KR101133693B1

KR101133693B1 - 에너지 절약형 저온건조 시스템

Info

Publication number: KR101133693B1
Application number: KR1020090089268A
Authority: KR
Inventors: 김종필
Original assignee: (주)써모텍
Priority date: 2009-09-21
Filing date: 2009-09-21
Publication date: 2012-04-06
Anticipated expiration: 2029-09-21
Also published as: KR20110031852A

Abstract

본 발명은 저온의 건조공기를 이용하여 건조실 내의 피건조물을 건조시키도록 구성된 저온건조 시스템에 관한 것으로서, 공기를 공급하도록 구성된 송풍기, 상기 송풍기를 통과한 공기를 냉각 및 가열하여 공기 중의 습기를 제거하도록 구부러진 형상으로 구성된 히트파이프, 상기 히트파이트 사이에 위치하고 내부에 냉매를 포함하여 냉매 증발시 외부 열을 흡수하도록 구성된 증발기, 상기 증발기와 연결되어 있으며 냉매를 이동시키는 팽창밸브, 상기 팽창밸브와 연결되어 있으며 냉매를 응축함으로써 외부에 열을 방출하도록 구성된 응축기, 상기 증발기와 연결되어 있으며 냉매를 고온, 고압으로 압축하도록 구성된 압축기, 상기 히트파이프, 증발기, 압축기, 응축기를 통과한 저온의 건조공기를 건조실로 이동시키는 블로어, 상기 블로어를 통과한 공기를 건조실로 공급하고 배출하도록 구성된 공기 공급덕트 및 공기 배출덕트를 포함하고, 상기 공기 공급덕트는 상기 공기 배출덕트보다 더 낮은 위치에 설치되고,상기 공기 공급덕트로부터 공급된 공기를 난류(turbulence) 유동하도록 건조실 하부에 대각선 방향으로 공기순환 팬이 설치된다.

히트파이프, 증발기, 응축기, 압축기, 저온건조 시스템

Description

에너지 절약형 저온건조 시스템 {ENERGY SAVING TYPE LOW TEMPERATURE DRYER }

본 발명은 히트펌프 및 히트파이프를 이용하여 피건조물 등을 저온 건조하는 것이 가능하도록 구성된 저온건조 시스템에 관한 것이다.

오늘날 시장에서 판매되는 대부분의 건조기는 단순히 가열된 공기를 공급하여 피 건조물에 묻어있는 물을 증발시키는 열풍건조에 의존하고 있다.

이러한 열풍건조 방법은 공급매체인 공기를 가열하기 위한 에너지 뿐만 아니라, 물을 증발시키기 위해 많은 량의 에너지를 필요로 한다.

도 1에 종래의 열풍 건조장치가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 것처럼, 종래의 건조장치는 송풍기(100)를 통과한 공기를 보일러(200)를 통해 가열함으로써 외부공기의 온도를 높이고 이를 건조실로 보냄으로써 피건조물 등을 건조시킨다.

이러한 종래의 열풍건조의 경우, 건조 성능은 주로 기후조건 특히 주위의 상대습도에 의해 좌우된다. 즉, 햇볕이 잘 드는 날에는 건조가 빨리되나 비가 오는 날에는 건조시간이 3배 정도 더 길게 걸리며 이에 따라 건조에 소모되는 에너지도 3배 이상 투입되는 문제점이 있었다.

또한, 이러한 열풍건조 방식의 경우 증발된 수증기 배출로 인하여 주위환경이 오염되는 문제점이 있었다.

아울러, 열풍 건조과정 중에 피건조물인 피건조물 등이 높은 건조온도로 인한 열응력(thermal stress)으로 인해 품질이 저하되는 문제점도 있었다.

본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 외부의 습한 대기조건과 관계없이 건조에 소모되는 에너지를 절약하고 건조시간을 단축시키는 저온건조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 건조공기가 피건조물의 표면에 묻어 있는 물을 흡수함으로써 건조과정이 이루어지기 때문에 수증기 배출로 인하여 주위환경이 오염되는 것을 방지할 수 있는 저온건조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

아울러, 본 발명은 저온건조 방식으로 피건조물 등을 건조시킴으로써 건조과정 중에 화학반응을 줄일 수 있어, 피건조물의 손상을 방지할 수 있는 저온건조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 저온의 건조공기를 이용하여 건조실 내의 피건조물을 건조시키도록 구성된 저온건조 시스템에 있어서, 공기를 공급하도록 구성된 송풍기, 상기 송풍기를 통과한 공기를 냉각 및 가열하여 공기 중의 습기를 제거하도록 구부러진 형상으로 구성된 히트파이프, 상기 히트파이트 사이에 위치하고 내부에 냉매를 포함하여 냉매 증발시 외부 열을 흡수하도록 구성된 증발기, 상기 증발기와 연결되어 있으며 냉매를 이동시키는 팽창밸브, 상기 팽창밸브와 연결되어 있으며 냉매를 응축함으로써 외부에 열을 방출하도록 구성된 응축기, 상기 증발기와 연결되어 있으며 냉매를 고온, 고압으로 압축하도록 구성된 압축기, 상기 히트 파이프, 증발기, 압축기, 응축기를 통과한 저온의 건조공기를 건조실로 이동시키는 블로어, 상기 블로어를 통과한 공기를 건조실로 공급하고 배출하도록 구성된 공기 공급덕트 및 공기 배출덕트를 포함하고, 상기 공기 공급덕트는 상기 공기 배출덕트보다 더 낮은 위치에 설치되고,상기 공기 공급덕트로부터 공급된 공기를 난류(turbulence) 유동하도록 건조실 하부에 대각선 방향으로 공기순환 팬이 설치되는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 공기 배출덕트와 연결되어 건조실로부터 나온 공기를 상기 히트파이프로 순환하도록 구성된 순환용덕트(Return Air Duct), 상기 순환용 덕트와 연결되어 공기를 외부로 배출하도록 구성된 배기덕트(Exhaust Air Duct), 상기 순환용 덕트와 연결되어 외부 공기를 유입되도록 구성된 외기덕트(Outside Air Duct)를 더 포함하고, 상기 순환용덕트(Return Air Duct), 배기덕트(Exhaust Air Duct), 외기덕트(Outside Air Duct)에는 비례제어 신호에 의해 개폐되는 댐퍼가 각각 설치됨으로써, 건조실 내의 공기 온도를 일정하게 유지하도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 압축기는 성능계수(COP, coefficient of performance)가 3 이상

인 것이 바람직하다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따르면, 저온건조 (low temperature drying)를 통해 건조과정 중에 일어나는 화학반응을 줄일 수 있어 고품질의 건조물 생산이 가능하게 된다.

또한, 히트파이프 히트펌프를 사용함으로써 외부의 습한 대기조건과 관계없 이 건조에 소모되는 에너지를 절약해 줄 뿐만 아니라 건조시간도 단축시킬 수 있게 된다.

아울러, 본 발명은 저온건조 방식을 사용함으로써 건조공기가 피건조물의 표면에 묻어 있는 물을 흡수함으로써 건조과정이 이루어지기 때문에 수증기 배출로 인하여 주위환경이 오염되는 것을 방지할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

본 실시예는 당해 발명에 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로써 본 발명의 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하지는 않는다.

도 2는 본 발명에 따른 저온건조시스템의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 모식도, 도 3은 본 발명에 따른 저온건조시스템의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 모식도, 도 4는 본 발명에 따른 저온건조시스템의 건조시을 도시한 측면도, 도 5는 본 발명에 따른 저온건조시스템의 건조실을 도시한 평면도, 도 6은 본 발명에 따른 저온건조시스템의 일 실시예에 있어서 순환용덕트를 도시한 측면도, 도 7은 본 발명에 따른 저온건조시스템의 일 실시예에 있어서 순환용덕트 및 댐퍼를 도시한 측면도이다.

본 발명에 따른 저온건조시스템은 기존의 열풍 건조기와는 전혀 다른 건조기로써 두 가지의 핵심 구성요소, 즉 공기로부터 수분을 추출하여 건조공기를 만드는 히트파이프, 공기 중의 습한 공기로부터 낮은 가격으로 열 에너지를 생산하는 고 효율 잠열 히트펌프로 구성되어 있다.

이를 구체적으로 살펴보면, 저온건조시스템은, 도 2에 도시된 바와 같이, 송 풍기(10), 히트파이프(20), 증발기(30), 압축기(40), 팽창밸브(50), 응축기(60), 블로어(70), 건조실(80) 등을 포함한다.

송풍기(10)는 공기를 공급하도록 하는 역할을 하며, 송풍기(10)를 통과한 공기는 히트파이프(20)로 들어간다.

히트 파이프(Heat pipe)는 미 항공우주국(NASA)에서 인공위성의 내부에 발생하는 열을 밖으로 방출하기 위해 개발된 기술을 난방, 냉방에 상용화한 것으로서, 금속관의 내부에 특정유체를 삽입한 뒤에 한쪽 끝에 열이 가해지는 경우 금속관 내부에서 유체가 증발하여 열에너지를 가지고 열을 가하지 않은 다른쪽 끝 방향으로 이동하면서 금속관 전체에 열을 전달하는 파이프를 말한다.

즉, 이와 같은 히트 파이프에서는 한쪽 끝에서는 열을 흡수하여 증발된 유체가 다른쪽 끝으로 이동한 후 유체가 다시 응축하면서 열을 외부로 방출하게 된다.

히트파이프(20)는 공기의 냉각 및 가열이 가능하도록 구부러진 형상으로 구성되어 있으며, 히트파이트(20) 사이에 증발기(30)가 위치하고 있다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 외부공기가 히트파이프(20)의 증발부를 통과하면서 우선 공기의 온도가 낮아지게 되며 증발기(30)를 거쳐면서 공기 온도는 더욱 낮아지게 된다.

증발기(30)는 히트파이트(20) 사이에 위치하고 있으며, 내부에 냉매를 포함하여 냉매 증발시 외부 열을 흡수하도록 구성된다.

그 다음 다시 히트파이프(20)의 응축부를 통과하면서 공기 온도는 올라가게 된다. 이와 같은 과정을 통해, 외부공기는 습도가 낮아지게 된다.

히트펌프는 냉동사이클의 응축기(60)를 이용하는 기술이다. 즉, 열은 높은 곳에서 낮은 곳으로 이동하는 성질이 있는데, 히트펌프는 반대로 낮은 온도에서 높은 온도로 열을 끌어 올리는 역할을 수행한다.

압축기(40)에서 고온, 고압으로 압축된 냉매는 증발기(30)에서 증발된다. 증발된 냉매는 팽창밸브(50)를 거쳐 응축기(60)로 이동한다.

공기는 응축기(60)에서 방출된 열을 흡수하여 습기가 적고 따뜻한 상태의 공기로 변하게 된다.

이와 같이 형성된 저온의 건조공기는 블로어(70)를 통해 건조실(80)로 공급된다.

도 4 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 건조실(80)은 공기 공급덕트(81)와 공기 배출덕트(82)를 구비한다. 공기 공급덕트(81)는 공기 배출덕트(82)보다 낮은 위치에 배치되고, 공기순환 팬(83)이 건조실의 하부에서 대각선 방향으로 배치된다.

공기 공급덕트(81)에 의해 건조실(80)로 유입된 공기는 공기순환 팬(83)에 의해 난류(turbulence) 유동하여 피건조물의 표면에 골고루 접촉하여 효율적으로 건조시킨다. 피건조물을 통과한 공기는 배출덕트(82)를 통해 배출되고 다시 본 발명에 따른 저온건조 시스템의 히트파이프(20)로 순환하게 된다.

본 발명에 따른 저온건조 시스템의 건조실은 더운 공기를 불어넣어 수분이 있는 건조매체에 열에너지를 가해서 물을 증발시키는 열풍건조기 방식과는 건조과 정이 다르다.

즉, 히트파이프와 히트펌프를 통과하면서 생성된 건조공기가 건조매체의 표면과 접촉하면, 건조공기는 습공기선도 습구온도선(line of constant web-bulb temperature)을 따라 포화선(saturation line) 방향으로 이동하면서 표면에 묻어 있는 물을 스펀지가 물을 흡수하는 것과 같이 흡수함으로 건조과정이 이루어진다.

이때, 건조매체의 표면에서 물을 흡수하여 온도가 낮아지고 습기를 많이 포함한 공기는 다시 히트파이프 건조기로 재순환하여 흡수한 습기를 응축수로 배출하고 히트펌프에 의해 재가열된 건조공기는 건조실로 다시 들어가게 된다.

한편, 수분은 공기와 접촉하는 건조매체의 표면에서 건조공기 속으로 이동되기 때문에 건조매체 내에 존재하고 있는 수분은 일단 표면으로 이동된다.

이와 같은 건조과정에서 수분은 확산이동 (diffusion movement) 및 건조매체 조직의 미세한 구멍을 따라 이동하는 모세관이동 (capillary movement)에 의해 표면으로 이동된다. 이러한 건조과정 중에 공급공기가 건조매체 표면에 골고루 접촉하기 위해서는 건조실(80) 내부의 공기유동이 건조효율에 중요한 변수로 작용한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 저온건조 시스템의 경우 건조실(80)은 양쪽 면에 위치한 공기 공급덕트(81)를 공기 배출덕트(82)보다 낮은 위치에 배치하고 대각선 방향으로 공기순환 팬(fan)을 설치하여 난류(turbulance)를 유지함으로써, 상향식 공기 순환 방식으로 건조공기를 건조물인 피건조물 등의 표면에 골고루 접촉시키게 된다.

흡수된 수분은 배출덕트(82)를 통하여 외부에 배출하지 않고 히트파이프(20)로 재순환시켜 에너지 손실을 방지하고 건조효율도 증가시키게 된다.

공기를 히트 파이프로 재순환시키는 구성이 도 7에 도시되어 있다. 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 저온건조시스템은 순환용덕트(91, Return Air Duct), 배기덕트(92, Exhaust Air Duct), 외기덕트(93, Outside Air Duct)를 더 포함할 수 있다.

순환용덕트(91, Return Air Duct), 배기덕트(92, Exhaust Air Duct), 외기덕트(93, Outside Air Duct)는 히트펌프의 작동으로 인한 공기의 연속적인 온도상승을 방지하고 건조실 내의 피건조물이 일정한 온도에서 건조될 수 있도록 한다.

순환용덕트(91)는 공기 배출덕트(82)와 연결되어 있으며 건조실로부터 나온 공기를 상기 히트파이프로 순환하도록 댐퍼(91A)를 구비하고 있다. 배기덕트(92)는 순환용 덕트(91)와 연결되어 있으며 공기를 외부로 배출하도록 댐퍼(92A)를 구비한다. 외기덕트(93)도 또한 순환용 덕트(91)와 연결되어 있으며 외부 공기를 유입하도록 댐퍼(93A)를 구비한다.

순환용덕트(Return Air Duct), 배기덕트(Exhaust Air Duct), 외기덕트(Outside Air Duct)에 각각 설치되어 있는 댐퍼(91A, 92A, 93A)는 비례식 모터 댐퍼 조작기에 의해 동작한다. 즉, 각각의 댐퍼는 비례제어 신호, 구체적으로는 0 내지 10V의 전압 또는 4 내지 20mA의 전류에 의한 모터 동작으로 개폐됨으로써 건조실 내의 온도를 일정하게 유지시킬 수 있다.

예를 들어, 본 발명에 따른 저온건조시스템의 히트펌프 작동으로 건조실의 건조온도가 설정온도보다 높을 경우, 건조실의 온도보다 낮은 외부공기를 공급하기 위해 외기덕트(93)에 설치되어 있는 댐퍼(93A)가 열림으로써 외부공기를 흡입하고 배기덕트(92)에 설치되어 있는 댐퍼(92A)가 열림으로써 덕트의 공기를 외부로 배출하게 된다. 이와 같은 동작에 의해 건조실 온도를 낮출 수 있으며, 설정온도에 도달할 수 있게 된다.

건조실의 온도가 설정온도에 도달하게 되면 외기덕트(93)에 설치되어 있는 댐퍼(93A) 및 배기덕트(92)에 설치되어 있는 댐퍼(92A)는 닫히고 순환용덕트(91)에 설치되어 있는 댐퍼(91A)는 완전히 열리게 된다.

이와 같은 비례식 모터 댐퍼조작기의 반복 작동에 의해 각각의 댐퍼를 제어함으로써 건조실 내부의 온도를 일정하게 유지할 수 있게 된다.

이와 같은 구성으로 이루어진 저온건조 시스템은 건조한 공기를 형성함으로써 더 낮은 온도에서도 더 빠른 건조율을 달성할 수 있다. 저온건조 시스템은 이 원리를 이용하여 습한 공기로부터 건조한 공기를 만들고 또한 응축열을 열원으로 사용함으로써 에너지를 절약할 수 있게 된다.

한편, 열원으로 사용되는 응축열은 성능계수(COP, coefficient of performance) 3 이상으로 운전되는 압축기(40)에 의해 공급되기 때문에 통상적으로 COP 1 이하의 공기 가열기를 사용하는 종래 기술에 따른 건조기에 비하여 많은 양의 에너지 절약이 가능하게 된다.

건조기의 효율은 건조가 어려운 장마철과 같이 외부공기의 상대습도가 100%에 가까울수록 오히려 최대의 효율을 나타낸다. 동시에 건조공기는 상대적으로 낮은 온도를 유지할 수 있어 건조매체의 고 품질상태를 유지할 수 있게 된다.

이러한 결과로 히트파이프 건조기는 외부공기 속에 포함된 자연에너지를 이용하기 때문에 건조에 필요한 에너지를 절약해 줄 뿐만 아니라 건조시간도 단축시켜 준다.

도 1은 종래 기술에 따른 건조시스템의 구성을 도시한 모식도.

도 2는 본 발명에 따른 저온건조시스템의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 모식도.

도 3은 본 발명에 따른 저온건조시스템의 일 실시예에 따른 구성을 도시한 모식도.

도 4는 본 발명에 따른 저온건조시스템의 건조시을 도시한 측면도.

도 5는 본 발명에 따른 저온건조시스템의 건조실을 도시한 평면도.

도 6은 본 발명에 따른 저온건조시스템의 일 실시예에 있어서 순환용덕트를 도시한 측면도.

도 7은 본 발명에 따른 저온건조시스템의 일 실시예에 있어서 순환용덕트 및 댐퍼를 도시한 측면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

10: 송풍기

20: 히트파이프

30: 증발기

40: 압축기

50: 팽창밸브

60: 응축기

70: 블로어

80: 건조실

81: 공기 공급덕트

82: 공기 배출덕트

83: 공기순환 팬

91: 순환용덕트

91A: 순환용덕트 댐퍼

92: 배기덕트

92A: 배기덕트 댐퍼

93: 외기덕트

93A: 외기덕트 댐퍼

Claims

저온의 건조공기를 이용하여 건조실 내의 피건조물을 건조시키도록 구성된 저온건조 시스템에 있어서,

공기를 공급하도록 구성된 송풍기,

상기 송풍기를 통과한 공기를 냉각 및 가열하여 공기 중의 습기를 제거하도록 구부러진 형상으로 구성된 히트파이프,

상기 히트파이트 사이에 위치하고 내부에 냉매를 포함하여 냉매 증발시 외부 열을 흡수하도록 구성된 증발기,

상기 증발기와 연결되어 있으며 냉매를 이동시키는 팽창밸브,

상기 팽창밸브와 연결되어 있으며 냉매를 응축함으로써 외부에 열을 방출하도록 구성된 응축기,

상기 증발기와 연결되어 있으며 냉매를 고온, 고압으로 압축하도록 구성된 압축기,

상기 히트파이프, 증발기, 압축기, 응축기를 통과한 저온의 건조공기를 건조실로 이동시키는 블로어,

상기 블로어를 통과한 공기를 건조실로 공급하고 배출하도록 구성된 공기 공급덕트 및 공기 배출덕트,

상기 공기 배출덕트와 연결되어 건조실로부터 나온 공기를 상기 히트파이프로 순환하도록 구성된 순환용덕트(Return Air Duct), 상기 순환용 덕트와 연결되어 공기를 외부로 배출하도록 구성된 배기덕트(Exhaust Air Duct), 상기 순환용 덕트와 연결되어 외부 공기를 유입되도록 구성된 외기덕트(Outside Air Duct)를 포함하고,

상기 공기 공급덕트는 상기 공기 배출덕트보다 더 낮은 위치에 설치되고,상기 공기 공급덕트로부터 공급된 공기를 난류(turb ulence) 유동하도록 건조실 하부에 대각선 방향으로 공기순환 팬이 설치되고,

건조실 내의 공기 온도를 일정하게 유지하도록상기 순환용덕트(Return Air Duct), 배기덕트(Exhaust Air Duct), 외기덕트(Outside Air Duct)에는 비례제어 신호에 의해 개폐되는 댐퍼가 각각 설치되는 것을 특징으로 하는 저온건조 시스템.
삭제
제1항에 있어서,

상기 압축기는 성능계수(COP, coefficient of performance)가 3 이상인 것을 특징으로 하는 저온건조 시스템.