KR20190023593A - 무압력 엑기스 추출기의 열교환장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 한약재는 물론 과일, 채소 등의 각종 재료에서 엑기스를 추출하는 무압력 엑기스 추출기의 열교환장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 각종 재료를 무 압력 저온 상태에서 가열하여 증발되는 재료의 수증기를 나선형 관으로 형성된 열교환기의 상부에서 하부로 대류 현상의 역 방향으로 서서히 유도하면서 냉각수가 하부에서 상부로 이동하는 나선형 관과 다단계의 온도 점에서 열 교환을 이루는 냉각 과정을 거치면서 액화하는데, 상기 수증기가 다단계의 온도 점을 거치는 과정에서 수증기의 재료 성질에 맞는 최적의 온도 점을 반드시 경유하게 되면서 재료의 활성화를 충분히 이루기 때문에 각종 재료의 유효 성분(약효 성분)이 종래보다 3~20배 정도 우수한 엑기스를 추출할 수 있어 제품의 신뢰성이 우수한 효과를 제공하도록 하는데 그 특징이 있다.

Description

무압력 엑기스 추출기의 열교환장치{HEAT EXCHANGER OF EXTRACTOR FOR HEALTHFOOD}

본 발명은 한약재는 물론 과일, 채소 등의 각종 재료에서 엑기스를 추출하는 무압력 엑기스 추출기의 열교환장치에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 나선형 관으로 형성된 열교환기의 하부에서 상부로 냉각수를 순환 공급하고, 무 압력 저온 상태에서 재료의 가열로 증발되는 수증기를 나선형 관의 상부에서 하부로 대류 현상의 역 방향으로 서서히 하강 유도하면서 다단계의 온도 점에서 열 교환을 충분히 이루도록 하되, 각종 재료의 성질에 맞는 최적의 온도 점을 경유하게 되면서 재료의 활성화를 이루기 때문에 각종 재료의 유효 성분(약효 성분)이 종래보다 우수한 엑기스를 추출하도록 하는 무압력 엑기스 추출기의 열교환장치에 관한 것이다.

일반적으로 종래에는 한약 등의 재료에서 엑기스를 추출하기 위해 재래식 탕기를 사용하였다.

즉, 종래에는 재래식 탕기에 재료를 넣어 가열하면 내부의 온도가 100℃가 되면서 수분의 증발이 이루어져 수증기가 탕기의 덮개(한지)를 통해 일부는 냄새와 함께 빠져나가고 일부는 한지 밑에서 증류수 방울로 있다가 탕기 내부로 재 투입되는 과정을 반복하면서 재료의 엑기스를 추출하는 것이다.

이와 같은 종래 재래식 탕기의 경우 한번에 많은 양의 전탕이 불가하여 많은 양의 재료에서 엑기스를 추출하기 위한 엑기스 추출기가 다수 형태로 개시 되었다.

이러한 엑기스 추출기는 주로 증탕식 압력 솥을 개량한 것으로 고온 고압에서 증기를 이용하여 증숙하기 때문에 한약재나 각종 재료의 특성을 고려하지 못하였다. 특히 고온 고압에 의해 솥 내부의 재료는 움직임이 없고 대류와 용출이 정지되며 엄청난 열과 압박으로 인하여 그대로 익혀지고 고아짐으로서 재료의 약효 성분이 파괴되고 소멸되며, 또한 지나친 독성과 냄새가 외부로 배출되지 못하고 이로 인해 엑기스의 맛이 쓰고 역한 맛을 내는 등의 문제점이 있었다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 출원인은 순환식 무압력 엑기스 추출기를 개시한 바 있는데, 이는 재료가 내장되는 내통을 갖는 탕기솥 본체와, 상기 탕기솥 본체 일측에 탕기솥 본체로부터 가열되어 증발되는 수증기를 냉각시키는 열교환수단으로서 냉각수가 상부에서 하부로 순환되는 나선형 관이 내장 설치된 봄베관과, 상기 봄베관의 하측에 상기 탕기솥 본체에서 배출되는 수증기를 공급하는 수증기 배출구와, 봄베관 내부에서 수증기의 냉각으로 액화시켜 다시 탕기솥 본체를 배출하는 엑기스 배출구 및, 상기 봄베관 내부 중앙에 수직으로 유해가스 등을 외부로 배출하는 유해가스 배기관을 형성하여 구성함으로서, 재료를 탕기솥 본체에서 무압력 저온상태로 가열하여 증발되는 수증기를 봄베관 하부에서 상부로 상승 및 다시 하강 이동시키면서 나선형 관의 냉각수와 열교환에 의해 냉각시켜 액화시킨 후 탕기솥 본체 내로 반복적으로 재 투입하여 전탕함에 따라 재료의 약효 성분 파괴 방지는 물론 그윽한 향과 순한 맛의 엑기스를 추출할 수 있는 효과가 있다. 그리고, 과일과 채소 또한 본연의 색깔은 물론 그윽한 맛과 향을 그대로 유지하면서 엑기스화 할 수 있도록 하였다.

그러나 상기한 본 출원인의 선 출원 기술에서 열교환장치는 봄베관 내부의 나선형 관 상부에서 하부로 냉각수를 순환 공급하고, 재료의 수증기는 봄베관의 하부로 공급하여 상기 봄베관 하부로 공급된 수증기가 나선형 관과 열 교환 과정으로 냉각시켜 액화되는데, 상기 수증기가 대류 현상에 의해 봄베관 하부에서 상부로 신속히 상승하면서 나선형 관과 급격한 열 교환을 이루면서 액화되기 때문에 수증기 재료의 성질에 맞는 최적의 온도점에서 활성화 과정을 거치지 못하게 되어 수증기 재료의 유효 성분을 최대로 추출하지 못하게 되고, 이로 인해 엑기스의 효능이 떨어질 수 밖에 없는 문제점이 있었다.

뿐만 아니라 상기 봄베관 하부로 공급된 수증기의 일부는 나선형 관과의 열 교환을 충분히 수행하지 못한 상태로 상승 과정에서 배출관을 통해 외부로 배출되기 때문에 수증기 재료의 손실이 많아 효율성이 다소 떨어지는 한계를 갖고 있었다.

특허문헌 1: 실용신안등록 제20-198573호 특허문헌 2: 실용신안등록 제20-291105호

본 발명은 상기한 종래 기술이 갖는 제반 문제점을 해결하고자 발명된 것으로서, 나선형 관으로 형성된 열교환기의 하부에서 상부로 냉각수를 순환 공급하고, 무 압력 저온 상태에서 재료의 가열로 증발되는 수증기를 나선형 관의 상부에서 하부로 대류 현상의 역 방향으로 서서히 하강 유도하면서 다단계의 온도 점에서 열 교환을 충분히 이루도록 하되, 각종 재료의 성질에 맞는 최적의 온도 점을 경유하게 되면서 재료의 활성화를 이루기 때문에 각종 재료의 유효 성분(약효 성분)이 종래보다 우수한 엑기스를 추출하도록 하는데 그 목적이 있다.

이러한 본 발명은 상부에 뚜껑이 결합되고 내부에 엑기스를 추출하고자 하는 재료를 투입하는 솥 본체와, 상기 솥 본체 일측에 마련되어 솥 본체 내부에서 가열되어 증발되는 수증기를 공급관에 의해 공급하고 냉각과정에 의해 액화시켜 회수관으로 회수하며 배출관으로 액화되지 않는 수증기와 각종 냄새를 배출하는 봄베관과, 상기 봄베관 내부에 나선형 관으로 설치되어 냉각수를 순환 공급하되 수증기와의 열 교환에 의한 냉각으로 액화시키는 열교환 수단 및, 상기 열 교환기에 냉각수를 순환 공급하는 냉각수 공급수단으로 구성함에 있어서,

상기 열 교환수단의 나선형 관은 하부에 냉각수 유입구, 상부에 냉각수 배출구를 연결 형성하여 냉각수가 나선형 관 하부에서 상부로 순환 공급하도록 구성하고, 상기 솥 본체에서 수증기를 배출 공급하는 공급관을 봄베관 상부로 연결 설치하여 수증기를 나선형 관 상부에서 하부로 대류 현상의 역방향으로 서서히 공급 유도하되 상기 수증기가 나선형 관의 관부에 다단계로 접촉하여 다단계의 온도 점에서 점차 냉각시키면서 엑기스를 추출하고자 하는 재료의 성질에 맞는 최적의 온도를 경유하는 과정 중에 재료의 활성화 과정을 거치게 되어 엑기스의 유효 성분을 최대로 추출하도록 구성함에 그 특징이 있다.

본 발명에 따르면, 상기 나선형 관 상부에는 공급관으로 공급되는 수증기를 방사상으로 고르게 분산 안내하기 위해 상부에서 하부로 하향 경사를 이루는 원형의 분산 갓을 설치하여 구성함에 그 특징이 있다.

이러한 본 발명은 한약재는 물론 과일, 채소 등의 각종 재료에서 유효 성분이 높은 엑기스를 추출하되, 나선형 관으로 형성된 열교환기의 하부에서 상부로 냉각수를 순환 공급하고, 무 압력 저온 상태에서 재료의 가열로 증발되는 수증기를 나선형 관의 상부에서 하부로 대류 현상의 역 방향으로 서서히 하강 유도하면서 다단계의 온도 점에서 열 교환을 충분히 이루면서 액화하는데, 상기 수증기가 다단계의 온도 점을 거치는 과정에서 수증기의 재료 성질에 맞는 최적의 온도 점을 반드시 경유하게 되면서 재료의 활성화를 충분히 이루기 때문에 각종 재료의 유효 성분(약효 성분)이 종래보다 3~20배 정도 우수한 엑기스를 추출할 수 있어 제품의 신뢰성이 우수한 효과를 제공하게 되는 것이다.

도 1은 본 발명이 적용된 엑기스 추출기를 보여주는 구성도.
도 2은 도 1의 열교환 수단 및 냉각수 공급수단을 보여주는 요부 구성도.
도 3은 도 2의 열교환수단을 보여주는 요부 구성도.
도 4는 본 발명의 나선형 관을 보여주는 구성도.
도 5는 본 발명의 작동도.

이하, 상기한 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 구체적으로 살펴보기로 한다.

본 발명 무압력 엑기스 추출기의 열교환장치는 도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이 상부에 뚜껑(11)이 결합되고 내부에 엑기스를 추출하고자 하는 재료를 투입하는 솥 본체(10)와, 상기 솥 본체 일측에 마련되어 솥 본체 내부에서 가열되어 증발되는 수증기를 공급관(21)에 의해 공급하고 냉각과정에 의해 액화시켜 회수관(22)으로 회수하며 배출관(23)으로 액화되지 않는 수증기와 각종 냄새를 배출하는 봄베관(20)과, 상기 봄베관 내부에 나선형 관으로 설치되어 냉각수를 순환 공급하되 수증기와의 열 교환에 의한 냉각으로 액화시키는 열교환 수단(30) 및, 상기 열 교환기에 냉각수를 순환 공급하는 냉각수 공급수단(40)으로 구성하여 이루어지는 것이다.

특히, 상기 열 교환수단(30)의 나선형 관(31)은 하부에 냉각수 유입구(31a), 상부에 냉각수 배출구(31b)를 연결 형성하여 냉각수가 나선형 관 하부에서 상부로 순환 공급하도록 구성하고, 상기 솥 본체에서 수증기를 배출 공급하는 공급관(21)을 봄베관(20) 상부로 연결 설치하여 수증기를 나선형 관(31) 상부에서 하부로 대류 현상의 역방향으로 서서히 공급 유도하되 상기 수증기가 나선형 관의 관부(32)에 다단계로 접촉하여 다단계의 온도 점에서 점차 냉각시키면서 엑기스를 추출하고자 하는 재료의 성질에 맞는 최적의 온도를 경유하는 과정 중에 재료의 활성화 과정을 거치게 되어 엑기스의 유효 성분을 최대로 추출하도록 이루어지는 것이다.

즉, 상기 수증기를 나선형 관 상부에서 하부로 대류 현상의 역방향으로 서서히 공급 유도하면서 나선형 관의 관부(32)에서 한 바퀴를 이루는 32-1, 32-2, 32-3..... 의 각 구간을 다단계로 접촉하도록 구성하되, 상기 나선형 관의 관부(32)는 냉각수가 하부에서 상부로 이동하면서 상부 구간 보다 하부 구간의 온도가 점차 낮게 형성되기 때문에 상기 수증기가 관부(32)의 각 구간을 다단계로 거치되면서 다단계의 온도 점에서 점차 냉각되는데, 예를 들면 32-1 구간에서 90℃, 32-2 구간에서 80℃, 32-3 구간에서 70℃......와 같이 다단계의 온도 점에서 점차 냉각하면서 액화시키므로 재료의 성질에 맞는 최적의 온도(예를 들면 50℃ 또는 40℃ 등)를 반드시 경유하게 되면서 재료의 활성화 과정을 충분히 거치게 되어 종래보다 재료의 유효 성분이 3~20배 이상 월등이 우수한 품질로 추출하도록 이루어지는 것이다.

이때, 상기 나선형 관(31) 상부에는 공급관(21)으로 공급되는 수증기를 방사상으로 고르게 분산 및 관부(32) 위치로 안내하기 위해 상부에서 하부로 하향 경사를 이루는 원형의 분산 갓(35)을 설치하여 구성한다.

상기 봄배관의 배출관(23)은 하단이 나선형 관(31)의 관부(32) 하부로 돌출되게 연장 형성되어 수증기가 나선형 관의 상부에서 하부를 이동하는 냉각과정을 거친 후 액화되지 않는 수증기와 각종 냄새를 배출하도록 구성한다.

또한, 상기 냉각수 공급수단(40)은 물탱크(41)와 상기 물탱크 내부의 냉각수를 공급하는 펌프(P) 및 상기 물탱크 내부의 냉각수를 냉각시키는 냉동기(42)로 구성하되, 상기 냉동기(42)는 저온 저압의 기체 냉매를 고온 고압의 기체 냉매로 변환시키는 압축기(43), 상기 압축기에서 변환된 고온 고압의 기체 냉매를 상온 고압의 액체 냉매로 변환시키는 응축기(44)와, 상기 응축기를 거친 상온 고압의 액체 냉매를 제습하기 위한 드라이어(45)와, 상기 드라이어를 거쳐 제습된 상온 고압의 액체 냉매를 저온 저압의 액체 냉매로 변화시키는 모세관(46)과, 상기 모세관에서 변화된 저온 저압의 액체 냉매를 기체 냉매로 변화시키면서 외부의 열을 흡수하되 물탱크 내부로 설치되는 증발기(47)로 이루어지며, 압축- 응축- 팽창- 증발로 이루어지는 냉동 사이클을 연속 수행하도록 구성한다.

그리고 상기 탕기 솥(10)은 전기 또는 가스식으로 가열하거나 그 밖에 다양한 방식으로 가열하도록 구성한다.

미 설명 부호로서, 2는 장치의 외관 몸체, 5는 재료가 투입되는 내통을 각각 나타내는 것이다.

다음은 상기와 같이 구성되는 본 발명의 작동 및 작용에 대해 살펴보기로 한다.

먼저, 탕기 솥(10) 내부에 엑기스를 추출하고자 하는 재료, 예를 들면 한약재 또는 과일, 채소 등의 각종 재료를 물과 함께 넣고 가열한다.

이와 같이 탕기 솥의 재료를 가열하면서 증발되는 수증기는 탕기 솥의 상측부에 연결 설치되어 있는 공급관(21)을 통해 봄베관(20) 상부에서 내부로 공급한다.

즉, 상기 봄베관 내부에 나선형으로 설치된 열교환수단의 나선형 관(31) 상부로 공급한다.

이와 같이 상기 나선형 관(31) 상부로 공급된 수증기는 대류 현상의 역 방향으로 하강 유도하기 때문에 상승하려는 수증기가 계속 공급되는 수증기에 점차 밀려 하강하면서 서서히 하강 유도하게 되는 것이다.

또한, 상기 수증기는 나선형 관(31) 상부에 설치되어 있는 분산갓(35)에 의해 사방으로 분산 안내되어 나선형 관(31)의 관부(32)에 고르게 분포되게 위치하면서 서서히 하강 유도하게 되는 것이다.

이때, 상기 나선형 관(31)에는 냉각수 공급수단(40)으로 부터 냉각수가 나선형 관의 하부 유입구(31a)를 통해 유입되어 나선형 관(31)을 따라 상승한 후 상부의 냉각수 배출구(31b)를 통해 배출되는 순환 과정을 거치게 되기 때문에 나선형 관의 상부 구간 보다 하부 구간의 온도가 점차 낮게 형성되어 수증기를 다단계의 온도 점에서 점차 냉각시켜 약화하게 되는 것이다.

이와 같이 상기 수증기는 봄베관의 상부에서 하부로 서서히 하강 유도되면서 나선형 관(31)과 충분한 열 교환을 행하기 때문에 수증기를 충분히 액화시키게 되는 것이다.

더우기, 상기 수증기는 다단계의 온도 점에서 점차 냉각하게 되면서 상기 수증기의 재료 성질에 맞는 최적의 온도를 반드시 경유하게 되고, 이로 인해 재료의 활성화 과정을 충분히 거치게 되면서 종래보다 재료의 유효 성분을 최대로 추출하게 되는 것이다.

이를 좀더 구체적으로 설명하면, 상기 수증기를 나선형 관의 관부(32) 상부에서 하부로 서서히 공급 유도하면서 나선형 관의 관부(32)에서 한 바퀴를 이루는 32-1, 32-2, 32-3..... 의 각 구간을 다단계로 접촉하게 된다.

이와 같이 상기 수증기가 나선형 관의 각 구간을 다단계로 거치고, 상기 나선형관의 냉각수는 상부 구간 보다 하부 구간의 온도가 점차 낮게 형성되어 다단계의 온도 점에서 점차 냉각되는데, 예를 들면 100℃에서 출발한 수증기의 온도가 32-1 구간에서 90℃, 32-2 구간에서 80℃, 32-3 구간에서 70℃......와 같이 냉각되어 가장 하부 위치에서 25℃ 까지 다단계의 온도 점에서 점차 냉각하게 되는 것이다.

이와 같이 수증기가 나선형 관의 상부에서 하부로 서서히 이동하면서 다단계의 온도 점에서 점차 냉각하는 과정(실제는 위의 예시보다 더 세분되는 온도 점에서 냉각되는 과정을 거치게 됨)을 거치면서 수증기의 재료 성질에 맞는 최적의 온도 점(예를 들면 50℃ 또는 40℃ 등)을 반드시 경유하게 되기 때문에 상기 온도 점에서 수증기의 재료가 활성화되는 과정을 충분히 거치게 되어 종래 보다 재료의 유효 성분을 우수하게 추출하게 되는 것이다.

이와 같이 수증기의 냉각 과정에 의해 수증기가 액화되면 이는 회수관(22)에 의해 솥 본체(10)로 재 투입되고, 다시 솥 본체에서 가열되어 수증기 상태로 봄베관(20)에 공급되어 냉각되는 과정을 반복하면서 엑기스의 유효 성분을 90% 이상으로 추출하게 되는 것이다.

이와 같이하여 본 발명은 일반적인 엑기스 추출기에 비해 3~20배 정도 이상의 유효 성분이 함유된 상태로 추출하게 되는 것이다.

한편, 상기 봄베관(20) 내부에서 액화되지 않는 수증기와 독한 냄새 등은 배출관(23)을 통해 외부로 배출하는데, 상기 배출관(23)의 하부가 나선형 관(31)의 관부(32) 하부로 돌출되게 연장 형성되어 있기 때문에 수증기가 나선형 관의 상부에서 하부를 이동하는 냉각과정을 거친 후 액화되지 않는 수증기와 각종 냄새를 배출하면서 종래와 같이 냉각 과정을 충분히 거치지 않은 수증기가 외부로 배출되어 내용물이 손실되는 우려를 최소화하게 되는 것이다.

따라서, 본 발명은 나선형 관으로 형성된 열교환기의 하부에서 상부로 냉각수를 순환 공급하고, 무 압력 저온 상태에서 재료의 가열로 증발되는 수증기를 나선형 관의 상부에서 하부로 대류 현상의 역 방향으로 서서히 하강 유도하면서 다단계의 온도 점에서 열 교환을 충분히 이루도록 하되, 각종 재료의 성질에 맞는 최적의 온도 점을 경유하게 되면서 재료의 활성화를 이루기 때문에 각종 재료의 유효 성분(약효 성분)이 종래보다 우수한 엑기스를 추출하도록 하는 것이다.

10: 솥 본체 11: 뚜껑
20: 봄베관 21: 공급관
22: 회수관 23: 배출관
30: 열 교환 수단 31: 나선형 관
31a: 냉각수 유입구 31b: 냉각수 배출구
32: 관부 35: 분산 갓
40: 냉각수 공급수단

Claims (3)

1. 상부에 뚜껑(11)이 결합되고 내부에 엑기스를 추출하고자 하는 재료를 투입하는 솥 본체(10)와, 상기 솥 본체 일측에 마련되어 솥 본체 내부에서 가열되어 증발되는 수증기를 공급관(21)에 의해 공급하고 냉각과정에 의해 액화시켜 회수관(22)으로 회수하며 배출관(23)으로 액화되지 않는 수증기와 각종 냄새를 배출하는 봄베관(20)과, 상기 봄베관 내부에 나선형 관으로 설치되어 냉각수를 순환 공급하되 수증기와의 열 교환에 의한 냉각으로 액화시키는 열교환 수단(30) 및, 상기 열 교환기에 냉각수를 순환 공급하는 냉각수 공급수단(40)으로 구성된 무압력 엑기스 추출기의 열교환장치에 있어서,
   상기 열 교환수단(30)의 나선형 관(31)은 하부에 냉각수 유입구(31a), 상부에 냉각수 배출구(31b)를 연결 형성하여 냉각수가 나선형 관 하부에서 상부로 순환 공급하도록 구성하고,
   상기 솥 본체에서 수증기를 배출 공급하는 공급관(21)을 봄베관(20) 상부로 연결 설치하여 수증기를 나선형 관(31) 상부에서 하부로 대류 현상의 역방향으로 서서히 공급 유도하되 상기 수증기가 나선형 관의 관부(32)에 다단계로 접촉하여 다단계의 온도 점에서 점차 냉각시키면서 엑기스를 추출하고자 하는 재료의 성질에 맞는 최적의 온도를 경유하는 과정 중에 재료의 활성화 과정을 거치게 되어 엑기스의 유효 성분을 최대로 추출하도록 이루어진 것을 특징으로 하는 무압력 엑기스 추출기의 열교환장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 나선형 관(31) 상부에는 공급관(21)으로 공급되는 수증기를 방사상으로 고르게 분산 안내하기 위해 상부에서 하부로 하향 경사를 이루는 원형의 분산 갓(35)을 설치하여 구성한 것을 특징으로 하는 무압력 엑기스 추출기의 열교환장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 봄배관의 배출관(23)은 하단이 나선형 관(31)의 관부(32) 하부로 돌출되게 연장 형성되어 수증기가 나선형 관의 상부에서 하부를 이동하는 냉각과정을 거친 후 액화되지 않는 수증기와 각종 냄새를 배출하도록 구성한 것을 특징으로 하는 무압력 엑기스 추출기의 열교환장치.

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