KR102387361B1

KR102387361B1 - 먹태 제조용 진공 냉동 건조장치

Info

Publication number: KR102387361B1
Application number: KR1020210109780A
Authority: KR
Inventors: 유영순
Original assignee: 농업회사법인 주식회사 용대황태푸드
Priority date: 2021-08-19
Filing date: 2021-08-19
Publication date: 2022-04-15

Abstract

동결 건조 대상체가 놓여지는 트레이를 포함하는 트레이부; 및 상기 트레이부를 수용하는 내부 공간이 형성되는 진공챔버;를 포함하는, 건조 장치를 개시한다.

Description

먹태 제조용 진공 냉동 건조장치{Fish Freeze Drying Device}

본 발명은 먹태 제조용 진공 냉동 건조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 진공 상태의 공간에 수납되는 동결된 먹태의 수분을 승화시켜 먹태를 건조시킬 수 있도록 하는 먹태 제조용 진공 냉동 건조장치에 관한 것이다.

진공동력건조는 동결공정, 건조공정, 진공배기공정, 가열공정 및 융빙공정으로 이루어 진다.

상기 동결공정은 건조물을 -40℃_ 정도에서 동결을 수행하는 예비동결 과정으로서 동결건조의 승패를 좌우하는 주요한 전처리공정으로서 동결건조기술의 핵심이다.

상기 건조공정(콜드트랩냉각공정)은 동결된 물품으로부터 수분만을 제거하는 것으로서, 제거되는 수분이 얼음(고체)에서 직접 수증기(기체)로 되지만, 진공 상태에서는 이 기체의 체적이 매우 크기 때문에 기체를 다시 한번 얼음의 상태로 만들어야 하므로 콜드트랩이 필요하다.

상기 진공배기공정은 동결된 건조물에서 수분(얼음)이 승화하기 쉬운 조건을 만들어 주는 것이 진공배기의 목적이다. 진공펌프를 작동시켜 건조실 내를 감압하여 진공상태로 하면 비점이 내려가 동결되어 있는 건조물의 수분이 승화해 수증기로 되어 배기되며 콜드트랩으로 수분(수증기)이 이동한다.

기존의 동결 건조 장치의 경우에는, 시간이 지남에 따라 건조 챔버의 밀폐 성능이 저하되어 건조 성능이 함께 저하된다는 단점이 있었고, 건조 챔버를 개폐하기 위한 덮개의 개폐 구조가 복잡하고 작업자의 많은 노동력이 소요되어 작업 효율성이 떨어진다는 단점 역시 가지고 있었다.

본 발명의 일측면은 진공 상태의 공간에 수납되는 동결된 먹태의 수분을 승화시켜 먹태를 건조시킬 수 있도록 구현한 먹태 건조 장치를 제공한다.

본 발명의 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치는, 동결 건조 대상체가 놓여지는 트레이를 포함하는 트레이부; 및 상기 트레이부를 수용하는 내부 공간이 형성되는 진공챔버;를 포함한다.

한편, 상기 진공챔버는, 전방에 개방밀폐 가능하도록 형성되는 도어;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 트레이부의 전면에 열매체 주입구가 형성되고, 상기 트레이부는 열매체 주입구가 형성된 전면부보다 후면부가 더 높게 설치되어 경사를 가지도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 트레이는, 상기 동결 건조 대상체가 놓여지는 상부플레이트; 상기 상부플레이트에서 하방으로 일정간격 떨어져 위치한 하부플레이트; 상기 상부플레이트와 하부플레이트 사이에 접하면서 요부와 철부가 반복하여 형성되도록 규칙적으로 주름지게 접혀진 금속호일;을 포함할 수 있다.

또한, 상기 금속호일, 상기 상부플레이트, 상기 하부플레이트는 열매체가 흐르는 채널을 형성할 수 있다.

또한, 상기 채널은, 상기 트레이부의 상부에서 보았을 때 물결무늬 또는 사인파의 형상을 이루도록 형성될 수 있다.

또한, 상기 트레이는, 규칙적으로 주름지게 접혀진 금속호일을 다단으로 적층하여 형성될 수 있다.

또한, 상기 트레이는, 상측에 배치된 금속호일의 요부와 하층에 배치된 금속호일의 철부가 맞닿도록 배치되어 형성될 수 있다.

또한, 상기 트레이부는, 상기 트레이의 하부플레이트 전단부에 설치되어 입력유로의 전단벽을 형성하는 프론트바; 상기 트레이의 하부플레이트 좌측에 설치되어 출력유로의 후단벽의 일부를 형성하는 자 형태의 좌측 사이드바; 상기 트레이의 하부플레이트 우측에 설치되어 출력유로의 후단벽의 일부를 형성하며 또한 회수유로의 우측벽을 형성하는 자 형태의 우측 사이드바; 상기 트레이에 포함되는 금속호일의 우측에 밀착 또는 땜납이 스며들 수 있도록 소정 간격 이격되어 설치되는 이너바;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 이너바는, 상기 우측 사이드바와 소정 간격 이격되어 상기 회수유로를 형성할 수 있다.

또한, 상기 상부 플레이트는, 상기 프론트바, 상기 금속호일, 상기 사이드바, 상기 이너바들의 상면에 맞닿아 덮여질 수 있다.

또한, 상기 트레이에 열매체를 주입하거나 인출하기 위해 어댑터;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 어댑터는, 전면부에 열매체 통로가 되는 튜브가 연결될 수 있는 튜브홀; 하면부는 회수유로로부터 열매체를 받아들이는 단차부; 상기 튜브홀과 상기 단차부를 연결하는 두 개의 회수유로홀; 및 상면은 상기 프론트바, 이너바, 사이드바와 동일한 높이에 형성되고, 상부플레이트의 하부면에 맞닿도록 형성되며, 어댑터 측면에 형성된 측면부날개와 후면에 형성된 후면부날개;를 포함할 수 있다.

또한, 상기 진공챔버의 내부를 진공배기하는 진공펌프;를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 진공챔버 내부 하단에 위치되고 내부에 냉매가 순환되는 코일로 이루어져 상기 동결 건조 대상체로부터 승화된 수분을 상기 코일 표면에 응결시키는 콜드트랩; 상기 진공챔버의 내부를 트레이부가 위치하는 상부공간과 상기 콜드트랩이 위치하는 하부공간으로 분리하는 판재로 이루어진 격벽;을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 격벽은, 상기 동결 건조 대상체로부터 승화된 수분의 유동이 상기 콜드트랩으로 유도될 수 있도록 상기 진공챔버의 도어쪽 전면부에 통공을 형성할 수 있다.

또한, 상기 진공챔버는, 전체가 은이나 동으로 이루어질 수 있다.

또한, 상기 진공챔버는, 금속판의 상측에 은, 이산화티타늄 및 구리 중 어느 하나 이상의 항균물질을 일체로 코팅하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 진공챔버는, 이온상태의 증착, 도금 및 스프레이 중 어느 하나의 방법을 이용하여 금속판의 상측에 항균물질을 일체로 코팅하여 이루어질 수 있다.

또한, 상기 진공챔버의 하부에 상기 진공챔버를 지지하도록 형성되는 프레임; 및 상기 프레임에 상기 진공챔버를 설치하되, 상기 진공챔버를 유동시킬 수 있도록 형성되는 설치 모듈;을 더 포함할 수 있다.

상술한 본 발명에 따르면 진공 상태의 공간에 수납되는 동결된 먹태의 수분을 한정적으로 승화시켜 먹태를 건조시킴으로써, 먹태의 상품성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 건조 효율성을 향상시켜 제조 공정에 소요되는 비용을 저감하는 효과를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 먹태 건조 장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 2는 도 1의 선반을 보여주는 도면이다.
도 3은 도 1의 밀폐 덮개를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 먹태 건조 장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.
도 5는 도 4의 체결 고정부를 보여주는 도면이다.
도 6은 도 5의 체결 고정부의 구동 방법을 보여주는 도면이다.
도 7은 도 5의 슬라이딩 체결부를 보여주는 도면이다.
도 8은 도 7의 제4 프레임의 연결 관계를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건조 장치의 개략적인 구성도를 나타낸다.
도 10은 도 9에 도시된 진공챔버를 보다 상세히 나타내었다.
도 11은 건조 장치의 주요 구성을 나타내고 있다.
도 12는 트레이 내부의 유로를 설명하기 위해 트레이의 상부플레이트를 제거한 모습을 나타내고 있다.
도 13은 트레이의 상부플레이트를 제거한 모습을 사시도로 나타내고 있다.
도 14는 트레이 내부의 채널을 형성하는 주름지게 접혀진 주름진 금속호일의 구성을 나타내고 있다.
도 15 및 16은 우측어댑터의 세부 구성을 나타내고 있다.
도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건조 장치의 개략적인 구성도를 나타낸다.
도 18 및 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 설치 모듈을 보여주는 도면이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건조 장치를 보여주는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계 및 동작은 하나 이상의 다른 구성요소, 단계 및 동작의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치(10)는, 진공 동결 건조 챔버(100), 다수 개의 선반(200) 및 밀폐 덮개(300)를 포함한다.

진공 동결 건조 챔버(100)는, 전단 개구부가 밀폐 덮개(300)에 의해 개폐되며, -40℃_로 동결된 먹태(P)가 수용되기 위한 내부 공간을 형성하며, 진공 상태에서 내부 공간으로 공급되는 80℃_의 열풍을 이용하여 선반(200)에 안착되어 있는 동결된 먹태(P)의 수분을 승화시켜 먹태(P)를 건조시킨다.

선반(200)은, 도 2에 도시된 바와 같이 동결된 상태의 먹태(P)를 적어도 하나 이상 올려 놓은 상태로 진공 동결 건조 챔버(100)의 내부 공간에 상하 방향으로 서로 이격되어 안착된다.

밀폐 덮개(300)는, 진공 동결 건조 챔버(100)의 전단 개구부를 덮어 진공 동결 건조 챔버(100)의 내부 공간을 밀폐시켜 준다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치(10)는, 진공 상태의 공간에 수납되는 동결된 먹태의 수분을 한정적으로 승화시켜 먹태를 건조시킴으로써, 먹태의 상품성을 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 건조 효율성을 향상시켜 제조 공정에 소요되는 비용을 저감할 수 있다.

도 3은 도 1의 밀폐 덮개를 보여주는 도면이다.

도 3을 참조하면, 밀폐 덮개(300)는, 덮개부(310), 지지부(320 및 회동 거치부(330)를 포함한다.

덮개부(310)는, 진공 동결 건조 챔버(100)의 전단 개구부(110)를 밀폐시켜 건조 공정 도중에 외부의 공기가 진공 동결 건조 챔버(100)의 내부 공간으로 유입되는 것을 방지할 수 있도록 진공 동결 건조 챔버(100)의 전단 개구부(110)의 형태에 대응하는 반구 형태로 형성되어 진공 동결 건조 챔버(100)의 전단 개구부(110)를 덮어 진공 동결 건조 챔버(100)의 내부 공간을 밀폐시킨다.

지지부(320)는, 진공 동결 건조 챔버(100)의 상부에 설치되며, 회동 거치부(330)가 회동 가능하도록 연결 설치된다.

회동 거치부(330)는, 일측이 지지부(320)에 회동 가능하도록 연결 설치되며, 다른 일측에 덮개부(310)의 상부가 체결되어 덮개부(310)를 거치하며, 덮개부(310)를 진공 동결 건조 챔버(100)의 전단 개구부로부터 분리하거나 덮개부(310)를 진공 동결 건조 챔버(100)의 전단 개구부로 이동시킴에 따라 회동되어 덮개부(310)의 이동을 유도한다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 밀폐 덮개(300)는, 진공 동결 건조 챔버(100)의 전단 개구부(110)를 개폐하기 위한 덮개부(310)의 이동시킴에 있어 작업자가 큰 힘을 들이지 아니하고도 덮개부(310)를 손쉽게 이동시킬 수 있도록 덮개부(310)의 거치 구조를 구현함으로써, 작업자의 노동 소비량을 감소시켜 작업 효율성을 향상시킬 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건조 장치의 개략적인 구성이 도시된 도면이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 건조 장치(20)는, 진공 동결 건조 챔버(100), 다수 개의 선반(200) 및 밀폐 덮개(300)를 포함한다.

여기서, 진공 동결 건조 챔버(100), 다수 개의 선반(200), 밀폐 덮개(300) 및 체결 고정부(400)는, 도 1의 구성요소와 동일하므로 그 설명을 생략한다.

체결 고정부(400)는, 먹태 제조 시설의 벽면(W)에 설치되며, 진공 동결 건조 챔버(100)의 전단 개구부로부터 분리된 덮개부(310)가 움직이지 못하도록 덮개부(310)의 전단 일측에 설치되는 체결 고리(340)를 체결하여 고정시킨다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건조 장치(20)는, 진공 동결 건조 챔버(100)로부터 분리된 밀폐 덮개(300)를 체결 고정부(400)를 이용하여 고정시킴으로써, 진공 동결 건조 챔버(100)로부터 선반(200)을 분리하거나 진공 동결 건조 챔버(100)로 선반(200)을 삽입하는 과정 도중에 작업자가 밀폐 덮개(300)에 의해 작업이 저해되는 것을 방지함으로써, 작업자의 작업 효율성을 향상시킬 수 있다.

도 5 및 도 6은 도 4의 체결 고정부를 보여주는 도면이다.

도 5를 참조하면, 체결 고정부(400)는, 박스부(410), 슬라이딩부(420), 노출부(430) 및 슬라이딩 체결부(440)를 포함한다.

박스부(410)는, 먹태 제조 시설의 벽면(W)을 따라 함몰 형성되는 공간에 설치되며, 슬라이딩부(420), 노출부(430) 및 슬라이딩 체결부(440)를 설치하기 위한 내부 공간을 형성하는 박스 형태로 형성되어 벽면을 따라 설치된다.

슬라이딩부(420)는, 슬라이딩 체결부(440)의 후단이 연결 설치되어 상하 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있도록 박스부(410)의 내측 후면을 따라 상하 방향으로 연장 형성된다.

노출부(430)는, 박스부(410)의 내부 공간(411)이 외부로 노출되어 슬라이딩 체결부(440)의 전단이 박스부(410)의 외부로 노출될 수 있도록 박스부(410)의 전면을 따라 상하 방향으로 연장 형성된다.

슬라이딩 체결부(440)는, 박스부(410)의 내부 공간(411)에 안착되며, 후단이 슬라이딩부(420)에 연결 설치되어 상하 방향으로 슬라이딩 이동하며, 체결 고리(340)를 체결할 수 있도록 전단이 노출부(430)를 통과하여 박스부(410)의 외부로 노출된다.

상술한 바와 같은 구성을 가지는 체결 고정부(400)는, 슬라이딩 체결부(440)가 박스부(410)의 내부 공간(411)의 내부 공간에 수납되어 있다가(도 6의 (a)), 체결 고리(340)의 높이에 대응하여 사용자가 슬라이딩 체결부(440)의 높이를 조절하면(도 6의 (b)), 슬라이딩 체결부(440)를 박스부(410)의 내부 공간(411)으로부터 꺼내어 체결고리(340)를 체결(도 6의 (c))함으로써 사용될 수 있다.

도 7 및 도 8은 도 5의 슬라이딩 체결부를 보여주는 도면이다.

도 7을 참조하면, 슬라이딩 체결부(440)는, 제1 프레임(441), 제2 프레임(442), 제3 프레임(443), 제4 프레임(444) 및 지지 탄성체(445)를 보여주는 도면이다.

제1 프레임(441)은, 상부가 전단 상측 방향으로 경사지도록 박스부(410)의 내부 공간(411)에 안착되며, 후단이 제2 프레임(442)의 전단에 회동 가능하도록 연결 설치된다.

제2 프레임(442)은, 슬라이딩부(420)에 연결 설치되어 슬라이딩부(420)를 따라 상하 방향으로 슬라이딩 이동되며, 제1 프레임(441)의 후단이 전단에 회동 가능하도록 연결 설치된다.

일 실시예에서, 제2 프레임(442)은, 슬라이딩 바디(4421) 및 적어도 하나 이상의 승하강 기어(4422-1, 4422-2)를 포함한다.

슬라이딩 바디(4421)는, 슬라이딩부(420)에 안착되어 슬라이딩부(420)를 따라 상하 방향으로 슬라이딩 이동할 수 있도록 슬라이딩부(420)의 형태에 대응하여 형성되며, 전단에 제1 프레임(441)의 후단이 회동 가능하도록 연결 설치되며, 후단에 적어도 하나 이상의 승하강 기어(4422-1, 4422-2)가 연결 설치된다.

승하강 기어(4422-1, 4422-2)는, 슬라이딩 바디(4421)의 후단에 적어도 하나 이상 설치되며, 슬라이딩부(420)의 내측면을 따라 상하 방향으로 설치되는 승하강용 렉기어(421)에 맞물려 연결 설치되며, 사용자로부터 입력되는 승강 또는 하강 요청 신호에 대응하여 구동되는 승하강 모터(설명의 편의상 도면에는 도시하지 않음)에 의해 회전된다.

즉, 사용자가 벽면에 설치되어 있는 승강 또는 하강 버튼(설명의 편의상 도면에는 도시하지 않음)을 눌러 승강 또는 하강을 요청함에 따라 승하강 모터가 승하강 기어(4422-1, 4422-2)를 회전시켜 슬라이딩 바디(4421)를 슬라이딩부(420)에 승강 또는 하강시켜 줄 수 있다.

제3 프레임(443)은, 후단에 설치되는 제4 프레임(444)과의 사이 공간(S)에 체결 고리(340)를 체결할 수 있도록 제1 프레임(441)의 상측으로부터 연장 형성되어 노출부(430)를 통과하여 상부가 박스부(410)의 외부로 노출된다.

일 실시예에서, 제3 프레임(443)은, 사용자의 필요에 따라 체결 위치를 조절할 수 있도록 전단으로부터 연장 형성되는 보조 프레임(446)을 구비할 수 있다.

제4 프레임(444)은, 제1 프레임(441)의 상측으로부터 상측 수직 방향으로 절곡되어 연장 형성되며, 제1 프레임(441)의 상부가 전단 방향으로 회동함에 따라 박스부(410)의 내측면에 밀착된다.

일 실시예에서, 제4 프레임(444)은, 안착 바아(4441), 제1 날개(4442), 제2 날개(4443), 제1 체결돌기(4444) 및 제2 체결돌기(4445)를 포함할 수 있다.

안착 바아(4441)는, 노출부(430)를 통해 이동될 수 있도록 노출부(430)의 형성 폭에 대응하여 좌우 너비가 형성되어 제1 프레임(441)의 상측으로부터 상측 수직 방향으로 절곡되어 연장 형성되며, 일측 후단에 제1 날개(4442)가 형성되고, 다른 일측에 제2 날개(4443)가 형성된다.

제1 날개(4442)는, 안착 바아(4441)의 후단 일측에 형성되며, 제1 프레임(441)의 상부가 전단 방향으로 회동함에 따라 노출부(430)의 일측(431)에 위치하는 박스부(410)의 내측면에 밀착되어 제1 프레임(441)이 더이상 회동하는 것을 저지한다.

제2 날개(4443)는, 안착 바아(4441)의 후단 다른 일측에 형성되며, 제1 프레임(441)의 상부가 전단 방향으로 회동함에 따라 노출부(430)의 다른 일측(432)에 위치하는 박스부(410)의 내측면에 밀착되어 제1 프레임(441)이 더이상 회동하는 것을 저지한다.

제1 체결돌기(4444)는, 제1 날개(4442)의 전면을 따라 상하 방향으로 설치되며, 제1 날개(4442)가 박스부(410)의 내측면에 밀착됨에 따라 박스부(410)의 내측면에 설치되는 제1 제동 렉기어(R1)에 맞물려 제1 날개(4442)가 하강되는 것을 저지한다.

제2 체결돌기(4445)는, 제2 날개(4443)의 전면을 따라 상하 방향으로 설치되며, 제2 날개(4443)가 박스부(410)의 내측면에 밀착됨에 따라 박스부(410)의 내측면에 설치되는 제2 제동 렉기어(R2)에 맞물려 제2 날개(4443)가 하강되는 것을 저지한다.

지지 탄성체(445)는, 평상시에는 도 6의 (a) 또는 (b)에 도시된 바와 같이 슬라이딩 체결부(440)가 박스부(410)의 내부 공간(411)에 수납될 수 있도록 제4 프레임(444)과 제2 프레임(442) 사이에 설치되어 탄성력을 이용하여 제4 프레임(444)을 제2 프레임(442) 방향으로 잡아당겨 준다.

사용자가 체결 고리(340)를 체결하고자 할 경우에는, 박스부(410)의 외부로 노출되어 있는 제3 프레임(443)의 전단을 잡아당겨 박스부(410)로부터 체결부(440)를 꺼낼 수 있다.

이 경우 지지 탄성체(445)는, 탄성력에 의해 밀폐 덮개(300)으로부터 전달되는 진동이나 충격이 벽(W)으로 전달되는 것을 방지함으로써, 내진 기능 역시 수행될 수 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 건조 장치의 개략적인 구성도를 나타낸다.

진공챔버(10)는 건조 대상물을 내부에 수용하고 내부를 진공으로 배기하여 냉동된 건조 대상물 내부의 수분이 액체 상태를 거치지 않고 바로 기체로 승화할 수 있도록 진공을 유지하기 위한 내압용기 형상의 챔버(chamber)로 형성된다.

상기 진공챔버(10)는 작동시에는 내부가 진공으로 유지되므로 내부와 외부의 압력차이가 1기압이 발생하므로 외압에 의한 좌굴이 발생되지 않는 강도로 제작되며, 좌굴강도의 개선을 위한 보강 프레임(미도시) 등이 추가로 구비될 수 있다.

또한, 상기 진공챔버(10)는 통상적인 내압용기 설계기법을 통한 형태는 모두 적용이 가능하나 바람직한 일 실시예로서 ASME 보일러 코드의 좌굴강도 설계기준을 적용하여 설계할 수도 있다.

한편, 상기 진공챔버(10)의 개구부에는 도어(110)가 설치되어 있으며 상기 도어(110) 중앙에는 챔버 내부를 관찰할 수 있도록 투명창(107)이 설치된다.

이 때, 상기 도어(110)와 접하는 진공챔버(10)의 개구부에는 밀폐를 위한 실링장치가 설치되어 있다. 상기 실링 장치는 오링(O-ring) 등과 같이 통상적으로 진공밀폐를 위하여 사용되는 실링 장치가 모두 적용 가능하다.

도어(110)는 챔버 본체에 밀착될 수 있도록 도어(110) 외주연을 따라 다수 개의 고정장치(108)가 설치된다.

한편, 진공챔버(10) 하부에는 프레임(40)이 상기 진공챔버(10)를 지지하고 있으며 프레임 내부에는 향후 설명될 진공펌프, 열매체 냉동 및 가열기 등의 장치들이 배치될 수 있고, 상기 장치들은 필요에 따라 프레임 내부 또는 외부에 선택하여 배치할 수 있다.

프레임의 하부에는 장치의 이동을 쉽게 하기 위하여 바퀴(41)를 설치한다.

도 10은 도 9에 도시된 진공챔버를 보다 상세히 나타내었다.

챔버 전방부의 하단에는 좌우에 한 개씩 포트(120,130)가 설치되어 있다. 이 포트는 챔버 내부에 공급되는 열매체가 공급되고 배출되는 튜브가 관통하여 설치되며 필요에 따라 전선 등도 배치하는 통로이다.

또한, 챔버의 중앙 상부에는 온도, 습도 측정 등과 같은 각종 센서류를 챔버 내부에 설치하고 연결된 신호선을 외부의 계측장치에 연결하는 통로인 센서포트(150)를 설치한다.

도 11은 건조 장치의 주요 구성을 나타내고 있다.

상기 진공챔버(10) 내부 공간은 격벽(101)에 의하여 전방의 일부분만 개구부가 형성되고 진공챔버(10)를 축방향으로 크게 두 부분으로 나뉜다.

진공챔버(10) 내부의 상반부는 본 발명에서 제안하는 트레이(200)가 복수 개 적층된 트레이부(20)가 설치되고, 하반부는 피건조물에서 승화되어 나온 수분을 고체인 얼음 알갱이 형태로 변환하여 포집하는 콜드트랩(102)이 배치되어 있다.

상기 콜드트랩(102)은 다양한 형태로 설치 가능하나, 배관(코일)을 지그재그형태로 설치하여 기류와 접촉할 수 있는 표면적을 넓게 형성시켜 콜드트랩(102)을 지나가는 기체상의 수분을 냉동고의 성에처럼 표면에 얼어붙게 만드는 것이 바람직하다. 상기 콜드트랩(102)에는 영하 40° 이하의 냉매가 콜드트랩(102)의 배관(코일) 내부를 순환하여 낮은 온도를 유지한다.

도 11을 살펴보면 상기 격벽(101)은 진공챔버(10)의 상부와 하부 공간을 구획하되 도어(110)측 전면부에 통공(103)을 형성하고 있고 이 통공(103)을 통하여 기류가 흘러가게 된다.

따라서, 상기 격벽(101)은 공간을 구획하는 기능뿐 아니라 피건조물에서 승화되어 나온 수분(기체)이 바로 배기되지 않고 반드시 콜드트랩(102)을 거쳐 배기되도록 하여 수분이 콜드트랩(102)에 얼음알갱이로 포집되도록 안내하는 역할을 병행한다.

한편, 상기 트레이부(20)는 피건조물이 안착되고 상기 피건조물을 건조시키는 트레이(200)를 상기 격벽(101)의 상부에 수직방향으로 일정한 간격을 두고 적층시켜 형성한다.

트레이(200) 내부에는 향후 자세히 설명할 열매체가 이동하는 채널이 형성되어 있고, 상기 채널을 통하여 열매체가 흘러 피건조물을 가열하게 된다. 트레이(200) 내부에 흐르는 열매체와 피건조물 사이의 열전달에 의하여 피건조물이 건조되므로 트레이(200) 내부에 흐르는 열매체에 기포가 발생하면 열전달 효율이 급격히 나빠지게 된다.

따라서, 상기 트레이(200)의 내부에 형성된 채널에 열매체를 주입할 경우 기포가 발생되지 않도록 하기 위하여 트레이(200)의 주입구가 형성된 전면부 보다 후면부를 높게 설치하여 트레이(200)가 앞쪽으로 기울여지는 경사를 가지도록 설치한다.

이 때, 상기 트레이(200)의 경사는 피건조물이 앞으로 흘러내리지 않도록 설정하는 것이 좋으므로 트레이(200)의 경사는 15°이하가 바람직하다.

또한, 상기 트레이(200)에는 피건조물이 앞으로 흘러내리는 것을 방지하기 위하여 트레이(200)의 상면에는 수평방향의 흐름방지턱(미도시)을 추가로 설치할 수 있다.

한편, 상기 콜드트랩(102) 및 상기 트레이부(20)는 유지보수를 위해 상기 진공 챔버 전면부로 서랍식으로 꺼낼 수 있도록 상기 진공챔버(10) 내부에 가이드레일(미도시)을 설치한다.

뿐만 아니라, 유지 보수를 위해 상기 콜드트랩(102) 및 상기 트레이부(20)는 상기 진공챔버(10)로부터 탈착할 수 있도록 설치하는 것이 바람직하다.

도 12는 트레이 내부의 유로를 설명하기 위해 트레이의 상부플레이트를 제거한 모습을 나타내고 있다.

상기 트레이(200)의 전방 좌측에는 후술할 좌측어댑터(300)를 통해 열매체가 주입된다. 주입된 열매체는 트레이(200)의 전방에 가로로 형성된 입력유로(220)를 통해 흐르게 되며, 상기 입력유로(220)를 시작으로 상기 트레이(200)의 후방까지 주름지게 형성된 주름진 금속호일(210)의 내부 공간에 형성된 채널(211)을 따라 출력유로(230)로 공급된다. 열매체는 금속호일(210)의 채널(211)을 통과하면서 상부플레이트를 통해 열을 전달하고 전달된 열은 피건조물에 전달되게 된다.

열매체는 출력유로(230)에서 모여지고 다시 트레이(200)의 측벽 일단에 형성된 회수유로(240)를 경유하여 트레이(200)의 전방 우측에 형성된 우측어댑터(310)를 거쳐 트레이(200)를 빠져 나오게 된다.

이 때, 열매체의 온도는 통상 -40°~ 70°정도의 온도 범위로 제어될 수 있다. 건조 공정 전에 급속 냉동시킨 건조 대상물을 트레이(200)에 적재하고 트레이(200)는 -40°로 유지된다. 건조 대상물은 직접 트레이(200)에 적재되거나 또는 통상적인 쟁반등에 적치되어 트레이(200)에 적재될 수 있다. 진공동결건조 공정이 진행 되면서 시간에 따라 서서히 트레이(200) 온도를 상승시키면서 피건조물 내의 수분을 기체로 승화시켜 콜드트랩(102)에서 고체 얼음 알갱이로 고착시키는 과정을 거친다.

한편, 상부플레이트, 금속호일(210), 하부플레이트, 어댑터는 통상의 기술자가 브레이징(brazing), 퍼니스 브레이징(furnace brazing)등의 기법을 사용하여 접합시킬 수 있음은 주지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.

도 13은 트레이의 상부플레이트를 제거한 모습을 사시도로 나타내고 있다.

트레이(200)의 하부플레이트 전면부에는 긴 사각기둥 형상의 프론트바(250)를 위치시키고, 자 형상의 사이드바(261, 262)를 2개 이용하여 후면부와 옆면을 형성한다.

이너바(inner bar, 270)는 트레이(200) 우측의 사이드바(261, 262)와 주름진 금속호일(210) 사이에 위치되되 주름진 금속호일(210)에 밀착되거나 brazing 시 땜납이 스며들 수 있는 1mm 정도의 공간을 두고 배치된다.

상기 프론트바(250)는 입력유로(220)의 전단벽을 형성하고 상기 프론트바(250)와 소정 거리 이격되어 설치되는 주름진 금속호일(210)과의 사이 공간이 입력유로(220)를 형성하게 된다.

상기 트레이(200)의 좌측에는 출력유로(230)의 후단벽의 일부를 형성하는 자 형태의 좌측 사이드바(261)가 설치되어 있고 상기 트레이(200)의 우측에는 출력유로(230)의 후단벽의 일부를 형성하며 또한 회수유로(240)의 우측벽을 형성하는 자 형태의 우측 사이드바(262)가 설치되어 있다.

상기 금속호일(210)의 우측에 밀착 또는 땜납이 스며들 수 있도록 소정 간격 이격되어 설치되는 이너바(270)는 상기 우측 사이드바(262)와 소정 간격 이격되어 상기 회수유로(240)를 형성하고 있다.

도 13에 생략된 상부플레이트는 상기 프론트바(250), 상기 금속호일(210), 상기 한 쌍의 사이드바(261, 262), 상기 이너바(270)들의 상면에 맞닿아 덮여지도록 결합되어 상기 트레이(200)를 구성한다.

한편, 도 14는 트레이 내부의 채널을 형성하는 주름지게 접혀진 주름진 금속호일의 구성을 나타내고 있다.

본 발명에서 사용된 주름진 금속호일(210)은 스테인레스 호일로서 두께 0.1mm, 요철의 높이 3mm, 요철간 간격 1mm로 형성하였으나, 금속호일(210)의 재질, 두께, 요철의 높이 간격 등은 통상의 기술자가 필요에 따라 변경가능하다.

본 발명의 트레이(200)의 주름진 금속호일(210)과 같이 얇은 호일을 반복적으로 요철을 형성하고 주름진 금속호일(210)에 상판과 하판을 결합하면 주름진 금속호일(210)의 내부에는 유체가 흐를 수 있는 채널(211)이 형성될 뿐만 아니라, 상기 채널(211)은 많은 격벽의 역할을 하게 되어 트레이(200)의 구조 강도를 크게 개선시키게 된다.

뿐만 아니라, 상기 트레이(200)는 얇은 호일로 제작되므로 열용량(Thermal capacitance)이 획기적으로 줄어들게 되어 열매체를 통한 열전달 효율이 비약적으로 상승하게 된다.

또한, 상기 주름진 금속호일(210)을 상기 트레이(200)의 상부에서 보았을 때 상기 채널(211)이 물결무늬 또는 사인파의 형상을 이루고 반복 배치된 형상으로 형성하여, 열매체가 상기 주름진 금속호일(210) 내부를 경유하는 시간을 증가시켜 열매체와 피건조물 간의 열전달량을 증가시키도록 구성한다.

한편, 본 발명의 일 실시예에서는 단일 층의 유로를 상하부 플레이트 사이에 위치하였으나, 보다 많은 열매체 유량이 필요할 경우 복수의 호일을 주름지게 형성하고 다수의 층으로 적층하여 실시할 수 있다.

예를 들면 상기 주름지게 접혀진 금속호일(210)은 제1 호일을 규칙적으로 주름지게 접은 제1호일, 제1호일의 하단에 맞닿아 부착되어 있는 규칙적으로 주름지게 접은 제2호일로 이루어져 있으며 상기 제1 호일 및 제2 호일은 동일한 형상으로 접혀지거나 서로 다른 형상으로 접혀진 호일도 적층될 수 있다. 또한 상기 제1 호일의 유로의 단면의 요부와, 상기 제2 호일의 유로의 단면의 철부가 맞닿도록 배치되는 것이 바람직하다.

많은 열매체 유량을 이동시키기 위하여 주름진 금속호일(210)의 높이를 증가시키는 방법도 적용할 수 있으나, 호일은 두께가 얇아 압력하중에 의한 좌굴(buckling) 강도가 약하므로 요철의 높이가 증가될수록 주름진 금속호일(210)의 좌굴강도가 줄어들어 결과적으로 트레이(200) 전체의 강도가 저하되는 문제점이 있어 복수의 호일을 다수의 층으로 적층하는 것이 보다 바람직하다.

한편, 주름진 금속호일(210)을 사용하여 채널(211)을 형성할 경우 부피당 질량이 현저히 감소하여 열매체가 트레이(200)를 통해 건조 대상물에 효과적으로 열을 전달할 수 있다. 즉 트레이(200) 본체 자체를 가열하는데 소모되는 열이 감소함으로써 열에너지를 건조대상에 많이 전달할 수 있는 것이다. 따라서 공정에 소요되는 에너지가 절감되고 제품생산 단가를 절감할 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 또한, 기존의 진공동결건조장치에서 사용되는 트레이의 채널보다 미세한 유로를 형성하여 열분포를 균일하게 함으로써 건조제품의 품질을 보다 더 균일하게 할 수 있다.

도 15 및 16은 우측어댑터의 세부 구성을 나타내고 있다.

본 발명의 트레이(200)는 두께가 5mm 정도로 열매체를 주입하기 위한 튜브를 연결하는데 곤란함이 있어 어댑터를 사용하여야 한다.

좌측어댑터(300)와 우측어댑터(310)는 기본적으로 동일한 형상으로 형성되므로 어댑터는 우측어댑터(310)의 구성으로 설명한다.

우측어댑터(310)는 직사각형 형상으로 우측어댑터(310)의 전면부에는 열매체 통로가 되는 배관, 파이프 등의 튜브가 연결되는 튜브홀(316)이 형성되어 있다. 상기 튜브홀(316)은 우측어댑터(310)의 전면에 개구부를 가지고 일정한 내경으로 후면 방향으로 형성되되 후면까지 관통하지 않고 상기 우측어댑터(310)의 중앙부까지 연장된다.

우측어댑터(310)의 하면부에는 출력유로(230)로부터 우측어댑터(310)로 열매체가 유입되는 일정 깊이와 폭을 가지는 단차부(311)가 형성된다. 상기 단차부(311)는 상기 사이드바(261, 262)의 높이보다 낮게 형성되어야 하며, 본원 발명의 일 실시예에서는 상기 사이드바(261, 262)의 높이는 3mm, 상기 단차부(311)의 깊이는 2mm로 형성되나, 이에 대한 구체적인 수치는 변경가능하다.

한편, 상기 단차부(311)는 상기 출력유로(230)와 연결되고, 열매체가 상기 단차부(311)를 경과하여 튜브홀(316)로 빠져나가야 하므로 상기 단차부(311)와 상기 튜브홀(316) 사이에는 회수유로홀(317)이 수직방향으로 형성된다.

이 때, 상기 회수유로홀(317)은 다양한 방식으로 형성될 수 있으나, 본원 발명의 바람직한 일실시예로서 상기 우측어댑터(310)의 하면부에서 수직 상방으로 형성되는 두 개의 회수유로홀(317)을 구비할 수도 있다. 이와 같은 구성하면, 회수유로(240)를 따라 유동된 열매체는 두 개의 회수유로홀(317)홀을 따라 상측으로 이동되고 다시 튜브홀(316)에서 하나로 합류한 후 우측어댑터(310)에 연결된 튜브(미도시)로 유동하게 된다.

한편, 우측어댑터(310)는 프론트바(250), 사이드바(261, 262) 등과의 브레이징 결합을 위해 어댑터 측면부에 형성된 측면부날개(314)와 후면부에 형성된 후면부날개(315)를 가진다. 측면부날개(314)와 후면부날개(315)는 프론트바(250), 이너바, 사이드바(261, 262)와 동일한 높이로 형성되고, 측면부날개(314)와 후면부날개(315)의 상면은 트레이(200) 상부플레이트의 하부면에 맞닿아 브레이징 등의 방법으로 접합된다.

본 발명은 고진공 상태에서의 승화를 이용하며, 프로세스 챔버 및 상기 프로세스 챔버와 도관으로 이어지는 콘덴서 챔버를 갖고, 상기 프로세스 챔버에는 열판이 선반 형태로 구비되며, 콘덴서 챔버에는 콜드트랩이 구비되는 통상의 건조 장치에 있어서, 상기 건조 장치의 냉동사이클은 제1압축기, 제1응축기, 제1팽창변, 열판, 다시 제1압축기로 이어지는 자가동결회로와; 제1압축기, 열판, 제1응축기, 제2팽창변, 콜드트랩, 다시 제1압축기로 이어지는 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지회로와; 제1압축기, 제1응축기, 제2팽창변, 콜드트랩, 다시 제1압축기로 이어지는 콜드트랩냉각 및 온도유지회로를 포함하며, 상기 제1압축기의 출구 측에는 냉매 출구 압력이 일정하게 유지되도록 바이패스밸브가 구비되고, 상기 냉동사이클에는 회로의 전환 간에 냉매의 역류 방지를 위한 체크밸브가 포함되는 것이 특징인 히트펌프 방식을 채용한 진공 건조 장치를 제공한다.

또한 상기 건조 장치는 열판에 배치되는 온도센서와 제어부를 더 구비하고, 상기 제어부는 온도센서의 온도를 입력으로 PID 제어에 의해 열판의 온도를 제어하되, PID 온도제어에 있어 시간에 따른 열판의 온도가 계단식으로 되도록 제어한다.

또한 상기 선반의 상부 측면에는 돌기부가 다수 구비되고, 상기 돌기부에 의해 선반과 이격되어 위치되는 피건조물 적치용 트레이가 더 포함된다.

또한, 상기 건조 장치의 냉동사이클의 각 회로 중 제1응축기와 곧바로 이어지는 부위에는 제2응축기가 더 구비되고; 제2압축기, 제3응축기, 제3팽창변, 제3증발기, 다시 제2압축기로 연속하여 이어지는 저온사이클회로가 추가로 구성되며, 상기 제2응축기와 제3증발기는 대향류 형태의 열교환기로서 상호 열교환이 이루어진다.

또한, 상기 건조 장치의 냉동사이클의 각 회로 중 제1압축기 바로 전단에는 제2증발기가 더 구비되고, 상기 제2증발기와 제1응축기는 상호 열교환하여 재생사이클을 구성한다.

또한, 상기 저온사이클회로의 제3응축기는 냉동사이클의 각 회로의 상기 제2증발기와 상호 열교환하도록 접촉 설치된다.

또한, 상기 건조 장치의 냉동사이클 중 자가동결회로는 구체적으로 제1압축기, p1배관, p2배관, A1전자밸브, p3배관, p4배관, 제1응축기, p5배관, 제2응축기, p6배관, A2전자밸브, 제1팽창변, 열판, p8배관, A3전자밸브, p9배관, p10배관, 제2증발기, p11배관, 다시 제1압축기로 연속하여 이어지는 구성을 갖는다.

또한, 상기 건조 장치의 냉동사이클 중 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지회로는 구체적으로 제1압축기, p1배관, p2배관, B1전자밸브, p12배관, 열판, p8배관, B3전자밸브, p13배관, p4배관, 제1응축기, p5배관, 제2응축기, p6배관, B2전자밸브, 제2팽창변, p14배관, 콜드트랩, p15배관, p10배관, 제2증발기, p11배관, 다시 제1압축기로 연속하여 이어지는 구성을 갖는다.

상기에 부가하여, 상기 건조 장치의 냉동사이클 중 콜드트랩냉각 및 온도유지회로는 구체적으로 제1압축기, p1배관, p2배관, A1전자밸브, p3배관, p4배관, 제1응축기, p5배관, 제2응축기, p6배관, B2전자밸브, 제2팽창변, p14배관, 콜드트랩, p15배관, p10배관, 제2증발기, p11배관, 다시 제1압축기로 연속하여 이어지는 구성을 갖는다.

본원 발명의 또 다른 측면으로서, 건조 장치의 냉동사이클에는 콜드트랩의 제상사이클이 추가로 구비되고, 상기 제상사이클은 제1압축기, C1 밸브, p24배관, p14배관, 콜드트랩(550), p15배관, p10배관, 제2증발기(560), p11배관, 제1압축기로 연속하여 이어지는 것이 특징인 히트펌프 방식을 채용한 진공 건조 장치를 제공한다.

이하 본 발명을 실시예를 중심으로 상술한다.

(제1실시예)

본 발명의 건조 장치(100)는 원통형 바디(110) 내에 피건조물이 적치되는 프로세서 챔버(200)와 승화된 수분을 채집하기 위한 콘덴서 챔버(300)가 격벽(120)을 사이로 인접하여 배치되어 구성되고, 양 챔버 사이에는 도관(130)이 상호 연통되도록 구비된다.

프로세스 챔버(200)의 일측에는 제1도어(220)가 형성되어 있어 피건조물의 반입이 가능하며, 상기 제1도어(220)의 중앙부에는 제1관찰창(230)이 구비되어 건조과정을 모니터링할 수 있도록 되어있다.

콘덴서 챔버(300)의 일측에도 제2도어(320) 및 제2관찰창(330)이 각각 구비된다. 상기 각 도어는 바디(110)에 견고하게 밀착되어 있어 진공펌프(140)의 작동에 의한 고진공도 유지가 가능하다.

프로세스 챔버(200)내에는 피건조물을 적치하기 위한 선반(210)이 포함되어 있으며, 선반(210)은 추후 설명할 초저온사이클(500)의 열판(540)으로서 동시에 작용한다.

선반(210)은 통상적으로 피건조물의 층별 적치가 가능하도록 복수로 구비됨이 바람직하다.

열판(540)으로서의 선반(210) 전후단에는 초저온사이클(500)의 냉매배관이 접속하기 위한 냉매관연결부(250a,b)가 각각 구비된다.

프로세스 챔버(200)의 하부 일측에는 제1배수관(240)이 추가로 구비되어 있어 챔버의 청소나 오작동에 의해 프로세스 챔버(200) 내에 발생한 물의 배수로 역할을 한다.

상기 제1배수관(240) 또한 고도의 밀봉이 가능하도록 구비되어 챔버 내 고진공 유지가 가능하다.

선반(210)의 일부분에는 선반(210)의 온도 제어를 위한 모니터링 수단으로서 온도센서(570)가 부착되어 있고 온도센서(570)에 의해 측정되는 선반(210)의 온도는 제어부(150, 미도시)로 전달된다.

콘덴서 챔버(300)는 프로세스 챔버 내의 피건조물 내부에 동결되어 있던 얼음 형태의 수분이 승화하면서 발생한 수증기를 포집하는 역할을 한다.

이 승화된 수증기는 상기 콘덴서 챔버(300)에 진공을 형성하도록 설치된 진공펌프(140)에 의해 외부로 배출시킬 수 있으나, 일반적인 동결건조 공정의 압력에서 얼음 1㎖는 수증기 1,000,000㎖ 이상으로 되기 때문에 진공펌프(140)로 배출시키는 것은 비경제적이다.

또한 배기되는 수분이 진공펌프(140)를 노후시킬 수도 있어, 대부분 콘덴서 챔버(300) 내에 위치하는 초저온사이클(500)의 콜드트랩(550)을 이용하여 수증기를 재 동결시키고, 건조가 완료된 후 제상하여 외부로 배출하는 방법을 이용한다.

콘덴서 챔버(300)의 중앙에는 초저온사이클(500)의 콜드트랩(550)이 배치된다. 콜드트랩(550)의 전후 양단에는 초저온사이클의 냉매배관이 접속되는 냉매관연결부(350a,b)가 구비된다.

콘덴서 챔버(300)의 하부는 콜드트랩(550)에 착상된 얼음덩어리들이 제상되면서 발생하는 물의 저장부로서 작용하고, 상기 제상된 물은 콘덴서 챔버(300)의 하부에 마련된 제2배수관(340)에 의해 외부로 배수된다.

상기 제2배수관(340) 또한 긴밀하게 폐색될 수 있어 진공펌프(140)에 의한 챔버 내 고진공에 영향은 없다.

한편, 상기 콘덴서 챔버(300)의 상측에는 진공펌프(140)에 연결되는 배기라인(141)의 배기라인연결부(360)가 포함되어 있다.

진공펌프(140)의 용량은 프로세스 챔버(200) 및 콘덴서 챔버(300)의 목표 압력이 20분 내외로 달성될 수 있도록 설정한다.

상기 콜드트랩(550)에는 필요에 따라 온도센서가 추가로 구비될 수 있고, 측정된 온도값은 제어부(150)로 전달되어 전체적인 건조과정의 모니터링 및 제어에 활용될 수 있다.

상기 기재로 명확한 바와 같이 프로세스 챔버(200)와 콘덴서 챔버(300)는 도관(130)으로 자유 연통되도록 연결되어 있어 프로세스 챔버(200) 내의 피건조물에서 승화된 수분이 자유롭게 콘덴서 챔버(300)의 콜드트랩(550)에 착상된다.

도관(130)은 통상 관 형태로 구비되는 것이나, 착상을 일정하게 하기 위한 구조상의 변경 즉, 나팔관 형태 등으로 바뀌어 질 수 있는 등 그 형상이 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 도관(130)의 둘레로 히터가 추가로 구비되어 착상된 수분에 의한 도관(130)의 폐색을 방지할 수 있다.

이하 설명되지 않은 부분은 당해 기술분야에서 주지되어 있는 기술들로서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 요지를 해하지 않는 범위 내에서 큰 어려움 없이 조합하여 적용할 수 있는 것에 해당하므로 여기서는 생략하기로 한다.

본 발명의 냉동사이클은 통상의 동결용 냉동사이클에 이원냉동 및 히트펌프 방식을 도입한다.

이원냉동 방식은 목표 챔버 내의 온도를 -50도 정도의 초저온으로 유지하기 위하여 채용되는 냉동방식의 일종으로 주로 상업용이나 이화학용으로 이용되어 왔다.

통상 단일의 압축기를 사용하는 경우, 압축기 용량, 냉매의 종류 및 응축 측온도 등에 따라 증발 측의 온도가 결정되는데, 경제적으로 의미가 있는 압축기의 용량에는 한계가 있고, 채용가능한 냉매의 선택에 있어서도 제한적이며, 통상적으로 응축기의 온도가 실온 상태이므로, 최대로 하강 시킬수 있는 목표 온도 또한 제한적이다.

이러한 문제를 해결하는 하나의 방법이 단계별로 냉동과정을 작동시키는 즉, 연속적으로 작동하는 두 개 이상의 냉동사이클을 조합하는 이원냉동 사이클을 도입하는 것이다.

이원냉동사이클은 저온 측 사이클(이하 “초저온사이클(500)”이라 한다)의 응축부와 고온 측 사이클(이하 “저온사이클(400)”이라 한다)의 증발부가 서로 열교환을 하도록 결합되어, 초저온사이클(500)의 증발부 온도가 초저온까지 내려갈 수 있도록 한 것이다. 이원냉동 사이클은 압축기의 일이 줄어드는 반면, 냉동용량은 늘어나 결과적으로 성능계수가 개선되는 효과가 있다.

본 발명에서는 저온사이클(400)에 저온 냉매로서 채용하고, 초저온사이클(500)에는 초저온 특성이 우수한 초저온냉매(비등점 -82도)을 사용하여 초저온사이클(500)의 증발부 즉, 프로세스 챔버(200) 내 온도를 -50도 정도까지 냉각할 수 있도록 설계된다.

저온사이클(400)은 제2압축기(410), p17배관, 제3응축기(420), p18배관, 제3팽창변(430), 제3증발기(440) 및 p19배관이 순차적으로 연결되어 구성된다.

상기 저온사이클(400)의 각 배관의 경로 중에는 필요에 따라 오일분리기, 액분리기, 제어밸브 등이 배치될 수 있다.

제3응축기(420)는 실온 상태에 놓여있어 팬에 의하여 외측 공기와 열교환하도록 되어 있고, 상기 제3증발기(440)는 초저온사이클(500)의 제2응축기(521)와 냉매가 서로 섞이지 않은 상태에서 열교환이 일어나도록 대향류열교환기(600) 형태로 결합되어 배치된다.

제3응축기(420)의 열교환 용량, 대향류열교환기(600)의 열교환 면적에 대한 설계 또는 저온사이클(400)의 운전제어 방법 등은 당 기술분야에서 널리 알려진 주지 기술들을 이용하여 각별한 어려움 없이 정해질 수 있다.

저온사이클(400)의 제3증발기(440)에 전달되는 열은 모두 초저온사이클(500)의 제2응축기(521)에서 전달되도록 대향류열교환기(600)의 단열은 견고하게 유지되어야 한다.

상기 이원냉동 방식의 저온사이클(400)은 초저온사이클(500) 각 모드의 운전 중 상시적으로 운용되어 성에너지를 실현한다.

다음으로 초저온사이클(500)에 대하여 설명한다.

초저온사이클(500)은 자가동결모드(501), 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502) 및 콜드트랩냉각 및 온도유지모드(503)를 포함하여 구성된다.

자가동결모드(501)는 프로세스 챔버(200) 내에 피건조물이 적치된 후 피건조물을 목표 온도까지 하강시키는 사이클 형태이다.

자가동결모드(501)에서는 콜드트랩(550)에는 냉매가 순환되지 않으며, 프로세스 챔버(200) 내의 열판(540)이 증발기 역할을 하는 것으로, 선반(210)의 표면온도가 적어도 -50도 이하로 떨어져 피건조물을 급속히 동결시킨다.

자가동결모드(501)의 사이클 구성은 제1압축기(510), p1배관, 오일분리기(512), p2배관, A1전자밸브, p3배관, p4배관, 제1응축기(520), p5배관, 제2응축기(521), p6배관, A2전자밸브, 제1팽창변(530), 열판(540), p8배관, A3전자밸브, p9배관, p10배관, 제2증발기(560), p11배관으로 연속하여 이어지는 구성이다.

이 때 p2배관으로부터 이어지는 B1전자밸브 및 p8배관으로부터 이어지는 B3전자밸브, p6배관으로부터 이어지는 B2전자밸브는 닫혀 있어야 하며, 각 전자밸브의 개폐는 제어부(150)에 구비되는 중앙처리장치에 탑재된 제어프로그램에 의하여 제어된다.

상기 오일분리기(512)는 제1압축기(510) 배출단에 구비되는 것으로 배출압에 의하여 유출되는 압축기오일을 걸러 p16배관을 통해 되돌리는 역할을 하는 것으로 이하 각 사이클 모드의 설명에서 같다.

제1압축기(510)의 입구단에는 p11배관에 이어져 액분리기(511)가 부착되며 제1압축기(510)로 액냉매가 유입되는 것을 방지한다.

저온저압의 포화증기 냉매는 제1압축기(510)에 의하여 고온 고압의 이상 냉매로 등엔트로피적으로 압축되고, 제1응축기(520) 및 제2응축기(521)를 통과하며 고온 고압의 포화액 상태로 된다.

포화액 상태의 냉매는 제1팽창변(530)을 통과하며 교축되어 압력이 증발기 압력으로 강하된다. 이어서 낮은 건도의 포화 혼합물 상태로 열판(540)으로 들어간 냉매는 프로세스 챔버(200) 내의 열을 흡수함으로써 증발된다.

이 때 냉매의 증발온도는 대략피건조물의 종류에 따라 -40℃ ～-70℃ 정도로 냉동시키고자 하는 공간의 목표온도보다 낮게 설정된다.

단, 콜드트랩온도는 -70℃이하로 설정된다. 완전하게 증발되지 않은 일부 포화 액상의 냉매는 제2증발기(560)를 통과하며 완전하게 증발하여 포화증기 상태로 제1압축기(510)로 돌아감으로써 자가동결모드(501)에 의한 사이클로 완성된다.

앞서 설명한 바와 같이 이원냉동 방식에 의해 제2응축기(521)는 대향류열교환기(600) 형태로 저온사이클(400)의 제3증발기(440)와 열교환 하므로, 자가동결모드(501)의 응축온도는 통상의 실외 온도 조건보다 충분히 낮고, 이에 의해 초저온사이클의 증발부 온도 즉, 열판(540)의 표면온도는 초저온 유지가 가능하다.

초저온사이클(500)의 재생사이클에 대하여 설명한다.

자가동결모드(501)의 제1응축기(520)와 제2증발기(560)는 인접하여 배치되어 있어 상호 열교환이 가능하다. 대향류 방식과 같이 상호 열교환이 가능한 구성이면 어떤 구조이든 가능하다.

상기 제1응축기(520)와 제2증발기(560)간의 열교환이 가능해짐으로써 제1응축기(520)에 의하여 버려져야만 했던 폐열이 제2증발기(560)에 의하여 재생되는 효과가 있다.

재생사이클에 의하여 고압의 기상 냉매는 좀 더 냉각되어 제1팽창변(530)에 유입되는 온도가 낮아지고 결과적으로 제1팽창변(530)의 출구온도도 낮아져, 열판(540) 온도가 좀 더 하강하게 된다.

결국 통상의 냉동사이클에 비하여 프로세스 챔버(200) 내 초저온 실현이 가능하다는 장점이 있다. 상기의 재생사이클에 관한 사항은 이하에서 설명하는 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502) 및 콜드트랩냉각 및 온도유지모드(503)에서도 같이 적용된다.

자가동결모드(501)에 의해 프로세스 챔버(200) 내의 피건조물이 목표 온도로 하강하여 완전히 동결된 것이 확인되면, 프로세스 챔버(200)를 고진공 상태로 유지한 후 승화에 의한 건조를 진행한다.

물의 삼중점 이하 압력상태에서 열판(540)에 열에너지를 부가하면 전달된 열은 피건조물 내 수분의 상태변화 잠열로써 사용되며 얼음이 곧바로 수증기로 변하는 승화작용이 일어난다. 증발된 수분은 콘덴서 챔버(300)에 구비되는 콜드트랩(550)에 의하여 착상 포집된다.

따라서, 열판(540)으로는 열이 공급되는 반면, 콜드트랩(550)의 표면온도는 초저온으로 유지되어야 한다.

상기 작용이 가능한 히트펌프 방식의 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)가 개시된다.

본원 발명의 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)는 제1압축기(510), p1배관, 오일분리기(512), p2배관, B1전자밸브, p12배관, 열판(540), p8배관, B3전자밸브, p13배관, p4배관, 제1응축기(520), p5배관, 제2응축기(521), p6배관, B2전자밸브, 제2팽창변(531), p14배관, 콜드트랩(550), p15배관, p10배관, 제2증발기(560), p11배관, 제1압축기(510)로 연달아 이어지는 구성을 갖는다. 이 때, A1전자밸브, A3전자밸브, A2전자밸브는 닫힌 상태로 유지되어야 한다.

자가동결모드(501)에서 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)로 변환되기 위하여 각 전자밸브(A1,A2,A3,B1,B2,B3)의 개폐를 토글(toggle)시키는 것으로 족하다.

열판(540)은 초저온사이클(500)의 증발부로 작용하던 것이 모드 변환에 의해 고온 고압의 증기냉매가 유입되는 응축부로 작용하게 되며, 동결된 피건조물에 승화에 필요한 잠열을 공급하게 된다.

한편, 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)에서 콜드트랩(550)은 증발부로서 작용하고 표면의 온도가 내려가 프로세스 챔버(200)에서 승화에 의해 유입되는 수분을 착상에 의하여 포집할 수 있게 된다.

저온사이클(400)에 의한 이원냉동이나 제1응축기(520) 및 제2증발기(560)의 상호 작용에 의한 재생의 효과는 열판온도상승 및 콜드트랩 온도유지모드(502)에서도 동일하다.

진공 동결건조기의 승화에 있어 히트펌프 방식의 장점에 대하여 설명한다.

앞서 설명한 바와 같이 종래에는 승화에 필요한 에너지의 공급에 있어 보일러 또는 전기히터(31)를 이용하는 브라인의 순환사이클(33)을 이용하였다.

그러나 엑서지(exergy) 이론에 따르면, 동일한 양의 승화 에너지를 피건조물에 공급하기 위하여 전기히터(31)는 적어도 상기 승화 에너지만큼의 에너지가 필요한 것이나, 히트펌프 방식을 사용하게 되면 히트펌프의 성능계수가 3이라고 가정할 때, 1/3정도의 에너지면 충분하다는 것이 알려져 있다.

이는 단순히 외부로부터 유입되는 전기에너지를 열에너지로 변환하여 피건조물에 전달해 주는 종래의 전기히터(31) 방식을 벗어나, 적은에너지로 제1압축기(510)를 돌려 콘덴서 챔버(300) 내의 열을 프로세스 챔버(200) 내로 옮겨 줌으로써 일어나는 작용이다.

따라서 본 발명의 히트펌프 방식에 의한 승화 과정은 에너지의 공급효율도 우수할 뿐만 아니라 콜드트랩(550)도 동시에 초저온으로 유지할 수 있어 에너지 효율이 우수하다고 할 수 있다.

열판(540)의 온도가 지속적으로 상승하는 경우 피건조물의 승화가 원활하게 이루어지지 못하고, 이에 의해 피건조물의 조직이 파괴되어 건조사고가 발생하므로 상기 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)는 연속하여 운전될 수 없다.

즉, 열판(540)에 주어지는 열에너지를 지속적으로 단속할 필요가 있다. 물론 이 때에 콜드트랩(550)의 온도는 낮게 지속되어 수분의 포집이 이루어져야 한다.

이런 세부 목적을 달성하기 위하여 콜드트랩냉각 및 온도유지모드(503)가 제안된다.

콜드트랩냉각 및 온도유지모드(503)는 제1압축기(510), p1배관, 오일분리기(512), p2배관, A1전자밸브, p3배관, p4배관, 제1응축기(520), p5배관, 제2응축기(521), p6배관, B2전자밸브, 제2팽창변(531), p14배관, 콜드트랩(550), p15배관, p10배관, 제2증발기(560), p11배관, 제1압축기(510)로 연속하여 이어지도록 구성된다.

이 때 B1전자밸브, B3전자밸브, A2전자밸브, A3전자밸브는 닫혀진 상태로 유지되어야 한다. 타 운전모드와 공통으로 대응되는 배관들은 공유되고, 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)와 콜드트랩냉각 및 온도유지모드(503)의 변환은 제어부(150)에 의해 필요에 따라 절환된다.

양 모드의 절환은 A1전자밸브와 B1전자밸브를 교대로 토글(toggle)시키고, B3전자밸브 또한 이에 따라 단속함으로써 간단하게 가능해 진다.

콜드트랩냉각 및 온도유지모드(503)에서는 콜드트랩(550)은 저온으로 유지되어 수분의 포착이 지속적으로 가능한 반면, 열판(540)에는 에너지 전달이 없어 승화가 일부 지연되는 효과가 있다.

저온사이클(400)에 의한 이원냉동이나 제1응축기(520) 및 제2증발기(560)의 상호 작용에 의한 재생의 효과는 콜드트랩냉각 및 온도유지모드(503)에서도 동일하다.

사용자는 프로세스 챔버(200)의 제1도어(220)를 열어 선반(210)에 피건조물을 적치한다. 적치가 완료되면 제1도어(220) 및 콘덴서 챔버(300)의 제2도어(320)를 닫고, 각 챔버에 구비되는 제1배수관(240), 제2배수관(340) 등의 밸브를 잠가 긴밀성을 유지한다. 다음으로 제어판넬에 구비된 스위치를 눌러 자가동결을 진행한다.

제어부(150)의 제어에 의해 진행되는 자가동결모드(501)에 의해 피건조물이 급속하게 동결된다. 최종적으로 동결되는 피건조물의 동결온도는 열판(540)의 온도를 -50도 정도로 유지할 때, 대략 -40도까지 떨어진다.

피건조물의 급속동결을 돕기 위하여 통상적으로 채용되는 순환팬이 채용될 수 있다. 열판(540)에 구비되는 온도센서(570)를 이용하여 적절한 제어가 가능하고, 피건조물과 열판(540)과의 온도차는 -10도 이내에서 유지되어야 바람직한 열전달이 가능하다.

자가동결이 완료된 것으로 판단되면, 콜드트랩이 초저온으로 냉각되고 냉각 완료후 진공 배기가 시작된다. 제어부(150)는 진공펌프(140)를 작동하여 물의 삼중점 이하 압력으로 챔버 내를 진공시킨다.

이 때 압력은 대략 0.01Torr~0.1Torr 정도가 적당하다. 진공이 완료되면 배기라인(141)에 개방상태에서 진공상태를 유지한다.

필요에 따라 배기라인(141)에 제어부(150)에 의해 전자적으로 제어되는 전자밸브 및 압력계를 추가로 구비하고 PID 제어를 이용하여 고진공을 유지할 수 있다. 고진공 상태에서 제어부(150)는 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)를 진행한다.

응축부로 작용하는 열판(540)에 열에너지가 전달되어 피건조물에 응결된 얼음의 승화에 이용되고, 승화된 수분은 증발부로 작용하는 저온의 콜드트랩(550)에 착상된다.

상기 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)는 피건조물의 양에 따라 달라지나 대략 1시간 정도 운전을 거듭하여 열판(540)의 온도가 -30도로 될 때까지 지속된다.

이 후 대략 1시간 정도의 일정 온도 유지 과정을 갖는다. 상기 일정 온도 유지과정은 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)와 콜드트랩냉각 및 온도유지모드(503)를 PID 콘트롤에 의하여 절환시킴으로서 가능하다.

즉, 앞서 설명한 바와 같이 간단하게 전자밸브를 토글시킴으로서 열판(540)에 열에너지를 공급을 단속하는 단계이다.

열판(540)에 구비되는 온도센서(570)를 이용하여 열판의 온도를 입력으로 하여 PID 제어를 한다. 일정 온도 유지 과정에 의하여 부분적으로 온도 구배를 갖는 피건조물이 일정한 온도로 평형된다. 이에 따라 승화 과정이 불균형 없이 완만하게 이루어지며, 건조 사고가 방지된다.

다음으로 대략 2시간 정도에 걸친 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)가 진행되어 열판(540)의 온도는 -10도에 이르고, 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)와 콜드트랩냉각 및 온도유지모드(503)의 절환에 의한 일정 온도 유지 과정이 이어진다. 상기와 같은 계단식의 PID 온도 제어가 제어부(150)에 의해 진행되어 결국 대략 72시간 정도 후 피건조물은 60도 정도에 도달하고, 이 때 피건조물 내 잔여 수분은 대략 4~6% w/w까지 떨어져 건조가 완료된다.

건조 완료에 따라 사용자는 진공 배기라인(141)에 마련된 밸브를 열어 진공상태를 해제하고, 제1도어(220)를 열어 피건조물을 빼낸다. 콜드트랩(550)에 착상되어 있던 얼음은 자연적으로 녹아서 제거될 수 있으며, 필요에 따라 살수 및 제상사이클을 이용하여 제거한다. 또한 기계식 제거 방법도 바람직하다. 자연적으로 혹은 살수 및 제상사이클에 의하여 녹은 물은 콘덴서 챔버(300)의 하부에 마련된 제2배수관(340)을 통해 외부로 배출된다.

(제2실시예)

제2실시예는 콜드트랩(550)에 착상된 수분의 제거에 관한 것으로 이를 제외하고는 제1실시예와 유사하다. 본 발명에 따른 제2실시예는 콜드트랩(550)에 착상된 수분을 초저온사이클(500)에서 자연적으로 발생하는 고온 고압의 증기 형태 냉매를 이용하여 제거한다.

앞서 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)에서 설명한 것과 마찬가지로 콜드트랩(550)의 제상에 있어 히트펌프 방식을 사용하므로 종래의 전기히터를 이용한 것보다 에너지 효율이 높다.

제상사이클(504)를 실현하기 위하여 제1실시예에 더하여, p12배관과 열판(540)이 이어지는 접점 부위로부터 p15배관과 콜드트랩(550)이 이어진 접점 부위 사이로 p21배관이 추가로 구비되고, 상기 p21배관에는 A4전자밸브 및 제3팽창변(532)과 같이 구비된다.

또한, p14배관과 콜드트랩(550)의 접점과 p6배관 사이에는 C4전자밸브와 p22배관이 더 마련되며, 기존의 p15배관에 B4전자밸브가 추가로 구비된다.

제상사이클(504)을 좀 더 자세히 설명하면, 냉동사이클은 제1압축기(510), p1배관, 오일분리기(512), p2배관, A1전자밸브, p3배관, p4배관, 제1응축기(520), p5배관, 제2응축기(521), p6배관, C4전자밸브, p22배관, 콜드트랩(550), p15배관, p21배관, 제3팽창변(532), A4전자밸브, 열판(540), p8배관, A3전자밸브, p9배관, p10배관, 제2증발기(560), p11배관, 제1압축기(510)로 연속하여 이어지는 구성을 갖는다. 상기 제상사이클(504)에서 언급되지 않은 A1전자밸브, B3전자밸브, A2전자밸브, B2전자밸브, B4전자밸브는 닫혀진 상태로 유지되어야 한다. 제상사이클(504)에서도 저온사이클(400)에 의한 이원냉동이나 제1응축기(520) 및 제2증발기(560)의 상호 작용에 의한 재생의 효과는 동일하다.

콜드트랩(550)은 응축부로 작용하고 열판(540)은 냉각부로 작용하고, 히트펌프 방식의 사이클이며, 프로세스 챔버(200)의 열에너지가 히트펌프에 의해 콜드트랩(550)으로 전달되어 제상되는 효과를 준다.

결과적으로 종래의 전기히터 방식의 제상고정에 비하여 에너지 효율이 급격히 상승한다. 제상된 수분은 콘덴서 챔버(300)의 하부에 마련된 제2배수관(340)을 통해 외부로 배출된다.

(제3실시예)

제3실시예는 실온 상태에 놓여 있고 팬에 의하여 외측 공기와 열교환하도록 되어 있던 저온사이클(400)의 제3응축기(420) 위치가 변경되었다는 점을 제외하고는 제1실시예와 유사하다. 통상적으로 냉매의 압축기로 액상의 냉매가 유입되는 경우 기상의 냉매만을 다루도록 설계된 압축기의 파손이 문제가 된다. 따라서 당 기술분야에서는 액분리기(511)를 설치하여 해결하고 있으나, 본 발명의 제3실시예에서는 저온사이클(400)의 제3응축기(420)를 초저온사이클(500)의 제2증발기(560)와 열교환이 가능하도록 인접하여 설치함으로서 해결한다.

즉, 제2증발기(560)를 지난 액냉매는 저온사이클(400)의 제3응축기(420)로부터의 열전달에 의하여 완전히 기화된 상태로 제1압축기(510)로 유입될 수 있고 이에 의하여 냉매의 과냉 방지 및 압축기의 파손이 방지될 수 있다. 또한 본 발명의 제3실시예에 의하여 재생사이클의 효과도 배가될 수 있다.

즉, 제3응축기(420)에 의하여 버려져야만 했던 폐열이 제2증발기(560)에 의하여 재생되는 효과를 얻는다.

(제4실시예)

제4실시예는 B3 전자밸브의 후단으로 냉매의 역류 방지를 위한 체크밸브(710)가 설치되고, 제1압축기(510)의 출구 측에 연결된 p2배관과 입구 측에 연결된 p11배관과의 사이에 압력 조절용 바이패스밸브(C2) 및 전자밸브(C3)가 구비되도록 p30배관으로 연결되었다는 점을 제외하고는 제1실시예와 유사하다. B3 전자밸브는 동결건조 장치가 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)로 전환되는 경우 단속에 의하여 작동되는데, 자가동결모드(501)와의 전환 과정에서 냉매가 역류하는 문제가 발생할 수 있다. 건조과정에서 상기 양 모드의 전환은 온도변화에 따라 수시로 일어나게 되므로 만약 냉매의 역류가 발생하는 경우, 건조 성능이 급격히 저하될 수 있는 문제가 있다.

따라서 본 발명의 제4실시예에서는 B3 전자밸브의 후단으로 체크밸브(710)를 두어 해결한다.

상기 체크밸브(710)는 당 기술분야에서 공지된 것으로서 B3 전자밸브 방향으로의 역류를 방지하는 반면 그 반대쪽으로는 원활한 흐름이 되도록 설치한다.

또한, 제4실시예에서는 제1압축기(510)의 출구와 입구 사이로 압력 조절용 바이패스밸브(C2)가 설치된다. 상기 바이패스밸브(C2)는 B1 혹은 A1 전자밸브 측으로 유입되는 냉매의 압력이 과도하게 높아지는 것을 방지한다.

즉, 설정 압력치 이상의 제1압축기(510)의 출구압이 상승하는 경우 바이패스 작동하여 압력을 일정하게 유지하도록 한다.

p2배관과 p11배관을 연결하는 p30배관에는 팽창탱크(700) 및 전자밸브(C3)가 추가로 구비될 수 있다.

(제5실시예)

제5실시예는 원통형 바디(110) 내에 피건조물의 적치를 위해 마련되는 선반(210)에 선반(210)과 이격되도록 트레이(211)가 마련된다는 점을 제외하고는 제1실시예와 유사하다. 본 발명의 건조 장치는 앞서 설명한 바와 같이 원활한 건조를 위하여 열판(540) 즉 선반(210)이 증발기로서 작용하는 자가동결모드(501)와 열판(540) 혹은 선반(210)이 응축기로 작용하는 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502) 사이에서 전환 운전을 수행한다.

선반(210)이 증발기로서 작용하다가 응축기로서 작용하게 되면 선반(210) 표면의 온도는 극적으로 달라지게 된다.

즉 초저온사이클(500)의 냉동사이클 상 증발온도와 응축온도 사이에서 급작스러운 변화를 겪는데, 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)에서 냉매 핫가스(hot gas)가 동결에 의하여 복귀하지 못하는 문제점이 발생할 수 있다.

이는 건조 장치가 열판온도상승 및 콜드트랩온도유지모드(502)로 전환되어 선반(210)이 응축온도에 있는 반면, 선반(210)에 적치되어 있던 피건조물은 증발온도와 유사한 온도로 유지되기 때문이다.

즉, 피건조물의 낮은 온도로 인하여 선반(210)을 지나는 냉매 핫가스는 동결되고 동결된 냉매는 복귀하지 못하므로서 전체적인 사이클이 흐트러지게 된다.

이런 문제점을 제거하기 위하여 본 발명의 제5실시예에서는 선반(210)의 상부 표면에 다수의 돌기부(212)를 형성하고 상기 돌기부(212)에 적치되도록 설계된 트레이(211)를 구비한다. 이에 의해 낮은 온도의 피건조물은 선반(210)에 직접 접촉되지 않고 트레이(211)에 적치되게 되므로 냉매 핫개스가 동결되는 문제점은 발생하지 않는다. 상기 피건조물은 트레이(211)에 일렬 적치되어 열복사에 의하여 동결되고 증발된다.

도 17은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건조 장치의 개략적인 구성도를 나타낸다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건조 장치는 도 9 내지 도 16에 개시된 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치의 구성에 더하여 설치 모듈(800)을 더 포함할 수 있다.

진공챔버(10)는 건조 대상물을 내부에 수용하고 내부를 진공으로 배기하여 냉동된 건조 대상물 내부의 수분이 액체 상태를 거치지 않고 바로 기체로 승화할 수 있도록 진공을 유지하기 위한 내압용기 형상의 챔버(chanber)로 형성된다.

진공챔버(10)는 작동시에는 내부가 진공으로 유지되므로 내부와 외부의 압력차이가 1기압이 발생하므로 외압에 의한 좌굴이 발생되지 않는 강도로 제작되며, 좌굴강도의 개선을 위한 보강 프레임(미도시) 등이 추가로 구비될 수 있다.

또한, 진공챔버(10)는 통상적인 내압용기 설계기법을 통한 형태는 모두 적용이 가능하나 바람직한 일 실시예로서 ASME 보일러 코드의 좌굴강도 설계기준을 적용하여 설계할 수도 있다.

진공챔버(10)의 개구부에는 도어(110)가 설치되어 있으며, 도어(110) 중앙에는 챔버 내부를 관찰할 수 있도록 투명창(107)이 설치된다.

이때, 도어(110)와 접하는 진공챔버(10)의 개구부에는 밀폐를 위한 실링장치가 설치되어 있다. 실링 장치는 오링(O-ring) 등과 같이 통상적으로 진공밀폐를 위하여 사용되는 실링 장치가 모두 적용 가능하다.

도어(110)는 챔버 본체에 밀착될 수 있도록 도어(110) 외주연을 따라 다수 개의 고정장치가 설치될 수 있다.

진공챔버(10)의 하부에는 프레임(40)이 진공챔버(10)를 지지하고 있으며, 프레임(40) 내부에는 상술한 진공펌프, 열매체 냉동 및 가열기 등의 장치들이 배치될 수 있고, 상기 장치들은 필요에 따라 프레임 내부 또는 외부에 선택하여 배치할 수 있다.

프레임(40)의 하부에는 장치의 이동을 쉽게 하기 위하여 바퀴(41)를 설치한다.

설치 모듈(800)은 프레임(40)에 진공챔버(10)를 설치하되, 진공챔버(10)의 기울기를 조절할 수 있도록 형성될 수 있다.

예를 들면, 설치 모듈(800)은 프레임(40)의 상측면에 설치될 수 있으며, 진공챔버(10)의 외주면에 구비되는 설치 하우징(105)을 지지하도록 결합 설치될 수 있다. 이와 관련하여 도 18을 참조하여 구체적으로 설명한다.

도 18 및 도 19는 본 발명의 일 실시예에 따른 설치 모듈을 보여주는 도면이다.

도 18 및 도 19를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 설치 모듈(800)은 설치 바아(820), 설치 블록(840), 설치 플레이트(830), 구동부(810) 및 지지부(850)를 포함할 수 있다.

설치 바아(820)는 프레임(40)의 상측면에 진공챔버(10)의 축방향으로 설치될 수 있다.

설치 바아(820)는 한 쌍의 레일로 적용될 수 있다.

설치 블록(840)은 설치 바아(820)를 따라 슬라이딩 이동 가능하도록 설치 바아(820)에 설치될 수 있다.

설치 플레이트(830)는 설치 블록(840)에 설치될 수 있다.

구동부(810)는 이러한 설치 플레이트(830)를 요동시킬 수 있도록 프레임(40)의 일측에 마련될 수 있다.

구동부(810)는 구동 모터(811), 구동판(812) 및 구동 로드(813)를 포함할 수 있다.

구동 모터(811)는 프레임(40)의 상측면에 설치 바아(820)와 인접하여 설치될 수 있으며, 회전력을 발생시킬 수 있다.

구동판(812)은 구동 모터(811)의 회전축에 결합되어 구동 모터(811)의 작동에 따라 회전할 수 있다.

구동판(812)은 캠판으로 적용될 수 있다.

구동 로드(813)는 구동판(812)과 설치 플레이트(830)를 상호 연결할 수 있다.

이러한 구동부(810)는 구동 모터(811)가 회전하는 경우, 구동판(812)이 회전하면서 구동 로드(813)에 의해 설치 플레이트(830)를 전후방향으로 이동시킬 수 있다.

지지부(850)는 설치 플레이트(830)와 진공챔버(10)의 외주면에 구비되는 설치 하우징(105)을 상호 연결할 수 있다.

지지부(850)는 완충 스프링으로 적용될 수 있다.

이와 같은 설치 모듈(800)는 진공챔버(10)에서의 건조 공정이 완료된 이후 진공챔버(10)를 유동시킬 수 있도록 구비됨으로써, 진공챔버(10)의 내벽에 붙은 이물질을 쉽게 제거할 수 있도록 한다.

한편, 도 20은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건조 장치를 보여주는 도면이다.

도 20을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 건조 장치는 도 17 내지 도 19에 도시된 건조 장치의 구성에 더하여 진동부(900)를 더 포함할 수 있다.

진공챔버(10)는 전체가 은이나 동으로 이루어지거나, 금속판의 상측에 은, 이산화티타늄, 구리 중 어느 하나 이상의 항균물질을 일체로 코팅되는 구성으로 이루어질 수 있다.

더하여, 상기 항균물질은, 이온상태의 증착, 도금, 스프레이 등의 방법을 이용하여 금속판의 상측에 일체로 코팅되어도 좋다.

예를 들면, 설치 모듈(800)은 프레임(40)의 상측면에 설치될 수 있으며, 진공챔버(10)의 외주면에 구비되는 설치 하우징(105)을 지지하도록 결합 설치될 수 있다.

진동부(900)는 진공챔버(10)의 상부에 설치될 수 있다.

진동부(900)는 바이브레이션 모터로 적용될 수 있으며, 진공챔버(10)로 진동을 가하여 설치 모듈(800)과 함께 진공챔버(10)를 유동시킬 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

100: 진공 동결 건조 챔버
200: 선반
300: 밀폐 덮개
400: 체결 고정부

Claims

동결 건조 대상체가 놓여지는 트레이를 포함하는 트레이부;
상기 트레이부를 수용하는 내부 공간이 형성되는 진공챔버;
상기 진공챔버의 하부에 상기 진공챔버를 지지하도록 형성되는 프레임; 및
상기 프레임에 상기 진공챔버를 설치하되, 상기 진공챔버를 유동시킬 수 있도록 형성되는 설치 모듈;을 포함하고,
상기 설치 모듈은,
상기 프레임의 상측면에 상기 진공챔버의 축방향으로 설치되며, 한 쌍의 레일로 형성되는 설치 바아;
상기 설치 바아를 따라 슬라이딩 이동 가능하도록 상기 설치 바아에 설치되는 설치 블록;
상기 설치 블록에 설치되는 설치 플레이트; 및
상기 설치 플레이트를 요동시킬 수 있도록 상기 프레임의 일측에 마련되는 구동부;를 포함하고,
상기 구동부는,
상기 프레임의 상측면에 상기 설치 바아와 인접하여 설치되고, 회전력을 발생시키는 구동 모터;
상기 구동 모터의 회전축에 결합되어 상기 구동 모터의 작동에 따라 회전하고, 캠판으로 형성되는 구동판; 및
상기 구동판 및 상기 설치 플레이트를 상호 연결하는 구동 로드;를 포함하고,
상기 구동부는,
상기 구동 모터가 회전하는 경우, 상기 구동판이 회전하면서 상기 구동 로드에 의해 상기 설치 플레이트를 전후방향으로 이동시키고,
상기 설치 모듈은,
상기 설치 플레이트와 상기 진공챔버의 외주면에 구비되는 설치 하우징을 상호 연결하고, 완충 스프링으로 형성되는 지지부;를 더 포함하는, 건조 장치.
제1항에 있어서,
상기 진공챔버는,
전방에 개방밀폐 가능하도록 형성되는 도어;를 포함하는, 건조 장치.
제1항에 있어서,
상기 트레이부의 전면에 열매체 주입구가 형성되고, 상기 트레이부는 열매체 주입구가 형성된 전면부보다 후면부가 더 높게 설치되어 경사를 가지도록 형성되는, 건조 장치.
제1항에 있어서,
상기 트레이는,
상기 동결 건조 대상체가 놓여지는 상부플레이트;
상기 상부플레이트에서 하방으로 일정간격 떨어져 위치한 하부플레이트;
상기 상부플레이트와 하부플레이트 사이에 접하면서 요부와 철부가 반복하여 형성되도록 규칙적으로 주름지게 접혀진 금속호일;을 포함하는, 건조 장치.
제4항에 있어서,
상기 금속호일, 상기 상부플레이트, 상기 하부플레이트는 열매체가 흐르는 채널을 형성하는, 건조 장치.
제5항에 있어서,
상기 채널은,
상기 트레이부의 상부에서 보았을 때 물결무늬 또는 사인파의 형상을 이루도록 형성되는, 건조 장치.
제1항에 있어서,
상기 트레이는,
규칙적으로 주름지게 접혀진 금속호일을 다단으로 적층하여 형성되는, 건조 장치.
제7항에 있어서,
상기 트레이는,
상측에 배치된 금속호일의 요부와 하층에 배치된 금속호일의 철부가 맞닿도록 배치되어 형성되는, 건조 장치.
제1항에 있어서,
상기 트레이부는,
상기 트레이의 하부플레이트 전단부에 설치되어 입력유로의 전단벽을 형성하는 프론트바;
상기 트레이의 하부플레이트 좌측에 설치되어 출력유로의 후단벽의 일부를 형성하는 자 형태의 좌측 사이드바;
상기 트레이의 하부플레이트 우측에 설치되어 출력유로의 후단벽의 일부를 형성하며 또한 회수유로의 우측벽을 형성하는 자 형태의 우측 사이드바;
상기 트레이에 포함되는 금속호일의 우측에 밀착 또는 땜납이 스며들 수 있도록 소정 간격 이격되어 설치되는 이너바;를 포함하는, 건조 장치.
제9항에 있어서,
상기 이너바는,
상기 우측 사이드바와 소정 간격 이격되어 상기 회수유로를 형성하는, 건조 장치.
제9항에 있어서,
상기 트레이부는,
상기 프론트바, 상기 금속호일, 상기 사이드바, 상기 이너바들의 상면에 맞닿아 덮여지는 상부 플레이트;를 더 포함하는, 건조 장치.
제9항에 있어서,
상기 트레이에 열매체를 주입하거나 인출하기 위해 어댑터;를 더 포함하는, 건조 장치.
제12항에 있어서,
상기 어댑터는,
전면부에 열매체 통로가 되는 튜브가 연결될 수 있는 튜브홀;
하면부는 회수유로로부터 열매체를 받아들이는 단차부;
상기 튜브홀과 상기 단차부를 연결하는 두 개의 회수유로홀; 및
상면은 상기 프론트바, 이너바, 사이드바와 동일한 높이에 형성되고, 상부플레이트의 하부면에 맞닿도록 형성되며, 어댑터 측면에 형성된 측면부날개와 후면에 형성된 후면부날개;를 포함하는, 건조 장치.
제1항에 있어서,
상기 진공챔버의 내부를 진공배기하는 진공펌프;를 더 포함하는, 건조 장치.
제1항에 있어서,
상기 진공챔버 내부 하단에 위치되고 내부에 냉매가 순환되는 코일로 이루어져 상기 동결 건조 대상체로부터 승화된 수분을 상기 코일 표면에 응결시키는 콜드트랩;
상기 진공챔버의 내부를 트레이부가 위치하는 상부공간과 상기 콜드트랩이 위치하는 하부공간으로 분리하는 판재로 이루어진 격벽;을 더 포함하는, 건조 장치.
제15항에 있어서,
상기 격벽은,
상기 동결 건조 대상체로부터 승화된 수분의 유동이 상기 콜드트랩으로 유도될 수 있도록 상기 진공챔버의 도어쪽 전면부에 통공을 형성하는, 건조 장치.
제1항에 있어서,
상기 진공챔버는,
전체가 은이나 동으로 이루어지는, 건조 장치.
제1항에 있어서,
상기 진공챔버는,
금속판의 상측에 은, 이산화티타늄 및 구리 중 어느 하나 이상의 항균물질을 일체로 코팅하여 이루어지는, 건조 장치.
제1항에 있어서,
상기 진공챔버는,
이온상태의 증착, 도금 및 스프레이 중 어느 하나의 방법을 이용하여 금속판의 상측에 항균물질을 일체로 코팅하여 이루어지는, 건조 장치.
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