KR101867702B1 - 진공 저온 농축기용 증발 탱크 - Google Patents

Abstract

본 발명의 진공 저온 농축기에서의 증발 탱크는 바닥과 증발 탱크의 높이의 약 1/2이하로 하단부에 외통과 내통으로 형성되는 고진공 열매체유용 공간과, 상기 공간내에 고진공 상태로 인입되어 있는 열매체유, 상기 공간을 고진공화하기 위한 상기 외통과 연결된 흡입 밸브와, 상기 증발 탱크의 내부 온도를 감지하기 위한, 상기 내통까지 연결된 제1온도 센서, 상기 공간내의 열매체유의 온도를 감지하기 위한 외통에 연결된 제2온도 센서와, 상기 열매체유를 가열하기 위해서 상기 외통의 바닥에 설치되는 가열수단을 포함한다. 열매체유를 주입후 진공처리한 결과로 냄새가 전혀 없으며, 재충전의 번거로움이 없고 진공 상태이므로 온도 전달이 효율적이다.

Description

진공 저온 농축기용 증발 탱크{ Evaporation tank for a concentrator in a vacuum and low temperature}

본 발명은 진공 저온 농축기용 증발 탱크에 관한 것으로, 특히, 열매체유가 들어 있는 공간을 진공으로 만든 증발 탱크에 관한 것이다.

통상적으로 진공 저온 농축기는 증발 탱크, 수집탱크(넘침방지 탱크), 액화 부재 및 저장 탱크와 고진공화 부재를 포함한다. 여기서 증발 탱크는 식물성 원재료(과일,채소,약제 등)로부터 추출된 추출액이 가열되어 수분이 증기로 변해서 증발되면서 추출액이 농축되어 농축액을 형성한다. 수집 탱크는 증발 탱크에서 나오는 증기를 수집하는 것이며, 또한 증발 탱크의 가열로 증기나 기포가 넘치며 이것을 증발 탱크에서 넘치지 못하게 유도하는 넘침 방지 탱크의 역할을 한다. 액화 부재는 수집 탱크에 수집된 증기를 냉각 즉 액화시켜서 응축액을 형성하는 장치로, 공냉 방식의 열교환기와 수냉 방식 열교환기를 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 액화 부재에서는 수집된 증기를 증류수와 유효성분을 포함하는 응결액으로 분리한다. 증류수는 저장 탱크로 보내지고 응축액은 다시 증발 탱크로 보내진다. 따라서, 식물성 원재료의 추출액의 유효 성분은 외부로 배출되지 않고, 나중에 모두 증발 탱크내의 농축물로 나오게 된다. 고진공화 부재는 증발 탱크내의 원재료의 증발 온도를 낮추고 원재료가 타지 않게 하기 위해서 증발 탱크를 고진공으로 한다. 그리고 수집 탱크도 역시 고진공으로 한다. 또한 저장 탱크도 진공을 할 수 있다. 이렇게 해서 식물성 원재료를 고온고압으로 추출 및 농축을 하고 있다.

이러한 기존의 농축에서 증발 탱크의 불규칙한 열 전달 문제를 해결하고 증발 탱크의 내부 온도 조절을 위해서, 공개번호 10-2009-0085720(공개일자 2009년08월10일)의 증발 탱크는 한약, 각종 과일, 칡, 홍삼 등을 내부에 수용하는 내부용기와; 내부용기의 외주면에 구비되며, 이하 가열봉이 삽착가능하도록 구멍이 형성된 외부용기와; 내부용기와 외부용기 사이에 구비되며 열매체유나 파라핀유가 충진되고, 일측에 이하 가열봉이 삽착되어는 공간부와; 공간부에 직접 삽착되어 공간부에 충진되어 있는 열매체나 파라핀유를 직접적으로 가열하는 가열봉과; 상기 내부용기 내측에 삽착되어 용기내의 온도를 감시하여, 일정온도 이상 및 이하로 온도가 변하게 되면 상기 가열봉을 on/off시켜 용기 내의 온도를 일정온도로 유지하게 하는 센서봉을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 공개 문헌에서는 밀폐 공간에 열매체유나 파라핀유가 충전되어 가열되므로 이들의 공간에 압력이 생겨서 압력에 의한 폭발을 방지하기 위해서, 숨구멍, 즉 배출구를 만들어 놓아야 한다. 그리고 배출구에서 나온 파라핀의 냄새가 지독하며, 일정 주기마다 파라민을 충전해주야 하는 불편함이 있었다.

또 다른 특허 문헌인 특허 제 10-1606328 호(등록일자 2016년03월18일)에도 증발 탱크가 내통과 외통으로 이루어져 있으며, 내통과 외통 사이의 공간부에 투입구를 통해서 열매체가 인입되어 있다. 그리고 진공은 증발 탱크(농축기 본체), 수집탱크 및 액화 부재(응축부)와 저장 탱크(저장부)에 진공을 형성하고 있는 구성이나, 공간부에는 진공을 하고 있지 않다. 따라서, 이 특허의 증발 탱크 또는 전술한 특허공개와 같은 문제점이 있다.

공개번호 10-2009-0085720(공개일자 2009년08월10일) 특허 제 10-1606328 호(등록일자 2016년03월18일)

진공 저온 농축기에서, 증발 탱크의 내부 온도와 진공도를 일정하게 유지하게 하고 뿐만 아니라 이중 구조의 증발 탱크에 열매체(예, 파라핀)을 충전하고 밀봉하여 열매체유가 외부로 누출되지 않게 하여 냄새를 방지하고 오래 사용하여도 파라핀을 재충전할 필요가 없는 증발 탱크를 제공하는 것입니다.

증발 탱크, 수집탱크, 액화 부재, 저장 탱크와 고진공화 부재를 포함하는 진공 저온 농축기에 있어서, 증발 탱크는 바닥과 증발 탱크의 높이의 약 1/2이하로 하단부에 외통과 내통으로 형성되는 고진공 열매체유용 공간과, 상기 공간내에 고진공 상태로 인입되어 있는 열매체유, 상기 공간을 고진공화하기 위한 상기 외통과 연결된 흡입 밸브와, 상기 증발 탱크의 내부 온도를 감지하기 위한, 상기 내통까지 연결된 제1온도 센서, 상기 공간내의 열매체유의 온도를 감지하기 위한 외통에 연결된 제2온도 센서에 연결되는 바이메탈 연결구와, 상기 열매체유를 가열하기 위해서 상기 외통의 바닥에 설치되는 가열수단을 포함한다.

본 발명의 양호한 실시 예에서, 열매체유는 양호하게 파라핀유를 포함한다.

본 발명의 양호한 실시 예에서, 농축액의 농도에 따른 가열 시간 및 가열 온도, 및 압력을 제어하기 위한 제어부를 포함한다.

본 발명의 양호한 실시 예에서, 내통과 외통으로 이루어진 이중 구조의 공간 내에 열매체유가 진공 상태로 인입된 열전달 관을 포함한다.

본 발명의 양호한 실시 예에서, 본 발명의 증발 탱크는 추출기 또는 추출 및 농축겸용 장치에 이용가능하다.

액상 파리핀 주입후 진공처리한 결과로 냄새가 전혀 없으며, 재충전의 번거로움이 없고 진공 상태이므로 온도 전달이 효율적이다. 따라서 건강원, 한의원, 과수원, 농장, 식품회사 등 추출 및 농축이 필요한 시장에 보급하고 고효율의 성분 유지 및 원가절감에 기여할 수 있다.

도 1은 발명의 진공 저온 농축기의 사시도.
도 2는 발명의 진공 저온 농축기용 제1실시 예의 증발 탱크의 단면도
도 3은 진공 저온 농축기용 제2실시 예의 증발 탱크의 단면도.

지금 도 1를 참조하면, 본 발명의 증발 탱크가 설치된 저온 진공 농축기의 사사도이다. 본 발명의 저온 진공 농축기는 증발 탱크, 수집탱크, 액화 부재, 저장 탱크와 고진공화 부재를 포함한다.

증발 탱크(10)는 한약재 등의 추출액이 가열되어 수분이 증기로 변해 증발되면서 상기 추출액(추출기인 경우에는 원재료)이 농축되어 농축액을 형성하는 농축 과정인 경우, 추출액이 가열되어 증기를 형성할 수 있는 것이다.

수집 탱크(30)가 증발 탱크(10) 보다 높은 위치에 놓여 있어서 증발 탱크(10)에서 형성된 증기는 여기로 상승하여 모이게 된다. 즉 증발 탱크(10)에서의 증발된 증기나 기포들이 외부로 넘치지 않도록 유인하는 기능을 한다.

액화 부재(40)는 수집 탱크(30)에서 수집된 증기를 액화시켜 응축액을 형성하는 것이다. 예시적으로, 상기 액화 부재(40)로는 공냉 방식의 열교환기 및 수냉 방식의 열교환기들중 적어도 하나를 포함한다. 수집 탱크(30)에 수집된 증기는 액화 부재(40)에 의해서 추출액의 성분을 포함하는 응결액과 증류수로 분리된다. 증류수는 연결관을 통해서 저장 탱크(50)에 보내져 저장되며, 응결액은 다시 증발 탱크로 복귀된다. 이러한 동작을 반복하면, 증발 탱크에는 추출액의 원재료의 농축액만 남게 되며, 농축액의 농도와 점도에 따라서 제어 수단에 의해 자동으로 제어될 수 있다. 예를 들어서, 농축액을 만드는 경우에는 30분이 걸리며, 농축 겔(gel)은 50분 그리고 분말은 70분으로 설정해 두면 얻을 수 있다.

지금까지 이해들 돕기 위해서 통상의 저온 진공 농축기에 대해서 언급하였으며, 본 발명의 출원인에 의해 등록된 특허 등록특허 10-1235146를 참조하면 보다 쉽게 이해할 수 있으며, 여기서 이를 통합해서 사용하고자 한다.

다음으로, 본 발명의 특징 구성요소인 증발 탱크(10)에 대해서 도 2를 참고로 설명하기로 한다.

증발 탱크(10)는 이중 구조, 즉 증발 탱크의 내부를 형성하는 내통(11)과 내통(11)과 함께 열매체유(13)가 들어있는 공간(14)을 형성하는 외통(12)과 탱크의 농축액을 배출하기 위한 배출구(15)를 포함한다. 열매체유(13)가 들어있는 공간(14)은 증발 탱크의 1/2정도의 높이까지 형성되도록 외통(12)의 높이는 내통(11)의 높이의 약 절반 정도이다. 이는 농축액의 산출양에 따라서 공간(14)의 높이는 설정될 수 있다. 예를 들어서, 20리터 증발 탱크에서 농축액의 산출량이 2리터인 경우에는 증발 탱크의 열매체유 공간(14)의 높이는 증발 탱크의 밑면의 면적으로 고려해서 증발 탱크(10)의 부피가 약 2리터정도 되게 설정할 수 있다. 열매체유 공간(14)에 열매체유(13)이 인입되어 있어서 가열 수단(20)에 의해 열매체유(13)가 가열되어서 증발 탱크의 내부의 추출액에 열을 균일하게, 즉 밑면 뿐만아니라 측면에서도 전달하여 추출액을 끓여서 증발한다.

열매체유는 증발 탱크에 봉입되어 증발 탱크를 간접적으로 가열시키도록 조작된다. 이러한 열매체유는 온도 조절이 용이하고, 균일가열로 국부가열로 인한 열분해를 막을 수 있다. 본 발명의 저온 진공 농축기에서의 추출액의 끊은 점이 약 70 ℃ 이다. 따라서 증발 탱크에 인입되는 열매체유의 끊은 점은 200℃ 이상이므로 열매체유의 증발은 일어나지 않는다. 이러한 종류는 석유계 및 합성유계가 있다. 열매체유는 밀봉된 순환계통에서 장시간 가열사용되므로, 열분해 및 산화를 일으키지 않아야 하고, 외통과 내통의 금속부분과 장시간 노출되므로 이들을 부식시키 않아야 하고, 완전히 밀봉되도록 밸브와 접촉부사이의 각종 씰(seal)도 손상시켜지 않아야 한다. 또한 유동성을 위해서 급격한 점도 저하가 일어나지 않아야 한다.

열매체유의 양호한 실시 예의 파라핀은 파라핀계 탄화수소CH3(CH2)nCH3로 되어 있으며. 녹는점은 47∼65℃의 범위이고 끊은 점은 350℃이다. 그리고 상술한 조건들, 열분해, 내산화성, 내부식성 등을 충족하고 있다.

증발 탱크(10)의 내부의 온도를 감지하기 위한 제1온도 센서(16)는 내통(11)을 통해서 증발 탱크(10)의 내부에 연결되어서, 증발 탱크의 내부의 온도를 설정된 값으로 일정하게 제어할 수 있게 한다. 통상적인 작업에서 제1온도 센서(16)에 의해서 증발 탱크(10)의 내부 온도가 설정되고 이에 따라서 가열 수단(20)이 작동된다. 내부 온도가 약 70도로 열매체유의 끊는 점, 약 200 내지 300도 보다 현저하게 낮기 때문에 열매체유(13)가 끊어서 넘칠 우려가 전혀 없다. 하지만, 제1온도 센서의 고장으로 가열 수단(20)이 계속 작동하여 열매체유(13)를 고온으로 상승할 경우를 대비해서 열매체유(13)의 온도를 감지하기 위한 제2온도 센서에 연결되는 바이메탈 연결구(17)가 장착되어 있으며, 제2온도 센서는 열매체유(13)의 온도를 감지하여 열매체유(13)가 피라핀인 경우에 온도가 100 내지 110로 되면 바이메탈에 의해 가열 수단(20)의 작동을 중단시킨다. 이렇게 하여 열매체유(13)의 가열로 인한 증발 탱크의 손상은 전혀 일어나지 않는다. 바이메탈 연결구(17)는 증발 탱크(10)의 바닥면에 설치되거나(도 2도 참조) 또는 측면에 설치될 수 있다(도 3참조).

증발 탱크(10)는 외통(12)에 열매체유(13)를 공급하기 위한 밸브(18)와 고진공화를 위해 펌프(도시 생략)에 연결된 밸브(19)를 포함한다. 열매체유(13)는 밸브(18)를 통해서 열매체유 공간(14)로 약 1/2내지 2/3을 차지하도록 인입된다. 밸브(19)와 밸브(18)는 도시한 바와 같이 각각 설치해도 되며, 또한 하나의 밸브로 두 가지의 기능을 할 있게 설치할 수 있다. 공간(14)내에 열매체유(13)가 인입되면 밸브(18)를 봉인하여 열매체유가 누출되지 않게 한다. 그리고 펌프를 이용해서 진공을 위한 밸브(19)를 통해서 공간(14)내의 압력을 진공상태로 만든다. 또한 이 밸브(19)도 봉인하여 열매체유가 누출되지 않게 한다. 이렇게 외통을 완전히 봉인하여 열매체유(13)가 외부로 누출되는 일은 전혀 발생하지 않아서, 열매체유로 인한 냄새를 방지할 수 있다. 또한 오래 사용하여도 열매체유를 재충전할 필요가 없다.

다음으로, 열매체유(13)이 인입된 공간(14)은 진공 상태이므로 하단에 있는 가열 수단(20)에 의해 열매체유(13)가 가열되어서 공간(14)내에 돌아다니면서 증발 탱크내의 추출액을 균일하게 가열하여 끊이게 된다. 이때에 공간(14)내의 압력은 진공 상태를 유지하기 때문에 더 이상 상승하지 않아서 공간(14)에서의 고압으로 인한 문제는 전혀 발생하지 않는다. 또한, 증발 탱크(10)내의 추출액의 끊은 점은 약 70도를 향상 일정하게 유지하고 있기 때문에, 이에 열을 전달하는 열매체유(13)의 온도 또한 100도까지는 상승하지 않는다, 열매체유(13)의 끊은 점이 200 내지 300도인 점을 감안하면, 열매체유(13)는 가열 수단(20)에 의해 가열에 의해 끊어서 넘치는 일은 전혀 없다. 그리고 증발 탱크(10)의 부주의로 인한 가열로 열매체유가 계속가열되어 110도 이상되면, 바이메탈에 의해 가열 수단(20)의 작동을 중단시킨다. 진공 상태에서 열매체유는 활발하게 유동하여 추출액에 균일하게 열을 전달한다.

본 발명의 다른 실시 예에서는 도 3에 도시한 바와 같이, 내통과 외통으로 이루어진 이중 구조의 공간(14) 내에 열전달 관(60)을 설치하여 여기에 열매체유(13)를 인입하는 것이다. 이 경우에는 열효율은 다소 떨어지나, 공간내의 진공 상태의 제어가 용이하고, 오랜 사용후에도 내통(12)과 외통(13)의 용접부분의 산화로 인한 열매체유의 누출을 보다 확실하게 방지할 수 있다.

본 발명에서는 가열 수단(20)은 도 1에 하나만 도시되어 있지만, 농축기의 용량에 따라서 두 개 이상도 설치가능하다.

본 발명의 농축기들의 불규칙한 온도 전달과 증발 탱크 내부의 온도와 진공도가 일정치 않은 문제점을 해결할 뿐만 아나라, 열매체유의 누출로 인한 냄새를 방지하고 한 번 충전으로 오래동안 사용할 수 있어서 재충전할 필요가 없어서, 농축물의 성분유지는 물론, 추출 및 농축의 극대화를 이루어서 원가절감을 할 수 있다.

상술한 양호한 실시 예에서는 농축기에 대해서 기술하였지만 본 발명의 증발 탱크는 추출기 및 추출과 농축 겸용 장치에도 이용가능하다. 여기서 이해를 돕기 위해서 간락하게 추출기와 농축기에 대해서 설명하면, 추출기는 식물성 원재료(과일,채소,약제 등)등을 증발 탱크에 넣고 여기에 물 또는 에탄올과 같은 용매를 투입해서 열과 압력을 가해서 원료에 함유된 주성분을 추출하는 것이고, 농축기는 여기서 생성된 액체 주성분을 증발 탱크에 넣어서, 물 또는 에탄올과 같은 용매를 증발시켜서 고형물 즉 농축액을 생성하는 장치이다.

10: 증발 탱크
11: 내통
12: 외통
13: 열매체유
14: 공간
16: 제1온도 센서
17: 바이메탈 연결구
18, 19:밸브
20: 가열 수단
30: 수집 탱크
40: 액화 부재
50: 저장 탱크
60: 열전달 관

Claims (5)

1. 수집탱크, 액화 부재, 저장 탱크와 고진공화 부재를 포함하는 진공 저온 농축기용 증발 탱크에 있어서,
   증발 탱크는 바닥과 증발 탱크의 높이의 약 1/2이하로 하단부에 외통과 내통으로 형성되는 고진공 열매체유용 공간과, 상기 공간내에 고진공 상태로 인입되어 있는 열매체유, 상기 공간을 고진공화하기 위한 상기 외통과 연결된 흡입 밸브와, 상기 증발 탱크의 내부 온도를 감지하기 위한, 상기 내통까지 연결된 제1온도 센서, 상기 공간내의 열매체유의 온도를 감지하기 위한 외통에 연결된 제2온도 센서에 연결되는 바이메탈 연결구와, 상기 열매체유를 가열하기 위해서 상기 외통의 바닥에 설치되는 가열수단을 포함하며,
   상기 내통과 외통으로 이루어진 이중 구조의 공간 내에 열매체유가 진공 상태로 인입된 열전달 관을 포함하는 진공 저온 농축기용 증발 탱크.
2. 제1항에 있어서,
   상기 열매체유는 파라핀유를 포함하는 진공 저온 농축기용 증발 탱크.
3. 제1항에 있어서,
   농축액의 농도에 따른 가열 시간 및 가열 온도, 및 압력을 제어하기 위한 제어부를 포함하는 진공 저온 농축기용 증발 탱크.
   
4. 삭제
5. 제1항, 제2항 및 제3항중 어느 한 항에 따른 증발 탱크를 포함하는 진공 저온 추출기.

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