KR101795770B1

KR101795770B1 - 히트펌프를 이용한 진공건조기 및 이를 이용한 건조방법

Info

Publication number: KR101795770B1
Application number: KR1020160161701A
Authority: KR
Inventors: 최광일
Original assignee: (주)에네스이엔지
Priority date: 2016-11-30
Filing date: 2016-11-30
Publication date: 2017-11-08
Anticipated expiration: 2036-11-30

Abstract

본 발명은 히트펌프를 이용한 진공건조기 및 이를 이용한 건조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건조챔버에서 배출되는 다습한 공기를 히트펌프의 증발기에서 냉각시킨 다음 응축기에서 발생하는 열로 공기를 가열하여 피건조물을 건조시킴과 동시에 공기의 흐름을 교대로 바꾸어서 건조효율을 높일 수 있는 히트펌프를 이용한 진공건조기 및 이를 이용한 건조방법에 관한 것이다.

Description

히트펌프를 이용한 진공건조기 및 이를 이용한 건조방법{vacuum dryer using heat pump and drying method}

일반적으로 산지에서 수확한 벼, 보리 등의 농산물이나 어촌에서 어획된 생선 등의 수산물은 많은 수분 함량을 갖기 때문에 소비자에게 도달하기까지의 보관 및 운송을 위해서는 건조가 필수적이다.

즉, 각종 농수산물은 미생물의 증식이 용이하고 쉽게 부패되므로, 이러한 농수산물의 보존성을 향상하기 위해서는 농수산물을 일정 온도, 일정 시간으로 건조 가공해야 한다.

보통 소량의 농수산물을 건조시키는 방법으로는 대부분 일정구역에 망체로 형성된 건조대를 설치한 후, 이렇게 설치한 건조대에 각종 농수산물을 진열하여 햇빛과 바람으로 자연 건조시키는 방법이 있다.

그러나, 자연 건조방법은 많은 점유면적을 차지할 뿐만 아니라 건조속도가 매우 느리고, 특히 눈이나 비가 내릴 경우에 농수산물을 신속하게 거두어야 하는 불편함이 있다.

결국, 자연 건조방법은 기후적인 여건에 따라 많은 제약을 받아 농수산물의건조속도, 건조량, 건도 등을 일정하게 유지할 수 없는 등 생산성 저하 및 상품성 저하의 단점이 있다.

이러한 점을 감안하여 최근에는 농수산물을 건조하여 오랜 기간 보관과 이송 또는 건조식품으로 이용하기 위한 수단으로서, 많은 양을 일률적으로 빠르게 건조할 수 있는 건조기가 많이 사용되고 있는 추세이다.

건조기는 전기히터 방식이나, 가스 버너 방식의 건조기로서, 전기나 기름을 사용하여 내부의 온도를 상승 및 건조물의 온도를 상승시켜서 수분을 증발시켜 건조시킨다. 또한, 건조효율을 높일 수 있도록 공기 중의 습기를 제거하여 공기를 가열시키는 방식도 적용되고 있다.

대한민국 등록특허 제10-1314156호에는 농산물 건조시스템 및 그 방법이 개시되어 있다.

상기 농산물 건조시스템은 곡류, 채소류, 과일류 등과 같은 건조용 농산물을 건조실(drying chamber) 안에 투입한 상태에서 정해진 시간 동안 제습기에 의해 제습 처리된 건조한 공기를 건조실 내부로 공급하여 농산물을 건조시킨다.

하지만 종래의 건조시스템은 고온의 건공기가 유입되는 유입구과 건조실을 통과하여 다습한 공기가 배출되는 배출구가 고정되어 있으므로 유입구와 가까운 피건조물은 건조가 잘 이루어지나 배출구와 가까운 피건조물은 건조가 잘 이루어지지 않는다는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허 제10-1314156호: 농산물 건조시스템 및 그 방법

본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 건조챔버에서 배출되는 다습한 공기를 히트펌프의 증발기에서 냉각시킨 다음 응축기에서 발생하는 열로 공기를 가열하여 피건조물을 건조시킴과 동시에 공기의 흐름을 교대로 바꾸어가면서 건조챔버로 건공기를 유입시킴으로써 균일한 건조가 가능하며 건조효율을 높일 수 있는 히트펌프를 이용한 진공건조기 및 이를 이용한 건조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 히트펌프를 이용한 진공건조기는 건조대가 내부에 설치되며 공기가 드나들 수 있는 제 1통기구 및 제 2통기구가 형성된 건조챔버와; 일측이 상기 제 1통기구와 연결되고 타측이 상기 제 2통기구와 연결되는 순환덕트와; 상기 순환덕트의 일측에 설치되어 상기 순환덕트의 내부로 외부의 공기를 유입시키기 위한 외기유입댐퍼와; 상기 순환덕트의 타측에 설치되어 상기 건조챔버를 통과한 공기를 상기 순환덕트의 외부로 배출시키기 위한 내기배출댐퍼와; 상기 순환덕트의 내부에 설치되어 공기를 일 방향으로 이동시키기 위한 순방향팬과; 상기 순환덕트의 내부에 설치되며 상기 순방향팬에 의한 공기의 이동방향과 반대방향으로 공기를 이동시키기 위한 역방향팬과; 상기 순환덕트를 통과하는 공기를 냉각시킨 후 가열하는 히트펌프와; 상기 건조챔버 내부를 진공으로 유지시키기 위한 진공펌프와; 상기 순방향팬 및 상기 역방향팬 중 어느 하나를 선택적으로 가동시키기 위한 제어부;를 구비한다.

상기 히트펌프는 상기 순환덕트의 내부에 설치되는 제 1열교환기와, 상기 순환덕트의 내부에 설치되어 상기 제 1열교환기와 일정거리 이격되는 제 2열교환기와, 상기 제 1열교환기 또는 상기 제 2열교환기에서 증발된 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 제어부에 의해 유로가 전환되며 상기 압축기에서 압축된 기상의 냉매를 상기 제 1열교환기 및 상기 제 2열교환기 중 어느 하나에 선택적으로 유입시키기 위한 사방밸브와, 상기 제 1열교환기와 상기 제 2열교환기를 연결하는 제 1팽창라인과, 냉매가 상기 제 1열교환기에서 상기 제 2열교환기 방향으로만 흐를 수 있도록 상기 제 1팽창라인에 설치되는 제 1체크밸브와, 상기 제 1팽창라인에 설치되어 상기 제 1열교환기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 제 1팽창밸브와, 상기 제 1열교환기와 상기 제 2열교환기를 연결하는 제 2팽창라인과, 냉매가 상기 제 2열교환기에서 상기 제 1열교환기 방향으로만 흐를 수 있도록 상기 제 2팽창라인에 설치되는 제 2체크밸브와, 상기 제 2팽창라인에 설치되어 상기 제 2열교환기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 제 2팽창밸브를 포함한다.

상기 히트펌프는 상기 압축기와 상기 사방밸브를 연결하는 관로에서 분기되는 분기관에 설치되며 상기 제어부에 의해 개폐가 제어되는 전자밸브와, 상기 전자밸브가 상기 분기관을 개방시 상기 압축기에서 압축된 냉매가 경유하는 보조응축기를 더 포함한다.

상기 순환덕트와 연결되어 상기 히트펌프에 의해 냉각된 공기 중으로부터 발생된 응축수를 수집하기 위한 응축수수집유닛;을 더 구비한다.

상기 응축수수집유닛은 상기 제 1열교환기와 대응되는 위치의 상기 순환덕트에 설치되는 제 1물받이부와, 상기 제 2열교환기와 대응되는 위치의 상기 순환덕트에 설치되는 제 2물받이부와, 상기 제 1물받이부와 제 1배수관으로 연결되고 상기 제 2물받이부와 제 2배수관으로 연결되는 응축수저장조와, 상기 제 1배수관 및 상기 제 2배수관에 각각 설치되어 상기 제어부에 의해 선택적으로 개폐되는 제 1전자밸브 및 제 2전자밸브를 구비한다.

상기 순환덕트의 내부에 설치되어 상기 건조챔버로 유입되는 공기를 가열하기 위한 전기히터;를 더 구비한다.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 히트펌프를 이용한 건조방법은 진공건조기를 이용하여 피건조물을 건조시키는 건조방법에 있어서, 상기 진공건조기는 상기 피건조물이 놓인 건조대가 내부에 설치되며 공기가 드나들 수 있는 제 1통기구 및 제 2통기구가 형성된 건조챔버와, 일측이 상기 제 1통기구와 연결되고 타측이 상기 제 2통기구와 연결되는 순환덕트와, 상기 순환덕트의 일측에 설치되어 상기 순환덕트의 내부로 외부의 공기를 유입시키기 위한 외기유입댐퍼와, 상기 순환덕트의 타측에 설치되어 상기 건조챔버를 통과한 공기를 상기 순환덕트의 외부로 배출시키기 위한 내기배출댐퍼와, 상기 순환덕트의 내부에 설치되어 공기를 일 방향으로 이동시키기 위한 순방향팬과, 상기 순환덕트의 내부에 설치되며 상기 순방향팬에 의한 공기의 이동방향과 반대방향으로 공기를 이동시키기 위한 역방향팬과, 상기 순환덕트를 통과하는 공기를 냉각시킨 후 가열하는 히트펌프와, 상기 건조챔버 내부를 진공으로 유지시키기 위한 진공펌프와, 상기 순방향팬 및 상기 역방향팬 중 어느 하나를 선택적으로 가동시키기 위한 제어부를 구비하고, 상기 히트펌프는 상기 순환덕트의 내부에 설치되는 제 1열교환기와, 상기 순환덕트의 내부에 설치되어 상기 제 1열교환기와 일정거리 이격되는 제 2열교환기와, 상기 제 1열교환기 또는 상기 제 2열교환기에서 증발된 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 제어부에 의해 유로가 전환되며 상기 압축기에서 압축된 기상의 냉매를 상기 제 1열교환기 및 상기 제 2열교환기 중 어느 하나에 선택적으로 유입시키기 위한 사방밸브와, 상기 제 1열교환기와 상기 제 2열교환기를 연결하는 제 1팽창라인과, 냉매가 상기 제 1열교환기에서 상기 제 2열교환기 방향으로만 흐를 수 있도록 상기 제 1팽창라인에 설치되는 제 1체크밸브와, 상기 제 1팽창라인에 설치되어 상기 제 1열교환기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 제 1팽창밸브와, 상기 제 1열교환기와 상기 제 2열교환기를 연결하는 제 2팽창라인과, 냉매가 상기 제 2열교환기에서 상기 제 1열교환기 방향으로만 흐를 수 있도록 상기 제 2팽창라인에 설치되는 제 2체크밸브와, 상기 제 2팽창라인에 설치되어 상기 제 2열교환기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 제 2팽창밸브를 포함하며, 상기 외기유입댐퍼 및 상기 내기배출댐퍼를 개방시킨 상태에서 외부의 공기를 상기 건조챔버의 내부로 유입시키면서 상기 히트펌프를 가동하여 상기 피건조물을 건조시키는 초기건조단계와; 상기 외기유입댐퍼 및 상기 내기배출댐퍼를 닫은 상태에서 상기 히트펌프와 진공펌프를 가동하여 상기 피건조물을 건조시키되 상기 순방향팬 및 상기 역방향팬을 교대로 가동하여 공기의 흐름을 바꾸면서 건조시키는 후기건조단계;를 포함하고, 상기 초기건조단계는 a)상기 압축기에서 압축된 냉매가 상기 제 1열교환기로 유입될 수 있도록 상기 사방밸브의 유로를 전환시키는 단계와, b)상기 순방향팬을 가동하여 상기 외기유입댐퍼를 통해 유입된 외부의 공기를 상기 제 2열교환기에 의해 냉각시킨 후 상기 제 1열교환기에 의해 가열시킨 다음 상기 제 1통기구를 통해 상기 건조챔버의 내부로 유입시키고 상기 제 2통기구를 통해 유출되는 공기는 상기 내기배출댐퍼를 통해 외부로 배출시키는 단계를 구비한다.

상기 후기건조단계는 c)상기 압축기에서 압축된 냉매가 상기 제 1열교환기로 유입될 수 있도록 상기 사방밸브의 유로가 전환된 상태에서 상기 순방향팬을 가동하여 상기 제 2통기구를 통해 유출되는 상기 건조챔버의 내부 공기를 제 2열교환기에 의해 냉각시킨 후 상기 제 1열교환기에 의해 가열시킨 다음 상기 제 1통기구를 통해 상기 건조챔버의 내부로 유입시키는 단계와, d)상기 압축기에서 압축된 냉매가 상기 제 2열교환기로 유입될 수 있도록 상기 사방밸브의 유로가 전환된 상태에서 상기 역방향팬을 가동하여 상기 제 1통기구를 통해 유출되는 상기 건조챔버의 내부 공기를 제 1열교환기에 의해 냉각시킨 후 상기 제 2열교환기에 의해 가열시킨 다음 상기 제 2통기구를 통해 상기 건조챔버의 내부로 유입시키는 단계를 구비한다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면 건조 초기에는 외부의 공기를 유입시키면서 히트펌프에 의해 피건조물을 건조시키고, 건조 후기에는 내부 공기를 순환시키면서 히트펌프에 의해 피건조물을 건조시키므로 건조시간을 단축시킬 수 있다.

또한, 건조후기에 사방밸브에 의해 냉매의 흐름을 교대로 전환시키고, 냉매의 흐름 방향에 따라 순방향팬과 역방향팬을 교대로 가동하여 건조챔버 내부로 유입되는 고온의 건조공기의 유입위치를 바꿀 수 있어서 피건조물을 균일하게 건조시킴과 동시에 건조효율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 건조장치의 구성을 개략적으로 나타낸 구성도이고,
도 2는 도 1의 건조장치의 작동의 일 예이고,
도 3은 도 1의 건조장치의 작동의 다른 예이고,
도 4는 도 1의 건조장치의 작동의 또 다른 예이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 히트펌프를 이용한 진공건조기와 이를 이용한 건조방법에 대하여 구체적으로 설명한다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 히트펌프를 이용한 진공건조기는 크게 건조대(7)가 내부에 설치되며 공기가 드나들 수 있는 제 1통기구(3) 및 제 2통기구(5)가 형성된 건조챔버(1)와, 일측이 제 1통기구(3)와 연결되고 타측이 제 2통기구(5)와 연결되는 순환덕트(10)와, 순환덕트(10)의 일측에 설치되어 순환덕트(10)의 내부로 외부의 공기를 유입시키기 위한 외기유입댐퍼(15)와, 순환덕트(10)의 타측에 설치되어 건조챔버(1)를 통과한 공기를 순환덕트(10)의 외부로 배출시키기 위한 내기배출댐퍼(16)와, 순환덕트(10)의 내부에 설치되어 공기를 일 방향으로 이동시키기 위한 순방향팬(20)과, 순환덕트(10)의 내부에 설치되며 상기 순방향팬(20)에 의한 공기의 이동방향과 반대방향으로 공기를 이동시키기 위한 역방향팬(25)과, 순환덕트(25)를 통과하는 공기를 냉각시킨 후 가열하는 히트펌프(30)와, 건조챔버(1) 내부를 진공으로 유지시키기 위한 진공펌프(90)와, 순방향팬(20) 및 상기 역방향팬(25) 중 어느 하나를 선택적으로 가동시키기 위한 제어부를 구비한다.

건조챔버(1)의 내부에는 건조대(7)가 설치된다. 건조대(7)는 채반이 상하로 이격되어 적층된 구조로 이루어진다. 건조대(7)에는 건조시키고자 하는 피건조물이 올려진다. 피건조물로 농산물이나 수산물 그리고 기타 식품 등이 적용될 수 있다.

건조챔버(1)에는 공기가 드나들 수 있는 제 1통기구(3) 및 제 2통기구(5)가 형성된다. 도시된 예에서 제 1통기구(3)는 건조챔버(1)의 상부 우측에 마련되고, 제 2통기구(5)는 건조챔버(1)의 하부 좌측에 마련된다.

본 발명은 히트펌프(30)에 의해 만들어진 건공기를 제 1통기구(3)와 제 2통기구(5) 중 어느 하나를 통해 건조챔버(1)의 내부로 유입시킨다. 그리고 건조대(7)를 통과하여 피건조물로부터 증발된 수분을 함유한 습한 공기는 제 1통기구(3)와 제 2통기구(5) 중 어느 하나를 통해 건조챔버(1)의 외부로 배출시킨다. 가령, 제 1통기구(3)를 통해 건공기가 건조챔버(1)로 유입되면 피건조물로부터 증발된 수분을 함유한 습한 공기는 제 2통기구(5)를 통해 건조챔버(1)의 외부로 배출된다. 그리고 제 2통기구(5)를 통해 건공기가 건조챔버(1)로 유입되면 피건조물로부터 증발된 수분을 함유한 습한 공기는 제 1통기구(3)를 통해 건조챔버(1)의 외부로 배출된다.

이와 같이 본 발명은 가열된 건공기를 건조챔버(1)의 내부로 유입시키는 입구가 고정되어 있는 것이 아니라 제 1통기구(3)와 제 2통기구(5) 중 어느 하나를 입구로 활용할 수 있어서 가열된 건공기가 유입되는 입구의 위치를 자유롭게 조절할 수 있는 장점을 갖는다.

순환덕트(10)는 건조챔버(1)의 외부에 설치된다. 순환덕트(10)의 일측은 제 1통기구(3)와 연결되고 타측은 제 2통기구(5)와 연결된다.

순환덕트(10)의 일측에는 외기유입댐퍼(15)가 설치된다. 외기유입댐퍼(15)를 통해 순환덕트(10)와 연결된 외기유입구(11)를 개폐할 수 있다. 외기유입댐퍼(15)가 개방되면 외부의 공기가 순환덕트(10)의 내부로 유입된다. 도 2에 도시된 바와 같이 외기유입구(11)의 개방시 외기유입댐퍼(15)는 내기배출구(13) 방향으로 연결되는 순환덕트(10)의 내부 통로를 차단한다.

순환덕트(10)의 타측에는 내기배출댐퍼(16)가 설치된다. 내기배출댐퍼(16)를 통해 순환덕트(10)의 타측에 형성된 내기배출구(13)를 개폐할 수 있다. 내기배출댐퍼(16)가 개방되면 건조챔버(1)를 통과한 다습한 공기를 순환덕트(10)의 외부로 배출시킬 수 있다. 도 2에 도시된 바와 같이 내기배출구(13)의 개방시 내기배출댐퍼(16)는 외기유입구(11) 방향으로 연결되는 순환덕트(10)의 내부 통로를 차단한다.

외기유입댐퍼(15)와 내기배출댐퍼(16)는 제어부에 의해 개폐가 작동된다.

순환덕트(10)의 내부에는 순방향팬(20)과 역방향팬(25)이 이격되어 설치된다. 순방향팬(20)은 하나 또는 둘 이상이 설치될 수 있다. 그리고 역방향팬(25) 역시 하나 또는 둘 이상이 설치될 수 있다.

순방향팬(20)과 역방향팬(25)에 의한 공기의 이동방향은 반대이다. 순방향팬(20)이 공기를 일 방향으로 이동시키는 경우 역방향팬(25)은 순방향팬(20)에 의한 공기의 이동방향과 반대방향으로 공기를 이동시킨다. 도시된 예에서 순방향팬(20)은 공기를 제 1통기구(3) 방향으로 이동시키고, 역방향팬(25)은 제 2통기구(5) 방향으로 이동시킨다.

순방향팬(20)과 역방향팬(25)은 제어부에 의해 가동이 제어된다. 제어부는 순방향팬(20)과 역방향팬(25) 중 어느 하나를 선택적으로 가동시킨다.

건조챔버(1)의 내부로 가열된 건공기를 유입시키기 위해 히트펌프(30)가 마련된다.

히트펌프(30)는 순환덕트(20)를 통과하는 공기를 냉각시켜 공기 중의 수분을 감소시킨 후 공기를 가열시키는 역할을 한다.

본 발명에 적용된 히트펌프(30)는 2개의 열교환기(33)(35)를 통과하는 냉매의 이동방향에 따라 각각의 열교환기가 응축기 또는 증발기 역할을 할 수 있도록 구성된다. 순환덕트(10)에서 이동하는 공기의 흐름방향에 따라 냉매의 이동방향이 달라진다.

도시된 히트펌프(30)는 순환덕트(10)의 내부에 설치되는 제 1열교환기(33)와, 순환덕트(10)의 내부에 설치되어 제 1열교환기(33)와 일정거리 이격되는 제 2열교환기(35)와, 제 1열교환기(33) 또는 제 2열교환기(35)에서 증발된 냉매를 압축하는 압축기(32)와, 제어부에 의해 유로가 전환되며 압축기(32)에서 압축된 기상의 냉매를 제 1열교환기(33) 및 제 2열교환기(35) 중 어느 하나에 선택적으로 유입시키기 위한 사방밸브(31)와, 제 1열교환기(33)와 제 2열교환기(35)를 연결하는 제 1팽창라인(40)과, 냉매가 제 1열교환기(33)에서 제 2열교환기(35) 방향으로만 흐를 수 있도록 제 1팽창라인(40)에 설치되는 제 1체크밸브(41)와, 제 1팽창라인(40)에 설치되어 제 1열교환기(33)에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 제 1팽창밸브(43)와, 제 1열교환기(33)와 제 2열교환기(35)를 연결하는 제 2팽창라인(45)과, 냉매가 제 2열교환기(35)에서 제 1열교환기(33) 방향으로만 흐를 수 있도록 제 2팽창라인(45)에 설치되는 제 2체크밸브(47)와, 상기 제 2팽창라인(45)에 설치되어 상기 제 2열교환기(35)에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 제 2팽창밸브(49)를 포함한다.

압축기(32)에서 압축된 기상의 냉매가 제 1열교환기(33)로 유입되도록 사방밸브(31)가 유로를 전환시키면 냉매는 압축기(32)→사방밸브(31)→제 1열교환기(33)→제1체크밸브(41)→제 1팽창밸브(43)→제 2열교환기(35)→사방밸브(31)→압축기(32)의 경로로 순환한다.

이때 압축기(32)에 의해 압축된 기상의 냉매는 제 1열교환기(33)에서 응축되며, 제 1팽창밸브(43)를 통과하면서 팽창된 냉매는 제 2열교환기(35)에서 증발잠열을 흡수하여 증발된다. 따라서 제 1열교환기(33)가 응축기의 역할을 하고, 제 2열교환기(35)가 증발기의 역할을 한다.

반대로, 압축기(32)에서 압축된 기상의 냉매가 제 2열교환기(35)로 유입되도록 사방밸브(31)가 유로를 전환시키면 냉매는 압축기(32)→사방밸브(31)→제 2열교환기(35)→제2체크밸브(47)→제 2팽창밸브(49)→제 1열교환기(33)→사방밸브(31)→압축기(32)의 경로로 순환한다.

이때 압축기(32)에 의해 압축된 기상의 냉매는 제 2열교환기(35)에서 응축되며, 제 2팽창밸브(49)를 통과하면서 팽창된 냉매는 제 1열교환기(33)에서 증발잠열을 흡수하여 증발된다. 따라서 제 1열교환기(33)가 증발기의 역할을 하고, 제 2열교환기(35)가 응축기의 역할을 한다.

제 1 및 제 2열교환기(33)(35)는 순환덕트(10)의 내부에 설치된다. 제 1 및 제 2열교환기(33)(35)는 이격되어 설치된다. 제 1열교환기(33)는 제 1통기구(3)와 가까운 방향에 설치되고, 제 2열교환기(35)는 제 2통기구(5)와 가까운 방향에 설치된다.

역방향팬(25)이 정지된 상태에서 순방향팬(20)이 가동되고, 압축기(32)에서 압축된 기상의 냉매가 제 1열교환기(33)로 유입되도록 사방밸브(31)가 유로를 전환시킨 상태에서 히트펌프(30)가 가동될 때, 공기는 제 2열교환기(35)를 거친 후 제 1열교환기(33)를 통과한다. 습한 공기는 증발기 역할을 하는 제 2열교환기(35)를 통과하면서 냉각 제습되어 저온(5~10℃)의 건조공기 상태가 된다.

제 2열교환기(35)를 통과한 제습된 건조공기는 제 1열교환기(33)를 통과하면서 가열된다. 제 1열교환기(33)에서 방출되는 열은 공기를 가열하는데 이용된다. 제습된 건조공기는 응축기 역할을 하는 제 1열교환기(33)를 통과하면 상온 또는 따뜻한 온도(25~35℃)로 가열된다.

순방향팬(20)의 가동이 멈추고 역방향팬(25)이 가동되고, 압축기(32)에서 압축된 기상의 냉매가 제 1열교환기(33)로 유입되도록 사방밸브(31)가 유로를 전환시킨 상태에서 히트펌프(30)가 가동될 때, 공기는 제 1열교환기(33)를 거친 후 제 2열교환기(35)를 통과한다. 이 경우 제 1열교환기(33)를 통과하면서 공기는 냉각되어 수분이 제거되고, 제 2열교환기(35)를 통과하면서 가열된다.

이와 같이 사방밸브(31)에 의해 냉매의 이동방향이 전환되면 제 1 및 제 2열교환기(33)(35)는 각각의 역할이 서로 바뀐다.

한편, 히트펌프(30)는 보조응축기를 더 구비할 수 있다. 도시된 예에서 압축기(32)와 사방밸브(31)를 연결하는 관로에서 분기되는 분기관(50)이 설치되고, 분기관(50)에는 제어부에 의해 개폐가 제어되는 전자밸브(51)가 설치된다. 그리고 전자밸브(51)가 분기관(50)을 개방시 압축기에서 압축된 냉매의 일부가 경유할 수 있도록 분기관에(50)는 보조응축기(55)가 연결된다.

히트펌프(30)의 가동 중 응축기 역할을 하는 제 1 또는 제 2열교환기의 압력이 높아지면 제어부에 의해 전자밸브(51)가 열려 냉매 중 일부가 보조응축기(55)를 경유한다.

건조챔버(1) 내부를 진공으로 유지시켜 건조가 잘 이루어질 수 있도록 진공펌프(90)가 설치된다. 진공펌프(90)는 응축수수집유닛에 설치될 수 있다.

응축수수집유닛은 제 1열교환기(33)와 대응되는 위치의 순환덕트에 설치되는 제 1물받이부(70)와, 제 2열교환기(35)와 대응되는 위치의 상기 순환덕트에 설치되는 제 2물받이부(71)와, 제 1물받이부(70)와 제 1배수관(73)으로 연결되고 제 2물받이부(71)와 제 2배수관(77)으로 연결되는 응축수저장조(80)와, 상기 제 1배수관 및 상기 제 2배수관에 각각 설치되어 제어부에 의해 선택적으로 개폐되는 제 1전자밸브(75) 및 제 2전자밸브(79)를 구비한다. 응축수저장조(80)에는 응축수를 배출시키기 위한 드레인관(81)이 설치되고, 드레인관(81)에는 전자밸브(83)가 설치된다. 응축수저장조(80)에는 수위센서가 설치되어 수위센서로부터 출력되는 신호에 의해 제어부가 드레인관(81)에 설치된 전자밸브(83)를 제어할 수 있다.

제 1열교환기(33)가 증발기 역할을 하는 경우 제 1전자밸브(75)가 열린 상태이며, 제 2열교환기(35)가 증발기 역할을 하는 경우 제 2전자밸브(79)가 열린 상태로 운전되어 응축수가 응축수저장조(80)로 모이게 된다. 동시에 응축수저장조(80)에 설치된 진공펌프(90)는 건조챔버(1)가 일정한 진공압력으로 유지될 수 있도록 제어부에 의해 가동이 제어된다. 진공펌프(90)에 의해 진공압력에서 피건조물을 건조시킬 수 있으므로 수분의 증발이 활발해져 건조가 보다 빠르게 이루어진다.

한편, 순환덕트(10)의 내부에는 전기히터(60)가 설치될 수 있다. 전기히터(60)는 건조챔버(1)로 유입되는 공기를 더욱 높은 온도로 가열할 수 있다. 전기히터(60)는 제 1통기구(3)와 제 1열교환기(33) 사이에 설치된다. 전기히터(60)는 제어부에 의해 가동이 제어될 수 있다.

제어부는 통상적인 구성으로서, 마이크로프로세서와 각종 구동회로로 이루어진다.

제어부는 순방향팬(20) 및 역방향팬(25) 중 어느 하나를 선택적으로 가동시킨다. 이 외에도 제어부는 외기유입댐퍼(15), 내기배출댐퍼(16), 각종 전자밸브, 사방밸브(31), 진공펌프(90), 전기히터(60) 등의 동작을 제어함은 물론이다.

이하, 상술한 진공건조기를 이용한 건조방법에 대하여 설명한다.

건조방법은 크게 초기건조단계와 후기건조단계로 이루어진다.

초기건조단계는 외기유입댐퍼(15) 및 내기배출댐퍼(16)를 개방시킨 상태에서 외부의 공기를 건조챔버(1)의 내부로 유입시키고 건조챔버(1)를 통과한 다습한 공기를 외부로 배출시키면서 히트펌프(30)를 가동하여 피건조물을 건조시킨다.

초기건조단계는 압축기(32)에서 압축된 냉매가 제 1열교환기(33)로 유입될 수 있도록 사방밸브(31)의 유로를 전환시키는 단계와, 순방향팬(20)을 가동하여 외기유입댐퍼(15)를 통해 유입된 외부의 공기를 제 2열교환기(35)에 의해 냉각시킨 후 제 1열교환기(33)에 의해 가열시킨 다음 제 1통기구(3)를 통해 건조챔버(1)의 내부로 유입시키고 제 2통기구(5)를 통해 유출되는 공기는 내기배출댐퍼(16)를 통해 외부로 배출시키는 단계를 구비할 수 있다.

이러한 초기건조단계의 모습을 도 2에 나타내었다.

초기건조단계에서 외기유입댐퍼(15)는 외기유입구(11)를 개방하여 외부의 공기가 순환덕트(10)의 내부로 유입될 수 있도록 한다. 그리고 내기배출댐퍼(16) 역시 내기배출구(13)를 개방하여 건조챔버(1)를 통과한 다습한 공기가 외부로 배출될 수 있도록 한다.

압축기(32)에서 압축된 기상의 냉매가 제 1열교환기(33)로 유입되도록 사방밸브(31)가 유로를 전환시키면 냉매는 압축기→사방밸브→제 1열교환기→제1체크밸브→제 1팽창밸브→제 2열교환기→사방밸브→압축기의 경로로 순환한다.

이때 압축기(33)에 의해 압축된 기상의 냉매는 제 1열교환기(33)에서 응축되며, 제 1팽창밸브(43)를 통과하면서 팽창된 냉매는 제 2열교환기(35)에서 증발잠열을 흡수하여 증발된다. 따라서 제 1열교환기(33)가 응축기의 역할을 하고, 제 2열교환기(35)가 증발기의 역할을 한다.

순방향팬(20)이 가동되면 외부의 공기가 순환덕트(10)의 내부로 유입되고, 순환덕트(10)의 내부로 유입된 공기는 제 2열교환기(35)와 제 1열교환기(33)를 차례로 통과하여 건조챔버(1) 내부로 유입된다.

외부에서 유입된 공기는 제 2열교환기(35)를 통과하면서 냉각되어 공기 중의 수분이 제거되어 저온(5~10℃)의 건조공기 상태가 된다. 그리고 건조공기는 제 1열교환기(33)를 통과하면 상온 또는 따뜻한 온도(25~35℃)로 가열된다.

제 1열교환기(33)를 통과한 건조공기는 전기히터(60)에 의해 더 높은 온도가 가열되고, 제 1통기구(3)를 통해 건조챔버(1)의 내부로 유입된다. 건조챔버(1)의 내부로 유입된 건조공기는 피건조물을 건조시킨다. 이 과정에서 피건조물로부터 수분이 증발되고, 증발된 수분은 공기에 함유되어 제 2통기구(5)를 통해 외부로 배출된다.

초기건조단계에서 응축기 역할을 하는 제 1열교환기(35)의 압력이 높아지면 전자밸브(51)가 열려 보조응축기(55)가 가동되어 응축압력을 조절할 수 있다.

상술한 초기건조단계는 수분을 많이 포함하고 있는 피건조물의 초기건조시 열풍건조를 행하면서 건조 챔버에서 발생된 수분을 포한 고온고습의 공기를 외부로 배출하고 외부의 건습공기를 유입하여 가열 건조하는 방식이다.

초기건조단계를 통해 피건조물의 함수량이 낮아지면 후기건조단계를 수행한다.

후기건조단계는 외기유입댐퍼(15) 및 상기 내기배출댐퍼(16)를 닫은 상태에서 수행되므로 외부공기의 유입이 없이 내부공기가 순환되는 형태로 진행된다. 후기건조단계는 순방향팬(20) 및 역방향팬(25)을 교대로 가동하여 공기의 흐름을 바꾸면서 건조시킨다. 후기건조단계는 진공펌프(90)를 가동하면서 진행된다. 따라서 수분의 증발이 활발해져 건조가 보다 빠르게 된다.

후기건조단계는 압축기(32)에서 압축된 냉매가 제 1열교환기(33)로 유입될 수 있도록 사방밸브(31)의 유로가 전환된 상태에서 순방향팬(20)을 가동하여 제 2통기구(5)를 통해 유출되는 건조챔버(1)의 내부 공기를 제 2열교환기(35)에 의해 냉각시킨 후 제 1열교환기(33)에 의해 가열시킨 다음 제 1통기구(3)를 통해 건조챔버(1)의 내부로 유입시키는 단계와, 압축기(32)에서 압축된 냉매가 제 2열교환기(35)로 유입될 수 있도록 사방밸브(31)의 유로가 전환된 상태에서 역방향팬(25)을 가동하여 제 1통기구(3)를 통해 유출되는 건조챔버(1)의 내부 공기를 제 1열교환기(33)에 의해 냉각시킨 후 제 2열교환기(35)에 의해 가열시킨 다음 제 2통기구(5)를 통해 건조챔버(1)의 내부로 유입시키는 단계를 구비한다.

먼저, 도 3과 같이 압축기(32)에서 압축된 냉매가 제 1열교환기(33)로 유입될 수 있도록 사방밸브(31)의 유로가 전환된다. 이를 통해 냉매는 압축기 →사방밸브→제 1열교환기→제1체크밸브→제 1팽창밸브→제 2열교환기→사방밸브→압축기의 경로로 순환한다.

이 상태에서 순방향팬(20)을 가동하면 제 2통기구(5)를 통해 건조챔버(1)의 내부 공기가 순환덕트(10)로 유출된다. 공기는 제 2열교환기(35)를 통과하면서 냉각되어 수분이 제거되고, 제 1열교환기(33)를 통과하면서 가열된다. 가열된 건조공기는 제 1통기구(3)를 통해 건조챔버(1)의 내부로 유입된다.

공기가 제 2열교환기(35)를 통과하면서 제습될 경우 응축수는 제 2배수관(77)을 통해 응축수저장조(80)로 모인다.

그리고 운전 중 응축기 역할을 하는 제 1열교환기(33)의 응축압력이 높아지면 전자밸브(51)가 열려 보조응축기(55)가 가동되어 응축압력을 조절한다.

이와 같이 제 1통기구(3)로 가열된 건조공기를 유입시켜 피건조물을 일정시간동안 건조시키다가 가열된 건조공기의 유입위치를 제 2통기구(5)로 바꾼다. 이를 위해 도 4와 같이 압축기(32)에서 압축된 냉매가 제 2열교환기(35)로 유입될 수 있도록 사방밸브(31)의 유로가 전환된다. 이를 통해 냉매는 압축기→사방밸브→제 2열교환기→제2체크밸브→제 2팽창밸브→제 1열교환기→사방밸브→압축기의 경로로 순환한다.

이때 압축기(33)에 의해 압축된 기상의 냉매는 제 2열교환기(35)에서 응축되며, 제 2팽창밸브(49)를 통과하면서 팽창된 냉매는 제 1열교환기(33)에서 증발잠열을 흡수하여 증발된다. 따라서 제 1열교환기(33)가 증발기의 역할을 하고, 제 2열교환기(35)가 응축기의 역할을 한다.

이 상태에서 순방향팬(20)의 가동을 정지시키고 역방향팬(25)을 가동하면 제 1통기구(3)를 통해 건조챔버(1)의 내부 공기가 순환덕트로 유출된다. 공기는 제 1열교환기(33)를 통과하면서 냉각되어 수분이 제거되고, 제 2열교환기(35)를 통과하면서 가열된다. 가열된 건조공기는 제 2통기구(5)를 통해 건조챔버(1)의 내부로 유입된다.

공기가 제 1열교환기(33)를 통과하면서 제습될 경우 응축수는 제 1배수관(73)을 통해 응축수저장조(80)로 모인다.

그리고 운전 중 응축기 역할을 하는 제 2열교환기(35)의 응축압력이 높아지면 전자밸브(51)가 열려 보조응축기(55)가 가동되어 응축압력을 조절한다.

이와 같이 후기건조단계에서 사방밸브(31)에 의해 냉매의 흐름을 교대로 전환시키고, 냉매의 흐름 방향에 따라 순방향팬(20)과 역방향팬(25)을 교대로 가동하여 가열된 건조한 공기를 일정시간 동안 제 1통기구(3)로 유입시킨 후 가열된 건조한 공기를 일정시간 동안 제 2통기구(5)로 유입시킬 수 있다. 따라서 건조챔버(1)의 부피가 크더라도 피건조물을 균일하게 건조할 수 있어서 건조효율을 높일 수 있다.

이상, 본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.

1: 건조챔버 7: 건조대
10: 순환덕트 20: 순방향팬
25: 역방향팬 30: 히트펌프
33: 제 1열교환기 35: 제 2열교환기

Claims

건조대가 내부에 설치되며 공기가 드나들 수 있는 제 1통기구 및 제 2통기구가 형성된 건조챔버와;
일측이 상기 제 1통기구와 연결되고 타측이 상기 제 2통기구와 연결되는 순환덕트와;
상기 순환덕트의 일측에 설치되어 상기 순환덕트의 내부로 외부의 공기를 유입시키기 위한 외기유입댐퍼와;
상기 순환덕트의 타측에 설치되어 상기 건조챔버를 통과한 공기를 상기 순환덕트의 외부로 배출시키기 위한 내기배출댐퍼와;
상기 순환덕트의 내부에 설치되어 공기를 일 방향으로 이동시키기 위한 순방향팬과;
상기 순환덕트의 내부에 설치되며 상기 순방향팬에 의한 공기의 이동방향과 반대방향으로 공기를 이동시키기 위한 역방향팬과;
상기 순환덕트를 통과하는 공기를 냉각시킨 후 가열하는 히트펌프와;
상기 건조챔버 내부를 진공으로 유지시키기 위한 진공펌프와;
상기 순방향팬 및 상기 역방향팬 중 어느 하나를 선택적으로 가동시키기 위한 제어부;를 구비하고,
상기 히트펌프는 상기 순환덕트의 내부에 설치되는 제 1열교환기와, 상기 순환덕트의 내부에 설치되어 상기 제 1열교환기와 일정거리 이격되는 제 2열교환기와, 상기 제 1열교환기 또는 상기 제 2열교환기에서 증발된 냉매를 압축하는 압축기와, 상기 제어부에 의해 유로가 전환되며 상기 압축기에서 압축된 기상의 냉매를 상기 제 1열교환기 및 상기 제 2열교환기 중 어느 하나에 선택적으로 유입시키기 위한 사방밸브와, 상기 제 1열교환기와 상기 제 2열교환기를 연결하는 제 1팽창라인과, 냉매가 상기 제 1열교환기에서 상기 제 2열교환기 방향으로만 흐를 수 있도록 상기 제 1팽창라인에 설치되는 제 1체크밸브와, 상기 제 1팽창라인에 설치되어 상기 제 1열교환기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 제 1팽창밸브와, 상기 제 1열교환기와 상기 제 2열교환기를 연결하는 제 2팽창라인과, 냉매가 상기 제 2열교환기에서 상기 제 1열교환기 방향으로만 흐를 수 있도록 상기 제 2팽창라인에 설치되는 제 2체크밸브와, 상기 제 2팽창라인에 설치되어 상기 제 2열교환기에 의해 응축된 냉매를 팽창시키는 제 2팽창밸브를 포함하고,
상기 순환덕트와 연결되어 상기 히트펌프에 의해 냉각된 공기 중으로부터 발생된 응축수를 수집하기 위한 응축수수집유닛;을 더 구비하며,
상기 응축수수집유닛은 상기 제 1열교환기와 대응되는 위치의 상기 순환덕트에 설치되는 제 1물받이부와, 상기 제 2열교환기와 대응되는 위치의 상기 순환덕트에 설치되는 제 2물받이부와, 상기 제 1물받이부와 제 1배수관으로 연결되고 상기 제 2물받이부와 제 2배수관으로 연결되며 상기 진공펌프가 설치되는 응축수저장조와, 상기 제 1배수관 및 상기 제 2배수관에 각각 설치되어 상기 제어부에 의해 선택적으로 개폐되는 제 1전자밸브 및 제 2전자밸브와, 응축수를 배출시키기 위해 상기 응축수저장조에 설치되는 드레인관과, 상기 응축수저장조에 설치되는 수위센서를 구비하고,
상기 순환덕트의 내부에 설치되되 상기 제 1통기구와 상기 제 1열교환기 사이에 설치되어 상기 건조챔버로 유입되는 공기를 가열하기 위한 전기히터;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 진공건조기.
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제 1항에 있어서, 상기 히트펌프는 상기 압축기와 상기 사방밸브를 연결하는 관로에서 분기되는 분기관에 설치되며 상기 제어부에 의해 개폐가 제어되는 전자밸브와, 상기 전자밸브가 상기 분기관을 개방시 상기 압축기에서 압축된 냉매가 경유하는 보조응축기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 진공건조기.
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