KR20130123025A - Method for operation of a grain drier - Google Patents

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KR20130123025A
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한국식품연구원
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Abstract

The present invention relates to a multi-purpose grain drier operating method. In detail, the invention relates to a method for calculating an air flow rate, an air flow temperature, and a circulation speed which are drying factors of a multi-purpose grain drier in order to have high drying efficiency. An operation condition calculating method of the multi-purpose grain drier of the invention includes a step of calculating a water content percentage ratio (MR) of grain according to drying time (t), relative humidity (RH), and temperature of inflow air (T) and a step of calculating drying temperature, an air flow rate, and grain falling speed of the grain drier by using the water content percentage ratio.

Description

다목적 곡물 건조기 운영 방법{Method for operation of a grain drier}Method for operation of a grain drier}

본 발명은 다목적 곡물 건조기 운영 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 높은 건조 효율을 갖도록 다목적 건조기의 건조 요인인 송풍량, 건조온도, 순환속도를 산출하는 방안에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for operating a multi-purpose grain dryer, and more particularly, to a method for calculating a blowing amount, a drying temperature, a circulation speed, which are drying factors of the multipurpose dryer, to have a high drying efficiency.

곡물은 수확 후 품질의 변화 없이 저장, 가공 등을 위하여 적절한 방법으로 목표 수분까지 건조하여야 한다.Grains should be dried to the target moisture in an appropriate way for storage, processing, etc. without changing quality after harvesting.

일반적으로 곡물은 온도와 상대습도가 일정한 공기 중에 장시간 노출되면 수분을 흡수하거나 방출하지 않는 함수율 평형상태에 도달하게 된다. 이때, 함수율을 주어진 온도와 상대습도의 평형함수율이라고 한다. 수분이 높은 곡물은 평형함수율 조건을 유지하기 위해 표면에서 수분 증발이 이루어지고 내부에서는 표면으로 수분확산이 동시에 일어나게 되는데 이러한 현상이 반복되는 것을 건조과정이라 한다.In general, grains reach a moisture content equilibrium that does not absorb or release moisture after prolonged exposure to air with constant temperature and relative humidity. In this case, the moisture content is referred to as the equilibrium moisture content of a given temperature and relative humidity. High-moisture grains evaporate water from the surface to maintain equilibrium moisture content, and water diffuses simultaneously to the surface. This phenomenon is called drying process.

이 때 확산속도가 건조속도보다 늦으면 곡립의 내외부에 함수율 차이가 발생하고 응력이 증가하게 된다. 즉, 건조가 진행되면서 응력의 차이가 크게 발생되며 곡물의 품질저하의 원인인 동할이 발생하게 된다. 이러한 건조과정에서 발생하는 낟알 내외부의 함수율 차이를 줄이기 위해 일정 시간 동안 건조를 중지하고 곡물을 방치하는 것을 템퍼링(tempering)이라 하며, 템퍼링동안 벼 낟알 내부의 수분이 표면으로 확산되어 건조 중에 발생한 함수율 차이가 줄어들게 되므로 동할 발생이 억제된다.At this time, if the diffusion rate is slower than the drying rate, the water content difference occurs inside and outside the grain and the stress increases. That is, as the drying proceeds, a large difference in stress is generated, and a copper charge, which is a cause of deterioration of grain, is generated. Tempering is to stop drying for a certain time and to leave grains to reduce the difference in moisture content between the grains inside and outside the grains. During the tempering, the difference in moisture content during drying is due to the diffusion of moisture inside the rice grains to the surface. Since is reduced, the occurrence of copper activity is suppressed.

일반적으로 곡물의 수분증발은 자유수의 증발보다 에너지가 많이 소요되며, 표면증발을 위해서는 증발잠열이 필요하다. 표면에서 증발된 수분은 대류 또는 송풍 공기에 의해 제거된다. 표면증발에 의한 수분제거 속도보다 내부 수분확산 속도가 크면 건조속도가 일정한 항률건조가 이루어지고, 반대로 내부 확산속도가 표면 증발속도보다 작으면 건조속도가 떨어지는 감률건조가 일어난다.In general, water evaporation of grains requires more energy than evaporation of free water, and latent heat of evaporation is required for surface evaporation. Water evaporated from the surface is removed by convection or blowing air. If the internal moisture diffusion rate is greater than the water removal rate due to surface evaporation, the constant drying rate is constant. On the contrary, if the internal diffusion rate is less than the surface evaporation rate, the drying rate decreases.

곡물건조의 기본형식은 벼와 열풍의 흐름방향에 따라 도 1에 도시되어 있는 바와 같이 곡물과 열풍의 흐름이 동일한 방향인 병류형(concurrent flow type), 반대방향인 향류형(counter flow type), 직각방향인 횡류형(cross flow type)과 이들이 혼합된 혼합류형(mixed flow)과 곡물은 정지되어 있고 열풍만 이동하는 고정층형(fixed-bed type)으로 구분된다.As shown in FIG. 1, the basic form of grain drying is a concurrent flow type in which the flow of grain and hot air is in the same direction, a counter flow type in the opposite direction, as shown in FIG. Orthogonal cross flow type, mixed flow and mixed grains are divided into fixed-bed type where static and hot air only move.

국내에 사용되는 곡물건조기는 열풍건조방식인 순환식건조기와 연속식건조기, 상온통풍건조방식인 평타입사일로, 사각빈 등이 있으며, 일반적으로 순환식건조기는 횡류형, 연속식건조기는 혼합류형 및 상온통풍건조는 고정층형이다. 열풍건조방식인 순환식건조기와 연속식건조기는 동할 발생을 최소화하기 위하여 건조→ 템퍼링→ 건조→ 템퍼링과정을 반복하도록 구성되어 있는데, 순환식건조기는 건조기 내부의 상단 저장부를 템퍼링용으로 사용하고 있으며, 연속식건조기는 건조기 내부에 템퍼링 영역이 없기 때문에 별도의 템퍼링빈이 필요하며, 상온통풍건조는 건조속도가 낮으므로 템퍼링 과정이 필요하지 않다.Grain dryers used in Korea include hot air drying type circulating dryers and continuous dryers, normal temperature ventilation drying type silos, square bins, etc. In general, circulating dryers are cross flow type, continuous dryers are mixed flow type and Room temperature ventilation drying is a fixed bed type. The hot air drying type circulating dryer and the continuous dryer are configured to repeat drying → tempering → drying → tempering process in order to minimize the occurrence of frost. The circulating dryer uses the upper storage part inside the dryer for tempering. Since the continuous dryer does not have a tempering area inside the dryer, a separate tempering bin is required, and the room temperature ventilation drying does not require a tempering process because the drying speed is low.

기존 국내에서 가장 많이 사용되는 횡류형 형태의 순환식건조기는 구조적으로 곡물의 크기에 따라 타공망에 막힘 현상이 발생하여 주로 단일곡종(벼, 보리)에만 제한적으로 사용된다.The conventional cross-flow type circulating dryer, which is most commonly used in Korea, is limited to single grain species (rice, barley) due to the blockage of the perforated network depending on the grain size.

다목적 건조기는 벼를 포함한 유채종자, 보리, 옥수수 및 콩 등의 다목적으로 건조가 가능하도록 내부에 타공망이 없는 구조이며, 병류형 형식을 채택하여, 즉 열풍의 흐름과 곡물의 흐름이 동일한 병류흐름으로 모든 곡물이 동일조건의 열풍에 노출되며, 초기에는 고온에 노출되지만 배출시에는 저온에 노출된다. 따라서, 다목적 건조기는 고온의 열풍(100 ~ 120℃)으로 초고속 건조하면서 동할의 발생을 억제하고 에너지를 절감할 수 있는 건조기이다.The multi-purpose dryer has a structure without perforation inside to allow multi-purpose drying of rapeseed seeds including barley, barley, corn and soybeans, and adopts a co-current type, that is, a hot air stream and a grain flow have the same co-flow. All grains are exposed to the same hot air, initially exposed to high temperatures but discharged to low temperatures. Therefore, the multi-purpose drier is a drier which can suppress the generation of copper and save energy while ultrafast drying with high temperature hot air (100-120 ° C.).

곡물 순환식 병류형 곡물 건조기는 특허가 등록되어 있으며, 특허명은 ‘순환식 병류형 곡물 건조기(RICE CIRCULATING CONCURRENT-FLOW DRYER), 10-0968966’이다. 그러나 순환식 병류형 곡물 건조기 특허는 건조기 장치 및 구조와 관련되어 있으며, 건조기의 운영 방법, 건조 곡물의 종류 및 건조 조건(송풍량, 송풍온도, 곡물 순환 속도)에 대한 내용은 개시되어 있지 않다. 일반적으로 곡물건조기의 성능에 영향을 주는 중요 요인은 송풍량, 송풍온도, 순환속도이며, 이러한 요인들은 건조속도, 건조곡물의 품질 및 건조 소요에너지에 영향을 주게 된다.The grain-circulating cocurrent grain dryer is registered with a patent. The patent name is 'RICE CIRCULATING CONCURRENT-FLOW DRYER, 10-0968966.' However, the circulating cocurrent grain dryer patent relates to a dryer device and structure, and does not disclose a method of operating the dryer, types of dry grains and drying conditions (air flow rate, blowing temperature, grain circulation rate). In general, the important factors that affect the performance of grain dryers are the blowing amount, blowing temperature, and circulation speed, and these factors affect the drying speed, quality of dry grain, and drying energy.

본 발명이 해결하려는 과제는 최적의 건조 조건을 갖는 건조기의 송풍량, 송풍온도, 순환속도를 산출하는 방안을 제안함에 있다.The problem to be solved by the present invention is to propose a method for calculating the blowing amount, the blowing temperature, the circulation speed of the dryer having the optimum drying conditions.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 곡물의 종류에 따라 최적의 건조 조건을 갖는 건조기의 송풍량, 송풍온도, 순환속도를 산출하는 방안을 제안함에 있다.Another problem to be solved by the present invention is to propose a method for calculating the blowing amount, blowing temperature, circulation speed of the dryer having the optimal drying conditions according to the type of grain.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 곡물의 종류에 따라 상이한 수학식을 적용하여 최적의 건조 조건을 산출하는 방안을 제안함에 있다.Another problem to be solved by the present invention is to propose a method for calculating the optimum drying conditions by applying different equations according to the type of grain.

이를 위해 본 발명의 다목적 곡물건조기의 운영 조건 산출 방법은 건조시간(t), 상대습도(RH), 유입된 공기의 온도(T)에 따른 곡물의 함수율비(MR)를 산출하는 단계, 산출된 상기 함수율비를 이용하여 곡물 건조기의 건조온도, 송풍량, 곡물 낙하 속도를 산출하는 단계를 포함한다.To this end, the method for calculating operating conditions of the multipurpose grain dryer of the present invention includes calculating a moisture content ratio (MR) of grains according to a drying time (t), a relative humidity (RH), and an air temperature (T) introduced therein. Calculating a drying temperature, a blowing amount, and a grain fall rate of the grain dryer using the moisture content ratio.

본 발명에 따른 다목적 곡물 건조기는 건조 과정을 수학적 방법으로 해석하여 다목적 곡물건조기에서 벼, 유채종자, 보리, 옥수수, 콩 등을 건조할 때 품질변화를 최소화하는 동시에 최소의 건조소요에너지, 최대의 건조속도를 가진다는 이점이 있다. 즉, 곡물의 물성에 따른 적합한 수학식을 적용하여 효율적인 건조가 이루어지는 다목적 곡물건조기를 구현할 수 있게 된다.The multi-purpose grain dryer according to the present invention is to analyze the drying process by a mathematical method to minimize the change in quality when drying rice, rapeseed seeds, barley, corn, soybeans in the multi-purpose grain dryer at the same time minimum drying energy, maximum drying There is an advantage to having speed. That is, by applying a suitable equation according to the properties of the grain it is possible to implement a multi-purpose grain dryer with efficient drying.

도 1은 곡물 건조기의 다양한 건조 방식을 도시하고 있으며,
도 2는 본 발명에 따른 다목적 건조기를 도시하고 있으며,
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 고정형 건조 모델을 도시하고 있으며,
도 4는 평행모델을 도시하고 있으며,
도 5는 송풍량 변화에 따른 유채종자의 건조특성을 도시하고 있으며,
도 6은 유하속도의 변화에 따른 유채종자의 건조특성을 도시하고 있으며,
도 7은 열풍온도의 변화에 따른 유채종자의 건조특성을 도시하고 있으며,
도 8은 송풍량 변화에 따른 보리의 건조특성을 도시하고 있으며,
도 9는 유하속도의 변화에 따른 보리의 건조특성을 도시하고 있으며,
도 10은 열풍온도의 변화에 따른 보리의 건조특성을 도시하고 있다.
1 shows various drying methods of a grain dryer,
2 shows a multipurpose dryer according to the invention,
3 illustrates a stationary drying model according to an embodiment of the present invention,
4 shows a parallel model,
Figure 5 shows the drying characteristics of the rapeseed seeds according to the change in the blowing amount,
Figure 6 shows the drying characteristics of the rapeseed seed according to the change in flow rate,
7 shows the drying characteristics of the rapeseed seed according to the change of hot air temperature,
8 shows the drying characteristics of the barley according to the change of air volume,
Figure 9 shows the drying characteristics of the barley according to the change in flow rate,
10 illustrates the drying characteristics of barley according to the change in hot air temperature.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.The foregoing and further aspects of the present invention will become more apparent through the preferred embodiments described with reference to the accompanying drawings. Hereinafter will be described in detail to enable those skilled in the art to easily understand and reproduce through this embodiment of the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 다목적 건조기를 도시하고 있다. 도 2에 도시되어 있는 바와 같이 건조공기는 곡물층을 통과하는 동안 곡물로부터 수분을 흡수하여 습도는 높아지고 온도는 하강하는 반면 곡물은 수분을 잃고 곡온은 상승하게 된다. 이와 같이 건조-순환-템퍼링 과정을 반복하면서 목표로 하는 함수율에 도달하게 된다.2 shows a multipurpose dryer according to the invention. As shown in FIG. 2, the dry air absorbs moisture from the grains while passing through the grain layer, whereby the humidity increases and the temperature decreases, while the grains lose moisture and the grain temperature rises. As such, the target moisture content is reached while repeating the drying-circulation-tempering process.

곡물의 건조속도를 나타내는 건조 모델은 박층건조모델과 후층건조모델로 구분할 수 있으며, 박층건조모델은 얇은 두께의 곡물층의 건조 과정을 나타내며, 후층건조모델은 복수의 박층으로 이루어진 건조 과정을 나타낸다. 즉, 곡물의 함수율(M), 곡온(θ), 공기의 온도(T)와 절대습도(H)는 곡물층의 위치와 시간의 함수이다. 후층에서 곡물의 함수율과 곡온, 공기의 온도와 절대습도의 변화를 묘사하는 수학식을 후층건조모델(deep bed drying model)이라 한다. The drying model representing the drying rate of the grain can be classified into a thin layer drying model and a thick layer drying model. The thin layer drying model represents a drying process of a thin layer of grain, and the thick layer drying model represents a drying process consisting of a plurality of thin layers. In other words, the moisture content (M), grain temperature (θ), air temperature (T) and absolute humidity (H) of the grain are functions of the location and time of the grain layer. Equations that describe changes in moisture content, grain temperature, air temperature and absolute humidity in the rear layers are called deep bed drying models.

도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 고정형 건조 모델을 도시하고 있다. 이하 도 3을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 고정형 건조 모델에 대해 알아보기로 한다.3 illustrates a stationary drying model according to an embodiment of the present invention. Hereinafter, a fixed dry model according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. 3.

고정 곡물층의 임의의 깊이 x에서 미소체적 AΔx내의 곡물과 이를 통과하는 건조공기에 대한 수분 및 에너지 평형을 고려함으로써 필요한 방정식을 유도할 수 있다. 미지변수는 곡물의 함수율과 곡온, 곡물층 통과 공기의 온도와 절대습도이다. The required equation can be derived by taking into account the moisture and energy equilibrium for the grains in the microvolume AΔx and the dry air passing through them at any depth x of the fixed grain layer. Unknown variables are the moisture content and grain temperature of the grain, the temperature and absolute humidity of the air passing through the grain bed.

M(x,t) = 곡물 함수율(dec., d.b.)        M (x, t) = grain moisture content (dec., D.b.)

θ(x,t) = 곡온(℃)         θ (x, t) = curved temperature (℃)

H(x,t) = 공기의 절대습도(kg-water/kg-dry air)        H (x, t) = absolute humidity of air (kg-water / kg-dry air)

T(x,t) = 공기의 건구온도(℃)
T (x, t) = dry bulb temperature of air (℃)

이하에서는 질량 및 에너지 평형에 기초하여 4가지 미지변수를 포함하는 4개의 미분방정식을 유도하기로 한다.Hereinafter, four differential equations including four unknown variables will be derived based on mass and energy balance.

(1) 미소체적 내의 곡물에 대한 수분평형(1) Water equilibrium for grains in microvolumes

미소체적 AΔx내의 곡물에 대한 수분평형을 고려하기 위하여 다음의 기호를 정의한다.The following symbols are defined to account for the water balance for grains in the microvolume AΔx.

Figure pat00001
= 곡물 단위체적당 단위시간당 곡물의 수분증발율(kg/hr.m3)
Figure pat00001
= Moisture evaporation rate of grain per unit time per grain volume (kg / hr.m 3 )

A = 곡물층의 단면적(m2)A = cross-sectional area of the grain layer (m 2 )

ε = 곡물층의 공극율(dec.)ε = porosity of grain layer (dec.)

ρ = 건조곡물의 진밀도(kg/m3)
ρ = true density of dried grain (kg / m 3 )

미소체적내의 곡물에 대하여,  About grain in microvolume,

수분유입률 = 0 Water inflow rate = 0

Figure pat00002
Figure pat00002

Figure pat00003

Figure pat00003

질량평형방정식에 대입하면,
Substituting in the mass balance equation,

Figure pat00004
Figure pat00004

평균치정리를 적용하면,  If we apply the mean theorem,

Figure pat00005
Figure pat00005

수학식 2는 곡물의 박층건조방정식을 미분하여 얻을 수 있는 건조속도를 나타내는 방정식이다. 이는 곡물의 함수율(M), 곡물의 온도(θ), 열풍의 온도(T) 및 건조공기의 절대습도(H)의 함수로 표시된다. 즉,  Equation 2 is an equation representing the drying rate that can be obtained by differentiating the thin layer dry equation of the grain. It is expressed as a function of the moisture content (M) of the grain, the temperature (θ) of the grain, the temperature (T) of the hot air and the absolute humidity (H) of the dry air. In other words,

Figure pat00006
Figure pat00006

(2) 미소체적 내의 공기중의 수분평형(2) Water balance in air in microvolumes

미소체적 AΔx내의 공기중의 수분평형을 고려하기 위하여 다음의 기호를 정의한다.
The following symbols are defined to take account of the water balance in the air within the microvolume AΔx.

Figure pat00007
= 단면적당 건공기 질량유량(kg/hr.m2)
Figure pat00007
= Dry air mass flow rate per cross section (kg / hr.m 2 )

Figure pat00008
= 건공기 밀도(kg-dry air/m3)
Figure pat00008
= Dry air density (kg-dry air / m 3 )

Figure pat00009
= 건조곡물의 산물밀도(kg/m3)
Figure pat00009
= Product density of dried grains (kg / m 3 )

제어체적은 미소곡물층내의 공극이 되며, 이에 대한 수증기 평형을 고려하면,The control volume becomes a void in the micrograin layer, and considering the water vapor equilibrium,

Figure pat00010
Figure pat00010

Figure pat00011

Figure pat00011

질량평형방정식에 대입하면,Substituting in the mass balance equation,

Figure pat00012
Figure pat00012

평균치정리를 적용하면,If we apply the mean theorem,

Figure pat00013
Figure pat00013

공극내 공기중 수분의 시간변화율을 나타내는 우변항은 가정에서와 같이 매우 작은 값을 가지므로 무시하면,The right side term, which represents the rate of change of moisture in the air in the void, has a very small value, as at home,

Figure pat00014
Figure pat00014

(3) 미소체적 내의 공기에 대한 에너지 평형(3) Energy balance for air in microvolumes

미소체적내의 공기에 대한 에너지 평형을 고려하기 위하여 다음의 용어를 정의한다.The following terms are defined to consider the energy balance for air in microvolumes.

Figure pat00015
= 수증기 엔탈피(kJ/kg)
Figure pat00015
= Water vapor enthalpy (kJ / kg)

Figure pat00016
= 건공기 엔탈피(kJ/kg)
Figure pat00016
= Dry air enthalpy (kJ / kg)

Figure pat00017
= 곡물층의 대류열전달계수(kJ/hr.m2.℃)
Figure pat00017
= Convective heat transfer coefficient of grain layer (kJ / hr.m 2. ℃)

a = 곡물층의 비표면적(= 곡물층 단위체적당 곡물표면적, m2/m3)
a = specific surface area of the grain layer (= grain surface area per unit volume of grain layer, m 2 / m 3 )

Figure pat00018
Figure pat00018

Figure pat00019
Figure pat00019

Figure pat00020

Figure pat00020

에너지평형방정식에 대입하여 평균치정리를 적용하면,If we apply the mean value theorem to the energy balance equation,

Figure pat00021
Figure pat00021

미분하여 전개하면,Differentiate and expand,

Figure pat00022
Figure pat00022

수학식 5에 를 곱하여 정리하면, To multiply Equation 5 by,

Figure pat00023
Figure pat00023

수학식 8- 수학식 9를 연산하면, If Equation 8-Equation 9 is calculated,

Figure pat00024
Figure pat00024

비열은 다음과 같이 정의된다.Specific heat is defined as

건공기의 비열

Figure pat00025
Specific heat of dry air
Figure pat00025

수증기의 비열

Figure pat00026
Specific heat of water vapor
Figure pat00026

따라서,therefore,

Figure pat00027
Figure pat00027

Figure pat00028
Figure pat00028

Figure pat00029
Figure pat00029

Figure pat00030
Figure pat00030

이상을 수학식 10에 대입하여 정리하면, Substituting the above into the equation (10),

Figure pat00031
Figure pat00031

수학식 11의 공극 내의 공기 에너지 변화율을 나타내는 우변항은 가정에서와 같이 매우 작은 값이므로 생략할 수 있다.The right side term representing the rate of change of air energy in the void of Equation 11 may be omitted since it is a very small value as in the home.

Figure pat00032
Figure pat00032

(4) 미소체적내의 곡물에 대한 에너지평형(4) Energy equilibrium for grains in microvolumes

Figure pat00033
= 곡물내의 수분엔탈피(kJ/kg)
Figure pat00033
= Water enthalpy in grains (kJ / kg)

Figure pat00034
= 건조곡물 엔탈피(kJ/kg)
Figure pat00034
= Dry grain enthalpy (kJ / kg)

Figure pat00035
Figure pat00035

Figure pat00036
Figure pat00036

Figure pat00037
Figure pat00037

에너지평형방정식에 대입하여 평균치정리를 적용하면,If we apply the mean value theorem to the energy balance equation,

Figure pat00038
Figure pat00038

비열은 다음과 같이 정의된다.Specific heat is defined as

건조곡물의 비열 :

Figure pat00039
Specific heat of dry grains:
Figure pat00039

곡물내 수분의 비열 :

Figure pat00040
Specific heat of moisture in grains:
Figure pat00040

따라서therefore

Figure pat00041
Figure pat00041

Figure pat00042
Figure pat00042

이를 수학식 13에 대입하면,   Substituting this in Equation 13,

Figure pat00043
Figure pat00043

여기서,

Figure pat00044
는 곡립에서 증발된 수분(수증기)의 엔탈피와 곡립내의 수분(물)의 엔탈피의 차이다. 이는 곡립내의 수분을 증발시키는데 필요한 에너지와 증발된 수분을 공기의 온도까지 상승시키는데 요구되는 에너지의 합이다. 즉,here,
Figure pat00044
Is the difference between the enthalpy of water (vapor) evaporated from the grain and the enthalpy of water (water) in the grain. This is the sum of the energy needed to evaporate the moisture in the grain and the energy required to raise the evaporated water to the temperature of the air. In other words,

Figure pat00045
Figure pat00045

여기서,

Figure pat00046
는 곡립내의 수분증발잠열이다.
here,
Figure pat00046
Is latent heat of evaporation in the grain.

수학식 15를 수학식 14에 대입하면, Substituting Equation 15 into Equation 14,

Figure pat00047
Figure pat00047

이상에서 유도한 수학식 3, 수학식 6, 수학식 12, 수학식 16을 정리하면,Summarizing Equation 3, Equation 6, Equation 12, and Equation 16 derived above,

Figure pat00048
수학식 3
Figure pat00048
Equation 3

Figure pat00049
수학식 6
Figure pat00049
Equation 6

Figure pat00050
수학식 12
Figure pat00050
Equation 12

Figure pat00051
Figure pat00051

수학식 16
Equation 16

이상의 4개의 미분방정식이 고정층 건조과정의 수학모델을 구성한다. 이 미분방정식의 해석해(엄밀해)는 구할 수 없으며, 수치해법을 이용하여 근사해를 구한다. 경계 및 초기조건은 다음과 같다.The four differential equations constitute the mathematical model of the fixed bed drying process. The solution of this differential equation (the strict solution) is not available, and the numerical solution is used to approximate the solution. The boundary and initial conditions are as follows.

Figure pat00052
Figure pat00052

Figure pat00053
: 곡물의 초기온도
Figure pat00053
: Initial temperature of grain

Figure pat00054
: 유입공기의 온도
Figure pat00054
: Temperature of inlet air

Figure pat00055
: 유입공기의 절대습도
Figure pat00055
: Absolute humidity of inlet air

이하에서는 후층 건조 모델에 대해 상세하게 알아보기로 한다.Hereinafter, the thick layer drying model will be described in detail.

도 4는 평형모델의 개념도를 도시하고 있다. 이하 도 4를 이용하여 평형모델의 개념도에 대해 상세하게 알아보기로 한다.4 shows a conceptual diagram of an equilibrium model. Hereinafter, the conceptual diagram of the equilibrium model will be described in detail with reference to FIG. 4.

도 4는 후층을 N개의 박층으로 나누고 I번째 박층에서 일어나는 변화를 나타낸 것이다. I층에 유입되는 공기의 온도를 To, 절대습도를 Ho, 곡물의 함수율을 Mo, 곡온을 Go라 하면,

Figure pat00056
시간 건조 후에 곡물에서
Figure pat00057
의 수분이 증발하여 배출공기에 첨가되므로 곡물의 함수율은
Figure pat00058
만큼 감소된
Figure pat00059
가 되며, 배출공기의 습도는
Figure pat00060
만큼 증가하여
Figure pat00061
가 된다. 또한 곡온은
Figure pat00062
만큼 상승하여
Figure pat00063
가 되며 배출공기의 온도는 곡온상승 및 수분증발에 의한 냉각효과에 기인하여
Figure pat00064
만큼 하강하여
Figure pat00065
가 된다. I층에서 배출된 온도
Figure pat00066
와 절대습도
Figure pat00067
의 공기는 I+1층의 유입공기가 된다. 이러한 과정을 전체 박층에 걸쳐서 연속적으로 계산하면 후층건조를 해석할 수 있다.
4 shows the change that occurs in the Ith thin layer by dividing the thick layer into N thin layers. If the temperature of the air entering the I layer is T o , the absolute humidity is H o , the grain moisture content is M o , and the grain temperature is G o ,
Figure pat00056
In grain after drying time
Figure pat00057
Moisture is evaporated and added to the discharged air,
Figure pat00058
Reduced by
Figure pat00059
And the humidity of the exhaust air
Figure pat00060
Increased by
Figure pat00061
. In addition, the grain temperature
Figure pat00062
Up by
Figure pat00063
The temperature of the exhaust air is due to the cooling effect due to the rise of grain temperature and moisture evaporation.
Figure pat00064
Down by
Figure pat00065
. Temperature emitted from layer I
Figure pat00066
And absolute humidity
Figure pat00067
Air becomes the inlet air of the I + 1 layer. Continuous calculation of this process over the entire thin layer can be used to analyze thick layer drying.

또한 각 곡물 및 유채종자의 박층건조 모델은 다음과 같다.In addition, the thin drying model of each grain and rape seed is as follows.

rice plant

Figure pat00068
Figure pat00068

Figure pat00069
Figure pat00069

Figure pat00070

Figure pat00070

보리barley

Figure pat00071
Figure pat00071

Figure pat00072
Figure pat00072

Figure pat00073

Figure pat00073

유채종자Rape seed

Figure pat00074
Figure pat00074

Figure pat00075
Figure pat00075

Figure pat00076

Figure pat00076

bean

Figure pat00077
Figure pat00077

Figure pat00078
Figure pat00078

Figure pat00079

Figure pat00079

옥수수corn

Figure pat00080
Figure pat00080

Figure pat00081
Figure pat00081

Figure pat00082
Figure pat00082

MR: 함수율비MR: moisture content ratio

RH: 상대습도RH: relative humidity

T: 유입된 공기의 온도
T: temperature of the introduced air

상술한 수학식들을 이용하여 건조기의 제원, 건조할 곡물이 조건, 외기공기의 조건 및 건조공기의 조건을 입력하여 순환횟수, 템퍼링 시간, 건조공기 노출시간, 건조함수율, 건조속도, 곡물온도, 완전미수율 및 소요에너지가 산출된다. 건조기의 제원은 건조실의 주요 제원으로 하며, 건조할 곡물의 조건은 초기 투입중량, 초기함수율, 최종함수율 및 유하속도로 하였으며, 외기 공기의 조건은 외기온도 및 상대습도, 건조공기의 조건은 건조 온도 및 송풍량을 입력한다.Using the above equations, input the specifications of the dryer, the condition of the grain to be dried, the condition of the outside air, and the condition of the dry air to circulate the number of cycles, tempering time, dry air exposure time, dry moisture content, drying rate, grain temperature, perfect taste. Yield and required energy are calculated. The specifications of the dryer are the main specifications of the drying chamber, and the conditions of the grain to be dried are the initial input weight, the initial water content, the final water content and the flow rate.The conditions of the outside air are the outside temperature and relative humidity, and the conditions of the dry air are the drying temperature. And the blowing amount.

수학식에 의한 모델을 검증하기 위하여 유채종자를 대상으로 건조온도 110℃, 초기곡온은 20.0℃, 평균 외기온도는 25.4℃, 외기습도는 71.6%, 순환속도는 4.5m/h, 송풍량은 8.1cmm/㎥ 조건에서 건조실험을 실시하여 건조시간, 최종함수율, 건조속도, 발아율, 소요에너지를 측정하였고, 이를 수학모델의 결과치와 비교한 결과는 다음의 표 1과 같다.In order to verify the model by the mathematical formula, the drying temperature was 110 ℃, the initial grain temperature was 20.0 ℃, the average outside air temperature was 25.4 ℃, the outside air humidity was 71.6%, the circulation rate was 4.5m / h, and the air flow was 8.1cmm. Drying experiments were conducted under the conditions of / ㎥ and the drying time, final moisture content, drying rate, germination rate, and required energy were measured. The results are compared with those of the mathematical model.

구분division 실험에 의한 결과Experimental results 수학모델에 의한 결과Results by Mathematical Model 건조시간(h)Drying time (h) 4.254.25 4.254.25 최종함수율(%,d.b.)Final function rate (%, d.b.) 11.411.4 10.810.8 건조속도(%,d.b./h)Drying rate (%, d.b./h) 2.802.80 2.952.95 발아율(%)Germination rate (%) 94.794.7 96.596.5 소요에너지(kJ/kg-water)Required Energy (kJ / kg-water) 48314831 44174417

벼, 유채종자, 보리, 옥수수 및 콩의 건조시 건조속도 최대화, 소요에너지 최소화 및 품질변화최소화가 되는 건조조건을 결정하기 위하여 다양한 건조조건(송풍량 송풍온도 곡물 순환 속도)에서 최적의 조건(높은 건조속도, 우수한 품질, 작은 소요에너지)을 검출하였다. 도 5는 송풍량 변화에 따른 유채종자의 건조특성을 도시하고 있으며, 도 6은 유하속도의 변화에 따른 유채종자의 건조특성을 도시하고 있으며, 도 7은 열풍온도의 변화에 따른 유채종자의 건조특성을 도시하고 있다.Optimum conditions (high drying rate) under various drying conditions (airflow blowing temperature and grain circulation rate) to determine drying conditions that maximize drying speed, minimize required energy, and minimize quality change when drying rice, rapeseed seeds, barley, corn and soybeans. Speed, good quality, small required energy). Figure 5 shows the drying characteristics of rapeseed seeds according to the change of air flow rate, Figure 6 shows the drying characteristics of rapeseed seeds according to the change of flow rate, Figure 7 shows the drying characteristics of rapeseed seeds according to the change of hot air temperature It is shown.

또한, 도 8은 송풍량 변화에 따른 보리의 건조특성을 도시하고 있으며, 도 9는 유하속도의 변화에 따른 보리의 건조특성을 도시하고 있으며, 도 10은 열풍온도의 변화에 따른 보리의 건조특성을 도시하고 있다.In addition, Figure 8 shows the drying characteristics of the barley according to the change of air flow rate, Figure 9 shows the drying characteristics of the barley according to the change of flow rate, Figure 10 shows the drying characteristics of the barley according to the change of hot air temperature It is shown.

하기 표 2는 다목적 곡물건조기의 건조과정을 수학적으로 해석하여 다목적 곡물건조기에서 벼, 유채종자, 보리, 옥수수를 건조할 때 품질변화 최소화, 건조소요에너지 최소화, 건조속도 최대화가 되도록 최적 운영조건을 나타내고 있다.Table 2 below shows the optimal operating conditions to mathematically analyze the drying process of the multipurpose grain dryer to minimize the quality change, minimize the energy required for drying, and maximize the drying speed when drying rice, rapeseed seeds, barley and corn in the multipurpose grain dryer. have.

rice plant 유채종자Rape seed 보리barley 옥수수corn bean 건조온도
(℃)
Drying temperature
(℃)
110110 110110 110110 120120 105105
송풍량
(cmm/㎡)
Air flow
(cmm / ㎡)
35.035.0 30.030.0 26.026.0 25.025.0 25.025.0
곡물유하속도
(m/h)
Grain Flow Rate
(m / h)
3.03.0 5.55.5 5.55.5 3.53.5 5.05.0

본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it will be understood by those of ordinary skill in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the scope of the present invention .

Claims (9)

건조시간(t), 상대습도(RH), 유입된 공기의 온도(T)에 따른 곡물의 함수율비(MR)를 산출하는 단계;
산출된 상기 함수율비를 이용하여 곡물 건조기의 건조온도, 송풍량, 곡물 낙하 속도를 산출하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 다목적 곡물건조기의 운영 조건 산출 방법.
Calculating the moisture content ratio (MR) of the grains according to the drying time (t), the relative humidity (RH), and the temperature (T) of the introduced air;
And calculating a drying temperature, an air blowing amount, and a grain dropping speed of the grain dryer using the calculated moisture content ratio.
제 1항에 있어서, 상기 곡물이 벼인 경우 하기 수학식에 의해 함수율비를 산출함을 특징으로 하는 다목적 곡물건조기의 운영 조건 산출 방법.

Figure pat00083

Figure pat00084

Figure pat00085


The method according to claim 1, wherein the water content ratio is calculated by the following equation when the grain is rice.

Figure pat00083

Figure pat00084

Figure pat00085


제 1항에 있어서, 상기 곡물이 보리인 경우 하기 수학식에 의해 함수율비를 산출함을 특징으로 하는 다목적 곡물건조기의 운영 조건 산출 방법.

Figure pat00086

Figure pat00087

Figure pat00088

The method of claim 1, wherein when the grain is barley, the moisture content ratio is calculated by the following equation.

Figure pat00086

Figure pat00087

Figure pat00088

제 1항에 있어서, 상기 곡물이 유채종자인 경우 하기 수학식에 의해 함수율비를 산출함을 특징으로 하는 다목적 곡물건조기의 운영 조건 산출 방법.

Figure pat00089

Figure pat00090

Figure pat00091

The method of claim 1, wherein the water content ratio is calculated by the following equation when the grain is a rapeseed seed.

Figure pat00089

Figure pat00090

Figure pat00091

제 1항에 있어서, 상기 곡물이 콩인 경우 하기 수학식에 의해 함수율비를 산출함을 특징으로 하는 다목적 곡물건조기의 운영 조건 산출 방법.

Figure pat00092

Figure pat00093

Figure pat00094

The method of claim 1, wherein the moisture content ratio is calculated by the following equation when the grain is soybean.

Figure pat00092

Figure pat00093

Figure pat00094

제 1항에 있어서, 상기 곡물이 옥수수인 경우 하기 수학식에 의해 함수율비를 산출함을 특징으로 하는 다목적 곡물건조기의 운영 조건 산출 방법.

Figure pat00095

Figure pat00096

Figure pat00097

The method of claim 1, wherein the water content ratio is calculated by the following equation when the grain is corn.

Figure pat00095

Figure pat00096

Figure pat00097

제 2항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 곡물층의 깊이에 대한 상기 건조기의 열풍온도는 하기 수학식에 의해 산출함을 특징으로 하는 다목적 곡물건조기의 운영 조건 산출 방법.
Figure pat00098

The method according to any one of claims 2 to 6, wherein the hot air temperature of the dryer with respect to the depth of the grain layer is calculated by the following equation.
Figure pat00098

제 7항에 있어서, 상기 건조시간에 대한 상기 곡물의 온도는 하기 수학식에 의해 산출함을 특징으로 하는 다목적 곡물건조기의 운영 조건 산출 방법.
Figure pat00099

The method of claim 7, wherein the temperature of the grain with respect to the drying time is calculated by the following equation.
Figure pat00099

제 8항에 있어서, 상기 곡물층의 깊이에 대한 상기 곡물의 수분은 하기 수학식에 의해 산출함을 특징으로 하는 다목적 곡물건조기의 운영 조건 산출 방법.
Figure pat00100

10. The method of claim 8, wherein the moisture of the grain with respect to the depth of the grain layer is calculated by the following equation.
Figure pat00100

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