KR101105539B1 - 방향성 정유 물수증기 증류장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 외부 저면에 부착된 가열판(1) 및 배수관(2)을 가지는 시료증류추출기 몸체(10); 상기 시료증류추출기 몸체(10) 내면 원주상에 형성된 2이상의 받침부재(3); 수증기 배출구(11)가 형성된 상부 덮개(20); 상기 몸체(10)의 측방향에 수직하향으로 배치되고, 그 내부에는 연결관(14)에 의해 상기 덮개(20)의 배출구(11)와 연결된 나사형 냉각관(21)이 수직방향으로 내설되고, 상부에 냉각수의 유입구(22) 및 하부에 냉각수의 유입구(23)가 구비된 냉각응축기(30); 및 냉각응축기(30)의 유출구(22), 내부공간(24), 및 유입구(23)를 통해 냉각수를 환류시키는 냉매순환장치(40)를 포함하는 방향성 정유 물-수증기 증류장치를 제공한다.

방향성 정유, 물수증기 증류장치

Description

방향성 정유 물수증기 증류장치{Water and Steam distillation extraction apparatus}

본 발명은 방향성 정유 물-수증기 증류장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 천연정유의 생산성을 높이고, 작업의 효율성을 증가시켜 저비용, 고수율의 방향성 천연정유와 화장수를 생산할 수 있는 방향성 정유 물-수증기 증류장치에 관한 것이다.

휘발성 방향물질의 분별증류에서 시작된 향료화학은 중세에 들어 증류법의 진보로 인해 향료의 제조는 점차 공업의 형태를 갖추게 되었다. 식물조직으로부터 방향성 물질을 채취하기 위한 채유방법은 다양하다. 이 중 식물에 수증기를 불어 넣어 파괴된 세포나 그 조직으로부터 분리하거나 또는 증기압으로 분리하여 얻는 방향성 천연정유(에센셜 오일)는 수분과 다상 다성분계의 혼합물이 되고, 정유와 수분이 혼합된 증기압의 합은 증류관의 총합과 같으므로 수증기를 따라서 비등되어 증류된다.

현재까지 주로 사용되는 수증기를 증류하는 방법으로는 물증류, 물수증기 증류, 수증기증류의 3가지 방법으로 대별되고 있다.

수증기를 증류하는 방법으로 먼저 물증류(Water Distillation)는 채유원료를 물속에 넣고 가열할 때 원료가 끓는 물에 침적되어 수증기에 의해 고괴상이 되는 오렌지꽃, 장미 등과 고비점을 요하는 수목류, 수피, 수간, 근, 줄기 등에 적합한 방법이다.

또 물-수증기증류법(Water and Steam Distillation)은 채유원료를 증류부 내부에 장치된 격자 위에 층을 쌓고 아래에 물을 가하여 증류된 수증기가 시료를 통과하면서 분리된 휘발성 정유성분이 수증기에 혼합된 것을 채유하는 방법으로, 식물원료는 물에 접촉하지 않기 때문에 과열되지 않은 장점이 있어 주로 중간비점을 요하는 일부 종자, 열매, 과피, 일부 꽃, 전초, 엽 등의 식물에 적용할 수 있는 방법이다.

수증기증류법(Steam Distillation)은 가장 보편적인 채유방법으로 증류가마에 원료를 넣고 밑바닥에서 수증기를 불어넣어 정유를 채취하는 방법으로 주로 저비점을 요하는 증류방법이다.

국내산 방향식물을 이용하여 식품향료 및 향장품 향 개발을 시도하여 왔지만, 고 수율 정유 생산 공정기술의 부재로 산업화 되지는 못하고 있는 실정이고, 국내에서 아로마 증류추출장치에 관한 기술이 보고된 바 있지만 기술상 품질이 일정한 정유를 얻기가 힘들며 정유 회수율이 낮아 개선해야 할 여러 문제점을 갖고 있다.

더욱이 아직까지도 국내에서는 수증기 증류추출기가 개발되어 있지 않아 향료자급화를 위한 기술개발은 거의 초보단계에 있으며 향료수입액은 년간 1,800억달러에 이르고 있다. 그동안 향료자급화를 위해 학계에서 많은 연구를 수행하여 왔지만 정유수율이 현저히 낮고 유기용매 등을 이용한 방법을 활용하여 식물체의 향기성분을 확인하는 정도여서 정유추출 및 생산에 대한 연구개발은 거의 이루어지지 않아 향료산업은 거의 수입 의존으로 향료의 자급화가 시급한 실정이다.

본 발명은 상기한 바와 같이 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 천연정유의 생산성을 높이고, 작업의 효율성을 증가시켜 저비용, 고수율의 방향성 천연정유와 화장수를 생산할 수 있는 방향성 정유 물-수증기 증류장치를 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.

(1) 외부 저면에 부착된 가열판(1) 및 배수관(2)을 가지는 시료증류추출기 몸체(10); 상기 시료증류추출기 몸체(10) 내면 원주상에 형성된 2이상의 받침부재(3); 수증기 배출구(11)가 형성된 상부 덮개(20); 상기 몸체(10)의 측방향에 수직하향으로 배치되고, 그 내부에는 연결관(14)에 의해 상기 덮개(20)의 배출구(11)와 연결된 나사형 냉각관(21)이 수직방향으로 내설되고, 상부에 냉각수의 유출구(22) 및 하부에 냉각수의 유입구(23)가 구비된 냉각응축기(30); 및 냉각응축기(30)의 유입구(23), 내부공간(24), 및 유출구(22)를 통해 냉각수를 환류시키는 냉매순환장치(40)를 포함하는 방향성 정유 물-수증기 증류장치.

(2) 상기 제 1항에 있어서, 가열부의 가열온도와 가열시간을 제어하기 위한 온도조절기 및 타이머가 상기 가열부에 연결된 것을 특징으로 하는 방향성 정유 물 -수증기 증류장치.

(3) 외부 저면에 부착된 가열판(1) 및 배수관(2)을 가지는 시료증류추출기 몸체(10); 상기 시료증류추출기 몸체(10) 내면 원주상에 형성된 2이상의 받침부재(3); 수증기 배출구(11)가 형성된 상부 덮개(20); 상기 받침부재(3)를 매개하여 상기 몸체(10) 내부 공간에 거치되는 투공성 원형상판(12); 상기 몸체(10)의 측방향에 수직하향으로 배치되고, 그 내부에는 연결관(14)에 의해 상기 덮개(20)의 배출구(11)와 연결된 나사형 냉각관(21)이 수직방향으로 내설되고, 상부에 냉각수의 유출구(22) 및 하부에 냉각수의 유입구(23)가 구비된 냉각응축기(30); 및 냉각응축기(30)의 유출구(22), 내부공간(24), 및 유입구(23)를 통해 냉각수를 환류시키는 냉매순환장치(40)를 포함하는 방향성 정유 물-수증기 증류장치.

(4) 상기 제 3항에 있어서, 투공성 원형상판의 지름 양단에 걸쇠가 부착된 것을 특징으로 하는 방향성 정유 물-수증기 증류장치.

(5) 상기 제 1항 또는 제 3항에 있어서, 증류추출기 몸체(10), 나사형 냉각관(21) 및 냉각응축기(30)는 구리재질로 구성되어지는 것을 특징으로 하는 방향성 정유 물-수증기 증류장치.

본 발명에 의한 방향성 정유 물-수증기 증류장치는 천연정유의 생산성을 높이고, 작업의 효율성을 증가시켜 저비용, 고수율의 방향성 천연정유와 화장수를 생산할 수 있게 한다.

또한, 본 발명의 장치는 고비점의 물증류와 물수증기증류를 겸할 수 있고 용매추출에서와 같이 용매제거가 필요없이 안정성이 높은 방향성 정유를 얻는 것이 가능하여 대규모의 방향성 천연정유 생산에 적합하다.

본 발명 장치를 이용하여 추출된 방향성 정유와 화장수는 향료, 식품, 향장류, 의약품 내지 대체 의약품 등의 다양한 산업용 조성물로 유용하게 사용할 수 있다.

본 발명은 외부 저면에 부착된 가열판(1) 및 배수관(2)을 가지는 시료증류추출기 몸체(10); 상기 시료증류추출기 몸체(10) 내면 원주상에 형성된 2이상의 받침부재(3); 수증기 배출구(11)가 형성된 상부 덮개(20); 상기 몸체(10)의 측방향에 수직하향으로 배치되고, 그 내부에는 연결관(14)에 의해 상기 덮개(20)의 배출구(11)와 연결된 나사형 냉각관(21)이 수직방향으로 내설되고, 상부에 냉각수의 유출구(22) 및 하부에 냉각수의 유입구(23)가 구비된 냉각응축기(30); 및 냉각응축기(30)의 유출구(22), 내부공간(24), 및 유입구(23)를 통해 냉각수를 환류시키는 냉매순환장치(40)를 포함하는 방향성 정유 물-수증기 증류장치를 포함한다.

또한 본 발명은 외부 저면에 부착된 가열판(1) 및 배수관(2)을 가지는 시료증류추출기 몸체(10); 상기 시료증류추출기 몸체(10) 내면 원주상에 형성된 2이상의 받침부재(3); 수증기 배출구(11)가 형성된 상부 덮개(20); 상기 받침부재(3)를 매개하여 상기 몸체(10) 내부 공간에 거치되는 투공성 원형상판(12); 상기 몸 체(10)의 측방향에 수직하향으로 배치되고, 그 내부에는 연결관(14)에 의해 상기 덮개(20)의 배출구(11)와 연결된 나사형 냉각관(21)이 수직방향으로 내설되고, 상부에 냉각수의 유출구(22) 및 하부에 냉각수의 유입구(23)가 구비된 냉각응축기(30); 및 냉각응축기(30)의 유출구(22), 내부공간(24), 및 유입구(23)를 통해 냉각수를 환류시키는 냉매순환장치(40)를 포함하는 방향성 정유 물-수증기 증류장치를 포함한다.

이하 본 발명의 내용을 도면을 참조하여 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명에 따른 물수증기 증류장치의 구성도이다.

몸체(10) 내부는 물을 저장하는 수조로서 기능한다. 이러한 몸체(10)는 물과 시료를 담는 곳으로 외부 저면에 부착된 가열판(1)의 열을 받아 장치내에 침적된 시료의 물이나 시료가 물에 침적되지 않고 물이 비등되어 발생하는 고압수증기가 격자선반위로 쌓여진 시료를 통과하면서 유리, 생성된 방향성 물질을 함유한 수증기를 발생시키는 장소로 제공된다.

본 발명에서는 가열판(1)이 몸체(10) 외부의 저면에 부착된다. 가열판(1)을 외부 저면에 부착함으로써 물과의 직접 접촉을 피할 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 가열판(1)을 나선형으로 넓게 부착할 경우 가열범위를 확장할 수 있고, 시료증류기 내의 물이 고르고 빠르게 비등되어 풍부한 증기압이 발산될 수 있도록 할 수 있다.

가열판(1)은 몸체(10) 외부 표면에 부착되거나, 또는 독립하여 존재하는 온도제어부(50)와 연결된다. 온도제어부(50)는 온도조절부와 일정시간동안 추출할 수 있도록 시간타이머가 장착되어 시료 및 추출방법에 따라 다양한 가열온도 및 정유추출시간을 설정할 수 있도록 한다. 정유추출시간이 완료되면 가열판(1)의 온도가 자동 소등되어 불필요한 가열로 인한 에너지 낭비를 줄이고 자동소등으로 안심하고 정유를 추출할 수 있다.

또 추출 후 폐잔여물을 몸체(10) 외부로 배출하도록 몸체 하부 중앙에 수직으로 배수관(2)이 연결되며, 특히 한정되는 것은 아니며 가열판(1)의 중앙부를 통과하도록 연결될 수 있다. 배수관에는 배수량을 조절할 수 있도록 유량밸브(4)가 부착된다.

몸체(10)는 원통형의 구조로 몸체 총 원통길이와 원통지름의 길이의 비가 35:65 ~ 40:60이 되도록 하는 것이 좋다. 이러한 경우 가열부위가 넓어져 열을 고르게 전달할 수 있으므로 물의 비등에 의한 고압의 수증기 발생이 용이해진다.

또, 몸체(10)는 작업능률을 고려할 때 총 원통길이가 성인키의 0.7~0.9배에 해당하는 높이가 바람직하지만, 대량생산의 경우에 1~1.5배 이상으로 할 수 있고, 이 경우 원통지름의 길이도 이와 비례하여 조절하는 것이 좋다.

몸체(10)의 재질은 열전도율이 높아 가열에 의한 열효율성이 높은 구리를 사용하는 것이 좋다.

몸체(10)의 내부에는 추출하고자 하는 시료를 올려 놓기 위한 격자선반이 장착되며, 본 발명의 실시예에서 격자선반은 도 3a에 도시된 바와 같은 투공성 원형상판(12)으로 한다. 투공성 원형상판(12)은 상판에 형성된 많은 투공이 형성되어 이곳으로 수증기가 통과할 수 있는 구조를 가진다. 이 경우 원형상판(12)은 물에 잠기지 않도록 저수면과 충분한 단차를 두고 설치되어야 한다.

또 투공성 원형상판(12)의 직경 양단에는 반원형의 걸쇠(13)를 부착하여 고리형 쇠막대 등을 이용하여 외부에서 쉽게 들어 올릴 수 있도록 하는 것이 좋다.

상기 투공성 원형상판(12)을 몸체(10)의 내부에 고정시키기 위하여 적어도 2 이상의 받침부재(3)가 원주상에 일정간격으로 설치된다. 바람직하게는 투공성 원형상판(12)을 몸체(10)의 내부에 다단으로 설치할 수 있도록 이러한 받침부재(3)는 단차를 두어 상하방향으로 다단으로 설치된다(도 3b). 투공성 원형상판(12)을 다단으로 장착하는 경우는 일반적으로 꽃잎과 유엽같이 부드럽게 처리해야 하는 시료가 적용되어야 하는 경우를 들 수 있다.

상기 실시예에서 받침부재(3)는 단순한 받침턱의 형상으로 돌출하여 형성되며, 원형상판(12)의 가장자리가 상기 받침턱에 얹혀지도록 되어 있지만, 단순히 받침턱의 경우로 한정될 필요는 없으며, 체결고리의 형태로도 가능하다. 이 경우 원형상판(12)의 가장자리에는 이와 대응하는 체결돌기구조(미도시)가 형성되어 있으면 된다. 이와는 반대로 받침부재(3)를 체결돌기로 형성하고, 원형상판(12)의 가장자리에 체결고리를 두어도 좋다.

몸체(10)의 상부에는 몸체 내부에서 증류된 수증기의 배출구(11)가 형성된 상부 덮개(20)가 몸체의 상단부와 탈착가능하도록 결합된다. 상기 배출구(11)는 대략 역U자형의 연결관(14)을 매개하여 나사형 냉각관(21)과 연결된다. 연결관(14)은 덮개(20)와 나사결합 방식에 의해 착탈될 수 있도록 하거나 고정식으로 설치될 수도 있다. 다만 연결관(14)의 청소를 위해 착탈식으로 하는 것이 바람직하다. 또한 연결관(14)은 관의 직경이 점차 감소하는 형태의 것을 사용하는 것이 바람직하다.

물증류 및 수증기증류 추출에 의해 증기압으로 유리된 방향성을 띤 휘발성의 다상 다성분계 혼합물의 증기는 상기 연결관(14)을 통과하여 냉각응축기(30)로 들어간다. 도 1에 도시된 바와 같이 냉각응축기(30)는 몸체(10)의 측면에 수직하향하게 결합되며, 그 상부에 냉각수 유출구(22)와 하부에 냉각수 유입구(23)를 가지고, 내부 공간(24)에 나사형 냉각관(21)이 설치된다. 하부 냉각수 유입구(23)를 통해 들어온 냉각수는 냉각 응축기(30)의 내면과 나사형 냉각관(21)의 외면사이의 공간을 흐르면서 나사형 냉각관(21)을 통과하는 수증기로부터 열을 빼앗아 수증기를 응축시키고 상부의 냉각수 유출구(22)를 통해 배출된다. 이때 냉각수의 순환은 냉각 응축기(30) 내부에 설치되거나 외부에 설치된 순환펌프(미도시)에 의해 수행될 수 있다. 따라서, 연결관(14)을 통과하여 나사형 냉각관(21)으로 유입된 수증기는 냉각수에 열을 빼앗겨 응축된 후 방향성 정유, 화장수로서 분별 수집통(60)으로 회수된다.

상기와 같은 연결관(14), 나사형 냉각관(21)과 이를 포함하는 냉각응축기(30)는 열전도율이 좋은 구리재질로 하는 것이 바람직하다. 이는 장치의 이동이나 분리시 또는 장치의 세척시 파손율이 없어 안전하고, 고온가열과 저온냉각이 빠른 급격한 온도변화에 대하여도 안정성이 높기 때문이다. 특히 증류추출이 완료된 후 위 장치들은 구조상 정유세척이 어려운데 구리재질로 하는 경우 고온세척으로 잔류된 정유를 쉽게 제거할 수 있어 다른 종류의 원료를 채유하더라도 이전에 채유된 정유가 혼합 유입되지 않아 순수한 고품질의 정유를 생산할 수 있다.

냉각수의 환류를 위해 통상적인 냉매순환장치(40), 예를 들어 수냉식 자동냉각기 등이 이용될 수 있다. 이러한 장치는 정유추출시료의 종류와 증류추출방법에 따라 원하는 냉각온도를 설정할 수 있도록 하는 것이 좋다. 이로 인해 냉각응축기(30) 내에 시료에 따른 일정한 냉각온도를 유지할 수 있어 휘발성이 강한 향기물질의 포집과 방향성이 강한 고품질의 정유를 회수율이 높게 회수할 수 있다.

몸체(10)의 수조 내부에는 물의 양을 파악하기 위해 수위센서(미도시)가 설치된다. 몸체(10)의 저수량은 바람직하게는 총 원통길이의 최대 1/2 까지로 하며, 수위선은 외관으로 확인이 가능하도록 강화유리관(70)이 수위선 최대 높이만큼 외부로 돌출되어 수위를 육안으로 확인하여 조절할 수 있도록 한다.

상기와 같은 구성의 본 발명 증류장치는 추출용량의 크기를 50~100kg 이상까지 제작할 수 있어 소규모에서 대규모에 이르는 허브전문생산업자나 허브농원, 정유를 전문으로 생산하는 산업체에서 활용할 수 있다. 또, 천연정유의 생산성을 높이고 작업의 효율성을 증가시켜 저비용, 고수율의 방향성 천연정유와 화장수를 생산할 수 있다.

또한 본 발명에 따른 증류장치는 가장 보편적으로 사용되는 고비점의 물증류와 일반 물수증기증류를 겸할 수 있고, 용매추출에서와 같이 용매제거가 필요없이 안정성이 높은 방향성의 정유를 얻을 수 있어 대규모 방향성 천연정유의 생산에 적합한 장치이다.

본 발명에 따른 추출장치를 이용하여 추출된 방향성의 정유와 화장수는 향료, 식품, 향장류, 의약품, 대체의약용 등의 다양한 산업용 조성물로 유용하게 사 용할 수 있다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 물수증기 증류장치의 구성도

도 2는 본 발명에 따른 증류장치의 외부 저면에 부착된 가열판의 구성도

도 3a는 본 발명에 따른 증류장치의 투공성 원형상판의 구성도

도 3b는 본 발명에 따른 증류장치의 투공성 원형상판이 다단형으로 안착된 장치내부의 구성도

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

1: 가열판

2: 배수관

3: 받침부재

4: 유량밸브

10: 시료증류추출기 몸체

11: 수증기 배출구

12: 투공성 원형상판

13: 걸쇠

14: 연결관

20: 상부 덮개

21: 나사형 냉각관

22: 냉각수 유출구

23: 냉각수 유입구

24: 내부공간

30: 냉각응축기

40: 냉매순환장치

50: 온도제어부

60: 분별수집통

70: 강화유리관

Claims (5)

1. 외부저면에 부착되며 가열온도와 가열시간을 제어하기 위한 온도조절기 및 타이머가 연결된 나선형 가열판(1), 및 배수관(2)을 가지는 시료증류추출기 몸체(10); 상기 시료증류추출기 몸체(10) 내면 원주상에 형성된 2이상의 받침부재(3); 상기 몸체의 상단부와 착탈가능하게 결합되고, 수증기 배출구(11)가 형성된 상부 덮개(20); 상기 받침부재(3)를 매개하여 상기 몸체(10) 내부 공간에 거치되며, 지름 양단에 걸쇠가 부착된 투공성 원형상판(12); 상기 몸체(10)의 측방향에 수직하향으로 배치되고, 그 내부에는 직경이 점차 감소하는 역U자형으로 상기 덮개와 나사결합에 의해 착탈될 수 있도록 고정된 연결관(14)에 의해 상기 덮개(20)의 배출구(11)와 연결된 나사형 냉각관(21)이 수직방향으로 내설되고, 상부에 냉각수의 유출구(22) 및 하부에 냉각수의 유입구(23)가 구비된 냉각응축기(30); 및 냉각응축기(30)의 유입구(23), 내부공간(24), 및 유출구(22)를 통해 냉각수를 환류시키는 냉매순환장치(40)를 포함하며,

   상기 증류추출기 몸체(10), 연결관(14), 나사형 냉각관(21) 및 냉각응축기(30)는 구리재질로 구성되어지고,

   상기 몸체의 수조내부에 수위센서를 포함하며, 수위를 육안으로 확인하여 조절할 수 있도록 몸체의 측면에 강화유리관이 수위선 최대 높이만큼 외부로 돌출된 것을 특징으로 하는 방향성 정유 물-수증기 증류장치.
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