KR100995950B1

KR100995950B1 - 분무식 동결건조기와 이를 이용한 동결건조방법

Info

Publication number: KR100995950B1
Application number: KR1020080075131A
Authority: KR
Inventors: 송치성; 송찬호
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2008-07-31
Filing date: 2008-07-31
Publication date: 2010-11-22
Also published as: KR20100013556A

Abstract

본 발명은 분무식 동결건조기에 관한 것으로 상세하게는 액체를 저온으로 동결시켜 건조시키는 분말 동결건조장치에 있어서, 상측에 액체 질소가 주입되어지도록 관통되어지는 주입홀이 형성되어지고, 상기 주입홀의 일측에 내부의 상태를 측정하는 센서가 삽입되어지는 신호라인홀이 형성되어지며, 길이방향으로 시료원액이 주입되어 하단에 형성되어진 노즐로 분사되어지는 공급구가 다수개 형성되어지고, 상하측으로 내부를 진공상태로 만들도록 공기를 흡입하는 흡입홀이 형성되어지는 챔버와; 상기 챔버의 내부에 설치되어 분말이 건조되어지는 트레이가 적층되어지도록 지지하는 지지대와; 상기 주입홀을 통해 주입되어지는 액체질소가 저장되며, 상기 공급구를 통해 분사되어지는 시료원액의 분사액이 저장되어지며, 상기 지지대에 적층되어지는 트레이;를 포함하여 구성되어지는 포함하여 구성되어지는 것을 특징으로 하는 분무식 동결건조기에 관한 것이다.

분무, 분말, 냉동, 동결, 건조기

Description

분무식 동결건조기와 이를 이용한 동결건조방법{Freezing drying method for spray from freezing drier and spray from freezing drier}

일반적으로 진공을 이용한 기계 장치는 건조, 냉각, 포장, 농축 등 많은 부분에 응용되고 있으며 냉동 분야에서는 냉동 원리를 접합시켜 식품의 저장에 주요 한 기기로서 이용되고 있다.

빙점 이하에서의 승화 탈수의 원리는 19세기 초에 제시되어, 1900년대에 들어와 Shackell이 혈청의 건조에 처음으로 이 방법을 사용하였다. 1930년 중반에 동결 건조에 저온 탈습장치인 저온트랩이 이용되었고, 공업적 단계에의 진보는 Flosdorf와 Mudd의 이후에 달성되었다. 즉 1942년에는 페니실린의 동결 건조가 실시되었으며,

효소, 호르몬 등의 불안정한 활성물질도 장기 보존 할 수 있었다.

Dryer, D.F.(1967)와 Greaves, R.I.N(1962) 등은 동결 건조 구조에서의 승화와 열전달 관계의 연구를 수행 하였고, Harper(1966) 및 Heiss(1964) 등은 건조품의 질에 대한 보고를 하였다. 또한 De Buhr(1967) 및 Hamilton(1966) 등은 동결 건조 장치에 대한 특허를 취득 하는 등 외국에서는 개발이 완성된 단계에서 실용화에 의한 기계 장치의 개선점을 찾고 있다.

1980년대에 들어서는 Micro Heating 에 의한 동결 건조 장치의 개발이 시도 되고 있으며 이외에도 동결 건조의 열역학적인 면과 자동화, 제어면에서 많은 개발이 이루어지고 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 건조 가 이루어 진다.

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 승화조건의 악화로 건조 시간의 연장이 불가피한 상황이며 이로 인한 건조 시간의 단축에 한계가 있다.

또한 분말상태의 제품을 얻기 위해서는 건조 후 정밀한 분쇄과정이 필요하게 되는 단점이 있다.

따라서 진공동결건조 방법의 분쇄과정이 필요없이 분무에 의해 분말형태를 얻어내는 방법으로서 분무식 진공동결건조 방식이 요구되고 있다.

본 발명은 분무식 동결건조기에 관한 것으로 상세하게는 액체를 저온으로 동결시켜 건조시키는 분말 동결건조장치에 있어서, 상측에 액체 질소가 주입되어지도록 관통되어지는 주입홀이 형성되어지고, 상기 주입홀의 일측에 내부의 상태를 측정하는 센서가 삽입되어지는 신호라인홀이 형성되어지며, 길이방향으로 시료원액이 주입되어 하단에 형성되어진 노즐로 분사되어지는 공급구가 다수개 형성되어지고, 상하측으로 내부를 진공상태로 만들도록 공기를 흡입하는 흡입홀이 형성되어지는 챔버와; 상기 챔버의 내부에 설치되어 분말이 건조되어지는 트레이가 적층되어지도록 지지하는 지지대와; 상기 주입홀을 통해 주입되어지는 액체질소가 저장되며, 상기 공급구를 통해 분사되어지는 시료원액의 분사액이 저장되어지며, 상기 지지대에 적층되어지는 트레이;를 포함하여 구성되어지는 포함하여 구성되어지는 것을 특징으로 하는 분무식 동결건조기를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 하나의 챔버내에서 상하에 장착된 트레이에 액체질소를 주입하고 그위에 노즐이 결합된 다수개의 공급구를 통해 액체시료를 트레이 위로 분사하여 액체질소로 순간냉각시킨뒤 상하 트레이의 위치를 변환하여 반복한뒤 뚜껑을 닫아 챔버내부를 진공으로 만든뒤 냉동기로 냉각시켜 분말을 건조시키므로 하나의 챔버내에서 시료원액을 분말로 만듬과 동시에 이를 동결건조시키므로 설비가 간단해지는 효과가 있으며, 분말의 건조시간이 단축되어지는 효과가 있다.

액체를 저온 특히 극저온으로 동결시켜 건조시키는 분말 동결건조장치에 있어서, 상측에 액체 질소가 주입되어지도록 관통되어지는 주입홀(70)이 형성되어지고, 상기 주입홀(70)의 일측에 내부의 상태를 측정하는 센서가 삽입되어지는 신호라인홀(80)이 형성되어지며, 길이방향으로 시료원액이 주입되어 하단에 형성되어진 노즐로 분사되어지는 공급구(20)가 다수개 형성되어지고, 상하측으로 내부를 진공상태로 만들도록 공기를 흡입하는 흡입홀(30)이 형성되어지는 챔버(10)와; 상기 챔버(10)의 내부에 설치되어 분말이 건조되어지는 트레이(50)가 적층되어지도록 지지하는 지지대(40)와; 상기 주입홀(70)을 통해 주입되어지는 액체질소가 저장되며, 상기 공급구(20)를 통해 분사되어지는 시료원액의 분사액이 저장되어지며, 상기 지지대(40)에 적층되어지는 트레이(50);를 포함하여 구성되어진다.

이때, 상기 챔버(10)는 길이방향 일측에 뚜껑(60)이 결합되어 개폐되어지며, 상기 뚜껑(60)을 열고 상기 챔버(10)내의 트레이(50)를 상기 챔버(10)내에서 꺼내거나 넣을 수 있다.

그리고, 상기 지지대(40)는 다수개의 단으로 구성되어 각각의 단에 트레이(50)가 장착되어진다.

그리고 본원 발명인 분무식 동결건조기를 이용한 동결건조방법은 다음과 같다.

상측에 액체 질소가 주입되어지도록 관통되어지는 주입홀(70)이 형성되어지고, 상기 주입홀(70)의 일측에 내부의 상태를 측정하는 센서가 삽입되어지는 신호라인홀(80)이 형성되어지며, 길이방향으로 시료원액이 주입되어 하단에 형성되어진 노즐로 분사되어지는 공급구(20)가 다수개 형성되어지고, 상하측으로 내부를 진공상태로 만들도록 공기를 흡입하는 흡입홀(30)이 형성되어지는 챔버(10)내의 지지대에 상하 트레이를 장착하는 트레이 장착 단계(S10)와; 상기 주입홀(70)을 통해 상기 상측 트레이(50)로 액체질소를 주입하는 제1 액체질소 주입단계(S20)와; 상기 공급구(20)를 통해 시료원액이 상측 트레이(50)로 주입 분사되어지는 제1 시료분사 단계(S30)와; 상기 제1 시료분사 단계(S30)가 완료되어진후 액체질소가 증발할때까지 대기하는 제1 대기단계(S40)와; 상기 상하 트레이(50)의 상하 위치를 변경하는 트레이 위치변경단계(S50)와; 상기 주입홀(70)을 통해 액체질소를 주입하는 제2 액체질소 주입단계(S60)와; 상기 공급구(20)를 통해 시료원액이 상측 트레이(50)로 주입 분사되어지는 제2 시료분사 단계(S70)와; 상기 제2 시료분사 단계(S70)가 완 료되어진후 액체질소가 증발할때까지 대기하는 제2 대기단계(S80)와; 상기 제2 대기단계(S80)에서 액체질소가 완전히 증발되어진뒤 상기 챔버(10)의 길이방향 일측에 결합되어지는 뚜껑(60)을 덮어 고정시킨뒤 냉동기를 가동시켜 상기 챔버(10) 내부를 냉각시키고, 흡입홀(30)을 통해 상기 챔버(10) 내부를 진공상태로 만드는 동결건조단계(S90)와; 상기 동결건조단계(S90)에서 건조가 완료되어진뒤 상기 트레이(50)를 지지대(40)에서 분리하여 꺼내는 트레이 분리단계(S100);를 포함하여 이루어진다.

즉, 본 발명을 일 실시예를들어 좀더 상세하게 설명하면 다음과 같다.

상측에 액체질소가 주입되어지는 주입홀(70)이 형성되어지고, 내부의 환경을 측정하는 센서가 삽입되어지는 신호라인홀(80)이 상측에 형성되어지고, 시료원액이 주입되어 하단에 형성된 노즐로 내부에 설치되어지는 트레이(50)로 분사하는 공급구(20)가 다수개 형성되어지며, 상단과 하단에 내부를 진공상태로 만드는 흡입홀(30)이 형성되어 외부의 진공모터를 통해 내부를 진공상태로 만들고, 길이방향 일측에 뚜껑(60)이 결합되어지는 챔버의 내부에 다수개의 트레이(50)가 적층되어지도록 하는 다수개의 단으로 이루어진 지지대(40)가 설치되어지고, 상기 다수개의 단으로 이루어진 지지대는 각 층에 트레이(50)가 장착되어진다.

그리고 상기 본 발명을 이용한 건조방법은 상기 챔버(10) 내의 상측 트레이(50)에 상기 주입홀(70)을 통해 액체질소가 주입되어지면 상기 공급구(20)의 하측에 형성된 노즐를 통해 시료원액이 분사되어 상측 트레이(50)로 저장되어 냉각되어지며, 액체질소가 모두 증발되어지면 하측 트레이(50)와 상측 트레이(50)의 위치 를 바궈 다시 액체질소와 시료원액을 분사하는 과정을 반복 한뒤 액체질소가 모두 증발하면 뚜껑을 덮고 흡입홀(30)을 통해 상기 챔버(10) 내부를 진공 상태로 만든뒤 냉동기를 이용하여 상기 챔버(10) 내부를 냉동시키게된다. 이로인해 진공상태에서 시료원액이 분사되어 동결된 분말이 냉동 진공상태에서 건조되어진다.

이때, 상기 냉동기는 상기 챔버(10)가 진공상태가 되기전에 동작되어질 수 있으며, 진공상태 후에도 동작 가능하다.

도 1은 본 발명에 따른 분무식 동결건조기의 측단면도,

도 2는 본 발명에 따른 분무식 동결건조기의 정 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 분무식 동결건조기를 이용한 동결건조발법.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 챔버 20 : 공급구

30 : 흡입홀 40 : 지지대

50 : 트레이 60 : 뚜껑

70 : 주입홀 80 : 신호라인홀

Claims

액체를 저온으로 동결시켜 건조시키는 분말 동결건조장치에 있어서,

상측에 액체 질소가 주입되어지도록 관통되어지는 주입홀(70)이 형성되어지고, 상기 주입홀(70)의 일측에 내부의 상태를 측정하는 센서가 삽입되어지는 신호라인홀(80)이 형성되어지며, 길이방향으로 시료원액이 주입되어 하단에 형성되어진 노즐로 분사되어지는 공급구(20)가 다수개 형성되어지고, 상하측으로 내부를 진공상태로 만들도록 공기를 흡입하는 흡입홀(30)이 형성되어지는 챔버(10)와;

상기 챔버(10)의 내부에 설치되어 분말이 건조되어지는 트레이(50)가 적층되어지도록 지지하는 지지대(40)와;

상기 주입홀(70)을 통해 주입되어지는 액체질소가 저장되며, 상기 공급구(20)를 통해 분사되어지는 시료원액의 분사액이 저장되어지며, 상기 지지대(40)에 적층되어지는 트레이(50);를 포함하여 구성되어지는 것을 특징으로 하는 분무식 동결건조기.
제 1항에 있어서,

상기 챔버(10)는 길이방향 일측에 뚜껑(60)이 결합되어 개폐되어지며, 상기 뚜껑(60)을 열고 상기 챔버(10) 내의 트레이(50)를 상기 챔버 내에서 꺼내거나 넣을 수 있는 것을 특징으로 하는 분무식 동결건조기.
제 1항에 있어서,

상기 지지대(40)는 다수개의 단으로 구성되어 각각의 단에 트레이(50)가 장착되어지는 것을 특징으로 하는 분무식 동결건조기.
분무식 동결건조기를 이용한 방법에 있어서,

상측에 액체 질소가 주입되어지도록 관통되어지는 주입홀(70)이 형성되어지고, 상기 주입홀(70)의 일측에 내부의 상태를 측정하는 센서가 삽입되어지는 신호라인홀(80)이 형성되어지며, 길이방향으로 시료원액이 주입되어 하단에 형성되어진 노즐로 분사되어지는 공급구(20)가 다수개 형성되어지고, 상하측으로 내부를 진공상태로 만들도록 공기를 흡입하는 흡입홀(30)이 형성되어지는 챔버(10)내의 지지대(40)에 상하 트레이(50)를 장착하는 트레이 장착 단계(S10)와;

상기 주입홀(70)을 통해 상기 상측 트레이(50)로 액체질소를 주입하는 제1 액체질소 주입단계(S20)와;

상기 공급구(20)를 통해 시료원액이 상측 트레이(50)로 주입 분사되어지는 제1 시료분사 단계(S30)와;

상기 제1 시료분사 단계(S30)가 완료되어진후 액체질소가 증발할때까지 대기하는 제1 대기단계(S40)와;

상기 상하 트레이(50)의 상하 위치를 변경하는 트레이 위치변경단계(S50)와;

상기 주입홀(70)을 통해 액체질소를 주입하는 제2 액체질소 주입단계(S60)와;

상기 공급구를 통해 시료원액이 상측 트레이로 주입 분사되어지는 제2 시료분사 단계(S70)와;

상기 제2 시료분사 단계(S70)가 완료되어진후 액체질소가 증발할때까지 대기하는 제2 대기단계(S80)와;

상기 제2 대기단계(S80)에서 액체질소가 완전히 증발되어진뒤 상기 챔버(10)의 길이방향 일측에 결합되어지는 뚜껑(60)을 덮어 고정시킨뒤 냉동기를 가동시켜 상기 챔버(10) 내부를 냉각시키고, 흡입홀(30)을 통해 상기 챔버(10) 내부를 진공상태로 만드는 동결건조단계(S90)와;

상기 동결건조단계(S90)에서 건조가 완료되어진뒤 상기 트레이(50)를 지지대에서 분리하여 꺼내는 트레이 분리단계(S100);를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 분무식 동결건조기를 이용한 동결건조방법.