KR20200111157A - 스프레이 건조기 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

액체를 분말로 건조하는 스프레이 건조 시스템은 직립 자세로 지지된 세장형 바디와 상기 세장형 바디 내에 건조 챔버를 형성하도록 상기 세장형 바디의 대향하는 상단부 및 하단부에 마련된 폐쇄 장치를 포함한다. 상기 폐쇄 장치 중 하나는 건조 가스를 상기 건조 챔버 내로 도입하는 건조 가스 유입구를 포함한다. 상기 폐쇄 장치 중 하나에 지지되는 스프레이 노즐 어셈블리가 제공된다. 하단 폐쇄 장치는 건조 챔버에서 건조된 분말을 수집하는 분말 수집 용기를 포함한다. 분말 수집 용기는 블랭킷 가스가 분말 수집 용기의 내부로 유도되어 분말 수집 챔버 내의 분말을 블랭킷 피복하여 분말을 건조 챔버로부터의 건조 가스에 노출되지 않게 보호하도록 구성된다.

Description

스프레이 건조기 시스템 및 방법

관련 출원에 대한 상호 참조

본 특허 출원은 2017년 10월 27일자 출원된 미국 가특허 출원 제62/578,009호 및 2018년 4월 16일자 출원된 미국 가특허 출원 제62/658,295호의 이익을 주장한다. 이들 출원 모두는 참고로 포함된다.

발명의 분야

본 발명은 개괄적으로 스프레이 건조기에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 액체를 건조 분말 형태로 스프레이 건조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

스프레이 건조는 액체 슬러리를 건조 챔버 내로 분무하고 건조 챔버 내로 가열된 공기를 도입하여 액체를 분말로 건조하는 널리 알려져 있고 광범위하게 사용되는 공정이다. 슬러리는 일반적으로 물과 같은 액체, 식품, 향료 또는 약과 같은 성분 및 담체를 포함한다. 건조 공정 중에, 액체는 제거되어 상기 성분이 담체 내에 캡슐화된 분말 형태로 남겨진다. 스프레이 건조는 또한 다양한 식품, 첨가제 및 화학 물질과 같이 캡슐화가 필요없는 분말을 생성하는 데 사용된다.

스프레이 건조 시스템은 일반적으로 높이가 수 층에 이를 수 있는 건조 타워를 가지는 구성이 비교적 대용량이다. 장비 자체는 상당한 자본 투자 일뿐만 아니라, 사용되는 시설은 이러한 장비를 수용하기에 충분한 크기 및 설계를 가져야 한다. 건조 매체에 대한 가열 요건도 고비용일 수 있다.

이러한 스프레이 건조기 시스템의 대부분의 강 구조로 인해, 보다 빠른 건조를 가능케 하는 하전된 입자를 생성하기 위해 정전식 스프레이 노즐을 사용하는 것이 바람직하지만, 정전식으로 하전된 액체는 특히 의도치 않은 접지시 전기 제어 장치의 동작을 방해하고 동작을 정지시켜 사양에 따라 건조되지 않은 하전되지 않은 액체의 방출을 초래할 수 있는 방식으로 시스템의 성분을 하전할 수 있다.

전기적으로 하전된 액체로부터 시스템을 더 잘 절연시키기 위해 비금속 재료의 정전기 스프레이 건조기의 건조 챔버를 형성하는 것이 알려져 있지만, 입자는 시스템의 사용을 정지시키는 시간 소모적인 청소를 필요로 하는 건조 챔버의 벽에 부착되어 축적될 수 있다. 또한, 건조 챔버 내의 가열 공기 분위기 내의 매우 미세한 건조 분말은 시스템의 정전기 스프레이 노즐 또는 다른 부품의 의도하지 않은 스파크 또는 오작동으로 인해 위험한 폭발 조건을 형성할 수 있다.

이러한 스프레이 건조기 시스템은 또한 상이한 형태의 액체 슬러리를 스프레이 건조하기 위해 작동 가능해야 한다. 향료 산업에서, 예를 들어 한 번의 동작으로 감귤향 성분으로 시스템을 동작시키는 한편, 커피향 성분이 다음 동작에 사용되는 것이 필요할 수 있다. 건조 챔버의 벽에 부착된 잔류 향료 물질은 후속 가공된 제품의 맛을 오염시킬 수 있다. 제약 분야에서, 연속 생산되는 약품은 교차 오염되지 않아야 한다.

기존 스프레이 건조기 시스템은 또한 용이한 다기능성이 결여되어 있다. 전체 대형 건조 시스템을 사용할 필요가 없는 건조를 위해 더 작은 제품 로트를 운영하는 것이 때로 바람직하다. 또한, 특별한 용도를 위해 재료가 시스템에 스프레이되고 건조되는 방식을 변경하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 또 다른 처리에서, 미세 입자는 사용되는 액체에 더 신속하게 용해되는 경우와 같이 최종 사용을 보다 용이하게 하기 위해 건조 중에 응집되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 기존의 스프레이는 처리 요건의 이러한 변화를 수용하기 위해 쉽게 변경할 수 없었다.

스프레이 건조기는 또한 건조기 시스템을 빠져나가는 건조 가스 중에 남아있을 수 있고 시스템을 빠져나가는 가스로부터 필터링되어야 하는 매우 미세한 입자를 생성하는 경향이 있다. 이러한 미세 입자상 물질은 필터를 빠르게 막히게 하여 건조기의 효율적인 작동을 방해하고 필터의 빈번한 청소를 필요로 한다. 기존의 스프레이 건조기는 또한 공기 중의 미립자 물질을 제거하기 위해 복잡한 사이클론 분리 및 필터 배치를 일반적으로 이용하고 있었다. 이러한 장비는 고가이고, 고비용의 유지 보수 및 청소를 필요로 한다.

스프레이 건조기 시스템의 또 다른 문제점은 건조 공정 완료 후 완제품에 대한 잠재적인 손상이다. 특히 완제품에 대한 손상은 다습 공정 가스, 과열 또는 산소에 노출시 발생할 수 있다. 예를 들어, 일부 스프레이 건조된 제품은 흡습성이 매우 높으며, 제품이 다습 건조기 배출류에 너무 오래 노출되면 스프레이 건조 공정의 완료 후에 수분을 재흡수할 수 있다. 증발성 냉각은 스프레이 건조 과정 중에 열에 노출되는 것에 의해 발생하는 손상으로부터 스프레이 건조 제품을 보호하지만, 일부 스프레이 건조 제품은 변성되거나 또는 다른 방식으로 열화되기 전에 단기간 동안만 고온에 견딜 수 있다. 따라서, 가열된 배출류에 장시간 노출되면 제품이 손상될 수 있다. 또한, 일부 제품은 건조 공정이 완료된 후 산소에 노출되면 산화될 수 있다.

스프레이 건조기 시스템의 또 다른 문제점은 건조 공정 완료 후 완제품에 대한 잠재적인 손상이다. 특히 완제품에 대한 손상은 다습 공정 가스, 과열 또는 산소에 노출시 발생할 수 있다. 예를 들어, 일부 스프레이 건조된 제품은 흡습성이 매우 높으며, 제품이 다습 건조기 배출류에 너무 오래 노출되면 스프레이 건조 공정의 완료 후에 수분을 재흡수할 수 있다. 증발성 냉각은 스프레이 건조 과정 중에 열에 노출되는 것에 의해 발생하는 손상으로부터 스프레이 건조 제품을 보호하지만, 일부 스프레이 건조 제품은 변성되거나 또는 다른 방식으로 열화되기 전에 단기간 동안만 고온에 견딜 수 있다. 따라서, 가열된 배출류에 장시간 노출되면 제품이 손상될 수 있다. 또한, 일부 제품은 건조 공정이 완료된 후 산소에 노출되면 산화될 수 있다.

본 발명의 목적은 더 효율적이고 다양한 작동에 적합한 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.

다른 목적은 크기가 비교적 작고 작동이 더 신뢰적인 상기 특성화된 정전식 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 높이가 비교적 짧고 특별한 구성 또는 한계 요건이 없는 위치에서 설치 및 작동될 수 있는 정전식 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.

추가의 목적은 교차 오염없이 상이한 제품 로트를 스프레이 건조하는 데 효과적인 상기 유형의 정전식 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 특정 건조 용도용으로 크기 및 처리 기술 모두를 용이하게 변형할 수 있는 상기 종류의 정전식 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.

추가의 목적은 미세 입자가 후속 사용을 더 용이하게 하는 형태로 응집될 수 있게 하는 방식으로 분말을 건조시키도록 작동 가능한 정전식 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 더 적은 가열 요건으로, 그에 따라 더 경제적으로 효과적으로 작동될 수 있는 정전식 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다. 관련 목적은 감온 화합물을 효과적으로 건조시키도록 작동 가능한 이러한 유형의 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.

다른 목적은 모듈이 상이한 용량 건조 요건에 대해 선택적으로 활용될 수 있고 스프레이 건조기 시스템의 작동을 중단시키지 않고 수리, 유지 보수 및 모듈 교체에 적합한 모듈형 정전식 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 시스템의 건조 챔버 내의 미세 분말 및 가열 분위기로부터의 전기적 오작동 및 위험한 폭발에 덜 취약한 상기 유형의 정전식 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다. 관련 목적은 시스템의 가능한 전기적 오작동을 모니터링 및 제어하는 데 효과적인 스프레이 건조기 시스템에 대한 제어를 제공하는 것이다.

다른 목적은 건조기에서 배출되는 건조 가스로부터 공기 중의 미립자 물질을 더 효과적이고 효율적으로 제거하고 유지 보수 요건이 더 적은 필터 시스템을 가지는 이러한 유형의 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.

추가의 목적은 건조 가스 필터 시스템이 필터 상에 입자상 물질의 축적을 자동으로 그리고 더 효과적으로 제거하는 수단을 포함하는 상기 특징의 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 구성이 비교적 간단하고 경제적인 제조에 적합한 정전식 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.

다른 목적은 최종 제품을 손상으로부터 보호하는 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 장점은 다음의 상세한 설명을 읽고 도면을 참조시 분명해질 것이다.

도 1은 예시된 스프레이 건조기 시스템의 분말 처리 타워의 측면도이고;
도 2는 도 1에 예시된 분말 처리 타워의 수직 단면도이고;
도 3은 예시된 분말 처리 타워의 분해 사시도이고;
도 3a는 예시된 분말 처리 타워에 사용 가능한 조립되지 않은 유연한 불투과성 라이너의 평면도이고;
도 3b는 도 3a에 예시된 것과 유사하지만 투과성 필터 재료로 제조된 대안적인 실시예의 라이너의 평면도이고;
도 3c는 예시된 분말 처리 타워에 사용 가능한 다른 대안적인 실시예의 라이너, 이 경우, 일부가 불투과성 재료이고 일부가 투과성 필터 재료로 제조된 라이너의 평면도이고;
도 3d는 예시된 분말 처리 타워에 사용 가능한 다른 대안적인 실시예의 라이너, 이 경우, 불투과성 비전도성 강성 재료로 제조된 라이너의 평면도이고;
도 4는 정전식 스프레이 노즐이 내부에 중앙 지지된 예시된 분말 처리 타워의 상부 캡 또는 뚜껑의 확대된 상면도이고;
도 5는 도 4에 예시된 상부 캡 및 스프레이 노즐 어셈블리의 측면도이고;
도 6은 예시된 정전식 스프레이 노즐 어셈블리의 확대된 수직 단면도이고;
도 7은 예시된 정전식 스프레이 노즐 어셈블리의 노즐 지지 헤드의 확대 부분 단면도이고;
도 8은 예시된 정전식 스프레이 노즐 어셈블리의 토출 단부의 확대 부분 단면도이고;
도 8a는 도 8과 유사한 도면으로서, 더 점성인 액체의 분무를 용이하게 하기 위해 토출 분무 팁이 변경된 스프레이 노즐 어셈블리를 예시한 부분 단면도이고;
도 9는 도 8의 9-9 라인에서 취한 상기 예시된 정전식 스프레이 노즐 어셈블리의 횡단면도이고;
도 10은 예시된 분말 처리 타워의 분말 수집 콘 및 필터 요소 하우징의 확대 부분 단면도이고;
도 10a는 도 10에 예시된 분말 수집 콘 및 필터 요소 하우징의 분해 사시도이고;
도 11은 예시된 분말 처리 타워에 사용되는 대안적인 실시예의 필터 요소 하우징을 부분적으로 단면도로 나타낸 측면도이고;
도 11a는 비작동 상태의 역방향 가스 펄스 필터 세정 장치를 예시한, 도 11에 예시된 필터 하우징의 필터 중 하나의 확대 부분 단면도이고;
도 11b는 작동 상태의 역방향 가스 펄스 에어 필터 세정 장치를 예시한, 도 11a와 유사한 확대 부분 단면도이고;
도 12는 대안적인 실시예의 필터 요소 하우징 및 분말 수집 챔버의 측면도이고;
도 12a는 도 12에 예시된 필터 요소 하우징 및 분말 수집 챔버의 상부 평면도이고;
도 12b는 도 12에 예시된 필터 요소 하우징 및 분말 수집 챔버의 확대 부분 절개도이고;
도 12c는 도 12에 예시된 필터 요소 하우징 및 연관된 상류 공기 방향 플레넘(plenum)의 분해 사시도이고;
도 13은 관련된 상부 라이너 스탠드오프 링 어셈블리를 사용하여 상부 커버를 건조 챔버에 고정하기 위한 체결 장치를 예시하는 부분 단면도이고;
도 13a는 도 12와 유사하지만, 관련된 바닥 라이너 스탠드오프 링 어셈블리를 사용하여 건조 챔버를 분말 수집 콘에 고정하기 위한 체결 장치를 예시한 부분 단면도이고;
도 14는 예시된 패스너 중 하나의 확대 부분도이고;
도 15는 예시된 스프레이 건조기 시스템의 개략도이고;
도 15a는 용융된 유동류를 응고된 입자로 스프레이 냉각하도록 작동 가능한 대안적인 실시예의 스프레이 건조기의 개략도이고;
도 16은 예시된 스프레이 건조 시스템에 대한 유체 공급 펌프 및 그와 관련된 구동 모터를 예시한 부분 단면도이고;
도 16a는 외부 비전도성 하우징 내에 지지된 예시된 유체 공급 펌프의 수직 단면도이고;
도 17은 예시된 절연 라이너 및 그 스탠드오프 링 지지 어셈블리의 확대 상면도이고;
도 18은 도 17과 유사하지만, 더 작은 직경의 절연 라이너를 지지하는 스탠드오프 링 어셈블리를 예시하는 확대 상면도이고;
도 19는 복수의 정전식 스프레이 노즐 어셈블리를 지지하는 예시된 분말 처리 타워의 상부 캡의 확대 측면도이고;
도 20은 도 19에 예시된 타워 캡의 상면도이고;
도 21은 건조를 위해 분무된 액체의 상측 방향에 대해 건조 챔버의 바닥에 중심 인접한 정전식 스프레이 노즐을 지지하기 위해 변형된 상기 예시된 스프레이 처리 타워의 수직 단면도이고;
도 22는 도 21에 예시된 정전식 스프레이 노즐 어셈블리의 바닥 장착 지지부의 개략적 측면도이고;
도 23은 도 22에 예시된 정전식 스프레이 노즐 어셈블리 및 바닥 장착 지지부의 상면도이고;
도 24는 도 22 및 도 23에 예시된 스프레이 노즐 바닥 장착 지지부를 위한 지지 로드 중 하나의 확대 단면도이고;
도 25는 예시적인 분말 건조 시스템에 대한 대안적인 구성을 나타낸 차트이고;
도 25a는 새로운 질소 가스가 시스템의 가스 재순환 라인으로 도입되는 대안적인 실시예의 스프레이 건조기 시스템의 개략도이고;
도 25b는 재순환 건조 가스류로부터 입자상 물질을 여과하기 위해 사이클론 분리기/필터 백(bag) 어셈블리를 활용하는 다른 대안적인 실시예의 스프레이 건조기 시스템의 개략도이고;
도 25c는 도 25b와 유사한 대안적인 실시예로서, 사이클론 분리기에서 분리된 건조된 미립자가 건조 챔버로 재도입되는 실시예의 도면이고;
도 25d는 재순환 건조 가스로부터 입자상 물질을 여과하기 위한 복수의 유체 베드 필터를 가지는 다른 대안적인 실시예의 스프레이 건조기 시스템이고;
도 26은 본 개시 내용에 따른 정전식 스프레이 건조기 시스템에 사용되는 전압 발생기 고장 복구 방법을 작동시키는 방법의 흐름도이고;
도 27은 본 개시 내용에 따른 정전식 스프레이 건조기 시스템에 사용되는 정전식 스프레이 노즐의 펄스 폭을 조정하는 방법의 흐름도이고;
도 28은 복수의 분말 처리 타워를 가지는 모듈형 스프레이 건조기 시스템의 개략적인 상면도이고;
도 29는 도 28에 예시된 모듈형 스프레이 건조기 시스템의 전방 평면도이고;
도 30은 도 28과 유사하지만 추가적인 분말 처리 타워를 가지는 모듈형 스프레이 건조기 시스템의 상면도이고;
도 31은 대안적인 실시예의 분말 수집 시스템의 측면도이고;
도 32는 도 31의 분말 수집 시스템의 수집 용기의 확대 단면도이고;
도 33은 도 31 및 도 32의 분말 수집 시스템을 위한 블랭킷 가스 공급 시스템의 개략도이고;
도 34는 용융된 유동류를 고체 입자로 스프레이 냉각하도록 작동 가능한 대안적인 실시예의 스프레이 건조기의 개략도이고;
도 35는 도 34의 스프레이 건조기 시스템의 펄스화 스프레이 노즐 어셈블리의 확대 단면도이다.
본 발명은 다양한 변형 및 대안적인 구성을 수용할 수 있지만, 본 발명의 특정 예시적인 실시예가 도면에 예시되어 있고 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 개시된 특정 형태로 제한하려는 의도는 없지만, 그와 반대로 본 발명의 사상 및 범위 내에 속하는 모든 변형, 대안적인 구성 및 등가물을 포함하고자 의도된 것으로 이해되어야 한다.

이제 더 구체적으로 도면을 참조하면, 개시된 본 발명에 따른 예시적인 스프레이 건조 시스템(10)은 처리 타워(11) - 이 처리 타워는 직립 원통형 구조체의 형태의 건조 챔버(12)와, 가열 공기 유입구(15) 및 액체 스프레이 노즐 어셈블리(16)를 포함하는 구성으로서 건조 챔버(12)를 위한 커버 또는 덮개(14)의 형태의 상부 폐쇄 구성체와, 건조 챔버(12)의 하부에 지지되는 분말 수집 콘(cone)(18) 형태의 하부 폐쇄 구성체를 포함함 -, 분말 수집 콘(18)이 관통 연장되고 가열 공기 배출구(20)를 구비한 필터 요소 하우징(19), 및 하부 분말 수집 챔버(21)를 포함한다. 건조 챔버(12), 수집 콘(18), 필터 요소 하우징(19) 및 분말 수집 챔버(21)는 모두 바람직하게는 스테인리스강으로 제조된다. 상부 커버(14)는 바람직하게는 플라스틱 또는 다른 비전도성 재료로 제조되며, 이 경우 스프레이 노즐 어셈블리(16)를 중앙에서 지지한다. 예시된 가열 공기 유입구(15)는 가열된 공기를 접선 방향의 와류 방향으로 건조 챔버(12) 내로 유도하도록 배향된다. 프레임(24)은 처리 타워(11)를 직립 상태로 지지한다.

본 실시예의 중요한 양태에 따라, 스프레이 노즐 어셈블리(16)는 도 6-도 9에 가장 잘 예시된 바와 같이, 액체 슬러리를 원하는 분말 형태로 신속하고 효율적으로 건조시키기 위해 정전기로 하전된 입자의 스프레이를 건조 챔버(12)로 향하게 하는 가압 공기 보조형 정전식 스프레이 노즐 어셈블리이다. 국제 출원 PCT/US2014/056728에 개시된 유형일 수 있는 예시된 스프레이 노즐 어셈블리(16)는 노즐 지지 헤드(31), 상기 헤드(31)로부터 하류로 연장되는 세장형 노즐 용기 또는 바디(32) 및 배출 스프레이 팁 어셈블리(34)를 포함한다. 이 경우에 헤드(31)는 플라스틱 또는 다른 비전도성 재료로 제조되고, 액체 공급부와 연통하는 공급 라인(131)에 대한 결합을 위한 액체 유입 부착구(38)를 수용하고 이 부착구와 연통하는 반경 방향 액체 유입 통로(36)로 형성된다. 공급 액체는 물 등의 용매, 향미료, 식품, 약 등의 원하는 성분 및 담체를 포함하는 액체 슬러리를 포함하고 분말 형태로 건조되되, 당업계에 공지된 바와 같이 분말 형태로 건조시 원하는 성분이 담체 내에 캡슐화될 수 있는 임의의 다양한 슬러리 또는 유사한 액체일 수 있음을 이해할 것이다. 담체를 포함하지 않거나 건조된 제품의 캡슐화를 필요로 하지 않는 액체를 포함하는 다른 형태의 슬러리도 사용될 수 있다.

이 경우에 노즐 지지 헤드(31)에는 적절한 가압 가스 공급부에 결합된 공기 유입 부착구(40)를 수용하여 이것과 연통하는 상기 액체 유입 통로(36)의 하류에 반경 방향 가압 공기 분무 유입 통로(39)가 추가로 형성된다. 헤드(31)는 또한 액체 유입 통로(36)의 상류에 반경 방향 통로(41)를 가지는 데, 이 통로는 고전압 공급원에 연결된 고전압 케이블(44)을 고정하기 위한 부착구(42)를 수용하고, 고전압 케이블의 일단부(44a)는 헤드(31) 내에 축방향으로 지지되고 액체 유입 통로(36)의 하류로 연장되는 전극(48)에 전기적으로 접촉하는 관계로 접하도록 통로(41) 내로 연장된다.

헤드(31)를 통한 액체 통과를 가능하게 하기 위해, 전극(48)에는 액체 유입 통로(36)와 연통하고 전극(48)을 통해 하류로 연장되는 내부 축방향 통로(49)가 형성된다. 전극(48)에는 액체 유입 통로(36)와 내부 축방향 통로(49) 사이를 연통시키는 복수의 반경 방향 통로(50)가 형성된다. 예시된 전극(48)은 밀봉 O-링(52)이 사이에 개재된 상태로 헤드(31)의 카운터 보어 내에 끼워지는 하류 외측으로 연장되는 방사형 허브(51)를 구비한다.

세장형 바디(32)는 플라스틱 또는 다른 적절한 비전도성 재료로 제조된 외부 원통형 바디 부재(55)의 형태이며, 이 부재의 상류 단부(55a)는 밀봉 O-링(56)이 원통형 바디 부재(55)와 헤드(31) 사이에 개재된 상태로 헤드(31)의 나사형 보어 내에 나사식으로 결합된다. 스테인리스강 또는 다른 도전 금속으로 제조된 액체 공급관(58)은 축방향 전극 액체 통로(49)와 배출 스프레이 팁 어셈블리(34) 사이에서의 액체 전달을 위한 액체 유동 통로(59)를 형성하고, 그리고 액체 공급관(58)과 외부 원통형 바디 부재(55) 사이에 환형 분무 공기 통로(60)를 형성하기 위해 외부 원통형 바디 부재(55)를 통해 축방향으로 연장된다. 외부 원통형 노즐 바디(55)의 나사형 유입 단부(55a) 위로 연장되는 액체 공급관(58)의 상류 단부는 전기적인 전도 관계로 전극 허브(51) 내에서 하향 개방 원통형 보어(65) 내에 끼워맞춤된다. 전극(48)이 고전압 케이블(44)에 의해 충전되는 것에 따라, 유입 통로(36)로의 액체 공급은 세장형 노즐 바디(32)의 전체 길이를 따라 전극 통로(49) 및 액체 공급관(58)을 통한 이동 중에 전기적으로 충전됨을 알 수 있다. 이 경우에 가압 가스는 반경 방향 공기 유입 통로(39)를 통해 액체 공급관(58)의 상류 단부를 지나 액체 공급관(58)과 외부 원통형 바디 부재(55) 사이의 환형 공기 통로(60) 내로 전달된다.

액체 공급관(58)은 헤드(31)로부터 세장형 노즐 바디 부재(32)를 통해 배출 스프레이 팁 어셈블리(34)로의 통로 전체에 걸쳐 액체를 효율적으로 하전시키기 위해 전극(48)과 전기적 접촉 관계로 배치된다. 이를 위해, 배출 스프레이 팁 어셈블리(34)는 밀봉 O-링(72)이 개재된 상태로 액체 공급관(58)의 하류 단부에 대해 둘러싸는 관계로 상류 원통형 섹션(71)을 갖는 스프레이 팁(70)을 포함한다. 스프레이 팁(70)은 내측으로 테이퍼지거나 원추형의 중간 섹션(74) 및 스프레이 팁(70)의 원통형 유동 통로(75)와 액체 배출 오리피스(78)를 형성하는 하류 원통형 노즈 섹션(76)을 포함한다. 이 경우 스프레이 팁(70)은 분명해지는 바와 같이 복수의 공기 통로(77)를 형성하는, 상류 원통형 섹션(71)의 외측으로 연장되는 세그먼트화된 반경 방향 유지 플랜지(78)를 구비한다.

스프레이 팁(70)을 통해 유도되는 액체를 정전적으로 계속 하전시키면서 공급관(58)으로부터 스프레이 팁(70) 내로 액체를 통과시키기 위해, 도전 핀 유닛(80)이 공급관(58)의 하류 단부에 대해 전기적 도전 관계로 접하도록 스프레이 팁(70) 내에 지지된다. 이 경우 핀 유닛(80)은 스프레이 팁(70)의 중간 원추형 섹션(74) 내에 지지되는 하류 원추형 벽 섹션(82)으로 형성된 상류 원통형 허브 섹션(81)을 포함한다. 원통형 허브 섹션(81)은 액체 공급관(58)과 원통형 스프레이 팁 통로 섹션(75) 사이에서 연통하는 원주 방향으로 이격된 복수의 반경 방향 액체 유동 통로(83)(도 8)를 구비한다. 도전 핀 유닛(80)은, 스프레이 팁(70) 내에 안착시, 액체 공급관(58)의 하류 단부를 인접된 관계로 물리적으로 지지한다.

스프레이 팁으로부터 방출되는 액체에 전하를 집중시키기 위해, 핀 유닛(80)은 액체 배출 오리피스(78)가 전극 핀(84) 주위에 환형으로 배치되도록 스프레이 팁 통로(75)에 대해 동심 관계로 지지되는 하향 연장되는 중앙 전극 핀(84)을 구비한다. 전극 핀(84)은 환형 스프레이 팁 배출 오리피스(78)를 넘어 약 1/4 내지 1/2 인치 등의 거리로 연장되는 점진적으로 테이퍼진 첨단부를 가진다. 액체가 스프레이 팁(70)을 빠져나갈 때 돌출 전극 핀(84)에 대한 액체의 증가된 접촉은 액체 입자 분해 및 분배를 향상시키기 위해 배출 액체에 대한 전하의 농도를 추가로 증가시킨다.

대안적으로, 도 8a에 예시된 바와 같이, 더 점성인 액체를 분사할 때, 배출 스프레이 팁 어셈블리(34)는 전술한 바와 유사하지만 하향 연장되는 중앙 전극 핀(84)이 없는 허브 섹션(81)을 가질 수 있다. 이 구성은 스프레이 팁을 통해 더 점성인 액체가 더 자유롭게 통과되게 하는 반면, 배출 액체로의 정전기 전하는 이러한 점성 액체를 더 효율적으로 건조하도록 액체 분해를 향상시킨다.

배출 스프레이 팁 어셈블리(34)는 스프레이 팁(70) 주위에 배치되어 스프레이 팁(70) 주위에 환형 스프레이 공기 통로(91)를 형성하고 스프레이 팁(70), 핀 유닛(80) 및 액체 공급관(58)을 서로에 대해 조립된 도전 관계로 보유하는 공기 또는 가스 캡(90)을 더 포함한다. 이 경우에 공기 캡(90)은 스프레이 팁 유지 플랜지(78)에서 원주 방향으로 이격된 공기 통로(77)를 통해 액체 공급관(58)과 외부 원통형 바디 부재(55) 사이의 환형 공기 통로(60)와 연통하는 원추형 가압 공기 유동 통로 섹션(91a)을 스프레이 팁(70)의 하류 단부 주위에 형성함으로써 스프레이 팁 노즈(76) 주위의 환형 배출 오리피스(93)를 통해 가압 공기 또는 가스 배출류 및 스프레이 팁 액체 배출 오리피스(78)로부터 방출되는 액체를 유도한다. 스프레이 노즐의 내부 부품을 조립된 관계로 보유하기 위해, 공기 캡(90)은 외부 원통형 부재(55)의 하류 외부 나사형 단부 주위에 나사 결합된 상류 원통형 단부(95)를 가진다. 공기 캡(90)은 스프레이 팁(70)을 지지하기 위한 스프레이 팁(70)의 세그먼트화된 반경 방향 플랜지(78)와 그에 따라 핀 유닛(80) 및 액체 공급관(58)을 상류 전극(48)과 전기적 도전 관계로 수용 및 지지하는 카운터 보어(96)를 구비한다.

스프레이 노즐 어셈블리(16)는 정전기적으로 하전된 액체 입자의 스프레이를 건조 챔버(12) 내로 배출하도록 작동 가능하다. 실제, 예시된 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)는 예컨대 직경이 70 미크론 정도의 매우 미세한 액체 입자 액적을 생성하도록 작동될 수 있음이 밝혀졌다. 분명해지는 바와 같이, 가열 공기 유입구(15) 및 공기 보조식 스프레이 노즐 어셈블리(16)로부터 건조 챔버 내로 도입된 이러한 미세 액체 스프레이 입자 및 가열 건조 가스의 분해 및 반발 특성으로 인해, 액체 입자는 입자 형태로 빠르고 효율적으로 건조되기 쉽다. 예시된 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)가 본 발명과 관련하여 특별한 유용성을 갖는 것으로 밝혀졌지만, 알려진 유형의 대용량 저압 정전식 스프레이 노즐 및 정전식 유압 로터리 스프레이 노즐을 포함하는 다른 정전식 스프레이 노즐 및 시스템이 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

본 실시예의 다른 중요한 특징에 따라, 건조 챔버(12)는 스프레이 노즐 어셈블리(16)로부터의 정전식으로 하전된 액체 스프레이 입자가 배출되는 건조 챔버(12)의 내벽 표면(12a)과 동심으로 이격된 관계로 배치된 내부 비금속 절연 라이너(100)를 가진다. 도 2에 예시된 바와 같이, 라이너는 건조 쳄버(12)의 외벽 표면(12a)과 바람직하게는 적어도 약 2 인치(약 5 ㎝)인 절연 공기 간격(101)을 제공하도록 건조 챔버(12)의 내경(d1)보다 작은 직경(d)을 가지며, 상기 치수는 다른 치수가 가능하다. 이 실시예에서, 라이너(100)는 비구조적이며, 바람직하게는 불투과성의 유연한 플라스틱 재료(100a)(도 3 및 도 3a)로 형성된다. 대안적으로, 분명해지는 바와 같이, 라이너는 강성의 불투과성 비전도성 재료(100c)(도 3d), 투과성 필터 재료(100b)(도 3b), 또는 부분적으로 불투과성 재료(100a) 및 부분적으로 투과성 필터 재료(100b)(도 3c)로 형성될 수 있다.

본 실시예의 다른 양태에 따르면, 처리 타워(11)는 건조 챔버(12)의 외벽에 전기적으로 절연된 관계로 환형 라이너(100)의 조립 및 장착을 용이하게 하는 신속 분리 조립 구성을 가진다. 이를 위해, 환형 절연 라이너(100)는 각각의 상부 및 하부 스탠드오프 링 어셈블리(104)(도 1, 도 3, 도 13, 도 13a, 도 14 및 도 17)에 의해 양단부가 지지된다. 이 경우에 각각의 링 어셈블리(104)는 라이너(100)의 단부가 부착되는 내부 원통형 스탠드오프 링(105) 및 스탠드오프 링(105)에 대해 외측으로 연장된 반경 방향 관계로 고정된 복수의 원주 방향으로 이격된 비전도성 폴리프로필렌 또는 다른 플라스틱 스탠드오프 스터드(106)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 라이너(100)의 상단부는 상부 링 어셈블리(104)의 스탠드오프 링(105)의 상부 위로 접히고, 스탠드오프 링(105)과 라이너(100)의 접힌 단부 위에 위치된 환형의 U-형 고무 개스킷(108)에 의해 고정된다(도 13). 라이너(100)의 하단부는 하부 링 어셈블리(104)의 스탠드오프 링(105)의 바닥 주위에 유사하게 둘러싸이고 유사한 고무 개스킷(108)에 의해 고정된다(도 13). 유사한 고무 개스킷(108)이 또한 링 어셈블리(104)의 원통형 스탠드오프 링(105)의 대향 내측 단부에 지지되어 스탠드오프 링(105)의 노출된 에지에 의한 라이너(100)의 손상을 방지한다.

건조 챔버(12) 내에 각각의 스탠드오프 링 어셈블리(104)를 고정시키기 위해, 각각의 장착 링(110)은 예를 들어 용접에 의해 건조 챔버(12)의 외측에 부착된다. 스테인리스강 장착 나사(111)는 장착 링(110)과 건조 챔버(12)의 외벽의 정렬된 구멍을 통해 연장되어 절연 스탠드오프 스터드(106)를 나사 결합한다. 이 경우에 고무 O-링(112)이 건조 챔버(12)의 내벽을 밀봉하기 위해 각각의 스탠드오프 스터드(106)의 단부 주위에 제공되며, 네오프렌 결합된 밀봉 와셔(114)가 각각의 유지 스크류(111)의 헤드 주위에 배치된다.

상부 스탠드오프 링 어셈블리(104)에 대해 밀봉된 관계로 건조 챔버 상부 커버(14)를 건조 챔버(12) 상에 적소에 고정시키기 위해, 환형 어레이(120)(도 1 및 도 2) 이격형 해제 가능한 래치 어셈블리(121)가 스탠드오프 스터드(9106) 사이의 원주 방향으로 이격된 위치에서 장착 링(110)(도 13-14)에 고정된다. 래치 어셈블리(121)는 상향 연장되는 드로우 후크(122)를 가지는 공지된 유형일 수 있으며, 여기서 드로우 후크는 커버(14)의 상부 가장자리 에지 위에 위치할 수 있고 래치 아암(124)의 잠금 위치로의 하향 피봇 이동에 대한 사건으로서 잠금 위치로 인출되어 스탠드오프 링(105)의 상부 에지 주위의 U-형 개스킷(108) 및 원통형 건조 챔버(12)의 상부 에지 주위의 유사한 큰 직경의 환형 U-형 대스킷(126)에 대해 상부 커버(14)를 유지할 수 있다. 래치 어셈블리(121)는 래치 후크(124)의 역방향 피봇 이동에 의해 용이하게 잠금 해제되어 드로우 후크(122)를 상방 및 외측으로 이동시켜 필요한 경우 상부 커버(14)의 제거를 허용할 수 있다. 래치 어셈블리(121)의 유사한 환형 어레이(120a)가 건조 챔버(12)의 바닥에 인접한 장착 링(110) 주위에 제공되며, 이 경우에 구비된 드로우 후크(129)는 수집 콘(18)의 외향 연장 플랜지(129)와 상부 중첩 관계로 하향 배치되어 스탠드오프 링(105)의 하부 에지 및 건조 챔버(12)의 하부 원통형 에지에 대해 고무 개스킷(108, 126)과 밀봉된 관계로 수집 콘(18)의 플랜지(129)를 유지한다(도 13a). 특정 용례를 위해 라이너(100), O-링 및 다른 밀봉 개스킷(108, 126)은 FDA 부합 재료로 형성되거나 그렇지 않을 수 있음을 이해할 것이다.

정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)의 작동 중에, 이 경우에 도 15에 예시된 바와 같은 액체 보유 탱크(130)인 액체 공급부로부터 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)로 공급되는 액체는 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)에 의해 환형 라이너(100)에 의해 형성된 유효 건조 영역(127) 내로 유도된다. 액체는 펌프(132)를 통해 스프레이 노즐 어셈블리(16)의 액체 유입 부착구(38)에 연결된 액체 공급 또는 전달 라인(131)을 통해 액체 공급 보유 탱크(130)로부터 공급되며, 여기서 펌프는 바람직하게는 종래의 방식으로 작동 가능한 액체 유도 롤러 시스템을 가지는 연동 투여 펌프이다. 이 경우의 연동 투여 펌프(132)는 도 16a에 예시된 바와 같이 플라스틱 펌프 하우징(37) 내에 전기적으로 절연된 3개의 플라스틱 펌프 롤러(33)를 포함한다. 이 경우의 액체 공급 또는 전달 라인(131)은 전기 차폐관이고, 스테인리스강 건조 챔버(12)는 금속 대 금속 접촉으로 고정되는 지지 프레임(24)을 통해 허용된 접지 라인에 의해 접지되는 것이 바람직하다.

전자 제어기(133)는 전기 모터(134), 펌프(132), 액체 스프레이 노즐 어셈블리(16), 고전압 케이블(44)에 전압을 제공하는 고전압 발생기 등과 같은 정전식 스프레이 건조기 시스템의 다양한 액추에이터 및 전기 또는 전자 장치에 작동 가능하게 연결되어 상기 부품의 동작을 제어한다. 단일 제어기가 예시되어 있지만, 하나 이상의 제어기를 포함하는 분산 제어기 구성이 사용될 수 있음을 이해해야 한다. 예시된 바와 같이, 제어기(133)는 프로그램 가능 논리 제어기와 같은 프로그램에 응답하여 동작할 수 있다. 시스템의 제어기(133)와 다양한 다른 부품 사이의 다양한 작동 가능한 연결은 명확성을 위해 도 15에서 생략되어 있다.

본 실시예의 다른 양태에 따르면, 펌프(132)는 펌프(132) 및 펌프(132)를 스프레이 노즐 어셈블리(16)에 결합하는 액체 공급 라인(131)과 전기적으로 절연되는 관계로 배치되어 스프레이 노즐 어셈블리(16)에 의해 정전식으로 하전된 액체로부터 모터(134)로의 전기적 충전을 방지하는 전기 모터(134)(도 16)에 의해 작동된다. 이를 위해, 구동 모터(134)는 예컨대 강성 나일론으로 제조되고 펌프(132)를 전기 구동 모터(134)로부터 분리시키는 비전도성 구동 세그먼트(138)에 의해 펌프 헤드 구동 샤프트(136)에 연결된 출력 샤프트(135)를 가진다. 예시된 실시예에서 비전도성 구동 세그먼트(138)는 직경이 약 1.5 인치(약 3.8 ㎝)이고 축방향 길이는 약 5 인치(약 12.7 ㎝)이다. 이 경우의 전기 모터 구동 샤프트(135)는 나사(141)에 의해 비전도성 구동 세그먼트(138)에 고정되는 부착 플레이트(139)를 보유한다. 펌프 헤드 구동 샤프트(136)는 유사하게 나사(141)에 의해 비전도성 구동 세그먼트(138)의 반대쪽 단부에 부착된 부착 플레이트(140)를 보유한다.

정전식 전압 발생기(222)는 분무된 액적을 정전식으로 하전시키는 전압을 제공하기 위해 전선(224)을 통해 노즐 어셈블리(16)에 전기적으로 연결된다. 예시된 실시예에서, 전선(224)은 가변 저항 소자(226)를 포함하고, 이 가변 저항 소자는 선택적인 것으로, 스프레이 노즐 어셈블리(16)에 제공되는 전압 및 전류를 제어하기 위해 수동 또는 자동으로 조정될 수 있다. 또한, 선택적인 접지 와이어(228)가 액체 공급 라인(131)과 접지(232) 사이에 전기적으로 연결된다. 접지 와이어(228)는 유체에 존재하는 전압을 제어하기 위해 수동 또는 자동으로 조정될 수 있는 가변 저항기(230)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 접지 와이어는 시스템에 제공된 유체의 전하 상태를 제어하기 위해 펌프(132) 앞에 배치된다. 시스템은 유체의 하전 상태를 제어기(133)에 전달하는 센서를 더 포함함으로써, 시스템은 가변 접지 저항기(230)의 저항을 시스템 내의 액체 라인으로부터 전하를 없애도록 제어하는 것에 의해 액체의 전하 상태를 자동으로 모니터링하고 선택적으로 제어할 수 있다.

이 경우, 역시 적절하게 접지된 구동 모터(134)는 비전도성 플라스틱 모터 장착 하우징(144) 내에 지지된다. 예시된 액체 보유 탱크(130)는 액체 스케일(145)에 지지되어 탱크(130) 내의 액체의 양을 모니터링할 수 있으며, 액체 보유 탱크(130)의 하부와 스케일(145) 사이에 전기적 분리 장벽(146)이 제공된다. 연동 펌프(132) 대신에, 전기 운영 시스템으로부터 전기적으로 절연될 수 있는 플라스틱 압력 포트 및 다른 유형의 펌프 및 액체 전달 시스템이 이해될 것이다.

이 경우의 스프레이 노즐 어셈블리(16)의 분무 공기 유입 부착구(18)로 유도되는 가압 가스는 가스 공급 라인(151)을 통해 스프레이 노즐 어셈블리(16)의 분무 공기 유입 부착구(18)와 연통하는 벌크 질소 공급원(150)으로부터 공급된다(도 15). 공급 라인(151)에는 가스 히터(152)가 제공되어, 건조 불활성 질소 가스가 제어된 온도 및 압력으로 스프레이 노즐 어셈블리(16)에 공급될 수 있게 한다. 본 실시예와 관련하여 질소가 분무 가스로서 설명되었지만, 다른 불활성 가스가 사용될 수 있거나, 건조 챔버 내의 산소 레벨이 정전식 스프레이 노즐 어셈블리 또는 건조 시스템의 기타 전자 제어 요소의 스파크 또는 기타 전기 오작동으로부터 점화될 수 있는 건조 챔버 내 건조 분말 입자와 연소성 분위기를 형성할 수 있는 레벨 미만으로 유지되는 한, 공기가 포함된 다른 가스가 사용될 수 있다.

본 실시예의 추가의 중요한 양태에 따르면, 건조 챔버(12) 내로 분무되는 액체의 분무 사건으로서 스프레이 노즐 어셈블리(16)에 공급되고 건조 챔버(12) 내로 유도되는 가열된 질소 분무 가스는 건조 매체로서 건조 챔버(12)를 통해 연속적으로 재순환된다. 추가로 도 15를 참조로 이해될 수 있는 바와 같이, 건조 가스 유입구(15) 및 스프레이 노즐 어셈블리(16) 모두로부터 건조 챔버(12) 내로 도입되는 건조 가스는 건조 챔버(12) 내로 분무된 정전식으로 하전된 액체 입자를 분말 형태로 효율적으로 건조시키는 건조 챔버(12)의 길이를 순환할 것이다. 건조된 분말은 분말 수집 콘(18)을 통해 분말 수집 챔버(21) 내로 이동하여, 적절한 수단에 의해 수동으로 또는 다른 자동화 수단에 의해 제거될 수 있다.

도 10 및 도 10a에 가장 잘 도시된 바와 같이 상기 예시된 분말 수집 콘(18)은 상부 원통형 섹션(155), 내측으로 테이퍼진 원추형 중간 섹션(156) 및 필터 요소 하우징을 통해 중앙으로 연장되어 건조된 분말을 분말 수집 챔버(21) 내로 전달하는 하부 원통형 분말 전달 섹션(158)을 구비한다. 이 경우의 필터 요소 하우징(19)은 분말 수집 콘(18)의 하부 섹션에 대해 둘레로 외측으로 이격된 관계로 장착된 한 쌍의 수직 적층 환형 HEPA 필터(160)를 가진다. 예시된 분말 수집 콘(18)은 필터 요소 하우징(19) 내의 상부 필터(160) 위에 위치된 그 단부의 중간에 외측으로 연장되는 반경 방향 플랜지(161)를 가지며 반경 방향 플랜지(161)와 필터 요소 하우징(19) 사이에는 환형 밀봉부(162)가 개재된다. 수집 콘(18)을 통해 분말 수집 챔버(19) 내로 대부분의 건조 분말이 낙하할 것이지만, 필터 하우징(19)의 배출 가스 배출구(20)를 빠져나가기 전에 건조 가스가 분말 수집 콘(18)의 하부 섹션 주위로 상향 이동된 다음, 미세 분말을 억제 및 여과하는 HEPA 필터(160)를 통해 외측으로 이동할 때, 오직 미세 입자만이 건조 가스에 연행된 상태로 유지될 것이다.

대안적으로, 도 11, 도 11a 및 도 11b에 예시된 바와 같이, 하우징(19a)의 중간 횡단 지지 패널(163)로부터 수직으로 매달린 관계로 장착되는 복수의 원주 방향으로 이격된 원통형 필터(160a)를 포함하는 필터 요소 하우징(19a)이 사용될 수 있다. 수집 콘(18)으로부터 하부 수집 챔버로 유도되는 분말 입자에 잠복하는 가스는 입자가 필터(160a)에 의해 공기 흐름으로부터 억제하는 상태로 유출 포트(20a)를 통한 전달을 위해 횡단 지지 패널(163) 위의 필터 요소 하우징(19a) 내에서 필터(160a)를 통해 공통 배기 플레넘(164) 내로 횡방향으로 유동한다. 필터(160a)를 주기적으로 청소하기 위해, 필터(160a) 각각은 그 개시 내용이 본 명세서에 참고로 포함된, 본 출원과 동일한 출원인에게 양도된 미국 특허 제8,876,928호에 개시된 유형의 각각의 역방향 펄스 공기 필터 청소 장치(167)를 가진다. 역방향 펄스 공기 필터 청소 장치(167) 각각은 펄스화 공기 공급부에 결합하기 위한 각각의 가스 공급 라인(167a)을 구비한다.

예시된 역방향 펄스 공기 필터 청소 장치(21)는 각각, 도 11a 및 도 11b에 예시된 바와 같이, 질소와 같은 가압 가스 공급원에 결합된 압축 가스 공급 라인(167a)에 연결하기 위해 환형 리테이너(242)에 의해 고정되는 배기 플레넘(164)의 상부 벽에 가스 유입구(241)를 가지는 역방향 펄스 노즐(240)을 포함한다. 노즐(240)은 유입구(241)로부터 배기 플레넘(164)을 통해 실질적으로 필터(160a)의 길이로 연장되는 중공의 내부 공기 통로(244)를 형성하는 원통형 폐쇄 바닥 구조를 가진다. 노즐(240)은 배기 플레넘(164) 내의 섹션에 복수의 비교적 큰 직경의 배출 구멍(246) 및 필터(160a) 내의 노즐(240)의 길이부 내의 복수의 더 작은 크기의 공기 배출 구멍(248)을 구비한다.

역방향 펄스 노즐(240)의 작동 중에 필터 요소 하우징(19a)으로부터 배기 플레넘(164)으로의 공정 가스의 흐름을 차단하기 위해, 환형 배기 포트 차단 플런저(249)가 배기 포트 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 배기 플레넘(164) 내부에서 축방향 이동을 위해 역방향 펄스 노즐(160a) 위에 배치된다. 플런저(249)의 이동을 제어하기 위해, 하부 개구 플런저 실린더(250)가 배기 플레넘(164)의 상부 벽으로부터 밀봉된 상태로 매달린 관계로 장착된다. 예시된 플런저(249)는 실린더(250)의 내부와 슬라이딩 밀봉 결합되게 적합화된 외주를 가지는 상부의 비교적 작은 직경의 환형 밀봉 및 가이드 플랜지(252)와, 패널(163) 내의 배기 포트(253)와 밀봉 결합을 위해 실린더(250)의 하부 단자 단부 아래에 배치된 하부의 더 큰 직경의 밸브 헤드(254)를 포함한다. 플런저(249)는 바람직하게는 탄성 재료로 제조되고, 상부 밀봉 및 가이드 플랜지(252) 및 하부 밸브 헤드(254)는 하향 테이퍼진 또는 컵형의 구성을 가진다.

플런저(249)는 역방향 펄스 노즐(240)을 따라 제한된 축방향 이동을 위해 배치되고 도 3에 예시된 바와 같이 역방향 펄스 노즐(240)의 외주 둘레에 고정된 코일 스프링(256)에 의해 정상 개방 또는 후퇴 위치로 가압된다. 밸브 플런저(249)가 이러한 위치로 가압된 상태에서, 공정 가스는 필터 요소 하우징(19a)으로부터 필터(160a), 배기 포트(253)를 통해 배기 플레넘(164) 내로 유동한다.

역방향 펄스 가스 청소 사이클 중에, 압축 가스의 펄스가 유입 라인(167a)으로부터 역방향 펄스 노즐(240)을 통해 유도된다. 압축 가스가 노즐(160a)을 통해 이동함에 따라, 압축 가스는 먼저 큰 직경 또는 플런저 작동 구멍(246)을 통해 플런저 밀봉 및 가이드 플랜지(252) 위의 플런저 실린더(250) 내로 그리고 더 작은 역방향 펄스 노즐 구멍(248)을 통해 유도된다. 큰 구멍(249)은 저항이 적은 경로를 제공하기 때문에, 가스는 먼저 플런저 실린더(250)로 유동하고, 플런저 실린더(250)의 압력이 증가함에 따라, 가스는 스프링(256)의 가압력에 대해 플런저(249)를 하향으로 가압한다. 결국, 압력은 스프링(256)의 힘을 극복하고 플런저(249)를 배기 포트(253) 측으로 하향으로 가압하여 일시적으로 밀봉을 제거하는 지점까지 증가된다. 플런저(249)가 배기 포트(253)를 밀봉한 후, 외부 플런저 실린더(250)의 압축 가스는 더 이상 플런저(249)를 변위시킬 수 없으며, 플런저 실린더(250)의 가스 압력은 압축 가스가 더 작은 노즐 구멍(248)을 통해 필터(160a)에 대해 가압되어 그 외부 표면 주위에 축적된 입자상 물질을 제거하는 지점까지 증가된다.

역방향 압축 공기 펄스 및 필터(160a) 상에 축적된 입자의 제거에 따라, 스프링(256)에 더 이상 반작용하지 않을 정도로 플런저 실린더(250) 내에서 압력이 소멸될 것이다. 그러면, 플런지(249)는 스프링(256)의 스프링력 하에서 후퇴 또는 정지 위치로 상향 이동하여 건조기의 지속적인 작동을 위해 배기 포트(253)를 개봉한다.

건조 챔버(12)의 하단에 장착 가능한 또 다른 대안적인 실시예의 배출 가스 필터 요소 하우징(270) 및 분말 수집 챔버(271)가 도 12-도 12b에 예시되어 있다. 이 경우, 상부 분말 유도 플레넘(272)이 세장형 건조 챔버(12)의 저면 상에 장착 가능하고, 필터 요소 하우징(270)은 복수의 수직 배향된 원통형 필터(274)를 포함하고 분말 유도 플레넘(272) 아래에 배치되며, 분말 유도 콘(275)이 필터 요소 하우징(270)의 저면에 결합되고, 분말 수집 챔버(271)는 분말 유도 콘(275)의 저면 상에 지지된다.

예시된 분말 유도 플레넘(272)은 건조 챔버(12)의 저면에 밀봉된 관계로 장착 가능하고 건조 챔버(12) 및 건조 영역(127)으로부터 건조 가스 및 분말을 수용하기 위한 개방 상단부를 가지는 외부 원통형 하우징 벽(289)을 포함한다. 분말 유도 플레넘(272) 내에는 하향 개방된 원추형 구성의 배기 플레넘(281)이 내장되며, 상기 배기 플레넘은 저면에 배출 챔버(282)(도 12b)를 형성하고 상부면에서 건조 챔버(12)로부터의 건조 가스 및 분말을 원추형 배기 플레넘(281)의 외주 주위로 하향 외측으로 유도한다.

필터 요소 하우징(270)은 환형 밀봉부(285)에 의해 분말 유도 플레넘(272)의 하부 주변 에지에 밀봉된 관계로 장착된 외부 원통형 하우징 벽(284) 및 환형 밀봉부(288)에 의해 원추형 배기 플레넘(281)의 하부 주변 에지에 밀봉된 관계로 장착된 내부 원통형 필터 슈라우드(286)를 포함한다. 원추형 배기 플레넘(281) 및 내부 원통형 필터 슈라우드(286)는 가스 유도 플레넘(272) 및 필터 요소 하우징(270)의 외부 원통형 하우징 벽(289) 내에 복수의 반경 방향 지지부(290)(도 12a)에 의해 지지되어, 내부 원통형 필터 슈라우드(286)와 외부 원통형 하우징 벽(284) 사이에서 환형 가스 통로(292)와 원추형 배기 플레넘(281)의 하단 둘레를 연통시키는 공기 통로(291)를 형성함으로써 분말 유도 플레넘(272)을 통과하는 가스 및 분말은 원추형 배기 플레넘(281)에 의해 필터 요소 슈라우드(281) 주위에서 외측으로 하부의 분말 유도 콘(275) 및 수집 챔버(271) 내로 유도된다.

이 경우의 원통형 필터(274)는 하향 개방 원추형 배기 플레넘(281)의 저면 아래에 고정 배치된 원형 지지 플레이트(295)에 대해 매달린 관계로 지지된다. 이 경우의 원형 필터 지지 플레이트(295)는 원통형 슈라우드(286)의 상부 둘레에 대해 다소 함몰된 관계로 장착된다. 예시된 원통형 필터(274)는 각각 원통형 필터 요소(296), 상부 원통형 카트리지 유지판(298), 환형 밀봉 요소(300, 301, 302)가 개재된 하단 캡 및 밀봉판(299)을 포함하는 카트리지 형태이다. 필터 카트리지를 조립된 관계로 고정하기 위해, 상부 카트리지 유지판(298)은 하단 캡(299)의 중앙 개구를 통해 위치 가능한 나사형 하단 스터드(305)를 갖는 현수형 U-형 지지 부재(304)를 가지며, 이 지지 부재는 O-링 밀봉 링(308)을 사이에 두고 너트(306)에 의해 고정된다. 각각의 필터 카트리지의 상부 유지판(298)은 중앙 지지판(295)의 각각의 원형 개구(310)에 대해 밀봉된 관계로 고정되되 필터 요소(296)가 지지판(295)의 저면에 대해 매달린 관계로 배치되고 유지판(298)의 중앙 개구가 배출 챔버(282)와 원통형 필터 요소(296)의 내부 사이를 연통시키도록 고정된다. 이 경우의 필터 요소 카트리지는 내부 슈라우드(274)의 중심에 대해 원주 방향으로 이격된 관계로 배치된다.

이 예의 필터 요소 하우징(270)은 필터 카트리지에 쉽게 접근할 수 있도록 해제 가능한 클램프(315) 또는 유사한 패스너에 의해 분말 유도 플레넘(272)에 고정된다. 내부 필터 슈라우드(286)도 역시 교체를 위해 필터에 접근 가능하게 하기 위해 예컨대 핀-슬롯 연결에 의해 원통형 필터(274)에 대해 둘러싸는 관계로 해제 가능하게 장착된다.

건조기 시스템의 작동 중에, 분말 유도 플레넘(272) 내로 유도된 건조 가스 및 분말은 원추형 배기 플레넘(281) 주위에서 환형 통로(291, 292) 내로 내부 필터 요소 슈라우드(274) 주위에서 분말 유도 콘(275) 및 수집 챔버(271) 내로 하향으로 전달되어 챔버(271) 내에 수집되는 것을 알 수 있다. 가스 흐름에 잔류하는 대부분의 건조된 분말은 분말 수집 챔버(271)로 이동할 것이지만, 전술한 바와 같이, 미세 가스 혼합 입자 물질은 분명해지는 바와 같이 건조 가스가 건조 가스 배출 포트(320)를 통해 배출되고 건조 챔버(12)로 재순환하기 위해 필터를 통해 건조 가스 배기 플레넘(282)으로 통과함에 따라 환형 필터(274)에 의해 분리되어 유지될 것이다.

건조기 시스템의 사용 과정 중에 분말이 축적된 원통형 필터(274)를 청소하기 위해, 각각의 원통형 필터(274)는 개별 역방향 가스 펄스 청소 장치(322)를 포함한다. 이를 위해, 이 경우의 가스 유도 플레넘(272)은 적절한 가압 공기 공급원에 연결된 외부 환형 가압 가스 매니폴드 채널(321)을 구비한다. 각각의 역방향 공기 펄스 청소 장치(322)는 환형 가압 가스 매니폴드 채널(321)과 각각의 제어 밸브(326) 사이에 결합된 개별 가압 가스 공급 라인(325)을 가지며, 이 공급 라인은 이 경우에 공기 유도 플레넘(272)의 외측에 장착된다. 가스 펄스 유도 라인 또는 관(328)은 제어 밸브(326)로부터 공기 유도 플레넘(272) 및 배기 플레넘(329)의 원추형 벽을 통해 반경 방향으로 연장된 후 필터 카트리지 유지판(298)의 중앙 개구(311) 및 하부의 원통형 필터 요소(296)에 대해 위로 정렬된 관계로 배치된 가스 펄스 유도 라인(328)의 단자 배출 단부(329)와 직각으로 하향으로 전환된다.

제어 밸브(326)의 적절한 선택적 제어 또는 자동 제어에 의해, 제어 밸브(26)는 원통형 필터 요소(296)의 외벽에 축적된 분말을 제거하기 위해 라인(328)으로부터 압축 가스의 펄스를 주기적 필터(274) 내로 축방향으로 방출하도록 주기적으로 작동될 수 있다. 펄스 가스 유도 라인(328)의 배출 단부(329)는 바람직하게는 주기적 필터(274)의 상단부에 대해 이격된 관계로 배치되어, 필터 요소(296)로부터 축적된 분말을 제거하는 역방향 유동 충격을 용이하게 하도록 배출 챔버(282)로부터 가스를 동시에 흡인하면서 필터 요소(296) 내로 압축 가스 충격의 유도를 용이하게 한다. 바람직하게는 공기 관(328)의 배출 단부(329)는 도 12b에서 330으로 나타낸 팽창 공기 흐름이 실질적으로 카트리지 유지판(298)의 중앙 개구(311)에 대응하는 외주를 가지도록 원통형 필터 요소의 상단부로부터 소정 거리 멀어지도록 이격된다. 예시적인 실시예에서, 공기 유도 관(28)은 약 1 인치의 직경을 가지며, 배출 단부(329)는 유지판(298)으로부터 약 2.5 인치의 거리로 이격된다.

이 경우의 분말 수집 챔버(271)는 건조 분말이 수집 챔버(271) 내로 유도되도록 하는 수직 또는 개방 위치와 분말이 제거될 때 건조 분말의 수집 챔버(271) 내로의 통과를 차단하는 수평 폐쇄 위치 사이에서 회전 가능한 이동을 위해 적절한 작동 장치(341)에 의해 작동 가능한 수집 챔버(271)의 상단부에 장착된 원형 버터플라이 밸브(340)[분말 수집 챔버(271) 내에 절개 방식으로 도 12b에 도시됨]를 구비한다. 대안적으로, 분말 수집 챔버(271)는 개방된 하단부로부터 이동 가능한 컨베이어 상에 직접 분말을 배치할 수 있음을 이해할 것이다.

필터 요소 하우징(19a)으로부터 배출되는 건조 가스의 재순환 및 재사용을 가능하게 하기 위해, 필터 하우징(19)의 배출구(20)는 재순환 라인(165)에 결합되고, 재순환 라인은 다시 응축기(166), 송풍기(168) 및 건조 가스 히터(169)를 통해 가열 챔버(12)의 상부 커버(14)의 가열 가스 유입 포트(15)에 연결된다(도 15). 응축기(170)는 각각의 냉수 공급 및 복귀 라인(171, 172)을 갖는 냉수 냉각 응축 코일(170a)에 의해 배출 가스 유동류로부터 임의의 수증기를 제거한다. 응축기(170)로부터의 응축물은 수집 용기(174) 또는 배수구로 유도된다. 이어서, 건조된 질소 가스는 가스 히터(169)를 통해 송풍기(168)로 유도되며, 가스 히터는 다시 가열 가스 유입 포트(15)로 그리고 가열 챔버(12) 내로 재유도하기 위한 특별한 분말 건조 동작을 위해 응축기(170)에서의 냉각 후의 건조 가스를 소정의 상승된 온도로 재가열한다. 송풍기(168)와 히터(169) 사이의 재순환 라인(165)에 결합된 배출 제어 밸브(175)는 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)로부터 시스템으로 유입되는 과량의 질소 가스가 적절한 배출 덕트 워크(work)(176)로 배출되게 한다. 제어 밸브(175)로부터의 배기 흐름은 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)에 의해 건조 챔버(12) 내로 도입된 과량의 질소와 일치하도록 설정될 수 있다. 배기 흐름 제어 밸브(175) 및 송풍기(168)의 선택적 제어에 의해 건조 챔버(12)의 진공 또는 압력 레벨은 특정 건조 동작을 위해 또는 휘발 물질의 증발 및 배출을 제어할 목적으로 선택적으로 제어될 수 있음을 이해할 것이다. 예시된 실시예에서 냉수 응축기(170)가 예시되었지만, 재순환 가스 유동류로부터 수분을 제거하기 위한 다른 유형의 응축기 또는 수단이 사용될 수 있음을 이해할 것이다.

정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16) 및 건조 가스 유입 포트(15) 모두로부터 유연한 라이너(100)에 의해 형성된 유효 건조 영역(127)으로 도입된 건조 가스는 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)에 의해 건조 챔버(12) 내로 분무된 액체 입자의 건조를 용이하게 하는 건조 불활성 가스, 즉 예시된 실시예에서는 질소이다. 전술한 바와 같은 불활성 건조 가스의 재순환은 또한 건조 가스로부터 산소를 퍼지하여 시스템의 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16) 또는 다른 구성 요소로부터 의도하지 않은 스파크가 발생하는 경우 건조 챔버 내의 분말의 위험한 폭발의 가능성을 방지한다.

또한, 스프레이 건조 시스템(10)을 통한 불활성 건조 가스의 재순환은 상당히 낮은 작동 온도에서 그에 따라 상당한 비용 절감으로 스프레이 건조 시스템(10)의 높은 에너지 효율의 작동을 가능하게 하는 것으로 확인되었다. 이전에 지시된 바와 같이, 분무될 에멀전은 전형적으로 3가지 성분, 예를 들어 물(용매), 전분(담체) 및 향유(flavor oil)(코어)로 이루어진다. 이 경우, 스프레이 건조의 목적은 오일 주위에 전분을 형성하고 건조 가스로 모든 물을 건조시키는 것이다. 전분은 오일 주위에 보호층으로 남아 오일이 산화되지 않게 한다. 이 바람직한 결과는 분무 이전 및 도중에 에멀전에 음의 정전기 전하가 인가될 때 더 쉽게 달성되는 것으로 밝혀졌다.

작동 이론은 완전히 이해되지 않지만, 분무된 에멀전의 3가지 성분 각각은 상이한 전기적 특성을 가진다. 상기 그룹에서 가장 전도성이 높은 물은 가장 많은 전자를 쉽게 끌어 당기고, 다음은 전분이고, 마지막으로 가장 저항이 강한 오일은 거의 전자를 끌어 당기지 않는다. 서로 반대의 전하들이 끌어 당기고 동종 전하가 밀어내는 것을 알면, 모두 가장 유사한 전하를 갖는 물 분자는 서로에 대해 가장 큰 척력을 갖는다. 이 힘은 물 분자가 건조 가스에 대해 최대의 표면을 가져서 건조 공정을 향상시키는 액적의 외부면으로 물 분자를 유도한다. 더 작은 전하를 가지는 오일 분자는 액적의 중심에 남아있을 것이다. 더 빠른 건조, 또는 더 낮은 열원에 의한 건조 및 더 균일한 코팅에 기여하는 것으로 여겨지는 것이 상기 공정이다. 90℃의 입구 건조 가스 온도로 작동하는 본 발명의 스프레이 건조 시스템에 의해 생성된 스프레이 건조된 분말의 시험은 분말이 190℃에서 작동 가능한 통상적인 스프레이 건조 공정에서 건조된 것과 필적할 수 있는 것으로 확인되었다. 또한, 일부 경우에, 본 스프레이 건조 시스템은 건조 가스의 가열없이 효과적으로 작동될 수 있다.

캡슐화 효율, 즉 건조된 분말의 코팅의 균일성도 역시 더 고온의 스프레이 건조에서 달성된 것과 동일하였다. 저온 건조는 종래의 스프레이 건조와 비교하여 대기로 방출되는 아로마, 악취 및 휘발성 성분을 현저히 감소시키는 것이 확인되었고, 이는 건조된 입자의 외부 표면이 전분으로 더 균일하고 완전하게 형성되었음을 나타낸다. 아로마 및 악취의 방출 감소는 작업 환경을 더 향상시키고 운영 요원에게 자극적 및/또는 유해할 수 있는 이러한 악취의 퍼징 필요성을 제거한다. 저온 처리는 또한 화합물에 대한 손상 또는 악영향 없이 온도 민감성 성분(유기 또는 무기)의 스프레이 건조를 가능케 한다.

건조 공정 중에 라이너(100)의 표면에 임의의 입자가 들러붙거나 다른 방식으로 축적될 수 있는 경우, 임의의 축적된 분말을 제거하기에 충분한 요동 운동을 라이너(100)에 주기적으로 부여하기 위해 라이너 요동 장치가 제공된다. 예시된 실시예에서, 건조 챔버(12)는 측면 공압 라이너 요동 밸브 포트(180)를 구비하며, 상기 요동 밸브 포트는 압축 공기를 공압 라이너 요동 밸브 포트(180)를 통해, 임의의 축적된 분말을 제거하기에 충분한 힘으로 유연한 라이너(100)를 전후로 요동시키도록 라이너(100)와 건조 챔버(12)의 외벽 사이의 환형 공기 공간 내로 안내하도록 주기적으로 작동될 수 있는 공압 탱크(181)에 결합되어 있다. 가압 공기는 바람직하게는 이러한 요동 동작을 강조하기 위해 맥동 방식으로 공압 라이너 요동 밸브 포트(180)로 유도된다. 대안적으로, 라이너(100)를 요동시키기 위해 기계적 수단이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.

스프레이 건조기 시스템의 연속적인 상이한 선택적인 사용 간에, 예를 들어 건조 챔버(12) 내의 상이한 분말의 처리 사이에 교차 오염을 방지하기 위해, 신속 분리 패스너(121)의 환형 어레이(120, 120a)는 라이너(100)의 용이한 교체를 위해 건조 챔버(12)로부터 커버(14) 및 수집 콘(18)의 분해를 가능하게 한다. 라이너(100)는 비교적 저렴한 재료로 제조되기 때문에, 바람직하게는 상이한 분말의 처리 간에 폐기될 수 있으며, 새로운 교체 라이너의 교체는 과도한 비용이 소요되지 않고 행해진다.

본 실시예의 다른 중요한 특징에 따르면, 건조 챔버(12)는 상이한 스프레이 건조 요건에 따라 용이하게 변형 가능하다. 예를 들어, 더 작은 건조 요건을 위해, 유효 건조 영역의 크기를 감소시키기 위해 더 작은 직경의 라이너(100a)가 사용될 수 있다. 이를 위해, 전술한 바와 유사하지만 더 작은 직경의 내부 스탠드오프 링(105a)을 갖는 스탠드오프 링 어셈블리(104a)(도 18)는 더 큰 직경의 스탠드오프 링 어셈블리(104)를 용이하게 대체할 수 있다. 링 어셈블리의 대체는 상부 커버(14) 및 수집 콘(18)을 위한 래치(121)의 원주 방향으로 이격된 어레이(120, 120a)를 잠금 해제하고, 건조 챔버(12)로부터 더 큰 직경의 링 어셈블리(104)를 제거하고, 이들을 더 작은 직경의 링 어셈블리(104a) 및 라이너(100a)로 대체하고, 상부 커버(14) 및 수집 콘(18)을 건조 챔버(12)에 재조립 및 재체결하는 것에 의해 달성될 수 있다. 직경이 작은 라이너(100a)는 가열된 건조 가스 및 분무 가스가 도입되는 건조 영역을 효과적으로 감소시켜 더 빠르고 에너지 효율적인 작은 로트 건조를 가능하게 한다.

더 작은 로트 처리의 더 효율적인 건조를 추가로 가능케 하기 위해, 건조 챔버(12)는 건조 챔버(12)의 길이를 감소시킬 수 있는 모듈형 구조를 가진다. 예시된 실시예에서, 건조 챔버(12)는 복수의, 이 경우에는 2개의 수직 적층된 원통형 건조 챔버 모듈 또는 섹션(185, 186)을 포함한다. 하부 챔버 섹션(186)은 상부 챔버 섹션(185)보다 길이가 짧다. 2개의 원통형 건조 챔버 섹션(185, 186)은 전술한 것과 유사한 원주 방향으로 이격된 신속 분리 패스너(121)의 어레이(102b)에 의해 다시 해제 가능하게 함께 고정된다. 패스너(121)의 상기 어레이(102b)에 대한 장착 링(110)은 그 하단부에 인접한 상부 원통형 건조 챔버 섹션(185)에 용접되고, 해당 어레이(102b)의 패스너(121)는 하부 원통형 건조 챔버 섹션(186)의 상부 외부의 반경 방향 플랜지(188)(도 1 및 도 2)의 저면을 결합 및 유지하기 위해 하향 배치된 드로우 후크(122)와 배향된다. 하부 원통형 섹션(186)을 상부 원통형 섹션(185) 및 수집 콘(18)에 고정시키는 패스너(121)의 2개의 어레이(102a, 102b)의 해제시, 하부 원통형 섹션(186)은 제거될 수 있고, 하부 스탠드오프 링 어셈블리(104)는 상부 챔버 섹션(185)의 바닥에 인접하여 재배치되고, 라이너(100)는 더 짧은 길이의 라이너로 대체된다. 이후, 상부 원통형 건조 챔버 섹션(185)은 하부 스탠드오프 링 어셈블리(104)를 사이에 두고 수집 콘(18)의 외부 환형 플랜지(129)와 결합되는 어레이(102b)의 패스너(121)에 의해 분말 수집 콘(18) 상에 직접 고정될 수 있다. 이 변형은 더 작은 로트 건조를 위한 가열 요건을 추가로 감소시키기 위해 실질적으로 더 짧은 길이의 유효 건조 영역의 사용을 가능하게 한다.

건조 챔버(12)의 유효 길이를 추가로 증가시키기 위해 추가의 원통형 건조 챔버 모듈 또는 섹션(186)이 추가될 수 있음을 이해할 것이다. 크기의 증가 여부에 관계없이 건조 챔버(12) 내로 분무된 액체의 양을 증가시키기 위해, 복수의 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)가 도 19 및 도 20에 예시된 바와 같이 상부 커버(14)에 제공될 수 있다. 공통 액체 및 질소 공급원으로부터 공급될 수 있는 복수의 스프레이 노즐 어셈블리(16)는 바람직하게는 상부 커버(14)의 각각의 미리 캐핑된 양의 구멍(190)에 서로 원주 방향으로 이격된 관계로 지지된다(도 4). 사용되지 않은 중앙 장착 구멍(192)(도 20)은 적절하게 캐핑되거나 폐쇄될 수 있다.

본 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 건조 타워(11)의 모듈식 신속 분리 구성 요소는 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)를 하향 분사를 위한 건조 챔버(12)의 상부의 위치로부터 건조 챔버(12) 내로 정전식으로 하전된 액체 스프레이의 상향 유도를 위해 건조 챔버(12)의 바닥에 인접한 위치로 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)의 재배치를 추가로 가능케 한다. 이를 위해, 스프레이 노즐 어셈블리(16)는 상부 커버(14)로부터 제거되어 하부 스프레이 노즐 장착 지지부(195)(도 21-도 24) 내에 고정될 수 있으며, 이 경우의 상기 노즐 장착 지지부는 도 21에 예시된 바와 같이 하전된 스프레이 패턴을 건조 챔버(12) 내로 상향 분사하기 위해 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)를 배향시키도록 건조 챔버(12)의 바닥에 바로 인접한 분말 수집 콘(18)의 상부 원통형 벽 섹션(155) 내에 장착된다. 예시된 하부 노즐 장착 지지부(195)는 도 22-도 24에 예시된 바와 같이 비전도성 재료로 제조된 다수의 반경 방향 장착 로드(rod)(198)에 의해 분말 수집 콘(18)의 상부 원통형 섹션(155) 내에 다시 지지되는 상류 단부에 인접하게 스프레이 노즐 어셈블리(16)를 지지하기 위한 중앙 환형 장착 허브(196)를 포함한다. 반경 방향 장착 로드(198) 각각은 나사(199)의 헤드와 분말 수집 콘(18)의 외벽 표면 사이에 고무 본딩된 밀봉 워싱(washing)(200)을 가지는 각각의 스테인리스강 나사(199)(도 24)에 의해 원통형 벽 섹션(155)에 고정되며, 밀봉 O-링(201)이 각각의 장착 로드(198)의 외부 단부와 분말 수집 콘 섹션(18)의 내벽 표면 사이에 개재된다. 비전도성 테플론 또는 다른 플라스틱 액체 및 분무 가스 공급 라인(205, 206)은 각각 분말 수집 콘(18)에 의해 절연 부착구(208, 209)에 반경 방향으로 외측으로 연결되며, 절연 부착구는 다시 분무 공기 및 액체 공급 라인(151, 131)에 연결된다. 고전압 전원 케이블(210)도 역시 절연 부착구(211)를 통해 노즐 어셈블리와 반경 방향으로 연결된다.

건조 챔버(12)의 저면에 인접하게 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)가 장착된 상태에서, 가스 유입 포트(15)뿐만 아니라 커버(14)의 중앙 스프레이 노즐 장착 구멍(192)이 적절하게 폐쇄될 수 있다. 분말 수집 콘(18)은 접선 방향으로 배향된 건조 가스 유입구(215)를 더 구비하며, 이 건조 가스 유입구는 개방되어 건조 가스 재순환 라인(165)에 연결될 수 있고, 이 경우의 커버(14)는 가열 가스 복귀 라인에 연결하기 위해 역시 개방될 수 있는 한 쌍의 배출 포트(216)를 포함한다.

스프레이 챔버 어셈블리(16)가 건조 챔버(12)의 저면에 장착된 상태에서, 건조 챔버(12) 내로 상향 유도된 정전식으로 하전된 액체 분무 입자는 건조 가스에 의해 건조되며, 이 경우의 건조 가스는 하부 가열 가스 유입구(215)를 통해 그리고 스프레이 노즐 어셈블리(16)로부터의 분무 가스를 가열함으로써 접선 방향으로 유도되고, 이들 건조 가스는 모두 건조 불활성 가스, 즉 질소이다.

이 실시예에 따르면, 건조 챔버(12) 내의 환형 라이너(100)는 바람직하게는 커버(14) 내의 상부 배출 포트(216)로부터 전술한 바와 같이 하부 가스 유입 포트(215)로의 재순환, 재가열 및 재유도를 위한 재순환 라인(165)으로의 배출을 위해 건조 가스가 필터 매체를 통해 궁극적으로 이동할 수 있게 하도록 필터 매체(100b)(도 3b)로 형성된다. 상향 유도된 건조 가스 및 분무 가스에 의해 건조된 분말은 전술한 바와 같이 분말 수집 콘(18) 내로 그리고 수집 챔버(19) 내로 궁극적으로 하향 부유될 것이며, 오직 가장 미세한 입자만이 필터 매체 라이너(100)에 의해 여과된다. 공압 라이너 쉐이커(shaker)가 다시 주기적으로 작동되어 라이너(100) 상에 분말의 축적을 방지할 수 있다.

상기로부터, 처리 타워는 도 25의 표(220)에 예시된 바와 같이 특별한 분무 용도를 위해 다양한 처리 모드로 쉽게 구성되고 작동될 수 있음을 알 수 있다. 건조 챔버 길이는 원통형 건조 챔버 섹션(186)을 추가 또는 제거함으로써 선택적으로 변경될 수 있으며, 라이너의 재료는 불투과성 또는 투과성과 같이 선택적으로 결정될 수 있고, 정전 스프레이 노즐 배향은 상부 하향 분사 또는 하부 하향 분사 사이에서 변경될 수 있고, 처리 가스 유동 방향은 원하는 구성에 따라 하향 또는 상향 방향 사이에서 변경될 수 있다.

전술한 실시예에서, 질소 또는 다른 불활성 건조 가스가 분무 가스로서 시스템 내에서 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)에 도입되지만, 대안적으로 질소 가스가 재순환 가스에 도입될 수 있다. 전술한 것과 유사한 부분은 전술한 것과 유사한 참조 번호가 주어진 도 25a에 예시된 스프레이 건조 시스템에서, 질소 또는 다른 불활성 가스가 질소 주입 라인(169a)으로부터 가스 히터(169)로 도입되어, 전술한 바와 같이 가스 전달 및 공급 라인(169a)을 통해 건조 챔버(100)로 유도되고 건조 챔버(100)로부터 응축기(170) 및 송풍기(168)를 통해 재순환된다. 이 실시예에서, 질소 가스는 전술한 바와 같이 분무 가스로서 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)에 공급될 수 있거나, 또는 건조 챔버 내에 연소성 분위기를 생성하지 않는 한, 공기 또는 불활성 가스와 공기의 조합이 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)에 공급될 수 있다. 그렇지 않으면 도 25a에 예시된 건조 시스템의 동작은 이전에 기술된 것과 동일하다.

도 25b를 참조하면, 분말 수집 콘(18a)의 경우 건조된 생성물이 하부 유출구(19b)로부터 배출되고 배출 공기가 상부 배출 포트 라인(165)으로부터 유도되어 응축기(170), 송풍기(168), 건조 가스 히터(169) 및 건조 챔버(11)를 통한 재순환되는 종래의 사이클론 분리기/필터 백(bag) 하우징(19a)으로 분말을 유도한다는 점을 제외하고는 전술한 것과 유사한 다른 대안적인 실시예의 건조 시스템이 예시되어 있다. 도 25c에는, 도 25b에 예시된 것과 유사하지만, 사이클론 분리기 및 필터 백 하우징(19a)과 건조 챔버(11)의 상단부 사이에 미세 분말 재순환 라인(19c)을 포함하고 있는 대안적인 실시예의 건조 시스템이 예시되어 있다. 사이클론 분리기(19a)에서 분리된 건조된 미세 입자는 미세 입자의 덩어리를 가지는 분말을 생성하기 위해 미세 분말 재순환 라인(19c)을 통해 건조 챔버(11)로 재순환된다. 다시, 그렇지 않으면 시스템은 전술한 바와 동일하게 작동한다.

이제 도 25d를 참조하면, 유체화된 베드(bed) 분말 건조 시스템의 형태의 다른 대안적인 실시예가 예시되어 있다. 분말 건조 시스템은 역시 불투과성 라이너(100)가 내부에 동심으로 배치된 원통형 건조 챔버(12) 및 전술한 바와 같이 정전식으로 하전된 액체 입자를 라이너(100)에 의해 형성된 유효 가열 영역(127) 내로 유도하는 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)를 구비한다. 이 경우, 원추형으로 형성된 수집 용기 섹션(18b)이 건조 챔버(12)로부터 종래의 유형의 유체 베드 스크린 분리기(19c)를 통해 수집 챔버(19b) 내로 분말을 전달한다. 이 실시예에서, 도 11a의 실시예와 관련하여 설명된 것과 유사한 복수의 유체 베드 원통형 필터 요소(160b)가 건조 챔버(12)의 상부에 인접한 배기 플레넘(164b)을 형성하는 상부 횡방향 플레이트(163b)로부터 지지된다. 이 경우의 송풍기(168)는 응축기(170) 및 히터(169)를 통하고 라인(165)을 통한 유도를 위해 분말 및 입자 물질이 여과된 배기 플레넘(164b)으로부터 공기를 흡인하여 하부 수집 챔버(19)로 재도입하고 건조 챔버(12)를 통해 상향으로 재순환시킨다. 필터(16)는 역시 축적된 분말의 필터(16b)를 청소하기 위해 필터(16b)를 통해 가압 공기를 주기적으로 유도하기 위한 개별 공기 제어 밸브(167c)를 구비한, 참조 미국 특허 제8,876,928호에 개시된 유형의 역방향 펄스 공기 필터 청소 장치(167b)를 구비한다.

전술한 실시예의 불투과성 라이너(100)는 바람직하게는 플라스틱과 같은 유연한 비전도성 재료로 제조되지만, 대안적으로 도 3d에 예시된 바와 같이 강성 플라스틱 재료로 제조될 수 있다. 이 경우, 건조 챔버(12) 내에서 동심 관계로 라이너를 고정하기 위해 적절한 비전도성 장착 스탠드오프(100d)가 제공될 수 있다. 대안적으로, 도 3c에 예시된 바와 같이, 투과성 라이너는 직경 방향 일측과 같은 일부가 배출을 위해 라이너를 통한 공기 흐름을 허용하는 투과성 필터 재료(100b)로 제조되고, 그리고 직경 반향 반대측과 같은 일부가 건조된 입자의 라이너 내로의 흡인을 방지하는 불투과성 재료(100a)로 제조될 수 있다.

다른 대안적인 실시예로서, 예시된 스프레이 건조기 시스템은 왁스, 경질 왁스 및 글리세리드와 같은 용융 유동류를 냉각 가스류 내로 분사하여 응고된 입자를 형성하는 스프레이 냉각에 사용되도록 도 15a에 예시된 바와 같이 쉽게 변형될 수 있다. 전술한 것과 유사한 항목에는 유사한 참조 번호가 부여되었다. 스프레이 냉각 중에, 주위 조건보다 약간 높은 융점을 갖는 공급 원료가 가열되어 보유 탱크(130)에 배치되며, 이 경우의 보유 탱크는 단열재(130a)에 싸여진다. 공급 원료는 펌프(132)를 사용하여 공급 라인(131)을 통해 분무 노즐(16)로 펌핑된다. 용융된 공급 원료는 질소(150)와 같은 압축 가스를 사용하여 다시 분무된다. 스프레이 냉각 중에, 용융된 액체 공급 원료는 정전식으로 하전되거나 그렇지 않을 수 있다. 후자의 경우, 정전식 스프레이 노즐 어셈블리의 전극은 전원이 차단된다.

스프레이 냉각 중에, 분무 가스 히터(152)는 차가운 분무 가스가 분무 노즐(16)로 전달되도록 작동 중단된다. 스프레이 냉각 중에, 건조 가스 히터(169)도 역시 작동 중단하여 제습 코일(170a)에 의해 냉각된 건조 가스를 건조 가스 라인(165)을 통해 건조 챔버(12)로 전달한다. 분무된 액적이 건조 가스 영역(127)으로 진입함에 따라, 이들 액적은 응고되어 입자를 형성하여 수집 콘(18)으로 떨어져서 가스류가 재순환을 위해 배출됨에 따라 수집 챔버(19)에 수집된다. 탈착식 라이너(100)는 제거 및 폐기가 가능하기 때문에 건조기 챔버의 청소에 도움이 된다. 절연 공기 갭(101)은 건조 챔버(12)가 외부 표면에 응축이 형성될 정도로 차가워지는 것을 방지한다.

본 실시예의 또 다른 특징을 수행함에 있어서, 스프레이 시스템(10)은 계속되는 절연 파괴가 일어난 경우 경보 신호를 제공하면서 건조 챔버에서 순간 전하 전계 파괴가 일어난 경우 시스템의 계속적인 작동을 허용하는 자동 결함 복구 시스템을 사용하여 작동할 수 있다. 스프레이 시스템(10)에 사용되는 전압 발생기 결함 복구 방법을 동작시키는 방법에 대한 흐름도가 도 27에 예시되어 있다. 예시된 방법은 제어기(133)(도 15) 내에서 수행되는 프로그램 또는 컴퓨터 실행 가능 명령 세트의 형태로 작동할 수 있다. 예시된 실시예에 따르면, 도 26에 예시된 방법은 300에서 액체 펌프를 작동시키거나 달리 시동하여 인젝터 유입구에 공급 가압 유체를 제공한다. 302에서, 전압 공급이 활성인지의 검증이 수행된다. 302에서 전압 공급이 비활성화된 것으로 판정되는 경우, 304에서 기계 인터페이스에 에러 메시지가 제공되고, 전압 공급이 302에서 결정된 바와 같이 활성화되지 않게 할 수 있는 존재하는 결함이 시정될 때까지 306에서 전압 발생기 및 액체 펌프가 비활성화된다.

전압 공급이 302에서 활성화되는 것으로 판정될 때, 308에서 액체 펌프가 시동되기 전에 미리 정해진 시간, 예컨대 5초의 지연이 사용되고, 지연이 만료된 후 310에서 액체 펌프가 가동된다. 310에서 펌프가 계속 가동하는 동안 312에서 단락 또는 아크에 대한 점검이 수행된다. 312에서 단락 또는 아크가 검출되면, 이벤트 카운터 및 타이머는 예컨대 5인 소정의 수보다 많은 단락 또는 아크가 예컨대 30초의 소정 시간 내에 검출되었는지 여부를 판정하도록 유지된다 이러한 점검은 312에서 단락 또는 아크가 검출될 때마다 314에서 판정된다. 소정 시간 내에 소정의 것보다 적은 수의 단락 또는 아크가 발생하거나, 하나의 단락 또는 아크가 감지된 경우에도 316에서 액체 펌프가 정지되고, 318에서 전압을 생성하는 전압 발생기는 예컨대, 종료 및 재시작에 의해 재설정되며, 308에서의 지연 후에 310에서 액체 펌프가 재시동됨으로써 시스템이 스파크 또는 아크를 발생시킨 결함을 교정할 수 있고 시스템이 계속 작동할 수 있다. 그러나, 314에서 소정 시간 내에 소정의 수보다 많은 단락 또는 아크가 발생하는 경우, 320에서 기계 인터페이스에 에러 메시지가 발생되고, 306에서 시스템은 전압 발생기와 액체를 비활성화함으로써 대기 모드로 배치된다.

따라서, 일 양태에서, 정전식 스프레이 건조 시스템의 결함을 교정하는 방법은 먼저 전압 발생기의 상태를 결정하고 전압 발생기가 아직 활성화되지 않은 동안 액체 펌프가 턴-온 되지 않도록 하는 것을 수반하는 펌프 시동 시퀀스를 시작하는 단계를 포함한다. 이를 달성하기 위해, 일 실시예에서, 전압 발생기가 활성화되기에 충분한 시간을 허용하도록 액체 펌프가 턴-온 되기 전에 시간 지연이 적용된다. 이후, 액체 펌프가 시동되고, 시스템은 펌프가 작동하는 동안, 예컨대 전압 발생기에서 끌어온 전류를 모니터링하여 스파크 또는 아크의 존재를 계속적으로 모니터링한다. 결함이 감지되면 액체 펌프와 마찬가지로 전압 발생기가 턴-오프 되고, 결함의 정도에 따라 시스템이 자동으로 재시작되거나 대기 모드로 들어가며, 대기 모드는 시스템을 재시작하기 위해 작업자의 주의와 조치를 필요로 한다.

마지막으로, 본 실시예의 다른 양태를 수행함에 있어서, 스프레이 건조 시스템(10)은 정전식 스프레이 노즐 어셈블리에 의해 분무된 액체로의 전하가 특정 스프레이 적용 및 건조된 생성물의 최종 사용을 위해 분무된 입자의 제어되고 선택적인 응집을 유도할 수 있는 방식으로 주기적으로 변화될 수 있게 하는 제어부를 가진다. 일 실시예에서, 분무된 입자의 선택적 또는 제어된 응집은 응집의 정도를 변화시킬 수 있는 상이한 크기의 분무 입자를 생성하기 위해 높은 활성화 빈도와 낮은 활성화 빈도 사이에서, 예컨대 펄스폭 변조(PWM) 인젝터 명령 신호를 사용하여 스프레이어 활성화의 시간 및 빈도를 변화시키는 것에 의해 달성된다. 다른 실시예에서, 분무된 입자의 선택적 또는 제어된 응집은 분무된 유체를 정전식으로 하전시키기 위해 인가되는 전압의 레벨을 조정함으로써 달성될 수 있다. 예컨대, 전압은 0-30 kV 등의 범위에서 선택적으로 변할 수 있다. 이러한 전압 변동에 대해, 유체를 하전시키기 위해 인가된 더 높은 전압은 일반적으로 액적의 크기를 감소시켜 건조 시간을 감소시키도록 작용할 것이며, 담체가 액적의 외부 표면 측으로 이동하도록 추가로 유도하여 캡슐화를 향상시킬 수 있는 것으로 고려된다. 유사하게, 인가된 전압의 감소는 액적의 크기를 증가시키는 경향이 있을 수 있으며, 이는 특히 작은 액적 또는 입자의 존재 하에서 응집을 도울 수 있다.

분무된 입자의 응집에 선택적으로 영향을 줄 수 있는 다른 실시예는 시스템에 있어서 시간에 따라 선택적으로 변하거나 소정의 높은 값과 낮은 값 사이에서 펄싱하는 다양한 다른 작동 파라미터를 포함한다. 일 실시예에서, 분무 가스 압력, 유체 전달 압력 및 분무 가스 온도가 입자 크기 및 액적의 건조 시간을 제어하거나 대체로 영향을 미치도록 변화될 수 있다. 추가의 실시예는 각각의 절대 또는 상대 수분 함량, 수분 활성도, 액적 또는 입자 크기 등과 같은 분무 가스 및/또는 건조 공기의 다양한 다른 파라미터를 더 포함할 수 있다. 특히 고려되는 일 실시예에서, 분무 가스 및 건조 공기의 이슬점 온도가 능동적으로 제어되고, 다른 실시예에서, 분무 가스 및/또는 건조 공기의 부피 또는 질량 공기 유량도 능동적으로 제어된다.

분무된 입자의 응집을 선택적으로 제어하기 위해 정전식 스프레이 노즐의 펄스 폭을 조정하는 방법에 대한 흐름도가 도 27에 예시되어 있다. 일 실시예에 따르면, 공정의 개시에서, 322에서 전압 발생기가 턴-온 된다. 선택적으로 응집을 제어하게 되는 324에서 PWM 제어가 활성인지 또는 필요한지 여부에 대한 결정이 수행된다. PWM이 필요하지 않거나 활성이 아닌 경우, 공정은 326에서 전압 발생기를 전압 설정점으로 제어하는 것에 의해 시스템을 제어하고, 유체 인젝터가 정상적으로 작동된다. PWM이 필요하거나 활성인 경우, 시스템은 소정 기간 동안 및 사이클 시간 중에 낮은 PWM 설정점과 높은 PWM 설정점 사이에서 교번된다. 예시된 실시예에서, 이것은 330에서 낮은 펄스 지속 시간 동안 328에서 낮은 PWM 설정점으로 제어하는 것에 의해 달성된다. 낮은 펄스 지속 시간이 만료되면, 시스템은 334에서 높은 펄스 지속 시간이 만료된 때까지 332에서 높은 PWM 설정점으로 전환되고, 334로 복귀하여 추가의 PWM 사이클이 필요한 지 여부를 결정한다. PWM 설정점의 변화가 도 27에 예시된 흐름도와 관련하여 여기에서 논의되지만. 분무기 PWM에 추가로 또는 분무기 PWM 대신에 다른 파라미터가 조절될 수 있음을 이해해야 한다. 전술한 바와 같이, 사용될 수 있는 다른 파라미터는 액체를 하전시키기 위해 인가되는 전압의 레벨, 분무 가스 압력, 액체 전달 속도 및/또는 압력, 분무 가스 온도, 분무 가스 및/또는 건조 공기의 수분 함량 및/또는 분무 가스 및/또는 건조 공기의 부피 또는 질량 공기 유량을 포함할 수 있다.

따라서, 일 양태에서, 분무된 입자의 응집은 분무기의 주입 시간을 변경시킴으로써 제어된다. 고주파수, 즉 높은 PWM에서, 분무기는 작은 입자를 생성하도록 더 빨리 개폐된다. 낮은 주파수, 즉 낮은 PWM에서, 분무기는 큰 입자를 생성하도록 더 느리게 개폐된다. 더 크고 작은 입자가 교대로 층을 이루어 건조기를 통과할 때, 일부는 반발하는 전하에 무관하게 물리적으로 상호 작용하고 서로 결합하여 공모에 의한 응집체를 생성한다. 더 크고 작은 입자의 특정 크기 및 생성된 단위 시간당 각 입자 크기의 각각의 수는 각각의 특정 용도에 적합하도록 각각의 높고 낮은 PWM 설정점과 각각의 지속 시간을 설정하는 것에 의해 시스템에 의해 제어될 수 있다.

또 다른 특징에 따르면, 전술한 바와 같이 건조 챔버(11) 및 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)를 가지는 복수의 분말 처리 타워(10)가 도 28 및 도 29에 예시된 바와 같이 모듈식 설계로 제공될 수 있으며, 여기서 분말은 공통 컨베이어 시스템(340) 등으로 배출된다. 이 경우, 계단(342)에 의해 상부에 접근 가능한 공통 작업 플랫폼(341) 주위에 서로 인접한 관계로 복수의 처리 타워(10)가 제공되며, 공통 작업 플랫폼의 단부에는 제어 패널 및 조작자 인터페이스(344)가 위치된다. 이 경우의 처리 타워(10)는 각각 복수의 정전식 스프레이 노즐 어셈블리(16)를 포함한다. 도 28에 예시된 바와 같이, 8개의 실질적으로 동일한 처리 타워(10)가 제공되며, 이 경우에 나사 이송, 공압식 또는 다른 분말 전달 수단과 같은 통상적인 분말 컨베이어(340) 상에서 수집 용기로 분말을 배출한다.

이러한 모듈식 처리 시스템은 다수의 중요한 장점을 갖는 것으로 밝혀졌다. 처음에 이 시스템은 일반적인 구성 요소, 즉 실질적으로 동일한 분말 처리 타워(10)를 사용하여 사용자 요구 사항에 맞게 조정될 수 있는 확장 가능한 처리 시스템이다. 이 시스템은 또한 도 30에 예시된 바와 같이 추가 모듈로 쉽게 확장될 수 있다. 이와 같은 모듈식 처리 타워(10)의 구성의 사용은 또한 높이가 40 피트 이상이고 특별한 설치 구성 레이아웃을 요구하는 표준 대형 생산 스프레이 건조기 시스템과 비교하여 더 작은 구성 높이 요건(15-20 피트)으로 대량의 분말을 처리할 수 있게 한다. 모듈식 설계는 처리 중 유지 보수를 위해 다른 모듈의 작동을 정지시키지 않고 시스템의 분리 및 서비스 개별 처리 타워를 추가로 허용한다. 또한, 모듈식 배열을 통해 특정 사용자 생산 요건에 대한 에너지 사용량에 맞게 시스템을 확장할 수 있다. 예를 들어 하나의 처리 요건에 5개의 모듈이 사용될 수 있고, 다른 배치를 위해 3개만 사용될 수 있다.

도 31-도 33을 참조하면, 수분, 열 및/또는 산소에 노출되어 발생하는 손상으로부터 완제품을 보호하도록 구성된 대안적인 실시예의 분말 수집 시스템(350)이 예시되어 있다. 더 구체적으로, 분말 수집 시스템(350)은 건조 공정과 관련된 수분 함유 가스, 열 및 산소에 노출되지 않도록 완성된 분말을 보호하는 가스 블랭킷 시스템을 구비한다. 도 31에 예시된 바와 같이, 그리고 예를 들어 도 12의 실시예와 유사하게, 본 실시예의 분말 수집 시스템(350)은 다시 분리 플레넘(356)의 하단부로부터 매달린 분말 수집 콘(354)의 바닥에 배치된 개방 상단부를 가지는 수집 용기(352)를 포함한다. 분리 플레넘(356)은 건조 챔버(358)와 연통한다. 건조 가스 및 분말[개괄적으로 도 31의 화살표(359)로 예시됨]은 도 31에 예시된 바와 같이 건조 챔버(358)로부터 분리 플레넘(356) 내로 통과된다. 분리 플레넘(356)은 또한 분말이 수집 콘(354)으로 떨어지는 동안 수분 함유 건조 가스가 분리 플레넘(356)을 빠져나가는 배출 가스 유출구(360)와 연통한다. 이 경우, 수집 용기(352)는 분말 수집 콘(354)의 개방 하단부에 클램프(362)에 의해 착탈 가능하게 고정되는 제거 가능한 용기로서 구성된다.

수집 용기(352) 내로 블랭킷 가스의 도입을 용이하게 하기 위해, 어댑터(364)가 수집 용기(352)의 상단부에 제공된다. 예시된 실시예에서, 어댑터(364)는 도 32에 예시된 바와 같이 수집 용기(352)의 상부 에지(368)와 맞물리는 고무 밀봉부(366)를 포함한다. 어댑터(364)는 수집 용기(352)의 상단부를 둘러싸고 건조된 생성물이 분말 수집 콘(354)으로부터 수집 용기(352)로 통과할 수 있는 중앙 통로(370)를 형성한다. 이 경우, 어댑터(364)는 또한 수집 용기(352)를 분말 수집 콘(354)에 고정시키는 클램프(362)에 포획된 플랜지(372)를 형성한다. 수집 용기(352)의 내부와 연통하는 블랭킷 가스 유입 오리피스(374)가 수집 용기(352)의 상단부 근처, 이 경우 어댑터(362)의 측벽에 제공된다. 이 오리피스(374)는 블랭킷 가스 공급원에 연결되어 블랭킷 가스가 수집 용기(352)의 내부로 유도될 수 있다. 블랭킷 가스는 임의의 적절한 가스일 수 있고, 바람직하게는 차가우며, 상당한 양의 수분 또는 산소를 함유하지 않는다. 질소가 적절한 블랭킷 가스의 일례이지만, 다른 가스 또는 가스 혼합물이 사용될 수 있다.

블랭킷 가스를 유입 오리피스(374)로, 그에 따라 수집 용기(352) 내로 유도하는 데 사용될 수 있는 예시적인 블랭킷 가스 공급 시스템(378)이 도 33에 예시되어 있다. 예시된 블랭킷 가스 공급 시스템(378)은 블랭킷 가스 공급부(380)를 포함하며, 블랭킷 가스 공급부는 가압 저장 탱크일 수 있고, 가스 공급 라인(382)을 통해 유입 오리피스(374)와 연통한다. 블랭킷 가스의 흐름을 제어하기 위해, 유량계 또는 로타미터(rotameter)와 같은 조절 가능한 유동 제어 장치(384)가 가스 공급 라인(382)에 제공될 수 있다. 유동 제어 장치(384)는 스프레이 건조 시스템의 조작자에 의해 수동으로 조정 가능하도록 구성될 수 있거나, 예컨대 제어기로부터 수신된 신호를 기초로 자동으로 조정 가능할 수 있다. 수집 용기(352) 및/또는 가스 공급 라인(382)의 과도한 가압을 방지하기 위해, 압력 릴리프 밸브(386)가 유동 제어 장치(384)와 수집 용기(352) 사이의 가스 공급 라인에 배열될 수 있다.

작동 중, 재료는 건조 챔버(358) 내에서 스프레이 건조되고, 분리 플레넘(356) 내로 낙하하고 그리고 중력 및 가스 흐름을 통해 수집 콘(354) 내로 떨어진다. 이후 낙하 완제품은 수집 용기(352)에 수집된다. 블랭킷 가스는 유입 오리피스(374)를 통해 수집 용기(352) 내로 유입되고 수집 용기(352) 내의 낙하 제품(도 32에서 388로 지시됨) 및 침강된 제품(도 32에서 390으로 지시됨)을 피복한다. 블랭킷 가스는 는 수집 용기(352) 및 어댑터(364)를 약간 가압하여 배출 건조 가스가 수집 용기(352)로 들어가는 것을 방지하고 최종 제품을 습기, 열 및/또는 산소의 유해한 영향에 노출시키는 것을 방지한다. 과도한 블랭킷 가스는 분말 수집 콘(354)을 통해 분리 플레넘(356) 내로 상방으로 이동하고, 건조기 배출 가스와 혼합되고, 배출 가스 유출구(360)를 통해 건조 챔버를 빠져나간다. 유동 제어 장치(384)는 건조 챔버(358) 및 분리 플레넘(356)으로부터 발생하는 열, 수분 및 산소로부터 분말 제품을 보호하기 위해 충분한 블랭킷 가스의 흐름이 수집 용기(352) 내로 유도되도록 설정될 수 있다. 그러나, 블랭킷 가스 유동은 분말 제품이 유체화되고 공기에 부유되는 수준 이하로 유지되어야 한다. 블랭킷 가스 흐름은 또한 건조 제품이 수집 용기(352) 내로 낙하하는 것이 방지될 정도로 수집 용기(352)를 가압하지 않도록 설정되어야 한다. 원하는 경우, 수집 용기(352)는 수집 콘(354)으로부터 분리되어 완제품을 제거할 수 있다. 그렇게 하면, 수분 및 산소를 함유할 수 있는 주변 공기에 제품이 노출되는 것을 방지하기 위해 종래의 캡 또는 뚜껑과 같은 폐쇄 장치가 수집 용기(352)의 개방 상단부 위에 배치될 수 있다.

대기 조건 또는 그 근처에서 고체인 왁스 및 중합체와 같은 용융 유동류의 스프레이 냉각을 수행하기 위한 스프레이 냉각 시스템(400)으로서 구성된 추가의 실시예의 스프레이 건조기가 도 34 및 도 35에 예시되어 있다. 도 34 및 도 35의 스프레이 냉각 시스템(400)은 고체 입자를 형성하기 위해 스프레이 건조기의 건조 챔버(12) 내의 차가운 또는 냉각된 가스류 내에 용융된 공급 원료 재료를 배출하도록 구성된다. 도 34 및 도 35의 스프레이 냉각 시스템(400)은 도 15a의 실시예와 일부 유사하며, 전술한 것과 유사한 항목은 유사한 참조 번호를 부여하였다.

이 실시예의 중요한 일 양태에 따르면, 도 34 및 도 35의 스프레이 냉각 시스템(400)은 용융된 재료를 건조 챔버(12) 내로 배출하기 위해 펄스형 스프레이 노즐 어셈블리(402)를 사용한다. 더 구체적으로, 펄스형 스프레이 노즐 어셈블리(402)는 온 및 오프 유동 조건 사이에서 교번하는 펄스형 흐름을 생성하도록 구성된다. 적절한 펄스형 스프레이 노즐 어셈블리(402)의 예시적인 실시예의 단면도가 도 35에 예시되어 있다. 도 35의 스프레이 노즐 어셈블리(402)는 전기적으로 작동되며, 그 하류 단부에 고정된 배출 오리피스(407)와 솔레노이드 코일(410) 내에 배치된 금속 플런저(408)를 형성하는 스프레이 팁(406)을 가지는 노즐 본체(404)를 포함한다. 솔레노이드 코일(410)은 노즐 본체(404)로부터 연장되는 적절한 도관(412)에 포함된 이 경우의 전기 리드에 의해 외부 전원에 적절하게 결합된다. 공지된 방식으로, 솔레노이드 코일(410)의 전기적 작동은 폐쇄 스프링(414)의 가압력에 대항하여 밸브 플런저(408)를 스프레이 팁 개방 위치로 이동시키는 데 효과적이다. 개방 위치에 있을 때, 노즐 본체(404)의 유입 포트(416)를 통해 유입되는 용융된 재료는 노즐 본체(404)를 통과하여 노즐로부터 스프레이 팁(406)을 통해 배출될 수 있다. 솔레노이드 코일(410)이 비활성화될 때, 폐쇄 스프링(414)은 밸브 플런저(408)를 스프레이 팁 폐쇄 위치로 이동시켜 스프레이 팁(406)으로부터 용융된 재료의 흐름을 차단한다. 이러한 전기 작동식 스프레이 노즐 어셈블리는 용융 유동류의 간헐적 배출을 위해 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 고속으로 사이클링될 수 있다.

예시된 스프레이 노즐 어셈블리(402)는 용융 공급 재료가 스프레이 팁(406)으로부터 배출되는 지점까지 용융 공급 재료의 원하는 상승된 온도를 유지하는 것을 돕기 위해 가열된다. 또한, 예시된 스프레이 노즐 어셈블리(402)는 스프레이 팁(406)이 노즐 본체(404)로부터 제거되고 다른 유사한 구성 또는 상이한 구성의 스프레이 팁과 호환될 수 있도록 구성된다. 스프레이 노즐 어셈블리(402)의 스프레이 팁(406)은 바람직하게는 입자가 스프레이 냉각되고 있을 때 입자의 충돌을 방지하는 데 도움이 될 수 있는 팬(fan)형 배출 패턴을 생성하도록 구성된다. 그러나, 완전 원추형 또는 중공 원추형 배출 패턴이 용례, 공급 원료 물성 및 화학 또는 형태 요건에 따라 사용될 수 있다. 팬형 패턴이 사용되는 경우, 팬 패턴의 직선 부분이 서로 평행하도록 배열된 다수의 스프레이 노즐이 사용될 수 있다. 이러한 구성에 따라, 각각의 개별 스프레이 노즐의 온/오프 기능은 액적 충돌을 방지하기 위해 인접한 노즐과 동기화될 수 있다. 노즐 본체(404) 상의 스프레이 팁(406)을 교환하는 능력은 스프레이 노즐 어셈블리(402)가 예를 들어, 사용되는 공급 원료 및/또는 공급 원료 재료에 따라 상이한 스프레이 각도 및 액적 크기를 형성하도록 할 수 있다. 예시된 실시예에서, 노즐 본체(404) 및 스프레이 팁(406)은 용융된 재료의 유압 분무를 형성하도록 구성된다. 다른 실시예에서, 펄스형 스프레이 노즐 어셈블리(402)는 용융 유동류의 공기 분무를 제공하도록 구성될 수 있다.

펄스형 스프레이 노즐 어셈블리(402)는 본원의 출원인 Spraying Systems Co.에 의해 상표명 PulsaJet로 제공되는 것과 같은 상업적으로 알려진 유형일 수 있다. 예시된 스프레이 노즐 어셈블리(402)의 다양한 구성 요소 및 이들의 작동 모드는 그 개시 내용이 본원에 참고로 포함된 미국 특허 제7,086,613호에 기술된 것과 유사하다. 대안적으로, 펄스형 스프레이 동작을 생성할 수 있고 노즐로부터의 흐름을 정지시키고 흐름이 다시 시작되면 노즐 팁에 즉시 전체 압력을 전달하도록 구성된 임의의 스프레이 노즐 어셈블리가 사용될 수 있다.

도 15a의 실시예에서와 같이, 스프레이 냉각 동작 중에, 건조 챔버(12)로 전달된 건조 가스는 냉각기, 예컨대 제습 코일에 의해 냉각된다. 펄스형 스프레이 노즐 어셈블리(402)로부터 배출된 분무 액적이 건조 가스 영역(127)으로 진입함에 따라, 이들은 응고되어 입자를 형성하고 수집 콘(18) 내로 낙하되어 가스류가 재순환을 위해 배출될 때 수집 챔버(19)에 수집된다. 탈착식 라이너(100)는 제거 및 폐기가 가능하기 때문에 건조 챔버의 청소를 돕는다. 건조 챔버(12)가 외부 표면에 응축이 형성될 정도로 차가워지는 것을 방지하기 위해 절연 공기 갭(101)이 제공될 수 있다.

용융된 공급 재료가 스프레이 건조기 내로 배출되는 지점까지 원하는 온도로 유지되도록 하기 위해, 스프레이 냉각 시스템(400)은 예컨대, 용융 공급 원료가 원하는 상승된 온도로 스프레이 노즐 어셈블리(402)에 공급되게 할 수 있는 가열된 재순환 루프로 구성될 수 있다. 이러한 재순환 루프의 실시예가 도 34에 예시되어 있다. 예시된 재순환 루프는 용융된 재료를 저장하는 가열된 액체 보유 탱크(420)를 포함한다. 보유 탱크(420)는 스프레이 노즐 어셈블리(402)의 유입 포트(416)와 연통하는 공급 라인(422) 및 스프레이 노즐 어셈블리의 재순환 포트(426)와 연통하는 재순환 라인(424) 모두에 의해 노즐 어셈블리(402)에 연결된다(도 34에 개략적으로 예시됨). 스프레이 노즐 어셈블리(402) 근처의 공급 라인(422)에 배열된 온도 센서(428)는 용융된 재료가 원하는 온도, 예컨대 융점 바로 위의 온도로 유지되도록 유지 탱크(420) 내의 히터(430)와 통신하고 히터를 제어한다. 용융 재료를 용점 바로 위에 유지하면, 건조 챔버(12)에서 용융 물질의 액적을 입자로 변환시키기 위해 필요한 열 전달량을 감소시켜 액적이 가능한 한 빨리 확실하게 응고되는 것을 돕는다.

고속 흐름은 건조 가스의 열 운반 능력을 압도하여 액적 형성을 부적절하게 할 수 있다. 스프레이 노즐 어셈블리(402)에 의해 생성된 펄스형 동작은 고속 흐름을 제거하고 용융된 재료의 완전한 압력 전달을 허용하여, 적절한 액적 형성을 보장할 수 있다. 또한, 스프레이 노즐 어셈블리(402)의 펄스형 배출은 용융 재료의 과배출과 저배출을 방지하며, 이것도 역시 액적 형성의 악화를 초래할 수 있다.

용융 재료를 유지 탱크(420)로부터 스프레이 노즐 어셈블리(402)로 이동시키기 위해, 펌프(432)가 공급 라인(422)에 제공된다. 이 경우, 펌프(432)는 펌프(432)에 의해 전달되는 압력의 조정을 허용하는 가변 속도 드라이브(434)에 의해 구동된다. 펌프(432)를 위한 다른 조정 가능한 구동 장치가 또한 사용될 수 있다. 스프레이 노즐 어셈블리(402) 근처의 공급 라인(422)에 배열된 압력 센서(436)는 용융 재료의 압력을 모니터링하고 이 정보는 가변 속도 드라이브(434)에 전달되어 펌프(432)가 용융 재료를 스프레이 노즐 어셈블리로 일정한 압력으로 공급하는 것을 보장하는 데 사용될 수 있다. 가열된 재순환 루프는 분무 작업이 중단된 경우에도 용융 재료가 원하는 온도로 유지되는 것을 보장하는 것을 포함하여 스프레이 노즐 어셈블리까지 용융 재료의 온도를 올바르게 정확하게 제어할 수 있게 한다. 이러한 경우에, 가열된 재순환 루프는 분무 재개 즉시 최적의 시스템 성능을 위해 용융 재료가 원하는 온도로 유지되는 것을 보장한다.

이상으로부터, 동작이 보다 효율적이고 다용도인 스프레이 건조기 시스템이 제공됨을 알 수 있다. 향상된 건조 효율로 인해 스프레이 건조 시스템은 크기가 더 작고 더 경제적으로 사용될 수 있다. 정전식 스프레이 시스템은 또한 교차 오염없이 다른 제품 로트를 건조시키는 데 효과적이며, 특별한 스프레이 적용을 위해 크기와 처리 기술 모두를 용이하게 수정 가능하다. 스프레이 건조 시스템은 또한 건조 챔버의 분위기 내의 미세 분말로 인한 전기 오작동 및 위험한 폭발에 덜 취약하다. 이 시스템은 또한 후속 사용을 보다 용이하게 하는 형태로 응집되는 입자를 형성하도록 선택적으로 작동될 수 있다. 이 시스템은 또한 건조기에서 배출되는 건조 가스로부터 공기 중의 입자 물질을 보다 효과적이고 효율적으로 제거하기 위한 배출 가스 여과 시스템을 구비하며, 이 여과 시스템은 작동을 방해할 수 있고 고가의 유지 보수를 필요로 하는 필터 상에 건조된 입자 물질의 축적을 제거하기 위한 자동화 수단을 포함한다. 또한, 이 시스템에는 수집된 완제품이 건조 챔버로부터의 습기 함유 가스, 열 및 산소에 노출되지 않도록 보호하기 위한 가스 블랭킷 시스템이 장착될 수 있다. 또한, 시스템은 구성이 비교적 간단하고 경제적인 제조에 적합하다.

Claims (20)

1. 액체를 분말로 건조하는 스프레이 건조 시스템으로서:
   직립 자세로 지지된 세장형 바디;
   상기 세장형 바디 내에 건조 챔버를 형성하도록 상기 세장형 바디의 대향하는 상단부 및 하단부에 마련된 폐쇄 장치 - 상기 폐쇄 장치 중 하나는 건조 가스 공급원에 결합되고 건조 가스를 상기 건조 챔버 내로 유도하는 건조 가스 유입구를 포함함 -; 및
   상기 폐쇄 장치 중 하나에 지지되는 정전식 스프레이 노즐 어셈블리 - 상기 정전식 스프레이 노즐 어셈블리는 액체 공급부에 결합되는 액체 유입구를 갖는 노즐 본체, 건조될 액체를 상기 건조 챔버 내로 유도하도록 하류 단부에 마련된 배출 스프레이 팁 어셈블리, 및 상기 스프레이 노즐 어셈블리를 통과하여 상기 건조 챔버 내로 들어가는 액체를 전기적으로 하전시키도록 전기 공급원에 결합되는 전극을 포함함 -;
   를 포함하고, 상기 하단의 폐쇄 장치는, 상기 건조 챔버에서 건조된 분말을 수집하는 분말 수집 용기를 포함하며, 상기 분말 수집 용기의 상단부는 상기 건조 챔버와 연통되고, 상기 분말 수집 용기는 상기 분말 수집 용기의 상단부 근처에 블랭킷 가스 유입구를 포함하며, 상기 블랭킷 가스 유입구는, 블랭킷 가스 공급원과 연통하고, 상기 블랭킷 가스 공급원으로부터의 블랭킷 가스가 상기 분말 수집 용기의 내부로 유도되어 상기 분말 수집 챔버 내의 분말을 블랭킷 피복함으로써 상기 분말이 상기 건조 챔버로부터의 건조 가스에 노출되지 않게 보호하도록 구성되는 것인 스프레이 건조 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 블랭킷 가스 유입구와 상기 블랭킷 가스 공급원 사이에 개재된 블랭킷 가스 공급 시스템을 더 포함하는 스프레이 건조 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 블랭킷 가스 공급 시스템은, 상기 블랭킷 가스 공급원으로부터 상기 블랭킷 가스 유입구로의 상기 블랭킷 가스의 흐름을 조정하도록 구성된 조절 가능한 유동 제어 장치를 포함하는 것인 스프레이 건조 시스템.
4. 제3항에 있어서, 상기 블랭킷 가스 공급 시스템은, 상기 유동 제어 장치와 상기 블랭킷 가스 유입구 사이에 개재된 릴리프 밸브를 더 포함하는 것인 스프레이 건조 시스템.
5. 제1항에 있어서, 상기 블랭킷 가스는 상당한 양의 수분 또는 산소를 함유하지 않는 것인 스프레이 건조 시스템.
6. 제1항에 있어서, 상기 블랭킷 가스는 질소인 것인 스프레이 건조 시스템.
7. 제1항에 있어서, 상기 분말 수집 용기는 상기 분말 수집 용기의 상단부에 배치된 어댑터를 포함하고, 상기 블랭킷 가스 유입구는 상기 어댑터의 측벽에 배치되며, 상기 어댑터는 상기 분말 수집 용기를 상기 세장형 바디에 분리 가능하게 부착하도록 구성된 것인 스프레이 건조 시스템.
8. 액체를 스프레이 건조하는 방법으로서:
   세장형 구조 바디에 의해 형성된 건조 챔버 내로 정전식으로 하전된 액체를 유도하는 단계;
   건조 가스를 사용하여 상기 정전식으로 하전된 액체를 상기 건조 챔버 내에서 분말로 건조시키는 단계;
   상기 건조 챔버 내에서 건조된 분말을, 상단부에서 상기 건조 챔버와 연통하는 분말 수집 용기 내에 수집하는 단계; 및
   상기 분말이 상기 건조 챔버로부터의 상기 건조 가스에 노출되는 것을 방지하도록, 상기 분말 수집 용기의 상단부 근처의 상기 분말 수집 용기로 도입되는 블랭킷 가스로 상기 분말 수집 용기 내의 분말을 블랭킹 피복하는 단계
   를 포함하는 방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 블랭킷 가스는 상당한 양의 수분 또는 산소를 함유하지 않는 것인 방법.
10. 제8항에 있어서, 상기 블랭킷 가스는 질소인 것인 방법.
11. 액체를 분말로 건조하는 스프레이 건조 시스템으로서:
    직립 자세로 지지된 세장형 바디;
    상기 세장형 바디 내에 건조 챔버를 형성하도록 상기 세장형 바디의 대향하는 상단부 및 하단부에 마련된 폐쇄 장치 - 상기 폐쇄 장치 중 하나는 냉각된 건조 가스를 상기 건조 챔버 내로 도입하는 건조 가스 유입구를 포함함 -; 및
    상기 폐쇄 장치 중 하나에 지지되는 스프레이 노즐 어셈블리 - 상기 스프레이 노즐 어셈블리는, 용융된 공급 재료의 공급부에 결합되는 액체 유입구를 가지는 가열된 노즐 본체와, 상기 용융된 공급 재료를 상기 건조 챔버 내로 유도하도록 하류 단부에 마련된 배출 스프레이 팁 어셈블리를 포함하고, 상기 스프레이 노즐 어셈블리는 유동 작동 상태와 유동 차단 상태 사이에서 교호하는 상기 용융된 공급 재료의 펄스형 유동을 형성하도록 구성됨 -;
    을 포함하고, 상기 하단의 폐쇄 장치는, 상기 건조 챔버에서 건조된 분말을 수집하는 분말 수집 용기를 포함하는 것인 스프레이 건조 시스템.
12. 제11항에 있어서, 상기 건조 가스 유입구에 공급된 건조 가스를 냉각시키는 냉각기를 더 포함하는 스프레이 건조 시스템.
13. 제11항에 있어서, 상기 스프레이 노즐 본체는 용융된 공급 재료의 펄스형 유동을 생성하도록 개방 위치와 폐쇄 위치 사이에서 전기적으로 작동되도록 구성된 것인 스프레이 건조 시스템.
14. 제11항에 있어서, 상기 배출 스프레이 팁 어셈블리는 팬형 배출 패턴을 생성하도록 구성된 것인 스프레이 건조 시스템.
15. 제11항에 있어서, 상기 용융된 공급 재료를 저장하도록 상기 스프레이 노즐 어셈블리의 상기 액체 유입구와 연통된 가열된 액체 보유 탱크를 더 포함하는 스프레이 건조 시스템.
16. 제15항에 있어서, 상기 가열된 액체 보유 탱크는 용융된 재료를 공급 라인에 의해 상기 스프레이 노즐 어셈블리의 상기 액체 유입구로 유도하는 것인 스프레이 건조 시스템.
17. 제16항에 있어서, 상기 가열된 액체 보유 탱크는, 용융된 공급 재료를 상기 스프레이 노즐 어셈블리로부터 상기 가열된 액체 보유 탱크로 다시 재순환시키는 재순환 라인에 의해 상기 스프레이 노즐 어셈블리의 재순환 포트와 연통되는 것인 스프레이 건조 시스템.
18. 제17항에 있어서, 상기 공급 라인에는, 가열된 액체 보유 탱크 내의 히터와 통신하고 상기 히터를 제어하는 온도 센서가 배치된 것인 스프레이 건조 시스템.
19. 제18항에 있어서, 용융된 재료를 상기 가열된 액체 보유 탱크로부터 상기 스프레이 노즐 어셈블리의 액체 유입구로 이동시키도록 상기 공급 라인에 제공된 펌프를 더 포함하는 스프레이 건조 시스템.
20. 제19항에 있어서, 상기 펌프의 가변 구동부와 통신하는 관계로 상기 공급 라인 내에 마련된 압력 센서를 더 포함하는 스프레이 건조 시스템.

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