챔버식 진공. 가스치환포장장치

[원텍지기]

(1)진공.가스치환포장의 필요성

본체부는 각 메이커에서 모듈화 되어 있고, 라벨을 제품에 붙이는 방식의 차이에 따라 롤러 반출식과 에어제트식

으로 크게 나눠집니다.

가. 진공포장의 개요

진공포장의 기술은 1955년경부터 연구되어 왔지만, 폴리에틸렌 필름의 접착법이 개발된 1959년에 그 기술이

확립되었습니다. 그 후 진공포장기(장치)의 개발도 급속히 진전해 현재에 이르고 있습니다.

진공포장기라는 것은 가스배리어성 (가스 차단성)이 뛰어난 포장재료를 이용해 피포장물을 진공 또는 감압 밀봉

포장하는 낱개포장, 내장용 기계의 일종입니다.

나. 진공포장의 의의

진공포장의 의의는 포장체의 내부 공기를 제거하고 포장함으로써 피포장물 (식품이나 기타 공업제품등)이 공기

중에 포함되어 있는 산소와 접촉해 변질되는 것을 방지하고, 또 이동.반송 중에 손상하는 것을 방지한다는 점에

있습니다.

변질의 형태는 식품에서는 미생물적인 변질이나 화학적인 변질이며, 기타 공업제품 등에서는 주로 산화입니다.

손상의 형태는 접촉 또는 충돌에 의한 손상이나 마찰 상처 등입니다.

식품에 관해서 진공포장의 의의를 더욱 더 구체적으로 말한다면 미생물의 번식 방지, 변색 방지, 지방의 산화 방지,

미각 보존, 감량 방지 등의 효과가 있습니다. 그 중에서도 특히 식품에 생육하고 있는 호기성 세균, 곰팡이, 효모

등 미생물의 이상 번식이나 발효를 방지할 수 있는 것은 식품의 장기보존 견지에서 큰 이점이 되고 있습니다.

즉 진공포장 후에 가열살균을 할 경우 포장물 안에 공기의 잔존이 적으면 가열에 의한 폐해도 적기 때문입니다.

다. 가스치환포장의 의의

가스치환이라는 것은 포장체의 내부에 공기와는 다른 가스를 봉입하는 것을 말하며, 통상적으로 질소가스, 탄산가스 및

이것들의 혼합가스가 사용되는 것이 일반적이지만, 때에 따라서는 다른 가스가 사용되는 경우도 있습니다.

가스치환포장의 주요 목적은 곰팡이, 세균, 효모 등에 의한 미생물적 변패, 효소에 의한 유지의 산화, 영양성분의

분해, 맛의 변화, 변색 등을 화학적으로 억제하고, 보존 성능을 향상시키는 것에 있습니다.

진공포장에서는 피포장물의 형상이 무너지기도 하고, 압력으로 파손되기도 하고, 변형되기도 하고, 액즙이 새기도

하고, 밀착하는 등의 문제가 생길 경우, 가스치환포장이 적합합니다. 포테이토칩, 화과자, 카스텔라, 가다랑이포,

슬라이스 치즈, 슬라이스 햄, 테린, 녹차 등이 그 예입니다.

피포장물에 의해 가스가 선택되는데, 탄산가스는 미생물에 대해서 살균작용이나 정균작용의 효과가 있다는 것으로

알려져 있지만, 수분량이 많은 식품류에서는 식품 중에 일부 용해돼 탄산(H2CO3)을 생성해 산미를 주는 경우가

있습니다. 질소 가스는 탄산가스만큼 미생물에 대한 정균작용이 강하지 않기 때문에 가스치환포장에서는 한결같이

식품의 산화방지를 목적으로 사용됩니다.

(표1-1)에 진공포장과 가스치환포장과의 비교를 나타냈습니다.

또 가스치환의 효과를 오랫동안 유지하기 위해서는 각각에 적합한 가스배리어성이 있는 포장용 필름을 사용할

필요가 있습니다.

<표1-1> 진공포장과 가스치환포장과의 비교

항목 포장	유지의 산패	호기성 균	혐기 성 균	수분의 영향	식품에의 흡착	안정성	코스트	효과	포장 재료	적합한식품
진공	○	△	△	○	유	◎	○	○	가스 투과성이 적은것	변성되지 않는식품
질소 가스 충전	○	△	△	○	무	◎	△	△	​	전 제품
탄산 가스 충전	◎	◎	△	△	유	◎	△	◎	​	전 제품

(2)반송부의 구성

가. 챔버식 진공포장기

진공포장을 하기 위해서는 포장체 내부의 공기 제거, 바꿔 말하면 탈기할 필요가 있습니다. 탈기의 방법에는 스팀 브러시법,

기계적 협압법, 노즐식 탈기법, 챔버식 탈기법, 스킨팩 등이 있습니다.

포장분야에서는 이 중 챔버식 탈기법을 진공 탈기법이라고도 부르고, 챔버 탈기방식 (챔버식 탈기법)의 기계를

총칭해 대체로 진공포장기라고 불립니다.

이런 종류의 기계는 다채로운 포장체 (피포장물)로의 니즈에 의해 수많은 종류의 진공포장기가 개발돼 왔기 때문에

그 종류마다 각각 다른 특징을 가지게 되었습니다. 이것들의 기능이나 형태에 착안해 분류하면 탁상형이나 테이블형의

배치방식, 연동방식, 로터리방식으로 나눌 수가 있습니다.

챔버식 진공포장기의 포장 순서는 포장체의 공급, 챔버의 뚜껑을 덮어 진공탈기, (가스치환포장의 경우는 여기에서

뚜껑의 들뜸 방지 해제), 뚜껑을 열어 포장체 반출이 됩니다.

수동작업에 관해서 보면 일반적으로 배치방식에서는 포장체의 공급, 가스치환포장의 경우는 뚜껑의 들뜸 방지

제거, 포장체 반출이 수작업으로 이루어집니다. 연동방식에서는 포장체의 공급만이 수작업이 되고, 그 이외는

자동 처리됩니다. 또 로터리방식은 전 공정의 완전 자동화가 가능하고, 동시에 처리능력이 높습니다.

배치방식과 연동방식은 구조가 간단하고, 피포장물이나 포장재료의 형태에도, 액의 유무 등에도 영향을 주기

어렵고 범용성이 높기 때문에 소규모 생산이나 중규모 생산에 적합합니다.

나. 진공 챔버의 기능

진공 챔버는 진공 박스라 불리며, 진공포장기의 중추를 담당하고 있습니다. 일반적으로 가로형(수평식)에서는

챔버는 상하로, 세로형(종형)에서는 앞뒤로 2분할되고, 모두 한 쪽이 대반에 고정돼 있습니다.

대반 쪽 챔버를 가리켜 단지 박스라 든가 저상이라 불리는 경우가 있고, 대반 쪽이 평판인 것은 정반이라 부릅니다.

2분할의 다른 한 쪽은 뚜껑으로서 개폐할 수 있도록 되어 있습니다. (그림1-1, 그림1-2, 그림1-3)

이 뚜껑과 박스 또는 정반이 폐쇄돼 진공상태를 만들 때 기밀성이 유지되는 것처럼 뚜껑과 정반(또는 박스)과의

접촉면에는 패킹이 장착돼 있습니다.

챔버의 재질은 진공도, 강도, 내구성, 경량화 등을 고려해 알루미늄 주조제의 것이 많지만, 스테인리스 스틸제나

플라스틱제도 채용되고 있습니다.

챔버의 크기는 배치방식과 연동방식의 경우는 범용성을 높이기 위해 커지는 경우가 많고, 그것에 대해서 로터리

방식의 경우는 능률을 높이기 위해 피포장물에 서로 볼만한 크기에 그쳐 좀 작은 것이 많습니다.

챔버 안을 진공상태로 하려면 챔버와 진공 펌프에 막을 끼워 관으로 접속, 챔버 안의 공기를 흡인하게 하도록

합니다. 막은 적절한 타이밍으로 개폐하도록 되어 있습니다. 진공도는 포장되는 내용물의 상황에 따라서 다르지만,

통상 400~1500pa입니다.

진공도의 단위는 예전에는 Torr를 사용하고 있었지만, SI 단위로 교체돼 Pa를 사용하게 되었습니다.

1Torr = 1mmHg = 133Pa 입니다. 모두 수치가 작을수록 진공도가 높습니다. 챔버 안에서는 진공 탈기와 가압

접착의 양 기능이 중요합니다. 포장체를 챔버 안에 공급하고, 뚜껑을 덮은 후 챔버 안을 진공상태로 유지, 챔버 안에

장비된 가압 접착장치로 봉투 입구를 접착한 후에 대기 개방해 챔버의 뚜껑을 열어서 제품을 꺼냅니다.

접착장치의 가압 수단은 진공 감압가압방식이나 직접 강제 가압방식의 어느 쪽인가가 채용되고, 접착은 3~10mm

폭의 히터선에 전류를 흐르게 함으로써 줄 (joule) 열이 발생하고, 이 열로 접착이 행해집니다.

(그림1-1)은 배치 방식의 챔버식 테이블형 진공포장기의 챔버 구조의 예입니다.

다. 가스치환식 진공 챔버의 기능

가스치환시스템에는 노즐식 가스치환법, 가스 후레쉬치환법, 챔버식 가스치환법 등이 있습니다.

노즐식 가스치환법이라는 것은 내용물을 넣은 봉투 안의 공기를 노즐에서 진공으로 끌어당겨 탈기한 후, 가스를

봉입하는 것을 말합니다.

가스 후레쉬치환법이라는 것은 두루마리 모양의 포장용 필름을 필로우 타입 등으로 제대하면서 내용물을 포장하는

과정에서 가는 파이프를 넣어 거기에서 압력 가스를 분사하는 동시에 접착, 절단을 하는 것 등을 말합니다.

챔버식 가스치환법이라는 것은 챔버 안에 내용물을 넣은 봉투를 놓고, 챔버 안을 진공으로 끌어당겨 탈기한 후에

챔버 안의 봉투 입구까지 도설된 노즐로부터 봉투 내부에 가스를 불어넣어 봉투의 입구부를 접착하는 것을 일반적으로

말합니다. 특히 이것을 노즐 챔버식 가스치환법이라고도 합니다.

챔버를 분류하면 ①백, 파우치 대상의 챔버 방식 (백이나 파우치가 포장체이며, 그것을 챔버에 공급하는 방식),

②심교형 진공포장에 진공.가스치환챔버를 부가한 방식, ③트레이 공급.접착구조에 진공.가스치환 챔버를 장비한

방식 등으로 나뉘지만, 이하에 서술하는 것은 백, 파우치 대상의 챔버 방식으로 사용되는 챔버에 관해서입니다.

(그림1-2)는 테이블형 챔버식 진공.가스치환장치의 챔버 예입니다.

이 방식의 작업으로 개개의 봉투를 하나하나 정반 위에 놓고, 봉투의 입구를 노즐에 삽입하는 조작은 번거롭기

때문에 챔버에 넣기 전에 받침 접시에 미리 복수의 봉투를 정렬시켜 두고, 이 받침 접시마다 정반에 실으면 봉투

입구가 노즐에 일제히 삽입돼 편리합니다.

(사진1-1)은 테이블형 챔버식 진공.가스치환포장기의 예입니다.

(그림1-3)은 세로형 로터리 방식 챔버식 진공.가스치환포장기의 챔버 예입니다.

이 경우 챔버 꼭대기에 챔버 내부로 진출(하강), 후퇴(상승) 하는 가스 노즐을 장비하고 있으며, 내용물을 넣은 봉투

를 챔버로 공급할 때 노즐은 후퇴(상승)하고, 봉투가 집게로 유지돼 정 위치에 오면 봉투입구가 열리고, 노즐이 진출(하강)해

봉투 입구에 삽입됩니다. 이때 이미 뚜껑은 막혀 있고, 진공 흡인한 다음 가스가 노즐을 통해 들어옵니다. 이다음 노즐은 후퇴(상승)하고, 봉투 입구가 접착, 냉각되면 대기 개방되고, 뚜껑이 열리고, 포장체가 반출됩니다.

진공 챔버는 내부가 진공이 되면 자기 흡인력으로 뚜껑과 박스(저상) 또는 정반이 폐쇄되지만, 가스를 불어넣으면

진공이 되지 않고, 그뿐만이 아니라 뚜껑과 박스(저상) 또는 정반에 장착된 히터 받침대와 접착받침대에는 접착에

필요한 압력이 가해지기 때문에 뚜껑이 열리는(들뜸) 작용을 받습니다. 이것을 방지하기 위해 배치 방식등의 반자동

기의 경우는 뚜껑의 들뜸 방지용 락을 설치하고, 자동기의 경우는 진공 챔버의 가스 주입 스페이스와는 달리 독립된

부챔버 스페이스를 설치하고, 여기를 진공상태로 함으로써 폐쇄를 유지하는 방법이나 원주 이동하는 챔버 뚜껑의

외측에 레일을 설치해 기계적으로 억누르는 방법 등이 취해지고 있습니다.

이들 챔버식 진공.가스치환방법은 코스트가 약간 올라가고, 가스치환속도가 늦는다는 결점이 있지만, 극히 높은

가스치환율을 얻을 수 있는 장점이 있습니다.

업무용 생육의 가스치환포장에는 배치 방식의 챔버식 진공.가스치환포장기가 사용되고, 커피나 가다랑이포의

미니팩에는 로터리 방식의 챔버식 진공.가스치환포장기가 사용되고 있습니다.

(3) 기계의 타입과 기능

가. 중.소형 진공포장기

이 타입 (중.소형 진공포장기)은 배치 방식이고, 수동조작으로 챔버의 뚜껑을 개폐합니다. 수동조작은 포장체의

반입.반출, 챔버의 폐개 동작으로 가스치환의 경우만 뚜껑의 들뜸 방지 해제 조작이 더해집니다. 이것 이외의

진공(필요에 응해서 가스치환), 가압, 접착, 냉각, 대기 개방, 개개는 자동으로, 각 공정의 시간 조정은 타이머와

센서의 조합에 의해 용이하게 이루어집니다.

가-① 소형 진공포장기

소형 진공포장기는 주로 탁상에서 사용되기 때문에 탁상형 진공포장기라고도 불리며, 소형.경량이고, 진공 펌프를

내장합니다. 소형 포장을 목적으로 하며, 포장능력은 분당 1~2회 정도입니다.

상점, 학교, 시험실, 연구소 등에서 사용되는 경우가 많습니다. 같은 모양으로 가스치환 기능이 부착된 것도 있습니다.

사용 예는 고형물, 육류, 햄, 소시지, 물고기, 치즈, 커피 분립 등입니다.

(사진1-2)는 소형 진공포장기의 예입니다.

가-② 중형 진공포장기

중형 진공포장기는 정반이 테이블과 같은 높이로 되어 있기 때문에 테이블형 진공포장기라고도 불리며, 진공 펌프를

내장하고 있습니다. 구조가 간단해 임의의 장소에 거치할 수 있는 사이즈입니다. 포장능력은 분당 2~3회 정도입니다.

횡장 챔버로 1회에 다수의 봉투를 포장할 수 있다는 점, 정반 각도를 바꿈으로써 액체가 들은 포장체를 취급할 수

있고, 다양한 제품으로 범용성이 높다는 등의 특징이 있기 때문에 출하대수가 가장 많은 기종이 되고 있습니다.

주로 중소규모의 생산 공장에서 사용되고 있습니다.

사용 예는 나물, 절임, 버섯, 산채, 햄버거, 육제품, 된장, 냉동식품, 공업부품 등입니다.

(사진1-3)은 중형 진공포장기의 예, (사진1-1)은 중형 진공.가스치환포장기의 예입니다.

나. 연동 진공포장기

연동 진공포장기라는 것은 연동방식의 진공포장기로 자동적으로 상하 개폐하는 챔버와 포장체 배열용 고무판이

복수 연결돼 간헐 이동하는 엔드리스 벨트가 연동해 작동하는 것이기 때문에 벨트식 진공포장기라고도 불리고

있습니다. 챔버 바로 앞쪽에서 소정의 포장체 배열용 벨트 위에 미리 봉투 포장 된 포장체를 세워두면 포장체는

간헐 운동하는 벨트에 실리고, 상승하고 있는 챔버의 맨 아래까지 운반돼 정지됩니다.

동시에 진공포장이 완료된 포장체는 챔버 맨 아래에서 챔버 배면으로 향해 운반되고, 반출 컨베이어 위로 투하됩니다.

여기에서 챔버가 하강해 막히고, 배열된 포장체는 벨트 위에 실린 채 챔버와 정반에 둘러싸인 밀실 내에서 진공

(가스 충전포장의 경우는 여기에서 가스치환), 가압, 접착, 냉각, 대기 개방의 공정을 거친 다음, 챔버의 상승을

기다리고, 포장체는 간헐 이동하는 벨트에 실려 배면의 반출 컨베이어 위에서 투하됩니다.

이 타입의 경우 수동 작업은 벨트 위에 포장체를 나란히 세우는 것뿐이고, 그 외는 모두 자동입니다. 이 때문에

능률이 높고, 필요에 응해서 각도를 경사지게 하면 액체물의 포장도 가능하게 되고, 다종다양한 제품으로서 범용성이 높습니다. 처리능력은 분당 2~4회 정도이고, 횡장 챔버이기 때문에 1회에 다수의 봉투를 처리하는 것이 가능합니다.

주요 사용 예는 수산물에서는 문어, 오징어, 패류, 복, 어채 가공품 등.. 축산물에서는 우육, 스테이크, 햄, 치즈 등,

농산물에서는 채소, 옥수수, 감, 버섯 등이고, 이 외에 절임, 나물, 냉동식품, 된장, 김치 등을 들 수 있습니다.

사진 1-4 에 연동 진공포장기를 나타냈습니다. 같은 기종으로 가스치환사양의 것도 있습니다.

다. 로터리 진공포장기

(사진1-5)에 로터리 진공포장기의 예를 나타냈습니다.

로터리 진공포장기라는 것은 로터리 방식의 진공포장기로 수평 원반을 중심으로 방사상으로 배치된 지지 암에 설치된 챔버가 수평 원반 주상에 복수개 배치되고 이것과는 별도로 포장체를 싣고 이동하는 정반이 있습니다.

정반의 궤도는 수평 원반의 주변을 지나거나, 원반 주변에서 어긋나기도 해 벗어나고, 다시 원반 주변으로 되돌아옵니다.

챔버와 정반과는 동기 이동하고, 원주 부분에서 합체해 원주 이동하며, 도중에 분리되고, 다시 원주 부분에서

합체하는 구조로 이루어지고 있습니다. 이런 이유로 수평식 로터리 진공포장기라는 이름도 있습니다.

정반과 챔버가 합체되기 직전에 정반 위에 포장체가 실려 결국은 정반과 챔버는 합체 이동에 들어갑니다.

포장체는 이 합체 이동하는 사이에 정반 위에 씌운 챔버 안에서 진공 탈기, 가압, 접착, 냉각, 진공 개방의 각 공정을

거쳐 챔버가 열리고, 포장체를 실은 정반이 챔버와 나뉘어 반출 장소에 왔을 때 포장기 밖의 반출 컨베이어 위에서

낙하됩니다. 그 후 챔버와 정반은 함께 연속적으로 동기하면서 같은 동작을 반복합니다. 이 기종은 포장체를 수동

으로 정반에 실어도 좋지만 연속 동작의 특징을 살리기 때문에 가로형 필로우 타입 포장기와 연결해 사용하면

수동 작업이 불필요하게 되고, 완전 자동화로 분당 최고 70대의 높은 처리능력을 발휘할 수가 있습니다.

주요 사용 예는 수산냉동식품, 떡, 곤약, 햄, 소시지 등입니다.

(그림1-4)에 로터리 진공포장기와 가로형 필로우 타입 포장기와의 연결 상황 예를 나타냈습니다.

라. 세로형 봉투포장 진공포장기

(사진1-6)에 세로형 봉투포장 진공포장기의 예를 나타냈습니다.

유사포장기로 가스치환 사양의 포장기도 있습니다. 세로형(수직형)의 챔버 복수개가 원반 주상에 같은 간격으로

배치되고, 연속적으로 원주 운동을 하고 있는 가운데 포장체는 챔버 안에서 진공 탈기(가스 충전 포장 사양의 경우는 여기에서 가스 치환), 가압, 접착, 냉각, 대기 개방의 공정을 거쳐 마지막으로 반출 컨베이어 위에 낙하됩니다.

소위 세로형 로터리 방식이라고도 할 수 있는 기종입니다.

챔버는 박스와 뚜껑으로 이루어져 있고, 뚜껑은 챔버가 원주 이동하는 사이에 자동 개폐됩니다. 세로형 봉투포장

진공포장기의 경우 동일 기내에 앞부분에 봉투포장 공정이 있고, 봉투포장된 포장체는 챔버의 뚜껑이 열리는 타이

밍에 맞춥니다. 진공 챔버의 원주 운동이라는 것은 외접원의 배치 관계에서 주상 이동하면서 챔버 안으로 치켜 올린

상태로 한 번 바꿔잡아 보내집니다. 챔버가 가로형의 로터리 진공포장기와 달리 세로형이기 때문에 액체입 포장체의 취급이

가능하게 돼 다품종에 적응 할 수 있습니다. 뜨거운 피포장물을 일부러 차갑게 하지 않고 취급 할 수 있는

내열 사양의 포장기도 있습니다. 선택 조합식 자동 저울이나 자동 투입장치 등을 조합시키면 완전 자동화가 가능한

대형 진공포장기로 분당 10~60대의 고성능을 발휘합니다.

주요 사용 예는 버섯, 냉동식품, 된장, 레토르트 파우치 식품(카레, 소스류, 조리품) 등입니다.

(참조: 월간포장타임즈)