KR20160142906A

KR20160142906A - 가변형 가이드 베인이 구비된 열교반 히트펌프 건조시스템

Info

Publication number: KR20160142906A
Application number: KR1020150078321A
Authority: KR
Inventors: 장기창; 윤형기; 김기봉; 나호상; 박윤철
Original assignee: 한국에너지기술연구원
Priority date: 2015-06-03
Filing date: 2015-06-03
Publication date: 2016-12-14
Also published as: KR101974033B1

Abstract

본 발명은 건조하고자 하는 피건조물의 종류와 함수율(含水率) 등의 특성에 따라 채반의 종류와 공기 유동의 변화를 달리하여 건조 효율을 높일 수 있고, 자동으로 건조 진행 정도를 파악하여 건조를 진행할 수 있는 히트펌프 건조 장치와 이를 이용한 건조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 건조 장치는 내부에 피건조물(P)이 수납되는 건조룸(10,20); 상기 건조룸의 일측면에 형성되는 제1가이드베인(16,26); 상기 건조룸을 사이에 두고 상기 제1가이드베인과 대향하는 측면에 형성되며, 건조룸 외부공간(11,21)에서 상기 제1가이드베인과 연통하는 제2가이드베인(18,28); 상기 건조룸 외부공간에 설치되어 상기 제1가이드베인 또는 상기 제2가이드베인을 향해 송풍하는 송풍기(12,14,22,24);를 포함하고, 상기 제1가이드베인과 제2가이드베인 중 적어도 어느 하나는 단부가 가변하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명의 건조 방법은, 피건조물(P)의 종류에 따라 채반(60)의 종류를 선택하는 단계; 채반에 피건조물을 올려 놓고 건조룸(10,20)에 수납하는 단계; 수납된 피건조물의 종류 또는 채반의 종류에 대응하여 가이드베인(16,18,26,28)의 단부를 가변하는 단계; 및 상기 건조룸에 송풍하는 단계;를 포함한다.

Description

가변형 가이드 베인이 구비된 열교반 히트펌프 건조시스템{Thermal Alternating Heat Pump Drying System Having Changeable Guide Vane}

본 발명은 히트펌프 건조 시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 건조하고자 하는 피건조물의 종류와 함수율(含水率) 등의 특성에 따라 채반의 종류와 공기 유동의 변화를 달리하여 건조 효율을 높일 수 있고, 자동으로 건조 진행 정도를 파악하여 건조를 진행할 수 있는 히트펌프 건조 장치와 이를 이용한 건조 방법에 관한 것이다.

히트펌프 건조시스템이란 하나의 히트펌프로 두 개의 건조룸(챔버)를 운용하면서, 하나의 건조룸에서는 가온건조 방식으로 건조를 실시하고, 나머지 하나의 건조룸에서는 제습건조 방식으로 건조를 실시하는 시스템을 말한다.

히트펌프는 냉매(coolant)를 압축, 응축, 팽창, 증발의 순으로 상 변화 시키며 열을 이동시키는 장치로서, 이를 건조시스템에 적용할 때에는, 하나의 건조룸에 응축기를, 다른 하나의 건조룸에 증발기를 두어, 응축기가 있는 곳에서는 건조룸에 대해 발열 열교환을 하여 가온(고온)의 환경을 조성하고, 증발기가 있는 곳에서는 건조룸에 대해 흡열 열교환을 하여 제습(저온)의 환경을 조성함으로써 두 건조룸에서 동시에 건조가 이루어지도록 한다.

그런데, 건조룸이 대형화 되면 건조룸에 놓여진 피건조물의 건조가 골고루 일어나지 않는 문제가 발생하게 된다. 이에 따라 체적이 큰 건조룸에 공기의 유동이 골고루 일어날 수 있도록 공기를 최적으로 분배해야 한다는 기술적 과제를 가지게 되었다. 실제로 단순히 건조룸의 크기만 키우고 공기의 유동을 최적으로 제어하지 않는 경우, 짝건조(고르게 건조가 되지 않고 일측 또는 외피 부분만 건조되는 현상)가 일어나게 된다.

또한 공기의 유동을 최적화하여도, 피건조물의 종류가 바뀌는 경우, 해당 피건조물이 이미 최적화된 공기의 유동에 적합한 기존의 피건조물과는 다른 특성을 가지는 경우, 기존의 피건조물에 적합하게 된 공기의 유동으로 건조를 진행하다가는 짝건조가 일어나기 십상이다.

따라서 피건조물의 종류에 대응하여 대형화된 건조룸에 적용할 수 있는 공기 유동의 제어 방법과, 그러한 공기 유동의 제어 방법을 쉽게 구현할 수 있는 히트펌프 건조 시스템에 대한 개발이 요구된다.

등록특허공보 제751060호 공개특허공보 제2001-35205호 등록특허공보 제1171850호

본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 피건조물의 종류에 대응하여 대형화된 건조룸에 적용할 수 있는 공기 유동의 제어 방법과, 그러한 공기 유동의 제어 방법을 쉽게 구현할 수 있는 히트펌프 건조 시스템을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 내부에 피건조물(P)이 수납되는 건조룸(10,20); 상기 건조룸의 일측면에 형성되는 제1가이드베인(16,26); 상기 건조룸을 사이에 두고 상기 제1가이드베인과 대향하는 측면에 형성되며, 건조룸 외부공간(11,21)에서 상기 제1가이드베인과 연통하는 제2가이드베인(18,28); 상기 건조룸 외부공간에 설치되어 상기 제1가이드베인 또는 상기 제2가이드베인을 향해 송풍하는 송풍기(12,14,22,24);를 포함하고, 상기 제1가이드베인과 제2가이드베인 중 적어도 어느 하나는 단부가 가변하는 히트 펌프 건조 장치를 제공한다.

상기 가이드베인(16,18,26,28)은 건조룸 외부공간과 건조룸 사이에 설치되어 건조룸 외부공간에서 불어오는 유동 공기를 건조룸으로 가이드하는 복수의 덕트가 중첩된 형태일 수 있다. 상기 복수의 덕트 형태는 상하로 중첩된 형태일 수 있다.

상기 건조룸에 마주하는 상기 제1가이드베인 또는 제2가이드베인의 단부에 가변판(17,27)이 회전가능하게 힌지 결합되어, 가변판의 회전에 의해 가이드베인의 단부를 가변시킬 수 있다.

상기 가변판 또는 상기 가변판이 설치된 가이드베인에 구비되며, 상기 기변판의 위치를 고정하는 고정구(19,29)를 더 구비할 수 있다.

상기 고정구는 가이드베인의 측면에 끼워져 가변판과 간섭되는 핀일 수 있다.

상기 건조룸 외부공간에는 상기 송풍기에 의해 유동하는 공기와 열교환이 이루어지는 열교환기(34,38)가 구비되고, 상기 송풍기의 전후단에 대한 차압 측정기(52) 및 상기 송풍기 전단과 후단의 습도를 측정하는 습도 측정기(54) 중 적어도 어느 하나를 더 구비할 수 있다.

상기 전후단 차압 측정기에서 측정된 송풍기 전후단의 차압과, 상기 습도 측정기에서 측정된 습도 중 적어도 어느 하나에 근거하여 송풍기의 풍량을 제어하는 제어부(56)를 더 구비할 수 있다.

상기 송풍기는 제1가이드베인과 제2가이드베인을 향해 번갈아 송풍하도록 제어될 수 있다.

상기 송풍기는 제1가이드베인(16,26)을 향해 송풍하는 제1송풍기(12,22)와, 제2가이드베인(18,28)을 향해 송풍하는 제2송풍기(14,24)를 포함할 수 있다.

상기 열교환기는 상기 제1송풍기와 제2송풍기 사이에 배치되고, 상기 열교환기의 위치는 상기 송풍기의 후단에 해당할 수 있다.

상기 건조룸에 수납되는 채반(60)은, 다공형 바닥을 가지는 다공형 채반(61)과 다공형 바닥을 가지지 않는 판형 채반(62) 중 선택된 한 종류의 채반이 수납될 수 있다.

상기 건조룸 외부공간은 상기 건조룸의 상부에 배치될 수 있다.

또한 상술한 과제를 해결하기 위해 본 발명은, 피건조물(P)의 종류에 따라 채반(60)의 종류를 선택하는 단계; 채반에 피건조물을 올려 놓고 건조룸(10,20)에 수납하는 단계; 수납된 피건조물의 종류 또는 채반의 종류에 대응하여 가이드베인(16,18,26,28)의 단부를 가변하는 단계; 및 상기 건조룸에 송풍하는 단계;를 포함하는 히트펌프를 이용한 건조 방법을 제공한다.

상기 채반의 종류를 선택하는 단계는, 다공형 바닥을 가지는 다공형 채반(61)과 다공형 바닥을 가지지 않는 판형 채반(62) 중 어느 하나를 선택하는 것을 포함할 수 있다.

피건조물의 함수율이 소정 수치보다 낮은 경우에는 판형 채반(62)을 선택하고, 피건조물의 함수율이 소정 수치보다 높은 경우에는 다공형 채반(61)을 선택할 수 있다.

상기 가이드베인은: 건조룸의 일측면에 형성되는 제1가이드베인(16,26); 및 상기 건조룸을 사이에 두고 상기 제1가이드베인과 대향하는 측면에 형성되며, 건조룸 외부공간(11,21)에서 상기 제1가이드베인과 연통하는 제2가이드베인(18,28);을 포함하고, 상기 가이드베인의 단부를 가변하는 단계는, 피건조물의 함수율이 소정 수치보다 낮은 경우에는 상기 제1가이드베인과 상기 제2가이드베인의 단부를 비대칭 구조로 변경하고, 피건조물의 함수율이 소정 수치보다 높은 경우에는 상기 제1가이드베인과 상기 제2가이드베인의 단부를 대칭 구조로 변경하는 것을 포함할 수 있다.

상기 가이드베인의 단부를 가변하는 단계는, 상기 건조룸에 마주하는 상기 제1가이드베인 또는 제2가이드베인의 단부에 회전가능하게 힌지 결합된 가변판(17,27)을 회전시켜 가이드베인의 단부를 가변시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 가이드베인의 단부를 가변하는 단계는, 가변판을 회전시킨 후 가이드베인에 핀을 끼워 가변판을 고정시키는 단계를 포함할 수 있다.

상기 건조룸에 송풍하는 단계는, 상기 건조룸에 송풍하는 송풍기의 전후단의 차압과, 송풍기 전후단의 상대습도의 차이 중 적어도 어느 하나에 근거하여 송풍기의 풍량을 제어하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 건조룸에 송풍하는 단계는, 소정 시간 간격으로 정방향과 역방향으로 번갈아 송풍하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 피건조물의 종류에 따라 채반의 종류와 공기의 유동 경로를 선택하여 적용함으로써 대형화된 건조시스템에서도 서로 특성이 다른 피건조물의 건조에 유연하게 대응할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면 건조룸 내부에 있는 피건조물의 건조 상태를 자동으로 체크하여 건조 장치를 자동으로 제어하기 때문에, 건조 공정을 자동화할 수 있다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명에 따른 히트펌프 건조 장치의 측면도를 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 도 1의 히트펌프 건조 장치의 건조룸 외부공간을 확대해서 나타낸 도면,
도 3은 본 발명에 따른 히트펌프 건조 장치의 건조 운행의 제어 계통을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 히트펌프 건조 장치에 사용되는 가이드베인의 구조를 나타낸 도면,
도 5와 도 6은 도 4의 가이드베인의 측면도로서, 각각 가변판을 펼치거나 접어서 가이드베인의 단부를 가변하는 상태를 나타낸 도면,
도 7과 도 8은 각각 다공형 채반의 평면도 및 측단면도,
도 9와 도 10은 각각 판형 채반의 평면도 및 측단면도,
도 11은 건조대차의 정면도,
도 12는 판형 채반을 사용하고 양측의 가이드베인이 대칭형인 상태에서 건조할 때 생기는 공기의 유동을 분석한 도면,
도 13은 판형 채반을 사용하고 양측의 가이드베인이 비대칭형인 상태에서 건조할 때 생기는 공기의 유동을 분석한 도면,
도 14는 다공형 채반을 사용하고 양측의 가이드베인이 대칭형인 상태에서 건조할 때 생기는 공기의 유동을 분석한 도면, 그리고,
도 15는 다공형 채반을 사용하고 양측의 가이드베인이 비대칭형인 상태에서 건조할 때 생기는 공기의 유동을 분석한 도면이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다.

본 발명에 따른 일 실시예에 의한 히트펌프 건조시스템에서는 공기 대 공기 방식의 열교환을 효율적으로 하기 위해 핀코일 타입의 열교환기(응축기, 증발기)를 사용할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 고온측(응축기) 챔버(건조룸)와 저온측(증발기) 챔버(건조룸)의 일부 공기를 혼합하여 보다 원활하고 효율적으로 건조가 이루어질 수 있도록 하기 위해 열교반기(40)를 사용하는데, 이는 저온측(제습) 구간에서 열교환기(증발기)를 거쳐 제습된 일부 공기를 고온측(가온) 구간으로 보내 건조의 효율을 향상시키며, 반대로 고온측(가온) 구간의 일부 공기를 저온측(제습) 구간으로 보내어 온도를 보상함으로써 건조 효율을 향상시키는 기능을 한다. 이는 히트펌프 시스템의 COP를 향상시켜 건조하는데 소모되는 에너지를 절감하는 역할을 하게 되는 것이다.

또한 본 발명의 실시예에서는 히터(15,25)를 사용하여 히트펌프 최초 가동시 온도 조건을 맞추거나 저온(제습)측 온도가 너무 낮아졌을 경우에 사용함으로써 건조 장치의 건조 효율을 높이도록 하였다.

[히트 펌프 건조장치의 전체적인 구조]

도 1은 본 발명에 따른 히트펌프 건조 장치의 측면도를 개략적으로 도시한 도면, 도 2는 도 1의 히트펌프 건조 장치의 건조룸 외부공간을 확대해서 나타낸 도면, 그리고 도 3은 본 발명에 따른 히트펌프 건조 장치의 건조 운행의 제어 계통을 나타낸 도면이다.

도 1을 참조하면 본 발명의 히트펌프 건조 장치는 고온의 가온건조룸(10)과 저온의 제습건조룸(20)을 포함한다.

가온건조룸(10)의 상부에는 가이드베인(16,18) 부분을 통하지 않고서는 건조룸과 차단된 건조룸 외부공간(11)이 마련되어 있으며, 건조룸 외부공간(11)에는 건조룸(10)으로 흘러들어가는 공기의 유동을 발생시키는 제1송풍기(12)와 제2송풍기(14)이 구비된다. 제1송풍기는 도면상 우측방향으로, 제2송풍기는 도면상 좌측방향으로 공기의 유동을 발생시킨다. 그리고 제1송풍기와 제2송풍기 사이에는 발열을 하는 열교환기인 응축기(34)가 구비되어 있다. 또한 건조룸 외부공간(11)에는 히터(15)가 구비되어 있다. 제1송풍기의 우측에는 제1가이드베인(16)이, 그리고 제2송풍기의 좌측에는 제2가이드베인(18)이 위치하며, 가이드베인(16,18)은 건조룸 외부공간(11)에서 발생하는 공기의 유동을 골고루 건조룸(10)으로 안내하는 기능을 한다. 즉 제1송풍기가 작동할 때에는 제1가이드베인(16)을 통해 공기가 건조룸(10)으로 유입되고, 건조룸에 유입된 공기는 제2가이드베인(18)을 통해 다시 건조룸 외부공간(11)으로 토출된다. 제2송풍기가 작동할 때에는 그 반대의 유동이 발생한다.

제습건조룸(20)의 상부에도 역시 마찬가지로, 가이드베인(26,28) 부분을 통하지 않고서는 건조룸과 차단된 건조룸 외부공간(21)이 마련되어 있으며, 건조룸 외부공간(21)에는 건조룸(20)으로 흘러들어가는 공기의 유동을 발생시키는 제1송풍기(22)와 제2송풍기(24)이 구비된다. 제1송풍기는 도면상 좌측방향으로, 제2송풍기는 도면상 우측방향으로 공기의 유동을 발생시킨다. 그리고 제1송풍기와 제2송풍기 사이에는 흡열을 하는 열교환기인 증발기(38)가 구비되어 있다. 또한 건조룸 외부공간(21)에는 역시 마찬가지로 히터(25)가 구비되어 있다. 제1송풍기의 좌측에는 제1가이드베인(26)이, 그리고 제2송풍기의 우측에는 제2가이드베인(28)이 위치하며, 가이드베인(26,28)은 건조룸 외부공간(21)에서 발생하는 공기의 유동을 골고루 건조룸(20)으로 안내하는 기능을 한다. 즉 제1송풍기가 작동할 때에는 제1가이드베인(26)을 통해 공기가 건조룸(20)으로 유입되고, 건조룸에 유입된 공기는 제2가이드베인(28)을 통해 다시 건조룸 외부공간(21)으로 토출된다. 제2송풍기가 작동할 때에는 그 반대의 유동이 발생한다.

히트펌프(30)의 구성을 살펴보면, 먼저 상술한 응축기(34)의 냉매는 팽창밸브(36)를 거쳐 압력이 낮아진 후 상기 증발기(38)에서 증발하며 흡열을 하고, 탱크로 보내어진다. 이러한 냉매는 다시 압축기(32)로 가서 고압으로 압축되어 응축기(34)로 이동한 후 응축되며 발열한다.

건조룸(10,20) 내에는 채반(60)이 놓여지는데, 채반은 도 11의 건조대차(70)에 끼워진 상태에서 건조룸 내에 놓여질 수 있다. 채반(60) 위에는 피건조물(P), 가령 농산물 등이 올려져 있다.

본 발명의 실시예에서는 각 건조룸 당 흡기와 배기 댐퍼 한 개를 두었으며, 가온건조룸(10)에서 제습건조룸(20)으로 열을 이송시키는 제1열교반기(42)와 제습건조룸(20)에서 가온건조룸(10)으로 열을 이송시키는 제2열교반기(44)를 설치하였다.

도 2를 참조하면, 건조룸 외부공간(11)에 구비된 송풍기(12,14)의 전단(바람이 불어나오는 곳)과 후단(바람이 빨려 들어가는 곳)에 차압 측정기(52)와 습도 측정기(54)를 설치하여 송풍기의 전후단에서 발생하는 차압과, 전후단에서 발생하는 상대습도의 차이를 측정할 수 있도록 구성하였다. 이는 피건조물(P)의 건조 상태와 건조 정도를 파악하기 위한 것으로, 건조가 진행됨에 따라 송풍기 전후의 차압 편차가 낮아지는 것을 측정하여 건조의 진행 정도를 파악하고(거나), 역시 송풍기 전후의 상대습도 차이가 점점 줄어드는 것을 측정하여 건조의 진행 정도를 파악할 수 있다. 즉 송풍기에서 막 출발한 공기의 압력과 상대습도를 측정하고, 송풍기의 전단에서 떠난 공기가 건조룸을 거쳐 다시 송풍기의 후단에 도달했을 때의 압력과 상대습도를 측정한 후, 이들의 차이를 비교하여 건조의 진행상태를 파악하게 된다.

이러한 건조의 진행상태는 차압과 상대습도의 차이 값으로부터, 도 3의 제어부(56)가 건조의 진행 정도를 파악하게 되고, 제어부(56)는 이러한 값을 근거로 송풍기의 풍량을 조절하게 된다.

본 발명에 의하면, 하나의 건조룸에, 서로 반대방향으로 공기를 가압하는 2개의 송풍기가 설치되어 있다. 가령 가온건조룸(10)의 상부에 있는 건조룸 외부공간(11)에는 제1송풍기(12)와 제2송풍기(14)가 열교환기를 사이에 두고 서로 대향하는 방향으로 설치되어 있다. 제1송풍기(12)가 가동하면 공기는 제1가이드베인(16), 건조룸(10), 제2가이드베인(18)의 순으로 유동하고, 제2송풍기(14)가 가동하면 공기는 제2가이드베인(18), 건조룸(10), 제1가이드베인(16)의 순으로 유동한다. 소형의 건조룸에는 어느 일방향으로 공기를 유동시키더라도 균일한 건조의 진행에 문제가 없으나, 대형화된 건조룸에서는 공기를 처음 만나는 쪽에 있는 피건조물이 후단의 피건조물보다 먼저 건조되어 건조의 정도에 편차가 발생할 수 있으므로, 본 발명에서는 피건조물(P)을 고르게 건조하기 위해, 서로 반대방향으로 공기를 유동시키는 2개의 송풍기를 설치하여 운용하는 것을 하나의 특징으로 한다.

또한 2개의 송풍기를 운용하여 정방향, 그리고 역방향으로 송풍을 하여 건조를 진행함에 있어서도, 건조룸에 있는 피건조물들이 모두 되도록 균일한 속도로 건조되도록 하기 위해, 정방향 송풍과 역방향 송풍이 일정한 시간으로 번갈아 진행되도록 운용된다. 가령 총 1시간의 건조시간동안 건조가 진행됨에 있어서, 정방향으로 5분, 역방향으로 5분, 다시 정방향으로 5분, 역방향으로 5분 순차적으로 번갈아 송풍이 되어 1시간동안 건조가 이루어지도록 할 수 있다. 총 건조시간(위에서 1시간이 이에 해당)과 한 주기의 건조시간(위에서 5분이 이에 해당)은 피건조물에 따라 변경될 수 있으며, 아울러 한 주기의 건조시간 역시 시간이 흐름에 따라 점점 짧아지거나 점점 길어지도록 다양한 변경이 가능하다. 그리고 이러한 송풍기의 제어는 제어부(56)에서 주도할 수 있다.

본 발명에 따르면 건조룸(10,20)의 좌우에 마련되어 있는 가이드베인(16,18,26,28)은 건조룸 외부공간과 건조룸 사이에 설치되어 공기의 유동을 고르게 분산시키는 기능을 한다. 이하 가온건조룸(10)에 구비된 제1가이드베인(16)을 기준으로 이러한 가이드베인의 구조에 대해 상세히 살펴본다. 다른 가이드베인(18,26,28)에 대해서도 동일한 구조가 적용될 수 있음은 물론이다.

[가이드베인]

본 발명의 히트펌프 건조 장치에 사용되는 가이드베인의 구조를 나타낸 도 4를 참조하면, 가이드베인(16)은 건조룸 외부공간(11)과 건조룸(10)에 걸쳐 구비되며, 건조룸 외부공간에서 건조룸을 향해 "ㄷ"자 형태의 덕트가 중첩된 형태로 구비된다. 따라서 가이드베인(16)의 건조룸 외부공간 측 단부에도 상하방향으로 덕트의 단부가 적층된 형태가 되고, 건조룸 측 단부에도 상하방향으로 덕트의 단부가 적층된 형태가 된다. 물론 상대적으로 높이가 더 높은 건조룸 측 단부의 각 덕트의 개별 높이 역시 더 크게 형성된다. 공기의 유동을 균일하게 유도하기 위해 적층된 각 덕트의 단부의 단면적은 서로 일치한다. 또한 가이드베인은 수직방향으로 격벽이 형성되어 있어서 폭이 넓은 가이드베인을 견고하게 지지함은 물론, 후술할 가변판을 고정하는 핀이 끼워지는 측면이 된다.

도 5와 도 6은 도 4의 가이드베인의 측면도로서, 각각 가변판을 펼치거나 접어서 가이드베인의 단부를 가변하는 상태를 나타낸 도면이다.

가이드베인(16)의 건조룸(10) 측 단부에는, 도시된 바와 같이 가변판(17)이 힌지(H)로 결합되어 있다. 따라서 가변판(17)은 힌지를 중심으로 회동 가능하고, 평상시에는 도 5와 같이 가이드베인의 단부에서 수평 방향으로 연장된 형태로 고정되어 있다가, 필요할 때에는 도 6과 같이 수직으로 접혀져 올라간 상태에서 고정구(19)인 핀을 측면에 끼워 가변판(17)을 지지하게 된다. 고정구(19)에 의해 가변판(17)이 수평방향으로 눕는 것이 저지되기 때문에, 덕트에서 바람이 불어나와 유동이 가변판을 가압하더라도 가변판은 도 6의 수직 상태를 그대로 유지하게 된다.

이렇게 가이드베인의 단부에 설치된 가변부는 하나의 건조룸에 있는 2개의 가이드베인 중 적어도 어느 하나에 설치될 수 있다. 물론 양쪽 가이드베인 모두에 설치되는 것도 무방하다. 어찌 되었든, 제1가이드베인(16)과 제2가이드베인(18)은 도 1에 도시된 바와 같이 그 단부의 높이가 서로 일치하는 대칭형으로 이루어져 있고, 두 가이드베인 중 어느 하나의 가이드베인 단부에 있는 가변판이 도 6과 같이 수직 상태로 가변된 경우에는, 제1가이드베인과 제2가이드베인의 단부의 단면이 서로 비대칭인 상태가 된다.

[채반]

도 7과 도 8은 각각 다공형 채반의 평면도 및 측단면도이고, 도 9와 도 10은 각각 판형 채반의 평면도 및 측단면도이다.

본 발명에서 사용되는 채반(60)은, 다공형 바닥을 가지는 다공형 채반(61)과 다공형 바닥을 가지지 않는 판형 채반(62)을 포함한다. 다공형 채반(61)의 경우, 건조룸 내의 유동 공기가 다공형 채반의 다공부를 통해 상하로 유동되는 것이 허용된다. 반면 판형 채반(62)의 경우, 건조룸 내의 유동 공기가 채반의 밑판을 가로지르는 것이 방지된다.

이러한 채반(60) 상에는 피건조물(P)이 올려지고, 도 11의 건조대차에 실린 채 건조룸 내부에 수용된다.

[피건조물에 따른 가이드베인의 가변과 채반의 선택]

피건조물(P)이 가령 수분 함수율이 낮은 농산물인 경우, 급하게 건조가 되면 짝건조가 일어날 가능성이 있으므로 판형 채반(62)을 사용하는 것이 바람직하다. 그런데 판형 채반(62)의 경우 상하방향으로 공기의 유동을 막기 때문에, 건조룸에 도 1과 같이 채반이 놓여진 경우, 공기의 유동은 측면 방향으로만 허용되는 상태가 된다.

도 12는 판형 채반을 사용하고 양측의 가이드베인이 대칭형인 상태에서 건조할 때 생기는 공기의 유동을 분석한 도면이고, 도 13은 판형 채반을 사용하고 양측의 가이드베인이 비대칭형인 상태에서 건조할 때 생기는 공기의 유동을 분석한 도면이다.

실험 결과, 판형 채반을 사용할 경우 공기의 유동이 모든 피건조물에 골고루 접촉하도록 하기 위해서는 도 12와 같이 가이드베인의 단부가 대칭형인 경우보다, 도 13과 같이 가이드베인의 단부가 비대칭인 경우가 피건조물의 건조가 더욱 균일하게 일어남을 확인할 수 있었다.

판형 채반의 경우 공기의 상하유동을 허용하지 않는 것인데, 도 12와 같이 좌우 가이드베인이 대칭인 상태에서 정방향과 역방향으로 공기를 유동시키게 되면, 서로 마주하는 가이드베인의 각 덕트 단부의 상부에 해당하는 곳에만 공기의 유동이 집중되기 때문에, 대형 건조룸에서 각 피건조물의 건조 진행율이 서로 다르게 된다.

반면 도 13과 같이 좌우 가이드베인이 비대칭인 경우에는 정방향과 역방향 공기 유동에 따라 공기의 유동이 집중되는 높이가 서로 다르게 되므로, 정방향 송풍과 역방향 송풍을 반복함에 따라 모든 피건조물이 골고루 건조되는 것이 가능하다.

다음으로, 피건조물(P)이 가령 수분 함수율이 높은 농산물인 경우, 건조가 잘 일어나도록 하기 위해 다공형 채반(61)을 선택하는 것이 바람직하다. 그런데 다공형 채반(61)의 경우 상하방향으로도 공기의 유동을 허용하기 때문에, 건조룸에 도 1과 같이 채반이 놓여진 경우, 공기의 유동은 측면 방향 뿐만 아니라 상하방향으로도 일어난다.

도 14는 다공형 채반을 사용하고 양측의 가이드베인이 대칭형인 상태에서 건조할 때 생기는 공기의 유동을 분석한 도면, 그리고 도 15는 다공형 채반을 사용하고 양측의 가이드베인이 비대칭형인 상태에서 건조할 때 생기는 공기의 유동을 분석한 도면이다.

실험 결과, 다공형 채반(61)을 사용할 경우 공기의 유동이 모든 피건조물에 골고루 접촉하도록 하기 위해서는 도 14와 같이 가이드베인의 단부가 대칭형인 경우가, 도 15와 같이 가이드베인의 단부가 비대칭인 경우보다 피건조물의 건조가 더욱 균일하게 일어남을 확인할 수 있었다.

다공형 채반의 경우 공기의 상하유동을 허용하기 때문에, 도 14와 같이 좌우 가이드베인이 대칭인 상태에서 정방향과 역방향으로 공기를 유동시키게 되면, 도시된 바와 같이 곡선을 이루는 유동의 흐름이 좌우 대칭이 되어 모든 피건조물에 골고루 만나게 되어, 대형 건조룸에서도 각 피건조물의 건조 진행율이 상당히 균일하게 된다.

반면 도 15와 같이 좌우 가이드베인이 비대칭인 경우에는 가이드베인의 유입구와 유출구의 높이가 송풍의 방향(정방향과 역방향)에 따라 서로 다르게 되어, 정방향으로 유동할 때의 건조룸 내의 공기 유동 양상과, 역방향으로 유동할 때의 건조룸 내의 공기 유동 양상이 서로 다르게 나타나고, 이에 따라 특정 위치에 있는 피건조물은 유동하는 공기와 별로 접촉하지 못하고, 어떤 피건조물은 유동하는 공기와 많이 접촉하여 되므로 도 14의 경우보다 건조가 균일하게 일어나지 않게 된다.

따라서, 일반적인 기준을 정하자면, 피건조물의 함수율이 소정 수치보다 낮은 경우에는 판형 채반(62)을 선택하고 제1가이드베인과 제2가이드베인의 단부를 비대칭 구조로 변경하여 건조를 진행하는 것이 더욱 건조 효율이 높다 할 수 있다. 다음으로 피건조물의 함수율이 소정 수치보다 높은 경우에는 다공형 채반(61)을 선택하고 제1가이드베인과 제2가이드베인의 단부를 대칭 구조로 변경하여 건조를 진행하는 것이 더욱 건조 효율이 높다 할 수 있다.

이하, 상술한 히트펌프 건조 장치를 이용한 건조 방법을 설명한다.

건조를 진행하고자 하는 피건조물(P)의 특성이 다공형 채반(61)을 사용하기에 적합한 경우에는, 다공형 채반(61) 상에 피건조물을 골고루 올려 놓고, 이들을 건조 대차(70)에 적치한다. 그리고 건조룸 내부를 향해 노출된 제1가이드베인과 제2가이드베인 중 어느 하나의 가이드베인의 단부에 있는 가변판을 수직 방향으로 가변시킨 후, 측면에 핀과 같은 고정구를 꽂아 고정함으로써 가이드베인을 비대칭형으로 구성한다.

그리고 상기 건조 대차들을 두 건조룸(10,20)에 넣은 상태에서 히트펌프(30)를 가동하게 된다. 운전 초기에는 히터(15,25)를 사용하여 가온건조룸(10)이 고온에 도달하는 것을 더욱 빨리 유도하고, 아울러 제습건조룸(20)의 온도가 너무 떨어지지 않도록 하여 건조룸 내의 상대습도를 낮추는 것이 바람직하다.

히트펌프(30)를 가동하면서 송풍기 역시 가동하는데, 이 때 송풍기는 제1송풍기와 제2송풍기를 교대로 가동하여 정방향의 공기 유동과 역방향의 공기 유동이 번갈아 일어나도록 한다. 특히 송풍기 전후단에 설치된 차압 측정기(52)와 습도 측정기(54)를 통해 차압과 상대습도의 차이가 지속적으로 모니터링되며, 이러한 수치에 근거하여 제어부(56)는 송풍기의 송풍량 등을 제어한다. 측정되는 차압과 상대습도의 차이가 건조가 다 이루어졌음을 나타내는 수치까지 도달한 경우에는 히트펌프의 가동을 중단하고 송풍기를 멈추어 건조를 중단하게 된다.

한편, 건조를 진행하고자 하는 피건조물(P)의 특성이 판형 채반(62)을 사용하기에 적합한 경우에는, 판형 채반(62) 상에 피건조물을 골고루 올려 놓고, 이들을 건조 대차(70)에 적치한다. 그리고 건조룸 내부를 향해 노출된 제1가이드베인과 제2가이드베인의 가변판을 수평으로 유지하여, 마주하는 양쪽 가이드베인을 대칭형으로 구성한다.

그리고 상기 건조 대차들을 두 건조룸(10,20)에 넣은 상태에서 건조를 시작하면, 위와 같이 건조 장치가 운행되어 건조가 완료된다.

이상과 같이 본 발명에 대해서 예시한 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 명세서에 개시된 실시예와 도면에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술사상의 범위 내에서 통상의 기술자에 의해 다양한 변형이 이루어질 수 있음은 자명하다. 아울러 앞서 본 발명의 실시예를 설명하면서 본 발명의 구성에 따른 작용 효과를 명시적으로 기재하여 설명하지 않았을 지라도, 해당 구성에 의해 예측 가능한 효과 또한 인정되어야 함은 당연하다.

10: 가온건조룸(고온)
11: 건조룸 외부공간
12: 제1송풍기
14: 제2송풍기
15: 히터
16: 제1가이드베인
17: 가변판
18: 제2가이드베인
19: 고정구
20: 제습건조룸(저온)
21: 건조룸 외부공간
22: 제1송풍기
24: 제2송풍기
25: 히터
26: 제1가이드베인
27: 가변판
28: 제2가이드베인
29: 고정구
30: 히트펌프
32: 압축기
34: 응축기
36: 팽창밸브
38: 증발기
40: 열교반기
42: 제1열교반기
44: 제2열교반기
52: 차압 측정기
54: 습도 측정기
56: 제어부
60: 채반
61: 다공형 채반
62: 판형 채반
70: 건조대차
H: 힌지
P: 피건조물

Claims

내부에 피건조물(P)이 수납되는 건조룸(10,20);
상기 건조룸의 일측면에 형성되는 제1가이드베인(16,26);
상기 건조룸을 사이에 두고 상기 제1가이드베인과 대향하는 측면에 형성되며, 건조룸 외부공간(11,21)에서 상기 제1가이드베인과 연통하는 제2가이드베인(18,28);
상기 건조룸 외부공간에 설치되어 상기 제1가이드베인 또는 상기 제2가이드베인을 향해 송풍하는 송풍기(12,14,22,24);를 포함하고,
상기 제1가이드베인과 제2가이드베인 중 적어도 어느 하나는 단부가 가변하는 히트 펌프 건조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 가이드베인(16,18,26,28)은 건조룸 외부공간과 건조룸 사이에 설치되어 건조룸 외부공간에서 불어오는 유동 공기를 건조룸으로 가이드하는 복수의 덕트가 중첩된 형태인 히트 펌프 건조 장치.
청구항 2에 있어서,
상기 복수의 덕트 형태는 상하로 중첩된 형태인 히트 펌프 건조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 건조룸에 마주하는 상기 제1가이드베인 또는 제2가이드베인의 단부에 가변판(17,27)이 회전가능하게 힌지 결합되어, 가변판의 회전에 의해 가이드베인의 단부를 가변시키는 히트 펌프 건조 장치.
청구항 4에 있어서,
상기 가변판 또는 상기 가변판이 설치된 가이드베인에 구비되며, 상기 가변판의 위치를 고정하는 고정구(19,29)를 더 구비하는 히트 펌프 건조 장치.
청구항 5에 있어서,
상기 고정구는 가이드베인의 측면에 끼워져 가변판과 간섭되는 핀인 히트 펌프 건조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 건조룸 외부공간에는 상기 송풍기에 의해 유동하는 공기와 열교환이 이루어지는 열교환기(34,38)가 구비되고,
상기 송풍기의 전후단에 대한 차압 측정기(52) 및 상기 송풍기 전단과 후단의 습도를 측정하는 습도 측정기(54) 중 적어도 어느 하나를 더 구비하는 히트 펌프 건조 장치.
청구항 7에 있어서,
상기 전후단 차압 측정기에서 측정된 송풍기 전후단의 차압과, 상기 습도 측정기에서 측정된 습도 중 적어도 어느 하나에 근거하여 송풍기의 풍량을 제어하는 제어부(56)를 더 구비하는 히트 펌프 건조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 송풍기는 제1가이드베인과 제2가이드베인을 향해 번갈아 송풍하도록 제어되는 히트 펌프 건조 장치.
청구항 9에 있어서,
상기 송풍기는 제1가이드베인(16,26)을 향해 송풍하는 제1송풍기(12,22)와, 제2가이드베인(18,28)을 향해 송풍하는 제2송풍기(14,24)를 포함하는 히트 펌프 건조 장치.
청구항 10에 있어서,
상기 건조룸 외부공간에는 상기 송풍기에 의해 유동하는 공기와 열교환이 이루어지는 열교환기(34,38)가 구비되고,
상기 열교환기는 상기 제1송풍기와 제2송풍기 사이에 배치되고, 상기 열교환기의 위치는 상기 송풍기의 후단에 해당하는 히트 펌프 건조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 건조룸에 수납되는 채반(60)은, 다공형 바닥을 가지는 다공형 채반(61)과 다공형 바닥을 가지지 않는 판형 채반(62) 중 선택된 한 종류의 채반이 수납되는 히트 펌프 건조 장치.
청구항 1에 있어서,
상기 건조룸 외부공간은 상기 건조룸의 상부에 배치된 히트 펌프 건조 장치.
피건조물(P)의 종류에 따라 채반(60)의 종류를 선택하는 단계;
채반에 피건조물을 올려 놓고 건조룸(10,20)에 수납하는 단계;
수납된 피건조물의 종류 또는 채반의 종류에 대응하여 가이드베인(16,18,26,28)의 단부를 가변하는 단계; 및
상기 건조룸에 송풍하는 단계;를 포함하는 히트펌프를 이용한 건조 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 채반의 종류를 선택하는 단계는, 다공형 바닥을 가지는 다공형 채반(61)과 다공형 바닥을 가지지 않는 판형 채반(62) 중 어느 하나를 선택하는 것을 포함하는 건조 방법.
청구항 15에 있어서,
피건조물의 함수율이 소정 수치보다 낮은 경우에는 판형 채반(62)을 선택하고, 피건조물의 함수율이 소정 수치보다 높은 경우에는 다공형 채반(61)을 선택하는 건조 방법.
청구항 15에 있어서,
상기 가이드베인은:
건조룸의 일측면에 형성되는 제1가이드베인(16,26); 및
상기 건조룸을 사이에 두고 상기 제1가이드베인과 대향하는 측면에 형성되며, 건조룸 외부공간(11,21)에서 상기 제1가이드베인과 연통하는 제2가이드베인(18,28);을 포함하고,
상기 가이드베인의 단부를 가변하는 단계는, 피건조물의 함수율이 소정 수치보다 낮은 경우에는 상기 제1가이드베인과 상기 제2가이드베인의 단부를 비대칭 구조로 변경하고, 피건조물의 함수율이 소정 수치보다 높은 경우에는 상기 제1가이드베인과 상기 제2가이드베인의 단부를 대칭 구조로 변경하는 것을 포함하는 건조 방법.
청구항 17에 있어서,
상기 가이드베인의 단부를 가변하는 단계는, 상기 건조룸에 마주하는 상기 제1가이드베인 또는 제2가이드베인의 단부에 회전가능하게 힌지 결합된 가변판(17,27)을 회전시켜 가이드베인의 단부를 가변시키는 단계를 포함하는 건조 방법.
청구항 18에 있어서,
상기 가이드베인의 단부를 가변하는 단계는, 가변판을 회전시킨 후 가이드베인에 핀을 끼워 가변판을 고정시키는 단계를 포함하는 건조 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 건조룸에 송풍하는 단계는, 상기 건조룸에 송풍하는 송풍기의 전후단의 차압과, 송풍기 전후단의 상대습도의 차이 중 적어도 어느 하나에 근거하여 송풍기의 풍량을 제어하는 단계를 더 포함하는 건조 방법.
청구항 14에 있어서,
상기 건조룸에 송풍하는 단계는, 소정 시간 간격으로 정방향과 역방향으로 번갈아 송풍하는 단계를 포함하는 건조 방법.