WO2025009788A1 - 진공 응축 건조기 - Google Patents

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WO2025009788A1
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조원석
김홍구
윤진희
박원찬
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Definitions

  • the present invention relates to a vacuum condensing dryer. More specifically, an embodiment of the present invention relates to a vacuum condensing dryer having a heat pump that recovers latent heat generated when an evaporated solvent is condensed in a condenser and supplies the recovered latent heat to a dryer, thereby reducing energy used for drying a raw material and minimizing carbon emissions. Another embodiment of the present invention relates to a vacuum condensing dryer that can minimize the inflow of non-condensable outside air into a dryer by preheating a raw material and then introducing it into the dryer.
  • products in the form of particles are produced by obtaining particles containing moisture (e.g., raw materials) through chemical reactions, etc., and drying these particles containing moisture in a dryer.
  • Dryers widely used in the chemical industry to dry particles include fluidized bed dryers and indirect heating vacuum condensation dryers.
  • a fluidized bed dryer is configured to dry a product inside it with hot air supplied therein. Specifically, the hot air is blown into the dryer to fluidize the product inside the dryer and at the same time, the energy required to evaporate the solvent (moisture) is supplied, and the evaporated solvent and hazardous/hazardous substances are discharged to a post-processing facility together with the hot air.
  • a fluidized bed dryer uses strong hot air, fine particle flying products may be generated, which may lead to a risk of dust explosion, a fluid stagnation zone may occur, which may form a hot spot, and there is a risk of fire due to the high temperature hot air.
  • An indirect heating vacuum condensation dryer is configured to dry a product outside the jacket with a fruit flowing through a jacket inside the dryer. Specifically, the product is dried by supplying the fruit to the jacket inside the dryer, the evaporated solvent is condensed and discharged in a condenser, and some non-condensable gas is discharged by a vacuum pump.
  • the vacuum pump is connected to the condenser and the dryer to lower the saturation pressure and drying temperature of the solvent (moisture) inside the dryer.
  • the indirect heating vacuum condensation dryer must supply energy for drying the product and energy for condensing the solvent separately, the overall energy efficiency was low.
  • vacuum condensing dryers can be classified into batch vacuum condensing dryers and continuous vacuum condensing dryers.
  • the batch vacuum condensing dryer is equipped with an inlet and an outlet that can be opened and closed.
  • the user opens the inlet, puts a set amount of raw materials into the dryer, closes the inlet, and starts drying the raw materials.
  • the user can open the outlet and discharge the dried material from the dryer.
  • the batch vacuum condensing dryer can only dry a set amount of raw materials at a time, and additional raw materials cannot be added while drying is in progress. Therefore, in order to increase the drying amount, the capacity of the dryer must be increased.
  • a continuous vacuum condensing dryer In a continuous vacuum condensing dryer, the input of raw materials, drying of raw materials, and discharge of dried products are performed in a continuous manner. That is, raw materials are continuously input into the continuous vacuum condensing dryer, the input raw materials are dried inside the dryer and move toward the outlet, and the dried products that have completed drying are also continuously discharged. Since the input of raw materials, drying of raw materials, and discharge of dried products are performed in a continuous manner, the continuous vacuum condensing dryer can increase the drying amount without increasing its capacity.
  • non-condensable outside air is introduced into the dryer together with the raw materials when they are input into the dryer, it can affect the vacuum degree inside the dryer, deteriorate the drying performance, and increase the flow rate of non-condensable gas to the vacuum pump or post-processing equipment. Therefore, in order to maintain the vacuum degree inside the dryer, the capacity of the vacuum pump must be increased, and the energy consumed by the vacuum pump or post-processing equipment increases.
  • An embodiment of the present invention provides a vacuum condensing dryer equipped with a heat pump that can reduce energy used for drying a raw material and minimize carbon emissions by using a heat pump that recovers latent heat generated when an evaporated solvent is condensed in a condenser and supplies the recovered latent heat to a dryer.
  • Another embodiment of the present invention provides a vacuum condensing dryer capable of operating smoothly without supplying a separate heat source or cooling source when the vacuum condensing dryer is restarted by arranging a fruit tank equipped with a fruit heating means in a fruit supply line or by arranging a refrigerant tank equipped with a refrigerant cooling means in a refrigerant supply line.
  • Another embodiment of the present invention provides a vacuum condensing dryer having a raw material preheating device upstream of the dryer to preheat raw material fed into the dryer.
  • a vacuum condensing dryer comprises: a dryer configured to dry and discharge a raw material through heat exchange between a raw material including a solvent and a fruit, and to discharge the evaporated solvent evaporated during the drying process; a condenser configured to receive the evaporated solvent from the dryer through an evaporated solvent line, condense the evaporated solvent into a condensed solvent through heat exchange with a refrigerant, and discharge the condensed refrigerant; a heat pump configured to circulate a heat exchange medium to recover heat energy from the refrigerant through heat exchange between the heat exchange medium and the refrigerant, and supply the recovered heat energy to the fruit through heat exchange between the heat exchange medium and the fruit; a vacuum pump connected to the condenser to lower the pressure inside the condenser and discharge non-condensable gas generated during the condensation process of the solvent; a fruit supply line configured to supply the fruit, which has been supplied with heat energy, from the heat pump to the dryer; a fruit recovery line configured to recover the fruit,
  • the above fruit heating means may be arranged in a fruit supply line and configured to supply heated fruit to a dryer through the fruit supply line.
  • the above vacuum condensing dryer may further include a refrigerant tank arranged in a refrigerant supply line or a refrigerant recovery line and configured to supply cooled refrigerant to the refrigerant supply line or the refrigerant recovery line, including a refrigerant cooling means for cooling the refrigerant.
  • a refrigerant tank arranged in a refrigerant supply line or a refrigerant recovery line and configured to supply cooled refrigerant to the refrigerant supply line or the refrigerant recovery line, including a refrigerant cooling means for cooling the refrigerant.
  • the above refrigerant cooling means may be arranged in a refrigerant supply line and configured to supply cooled refrigerant to a condenser through the refrigerant supply line.
  • the above fruit heating means or refrigerant cooling means can be controlled to operate when the vacuum condensing dryer is stopped.
  • the above fruit heating means can operate so that the temperature of the fruit becomes higher than the set fruit temperature, or the above refrigerant cooling means can operate so that the temperature of the refrigerant becomes lower than the set refrigerant temperature.
  • the above heat pump may include a heat exchange medium circulation line through which a heat exchange medium circulates; a first heat exchanger disposed on the heat exchange medium circulation line and configured to supply heat energy to the heat exchange medium through heat exchange between the heat exchange medium and the heat exchange medium; an expansion valve disposed on the heat exchange medium circulation line and configured to expand the heat exchange medium that has exchanged heat with the heat exchange medium; a second heat exchanger disposed on the heat exchange medium circulation line and configured to recover heat energy of the refrigerant through heat exchange between the refrigerant and the heat exchange medium; and a compressor disposed on the heat exchange medium circulation line and configured to compress the heat exchange medium that has exchanged heat with the refrigerant.
  • the above vacuum condensing dryer may further include a recovery tank connected to the condenser through a condensation solvent line to receive the condensation solvent of the condenser, and the vacuum pump may be connected to the recovery tank through a non-condensable gas recovery line to discharge non-condensable gas within the condenser and the recovery tank.
  • the above vacuum condensing dryer further includes a raw material preheating device configured to continuously receive and preheat a raw material including a solvent, and continuously discharge the raw material including the preheated solvent, and the dryer can continuously receive and dry the raw material including the preheated solvent from the raw material preheating device.
  • a raw material preheating device configured to continuously receive and preheat a raw material including a solvent, and continuously discharge the raw material including the preheated solvent, and the dryer can continuously receive and dry the raw material including the preheated solvent from the raw material preheating device.
  • the raw material preheating device includes a preheating housing, and the preheating housing can be configured to transfer heat to the raw material including a solvent therein.
  • the dryer comprises a dryer housing; a raw material inlet formed at an upper portion of one side of the dryer housing; a raw material outlet formed at a lower portion of the other side of the dryer housing; and a screw rotatably arranged inside the dryer housing, wherein a raw material containing a solvent is introduced into the dryer housing through the raw material inlet, the raw material containing the solvent is moved to the other side of the dryer housing by the rotating screw and dried, and the dried raw material can be discharged outside the dryer housing through the raw material outlet.
  • the above dryer further includes a fruit inlet formed on one side of the dryer housing; and a fruit outlet formed on the other side of the dryer housing, wherein fruit introduced into the dryer through the fruit inlet moves to the other side and exchanges heat with a raw material including a solvent, and can be discharged to the outside of the dryer through the fruit outlet.
  • energy used for drying a raw material can be reduced and carbon emissions can be minimized by using a heat pump that recovers latent heat generated during condensation of an evaporated solvent in a condenser and supplies the recovered latent heat to a dryer.
  • the fruit heating means heats the fruit or the refrigerant cooling means cools the refrigerant, so that when restarted, sufficient heat for drying or sufficient heat for condensation can be supplied without a high-output heating or cooling facility. Therefore, changes in productivity and quality in the early stage of drying can be minimized.
  • a raw material preheating device is provided upstream of the dryer to preheat the raw material fed into the dryer.
  • the partial pressure of the non-condensable gas can be lowered, and accordingly, the flow rate of the non-condensable gas fed into the dryer can be reduced, thereby reducing the need for increasing the capacity of the vacuum pump.
  • Figure 1 is a schematic configuration diagram of a vacuum condensation dryer according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram of the heat pump of Figure 1.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a vacuum condensing dryer according to another embodiment of the present invention.
  • Figure 4 is a schematic drawing of the preheating device of Figure 3.
  • controller may refer to a hardware device including a memory and a processor.
  • the memory is configured to store program instructions
  • the processor is specifically programmed to execute the program instructions to perform one or more processes described in more detail below.
  • the controller may control the operation of units, modules, components, devices, or the like, as described herein. It is also understood that the methods below may be executed by a device including the controller in conjunction with one or more other components, as will be appreciated by those skilled in the art.
  • controller of the present disclosure may be implemented as a non-transitory computer-readable storage medium containing executable program instructions that are executed by the processor.
  • Examples of computer-readable storage media include, but are not limited to, ROM, RAM, compact disc (CD) ROM, magnetic tapes, floppy disks, flash drives, smart cards, and optical data storage devices.
  • the computer-readable storage medium may also be distributed throughout a computer network so that the program instructions are stored and executed in a distributed manner, such as on a telematics server or a Controller Area Network (CAN).
  • CAN Controller Area Network
  • a vacuum condensing dryer comprises a dryer for drying a raw material through heat exchange with a fruit, evaporating a solvent, and discharging the evaporated solvent, a condenser for condensing the evaporated solvent through heat exchange with a refrigerant, and a heat pump for circulating a heat exchange medium to recover heat energy from the refrigerant and supplying the recovered heat energy to the fruit.
  • the vacuum condensing dryer further includes a fruit supply line for supplying fruit from a heat pump to the dryer, a fruit recovery line for recovering fruit from the dryer to the heat pump, a refrigerant supply line for supplying refrigerant from the heat pump to the condenser, a refrigerant recovery line for recovering refrigerant from the condenser to the heat pump, a fruit tank including a fruit heating means disposed in the fruit supply line or the fruit recovery line for heating the fruit, or a refrigerant tank including a refrigerant cooling means disposed in the refrigerant supply line or the refrigerant recovery line for cooling the refrigerant.
  • the fruit heating means heats the fruit or the refrigerant cooling means cools the refrigerant.
  • heat energy or cold energy required for normal operation can be prepared by a low-output heating device or a cooling device. Therefore, when the vacuum condensing dryer is restarted, a sufficient amount of heat for drying can be supplied or a sufficient amount of heat for condensation can be recovered even without a high-output heating device or a cooling device. Therefore, changes in productivity and quality in the initial stage of drying can be minimized.
  • the vacuum condensing dryer further includes a vacuum pump connected to the condenser to lower the pressure inside the condenser and discharge non-condensable gas generated during the condensation process of the solvent, and a recovery tank connected to the condenser to receive the condensed solvent of the condenser.
  • the vacuum pump is connected to the condenser through the recovery tank to discharge non-condensable gas inside the condenser and the recovery tank.
  • the vacuum pump is connected to the dryer through an evaporation solvent line connecting the dryer and the condenser, so as to lower not only the internal pressure of the condenser but also the internal pressure of the dryer. Therefore, the saturation pressure and drying temperature of the solvent inside the dryer can be lowered. Accordingly, the raw material inside the dryer can be sufficiently dried even through an indirect heating method.
  • the vacuum condensing dryer further includes a raw material preheating device configured to continuously receive a raw material including a solvent, preheat it, and continuously discharge the raw material including the preheated solvent, and the dryer is configured to continuously receive the raw material including the preheated solvent from the raw material preheating device and dry it.
  • the raw material preheating device can increase the partial pressure of the condensable solvent introduced into the dryer together with the raw material by preheating the raw material including the solvent, while lowering the partial pressure of the non-condensable gas. Therefore, the flow rate of the non-condensable gas introduced into the dryer can be reduced, thereby minimizing the decrease in the vacuum degree of the dryer, and there is no need to increase the capacity of the vacuum pump to maintain the vacuum degree.
  • the flow rate of the non-condensable gas introduced into the dryer can be reduced, thereby reducing the flow rate of the non-condensable gas to the vacuum pump, and thereby further reducing the energy consumed by the vacuum pump and the post-processing equipment.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a vacuum condensing dryer according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic diagram of a heat pump of FIG. 1.
  • a vacuum condensing dryer (10) includes a dryer (20), a condenser (50), and a heat pump (40).
  • the dryer (20) is configured to dry the raw material through heat exchange with the fruit, evaporate the solvent, and discharge the evaporated solvent.
  • the dryer (20) includes a dryer housing (21) having a drying space formed therein.
  • a raw material inlet (22) is formed at the upper part of one side of the dryer housing (21), and a raw material including a solvent requiring drying is introduced into the drying space within the dryer housing (21) through the raw material inlet (22).
  • a raw material outlet (24) is formed at the lower part of the other side of the dryer housing (21), and the dried raw material is discharged to the outside of the dryer housing (21) through the raw material outlet (24).
  • a fruit inlet (30) is formed on one side of the dryer housing (21), and hot fruit for drying is introduced into the dryer housing (21) through the fruit inlet (30).
  • a fruit outlet (32) is formed on the other side of the dryer housing (21), and the fruit that has exchanged heat with the raw material, particularly the solvent contained in the raw material, flows out to the outside of the dryer housing (21) through the fruit outlet (32).
  • a jacket or the like is formed inside the dryer housing (21), and the fruit introduced into the dryer housing (21) through the fruit inlet (30) moves through the jacket and does not directly contact the raw material inside the dryer housing (21). That is, the dryer (20) according to the embodiment of the present invention uses an indirect heating method that heats and dries the raw material by the fruit moving inside the jacket or the like. Therefore, fine particle flying products are not generated inside the dryer, the risk of dust explosion is reduced, hot spots are not formed, and the risk of fire can be reduced.
  • a screw (26) is rotatably arranged inside the dryer housing (21), and at least one screw thread (28) is formed on the outer surface of the screw (26).
  • the screw (26) rotates inside the dryer housing (21) and moves the raw material from one side to the other. Accordingly, the heat energy of the fruit can be evenly transferred to the raw material transported by the screw (26).
  • An evaporation solvent outlet (39) connected to an evaporation solvent line (38) is formed on the upper side of the other side of the dryer housing (21), so that the evaporation solvent evaporated by heat exchange with the fruit inside the dryer housing (21) flows out to the evaporation solvent line (38) through the evaporation solvent outlet (39).
  • the condenser (50) is configured to condense the evaporated solvent from the dryer (20) through heat exchange with the refrigerant, and to discharge the condensed condensed solvent and non-condensable gas.
  • the condenser (50) includes a condenser housing (51) having a condensation space formed therein.
  • An evaporated solvent inlet (56) connected to an evaporated solvent line (38) is formed at the upper portion of the condenser housing (51), so that the evaporated solvent evaporated in the dryer (20) flows into the condensation space inside the condenser housing (51) through the evaporated solvent line (38) and the evaporated solvent inlet (56).
  • a condensed solvent outlet (58) is formed at the lower portion of the condenser housing (51), so that the condensed solvent condensed through heat exchange with the refrigerant inside the condenser housing (51) flows out of the condenser housing (51) through the condensed solvent outlet (58).
  • a refrigerant supply line (54) is connected to one side of the condenser housing (51), and cold refrigerant is introduced into the condenser housing (51) through the refrigerant supply line (54) for condensation of the solvent.
  • a refrigerant recovery line (52) is connected to the other side of the condenser housing (51), and the refrigerant that has recovered heat energy by heat exchange with the evaporated solvent flows out to the outside of the condenser housing (51) through the refrigerant recovery line (52).
  • a jacket or the like is formed inside the condenser housing (51), and the refrigerant introduced into the condenser housing (51) through the refrigerant supply line (54) moves through the jacket and does not directly contact the solvent inside the condenser housing (51).
  • the heat pump (40) is configured to circulate a heat exchange medium to recover heat energy from the refrigerant and supply the recovered heat energy as a heat source. As shown in FIGS. 1 and 2, the heat pump (40) includes a heat exchange medium circulation line (42), first and second heat exchangers (43, 45), an expansion valve (44), and a compressor (46).
  • the heat exchange medium circulation line (42) connects the first heat exchanger (43), the expansion valve (44), the second heat exchanger (45), and the compressor (46) so that the heat exchange medium sequentially circulates through the first heat exchanger (43), the expansion valve (44), the second heat exchanger (45), and the compressor (46).
  • the first heat exchanger (43) is arranged on the heat exchange medium circulation line (42) downstream of the compressor (46), and transfers heat energy to the fruit through heat exchange between the heat exchange medium circulating in the heat exchange medium circulation line (42) and the fruit.
  • the first heat exchanger (43) is connected to the fruit supply line (34), and the fruit that has received heat energy through heat exchange with the heat exchange medium is supplied to the dryer (20).
  • the first heat exchanger (43) is connected to the fruit recovery line (36), and the fruit that has undergone heat exchange with the raw material is recovered from the dryer (20).
  • the fruit supply line (34) and the fruit recovery line (36) are connected to each other within the first heat exchanger (43).
  • the expansion valve (44) is placed on the heat exchange medium circulation line (42) downstream of the first heat exchanger (43) and expands the heat exchange medium that supplied heat energy to the heat medium in the first heat exchanger (43) to lower the temperature of the heat exchange medium.
  • the second heat exchanger (45) is arranged on the heat exchange medium circulation line (42) downstream of the expansion valve (44), and recovers the heat energy of the refrigerant through heat exchange between the heat exchange medium, which has been expanded by the expansion valve (44) and has its temperature lowered, and the refrigerant.
  • the heat energy recovered from the refrigerant in the second heat exchanger (45) is transferred to the heat medium in the first heat exchanger (43) and used for drying the raw material. Therefore, the amount of energy that must be input from the outside for drying the raw material can be reduced.
  • the second heat exchanger (45) is connected to the refrigerant supply line (54), and the refrigerant, which has its temperature lowered through heat exchange with a heat exchange medium, is supplied to the condenser (50).
  • the second heat exchanger (45) is connected to the refrigerant recovery line (52), and the refrigerant, which has recovered its heat energy through heat exchange with an evaporation solvent, is recovered from the condenser (50).
  • the refrigerant supply line (54) and the refrigerant recovery line (52) are connected to each other within the second heat exchanger (45).
  • the compressor (46) is placed on the heat exchange medium circulation line (42) downstream of the second heat exchanger (45), and compresses the heat exchange medium that has recovered heat energy from the refrigerant in the second heat exchanger (45) to increase the temperature of the heat exchange medium.
  • the heat exchange medium compressed in the compressor (46) moves to the first heat exchanger (43) and circulates through the heat exchange medium circulation line (42).
  • the evaporative condensation dryer (10) further includes a fruit tank (100) and a refrigerant tank (110).
  • the fruit tank (100) is arranged in the fruit supply line (34) or the fruit retrieval line (36) to temporarily store the fruit in the fruit supply line (34) or the fruit retrieval line (36), and supplies the stored fruit to the fruit supply line (34) or the fruit retrieval line (36).
  • the fruit tank (100) is arranged in the fruit supply line (34) and includes a fruit heating means (105) provided therein.
  • the fruit heating means (105) heats the fruit in the fruit tank (100), and the heated fruit can be supplied to the dryer (20) through the fruit supply line (34) when the vacuum condensation dryer (10) is started or operated.
  • the refrigerant tank (110) is disposed in the refrigerant supply line (54) or the refrigerant recovery line (52) to temporarily store the refrigerant in the refrigerant supply line (54) or the refrigerant recovery line (52), and supplies the stored refrigerant to the refrigerant supply line (54) or the refrigerant recovery line (52).
  • the refrigerant tank (110) is disposed in the refrigerant supply line (54) and includes a refrigerant cooling means (115) provided therein.
  • the refrigerant heating means (115) cools the refrigerant in the refrigerant tank (110), and the cooled refrigerant can be supplied to the condenser (50) through the refrigerant supply line (54) when the vacuum condensing dryer (10) is started or operated.
  • the above evaporative condensation dryer (10) may further include a controller (not shown).
  • the controller is connected to the fruit heating means (105) and/or the refrigerant cooling means (115) to control the fruit heating means (105) and/or the refrigerant cooling means (115).
  • the controller controls the fruit heating means (105) to heat the fruit or controls the refrigerant cooling means (115) to cool the refrigerant.
  • the operation of the heat pump (40) alone may not be sufficient to dry the raw material or condense the solvent.
  • a high-output heating facility or cooling facility that can supply sufficient heat energy or cold energy for normal operation at the beginning of drying has also been used.
  • the fruit heating means (105) heats the fruit to maintain the temperature of the fruit above the set fruit temperature
  • the refrigerant cooling means (115) cools the refrigerant to maintain the temperature of the refrigerant below the set refrigerant temperature. Therefore, when the vacuum condensing dryer (10) is restarted or at the beginning of operation, it is possible to supply sufficient heat for drying or recover sufficient heat for condensation without a high-output heating or cooling facility. Therefore, changes in productivity and quality at the beginning of drying can be minimized.
  • the above evaporative condensation dryer (10) further includes a vacuum pump (90) and a recovery tank (80, 85).
  • FIG. 1 illustrates a vacuum condensation dryer (10) equipped with two recovery tanks (80, 85), but the number of recovery tanks is not limited to two, and more than one recovery tank may be used.
  • the first recovery tank (80) is connected to the condenser (50) through the first condensation solvent line (60). Accordingly, the condensed solvent and the uncondensed non-condensable gas in the condenser (50) are discharged to the first recovery tank (80) through the first condensation solvent line (60).
  • the second recovery tank (85) is connected to the first recovery tank (80) through the second condensed solvent line (62). Accordingly, a portion of the condensed solvent and non-condensable gas in the first recovery tank (80) moves to the second recovery tank (85) through the second condensed solvent line (62).
  • the second recovery tank (85) is connected to the condensed solvent discharge line (64) and discharges the condensed solvent through the condensed solvent discharge line (64).
  • the vacuum pump (90) is connected to the first recovery tank (80) through the first non-condensable gas recovery line (66), and a portion of the non-condensable gas in the first recovery tank (80) is sucked into the vacuum pump (90) through the first non-condensable gas recovery line (66).
  • the vacuum pump (90) is connected to the second recovery tank (85) through the second non-condensable gas recovery line (68), and the non-condensable gas in the second recovery tank (85) is sucked into the vacuum pump (90) through the second non-condensable gas recovery line (68).
  • the vacuum pump (90) is connected to the non-condensable gas discharge line (70), and discharges the sucked non-condensable gas to a post-processing device (not shown) or the like through the non-condensable gas discharge line (70).
  • the vacuum pump (90) is connected to the condenser (50) through the first and second non-condensable gas recovery lines (66, 68) and the first and second condensed solvent lines (60, 62) so as to lower the pressure inside the condenser (50).
  • the vacuum pump (90) is connected to the dryer (20) through the evaporation solvent line (38) connecting the dryer (20) and the condenser (50) so as to lower not only the pressure inside the condenser (50) but also the pressure inside the dryer (20). Therefore, the saturation pressure and drying temperature of the solvent inside the dryer (20) can be lowered. Accordingly, the raw material inside the dryer (20) can be sufficiently dried even through the indirect heating method.
  • FIG. 3 is a schematic diagram of a vacuum condensation dryer according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating a preheating device of FIG. 3.
  • a vacuum condensing dryer (10) includes a raw material preheating device (200), a raw material input device (300), a dryer (20), a condenser (50), a vacuum pump (90), and a dryer discharge device (700). It should be noted that the vacuum condensing dryer (10) according to another embodiment of the present invention may also be equipped with a heat pump similarly to the vacuum condensing dryer (10) according to the embodiment of the present invention, but it is not illustrated in FIG. 3 for the convenience of explanation.
  • the raw material preheating device (200) is configured to continuously receive a raw material including a solvent (e.g., moisture, etc.), preheat the raw material including the supplied solvent, and continuously discharge the raw material including the preheated solvent.
  • the raw material preheating device (200) includes a preheating housing (240).
  • the upper portion of the preheating housing (240) is formed as a raw material hopper (220) that is opened and continuously receives a raw material including a solvent, and a raw material discharge port (260) that continuously discharges the raw material including the preheated solvent is formed at the lower portion of the preheating housing (26).
  • the preheating housing (240) itself is configured to transfer heat to the raw material including the solvent contained therein to increase the temperature of the raw material (including the solvent).
  • a jacket is formed in the preheating housing (240) so that hot heat can flow through the jacket and transfer heat to the raw material including the solvent within the preheating housing (240).
  • an electric heater may be provided in the preheating housing (240) to transfer heat to a raw material including a solvent within the preheating housing (240).
  • the heat transfer means provided in the raw material preheating device (200) is not limited to the one exemplified, and may include any means capable of transferring heat to a raw material including a solvent within the preheating housing (240).
  • the above raw material preheating device (200) is configured to preheat the raw material including the solvent to a set temperature to increase the partial pressure of the solvent in the atmospheric pressure gas entering the dryer (20) together with the raw material.
  • the partial pressure of the solvent in the atmospheric pressure gas increases, the partial pressure of the non-condensable gas in the atmospheric pressure gas decreases, and accordingly, the flow rate of the non-condensable gas in the atmospheric pressure gas entering the dryer (20) decreases.
  • Table 1 shows the partial pressure of water vapor in a gas at atmospheric pressure according to the temperature when saturated.
  • water vapor is a common example of a solvent
  • air is a common example of a non-condensable gas.
  • the partial pressure of water vapor in the gas at atmospheric pressure is 0.20 bar and the partial pressure of air is 0.81 bar, and it can be seen that the partial pressure of air is significantly higher than the partial pressure of water vapor.
  • the temperature of the gas at atmospheric pressure is 90°C
  • the partial pressure of water vapor in the gas at atmospheric pressure is 0.70 bar and the partial pressure of air is 0.31 bar, and it can be seen that the partial pressure of water vapor is rather significantly higher than the partial pressure of air.
  • the raw material preheating device (200) preheats the raw material including the solvent (e.g., moisture) to a set temperature, the partial pressure of the evaporated solvent in the atmospheric pressure gas around the raw material increases and the partial pressure of the non-condensable gas decreases, whereby the flow rate of the evaporated solvent in the atmospheric pressure gas entering the dryer (20) together with the raw material increases and the flow rate of the non-condensable gas decreases.
  • the solvent e.g., moisture
  • the suction rate of the vacuum pump (90) for maintaining the internal vacuum of the vacuum condensation dryer (10) is determined by the flow rate of the non-condensable gas that the vacuum pump (90) must discharge.
  • the effect on the suction rate of the vacuum pump (90) is minimal. Therefore, the capacity of the vacuum pump (90) does not need to be increased in order to maintain the internal vacuum of the vacuum condensation dryer (10), and the energy consumed by the vacuum pump (90) can be reduced.
  • the cross-sectional area of the raw material hopper (220) into which the raw material is fed is sufficiently larger than the cross-sectional area of the raw material discharge port (260) through which the preheated raw material is discharged, so that the time for which the raw material fed into the preheating housing (240) remains in the preheating housing (240) can be sufficiently increased. Accordingly, the raw material fed into the raw material preheating device (200) can receive a sufficient amount of heat from the preheating housing (240).
  • the cross-sectional area of the raw material discharge port (260) can be set by a person skilled in the art according to the diameter of the raw material, the amount of heat that the preheating housing (240) transfers to the raw material per hour, the set temperature, etc.
  • the raw material input device (300) is arranged between the raw material preheating device (200) and the dryer (20), and is configured to input raw material including a solvent preheated in the raw material preheating device (200) into the upper part of one side of the dryer (20).
  • the raw material input device (300) may be, but is not limited to, a rotary valve, a drum feeder, etc.
  • the raw material input device (300) continuously discharges raw material including a preheated solvent into a raw material input line (420), and the raw material input line (420) is connected to the inlet (22) of the dryer (20), so that the raw material including the preheated solvent is input into the dryer (20) through the raw material inlet (22).
  • the dryer (20) is configured to continuously receive raw material including a solvent preheated in a raw material preheating device (200) through a raw material input device (300), dry the raw material including the solvent through heat exchange with a fruit, continuously discharge the dried dried body, and discharge the evaporated solvent evaporated during the drying process of the raw material.
  • the dryer (20) includes a dryer housing (21) having a drying space formed therein.
  • a raw material inlet (22) connected to a raw material input line (420) is formed at the upper portion of one side of the dryer housing (21), and the raw material including the preheated solvent is fed into the drying space within the dryer housing (21) through the raw material inlet (22).
  • a raw material outlet (24) is formed at the lower portion of the other side of the dryer housing (21), and the raw material outlet (24) is connected to a raw material discharge line (440). Therefore, the dried raw material is continuously discharged to the outside of the dryer housing (21) through the raw material discharge line (440).
  • a fruit inlet (30, see FIG. 1) is formed on one side of the dryer housing (21), and the fruit inlet (30) is connected to a fruit supply line (34, see FIGS. 1 and 2). Therefore, the fruit, which has received thermal energy through heat exchange with a heat exchange medium in the heat pump, can be supplied to the dryer (20) through the fruit supply line (34) and the fruit inlet (30).
  • a fruit outlet (32, see FIG. 1) is formed on the other side of the dryer housing (21), and the fruit outlet (32) is connected to a fruit recovery line (36, see FIGS. 1 and 2).
  • the fruit which has undergone heat exchange with the raw material, particularly the solvent included in the raw material, can flow out of the dryer housing (21) through the fruit outlet (32) and the fruit recovery line (36) and be recovered by the heat pump.
  • a jacket or the like is formed inside the dryer housing (21), so that the fruit that enters the dryer housing (21) through the fruit inlet (30) moves through the jacket and does not come into direct contact with the raw material inside the dryer housing (21).
  • a transfer device e.g., a screw (26) of FIG. 1 that stirs the raw material and transfers the raw material from one side to the other side may be rotatably provided inside the above dryer housing (21).
  • the transfer device stirs the raw material so that heat is evenly transferred to the raw material.
  • the transfer device may be, for example, a screw (26) having screw threads (28) formed on the outer surface, a paddle shaft having a plurality of paddles, or the like, but is not limited thereto.
  • the transfer device may be any device that performs the function of stirring the raw material and transferring the raw material from one side to the other side.
  • An evaporation solvent outlet (39) connected to an evaporation solvent line (38) is formed on the upper side of the other side of the dryer housing (21), so that the evaporation solvent evaporated by heat exchange with the fruit inside the dryer housing (21) flows out to the evaporation solvent line (38) through the evaporation solvent outlet (39).
  • the drying discharge device (700) is arranged in the raw material discharge line (440) and configured to continuously discharge the raw material dried in the dryer (20).
  • the drying discharge device (700) may be, but is not limited to, a rotary valve, a drum feeder, etc.
  • the condenser (50) is configured to continuously receive the evaporation solvent from the dryer (20), condense the evaporation solvent through heat exchange with the refrigerant, and discharge the condensed condensed solvent and non-condensable gas.
  • the condenser (50) includes a condenser housing (51) having a condensation space formed therein.
  • An evaporation solvent inlet (56) connected to an evaporation solvent line (38) is formed at the upper part of one side of the condenser housing (51), so that the evaporation solvent evaporated in the dryer (20) flows into the condensation space inside the condenser housing (51) through the evaporation solvent line (38) and the evaporation solvent inlet (56) together with the evaporation solvent introduced into the dryer (20).
  • a condensation solvent outlet (58) is formed at the lower part of the condenser housing (51), so that the condensation solvent condensed through heat exchange with the refrigerant inside the condenser housing (51) flows out of the condenser housing (51) through the condensation solvent outlet (58).
  • a refrigerant recovery line (52, see FIG. 1) is connected to the other side of the condenser housing (51), and the refrigerant that has recovered heat energy by heat exchange with the evaporated solvent flows out to the outside of the condenser housing (51) through the refrigerant recovery line (52).
  • a jacket or the like is formed inside the condenser housing (51), and the refrigerant introduced into the condenser housing (51) through the refrigerant supply line (54) moves through the jacket and does not directly contact the solvent inside the condenser housing (51).
  • a first condensation solvent line (60) is connected to the other side of the condenser housing (51), so that the condensation solvent condensed within the condenser housing (51) and the non-condensable gas that is not condensed are discharged to the outside of the condenser housing (51) through the first condensation solvent line (60).
  • the heat pump is configured to circulate a heat exchange medium to recover heat energy from the refrigerant and supply the recovered heat energy as a heat source.
  • the heat pump (40) includes a heat exchange medium circulation line (42), first and second heat exchangers (43, 45), an expansion valve (44), and a compressor (46). Since the heat pump is identical or functionally very similar to the heat pump (40) shown in FIGS. 1 and 2, a further detailed description will be omitted.
  • An evaporative condensation dryer (10) may further include a fruit tank (100, see FIG. 1) disposed in a fruit supply line (34) or a fruit recovery line (36), and a refrigerant tank (110, see FIG. 1) disposed in a refrigerant supply line (54) or a refrigerant recovery line (52).
  • the positions and functions of the fruit tank (100) and the refrigerant tank (110) are the same as or very similar to the positions and functions of the fruit tank (100) and the refrigerant tank (110) illustrated in FIG. 1, and therefore, further description thereof will be omitted.
  • An evaporative condensation dryer (10) may further include a vacuum pump (90) and a recovery tank (80, 85).
  • the connection relationship and function of the vacuum pump (90) and the recovery tank (80, 85) according to another embodiment of the present invention are the same as or very similar to the connection relationship and function of the vacuum pump (90) and the recovery tank (80, 85) according to the embodiment of the present invention, and therefore, a further detailed description will be omitted.
  • the present invention is not limited to the above embodiments, and includes all changes that can be easily modified and deemed equivalent by a person having ordinary skill in the art to which the present invention pertains from the embodiments of the present invention.

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Abstract

진공 응축 건조기가 개시된다. 진공 응축 건조기는 용매를 포함하는 원료와 열매와의 열교환을 통해 원료를 건조하여 배출하고 건조 과정에서 증발된 증발 용매를 배출하도록 구성된 건조기; 증발 용매 라인을 통해 상기 건조기로부터 증발 용매를 받아 냉매와의 열교환을 통해 증발 용매를 응축 용매로 응축하고, 응축 냉매를 배출하도록 구성된 응축기; 열교환 매체를 순환시켜 상기 열교환 매체와 냉매와의 열교환을 통해 냉매로부터 열 에너지를 회수하고 상기 열교환 매체와 열매와의 열교환을 통해 열매로 회수된 열 에너지를 공급하도록 구성된 히트 펌프; 응축기에 연결되어 응축기 내부의 압력을 낮추고, 용매의 응축 과정에서 발생하는 비응축성 가스를 배출하도록 구성된 진공 펌프; 그리고 히트 펌프와 건조기 사이를 연결하는 라인에 배치되며, 열매를 가열하는 열매 가열 수단을 포함하여 가열된 열매를 상기 라인에 공급하도록 구성된 열매 탱크를 포함할 수 있다.

Description

진공 응축 건조기
관련 출원들과의 상호 인용
본 출원은 2023년 7월 5일자 한국 특허 출원 제10-2023-0087082호 및 2023년 7월 13일자 한국 특허 출원 제10-2023-0091289호에 기초한 우선권의 이익을 주장하며, 해당 한국 특허 출원의 문헌에 개시된 모든 내용은 본 명세서의 일부로서 포함된다.
본 발명은 진공 응축 건조기에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명의 실시예는 응축기에서 증발 용매의 응축 시 발생하는 잠열을 회수하고 회수된 잠열을 건조기에 공급하는 히트 펌프를 구비하여 원료의 건조에 사용되는 에너지를 줄이고 탄소 배출을 최소화할 수 있는 진공 응축 건조기에 관한 것이다. 본 발명의 다른 실시예는 원료를 예열하여 건조기로 투입함으로써 건조기로의 비응축성 외기 유입을 최소화할 수 있는 진공 응축 건조기에 관한 것이다.
화학 산업에서 입자 형태의 제품(예를 들어, 건조체)은 수분을 포함하는 입자(예를 들어, 원료)를 화학 반응 등을 이용하여 얻고, 이 수분을 포함하는 입자를 건조기에서 건조하여 제작된다. 입자를 건조하기 위하여 화학 산업에서 많이 사용되는 건조기로는 유동층 건조기와 간접 가열식 진공 응축 건조기가 있다.
유동층 건조기는 그 내부로 공급되는 열풍으로 그 내부의 제품을 건조하도록 구성된다. 구체적으로, 열풍을 건조기 내부로 불어 건조기 내부의 제품을 유동화시키는 동시에 용매(수분)의 증발에 필요한 에너지를 공급하며, 증발된 용매 및 위험/유해 물질은 열풍과 함께 후처리 설비로 배출된다. 그러나, 유동층 건조기는 강한 열풍을 사용하므로 미세 입자 비산물이 발생할 수 있고 이에 따라 분진의 폭발 위험이 있으며, 유동 정체 구간이 발생하여 핫스팟(hot spot)이 형성될 수 있고 고온의 열풍으로 인한 화재의 위험이 있다. 또한, 건조 시 발생하는 소량의 위험/유해 물질이 다량의 열풍과 함께 배출되므로 후처리 설비의 용량이 증가하여 후처리 비용이 증가하고, 열풍에 의하여 공급된 에너지 중 일부만이 제품의 건조에 사용되고 나머지는 배기 가스의 형태로 버려져 에너지 효율이 낮았다.
간접 가열식 진공 응축 건조기는 그 내부의 자켓을 흐르는 열매로 자켓 외부의 제품을 건조하도록 구성된다. 구체적으로, 건조기 내부의 자켓에 열매를 공급하여 제품을 건조하고, 증발된 용매는 응축기에서 응축시켜 배출하며, 일부 비응축성 기체는 진공 펌프로 배출된다. 상기 진공 펌프는 응축기와 건조기에 연결되어 건조기 내부의 용매(수분)의 포화 압력 및 건조 온도를 낮출 수 있다. 그러나, 간접 가열식 진공 응축 건조기는 제품의 건조를 위한 에너지와 용매의 응축을 위한 에너지를 각각 공급해야 하므로 전체적인 에너지 효율이 낮았다.
한편, 진공 응축 건조기는 배치식 진공 응축 건조기와 연속식 진공 응축 건조기로 분류될 수 있다.
배치식 진공 응축 건조기에는 개폐 가능한 입구와 출구가 구비되어 있다. 사용자는 입구를 열고 원료를 설정된 양만큼 건조기 내에 넣은 후 입구를 닫고 원료의 건조를 진행한다. 원료의 건조가 완료되면 사용자는 출구를 열어 건조체를 건조기로부터 배출할 수 있다. 그러나, 배치식 진공 응축 건조기는 설정된 양의 원료만을 한 번에 건조할 수 있고 건조가 진행되는 동안 추가적인 원료의 투입이 불가능하므로, 건조량을 늘리기 위해서는 건조기의 용량을 증가시켜야 한다.
연속식 진공 응축 건조기에서 원료의 투입, 원료의 건조 및 건조체의 배출은 연속적인 방식으로 수행된다. 즉, 연속식 진공 응축 건조기로 원료가 연속적으로 투입되고, 투입된 원료는 건조기 내에서 건조되며 출구쪽으로 이동하고, 건조가 완료된 건조체도 연속적으로 배출된다. 원료의 투입, 원료의 건조 및 건조체의 배출이 연속적인 방식으로 수행되므로, 연속식 진공 응축 건조기는 그 용량의 증가 없이도 건조량을 증가시킬 수 있다. 그러나, 건조기에 원료가 투입될 때 비응축성 외기가 함께 건조기로 유입되므로, 건조기 내부의 진공도에 영향을 주어 건조 성능을 악화시킬 수 있고 진공 펌프 또는 후처리 설비로의 비응축성 가스의 유량을 증가시킬 수 있다. 따라서, 건조기 내부의 진공도를 유지하기 위하여 진공 펌프의 용량을 키워야 하며, 진공 펌프 또는 후처리 설비에서 소모되는 에너지가 증가하게 된다.
이 배경기술 부분에 기재된 사항은 발명의 배경에 대한 이해를 증진하기 위하여 작성된 것으로서, 이 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술이 아닌 사항을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예는 응축기에서 증발 용매의 응축 시 발생하는 잠열을 회수하고 회수된 잠열을 건조기에 공급하는 히트 펌프를 이용하여 원료의 건조에 사용되는 에너지를 줄이고 탄소 배출을 최소화할 수 있는 히트 펌프를 구비한 진공 응축 건조기를 제공하고자 한다.
본 발명의 다른 실시예는 열매 공급 라인에 열매 가열 수단을 구비한 열매 탱크를 배치하거나 냉매 공급 라인에 냉매 냉각 수단을 구비한 냉매 탱크를 구비하여 진공 응축 건조기의 재기동 시 별도의 열원 또는 냉원의 공급 없이 원활히 작동이 가능한 진공 응축 건조기를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 실시예는 건조기의 상류에 원료 예열 장치를 구비하여 건조기에 투입되는 원료를 예열하는 진공 응축 건조기를을 제공하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 진공 응축 건조기는 용매를 포함하는 원료와 열매와의 열교환을 통해 원료를 건조하여 배출하고 건조 과정에서 증발된 증발 용매를 배출하도록 구성된 건조기; 증발 용매 라인을 통해 상기 건조기로부터 증발 용매를 받아 냉매와의 열교환을 통해 증발 용매를 응축 용매로 응축하고, 응축 냉매를 배출하도록 구성된 응축기; 열교환 매체를 순환시켜 상기 열교환 매체와 냉매와의 열교환을 통해 냉매로부터 열 에너지를 회수하고 상기 열교환 매체와 열매와의 열교환을 통해 열매로 회수된 열 에너지를 공급하도록 구성된 히트 펌프; 응축기에 연결되어 응축기 내부의 압력을 낮추고, 용매의 응축 과정에서 발생하는 비응축성 가스를 배출하도록 구성된 진공 펌프; 열 에너지를 공급받은 열매를 히트 펌프에서 건조기로 공급하도록 구성된 열매 공급 라인; 원료와 열교환이 된 열매를 건조기에서 히트 펌프로 회수하도록 구성된 열매 회수 라인; 열교환 매체와의 열교환이 된 냉매를 히트 펌프에서 응축기로 공급하도록 구성된 냉매 공급 라인; 증발 용매로부터 열 에너지를 회수한 냉매를 응축기에서 히트 펌프로 회수하도록 구성된 냉매 회수 라인; 그리고 열매 공급 라인 또는 열매 회수 라인에 배치되며, 열매를 가열하는 열매 가열 수단을 포함하여 가열된 열매를 열매 공급 라인 또는 열매 회수 라인에 공급하도록 구성된 열매 탱크를 포함할 수 있다.
상기 열매 가열 수단은 열매 공급 라인에 배치되어 가열된 열매를 열매 공급 라인을 통해 건조기로 공급하도록 구성될 수 있다.
상기 진공 응축 건조기는 냉매 공급 라인 또는 냉매 회수 라인에 배치되며, 냉매를 냉각하는 냉매 냉각 수단을 포함하여 냉각된 냉매를 냉매 공급 라인 또는 냉매 회수 라인에 공급하도록 구성된 냉매 탱크를 더 포함할 수 있다.
상기 냉매 냉각 수단은 냉매 공급 라인에 배치되어 냉각된 냉매를 냉매 공급 라인을 통해 응축기로 공급하도록 구성될 수 있다.
상기 열매 가열 수단 또는 냉매 냉각 수단은 진공 응축 건조기의 정지 시에 작동하도록 제어될 수 있다.
상기 열매 가열 수단은 열매의 온도가 설정 열매 온도 이상이 되도록 작동하거나 상기 냉매 냉각 수단은 냉매의 온도가 설정 냉매 온도 이하가 되도록 작동할 수 있다.
상기 히트 펌프는 열교환 매체가 순환하는 열교환 매체 순환 라인; 열교환 매체 순환 라인 상에 배치되며, 열매와 열교환 매체 사이의 열교환을 통해 열매에 열 에너지를 공급하도록 구성된 제1열교환기; 열교환 매체 순환 라인 상에 배치되며, 열매와 열교환한 열교환 매체를 팽창시키는 팽창 밸브; 열교환 매체 순환 라인 상에 배치되며, 냉매와 열교환 매체 사이의 열교환을 통해 냉매의 열 에너지를 회수하도록 구성된 제2열교환기; 그리고 열교환 매체 순환 라인 상에 배치되며, 냉매와 열교환한 열교환 매체를 압축하는 압축기를 포함할 수 있다.
상기 진공 응축 건조기는 응축 용매 라인을 통해 응축기에 연결되어 응축기의 응축 용매를 받는 회수 탱크를 더 포함하고, 상기 진공 펌프는 비응축성 가스 회수 라인을 통해 회수 탱크에 연결되어 응축기 및 회수 탱크 내의 비응축성 가스를 배출하도록 구성될 수 있다.
상기 진공 응축 건조기는 용매를 포함하는 원료를 연속적으로 받아 예열하고, 예열된 용매를 포함하는 원료를 연속적으로 배출하도록 구성된 원료 예열 장치를 더 포함하고, 상기 건조기는 상기 원료 예열 장치로부터 상기 예열된 용매를 포함하는 원료를 연속적으로 받아 건조할 수 있다.
원료 예열 장치는 예열 하우징을 포함하고, 상기 예열 하우징은 그 내부의 용매를 포함하는 원료에 열을 전달하도록 구성될 수 있다.
건조기는 건조기 하우징; 상기 건조기 하우징의 일측부 상부에 형성되는 원료 입구; 상기 건조기 하우징의 타측부 하부에 형성되는 원료 출구; 그리고 상기 건조기 하우징 내부에 회전 가능하게 배치되는 스크류를 포함하며, 용매를 포함하는 원료는은 원료 입구를 통해 건조기 하우징 내부로 투입되고, 용매를 포함하는 원료는은 회전하는 스크류에 의하여 건조기 하우징의 타측부로 이동하며 건조되고, 건조된 원료는은 원료 출구를 통해 건조기 하우징 외부로 배출될 수 있다.
상기 건조기는 건조기 하우징의 일측에 형성된 열매 입구; 그리고 건조기 하우징의 타측에 형성된 열매 출구를 더 포함하며, 열매 입구를 통해 건조기 내부로 유입된 열매는 타측으로 이동하며 용매를 포함하는 원료와 열교환하고, 열매 출구를 통해 건조기 외부로 유출될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 응축기에서 증발 용매의 응축 시 발생하는 잠열을 회수하고 회수된 잠열을 건조기에 공급하는 히트 펌프를 이용하여 원료의 건조에 사용되는 에너지를 줄이고 탄소 배출을 최소화할 수 있다.
또한, 진공 응축 건조기가 정지하면 열매 가열 수단이 열매를 가열하거나 냉매 냉각 수단이 냉매를 냉각하므로, 재기동 시 높은 출력의 가열 설비나 냉각 설비 없이도 건조를 위한 충분한 열량을 공급하거나 응축을 위한 충분한 열량을 회수할 수 있다. 따라서, 건조 초기의 생산성 및 품질 변화를 최소화할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 건조기의 상류에 원료 예열 장치를 구비하여 건조기에 투입되는 원료를 예열할 수 있다. 건조기에 투입되는 응축성 용매의 분압을 높임으로써 비응축성 가스의 분압을 낮출 수 있고, 이에 따라 건조기에 유입되는 비응축성 가스의 유량을 줄여 진공 펌프의 용량 증가의 필요성을 줄일 수 있다.
그 외에 본 발명의 실시 예로 인해 얻을 수 있거나 예측되는 효과에 대해서는 본 발명의 실시 예에 대한 상세한 설명에서 직접적 또는 암시적으로 개시하도록 한다. 즉 본 발명의 실시 예에 따라 예측되는 다양한 효과에 대해서는 후술될 상세한 설명 내에서 개시될 것이다.
본 명세서의 실시예들은 유사한 참조 부호들이 동일하거나 또는 기능적으로 유사한 요소를 지칭하는 첨부한 도면들과 연계한 이하의 설명을 참조하여 더 잘 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진공 응축 건조기의 개략적인 구성도이다.
도 2는 도 1의 히트 펌프의 개략적인 구성도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 응축 건조기의 개략적인 구성도이다.
도 4는 도 3의 예열 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
위에서 참조된 도면들은 반드시 축척에 맞추어 도시된 것은 아니고, 본 개시의 기본 원리를 예시하는 다양한 선호되는 특징들의 다소 간략한 표현을 제시하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 특정 치수, 방향, 위치, 및 형상을 포함하는 본 개시의 특정 설계 특징들이 특정 의도된 응용과 사용 환경에 의해 일부 결정될 것이다.
여기에서 사용되는 용어는 오직 특정 실시예들을 설명하기 위한 목적이고, 본 발명을 제한하는 것으로 의도되지 않는다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 단수 형태들은, 문맥상 명시적으로 달리 표시되지 않는 한, 복수 형태들을 또한 포함하는 것으로 의도된다. “포함하다” 및/또는 “포함하는”이라는 용어는, 본 명세서에서 사용되는 경우, 언급된 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들 및/또는 컴포넌트들의 존재를 특정하지만, 다른 특징들, 정수들, 단계들, 작동들, 구성요소들, 컴포넌트들 및/또는 이들의 그룹들 중 하나 이상의 존재 또는 추가를 배제하지는 않음을 또한 이해될 것이다. 여기에서 사용되는 바와 같이, 용어 "및/또는"은, 연관되어 나열된 항목들 중 임의의 하나 또는 모든 조합들을 포함한다.
추가적으로, 아래의 방법들 또는 이들의 양상들 중 하나 이상은 적어도 하나 이상의 제어기에 의해 실행될 수 있음이 이해된다. “제어기”라는 용어는 메모리 및 프로세서를 포함하는 하드웨어 장치를 지칭할 수 있다. 메모리는 프로그램 명령들을 저장하도록 구성되고, 프로세서는 아래에서 더욱 자세히 설명되는 하나 이상의 프로세스들을 수행하기 위해 프로그램 명령들을 실행하도록 특별히 프로그래밍된다. 제어기는, 여기에서 기재된 바와 같이, 유닛들, 모듈들, 부품들, 장치들, 또는 이와 유사한 것의 작동을 제어할 수 있다. 또한, 아래의 방법들은, 당업자에 의해 인식되는 바와 같이, 하나 이상의 다른 컴포넌트들과 함께 제어기를 포함하는 장치에 의해 실행될 수 있음이 이해된다.
또한, 본 개시의 제어기는 프로세서에 의해 실행되는 실행 가능한 프로그램 명령들을 포함하는 비일시적인 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체로서 구현될 수 있다. 컴퓨터로 판독 가능한 기록 매체들의 예들은 롬(ROM), 램(RAM), 컴팩트 디스크(CD) 롬, 자기 테이프들, 플로피 디스크들, 플래시 드라이브들, 스마트 카드들 및 광학 데이터 저장 장치들을 포함하지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 컴퓨터 판독가능 기록 매체는 또한 컴퓨터 네트워크 전반에 걸쳐 분산되어 프로그램 명령들이, 예를 들어, 텔레매틱스 서버(telematics server) 또는 제어기 영역 네트워크(Controller Area Network; CAN)와 같은 분산 방식으로 저장 및 실행될 수 있다.
본 발명에 따르면, 진공 응축 건조기는 열매와의 열교환을 통해 원료를 건조하고 용매를 증발시키며 증발 용매를 배출하는 건조기와, 냉매와의 열교환을 통해 상기 증발 용매를 응축하는 응축기와, 열교환 매체를 순환시켜 상기 냉매로부터 열 에너지를 회수하고 회수된 열 에너지를 열매로 공급하는 히트 펌프를 포함한다. 건조기에서 용매 증발에 필요한 열 에너지의 적어도 일부로 응축기에서 냉매로부터 회수한 열 에너지를 사용함으로써 에너지 효율을 증가시킨다.
또한, 진공 응축 건조기는 열매를 히트 펌프에서 건조기로 공급하는 열매 공급 라인과, 열매를 건조기에서 히트 펌프로 회수하는 열매 회수 라인과, 냉매를 히트 펌프에서 응축기로 공급하는 냉매 공급 라인과, 냉매를 응축기에서 히트 펌프로 회수하는 냉매 회수 라인과, 열매 공급 라인 또는 열매 회수 라인에 배치되며 열매를 가열하는 열매 가열 수단을 포함하는 열매 탱크, 또는 냉매 공급 라인 또는 냉매 회수 라인에 배치되며 냉매를 냉각하는 냉매 냉각 수단을 포함하는 냉매 탱크를 더 포함한다. 진공 응축 건조기가 정지하면 열매 가열 수단이 열매를 가열하거나 냉매 냉각 수단이 냉매를 냉각한다. 진공 응축 건조기의 재기동 시 정상적인 작동을 위해 필요한 열 에너지 또는 냉기 에너지를 낮은 출력의 가열 설비나 냉각 설비로 준비할 수 있다. 따라서, 진공 응축 건조기의 재기동 시 높은 출력의 가열 설비나 냉각 설비 없이도 건조를 위한 충분한 열량을 공급하거나 응축을 위한 충분한 열량을 회수할 수 있다. 따라서, 건조 초기의 생산성 및 품질 변화를 최소화할 수 있다.
또한, 진공 응축 건조기는 응축기에 연결되어 응축기 내부의 압력을 낮추고 용매의 응축 과정에서 발생하는 비응축성 가스를 배출하도록 구성된 진공 펌프와, 응축기에 연결되어 응축기의 응축 용매를 받는 회수 탱크를 더 포함한다. 상기 진공 펌프는 회수 탱크를 통해 응축기에 연결되어 응축기 및 회수 탱크 내의 비응축성 가스를 배출한다. 진공 펌프는 건조기와 응축기를 연결하는 증발 용매 라인을 통해 건조기에 연결되어 응축기의 내부 압력뿐만 아니라 건조기의 내부 압력도 낮출 수 있다. 따라서, 건조기 내부의 용매의 포화 압력 및 건조 온도를 낮출 수 있다. 이에 따라, 간접 가열 방식을 통해서도 건조기 내부의 원료를 충분히 건조시킬 수 있다.
또한, 진공 응축 건조기는 용매를 포함하는 원료를 연속적으로 받아 예열하고, 예열된 용매를 포함하는 원료를 연속적으로 배출하도록 구성된 원료 예열 장치를 더 포함하고, 상기 건조기는 상기 원료 예열 장치로부터 상기 예열된 용매를 포함하는 원료를 연속적으로 받아 건조하도록 구성된다. 원료 예열 장치는 용매를 포함하는 원료를 예열함으로써 원료와 함께 건조기에 투입되는 응축성 용매의 분압을 높이는 반면 비응축성 가스의 분압을 낮출 수 있다. 따라서, 건조기에 유입되는 비응축성 가스의 유량을 줄여 건조기의 진공도가 낮아지는 것을 최소화할 수 있고, 진공도를 유지하기 위해 진공 펌프의 용량을 증가시킬 필요가 없다. 또한, 비응축성 가스가 건조기로 유입되는 것을 줄여 진공 펌프로의 비응축성 가스의 유량을 줄일 수 있고, 이에 의하여 진공 펌프 및 후처리 설비에서 소모되는 에너지를 더욱 줄일 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 본 발명의 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 진공 응축 건조기의 개략적인 구성도이고, 도 2는 도 1의 히트 펌프의 개략적인 구성도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 진공 응축 건조기(10)는 건조기(20), 응축기(50), 그리고 히트 펌프(40)를 포함한다.
건조기(20)는 열매와의 열교환을 통해 원료를 건조하고 용매를 증발시키며 증발 용매를 배출하도록 구성된다. 건조기(20)는 그 내부에 건조 공간이 형성된 건조기 하우징(21)을 포함한다. 건조기 하우징(21)의 일측부 상부에는 원료 입구(22)가 형성되어 건조가 요구되는 용매를 포함하는 원료가 원료 입구(22)를 통해 건조기 하우징(21) 내의 건조 공간으로 투입된다. 건조기 하우징(21)의 타측부 하부에는 원료 출구(24)가 형성되어 건조가 된 원료는 원료 출구(24)를 통해 건조기 하우징(21)의 외부로 배출된다.
또한, 건조기 하우징(21)의 일측에는 열매 입구(30)가 형성되어 건조를 위해 뜨거운 열매는 열매 입구(30)를 통해 건조기 하우징(21)의 내부로 유입된다. 건조기 하우징(21)의 타측에는 열매 출구(32)가 형성되어 원료, 특히 원료에 포함된 용매와 열교환한 열매는 열매 출구(32)를 통해 건조기 하우징(21)의 외부로 유출된다. 건조기 하우징(21) 내에는 자켓 등이 형성되어 열매 입구(30)를 통해 건조기 하우징(21) 내로 유입된 열매는 자켓을 통해 이동하며 건조기 하우징(21) 내의 원료와 직접 접촉하지 않는다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 건조기(20)는 자켓 등의 내에서 이동하는 열매로 원료를 가열 및 건조하는 간접 가열 방식을 사용한다. 따라서, 건조기 내에 미세 입자 비산물이 발생하지 않고, 분진의 폭발 위험이 줄어들며, 핫스팟이 형성되지 않고, 화재의 위험이 줄어들 수 있다.
건조기 하우징(21)의 내부에는 스크류(26)가 회전 가능하게 배치되고, 스크류(26)의 외주면에는 적어도 하나의 나사산(28)이 형성되어 있다. 스크류(26)는 건조기 하우징(21) 내부에서 회전하며 원료를 일측에서 타측으로 이동시킨다. 이에 따라, 열매의 열 에너지가 스크류(26)에 의하여 이송되는 원료에 골고루 전달될 수 있다.
건조기 하우징(21)의 타측부 상부에는 증발 용매 라인(38)에 연결된 증발 용매 출구(39)가 형성되어 건조기 하우징(21)의 내부에서 열매와의 열교환에 의하여 증발된 증발 용매는 증발 용매 출구(39)를 통해 증발 용매 라인(38)으로 유출된다.
응축기(50)는 냉매와의 열교환을 통해 건조기(20)로부터의 증발 용매를 응축시키며, 응축된 응축 용매와 비응축성 가스를 배출하도록 구성된다. 응축기(50)는 그 내부에 응축 공간이 형성된 응축기 하우징(51)을 포함한다. 응축기 하우징(51)의 상부에는 증발 용매 라인(38)에 연결된 증발 용매 입구(56)가 형성되어 건조기(20)에서 증발된 증발 용매는 증발 용매 라인(38) 및 증발 용매 입구(56)를 통해 응축기 하우징(51) 내부의 응축 공간에 유입된다. 응축기 하우징(51)의 하부에는 응축 용매 출구(58)가 형성되어 응축기 하우징(51) 내에서 냉매와의 열교환을 통해 응축된 응축 용매는 응축 용매 출구(58)를 통하여 응축기 하우징(51) 외부로 유출된다. 또한, 응축기 하우징(51)의 일측에는 냉매 공급 라인(54)이 연결되어 용매의 응축을 위해 차가운 냉매는 냉매 공급 라인(54)을 통해 응축기 하우징(51)의 내부로 유입된다. 응축기 하우징(51)의 타측에는 냉매 회수 라인(52)이 연결되어 증발 용매와 열교환하여 열 에너지를 회수한 냉매는 냉매 회수 라인(52)을 통해 응축기 하우징(51)의 외부로 유출된다. 응축기 하우징(51) 내에는 자켓 등이 형성되어 냉매 공급 라인(54)을 통해 응축기 하우징(51) 내로 유입된 냉매는 자켓을 통해 이동하며 응축기 하우징(51) 내의 용매와 직접 접촉하지 않는다.
히트 펌프(40)는 열교환 매체를 순환시켜 상기 냉매로부터 열 에너지를 회수하고, 회수된 열 에너지를 열매로 공급하도록 구성된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 히트 펌프(40)는 열교환 매체 순환 라인(42)과, 제1, 2열교환기(43, 45)와, 팽창 밸브(44)와, 압축기(46)를 포함한다.
열교환 매체 순환 라인(42)은 제1열교환기(43), 팽창 밸브(44), 제2열교환기(45), 그리고 압축기(46)를 연결하여 열교환 매체가 제1열교환기(43), 팽창 밸브(44), 제2열교환기(45), 그리고 압축기(46)를 순차적으로 순환하도록 한다.
제1열교환기(43)는 압축기(46) 하류의 상기 열교환 매체 순환 라인(42) 상에 배치되며, 열교환 매체 순환 라인(42)을 순환하는 열교환 매체와 열매와의 열교환을 통해 열매에 열 에너지를 전달한다. 상기 제1열교환기(43)는 열매 공급 라인(34)에 연결되어 열교환 매체와의 열교환을 통해 열 에너지를 공급받은 열매가 건조기(20)에 공급된다. 또한, 상기 제1열교환기(43)는 열매 회수 라인(36)에 연결되어 원료와 열교환을 한 열매가 건조기(20)로부터 회수된다. 상기 열매 공급 라인(34)과 열매 회수 라인(36)은 제1열교환기(43) 내에서 서로 연결된다.
팽창 밸브(44)는 제1열교환기(43) 하류의 상기 열교환 매체 순환 라인(42) 상에 배치되며, 제1열교환기(43)에서 열매에 열 에너지를 공급한 열교환 매체를 팽창시켜 열교환 매체의 온도를 낮춘다.
제2열교환기(45)는 팽창 밸브(44) 하류의 상기 열교환 매체 순환 라인(42) 상에 배치되며, 팽창 밸브(44)에서 팽창되어 그 온도가 낮아진 열교환 매체와 냉매와의 열교환을 통해 냉매의 열 에너지를 회수한다. 제2열교환기(45)에서 냉매로부터 회수한 열 에너지는 제1열교환기(43)에서 열매에 전달되어 원료의 건조에 사용된다. 따라서, 원료의 건조를 위해 외부에서 투입되어야 하는 에너지의 양을 줄일 수 있다.
상기 제2열교환기(45)는 냉매 공급 라인(54)에 연결되어 열교환 매체와의 열교환을 통해 온도가 낮아진 냉매가 응축기(50)에 공급된다. 또한, 상기 제2열교환기(45)는 냉매 회수 라인(52)에 연결되어 증발 용매와의 열교환을 통해 열 에너지를 회수한 냉매가 응축기(50)로부터 회수된다. 상기 냉매 공급 라인(54)과 냉매 회수 라인(52)은 제2열교환기(45) 내에서 서로 연결된다.
압축기(46)는 제2열교환기(45) 하류의 상기 열교환 매체 순환 라인(42) 상에 배치되며, 제2열교환기(45)에서 냉매로부터 열 에너지를 회수한 열교환 매체를 압축시켜 열교환 매체의 온도를 상승시킨다. 압축기(46)에서 압축된 열교환 매체는 제1열교환기(43)로 이동하여 열교환 매체 순환 라인(42)을 순환한다.
다시 도 1을 참고하면, 증발 응축 건조기(10)는 열매 탱크(100)와 냉매 탱크(110)를 더 포함한다.
열매 탱크(100)는 열매 공급 라인(34) 또는 열매 회수 라인(36)에 배치되어 열매 공급 라인(34) 또는 열매 회수 라인(36)의 열매를 일시적으로 저장하며, 저장된 열매를 열매 공급 라인(34) 또는 열매 회수 라인(36)에 공급한다. 하나의 예에서, 상기 열매 탱크(100)는 열매 공급 라인(34)에 배치되고 그 내부에 구비된 열매 가열 수단(105)을 포함한다. 열매 가열 수단(105)은 열매 탱크(100) 내의 열매를 가열하고, 가열된 열매는 진공 응축 건조기(10)의 기동 시 또는 작동 시에 열매 공급 라인(34)을 통해 건조기(20)로 공급될 수 있다.
냉매 탱크(110)는 냉매 공급 라인(54) 또는 냉매 회수 라인(52)에 배치되어 냉매 공급 라인(54) 또는 냉매 회수 라인(52)의 냉매를 일시적으로 저장하며, 저장된 냉매를 냉매 공급 라인(54) 또는 냉매 회수 라인(52)에 공급한다. 하나의 예에서, 상기 냉매 탱크(110)는 냉매 공급 라인(54)에 배치되고 그 내부에 구비된 냉매 냉각 수단(115)을 포함한다. 냉매 가열 수단(115)은 냉매 탱크(110) 내의 냉매를 냉각하고, 냉각된 냉매는 진공 응축 건조기(10)의 기동 시 또는 작동 시에 냉매 공급 라인(54)을 통해 응축기(50)로 공급될 수 있다.
상기 증발 응축 건조기(10)는 제어기(도시하지 않음)를 더 포함할 수 있다. 상기 제어기는 열매 가열 수단(105) 및/또는 냉매 냉각 수단(115)에 연결되어 열매 가열 수단(105) 및/또는 냉매 냉각 수단(115)을 제어한다. 하나의 예에서, 진공 응축 건조기(10)가 정지하면 제어기는 열매 가열 수단(105)이 열매를 가열하도록 제어하거나 냉매 냉각 수단(115)이 냉매를 냉각하도록 제어한다. 진공 응축 건조기(10)의 재기동 시 또는 작동 초기에는 히트 펌프(40)의 작동만으로는 원료를 건조하거나 용매를 응축시키기에 충분하지 않을 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여, 건조 초기에 정상적인 작동을 위해 충분한 열 에너지 또는 냉기 에너지를 공급할 수 있는 높은 출력의 가열 설비나 냉각 설비가 사용되기도 하였다. 그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 진공 응축 건조기(10)가 정지하면 열매 가열 수단(105)이 열매를 가열하여 열매의 온도를 설정 열매 온도 이상으로 유지하거나 냉매 냉각 수단(115)이 냉매를 냉각하여 냉매의 온도를 설정 냉매 온도 이하로 유지한다. 따라서, 진공 응축 건조기(10)의 재기동 시 또는 작동 초기에 높은 출력의 가열 설비나 냉각 설비 없이도 건조를 위한 충분한 열량을 공급하거나 응축을 위한 충분한 열량을 회수할 수 있다. 따라서, 건조 초기의 생산성 및 품질 변화를 최소화할 수 있다.
상기 증발 응축 건조기(10)는 진공 펌프(90)와, 회수 탱크(80, 85)를 더 포함한다. 도 1에는 두 개의 회수 탱크(80, 85)가 구비된 진공 응축 건조기(10)를 예시하나, 회수 탱크의 개수는 두 개에 한정되지 아니하며, 하나 이상의 회수 탱크가 사용될 수 있다.
제1회수 탱크(80)는 제1응축 용매 라인(60)을 통해 응축기(50)에 연결된다. 따라서, 응축기(50)에서 응축된 응축 용매와 응축되지 않은 비응축성 가스는 제1응축 용매 라인(60)을 통해 제1회수 탱크(80)로 배출된다.
제2회수 탱크(85)는 제2응축 용매 라인(62)을 통해 제1회수 탱크(80)에 연결된다. 따라서, 제1회수 탱크(80) 내의 응축 용매와 비응축성 가스의 일부는 제2응축 용매 라인(62)을 통해 제2회수 탱크(85)로 이동한다. 제2회수 탱크(85)는 응축 용매 배출 라인(64)에 연결되어 응축 용매 배출 라인(64)을 통해 응축 용매를 배출한다.
진공 펌프(90)는 제1비응축성 가스 회수 라인(66)을 통해 제1회수 탱크(80)에 연결되어 제1회수 탱크(80) 내의 비응축성 가스의 일부는 제1비응축성 가스 회수 라인(66)을 통해 진공 펌프(90)로 흡입된다. 또한, 진공 펌프(90)는 제2비응축성 가스 회수 라인(68)을 통해 제2회수 탱크(85)에 연결되어 제2회수 탱크(85) 내의 비응축성 가스는 제2비응축성 가스 회수 라인(68)을 통해 진공 펌프(90)로 흡입된다. 진공 펌프(90)는 비응축성 가스 배출 라인(70)에 연결되어 흡입한 비응축성 가스를 비응축성 가스 배출 라인(70)을 통해 후처리 장치(도시하지 않음) 등으로 배출한다.
진공 펌프(90)는 제1, 2비응축성 가스 회수 라인(66, 68)과 제1, 2응축 용매 라인(60, 62)을 통해 응축기(50)에 연결되어 응축기(50) 내부의 압력을 낮출 수 있다. 또한, 진공 펌프(90)는 건조기(20)와 응축기(50)를 연결하는 증발 용매 라인(38)을 통해 건조기(20)에 연결되어 응축기(50)의 내부 압력뿐만 아니라 건조기(20)의 내부 압력도 낮출 수 있다. 따라서, 건조기(20) 내부의 용매의 포화 압력 및 건조 온도를 낮출 수 있다. 이에 따라, 간접 가열 방식을 통해서도 건조기(20) 내부의 원료를을 충분히 건조시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 응축 건조기의 개략적인 구성도이고, 도 4는 도 3의 예열 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 응축 건조기(10)는 원료 예열 장치(200), 원료 투입 장치(300), 건조기(20), 응축기(50), 진공 펌프(90), 그리고 건조체 배출 장치(700)를 포함한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 응축 건조기(10)도 본 발명의 실시예에 따른 진공 응축 건조기(10)와 유사하게 히트 펌프를 구비할 수 있으나, 설명의 편의를 위하여 도 3에 도시하지 않았음을 유의해야 한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 히트 펌프의 구성과 건조기(20) 및 응축기(50)와의 연결 관계는 본 발명의 실시예에 따른 히트 펌프(40)의 구성과 건조기(20) 및 응축기(50)와의 연결 관계와 동일하거나 매우 유사하다는 점을 이해해야 할 것이다.
원료 예열 장치(200)는 용매(예를 들어 수분 등)를 포함하는 원료를 연속적으로 공급받고, 공급된 용매를 포함하는 원료를 예열하며, 예열된 용매를 포함하는 원료를 연속적으로 배출하도록 구성된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 원료 예열 장치(200)는 예열 하우징(240)을 포함한다. 예열 하우징(240)의 상부는 개구되어 용매를 포함하는 원료를 연속적으로 공급받는 원료 호퍼(220)로 형성되고, 예열 하우징(26)의 하부에는 예열된 용매를 포함하는 원료를 연속적으로 배출하는 원료 배출구(260)가 형성된다. 예열 하우징(240) 자체는 그 내부에 있는 용매를 포함하는 원료에 열을 전달하여 원료(용매 포함)의 온도를 높이도록 구성된다. 하나의 예에서, 예열 하우징(240)에 자켓이 형성되어 뜨거운 열매가 상기 자켓을 흐르며 예열 하우징(240) 내의 용매를 포함하는 원료에 열을 전달할 수 있다. 다른 하나의 예에서, 예열 하우징(240)에 전기 히터가 구비되어 예열 하우징(240) 내의 용매를 포함하는 원료에 열을 전달할 수 있다. 그러나, 원료 예열 장치(200)에 구비되는 열 전달 수단은 예시된 것에 한정되지 아니하며, 예열 하우징(240) 내의 용매를 포함하는 원료에 열을 전달할 수 있는 임의의 수단을 포함한다.
상기 원료 예열 장치(200)는 용매를 포함하는 원료를 설정된 온도까지 예열하여 원료와 함께 건조기(20) 내로 들어가는 상압 기체 내 용매 분압을 상승시키도록 구성된다. 상압 기체 내 용매 분압이 상승하면 상압 기체 내 비응축성 가스의 분압이 감소하고, 이에 따라 건조기(20) 내로 유입되는 상압 기체 내의 비응축성 가스의 유량이 감소한다.
온도(℃) 수증기 분압(bar) 공기 분압(bar)
60 0.20 0.81
70 0.31 0.70
80 0.47 0.54
90 0.70 0.31
표 1은 포화 상태일 때 온도에 따른 상압 기체 내의 수증기 분압을 나타낸 표이다. 여기서, 수증기는 용매의 일반적인 예이며, 공기는 비응축성 가스의 일반적인 예이다. 상압 기체의 온도가 60℃일 때, 상압 기체 내의 수증기 분압은 0.20bar이고 공기의 분압은 0.81bar이며, 공기의 분압이 수증기의 분압보다 상당히 높은 것을 알 수 있다. 이와는 달리, 상압 기체의 온도가 90℃일 때, 상압 기체 내의 수증기 분압은 0.70bar이고 공기의 분압은 0.31bar이며, 오히려 수증기의 분압이 공기의 분압보다 상당히 높은 것을 알 수 있다. 이와 같이, 상압 기체의 온도가 높아지면 상압 기체 내의 수증기 분압이 증가하는 반면 공기의 분압은 낮아지며, 이에 따라 상압 기체 내의 공기의 양이 줄어들게 된다. 따라서, 원료 예열 장치(200)가 용매(예를 들어, 수분)를 포함하는 원료를 설정된 온도까지 예열하면, 원료 주변의 상압 기체 내의 증발 용매의 분압이 증가하고 비응축성 가스의 분압이 감소하며, 이것에 의하여 원료와 함께 건조기(20)에 들어가는 상압 기체 내의 증발 용매의 유량은 증가하고 비응축성 가스의 유량은 줄어들게 된다. 진공 응축 건조기(10)의 내부 진공도를 유지하기 위한 진공 펌프(90)의 흡입률은 진공 펌프(90)가 배출해야 하는 비응축성 가스의 유량에 의하여 결정된다. 그런데, 건조기(20)에 유입된 증발 용매는 건조기(20)에서 증발되는 용매와 함께 응축기(50) 및/또는 진공 펌프(90)에서 응축되므로 진공 펌프(90)의 흡입률에 미치는 영향은 미미하다. 따라서, 진공 응축 건조기(10)의 내부 진공도를 유지하기 위하여 진공 펌프(90)의 용량을 증가시키지 않아도 되며, 진공 펌프(90)에서 소모되는 에너지를 줄일 수 있다.
한편, 원료가 투입되는 원료 호퍼(220)의 단면적은 예열된 원료가 배출되는 원료 배출구(260)의 단면적보다 충분히 커서 예열 하우징(240)에 투입된 원료가 예열 하우징(240)에 머무르는 시간을 충분히 키울 수 있다. 따라서, 원료 예열 장치(200)에 투입된 원료가 예열 하우징(240)으로부터 충분한 열량을 전달받을 수 있다. 여기서, 원료 배출구(260)의 단면적은 원료의 직경, 예열 하우징(240)이 시간 당 원료에 전달하는 열량, 설정된 온도 등에 따라 당업자가 설정할 수 있다.
원료 투입 장치(300)는 원료 예열 장치(200)와 건조기(20) 사이에 배치되어 있으며, 원료 예열 장치(200)에서 예열된 용매를 포함하는 원료를 건조기(20)의 일측 상부로 투입하도록 구성된다. 원료 투입 장치(300)는, 이에 한정되지 아니하지만, 로타리 밸브(rotary valve), 드럼 피더(drum feeder) 등일 수 있다. 원료 투입 장치(300)는 예열된 용매를 포함하는 원료를 원료 투입 라인(420)으로 연속적으로 배출하고, 상기 원료 투입 라인(420)은 건조기(20)의 입구(22)에 연결되어 예열된 용매를 포함하는 원료는 원료 입구(22)를 통해 건조기(20) 내로 투입된다.
건조기(20)는 원료 예열 장치(200)에서 예열된 용매를 포함하는 원료를 원료 투입 장치(300)를 통해 연속적으로 받고, 상기 용매를 포함하는 원료를 열매와의 열교환을 통해 건조하며, 건조된 건조체를 연속으로 배출하고, 원료의 건조 과정에서 증발된 증발 용매를 배출하도록 구성된다. 건조기(20)는 그 내부에 건조 공간이 형성된 건조기 하우징(21)을 포함한다. 건조기 하우징(21)의 일측부 상부에는 원료 투입 라인(420)에 연결된 원료 입구(22)가 형성되어 예열된 용매를 포함하는 원료는 원료 입구(22)를 통해 건조기 하우징(21) 내의 건조 공간으로 투입된다. 건조기 하우징(21)의 타측부 하부에는 원료 출구(24)가 형성되고, 상기 원료 출구(24)는 원료 배출 라인(440)에 연결된다. 따라서, 건조된 원료는 원료 배출 라인(440)을 통해 건조기 하우징(21)의 외부로 연속적으로 배출된다.
또한, 건조기 하우징(21)의 일측에는 열매 입구(30, 도 1 참고)가 형성되고, 상기 열매 입구(30)는 열매 공급 라인(34, 도 1 및 도 2 참고)에 연결된다. 따라서, 히트 펌프에서 열교환 매체와의 열교환을 통해 열 에너지를 공급받은 열매는 열매 공급 라인(34) 및 열매 입구(30)를 통해 건조기(20)에 공급될 수 있다. 건조기 하우징(21)의 타측에는 열매 출구(32, 도 1 참고)가 형성되고, 상기 열매 출구(32)는 열매 회수 라인(36, 도 1 및 도 2 참고)에 연결된다. 따라서, 원료, 특히 원료에 포함된 용매와 열교환한 열매는 열매 출구(32) 및 열매 회수 라인(36)을 통해 건조기 하우징(21)의 외부로 유출되어 히트 펌프로 회수될 수 있다. 건조기 하우징(21) 내에는 자켓 등이 형성되어 열매 입구(30)를 통해 건조기 하우징(21) 내로 유입된 열매는 자켓을 통해 이동하며 건조기 하우징(21) 내의 원료와 직접 접촉하지 않는다.
상기 건조기 하우징(21)의 내부에는 원료를 교반하고 원료를 일측부에서 타측부로 이송하는 이송 장치(예를 들어, 도 1의 스크류(26) 등)가 회전 가능하게 구비될 수 있다. 상기 이송 장치는 원료를 교반하여 원료에 열이 골고루 전해지도록 한다. 상기 이송 장치는, 예를 들어 외주면에 나사산(28)이 형성된 스크류(26), 다수의 패들이 구비된 패들 샤프트 등일 수 있으나, 이에 한정되지 아니한다. 이송 장치는 원료를 교반하고 원료를 일측부에서 타측부로 이송하는 기능을 수행하는 임의의 장치일 수 있다.
건조기 하우징(21)의 타측부 상부에는 증발 용매 라인(38)에 연결된 증발 용매 출구(39)가 형성되어 건조기 하우징(21)의 내부에서 열매와의 열교환에 의하여 증발된 증발 용매는 증발 용매 출구(39)를 통해 증발 용매 라인(38)으로 유출된다.
건조체 배출 장치(700)는 원료 배출 라인(440)에 배치되어 건조기(20)에서 건조된 원료를 연속적으로 배출하도록 구성된다. 건조체 배출 장치(700)는, 이에 한정되지 아니하지만, 로타리 밸브(rotary valve), 드럼 피더(drum feeder) 등일 수 있다.
응축기(50)는 건조기(20)로부터 증발 용매를 연속적으로 받아 냉매와의 열교환을 통해 상기 증발 용매를 응축시키며, 응축된 응축 용매와 비응축성 가스를 배출하도록 구성된다. 상기 응축기(50)는 그 내부에 응축 공간이 형성된 응축기 하우징(51)을 포함한다. 응축기 하우징(51)의 일측부 상부에는 증발 용매 라인(38)에 연결된 증발 용매 입구(56)가 형성되어 건조기(20)에서 증발된 증발 용매는 건조기(20)에 유입된 증발 용매와 함께 증발 용매 라인(38) 및 증발 용매 입구(56)를 통해 응축기 하우징(51) 내부의 응축 공간에 유입된다. 응축기 하우징(51)의 하부에는 응축 용매 출구(58)가 형성되어 응축기 하우징(51) 내에서 냉매와의 열교환을 통해 응축된 응축 용매는 응축 용매 출구(58)를 통하여 응축기 하우징(51) 외부로 유출된다. 또한, 응축기 하우징(51)의 일측에는 냉매 공급 라인(54, 도 1 참고)이 연결되어 용매의 응축을 위해 차가운 냉매는 냉매 공급 라인(54)을 통해 응축기 하우징(51)의 내부로 유입된다. 응축기 하우징(51)의 타측에는 냉매 회수 라인(52, 도 1 참고)이 연결되어 증발 용매와 열교환하여 열 에너지를 회수한 냉매는 냉매 회수 라인(52)을 통해 응축기 하우징(51)의 외부로 유출된다. 응축기 하우징(51) 내에는 자켓 등이 형성되어 냉매 공급 라인(54)을 통해 응축기 하우징(51) 내로 유입된 냉매는 자켓을 통해 이동하며 응축기 하우징(51) 내의 용매와 직접 접촉하지 않는다.
응축기 하우징(51)의 타측에는 제1응축 용매 라인(60)이 연결되어 응축기 하우징(51) 내에서 응축된 응축 용매와 응축되지 않는 비응축성 가스는 제1응축 용매 라인(60)을 통해 응축기 하우징(51) 외부로 배출된다.
히트 펌프는 열교환 매체를 순환시켜 상기 냉매로부터 열 에너지를 회수하고, 회수된 열 에너지를 열매로 공급하도록 구성된다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 히트 펌프(40)는 열교환 매체 순환 라인(42)과, 제1, 2열교환기(43, 45)와, 팽창 밸브(44)와, 압축기(46)를 포함한다. 히트 펌프는 도 1 및 도 2에 도시된 히트 펌프(40)와 동일하거나 기능적으로 매우 유사하므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 증발 응축 건조기(10)는 열매 공급 라인(34) 또는 열매 회수 라인(36)에 배치된 열매 탱크(100, 도 1 참고)와, 냉매 공급 라인(54) 또는 냉매 회수 라인(52)에 배치된 냉매 탱크(110, 도 1 참고)를 더 포함할 수 있다. 상기 열매 탱크(100)와 냉매 탱크(110)의 위치 및 기능은 도 1에 도시된 열매 탱크(100)와 냉매 탱크(110)의 위치 및 기능과 동일하거나 매우 유사하므로, 더 이상의 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 증발 응축 건조기(10)는 진공 펌프(90)와, 회수 탱크(80, 85)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공 펌프(90)와 회수 탱크(80, 85)의 연결 관계 및 기능은 본 발명의 실시예에 따른 진공 펌프(90)와 회수 탱크(80, 85)의 연결 관계 및 기능과 동일하거나 매우 유사하므로, 더 이상의 상세한 설명은 생략하기로 한다.
이상으로 본 발명에 관한 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 아니하며, 본 발명의 실시예로부터 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 용이하게 변경되어 균등하다고 인정되는 범위의 모든 변경을 포함한다.

Claims (12)

  1. 용매를 포함하는 원료와 열매와의 열교환을 통해 원료를 건조하여 배출하고 건조 과정에서 증발된 증발 용매를 배출하도록 구성된 건조기;
    증발 용매 라인을 통해 상기 건조기로부터 증발 용매를 받아 냉매와의 열교환을 통해 증발 용매를 응축 용매로 응축하고, 응축 냉매를 배출하도록 구성된 응축기;
    열교환 매체를 순환시켜 상기 열교환 매체와 냉매와의 열교환을 통해 냉매로부터 열 에너지를 회수하고 상기 열교환 매체와 열매와의 열교환을 통해 열매로 회수된 열 에너지를 공급하도록 구성된 히트 펌프;
    응축기에 연결되어 응축기 내부의 압력을 낮추고, 용매의 응축 과정에서 발생하는 비응축성 가스를 배출하도록 구성된 진공 펌프;
    열 에너지를 공급받은 열매를 히트 펌프에서 건조기로 공급하도록 구성된 열매 공급 라인;
    원료와 열교환이 된 열매를 건조기에서 히트 펌프로 회수하도록 구성된 열매 회수 라인;
    열교환 매체와의 열교환이 된 냉매를 히트 펌프에서 응축기로 공급하도록 구성된 냉매 공급 라인;
    증발 용매로부터 열 에너지를 회수한 냉매를 응축기에서 히트 펌프로 회수하도록 구성된 냉매 회수 라인; 그리고
    열매 공급 라인 또는 열매 회수 라인에 배치되며, 열매를 가열하는 열매 가열 수단을 포함하여 가열된 열매를 열매 공급 라인 또는 열매 회수 라인에 공급하도록 구성된 열매 탱크;
    를 포함하는 진공 응축 건조기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 열매 가열 수단은 열매 공급 라인에 배치되어 가열된 열매를 열매 공급 라인을 통해 건조기로 공급하도록 구성된 진공 응축 건조기.
  3. 제1항에 있어서,
    냉매 공급 라인 또는 냉매 회수 라인에 배치되며, 냉매를 냉각하는 냉매 냉각 수단을 포함하여 냉각된 냉매를 냉매 공급 라인 또는 냉매 회수 라인에 공급하도록 구성된 냉매 탱크를 더 포함하는 진공 응축 건조기.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 냉매 냉각 수단은 냉매 공급 라인에 배치되어 냉각된 냉매를 냉매 공급 라인을 통해 응축기로 공급하도록 구성된 진공 응축 건조기.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 열매 가열 수단 또는 냉매 냉각 수단은 진공 응축 건조기의 정지 시에 작동하도록 제어되는 진공 응축 건조기.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 열매 가열 수단은 열매의 온도가 설정 열매 온도 이상이 되도록 작동하거나 상기 냉매 냉각 수단은 냉매의 온도가 설정 냉매 온도 이하가 되도록 작동하는 진공 응축 건조기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 히트 펌프는
    열교환 매체가 순환하는 열교환 매체 순환 라인;
    열교환 매체 순환 라인 상에 배치되며, 열매와 열교환 매체 사이의 열교환을 통해 열매에 열 에너지를 공급하도록 구성된 제1열교환기;
    열교환 매체 순환 라인 상에 배치되며, 열매와 열교환한 열교환 매체를 팽창시키는 팽창 밸브;
    열교환 매체 순환 라인 상에 배치되며, 냉매와 열교환 매체 사이의 열교환을 통해 냉매의 열 에너지를 회수하도록 구성된 제2열교환기; 그리고
    열교환 매체 순환 라인 상에 배치되며, 냉매와 열교환한 열교환 매체를 압축하는 압축기;
    를 포함하는 진공 응축 건조기.
  8. 제1항에 있어서,
    응축 용매 라인을 통해 응축기에 연결되어 응축기의 응축 용매를 받는 회수 탱크를 더 포함하고,
    상기 진공 펌프는 비응축성 가스 회수 라인을 통해 회수 탱크에 연결되어 응축기 및 회수 탱크 내의 비응축성 가스를 배출하도록 구성된 진공 응축 건조기.
  9. 제1항에 있어서,
    용매를 포함하는 원료를 연속적으로 받아 예열하고, 예열된 용매를 포함하는 원료를 연속적으로 배출하도록 구성된 원료 예열 장치를 더 포함하고,
    상기 건조기는 상기 원료 예열 장치로부터 상기 예열된 용매를 포함하는 원료를 연속적으로 받아 건조하는 진공 응축 건조기.
  10. 제9항에 있어서,
    원료 예열 장치는 예열 하우징을 포함하고,
    상기 예열 하우징은 그 내부의 용매를 포함하는 원료에 열을 전달하도록 구성된 진공 응축 건조기.
  11. 제1항에 있어서,
    건조기는
    건조기 하우징;
    상기 건조기 하우징의 일측부 상부에 형성되는 원료 입구;
    상기 건조기 하우징의 타측부 하부에 형성되는 원료 출구; 그리고
    상기 건조기 하우징 내부에 회전 가능하게 배치되는 스크류;
    를 포함하며,
    용매를 포함하는 원료는 원료 입구를 통해 건조기 하우징 내부로 투입되고, 용매를 포함하는 원료는 회전하는 스크류에 의하여 건조기 하우징의 타측부로 이동하며 건조되고, 건조된 원료는 원료 출구를 통해 건조기 하우징 외부로 배출되는 진공 응축 건조기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 건조기는
    건조기 하우징의 일측에 형성된 열매 입구; 그리고
    건조기 하우징의 타측에 형성된 열매 출구;
    를 더 포함하며,
    열매 입구를 통해 건조기 내부로 유입된 열매는 타측으로 이동하며 용매를 포함하는 원료와 열교환하고, 열매 출구를 통해 건조기 외부로 유출되는 진공 응축 건조기.
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