KR20140001616U - 고속저압제습건조기 - Google Patents

Abstract

밀폐용기로 이루어진 저온저압제습건조기로서 내부의 압력을 낮추어 낮아진 증기압으로 저온에서도 건조속도가 빨라지도록 구성되며 가동중에는 제습작용으로 수증기의 분압이 계속 낮게 유지되어 진공펌프의 부하를 경감시키며, 증발된 수증기의 잠열을 회수하여 증발에 재사용하고 잠열을 잃은 회수된 수분은 밀폐구조를 유지하기 위하여 체크밸브를 통하여 배출시키는 구조로 구성된 저온에서 쾌속제습이 이루어지는 것을 특징으로 하는 밀폐형 저압저온농수산물건조기

Description

고속저압제습건조기 {a high speed low pressure drier}

건조는 유사이래 인류가 사용한 가장 효과적이고 오래된 식품보존법이다. 일반적으로 생체 물질은 수분을 다량 함유하고 있으며 원 상태 그대로는 장기보존이 불가능하다. 이는 생체물질이 미생물의 작용, 효소 반응 및 산화에 수반되는 화학 반응 등에 의하여 변성되기 때문이다. 생물재료는 특히 열에 민감하므로 물리화학적 및 효소 적 변화를 수반하는 통상의 열풍 건조 방법은 이들 생물 유래의 수용액이나 함수물질의 건조법으로는 적합하지 못한 것이 현실이나 대부분의 건조장 에서는 고가의 설비비용을 수반하는 고급 건조기기를 채택하지 못하고 단순하게 열풍을 이용한 건조방법을 사용하고 있는 실정이다.

또한 건조는 재료 내의 수분을 제거하는 과정이므로 많은 양의 열을 필요로 하게된다. 즉 재료의 온도변화(현열)와는 별개로, 재료 내부의 액체인 수분이 기체인 수증기로 변하여 재료 외부로 배출되어야 하므로 물의 상태변화에 필요한 기화열(잠열)이 필수적으로 필요하게 되며, 이는 건조과정에서 필요한 열량의 대부분을 차지한다. 건조속도를 향상시키기 위하여는 잠열을 함유한 수증기를 최대한 밖으로 배출(송풍 배습)하여야 하므로 이는 막대한 양의 에너지를 버리는 결과를 초래하고 있으며 이는 곧 건조비용의 상승을 초래한다. 즉 건조과정은 잠열과의 힘겨운 싸움이며 에너지의 낭비가 엄청난 것이 현실이다.

다행한 것은 최근에 와서 히트펌프가 건조기에 도입되어 버려지는 다습공기의 잠열을 히트펌프로 회수함과 동시에 이 과정에서 수증기가 응결(제습)되어 제거된 건조한 공기에 회수된 열을 부가하여 고온의 건조공기를 다시 건조에 사용되는 방법이 개발되어 많은 에너지 절감을 이루고 있으며 이러한 건조장치가 많이 출시되고 있다.

현대에 이르러 건조기술은 많은 발전을 이루어 다양한 건조방법이 개발되어 실용되고 있으나 식품의 건조는 진공에서 동결시켜 얼음의 승화과정을 이용하여 건조하는 진공동결건조방법이 최고의 품질을 얻을 수 있다.

진공동결건조는 동결상태 그대로 승화 건조하므로 열 변성이 없으며 물리화학적 및 효소적 반응도 억제되므로 동결보존과 건조보존의 장점을 가미한 이상적인 보존방법이며 실온에서 장기저장이 가능하면서도 건조 물질의 성질 변화를 최소화시키는 장점이 있다.

주의점으로는 동결건조의 공정상의 특징으로 인하여 건조물의 흡습성이 크고 가수복원성(rehydration)이 좋기 때문에 산화변질되기 쉬워서 산화방지처리(표면 당코팅, 질소충진포장, 진공포장), 방습포장 등 동결건조 제품의 보존에는 특별한 주의가 필요하다.

이와 같이 최고의 건조방법인 동결진공건조법은 건조식품의 제조에 요하는 시설의 설비비용이 타 건조법에 비해 매우 높으므로 의약 군수 고급식품 등에 제한적으로 사용되고 있는 실정이다. 통상 진공동결건조제품의 경우 건조비용에서 차지하는 비중이 매우 높기 때문에 설비의 가격하락이 이루어진다면 경쟁력을 확보한 최상의 건조기를 구현할 수 있다.

일반적으로 상온영역에서는 온도가 10도 변화하면 화학반응속도는 두 배가 변화한다. 건조과정 역시 기화반응 이므로, 섭씨 55도에서 건조가 진행되는 열풍건조기에서 건조시간이 35시간일 경우 섭씨 35도에서의 건조시간은 약 140시간 정도가 된다.

진공동결건조시스템이 아닌 0.1기압 섭씨35도 정도의 저압저온건조시스템을 구현하여 건조시간을 단축시킨다면 진공동결설비에 비하여 시스템의 설비비용 또한 대폭적으로 절감할 수 있으며 최상의 건조품질을 얻을 수 있다.

단열 및 밀폐가 보장된 건조실을 유사 진공동결건조장치 즉 저압저온건조장치로 구축하여 저압으로 수분의 증발의 촉진을 유도하며, 밀폐된 건조실 내부에 히트펌프를 내장하여 히트펌프의 흡열부에서 건조실 내부의 수증기를 포집하여 응결시킴과 동시에 회수된 수증기의 잠열을 히트펌프의 발열부로 건조실 내부에 재 방출하여 건조물의 건조에 이용하는, 열순환 폐회로를 구성하면 건조기의 가동비용을 대폭적으로 절감시킬 수 있으며 최상의 건조품질을 얻을 수 있다.

본 고안에서 제공하는 저온저압제습건조시스템을 사용할 경우 그 경제성과 품질향상으로 인하여 식품건조산업의 새로운 지평을 열 것으로 확신하며 또한 보다 양질의 다양하고 풍요로운 식생활문화 구현에 이바지할 것이라 확신한다.

대표도 : 본 발명의 Block Diagram
도 1 : 건조 전과 건조 후의 열량비교
도 2 : 건조과정의 순환사이클
도 3 : 내장된 시스템의 실시 예

단열 및 밀폐된 저압 저온 제습건조실은 그 내부에 히트펌프, 송풍장치 및 외부와 연결된 체크밸브가 장착된 진공펌프로 구성되며 에너지절약, 건조속도향상 및 고품위의 건조물을 획득하는 것을 목적으로 구성되어 있다.

도면 1에서 예시한 바와 같이 예를 들어 영하 12도의 냉동고추 1톤이 가지고 있는 열량을 상대적인 수치로 영(zero)이라 하고 최종 건조 후 영상 35도의 건고추 200Kg과 영상 35도의 물 800Kg 으로 분리되었다고 가정하고 건조기 가동에 따르는 에너지손실은 계상하지 않는다면

기존의 열풍건조방식으로 건조할 경우

영하 12도의 냉동고추 200Kg이 영상 35도의 고추가 되려면

0.94(고추의 비열) * 200 * 47 = 8,836 Kcal

얼음 800Kg의 융해열은

80 * 800 = 64,000 Kcal

35도의 물 800Kg이 되려면

47 * 800 = 37,600 Kcal

물 800Kg의 기화열은

539 * 800 = 431,200 Kcal

총 541,636 Kcal의 열량이 필요하며

이를 전력량으로 환산할 경우 630 Kwh가 된다

여기서 단순하게 건조전과 건조후의 상태를 비교하여 그 에너지의 차이는

영하 12도의 냉동고추 200Kg이 영상 35도의 고추가 되려면

0.94(고추의 비열) * 200 * 47 = 8,836 Kcal

얼음 800Kg의 융해열은

80 * 800 = 64,000 Kcal

35도의 물 800Kg이 되려면

47 * 800 = 37,600 Kcal

건조 전후의 에너지의 차이는 110,436 Kcal가 되며

이를 전력량으로 환산하면 128.4 Kwh가 된다.

즉 열풍건조 방식으로 건조할 경우 건조 전과 후의 에너지의 차이를 제외한 431,200 Kcal의 에너지는 수증기에 포함되어 외부로 배출된다. 이를 전력량으로 환산하면 501.5 Kwh가 되며 총 소요에너지의 79. 6% 를 차지하는 양이 된다. 만일 건조기 내부에서 효율적인 열 교환이 이루어진다면 에너지의 절감률은 무려 79.6% 가 될 수 있다. 이는 최근의 건조기에서 히트펌프를 채용하게 되는 근본적인 이유가 되고 있으며 이 경우 추가로 요구되는 히트펌프의 구동전력을 감안하더라도 50% 이상의 에너지 절감을 기대할 수 있다.

저온에서 건조할 경우 고품위의 건조물을 얻을 수 있으나 상온에서는 온도가 낮아지면 건조시간은 제곱비례로 길어지기 때문에 실제로는 제품의 품질향상과 경제성이 오히려 낮아지는 역결과를 초래하고 있는 실정이다.

본 고안에서는 저온에서 빠른 증발속도를 이루기 위하여 진공건조방식과 유사한 저압건조방식을 채택하여 획기적인 건조시간 단축을 실현하였다. 건조실 내부를 단열되고 밀폐된 닫힌계로 구성하여 에너지절감 및 저온에서의 건조속도향상을 이룰 수 있도록 하였다.

도면 2에서 예시한 바와 같이 건조실 내부는 외부와 단열되고 진공건조기처럼 외부와 단절되어 구성되어 있다. 내장된 히트펌프의 흡열부에서 건조실 내부의 수증기를 포집하여 응결시킴과 동시에 회수된 수증기의 잠열을 히트펌프의 발열부로 건조실 내부에 재 방출하여 건조물의 건조에 이용하는 열순환 폐회로를 구성하여 건조기의 가동비용을 대폭적으로 절감 시키며, 수증기가 회수되어 물로 응축되는 과정(저압이 유지되는 과정)에서 필연적으로 수증기의 분압이 낮아지게 되므로 증발이 촉진되는 일련의 순환과정이 건조가 완료될 때까지 지속 된다. 또한 내장된 수봉펌프(Water Ring Pump)는 압력을 체크하여 필요할 경우 수시로 가동되어 건조실 내의 공기를 밖으로 배출하며 매우 낮은 압력을 유지시키므로 저온임에도 불구하고 건조속도는 대폭 빨라지게 된다. 건조실 내부에 모아지는 잠열을 잃고 응결된 수분은 체크밸브와 함께 연결된 피스톤펌프 또는 수봉펌프를 통하여 건조실 밖으로 배출된다.

현열, 잠열, 융해열, 기화열, 히트펌프,
진공동결건조, 저압저온건조, 수봉펌프, 체크밸브
가수복원성(rehydration)

Claims (1)

1. 밀폐된 건조기 내부의 압력을 낮추어 낮아진 증기압으로 증발이 촉진되도록 설계된 저압 농수산물건조기로서. 증발된 수증기의 잠열을 회수하여 증발에 재사용하고 잠열을 잃은 수분은 밀폐구조를 유지하기 위하여 체크밸브를 통하여 배출시키는 구조로 구성되며 일련의 잠열 회수과정에서 수증기의 분압은 자동적으로 낮아지는 과정이 유지되므로 지속적으로 저온에서 쾌속 제습이 이루어지는 것을 특징으로 하는 밀폐형 저압저온제습농수산물건조기

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