KR200256642Y1

KR200256642Y1 - 동결건조기

Info

Publication number: KR200256642Y1
Application number: KR2020010028888U
Authority: KR
Inventors: 김현철
Original assignee: 주식회사 일신랩
Priority date: 2001-09-19
Filing date: 2001-09-19
Publication date: 2001-12-31
Anticipated expiration: 2011-09-19

Abstract

본 고안은 물질의 동결건조를 효율적이고 위생적으로 실시할 수 있는 동결건조기를 개시한다. 본 고안의 동결건조기는 개방되어 있는 양단이 도어에 의하여 각각 밀폐되어 있는 단일의 보디와, 보디의 내부를 프로세스체임버와 콘덴서체임버로 구획하며 프로세스체임버와 콘덴서체임버를 연통시키는 벤트를 갖는 격벽과, 보디의 프로세스체임버에 설치되어 물질을 동결건조시키는 선반과, 보디의 콘덴서체임버에 설치되어 수증기를 응축시키는 콘덴서와, 보디의 콘덴서체임버로부터 공기를 배기시켜 진공을 조성시키는 진공펌프와, 격벽의 벤트를 통하여 유입되는 수증기를 콘덴서체임버에 확산시키는 확산판과, 콘덴서에 물을 공급하는 급수장치와, 급수장치에 의하여 보디의 콘덴서체임버에 공급되는 물을 가열하여 증기를 발생시키는 히터로 구성된다. 본 고안에 의하면, 단일의 보디가 격벽에 의하여 동결건조를 실시하는 프로세스체임버와 수증기를 포획하는 콘덴서체임버로 구획되어 물질의 동결건조를 효율적이고 위생적으로 실시할 수 있다. 또한, 콘덴서체임버에서 수증기의 포집효율과 얼음의 제상효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 간단한 구조에 의하여 생산성을 증대시키고 저렴하게 제작할 수 있다. 그리고 콘덴서체임버와 콘덴서의 제상을 위한 물의 사용을 최소화시켜 폐수의 발생을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Description

동결건조기{FREEZE DRYER}

본 고안은 동결건조기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 물질의 동결건조 (Freeze Drying)를 효율적이고 위생적으로 실시할 수 있는 동결건조기에 관한 것이다.

동결건조는 식품가공분야, 제약분야, 생물학분야 등에서 식품, 액상의 약품, 혈액, 세포 등의 건조방법으로 널리 이용되고 있으며 물질을 동결시키고 수분의 압력을 물, 얼음 및 수증기(Water Vapor)가 공존하는 물의 삼중점이하로 저하시켜 얼음을 직접 수증기로 변화시키는 승화에 의하여 실시한다. 즉, 6밀리바(mbar) 또는 4.6토르(Torr)의 낮은 압력하에서 얼음의 형태를 가지는 수분은 열에너지의 공급에 따라 액체로 변하지 않고 수증기로 직접 승화되며, 승화되는 수증기에 의하여 물질에는 무수히 많은 공간이 남게 된다. 따라서, 건조된 다공성 물질은 완전하고 신속하게 재수화(Re-hydration)시킬 수 있다. 한편, 동결건조를 위한 동결건조기의 설계와 제작에 있어서 수증기의 포집과 제거는 동결건조기의 용량을 결정하는 중요한 요소중 하나이다.

이와 같은 종래 동결건조기의 일례를 살펴보면, 물질의 위생적인 처리를 위하여 물질의 동결건조를 실시하는 프로세스체임버(Process Chamber)를 갖는 보디와 수증기를 포집하는 콘덴서체임버(Condenser Chamber)를 갖는 보디를 개별적으로 분리하여 구성하고, 프로세스체임버와 콘덴서체임버는 도관에 의하여 연결시켜 구성하고 있다. 프로세스체임버에는 물질의 동결건조를 위하여 열매체로 브라인(Brine)을 순환시킬 수 있는 선반(Shelves)이 설치되어 있으며, 콘덴서체임버에는 수증기를 응축시켜 결빙시키기 위한 콘덴서가 설치되어 있다. 그리고 프로세스체임버와콘덴서체임버의 진공을 유지시키기 위한 진공펌프가 구성되어 있다.

따라서, 프로세스체임버의 선반에 물질을 안치시킨 후, 선반에 브라인을 순환시켜 물질의 동결건조를 실시한다. 물질의 동결건조시 승화되는 수증기는 도관을 통하여 프로세스체임버로부터 콘덴서체임버에 유입된 후 콘덴서의 표면에서 응축되어 결빙된다. 콘덴서의 표면에 결빙되어 있는 얼음은 콘덴서에 핫가스(Hot Gas)라 불리는 고온·고압의 냉매를 순환시키거나 또는 콘덴서에 물을 분사하여 제상 (Defrost)시키고 있다. 그리고 제상효율의 증대를 위하여 핫가스의 순환과 물의 분사를 병용하고도 있다.

그러나 종래기술의 동결건조기는 프로세스체임버와 콘덴서체임버를 개별적으로 분리하여 구성하고 있기 때문에 동결건조기의 구조가 복잡하고 많은 부품이 필요하여 생산성이 크게 저하될 뿐만 아니라, 제작비가 많이 소요되는 문제를 수반한다. 그리고 도관을 통과하는 수증기가 도관에 착상되면서 도관을 폐색시키거나 도관과 근접하는 위치의 콘덴서에 국부적으로 착상되면서 수증기의 흐름을 저해시켜 수증기의 포집효율과 제상효율을 크게 저하시키는 문제가 있다. 특히, 콘덴서체임버에서 수증기의 포집효율이 낮을 경우 수증기가 진공펌프로 유입되어 진공펌프의 고장을 유발시키는 단점이 있다. 또한, 콘덴서에 물을 분사하여 얼음을 제상하는 방법은 물의 사용이 과다하여 동결건조기의 가동비용을 증가시키며, 다량의 폐수를 발생시키는 단점이 있다.

본 고안은 상기한 바와 같은 종래의 제반 문제점을 해결하기 위하여 안출된것으로서, 본 고안의 목적은 물질의 동결건조를 효율적이고 위생적으로 실시할 수 있는 동결건조기를 제공하는데 있다.

본 고안의 다른 목적은 수증기의 포집효율과 얼음의 제상효율을 크게 향상시킬 수 있는 동결건조기를 제공하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 단일의 보디에 프로세스체임버와 콘덴서체임버가 마련되는 간단한 구조에 의하여 생산성을 증대시키고 저렴하게 제작할 수 있는 동결건조기를 제공하는데 있다.

본 고안의 또 다른 목적은 콘덴서의 제상을 위한 물의 사용을 최소화시킬 수 있는 동결건조기를 제공하는데 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 고안의 특징은, 개방되어 있는 양단이 도어에 의하여 각각 밀폐되어 있는 단일의 보디와; 보디의 내부를 프로세스체임버와 콘덴서체임버로 구획하며, 프로세스체임버와 콘덴서체임버를 연통시키는 벤트를 갖는 격벽과; 보디의 프로세스체임버에 설치되어 물질을 동결건조시키는 선반과; 보디의 콘덴서체임버에 설치되어 수증기를 응축시키는 콘덴서와; 보디의 콘덴서체임버로부터 공기를 배기시켜 진공을 조성시키는 진공펌프와; 격벽의 벤트를 통하여 유입되는 수증기를 콘덴서체임버에 확산시키는 확산수단과; 콘덴서에 물을 공급하는 급수수단과; 급수수단에 의하여 보디의 콘덴서체임버에 공급되는 물을 가열하여 증기를 발생시키는 히팅수단으로 이루어지는 동결건조기에 있다.

도 1은 본 고안에 따른 동결건조기의 전체 구성을 개략적으로 나타낸 도면,

도 2는 본 고안에 따른 동결건조기의 보디, 격판, 선반, 콘덴서와 확산수단을 나타낸 단면도,

도 3은 본 고안에 따른 동결건조기의 프로세스체임버를 나타낸 단면도,

도 4는 본 고안에 따른 동결건조기의 콘덴서체임버를 나타탠 단면도이다.

♣ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ♣

10: 보디 10a: 프로세스체임버

10b: 콘덴서체임버 20: 격벽

22: 벤트 30: 선반

40: 콘덴서 50: 진공펌프

60: 확산판 70: 급수장치

74: 분사관 80, 82: 배수관

84: 일수관 90: 히터

이하, 본 고안에 따른 동결건조기에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다.

먼저, 도 1과 도 2를 참조하면, 본 고안의 동결건조기는 외관을 구성하는 양단이 개방되어 있는 원통형 보디(Body: 10)를 구비하며, 보디(10)는 수평으로 설치되어 있다. 보디(10)는 스테인레스스틸을 소재로 제작할 수 있고, 보디(10)의 단면은 사각형상으로 제작할 수도 있다. 보디(10)의 양단에는 보디(10)를 밀폐시키는 도어(12, 14)가 각각 장착되어 있으며, 도어(12, 14)에는 보디(10)의 내부를 관찰할 수 있는 관찰창(12a, 14a)이 구성되어 있다.

도 1 내지 도 3을 모두 참조하면, 본 고안의 동결건조기는 보디(10)의 내부를 물질의 동결건조를 실시하는 프로세스체임버(10a)와 물질로부터 승화되는 수증기를 포획하는 콘덴서체임버(10b)로 구획하는 격벽(20)을 구비한다. 격벽(20)은 보디(10)의 대략 2/3 지점에 수직하게 설치되어 있으며, 격벽(20)의 중앙에는 프로세스체임버(10a)와 콘덴서체임버(10b)를 연결하여 수증기의 통로를 형성하는 벤트 (Vent: 22)가 형성되어 있다. 보디(10)의 프로세스체임버(10a)에는 물질의 동결건조를 위하여 열매체로 브라인을 순환시킬 수 있는 중공형의 선반(30)이 설치되어 있다. 보디(10)의 콘덴서체임버(10b)에는 수증기를 응결시키기 위한 냉매, 예를 들어 HCFC(Hydro Chloro Fluoro Carbon)를 순환시킬 수 있는 콘덴서(40)가 설치되어 있고, 콘덴서(40)는 코일형으로 구성되어 있다. 그리고 보디(10)의 콘덴서체임버 (10b)에는 콘덴서체임버(10b)로부터 공기를 배기시켜 프로세스체임버(10a)와 콘덴서체임버(10b)의 진공을 조성시키는 진공펌프(50)의 배기관(52)이 연결되어 있으며, 배기관(52)과 연결되어 있는 배기라인(54)에는 배기라인(54)을 열고 닫는 솔레노이드밸브(Solenoid Valve: 56)가 장착되어 있다.

도 1과 도 2를 다시 참조하면, 보디(10)의 콘덴서체임버(10b)를 향하는 격벽 (20)에는 벤트(22)를 통과하는 수증기를 콘덴서체임버(10b)에 확산시키는 확산수단으로 반구형 확산판(60)이 설치되어 있다. 확산판(60)의 구면(62)은 벤트(22)를 향하여 배치되어 콘덴서체임버(10b) 전체로 수증기의 흐름을 유도하여 확산시키며, 확산판(60)은 복수의 다리(64)에 의하여 격벽(20)에 고정되어 있다.

도 1, 도 2와 도 4를 참조하면, 보디(10)의 콘덴서체임버(10b)의 상부에 물을 공급하는 급수장치(70)의 급수관(72)이 설치되어 있으며, 급수관(72)에는 콘덴서(40)에 물을 분사시키는 다수의 분사관(74)이 연결되어 있다. 급수장치(74)의 급수라인(76)에는 솔레노이드밸브(78)가 장착되어 있다. 솔레노이드밸브(78)는 잘 알려진 온수보일러, 히터 등의 가열장치에 연결시켜 온수를 공급시킬 수도 있다. 그리고 격벽(20)의 벤트(22)와 근접하는 상부에 급수장치(70)로부터 공급되는 물이 벤트(22)로 유입되는 것을 방지시킬 수 있도록 벤트(22)의 상방을 차단시키는 바이저(Visor: 66)가 부착되어 있다.

또한, 보디(10)의 프로세스체임버(10a)와 콘덴서체임버(10b)의 하부 각각에는 물을 배수시키는 배수관(80, 82)이 연결되어 있으며, 배수관(80, 82)의 배수라인(80a, 82a)에는 매뉴얼밸브(Manual Valve: 80b, 82b)가 장착되어 있다. 매뉴얼밸브(80b, 82b)의 개방에 의하여 프로세스체임버(10a)와 콘덴서체임버(10b)의 하부에 저수되어 있는 물은 배수관(80, 82)을 통하여 완전히 배수시킬 수 있다.

콘덴서체임버(10b)의 하부에 집수되는 물의 수위를 일정하게 유지시켜 배수시킬 수 있도록 일수관(Overflow Pipe: 84)이 연결되어 있고, 일수관(84)의 배수라인(84a)에는 매뉴얼밸브(84b)가 연결되어 있다. 배수관(80, 82)의 배수라인(80a, 82a)과 일수관(84)의 배수라인(84a) 각각은 배수펌프(86)의 배수라인(86a)에 연결되어 있다. 진공펌프(50)의 배기라인(54)과 배수펌프(86)의 배수라인(86a)이 연결라인(88)을 통하여 연결되어 있으며, 배기라인(54)과 연결라인(88)은 매뉴얼밸브 (88a)에 의하여 연결되어 있다. 콘덴서체임버(10b)의 하부에는 집수되어 있는 물을 가열하여 증기(Steam)를 발생시키는 히팅수단으로 복수의 히터(90)가 설치되어 있다.

지금부터는 이와 같은 구성을 갖는 본 고안에 따른 동결건조기에 대한 작용을 설명한다.

도 1과 도 2를 참조하면, 도어(12)를 열어 보디(10)의 프로세스체임버(10a)를 개방시키고, 선반(30)에 동결건조시키기 위한 물질을 안치시킨 후, 도어(12)를 닫아 보디(10)의 프로세스체임버(10a)를 폐쇄시킨다. 그리고 선반(30)에 저온의 브라인을 공급하게 되면, 선반(30)에 안치되어 있는 물질은 동결된다. 저온의 브라인은 압축기(Compressor), 콘덴서, 팽창밸브(Expansion Valve)와 증발기(Evaporator) 등으로 구성되는 냉동사이클을 통하여 공급할 수 있다. 냉동사이클의 구성과 작동은 잘 알려진 것이므로, 그 구성 및 작동에 대한 자세한 설명은 생략한다.

다음으로, 진공펌프(50)의 구동에 의하여 콘덴서체임버(10b)의 공기를 배기시키면, 콘덴서체임버(10b)의 공기가 배기되면서 진공으로 조성된다. 프로세스체임버(10a)의 공기는 격벽(20)의 벤트(22)와 콘덴서체임버(10b)를 경유하여 배기되고,프로세스체임버(10a)와 콘덴서체임버(10b)는 함께 진공으로 조성된다. 이때, 배수라인(80a, 82a, 84a)의 매뉴얼밸브(80a, 82b, 84b)와 연결라인(88)의 매뉴얼밸브 (88a)를 모두 개방시키면, 배기라인(54)과 배수라인(86a)이 연결라인(88)에 의하여 연결되므로, 진공펌프(50)의 구동에 의한 진공의 조성을 신속하고 효율적으로 실시할 수 있다.

이와 같이 진공펌프(50)의 구동에 의하여 프로세스체임버(10a)를 진공으로 조성시킨 후, 선반(30)에 고온의 브라인을 공급하게 되면, 물질로부터 얼음의 형태를 가지는 수분은 브라인에 의한 열에너지의 공급에 따라 수증기로 승화된다. 승화되는 수증기는 물질에 무수히 많은 공간을 남기게 되며, 수증기의 승화에 의하여 물질은 건조된다. 고온의 브라인은 잘 알려진 히터, 열교환기(Heat Exchanger) 등으로 구성되는 히팅시스템(Heating System)을 통하여 공급할 수 있다. 히팅시스템의 구성과 작동은 잘 알려진 것이므로, 그 구성 및 작동에 대한 자세한 설명은 생략한다.

또한, 물질의 동결건조에 의하여 승화되는 수증기는 프로세스체임버(10a)로부터 격벽(20)의 벤트(22)를 통하여 콘덴서체임버(10b)로 유입된다. 이때, 확산판 (60)의 구면(62)은 벤트(22)를 통과하는 수증기의 흐름을 유도하여 콘덴서체임버 (10b) 전체로 확산시킨다. 따라서, 수증기는 콘덴서체임버(10b) 전체에 균일하게 분포되면서 포획된다. 콘덴서(40)에 냉동사이클을 통하여 저온의 냉매를 공급하게 되면, 콘덴서체임버(10b)에 포획되어 있는 수증기는 콘덴서(40)의 표면에 응축되면서 결빙된다.

도 1, 도 2와 도 4를 참조하면, 냉동사이클의 압축기로부터 핫가스라 불리는 고온·고압의 냉매가 콘덴서(40)에 공급되면, 콘덴서(40)의 표면에 결빙되어 있는 얼음은 콘덴서(40)를 순환하는 핫가스의 응축·액화에 의하여 제상된다. 핫가스에 의한 제상과 병행하여 급수장치(70)의 솔레노이드밸브(78)를 개방시키면, 물이 급수라인(76), 급수관(78)과 분사관(74)을 통하여 콘덴서(40)에 분사된다. 따라서, 콘덴서(40)의 표면으로부터 얼음이 효과적으로 제상된다. 즉, 콘덴서(40)에 공급되는 핫가스에 의하여 얼음이 녹기 시작하는 시점에 급수장치(70)의 가동에 의하여 물을 분사시키면, 콘덴서(40)의 표면으로부터 얼음이 신속하게 탈락하여 제거된다. 도 4에 도시되어 있는 바와 같이, 급수장치(70)에 의하여 공급되는 물은 일수관 (84)에 의하여 유지되는 수위만큼만 공급한다. 따라서, 얼음의 제상을 위한 물의 공급량을 최소화시킬 수 있다.

한편, 급수장치(70)로부터 공급되는 물과 얼음의 제상에 의하여 발생되는 물은 콘덴서체임버(10b)의 바닥에 저수된다. 솔레노이드밸브(78)를 폐쇄시켜 물의 급수를 중지시키고, 히터(90)의 작동에 의하여 콘덴서체임버(10b)의 바닥에 저수되어 있는 물을 가열하여 증기를 발생시키면, 이 증기에 의하여 콘덴서체임버(10b)와 콘덴서(40)에 결빙되어 있는 얼음을 모두 신속하고 효율적으로 제거할 수 있다. 따라서, 동결건조기의 제빙효율을 크게 향상시킬 수 있음은 물론, 제빙에 소요되는 시간의 단축으로 동결건조기의 가동율을 증대시킬 수 있다.

이상에서 설명한 실시예는 본 고안의 하나의 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 고안의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며 등록청구범위내에서 적절하게 변경가능한 것이다. 예를 들어 본 고안의 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소의 형상 및 구조는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 고안에 따른 동결건조기에 의하면, 단일의 보디가 격벽에 의하여 동결건조를 실시하는 프로세스체임버와 수증기를 포획하는 콘덴서체임버로 구획되어 물질의 동결건조를 효율적이고 위생적으로 실시할 수 있다. 또한, 콘덴서체임버에서 수증기의 포집효율과 얼음의 제상효율을 크게 향상시킬 수 있으며, 간단한 구조에 의하여 생산성을 증대시키고 저렴하게 제작할 수 있다. 그리고 콘덴서체임버와 콘덴서의 제상을 위한 물의 사용을 최소화시켜 폐수의 발생을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.

Claims

개방되어 있는 양단이 도어에 의하여 각각 밀폐되어 있는 단일의 보디와;

상기 보디의 내부를 프로세스체임버와 콘덴서체임버로 구획하며, 상기 프로세스체임버와 콘덴서체임버를 연통시키는 벤트를 갖는 격벽과;

상기 보디의 프로세스체임버에 설치되어 물질을 동결건조시키는 선반과;

상기 보디의 콘덴서체임버에 설치되어 수증기를 응축시키는 콘덴서와;

상기 보디의 콘덴서체임버로부터 공기를 배기시켜 진공을 조성시키는 진공펌프와;

상기 격벽의 벤트를 통하여 유입되는 수증기를 상기 콘덴서체임버에 확산시키는 확산수단과;

상기 콘덴서에 물을 공급하는 급수수단과;

상기 급수수단에 의하여 상기 보디의 콘덴서체임버에 공급되는 물을 가열하여 증기를 발생시키는 히팅수단으로 이루어지는 동결건조기.
제 1 항에 있어서, 상기 확산수단은 상기 격벽의 벤트를 향하는 구면을 갖는 확산판으로 구성되고, 상기 급수수단은 상기 콘덴서에 물을 분사시키는 다수의 분사관을 가지며, 상기 히팅수단은 복수의 히터로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 동결건조기.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 콘덴서체임버의 하부에 집수되는 물의 수위를 일정하게 유지시켜 배수시킬 수 있는 일수관을 더 구비하고, 상기 급수수단으로부터 공급되는 물이 상기 격벽의 벤트로 유입되는 것을 차단시킬 수 있는 바이저를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 동결건조기.