KR100411746B1

KR100411746B1 - 식물성 테르펜정유 추출장치

Info

Publication number: KR100411746B1
Application number: KR10-2000-0076242A
Authority: KR
Inventors: 윤승열
Original assignee: 주식회사 한국닛소
Priority date: 2000-12-13
Filing date: 2000-12-13
Publication date: 2003-12-18
Anticipated expiration: 2020-12-13
Also published as: KR20020046393A

Abstract

식물성 테르펜정유의 원료를 수용하는 압력탱크와; 압력탱크에 연결되며, 그 압력탱크 내의 압력을 감압하기 위한 진공펌프와; 압력탱크 내로 고온 고압의 스팀을 공급하기 위한 스팀공급수단과; 공급된 스팀에 의해 원료로부터 추출된 정유물질을 포함하는 고온/고압의 수증기를 응축하도록 압력탱크에 연결되는 열교환 응축기; 열교환 응축기를 냉각시키기 위한 응축기 냉각수단; 및 열교환 응축기에 연결되며, 그 열교환 응축기 내에서 응축된 응축수로부터 테르펜정유와 물 및 불순물을 분리하기 위한 유수분리기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출장치가 개시된다.

Description

식물성 테르펜정유 추출장치{Extraction Apparatus For Essential Terpene-oil}

본 발명은 테르펜 정유 추출장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 소나무과 소나무속의 잣나무(Pinus Koraiensis)와 소나무(Pinus densiflora), 전나무속의 전나무(Abies holophylla maximowicz), 측백나무과 편백나무(Chamaecyparis Obtusa)와 화백나무(Chamaecyparis pisifea), 삼나무과 삼나무속의 삼나무(Cryptomeria japonica), 녹나무과 녹나무속의 녹나무(Cinnamoum canphora), 주목과 주목속의 주목나무(Taxus cuspidata), 너도밤나무과 밤나무속의 밤나무(Castanea crenata), 화본과 왕대속의 참대나무(Phyllostachys bambusoides), 운향과 귤나무속의 귤나무열매(Citrus unshiu markovich)와 유자나무열매(Citrsjunos tanaka), 탱자나무속의 탱자나무열매(Poncirus trifoliata rafinesque) 등으로부터 삼림욕의 주체물질이며 식물 유기체의 2차 신진대사 물질인 동시에 생명공학적 유기화합체인 기능성 테르펜정유(Essential Terpene Oil)을 추출하기 위한 식물성 테르펜정유 추출장치에 관한 것이다.

최근에는 날로 심각해지는 도시공해로부터 자신의 건강을 지키기 위해, 많은 사람들이 여러 가지 자연요법과 새로운 레저를 개발하고 있다. 그 중에서도, 숲속의 신선한 공기를 마음껏 마시며, 심신의 피로를 푸는 삼림욕이 도시민들에게 새로운 건강요법으로 각광받고 있다. 현재까지 국내외에 알려진 삼림욕의 효과로는 살균작용, 항산화작용, 스트레스 해소작용, 탈취작용, 향 발산에 의한 인간 감성공학적인 진정작용 등을 들 수 있다. 또한, 삼림욕은 이러한 기능성 효과뿐만 아니라, 자폐증세가 있는 어린이나 우울증에 시달리는 노인들에게 중추신경계에 의한 자신감과 적극성을 갖게 해 줄 뿐만아니라 대뇌피질을 자극하여 집중력과 운동량을 증가시켜주며, 인간들의 피부미용에도 특별한 효과가 있는 것으로 알려지고 있다. 이러한 효과들은 주로 침엽수와 운향과식물 등이 발산하는 휘발성 테르펜정유성분 즉, 유기화학적인 향기성분 물질에 기인한다. 이러한 테르펜정유성분은 그 차체물질이 갖고있는 고유의 기능성으로 인하여 화장품, 의약품, 의약부외품, 위생용품, 섬유제품, 생활화학용품, 가전제품, 건축자재, 도료, 안료, 탈취제품, 식품, 동물사료 등 관련제품의 기능성부여에 응용되며, 또한 인간이 향기물질을 피부에 접촉 및 흡입하므로서 자율신경계가 완화되어 전신의 생리기능을 활성화시킴으로서 질병을 치료하는 소위 방향요법(aromatherapy)에도 사용된다. 이와 같이, 식물에서 방출되어 사람에게 유익하며 산업적 가치가 매우 큰 테르펜정유성분은 일반적으로 그 식물이 함유하는 정유함량에 비례한다. 즉, 정유함량이 높은 식물은 향기성분의 방출량도 많다. 이러한 정유는 예컨대 "식물체가 가지고 있는 천연의 방향성(芳香性) 기름물질"로 불리는 것으로서, 이는 수십 또는 수백 종의 화합물로 구성되어 있는 것이 보통이다. 이것은 많은 이소프렌(Isoprene, C5H8)이 모여서 생성된 탄화수소의 일종이며, 주로 모노테르펜, 세스퀴테르펜, 디테르펜 및 방향족과 지방족화합물 등으로 구성되어 있으며, 이들 중에서도 테르펜화합물을 가장 많이 함유하고 있다.

한편, 상기 테르펜정유는 주로 잣나무, 소나무, 편백나무, 화백나무 등과 같은 침엽수와 귤, 탱자와 같은 운향과식물에 특히 많이 함유되어 있는 것으로 알려지고 있다. 그리고, 식물의 테르펜정유함량은 극소량에서부터 5%에 이르고 있으며, 계절 및 수종에 따라 조금씩 달리하고 있다. 이와 같이, 테르펜정유는 식물에 미소량이 함유되어 있으므로, 식물로부터 추출하기 위해서는 소정의 테르펜정유 추출장치가 요구된다.

일 예로서, 국내 임업연구원에서 사용하고 있는 이동식 증수법 소형 정유추출기를 이용한 정유 추출방법을 살펴보기로 한다. 먼저, 길이 1cm 정도로 자른 가지나 잎을 별도 제작된 스테인레스망에 담아 증류조에 넣는다. 시료가 잠기지 않을 정도로 증류조에 물을 넣은 후, 냉각기에 냉각수를 연결하고 점화한다. 이어서, 증류조 내부온도가 100℃에 도달한 후부터 2∼3시간 가열하면서 흘러나오는 정유를정류수집기에 수집한다. 이때, 테르펜정유는 물보다 비중이 가벼우므로 물위에 뜨게 되는데, 이것을 분액여두에 수집하여 20여분 방치하면, 정유층과 물층으로 나뉘어진다. 그러면, 물은 버리고 정유만을 수집하면 된다. 이러한 과정을 수회 반복하여 수집한 정유는 여과하여 정유중에 포함된 불순물을 제거한다. 마지막으로, 정유중량의 약 1%의 무수황산나트륨(105℃에서 3시간 이상 건조하여 데시케이터 내에서 방냉한 것)을 투입하고, 냉암소에서 24시간 탈수처리함으로서 정제 테르펜정유를 얻는다.

그런데, 상기와 같은 방법으로 정유를 추출할 경우에는, 정유회수량(Oil Recovery Percentage)이 소량일 뿐만아니라 공법상 많은 작업시간이 요구되므로 그에 따른 제비용이 증가하는 경제적인 문제점이 있다. 또한, 소형증류조에 재료를 넣고 소위 증수법으로 끓일 때는 정유 고유의 유효성분이 다량의 끊는물에 용해된 이후의 수증기로부터 추출하게 되므로, 수율 즉, 대량생산이 힘들다는 문제점 등이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 적은 비용 및 시간으로 테르펜정유를 대량생산할 수 있도록 구조가 개선된 식물성 테르펜정유 추출장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 식물성 테르펜정유 추출장치를 나타내 보인 사시도.

도 2는 도 1에 도시된 압력탱크를 발췌하여 나타내 보인 개략적인 사시도.

도 3은 도 2에 도시된 압력탱크의 일부를 절개하여 나타내 보인 일부 절개 측면도.

도 4는 도 1에 도시된 열교환 응축기를 발췌하여 나타내 보인 일부 절개 정면도.

도 5a는 도 4의 Ⅳ-Ⅳ선을 따라 절개해 보인 단면도.

도 5b는 도 5a에 도시된 냉각파이프의 단면도.

도 6은 도 1에 도시된 유수분리기를 나타내 보인 정면도.

도 7은 압력탱크에 원료를 투입하기 위한 원료 투입수단을 나타내 보인 사시도.

도 8은 도 7에 도시된 원료 투입수단을 이용하여 압력탱크에 원료를 투입하는 상태를 나타내 보인 개략적인 측면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100..스팀공급수단 110..물탱크 130..보일러

150..물공급경로 170..스팀공급경로 200..압력탱크

210..탱크본체 212..압력게이지 214..온도계

220..수증기 공급경로 230..도어 250..분사부재

251..곡선형 파이프 253..직선형 파이프 300..진공펌프

400..열교환 응축기 410..응축탱크 430..냉각파이프

450..메인 응축수배출경로 470..냉각수 공급경로 480..냉각수 배출경로

490..보조 응축수배출경로 500..냉각수단 510..냉각수 탱크

530..냉각기 540..순환펌프 600..유수분리기

810..수납용 케이스 830..케이스 적치대 850..운반수레

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 식물성 테르펜정유 추출장치는, 식물성 테르펜정유의 원료를 수용하는 압력탱크와; 상기 압력탱크에 연결되며, 그압력탱크 내의 압력을 감압하기 위한 진공펌프와; 상기 압력탱크 내로 고온의 스팀을 공급하기 위한 스팀공급수단과; 상기 공급된 스팀에 의해 상기 원료로부터 추출된 테르펜정유물질을 포함하는 고온/고압의 수증기를 응축하도록 상기 압력탱크에 연결되는 열교환 응축기; 상기 열교환 응축기를 냉각시키기 위한 응축기 냉각수단; 및 상기 열교환 응축기에 연결되며, 그 열교환 응축기 내에서 응축된 응축수로부터 테르펜정유와 물 및 불순물을 분리하기 위한 유수분리기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 식물성 테르펜정유 추출장치를 자세히 설명하기로 한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 식물성 테르펜정유 추출장치는, 고온 고압의 스팀을 공급하기 위한 스팀공급수단(100)과, 상기 스팀공급수단(100)으로부터 공급되는 스팀이 채워지는 압력탱크(200)와, 상기 압력탱크(200)에 연결되는 진공펌프(300)와, 상기 압력탱크(200)에 연결되는 열교환 응축기(400)와, 상기 열교환 응축기(400)를 냉각시키기 위한 냉각수단(500) 및 상기 열교환 응축기(400)에 연결되는 유수분리기(600)를 구비한다.

상기 스팀공급수단(100)은 물탱크(110)와, 상기 물탱크(110)에서 공급된 물을 가열하여 스팀으로 만들기 위한 스팀보일러(130) 등을 구비한다. 상기 물탱크(110)는 소정의 수도관(101)으로부터 공급된 물이 채워진다. 상기 물탱크(110)와 보일러(130)는 물공급경로(150)로 연결되며, 그 물공급라인(150)에는 물공급자동펌프(160)가 설치된다. 상기 보일러(130)는 스팀공급경로(170)를 통해 압력탱크(200)와 연결된다. 상기 스팀공급경로(170)에는 소정의 스팀압력 조절기(180)가 설치된다. 이 스팀압력 조절기(180)는 압력탱크(200)로 공급되는 스팀의 공급압력을 분배하고, 소정한 압력의 스팀을 압력탱크(200)로 공급할 수 있도록 조절한다. 또한, 스팀압력 조절기(180)에서 압력탱크(200)로 공급되는 스팀공급경로(170a, 170b) 상에는 스팀의 온도와 압력을 감지하는 감지컨트롤센서(190)가 설치된다. 상기 감지컨트롤센서(190)는 소정의 메인컨트롤(미도시)에 연결되며, 그 메인컨트롤에 스팀의 온도 및 압력에 대한 데이터를 전달한다. 또한, 이 감지컨트롤센서(190)는 감지된 온도 및 압력 테이타 값에 따라 스팀공급경로(170b)를 개폐시키는 동작을 수행할 수도 있다. 또한, 스팀공급경로(170) 상에는 스팀의 공급을 선택적으로 차단하기 위한 밸브(171)가 설치된다.

상기 압력탱크(200)는 식물성 테르펜정유의 원료 예컨대, 잣나무, 소나무, 편백나무, 화백나무 등과 같은 침엽수의 지엽 및 목질부 등을 수용한다. 이러한, 압력탱크(200)는 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 고온 고압상태의 내부 팽창압력 조건을 견딜 수 있도록 원통형의 형상을 가진다. 그리고, 압력탱크(200)는 상기 원료의 출입을 위한 개방구(201)를 가지는 탱크본체(210)와, 상기 개방구(201)를 개폐시키기 위한 도어(230) 및 탱크본체(210) 내에 설치되는 분사부재(250)를 구비한다. 상기 탱크본체(210)는 지지면에 놓이는 소정 지지브라켓(203)에 지지된다. 또한, 탱크본체(210)는 스팀공급구(211), 수증기 배출구(213), 에어배출구(215) 및 안전밸브(217)를 가진다. 상기 스팀공급구(211)는 탱크본체(210)의 밑바닥의 좌우에 한 쌍이 소정 간격 이격되게 형성된다. 이 스팀공급구(211)는 외측으로는 상기 스팀공급경로(170a)에 연결되고, 탱크본체(210) 내측으로는 상기 분사부재(250)에 연결된다. 상기 수증기 배출구(213)는 탱크본체(210)의 상부에 마련된다. 이 수증기 배출구(213)는 탱크본체(210) 내로 스팀공급수단(100)으로부터 공급된 고온고압의 스팀으로 인해 상기 원료로부터 추출된 테르펜정유물질이 포함된 수증기가 배출되는 곳으로, 수증기 배출경로(220)와 연결된다. 이 수증기 배출구(213)에는 수증기 공급용 개폐밸브(213a)가 설치된다. 이 개폐밸브(213a)는 상기 메인콘트롤에 의해 개폐동작이 제어되는 자동밸브일 수 있다. 또한, 탱크본체(210)의 밑바닥에는 배수구(219)가 형성된다. 탱크본체(210) 내에 고인물은 배수구(219)를 통해 외부로 배출된다. 또한, 탱크본체(210)에는 탱크본체(210) 내의 압력을 측정하는 압력게이지(212)와, 온도를 측정하기 위한 온도계(214)가 더 설치된다. 상기 압력게이지(212)는 탱크본체(210)의 상측에 설치되며, 온도계(214)는 탱크본체(210) 내측에 돌출되게 설치된다. 각 압력게이지(212) 및 온도계(214)는 상기 메인컨트롤에 연결된다. 따라서, 메인컨트롤은 압력게이지(212) 및 온도계(214)에서 측정된 데이터를 근거로 상기 스팀공급수단(100)에서 공급되는 고온고압의 스팀을 감지컨트롤센서(190)를 통해 자동으로 스팀공급수단(100) 등의 구동을 제어한다. 또한, 탱크본체(210)에는 외부에서 내부의 상태를 살필 수 있도록 투명창(216)이 더 설치되는 것이 바람직하다. 이 투명창(216)은 고온/고압에 견딜 수 있는 소정 재질의 투명소재를 탱크본체(210)의 측부에 설치하여 마련될 수 있다.

상기 도어(230)는 탱크본체(210)의 개방구(201)에 인접 설치된 회동축(218)에 지지된다. 이러한 도어(230)는 도어몸체(231)와, 이 도어몸체(231)로부터 개방구(201)측으로 만곡형으로 돌출되어 압력탱크(200) 내의 고압을 지탱하는 서포터부(233)와, 도어몸체(231)에 회전가능하게 설치된 도어샤프트(235)와, 도어체결바(237) 및 도어샤프트(235)에 설치된 체결레버(239)를 구비한다. 상기 도어체결바(237)는 도어몸체(231)를 탱크본체(210) 내의 고압에 견딜 수 있도록 체결시키기 위한 체결수단으로서 도어샤프트(235)를 중심으로 방사상으로 복수개가 설치된다. 이 도어체결바들(237)은 상기 체결레버(239)를 회전시킴에 의해 탱크본체(210)의 개방구(201) 테두리에 형성된 지지공들(237a)에 선택적으로 삽입되거나 벗어나게 된다.

상기 분사부재(250)는 스팀공급수단(100)으로부터 공급되는 고온고압스팀을 탱크본체(210) 내부로 골고루 분사하기 위한 것이다. 이러한 분사부재(250)는 복수의 곡선형 파이프(251)와, 직선형 파이프(253)를 구비한다. 상기 곡선형 파이프들(251)은 탱크본체(210)의 내주면에 소정 간격으로 설치되며, 원주반향으로 대응되게 곡선형의 형상을 가진다. 또한, 곡선형 파이프(251)는 탱크본체(210) 내부의 중심부로 스팀을 분사할 수 있도록 형성된 복수의 스팀분사구(251a)를 가진다. 상기 직선형 파이프들(253)은 곡선형 파이프(251)들과 엇갈리도록 소정 간격으로 탱크본체(210) 내주면에 밀착되게 설치된다. 그리고, 직선형 파이프들(253) 중 어느 하나는 절곡되어 도어(230)의 반대측 면에 인접되게 연장된다. 또한, 직선형 파이프들(253) 각각은 곡선형 파이프(251)와 마찬가지로 스팀을 탱크본체(210) 내의 공간부로 분사하기 위한 복수의 스팀분사구(253a)를 가진다. 이러한 분사부재(250)는 상기 스팀공급구(211)에 연결된다.

상기 진공펌프(300)는 압력탱크(200)에 연결되어 그 탱크본체(210) 내부의 압력을 선택적으로 감압한다. 즉, 탱크본체(210) 내부를 진공상태로 만들거나, 소정 압력상태로 소정 시간 내에 감압시키는 역할을 하게 된다.

상기 열교환 응축기(400)는 상기 수증기 배출경로(220)를 통해 탱크본체(210)의 상부에 연결된다. 상기 수증기 배출경로(220)를 통해 공급되는 수증기에는 수분과, 탱크본체(210) 내에서 고온/고압의 스팀작용에 의해 수목의 지엽 즉, 원료로부터 추출된 테르펜정유물질이 함께 포함되어 있다. 이러한 수증기는 상기 열교환 응축기(400) 내에서 열교환에 의해 응축되어 응축수로 변환된다. 이와 같이, 수증기를 응축시키기 위한 열교환 응축기(400)는 지지면에 놓이는 소정의 지지대(401) 상에 설치된다. 그리고, 열교환 응축기(400)는 도 4 및 도 5a에 도시된 바와 같이, 통형의 응축탱크(410)와, 상기 응축탱크(410) 내에 설치되는 냉각파이프(430)를 구비한다. 상기 응축탱크(410)는 수증기 유입구(411)와 응축수 배출구(412) 및 냉각수 입/출구(413)(414)를 가진다. 상기 수증기 유입구(411)는 응축탱크(410)의 일측부에 형성되어 상기 수증기 배출경로(220)에 연결된다. 상기 응축수 배출구(412)는 수증기 유입구(411)의 반대쪽에 위치되도록 응축탱크(410)의 바닥에 형성되며, 메인 응축수 배출경로(450)에 연결된다. 상기 냉각수 입구(413)는 응축수 배출구(412)에 인접되게 응축탱크(410)의 바닥에 형성되며, 냉각수 공급경로(470)에 연결된다. 상기 냉각수 배출구(414)는 응축탱크(410)의 상부에 형성되며, 냉각수 배출경로(480)에 연결된다. 또한, 응축탱크(410)의 상측에는 응축탱크(410) 내의 과도하게 유입될 수 있는 압력공기를 배출시기 위한 공기배출구(415)도 형성하는 것 바람직하다. 이러한, 응축탱크(410)는, 내부에 고인 응축수가 응축수 배출구(412) 쪽으로 흘러내리도록, 수증기 유입구(411) 쪽으로부터 응축수 배출구(412) 쪽으로 기울어지게 설치된다. 상기 냉각파이프(430)는 응축탱크(410) 내에 설치된다. 구체적으로, 냉각파이프(430)는 수증기유입구(411)의 전실부(460)의 스크린(461)과 응축수배출구(412)의 전실부(465)의 스크린(466) 각각을 관통하도록 연결된다. 그리고, 냉각파이프(430)는 응축탱크(410) 내에서의 냉각면적을 높일 수 있도록 복수의 열로 배열되게 형성된다. 또한, 냉각파이프(430)는 도 5b에 도시된 바와 같이, 냉각수를 원활하게 이동시키고, 열교환 면적의 증대를 위해 내주면에 인입형성된 그루브(431)를 갖는 것이 바람직하다. 이 그루브(431)는 복수의 열로 마련되며, 냉각파이프(430)의 길이방향에 대해 유선형으로 연속되게 형성된다.

상기 냉각수단(500)은 냉각수 탱크(510)와, 냉각기(530) 및 순환펌프(540)를 구비한다. 상기 냉각수 탱크(510) 내에는 냉각수가 채워진다. 이 냉각수 탱크(510)의 상부에는 상기 냉각수 배출경로(480)가 연결되고, 하부에는 상기 냉각수 공급경로(470)가 연결된다. 따라서, 냉각수 탱크(510) 내에 채워진 냉각수 중에서, 상대적으로 차가운 하부의 냉각수는 냉각수 공급경로(470)를 통해 열교환 응축기(400)로 공급된다. 그리고, 열교환 응축기(400)에서 데워진 냉각수는 냉각수 배출경로(480)를 통해 냉각수 탱크(510)의 상부로 회수되어 냉각수 탱크(510) 내의냉각수와 혼합된다. 상기 냉각기(530)는 열교환 파이프(550)(560)를 통해 냉각수 탱크(510)와 연결된다. 상기 냉각기(530)는 전력을 공급받아 구동되면서, 상기 열교환 파이프(550)(560)를 통해 냉각수 탱크(510) 내의 냉각수를 강제 냉각시킨다. 상기 열교환 파이프(550)는 냉각수 탱크(510)의 하부 쪽에 연결되고, 나머지 파이프(560)는 냉각수 탱크(510)의 상부 쪽에 연결된다. 그리고, 상기 하부 쪽의 열교환 파이프(550)에는 순환펌프(545)가 설치되어 냉각기(530)에서 강제 냉각된 냉각수를 상기 파이프(550)를 통해 냉각수 탱크(510)로 공급하고, 상기 파이프(560)를 통해 냉각시킬 냉각수를 냉각기(530)로 이동시킨다. 상기 냉각수탱크(510) 내의 냉각수는 열교환 응축기(400)를 통과하여 냉각수배수경로(480)를 따라 냉각수탱크(510) 내로 회수되는 고온의 냉각수와, 냉각기(530)에 의해 강제 냉각된 저온의 냉각수가 서로 혼합되어져 항상 소정의 온도를 유지하도록 한다. 또, 상기 냉각수는 다시 상기 순환펌프(540)에 의해 냉각수공급경로(470)를 통해 열교환 응축기(480) 내로 유입시킴으로서 전체적으로 계속 순환되도록 하는 것이 바람직하다.

상기 유수분리기(600)는 상기 메인 응축수배출경로(450)에 연결된다. 상기 메인 응축수배출경로(450)에는 메인밸브(451)가 설치된다. 따라서, 상기 열교환 응축기(400)에서 대량으로 응축되는 응축수는 메인 응축수배출경로(450)를 통해 유수분리기(600)로 배출된다. 상기 유수분리기(600)는 도 6에 도시된 바와 같이, 분리기본체(610)와, 분리기본체(610)의 측면에 서로 다른 높이에 설치된 복수의 정유배출관(630) 및 물배출관(650)을 구비한다. 상기 분리기본체(610)의 상부에는 메인응축수배출경로(450)에 연결된다. 따라서, 메인 응축수배출경로(450)를 통해 배출된 응축수는 분리기본체(450) 내에 채워진다. 이와 같이 분리기본체(610)에 채워진 응축수에 포함된 물과 테르펜정유물질은 비중 차에 의해 상하로 분리된다. 그리고, 테르펜정유물질과 물의 경계를 분리기본체(610) 외부에서 확인할 수 있도록, 분리기본체(610)에는 투명창(620)이 마련된다. 상기 테르펜정유 배출관(630) 각각에는 밸브(631)가 설치된다. 그리고, 각 테르펜정유 배출관(630)은 공통의 공용관(640)에 연결된다. 따라서, 분리기본체(610) 내에 소정 높이까지 테르펜정유물질이 찰 경우, 그 테르펜정유물질과 물의 경계부분에 있는 정유배출관(630)에 설치된 밸브(631)를 오픈시킴으로서, 테르펜정유물질만 외부로 분리하여 배출시킬 수 있게 된다. 상기 물배출관(650)은 분리기본체(610) 내부의 하부에 가라않은 물을 빼낼 수 있도록, 분리기본체(610)의 하측에 설치된다. 이 물배출관(650)에는 밸브(651)가 설치된다. 상기 구성을 가지는 유수분리기(600)는 산업전반에서 널리 사용되는 것으로, 다양한 성능을 가지는 제품이 시중에 출시되고 있다.

또한, 상기 메인 응축수배출경로(450)의 메인밸브(451) 하류에는, 보조 응축수배출경로(490)가 분기된다. 상기 보조 응축수배출경로(490)에는 복수의 보조밸브(491,492)가 설치된다. 또한, 보조 응축수배출경로(490)에서는 복수의 응축수 토출관(493)이 분기된다. 상기 복수의 보조밸브(491,192)는 상기 토출관들(493) 사이에 설치된다. 상기 보조 응축수배출경로(490)는 열교환 응축기(400)에서 응축되는 응축수의 량이 소량일 경우, 그 응축수를 유수분리기(600)로 보내지 않고 예컨대, 분액여두 등의 용기에 담을 수 있게 마련된 경로이다. 따라서, 상기 토출관들(491)의 하방에는 분액여두 등의 응축수 수용기를 적치할 수 있는 받침대(700)가 구비되는 것이 바람직하다. 물론, 상기 토출관(493)에 분액여두 등을 직접 연결할 수도 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 식물성 테르펜정유 추출장치는 상기 압력탱크(200) 내로 테르펜정유물질의 원료를 운반하고 채워 넣기 위한 원료 투입수단을 더 구비한다.

상기 원료 투입수단은, 도 7와 8도에 도시된 바와 같이, 압력탱크(200) 내에 설치된 한 쌍의 메인 가이드레일(270)과, 원료 수납용 케이스(810)와, 케이스 적치대(830) 및 운반수레(850)를 구비한다. 상기 한 쌍의 메인 가이드레일(270)은 압력탱크(200) 내의 바닥에 소정 거리 이격되도록 나란하게 설치된다. 상기 케이스(810)는 소정량의 원료를 수용할 수 있도록 상자형상을 가지며, 이 케이스(810)가 압력탱크(200) 내에 위치된 상태에서, 분사되는 고온고압의 스팀이 케이스(810)에 수용된 원료에 골고루 분사될 수 있도록 다수의 스팀통과공(811)을 갖는다. 그리고, 스팀통과공(811)은 원료의 빠짐을 방지하면서 스팀통과 효율이 최적이 되도록 소정의 직경으로 약 35∼45%의 타공률로 형성되는 것이 바람직하다. 또한, 케이스(811)는 스테인레스 재질로 형성된다. 상기 케이스 적치대(830)는 골격을 이루는 메인프레임(831)과, 상기 메인프레임(831)에 소정 간격으로 마련되는 선반부(833) 및 지지롤러(835)를 구비한다. 상기 선반부(833)는 상기 케이스(810)를 적층식으로 적재할 수 있도록 메인프레임(831)에 다층으로 지지프레임을 설치하여 마련된다. 상기 지지롤러(835)는 상기 메인 가이드레일(270)에 대응되도록 메인프레임(831)의 하측에 복수개가 설치된다. 상기 운반수레(850)는 메인프레임(851)에 설치되는 보조 가이드레일(853)과, 메인프레임(851)의 하측에 설치되는 지지롤러(855)를 구비한다. 상기 보조 가이드레일(853)은 메인가이드레일(270)에 대응되게 한 쌍이 소정 간격으로 나란하게 설치된다. 이 보조 가이드레일(853) 상에는 상기 지지롤러(835)가 구름운동 가능하게 지지된다. 따라서, 상기 각 가이드레일(270,853)이 나란하게 일치되도록 운반수레(850)를 위치시키면, 보조 가이드레일(835)에 지지된 케이스 적치대(830)가 메인 가이드레일(270)로 이동되어 압력탱크(200) 내로 이동된다.

또한, 상기 각 가이드레일(270,853)을 일치시키기 위한 위치 정렬수단이 더 구비되며, 이 위치 정렬수단은 보조 가이드레일(853)의 일단부에 설치되는 위치정렬바(854)와 메인 가이드레일(270)의 단부에 형성된 위치정렬공(271)을 구비한다.

또한, 상기 각 가이드레일(270,853)이 나란하게 일치된 상태에서, 운반수레(850)의 위치를 고정시키기 위한 위치고정수단이 더 구비된다. 이 위치고정수단은 탱크본체(210) 내의 바닥에 설치되는 돌기부(210a)와, 상기 돌기부(210a)에 걸리는 걸림부(865)를 가지며 운반수레(850)에 설치되는 회전샤트프(861)를 구비한다. 상기 회전샤프트(861)는 운반수레(860)에 회전이 가능하게 설치되며, 일단에 상기 걸림부(865)가 일체로 절곡 형성되며, 타단에는 회전손잡이(863)가 형성된다. 상기 위치정렬바(864)를 상기 위치정렬공(271)에 끼워 넣은 상태에서, 회전손잡이(863)를 돌리면 걸림부(865)가 돌기부(210a)의 내측에 걸리게 된다. 이 상태가 되면, 운반수레(850)의 위치가 고정되어 각 가이드레일(270,853)이 일치된 상태로유지된다.

상기 구성을 가지는 본 발명의 실시 예에 따른 식물성테르펜정유 추출장치의 동작을 자세히 설명하면 다음과 같다.

먼저, 잣나무 소나무, 편백나무, 화백나무 등과 같은 수목의 지엽을 약 2 내지 3cm로 파쇄한 원료를 준비한다. 준비된 원료는 도 7에 도시된 바와 같이, 복수의 수납용 케이스(810) 각각에 소정량씩 담는다. 그런 다음, 그 수납용 케이스(810)를 운반수레(850) 상에 놓여진 케이스 적치대(830)에 적층시킨다. 이어서, 탱크본체(210)의 개방구(201)를 오픈시킨 상태에서 운반수레(850)를 이동시켜, 각 가이드레일(270)(853)에 마주하도록 위치시킨다. 이 상태에서, 운반수레(850)를 더 밀면, 위치정렬바(854)가 위치정렬공(271)에 끼워짐으로서, 도 8에 도시된 바와 같이 각 가이드레일(270)(853)은 나란하게 일치된다. 그런 다음, 상기 회전손잡이(863)를 회전시켜 걸림부(865)를 돌기부(210a)에 걸리게 하면, 운반수레(850)는 압력탱크(200)에 대해 위치고정된다. 이 상태에서, 케이스 적치대(830)를 각 가이드레일(270)(853)을 따라 이동시켜서, 탱크본체(210) 내로 이동시킨다. 그런 다음, 상기한 바와 역순으로, 운반수레(850)를 압력탱크(200)에서 이격시킨 다음, 도 3에 도시된 바와 같이, 도어(230)로 개방구(201)를 폐쇄시킨다.

계속해서, 진공펌프(300)를 구동시켜 압력탱크(200)의 내부를 약 30 ∼ 40torr의 진공상태로 감압시킨다. 그리고, 보일러(130)를 구동시켜 물탱크(110)에서 공급되는 물을 가열하여 스팀을 계속해서 발생시킨다. 그리고, 스팀압력 조절기(180)에서는 보일러(130)에서 발생되는 스팀이 소정 압력, 예컨대 약 5kgf/cm²의 압력에 도달될 즈음에 스팀공급경로(170)를 통해 압력탱크(200) 내로 공급한다. 그러면, 공급되는 스팀은 분사부재(250)를 통해 압력탱크(200) 내부로 분사됨으로서, 케이스(810)에 수용된 원료로 골고루 공급된다. 이와 같은 스팀의 공급은 압력탱크(200) 내부의 온도 및 압력이 소정 기준치에 도달한 후로부터 계속 지속적으로 공급된다. 이러한 스팀 공급시간은 원료의 수종에 따라 다르지만 잣나무인 경우를 예들 들어, 압력탱크(200) 내의 압력이 2.0kgf/cm²에 도달한 이후 약 1시간 정도 지속된다. 이와 같이 약 1시간 동안, 압력탱크(200) 내부를 고온/고압의 상태로 유지시키면, 원료에서는 고온/고압의 영향을 받아 함유하고 있는 수분과, 정유물질, 즉 테르펜유(Terpene Oils) 등이 추출되어 증발됨으로서 압력탱크(200) 내의 수증기에 포함된다. 이와 같이, 소정의 고온고압상태에 도달한 때부터 정유물질이 포함된 수증기는 수증기 배출경로(220)를 통해 열교환 응축기(400)로 계속적으로 약 1시간동안 보내진다. 즉, 압력탱크(200) 내부를 메인컨트롤에 의해 소정의 고온고압이 유지되도록 스팀공급수단(100)으로부터 스팀의 량을 조절 공급하도록 하며, 또, 추출작업을 수행하면서 수증기 배출경로(220)를 통해 수증기를 지속적으로 배출한다. 이 때, 순환펌프(540)가 구동되면서 냉각수 탱크(510) 내의 냉각수를 냉각수 공급경로(470)를 통해 냉각파이프(430)로 공급한다. 따라서, 열교환 응축기(400) 내로 들어간 수증기는 냉각파이프(430)와의 열교환에 의해 응축되어 응축수로 변환된다. 이때, 냉각파이프(430)는 열교환면적을 넓힐 수 있도록 예컨대, 지그재그 식으로 복수의 열로 교차되게 설치되어 있으므로, 수증기를 효과적으로 응축시킬 수 있게 된다. 냉각파이프(430)를 지나면서 열교환에 의해 데워진 냉각수는 냉각수 배출경로(480)를 경유하여 냉각수 탱크(510)의 상부로 회수된다. 이와 같이, 회수되는 냉각수는 냉각수 탱크(510) 내의 차가운 물과 상부에서 섞이게 된다. 그리고, 냉각기(530)는 구동되면서 냉각수 탱크(510)의 하부측 냉각수를 예컨대, 약 18℃정도로 냉각시킨다. 따라서, 열교환 응축기(400) 내로 차가운 냉각수를 지속적으로 공급할 수 있다.

한편, 열교환 응축기(400) 내에서 응축된 응축수는 약 120℃가 넘은 수증기에 비해 상대적으로 냉각되어져 약 30℃내외의 온도상태를 유지한다. 이러한 응축수는 응축탱크(410)내에서 응축수 배출구(412)쪽으로 흘러 내려간다. 그리고, 상기 보조 응축수배출경로(490) 상이 밸브(491)는 폐쇄된 상태일 경우, 응축수는 메인 응축수배출경로(450)를 경유하여 유수분리기(600) 내로 공급된다. 즉, 배출되는 응축수를 대량으로 생산할 경우에는, 상기 밸브(491)를 폐쇄시켜 응축수를 유수분리기(600)로 보낸다. 유수분리기(600) 내에 채워지는 응축수는 비중차에 의해 대략 물과 테르펜정유물질로 분리된다. 즉, 대부분의 물은 유수분리기(600)의 하부에 고이고, 테르펜정유물질은 물의 상부에 모인다. 이와 같이, 물과 테르펜정유물질이 분리되면, 물과 테르펜정유물질의 경계를 기준으로 측면에 설치된 소정 밸브(631)를 오픈시킨다. 그러면, 유수분리기(600)내의 테르펜정유물질만 배출관(630) 및 공용관(640)을 통해 배출된다. 이와 같이, 배출되는 테르펜정유물질에는 극소량의 수분 및 목질계부유물이 포함될 수 있다. 따라서, 이 테르펜정유물질은 소정의 정유분리기(미도시)를 이용하여 극소량의 수분 및 목질계부유물을 정제 분리하여 예컨대, 순도가 높은 순수천연식물성 테르펜정유를 추출할 수 있다. 여기서, 상기 정유분리기는 일반적으로 많은 제품이 출시되고 있으므로, 적절히 채용하여 사용할 수 있다. 그리고, 상기와 같이 추출되는 순수 테르펜정유의 양은 예를 들어, 잣나무를 기준으로 압력탱크(200)에 약 200kg의 원료를 투입했을 경우, 약 1.05리터 정도가 된다(잣나무의 평균수분율 약 54%). 이와 같은 잣나무 경우의 테르펜정유추출량은, 증수법인 경우 잣나무함량이 1.08 ㎖/100g(임업연구원 자료, 한국임산에너지학회지 제13권2호(1993.12)「침엽수 수목정유의 항균성에 관한연구」에서 잣나무의 경우에는 약 0.79％(v/w％), 1999년도 임업연구보고서중 「수목정유의 증수법 개발」에서 잣나무의 경우 6개월평균 약 0.7125±0.1275％(v/w％))인데 반하여 상기 추출장치인 경우에 평균 약 1.14 ㎖/100g로 증수법에 비해 잣나무의 테르펜정유추출함량이 상당히 높다. 따라서, 본 발명의 실시 예에 따른 테르펜정유 추출장치의 식물성 테르펜정유를 추출효율은 매우 높다 할 수 있다.

또한, 열교환 응축기(400)에서 수증기를 응축하기 시작하여 순수 테르펜정유를 추출하는데는 약 1시간정도의 시간이 소요된다. 따라서, 원료를 압력탱크(200)에 투입하여 정유를 1회 추출하는데 걸리는 소위 1회 추출작업이 증수법에 의한 정제정유를 얻는데 걸리는 시간이 약 26∼28시간 소요되지만, 상기 장치는 추출시간이 약 2시간 내외로서, 종래의 증수법에 비해 몇 배 이상을 단축시키는 효과를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 따라서, 경비절감 뿐만 아니라, 생산성이 향상되어 대량생산이 가능하므로, 일반소비자에게 저가로 테르펜정유를 이용한 다양한 제품을 제공할 수 있다는 이점과 수입에 의존하지 않고 관련업계에 안정적으로 식물성 테르펜정유를 공급할 수 있다는 장점도 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에 따른 식물성 테르펜정유 추출장치는, 잣나무, 소나무, 리기다 소나무, 편백나무, 화백나무, 전나무, 구상나무, 삼나무, 녹나무 등 침엽수종에 속하는 여타 식물재와 일부 활엽수재 및 운향과식물에 대하여 대량의 천연 식물성 테르펜정유의 추출이 가능할 뿐만아니라 온도, 압력 등 작업조건에 따라 여타 식물들의 수간, 지엽, 수지, 뿌리, 과실, 과피, 풀 전체, 꽃, 종자, 종자눈에서도 추출이 가능하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 식물성 테르펜정유 추출장치에 따르면, 단시간 내에 대량의 고순도 천연 식물성 테르펜정유를 추출할 수 있다.

따라서, 테르펜정유추출에 따른 단위당 작업공정시간 절약으로 인한 추출수확량(Oil Recovery Percentage)의 증산과, 상대적으로 추출비용 감소 등의 경제적인 이점을 얻을 수 있다.

Claims

식물성 테르펜정유의 원료를 수용하는 압력탱크와;

상기 압력탱크에 연결되며, 그 압력탱크 내의 압력을 감압하기 위한 진공펌프와;

상기 압력탱크 내로 고온의 스팀을 공급하기 위한 스팀공급수단과;

상기 공급된 스팀에 의해 상기 원료로부터 추출된 테르펜정유물질을 포함하는 고온/고압의 수증기를 응축하도록 상기 압력탱크에 연결되는 열교환 응축기;

상기 열교환 응축기를 냉각시키기 위한 응축기 냉각수단; 및

상기 열교환 응축기에 연결되며, 그 열교환 응축기 내에서 응축된 응축수로부터 테르펜정유와 물 및 불순물을 분리하기 위한 유수분리기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출장치.
제1항에 있어서, 상기 압력탱크는,

스팀공급구와 수증기 배출구 및 상기 원료의 출입을 위한 개방구를 가지는 원통형의 탱크본체와;

상기 개방구를 개폐시키도록 상기 탱크본체에 설치되는 도어; 및

상기 스팀공급구에 연통되게 상기 탱크본체 내에 설치되며, 상기 스팀공급수단으로부터 공급되는 스팀을 상기 탱크본체 내로 분사하기 위한 분사부재;를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출장치.
제2항에 있어서, 상기 분사부재는,

상기 탱크본체의 내주면에 원주방향으로 대응되게 설치되며, 상기 탱크본체의 중심부로 스팀을 분사하기 위한 복수의 스팀분사구를 가지는 복수의 곡선형 파이프와;

상기 곡선형 파이프에 연통되며, 상기 탱크본체 내에 길이방향으로 소정 간격으로 설치되고 복수의 스팀분사구를 가지는 복수의 직선형 파이프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출장치.
제1항에 있어서,

상기 압력탱크 내로 상기 재료를 운반 및 적재시키기 위한 재료 투입수단을더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출장치.
제4항에 있어서, 상기 재료 투입수단은,

상기 압력탱크 내의 바닥면에 설치된 한 쌍의 메인 가이드레일과;

상기 재료를 소정량 수용하며, 다수의 스팀 통과공이 형성된 재료 수납용 케이스와;

상기 케이스를 소정 간격으로 적재하기 위한 선반과, 상기 메인 가이드레일에 대응되는 복수의 지지롤러를 가지며, 상기 메인 가이드레일을 타고 상기 가압탱크 내에 장착되는 케이스 적치대와;

상기 메인 가이드레일에 대응되는 보조 가이드레일을 가지며, 상기 케이스 적치대를 상기 보조 가이드레일에 지지한 채 운반하는 운반 수레;를 포함하여,

상기 보조가이드레일과 상기 메인 가이드레일을 나란하게 일치시킨 상태에서 상기 운반 수레 상의 케이스 적치대를 상기 메인 가이드레일로 이동시킴으로서 상기 압력탱크 내로 운반하도록 된 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출 장치.
제5항에 있어서,

상기 수납용 케이스는, 약 35∼45%의 타공률을 가지도록 상기 스팀통과공이 형성되며, 스테인레스 재질로 된 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출장치.
제1항에 있어서, 상기 열교환 응축기는,

수증기 유입구와, 응축수 배출구 및 냉각수 입/출구를 가지는 응축탱크와;

상기 응축탱크 내부에 복수의 열을 이루도록 설치되며 상기 냉각수 입/출구 각각에 연결되는 냉각파이프;를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출장치.
제7항에 있어서,

상기 응축탱크는 그 내부에서 응축된 응축수가 상기 응축수 배출구로 흘러내리도록 상기 유입구로부터 배출구쪽으로 소정 각도 기울어지게 설치되는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출장치.
제7항에 있어서,

상기 냉각파이프의 내주면에는 길이방향으로 연속되도록 그루브가 인입형성된 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출장치.
제1항에 있어서,

상기 열교환 응축기에서 응축된 응축수를 상기 유수분리기로 이동시키기 위한 메인 응축수경로와;

상기 메인 응축수경로로부터 분기되며, 소량의 응축수를 별도의 용기에 담을수 있도록 밸브에 의해 개폐되는 개방단부를 가지는 보조 응축수경로;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물성 테르펜정유 추출장치.