KR100318863B1 - 진공건조기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 진공건조기에 관한 것으로서, 밀폐형 건조탱크(z)의 내벽 일측에 장치되어 있는 진공펌프(b)와, 상기 건조탱크(z)의 내부와 연결되도록 설치되어있는 응축수 저장탱크(k)와, 상기 건조탱크(z)의 내부의 밑부분에 다수개의 핀(1)이 붙어 있고, 튜브연결관(q)이 연결되어 있는 관에 에어볼(h)이 설치되어 있는 냉매증발관(g)과, 상기 냉매증발관(g)의 내부와 연결되도록 설치되어있는 원통형의 냉매저장탱크(g-1)와, 상기 냉매저장탱크(g-1)의 저면에 연결되어있는 외부의 냉매액이송라인(r)에 설치되어있는 이송펌프(o)와, 상부일측에 설치되어있고 좌측저면에 튜브연결관(q)이 연결되어있으며 상기 튜브연결관(q)이 일정한 간격을 두고 튜브(d)와 연결되어있는 냉매액저장탱크(p)와, 상측에 건조물저장틀(c)이 위치되어있고 원적외선이 방출되는 도료가 칠해져 있으면서 다수의 일정한 면적을 지닌 핀(e)이 부착되어 있는 튜브(d)와, 우측 상부에 설치되어 있고, 상기 각 튜브(d)에 연결된 철망틀형의 건조물저장틀(c)과, 상면 및 하면에 다수의 작은구멍들이 형성되어 있으면서 내면에 원적외선이 방출되는 도료가 칠해져 있고 육면으로된 원적외선보존판(n)과, 상기 각 튜브(d)의 일단부에 연결된 튜브의 냉매액연결관(q-1)의 일단부가 연결되어 있고 냉동컴프레서(a)의 흡입라인(s)과 배기라인(t)에 연결되어 있는 증기탱크(w)와, 냉동콤프레서(a)의 흡입라인(s)과 배기라인(t)에 연결되어있으며 상기 냉매액증발관(g)에 연결되어있는 증기탱크(m)로 이루어져 있다.

본 발명의 진공건조기는 에너지의 사용이 효율적이며, 건조속도를 앞당길 수있고 냉동기로서도 사용이 가능 하다.

Description

진공건조기

본 발명은 진공건조기에 관한 것으로서, 특히 진공건조시에 이루어지는 냉동공정, 건조열 제공공정, 수증기 응축공정의 세가지 공정을 하나의 시스템으로 수행할 수 있도록 구성된 진공건조기에 관한 것이다.

일반적으로 진공건조기의 건조공정을 크게 나누면 일정한 진공이 유지되는 건조기의 내부에 열을 전달하는 열전달라인과 내부의 연결된 열교환기를 이용해 건조물에서 증발되어 나온 수증기를 응축하는 응축라인으로 되어 있다.

열을 전달할 때 그 열의 전달방법은 스팀이나 열매체유를 이용한 방법을 사용하고 있으며, 그 열원은 전기 또는 연료의 연소를 이용하여 열을 만들어 사용하고 있다. 건조기에서 증발된 수증기를 응축함으로서 건조기내부의 기압을 일정하게 유지하게 되는 데, 이때 수증기를 열교환기를 이용해 응축하는 방식도 기존의 일반적 기술인 냉각싸이클이 적용되며 따라서, 1torr의 기압하에서 1㎏의 물을 증기화시킬 때 1㎏의 물이 1torr에서 약560kcal가 필요하게 되며 다시 응축수로 바꾸는데에도 560kcal가 필요하게 된다. 즉, 건조물에 560kcal의 열이 전도되어 증발이 이루어지면 이 수증기는 열교환기에 유입되어 열교환이 이루어져 응축수가 될 때 560kcal의 냉각열이 필요해지는 것이다.

종래에 이용되었던 진공건조기는 냉동 진공건조방식이 포함된 경우, 각 공정별 필요한 장치인 냉동공정라인, 건조물가열라인, 증기응축공정라인등이 각각 장치되어 있기 때문에 진공건조기에 필요한 부대설비가 많으며 이러한 건조기를 사용하여 1㎏의 물을 건조시켜 증기화시킨 후 다시 응축수로 만드는데 필요한 이론적인 사용량인 1120kcal 보다 크게 많은 몇배의 에너지를 사용하게 되는 데, 그것은 각 공정별 작동싸이클을 유지하기 위해 이론적인 에너지의 사용 보다 몇배 많은 에너지의 사용이 되고 있는 것이다.

건조시에 사용되는 열은 전기 또는 연료의 연소열이 이용되는데 이 에너지의 경우, 전기는 자체가 2차에너지로서 전기에너지로 변환되는 동안 열손실이 따르게 되며, 연료의 연소열을 사용한다고 해도 스팀이나 열매체유로 열전달되는 동안에 상당량의 열손실이 따르게 된다.

수증기를 응축할 때 역시 냉매의 압축 및 응축 등의 싸이클이 진행되는 동안에 열손실이 따르게 되었고, 이러한 각 장치들이 필수적으로 각각 장치되어서 사용되기 때문에 장치가 커지게 되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기 종래 진공건조기의 문제점을 해소하기 위하여 안출된 것으로서, 외부와 단절된 건조물을 건조시킬 수 있는 내용적의 크기를 지닌 건조탱크에 냉동공정, 건조열제공공정, 수증기응축공정인 이 세가지 공정으로 이루어진 1개의 시스템(system)을 장치하여 구성함에 의해서 건조물을 냉동시키며, 진공이 된 상태에서 냉동된 건조물을 가열하면서 동시에 상기 건조물에서 증발된 수증기를 응축시키고 냉동컴프레서 1대의 작동에너지로써 가열 및 응축을 동시에 행할 수 있도록 구성함으로써, 에너지를 효율적으로 사용할 수 있고, 냉동속도 및 건조속도가 빠르며, 크기가 적게 될 수 있는 진공건조기를 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 진공건조기를 설명하기 위한 구성도이다.

※ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

a : 냉동컴프레서 b : 진공펌프

c : 건조물 저장틀 d : 튜브

e , 1 : 핀(fin) f : 밸브

g : 냉매액 증발관 g-1 : 냉매액 저장탱크

h : 에어볼 i : 냉매액면

j : 연결선 k : 응축수 저장탱크

k-1 : 밸브 k-2 : 밸브

m : 증기탱크 n : 원적외선 보존판

o : 이송펌프 p : 냉매액 저장탱크

q : 튜브 연결관 q-1 : 튜브의 냉매액 연결관

q-2 : 밸브 r : 냉매액 이송라인

r-1, r-2, r-3 : 밸브 s : 냉동컴프레서의 흡입라인

s-1, s-2 : 밸브 t : 냉동컴프레서의 배기라인

t-1, t-2 : 밸브 u : 밸브

u-1 : 냉각수 출구라인 u-2 : 냉각수 유입라인

v : 냉각수 수면 w : 증기탱크

x : 진공펌프의 흡입라인 x-1, x-2 : 밸브

y : 진공펌프의 배기라인 y-1, y-2 : 밸브

z : 건조탱크 z-1 : 버티칼

z-2 : 냉각수 흐름방향

이하, 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 진공건조기는 도 1에 도시되어 있는 바와같이, 외부와 단절되어 있으면서 건조물을 건조시킬 수 있는 내용적의 크기를 지닌 밀폐형 건조탱크(z)의 내부와 외부에 여러가지의 기기들이 설치되어 있는 것으로서,

상기 건조탱크(z)의 좌측의 하부에 냉각수가 유입되도록 냉각수 유입라인(u-2)이 건조탱크(z)의 내벽을 관통하여 설치되어서 건조탱크(z)의 내부의 하부에 냉각수가 들어있도록 구성되어 있으며, 상기 건조탱크(z)내로 압축시킨 공기를 유입시키거나 상기 건조탱크(z)의 내부가 진공상태가 될 수 있도록 상기 냉각수 유입라인(u-2)의 위쪽에 진공펌프(b)가 설치되어 있는데, 진공펌프(b)의 배기라인(y)은 외부와 연결되어 있으며 흡입라인(x)은 건조탱크(z)와 연결되어 있다.

상기 건조탱크(z)의 밑면에는 응축수저장탱크(k)가 건조탱크(z)의 내부와 통하도록 장치되어 있고 상기 응축수저장탱크(k)의 밑면에는 냉각수 출구라인(u-1)이연결되어 있다.

상기 건조탱크(z)의 내부의 하측부에는 열전달의 효능을 높이기 위해 외부와 열교환을 하는 다수개의 핀(1)이 부착된 냉매액증발관(g)이 설치되어 있으며 냉매액증발관(g)의 내부에는 냉매액이 들어있고, 냉매액증발관(g)의 좌측의 관내부에 밸브(f)가 설치되어 있으며 상기 냉매액증발관(g)의 우측의 관내부에는 냉매액면(i)에 부력의 힘으로 떠있는 에어볼(h)이 상기 밸브(f)와 연결선(j)으로 연결되어 있다.

상기 냉매액증발관(g)의 우측의 밑면에 냉매액증발관(g)의 내부와 서로 통하도록 냉매액저장탱크(g-1)가 설치되어 있으며, 이 냉매액저장탱크(g-1)와 연결되면서 건조탱크(z)의 외부에 위치한 냉매액이송라인(r)의 일측에 이송펌프(o)가 설치되어 있고, 이 이송펌프(o)가 연결된 냉매액 이송라인(r)은 건조탱크(z)의 내부의 윗부분에 위치한 냉매액저장탱크(p)와 연결되어 있다.

상기 냉매액저장탱크(p)의 좌측의 저면에 연결된 관의 하단에 냉매액증발관(g)으로 냉매액이 흘러 내려오도록 튜브연결관(q)이 연결되어 있으며 이 튜브연결관(q)에는 다수개의 튜브(d)가 일정한 간격으로 연결되어 있고, 튜브 연결관(q)의 하단부는 상기 냉매액증발관(g)의 좌측의 밸브(f)가 들어 있는 관과 벨브(q-2)를 사이에 두고 서로 통하도록 연결되어 있다.

상기 냉매액증발관(g)의 우측의 위에는 증기탱크(m)가 상기 냉매액증발관(g)과 서로 통하도록 연결되어 있으며, 상기 증기탱크(m)는 건조탱크(z)의 외부의 우측의 상부에 위치한 냉동컴프레서(a)와 연결되어 있는 것으로서, 상기 증기탱크(m)의 우측단부에 연결된 관이 냉동컴프레서(a)의 흡입라인(s)과 배기라인(t)에 연결되어 있다.

상기 건조탱크(z)의 내부의 우측의 위에는 증기탱크(w)가 설치되어 있으며 상기 각 튜브(d)의 일단부에 연결된 각 냉매액연결관(q-1)이 연결된 증기탱크(w)의 우측단부에 연결되어 있는 관이 냉동컴프레서(a)의 흡입라인(s)과 배기라인(t)에 연결되어 있다.

따라서, 상기 냉동컴프레서(a)의 흡입라인(s)과 배기라인(t)에 설치되어 있는 각 밸브(s-1)(s-2)(t-1)(t-2)들을 열고 닫음에 따라 냉동컴프레서(a)의 배기라인(t)이 증기탱크(w)에 연결되고 냉동컴프레서(a)의 흡입라인(s)이 증기탱크(m)에 연결되거나 또는 상기 냉동컴프레서(a)의 배기라인(t)이 증기탱크(m)에 연결되고 냉동컴프레서(a)의 흡입라인(s)이 증기탱크(w)에 연결될 수 있도록 설치되어 있다.

냉매가 들어가는 상기 각 튜브(d)의 외면에는 다수개의 핀(fin)(e)이 일정한 좁은 간격으로 각 튜브(d)의 외면과 수직방향이 되도록 각각 부착되어 있다. 이 핀(e)에는 열을 받으면 원적외선이 발생하는 도료가 칠해져 있다.

상기 냉매액증발관(g)의 외부에는 냉각수가 가득 채워져 있으며 버티칼(z-1)의 윗부분에 냉각수 수면(v)이 있다.

상기 각 튜브(d)의 상, 하측에는 건조물을 넣어둘 수 있는 철망틀형의 건조물저장틀(c)이 설치되어 있으며, 상기 건조물저장틀(c)과 튜브(d)가 둘러쌓이도록 육면으로 형성된 원적외선 보존판(n)이 설치되어 있고 상기 육면으로 형성된 원적외선보존판(n)의 상, 하면에는 작은크기로 된 다수의 구멍들이 형성되어 있으며,상기 원적외선보존판(n)의 내면에는 원적외선이 방출되는 도료가 칠해져 있다.

이 원적외선 보존판(n)이 필요한 이유는 튜브(d)에 부착되어 있는 핀(e)이 가열되어서 방출된 원적외선이 물질에 닿으면 흡수되는 성질이 있으므로 건조물에만 흡수되지 않고 건조탱크(z)의 내부에도 닿아 원적외선의 에너지가 건조탱크(z)의 내벽에도 전해지게 되어 불필요한 에너지의 손실이 있게 되므로 이것을 방지하기 위해서 원적외선 보존판(n)이 필요하게 된다.

원적외선이 건조물 이외의 물질에 닿아 흡수되는 현상이 발생되지 않도록 건조물저장틀(c)의 위와 아래와 사면의 옆면을 원적외선보존판(n)으로 막아주며 이 원적외선보존판(n)에 닿은 원적외선이 이 원적외선보존판(n)에 흡수되지않도록 이 원적외선보존판(n)의 내벽에는 원적외선을 방출하는 도료가 칠해져 있다.

그러므로 이 원적외선보존판(n)의 내벽에 흡수된 원적외선은 이 원적외선보존판(n)을 가열시켜주는 현상을 주지만 가열된 온도만큼 다시 건조물의 방향으로 이 원적외선보존판(n)의 내벽에서 원적외선을 방출하게 된다.

상기 각 튜브(d)의 핀(e)에서 발생된 원적외선 총량중 건조물에 닿지 않고 외부로 방출된 원적외선은 원적외선보존판(n)에 의해 다시 원적외선이 방출되어 건조물의 가열에너지로 사용하게 되므로 원적외선의 외부로의 유출을 막는 역할을 이 원적외선보존판(n)이 하는 것이다. 이 원적외선 보존판(n)의 윗면과 아랫면에 형성된 다수와 작은구멍들은 진공이 될 경우 이 원적외선보존판(n)의 외부와 내부의 기압이 같도록 하기위한 것이다.

상기 밑부분에 형성된 원적외선보존판(n)의 작은구멍들은 건조물에서 증발된수증기가 그 작은구멍들을 통해 밑부분으로 내려가 냉매액증발관(g)에 부착된 핀(1)에 닿아 열을 빼앗기고 응축될 수 있도록 하는 수증기의 통로이다.

도면에 도시되지 않은 장치들이 있는 데 밸브와 냉동컴프레서(a)와 진공펌프(b)의 동작에 영향을 주는 각종 센서들의 도시를 생략하였으며 또한, 건조탱크(z)의 내벽과 내부와의 단열효과를 위해 건조탱크(z)의 내벽에는 테프론판이 부착되어 있는 데, 이 건조탱크(z)의 내벽에 부착되어 있는 테프론판의 도시를 생략하였다.

본 발명의 진공건조기의 작동방법과 원리는 다음과 같다.

진공건조에 있어서, 먼저 건조물을 냉동시키며 그 후에 건조탱크(z)의 내부에 들어있는 공기를 밖으로 배출해 진공을 유지시킨 후, 건조물에 열을 가해 건조물에 들어 있는 수분을 증기화시키며 증기화된 수증기를 응축시키면 진공건조가 이루어진다. 이때 건조물에 일정한 열을 가하여 건조물에 들어 있는 수분을 증기화시키며 증기화된 수증기를 응축하여 제거하는 공정을 계속하면 건조기의 내부는 계속 일정한 진공압이 유지되며 건조물을 건조시킬 수 있게 된다.

물론, 건조탱크(z)의 내부의 기압은 1torr∼3torr 내외를 유지함으로써 0℃이하의 낮은 온도에서 건조물을 건조시키게 된다.

일반적으로 건조물을 진공건조하는 이유는 최대한의 낮은 온도의 조건하에서 건조물을 건조함으로써 건조물에 들어있는 성분을 보존케 하여 부가성 높은 건조물에 함유된 유용한 성분의 보존을 하기 위해서이다.

본 발명의 진공건조기를 작동하는 데 있어서, 건조탱크(z)의 내부에 들어 있는 각 튜브(d)의 사이 사이에 들어있는 건조물저장틀(c)에 건조물이 들어있고, 건조탱크(z)의 좌측의 외부에 위치한 진공펌프(b)의 배기라인(y)에 연결된 밸브(y-2)와, 흡입라인(x)에 연결된 밸브(x-2)를 열은 상태에서 진공펌프(b)를 작동시켜 건조탱크(z)의 내부기압이 약 3㎏/㎠ 이상의 압력이 되면 밸브(y-2)와 밸브(x-2)를 닫고 진공펌프(b)의 작동을 중지시킨다. 이때 건조탱크(z)의 내부를 약 3㎏/㎠ 이상으로 압력을 유지시키는 것은 건조물을 냉동시킴에 있어서 건조물에 냉매가 들어있는 핀(e)이 부착된 튜브(d)로 열을 전달하는 과정에서 그 매개물질인 공기가 많음으로써 열전달효과를 크게 증대시키게 되므로 건조물을 냉동시키는 데 있어서 냉동시키는 조건을 개선하는 효과를 주게 되기 때문이다.

건조물에 냉매로 열전달되는 조건을 개선하므로써 냉동열량의 열교환현상을 좋게하는 것이 되며 본 원리를 적용해 냉동할 경우 일반 냉동기 보다 매우 빠른 속도로 냉동시킬 수 있는 것이다.

그 다음에 냉매액저장탱크(p)와 각 튜브(d)가 연결된 튜브연결관(q)의 사이에 있는 라인에 연결된 밸브(r-2)를 열며, 동시에 냉매액증발관(g)과 튜브연결관(q)의 사이에 있는 밸브(q-2)를 닫는다. 냉동공정시에는 냉매가 튜브연결관(q)에서 냉매액증발관(g)으로 흘러들어가는 것을 방지해야 한다. 그 이유는 냉매액증발관(g)의 내부는 압축된 냉매가스가 들어 있으므로 밸브(q-2)가 열려있으면 냉매액이 각 튜브(d)에서 냉매액증발관(g)으로 계속 들어가게 되기 때문이다. 냉동공정에 있어서, 냉매액증발관(g)에 설치되어 있는 밸브(f)는 아무런 역할이나 작용을 하지 못한다. 그러면 냉매액저장탱크(p)에 들어 있는 냉매액은 각 튜브(d)의 튜브연결관(q)을 통해 각 튜브(d)속으로 유입되어 각 튜브(d)에 가득차게 된다. 이때 건조탱크(z)의 우측 윗부분에 위치한 냉동컴프레서(a)의 흡입라인(s)에 설치된 밸브(s-1)와 냉동컴프레서(a)의 배기라인(t)에 설치된 밸브(t-2)를 열고 냉동컴프레서(a)를 작동시킨다. 이와같이 되면 튜브(d)속에 들어간 냉매액은 끓는 점이 물(H₂O)의 어는점 보다 낮은 온도의 냉매를 사용하게 되므로 냉매는 증발하여 증기탱크(w)로 유입된 후, 냉동컴프레서(a)의 흡입라인(s)을 통해 냉동컴프레서(a)에 들어가 압축되어 증기탱크(m)에 들어간 후 냉매액증발관(g)에 들어간다.

이때 튜브(d)에 들어있는 냉매에 전달되는 열은 건조물저장틀(c)에 담겨진 건조물에서 핀(e)을 통해 전달되는데 이때 건조물에서 핀(e)으로 열을 전달해주는 물질은 건조탱크(z)에 들어있는 압축공기이다. 냉매는 처음에는 튜브(d)와 핀(e)자체에서 열을 받아 증발하게 된다. 그러면 튜브(d)와 핀(e)은 냉매로 R-C3l8(C₄F₈)을 사용할 경우 약 -30℃ 이하로 냉각되게 되는데, 이처럼 되면 공기는 온도가 낮아지지 않은 상태에서 열은 높은 곳에서 낮은곳으로 흐르게 되므로 냉각되어 있는 상태의 핀(e)에 공기에 있는 열이 전도 되어진다. 공기가 차가워지면 건조물에 닿아있던 공기는 건조물과 열교류가 생겨 건조물이 차가워지게 된다. 이러한 원리로 열에너지는 건조물에서 공기로 이동되고 공기에서 핀(e)으로 이동되며 핀(e)에서 냉매로 이동되어 냉매는 증발하게 되는 것이며 건조물은 열을 빼앗겨 냉동되게 된다. 여기에서 냉매 R-C318(C₄F₈)을 사용할 경우 -30℃ 이하로 냉각되는 이유는 냉동컴프레서(a)의 최저흡입기압이 160torr이기 때문이다.

본 발명의 진공건조기에서 냉동시간은 일반냉동기와 비교할 때 크게 단축 되며 냉매와 건조물 사이에서 열을 전달해주는 방법에 있어서 열전달조건이 유리하도록 되어있다. 즉, 열전달 매체로 압축된 공기를 사용함으로써 일반냉동기에는 1기압(1㎏/㎠)의 공기를 사용하는데, 이것보다 몇배의 열전달물질이 많아지고 넓은 열전달판인 핀(e)을 매우 많이 사용하므로 일반 냉동기와 비교할 때 열전도면적이 수백배이상 넓게 되어 열전달의 조건이 크게 개선되는 효과가 있는 것이다. 그러므로 본 발명의 진공건조기에서 냉동시간을 결정하는 요인은 용량이 얼마나 큰 냉동컴프레서(a)를 사용하는가에 따라서 결정된다.

기존의 방식은 열전달하는 데 있어서의 조건 때문에 냉동시키는데 있어서 시간적 제약이 따랐으나 본 발명의 진공건조기는 이점에 있어서는 시간적 제약을 받지 않는다.

한편, 냉동컴프레서(a)에서 압축되어 증기탱크(m)를 통해 냉매액증발관(g)에 들어온 압축냉매가스는 이곳에서 응축되어 냉매액으로 변한다. 냉매액증발관(g)에서 기체에서 액체로 변한 냉매액은 냉매액저장탱크(g-1)에 유입된다. 여기에 사용되는 증기탱크(m)의 역할은 건조공정시에 냉매증발관(g)에서 냉매를 가스로 증발시키게 되는데 증발된 냉매가스가 일시저장되는 역할이며 이 증기탱크(m)가 없으면 냉매액증발관(g)에서 가스가 저장될 공간이 없게 되고, 그러면 조금의 양만 냉매가 증발해도 압력이 높아져 냉매의 증발속도가 저하될 가능성이 있으며 또한, 건조물을 냉동하는 냉동공정시에 튜브(d)에 들어있는 냉매를 증발시켜 냉동컴프레서(a)로 압축한 후 냉매액증발관(g)에 보내 냉매를 응축시키게 되는데, 응축되지 않은 압축가스가 응축되기 전에 압축가스로 저장될 공간이 필수적으로 필요하게 된다.

냉매액증발관(g)의 내부에는 응축이 진행되는 동안 응축된 액체가 어느정도 들어 있기 마련이므로 압축가스의 대기할 공간이 축소된다. 그렇게 되면 냉동컴프레서(a)에서 압축된 가스가 머무를 공간이 없게 되어 냉매액증발관(g)과 냉동컴프레서(a)의 사이에는 높은 압력이 존재하게 되기 때문에 냉동컴프레서(a)의 작동에 있어서 불필요한 과부하가 걸리게 되어 증기탱크(m)는 필수적으로 필요한 것이다. 압축가스의 대기할 공간이 넓을수록 냉동컴프레서(a)는 과부하가 걸릴 위험성이 적어지는데, 그것은 압축가스가 냉매액증발관(g)에서 응축되는 시간이 지체되는 현상이 발생될 경우가 있을 때를 대비해서 대기할 공간이 필요하며, 공간이 넓을수록 높은 압력이 되는 시간이 지연되기 때문에 증기탱크(m)가 필요한 것이다. 튜브(d)의 냉매액연결관(q-1)과 냉동컴프레서(a) 사이에 증기탱크(w)도 이와같은 이유로 필요하게 된다.

냉매액증발관(g)의 외면에 부착된 핀(1)은 열전도판의 역할이며 이 핀(1)을 통해 냉각수는 냉매의 응축열을 빼앗고 냉매는 응축이 된다. 냉각수는 냉각수유입라인(u-2)을 통해 건조탱크(z)의 내부로 유입되어 냉매액증발관(g)의 윗부분인 냉각수 수면(v)의 높이로 건조탱크(z)의 내부에 들어있게 되며, 버티칼(z-1)을 통해 화살표방향인 냉각수 흐름방향(z-2)으로 흘러 응축수저장탱크(k)의 우측의 밑면에 위치한 냉각수출구라인(u-1)을 통해 건조탱크(z)의 밖으로 나가게 된다. 이때, 건조탱크(z)의 밖으로 나오는 냉각수는 응축열을 빼앗았으므로 뜨거운 온수가 된다. 냉각수유입라인(u-2)에서 건조탱크(z)로 들어온 냉각수의 온도는 20℃ 내외가 된다. 이 냉각수는 건조탱크(z)에서 건조탱크(z)의 외부로 유출되는 양만큼 건조탱크(z)의 내부로 들어와 냉각수 수면(v)의 높이가 항상 일정하게 유지된다.

냉매액증발관(g)에서 응축된 냉매는 냉매액저장탱크(g-1)로 유입된 후, 이송펌프(o)의 작용으로 냉매액 이송라인(r)을 통해 냉매액저장탱크(p)에 보내지게 된다. 물론 이때에는 밸브(r-1)도 열려있게 된다.

냉매액저장탱크(p)의 내부에 위치센서가 달려있어서 냉매가 튜브(d)로 흘러 내려가 냉매액저장탱크(p)의 내부에 일정한 낮은 냉매액 수위를 나타내면 밸브(r-1)가 열리면서 이송펌프(o)가 작동되어지고, 냉매가 일정한 높이의 수위까지 높아지면 밸브(r-1)가 닫히며 이송펌프(o)도 멈추도록 되어 있다. 이러한 공정이 계속 유지되어 건조물의 냉동온도가 임의의 원하는 온도까지 낮아지면 이러한 공정은 멈추게 된다.

건조물의 온도에 맞춘 온도센서를 통해 건조물이 일정한 냉각된 온도가 되면 밸브(s-1)(t-2)(u)는 닫히며 냉동컴프레서(a)의 작동이 멈추어진다. 그리고, 밸브(k-1)(k-2)가 열리게 되며 응축수저장탱크(k)에 들어있는 냉각수는 건조탱크(z)의 밖으로 흘러나가게 된다. 이때, 냉매액저장탱크(g-1)에 들어있던 냉매는 이송펌프(o)의 작용으로 냉매액저장탱크(p)에 보내지며, 모두 보내지면 밸브(r-1)(r-3)가 닫히며 이송펌프(o)도 멈추고 동시에 밸브(q-2)가 열리게 되는데, 냉매액저장탱크(p)에 들어있던 냉매는 튜브연결관(q)을 통해 열려진 밸브(q-2)를 지나 냉매액증발관(g)에 들어가게 된다. 냉매가 냉매액증발관(g)에 일정량이 유입되어 에어볼(h)이 뜨면 밸브(f)가 닫히고, 밸브(f)가 닫히면 밸브(f) 위의 공간에 남아있는 일부 냉매액은 항상 그곳에 남아있게 된다.

냉매가 냉매액저장탱크(p)에서 모두 빠져나가면 밸브(r-2)가 닫히게 된다. 냉각수가 건조탱크(z)의 밖으로 모두 나가고 건조탱크(z)에 들어있던 압축공기도 밸브(k-1)를 통해 건조탱크(z)의 밖으로 빠져나가게 되는 데, 건조탱크(z)의 내부에 들어있는 압축공기가 모두 빠져나가면 밸브(k-1)는 닫혀지며, 밸브(x-1)(y-1)가 열리면서 진공펌프(b)가 작동된다. 일정한 시간이 경과해서 건조탱크(z)의 내부가 1/10torr 정도의 기압이 되면 밸브(x-1)와 밸브(y-1)를 닫으면서 진공펌프(b)의 작동이 멈춘다. 동시에 밸브(t-1)(s-2)가 열리면서 냉동컴프레서(a)가 작동되며 주공정인 건조물의 건조작업이 진행되는 것이다.

건조물의 건조작업공정은 다음과 같다.

냉동공정에서 냉매는 튜브(d)에서 증발해 냉동컴프레서(a)를 통과하면서 압축되어 냉매액증발관(g)으로 들어가면서 회전하는데, 건조공정은 그와 반대로 냉매액증발관(g)에서 증발해 냉동컴프레서(a)를 통해 압축되어 튜브(d)로 들어가며 튜브(d)에서 응축되어 냉매액증발관(g)에 유입되며 냉매는 압축과 응축, 증발을 반복하면서 회전하게 된다.

냉매액증발관(g)에 들어있는 냉매액은 일정량이 증기가 되어 증기탱크(m)에 들어있게 되며, 냉동컴프레서(a)의 흡입으로 인해 냉매는 냉매액증발관(g)과 이 냉매액증발관(g)에 부착된 핀(1)에 남아있는 열에서 에너지를 전달받아 증발이 이루어져서 냉동컴프레서(a)로 들어간 후 압축되게 된다. 냉동컴프레서(a)를 통해 압축된 냉매가스는 출구라인에 설치된 밸브(t-1)를 통과하여 증기탱크(w)로 들어간 후각각의 튜브(d)로 들어가게 된다.

압축열은 100℃ 이상이 되며 이 열은 튜브(d)에 붙어 있는 핀(e)에 전달되는 것으로서, 이 핀(e)에서는 원적외선이 방출되며 냉매가스의 압축열의 온도는 원적외선이 방출된 열량만큼 낮아지게 된다. 이때 이 핀(e)의 원적외선이 방출되는 면적의 넓이는 약 60℃ 되는 온도에서 1초당 방출되는 원적외선의 열량과 건조물의 1초당 수증기가 증발되는 증발열량과의 비율이 맞도록 설계되어야 한다. 이때, 건조물을 저장하는 건조물저장틀(c)은 밑면에도 구멍이 뚫려있으므로 쌓여진 건조물의 윗부분과 아랫부분에서 동시에 복사열을 제공 받는다.

본 발명의 진공건조기의 건조물을 가열하는 방법인 원적외선인 복사열을 사용함에 있어서, 기존의 진공건조에 사용하는 건조물에 열을 전달하는 방법은 뜨거운 스팀이나 열매체유를 열을 전달해주는 관에 주입해 이 금속성으로 이루어진 관을 가열함에 따라 방출되는 복사열을 이용하여 건조물에 열을 전달해주는 실정인데, 금속성관이 크게 높은 온도로 가열되지 않는 한 방출되는 복사열은 많지 않고 건조물에 닿는 복사열도 쌓아놓은 건조물의 표면에만 복사열이 전달될 뿐, 쌓아놓은 건조물의 내부에는 열이 미치질 못하여 쌓아놓은 건조물에 균일하게 열을 전달할 수도 없다. 따라서, 진공압조건에서 건조물에 열을 전도해주는 데 있어서, 효율적이지 못하기 때문에 원하는 짧은 시간에 건조물을 건조시키기가 어려운 상황이었다. 바로 이점을 개선하기 위해 건조물에 열을 전달하는 방법에 있어서, 원적외선 복사열을 이용하게 되는 데 원적외선은 전자기파의 일종으로 건조물의 표면을 열전자로 부딪혀 가열시키는 일반적인 복사열을 이용하는 원리와는 차이가 있으며, 우리 인체의 경우 피부속 40㎜까지 침투하는 것으로 알려져 있다.

본 발명의 진공건조기에서 원적외선을 발생시키는 방법은 압축된 냉매가스가 들어가는 튜브(d)의 외부에 일정한 면적을 가진 핀(fin)(e)을 조밀하게 매우 다량의 수로 붙인 상태에서 냉매의 압축열로 인해 열을 받은 튜브(d)와 이 튜브(d)를 통해 열을 전도받은 원적외선이 방출되는 도료가 칠해진 핀(e)은 단위표면적당 온도에 따라 일정량의 원적외선 복사를 하게 된다. 원적외선은 표면적당 온도에 따라 방출되는 복사량이 일정하므로 좁은 공간에서 방출되는 복사량이 많도록 하기 위해 방출되는 표면적이 단위공간당 최대한 넓도록 조밀한 간격으로 핀(e)을 각 튜브(d)에 붙여 단위공간당 핀(e)의 수가 많도록 했다. 핀(e)에서 방출되는 복사열량만큼 튜브(d)속에 있는 압축냉매가스는 열량이 사라졌으므로 압력과 온도가 낮아지게 된다.

복사되는 표면적이 넓을수록 복사량은 많아지며 단위시간당 복사량이 많을수록 튜브(d)속에 든 압축된 냉매가스는 단위시간당 열량을 많이 빼앗겨 단위시간당 응축되는 냉매양이 많아지게 되는 것이다. 냉매와 압축열을 이용하여 건조물을 가열시키는 방법을 사용하므로 압축된 냉매가스는 압축열을 빨리 빼앗겨 응축이 빨리 이루어질수록 냉동컴프레서(a)에 과부하가 발생하지 않는 등, 본 발명의 진공건조기의 사용에 있어서 크게 유리하므로 일반적인 물질에서 방출되는 복사파에 비해 원적외선의 복사는 낮은 온도에서 비교적 복사량이 많으므로 본 발명의 진공건조기의 사용면에서도 원적외선 복사를 시키는 것이 냉매가스를 압축하여 건조물을 가열시키는 데 있어서 매우 중요한 방법이 된다.

일반적으로 금속에 의한 복사는 금속이 가열되어 발열현상이 발생할 때 복사량이 최대치가 되나 원적외선 복사는 약 450℃의 온도가 방출되는 복사량의 최대치가 된다. 즉 원적외선 복사를 이용함으로써 압축된 냉매가스의 압축열을 빨리 제거시키게 되므로 냉동컴프레서(a)를 사용할 때 과부하가 발생되지 않고, 건조물의 내부에까지 침투함으로써 건조물 분자의 운동을 시켜 발열에 의해 수분을 증기화시키게 되고, 따라서 쌓여있는 건조물에 균일한 열을 열원으로부터 빠른 속도로 제공하게 되어 진공건조 공정에 있어서, 일반적인 진공건조 방식보다 빠른속도로 진공건조공정을 수행할 수 있다는 점이다.

원적외선의 특성중의 한가지는 원적외선은 어느 물질에 닿아도 그 물질에 흡수된다는 점이며, 핀(e)에서 방출된 원적외선은 건조물에 모두 전달되지 않고 주변 공간으로 방사되는 데, 원적외선이 건조탱크(z)의 내벽에 닿아 흡수되면 냉매의 압축열량이 건조탱크(z)의 내벽에 흡수된 만큼 유실이 되는 결과가 초래되므로 이점을 막기위해 튜브(d)와 건조물저장틀(c)의 윗면과 아랫면과 옆면을 포함한 육면을 원적외선보존판(n)으로 막아 원적외선의 유실을 막도록 했다. 방사된 원적외선이 원적외선보존판(n)에 닿으면 이곳에 흡수되어 이 원적외선보존판(n)은 가열되나 그 열이 다른 곳으로 유출되지 못하고 건조물이 있는 안쪽면인 원적외선보존판(n)의 내벽에 원적외선이 방출되는 도료가 칠해져 있으므로, 가열된 만큼 이 원적외선보존판(n)의 내벽에서 원적외선이 방출되어 건조물에 흡수되게 되므로 원적외선의 외부로의 유출을 이 원적외선보존판(n)이 방지하는 것이다.

상기 각 튜브(d)의 내부에 있는 압축가스는 핀(e)을 통해 압축열이 원적외선인 복사열로 제공되어 냉각된 후 응축되어서 튜브연결관(q)을 통해 냉매액증발관(g)의 좌측 내부에 들어가게 된다. 이때 냉매액증발관(g)에 들어있는 냉매액의 증발이 이루어지면 냉매액면(i)이 낮아지게 된다. 이처럼 되면 에어볼(h)의 위치도 냉매액면(i)이 낮아졌으므로 같이 낮아지게 되는데, 에어볼(h)의 위치가 낮아지면 이 에어볼에 연결된 연결선(j)에 연결된 밸브(f)는 위로 상승하게 되면서 열리게 되어 튜브연결관(q)에 들어있던 응축된 냉매는 냉매액증발관(g)에 유입된다.

냉매액증발관(g)에 냉매가 일정량 이상 유입되면 냉매액면(i)의 수위가 높아지게 되고, 냉매액면(i)의 수위가 일정한 높이까지 높아지면 에어볼(h)이 위로 상승하게 되어 이 에어볼(h)과 연결선(j)을 통해 연결된 밸브(f)는 아래로 내려가게 되면서 튜브연결관(q)과 냉매액증발관(g)의 사이에 연결된 냉매통로가 닫히게 되어 튜브연결관(q)에서 냉매액증발관(g)으로의 냉매유입은 멈추어지게 된다.

이와같이, 냉매는 냉매액증발관(g)에서 증발이 이루어져 증기탱크(m)를 경유하고 나서 냉동컴프레서(a)를 통해 압축된 후, 증기탱크(w)를 경유해 튜브의 냉매액연결관(q-1)을 통과하게 되고, 그후 튜브(d)로 들어가 튜브(d)에 붙은 핀(e)을 통해 원적외선인 복사열을 제공한 후, 응축되어서 튜브연견관(q)을 통해 다시 냉매액증발관(g)으로 들어가게 된다. 따라서 냉매는 증발과 응축을 반복하면서 회전하게 되는 데, 냉매액증발관(g)에서 증발되는 냉매는 냉매액증발관(g)에 붙은 다수개의 핀(1)을 통해 증발열을 제공받게 되며 이 증발열은 건조물이 원적외선을 흡수해 그 열을 건조물에 들어있는 수분을 증기화 하는데 필요한 수분의 증발열로서 이용하고 바로 이 건조물에서 증발된 수증기는 핀(1)을 통해 열교환이 이루어져 응축이 이루어지는 것이다.

즉 냉매액증발관(g)에 들어있는 냉매는 냉매액증발관(g)과 핀(1)에 있는 열에서 증발열을 취하여 증기가 되는데, 냉매에 열을 빼앗긴 핀(1)은 냉각이 되고 핀(1)이 냉각되면 핀(1)의 주변공간에 있는 수증기는 이 핀(1)에 닿아 기화열을 빼앗기고 응축수가 되는 것이다. 건조물에서 증발된 수증기에서 열을 빼앗은 냉매는 증기가 되고 수증기는 응축수가 되어 응축수저장탱크(k)로 유입되어 저장된다. 건조탱크(z) 내부의 기압은 건조물에서 발생된 수증기의 발생량으로 결정되는데 수증기의 발생량이 많으면 건조탱크(z) 내부의 기압은 높아진다.

그러나 냉매는 냉매액증발관(g)에서 증발하는 데 필요한 열원을 수증기의 응축열에서 취하므로 수증기는 핀(1)의 부분에서 응축수로 되어 사라지면서 건조탱크(z)의 내부의 기압이 일정하게 유지된다. 수증기의 응축열과 냉매의 기화열과 핀(e)에서 발생되는 복사열은 모두 같은 크기의 열량이 된다. 다만, 이 에너지는 복사열이 건조물에 있는 수분의 증발열로 변하고, 수증기의 응축열이 냉매의 기화열로 변하고, 냉매의 응축열이 원적외선인 복사열로 변할 뿐이다.

냉매액증발관(g)에 부착되어 있는 핀(1)의 면적은 건조탱크(z)의 내부의 수증기압인 1torr 내외에서 1초간 발생되는 수증기가 핀(1)에 닿아 냉각되어 1초이하의 시간에 응축할 수 있는 열전도면적으로 설계해야 한다.

건조물을 냉동시킨 다음 건조탱크(z)를 진공시킨 후, 건조물을 건조하는 초기에 수증기가 응축되지 않고 건조탱크(z)의 기압이 상승하는 현상이 발생될 수 있다.

이것은 핀(1)과 냉매액증발관(g)의 자체 열이 남아 있어서 이 열로 냉매를 기화시켜 냉매가 튜브(d)에서 응축되면서 복사열을 제공할 때 건조물에서 증발된 수증기는 핀(1)에 닿아 응축되지 않을 수가 있는 것이다. 핀(1)과 냉매액증발관(g)에 자체열이 남아 있어서 온도가 낮아지지 않기 때문에 수증기가 핀(1)에 닿아도 응축되지 않게 되는 현상이 발생되면 건조탱크(z)의 내부에 수증기량이 많아지게 되어 내부의 기압이 상승하게 되는 현상이 발생한다.

기압이 3torr 이상 상승하면 진공펌프(b)가 작동해 0.1torr로 기압을 낮춘 다음 멈추는 동작을 하도록 센서를 장치하면 이러한 문제는 해결된다. 즉, 내부기압이 3torr 이상이 되면 진공펌프(b)의 흡입라인(x)과 진공펌프(b)의 배기라인(y)에 부착된 밸브(x-1)와 밸브(y-1)를 열고 진공펌프(b)를 작동하도록 하는 센서를 장치하고, 기압이 0.1torr 이하가 되면 밸브(x-1)와 밸브(y-1)를 닫고 진공펌프(b)의 작동을 멈추는 센서를 장치하면 되는 것이다.

건조물에 들어 있는 수분이 증발할 때 발생된 수증기가 핀(1)에 닿아 응축하며 냉매는 증발해 냉동컴프레서(a)에 유입되어 압축된 후, 튜브(d)로 들어가서 압축열을 원적외선 복사열로 제공하는 이 건조물의 건조과정에서 건조물의 건조가 완료되면 다음의 현상이 나타나게 된다. 즉, 건조물에서 증기가 발생되지 않으며 건조물의 온도가 상승하게 되고 건조탱크(z)의 내부의 기압이 더욱 낮아지며 냉매는 냉매액증발관(g)에서 증발열을 얻지 못해 증발이 이루어지지 않는다.

냉동컴프레서(a)는 공회전을 하며 증기탱크(w)에 압축공기를 보내지 못하므로 증기탱크(w)의 압력은 점차 낮아진다. 이러한 현상이 발생될려고 하는 초기에 냉동컴프레서(a)의 배기라인(t)과 냉동컴프레서(a)의 흡입라인(s)에 설치된 밸브(s-2)와 밸브(t-1)를 닫고 냉동컴프레서(a)의 작동을 중지시킨다, 튜브(d)와 핀(e)의 약 50∼100℃ 내외의 온도가 유지되는 상태하에서 원적외선 복사열이 방출되는데, 냉동컴프레서(a)의 작동을 멈추어도 튜브(d)와 핀(e)이 자체적으로 지니고 있는 열이 냉각되면서 방출되는 복사열을 이용해 건조물에 소량의 남은 수분을 증발시키며 이 증발된 수분은 핀(1)에 닿아 응축된다.

마지막 건조단계에서 완전건조 후에 냉동컴프레서(a)의 작동을 멈추게 되면 튜브(d)와 핀(e)에 남아있는 자체열이 냉각하면서 방출되는 복사열로 인하여 건조된 건조물의 온도를 크게 상승시킬 가능성이 있게 되므로 건조물이 완전히 건조가 되기 전에 냉동컴프레서(a)의 작동을 멈추고 튜브(d)와 핀(e)에 남아있는 자체열만을 이용해 튜브(d)와 핀(e)이 냉각하면서 방출되는 복사열로 건조의 마지막 공정을 수행해야 하는 것이다.

건조 도중에 응축된 응축수는 응축수저장탱크(k)에 들어가게 되어 응축수저장탱크(k)에 저장이 되며 건조물의 건조공정이 끝이 나면 밸브(k-2)를 닫고, 밸브(k-1)를 열면 응축수는 응축수저장탱크(k)의 밖으로 배출된다.

건조가 완료된 건조물을 외부로 빼내려할 때에는 냉각수출구라인(u-1)에 설치된 밸브(k-1)를 열고 밸브(k-2)를 열면 건조탱크(z)의 내부로 공기가 들어가게 되고, 공기가 들어가면 건조탱크(z)의 내부기압이 1기압(1㎏/㎠)이 되게 되는 데 이때, 건조탱크(z)의 문을 열어서 건조물을 빼내면 된다.

본 발명의 진공건조기에 사용하는 냉매는 끊는점이 약-10 ∼-50℃ 범위를 지닌 냉매를 사용하는 것이 이상적이며, 임계온도는 약 100℃이상 되는 비교적 높은 온도를 지닌 냉매를 사용하고, 임계압력은 최대한 낮은 냉매를 사용하는 것이 이상적이다. 끓는점이 약-10 ∼-50℃인 범위의 냉매를 사용하는 이유는 본 발명은 진공건조기이므로 수증기의 응축온도점 이하의 온도에서 냉매의 끓는점이 되어야 수증기의 응축열을 열교환하여 냉매의 기화열로서 이용하게 되어지기 때문이다.

본 발명의 진공건조기를 냉동장치로서도 사용할 수 있는데 냉동물을 -80℃이상 냉동시킬 경우에 냉매의 끓는점이 -40∼-50℃ 정도인 냉매를 사용하면 되며 냉동컴프레서(a)에서 냉매를 흡입하는 흡입압이 약 160torr정도까지 가능하므로 끓는 점이 -40∼-50℃인 냉매는 160torr에서 약 -100℃이상에서 증발하게 되어 냉동기로서 사용할 경우에는 증발점이 -40∼-50℃ 인 냉매를 사용하면 이상적이다.

임계온도가 약 100℃ 이상이 되는 냉매를 사용하는 이유는 냉동컴프레서(a)에서 냉매가스를 압축하여 튜브(d)로 보내면 냉매의 압축열이 튜브(d)로 전달되고 튜브(d)에 부착되어 있는 다수의 핀(e)으로 압축열이 전달되면 핀(e)에서 원적외선이 발생되어 방출되며, 원적외선은 방출되는 물질의 온도가 높을수록 원적외선의 방출량이 많아지기 때문이다. 원적외선이 방출이 된 열량만큼 냉매의 압축열이 사라지게 되어 냉매의 압력이 그만큼 낮아지며 온도가 그만큼 낮아지게 되는 것이다. 또한, 임계온도가 높으면 높은온도에서도 냉매의 액화가 잘 이루어지게 되는 것으로서, 냉매의 압축열을 이용하여 건조물에 가열시키는 원리의 장치이기 때문에, 높은 온도에서 냉매의 응축열을 이용해 건조물을 가열시키는 열원으로 사용할 수 있게되어 임계온도는 높을수록 본 발명의 진공건조기에 적합하다.

임계압력이 낮은 냉매의 사용이 본 발명의 진공건조기에 이상적인 이유는 냉동컴프레서(a)를 통해 냉매가스를 압축함에 의하여 가스가 압축되어 응축될 때 그 응축열을 이용하여 건조물을 건조시키기 때문이며, 기존에 사용하는 냉동컴프레서를 사용함에 있어서, 이 냉동컴프레서는 일반적으로 냉동기에만 사용하는 데, 그럴경우에는 임계압이 높은 냉매를 사용해도 낮은온도에서 응축을 유도하여 낮은 압력에서 냉매를 액화하기 때문에 큰 문제점이 없으나 본 발명의 진공건조기에 있어서는 냉매를 압축했을 때 냉매의 응축되는 온도점이 높을수록 발생되는 응축잠열로 인하여 핀(e)에서 방출되는 원적외선의 복사량이 많이 발생하게 되며 그럴 경우, 냉매가 빨리 응축이 이루어지며, 냉매의 압축열로 원적외선으로의 변화가 빨라지게 되어 본 발명의 진공건조기의 사용면에서 유리하므로 응축압력을 임의로 낮출수가 없다.

그러므로 응축되는 임계압력이 최대한 낮은 냉매를 사용해야 하는데 현재 사용되는 냉동컴프레서의 경우, 21㎏/㎠ 사용압력은 컴프레서｛한국 마이콤(주)｝가 있으며 가급적 21㎏/㎠의 압력을 지닌 냉동 컴프레서를 사용할 수 있는 조건의 냉매를 사용해야 한다. 비교적 이 조건에 맞는 냉매로서는 R-C318(C₄F₈)(OctafluorocyClobutane)등을 들 수 있다. R-C318(C₄F₈)의 경우, 임계압력이 25㎏/㎠정도이나 임계온도가 110℃가 넘으므로 21㎏/㎠의 냉동컴프레서로 압축을 하면 압축열이 튜브(d)에 붙은 핀(e)을 통해 원적외선이 되어 방출됨에 의해서압력이 줄어들기 때문에 응축이 일부 되어 냉동컴프레서(a)를 멈추지않고 계속 작동을 할 수 있게 된다.

만약, 냉매를 프로필렌(C₂H₆)으로 사용할 경우, 임계압력이 47㎏/㎠ 이므로 일반적인 냉동컴프레서를 사용할 경우, 압축해도 냉매가 응축되지 않기 때문에 냉동컴프레서(a)를 멈춘 다음 응축열이 일부 원적외선으로 방출되어서 사라지면 압력과 온도가 낮아지게 되고 압축가스의 일부가 응축이 이루어지므로 이때, 다시 냉동컴프레서(a)를 작동하는 방법을 사용해야 한다. 이와같이 할 경우, 튜브(d)에 압력센서를 달아 일정한 낮은 압력에서 냉동컴프레서(a)가 작동되고, 일정한 높은 압력에서 냉동컴프레서(a)의 작동이 멈추는 동작을 하도록 하여서 임계압력이 높은 냉매를 사용할 수 있다. 임계압력이 낮은 냉매는 비교적 끓는점이 높다.

R-C318(C₄F₈)의 경우, 끓는점이 -6.1℃가 되며, 이 물질을 냉매로 사용할 경우, 건조물에서 수분을 증발시키는 건조공정을 수행하는 과정에서 냉매액증발관(g)에 있는 냉매는 수분이 응축될 때 그 응축열을 이용하여 증발이 이루어지게 되며, 이때 C₄F₈의 경우, -6.1℃에서 1기압(1㎏/㎠)이므로 -6.1℃에서 수증기가 응축된다면 핀(1)의 온도가 수증기의 응축온도점 보다 크게 낮아야 수증기에서 핀(1)으로 전달되는 열의 양을 많게 할 수 있는 것으로서, 핀(1)과 수증기의 응축온도점의 차이가 크지 않으므로 열교환량이 적게 되어 이 냉매의 증발량이 적어진다. 냉동컴프레서(a)에서 흡입해야 하는 용량보다 냉매가스량이 적어서 냉동컴프레서(a)가 공회전을 할 가능성이 있게 된다.

냉동컴프레서(a)의 흡입용량이 냉매의 증발량에 맞는 크기의 냉동컴프레서(a)를 사용할 수도 있으나, 그럴 경우 장치의 크기에 비해 냉동컴프레서(a)가 작아 시간당 건조되는 속도가 늦게 된다. 따라서, 냉동컴프레서(a)의 흡입용량에 냉매증발량을 맞추기 위해서는 증기탱크(m)와 냉동컴프레서(a)의 사이에 진공펌프(b)를 장치함으로써 가능하다.

증기탱크(m) 쪽에 진공펌프(b)의 흡입구를 연결하고 냉동컴프레서(a)쪽에 진공펌프(b)의 배기라인(y)을 연결하여 진공펌프(b)를 작동시키면 증기탱크(m)는 기압이 낮아지게 되어 냉매액증발관(g)에 있는 냉매의 증발온도는 낮아지게 된다. 냉매 R-C318(C₄F₈)의 경우 0.217㎏/㎠의 기압일 때 -40℃에서 증발이 이루어진다. 이와같이 진공펌프(b)를 장치하면, 냉매의 증발온도를 크게 낮추어 증발시키게 되므로 냉매의 증발량을 증가시켜 냉동컴프레서(a)의 흡입용량의 크기에 맞는 양의 냉매 증발가스를 제공할 수 있으며, 또한 냉매액증발관(g)에 부착된 핀(1)의 온도가 -40℃ 정도로 크게 낮아지므로, 건조탱크(z)에 들어있는 수증기가 핀(1)에 닿아 응축될 때 응축속도가 빨라지게 된다.

건조물의 냉동공정에 있어서도, 이와같이 증기탱크(w)와 냉동컴프레서(a)와의 사이에 진공펌프(b)를 장치해 증기탱크(w) 쪽에 진공펌프(b)의 흡입구를 연곁하고, 냉동컴프레서(a) 쪽에 진공펌프(b)의 배기구를 연결해 작동시키며 상기와 같은 현상으로 건조물의 냉동효과가 향상되며 냉동컴프레서(a)의 작동시 불필요한 공회전을 방지하게 된다. 물론, 냉매사용을 끓는점이 -40℃정도 되는 물질로할 경우에는 진공펌프(b)를 장치하지 않아도 냉동컴프레서(a)의 사용시에 공회전되거나, 수증기와 냉매의 열교환되는 과정중에 응축속도가 늦거나 하는 점은 없다.

전술한 바와같은 본 발명의 진공건조기의 효과는 다음과 같다.

첫째, 일반적인 진공건조기는 각 공정별 필요한 장치로 모두 설치되어 있는 것으로서, 냉동라인, 건조물가열라인, 증기응축라인 등이 각각 장치되어 있는데 반해, 본 장치는 1개의 시스템으로 건조물 냉동공정, 건조물 가열공정, 증기응축공정이 모두 가능하도록 되어 있다.

둘째, 냉동기로서 사용이 가능하며 기존의 냉동기 보다 냉동조건이 개선되어 초단시간에 냉동물을 냉동목적에 맞게 냉동시킬 수 있도록 만들 수 있으며, 냉동후에 건조탱크(z)의 내부에 들어있는 공기를 제거하여 진공을 유지하면 냉동물의 장기보존도 가능하다.

셋째, 기존의 진공건조기와 비교할 때 진공건조기의 크기가 작아도 건조효율이 높아 원하는 짧은 시간내에 건조물을 낮은 기압과 낮은 온도하에서 건조시킬 수 있도록 구성되어 있으며, 건조되는 조건으로는 진공상태에서 열을 전달하는 방법에 있어서, 원적외선 복사열을 이용함으로서 쌓아놓은 건조물에 전달되는 열의 균일화를 가져오며 원하는 열을 빠르게 건조물에 제공할 수 있어서 효과적인 건조를 할 수 있다.

넷재, 진공건조공정에 있어서, 냉동컴프레서(a) 1대를 작동해서 건조물을 가열하여 수분을 증발시키면서 동시에 수분을 응축시키는 것으로서, 건조물가열공정과 수증기응축공정을 동시에 수행함으로써 에너지의 사용에 있어서 기존의 진공건조기보다 몇 배의 절약이 되며, 기존의 진공건조기로 건조물을 가열하고 또 응축하는 데 사용되는 이론적 열량은 1㎏당 약 1120kcal가 되며, 실질적으로 사용되어지는 에너지는 건조물 가열공정라인의 장치의 작동시 사용되는 에너지와 증발된 수증기의 응축공정라인의 장치에 사용되는 에너지를 모두 합하면 이론적 사용에너지의 몇배 이상이 사용되어지는 반면에, 본 발명의 진공건조기에서는 수증기를 응축시킬때 에너지가 사용되지 않고 건조물가열공정에만 에너지가 사용되기 때문에 냉동컴프레서(a) 1대만을 작동해서 냉매를 압축하는 데 필요한 에너지만이 사용되고 물 1㎏을 증발시키는데 필요한 이론적인 열량 560kcal만이 사용되며, 발생된 수증기의 응축도 자체에서 이루어지므로 실질적으로 소모되는 에너지는 냉동컴프레서(a)의 작동시 냉동컴프레서(a)의 기계자체에서 발생되는 손실만이 있게 된다.

Claims (1)

1. 진공건조기에 있어서,

   외부와 단절된 건조물을 건조시킬 수 있는 내용적의 크기를 지닌 건조탱크(z)의 내부가 압축, 진공상태가 될 수 있도록 밀폐형 건조탱크(z)의 내벽 일측에 장치되어 있는 진공펌프(b)와;

   상기 진공펌프(b)의 밑부분인 건조탱크(z)의 내벽에 관통되어서 설치된 냉각수 유입라인(u-2)을 통해 냉각수가 유입되고, 건조물에서 증발된 수증기가 응축 되어 유입될 수 있도록 상기 건조탱크(z)의 외부의 밑면에 건조탱크(z)의 내부와 연결되어서 설치되어 있는 응축수저장탱크(k)와;

   상기 건조탱크(z)의 내부의 밑부분에 설치되어 있으면서 조밀한 간격으로 핀(1)이 붙어 있고, 좌측의 밸브(q-2)가 설치된 튜브연결관(q)의 하단부가 연결되어 있는 좌측의 내부에 밸브(f)가 장치되어 있으며, 우측의 냉매액면(i)에 떠있는 에어볼(h)과 상기 밸브(f)가 연결선(j)으로 연결되어 있는 냉매액증발관(g)과;

   상기 냉매액증발관(g)에서 냉매액이 유입되도록 상기 냉매증발관(g)의 우측부의 저부에 연결되어서 설치되어있는 냉매액저장탱크(g-1)와;

   응축된 냉매를 이송시킬 수 있도록 상기 건조탱크(z)의 내부로 관통되어서 상기 냉매액저장탱크(g-1)의 저면에 연결되어 있는 외부의 냉매액 이송라인(r)의 일측에 설치되어 있는 이송펌프(o)와;

   냉매액이 저장될 수 있도록 상기 건조탱크(z)의 상측 내부로 관통되어진 상기 냉매액 이송라인(r)의 타측이 연결되면서 건조탱크(z)의 내부의 상부 일측에 설치되어 있고, 튜브연결관(q)의 상단이 연결되어 있으면서 밸브(r-2)가 설치된 연결관이 연결되어 있는 냉매액저장탱크(p)와;

   원적외선이 방출되는 도료가 칠해져 있으면서 핀(e)이 수직방향이면서 조밀한 간격으로 붙어 있고 상기 튜브연결관(q)에 수평방향이면서 일정한 간격으로 연결되어 있는 튜브(d)와;

   건조물을 올려놓을 수 있도록 상기 각 튜브(d)의 상, 하부에 설치된 철망틀형의 건조물저장틀(c)과;

   상기 건조물저장틀(c)과 튜브(d)가 둘러쌓이도록 내면에 원적외선이 방출되는 도료가 칠해져 있으면서 육면으로 형성되어 있고 상면과 하면에 작은구명들이 형성되어 있는 원적외선보존판(n)과,

   냉매가 증발해서 유입되도록 상기 건조탱크(z)의 외측의 상부 일측에 설치되어 있는 냉동컴프레서(a)의 밸브(s-2)가 설치된 흡입라인(s)과 밸브(t-2)가 설치된 배기라인(t)에 연결되어 있고, 냉매액증발관(g)의 우측부의 관내부와 연결되어서 설치되어 있는 원통형의 증기탱크(m)와;

   냉매가 증발해서 유입되도록 상기 냉동컴프레서(a)의 밸브(s-1)가 설치된 흡입라인(s)과 밸브(t-1)가 설치된 배기라인(t)에 연결되어 있고, 상기 각 튜브(d)의 일단부에 연결된 튜브의 냉매액연결관(q-1)의 일단부가 연결되어 있는 증기탱크(w)를 포함하여 이루어져 있는 것을 특징으로 하는 진공건조기.

Images