KR101835206B1 - 식품 건조기 - Google Patents

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제주대학교 산학협력단
농업회사법인 주식회사 오제주
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Abstract

본 발명은 건조기 본체; 상기 건조기 본체 내부에 위치하며, 건조 대상물이 적재된 대차가 장입될 수 있도록 내부 건조 공간을 구비하는 건조실; 상기 건조기 본체의 내부에 설치되는 히터; 상기 건조기 본체의 내부에 설치되며, 상기 히터와 다른 위치에 배치되는 공기 순환팬; 상기 건조기 본체의 내부에 설치되어 건조 공기를 외부로 배출하는 배기용 송풍기; 및 상기 건조실 내부에 장착되어 상기 히터에서 발생하는 열에 의해 원적외선을 방사하는 현무암 복재 판재; 를 포함하며, 상기 건조실 내부의 모서리는 라운드로 형성되어 상기 건조실 내의 공기 흐름을 균일하게 분포시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 식품 건조기에 관한 것이다.

Description

식품 건조기{Food dryer}
본 발명은 식품 건조기에 관한 것이다.
건조는 농수산물의 건조 가공, 세탁물의 건조, 의약 또는 미생물이나 전자 산업 등 하이테크 산업에서 원재료 및 부품의 건조에 이용되는 오래된 기술에 해당한다. 건조 공정은 에너지 소비 비중이 높은 산업공정의 핵심분야 임에도 불구하고 에너지 효율이 낮아 막대한 에너지 손실을 초래하고 있으며, 초기 시스템 설계 시 건조도를 높일 수 있는 효율화 방안이 마련되지 않으면 운영상 많은 비용이 소모되고 건조 대상물의 건조 품질이 떨어질 수 있다.
한편, 건조식품의 경우 건조 과정에 따라 빛깔, 풍미, 형태, 식감 등이 달라지게 되는데 건조기 주변의 날씨나 계절 등 외부 환경의 변화로 인하여 건조 동작을 정밀하게 제어하기 어려운 문제가 있다.
식품 건조에 주로 이용되는 열풍 건조기의 경우 균일 건조, 신속 건조 등의 건조 효율 향상 및 에너지 절감 차원에서 다양한 기술의 발전이 이루어졌지만 기술 개발이 요소 기술별로 단편적으로 진행되었고 건조 대상물의 품질 측면에서 건조 과정은 건조 단계에 따라 통합적으로 제어하는 기술은 그 동안 미흡하였다.
식품 건조에는 대류 방식, 열전도 방식, 복사 방식의 다양한 건조 방법이 이용되고 있으며, 열풍을 이용한 건조기가 곡물이나 채소류, 육류 등을 건조하는데 많이 사용되어 왔다. 열풍 건조는 건조 대상물을 신속하게 건조할 수 있다는 장점이 있지만 균일한 건조를 이루기 위해 건조기 내의 히터나 팬의 배치 설계 등이 정밀하게 요구되고, 건조 과정에서 에너지 소비를 줄이기 위한 건조 프로세스를 개발하기 위해 건조기 내의 히터나 팬의 배치 설계 등이 정밀하게 요구되고, 건조 과정에서 에너지 소비를 줄이기 위한 건조 프로세스를 개발하기 위해 부가 장치들이 많이 필요하여 고효율 건조기의 경우 제조비가 상승하는 단점이 있다.
한편, 건조식품의 고품질화를 위해서는 외부 환경 및 건조 대상물의 특성을 고려하여 건조 과정을 세부적으로 제어할 수 있도록 계절 변화나 날씨 변화에 따른 외부 공기와 건조실 내부의 습도 차이, 온도 차이를 고려한 능동 지능형 건조 제어 기술 개발이 필요하다. 또한, 식품 건조기의 경우 건조 효율을 높이는 한편 건조 시 소비되는 에너지도 함께 절감할 수 있는 이중의 효과를 얻는 것이 필요하며, 건조 단계와 연계하여 에너지를 절감하는 최적의 프로세스를 도출할 필요가 있다.
이와 관련하여, 현무암 판재를 내장하여 열풍과 현무암에서 발생하는 원적외선을 동시에 이용하는 식품 건조기(한국특허 공개번호 제10-2015-0107953)가 개발된 바 있다. 그러나, 상술한 식품 건조기는 건조실 내에서 순환되는 유체가 정체되어 균일하게 분포되지 않는 영역이 있어 건조 대상물을 건조하는데 시간이 오래 걸렸으며, 건조실 내에서 상기 건조 대상물이 균일하게 건조되지 않는 것으로 나타났다.
이에 따라, 유입되는 공기를 균일하게 분포함으로써 건조 성능을 향상시킬 수 있는 식품 건조기가 필요한 실정이다.
KR 공개 제10-2015-0107953호
본 발명은 식품 건조기에 관한 것으로, 유입되는 공기를 균일하게 분포시킬 수 있는 식품 건조기를 제공하고자 한다.
본 발명은 건조기 본체; 상기 건조기 본체 내부에 위치하며, 건조 대상물이 적재된 대차가 장입될 수 있도록 내부 건조 공간을 구비하는 건조실; 상기 건조기 본체의 내부에 설치되는 히터; 상기 건조기 본체의 내부에 설치되어 상기 건조실의 공기를 순환시키는 공기 순환팬; 상기 건조기 본체의 내부에 설치되어 건조 공기를 외부로 배출하는 배기용 송풍기; 및 상기 건조실 내부에 장착되어 상기 히터에서 발생하는 열에 의해 원적외선을 방사하는 현무암 복재 판재; 를 포함하며, 상기 건조실 내부의 모서리는 라운드로 형성되어 상기 건조실 내의 공기 흐름을 균일하게 분포시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 식품 건조기를 제공한다.
본 발명에 따른 식품 건조기는 건조기 내부의 모서리를 라운드 형상으로 형성하여 건조실 내의 공기 흐름을 균일하게 분포시킬 수 있어 건조 효율이 증가되는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식품 건조기의 내부 구성도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 식품 건조기의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 현무암 복합 판재를 포함하는 식품 건조기의 내부 구성도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 식품 건조기 내의 S자 공기 순환을 보인 모식도이다.
도 5는 본 발명의 비교예에서 3차원으로 형상화된 식품 건조기 모양을 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 비교예에서 식품 건조기의 유동해석을 위하여 격자계를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 비교예에서 공기 순환팬과 열교환기의 위치를 감안하여 4등분하였을 때의 식품 건조기의 평면도이다.
도 8은 본 발명의 비교예에서 도 6에 따라 식품 건조기를 4등분 하였을 때의 각각의 구역의 면(Plane 1~4)의 유동해석 결과인 속도 벡터 및 유선을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 비교예에서 유동해석을 설명하기 위한 식품 건조기의 모형을 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 비교예에서 각 위치별 속도를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 비교예에서 슈퍼컴 유동해설 결과를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 발명의 실험예 1과 2에서 3차원으로 형상화한 식품 건조기의 모형을 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 실험예 1에서 각 위치별 속도를 나타낸 도면이다.
도 14는 본 발명의 실험예 1에서 슈퍼컴 유동해설 결과를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 발명의 실험예 2에서 각 위치별 속도를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 발명의 실험예 2에서 슈퍼컴 유동해설 결과를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 실험에 3에서 유동해석 결과 평균속도를 비교한 그래프이다.
도 18은 본 발명의 실험예 3에서 유동해석 결과 평균속도를 비교한 3차원 그래프이다.
본 발명은 유입되는 공기를 균일하게 분포시킬 수 있는 식품 건조기에 관한 것이다.
보다 구체적으로, 본 발명에 따른 식품 건조기는 건조기 본체; 상기 건조기 본체 내부에 위치하며, 건조 대상물이 적재된 대차가 장입될 수 있도록 내부 건조 공간을 구비하는 건조실; 상기 건조기 본체의 내부에 설치되는 히터; 상기 건조기 본체의 내부에 설치되며, 상기 히터와 다른 위치에 배치되는 공기 순환팬; 상기 건조기 본체의 내부에 설치되어 건조 공기를 외부로 배출하는 배기용 송풍기; 및 상기 건조실 내부에 장착되어 상기 히터에서 발생하는 열에 의해 원적외선을 방사하는 현무암 복재 판재; 를 포함하며, 상기 건조실 내부의 모서리는 라운드로 형성되어 상기 건조실 내의 공기 흐름을 균일하게 분포시킬 수 있는 것을 특징으로 한다.
이에 더하여, 상기 건조실의 상단 및 하단은 공간부가 형성되며, 상기 공간부에는 상기 공기 순환팬으로부터 순환되는 공기를 안내 해주는 복수개의 가이드 격벽이 설치될 수 있다.
한편, 상기 가이드 격벽은 상기 건조실의 상단 및 하단과 수직으로 설치될 수 있으며, 상기 건조기 상단 및 하단에 밀접하게 위치하는 것을 특징으로 한다.
특정 양태로서, 상기 공기 순환팬은 건조실 내부 양측에 서로 마주보며, 복수개의 팬이 교차적으로 배치외어 있고, 각각의 팬의 구동 방향을 제어하는 건조실 내에서 S자 형태로 공기를 순환시킬 수 있으며, 이때, 상기 공기 순환팬은 35 내지 45CMM(m3/min)의 풍량으로 송풍시킬 수 있다.
또한, 상기 히터는 40 내지 50℃의 열을 발생시킬 수 있다. 즉, 40 내지 50℃의 중온의 열을 발생시킴으로써, 현무암 복재 판재로부터 원적외선을 방사시킬 수 있다.
이에 더하여, 상기 건조실 외벽에는 건조실로부터 외부로 배출되는 공기와 외부에서 건조실로 유입되는 공기를 열교환하는 열교환기가 배치될 수 있으며, 상기 건조실 내부로 유입되는 공기를 제습시키는 히트 펌프를 더 포함할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식품 건조기의 내부 구성도, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 식품 건조기의 사시도, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 현무암 복합 판재를 포함하는 식품 건조기의 내부 구성도, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 식품 건조기 내의 S자 공기 순환을 보인 모식도, 도 5는 본 발명의 비교예에서 3차원으로 형상화된 식품 건조기 모양을 나타낸 도면, 도 6은 본 발명의 비교예에서 식품 건조기의 유동해석을 위하여 격자계를 나타낸 도면, 도 7은 본 발명의 비교예에서 공기 순환팬과 열교환기의 위치를 감안하여 4등분하였을 때의 식품 건조기의 평면도, 도 8은 본 발명의 비교예에서 도 6에 따라 식품 건조기를 4등분 하였을 때의 각각의 구역의 면(Plane 1~4)의 유동해석 결과인 속도 벡터 및 유선을 나타낸 도면, 도 9는 본 발명의 비교예에서 유동해석을 설명하기 위한 식품 건조기의 모형을 나타낸 도면, 도 10은 본 발명의 비교예에서 각 위치별 속도를 나타낸 도면, 도 11은 본 발명의 비교예에서 슈퍼컴 유동해설 결과를 나타낸 도면, 도 12는 본 발명의 실험예 1과 2에서 3차원으로 형상화한 식품 건조기의 모형을 나타내는 도면, 도 13은 본 발명의 실험예 1에서 각 위치별 속도를 나타낸 도면, 도 14는 본 발명의 실험예 1에서 슈퍼컴 유동해설 결과를 나타낸 도면, 도 15는 본 발명의 실험예 2에서 각 위치별 속도를 나타낸 도면, 도 16은 본 발명의 실험예 2에서 슈퍼컴 유동해설 결과를 나타낸 도면, 도 17은 본 발명의 실험에 3에서 유동해석 결과 평균속도를 비교한 그래프, 도 18은 본 발명의 실험예 3에서 유동해석 결과 평균속도를 비교한 3차원 그래프이다.
이하, 도 1 내지 도 18과 실시예를 통해서, 본 발명인 식품 건조기를 상세히 설명하도록 한다.
본 발명은 유입되는 공기를 균일하게 분포시킬 수 있는 식품 건조기에 관한 것이다. 특히, 본 발명에 따른 식품 건조기는 건조실 내부의 모서리가 라운드 형상으로 형성되어 건조실 내의 공기 흐름을 균일하게 분포시킬 수 있어 건조 효율이 증가되는 효과가 있다.
도 1에 도시된 바에 따르면, 본 발명에 따른 식품 건조기(10)는 건조기 본체(100), 상기 건조기 본체(100)의 내부에 위치하여 건조 대상물을 건조하기 위한 공간을 제공하며, 벽채(120)와 개방 가능한 도어에 의해 밀폐되는 건조실(110), 상기 건조실(110) 내부에 설치되는 히터(111), 상기 건조실(110) 내부에 공기 순환을 위한 복수의 공기 순환팬(112) 및 배기 및 건조실(110) 감압을 위한 하나 이상의 송풍기(113)를 포함하여 구성된다.
특히, 본 발명의 식품 건조기(10)는 건조실(110) 내부의 모서리(122)가 라운드로 형성되어 있는 것을 특징으로 한다. 이에 따라, 상기 건조실(110) 내의 공기 흐름을 균일하게 분포시킬 수 있다.
건조실(110) 내부 공간에서 건조 대상물이 실제 건조가 이루어지며, 많은 양의 건조 대상물이 단시간 내에 효과적으로 건조할 수 있다. 한편, 다단 채반이 장입된 대차가 건조실(110)에 설치될 수 있다.
건조기 내부의 히터(111)는 건조기 본체(100) 내부에 설치되며, 예를 들어 건조실(110) 내벽의 한쪽에 하나 이상이 서로 이격되어 복수개가 배치될 수 있다. 또한, 히터(111)에서 발생된 열을 건조실(110) 내부에 균일하고 신속하게 공급할 수 있도록 공기 순환팬(112)이 건조실(110) 내벽에 다수 장착될 수 있다. 상기 공기 순환팬(112)은 도 1에 도시된 바와 같이 건조실(110) 내부에서 서로 마주보는 두 벽쪽에 복수의 팬들이 상호 교차적으로 배치될 수 있다. 이러한 공기 순환팬(112)의 배치를 통해 후술하는 바와 같이 건조실(110) 내에서 고온의 공기가 입체적으로 순환되도록 제어할 수 있다.
건조 과정에서 건조에 사용된 고온의 공기는 건조 대상물로부터 습기를 함유하게 되는데 이러한 습공기는 송풍기(113)를 통해 건조기 본체(100) 외부로 배출될 수 있다. 보다 구체적으로, 건조실(110) 내벽 일측에 배치된 송풍기(113)가 건조실(110) 내의 습공기를 외부로 배출할 수 있으며, 건조실(110) 내의 공기순환에서 난류를 발생시켜 균일한 건조를 가능하게 한다. 또한, 외기의 흡입이 차단되는 경우 송풍기(113)는 건조실(110)을 감압시킨 상태로 건조가 이루어지도록 한다.
이에 더하여, 상기 송풍기(113)에 의해 배출되는 고온의 습공기는 건조기 본체(100) 외부로 버려지기 전에 열교환을 통해 에너지를 재활용할 수 있다. 이를 위하여 본 발명의 식품 건조기(10)는 도 1에 도시한 바와 같이, 건조기 본체(100)의 측벽에 열교환기(140)가 설치될 수 있다. 건조 과정에서 습도 및 온도가 상승된 내부 공기는 송풍기(113)를 통해 외부로 배출되는 과정에서 덕트를 거쳐 열교환기(140)에서 외부에서 유입되는 공기를 승온시키고, 열교환을 마친 내부 공기는 덕트를 거쳐 배출구로 빠져나갈 수 있다. 이렇게 열교환을 거쳐 승온 및 제습된 외부 공기가 건조실(110) 내부로 유입됨으로써 건조 효율 및 에너지 효율을 향상시킬 수 있다.
이와 같이 건조실(110) 내에 장착된 구성요소들의 동작을 제어하여 낮은 압력, 적정 온도, 내부공기순환이 정밀하게 유지되어 적어 전력소모로 건조 대상물을 건조시킬 수 있다.
이에 더하여, 본 발명에 따른 식품 건조기(10)는 공기 순환팬(112)으로부터 유입되는 공기를 마주보는 벽면에 용이하게 안내함과 동시에, 상기 순환팬(112)으로부터 유입되는 공기를 균일하게 분포하기 위하여 가이드 격벽(131)을 포함할 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 식품 건조기(10)는 건조실(110)의 상단에 공간부(130)가 형성될 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 건조실(110)의 내부 상단에 공간부(130)가 형성될 수 있으며, 이때, 공간부(130)에 공기 순환팬(112)으로부터 순환되는 공기를 안내 해주도록 복수개의 가이드 격벽(131)이 설치될 수 있다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 식품 건조기(10)는 건조실(110)의 하단에 공간부(130)가 형성될 수 있으며, 상기 건조기(10)의 내부 하단에 공간부(130)가 형성될 수 있다. 이때, 상술한 바와 같이, 공간부(130)에서 공기 순환팬(112)으로부터 순환되는 공기를 안내 하도록 복수개의 가이드 격벽(131)이 설치될 수 있다.
특히, 상기 가이드 격벽(131)은 건조실(110)의 상단 및 하단과 서로 수직을 이루도록 설치될 수 있으며, 건조실(100)의 내벽과 밀접하게 위치할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 가이드 격벽(131)은 건조실(100) 내부의 상단과 하단에 설치될 수 있다.
이러한 가이드 격벽(131)은 공기 순환용 팬으로부터 유입되는 공기를 반대 방향의 벽면으로 균일하게 분포할 수 있으며, 이에 따라 건조 효율을 상승시킬 수 있다. 즉, 서로 반대방향에 위치한 공기 순환용 팬의 영향으로 이동하는 공기가 서로 상쇄되어 정체영역 및 복잡한 유동 패턴이 나타날 수 있으나, 본 발명에 따른 가이드 격벽(131)은 이러한 문제를 해결할 수 있다.
특히, 상기 가이드 격벽(131)을 설치함으로써 건조실(110) 내에 유량이 증가하더라도 유동 교란이 덜 발생하여 건조효율이 좋아질 수 있따.
한편, 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 식품 건조기(10)는 열풍과 더불어 건조 과정에서 원적외선을 적절하게 건조에 이용하여 최적 건조를 달성할 수 있도록 현무암 판석 등의 용암석 표면에 용융 코팅층을 형성한 현무암 복합 판재(121)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
보다 구체적으로, 현무암은 탈취, 항균 등 기능성이 우수하며 고온의 열에 의해 원적외선을 방사할 수 있는 훌륭한 천연 세라믹 소재이다. 그러나, 대부분의 현무암은 회식 계열의 색상을 갖고 있어, 원적외선 방사율이 상대적으로 떨어지며, 현무암 원석의 다공성 구조로 인한 습기가 함유될 가능성이 높아 건조 효율을 떨어뜨릴 수 있다. 또한, 고온의 열풍에 노출된 현무암 원석으로부터 건조 공정중에 분진이 발생될 수 있는데 이러한 분진은 건조 대상물의 품질을 악화시키는 요인이 된다.
이에 따라 본 발명은 판재 형상의 현무암 원석에 용융 코팅층을 형성하여 현무암 원석의 단점을 해소하는 한편, 원적외선 방사율을 상승시킬 수 있다. 즉, 현무암 원석의 다공성 구조로 인한 흡수성을 코팅층이 기공을 막음으로써 습기가 흡수되는 것을 방지할 수 있고, 건조 공정에 분진이 발생할 가능성을 차단시킬 수 있다.
상술한 현무암 복재 판재(122)는 이미 공지되어 있는 기술이므로, 구체적인 제조방법은 생략하기로 한다.
이에 더하여, 공기 순환팬(112)은 35 내지 45CMM(m3/min)의 풍량으로 송풍시키는 것은 특징으로 한다. 이렇게 순환되는 공기의 풍량은 공기가 순환될 때의 속도(m/s)에 영향을 미친다. 특히, 유속(m/s)이 높을수록 건조 대상물의 건조효율이 증가할 수 있다.
한편, 풍량이 35CMM 미만일 경우에는 유속이 낮아 건조효율이 낮아지고 70CMM을 초과하면 유속은 높아지지만 맞은 편 벽에 부딪혀 되돌아오는 공기(유체) 와의 간섭이 증대되어 건조효율이 낮아지게 된다. 따라서, 공기 순환팬(112)은 35 내지 45CMM(m3/min)의 풍량으로 송풍시키는 것이 바람직하다.
특정 양태로서, 본 발명의 히터(111)는 40 내지 50℃의 중온의 열을 발생시키도록 제어할 수 있다. 한편, 현무암 복재 판재(121)는 건조실(110) 내부 건조 공간에 설치하여 별도의 원적외선 발생 장치 없이 히터(111) 구동만으로 히터(111) 가동온도(40 내지 50℃)에서 원적외선 방출량을 최대화시킬 수 있다. 또한, 열풍 순환에 따라 건조실(110) 내부에 균일한 원적외선을 발생시킴으로써 건조실(110) 내의 건조 사각지대를 해소할 수 있고, 균일한 건조를 달성하여 열풍과 원적외선의 선택적 또는 병합 이용에 따라 건조효율을 극대화할 수 있다.
특히, 히터(111)의 가동온도를 40℃ 미만으로 설정하였을 때는 저온으로 건조속도가 늦어지며, 50℃를 초과하게 되면 지나친 열 때문에 건조물이 식품 고유의 맛을 잃는 문제가 발생한다.
현무암 복재 판재(121)는 히터(111)나 공기 순환팬(112) 등과 간섭이 일어나지 않도록 건조 공간에 적절히 배치할 수 있으며, 필요에 따라 건조실(110)의 벽채(120) 내면에 부착할 수 있고, 간격을 두고 이중으로 배치하여 원적외선 방사 범위를 더욱 균일하게 할 수 있다.
한편, 본 발명의 식품 건조기(10)는 건조 대상물의 특성에 따라 원하는 품질의 건조를 달성할 수 있는 최적 건조 조건을 확립할 필요가 있다.
이를 위하여, 본 발명에서는 히터(111)에 의한 열풍 및 현무암 복재 판재(121)를 이용한 원적외선 방사와 더불어 고온의 건조 공기의 순환을 입체적으로 제어하여 균일 건조 및 신속 건조를 달성하는 한편, 건조 대상물에 특화된 최적 건조를 이룰 수 있다. 구체적으로는 도 4에 도시된 바와 같이, 건조기 내부 한쪽 벽면에는 히터(111)가 배치되어 있고, 건조기 내벽 양쪽에 내부 순환용 복수의 공기 순환팬(112)이 서로 마주보고 다열로 배치되어 있다. 건조실(110)을 중심으로 내벽 양측에 공기 순환팬(112)이 교차적으로 배치되어 있기 때문에 각각의 팬의 회전 동작을 변화시킴으로써 대차에 적재된 건조 대상물의 양착에 입체적으로 건조 공기를 순환 시킬 수 있다.
일 예로 각각의 공기 순환팬(112)을 정방향으로 구동시키면 건조실(110)내의 공기 유로가 'S'자 형태로 순환되고, 반대로 상기 공기 순환팬(112)을 역방향으로 가동시키면 역 'S'자 형태로 순환될 수 있다. 공기 순환팬(112)의 공기 순환 송풍량 및 풍향 조절은 인버터로 제어할 수 있다. 이와 같이 상기 공기 순환팬(112)의 구동을 주기적으로 변화시키면 건조 공기가 'S'자 곡선으로 주기적으로 순환되어 특정 위치에 편중된 열집중이 없고, 건조실(110) 내 열이 균일하고 신속하게 분포되어 건조 효율을 더욱 향상시킬 수 있다.
특히, 본 발명의 식품 건조기(10)의 건조실(110) 내부의 모서리(122)를 라운드로 형성함과 동시에 가이드 격벽(131)을 설치함으로써, 보다 더 건조실 내의 열을 균일하고 신속하게 분포하여 건조 효율을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실험예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 하기의 실험예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실험예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실험예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 안전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.
< 비교예 >
비교예 1, 2. 종래 식품건조기의 건조실 내의 유동해석
본 출원인은 식품 건조기의 내부 유동 패턴을 확인하여 전산유체역학(CFD: Computational Fluid Dynamics) 해석을 수행하며 ANSYS 사의 CFX(Ver. 16.1)을 이용하여 속도분포 및 벡터를 통하여 유동현상을 분석하고 결론을 도출하였다.
슈퍼컴퓨터 유동해석을 위해 2차원 설계도를 3차원화 시킨 건조기는 도 5와 같다. 또한, 도 6은 식품 건조기의 유동해석을 위한 전체 격자계를 나타낸 도면이다.
먼저, 식품 건조기를 도 7과 같이 공기 순환팬과 열교환기의 위치를 감안하여 4등분하여 유동현상을 분석하였으며, 유동해석 결과인 속도 벡터 및 유선은 도 8에 나타내었다.
도 8을 참조하면, 공기 순환팬의 효과에 의해 우측 또는 좌측 방향으로 분포가 나타나며 Plane 1과 3은 우측 상단 그리고 Plane 4는 좌측 상단에 유체가 균일하게 유입되지 않고 재순환 영역이 나타남이 빨간색으로 표시되어 있으며, Plane 3, 4의 건조기 바닥에서 재순환 영역이 나타남을 남색으로 표시되어 있다.
중간에 위치한 Plane 2의 경우 3개의 공기 순환팬에서 유체가 균일하게 유입되며, 채반 사이의 좁은 공간을 통하여 유체가 이동하는 양상이 나타남을 알 수 있었다.
한편, 재순환 영역이 나타나는 부분은 실제로 건조대상물이 위치하지 않는 곳인 관계로 균일한 건조물을 생산하는 것에는 크게 문제가 되지 않을 수 있다. 즉, 실제 공기 순환팬 형상을 고려하지 않고 공기 순환팬 효과를 고려하기 위하여 성능곡선을 이용하여 유량에 대한 압력 데이터를 적용하였으며, 유동 패턴은 공기 순환팬 위치에서 반대 방향의 벽면을 향하며, 부분적으로 공기 순환팬에서 유체가 균일하게 유입되지 않고 재순환 영역이 나타남을 보여준다.
이에 더하여, 보다 자세한 시뮬레이션을 위해 두가지로 나누어 추가 시뮬레이션을 실시하였으며, 비교예 1은 최대 풍량의 약 95% 에 해당하는 값인 70CMM 의 풍량이며, 비교예 2는 최대 풍량의 약 50%에 해당하는 35CMM를 나타낸다. 이때, 정압(mmAg) 은 각 1과 9.5였다.
도 9는 식품 건조기의 유동해석을 설명하기 위한 공기 순환팬, 프레임 및 건조실의 위치를 나타낸 도면이며, 도 10은 1차 시뮬레이션 각 위치별 속도값을 나타낸 도면이다.
보다 구체적으로, 각 플레이트 사이에서 속도값을 나타내기 위하여 X 축으로 4개 Y축으로 19개 및 Z 축으로 3개 Plane 을 우측 그림에 나타내었으며, 속도가 가장 빠른 구간에서의 결과를 빨간 색으로 표시하였는데 A02, B02, C02 및 D02 에서 가장 낮게 나타났다. 이는, 각 공기 순환팬의 영향으로 01과 03 영역에서 빠른 속도로 유체가 유입되나 프레임 중심부근에서 서로 상쇄되어 속도가 낮게 나타나는 것으로 판단된다.
한편, 도 11은 식품 건조기의 유동해석 결과를 모형으로 나타낸 도면이다.
도 11(a)를 참조하면, 건조기 본체 상단과 건조실 상단 벽면 사이 영역에서의 3차원 유선을 나타낸 것으로, 공기 순환팬으로부터 유입된 유체는 반대방면의 벽면으로 분포한다. 특히, 빨간 원으로 표시된 영역(A) 에서 속도가 낮게 나타나는 이유는 공기 순환팬 7(fan 7)에서 유입된 유체가 반대방향 벽면으로 균일하게 분포하지 않고 공기 순환팬 1(fan 1) 로부터 속도분포와 서로 상쇄되어 나타나는 복잡한 흐름으로 판단하였다.
도 11(b)를 참조하면, 건조기 본체 하단과 건조실 하단 벽면 사이 영역에서 3차원 유선을 나타낸 것으로 유동분표를 각각 빨간색 화살표로 표시하였다.
특히, 유체가 공기 순환팬으로부터 유입되어 반대방향의 벽면으로 균일하게 분포하는 경우 건조 성능이 가장 좋을 것이나 현재 건조기의 하단 영역에서 유체는 대각선 방향으로 마주하는 공기 순환팬의 영향으로 프레임의 중심 영역에서 속도가 낮아지게 된다.
다음으로 도 11(c)를 참조하면, 빨간 원으로 표시된 A 영역(Fan 7)으로 유체가 유입될 때 균일하게 유입되지 않고 소용돌이 형태의 유동분포가 나타나며, 빨간 원으로 표시된 B 영역은 건조기 프레임과 건조실 벽면 사이의 공간으로 정체되어 균일하게 분포되지 않는 영역을 나타낸다.
도 11(d) 를 참조하면, 빨간 원으로 표시된 A 영역(Fan 4)에서 유체가 균일하게 유입되지 않으며, 공기 순환팬 4(Fan 4)를 통과한 유체가 공기 순환팬 10(Fan 10)으로부터 유입된 유체와 서로 상쇄되어 복잡한 유동패턴이 나타난다.
상술한 바와 같은 시뮬레이션 결과를 바탕으로 한 건조실 내부에 대한 1차 유동 해석에 대한 결론은 첫째, 유동 패턴은 공기 순환팬이 설치된 위치에서 반대 방향의 벽면을 균일하게 분포하는 경우 건조 효율이 높으나, 비교예 1 및 비교예 2 모두 프레임 중심부근 영역에서 대각선 방향의 공기 순환팬 유동 패턴과 서로 상쇄됨으로써 정체 구간이 발생하는 것을 알 수 있었다.
<실험예>
실험예 1. 본 발명의 식품건조기의 건조실 내의 유동해석
본 출원인은 식품 건조기의 내부 유동 패턴을 확인하여 전산유체역학(CFD: Computational Fluid Dynamics) 해석을 수행항며 ANSYS 사의 CFX(Ver. 16.1)을 이용하여 속도분포 및 벡터를 통하여 유동현상을 분석하고 결론을 도출하였다.
보다 구체적으로, 본 실험예에서는 비교예 1의 문제점을 해결하기 위하여 도 12에 도시된 바와 같이, 건조실 내부의 모서리(122)를 라운드로 형성함과 동시에, 건조실 상단과 하단에 가이드 격벽(131)을 설치함으로써 유동 균일도를 증가 시킬 수 있을 것으로 판단하여, 이용하여 속도분포 및 벡터를 통하여 유동현상을 분석하였다.
특히, 본 실험예에서는 프레임 중심부근 영역에서 대각 방향의 공기 순환팬(112) 유동 패턴과 서로 상쇄되는 영향을 감소시키기 위하여 플레이트 상/하단 및 프레임 중심에 가이드 격벽(131)을 설치하였으며, 상단 및 옆 부분의 모서리(122) 근처 영역에서 발생하는 재순환을 감소시키기 위하여 모서리(122)의 형태를 타원 형상으로 변경하였으며, 이때 8군데 모서리(122)에 반경 100mm 의 타원 형상을 적용하였다.
한편, 비교예 1에서와 마찬가지로 CFX Ver.16.1을 이용한 CFD 분석을 위한 경계조건으로서는 벽 조건은 노 슬립(No slip), 유체물성은 온도에 따른 물성치 변화가 거의 없으며 25도의 조건에서 평형상태(steady) 해석과 SST 난류모델을 적용하였으며, 공기 순환팬(112)은 비교예 1과 마찬가지로 성능곡선을 이용하되 70CMM(m3/min)의 풍량으로 송풍시켰다.
한편, 실험예 1의 경우 각 플레이트 사이의 속도값을 나타내기 위하여 비교예 1과 마찬가지로 X 축으로 4개 Y축으로 19개 및 Z축으로 3개 Plane 을 구분하였으며, 속도가 가장 빠른 구간에서의 결과를 빨간색 수치로 표시하였고, A02, B03, C02 및 D03을 제외한 나머지 영역에서의 최대 속도가 비교예 1의 결과와 비교하여 더 빠른 것으로 나타내었다(도 13).
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 식품 건조기의 유동해석 결과를 모형으로 나타낸 도면이다.
도 14(a)를 참조하면, 건조실 상단의 공간부 영역에서의 3차원 유선을 나타낸 것으로, 유체는 공기 순환팬으로부터 유입되어 반대 방향의 벽면으로 분포하는 것을 확인할 수 있다.
특히, 비교예 1과 비교하여 공간부에 설치된 가이드 격벽의 영향으로 상대적으로 균일하게 분포한 것을 확인할 수 있었다.
다만, 유입되는 유량이 적으므로 빨간 원으로 표시된 A 영역에서 정체구간이 발생한 것을 확인할 수 있었다.
도 14(b)를 참조하면, 건조실 하단의 공간부에서의 3차원 유선을 나타낸 것으로 유동 분포를 빨간 화살표로 각각 표시하였으며, 가이드 격벽의 영향으로 유체는 공기 순환팬으로부터 유입되는 방향으로 균일하게 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 유선과 함께 나타낸 화살표를 시간으로 고려하면 하단에 위치한 Fan 6에서 유입된 유체가 반대방향으로 흐르는데 걸리는 시간이 지체되고 있음을 나타낸다.
도 14(c)(d)를 참조하면, 프레임과 건조실 벽면 사이 공간에서 복잡한 유동 분포가 나타나지만, 비교예 1과 비교하였을 때, 본 실험예에서 반대방향에 위치한 공기 순환팬으로부터 유입된 유체가 각 팬으로 균일하게 유입되는 유동분포가 나타난 것을 확인할 수 있었다.
실험예 2. 본 발명의 식품건조기의 건조실 내의 유동해석
본 출원인은 식품 건조기의 내부 유동 패턴을 확인하여 전산유체역학(CFD: Computational Fluid Dynamics) 해석을 수행항며 ANSYS 사의 CFX(Ver. 16.1)을 이용하여 속도분포 및 벡터를 통하여 유동현상을 분석하고 결론을 도출하였다.
한편, 비교예 1에서와 마찬가지로 CFX Ver.16.1을 이용한 CFD 분석을 위한 경계조건으로서는 벽 조건은 노 슬립(No slip), 유체물성은 온도에 따른 물성치 변화가 거의 없으며 25도의 조건에서 평형상태(steady) 해석과 SST 난류모델을 적용하였으며, 공기 순환팬(112)은 비교예 1과 마찬가지로 성능곡선을 이용하되 실험예 2는 35 CMM 의 풍량으로 송풍시켰다.
한편, 실험예 2의 경우 각 플레이트 사이의 속도값을 나타내기 위하여 비교예 와 마찬가지로 X 축으로 4개 Y축으로 19개 및 Z축으로 3개 Plane 을 구분하였으며, 비교예 2와 비교하여 A 및 D 구역에서 최대 속도는 약 0.2~0.5m/s 이상 증가하였는데 이는 B와 C 구역사이에 가이드 격벽을 설치함으로써 유체가 균일하게 분포된다고 판단하였다.
도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 식품 건조기의 유동해석 결과를 모형으로 나타낸 도면이다.
도 16(a)를 참조하면, 건조실 상단의 공간부 영역에서의 3차원 유선을 나타낸 것으로 유체는 공기 순환팬 으로부터 유입되어 반대 방향의 벽면으로 분포하는 것을 확인할 수 있었다. 특히, 비교예와 비교하였을 때, 프레임 사이에 설치된 가이드 격벽의 영향으로 균일한 유동 패턴이 나타나는 것을 확인할 수 있었다.
도 16(b)를 참조하면, 건조실 하단의 공간부 영역에서의 3차원 유선을 나타낸 것으로 유동 분포를 빨간 화살표로 각각 표시하였으며, 가이드 격벽이 설치됨에 따라 공기 순환팬으로부터 유입된 유체가 반대방향의 벽면으로 균일하게 분포함으로써 건조 성능이 향상되었다고 판단하였다.
도 16(c)를 참조하면, 비교예의 경우 서로 반대방향에 위치한 공기 순환팬의 영향으로 유체가 서로 상쇄되어 정체 영역 및 복잡한 유동 패턴이 나타났으나 본 실험예에서 가이드 격벽을 설치함으로써 이러한 문제가 개선된 것을 확인할 수 있었다.
이에 더하여, 실험예 1과 비교하였을 때, 유동 패턴이 개선된 것을 할 수 있는 바, 이는 공기 순환팬의 풍량이 70CMM 일 때보다 35CMM 일 때가 팬으로부터 유입된 유체가 균일하게 분포되는 것을 확인할 수 있었다.
실험예 3. 식품 건조기의 성능 평가
도 17은 비교예 1의 식품 건조기, 본 발명의 실험예 1의 식품 건조기 및 실험예 2의 식품 건조기를 비교하기 위하여 건조실내의 유동성 증가를 참고하여 평균속도를 비교한 그래프이며, 도 18은 유동해석 결과를 비교하여 3차원 그래프로 나타낸 도면이다.
도 17에서 비교예 1과 비교예 2는 격막이 없을 때를 나타내며, 실험예 1과 실험예 2는 격막이 설치하였을 때의 속도를 나타내었다. 또한, 비교예 2과 실험예 2는 건조실 내에서 풍량이 35m3/min일 때의 평균속도를 나타내었으며, 비교예 1과 실험예 1은 풍량이 70m3/min일 때의 평균속도를 나타내었다.
보다 구체적으로, 비교예 1과 비교예 2는 식품 건조기로 풍량이 70m3/min와 35m3/min의 평균속도를 나타낸 그래프이며, 실험예 1의 식품 건조기에서 풍량이 70m3/min일 때의 평균속도를 나타내었으며, 실험예 2는 식품 건조기에서 풍량이 35m3/min일 때의 평균속도를 나타내었다.
도 17을 참조하면, 실험예 1이 비교예 1에 비하여 평균속도가 32.9% 증가하였으며, 실험예 2가 비교예 2에 비하여 평균속도가 23.9% 증가한 것을 확인할 수 있었다.
즉, 건조실 내에 가이드 격벽을 설치함으로써 유량이 증가하더라도 유동 교란 발생이 감소하여 건조효율이 좋아지는 것으로 판단함과 동시에, 풍량이 70m3/min 보다 35m3/min일 때, 평균속도가 증가한 것을 확인할 수 있었다.
10: 식품 건조기
100: 건조기 본체
111: 히터 112: 공기 순환팬
113: 배기용 송풍기
120: 벽체
121: 현무암 복재 판재 122: 모서리
130: 공간부
131: 가이드 격벽

Claims (8)

  1. 건조기 본체;
    상기 건조기 본체 내부에 위치하며, 건조 대상물이 적재된 대차가 장입될 수 있도록 내부 건조 공간을 구비하는 건조실;
    상기 건조기 본체의 내부에 설치되는 히터;
    상기 건조기 본체의 내부에 설치되어 상기 건조실의 공기를 순환시키는 공기 순환팬;
    상기 건조기 본체의 내부에 설치되어 건조 공기를 외부로 배출하는 배기용 송풍기; 및
    상기 건조실 내부에 장착되어 상기 히터에서 발생하는 열에 의해 원적외선을 방사하는 현무암 복재 판재; 를 포함하며,
    상기 건조실 내부의 모서리는 라운드로 형성되어 상기 건조실 내의 공기 흐름을 균일하게 분포시키며,
    상기 건조실의 상단 및 하단은 공간부가 형성되며,
    상기 공간부에는 상기 공기 순환팬으로부터 순환되는 공기를 서로 마주보는 벽면에 안내하는 복수개의 가이드 격벽이 설치되고,
    상기 가이드 격벽은 상기 공간부에 설치되되, 건조실의 상단 및 하단과 서로 수직을 이루도록 설치되며,
    상기 건조실 내부 양측에 서로 마주보며, 복수개의 팬이 서로 교차적으로 배치되어 있고, 각각의 팬의 구동 방향을 제어하는 건조실 내에서 S자 형태로 공기를 순환시키며,
    상기 공기 순환팬은 35 내지 70 CMM(m3/min) 의 풍량으로 내부공기를 송풍 시키는 것을 특징으로 하는 식품 건조기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 히터는
    40 내지 50℃의 열을 발생하는 것을 특징으로 하는 식품 건조기.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 건조기 본체의 외벽에는 상기 건조실로부터 외부로 배출되는 공기와 외부에서 건조실로 유입되는 공기를 열교환하는 열교환기가 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 식품 건조기.
  8. 제1항, 제6항 내지 제7항 중 어느 한 항에 따른 식품 건조기를 이용하여, 상기 35 내지 70 CMM(m3/min) 의 풍량으로 내부공기를 송풍시키는 것을 특징으로 하는 식품 건조 방법.

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