KR20070047239A

KR20070047239A - 건조 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20070047239A
Application number: KR1020067025256A
Authority: KR
Inventors: 제임스 케네쓰 카슨; 해롤드 키쓰 힐; 도날드 마이클 그레이엄; 그랜트 브라이언 스초우
Original assignee: 애그리서치 리미티드
Priority date: 2004-05-01
Filing date: 2005-05-02
Publication date: 2007-05-04
Also published as: US20080142166A1; US8012313B2; EP1742716A4; AU2005237933B2; WO2005105253A1; CA2565136A1; MXPA06012614A; AU2005237933A1; EP1742716A1; BRPI0510529A; JP2007535652A

Abstract

본 발명은 과일 주스, 의약품, 영양보조식품 및 차와 커피와 같은 액체 물질을 분무 동결 건조하는 데 사용되는 공정 및/또는 방법과, 관련된 장치에 관한 것이다. 액체 물질은 분사(분무)되고, 온도가 공융 온도 이하로 감소되고, 이에 의해 액체 물질 내의 수분의 상변화를 일으킨다. 그 후에 분무화된 액체 물질(ALS)은 진공 건조 챔버의 처리를 받는다. 진공 챔버 내에서 ALS는 ALS가 챔버 내를 통해 이송될 때 ALS로부터 액체의 승화를 보조하는 에너지원의 영향을 받는다. 이와 같은 에너지원은 ALS가 통과하며 노출되는 온도 기울기를 제공할 수 있고, 건조(수분 함유량을 감소시키는 것)되는 물질의 손상의 가능성을 바람직하게 최소화하거나 감소시킬 수 있도록 모든 단계가 수행된다.

Description

건조 방법 및 장치{Drying process and apparatus}

본 발명은 건조 장치 및 건조 방법에 관한 것이다. 유일한 것은 아니지만, 본 발명은 특별히 부유(浮游)하는 고체 입자나 내부에 용해되어 있는 물질을 갖는 액체 물질(liquid substance)을 동결(freezing), 농축(concentrating) 또는 건조(drying)시키는 데 사용되는 건조 장치(dryer)에 관한 것이다.

식품을 저장하는 공정은 항상 관심의 대상이 되어 왔으며, 동결 건조 공정은 1940년 후반 이래로 특정한 음식 산업의 중심이었다. 동결 건조 장치와 공정의 개발이 형성되던 수년 동안, 유용하게 보관되는 최종 산물을 얻는 데 강조를 두었다. 뜨거운 공기의 대류 방법에 의한 탈수법을 종종 포함하던 식품 저장에서의 초기 시도들에서는, 액체 물질을 동결시킨 후, 습기를 제거시키기 위하여 동결된 물질을 진공 하에서 가열하는 기본적인 단계들이 바람직하였다.

건조된 제품의 품질은 영양 수치와 소비자에 대한 외관의 관점에서 가장 중요하다. 공정과 물질에서 수분을 제거하는 중에 제품을 손상시키는 것은 바람직하지 않다. 뜨거운 공기의 대류는 종종 제품 수축과 기타 해로운 효과를 야기시킨다.

비록 배치(batch) 가공은, 긴 제품 가공 시간, 각 가공 단계에서의 긴 체류 시간(부분적으로 가공된 물질을 하나의 단계에서 다음 단계로 이송하기 위해 수작 업이 요구되기도 한다), 때로는 과다한 용량으로 인해 최적화되지 않는 불완전한 가공 장비, 늘어난 설치 시간, 사람에 의한 오차의 가능성이 늘어남으로 인해(자동화의 부족으로 인함) 공정의 제어성 감소, 그리고 낮은 처리량과 같은 수많은 단점들을 갖지만, 동결 건조 산업에서는 배치(batch) 장치의 작업이 사용되어 왔다. 배치 시스템들은 통상적으로 소량 생산 작업량이나, 공정의 유연성에 대한 필요가 요구되는 곳에서 사용된다.

통상적인 건조 공정(배치 동결)에서는 적어도 하나의 액체 공급이 낮은 트레이에 부어진다(제품의 두께는 통상적으로 10 mm 내지 20 mm 의 사이에서 변화한다). 그 후에 트레이는 동결 건조기 내의 선반에 배치된다. 배치 동결기의 문이 닫히고, 제품이 동결된다. 제품이 동결된 후에, 트레이는 가열되어 얼음이 서서히 승화된다. 승화된 증기는 냉각 코일 상에서 응축된다. 제품이 건조하다고 여겨지면, 제품은 수작업으로 제거된다. 제품은 부서지기 쉬운 덩어리(cake)로 통상적인 동결 건조기를 빠져나오므로, 제품이 더 가공되기 전에 일반적으로 분리되는 과립화(granulation) 단계를 필요로 한다.

건조된 제품을 생산하기 위해 습기를 함유한 물질을 동결시킨 후, 과다한 수분을 가능한 많이 승화시킴으로써 건조시키는 이와 같은 방법은 물질들이 건조되어야 할 필요는 있으나 적정한 온도도 견딜 수 없는 산업에서 주로 사용된다. 예를 들어 어떤 식품이나 의약품은 열에 의해 손상되거나 영향을 받을 수 있다.

이와 같이 병합된 동결 및 건조 공정이 48 시간 또는 그 이상 소요되는 것은 비정상적이다. 이렇게 오래 소요되는 것은 열에 민감한 물질이 건조되는 경우에 바 람직하지 않다. 또한 통상적인 배치 동결 건조기에서 진공이 없어지면, 융해 및 유리 형성이 발생할 수 있고, 제품의 전체 부하가 소실될 수 있다. 즉 제품은 사용 가능한 품질의 제품이나, 판매할 수 있는 제품이 될 수 없다. 더구나 적재 공정과, 빼내는 공정은 노출과 얕은 트레이에서 흘러내림에 의한 손실로 인해 제품을 오염시키기 쉽다.

그러므로 습기를 함유한 물질의 신속한 동결 건조를 가능하게 하고, 분말과 같이 적절히 형성되는 최종 제품을 생산하는 시스템이 바람직하다. 지금까지는 완전히 연속적이거나 반 연속적인 동결 건조 공정은 건조 산업에 의해 효과적으로 개발되어 있지 않다.

잠재적인 오염을 최소화할 수 있고, 액체 공급의 흘러내림을 감소시킬 수 있으며, 액체의 산출량을 증대시킬 수 있는 장치는 건조 산업에서 유익할 것이다. 액체 공급이 전처리의 액체 공급액 냉각 단계나 건조된 제품의 후속적인 과립화 단계 필수적으로 필요로 하지 않는 동결 건조로 가공될 수 있다면, 통상적인 배치 동결 건조로 인한 심각한 문제점이 극복될 수 있다.

최근에는 처리될 물질의 물리적 크기를 축소시키는 단계 및 동결 건조의 단계 동안 등급에 의한 온도 조절과 같은 여러 가지의 단계들을 포함하도록 동결 건조의 단계들이 더욱 개발되었다. 그러나 건조되는 물질들이 종종 정지된 트레이 유형의 배치에 놓여, 어떤 물질들은 물질들의 다른 부분들보다 더 영향을 받거나 더 가열되기 쉽기 때문에, 너무 건조되거나 과열됨으로 인해 손상된 제품이 나오므로, 사실상 고도로 제어된 건조를 효율적으로 구현하기는 어렵다. 그러므로 동결 건조 공정에 바람직하게 연결된 단계와 같은, 물질들에 대해 개선된 열 전달의 조건들을 구비한 건조 단계를 사용하는 것이 바람직하다.

그러므로 본 발명의 목적은 적어도 상술한 문제점들을 처리하고자 하거나, 적어도 산업에 유용한 선택 사항을 제공하기 위한 건조 장치 및/또는 건조 공정 또는 방법을 제공하는 데 있다.

명세서 내에서 인용되는 어떤 특허나 특허 출원을 포함하는 모든 참조 문헌들은 명세서 내에 참조로서 병합되었다. 어떤 참조 문헌도 선행기술을 구성하는 것은 허용되지 않는다. 참조 문헌에 대한 검토는 저자들이 주장하는 것을 진술하며, 출원인들이 인용 문헌들의 정확성과 타당성을 의심할 권리를 보유한다. 비록 수많은 선행 기술의 문헌들이 본 명세서에서 참조되지만, 이 참조는 이들 문헌들의 어떤 것도 기술 분야의 통상의 일반 지식을 구성하는 것을 인정하는 것은 아니다.

'구비한다'라는 용어에는 변동되는 관할 하에서 배타적이거나 포괄적인 의미가 부여된다. 본 명세서의 목적을 위해 그리고 다른 언급이 없다면, '구비한다'라는 용어는 포괄적인 의미를 갖는다. 즉 '구비한다'는 이 어구가 직접 참조하는 열거된 요소들뿐만 아니라 특정되지 않은 성분들 또는 요소들도 포함하도록 사용되는 것이다. 이와 같은 원리는 방법 또는 공정에서 하나 또는 그 이상의 단계들과 관련하여 '포함하는', '포함한다'는 용어가 사용될 때에도 또한 사용된다.

본 발명의 상세한 측면과 장점들은 예시의 방법으로만 제공되는 이하의 설명으로부터 명백해질 것이다.

따라서 제1 측면의 본 발명은 부유(浮游)하는 고체 입자나 내부에 용해된 물질을 갖는 액체 물질을 건조하거나 농축시키는 방법으로 대략 구성되며:

액체 물질의 삼중점 이하의 온도 및 압력으로 챔버를 유지시키는 단계;

동결 액체 물질 부분("FLS" 부분)과, 제1 증발 액체 물질 부분("FEL" 부분)을 발생시키기 위해 액체 물질을 챔버 내로 분사 및/또는 분무하는 단계;

FLS 부분을 표면상에서 층으로 회수하는 단계; 및

회수된 FLS 부분을 표면상에서 이송시키는 단계를 포함하고,

표면은 표면상에서 회수된 FLS의 층의 두께를 제어하는 속도로 회수된 FLS 부분을 이송시킨다.

여기에서 "액체 물질(liquid substance)"이 사용되며, 액체 흐름과 같은 특성을 갖지만, 제1 상태에서 일정한 무게/질량을 갖는 물질을 가리킨다. 액체 물질의 무게/질량은 액체 물질로부터 요소들을 제거함으로써, 예를 들어 물질로부터 수분을 증발시켜 더 농축된 액체 물질을 남김으로써 변동될 수 있다. 이와 같은 액체 물질은 물이나 기름 또는 이와 유사한 것으로, 부유하거나 용매 내에 용해된 입자들이나 고체를 포함하는 액체 및 액체 상태로 존재할 수 있는 혼합물을 포함한다.

바람직하게는, 상기 이송시키는 단계의 속도는 상기 표면에 축적되는 FLS 부분의 단일층의 두께를 실질적으로 이룬다.

바람직하게는, 상기 FEL은 응축 장치에 의해 응축된다.

바람직하게는, 상기 FEL은 상기 챔버로부터 제거된다.

바람직하게는, 액체 물질을 분사 및/또는 분무화시키는 단계는 FLS의 소정의 입자 크기를 이루기 위한 분무를 포함한다.

바람직하게는, 액체 물질을 분사 및/또는 분무화시키는 단계는 하나 이상의 노즐에 의해 수행된다.

바람직하게는, 상기 표면상에서의 FLS의 이송 속도는 상기 표면상에서 FLS의 단일층의 두께를 실질적으로 이룬다.

바람직하게는, 상기 단일층은 FLS 부분의 소정의 입자 크기의 하나의 층의 두께이다.

바람직하게는, 상기 소정의 입자 크기는 실질적으로 500 ㎛ 이상이다.

바람직하게는, 상기 소정의 입자 크기는 실질적으로 500 ㎛ 미만이다.

바람직하게는, 상기 소정의 입자 크기는 실질적으로 200 ㎛ 미만이다.

바람직하게는, 상기 표면은 FLS 부분을 하나 이상의 노즐로부터 멀어지게 이송시킨다.

바람직하게는, FLS 부분의 회수된 층을 가열 수단에 노출시킴으로써 승화와, 제2 증발 액체 물질 부분("SEL" 부분)과 제품의 생성을 실질적으로 일으키는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 상기 SEL 부분은 응축 장치에 의해 응축된다.

바람직하게는, 상기 SEL 부분은 챔버로부터 제거된다.

바람직하게는, 상기 제품은 제품 제거 장치에 의해 이송 표면으로부터 제거된다.

바람직하게는, 상기 제품은 출구 통로를 통해 챔버로부터 제거된다.

바람직하게는, 상기 방법은 부유하는 고체 입자나 내부에 용해된 물질을 갖는 유체화된 물질 또는 액체 물질를 가공하기 위해 사용된다.

바람직하게는, 상기 물질은 커피 분말, 액상 우유, 과일 및/또는 야채 주스의 하나 이상으로부터 선택된다.

제2 측면의 본 발명은 액체 물질을 건조 또는 농축시키기 위한 장치로 대략 구성되며:

챔버와 챔버 압력 감소 장치;

액체 물질이 챔버로 주입되는 하나 이상의 주입 통로; 및

액체 물질의 동결 액체 물질 부분을 회수하는 회수 표면을 구비하고,

상기 압력 감소 장치는 챔버를 적어도 액체 물질의 삼중점 압력 이하의 압력으로 유지시켜, 주입된 액체 물질이 동결 액체 물질 부분("FLS" 부분)과 제1 증발 액체 물질 부분("FEL" 부분)으로 분리되게 하고,

사용 중에, FLS 부분이 회수 표면 위에 층으로 축적되고, FLS 부분의 층의 두께가 제어되도록 허용하는 속도로 FLS 부분이 하나 이상의 분사 통로로부터 멀어지게 이송된다.

바람직하게는, 상기 이송 속도는 상기 표면 위에 축적되는 FLS 부분의 단일층의 두께를 실질적으로 이룬다.

바람직하게는, 상기 FEL 부분은 응축 장치에 의해 응축된다.

바람직하게는, 상기 FEL은 상기 챔버로부터 제거된다.

바람직하게는, 상기 하나 이상의 주입 통로는 적어도 하나의 분무기(spray) 또는 분무 노즐(atomization nozzle)을 구비한다.

바람직하게는, 상기 노즐 또는 노즐들은 소정의 입자 크기를 얻기 위해 생성되는 FLS 부분의 크기를 실질적으로 결정한다.

바람직하게는, 상기 압력 감소 장치는 기체 배출 펌프이다.

바람직하게는, 상기 응축 장치는 냉각 코일(cooled coil) 또는 코일들이다.

바람직하게는, 상기 응축 장치는 냉매로 냉각된다.

바람직하게는, 상기 회수 표면은 다음 운반 장치들: 이동 무한 벨트 구성, 동결 액체 물질 부분이 하나 이상의 주입 통로로부터 멀어지게 미끄러지도록 하는 경사진 트레이(tray), 진동 트레이(tray)의 어느 하나 또는 조합을 구비한다.

바람직하게는, 상기 경사진 트레이 및/또는 진동 트레이는 감소된 마찰 표면을 구비한다.

바람직하게는, 상기 감소된 마찰 표면은 폴리테트라 플루오르 에틸렌(polytetrafluroethylene; PTFE)을 포함한다.

바람직하게는, FLS가 하나 이상의 분사 통로로부터 멀어지도록 이송될 때, 상기 회수 표면 위의 FLS 부분의 층은 가열 수단에 노출된다.

바람직하게는, 상기 가열 수단은 제2 증발 액체(SEL) 물질 부분과 제품을 형성하기 위해, 상기 표면 위에서 FLS 부분 층의 승화를 실질적으로 일으킨다.

바람직하게는, 상기 가열 수단은 다음의 에너지원들: 적외선 램프, 할로겐 램프, 백열 램프, 마이크로파 또는 상기 표면의 저항 가열의 어느 하나 또는 조합이다.

바람직하게는, 상기 회수 표면으로부터 제품을 제거하기 위해 제품 제거 장치가 사용된다.

바람직하게는, 상기 제품 제거 장치는 벗겨내는 수단 및/또는 브러싱(brushing) 수단이다.

바람직하게는, 상기 벗겨내는 수단은 제품이 부착된 표면과 실질적으로 접촉하고, 표면으로부터 출구 통로로 제품을 이동시킨다.

바람직하게는, 상기 브러싱 수단은 제품이 부착된 표면과 실질적으로 접촉하고, 제품을 표면으로부터 출구 통로로 향하게 하는 회전하는 솔 또는 고정 솔이다.

바람직하게는, 상기 제품은 챔버 출구 통로를 통해 제거된다.

바람직하게는, 상기 챔버는 실질적으로 611.3 ㎩ 또는 그 이하의 압력으로 유지된다.

제3 측면의 본 발명은 액체 물질을 위한 건조 방법으로 대략 구성되며:

액체 물질을 분무화시키는 단계;

상변화를 일으키기 위해 분무화된 액체 물질(ALS)을 냉각시키는 단계;

상기 ALS를 진공하의 건조 챔버 내로 이송시키는 단계; 및

실질적으로 승화를 일으키고, 챔버로부터 실질적으로 건조된 ALS를 실질적으로 회수하기 위해 ALS를 가열하는 단계를 포함한다.

바람직하게는, 액체 물질은 분무화되기 이전에 초기 온도로부터 냉각된다.

바람직하게는, 건조 챔버로 이송되는 ALS는 또한 건조 챔버를 관통하여 이송된다.

바람직하게는, ALS가 챔버로부터 이동하는 동안 온도 기울기가 승화를 실질적으로 일으킬 수 있도록 ALS는 온도 기울기에 의해 가열된다.

바람직하게는, 액체 물질을 냉각하는 단계는 액체 물질을 초기 온도로부터 더 낮은 온도로 감소시키기 위한 냉각기(chiller)에서 이루어진다.

바람직하게는, 액체 물질을 분무화시키는 단계는 소정의 입자 크기를 얻는다.

바람직하게는, 소정의 입자 크기는 실질적으로 500 ㎛ 이상이다.

바람직하게는, 소정의 입자 크기는 실질적으로 500 ㎛ 미만이다.

바람직하게는, 소정의 입자 크기는 실질적으로 200 ㎛ 미만이다.

바람직하게는, 분무 동결기는 분무화된 액체 물질(ALS) 내에서 액체의 상변화를 일으키기 위해 찬 기체를 이용한다.

바람직하게는, 냉각시키는 단계는 찬 유체와의 직접 또는 간접 접촉으로 이루어진다.

바람직하게는, 상기 찬 유체는 공기이다.

바람직하게는, 상기 찬 유체는 실질적으로 0 ℃ 이하이다.

바람직하게는, 상기 찬 유체는 실질적으로 -20℃ 미만이다.

바람직하게는, 상기 분무 동결기는 반대되는 흐름의 배치(counter current configuration)에서 작동된다.

바람직하게는, 상기 분무 동결기는 동류의 흐름의 배치(co-current configuration)에서 작동된다.

바람직하게는, ALS는 ALS의 공융 온도(eutectic temperature)의 이하로 감소된다.

바람직하게는, ALS는 분리기로 이송된다.

바람직하게는, 상기 ALS는 공압적으로 분리기로 이송된다.

바람직하게는, 상기 분리기는 기체-고체 분리 장치이다.

바람직하게는, 상기 기체-고체 분리 장치는 사이클론(cyclone)이다.

바람직하게는, 기체-고체 분리 장치에서 분리된 기체는 냉각시키는 단계에서 사용되기 위해 귀환되거나 및/또는 다시 냉각된다.

바람직하게는, 하나 이상의 진공 잠금 장치 및/또는 공기 잠금 장치가 AFS 사이클론 출구 및 건조 챔버 입구의 사이에 배치된다.

바람직하게는, 상기 기체-고체 분리 장치에서 분리된 고체는 진공 건조 챔버로 유입된다.

바람직하게는, 진공 압력 챔버의 진공은 압력 감소 장치에 의해 생성된다.

바람직하게는, 압력 감소 장치에 의해 생성되는 진공은 실질적으로 절대 압력 600 ㎛Hg 이하이다.

바람직하게는, 압력 감소 장치에 의해 생성되는 진공은 실질적으로 절대 압력 200 내지 400 ㎛Hg 이다.

바람직하게는, 상기 ALS는 표면에 의해 이송된다.

바람직하게는, 상기 ALS는 진동하는 표면에 의해 이송된다.

바람직하게는, 상기 진동하는 표면은 진동 트레이(tray)이다.

바람직하게는, 상기 진동 트레이는 공압적으로 및/또는 기계적으로 및/또는 전기적으로 및/또는 기계적으로 구동된다.

바람직하게는, 상기 진동 트레이는 실질적으로 승화를 일으키는 온도 기울기 통해 ALS를 이송시킨다.

바람직하게는, 승화에 의해 생성되는 수증기는 건조 챔버로부터 제거된다.

바람직하게는, 승화에 의해 생성되는 수증기는 하나 이상의 응축기에 의해 건조 챔버로부터 제거된다.

바람직하게는, ALS가 건조 챔버를 통과하여 이동하는 동안 온도 기울기가 실질적으로 승화를 일으키도록 하기 위해 ALS는 온도 기울기에 의해 가열된다.

바람직하게는, 상기 온도 기울기는 에너지원에 의해 제공된다.

바람직하게는, 상기 에너지원은 적외선 발산 장치 및/또는 마이크로파 발산 장치 및/또는 저항 가열기이다.

바람직하게는, ALS가 기체-고체 분리 장치로부터 진공 건조 챔버로 이송되는 동안 ALS를 공융 온도 이하의 온도로 유지하기 위해 냉각 시스템이 사용된다.

바람직하게는, 생성되는 제품은 실질적으로 감소되어 액체 물질에 비교하여 수분이 없다.

제4 측면의 본 발명은 액체 물질을 위한 건조 방법을 위한 장치로 대략 구성되며:

액체 물질을 분무화시킬 수 있는 분무기;

상변화를 일으키기 위해 분무화된 액체 물질(ALS)을 냉각시킬 수 있는 냉각기;

ALS를 진공으로 유지되는 진공 챔버로 이송시킬 수 있는 운반 장치;

승화와 동결 건조를 일으키기 위해 ALS를 가열시킬 수 있는 에너지원; 및

건조된 ALS를 회수할 수 있는 회수기를 구비한다.

바람직하게는, 액체 물질을 초기 온도로부터 더 낮은 온도로 냉각시킬 수 있는 냉각기는 액체 물질 분무기의 이전에 구비된다.

바람직하게는, 상기 건조 장치는 건조 챔버를 통과하여 ALS를 이송시킬 수 있는 운반 장치를 구비한다.

바람직하게는, 상기 건조 장치는 ALS가 건조 챔버를 통과하여 이동하는 동안 온도 기울기가 승화를 일으킬 수 있도록 온도 기울기를 통해 ALS를 가열시킬 수 있는 에너지원을 구비한다.

바람직하게는, 온도 기울기는 ALS가 챔버를 통과할 때에 ALS에 발생하는 열 손상을 실질적으로 방지하거나 실질적으로 최소화시킨다.

바람직하게는, 상기 찬 기체는 공기이다.

바람직하게는, 상기 찬 기체는 실질적으로 0 ℃ 이하이다.

바람직하게는, 상기 찬 기체는 실질적으로 -20℃ 미만이다.

바람직하게는, 상기 ALS는 진동하는 표면에 의해 이송된다.

바람직하게는, 상기 진동하는 표면은 진동 트레이(tray)이다.

바람직하게는, 상기 진동 트레이는 실질적으로 승화를 일으키는 온도 기울기 통해 ALS를 이송된다.

제5 측면의 본 발명은 대략 건조 챔버로 구성되며:

트레이(tray)를 진동시킬 수 있는 장치;

상기 챔버 내에서 압력을 감소시키기 위한 적절한 장치;

상기 챔버로부터의 물질 출구 통로; 및

상기 트레이에 작용하도록 적용되는 가열원을 구비한다.

바람직하게는, 본 발명은 액체 물질의 더 건조된 형태를 형성시키거나 적어도 액체 물질의 더 농축된 형태를('제품'의 형태로) 형성시키기 위해 액체 물질을 처리하는 개선된 방법/공정을 제공한다.

바람직한 실시예들에서, 본 발명은 준 연속적으로 작동되거나, 또는 적어도 종래 기술의 건조 시스템에 비교하여 액체 물질의 더 많은 처리량을 허용하도록 작동한다. 분무화된 액체 물질(ALS)의 이송 속도는 건조/농축의 효율을 증가시키거나 및/또는 제품에 대한 손상을 최소화는 데 도움이 되기에 충분하다.

본 발명의 상세한 측면들은 이하의 첨부 도면들을 참조하여 예시의 방법으로만 제공되는 이하의 설명들로부터 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명의 제3 및 제4의 측면에 따른 가능한 건조기 배치의 일 실시 예를 도시한다.

도 2는 본 발명의 제1 및 제2 측면에 따른 가능한 실시예의 공정 흐름도이다.

도 3은 도 2에 도시된 건조기 챔버 배치의 상면도이다.

도 4는 도 2 및 도 3에 도시된 건조기 챔버 배치의 측면도이다.

도 5는 도 2 내지 도 4에 도시된 건조기 챔버 배치의 단부 도면이다.

본 발명은 도 1 내지 도 5와 이하에 기재된 상세한 설명을 참조하여 설명된다.

본 발명은 액체 물질을 동결 건조(freeze dryer)하거나 또는 탈수(dehydrating)/농축(concentrating)하기 위한 공정에 관한 것이다. 공정은 부유하는 고체 물질을 갖는 액체(예를 들어, 우유)나, 어떤 물질이 용해되어 있는 액체에 적용될 수 있다. 차, 커피, 과일 주스, 의약품, 영양보조식품(nutraceuticls)도 이와 같은 분무 동결 건조기(spray freeze dryer)를 사용하여 가공될 수 있다.

동결 건조는 유용한 보존 기술이며, 많은 다른 제품들 가운데에서 다음과 같은 것들, 즉 인스턴트 커피, 건조 수프 믹스(soup mixes), 버섯, 허브(herbs), 향신료, 치즈 발효제 배양균(cheese starter cultures), 작은 새우, 즉석 아침식사 시리얼용 과일, 영양보조식품, 의약품 및 농업기능식품(agriceuticals)이 이와 같은 방법으로 건조될 수 있다.

동결 건조 제품의 어떤 특정 소비자들은 군사 식량 및/또는 우주 식량의 제 품뿐만 아니라 야채, 고기, 생선 및 과일을 함유하는 경량의 야영 식량을 포함할 수도 있다. 동결 건조 공정은 일반적으로 다음과 같은 장점을 갖는다. 즉 낮은 열 손상, 발산되는 향기를 잘 보유함, 양호한 비타민 함유, 제품의 신속한 원상 복귀, 낮은 제품 수축, 장기간의 제품 보관 수명(적절히 포장되면, 생물학적인 활동이 차단됨)의 장점이 있다. 동결 건조 제품과 관련된 몇몇 단점들이 존재하는데, 가장 문제되는 것으로 높은 건조 비용과, 초기 동결에 의한 어떤 제품들에 대한 손상, 포장되어 낮은 습도로 유지되지 않는 경우의 급속한 변질, 부서지기 쉬움(즉 쉽게 가루가됨), 변색을 피하기 위해 때로는 전처리가 필요함(예, 당근) 등이 있다.

제3의 측면에서 일반적으로 설명되는 공정(1)과, 상술한 제4의 측면에 의해 넓게 정의되는 장치는 액체 물질(3)의 삼중점 이하의 특정 온도와 압력으로 챔버(2)를 유지하는 단계와, 액체 물질(3)을 챔버(2)에 투입함으로써 동결된 액체 물질의 부분(4)과 제1 증발 액체 물질 부분(5A)을 생성하는 단계를 포함한다.

동결된 액체 물질 부분(4)을 회수 표면(8) 상에서 층(7)으로 회수함과 동시에, 제1의 증발 액체 물질 부분(5A)은 응축 수단(6)에 의해 응축될 수 있다.

층(6)으로 회수된 동결된 액체 물질 부분(4)은 회수 표면(8)을 따라 이송된다. 표면(8)은 회수되는 동결 액체 물질 부분의 층의 두께를 제어하는 속도로 동결된 액체 물질 부분의 층(7)을 이송한다.

응축된 제1 증발 액체 물질 부분은 챔버(2)로부터 제거될 수 있다. 물이나 증발된 액체 물질 부분이 챔버 내의 가스 상태로부터 제거되기 위해서, 물이나 증발된 액체는 코일 상에서 응축될 수 있다. 증발된 부분이 응축 코일로부터 제거되 기 위해서, 코일은 삼중점 이상의 압력으로 복귀되어 얼음이 융해되도록 할 수 있다. 그러므로 실질적으로 연속적이거나 준연속적인 작동을 달성하기 위해서는, 두 개 또는 그 이상의 응축 코일의 세트가 사용될 수 있다. 하나의 코일 세트는 응결되고, 다른 하나 또는 나머지 코일들은 어떤 종류의 압력 밀봉을 폐쇄함으로써 건조 챔버로부터 이격되어 대기압력으로 복귀하여 해동된다.

저장 탱크(T) 내의 액체 물질(3)은 미리 정해진 크기의 동결 액체 물질 부분의 입자들을 얻기 위해 챔버(2) 내로 분무될 수 있다. 분무는 하나 또는 그 이상의 노즐(10)에 의해 수행된다.

회수 표면에 회수된 동결 액체 물질(입자) 부분의 두께는 무한 컨베이어(미도시)의 형태인 회수 표면(8)에 의한 이송 속도(단위 초당 미터; m/s)에 의해 정해진다. 이와 같은 입자들의 단일층의 두께는 또한 액체 물질의 챔버로의 주입 및/또는 노즐(10)에 의한 액체 물질 주입에 의해 발생되는 입자 크기에 의해 정해질 것이다.

바람직하게는 표면은 동결된 액체 물질 부분을, 회수 표면(8) 상에서 동결 액체 물질 부분의 단일층 두께를 실질적으로 얻는 속도로 액체 물질 분사 지점 또는 하나 이상의 노즐들의 위치로부터 멀어지게 이송시킨다.

그리고 회수된 동결 액체 물질 부분은 적어도 약간의 승화와, 제2 증발 액체 물질 부분(5B)과 제품의 발생을 유발할 수 있는 가열 수단(11)으로 노출될 수 있다.

제2의 증발 액체 물질 부분(5B)은 또한 응축 수단(6)에 의해 응축되어 챔 버(2)로부터 제거될 수 있다.

저장 탱크(T)에서의 상태보다 적은 액체를 함유하는 바람직한 상태에 있는 제품(12)은 제품 제거 수단(13)에 의해 회수 표면(8)으로부터 제거될 수 있으며, 그 이후에 출구 통로(14)를 통해 챔버(2)로부터 배출된다.

실질적으로 상술한 바와 같은 공정의 다른 예에서, 장치는 저장 탱크(T) 내의 액체 물질(3)의 제품보다 더 건조되거나 더 농축된 제품(12)을 생산할 수 있다.

챔버(2)는 가스 배출 펌프(15)와 같은 압력 감소 수단에 의해 적어도 액체 물질의 삼중점 이하의 압력으로 유지된다.

액체 물질(3)이 분사되는 노즐들(10)과 같은 하나 이상의 분사 통로들이 채택될 수도 있다. 액체 물질(3)이 챔버(2)로 분사 또는 분무되면, 동결 액체 물질 부분(4)과 제1 증발 액체 물질 부분(5A)이 발생될 수 있다.

회수 표면(8)은 액체 물질(3)의 발생된 동결 액체 물질 부분(4)을 실질적으로 회수하도록 마련된다.

응축 수단(6)은 제1 증발 액체 물질 부분(6A)을 응축시키도록 마련되어, 응축액은 챔버(2)로부터 실질적으로 배수되거나 제거될 수 있다.

챔버로부터의 출구 통로(14)는 액체 물질(3)의 건조물 또는 더 많은 응축액을 제품(12)의 형태로 배출하는 데 사용될 수 있다.

동결 액체 물질 부분(4)은 회수 표면상에 층(7)으로 축적될 수 있고, 실질적으로 동결 액체 물질 부분의 단일층의 두께보다 많지 않은 축적을 허용하는 속도로 하나 이상의 분사 통로로부터 출구 통로를 향하여 이송될 수 있다.

제1 증발 액체 물질 부분(5A)은 응축 수단(6)에 의해 응축되어 챔버로부터 제거된다. 응축 수단(6)은 냉각된 응축 코일 또는 코일들이다. 응축 수단은 냉각 장치(16)로부터 공급되는 냉매로 냉각된다.

하나 이상의 분사 통로는 분무기(spray) 또는 분무 노즐이나 노즐들(atomization nozzles)을 구비한다. 노즐 또는 노즐들은 실질적으로 발생되는 동결 액체 물질 부분의 크기를 결정한다.

회수 표면은 다음과 같은 운반장치들(conveyors), 즉 이동하는 무한 벨트 배치, 동결 액체 물질 부분이 하나 이상의 분사 통로로부터 멀어지게 슬라이딩 되도록 경사진 트레이(tray), 진동하는 트레이의 하나 또는 그 조합을 구비한다. 경사진 트레이 및/또는 진동하는 트레이는 폴리테트라 플루오르 에틸렌(polytetrafluroethylene)을 포함하는 감소된 마찰 표면을 갖는다.

상기 회수 표면상의 동결 액체 물질 부분의 층은 하나 이상의 분사 통로로부터 멀어지도록 이송될 때에 제2의 증발 액체 물질 부분(5B)과 제품(12)을 형성하기 위해 표면(8) 상에서의 동결 액체 물질 부분 층(7)의 승화를 실질적으로 유발할 수 있는 가열 수단에 노출된다.

가열 수단은 이하의 에너지원, 즉 적외선 램프들, 할로겐 램프들, 백열 램프들, 마이크로파 또는 동결 액체 물질 부분(4) 상에 직접 작용하는 표면(8) 자체의 전기 저항 가열체의 하나 또는 조합이다. 또한 가열 수단은 회수 표면(8)의 열전달과 같은 주변 내부 챔버 장비로부터의 열전달을 통하거나, 주변의 챔버 벽으로부터의 에너지 복사 또는 반사를 통해 동결 입자들에 간접적으로 작용할 수도 있다.

회수 표면으로부터 표면에 고착되거나 달라붙은 제품을 제거하기 위해 제품 제거 장치가 이용될 수 있다. 이와 같은 제품 제거 장치는 벗겨내는 수단 및/또는 브러싱(brushing) 수단일 수 있다.

벗겨내는 수단은 제품(12)이 붙어 있는 표면에 실질적으로 접촉하여, 표면으로부터 출구 통로(14)를 향하여 제품을 이동시킬 수 있다. 반면에 브러싱 수단은 제품이 붙어 있는 표면과 실질적으로 접촉하며 제품을 출구 포트를 향하여 이동시키는 회전 솔(brush) 또는 고정 솔의 형태일 수 있다. 제품이 챔버로부터 제거되면, 제품은 포장되거나 더 처리될 수 있다(과립화 단계 또는 제품의 품질을 유지하기 위한 진공 포장 등).

액체 물질이 일련의 밸브들(18A)을 통하여 챔버(2)의 감압 환경으로 통과함으로써, 액체 물질(3)은 펌프(17)를 통해 압력 하에 분사 지점(10)으로 공급될 수 있다.

분무된 또는 분무되어 주입된 액체 물질(3)의 동결 부분(5A)은 바람직하게는 표면(8)에 내려앉도록 향해져 표면에서 회수되고, 동결 부분(4)은 표면에 의해 분사된 노즐(10)로부터 멀어지게 이송된다.

표면(8)은 컨베이어 표면 선택 사항의 사용이나 조합에 의해 동결 부분(4)을 분사 노즐로부터 멀어지게 이동시킬 수 있다. 이와 같은 표면의 선택 사항은 표면에 회수된 동결 부분(4)으로 하여금 바람직하게는 동결 부분(4)의 단일 층의 두께보다 두껍게 쌓이지 않도록 마련된다. 표면(8) 위의 동결 부분(4)의 층(7)의 두께는 가열 수단(11)의 노출 동안 승화(건조)의 속도를 직접적으로 결정한다.

선택적으로 동결 부분의 신속한 승화(건조)를 위한 최적의 두께는 표면상의 층의 두께를 능동적으로 측정함으로써 정해지는데, 예를 들어 광 반사 기술을 사용한다. 표면에 분사되는 층의 두께가 일단 정해지면, 액체 물질의 입구 분무 속도에 일치하거나 액체 물질의 산출량(및 제품 생산)을 최적화하도록 분사 통로로부터 입자들을 제거하는 이송 속도가 변경될 수 있다. 분무 속도 또는 액체 물질의 산출량은 표면을 따라 입자들을 이송시키는 속도에 맞게 변경될 수도 있다.

동결 부분(4)이 일단 가열 수단(11)으로 노출되면, 승화가 바람직하게 유도됨으로써 현재의 동결 액체 물질로부터 부가적인 액체 제거가 일어난다. 그 이후에 '제품(product)'(12)이라고 불릴 수도 있는 실질적으로 감소된 습기를 함유하는 물질은 이송 표면으로부터 제거될 수 있다. 그리고 제품은 회수되어 챔버의 진공의 손실을 방지하기 위한 하나 이상의 밸브(18B)(또는 공기 잠금장치)를 구비하는 출구 통로(14)를 통해 챔버(2)로부터 제거된다.

챔버(2)가 진공으로 유지될 때, 챔버 내에 소정의 압력을 얻기 위해 진공 펌프(15)가 필요하다. 예를 들어 물의 삼중점은 611.3 Pa(또는 4.584 mmHg 또는 0.0887 psi)이다. 챔버의 압력은 물의 삼중점 압력보다 높아서는 않된다. 그러나 제품에 따라서는 유리 형성과 제품이 건조됨에 따라 발생하는 동결 응축 효과(freeze concentration effects)와 관련된 어는점 내림(freezing point depression)을 피하기 위해 어떤 온도 제한은 충족되어야 한다. 어떤 제품은 공융 온도(eutectic temperature) 이하로 유지되어야 하지만, 다른 제품들에 대해서는 유리 전이 온도(glass transition temperature)가 임계적이다. 용기내의 압력이 승 화 온도, 즉 제품 온도를 결정할 것이므로, 공정은 종종 611.3Pa 보다 훨씬 아래에서 작동된다. 예를 들어 커피는 -21℃ 및 94 Pa 이고, 과일 주스는 -30℃ 및 38Pa 이다. 물론 이와 같은 기술은 부유하는 입자나 용해된 물질을 내부에 포함하는 대부분의 액체 물질에 적용될 수 있다. 열역학의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자는 온도 및 압력의 관계와, 챔버의 조건이 순간 증발(flash evaporation; 제1 증발 액체 물질 부분의 생성)의 양을 어떻게 결정하는 지와, 형성된 동결 액체 물질 부분의 최종 온도를 이해할 것이다.

챔버 조건들은 산출량의 수준 및/또는 챔버에서 발생하는 동결의 수준을 최적화하기 위해 변동될 수 있다.

액체 공급이 노즐을 통해 진공 챔버 내로 직접 공급되므로, 노즐과 공급 압력은 안정적인 분무-분출이 유지되도록 선택된다. 부 삼중점(sub-triple point) 환경에서 물질은 액체 상체로 존재할 수 없는데, 이는 액체의 일부가 거의 순간적으로 기화됨으로써 남은 액체를 동결시키는 것을 의미한다. 융해 엔탈피 효율은 외부 에너지원에 의해 공급될 필요가 없으므로, 융해 엔탈피는 실제로는 자유롭다. 나아가 동일한 공정의 결과, 승화 효율(sublimation duty)의 약 7분의 1도 자유롭다. 이는 제품의 주어진 양에 대해, 분무 동결 건조기가 종래의 배치 동결 건조기보다 적어도 10% 적은 에너지를 요구한다는 것을 의미한다.

제품은 아주 미세한 입자로 동결되며, 입자들의 최대 크기는 표면 장력과 증기압(통상적으로 100㎛ 또는 그 이하)에 의해 제한된다. 동결 입자들은 수분이 승화됨에 따라 건조되며, 건조기의 길이 방향을 따라 이송될 때 응축 코일에 의해 응 축되는 곳인 가열된 트레이 또는 벨트 위에 내려앉는다. 동결 건조 시간은 다음 식(Fellows, 1997)으로 추정될 수 있다.

여기에서, t _d 는 건조 시간(s), x 는 제품의 층 두께 (m), k _d 는 건조 제품의 열전도도(W/mK), ρ 는 제품의 총 밀도(kg/m³), ΔM 은 수분 함량의 변화량(건조 상태 기준), ΔT 는 온도 구동력(℃, temperature driving force), λ _s 는 승화 엔탈피(J/kg)이다. 상기 식은 건조 시간이 건조 표면상에서 제품의 층의 두께의 제곱에 비례함을 보여준다.

제2 측면의 본 발명은 준 연속 공정에 있어서의 분무 동결 공정으로 칭할 수 있으며, 연속 생산 라인에 통합될 수 있다. 이로 인해 건조기의 작동과 관련된 노동력의 요구량을 감소시킬 수 있으며, 제품 오염의 노출 위험도 줄일 수 있다. 나아가, 건조된 제품이 분말 형태로 건조기로부터 배출되므로, 후속적인 과립화 단계의 필요성이 제거된다.

벨트 이송 시스템과 같이 폴리테트라 플루오르 에틸렌(PTFE, polytetrafluroethylene)이 코팅된 표면은 가변 속도 구동기에 부착되어, 벨트 위 에서의 제품의 체류 시간이 소정량의 수분을 승화시키기 위해 필요로 하는 가열 수단에 대한 노출에 따라 1 내지 12 분 사이에서 변동되게 할 수 있다. 벨트의 길이는 약 2m 일 수 있고, 벨트 속도는 약 0.17 m/min. 내지 2 m/min.의 사이에서 변동될 수 있다. 벨트의 폭(대략 0.5m 일 수 있다)에 걸쳐 제품을 균일하게 분배하기 위해, 제품은 복수 개의 노즐들, 예를 들어 병렬의 4개의 노즐들을 통해 분무될 수 있다.

대부분의 입자 크기들은 10 내지 100 μm의 영역에 있는 것으로 예상된다. 그러므로 제품은 PTFE 코팅이 된 표면에도 달라붙을 것이어서, 칼날이나, 솔(brush)과 같은 제거 수단이나 벗겨내는 수단이 컨베이어의 단부(또는 표면상의 어느 위치)에 채택될 수 있다. 솔의 배치는 입자들이 모이게 할 수 있는데, 이는 특별한 제품을 위해 의도된 하류의 처리에 따라 도움이 되거나 안될 수도 있다.

공급 노즐(10)은 진공 챔버(2)내로 직접 돌출될 수 있다. 진공 챔버(2) 내의 압력은 액체(3)의 삼중점 이하로 유지된다. 그러므로 액체 물질(3)이 노즐(20)을 빠져나올 때 액체의 삼중점 압력의 이하로 압력 강하가 일어난 결과, 물의 일부가 순간적으로(flash) 증발된다(5A). 증발 과정은 물방울로부터 상당한 양의 열을 제거하여 제품 내의 나머지 수분이 동결된다. 증발잠열(??2250 kJ/kg) 및 융해잠열(??333 kJ/kg)의 상대적인 양에 기초하여, 증발된 수분의 1 그램은 나머지 물(4)의 약 6.5 그램을 동결시킨다. 동결된 액체 물질 부분(4) 내의 나머지 수분은 가열수단이나 적외선 램프나, 할로겐 램프나 진공 챔버 내의 다른 에너지원(11)을 적용함으로써 선택적으로 제거될 수 있다.

제품을 동결시키는 데뿐만 아니라 트레이의 가열 전기 요구량과 관련하여 거의 전기가 필요하지 않기 때문에, 이와 같은 유형의 잠재적인 장점은 외부 에너지(전기)의 요구량의 상당한 감소를 포함한다. 그리고 동결된 제품의 이송과 관련한 어려움들(뭉치기(caking), 굳히기(compacting), 덩어리 만들기(agglomerating), 해동시키기(thawing), 재동결시키기(re-freezing)도 대부분 제거될 수 있다.

분무 동결 건조기는 기계적인 단순한 설계로 인하여 더 적은 설비를 수반하므로, 자본 비용의 감소를 수반한다. 그리고 동결 제품이 트레이로 낙하하기 이전에 분무 패턴이 제어되기 때문에, 건조 트레이 상에서 제품의 측면 분배를 더 잘 제어할 수 있는 잠재력이 있다.

종래의 배치 동결 건조기에 대한 분무 동결 건조기의 주된 장점들 중의 어떤 것은 크게 감소된 건조 시간(시간 단위의 문제였음에 대비해 초 단위의 문제임)과, 열에 민감한 재료의 손상의 가능성이 최소화되는 것과, 신규한 동결 공정으로 인한 약 10%의 에너지 비용 감소(비용으로부터 효과적으로 자유로움), 종종 비용이 많이 들었고 제품 손실을 야기시켰던 후속적인 과립화 단계가 실질적으로 제거된 것 등이 있다.

이와 같은 준 연속 공정을 이용함으로써, 오염 물질에 대한 노출을 피할 수 있으며, 분무 동결 건조기는 연속 생산 라인으로 통합될 수 있다. 그리하여 종래의 동결 건조기보다 훨씬 덜 노동 집약적이 된다.

제1 및 제2 및/또는 제5의 측면들에 의해 넓게 정의된 것처럼 본 발명의 다른 측면에서는, 도 2, 도 3, 도 4 및 도 5에 도시되는 개선된 연속 분무 동결 건조 공정의 순서도로서 설명되는 건조 공정 및 건조 장치가 제공된다. 커피(미도시)와 같은 액체 물질은 냉각기(21)에서 초기 온도로부터 다소 낮은 온도로 냉각된다. 이 단계는 선택적이다. 액체 공급은 펌프(미도시)에 의한 압력으로, 고압 노즐(미도시)을 통해 냉각 챔버(22) 내부로 분무된다. 이상적으로는 분무된 액체 물질의 입자 크기는 실질적으로 200 내지 300 마이크론(㎛) 보다 작아야 한다. 액체 공급은 찬 공기(-20℃ 또는 그 이하)의 동류(co-current)의 유동과 함께 냉각 챔버(22)로 도입되며, 분무되어 동결되어 분무화된 동결 물질(ALS)을 생성한다. ALS는 융해를 방지하기 위해 공융 온도(eutectic temperature) 이하로 신속히 동결된다. 동결된 ALS는 찬 공기 흐름에 의해 분무 동결기 및 분리 사이클론(23)으로 공압적으로 이송된다. 동결 ALS는 사이클론(23)의 바닥에서 배출되고, 배출 공기 흐름은 사이클론(23)의 상측에서 배출된다. 분무 동결기로부터 나오는 배출 공기의 흐름은 동결 ALS의 공융 온도보다 낮아야 한다. 팬 또는 송풍기(23)가 사이클로의 배출 공기 흐름을 냉각 시스템을 통해, 이 경우에는 증발기(25)를 통해 송풍한다. 증발기(25)에서 공기는 분무 동결기 챔버(22)로 복귀하기 전에 초기 온도로 다시 냉각된다.

그리고 동결 제품은 중력에 의해 사이클론의 바닥에 부착된 종결 챔버(미도시)로 낙하한다. 진공 또는 공기 잠금장치(27)는 건조 챔버 내의 진공을 중단시키지 않고 제품으로 하여금 사이클론의 바닥을 통해 건조 챔버로 통과하도록 한다. 종결 챔버와 공기 잠금장치는 냉각 시스템으로부터의 찬 공기에 의해 냉각된다. 이 경우 냉각 시스템은 동결 ALS가 융해되지 않도록 하는 냉각기(26)이다. 건조 챔버는 진공 펌프(212)에 의해 실질적으로 200 내지 400 ㎛Hg의 절대 압력으로 유지된 다. 동결 ALS는 건조 제품을 건조기의 배출 단부를 향하여 이송시키는 경사진 공압 진동 트레이(29)로 낙하한다. 승화와 동결 건조를 이루기 위해 트레이는 트레이의 밑에 배치되는 복사 및/또는 전도 열원(210)에 의해 가열된다. 트레이의 표면 온도는 제품을 손상시키지 않는 완전한 건조를 확보하기 위해 그 길이 방향으로 제어된다(미도시). 건조된 ALS(제품)는 배출 진공 잠금장치(213)를 통해 배출된다. 두 개의 응축기(211)들은 시스템을 연속적으로 작동시키기 위해 필요하다. 하나의 응축기는 보통 건조되는 동안 작동하며, 다른 하나는 건조 챔버로부터 분리되어 해빙된다.

제1 측면에 따른 액체 물질을 위한 개선된 건조 공정은, 액체 물질을 초기 온도로부터 냉각시키고, 액체 물질을 분무화시킴으로써 소정의 입자 크기를 얻고, 분무화된 액체 물질(ALS)을 액체 물질의 공융 온도 이하로 동결시키고, 동결된 ALS를 진공으로 유지되는 건조 챔버로 이송시키고, 승화 및 동결 건조를 이루기 위해 동결 ALS를 가열한 후 챔버로부터 건조된 ALS를 회수하는 하나 이상의 단계들을 포함한다.

액체 물질은 수분을 포함하는 어떠한 물질로도 정의될 수 있다. 액체 물질은 예를 들어 우유, 커피, 주류, 의약품, 영양보조식품(nutraceuticals), 기능식품(function food), 농업기능식품(agriceuticals) 또는 수분을 함유하는 기타 물질을 포함한다. 물질의 변질에 대한 기간의 여유를 두기 위하여, 물질 내에서의 수분의 양은 최소이기만 하면 된다. 그러므로 "여유" 수분의 제거가 바람직하다.

ALS를 건조 챔버로 이송시키는 것은 어떤 적절한 이송 방법/장치에 의해 달 성된다. 이와 같은 방법/장치는, 예를 들어, 공압적인 방법, 기계적인 방법, 전기 또는 중력의 보조에 의한 이송 방법이 적절할 수 있다.

바람직하게는 제1 및/또는 제2 측면의 다른 실시예에서, 액체 물질을 초기 온도로부터 냉각시키는 단계, 액체 물질을 분무화시킴으로써 소정의 입자 크기가 얻어지는 단계, 분무화된 액체 물질(ALS)을 액체 물질의 공융 온도 이하로 동결시키는 단계, 동결 ALS를 진공으로 유지되는 건조 챔버로 이송시키는 단계, 건조 챔버를 통해 ALS를 이송시키는 단계, ALS가 챔버를 통해 건조 ALS의 회수 지점으로 통과할 때에 ALS에 발생하는 어떠한 열손상을 최소화하거나 방지하면서, 동결된 ALS가 건조 챔버를 이동하는 동안 온도 기울기를 통해 동결된 ALS를 가열시킴으로써 온도 기울기가 승화와 건조를 이루도록 하는 단계들의 하나 이상을 포함할 수 있는, 동결 액체 물질을 위한 개선된 건조 공정이 제공된다. 액체 물질을 냉각시키는 단계는 액체 물질을 초기 온도로부터 더 낮은 온도로 감소시키기 위해 냉각기에서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 냉각시키는 단계는 액체 물질이 주위 온도 및/또는 저장 조건 설비 온도로부터 더 낮은 온도로 냉각되는 것을 의미한다. 이와 같은 냉각시키는 단계는 선택적이지만, 분무 동결기에서 요구되는 냉각 부하를 감소시키고 보조할 수 있다.

냉각은 물질의 온도를 초기 온도로부터 더 낮은 온도로 감소시킬 수 있는 적절한 방법 또는 장치에 의해 구현될 수 있다. 바람직하게는 냉각은 어떠한 적절한 열 전달 장치에 의해 구현될 수 있다. 열 전달 장치는 예를 들어, 냉동기(refrigerators), 평판 열 교환기(plate heat exchangers), 원통 다관식 열 교환 기(shell and tube heat exchangers), 히트 펌프(heat pumps), 찬 공기 대류 장치(cool air convection apparatus), 가스 액체 냉각 장치 및 기타 이와 같은 적절한 냉각 장치일 수 있다. 분무 동결기는 액체 물질의 분무화(atomization)뿐만 아니라 물질 공융 온도 이하로 온도를 신속히 감소시키는 것이 요구되는 연속 공정 배치의 특별히 중요한 측면이다. 바람직하게는 액체 물질의 분무화는 단일 액체 노즐(압력식), 두 개의 액체 노즐(공압식), 원심식 회전 디스크(centrifugal spinning disc), 초음파 노즐 및 다양한 기타 회전 분무기(rotary atomisers)에 의해 유도될 수 있으며, 공기 분무 기술이 사용될 수 있다.

ALS의 냉각은 ALS를 동결시킬 수 있는 냉각기의 사용에 의해 구현될 수 있다. 바람직하게는 액체 물질의 분무화 및 냉각은 모두 분무 동결기 내에서 이루어진다.

분무 동결법에는 많은 장점들이 있는데, 특별히, 형성된 미립자들이 특정의 입자 크기 또는 소정의 입자 크기로 생성되고, 미립자의 사양이나 품질이 전체 분무 동결 작동에 걸쳐 실질적으로 균일하게 유지된다. 분무 동결 작동은 이상적으로는 연속적이며 응답 시간이 아주 빠른 완전 자동 제어에 적용 가능하다. 분무 동결법은 열에 민감한 물질과 내열성의 물질 모두에 유용하게 적용된다. 그러나 준 연속적인 가공법이 요구될 수 있음도 인식하여야 한다.

ALS의 온도가 감소될 때, 즉 액체가 공융 온도 이하로 냉각되거나 응축될 때 ALS에서 상 변화가 발생한다(다시 말해, 고체).

일단 에너지 기울기와 에너지원에 노출되면, 공정의 다음 단계에서 동결 ALS 로부터 액체가 승화될 수 있다.

사이클론(cyclones)은 가스-고체 상을 분리하기 위해 사용되는 주된 방법의 하나이며, 효율적인 분리를 제공한다. 기체가 액체 물질을 냉각시키기 위해 재순환되며, 동결(고체) ALS가 건조 챔버를 통해 이송되면서, 동결 ALS와 기체는 분리된다. 승화(sublimation)는 ALS로부터의 액체의 증발에 의한 동결 액체(고체)로부터 기체(액체 증기)로의 상변화이다. 이상적으로 동결된 ALS의 승화 및/또는 건조는 표면상에서 이루어진다. 더욱 바람직하게는 표면은 진동하는 표면일 수 있다. 보다 더욱 바람직하게는 진동하는 표면은 공압 수단 및/또는 기계적 수단 및/또는 전기적 수단에 의해 진동이 발생되는 진동 트레이(tray)이다. 분무화된 입자에 대해 개선된 열전달을 촉진하고 강화하기 위해 건조될 동결 ALS의 얼마간의 진동 움직임을 유발하거나 및/또는 제공하는 것이 바람직하다.

승화(다시 말해, ALS의 건조 및 "여유" 액체의 제거)는 적외선 장치와 같은 에너지원으로부터 발산되는 에너지에 의해 촉발되고 이루어진다. 진동하는 건조 트레이는 바람직하게는 ALS에 대한 열전달 특성을 향상시키며, 더욱 균일하고 제어된 건조 단계를 허용한다. ALS를 가열시킬 수 있는 에너지원은 ALS의 동결 액체의 승화를 유발하기 위한 어떠한 적절한 에너지원이 될 수 있다. 이와 같은 적절한 에너지원은 예를 들어, 적외선 발산 장치, 마이크로파(microwave), 복사 가열기, 대류 가열기 및 ALS의 동결 "여유" 액체의 승화를 유발하기 위해 ALS에 충분한 에너지를 공급하는 기타 장치일 수 있다.

공기 유량과, 온도 및 압력을 제어함으로써 물질의 수분 함유량을 감소시켜 건조 제품을 형성하기 위해 물질들로부터 액체를 제거하는 것은 부패와 변질을 일으킬 수 있는 미생물 생장을 억제하는 데 도움이 된다. 습기 제거는 또한 선적과 수송을 위해 중요한 관심과 고려의 대상이 되는 무게를 감소시킨다.

어떤 물질들의 화학적인 전처리(pre-treatment)는 제품의 저장 수명(shelf life)을 더욱 보조할 수 있다. 이와 같은 전처리는 저장을 강화하는 물질들을 포함할 수 있다.

종종 산업적인 규모에서의 탈수는 공급 제품이 강화된 가공 특성을 허용할 수 있도록 크기가 감소되거나 및/또는 입자화될 것을 요구한다. 동결 건조는 동결된 상태에서 물질을 건조시키는 것이고, 바람직하게는 얼음이 고체로부터 증기로의 직접적인 상변화를 쉽게 겪을 수 있도록 하는 절대 압력에서 건조 단계가 이루어진다. 본 발명에 있어서 동결 건조된 제품은 바람직하게는 건조 챔버 단계로부터 실질적으로 손상되지 않는다.

제1 및 제2 측면의 향상된 건조 공정에서, 액체 물질은 실질적으로 500 마이크론 이상의 입자 크기를 얻기 위해 분무 동결기 내에서 분무화될 수 있다. 택일적으로 얻게 되는 입자 크기는 실질적으로 500 마이크론 미만이거나 실질적으로 200 마이크론 미만일 수 있다. 액체 물질의 분무화는 분무화된 액체 물질이 공융 온도의 이하의 온도로 신속히 감소될 수 있다. 나아가 액체 물질의 분무화 및 후속되는 동결은 입자 제품의 향상된 건조 제어 및 열전달 특성을 허용하는 가공이 가능하게 한다.

장치 또는 분무 동결기는, 분무 동결기가 ALS의 액체의 상변화를 일으키기 위해 찬 기체를 이용할 수 있는 동류식 배치(co-current configuration)일 수도 있지만, 반대 흐름 배치(counter current configuration)일 수도 있다. 찬 기체는 분무화된 액체 물질 내에서 액체의 동결을 일으키는 상변화를 일으킬 수 있다(즉 ALS는 공융 온도 이하의 온도로 감소된다). 상변화를 일으키기 위해 분무 동결기에 의해 이용되는 찬 기체는, ALS 내에 함유된 액체의 상변화를 일으킬 수 있는 어떠한 적절한 기체도 사용될 수 있지만, 차가운 공기일 수 있다.

찬 기체는 실질적으로 0 ℃ 이하이거나, 바람직하게는 찬 기체는 실질적으로 -20℃ 미만 일 수 있다.

일단 동결/공융 온도 이하로 감소된 ALS는 그 이후에 분리기로 이송될 수 있고, 이송은 공압적으로 이루어질 수 있다. 분리기는 기체-고체 분리 장치(gas-solid separation device), 예를 들어 사이클론(cyclone) 일 수 있다.

사이클론으로부터 분리된 기체는 분무 동결기에서 사용되기 위해 회수되거나 및/또는 냉각될 수 있다. 분리된 기체는 증발기의 냉각 부하를 감소시키기 위해 분무 동결기로 재순환될 수 있다. ALS 내의 액체의 상변화를 유발시키는 데 사용되는 기체를 냉각시키기 위해 증발기가 사용될 수 있다. 그러나 본 실시예의 경우에는 예로서 증발기가 사용되었지만, 어떠한 적절한 기체 냉각 장치가 사용될 수도 있다. 적절한 냉각 장치는 냉동기(refrigerators), 평판 열 교환기(plate heat exchangers), 원통 다관식 열 교환기(shell and tube heat exchangers) 및 ALS 내의 액체에서 고체의 동결 상태로 하는 상변화를 강제할 수 있도록 분무 동결기로 공급될 수 있는 온도로 기체를 냉각시킬 수 있는 기타 열 교환 장치를 포함할 수 있다.

바람직하게는 동결 ALS 사이클론 출구와 건조 챔버 입구의 사이에 하나 이상의 진공 잠금장치 및/또는 공기 잠금장치, 또는 기타 유형의 압력 밀봉 장치가 배치된다. 건조 챔버 내의 진공을 유지하기 위해 하나 이상의 압력 잠금 장치를 마련하는 것이 바람직하다. 이와 같은 압력 잠금 장치를 이용하지 않으면, 건조 챔버 내에서 적절한 진공을 얻을 수 없다. 진공 건조 챔버를 밀봉하고 건조 챔버가 진공을 유지할 수 있게 하는 어떠한 적절한 장치라도 사용될 수 있지만, 밸브와 같은 압력 잠금 장치가 특별히 적절할 수 있다.

또 다른 실시예로서, 사이클론으로부터 진공 건조 장치로의 이송이 이루어지는 동안, 동결 ALS를 공융 온도 이하의 온도로 유지시키기 위해 사용되는 냉동 시스템이 있을 수 있다. ALS가 공융 온도 근처로 상승하면 발생할 수도 있는 제품의 어떤 손상 및 변질을 최소화시키기 위해서 동결 ALS가 공융 온도 이하로 유지되는 것이 바람직하다.

진공 건조 챔버의 진공은 적절한 압력 감소 장치에 의해 생성된다.

이와 같은 적절한 압력 감소 장치에 의해 생성되는 진공은 선택 압력에서 실질적으로 600 ㎛Hg의 절대 압력 또는 그 이하일 수 있다. 보다 바람직하게는 생성되는 진공은 실질적으로 200 내지 400 ㎛Hg의 절대 압력 범위일 수 있다.

진공 챔버를 통한 동결 ALS의 수송 또는 이송은 진동 표면 위에서 이루어질 수 있다. 진동 표면은 진동하는 트레이(tray)이다. 진동 트레이는 트레이에 진공을 제공하기 위해 공압 수단, 전기 수단 및/또는 기계적 수단을 통해 구동될 수 있다.

진동 트레이는 승화를 이루기 위해 동결 ALS를 온도 기울기를 통해 이송한다. 승화에 의해 발생한 증기는 하나 이상의 응축기 또는 그와 같은 것에 의해 건조 챔버로부터 제거된다.

건조 트레이의 전체의 온도 기울기는 적외선 발산 장치와 같은 에너지원에 의해 제공된다. 그러나 에너지원의 사용은 예를 들어 저항 가열기와 마이크로파 장치로 파악된다.

개선된 건조 공정 및 장치에 의해 생산된 제품은 실질적으로 수분이 없거나, 그렇지 않으면 실질적으로 건조되거나, 적어도 수분 함유량이 실질적으로 감소된다.

초기 온도로부터 더 낮은 온도로 액체 물질을 냉각시키는 단계, 액체 물질을 분무화시킴으로써 소정의 입자 크기를 얻는 단계, 분무화된 액체 물질(ALS)을 공융 온도 이하로 냉각시키는 단계, 동결 ALS를 진공 이하로 유지될 수 있는 건조 챔버로 이송시키는 단계, 승화 및 동결 건조를 이루기 위해 동결 ALS를 가열하는 단계, 그리고 건조된 ALS를 건조 챔버로부터 회수하는 단계의 하나 이상의 단계들을 용이하게 하는 개선된 건조를 위한 장치가 바람직하다. 택일적인 실시예로서, 장치는 초기 온도로부터 액체 물질을 냉각시키는 단계, 소정의 입자 크기를 얻도록 액체 물질을 분무화시키는 단계, 분무화된 액체 물질(ALS)을 공융 온도 이하로 냉각시키는 단계, 동결 ALS를 진공 이하로 유지되는 건조 챔버로 이송시키는 단계, 건조 챔버를 통해 ALS를 이송시키는 단계, ALS가 건조 챔버를 통과하여 이동되는 동안 ALS가 건조된 ALS의 회수지점으로 챔버를 관통할 때에 ALS에 발생하는 어떠한 열적 손 상도 방지하거나 최소화하면서 온도 기울기가 승화 및 건조를 이룰 수 있도록 온도 기울기를 통해 동결 ALS를 가열하는 단계의 하나 이상의 단계들을 용이하게 할 수 있는 개선된 건조 공정을 위한 장치로 정의된다. 공정 및 방법론의 단계들이 연속 공정을 형성하도록 연결되는 것이 바람직하지만 반드시 필수적이지는 않다. 연속 공정은 많은 장점들을 갖는다.

나아가 연속적으로 작동되도록 구성되는 공정이 바람직할 수 있다. 이는 연속 시스템이 생산성과, 더 뛰어난 산출량, 생산 단위당 감소된 공정 시간, 최적화 제어의 결과로 인한 개선된 품질, 일반적으로 더 효율적인 공정, 설비를 오염시킬 수도 있는 사람에 의한 조작 및/또는 물질과의 접촉의 감소를 위해 더 쉽게 최적화되는 경향이 있고, 물질이 바람직하며, 또한 인간 노동력의 감소는 바람직하게는 상해의 위험을 감소시키기 때문이다. 또한 연속 공정은 동결 건조 제품의 연속 처리와 생산을 위한 최적화된 해결을 위해 장비가 설계될 수 있게 할 수 있다.

진공 건조 챔버는 절대 압력 200 내지 400 ㎛Hg의 범위 내에서 작동하도록 설계된다. 건조 챔버의 진공 상태는 동결 액체가 기체/증기 상으로 우선적인 상변화(승화)를 하도록 허용한다. 승화 물질(증기)은 응축기의 사용에 의해 우선적으로 제거될 수 있다. 바람직한 실시예에서 건조 챔버는 연속적으로 작동되며, 일군으로 작동되거나, 준연속 또는 연속적으로 작동되도록 부가적인 분무 동결기, 분리 장치(사이클론), 포장 시스템과 연결될 수도 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 동결 ALS는 온도 기울기를 통해 승화를 이루고, 건조기의 단부에서 건조된 제품을 배출하기 위해 ALS를 이송하는 경사진 공 압 진동 트레이(다른 진동 트레임 시스템도 채택될 수 있다)로 낙하될 수 있다. 건조된 제품은 진공 잠금 장치(진공이 유지되도록 한다)를 통해 다음의 가공 단계로 배출된다. 예를 들어 다음 가공 단계는 분리된 포장 시스템을 포함할 수 있다.

트레이의 표면 온도는 제품을 손상시키지 않고 완전한 건조를 확보하기 위해 그 길이 방향을 따라가며 제어되는 것이 바람직하다.

건조는 물질 내에 정상적으로 존재하는 대부분의 수분을 증발에 의해 제거하기 위해 제어된 조건 하에서 에너지를 적용하는 것으로 정의된다. 탈수의 주된 목적은 수분 함유량을 감소시킴으로써 물질의 저장 수명(shelf life)을 연장시키는 데 있다.

건조는 식품의 섭취 품질(eating quality)과 영양가(nutritive value)의 저하를 가져올 수도 있다. 수분은 화학적 반응, 미생물 반응 및 효소 반응에서의 용매로 반응하므로 신선한 동결 건조식품의 안정도에 중요한 역할을 한다.

건조기는 진동 트레이와, 압력 감소 수단과, 물질 입구 통로와, 물질 출구 통로와, 열원을 구비할 수 있다. 진동 트레이는 ALS를 입구 물질 통로로부터 출구 물질 통로로 이송시키는 진동 표면(여기서 승화가 일어난다)을 제공한다. 입구 물질 통로는 동결 ALS가 건조기로 들어가기 위한 도입 지점이고, 출구 물질 통로는 건조된 ALS의 배출 지점(후속 승화)이다.

가열원은 진동 트레이의 길이를 따라 동결 ALS로부터 동결 액체의 승화를 유발하기 위해 사용된다.

그러므로 액체 물질이 가공되고 실질적으로 건조되거나 수분 함량이 감소되 는 일련의 처리 단계들을 제공하는 것이 바람직하다. 선택적으로 액체 물질을 냉각시키는 단계와, 액체 물질을 분무화시키는 단계와, ALS 내에서 액체의 상변화를 일으키기 위해 ALS를 냉각시키는 단계와, 상이 변화된 ALS를 냉각 기체로부터 선택적으로 분리시키는 단계와, 상이 변화된 ALS를 건조 챔버로 이송시키는 단계와, 승화에 의해 ALS로부터 액체를 제거하는 단계 등의 기술된 단계들이 실질적으로 감소된 액체/수분 함유량의 물질을 제공하기 위한 일련의 처리 단계들이라고 말할 수 있다.

그러나 전처리 단계들이 선행될 수 있고, 액체 물질이 진공 챔버(가공되는 액체 물질의 삼중점 압력보다 이하일 수 있는 진공 압력으로 유지된다)에 직접 주입될 수도 있음을 고려할 수 있다. 이와 같은 직접 주입은 액체 부분의 순간적인 증발을 일으킬 수 있다. 그 결과 액체 물질의 나머지는 동결 액체 물질 입자들이 생기도록 온도가 감소된다. 그 이후에 이와 같이 동결된 입자들은 실질적으로 더 건조한 액체 물질을 얻기 위해 건조 챔버 내에서 나머지 액체 내에서의 승화를 일으키도록 처리될 수 있다.

전처리 단계들은 비록 액체 물질을 진공 압력 검조 챔버로 직접 주입하는 것이 선택 사항인 공정에서 선행될 수 있는 것이지만, 전체 공정을 향상시키는 것으로 볼 수 있다.

기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명을 구현하기 위해 요구되는 펌프, 가열기, 모터, 분사 노즐 또는 분무 노즐의 크기를 인식하고, 이해하며, 계산할 수 있을 것이다. 그리고 이와 같은 종류의 요소들의 크기에 영향을 미치는 수 많은 변수들이 존재함이 인식되어야 할 것이다. 진공 챔버의 설계가 기술 분야에 속하는 통상의 지식을 가진 자의 영역에 속하는 것도 인식되어야 한다. 그러나 본 발명을 적절하게 만드는 것은 상술한 조합과 장점들이다.

본 발명의 측면들은 예시의 방법으로만 설명된 것이며, 첨부된 청구항들에 정의된 범위로부터 벗어나지 않고 변형 사항과 부가 사항들이 만들어질 수 있음도 인식되어야 할 것이다.

본 발명은 부유하는 고체 입자나 내부에 용해되어 있는 물질을 갖는 액체 물질을 동결(freezing), 농축(concentrating) 또는 건조(drying)시키는 데 사용되는 건조 장치 및 건조 방법에 관한 것이다.

Claims

부유(浮游)하는 고체 입자나 내부에 용해된 물질을 갖는 액체 물질을 건조하거나 농축시키는 방법으로,

액체 물질의 삼중점 이하의 온도 및 압력으로 챔버를 유지시키는 단계;

동결 액체 물질 부분("FLS" 부분)과, 제1 증발 액체 물질 부분("FEL" 부분)을 발생시키기 위해 액체 물질을 챔버 내로 분사 및/또는 분무하는 단계;

FLS 부분을 표면상에서 층으로 회수하는 단계; 및

회수된 FLS 부분을 표면상에서 이송시키는 단계를 포함하고,

표면은 표면상에서 회수된 FLS의 층의 두께를 제어하는 속도로 회수된 FLS 부분을 이송시키는 건조 방법.
제 1 항에 있어서,

상기 이송시키는 단계의 속도는 상기 표면에 축적되는 FLS 부분의 단일층의 두께를 실질적으로 이루는 건조 방법.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 FEL은 응축 장치에 의해 응축되는 건조 방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 FEL은 상기 챔버로부터 제거되는 건조 방법.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

액체 물질을 분사 및/또는 분무화시키는 단계는 FLS의 소정의 입자 크기를 이루기 위한 분무를 포함하는 건조 방법.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

액체 물질을 분사 및/또는 분무화시키는 단계는 하나 이상의 노즐에 의해 수행되는 건조 방법.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 표면상에서의 FLS의 이송 속도는 상기 표면상에서 FLS의 단일층의 두께를 실질적으로 이루는 건조 방법.
제 7 항에 있어서,

상기 단일층은 FLS 부분의 소정의 입자 크기의 하나의 층의 두께인 건조 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 소정의 입자 크기는 실질적으로 500 ㎛ 이상인 건조 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 소정의 입자 크기는 실질적으로 500 ㎛ 미만인 건조 방법.
제 8 항에 있어서,

상기 소정의 입자 크기는 실질적으로 200 ㎛ 미만인 건조 방법.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 표면은 FLS 부분을 하나 이상의 노즐로부터 멀어지게 이송시키는 건조 방법.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

FLS 부분의 회수된 층을 가열 수단에 노출시킴으로써 승화와, 제2 증발 액체 물질 부분("SEL" 부분)과 제품의 생성을 실질적으로 일으키는 단계를 포함하는 건조 방법.
제 13 항에 있어서,

상기 SEL 부분은 응축 장치에 의해 응축되는 건조 방법.
제 13 항 또는 제 14 항에 있어서,

상기 SEL 부분은 챔버로부터 제거되는 건조 방법.
제 13 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제품은 제품 제거 장치에 의해 이송 표면으로부터 제거되는 건조 방법.
제 13 항 내지 제 16 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제품은 출구 통로를 통해 챔버로부터 제거되는 건조 방법.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 방법은 부유(浮游)하는 고체 입자나 내부에 용해된 물질을 갖는 유체화된 물질 또는 액체 물질를 가공하기 위해 사용되는 건조 방법.
상기 청구항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 물질은 커피 분말, 액상 우유, 과일 및/또는 야채 주스의 하나 이상으로부터 선택되는 건조 방법.
액체 물질을 건조 또는 농축시키기 위한 장치로서,

챔버와 챔버 압력 감소 장치;

액체 물질이 챔버로 주입되는 하나 이상의 주입 통로; 및

액체 물질의 동결 액체 물질 부분을 회수하는 회수 표면을 구비하고,

상기 압력 감소 장치는 챔버를 적어도 액체 물질의 삼중점 압력 이하의 압력으로 유지시켜, 주입된 액체 물질이 동결 액체 물질 부분("FLS" 부분)과 제1 증발 액체 물질 부분("FEL" 부분)으로 분리되게 하고,

사용 중에, FLS 부분이 회수 표면 위에 층으로 축적되고, FLS 부분의 층의 두께가 제어되도록 허용하는 속도로 FLS 부분이 하나 이상의 분사 통로로부터 멀어지게 이송되는 건조장치.
제 20 항에 있어서,

상기 이송 속도는 상기 표면 위에 축적되는 FLS 부분의 단일층의 두께를 실질적으로 이루는 건조 장치.
제 20 항 또는 제 21 항에 있어서,

상기 FEL 부분은 응축 장치에 의해 응축되는 건조 장치.
제 20 항 내지 제 22 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 FEL은 상기 챔버로부터 제거되는 건조 장치.
제 20 항 내지 제 23 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 하나 이상의 주입 통로는 적어도 하나의 분무기(spray) 또는 분무 노즐(atomization nozzle)을 구비하는 건조 장치.
제 24 항에 있어서,

상기 노즐 또는 노즐들은 소정의 입자 크기를 얻기 위해 생성되는 FLS 부분의 크기를 실질적으로 결정하는 건조 장치.
제 20 내지 제 25 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 압력 감소 장치는 기체 배출 펌프인 건조 장치.
제 20 내지 제 26 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 응축 장치는 냉각 코일(cooled coil) 또는 코일들인 건조 장치.
제 20 내지 제 27 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 응축 장치는 냉매로 냉각되는 건조 장치.
제 20 내지 제 28 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 회수 표면은 다음 운반 장치들: 이동 무한 벨트 구성, 동결 액체 물질 부분이 하나 이상의 주입 통로로부터 멀어지게 미끄러지도록 하는 경사진 트레이(tray), 진동 트레이(tray)의 어느 하나 또는 조합을 구비하는 건조 장치.
제 29 항에 있어서,

상기 경사진 트레이 및/또는 진동 트레이는 감소된 마찰 표면을 구비하는 건조 장치.
제 30 항에 있어서,

상기 감소된 마찰 표면은 폴리테트라 플루오르 에틸렌(polytetrafluroethylene; PTFE)을 포함하는 건조 장치.
제 20 항 내지 제 31 항 중 어느 한 항에 있어서,

FLS가 하나 이상의 분사 통로로부터 멀어지도록 이송될 때, 상기 회수 표면 위의 FLS 부분의 층은 가열 수단에 노출되는 건조 장치.
제 32 항에 있어서,

상기 가열 수단은 제2 증발 액체(SEL) 물질 부분과 제품을 형성하기 위해, 상기 표면 위에서 FLS 부분 층의 승화를 실질적으로 일으키는 건조 장치.
제 32 항 또는 제 33 항에 있어서,

상기 가열 수단은 다음의 에너지원들: 적외선 램프, 할로겐 램프, 백열 램프, 마이크로파 또는 상기 표면의 저항 가열의 어느 하나 또는 조합인 건조 장치.
제 33 항 또는 제 34 항에 있어서,

상기 회수 표면으로부터 제품을 제거하기 위해 제품 제거 장치가 사용되는 건조 장치.
제 35 항에 있어서,

상기 제품 제거 장치는 벗겨내는 수단 및/또는 브러싱(brushing) 수단인 건조 장치.
제 36 항에 있어서,

상기 벗겨내는 수단은 제품이 부착된 표면과 실질적으로 접촉하고, 표면으로부터 출구 통로로 제품을 이동시키는 건조 장치.
제 36 항에 있어서,

상기 브러싱 수단은 제품이 부착된 표면과 실질적으로 접촉하고, 제품을 표면으로부터 출구 통로로 향하게 하는 회전하는 솔 또는 고정 솔인 건조 장치.
제 33 항 내지 제 37 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 제품은 챔버 출구 통로를 통해 제거되는 건조 장치.
제 20 항 내지 제 39 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 챔버는 실질적으로 611.3 ㎩ 또는 그 이하의 압력으로 유지되는 건조 장치.