공기 건조에는 다양한 방식이 있으며, 최적의 건조를 위해서는 목적에 맞는 설계와 운전이 필요하다. 또한 습도 조절은 제품 생산과 실내 공기조화에서 온도만큼이나 중요한 요소로 꼽히고 있으며 산업현장뿐만 아니라, 일상생활에서도 그 중요성이 날로 커지고 있다. 건조의 기본 이론부터 다양한 건조 방식의 비교, 에너지 절약 대책, 운전 상황 설계 등을 다루고 있는 “새로운 건조 장치”는 설계 및 운전 최적화에 어려움을 겪고 있는 동 분야 종사자들에게 실무지식 습득은 물론 고성능·고효율 건조 시스템 개발을 위한 소중한 자료가 될 것이다.(편집자 주)

사. 동결진공건조(Vacuum Freeze Drying)

7) 동결진공건조기의 종류

(1) 상자(회분)식 동결건조기

상자식 동결건조기의 주요 부분은 진공건조실, 진공장치, 가열장치이다(그림 4.48~49, 그림4.50). 진공건조실은 진공건조기와 유사한 구조를 가지고 있으며, 식품과 접촉하는 부분은 스테인리스 등이다. 진공장치는 동결된 재료가 녹는 것을 방지하기 위하여 초기 10분 이내에 건조실의 압력을 5~1torr 정도까지 저하시킬 수 있어야 하며, 그런 다음에 건조실의 압력을 건조에 필요한 진공도까지 더욱 낮추어 주고 건조하는 동안 이 압력을 유지해야 한다.

진공펌프를 사용할 경우에는 건조실과 진공펌프 사이에 응축기를 설치하여 건조실에서 증발한 증기를 얼음으로 응축시키고 비응축 가스만 펌프를 통해 배출되게 된다. 응축기와 펌프대신에 다단수증기 이젝터도 사용되지만 건조실의 압력이 아주 낮을 경우에는 비효과적이다. 열은 전도, 복사, 고주파에 의하여 공급할 수 있으나 공업적으로는 주로 전도와 복사가 이용되고 있다.

전도에 의하여 열을 공급하는 가장 간단한 방법은 재료를 금속 트레이에 담고, 이 트레이를 가열판 위에 올려놓는 것이다. 한 면 또는 양면에서 복사 가열하면 이론적으로 균일한 가열을 할 수 있으나 식품이 불균일하기 때문에 균일한 가열을 할 수 없어 열원을 정확히 조절해야 한다.

다공성건조층의 열전도도는 0.26~0.086kcal/m·h·℃로서 매우 낮고, 동결층의 열전도도는 약 1.23kcal/m·h·℃로 동결층을 통한 열전달이 빠르다. 일정한 간격의 가열판 사이에 트레이를 올려 놓아 하부에서는 전도에 의하여, 상부에서는 복사에 의하여 가열하는 방법이 가장 많이 사용되고 있다. 고주파 가열은 유망한 방법으로 그 전망이 밝으나 아직 실용화되지 못하고 있다. 대표적인 상자형 동결건조기의 능력은 약 400kg이며 건조 사이클은 7~8시간이다.

의약품용 동결건조기의 예를 그림 4.51에 나타냈다. 

이 건조는 식품, 의약품 등 부가가치가 높은 재료에 적용된다. 가열방식에는 전도전열방식과 방사가열방식 등이 있으며, 일반적으로 전도전열방식은 주로 의약품용이 많고 식품 관계에서는 방사가열이나 전도와의 병용식도 채용된다.

중략...

히트펌프공조 2021년 5월호 게재