KR20170101354A

KR20170101354A - 동결건조 장치

Info

Publication number: KR20170101354A
Application number: KR1020160023461A
Authority: KR
Inventors: 강광선
Original assignee: 농업회사법인 알투팜스 주식회사; 바로케이피에스(주); (주)다솜뜰
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2017-09-06

Abstract

본 발명은 동결건조 장치에 관한 발명으로, 일 실시예에 따르면, 동결건조 대상물을 수용하는 제1 용기; 동결건조 대상물에서 승화된 수분을 수용하는 제2 용기; 상기 제1 용기와 제2 용기를 연결하는 연결배관; 일단이 상기 제2 용기에 결합되어 제2 용기의 공기를 배출하는 진공배관; 상기 제1 용기에 수용된 동결건조 대상물을 가열하기 위한 적외선 램프; 적어도 부분적으로 액체질소로 채워지고 상기 제1 용기를 둘러싸는 제1 케이스; 및 적어도 부분적으로 액체질소로 채워지고 상기 제2 용기를 둘러싸는 제2 케이스;를 포함하는 동결건조 장치를 제공한다.

Description

동결건조 장치 {Freeze-drying apparatus}

본 발명은 동결건조 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 간단한 구성으로 동결건조 및 향기 포집 기능을 수행할 수 있는 동결건조 장치에 관한 것이다.

동결건조란 건조의 한 종류로, 동결건조 대상물을 동결시켜 그 내부의 수분을 얼음상태로 만든 다음 대기중의 수증기의 부분압을 낮춘 상태에서 동결건조 대상물 내부의 얼음을 승화에 의해 수증기로 배출시킴으로써 건조시키는 방식이다. 즉 동결건조 방식은 크게 예비동결, 진공배기, 및 승화의 단계를 거쳐 동결건조 대상물을 건조한다.

종래 동결건조 장치에서, 예비동결을 위해 냉동기를 주로 사용하였다. 그러나 냉동기는 응축기, 증발기, 압축기 등 기계적 구성요소로 이루어진 장치이므로 구성이 복잡한 단점이 있다.

동결을 위한 다른 방법으로서 액체질소를 사용하는 방법이 있다. 아래의 특허문헌1 및 특허문헌2 등에 개시된 것처럼 이 방법에서는 동결건조 대상물을 액체질소에 직접 침지하여 대상물을 급속 동결하는 방법을 사용한다. 그러나 이 방식에서는, 첫째, 대상물을 액체질소에 침지하고 꺼낸 후 진공 및 승화를 위해 별도의 챔버로 이송해야 한다. 이 때 침지 동작을 수동으로 한 경우 진공 및 승화 공정을 위해 다시 수동으로 별도의 챔버로 이송해야 하는 번거로움이 있다. 또한 액체질소 침지 공정을 자동으로 하는 경우에도 자동화에 따른 장치 구조가 복잡해지고 부피가 증가하는 문제가 있었다.

특허문헌1: 한국 공개특허공보 제1993-0016041호 (1993년 8월 26일 공개) 특허문헌1: 한국 공개특허공보 제2011-0127305호 (2011년 11월 25일 공개)

발명의 일 실시예에 따르면, 액체질소를 사용하여 예비동결과 승화 공정을 하나의 챔버에서 수행할 수 있는 간단한 구조의 동결건조 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 동결건조 대상물의 동결건조 뿐만 아니라 이 대상물로부터 향기 성분도 포집할 수 있는 동결건조 장치를 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 동결건조 장치에 있어서, 동결건조 대상물을 수용하는 제1 용기; 동결건조 대상물에서 승화된 수분을 수용하는 제2 용기; 상기 제1 용기와 제2 용기를 연결하는 연결배관; 일단이 상기 제2 용기에 결합되어 제2 용기의 공기를 배출하는 진공배관; 상기 제1 용기에 수용된 동결건조 대상물을 가열하기 위한 적외선 램프; 적어도 부분적으로 액체질소로 채워지고 상기 제1 용기를 둘러싸는 제1 케이스; 및 적어도 부분적으로 액체질소로 채워지고 상기 제2 용기를 둘러싸는 제2 케이스;를 포함하는 동결건조 장치를 제공한다.

이 때 일 실시예에 따르면, 상기 제1 케이스와 제2 케이스가 단일 내부공간을 갖는 일체형 케이스로 형성되고, 상기 제1 용기와 제2 용기가 상기 일체형 케이스 내에서 소정거리 이격되어 배치될 수 있다.

이 때 일 실시예에 따르면, 상기 동결건조 장치가, 상기 제1 용기 내의 온도를 측정하는 온도센서; 상기 진공배관에 연결된 진공펌프; 및 상기 온도센서로부터 센싱 결과를 수신하며 상기 적외선 램프 및 상기 진공펌프의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

또한 이 때 상기 동결건조 장치가, (a) 동결건조 대상물이 제1 용기 내에 수용되면, 기설정된 제1 소정 시간 이후 또는 제1 용기 내의 온도가 기설정된 제1 온도까지 하강한 후, 상기 진공펌프를 동작시키는 제1 동작모드, 및 (b) 상기 적외선 램프와 진공펌프의 각각의 온/오프를 제어하여, 상기 제1 용기 내의 온도와 압력을 각각 기설정된 온도범위와 압력범위 내에서 유지하는 제2 동작모드에서 동작할 수 있고, 이에 따라, 상기 제1 용기로부터 동결건조된 대상물을 회수하고 상기 제2 용기로부터 상기 대상물의 향기 성분을 포집할 수 있다.

본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 동결건조 장치에 있어서, 외부로부터 밀폐되는 내부 공간을 갖는 케이스; 상기 케이스 내의 공간을 동결건조 대상물을 수용하는 제1 영역 및 제2 영역으로 분할하는 격벽; 상기 제1 영역 내부를 가열하기 위한 제1 적외선 램프; 상기 제1 영역과 제2 영역 사이를 연결하는 연결배관; 상기 제2 영역의 공기를 외부로 배출하는 진공배관; 및 상기 케이스의 내부 표면과 상기 제1 및 제2 영역 사이에 적어도 부분적으로 형성되며 외부로부터 밀폐되어 있고 적어도 부분적으로 액체질소로 채워져 있는 제3 영역;을 포함하는 동결건조 장치를 제공한다.

이 때 일 실시예에 따르면, 상기 동결건조 장치가, 상기 제1 영역의 온도를 측정하는 온도센서; 상기 진공배관에 연결된 진공펌프; 및 상기 온도센서로부터 센싱 결과를 수신하며 상기 제1 적외선 램프 및 상기 진공펌프의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함할 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 상기 동결건조 장치가, (a) 동결건조 대상물이 제1 영역 내에 수용되면, 기설정된 제1 소정 시간 이후 또는 제1 영역 내의 온도가 기설정된 제1 온도까지 하강한 후, 상기 진공펌프를 동작시키는 제1 동작모드, 및 (b) 상기 적외선 램프와 진공펌프의 각각의 온/오프를 제어하여, 상기 제1 영역 내의 온도와 압력을 각각 기설정된 온도범위와 압력범위 내에서 유지하는 제2 동작모드에서 동작할 수 있고, 이에 따라, 상기 제1 영역을 소정 온도범위와 소정 압력범위로 유지함으로써, 상기 제1 영역에 수용된 동결건조 대상물을 동결건조 시키고, 이와 동시에, 상기 제2 영역으로부터 상기 대상물의 향기 성분을 포집할 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면 동결건조 장치가 상기 제2 영역 내부를 가열하기 위한 제2 적외선 램프를 더 포함할 수 있다.

또한 일 실시예에 따르면, 상기 제2 적외선 램프의 온/오프 동작에 의해 상기 제2 영역이 기설정된 온도 이하로 유지될 수 있다.

발명의 일 실시예에 따르면, 액체질소를 사용하여 예비동결과 승화 공정을 하나의 챔버에서 수행할 수 있는 이점이 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 동결건조 대상물의 동결건조 뿐만 아니라 이 대상물로부터 향기 성분도 포집할 수 있다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 동결건조 장치를 설명하기 위한 도면,
도2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 동결건조 장치의 사시도,
도3은 제2 실시예에 따른 동결건조 장치의 일부 구성요소의 분해사시도,
도4는 제2 실시예에 따른 동결건조 장치의 측단면도이다.

이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

본 명세서의 도면에 있어서, 구성요소들의 길이, 두께, 넓이 등의 수치는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장하여 표시될 수 있다.

본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprise)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예를 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는 데 있어 혼돈을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.

도1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 동결건조 장치를 설명하기 위한 도면이다.

도면을 참조하면, 일 실시예에 따른 동결건조 장치(100)는 제1 용기(10), 제2 용기(20), 연결배관(30), 제1 용기를 둘러싸는 제1 케이스(40), 및 제2 용기를 둘러싸는 제2 케이스(50) 등을 포함한다.

제1 용기(10)는 동결건조 대상물(이하 간단히 "대상물"이라고도 함)을 수용하는 용기로서, 열전도율이 우수한 임의의 재질로 형성될 수 있다. 동결건조 대상물은 예컨대 제1 용기(10) 내에 "A"로 표시한 영역에 놓여진다. 도시한 실시예에서 제1 용기(10)를 대략 원통형으로 나타내었지만, 이것은 일 실시예에 불과하고 동결건조 대상물을 수용할 수 있는 구조의 임의의 형상을 가질 수 있다.

제1 케이스(40)는 제1 용기(10)를 둘러싸는 부재이다. 도시한 것처럼 제1 케이스(40)가 제1 용기(10)를 둘러싸고 있을 때 제1 용기(10)와 제1 케이스(40) 사이에 빈 공간이 형성되고, 이 빈 공간에 액체질소(LN₂)가 채워진다. 액체질소는 상기 빈 공간의 대략 2/3 가량 채워질 수 있으나 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있다. 또한 도시하지 않았지만, 액체질소를 제1 케이스(40) 내로 주입하기 위한 주입 배관이 제1 케이스(40)의 임의의 위치에 형성될 수 있다.

액체질소는 섭씨 -196도의 융점을 가지며, 제1 용기(10)가 적어도 부분적으로 액체질소로 둘러싸여 있으므로 제1 용기(10) 내부를 급속 동결을 위한 임의의 설정 온도(예컨대, 섭씨 -100도)로 유지할 수 있다.

본 발명의 동결건조 장치는 또한 적외선 램프(15)를 포함한다. 적외선 램프(15)는 제1 용기(10) 내에 위치한 동결건조 대상물에 열을 가하는 역할을 하며 이에 따라 대상물 내의 얼음이 기체로 승화하게 된다. 즉 적외선 램프(15)에 의해 동결건조 대상물이 직접 가열되어 온도가 올라간다. 이 때의 온도는 제1 용기(10)보다 상대적으로 높은 온도로서 동결건조 대상물이 승화 건조하는 것이다. 또한 이것은 동결건조 대상물이 적외선 램프(15)로부터 승화열을 얻게 됨으로써 동결건조 대상물은 승화 작용이 활발하고 연속적으로 이루어지게 된다. 한편, 도면에서는 적외선 램프(15)가 제1 용기(10) 상단 외측에 배치된 것으로 도시하였지만, 이는 예시적인 구성이고, 구체적 실시형태에 따라 적외선 램프(15)가 제1 용기(10) 내측, 제1 용기(10)와 제1 케이스(40) 사이의 빈 공간 등 임의의 위치에 배치될 수 있다. 또한 예컨대 도시한 것처럼 제1 용기(10) 외측에 배치될 경우 제1 용기(10)는 적외선이 투과될 수 있는 재질로 형성되어야 함은 물론이다.

제2 용기(20)는 동결건조 대상물에서 승화된 수분을 수용하는 용기로서, 열전도율이 우수한 임의의 재질로 형성될 수 있다. 제1 용기(10)와 제2 용기(20)는 연결배관(30)에 의해 서로 연통하도록 구성되고, 동결건조 대상물에서 승화된 수분, 향기 성분(즉 냄새 입자), 및 기타 성분들이 연결배관(30)을 통해 제2 용기(20)로 이송될 수 있다. 도시한 실시예에서 제2 용기(20)를 대략 원통형으로 나타내었지만, 구체적 실시 형태에 따라 다양한 형상으로 만들어질 수 있음은 물론이다.

제2 케이스(50)는 제2 용기(20)를 둘러싸는 부재이다. 제1 케이스(40)와 유사하게, 제2 케이스(50)와 제2 용기(20) 사이에도 빈 공간이 형성되어 있고, 이 빈 공간에도 액체질소가 채워진다. 액체질소는 상기 빈 공간의 대략 2/3 가량 채워질 수 있으나 구체적 실시 형태에 따라 달라질 수 있다. 또한 도시하지 않았지만, 제2 케이스(50)의 임의의 위치에도 액체질소를 주입하기 위한 주입 배관이 형성될 수 있다. 제2 용기(20)도 적어도 부분적으로 액체질소로 둘러싸여 있으므로 제2 용기(20) 내부가 임의의 설정 온도(예컨대, 섭씨 -100도)로 항시 유지될 수 있다.

제2 용기(20)를 임의의 설정 온도로 유지하기 위해, 예를 들어 제2 용기(20) 내부를 가열하는 적외선 램프(도시 생략)가 제2 용기(20) 내측 또는 외측의 임의의 위치에 설치될 수 있고, 대안적으로 임의의 가열수단이 제2 용기(20)의 내측 또는 외측에 배치될 수도 있다.

한편 제2 용기(20)에는 제2 용기(20) 내부의 공기를 외부로 배출하는 통로인 진공배관(23)이 연결되어 있다. 진공배관(23)의 임의의 위치에 진공펌프(85)가 설치되고, 진공펌프(85)의 동작에 의해 제2 용기(20) 내의 공기를 외부로 배출한다. 이 때 제2 용기(20)와 제1 용기(10)가 연결배관(30)을 통해 연통하고 있으므로, 진공펌프(85)의 동작에 의해 제1 용기(10)와 제2 용기(20) 모두 내부 기압이 하강하게 된다.

이상과 같이 상술한 일 실시예에 따른 동결건조 장치를 이용한 예시적인 동결건조 방법은 아래와 같다.

우선 동결건조 대상물을 제1 용기(10)의 "A" 영역에 놓는다. 이 때, 도시하지 않았지만, 제1 용기(10)에 동결건조 대상물을 투입하거나 회수하기 위한 개폐구가 설치되어 있다고 가정한다. 제1 용기(10)가 제1 케이스(40) 내에서 액체질소로 둘러싸여 있으므로 제1 용기(10)가 대략 -100도까지 냉각될 수 있고, 이에 따라 동결건조 대상물이 급속 동결하게 된다.

이러한 급속 동결 단계와 동시에 또는 순차적으로, 진공펌프(85)가 동작하여 제1 용기(10)와 제2 용기(20)를 진공으로 감압하고, 적외선 램프(15)를 동작시켜 동결건조 대상물에 열을 공급한다. 이와 같이 진공상태에서 동결건조 대상물을 가열하면 동결건조 대상물 내부의 수분이 얼음에서 수증기로 바로 승화하여 연결배관(30)을 따라 제2 용기(20) 측으로 이송된다. 이 때 예컨대 동결건조 대상물이 딸기, 바나나, 포도 등 과일인 경우(이 때, 해당 과일의 크기에 따라 일정 크기로 슬라이스 되거나 조각되어 있다고 가정한다), 과일의 수분 뿐만 아니라 향기 성분인 냄새 입자 등 동결건조 대상물에서 유래한 각종 성분들이 연결배관(30)을 통해 함께 이송된다.

이 때 제2 용기(20)는 제2 케이스(50) 내에서 액체질소에 의해 둘러싸여 있고 대략 -100도로 유지되고 있으며, 따라서 제2 용기(20)로 이송된 수분, 냄새 입자 등 성분들이 혼합된 채 얼음(고체)으로 되어 제2 용기(20)의 "B" 영역에 모이게 된다.

이와 같이 동결건조 대상물의 급속 동결 및 승화 공정을 일정 시간 동안 수행한 뒤 적외선 램프(15) 및 진공펌프(85)의 동작을 중단하고, 제1 용기(10)로부터 동결건조된 대상물을 회수하고 제2 용기(20)로부터 향기 성분을 포집할 수 있다. 포집된 향기 성분은 예컨대 향수 원료 등 여러 용도로 사용될 수 있다.

한편 도면에 도시하지 않았지만, 상술한 동결건조 과정에서 적외선 램프(15)와 진공펌프(85) 등의 동작은 제어부(도시 생략)에 의해 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 동결건조 장치가 제1 용기(10) 내의 온도를 측정하는 온도센서(도시 생략)을 더 포함할 수 있고, 제어부는 이 온도센서로부터 센싱 결과를 수신하고 이에 기초하여 적외선 램프(15) 및 진공펌프(85)의 동작을 제어할 수 있다.

예를 들어, 동결건조 대상물이 제1 용기(10) 내에 수용되면, 제어부는, 기설정된 제1 소정 시간이 경과하거나 또는 온도센서로부터 수신하는 제1 용기 내의 온도가 기설정된 제1 온도까지 하강한 후, 진공펌프(85)를 동작시킴으로써 동결대상 건조물을 급속 동결시키고 이와 동시에 또는 순차적으로 진공배기 공정을 수행할 수 있다.

또한 제어부는, 상기 급속동결과 진공배기 과정 직후, 적외선 램프(15)와 진공펌프(85)의 각각의 온/오프를 제어하여, 제1 용기(10) 내의 온도와 압력을 각각 기설정된 온도범위와 압력범위 내에서 유지하면서 동결건조 대상물 내의 수분을 승화하여 제2 용기(20)로 이송하는 승화 공정을 수행할 수 있다.

한편, 도1에 도시한 실시예에서는 제1 용기(10)와 제2 용기(20)가 각각 별개로 제1 케이스(40)와 제2 케이스(50)에 둘러싸여 있는 구성을 도시하였지만, 대안적 실시예에서, 제1 용기(10)와 제2 용기(20)가 하나의 단일 케이스 내에 배치될 수도 있다. 즉 이 경우 제1 케이스(40)와 제2 케이스(50)가 단일 내부공간을 갖는 일체형 케이스로 형성되어 있다고 가정할 수 있고, 이에 따라 제1 용기(10)와 제2 용기(20)가 이 일체형 케이스 내에서 소정거리 이격되어 배치되고 일체형 케이스 내에 적어도 부분적으로 채워져 있는 액체질소에 의해 둘러싸여 있는 구성을 가질 수 있다.

이제 도2 내지 도4를 참조하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 동결건조 장치를 설명하기로 한다. 도2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 동결건조 장치(200)의 사시도이고, 도3과 도4는 각각 동결건조 장치의 케이스(260)의 분해 사시도와 측단면도이다.

도2 내지 도4를 참조하면, 제2 실시예에 따른 동결건조 장치(200)는 프레임(205) 및 이 프레임(205)에 고정되어 지지되는 동결건조 케이스(260)를 포함한다. 프레임(205)은 동결건조 장치의 케이스(260)를 지지하고 고정하는 부재로서 다수개의 수평 및 수직 강철빔으로 구성될 수 있고, 도시한 것처럼 하부에 바퀴가 설치되어 있어서 동결건조 케이스(260)를 이동할 수 있도록 구성할 수도 있다. 또한 프레임(205)은 제어부(280), 진공펌프(285) 등과 같이 동결건조 케이스(260)의 동작에 필요하되 케이스(260)의 외부에 배치되어야 하는 구성요소들을 지지하고 고정하는 역할도 할 수 있다.

도시한 실시예에서 케이스(260)는 내부 공간을 갖는 대략 육면체의 박스 형상으로 형성된다. 동결건조 케이스(260)는 내부에 제1 영역(210), 제2 영역(220), 제3 영역(270)을 포함하며, 일 측면에 도어(290)가 설치되어 있다. 케이스(260) 내부의 공간은 외부로부터 밀폐될 수 있고, 또한 내부와 외부간 큰 온도차를 유지하기 위해 단열 부재로 형성된다. 대안적으로, 케이스(260)의 재질 자체는 단열 부재가 아니지만 케이스(260)의 내측표면 또는 외측표면 중 적어도 한쪽에 단열부재가 부착될 수도 있다.

도시한 실시예에서 케이스(260)의 한쪽 측면의 적어도 일부 영역이 개방되도록 구성되고, 이 개방 영역에 도어(290)가 부착된다. 도어(290)는 예를 들어 내부를 볼 수 있도록 강화유리로 형성될 수 있고, 캡톤(Kapton) 테이프와 같은 단열부재를 도어의 적어도 한쪽 표면에 부착하여 단열 기능을 향상시킬 수 있다. 일 실시예에서 도어(290)는 다수의 한지(291)에 의해 케이스(260)에 회전가능하게 결합되고, 문 걸림쇠, 레버 등 공지의 구성요소로 이루어진 잠금 장치(293)에 의해 닫힌다.

케이스(260)는 내부의 공간을 상하로 분리하는 격벽(235)을 포함한다. 격벽(235)은 제1 영역(210)의 체적이 제2 영역(220)의 체적과 동일하거나 그보다 더 크도록 케이스(260) 내부 공간을 분리한다. 도시한 실시예에서 격벽(235)은 수평으로 배치되어 케이스(260) 내부 공간을 상하로 분리한다. 이하에서 격벽(235)의 상부 영역을 제1 영역(210)이라 칭하고, 하부 영역을 제2 영역(220)이라 칭하기로 한다.

일 실시예에서 제1 영역(210)은 동결건조 대상물을 수용하는 영역이다. 즉 제1 영역(210)은 도1의 제1 실시예에서의 제1 용기(10)에 대응한다. 제1 영역(210)은 적어도 하나의 선반(211)을 포함할 수 있고, 각 선반(211) 위에 동결건조 대상물이 놓여져서 동결건조가 진행될 수 있다.

제1 영역(210)은 동결건조 대상물에 열을 가하기 위한 적어도 하나의 적외선 램프(215)를 포함한다. 도시한 실시예에서 적외선 램프(215)는 케이스(260)의 내측의 최상부 표면에 부착되고 또한 선반(211)의 하부면에 하나씩 부착됨으로써, 제1 영역(210)의 공간이 여러 개의 선반(211)에 의해 분리되더라도 적외선이 제1 영역(210) 내에 균일하게 조사될 수 있도록 한다. 일 실시예에서 적외선 램프(215)는 대략 700nm 내지 1500nm 파장 대역을 갖는 적외선 램프로 구현될 수 있다.

일 실시예에 따른 동결건조 장치(200)는 제1 영역(210) 내에 온도센서(217)를 더 포함할 수 있다. 일 실시예에서 온도센서로서 예컨대 측온저항체(RTD) 타입의 온도센서를 사용할 수 있으나 이에 제한되지 않고 임의의 온도센서를 사용하여도 무방하다.

일 실시예에서 제2 영역(220)은 동결건조 대상물에서 승화된 수분 및 각종 성분들을 수용하는 용기이다. 즉 제2 영역(220)은 도1의 제1 실시예에서의 제2 용기(20)에 대응한다. 제2 영역(220)은 소정 온도(예컨대 섭씨 -100도)로 유지되는 것이 바람직하며, 이를 위한 온도조절 장치로서 예컨대 적외선 램프(미도시)가 제2 영역(220) 내에도 설치될 수 있다.

격벽(235)은 제1 영역(210)과 제2 영역(220)을 분리하는 판상 부재로 형성될 수 있다. 도시한 실시예에서는 격벽(235)이 수평으로 배치됨으로써 제1 영역(210)과 제2 영역(220)이 상하로 분리되었지만, 대안적 실시예에서 예컨대 격벽(235)이 수직으로 배치됨으로써 제1 영역(210)과 제2 영역(220)이 좌우로 분리되는 구성이어도 무방하다.

일 실시예에 따른 동결건조 장치(200)는 제1 영역(210)과 제2 영역(220) 사이를 연결하는 연결배관(230) 및 제2 영역(220)의 공기를 외부로 배출하는 진공배관(223)을 더 포함한다.

도시한 실시예에서 연결배관(230)은 격벽(235)을 관통하여 설치되고 한쪽 단부가 제1 영역(210)과 연통하고 다른쪽 단부가 제2 영역(220)과 연통하도록 배치된다. 진공배관(223)은 케이스(260)의 하부면을 관통하도록 설치되고 한쪽 단부가 제2 영역(220)가 연통하고 다른쪽 단부는 케이스(260) 외부에 배치된 진공펌프(285)와 연결되어 있다.

한편 동결건조 장치(200)는 케이스(260)의 내부 표면과 제1 및 제2 영역(210,220) 사이에 적어도 부분적으로 형성되며 외부로부터 밀폐되어 있고 적어도 부분적으로 액체질소로 채워지는 제3 영역(270)을 포함한다. 도3과 도4에 잘 나타나 있듯이, 도시한 실시예에서 제3 영역(270)은 케이스(260)의 4개 측면 중 도어(290)가 설치된 측면을 제외한 나머지 3개 측면에 형성되어 있다. 즉 이 3개 측면에 걸쳐서 케이스(260)의 내측면과 제1 및 제2 영역(210,220) 사이의 공간에 형성되어 있다.

제3 영역(270)에 액체 질소를 주입하기 위한 주입배관(275)이 결합되어 있다. 주입배관(275)는 외부의 액체질소 탱크와 연결되어 제3 영역(270)에 액체질소를 공급한다. 또한 액체질소를 주입하지 않을 때에는 이 주입배관(275)을 통해 제3 영역(270) 내의 공기를 외부로 배출할 수도 있다. 즉 주입배관(275)은 액체질소 주입구로 기능할 뿐만 아니라 에어 벤트로서도 기능한다. 대안적 실시예에서, 액체질소 주입구와 에어 벤트가 각기 별도의 배관으로 구현될 수도 있음은 물론이다. 액체질소의 양은 대략 제3 영역(270)의 2/3를 채우는 것이 바람직하지만, 그 양은 제1 영역(210)과 제2 영역(220)의 설정 온도에 따라 조절될 수 있다.

도시한 실시예에서 동결건조 케이스(260)의 상부면과 하부면은 각각 상부판(263)과 하부판(265)으로 형성되어 있다. 도3에 도시한 것처럼 상부판(263)은 오목한 형상이고, 상부판(263) 위에 상부 커버(264)가 결합된다. 이에 따라 상부판(263)과 상부 커버(264) 사이에 내부 공간이 형성되고, 이 공간에 예컨대 글라스 버블과 같은 단열부재를 충진함으로써 케이스(260)의 내부 공간과 외부를 단열시킬 수 있다. 또한 마찬가지로 하부판(265)도 오목한 형상으로 되어 있고 하부 커버(266)가 아래쪽에서 결합됨으로써 하부판(265)과 하부 커버(266) 사이에 공간이 형성되고, 이 공간에 단열부재를 충진함으로써 케이스(260) 내부와 외부를 단열시킬 수 있다.

한편 일 실시예에 따른 동결건조 장치(200)는 제어부(280)를 더 포함한다. 도시한 실시예에서 제어부(280)는 케이스(260) 외측의 프레임(205)에 결합되어 있지만, 제어부(280)의 설치 위치는 특정 위치에 제한되지 않는다. 제어부(280)는 제1 영역(210) 내에 설치된 온도센서(217)와 적외선 램프(215), 그리고 진공펌프(285)와 전기적으로 연결되어 있고, 이에 따라 온도센서(217)로부터의 온도 센싱 결과를 수신하고, 적외선 램프(215)와 진공펌프(285)의 온/오프 동작을 제어할 수 있다. 추가적으로, 제2 영역(220)에도 온도센서 및/또는 적외선 램프가 설치되어 있는 경우 이 온도센서 및/또는 적외선 램프와도 전기적으로 연결되어 온도 센싱 결과를 수신하고 적외선 램프의 온/오프를 제어할 수도 있다.

이상과 같이 상술한 제2 실시예에 따른 동결건조 장치(200)를 이용한 예시적인 동결건조 방법으로서 예컨대 도1을 참조하여 설명한 동결건조 방법을 수행할 수 있다. 또한 구체적 예로서 제2 실시예에 따른 동결건조 장치(200)는 예비동결 및 진공배기 동작을 수행하는 제1 동작모드, 및 가열 및 승화 동작을 수행하는 제2 동작모드를 가질 수 있다.

상기 제1 동작모드의 경우, 사용자가 동결건조 대상물을 제1 영역(210) 내에 수용하고 도어(290)를 닫고 밀폐하면, 제어부(280)는 기설정된 소정 시간이 경과하는 동안 제1 영역(210)을 냉각한 후 진공펌프(285)를 동작시켜 제1 영역(210)과 제2 영역(220)을 진공 상태로 만든다. 이 때 제1 영역(210)이 액체질소로 채워진 제3 영역(270)으로 둘러싸여 있으므로, 별도의 냉각장치가 없어도 제1 영역(210)이 냉각될 수 있다. 대안적으로, 상기 소정 시간을 설정하지 않는 대신 소정 목표 온도를 설정할 수도 있다. 즉 도어(290)를 닫고 밀폐한 후 기설정된 소정 온도에 도달할 때까지 냉각한 후 진공펌프(285)를 동작시켜 제1 및 제2 영역(210,220)을 진공 상태로 만들 수도 있다. 이 때 예컨대 상기 소정 온도는 섭씨 -100도일 수 있다. 이와 같이 제1 동작모드에 따르면 기설정된 소정 시간이 경과하거나 또는 제1 영역(210)이 기설정된 온도까지 하강한 후 진공펌프(285)를 동작시켜 제1 영역(210)과 제2 영역(220)을 진공 상태로 만듦으로써 동결건조 대상물을 급속 동결할 수 있다.

제2 동작모드는 상술한 제1 동작모드에 이어서 수행될 수 있다. 제2 동작모드에서 제어부(280)는 적외선 램프(215)와 진공펌프(285)의 각각의 온/오프를 제어하여, 제1 영역(210) 내의 온도와 압력을 각각 기설정된 온도범위와 압력범위 내에서 유지한다. 이 제2 동작모드를 수행하는 동안 동결건조 대상물에 열이 공급되어, 동결건조 대상물 내부의 수분이 얼음에서 수증기로 바로 승화하여 연결배관(230)을 통해 제2 영역(220)으로 이송된다. 이 때 동결건조 대상물이 딸기, 바나나, 포도 등 과일인 경우 과일의 수분 뿐만 아니라 향기 성분인 냄새 입자 등 동결건조 대상물에서 유래한 각종 성분들이 연결배관(230)을 통해 함께 이송되어 제2 영역(220)에 모이게 된다. 대안적으로, 제2 영역(220)에 별도의 온도센서(도시 생략) 및 적외선 램프(도시 생략)가 구비된 경우 제어부(280)가 이 제2 영역(220)의 온도센서의 온도값에 기초하여 적외선 램프의 온/오프를 제어하여 제2 영역(220)을 일정 온도로 항시 유지시킬 수 있다.

이와 같이 제2 실시예에 따른 동결건조 장치(200)를 이용하여 제1 동작모드와 제2 동작모드를 실행함으로써 제1 영역(210)에 수용된 동결건조 대상물을 동결건조시킨 후 회수할 수 있고, 이와 동시에, 제2 영역(220)으로부터 동결건조 대상물의 향기 성분을 포집할 수 있다.

이와 같이 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 명세서의 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능함을 이해할 수 있다. 그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10: 제1 용기
20: 제2 용기
30, 230: 연결배관
40: 제1 케이스
50: 제2 케이스
80, 285: 진공펌프
100, 200: 동결건조 장치
205: 프레임
210: 제1 영역
220: 제2 영역
260: 케이스
270: 제3 영역
280: 제어부

Claims

동결건조 장치에 있어서,
동결건조 대상물을 수용하는 제1 용기(10);
동결건조 대상물에서 승화된 수분을 수용하는 제2 용기(20);
상기 제1 용기(10)와 제2 용기(20)를 연결하는 연결배관(30);
일단이 상기 제2 용기(20)에 결합되어 제2 용기(20)의 공기를 배출하는 진공배관(23);
상기 제1 용기(10)에 수용된 동결건조 대상물을 가열하기 위한 적외선 램프(15);
적어도 부분적으로 액체질소로 채워지고 상기 제1 용기(10)를 둘러싸는 제1 케이스(40); 및
적어도 부분적으로 액체질소로 채워지고 상기 제2 용기(20)를 둘러싸는 제2 케이스(50);를 포함하는 것을 특징으로 하는 동결건조 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 케이스와 제2 케이스가 단일 내부공간을 갖는 일체형 케이스로 형성되고,
상기 제1 용기와 제2 용기가 상기 일체형 케이스 내에서 소정거리 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는 동결건조 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 용기(10) 내의 온도를 측정하는 온도센서;
상기 진공배관(23)에 연결된 진공펌프; 및
상기 온도센서로부터 센싱 결과를 수신하며 상기 적외선 램프 및 상기 진공펌프의 동작을 제어하는 제어부;를 더 포함하고,
상기 동결건조 장치가,
(a) 동결건조 대상물이 제1 용기 내에 수용되면, 기설정된 제1 소정 시간 이후 또는 제1 용기 내의 온도가 기설정된 제1 온도까지 하강한 후, 상기 진공펌프를 동작시키는 제1 동작모드, 및
(b) 상기 적외선 램프와 진공펌프의 각각의 온/오프를 제어하여, 상기 제1 용기 내의 온도와 압력을 각각 기설정된 온도범위와 압력범위 내에서 유지하는 제2 동작모드에서 동작가능한 것을 특징으로 하는 동결건조 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 용기로부터 동결건조된 대상물을 회수하고 상기 제2 용기로부터 상기 대상물의 향기 성분을 포집하는 것을 특징으로 하는 동결건조 장치.
동결건조 장치에 있어서,
외부로부터 밀폐되는 내부 공간을 갖는 케이스(260);
상기 케이스 내의 공간을 동결건조 대상물을 수용하는 제1 영역(210) 및 제2 영역(220)으로 분할하는 격벽(235);
상기 제1 영역 내부를 가열하기 위한 제1 적외선 램프(215);
상기 제1 영역과 제2 영역 사이를 연결하는 연결배관(230);
상기 제2 영역의 공기를 외부로 배출하는 진공배관(223); 및
상기 케이스의 내부 표면과 상기 제1 및 제2 영역 사이에 적어도 부분적으로 형성되며 외부로부터 밀폐되어 있고 적어도 부분적으로 액체질소로 채워져 있는 제3 영역(270);을 포함하는 것을 특징으로 하는 동결건조 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 영역을 소정 온도범위와 소정 압력범위로 유지함으로써, 상기 제1 영역에 수용된 동결건조 대상물을 동결건조시키고, 이와 동시에, 상기 제2 영역으로부터 상기 대상물의 향기 성분을 포집할 수 있는 것을 특징으로 하는 동결건조 장치.
제 5 항에 있어서,
상기 제1 영역의 온도를 측정하는 온도센서;
상기 진공배관(23)에 연결된 진공펌프(285); 및
상기 온도센서로부터 센싱 결과를 수신하며 상기 제1 적외선 램프 및 상기 진공펌프의 동작을 제어하는 제어부(280);를 더 포함하고,
상기 동결건조 장치가,
(a) 동결건조 대상물이 제1 영역 내에 수용되면, 기설정된 제1 소정 시간 이후 또는 제1 영역 내의 온도가 기설정된 제1 온도까지 하강한 후, 상기 진공펌프를 동작시키는 제1 동작모드, 및
(b) 상기 적외선 램프와 진공펌프의 각각의 온/오프를 제어하여, 상기 제1 영역 내의 온도와 압력을 각각 기설정된 온도범위와 압력범위 내에서 유지하는 제2 동작모드에서 동작가능한 것을 특징으로 하는 동결건조 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 제2 영역 내부를 가열하기 위한 제2 적외선 램프를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 동결건조 장치.
제 8 항에 있어서,
상기 제2 적외선 램프의 온/오프 동작에 의해 상기 제2 영역이 기설정된 온도 이하로 유지되는 것을 특징으로 하는 동결건조 장치.