KR100424357B1

KR100424357B1 - 벼의 공기냉각장치 및 냉각저장방법

Info

Publication number: KR100424357B1
Application number: KR10-2002-0016039A
Authority: KR
Inventors: 김동철; 김의웅; 이세은
Original assignee: 한국식품개발연구원
Priority date: 2002-03-25
Filing date: 2002-03-25
Publication date: 2004-03-25
Also published as: KR20020029886A

Abstract

벼의 공기냉각장치 및 냉각저장방법이 개시되어 있다. 본 발명은 핫가스, 인버터, 다수의 압축기 이외에도 선택적으로 무부하전자밸브를 추가 설치함으로써 미곡종합처리장과 같이 벼를 산물상태로 처리, 저장하는 시설에서 4계절 동안 외기 온도 및 상대습도의 큰 변화에 따라 냉각능력을 제어하고, 냉각 공기의 온도 및 상대습도를 목표에 따라 일정하게 조절하여 저장된 벼의 함수율에 따라 냉각저장이 가능하도록 한 것이다.

Description

벼의 공기냉각장치 및 냉각저장방법{AIR COOLING APPRATUS AND METHOD FOR STORING RICE}

본 발명은 벼의 공기냉각장치 및 냉각저장방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 미곡종합처리장과 같이 벼를 산물상태로 처리, 저장하는 시설에서 년간 대단히 큰 외기온도 및 상대습도 차에 따른 냉각부하 변화와는 무관하게 균일한 냉각능력을 발휘토록 외기 온도 및 상대습도 변화에 따라 냉각능력을 무단계로 제어하고, 냉각 공기의 온도와 상대습도를 목표치에 맞도록 일정하게 조절하여 저장된 벼의 함수율에 따라 벼의 품질이 최대한으로 높은 상태로 유지되도록 냉각저장이 가능하도록 한 벼의 공기냉각장치 및 냉각저장방법에 관한 것이다.

우리 나라의 쌀 생산량은 지속적으로 유지된 반면, 국민 1인당 년간 쌀 소비량의 감소와 최소시장접근(MMA)물량의 증가로 인해 재고미(在庫米)가 증가하게 되었다. 또한, 도시 근로자 1가구당 총지출 비용에서 쌀 구입비용이 차지하는 비율이 점차 감소하고 있고, 추가적인 쌀시장의 개방은 불가피하게 되었다. 이러한 쌀과 관련된 대내외적인 여건의 변화에 대응하기 위하여 양 위주에서 질 위주로 정책이 전환되었다. 또한, 생산자 및 소비자 공히 고품질 쌀에 대한 관심이 급증하고 있다.

고품질 쌀은 외형적인 품위가 뛰어날 뿐 아니라, 식미(taste, 맛)가 높은 쌀을 의미하며, 통상적으로 완전립의 비율, 외관, 도정도(搗精度) 등과 같은 외형적 품위가 뛰어난 쌀은 식미도 우수한 것으로 알려져 있다. 외형적 품위 이외에 쌀의 식미에 가장 큰 영향을 미치는 인자로는 함수율, 강도(强度), 성분(단백질, 아밀로스 함량 등) 등이 알려져 있다. 이러한 인자 중 품종 등에서 기인한 성분과, 도정과정에서 용이하게 조정할 수 있는 도정도 등을 제외한다면 식미에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 함수율로서, 수확후 벼의 함수율을 어떻게 유지하는지 여부가 최종적인 쌀의 식미를 결정하게 된다.

우리 나라 사람들이 좋아하는 식미가 우수한 쌀의 함수율은 15.5∼16.5%로 알려져 있다. 그러나, 벼의 경우 호흡 등 생리작용으로 인해 우리 나라의 상온조건하에서 안전하게 저장할 수 있는 함수율 한계는 15%이하로 알려져 있으며, 상온상태에서는 식미가 우수한 함수율을 가진 벼를 장기간 저장할 수 없다. 따라서, 식미가 우수한 함수율을 가진 쌀을 년중 공급하기 위해서는 벼의 곡온을 낮추어 저장하는 냉각저장이 필요하다.

우리 나라 정부가 물 벼를 산물수매함에 따라 가을철 약 25일 정도의 짧은 기간동안에 함수율 24%수준인 다량의 물 벼가 미곡종합처리장(RPC : Rice Processing Complex)과 건조저장시설(DSC : Drying Storage Complex)에 집중적으로 반입됨에 따라 건조시설의 부족은 심각한 상태가 되었지만, 화력건조기는 사용기간이 대단히 짧은 반면 설치비가 고가로서 확충이 용이하지 않은 실정이다. 또한, 산물상태로 저장하기 위한 사이로 등 저장시설도 반입물량에 비해 대단히 부족한 실정이다. 그러나, 벼를 재배하는 농민들은 생산된 물벼를 건조 등의 복잡한 공정을 거치지 않고 바로 판매할 수 있다는 편리성 등의 이유로 미곡종합처리장에서 보다 많은 물벼를 구입해 줄 것을 요구하고 있어 앞으로 미곡종합처리장 등에서 건조, 저장시설의 부족은 더욱 심화될 것으로 예상되고 있는 실정이다.

미곡종합처리장 등에서는 부족한 건조, 저장시설을 가지고 다량의 물 벼를 처리하기 위하여 반입된 물 벼를 화력건조기에서 약 18%내외로 건조한 다음, 사일로 등 저장시설에 저장하고 있지만, 사일로 등 부족한 산물저장시설에 저장할 수 없는 다량의 벼는 플렉시블 콘테이너에 담아 야적(野積)하거나, 평창고에 누적하여 저장하고 있는 실정이다. 통풍되지 않는 플렉시블 콘테이너에 저장되는 벼는 화력건조기로 건조된 것으로 방냉하지 않아 온도가 높은 상태이고, 함수율도 18%내외로 상온저장이 가능한 함수율 범위보다 높은 상태일 뿐 아니라, 결로의 발생, 높은 호흡 등으로 인해 저장기간동안 품질 및 식미저하가 대단히 심각한 실정이다.

이와 같은 부족한 화력건조기의 문제점과 저장중 품질 및 식미저하의 문제점을 해소하기 위하여 본원 출원인에 의하여 공기냉각장치의 "냉각건조모드"와 "냉각저장모드"를 이용한 곡물냉각저장방법에 대해 "곡물저장용 공기냉각장치 및 곡물냉각방법"(출원번호 10-1998-0033157)에서 제안된 바 있다. 즉, 수확기에 미곡종합처리장 등에 반입되는 24%의 물 벼를 화력건조기에서 1차로 18∼20%수준까지 빠르게 건조한 다음, 사일로나 사각빈 등으로 이송하여 "냉각건조모드"로 약간의 건조를 발생시켜 산물 벼를 가능한 빨리 냉각한 다음, 사일로 등에서 산물상태로 저장하거나, 플렉시블 콘테이너에 담아 수확기가 끝날 때까지 벼의 품질이 저하하지 않는 상태에서 저장한 다음, 수확기가 끝나 화력건조기에 여유가 있을 때 식미가 우수한 함수율인 15.5∼16.5%수준으로 2차 건조한 후 "냉각저장모드"로 함수율 변화 없이 냉각하여 저장하는 방법이다. 이렇게 함으로서 벼를 식미가 우수한 함수율로 안전하게 저장할 수 있을 뿐 아니라, 기존의 화력건조기 처리능력을 2배로 향상시킬 수 있는 장점이 있다.

따라서, 공기냉각장치는 수확기에 미곡종합처리장 등에 반입되는 물 벼를 품질저하 없이 처리하기 위하여 수확기에 충분한 냉각능력을 발휘할 수 있는 공기냉각장치가 사용되어 왔다. 한편, 대내외적인 쌀 시장의 여건변화로 고품위 쌀의 연중 공급의 필요성이 높아감에 따라 공기냉각장치를 이용하여 다음 수확기전까지 1년동안 식미가 우수한 함수율로 저장하려는 노력이 많은 미곡종합처리장 등에서 있어왔다. 그러나, 수확기인 가을철에 최대 냉각능력을 발휘할 수 있도록 고안된 공기냉각장치를 하절기에 사용할 때 냉각능력의 부족으로 냉각에 장시간 소요되거나, 벼가 목표한 온도로 냉각되지 않는 등 많은 문제점이 발생하여 이에 대한 대책이 시급하게 되었다.

동일한 냉각능력(Cooling capacity, 冷却能力)을 가진 공기냉각장치로 외기를 냉각하여 목표 온도와 목표 상대습도에 맞는 냉각공기를 일정한 양으로 발생시킬 때, 외기의 온도 및 상대습도가 일정하지 않으므로 외기 온도 및 상대습도 변화에 따른 냉각부하(Cooling load, 冷却負荷)에 맞춰 냉각능력의 제어가 필요하다. 특히, 우리 나라는 년간 4계절이 뚜렷하고, 일교차가 심하여 년간 냉각부하의 변동이 대단히 심하다. 수확기인 10∼11월에 비해 하절기인 6∼9월의 외기온도는 대단히 높아 하절기의 냉각부하는 수확기에 비해 약 4배정도로 크게 증가하므로 냉각에 소요되는 시간도 수확기에 비해 약 4배 이상 많이 소요되고, 냉각된 벼의 온도도 가을철에 비해 약 3∼6배정도 빨리 상승(곡물냉각기를 이용한 벼 건조 및 저장시스템의 최적화, 성균관대학교 박사학위 논문, 김동철, 128-166쪽, 1998)하게 된다.

따라서, 기존의 가을철 냉각부하를 기준한 공기냉각장치를 하절기에 사용할 때 냉각능력의 부족으로 냉각에 소요되는 시간이 지나치게 많이 소요되거나 목표온도의 냉각공기를 얻을 수 없는 큰 문제가 발생하게 되었다. 즉, 가을철 냉각부하기준으로 냉각능력을 설계하였기 때문에 냉각부하가 4배 이상 큰 여름철에는 설정온도(약 10℃)로 냉각공기를 발생시킬 경우 송풍량이 대단히 적어지게 된다. 송풍기의 송풍량을 조절하는 댐퍼는 송풍기의 보호를 위하여 최소 25%이상 개방이 필요한데, 공기냉각장치의 냉각공기 상대습도를 저장되는 식미가 우수한 15.5∼16.5%인 함수율의 벼의 함수율이 변화하지 않는 평형상대습도(65∼75%)로 맞출 때 냉각능력의 부족으로 최소 송풍량 유지가 어려운 것은 물론이고, 심지어는 설정온도(약 10℃이하)로 냉각공기 온도를 유지하는 것이 불가능하게 된다. 이로 인해 저장된 벼의 온도가 상승하여 호흡 등에 의해 품질이 크게 저하하게 된다.

따라서, 현재 미곡종합처리장 등에서는 최소한 가을철과 동일한 송풍량의 냉각공기 발생을 원하고 있는 실정이다. 이에 따라 공기냉각장치 냉각능력을 크게 증가시켜야 할 필요가 있게 되었다. 공기냉각장치의 냉각능력 향상을 위해서는 압축기 용량의 증가가 필수적이다. 그러나, 압축기의 용량을 증가시키면서 송풍기의 용량을 증가시키면 기존의 공기냉각장치와 마찬가지로 외기가 높고 습할 경우, 송풍기 댐퍼의 조절 하한치(약 25%)의 송풍량을 발생시키지 못하게 되므로 식미가 우수한 함수율 범위의 벼의 평형상대습도와 목표온도로 냉각하지 못하게 된다. 따라서 우리 나라와 같이 수확기와 하절기의 외기 온도차가 심한 경우 송풍량에 비해 상대적으로 큰 냉각능력이 필요하다.

그러나, 압축기 용량을 증가시킬 경우 상대적으로 대단히 적은 냉각능력이 필요한 가을철에서 이른봄까지는 냉각능력의 정확한 제어가 필요하며, 따라서, 벼의 함수율에 따라 외기온도 및 습도조건에 무관하게 목표한 온도와 상대습도를 갖는 냉각공기를 지속적으로 공급하기 위해서는 공기냉각장치의 냉각능력을 0∼100%로 무단계로 조정할 수 있어야 함은 물론이며, 냉각능력의 제어와 함께 에너지도 최대로 절약되도록 할 필요가 있다.

공기냉각장치에서 냉각능력의 제어에 관한 선행 기술로는 먼저, 용량조절밸브만으로 압축기에 흡입되는 냉매가스량을 조절하는 방법을 사용한 독일국 특허 DE 3248496A1가 있다. 압축기 흡입 가스량의 감소에 따라 에너지도 일부 절약되는 장점은 있으나, 흡입량의 감소에 따라 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매가스 온도가 상승하게 되어 압축기 모터에 과열이 발생하게 되어 위험하게 되므로 용량조절밸브는 용량조절의 하한치를 갖게 되므로 냉각능력을 약 25∼100%범위에서 밖에 조절할 수 없고, 용량조절 하한치 이하인 0∼25%에서는 냉동기의 ON/OFF제어를 피할 수 없어 냉각공기의 온도를 일정하게 유지할 수 없는 단점이 있다. 이를 방지하기 위하여 최근 증발기 전에 히터를 설치하여 외기를 가열한 후 냉각하는 방법을 추가로 사용하고 있으나 히터에 전력비가 많이 소요되어 에너지가 절감되지 않고 오히려 증가하는 단점이 있다.

용량조절밸브와 함께 무부하전자밸브(unloading solenoid valve)로 고속 다기통 압축기에서 기통수를 조절하는 방법으로 냉각능력을 제어하는 독일국 특허 DE 4224016A1은 냉각능력의 50%이상에서는 용량조절밸브로, 냉각능력 50%는 무부하전자밸브로, 50%이하에서는 무부하전자밸브와 용량조절밸브를 사용하여 냉각능력을 제어하고 있는데, 용량조절밸브만을 사용하여 제어하는 경우와 동일하게 냉각능력을 0∼100%까지 제어할 수 없는 단점이 있다.

한편, 이와 같은 단점을 해소하기 위하여 본원 출원인에 의하여 무부하전자밸브와 압축기에서 토출되는 고온고압의 냉매가스인 핫가스(hot gas)를 증발기에 주입하여 냉각능력을 제어하는 "곡물저장용 공기냉각장치 및 곡물냉각방법"(출원번호 10-1998-0033157)이 제안된 바 있다. 무부하전자밸브와 핫가스를 사용함에 따라 냉각능력은 0∼100%까지 무단으로 제어되는 것은 물론이며, 외기온도가 냉각목표온도 이하로 낮아져도 가열기와 함께 외기를 가열하여 목표온도로 유지할 수 있는 장점이 있었다. 또한, 증발기에 핫가스를 공급하므로서 냉각목표온도가 낮거나, 토출되는 냉각공기의 상대습도를 낮추기 위하여 증발기에서 낮은 온도로 냉각할 때 증발기 출구 공기온도가 0℃정도가 되면 증발기에 서리가 맺혀 냉각능력이 현저하게 저하하므로 이를 방지할 수 있었다. 그러나, 무부하전자밸브가 작동한 냉각능력 50%이하에서는 냉각능력이 제어되어도 에너지가 추가로 절약되지 않은 단점이 있었다.

한편, 냉각능력의 제어와 함께 목적에 따라 냉각공기의 온도 및 상대습도의 제어가 필요하였다. 이와 관련하여 상기의 독일국 특허 DE 3248496A1는 온도를 위주로 제어하였으며, 독일국 특허 DE 4224016A1는 상대습도를 일정하게 유지하여 냉각에 부수하는 건조로 인해 저장곡물의 질을 개선시킨다는 목적을 갖고 있으며, 상대습도가 우선 제어대상으로 냉각공기의 온도에 일정편차를 허용하고 있다.

이와 같은 온도와 상대습도위주의 제어를 우리 나라의 벼 저장 특징과 비교할 때 개선의 여지가 뚜렷하다. 물 벼가 반입되는 가을철에 1차 건조된 함수율 18∼20%인 벼는 건조가 발생되도록 하면서 빠르게 냉각할 필요가 있다. 학술논문(벼 퇴적층 냉각 시뮬레이션, 농업기계학회, 24(1), 31-40쪽, 1999)에서도 알 수 있듯이 동일한 냉각능력을 가진 공기냉각장치에서 냉각속도에 가장 큰 영향을 미치는 인자는 송풍량이며, 그 다음이 상대습도이다. 따라서, 빠른 냉각속도를 얻기 위해서는 송풍량을 최대로 확보하고, 남은 냉각능력으로 냉각공기의 상대습도를 최대한 낮출 필요가 있다. 한편, 식미가 우수한 함수율인 15.5∼16.5%수준의 벼는 함수율은 변화하지 않는 상태에서 냉각할 필요가 있다. 이를 위해서 냉각공기의 상대습도를 평형상대습도인 65∼75%수준으로 유지할 필요가 있다.

온도를 위주로 제어하는 상기 특허는 냉각공기의 상대습도가 거의 95% 수준을 나타내게 되어 식미가 우수한 벼의 평형상대습도 범위를 조절하기 어려워 냉각 중 오히려 흡습을 발생할 수 있어 품질을 저해할 수 있다. 반면, 상대습도 위주의 상기 특허는 물 벼가 반입되는 수확기에 상대습도를 위주로 제어하므로 최대 송풍량을 확보하기 어려워 냉각능력이 저하할 뿐 아니라, 하절기의 경우 냉각능력이 부족한 상태에서 일정한 상대습도를 유지하기 위하여 증발기와 재열기 사이의 온도차를 유지해야 하므로 냉각공기의 온도가 목표온도보다 높게 나타나 저장 벼가 높은 온도에서 냉각되며, 이로 인해 호흡의 증가 등 품질저하가 발생하게 된다.

또한, 외기의 온도 상승을 대비하여 압축기, 증발기, 응축기, 팽창밸브 등 기본 냉동시스템을 2세트 갖추고 용량조절밸브와 함께 무부하전자밸브(unloading solenoid valve)로 냉각능력을 제어하는 독일국 특허 DE 4224016A1은 2세트의 냉동시스템을 별도로 갖춤으로서 제작가격이 비싸질 뿐 아니라, 2대의 증발기가 공기유동 관로에 설치되어 송풍저항이 증가하여 송풍량 저하와 에너지 손실을 초래할 뿐 아니라, 용량조절밸브만을 사용하여 제어하는 경우와 동일하게 냉각능력을 0∼100%까지 제어할 수 없는 단점이 있다.

따라서, 냉각능력을 0∼100%까지 무단계로 제어하면서 하절기에 충분한 냉각능력을 발휘할 수 있게 하기 위해 냉각능력을 증대시킴과 동시에 전체적으로 냉각능력의 증대에 따라 수확기 등에서의 에너지 절약방법에 대한 해결책에 대한 요구 및 연구가 지속적으로 있어 왔다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 제 1목적은 냉각능력을 0∼100%로 무단계로 제어함과 동시에 하절기에 벼의 냉각능력을 크게 증대시킴과 동시에 적은 냉각능력만 필요한 가을철에서 이른봄까지는 소요되는 에너지를 최소화할 수 있도록 한 벼의 공기냉각장치 및 냉각저장방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 제 2목적은 상기 냉각저장된 벼에 있어서 산물 벼의 함수율에 따라 공기냉각장치에서 토출되는 냉각공기의 온도를 자동으로 조절하며, 식미가 우수한 함수율 범위일 때 상대습도를 저장된 벼의 함수율과 평형이 되도록 자동으로 제어하는 벼의 공기냉각장치 및 냉각저장방법을 제공하는데 있다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 벼의 공기냉각장치를 개략적으로 도시한 개략도.

도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 벼의 공기냉각장치를 개략적으로 도시한 개략도.

도 3은 본 발명에 따른 벼의 공기냉각장치를 통한 냉각능력 제어방식을 설명하기 위한 그래프.

도 4는 본 발명에 따른 벼의 공기냉각장치에서 온도측정 위치를 도시한 도면.

도 5은 본 발명의 제 1실시예에 따른 벼의 공기냉각장치의 제어방법을 도시한 플로우챠트.

도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 벼의 공기냉각장치의 제어방법을 도시한 플로우챠트.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10a : 제 1압축기 10b : 제 2압축기

13 : 인버터 15 : 오일레귤레이터

20 : 응축기 25 : 응축압력조정밸브

30 : 고압수액기 40 : 팽창밸브

50 : 증발기 55, 56, 57 : 전자밸브

60 : 재열기 65, 66 : 전자밸브

70 : 송풍기 75 : 댐퍼

80 : 전기히터 91 : 입구온도센서

93 : 증발기온도센서 95 : 출구온도센서

100 : 콘트롤러

300a : 제 1압축기 300b : 제 2압축기

310, 320 : 무부하전자변

P1, P2, P3, P4, P5, P6 : 배관

상기와 같은 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 벼의 공기냉각장치는 외기의 공기가 유입되는 송풍기 댐퍼, 유입된 공기온도를 측정하는 입구온도센서, 송풍기, 도입공기를 선택적으로 가열하는 전기히터, 도입된 공기를 냉각하는 증발기, 증발기에서 냉각된 공기의 온도를 측정하는 증발기온도센서, 냉각된 공기를 선택적으로 재가열하는 재열기, 배출되는 냉각공기의 온도를 측정하는 출구온도센서가 순차적으로 설치되어 있고, 냉매를 고온고압의 가스상으로 압축하는 압축기, 상기 압축기로부터 나온 냉매를 배관(P1)을 통해 도입하여 응축시키는 응축기, 상기 응축기로부터 고온고압의 냉매액이 모이는 고압수액기, 및 상기 고압수액기로부터 나온 고온고압의 냉매액을 기화시키기 위해 배관에 설치된 팽창밸브를 구비함으로써 공기를 냉각시키고 상기 증발기를 통과한 저온저압의 냉매가스상이 배관(P3)을 통해 압축기로 순환되는 벼의 공기냉각장치에 있어서, 상호간에 병렬로 설치된 다수의 압축기; 상기 다수의 압축기에 오일을 균등하게 공급하기 위하여 상기 압축기에 인접한 배관상에 설치된 오일레귤레이터; 및 상기 배관으로부터 분기된 배관과 상기 증발기까지 연결된 상기 배관을 다수의 전자밸브를 개재시켜 연결한 핫가스 공급수단을 포함한다.

상기 다수의 압축기는 제 1압축기와 제 2압축기의 2개인 것을 특징으로 하고, 상기 제 2압축기에는 압축기의 주파수를 제어하기 위한 인버터가 장착되는 것을 특징으로 한다.

부가적으로, 상기 제 2압축기에 무부하전자밸브를 더 설치하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 벼의 냉각저장방법은 벼를 신속하게 냉각시키기 위한 냉각건조모드와 벼의 함수율을 일정하게 유지시키기 위한 평형상대습도의 공기를 발생시킬 수 있는 냉각저장모드로 이루어지는 벼의 냉각저장방법에 있어서, (a) 상기 냉각건조모드는, 출구목표온도보다 출구온도가 낮은지를 판단하는 단계; 출구목표온도보다 출구온도가 낮으면 댐퍼가 100% 개방되었는지를 판단하는 단계; 댐퍼가 100% 개방되었으면 인버터가 최소로 제어되었는지를 판단하는 단계; 댐퍼가 100% 개방되지 않았으면 댐퍼를 증가시키는 단계; 인버터가 최소로 제어되면 제 1압축기가 정지되었는지를 판단하는 단계; 인버터가 최소로 제어되지 않았으면 인버터를 감소시키는 단계; 제 1압축기가 정지되었으면 핫가스 유입이 온 상태인 지를 판단하는 단계; 제 1압축기가 정지되지 않았으면 인버터를 최대로 하고 제 1압축기를 정지시키는 단계; 핫가스 유입이 온 상태이면 재열기를 온시키는 단계; 핫가스 유입이 온 상태가 아니면 핫가스를 온시키는 단계; 출구목표온도보다 출구온도가 높으면 재열기가 오프되었는지를 판단하는 단계; 재열기가 오프되었으면 핫가스가 오프되었는지를 판단하는 단계; 재열기가 오프되지 않았으면 재열기를 오프시키는 단계; 핫가스가 오프되었으면 인버터가 최대로 제어되었는지를 판단하는 단계; 핫가스가 오프되지 않았으면 핫가스를 오프시키는 단계; 인버터가 최대로 제어되었으면 제 1압축기가 운전하는 지를 판단하는 단계; 인버터가 최대로 제어되지 않았으면 인버터의 제어를 증가시키는 단계; 제 1압축기가 운전하고 있으면 댐퍼를 감소시키는 단계; 제 1압축기가 운전하지 않으면 인버터를 최소로 하고 제 1압축기를 운전시키는 단계를 포함하고, (b) 상기 냉각저장모드는, 출구목표온도보다 출구온도가낮은지를 판단하는 단계; 출구목표온도보다 출구온도가 낮으면 재열기를 온시키는 단계; 출구목표온도보다 출구온도보다 높으면 재열기를 오프시키는 단계; 출구목표온도와 설정온도차의 차이보다 증발기온도가 낮은지를 판단하는 단계; 출구목표온도와 설정온도차의 차이보다 증발기온도가 낮으면 댐퍼가 100% 개방되었는지를 판단하는 단계; 댐퍼가 100% 개방되었으면 인버터가 최소로 제어되는지를 판단하는 단계; 댐퍼가 100% 개방되지 않으면 댐퍼를 증가시키는 단계; 인버터가 최소로 제어되면 제 1압축기가 정지되었는지를 판단하는 단계; 인버터가 최소로 제어되지 않으면 인버터를 감소시키는 단계; 제 1압축기가 정지되었으면 핫가스를 온시키는 단계; 제 1압축기가 정지되지 않았으면 인버터를 최대로 제어하고 제 1압축기를 정지시키는 단계; 출구목표온도와 설정온도차의 차이보다 증발기온도가 높으면 핫가스가 오프되었는지를 판단하는 단계; 핫가스가 오프되었으면 인버터가 최대로 제어되었는지를 판단하는 단계; 핫가스가 오프되지 않았으면 핫가스를 오프시키는 단계; 인버터가 최대로 제어되었으면 제 1압축기가 운전하는지를 판단하는 단계; 인버터가 최대로 제어되지 않았으면 인버터를 증가시키는 단계; 제 1압축기가 운전하면 댐퍼를 감소시키는 단계; 및 제 1압축기가 운전하지 않으면 인버터를 최소로 하고 제 1압축기를 운전시키는 단계를 포함한다.

또한, 본 발명에 따른 벼의 냉각저장방법은 (a) 냉각건조모드에서, 무부하전자변이 온되었는지를 판단하는 단계; 제 1압축기가 정지하지 않았으면 인버터를 최대로 하고 제 1압축기를 정지시키며 무부하전자밸브를 오프시키는 단계; 무부하전자밸브가 오프되었는지를 판단하는 단계; 및 제 1압축기가 운전하지 않으면 인버터를 최소로 하고 제 1압축기를 운전시키고 무부하전자밸브를 온시키는 단계를 더 포함하고, (b) 냉각저장모드에서, 무부하전자밸브가 온되었는지를 판단하는 단계; 제 1압축기가 정지하지 않으면 인버터를 최대로 하고 제 1압축기를 정지시키면 무부하전자밸브를 오프시키는 단계; 무부하전자밸브가 오프되었는지를 판단하는 단계; 및 제 1압축기가 운전하지 않으면 인버터를 최소로 하고 제 1압축기를 운전시키며 무부하전자밸브를 온시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예에 따른 벼의 공기냉각장치 및 냉각저장방법에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1실시예에 따른 벼의 공기냉각장치를 개략적으로 도시한 개략도이다.

본 발명에 있어서, 본 발명에 따른 벼의 공기냉각장치는 일반적인 냉동사이클을 이루는 기본적인 구성요소를 이용하여 냉각시키는 장치로서, 여름철에 냉각능력을 증대시키기 위하여 2개 이상의 압축기를 병렬로 연결하고, 수확기인 가을철부터 이른봄까지 외기온도가 낮을 때에는 압축기를 1대만 사용하여 에너지를 절감하고 무부하전자밸브, 인버터 및 핫가스를 적절히 제어함으로써 목표온도에 도달하도록 하는 것이 주된 내용이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제 1실시예에 따른 벼의 공기냉각장치는 2대의 제 1압축기(10a)와 제 2압축기(10b)가 병렬로 설치되는데, 이러한 압축기는 필요에 따라 그 이상이 병렬로 설치될 수도 있다. 상기 제 2압축기(10b)에는 인버터(13)가 장착되어 압축기의 주파수를 25∼100%범위내에서 제어함으로써 압축기의 냉각능력을 조절할 수 있다.

상기 제 1압축기(10a)와 제 2압축기(10b)로부터 나온 고온고압 가스상의 냉매는 배관(P1)을 따라 응축기(20)로 이동하고 응축기(20)를 통해 고온고압의 냉매액이 되어 고압수액기(30)로 이동한다. 이때, 고온고압의 냉매액은 응축압력조정밸브(25)에 의해 조절된다.

고압수액기(30)로부터 나온 고온고압의 냉매액은 배관(P2)에 설치된 팽창밸브(40)를 통과하면서 기화하여 저온상태의 냉매액 및 가스 혼합상태로 되어 증발기(50)로 인입되고, 증발기(50)에서 냉매액이 증발하여 저온저압의 냉매가스상이 되어 배관(P3)을 통해 제 1압축기(10a)와 제 2압축기(10b)로 이동한다.

이 때 압축기가 2대임에도 불구하고 1대의 증발기(50)만을 사용할 수 있는데, 이는 년간 외기온도의 변화에 따른 냉각부하의 큰 차이에도 불구하고 외기온도가 낮아 냉각능력이 제어될 때 사용한 동일한 증발능력을 가진 증발기를 외기온도가 높아 최대의 냉각능력을 발휘할 때 사용하여도 증발능력은 충분하게 되기 때문이다. 따라서 외기온도가 어떻게 변하더라도 최대 냉각능력 범위내에서 목표한 온도 및 상대습도를 가진 냉각공기를 최대의 송풍량으로 만들어 공급할 수 있는 것이다.

또한, 상기 압축기에 인접한 배관(P3)상에는 오일레귤레이터(15)가 설치되어 있어, 2개의 제 1압축기(10a)와 제 2압축기(10b)에 오일이 균등하게 공급될 수 있도록 한다. 만약에, 오일레귤레이터(15)가 없으면, 상기 제 1압축기(10a)와 제 2압축기(10b)에 공급되는 오일의 양이 어느 한쪽에 부족하게 유입될 수 있고, 그로 인해 압축기의 능력이 떨어지게 될 수 있다.

이와 같이, 다수의 압축기를 설치함으로써 하절기와 같이 무더운 날씨에는 그 냉각능력을 크게 증대시킬 수 있게 된다. 그러나, 이러한 공기냉각장치는 수확기로부터 이른봄까지 외기온도가 낮은 상태에서는 그러한 최대냉각능력이 필요가 없기 때문에, 에너지 절감차원에서 그들의 냉각능력을 제어할 필요가 있고, 특히 외기의 온도와 상대습도를 최적으로 조절하여 바람직한 벼의 함수율(15.5∼16.5%)을 얻을 수 있도록 하는 것이 중요하다.

따라서, 본 발명의 제 1실시예에 따른 공기냉각장치는 과도한 냉각에 의해 증발기(50)에 맺히게 되는 서리를 제거하고, 출구온도센서(95)의 온도가 목표온도보다 낮을 경우에 재열기(60)를 통해 공기의 온도를 높이기 위해, 제 1압축기(10a) 및 제 2압축기(10b)로부터 나오는 고온고압의 핫가스를 이용한다.

먼저, 고온고압의 핫가스를 이용하여 증발기(50)의 서리를 제거하기 위해서, 배관(P1)으로부터 분기된 배관(P4)과 배관(P2)을 전자밸브(55,56,57)를 개재시켜 연결한다. 따라서, 증발기(50)의 서리를 제거할 경우에, 상기 전자밸브(55,56,57)를 개방시키면 압축기로부터 나온 고온고압의 핫가스가 배관(P2)을 지나는 저온상태의 냉매액 및 가스의 혼합액에 투입되어 상기 저온상태인 혼합액의 유동을 저지하고 혼합액의 온도를 높여 증발기(50)에서 제상이 될 수 있도록 한다.

또한, 재열기(60)를 통해 공기의 온도를 높이기 위해서, 배관(P4)으로부터분기된 배관(P5)을 통해 고온고압의 핫가스가 이동하고, 그 핫가스의 이동은 배관(P5)에 설치된 전자밸브(65,66)에 의해 조절되며, 재열기(60)를 통과하면서 열교환에 의해 외부공기의 온도를 높이는 것이다. 재열기(60)를 통과한 핫가스는 배관(P6)을 통해 고압수액기(30)로 이동한다.

따라서, 본 발명의 제 1실시예에 따른 벼의 공기냉각장치는 제 1압축기(10a)를 선택적으로 온 오프하여 전체 냉각능력의 50∼100%를 제어하고, 제 2압축기(10b)에 부착된 인버터(13)를 통해 주파수를 제어함으로써 12.5∼50%의 냉각능력을 제어하며, 전자밸브(55,56,57)에 의해 증발기(50)에 핫가스를 공급하여 0∼12.5%의 냉각능력을 제어하여 전체적으로 냉각능력을 0∼100%까지 무단으로 조절할 수 있는 것이다.

아울러, 본 발명에 따른 벼의 공기냉각장치에는 외부공기를 유입하기 위한 송풍기(70)가 외기 유입구에 인접하여 설치되고, 상기 송풍기(70)로의 외기 유입량을 조절하기 위하여 유입구측에 송풍기댐퍼(75)가 설치되며, 상기 송풍기(70)와 송풍기댐퍼(75) 사이에 외기를 가열하기 위한 전기히터(80)가 설치되어 있다.

또한, 송풍기(70)와 전기히터(80) 사이에는 입구온도센서(91)가 설치되어 외기의 온도를 측정하고, 증발기(50)와 재열기(60) 사이에는 증발기온도센서(93)이 설치되어 증발기를 통과한 공기의 온도를 측정하며, 재열기(60)와 배출구사이에는 출구온도센서(95)가 설치되어 배출공기의 온도를 측정한다.

상기와 같은 구성요소들은 모두 콘트롤러(100)에 의해 제어된다.

도 2는 본 발명의 제 2실시예에 따른 벼의 공기냉각장치를 개략적으로 도시한 개략도이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2실시예에 따른 벼의 공기냉각장치는 제 1압축기(300a) 및 제 2압축기(300b)에 무부하전자밸브(310, 320)를 설치한 것을 제외하고는 본 발명의 제 1실시예에 따른 벼의 공기냉각장치와 동일하며, 동일한 구성요소 및 그 작동에 대한 설명은 생략한다.

본 발명의 제 2실시예에 따른 벼의 공기냉각장치에 있어서, 제 1 압축기(300a)의 선택적인 온 오프로 전체 냉각능력의 50∼100%를 제어하고, 상기 무부하전자밸브(310, 320)는 제 1압축기(300a) 제 2압축기(300b)의 작동 기통수를 제어함으로써 제 1압축기와 제 2압축기의 냉각능력을 50∼100%로 제어하므로, 전체적으로는 50∼75%를 제어하게 된다.

따라서, 본 발명의 제 2실시예에 따른 벼의 공기냉각장치는 제 2압축기(300b)에 부착된 인버터(13)를 통해 주파수를 제어함으로써 압축기(300b)의 냉각능력을 25∼100%로 조절할 수 있어 전체적으로는 12.5∼50%, 62.5∼75%까지 조절할 수 있고, 전자밸브(55,56,57)에 의해 증발기(50)에 핫가스를 공급하여 전체적인 냉각능력을 0∼12.5%까지 조절할 수 있어, 이들을 선택적으로 사용하여 전체적으로 냉각능력을 0∼100%까지 제어할 수 있는 것이다.

이와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 벼의 공기냉각장치는 여름철에는 2개의 압축기를 모두 사용함으로써 냉각능력을 크게 증대시킬 수 있는 것이고,수확기인 가을철부터 이른봄까지는 제 1압축기(10a,300a)의 작동을 정지시키고 제 2압축기(10b,300b)만을 사용함으로써 냉각능력을 50∼100%까지 조절하면서 냉각능력에 따라 에너지를 절감할 수 있으며, 에너지 절약효과가 뛰어난 무부하전자변(310,320)과 인버터(13)을 사용하여 냉각능력을 12.5∼75%까지 조절하고, 전자밸브(55,56,57)를 통해 증발기에 핫가스를 공급하여 냉각능력을 0∼12.5%까지 조절하여 전체적으로 냉각능력을 0∼100%까지 절약이 가능한 것이다. 더욱이 냉각능력이 12.5∼100%까지 제어될 때 에너지도 거의 동일한 비율로 절약되는 장점이 있다.

추가적으로, 외기의 온도가 더욱 낮아지게 되어 목표온도보다 낮아지면, 핫가스를 전자밸브(55,56,57,65,66)를 통해 증발기(50)와 재열기(60)에 공급하여 배출되는 공기의 온도를 목표온도로 조절하고, 더욱 외기가 저하하면 입구측에 설치된 전기히터(80)를 가동시켜 외기의 온도를 높일 수도 있다.

이하, 본 발명에 따른 벼의 공기냉각장치의 냉각능력 제어와 관련하여 더욱 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.

구 분	수확기(10∼11월)	겨울철(12∼3월)	봄철(4∼5월)	여름철(6∼9월)
월평균온도(℃)	6.1∼14.1	-2.1∼5.6	11.6∼17.5	20.1∼26.9
벼의 함수율(%)	18<	15.5∼16.5	15.5∼16.5	15.5∼16.5
벼의 적정온도(℃)	5∼7	7∼10	7∼10	7∼10
운전모드	냉각건조	냉각저장	냉각저장	냉각저장
주요관점	냉각속도 향상	함수율 고정	함수율 고정	함수율 고정

상기 표 1은 우리 나라의 기상상태(수원기준), 벼의 수확 후 처리여건 및 곡물 냉각장치의 운전모드를 나타낸 것이다. 표에서 알 수 있듯이 우리 나라의 년간 월 평균 기온차는 -2.1∼26.9℃이고, 1일 평균 기온차와 최저 및 최고온도차를 감안한다면 년간 외기온도차는 대단히 크다. 따라서, 4계절이 뚜렷한 우리 나라에서는 계절별로 그 온도차가 심하게 나타나기 때문에, 외기온도에 따라 냉각능력을 효율적으로 제어하는 것이 필요하다. 또한, 수확기에 수확한 물 벼는 함수율 약 18∼20%까지 별도의 화력건조기를 통해 1차 화력건조된 상태에서 사이로 등에 저장되고 그때의 벼의 적정온도는 5∼7℃정도이며, 그 상태에서 본 발명의 공기냉각장치를 상기 사이로에 연결하여 벼를 냉각건조 시킴으로써 빠르게 냉각시킬 수 있다. 또한, 물벼 반입기가 끝난 후 2차 화력건조하여 식미가 가장 우수한 함수율 15.5∼16.5%의 벼를 얻은 다음, 함수율의 변화가 없도록 냉각저장 함으로써 그 후에 그 함수율로 고정되도록 온도 및 상대습도를 최적으로 조절할 수 있도록 하는 것이다.

또한, 겨울철에는 외기온도가 낮기 때문에 압축기를 정지시키고 송풍기를 통해 통풍만 시킴으로써 벼를 냉각저장할 수도 있는데, 이때 외기온도가 더욱 낮아지면 전기히터 등을 사용하여 온도를 목표온도까지 올릴 수도 있다.

이때, 냉각건조모드는 온도를 먼저 제어하고 그 후에 송풍량을 제어하며 마지막으로 상대습도를 제어함으로써 벼를 빠르게 냉각시키는 것이고, 냉각저장모드는 먼저 상대습도를 제어하고 온도를 제어하며 최종적으로 송풍량을 제어함으로써 벼의 함수율을 일정하게 유지하는 것이다.

온도영역	냉각능력 제어방법	냉각능력제어범위
온도영역	송풍기댐퍼(75)	냉각능력제어범위	제1압축기(10a)	제2압축기(10b)	인버터(13)	증발기핫가스(55,56,57)	재열기핫가스(65,66)	전기히터(80)
A	Control	ON	ON	OFF	OFF	OFF	OFF	100%
B₁	Full	ON	ON	Control	OFF	OFF	OFF	87.5∼100%
B₂	Full	ON	ON	Control	OFF	OFF	OFF	75∼87.5%
B₃	Full	ON	ON	Control	OFF	OFF	OFF	62.5∼75%
B₄	Full	ON	ON	Control	Control	OFF	OFF	50∼62.5%
C₁	Full	OFF	ON	Control	OFF	OFF	OFF	37.5∼50%
C₂	Full	OFF	ON	Control	OFF	OFF	OFF	25∼37.5%
C₃	Full	OFF	ON	Control	OFF	OFF	OFF	12.5∼25%
C₄	Full	OFF	ON	Full	ON	OFF	OFF	0∼12.5%
D₁	Full	OFF	ON	Full	ON	ON	OFF	-
D₂	Full	OFF	OFF	OFF	OFF	OFF	ON	-

온도영역	냉각능력 제어방법	냉각능력제어범위
온도영역	송풍기댐퍼(75)	냉각능력제어범위	제1압축기(300a)	제2압축기(300b)	무부하전자변(310)	무부하전자변(320)	인버터(13)	증발기핫가스(55,56,57)	재열기핫가스(65,66)	전기히터(80)
A	Control	ON	ON	OFF	OFF	OFF	OFF	OFF	OFF	100%
B₁	Full	ON	ON	OFF	Control	OFF	OFF	OFF	OFF	87.5∼100%
B₂	Full	ON	ON	OFF	Control	OFF	OFF	OFF	OFF	75∼87.5%
B₃	Full	ON	ON	OFF	ON	Control	OFF	OFF	OFF	62.5∼87.5%
B₄	Full	ON	ON	Control	ON	Control	OFF	OFF	OFF	50∼62.5%
C₁	Full	OFF	ON	OFF	Control	Control	OFF	OFF	OFF	37.5∼50%
C₂	Full	OFF	ON	OFF	Control	Control	OFF	OFF	OFF	25∼37.5%
C₃	Full	OFF	ON	OFF	ON	Control	OFF	OFF	OFF	12.5∼25%
C₄	Full	OFF	ON	OFF	ON	Full	ON	OFF	OFF	0∼12.5%
D₁	Full	OFF	ON	OFF	ON	Full	ON	ON	OFF	-
D₂	Full	OFF	OFF	OFF	OFF	OFF	OFF	OFF	ON	-

도 3은 본 발명에 따른 벼의 공기냉각장치를 통한 냉각능력 제어방식을 설명하기 위한 그래프이다.

표 2는 본 발명의 실시예 1에 따른 벼의 공기냉각장치를 통한 냉각능력 제어방식을 설명하기 위한 표이다.

표 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 벼의 공기냉각장치를 통한 냉각능력 제어방식을 설명하기 위한 표이다.

표 2와 도 3을 같이 비교해 보면, t₁은 초기 외기온도를 나타내고, t₂는 최대송풍량까지 냉각가능한 온도로서 t₂보다 온도가 높은 경우(A구역)에는 송풍기의 댐퍼를 조절하면서 냉각을 시켜야지만 목표온도까지 냉각을 시킬 수 있는 것이다.

또한 B구역은 t₂로부터 목표온도인 t₄까지의 50∼100%에 해당하는 온도구역으로, 이때에는 외기 온도가 낮아서 냉각능력을 약간 떨어뜨리는 것이 필요하기 때문에, B₁∼B₃구역은 제 1압축기(10a)는 ON되어 있는 상태에서 제 2압축기(10b)의 인버터(13)를 이용하여 냉각능력을 75∼100%까지 조절하고, B₄구역은 제 1압축기(10a)는 ON되어 있고, 제 2압축기(10b)의 인버터(13)는 모두 작동되어 있는 상태에서, 증발기에 전자밸브(55,56,57)를 이용하여 핫가스를 공급하여 50∼62.5%까지 제어한다.

C구역은 상기 B구역보다 외기온도가 더 낮은 구역으로서, 이때에는 외기 온도가 더 낮아서 냉각능력을 더욱 세밀하게 제어할 필요가 있다. 즉, C₁∼C₃구역은 12.5∼50%에 해당하는 온도구역으로, 제 1압축기(10a)는 정지시킨 상태에서 제 2압축기(10b)의 인버터(13)을 이용하여 냉각능력을 제어할 수 있으며, C4 구역은 0∼12.5%에 해당하는 구역으로 제 1압축기(10a)는 정지되어 있고, 제 2압축기(10b)의 인버터(13)는 모두 작동되어 있는 상태에서, 증발기에 전자밸브(55,56,57)를 이용하여 핫가스를 공급하여 0∼12.5%까지 제어한다. 따라서, 본발명에 따른 벼의 공기냉각장치는 압축기의 냉각능력을 0∼100%까지 무단계로 제어할 수 있는 것이다.

이후에, 외기온도가 목표온도보다 더 낮게되면, 무부하전자변이나 핫가스를 계속해서 사용할 수 있으며, 그런 후에도 배출공기의 온도가 목표온도보다 낮으면 전기히터를 사용하여 온도를 높이거나, 압축기를 정지시킬 수 있는 것이다.

표 2와 도 4를 같이 비교해 보면, 본 발명의 제 2실시예에 따른 제어방법은 B₁∼B₂, C₁∼C₃구역에서 제 2압축기(300b)의 인버터(13) 작동대신에 제 1압축기(300a) 및 제 2압축기(300b)의 무부하전자변(310,320)을 사용하여 B₄구역에서 증발기에 핫가스를 공급하지 않아도 되는 외의 제어방법은 동일하며, 동일한 구성요소 및 그 작동에 대한 설명은 제외한다.

이와 같은 제 1 실시예와 제 2실시예를 구분하여 사용하는 것은 압축기 종류에 따른 특징을 반영한 것으로, 벼의 공기냉각장치에 냉각부하의 크기에 따라 모든 종류의 압축기를 사용가능하게 하기 위함이다.

이하, 본 발명의 제 1실시예에 따른 벼의 공기냉각장치를 이용한 냉각저장방법에 대해 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 벼의 냉각저장방법은 크게 벼를 신속하게 냉각시키기 위한 냉각건조모드와 벼의 평형함수율을 일정하게 유지시키기 위한 냉각저장모드로 구분된다. 설명중에 T1은 외기온도, T2는 증발기온도, T3는 출구온도, T4는 출구목표온도, DT는 T3와 T2의 온도차를 설정해 놓은 것이다.

도 4는 본 발명에 따른 벼의 공기냉각장치에서 온도측정 위치를 도시한 도면이고, 도 5는 본 발명의 제 1실시예에 따른 벼의 공기냉각장치의 제어방법을 도시한 플로우챠트이다.

도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, (a) 상기 냉각건조모드는, 출구목표온도(T4)보다 출구온도가 낮은지를 판단하고(S10), 단계 S10에서 출구목표온도(T4)보다 출구온도가 낮으면 댐퍼가 100% 개방되었는지를 판단하고, 단계 S20에서 댐퍼가 100% 개방되었으면 인버터가 최소로 제어되었는지를 판단하며(S30), 단계 S20에서 댐퍼가 100% 개방되지 않았으면 댐퍼를 증가시킨다(S23).

그 후에, 단계 S30에서 인버터가 최소로 제어되면 제 1압축기가 정지되었는지를 판단하고(S40), 단계 S30에서 인버터가 최소로 제어되지 않았으면 인버터를 감소시키고(S33), 단계 S40에서 제 1압축기가 정지되었으면 핫가스 유입이 온 상태인 지를 판단하며(S50), 단계 S40에서 제 1압축기가 정지되지 않았으면 인버터를최대로 하고 제 1압축기를 정지시킨다(S43).

단계 S50에서 핫가스 유입이 온 상태이면 재열기를 온시키고(S55), 단계 S50에서 핫가스 유입이 온 상태가 아니면 핫가스를 온시키고(S53), 단계 S10에서 출구목표온도(T4)보다 출구온도가 높으면 재열기가 오프되었는지를 판단한다(S60).

단계 S60에서 재열기가 오프되었으면 핫가스가 오프되었는지를 판단하고(S70), 단계 S60에서 재열기가 오프되지 않았으면 재열기를 오프시키고(S63), 단계 S70에서 핫가스가 오프되었으면 인버터가 최대로 제어되었는지를 판단하며(S80), 단계 S70에서 핫가스가 오프되지 않았으면 핫가스를 오프시킨다(S73).

단계 S80에서 인버터가 최대로 제어되었으면 제 1압축기가 운전하는 지를 판단하고(S90), 단계 S80에서 인버터가 최대로 제어되지 않았으면 인버터의 제어를 증가시키고(S83), 단계 S90에서 제 1압축기가 운전하고 있으면 댐퍼를 감소시키며(S95), 단계 S90에서 제 1압축기가 운전하지 않으면 인버터를 최소로 하고 제 1압축기를 운전시킨다(S93).

또한, (b) 상기 냉각저장모드는,

출구목표온도(T4)보다 출구온도(T3)가 낮은지를 판단하고(S180), 단계 S180에서 출구목표온도(T4)보다 출구온도(T3)가 낮으면 재열기를 온시키고(S183); 단계 S180에서 출구목표온도(T4)보다 출구온도(T3)보다 높으면 재열기를 오프시킨다(S185).

또한, 출구목표온도(T4)와 설정온도차(DT)의 차이보다 증발기온도(T2)가 낮은지를 판단하고(S110), 단계 S110에서 출구목표온도(T4)와 설정온도차(DT)의 차이보다 증발기온도(T2)가 낮으면 댐퍼가 100% 개방되었는지를 판단하고(S120), 단계 S120에서 댐퍼가 100% 개방되었으면 인버터가 최소로 제어되는지를 판단하며(S130), 단계 S120에서 댐퍼가 100% 개방되지 않으면 댐퍼를 증가시킨다(S123).

단계 S130에서 인버터가 최소로 제어되면 제 1압축기가 정지되었는지를 판단하고(S140), 단계 S130에서 인버터가 최소로 제어되지 않으면 인버터를 감소시키고(S133), 단계 S140에서 제 1압축기가 정지되었으면 핫가스를 온시키며(S145), 단계 S140에서 제 1압축기가 정지되지 않았으면 인버터를 최대로 제어하고 제 1압축기를 정지시킨다(S143).

단계 S110에서 출구목표온도(T4)와 설정온도차(DT)의 차이보다 증발기온도(T2)가 높으면 핫가스가 오프되었는지를 판단하고(S150), 단계 S150에서 핫가스가 오프되었으면 인버터가 최대로 제어되었는지를 판단하고(S160), 단계 S150에서 핫가스가 오프되지 않았으면 핫가스를 오프시키고(S153), 단계 S160에서 인버터가 최대로 제어되었으면 제 1압축기가 운전하는지를 판단하고(S170), 단계 S160에서 인버터가 최대로 제어되지 않았으면 인버터를 증가시키고(S163), 단계 S170에서 제 1압축기가 운전하면 댐퍼를 감소시키며(S175), 단계 S170에서 제 1압축기가 운전하지 않으면 인버터를 최소로 하고 제 1압축기를 운전시킨다(S173).

이하, 본 발명의 제 2실시예에 따른 벼의 냉각저장방법에 대해 설명한다.

도 6은 본 발명의 제 2실시예에 따른 벼의 공기냉각장치의 제어방법을 도시한 플로우챠트이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제 2실시예에 따른 벼의 냉각저장방법은 무부하전자밸브를 조정하는 것을 제외하고는 본 발명의 제 1실시예와 동일하며, 상기 무부하전자밸브를 조정하는 방법은 다음과 같다.

(a) 냉각건조모드에서, 상기 단계 S20과 단계 S30 사이에, 무부하전자변이 온되었는지를 판단하고(S310), 단계 S40에서 제 1압축기가 정지하지 않았으면 인버터를 최대로 하고 제 1압축기를 정지시키며 무부하전자밸브를 오프시키고(S323), 상기 단계 S90과 단계 S95 사이에, 무부하전자밸브가 오프되었는지를 판단하며(S330), 상기 단계 S90에서 제 1압축기가 운전하지 않으면 인버터를 최소로 하고 제 1압축기를 운전시키고 무부하전자밸브를 온시키며(S333),

(b) 냉각저장모드에서, 단계 S120과 단계 S130 사이에, 무부하전자밸브가 온되었는지를 판단하고(S350), 단계 S140에서 제 1압축기가 정지하지 않으면 인버터를 최대로 하고 제 1압축기를 정지시키면 무부하전자밸브를 오프시키고(S353), 단계 S170과 단계 S175 사이에, 무부하전자밸브가 오프되었는지를 판단하며(S370), 단계 S170에서 제 1압축기가 운전하지 않으면 인버터를 최소로 하고 제 1압축기를 운전시키며 무부하전자밸브를 온시킨다(S373).

상기의 제어방법에 따라서, 본 발명의 제 2실시예에 따른 벼의 냉각저장방법은 핫가스, 인버터, 및 압축기에 의해 냉각능력을 제어하는 것 이외에도 무부하전자밸브를 이용하여 추가로 냉각능력을 제어함으로써, 0∼100%까지 냉각능력을 무단계로 제어할 수 있는 것이다.

본 발명에 따른 벼의 공기냉각장치 및 냉각저장방법은 수확 후 반입되어 초기 건조된 함수율이 높은 벼의 호흡을 억제하여 품질유지에 필요한 적정온도까지 급속하게 냉각시킴으로서 미질을 유지할 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 냉각 건조된 벼에 있어서 산물 벼의 함수율에 따라 공기냉각장치에서 토출되는 냉각공기의 온도를 자동으로 조절하며, 식미가 우수한 함수율 범위일 때 상대습도를 저장된 벼의 함수율과 평형이 되도록 자동으로 제어함으로써 함수율 변화없이 저장하여 식미를 유지하면서 저장할 수 있게 되는 것이다.

아울러, 본 발명은 하절기에 벼의 냉각능력을 크게 증대시킴과 동시에 적은 냉각능력만 필요한 가을철에서 이른봄까지는 소요되는 에너지를 최소화할 수 있다.

한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

외기의 공기가 유입되는 송풍기댐퍼(75), 유입된 공기온도를 측정하는 입구온도센서(91), 송풍기(70), 도입공기를 선택적으로 가열하는 전기히터(10), 도입된 공기를 냉각하는 증발기(5), 증발기에서 냉각된 공기의 온도를 측정하는 증발기온도센서(93), 냉각된 공기를 선택적으로 재가열하는 재열기(60), 배출되는 냉각공기의 온도를 측정하는 출구온도센서(14)가 순차적으로 설치되어 있고, 냉매를 고온고압의 가스상으로 압축하는 압축기, 상기 압축기로부터 나온 냉매를 배관(P1)을 통해 도입하여 응축시키는 응축기(20), 상기 응축기(20)로부터 고온고압의 냉매액이 모이는 고압수액기(30), 및 상기 고압수액기(30)로부터 나온 고온고압의 냉매액을 기화시키기 위해 배관(P2)에 설치된 팽창밸브(40)를 구비함으로써 공기를 냉각시키고 상기 증발기(50)를 통과한 저온저압의 냉매가스상이 배관(P3)을 통해 압축기로 순환되는 벼의 공기냉각장치에 있어서,

상호간에 병렬로 설치된 다수의 압축기;

상기 다수의 압축기에 오일을 균등하게 공급하기 위하여 상기 압축기에 인접한 배관(P3)상에 설치된 오일레귤레이터(15); 및

상기 배관(P1)으로부터 분기된 배관(P4)과 상기 증발기(50)까지 연결된 상기 배관(P2)을 다수의 전자밸브(55,56,57)를 개재시켜 연결한 핫가스공급수단(120)을 포함하는 것을 특징으로 하는 벼의 공기냉각장치.
제 1항에 있어서, 상기 다수의 압축기는 제 1압축기(10a)와 제 2압축기(10b)의 2개인 것을 특징으로 하는 벼의 공기냉각장치.
제 2항에 있어서, 상기 제 2압축기에는 압축기의 주파수를 제어하기 위한 인버터(13)가 장착되는 것을 특징으로 하는 벼의 공기냉각장치.
제 2항에 있어서, 상기 제 1압축기와 제 2압축기에 무부하전자밸브(310, 320)를 더 설치하는 것을 특징으로 하는 벼의 공기냉각장치.
벼를 신속하게 냉각시키기 위한 냉각건조모드와 벼의 평형함수율을 일정하게 유지시키기 위한 냉각저장모드로 이루어지는 벼의 냉각저장방법에 있어서,

(a) 상기 냉각건조모드는,

출구목표온도(T4)보다 출구온도가 낮은지를 판단하는 단계(S10);

단계 S10에서 출구목표온도(T4)보다 출구온도가 낮으면 댐퍼가 100% 개방되었는 지를 판단하는 단계(S20);

단계 S20에서 댐퍼가 100% 개방되었으면 인버터가 최소로 제어되었는 지를 판단하는 단계(S30);

단계 S20에서 댐퍼가 100% 개방되지 않았으면 댐퍼를 증가시키는 단계(S23);

단계 S30에서 인버터가 최소로 제어되면 제 1압축기가 정지되었는 지를 판단하는 단계(S40);

단계 S30에서 인버터가 최소로 제어되지 않았으면 인버터를 감소시키는 단계(S33);

단계 S40에서 제 1압축기가 정지되었으면 핫가스 유입이 온 상태인 지를 판단하는 단계(S50);

단계 S40에서 제 1압축기가 정지되지 않았으면 인버터를 최대로 하고 제 1압축기를 정지시키는 단계(S43);

단계 S50에서 핫가스 유입이 온 상태이면 재열기를 온시키는 단계(S55);

단계 S50에서 핫가스 유입이 온 상태가 아니면 핫가스를 온시키는 단계(S53);

단계 S10에서 출구목표온도(T4)보다 출구온도가 높으면 재열기가 오프되었는지를 판단하는 단계(S60);

단계 S60에서 재열기가 오프되었으면 핫가스가 오프되었는지를 판단하는 단계(S70);

단계 S60에서 재열기가 오프되지 않았으면 재열기를 오프시키는 단계(S63);

단계 S70에서 핫가스가 오프되었으면 인버터가 최대로 제어되었는지를 판단하는 단계(S80);

단계 S70에서 핫가스가 오프되지 않았으면 핫가스를 오프시키는 단계(S73);

단계 S80에서 인버터가 최대로 제어되었으면 제 1압축기가 운전하는 지를 판단하는 단계(S90);

단계 S80에서 인버터가 최대로 제어되지 않았으면 인버터의 제어를 증가시키는 단계(S83);

단계 S90에서 제 1압축기가 운전하고 있으면 댐퍼를 감소시키는 단계(S95);

단계 S90에서 제 1압축기가 운전하지 않으면 인버터를 최소로 하고 제 1압축기를 운전시키는 단계(S93)를 포함하고,

(b) 상기 냉각저장모드는,

출구목표온도(T4)보다 출구온도(T3)가 낮은지를 판단하는 단계(S180);

단계 S180에서 출구목표온도(T4)보다 출구온도(T3)가 낮으면 재열기를 온시키는 단계(S183);

단계 S180에서 출구목표온도(T4)보다 출구온도(T3)보다 높으면 재열기를 오프시키는 단계(S185);

출구목표온도(T4)와 설정온도차(DT)의 차이보다 증발기온도(T2)가 낮은지를 판단하는 단계(S110);

단계 S110에서 출구목표온도(T4)와 설정온도차(DT)의 차이보다 증발기온도(T2)가 낮으면 댐퍼가 100% 개방되었는지를 판단하는 단계(S120);

단계 S120에서 댐퍼가 100% 개방되었으면 인버터가 최소로 제어되는지를 판단하는 단계(S130);

단계 S120에서 댐퍼가 100% 개방되지 않으면 댐퍼를 증가시키는 단계(S123);

단계 S130에서 인버터가 최소로 제어되면 제 1압축기가 정지되었는지를 판단하는 단계(S140);

단계 S130에서 인버터가 최소로 제어되지 않으면 인버터를 감소시키는 단계(S133);

단계 S140에서 제 1압축기가 정지되었으면 핫가스를 온시키는 단계(S145);

단계 S140에서 제 1압축기가 정지되지 않았으면 인버터를 최대로 제어하고 제 1압축기를 정지시키는 단계(S143);

단계 S110에서 출구목표온도(T4)와 설정온도차(DT)의 차이보다 증발기온도(T2)가 높으면 핫가스가 오프되었는지를 판단하는 단계(S150);

단계 S150에서 핫가스가 오프되었으면 인버터가 최대로 제어되었는지를 판단하는 단계(S160);

단계 S150에서 핫가스가 오프되지 않았으면 핫가스를 오프시키는 단계(S153);

단계 S160에서 인버터가 최대로 제어되었으면 제 1압축기가 운전하는지를 판단하는 단계(S170);

단계 S160에서 인버터가 최대로 제어되지 않았으면 인버터를 증가시키는 단계(S163);

단계 S170에서 제 1압축기가 운전하면 댐퍼를 감소시키는 단계(S175); 및

단계 S170에서 제 1압축기가 운전하지 않으면 인버터를 최소로 하고 제 1압축기를 운전시키는 단계(S173)를 포함하는 것을 특징으로 하는 벼의 냉각저장방법.
제 5항에 있어서,

(a) 냉각건조모드에서,

상기 단계 S20과 단계 S30 사이에, 무부하전자변이 온되었는지를 판단하는 단계(S310);

단계 S40에서 제 1압축기가 정지하지 않았으면 인버터를 최대로 하고 제 1압축기를 정지시키며 무부하전자밸브를 오프시키는 단계(S323);

상기 단계 S90과 단계 S95 사이에, 무부하전자밸브가 오프되었는지를 판단하는 단계(S330); 및

상기 단계 S90에서 제 1압축기가 운전하지 않으면 인버터를 최소로 하고 제 1압축기를 운전시키고 무부하전자밸브를 온시키는 단계(S333)를 더 포함하고,

(b) 냉각저장모드에서,

단계 S120과 단계 S130 사이에, 무부하전자밸브가 온되었는지를 판단하는 단계(S350);

단계 S140에서 제 1압축기가 정지하지 않으면 인버터를 최대로 하고 제 1압축기를 정지시키면 무부하전자밸브를 오프시키는 단계(S353);

단계 S170과 단계 S175 사이에, 무부하전자밸브가 오프되었는지를 판단하는 단계(S370); 및

단계 S170에서 제 1압축기가 운전하지 않으면 인버터를 최소로 하고 제 1압축기를 운전시키며 무부하전자밸브를 온시키는 단계(S373)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 벼의 냉각저장방법.