KR20030088618A

KR20030088618A - 냉·열풍상태의 건조조건에서의 격실을 이용한 제습방법및 장치

Info

Publication number: KR20030088618A
Application number: KR1020020026296A
Authority: KR
Inventors: 이현희
Original assignee: 이현희
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2003-11-20

Abstract

공기를 열매체로 이용해 피건조물에서 수분을 증발시키는 건조장치에 있어서, 격실을 장치하여 격실에 있는 공기와 건조실에 있는 공기가 서로 경우에 따라 송풍기의 송풍작용에 의해 섞이도록 하는 기능을 지닌 상태에서, 건조실에서 순환 이동하면서 건조시 열을 제공하는 공기에 일정한 수증기 압력이 형성될 경우, 건조실의 공기와 격실에 있는 공기를 서로 혼합시킨 다음, 건조실의 공기를 송풍기에 의한 작용으로 격실에 들어 있는 건조공기와 혼합되어 습도가 낮아지게 되고, 격실에 들어 있는 공기를 습한 건조실의 공기와 혼합해 습도가 높아지게 된다.

이때 건조실은 습도가 낮아져 피건조물에 함유한 수분의 증발이 원활해져서 수분증발량이 많아지게 되며, 격실에 들어 있는 공기는 격실에 장치된 냉각 및 가열시키는 냉각 및 가열 시스템의 작용으로, 일정온도로 낮아진 다음 다시 일정온도로 높아지게 되면서 수분제거가 이루어지고, 냉각시스템의 작용으로 공기를 냉각할 때 사용된 냉매의 증발에너지를, 냉매의 응축 시에 냉매의 응축열로 이용하여 공기를 다시 가열하게 됨으로서 재 이용되므로, 기존 열풍건조기와 열사용량을 비교할 경우 경우에 따라서 1/4이하가 사용되어지며 열사용 효율은 크게 향상된다.

Description

냉·열풍상태의 건조조건에서의 격실을 이용한 제습방법 및 장치{Dehumidifying method and system by using isolating chamber in cold and hot air drying condition}

건조란 피건조물에 열을 가해 피건조물에 들어있는 수분을 증발시키면서 제거하는 것으로, 피건조물에서 증발된 수증기를 어떤 방법으로 제거하면서 건조를 하는가에 대한 점은, 건조시간과 건조 시 사용되는 열사용 면에서, 열사용 효율에 직접 관계되는 요인이다. 또한 건조 시 가장 예민한 부분인 건조온도와 직결된 문제이다.

기존에 사용되고 있는 공기를 이용한 열풍건조기와 냉풍건조기의 경우, 피건조물에서 증발된 수증기를 제거하는 방법은 다음과 같다.

열풍건조기는 뜨거운 공기를 송풍기를 통해 순환시키면서 피건조물을 가열시켜 증발을 유도한다. 이때 증발된 증기를 제거함에 있어서 건조기의 윗 부분에 공기 개폐구가 있는데, 이 개폐구를 열어 과습된 공기(포화수증기 포함)를 건조기의 외부인 대기로 배출시켜 증기를 제거하게 된다. 피건조물의 주변의 분위기가 각 온도에 따라 해당되는 수증기압이 포화 증기압이 될 때까지, 피건조물에서 수증기의 증발이 이루어지는 것이 건조현상이다.

열풍건조기는 과습된 공기를 건조실 밖으로 배출시키는 방법으로 수증기를 제거함으로 인해, 건조조건이 포화수증기압의 분위기에 자주 놓여지게 되며 이렇게 될 경우, 포화수증기 압력 분위기에서 피건조물에서 추가적인 수증기의 증발은 이루어지지 않게 된다.

순환되고 있는 공기에 함유된 습도가 낮으면 피건조물에 함유된 수분의 증발이 잘 이루어져 건조가 빨라지게 되는데, 열풍건조기의 경우 잦은 과습공기 분위기가 형성되어지므로 그만큼 건조시간이 길어지게 된다. 과습된 분위기에서는 피건조물에서 수분의 증발은 멈추게 되는 것이다. 또한 과습공기를 제거하기 위해 개폐구를 자주 열게 되므로, 가열된 공기가 수증기와 같이 건조실 밖으로 빠져나가게 되어 불필요한 열 손실이 야기된다.

에너지 사용 면에서 열풍건조기의 경우, 수분증발열의 제공에 있어서 보일러를 가동해, 순환되는 공기를 가열해 열을 제공하게 된다. 가열된 공기는 피건조물을 가열해 수증기를 발생시키고, 발생된 수증기는 건조실 밖의 대기 중으로 증발된 형태로 배출시킴으로, 열을 지속적으로 공급해야 되며 이때 열사용 효율은 35%를 넘지 못한다.

55℃에서 수분 1kg을 증발시킬 때, 필요한 이론적 열량(비열을 1로 볼 때 20℃에서 55℃로 상승시키는데 필요한 열량 + 증발열 ⇒ 30kcal+565kcal)은 595kcal가 되는데 열풍건조기의 경우 약 1605kcal의 열사용이 되는 것이다. 즉 열풍건조방식은 열효율이 비교적 낮고 건조시간이 다소 길게 유지되는 문제점이 있다.

냉풍건조기의 경우에 있어서 건조방법과 건조온도는 다음과 같다. 공기가 순환하는 건조실내에 냉매 압축기와 냉매증발기와 냉매응축기가 회로로 구성되어 있다. 일정한 과습이 된 순환하는 공기를 냉매증발기로 통과시켜, 과습증기를 냉각하면 수증기는 응축이 되어지는데, 공기를 냉각한 온도에 해당되는 만큼 열량을 빼앗긴 공기는 일정한 양의 제습이 이루어지며, 이 냉각된 공기를 냉매 응축기를 통과시키면 가열이 되고, 가열된 공기는 피건조물이 있는 공간으로 이동되어, 순환되는 공기에 섞여 순환되는 공기의 상대 습도를 낮추게 된다. 이러한 공정이 지속적으로 이루어져 순환되는 공기의 습도를 낮추어 건조를 하게 된다.

냉풍건조기의 실내압력은 일반 대기압과 같으며, 이 대기압과 같은 압력하에서 공기를 열 전달 매개체로 이용해, 증발기나 응축기에서 열 교환을 하여 공기의 온도를 낮추어, 수증기를 응축시키거나 냉각된 공기를 가열하게 된다. 냉풍건조공정에 있어서 건조실의 건조온도 조건이 실제로는 약 50℃이상이 유지되어야 한다.

건조실의 실내온도가 32℃이하 일 경우라고 할 때, 이 공기에 함유된 수증기의 일정량을 제거해, 일정습도를 유지하게 하는 것은 냉풍건조조건에 서 쉽지 않다. 32℃의 포화증기가 함유된 공기를, 약 10℃정도로 낮추어져야 일정량의 수분이 제거되면서, 건조 공정이 행해질 수 있는데, 냉풍건조기를 통해 이런 조건을 맞추어서 건조를 행할 수 있는 장치를 만든다면, 공기는 밀도가 낮아서 열전달율이 떨어지므로, 공기와 열교환하는 증발기와 응축기의 장치가 비대해져야 되며 이럴 경우, 장치시설비가 너무 높아져 경제적 현실성이 크게 저하된다.

만약 440kg의 수분이 함유된 피건조물을 위의 조건에서 400kg의 수분을 건조시킬 경우 건조시간이 40시간이라고 할 때, 응축기와 증발기의 설치면적은 다음의 조건을 참고할 수 있다.

1시간에 10kg의 수증기를 제거해야 되며, 1분으로 환산하면 167g의 수증기가 된다. 167g은 32℃에서 포화증기일 때 압력은 33.7Torr가 되며 부피는 약 4.8㎥이 된다. 그러나 32℃가 건조온도이면 내부수증기압은, 제습된 공기가 유입되므로 약 60%의 습도 분위기가 된다. 이때의 수증기압력은 약 20.2Torr가 되며 167g의 수증기가 함유된 공기의 부피는 약6.72이 된다. 즉 1분에 6.72㎥의 습도 60%인 공기를 32℃에서 10℃로 낮추면 수증기의 압력은 약 9.2Torr로 낮아지며, 수증기량(22.8Torr - 9.2Torr)은 13.6Torr가 응축이 이루어져, 65.3g의 양이 응축되는 것이다. 그러므로 1분에 167g의 수증기를 응축시키려면, 실제 냉각시킬 공기량은 17.2㎥/min 가 된다. 1초에 286ℓ의 공기를 32℃에서 10℃로 낮추어야 되며, 공기의 열전달성을 고려하면 매우 비대해져야 됨을 알 수 있고, 경제적 현실성이 전혀 없음을 알게 된다. 때문에 냉풍건조기에 있어서 실제 사용되는 건조온도는 보통 50℃를 초과하여 이루어지는 것이 상례이다. 냉풍건조기를 통해 30℃이내에서 피건조물을 건조하는 사례는 없으며, 냉풍건조라는 표현처럼 차가운 공기를 이용해 건조를 한다는 것이 아니며, 추가적인 에너지를 공급하지 않고 건조한다는 의미이다. 피건조물에 있어서 어떤 제품은 건조 온도가 매우 민감한 사안이다. 제품의 품질(영양성분, 향미성분 보존, 색소보존)에 결정적 영향을 미칠 수 있으며, 가급적 낮은 온도로 건조하는 것이 유리할 경우가 있으나, 냉풍건조방식에 있어서도 20℃나 10℃이내의, 차가운 냉풍건조 공정을 행할 수 없는 문제점이 있다.

공기를 열매체로 이용해 피건조물에서 수분을 증발시키는 건조장치에 있어서, 건조실에 근접하는 곳에 일정용적을 지닌 격실을 장치하여 격실에 있는 공기와 건조실에 있는 공기가 서로 경우에 따라 송풍기의 송풍작용에 의해 섞이도록 하는 기능을 지닌 상태에서, 건조실에서 순환 이동하면서 건조시 열을 제공하는 공기에 일정한 수증기 압력이 형성될 경우, 건조실의 공기와 격실에 있는 공기를 서로 혼합시킨 다음, 건조실의 공기를 송풍기에 의한 작용으로 격실에 들어 있는 건조공기와 혼합되어 습도가 낮아지게 되고, 격실에 들어 있는 공기를 습한 건조실의 공기와 혼합해 습도가 높아지게 된다.

이때 건조실은 습도가 낮아져 피건조물에 함유한 수분의 증발이 원활해져서 수분증발량이 많아지게 되며, 격실에 들어 있는 공기는 격실에 장치된 냉각 및 가열시키는 냉각 및 가열 시스템의 작용으로 일정온도로 낮아지게 되어, 공기 중에 함유된 수증기는 응축이 이루어져 응축저장탱크로 유입되고, 일정온도로 낮아진 공기는 다시 건조실에 있는 공기와 같은 온도로 가열되어져, 일정한 불포화 증기 압력이 형성된 채 비교적 건조공기가 된다. 다소의 시간이 경과하면 건조실의 수증기 압력은 일정압력 이상으로 상승되어지며, 다시 건조실의 습한 공기와 격실의 건조공기는 혼합되어 증기압력이 같아지게 된다. 이때 격실에서 사용되는 가열 및 냉각시스템은 냉매를 증발 및 응축시키는 기능을 지닌 냉매 증발기 와 응축기와 냉매 압축 콤프레셔를 활용하며, 공기의 냉각 및 가열을 위해 공기와 냉매와의 열교환이 원활히 이루어지도록 보조해주는 송풍기와의 복합기능이 추가되면서, 격실의 공기는 일정 온도로 냉각되면서 공기에 함유한 수증기를 응축시키고, 또 가열하게 되는 역할을 하게된다. 이처럼 건조실에서 건조중 지속적으로 발생되는 수증기를 격실에서 제거하되, 사용되는 동력은 압축 콤프레셔와 3개의 송풍기만을 이용하므로 건조중 사용되는 열에너지는 피건조물의 건조되는 온도가 대기중 온도보다 높을 경우, 초기에 가열하는 열에너지의 사용 외에는 크게 추가 된지 않는다. 냉각시스템의 작용으로 공기를 냉각할 때 사용된 냉매의 증발에너지를, 냉매의 응축시에 냉매의 응축열 이용하여 공기를 다시 가열하게 됨으로서 재 이용되므로, 기존 열풍건조기와 열사용량을 비교할 경우 1/3이하가 사용되어지며 열사용 효율은 크게 향상된다.

또한 본 장치의 기능으로서 냉각시스템의 기능중 공기의 냉각온도를 -20∼0℃ 내외를 유지하고 가열온도를 0∼10℃이내를 유지가 가능하며, 이와 같은 조건에서 건조를 행한 경우 건조실의 피건조물을 낮은 온도에서 건조가 가능해지게 된다.

a : 냉매압축펌프 b : 압축냉매 가스 저장탱크 c : 응축기(공기 가열용)

d : 증발기(공기 냉각용) e : 1번 송풍기 f : 2번 송풍기 g, g-1, g-2,

g-3 : 체크벨브 h : 3번 송풍기 i : 응축수 저장탱크 j : 건조실 k, k

-1, k-2, k-3 : 송풍구 l : 1번격실 l-1 : 1번격실 l-2 : 1번격실 l-3 :

1번격실 m : 분리벽 n : 냉매액 저장탱크 o, o-1 : 순환통로 p : 압

력 유지막 q :통기구

상기 도면에서 보는 바와 같은 장치들이 있으며 각 장치의 설치되어진 위치는 다음과 같다.

건조실(j)의 주변에 일정한 규모의 용적을 지닌 1번격실(l)을 장치한 상태에서 건조실(j)과 1번격실(l)은 서로 마주하고 있는데, 건조실(j)과 1번격실(l)은 체크벨브(g-2, g-3)가 달린 2개의 송풍구(k, k-1)로 연결되어져 있으며, 그중 1개의 송풍구(k)에는 송풍기(h)가 장치되어 있다. 이 2개의 송풍구중 1개의 송풍구(k-1)는 공기가 송풍되는 방향이 1번격실(l)에서 건조실(j)방향으로 유입되도록 되는 방향이며, 1개의 송풍구(k)는 건조실(j)에서 1번격실(l)로 유입되도록 되는 방향인데, 각각 체크밸브(g-2, g-3)가 설치되어 있다.

1번격실(l)의 한측면에 위치한 2번, 3번, 1번격실(l-1, l-2, l-3 )은 1번격실(l)내의 분리벽(m)을 사이에 두고 1번격실(l)과는 분리되어 있으며, 이곳에 1번격실(l)의 공기를 가열 및 냉각시키는 기능의 시스템과 송풍장치가 들어있게 되는데, 이 냉각시스템은 증발기(d)와 압축 콤프레셔(a)와 응축기(c)가 각기 3개의 분리된 격실(l-1,l-2,l-3)에 들어 있게 되며, 증발기(d)의 밑면에는 수증기의 응축저장탱크(i)가 장치되어 있으며, 윗면에는 냉매액 저장탱크(m)가 장치되어 있는데 냉매액 저장탱크(m)는 증발기(d)와 연결되어 있다.

응축기(c)의 윗면에는 압축냉매가스 저장 탱크(b)가 설치되어 있다. 증발기(d)가 장치된 2번격실(l-1)과 응축기(c)가 장치된 4번격실(l-3)사이에는 압축콤프레셔(a)가 장치된 3번격실(l-2)이 있는데, 이 격실에는 2개의 송풍기(e), (f)가 장치되어 있고 그중 하나의 송풍기(e)에서 보내지는 바람은 증발기(d)가 있는 2번격실(l-1)로 연결되어 있고, 송풍기(e)로 유입되는 바람은 1번격실(l)에서유입되도록 순환통로(o)와 연결되어 있으며, 또 다른 송풍기(f)는 1번격실(l)에서 유입되어 응축기(c)로 보내지도록 연결되어져 있다. 증발기(d)가 있는 2번격실(l-1)과 응축기(c)가 있는 4번격실(l-3)은 1번격실(l)과 송풍구(k-2, k-3)를 통해 공간이 경우에 따라 연결될수 있게 된다. 체크밸브(g, g-1)를 통해 1번격실(l)과 연결이 될 수도 있고 연결이 닫혀질 수도 있게 된다. 1번격실(l)의 한측면에는 압력유지막(p)이 설치되어 있으며, 1번격실(l)의 반대편인 압력유지막(p)의 외부부분에는 공기가 이동되는 통기구(q)가 있다.

상기 설명된 각 장치의 작동되는 역할 및 기능은 다음과 같다.

건조실(j)에 건조시켜야 할 피건조물이 들어 있고 건조실에 순환하고 있는 공기의 온도가 55℃라고 할 때, 건조실에 순환되는 55℃의 공기에의해 공기중의 습도가 포화증기압이 될 때까지, 피건조물에서는 수분의 증발이 이루어진다. 공기중에 함유된 수분의 습도가 80%가 되면 이 상태에서 습도를 제거해 40%로 낮추고, 이렇게 습도가 낮추어진 조건에서 공기를 순환시키면, 피건조물에 함유된 수분은 주변공기의 습도가 낮음으로 인해, 증발이 원활히 이루어 지게된다. 습도 80%의 55℃의 공기에서 습도를 40%로 낮추는 방법은 다음과 같다.

건조실(j)의 공기가 55℃에서 습도 80%일 때 도면에 도시되지 않은 건조실내에 있는 습도센서의 작용으로 인해, 3번 송풍기(h)가 작동되면서 체크밸브(g-3)가 열리고 1번격실(l)에 있는 공기가 건조실(j)에 유입된다. 건조실(j)에 있는 공기는 3번 송풍기(h)의 작용으로 압력이 발생되면서, 송풍구(k)를 통해 체크밸브(g-2)가 열리며 1번격실(l)로 유입되게된다. 건조실(j)에 있는 공기와 1번격실(l)에 있는공기가 혼합되면서 건조실(j)에 있는 공기는 습도 80%에서 40%로 낮아지고 1번격실(l)에 있는 공기는 7.8%에서 40%로 높아지게 된다. 건조실(j)의 습한 공기와 1번격실(l)의 건조공기가 서로 합해지면서 서로 습도가 같아지게 된다. 3번 송풍기(h)가 작동된 지 몇 분의 일정시간이 경과되면 건조실(j)과 격실(l)의 습도가 약 40%로 동일하게 되고, 3번 송풍기(h)는 멈추어지고 1번 송풍기(e)가 작동하게 되면서 압축콤프레셔(a)가 작동된다. 증발기(d)에서 액체로 있던 냉매는 증발되면서 압축콤프레셔(a)를 통해 압축되면서, 압축냉매가스 저장탱크(b)에 들어가게 된다. 증발기(d)에 있는 냉매액체는 증발되면서 3번 송풍기(h)를 통해 순환 이동되는 55℃의 공기에서, 증발기(d)의 증발기외부 전열표면을 통해 열교환을 받아 증발열을 얻게 된다. 이때 송풍구(k-2)에 부착된 체크밸브(g)는 풍압의 영향으로 열리면서, 2번격실(l-1)의 공기가 1번격실(l)로 들어가게 된다. 일정시간동안 이런 공정이 행해지면 1번격실(l)에 있는 공기는 55℃에서 냉각되면서 10℃로 낮아지게 되고, 55℃에서 40%의 습도는 10℃로 온도가 낮아지면 37.99Torr에 해당되는 증기가 응축되어지게 된다. 그러므로 1번격실(l)에 있는 공기에 함유된 수분의 80.5%가 응축되는 것이다.

참고로 1번격실(l)의 내용적이 50㎥라면 55℃에서 40%의 습도일 때 수증기량은 1942g의 수증기량에 해당되며 10℃로 응축이 이루어지면 1563g의 수분이 응축되는 것이다.

건조실의 최대 높은 습도를 80%만을 유지하는 것은 아니며, 그것은 임의로 원하는 습도를 유지할 수 있는데, 90%나 또는 60%의 습도를 유지하려 할 경우 습도센서를 통해 원하는 습도가 되면 3번 송풍기(h)를 작동해 건조실의 건조공기와 혼합시키면 된다.

또한 건조실의 습도를 40%만을 유지시킬 수 있는 것은 아니며 최저습도를 40%이하나 그 이상을 유지시킬 수 있게 되는데, 그것은 건조실(j)의 내용적의 크기와 비례한 1번격실(l)의 내용적의 크기의 비례가 1:3이라고 하면, 습도 80%공기량 1과 습도 7.8%의 공기량이 3일 때 서로 혼합하면 32.5%의 습도가 되는 것이다.

한편 1번격실(l)에 있는 공기는 1번 송풍기(e)의 작용과 증발기(d)와 압축콤프레셔(a)의 작용으로, 1번격실(l)에 있는 공기의 온도가 임의의 원하는 일정온도가 가열온도는 55℃, 냉각온도는 10℃라고 할 때, 온도가 10℃로 낮추어지면 1번 송풍기(e)와 압축콤프레셔(a)의 작동은 중지되고, 2번 송풍기(f)의 작동이 시작되어 진행된다. 압축콤프레셔(a)에 의해 가압되어 압축된 냉매가스는 압축 냉매 가스저장탱크(b)와 응축기(c)에 저장되어져 있는데, 2번 송풍기(f)의 작동에 의해 1번격실(l)에 있는 공기가 1번격실(l-3)로 유입되어, 응축기(c)의 열전달되는 외부 표면을 스쳐 가면서 열을 전달받아 가열되게 된다. 응축기(c)의 내부에 있는 압축된 냉매가스는 이곳에서 응축열을 공기에 빼앗기고 응축이 이루어지게 된다. 일정한 시간동안 이 공정이 진행되면 1번격실(l)에 공기온도는 55℃가 되고 이때 이 공정은 멈추어지게 된다.

건조실(j)은 꾸준히 건조 공정이 진행되어 지는 상태이며, 일정시간이 경과하면 건조실(j)의 습도가 임의의 원하는 습도가 되었을 때 ,다시 앞부분에서 설명한 3번 송풍기(h)가 작동되어, 1번격실(l)의 공기와 건조실(j)의 공기를 혼합시키는 공정이 진행되게 되어지는 것이다.

쉽게 요약하자면 건조실(j)의 건조공정은 꾸준히 진행되는 가운데, 1번공정인 건조실(j)의 공기와 1번격실(l)의 공기를 서로 혼합하는 공정이 진행되고, 건조실(j)과 1번격실(l)에 있는 공기 중에 함유된 수분의 함수율이 같아지게 되어 혼합이 완료되면, 2번 공정인 1번 공정이 멈추어 지며 1번격실(l)의 공기온도를 냉각시키는 공정으로 전환되는데, 압축콤프레셔(a)와 1번 송풍기(e)의 작동 공정이 진행되고 1번격실(l)의 공기가 원하는 온도까지 냉각되면 위의 기능은 멈추어지고, 3번 공정인 1번격실(l)의 공기온도를 가열시키는 2번 송풍기(f)를 회전시키는 공정이 진행되어진다.

이러한 공정들을 통해 건조실(j)의 공기중에 함유한 습도를 낮추어주고 수분을 제거함으로서, 건조공정을 행할 수 있게 되는데 각 공정이 멈추고 진행되는 것은 도면에 표기되지는 않았지만 온도센서의 동작에 의한 것이다.

1번격실(l)의 내용적이 50㎥라고 할 때, 내부의 공기가 55℃에서 10℃로 낮아질 경우 50㎥공기의 부피는 약 15%내외로 줄게 된다. 부피가 줄게 되면 이때 1번격실(l)밖의 대기압에 의해 1번격실(l)을 유지하는 벽면이 외압을 받게 되므로, 이 외압을 받지 않게 하기 위해 압력유지막(p)이 필요하며 1번격실(l) 내부의 공기의 부피가 줄게 되면, 그 부피에 해당되는 부피만큼 외부공기가 밀려들어올 수 있는 공간을 제공해주되, 외부공기와 1번격실(l)의 내부공기가 서로 섞이지 않는 역할을 압력유지막(p)이 하는 것이다. 외부공기는 통기구(q)를 통해 압력유지막(p)을 밀게 되며 1번격실(l)의 외벽에 압력을 가하지는 않게 된다. 1번격실(l)에 있는 공기가가열되면 부피가 커지므로 압력유지막(p)은 통기구(q) 방향인 외부 쪽으로 밀려나게 된다.

한편 증발기(d)에서 응축된 수분은 응축수 저장 탱크(i)에 들어가서 저장되게 되며, 이 탱크(i)에 저장된 물의 양을 통하여 건조 진행율을 파악할 수 있다.

1) 건조시간 사용 면에서 비교할 경우 동일조건 일 때 건조시간이 60∼70%로 단축된다. 건조실의 상시 습도를 임의로 조정 가능함으로 습도가 낮은 만큼 수분의 증발현상이 가속화되며 그 만큼 시간의 절감이 가능해진다.

2) 본 장치를 응용하면 건조실(j)의 건조온도를 열풍건조기나 냉풍건조기에서는 불가능한 온도인 0∼10℃내외에서도 건조 공정이 가능해진다. 건조실(j)의 건조시 공기온도를 10℃를 유지한다고 할 때, 1번격실(l)의 수분제거온도를 -20℃내외를 유지하는 방법을 적용하면 되며, 2번, 3번, 1번격실(l-1, l-2, l-3)에 장치된 냉각시스템에서 사용되는 냉매를, -20℃내외에서 증발시키고 10℃내외에서 응축시키기에 적절한 냉매를 선택해 사용하면 되는 것이다

3) 건조중 사용되는 에너지량이 열풍건조기와 비교할 경우 1/4이하로 사용되어 지는데 그에 따른 설명은 다음과 같다.

건조실에 들어 있는 피건조물의 양은 400kg 규모이며 수분은 80%로 함유되어 있으며, 건조온도는 55℃이고 피건조물에 수분함량이 15%를 지닌 상태로 건조를 한다고 할 때 건조된 피건조물의 무게는 92kg이며 수분의 총량은 308kg이 된다. 격실(l)의 내용적이 50㎥이고 건조실(j)의 내용적은 50㎥라고 하며 건조실(j)의 최고 습도와 최저습도가 80%, 40%라고 하며, 격실(l)의 냉각온도는 10℃라고 할 때 사용되는 에너지량은 다음과 같다.

°건조실(j)의 습도는 80%, 격실(l)의 습도는 10℃에서 100%일 때 총 증

기량 및 각 증기량이 혼합되었을 때의 습도

- 건조실(j)의 증기량 : 4000g(55℃)

- 혼합되었을 때의 습도 : 43.9%

- 43.9%의 습도를 7.8%로 낮추었을 때 (55℃에서 10℃로 온도냉각) 응

축되는 증기량 : 1805g(36.1%)

- 43.9%의 증기압력 : 51.8Torr

※즉 1회의 각 공정이 끝나 수분이 응축되는 양은 1805g을 뜻함

°50㎥에 들어 있는 공기의 량 및 공기의 비열

-공기의 량1.057kg/㎥×50㎥ = 52.85kg(30℃조건)

-공기의 비열 : 0.241cal/g

°공기 50㎥를 55℃에서 10℃로 냉각시킬 때 사용되는 열량

- 573.2kcal

°390g의 수증기를 55℃에서 10℃로 냉각시킬 때 사용되는 열량

- 0.46kcal/kg×45℃×390g = 8.03kcal

°1805g의 응축열량

- 580cal×1805g = 1046.9kcal(평균 32℃기준)

°1회에 55℃에서 10℃로 공기 냉각 및 증기를 응축시킬 때 사용되는 열량

- (공기50㎥)573.2kcal+(390g 증기냉각)8.03kcal+(1805g의 응축열량)1046.

9kcal = 1628.13kcal

°1번격실(l) 내벽을 55℃에서 10℃로 냉각시킬 때 사용되는 열량

( 내벽철판의 총 무게가 10kg이라 할 때)

-10kg×0.107kcal×45℃ = 48.15kcal

°308kg의 수분을 증발시키기 위한 필요한 공정회수

-308kg/1.805kg=171회

°1회 공정시간이 10분이 소요될 경우 건조공정의 총 사용시간

- 28시간(3개 공정이 각 3.3분 소요기준)

°격실(l)에서 55℃에서 10℃로 냉각시키는데 총 사용되는 열량

- 1628.13+48.15kcal = 1676.28kcal

°송풍기 사용에너지량

- 건조실(j)에 사용되는 송풍기 사용에너지량

· 3Hp×28시간 = 61.6kW·h

- 1번, 3번격실에서 사용되는 송풍기 사용에너지량

·1Hp 송풍기 1대×28시간 = 21kW·h(송풍기 3대는 각각 3.3분씩

교대로 가동됨으로 1대 가동으로 계산함)

- 1시간 동안 사용된 송풍기 사용에너지량

61.6kW+21kW/28시간= 2.95kW/h

°압축 콤프레셔 사용에너지량 계산

·10분 동안 1번격실(l) 냉각 열량 : 1676.28kcal

·60분 동안 1번격실(l) 냉각 총사용열량 : 1676.28kcal×6회 = 10057.68

kcal

·60분 동안 제거된 수증기 총량 : 1805g×6 = 10812g

- 압축콤프레셔 사용 열량(10℃에서 증발 55℃에서 응축될 때 COP를

4.5로 계산)

·10057.68kcal/4.5 = 2235.04kcal을 사용

전력으로 환산시 2.59kW/hr

《1시간동안 10812g의 수분을 건조 및 제거시키는데 사용된 총에너량》

2.59kW(압축콤프레셔 사용에너지)+2.95kW(송풍기 사용에너지) = 5.54kW(열량으로 환산 4772.04kcal)가 사용되어진다.

※송풍기와 압축콤프레셔의 작동시 발생열로 인해 건조실이 과열됨으로

이 발생열은 외부로 배출시켜야 됨

°10821g의 수분을 증발시킬 때 사용되는 이론적 열량

-10821g×565cal = 6113.8kcal

그러므로 본 장치를 이용하면 열효율이 크게 항상 되는데 COP개념으로 보면 다음과 같다.

6113.8kcal(이론적 열량) ÷ 4772.04kcal(사용열량) = 약 1.28의 효율이 되며 열풍건조기와 비교하면 1/4이하가 사용되어진다.

4) 건조온도가 높아지거나 1번격실(l)에 있는 공기의 냉각온도점과 가열온도점의 차이가, 일정범위 온도내에서 적을수록 열사용 효율은 향상되어지는데, 위의 3번내용과 동일조건이되 건조온도가 65℃이고 1번격실(l)에서 공기 냉각온도가 20℃라고 하고 50㎥ 격실의 조건, 건조온도 65℃, 습도80%이며 냉각 온도 32℃일 때 사용되는 에너지량 및 열효율은 다음과 같다.

°1회 응축수량 계산

- 50㎥에서 65℃일 때 습도40%의 수분 총량 : 3.08kg

- 50㎥에서 20℃일 때 습도100%의 수분 총량 : 약 1kg

- 1회 응축수량 : 3.08kg - 1kg = 2.08kg

°1시간 응축수량 계산 : 2.08kg×6회 = 12.48kg

《사용된 에너지 총량》

°송풍기 사용에너지량 : 2.95kW/h(3HP,1HP)

°압축콤프레셔 사용 에너지량계산

- 증기 응축열량

12.48kg×585kcal(20℃기준) = 7300.8kcal·h

- 1번격실(l) 냉각열량

3776.28kcal·h (수증기 및 격실내 철판 및 공기냉각(55℃에서 10℃로

낮춤))

- 합계 : 7300.8kcal·h + 3776.28kcal·h = 11077.08kcal·h

°압축콤프레셔의 효율로 COP를 4.5로 볼 때 사용되는 동력

11077.08kcal ÷ 4.5 = 2461.5kcal

- 압축콤프레셔 사용동력

2461.5kcal ÷ 860kcal = 2.86kW·h

°총사용에너지량

2.95kW(송풍기 사용에너지) + 2.86kW(압축콤프레셔) = 4.94kW

- 열량환산 : 4.94kW×860kcal = 4250.4kcal

°1시간에 응축되는 12.48kg의 이론 건조열량

12.48kg×560.6kcal(증발열) = 6996.3kcal

°열효율 : 6996.3kcal/4250.4kcal = 1.64 배로 COP 1.64가 되며 열풍건

조기와 비교 할 경우1/5의 에너지 사용량이 된다.

°절감된 건조시간

28.4시간(55℃건조조건) - 24.7시간(65℃건조조건) = 3.7시간 절감

5)1번격실(l)에 있는 공기의 습도를 60%를 유지할 경우 격실의 냉각시 사용되는 열 35%내외가 절감이 이루어지므로 한층 에너지 사용 면에서 향상이 된다.

Claims

공기를 열매체로 이용해 피건조물을 건조하는 건조장치에서 건조실의 공기중에 함유함 수분을 제거함에 있어서, 건조실(j)의 주변에 일정한 규모의 용적을 지닌 1번격실(l)을 장치한 상태에서 건조실(j)과 1번격실(l)은 서로 마주하고 있는데, 건조실(j)과 1번격실(l)은 체크벨브(g-2, g-3)가 달린 2개의 송풍구(k, k-1)로 연결되어져 있으며, 그중 1개의 송풍구(k)에는 송풍기(h)가 장치되어 있다. 이 2개의 송풍구중 1개의 송풍구(k-1)는 공기가 송풍되는 방향이 1번격실(l)에서 건조실(j)방향으로 유입되도록 되는 방향이며, 1개의 송풍구(k)는 건조실(j)에서 1번격실(l)로 유입되도록 되는 방향인데, 각각 체크밸브(g-2, g-3)가 설치되어 있다.

1번격실(l)의 한측면에 위치한 2번, 3번, 4번격실(1-1,1-2,1-3 )은 1번격실(l)내의 분리벽(m)을 사이에 두고 1번격실(l)과는 분리되어 있으며, 이곳에 1번격실(l)의 공기를 가열 및 냉각시키는 기능의 시스템과 송풍장치가 들어있게 되는데, 이 냉각시스템은 증발기(d)와 압축 콤프레셔(a)와 응축기(c)가 각가 3개의 분리된 격실에 들어 있게 되며, 증발기(d)의 밑면에는 수증기의 응축저장탱크(i)가 장치되어 있으며, 윗면에는 냉매액 저장탱크(m)가 장치되어 있는데 냉매액 저장탱크(m)는 증발기(d)와 연결되어 있다.

응축기(c)의 윗면에는 압축냉매가스 저장 탱크(b)가 설치되어 있다.

증발기(d)가 장치된 2번격실(l-1)과 응축기(c)가 장치된 4번격실(l-3)사이에는 압축콤프레셔(a)가 장치된 3번격실(l-2)이 있는데, 이 격실에는 2개의 송풍기(e), (f)가 장치되어 있고 그중 하나의 송풍기(e)에서 보내지는 바람은 증발기(d)가 있는 2번격실(l-1)로 연결되어 있고, 송풍기(e)로 유입되는 바람은 1번격실(l)에서 유입되도록 순환통로(o)와 연결되어 있으며, 또 다른 송풍기(f)는 1번격실(l)에서 유입되어 응축기(c)로 보내지도록 연결되어져 있다. 증발기(d)가 있는 2번격실(l-1)과 응축기(c)가 있는 4번격실(l-3)은 1번격실(l)과 송풍구(k-2, k-3)를 통해 공간이 경우에 따라 연결될 수 있게 된다. 체크밸브(g, g-1)를 통해 1번격실(l)과 연결이 될 수도 있고 연결이 닫혀질 수도 있게 된다. 1번격실(l)의 한 측면에는 압력유지막(p)이 설치되어 있으며, 1번격실(l)의 반대편인 압력유지막(p)의 외부부분에는, 공기가 이동되는 통기구(q)가 있음을 특징으로 하는 냉·열풍 건조조건에서의 격실을 이용한 제습방법 및 장치
공기를 열매체로 이용해 피건조물을 건조하는 건조 장치에서 건조실(j)의 공기중에 함유한 수분을 제거함에 있어서, 건조실(j)에 있는 공기에 함유된 수분의 함수율이 임의의 원하는 일정습도가 되었을 때 습도를 감지한 센서작용에 의해, l번격실(l)에 있는 건조된 공기가 송풍구(k-1)를 통해 3번 송풍기(h)의 작동으로 건조실(j)로 유입되고, 건조실(j)에 있는 공기는 송풍구(k)를 통해 1번격실(l)로 유입되어져, 건조실(j)에 있는 습한 공기와 1번격실(l)에 있는 건조공기가 섞여지므로서, 1번격실(l)에 있는 공기와 건조실(j)에 있는 공기의 습도가 서로 같아지게 되는 1번공정과,

이1번 공정이 멈추게 되면 송풍구(k-1)와 송풍구(k)에 있는 체크 밸브(g-2, g-3)가 닫히게 되어 건조실(j)과 격실(l)의 통로가 막히게 되는 가운데, 동시에 3번격실(l-2)에 있는 1번송풍기(e)와 압축 콤프레셔(a)가 동작하여, 1번격실(l)에 있는 공기가 1번 송풍기(e)를 통해 2번격실(l-1)로 보내져, 격1번격실(l-1)에 있는 증발기(d)의 외부 전열표면에 닿아, 공기는 냉각이 되어지면서 송풍구(k-2)를 통과해 1번격실(l)로 나가게 되며, 증발기(d)의 내부에 있는 냉매는 이동되는 공기에서 증발열을 제공받아서 증발이 이루어지고, 증발된 냉매가스는 압축콤프레셔(a)의 작용으로 가압되면서 압축되어 압축냉매저장탱크(b)와 응축기(c)의 내부로 유입되어진다.

이러한 과정으로 일정한 시간이 경과되면 1번격실(l)에 있는 공기가 원하는 일정한 온도로 낮아지게 되며, 원하는 온도점이 되었을 때 세팅된 온도센서에 의해 압축콤퓨레셔(a)와 1번 송풍기(e)가 멈추게 되며, 송풍구(k-2)에 부착된 체크밸브(g)는 닫혀지게 되면서 종료되는 2번공정과,

동시에 2번 송풍기(f)가 작동해 순환통로 (o-1)를 통해 1번격실(l)에 있는 공기가 4번격실(l-3)로 들어온 다음, 응축기(c)의 외부 열전달 표면과 닿게되면서 공기는 가열된다, 응축기(c)의 내부에 있는 압축된 냉매가스는 열을 빼앗겨 응축이 이루어지게 되고, 응축된 냉매액은 1번격실(l-1)에 있는 냉매액 저장탱크(n)와 증발기(d)로 유입되어 지게 된다.

일정한 시간이 경과하면 1번격실(l)에 있는 공기는 가열되어지면서 원하는 온도점까지 온도가 상승하게 되어지고, 온도센서의 세팅된 작용에 의해 2번송풍기(f)의 동작이 멈추어지고 송풍구(k-3)에 부착된 체크밸브(g-1)는 닫혀지게 되면서, 종료되는 3번 공정과

이 공정이 멈추면 다시 1번 공정으로 전환하면서 건조실(j)에 있는 수증기를 제거하는 가운데, 수증기를 응축할 때 발생되는 응축열을 다시 피건조물의 가열열로 이용하게 되는 원리가 적용되는 냉·열풍건조조건에서의 제습방법 및 장치