KR101024218B1 - 약재추출기 - Google Patents

Abstract

뜨겁고 유속이 느린 약재수증기의 액화효율을 향상시키기 위하여, 관로저항을 낮추고 열교환 표면적을 늘린 판형 1차 열교환기와, 1차 열교환용으로 사용되는 냉각수를 냉각시키는 2차 열교환기로써 냉매 압축증발형 냉동기를 추가 구비한 증류식 약재추출기가 개시된다. 본 발명은 약재수증기 유출관(11)과 약재증류액 유입관(15) 및 약재 증류액 중간저장소(14)가 설치되며 가열솥(10)의 가열물에서 증발되는 약재수증기를 선택적으로 밀폐된 상기 유출관 및 유입관 사이에서 냉각수와 열 교환하여 약재증류액으로 액화시켜 상기 가열솥(10)으로 재 귀환시키는 구조를 갖는 통상의 약재추출기 구조에 더하여 약재수증기 유출관(11) 및 약재증류액 유입관(15) 사이에 단위 평판튜브(13)들이 수평으로 적층된 구조의 판형 열교환기(12)가 설치되는 것이 특징이다.
판형 열교환기(12)에서 열교환되는 냉각수는, 증발형냉매를 이용하는 냉동기에 의해 냉각되며, 냉매 증발기(30)는 냉각수 탱크(20) 내부에 직접 삽입 설치된다. 약재수증기 유출관(11)은 판형열교환기 적층 구조의 상부에 연결되고, 약재증류액 유입관(15)은 적층된 구조의 하부에 연결되며 약재수증기 또는 약재증류액이 관통하는 평판튜브 들은, 응결물의 불규칙한 형성유무와 관계없이 원활한 증류액의 흐름이 일어나도록 냉각핀이 없는 매끈한 내부표면을 갖는 것이 특징이다. 한편 냉매 증발기(30)에서 증발되는 냉매를 응축하는 냉매 응축기(33)와 가열솥(10) 사이에는 단열벽(43)이 더 형성되며, 냉각수 펌프(21)와 냉매 압축기(32) 및 냉매 응축기(33)를 냉각시키는 응축기 냉각팬(42) 중 어느 둘 이상은 전자식 클러치(41)에 의해 하나의 구동모터(40)로부터 선택적으로 동력을 공급받는다. 본 발명에 따른 약재추출기는 액화작용이 이루어지는 관의 관로저항이 매우 낮으면서도 열교환 효율이 높아 종래의 추출기와는 차별화된 고성능을 발휘하며 종래 추출기의 약재 추출시간과 비교하기 힘든 최단시간으로 동일한 양의 약재를 추출할 수 있는 효과가 있다.

Description

판형 열교환기를 이용한 증류액 액화구조를 탑재한 약재추출기{Decoction abstractor which has a plate type heat exchanger for faster condensing}

본 발명은 뜨겁고 유속이 느린 약재수증기의 액화효율을 향상시키기 위하여, 관로저항을 낮추고 열교환 표면적을 늘린 판형 1차 열교환기와, 1차 열교환용으로 사용되는 냉각수를 냉각시키는 2차 열교환기로써 냉매 압축증발형 냉동기를 추가 구비한 증류식 약재추출기에 관한 것이다.

다수의 기계화된 추출기를 이용하여 한약 또는 달여서 만드는 각종 보양음식들을 고속, 대량으로 추출하는 방식은 현재 많은 한방병원과 건강식품 제조업소에서 널리 실시되고 있다.

기계화된 약재추출기의 기본적인 작동개념은 가열수증기의 배출량 조절이 가능하도록 선택적으로 밀폐된 가열솥에서 물과 약재를 끓인 후 이때 발생되는 다량의 수증기를 식혀서 다시 액화시킨 다음, 가열솥으로 대부분 재투입하는 것이다. 이 과정에서 가열솥의 탕약은 밀폐순환식으로 반복 달여지므로 장시간 달이는데 필요한 물과 가열에너지가 절감되는 장점이 있고, 액화 후 가열솥에 재투입되는 1차 증류액은 이온화된 약재성분이 함유된 약재수증기가 응결된 것으로써 별도로 추출하여 증류식 약액으로도 활용된다.

보통 물을 끓여서 완벽한 순수(Pure water)를 얻기 위해서는 포화수증기압을 최소로 한 저압상태에서 3차 이상의 반복 증류가 필요하다. 이러한 순수는 이온화된 전해질이 전혀 없어 인체에 흡수되면 세포막의 과다 삼투현상을 유발하여 몸에 해롭다. 그러나 대기압 또는 대기압 이상의 가압상태에서 한번만 증류한 1차 증류액은 다수의 이온화된 성분을 상당량 포함하고 있는 데다가 고형물은 완벽히 제거된 상태여서 비록 농도가 묽긴 하나 전해질을 함유하고 있고, 게다가 고형물 상태로 약재에 잔류하는 중금속 등이 깨끗이 제거되어 몸에 이로운 물질만을 함유하고 있을 확률이 높으므로 최근 부작용이 없는 새로운 섭취형태의 약액으로 주목받고 있다.

상술한 탕약이나 약재증류액을 빠른 시간안에 적은 에너지로 대량 생산하는 기술의 핵심은, 다름아닌 가열된 약재수증기를 빠르게 약재증류액으로 액화시키는 것이다. 액화속도를 빠르게 하는 것이 가열솥내부의 물 순환 사이클을 빠르게 할 수 있으며 또한 단위시간당 약재증류액의 생산량도 증가시키므로 추출기의 전체 성능에 있어 가장 핵심적 요소가 된다.

등록특허공보 10-0360677호 수,공냉 혼용의 증류사이클을 이용한 한약추출기.

실용신안공보 실1994-0004400호 한약추출기.

소개한 선행기술문헌은 대표적인 증류식 한약추출기를 소개한 것이다. 먼저 실용신안공보 실1994-0004400호를 살펴보면 가열된 수증기를 식히는 도구로써 고정용량의 용기에 담긴 정체된 냉각수를 이용하고 있다. 비록 상기 냉각수를 둘러싼 수증기 액화 용기가 깔때기 모양으로 최적하게 형성되어 액화 후 용이한 응결액 포집을 가능하게 하지만, 깔때기 모양 안쪽에 배치된 정체된 소용량의 냉각수는 금방 뜨거워지므로 일정 시간이 경과하면 액화성능은 급격히 저하된다.

이후의 좀더 발전된 선행기술로써 특허공보 10-0360677호를 살펴보자. 이전 기술에 비해 냉각수 용량을 늘리고 냉각수 탱크로부터 순환되는 방식으로 배치하고, 약재수증기와 열교환되고 난 냉각수를 주변 실내공기를 이용하여 공랭식으로 냉각시키는 구조이다. 그러나 뜨거운 가열솥 주변의 실내공기는 그 자체로 상당히 온도가 높은 상태이며 게다가 비열이 높은 냉수를 비열이 낮은 공기로 냉각하는 것은 열역학적으로 장 시간이 소요되는 과정이어서 열교환 이후 탱크에 귀환되는 구간 동안 짧게 공냉하는 방식으로는 실질적으로 냉각수 온도를 뚜렷하게 낮출 수 없다.

위와 같이 제한된 공랭식 냉각방식의 기술적 한계에도 불구하고 선행기술에서 이를 굳이 채택한 유력한 이유는, 우선 약재수증기를 응축시키는 약액응축기에서 단위시간당 열교환되는 냉각수의 양이 적기 때문이다. 선행특허문헌의 약액응축기는 냉각수와의 접촉표면적을 늘리는 보조 열교환 수단으로써 게르마늄석재 등 다수의 자갈들을 이용하고 있는데, 이를 감안한다 하더라도 원통형 용기의 외주면으로 결정되는 전체 열교환 표면적은 매우 작다. 따라서 추가로 많은 냉각에너지를 들여 차가운 냉각수를 공급한다 하여도, 차가운 냉각수와 약재수증기와의 단위시간당 열접촉면적은 극히 제한적이므로 결과적으로 전체 에너지 효율만 저하될 뿐, 불필요하게 차가운 냉각수를 낭비하는 셈이 된다.

따라서 에너지의 효율 측면에서 냉각수를 재냉각하는 것은 오히려 효율이 떨어진다고 판단, 단지 냉각수 온도가 과도하게 올라가는 것을 막기 위해서 다소 높은 온도의 냉각수를 빠르게 순환시키는 도중에 소동력의 공랭식으로 약간만 냉각시키는 방법을 사용한 것이다.

그러나 이러한 방식은 냉각수 평균 운용온도가 매우 높아 다수의 추출기가 공장형으로 밀집 설치된 장소에서는 실내공기를 극단적으로 상승시키는 원인이 되며, 여름철 등 악조건에서는 추출기의 성능을 극도로 떨어뜨리는 주 원인이다.

위와 같은 문제점들을 해결하기 위해서는 결국 냉각수의 운용온도를 낮추고, 앞서 설명한 바와 같이 온도가 낮아진(추가 동력이 투입된) 냉각수를 낭비 없이 활용하는 것이 최선이다.

이를 위해서 약재수증기의 순환시간, 즉 약재 증류액의 생산시간을 단축시키는 것(가열솥 소요동력을 절감하는 것)이 핵심인데, 이는 약액응축기 내에 약재수증기와 차가워진 냉각수 간 열교환관로의 전체 열교환면적을 늘리는 것으로 귀결된다.

그러나 통상적인 전체 열교환면적 증가수단으로써 중첩된 열교환관들의 관로 총길이를 매우 길게 한다거나 또는 미소한 직경의 수증기 모세관을 대량으로 냉각수 탱크 내부에 직접 밀집 배열하는 등의 일반적인 열교환 방법은 단순한 원통형 열교환기를 채택했었던 선행특허가 주목했던 바와 같이, 본 추출기 분야에 적용하기가 거의 불가능하다. 왜냐하면 가열솥에서 증발된 수증기는 액체-기체가 혼재된 2상 물질로써, 약간의 응결핵 발생 만으로도 일부가 곧바로 액체(물방울)로 변할 확률이 높다. 따라서 작은 직경이나 긴 길이의 관로에서는 관로막힘의 직접적 원인이 된다.

게다가 장시간 약한 불로 달여야 하는 약재제조방법의 특성상 수증기압력도 낮게 유지되어야 하므로, 약재수증기가 높은 관로저항을 모두 이겨내고 긴 관로를 통과하기가 어렵고 결과적으로 약재수증기는 재차 가열솥으로 귀환되어 가열솥의 달임 압력을 높이기만 할 뿐 실질적인 액화성능 향상을 기대할 수 없다.

또한 부가적인 냉각기 설치수단으로써 가열솥과 인접한 냉각수 순환관로는 그 자체로 높은 열에 노출되어 있으므로 냉각효율이 매우 떨어지는 위치에 있다. 따라서 구조적으로 별도 냉매를 이용하지 않고서는 냉각시키기 어려운 냉각수 탱크를 제외한다면, 결국 열교환 순환관로상의 냉각수를 냉각시키는 방법은 실온공기를 이용한 공랭식 방법 외에는 유력한 대안이 없는 것이다.

본 발명은 상술한 바와 같은 약재추출과정의 문제점, 즉 증류액의 액화속도와 액화효율을 종합적이고 효과적으로 향상시키기 위해서 창안된 것이다.

먼저, 기/액 2상 물질인 약재수증기를 보다 효과적으로 냉각 액화시키기 위하여 관로저항이 낮으면서도 넓은 열교환 면적을 확보하는 1차 열교환기 구성으로 판형 열교환기를 도입하였다.

판형 열교환기란 여러 개의 다층 평판형 튜브를 적층하여 인접한 평판형 입체 내부에 흐르는 이종 유체를 서로 열교환하거나 또는 평판 튜브를 약간 간격지게 배치하여 방열기 등에 적용하기도 하는 상용화된 열교환 요소를 말한다. 보통 내측평판에는 열교환 면적을 증가시키기 위한 내측핀이 다수 배열되어 있는 경우가 많으며, 부피가 작고 열팽창 또는 동파에 강한 대신 가격이 비싼 단점이 있다.

본 발명에서는 특히 상기 판형 열교환기에서 내부 핀을 제거한 변형 구조의 판형 열교환기가 갖는 낮은 관로저항에 주목하였다.

통상적인 판형 열교환기는 유체 압송 방식으로 작동되므로 입구 출구의 높낮이에 무관한 구조로 열교환 판이 세로로 적층된 것이 대부분이지만, 본 발명에서는 저압의 약재수증기를 높은 곳에서 낮은 곳으로 역송출 하면서 약재증류액으로 만들어야 하므로 열교환 판을 가로로 적층하여, 특히 약재수증기와 약재증류액이 통과하는 평판튜브에서 출구가 입구보다 항상 낮은 위치에 있도록 하였다. 이렇게 되면 기체, 액체가 혼재하는 상태의 약재수증기가 내부 핀이 없는 평평한 평판튜브 내부에서 최소 저항으로 통과하면서 일부 발생한 소량의 증류액이 아래층 평판튜브로 쉽게 흘러내려갈 수 있다. 따라서 예기치 않은 응결핵 발생시에도 관로저항이 급상승하지 않으며, 약재수증기와 약재증류액이 혼재된 상태로 원활한 추출흐름을 이끌어낼 수 있다.

다음으로, 냉각수를 순환 관로상에서 냉각한다는 고정관념에서 탈피하여 냉각수 탱크에 직접 증발기 코일을 삽입하고 이를 통상의 냉매압축형 냉동기로 냉각하는 냉각수 냉각구조를 도입하였다.

통상 냉각수를 탱크가 아닌 순환관로 상에서 냉각하는 이유는, 작은 부피와 넓은 표면적을 만족하는 위치에서 효율적으로 냉각하기 위함인데, 본 발명이 적용되는 약재추출기는 그 특성상 가열솥 주변, 특히 가열솥의 높이와 동등 이상의 높이를 가진 주변환경은 매우 고온이며 따라서 이 구간에서의 냉각은 그 효율이 매우 떨어진다는 점에 주목하였다.

그러므로 냉각수 탱크를 재설계하여 탱크 내에 직접 냉매 증발 코일을 그물망 식으로 배치하고, 가열솥 옆 하단부에 압축기와 냉매응축기를 설치하되, 가열솥과 냉매응축기 사이에는 단열벽을 설치하여 응축기의 냉매 응축효율을 일정수준 이상으로 유지하였다.

마지막으로, 상기 냉각수를 순환시키는 펌프와, 상기 냉매를 순환시키는 압축기, 상기 냉매응축기를 식혀주는 응축기냉각팬의 회전동력을 하나의 모터에서 통합 공급받을 수 있도록 펌프와 압축기, 그리고 냉각팬을 지능적으로 배치하고 이들 부품들과 모터 사이를 전자식 클러치로 연결하였다.

특히 냉각수 순환펌프는 항상 최우선적으로 작동해야 하는 것이므로 모터와 냉각수 순환펌프를 직결식으로 배치하고, 간헐적으로 작동하는 압축기와 냉각팬은 클러치와 벨트이음에 의한 동력연결구조로 배치하였다.

본 발명에 따른 약재추출기는 액화작용이 이루어지는 관의 관로저항이 매우 낮으면서도 열교환 효율이 높아 종래의 추출기와는 차별화된 고성능을 발휘한다.

또한 저압의 약재수증기로도 약액증류가 가능하며, 달여지는 내용물에 따라 가열솥의 화력을 증가시켜 고압의 약재수증기를 공급하도록 설정하면 약액증류 속도를 더 빠르게 할 수 있다. 따라서 특정 수증기압 이하에서 작동 불가능한 종래의 추출기로 제조가 불가능한 약액도 제조 가능한 장점이 있으며, 종래 추출기의 약재 추출시간과 비교하기 힘든 최단시간으로 동일한 양의 약재를 추출할 수 있는 효과가 있다.

추가로 본 발명은 종래 추출기와 비교할 때, 가장 부피와 무게를 많이 차지하는 냉각수 탱크의 크기를 크게 축소시킬 수 있으므로 추가된 냉동기구성에도 불구하고 전체 설비의 크기가 증가하지 않으며, 다수의 설비를 밀집 배열하여도 설비가동공간의 실내온도에 큰 영향을 받지 않으므로 보양식품 수요가 집중되는 여름철 대량생산 환경에서도 요구품질과 정해진 납기를 만족시키는 뛰어난 약재추출성능을 발휘한다.

도 1은 본 발명 약재추출기의 전면 외형 사시도.
도 2는 본 발명 약재추출기의 후면 외형 사시도.
도 3은 본 발명 약재추출기의 정면도.
도 4는 본 발명 약재추출기의 우측면도.
도 5는 본 발명 약재추출기의 평면도.
도 6은 본 발명 약재추출기의 주요부 분해 사시도.
도 7은 본 발명 약재추출기의 약재수증기 액화관로 부분 확대사시도.
도 8은 본 발명 약재추출기의 냉각수 순환관로 부분 확대사시도.
도 9는 본 발명 약재추출기의 냉매 순환 관로 부분 확대사시도.
도 10은 본 발명 약재추출기 중 판형 열교환기에서의 열교환 및 액화작용을 설명한 개념도.
도 11은 본 발명 약재추출기의 주요부 내부구조가 도시된 전측면 투시도.
도 12은 본 발명 약재추출기의 주요부 내부구조가 도시된 측상면 투시도.

상술한 본 발명의 과제 해결수단을 기술적으로 뒷받침하기 위하여 도면에 포함된 본 발명의 일 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

다만 아래의 특정 실시예에서 특정 전문용어를 포함한 구성요소들과 이들의 결합구조가 본 발명에 포괄적으로 내재된 기술적 사상을 제한하는 것은 아니다.

도 1 ~ 도 6은 본 발명의 일 실시예로 설계된 약재추출기의 전체 외형을 나타낸 것이다.

전체적인 배치는 통상의 약재추출기와 유사하며, 가장 무거운 냉각수 탱크(20)가 최하단에 배치되고, 그 위에 가열솥(10)이 얹혀지며, 가열솥 위로 약재수증기가 배출되어 유출관(11)을 통해 판형 열교환기(12)에 유입된다.

판형 열교환기(12)에서 약재수증기는 냉각수와 열교환, 냉각되어 약재증류액으로 액화되며, 약재증류액 중간저장소(14)에 고여서 배출되거나, 또는 가열솥(10)으로 재유입된다.

가열솥 아래에는 냉각수 탱크(20)가 배치되며, 냉각수는 냉각수 펌프(21)에 의해 냉각수 유출관(23)을 통해서 판형 열교환기(12)에 유입되고 약재수증기와 열교환, 가열되어 덥혀지며 이후 냉각수 유입관(22)을 통해 냉각수 탱크로 재유입된다.

냉각수 탱크의 냉각수는 탱크 내에서 냉매의 증발잠열에 의해 주변 냉각수 열을 빼앗는 냉매 증발기(30)에 의해 다시 냉각된다. 냉각수의 온도는 15℃ 이하로 유지하여 약재수증기의 온도인 100~110℃와 큰 갭을 유지한다. 이 정도의 온도차이는 특히 더운 여름철에 공랭식으로 작동되는 종래 추출기와 비교할 때 탁월한 액화성능, 현저히 적은 냉각수 순환량에 따른 저소음성능 등을 발휘하는 원동력이 된다.

도 7, 10에 도시한 약재수증기 액화시스템, 특히 판형 열교환기(12)에 대해 추가 설명한다.

상기 판형 열교환기(12)는, 단위 평판튜브(13)들이 수평 적층된 구조이며 상기 약재수증기 유출관(11)이 수평 적층된 구조의 상부로부터 연결되고, 상기 약재증류액 유입관(15)이 수평 적층된 구조의 하부로부터 연결된다. 도시된 단면도를 참조하면 맨 위에 냉각수가 채워진 단위 평판튜브(13)가 있고, 이 튜브를 관통해서 그 밑에 적층된 단위 평판튜브(13)에 약재수증기가 유입되는 것이다. 이후 냉각수 평판튜브와 약재수증기 평판튜브가 차례차례 교대로 배열되며 밑으로 갈수록 점점 더 냉각되는 약재수증기 평판튜브에는 약재증류액을 더 많이 담고 있게 된다.

위와 같이 약재수증기와 약재증류액이 혼합된 기체/액체 2상 상태의 유체는 낮은 입구에서 높은 출구로 흘러가기 어렵고, 저압 송출 상태이기 때문에 내부 관로에 냉각핀이 많이 배열되어 있으면 역시 잘 흘러가기 어렵다. 따라서 단위 평판튜브(13)들 중, 상기 약재수증기 또는 상기 약재증류액이 관통하는 평판튜브 들은, 응결물의 불규칙한 형성유무와 관계없이 원활한 증류액의 흐름이 일어나도록 통상의 판형 열교환소자 내부구조와는 다르게, 냉각핀이 없는 매끈한 표면으로 된 내부공간을 가지며 수평으로 누운 상태로 입구가 상단에, 출구가 하단에 배치된다.

도 8에 도시한 냉각수 순환 구조에 대해 보다 자세히 설명한다.

냉각수 순환구조는 가열솥 아래에 위치한 냉각수 탱크(20)의 유출관(23)을 통해서 통상의 펌프(21)을 통해서 판형 열교환기(12)까지 압송시키는 구조이며, 판형 열교환기에서 약재수증기와 열교환 된 냉각수가 다시 냉각수 탱크(20)로 낙하 유입되는 구조이다. 유출 냉각수의 온도(냉각수 탱크의 설정온도)는 이하에 설명할 냉동기의 성능과 액화효율을 감안할 때 15℃ 정도로 설정할 수 있으며, 약재증류액의 목표 온도를 25℃로 할 때 귀환되는 냉각수의 온도는 대략 20~22℃ 내외로 설정된다. 이것은 통상의 가정용 냉장고 온오프 온도 범위인 6℃ 내외 범위에 근접하는 것으로써 이하의 냉동기에서는 가정용 냉장고의 증발기와 유사한 성능을 갖춘 냉동기를 적용할 수 있도록 도와준다. 냉각수 펌프(21)는 작동 정지시간이 가장 적은 곳으로써 에너지 효율을 위해 별도의 클러치 없이 구동모터(40)과 바로 연결된다.

도 9에 도시한 냉매증발형 냉동기의 냉동사이클에 대해 추가로 설명한다.

사용되는 냉동기는 일반 산업용 또는 가정용의 냉장고나 에어컨 등에 사용되는 통상적인 친환경 냉매를 매개체로 작동되며 역시 통상적인 압축-응축-증발에 의한 냉각사이클로 운용된다. 설치구조상 가장 큰 특징은 냉매 증발기(30)가 냉각수 탱크(20) 내부에 직접 삽입 설치된다는 점이다.

설명에 앞서 냉매에 요구되는 비열조건에 대해 부연하면, 증발열이 크고 액체의 비열이 작으며 증발열에 대한 액체비열의 비율이 작아야 한다는 점이다. 이러한 관점에서 살펴볼 때, 냉각수 탱크 내에서 고비열 매질은 냉각수이며, 저비열 매질은 냉매이다(통상의 가정용 냉매 비열은 물의 25~50% 수준이다). 다시 말해서, 고비열 매질이 저비열 매질을 완전히 둘러싸고 있으므로 효율은 최상인 셈이다. 반대로 종래 추출기에서의 냉각수 냉각구조는 저비열 매질인 공기가 고비열 매질인 냉각수를 완전히 둘러싸고 있으므로 효율은 최하에 가깝다. 이러한 설계포인트는 냉각수가 채워진 공간내부를 코일형 관로를 이용하여 약재수증기를 통과시키면서 식혀서 증류액을 만드는 종래추출기의 액화 메커니즘에서도 생각해볼 문제인데, 종래 추출기는 고비열 매질이 저비열 매질을 완전히 둘러싸고 있는 경우에 해당하며, 비록 저비열의 액화수증기는 충분히 열을 빼앗기지만 상대적으로 고비열 매질인 냉각수의 입장에서는 충분히 열을 빼앗지 못하고 있다. 바로 이것이 선행 실용신안 문헌에서 굳이 냉각수가 담긴 용기의 용적을 키우지 않은 이유이며, 선행 추출기 액화성능의 기술적 한계를 보여주는 예이다. 결과적으로 특정 매질이 채워진 공간에 코일형 열교환기 등 열교환 표면적을 늘리는 모든 열교환 구조를 적용하는 요령은 본 발명과 같이 냉각수 탱크의 냉각에 한해 실시해야만이 비열의 차이, 즉 총 열용량의 차이에 걸맞은 조합이 된다.

반대로 수증기액화와 같이 열교환 매질의 성질이 완전히 뒤바뀌는 환경에서 이러한 통상적인 열교환 구조를 적용하는 것(선행기술)은 오히려 손해이며 이 경우에는 관로저항을 감안한 본 발명의 판형 열교환기가 최적의 대안인 것이다.

위와 같은 본 발명 약재추출기의 뛰어난 성능을 더욱 탁월하게 완성하기 위하여 몇 가지 부가적인 최적 설계요소를 추가하였다. 예를 들어 도면 전반에 도시된 바와 같이, 상기 냉매 증발기(30)에서 증발되는 냉매를 응축하는 냉매 응축기(33)와 상기 가열솥(10) 사이에는 단열벽(43)이 더 형성되며, 상기 냉각수를 순환시키는 냉각수 펌프(21)와 상기 냉매를 순환시키는 냉매 압축기(32) 및 상기 냉매 응축기(33)를 냉각시키는 응축기 냉각팬(42) 중 어느 둘 이상은 전자식 클러치(41)에 의해 하나의 구동모터(40)로부터 선택적으로 동력을 공급받는 등의 최적 설계요소가 그것이다. 특히 본 발명의 약재추출기는 선행 추출기와 달리 냉매압축용 회전동력과, 응축기 냉각팬용 회전동력이 더 추가되어야 하는 단점이 있기 때문에 에너지 효율이 다소 저하될 우려가 있다. 물론 액화성능이 월등하여 총 가동시간이 짧으므로 전체적인 에너지 효율은 우수하나, 전체 설비의 부피를 줄이고 저소음화, 에너지고효율화를 위하여 하나의 모터로 냉각수 순환, 압축기 구동, 응축용 팬가동의 3가지 동작을 모두 수행할 수 있도록 한다. 가장 우선시되며 모터의 작동과 동시에 항상 작동되어야 하는 냉각수 펌프(21)는 등속기어를 통해 모터(40)에 바로 연결된다. 그 다음으로 빈번하게 작동될 응축기 냉각팬(42)은 모터와 직결된 축에 전자식 클러치(41)로 연결된다. 마지막으로 가장 작동횟수가 적으면서도 가장 높은 동력이 요구되는 냉매 압축기(32)는 감속기어와 전자식 클러치(41)를 통해 모터에 연결된다. 시스템 제어프로그램은 냉각수의 온도와 주위대기의 온도를 비교하여 냉동기의 작동 여부를 결정할 수 있고, 필요한 양 만큼만 전자식 클러치로 구동모터의 동력을 이용함으로써 더욱 뛰어난 에너지 효율과 저소음을 자랑하는 약재추출기의 작동패턴을 이끌어낼 수 있다.

이상 본 발명이 구체화된 실시예를 도면과 함께 상세히 설명하였으나, 본 발명의 기술적 사상은 상기 실시예에만 국한되지 않는다.

다시 말해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 명세서 및 도면이 내포하고 있는 기술적 사상을 활용하여 필요에 따라 본 발명의 명세서 및 도면에 미처 포함되지 않은 단순 변경 및 간단 확장 사례를 구현할 수도 있으나, 이 또한 이하의 청구범위로 표현되는 본 발명 기술적 사상의 범위에 자명하게 포함된다.

본 명세서 및 도면에 따른 약재추출기는 대기압에서의 통상의 수증기 액화 시스템을 따르고 있으나, 가열솥과 밀폐식 순환 관로를 간단히 개조한다면, 나머지 핵심구성인 판형 열교환기는 넓은 압력과 온도에서 작동 가능한 특징이 있으므로 이를 활용하여 고압 또는 저압에 의한 신 물질의 농축 추출기로도 효과적으로 활용할 수 있다. 다시 말해서 석유화학 플랜트와 같이 고가의 대형 분별증류설비에 의존하지 않고도 쉽게 구매하여 독립된 공간에서 저렴한 비용으로 소규모 운전이 가능하므로 각종 약품연구, 식품제조, 연고 및 화장품 등 추출물 제조 용도로도 매우 뛰어나다.

10: 가열솥
11: 약재수증기 유출관
12: 판형 열교환기
13: 단위 평판튜브
14: 약재증류액 중간저장소
15: 약재증류액 유입관
20: 냉각수 탱크
21: 냉각수 펌프
22: 냉각수 유입관
23: 냉각수 유출관
30: 냉매 증발기
31: 냉매 유출관
32: 냉매 압축기
33: 냉매 응축기
34: 냉매 유입관
40: 구동모터
41: 전자식 클러치
42: 응축기 냉각팬
43: 단열 벽

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3. 약재수증기 유출관(11)과 약재증류액 유입관(15) 및 약재 증류액 중간저장소(14)가 설치되며 가열솥(10)의 가열물에서 증발되는 약재수증기를 선택적으로 밀폐된 상기 유출관 및 유입관 사이에서 냉각수와 열 교환하여 약재증류액으로 액화시켜 상기 가열솥(10)으로 재 귀환시키는 구조를 갖는 약재추출기에 있어서,
   상기 선택적으로 밀폐된 약재수증기 유출관(11) 및 약재증류액 유입관(15) 사이에는 판형 열교환기(12)가 설치되고,
   상기 판형 열교환기(12)는, 단위 평판튜브(13)들이 수평 적층된 구조이고, 상기 약재수증기 유출관(11)이 상기 수평 적층된 구조의 상부로부터 연결되고 상기 약재증류액 유입관(15)이 상기 수평 적층된 구조의 하부로부터 연결되는 것을 특징으로 하며,
   상기 판형 열교환기(12)에서 상기 약재수증기 또는 상기 약재증류액과 열교환되는 냉각수는 증발형냉매를 이용하는 냉동기에 의해 냉각되며,
   상기 냉동기는, 냉각수 탱크(20) 내부에 직접 삽입 설치되는 냉매 증발기(30)를 갖는 것을 특징으로 하는 약재추출기.
4. 제3항에 있어서,
   상기 단위 평판튜브(13)들 중, 상기 약재수증기 또는 상기 약재증류액이 관통하는 평판튜브 들은, 응결물의 불규칙한 형성유무와 관계없이 원활한 증류액의 흐름이 일어나도록 냉각핀이 없는 매끈한 표면으로 된 내부공간을 가지며 입구가 상단에, 출구가 하단에 배치되는 것을 특징으로 하는 약재추출기.
5. 제4항에 있어서,
   상기 냉매 증발기(30)에서 증발되는 냉매를 응축하는 냉매 응축기(33)와 상기 가열솥(10) 사이에는 단열벽(43)이 더 형성되며, 상기 냉각수를 순환시키는 냉각수 펌프(21)와 상기 냉매를 순환시키는 냉매 압축기(32) 및 상기 냉매 응축기(33)를 냉각시키는 응축기 냉각팬(42) 중 어느 둘 이상은 전자식 클러치(41)에 의해 하나의 구동모터(40)로부터 선택적으로 동력을 공급받는 것을 특징으로 하는 약재추출기.

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