KR20230025531A - 스프레이 건조기 - Google Patents

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아담 브라이트
조지프 피. 스즈크잡
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스프레잉 시스템즈 컴파니
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Abstract

본 발명은 건조 챔버를 형성하는 세장형 본체, 건조 챔버의 일 단부에서의 스프레이 노즐 조립체 그리고 대향 단부에서의 필터 요소 하우징 및 분말 수집 챔버를 포함하는, 액체를 분말로 건조시키는 정전 스프레이 건조기에 관한 것이다. 비-구조용 비-금속 라이너가 내부 건조 영역을 한정하기 위해 내부 벽 표면에 대해 이격된 관계로 세장형 본체 내에 배치된다. 상기 라이너는 특정 용도에 따라 선택적으로 제거 및 교체할 수 있도록 본체 내에 해제 가능하게 지지된다. 예시된 세장형 본체는 복수의 모듈을 포함하는 모듈 구조를 가지며, 그 중 적어도 하나는 특정 스프레이 도포를 위해 건조 챔버의 길이를 변경하도록 선택적으로 제거 및 교체될 수 있다. 상기 라이너는 또한 건조 챔버의 변경된 길이에 상응하는 길이의 라이너 또는 특정 사용을 위한 상이한 직경으로 교체될 수 있다.

Description

스프레이 건조기{SPRAY DRYER}
본 특허 출원은, 참조로 포함되며 2015년 11월 3일자로 출원된 미국 특허 출원 제62/250,318호의 이익을 주장한다.
본 발명은 일반적으로 스프레이 건조기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액체를 건조 분말 형태로 스프레이 건조하기 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.
스프레이 건조는 가열된 공기가 액체를 분말로 건조시키기 위해 도입되는 건조 챔버 내로 액체 슬러리가 분무되는, 널리 공지된 광범위하게 사용되는 공정이다. 슬러리는 일반적으로 물과 같은 액체, 식품, 향료 또는 약제와 같은 성분, 및 캐리어를 포함한다. 건조 공정 중에, 액체는 성분을 캐리어 내에 캡슐화된 분말 형태로 남겨둔 상태로 배출된다. 또한 스프레이 건조는 다양한 식료품, 첨가제 및 화학 물질과 같이 캡슐화가 필요하지 않은 분말을 생산하는 데 사용된다.
스프레이 건조 시스템은 일반적으로 비교적 거대한 구조로서, 높이가 여러 개의 층에 달할 수 있는 건조 타워를 갖는다. 장비 자체는 상당한 자본 투자일 뿐만 아니라, 사용되는 설비는 그러한 장비를 수용하기에 충분한 크기와 디자인을 가져야 한다. 건조 매체에 대한 가열 요건도 또한 비용을 발생시킬 수 있다.
이러한 스프레이 건조기 시스템의 대부분이 강철 구조인 것으로 인해, 신속한 건조를 용이하게 하는 전기적으로 대전된 입자를 생성하기 위한 정전 스프레이 노즐을 사용하는 것이 바람직하지만, 정전하로 대전된 액체는, 특히 의도하지 않게 접지되면, 전기적 제어 작동을 방해하여 작동을 중단시킬 수 있어, 사양에 따라 건조되지 않은, 대전되지 않은 액체의 배출을 초래할 수 있는 방식으로 시스템의 구성 요소를 대전시킬 수 있다.
전기적으로 대전된 액체로부터 시스템을 보다 잘 절연시키기 위해 비-금속 재료의 정전 스프레이 건조기의 건조 챔버를 형성하는 것이 공지되어 있지만, 입자가 건조 챔버의 벽에 달라붙어 축적될 수 있으므로, 시스템의 사용을 중단시키는 시간 소모적인 청소가 필요하게 된다. 또한, 건조 챔버 내의 가열 공기의 분위기 내에서 매우 미세하게 건조된 분말은 정전 스프레이 노즐 또는 시스템의 다른 구성 요소의 부주의한 스파크 또는 오작동으로부터 위험한 폭발성 상태를 생성할 수 있다.
이러한 스프레이 건조기 시스템은 또한 상이한 형태의 액체 슬러리를 스프레이 건조시키도록 작동될 수 있어야 한다. 예를 들어, 향료 산업에서, 하나의 작업에서는 감귤향 성분에 의해 시스템을 작동시킬 필요가 있으며, 다음 작업에서는 커피향 성분이 사용될 수 있다. 건조 챔버의 벽에 달라붙은 잔여 향료 재료는 이후에 가공된 제품의 맛을 오염시킬 수 있다. 물론, 제약 분야에서는, 의약품의 연속 작업이 교차 오염되지 않도록 하는 것이 필수적이다.
기존의 스프레이 건조기 시스템은 용이한 다용도성이 더 결여되어 있다. 대형 건조 시스템 전체를 사용할 필요가 없는 건조용 제품의 보다 작은 로트를 작업하는 것이 종종 바람직하다. 특정 용례를 위해 재료가 시스템 내로 스프레이되고 건조되는 방식을 변경하는 것이 또한 바람직할 수 있다. 또한 다른 공정에서, 사용되는 액체에 미립자가 보다 신속하게 용해되는 경우와 같이 궁극적인 사용을 보다 용이하게 하기 위해 건조 중에 미립자가 응집되는 것이 바람직할 수 있다. 그러나 기존의 스프레이기는 가공 요건의 이러한 변화를 수용하도록 쉽게 변경되지 않는다.
스프레이 건조기는 또한 건조기 시스템을 빠져나오는 건조 가스에서 공기 중에 남아있을 수 있고 시스템을 빠져나가는 가스로부터 필터링되어야 하는 매우 미세한 입자를 생성하는 경향이 있다. 이러한 미세한 미립자 물질은 필터를 신속하게 막히게 하여, 건조기의 효율적인 작동을 방해하고 필터를 빈번하게 청소해야 할 수 있다. 기존의 스프레이 건조기는 또한 공기에 의해 운반되는 미립자 물질을 제거하기 위해 복잡한 사이클론 분리 및 필터 장치를 일반적으로 사용했다. 이러한 장비는 값이 비싸고 값 비싼 유지 보수 및 청소가 필요하다.
본 발명의 목적은 더 효율적이고 다용도로 작동하도록 구성되는 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.
다른 목적은 크기가 상대적으로 작고 작동이 보다 신뢰성 있는 전술한 특징을 갖는 정전 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 높이가 비교적 짧고 특별 건축물 또는 천정 요건이 없는 위치에서 설치 및 작동될 수 있는 정전 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.
다른 목적은 교차 오염 없이 상이한 제품 로트를 스프레이 건조시키는 데 효과적인 전술한 유형의 정전 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 특정 건조 용례 분야에 있어서 크기 및 가공 기술 모두에서 쉽게 변형될 수 있는 전술한 종류의 정전 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 후속 사용을 보다 용이하게 하는 형태로 미세 입자가 응집될 수 있게 하는 방식으로 분말을 건조시키도록 작동 가능한 정전 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 보다 적은 가열 요구로 그리고 이에 따라 보다 경제적으로 효과적으로 작동될 수 있는 정전 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다. 관련된 목적은 온도에 민감한 화합물을 효과적으로 건조시키도록 작동 가능한 전술한 유형의 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 상이한 용량의 건조 요건에 대해 모듈이 선택적으로 이용될 수 있고 스프레이 건조기 시스템의 작동을 정지시키지 않으면서 수리, 유지 보수 및 모듈 교체를 용이하게 하는 모듈식 정전 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 시스템의 건조 챔버 내의 미세 분말 및 가열 분위기로 인한 전기적 오작동 및 위험한 폭발에 덜 민감한 전술한 유형의 정전 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다. 관련된 목적은 시스템의 가능한 전기적 오작동을 모니터링하고 제어하는 데 효과적인 스프레이 건조기 시스템에 대한 제어를 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 건조기를 빠져나와 배출되는 건조 가스로부터, 공기에 의해 운반되는 미립자 물질을 더욱 효과적이고 효율적으로 제거하고 보다 적은 유지 보수 필요성을 갖는 필터 시스템을 갖는 이러한 유형의 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 건조 가스 필터 시스템이 필터 상의 미립자 물질의 축적을 자동으로 더욱 효과적으로 제거하는 수단을 포함하는 위에서 특징되는 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.
또 다른 목적은 구성이 비교적 간단하고 경제적인 제조에 도움이 되는 그러한 정전 스프레이 건조기 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 장점은 이하의 상세한 설명을 읽고 도면을 참조하면 명백해질 것이다.
도 1은 도시된 스프레이 건조기 시스템의 분말 처리 타워의 측면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 분말 처리 타워의 수직 단면도이다.
도 3은 도시된 분말 처리 타워의 분해 사시도이다.
도 3a는 도시된 분말 처리 타워와 함께 사용 가능한 조립되지 않은 가요성 비-투과성 라이너의 평면도이다.
도 3b는 도 3a에 도시된 것과 유사하지만 투과성 필터 재료로 제조된 라이너의 다른 실시예의 평면도이다.
도 3c는 라이너의 또 다른 실시예의 평면도로서, 본 경우에 도시된 분말 처리 타워와 함께 사용할 수 있는 비-투과성 재료로 일부가 제조되고 투과성 필터 재료로 일부가 제조된다.
도 3d는 라이너의 또 다른 실시예의 평면도로서, 본 경우에 도시된 분말 처리 타워와 함께 사용 가능한 비-투과성이며 비-도전성인 강성 재료로 제조된다.
도 4는 내부에서 중심에 지지된 정전 스프레이 노즐을 갖는 도시된 분말 처리 타워의 상단 캡 또는 뚜껑의 확대된 평면도이다.
도 5는 도 4에 도시된 상단 캡 및 스프레이 노즐 조립체의 측면도이다.
도 6은 도시된 정전 스프레이 노즐 조립체의 확대된 수직 단면도이다.
도 7은 도시된 정전 스프레이 노즐 조립체의 노즐 지지 헤드의 확대된 부분 단면도이다.
도 8은 도시된 정전 스프레이 노즐 조립체의 배출 단부의 확대된 부분 단면도이다.
도 8a는 더 많은 점성 액체의 스프레이를 용이하게 하기 위해 변경된 배출 스프레이 팁을 갖는 스프레이 노즐 조립체를 도시하는, 도 8과 유사한 부분 단면도이다.
도 9는 도 8의 9-9 라인에서 취해진 도시된 정전 스프레이 노즐 조립체의 횡단면도이다.
도 10은 도시된 분말 처리 타워의 분말 수집 콘(powder collection cone) 및 필터 요소 하우징의 확대된 부분 단면도이다.
도 10a는 도 10에 도시된 분말 수집 콘 및 필터 요소 하우징의 분해 사시도이다.
도 11은 도시된 분말 처리 타워와 함께 사용하기 위한 필터 요소 하우징의 다른 실시예의 부분 측면 단면도이다.
도 11a는 도 11에 도시된 필터 하우징의 필터 중 하나의 확대된 부분 단면도로서, 작동하지 않는 상태의 역방향 가스 펄스 필터 세정 장치를 도시한다.
도 11b는 작동 상태에 있는 역방향 가스 펄스 공기 필터 세정 장치를 도시하는, 도 11a와 유사한 확대된 부분 단면도이다.
도 12는 필터 요소 하우징 및 분말 수집 챔버의 다른 실시예의 측면도이다.
도 12a는 도 12에 도시된 필터 요소 하우징 및 분말 수집 챔버의 평면도이다.
도 12b는 도 12에 도시된 필터 요소 하우징 및 분말 수집 챔버의 부분 확대 절결도이다.
도 12c는 도 12에 도시된 필터 요소 하우징 및 관련 상류 공기 안내 플레넘의 분해 사시도이다.
도 13은 관련된 상부 라이너 스탠드오프 링 조립체를 갖는 건조 챔버에 상단 커버를 고정하기 위한 체결 장치를 보여주는 부분 단면도이다.
도 13a는 관련된 바닥 라이너 스탠드오프 링 조립체를 갖는 분말 수집 콘에 건조 챔버를 고정하기 위한 체결 장치를 나타내는, 도 12와 유사한 부분 단면도이다.
도 14는 도시된 패스너 중 하나의 확대 부분도이다.
도 15는 도시된 스프레이 건조기 시스템의 개략도이다.
도 15a는 용융된 유동 스트림을 고형화된 입자로 스프레이 냉각시키기 위해 작동할 수 있는 스프레이 건조기의 다른 실시예의 개략도이다.
도 16은 도시된 스프레이 건조 시스템을 위한 유체 공급 펌프 및 그 관련된 구동 모터를 보여주는 부분 단면도이다.
도 16a는 외측 비-전도성 하우징 내에 지지된 도시된 유체 공급 펌프의 수직 단면도이다.
도 17은 도시된 절연 라이너 및 그 스탠드오프 링 지지 조립체의 확대된 평면도이다.
도 18은 도 17과 유사하지만 더 작은 직경의 절연 라이너를 지지하는 스탠드오프 링 조립체를 도시하는 확대된 평면도이다.
도 19는 복수의 정전 스프레이 노즐 조립체를 지지하는, 도시된 분말 처리 타워의 상단 캡의 확대된 측면도이다.
도 20은 도 19에 도시된 상단 캡의 평면도이다.
도 21은 도시된 분말 처리 타워의 수직 단면도로서, 정전 스프레이 노즐을 그 건조 챔버의 바닥에 인접하여 중심에서 건조용 스프레이 액체의 상향 방향에 대해 지지하도록 변형된 것이다.
도 22는 도 21에 도시된 정전 스프레이 노즐 조립체의 바닥 장착 지지부의 개략적인 측면도이다.
도 23은 도 22에 도시된 정전 스프레이 노즐 조립체 및 바닥 장착 지지부의 평면도이다.
도 24는 도 22 및 도 23에 도시된 스프레이 노즐 바닥 장착 지지부에 대한 지지 로드 중 하나의 확대 단면도이다.
도 25는 예시적인 분말 건조 시스템에 대한 다른 구성을 나타내는 차트이다.
도 25a는 신선한 질소 가스가 시스템의 가스 재순환 라인에 도입되는 스프레이 건조기 시스템의 다른 실시예의 개략도이다.
도 25b는 재순환 건조 가스 스트림으로부터 미립자 물질을 필터링하기 위해 사이클론 세퍼레이터/필터 백 조립체를 이용하는 스프레이 건조기 시스템의 또 다른 실시예의 개략도이다.
도 25c는 도 25b와 유사하며, 사이클론 세퍼레이터에서 분리된 건조된 미세 입자가 건조 챔버로 재도입되는 대안적인 실시예이다.
도 25d는 재순환하는 건조 가스로부터 미립자 물질을 필터링하기 위한 복수의 유동 베드 필터를 갖는 스프레이 건조기 시스템의 또 다른 실시예이다.
도 26은 본 발명에 따른 정전 스프레이 건조기 시스템에 사용하기 위한 전압 발생기 결함 복구 방법을 작동시키는 방법에 대한 흐름도이다.
도 27은 본 발명에 따른 정전 스프레이 건조기 시스템에서 사용하기 위한 정전 스프레이 노즐 내의 펄스 폭을 변조하는 방법에 대한 흐름도이다.
도 28은 복수의 분말 처리 타워를 갖는 모듈식 스프레이 건조기 시스템의 개략적인 평면도이다.
도 29는 도 28에 도시된 모듈식 스프레이 건조기 시스템의 정면도이다.
도 30은 도 28과 유사하지만 추가적인 분말 처리 타워를 갖는 모듈식 스프레이 건조기 시스템의 평면도이다.
본 발명은 다양한 수정 및 대안적인 구성을 허용하지만, 본 발명의 특정한 예시적인 실시예가 도면에 도시되어 있으며, 이하에서 상세히 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 개시된 특정 형태로 제한하고자 하는 의도는 없고, 반대로, 본 발명의 사상 및 범위 내에 있는 모든 변형, 대체 구조 및 등가물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이제 더 상세하게 도면을 참조하면, 본 발명에 따른 예시적인 스프레이 건조 시스템(10)이 도시되어 있으며, 상기 스프레이 건조 시스템은 직립 원통형 구조의 형태의 건조 챔버(12), 가열 공기 입구(15) 및 액체 스프레이 노즐 조립체(16)를 갖는 건조 챔버(12)를 위한 커버 또는 뚜껑(14)의 형태의 상단 폐쇄 장치, 그리고 건조 챔버(12)의 바닥에 지지된 분말 수집 콘(18) 형태의 바닥 폐쇄 장치를 포함하는 처리 타워(11), 분말 수집 콘(18)이 관통하여 연장되고 가열 공기 배출 출구(20)를 갖는 필터 요소 하우징(19), 그리고 바닥 분말 수집 챔버(21)를 포함한다. 건조 챔버(12), 수집 콘(18), 필터 요소 하우징(19) 및 분말 수집 챔버(21)는 모두 스테인리스 강으로 제조되는 것이 바람직하다. 상단 커버(14)는 바람직하게는 플라스틱 또는 다른 비-전도성 재료로 제조되며, 이 경우 스프레이 노즐 조립체(16)를 중심에서 지지한다. 도시된 가열 공기 입구(15)는 가열된 공기를 접선 방향의 소용돌이 방향으로 건조 챔버(12) 내로 안내하도록 배향된다. 프레임(24)은 처리 타워(11)를 직립 상태로 지지한다.
이 실시예의 중요한 양태에 따라, 도 6 내지 도 9에 가장 잘 도시된 바와 같이, 스프레이 노즐 조립체(16)는 액체 슬러리를 원하는 분말 형태로 신속하고 효율적으로 건조시키기 위해 정전기로 대전된 입자의 스프레이를 건조기 챔버(12)로 안내하기 위한 가압된 공기 보조 정전 스프레이 노즐 조립체이다. 국제 출원 PCT/US2014/056728호에 개시된 유형일 수 있는 도시된 스프레이 노즐 조립체(16)는 노즐 지지 헤드(31), 헤드(31)로부터 하류로 연장되는 세장형 노즐 배럴 또는 본체(32), 및 상기 세장형 노즐 본체(32)의 하류 단부의 배출 스프레이 팁 조립체(34)를 포함한다. 이 경우의 헤드(31)는 플라스틱 또는 다른 비-전도성 재료로 제조되며, 액체 공급부와 연통하는 공급 라인(131)과의 결합을 위해 액체 입구 피팅(38)을 수용하여 이와 연통하는 방사상 액체 입구 통로(36)로 형성된다. 공급 액체는 물과 같은 용매, 향료, 식품, 약제 등과 같은 원하는 성분을 갖는 액체 슬러리 및 캐리어를 포함하는, 분말 형태로 건조될 수 있는 다양한 슬러리 또는 유사 액체 중 임의의 것일 수 있어, 분말 형태로 건조 시 원하는 성분이 당업계에 공지된 캐리어 내에 캡슐화된다는 것이 이해될 것이다. 캐리어를 포함하지 않거나 또는 건조된 제품의 캡슐화를 요구하는 액체를 포함하는 다른 형태의 슬러리가 또한 사용될 수도 있다.
이 경우의 노즐 지지 헤드(31)에는, 적절히 가압된 가스 공급부에 결합된 공기 입구 피팅(40)을 수용하여 이와 연통하는, 상기 액체 입구 통로(36)의 하류에 방사상 가압된 공기 분무 입구 통로(39)가 추가로 형성된다. 헤드(31)는 또한, 헤드(31) 내에 축 방향으로 지지되고 액체 입구 통로(36)의 하류로 연장되는 전극(48)과 인접하여 전기 접촉하는 관계로 통로(41) 내로 연장되는 단부(44a)를 갖고 고압 소스에 연결되는 고압 케이블(44)을 고정하기 위한 피팅(42)을 수용하는, 액체 입구 통로(36)의 상류의 방사상 통로(41)를 갖는다.
헤드(31)를 통한 액체 통과를 가능하게 하기 위해, 전극(48)에는, 액체 입구 통로(36)와 연통하고 전극(48)을 통해 하류로 연장되는 내부 축 방향 통로(49)가 형성된다. 전극(48)에는 액체 입구 통로(36)와 내부 축 방향 통로(49) 사이를 연통시키는 복수의 방사상 통로(50)가 형성된다. 도시된 전극(48)은 그 사이에 개재된 밀봉 O-링(52)과 함께 헤드(31)의 카운터 보어 내에 피팅되는, 하류로 외향 연장되는 방사상 허브(51)를 갖는다.
세장형 본체(32)는 원통형 본체 부재(55)와 헤드(31) 사이에 개재된 밀봉 O-링(56)과 함께 헤드(31)의 나사식 보어 내에 나사식으로 결합된 상류 단부(55a)를 갖는, 플라스틱 또는 다른 적절한 비-전도성 재료로 제조된 외부 원통형 본체 부재(55)의 형태로 되어 있다. 스테인리스 강 또는 다른 전기 전도성 금속으로 제조된 액체 공급 튜브(58)는 축 방향 전극 액체 통로(49)와 배출 스프레이 팁 조립체(34) 사이에서 액체를 연통시키기 위한 액체 유동 통로(59)를 한정하고, 액체 공급 튜브(58)와 외부 원통형 본체 부재(55) 사이에 환형의 분무 공기 통로(60)를 한정하기 위해 외부 원통형 본체 부재(55)를 통해 축 방향으로 연장된다. 외부 원통형 노즐 본체(55)의 나사식 입구 단부(55a) 위로 돌출하는 액체 공급 튜브(58)의 상류 단부는 전기 전도성 관계로 전극 허브(51)의 하향으로 개방된 원통형 보어(65) 내에 피팅된다. 고전압 케이블(44)에 의해 대전된 전극(48)에 의해, 입구 통로(36)로의 액체 공급부가 세장형 노즐 본체(32)의 전체 길이를 따라 전극 통로(49) 및 액체 공급 튜브(58)를 통과하는 동안 전기적으로 대전된다는 것을 알 것이다. 이 경우의 가압된 가스는 액체 공급 튜브(58)의 상류 단부를 중심으로 방사상 공기 입구 통로(39)를 통해 전달되고 그 후 액체 공급 튜브(58)와 외부 원통형 본체 부재(55) 사이의 환형 공기 통로(60) 내로 전달된다.
액체 공급 튜브(58)는 헤드(31)로부터 세장형 노즐 본체 부재(32)를 통과하여 배출 스프레이 팁 조립체(34)로 그 통로를 통해 액체를 효율적으로 전기적으로 대전시키도록 전극(48)과 전기적 접촉 관계로 배치된다. 이를 위해, 배출 스프레이 팁 조립체(34)는 그 사이에 밀봉 O-링(72)이 개재된 액체 공급 튜브(58)의 하류 단부에 대해 둘러싸는 관계로 상류의 원통형 섹션(71)을 갖는 스프레이 팁(70)을 포함한다. 스프레이 팁(70)은 내측으로 테이퍼진 또는 원추형의 중간 섹션(74) 및 스프레이 팁(70)의 원통형 유동 통로(75) 및 액체 배출 오리피스(78)를 한정하는 하류 원통형 노우즈 섹션(76)을 포함한다. 이 경우 스프레이 팁(70)은, 명백한 바와 같이, 복수의 공기 통로(77)를 형성하는 상류의 원통형 섹션(71)의 외측으로 연장되는 분할된 방사상 보유 플랜지(78)를 갖는다.
액체가 스프레이 팁(70)을 통해 안내될 때 액체를 정전기적으로 계속해서 대전하면서 공급 튜브(58)로부터 스프레이 팁(70) 내로 이를 통해 액체를 채널링하기 위해, 전기 전도성 핀 유닛(80)이 스프레이 팁(70) 내에서 공급 튜브(58)의 하류 단부에 대해 인접하여 전기적으로 전도성인 관계로 지지된다. 이 경우의 핀 유닛(80)은 스프레이 팁(70)의 중간 원추형 섹션(74) 내에 지지된 하류 원추형 벽 섹션(82)이 형성된 상류의 원통형 허브 섹션(81)을 포함한다. 원통형 허브 섹션(81)은 액체 공급 튜브(58)와 원통형 스프레이 팁 통로 섹션(75) 사이를 연통시키는 복수의 원주 방향으로 이격된 방사상 액체 유동 통로(83)(도 8)로 형성된다. 전기 전도성 핀 유닛(80)은 스프레이 팁(70) 내에 안착될 때 액체 공급 튜브(58)의 하류 단부와 인접하는 관계로 물리적으로 지지된다는 것을 알 수 있다.
스프레이 팁으로부터 배출되는 액체 상에 전하를 집중시키기 위해, 핀 유닛(80)은 액체 배출 오리피스(78)가 전극 핀(84) 주위에 환형으로 배치되도록 스프레이 팁 통로(75)와 동심 관계로 지지되는 하향 연장 중심 전극 핀(84)을 갖는다. 전극 핀(84)은 환형 스프레이 팁 배출 오리피스(78)를 넘어, 약 1/4 내지 1/2 인치와 같은 거리만큼 연장되는 점진적으로 테이퍼진 첨단 단부를 갖는다. 돌출하는 전극 핀(84)이 스프레이 팁(70)을 빠져나올 때 돌출하는 전극 핀(84)에 대한 액체의 접촉 증가는 액체 입자 파괴 및 분포를 향상시키기 위해 배출 액체 상의 전하의 집중을 더욱 강화시킨다.
대안으로, 도 8a에 도시된 바와 같이, 더 많은 점성 액체를 분무할 때, 배출 스프레이 팁 조립체(34)는 상술한 것과 유사한 허브 섹션(81)을 가질 수 있지만, 하향 연장되는 중심 전극 핀(84)은 없다. 이러한 배열은 스프레이 팁을 통해 점성이 더 큰 액체가 더 자유롭게 통과할 수 있게 해주고, 배출 액체에 대한 정전하는 여전히 점성 액체의 보다 효율적인 건조를 위해 액체 파괴를 향상시킨다.
배출 스프레이 팁 조립체(34)는 스프레이 팁(70) 둘레에 환형의 분무 공기 통로(91)를 형성하고 스프레이 팁(70), 핀 유닛(80) 및 액체 공급 튜브(58)를 서로에 대해 조립된 전도성 관계로 보유하는 스프레이 팁(70) 주위에 배치된 공기 캡 또는 가스 캡(90)을 포함한다. 이 경우 공기 캡(90)은 스프레이 팁 노우즈(76)를 중심으로 환형 배출 오리피스(93)를 통해 가압 공기 또는 가스 배출 스트림 및 스프레이 팁 액체 배출 오리피스(78)로부터 배출되는 액체를 안내시키기 위해 액체 공급 튜브(58)와 외부 원통형 본체 부재(55) 사이에서 환형 공기 통로(60)와 스프레이 팁 보유 플랜지(78)의 원주 방향으로 이격된 공기 통로(77)를 통해 연통하는 스프레이 팁(70)의 하류 단부 주위의 원추형 가압된 공기 유동 통로 섹션(91a)을 형성한다. 조립된 관계로 스프레이 노즐의 내부 구성 요소를 보유하기 위해, 공기 캡(90)은 외부 원통형 부재(55)의 하류 외부 나사산 단부를 중심으로 나사 결합되는 상류 원통형 단부(95)를 갖는다. 공기 캡(90)은 스프레이 팁(70) 및 이에 따라 핀 유닛(80) 및 액체 공급 튜브(58)를 상류 전극(48)과 전기적 도전성 관계로 지지하기 위해 스프레이 팁(70)의 분할된 방사상 플랜지(78)를 수용하고 지지하는 카운터 보어(96)를 갖는다.
스프레이 노즐 조립체(16)는 정전기적으로 대전된 액체 입자의 스프레이를 건조 챔버(12)로 배출하도록 작동 가능하다. 실제로, 도시된 정전 스프레이 노즐 조립체(16)는 직경이 70 미크론 정도과 같은 극단적으로 미세한 액체 입자 방울을 생성하도록 작동될 수 있다는 것이 밝혀졌다. 분명해지는 바와 같이, 가열 공기 입구(15) 및 공기 보조 스프레이 노즐 조립체(16) 모두로부터 건조 챔버로 도입된 미세 액체 스프레이 입자 및 가열된 건조 가스의 파괴와 반발성으로 인해, 액체 입자는 미세한 입자 형태로 신속하고 효율적으로 건조되기 쉽다. 도시된 정전 스프레이 노즐 조립체(16)가 본 발명과 관련하여 특별한 유용성을 갖는 것으로 밝혀졌지만, 정전기력 하이드롤릭 회전식 스프레이 노즐 및 공지된 유형의 대용량 저압 정전 스프레이 노즐을 포함하는 다른 정전 스프레이 노즐 및 시스템이 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다.
본 실시예의 또 다른 중요한 특징에 따라, 건조 챔버(12)는 스프레이 노즐 조립체(16)로부터의 정전기적으로 대전된 액체 스프레이 입자가 배출되는 건조 챔버(12)의 내부 벽 표면(12a)과 동심으로 이격된 관계로 배치된 내부 비-금속 절연 라이너(100)를 갖는다. 도 2에 도시된 바와 같이, 라이너는 건조 챔버(12)의 내부 직경(d')보다 작은 직경(d)을 가져서, 건조 챔버(12)의 외부 벽 표면(12a)과 절연 공기 간격(101), 바람직하게는 적어도 약 2 인치(약 5 cm)의 절연 공기 간격을 제공하지만, 다른 치수가 사용될 수 있다. 이 실시예에서, 라이너(100)는 바람직하게는 비-투과성 가요성 플라스틱 재료(100a)(도 3 및 도 3a)로 제조되는 비-구조용인 것이다. 대안으로, 명백해지는 바와 같이, 강성의 비-투과성 비-전도성 재료(100c)(도 3d), 투과성 필터 재료(100b)(도 3b), 또는 부분적인 비-투과성 재료(100a) 및 부분적인 투과성 필터 재료(100b)(도 3c)로 제조될 수 있다.
본 실시예의 또 다른 양태에 따르면, 처리 타워(11)는 건조 챔버(12)의 외부 벽에 전기적으로 절연된 관계로 환형의 라이너(100)를 조립 및 장착하게 하는 신속 분리 조립 구조를 갖는다. 이를 위해, 환형의 절연 라이너(100)는 각각의 상부 스탠드오프 링 조립체 및 하부 스탠드오프 링 조립체(104)(도 1, 도 3, 도 13, 도 13a, 도 14 및 도 17)에 의해 대향 단부에서 지지된다. 이 경우 각각의 링 조립체(104)는 라이너(100)의 단부가 부착되는 내부 원통형 스탠드오프 링(105)과, 스탠드오프 링(105)에 대해 외향으로 연장된 방사상 관계로 고정된, 복수의 원주 방향으로 이격된 비-전도성, 폴리프로필렌 또는 다른 플라스틱의 스탠드오프 스터드(106)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 라이너(100)의 상부 단부는 상부 링 조립체(104)의 스탠드오프 링(105)의 상단 위로 접혀서 라이너(100) 및 스탠드오프 링(105)(도 13)의 접힌 단부 위에 위치된 환형의 U형으로 구성된 고무 가스켓(108)에 의해 거기에 부착된다. 라이너(100)의 하부 단부는 하부 링 조립체(104)의 스탠드오프 링(105)의 바닥에 대해 유사하게 트레이닝되고, 유사한 고무 가스켓(108)(도 13)에 의해 거기에 고정된다. 유사한 고무 가스켓(108)은 또한 스탠드오프 링(105)의 노출된 에지에 의한 손상으로부터 라이너(100)를 보호하기 위해 링 조립체(104)의 원통형 스탠드오프 링(105)의 대향하는 내부 단부에 지지된다.
건조 챔버(12) 내에서 각 스탠드오프 링 조립체(104)를 고정하기 위해, 각각의 장착 링(110)이 용접과 같은 방법으로 건조 챔버(12)의 외측에 부착된다. 스테인리스 강 장착 나사(111)는 절연 스탠드오프 스터드(106)와 나사 결합 가능하게 결합하기 위해 장착 링(110) 및 건조 챔버(12)의 외부 벽의 정렬된 구멍을 통해 연장된다. 이 실시예에서 고무 O-링(112)은 건조 챔버(12)의 내벽을 밀봉하기 위해 각 스탠드오프 스터드(106)의 단부 주위에 제공되고, 네오프렌 결합 밀봉 와셔(114)가 각 유지 나사(111)의 헤드 둘레에 배치된다.
상부 스탠드오프 링 조립체(104)에 대해 밀봉된 관계로 건조 챔버(12) 상의 제 위치에 건조 챔버 상단 커버(14)를 고정하기 위해, 해제 가능한 래치 조립체(121)와 이격된 환형의 어레이(120)(도 1 및 도 2)가 스탠드오프 스터드(106) 사이의 원주 방향으로 이격된 위치에서 장착 링(110)(도 13 내지 도 14)에 고정된다. 래치 조립체(121)는 커버(14)의 상단 주변 에지 위에 위치될 수 있는, 상향으로 연장되는 인장 후크(122)를 갖는 공지된 유형일 수 있고, 스탠드오프 링(105)의 상부 에지 둘레의 U자형 가스켓(108)에 대해 상단 커버(14)를 유지하고 원통형 건조 챔버(12)의 상부 에지 주위에 유사한 큰 직경의 환형의 U자형 가스켓(126)을 유지하기 위해 래치 아암(124)이 래칭 위치로 하향으로 피벗팅 이동되는 경우에 로킹된 위치로 끌어내려진다. 래치 조립체(121)는 필요 시 상단 커버(14)의 제거를 허용하기 위해 인장 후크(122)를 상향 및 외향으로 이동시키도록 래치 후크(124)의 역방향 회전 운동에 의해 용이하게 래치 해제될 수 있다. 래치 조립체(121)의 유사한 환형의 어레이(120a)는 이 경우 수집 콘(18)의 플랜지(129)를 스탠드오프 링(105)의 바닥 에지 주위 및 건조 챔버(12)의 바닥 원통형 에지(도 13a)에 대해 고무 가스켓(108, 126)과 밀봉된 관계로 유지하기 위해 수집 콘(18)의 외향 연장 플랜지(129)와 오버레잉 관계로 하향으로 위치되는 인장 후크(124)를 갖는, 건조 챔버(12)의 바닥에 인접한 장착 링(110)에 대해 제공된다. 특정 용도에 대해, 라이너(100), O-링 및 다른 밀봉 가스켓(108, 126)은 FDA 준수 재료로 만들어질 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다는 것을 이해할 것이다.
정전 스프레이 노즐 조립체(16)의 작동 중에, 도 15에 도시된 바와 같은 경우에, 액체 보유 탱크(130)인 액체 공급부로부터 정전 스프레이 노즐 조립체(16)로 공급된 액체는 정전 스프레이 노즐 조립체(16)에 의해, 환형 라이너(100)에 의해 형성되는 유효 건조 영역(127) 내로 안내된다. 액체는 바람직하게는 종래 방식으로 작동 가능한 액체 안내 롤러 시스템을 갖는 연동 도우징 펌프인 펌프(132)를 통해 스프레이 노즐 조립체(16)의 액체 입구 피팅(38)에 연결된 액체 공급부 또는 전달 라인(131)을 통해 액체 공급 보유 탱크(130)로부터 공급된다. 이 경우에 연동 도우징 펌프(132)는 도 16a에 도시된 바와 같이 플라스틱 펌프 하우징(37) 내에 전기적으로 절연된 3개의 플라스틱 펌프 롤러(33)를 포함한다. 이 경우의 액체 공급부 또는 전달 라인(131)은 전기적으로 차폐된 배관이며, 스테인리스 강 건조 챔버(12)는 바람직하게 금속 대 금속 접촉으로 고정되는 지지 프레임(24)을 통해 승인된 접지 라인에 의해 접지된다.
전자 제어기(133)는 전기 모터(134), 펌프(132), 액체 스프레이 노즐 조립체(16), 전압을 고전압 케이블(44)에 제공하는 고전압 발생기 등과 같은 정전 스프레이 건조기 시스템의 다양한 액추에이터 및 전기 장치 또는 전자 장치에 작동 가능하게 연결되고, 그 작동을 제어하도록 작동한다. 단일의 제어기가 도시되어 있지만, 하나 초과의 제어기를 포함하는 분산형 제어기 장치가 사용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 도시된 바와 같이, 제어기(133)는 프로그래밍 가능한 논리 제어기와 같은 프로그램에 응답하여 작동할 수 있다. 제어기(133)와 시스템의 다양한 다른 구성 요소 사이의 다양한 작동 가능한 연결은 명확성을 위해 도 15에서 생략되었다.
본 실시예의 또 다른 양태에 따라, 펌프(132)는 스프레이 노즐 조립체(16)에 의해 정전기적으로 대전된 액체로부터 모터(134)로의 전기적 대전을 방지하기 위해 펌프(132)를 스프레이 노즐 조립체(16)에 결합하는 액체 공급 라인(131) 및 펌프(132)에 대해 전기적으로 절연된 관계로 배치된 전기 모터(134)(도 16)에 의해 작동된다. 이를 위해, 구동 모터(134)는 전기 구동 모터(134)로부터 펌프(132)를 절연시키는 강성의 나일론으로 만들어진 것과 같이 비-전기 전도성 구동 세그먼트(138)에 의해 펌프 헤드 구동 샤프트(136)에 결합된 출력 샤프트(135)를 갖는다. 도시된 실시예에서 비-전도성 구동 세그먼트(138)는 약 1.5 인치(약 3.8cm)의 직경과 약 5 인치(약 12.7cm)의 축 방향 길이를 갖는다. 이 경우 전기 모터 구동 샤프트(135)는 나사(141)에 의해 비-전도성 구동 세그먼트(138)에 고정되는 부착 플레이트(139)를 보유한다. 펌프 헤드 구동 샤프트(136)는 유사하게 나사(141)에 의해 부착된 부착 플레이트(140)를 비-전도성 구동 세그먼트(138)의 대향하는 단부에 유지한다.
정전압 발생기(222)는 스프레이된 액체 방울을 정전기적으로 대전시키는 전압을 제공하기 위해 전기 라인(224)을 통해 노즐 조립체(16)에 전기적으로 연결된다. 도시된 실시예에서, 전기 라인(224)은 선택적이며 스프레이 노즐 조립체(16)에 제공되는 전압 및 전류를 제어하도록 수동 또는 자동으로 조정될 수 있는 가변 저항기 요소(226)를 포함한다. 선택적인 접지 와이어(228)는 또한 액체 공급 라인(131)과 접지(232) 사이에 전기적으로 연결된다. 접지 와이어(228)는 유체에 존재하는 전압을 제어하도록 수동 또는 자동으로 조정될 수 있는 가변 저항기(230)를 포함한다. 도시된 실시예에서, 접지 와이어는 시스템에 제공된 유체의 전기적 대전 상태를 제어하기 위해 펌프(132) 앞에 배치된다. 시스템은 유체의 대전 상태를 통신하는 센서를 제어기(133)에 더 포함할 수 있으며, 이에 따라 시스템은 시스템 내의 액체 라인으로부터 대전을 블리드 오프(bleed off)하도록 가변 접지 저항기(230)의 저항을 제어함으로써 액체의 대전 상태를 자동으로 모니터링하고 선택적으로 제어할 수 있다.
적절히 접지된 구동 모터(134)는 이 경우 비-전도성 플라스틱 모터 장착 하우징(144) 내에 지지된다. 도시된 액체 보유 탱크(130)는 탱크(130) 내의 액체의 양을 모니터링할 수 있도록 하는 액체 스케일(145) 상에 지지되고, 절연 배리어(146)가 액체 유지 탱크(130)의 하부와 스케일(145) 사이에 제공된다. 연동 펌프(132) 대신에, 전기 작동 시스템으로부터 전기적으로 절연될 수 있는 플라스틱 압력 포트 및 다른 유형의 펌프 및 액체 전달 시스템이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
이 경우 스프레이 노즐 조립체(16)의 분무 공기 입구 피팅(18)으로 안내되는 가압된 가스는 가스 공급 라인(151)을 통해 스프레이 노즐 조립체(16)의 분무 공기 입구 피팅(18)과 연통하는 벌크 질소 공급부(150)로부터 시작된다(도 15). 공급 라인(151)에는 가스 가열기(152)가 제공되어, 제어된 온도 및 압력에서 건조한 불활성 질소 가스가 스프레이 노즐 조립체(16)에 공급될 수 있도록 한다. 본 실시예와 관련하여 질소가 분무 가스로서 설명되지만, 건조 챔버 내의 산소 레벨이 정전 스프레이 노즐 조립체 또는 건조 시스템의 다른 전자적으로 제어되는 요소의 스파크 또는 다른 전기적 오작동에 의해 점화될 수 있는 건조 챔버 내의 건조 분말 입자와 함께 연소 분위기를 생성하는 수준 이하로 유지되는 한, 다른 불활성 가스가 사용될 수 있거나 또는 공기와 함께 다른 가스가 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
본 실시예의 또 다른 중요한 양태에 따라, 스프레이 노즐 조립체(16)에 공급되고 건조 챔버(12) 내로 분무되는 액체의 분무로서 건조 챔버(12) 내로 안내되는 가열된 질소 분무 가스는 연속적으로 건조 매체로서 건조 챔버(12)를 통해 재순환된다. 도 15를 더 참조하여 이해되는 바와 같이, 건조 가스 입구(15) 및 스프레이 노즐 조립체(16) 모두로부터 건조 챔버(12)로 도입된 건조 가스는 건조 챔버(12) 내로 분무된, 정전기적으로 대전된 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 이동하며, 수동 수단 또는 다른 자동화 수단 등 적절한 수단에 의해 제거될 수 있다.
도 10 및 도 10a에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도시된 분말 수집 콘(18)은 상부 원통형 섹션(155), 내향으로 테이퍼진 원추형 중간 섹션(156) 및 건조 분말을 분말 수집 챔버(21) 내로 채널링하기 위해 필터 요소 하우징(19)을 통해 중심으로 연장되는 하부 원통형 분말 전달 섹션(158)을 갖는다. 이 경우 필터 요소 하우징(19)은 분말 수집 콘(18)의 하부 섹션에 대해 둘러싸서 외향으로 이격된 관계로 장착된, 한 쌍의 수직으로 적층된 환형의 HEPA 필터(160)를 갖는다. 도시된 분말 수집 콘(18)은, 방사상 플랜지(161)와 필터 요소 하우징(19) 사이에 개재된 환형의 시일(162)을 이용하여 필터 요소 하우징(19) 내의 상부 필터(160) 위에 위치되어 그 단부 중간에 외측으로 연장되는 방사상 플랜지(161)를 갖는다. 대량의 건조된 분말이 수집 콘(18)을 통해 분말 수집 챔버(19) 내로 하향으로 떨어지는 동안, 필터 하우징(19)의 배출 가스 유출구(20)를 통해 빠져나가기 전에, 가장 미세한 입자만이 분말 수집 콘(18)의 바닥 섹션 주위로 상향 이동한 후 미세 분말을 제한하고 필터링하는 HEPA 필터(160)를 통해 외향으로 이동함에 따라 건조 가스에 동반되어 남게 된다.
대안으로, 도 11, 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 하우징(19a)의 중간 횡 방향 지지 패널(163)로부터 의존적 수직 관계로 장착된, 원주 방향으로 이격된 복수의 원통형 필터(160a)를 포함하는 필터 요소 하우징(19a)이 사용될 수 있다. 수집 콘(18)으로부터 하부 수집 챔버로 안내된 분말 입자에 의해 잠복된 가스는, 입자가 필터(160a)에 의해 공기 유동으로부터 제한되는 출구 포트(20a)를 통해 연통하도록 필터(160a)를 통해 횡 방향 지지 패널(163) 위의 필터 요소 하우징(19a) 내의 공통 배출 플레넘(164) 내로 횡 방향으로 유동한다. 필터(160a)를 주기적으로 세정하기 위해, 필터(160a) 각각은 본 출원과 동일한 출원인에게 양도되고 그 개시 내용이 본 명세서에 참조로 병합되는 미국 특허 제8,876,928호에 개시된 유형의 각각의 역방향 펄스 공기 필터 세정 장치(167)를 갖는다. 역방향 펄스 공기 필터 세정 장치(167) 각각은 펄스된(pulsed) 공기 공급부에 결합하기 위한 각각의 가스 공급 라인(167a)을 갖는다.
도시된 역방향 펄스 공기 필터 세정 장치(21)는 도 11a 및 도 11b에 도시된 바와 같이, 각각 질소와 같은 가압된 가스 소스에 연결된 압축된 가스 공급 라인(167a)에 연결하기 위한 환형 리테이너(242)에 의해 고정된 배출 플레넘(164)의 상부 벽에 가스 입구(241)를 갖는 역방향 펄스 노즐(240)을 포함한다. 노즐(240)은 입구(241)로부터 배출 플레넘(164)을 통해 실질적으로 필터(160a)의 길이만큼 연장되는 중공의 내부 공기 통로(244)를 한정하는 원통형의 폐쇄된 바닥 구조를 갖는다. 노즐(240)은 배출 플레넘(164) 내의 섹션에 있는 복수의 상대적으로 큰 직경의 배출 홀(246)과, 필터(160a) 내의 노즐(240)의 길이에 있는 복수의 작은 크기의 공기 배출 홀(248)로 형성된다.
역방향 펄스 노즐(240)의 작동 중에 필터 요소 하우징(19a)으로부터 배출 플레넘(164)으로의 공정 가스 유동을 차단하기 위해, 환형 배출 포트 컷 오프 플런저(249)는 배출 포트 개방 위치와 배출 포트 폐쇄 위치 사이에서 배출 플레넘(164) 내에서의 축 방향 이동을 위해 역방향 펄스 노즐(160a) 위에 배치된다. 플런저(249)의 이동을 제어하기 위해, 바닥 개구 플런저 실린더(250)는 배출 플레넘(164)의 상부 벽으로부터 밀봉된 매달린 관계로 장착된다. 도시된 플런저(249)는 실린더(250)의 내부와 미끄럼 밀봉 결합하도록 구성된 외주를 갖는 상부의 비교적 작은 직경의 환형의 밀봉 및 가이드 플랜지(252) 그리고 패널(163)의 배출 포트(253)와의 밀봉 결합을 위해 실린더(250)의 하부 단말부 아래에 배치된 하부의 더 큰 직경의 밸브 헤드(254)를 포함한다. 플런저(249)는 바람직하게는 탄성 재료로 만들어지고, 상부의 밀봉 및 가이드 플랜지(252)와 하부의 밸브 헤드(254)는 하향으로 테이퍼진 또는 컵 형상의 구성을 갖는다.
플런저(249)는 역방향 펄스 노즐(240)을 따라 제한된 축 방향 이동을 위해 배치되고 도 3에 도시된 바와 같이 역방향 펄스 노즐(240)의 외주 주위에 고정된 코일 스프링(256)에 의해 정상적으로 개방 위치 또는 수축 위치로 편향된다. 밸브 플런저(249)가 이러한 위치로 편향되면, 공정 가스는 필터 요소 하우징(19a)으로부터 필터(160a), 배출 포트(253)를 통해 배출 플레넘(164) 내로 유동한다.
역방향 펄스 가스 세정 사이클 동안, 가압된 가스의 펄스는 입구 라인(167a)으로부터 역방향 펄스 노즐(240)을 통해 안내된다. 가압된 가스가 노즐(160a)을 통해 이동함에 따라, 먼저 큰 직경 또는 플런저 작동 홀(246; hole)을 통해 플런저 밀봉 및 가이드 플랜지(252) 위의 플런저 실린더(250) 내로 안내되고, 그 다음 더 작은 역방향 펄스 노즐 홀(248)을 통과한다. 더 큰 홀(249)은 저항이 적은 경로를 제공하기 때문에, 가스는 먼저 플런저 실린더(250)로 유동하고, 플런저 실린더(250)의 압력이 증가함에 따라, 플런저(249)는 스프링(256)의 편향력에 대항하여 하방으로 가압된다. 결국, 압력은 스프링(256)의 힘을 극복하고 플런저(249)를 일시적으로 밀봉하는 배출 포트(253)쪽으로 하향으로 가압하는 지점까지 형성된다. 플런저(249)가 배출 포트(253)를 밀봉한 후, 외부 플런저 실린더(250) 내의 압축된 가스는 더 이상 플런저(249)를 변위시킬 수 없고, 플런저 실린더(250) 내의 가스 압력은 그 외부 표면 주위에 미립자 물질의 축적을 제거하기 위해 압축된 가스가 더 작은 노즐 홀(248)을 통해 그리고 필터(160a)에 대해 가압되는 지점까지 증가한다.
역으로 압축된 공기 펄스 및 필터(160a) 상의 축적된 미립자의 제거 후에, 압력은 더 이상 스프링(256)을 상쇄시키지 않을 정도로 플런저 실린더(250) 내에서 소산할 것이다. 플런저(249)는 스프링(256)의 힘 하에 그 수축 위치 또는 휴지 위치로 상향으로 이동하여, 건조기의 연속 작동을 위해 배출 포트(253)를 개봉한다.
건조 챔버(12)의 하단부에 장착 가능한 분말 수집 챔버(271) 및 배출 가스 필터 요소 하우징(270)의 또 다른 대체 실시예가 도 12 및 도 12b에 도시되어 있다. 이 경우, 상부의 분말 안내 플레넘(272)은 세장형 건조 챔버(12)의 하부에 장착 가능하고, 필터 요소 하우징(270)은 복수의 수직으로 배향된 원통형 필터(274)를 포함하고 분말 안내 플레넘(272) 아래에 배치되며, 분말 안내 콘(275)이 필터 요소 하우징(270)의 하부에 결합되고, 분말 수집 챔버(271)는 분말 안내 콘(275)의 하부에 지지된다.
도시된 분말 안내 플레넘(272)은 건조 챔버(12)의 하부에 밀봉된 관계로 장착될 수 있고 건조 챔버(12) 및 건조 영역(127)으로부터 건조 가스 및 분말을 수용하기 위한 개방된 상부 단부를 갖는 외부 원통형 하우징 벽(289)을 포함한다. 분말 안내 플레넘(272) 내에는, 그 하부에 배출 챔버(282)(도 12b)를 형성하고 그 상부 측에는 건조 가스 및 분말을 건조 챔버(12)로부터 하향으로 그리고 외향으로 원추형 배출 플레넘(281)의 외주부 주위에 안내하는, 하향으로 개방되는 원추형으로 구성된 배출 플레넘(281)이 내장된다.
필터 요소 하우징(270)은 분말 안내 플레넘(272)의 바닥 주연 에지에 환형의 시일(285)에 의해 밀봉된 관계로 장착된 외부 원통형 하우징 벽(284)과, 원추형 배출 플레넘(281)의 바닥 주연 에지에 환형의 시일(288)에 의해 밀봉된 관계로 장착된 내부 원통형 필터 슈라우드(286; shroud)를 포함한다. 원추형 배출 플레넘(281) 및 내부 원통형 필터 슈라우드(286)는 복수의 방사상 지지부(290)(도 12a)에 의해 가스 안내 플레넘(272) 및 필터 부재 하우징(270)의 외부 원통형 하우징 벽(289) 내에 지지되어, 원추형 배출 플레넘(281)의 바닥 주연 주위에 연통하는 공기 통로(291) 및 내부 원통형 필터 슈라우드(286)와 외부 원통형 하우징 벽(284) 사이의 환형의 가스 통로(292)를 형성하여, 분말 안내 플레넘(272)을 통과하는 가스 및 분말은 원추형 배출 플레넘(281)에 의해 필터 요소 슈라우드(281) 주위에서 외향으로 아래에 있는 분말 안내 콘(275) 및 수집 챔버(271) 내로 안내된다.
이 경우 원통형 필터(274)는 하향으로 개방되는 원추형 배출 플레넘(281)의 하부 아래에 고정적으로 배치된 원형 지지 플레이트(295)에 대해 매달린 관계로 지지된다. 이 경우 원형 필터 지지 플레이트(295)는 원통형 슈라우드(286)의 상부 주연에 대해 약간 리세스된 관계로 장착되고 배출 챔버(282)의 바닥 벽을 형성한다. 도시된 원통형 필터(274)는 각각 원통형 필터 요소(296), 상부 원통형 카트리지 유지 플레이트(298), 하부 단부 캡 및 개재된 환형의 밀봉 요소(300, 301, 302)를 갖는 밀봉 플레이트(299)를 포함하는 카트리지 형태이다. 조립된 관계로 필터 카트리지를 고정하기 위해, 상부 카트리지 유지 플레이트(298)는, 그 사이에 개재된 O-링 밀봉 링(308)을 갖는 너트(306)에 의해 고정되는 바닥 단부 캡(299)의 중심 구멍을 통해 위치 결정 가능한 나사식 하부 단부 스터드(305)를 갖는 매달린 U자형 지지 부재(304)를 구비한다. 각각의 필터 카트리지의 상부 유지 플레이트(298)는 중심 지지 플레이트(295)의 각각의 원형 개구(310)에 대해 밀봉된 관계로 고정되고, 필터 부재(296)는 지지 플레이트(295)의 하부에 매달린 관계로 배치되고 홀더 플레이트(298) 내의 중심 개구(311)는 배출 챔버(282)와 원통형 필터 부재(296)의 내부 사이에서 연통한다. 이 경우에 필터 요소 카트리지는 내부 슈라우드(274)의 중심에 대해 원주 방향으로 이격된 관계로 배치된다.
이 경우 필터 요소 하우징(270)은 필터 카트리지에 쉽게 접근할 수 있도록 해제 가능한 클램프(315) 또는 유사한 패스너에 의해 분말 안내 플레넘(272)에 고정된다. 내부 필터 슈라우드(286)는 또한 교체를 위해 필터에 접근할 수 있도록 예를 들어 핀 및 슬롯 연결부에 의해 원통형 필터(274)에 대해 둘러싸는 관계로 해제 가능하게 장착된다.
건조기 시스템의 작동 중에, 분말 안내 플레넘(272) 내로 안내된 건조 가스 및 분말은 챔버(271) 내에서의 수집을 위해 원추형 배출 플레넘(281)을 중심으로 내부 필터 요소 슈라우드(274) 주위의 환형 통로(291, 292) 내로 하향으로 분말 안내 콘(275) 및 수집 챔버(271) 내로 채널링될 것이다. 가스 유동 내에 남아있는 건조 분말의 대부분은 이전에 지적된 바와 같이 분말 수집 챔버(271) 내로 이동하지만, 명백해지는 바와 같이, 건조 가스가 건조 가스 배출 포트(320)를 통해 빠져나가고 건조 챔버(12)로 재순환시키기 위해 필터를 통과하여 건조 가스 배출 플레넘(282)으로 통과함에 따라, 환형 필터(274)에 의해, 미세한 가스에 의해 운반되는 미립자 물질이 분리되어 유지될 것이다.
건조기 시스템의 사용 과정 동안 분말의 축적된 원통형 필터(274)를 세정하기 위해, 원통형 필터(274)는 각각 각각의 역방향 가스 펄스 세정 장치(322)를 갖는다. 이를 위해, 이 경우 가스 안내 플레넘(272)은 적절한 가압 공기 공급부에 결합된 외측 환형 가압된 가스 매니폴드 채널(321)을 갖는다. 각각의 역방향 공기 펄스 세정 장치(322)는 환형 가압된 가스 매니폴드 채널(321)과 이 경우에는 공기 안내 플레넘(272)의 외측에 장착된 각각의 제어 밸브(326) 사이에 결합된 각각의 가압된 가스 공급 라인(325)을 갖는다. 가스 펄스 안내 라인 또는 튜브(328)는 제어 밸브(326)로부터 공기 안내 플레넘(272) 및 배출 플레넘(329)의 원추형 벽을 통해 방사상으로 연장되고, 필터 카트리지 유지 플레이트(298) 및 하부의 원통형 필터 요소(296)의 중앙 개구(311) 위에 정렬된 관계로 배치되는 가스 펄스 안내 라인(328)의 말단 배출 단부(329)와 햐향으로 직각으로 터닝(turning)한다.
제어 밸브(326)의 적절한 선택적인 제어 또는 자동 제어에 의해, 제어 밸브(36)는 주기적으로 작동되어 원통형 필터 요소(296)의 외측 벽 상에 축적된 분말을 제거하기 위해 압축된 가스의 펄스를 라인(328)으로부터 원통형 필터(274) 내로 축 방향으로 배출할 수 있다. 펄스 가스 안내 라인(328)의 배출 단부(329)는 바람직하게 주기 필터(274; cyclical filter)의 상부 단부에 이격된 관계로 배치되어 필터 요소(296) 내로 압축된 가스 임펄스의 안내를 용이하게 하면서 동시에 필터 요소(296)로부터 축적된 분말을 제거하는 역방향 유동 임펄스를 용이하게 하는 배출 챔버(282)로부터의 가스를 받아들인다. 바람직하게는, 공기 튜브(328)의 배출 단부(329)는 원통형 필터 요소의 상부 단부로부터 일정 거리만큼 이격되어, 필터 카트리지에 도달할 때도 도 12b에 330으로 도시된 팽창 공기 유동은 카트리지 유지 플레이트(298)의 중심 개구(311)의 직경에 실질적으로 대응하는 외주를 갖는다. 예시적인 실시예에서, 공기 안내 튜브(28)는 약 1 인치의 직경을 갖고, 배출 단부(329)는 유지 플레이트(298)로부터 약 2.5 인치의 거리만큼 이격되어 있다.
이 경우의 분말 수집 챔버(271)는 건조된 분말이 수집 챔버(271) 내로 안내되게 하는 수직 위치 또는 개방 위치와, 분말이 제거될 때 건조된 분말이 수집 챔버(271) 내로 통과하는 것을 차단하는 수평 폐쇄 위치 사이의 회전 가능한 이동을 위해 적절한 작동 장치(341)에 의해 작동 가능한 수집 챔버(271)의 상부 단부에 장착된 원형 버터플라이 밸브(340)[분말 수집 챔버(271) 내에서 분리된 방식으로 도 12b에 도시됨]를 갖는다. 대안으로, 분말 수집 챔버(271)는 개방된 바닥 단부로부터 이동 가능한 컨베이어 상에 직접 분말을 침착시킬 수 있는 것으로 이해될 것이다.
필터 요소 하우징(19a)으로부터 빠져나가는 건조 가스의 재순환 및 재사용을 가능하게 하기 위해, 필터 하우징(19)의 배출 출구(20)는 응축기(166), 송풍기(168) 및 건조 가스 가열기(169)(도 15)를 통해 가열 챔버(12)의 상단 커버(14)의 가열 가스 입구 포트(15)에 연결되는 재순환 라인(165)에 결합된다. 응축기(170)는 각각의 냉수 공급 및 복귀 라인(171, 172)을 갖는 냉수 냉각 응축 코일(170a)에 의해 배출 가스 유동 스트림으로부터 임의의 수증기를 제거한다. 응축기(170)로부터의 응축물은 수집 컨테이너(174) 또는 드레인(drain)으로 안내된다. 그 다음, 건조된 질소 가스는 송풍기(168)에 의해, 응축기(170)에서의 냉각 후에 건조 가스를 가열 가스 입구 포트(15) 및 가열 챔버(12)로 다시 재안내하기 위해 작동하는, 특정 분말 건조를 위한 미리 결정된 가열 온도로 재가열하는 가스 가열기(169)를 통해 안내된다. 송풍기(168)와 가열기(169) 사이의 재순환 라인(165)에 결합된 배출 제어 밸브(175)는 정전 스프레이 노즐 조립체(16)로부터 시스템으로 도입된 잉여 질소 가스가 적절한 배출 덕트 구조(176)로 배출되게 한다. 제어 밸브(175)로부터의 배출 유동은 정전 스프레이 노즐 조립체(16)에 의해 건조 챔버(12)로 도입된 잉여 질소와 매칭(matching)되도록 설정될 수 있다. 배출 유동 제어 밸브(175) 및 송풍기(168)의 선택적인 제어에 의해, 건조 챔버(12) 내의 진공 레벨 또는 압력 레벨이 특정 건조 작업을 위해 또는 휘발성 물질의 증발 및 배출을 제어하기 위한 목적으로 선택적으로 제어될 수 있다는 것을 알 수 있다. 도시된 실시예에서는 냉수 응축기(170)가 도시되었지만, 재순환 가스 유동 스트림으로부터 수분을 제거하기 위한 다른 형태의 응축기 또는 수단이 사용될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
정전 스프레이 노즐 조립체(16) 및 건조 가스 입구 포트(15) 모두로부터, 가요성 라이너(100)에 의해 한정된 유효 건조 영역(127) 내로 도입된 건조 가스는, 건조 불활성 가스, 즉 도시된 실시예에서 정전 스프레이 노즐 조립체(16)에 의해 건조 챔버(12) 내로 분무되는 액체 입자의 건조를 용이하게 하는 질소이다. 앞서 설명한 바와 같이, 불활성 건조 가스의 재순환은 또한 정전 스프레이 노즐 조립체(16) 또는 시스템의 다른 구성 요소로부터의 의도하지 않은 스파크의 경우에 건조 챔버 내의 분말의 위험한 폭발의 기회를 방지하기 위해 건조 가스로부터 산소를 퍼징(purging)한다.
또한, 스프레이 건조 시스템(10)을 통한 불활성 건조 가스의 재순환은 현저히 낮은 작동 온도에서 스프레이 건조 시스템(10)의 고 에너지 효율 작동을 가능하게 하고, 이에 따라 상당한 비용 절감을 가능하게 하는 것으로 밝혀졌다. 전술한 바와 같이, 분무될 에멀젼은 전형적으로 예를 들어 물(용매), 전분(캐리어) 및 향유(코어)의 3개의 성분으로 제조된다. 이 경우, 스프레이 건조의 목적은 오일 주위에 전분을 형성하고 건조 가스로 모든 물을 건조시키는 것이다. 전분은 오일 주위에 보호층으로 남아있어, 산화되는 것을 방지한다. 이러한 바람직한 결과는 분무 전에 그리고 분무 중에 음의 정전하가 에멀젼에 적용될 때 보다 쉽게 달성되는 것으로 밝혀졌다.
작동의 이론이 완전히 이해되지는 않더라도, 분무된 에멀젼의 3개의 성분 각각은 상이한 전기적 특성을 갖는다. 그룹의 전도성이 가장 큰 물은 가장 많은 전자를 끌어당기고, 다음은 전분이며, 마지막으로 저항성이 가장 높은 오일은 간신히 전자를 끌어당긴다. 반대 전하가 끌어당기고 같은 전하가 밀어내는 것을 알고 있듯이, 모두가 가장 큰 동일한 전하를 갖는 물 분자는 서로에 대해 가장 큰 반발력을 갖는다. 이 힘은 건조 과정을 향상시키는 건조 가스에 대한 표면적이 가장 큰 액적의 외부 표면으로 물 분자를 안내한다. 더 작은 전하를 갖는 오일 분자는 액적의 중심에 남아있을 것이다. 보다 균일한 코팅뿐만 아니라 보다 신속한 건조 또는 더 낮은 열 소스에 의한 건조에 기여하는 것으로 믿어지는 것이 이 공정이다. 90 ℃의 입구 건조 가스 온도로 작동되는 본 스프레이 건조 시스템에 의해 제조된 스프레이 건조 분말의 시험은 190 ℃에서 작동 가능한 통상적인 스프레이 건조 공정에서 건조된 분말에 필적할만한 분말을 나타냈다. 또한, 경우에 따라, 대상 스프레이 건조 시스템은 건조 가스의 가열 없이 효과적으로 작동될 수 있다.
캡슐화 효율, 즉 건조된 분말의 코팅의 균일성도 또한 고온의 스프레이 건조에서 달성된 것과 동일하였다. 또한, 저온 건조는 종래의 스프레이 건조와 비교하여 환경으로 배출되는 향기, 냄새 및 휘발성 성분을 현저하게 감소시킨 것으로 밝혀졌으며, 이는 또한 건조된 입자의 외부 표면이 전분으로 보다 균일하고 완전하게 형성되었다는 것을 나타낸다. 배출 향기 및 냄새의 감소는 작업 환경을 더욱 향상시키고, 작업자에게 자극적이고 그리고/또는 유해할 수 있는 냄새를 퍼징할 필요성을 제거한다. 저온 공정은 또한 화합물을 손상시키지 않으면서 또는 화합물에 악영향을 미치지 않으면서 온도에 민감한 성분(유기물 또는 무기물)을 스프레이 건조시킬 수 있다.
건조 공정 중에 임의의 입자가 라이너(100)의 표면 상에 달라붙거나 또는 다르게는 축적될 수 있는 경우, 임의의 축적된 분말을 제거하기에 충분한 라이너(100)에 주기적으로 쉐이킹 운동을 부여하기 위한 라이너 쉐이킹 장치가 제공된다. 도시된 실시예에서, 건조 챔버(12)는 가압된 공기를 공압식 라이너 쉐이크 밸브 포트(180)를 통해 그리고 임의의 축적된 분말을 제거하기에 충분한 힘으로 가요성 라이너(100)를 앞뒤로 쉐이킹하는 건조 챔버(12)의 외측 벽과 라이너(100) 사이의 환형 공기 공간 내로 안내하도록 주기적으로 작동될 수 있는 공압 탱크(181)에 결합된 측면 공압식 라이너 쉐이크 밸브 포트(180)를 갖는다. 가압된 공기는 바람직하게는 그러한 쉐이킹 운동을 강조하기 위해 맥동 방식으로 공압식 라이너 쉐이크 밸브 포트(180)로 안내된다. 대안으로, 라이너(100)를 쉐이킹하기 위해 기계적 수단이 사용될 수 있다는 것을 이해할 것이다.
건조 챔버(12) 내의 상이한 분말의 작업 사이에서와 같이 스프레이 건조기 시스템의 연속적인 상이한 선택적인 사용 사이의 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 상대적으로 저렴한 재료로 제조되는 것이 바람직하기 때문에, 상이한 분말의 작업들 사이에 폐기될 수 있으며, 새로운 신선한 교체 라이너의 교체가 과도한 비용 없이 행해진다.
이 실시예의 다른 중요한 특징을 유지하면서, 건조 챔버(12)는 상이한 스프레이 건조 요건에 대해 용이하게 변경 가능하다. 예를 들어, 보다 작은 건조 요건을 위해, 보다 작은 직경의 라이너(100a)가 유효 건조 영역의 크기를 감소시키는 데 사용될 수 있다. 이를 위해, 전술한 것과 유사하지만, 보다 작은 직경의 내부 스탠드오프 링(105a)을 갖는 스탠드오프 링 조립체(104a)(도 18)는 보다 큰 직경의 스탠드오프 링 조립체(104)와 용이하게 대체될 수 있다. 링 조립체의 대체는 상단 커버(14) 및 수집 콘(18)에 대한 래치(121)의 원주 방향으로 이격된 어레이(120, 120a)를 래칭 해제하고, 더 큰 직경의 링 조립체(104)를 건조 챔버(12)로부터 제거하고, 작은 직경의 링 조립체(104a) 및 라이너(100a)로 이들을 교체하며, 그리고 상단 커버(14) 및 수집 콘(18)을 건조 챔버(12) 상에 재조립 및 재래칭함으로써 달성될 수 있다. 더 작은 직경의 라이너(100a)는 더 빠르고 더 에너지 효율적인 보다 작은 로트 건조를 가능하게 하기 위해 가열된 건조 가스 및 분무 가스가 도입되는 건조 영역을 효과적으로 감소시킨다.
더 작은 로트 작업의 보다 효율적인 건조를 또한 가능하게 함에 있어서, 건조 챔버(12)는 건조 챔버(12)의 길이를 감소시키는 것을 허용하는 모듈식 구조를 갖는다. 도시된 실시예에서, 건조 챔버(12)는 복수의, 이 경우 2개의 수직 적층된 원통형 건조 챔버 모듈 또는 섹션(185, 186)을 포함한다. 하부 챔버 섹션(186)은 상부 챔버 섹션(185)보다 길이가 더 짧다. 2개의 원통형 건조 챔버 섹션(185, 186)은 다시 위에서 설명한 것과 유사하게 원주 방향으로 이격된 신속 분리 패스너(121)의 어레이(102b)에 의해 함께 해제 가능하게 고정된다. 패스너(121)의 상기 어레이(102b)에 대한 장착 링(110)은 그 하부 단부에 인접한 상부 원통형 건조 챔버 섹션(185)에 용접되고, 상기 어레이(102b)의 패스너(121)는 하부 원통형 건조 챔버 섹션(186)의 상부 외측 방사상 플랜지(188)(도 1 및 도 2)의 하부를 결합하여 유지하기 위해 하향으로 위치된 인장 후크(122)와 함께 배향된다. 하부 원통형 섹션(186)을 상부 원통형 섹션(185) 및 수집 콘(18)에 부착하는 패스너(121)의 2개의 어레이(102a, 102b)가 해제될 때, 하부 원통형 섹션(186)은 제거될 수 있고, 하부 스탠드오프 링 조립체(104)는 상부 챔버 섹션(185)의 바닥에 인접하게 재위치되고, 라이너(100)는 더 짧은 길이의 라이너로 교체된다. 그 다음 상부 원통형 건조기 챔버 섹션(185)은 수집 콘(18)의 외부 환형 플랜지(129)를 결합시키는 어레이(102b)의 패스너(121)에 의해 그 사이의 하부 스탠드오프 링 조립체(104)와 함께 분말 수집 콘(18) 상에 직접 고정될 수 있다. 이러한 변형은 소량의 로트 건조에 대한 가열 요건을 더 감소시키기 위해 실질적으로 더 짧은 길이의 유효 건조 영역의 사용을 가능하게 한다.
추가의 원통형 건조 챔버 모듈 또는 섹션(186)을 추가하여 건조 챔버(12)의 유효 길이를 추가로 증가시킬 수 있다는 것을 알 것이다. 크기의 증가 여부에 관계없이, 건조 챔버(12) 내로 분무되는 액체의 양을 증가시키기 위해, 도 19 및 도 20에 도시된 바와 같이, 복수의 정전 스프레이 노즐 조립체(16)가 상단 커버(14)에 제공될 수 있다. 공통의 액체 및 질소 공급부로부터 공급될 수 있는 복수의 스프레이 노즐 조립체(16)는 바람직하게는 상단 커버(14)(도 4)의 각각의 미리 캡핑된 정량 구멍(190)에서 서로에 대해 원주 방향으로 이격된 관계로 지지된다. 그 다음에 사용되지 않는 중심 장착 구멍(192)(도 20)은 적절하게 캡핑되거나 또는 그렇지 않으면 폐쇄될 수 있다.
이 실시예의 또 다른 특징에 따르면, 건조 타워(11)의 모듈식 신속 분리 구성 요소는 또한 하향 스프레이를 위한 건조 챔버(12)의 상단의 위치로부터 정전기적으로 대전된 액체 스프레이를 건조 챔버(12) 내로 상향 안내하기 위해 건조 챔버(12)의 바닥에 인접한 위치로 정전 스프레이 노즐 조립체(16)를 재배치하는 것을 가능하게 한다. 이를 위해, 스프레이 노즐 조립체(16)는 상단 커버(14)로부터 제거되어 바닥 스프레이 노즐 장착 지지부(195)에 고정될 수 있고(도 21 내지 도 24), 상기 바닥 스프레이 노즐 장착 지지부는 도 21에 도시된 바와 같이 대전된 스프레이 패턴을 건조 챔버(12) 내로 상향으로 분무하도록 정전 스프레이 노즐 조립체(16)를 배향시키기 위해, 이 경우에 건조 챔버(12)의 바닥에 바로 인접한 분말 수집 콘(18)의 상부 원통형 벽 섹션(155) 내에 장착된다. 도 22 내지 도 24에 도시된 바와 같이 도시된 바닥 노즐 장착 지지부(195)는 상류 단부에 인접하는 스프레이 노즐 조립체(16)를 지지하기 위한 중심 환형 장착 허브(196)를 포함하고, 상기 상류 단부는 차례로 비-전도성 재료로 제조된 복수의 방사상 장착 로드(198)에 의해 분말 수집 콘(18)의 상부 원통형 섹션(155)에서 지지된다. 방사상 장착 로드(198) 각각은 나사(199)의 헤드와 분말 수집 콘(18)의 외벽 표면 사이에 고무 결합 밀봉 와싱(200)을 갖는 각각의 스테인리스 강 나사(199)(도 24)에 의해 원통형 벽 섹션(155)에 고정되고, 각 장착 로드(198)의 외측 단부와 분말 수집 콘 섹션(18)의 내부 벽 표면 사이에는 밀봉 O-링(201)이 개재되어 있다. 비-전도성 테프론 또는 다른 플라스틱으로 된 액체 및 분무 가스 공급 라인(205, 206)은 분무 공기 및 액체 공급 라인(151, 131)에 차례로 연결된 분말 수집 콘(18)에 의해 절연 피팅(208, 209)에 각각 방사상 외향으로 연결된다. 고압 전력 케이블(210)은 또한 절연 피팅(211)을 통해 노즐 조립체와 방사상으로 연결된다.
정전 스프레이 노즐 조립체(16)가 건조 챔버(12)의 하부에 인접하게 장착됨으로써, 가스 입구 포트(15)뿐만 아니라 커버(14) 내의 중심 스프레이 노즐 장착 구멍(192)도 적절히 캡핑될 수 있다. 분말 수집 콘(18)은 건조 가스 재순환 라인(165)에 캡핑되지 않고 연결될 수 있는 접선 방향으로 배향된 건조 가스 입구(215)를 더 구비하며, 이 경우 커버(14)는 또한 가열 가스 반환 라인에 대한 연결을 위해 캡핑되지 않을 수도 있는 한 쌍의 배출 포트(216)를 구비한다.
건조 챔버(12)의 하부에 장착된 스프레이 노즐 조립체(16)에 의해, 건조 챔버(12) 내로 상향으로 안내되는 정전기적으로 대전된 액체 스프레이 입자는, 이 경우에는 바닥 가열 가스 입구(215)를 통해 그리고 다시 건조 불활성 가스, 즉 질소인 스프레이 노즐 조립체(16)로부터의 분무 가스를 가열함으로써, 접선 방향으로 안내되는 건조 가스에 의해 건조된다.
이 실시예에 따라, 건조 챔버(12) 내의 환형 라이너(100)는 바람직하게는 건조 가스가 커버(14)의 상부 배출 포트(216)로부터 위에서 설명된 바와 같이 재순환, 재가열, 및 바닥 가스 입구 포트(215)로의 재안내를 위한 재순환 라인(165)으로 배출되도록 필터 매체를 통해 최종적으로 이동하게 하는 필터 매체(100b)(도 3b)로 제조된다. 상향으로 안내되는 건조 가스 및 분무 가스에 의해 건조된 분말은 궁극적으로 상술된 바와 같이 필터 수집 콘(18) 내로, 이를 통해 수집 챔버(19) 내로 하향으로 유동할 것이고, 필터 매체 라이너(100)에 의해 가장 미세한 입자들만이 필터링된다. 라이너(100) 상에 분말의 축적을 방지하기 위해 공압식 라이너 쉐이커가 주기적으로 다시 작동될 수 있다.
전술한 내용으로부터, 처리 타워는 도 25의 표(220)에 도시된 바와 같이, 특정 스프레이 용례를 위한 다양한 처리 모드로 용이하게 구성되고 작동될 수 있다. 건조 챔버 길이는 원통형 건조기 챔버 섹션(186)을 추가 또는 제거함으로써 선택적으로 변경될 수 있으며, 라이너의 재료는 비-투과성 또는 투과성과 같이 선택적으로 결정될 수 있으며, 정전 스프레이 노즐 배향은 하향으로의 상단 스프레이 또는 상향으로의 바닥 스프레이 간에 변경될 수 있으며, 처리된 가스 유동 방향은 원하는 구성에 기초하여 하향 방향 또는 상향 방향 간에 변경될 수 있다.
전술한 실시예에서, 질소 또는 다른 불활성 건조 가스가 정전 스프레이 노즐 조립체(16)에 분무 가스로서 시스템 내로 도입되지만, 대안으로, 질소 가스는 재순환 가스 내로 도입될 수 있다. 위에서 설명된 것과 유사한 부분에는 위에서 설명된 것과 유사한 참조 부호를 부여하는 도 25a에 도시된 스프레이 건조 시스템에 있어서, 질소 또는 다른 불활성 가스는 가스 전달 및 공급 라인(169a)을 통한 건조 챔버(100)로의 안내를 위해 그리고 상술한 바와 같이 건조 챔버(100)로부터 응축기(170) 및 송풍기(168)를 통한 재순환을 위해 질소 주입 라인(169a)으로부터 가스 가열기(169) 내로 도입된다. 그 실시예에서, 전술한 바와 같이, 분무 가스로서 질소 가스가 정전 스프레이 노즐 조립체(16)에 공급될 수도 있거나, 또는 공기, 또는 불활성 가스와 공기의 조합이, 건조 챔버 내에서 연소성 대기를 생성하지 않는 한, 정전 스프레이 노즐 조립체(16)로 분무 가스로서 공급될 수 있다. 그렇지 않은 경우 도 25a에 도시된 건조 시스템의 작동은 전술한 것과 동일하다.
도 25b를 참조하면, 분말 수집 콘(18a)은 분말을 종래의 사이클론 세퍼레이터/필터 백 하우징(19a)으로 안내하고, 여기서 건조된 생성물은 하부 출구(19b)로부터 배출되고 배출 공기는 상부 배출 포트 라인(165)으로부터 응축기(170), 송풍기(168), 건조 가스 가열기(169) 및 건조 챔버(11)를 통한 재순환을 위해 안내되는 것을 제외하고는, 전술한 것과 유사한 다른 대안적인 실시예 건조 시스템이 도시되어 있다. 도 25c에서는, 도 25b에 도시된 것과 유사한 건조 시스템의 대안적인 실시예가 도시되어 있지만, 사이클론 세퍼레이터와 필터 백 하우징(19a)과 건조 챔버(11)의 상부 단부 사이의 미세 분말 재순환 라인(19c)이 도시되어 있다. 사이클론 세퍼레이터(19a)에서 분리된 건조된 미세한 미립자는 미세 입자들의 응집이 이루어진 분말을 생성하기 위해 미세 분말 재순환 라인(19c)을 통해 건조 챔버(11)로 재순환된다. 또한, 시스템은, 이외에는 이전에 설명한 것과 동일하게 작동한다.
이제 도 25d를 참조하면, 유동화된 베드 분말 건조 시스템의 형태의 또 다른 실시예가 도시되어 있다. 분말 건조 시스템은 다시 그 내부에 동심원 상으로 배치된 비-투과성 라이너(100) 및 전술한 바와 같이 라이너(100)에 의해 한정된 유효 가열 영역(127) 내로 정전기적으로 대전된 액체 입자를 안내하기 위한 정전 스프레이 노즐 조립체(16)를 갖는 원통형의 건조 챔버(12)를 구비한다. 이 경우, 원추형으로 형성된 수집 컨테이너 섹션(18b)은 분말을 건조 챔버(12)로부터 종래 타입의 유동 베드 스크린 세퍼레이터(19c)를 통해 수집 챔버(19b)로 연통시킨다. 이 실시예에서, 도 11a의 실시예와 관련하여 기술된 것과 유사한 복수의 유동 베드 원통형 필터 요소(160b)는 건조 챔버(12)의 상단에 인접한 배출 플레넘(164b)을 형성하는 상부 횡 방향 플레이트(163b)로부터 지지된다. 이 경우 송풍기(168)는, 바닥 수집 챔버(19b)로 재도입되고 건조 챔버(12)를 통해 상향으로 재순환되도록, 분말 및 미립자 물질이 응축기(170) 및 가열기(169)를 통해 라인(165)을 통한 안내를 위해 필터링되는 배출 플레넘(164b)으로부터 공기를 끌어들인다. 필터(16b)는, 분말이 축적된 필터(16b)를 세정하기 위해 가압된 공기를 필터(16b)로 주기적으로 안내하는 각각의 공기 제어 밸브(167c)를 갖는, 참조된 미국 특허 제8,876,928호에 개시된 유형의 역방향 펄스 공기 필터 세정 장치(167b)를 다시 갖는다.
전술한 실시예의 비-투과성 라이너(100)는 바람직하게는 플라스틱과 같은 가요성 비-전도성 재료로 제조되지만, 대안으로 도 3d에 도시된 바와 같이 강성 플라스틱 재료로 제조될 수 있다. 이 경우, 건조 챔버(12) 내에서 동심원 관계로 라이너를 고정하기 위해 적절한 비-전도성 장착 스탠드오프(100d)가 제공될 수 있다. 대안으로, 도 3c에 도시된 바와 같이 투과성 라이너는 부분적으로, 일 직경면과 같이, 배출을 위해 라이너를 통해 공기가 유동하는 것을 허용하는 투과성 필터 재료(100b)로 그리고 부분적으로, 반대편의 직경면과 같이, 건조된 입자가 라이너로 흡입되는 것을 방지하는 비-투과성 재료(100a)로 제조될 수 있다.
추가의 대안적인 실시예로서, 도시된 스프레이 건조기 시스템은 응고된 입자를 형성하도록 왁스, 경질 왁스 및 글리세라이드와 같은 용융된 유동 스트림을 냉 가스 스트림으로 스프레이 냉각하는 데 사용하기 위해 도 15a에 도시된 바와 같이 용이하게 변형될 수 있다. 전술한 것들과 유사한 항목들은 유사한 참조 번호를 부여 받았다. 스프레이 냉각 중에, 주변 조건보다 약간 높은 융점을 갖는 공급 원료가 가열되어, 이 경우에는 절연체(130a)에 싸여진 보유 탱크(130)에 위치된다. 공급 원료는 펌프(132)를 사용하여 공급 라인(131)을 통해 분무 노즐(16)로 펌핑된다. 용융된 공급 원료는 질소(150)와 같은 압축된 가스를 사용하여 다시 분무된다. 스프레이 냉각 동안 용융된 액체 공급 원료는 정전기적으로 대전되거나 또는 대전되지 않을 수 있다. 후자의 경우, 정전 스프레이 노즐 조립체의 전극은 전기가 통하지 않는다.
스프레이 냉각 동안, 분무 가스 가열기(152)는 턴오프되어 저온 분무 가스가 분무 노즐(16)로 전달된다. 스프레이 냉각 중에, 건조 가스 가열기(169)도 또한 턴오프되어 제습 코일(170a)에 의해 냉각된 건조 가스를 건조 가스 라인(165)을 통해 건조 챔버(12)로 전달한다. 분무된 액적들이 건조 가스 영역(127)에 진입함에 따라, 이들은 응고되어 수집 콘(18) 내로 떨어지는 입자들을 형성하고 가스 스트림이 재순환을 위해 빠져나갈 때 수집 챔버(19)에 수집된다. 제거 가능한 라이너(100)는 제거 및 폐기될 수 있기 때문에 다시 건조기 챔버의 세정을 돕는다. 절연 공기 갭(101)은, 건조 챔버(12)가 응축이 외부 표면 상에 형성되기에 충분히 차가워지는 것을 방지한다.
이 실시예의 또 다른 특징을 수행함에 있어서, 스프레이 시스템(10)은 연속적인 전기적 고장의 경우에 경보 신호를 제공하면서, 건조 챔버에서의 순간 전계 브레이크다운의 경우에 시스템의 연속적인 작동을 가능하게 하는 자동 결함 복구 시스템을 사용하여 작동할 수 있다. 스프레이 시스템(10)에서 사용하기 위한 전압 발생기 결함 복구 방법을 작동시키는 방법에 대한 흐름도가 도 26에 도시된다. 도시된 방법은 제어기(133)(도 15) 내에서 수행되는 프로그램 또는 컴퓨터 실행 가능 명령어들의 세트의 형태로 작동할 수 있다. 도시된 실시예에 따르면, 도 26에 도시된 방법은 인젝터 입구에 유체의 가압 공급을 제공하기 위해 300에서 액체 펌프를 활성화 또는 다르게 기동하는 단계를 포함한다. 302에서, 전압 공급이 활성인지의 검증이 수행된다. 302에서 전압 공급이 비활성인 것으로 결정되는 경우에, 304에서 기계 인터페이스에 에러 메시지가 제공되고, 전압 발생기 및 액체 펌프는 302에서 결정된 바와 같이 전압 공급부가 활성화되지 않게 할 수 있는 결함이 교정될 때까지 306에서 비활성화된다.
302에서 전압 공급이 활성인 것으로 결정될 때, 액체 펌프가 308에서 시작되기 전에 미리 정해진 기간, 예를 들어 5초의 지연이 사용되고, 지연이 완료된 후에 액체 펌프는 310에서 운전된다. 312에서는 펌프가 310에서 계속 운전되는 동안 312에서 단락 또는 아크에 대한 체크가 수행된다. 단락 또는 아크가 312에서 검출될 때, 미리 정의된 개수를 초과하는 단락 또는 아크, 예를 들어 5개 초과의 단락 또는 아크가 미리 정의된 기간, 예를 들어 30 초 이내에 검출되었는지 여부를 결정하기 위해 이벤트 카운터 및 타이머가 유지된다. 312에서 단락 또는 아크가 검출될 때마다 이러한 체크가 314에서 결정된다. 미리 정의된 단락 또는 아크보다 적은 개수가 미리 정의된 기간 이내에 발생하거나, 또는 1회의 단락 또는 아크가 검출되었다고 해도, 액체 펌프는 316에서 정지되고, 전압을 생성하는 전압 발생기는 예를 들어 셧다운 및 재시작에 의해 318에서 리셋되고, 308에서 지연 후에 액체 펌프가 310에서 재시작됨으로써, 시스템은 스파크 또는 아크를 유발한 결함을 정정할 수 있고, 시스템은 계속 작동할 수 있다. 그러나, 미리 정의된 개수를 초과하는 스파크 또는 아크가 314에서 미리 정해진 기간 이내에 발생하는 경우, 320에서 기계 인터페이스에 에러 메시지가 발생되고, 시스템은 306에서 전압 발생기 및 액체 펌프를 비활성화시킴으로써 대기 모드에 놓이게 된다.
따라서, 일 양태에서, 정전 스프레이 건조 시스템에서 결함을 정정하는 방법은 먼저 전압 발생기의 상태를 결정하고 전압 발생기가 아직 활성화되지 않은 상태에서 액체 펌프가 턴온되지 않도록 하는 펌프 시동 시퀀스를 시작하는 단계를 포함한다. 이를 달성하기 위해, 일 실시예에서, 전압 발생기가 활성화되기에 충분한 시간을 허용하기 위해, 액체 펌프가 턴온되기 전에 시간 지연이 사용된다. 그런 다음 액체 펌프가 시작되고, 시스템은 예를 들어 펌프 작동 중에 전압 발생기에서 끌어온 전류를 모니터링함으로써 스파크 또는 아크의 존재를 계속 모니터링한다. 결함이 검출되면, 액체 펌프와 마찬가지로 전압 발생기가 턴오프되고, 결함의 범위에 따라, 시스템은 자동으로 재시작되거나 또는 시스템을 재시작하기 위해 작업자의 주의 및 조치를 필요로 하는 대기 모드로 들어간다.
마지막으로, 본 실시예의 또 다른 양태를 수행함에 있어서, 스프레이 건조 시스템(10)은 정전 스프레이 노즐 조립체에 의해 분무되는 액체에 대한 전하가 건조된 생성물의 특정 스프레이 적용 및 궁극적인 사용을 위해 분무된 입자의 제어되고 선택적인 응집을 유도할 수 있는 방식으로 주기적으로 변화할 수 있게 하는 제어 장치를 갖는다. 일 실시예에서, 분무된 입자의 선택적인 응집 또는 제어된 응집은 예를 들어 펄스 폭 변조(PWM) 인젝터 명령 신호의 사용에 의해 고 활성 주파수와 저 활성 주파수 사이에서 스프레이기 활성화의 시간 및 주파수를 변화시킴으로써 달성되어, 다양한 크기의 응집을 일으킬 수 있는 다양한 크기의 분무된 입자들을 생성할 수 있다. 다른 실시예에서, 분무된 입자의 선택적인 응집 또는 제어된 응집은 스프레이된 유체를 정전기적으로 대전시키기 위해 인가되는 전압의 레벨을 조절함으로써 달성될 수 있다. 예를 들어, 전압은 0 내지 30 kV와 같은 범위에서 선택적으로 변할 수 있다. 이러한 전압 변화에 대해, 유체를 충전하기 위해 인가되는 더 높은 전압은 일반적으로 액적의 크기를 감소시키도록 작용할 것이고, 따라서 건조 시간을 감소시키고, 캐리어가 액적의 외부 표면을 향해 이동하도록 추가로 유도할 수 있어, 캡슐화를 향상시킬 수 있는 것이 고려된다. 유사하게, 인가되는 전압의 감소는 액적의 크기를 증가시키는 경향이 있을 수 있으며, 이는 특히 작은 액적 또는 작은 입자가 존재할 때 응집을 도울 수 있다.
분무된 입자의 응집에 선택적으로 영향을 줄 수 있는, 고려 가능한 다른 실시예는, 시스템의 다양한 다른 작동 파라미터를 시간의 경과에 따라 선택적으로 변화시키는 것, 또는 높은 미리 결정된 값과 낮은 미리 결정된 값 사이에서 펄싱하는 것을 포함한다. 일 실시예에서, 분무 가스 압력, 유체 전달 압력 및 분무 가스 온도는 입자 크기 그리고 또한 액적의 건조 시간을 제어하거나 또는 일반적으로 영향을 주기 위해 변화될 수 있다. 추가의 구체예는 분무 가스 및/또는 건조 공기의 다른 파라미터, 예를 들어 각각의 절대 습기 함량 또는 상대 습기 함량, 수분 활성도, 액적 크기 또는 입자 크기 및 다른 것들을 변화시키는 것을 더 포함할 수 있다. 하나의 특정한 고려된 실시예에서, 분무 가스 및 건조 공기의 이슬점 온도는 능동적으로 제어되고, 다른 실시예에서는, 분무 가스 및/또는 건조 공기의 체적 또는 질량 공기 유동이 또한 능동적으로 제어된다.
분무된 입자의 응집을 선택적으로 제어하기 위해 정전 스프레이 노즐의 펄스 폭을 변조하는 방법에 대한 흐름도가 도 27에 도시되어 있다. 일 실시예에 따르면, 공정이 개시될 때, 322에서 전압 발생기가 턴온된다. 응집을 선택적으로 제어할 수 있는 PWM 제어가 활성인지 또는 요구되는지의 여부에 대한 결정은 324에서 수행된다. PWM이 요구되지 않을 때 또는 활성화되지 않을 때, 공정은 326에서 전압 설정값으로 전압 발생기를 제어함으로써 시스템을 제어하고, 유체 인젝터는 정상적으로 작동한다. PWM이 요구되거나 또는 활성화될 때, 시스템은 미리 정의된 주기에 대해 사이클 시간 동안 낮은 PWM 설정값과 높은 PWM 설정값 사이에서 교대로 전환한다. 도시된 실시예에서, 이는 330에서의 낮은 펄스 지속 시간 동안 328에서 낮은 PWM 설정값으로 제어함으로써 달성된다. 낮은 펄스 지속 시간이 완료되면, 시스템은 334에서 높은 펄스 지속 시간이 완료될 때까지 332에서 높은 PWM 설정값으로 스위칭되고, 다른 PWM 사이클이 요구되는지를 결정하기 위해 324로 복귀한다. PWM 설정값의 변화는 도 27에 도시된 흐름도와 관련하여 본 명세서에서 논의되지만, 스프레이기 PWM에 추가하여 또는 스프레이기 PWM 대신에 다른 파라미터가 변조될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 위에서 논의된 바와 같이, 사용될 수 있는 다른 파라미터는 액체를 대전하기 위해 인가되는 전압 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 체적 또는 질량 공기 유동을 포함할 수 있다.
따라서, 일 양태에서, 분무된 입자의 응집은 스프레이기의 인젝션 시간을 변화시킴으로써 제어된다. 고주파수에서, 즉 높은 PWM에서, 스프레이기는 보다 신속하게 개방 및 폐쇄되어 보다 작은 입자를 생성할 것이다. 낮은 주파수에서, 즉 낮은 PWM에서, 스프레이기는 더 천천히 개방 및 폐쇄되어 더 큰 입자를 생성할 것이다. 크고 작은 입자가 교대의 층을 이루어 건조기를 통과함에 따라, 일부는 그들의 반발하는 전하에 관계없이 물리적으로 상호 작용하고 결합하여 결합에 의해 응집체를 생성한다. 보다 크고 보다 작은 입자의 특정 크기 및 생성되는 단위 시간당 각 입자 크기의 각각의 개수는 각각의 높은 PWM 설정값 그리고 낮은 PWM 설정값을 설정함으로써 시스템에 의해 제어될 수 있으며, 각각의 지속 기간도 각각의 특정 적용 프로그램에 적합하게 된다.
또 다른 특징에 따르면, 전술한 바와 같이 건조 챔버(11) 및 정전 스프레이 노즐 조립체(16)를 갖는 복수의 분말 처리 타워(10)는 도 28 및 도 29에 도시된 바와 같이 모듈식 설계로 제공될 수 있고, 분말은 공통 컨베이어 시스템(340) 등으로 배출된다. 이 경우, 복수의 처리 타워(10)는 계단(342)에 의해 상단에 접근 가능하고 단부에 위치된 제어 패널 및 조작자 인터페이스(344)를 갖는 공통 작업 플랫폼(341)을 중심으로 서로에 대해 인접한 관계로 제공된다. 이 경우 처리 타워(10)는 각각 복수의 정전 스프레이 노즐 조립체(16)를 포함한다. 도 28에 도시된 바와 같이, 8개의 실질적으로 동일한 처리 타워(10)가 제공되며, 이 경우 스크류 피드, 공압식 이송 수단 또는 다른 분말 이송 수단과 같은 공통 분말 컨베이어(340) 상으로 분말을 수집 컨테이너로 배출한다.
이러한 모듈식 처리 시스템은 복수의 중요한 장점을 갖는 것으로 밝혀졌다. 처음에는, 공통 구성 요소, 즉 실질적으로 동일한 분말을 처리하는 처리 타워(10)를 사용하여 사용자 요구 사항에 맞게 조정될 수 있는 스케일러블(scalable) 처리 시스템이다. 시스템은 도 30에 도시된 바와 같이 추가 모듈로 쉽게 확장될 수 있다. 이와 같은 처리 타워(10)의 모듈식 배열의 사용은 또한, 높이가 40 피트 이상이며 설치를 위한 특별한 빌딩 레이아웃이 필요한, 표준보다 큰 생산 스프레이 건조기 시스템과 비교하여, 더 작은 빌딩 높이 요건(15-20 피트)을 가지면서 보다 많은 양의 분말의 처리를 가능하게 한다. 모듈식 설계는 처리 중에 유지 보수를 위해 다른 모듈의 작동을 중단시키지 않고 시스템의 개별 처리 타워의 분리 및 서비스를 허용할 수 있다. 또한 모듈식 배열은 특정 사용자 생산 요구에 대해 에너지 사용량에 맞게 시스템이 스케일러블될 수 있게 한다. 예를 들어 하나의 처리 요구에 5개의 모듈을 사용할 수 있으며, 다른 뱃치(batch)에 대해서는 3개의 모듈만이 사용될 수 있다.
상술한 내용으로부터, 작동 시 보다 효율적이고 다용도인 스프레이 건조기 시스템이 제공된다는 것을 알 수 있다. 향상된 건조 효율로 인해, 스프레이 건조기 시스템은 크기가 더 작아지고 보다 경제적인 사용이 가능하게 된다. 정전 스프레이 시스템은 교차 오염 없이 다른 제품 로트를 건조시키는 데 더욱 효과적이며, 특정 스프레이 적용 분야에서 크기 및 처리 기술 모두에서 쉽게 변경 가능하다. 스프레이 건조 시스템은 또한 건조 챔버의 대기 내에서 미세한 분말로 인한 전기적 오작동 및 위험한 폭발에 보다 덜 민감하다. 본 시스템은 추가로 후속 사용을 보다 용이하게 하는 형태로 응집되는 입자를 형성하도록 선택적으로 작동될 수 있다. 본 시스템은 건조기를 빠져나오는 건조 가스로부터 공기에 의해 운반되는 미립자 물질을 보다 효과적이고 효율적으로 제거하기 위한 배출 가스 필터링 시스템을 추가로 가지며, 작동에 방해가 될 수 있고 값 비싼 유지 보수를 필요로 하는 필터 상의 건조된 미립자 물질의 축적을 제거하는 자동 수단을 포함한다. 그러나, 본 시스템은 비교적 간단하게 제작될 수 있으며 경제적인 제조에 도움이 된다.

Claims (20)

  1. 액체를 분말로 건조시키기 위한 정전 스프레이 건조 시스템으로서,
    건조 챔버;
    건조 챔버 내로 액체의 공급물을 배출시키도록 배치된 스프레이 팁 조립체를 구비한 정전 스프레이 노즐로서, 상기 정전 스프레이 노즐은, 정전 스프레이 노즐 조립체에 제공된 듀티 사이클 신호에 기초하여 액체의 공급물을 배출하도록 구성되고, 상기 듀티 사이클 신호는 정전 스프레이 노즐이 액체의 공급물을 주입하기 위해 개방되는 기간을 결정하는 것인, 정전 스프레이 노즐; 및
    상기 정전 스프레이 노즐과 연관된 제어기로서, 상기 제어기는 듀티 사이클 신호를 정전 스프레이 노즐에 제공하도록 작동하는 것인, 제어기
    를 포함하고, 상기 제어기는,
    정전 스프레이 조립체에 대한 펄스 폭 변조(PWM) 작동 모드를 활성화하는 단계;
    제1 타이머를 개시하는 단계;
    상기 제1 타이머가 제1 펄스 지속 기간에 도달하지 않는 동안 제1 PWM 활성화 주파수에서 정전 스프레이 노즐에 제1 듀티 사이클 신호를 제공하는 제1 제공 단계;
    상기 제1 타이머가 제1 펄스 지속 기간에 도달했을 때 제2 타이머를 개시하는 단계; 그리고
    상기 제2 타이머가 제2 펄스 지속 기간에 도달하지 않은 동안 제2 PWM 활성화 주파수에서 정전 스프레이 노즐에 제2 듀티 사이클 신호를 제공하는 제2 제공 단계
    를 포함하는 프로세스를 수행하도록 프로그래밍되고 작동하며,
    상기 제1 제공 단계 및 제2 제공 단계는, 정전 스프레이 노즐이 상이한 크기의 분무된 입자를 생성하게 하여, 응집의 정도를 변화시키는 것인, 정전 스프레이 건조 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 전압 소스를 더 포함하고,
    상기 정전 스프레이 노즐은 상기 전압 소스에 연결되고, 스프레이 팁 조립체를 통해 건조 챔버로 배출되는 액체의 공급물에 정전하를 부여하도록 구성되며, 상기 제어기는 전압 소스와 추가로 연관되고 전압 소스의 전압 설정값을 제어하도록 구성되는 것인, 정전 스프레이 건조 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어기는 전압 제어 작동 모드가 활성화 상태가 아닐 때 PWM 작동 모드를 활성화하도록 프로그래밍되는 것인, 정전 스프레이 건조 시스템.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어기는, 듀티 사이클 신호가 미리 정의된 PWM 활성화 주파수로 유지되는 동안 전압 제어 작동 모드를 활성화시키도록 그리고 전압 소스의 전압 설정값을 제어하도록 더 프로그래밍되는 것인, 정전 스프레이 건조 시스템.
  5. 제1항에 있어서, 제1 PWM 활성화 주파수는 제2 PWM 활성화 주파수보다 낮은 것인, 정전 스프레이 건조 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 정전 스프레이 노즐에 제공되는 액체의 공급물을 주입 압력으로 가압하도록 구성되는 펌프를 더 포함하고,
    상기 펌프는 제어기와 연관되고, 상기 제어기에 의해 제공된 압력 신호에 응답하여 상기 주입 압력을 설정하도록 작동하고, 상기 제어기는 시간에 따라 주입 압력을 선택적으로 변화시키도록 더 프로그래밍되는 것인, 정전 스프레이 건조 시스템.
  7. 제1항에 있어서, 상기 정전 스프레이 노즐은 가압된 가스를 수용하며, 가압된 가스를 액체의 공급물과 조합시켜 건조 챔버 내로 배출되는 액체를 분무화하도록 구성되는 것인, 정전 스프레이 건조 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 가스의 공급물을 가압된 가스로 압축하도록 구성되는 압축기를 더 포함하고,
    상기 가압된 가스는 분무화 가스 압력으로 정전 스프레이 노즐에 제공되고, 상기 압축기는 제어기와 연관되고, 상기 제어기에 의해 제공되는 가스 압력 신호에 응답하여 상기 분무화 가스 압력을 설정하도록 작동하고, 상기 제어기는 분무화 가스 압력을 선택적으로 변화시키도록 더 프로그래밍되는 것인, 정전 스프레이 건조 시스템.
  9. 제7항에 있어서, 제어기와 연관되고, 제어기에 의해 제공되는 가스 온도 명령 신호에 응답하여 가압된 가스를 분무화 가스 온도로 가열하도록 구성되는 가스 가열기를 더 포함하고,
    상기 제어기는 시간에 따라 가스 온도 명령 신호를 선택적으로 변화시키도록 더 구성되는 것인, 정전 스프레이 건조 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 건조 챔버를 통해 건조 가스의 유동을 제공하도록 구성되는 팬(fan)을 더 포함하고,
    상기 건조 가스는 건조 가스 컨디셔닝 모듈에서 선택적으로 결정되는 수분 함량 및 온도로 제공되고, 상기 컨디셔닝 모듈은 제어기와 연관되고, 제어기로부터 제공되는 신호에 응답하여 건조 가스의 유동의 수분 함량 및 온도를 선택적으로 설정하며, 상기 제어기는 건조 가스의 유동의 수분 함량 및 온도 중 적어도 하나를 선택적으로 변화시키도록 프로그래밍되는 것인, 정전 스프레이 건조 시스템.
  11. 제10항에 있어서, 상기 팬은 질량 공기 유량(mass airflow rate)으로 건조 가스의 유동을 선택적으로 제공하도록 구성되고, 상기 질량 공기 유량은 제어기로부터의 제어 신호에 기초하여 결정되고, 상기 제어기는 시간에 따라 질량 공기 유량을 선택적으로 변화시키도록 더 프로그래밍되는 것인, 정전 스프레이 건조 시스템.
  12. 정전 스프레이 시스템에서 응집체의 크기를 제어하는 방법으로서,
    액체의 유동을 건조 챔버 내로 배출하도록 구성되는 정전 분무기를 제공하는 단계;
    펄스 폭 변조(PWM) 신호를 사용하여 정전 분무기를 활성화하는 단계;
    제1 활성화 주파수에서 제1 듀티 사이클을 갖는 제1 PWM 신호를 제공하는 제1 제공 단계와, 제2 활성화 주파수에서 제2 듀티 사이클을 갖는 제2 PWM 신호를 제공하는 제2 제공 단계를 교번하는 단계로서, 제1 활성화 주파수는 제2 활성화 주파수보다 낮은 것인, 교번하는 단계;
    응집체를 제1 크기로 응축시키도록 상기 제1 PWM 신호에서 제1 시간 동안 상기 정전 분무기를 작동시키는 단계; 및
    응집체를 제2 크기로 응축시키도록 상기 제2 PWM 신호에서 제2 시간 동안 상기 정전 분무기를 작동시키는 단계
    를 포함하고, 상기 제1 제공 단계와 제2 제공 단계는 정전 분무기가 상이한 크기의 분무된 입자를 생성하게 하여, 응집의 정도를 변화시키고,
    상기 제2 크기는 상기 제1 크기보다 크며,
    응집체의 평균 크기를 제어하는 것은, 작동 중 상기 제1 시간 및 제2 시간을 조절하는 것을 포함하는 것인, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 정전 분무기에 제1 PWM 신호 및 제2 PWM 신호를 제공하기 위해 전자 제어기가 사용되는 것인, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 정전 분무기에 전달되는 전압 전위를 선택적으로 조절하는 단계
    를 더 포함하는, 방법.
  15. 제12항에 있어서, 액체의 유동을 주입 압력으로 가압하는 단계를 더 포함하고,
    상기 방법은 시간에 따라 상기 주입 압력을 선택적으로 변화시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  16. 제12항에 있어서, 건조 챔버 내로 배출되는 액체의 유동을 분무화하도록, 가압된 가스를 분무화 가스 압력으로 정전 분무기에 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 방법은 상기 분무화 가스 압력을 선택적으로 변화시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  17. 제16항에 있어서, 가압된 가스를 분무화 가스 온도로 상기 정전 분무기에 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 방법은 상기 분무화 가스 온도를 선택적으로 변화시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  18. 제12항에 있어서, 건조 챔버를 통해 건조 가스의 유동을 제공하는 단계를 더 포함하고,
    상기 건조 가스는 소정 수분 함량 및 온도로 제공되고, 상기 방법은 건조 가스의 유동의 수분 함량을 변화시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
  19. 제18항에 있어서, 건조 가스의 유동의 온도를 변화시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  20. 제18항에 있어서, 상기 건조 가스의 유동은 소정 질량 공기 유량으로 제공되고, 상기 방법은 질량 공기 유량을 선택적으로 변화시키는 단계를 더 포함하는 것인, 방법.
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