KR101067884B1

KR101067884B1 - 건조 장치

Info

Publication number: KR101067884B1
Application number: KR1020090022006A
Authority: KR
Inventors: 이영진
Original assignee: 주식회사 일진냉동기계
Priority date: 2009-03-16
Filing date: 2009-03-16
Publication date: 2011-09-27
Also published as: KR20100103930A

Abstract

건조 장치가 개시된다. 건조실로부터 유입된 공기를 제습하여, 건조실로 배출하는 장치로서, 작동 유체의 증발에 의해, 건조실로부터 유입된 공기를 냉각하는 흡열부, 흡열부로부터 이송된 작동 유체의 응축에 의해, 흡열부를 통과한 공기를 가열하는 방열부, 흡열부에서 증발된 작동 유체를 방열부로 이송하는 이송관, 및 방열부에서 응축된 작동 유체를 흡열부로 회수하는 회수관을 포함하는 열사이펀(thermosyphon), 흡열부와 방열부 사이에 배치되어, 냉매의 증발에 의해, 흡열부를 통과한 공기가 제습되도록 공기를 재냉각하는 증발기, 방열부의 후방에 배치되어, 냉매의 응축에 의해, 방열부를 통과한 공기를 재가열하는 제1 응축기, 증발기로부터 이송된 냉매를 압축시켜, 제1 응축기로 배출하는 압축기, 제1 응축기로부터 이송된 냉매를 팽창시켜, 증발기로 배출하는 제1 팽창기를 포함하는 히트 펌프(heat pump), 및 증발기와 압축기 사이에 개재되어, 증발기로부터 이송된 냉매와의 열전달에 의해, 회수관 내부의 작동 유체를 냉각하는 제1 냉각기를 포함하는 건조 장치가 제공된다. 이와 같은 본 발명의 일 측면에 따르면, 제습 효율을 향상시킴으로써, 운전 비용 등을 절감하고, 피건조물의 품질을 향상시킬 수 있다.

건조, 제습, 열사이펀(thermosyphon), 히트 펌프(heat pump)

Description

건조 장치{Apparatus for drying}

본 발명은 건조 장치에 관한 것이다.

종래에는, 건조실 내에서 농수산물 등을 건조시키기 위하여, 전기 히터 또는 기름 버너식 건조기를 사용하였다. 그러나, 이러한 전기 히터 또는 기름 버너식 건조기를 사용하는 경우, 건조실 내부의 공기가 고온 및 고습도가 되어 농수산물의 상품 가치가 떨어지는 문제가 있었다.

이에, 최근, 농수산물의 건조를 위해 히트 펌프(heat pump)가 이용되고 있다. 즉, 건조실 내부의 공기를 히트 펌프의 증발기 및 응축기 주위로 순차적으로 통과시켜 다시 건조실 내부로 순환시킴으로써, 건조실 내부의 공기를 저습도로 유지하게 된다.

그러나, 이와 같이 단순히 히트 펌프만을 이용한 건조 장치는, 건조실 내부 공기의 습도를 낮추는데 제한적이며, 특히, 계절 등의 영향에 의해 건조실 내부의 온도가 높은 경우에는, 증발기에 의한 제습 효율이 현저히 떨어지는 한계점을 가지고 있다.

본 발명은, 제습 효율을 향상시킴으로써, 운전 비용 등을 절감하고, 피건조물의 품질을 향상시킬 수 있는 건조 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 건조실로부터 유입된 공기를 제습하여, 건조실로 배출하는 장치로서, 제1 냉매의 증발에 의해, 건조실로부터 유입된 공기를 냉각하는 흡열부, 흡열부로부터 이송된 제1 냉매의 응축에 의해, 흡열부를 통과한 공기를 가열하는 방열부, 흡열부에서 증발된 제1 냉매를 방열부로 이송하는 이송관, 및 방열부에서 응축된 제1 냉매를 흡열부로 회수하는 회수관을 포함하는 열사이펀(thermosyphon), 흡열부와 방열부 사이에 배치되어, 제2 냉매의 증발에 의해, 흡열부를 통과한 공기가 제습되도록 공기를 재냉각하는 증발기, 방열부의 후방에 배치되어, 제2 냉매의 응축에 의해, 방열부를 통과한 공기를 재가열하는 제1 응축기, 증발기로부터 이송된 제2 냉매를 압축시켜, 제1 응축기로 배출하는 압축기, 제1 응축기로부터 이송된 제2 냉매를 팽창시켜, 증발기로 배출하는 제1 팽창기를 포함하는 히트 펌프(heat pump), 및 증발기와 압축기 사이에 개재되어, 증발기로부터 이송된 제2 냉매와의 열전달에 의해, 회수관 내부의 제1 냉매를 냉각하는 제1 냉각기를 포함하는 건조 장치가 제공된다.

이 때, 제1 냉각기는, 회수관을 둘러싸는 제1 냉각관을 포함할 수 있다.

그리고, 이러한 건조 장치는, 방열부의 회수관 측 단부에 배치되어, 방열부에서 응축된 제1 냉매를 냉각하는 제2 냉각기를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 제2 냉각기는, 공기 중 수분의 응결에 의해 증발기 표면에 생성되는 물을 포집하는 포집 용기, 및 방열부의 회수관 측 단부를 감싸도록 형성되며, 포집 용기로부터 이송된 물이 내부에 충전되는 냉각 용기를 포함할 수 있다.

또한, 건조 장치는, 흡열부의 회수관 측 단부에 배치되어, 흡열부로 이송되는 제1 냉매를 냉각하는 제3 냉각기를 더 포함할 수 있다.

이 때, 제3 냉각기는, 제1 응축기로부터 이송된 제2 냉매 중 분기된 일부를 팽창시키는 제2 팽창기, 및 흡열부의 회수관측 단부를 둘러싸도록 형성되며, 제2 팽창기로부터 이송된 제2 냉매와의 열전달에 의해, 제1 냉매를 냉각하는 제2 냉각관을 포함할 수 있다.

또 한편, 건조 장치는, 흡열부의 회수관 측 단부에 배치되어, 흡열부로 이송되는 제1 냉매를 가열하는 예열기를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 예열기는, 흡열부의 회수관 측 단부에 둘러싸이도록 형성되며, 압축기로부터 이송된 제2 냉매와의 열전달에 의해, 제1 냉매를 가열하는 예열관, 및 압축기로부터 이송된 제2 냉매가 예열관으로 배출 가능하도록, 제2 냉매의 유동 방향을 조절하는 전환기를 포함할 수 있다.

그리고, 건조 장치는, 제1 응축기와 제1 팽창기 사이에 개재되어, 건조실 내부의 온도 조절이 가능하도록, 제2 냉매의 응축에 의해 발생된 열을 건조실 외부로 배출하는 제2 응축기를 더 포함할 수 있다.

이 때, 건조 장치는, 제1 응축기와 제2 응축기를 흐르는 제2 냉매의 유동 방향 조절이 가능하도록, 제1 응축기, 제2 응축기, 압축기 및 제1 팽창기와 각각 연결되는 방향 전환 밸브를 더 포함할 수 있다.

또한, 건조 장치는, 제1 응축기를 통과한 공기를 건조실로 공급하는 팬(fan)을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 제습 효율을 향상시킴으로써, 운전 비용 등을 절감하고, 피건조물의 품질을 향상시킬 수 있다.

본 발명에 따른 건조 장치의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

또한, 연결 또는 개재라 함은, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치(100)를 나타낸 계통도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치(100)에 있어서, 공기(101), 제2 냉매(121) 및 제1 냉매(111)의 유동을 각각 나타낸 계통도이다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치(100)를 나타낸 단면도이다.

본 실시예에 따르면, 도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 건조실로부터 유입된 공기(101)를 제습하여, 건조실로 배출하는 장치로서, 열사이펀(thermosyphon, 110), 히트 펌프(heat pump, 120) 및 제1 냉각기(130)를 포함하는 건조 장치(100)가 제시된다.

열사이펀(110)은, 제1 냉매(111)의 증발에 의해, 건조실로부터 유입된 공기(101)를 냉각하는 흡열부(112), 흡열부(112)로부터 이송된 제1 냉매(111)의 응축에 의해, 흡열부(112)를 통과한 공기(101)를 가열하는 방열부(114), 흡열부(112)에서 증발된 제1 냉매(111)를 방열부(114)로 이송하는 이송관(116), 및 방열부(114)에서 응축된 제1 냉매(111)를 흡열부(112)로 회수하는 회수관(118) 등을 구비한다.

또한, 히트 펌프(120)는, 흡열부(112)와 방열부(114) 사이에 배치되어, 제2 냉매(121)의 증발에 의해, 흡열부(112)를 통과한 공기(101)가 제습되도록 공기(101)를 재냉각하는 증발기(122), 방열부(114)의 후방에 배치되어, 제2 냉매(121)의 응축에 의해, 방열부(114)를 통과한 공기(101)를 재가열하는 제1 응축기(124), 증발기(122)로부터 이송된 제2 냉매(121)를 압축시켜, 제1 응축기(124)로 배출하는 압축기(126), 제1 응축기(124)로부터 이송된 제2 냉매(121)를 팽창시켜, 증발기(122)로 배출하는 제1 팽창기(128) 등을 구비한다.

그리고, 제1 냉각기(130)는, 증발기(122)와 압축기(126) 사이에 개재되어, 증발기(122)로부터 이송된 제2 냉매(121)와의 열전달에 의해, 회수관(118) 내부의 제1 냉매(111)를 냉각할 수 있다.

이와 같은 본 실시예에 따르면, 히트 펌프(120)의 증발기(122) 전후방에 걸쳐 열사이펀(110)을 배치함으로써, 증발기(122)의 제습 효율을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 증발기(122)로부터 배출되는 제2 냉매(121)를 이용하여, 회수관(118)을 통해 흡열부(112)로 회수되는 제1 냉매(111)를 냉각함으로써, 증발기(122)의 제습 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.

이와 같이 증발기(122)의 제습 효율을 현저히 향상시킴에 따라, 건조 장치(100)의 운전 비용 등을 절감할 수 있고, 농수산물 등과 같은 피건조물의 품질을 보다 향상시킬 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 건조 장치(100)는, 화석 연료를 사용하지 않는 열사이펀(110) 및 히트 펌프(120) 등으로 구성되므로, 환경 오염을 방지할 수 있다.

이하, 도 1 내지 도 8을 참조하여, 본 실시예에 따른 건조 장치(100)의 각 구성 및 작용에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다.

열사이펀(110)은, 진공 상태의 관 내부에서, 낮은 끓은점(기화점)의 제1 냉매(111)(에탄올 등)를 순환시킴으로써, 열을 효과적으로 전달하는 히트 파이프(heat pipe)의 일종으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 흡열부(112), 방열부(114), 이송관(116) 및 회수관(118)으로 구성된다.

이와 같은 열사이펀(110)은, 일체형의 관에서 흡열과 발열이 이루어지는 일반적인 히트 파이프와는 달리 제1 냉매(111)를 중력에 의해 순환시키므로, 방열부(114)에서 응축된 제1 냉매(111)가 흡열부(112)로 회수되도록, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 방열부(114)가 흡열부(112)보다 높은 위치에 배치된다.

여기서, 흡열부(112)는, 제1 냉매(111)의 증발에 의해, 건조실로부터 유입된 공기(101)를 1차 냉각한다. 흡열부(112)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 흡열 코일(112a) 및 이 흡열 코일(112a) 양단에 위치하는 흡열 헤드관(112b)으로 이루어진다.

흡열 코일(112a)은, 건조실 내부로부터 유입된 고온 고습의 공기(101)로부터 열을 전달 받아 하부 측 흡열 헤드관(112b)으로부터 유입되는 제1 냉매(111)를 증발시키며, 이러한 제1 냉매(111)는 상부 측 흡열 헤드관(112b) 및 이송관(116)을 통해 방열부(114)로 이송되어, 건조실 내부로부터 전달된 고온 고습의 공기(101)의 열을 방열부(114)로 전달한다.

이송관(116)은, 흡열부(112)에서 증발된 제1 냉매(111)를 방열부(114)로 이송한다. 즉, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 이송관(116)은, 상부 측 흡열 헤드관(112b)과 상부 측 방열 헤드관(114b)을 연결함으로써, 흡열부(112)에서 증발된 기체 상태의 제1 냉매(111)를 방열부(114)로 이송한다.

방열부(114)는, 흡열부(112)로부터 이송된 제1 냉매(111)의 응축에 의해, 흡열부(112)를 통과한 공기(101)를 1차 가열한다. 방열부(114)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 방열 코일(114a) 및 이 방열 코일(114a) 양단에 위치하는 방열 헤드관(114b)으로 이루어진다.

방열 코일(114a)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 흡열부(112) 및 증발기(122)를 통과한 저온 저습의 공기(101)에 열을 전달하여 상부 측 방열 헤드관(114b)으로부터 유입되는 제1 냉매(111)를 응축시키며, 이러한 제1 냉매(111)는 하부 측 방열 헤드관(114b) 및 회수관(118)을 통해 흡열부(112)로 회수됨으로써 순환하게 된다.

회수관(118)은, 방열부(114)에서 응축된 제1 냉매(111)를 흡열부(112)로 회수한다. 즉, 회수관(118)은, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하부 측 방열 헤드관(114b)과 하부 측 흡열 헤드관(112b)에 양단이 연결되되, 방열부(114) 측 단부가 흡열부(112) 측 단부에 비해 중력 방향에 대하여 높은 위치에 배치됨으로써, 방열부(114)에서 응축된 액체 상태의 제1 냉매(111)는 중력에 의해 흡열부(112)로 회수될 수 있다.

그리고, 히트 펌프(120)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 압축기(126), 제1 응축기(124), 제1 팽창기(128) 및 증발기(122) 등이 배관 등에 의해 순차적으로 연결되어 구성되며, 배관 내부를 흐르는 제2 냉매(121)는, 응축되면서 제1 응축기(124) 주위를 통과하는 공기(101)에 열을 전달하거나, 증발되면서 증발기(122) 주위를 통과하는 공기(101)의 열을 흡수하게 된다.

이 때, 증발기(122)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상술한 열사이펀(110)의 방열부(114)와 흡열부(112) 사이에 배치되어, 방열부(114)를 통과하면서 1차 냉각된 공기(101) 중의 수분을 효과적으로 제거할 수 있다.

즉, 증발기(122)는, 흡열부(112)와 방열부(114) 사이에 배치되어, 제2 냉매(121)의 증발에 의해, 흡열부(112)를 통과한 공기(101)가 제습되도록 공기(101)를 2차 냉각한다. 제1 팽창기(128)를 지난 저온, 저압의 액체 상태 제2 냉매(121)는, 증발기(122) 내부로 이송되며, 이러한 제2 냉매(121)는, 증발되면서 상술한 흡열부(112)에 의해 1차 냉각된 후 증발기(122) 주위를 흐르는 공기(101)를 재냉각함으로써, 기체 상태가 된다.

결국, 이러한 증발기(122)의 2차 냉각에 의해, 증발기(122)를 지나는 공기(101) 중의 수분은, 결로 현상에 의해, 증발기(122) 표면에 물로 응결되어 공기(101)로부터 제거되며, 이에 따라, 공기(101)의 습도는 현저히 낮아지게 된다. 이 때, 증발기(122) 표면에 응결되는 물은 증발기(122) 표면을 따라 흘러내려 포집 용기(142)에 포집된다.

압축기(126)는, 증발기(122)로부터 이송된 제2 냉매(121)를 압축시켜, 제1 응축기(124)로 배출한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 기체 상태의 제2 냉매(121)는, 배관을 통해 제1 냉각기(130) 및 액분리기(194)를 거쳐, 압축기(126) 내부로 이송되며, 이러한 제2 냉매(121)는, 압축기(126)에 의해 압축되어 고온 고압 상태가 된 후, 유분리기(190)를 거쳐 제1 응축기(124)로 이송된다.

제1 응축기(124)는, 방열부(114)의 후방에 배치되어, 압축기(126)로부터 이송된 제2 냉매(121)의 응축에 의해, 방열부(114)를 통과한 공기(101)를 2차 가열한다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 고온 고압의 기체 상태 제2 냉매(121)는, 방향 전환 밸브(170)를 거쳐, 제1 응축기(124) 내부로 이송되며, 이러한 제2 냉매(121)는, 제1 응축기(124)에 의해 응축되면서, 상술한 방열부(114)에 의해 1 차 가열된 후 제1 응축기(124) 주위를 흐르는 공기(101)를 재가열함으로써, 액체 상태가 된다.

결국, 이러한 제1 응축기(124)의 2차 가열에 의해, 제1 응축기(124)를 지나는 공기(101)는 예를 들어 섭씨 30도 정도의 온도를 가짐과 동시에 저습도를 가지게 된다. 이와 같이 제1 응축기(124)를 통과하며 온도가 상승한 공기(101)는 팬(fan, 180)에 의해 건조실 내부로 다시 공급되어, 농수산물 등과 같은 피건조물을 보다 향상된 품질을 갖도록 효과적으로 건조할 수 있다.

제1 팽창기(128)는, 제1 응축기(124)로부터 수액기(192)를 거쳐 이송된 제2 냉매(121)를 팽창시켜, 증발기(122)로 배출하는 밸브이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 액체 상태의 제2 냉매(121)는, 배관을 통해 방향 전환 밸브(170) 및 수액기(192)를 거쳐, 제1 팽창기(128) 내부로 이송되며, 이러한 제2 냉매(121)는, 제1 팽창기(128)에 의해 팽창되어 저온 저압 상태가 된 후, 증발기(122)로 다시 이송됨으로써, 제2 냉매(121)가 순환될 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 건조 장치(100)는, 열사이펀(110) 및 히트 펌프(120)를 이용함으로써, 건조실 내부 공기(101)의 습도를 효과적으로 낮출 수 있다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 건조실 내부 공기(101)의 흐름을 중심으로, 이에 대해 다시 설명하도록 한다.

도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 팬(180)의 작동에 의해 순환 덕트(duct) 내부로 유입되는 건조실 내부의 고습의 공기(101)는, 흡열부(112) 내의 제1 냉매(111)의 증발에 의해 열을 빼앗겨 1차 냉각된다.

이와 같이 흡열부(112)에 의해 1차 냉각된 공기(101)는, 증발기(122)를 통과하게 된다. 이 때, 공기(101)는, 증발기(122) 내의 제2 냉매(121)의 증발에 의해 열을 빼앗겨 2차 냉각되며, 이에 따라, 공기(101) 중의 수분이, 결로 현상에 의해, 증발기(122) 표면에 응결되어 공기(101)의 습도는 현저하게 낮아진다.

증발기(122)에 의해 제습된 공기(101)는, 방열부(114)를 통과하면서 1차 가열된 후, 제1 응축기(124) 측으로 유동하여 2차 가열됨으로써, 결과적으로 예를 들어, 섭씨 30도 정도의 비교적 높지 않은 온도 및 상대적으로 낮은 습도를 갖게 되고, 이러한 공기(101)는 팬(180)에 의해 순환 덕트 외부로 배출되어 다시 건조실로 공급된다.

본 실시예에 따르면, 증발기(122)의 전후방에 열사이펀(110)의 흡열부(112) 및 방열부(114)를 각각 배치함으로써, 건조실로부터 유입된 공기(101)를 증발기(122)를 통해 2차 냉각하기 이전에 흡열부(112)로 1차 냉각할 수 있어, 제습 효율을 현저히 향상시킬 수 있다. 또한, 여름철 등과 같이 기온이 높아 건조실 내부 공기(101)의 온도가 높아지는 경우에도, 먼저 흡열부(112)를 이용하여 공기(101)를 1차 냉각하게 되므로, 보다 효과적으로 공기(101)의 습도를 낮출 수 있다.

이와 같이, 제습 효율을 향상시킴으로써, 공기(101)의 온도를 지나치게 높이지 않고도 전체적인 건조 효율을 향상시킬 수 있으므로, 농수산물 등과 같은 피건조물의 경우에도, 고온에 의한 손상을 방지하여, 높은 품질을 유지할 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 건조 장치(100)는 제습 효율을 더욱 향상시키기 위 하여, 제1 냉각기(130), 제2 냉각기(140) 및 제 3 냉각기 등을 이용할 수 있으며, 이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여, 이에 대해 설명하도록 한다.

제1 냉각기(130)는, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 증발기(122)와 압축기(126) 사이에 개재되어, 증발기(122)로부터 이송된 제2 냉매(121)와의 열전달에 의해, 회수관(118) 내부의 제1 냉매(111)를 냉각한다.

증발기(122)에서 기체 상태로 증발된 제2 냉매(121)가 바로 압축기(126)로 이송되는 것이 아니라, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 냉각기(130) 내부로 유입되어 열전달을 통해 회수관(118) 내의 제1 냉매(111)로부터 열을 흡수하여, 제1 냉매(111)를 냉각시킨 후, 압축기(126)로 이송된다.

이와 같이, 제1 냉각기(130)를 이용하여 흡열부(112)로 회수되는 액체 상태의 제1 냉매(111)를 냉각시킴으로써, 제습 효율 및 건조 효율을 향상시킬 수 있다. 즉, 액체 상태의 제1 냉매(111)가 저온일수록, 흡열부(112)는, 건조실로부터 유입되는 고온 고습의 공기(101)를 보다 효과적으로 1차 냉각할 있으므로, 보다 효과적으로 공기(101)를 제습할 수 있다.

제1 냉각기(130)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 회수관(118)을 둘러싸는 제1 냉각관(132, 134)으로 이루어진다. 즉, 회수관(118)과 제1 냉각관(132, 134)이 이중관 구조를 이루게 됨으로써, 제1 냉각관(132, 134)과 회수관(118)의 접촉 면적이 증가되므로, 열전달의 효율이 더욱 향상될 수 있다.

이하, 도 2를 참조하여, 상술한 제1 냉각기(130) 내부를 흐르는 제2 냉매(121)의 유동에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 2에 도시된 바와 같이, 히트 펌프(120)를 순환하는 제2 냉매(121)는 제1 냉각기(130) 내부를 흐름으로써, 상술한 바와 같이 제습 효율을 증가시킬 수 있다.

즉, 압축기(126)로부터 배출된 제2 냉매(121)는, 제1 응축기(124) 및 제2 응축기(125)를 지나고, 제1 팽창기(128)를 지난 뒤, 증발기(122)로 이송된다. 증발기(122) 내부를 지나면서, 기체 상태가 된 제2 냉매(121)는, 제1 냉각기(130) 내부로 유입되어 회수관(118) 내부의 제1 냉매(111)와 열전달을 일으켜, 제1 냉매(111)를 냉각시킬 수 있다.

도 1 및 도 4를 참조하면, 방열부(114)의 회수관(118) 측 단부에 배치되어, 방열부(114)에서 응축된 제1 냉매(111)를 냉각하는 제2 냉각기(140)가 도시되어 있다. 도 4는 도 1의 A 부분을 나타낸 부분 확대도이다.

상술한 바와 같이, 증발기(122)에 의한 공기(101) 냉각에 따른 결로 현상에 의해, 공기(101) 중의 수분은 응결되어 물이 된다. 이러한 물은 증발기(122)의 표면에 맺히게 되고, 중력에 의해 증발기(122)의 표면을 따라 흘러내리게 된다.

제2 냉각기(140)는, 이러한 물을 이용하여, 방열부(114)의 회수관(118) 측 단부, 즉, 하부 측 방열 헤드관(114b) 내부의 제1 냉매(111)를 냉각함으로써, 흡열부(112)로 회수되는 제1 냉매(111)의 온도를 낮추어 제습 효율을 증가시킬 수 있다.

제2 냉각기(140)는, 도 4에 도시된 바와 같이, 포집 용기(142), 냉각 용기(144) 및 이들을 연결하는 연결관 등으로 이루어진다.

포집 용기(142)는, 증발기(122) 하부를 감싸도록 형성되어 공기(101) 중 수분의 응결에 의해 증발기(122) 표면에 결로되는 물을 포집할 수 있다. 그리고, 냉각 용기(144)는, 방열부(114)의 회수관(118) 측 단부, 즉, 하부 측 방열 헤드관(114b)을 감싸도록 형성되며, 연결관을 통해 포집 용기(142)로부터 이송된 물이 내부에 충전되므로, 방열 헤드관(114b)은 물 속에 잠기게 된다.

도 1 및 도 5를 참조하면, 흡열부(112)의 회수관(118) 측 단부에 배치되어, 흡열부(112)로 이송되는 제1 냉매(111)를 냉각하는 제3 냉각기(150)가 도시되어 있다. 도 5는 도 1의 B 부분을 나타낸 부분 확대도이다.

제3 냉각기(150)는, 흡열부(112)의 회수관(118) 측 단부, 즉, 하부 측 흡열 헤드관(112b) 내부의 제1 냉매(111)를 냉각함으로써, 흡열부(112)로 회수된 제1 냉매(111)의 온도를 더욱 낮추어 제습 효율을 증가시킬 수 있다.

즉, 액체 상태의 제1 냉매(111)가 저온이 되어 건조실로부터 유입되는 공기(101)와의 온도 차가 클수록, 흡열부(112)는, 건조실로부터 유입되는 고온 고습의 공기(101)를 보다 효과적으로 냉각하여, 결과적으로 제습 효율을 향상시킬 수 있으므로, 제3 냉각기(150)를 이용하여 제1 냉매(111)를 다시 한번 냉각시키는 것이다.

제3 냉각기(150)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 제2 팽창기(152) 및 제2 냉각관(154) 등으로 이루어진다.

제1 응축기(124) 및 제2 응축기(125)로부터 수액기(192)로 이송된 제2 냉매(121)는 분기되어, 일부는 제1 팽창기(128)로 이송되고, 다른 일부는 분기되어 제2 팽창기(152)로 이송된다. 이러한 제2 팽창기(152)는, 액체 상태인 제2 냉매(121)를 저온 저압의 기체가 되도록 팽창시킨 후, 제2 냉각관(154)으로 배출한다.

그리고, 제2 냉각관(154)은, 흡열부(112)의 회수관(118) 측 단부, 즉, 하부 측 흡열 헤드관(112b)을 둘러싸도록 형성되며, 제2 팽창기(152)로부터 이송된 저온 저압 상태의 제2 냉매(121)와의 열전달에 의해, 제2 냉각관(154) 내부를 흐르는 제1 냉매(111)가 냉각된다.

이하, 도 6을 참조하여, 상술한 제3 냉각기(150) 내부를 흐르는 제2 냉매(121)의 유동에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치(100)의 제2 냉매(121) 유동을 나타낸 계통도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 수액기(192)로부터 분기된 제2 냉매(121)는 제3 냉각기(150)를 흐름으로써, 상술한 바와 같이 제습 효율을 증가시킬 수 있다.

즉, 제1 응축기(124) 및 제2 응축기(125)를 지나 수액기(192)에 모인 제2 냉매(121)는, 일부가 제3 냉각기(150)로 분기된다. 먼저, 제2 팽창기(152)를 거치면서 제2 냉매(121)는 팽창되어 저온 저압 상태가 되며, 이러한 제2 냉매(121)가 제2 냉각관(154) 내부로 유입되어 흡열 헤드관(112b) 내부의 제1 냉매(111)와 열전달을 일으킴으로써, 제1 냉매(111)가 냉각될 수 있다.

이 후, 제1 냉매(111)를 냉각시킨 제2 냉매(121)는 제2 냉각관(154)으로부터 배출되어 다시 압축기(126)로 이송된다.

또 한편, 본 실시예에 따른 건조 장치(100)는, 장치의 초기 구동 시, 제1 냉매(111)를 가열하기 위하여 예열기(160)를 사용한다. 겨울철 등과 같이 기온이 낮거나 피건조물이 냉동 상태이어서 건조실 내부 공기(101)의 온도가 낮아지는 경우, 히트 펌프(120)의 증발기(122) 표면에 성에가 생성되어 장치의 작동이 불가능하게 된다. 따라서, 이러한 경우, 장치의 초기 구동 시 예열기(160)로 제1 냉매(111)의 온도가 기준값에 도달하도록 제1 냉매(111)를 가열함으로써, 이러한 문제를 방지할 수 있다.

이하, 도 1, 도 5 및 도 7을 참조하여 이에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다.

예열기(160)는, 흡열부(112)의 회수관(118) 측 단부에 배치되어, 흡열부(112)로 이송되는 제1 냉매(111)를 가열한다. 예열기(160)는, 도 1 및 도 5에 도시된 바와 같이, 하부 측 흡열 헤드관(112b)에 배치되어, 건조 장치(100)의 초기 구동 시, 건조실 내부 공기(101)의 온도가 낮아 증발기(122)에 성에가 발생될 우려가 있는 경우, 하부 측 흡열 헤드관(112b)으로 이송된 액체 상태의 제1 냉매(111)를 가열하여 장치의 효율성을 향상시킬 수 있다.

이와 같이 예열기(160)가 작동되는 경우, 흡열부(112)는 건조실로부터 유입되는 공기(101)에 열을 전달하는 발열의 기능을 수행하게 된다. 건조실 내부 공기(101) 온도가 낮아 예열기(160)를 작동시키는 경우, 예열기(160)에 의해 가열된 제1 냉매(111)는 흡열부(112)를 통해 공기(101)로 열을 전달한다. 이에 따라, 건조실로부터 유입된 공기(101)의 온도가 상승되어, 증발기(122)의 표면에 성에가 발생되는 것을 방지할 수 있다.

즉, 본 실시예에 따른 흡열부(112)는, 상술한 바와 같이 건조실로부터 유입되는 공기(101)의 열을 흡수하여 열을 방열부(114)로 바이패스(bypass)시키는 본연의 기능을 수행할 뿐만 아니라, 이외에도 필요에 따라 예열기(160)를 작동시키는 경우, 건조실로부터 유입되는 공기(101)로 열을 전달하는 발열의 기능을 수행할 수도 있다.

예열기(160)는, 도 5에 도시된 바와 같이, 예열관(162) 및 전환기(164, 166) 등으로 이루진다.

전환기는, 압축기(126)로부터 이송된 제2 냉매(121)가 예열관(162)으로 배출 가능하도록, 제2 냉매(121)의 유동 방향을 조절하는 밸브이다. 즉, 전환기(164)는, 초기 구동 시, 제2 냉매(121)가 예열관(162)을 향하여 흐르도록 제2 냉매(121)의 흐름을 조절하게 된다.

그리고, 예열관(162)은, 흡열부(112)의 회수관(118) 측 단부, 즉, 하부 측 흡열 헤드관(112b) 내부에 하부 측 흡열 헤드관(112b)에 의해 둘러싸이도록 형성되며, 전환기(164)에 의해 압축기(126)로부터 이송된 고온 고압의 제2 냉매(121)와 열전달을 일으켜, 제1 냉매(111)를 가열한다. 이 때, 도 5에 도시된 바와 같이, 예열관(162), 흡열 헤드관(112b) 및 제2 냉각관(154)은 삼중관 구조를 이루게 된다.

또한, 전환기(166)는, 예열관(162)에서 배출된 제2 냉매(121)가 제1 응축기(124)를 향하여 흐르도록 제2 냉매(121)의 흐름을 조절하게 된다. 이에 따라, 예열관(162)을 지난 제2 냉매(121)는 제1 응축기(124), 제2 응축기(125), 제1 팽창기(128) 및 증발기(122)를 거쳐 압축기(126)로 다시 순환하게 된다.

본 실시예의 경우, 상술한 바와 같이, 예열관(162) 및 전환기(164, 166) 등으로 구성된 예열기(160)를 이용함으로써, 겨울철 등과 같이 기온이 낮거나 피건조물이 냉동 상태인 경우에도, 별도의 보조 전원 없이 효과적으로 장치를 가동시킬 수 있다.

이하, 도 7을 참조하여, 상술한 예열기(160) 내부를 흐르는 제2 냉매(121)의 유동에 대하여 보다 상세히 설명하도록 한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치(100)의 제2 냉매(121) 유동을 나타낸 계통도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 압축기(126)로부터 배출된 제2 냉매(121)는 예열기(160)를 흐름으로써, 상술한 바와 같이, 초기 구동 시 운전 효율을 향상시킬 수 있다.

즉, 압축기(126)에 의해 압축되어 배출된 고온 고압의 제2 냉매(121)는, 전환기(164)에 의해 예열관(162)으로 유입된다. 예열관(162)을 흐르면서 흡열 헤드관(112b) 내부의 제1 냉매(111)를 가열한 제2 냉매(121)는, 예열관(162)으로부터 배출된다. 이후, 제2 냉매(121)는, 전환기(166)의 작용에 의해 제1 응축기(124) 및 제2 응축기(125)를 향해 유동하게 된다.

또 한편, 본 실시예 따른 건조 장치(100)는, 건조실 내부의 온도를 기준 온도로 조절하기 위하여, 제2 응축기(125) 및 방향 전환 밸브(170)를 이용한다. 즉, 방향 전환 밸브(170)를 이용하여 제1 응축기(124) 및 제2 응축기(125)를 흐르는 제2 냉매(121)의 유동 방향을 조절함으로써, 건조실 내부의 온도를 일정한 기준 온도로 유지할 수 있다. 이하, 도 2 및 도 8을 참조하여, 이에 대해 설명하도록 한다.

제2 응축기(125)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 응축기(124)와 제1 팽창기(128) 사이에 개재되어, 건조실 내부의 온도 조절이 가능하도록, 제2 냉매(121)의 응축에 의해 발생된 열을 건조실 외부로 배출한다.

즉, 제2 응축기(125)는, 제1 응축기(124)와 제1 팽창기(128) 사이의 제2 냉매(121) 유동 경로 상에 추가로 배치되며, 팬(182)은 제2 응축기(125)에 인접하도록 설치되되, 건조실 외부로 응축열을 방출할 수 있도록 외부를 향해 기류를 형성한다.

또한, 방향 전환 밸브(170)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 응축기(124)와 제2 응축기(125)를 흐르는 제2 냉매(121)의 유동 방향 조절이 가능하도록, 제1 응축기(124), 제2 응축기(125), 압축기(126) 및 제1 팽창기(128)와 각각 연결된다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 응축기(124)와 압축기(126)를 연결하는 배관과, 제2 응축기(125)와 제1 팽창기(128)를 연결하는 배관이 서로 교차되며, 이 교차 지점에 방향 전환 밸브(170)가 설치된다.

이에 따라, 방향 전환 밸브(170)는, 제1 응축기(124)와 연결된 배관, 제2 응축기(125)와 연결된 배관, 압축기(126)와 연결된 배관, 및 제1 팽창기(128)와 연결된 배관과 각각 연결되어, 이들 사이의 흐름 방향을 조절할 수 있다.

이하, 도 2 및 도 8을 참조하여, 제2 응축기(125)와 방향 전환 밸브(170)의 온도 조절 작용에 대하여 설명하도록 한다. 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치(100)의 제2 냉매(121) 유동을 나타낸 계통도이다.

먼저, 건조실 내부의 온도가 기준 온도 이하인 경우, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 응축기(124)로부터 제2 응축기(125)의 순서로 제2 냉매(121)가 흐르도록 방향 전환 밸브(170)를 제어함으로써, 제2 냉매(121)가 지닌 열 중 대부분을 제1 응축기(124)에서 응축열로 방출하게 된다. 이와 같이 제1 응축기(124)에서 방출되는 응축열은 건조실로 공급되는 공기(101)에 흡수된다. 방향 전환 밸브(170)를 이와 같은 상태로 유지함에 따라, 건조실 내부의 온도를 기준 온도까지 상승시킬 수 있다.

이와 반대로, 건조실 내부의 온도가 기준 온도 이상인 경우, 도 8에 도시된 바와 같이, 제2 응축기(125)로부터 제1 응축기(124)의 순서로 제2 냉매(121)가 흐르도록 방향 전환 밸브(170)를 제어함으로써, 제2 냉매(121)가 지닌 열 중 대부분을 제2 응축기(125)에서 응축열로 방출하게 된다. 이 때, 팬(182)을 작동시킴으로써, 제2 응축기(125)에서 방출되는 응축열은 팬(182)에 의해 건조실 외부로 방출된다. 방향 전환 밸브(170) 및 팬(182)을 이와 같은 상태로 유지함에 따라, 건조실 내부의 온도를 기준 온도까지 하강시킬 수 있다.

이 때, 제2 응축기(125)에서 일부 응축된 제2 냉매(121)는, 제1 응축기(124)로 이송되어, 증발기(122) 및 방열부(114)를 통과한 공기(101)에 의해, 나머지가 응축된다. 만일 제2 냉매(121)가 제2 응축기(125)만을 지나는 경우, 제2 냉매(121)가 전부 응축되지 못하여, 증발기(122)가 공기(101)로부터 흡수할 수 있는 열량이 작아지는 등, 장치의 효율성이 저감될 수 있다. 따라서, 본 실시예의 경우, 상술한 바와 같이 제2 냉매(121)가 제2 응축기(125) 및 제1 응축기(124)를 순차적으로 모두 지나도록 함으로써, 장치의 효율성을 향상시킬 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치를 나타낸 계통도.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치에 있어서, 공기, 제2 냉매 및 제1 냉매의 유동을 각각 나타낸 계통도.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치를 나타낸 단면도.

도 4는 도 1의 A 부분을 나타낸 부분 확대도.

도 5는 도 1의 B 부분을 나타낸 부분 확대도.

도 6 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조 장치의 제2 냉매 유동을 나타낸 계통도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100: 건조 장치 101: 공기

110: 열사이펀(thermosyphon) 112: 흡열부

112a: 흡열 코일 112b: 흡열 헤드관

114: 방열부 114a: 방열 코일

114b: 방열 헤드관 116: 이송관

118: 회수관 111: 제1 냉매

120: 히트 펌프(heat pump) 122: 증발기

124: 제1 응축기 125: 제2 응축기

126: 압축기 128: 제1 팽창기

121: 제2 냉매 130: 제1 냉각기

132, 134: 제1 냉각관 140: 제2 냉각기

142: 포집 용기 144: 냉각 용기

150: 제3 냉각기 152: 제2 팽창기

154: 제2 냉각관 160: 예열기

162: 예열관 164, 166: 전환기

170: 방향 전환 밸브 180, 182: 팬(fan)

190: 유분리기 192: 수액기

194: 액분리기

Claims

건조실로부터 유입된 공기를 제습하여, 상기 건조실로 배출하는 장치로서,

제1 냉매의 증발에 의해, 상기 건조실로부터 유입된 상기 공기를 냉각하는 흡열부,

상기 흡열부로부터 이송된 상기 제1 냉매의 응축에 의해, 상기 흡열부를 통과한 상기 공기를 가열하는 방열부,

상기 흡열부에서 증발된 상기 제1 냉매를 상기 방열부로 이송하는 이송관, 및

상기 방열부에서 응축된 상기 제1 냉매를 상기 흡열부로 회수하는 회수관을 포함하는 열사이펀(thermosyphon);

상기 흡열부와 상기 방열부 사이에 배치되어, 제2 냉매의 증발에 의해, 상기 흡열부를 통과한 상기 공기가 제습되도록 상기 공기를 재냉각하는 증발기,

상기 방열부의 후방에 배치되어, 상기 제2 냉매의 응축에 의해, 상기 방열부를 통과한 상기 공기를 재가열하는 제1 응축기,

상기 증발기로부터 이송된 상기 제2 냉매를 압축시켜, 상기 제1 응축기로 배출하는 압축기,

상기 제1 응축기로부터 이송된 상기 제2 냉매를 팽창시켜, 상기 증발기로 배출하는 제1 팽창기를 포함하는 히트 펌프(heat pump); 및

상기 증발기와 상기 압축기 사이에 개재되어, 상기 증발기로부터 이송된 상기 제2 냉매와의 열전달에 의해, 상기 회수관 내부의 상기 제1 냉매를 냉각하는 제1 냉각기를 포함하는 건조 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 냉각기는, 상기 회수관을 둘러싸는 제1 냉각관을 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 장치.
제1항에 있어서,

상기 방열부의 상기 회수관 측 단부에 배치되어, 상기 방열부에서 응축된 상기 제1 냉매를 냉각하는 제2 냉각기를 더 포함하는 건조 장치.
제3항에 있어서,

상기 제2 냉각기는,

상기 공기 중 수분의 응결에 의해 상기 증발기 표면에 생성되는 물을 포집하는 포집 용기; 및

상기 방열부의 상기 회수관 측 단부를 감싸도록 형성되며, 상기 포집 용기로부터 이송된 상기 물이 내부에 충전되는 냉각 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 장치.
제1항에 있어서,

상기 흡열부의 상기 회수관 측 단부에 배치되어, 상기 흡열부로 이송되는 상기 제1 냉매를 냉각하는 제3 냉각기를 더 포함하는 건조 장치.
제5항에 있어서,

상기 제3 냉각기는,

상기 제1 응축기로부터 이송된 상기 제2 냉매 중 분기된 일부를 팽창시키는 제2 팽창기; 및

상기 흡열부의 상기 회수관측 단부를 둘러싸도록 형성되며, 상기 제2 팽창기로부터 이송된 상기 제2 냉매와의 열전달에 의해, 상기 제1 냉매를 냉각하는 제2 냉각관을 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 장치.
제1항에 있어서,

상기 흡열부의 상기 회수관 측 단부에 배치되어, 상기 흡열부로 이송되는 상기 제1 냉매를 가열하는 예열기를 더 포함하는 건조 장치.
제7항에 있어서,

상기 예열기는,

상기 흡열부의 상기 회수관 측 단부에 둘러싸이도록 형성되며, 상기 압축기로부터 이송된 상기 제2 냉매와의 열전달에 의해, 상기 제1 냉매를 가열하는 예열관; 및

상기 압축기로부터 이송된 상기 제2 냉매가 상기 예열관으로 배출 가능하도록, 상기 제2 냉매의 유동 방향을 조절하는 전환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 건조 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 응축기와 상기 제1 팽창기 사이에 개재되어, 상기 건조실 내부의 온도 조절이 가능하도록, 상기 제2 냉매의 응축에 의해 발생된 열을 상기 건조실 외부로 배출하는 제2 응축기를 더 포함하는 건조 장치.
제9항에 있어서,

상기 제1 응축기와 상기 제2 응축기를 흐르는 상기 제2 냉매의 유동 방향 조절이 가능하도록, 상기 제1 응축기, 상기 제2 응축기, 상기 압축기 및 상기 제1 팽창기와 각각 연결되는 방향 전환 밸브를 더 포함하는 건조 장치.
제1항에 있어서,

상기 제1 응축기를 통과한 상기 공기를 상기 건조실로 공급하는 팬(fan)을 더 포함하는 건조 장치.