KR100723461B1 - 유용물질추출용 복합진공동결건조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양심층수의 유용물질을 분말 형태로 건조추출하기 위하여 기존의 진공동결건조기에 분무노즐을 적용한 복합식 진공동결건조기에 관한 것이다.

본 발명은 내측에 여러단의 트레이를 구비한 선반과 상부에 유압펌프에 의해 작동하는 유압실린더가 구비된 건조장치과,내측에 구비된 증발기 입구에 설치되어 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와 외측에 구비되고 밸브를 구비한 수증기포집장치와, 냉매압축기와 응축열교환기 및 중간열교환기로 구성되는 냉동장치과; 상기 건조장치 내측에 구비된 선반에 연결되고 브라인펌프을 구비한 브라인열교환기와; 상기 수증기포집장치와 건조장치에 연결되어 스팀을 발생하는 보일러와; 각각의 밸브의 개폐를 조절하는 공기압축기를 포함하여 구성된다.

본 발명은 분말 형태로 예비동결과 건조가 동시에 이루어지게 되고, 건조효율도 증가하며, 관성 추종성이 낮고, 살포성이 높으며, 공기동력학적인 입경이 작은 매우 우수한 건조물이 생성되고, 필요한 건조방식에 따라 기존의 진공동결방식을 이용할 수도 있고, 분무노즐을 이용한 진공동결건조 방식을 이용할 수 있는 효과가 있다.

복합진공동결건조, 수증기포집장치, 진공장치, 분무노즐

Description

유용물질추출용 복합진공동결건조기{Hybrid type Freezer Dryer for Extracting Valuable Material of the Deep Seawater}

도 1은 해양심층수의 특성을 나타낸 도표이고,

도 2는 종래의 진공동결건조기의 개념도이고,

도 3은 본 발명에 따른 유용물질추출용 복합진공동결건조기의 개략도이고,

도 4는 본 발명에 따른 유용물질추출용 복합진공동결건조기의 건조장치 내에 분무노즐을 적용하여 유용물질을 분말 형태로 건조 회수하기 위한 장치 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

10 : 건조장치 20 : 수증기포집장치

30 : 냉각장치 40 : 브라인열교환기

50 : 보일러 60 : 공기압축기

본 발명은 해양심층수(海佯深層水 : Deep Ocean Water)의 유용물질을 분말 형태로 건조추출하기 위하여 기존의 진공동결건조기에 분무노즐을 적용한 복합식 진공동결건조기에 관한 것이다.

해양심층수는 도 1에서와 같이 필수 4대 미네랄인 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 칼륨(K), 나트륨(Na)외에 Zn, Cu, Fe, P 등을 포함하고 있어, 우리가 식수로 사용하고 있는 지표수와 지하수에 비해 미네랄이 균형있게 포함되어 있다.

그리고, 해양심층수는 수온이(표층보다 약 9.5℃정도 낮고) 1년 내내 거의 변화가 없는 2℃이하를 유지하는 저온 안정성이 뛰어나며, 표층수에 비해 태양광이 도달하지 않기 때문에 광합성이 일어나지 않아 식물성장에 필요한 무기 영양염을 많이 포함하고 있으며, 필수 미량 원소와 다양한 미네랄이 균형있게 포함되어 있다.

또한, 해양심층수는 스트레스나 체질불량등으로 발생되는 각종 질병에 대한 면역기능도 우수하며, 우리가 식수로 사용하고 있는 지표수나 지하수 등에 비해 대기나 화학물질로부터 일반 세균에 오염되지 않아 지구상에서 가장 깨끗한 물로 알려져 있다.

해양심층수는 저온성, 항온성 및 고영양성의 특성을 가지고 있어 소금 뿐만아니라 효율적인 유용물질 추출이 가능하다면 무궁무진한 자원으로서 활용이 가능하다.

또한, 피건조물에 존재하는 수분을 제거하는 건조 기술은 산업체의 최종 제품을 만드는 공정에 거의 필수적으로 이용되고 있다. 식품에서의 건조는 제품의 저장과 유통문제의 해결에 매우 중요하며, 그 방법으로는 가장 흔하게 이용되고 있는 태양열 건조를 비롯하여 진공 동결 건조에 이르기까지 매우 다양하다. 최근 건조 제품의 양질화, 고급화 및 편의화가 요구되어 이를 충족시키기 위한 새로운 건조 방법이 계속 개발되어 왔다. 이러한 방법들 중에서 저온과 진공하에서 조작이 되는 진공 동결 건조는 가장 완벽한 건조 방법으로 각광을 받아 널리 실용화되고 있다.

의학계에서의 진공 동결 건조는 주로 민감한 제품, 즉 생물학적 고유성의 손상 없이 물을 제거하는데 사용되어 영구적으로 저장 가능한 상태로 보관할 수 있으며 물의 첨가로 원상태로 복구할 수 있어서 매우 각광을 받고 있다. 의약용 냉동건조 제품은 항생물질, 박테리아, 혈청, 백신, 검사 약물, 단백질을 포함하는 생물공학 제품들, 세포, 섬유, 화학제품 등이 있으며 주로 vial 또는 ampule 상태로 건조가 이루어진다.

도 2는 종래의 일반적인 진공동결건조기의 개념도를 보여주고 있다.

도시된 바와 같이 일반적인 진공동결건조기는 건조장치, 냉동기, 수증기포집장치 및 진공펌프 등으로 이루어져 있으며, 건조장치내에 피건조물은 선반을 통해 흐르는 열매를 통해 동결과 승화열 공급이 가능하며, 피건조물에서 승화된 수분은 진공펌프에 의해 제거되는데, 건조장치과 진공펌프 사이에 수증기 포집장치를 통해 포집되어 건조가 완료된다.

이와 같이, 종래의 진공 동결 건조 방법은 연속적인 작업이 힘들고, 배치(batch)형으로 운전되어야 하기 때문에 생산 효율이 낮고, 과다한 에너지를 소비할 뿐만 아니라 건조 대상물의 예비동결이 수반되며, 건조물의 두께에 따른 승화 조건의 악화로 건조 시간의 연장이 불가피한 상황이며 이로 인한 건조 시간의 단축에 한계가 있다. 또한 분말 상태의 제품을 얻기 위해서는 건조 후 정밀한 분쇄과정이 필요하게 되는 문제점이 있다.

그리고, 해양심층수에 존재하는 소금을 포함하는 유용물질을 종래의 진공동결건조기로 건조하면 건조후 분쇄과정을 통해 활용해야 한다.

따라서 진공동결건조 방법의 분쇄과정을 제거하여 원하는 분말형태를 얻어내는 방법으로서 복합식 진공동결건조 방식이 요구되고 있다.

본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 진공동결건조기의 건조장치에 분무노즐을 상부에 장착하여 원하는 입경의 분말형태의 유용물질을 건조, 추출하는 복합식 진공동결건조기를 제공하는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 내측에 여러단의 트레이(14)를 구비한 선반(13)이 구비되고 피건조물을 건조시키기 위한 건조장치(10)와, 상기 건조장치(10)에 연결되며 내측에 구비된 증발기 (21)와 외측에 구비되어 상기 증발기(21)의 입구에 연결된 팽창밸브(22)로 구성된 수증기포집장치(20)와, 상기 팽창밸브(22)에 연결되고 냉매압축기(31)와 응축열교환기(32) 및 중간열교환기(33)로 구성되는 냉동장치(30)와, 상기 건조장치(10) 내측에 구비된 선반(13)와 연결되고 브라인펌프(41)을 구비한 브라인열교환기(40)와, 상기 수증기포집장치(40)와 건조장치(10)에 연결되어 스팀을 발생하는 보일러(50)와, 각각의 밸브(24)의 개폐를 조절하는 공기압축기(60)를 포함하여 구성한다.

상기 건조장치(10)은 상부에 원액을 분사하기 위한 분무노즐(15)을 구비하고 원액을 공급하는 분무공급장치(16)가 구비되고, 상기 분무노즐(15)에 의해 분무된 피건조물 용액은 상기 선반(13)의 승화열에 의해 분말형태로 건조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 건조방식에 따라 상기 분무노즐(15)과 분무공급장치(16)가 선택적으로 구비되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

해양 심층수의 유용물질을 추출하기 위한 진공동결건조기는 피건조물의 물리적, 생물학적, 화학적 특성을 변화시키지 않는 고효율의 건조방법으로 알려져 있다.

진공동결건조는 피건조물을 동결온도 이하로 냉각하여 동결된 수분을 고체의 상태로부터 기체의 상태로 저온 진공하에서 승화 건조하는 것으로, 재료를 저온에서 처리하기 때문에 열변성을 받기 쉬운 물질을 품질변화 없이 건조할 수 있으며 건조품의 복수성과 보존성이 우수한 특징이 있다

제염 및 유용물질 추출 방법 중에는 건조기술이 유력한데, 건조란 열, 공기유동, 감압, 진동, 냉동 등을 이용하여 물체중에 함유된 수분이나 솔벤트 등과 같은 유기용제를 제거하는 것을 의미한다. 이에 건조 장치란 인공적으로 에너지를 다량 사용하여 물체가 함유하고 있는 수분을 제거하는 장치를 총칭하는 것이다. 진공을 이용한 기계 장치는 건조, 냉각, 포장, 농축 등 많은 부분에 응용되고 있으며 냉동 분야에서는 냉동 원리를 접합시켜 식품의 저장에 주요한 기기로서 이용되고 있다. 특히 진공동결건조기술은 주로 민감한 제품, 즉 생물학적 고유성의 손상 없이 물을 제거하는데 사용되어 영구적으로 저장 가능한 상태로 보관할 수 있으며 물의 첨가로 원상태로 복구할 수 있어서 매우 각광을 받고 있다.

진공 동결 건조된 건조품은 승화에 의한 수분 제거로 건조 후 조직 변화가 전혀 없고 진공 및 저온상태에서 건조가 이루어지기 때문에 건조과정 중 발생될 수 있는 열변성이나 산소 접촉에 의한 산화현상 등의 물리, 화학적 변화가 거의 일어나지 않을 뿐 아니라, 향기성분의 유지, 색소의 보존, 그리고 다공성에 우수한 복원력 때문에 인스턴트 식품과 균종 및 건조 효모의 제조와 생물조직 및 표본 보존을 위하여 식품, 미생물 및 혈청 건조 등 의약분야에서 많이 이용된다.

도 3은 본 발명에 따른 진공동결건조기의 개략도를 도시한 도면으로, 도시된 바와 같이 진공동결건조기는 건조장치(10), 수증기포집장치(20), 냉동장치(30), 브라인열교환기(40), 보일러(50) , 공기압축기(60)로 구성된다.

상기 건조장치(10)는 피건조물을 동결 및 건조시키기 위하여 내부에 트레이(14)를 구비한 여러단의 선반(13)이 있으며, 각 선반(13)의 내부에는 냉동장 치(30)와 브라인 열교환기(40)에 의해 온도 조절(냉각 또는 가열)된 브라인(Brine)이 흘러서 선반(13)의 온도를 조절하게 된다. 브라인은 브라인펌프(41)에 의해 건조장치(10)내의 선반(13)과 브라인열교환기(40)를 순환한다.

냉동장치(30)는 냉매압축기(31), 응축 열교환기(32), 중간 열교환기(33)로 구성되어 수증기포집장치(20) 내측에 증발기(21)를 냉각시키는 역할을 한다. 또한, 상기 수증기포집장치(20)의 증발기(21)에서 냉동장치(30)의 냉매와 열교환된 브라인열매는 건조장치(10)의 선반(13)으로 공급되어 피건조물의 동결시 선반(13) 냉각용으로 이용된다.

상기 냉동장치(30)의 작동은 냉매 압축기(31)에 의해 고압, 고온이 된 냉매를 응축 열교환기(32)를 통해 냉각시켜 고압, 저온의 냉매를 만든 뒤, 중간 열교환기(33)를 거쳐 냉매압축기(31)로 들어오는 냉매와 열교환을 하여 더 냉각시키고, 상기 수증기포집장치(20)내의 증발기(21) 입구 전에 팽창밸브(22)를 통해 냉매가 팽창하여 저온, 저압의 냉매가 되어 수증기포집장치(20)의 증발기(21)에 수증기를 동결시켜 열을 흡수하므로써 다시 저압, 상온의 냉매로 되어 냉매압축기(31)의 저압측에 되돌아오는 한 사이클을 겪게 된다.

진공동결건조 과정은 1단계 예비동결시에 건조장치에서 피건조물이 건조된 후, 2단계 건조시에는 건조장치(10)와 진공펌프(23)에 연결된 수증기포집장치(20) 사이의 밸브(24)를 열어 진공을 유지시키면서 건조장치(10) 내측에 구비된 선반(13)에 브라인 열매를 통해 승화열을 공급하여 승화 건조 시키게 된다.

보일러(50)는 상기 수증기포집장치(20) 및 건조장치(10)에 과열 증기 멸균(살균)을 위해 증기(스팀)을 발생하기 위한 것이고, 유압펌프(12)는 건조장치(10) 상부에 설치되어 있는 유압실린더(11)를 작동시켜 주는 역할을 한다. 상기 건조장치(10) 상부에 유압실린더(11)는 건조장치(10) 내의 선반(13)을 아래, 위로 위치를 조절해 주는 기능을 한다. 또한, 공기압축기(60)는 복합진공동결건조기(100)에 다수가 구비된 각 밸브(24)의 개폐를 조절해주는 역할을 한다.

도 4는 복합진공동결건조기(100)의 건조장치 개념도로서, 복합진공동결건조방식은 기존의 진공동결건조방식과 분무에 의한 동결건조방식을 복합적으로 사용할 수 있는 개념이다. 복합진공동결건조기의 구성은 일반적인 진공동결건조기의 구성에 분무가 가능하도록 분무용액 공급장치(16)와 분무노즐(15)이 추가되어 있다.

복합진공동결건조기(100)를 이용하면 분말입자 형태가 아닌 건조물이 요구되는 경우에는 기존의 진공동결건조 방식을 채택하고, 분말입자 형태의 건조물이 요구되는 경우에는 분무에 의한 동결건조방식을 채택할 수 있는 장점이 있다.

일반적인 진공동결건조 방식은 건조장치(10) 내의 선반(13) 위에 설치된 트레이(14)에 피건조물을 용액의 형태로 동결하여 승화 건조시키는 방법인데, 이와 같은 경우에는 벌크형태로 건조되기 때문에 분쇄과정을 거쳐 분말형태나 사용하기 위한 형태로 후 작업을 해야 하기 때문에 진공 및 살균 분위기가 아닌 공간에서 작업을 해야 하는 단점이 있다.

이러한 단점을 보완하기 위하여 건조장치(10) 상부에 분무노즐(15)을 설치하여, 진공 분위기 중에 피건조물 용액을 분무시키면 분무되면서 동결건조가 동시에 이루어지고, 선반(13)에 승화열을 공급하여 2차 건조를 하면 분말입자 형태로 건조 가 되어 일반적인 진공동결건조방식보다 훨씬 위생적이고, 균일한 형태의 분말건조입자를 생산할 수 있다.

이렇게 건조된 분말건조입자는 분무건조기와 진공동결건조기의 장점을 가지고 있어서 매우 유용한 건조방식이다.

이러한 기존의 동결건조 과정에서 동결과정을 분무노즐(15)에 의해 분말 형태로 동결한 뒤에, 건조과정을 거치면 분말 형태로 건조가 된다.

따라서, 본 발명에서는 진공동결건조 자체로는 미세분말형태의 건조에는 적합하지 않기 때문에 이에 대한 개선책으로서 진공동결건조장치에 분무기술을 적용한 복합진공동결건조기(100)에 의해 종래의 문제점을 해결할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

상술한 바와 같이 본 발명의 유용물질 추출용 복합식 진공동결건조기는 분말 형태로 예비동결과 건조가 동시에 이루어지게 되고, 건조효율도 증가하며, 관성 추종성이 낮고, 살포성이 높으며, 공기동력학적인 입경이 작은 매우 우수한 건조물이 생성되고, 필요한 건조방식에 따라 기존의 진공동결방식을 이용할 수도 있고, 분무노즐을 이용한 진공동결건조 방식을 이용할 수 있는 효과가 있다.

Claims (4)

1. 삭제
2. 내측에 여러단의 트레이(14)를 구비한 선반(13)이 구비되고 피건조물을 건조시키기 위한 건조장치(10)와, 상기 건조장치(10)에 연결되며 내측에 구비된 증발기 (21)와 외측에 구비되어 상기 증발기(21)의 입구에 연결된 팽창밸브(22)로 구성된 수증기포집장치(20)와, 상기 팽창밸브(22)에 연결되고 냉매압축기(31)와 응축열교환기(32) 및 중간열교환기(33)로 구성되는 냉동장치(30)와, 상기 건조장치(10) 내측에 구비된 선반(13)와 연결되고 브라인펌프(41)을 구비한 브라인열교환기(40)와, 상기 수증기포집장치(40)와 건조장치(10)에 연결되어 스팀을 발생하는 보일러(50)와, 각각의 밸브(24)의 개폐를 조절하는 공기압축기(60)로 구성되어 해양심층수의 유용물질을 분말 형태로 건조추출하기 위한 유용물질추출용 복합진공동결건조기 (100)에 있어서;

   상기 건조장치(10)의 상부에는 분무노즐(15)이 구비되고 상기 분무노즐(15)에 분무공급장치(16)가 연결되어 구비되는 것을 특징으로 하는 유용물질추출용 복합진공동결건조기.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 분무노즐(15)에 의해 분무된 피건조물 용액은 상기 선반(13)의 승화열에 의해 분말형태로 건조되는 것을 특징으로 하는 유용물질추출용 복합진공동결건조기.
4. 삭제

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