진공 해동 공정에서 고정밀 진공 제어 솔루션
경제 발전과 생활 수준 향상에 따라 식품 생산, 저장, 운송 및 가공 분야의 기술 개발에 대한 관심이 점점 더 높아지고 있습니다. 진공 해동 및 그로부터 파생된 진공 승화-재수화 해동 기술은 이러한 새로운 식품 가공 기술 중 하나입니다.
진공 해동 기술은 진공 상태의 압력 차이와 물의 끓는점 차이를 이용합니다. 진공 챔버에서 물이 끓을 때 생성되는 수증기는 낮은 온도에서 냉동식품 표면에 물방울로 응축됩니다. 수증기가 응축될 때 방출되는 잠열이 냉동식품에 흡수되어 냉동식품의 온도가 상승하면서 해동됩니다.
다른 해동 방식과 비교했을 때, 진공 해동은 해동 속도가 빠르고, 해동 효과가 균일하며, 해동 온도가 낮다는 장점이 있습니다. 또한, 해동 과정 동안 냉동 제품이 진공 및 저산소 환경에 있게 되어 식품의 산화와 일부 호기성 미생물의 번식을 효과적으로 억제하고 품질 손실을 줄일 수 있습니다.
기술의 발전과 함께 진공 해동 기술을 기반으로 한 새로운 해동 방법인 진공 승화-수화 해동법이 등장했습니다. 이 방법의 가장 큰 특징은 과일, 채소, 조리된 음식, 수산물 등 다른 냉동식품의 해동에도 적용할 수 있다는 점입니다.
요약하자면, 진공 해동 및 진공 승화-재수화 해동 방법의 중요한 장점 중 하나는 냉동 제품의 특성과 에너지 소비량에 따라 해동 매개변수(온도 및 진공)를 최적화하여 최상의 해동 상태를 얻을 수 있다는 것입니다.
본 논문에서는 진공 동결 공정에서 진공도를 프로그래밍하고 자동적이고 정확하게 제어하는 것이 불가능하다는 문제를 해결하기 위해 구체적인 해결책을 제시한다.
이 솔루션의 기본 원리는카오루(Kao Lu)의 비례 압력 조절기를 사용하여 동적 평형 방식을 통해 다양한 진공 압력 설정에 따라 공기 흡입량을 조절하고, 최종적으로 어떤 설정에서도 다양한 냉동 제품의 해동 진공도를 달성하는 것입니다. 고정된 지점에서 정확한 프로그램 제어가 이루어지므로 진공 해동 기술의 적용 범위가 넓어지고 품질 보증 능력이 향상됩니다.
2. 진공 압력 제어를 위한 동적 평형법의 원리
진공 압력 제어 과정에서 가장 일반적인 정밀 제어 방법은 그림 3에 나타낸 바와 같이 동적 평형법입니다. 이 방법의 기본 원리는 흡기 유량과 배기 유량 사이의 동적 평형을 기반으로 하며, 이를 통해 다양한 진공 압력 설정 제어를 정확하게 조정할 수 있습니다. 
(진공 압력 제어를 위한 동적 평형법 원리의 개략도)
3. 해결책
진공 제어 시스템의 작동 과정은 다음과 같습니다. 듀얼 채널 진공 압력 컨트롤러는 진공 게이지에서 수집된 신호를 설정된 진공도 값 또는 프로그램에 따라 비교합니다. 컨트롤러는 PID 알고리즘을 사용하여 비교 후 차이에 따라 제어 신호를 계산하고 출력합니다. 이 제어 신호는Kao Lu의 비례 압력 조절기를 구동하여 공기 흡입 또는 배출 유량을 동적으로 조절함으로써 진공 챔버 내부의 진공도를 변화시킵니다. 이로써 진공 게이지의 측정값이 자동 제어를 위한 설정값에 즉시 근접하게 됩니다. 솔루션에 포함된 진공도 제어 시스템의 각 구성 요소에 대한 설명은 다음과 같습니다.
(1) 기존 진공 게이지를 사용할 수 있지만 진공도의 제어 정확도를 보장하기 위해 고정밀 박막 용량 진공 게이지를 사용하는 것이 좋으며, 임의의 진공도에서 측정 정확도가 0.3%보다 더 좋을 수 있습니다.
또한, 다양한 냉동 제품의 진공 해동 요구 사항을 충족하기 위해서는 더 넓은 범위의 진공도를 제어해야 하므로, 이를 위해 서로 다른 측정 범위를 가진 두 개의 용량식 진공계를 사용하는 것이 좋습니다. 권장되는 두 진공계의 측정 범위는 1Torr와 10Torr입니다.
(2) 진공도 제어 시스템은Kao Lu의 비례 압력 조절기를 사용하여 흡입 및 배기 유량을 각각 조절합니다.Kao Lu의 비례 압력 조절기는 고/저 범위의 두 개의 진공 게이지와 결합하여 전체 진공 범위 내에서 1%보다 우수한 제어 정확도를 달성할 수 있습니다. 또한 제어 정확도와 진공 안정성을 보장하기 위해Kao Lu의 비례 압력 조절기는 특정 누출률 및 응답 속도 요구 사항을 충족해야 합니다.
(3) 진공 제어 시스템의 또 다른 핵심 장비는 고정밀 이중 채널 진공 압력 컨트롤러입니다. 독립적인 양방향 PID 제어 채널은 1Torr 진공 게이지와 전기 니들 밸브, 그리고 10Torr 진공 게이지를 사용하여 고진공 제어 채널을 형성하고, 전기 볼 밸브를 사용하여 저진공 제어 채널을 형성합니다. 중요한 것은 각 독립 채널이 24비트 AD, 16비트 DA 및 최소 출력 백분율 0.01%를 갖추고 있어 진공 압력의 정밀한 제어를 보장할 수 있다는 점입니다.
또한, 이 컨트롤러는 PID 파라미터 자동 튜닝 기능을 갖추고 있어 PID 파라미터를 적절한 값으로 신속하게 선택할 수 있습니다. 표준 RS485 통신 인터페이스와 컴퓨터 소프트웨어가 탑재되어 있어 호스트 컴퓨터와의 통신이 편리하며, 호스트 컴퓨터를 이용하여 제어 파라미터 설정, 작동, 공정 변수 수집, 표시, 저장 및 불러오기가 가능합니다.
요컨대, 본 논문에서 제안하는 진공도 제어 솔루션은 진공 해동 공정에서 진공도를 자동적이고 정확하게 제어하는 데 필요한 모든 요구 사항을 충족할 수 있으며, 실험실 진공 해동 공정 연구 및 대량의 냉동 제품을 처리하는 진공 해동 장비에 매우 적합합니다.
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