KR101919733B1 - 히트펌프를 이용한 고온 제습 건조기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 히트펌프를 이용한 고온 제습 건조기에 관한 것이다. 이는, 건조대상물을 수용하는 건조챔버와; 상기 건조챔버 내에, 건조대상물을 건조시키기 위한 열을 공급하는 히트펌프와; 상기 히트펌프 내에서 순환하는 냉매를 공유하고, 상기 건조챔버 내에서 건조를 마치고 배출된 고온고습의 공기를 그 내부로 통과시키며 저온저습의 공기로 건조시킨 후 건조챔버로 다시 공급하는 재처리모듈과; 상기 건조챔버의 과열시 재처리모듈에서 발생하는 응축수를 건조챔버 내부로 분무하여, 건조챔버 내부의 온도를 낮추는 냉각수단을 포함한다.
상기와 같이 이루어지는 본 발명의 히트펌프를 이용한 고온 제습 건조기는, 건조물의 건조에 한 번 사용된 고온고습의 공기를 버리지 않고 건공기로 만들어 순환 재사용하므로, 외부공기를 흡기할 필요가 없어 건조챔버 내부의 온도 하강이 거의 없으며 그에 따라 최적의 건조 분위기를 안정적으로 유지할 수 있다. 또한, 건조챔버 내부의 온도가 설정온도 이상으로 상승하였을 경우, 응축되어 있는 물을 건조챔버 내에 분무함으로써, 건조 대상물의 열손상을 방지할 수 있다.

Description

히트펌프를 이용한 고온 제습 건조기{High temperature dehumidifying dryer using heat pump}
본 발명은 각종 식품류를 건조 보관하기 위한 건조기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 히트펌프를 사용하여 건조챔버 내부의 온도를 관리함과 동시에 온습도유지부를 통해 건조챔버 내부의 습도를 일정하게 유지함으로써 건조 효율이 뛰어난 히트펌프를 이용한 고온 제습 건조기에 관한 것이다.
가령, 호박 고추 고구마 버섯 오징어 등과 같은 각종 농수산물이나, 공장에서 생산된 여러 가지 수분 함유 제품은, 수분으로부터 비롯되는 곰팡이 등의 작용에 의해 쉽게 변질되기 마련이다. 수분이 함유된 대상물을 오래 보관하기 위해서는 함수율을 최대한 줄여야 하는데, 이를 위하여 다양한 방식의 건조기가 제안되고 있다.
상기 건조기는, 사용하는 연료나 건조방식 등으로 분류할 수 있으며, 그 중에는 열풍건조기, 원적외선건조기, 진공건조기, 동결건조기 등이 포함되어 있다. 상기한 건조기는 수분을 제거하기 위한 에너지를 사용하는 것이니 만큼 에너지 소비가 적지 않다.
건조기를 운용하기 위한 과다한 에너지 소비의 영향은, 대기오염 등의 환경적 문제들을 야기함은 물론 운용자 수익의 감소로 이어진다. 이러한 이유로 에너지 소모가 적고 효율이 뛰어난 건조기의 개발이 필요한 것이다.
한편, 열풍건조기의 경우 히트펌프를 적용하는 경우가 많다. 열풍건조기는, 압축기와, 응축기와, 팽창밸브와, 증발기로 구성되는 히트펌프 유닛과, 건조에 사용할 공기를 상기 응축기로 보내어 가열되게 하는 블로워 등을 포함하여 구성된다.
그런데, 상기한 종래의 히트펌프형 건조기는, 에너지를 들여 기껏 가열한 건조풍을, 한 번만 사용한 후 배기하므로 에너지 사용율이 매우 좋지 않다. 외부공기를 계속적으로 흡기하여 가열하고, 사용된 공기는, 새로운 공기의 원활한 흡기를 위하여 바로 바로 배출하는 구조를 가지기 때문이다.
또한, 외부의 공기를 연속 흡기하여 사용하기 때문에, 흡기된 공기의 온습도를 사용에 적합한 상태로 만들어야 하므로 그에 따른 시간이나 에너지가 추가적으로 소모되므로 비용이 증가하고 건조에 시간이 오래 걸린다. 생산성이 떨어지는 것이다.
국내등록특허공보 제10-1756090호 (냉방제공 히트펌프 열풍건조기 및 그의 운전제어방법) 국내공개특허공보 제10-2014-0104095호 (히트펌프를 이용한 저온저장 겸용 건조기)
본 발명은 상기 문제점을 해소하고자 창출한 것으로서, 건조물의 건조에 한 번 사용된 고온고습의 공기를 버리지 않고 건공기로 만들어 순환 재사용하므로, 외부공기를 흡기할 필요가 없어 건조챔버 내부의 온도 하강이 거의 없으며 그에 따라 최적의 건조 분위기를 안정적으로 유지할 수 있는 히트펌프를 이용한 고온 제습 건조기를 제공함에 목적이 있다.
또한, 본 발명은, 건조챔버 내부의 온도가 설정온도 이상으로 상승하였을 경우, 응축되어 있는 물을 건조챔버 내에 분무함으로써, 건조 대상물의 열손상을 방지할 수 있는 히트펌프를 이용한 고온 제습 건조기를 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 히트펌프를 이용한 고온 제습 건조기는, 건조대상물을 수용하는 건조챔버와; 압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 포함하며, 열을 생산하고 생산된 열을 가열공기덕트를 통해 상기 건조챔버 내에 공급하여 건조챔버내의 건조대상물을 건조시키는 히트펌프와; 상기 히트펌프 내에서 순환하는 냉매를 공유하고, 상기 건조챔버 내에서 건조를 마치고 배출된 고온고습의 공기를 그 내부로 통과시키며 저온저습의 공기로 건조시킨 후 건조챔버로 다시 공급하는 재처리모듈과; 상기 건조챔버의 과열시 재처리모듈에서 발생하는 응축수를 건조챔버 내부로 분무하여, 건조챔버 내부의 온도를 낮추는 냉각수단을 포함하고, 상기 재처리모듈은; 연결라인 및 냉기순환튜브를 통해 히트펌프와 연결되며 히트펌프로부터 이격 배치된 것으로서, 내부공간을 제공하며 외부에 대해 밀폐된 단열케이싱, 상기 단열케이싱과 건조챔버를 연결하여 상기 건조챔버에서 배출되는 고온고습의 공기를 단열케이싱으로 유도하는 습공기덕트, 상기 냉기순환튜브를 통해 상기 팽창밸브와 증발기의 사이에 연결되어, 팽창밸브로부터 증발기로 향하는 냉매의 일부를 그 내부로 통과시키는 것으로서, 상기 단열케이싱의 내부에 설치되며 상기 습증기덕트를 통해 단열케이싱 내부로 유입한 고온고습의 공기를 냉각시켜 공기의 절대습도를 낮추는 저온제습부, 상기 단열케이싱의 내부에 상기 저온제습부와 대응 하도록 배치되고, 연결라인을 통해 상기 응축기와 팽창밸브 사이를 통과하는 냉매의 일부를 그 내부로 통과시키며 상기 저온제습부에 의해 저온저습 상태로 변화된 공기를 가열하여 공기의 상대습도를 낮추는 가열부, 상기 단열케이싱과 건조챔버를 연결하여 가열부를 통과한 공기를 건조챔버로 유도하는 건공기덕트, 상기 단열케이싱 내부의 저온제습부와 가열부의 사이에 수직으로 설치되어, 상기 저온제습부가 위치한 공간과, 가열부가 위치한 공간을 구획하는 것으로서, 판상의 형태를 취하며 상기 저온제습부에 의해 냉각 제습된 공기가 그 하부를 통과하여 상기 가열부로 이동하게 하는 밀봉쉘, 상기 밀봉쉘의 내부에 구비되며 밀봉쉘의 내벽면 양측에 밀착한 상태로 평행하게 이격된 냉각시트 및 발열시트, 상기 냉각시트 및 발열시트의 사이에 배치되는 다수의 펠티어소자가 포함된 펠티어플레이트를 갖는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 냉각수단은; 상기 재처리모듈에서 발생하는 응축수를 임시 저장하는 저장탱크와, 상기 저장탱크 내부의 냉각수를 건조챔버의 내부공간으로 유도하는 냉각수호스와, 상기 냉각수호스의 단부에 설치되는 분사노즐과, 상기 응축수를 펌핑하여 응축수가 분사노즐을 통해 건조챔버 내부공간으로 분무되게 하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.
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상기와 같이 이루어지는 본 발명의 히트펌프를 이용한 고온 제습 건조기는, 건조물의 건조에 한 번 사용된 고온고습의 공기를 버리지 않고 건공기로 만들어 순환 재사용하므로, 외부공기를 흡기할 필요가 없어 건조챔버 내부의 온도 하강이 거의 없으며 그에 따라 최적의 건조 분위기를 안정적으로 유지할 수 있다.
또한, 건조챔버 내부의 온도가 설정온도 이상으로 상승하였을 경우, 응축되어 있는 물을 건조챔버 내에 분무함으로써, 건조 대상물의 열손상을 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 고온 제습 건조기의 전체적인 구조를 개략적으로 나타내 보인 도면이다.
도 2는 상기 도 1에 도시한 온습도유지부의 작동 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 상기 도 2에 도시한 회로도를 간략히 나타내 보인 블록도이다.
도 4는 상기 도 3에 도시한 재처리모듈의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
이하, 본 발명에 따른 하나의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 고온 제습 건조기(10)의 전체적인 구조를 개략적으로 나타내 보인 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 고온 제습 건조기(10)는, 건조할 대상물을 그 내부에 수용하는 건조챔버(12)와, 상기 건조챔버(12)의 외측부에 배치되며 건조챔버(12) 내부의 온도와 습도를 유지하는 온습도유지부(30)를 포함한다.
먼저, 상기 건조챔버(12)는 도어(14)를 통해 작업자가 출입할 수 있는 사이즈를 가지며 그 전면에 콘트롤러(16)를 갖는다. 상기 콘트롤러(16)는 후술할 히트펌프(22)와 재처리모듈(24)과 펌프(24r) 등을 제어하는 역할을 한다. 상기 콘트롤러(16)의 전면에 적절한 스위치와 디스플레이부가 마련됨은 물론이다.
또한, 상기 온습도유지부(30)에는 히트펌프(22)와 재처리모듈(24)이 포함된다. 상기 히트펌프(22)는, 도 2에 도시한 압축기(22a), 응축기(22b), 팽창밸브(22d), 증발기(22c)을 포함하며, 열을 생산하고 생산된 열을 가열공기덕트(29)를 통해 건조챔버(12) 내부로 공급하는 역할을 담당한다. 건조챔버(12) 내부의 온도는 대부분 히트펌프(22)에 의해 유지된다.
또한 재처리모듈(24)은 상기 히트펌프(22)와 연결되어 히트펌프를 순환하는 냉매를 공유한다. 상기 재처리모듈(24)의 기본 역할은, 건조챔버(12)에서 배출된 고온고습의 공기를 그 내부로 통과시키며 냉각하여, 공기 내의 습도를 낮추어 말하자면 건조공기를 생산하는 역할을 한다. 상기 재처리모듈(24)에서 생산된 건공기는 건공기덕트(28)를 통해 건조챔버(12)로 전달된다.
도 2는 상기 도 1에 도시한 온습도유지부(30)의 구성 및 작동 원리를 설명하기 위한 도면이고, 도 3은 상기 도 2에 도시한 구조를 간략히 나타내 보인 블록도이다.
도시한 바와 같이, 히트펌프(22)와 재처리모듈(24)이 하나의 순환라인으로 연결되며 냉매를 공유하고 있다.
상기 히트펌프(22)는, 냉매를 압축하는 압축기(22a)와, 상기 압축기에서 압축된 고온고압의 냉매를 응축시키는 응축기(22b)와, 상기 응축기(22b)를 통과한 냉매를 통과시키며 유동경로를 결정하는 4방밸브(22m)와, 4방밸브(22m)의 하류측에 차례로 설치된 가열부(24a)와 팽창밸브(22d)와 증발기(22c)를 구비한다. 상기 각 구성요소는 일반적인 히트펌프와 동일하다.
도면부호 22k는 열풍공급팬이다. 상기 열풍공급팬(22k)은 응축기(22b)를 향하여 공기를 분출하여 공기가 응축기(22b)와 접하며 가열되도록 한다. 상기 응축기(22b)에 의해 가열된 고온의 공기는 가열공기덕트(29)를 통해 건조챔버(12) 내부로 공급되어 건조대상물을 건조시킨다.
한편, 상기한 바와 같이, 재처리모듈(24)에는, 가열부(24a)와 저온제습부(24b)가 포함된다.
상기 가열부(24a)는, 4방밸브(22m)와 팽창밸브(22d)의 사이에 위치하며, 4방밸브(22m)를 통과해 팽창밸브(22d)를 향하는 냉매를 그 내부로 통과시킨다. 결국 상기 가열부(24a)는 팽창밸브(22d)를 향하는 냉매에 의해 가열되는 것이다. 상기 가열부(24a)는 히트싱크(22)에 대해 연결라인(37)으로 접속된다.
즉, 상기 4방밸브(22m)를 통과한 냉매는, 연결라인(37)을 거쳐 가열부(24a)를 통과한 후 다시 연결라인(37)을 통해 팽창밸브(22d)로 이동하는 것이다.
아울러, 상기 가열부(24a)의 측부에는 공기팬(24d)이 구비된다. 상기 공기팬(24d)은 가열부(24a)에 의해 가열된 공기를 건공기덕트(28)를 통해 건조챔버(12)로 공급하는 역할을 한다.
상기 저온제습부(24b)는, 상기 팽창밸브(22d)와 증발기(22c) 사이를 통과하는 냉매의 일부를, 냉기순환튜브(26)를 통해 전달받아 그 내부를 통과시키는 부분이다. 상기 팽창밸브(22d)에서 증발기(22c)를 향하는 냉매의 일부가, 냉기순환튜브(26)에 의해 저온제습부(24b)로 유도되는 것이다. 도면부호 22e는 냉매의 역류를 방지하는 체크밸브이다. 여하는 상기 저온제습부(24b)는 팽창밸브(22d)를 통과한 저온 냉매에 의해 냉각된 상태를 유지한다.
도 4는 상기 도 3에 도시한 재처리모듈(24)의 내부 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도시한 바와 같이, 상기 재처리모듈(24)은, 내부공간을 제공하는 단열케이싱(24s)과, 상기 단열케이싱(24s)의 내부에 상호 이격 배치되는 가열부(24a) 및 저온제습부(24b)와, 상기 가열부(24a)와 저온제습부(24b)의 사이에 수직으로 배치되며 가열부(24a)와 저온제습부(24b)의 기능을 보조하는 펠티어플레이트(24e)와, 상기 펠티어플레이트(24e)에 전력을 공급하는 전원(24n)을 포함한다.
상기 단열케이싱(24s)은 외부에 대해 밀폐된 케이스로서, 일측에 습공기덕트(39)가, 타측에 건공기덕트(28)가 박혀 고정된다. 상기 습공기덕트(39)는 건조챔버(12)에서 배출된 고온고습의 공기를 단열케이싱(24s)으로 유도하는 덕트이다. 또한 건공기덕트(28)는 단열케이싱(24s) 내부를 통과하며 건조된 건공기가 빠져나가는 통로이다. 상기 건공기덕트(28)를 통해 유출된 건공기가 건조챔버(12)로 이동함은 상기한 바와 같다.
상기 저온제습부(24b)는 코일의 형태를 취하며 상기 습공기덕트(39)의 연직 하부에 위치한다. 상기 습공기덕트(39)로부터 하향 배출되는 고온고습의 공기가 저온제습부(24b)에 접촉하게 됨은 물론이다.
위에 언급한 바와 같이, 저온제습부(24b)는 차가운 냉매에 의해 냉각된 상태를 유지하므로, 상기 고온고습의 공기는 저온제습부(24b)에 의해 냉각되며 저온제습부(24b)의 코일표면에 응결된 후 응축수받이(24c)에 모인다. 고온고습의 온도가 낮아질 경우 상대습도가 높아지므로 습기가 응결됨은 당연하다.
상기 저온제습부(24b)를 통과하며 절대습도가 낮아진 상태의 공기는, 펠티어플레이트(24e)의 하부를 통과해 가열부(24a)에 접한다. 상기 가열부(24a)는 냉매에 의해 가열된 상태를 유지하며, 공기를 가열한 후 건공기덕트(28)를 통해 상기 건조챔버(12)로 보낸다. 상기 가열부(24a)도 코일의 형태로 제작할 수 있다.
한편, 상기 펠티어플레이트(24e)는, 펠티어효과를 이용한 판상부재로서, 밀봉쉘(24m)과, 상기 밀봉쉘(24m) 내부에 구비되며 밀봉쉘(24m)의 양측 내벽면에 밀착한 상태로 평행하게 이격된 냉각시트(24g) 및 발열시트(24k)와, 상개 냉각시트(24g) 및 발열시트(24k)의 사이에 배치되는 다수의 펠티어소자(24f)를 포함한다. 상기 펠티어소자(24f)는 전원(24n)으로부터 전력을 공급받아 작동하여, 냉각시트(24g)를 냉각하고 발열시트(24k)를 가열한다.
상기 펠티어플에이트(24e)의 작용에 의해, 상기 고온고습의 공기의 냉각이 보다 신속하고 효과적으로 수행되고, 냉각을 마친 공기의 가열도 보다 신속하게 이루어진다.
한편, 상기 냉각수단은, 상기 재처리모듈(24)에서 발생하는 응축수를 임시 저장하는 저장탱크(24q)와, 상기 저장탱크(24q) 내부의 물을 건조챔버의 내부공간으로 유도하는 냉각수호스(32)와, 상기 냉각수호스(32)의 단부에 설치되는 분사노즐(24p)과, 상기 저장탱크(24q) 내부의 응축수를 펌핑하여 응축수가 분사노즐을 통해 건조챔버 내부공간으로 분무되게 하는 펌프(24r)를 포함한다.
상기 냉각수단은, 건조챔버(12) 내부의 온도가 설정온도 이상으로 과열되었을 때 사용하는 것이다. 예컨대, 건조챔버(12) 내부의 온도가, 건조에 적합한 온도보다 높이 올라갈 경우, 급히 작동시켜 건조챔버(12) 내부의 온도를 낮추는 것이다. 상기 건조챔버(12) 내부에 분사된 물은, 고온에 의해 증발하며 증발잠열을 이용해 온도를 하강시키는 것이다. 상기 냉각수단은 콘트롤러(16)를 통해 자동 작동하도록 설정함이 바람직하다.
이상, 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정하지 않고, 본 발명의 기술적 사상의 범위내에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 변형이 가능하다.
10:고온제습건조기 12:건조챔버 14:도어
16:콘트롤러 22:히트펌프 22a:압축기
22b:응축기 22c:증발기 22d:팽창밸브
22e:체크밸브 22k:열풍공급팬 22m:4방밸브
24:재처리모듈 24a:가열부 24b:저온제습부
24c:응축수받이 24d:공기팬 24e:펠티어플레이트
24f:펠티어소자 24g:냉각시트 24k:발열시트
24m:밀봉쉘 24n:전원 24p:분사노즐
24q:저장탱크 24r:펌프 24s:단열케이싱
26:냉기순환튜브 28:건공기덕트 29:가열공기덕트
30:온습도유지부 32:냉각수호스 37:연결라인
39:습공기덕트

Claims (4)

  1. 건조대상물을 수용하는 건조챔버와;
    압축기, 응축기, 팽창밸브, 증발기를 포함하며, 열을 생산하고 생산된 열을 가열공기덕트를 통해 상기 건조챔버 내에 공급하여 건조챔버내의 건조대상물을 건조시키는 히트펌프와;
    상기 히트펌프 내에서 순환하는 냉매를 공유하고, 상기 건조챔버 내에서 건조를 마치고 배출된 고온고습의 공기를 그 내부로 통과시키며 저온저습의 공기로 건조시킨 후 건조챔버로 다시 공급하는 재처리모듈과;
    상기 건조챔버의 과열시 재처리모듈에서 발생하는 응축수를 건조챔버 내부로 분무하여, 건조챔버 내부의 온도를 낮추는 냉각수단을 포함하고,
    상기 재처리모듈은; 연결라인 및 냉기순환튜브를 통해 히트펌프와 연결되며 히트펌프로부터 이격 배치된 것으로서,
    내부공간을 제공하며 외부에 대해 밀폐된 단열케이싱,
    상기 단열케이싱과 건조챔버를 연결하여 상기 건조챔버에서 배출되는 고온고습의 공기를 단열케이싱으로 유도하는 습공기덕트,
    상기 냉기순환튜브를 통해 상기 팽창밸브와 증발기의 사이에 연결되어, 팽창밸브로부터 증발기로 향하는 냉매의 일부를 그 내부로 통과시키는 것으로서, 상기 단열케이싱의 내부에 설치되며 상기 습증기덕트를 통해 단열케이싱 내부로 유입한 고온고습의 공기를 냉각시켜 공기의 절대습도를 낮추는 저온제습부,
    상기 단열케이싱의 내부에 상기 저온제습부와 대응 하도록 배치되고, 연결라인을 통해 상기 응축기와 팽창밸브 사이를 통과하는 냉매의 일부를 그 내부로 통과시키며 상기 저온제습부에 의해 저온저습 상태로 변화된 공기를 가열하여 공기의 상대습도를 낮추는 가열부,
    상기 단열케이싱과 건조챔버를 연결하여 가열부를 통과한 공기를 건조챔버로 유도하는 건공기덕트,
    상기 단열케이싱 내부의 저온제습부와 가열부의 사이에 수직으로 설치되어, 상기 저온제습부가 위치한 공간과, 가열부가 위치한 공간을 구획하는 것으로서, 판상의 형태를 취하며 상기 저온제습부에 의해 냉각 제습된 공기가 그 하부를 통과하여 상기 가열부로 이동하게 하는 밀봉쉘, 상기 밀봉쉘의 내부에 구비되며 밀봉쉘의 내벽면 양측에 밀착한 상태로 평행하게 이격된 냉각시트 및 발열시트, 상기 냉각시트 및 발열시트의 사이에 배치되는 다수의 펠티어소자가 포함된 펠티어플레이트를 갖는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 고온 제습 건조기.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 냉각수단은;
    상기 재처리모듈에서 발생하는 응축수를 임시 저장하는 저장탱크와,
    상기 저장탱크 내부의 냉각수를 건조챔버의 내부공간으로 유도하는 냉각수호스와,
    상기 냉각수호스의 단부에 설치되는 분사노즐과,
    상기 응축수를 펌핑하여 응축수가 분사노즐을 통해 건조챔버 내부공간으로 분무되게 하는 펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 고온 제습 건조기.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102055649B1 (ko) * 2019-05-23 2019-12-13 이상렬 건조기용 열교환기
KR20220075161A (ko) 2020-11-28 2022-06-07 주식회사 위드에코 응축수를 재활용하는 친환경 히트펌프

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