KR20120111042A - 이종의 마그네트론 및 이송챔버 각도를 이용한 고효율 건조 방법 및 장치 - Google Patents

이종의 마그네트론 및 이송챔버 각도를 이용한 고효율 건조 방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 건조장치에 관한 것이다. 본 발명에 의한 건조방법은, 건조 대상물을 건조챔버 내부로 유입하는 단계; 상기 건조챔버 내부에 유입된 건조 대상물에 마이크로웨이브를 조사하는 단계를 포함하고, 상기 마이크로웨이브를 생성하는 마그네트론을 출력을 달리하여 건조 대상물에 조사되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 건조장치는, 내부에 건조 대상물이 수용될 수 있는 공간이 형성되는 건조챔버; 상기 건조챔버에 구비되고, 상기 건조챔버 내부에 마이크로웨이브를 증폭, 조사하는 웨이브가이드;
상기 건조 대상물을 각도를 조절하여 이송할 수 있는 원통형 이송 유닛;
을 포함한다.
종래 마이크로웨이브 건조 방법 및 장치는 전자레인지에 사용하던 보편적인 1kw급 출력의 마그네트론을 사용하여 왔다. 그러나, 건조 대상물이 점성이 높거나 함수율이 높은 상태에서는 상대적으로 고출력인 4~5kw급 출력의 마그네트론을 사용하여 효율을 높이고, 연속 건조의 마지막 부분에서는 1kw급 출력의 마그네트론을 사용함으로써 효율적인 건조가 가능하도록 하였다.

Description

이종의 마그네트론 및 이송챔버 각도를 이용한 고효율 건조 방법 및 장치{Efficient dry processing method and drying apparatus using different kinds of magnetrons and chamber angle}
본 발명은 건조방법 및 건조장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 출력이 다른 이종의 마그네트론들을 사용하고 이송챔버의 각도를 이용하여 고효율 마이크로웨이브 건조 방법 및 장치에 관한 것이다. 본 고효율 건조기를 이용하여, 상하수슬러지, 석고 등 화학공장 슬러지, 토양, 식품, 사료 등의 수분이 함유된 건조 대상물을 건조하는 건조방법 및 건조장치에 관한 것이다.
일반적으로, 마이크로웨이브는 전자파의 일종으로 파장이 매우 짧은 전자파이다. 상기 마이크로웨이브(Micro wave)는 주파수가 약 1000MHz(메가 헤르츠)에서 30GHz(기가 헤르츠)까지이고, 파장이 대략 1-30cm까지인 전파를 총칭한다.
상기 마이크로웨이브가 물 분자에 조사되면, 물 분자는 1초 동안 약 24억 5000만 회의 분자 배향에 의한 회전운동을 일으키고, 이때 분자 사이의 마찰에 의하여 열이 발생한다.
마이크로웨이브 건조기는 이와 같이 분자 사이에서 발생하는 열에 의해 순간적으로 살균작용, 건조작용, 추출작용 등의 기능을 수행한다.
종래에는 출력이 1kw급의 전자레인지의 마이크로웨이브 발생기인 마그네트론만 사용한 경우가 대부분이었기 때문에 함수율 및 성상이 다른 피건조물을 건조하는 데 어려움이 있었다.
본 발명은 출력이 다른 다수의 마그네트론들을 건조 대상물의 성상과 함수율에 따라 달리 사용하고 챔버의 각도를 이용하여 고효율 건조장치 및 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 다양한 대상물을 건조할 수 있고, 건조 열효율이 획기적으로 향상되는 건조장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의한 건조방법은, 건조 대상물을 건조챔버 내부로 유입하는 단계; 상기 건조챔버 내부에 유입된 건조 대상물에 마이크로웨이브를 조사하는 단계; 및 상기 건조 대상물을 상기 건조챔버 외부로 배출하는 단계를 포함하고, 상기 마이크로웨이브 는 상기 건조 대상물에 동시에 조사되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 건조장치는, 내부에 건조 대상물이 수용될 수 있는 공간이 형성되는 건조챔버; 상기 건조챔버에 구비되고, 상기 건조챔버 내부에 마이크로웨이브를 조사하는 웨이브가이드; 및 상기 건조챔버에 설치되고, 상기 건조 대상물을 이송하는 이송 유닛; 을 포함하고, 상기 마이크로웨이브는 상기 건조 대상물에 동시에 조사되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 건조 대상물의 성상 및 함수율에 따라 출력이 1kw, 출력이 4-5kw 등의 다수의 마그네트론을 연속적으로 사용함으로써, 건조 열효율이 종래 40% 정도에서 80%이상으로 획기적으로 상승할 수 있다.
또한, 챔버내의 건조 대상물이 이송되도록 약간의 각도를 둠으로써, 종래 수평으로 만들어진 건조 챔버에 비해 중력에 의해 일부 이동하도록 하여 고효율 건조가 가능하다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 건조장치의 측면도.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 건조장치의 정면도.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 건조장치의 후면도.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 의한 마그네트론에서 나온 마이크로웨이브를 증폭, 유도하는 웨이브가이드의 정면도.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상이 그와 같은 실시예에 제한되지 않고, 본 발명의 사상을 실시예를 이루는 구성요소의 부가, 변경 및 삭제 등에 의해서 다르게 제안될 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상에 포함되는 것이다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 의한 건조장치의 측면도이고, 도 2는 본 발명의 제1 실시예에 의한 건조장치의 정면도이며, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 의한 건조장치의 후면도이다. 도 4는 마그네트론에서 나온 마이크로웨이브를 증폭, 유도하는 웨이브가이드의 정면도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 건조장치(1)에는, 원통형 건조챔버(10)와, 4~5kw 출력의 마그네트론(21)과, 1kw 출력의 마그네트론(22), 웨이브가이드(23)과, 이송 유닛(30), 챔버의 각도를 조절하는 유압장치로 각도 조절기(40)이 포함된다.
상기 건조챔버(10)에는, 외형을 형성하는 바디부(11)와, 건조 대상물이 유입되는 투입부(12)와, 건조 대상물이 배출되는 배출부(13)가 포함된다.
상기 바디부(11)의 내부에는 건조 대상물의 건조 작용이 일어나는 공간이 형성된다. 상기 바디부(11)는 상기 건조 대상물이 진행할 수 있도록 각도를 두어 소정 방향으로 길게 형성될 수 있다. 일례로, 상기 바디부(11)는 원통형으로 형성될 수 있고, 두 개 이상의 다단으로 형성될 수 있다.
상기 웨이브가이드(22)에서 조사된 마이크로웨이브는 상기 바디부(11)의 상면에는 상기 웨이브가이드(22)에서 조사된 마이크로웨이브가 관통할 수 있는 마이크로웨이브 관통홀(14)이 천공 형성된다. 상기 마이크로웨이브 관통홀(14)은 상기 웨이브가이드(22)과 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 일례로, 상기 마이크로웨이브 관통홀(14)은 상기 웨이브가이드(22)에서 수직 하방에 위치될 수 있다.
상기 바디부(11)의 일 측에는 건조 대상물이 유입되는 투입부(12)가 형성될 수 있다. 일례로, 상기 투입부(12)는 상기 바디부(11)의 상면에 형성될 수 있다.
상기 바디부(11)의 타 측에는 상기 투입부(12)를 통하여 유입된 건조 대상물이 배출되는 배출부(13)가 형성된다. 상기 배출부(13)는 상기 바디부(11)의 저면에 형성될 수 있다.
한편, 상기 마그네트론(21)은 마이크로웨이브를 발생한다. 상기 마그네트론(21)이 마이크로웨이브를 발생하는 방법은 공지의 어떠한 방법이라도 사용될 수 있다. 상기 마그네트론(21)은 상기 건조챔버(10)의 상단부나 측면에 설치될 수 있다.
상기 마그네트론(21)에서 발생된 마이크로웨이브는 상기 웨이브가이드(23)으로 전달된다. 상기 웨이브가이드(23)은 상기 마그네트론(21)의 하측에 위치될 수 있다. 상기 웨이브가이드(23) 내부에는 상기 마이크로웨이브가 진행할 수 있는 공간이 형성된다. 상기 웨이브가이드(23)에서 배출된 마이크로웨이브는 상기 마이크로웨이브 관통홀(14)을 관통하여 건조 대상물로 조사된다.
한편, 상기 이송 유닛(30)은 스크류 형태로 상기 건조챔버(10)의 내부에 설치되어, 건조 대상물을 이송한다. 상기 이송 유닛(30)은 상기 건조 대상물을 이송하는 것뿐만 아니라, 건조 대상물을 이송, 분쇄, 교반하는 역할을 할 수 있다.
상기 이송 유닛(30)은 상기 투입부(12)를 통하여 유입된 건조 대상물이 상기 배출부(13)로 이송될 수 있도록 상기 투입부(12)에서 상기 배출부(13)로 길게 연장될 수 있다.
상기 이송 유닛(30)에는, 회전축부(31)와, 상기 회전축부(31)에 회전력을 제공하는 구동부(32)와, 상기 회전축부(31)의 외주면에 결합되는 스크류부(33)가 포함된다.
상기 회전축부(31)는 상기 바디부(11)의 일단에서 타단으로 길게 연장되는 원통형상으로 형성될 수 있다. 상기 회전축부(31)는 스테인레스강이나 철 등의 내구성이 강한 금속재질로 형성될 수 있다.
상기 구동부(32)는 상기 회전축부(31)에 결합되어, 상기 회전축부(31)의 회전에 필요한 구동력을 제공할 수 있다. 상기 구동부(32)는 상기 건조챔버(10)의 외부에 위치될 수 있다. 또한, 상기 구동부(32)는 모터가 사용될 수 있다.
상기 스크류부(33)는 상기 회전축부(31)의 외주면에 나선형으로 결합될 수 있다. 상기 스크류부(33)는 상기 회전축부(31)와 용접에 의해 결합될 수 있다. 상기 스크류부(33)는 상기 회전축부(31)와 함께 회전하여, 건조 대상물을 소정 방향으로 이송하고, 건조 대상물을 분쇄, 교반할 수 있다.
상기 이송 유닛(30)에 포함되는 상기 회전축부(31)의 개수는 제한이 없다. 따라서, 상기 회전축부(31)는 1개가 사용될 수 있고, 다수 개가 사용될 수도 있다. 다만, 상기 회전축부(31)가 다수 개 사용되는 경우에는 각각의 회전축부(31)가 평행하게 배치되고, 건조 대상물의 분쇄기능을 향상하기 위해 이웃하는 스크류부(33)가 엇갈려서 돌아가도록 배치한다.
또한, 상기 건조장치(1)에는 유압이나 체인형태로 각도 조절기(40)를 둔다. 상기 각도 조절기(40)를 통해 건조대상물의 함수율과 점성에 따라 바디부(11)의 기울기를 조절한다.
또한, 사용자는 제어 유닛(50)을 통하여 상기 4-5kw급 마그네트론(21), 1kw급 마그네트론(22) 및 상기 이송 유닛(30)의 동작을 PLC(Power Line Communication)로 컨트롤할 수 있고, 상기 건조장치(1)에 포함된 기기의 정상 가동 여부를 모니터링할 수 있다. 또한, 사용자는 상기 제어 유닛(50)을 통하여 4~5kw급 마그네트론 상태(51), 1kw급 마그네트론 상태(52), 건조대상물의 상기 건조장치(1) 내의 체류시간, 투입 및 배출 함수율(53), 상기 건조 장치 내의 온도(54) 등의 건조 관련 인자를 원격 조정할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 제2 실시예에 대하여 설명한다. 상기 제2 실시예는 난반사부의 형상에 있어서만 상기 일 실시예와 차이가 있으므로, 상기 일 실시예와 공통되는 부분은 일 실시예의 설명을 원용하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예에 의한 건조장치의 정면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 상기 건조챔버(10)의 바디부(11) 저면이 전체적으로 원통 형상으로 휘어져서 형성된다.
본 발명에 의하여 건조 대상물이 건조되는 원리는 다음과 같다. 먼저, 건조 대상물에 마이크로웨이브가 조사되면, 건조 대상물에 포함되어 있는 물 분자의 진동 회수가 증가하고, 물 분자(H2O)의 회전 운동이 일어난다. 물 분자의 진동 회수가 증가함에 따라서, 물 분자 간의 충돌 및 물 분자와 다른 분자 사이의 충돌로 열이 발생된다. 또한, 물 분자가 팽창된 상태로 건조 대상물의 표면 쪽으로 이동하려는 힘이 발생된다.
본 발명에 의하면, 종래의 마이크로웨이브에 의한 건조 방법을 개선하여 고효율 건조가 가능하게 한다. 상세히, 종래에는 열효율이 40%에 불과했지만, 본 발명과 같이 건조 대상물을 함수율이 높거나 점성이 높은 상태에서는 상대적으로 출력이 높은 4~5kw급 마그네트론으로 건조하고, 상대적으로 출력이 낮은 1kw급의 기존의 마그네트론을 건조기의 마지막 단계에 사용함으로써, 열효율을 높이고, 원통형의 바디부 전체의 각도를 지면에서 비스듬히 조절함으로써, 열효율이 80%이상 되는 효과를 볼 수 있다.
본 발명에 의하면, 유기질이 섞여있는 건조 대상물의 경우에는 미생물의 내부에 함유된 물을 증발시켜서 살균효과를 얻을 수 있다. 즉, 물 분자가 결합수로서 매우 견고히 연결되어 경제적으로 건조하는 것이 도저히 불가능하다고 여겨져 왔던, PNP 폐석고(Poly Naphthalene Sulfonate Gypsum), 7개의 물 분자를 포함한 황산 제1철(FeSO4?7H2O) 계열의 티탄 폐석고 등의 슬러지의 건조도 가능하다.
본 발명에 의해, 하수 슬러지, 상수 슬러지, 가축 분뇨, 톱밥, 음식물쓰레기, 각종 폐석고나 폐석회, 피혁 슬러지, 무수석고(인산석고나 인산석회), 당밀, 옥수수 사료, 밀배아박, 대두박, 어폐류 부산물, 라면 스프 등의 레토르트 식품, 의약품, 반도체 슬러지 등을 고효율로 건조할 수 있게 된다.
1 : 건조장치 10 : 건조챔버
11 : 바디부 12 : 투입구
13 : 배출구 14 : 관통홀
21 : 4~5kw급 마그네트론 22 : 1kw급 마그네트론
23 : 웨이브가이드 31 : 회전축부
32 : 구동부 33 : 웨이브가이드
40 : 각도 조절기 50 : 제어 유닛
51 : 4~5kw급 마그네트론 표시 램프 52 : 1kw급 마그네트론 표시 램프
53 : 함수율 표시판 54 : 온도 표시판

Claims (4)

  1. 건조 대상물을 건조챔버 내부로 유입하는 단계;
    상기 건조챔버 내부에 유입된 건조 대상물에 마이크로웨이브를 조사하는 단계; 및 상기 건조챔버 내부에 유입된 건조 대상물을 건조하는 단계;
    를 포함하고,
    상기 출력이 다른 마그네트론들을 사용하여 건조 대상물에 마이크로웨이브를 조사하는 건조 방법 및 장치
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 건조챔버 내부에 유입된 건조 대상물의 점성이나 함수율에 따라 이송 챔버의 각도를 임의로 조절하여 건조 대상물을 이송하는 것을 특징으로 하는 건조 방법.
  3. 내부에 건조 대상물이 수용될 수 있는 공간이 형성되는 건조챔버;
    상기 건조챔버에 구비되고, 상기 건조챔버 내부에 마이크로웨이브를 증폭하여 조사하는 웨이브가이드;
    상기 건조챔버에 설치되고, 상기 건조 대상물을 이송하는 이송 유닛;
    을 포함하고,
    상기 마이크로웨이브는 처음에는 출력이 상대적으로 높은 4~5kw급의 마그네트론, 마지막은 출력이 상대적으로 낮은 1kw급의 마그네트론을 연속적으로 사용하는 것을 특징으로 하는 건조장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 건조챔버는 원통형으로 바닥이 오목하여 마이크로웨이브의 난반사가 가능하도록 형성된 건조장치.
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