이승헌님의 글
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가공 식품의 냉동에 관한 질문 입니다.
가공후 약 40~45도 정도의 가공품을 급속 냉동 시킬시에 생기는 문제 입니다.

일단 40~45도 정도의 가공품을 포장한 상태(1차)에서 급속 냉동을 시킬때와 이 1차 포장상태에서
1. 외기온도 정도로(20~30) 냉각을 한 후 2차 포장을 해서 냉동을 시킬 경우와
2. 1차 포장후 약간의 냉각 과정을 거치지 않은채 2차 포장을 하여 냉동을 시킬 경우 냉동제품의 차이가 어느 정도 되는지 알고 싶습니다.
(제품상태 및 냉동에 걸리는 시간 등을 포함해서)


냉동은 unit cooler 로 공기를 유동시켜 냉동 하는 방식입니다.

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제가 알기로는 공기의 열전달 능력(?)은 좋은 편이긴 하지만 공기 자체가 유동을 하지 못하고 정체되어 있는 상태에서는(포장지 내에서) 전열면적이 작기 때문에 열교환을 잘 하지 못하고 그 자체로써 보온재의 역할을 하고 있는 걸로 알고 있습니다.

위에 이야기한 내용이 맞는지, 틀린지를 또한 맞았다면 그 원리에 대해 공학적 관점에서 자세히 설명해 주셨으면 합니다.
그리고 공기의 열전달률 은 얼마나 되는지 물 등 다른 유체와 비교해 설명해 주셨으면 합니다.

----------------- [답 변] -------------------

제가 관련 Data도 없고 아는바가 적으므로,
그냥 열전달 관점에서 정성적인 허접 답변을 드리겠습니다.
그런데, 이승헌님께서 언급하신 문제처럼 구체적인 Data는 찾기 힘들 것입니다.

열전달에 영향을 주는 변수는 대단히 많겠지만
크게 본다면 유속(풍속)과 물질의 물성(열전도계수, 밀도 등)이라
볼 수 있습니다.

한편 공기의 유동이 존재하는 대류열전달도 결국 메카니즘은
전도열전달의 관점에서 이해될 수 있습니다.
그러므로 전도열전달계수가 높은 물질은 대류열전달도 활발합니다.

몇가지 대표적인 물질의 열전도계수는;

공기=0.02 kcal/h-m-C
물=0.51
얼음=1.9
순동=320
스티로폼=0.03~0.035

이것을 보면 완전정체된 공기가 스티로폼보다도
더욱 단열효과가 있다는 것을 알 수 있습니다.
물론 작은 공극을 다수 두지 않는 이상 완전정체된
공기의 상황을 만들기는 어렵습니다.
(포장내의 공기층내에서도 자연대류에 의해
유동이 형성되니까 위의 값보다는 훨씬 커짐)

열전달계수는 대략 유속의 n배(일반적으로 0 < n < 1 의 값)에
비례합니다.
그러므로 문제와 같이 거의 정체되어 있다고 볼수 있는
중간 공기층은 열전달에 매우 큰 저항이 됩니다.
암만 바깥에서 냉각해봐야 소용없습니다.

물론 중간 공기층의 두께나, 수직 또는 수평이냐 등등에
따라 크게 달라집니다만,
제 판단에 이 문제와 같은 중간 공기층이 존재하는 냉동방식은
대단히 효율이 떨어지는 방법이라 사료됩니다.

감사합니다.