KR20130083502A

KR20130083502A - 냉풍 건조기

Info

Publication number: KR20130083502A
Application number: KR1020120004105A
Authority: KR
Inventors: 김미란; 장용진
Original assignee: 김미란
Priority date: 2012-01-13
Filing date: 2012-01-13
Publication date: 2013-07-23
Also published as: KR101340151B1

Abstract

본 발명은 냉풍 건조기에 관한 것으로서, 적상이 발생되지 않도록 하면서 저온으로 건조대상물을 냉각 건조시키는 냉풍 건조기이다. 본 발명의 실시 형태는 1차 냉매를 가압하여 토출하는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 1차 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 1차 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 0℃ 보다 작은 응결점을 가지는 2차 냉매가 저장된 2차 냉매 저장탱크와, 상기 2차 냉매 저장탱크로부터 2차 냉매를 공급받아, 상기 팽창밸브에서 팽창된 1차 냉매가 상기 2차 냉매와 열교환하여 증발되도록 하는 1차 냉매 열교환기와, 상기 1차 냉매 열교환기에서 1차 열교환되어 저온화된 2차 냉매를 건조대상공간의 내기와 2차 열교환시켜 상기 건조대상공간의 내기를 냉각시키는 2차 냉매 열교환기를 포함한다.

Description

냉풍 건조기{Cooling dryer}

본 발명은 냉풍 건조기에 관한 것으로서, 적상이 발생되지 않도록 하면서 저온으로 건조대상물을 냉각 건조시키는 냉풍 건조기이다.

일반적으로 냉풍건조기는 냉동 사이클을 이루는 장치에서 증발기의 내부를 흐르는 냉매와 건조대상공간의 내부 공기(이하, '내기'라 함)와 열교환함으로써, 이때 내기 중의 수분이 응축되도록 하고 이러한 응축된 수분을 건조대상공간의 외부로 배출함으로써 건조대상공간을 건조시키기 위한 장치이다.

도 1은 종래의 냉풍 건조기를 나타낸 블록도이다.

도 1에서 보는 바와 같이, 종래의 냉풍 건조기는 압축기(1)에서 압축되어 토출되는 냉매를 응축기(2)를 통과시킴으로써 응축시킨 후, 이러한 응축된 냉매가 리시버(5)를 거쳐 팽창밸브(3)에서 팽창된 후 증발기(4)로 이동되도록 한다. 이때, 상기 증발기(4)에서 증발되는 냉매는 건조대상공간의 내기와 열교환되는데, 이를 통해 상기 내기에 포함된 수분이 응축되고, 이러한 응축된 수분을 건조대상공간 밖으로 배출함으로써 상기 건조대상공간을 건조시킬 수 있다. 여기서, 상기 압축기(1)의 토출측과 응축기(2) 토출측의 사이에는 가열 열교환기(6)가 구비될 수 있다. 상기 가열 열교환기(6)는 상기 증발기(4)를 통과하면서 냉각된 내기를 다시 가열하도록 함으로써 건조도를 높이고 건조대상공간을 적당 온도로 유지할 수 있도록 하기 위하여 제공됨이 바람직하다.

통상적인 냉풍 건조기는 건조대상공간의 온도를 22℃~30℃ 범위로 유지하면서 사용되는데, 그 이유는 상기 온도범위 미만으로 유지할 경우 증발기에 과도한 적상(積霜;서리 쌓임)이 발생되어 열교환 효율이 현격히 저하된다. 즉, 상기 건조대상공간의 온도를 낮게 유지하기 위해서는, 내기 중에 함유된 수분을 응축시킬 수 있을 정도로 증발기의 온도를 더욱 낮게 유지해야 하지만 이러한 경우 상기 증발기에 과도한 적상이 발생되어 상기 압축기의 작동을 수시로 중단시켜야 하는 심각한 문제점이 있었다. 또한 이와 같이 상대적으로 고온에서 농수산물을 건조시키는 경우에는 신선도가 저하되고 색상이 곱지 않게 되어, 건조된 농수산물을 고품질화하기 어려운 문제점이 있었다.

이러한 적상 문제 및 고온 건조의 문제를 해결하기 위하여 도 2에 도시한 한국등록특허 10-1000766의 경우, 냉풍건조기가 저온에서 작동하는 경우에도 과도한 적상 발생이 차단되도록 하는 압력조절밸브(7)가 제시되었다. 즉, 압축기(1)의 토출측과 증발기(4)의 흡입측 사이를 연결하도록 구비된 바이패스관(8)을 구비하고, 압축기(1)의 흡입측과 연결된 파일럿 배관(9)의 압력에 따라 선택적으로 개방되도록 하는 외부 파일럿형 압력조절밸브(7)를 바이패스관의 경로 상에 구비하였다.

그런데 이러한 한국등록특허 10-1000766의 경우, 적상을 방지하기 위하여 외부 파일럿형 압력조절밸브(7)를 사용하는데, 이는 전체 에너지 성능 효율을 떨어뜨리는 문제가 있다.

상술하면, 한국등록특허 10-1000766의 경우, 압축기(1)의 흡입측 압력이 설정 압력 이하로 가해지는 경우에는 압력조절밸브(7) 개방으로 인하여 압축기(1)의 토출측 고압의 냉매가 증발기 흡입측으로 유입되어 증발기(4)에 유입되는 냉매가스의 압력을 높게 하여 적상을 방지하는 원리이다. 즉, 압축기(1)의 흡입측 압력이 설정 압력 이하인 경우 증발기에서 적상이 일어날 수 있어 이를 방지하고자 압축기의 토출측 고압의 냉매를 증발기(4)의 흡입측으로 다시 공급하는 것이다. 그러나 이 때문에 압축기(1)의 토출측 고압의 냉매가 응축기(2)로 전부 유입되지 않고 일부가 증발기(4)의 흡입측으로 유입되기 때문에, 유입량 만큼의 압축 효율 및 증발 효율이 떨어져 냉풍 건조 에너지 효율이 떨어지는 문제가 생긴다. 즉, 압축기(1)를 거쳐 압력조절밸브(7)를 통해 증발기(4)로 다시 유입된 냉매 가스는 다시 압축기(1)로 유입되어 압축과정을 다시 가져야 하기 때문에, 냉풍 건조기 구동을 위한 전력 소비가 증가하기 때문이다.

또한 기존 냉풍건조기는 내기의 온도가 저온으로 내려갈수록 압력조절밸브 작동이 많아져서 능력이 현저히 저하되어 10℃~13℃ 미만의 경우 건조능력을 상실하게 된다.

따라서 적상 발생 없이 건조대상물 특성에 따라 저온 및 고온 건조를 자유로이 시킬 수 있는 에너지 절약형 냉풍 건조기의 개발이 시급하다.

등록특허 10-1000766

본 발명의 기술적 과제는 적상이 발생되지 않도록 하면서 기존보다 낮은 저온으로 건조대상물을 냉각 건조시키도록 하는데 있다. 또한 본 발명의 기술적 과제는 에너지 소비 효율이 높고, 높은 건조도를 얻을 수 있는 냉풍 건조기를 제공하는데 있다.

본 발명의 실시 형태는 1차 냉매를 가압하여 토출하는 압축기와, 상기 압축기로부터 토출된 1차 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 응축된 1차 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 0℃ 보다 작은 응결점을 가지는 2차 냉매가 저장된 2차 냉매 저장탱크와, 상기 2차 냉매 저장탱크로부터 2차 냉매를 공급받아, 상기 팽창밸브에서 팽창된 1차 냉매가 상기 2차 냉매와 열교환하여 증발되도록 하는 1차 냉매 열교환기와, 상기 1차 냉매 열교환기에서 1차 열교환되어 저온화된 2차 냉매를 건조대상공간의 내기와 2차 열교환시켜 상기 건조대상공간의 내기를 냉각시키는 2차 냉매 열교환기를 포함한다.

또한 상기 압축기로부터 토출된 가스중의 오일을 회수하기 위해 설치된 유분리기를 포함한다. 또한 1차 냉매 열교환기 직후에 설치된 오일 회수용 U트랩을 포함한다. 또한 1차 냉매 열교환기에서 열교환된 저온저압의 냉매의 온도를 감지하여 1차 냉매 열교환기로 공급되는 냉매량을 조절하는 감온통을 포함한다. 또한 건조대상공간에 위치하며, 상기 압축기로부터 토출되는 1차 냉매를 응축시켜 열을 발생시키는 가열용 응축기를 포함한다.

또한 2차 냉매는 0℃ 보다 작은 응결점을 가진다. 또한 2차 냉매는, 염화칼슘(CaCl₂) 수용액, 염화나트륨(NaCl) 수용액, 프로필렌글리콜(유기질브라인) 용액 중 적어도 어느 하나를 포함하는 브라인임을 특징으로 한다.

본 발명의 실시 형태에 따르면 적상이 발생되지 않도록 하면서 2차 냉매의 온도를 낮은 노점 온도에 맞춰 정밀하게 제어할 수 있으므로 저온으로 건조대상물을 높은 건조도에 도달하기까지 냉각 건조시킬 수 있다. 따라서 저온으로 냉각 건조시킴으로써, 생선, 곶감, 고추, 인삼, 축산물, 채소 등의 농산물/축산물/수산물의 부패를 방지하며 신선도를 유지하며 건조시킬 수 있다. 또한 열교환기에서 적상이 발생되지 않기 때문에, 열교환기의 적상 제거 작업을 수행하지 않아도 된다. 또한 본 발명의 실시 형태에 따르면 건조대상물을 냉각 건조시킬 때 에너지 소비를 최소로 하면서 적상없는 냉각 건조를 수행할 수 있다.

도 1은 종래의 냉풍 건조기의 구성 블록도이다.
도 2는 종래에 압력조절밸브를 이용하여 적상을 방지하는 냉풍 건조기의 구성 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉풍 건조기의 구성 블록도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 더욱 상세히 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 냉풍 건조기의 구성 블록도이다.

일반적으로 냉매는 냉동 사이클의 작동유체(作動流體)로서 저온의 물체에서 열을 빼앗아 고온의 물체에 열을 운반해 주는 매체를 말한다. 이하에서 1차 냉매라 함은, 암모니아, 프레온(디클로로이플루오로메탄), 메틸클로라이드, 액체 헬륨, 액체 수소 등과 같이 10℃ 이하의 온도(예컨대, -40℃ ~ 10℃의 온도 범위)에서 끓는점을 가지는 물질로서 낮은 온도에서 쉽게 기화되는 물질을 말한다. 또한 2차 냉매라 함은 0℃ 보다 작은 응결점(어는점)을 가져서 열흡수를 매개하는 물질로서, -50℃에서도 액체상태를 유지하는 염화칼슘(CaCl₂;무기질브라인) 수용액, 염화나트륨(NaCl;무기질브라인)이나 프로필렌글리콜(Propylene Glycol;유기질브라인) 용액 등의 브라인(brine) 물질이 사용될 수 있다.

또한 도 3에 도시된 각 배관에는 냉매를 차단하는 다수의 스톱밸브(SV), 한방향으로만 냉매를 흐르게 하는 첵크밸브(CV), 전기에 의해 구동되는 전기식 밸브인 전자변(EV) 등이 구비될 수 있는데, 이러한 밸브들 이외에도 다양한 밸브가 배관에 구비될 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 각 구성부를 설명한다.

압축기(70)는 1차 냉매 열교환기(10)에서 흡입한 1차 냉매 가스를 압축한다. 냉각 사이클을 이루도록 순환되는 1차 냉매를 가압하여 토출한다.

응축기(40)는 상기 압축기(70)에서 압축된 1차 냉매를 공급받아 냉매 고압액으로 응축시킨다. 상기 응축기(40)에서 응축된 냉매는 팽창밸브(80)를 통과하면서 팽창된 후 1차 냉매 열교환기(10)로 유입된다. 이때, 1차 냉매 저장탱크인 리시버(60)를 거쳐서 1차 냉매 열교환기(10)로 유입될 수 있다.

가열용 응축기(30)는 건조대상공간에 위치하며, 가열이 필요할 시에 압축기로부터 토출되는 1차 냉매를 응축시켜 열을 발생시키는 가열 열교환기이다. 이를 위하여 가열용 응축기(30)는, 압축기의 토출측과 응축기 토출측 사이에 구비되어, 상기 2차 냉매 열교환기(20)를 통과하면서 냉각된 건조대상공간(100)의 내기를 다시 가열하도록 한다. 이때, 냉각 건조된 내기를 가열하여 습도를 더욱 낮춰 건조대상물을 건조시킨다. 상기에서 건조대상공간은 생선 및 오징어와 같은 어류, 곶감같은 과일, 고추, 인삼, 축산물, 채소와 같은 농산물을 건조시켜 말리는 공간을 말한다.

팽창밸브(80)는 응축기를 통과하여 응축된 고압 냉매액을 팽창시켜서 저압의 저온 냉매(예컨대, 저압으로 인한 -15℃의 냉매)로 만든다. 참고로 응축기를 통과한 고압 냉매액은 냉매액 저장탱크인 리시버(60)를 거쳐서 상기 팽창밸브(80)로 공급되고, 감온통(85)은 1차 냉매 열교환기에서 열교환된 저온저압의 냉매의 온도를 감지하여 1차 냉매 열교환기(10)로 공급되는 냉매량을 조절함이 바람직하다.

1차 냉매 열교환기(10)는, 팽창밸브(80)를 통과하면서 저온저압이 된 1차 냉매를 이용하여 2차 냉매(브라인)와 열교환을 하는 증발기이다.

압축기(70)와 응축기(30,40)사이에는 유분리기(45)를 설치하고, 1차 냉매 열교환기(10)와 액분리기(75)사이에는 U트랩(65)을 설치하여 1차냉매와 섞인 오일을 회수하기 용이하게 함이 바람직하다.

1차 냉매 열교환기(10)에서 증발되는 냉매 가스는 압축기로 공급되어 압축되는데, 이때, 1차 냉매 열교환기와 압축기 흡입측 사이에 액분리기(75)를 설치하여, 1차 냉매 열교환기에서 증발되지 않은 액화 상태의 1차 냉매를 걸려낸 후 기화 상태의 1차 냉매만을 상기 압축기 흡입측으로 제공한다. 액분리기(75)를 설치함으로써, 액상의 1차 냉매가 압축기로 유입되지 않도록 하여 압축기 손상을 방지할 수 있다.

2차 냉매 저장탱크(50)는 0℃ 보다 작은 응결점을 가지는 2차 냉매(브라인)가 저장되어 있어, 1차 냉매 열교환기(10)로 2차 냉매를 공급하며, 이어서 1차 냉매 열교환기에서 열교환된 2차 냉매를 2차 냉매 열교환기(20)로 공급한다. 2차 냉매 열교환기(20)에서 2차 열교환이 이루어진 2차 냉매는 2차 냉매 저장탱크(50)로 회수된다. 2차 냉매 저장탱크(50)는 추가적으로 순환펌프(90)를 구비하여, 2차 냉매 저장탱크 내의 2차 냉매를 1차 냉매 열교환기 및 2차 냉매 열교환기를 거쳐서 회수하는 순환 작업을 수행시킬 수 있다.

2차 냉매 열교환기(20)는 1차 냉매 열교환기(10)에서 1차 열교환되어 저온화된 2차 냉매(브라인)를 건조대상공간의 내기와 2차 열교환시켜 상기 건조대상공간의 내기를 냉각 건조시킨다. 1차 냉매 열교환기(10)에서 열교환되어 저온으로 되는 2차 냉매는 1차 냉매의 -15℃보다 높은 0℃ 내외의 온도를 가질 수 있어 1차 냉매 열교환기에서 적상(서리) 발생을 방지할 수 있다. 예를 들어, 건조대상공간을 8℃로 유지하고자 하는 경우, 2차 냉매 열교환기(20)에 공급되는 2차 냉매의 온도를 0℃ ~ 1℃로 운용하면 되며, 이러한 2차 냉매 온도로 인한 적상이 발생되지 않는다.

종래의 도 1 및 도 2의 냉매를 통한 직접 냉각 방식은 팽창밸브를 통해 압축된 냉매의 온도가 너무 낮아서(예컨대, -15℃를 가짐), 건조대상공간의 상온 온도와 너무 큰 차이가 발생하여 적상(서리)가 발생한다. 따라서 종래 도 2에서는 내기의 온도가 저온으로 내려가면 바이패스(7) 동작으로 적상을 방지하였으나, 10℃ ~ 12℃ 이하의 저온에서는 적상 방지 기능을 상실한다. 따라서 종래 기술은 10℃ ~ 12℃ 이하의 저온에서는 적상 방지 기능을 상실하여 표면에 서리가 발생하게 되는데, 발생된 서리는 공기중의 습도에 따라 다르지만, 수십분 후에 얼음으로 변하여 송풍팬에 의해 공급되는 공기를 차단시키므로 증발 기능을 상실하게 되며, 증발이 발생되지 않으면 냉매의 질량 유량이 감소하여 고압축(응축기측)의 압력이 하강하게 되고 압력의 감소는 응축 온도의 하강을 초래하여 난방에 필요한 만큼의 열량을 얻지 못하게 되는 문제가 있다. 이에 반하여 본 발명은 -15℃ 정도의 낮은 온도의 냉매 가스를 직접 건조대상공간에 유입시켜 열교환하지 않고, 브라인과 같은 2차 냉매(간접냉각방식)를 이용하여 냉매 가스보다 높은 온도지만 노점온도 이하의 저온의 온도로서 건조대상공간의 내기와 열교환을 수행하여 적상을 방지할 수 있다.

또한 종래의 도 2의 직접 냉각 건조 방식은 비록 낮은 온도에서 운영되지만 적상을 방지하기 위하여 압축기의 토출가스를 이용하고 있어 에너지 소비 효율이 나쁜 문제가 있다. 그러나 본 발명은 2차 냉매를 냉풍 건조기에 적용함으로써 이러한 에너지 소비없이도 적상을 방지할 수 있다.

본 발명을 첨부 도면과 전술된 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였으나, 본 발명은 그에 한정되지 않으며, 후술되는 특허청구범위에 의해 한정된다. 따라서, 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 후술되는 특허청구범위의 기술적 사상에서 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 변형 및 수정할 수 있다.

10: 1차 냉매 열교환기 20: 2차 냉매 열교환기
30: 가열용 응축기 40: 응축기
45: 유분리기 50: 2차 냉매 저장탱크
60: 리시버 65: U트랩
70: 압축기 75: 액분리기
80: 팽창밸브 90: 순환펌프
100: 건조대상공간

Claims

1차 냉매를 가압하여 토출하는 압축기;
상기 압축기로부터 토출된 1차 냉매를 응축시키는 응축기;
상기 응축기에서 응축된 1차 냉매를 팽창시키는 팽창밸브;
2차 냉매가 저장된 2차 냉매 저장탱크;
상기 2차 냉매 저장탱크로부터 2차 냉매를 공급받아, 상기 팽창밸브에서 팽창된 1차 냉매가 상기 2차 냉매와 열교환하여 증발되도록 하는 1차 냉매 열교환기;
상기 1차 냉매 열교환기에서 1차 열교환되어 저온화된 2차 냉매를 건조대상공간의 내기와 2차 열교환시켜 상기 건조대상공간의 내기를 냉각시키는 2차 냉매 열교환기;
를 포함하는 냉풍 건조기.

청구항 1에 있어서, 상기 압축기로부터 토출된 가스중의 오일을 회수하기 위해 설치된 유분리기를 포함하는 냉풍 건조기.

청구항 1에 있어서, 1차 냉매 열교환기 직후에 설치된 오일 회수용 U트랩을 포함하는 냉풍 건조기.

청구항 1에 있어서, 1차 냉매 열교환기에서 열교환된 저온저압의 냉매의 온도를 감지하여 1차 냉매 열교환기로 공급되는 냉매량을 조절하는 감온통을 포함하는 냉풍 건조기.

청구항 1에 있어서, 상기 건조대상공간에 위치하며, 상기 압축기로부터 토출되는 1차 냉매를 응축시켜 열을 발생시키는 가열용 응축기를 포함하는 냉풍 건조기.

청구항 1에 있어서, 상기 1차 냉매 열교환기에서 증발되지 않은 액화 상태의 1차 냉매를 걸러낸 후 기화 상태의 1차 냉매만을 상기 압축기로 제공하는 액분리기를 포함하는 냉풍 건조기.

청구항 1에 있어서, 상기 2차 냉매 저장탱크 내의 2차 냉매를 상기 1차 냉매 열교환기로 공급하고 회수하는 순환을 시키는 순환펌프를 포함하는 냉풍 건조기.

청구항 1 내지 청구항 7 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 2차 냉매는 0℃ 보다 작은 응결점을 가지는 냉풍 건조기.

청구항 8에 있어서, 상기 2차 냉매는, 염화칼슘(CaCl₂) 수용액, 염화나트륨(NaCl) 수용액, 프로필렌글리콜(유기질브라인) 용액 중 적어도 어느 하나를 포함하는 브라인임을 특징으로 하는 냉풍 건조기.