KR101463853B1 - 동결건조기용 발열 및 발냉장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동결건조기용 발열 및 발냉장치에 관한 것으로서, 내부에 비순환열매체가 수용되는 열매체용기와, 상기 열매체용기의 일측에 밀접 배치되어 상기 열매체용기를 가열하는 히터와, 상기 열매체용기에 의해 그 하단부가 감싸여지고 그 내부에 순환열매체가 저장되며 그 상단부에 순환열매체가 공급되는 공급유로 및 회수되는 회수유로가 각각 마련된 진공탱크와, 상기 진공탱크의 공급유로 및 회수유로와 각각 연결되고 상기 순환열매체가 소정의 경로를 따라 순환된 후 배출되도록 하는 순환경로를 갖는 냉열판과, 상기 냉열판의 순환경로를 따라 배치되고 냉매를 순환시켜 상기 순환경로를 따라 흐르는 순환열매체와 열교환이 이루어지도록 하는 냉매유로를 포함하는 구성으로 되어 있다.
따라서, 히트파이프 원리를 적용하여 순환냉매의 온도를 조절을 통해 냉열판을 고온에서부터 극저온 상태로 온도 제어가 가능하도록 함으로써, 기본적으로 전반적인 장치의 간소화를 통한 비용절감을 도모할 수 있게 됨은 물론 열매체 손실 보충이나 열매체펌프 수리 등이 필요없게 되면서 유지관리비가 절감되고 고장율이 낮아지며 운전가동이 향상되는 등 결과적으로 장치의 신뢰성 및 안전성 확보를 꾀할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

Description

동결건조기용 발열 및 발냉장치{Apparatus for generating heat and cold air for freeze drier}

본 발명은 동결건조기용 발열 및 발냉장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 히트파이프 원리를 적용하여 히터를 통한 진공탱크 내의 순환냉매의 온도를 조절하여 냉열판에서 냉매유로와의 열교환을 통해 냉열판에 대한 고온에서부터 극저온 상태의 온도 제어가 가능하도록 함으로써, 기본적으로 전반적인 장치의 간소화를 통한 비용절감을 도모할 수 있게 됨은 물론 열매체 손실 보충이나 열매체펌프 수리 등이 필요없게 되면서 유지관리비가 절감되고 고장율이 낮아지며 운전가동이 향상되는 등 결과적으로 장치의 신뢰성 및 안전성 확보를 꾀할 수 있게 되는 동결건조기용 발열 및 발냉장치에 관한 것이다.

일반적으로 동결건조기라 함은 냉각 온도가 서로 다른 건조실과 콜트트랩을 마련하여 상기 건조실에서는 시료(수분 및 용매)를 소정의 온도로 냉각시켜 비산됨이 없이 동결 건조시키고 상기 콜드트랩에서는 상기 시료에서 분리된 증기 상태의 수분 및 용매를 콜드트랩에서 동결포집하고, 미 포집된 가스는 진공펌프로 흡입하여 냉동 포집하기 위한 장치를 말한다.

이러한 동결건조기에 대한 종래 기술을 개략적으로 살펴보면, 도 1에서 나타낸 것과 같이, 냉매를 고온고압으로 압축시키는 압축기(1)와, 상기 고온고압의 냉매를 응축시키는 응축기(2)와, 상기 응축된 혼합냉매를 기상냉매와 액상냉매로 기액 분리시키는 기액분리기(3)와, 상기 기액분리기(3)의 액상냉매가 팽창 분사되어 저온저압 상태로 공급되고 상기 기상냉매는 상기 액상냉매와 열교환되어 응축된 후 다음 단계로 공급되도록 하는 열교환기(4)와, 상기 열교환기(4)를 거쳐 응축된 냉매를 팽창시켜 서로 다른 온도의 냉기를 얻는 제1, 2냉각부(5a,5b)와, 상기 복수의 냉각부(5a,5b)를 거친 냉매가 상기 압축기(1)로 회수되도록 하는 냉매회수유로(6)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

여기서, 상기 제1냉각부(5a)가 상기 건조실이 되어 시료를 동결 건조시키고, 상기 제2냉각부(5b)가 상기 콜드트랩이 되어 증기 상태의 수분 및 용매를 냉동 포집하게 되는 것이다.

그러나, 이러한 종래 기술의 동결건조기는 기본적으로 그 구조가 매우 복잡할 뿐만 아니라 열매체가 진공 상태로 밀봉되어 있지 않기 때문에 그 손실에 따른 열매체를 보충해야하는 번거로움이 있고, 또한, 이러한 열매체의 보충 작업에 필요한 열매체펌프의 이상시 이 열매체펌프의 수리 작업 등도 병행되어야 하는 등의 문제점을 갖고 있었다.

KR 10-0889789 B1

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로서, 히트파이프 원리를 적용하여 히터를 통한 진공탱크 내의 순환냉매의 온도를 조절하여 냉열판에서 냉매유로와의 열교환을 통해 냉열판에 대한 고온에서부터 극저온 상태의 온도 제어가 가능하도록 함으로써, 기본적으로 전반적인 장치의 간소화를 통한 비용절감을 도모할 수 있게 됨은 물론 열매체 손실 보충이나 열매체펌프 수리 등이 필요없게 되면서 유지관리비가 절감되고 고장율이 낮아지며 운전가동이 향상되는 등 결과적으로 장치의 신뢰성 및 안전성 확보를 꾀할 수 있게 되는 동결건조기용 발열 및 발냉장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

이와 같은 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 동결건조기용 발열 및 발냉장치는, 내부에 비순환열매체가 수용되는 열매체 용기와; 상기 열매체용기의 저면에 밀착 배치되고, 별도의 온도제어 콘트롤러에 의해 정밀 제어되어 상기 열매체용기를 가열하는 히터; 상기 열매체용기에 의해 그 하단부가 감싸여지고, 그 내부에 순환열매체가 저장되며, 그 상단부에 순환열매체가 공급되는 공급유로 및 회수되는 회수유로가 각각 마련된 진공탱크; 상기 진공탱크의 공급유로 및 회수유로와 각각 연결되고, 상기 순환열매체가 소정의 경로를 따라 순환된 후 배출되도록 하는 순환경로를 갖는 냉열판; 상기 냉열판의 순환경로를 따라 배치되고 냉매를 순환시켜 상기 순환경로를 따라 흐르는 상기 냉열판 내부 공기를 냉각시키는 냉매유로;를 포함하여 구성되는 동결건조기용 발열 및 발냉장치에 있어서, 상기 냉매유로로 흐르는 냉매 흐름을 차단하고, 상기 히터로 비순환열매체를 가열하며, 이 비순환열매체의 가열량에 의해 기상으로 변화된 순환열매체를 상기 냉열판의 순환경로를 따라 통과시켜 상기 순환경로상의 열매체로 상기 냉열판을 0~60도 이내의 온도로 가열하거나, 또는 상기 히터의 작동을 정지시키고, 상기 냉매유로로 냉매를 순환시켜 상기 냉열판 내부 공기를 냉각하며, 냉각된 내부 공기를 상기 냉열판의 순환경로를 따라 통과시켜 상기 냉열판을 0~-115도 이내의 온도로 냉각하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 동결건조기용 발열 및 발냉장치는, 상기 냉열판의 순환경로는 하단부가 상기 냉열판의 폭 방향으로 일정간격 이격되고, 상기 냉열판의 하단부와 연결되며, 그 상단부가 냉열판의 상단부와 일정거리 이격되는 구조를 갖는 상단 개방 구조의 복수의 제1격판과, 상기 복수의 제1격판 사이에 배치되고 그 하단부가 상기 냉열판의 하단부와 일정거리 이격되고 그 상단부가 냉열판의 상단부와 연결되는 구조를 갖는 하단 개방 구조의 복수의 제2격판을 통해 상하 지그재그 유로를 갖도록 형성되고, 상기 진공탱크의 공급유로는 상기 냉열판의 폭 방향 양단부에 각각 연결되며 상기 회수유로는 상기 냉열판의 중앙에 연결되는 구조로 되어, 상기 순환열매체가 공급유로를 통해 냉열판의 양측으로 공급된 후 상하 지그재그 순환경로를 거친 다음 중앙의 회수유로를 통해 상기 진공탱크로 순환되는 과정이 반복되는 것을 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 동결건조기용 발열 및 발냉장치는, 상기 제1격판 중 폭 방향을 따르는 양단부에 배치된 각각의 제1격판을 제외한 나머지 중앙의 제1격판의 하단부에 이 제1격판을 사이에 두고 그 양측 순환경로 상의 열매체가 서로 연통되도록 하는 연통공이 마련되고, 상기 복수의 제2격판 상단부에 각각 이들 제2격판을 사이에 두고 그 양측 순환경로 상의 열매체가 서로 연통되도록 하는 연통공이 마련된 것을 특징으로 한다.

이상에서와 같이, 본 발명에 따른 동결건조기용 발열 및 발냉장치는 히트파이프 원리를 적용하여 히터를 통한 진공탱크 내의 순환냉매의 온도를 조절하여 냉열판에서 냉매유로와의 열교환을 통해 냉열판에 대한 고온에서부터 극저온 상태의 온도 제어가 가능하도록 함으로써, 기본적으로 전반적인 장치의 간소화를 통한 비용절감을 도모할 수 있게 됨은 물론 열매체 손실 보충이나 열매체펌프 수리 등이 필요없게 되면서 유지관리비가 절감되고 고장율이 낮아지며 운전가동이 향상되는 등 결과적으로 장치의 신뢰성 및 안전성 확보를 꾀할 수 있게 되는 등의 효과를 얻는다.

도 1은 종래 기술에 따른 동결건조기를 나타낸 개략 회로도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 동결건조기용 발열 및 발냉장치에 적용되는 냉각사이클을 나타낸 개략 회로도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 동결건조기용 발열 및 발냉장치를 나타낸 개략도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2 및 도 3에서 나타낸 것과 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 동결건조기용 발열 및 발냉장치는 내부에 비순환열매체가 수용되는 열매체용기(10)와, 상기 열매체용기(10)의 일측에 밀접 배치되어 상기 열매체용기(10)를 가열하는 히터(20)와, 상기 열매체용기(10)에 의해 그 하단부가 감싸여지고 그 내부에 순환열매체가 저장되며 그 상단부에 순환열매체가 공급되는 공급유로(31) 및 회수되는 회수유로(32)가 각각 마련된 진공탱크(30)와, 상기 진공탱크(30)의 공급유로(31) 및 회수유로(32)와 각각 연결되고 상기 순환열매체가 소정의 경로를 따라 순환된 후 배출되도록 하는 순환경로(41)를 갖는 냉열판(40)과, 상기 냉열판(40)의 순환경로(41)를 따라 배치되고 냉매를 순환시켜 상기 순환경로(41)를 따라 흐르는 순환열매체와 열교환이 이루어지도록 하는 냉매유로(50)를 포함하는 구성으로 되어 있다.

그리고, 상기 열매체용기(10)의 상단 일측에는 상기 비순환열매체를 주입하기 위한 주입구(11) 및 배출시키기 위한 배출구(12)가 각각 마련되어 있다.

즉, 상기 비순환열매체는 교체가 가능하게 되고, 반면에 상기 순환열매체는 상기 진공탱크(30) 제작시 이 진공탱크(30) 내에 투입된 상태로 진공 폐쇄된다.

여기서, 상기 비순환열매체는 실리콘오일이고, 상기 순환열매체는 에틸알콜 또는 노벡7200을 적용한다.

그리고, 상기 히터(20)는 상기 열매체용기(10)의 저면에 밀착 배치되고, 별도의 일반적인 온도제어 콘트롤러(미도시)에 의해 상기 냉열판(40)의 발생 온도가 대략 섭씨 0도 ~ 60도의 범위를 갖도록 조절한다.

그리고, 상기 냉매유로로 흐르는 냉매는 냉열판 내부 공기를 냉각하여, 이 냉각된 공기가 상기 냉열판의 순환경로를 따라 통과되어 상기 냉열판을 섭씨 0 ~ -115도의 범위를 갖도록 조절한다.

그리고, 상기 냉열판(40)의 순환경로(41)는 상기 냉열판(40)의 폭 방향으로 일정간격 이격되고 각각의 상하단부에 교대로 통로를 갖는 복수의 격판(42)에 의해 상하 지그재그 흐름 구조가 되며, 상기 진공탱크(30)의 공급유로(31)는 상기 냉열판(40)의 폭 방향 양단부에 각각 연결되며 상기 회수유로(32)는 상기 냉열판(40)의 중앙에 연결되는 구조로 되어, 상기 순환열매체가 공급유로(31)를 통해 냉열판(40)의 양측으로 공급된 후 상하 지그재그 순환경로(41)를 거친 다음 중앙의 회수유로(32)를 통해 상기 진공탱크(30)로 순환되는 과정이 반복되도록 되어 있다.

그리고, 상기 회수유로(32)는 그 상단부가 상기 냉열판(40)의 중앙부에 연결되고 그 하단부가 상기 진공탱크(30)의 내부를 관통하여 하방의 순환열매체로 직접 연결되는 구조로 되어, 상기 비순환열매체의 가열에 의해 기상인 상태로 냉열판(40)에 공급된 후 상기 냉매유로(50) 내의 냉매와 열교환을 통해 액상으로 응축된 액상 순환열매체를 회수할 수 있도록 되어 있다.

여기서, 상기 냉매유로(50)는 상기 냉열판(40)의 외부에 마련된 별도의 냉각사이클(미도시)의 증발부에 해당됨은 자명할 것이다.

그리고, 상기 냉열판(40)의 순환경로(41)는, 상기 복수의 격판(42) 중 그 하단부가 상기 냉열판(40)의 하단부와 연결되고 그 상단부가 냉열판(40)의 상단부와 일정거리 이격되는 구조를 갖는 상단 개방 구조의 복수의 제1격판(42a)과, 상기 복수의 제1격판(42a) 사이에 배치되고 그 하단부가 상기 냉열판(40)의 하단부와 일정거리 이격되고 그 상단부가 냉열판(40)의 상단부와 연결되는 구조를 갖는 하단 개방 구조의 복수의 제2격판(42b)을 통해 상하 지그재그 유로를 갖도록 하는 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 제1격판(42a) 중 폭 방향을 따르는 양단부에 배치된 각각의 제1격판(42a)을 제외한 나머지 중앙의 제1격판(42a)의 하단부에 이 제1격판(42a)을 사이에 두고 그 양측 순환경로(41) 상의 열매체가 서로 연통되면서 원활한 순환이 이루어지도록 하는 연통공(42a1)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 복수의 제2격판(42b) 상단부에 각각 이들 제2격판(42b)을 사이에 두고 그 양측 순환경로(41) 상의 열매체가 서로 연통되도록 하는 연통공(42b1)이 형성되어 있다.

그리고, 상기 진공탱크(30)의 일측에는 진공센서(33) 및 진공봉합밸브(34)가 각각 마련되어 있다.

이러한 구성에 따른 본 발명의 일 실시예인 동결건조기용 발열 및 발냉장치의 작동 상태를 살펴보면, 우선 냉매유로로 흐르는 냉매 흐름을 차단하고, 온도제어 콘트롤러를 통해 히터(20)의 가열온도를 결정하여 히터(20)를 작동시킨다.

그러면, 상기 열매체용기(10)의 비순환열매체가 가열되고 이 가열량은 다시 진공탱크(30) 내의 순환열매체로 전달되어 이 순환열매체가 기상으로 변환되도록 한다.

그러고 나서, 상기 기상으로 변환된 순환열매체가 상기 공급유로(31)를 따라 상기 냉열판(40)의 양단 순환경로(41)로 공급되고 그 내부의 격판(42)을 따라 상하 지그재그 방식으로 순환된 후 그 내부의 공기와 열교환을 수행한 후 응축되어 액상으로 변환된 후 상기 냉열판(40) 중앙의 회수유로(32)를 통해 상기 진공탱크(30)로 회수된다.

이에 따라, 상기 순환열매체가 상기 냉열판 내의 공기와 열교환을 통해 상기 냉열판이 대략 섭씨 0도 ~ 60도의 범위 내에서 열기를 발생하도록 한다.

한편, 상기 냉열판을 냉각하는 경우에는, 상기 히터(20)의 작동을 정지시키고, 상기 냉매유로(50)로 냉매를 순환시킨다.

그러면, 상기 냉열판(40) 내의 공기가 냉매가 통과되는 상기 냉매유로(50)와의 열교환을 통해 냉각되어 상기 냉열판(40)을 대략 섭씨 0도 ~ -115도의 범위 내에서 냉기를 발생하도록 한다.

그리고, 이렇게 얻어진 극저온 냉기를 통해서는 건조실(미도시) 내에서 시료를 동결 건조시킬 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명의 일 실시예인 동결건조기용 발열 및 발냉장치는 히트파이프 원리를 적용하여 히터를 통한 진공탱크 내의 순환냉매의 온도를 조절하여 냉열판에서 냉매유로 내의 냉매와의 열교환을 통해 냉열판에 대한 고온에서부터 극저온 상태의 온도 제어가 가능하도록 함으로써, 기본적으로 전반적인 장치의 간소화를 통한 비용절감을 도모할 수 있게 됨은 물론 열매체 손실 보충이나 열매체펌프 수리 등이 필요없게 되면서 유지관리비가 절감되고 고장율이 낮아지며 운전가동이 향상되는 등 결과적으로 장치의 신뢰성 및 안전성 확보를 꾀할 수 있게 되는 것이다.

이상에서와 같이, 본 발명은 상기의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 이러한 실시예를 종래의 공지 기술과 단순히 조합 적용한 변형예는 물론 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 용이하게 변경하여 이용할 수 있는 모든 기술들은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.

10 : 열매체용기 20 : 히터
30 : 진공탱크 31 : 공급유로
32 : 회수유로 33 : 진공센서
34 : 진공봉합밸브 40 : 냉열판
41 : 순환경로 42 : 격판
42a : 제1격판 42a1 : 연통공
42b : 제2격판 42b1 : 연통공
50 : 냉매유로

Claims (3)

1. 내부에 실리콘오일 성분의 비순환열매체가 수용되는 열매체 용기와;
   상기 열매체용기의 저면에 밀착 배치되고, 별도의 온도제어 콘트롤러에 의해 정밀 제어되어 상기 열매체용기를 가열하는 히터;
   상기 열매체용기에 의해 그 하단부가 감싸여지고, 그 내부에 에틸알콜 성분의 순환열매체가 저장되며, 그 상단부에 순환열매체가 공급되는 공급유로 및 회수되는 회수유로가 각각 마련된 진공탱크;
   상기 진공탱크의 공급유로 및 회수유로와 각각 연결되고, 상기 순환열매체가 소정의 경로를 따라 순환된 후 배출되도록 하는 순환경로를 갖는 냉열판;
   상기 냉열판의 순환경로를 따라 배치되고 냉매를 순환시켜 상기 순환경로를 따라 흐르는 상기 냉열판 내부 공기를 냉각시키는 냉매유로;
   를 포함하여 구성되는 동결건조기용 발열 및 발냉장치에 있어서,
   상기 냉열판의 순환경로는 하단부가 상기 냉열판의 폭 방향으로 일정간격 이격되고, 상기 냉열판의 하단부와 연결되며, 그 상단부가 냉열판의 상단부와 일정거리 이격되는 구조를 갖는 상단 개방 구조의 복수의 제1격판과, 상기 복수의 제1격판 사이에 배치되고 그 하단부가 상기 냉열판의 하단부와 일정거리 이격되고 그 상단부가 냉열판의 상단부와 연결되는 구조를 갖는 하단 개방 구조의 복수의 제2격판을 통해 상하 지그재그 유로를 갖도록 형성되고,
   상기 진공탱크의 공급유로는 상기 냉열판의 폭 방향 양단부에 각각 연결되며 상기 회수유로는 상기 냉열판의 중앙에 연결되는 구조로 되어,
   상기 순환열매체가 공급유로를 통해 냉열판의 양측으로 공급된 후 상하 지그재그 순환경로를 거친 다음 중앙의 회수유로를 통해 상기 진공탱크로 순환되는 과정을 반복하며,
   상기 제1격판 중 폭 방향을 따르는 양단부에 배치된 각각의 제1격판을 제외한 나머지 중앙의 제1격판의 하단부에 이 제1격판을 사이에 두고 그 양측 순환경로 상의 열매체가 서로 연통되도록 하는 연통공이 마련되고, 상기 복수의 제2격판 상단부에 각각 이들 제2격판을 사이에 두고 그 양측 순환경로 상의 열매체가 서로 연통되도록 하는 연통공이 마련되며,
   상기 냉매유로로 흐르는 냉매 흐름을 차단하고, 상기 히터로 비순환열매체를 가열하며, 이 비순환열매체의 가열량에 의해 기상으로 변화된 순환열매체를 상기 냉열판의 순환경로를 따라 통과시켜 상기 순환경로상의 열매체로 상기 냉열판을 0~60도 이내의 온도로 가열하거나, 또는
   상기 히터의 작동을 정지시키고, 상기 냉매유로로 냉매를 순환시켜 상기 냉열판 내부 공기를 냉각하며, 냉각된 내부 공기를 상기 냉열판의 순환경로를 따라 통과시켜 상기 냉열판을 0~-115도 이내의 온도로 냉각하는 것을 특징으로 하는 동결건조기용 발열 및 발냉장치.
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