KR20070096144A - 연속식 진공동결건조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양심층수의 유용물질을 효율적으로 추출하기 위한 연속식 진공동결건조장치에 관한 것이다.

본 발명은 피건조물을 유입 및 유출시키는 입출고실이 구비되고 피건조물을 세척하기 위한 세척실(10)과, 피건조물을 냉각시키기 위한 동결실(20)과 , 선반에 흐르는 열매를 통해 동결과 승화열을 피건조물에 공급하는 건조실(30)과, 수증기를 포집하기 위한 수증기포집장치(40)와, 피건조물에서 승화된 수분을 제거하기 위한 진공장치(50)와, 피건조물의 동결 및 수증기 포집을 위한 냉동기(60)와, 제어장치(70)를 포함하여 구성된다.

본 발명은 피건조물의 입출고 및 세척실, 동결실, 건조실 등을 연속적으로 이루어지도록 배치하면 배치식 진공동결건조기의 단점을 해결하고, 연속식 진공동결건조과정에 의해 고효율 건조가 가능해지고, 에너지 절약효과가 뛰어나며 각 실의 환경 및 온도 변화가 크지 않기 때문에 내구성이 뛰어난 진공동결건조기가 된다.

해양심층수, 연속식 진공동결장치

Description

연속식 진공동결건조기{Continuous Vacuum Freezer Dryer}

도 1은 해양심층수의 특성을 나타낸 도표이고.

도 2는 종래의 진공동결건조기의 개념도이고,

도 3은 종래의 연속식 진공동결건조기의 구성을 나타내는 배치도면이고,

도 4는 종래의 원심분리기농축기와 진공동결 건조기를 이용한 담수 및 소금 생산장치의 개략적인 전체구성을 나타내는 예시도이며,

도 5a는 본 발명에 따른 연속식 진공동결건조기의 구성 배치를 나타내는 평면도이고,

도 5b는 본 발명에 따른 연속식 진공동결건조기의 구성 배치를 나타내는 정면도이고,

도 5c는 본 발명에 따른 연속식 진공동결건조기의 구성 배치를 나타내는 측면도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

10 : 세척실 20 : 동결실

30 : 건조실 40 : 수증기포집장치

50 : 진공장치 60 : 냉동장치

70 : 제어장치 100 : 진공동결건조기

본 발명은 심해에서 취수한 해양심층수(海佯深層水 : Deep Ocean Water)의 유용물질을 효율적으로 추출하기 위한 연속식 진공동결건조장치에 관한 것이다.

해양심층수는 저온성, 항온성 및 고영양성의 특성을 가지고 있어 소금 건조 뿐만 아니라 효율적인 유용물질 추출이 가능하다면 무궁무진한 자원으로서 활용이 가능하다.

해양심층수는 도 1에서와 같이 필수 4대 미네랄인 마그네슘(Mg), 칼슘(Ca), 칼륨(K), 나트륨(Na)외에 Zn, Cu, Fe, P 등을 포함하고 있어, 우리가 식수로 사용하고 있는 지표수와 지하수에 비해 미네랄이 균형있게 포함되어 있다.

그리고, 해양심층수는 수온이(표층보다 약 9.5℃정도 낮고) 1년 내내 거의 변화가 없는 2℃이하를 유지하는 저온 안정성이 뛰어나며, 표층수에 비해 태양광이 도달하지 않기 때문에 광합성이 일어나지 않아 식물성장에 필요한 무기 영양염을 많이 포함하고 있으며, 필수 미량 원소와 다양한 미네랄이 균형있게 포함되어 있다.

또한, 해양심층수는 스트레스나 체질불량등으로 발생되는 각종 질병에 대한 면약기능도 우수하며, 우리가 식수로 사용하고 있는 지표수나 지하수 등에 비해 대기나 화학물질로부터 일반 세균에 오염되지 않아 지구상에서 가장 깨끗한 물로 알려져 있다.

해양심층수는 저온성, 항온성 및 고영양성의 특성을 가지고 있어 소금 건조 뿐만 아니라 효율적인 유용물질 추출이 가능하다면 무궁무진한 자원으로서 활용이 가능하다.

진공 동결 건조기는 크게 선반을 포함하는 건조실과, 진공 펌프 시스템과, 고용량 응축기와, 압축기를 포함하는 냉동기와, 측정 및 모니터링 센서와 장비, 그리고 자동화 및 자동 제어 장치 등으로 구성되는데, 주요 기술로서는 진공 배기계 및 건조실 내부 기구 설계, 제작 기술과, 예비동결, 응축기를 포함하는 수증기 포집 냉동장치 설계, 제작 기술과, 측정, 모니터링을 통한 자동 운용 제어 및 자동화 기술과, 멸균 및 Stoppering 장치들을 포함하는 부가장치 기술 등 4가지의 측면으로 볼 수 있다.

다른 건조 방법에 비해 진공 동결 건조 방법의 특징은 물리적 구조의 보존성, 화학적인 안정성, 생물학적인 활동의 보존성, 제품의 높은 복원성 및 재생성 등의 4가지로 요약할 수 있으며, 진공 동결 건조 기술은 크게 진공, 동결, 건조, 멸균 4가지 요소기술의 복합기술이라 할 수 있다

도 2는 종래의 일반적인 진공동결건조기의 개념도를 보여주고 있다.

도시된 바와 같이 일반적인 진공동결건조기는 건조실, 냉동기, 수증기포집장치 및 진공펌프 등으로 이루어져 있으며, 건조실내에 피건조물은 선반을 통해 흐르는 열매를 통해 동결과 승화열 공급이 가능하며, 피건조물에서 승화된 수분은 진공펌프에 의해 제거되는데, 건조실과 진공펌프 사이에 수증기 포집장치를 통해 포집되어 건조가 완료된다.

도 3은 종래의 진공동결건조기의 구성 배치 도면을 보여주고 있다. 동결 및 건조실과 수증기포집장치로 구성되어 있기 때문에 한 사이클의 건조사이클이 끝나면 다시 피건조물 입고, 동결, 건조 및 출고의 과정을 다시 해야 하는 배치식 건조 방식을 보여 주고 있다.

또한, 도 4는 한국해양연구원에서 특허등록 제 10-0490922호로 출원한 '원심분리기농축기와 진공동결 건조기를 이용한 담수 및 소금 생산방법과 그 장치'가 가 있으며, 이 장치 및 방법은 원심분리농축기와 진공동결건조기를 동시에 이용하는 것이다

이와 같이 지금까지 설명한 종래의 진공동결건조 방식은 배치식으로 건조되기 때문에 장비 사용의 효율성이 극히 떨어지고, 건조효율도 매우 낮아지게 되기 때문에 연속식 진공동결건조기에 대한 필요성이 매우 높다.

일반적인 진공동결건조기는 건조실에 있는 선반위의 트레이에 있는 피건조물이 벌크 형태로 건조되고, 한 사이클의 건조가 완료되면 건조된 피건조물을 출고하여 분쇄한 다음 활용하는 단계를 거치지만, 이러한 진공동결건조방식은 배치 방식으로서 한 사이클의 건조과정이 끝난 후 출고하는 과정에 의해 새로운 건조 사이클을 위해 세척, 동결, 진공배기, 건조 과정을 다시 거쳐야 하므로써 매우 비효율적이고, 에너지 소비형 건조과정이 된다.

따라서, 이러한 문제를 해결할 수 있는 새로운 형태의 연속식 진공동결방식이 요구되고 있다.

본 발명은 상기의 필요성을 감안하여 창출된 것으로서, 피건조물의 입출고 및 세척, 동결과 건조 과정을 비연속적인 아닌 연속적으로 진행하므로써 건조과정을 효율적으로 수행하고, 에너지 절약성을 높이는데 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시예에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 청구 범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 구성은 피건조물을 유입 및 유출시키는 입출고실이 구비되고 피건조물을 세척하기 위한 세척실(10)과, 피건조물을 냉각시키기 위한 동결실(20)과 , 선반에 흐르는 열매를 통해 동결과 승화열을 피건조물에 공급하는 건조실(30)과, 수증기를 포집하기 위한 수증기포집장치(40)와, 피건조물에서 승화된 수분을 제거하기 위한 진공장치(50)와, 피건조물의 동결 및 수증기 포집을 위한 냉동장치(60)와, 제어장치(70)를 포함하여 구성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 진공동결건조기(100)는 상기 입출구실이 구비된 세척실(10)과 동결실(20) 및 건조실(30)을 도넛 형태로 3실로 분리 설치되고 중앙에 수증기포집장치(40)가 설치되는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통 상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

해양 심층수의 유용물질을 추출하기 위한 진공동결건조기는 피건조물의 물리적, 생물학적, 화학적 특성을 변화시키지 않는 고효율의 건조방법으로 알려져 있다.

진공동결건조는 피건조물을 동결온도 이하로 냉각하여 동결된 수분을 고체의 상태로부터 기체의 상태로 저온 진공하에서 승화 건조하는 것으로, 재료를 저온에서 처리하기 때문에 열변성을 받기 쉬운 물질을 품질변화 없이 건조할 수 있으며 건조품의 복수성과 보존성이 우수한 특징이 있다.

건조란 열, 공기유동, 감압, 진동, 냉동 등을 이용하여 물체중에 함유된 수분이나 솔벤트 등과 같은 유기용제를 제거하는 것을 의미한다. 이에 건조 장치란 인공적으로 에너지를 다량 사용하여 물체가 함유하고 있는 수분을 제거하는 장치를 총칭하는 것이다. 진공을 이용한 기계 장치는 건조, 냉각, 포장, 농축 등 많은 부분에 응용되고 있으며 냉동 분야에서는 냉동 원리를 접합시켜 식품의 저장에 주요한 기기로서 이용되고 있다. 특히 진공동결건조기술은 주로 민감한 제품, 즉 생물학적 고유성의 손상 없이 물을 제거하는데 사용되어 영구적으로 저장 가능한 상태로 보관할 수 있으며 물의 첨가로 원상태로 복구할 수 있어서 매우 각광을 받고 있다.

진공 동결 건조된 건조품은 승화에 의한 수분 제거로 건조 후 조직 변화가 전혀 없고 진공 및 저온상태에서 건조가 이루어지기 때문에 건조과정 중 발생될 수 있는 열변성이나 산소 접촉에 의한 산화현상 등의 물리, 화학적 변화가 거의 일어나지 않을 뿐 아니라, 향기성분의 유지, 색소의 보존, 그리고 다공성에 우수한 복원력 때문에 인스턴트 커피류, 즉석라면 Soup(된장, 고추, 파, 소고기, 새우등), 건강식품(알로에, 케일, 로얄제리등), 즉석식품(된장, 고추장, 달걀, 김치브럭등), 균종 및 건조 효모의 제조와 생물조직 및 표본 보존을 위하여 식품, 미생물 및 혈청 건조 등 의약분야에서 많이 이용된다.

도 5a, 도 5b, 도5c는 본 발명에 따른 연속식 진공동결건조기의 구성 배치를 나타내는 평면도, 정면도 및 측면도로서 이를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

진공동결건조는 원료를 급속 동결한 후 진공실 내에서 압력을 가한 후 고체 상태의 얼음을 기체상태의 증기로 승화시켜 건조하는 것으로,

우선, 상기 세척실(10)은 피건조물에 있을 수 있는 불순물등을 세척하기 위한 것으로 피건조물을 유입하기 위한 입고실과 작업이 완료된 피건조물을 유출시키는 출고실이 함께 포함되어 있다.

상기 동결실(20)은 피건조물을 냉각시키기 위한 것이고, 상기 수증기포집장치(40)는 수증기를 포집하기 위한 것으로 피건조물의 동결 및 수증기 포집을 위한 상기 냉동장치(60)에 연결되어 있으며 동결 및 수증기 포집을 위한 냉동 온도인 -40℃ ~ -80℃로 되도록 한다.

상기 건조실(30)은 선반에 흐르는 열매를 통해 동결과 승화열을 피건조물에 공급하는 것으로 상기 건조실(30)의 진공도는 10^-3Torr이하의 조건에서 운전되어야 하고, 건조를 위한 가열 시스템은 의약용의 0℃ 부근에서 식품용의 +80℃ 까지 조절 가능하여야 한다.

상기 진공장치(50)는 도시되지 않은 냉매압축기와 응축열교환기 및 중간 열교환기로 구성되어 있으며, 건조물에서 승화된 수분을 제거하기 위한 장치로 상기 수증기포집장치(40)와 연결되어 있다.

상기 제어장치(70)는 입출고 및 세척실, 동결실, 건조실을 차례로 거치면서 연속적으로 진공동결건조 과정을 거치도록 제어한다.

상기 진공동결건조기(100)는 상기 입출구실이 구비된 세척실(10)과 동결실(20) 및 건조실(30)을 도넛 형태로 3실로 분리 설치되고 중앙에 수증기포집장치(40)가 설치하는 것을 특징으로 하는 것이며, 도넛 형태로 3실로 분리 배치하여 동시에 입출고 및 세척, 동결, 건조가 이루어 지도록 한 것이 가장 큰 특징이라 할 수 있다.

이와 같이 수증기포집장치(40)를 중앙에 배치하고 입출고부를 포함하는 세척실(10)과 동결실(20) 및 건조실(30)을 도넛 형태로 3실로 분리 배치하여 동시에 입출고 및 세척, 동결, 건조가 이루어 지도록 함으로서 한 사이클의 건조 사이클이 끝나면 다시 피건조물을 입고, 동결, 건조 및 출고의 과정을 반복해야 하는 배치식 건조방식에 보다는 에너지 절약 및 효율적인 건조 과정이 이루어지도록 한 것이다.

본 발명의 연속식 진공동결건조기(100)는 일반 진공동결건조기와 구성품은 동일하지만, 배치방식을 건조물의 입출고 및 세척실, 동결실, 건조실을 차례로 거치면서 연속적으로 진공동결건조 과정을 거치도록 제어한다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

상술한 바와 같이 본 발명은 수증기 포집장치를 중앙에 배치하고 입출고 및 세척실과 동결실, 건조실을 도넛 형태로 3실로 분리 배치하여 동시에 입출고 및 세척, 동결, 건조가 이루어 지도록 하여 연속식으로 건조가 가능한 구성으로 연속식 진공동결건조과정에 의해 고효율 건조가 가능해지고, 에너지 절약효과가 뛰어나며 각 실의 환경 및 온도 변화가 크지 않기 때문에 내구성이 뛰어난 진공동결건조기가 된다.

Claims (3)

1. 해양심층수의 유용물질을 연속적으로 추출하기 위한 진공동결건조기(100)에 있어서;

   피건조물을 유입 및 유출시키는 입출고실이 구비되고 피건조물을 세척하기 위한 세척실(10)과, 피건조물을 냉각시키기 위한 동결실(20)과, 피건조물에 동결과 승화열을 공급하는 건조실(30)과, 수증기를 포집하기 위한 수증기포집장치(40)와, 상기 수증기포집장치(40)의 피건조물에서 승화된 수증기를 제거하기 위한 진공장치(50)와, 상기 건조실(10)과 수증기포집장치(40)에 연결되고 피건조물의 동결 및 수증기 포집을 위한 냉동장치(60)와, 제어장치(70)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 연속식 진공동결건조기.
2. 제1항에 있어서,

   상기 진공동결건조기(100)는 상기 세척실(10)과 동결실(20) 및 건조실(30)을 도넛 형태의 3실로 분리 설치되는 것을 특징으로 하는 연속식 진공동결건조기.
3. 제1항에 있어서,

   상기 수증기포집장치(40)는 3실로 분리설치된 상기 세척실(10)과 동결실(20) 및 건조실(30)의 중앙에 설치되는 것을 특징으로 하는 연속식 진공동결건조기.

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