KR19980072260A

KR19980072260A - 진공건조기

Info

Publication number: KR19980072260A
Application number: KR1019970006946A
Authority: KR
Inventors: 이현희
Original assignee: 이현희
Priority date: 1997-03-03
Filing date: 1997-03-03
Publication date: 1998-11-05
Also published as: KR100318863B1

Abstract

외부와 단절된 건조물을 건조시킬 수 있는 내용적의 크기를 지닌 건조탱크에 1개의 시스템을 장치하여 응용함으로써 건조물을 냉동시키며, 진공이 된 상태에서 냉동된 건조물을 가열하면서 동시에 증발된 수증기를 응축을 시키는 장치로서, 건조물의 냉동공정과 가열공정과 수증기 응축공정을 행하며, 냉동콤퓨레셔 1대의 작동 에너지로써, 가열 및 응축을 동시에 행할 수 있어 에너지의 효율적 사용을 꾀하며, 기존의 장치보다 간결하게 이루어진 장치의 진공건조기로서 일반적인 진공건조기에 비해 건조속도를 앞당길 수 있으며, 냉동기로서 사용해도 일반 냉동기보다 냉동속도가 빠르며, 냉동물을 냉동시킨채 장기 저장이 가능하다.

Description

진공건조기

본 도면은 진공건조기의 원리를 설명하기 위한 공정흐름도이다.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

a : 냉동콤퓨레셔b : 진공펌프

c : 건조물 저장틀d : 튜브

e : 핀(fin)f : 밸브

g : 냉매 증발관g^-1: 냉매액저장탱크

h : 에어볼i : 냉매액면

j : 연결선k : 응축수 저장탱크

k^-1: 밸브k^-2: 밸브

l : 핀(fin)m : 증기탱크

n : 원적외선 보존판o : 이송펌프

p : 냉매저장탱크q : 튜브의 냉매액 연결관

q^-1: 튜브의 냉매액 연결관p^-2: 밸브

r : 냉매액 이송라인r^-1, r^-2: 밸브

s : 냉동압축기 입구S^-1, s^-2: 밸브

t : 냉동압축기 출구t^-1, t^-2: 밸브

u : 밸브u-1 : 응축수 출구라인

u^-2: 냉각수 유입라인v : 냉각수 수면

w : 증기탱크x : 진공펌프 입구라인

x^-1, x^-2: 밸브y : 진공펌프 출구라인

y^-1, y^-2: 밸브z : 건조 탱크

z^-1: 버티칼z^-2: 냉각수 흐름방향

기존의 진공건조기는 원리에 있어서, 일반적으로 건조공정을 크게 나누면, 일정한 진공이 유지되는 건조기의 내부에, 열을 전달하는 열전달라인과, 내부와 연결된 열교환기를 이용해, 건조물에서 증발되어 나온 수증기를 응축하는, 응축라인으로 분류되어 있다.

열을 전달할 때 그 열의 전달방법은, 스팀이나 열매체유를 이용한 방법을 사용하고 있으며, 그 열원은 전기 또는 연료의 연소를 이용하여, 열을 만들어 사용하고 있다. 건조기에서 증발된 수증기를, 응축함으로써, 건조기내부의 기압을 일정하게 유지하게 되는데, 이때 수증기를 열교환기를 이용해 응축하는 방식도, 기존의 일반적 기술인 냉각 싸이클이 적용되며, 때문에 1torr의 기압하에서 1㎏의 물을 증기화시킬때, 1㎏의 물이 약 560㎉가 필요하게 되는데, 다시 응축수로 바꾸는데도, 560㎉가 필요하게 된다. 즉 건조물에 560㎉의 열이 전도되어 증발이 이루어지면, 이 수증기는 열교환기에 유입되어, 열교환이 이루어져 응축수가 될 때 560㎉의 냉각열이 필요해지는 것이다.

또한 진공건조기에 있어서, 냉도 진공건조방식에 포함된 경우, 건조물을 냉동시키는 공정이 더 추가 되므로, 건조기에는 각각 냉동공정라인, 건조물가열라인, 증기응축공정라인 등이 필요하게 되어, 진공건조기에 필요한 부대설비가 많으며 이런 건조기를 사용하여, 1㎏의 물을 건조시켜 증기화 시킨후, 다시 응축수로 만드는데 필요한 이론적인 사용량인, 1120㎉보다 크게 많은, 몇배의 에너지의 사용이 되는데, 그것은 각공정별 작동싸이클을 유지하기 위해, 이론적인 에너지사용보다 몇배 많은, 에너지의 사용이 되고 있는 것이다. 건조시에 사용되는 열은, 전기 또는 연료의 연소열의 이용이 되는데, 이 에너지의 경우, 전기는 자체가 2차 에너지로서 전기에너지로 변환되는 동안, 열손실이 따르게 되며, 연료의 연소열을 사용한다해도, 스팀이나 열매체유로 열전달되는 동안에, 상당량의 열손실이 따르게 된다. 수증기를 응축할 때 역시, 냉매의 압축 및 응축 등의 싸이클이, 진행되는 동안 열손실이 따르게 된다. 이러한 장치들이, 진공건조장치에 필수적으로 사용됨으로 해서, 장치가 커지게 된다.

이러한 문제점들을 극복할 수 있도록, 본 연구는 진공건조시에 이루어지는 냉동공정, 건조열제공 공정, 수증기 응축공정인 이 세가지 공정을, 1개의 시스템(system)으로 이루어진 장치로 가능하도록 발명했으며, 건조물에서 물을 증발시켜, 수증기로 전환시킨 후, 다시 응축시키는 방법을, 1공정으로 개선하였다.

(2) 구성

도면에 보이는 것처럼, 외부와 단절되어 있는, 밀폐형 건조탱크(z)가 있으며, 이 건조탱크의 내부와 외부에는, 여러 가지의 기기들이 장치되어 있는데, 건조탱크의 좌측밑면에 냉각수 유입라인(u^-2)이, 건조탱크의 내부밑면과 연결되어 있으며, 냉각수 유입라인의 위에는, 진공펌프(b)가, 건조탱크에 연결되어 있는데, 진공펌프의 입구라인(x)과 출구라인(y)에는, 각각 두 방향으로 라인이 있으며, 한 방향은 외부와 연결되었으며, 한 방향은 건조탱크와 연결되어 있다.

건조탱크의 밑면에는, 응축수 저장탱크(k)가 장치되어 있고, 탱크(k)의 밑에는, 응축수 출구라인(u^-1)이 붙어 있다.

건조탱크의 밑면내부 부분의 우측에는, 건조탱크의 내부밑면에 위치한, 냉매증발관(g)의 밑에, 냉동증발관과 서로 통하도록 연결된, 냉매저장탱크(g^-1)가 붙어 있으며, 이 냉매저장탱크(g^-1)와 연결된, 탱크의 외부에 위치한 냉매이송라인(r)에 부착된, 이송펌프(o)가 있으며, 이 이송펌프에 연결된 이송라인(r)은, 건조탱크의 내부 윗부분에 위치한, 냉매저장탱크(p)와, 연결되어 있다.

건조탱크의 내부밑면에 장치된, 냉매증발관(g)의 내부에는, 냉매액이 들어 있으며, 냉매증발관의 좌측내부에, 밸브(f)가 장치되어 있으며, 이 밸브는 연결선(j)을 통해, 우측의 액면(i)에, 부력의 힘으로 떠있는, 에어볼(h)과 연결되어 있다.

밸브(f)의 윗부분에는, 냉매액이 냉매증발관(g)으로 흘러 내려오는, 냉매액 연결관(q)이, 위로 연결되어 있으며, 이 관엔 다수개의 튜브(d)가, 일정간격으로 연결되어 있으며, 이 관의 윗부분에는, 건조탱크의 내부위에 위치한, 냉매액저장탱크(p)와 연결되어 있다.

냉매증발관의 우측의 윗부분은, 냉매증발관 위에, 위치한 증기탱크(m)와, 서로 통하도록 연결되어 있으며, 증기탱크(m)는, 건조탱크의 외부우측에 위치한, 냉동콤퓨레셔(a)와 연결되어 있는데, 이 콤퓨레셔는 또한, 건조탱크의 내부위에 위치한, 증기탱크(w)와, 연결되어 있게 되는데, 냉동콤퓨레셔(a)의 흡인라인(s)과 배기라인(t)은, 냉매증발관(g)에 연결된 증기탱크(m)와, 튜브(d)와 연결된 증기탱크(w)에, 서로 밸브(s^-1)(s^-2)(t^-1)(t^-2)들의 열고 닫음에 따라, 배기라인(t)이 증기탱크(w)에 연결되고, 흡인라인(s)이 증기탱크(m)에, 연결되거나 또는 배기라인(t)이 증기탱크(w)에 연결되고 흡인라인(s)이 증기탱크(w)에 연결될 수 있도록 장치되어 있다.

냉매가 들어가는 튜브(d)의, 외부에는, 핀(fin)(e)이 좁은 간격으로, 튜브(d)의 외부와, 수직방향으로 다수개가 붙어 있다. 이 핀에는 열을 받으면, 원적외선이 발생하는, 도료가 칠해져 있다.

냉매증발관(g)의 외부에는, 열전달의 효율을 높이기 위해, 다수개의 핀(fin)(l)이 붙어 있다. 냉매증발관(g)의 외부에는, 냉각수가 가득채워져 있으며, 버티칼(z^-1)의 윗부분에, 냉각수의 수면(v)이 있다. 또한 건조물 저장틀(c)과 튜브(d)를, 육면의 외곽을 둘러싼 원적외선 보존판(n)이 있는데, 이 원적외선 보존판(n)은, 튜브(d)에 붙인 핀(e)이 가열되어, 원적외선이 방출되는데, 이 원적외선은, 물질이 닿으면 흡수되는 성질이 있으므로, 건조물에만 흡수되지 않고, 건조탱크(z)의 내부에도 닿아, 원적외선의 에너지가, 건조탱크의 내벽에도 전해지게 되어, 불필요한 에너지의 손실이 있게 되므로, 이것을 방지하기 위해서, 원적외선 보존판(n)이 필요하게 된다. 원적외선이 건조물 이외의 물질에 닿아, 흡수되는 현상이 발생되지 않도록, 건조물 저장틀(c)의 위와 아래와 사면의 옆면을, 이판(n)은 막아주며, 이판에 닿은 원적외선은 이판에 흡수되지만, 이판의 내벽에는 원적외선을 방출하는 도료가 칠해져 있다. 그러므로 이판의 내벽에 흡수된 원적외선은, 이판을 가열시켜주는 현상을 주지만, 가열된 온도만큼 다시 건조물의 방향으로, 이판의 내벽은 원적외선을 방출하게 된다.

튜브(d)의 핀(e)에는 발생된 원적외선 총량중, 건조물에 닿지 않고 외부의 벽으로 닿아 사라진 원적외선은, 원적외선 보존판(n)에 의해 다시 원적외선이 되어, 건조물의 가열 에너지로 사용하게 되므로, 원적외선이 외부로의 유출을 막는 역할을, 이판(n)은 하는 것이다. 이판의 윗면과 아랫면은 다수의 작은 구멍이 뚫려 있는데, 그것은 진공이 될 경우, 이판의 외부와 내부의 기압이 같도록 한것이며, 밑부분의 구멍은, 건조물에는 증발된 수증기가, 그 구멍을 통해 밑부분으로 내려가, 냉매증발관(g)에 붙은 핀(l)에 닿아, 열을 뺏앗기고 응축될 수 있도록 하는, 수증기의 통로이다. 본 도면에 도시되지 않은 장치들이 있는데, 밸브와 냉동콤퓨레셔와 진공펌프의 동작에 영향을 주는 각종 센서들이 도시되지 않았으며, 또한 건조탱크(z)의 내벽과, 내부와의 단열효과를 위해, 탱크(z)의 내벽에는 테프론판이 붙어 있는데, 이 탱크(z)의 내벽에 붙어 있는, 테프론판은 도면에 도시되지 않았다.

본 장치의 작동방법과 원리는 다음과 같다.

진공건조에 있어서, 먼저 건조물을 냉동을 시키며, 그 후에 건조탱크의 내부에 들어 있는, 공기를 밖으로 배출해, 진공을 유지시킨 후, 건조물에 열을 가해, 건조물에 들어 있는 수분을 증기화시키며, 증가회된 수증기를 응축을 시키면, 진공건조가 이루어진다. 이때 건조물에 일정한 열을 가하여, 건조물에 들어 있는 수분을 증기화시키며, 증기화된 수증기를 응축하여, 제거하는 공정을 계속하면, 건조기의 내부는 계속 일정한 진공압이 유지되며, 건조물을 건조시킬 수 있게 된다. 물론 건조탱크 내부의 기압은, 1torr~3torr 내외를 유지함으로써, 0℃이하의 낮은 온도에서, 건조물을 건조시키게 된다.

일반적으로 건조물을 진공건조를 하는 이유는, 최대한의 낮은 온도의 조건하에서 건조물을 건조함으로써, 건조물에 들어 있는 성분을 보존케 하여, 부가성 높은 건조물에 함유된 유용한 성분의 보존을 하기 위해서이다.

본 장치를 작동하는데 있어서, 건조탱크(z)의 내부에 들어 있는, 튜브(d)의 사이 사이에 들어 있는, 건조물 저장틀(c)에 건조물이 들어 있을 때, 먼저 건조탱크의 좌측외부에 위치한, 진공펌프(b)의 배기라인에 연결된 밸브(y^-2)와, 흡인라인에 연결된 밸브(x^-2)를 열은 상태에서, 진공펌프(b)를 작동시켜, 건조탱크의 내부기압이 약 3㎏/㎡ 이상의 압력이 되면, 밸브(y^-2)과 (x^-2)를 닫고, 진공펌프(b)의 작동을 중지시킨다. 이때 건조탱크(z) 내부를, 약 3㎏/㎠ 이상으로 압력을 유지시키는 것은, 건조물을 냉동시킴에 있어서, 건조물에서 냉매가 들어 있는 핀(e)이 붙은 튜브(d)로, 열을 전달하는 과정에서, 그 매개 물질인 공기가 많음으로써, 열전달 효과를 크게 증대시키게 되므로, 건조물을 냉동시키는데 있어서, 냉동시키는 조건을 개선하는 효과를 주게 된다.

건조물에서 냉매로의 열전달되는 조건을 개선하므로써, 냉동열량의 열교환 현상을 좋게하는 것이되며, 본 원리를 적용해 냉동할 경우, 냉동물을 일반 냉동기에 비교할 때, 매우 빠른 속도로 냉동시킬 수 있는 것이다.

그 다음 냉매액저장탱크(p)와, 튜브(d)에 붙은 냉매액 연결관(q)의 ,사이에 있는 라인에, 연결되어 있는 밸브(r^-2)를 열며, 동시에 냉매증발관(g)과 냉매액 연결관(q)의 사이에 있는 밸브(q^-2)를 닫는다. 냉동 공정시에는, 냉매가 튜브의 냉매액 연결관(q)에서, 냉매증발관(g)으로 흘러들어가는 것을 방지해야 한다. 냉동공정시에는, 냉매증발관의 내부는, 압축된 냉매 개스가 들어 있으므로, 밸브(q^-2)가 열려 있으면, 냉매액이 튜브(d)에서 냉매증발관(g)으로, 계속 들어가게 되기 때문이다. 냉동공정에 있어서, 냉매증발관(g)에 들어 있는 밸브(f)는, 아무런 역할이나 작용을 하지 못한다. 그러면 냉매액 저장탱크(p)에, 들어 있는 냉매액은, 튜브의 냉매액 연결관(q)을 통해, 튜브(d) 속으로 유입되어, 각기의 튜브에 가득차게 된다. 이때 건조탱크(z)의 우측 윗부분에 위치한, 냉동콤퓨레셔(a)의 흡입라인(s)에 붙은 밸브(s^-1)와, 배기라인(t)에 붙은 밸브(t^-2)를 열고, 냉동콤프레셔를 작동한다. 이처럼 되면 튜브(d)속에 들어간 냉매액은, 끓는점이 물(H2O)의 어는점보다, 낮은 온도의 냉매를 사용하게 되므로, 냉매는 증발하여 증기탱크(w)로 유입된 후, 냉동콤퓨레셔(a)의 흡인라인(s)를 통해, 냉동콤퓨레셔에 들어가 압축되어, 증기탱크(m)에 들어간 후, 냉매증발관(g)에 들어간다.

이때 튜브(d)에 들어 있는, 냉매에 전달되는 열은, 건조물 저장틀(c)에 담겨진 건조물에서, 핀(e)을 통해 전달되는데, 이때 건조물에서 핀(e)으로 열을 전달해 주는 물질은, 건조탱크에 들어 있는 압축공기이다. 냉매는 처음에는, 튜브(d)와 핀(e) 자체에서, 열을 받아 증발하게 된다. 그러면 튜브와 핀은, 냉매를 R-C318(C₄F₈)을 사용할 경우, 약 -30℃ 이하로 냉각되게 되는데, 이처럼 되면, 공기는 온도가 낮아지지 않은 상태에서, 열은 높은 곳에서 낮은 곳으로 흐르게 되므로, 냉각되어 있는 상태의 핀(e)에, 공기에 있는 열이 전도되어진다. 공기가 차거워지면 건조물에 닿아 있던 공기는, 건조물과 열교류가 생겨, 건조물이 차가워지게 된다. 이러한 원리로 열에너지는, 건조물에서 공기로 이동되고, 공기에서 핀(e)으로 이동되며, 핀에서 냉매로 이동되어, 냉매는 증발하게 되는 것이며, 건조물은 열을 빼앗겨 냉동되게 된다. 여기에서 냉매 R-C318(C₄F₈)을 사용할 경우, -30℃이하로 냉각되는 이유는 냉동콤퓨레셔의 최저흡입기압이 160torr이기 때문이다.

본 장치에서 냉동시간은, 일반냉동기와 비교할 때 크게 단출된다. 냉매와 건조물 사이에서 열을 전달해주는 방법에 있어서, 열전달 조건이 유리하도록 되어 있는데, 열전달 매체를 압축된 공기를 사용함으로써, 일반 냉동기에는 1기압(1㎏/㎠)의 공기를 사용하는데, 이것보다 몇배의 열전달 물질이 많아지고, 넓은 열전달판인 핀(e)을, 매우 많은 수를 사용하므로, 일반 냉동기와 비교할 때, 열전도면적이 수백배이상 넓으므로, 열전달의 조건이 크게 개선되는 효과가 있는 것이다. 그러므로 본 장치에서 냉동시간을 결정하는 요인은, 용량이 얼마나 큰 냉동콤퓨레셔를 사용하는가에 따라서 결정된다. 기존의 방식은 열전달하는데 있어서의, 조건때문에 냉동시키는데 있어서, 시간적 제약이 따랐으며, 본 장치는 이 점에 있어서는 시간적 제약이 되지 않는다.

한편, 냉동콤퓨레셔(a)에서 압축되어, 증기탱크(m)를 통해 냉매증발관(g)에 들어온 압축냉매개스는, 이곳에서 응축되어 냉매액으로 변한다. 냉매증발관에서 기체에서 액체로 변한 냉매액은, 냉매저장탱크(g^-1)에 유입된다. 여기에 사용되는 증기탱크(m)의 역할은, 건조공정시에, 냉매증발관(g)에서 냉매를 개스로 증발시키게 되는데, 증발된 냉매개스가 임시저장되는 역할이며, 이 탱크가 없으면 냉매증발관(g)에서, 개스가 저장될 공간이 없게 되고, 그러면 조금의 양만 냉매가 증발해도 압력이 높아져, 냉매의 증발속도가 저하될 가능성이 있으며, 또한 건조물을 냉동하는 냉동공정시에, 튜브(d)에 들어 있는 냉매를 증발시켜, 냉동콤퓨레셔(a)로 압축한 후, 냉매증발관(g)에 보내, 냉매를 응축시키게 되는데, 응축되지 않은 압축개스가 응축되기 전에, 압축개스로서 저장될 공간이 필수적으로 필요하게 된다. 냉매증발관(g)의 내부에는, 응축이 진행되는 동안 응축된 액체가 어느 정도 들어 있기 마련이므로, 압축개스가 대기할 공간이 축소된다. 그렇게 되면 냉동콤퓨레셔(a)에서, 압축된 개스가 머무를 공간이 없게 되어, 냉매증발관(g)와 냉동콤퓨레셔의 사이에는, 높은 압력이 존재하게 되어, 냉동콤퓨레셔의 작동에 있어서, 불필요한 과부하가 걸리게 되므로, 증기탱크(m)는 필수적으로 필요한 것이다. 압축개스의 대기할 공간이 넓을수록, 냉동콤퓨레셔(a)는 과부하가 걸릴 위험성이 적어지는데, 그것은 압축개스가 냉매증발관(g)에서 응축되는 시간이 지체되는 현상이, 발생될 경우가 있을 때를 대비해, 대기할 공간이 필요하며 공간이 넓을수록, 높은 압력이 되는 시간이 지연되기 때문에, 증기탱크(m)가 필요한 것이다. 냉매연결관(q^-1)과 냉동콤퓨레셔의 사이에 있는 증기탱크(w)도, 이와 같은 이유로 필요하게 된다.

냉매증발관(g)의 외벽에 붙은 핀(l)은 열전도판의 역할이며, 이 핀(l)을 통해 냉각수는 냉매의 응축열을 빼앗고 냉매는 응축이 된다. 냉각수는 냉각수 유입라인(U^-2)을 통해, 건조탱크(z)의 내부로 유입되어, 냉매증발관(g)의 윗부분 수면(v)의 높이로, 건조탱크 내부에 들어 있게 되며, 버티칼(z^-1)을 통해 화살표(z^-2) 방향으로 흘러, 응축수 저장탱크(k)의 우측밑면에 위치한, 냉각수 출입라인(U^-1)을 통해, 건조탱크의 밖으로 나가게 된다. 이때 건조탱크의 밖으로 나오는 냉각수는, 응축열을 빼앗았으므로 뜨거운 온수가 된다. 냉각수 유입라인(U^-2)에서 건조탱크로 들어온 냉각수의 온도는 20℃내외가 된다. 이 냉각수는 건조탱크에서 탱크(z) 외부로 유출되는 양만큼, 건조탱크(z)의 내부와 들어와, 수면(v)의 높이가 항상 일정하게 유지된다.

냉매증발관(g)에서 응축된 냉매는 냉매저장탱크(g^-1)로 유입된 후, 냉매액의 이송라인(r)을 통해, 액이송펌프(o)의 작용으로 냉매저장탱크(p)에 보내지게 된다. 물론 이때에는 밸브(r^-1)도 열려 있게 된다.

냉매저장탱크(p)의 내부에 위치센서가 달려 있어서, 냉매가 튜브(d)로 흘러 내려가, 냉매저장탱크(p)의 내부에, 일정한 낮은 냉매액 수위를 나타내면, 밸브(r^-1)가 열리면 이송펌프(o)가 작동되어지고, 냉매가 일정 높이까지 수위가 높아지면, 벨브(r^-1)가 닫히면 이송펌프도 멈추도록 되어 있다. 이러한 작동공정이 계속 유지되어, 건조물의 냉동온도점이 임의의 원하는 온도까지 낮아지면, 이러한 공정은 멈추게 된다. 건조물의 온도에 맞춘 온도센서를 통해, 건조물이 일정한 냉각된 온도가 되면 밸브(s^-1)(t^-2)(u)는 닫히면, 콤퓨레셔(a)의 작동이 멈추어진다. 그리고, 밸브(k^-1)(k^-2)가 열리게 되며, 응축수 저장탱크(k)에 들어 있는 냉각수는, 건조탱크의 밖으로 흘러나가게 된다. 이때 냉매저장탱크(g-1)에 들어 있던 냉매는 이송펌프(o)의 작용으로, 냉매저장탱크(p)에 보내지며, 모두 보내지면 벨브(r^-1, r^-3)가 닫히며, 이송펌프(o)가 멈추고 동시에 밸브(q^-2)가 열리게 되는데, 냉매저장탱크(p)에 들어 있던 냉매는, 냉매액 연결관(q)를 통해, 열려진 밸브(q^-2)를 지나 냉매증발관에 들어가게 된다. 냉매가 냉매증발관에 일정량이 유입되어, 에어볼(h)이 뜨면 밸브(f)가 닫히고, 밸브(f)가 닫히면 밸브(f) 위의 공간에 남아 있는, 일부 냉매액은 항상 그곳에 남아있게 된다. 냉매가 냉매액 저장탱크(p)에서, 모두 빠져나가면 밸브(r^-2)가 닫히게 된다. 냉각수가 건조탱크의 밖으로 모두 나가며, 건조탱크에 들어있던 압축공기도 밸브(k^-1)을 통해, 건조탱크의 밖으로 빠져나가게 된다. 건조탱크의 내부에 들어 있는 압축공기가 모두 빠져나가면 밸브(k^-1)는 닫혀지며, 밸브(x^-1)(y^-1)가 열리면 진공펌프(b)가 작동된다. 일정시간이 경과해 진공탱크의 내부가 1/10torr 정도의 기압이 되면, 밸브(x^-1)(y^-1)을 닫으며 진공펌프의 작동을 멈춘다. 동시에 밸브(t^-1)과 (s^-2)가 열리며, 콤퓨레셔(a)가 작동되며, 주공정인 건조물의 건조작업이 진행되는 것이다.

건조물의 건조작업 공정은 다음과 같다.

냉동공정에서 냉매는, 튜브(d)에서 증발해, 냉동콤퓨레셔를 통과하면서 압축되어, 냉매증발관으로 들어가며 회전하는데, 건조공정은 그와 반대로, 냉매증발관에서 증발해, 냉동콤퓨레셔를 통해, 압축되어 튜브로 들어가며, 튜브에서 응축되어 냉매증발관에 유입되며, 냉매는 압축과 응축, 증발을 반복하며 회전하게 된다.

냉매증발관(g)에 들어 있는 냉매액은, 일정량이 증기가 되어 증기탱크(m)에 들어 있게 되며, 콤퓨레셔(a)의 흡입으로 인해, 냉매는 냉매증발관(g)과 이 냉매증발관에 붙은 핀(l)에 남아 있는 열에서, 에너지를 전달받아 증발이 이루어져, 콤퓨레셔로 들어가서 압축되게 된다. 콤퓨레셔를 통해 압축된 냉매개스는, 출구라인에 붙은 밸브(t^-1)를 통과해서, 증기탱크(w)로 들어간 후, 각각의 튜브(d)로 들어가게 된다. 압축열은 100℃이상이 되며, 이 열은 튜브(d)에 붙은 핀(e)에 전달되어, 이 핀(e)에서는 원적외선이 방출되며, 냉매개스의 압축열의 온도는, 원적외선이 방출된 열량만큼 낮아지게 된다. 이때 이 핀(e)의 원적외선이 방출되는 면적의 넓이는, 약 60℃ 되는 온도에서 1초당 방출되는 원적외선의 열량과, 건조물의 1초당 수증기가 증발되는, 증발열량과의 비율이 맞도록 설계되어야 한다. 이때 건조물을 저장하는 저장틀(c)은, 밑면에도 구멍이 뚫려 있으므로, 쌓여진 건조물의 윗부분과 아래부분에서, 동시에 복사열을 제공받는다. 본 진공건조기의, 건조물을 가열하는 방법인, 원적외선인 복사열을 사용함에 있어서, 기존의 진공건조에 사용하는 건조물에 열을 전달하는 방법은, 뜨거운 스팀이나 열매체유를, 열을 전달해주는 관에 주입해, 이 금속성으로 이루어진 관을 가열함에 따라, 방출되는 복사열을 이용하여 건조물에 열을 전달해주는 실정인데, 금속성관이 크게 높은 온도로 가열되지 않는한, 방출되는 복사열량은 많지 않고, 건조물에 닿는 복사열도, 쌓아놓은 건조물의 표면에만, 복사열이 전달될 때, 쌓아놓은 건조물의 내부에는, 열이 미치질 못하여, 쌓아놓은 건조물에, 균일하게 열을 전도할 수도 없는 등, 진공압 조건에서 건조물에, 열을 전도해주는데 있어서 효율적이지 못해, 원하는 짧은 시간에 건조물을 건조시키기가 어려운 상황이었다. 바로 이점을 개선하기 위해, 건조물에 열을 전달하는 방법에 있어서, 원적외선 복사열을 이용하게 되는데, 원적외선은 전자기파의 일종으로, 건조물의 표면을, 열전자로 부딪혀 가열시키는, 일반적인 복사열을 이용하는 원리와는 차이가 있으며, 우리 인체의 경우 피부속 40㎜까지 침투하는 것으로 알려져 있다. 본 장치에서 원적외선을 발생시키는 방법은, 압축된 냉매개스가 들어가는 튜브(d)의 외부에, 일정한 면적을 가진 핀(fin)(e)을 조밀하게, 매우 다량의 수로 붙인 상태에서, 이 핀에 원적외선이 방출되는 도료를 칠해, 냉매의 압축열로 인해 열을 받은 튜브(d)와, 이 튜브를 통해 열을 전도받은, 이 튜브에 붙인 핀(e)은, 단위 표면적당 온도에 따라, 일정량의 원적외선 복사를 하게 된다. 원적외선은 표면적당 온도에 따라, 방출되는 복사량이 일정하므로, 좁은 공간에서 방출되는 복사량이 많도록 하기 위해, 방출되는 표면적이, 단위공간당 최대한 넓도록 조밀한 간격으로 핀(e)을 튜브에 붙여, 단위공간당 핀의 수를 많도록 했다. 핀에서 방출되는 복사열량 만큼 튜브(d) 속에 있는, 압축냉매개스는 열량이 사라졌으므로, 압력과 온도가 낮아지게 된다. 복사되는 표면적이 넓을수록, 복사량은 많아지며, 단위시간당 복사량이 많을수록, 튜브(d)속에 든 압축된 냉매개스는, 단위시간당 열량을 많이 빼앗겨, 단위시간당 응축되는 냉매양이 많아지게 되는 것이다. 냉매의 압축열을 이용하여, 건조물을 가열시키는 방법을 사용하므로, 압축된 냉매개스는 압축열을 빨리 빼앗겨, 응축이 빨리 이루어질수록, 냉동콤퓨레셔에 과부하가 발생되지 않는 등, 본 장치의 사용에 있어서 크게 유리하므로, 일반적인 물질에서 방출되는 복사파에 비해, 원적외선의 복사는, 낮은 온도에서 비교적 복사량이 많으므로, 본 장치에 사용면에서도, 원적외선 복사를 시키는 것이, 냉매개스를 압축하여, 건조물을 가열시키는데 있어서 매우 중요한 방법이 된다. 일반적인 금속복사는, 금속이 가열되어 발열 현상이 발생할 때 복사량이 최대치가 되나, 원적외선 복사는 약 450℃의 온도가 방출되는 복사량의 최대치가 된다. 즉 원적외선 복사를 이용하므로써, 압축된 냉매개스의 압축열을, 빨리 제거시키게 되므로, 냉동콤퓨레셔를 사용할 때, 과부하가 발생되지 않고, 건조물의 내부에까지 침투해, 건조물 분자의 운동을 시켜, 발열에 의해 수분을 증기화시키므로, 쌓여 있는 건조물에 균일한 열을, 열원으로부터 빠른 속도로 제공하게 되므로, 진공건조 공정에 있어서, 일반적인 진공건조 방식보다, 빠른 속도로 진공건조 공정을 수행할 수 있다는 점이다. 원적외선의 특성중에 한가지는, 원적외선은 어느 물질에 닿아도, 그 물질에 흡수된다는 점이며, 핀(e)에서 방출된 원적외선은, 건조물에 모두 전달되지 않고, 주변 공간으로 방사되는데, 건조탱크(z)의 내벽에 닿아 흡수되면, 냉매의 압축열량이 건조탱크(z)의 내벽에 흡수된 만큼 유실이 되는 결과가 초래되므로 이점을 막기 위해, 튜브(d)와 건조물 저장틀(c)의 윗면과 아랫면과 옆면을 포함한 육면을 원적외선 보존판(n)으로 막아, 원적외선의 유실을 막도록 했다. 방사된 원적외선이 원적외선 보존판(n)에 닿으면, 이곳에 흡수되어 이 원적외선 보존판(n)은 가열되나, 그 열이 다른 곳으로 유출되지 못하고, 건조물이 있는 안쪽면인, 원적외선 보존판(n)의 내벽에 원적외선이 방출되는 도료가 칠해져 있으므로, 가열된 만큼 이 판(n)의 내벽에서 원적외선이 방출되어 건조물에 흡수되게 되므로, 원적외선의 외부로의 유출을 이 판은 방지하는 것이다.

튜브 내부에 있는 압축개스는 핀을 통해, 압축열이 원적외선인 복사열로 제공되어 냉각된 후 응축되어서, 튜브연결관(q)을 통해, 냉매증발관(g)의 좌측 내부에 들어가게 된다. 이때 냉매증발관에 들어 있는 냉매액의 증발이 이루어지면서, 냉매액면(i)이 낮아지게 된다. 이처럼 되면 에어볼(h)의 위치도, 냉매액면(i)이 낮아졌으므로 같이 낮아지게 되는데, 에어볼(h)의 위치가 낮아지면, 이 에어볼에 연결된 연결선(j)에 연결된 밸브(f)는, 위로 상승하게 되며 열리게 되어, 냉매흐름관(q)에 들어 있던 응축된 냉매는, 냉매증발관(g)에 유입된다.

냉매증발관(g)에 냉매가 일정량이상 유입되면, 냉매액면(i)의 수위가 높아지게 되고, 냉매액면(i)의 수위가 일정한 높이까지 높아지면, 에어볼(h)이 위로 상승하게 되어, 이 에어볼(h)과 연결선(j)을 통해 연결된 밸브(f)는, 아래로 내려가게 되어, 냉매연결관(q)과 냉매증발관(g) 사이에 연결된 냉매통로를 닫게 되어, 냉매연결관(q)에서 냉매증발관(g)으로의 냉매유입은 멈추어지게 된다.

이처럼 냉매는, 냉매증발관(g)에서 증발이 이루어져, 증기탱크(m)를 경유해 냉동콤퓨레셔(a)를 통해 압축된 후, 증기탱크(w)를 경유해 냉매흐름관(q^-1)을 통해 튜브(d)로 들어가 튜브(d)에 붙은 핀(e)을 통해, 원적외선인 복사열을 제공하고 응축되어서, 냉매연결관(q)을 통해, 다시 냉매증발관(g)으로 들어가게 된다. 이처럼 냉매는 증발과 응축을 반복하면서 회전하게 되는데, 냉매증발관(g)에서 증발되는 냉매는, 냉매증발관(g)에 붙은 다수개의 핀(l)을 통해 증발열을 제공받게 되는데, 이 증발열은 건조물이 원적외선을 흡수해, 그 열을 건조물에 들어 있는 수분을 증기화하는데 필요한, 수분의 증발열로서 이용되는데, 바로 이 건조물에서 증발된 수증기는, 핀(l)을 통해 열교환이 이루어져, 응축이 이루어지는 것이다.

즉 증발관(g)에 들어 있는 냉매는, 증발관(g)과 핀(l)에 있는 열에서, 증발열을 취하여 증기가 되는데, 냉매에 열을 빼앗긴 핀(l)은 냉각이 되고, 핀(l)이 냉각되면 핀(l)의 주변공간에 있는 수증기는, 이 핀(l)에 닿아 기화열을 빼앗기고 응축수가 되는 것이다. 건조물에서 증발된 수증기에서, 열을 빼앗은 냉매는 증기가 되고, 수증기가 응축수가 되어, 응축수 저장탱크(k)로 유입되어 저장된다. 건조탱크 내부의 기압은, 건조물에서 발생된 수증기의 발생량으로 결정되는데, 수증기의 발생량이 많으면, 건조탱크(z) 내부의 기압은 높아진다. 그러나 냉매는 냉매증발관(g)에서 증발하는데 필요한 열원을, 수증기의 응축열에서 취하므로, 수증기는 핀(l)의 부분에서, 응축수로 되어 사라지면서, 건조탱크(z) 내부의 기압이 일정하게 유지된다. 수증기의 응축열과, 냉매의 기화열과, 핀(e)에서 발생되는 복사열은, 모두 같은 크기의 열량이 된다. 다만, 이 에너지는 복사열이, 건조물에 있는 수분의 증발열로 변하고, 수증기의 응축열이, 냉매의 기화열로 변하고, 냉매의 응축열이, 원적외선인 복사열로 변할 뿐이다.

냉매증발관(g)에 붙어 있는 핀(l)의 면적은, 건조탱크 내부의 수증기압 1torr내외에서, 1초간 발생되는 수증기가, 핀(l)에 닿아 냉각되어 1초이하 시간에, 응축할 수 있는 열전도면적으로 설계해야 한다.

건조물을 냉동시킨 다음, 건조탱크를 진공시킨 후, 건조물을 건조하는 초기에 수증기가 응축되지 않고, 건조탱크(z)의 기압이 상승하는 현상이 발생될 수 있다. 이것은 핀(l)과 냉매증발관(g)의 자체 열이 남아 있어서, 이 열로 냉매를 기화시켜 냉매가 튜브에서 응축되면서 복사열을 제공할 때, 건조물에서 증발된 수증기는 핀(l)에 닿아, 응축되지 않을 수가 있는 것이다. 핀(l)과 냉매증발관(g)에 자체 열이 남아 있어서, 온도가 낮아지지 않아 수증기가 핀(l)에 닿아도, 응축되지 않게 되는 현상이 발생되면, 건조탱크(z) 내부에 수증기량이 많아지게 되어, 내부의 기압이 상승하게 되는 현상이 발생한다.

기압이 3torr이상 상승하면, 진공펌프(b)가 작동해, 0.1torr로 기압을 낮춘 다음, 멈추는 동작을 하도록 센서를 장치하면, 이러한 문제는 해결된다. 즉 내부기압이 3torr이상이 되면, 진공펌프(b)의 흡입라인(x)과, 배기라인(y)에 부착된 밸브(x^-1)과 (y^-1)을 열고, 진공펌프(b)을 작동하도록 하는 센서를 장치하고, 기압이 0.1torr이하가 되면, 밸브(x_-1)과 (y^-1)을 닫고, 진공펌프(b)의 작동을 멈추는 센서를 장치하면 되는 것이다.

건조물에든 수분이 증발할 때, 발생된 수증기가 핀(l)에 닿아 응축하며, 냉매는 증발해 냉동콤퓨레셔에 유입되어 압축된 후, 튜브로 들어가서 압축열은 원적외선 복사열로 제공되는 이 건조물의 건조과정에서, 건조물의 건조가 완료되면, 다음의 현상이 나타나게 된다. 건조물에서 증기가 발생되지 않으며, 건조물의 온도가 상승된다. 건조탱크(z) 내부의 기압이 더욱 낮아지며, 냉매는 냉매증발관(g)에서 증발열을 얻지 못해, 증발이 이루어지질 않는다.

냉동콤퓨레셔는 공회전을 하며, 증기탱크(w)에 압축증기를 보내지 못하므로 증기탱크(w)의 압력은 점차 낮아진다. 이러한 현상이 발생되려 하는 초기에, 콤퓨레셔(a)의 배기라인(f)와, 흡인라인(s)에 붙은 밸브(s^-2)와 (t^-1)을 닫고, 냉동콤퓨레셔(a)의 작동을 중지시킨다. 튜브(d)와 핀(e)의 약 50~100℃내외의 온도가 유지되는 상태하에서, 원적외선 복사열이 방출되는데, 냉동콤퓨레셔(a)의 작동을 멈추어도, 튜브(d)와 핀(e)이 자체적으로 지니고 있는 열이 냉각되면서, 방출되는 복사열을 이용해 건조물에 소량 남은 수분을 증발시키며, 이 증발된 수분은 핀(l)에 닿아 응축된다. 건조 마지막 단계에서 완전건조 후에, 냉동콤퓨레셔(a)의 작동을 멈추게 되면, 튜브(d)와 핀(e)에 남아 있는 자체열이 냉각하면서, 방출되는 복사열로 인하여, 건조된 건조물에 온도를 크게 상승시킬 가능성이 있게 되므로, 건조물이 완전히 건조가 되기 전에, 냉동콤퓨레셔의 작동을 멈추고, 튜브(d)와 핀에 남아 있는 자체열만을 이용해, 튜브와 핀이 냉각하면서 방출되는 복사열로서, 건조의 마지막 공정을 해야하는 것이다.

건조 도중에 응축된 응축수는, 응축수 저장탱크(k)에 들어가게 되어, 응축수 저장탱크(k)에 저장이 되며, 건조물의 건조공정이 끝이 나면 밸브(k^-2)를 닫고 밸브(k^-1)을 열면 응축수는 응축수 저장탱크(k)의 밖으로 배출된다.

건조가 완료된 건조물을 외부로 빼내려 할 때에는, 응축수 출구라인(u^-1)에 부착된 밸브(k¹)를 열고 밸브(k^-2)를 열면, 건조탱크(z)의 내부로 공기가 들어가게 되고, 공기가 들어가면 탱크 내부기압이 1기압(1㎏/㎠)이 되게 되는데, 이때 건조탱크의 문을 열어서 건조물을 빼내면 된다.

이 장치에 사용하는 냉매는, 끓는점이 약 -10~50℃ 범위를 지닌, 냉매를 사용하는 것이 이상적이며, 임계온도는 약 100℃이상 되는 비교적 높은 온도를 지닌 냉매를 사용하고, 임계압력은 최대한 낮은 냉매를 사용하는 것이 이상적이다. 끓는점이 약 -10~50℃인 범위의 냉매를 사용하는 이유는, 본 장치는 진공건조장치이므로, 수증기의 응축온도점의 이하의 온도에서, 냉매의 끓는점이 되어야 수증기의 응축열을 열교환하여, 냉매의 기화열로서 이용하게 되어지기 때문이며, 본 장치를 냉동장치로서도 사용할 수 있는데, 냉동물을 -80℃이상 냉동시킬 경우에 냉매의 끓는점이 -40℃~50℃정도인 냉매를 사용하면 되는데, 냉동콤퓨레셔에서 냉매를 흡입하는 흡입압이 약 160torr 정도까지 가능하므로, 끓는점이 -40℃~50℃의 냉매는 160torr에서 약 -100℃이상에서 증발하게 되므로, 냉동기로서 사용할 경우에는, 증발점이 -40℃~50℃의 냉매를 사용하면 이상적이다.

임계온도가 약 100℃이상 되는, 냉매를 사용하는 이유는, 압축콤퓨레셔에서 냉매개스를 압축하여, 튜브(d)로 보내면, 냉매의 압축열이 튜브로 전달되고, 튜브에 붙은 다수의 핀(e)으로 압축열이 전달되면, 핀에서 원적외선이 발생되어 방출되는데, 원적외선은 방출되는 물질의 온도가 높을수록, 원적외선 방출이 많아진다. 원적외선이 방출이 된 열량만큼 냉매의 압축열이 사라지게 되어, 냉매의 압력이 그만큼 낮아지며, 온도가 그만큼 낮아지게 되는 것이다. 또한 임계온도가 높으면 높은 온도에서도, 냉매의 액화가 잘 이루어지므로, 냉매의 압축열을 이용하여, 건조물에 가열시키는 원리의 장치이기 때문에, 높은 온도에서 냉매의 응축열을 이용해, 건조물을 가열시키는 열원으로 사용할 수 있으므로, 임계온도는 높을수록 본 장치에 적합하다.

임계압력이 낮은 냉매의 사용이 본 장치에 이상적인 이유는, 냉동콤퓨레셔를 통해 냉매개스를 압축해, 개스가 압축되어 응축될 때, 그 응축열을 이용하여 건조물을 건조시키므로, 기존에 사용하는 냉동콤퓨레셔를 사용함에 있어서, 이 콤퓨레셔는 일반적으로 냉동기에만 사용하는데, 그럴 경우에는 임계압이 높은 냉매를 사용해도, 낮은 온도에서 응축을 유도하여, 낮은 압력으로 냉매를 액화하기 때문에, 큰 문제점이 없으나, 본 장치에 있어서는 냉매를 압축했을 때, 냉매의 응축되는 온더점이 높을수록, 발생되는 응축잠열로 인하여 핀(e)에서 방출되는 원적외선의 복사량이 많이 발생하게 되며, 그럴 경우 냉매가 빨리 응축이 이루어지며, 냉매의 압축열이 원적외선으로의 변화가 빨라지게 되어, 본 장치 사용면에서 유리하므로 응축압력을 임의로 낮출 수가 없다. 그러므로 응축되는 임계압력이 최대한 낮은 냉매를 사용해야 하는데, 현재 사용되는 냉동콤퓨레셔의 경우, 21㎏/㎠ 사용압력의 콤퓨레셔(한국 마이콤(주))가 있는데, 가급적 21㎏/㎠이 압력을 지닌 냉동콤퓨레셔를, 사용할 수 있는 조건의 냉매를 사용해야 한다. 비교적 이 조건에 맞는 냉매로서는, R-C318(C₄F₈)(Octafluorocy Clobutane) 등을 들 수 있다. R-C318(C₄F₈)의 경우 임계압력이 25㎏/㎠ 정도이나, 임계온도가 110℃가 넘으므로, 21㎏/㎠의 콤퓨레셔로 압축을 하면, 압축열이 튜브에 붙은 핀(e)을 통해 원적외선이 되어 방출되므로, 압력이 줄어들게 되어 응축이 일부 되므로, 콤퓨레셔를 멈추지 않고 계속 작동을 할 수 있게 된다.

만약 냉매를 프로필렌(C₂H₆)을 사용할 경우, 임계압력이 47㎏/㎠이므로 일반적으로 냉동콤퓨레셔를 사용할 경우, 압축해도 냉매가 응축되지 않으므로, 콤퓨레셔를 멈춘 다음, 응축열이 일부 원적외선으로 방출되어서 사라지면, 압력과 온도가 낮아지게 되는데, 압축개스의 일부가 응축이 이루어지므로, 이때 다시 콤퓨레셔를 작동하는 방법을 사용해야 한다. 이처럼 할 경우, 튜브(d)에 압력센서를 달아, 일정한 낮은 압력에서 콤퓨레셔가 작동되고, 일정한 높은 압력에서 콤퓨레셔의 작동이 멈추는 동작을 하도록 하여서, 임계압력이 높은 냉매를 사용할 수 있다. 임계압력이 낮은 냉매는 비교적 끓는점이 높다. R-C318(C₄F₈)의 경우 끓는 점이 -6.1℃가 되며, 이물질을 냉매로 사용할 경우, 건조물에서 수분을 증발시키는 건조공정을 하는 과정에서, 냉매증발관(g)에 있는 냉매는, 수분이 응축될 때 그 응축열을 이용하여 증발이 이루어지는데, 이때 C₄F₈의 경우-6.1℃에서 1기압(1㎏/㎠)이므로, -6.1℃에서 수증기가 응축된다면, 핀(i)의 온도가 수증기의 응축온도점보다 크게 낮아야 수증기에서 핀(l)으로 전달되는 열의 양을 많게할 수 있는데, 핀과 수증기의 응축온도점의 차이가 크지 않으므로서, 열교환량이 적게됨으로 해서, 이 냉매의 증발량이 적어진다. 냉동콤퓨레셔(a)에서 흡입해야 하는 용량보다, 냉매개스량이 적어서, 냉동콤퓨레셔가 공회전을 할 가능성이 있게 된다. 냉동콤퓨레셔의 흡입용량이, 냉매의 증발량에 맞는 크기의, 냉동콤퓨레셔를 사용할 수도 있으나, 그럴 경우 장치의 크기에 비해 냉동콤퓨레셔가 작아, 시간당 건조되는 속도가 늦게 된다. 때문에 냉동콤퓨레셔의 흡입용량에, 냉매증발량을 맞추기 위해서는, 증기탱크(m)와 냉동콤퓨레셔(a) 사이에, 진공펌프를 장치함으로서 가능하다. 증기탱크(m)쪽에 진공펌프의 흡입구를 연결하고, 냉동콤퓨레셔(a)쪽에 진공펌프의 배기라인을 연결하여, 진공펌프를 작동시키면 증기탱크(m)는 기압이 낮아지게 되어, 냉매증발관(g)에 있는 냉매의 증발온도가 낮아지게 된다. 냉매 R-C318(C₄F₈)의 경우 0.217㎏/㎠의 기압일 때 -40℃에서 증발이 이루어진다. 이처럼 진공펌프를 장치하면, 냉매의 증발온도를 크게 낮추어 증발시키게 되므로, 냉매의 증발량을 증가시켜, 냉동콤퓨레셔의 흡입용량의 크기에 맞는 양의, 냉매증발개스를 제공할 수 있으며, 또한 냉매증발관(g)에 붙은 핀(l)의 온도가 -40℃정도로 크게 낮아지므로, 건조탱크에 들어 있는 수증기가 핀(l)에 닿아 응축될 때, 응축속도가 빨라지게 된다. 건조물의 냉동공정에 있어서도, 이와 같이 증기탱크(w)와 냉동콤퓨레셔(a)의 사이에, 진공펌프를 장치해 증기탱크(w)쪽에, 진공펌프의 흡입구를 연결하고, 냉동콤퓨레셔(a)의 쪽에, 진공펌프의 배기구를 연결해 작동하면, 이와 같은 현상으로 건조물의 냉동효과가 향상되며, 냉동콤퓨레셔의 작동시 불필요한 공회전을 방지하게 된다. 물론 냉매사용을, 끓는점은 -40℃정도되는 물질로 할 경우에는, 진공펌프를 장치하지 않아도, 냉동콤퓨레셔의 사용시에, 공회전되거나, 수증기와 냉매의 열교환되는 과정중에 응축속도가 늦거나 하는 점은 없다.

(3) 효과

일반적인 진공건조기는 각 공정별 필요한 장치가 모두 설치되어 있다. 냉동라인, 건조물 가열라인, 증기응축라인 등이 각각 장치되어 있는데 반해, 본 장치는 1개의 시스템으로 건조물 냉동공정, 건조물 가열공정, 증기 응축공정이 모두 가능하도록 되어 있다.

냉동기로서 사용이 가능하며, 기존의 냉동기보다 냉동조건이 개선되어, 초단시간에 냉동물을, 냉동목적에 맞게 냉동시킬 수 있도록 만들 수 있으며, 냉동후에 탱크내부에 들어 있는 공기를 제거하여, 진공을 유지하면, 냉동물의 장기 보존도 가능하다.

기존에 있는 건조기와 비교할 때, 건조기의 크기가 작아도 건조효율이 높아 원하는 짧은 시간내에 건조물을 낮은 기압과 낮은 온도하에서 건조시킬 수 있도록 기기를 만들 수 있으며, 건조되는 조건에 있어서는, 진공 상태에서 열을 전달하는 방법에 있어서, 원적외선 복사열을 이용함으로써, 쌓아 놓은 건조물에 전달되는 열의 균일화를 가져오며, 원하는 열을 빠르게 건조물에 제공할 수 있어서, 효과적인 건조를 할 수 있다.

진공건조 공정에 있어서, 냉동콤퓨레셔 1대를 작동해, 건조물을 가열하여 수분을 증발시키면서, 동시에 수분을 응축시키는데 건조물 가열공정과 수증기 응축 공정을 같이 하므로, 에너지의 사용에 있어서, 기존의 진공건조기와 비교할 때, 몇배의 절약이 되는데, 기존의 장치로 건조물을 가열하고, 또 응축하는데 사용되는 이론적 열량은 1㎏당 약 1,120㎉가 되는데, 실질적으로 사용되어지는 에너지는, 건조물 가열 공정라인의 장치의 작동시 사용되는 에너지와, 증발된 수증기의 응축공정라인의 장치에 사용되는 에너지를 모두 합하면 이론적 사용 에너지가 몇배 이상이 사용되어지나, 본 장치에서는 수증기를 응축시킬 때는 에너지가 사용되지 않고, 건조물 가열 공정에만 에너지의 사용이 되기 때문에, 냉동콤퓨레셔 1대만을 작동해, 냉매를 압축하는데 필요한 에너지만이 사용되므로, 물 1㎏을 증발시키는데 필요한 이론적인 열량 560㎉만이 사용되며, 발생된 수증기의 응축도 자체에서 이루어지므로, 실질적으로 소모되는 에너지는 냉동콤퓨레셔의 작동시 냉동콤퓨레셔 기계 자체에서 발생되는 손실만이 있게 된다.

Claims

건조물을 저장할 수 있는 내용적을 가진 일정한 크기의, 외부와 단절되어 있는 밀폐형 건조탱크(z)의 내벽에, 탱크(z)의 내벽과 탱크 내부와의 단열을 시키기 위해, 테프론파를 부착시킨 상태에서, 때에 따라서 탱크(z)의 내부에, 외부의 공기를 압축해 넣거나, 탱크 내부에 들어 있는 공기를 제거해 진공을 시키거나 할 수 있도록, 장치된 진공펌프(b)의 흡입라인(x)과, 배기라인(y)을 탱크(z)의 내부와 외부에, 관을 통하여 연결되도록 탱크 내벽의 한 측면에 장치를 하였으며, 건조탱크(z)의 한 측면의 밑부분에는, 냉각수 유입라인(U^-2)을 장치하였으며, 건조탱크(z)의 외부의 밑면에는, 응축수 저장탱크(k)를 건조탱크(z)의 내부와 연결되도록 장치를 하였으며, 탱크(z)의 내부의 밑부분에는, 외부에 열교환을 하는 다수개의 핀(l)이 붙어 있으며, 이 핀(l)과 평행으로 이어진, 좌측의 내부관에는 밸브(f)가 장치되어 있으며, 핀과 평행으로 이어진 우측의 내부관에는 밸브(f)와 연결선(j)으로 연결된, 에어볼(h)이 냉매액면(i) 위에 떠있는 구조의, 냉매증발관(g)이 장치되어 있으며, 이 냉매증발관(g)의 우측밑에는 냉매증발관(g)의 내부와 연결된, 원통형의 냉매저장탱크(g^-1)가 있으며, 이 냉매저장탱크(g^-1)의 밑부분에는, 탱크(z)의 외부에 위치한, 이송라인(r)이 탱크 내부로 이어져 들어와 연결되어 있으며, 이송라인(r)의 도중에는 이송펌프(o)가 연결되어 있으며, 이 이송펌프(o)의 우측에 위치한 이송라인은, 탱크(z)의 내부의 윗부분의 좌측에 장치된 원통형의 냉매저장탱크(p)에 연결되어 있으며, 이 냉매저장탱크(p)의 좌측 밑부분에는, 냉매연결관(q)이 이 탱크(p)의 밑면에 관으로 연결되어 졌으며, 이 냉매연결관은 사이사이의 일정 간격으로 띄어진 튜브(d)의 내부와 연결되어 졌으며, 탱크(z)의 내벽과 평행방향으로 길게 장치되었다. 이 냉매액 저장탱크(p)의 밑 끝단은 냉매증발관(g)의 좌측의 밸브(f)가 들어 있는 관과, 밸브(q^-2)를 사이에 두고 서로 통하도록 연결되어 있으며, 이 냉매액 연결관(q)과 수직 방향으로, 연결되어 장치된 일정한 간격으로 띄어진 다수개의 일정 길이를 가진 튜브(d)에는, 튜브(d)의 길이 방향과 수직으로, 열을 교환하거나 원적외선이 방출되는 도료가 칠해져 있는, 매우 많은 수의 일정한 면적을 지닌 핀(e)이 붙어 있으며, 이 튜브(d)의 끝부분에는 각 튜브마다, 건조탱크(z)의 내부의 우측 윗부분에 장치된 원통형으로 된 일정한 크기의 증기탱크(w)의 밑부분과, 튜브와 수직 방향으로 일정한 길이를 형성한, 냉매액 연결관(q^-1)을 통하여 연결되어 있으며, 각 튜브(a)의 사이 사이에는, 건조물을 넣어 놓을 수 있는 철망틀형의 건조물 저장틀(c)이 장치되어 있으며, 건조탱크(z)의 내부 중앙에 장치된, 서로 사이사이에 건조물 저장틀(c)과 튜브(d)가 끼워진 상태로서, 이 두 장치의 윗부분과 아래부분과 사면의 옆면인 육면을, 외곽으로 둘러 쌓여진 채로, 윗면과 아랫면에 작은 크기로된 많은 수의 구멍이 뚫려져 있는, 원적외선 보존판(n)이 장치되어 있는데, 이 원적외선 보존판(n)의 내벽은, 원적외선이 방출되는 도료가 칠해져 있으며, 각 튜브(d)의 한쪽 끝단에 연결된 냉매액 연결관(q^-1)의 윗부분 끝단과, 밑부분을 통해 연결된 일정크기의, 원통형으로 된 증기탱크(w)가 있으며, 이 증기탱크(w)의 윗부분의 우측에는, 한 개의 연결관이 연결된 채 건조탱크(z)의 외부와 이어져 있으며, 이 연결관은 냉동콤퓨레셔(a)의 흡인라인(s)에 붙은 밸브(s^-1)를 통하여, 연결될 수 있도록 연결되어져 있으며, 또한 이 연결관은 배기라인(t)에 붙은 밸브(t^-1)를 통해, 배기라인(t)과 연결될 수 있도록 연결되어져 있으며, 건조탱크(z)의 내부의 밑면에 장치된 냉매증발관(g)의 우측 부분의 관내부와 연결되어져 있는, 일정크기의 원통형으로 된 증기탱크(m)가 장치되어 있으며, 이 증기탱크(m)의 우측 끝단에 연결되어진 관은, 때에 따라서 냉동콤퓨레셔(a)의 흡인라인(s)과 배기라인(t)에, 밸브(s^-2)와 밸브(t^-2)를 통해, 연결될 수 있도록 장치되어 있는데, 이처럼 여러 가지의 기기들이 유기적으로 한 개의 시스템(system)으로 결합되어진 장치를 통하여, 건조물의 냉동공정을 수행하고, 냉동공정이 완료되면 건조물의 가열공정과 수증기의 응축공정을 수행하여, 건조물을 진공 건조할 수 있는 진공건조기.
제1항에 있어서, 건조물의 냉동 공정을 수행하는 데 있어서, 건조탱크(z)의 한쪽 외부에 붙은 진공펌프(b)를 이용하여, 건조탱크의 내부에 3㎏/㎠ 이상의 압축공기를 주입해, 냉동시킬 냉동물과 냉동열을 교환해 가는 튜브(d)에 붙은 핀(fin)(e)과의 사이에서, 열전달을 해주는 열의 매개물질인 공기의 양을 대기압하에서 보다 몇배 많게 하여서, 냉동물과 냉매 사이에 시간당 전달되는 열의 이동량을 많게 하여 냉동을 시키는 방법과,

열의 매개물질인 공기와, 공기에서 전달된 열을, 냉매에 전도해주는 열전달되는, 일정 면적을 지닌 핀(e)의 수가 매우 많아, 일반 냉동기에 사용되는 방식에 비해, 공기와 냉매 사이에 열을 전도해주는 면적을 수백배 이상 많게하여 열전달의 효율성을 향상시키며, 건조물 저장틀(c)에 들어 있는 냉동물 사이사이에, 냉동열을 냉매로 열전도 시켜주는 열전달판인, 냉매가 들어 있는 튜브(d)에 붙은 핀(e)이, 냉동물과 가까운 거리에 위치해, 냉동물에서 열을 전달해주는, 공기의 이동거리를 축소시켜서, 단위시간당 단위 공기분자수의 열전달량을 많게 하여 냉동시킴에 있어서의 냉동물과 냉매와의, 열의 전달방식에 있어서의 효율성을 향상시켜서, 냉동물을 냉동시키는 방법과,

냉동된 냉동물을 냉동시킨 상태에서, 장기보존할 경우, 진공펌프를 작동시켜, 건조탱크(z)의 내부 공기를 모두 제거해, 탱크(z)의 내벽에 있는 열을 냉동물로 전도시켜, 온도를 상승시켜 주는, 매개물질인 공기가 없도록 하여, 냉동물에 열이 전도되지 않아, 냉동물을 장기보존할 수 있으므로, 임의의 원하는 빠른 시간에 냉동물을 냉동시킬 수 있으며, 냉동된 냉동물을 장기 보존할 수 있는데, 이 냉동된 냉동물을 장기 보존할 수 있는 방법을 보유하여, 냉동기로의 사용방법을 지닌 장치의 진공건조기.
제1항에 있어서, 건조물을 가열하여 공정과, 건조물에서 증발된 수증기를 응축하는 공정에 있어서, 냉매증발관(g)에 들어 있는 냉매는 증발되어, 증기탱크(m)에 유입되고, 증기탱크(m)에 유입된 냉매개스는, 냉동콤퓨레셔(a)의 흡인라인(s)에 붙통해, 증기탱크(w)에 유입되며, 증기탱크(w)에 유입된 압축냉매개스는, 냉매액 연결관(q^-1)을 경유해 각 튜브(d)로 유입되며, 이 튜브(d)에 붙은 핀(e)의 작용으로 인해, 압축냉매개스의 압축열은, 원적외선인 복사열로 방출되면서, 압축냉매 개스의 압력과 온도는 낮아지게 되며, 튜브(d)에서 액화가 이루어진 냉매개스는, 냉매액 연결관(q)을 통해, 밸브(f)의 작용으로 적정량이 냉매증발관(g)으로 들어가게 되며, 또한 밸브(f)의 역할은 냉매액 연결관(q)과 냉매증발관(g)과의 통로를 막아, 냉매액 연결관(q)의 높은 압력이, 냉매증발관(g)의 내부에, 영향을 미치지 못하게 하면, 핀(e)에서 방출된 원적외선인 복사열은 건조물 저장틀(c)에 놓여진 건조물을 가열시켜, 건조물에 들어 있는 수분을, 수증기로 증발시키며, 이 증발된 수증기로 인해, 건조탱크(z)의 기압은 약간 상승하나, 냉매증발관(g)의 외부에 붙은, 냉매와 수증기 사이에 열을 전달해주는 열전달판인, 핀(l)의 열교환 효과로 인하여, 핀(l)에 닿은 수증기는, 증발열을 핀에 빼앗기고 응축이 되며, 수증기가 응축되므로 건조탱크(z)의 기압은, 수증기가 사라진만큼 다시 낮아져, 일정한 기압이 유지되며, 응축되는 수증기로부터 열을 전달받은 핀(l)은, 냉매에 열을 전도하여 냉매의 기화를 시키며, 기화된 냉매개스는 다시 증기탱크(m)에 유입되어지는데, 이처럼 냉동콤퓨레셔 1대만을 작동하여, 냉매개스의 압축만을 시키는 에너지 사용으로, 동시에 건조물을 가열시켜 수분을 증기화시키는 공정과, 증기화된 수증기를 응축시켜 탱크(z) 내부의 기압을 유지시키는, 응축 공정을 행하는 원리를 지닌 진공건조기.
제1항에 있어서, 건조물에 열을 전도해주는, 튜브(d)에 붙은 핀(e)의 사용함과, 건조물 저장틀(c)과, 서로 사이사이로 끼어진 채 장치된 튜브(d)의, 육면인 외관을 둘러싸고 있는, 원적외선 보존판(n)을 사용함에 있어서, 진공상태인 건조물에, 열을 전달하는 방법으로, 튜브속에 든 압축된 냉매개스의 압축열을 사용하여, 이를 전달하는 방법으로, 튜브속에 든 압축된 냉매개스의 압축열을 사용하여, 이 압축열이 튜브(d)에 붙은 핀(e)에 전도되며, 원적외선이 방출되는 도료가 칠해진 이 핀에서, 압축열이 전도된 만큼의 원적외선이 방출되도록 하여, 건조물을 가열시키는 방법을 사용하는 것과,

낮은 온도에서도, 단위 시간당 원적외선인 복사열의 발생량을 최대한 많게 하며 단위공간에서 원적외선이 방출되는 면적을 최대한 많도록, 일정면적을 지닌 핀과 핀 사이에 조밀한 간격을 띤 채, 매우 많은 수의 이 핀을 튜브에 붙임으로 해서, 이 핀에 열이 전해졌을 때 낮은 온도에서도, 원적외선의 방출열량이, 원하는 일정량의 방출열량이 되며, 또 개스의 압축열을 튜브를 통해 핀에 전도되었을 때, 압축된 냉매개스의 응축되는 속도는 빨라지는 효과를 지닌, 내부에 열을 지닌 개스의 통로가 있는 튜브의 외부에, 조밀한 간격으로 일정한 넓이를 형성한 원적외선이 방출되는 도료가 칠해진 핀이 붙어 있는 장치를 사용하여, 단위공간에 최대한의 원적외선의 방출량이 많도록 된 원리를 지닌 장치와,

진공압 조건에 있는 건조물의 가열 방법에 있어서, 원적외선을 사용함으로써 쌓여 있는 건조물의 내부에까지, 빠른 속도로 건조물의 외부 부분과, 균일하게 열을 전도해, 쌓여 있는 건조물의 내부에까지 들어 있는 수분을 증발시켜, 건조물을 건조시키는 방법과,

핀(e)에서 방출된 원적외선 중에, 일부의 원적외선이, 건조물에 가열되는 열로 사용되지 않고, 건조물의 외부로 방출되는데, 이 원적외선을, 다시 건조물의 가열하는 데의, 열로 사용할 수 있도록 하여, 사용되는 열에너지의 불필요한 유출을 방지하는 원리의 원적외선 보존판(n)을 사용하는 방법을 지닌, 건조물을 가열시키는 장치를 사용하는 진공건조기.