KR102145828B1

KR102145828B1 - 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치

Info

Publication number: KR102145828B1
Application number: KR1020200033741A
Authority: KR
Inventors: 박혜성
Original assignee: 주식회사 오페론어드밴텍
Priority date: 2020-03-19
Filing date: 2020-03-19
Publication date: 2020-08-19

Abstract

본 발명은 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치에 관한 것으로, 메인배관으로 냉매 또는 고온기체를 공급하여 열매체 열교환기 내의 오일을 정해진 온도로 냉각 또는 가열하고, 메인배관으로 고온기체를 공급하면서 보조배관으로 냉매를 공급하여 동결건조부로 순환되는 오일의 온도 편차를 정밀하게 변화시켜, 동결건조부 내의 동결건조온도를 정밀하게 제어할 수 있다.
본 발명에 따르면, 열매체 열교환기의 메인배관으로 냉매 또는 고온기체를 선택 공급하여, 동결건조부 내로 순환되는 오일을 정해진 온도로 신속하게 변화시킬 수 있고, 메인배관을 가열하면서 보조배관을 냉각하여 열매체 열교환기 내의 오일 온도를 정밀하게 조정할 수 있으며, 이 오일 온도 정밀 조정으로 오일 온도 편차가 감소되어 사용자가 요구하는 온도를 손쉽게 설정할 수 있고, 동결건조시 필요로 하는 시료의 온도에 대응하도록 온도를 자유롭게 조절하여, 시료의 동결건조 성능 및 품질이 향상되고, 특히, 동결건조부 내에서 시료 건조시 승화작용에 의해 방출되는 기체 및 수분이 콜드트랩으로 이동되되, 이때, 기체에 포함된 수분이 콜드트랩에 포집되어 진공펌프로 수분이 침투되는 것이 방지되며, 이에따라, 진공펌프가 수분에 의해 기계적 결함을 일으키는 것이 방지되어, 제품의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.

Description

압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치{Precise control freeze drying device using compressor hot gas}

본 발명은 동결건조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 동결건조부로 순환되는 오일을 메인배관으로 냉각 또는 가열하여 오일의 온도를 조절하거나 또는 메인배관으로 오일을 가열하면서 보조배관으로 오일을 동시에 냉각하여 오일의 온도편차를 정밀하게 제어하는 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치에 관한 것이다.

일반적으로, 동결건조장치는 액상의 시료를 냉각시킨후, 건조시키는 작업을 반복하여 시료내에 포함된 수분을 제거하는 장치이다.

즉, 시료를 동결시켜 그 내부의 수분을 얼음상태로 만들고, 그 다음 대기중의 압을 낮춘 상태에서 시료 내부의 얼음을 승화에 의해 수증으로 배출시킴으로써, 시료를 건조시키는 것을 말한다.

여기서, 낮은 압력하에서 얼음에 에너지가 공급되면 액화하는 것이 아니라 수증기로 바로 승화되는데, 이러한 원리를 이용하여 시료 내부의 수분을 건조시키는 것이다.

특허문헌 1은 종래의 동결 건조기를 나타낸 것으로서, 이를 참조하면, 밀폐된 공간을 갖는 챔버와, 이 챔버 내부에 피동결 건조물을 수용하는 용기와, 이 용기의 양측을 떠받쳐 용기를 전, 후방 이동시키는 롤러와, 챔버 바닥면에 설치되어 용기내에 수용된 피동결 건조물을 가열하는 가열수단으로 구성된다.

먼저, 상기 용기가 상기 롤러에 떠 받쳐져 전방으로 이동되도록 함으로써, 상기 용기가 상기 밀폐된 챔버 공간내에 위치되는 것이다.

여기서, 챔버의 상측벽에 형성된 피동결 건조물 분사노즐을 통해 피동결 건조물을 용기 내로 분사하여, 용기내에 피동결 건조물이 수용되도록 한다.

그리고, 액체질소유입구를 통해 액체질소를 상기 용기내에 수용된 피동결 건조물에 직접적으로 분사함으로써, 상기 용기내에 수용된 피동결 건조물이 동결되는 것이다.

이때, 상기 액체질소유입구를 통해 액체질소가 피동결 건조물을 동결시키는 동안, 상기 롤러가 모터의 작동에 의해 회전구동되어 상기 용기를 전, 후로 흔들어 상기 용기내에 수용된 피동결 건조물이 서로 엉킨 상태로 동결되는 것이 방지되는 것이다.

이후, 기화된 액체질소를 상기 질소가스 배출구를 통해 배출하고, 상기 가열수단으로 상기 용기 내에서 동결된 피동결 건조물을 가열함으로써, 피동결건조물 내부의 얼음 상태의 수분이 녹게되고, 이 과정에서 상기 진공펌프로 챔버 내의 공기를 외부로 강제 배출하여 피동결건조물 내부의 수분을 제거하여 피동결 건조물을 건조시키는 것이다.

하지만, 상기와 같은 특허문헌 1은, 액체질소로 피동결 건조물을 직접적으로 냉각하거나 또는 가열수단으로 피동결 건조물을 직접적으로 가열하여 온도 변화가 급격하게 일어나고, 냉각 또는 가열로 인한 급격한 온도 변화로 인해 온도편차를 정밀하게 제어할 수 없으며, 만약, 액체질소로 피동결 건조물을 냉각하면서 가열수단으로 가열하는 경우에는, 피동결 건조물의 상층부가 냉각됨과 동시에 하층부가 가열되어 온도 제어가 불가능하고, 특히, 정밀한 온도로 동결해야 하는 피동결 건조물(예컨대, 의료용 시료)을 냉각하는데 큰 어려움이 있고, 이에따라, 피동결 건조물의 건조상태가 매우 불량하여, 제품의 신뢰성이 저하되는 문제점이 있다.

KR

10-0889789

B1

본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 응축기와 연결되어 냉각작동되는 콜드트랩을 구비하고, 압축기와 응축기 사이에 연결되어 고온기체 이동을 안내하는 고온기체관을 형성하며, 내부에 오일을 수용하여, 응축기 및 고온기체관으로 부터 냉매 또는 기체를 공급받아 냉각 또는 가열하는 메인배관과 메인배관 테두리에 형성되되, 응축기의 냉매를 공급받아 냉각되는 보조배관을 형성한 열매체 열교환기를 구비하고, 열매체 열교환기와 연결되어 오일을 순환시키는 동결건조부를 형성하며, 열매체 열교환기와 동결건조부 사이에 순환펌프가 설치되고, 콜드트랩에 진공펌프를 연결 설치함으로써, 메인배관으로 냉매 또는 고온기체를 공급하여 열매체 열교환기 내의 오일을 정해진 온도로 냉각 또는 가열하고, 메인배관으로 고온기체를 공급하면서 보조배관으로 냉매를 공급하여 동결건조부로 순환되는 오일의 온도 편차를 정밀하게 변화시켜, 동결건조부 내의 동결건조온도를 정밀하게 제어할 수 있는 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치는, 냉매를 압축하는 압축기와; 압축기에서 압축된 기체냉매를 응축하여 액상냉매로 변화시키는 응축기;를 포함하는 동결건조장치에 있어서, 일단이 상기 응축기와 연결되되, 타단이 상기 압축기와 연결되고, 팽창 분사되는 액상냉매를 공급받아 열교환작용으로 냉각되는 콜드트랩과; 상기 압축기와 상기 응축기 사이에 연결 설치되어, 상기 압축기에서 압축된 고온의 기체냉매 이동을 안내하는 고온기체관; 중공형상으로 그 내부에 오일을 수용하고, 지그재그 구조로 연장 형성되어 일단이 상기 응축기 및 상기 고온기체관과 연결되되, 타단이 상기 압축기와 연결되며, 팽창 분사되는 액상냉매를 공급받아 열교환작용하거나 또는 고온기체와의 열교환작용으로 냉각 또는 가열되는 메인배관과, 상기 메인배관 테두리를 따라 형성되고, 일단이 상기 응축기와 연결되되, 타단이 상기 압축기와 연결되어 팽창 분사되는 액상냉매를 공급받아 열교환작용으로 냉각되는 보조배관을 형성한 열매체 열교환기; 판재형상으로 상기 열매체 열교환기와 연결되고, 내부 공간으로 오일을 순환시켜 냉각 또는 가열되는 동결건조부; 상기 열매체 열교환기와 상기 동결건조부 사이에 설치되어 상기 열매체열교환기 내의 오일이 상기 동결건조부로 순환되도록 강제하는 순환펌프; 상기 콜드트랩과 연결되고, 상기 콜드트랩 및 상기 콜드트랩과 연결된 동결건조부 내의 공기를 강제 흡입하여, 상기 콜드트랩 및 동결건조부 내부 공간을 진공 상태로 변화시키는 진공펌프;로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치에 있어서, 상기 콜드트랩과 응축기 사이에는 상기 콜드트랩으로 공급되는 냉매의 흐름을 개방 또는 차단하는 제1밸브가 형성되어 있고, 상기 응축기와 상기 열매체 열교환기의 메인배관 사이에는 상기 메인배관으로 공급되는 냉매의 흐름을 개방 또는 차단하는 제2밸브가 형성되어 있으며, 상기 고온기체관과 상기 메인배관 사이에는 상기 메인배관으로 공급되는 고온기체의 흐름을 개방 또는 차단하는 제3밸브가 형성되어 있고, 상기 응축기와 상기 보조배관 사이에는 상기 보조배관으로 공급되는 냉매의 흐름을 개방 또는 차단하는 제4밸브가 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치에 있어서, 상기 콜드트랩은, 중공형상의 콜드트랩챔버와; 상기 콜드트랩챔버 내에 형성되고, 냉매를 공급받아 열교환작용으로 냉각되면서 그 외면에 수분을 포집하는 콜드트랩 코일;으로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치에 있어서, 상기 동결건조부는, 중공형상으로 상기 콜드트랩과 연통된 건조실챔버과; 판재형상으로 그 내부에 오일을 수용하고, 상기 건조실챔버 내에 설치되되, 상부에 시료를 안착하여 냉각 또는 가열되는 선반;으로 구성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 열매체 열교환기의 메인배관으로 냉매 또는 고온기체를 선택 공급하여, 동결건조부 내로 순환되는 오일을 정해진 온도로 신속하게 변화시킬 수 있고, 메인배관을 가열하면서 보조배관을 냉각하여 열매체 열교환기 내의 오일 온도를 정밀하게 조정할 수 있으며, 이 오일 온도 정밀 조정으로 오일 온도 편차가 감소되어 사용자가 요구하는 온도를 손쉽게 설정할 수 있고, 동결건조시 필요로 하는 시료의 온도에 대응하도록 온도를 자유롭게 조절하여, 시료의 동결건조 성능 및 품질이 향상되고, 또한, 압축기에서 발생되는 고온기체로 메인배관을 가열하여 에너지 소비율이 절감과 동시에 별도의 가열장치가 불필요하고, 특히, 동결건조부 내에서 시료 건조시 승화작용에 의해 방출되는 기체 및 수분이 콜드트랩으로 이동되되, 이때, 기체에 포함된 수분이 콜드트랩에 포집되어 진공펌프로 수분이 침투되는 것이 방지되며, 이에따라, 진공펌프가 수분에 의해 기계적 결함을 일으키는 것이 방지되어, 제품의 신뢰성이 향상되는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 따른 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치의 개략도면.
도 2는 본 발명에 따른 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치로 동결건조부의 선반을 냉각하는 상태를 나타낸 개통도.
도 3은 본 발명에 따른 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치로 동결건조부의 선반 온도 편차를 정밀 제어하는 상태를 나타낸 개통도.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 동결건조장치는 압축기(10)와 응축기(20)를 포함한다.

상기 압축기(10)는 기체냉매를 압축한다.

상기 압축기(10)는 기체냉매를 고온고압의 기체로 변화시킨다.

상기 압축기(10)는 일단이 상기 응축기(20)와 연결되되, 타단이 상기 콜드트랩(100)의 콜드트랩 코일(102) 및 상기 열매체 열교환기(300)의 메인배관(301), 보조배관(302)과 연결되어, 저온저압의 기체를 공급받는다.

상기 압축기(10)는 메인압축기(11)와 보조압축기(12)로 구성될 수 있다.

상기 메인압축기(11)와 보조압축기(12)는 서로 교차되게 작동되어, 기체를 압축한다.

상기 응축기(20)는 압축기(10)에서 압축된 기체냉매를 응축하여 액상냉매로 변화시킨다.

상기 응축기(20)는 냉매를 중온고압의 액상냉매로 응축한다.

콜드트랩(100)은 일단이 상기 응축기(20)와 연결되되, 타단이 상기 압축기(10)와 연결되고, 팽창 분사되는 액상냉매를 공급받아 열교환작용으로 냉각된다.

상기 콜드트랩(100)과 응축기(20) 사이에는 상기 콜드트랩(100)으로 공급되는 냉매의 흐름을 개방 또는 차단하는 제1밸브(V1)가 형성된다.

상기 제1밸브(V1)는 제2밸브(V2), 제3밸브(V3) 또는 제4밸브(V4)와 동시에 개방되어 상기 콜드트랩(100)으로 냉매를 연속 공급한다.

상기 콜드트랩(100)은 중공형상의 콜드트랩챔버(101)와, 상기 콜드트랩챔버(101) 내에 형성되고, 냉매를 공급받아 열교환작용으로 냉각되면서 그 외면에 수분을 포집하는 콜드트랩 코일(102)으로 구성된다.

상기 콜드트랩챔버(101)는 그 내부 공간의 공기가 상기 콜드트랩 코일(102)과의 열교환작용에 의해 냉각된다.

상기 콜드트랩챔버(101)는 그 내부 공간에 시료가 수용된 트레이 또는 용기를 수용하여, 시료를 냉각할 수 있다.

상기 콜드트랩챔버(101)는 상기 동결건조부(400)의 건조실챔버(401)과 호스(H)로 연결되고, 상기 진공펌프(600)에 의해 진공상태로 변화되면서 상기 건조실챔버(401) 내의 공기를 강제 흡입한다.

상기 콜드트랩 코일(102)은 내부로 액상냉매를 순환시켜 열교환작용에 의해 정해진 온도로 냉각되면서 콜드트랩챔버(101) 내의 공기를 냉각한다.

상기 콜드트랩 코일(102)은 그 외면에 진공펌프(600) 방향으로 이동하는 기체에 포함된 수분을 포집하여, 진공펌프(600)로 이동하는 기체에 포함된 수분을 제거한다.

상기 콜드트랩 코일(102)은 상기 압축기(10)로 저온저압의 기체를 토출한다.

고온기체관(200)은 상기 압축기(10)와 상기 응축기(20) 사이에 연결 설치되어, 상기 압축기(10)에서 압축된 고온의 기체냉매 이동을 안내한다.

상기 고온기체관(200)은 상기 압축기(10)에서 토출되는 고온의 기체가 상기 열매체 열교환기(300)의 메인배관(301)으로 공급되도록 안내한다.

상기 고온기체관(200)과 상기 메인배관(301) 사이에는 상기 메인배관(301)으로 공급되는 고온기체의 흐름을 개방 또는 차단하는 제3밸브(V3)가 형성된다.

상기 제3밸브(V3)는 상기 제2밸브(V2)와 교차되게 개방되어 상기 메인배관(301)으로 고온기체를 공급한다.

상기 제3밸브(V3)는 상기 제4밸브(V4)가 개방되어 있는 동안 차단된 상태를 유지하거나 혹은 상기 제4밸브(V4)와 동시에 개방되어 상기 메인배관(301)으로 고온기체를 공급한다.

열매체 열교환기(300)는 중공형상으로 그 내부에 오일을 수용하고, 지그재그 구조로 연장 형성되어 일단이 상기 응축기(20) 및 상기 고온기체관(200)과 연결되되, 타단이 상기 압축기(10)와 연결되며, 팽창 분사되는 액상냉매를 공급받아 열교환작용하거나 또는 고온기체와의 열교환작용으로 냉각 또는 가열되는 메인배관(301)과, 상기 메인배관(301) 테두리를 따라 형성되고, 일단이 상기 응축기(20)와 연결되되, 타단이 상기 압축기(10)와 연결되어 팽창 분사되는 액상냉매를 공급받아 열교환작용으로 냉각되는 보조배관(302)을 형성한다.

상기 열매체 열교환기(300)의 상기 메인배관(301)과 상기 보조배관(302)은 근접되게 설치되는 것이 바람직하다.

상기 메인배관(301)은 냉각 또는 가열되면서 상기 열매체 열교환기(300) 내부에 수용된 오일을 열교환작용으로 냉각 또는 가열한다.

상기 보조배관(302)은 냉각되면서 상기 열매체 열교환기(300) 내부에 수용된 오일을 열교환작용으로 냉각한다.

상기 메인배관(301) 및 상기 보조배관(302)은 저온저압의 기체를 상기 압축기(10)로 배출한다.

상기 메인배관(301)은 상기 열매체 열교환기(300) 내부의 오일을 냉각 또는 가열하여, 오일이 정해진 온도에 도달하도록 안내한다.

상기 보조배관(302)은 상기 메인배관(301)이 오일을 가열하는 동일 시점에서 오일을 냉각하여, 상기 열매체 열교환기(300) 내부의 오일 온도가 정해진 온도에 머무르도록 하거나 혹은 사용자가 지정한 온도에 일치되도록 오일의 온도를 조정한다.

상기 열매체 열교환기(300)는 상기 응축기(20)와 상기 열매체 열교환기(300)의 메인배관(301) 사이에 상기 메인배관(301)으로 공급되는 냉매의 흐름을 개방 또는 차단하는 제2밸브(V2)를 더 형성한다.

상기 제2밸브(V2)는 상기 제3밸브(V3)와 서로 교차되게 작동되어 상기 메인배관(301)으로 냉매를 공급한다.

상기 제2밸브(V2)는 상기 제4밸브(V4)가 개방되어 있는 동안 차단된 상태를 유지하여, 상기 메인배관(301)으로 냉매가 공급되는 것을 차단한다.

상기 열매체 열교환기(300)는 상기 응축기(20)와 상기 보조배관(302) 사이에 상기 보조배관(302)으로 공급되는 냉매의 흐름을 개방 또는 차단하는 제4밸브(V4)를 더 형성한다.

상기 제4밸브(V4)는 상기 제3밸브(V3)가 개방되어 있는 동안 차단되거나 혹은 제3밸브(V3)와 동시에 개방되어 상기 보조배관(302)으로 냉매를 공급한다.

상기 제4밸브(V4)는 상기 제2밸브(V2)와 교차되게 개방되는 것이 바람직하다.

상기 열매체 열교환기(300)는 그 내부에 수용된 오일을 가열 또는 냉각하여 상기 동결건조부(400)로 공급하되, 상기 동결건조부(400)를 거쳐 순환되는 오일을 공급받는다.

동결건조부(400)는 판재형상으로 상기 열매체 열교환기(300)와 연결되고, 내부 공간으로 오일을 순환시켜 냉각 또는 가열된다.

상기 동결건조부(400)는 상기 열매체 열교환기(300)로 부터 오일을 공급받아 냉각 또는 가열되면서 정해진 온도를 유지한다.

상기 동결건조부(400)는 그 내부에 냉각된 상태의 시료를 수용하고, 이 시료에서 기체 및 수분이 방출되도록 승화시켜, 시료를 동결건조한다.

상기 동결건조부(400)는 중공형상으로 상기 콜드트랩(100)과 연통된 건조실챔버(401)과, 판재형상으로 그 내부에 오일을 수용하고, 상기 건조실챔버(401) 내에 설치되되, 상부에 시료를 안착하여 냉각 또는 가열되는 선반(402)으로 구성된다.

상기 건조실챔버(401)은 상기 콜드트랩(100)과 호스(H)로 연결되고, 상기 진공펌프(600)에 의해 내부 공기가 강제 흡입되도록 하면서, 시료가 승화되면서 방출되는 기체 및 수분이 상기 콜드트랩(100)의 콜드트랩챔버(101) 내로 이동하도록 진공상태를 유지한다.

상기 선반(402)은 그 상면에 냉동된 상태의 시료를 안착하고, 상기 열매체 열교환기(300)로 부터 냉각 또는 가열된 상태의 오일을 전달받아 정해진 온도로 조절된다.

상기 선반(402)은 냉각된 상태를 유지하는 것이 바람직하고, 이 냉각 온도를 조절하기 위해 냉각 또는 가열된 상태의 오일을 전달받아 열교환작용으로 정해진 온도에 도달하게 된다.

상기 선반(402)은 냉각된 시료의 온도보다 상대적으로 높은 온도로 변화되면서, 시료를 승화시켜 시료에 포함된 기체 및 수분이 방출되도록 유도한다.

상기 선반(402)은 복수개로 적층 형성되어, 복수개의 시료를 동시에 동결건조하는 것이 바람직하다.

순환펌프(500)는 상기 열매체 열교환기(300)와 상기 동결건조부(400) 사이에 설치되어 상기 열매체열교환(300)기 내의 오일이 상기 동결건조부(400)로 순환되도록 강제한다.

상기 순환펌프(500)는 상기 동결건조부(400)의 선반(402)을 순회한 오일이 상기 열매체 열교환기(300)로 재 공급되도록 상기 선반(402) 내의 오일을 상기 열매체 열교환기(300) 방향으로 밀어낸다.

진공펌프(600)는 상기 콜드트랩(100)과 연결되고, 상기 콜드트랩(100) 및 상기 콜드트랩(100)과 연결된 동결건조부(400) 내의 공기를 강제 흡입하여, 상기 콜드트랩(100) 및 동결건조부(400) 내부 공간을 진공 상태로 변화시킨다.

상기 진공펌프(600)는 상기 콜드트랩(100)의 콜드트랩챔버(101) 및 상기 동결건조부(400)의 건조실챔버(401) 내의 공기를 강제 흡입하여, 외부로 배출한다.

상기 진공펌프(600)는 상기 동결건조부(400)의 건조실챔버(401) 내에 잔류된 기체 및 수분이 상기 콜드트랩(100) 방향으로 이동하도록 강제하여, 상기 콜드트랩(100)의 콜드트랩 코일(102)에 기체에 포함된 수분을 포집시킨다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 따른 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치는 다음과 같이 사용된다.

먼저, 동결건조부(400)를 정해진 온도로 냉각하여 그 내부에 수용된 시료를 냉각하고자 하는 경우에는, 제1밸브(V1), 제2밸브(V2)를 개방하고, 제3밸브(V3) 및 제4밸브(V4)를 차단하여 냉매의 흐름 유로를 형성한다.

그리고, 압축기(10)로 기체를 압축하되, 이 압축된 고온고압의 기체를 응축기(20)로 공급하여 중온고압의 액상냉매로 변화시킨다.

이때, 상기 압축기(10)는 메인압축기(11)와 보조압축기(12)로 구분되고, 메인압축기(11)를 통해 기체를 고온고압으로 압축하되, 만약, 상기 메인압축기(11)가 손상으로 인해 결함이 발생된 경우, 상기 보조압축기(12)를 구동시켜, 기체를 고온고압으로 압축한다.

즉, 상기 메인압축기(11)를 이용하는 과정에서, 상기 메인압축기(11)에 결함이 발생되는 경우, 상기 보조압축기(12)를 구동시켜 상기 보조압축기(12)로 기체를 압축하는 것이다.

그리고, 상기 메인압축기(11)와 상기 보조압축기(12)는 상기 메인배관(301), 보조배관(302) 및 콜드트랩 코일(102)과 동시에 연결되는 것이 바람직하다.

이어서, 상기 응축기(20)에서 응축된 액상냉매를 상기 제1밸브(V1)를 통해 상기 콜드트랩(100)의 콜드트랩 코일(102)으로 공급하되, 이와 동시에 상기 제2밸브(V2)를 통해 상기 메인배관(301)으로 냉매가 공급되도록 한다.

이때, 상기 제1, 제2밸브(V1, V2)를 통과하는 냉매는 팽창밸브(E)를 통과하게 되고, 이에따라, 상기 콜드트랩 코일(102) 및 메인배관(301)으로 팽창 분사되는 냉매가 공급되고, 이 냉매와 열교환작용으로 상기 콜드트랩 코일(102) 및 상기 메인배관(301)이 냉각되는 것이다.

여기서, 상기 콜드트랩(100)의 콜드트랩 코일(102)은 냉각된 상태를 유지하면서 상기 콜드트랩챔버(101) 내의 공기와 열교환작용으로 상기 콜드트랩챔버(101) 내부 공간을 정해진 온도로 냉각한다.

그리고, 상기 열매체 열교환기(300)의 메인배관(301)은 냉매와의 열교환작용으로 냉각된 상태를 유지하고, 그 상태에서 상기 열매체 열교환기(300) 내부에 수용된 오일과 열교환작용되면서 오일을 정해진 온도로 냉각한다.

또한, 상기 열매체 열교환기(300) 내에서 냉각된 오일은 상기 순환펌프(500)에 의해 강제 이송되어 상기 동결건조부(400)의 선반(402)을 순회하게 되고, 이에따라, 상기 선반(402)이 열교환작용에 의해 정해진 온도로 냉각되어, 선반(402)에 수용된 시료를 정해진 온도로 냉각한다.

이때, 상기 콜드트랩(100)의 콜드트랩챔버(101) 내부 공간의 공기는 상기 진공펌프(600)에 의해 강제 배출되고, 이와 동시에 상기 콜드트랩챔버(101)와 호스(H)로 연결된 상기 건조실챔버(401) 내부 공간의 기체 및 수분이 상기 콜드트랩챔버(101)를 지나쳐 상기 진공펌프(600)에 의해 외부로 강제 배출됨으로써, 상기 콜드트랩챔버(101)와 상기 건조실챔버(401) 내부 공간이 진공상태로 변화된다.

특히, 상기 콜드트랩챔버(101) 및 건조실챔버(401) 내의 기체에 포함된 수분은 냉각된 상태의 상기 콜드트랩 코일(102)에 포집되고, 이에따라, 수분이 제거된 기체가 상기 진공펌프(600)로 이동되어, 상기 진공펌프(600)가 수분 유입에 따른 오일 성능저하로 인해 기계적 고장이 일어나는 것이 방지된다.

그리고, 상기 선반(402)을 냉각한 오일은 상기 열매체 열교환기(300) 내로 재 순환되고, 이어서, 상기와 같이 상기 메인배관(301)과 열교환작용으로 냉각된 후 상기 순환펌프(500)에 의해 상기 선반(402)으로 재 공급되어, 상기 선반(402)을 연속 냉각하는 것이다.

한편, 상기 동결건조부(400)의 선반(402)에서 냉각된 상태를 유지하는 시료를 동결 건조하고자 하는 경우에는, 상기 제1밸브(V1), 상기 제3밸브(V3)를 개방하고, 그 상태에서 상기 메인압축기(11) 또는 보조압축기(12)를 통해 기체를 압축하여 고온고압의 기체를 상기 응축기(20) 및 상기 고온기체관(200)으로 동시에 공급한다.

이때, 상기 응축기(20)로 공급된 기체는 응축기(20)에서 응축된 후 상기와 같이 상기 제1밸브(V1)를 통과한 후 팽창밸브(E)에 의해 팽창 분사되면서 상기 콜드트랩(100)의 콜드트랩 코일(102)으로 공급되어 상기 콜드트랩 코일(102)을 냉각한다.

그리고, 상기 고온기체관(200)을 따라 이동하는 고온고압의 기체는 상기 제3밸브(V3)를 통과한 후 상기 메인배관(301)으로 그대로 공급되어, 상기 메인배관(301)을 열교환작용으로 가열하고, 이에따라, 상기 메인배관(301)이 가열되면서 상기 열매체 열교환기(300) 내에 수용된 오일을 가열하여, 오일이 정해진 온도로 변화된다.

이어서, 상기 메인배관(301)에 의해 가열된 오일은 상기 순환펌프(500)에 의해 상기 동결건조부(400)의 선반(402)으로 공급되고, 이때, 상기 선반(402)이 오일과의 열교환작용으로 정해진 온도로 가열된다.

여기서, 오일과의 열교환작용에 의해 가열되는 상기 선반(402)의 온도는 상기 선반(402)에 수용된 시료를 동결건조할 수 있도록, 시료를 냉동하는 온도에 비해 상대적으로 높게 형성되는 것이 바람직하다.

그러면, 상기 선반(402)에 수용된 시료가 승화되면서 기체 및 수분을 동시에 방출하면서 건조가 이루어지고, 상기 건조실챔버(100) 내로 방출되는 수분을 포함한 기체는 상기 호스(H)를 통해 상기 콜드트랩챔버(101)로 이동된 후 상기 진공펌프(600) 방향으로 이동되어 외부로 방출된다.

이때, 상기 콜드트랩챔버(101) 내로 이동된 기체에 포함된 수분은 상기 콜드트랩 코일(102)의 외면에 밀착 포집되고, 이후, 수분이 제거된 기체가 상기 진공펌프(600)를 통해 외부로 방출됨으로써, 상기 진공펌프(600)가 수분에 의해 결함을 일으키는 것이 방지된다.

만약, 상기 동결건조부(400)의 선반(402) 온도를 정해진 온도로 유지시키거나 혹은 상기 선반(402) 온도를 정밀하게 제어하고자 하는 경우에는, 상기 제1밸브(V1), 제3밸브(V3) 및 제4밸브(V4)를 동시에 개방하여 상기 메인배관(301)을 가열하되, 상기 제4밸브(V4)를 통과한 냉매가 상기 보조배관(302)으로 팽창 분사되어 상기 보조배관(302)을 냉각하도록 한다.

그러면, 상기 열매체 열교환기(300) 내의 오일이 메인배관(301)에 의해 가열되되, 보조배관(302)에 의해 냉각되는 것이 교차 반복되면서 오일의 온도가 정해진 온도로 유지되고, 이 정해진 온도를 유지하는 오일을 순환펌프(500)를 통해 상기 선반(402)으로 공급함으로써, 상기 선반(402)이 정해진 온도를 유지하면서 시료를 승화시키는 것이다.

여기서, 상기 제3밸브(V3) 및 제4밸브(V4)의 개방 여부를 반복제어 하거나 혹은 시간차를 두고 제어하면서, 상기 메인배관(301)으로 공급되는 고온기체의 공급량 또는 상기 보조배관(302)으로 공급되는 냉매의 공급량을 조절함으로써, 상기 메인배관(301) 및 상기 보조배관(302)에 의해 가열 및 냉각을 반복하는 오일의 가열 및 냉각 시간을 조절하여 오일의 온도를 정밀하게 제어할 수 있다.

그리고, 정해진 온도로 변화된 오일을 상기 선반(402)으로 공급함으로써, 상기 선반(402)의 온도를 시료를 승화시켜 건조할 수 있는 온도에 상응하도록 제어할 수 있다.

상기와 같이 열매체열교환기(300)의 메인배관(301)으로 오일을 냉각 또는 가열하되, 메인배관(301)으로 오일을 가열하면서 보조배관(302)으로 냉각하여 오일의 온도를 정밀하게 제어하면서, 오일의 온도를 정해진 온도에 머무르도록 유지하는 구조는, 열매체 열교환기(300)의 메인배관(301)으로 냉매 또는 고온기체를 선택 공급하여, 동결건조부(400) 내로 순환되는 오일을 정해진 온도로 신속하게 변화시킬 수 있고, 메인배관(301)을 가열하면서 보조배관(302)을 냉각하여 열매체 열교환기 내의 오일 온도를 정밀하게 조정할 수 있으며, 이 오일 온도 정밀 조정으로 오일 온도 편차가 감소되어 사용자가 요구하는 온도를 손쉽게 설정할 수 있고, 동결건조시 필요로 하는 시료의 온도에 대응하도록 온도를 자유롭게 조절하여, 시료의 동결건조 성능 및 품질이 향상된다.

이상에서 설명한 본 발명에 따른 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치는 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있는 범위까지 그 기술적 정신이 있다.

10 : 압축기 20 : 응축기
100 : 콜드트랩 101 : 콜드트랩챔버
102 : 콜드트랩 코일 200 : 고온기체관
300 : 열매체 열교환기 301 : 메인배관
302 : 보조배관 400 : 동결건조부
401 : 건조실챔버 402 : 선반
500 : 순환펌프 600 : 진공펌프
E ; 팽창밸브 H : 호스
V1 : 제1밸브 V2 : 제2밸브
V3 : 제3밸브 V4 : 제4밸브

Claims

냉매를 압축하는 압축기(10)와;
압축기(10)에서 압축된 기체냉매를 응축하여 액상냉매로 변화시키는 응축기(20);
를 포함하는 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치에 있어서,
일단이 상기 응축기(20)와 연결되되, 타단이 상기 압축기(10)와 연결되고, 팽창 분사되는 액상냉매를 공급받아 열교환작용으로 냉각되는 콜드트랩(100);
상기 압축기(10)와 상기 응축기(20) 사이에 연결 설치되어, 상기 압축기(10)에서 압축된 고온의 기체냉매 이동을 안내하는 고온기체관(200);
중공형상으로 그 내부에 오일을 수용하고, 지그재그 구조로 연장 형성되어 일단이 상기 응축기(20) 및 상기 고온기체관(200)과 연결되되, 타단이 상기 압축기(10)와 연결되며, 팽창 분사되는 액상냉매를 공급받아 열교환작용하거나 또는 고온기체와의 열교환작용으로 냉각 또는 가열되는 메인배관(301)과, 상기 메인배관(301) 테두리를 따라 형성되고, 일단이 상기 응축기(20)와 연결되되, 타단이 상기 압축기(10)와 연결되어 팽창 분사되는 액상냉매를 공급받아 열교환작용으로 냉각되는 보조배관(302)을 형성한 열매체 열교환기(300);
판재형상으로 상기 열매체 열교환기(300)와 연결되고, 내부 공간으로 오일을 순환시켜 냉각 또는 가열되는 동결건조부(400);
상기 열매체 열교환기(300)와 상기 동결건조부(400) 사이에 설치되어 상기 열매체열교환기(300) 내의 오일이 상기 동결건조부(400)로 순환되도록 강제하는 순환펌프(500);
상기 콜드트랩(100)과 연결되고, 상기 콜드트랩(100) 및 상기 콜드트랩(100)과 연결된 동결건조부(400) 내의 공기를 강제 흡입하여, 상기 콜드트랩(100) 및 동결건조부(400) 내부 공간을 진공 상태로 변화시키는 진공펌프(600);
로 구성된 것을 특징으로 하는 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치.
제 1항에 있어서,
상기 콜드트랩(100)과 응축기(20) 사이에는 상기 콜드트랩(100)으로 공급되는 냉매의 흐름을 개방 또는 차단하는 제1밸브(V1)가 형성되어 있고,
상기 응축기(20)와 상기 열매체 열교환기(300)의 메인배관(301) 사이에는 상기 메인배관(301)으로 공급되는 냉매의 흐름을 개방 또는 차단하는 제2밸브(V2)가 형성되어 있으며,
상기 고온기체관(200)과 상기 메인배관(301) 사이에는 상기 메인배관(301)으로 공급되는 고온기체의 흐름을 개방 또는 차단하는 제3밸브(V3)가 형성되어 있고,
상기 응축기(20)와 상기 보조배관(302) 사이에는 상기 보조배관(302)으로 공급되는 냉매의 흐름을 개방 또는 차단하는 제4밸브(V4)가 형성된 것을 특징으로 하는 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치.
제 1항에 있어서,
상기 콜드트랩(100)은,
중공형상의 콜드트랩챔버(101)와;
상기 콜드트랩챔버(101) 내에 형성되고, 냉매를 공급받아 열교환작용으로 냉각되면서 그 외면에 수분을 포집하는 콜드트랩 코일(102);
으로 구성된 것을 특징으로 하는 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치.
제 1항에 있어서,
상기 동결건조부(400)는,
중공형상으로 상기 콜드트랩(100)과 연통된 건조실챔버(401)과;
판재형상으로 그 내부에 오일을 수용하고, 상기 건조실챔버(401) 내에 설치되되, 상부에 시료를 안착하여 냉각 또는 가열되는 선반(402);
으로 구성된 것을 특징으로 하는 압축기의 고온가스를 이용한 정밀제어 동결건조장치.