KR102327721B1

KR102327721B1 - 하이브리드 건조기

Info

Publication number: KR102327721B1
Application number: KR1020210098139A
Authority: KR
Inventors: 김상민; 나은수
Original assignee: 김상민
Priority date: 2021-07-26
Filing date: 2021-07-26
Publication date: 2021-11-17

Abstract

본 발명은 다양한 물성의 부정형 피건조물의 파쇄 및 건조에 적용되며, 폐열을 회수하지 않고도 가능한 최대의 투입 열량을 건조에 활용할 수 있는 건조기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 (A) 내부공간에 피건조물을 투입하기 위한 투입구 및 건조결과물을 내부공간에서 배출하기 위한 배출구를 가지며, 하기 벨트 컨베이어와 스크루를 내장하는 건조처리실; (B) 상기 건조처리실 내부공간의 상부에 건조처리실의 종축 방향으로 설치된 벨트 컨베이어; (C) 상기 벨트 컨베이어와 건조처리실 하면 사이에 종축 방향으로 설치된 하나 또는 복수개의 스크루; (D) 최소한 상기 건조처리실의 하면으로 직간접으로 열을 공급하는 열공급수단; 및 (E) 상기 건조처리실 상부로부터 내부의 함습배기를 배기하는 배기수단;을 포함하는 하이브리드 건조기에 관한 것이다.

Description

하이브리드 건조기{Hybrid Dryer}

본 발명은 다양한 물성의 부정형 피건조물의 파쇄 및 건조에 적용되며, 폐열을 회수하지 않고도 가능한 최대의 투입 열량을 건조에 활용할 수 있는 건조기에 관한 것이다.

식품 및 화공분야의 생산공정 및 하수처리장, 축산폐수처리장, 각종 산업현장에서 발생되는 피건조물에서 목표건조 함수율은 후속공정의 요구조건에 따라 매우 다양하게 나타난다. 예를 들면 수산화마그네슘은 함수율 40% 수준에서 2%까지 건조되어야 하지만, 하수슬러지는 퇴비화를 위해서는 함수율 87%를 50% 수준으로, 연료화를 위해서는 10% 이하로 건조되어야 한다. 농산물은 단순 유통보관을 위해서는 10~15%, 분말화를 위해서는 5~10% 이하로 건조되어야 하는 것으로 알려져 있다. 이렇듯 산업현장에 따라 매우 다양한 건조조건은 건조생성물의 후속처리까지 고려해야 되는 매우 복합적인 기술이 필요하다.

예를 들면, 벼, 고추, 미역, 목재 등과 같이 피건조물의 형태가 유지되어야 하는 일부 사례를 제외한 각종 슬러지, 폐기물, 과일박 등의 부정형 피건조물을 건조하기 위해서 벨트 컨베이어(belt conveyor)나 스크루 컨베이어(screw conveyor)와 같이 피건조물을 이송시키면서 열을 가하여 건조하는 이송식 건조기가 널리 이용되고 있다.

등록특허 10-2151062(탈수 슬러지 건조기; 등록특허 10-0884254도 기본적으로 유사함)는, 상측과 하측에 투입구와 배출구가 형성되고, 가열수단에 의해 내부가 가열되며, 상측으로 증기배출관이 구비된 본체의 내측에 통공식 벨트 컨베이어를 다단으로 설치하여 슬러지를 이송토록 하며, 투입구에는 슬러지를 얇게 편 상태로 벨트 컨베이어에 공급하는 공급부를 설치한 탈수 슬러지 건조기에 관한 것이다(도 1a 참조). 이에 의하면 벨트 컨베이어 위에 얇게 펼쳐진 슬러지가 이송되면서 통공을 통한 열풍에 의해 건조되는 효과를 얻게 된다. 그러나 이에 의하면 ㉮ 모든 벨트 위에 슬러지가 쌓여 있는 것이어서 가열수단을 통해 공급된 열풍이 여러 단의 벨트 컨베이어를 통과하지 못하고 저항이 적은 측벽 사이를 따라 유동하므로 건조가 효과적으로 이루어지지 못하고 ㉯ 넓게 펼쳐야 하기 때문에 처리되는 슬러지 용량 대비 장치의 크기가 커야 하며, ㉰ 슬러지 이외의 다른 비정형 대상물의 건조가 용이하지 않다는 문제가 있다. 통상 통공식 벨트의 통공이 막히는 문제를 캠부재에 의한 요동과 에어노즐에 의한 고압공기 분사로 해결하고자 하지만 ㉱ 이들이 부가되면서 장치가 복잡해질 뿐 아니라, 고압공기에 의해 발생한 비산먼지가 증기배출관을 통해 함께 배출되므로 후처리가 용이하지 않게 되며, 이들에 의해 통공 막힘 문제가 해소되기 쉽지 않아 보인다.

공개특허 10-2019-0042364(공기 유동 경로제어 기능을 갖는 벨트식 슬러지 건조 장치)에는, 공기의 유동 방향을 가변하는 분할모듈을 설치하여 하부에서 유입되는 공기가 다단의 이송모듈 사이를 통과하며 슬러지를 건조하고 상부로 유출되게 하는 다단 벨트 컨베이어식 건조기가 개시되어 있다(도 1b 참조). 이에 의하면 공급된 열풍이 차단모듈에 의해 유동방향이 제한되므로 여러 단의 벨트 컨베이어 모두를 거쳐서 통과하는 효과를 얻을 수 있다. 그러나 ㉮ 이를 위해 벨트 컨베이어 시스템의 일부를 본체의 외부로 노출시켜야 하는 등 과도하게 복잡한 구조가 될 뿐 아니라, ㉯ 열풍이 벨트에 적재된 슬러지를 관통하지 못하고 슬러지의 표면만 건조시키게 된다.

이들 벨트 컨베이어 건조기는 피건조물이 벨트 위에 펼쳐진 상태로 건조되므로 덩어리진 상태로 투입되는 스크루 컨베이어 건조기에 비해 비교적 비표면적이 크다. 따라서 초기에는 다소 효과적인 열교환이 이루어지지만 건조중간단계부터 급격한 피건조물의 체적감소에 의해 생기는 빈공간으로 건조열풍이 충분한 열교환을 하지 못하고 곧바로 배기로 유입되기 때문에 건조 중반 이후에는 건조효율이 낮아지는 경향이 있다.

스크루 컨베이어 건조기(이하 '스크루건조기'라 약칭함)는 회전하는 축봉의 외주면에 날개부가 결합되어 있는 스크루가 건조공간 내부에 설치되어 적절한 구동장치로 스크루를 회전시키면서 분체, 액체 또는 고형물 등을 이송시키는 스크루 컨베이어에 열풍(건조방)식과 열전도(건조방)식 또는 적외선가열방식으로 열을 가하여 피건조물을 이송하면서 건조하는 장치이다. 그러나 종래 스크루건조기는 대체로 단단한 고형이거나 점도가 높은 슬러리 상태(비표면적이 낮은 상태)로 투입된 피건조물을 단순히 이송하면서 건조시키기 때문에 특히 초기 건조효율이 상당히 낮으며, 나아가 피이송 물체가 중간에서 압축되어 덩어리가 됨으로써 건조효율을 낮추거나 심하면 스크루의 작동이 멈추게 되는 문제가 종종 발생한다.

공개특허 10-2009-0001350(파쇄·교반·이송 기능을 가진 스크루, 이 스크루가 장착된 스크루건조기 및 다단 스크루건조기 시스템; 도 1c 참조) 및 등록특허 10-1980538(슬러지 건조기; 도 1d 참조)은, 불연속적인 스크루 날개부를 채용함으로써 전단력에 의해 피건조물이 이송과 동시에 파쇄·교반되도록 하는 건조기에 관한 것이다. 이에 의하면 피건조물이 계속 파쇄·교반에 의해 파편화되어 비표면적이 커지므로 건조 효율을 증대시키는 효과가 있다. 그러나 피건조물이 덩어리가 큰 고형물이거나 점도가 높은 슬러리인 경우 투입된 초기(도면에서 청색원으로 표시한 부분)에는 불연속 스크루 날개부에 의해서도 충분한 파쇄·교반이 어렵기 때문에 초기 건조효율이 낮은 문제는 여전히 남아 있다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 열에 의해 증발된 수분함유 공기가 피건조물에 영향을 주지 않도록 건조공간 상부에 상당한 크기의 여유공간, 또는 길이방향으로 복수의 공기배출수단을 두어야 한다.

한편, 어떤 유형의 건조기이건 고온건조 공기를 직간접적으로 공급하고 피건조물로부터 증발된 수분을 함유한 공기를 배출하고 있다. 이때 배기는 여전히 상당히 고온이어서 이를 그대로 외부로 방출하는 것은 환경오염과 에너지의 낭비를 가져온다. 이에 열교환기 또는 재열사이클을 활용한 다양한 폐열 회수장치가 제시되고 있다. 폐열 회수장치를 채용함으로써 에너지 소비를 줄이는 효과는 있지만, 이를 위해 별도의 복잡한 파이프라인, 열회수를 위한 각종 장비 등이 추가로 설치되기 때문에 초기 비용이 증가하고 유지관리에 어려움이 초래되는 반대급부를 감수해야 한다.

등록특허 10-2151062 공개특허 10-2019-0042364 공개특허 10-2009-0001350 등록특허 10-1980538

본 발명은 이상과 같은 종래기술의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로, 비교적 단단한 고형분이거나 점도가 높은 슬러리와 같은 피건조물이라도 적절하고 경제적으로 건조할 수 있는 하이브리드 건조기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 별도의 폐열 회수시스템이 없이도 배기공기 중의 에너지를 충분히 활용할 수 있는 하이브리드 건조기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은

(A) 내부공간에 피건조물을 투입하기 위한 투입구 및 건조결과물을 내부공간에서 배출하기 위한 배출구를 가지며, 하기 벨트 컨베이어와 스크루를 내장하는 건조처리실; (B) 상기 건조처리실 내부공간의 상부에 건조처리실의 종축 방향으로 설치된 벨트 컨베이어; (C) 상기 벨트 컨베이어와 건조처리실 하면 사이에 종축 방향으로 설치된 하나 또는 복수개의 스크루; (D) 최소한 상기 건조처리실의 하면으로 직간접으로 열을 공급하는 열공급수단; 및 (E) 상기 건조처리실 상부로부터 내부의 함습배기를 배기하는 배기수단;을 포함하는 하이브리드 건조기인 것을 특징으로 한다.

이상과 같이 본 발명의 하이브리드 건조기에 의하면, 아래로부터 열공급수단-스크루-벨트 컨베이어 순서로 건조처리실 내에 수직으로 배치함으로써 별도의 폐열 회수시스템을 사용하지 않고 투입되는 피건조물을 전단 방향인 상부의 벨트 컨베이어에서 직접 예열 및 건조하는 방식으로 열교환이 이루어지게 함으로써 기존장치에 비해서 단순 구조이면서도 열효율을 높일 수 있게 된다.

도 1a와 1b는 각각 종래 벨트 컨베이어 건조기의 예시적 도면.
도 1c와 1d는 각각 종래 스크루 컨베이어 건조기의 예시적 도면.
도 2는 본 발명에 의한 하이브리드 건조기의 개념적 종단면도
도 3은 본 발명에 적용할 수 있는 금속재질 벨트의 예시적 사진.
도 4는 본 발명에 적용될 수 있는 스크레퍼의 예시도.
도 5는 본 발명에 적용될 수 있는 다양한 스크루의 예를 보여주는 사진과 도면.
도 6a 및 6b는 각각 본 발명 및 종래기술에서 열풍공급부와 폐색방지패드를 보여주는 도면과 사진.
도 7a는 연속식 건조기에서 처리시간에 따른 피건조물의 온도와 함수율, 건조열풍의 온도와 함수율을 보여주는 건조곡선.
도 7b는 본 발명에 의한 건조기에서의 건조곡선.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

전술하였듯이 본 발명은 건조처리실(10), 상기 건조처리실(10)에 내장된 벨트 컨베이어(20)와 스크루(30), 열공급수단(40) 및 배기수단(50)을 포함하는 하이브리드 건조기에 관한 것이다. 이러한 본 발명에 의한 하이브리드 건조기 일예의 개념적 종단면도를 도 2에 도시하였다. 이하 설명의 편의를 위해 도면을 기준으로 상하좌우(위, 아래, 왼쪽, 오른쪽)를 표현하기로 한다. 도면에서 피건조물의 이송방향을 적색 화살표로, 건조열풍의 유동방향을 청색 화살표로 표시하였다.

본 발명에서 상기 건조처리실(10)은, 대략 컨테이너 형태로서 내부공간으로 피건조물을 투입하기 위한 투입구(11) 및 건조결과물을 내부공간에서 배출하기 위한 배출구(12)를 가지며, 이송수단인 벨트 컨베이어(20)와 스크루(30)를 내장하고 있다. 뒤에서 설명하겠지만 본 발명에 의한 건조기에서 상부의 이송수단인 벨트 컨베이어(20)가 피건조물을 좌에서 우로 이송하고, 하부의 스크루(30)가 피건조물을 우에서 좌로 이송하므로 상기 투입구(11)와 배출구(12)는 좌측말단 위아래에 형성된다.

본 발명에서 상기 벨트 컨베이어(20)는, 위상학적으로 원형으로 연결된 벨트와 벨트에 구동력을 전달하는 최소한 양단의 롤러로 이루어져 있고 상기 건조처리실(10) 내부공간의 상부에 건조처리실(10)의 종축 방향으로 설치된다. 투입구(11)로 투입된 피건조물은 벨트 컨베이어(20) 위에서 연속하여 순차적으로 좌에서 우로 이송된다. 이때 당연히 벨트 컨베이어(20)를 구동할 수 있는 제어장치, 구동모터, 전동장치 등으로 구성된 벨트 컨베어어 구동부가 바람직하게는 상기 건조처리실(10) 외부에 설치된다(도시 생략).

뒤에서 다시 설명되지만, 투입된 피건조물이 벨트 컨베이어(20)에서 이송되는 과정에서 하부로부터 낮은 함수율과 충분히 높은 온도의 건조열풍이 상승하면서 피건조물에 열을 공급하게 된다. 따라서 건조열풍이 벨트를 직접 통과하여 피건조물과 접촉이 원활히 이루어지도록 상기 벨트가 통기성 구조이면서 열수축, 팽창이 적은 금속 또는 PP 등의 석유화학소재 등이 바람직하다. 도 3에 본 발명에 적용할 수 있는 금속재질의 벨트, 금속 재질이고 통기성 구조인 금속와이어베시벨트와 금속판메시벨트의 사진을 예시하였다.

특히 점성이 높은 피건조물일 경우 벨트 컨베이어(20)의 하류 말단에서 일부가 벨트에 잔류하면서 벨트에 있는 통기구를 막을 가능성이 있다. 이렇게 통기구가 막히면 벨트를 직접 통과하는 건조열풍의 양이 줄어들면서 건조효율이 감소하게 된다. 이렇게 피건조물이 벨트에 잔류하는 것을 방지하기 위하여, 벨트 컨베이어(20)의 하류측 롤러 부근 하단의 벨트가 통과하는 공간 저면 또는 저면과 상면에 벨트에 잔류하는 피건조물을 제거하기 위한 스크레퍼(21)를 하나 또는 복수개 두는 것이 바람직하다. 도 3에는 벨트 컨베이어(20) 하류 말단의 저면에 하나의 스크레퍼(21)가 장착된 것을 예시하였다.

스크레퍼(21)가 장착될 때, 스크레퍼(21)와 벨트가 직접 접촉하는 경우 스크레퍼(21) 또는 벨트가 마찰에 의해 손상되기 쉽다. 따라서 스크레퍼(21)와 벨트는 소정간격, 예를 들면 수 ㎜~1 ㎝ 이격되어 있는 것이 바람직하고, 스크레퍼(21)는 잔류하는 피건조물이 있는 부분만 탄성적으로 밀렸다가 복귀될 수 있도록 하는 것이 좋다. 이를 위해 상기 스크레퍼(21)는, 소정 폭을 가지는 판형 또는 막대형 금속탄성핀이 일렬로 배열된 구조이고 핀의 말단이 벨트의 표면과 소정 간격 이격되어 장착되어 있는 것이 바람직하다. 이때 스크레퍼(21) 말단이 벨트 이동방향에 대하여 직각으로 배치되거나, 경우에 따라서는 비스듬하게 배치될 수도 있을 것이다. 도 4에 판형과 막대형 금속탄성핀으로 이루어진 스크레퍼(21)의 예를 도시하였다. 이때 금속탄성핀의 규격, 사이의 간격 등은 필요에 따라 적절히 선택할 수 있을 것이다. 이에 의하면 벨트에 강하게 부착된 피건조물 조각이 있으면 그와 접하게 되는 탄성핀만 휘었다가 원상복귀되므로 스크레퍼(21)나 벨트가 손상되는 일이 발생되지 않으면서 대부분의 잔류물들이 제거된다.

본 발명에서 상기 스크루(30)는, 상기 벨트 컨베이어(20)와 건조처리실(10) 하면 사이에 종축 방향으로 상기 벨트 컨베이어(20)의 우측 말단에서 낙하하는 피건조물을 우에서 좌로 이송하는 기능을 한다. 스크루(30)는 건조기의 사양(처리 용량, 처리조건 등)과 피건조물의 물성 등을 고려하여 하나 또는 복수개 설치될 수 있을 것이다.

상기 스크루(30)의 상류(즉, 도면에서 우측)에 낙하되는 피건조물은 벨트 컨베이어(20)로 이송되면서 온도가 상승하고 다소간의 건조가 이루어진 상태이다. 따라서 전형적인 스크루건조기의 경우에 비해 피건조물이 고점도에 의해 덩어리지거나 스크루(30)의 작동을 멈추게 하는 일은 발생하지 않는다. 그러나 건조열풍과의 접촉면적을 넓혀 효율적인 건조가 이루어지도록 낙하된 피건조물이 계속해서 파쇄·교반되도록 하는 것이 바람직하다. 따라서 본 발명에서 스크루(30) 날개부는, 단순한 연속 스크루형 뿐만 아니라, 파쇄·교반이 용이하도록 분할 스크루형, 프로펠러형, 나선으로 배열된 패들형 또는 나선으로 배열된 막대형인 스크루핀으로 이루어지도록 하는 것이 좋다. 분할 스크루형이나 패들형, 막대형 스크루핀인 경우 각각의 스크루핀은 전통적인 이송기능을 하면서 동시에 개별적으로 회전칼날의 기능을 하게 된다. 따라서 피건조물은 스크루핀에 의해 타격을 받으면서 용이하게 파쇄ㆍ교반ㆍ이송될 뿐만 아니라, 이러한 최적의 전단력과 마찰력에 의해 피건조물이 스크루핀에 달라붙는 현상이 방지된다. 도 5에 본 발명에 적용될 수 있는 다양한 스크루(30)의 예를 도시하였는데, 어떤 종류와 규격의 스크루를 채택할 것인지는 역시 건조기의 사양과 피건조물의 물성 등을 고려하여 적절하게 정할 수 있을 것이다.

당연히 스크루(30)를 구동할 수 있는 제어장치, 구동모터, 전동장치 등으로 구성된 스크루 구동부가 바람직하게는 상기 건조처리실(10) 외부에 설치된다(도시 생략).

본 발명에서 상기 열공급수단(40)은, 상기 건조처리실(10)의 하면 또는 하면과 하부 측면, 또는 스크루(30) 축에 피건조물의 건조를 위한 에너지 즉, 열을 공급하는 기능을 하는 요소이다. 열공급수단(40)은 열풍식으로 운전될 수 있으며 어떤 종류의 열원이라도 사용 가능하다. 직접열풍식은 열풍발생기에서 연소열과 외기와 혼합된 요구되어지는 최적온도 건조열풍(고온건조공기)을 건조처리실(10)에 유입시켜 피건조물과 건조열풍을 직접 접촉시켜 건조하는 운전방식을 의미하고, 간접열풍식은 증기, 열매유, 온수 등의 열원을 열교환기에 공급하여 외기와 열교환하여 건조열풍을 발생시키는 운전방식을 의미한다. 또한 필요시 건조실 내벽 및 내부구조에 열적 교환 수단을 장착하여 건조효율을 향상시키는 보조수단으로 활용할 수 있다. 열공급수단(40)은 통상 버너와 같은 열발생장치와 증기와 같은 열매체 열교환기 및 발생된 건조열공기를 건조처리실(10)로 이송시키는 송풍장치를 포함하고 있다.

도 3에 도시된 건조기는 직접열풍식인데, 다음과 같은 구조로 될 수 있다. 상기 열공급수단(40)은 최소한 상기 건조처리실(10)의 하면 외부를 감싸는 열공급실(41)을 가지며, 상기 열공급실(41)과 건조처리실(10) 사이에 다수의 건조열풍공급구(42)가 형성된다. 이때 건조열풍공급구(42)의 열공급실(41)측 내면 즉, 건조처리실(10) 외부에 피건조물에 의한 구멍 막힘을 방지하는 일측이 개방된 폐색방지패드(43)가 설치되는 것이 좋다. 도 6a에 열공급실(41)측을 바라본 폐색방지패드(43) 일예의 저면에서 바라본 사시도 및 종방향 수직단면도를 도시하였다. 도면에서 건조열풍이 공급되는 방향(적색 화살표)은 건조처리실(10)에서 스크루(30)에 의한 피건조물의 이송방향과 같도록 한다. 도 6b에 종래기술(등록특허 10-1780983 및 공개특허 10-2009-0001350)에 첨부된 건조열풍공급구(42)의 막힘을 방지하기 위해 건조처리실(10)측 내면에 구멍 막힘을 방지하는 폐색방지패드(43)가 설치된 예 사진과 이것이 적용된 건조기의 단면도(좌우를 반전함)를 첨부하였다. 도 6b에서 볼 수 있듯이, 폐색방지패드(43)가 건조처리실(10)측에 형성되는 경우 건조처리실(10) 저면보다 높게 되기 때문에 어쩔 수 없이 스크루(30) 날개의 영향을 받지 않는 죽은 공간(dead space)이 발생하고 폐색방지패드(43)의 돌출부에 피건조물이 걸려서 굳어버리는 현상도 나타난다. 또한 종래기술에 의한 폐색방지패드(43)는 계속해서 이송되는 피건조물과 마찰되므로 상당히 강한 재질로 강하게 용접되어야 한다. 이에 반하여 폐색방지패드(43)가 건조처리실(10) 밖 즉, 열공급실(41)측에 형성되면 폐색방지패드(43)에 의한 죽은 공간이나 피건조물이 폐색방지패드(43)에 걸린다는 개념 자체가 없어진다. 또한 본 발명에 의하면 폐색방지패드(43)가 공기와의 접촉을 제외한 다른 물리적 접촉이 없기 때문에 최대한 얇은 금속판을 소재로 할 수 있고, 이에 따라 다양한 형태로 제작하는 것이 가능하다.

이러한 직화방식에 의해, 상기 열공급수단(40)을 구성하는 열발생장치에서 발생한 고온의 건조공기가 송풍장치에 의해 고압으로 열공급실(41)로 공급되고, 이어서 건조열풍공급구(42)를 통해 건조처리실(10)의 내부로 직접 공급된다. 이때, 열효율을 높이기 위하여 스크루(30)의 후방(좌측)으로 갈수록 즉, 스크루 추력 반대방향으로 갈수록 건조열풍공급구(42) 밀도(설치개수)가 줄어들게 하는 것도 고려할 수 있다.

한편, 건조처리실(10)의 하면에서 공급된 건조열풍은 가능하면 혼합되지 않고 바로 직상방의 벨트 컨베이어(20)를 통과하는 것이 좋다. 이를 위해 벨트 컨베이어(20)와 스크루(30) 사이에 종축 방향에 수직인 차단판을 하나 또는 복수개 추가로 설치하는 것도 좋을 것이다(도시 생략). 이에 의해 벨트 컨베이어(20) 하부가 고온건조열풍공급영역과 상대적으로 저온건조열풍공급영역으로 구획되고 그에 따라 벨트 컨베이어(20) 상류(좌측)의 초기 투입 피건조물이 더 고온건조열풍과 열-물질교환하게 되므로 열효율이 더욱 증대될 수 있다.

본 발명에서 상기 배기수단(50)은, 상기 건조처리실(10) 상부로부터 내부의 함습공기를 배기하는 역할을 하는 것으로서 소정의 매니폴더와 배기팬 및 공기정화장치로 구성될 수 있다. 비교적 고온의 함습공기가 배기되면서 온도가 낮아지면 응축수가 발생하게 되는데, 이 응축수는 후단의 배기팬이나 공기정화장치에 부하를 증가시키고 이들 고장의 원인이 될 수 있다. 따라서 본 발명에서 상기 배기수단(50)의 배기팬 전방에 하나 또는 복수개의 응축수 제거장치(도시 생략)를 두는 것이 좋다. 이때 응축수 제거효율을 높이기 위해 응축수제거장치 상부에 응축수포집배플을 둘 수 있다. 이에 의해 배기 중의 응축수가 응축수포집배플에 포집된 후 응축수제거장치로 낙하되므로 응축수 제거가 더욱 효과적으로 이루어지게 된다.

이상과 같은 본 발명에 의한 하이브리드 건조기의 작동과정에서의 열과 물질의 변화에 대해 살펴본다.

종래기술과 같은 통상의 건조기에서 피건조물을 고온건조공기와 접촉시키면 함수율과 온도는 건조시간(연속식인 경우 건조거리와 같은 의미)에 따라 도 7a의 건조곡선과 같이 3단계로 변화한다. 도면에서 배기온도, 배기습도는 피건조물과의 열교환이 끝난, 배기구 쪽에서의 값이다.

예열구간(I)에서 피건조물은 열풍에 의해 가열되는데, 재료의 온도가 아직 충분히 상승하지 않았기 때문에 증발이 활발하지 않다. 따라서 재료의 함수율은 약간 감소하며 재료를 통과한 건조열풍은 아직 많은 열량을 가지며, 수분함량은 많지 않다. 항률건조구간(II)에서 피건조물에 전달되는 열량은 모두 이 수분의 증발열로 사용되므로 재료의 온도는 변화하지 않는다. 반면, 다량의 수분이 증발하므로 함수율은 비교적 빠른 일정한 속도로 감소되는데, 따라서 이때 재료를 통과한 열풍(배기)은 상당한 수분을 함유하고 있다(그러나 습도는 피건조물의 것에 비해 상당히 낮음). 감률건조구간(III)에서 피건조물 내부의 수분 이동이 표면으로부터의 증발을 따르지 못하면 재료의 온도는 표면부터 차츰 상승한다. 건조열풍과 피건조물의 온도차는 점점 줄어들게 된다. 따라서 건조 목표는 요구되어지는 제품의 함수율 정도에 따라 건조공정은 그 이전에 종료될 수도 있다.

개괄적으로 보면, 본 발명은 건조곡선을 예열구간과 나머지 항률건조구간~감률건조구간을 공간적으로 분리하고, 예열구간을 늘려서 상부의 벨트 컨베이어(20)에서, 항률건조구간~감률건조구간을 하부의 스크루(30)에서 이루어지도록 하여 공급되는 건조열풍을 2회에 걸쳐 피건조물과 접촉되도록 한 것이다. 이때 벨트 컨베이어(20)의 이송방향은 좌에서 우, 스크루(30)의 이송방향은 우에서 좌로 반대로 되어 있다. 이러한 본 발명에 의한 건조기의 공간적 특성을 반영한 건조곡선을 도 6b에 도시하였다. 도 7b에서, 건조열풍이 아래에서 위로 유동하는데 이의 표시는 생략하였고, 피건조물의 이송방향은 녹색 화살표로 표시하였다.

도 7b로부터 추론할 수 있듯이, 건조기의 하부 스크루(30) 영역은 항률건조구간과 감률건조구간이어서 피건조물을 통과한 건조열풍('1차배기'라 칭하기로 함)의 평균 온도와 평균 습도는 처음 공급된 건조열풍('초기열풍'이라 칭하기로 함)의 그것보다 다소 낮고 다소 높지만, 여전히 높은 온도와 열량을 보유하고 있다. 이어서 1차배기는 건조기 상부 벨트 컨베이어(20)로 공급되어 투입된 피건조물을 예열하는 방식으로 재활용된다. 이때 벨트 컨베이어(20)로 공급되는 건조열풍(=1차배기)은 초기열풍보다 온도가 다소 낮고 수분을 다소 함유하고 있지만 여전히 충분한 열량을 보유하고 있고, 도 6a에 도시된 통상의 건조기에서와는 달리 예열구간을 시간적/공간적으로 크게 확장하였기 때문에 피건조물은 예열과 나아가서는 건조 초기까지 이를 수 있게 되는 것이다.

종래 건조기에서 1회 열교환된 배기공기를 그대로 방출하여 에너지를 낭비하거나, 열교환수단을 추가로 설치하여 배기공기 중의 열에너지를 회수하여 재사용하였다. 그러나 위에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 하이브리드 건조기에 의하면, 별도의 추가 설비 없이 건조 후단(스크루 영역)에서 배기되는 1차배기를 그보다 훨씬 낮은 온도와 훨씬 높은 함수율을 가진 전단(벨트 컨베이어 영역)의 피건조물에 가하여 직접 피건조물의 예열 및 건조가 이루어지게 하였다. 따라서 본 발명에 의하면, 종래 건조기에 비해서 3~5%의 열효율 향상과, 배기재순환에 따른 급기장치의 복잡성을 줄임으로써 설비비 및 운영비 2~5%의 감소효과를 기대할 수 있다.

10. 건조처리실
11. 투입구 12. 배출구
20. 벨트 컨베이어
21. 스크레퍼
30. 스크루
40. 열공급수단
41. 열공급실 42. 건조열풍공급구 43. 폐색방지패드
50. 배기수단

Claims

(A) 내부공간으로 피건조물을 투입하기 위한 투입구 및 건조결과물을 내부공간에서 배출하기 위한 배출구를 가지며, 하기 벨트 컨베이어와 스크루를 내장하는 건조처리실;
(B) 상기 건조처리실 내부공간의 상부에 건조처리실의 종축 방향으로 설치된 벨트 컨베이어;
(C) 상기 벨트 컨베이어와 건조처리실 하면 사이에 종축 방향으로 설치된 하나 또는 복수개의 스크루;
(D) 최소한 상기 건조처리실의 하면으로 직간접으로 열을 공급하는 열공급수단; 및
(E) 상기 건조처리실 상부로부터 내부의 함습배기를 배기하는 배기수단;을 포함하는 하이브리드 건조기.
청구항 1에 있어서,
상기 벨트는 통기성 구조인 것을 특징으로 하는 하이브리드 건조기.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 벨트 컨베이어의 하류측 롤러 부근 하단의 벨트가 통과하는 공간의 저면 또는 저면과 상면에는 벨트에 잔류하는 피건조물을 제거하기 위한 스크레퍼가 하나 또는 복수개 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건조기.
청구항 3에 있어서,
상기 스크레퍼는 소정 폭을 가지는 판형 또는 막대형 금속탄성핀이 일렬로 배열되어 있고, 핀의 말단이 벨트의 표면과 소정 간격 이격되어 장착되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건조기.
청구항 1 또는 2에 있어서,
스크루 날개부는,
연속 스크루형, 분할 스크루형, 프로펠러형, 나선으로 배열된 패들형 또는 나선으로 배열된 막대형인 스크루핀을 가지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건조기.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 열공급수단은 최소한 상기 건조처리실의 하면 외부를 감싸는 열공급실을 가지며,
상기 열공급실과 건조처리실 사이에 복수의 건조열풍공급구가 형성되고,
상기 건조열풍공급구의 열공급실쪽 내면에는 피건조물에 의한 구멍 막힘을 방지하는 폐색방지패드가 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건조기.
청구항 1 또는 2에 있어서,
벨트 컨베이어와 스크루 사이에 종축 방향에 수직인 차단판이 하나 또는 복수개 추가로 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건조기.
청구항 1 또는 2에 있어서,
상기 배기수단은,
배기 중 발생하는 응축수를 제거하는 응축수제거장치를 가지는 것을 특징으로 하는 하이브리드 건조기.