KR101966209B1 - 유기 재료들의 마이크로파 진공-건조 - Google Patents

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Abstract

식료품과 같은 유기 재료들의 마이크로파 진공 건조를 위한 장치 및 방법이 개시된다. 탈수 장치(20)는 일 단부에서 입력 모듈(28)을 갖고 나머지 단부에서 배출 모듈(32)을 갖는 진공 챔버(24)를 갖는다. 진공 챔버는 운용과 유지 접근을 제공하는 입력 단부와 배출 단부 사이에 멀리 떨어져 간격을 두는 액세스 도어들(80)을 갖는다. 마이크로파 발생기들(86)은 각각의 액세스 도어 상에 장착되고 액세스 도어 상의 마이크로파 챔버와 마이크로파-투명 윈도우를 통하여 진공 챔버 내로 조사하도록 배치된다. 진공 챔버 내의 한 쌍의 롤러들(60)은 수평 축 주위로 유기 재료(112)의 컨테이너를 회전시키고, 체인 드라이브(64)는 진공 챔버를 통하여 롤러들을 따라 컨테이너들을 끌어당긴다.

Description

유기 재료들의 마이크로파 진공-건조{MICROWAVE VACUUM-DRYING OF ORGANIC MATERIALS}
본 발명은 식료품을 포함하는, 유기 재료의 마이크로파 진공 건조를 위한 장치들과 방법들에 관한 것이다.
유기 재료들의 탈수는 식품 가공 산업 및 생물학적으로 활성인 재료들의 생산에 통상적으로 수행된다. 이는 저장을 위하여 제품들을 보존하거나, 또는 건조 형태로 사용되는 제품, 예를 들면, 건조 허브(herb) 및 다양한 종류의 칩(chip)을 생산하기 위하여 수행될 수 있다. 식료품 및 생물학적 활성 재료들을 탈수시키기 위하여 사용되는 한 가지 방법은 마이크로파 진공 탈수이다. 특허에서의 이러한 예들은 2009년 4월 23일에 공개된 Durance 등의 WO2009/049409 A1; 2009년 3월 19일에 공개된 Durance 등의 WO2009/033285; 및 2011년 7월 21일에 공개된 Fu 등의 WO2011/085467을 포함한다. 마이크로파 진공 건조는 공기 건조 및 동결 건조 제품들과 비교하여 향상된 품질을 갖는 제품들을 생산할 수 있는 빠른 방법이다. 감소된 압력 하에서 건조가 수행되기 때문에, 대기의 물과 산소 함량의 끓는점은 낮고, 따라서 식품과 의학 성분들은 공기 건조에 의한 것보다 고도로 유지될 수 있다. 건조 과정은 또한 공기- 및 동결 건조보다 훨씬 빠르다. 본 발명은 종래의 마이크로파 건조의 개량에 관한 것이다.
본 발명의 일 양상에 따르면, 유기 재료를 탈수하기 위한 장치가 제공된다. 진공 챔버는 유기 재료의 컨테이너의 진공 챔버 내로의 도입을 위한 입력 단부 및 컨테이너의 제거를 위한 배출 단부를 포함한다. 진공 챔버는 진공 챔버의 입력 단부와 배출 단부 사이에 세로로 떨어져 간격을 두는 복수의 액세스 도어(access door)를 갖는다. 각각의 액세스 도어는 적어도 하나의 마그네트론(magnetron)을 가지며, 마그네트론은 도파관(waveguide)를 갖는다. 각각의 액세스 도어는 도파관과 진공 챔버 사이에 배치되는 각각의 마이크로파-투명 윈도우(microwave-transparent window)를 갖는다. 각각의 액세스 도어 상의 적어도 하나의 마그네트론 및 도파관은 마이크로파들을 마이크로파-투명 윈도우를 통하여 진공 챔버 내로 방출하도록 배치된다. 장치는 진공 챔버 내부에 압력을 감소시키기 위한 수단, 컨테이너를 진공 챔버의 입력 단부 내로 로딩하기 위한 수단, 컨테이너를 진공 챔버 내부로 회전시키기 위한 수단, 컨테이너를 진공 챔버를 통하여 입력 단부로부터 배출 단부로 이동시키기 위한 수단, 및 배출 단부에서 탈수된 유기 재료의 컨테이너를 언로딩하기 위한 수단을 갖는다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 진공 챔버의 각각의 액세스 도어는 복수의 마그네트론을 가지며, 각각의 마그네트론은 각각의 도파관을 갖는다. 각각의 액세스 도어 상의 도파관들은 액세스 도어 상의 마그네트론들 사이에 마이크로파 간섭을 최소화하도록 지향된다. 마이크로파 간섭의 이러한 최소화는 액세스 도어 상의 다른 도파관들의 개구부들과 다른 각도로 지향되는 액세스 도어의 정면에 도파관 개구부들을 가짐으로써 수행될 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 진공 챔버는 연속적으로 배치되는 복수의 액세스 도어를 포함하며, 액세스 도어들은 각각의 진공 챔버 모듈이 각각의 액세스 도어를 갖는 것과 같이 배치된다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 진공 챔버 액세스 도어를 갖는 진공 챔버, 액세스 도어 상에 배치되고 마이크로파-투명 윈도우를 통하여 진공 챔버 내로 마이크로파들을 방출하도록 배치되는 마그네트론들을 포함하는, 유기 재료를 탈수시키기 위한 장치가 제공된다. 마이크로파-투명 윈도우는 도파관과 진공 펌프 사이에 배치된다. 액세스 도어 상의 복수의 마그네트론과 도파관은 마이크로파-투명 윈도우를 통하여 진공 챔버 내로 마이크로파들을 방출하도록 배치된다. 액세스 도어 상의 도파관들은 마그네트론들 사이의 간섭을 최소화하도록 배치된다. 장치는 진공 챔버 내부의 압력을 감소시키고 유기 재료의 컨테이너를 진공 챔버 내부로 회전시키기 위한 수단을 포함한다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 유기 재료를 탈수시키기 위한 방법이 제공된다. 재료의 마이크로파-투명 컨테이너가 대기보다 낮은 압력인, 진공 챔버 내로 도입된다. 유기 재료를 탈수시키기 위하여 진공 챔버의 복수의 액세스 도어 상에 위치되는 마그네트론들로부터 각각의 마이크로파-투명 윈도우들을 통하여 마이크로파 방출을 적용하는 동안에 컨테이너는 진공 챔버 내부로 회전되고 회전하는 컨테이너는 진공 챔버를 통하여 입력 단부로부터 출력 단부로 이동된다. 탈수된 유기 재료의 컨테이너는 그리고 나서 진공 펌프로부터 제거된다.
진공 챔버 상에 액세스 도어들을 제공하고 도어 상에 마이크로파 발생기와 마이크로파-투명 윈도우를 위치시킴으로써, 본 발명의 발명자들은 탈수 장치의 해제를 필요로 하지 않고, 진공 챔버의 내부 및 마이크로파 발생기로의 운용과 유지 접근을 허용한다.
본 발명에 의하여 탈수에 적합한 유기 재료의 예들은: 바나나, 망고, 파파야, 파인애플, 멜론, 사과류, 배류, 체리류, 장과류(berries), 배류(peaches), 살구류(apricots), 포도류, 오렌지류, 레몬류, 자몽을 포함하는, 통째, 퓨레(puree) 또는 조각들, 혹은 동결 또는 비-동결의 과일; 완두류, 콩류, 옥수수, 당근, 토마토, 후추류, 허브, 감자, 사탕무(beet), 순무(turnip), 호박류, 양파류, 마늘을 포함하는, 신선하거나 또는 동결의, 전체, 퓨레 또는 조각들의 야채들; 과일 및 야채 주스; 쌀, 귀리(oat), 밀, 보리, 옥수수, 아마씨(flaxseed)를 포함하는 미리 조리된 곡물류; 야채 검(vegetable gum); 약제; 친수성 콜로이드 또는 검이 둘러싸고 캡슐화하는 재료 조각들; 덜 민감한 재료를 보호하고 안정화하기 위한 수단으로서의 상대적으로 덜 안정적인 재료의 방울(droplet) 또는 입자; 신선하거나 또는 동결되거나, 혹은 전체 또는 조각들의, 육류, 어류, 해산물; 치즈 및 커드(curd)와 같은 유제품을 포함한다.
상술한 본 발명의 특징들과 다른 특징들은 뒤따르는 설명과 바람직한 실시 예들의 도면들로부터 자명해질 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 탈수 장치의 등적 단면도이다.
도 2는 도 1의 라인 2-2 상의 진공 챔버를 가로지른 단면도이다.
도 3은 액세스 도어가 개방 위치인, 도 1의 장치의 진공 챔버 모듈의 정면도이다.
도 4는 유기 재료용 컨테이너의 등적 부분 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제 2 실시 예에 따른 장치의 사시도이다.
도 6은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 탈수 장치의 등측도이다.
도 7은 본 발명의 제 3 실시 예에 따른 탈수 장치의 등측도이다.
도 8은 도 7의 탈수 장치를 가로지른 단면도이다
우선 도 1-3을 참조하면, 탈수를 위하여 유기 재료의 컨테이너(26)가 이동되는 단일 진공 챔버(24)를 형성하기 위하여 연속적으로, 즉 끝에서 끝으로 연결되는 복수의 진공 챔버 모듈(22)을 갖는다. 설명의 편이를 위하여, 도면에서는 진공 챔버(24)가 세 개의 모듈(22a, 22b 및 22c)을 포함하는 것으로 도시되나, 진공 챔버(24)는 특정 적용과 생산 능력에 적합한 어떠한 수의 모듈(22)도 포함할 수 있는데, 예를 들면 10개 이상의 모듈도 가능하다.
컨테이너들(26)의 진공 챔버(24) 내로의 도입을 위하여 제 1 진공 챔버 모듈(22a)의 입력 단부(30)에 로딩 모듈(28)이 위치된다. 컨테이너들의 제거를 위하여 마지막 진공 챔버 모듈(22c)의 출력 또는 배출 단부(34)에 배출 모듈(32)이 위치된다. 로딩 모듈(28)과 배출 모듈(32)은 각각 한 쌍의 에어록 도어(airlock door, 36, 38 및 40, 42)를 갖는다. 이것들은 탈수 과정을 위하여 필요한 감소된 압력 하에서 유지되는 동안에 컨테이너들이 진공 챔버 내로 로딩되고 진공 챔버로부터 언로딩되도록 허용한다. 에어록 도어들은 공기 실린더(29)의 피스톤에 의해 하우징 내에서 이동가능한 자가-밀봉 도어들이다. 도어를 올리면 열리고 컨테이너가 통과하는 것을 허용하며, 도어를 내리면 닫히고 기밀(airtight) 밀봉을 형성한다. 로딩 및 배출 모듈(28, 32)은 컨테이너들의 이동을 위하여 각각 모터-구동 컨베이어(44, 46)들을 갖는다. 탈수 장치는 세로 축으로, 실질적으로 지지 스탠드(support stand, 48)) 상에 지탱되는, 수평으로 지향된다.
각각의 진공 챔버 모듈(22)은 일반적으로 원주의(circumferential) 측벽(49)을 갖는 실린더형 구조이다. 모듈(22)의 각각의 단부에 플랜지들(52)은 인접한 플랜지와의 기밀 결합 부착을 위하여, 진공 챔버 모듈들을 함께 연결하며, 제 1 진공 챔버 모듈(22)을 연속적으로 로딩 모듈(28)에 연결하고 마지막 진공 챔버 모듈(22c)을 연속적으로 배출 모듈(32)에 연결하도록 구성된다. 진공 챔버 모듈들은 따라서 로딩 모듈과 배출 모듈 사이에서 확장하는 기밀의, 통합된 진공 챔버(24)를 형성한다. 진공 챔버는 하나의 모듈로부터 인접한 모듈로의 컨테이너들(26)의 이동을 위하여 인접한 진공 챔버 사이에 통로를 제공하는 개구부(50)를 갖는 부분 단부 벽(53)을 갖는다. 이러한 통로는 진공 챔버 모듈 내의 컨테이너의 이동을 위한 단면적보다 작은 단면적을 갖는데, 즉, 개구부(50)의 영역은 진공 챔버 모듈을 가로지르는 단면적보다 작다. 이는 챔버 모듈들 사이의 상호 간섭을 최소화하기 위하여, 마이크로파 초크(microwave choke)로서 작용한다.
탈수 장치(24)는 도관(55)을 통하여 차례로 진공 챔버 모듈들(22) 및 로딩 모듈과 배출 모듈(28, 32) 내의 진공 포트들(56)을 연결하는, 진공 분배기(vacuum distributer, 도시되지 않음)로 작동적으로 연결되는 진공 펌프(54)를 포함한다. 대안으로서, 진공 포트들은 설비의 중앙 진공 시스템과 같은 진공원에 연결될 수 있다. 진공 포트들(56)과 진공 펌프(54) 사이에 콘덴서(58)가 연결된다. 설명의 편이를 위하여, 도 1에 단일 진공 포트(56)만이 도시되나, 진공 챔버 및 로딩 모듈과 배출 모듈에 필요한 만큼 다수의 포트(56)가 제공될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
장치는 냉매를 콘덴서와 마이크로파 발생기들에 전달하도록 연결되고 따라서 그것들을 원하는 온도로 유지하고, 압축기, 냉각 팬 및 냉매 펌프를 포함하는, 액체를 냉각하기 위한 냉장 유닛(refrigeration unit, 96)을 포함한다.
도 1과 2에서 알 수 있는 것과 같이, 진공 챔버(24)는 진공 챔버 모듈들을 통하여 세로로 확장하고 컨테이너들(36)을 지탱하고 회전시키도록 배치되는 한 쌍의 회전가능한 롤러를 갖는다. 롤러들은 구동 모터(도시되지 않음)에 의해 구동되도록 배치된다. 진공 챔버를 통한 컨테이너들의 운송을 위하여, 진공 챔버의 하부 부눈 내에 체인 드라이브(chain drive)가 제공된다. 이는 컨테이너들의 뒤쪽 모서리와 맞물리기 위하여 멀리 떨어져 간격을 두는 도그(dog, 68)들을 갖는 체인(66)을 포함하고, 구동 모터(70)에 의해 폐쇄 루프에서 구동되도록 배치된다. 컨테이너들의 하부 측면에 근접하게 체인을 지탱하기 위하여 체인 루프의 전방 및 후방 단부 사이에 중간 체인 지지 휠(intermediate chainm support wheel)들이 제공된다. 체인 드라이브(64)는 따라서 롤러들(60)을 따라 컨테이너들을 미끄러뜨림으로써 제 1 진공 챔버 모듈(22a)의 입력 단부로부터 마지막 진공 챔버 모듈(22c)의 출력 단부로 진공 챔버 내의 컨테이너들을 이동시킬 수 있다. 롤러들(60) 및 체인(66)은 진공 챔버의 길이를 통하여, 즉 그것들 사이의 진공 모듈들(22)과 개구부(50)를 통하여 확장한다.
각각의 진공 챔버 모듈(22)은 힌지들(82)에 의해 진공 챔버 모듈의 측벽에 선회가능하게 부착되고 액세스 포트(84)를 덮는 액세스 도어(80)를 갖는다. 액세스 포트는 응축물과 세척수의 배수에 도움을 주기 위하여 수평으로부터 비스듬히 지향된다. 액세스 포트는 진공 챔버의 운용 및 유지 접근을 제공하도록 크기화된다. 예를 들면, 액세스 포트는 약 140 ㎝의 외부 지름을 갖는 진공 챔버 모듈 상에 약 60 ㎝의 지름일 수 있다. 액세스 도어(80)는 진공 챔버에 안전하고 해제가능하게 잠겨지고 포트(84)의 림(rim)과 기밀 밀봉을 형성한다. 마그네트론들(86)의 세트(마이크로파 발생기들)는 액세스 도어의 내부 벽(88) 내부에 장착되며, 마그네트론 안테나들은 각각의 도파관(90) 내로 돌출한다. 도파관들은 액세스 도어들의 내부 벽(88) 또는 면(88)에서 개방되고 각각 액세스 도어의 다른 도파관들과 다른 각도로 지향되는, 정면도에서 직사각형의, 액세스 도어들의 내부 벽(88) 내의 리세스들이다. 서로 다른 각들은 마그네트론들 사이의 간섭을 감소시키고, 이에 의해 다른 마그네트론에 의한 마그네트론의 열을 최소화하며, 진공 챔버 내의 활성을 위한 전위를 감소시키며, 진공 챔버 내의 더 많은 균일 마이크로파 장을 야기한다. 도시된 실시 예에서, 각각의 액세스 도어(80) 내에 8개의 마그네트론이 존재한다. 특정 적용을 위한 전력 또는 건조 요구사항에 따라, 더 많거나 더 적은 마그네트론이 제공될 수 있다. 도 3에서 가장 잘 알 수 있는 것과 같이, 마그네트론들(86)과 도파관들은 도어의 면 주위에 원형 어레이로 배치되고, 각각은 세트 내의 다른 마그네트론들 및 도파관들과 관련하여 비스듬히 지향된다. 필요한 전력을 제공하기 위하여 마그네트론들은 전원장치(도시되지 않음)에 연결된다. 각각의 액세스 도어 상의 바람직한 마그네트론들의 세트는 각각의 진공 챔버 모듈(22)을 위한 12 ㎾의의 전력 출력을 위하여, 각각 1.5 ㎾의 8개의 마그네트론을 포함한다. 도시된 것과 같이 3개의 진공 챔버 모듈을 갖는 장치는 따라서 36 ㎾의 총 전력 출력을 갖는다. 냉각수가 냉각 액체 냉장 유닛(96)으로부터 마그네트론들 주위를 순환하도록 펌핑된다. 예를 들면 테플론(Teflon)으로 만들어지는, 마이크로파-투명 윈도우(92)가 진공 챔버 모듈의 벽에 매우 근접하게, 그것의 내부 면에서 각각의 액세스 도어 상에 제공된다. 마이크로파 챔버(94)는 마그네트론들(86)과 윈도우(92) 사이에 위치된다. 윈도우(92)와 액세스 도어(80) 사이에 기밀 밀봉이 존재하며, 액세스 도어가 닫히고 진공 챔버가 진공일 때, 윈도우(92)는 진공 챔버의 벽을 형성한다. 마이크로파 챔버(94) 내의 윈도우 외부에서, 압력은 대기압을 유지한다.
탈수 장치(20)는 컨베이어, 체인 드라이브 모터들, 에어록 도어들, 마이크로파 발생기들, 진공 펌프 및 냉매 펌프를 포함하는, 시스템의 운용을 제어하도록 프로그래밍되고 연결되는 프로그램가능 논리 컨트롤러(PLC)를 포함한다.
도 4에 도시된 것과 같이, 컨테이너(26)는 측벽(102), 폐쇄된 바닥 벽(104), 원뿔대(frustoconical) 상부 벽(106)을 갖고 상단 단부에 개구부(108)를 갖는, 고밀도 폴리에틸렌(polyethylene)과 같은 적절한 마이크로파-투명 재료로 만들어지는 바스켓(basket)이다. 바닥 벽과 원뿔대 벽의 하부 모서리 사이에서 확장하는 내부 분배기(divider, 110))는 내부 공간을 4개의 세그먼트로 세분한다. 사용에 있어서, 탈수를 위한 유기 재료는 컨테이너가 수평 위치에서 그것의 세로축 주위를 회전할 때 유기 재료가 원뿔대 벽에 의해 컨테이너 내부에 유지되고 탈수과정 동안에 폐쇄되지 않은, 개부구 외부로 유출되지 않는 것과 같이 컨테이너 내로 로딩된다.
탈수장치(20)는 다음의 방법에 따라 작동한다. 에어록들(38 및 42)이 닫힌다. 진공 펌프, 컨베이어 드라이브 모터들, 체인 드라이브 모터, 마이크로파 발생기들 및 냉매 펌프가 모두 프로그램가능 논리 컨트롤러의 제어 하에서 활성화된다. 진공 챔버 내의 압력은 0.01 내지 100 토르(Torr)(1.333 내지 13.332 Pa), 대안으로서 약 0.1 내지 30 토르(13.33 내지 4,000 Pa)의 범위 내의 압력으로 감소된다. 탈수되려는 유기 재료가 컨테이너 내로 들어가고 컨테이너는 앞에 개방 단부(108)를 갖는, 로딩 모듈 내에 위치된다. 외부 에어록 도어(36)가 닫히고 로딩 모듈은 진공 챔버의 압력으로 진공처리된다. 그리고 나서 내부 에어록 도어(38)가 열리고 컨테이너는 컨베이어(44)와 체인 드라이브(64)에 의해, 진공 챔버의 제 1 진공 챔버 모듈(22a) 내로 전달된다. 일단 컨테이너가 진공 챔버 모듈(22a) 내에 완전히 존재하면, 로딩 챔버는 내부 에어록 도어(38)를 닫고, 대기 압력으로 로딩 모듈을 통기하며(venting) 외부 에어록 도어(36)를 개방함으로써 제 2 컨테이너를 받을 준비를 한다. 탈수 장치는 따라서 연속적인 과정으로 유지 재료의 다수의 컨테이너를 동시에 처리할 수 있다. 진공 챔버(24) 내부에서, 컨테이너는 컨테이너가 체인 드라이브(64)에 의해 롤러들을 따라 당겨지고 마이크로파 발생기들이 재료를 조사하고(irradiate) 재료를 탈수하는 동안에, 즉 원하는 레벨로 재료의 습기를 감소시키는 동안에, 롤러들(60) 상에서 컨테이너 내의 유기 재료를 텀블링(tumbling)하는, 실질적으로 수평 축 주위를 회전한다. 이러한 과정은 컨테이너가 진공 모듈 모듈(22b 및 22c)을 통하여 끌려짐에 따라 계속된다. 그리고 나서 컨테이너는 배출 모듈(32)로 들어가며, 이는 외부 에어록 도어(42)를 향하여 전달된다. 그리고 나서 내부 에어록 도어(40)가 닫히고, 배출 모듈이 대기로 통기되며, 외부 에어록 도어(42)가 열리고 컨테이너가 제거된다. 컨테이너는 그리고 나서 탈수된 유기 재료를 컨테이너로부터 개구부(108)를 통하여 해제하도록 역전된다(inverted). 외부 에어록 도어(42)를 닫고 진공 챔버의 감소된 압력으로 배출 모듈을 통기하며 내부 에어록 도어를 개방함으로써, 진공 챔버로부터 제거되려는 그 다음의 컨테이너를 위하여 배출 모듈이 준비된다.
도 5에 도시된 것과 같이, 탈수 장치(20)는 제품 라인(120)과 통합될 수 있다. 위에 설명된 것과 같이 진공 챔버(24), 로딩 모듈(28) 및 배출 모듈(32)이 함께 배치된다. 배출 모듈의 하류는 탈수된 내용물의 컨테이너들을 비우기 위한 빈 스테이션(122)이고, 그 뒤에 빈 컨테이너들을 세척하기 위한 세척 스테이션(124)이 뒤따르고, 그 뒤에 세척된 컨테이너들을 탈수되려는 유기 재료로 채우기 위한 충전/재충전 스테이션(126)이 뒤따른다. 충전된 컨테이너들은 그리고 나서 로딩 모듈(28)로 전달된다. 컨테이너들(26)이 개방 단부를 가지나 리드(lid)가 없기 때문에, 운영자에 의한 어떠한 행동이 거의 필요하지 않은 자동화 수단에 의해 쉽게 비워지거나, 세척되고 충전되거나 또는 재충전된다.
개별 진공 챔버 모듈로 만들어지는 것은 진공 챔버를 위한 제조와 작동 편이성의 문제라는 것을 이해하여야 한다. 예를 들면, 제품 라인은 표준 모듈을 사용하는 어떠한 원하는 길이 또는 용량으로 만들어질 수 있다. 조립을 위하여 제조사로부터 사용자로의 장치의 운송은 모듈식 디자인에 의해 용이해진다. 손상된 모듈은 실질적으로 나머지 장치에 영향을 미치지 않고 수리될 수 있다. 그러나, 모듈식 디자인이 본 발명에 필수적인 것은 아니다. 따라서, 탈수 장치의 또 다른 실시 예에서, 진공 챔버는 함께 부착되는 복수의 진공 챔버 모듈보다는 오히려 통합된 구조를 포함한다. 도 6을 참조하면, 탈수 장치(200)는 진공 챔버(202)가 단일의 통합된 구조를 포함하고 서로 연결되는 개별 진공 챔버 모듈을 포함하지 않는다는 점을 제외하고는 실질적으로 위에 설명된 탈수 장치(20)와 동일하다. 입력 단부(30)와 출력 단부(34) 사이의 진공 챔버(202)의 길이를 따라 다수의 액세스 도어(80a, 80b, 80c)가 제공된다. 이러한 액세스 도어들은 모듈식 건조 장치(20)의 개별 진공 챔버 모듈들 내의 액세스 도어들(80)에 의해 제공되는 것과 동일하게, 진공 챔버의 내부 및 각각의 도어들 내에 장착되는 마이크로파 발생기들(86)에 대한 운용 및 유지 접근을 제공한다.
본 발명은 또한 위에 설명된 것과 같은 다수의 진공 모듈보다는 오히려 단일 진공 모듈이 존재하는 탈수 장치 및 방법을 포함한다. 도 7과 8을 참조하면, 탈수 장치(300)는 마이크로파 발생기들(86)의 세트와 마이크로파-투명 윈도우(92)를 갖는 액세스 도어(80)를 갖는 진공 챔버(302)를 포함하며, 지지 롤러들(60)을 따라 컨테이너를 운송하기 위한 수단을 가지지 않고 로딩 모듈 또는 배출 모듈로의 연결을 위하여 적용되지 않는다는 점을 제외하고는 위에 설명된 것과 같은 진공 챔버 모듈(22)과 실질적으로 동일한데, 액세스 도어(80)가 유기 재료의 컨테이너를 로딩하고 언로딩하기 위하여 개방되기 때문에 이러한 모듈들은 필요하지 않다.
건조 장치(300)는 따라서 연속 과정보다는 배치(batch) 건조용으로 의도된다. 탈수되려는 유기 재료의 컨테이너(26)는 액세스 포트(84)를 통하여 진공 챔버(302) 내에 위치된다. 액세스 도어(80)는 그리고 나서 밀봉되며 진공 챔버는 진공상태가 된다. 탈수 후에, 진공 챔버는 대기로 통기되고, 액세스 도어가 개방되고 탈수된 재료의 컨테이너는 제거된다. 그러한 운영은 운영자에 의해 수동으로 기계화되거나 또는 수행될 수 있다.
이전의 설명 및 상응하고 같은 부품이 동일한 참조번호에 의해 식별되는 도면들에 걸쳐, 통상의 지식을 가진 자들에 더 완전한 이해를 제공하기 위하여 특정 상세내용들이 설명되었다. 그러나 본 발명을 불필요하게 불분명하게 하는 것을 방지하기 위하여 잘 알려진 구성요소들은 도시되지 않거나 또는 설명되지 않을 수 있다. 따라서, 설명과 도면들은 제한적인 의미로서보다는 설명을 위한 것으로 간주되어야 한다.
실시 예 1
탈수된 치즈 스낵 제품을 생산하기 위하여 도 7과 8에 도시된 배치-처리 형태의 탈수 장치를 사용하여 치즈의 큐브(cube)들이 탈수되었다. 44.5%의 수분 함량과 19%의 지방 함량을 갖는 약간 오래된 5 ㎏ 블록의 체다 치즈가 1 ㎝3의 큐브들로 절단되었다. 평균 조각 체적과 중량은 1.0 ㎝3 및 2.34 g이었다. 조각들은 도 4에 도시된 형태의 컨테이너 내로 로딩되었고 컨테이너는 진공 챔버 내에 위치되었다. 챔버는 진공처리되었다. 진공 챔버 내의 압력은 18-22 토르의 범위였다. 컨테이너는 8.5 ppm으로 회전되었다. 탈수 과정은 55분 동안 운영되었고, 그동안에 마이크로파 전력 출력은 다음과 같이 다양하였다: 10분 동안 1.5 ㎾, 6분 동안 3 ㎾, 4분 동안 1.5 ㎾, 2분 동안 3 ㎾, 및 마지막으로 15분 동안 4.5 ㎾(1.5 ㎾는 진공 챔버 액세스 도어 상의 8개의 마그네트론의 세트의 단일 마그네트론을 동력화함으로써 생산되었고, 3 ㎾는 두 개의 마그네트론을 동력화함으로써 생산되었으며, 그 이하도 마찬가지이다). 탈수된 치즈 조각들은 진공 챔버로부터 제거되었다. 그것들의 온도는 79-81℃였다. 평균 조각 체적과 중량은 4.2 ㎝3 및 1.37 g이었다. 총 생산 중량은 2.8 ㎏이었다.
실시 예 2
10 ㎏의 치즈 큐브를 사용하여 실시 예 1의 과정이 반복된다. 탈수 과정은 79.7분 동안 운영되었고, 그동안에 마이크로파 전력 출력은 다음과 같이 다양하였다: 4분 동안 4.5 ㎾, 11분 동안 3 ㎾, 1.7분 동안 4.5 ㎾, 6분 동안 4.5 ㎾, 4분 동안 3 ㎾, 및 마지막으로 39분 동안 4.5 ㎾. 결과는 탈수된 치즈 조각들이 진공 챔버로부터의 제거 상에서 89-93℃ 범위 내에서 더 뜨거워지고 총 제품 중량이 5.6 ㎏이었던 점을 제외하고는 실시 예 1에서 위에 설명된 것과 동일하였다.
22 : 진공 챔버 모듈
24 : 진공 챔버
26 : 컨테이너
28 : 로딩 모듈
29 : 공기 실린더
30 : 제 1 진공 챔버 모듈의 입력 단부
32 : 배출 모듈
34 : 배출 단부
36, 38, 40, 42 : 에어록 도어
44, 46 : 컨베이어
48 : 지지 스탠드
49 : 측벽
50 : 개구부
53 : 부분 단부 벽
54 : 진공 펌프
55 : 도관
56 : 진공 포트
58 : 콘덴서
60 : 롤러
64 : 체인 드라이브
66 : 체인
68 : 도그
70 : 구동 모터
80 : 액세스 도어
82 : 힌지
84 : 액세스 포트
86 : 마그네트론
88 : 액세스 도어의 내부 벽
92 : 윈도우
94 : 마이크로파 챔버
96 : 냉장 유닛
102 : 측벽
104 : 바닥 벽
106 : 상부 벽
108 : 개구부
110 : 내부 분배기
120 : 제품 라인
122 : 빈 스테이션
124 : 세척 스테이션
126 : 충전/재충전 스테이션
200 : 탈수 장치
202 : 진공 챔버
300 : 탈수 장치
302 : 진공 챔버

Claims (27)

  1. 유기 재료를 위한 컨테이너의 진공 챔버 내로의 도입을 위한 입력 단부 및 상기 컨테이너의 제거를 위한 배출 단부를 갖는 진공 챔버를 구비하되,
    상기 진공 챔버는 상기 진공 챔버 내로의 복수의 액세스 도어를 가지며, 상기 액세스 도어는 상기 입력 단부와 상기 배출 단부 사이에 상기 진공 챔버를 따라 서로 떨어져 세로로 간격을 두며, 상기 액세스 도어는 상기 진공 챔버 내로의 운용 접근을 위해 진공 챔버에 해제가능하게 잠겨지며,
    각각의 상기 액세스 도어는 액세스 도어 상에 장착된 복수의 마그네트론을 갖고, 각각의 상기 마그네트론은 각각의 도파관을 가지며,
    각각의 상기 액세스 도어는 상기 도파관과 상기 진공 챔버 사이에 배치되는 각각의 마이크로파-투명 윈도우를 가지며,
    각각의 액세스 도어 상의 상기 복수의 마그네트론과 도파관은 상기 마이크로파-투명 윈도우를 통하여 상기 진공 챔버 내로 마이크로파들을 방출하도록 배치되며,
    각각의 액세스 도어 상의 각각의 상기 도파관은 상기 액세스 도어의 면 내에 개구부를 가지며, 각각의 상기 개구부는, 상기 액세스 도어 상의 상기 마그네트론들 사이의 마이크로파 간섭을 최소화하도록, 상기 액세스 도어 상의 다른 도파관들의 개구부와 다른 각도로 지향되며;
    상기 진공 챔버 내부의 압력을 감소시키기 위한 수단;
    상기 컨테이너를 상기 진공 챔버의 입력 단부 내로 로딩하기 위한 수단;
    상기 컨테이너를 상기 진공 챔버 내부로 회전시키기 위한 수단;
    상기 진공 챔버를 통하여 상기 입력 단부로부터 상기 배출 단부로 상기 회전하는 컨테이너를 이동시키기 위한 수단; 및
    상기 배출 단부에서 상기 진공 챔버로부터 탈수된 유기 재료의 컨테이너를 언로딩하기 위한 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 진공 챔버는 연속적으로 배치되는 복수의 진공 챔버 모듈을 포함하고 상기 복수의 액세스 도어는 각각의 상기 진공 챔버 모듈이 각각의 액세스 도어를 갖는 것과 같이 배치되는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  3. 제 2항에 있어서, 하나의 모듈로부터 인접한 모듈로 상기 컨테이너의 이동을 위한 인접한 모듈들 사이의 통로는 모듈 내의 상기 컨테이너의 이동을 위한 통로의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  4. 제 3항에 있어서, 인접한 모듈들 사이의 상기 통로는 마이크로파 초크인 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 액세스 도어들은 상기 진공 챔버에 선회하여 부착되는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  6. 제 1항에 있어서, 각각의 액세스 도어 상의 상기 마그네트론들은 일반적으로 원형 어레이 내에 배치되는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  7. 제 1항에 있어서, 각각의 상기 마이크로파-투명 윈도우는 각각의 액세스 도어 상에 장착되는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 컨테이너를 회전시키기 위한 수단은 상기 진공 챔버를 통하여 세로로 확장하는 두 개 또는 그 이상의 회전가능한 롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 컨테이너를 회전시키기 위한 수단은 수평 축 주위로 상기 컨테이너를 회전시키도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 회전하는 컨테이너를 이동시키기 위한 수단은 상기 컨테이너와 맞물리고 상기 회전가능한 롤러들을 따라 성기 컨테이너를 끌어당기도록 배치되는 컨베이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  11. 제 10항에 있어서, 상기 컨베이어는 체인 드라이브인 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  12. 제 1항에 있어서, 상기 로딩을 위한 수단은 에어 록을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  13. 제 1항에 있어서, 상기 언로딩을 위한 수단은 에어 록을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  14. 제 1항에 있어서, 상기 컨테이너는 원뿔대인 개방 단부를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  15. 제 14항에 있어서, 상기 컨테이너를 회전시키기 위한 수단은 상기 컨테이너의 개방된, 원뿔대 단부를 통하여 확장하는 수평 축 주위로 상기 컨테이너를 회전시키도록 배치되는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  16. 제 1항에 있어서, 상기 마그네트론들과 상기 각각의 마이크로파-투명 윈도우 사이에 마이크로파 챔버를 더 포함하며, 상기 마이크로파 챔버는 대기 압력이 되도록 적용되는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  17. 제 1항에 있어서, 상기 마그네트론들을 냉각하기 위한 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  18. 제 1항에 있어서, 상기 탈수 장치는 상기 탈수된 재료의 컨테이너를 비우기 위한 빈 스테이션, 상기 빈 컨테이너들을 세척하기 위한 세척 스테이션 및 상기 세척된 컨테이너들을 탈수되려는 유기 재료로 채우기 위한 충전 스테이션을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수하기 위한 장치.
  19. 진공 챔버;
    상기 진공 챔버 상의 진공 챔버 액세스 도어를 구비하되, 상기 액세스 도어는 상기 진공 챔버 내로의 운용 접근을 위해 진공 챔버에 해제가능하게 잠겨지며;
    상기 액세스 도어는 액세스 도어 상에 장착된 복수의 마그네트론을 갖고, 각각의 상기 마그네트론은 각각의 도파관을 가지며;
    상기 도파관과 상기 진공 챔버 사이에 배치되는 마이크로파-투명 윈도우를 구비하되,
    액세스 도어 상의 상기 복수의 마그네트론과 상기 도파관들은 상기 마이크로파-투명 윈도우를 통하여 상기 진공 챔버 내로 마이크로파들을 방출하도록 배치되고,
    상기 도파관들은 상기 액세스 도어 상의 상기 마그네트론들 사이에 마이크로파 간섭을 최소화하도록 지향되며;
    각각의 상기 도파관은 상기 액세스 도어의 면 내에 개구부를 가지며, 각각의 상기 개구부는, 상기 액세스 도어 상의 상기 마그네트론들 사이의 마이크로파 간섭을 최소화하도록, 상기 액세스 도어 상의 다른 도파관들의 개구부와 다른 각도로 지향되며;
    상기 진공 챔버 내부의 압력을 감소시키기 위한 수단;
    상기 진공 챔버 내부에 유기 재료를 위한 컨테이너를 회전시키기 위한 수단;을 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수시키기 위한 장치,
  20. 탈수되기 위한 유기 재료를 지지하는 마이크로파-투명 컨테이너를 진공 챔버 내로 도입하는 단계를 구비하되, 상기 진공 챔버는 상기 진공 챔버 내로의 복수의 액세스 도어를 가지며, 상기 액세스 도어는 상기 진공 챔버 내로의 운용 접근을 위해 진공 챔버에 해제가능하게 잠겨지며;
    대기보다 낮은 압력으로 상기 진공 챔버 내의 압력을 감소시키는 단계;
    진공 챔버 내부에 상기 컨테이너를 회전시키는 단계;
    유지 재료를 탈수시키기 위하여 상기 복수의 액세스 도어 상에 장착되는 마그네트론들로부터 각각의 마이크로파-투명 윈도우를 통하여 상기 진공 챔버 내로 마이크로파 방출을 적용하는 동안에 입력 단부로부터 배출 단부로 상기 진공 챔버를 통하여 상기 회전하는 컨테이너를 이동시키는 단계를 구비하되, 각각의 마그네트론은 각각의 도파관을 갖고, 각각의 액세스 도어 상의 각각의 상기 도파관은 상기 액세스 도어의 면 내에 개구부를 가지며, 각각의 상기 개구부는, 상기 액세스 도어 상의 상기 마그네트론들 사이의 마이크로파 간섭을 최소화하도록, 상기 액세스 도어 상의 다른 도파관들의 개구부와 다른 각도로 지향되며; 및
    상기 진공 챔버로부터 탈수된 유기 재료의 상기 컨테이너를 제거하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수시키기 위한 방법.
  21. 제 20항에 있어서, 상기 컨테이너는 수평 축 주위로 회전되는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수시키기 위한 방법,
  22. 제 21항에 있어서, 상기 수평 축은 상기 컨테이너의 개방 원뿔대 단부를 통하여 확장하는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수시키기 위한 방법,
  23. 제 20항에 있어서, 상기 진공 챔버를 상기 회전하는 컨테이너를 이동시키는 단계는 연속적으로 배치되는 복수의 진공 챔버 모듈을 통하여 상기 컨테이너를 이동시키는 단계를 포함하며, 각각의 상기 모듈은 상기 액세스 도어들 중 각각의 하나를 갖는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수시키기 위한 방법,
  24. 제 20항에 있어서, 상기 마그네트론들로부터의 상기 마이크로파 방출은 상기 마이크로파-투명 윈도우를 통하여 상기 진공 챔버 내로 통과하기 전에 대기 압력에서 마이크로파 챔버를 통과하는 것을 특징으로 하는 유기 재료를 탈수시키기 위한 방법,
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