저장중 품질변화를 평가한 결과는 다음과 같다. 농축우유를 $-15^{\circ}C$에서 비동결 상태로 저장하는데 적합한 복합냉동보호물질은 설탕 17.74%, glucose, 8.87% fructose 8.87%, glycerol 2%, HMP 0.25%, NaCl 0.25%, ascorbic acid 0.02%로 구성되었으며, 고형분 38%인 농축우유에 냉동보호물질 38%를 첨가하는 것이 적당하였다. 저장중의 품질변화중 관능적 품질과 이용성에 가장 심각한 영향을 주는 것은 단백질 변성에 의한 gel화현상 이었다. Gel화현상은 대조구에서 3주저장 후부터 발생하였으나 냉동보호물질을 첨가한 처리구에서는 전 저장기간동안 발생하지 않았다. 우유 단백질의 저장중 변성현상을 뒷받침하는 단백질 침전량을 조사한 결과 control에서 3주 후부터 현저하게 나타났으며, 처리구에서는 저장기간동안 나타나지 않아TEk. 저장중 농축우유의 색깔변화나 과산화물가의 변화는 경미했으며, 대조구과 처리구간에 유의성있는 차이가 없었다. 이상의 결과를 종합해 보면 농축우유에 냉동보호물질을 첨가하여 냉동저장온도에서 비동결상태로 저장하면 통상적인 냉동저장방법과 같은 품질보존 효과를 얻을 수 있을 뿐만 아니라, 보통 냉동저장시에 발생하는 우유단백질의 변성에서 오는 gel화현상을 효과적으로 방지할 수 있어 저장 후 제품의 품질과 이용성을 증진 시킬 수 있었다.
냉동기는 얼음을 만드는 기계이다. 이를 제조 및 판매하는 회사는 대부분 중소기업으로, 판매 후 사후 관리에 어려움을 겪고 있다. 사후관리의 어려움은 대부분 구매처의 불필요한 고객 서비스 요청에 기인하며, 이 요청은 결국 판매처와 구매처의 불필요한 비용 지출로 이어진다. 하지만 재정적으로 열악한 냉동기 제조 기업은 이 비용을 최대한 줄이고자 한다. 뿐만 아니라, 국외에 냉동기를 판매하고 싶어도 사후 관리 때문에 주저하고 있는 상황이다. 이러한 이유로 냉동기 제조업체는 직접 방문 없이 원격지에서 냉동기의 상태를 확인하고 적절한 조치를 취할 수 있는 시스템을 필요로 하고 있다. 따라서 본 논문에서는 원격지에서 냉동기의 상태를 모니터링하고 필요에 따라 제어할 수 있는 냉동기 원격 제어 및 운전 상태 모니터링 시스템을 구현하였다. 개발된 시스템을 통해, 냉동기 제조업체와 냉동기 구매업체는 냉동기의 상태를 빠르게 파악함으로써 즉각적으로 고장에 대응할 수 있다. 게다가, 판매 후 유지보수 및 관리를 효율적으로 할 수 있어 비용절감에 큰 효과가 있을 것으로 예상된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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