KR102233704B1 - 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기 및 이를 이용한 건조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명인 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기는, 챔버, 챔버의 내부에 배치되며, 수분을 제거하여 건조시키는 대상인 피건조물을 배치하는 지지 프레임, 챔버의 내부에 배치되며, 피건조물을 건조시키는 히트 펌프 유닛, 및 챔버의 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 유닛을 포함하여, 피건조물의 건조 성능을 향상시킬 수 있다.

Description

하이브리드 감압식 히트펌프 건조기 및 이를 이용한 건조방법 {Depressurizing-type heat pump dryer and drying method thereof}

본 발명은 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기 및 이를 이용한 건조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 건조 성능 향상 및 에너지 효율적 운영이 가능한 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기 및 이를 이용한 건조방법에 관한 것이다.

각종 농, 수산물들을 건조하는 농, 수산물 건조기에 대하여는 이미 등록실용신안 제414339호 및 특허 제736857호등을 제공한바 있으나, 이들은 건조기능 외에 제습기능은 찾아볼 수가 없어 건조과정에서 피 건조물이 수분에 의한 변질우려가 있고 또 열원인 유류는 갈수록 가격이 상승함에 따라 연료비가 비싸 이용가치가 점차 떨어지고 있는 실정이다.

따라서, 에너지 효율적 운영이 가능하면서, 건조 성능을 향상시킬 수 있는 건조기가 필요하다.

한국 등록특허공보 제10-1117786호

본 발명의 일 실시 예는, 건조 성능 및 경제적 운영이 가능한 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기는, 챔버, 챔버의 내부에 배치되며, 수분을 제거하여 건조시키는 대상인 피건조물을 배치하는 지지 프레임, 챔버의 내부에 배치되며, 피건조물을 건조시키는 히트 펌프 유닛, 및 챔버의 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 유닛을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 히트 펌프 유닛은, 콤프레서, 콤프레서에 연결된 응축기, 및 응축기에 연결된 증발기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 응축기는 챔버의 내부에 배치되어 피건조물에 열을 공급하는 메인 응축기와 챔버의 외부에 배치되어 챔버의 내부 온도를 조절하는 보조 응축기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 히트 펌프 유닛은, 증발기와 메인 응축기의 사이에 배치되어, 챔버 내부의 공기를 순환시키는 블로워를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 증발기에 연결된 드레인 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 드레인 유닛은, 증발기의 표면에서 응결된 수분을 포집하여 배수하는 배수관, 및 배수관에 연결된 진공 배수 펌프, 진공 배수 펌프에 연결된 저장 용기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 히트 펌프 유닛은, 증발기, 블로워 및 응축기를 수용하며, 챔버의 내부 공기의 유입구와 유출구를 가지는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 하우징의 유출구는 지지 프레임의 일면을 향하게 배치되는 것을 특징으로 한다.

또한, 지지 프레임에 배치되며, 피건조물을 받치는 복수의 트레이를 더 포함하며, 복수의 트레이 중 상부에 배치된 트레이와 하부에 배치된 트레이는 서로 나란한 것을 특징으로 한다.

또한, 압력 조절 유닛은 챔버에 연결된 챔버 진공 펌프를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 챔버는 압력 조절 유닛에 연결된 복수의 관통홀을 가지는 것을 특징으로 한다.

또한, 챔버는 원통 형상을 가지며, 챔버의 원형 단면상 복수의 관통홀들 원주 방향을 따라 소정 각도로 이격된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시 예에 따른 제1항의 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기를 이용한 피건조물의 건조 방법은 피건조물이 마련된 챔버의 내부 압력을 조절하는 단계, 블로워로 챔버의 내부 공기를 순환시키는 단계, 응축기로 챔버의 내부 공기를 가열하는 단계, 증발기로 챔버의 내부 공기에 함유된 수분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 챔버 내부를 감압시키고, 챔버의 내부 공기를 고온 건조한 상태로 유지하여 건조 성능을 향상시킴과 동시에 에너지 효율적 운영이 가능하다.

또한, 챔버의 내부에 메인 응축기를 배치하고, 챔버의 외부에 보조 응축기를 배치하여, 보조 응축기를 통해 챔버의 내부 공기의 온도를 소정 온도로 조절할 수 있다. 즉, 별도의 챔버의 내부 공기를 제어하기 위한 장치의 유무에 상관없이 히트 펌프 유닛의 구조상 챔버의 내부 공기의 온도를 소정 온도로 조절할 수 있다. 여기서, 챔버의 내부 공기의 온도는 약 섭씨 65도로 조절될 수 있다. 이에 의해, 에너지 효율적인 운영이 가능하다.

또한, 증발기, 블로워, 응축기를 하우징으로 둘러싸고, 하우징의 유출구를 트레이를 지지하는 지지 프레임의 일측에 배치하여 고온 건조한 내부 공기가 지지 프레임의 일측에서 타측까지 원통 형상의 챔버의 중심축을 따라 송풍 가능하다.

또한, 유출구 및 블로워를 지지 프레임의 하단과 상단의 사이에 복수로 배치하여, 고온 건조한 내부 공기가 지지 프레임의 하단에서 상단까지의 전체적으로 송풍 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기의 일 실시 예를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기의 정면에서 바라본 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기의 사시도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기의 반을 잘라 도시한 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기(10)의 일 실시 예를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 2는 도 1에 도시된 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기(10)의 정면에서 바라본 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기(10)의 사시도를 개략적으로 도시한 도면이며, 도 4는 도 3에 도시된 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기(10)의 반을 잘라 도시한 도면이다.

도 1 내지 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기(10)는 챔버(100), 챔버(100)의 내부에 배치된 지지 프레임(200), 히트 펌프 유닛(300), 및 압력 조절 유닛(400)을 포함한다.

챔버(100)는 내부에 공간을 가지는 원통 형상을 가질 수 있다. 챔버(100)는 그 내부의 압력을 감소시킬 수 있게 밀폐된 용기일 수 있다. 지지 프레임(200)은 챔버(100)의 내부에서 피건조물을 받치는 트레이(600)를 지지한다. 여기서, 피건조물은 함유된 수분을 제거하여 건조시키는 대상이다. 히트 펌프 유닛(300)은 챔버(100)의 내부 공기를 가열 및 순환시킨다. 또한, 히트 펌프 유닛(300)은 챔버(100)의 내부 공기에 함유된 수분을 제거하여, 건조 성능을 향상시킨다. 압력 조절 유닛(400)은 챔버(100)에 연결되어, 챔버(100)의 내부 압력을 감소시킨다. 이로써, 피건조물의 건조 성능을 향상시킬 수 있다.

히트 펌프 유닛(300)은 콤프레서(310), 콤프레서(310)에 연결된 응축기(330), 및 응축기(330)에 연결된 증발기(320)를 포함한다. 콤프레서(310)와 응축기(330)는 유체를 응축시켜, 열을 발산시킨다. 증발기(320)는 응축된 유체를 기화시켜 열을 흡수한다. 또한, 히트 펌프 유닛(300)은 블로워(340)를 더 포함한다. 블로워(340)는 증발기(320)와 메인 응축기(331)의 사이에 배치된다.

블로워(340)는 챔버 내부의 공기를 순환시킨다. 즉, 블로워(340)는 응축기(330)에서 가열된 내부 공기를 지지 프레임(200)의 일단에서 타단으로 유동시킨다. 내부 공기는 지지 프레임(200)의 타단에 인접한 챔버(100) 벽에 부딪혀 챔버(100)의 내주면과 지지 프레임(200)의 사이 공간을 통해 증발기(320)로 다시 유입된다.

응축기(330)는 챔버(100)의 내부 공기를 일정 온도로 가열한다. 응축기(330)는 가열된 공기를 트레이(600)로 공급할 수 있다. 증발기(320)는 챔버(100)의 내부 공기에 함유된 수분을 제거한다. 증발기(320)는 피건조물로부터 흡수하여 함유하고 있는 내부 공기 중 수분을 제거한다. 블로워(340)는 내부 공기를 계속 순환시켜, 트레이로 고온 건조한 공기를 계속적으로 공급할 수 있다.

한편, 응축기(330)는 메인 응축기(331)와 보조 응축기(333)를 포함할 수 있다. 메인 응축기(331)는 챔버(100)의 내부에 배치되고, 보조 응축기(333)는 챔버(110)의 외부에 배치된다. 메인 응축기(331)는 블로워(340)에 의해 순환하는 내부 공기를 일정 온도로 가열한다. 보조 응축기(333)는 메인 응축기(331)를 통과한 유체를 보조적으로 응축시킨다.

즉, 보조 응축기(333)는 메인 응축기(331)를 통해 내부 공기를 일정 온도로 유지하기 위해, 챔버(100)의 외부에서 유체를 보조적으로 응축시킨다. 따라서, 본 발명의 일 실시 예에 따른 히트 펌프 유닛(300)은 보조 응축기(333)를 통해 구조적으로 챔버(100)의 내부 공기의 온도를 일정 온도로 가열시킬 수 있다. 즉, 별도의 온도 조절 장치 없이도, 어느 정도의 범위에서 챔버(100)의 내부 공기의 온도를 조절할 수 있다. 따라서, 건조기의 경제적 운영이 가능하다.

드레인 유닛(500)은 배수관(510)과 진공 배수 펌프 및 저장 용기를 포함한다.배수관(510)은 증발기(320)의 표면에서 응결된 수분을 포집하여 배수한다. 진공 배수 펌프는 배수관(510)에 연결된다. 진공 배수 펌프는 챔버(100)의 내부의 압력이 감압된 경우, 챔버(100)의 내부로부터 포집된 수분을 챔버(100)의 외부로 배출시킬 수 있다. 챔버(100)의 내부 공기는 피건조물의 수분 제거를 위해, 고온 건조함을 유지해야 하므로 증발기(320)의 표면에서 응결된 수분을 챔버(100)의 외부로 배출해야 한다. 저장 용기는 진공 배수 펌프에 연결된다. 진공 배수 펌프에 의해 배출된 수분은 저장 용기에 저장된다.

한편, 히트 펌프 유닛(300)은 하우징(350)을 더 포함한다. 하우징(350)은 증발기(320), 블로워(340), 응축기(330)를 수용한다. 하우징(350)은 일면에 배치된 유입구(H3)와 타면에 배치된 유출구(H2)를 가진다. 원통 형상의 챔버(100)의 중심축을 따라 유입구(H3), 증발기(320), 블로워(340) 및 메인 응축기(331) 순서로 배치된다. 하우징(350)은 챔버(100)의 내부 공기를 가이드하여 유입구(H3), 증발기(320), 응축기(330), 유출구(H2)를 순서대로 거치도록 한다. 이에 의해, 챔버(100)의 내부 공기는 제습 및 가열되어 고온 건조한 상태로 트레이(600)에 공급될 수 있다. 한편, 하우징(350)은 별도의 서포팅 부재(미도시)에 의해 챔버(100)의 내부면으로부터 이격되게 배치될 수 있다. 따라서, 하우징(350) 내부의 소제 및 정비 등이 챔버(100)의 내부에서 수행될 수 있어 용이하다. 또한, 하우징(350)을 이격시켜, 챔버(100)의 내부 공기가 챔버(100)의 내부에서 순환하는 것을 유도 및 장애를 최소화할 수 있다.

지지 프레임(200)은 적어도 하나의 수평 프레임과 수직 프레임을 포함할 수 있다. 트레이(600)는 지지 프레임(200)에 의해 수평상 이격되어 배치될 수 있다. 또한, 트레이(600)는 지지 프레임(200)에 의해 수직상 이격되어 배치될 수 있다. 특히, 복수의 트레이(600)는 지지 프레임(200)의 하단에서 상단까지 서로 나란하게 배치될 수 있다. 즉, 복수의 트레이(600) 중 상부에 배치된 트레이(600)와 하부에 배치된 트레이(600)는 서로 나란하게 배치된다. 이에 의해, 유출구(H2)에서 송풍된 내부 공기는 상부 트레이(600)와 하부 트레이(600)의 사이 공간을 유동하면서, 피건조물을 건조시킬 수 있다.

압력 조절 유닛(400)은 챔버(100)에 연결되어 챔버(100)의 내부를 감압시킨다. 피건조물들이 감압된 상태에서 건조되면, 건조 성능이 향상될 수 있다. 일 실시 예로, 압력 조절 유닛(400)은 챔버(100)의 내부 압력을 -0.4 bar 에서 0 bar 까지의 범위에서 조절할 수 있다. 챔버(100)의 내부압력이 감압될수록 건조 성능은 향상된다. 그러나, 건조 성능과 소비 전력을 모두 고려할 때, 경제적인 챔버(100)의 내부압력은 -0.2bar로 조절하는 것이 바람직하다.

압력 조절 유닛(400)은 챔버(100)에 연결된 챔버 진공 펌프를 포함할 수 있다. 챔버 진공 펌프는 적어도 하나 배치될 수 있다. 한편, 챔버(100)는 압력 조절 유닛(400)에 연결되는 복수의 관통홀(H1)을 가질 수 있다. 건조 과정에서 챔버(100)의 내부 공기는 히트 펌프 유닛(300)에 의해 순환된다. 또한, 챔버(100)의 내부 압력은 감압된다. 따라서, 챔버(100)의 내부 압력 감압 시, 챔버(100)의 내부 공기의 순환에 영향을 미칠 수 있다.

이를 해결하기 위해, 복수의 관통홀(H1)은 원통 형상의 챔버(100)의 원형 단면상 원주 방향을 따라 소정 각도(a)로 이격된다. 즉, 복수의 관통홀(H1)들은 원통 형상의 챔버(100)의 원형 단면상 서로 간에 90도 간격으로 배치될 수 있다. 복수의 관통홀(H1)들이 일정 간격으로 배치되므로, 챔버(100)의 내부 감압이 챔버(100)의 내부 공기 순환에 미치는 영향을 최소화할 수 있다. 일 실시 예로, 어느 하나의 관통홀(H1)은 원형 단면상 12시 방향에 배치될 수 있다. 다른 하나의 관통홀(H1)은 원형 단면상 3시 방향에 배치될 수 있다. 또 다른 하나의 관통홀(H1)은 6시 방향에 배치될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시 예에 따른 피건조물의 건조 방법은 피건조물이 마련된 챔버(100)의 내부 압력을 조절하는 단계, 블로워(340)로 챔버(100)의 내부 공기를 순환시키는 단계, 응축기(330)로 챔버(100)의 내부 공기를 가열하는 단계, 및 증발기(320)로 챔버(100)의 내부 공기에 함유된 수분을 제거하는 단계를 포함한다.

챔버(100)의 내부 압력은 -0.4 bar 에서 0 bar의 범위로 감압될 수 있다. 특히, 소비 전력 및 건조 성능을 고려한 경제적 운영은 - 0.2 bar 이다. 블로워(340)는 고온 건조 상태의 챔버(100)의 내부 공기를 트레이(600)에 공급한다. 트레이(600) 상 배치된 피건조물에서 흡수한 수분은 증발기(320)를 통해 제거된다. 한편, 챔버(100)의 내부 공기는 응축기(330)를 통해 약 섭씨 65도로 가열될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10 : 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기
100 : 챔버
200 : 지지 프레임
300 : 히트 펌프 유닛
400 : 압력 조절 유닛
500 : 드레인 유닛
600 : 트레이

Claims (13)

1. 챔버;
   상기 챔버의 내부에 배치되며, 수분을 제거하여 건조시키는 대상인 피건조물을 배치하는 지지 프레임;
   상기 챔버의 내부에 배치되며, 상기 피건조물을 건조시키는 히트 펌프 유닛; 및
   상기 챔버의 내부의 압력을 조절하는 압력 조절 유닛을 포함하며,
   상기 압력 조절 유닛은 상기 챔버에 연결된 챔버 진공 펌프를 포함하고,
   상기 챔버는 상기 압력 조절 유닛에 연결된 복수의 관통홀을 가지며,
   상기 챔버는 원통 형상으로 이루어지되, 원형 단면상 복수의 관통홀들이 원주 방향을 따라 소정 각도로 이격된 것을 특징으로 하는 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 히트 펌프 유닛은,
   콤프레서;
   상기 콤프레서에 연결된 응축기; 및
   상기 응축기에 연결된 증발기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 응축기는,
   상기 챔버의 내부에 배치되어 상기 피건조물에 열을 공급하는 메인 응축기와 상기 챔버의 외부에 배치되어 상기 챔버의 내부 온도를 조절하는 보조 응축기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기.
   
4. 청구항 3에 있어서, 상기 히트 펌프 유닛은,
   상기 증발기와 상기 메인 응축기의 사이에 배치되어, 상기 챔버 내부의 공기를 순환시키는 블로워를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기.
   
5. 청구항 3에 있어서,
   상기 증발기에 연결된 드레인 유닛을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 감압식 히트 펌프 건조기.
   
6. 청구항 5에 있어서,
   상기 드레인 유닛은,
   상기 증발기의 표면에서 응결된 수분을 포집하여 배수하는 배수관;
   상기 배수관에 연결된 진공 배수 펌프; 및
   상기 진공 배수 펌프에 연결된 저장 용기를 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기.
   
7. 청구항 4에 있어서, 상기 히트 펌프 유닛은,
   상기 증발기, 상기 블로워 및 상기 응축기를 수용하며, 상기 챔버의 내부 공기의 유입구와 유출구를 가지는 하우징을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기.
   
8. 청구항 7에 있어서,
   상기 하우징의 유입구 및 유출구는 상기 지지 프레임의 일면을 향하게 배치되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기.
   
9. 청구항 1에 있어서,
   상기 지지 프레임에 배치되며, 상기 피건조물을 받치는 복수의 트레이를 더 포함하며,
   상기 복수의 트레이 중 상부에 배치된 트레이와 하부에 배치된 트레이는 서로 나란한 것을 특징으로 하는 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기.
   
10. 삭제
11. 삭제
12. 삭제
13. 제1항의 하이브리드 감압식 히트펌프 건조기를 이용한 피건조물의 건조 방법에 있어서,
    상기 피건조물이 마련된 상기 챔버의 내부 압력을 조절하는 단계;
    블로워로 챔버의 내부 공기를 순환시키는 단계;
    응축기로 챔버의 내부 공기를 가열하는 단계;
    증발기로 챔버의 내부 공기에 함유된 수분을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 피건조물의 건조 방법.
    

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