KR19980087589A - 곡물저장용 공기냉각장치 및 곡물 냉각저장방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산물상태인 곡물 특히, 산물 벼의 냉각에 사용되는 공기냉각장치와, 외기온도변화에 따라 냉각능력을 제어하여 냉각공기의 온도 및 상대습도를 조절하고 함수율에 따라 냉각건조 및 냉각저장이 가능토록하는 방법에 관한 것이다. 기존의 냉각능력 제어방식은 엑츄에이터 등을 이용한 냉매유량의 제어나 2개의 냉동사이클을 이용하는 방법으로서 에너지절약, 건조능력의 향상에 의한 빠른 냉각속도의 획득 및 증발기의 서리맺힘의 방지에 곤란하였다. 본 발명은 외기온도의 변화에 따라 무부하 압축기와 압축기에서 토출된 고온고압가스의 폐열을 이용하여 냉동능력을 0에서 100%까지 제어하여 냉각장치 토출온도를 일정하게 제어하였다. 또한, 저장곡물의 함수율에 따라 냉각건조와 냉각저장으로 기능을 나누어 냉각건조에서는 산물 곡물의 함수율이 저장함수율보다 높을 경우 외기온도에 따른 냉동능력을 제어하여 냉각장치 출구온도를 자동으로 유지하고, 증발기에 서리가 맺히지 않도록 하면서 에너지소비를 최소화하고, 건조능력을 향상시켜 빠른 냉각속도를 얻고자 하였으며,곡물의 함수율이 저장함수율 범위일 때 냉각장치에서 토출되는 냉각공기의 온도를 자동으로 조절하며, 상대습도를 저장함수율과 평행이 되는 상대습도로 자동으로 제어하여 저장 곡물의 함수율을 일정하게 유지하고자 하였다.

이로 인하여 산물 곡물 특히, 벼의 냉각에 활용할 수 있어 식미가 우수하도록 유지하는데 기여할 수 있다.

Description

곡물 저장용 공기냉각장치 및 곡물 냉각저장 방법

본 발명은 산물상태인 곡물의 냉각건조저장에 사용되는 공기냉각장치에 관한 것으로서, 외기온도변화에 따라 냉각능력을 제어하고, 공기의 냉각 온도 및 상대습도를 조절하여 저장곡물의 함수율에 따라 냉각건조 및 냉각저장이 가능하도록 한 것이다.

일반적으로 곡물은 살아있는 생명체로서 호흡을 하는데, 이 호흡량은 함수율이 높을수록 그리고 품온이 높을수록 커지는 것은 주지의 사실로서 함수율이 높을수록 품질변화가 빠르므로 낮은 온도로 빨리 냉각 할 필요가 있다.

또한, 곡물 특히, 벼는 함수율이 15.5∼16.5%에서 식미가 우수한 것으로 알려져있으며, 이 함수율과 평행이 되는 벼의 평행상대습도는 약 65∼75%정도로 알려져있다. 이러한 함수율과 평행상대습도의 관계에서 알 수 있는 바와 같이 곡물층을 통과하는 냉각공기의 상대습도가 평행상대습도보다 높으면 벼는 흡습하게 되고 품온은 약간 상승하나, 상대습도가 평행상대습도보다 낮아지면 건조하게 되며 증발잠열에 의해 벼는 빨리 냉각하게 되므로 함수율에 따라 냉각공기의 상대습도를 달리할 필요가 있다. 수확된 곡물은 함수율이 대단히 높은데 벼의 경우 함수율은 약 24% 내외로서 호흡에 의한 품질저하가 급속하게 일어나므로 통상 약 4시간 이내에 건조를 시작하고 있으나, 건조방법중 미질이 우수한 것으로 알려져 있는 상온 통풍건조의 경우에도 건조속도보다 호흡에 의한 품질저하가 빨라 미질의 저하가 불가피하므로 벼의 품온을 신속하게 낮추어 호흡을 줄인 후 서서히 건조하는 방법이 요구된다.

또한, 쌀의 경우 식미가 우수한 함수율이 15.5∼16.5%으로서 밀 등 다른 곡물의 함수율인 14% 내외보다 높으므로 식미가 높은 함수율로 저장하기 위해서는 호흡을 최소화할 수 있는 냉각저장방법이 필요하다. 따라서, 곡물 특히, 산물 벼에 있어서 식미가 우수한 저장함수율인 15.5∼16.5%보다 높은 경우에는 호흡에 의한 품질저하의 우려가 있으므로 상대습도를 낮춰 건조능력을 향상시킨 낮은 온도의 냉각공기로 빠르게 냉각하는 것이 필요하며, 저장함수율의 범위에서는 냉각공기온도를 평행상대습도로 맞춰 일정한 함수율로 저장해야 하므로 저장곡물의 함수율에 따라 냉각공기온도 및 상대습도를 제어할 필요가 있다.

한편, 외기를 냉각하는 경우, 특히 우리나라와 같이 4계절이 뚜렷하고 낮과 밤의 기온차가 클 경우 외기온도는 일정하지 않으므로 일정한 목표온도를 유지하기 위해서는 외기의 냉각부하에 맞춰 냉각능력의 변화가 필요하다. 또한, 냉각능력에 비하여 외기온도가 낮아져 냉각부하가 적어지기 시작하면 증발기에서 증발압력이 낮아지게 되고 증발기 출구의 공기온도가 낮아져 증발기 출구 공기온도가 0℃정도가 되면 증발기에 서리가 맺혀 냉각능력이 현저하게 저하하므로 이를 방지할수있는 방안이 요구된다. 이상과 관련하여 농산물 특히, 밀, 콩 등 곡물에 대해서는 외기공기를 압축기, 증발기, 재열기, 응축기, 팽창밸브 및 송풍기로 구성되어 있는 냉각장치를 통과시켜 목표온도로 냉각한 다음 사일로, 평창고 등에 보관되어 있는 곡물을 냉각하도록 하는 약 30마력 미만의 압축기를 사용하는 냉각장치가 잘 알려져 있다.

이러한 냉각장치에서 일정한 냉각능력을 갖는 공기냉각장치에서 외기온도가 높아 최대냉각능력범위 이상일 때는 송풍기의 댐퍼를 조작하여 송풍량을 저하시켜 냉각공기 온도를 목표온도로 유지하는 방법은 일반적으로 알려져 있다.

냉각능력의 제어에 대한 선행 기술로는 냉매질량 액추에이터 등을 이용하는 독일국 특허 DE 3518046 A1, 2대의 송풍기를 사용하여 외기공기량을 증가시키는 독일국 특허 DE 3403869 A1, 외기온도가 상승할 때 냉각공기를 순환시키는 독일국 특허 DE 3409210 A1 등을 들 수 있다. 선행기술에서 제시한바대로 증발기출구와 압축기 흡입관사이에 연결되어 있는 냉매질량 엑츄에이션을 이용하여 압축기에 흡입되는 냉매유량을 줄이는 방법은 냉매질량 엑츄에이션을 설치할 때 설치비용이 비싸고, 냉매유량이 줄어들어도 압축기 소요동력절감이 적을 뿐 아니라 건조능력의 향상을 도모할 수 없어 비경제적이다.

본 발명은 이상의 점을 감안하여 이루어진 것으로서 그 제1의 목적은 외기온도변화에 따라 냉각능력을 제어하여 냉각장치 출구온도를 자동으로 유지하면서 증발기에 서리가 맺히지 않도록 하고 에너지소비를 최소화하면서 건조능력을 향상시켜 빠른 냉각속도를 얻는데 있다.

본 발명의 또다른 그 제2의 목적은 산물 곡물의 함수율에 따라 냉각장치에서 토출되는 냉각공기의 온도를 자동으로 조절하며, 저장함수율 범위일 때 상대습도를 저장함수율과 평행이 되도록 자동으로 제어하는데 있다.

도 1은 본 발명 장치의 개략적 구성도이다.

＜ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ＞

1 : 압축기 2 : 응축기 3 : 고압수액기

4 : 팽창밸브 5 : 증발기 6 : 재열기

7 : 송풍기 8 : 송풍기 댐퍼 9 : 응축기 팬

10 : 전기히터 11 : 콘트롤러 12,13,14 : 온도센서

15 : 리미트스위치 16 : 저압스위치 17 : 유압스위치

18 : 고압스위치 19 : 응축압력조정밸브 20 : 체크밸브

21,22,26,27 : 전자밸브 23,24,25,28,29 : 스톱밸브 30 : 무부하전자밸브

본 발명의 구성을 도1에 의거 설명하기로 한다. 본 발명은 공기유입구로 부터 공기유출구에 이르기까지 댐퍼(8), 입구온도쎈서(12), 송풍기(7), 전기히터(10), 증발기(5), 중간온도쎈서(13), 재열기(6), 출구온도쎈서(14)가 순차적으로 배열되는 한편, 무부하 전자밸브(30)가 장착된 압축기(1)로부터 증발기(5)로 그리고 압축기(1)로부터 재열기(6) 및 응축기(2)를 거쳐 팽창밸브(4)와 증발기(5)로 이어지는 공급배관라인과, 다시 증발기(5)로부터 압축기(1)로 이어지는 회수배관라인으로 구성된다.

각 온도쎈서(12)(13)(14)에서 감지한 온도는 콘트롤러(11)에 입력되고 댐퍼(8)와 리미트스위치(15), 공급배관라인의 전자밸브(27), 전기히터(10), 재열기(6)의 전자밸브(21)(22), 압축기(1)의 듀얼타입 고압스위치(18) 및 응축기팬(9)은 콘트롤러(11)에 의하여 제어된다.

본 발명에 있어서 압축기와 응축기, 팽창밸브, 증발기 그리고 다시 압축기로 순환되는 구성 및 배관라인은 냉각장치 일반에 적용되는 것이다.

또한, 2대의 송풍기를 이용하여 외기공기량을 증가시키는 방법이나 외기의 온도가 상승할 때 냉각공기를 순환시키는 방법은 압축기용량을 최대로 활용시킬 수 있는 장점은 있지만 시스템이 커지고 제어가 복잡해지는 단점이 있다.

따라서, 이와같이 비교적 소형 압축기를 부착한 종래의 공기냉각장치에서 효율적이며, 에너지절약형인 냉각능력의 제어와 증발기에 서리가 맺히는 것을 방지하는 방법과 냉각속도를 빠르게 하고 에너지를 절감할 수 있는 방안이 필요하며, 높은 식미를 갖도록 산물 벼의 함수율에 따라 냉각공기의 온도와 상대습도를 제어하는 방법에 대한 방안이 필요하였다.

제 1도는 곡물중 특히, 벼를 대상으로 한 냉각시스템의 간단한 도면을 나타낸것으로서 외기는 댐퍼(8), 송풍기(7), 증발기(5), 재열기(6)를 거쳐 냉각온도 및 상대습도로 조절되며, 벼의 함수율에 따라 16.5%이상일 때는 냉각건조모드, 15.5∼16.5%일 때는 냉각저장모드로 운전된다.

냉각건조 모드에 대하여 설명하기로 한다.

외기온도가 상승하여 냉각부하가 최대냉각능력 범위 이상일 때나 냉각장치의 출구온도센서(14)에서 감지된 온도가 목표온도 이상일 때는 출구온도센서(14)에서 감지된 온도와 목표온도가 같아질 때까지 콘트롤러(11)에 의하여 송풍기 댐퍼(8)가 조절되어 송풍기(7)의 송풍량을 100에서 25%까지 무단계로 감소시킨다. 이 때 압축기(1)는 온도에 따라 최대 냉동능력을 발휘하며, 고온고압의 냉매가스를 공급하는 전자변(21, 22, 27)은 닫히게 된다.

외기온도가 낮아져 냉각부하가 최대냉각능력 범위이내이면서 외기온도가 목표온도보다 높을 때, 냉각장치의 출구온도센서(14)에서 감지된 온도가 목표온도보다 낮아지면 출구온도센서(14)에서 감지된 온도와 목표온도가 같아질 때까지 송풍기 댐퍼(8)가 열려 송풍기(7)의 송풍량을 증가시킨다. 송풍기 댐퍼(8)가 100%까지 열려도 출구온도센서(14)에서 감지된 온도가 목표온도보다 낮으면 송풍기 댐퍼(8)가 100%로 열리는 신호를 리미트스위치(l5)에서 감지하여 콘트롤러(l1)에 의해 재열기(6)에 고온고압 냉매가스를 공급하는 전자변(21, 22)를 순차적으로 개방하여 출구 온도센서(14)에서 감지된 공기온도가 목표온도에 도달하도록 한다. 이 때 압축기(1)의 무부하 전자밸브(30)은 완전히 열려 최대 능력을 발휘하며, 증발기(5)의 온도 센서(13)에서 감지된 온도가 0℃이하면 증발기(5)에 고온고압가스를 공급하는 전자변(27)이 열려 중간온도센서(13)의 온도를 0∼1℃범위로 유지하도록 한다.

외기온도가 더욱 저하하여 증발기(5)에 고온고압가스를 공급하는 전자변(27)만으로 중간공기온도센서(13)의 온도를 0℃이상으로 유지시키지 못할 경우 용량조절이 0∼l00%로 몇단계로 조절되는 무부하 장치가 부착된 압축기(1)의 무부하 전자변(30)이 순차적으로 냉동능력을 감소시켜 중간온도센서(13)의 온도를 0∼1℃범위를 유지하도록 하여 0∼100%로 몇단계로 조절되는 무부하장치가 부착된 압축기(1)와 증발기에 고온고압가스를 공급하는 전자변(27)으로 0에서 100%까지 모든 냉동능력을 달성할 수 있다. 이 때, 압축기(1)에서 토출된 고온고압가스를 전자변(27, 21, 22)을 통하여 충분하게 공급하기 위하여 듀얼타입의 고압스위치(18)에 설정한 고압의 하한치가 되면 응축기 팬(9)을 정지시켜 고압을 높이며, 고압이 압축기의 고압스위치(18)에서 설정한 상한치보다 높아지면 응축기 팬(9)이 재가동되도록 하였다.

무부하 압축기(1)와 증발기(5) 및 재열기(6)에 고온고압 냉매가스를 공급하는 전자변(27, 21, 22)에 의한 냉각능력의 제어는 압축기를 최대로 가동하였을 경우에 비해 50%로 능력을 조절한 경우가 약 45%내외의 에너지를 절약할 수 있으며, 증발기(5)의 서리부착으로 인한 냉동능력의 저하를 방지할 수 있었다. 또한, 건조능력의 향상으로 냉각속도를 약 30%내외로 향상시킬 수 있다.

입구온도센서(12)에서 감지한 외기온도가 목표온도보다 낮을 때는 압축기(1)는 정지하고 모든 전자변은 닫히며, 송풍기 댐퍼(8)는 100%로 열려있는 상태에서 송풍기출구에 부착되어 있는 전기히터(10)가 가동하여 출구 온도센서(14)에서 감지된 온도가 목표온도에 도달할 때까지 0∼10℃범위에서 가열한다. 입구온도센서(l2)와 냉각장치 출구 온도센서(14)에서 감지된 온도차가 설정온도 이상일 때는 지나친 건조로 인해 산물 벼의 품질이 저하할 수 있으므로 모든 시스템을 정지하고, 외기온도가 재상승하면 시스템은 재가동한다.

냉각저장모드에 관하여 설명하기로 한다.

외기온도가 상승하여 냉각부하가 최대냉각능력 범위 이상일 때, 냉각장치의 최종 출구온도센서(14)에서 감지된 온도가 목표온도 이상일 때는 출구온도센서(14)에서 감지된 온도와 목표온도가 같아질 때까지 송풍기 댐퍼(8)가 조절되어 송풍기(7)의 송풍량을 100에서 25%까지 순차적 무단계로 감소시키며, 이 때 증발기(5) 출구의 공기는 대부분의 경우 제습이 되어 상대습도 95%선을 따라가므로 냉각공기의 상대습도가 평행상대습도에 해당하도록 이송중 온도상승을 고려하여 중간온도센서(13)와 출구온도센서(14)에서 감지된 온도차가 3∼4℃가 되도록 송풍기 댐퍼(8)와 재열기(6)에 고온고압 냉매가스를 공급하는 전자변(21,22)이 순차적으로 작동한다. 이 때 압축기(1)는 최대 냉각능력을 발휘하며, 고온고압의 냉매가스를 공급하는 전자변(27)은 닫혀 있다.

외기온도가 낮아져 냉각부하가 최대냉각능력 범위이내이고 외기온도가 목표온도보다 높을 때, 냉각장치의 출구온도센서(14)에서 감지된 온도가 목표온도보다 낮아지면 출구온도센서(14)에서 감지된 온도와 목표온도가 같아질 때까지 송풍기 댐퍼(8)가 조절되어 송퐁기(7)의 송풍량을 증가시킨다. 재열기(6)에 고온고압 냉매가스를 공급하는 전자변(21,22)은 중간온도센서(13)와 출구온도센서(14)에서 감지된 온도차가 3∼4℃가 되도록 작동하며, 외기온도가 더욱 낮아져 송풍기 댐퍼(8)가 최대 100%까지 열리면 리미트스위치(15)에서 감지되어 증발기(5)에 고온고압가스를 공급하는 전자변(27)이 열려 출구온도센서(14)에서 감지된 온도가 목표온도와 같아지도록 한다. 이 때 압축기(1)는 최대 냉동능력을 발휘하며, 중간온도 센서(13)에서 감지된 온도가 0℃이하면 증발기에 고온고압가스를 공급하는 전자변(27)이 더욱 열려 중간온도센서(l3)의 온도가 0℃이상이 되도록 한다.

외기온도가 더욱 저하하여 증발기에 고온고압가스를 공급하는 전자변(27)만으로 중간온도센서(13)의 온도를 0℃이상으로 유지시키지 못할 경우 용량조절이 0∼100%로 몇단계로 조절되는 무부하 장치가 부착된 압축기(1)의 무부하 전자변(30)이 순차적으로 냉각능력을 감소시켜 중간온도센서(13)의 온도를 0∼1℃ 범위를 유지하도록하며, 재열기(6)에 고온고압 냉매가스를 공급하는 전자변(21,22)은 중간온도센서(13)와 출구온도센서(14)에서 감지된 온도차가 3∼4℃가 되도록 작동한다.

이 때, 압축기(1)에서 토출된 고온고압가스를 전자변(27, 21, 22)을 통하여 충분하게 공급하기 위하여 듀얼타입의 고압스위치(18)에 설정한 고압의 하한치가 되면 응축기 팬(9)을 정지시켜 고압을 높이며, 고압이 압축기의 고압스위치(18)에서 설정한 상한치보다 높아지면 응축기 팬(9)이 재가동되도록 하였다.

외기온도가 목표온도보다 낮을 때는 압축기(1) 및 모든 전자변은 닫히며, 송풍기 댐퍼(8)는 100%로 열려있는 상태에서 송풍기출구에 부착되어 있는 전기히터(10)가 가동하여 입구온도센서(12)와 출구 온도센서(14)에서 감지된 온도가 같아질 때까지 3∼4℃범위내에서 가열한다. 입구온도센서(12)와 출구 온도센서(14)에서 감지된 온도차가 4℃이상일 때는 저장벼의 건조가 발생할 수 있으므로 모든 시스템을 정지한다.

통풍모드는 수동모드로서 필요시 외기공기의 주입이 필요할 때 사용하며, 이때 송풍기 댐퍼(8)는 100%로 열리게 된다.

본 발명은 외기온도의 변화에 따라 냉각능력을 제어하여 냉각장치 출구온도를 자동으로 유지하면서 증발기에 서리가 맺히지 않도록 할 수 있는 점에서 기능적 우위를 가지며 곡물의 건조능력을 향상시켜 빠른 냉각속도를 얻을 수 있다.

또한 곡물의 함수율에 따라 냉각장치에서 공급되는 냉각공기의 온도를 자동으로 조절하며 곡물이 저장함수율의 범위일때 상대습도를 저장함수율과 평행이 되도록 제어함으로써 곡물의 식미를 유지하면서 우수한 저장능력을 발휘시키게 되는 것이다.

Claims (5)

1. 공기유입구로부터 공기유출구에 이르기까지 댐퍼(8), 입구온도쎈서(12), 송풍기(7), 전기히터(10), 증발기(5), 중간온도쎈서(13), 재열기(6), 출구온도쎈서(14)가 순차적으로 배열되는 한편, 무부하 전자밸브(30)가 장착된 압축기(1)로부터 증발기(5)로 그리고 압축기(1)로부터 재열기(6) 및 응축기(2)를 거쳐 팽창밸브(4)와 증발기(5)로 이어지는 공급배관라인과, 다시 증발기(5)로부터 압축기(1)로 이어지는 회수배관라인으로 구성됨을 특징으로 하는 곡물저장용 공기냉각장치.
2. 건조가 이루어지는 것이 바람직한 함수율의 곡물에 대하여 빠른 냉각속도를 얻기 위한 냉각건조모드와, 일정한 함수율을 유지하면서 저장해야 하는 경우에 평행상대습도를 제어하는 냉각저장모드와, 외기의 온도가 낮아 통풍만을 필요로 하는 통풍모드의 세가지 모드에 의하여 냉각능력제어 및 냉각온도와 상대습도를 제어함을 특징으로 하는 곡물 냉각저장 방법.
3. 제 2 항에 있어서, 냉각건조모드에서는 증발기에 고온고압가스를 공급하는 전자변으로 증발기 출구공기의 온도를 0℃이상으로 유지하도록 하여 증발기에 서리가 맺히지 않는 상태에서 하한 온도까지 공기를 냉각제습하고, 재열기에 고온고압 냉매가스를 공급하는 2개 이상의 전자변을 순차적으로 개방하고 공기를 가열하여 목표온도에 도달하도록 함으로써 상대습도를 낮춰 냉각능력을 향상시키도록 함을 특징으로 하는 곡물 냉각저장 방법.
4. 제 2 항에 있어서, 냉각저장모드에서는 증발기 출구와 냉각기 출구의 온도차가 저장곡물의 평형상대습도를 유지하기 위하여 평행상대습도에 상당하도록 콘트롤러에 설정된 온도차와 같아지도록 고온고압가스를 공급하는 것을 특징으로 하는 곡물냉각저장 방법.
5. 제 2 항에 있어서 외기온도가 목표온도보다 낮아져 냉각능력의 제어로 목표온도로 유지하기 어려울 때는 전기히터를 설정온도범위에 도달할 때까지 가열하며, 외기온도가 설정온도이상일 때 모든 시스템을 정지하고, 외기온도가 재상승하면 시스템은 재가동하는 것을 특징으로 하는 곡물 냉각저장 방법.