KR102348677B1 - 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치 및 그를 이용한 건조방법 - Google Patents

밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치 및 그를 이용한 건조방법 Download PDF

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Abstract

식용유가 첨가된 감귤박을 건조시키는 건조챔버; 상기 건조챔버 내부를 가열하되, 전기열원 히터와, 상기 전기열원 히터로 가열되어 상기 건조챔버 외측부를 순환하는 열매체를 포함하는 연소수단; 상기 감귤박을 교반하는 교반수단; 및 상기 건조챔버 및 상기 연소수단과 연결된 열교환기를 포함하고, 상기 건조챔버와 상기 열교환기를 순환 이동하는 수증기의 위치별 평균온도 차이가 기설정된 범위 내인 경우 건조 공정이 자동으로 종료되는 것을 특징으로 하는 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치 및 그를 이용한 건조방법을 제공한다.

Description

밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치 및 그를 이용한 건조방법{Closed steam recirculating drying apparatus of citrus peels and drying method using the same}
본 발명은 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치 및 그를 이용한 건조방법에 대한 것으로, 함수율이 높은 감귤박에 대한 폐자원 재활용 문제를 해결할 수 있는 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치 및 그를 이용한 건조방법에 관한 것이다.
2017년 기준 제주도 감귤 총생산량(576,722톤)의 12.6%(72,460톤)가 가공용 감귤로 소비되고 있다. 감귤착즙기에서 발생하는 감귤박 수율이 60%인 경우 플라보노이드(Falvonoids) 성분의 추출 및 정제방법의 순현재가치(NPV, Net Present Value)가 내부수익률(IRR, Internal Rate of Return) 보다 높아 경제적 타당성이 높은 것으로 나타났다.
또한, 감귤착즙기로부터 발생된 감귤박은 '폐기물 및 그 밖의 물질의 투기에 의한 해양오염 방지에 관한 협약(런던협약)'에 따라 2012년부터 공해상 투기가 금지되어 최근들어 제주 지역사회의 핵심이슈로 대두되고 있다. 높은 함수율이 존재하는 감귤박에 대한 폐자원 재활용 문제를 해결하기 위해서는 소용량에 적합한 추출 및 정제방법은 물론, 건조공정으로 재활용하여 고형물에 함유된 플라보노이드를 TMR(Total Mixed Ration) 원료, 돼지 첨가 사료뿐만 아니라 활성탄 원료로 재활용하는 것이 더욱 실용적일 수 있다.
하지만 감귤박에는 잼, 젤리 등의 제조에 활용되어 겔형성 능력, 점도의 증가, 유화 안정성을 향상시키는 펙틴(Pectin)과 유리당(Free sugar)성분이 함유되어 있어서 건조 시 건조속도(Drying rate, kg of water/m2·hr)와 건조성능(SMER, Specific Moisture Evaporation Rate, kg of water/Mcal)을 감소시켜 건조 장비의 가동시간을 증가시킨다. 또한, 감귤박 대상의 진공고주파 건조기 연구의 경우, 최대 0.28 kg of water/Mcal 건조성능이 나타났으며, 이는 낮은 건조효율로써 경제성을 확보할 수 있는 건조공정 및 제어기술 개발이 필요하다고 볼 수 있다.
한국등록특허 제 10-1954679호(등록일: 2019.02.27) 한국공개특허 제 10-2016-0057934호(공개일: 2016.05.24)
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 함수율이 높은 감귤박에 대한 폐자원 재활용 문제를 해결할 수 있는 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치 및 그를 이용한 건조방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
또한, 본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는, 건조효율을 향상시킴으로써 경제성을 확보할 수 있는 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치 및 그를 이용한 건조방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
나아가서, 본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 건조 과정 중 발생할 수 있는 악취 유발 물질이 외부로 발산되는 것을 차단시킬 수 있는 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치 및 그를 이용한 건조방법을 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 식용유가 첨가된 감귤박을 건조시키는 건조챔버; 상기 건조챔버 내부를 가열하되, 전기열원 히터와, 상기 전기열원 히터로 가열되어 상기 건조챔버 외측부를 순환하는 열매체를 포함하는 연소수단; 상기 감귤박을 교반하는 교반수단; 및 상기 건조챔버 및 상기 연소수단과 연결된 열교환기를 포함하고, 상기 건조챔버와 상기 열교환기를 순환 이동하는 수증기의 위치별 평균온도 차이가 기설정된 범위 내인 경우 건조 공정이 자동으로 종료되는 것을 특징으로 하는 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치를 제공할 수 있다.
상기 연소수단은, 상기 전기열원 히터는 메탈화이버 버너로 구비되며, 상기 열매체를 순환시키는 순환펌프를 포함할 수 있다.
상기 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치는, 상기 열교환기와 상기 건조챔버 사이에 위치하는 응축기를 더욱 포함하며, 상기 응축기에서 응축된 수증기는 외부로 배출되고, 미응축된 수증기는 상기 열교환기로 이동하며 상기 건조챔버로 순환되는 것일 수 있다.
상기 교반수단은, 샤프트와, 상기 샤프트에 하나 이상 결합되는 패들과, 상기 패들 사이에 위치하는 헬리컬을 포함할 수 있다.
상기 감귤박은 감귤박 원물의 중량대비 1 내지 5wt%의 비율로 식용유가 첨가되는 것일 수 있다.
건조 공정이 자동으로 종료되는 상기 기설정된 범위는 1.0℃/10min 내지 2.5℃/10min인 것일 수 있다.
또한, 상기의 문제를 해결하기 위하여 본 발명은 상기의 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치를 이용하여, 식용유를 첨가한 감귤박을 건조하는 것을 특징으로 하는 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치 및 그를 이용한 건조방법은 식용유를 추가함으로써 함수율이 높은 감귤박에 대한 건조효율을 향상시키고 경제성을 확보할 수 있는 효과가 있다. 또한, 감귤박의 건조 과정 중 발생할 수 있는 악취 유발 물질이 외부로 발산되는 것을 차단시킬 수 있으며, 감귤박의 폐자원 재활용 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치,
도 2는 본 발명의 비교예 및 실험예에 따른 식용유 첨가에 대한 장비 가동시간 및 전력소비량을 나타낸 그래프,
도 3은 건조효율과 건조성능의 관계를 나타낸 그래프,
도 4는 본 발명의 비교예 및 실험예에 따른 식용유 첨가에 대한 건조효율과 건조성능을 나타낸 그래프,
도 5는 본 발명의 비교예 및 실험예에 따른 식용유 첨가량에 따른 건조효율을 나타낸 그래프이다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 실시예들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되어지는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되어지는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고, 도면들에 있어서, 층 및 영역의 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치, 도 2는 본 발명의 비교예 및 실험예에 따른 식용유 첨가에 대한 장비 가동시간 및 전력소비량을 나타낸 그래프, 도 3은 건조효율과 건조성능의 관계를 나타낸 그래프, 도 4는 본 발명의 비교예 및 실험예에 따른 식용유 첨가에 대한 건조효율과 건조성능을 나타낸 그래프, 도 5는 본 발명의 비교예 및 실험예에 따른 식용유 첨가량에 따른 건조효율을 나타낸 그래프이다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치(10)는 건조챔버(110)와 연소수단(120)과 교반수단(130)과 열교환기(140)를 포함할 수 있다.
상기 건조챔버(110)는 식용유가 첨가된 감귤박을 건조시키는 것으로, 상기 감귤박은 감귤박 원물의 중량대비 1 내지 5wt%의 비율로 식용유가 첨가되는 것일 수 있다. 감귤박 원물의 중량대비1wt% 미만의 식용유가 첨가되면 첨가 효과가 미미하며, 5wt% 이상의 식용유가 첨가되면 첨가량 대비 건조 효율의 효용성이 감소할 수 있다.
건조챔버(110)의 내부에는 상기 감귤박을 교반하는 교반수단(130)이 위치할 수 있다.
상기 교반수단(130)은 샤프트(131)와, 상기 샤프트(131)에 하나 이상 결합되는 패들(133)과, 상기 패들(133) 사이에 위치하는 헬리컬(135)을 포함할 수 있다. 즉, 연소수단(120)에 의해 가열된 건조챔버(110) 내부에 투입된 감귤박은 샤프트(131)와 연결된 헬리컬(135)의 회전에 의해 교반되며 건조될 수 있다.
상기 건조챔버(110) 내부를 가열하는 연소수단(120)은 전기열원 히터(122)와, 상기 전기열원 히터(122)로 가열되어 상기 건조챔버(110) 외측부를 순환하는 열매체(124)를 포함할 수 있다. 예를 들어 상기 전기열원 히터(122)는 메탈화이버 버너로 구비될 수 있으며, 상기 연소수단(120)은 상기 열매체(124)를 순환시키는 순환펌프를 포함할 수 있다. 캐스터블 타입으로 공간을 많이 소모하는 기존의 버너에 비하여, 메탈 화이버 버너는 메탈 화이버 버너와 함께 건조챔버(110)의 외측부를 순환하는 열매체(124)를 이용함으로써 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치(10)에 필요한 공간을 감소시킬 수 있다. 또한, 버너 화염이 적은 메탈 화이버 버너를 구비함으로써 건조챔버(110) 및 연소수단(120)의 내구성을 확보할 수 있으며, 연소온도가 기존의 버너보다 감소되어 에너지를 절감할 수 있으므로, 에너지 대비 가동효율이 향상될 수 있다. 열매체(124)는 열매체 이동관(126) 내부를 이동하며 건조챔버(110)의 외측부로 열을 전달함으로써 건조챔버(110)를 가열할 수 있다. 나아가서, 효과적인 건조효율 또는 건조성능을 위해 상기 연소수단(120)의 유효전열 면적은 상기 건조챔버(110) 내의 유효건조 면적 대비 3 내지 3.5배인 것일 수 있다.
상기 열교환기(140)는 상기 건조챔버(110) 및 상기 연소수단(120)과 연결될 수 있으며, 도 1의 화살표와 같이 상기 열교환기(140)는 건조챔버(110)로부터 발생한 수증기가 유입되고, 상기 연소수단(120)으로부터 배출가스가 유입될 수 있다. 또한 열교환기(140)는 배출가스의 간접열에 의해 가열된 수증기를 최종적으로 연소수단(120)의 배출가스와 함께 배기시킬 수 있다.
상기 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치(10)는 상기 열교환기(140)와 상기 건조챔버(110) 사이에 위치하는 응축기(150)를 더욱 포함하며, 상기 응축기(150)에서 응축된 수증기는 외부로 배출되고, 미응축된 수증기는 상기 열교환기(140)로 이동하며 상기 건조챔버(110)로 순환되는 것일 수 있다. 즉, 상기 응축기(150)는 상기 건조챔버(110)로부터 발생한 수증기를 응축시켜 외부로 배출할 수 있으며, 미응축된 수증기는 상기 열교환기(140)로 다시 전달할 수 있다. 또한, 건조챔버(110)로부터 발생한 먼지 또는 파우더 형태의 부산물이 응축기(150)로 유입되는 것을 방지하기 위해 상기 건조챔버(110)와 상기 응축기(150) 사이에는 필터가 구비될 수 있다. 감귤박 건조공정에 있어서, 다량의 수증기와 분진이 발생될 수 있는데, 수증기에는 복합악취 유발물질이 함유되어 있어서 직접 외부로 배기할 경우 민원이 발생할 수 있다. 따라서, 상기와 같은 응축기(150)를 구비함으로써, 장치 내의 수증기를 응축 후 미응축된 수증기는 건조챔버(110) 내부로 전량 재순환시키는 밀폐식 수증기 재순환 방법을 적용하여 환경오염의 문제를 해결할 수 있다. 나아가서, 응축기 내의 분진과 유분을 제거하기 위해 응축수를 재이용하여 배관에 분사노즐을 설치할 수 있으며, 이로 인해 수증기 배관 뿐만 아니라 송풍기 내 분진의 협착을 방지하여 유지보수 비용을 절감시킬 수 있다.
밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치(10)는 상기 건조챔버(110)와 상기 열교환기(140)를 순환 이동(S)하는 수증기의 위치별 평균온도 차이가 기설정된 범위 내인 경우 건조 공정이 자동으로 종료될 수 있다. 수증기가 보유한 총잠열량(Latent heat) 변화에 따른 수증기 온도는 계절, 설치장소, 주야간, 투입량, 운전온도, 원료함수율에 따라 변할 수 있으므로 건조 공정의 종료 시점 설정에 있어서 신뢰성과 재현성을 구현하기 어려울 수 있다. 따라서, 수증기의 위치별 평균온도 차이를 기준으로 건조 공정을 제어함으로써 외부 환경 조건에 대한 영향을 최소화하여 최종 건조부산물 함수율에 대한 신뢰성과 재현성을 확보할 수 있다. 예를 들어, 건조 공정이 자동으로 종료되는 상기 기설정된 범위는 1.0℃/10min 내지 2.5℃/10min인 것일 수 있다.
밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치에서 건조 종료 후 배출된 감귤박 건조분말을 TMR 원료로 사용할 경우 배합사료 대체로 인한 사료비용의 절감효과를 얻을 수 있으며, 질소, 인 등의 배출량을 감소시켜 분뇨배출 감소에 의한 환경오염 감소 효과를 얻을 수 있다. 또한, 함수율을 낮추고 탄소함량과 고위발열량을 증가시켜 바이오 매스로써 응용 가능성을 더욱 높일 수 있다.
이하, 본 발명에 따른 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치를 이용한 감귤박의 건조방법을 하기 실험예를 통해 설명하겠는 바, 하기 실험예는 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1
도 1과 같은 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치(10)를 이용하여 감귤박을 건조하였으며, 가열온도 170℃, 냉각시간 1hr, 송풍기 인버터 50 Hz, 건조공정 자동종료는 이동평균 수증기 온도차 2.0℃/10min 조건으로 설정하였다. 즉, 운전시간은 건조공정 자동종료 조건으로 수증기 온도차 2.0℃/10min에 도달한 시점으로 설정하고 냉각(Cooling)으로 전환되어 냉각시간 1시간 후 종료되는 시간이다. 제주도 감귤 가공공장의 감귤착즙기에서 배출되어 냉장 보관 중인 감귤박(껍질 및 내피 포함) 시료 80kg을 이용하였으며, 식용유 0.8kg을 첨가하였다. 동일한 조건으로 3회 실험하였으며, 감귤박 건조 전후의 함수율과 소비전력 및 건조시간을 측정하였다.
실험예 2
식용유 2.4kg을 첨가하여 감귤박을 건조한 것을 제외하고, 실험예 1과 동일한 방법으로 감귤박을 건조하였으며, 건조된 감귤박을 동일한 시험방법으로 측정하였다.
실험예 3
식용유 4.0kg을 첨가하여 감귤박을 건조한 것을 제외하고, 실험예 1과 동일한 방법으로 감귤박을 건조하였으며, 건조된 감귤박을 동일한 시험방법으로 측정하였다.
비교예 1
식용유를 첨가하지 않고 감귤박을 건조한 것을 제외하고, 실험예 1과 동일한 방법으로 감귤박을 건조하였으며, 건조된 감귤박을 동일한 시험방법으로 측정하였다.
결과 1 - 식용유 첨가에 따른 소비전력과 공정시간 비교
실험예 1 내지 3 및 비교예 1의 시료들을 분석한 결과는 다음의 [표 1]과 같다.
감귤박
원물		 첨가
식용유		 건조후
함수율		 원물
함수율		 공정시간 소비전력
(kg) (%) (%) (hr) (kWh)
비교예1 80.0 0.0 5.5 90.5 18.5 82.0
80.0 0.0 5.4 88.1 18.5 81.0
80.0 0.0 5.6 90.0 18.4 79.0
평균 5.5 89.5 18.5 80.7
표준편차 0.1 1.0 0.1 1.2
실험예1 80.0 0.8 4.1 91.0 17.6 79.0
80.0 0.8 4.9 86.7 18.4 83.0
80.0 0.8 7.0 90.6 17.4 78.0
평균 5.3 89.4 17.8 80.0
표준편차 1.2 1.9 0.4 2.2
실험예2 80.0 2.4 6.4 88.1 16.5 77.0
80.0 2.4 7.2 85.9 16.3 75.0
80.0 2.4 8.3 89.5 15.5 73.0
평균 7.3 87.8 16.1 75.0
표준편차 0.8 1.5 0.5 1.6
실험예3 80.0 4.0 7.1 86.4 14.5 75.0
80.0 4.0 8.1 86.2 14.7 75.0
80.0 4.0 10.9 85.3 14.9 76.0
평균 8.7 86.0 14.7 75.3
표준편차 1.6 0.5 0.2 0.5
상기 표 1과 도 2를 참조하면, 실험예 1 내지 3과 같이, 식용유 투입량을 증가할수록 운전시간은 선형적으로 감소하였고, 소비전력이 더 낮음을 알 수 있었다. 음식물류 폐기물 대상의 장치 설계조건의 운전시간 11시간을 기준으로 할 경우, 식용유를 첨가하지 않은 비교예 1에서는 운전시간이 평균 7.5±0.1 hr 지연되었고, 전기소비량도 평균 80.7±1.2 kWh으로, 실험예 1 내지 3보다 증가하였다.
이러한 이유는 감귤박에 함유된 다당류로 인해 열매체유로부터 감귤박으로 열전달이 효율적으로 이루어지지 않음으로써 비롯한 것일 수 있다. 즉, 식용유를 첨가함에 따라 감귤박으로의 열전달이 더욱 효과적임을 알 수 있다. 감귤박에 식용유 첨가비율을 증가시킬수록 운전시간과 전기소비량이 감소하는 결과를 보였고, 실험예 2의 3wt% 조건에서 전기소비량이 상대적으로 크게 감소하였다. 실험예 2와 3을 비교해볼 때 전기소비량 차이는 적으나 비용을 고려하면 감귤박 건조에 가장 효율적인 조건은 실험예 2의 3wt%인 것으로 판단할 수 있다. 이때의 운전시간은 평균 16.1±0.5 hr, 전기소비량은 평균 75.0±1.6 kWh이며, 다음의 결과 2를 통하여 건조속도, 건조성능 및 건조효율 결과를 이용하면, 상용화 설계에 적용할 경우 1회 80 kg, 11시간 이내에 감귤박을 재활용할 수 있는 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치의 전열면적 및 내용적 설계 값을 제시할 수 있을 것이다.
건조분말 함수율 변화는 수증기 온도차 2.0℃/10min에 도달한 시점에서 공정이 종료되므로, 식용유 첨가비율에 관계없이 최소 4.1%에서 최대 13.9%까지의 범위이었으며, 평균 6.74±1.71%로 재현성이 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 그리고 이때의 감귤박이 건조되어 수득한 건조분말은 투입원료 중량 대비 평균 12.87±2.27% 의 수율이었다.
결과 2 - 식용유 첨가 비율에 따른 실험 결과
본 발명의 실시예에 따른 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치(10)의 성능을 파악하기 위한 방안으로 건조속도(Drying rate, kg of water/m2·hr), 건조성능(SMER, Specific moisture evaporation rate, kg of water/Mcal) 및 건조효율(Drying efficiency, %)을 비교하여 평가할 수 있으며, 다음의 식 (1), (2) 및 (3)을 이용하였다.
R = (WF-WD)/(A×T) (1)
여기서, R은 건조속도(kg of water/m2·hr), WF는 원료 투입량(kg), WD는 건조부산물 배출량(kg), A는 건조기 유효전열면적(m2), T는 운전시간(hr)이다.
건조기의 유효전열 면적은 열매체유가 채워진 내통 높이까지의 전열면적이며, 교반축(Shaft)을 기준으로 표준화 설계 및 제작하였다. 유효전열면적은 운전시간과 반비례 관계이므로 건조시간을 단축하기 위해서는 유효전열 면적을 증가시켜야 하지만, 원료의 겉보기 밀도를 고려하여 적절한 설계 값을 이용하는 것이 필요할 수 있다.
SMER = (WF-WD)/(P×860 kcal/kWh×Mcal/1000kcal) (2)
여기서, SMER은 건조성능(kg of water/Mcal), P는 전기소비량(구동부 포함, kWh)이다.
건조기에 공급되는 에너지 소비량을 고려한 건조성능(SMER, Specific moisture evaporation rate)은 열량당 수증기 증발량으로 제시될 수 있으며, 예를 들어 전기열량(1 kWh = 860 kcal), 가스열량(LNG, 1 Nm3 = 10,200 kcal), 스팀열량(5 kgf/cm2G, 158.3℃, 1 kg = 658 kcal) 등을 적용할 수 있다.
η = ((WF-WD)×((100-Ta)×Cp,w)+539)/(P×860 kcal/kWh)×100 (3)
여기서, η은 건조효율(%), WF는 원료 투입량(kg), WD는 건조부산물 배출량(kg), Ta는 대기온도(℃), Cp,w는 물의 정압비열(1 kcal/kg·℃), 539는 100℃ 물 1 kg을 기화시키는데 필요한 열량(kcal/kg)이다.
도 3을 참조하면, 건조공정 중에 배기된 수증기 증발잠열(Latent heat)을 공급된 열량으로 환산하면 건조효율(Drying efficiency)이 계산될 수 있으며, 투입 에너지 열량으로 인해 건조성능(SMER, Specific moisture evaporation rate)과의 상관계수(R2)가 0.9958로 높아 선형적인 관계의 강도가 큰 것으로 알 수 있다. 따라서 건조성능과 같이 건조효율도 건조기의 성능을 비교 평가하기에 용이할 수 있다.
실험예 1 내지 3 및 비교예 1의 결과와 상기의 식들로 도출한 식용유 첨가비율 변화에 따른 건조속도, 건조성능 및 건조효율은 다음의 [표 2]로 정리하였다. 밀폐식 수증기 재순환 건조공정과 수증기온도차를 이용한 자동종료 제어기술이 적용된 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치(10)의 최적 운전조건 확보를 위해 식용유 첨가비율 변화에 따른 건조속도, 건조성능 및 건조효율에 대한 실험결과는 표 2 및 도 4와 같다.
감귤박
원물		 건조 후 건조속도 건조성능 건조효율 온도
(kg) (kg/m2·hr) (kg/Mcal) (%) (℃)
비교예1 80.0 8.1 8.1 1.02 63.1 20.5
80.0 10.1 7.9 1.00 61.9 22.9
80.0 8.5 8.1 1.05 64.6 24.8
평균 8.9 8.0 1.03 63.2
표준편차 0.9 0.1 0.02 1.1
실험예1 80.8 7.6 8.7 1.08 66.0 26.7
80.8 11.3 7.9 0.97 59.6 26.8
80.8 8.2 8.7 1.08 66.4 25.7
평균 9.0 8.4 1.04 64.0
표준편차 1.6 0.4 0.05 3.1
실험예2 82.4 10.5 9.1 1.09 66.6 25.7
82.4 12.5 8.9 1.08 66.4 26.3
82.4 9.4 9.8 1.16 71.3 26.2
평균 10.8 9.3 1.11 68.1
표준편차 1.3 0.4 0.04 2.2
실험예3 84.0 12.3 10.3 1.11 68.0 27.7
84.0 12.6 10.1 1.11 67.6 28.4
84.0 13.9 9.8 1.07 65.6 27.4
평균 12.9 10.1 1.10 67.0
표준편차 0.7 0.2 0.02 1.0
표 2 및 도 4를 참조하면, 감귤박은 식용유 첨가비율이 증가함에 따라 건조성능(SMER)은 증가하였으며, 식용유 3~5wt% 범위에서는 1~3wt% 범위보다 상대적으로 변화가 적게 나타났다. 이에 비해 건조속도(Drying rate)는 식용유 첨가비율이 증가함에 따라 선형적으로 증가하는 경향을 보였다. 이러한 이유는 식용유 첨가비율이 증가함에 따라 운전시간이 선형적으로 감소하였기 때문이라고 사료된다. 음식물류 폐기물을 대상으로 확보한 건조성능 1.17 kg of water/m2·hr와 비교하면, 식용유를 0~1wt% 첨가한 조건의 건조성능은 평균 11~12% 낮았고, 3~5wt% 첨가한 조건의 건조성능은 평균 5~6% 낮은 결과를 얻었다. 따라서 감귤박 건조기의 운영비용(전기소비량, 식용유 사용량) 절감과 운전시간 단축을 고려하면 식용유 첨가비율 3wt%가 최적의 조건인 것으로 판단되며, 이때의 운전조건은 가열온도 170℃, 냉각시간 1 hr, 송풍기 인버터 50 Hz, 건조공정 자동종료의 이동평균 수증기온도차 2.0℃/10min이었다.
감귤박 건조기의 건조성능(SMER, Specific moisture evaporation rate)과 상관성이 높은 건조효율(Drying efficiency)에 대한 결과인 도 5를 참조하면, 건조효율은 건조성능과 유사한 경향을 보였으며, 음식물류 폐기물 대상의 설계 값 73% 보다 식용유 0~1wt% 첨가 조건의 건조효율은 평균 9.0~9.8% 낮았고, 3~5wt% 첨가 조건의 건조효율은 평균 4.9~6.0% 낮은 결과를 얻었다. 따라서 감귤박 건조공정에서 식용유 첨가비율이 증가할수록 건조효율은 향상되는 것으로 나타났고, 비용적 측면에서 볼 때 식용유 첨가비율 3wt%가 가장 최적인 것으로 판단된다.
상기의 결과들을 이용하여 감귤착즙기로부터 배출된 감귤박에 식용유 첨가비율 3wt%로 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치를 이용하여 1회 80 kg을 11시간 이내에 건조하되, 최종 건조분말 함수율 10% 이하로 건조할 수 있는 건조장치의 설계값을 도출할 수 있다. 예를 들어, 건조분말의 최종 함수율에 따라 연소수단의 유효전열 면적은 건조챔버 내의 유효건조 면적 대비 3 내지 3.5배인 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치 및 그를 이용한 건조방법은 식용유를 추가함으로써 함수율이 높은 감귤박에 대한 건조효율을 향상시키고 경제성을 확보할 수 있는 효과가 있다. 또한, 감귤박의 건조 과정 중 발생할 수 있는 악취 유발 물질이 외부로 발산되는 것을 차단시킬 수 있으며, 감귤박의 폐자원 재활용 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10; 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치
110; 건조챔버
120; 연소수단
122; 전지열원 히터
124; 열매체
126; 열매체 이동관
130; 교반수단
131; 샤프트
133; 패들
135; 헬리컬
140; 열교환기
150; 응축기

Claims (7)

  1. 열매체유로부터 감귤박으로 열전달이 이루어지도록 식용유가 첨가된 감귤박을 건조시키는 건조챔버;
    상기 건조챔버 내부를 가열하되, 전기열원 히터와, 상기 전기열원 히터로 가열되어 상기 건조챔버 외측부를 순환하는 열매체를 포함하는 연소수단;
    상기 감귤박을 교반하는 교반수단; 및
    상기 건조챔버 및 상기 연소수단과 연결된 열교환기를 포함하고,
    상기 건조챔버와 상기 열교환기를 순환 이동하는 수증기의 위치별 평균온도 차이가 기설정된 범위인 1.0℃/10min 내지 2.5℃/10min인 경우 건조 공정이 자동으로 종료되고,
    감귤박 원물의 중량대비 1 내지 5wt%의 비율로 식용유가 첨가되고,
    상기 열교환기와 상기 건조챔버 사이에 위치하는 응축기를 더욱 포함하며, 상기 응축기에서 응축된 수증기는 외부로 배출되고, 미응축된 수증기는 상기 열교환기로 이동하며 상기 건조챔버로 순환되고, 응축수를 재이용한 분사노즐을 배관에 설치하고,
    상기 연소수단의 유효전열 면적은 건조챔버 내의 유효건조 면적 대비 3 내지 3.5배이며, 최종 건조분말 함수율 10% 이하로 건조되는 것을 특징으로 하는 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 연소수단은, 상기 전기열원 히터는 메탈화이버 버너로 구비되며, 상기 열매체를 순환시키는 순환펌프를 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 교반수단은, 샤프트와, 상기 샤프트에 하나 이상 결합되는 패들과, 상기 패들 사이에 위치하는 헬리컬을 포함하는 것을 특징으로 하는 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 4항 중 어느 한 항의 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조장치를 이용하여,
    식용유를 첨가한 감귤박을 건조하는 것을 특징으로 하는 밀폐식 수증기 재순환 감귤박 건조방법.

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