KR102132835B1 - 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치 - Google Patents

온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102132835B1
KR102132835B1 KR1020200040710A KR20200040710A KR102132835B1 KR 102132835 B1 KR102132835 B1 KR 102132835B1 KR 1020200040710 A KR1020200040710 A KR 1020200040710A KR 20200040710 A KR20200040710 A KR 20200040710A KR 102132835 B1 KR102132835 B1 KR 102132835B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
temperature
raw material
hot air
drying chamber
droplet
Prior art date
Application number
KR1020200040710A
Other languages
English (en)
Inventor
조현무
Original Assignee
주식회사 에벤에셀엔지니어링
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 에벤에셀엔지니어링 filed Critical 주식회사 에벤에셀엔지니어링
Priority to KR1020200040710A priority Critical patent/KR102132835B1/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102132835B1 publication Critical patent/KR102132835B1/ko

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/16—Evaporating by spraying
    • B01D1/18—Evaporating by spraying to obtain dry solids
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01D—SEPARATION
    • B01D1/00—Evaporating
    • B01D1/16—Evaporating by spraying
    • B01D1/20—Sprayers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01J—CHEMICAL OR PHYSICAL PROCESSES, e.g. CATALYSIS OR COLLOID CHEMISTRY; THEIR RELEVANT APPARATUS
    • B01J2/00—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic
    • B01J2/02—Processes or devices for granulating materials, e.g. fertilisers in general; Rendering particulate materials free flowing in general, e.g. making them hydrophobic by dividing the liquid material into drops, e.g. by spraying, and solidifying the drops
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/06—Controlling, e.g. regulating, parameters of gas supply
    • F26B21/10—Temperature; Pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B3/00—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat
    • F26B3/02—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air
    • F26B3/10—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour carrying the materials or objects to be dried with it
    • F26B3/12—Drying solid materials or objects by processes involving the application of heat by convection, i.e. heat being conveyed from a heat source to the materials or objects to be dried by a gas or vapour, e.g. air the gas or vapour carrying the materials or objects to be dried with it in the form of a spray, i.e. sprayed or dispersed emulsions or suspensions

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Drying Of Solid Materials (AREA)

Abstract

분무 건조 장치가 개시된다. 분무 건조 장치는 원료가 공급되는 주입부, 원료가 건조되는 챔버, 및 챔버에서 건조된 고상의 원료가 중력에 의해 이동되어 외부로 배출되는 배출구를 포함하는 건조 챔버, 건조 챔버의 주입부로 공급되는 원료로 열풍을 전달하는 열풍 공급부, 상기 주입부로 공급되는 원료의 액적 온도를 감지하는 제1 온도 센서, 열풍 공급부로부터 유입되는 열풍의 온도(T2)를 감지하는 제2 온도 센서와, 제1 온도 센서 및 제2 온도 센서로부터 수신된 데이터를 처리하고, 건조 챔버로 공급되는 열풍의 온도를 조절하는 제어부를 포함하고, 제어부는 원료의 끓는 점을 획득하고, 제1 온도 센서로부터 감지된 주입부로 공급되는 원료의 온도를 수신하고, 감지된 원료의 액적 온도 및 원료의 상기 끓는 점을 바탕으로, 건조 챔버의 주입부로 공급될 열풍 온도를 결정하고, 열풍의 온도를 조절하여, 원료의 온도를 미리 지정된 온도 범위내로 설정하는 것을 특징으로 한다.

Description

온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치{A SPRAY DRYER INCLUDING TEMPERATURE CONTROL MODULE}
본문서에 개시된 다양한 실시예들은 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 다양한 실시예들은 열풍의 온도를 조절하여 분무 건조 장치의 건조 챔버에 주입되는 원료의 액적 온도(droplet temperature 또는 wet bulb temperature)를 조절하는 분무 건조 장치에 관한 것이다.
분무 건조 장치는 액상의 원료를 분무하여, 미립화된(atomized) 원료를 열풍으로 순간적으로 건조하여 원료의 분말을 획득하기 위한 장치이다. 분무 건조 장치는 의약품, 인스턴트 식품의 분말, 또는 안료 등의 다양한 분야에서 과립 분말을 얻기 위하여 사용되고 있다.
분무 건조 장치는 원료의 공급량의 변동은 건조 챔버 내의 온도 변동을 유발할 수 있어, 건조 챔버 내의 온도의 유지를 위한 제어 기술이 요구된다.
분무 건조 장치는 건조 챔버 내부의 온도 제어가 실패하는 경우, 건조 챔버 내에 포함된 원료를 전량 폐기 처분할 수밖에 없다. 건조 챔버 내에 온도가 원료의 변형을 일으키는 온도로 넘어가는 경우, 건조 챔버 내에 건조된 고체 분말은 사용할 수 없게 되기 때문이다. 예를 들면, 건조 챔버 내에 건조되는 분말의 탄화 또는 건조 분말이 재용융되어 벽면에 붙거나 슬러리(slurry) 형태로 유지되는 경우에는 건조 분말 제품의 질이 떨어져 제품화하기 어려워진다.
따라서, 분모 건조 장치는 건조 챔버 내의 온도를 원료의 변형 온도 아래로 유지될 수 있도록 제어하고, 공급되는 열풍의 온도를 제어할 수 있는 방안이 필요하다.
다양한 실시예들은, 건조 챔버로 유입되는 액상 또는 미립화된 원료의 액적 온도를 유지하도록 제어하는 분무 건조 장치를 제공하고자 한다.
다양한 실시예에 따르는 분무 건조 장치는, 액상의 원료가 공급되는 주입부, 상기 액상의 원료가 건조되는 챔버, 및 상기 챔버에서 건조된 고상의 원료가 중력에 의해 이동되어 외부로 배출되는 배출구를 포함하는 건조 챔버, 상기 건조 챔버의 주입부로 공급되는 원료로 열풍을 전달하는 열풍 공급부, 상기 주입부로 공급되는 액상 원료의 액적 온도를 감지하는 제1 온도 센서, 상기 열풍 공급부로부터 유입되는 열풍의 온도를 감지하는 제2 온도 센서와, 상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서로부터 수신된 데이터를 처리하고, 상기 건조 챔버로 공급되는 상기 열풍의 온도를 조절하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 액상 원료의 끓는 점을 획득하고, 상기 제1 온도 센서로부터 감지된 상기 주입부로 공급되는 액상 원료의 온도를 수신하고, 상기 감지된 액상 원료의 액적 온도 및 상기 액상 원료의 상기 끓는 점을 바탕으로, 상기 건조 챔버의 주입부로 공급될 열풍 온도를 결정하고, 상기 열풍의 온도를 조절하여, 상기 액상 원료의 온도를 미리 지정된 온도 범위내로 설정할 수 있다.
다양한 실시예에 따르는, 분무 건조 장치는, 액상의 원료가 공급되는 주입부, 상기 액상의 원료가 건조되는 챔버, 및 상기 챔버에서 건조된 고상의 원료가 중력에 의해 이동되어 외부로 배출되는 배출구를 포함하는 건조 챔버, 상기 건조 챔버의 주입부에 위치한 원심분리기로 상기 액상의 원료를 공급하는 원료 공급부, 상기 건조 챔버의 주입부에 인접한 위치로 연결되는 열풍전달관을 통하여 상기 건조 챔버의 상기 원심분리기로부터 상기 건조 챔버 내부로 공급되는 원료로 열풍을 전달하는 열풍 공급부와, 상기 열풍전달관에 배치되고, 상기 열풍의 온도를 감지하는 열풍 온도 센서를 포함하고, 상기 액상 원료의 액적 온도는, 상기 액상 원료의 끓는 점 및 감지된 상기 열풍의 온도를 바탕으로, 미리 지정된 범위 내에서
Figure 112020034844212-pat00001
로 조절되고, 상기 T1, T2, Tb의 단위는 Kelvin온도일 수 있다.
다양한 실시예에 따르는, 분무 건조 장치의 온도 제어 모듈은, 열풍 공급부로부터 건조 챔버 내부에 포함된 액상 원료를 향해 분사되는 열풍의 온도(T2)를 감지하는 열풍 온도 센서, 복수의 인스트럭션들을 저장하는 메모리와, 상기 열풍 온도 센서 및 상기 메모리와 작동적으로 연결되는 제어부를 포함하고, 상기 복수의 인스터럭션들은, 상기 제어부가 실행될 때, 상기 프로세서가, 상기 액상 원료의 끓는점을 입력받고, 상기 열풍 온도 센서로부터 상기 열풍의 온도를 수신받고, 상기 열풍의 온도 및 상기 액상 원료의 끓는점를 바탕으로, 상기 액상 원료의 액적 온도를 미리 지정된 범위 내의 온도로 제어하고, 상기 액적 온도를
Figure 112020034844212-pat00002
으로 설정하도록 제어하고, 상기 T1, T2, Tb의 단위는 Kelvin온도일 수 있다.
다양한 실시예에 따르는 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치는, 원료 공급부를 통해 공급되는 액상 원료의 액적 온도를 제어하는 기술을 제공하여 원료의 생성에 적절한 온도를 가지는 열풍을 제공할 수 있다.
다양한 실시예에 따르는 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치는, 건조 챔버 내의 상단부의 온도를 제어하여, 배기구의 온도를 바탕으로 제어하는 것보다 안정적으로 온도를 제어할 수 있고, 챔버 내부의 온도가 원료의 변형온도보다 높아지는 것을 방지할 수 있다.
도 1은, 다양한 실시예에 따르는 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치의 블록도를 나타낸다.
도 2는, 다양한 실시예에 따르는 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치에 포함된 건조 챔버의 단면도와 분무 건조 장치를 구성하는 장비의 배치를 나타낸다.
도 3은, 다양한 실시예에 따르는 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치의 주입되는 원료의 온도 제어 동작을 나타내는 순서도이다.
도 4는, 도 2의 분무 건조 장치에 원료 주입부 부분에 온도 센서가 추가된 것을 도시하고, 도 5는 도 2의 분무 건조 장치에 배기구 부분에 온도 센서가 추가된 것을 도시하고, 도 6은 도 2의 분무 건조 장치의 원류 주입부 및 배기구 부분 각각에 온도 센서가 추가된 것을 도시한다.
도 7은, 다양한 실시예에 따르는 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치의 챔버 내부의 온도 조절 및 원료의 온도 제어 동작을 나타내는 순서도이다.
도 8a 및 8b는, 다양한 실시예에 따르는 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치의 건조 챔버의 하부 구조를 나타낸다.
도 9는, 도 8a의 밸브를 포함하는 분무 건조 장치의 단면도 및 분무 건조 장치를 구성하는 장비의 배치를 나타낸다.
도 10은, 도 9의 분무 건조 장치의 동작을 나타내는 순서도이다.
본 명세서에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시예들에 대해서 특정한 구조적 또는 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되지 않는다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 변경들을 가할 수 있고 여러 가지 형태들을 가질 수 있으므로 실시예들을 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시형태들에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경, 균등물, 또는 대체물을 포함한다.
제1 또는 제2 등의 용어를 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만, 예를 들어 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “연결되어” 있다거나 “접속되어” 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 “직접 연결되어” 있다거나 “직접 접속되어” 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 표현들, 예를 들어 “~사이에”와 “바로~사이에” 또는 “~에 직접 이웃하는” 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예들을 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, “포함하다” 또는 “가지다” 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함으로 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 그러나, 특허출원의 범위가 이러한 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하 본 발명의 다양한 실시예에 따른 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치의 구조 및 동작 방법과 관련하여 상세히 설명한다.
도 1은, 다양한 실시예에 따르는 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치의 블록도를 나타낸다.
분무 건조 장치는, 분무 건조법을 이용하여, 액상의 원료를 분말로 얻어내는 장치를 말한다. 분무 건조 장치에서 이용되는 분무 건조법은 액상의 원료를 분무시켜 입자를 미립화(atomization)하여 넓은 표면적을 형성하고, 넓은 표면적을 가지는 입자에 열풍을 가하여 입자의 수분을 증발시킴으로써 건조된 분말을 획득할 수 있는 방법을 말한다.
분무 건조 장치는 액상의 원료를 단시간에 분말로 만들 수 있어 효율성을 높일 수 있다.
도 1을 참조하면, 분무 건조 장치(10)는, 건조 챔버(110), 원료 공급부(120), 열풍 공급부(130), 제어부(150) 및 열풍 배기부(190)를 포함할 수 있다. 분무 건조 장치(10)는 원료 공급부(120)로부터 공급된 건조 챔버(110)내로 전달된 원료를 열풍 공급부(130)로부터 전달된 열풍을 가하여, 건조된 분말을 획득할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 건조 챔버(110)는 원료 공급부(120)로부터 원료 공급관을 통하여 전달되는 액상의 원료를 수용하고, 액상의 원료를 분무하는 미립화 장치를 포함하는 주입부, 전달된 원료가 열풍 공급부(130)로부터 공급되는 열풍에 의해 건조되는 내부 공간을 포함하는 챔버, 및 상기 챔버 내에서 건조된 고상의 분말을 외부로 전달하는 배출구를 포함할 수 있다. 건조 챔버(110)는 주입부 주위에 배치되는 액상의 원료를 분무하는 액체 미립화 장치(atomizer)(예를 들면, 원심분리기)를 포함할 수 있다. 액체 미립화 장치는 전달된 액상의 원료를 물리적인 방법으로 미립화하고, 이를 상기 챔버 내로 분무할 수 있다. 챔버 내로 분무된 원료는 열풍 공급부(130)로부터 전달된 열풍에 의하여, 건조될 수 있다. 미립화된 원료는 표면적이 넓어져서 열풍에 의해서 짧은 시간에 건조될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 원료 공급부(120)는 액상의 원료를 공급하기 위한 원료 공급 펌프와 배관을 포함할 수 있다. 원료 공급부(120)는 건조 챔버(110)내로 공급되는 원료의 양을 조절할 수 있다. 원료 온도 센서는 원료 공급부(120)로부터 공급되는 원료의 온도는 건조 챔버(110)에 포함되는 액체 미립화 장치에 인접한 위치에 배치되고, 원료 온도 센서는 미립화된 액상 원료의 온도를 측정할 수 있다. 원료 온도 센서는 미립화된 원료의 액적 온도(droplet temperature 또는 wet bulb temperature)를 획득할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 열풍 공급부(130)는 분무되어 미립화된 액체 원료의 건조를 위한 열풍을 공급할 수 있다. 열풍 공급부(130)는 열풍을 생성하는 히터 또는 버너 및 열풍을 전달하기 위한 팬과 배관을 포함할 수 있다. 열풍 공급부(130)는 히터를 통해 열풍의 온도를 높일 수 있고, 높아진 열에 의해 데워진 기체를 팬을 구동하여, 건조 챔버(110)의 주입부로 열풍을 공급할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 열풍 공급부(130) 및 건조 챔버(110)와 연결되는 배관에 열풍의 온도를 감지하는 열풍 온도 센서를 포함할 수 있다. 열풍 온도 센서는 열풍의 온도를 감지하고, 감지된 온도를 제어부(150)로 전달할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 열풍 배기부(190)는 건조 챔버(110)내의 슬러리에서 분리된 수분, 즉 미립화된 액상의 원료로부터 전달된 수분을 머금고 있는 열풍을 배기할 수 있다. 열풍 배기부(190)는 열풍을 배기하기 위한 팬과, 열풍에 포함되어 있을 수 있는 잔여 분말을 수거할 수 있는 보조 챔버(191)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 건조 챔버(110)내의 건조 분말 제품은 기류를 타고 배출구로 하강하여 배기가스와 분리될 수 있으나, 비중이 가벼운 입자는 미립자의 분리에 어려움이 있을 수 있어, 열풍 배기부로 전달된 열풍에 분말이 포함될 수 있다. 열풍 배기부(190)의 보조 챔버(191)는 필터(예를 들면, bag filter)를 포함할 수 있다. 필터는 미립자의 포집을 목적으로 하고, 회수되지 않은 분말의 회수를 위해 사용될 수 있다. 보조 챔버(191)내에서 수집되는 분말은 보조 밸브를 통해 외부로 제공될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 열풍 배기부(190)는 수증기의 전달을 위한 배기구 및 송풍팬을 포함할 수 있다. 송풍팬은 열풍 배기부(190)내에 포함되어 있는 수증기를 배기구로 전달하여, 외부로 배출할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 건조 챔버(110), 원료 공급부(120), 및 열풍 공급부(130)에 포함된 각종 센서(예를 들면, 온도 센서 또는 유량계)로부터 데이터를 전달받을 수 있다. 제어부(150)는 수신된 데이터를 바탕으로, 원료 공급부(120)의 원료의 공급량과 공급 속도를 제어할 수 있다. 원료의 공급량이 많아지거나 원료 공급 속도가 빨라지면, 원료의 건조시간이 증가할 수 있고, 분말의 형성에 영향을 줄서 있다. 제어부(150)는 수신된 데이터를 바탕으로, 원료의 적절한 공급을 제공하여, 분무 건조 장치(10)는 효율적으로 가동될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 열풍 공급부(130)의 열풍 온도 및 열풍의 유량을 제어할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 원료 공급부(120)로부터 공급되는 원료의 액적 온도가 적정 온도에서 벗어나는 경우, 이를 유지하기 위하여, 열풍 공급부(130)를 제어하여, 온도의 유지를 위한 열풍의 온도를 제공할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 건조 챔버(110)에 포함된 미립화 장치를 제어할 수 있다. 미립화 장치의 회전속도 등을 제어하여, 미립화 입자의 크기를 조절할 수 있고, 열풍의 양에 따라 건조에 필요한 적정 크기의 미립화된 원료를 제공할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 프로세서는 하나 이상의 인스트럭션에 기반하여 데이터를 처리하기 위한 하드웨어 컴포넌트를 포함할 수 있다. 데이터를 처리하기 위한 하드웨어 컴포넌트는, 예를 들어, ALU(Arithmetic and Logic Unit), FPGA(Field Programmable Gate Array) 및/또는 CPU(Central Processing Unit)를 포함할 수 있다. 프로세서의 개수는 하나 이상일 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 듀얼 코어(dual core), 쿼드 코어(quad core) 또는 헥사 코어(hexa core)와 같은 멀티-코어 프로세서의 구조를 가질 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(150)의 메모리는 프로세서에 입력 및/또는 출력되는 데이터 및/또는 인스트럭션을 저장하기 위한 하드웨어 컴포넌트를 포함할 수 있다. 메모리는, 예를 들어, RAM(Random-Access Memory)와 같은 휘발성 메모리(Volatile Memory) 및/또는 ROM(Read-Only Memory)와 같은 비휘발성 메모리(Non-Volatile Memory)를 포함할 수 있다. 휘발성 메모리는, 예를 들어, DRAM(Dynamic RAM), SRAM(Static RAM), Cache RAM, PSRAM (Pseudo SRAM) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 비휘발성 메모리는, 예를 들어, PROM(Programmable ROM), EPROM (Erasable PROM), EEPROM (Electrically Erasable PROM), 플래시 메모리, 하드디스크, 컴팩트 디스크, eMMC(Embedded Multi Media Card) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
메모리 내에서, 프로세서가 데이터에 수행할 동작을 나타내는 인스트럭션이 하나 이상 저장될 수 있다. 인스트럭션의 집합은, 펌웨어, 운영 체제, 프로세스, 루틴, 서브-루틴 및/또는 어플리케이션으로 참조될 수 있다. 예를 들어, 프로세서는 어플리케이션 형태로 배포된 복수의 인스트럭션의 집합(set of a plurality of instructions)을 길행할 수 있다.
일 실시예에 따른 제어부(150)는 메모리 내에, 원료 공급부(120)의 원료의 적절한 액적 온도를 산출할 수 있는 알고리즘, 열풍 공급부(130)의 구동을 제어할 수 있는 구동 알고리즘, 및 알고리즘의 연산을 위한 데이터를 포함할 수 있다. 예를 들면, 원료 공급부(120)를 통해 주입되는 원료들에 따른 끓는 점이 다양한 원료별로 끓는 점을 구별한 데이터가 메모리내에 저장되어 있을 수 있다. 또한, 메모리는 원료 공급부(120)로부터 공급되는 원료의 액적 온도의 적절성을 판단할 수 있는 미리 지정된 원료별 액적온도나, 배기구에서 열풍 배기부(190)로 배출되는 공기의 온도에 의해 한계온도를 저장할 수 있다. 추가적인 예를 들면, 원료 공급부의 적정 액적 온도를 위해 제공되어야 할 열풍의 온도를 산출하는 알고리즘을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 제어부(150)는 메모리에 저장된 인스트럭션, 알고리즘, 및 데이터를 바탕으로, 원료 공급부(120)에 공급되는 온도에 따라 원료 공급부에 포함된 펌프를 제어하여, 원료 공급량을 제어할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 메모리에 저장된 자료들을 바탕으로, 열풍 공급부(130)의 팬, 히터를 제어하여, 열풍 공급부(130)로부터 제공되는 열풍의 온도를 제어하여, 적정 온도의 열풍을 건조 챔버(110)로 공급할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 메모리에 저장된 자료들을 바탕으로, 건조 챔버(110)에 포함된 미립화 장치를 제어하여, 건조 챔버(110)내로 배출되는 액체 원료의 입자 크기를 조절할 수 있다.
도 2는, 다양한 실시예에 따르는 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치에 포함된 건조 챔버의 단면도와 분무 건조 장치를 구성하는 장비의 배치를 나타낸다.
도 2를 참조하면, 분무 건조 장치(10)는, 건조 챔버(110), 원료 공급부(120), 열풍 공급부(130), 제어부(150) 및 열풍 배기부(190)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 건조 챔버(110)는 챔버(111), 주입부(112), 미립화 장치(113), 배기구(116), 배출구(118) 및 개폐 밸브(119)를 포함할 수 있다. 건조 챔버(110)는 주입부(112)로부터 챔버(111)내부로 유입되는 원료를 열풍을 가하여 재료를 건조시킬 수 있다. 건조 챔버(110)는 속이 빈 원통형의 형상일 수 있다. 하부는 개폐 밸브(119)가 있는 배출구(118)를 향하도록 원뿔형으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 건조 챔버(110)는 상부는 원통형으로 형성되고, 하부는 원뿔형으로 형성된 호퍼(hopper)일 수 있다. 분무된 입자들은 열풍에 의해 건조되면, 건조 챔버(110)의 하부로 전달될 수 있다. 하부로 전달된 건조된 분말은 건조 챔버(110)의 경사면을 따라 배출구(118)로 이동할 수 있고, 개폐 밸브(119)의 동작으로, 원료는 외부로 배출될 수 있다. 개폐 밸브(119)는 로타리 밸브(rotary valve)를 포함할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 개폐 밸브(199)는 로타리 밸브에 한정되지 않고, 일반 밸브를 이용할 수도 있다. 개폐 밸브(199)는 일반 밸브를 이용하는 경우, 분말의 이송을 위해 분말 흡입 펌프가 추가될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 주입부(112)는 액체 원료가 유입될 수 있고, 유입된 원료는 미립화 장치(113)에 의해서 분무될 수 있다. 미립화 장치(113)는 원심분리기와 유사한 형태 및 기능을 수행할 수 있다. 미립화 장치(113)는 디스크와 모터와 같은 구동부를 포함할 수 있다. 디스크는 주입부(112)내에 배치되어, 디스크의 상부에 액체 원료가 위치할 수 있다. 구동부에 의해 디스크로 회전력이 전달되면, 디스크는 회전할 수 있다. 액체 원료는 디스크의 회전에 따른 원심력에 의해 미립화될 수 있다. 원심력에 의해 미립화하는 방식은 원액의 종류, 처리량, 점도의 변화에 따라 디스크의 회전수를 유연하게 조절할 수 있고, 분무되는 입자의 크기 조절도 용이하다. 건조 챔버(111)의 직경은 미립화 입자는 디스크의 반경방향으로 분무되기 때문에, 충분한 크기를 가지도록 설계될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 미립화 장치는 상술한 회전 디스크식 이외에 다른 방식의 미립화 장치를 채용할 수 있다. 미립화 장치는 가압 노즐식, 이류체노즐, 또는 가압이류체노즐 방식을 이용할 수 있다. 가압 노즐식은 노즐에서 고속으로 액체 원료를 분사시켜, 미립화시키는 방식이고, 선회류를 가해 분출시키는 가압선회노즐을 이용할 수 있다. 이류체노즐 방식은 액체 원료를 고속기류와 충돌시켜 미립화하는 방식으로, 압축공기를 이용할 수 있다. 가압이류체노즐 방식은 가압노즐 방식과 이류체노즐 방식을 혼합하여 사용하는 것으로, 가압노즐 주위에 공기노즐을 설치해, 가압노즐로부터 분사된 원료에 고속공기로 분리미립화하는 방식이다. 미립화 장치(113)를 통해 분사되는 입자는 표면장력에 의해 구형상으로 배출되기 때문에 건조된 분말도 구형상으로 형성될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 원료 공급부(120)는 제1 원료 공급 펌프(121), 제2 원료 공급 펌프(122), 원료 유입밸브(125a) 및 제1 원료 공급밸브(125b) 및 제2 원료 공급 밸브(125c)를 포함할 수 있다. 제1 원료 공급 펌프(121)와 제2 원료 공급 펌프(122)는 두대가 동시에 동작할 수 있고, 두 대 중 어느 하나만 동작할 수 있다. 예를 들면, 원료의 양이 많이 필요한 경우에는 제1 원료 공급 펌프(121) 및 제2 원료 공급 펌프(122) 두 대가 모두 동작할 수 있다. 다른 예를 들면, 제1 원료 공급 펌프(121) 및 제2 원료 공급 펌프(122) 중 제1 원료 공급 펌프(121)를 주 공급 펌프 및 제2 원료 공급 펌프(122)를 비상용 펌프로 사용할 수 있다. 유량계(220)를 통한 액체의 유입량이 적어지면, 제1 원료 공급 펌프(121)는 동작을 중단하고, 동시에 제1 원료 공급밸브(125b)가 차단될 수 있다. 제1 원료 공급 펌프(121)의 동작의 중단되는 동안, 비상용 펌프로 운용중인 제2 원료 공급 펌프의 동작을 위해, 제2 원료 공급밸브(125c)는 개방하고, 제2 원료 공급밸브(125c)의 개방과 동시에 제2 원료 공급 펌프(122)의 구동을 시작할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제1 원료 공급 밸브(125b), 제2 원료공급 밸브(125c), 제1 원료 공급 펌프(121), 및 제2 원료 공급 펌프(122)는 제어부(150)에 의해 동작이 제어될 수 있다. 예를 들면, 제1 원료 공급 펌프(121)가 메인 펌프로 동작중인 경우, 제어부(140)는 상술한 동작을 위해 유량계(220)로부터 유량데이터를 수신받아, 제1 원료 공급 펌프의 이상여부를 판단할 수 있다. 유량계(220)로부터 수신된 데이터가 급격하게 줄어드는 경우, 제어부(150)는 제1 원료 공급 펌프(121)의 이상을 판단하고, 제1 원료 공급 펌프(121)의 동작을 중지한 이후, 제1 원료 공급 밸브(125b)를 폐쇄할 수 있다. 제1 원료 공급 펌프(121)의 동작 중지 이후 또는 동시에, 제2 원료 공급 밸브(125c)를 개방하고, 제2 원료 공급 펌프(122)를 구동하여, 액상원료 공급의 연속성을 유지하도록 제어될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제1 원료 공급 펌프(121)와 제2 원료 공급 펌프(122)의 용량이 다르게 설정되고, 제1 원료 공급 밸브(125b) 및 제2 원료 공급 밸브(125c)는 연결되는 펌프의 용량에 대응되도록 파이프의 직경에 대응되는 직경이 선택될 수 있다. 제어부(150)는 주입부(112)로 공급되는 액체 원료의 유량을 다양하게 제어할 수 있다. 예를 들면, 제1 원료 공급 펌프(121)의 단위 시간당 유량이 A(m^3/s)이고, 제2 원료 공급 펌프(122)의 단위 시간당 유량이 2A(m^3/s)인 경우, 제어부(150)는 열풍의 온도 및 열풍량이 증가하면, 3A(m^3/s)의 원료가 필요하다고 판단하고, 제1 원료 공급 펌프(121) 및 제2 원료 공급 펌프(122)를 동시에 구동하도록 제어할 수 있다. 또한, 제2 원료 공급 펌프(122)를 구동중에 열풍의 온도가 떨어짐을 열풍 온도 센서(211)로부터 수신하거나, 열풍 전달관에 배치된 유량계로부터 열풍의 공급량이 줄어드는 경우, 제어부(150)는 제2 원료 공급 펌프(122)의 구동을 중단하고, 제1 원료 공급 펌프(121)를 구동하여, A(m^3/s)의 원료를 공급하도록 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제1 원료 공급 펌프(121) 및 제2 원료 공급 펌프(122)를 상술한 실시예와 같이 사용하는 경우, 원료 공급부(120)는 비상용 펌프(미도시)를 추가로 포함할 수 있다. 원료 유입밸브(125a)는 공급되는 원료가 제1 원료 공급 펌프(121) 및 제2 원료 공급 펌프(122)로 유입되도록 펌프의 가동시 개방될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 열풍 공급부(130)는 가스 또는 LNG의 연료를 공급하기 위한 밸브(134a, 134b), 열원을 생성하는 버너(132), 제1 흡기팬(133) 및 제2 흡기팬(136)을 포함할 수 있다. 버너(132)는 밸브(134a, 134b)를 통하여 공급받는 LNG, 또는 가스로 미리 지정된 온도의 열원을 생성할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 버너(132)는 전기로 열원을 공급하는 전기 히터(미도시)로 대체될 수 있다. 버너(132)는 제1 흡기팬(133)의 출구와 연결되어, 버너(132)의 연소를 위한 공기 또는 산소를 공급받을 수 있다. 제1 흡기팬(133)의 입구는 필터((139a) 및 흡입구(138a)를 포함할 수 있다. 제1 흡기팬(133)이 가동되면, 흡입구(138a)를 통과한 공기가 필터(139a) 및 제1 흡기팬(133)을 거쳐 버너(132)로 전달될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제2 흡기팬(136)이 가동되어 유입되는 공기는 버너(132)내부에 가열된 열원에 의하여 미리 설정된 온도로 열풍을 건조 챔버(110)로 공급할 수 있다. 제2 흡기팬(136)은 건조 챔버(110)로 공급되는 열풍을 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 제2 흡기팬(136)의 용량이 부족한 경우에는, 버너(132)와 건조 챔버(110)의 열풍이 공급되는 지점(114) 사이에 추가 흡기팬이 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 버너(132)와 건조 챔버(110)의 열풍이 공급되는 지점 사이에는 열풍 온도 센서(211)가 배치될 수 있다. 열풍 온도 센서(211)는 버너(132)와 건조 챔버(110) 사이에 배치되는 배관을 따라 유동하는 열풍의 온도를 감지할 수 있다. 감지된 열풍의 온도를 바탕으로 열풍 공급장치의 동작을 제어할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 열풍 온도 센서(211)로부터 획득된 온도 데이터를 수신받아, 적절한 온도의 열풍이 공급되는지 감지할 수 있다. 만약 적절한 온도의 열풍이 공급되지 않는다면, 열풍의 온도를 높이기 위하여, 밸브(134a, 134b)를 조절하여 연료의 공급을 늘리고, 연소를 위해 제1 흡기팬(133)의 구동을 높일 수 있다. 다른 예를 들면, 열풍의 온도를 높이기 위해 많은 열풍을 공급하도록 제2 흡기팬(136)의 회전력을 높일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 열풍 배기부(190)는 건조 챔버(110)내의 슬러리 또는 분말에서 분리된 수분 또는 수증기를 머금고 있는 열풍을 배기하기 위한 송풍팬(196) 및 배기되는 열풍에 포함될 수 있는 잔여 분말을 수거할 수 있는 챔버(191)를 포함할 수 있다. 열풍 배기부(190)는 건조 챔버(110)의 배기구(116)에 연결되는 파이프(185)로부터 열풍이 전달될 수 있다. 열풍 배기부(190)는 챔버(191)의 하단에 개폐 밸브(199)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 분무 건조 장치에서 온도 센서 및 유량계 등과 같은 다양한 계측 장비들과 작동적으로 연결되고, 제어부(150)에 포함된 프로세서 및 메모리에 의해서, 다양한 계측 장비들로부터 수신된 데이터에 응답하여, 건조 챔버(110), 원료 공급부(120), 및 열풍 공급부(130)에 포함된 장치를 동작하도록 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 열풍 온도 센서(211)에서 감지한 온도를 바탕으로 열풍 공급부의 밸브(134a, 134b), 제1 흡기팬(133) 및 제2 흡기팬(136)을 조절할 수 있다.
건조 챔버에 공급되는 액상 원료의 액적 온도(T1)(wet bulb temperature)는 아래의 수식으로 획득될 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00003
상기의 수식에서 Tb는 액상 원료의 끓는점(boiling point)이고, T2는 공급되는 열풍의 온도이다. 상술한 수식에 따르면, 액상 원료의 끓는점(Tb)은 원료가 결정되면 정해지는 상수이고, 가해지는 열풍의 온도(T2)는 열풍 공급부의 밸브(134a, 134b), 제1 흡기팬(133) 및 제2 흡기팬(136)의 제어로 조절할 수 있다. 따라서, 분무되는 액상의 액적 온도(T1)는 상기의 수식으로 결정될 수 있다. 따라서, 필요한 액상의 액적 온도(T1)를 획득하기위해, 제어부(150)는 열풍 공급부(130)의 제어로 조절할 수 있다. 상기의 수식은 켈빈 온도(Kelvin degree)를 바탕으로 입력된 온도로부터 유도되었다.
건조 챔버(110) 내부 대류가 없으면, 증발 액적(evaporating droplet)에서 화학 성분의 분포는 비선형 확산 방정식으로 설명될 수 있다. 일정한 확산 계수와 용질 사이의 상호 작용을 무시할 만한 경우 확산 방정식은 Fick의 두 번째 확산 법칙을 적용할 수 있다.
물방울이 일정한 증발 속도로 증발하는 경우 증발 속도 κ는
Figure 112020034844212-pat00004
로 정의된다.
여기에서, d(t)는 시간에 따른 액적(droplet)의 직경이고,
Figure 112020034844212-pat00005
는 초기 액적의 직경을 나타낸다.
상술한 식에 따르면, 액적의 표면적은 시간에 따라 선형적으로 감소할 수 있다. 상기 방정식은 건조의 완료를 위한 건조 장치 내의 액적의 체류시간보다 작아야 하는 액적 건조 시간을 근사화 하는데 사용될 수 있다. 아래는 상기 방정식을 근사적으로 구한 특성해로, 액적 건조 시간을 나타낸다.
Figure 112020034844212-pat00006
확산 방정식의 해는 액정의 평균농도와 관련하여 성분 i의 표면 농도인 표면 농축 E를 산출하도록
Figure 112020034844212-pat00007
에 관하여 정리할 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00008
표면 농축정도 Ei는 페클릿 수(Pe, Peclet number)와 프로파일 함수(β)로 정의될 수 있다. 프로파일 함수(β)는 정확한 해를 얻기 위해 페클릿 수 각각에 관하여 수학적으로 통합되어진 함수이다.
차원이 없는 페클릿 수는 방정식을 단순화 하기위해,
Figure 112020034844212-pat00009
로 사용될 수 있다. 또한, Pe<20내의 범위에서 1%의 오차로, Ei의 근사적인 표현은 다음과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00010
평균 농도는 질량 평형을 따를 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00011
상기의 식은 각각의 성분의 표면 농도는 증발 과정에서 페클릿 수의 함수에 의해 예측될 수 있다. 표면에서 포화상태에 도달하는데 걸리는 시간인 Tsat를 유도할 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00012
Figure 112020034844212-pat00013
요소의 초기 포화도
Figure 112020034844212-pat00014
는 입자 형성과정에 직접적인 영향을 미치는 무차원 파라미터이고, 구성요소는 표면에서 용해도가 한계에 이를 때, 결정화가 바로 되지 않을 수 있다. 추가 특성 시간은 결정핵, 결정성장 및 다형체 전이(polymorph transition)과 관련될 수 있다. 쉽게 결정화 되지 않는 물질들은 액적 건조 시간은 침전시간보다 종종 길 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00015
상기의 특성 액적 건조 시간(T_d)은 입자의 형상에 있어서 주요한 요소일 수 있다. 건조 시간은 표면에서의 건조 과정에서의 순서 및 결정화의 가능 시간을 추정할 수 있기 때문이다. 상기 파라미터를 활용한 함수를 이용해서 현실에서의 분무 건조 장치의 증발 속도는 여러가지 어려움이 존재한다. 따라서, 단일 액적의 증발에 관련하여 아래의 수식을 이용하여 근사화 값을 획득하여 계산할 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00016
Figure 112020034844212-pat00017
는 기체상에서의 확산 계수이고,
Figure 112020034844212-pat00018
는 건조 가스 밀도(drying gas density),
Figure 112020034844212-pat00019
은 액적 밀도(droplet density)이다.
Figure 112020034844212-pat00020
는 공기에 노출되는 표면에서 용매의 질량 분율이고,
Figure 112020034844212-pat00021
는 공기에 노출된 표면에서 멀리 떨어진 용매의 질량 분율이다.
Figure 112020034844212-pat00022
는 액적의 평형온도를 나타낸다.
액적의 표면에서 질량 분율(Y_s)을 얻으려면, 증발 액적의 평형 온도(Te)가 결정되어 져야한다. 이것은 Clausius-Clapeyron관계와 결합하여 다음 방정식을 반복적으로 풀어 수행할 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00023
Figure 112020034844212-pat00024
는 증발에서의 표준 엔탈피 변화량이다. 루이스 수(Le)는 기체상에서의 열 확산율과 질량 확산율의 비이다. 그러나, 건조한 공기 또는 질소에서 액적이 증발하는 통상적인 경우에는 반복하지 않고 간단하게 풀릴 수 있다. 평형 온도에 대한 유용한 첫 번째 근사는 가스온도(예: 열풍 온도)(T2) 및 용액의 끓는 점(Tb)에 따라 액적의 액적 온도(T1)에 대한 식으로 표현된다.
Figure 112020034844212-pat00025
상술한 액적 온도(T1)는 증발 액정의 평행 온도에 대응될 수 있다. 액적 온도(T1)는 열풍의 온도가 올라가면, 액적(예를 들면, 미립화된 원료)은 증발될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상술한 수식을 이용하여, 공급되는 열풍의 온도(T2)를 이용하여, 미립화된 액적의 온도(T1)을 획득할 수 있고, 액적 온도(T1)를 유지하도록 열풍의 온도를 조절할 수 있다.
또한, 액체 원료의 액적 온도(T1)를 알고 있을 때, 열풍(T2)의 온도를 평행온도 보다 높이 가하여, 액체 원료의 건조를 진행할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 열풍 온도 센서(211)에서 획득된 온도를 기반으로 원료의 공급 또는 열풍의 공급을 제어하면, 제어부(150)는 미립화된 원료에 가해지는 열풍의 온도를 제어할 수 있다. A 영역(예: 챔버의 상부)에서의 온도를 제어하면, 분무 건조 장치(10)는 챔버의 상부에서의 온도를 제어하게 되어, 건조 분말의 변형을 방지할 수 있어 분말의 신뢰도를 높일 수 있다. B 영역(예: 챔버의 하부)에서의 온도 제어는, 배기구(116)에서 배출되는 배기의 온도를 바탕으로, 분무 건조 장치(10)는 원료의 공급량을 제어하므로, 공급되는 열풍의 온도가 재료의 변형점 또는 물성 변이점 이상으로 제공되는지의 제어가 어려울 수 있다. 따라서, 원료의 변형을 막기위해서는 A영역에서의 온도제어가 필요하다.
다양한 실시예에 따르면, A 영역에서의 온도 제어와 관련하여, 제어부(150)는 공급 열풍을 제어할 수 있다. 제어부는 원료의 끓는 점 부근에서 열풍을 공급하거나 재료의 변곡점 또는 물성 변이온도 이하에서 운전하도록 제어할 수 있다. 제어부는 외기의 온도, 액적의 온도를 바탕으로 열풍의 온도, 열풍의 공급량 및 원료의 공급량을 제어할 수 있다.
도 3은, 다양한 실시예에 따르는 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치의 주입되는 원료의 온도 제어 동작을 나타내는 순서도이다.
도 3을 참조하면, 제어부(예: 도 2의 제어부(150))는 열풍 온도 센서(예: 도 2의 온도 센서(211))를 이용하여, 건조 챔버(110)의 주입부로 공급되는 열풍의 온도를 감지할 수 있다(S310). 열풍 온도 센서는 열풍 공급부(S130)으로부터 건조 챔버(110)로 연장된 파이프상에 배치될 수 있다. 열풍 온도 센서는 건조 챔버(100)를 향하는 상기 파이프에 유동하는 열풍의 온도(T2)를 감지할 수 있고, 제어부로 감지된 데이터를 전달할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부는 열풍 온도 센서에 의해 감지된 열풍의 온도(T2)를 바탕으로 열풍 공급부의 팬을 제어할 수 있다(S320). 제어부는 액상의 원료에 기반하여, 미리 입력된 액적 온도(T1)를 유지하기 위하여 열풍의 온도(T2)를 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 열풍의 온도(T2)는 아래의 식으로 구해질 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00026
상기의 식에서, 액상 원료는 미립화 장치(예: 도 2의 미립화 장치(113))를 통해 미립화되고, 미립화된 원료의 액적 온도(T1)를 미리 지정된 온도로 유지하기 위하여, 상술한 식으로 제어될 수 있다. Tb는 액상 원료의 끓는 점으로 상수이고, 열풍의 온도(T2)에 의해서, 액상 원료의 액적 온도(T1)은 제어될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 미립화 장치로부터 분사되는 액상 원료의 온도를 제어하기 위하여, 열풍은 주입구 부근으로 배출될 수 있다. 열풍의 온도는 열풍이 전달되는 동안 배관에서 열교환에 의해 온도가 바뀔 수 있어, 이를 제어하기 위하여, 열풍을 공급하는 제2 흡기팬(136)의 회전속도를 증가하여 열풍을 많이 보낼 수 있고, 이경우, 주입구 근처에 도달하는 열풍의 온도는 높아질 수 있다. 다른 예를 들면, 열풍의 온도를 높이기 위하여, 버너(132)에 공급되는 가스 및 공기의 양을 늘리면, 버너(132)에서 유지되는 온도를 높게 하여, 열풍의 온도를 높일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 유지하고자 하는 액상 원료의 액적 온도(T1)에 필요로 하는 열풍의 온도(T2)보다 실제 공급되는 열풍의 온도가 낮은 경우, 희망 열풍의 온도(T2)로 높이기 위하여, 제2 흡기팬(예: 도 2의 제2 흡기팬(136))의 회전속도를 증가시켜 열풍의 유량을 증가시킬 수 있다. 또한, 제어부는 제1 흡기팬(예: 도 2의 제1 흡기팬(133))의 회전속도를 증가시켜 공기를 버너로 유입시키고, 밸브(예: 도 2의 밸브(134a, 134b))를 더 개방하여 원료의 주입량을 증가시킬 수 있다.
도 4는, 도 2의 분무 건조 장치에 원료 주입부 부분에 온도 센서가 추가된 것을 도시하고, 도 5는 도 2의 분무 건조 장치에 배기구 부분에 온도 센서가 추가된 것을 도시하고, 도 6은 도 2의 분무 건조 장치의 원류 주입부 및 배기구 부분 각각에 온도 센서가 추가된 것을 도시한다.
도 4, 도 5, 및 도 6을 참조하면, 건조 장치(10)는, 건조 챔버(110), 원료 공급부(120), 열풍 공급부(130), 제어부(150) 및 열풍 배기부(190)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 건조 챔버(110)는 챔버(111), 주입부(112), 미립화 장치(113), 배기구(116), 배출구(118) 및 개폐 밸브(119)를 포함할 수 있다. 건조 챔버(110)는 속이 빈 원통형의 형상으로 하부로 갈수록 직경이 작아지는 원뿔형으로 형성될 수 있다. 건조 챔버(110)는 주입부(112)로부터 챔버(111)내부로 유입되는 원료를 열풍을 가하여 재료를 건조시킬 수 있다. 분무된 입자들은 열풍에 의해 건조되면, 건조 챔버(110)의 하부로 전달될 수 있다. 하부로 전달된 건조된 분말은 건조 챔버(110)의 경사면을 따라 배출구(118)로 이동할 수 있고, 개폐 밸브(119)의 동작으로, 원료는 외부로 배출될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 주입부(112)는 액체 원료가 유입될 수 있고, 유입된 원료는 미립화 장치(113)에 의해서 분무될 수 있다. 미립화 장치(113)는 디스크와 모터와 같은 구동부를 포함할 수 있다. 디스크는 주입부(112)내에 배치되어, 디스크의 상부에 액체 원료가 위치할 수 있다. 구동부에 의해 디스크로 회전력이 전달되면, 디스크는 회전할 수 있다. 액체 원료는 디스크의 회전에 따른 원심력에 의해 미립화될 수 있다. 원심력에 의해 미립화하는 방식은 원액의 종류, 처리량, 점도의 변화에 따라 디스크의 회전수를 유연하게 조절할 수 있고, 분무되는 입자의 크기 조절도 용이하다. 건조 챔버(111)의 직경은 미립화 입자는 디스크의 반경방향으로 분무되기 때문에, 충분한 크기를 가지도록 설계될 수 있다.
미립화 장치는 도 2에서 설명한대로, 디스크 방식에 한정되지 않고 가압 노즐식, 이류체노즐, 또는 가압이류체노즐 방식 등을 이용할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 원료 공급부(120)는 제1 원료 공급 펌프(121), 제2 원료 공급 펌프(122), 원료 유입밸브(125a) 및 제1 원료 공급밸브(125b) 및 제2 원료 공급 밸브(125c)를 포함할 수 있다. 제1 원료 공급 펌프(121)와 제2 원료 공급 펌프(122)는 두대가 동시에 동작할 수 있고, 두 대 중 어느 하나만 동작할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 열풍 공급부(130)는 가스 또는 LNG의 연료를 공급하기 위한 밸브(134a, 134b), 열원을 생성하는 버너(132), 제1 흡기팬(133) 및 제2 흡기팬(136)을 포함할 수 있다. 버너(132)는 제1 흡기팬(133)의 출구와 연결되어, 버너(132)의 연소를 위한 공기 또는 산소를 공급받을 수 있다. 제1 흡기팬(133)의 입구는 필터((139a) 및 흡입구(138a)를 포함할 수 있다. 제1 흡기팬(133)이 가동되면, 흡입구(138a)를 통과한 공기가 필터(139a) 및 제1 흡기팬(133)을 거쳐 버너(132)로 전달될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제2 흡기팬(136)이 가동되어 유입되는 공기는 버너(132)내부에 가열된 열원에 의하여 미리 설정된 온도로 열풍을 건조 챔버(110)로 공급할 수 있다. 제2 흡기팬(136)은 건조 챔버(110)로 공급되는 열풍을 전달하는 기능을 수행할 수 있다. 제2 흡기팬(136)의 용량이 부족한 경우에는, 버너(132)와 건조 챔버(110)의 열풍이 공급되는 지점(114) 사이에 추가 흡기팬이 배치될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 열풍 배기부(190)는 건조 챔버(110)내의 슬러리 또는 분말에서 분리된 수분 또는 수증기를 머금고 있는 열풍을 배기하기 위한 송풍팬(196) 및 배기되는 열풍에 포함될 수 있는 잔여 분말을 수거할 수 있는 챔버(191)를 포함할 수 있다. 열풍 배기부(190)는 건조 챔버(110)의 배기구(116)에 연결되는 파이프(185)로부터 열풍이 전달될 수 있다. 열풍 배기부(190)는 챔버(191)의 하단에 개폐 밸브(199)를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 분무 건조 장치에서 온도 센서 및 유량계 등과 같은 다양한 계측 장비들과 작동적으로 연결되고, 제어부(150)에 포함된 프로세서 및 메모리에 의해서, 다양한 계측 장비들로부터 수신된 데이터에 응답하여, 건조 챔버(110), 원료 공급부(120), 및 열풍 공급부(130)에 포함된 장치를 동작시킬 수 있다.
도 4를 참조하면, 분무 건조 장치(10)는 미립화 장치(113)의 미립화된 원료가 배출되는 분무구 인근에 배치되는 액적 온도 센서(115)를 더 포함할 수 있다. 액적 온도 센서(115)는 습식 온도계일 수 있으며, 분무되는 액체 원료의 미립자의 액적 온도(T1)를 감지할 수 있다. 액적 온도 센서(115)는 감지된 액적 온도(T1)에 관한 정보를 제어부(150)로 전송할 수 있다. 제어부(150)는 액적 온도(T1)로부터 공급되는 열풍의 온도(T2)를 추정할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 액적 온도(T1)로부터 공급되는 실제 열풍의 온도는 아래의 수식에 의해서 계산되는 열풍의 온도(T2)보다 낮을 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00027
다양한 실시예에 따르면, 상기의 방정식은 평행방정식으로부터 유도된 식으로, 미립자 상태에서 증발되기 직전의 평행 온도를 나타내고 있다. 따라서, 액적 온도(T1)가 구해지면, 공급되는 열풍의 온도(T2)는 방정식에서 계산되는 온도보다 낮을 수 있다.
열풍의 온도는 원료의 변성을 막기위하여, 원료의 변형 온도보다 낮은 온도로 설정될 수 있다. 따라서, 액적 온도(T1)을 바탕으로 계산된 열풍의 온도로부터 원료의 변형 온도 또는 물성 변이점 보다 높은지 낮은지를 판단할 수 있다.
제어부(150)는 획득한 액적 온도(T1)로부터 열풍의 온도의 추정 값을 판단하고, 열풍의 온도가 원료의 변형을 일으킬 수 있는 온도이면, 열풍공급장치를 제어하여, 열풍의 양이나 온도를 조절할 수 있다.
예를 들면, 제어부(150)는 공급되는 열풍의 온도(T2)가 원료의 변형 온도보다 높다면, 열풍 공급 장치의 제2 흡기팬(136)의 회전을 줄이거나, 밸브(134a, 134b)를 덜 개방하여 공급되는 연료의 양을 줄일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 열풍 온도 센서(211)와 액적 온도 센서(115)를 동시에 활용하여 열풍의 공급을 제어할 수 있다. 제어부(150)는 액적 온도 센서(115)로부터 현재 공급되는 미립화된 액상 원료의 액적 온도(T1)를 획득할 수 있다. 또한, 제어부(150)는 열풍 온도 센서(211)로부터 공급되는 열풍의 온도를 감지할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 공급되는 액상 원료의 액적 온도(T1) 및 액상 원료의 끓는점(Tb)을 아래의 수식에 대입하면, 건조 챔버(110)의 주입부(112)의 주위에 공급되는 열풍의 기준 온도를 결정할 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00028
제어부(150)는 열풍의 적정온도가 계산된 이후, 현재 공급되고 있는 열풍의 온도가 열풍의 기준 온도보다 높은지 낮은지를 판단할 수 있다. 제어부(150)는 열풍의 온도가 기준 온도보다 높은 경우, 열풍 공급부(130)의 제2 흡기팬(136)의 회전속도를 줄이거나, 제1 흡기팬(133)의 회전속도를 줄이면서, 밸브(134a, 134b)의 개방정도를 줄이도록 제어할 수 있다. 다른 예를 들면, 제어부(150)는 열풍의 온다가 기준 온도보다 낮은 경우, 열풍 공급부(130)의 제2 흡기팬(136)의 회전속도를 높여 열풍의 유량을 높이거나, 제1 흡기팬(133)의 회전속도를 높이면서, 밸브(134a, 134b)를 더 개방하여 공급 열풍의 온도를 높게 유지하도록 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 열풍 온도 센서(211)로부터 공급되는 열풍의 온도(T2)를 획득하고, 획득된 열풍의 온도(T2)와 건조 챔버(110)로 공급되는 액상 원료의 끓는 점(Tb)을 바탕으로, 기준 액적 온도(T1)를 앞서 이용하였던 수식을 이용하여 획득할 수 있다. 제어부(150)는 기준 액적 온도(T1)보다 낮은 액상 원료의 액적 온도를 획득한다면, 열풍의 공급량을 높여 액적 온도를 높이도록 제어할 수 있다. 다른 방법으로는, 제어부(150)는 공급되는 원료의 양을 높이기 위하여, 제1 원료 공급 펌프(121) 및 제2 원료 공급 펌프(122)를 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 제1 원료 공급 펌프(121) 및 제2 원료 공급 펌프(122)의 두대를 모두 구동하여 공급되는 원료의 양을 높일 수 있다.
도 5를 참조하면, 건조 챔버(110)의 배기구(116)으로부터 연장되는 파이프(185)에 배치되는 배기 온도 센서(187)로부터 배기 온도(Tout)을 감지할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 배기 온도(Tout)를 바탕으로, 건조 챔버(110) 내부에 유지되는 온도를 판단할 수 있다. 제어부(150)는 획득한 배기 온도(Tout)로부터 건조 챔버(110) 내부의 온도가 고온으로 판단하면, 원료의 공급량을 조절할 수 있다. 제어부(150)는 건조 챔버(110) 내부의 온도가 고온이면, 건조 가능 용량이 증가하므로, 건조 챔버(110)로 공급되는 액체 원료의 양을 증가시켜 생산의 효율성을 높일 수 있다. 제어부(150)는 획득한 배기온도(Tout)로부터 건조 챔버(110) 내부의 온도가 저온으로 판단하면, 원료의 공급량을 줄일 수 있다. 건조 챔버(110)는 건조 용량이 적어지므로, 공급되는 액상의 원료가 많아지면, 건조되지 않는 원료의 양이 많아져서 건조 효율이 악화될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 배기 온도(Tout)를 기준으로, 공급되는 원료의 액적 온도(T1)의 범위를 설정할 수 있다. 액적 온도(T1)와 배기 온도(Tout)의 차이는 미리 지정된 한계 온도(Tlim)으로 설정될 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00029
액상 원료의 액적 온도(T1)가 배기온도(Tout)와 설정된 한계 온도(Tlim)의 합보다 크다면, 제어부(150)는 액상 원료의 액적 온도(T1)를 낮추기 위해서, 제1 원료 공급 펌프(121) 또는 제2 원료 공급 펌프(122)를 제어하여, 열풍의 온도를 낮추거나 열풍의 유량을 줄일 수 있다. 또한, 액적 온도(T1)를 낮추기 위해서, 제어부(150)는 공급되는 원료의 공급을 늘릴 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 액상 원료의 액적 온도(T1)가 한계 온도(Tlim)와 배기 온도(Tout)의 합보다 크다면, 열풍 공급부(130)의 제2 흡기팬(136)의 회전속도를 줄이거나, 제1 흡기팬(133)의 회전속도를 줄이면서, 밸브(134a, 134b)의 개방정도를 줄이도록 제어할 수 있다. 공급되는 열풍의 양이 줄거나 열풍의 온도가 낮아진다면, 열풍에 접촉하는 미립화된 원료의 액적 온도(T1)은 낮아질 수 있다. 다른 예를 들면, 제어부(150)는 액상 원료의 액적 온도(T2)가 한계 온도(Tlim)와 배기 온도(Tout)의 합보다 작은 경우, 현재의 액상 원료의 액적 온도(T1)를 유지하도록 제어할 수 있다.
도 6을 참조하면, 도 2의 분무 건조 장치(10)에서 도 4에서 추가된 액적 온도 센서(115) 및 도 5에서 추가된 배기 온도 센서(187)을 더 포함할 수 있다.
각각의 온도 센서들의 기능 및 배치는 도 2, 도 4 및 도 5에서 설명한 것과 동일 유사할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 액적 온도 센서(115), 열풍 온도 센서(211) 및 배기 온도 센서(187)로부터 각각의 위치에서 온도를 획득할 수 있다. 제어부(150)는 원료에 따라, 원료의 끓는 점(Tb)을 입력 받거나, 제어부(150)의 메모리에 입력된 데이터로부터 획득할 수 있다. 액적 온도 센서(115)는 공급되는 액상 원료가 분무되어 미립화된 원료의 액적 온도를 획득할 수 있다. 열풍 온도 센서(211)는 건조 챔버(110)로 공급되는 열풍 배관에 설치되어 열풍의 온도를 획득할 수 있다. 배기 온도 센서(187)는 건조 챔버(110)의 배기구(116)로부터 열풍 배기부(190)로 연장되는 배관에 설치되어 배기의 온도를 획득할 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00030
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 액적 온도 센서(115)로부터 획득한 액상 원료의 액적 온도(T1)로부터 증발을 위해 필요한 열풍의 온도(T2)를 상기의 수식으로부터 획득할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 열풍 온도 센서(211)로부터 획득한 열풍의 온도(T2)로부터 미립화된 원료가 증발되기 위한 액적 온도(T1)를 획득할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 배기 온도 센서(187)로부터 획득한 배기 온도(Tout)와 액적 온도(T1)을 바탕으로, 미리 설정된 한계온도(Tlim) 이내의 온도인지를 판단할 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00031
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 획득된 액적 온도(T1)가 미리 설정된 한계 온도(Tlim) 및 배기 온도(Tout)으로부터 범위 내인지를 판단하고, 액적 온도(T1)이 한계 온도 범위 내이면, 획득된 액적 온도(T1)를 기준으로, 증발을 위해 필요한 열풍의 온도가 제공되고 있는지를 판단할 수 있다. 수식으로부터 획득된 증발을 위해 필요한 열풍의 온도보다 공급되고 있는 열풍의 온도가 낮다면, 열풍의 온도를 높이기 위해, 제어부(150)는 열풍 공급부(130)를 제어하여, 열풍의 유량을 높이거나, 버너(132)의 연소량을 높여 공급되는 열풍의 초기 온도를 높이도록 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 획득된 액적 온도(T1)가 미리 설정된 한계 온도(Tlim) 및 배기 온도(Tout)으로부터 범위 내인지를 판단하고, 액적 온도(T1)이 한계 온도 범위 밖이면, 제어부(150)는 제1 원료 공급 펌프(121) 및 제2 원료 공급 펌프(122)를 제어하여 원료의 공급량을 높여 액적 온도를 낮출 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 획득된 열풍의 온도(T2)로부터 증발이 가능한 시준 액적 온도를 획득할 수 있고, 기준 액적 온도가 미리 설정된 한계 온도(Tlim) 및 배기 온도(Tout)를 바탕으로 산출된 범위내인지를 판단할 수 있다. 한계 온도 범위 내이고, 실제 공급되고 있는 액적 온도(T1)가 기준 액적 온도보다 높다면, 제어부(150)는 제1 원료 공급 펌프(121) 및 제2 원료 공급 펌프(122)를 제어하여 원료의 공급량을 높여 액적 온도를 낮출 수 있다. 실제 공급되고 있는 액적 온도(T1)가 기준 액적 온도보다 낮다면, 제어부(150)는 제1 원료 공급 펌프(121) 및 제2 원료 공급 펌프(122)를 제어하여 원료의 공급량을 줄여 액적 온도를 높일 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 획득된 기준 액적 온도가 한계 온도 범위 밖이면, 기준 액적 온도를 낮추기 위해서, 열풍의 온도를 낮출 수 있다. 제어부(150)는 열풍의 온도를 낮추기 위해서, 열풍 공급부(130)를 제어하여, 열풍의 유량을 줄이거나, 버너(132)의 연소량을 줄여 공급되는 열풍의 초기 온도를 낮추도록 제어할 수 있다.
도 7은, 다양한 실시예에 따르는 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치의 챔버 내부의 온도 조절 및 원료의 온도 제어 동작을 나타내는 순서도이다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(예: 도 6의 제어부(150))는 건조 챔버 입구에 유입되는 액상 원료의 액적 온도(T1) 및 열풍의 온도(T2)를 감지할 수 있다(S710).
다양한 실시예에 따르면, 제어부는 주입되는 원료의 끓는점(Tb)을 미리 획득할 수 있다. 예를 들면, 입력장치를 통해 끓는점(Tb)을 입력할 수 있고, 기존에 사용한 원료의 경우, 입력된 끓는점(Tb)을 통해 메모리에 저장된 데이터를 읽어 설정할 수 있다. 다른 예를 들면, 다양한 원료들의 끓는점이 포함된 데이터가 미리 제어부의 메모리에 저장되어 있고, 제어부의 프로세서는 주입된 원료의 끓는 점을 획득하여, 설정할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부는 분무 건조 장치(예: 도 6의 분무 건조 장치(10))가 동작될 때, 분무 건조 장치에 부착된 계측 장비(예를 들면, 센서, 온도계 등)로부터 데이터를 수신할 수 있다. 분무 건조 장치가 동작을 하면, 원료는 원료 공급 펌프로부터 건조 챔버 내로 유입되어 미립화 되어 분무될 수 있다. 열풍은 원료의 공급될 때, 미립화된 원료로 열풍 공급 장치에 의해 제공될 수 있다. 제어부는 획득된 데이터로부터 분무 건조 장치의 정상적인 동작 여부, 열풍의 공급 및 원료의 공급 동작에 대한 모니터링을 수행할 수 있다. 예를 들면, 제어부는 액상 원료의 액적 온도(T1)를 액적 온도 센서(예: 도 6의 액적 온도 센서(114))로부터 수신할 수 있다. 제어부(150)는 열풍의 온도(T2)를 열풍 온도 센서(예: 도 6의 열풍 온도 센서(211))로부터 수신할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 분무 건조 장치가 동작하여 배기구(예: 도 6의 배기구(116)를 통하여 열풍이 배기되면, 배기 온도 센서(예: 도 6의 배기 온도 센서(187))로부터 배기 온도(Tout)을 획득할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 온도 센서들로부터 수신된 액상 원료의 액적 온도(T1) 및 열풍의 온도(T2)에 응답하여, 분무된 원료의 건조를 위해 필요한 열풍의 온도를 판단하거나, 공급된 액적 온도가 한계 온도 범위 내인지 판단할 수 있다(S720).
다양한 실시예에 따르면, 수신된 액적 온도(T1) 및 미리 입력되거나 획득한 원료의 끓는점(Tb)로부터 아래 수식을 바탕으로, 필요한 열풍의 온도를 획득할 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00032
제어부는 열풍의 온도가 원료의 변곡점 또는 물성 변이 온도 이하에서 운전되도록 열풍의 온도를 조절할 수 있다. 획득된 필요 열풍의 온도가 높다면, 액상 원료의 액적 온도를 낮추도록 원료의 공급량을 조절하여, 다시 획득된 액상 원료의 액적온도를 바탕으로, 원료의 건조를 위해 필요한 열풍의 온도를 획득할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부는 수신된 액적 온도(T1) 및 배기 온도(Tout)을 통하여, 액적 온도가 운용될 수 있는 온도인지를 판단할 수 있다. 아래의 수식을 참고하면, 한계 온도(Tlim)는 재료의 특성에 따라 다르게 설정될 수 있으며, 제어부는 설정된 한계온도를 바탕으로 원료의 액적 온도(T1)가 운용될 수 있는 범위인지를 판단할 수 있다.
Figure 112020034844212-pat00033
다양한 실시예에 따르면, 제어부는 판단된 필요 열풍의 온도와 실제 공급되고 있는 열풍의 온도를 비교하여 열풍 공급부를 제어하거나, 판단된 기준온도 범위내의 액상 원료의 액적 온도인지에 따라 원료 공급부를 제어하거나 열풍 공급부를 제어할 수 있다(S730).
다양한 실시예에 따르면, 제어부는 공급되는 액상 원료의 액적 온도(T1)가 운용될 수 있는 범위를 넘어서면, 액적 온도(T1)를 낮추기 위해서, 제어신호를 원료 공급 펌프(도 6의 제1 원료 공급 펌프(121) 또는 제2 원료 공급 펌프(122))로 전달할 수 있다. 제어부는 원료의 공급을 늘리는 제어신호를 전달하면, 구동중인 원료 공급 펌프의 유량을 늘리거나, 추가 원료 공급 펌프를 구동할 수 있다. 공급되는 원료의 양이 증가한다면, 기화되면서 빼앗기는 잠열에 의해서 액적 온도가 낮아질 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부는 실제 공급되고 있는 열풍의 온도가 수식에 의해 계산된 필요 열풍의 온도보다 낮다면, 열풍의 공급을 증가시키기 위하여, 열풍 공급부를 제어하거나 원료 공급부를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부는 열풍의 공급을 증가와 관련된 신호를 열풍 공급부로 전달하고, 신호를 수신한 열풍 공급부는 밸브(예: 도 6의 밸브(134a, 134b))를 더 개방하고 제1 흡기팬(133)의 회전속도를 높여 연소 원료의 공급을 증가시켜 초기 열풍의 온도를 높이거나, 제2 흡기팬(136)의 회전속도를 높여 열풍의 공급량을 높일 수 있다. 제어부는 열풍 온도 센서로부터 필요한 열풍의 온도에 도달하는지를 수신하고, 열풍의 온도가 건조에 필요한 열풍 온도에 도달할 때까지 열풍 공급부로 열풍의 공급 증가와 관련된 신호를 전달할 수 있다. 제어부는 열풍의 공급과 관련하여, 필요 온도 부근에서 열풍의 온도가 정상 상태에 도달하면, 열풍 공급부로 현재의 상태를 유지하도록 제어할 수 있다.
상술한 동작에서도, 제어부는 열풍의 온도가 재료의 변곡점 또는 물성 변이온도 이하에서 운전되도록 열풍 공급부를 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부는 실제 공급되고 있는 열풍의 온도가 수식에 의해 계산된 필요 열풍의 온도보다 낮다면, 원료의 공급을 줄여 액적 온도(T1)을 낮출 수 있다. 제어부는 액적 온도(T1)를 낮추기 위해서, 제어신호를 원료 공급 펌프로 전달할 수 있다. 제어부는 원료의 공급을 줄이는 제어신호를 전달하면, 구동중인 원료 공급 펌프의 유량을 줄이거나, 복수의 원료 공급 펌프가 구동 중이면 어느 하나의 원료 공급 펌프를 구동할 수 있다. 공급되는 원료의 양이 줄어든다면, 기화되면서 빼앗기는 잠열의 크기가 줄어들어 액적 온도는 낮아질 수 있고, 낮아진 액적 온도에 대비하여, 열풍의 온도는 필요온도에 도달할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부는 실제 공급되고 있는 열풍의 온도가 수식에 의해 계산된 필요 열풍의 온도보다 높다면, 열풍의 온도를 낮추기 위해, 열풍 공급부를 제어할 수 있다. 예를 들면, 제어부는 열풍의 공급 감소와 관련된 신호를 열풍 공급부로 전달하고, 신호를 수신한 열풍 공급부는 밸브를 더 폐쇄하고 제1 흡기팬(133)의 회전속도를 낮춰 연소 원료의 공급을 줄일 수 있고, 초기 열풍의 온도를 낮출 수 있다. 또한, 제어부는 제2 흡기팬의 회전속도를 낮춰 열풍의 공급량을 줄일 수 있다. 제어부는 열풍 온도 센서로부터 필요한 열풍의 온도에 도달하는지를 수신하고, 열풍의 온도가 건조에 필요한 열풍 온도에 도달할 때까지 열풍 공급부로 열풍의 공급 감소와 관련된 신호를 전달할 수 있다. 제어부는 열풍의 공급과 관련하여, 필요 온도 부근에서 열풍의 온도가 정상 상태에 도달하면, 열풍 공급부로 현재의 상태를 유지하도록 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부는 실제 공급되고 있는 열풍의 온도가 수식에 의해 계산된 필요 열풍의 온도보다 높다면, 상술한 예와 상이하게, 원료 공급부를 제어할 수 있다. 제어부는 원료 공급부로 제어신호를 전달하기 전에, 실제 공급되고 있는 열풍의 온도로부터 산출되는 액적 온도가 설정된 한계 온도를 바탕으로 운용 온도 범위 내인지를 판단할 수 있다. 제어부는 산출된 액적 온도가 운용 범위 내이면, 원료의 공급량을 증가시키도록 원료 공급부에 제어신호를 전달할 수 있다. 원료 공급부는 원료의 공급량을 증가시키기 위하여, 추가 원료 공급 펌프를 구동하거나 구동중인 원료 공급 펌프의 유량을 증가시킬 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부는 산출된 액적 온도가 운용범위 밖이면, 열량 공급부의 온도를 낮추도록 제어할 수 있다. 제어부는 산출된 액적 온도를 운용범위내로 낮추기 위해서, 운용 범위내의 액적 온도로부터 필요 열량을 산출할 수 있고, 액적 온도를 낮추기 위해서, 원료 공급량을 줄이면서, 열풍 공급부의 열풍의 온도를 제어하거나 열풍의 공급량을 줄일 수 있다.
도 8a 및 도 8b는, 다양한 실시예에 따르는 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치의 건조 챔버의 하부 구조를 나타낸다.
도 8a 및 도 8b를 참조하면, 건조 챔버의 하부에 배치되는 개폐 밸브(119)로부터 분기되는 파이프와 연결되는 제1 보조 개폐 밸브(171) 및 제2 개폐 밸브(172)를 포함할 수 있다. 제1 보조 개폐 밸브(171)와 제2 개폐 밸브(172)는 배출구(118)로부터 배출되는 분말 원료의 배출 경로를 조절할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제1 보조 개폐 밸브(171)를 통하여 배출되는 제1 경로는 정상 제품이 배출되는 경로로 활용될 수 있고, 제2 보조 개폐 밸브(172)를 통하여 배출되는 제2 경로는 불량 제품이 배출되는 경로로 활용될 수 있다.
도 8b를 참조하면, 도 8a의 C영역에서의 경로의 변경을 위해서 사용되는 밸브들은, 상술한 제1 보조 개폐 밸브(171) 및 제2 보조 개폐 밸브(172)를 이용하는 방법이외에, 하나의 밸브로 형성된 판형 밸브(810)를 이용할 수 있다. 판형 밸브는 회전축(805)을 중심으로 회전을 하고, 제1 위치(P1)로 회전하는 경우, 제1 경로(831)가 개방되고, 제2 위치(P2)로 회전하는 경우, 제2 경로(832)가 개방되는 형태로 이루어 질 수 있다.
도 9는, 도 8a의 밸브를 포함하는 분무 건조 장치의 단면도 및 분무 건조 장치를 구성하는 장비의 배치를 나타낸다. 도 10은, 도 9의 분무 건조 장치의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 9를 참조하면, 분무 건조 장치(900)는 도 5의 분무 건조 장치에서 도 8a의 밸브를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부(150)는 배기 온도 센서(187), 열풍 온도 센서(211), 제1 보조 개폐 밸브(171) 및 제2 보조 개폐 밸브(172)와 연결될 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 건조 챔버(110) 내의 온도 제어가 실패하는 경우, 건조 챔버(110)의 내부에 위치한 원료는 사용하기 어려울 수 있다. 예를 들면, 열풍 공급부(130)의 제어 과정에서 열풍의 온도가 원료의 변형점 또는 물성 변이온도 이상으로 가해지는 경우, 원료의 변형이 발생하여, 분말의 품질이 저하될 수 있다. 이 경우, 건조 챔버(110) 내부에 포함된 원료는 전체적으로 사용하기 어려워 이를 폐기하여야 하는 경우가 발생할 수 있다. 다른 예를 들면, 액상 원료의 액적 온도(T1)와 배기 온도(Tout)의 차가 한계 온도(Tlim)보다 큰 경우에도, 원료의 건조가 완전하게 이루어 지지 않을 수 있어, 제품에 불량이 발생할 수 있다. 제품의 불량이 발생하는 경우, 고상 분말과 습기를 머금은 슬러리가 뒤섞여 있어 이를 제품으로 공급하기 어려움이 발생하여, 전량 폐기 처리해야할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제1 보조 개폐 밸브(171)는 건조 챔버(110)내에서 정상적으로 원료가 건조되어 배출될 때, 개방되도록 설정될 수 있다. 제어부(150)는 액상 원료의 액적 온도(T1)와 배기 온도(Tout)의 차가 한계 온도(Tlim)내이고, 열풍의 온도(T2)가 원료의 변형점 또는 물성 변이온도 이하인 온도이면, 정상적으로 건조된 것으로 판단하고, 제1 보조 개폐 밸브(171)를 개방할 수 있다. 제1 보조 개폐 밸브(171)를 통해서 전달되는 원료는 제1 컨베이어 벨트(911)를 통해서 제품의 포장을 위해 이동될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제2 보조 개폐 밸브(172)는 건조 챔버(110)내에서 원료의 변형이 일어나거나, 원료가 충분히 건조대지 않을 때, 개방되도록 설정될 수 있다. 제어부(150)는 액상 원료의 액적 온도(T1)와 배기 온도(Tout)의 차가 한계 온도(Tlim)이상이거나, 열풍의 온도(T2)가 원료의 변형점 또는 물성 변이온도 이싱이면, 건조가 정상적이지 않은 것으로 판단하고, 제1 보조 개폐 밸브(171)를 폐쇄하고, 제2 보조 개폐 밸브(172)를 개방할 수 있다. 제2 보조 개폐 밸브(172)를 통해서 전달되는 불량 재료는 제2 컨베이어 벨트(912)를 통해서 폐기될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 도 3의 동작과 도 7의 동작은 같이 실시될 수 있으며, 이 경우, 도 3에서 사용되는 열풍 공급부의 제어를 위한 끓는점(또는 물성 변이점) 및 원료의 변형점은 도 7에서 제시된 온도보다 마진을 가지도록(예를 들면, 도 7에서의 변형점 또는 물성 변이온도 보다 낮게 설정)설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 도 7에서 설명한 한계 온도 범위, 물성 변이점 또는 원료 변형점은 마진을 가지도록 설정될 수 있다. 예를 들면, 한계 온도(Tlim)가 30도인경우, 한계 온도(Tlim)의 실제 설정값은 28도 정도로 설정할 수 있고, 물성 변이점이 170도인 경우, 실제로는 150도 정도로 설정하여 사용할 수 있다. 또한, 도 3에서는 도 7에서의 설정 값보다 약간 낮은 온도로 설정될 수 있다.
도 10을 참조하면, 제어부(예: 도 9의 제어부(150))는 분무 건조 장치(예: 도 9의 분무 건조 장치(900))에 배치되는 온도 센서들로부터 획득한 데이터를 바탕으로, 건조 분말의 품질을 판단하여 건조 분말의 배출 경로를 선택할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 분무 건조 장치가 동작된 이후, 제어부는 액적 온도 센서(예: 도 9의 액적 온도 센서(115))로부터 미립화된 원료의 액적 온도(T1), 열풍 온도 센서(예: 도 9의 열풍 온도 센서(211))로부터 챔버로 공급되는 열풍의 온도(T2), 건조 챔버의 배기구(예: 도 9의 배기구(116))로부터 연장되는 배기관(예: 도 9의 파이프(185))에 배치되는 배기 온도 센서(예: 도 9의 배기 온도 센서(187))로부터 배기 온도(Tout)을 수신할 수 있다(S1010). 액적 온도 센서는, 분무 건조 장치의 동작 중, 공급되는 액상 원료가 미립화 장치(예: 도 9의 미립화 장치(113))으로부터 분무되는 액상 원료의 액적 온도를 감지할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부는 상기 수신된 온도 데이터에 응답하여, 분말의 품질을 판단할 수 있다(S1020). 제어부는 열풍 온도(T2)가 변형점 또는 물성 변이점의 온도보다 높아지면, 건조 챔버 내의 재료는 변형(예: 탄화, 건조 제품의 액상화 또는 단백질 변이 등)이 발생하는 것으로 판단할 수 있다. 제어부는 액적 온도(T1)와 배기 온도(Tour)의 차이가 한계온도(Tour)보다 큰 경우, 건조 챔버 내의 원료가 머금은 습기가 증발이 완전히 일어나지 않은 것으로 판단할 수 있다. 예를 들면, 건조된 재료는 슬러리 상태일 수 있다. 따라서, 제어부는 열풍 온도(T2)가 변형점 또는 물성 변이점의 온도보다 높거나, 액적 온도(T1)와 배기 온도(Tour)의 차이가 한계 온도(Tour)보다 큰 경우, 분말의 품질이 낮은 것을 판단할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부는 열풍 온도(T2)가 변형점 또는 물성 변이점의 온도보다 낮고, 액적 온도(T1)와 배기 온도(Tour)의 차이가 한계 온도(Tour)범위 내인 경우에는, 정상적으로 건조된 제품인 것으로 판단할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제어부는 분말 품질 판단에 응답하여, 분말의 배출 경로를 선택할 수 있다(S1030). 제어부는 정상 제품으로 판단한 경우, 정상 제품의 배출 경로인 제1 경로로 유도되도록 제1 보조 개폐 밸브를 개방하거나 개방 상태로 유지할 수 있다. 제어부는 분무 건조 장치의 동작 중, 제품을 불량으로 판단한 경우, 불량 제품의 배출 경로인 제2 경로로 안내되도록 제1 보조 개폐 밸브를 폐쇄하고, 제2 보조 개폐 밸브를 개방할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 제품의 불량이 발생하는 경우, 건조 챔버 내부에 잔류하는 재료를 제거하기 위하여, 건조 챔버 벽면의 외주면을 따라 설치된 압축공기 주입장치를 통해 압축공기를 분사하여, 내벽에 붙은 분말을 제거할 수 있다. 챔버 내부의 온도가 높아 벽면의 온도가 높아지면, 내벽 부착물은 열변형을 일으켜 녹을 수 있어, 이를 방지하기 위한 냉각판을 필요부위에 부착할 수 있다. 다양한 실시예에 따르면, 건조 챔버의 분말이 집적되기 쉬운 영역에서 압축공기를 이용하여 외벽을 가압하여, 충격에 의해 분말을 표면으로부터 제거할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상술한 장치는, 정상 동작되는 동안에도, 사용될 수 있으며, 냉각판의 경우에는 정상동작 중에도 건조 챔버 내부에 분말이 변형되어 점착되는 것을 방지하기 위해 상시적으로 이용될 수 있다.
상술한 다양한 실시예에 따르는 분무 건조 장치는, 열풍의 온도, 미립화된 원료의 액적 온도를 바탕으로, 열풍의 공급, 온도 제어 및 원료의 공급 제어를 수행할 수 있다. 열풍의 온도 및 미립화된 원료의 액적 온도는 건조 챔버 상부에서 획득할 수 있어, 열풍의 제공 온도를 적절하게 제어할 수 있는 점에서 원료의 변형 또는 물성 변이를 방지할 수 있도록 제어할 수 있다.
상술한 다양한 실시예에 따르는 분무 건조 장치는, 원료가 공급되는 주입부, 상기 원료가 건조되는 챔버, 및 상기 챔버에서 건조된 고상의 원료가 중력에 의해 이동되어 외부로 배출되는 배출구를 포함하는 건조 챔버와, 상기 건조 챔버의 주입부로 공급되는 원료로 열풍을 전달하는 열풍 공급부, 상기 주입부로 공급되는 원료의 액적 온도(wet bulb temperature)를 감지하는 제1 온도 센서, 상기 열풍 공급부로부터 유입되는 열풍의 온도(T2)를 감지하는 제2 온도 센서와, 상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서로부터 수신된 데이터를 처리하고, 상기 건조 챔버로 공급되는 상기 열풍의 온도를 조절하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 상기 원료의 끓는 점(Tb)을 획득하고, 상기 제1 온도 센서로부터 감지된 상기 주입부로 공급되는 원료의 온도(T1)를 수신하고, 상기 감지된 원료의 액적 온도(T1) 및 상기 원료의 상기 끓는 점(Tb)을 바탕으로, 상기 건조 챔버의 주입부로 공급될 열풍 온도(T2)를 결정하고, 상기 열풍의 온도를 조절하여, 상기 원료의 액적 온도(T1)를 미리 지정된 온도 범위내로 설정할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 열풍 공급부는 상기 주입부에서의 상기 열풍의 온도(T2)를 상기 열풍 공급부로부터 공급되는 열풍의 공급속도 및 열풍의 공급량으로 조절할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 건조 챔버의 배출구 주위에 배치되는 배기관에 위치하여 상기 배기관을 따라 배출되는 배기의 온도(Tout)를 측정하는 제3 온도 센서를 더 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 원료의 액적 온도(T1)와 상기 배출되는 배기의 온도(Tout)를 기초로, 상기 열풍의 온도를 제어하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 원료의 온도는, 상기 열풍의 온도(T2) 및 상기 원료의 끓는점(Tb)를 바탕으로,
Figure 112020034844212-pat00034
으로 결정되고, 상기 T1, T2, Tb의 단위는 Kelvin온도이고, 상기 원료의 액적 온도(T1)과 상기 배출되는 배기의 온도(Tout)의 차이는 미리 지정된 한계 온도(Tlim)내로 유지되도록 상기 열풍의 온도를 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 미리 지정된 온도 및 상기 미리 지정된 한계 온도(Tlim)는 상기 원료의 끓는 점 및 상기 원료의 변형 온도를 바탕으로 결정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 건조 챔버의 주입부로 원료를 공급하는 원료 공급부를 더 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제3 온도 센서로부터 배출되는 배기의 온도(Tout)를 수신하고, 상기 수신된 배기의 온도(Tout)에 응답하여, 상기 원료 공급부의 구동을 제어하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 배출구는 상기 제2 온도 센서로부터 감지된 상기 열풍의 온도(T2)에 기반하여, 정상제품은 제1 경로를 통해 배출하고, 불량제품은 제2 경로를 통해 배출하는 선택적 개폐장치를 포함할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제1 경로를 통해 배출되는 상기 고상의 원료를 포장공정을 위한 장소로 이송하는 제1 컨베이어벨트와, 상기 제2 경로를 통해 배출되는 상기 고상의 원료를 폐기장소로 이송할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제어부는, 상기 제2 온도 센서로부터 상기 열풍의 온도(T2)에 관한 데이터를 수신하고, 상기 열풍의 온도(T2)가 미리 지정된 온도 이하인 제1 상태일 때, 상기 고상의 원료를 제1 경로를 통해 배출하고, 상기 열풍의 온도(T2)가 미리 지정된 온도 이상인 제2 상태일 때, 상기 고상의 원료를 제2 경로를 통해 선택적으로 배출하고, 상기 제1 상태에서, 상기 제1 컨베이어벨트를 구동하고, 상기 제2 상태에서, 상기 제2 컨베이어벨트를 구동하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르는 분무 건조 장치는, 원료가 공급되는 주입부, 상기 원료가 건조되는 챔버, 및 상기 챔버에서 건조된 고상의 원료가 중력에 의해 이동되어 외부로 배출되는 배출구를 포함하는 건조 챔버, 상기 건조 챔버의 주입부에 위치한 원심분리기로 상기 원료를 공급하는 원료 공급부, 상기 건조 챔버의 주입부에 인접한 위치로 연결되는 열풍전달관을 통하여 상기 건조 챔버의 상기 원심분리기로부터 상기 건조 챔버 내부로 공급되는 원료로 열풍을 전달하는 열풍 공급부와 상기 열풍전달관에 배치되고, 상기 열풍의 온도(T2)를 감지하는 열풍 온도 센서를 포함하고, 상기 연료의 액적 온도(T1)는, 상기 연료의 끓는 점(Tb) 및 감지된 상기 열풍의 온도(T2)를 바탕으로, 미리 지정된 범위 내에서
Figure 112020034844212-pat00035
로 조절되고, 상기 T1, T2, Tb의 단위는 Kelvin온도일 수 있다.
다양한 실시예에 따르는 분무 건조 장치의 온도 제어 모듈은, 열풍 공급부로부터 건조 챔버 내부에 포함된 원료를 향해 분사되는 열풍의 온도(T2)를 감지하는 열풍 온도 센서, 복수의 인스트럭션들을 저장하는 메모리, 상기 열풍 온도 센서 및 상기 메모리와 작동적으로 연결되는 제어부를 포함하고, 상기 복수의 인스터럭션들은, 상기 제어부가 실행될 때, 상기 프로세서가, 상기 원료의 끓는점(Tb)을 입력받고, 상기 열풍 온도 센서로부터 상기 열풍의 온도(T2)를 수신받고, 상기 열풍의 온도(T2) 및 상기 원료의 끓는점(Tb)를 바탕으로, 상기 원료의 액적 온도(T1)를 미리 지정된 범위 내의 온도로 제어하고, 상기 액적 온도(T1)를 T1=137(Tb/373.15)^0.68*log(T2)-45으로 설정하도록 제어하고, 상기 T1, T2, Tb의 단위는 Kelvin온도일 수 있다.
다양한 실시예에 따르는 분무 건조 장치는, 상기 건조 챔버의 배기구를 통해 배출되는 배기의 온도(Tout)를 획득하는 배기구 온도 센서를 더 포함하고, 상기 제어부가 실행될 때, 상기 복수의 인스트럭션들은, 상기 제어부가 상기 원료의 액적 온도(T1)와 상기 배출되는 배기의 온도(Tout)의 차이는 미리 지정된 한계 온도(Tlim)내로 유지되도록 상기 열풍의 온도를 제어할 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제어부가 실행될 때, 상기 복수의 인스트럭션들은, 상기 제어부가 상기 배기구 온도 센서로부터 배출되는 배기의 온도(Tout)를 수신하고, 상기 수신된 배기의 온도(Tout)에 응답하여, 상기 원료 공급부의 구동을 제어하도록 설정될 수 있다.
다양한 실시예에 따르면, 상기 제어부가 실행될 때, 상기 복수의 인스트럭션들은, 상기 제어부가 상기 원료의 액적 온도(T1)가 미리 지정된 온도 또는 미리 지정된 한계온도내로 유지하기 위하여, 상기 열풍 공급부로 열풍의 공급 속도 및 열풍의 공급량을 조절하는 신호를 전달할 수 있다.
본 개시의 청구항 또는 명세서에 기재된 실시 예들에 따른 방법들은 하드웨어, 소프트웨어, 또는 하드웨어와 소프트웨어의 조합의 형태로 구현될(implemented) 수 있다. 상술한 본 개시의 구체적인 실시 예들에서, 개시에 포함되는 구성 요소는 제시된 구체적인 실시 예에 따라 단수 또는 복수로 표현되었다. 그러나, 단수 또는 복수의 표현은 설명의 편의를 위해 제시한 상황에 적합하게 선택된 것으로서, 본 개시가 단수 또는 복수의 구성 요소에 제한되는 것은 아니며, 복수로 표현된 구성 요소라 하더라도 단수로 구성되거나, 단수로 표현된 구성 요소라 하더라도 복수로 구성될 수 있다.
한편 본 개시의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예에 관해 설명하였으나, 본 개시의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로 본 개시의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며 후술하는 특허청구의 범위뿐만 아니라 이 특허청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
10 : 분무 건조 장치
110 : 건조챔버
120 : 원료 공급부
130 : 열풍 공급부
150 : 제어부
190 : 열풍 배기부

Claims (10)

  1. 분무 건조 장치에 있어서,
    원료가 공급되는 주입부, 상기 원료가 건조되는 챔버, 및 상기 챔버에서 건조된 고상의 원료가 중력에 의해 이동되어 외부로 배출되는 배출구를 포함하는 건조 챔버;
    상기 건조 챔버의 주입부로 공급되는 원료로 열풍을 전달하는 열풍 공급부;
    상기 주입부로 공급되는 원료의 액적 온도(wet bulb temperature)를 감지하는 제1 온도 센서;
    상기 열풍 공급부로부터 유입되는 열풍의 온도(T2)를 감지하는 제2 온도 센서; 및
    상기 제1 온도 센서 및 상기 제2 온도 센서로부터 수신된 데이터를 처리하고, 상기 건조 챔버로 공급되는 상기 열풍의 온도를 조절하는 제어부;를 포함하고,
    상기 제어부는
    상기 원료의 끓는 점(Tb)을 획득하고,
    상기 제1 온도 센서로부터 감지된 상기 주입부로 공급되는 원료의 온도(T1)를 수신하고,
    상기 감지된 원료의 액적 온도(T1) 및 상기 원료의 상기 끓는 점(Tb)을 바탕으로, 상기 건조 챔버의 주입부로 공급될 열풍 온도(T2)를 결정하고,
    상기 열풍의 온도를 조절하여, 상기 원료의 액적 온도(T1)를 미리 지정된 온도 범위내로 설정도록 제어하고,
    상기 원료의 액적 온도(T1)는, 상기 열풍의 온도(T2) 및 상기 원료의 끓는점(Tb)을 바탕으로,
    Figure 112020058648052-pat00050

    으로 결정되고,
    상기 T1, T2, Tb의 단위는 Kelvin온도인, 분무 건조 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 건조 챔버의 배출구 주위에 배치되는 배기관에 위치하여 상기 배기관을 따라 배출되는 배기의 온도(Tout)를 측정하는 제3 온도 센서;를 더 포함하고,
    상기 원료의 액적 온도(T1)과 상기 배출되는 배기의 온도(Tout)의 차이는 미리 지정된 한계 온도(Tlim)내로 유지되도록 상기 열풍의 온도를 제어하는 분무 건조 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 미리 지정된 온도 및 상기 미리 지정된 한계 온도(Tlim)는 상기 원료의 끓는 점 및 상기 원료의 변형 온도를 바탕으로 결정되는 분무 건조 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 건조 챔버의 주입부로 원료를 공급하는 원료 공급부;를 더 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제3 온도 센서로부터 배출되는 배기의 온도(Tout)를 수신하고,
    상기 수신된 배기의 온도(Tout)에 응답하여, 상기 원료 공급부의 구동을 제어하도록 설정된 분무 건조 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 배출구는 상기 제2 온도 센서로부터 감지된 상기 열풍의 온도(T2)에 기반하여, 정상제품은 제1 경로를 통해 배출하고, 불량제품은 제2 경로를 통해 배출하는 선택적 개폐장치를 포함하는 분무 건조 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 경로를 통해 배출되는 상기 고상의 원료를 포장공정을 위한 장소로 이송하는 제1 컨베이어벨트; 및
    상기 제2 경로를 통해 배출되는 상기 고상의 원료를 폐기장소로 이송하는 제2 컨베이어벨트를 더 포함하는 분무 건조 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제2 온도 센서로부터 상기 열풍의 온도(T2)에 관한 데이터를 수신하고,
    상기 열풍의 온도(T2)가 미리 지정된 온도 이하인 제1 상태일 때, 상기 고상의 원료를 제1 경로를 통해 배출하고, 상기 열풍의 온도(T2)가 미리 지정된 온도 이상인 제2 상태일 때, 상기 고상의 원료를 제2 경로를 통해 선택적으로 배출하고,
    상기 제1 상태에서, 상기 제1 컨베이어벨트를 구동하고, 상기 제2 상태에서, 상기 제2 컨베이어벨트를 구동하도록 설정되는 분무 건조 장치.
  8. 분무 건조 장치에 있어서,
    원료가 공급되는 주입부, 상기 원료가 건조되는 챔버, 및 상기 챔버에서 건조된 고상의 원료가 중력에 의해 이동되어 외부로 배출되는 배출구를 포함하는 건조 챔버;
    상기 건조 챔버의 주입부에 위치한 원심분리기로 상기 원료를 미립화 상태로 공급하는 원료 공급부;
    상기 건조 챔버의 주입부에 인접한 위치로 연결되는 열풍전달관을 통하여 상기 건조 챔버의 상기 원심분리기로부터 상기 건조 챔버 내부로 공급되는 원료로 열풍을 전달하는 열풍 공급부; 및
    상기 열풍전달관에 배치되고, 상기 열풍의 온도(T2)를 감지하는 열풍 온도 센서;를 포함하고,
    상기 원료의 액적 온도(T1)는, 상기 원료의 끓는 점(Tb) 및 감지된 상기 열풍의 온도(T2)를 바탕으로, 미리 지정된 범위 내에서
    Figure 112020034844212-pat00037

    로 조절되고,
    상기 T1, T2, Tb의 단위는 Kelvin온도인 분무 건조 장치.
  9. 분무 건조 장치의 온도 제어 모듈에 있어서,
    열풍 공급부로부터 건조 챔버 내부에 포함된 원료를 향해 분사되는 열풍의 온도(T2)를 감지하는 열풍 온도 센서;
    복수의 인스트럭션들을 저장하는 메모리; 및
    상기 열풍 온도 센서 및 상기 메모리와 작동적으로 연결되는 프로세서;를 포함하고,
    상기 복수의 인스터럭션들은, 상기 프로세서가 실행될 때, 상기 프로세서는,
    상기 원료의 끓는점(Tb)을 입력받고,
    상기 열풍 온도 센서로부터 상기 열풍의 온도(T2)를 수신받고,
    상기 열풍의 온도(T2) 및 상기 원료의 끓는점(Tb)를 바탕으로, 상기 원료의 액적 온도(T1)를 미리 지정된 범위 내의 온도로 제어하고,
    상기 액적 온도(T1)를
    Figure 112020058648052-pat00038

    으로 설정하도록 제어하고,
    상기 T1, T2, Tb의 단위는 Kelvin온도인 온도 제어 모듈.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 건조 챔버의 배기구를 통해 배출되는 배기의 온도(Tout)를 획득하는 배기구 온도 센서;를 더 포함하고,
    상기 프로세서가 실행될 때, 상기 복수의 인스트럭션들은, 상기 프로세서가,
    상기 원료의 액적 온도(T1)와 상기 배출되는 배기의 온도(Tout)의 차이는 미리 지정된 한계 온도(Tlim)내로 유지되도록 상기 열풍의 온도를 제어하는 온도 제어 모듈.
KR1020200040710A 2020-04-03 2020-04-03 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치 KR102132835B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200040710A KR102132835B1 (ko) 2020-04-03 2020-04-03 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200040710A KR102132835B1 (ko) 2020-04-03 2020-04-03 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치

Publications (1)

Publication Number Publication Date
KR102132835B1 true KR102132835B1 (ko) 2020-07-10

Family

ID=71604146

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200040710A KR102132835B1 (ko) 2020-04-03 2020-04-03 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR102132835B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112316456A (zh) * 2020-11-16 2021-02-05 景德镇欧神诺陶瓷有限公司 恒温喷雾干燥系统
WO2024167119A1 (ko) * 2023-02-08 2024-08-15 주식회사 씨이비비과학 분무 건조 장치 및 이의 동작 방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR970015355U (ko) * 1995-09-29 1997-04-28 불량건전지 분리수거장치의 결합구조
JPH1076101A (ja) * 1996-09-02 1998-03-24 Lion Corp 噴霧乾燥装置の制御方法
JP2000334288A (ja) * 1999-05-26 2000-12-05 Hosokawa Micron Corp 粉体処理装置
KR101284280B1 (ko) * 2012-02-21 2013-07-08 정승수 분무 건조 장치의 원료 공급 제어 모듈

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR970015355U (ko) * 1995-09-29 1997-04-28 불량건전지 분리수거장치의 결합구조
JPH1076101A (ja) * 1996-09-02 1998-03-24 Lion Corp 噴霧乾燥装置の制御方法
JP2000334288A (ja) * 1999-05-26 2000-12-05 Hosokawa Micron Corp 粉体処理装置
KR101284280B1 (ko) * 2012-02-21 2013-07-08 정승수 분무 건조 장치의 원료 공급 제어 모듈

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112316456A (zh) * 2020-11-16 2021-02-05 景德镇欧神诺陶瓷有限公司 恒温喷雾干燥系统
WO2024167119A1 (ko) * 2023-02-08 2024-08-15 주식회사 씨이비비과학 분무 건조 장치 및 이의 동작 방법
KR20240123973A (ko) 2023-02-08 2024-08-16 주식회사 씨이비비과학 분무 건조 장치 및 이의 동작 방법

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102132835B1 (ko) 온도 제어 모듈을 포함하는 분무 건조 장치
CA2987788C (en) Method and device for producing an expanded granulate
US9835374B2 (en) Apparatus and method for a dryer
US4750273A (en) Computer controlled grain drying
Rogers et al. A monodisperse spray dryer for milk powder: Modelling the formation of insoluble material
US4599809A (en) Grain dryer system
JP5114552B2 (ja) 凍結乾燥方法および凍結乾燥装置
CN102186547B (zh) 旋转式蒸发器
US20100154247A1 (en) Counter flow cooling drier with integrated heat recovery
RU2606982C2 (ru) Способ и система для получения зерен и гранул серы
US20100126036A1 (en) Device and method for dehydrating and drying a mixture of plastic granules and water
US6604493B1 (en) Liquid material vaporizing and feeding apparatus
CN102455114A (zh) 颗粒状材料的脱水方法和设备
CN101358804A (zh) 用于颗粒材料受控除湿的设备和方法
US20050091872A1 (en) Method and apparatus for controlling gas flow through granulate in drying hoppers
Krokida et al. Rotary drying
SE529334C2 (sv) Torkningsapparat för partikelformigt material
Srinivasakannan et al. Continuous fluidized bed drying with and without internals: Kinetic model
KR101015386B1 (ko) 분무 건조기
KR20210021917A (ko) 고체 연료 분쇄 장치, 발전 플랜트 및 고체 연료 분쇄 장치의 제어 방법
JP2007205652A (ja) 被乾燥物の乾燥方法および流動乾燥機
EP0972165B1 (en) A method for operating a drying device as well as a device for carrying out said method
JP2660926B2 (ja) 粉粒体の乾燥方法
Ploeger et al. Spray drying and amorphous dispersions
JP3936792B2 (ja) 連続式粉粒体温度制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
E902 Notification of reason for refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant