KR20170132621A - 회전 트레이를 구비한 식품 건조기 - Google Patents

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Abstract

하우징 내부 공간에서 식품이 놓여진 위치와 무관하게 균일한 건조 시간과 건조 상태를 얻을 수 있는 식품 건조기가 개시된다. 개시된 식품 건조기는, 내부 공간이 형성된 하우징, 내부 공간으로 투입되는 고온 건조한 열풍(熱風)을 생성하는 열풍 생성 유닛, 식품이 놓여지는 것으로, 내부 공간에서 상하 방향으로 배열되는 복수의 트레이(tray), 및 복수의 트레이를 내부 공간 안에서 회전시키는 트레이 회전 유닛을 구비한다.

Description

회전 트레이를 구비한 식품 건조기{Food drying apparatus with rotating tray}
본 발명은 식품 건조기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고온의 공기를 불어내 식품을 건조하는 식품 건조기에 관한 것이다.
식품 건조기는 고온 건조한 공기를 불어내어 건조 대상물인 식품을 건조시키는 장치이다. 통상적으로, 식품 건조기는 도어(door)에 의해 개폐되는 내부 공간이 마련된 하우징(housing)과, 상기 케이스 내부로 고온 건조한 공기, 즉 열풍을 불어넣기 위한 열풍 생성 유닛을 구비한다.
그런데, 종래의 식품 건조기는 하우징 내부 공간에서 위치에 따라 온도가 균일하지 못하여, 건조 대상인 식품이 놓여진 위치에 따라 건조 품질이 달라진다는 문제가 있다. 이와 같은 문제를 보완하기 위하여, 과도한 시간 동안 식품 건조기를 작동시키기도 하고, 간헐적으로 식품 건조기의 작동을 중지하고 건조 대상인 식품의 위치를 사용자가 직접 변경해주기도 한다. 이에 따라, 식품 건조기를 사용하여 식품을 건조하는데 실제 요구되는 에너지 소모량과 시간이 증대된다. 그리고, 이와 같은 수고로움에 불구하고 건조 품질의 불균일 문제는 여전히 잔존한다.
대한민국 등록특허공보 제10-1283516호
본 발명은, 열풍을 하우징 내부 공간으로 불어넣어 식품을 건조시키는 식품 건조기로서, 하우징 내부 공간에서 식품이 놓여진 위치와 무관하게 균일한 건조 시간과 건조 품질을 얻을 수 있는 식품 건조기를 제공한다.
본 발명은, 내부 공간이 형성된 하우징, 상기 내부 공간으로 투입되는 고온 건조한 열풍(熱風)을 생성하는 열풍 생성 유닛, 식품이 놓여지는 것으로, 상기 내부 공간에서 상하 방향으로 배열되는 복수의 트레이(tray), 및 상기 복수의 트레이를 상기 내부 공간 안에서 회전시키는 트레이 회전 유닛을 구비한, 회전 트레이를 구비한 식품 건조기를 제공한다.
상기 트레이 회전 유닛은, 상하 방향으로 연장된 회전 샤프트, 및 상기 회전 샤프트에 회전 동력을 제공하도록 상기 회전 샤프트에 연결되고, 상기 하우징에 고정된 회전 구동기를 구비하고, 상기 회전 샤프트는 자신의 길이 방향을 따라 이격되게 배열된 복수의 받침대를 구비하고, 상기 복수의 받침대에 상기 복수의 트레이가 하나씩 지지될 수 있다.
상기 트레이에는, 상기 회전 샤프트의 외경에 대응되는 크기의 폭으로 자신의 외주에서 중앙까지 연장된 장착 슬롯(slot)이 형성되고, 상기 트레이가 상기 회전 샤프트에 장착될 때에는 상기 회전 샤프트가 상기 장착 슬롯을 따라 상기 트레이의 외주에서 상기 트레이의 중앙으로 이동하고, 상기 트레이가 상기 회전 샤프트에서 분리될 때에는 상기 회전 샤프트가 상기 장착 슬롯을 따라 상기 트레이의 중앙에서 상기 트레이의 외주로 이동할 수 있다.
상기 트레이 회전 유닛은, 상하 방향으로 연장된 회전 샤프트, 및 상기 회전 샤프트에 회전 동력을 제공하도록 상기 회전 샤프트에 연결되고, 상기 하우징에 고정된 회전 구동기를 구비하고, 상기 회전 샤프트의 외주면에는 상기 회전 샤프트의 길이 방향을 따라 이격되게 배열되고, 단차진 복수의 장착 홈(groove)이 형성되고, 상기 트레이에는 상기 장착 홈이 형성된 회전 샤프트의 부분이 끼워지도록 자신의 외주에서 중앙까지 연장된 장착 슬롯(slot)이 형성되고, 상기 장착 슬롯의 중앙에 상기 장착 홈이 형성된 회전 샤프트의 부분이 끼워져 상기 트레이가 상기 회전 샤프트에 지지될 수 있다.
상기 트레이 회전 유닛은, 상하 방향으로 연장된 회전 샤프트, 상기 회전 샤프트와 동축(同軸) 상에 위치하지 않는 모터 샤프트(motor shaft)를 구비한 전동 모터, 및 상기 모터 샤프트와 상기 회전 샤프트를 회전 동력 전달 가능하게 연결하는 동력 전달 수단을 구비할 수 있다.
상기 트레이는, 상기 트레이가 회전함에 따라 상기 내부 공간으로 유입된 열풍을 순환시키는 것으로, 상기 트레이의 하측면에서 돌출된 적어도 하나의 핀(fin)을 구비할 수 있다.
상기 열풍 생성 유닛은, 전기 에너지를 열로 전환하여 발열하는 것으로, 외벽, 및 상기 외벽의 내부에 단면이 격자 패턴(lattice pattern)이 되도록 연장되는 격자 내벽을 구비한 세라믹 히터(ceramic heater)를 구비하여, 상기 하우징의 내부로 유입된 공기가 상기 격자 내벽 사이의 열교환 유로를 통과하며 열교환하여 열풍이 되어 상기 내부 공간으로 배출되고, 상기 세라믹 히터는 상기 세라믹 히터의 조성물을 소결(燒結)하여 형성될 수 있다.
상기 세라믹 히터의 조성물은, 세라믹 및 금속 혼합 분말과, 분산제와, 바인더를 포함하며, 상기 세라믹 및 금속 혼합 분말은, 질화알루미늄(AlN) 및 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 세라믹 및 금속 혼합 분말 전체 중량의 80 내지 95 중량%를 차지하는 비산화물계 세라믹 분말, 및 상기 세라믹 및 금속 혼합 분말 전체 중량의 5 내지 20 중량%를 차지하는 금속 분말을 포함할 수 있다.
상기 세라믹 히터의 외벽과 격자 내벽 중 적어도 격자 내벽의 외면에는, 상기 내부 공간의 공기 중에 포함된 성분 중 적어도 하나의 성분을 분해하는 분해 반응을 촉진하는 촉매가 도포될 수 있다.
본 발명의 식품 건조기는 식품이 놓여진 트레이가 식품이 뒤섞이지 않는 상태로 회전하므로, 하우징 내부 공간에서 식품이 놓여진 위치와 무관하게 균일한 건조 시간과 건조 품질을 얻을 수 있다. 또한, 적은 에너지를 투입하고도 하우징 내부 공간에 채워진 모든 식품을 균일하게 건조할 수 있어 에너지 소비를 줄일 수 있다.
본 발명의 식품 건조기에 구비된 세라믹 히터는, 비산화물계 세라믹을 주재료로 하고 금속을 부재료로 포함하여, 내열성, 내부식성, 강도, 내열충격성이 우수하며, 적절한 저항값을 갖도록 제작하기 쉬워 변압기 없이 상압 전기를 공급하여 식품 건조기를 사용할 수 있다.
또한 본 발명의 식품 건조기에 구비된 세라믹 히터는, 송풍 압력 저하를 최소화하면서도 송풍되는 공기와의 열교환 표면적을 넓혀주는 격자 내벽을 구비한 소위 허니콤(honeycomb) 구조로 형성되어, 금속 소재로 이루어진 히터 또는 P.T.C 히터(positive temperature coefficient heater)를 채용한 건조기보다 에너지 전달 효율 및 건조 품질이 향상되고, 신속하고 정밀한 온도 제어가 가능하다.
또한, 본 발명의 식품 건조기에 구비된 세라믹 히터는 원적외선을 방출하여, 건조 대상물의 살균 및 탈취 효과가 향상되고, 건조 대상물인 식품의 영양 손상을 방지하며 선도를 오래 유지하여 보관성이 향상된다.
또한, 세라믹 히터의 격자 내벽의 표면에 촉매가 도포된 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면 상기 촉매가 건조 대상물에서 발산되는 유해 성분이나 악취 성분을 분해하여 건조 품질이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식품 건조기를 도시한 사시도이다.
도 2은 도 1을 II-II에 따라 각각 절개 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 회전 샤프트와 이에 착탈되는 트레이를 도시한 사시도이다.
도 4는 도 3의 회전 샤프트와 이에 착탈되는 트레이의 변형예를 도시한 사시도이다.
도 5는 도 2의 열풍 생성 유닛 내부의 세라믹 히터를 도시한 사시도이다.
도 6은 도 5의 세라믹 히터의 미세 구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 식품 건조기를 도시한 사시도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 회전 트레이를 구비한 식품 건조기를 상세하게 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 식품 건조기를 도시한 사시도이고, 도 2은 도 1을 II-II에 따라 각각 절개 도시한 단면도이고, 도 3은 도 2의 회전 샤프트와 이에 착탈되는 트레이를 도시한 사시도이다. 도 1 내지 도 3을 함께 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 식품 건조기(100)는 식품을 빠르게 건조시키기 위한 것으로, 건조기 하우징(housing)(101), 열풍 생성 유닛(120), 복수의 트레이(tray)(117), 및 트레이 회전 유닛(110)을 구비한다.
건조기 하우징(101)은 바닥에 지지되는 하부 하우징(102)과, 상기 하부 하우징(102) 상측에 형성된 원통 형태의 상부 하우징(104)을 구비한다. 상부 하우징(104)에는 내부 공간(105)이 형성된다. 상부 하우징(104)에는 상부 하우징(104)의 측면을 여닫을 수 있도록 힌지(hinge)에 의해 결합된 도어(door)(109)가 구비된다. 상기 도어(109)를 통해 상부 하우징(104)의 측면을 통해 상기 내부 공간(105)을 개폐한다.
열풍 생성 유닛(120)은 상기 내부 공간(105)으로 투입되는 고온 건조한 열풍(熱風)을 생성한다. 열풍 생성 유닛(120)은 상부 하우징(104)에서 도어(109)의 반대측 측면의 상측에 고정 배치된다. 상부 하우징(104)을 구성하는 상측판에는 건조기 하우징(101) 외부의 공기가 상기 열풍 생성 유닛(120)으로 유입되도록 공기 유입 개구(107)가 형성된다. 열풍 생성 유닛(120)에서 토출된 열풍은 상부 하우징(104) 내면의 유로(108)를 따라 하향 이동하면서 내부 공간(105)으로 향해 이동한다. 다만, 본 발명에서 건조기 하우징(101) 내의 상기 열풍 생성 유닛(120)이 설치된 위치와, 상기 공기 유입 개구(107)가 형성된 위치가 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 한정되지는 않으며, 이는 본 발명의 일 예에 불과하다. 또한, 후술할 전동 모터 및 이를 구비한 회전 구동기, 및 회전 구동기를 통한 동력 전달 방법 또한 도 1 및 도 2에 도시된 실시예에 한정되지는 않으며, 이는 본 발명의 일 예에 불과하다.
트레이(tray)(117)에는 건조 대상물인 식품이 놓여지며, 상기 내부 공간(105)에 착탈 가능하게 삽입 탑재된다. 트레이 회전 유닛(110)은 복수의 트레이(117)를 상기 내부 공간(105) 안에서 회전시킨다. 트레이 회전 유닛(110)은 상기 내부 공간(105)에서 상하 방향으로 연장된 회전 샤프트(shaft)(113)와, 상기 회전 샤프트(113)에 회전 동력을 제공하도록 회전 샤프트(113)에 연결되고, 하부 하우징(102)에 고정된 회전 구동기(111)를 구비한다. 도 2에 상세하게 도시되진 않았으나, 상기 회전 구동기(111)는, 예를 들어, 전동 모터(미도시)와, 상기 전동 모터의 모터 샤프트(미도시)와 상기 회전 샤프트(113)를 동력 전달 가능하게 연결하되 상기 모터 샤프트의 회전 속도를 감속시켜 상기 회전 샤프트(113)에 전달하는 감속 기어 박스(gear box)를 구비할 수 있다.
회전 샤프트(113)는 상부 하우징(104)의 중앙을 관통하여 Z축과 평행하게 연장된 가상의 회전 축선(RC)을 따라 상하 방향으로 연장되고, 그 하단은 상기 회전 구동기(111)에 연결된다. 회전 샤프트(113)는 자신의 길이 방향을 따라 이격되게 배열된 복수의 받침대(115)를 구비하고, 상기 복수의 받침대(115)에 복수의 트레이(117)가 하나씩 지지된다. 받침대(115)는 회전 축선(RC)을 중심으로 방사상으로 확장된 디스크(disk) 형상의 부재로서, 외주변에 트레이(117)와 간섭되도록 상향 돌출된 복수의 간섭 돌기(116)를 구비한다.
트레이(117)는 원통 형상 상부 하우징(104)의 내부 공간(105)에서 회전 축선(RC)을 중심으로 회전할 수 있도록 원형의 디스크(disk) 형상이다. 트레이(117)에는 자신의 외주(119b)에서 중앙(119a)까지 연장된 장착 슬롯(slot)(119)이 마련된다. 상기 장착 슬롯(119)의 폭(Wm)의 크기는 회전 샤프트(113)의 외경(Ds)의 크기에 대응된다. 부연하면, 상기 회전 샤프트(113)가 상기 장착 슬롯(119)에 끼워질 수 있게 상기 폭(Wm)의 크기는 상기 외경(Ds)의 크기보다 약간 크거나 같다.
식품 건조기(100)의 사용자는 건조 대상물인 식품을 트레이(117)에 올려 놓고, 도어(109)를 열고, 상기 장착 슬롯(119)에 회전 샤프트(113)가 끼워지도록 트레이(117)를 내부 공간(105) 내로 밀어 넣고, 상기 장착 슬롯(119)의 중앙 지점(119a)에 회전 샤프트(113)가 충돌하여 트레이(117)를 더 이상 밀어 넣을 수 없으면 트레이(117)를 아래로 내려 트레이(117)를 받침대(115)로 지지한다. 이러한 방법으로 식품이 놓여진 트레이(117)를 회전 샤프트(113)에 장착할 수 있다. 트레이(117)가 회전 샤프트(113)에 장착될 때 양 자의 관계를 살펴보면, 회전 샤프트(113)가 상기 장착 슬롯(119)을 따라 트레이(117)의 외주(119b)에서 트레이(117)의 중앙(119a)으로 이동한다.
반대로, 내부 공간(105)에서 식품의 건조 과정이 종료되면, 식품 건조기(100)의 사용자는 도어(109)를 열고, 트레이(117)를 잡고 약간 올려 받침대(115)에서 트레이(117)를 이격시키고, 상부 하우징(104)의 바깥으로 트레이(117)를 빼낼 수 있다. 트레이(117)가 회전 샤프트(113)에서 분리될 때에는 상기 회전 샤프트(113)가 장착 슬롯(119)을 따라 트레이(117)의 중앙(119a)에서 트레이(117)의 외주(119b)로 이동하여 장착 슬롯(119)에서 빠져 나오게 된다.
내부 공간(105)에서 트레이(117)가 받침대(115)에 지지된 상태로 회전 샤프트(113)가 회전하면 복수의 간섭 돌기(116)가 트레이(117)의 메시(118)와 간섭하여 잡아 끌어서 트레이(117)가 회전 샤프트(113)와 마찬가지로 회전 축선(RC)을 중심으로 회전하게 된다. 따라서, 트레이(117)에 올려진 식품도 내부 공간(105)에서 위치를 바꾸면서 회전 축선(RC)을 중심으로 회전하게 된다. 복수의 트레이(117)가 내부 공간(105)에서 상하 방향으로 이격되어 배열되고, 복수의 트레이(117)가 Z축과 평행하게 연장된 회전 축선(RC)을 따라 회전하더라도 인접한 트레이(117) 사이에 간섭이 일어나지는 않으므로 내부 공간(105)에서 건조되는 식품이 뒤섞여 혼합되거나 엉키지는 않는다.
열풍 생성 유닛(120)에서 토출된 열풍이 내부 공간(105)에서 상하로 배열된 복수의 트레이(117)를 관통하여 위아래로 유동할 수 있도록, 상기 트레이(117)에는 메시(mesh)(118)가 형성된다. 이에 따라, 트레이(117)에 놓여진 건조 대상물은 트레이(117)와 평행한 수평 방향뿐 아니라 수직 방향으로도 열풍을 맞게 되어 건조 시간이 단축되고, 건조 대상물의 모든 부분이 고르게 건조될 수 있다.
상술한 바와 같이 상기 식품 건조기(100)는 식품이 놓여진 트레이(117)가 식품이 뒤섞이지 않는 상태로 회전하므로, 건조기 하우징(101)의 내부 공간(105)에서 식품이 놓여진 위치와 무관하게 균일한 건조 시간과 건조 품질을 얻을 수 있다. 또한, 적은 에너지를 투입하고도 상기 내부 공간(105)에 채워진 모든 식품을 균일하게 건조할 수 있어 에너지 소비를 줄일 수 있다.
도 4는 도 3의 회전 샤프트와 이에 착탈되는 트레이의 변형예를 도시한 사시도이다. 도 4에 도시된 회전 샤프트(153)와 트레이(160)는 도 1 내지 도 3에 도시된 회전 샤프트(113)와 트레이(117)를 대체하여 본 발명의 실시예에 따른 식품 건조기(100)에 구비될 수 있다. 도 4를 참조하면, 회전 샤프트(153)는 Z축과 평행하게 연장되며, 자신의 길이 방향을 따라 연장된 가상의 회전 축선(RC2)을 따라 회전 가능하다. 회전 샤프트(153)의 외주면에는 내측으로 단차지게 파여진 장착 홈(154)이 형성된다. 장착 홈(154)은 회전 샤프트(153)의 외주면의 일 측면과 반대 측면에 대칭되게 한 쌍이 형성되고, 상기 대칭되는 한 쌍의 장착 홈(154)은 회전 샤프트(153)의 길이 방향을 따라 같은 위치에 마련된다.
회전 샤프트(153)는 상기 대칭되는 한 쌍의 장착 홈(154)과 이어지게 바로 아래에, 회전 샤프트(153)의 외경보다 더 큰 외경으로 확장된 받침대(155)를 구비한다. 도 4에 도시되진 않았으나, 상기 대칭되는 한 쌍의 장착 홈(154)과 받침대(155)는 각각 복수 개가 구비되고, 상기 복수 쌍의 장착 홈(154) 복수의 받침대(155)는 회전 샤프트(153)의 길이 방향을 따라 이격되게 배열된다.
트레이(160)는 원형 디스크(disk) 형상의 판재(161)와, 상기 판재(161)의 하측면에서 돌출된 복수의 핀(fin)(164)을 구비한다. 열풍 생성 유닛(120)(도 2 참조)에서 생성되어 내부 공간(105)(도 1 및 도 2 참조)으로 유입된 열풍은, 회전 샤프트(153)에 지지된 복수의 트레이(160)가 회전하여 복수의 핀(164)이 회전함에 따라서 상기 내부 공간(105)에서 강제 교반 및 순환된다. 따라서, 내부 공간(105)에서 위치에 따른 온도 불균일이 완화된다.
열풍 생성 유닛(120)에서 토출된 열풍이 내부 공간(105)에서 상하로 배열된 복수의 트레이(160)를 관통하여 위아래로 유동할 수 있도록, 상기 트레이(160)의 판재(161)에는 복수의 통공(162)이 형성된다. 상기 복수의 통공(162)은 상기 판재(161)의 전(全) 영역에 걸쳐 고르게 분포된다. 이에 따라, 트레이(160)에 놓여진 건조 대상물은 트레이(160)와 평행한 수평 방향뿐 아니라 수직 방향으로도 열풍을 맞게 되어 건조 시간이 단축되고, 건조 대상물의 모든 부분이 고르게 건조될 수 있다.
트레이(160)에는 자신의 외주(166b)에서 중앙(166a)까지 연장된 장착 슬롯(slot)(166)이 마련된다. 상기 장착 슬롯(166)의 폭(Wt)의 크기는 회전 샤프트(153)에 형성된 대칭되는 한 쌍의 장착 홈(154) 사이의 거리(Dg)의 크기에 대응된다. 부연하면, 상기 장착 홈(154)이 형성된 회전 샤프트(153)의 부분이 상기 장착 슬롯(166)에 끼워질 수 있게 상기 폭(Wt)의 크기는 상기 거리(Dg)의 크기보다 약간 크거나 같다. 장착 슬롯(166)의 중앙(166a)에 장착 홈(154)이 형성된 회전 샤프트(153)의 부분이 끼워져서 트레이(160)가 회전 샤프트(153)에 지지된다.
식품 건조기(100)(도 1 참조)의 사용자는 건조 대상물인 식품을 트레이(160)에 올려 놓고, 도어(109)(도 1 참조)를 열고, 상기 장착 슬롯(166)에 장착 홈(154)이 형성된 회전 샤프트(153)의 부분이 끼워지도록 트레이(160)를 내부 공간(105)(도 1 참조) 내로 밀어 넣는다. 상기 장착 슬롯(166)의 중앙 지점(166a)에 회전 샤프트(153)가 충돌하여 트레이(160)가 더 이상 진행할 수 없을 상태까지 트레이(160)를 밀어 넣으면, 상기 장착 슬롯(166)의 중앙 지점(166a)의 주변부가 상기 대칭되는 한 쌍의 장착 홈(154)과 받침대(155)에 지지된다. 이러한 방법으로 식품이 놓여진 트레이(160)를 회전 샤프트(153)에 장착할 수 있다. 반대로, 상기 내부 공간(105)에서 식품의 건조 과정이 종료되면, 식품 건조기(100)의 사용자는 도어(109)를 열고, 트레이(160)를 잡고 하우징(101)의 바깥으로 트레이(160)를 빼낼 수 있다.
내부 공간(105)에서 트레이(160)가 장착 홈(154)이 형성된 회전 샤프트(153)의 부분에 지지된 상태로 회전 샤프트(153)가 회전하면 트레이(160)가 회전 샤프트(153)와 마찬가지로 회전 축선(RC2)을 중심으로 회전하게 된다. 따라서, 트레이(160)에 올려진 식품도 내부 공간(105)에서 위치를 바꾸면서 회전 축선(RC2)을 중심으로 회전하게 된다. 복수의 트레이(160)가 내부 공간(105)에서 상하 방향으로 이격되어 배열되고, 복수의 트레이(160)가 회전 축선(RC2)을 따라 회전하더라도 인접한 트레이(160) 사이에 간섭이 일어나지는 않으므로 내부 공간(105)에서 건조되는 식품이 뒤섞여 혼합되거나 엉키지는 않는다.
도 5는 도 2의 열풍 생성 유닛 내부의 세라믹 히터를 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 세라믹 히터의 미세 구조를 나타낸 도면이다. 도 2, 도 5, 및 도 6을 함께 참조하면, 상기 열풍 생성 유닛(120)은 전기 에너지를 열로 전환하여 발열하는 세라믹 히터(125), 및 상기 세라믹 히터(125)의 상방에 배치되어 상기 세라믹 히터(125)에서 방출된 열을 전방으로 송풍하는 팬(fan)(123)을 구비한다. 팬(123)은 상부 하우징(104)의 상기 공기 유입 개구(107)와 정렬되게 상부 하우징(104) 내부에 설치된다.
세라믹 히터(125)는 전기 에너지를 열로 전환하여 발열하는 것으로, 파이프(pipe) 형상의 외벽(126)과, 외벽(126)의 내부에 단면이 격자 패턴(lattice pattern)이 되도록 연장되는 격자 내벽(128)을 구비한다. 파이프 형상 외벽(126)의 전면(前面)과 배면(背面)은 막혀 있지 않다. 따라서, 외벽(126)의 내부에는 격자 내벽(128) 사이의 공간을 통하여 공기가 세라믹 히터(125)의 앞뒤로 유동 가능한 열교환 유로(129)가 형성된다.
상기 열교환 유로(129)를 통과하는 공기는 격자 내벽(128)과 접촉되는 접촉 표면적이 매우 확대되므로, 세라믹 히터(125)와 상기 세라믹 히터(125)를 통과하는 공기 간의 열교환 효율이 크게 향상된다. 부연하면, 상기 팬(123)에 의해 송풍된 공기가 도 5의 화살표 방향을 따라 세라믹 히터(125)의 후방으로부터 유입되어 격자 내벽(128) 사이의 열교환 유로(129)를 통과하며 열교환하여 고온 건조한 열풍이 되고, 이 열풍은 상기 팬(123)의 송풍 압력에 의해 세라믹 히터(125)의 전방으로 배출된다.
상기 세라믹 히터(125)의 외벽(126)과 격자 내벽(128)은 일체로 형성되며, 분말 형태의 비산화물계 세라믹(ceramic)을 주재료로 하고 분말 형태의 금속을 부재료로 하여 소결(燒結) 형성된다.
부연하면, 세라믹 히터(125)의 조성물은, 세라믹 및 금속 혼합 분말과, 분산제와, 바인더를 포함한다. 상기 세라믹 및 금속 혼합 분말은 비산화물계 세라믹 분말과, 금속 분말을 포함한다. 비산화물계 세라믹 분말은 비산화물계 세라믹스로 이루어진다. 비산화물계 세라믹스는 탄화물, 질화물, 붕화물 세라믹 등에, 금속 원소(Si, Ti, Al, Zr 등)와 탄소(C), 질소(N), 붕소(B) 같은 원소가 결합되어 구성된다. 이 경우, 상기 비산화물계 세라믹 분말은 질화알루미늄(AlN), 탄화규소(SiC) 및 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함한다.
질화알루미늄은 열전도율이 우수하다. 이에 따라서, 상기 질화알루미늄을 주 재료로 히터를 제작하게 도면, 고효율의 히터가 제작 가능하다. 탄화규소는 우수한 내부식성, 내열충격성, 열전도도 등의 특성이 있어 상기 탄화규소로 히터를 제작하면 내부식성이 우수한 히터의 제작이 가능하다. 질화규소는 내열성, 강도, 내열충격성 등이 우수하다. 상기 질화규소로 히터를 제작하면, 내구성이 우수한 히터 제작이 가능하다.
본 발명에 따르면, 질화알루미늄만을 비산화물계 세라믹 분말 소재로 사용할 수 있다. 이와 달리 질화규소를 비산화물계 세라믹 분말 소재로 사용할 수 있다. 이와 더 달리, 질화알루미늄 및 질화규소를 함께 혼합하여서, 비산화물계 세라믹 분말을 제조할 수 있다.
상기 비산화물계 세라믹 분말은 저항값이 107 Ω 정도로 저항이 히터의 기능을 하기에는 너무 높다. 따라서 본 발명에서는 상기 비산화물계 세라믹 분말에, 금속분말을 혼합한다. 상기 금속분말은 상기 비산화물계 세라믹 분말과 혼합되어서, 상기 세라믹 히터가 10-1 Ω 내지 103 Ω의 저항을 가지도록 하여서, 히터의 기능을 행할 수 있도록 한다. 이 경우, 상기 금속 분말은, 알루미늄(Al), 구리(Cu), 및 니켈(Ni) 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 비산화물계 세라믹 분말의 평균 입자 직경은 1 ㎛ 내지 50 ㎛ 인 것이 바람직하고, 이 경우, 금속 분말의 평균 입자 직경은 50 ㎚ 내지 300㎚ 인 것이 바람직하다. 이는 비산화물계 세라믹 분말의 평균 입자 직경이 1 ㎛ 미만인 경우, 금속 분말과의 혼련성이 열화되고, 비산화물계 세라믹 분말의 평균 입자 직경이 50 ㎛를 초과하는 경우에는, 저항이 높게 되어서 히터 기능을 하기 힘들어지기 때문이다. 이 경우, 금속 분말의 평균 입자 직경이 50 ㎚ 미만이 경우엔 비산화물 사이를 전도성을 가지고 서로 연결되도록 하기 쉽지 않으며, 금속 분말의 평균 입자 직경이 300㎚를 초과하는 경우에는 전체적으로 적절한 전도성을 갖도록 비산화물계 세라믹 분말과 혼합될 수 없기 때문이다.
상기 금속 분말과 비산화물계 세라믹 분말은, 물을 첨가한 상태에서 5시간 내지 15시간 혼합하여서, 슬러리 상태로 되도록 할 수 있다. 이 경우, 분산제와, 바인더를 더 포함한다. 상기 분산제는 상기 비산화물계 세라믹 분말과 금속 분말이 잘 분산되도록 한다. 상기 분산제로는 고분자의 형태를 띠는 지방산 계통의 물질 중 적어도 하나 이상이 사용 가능하다. 이 경우, 상기 분산제는 세라믹 및 금속 혼합 분말 100 중량부 대비 3 내지 30의 중량부를 갖는 것이 바람직하다.
바인더는 금속 분말과 비산화물계 세라믹 분말 사이를 결합시키는 기능을 한다. 상기 바인더로는 폴리비닐알콜(PVA), 폴리비닐카보네이트(PVC) 등이 사용 가능하다. 이 경우, 상기 바인더는 세라믹 및 금속 혼합 분말 100 중량부 대비 2 내지 30의 중량부를 갖는 것이 바람직하다.
한편, 첨가물로서 메틸셀룰로오스를 더 포함하는 것이 바람직하다. 상기 메틸셀룰로오스는 복수개의 통로를 갖도록 파이프 형태로 압출 성형하는 공정에서 성형 성능을 좋게 하는 기능을 한다. 이 경우, 상기 메틸셀룰로오스는 세라믹 및 금속 혼합 분말 100 중량부 대비 2 내지 30의 중량부를 갖는 것이 바람직하다. 상기 메틸셀룰로오스가 2 중량부 미만인 경우에는 압출성형이 제대로 되지 않는 문제점이 있고, 메틸셀룰로오스가 30 중량부를 초과하는 경우에는 성형 이후의 공정에서 형체 유지가 어려워진다는 문제점이 있기 때문이다.
한편 상기 금속 분말은 규소를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 비산화물계 세라믹 분말은, 탄화규소(SiC)를 더 포함할 수 있다. 상기 탄화규소는 전기전도성이 우수하다. 따라서 절연성인 상기 질화알루미늄(AlN) 및 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나와 혼합되면, 적절한 전기 전도성을 가질 수 있게 된다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 슬러리를 압출하고 건조하면, 세라믹 히터(125)의 외형을 만들고, 1400℃ 이상의 고온으로 소결(燒結)하고 열처리하여 세라믹 히터(125)가 형성될 수 있다. 상기 열처리는 상기 소결 온도보다 낮은 온도로 세라믹 히터(125)를 가열하는 과정으로, 열처리로 인해 세라믹 히터(125)의 경도(hardness)가 강화될 수 있다.
이 경우, 도 6에 도시된 바와 같이 금속 분말 성분(ME)이 비산화물계 세라믹 분말 성분(CE) 사이에 개재되어 세라믹 히터(125)가 통전(通電) 가능하게 형성된다. 상기 금속 분말 성분(ME)의 중량% 를 변경하여 세라믹 히터(125)의 저항값을 변경할 수 있다.
압출 성형하고 소결하여 열교환 표면적이 크게 확대된 세라믹 히터(125)가 형성되므로, 금속 소재의 히터보다 콤팩트(compact)하여 설치 면적을 줄일 수 있고, 제조 비용도 절감되며, 에너지 효율도 향상된다. 한편, 도 4에 도시된 세라믹 히터(125)의 외벽(126)은 단면이 원형인 파이프 형상이나 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대, 단면이 삼각형, 사각형 등의 다각형 파이프 형상일 수도 있다.
도 5에 확대된 단면 형상으로 도시된 바와 같이, 상기 격자 내벽(128)의 외면에는 촉매(131)가 도포된다. 도 5에 도시되진 않았으나, 상기 외벽(126)의 외면에도 촉매(131)가 도포될 수 있다. 세라믹 히터(125)에 액체 상태의 촉매(131)를 분무(spray)하거나 액체 상태의 촉매(131)에 세라믹 히터(125)를 디핑(dipping)하고 건조하여 상기 촉매(131)를 도포할 수 있다. 예컨대, 상기 촉매(131)는 백금(Pt)계, 팔라듐(Pd)계 촉매일 수 있다.
촉매(131)는 상기 내부 공간의 공기 중에 포함된 성분 중 적어도 하나의 성분을 분해하는 분해 반응을 촉진한다. 부연하면, 건조 대상물인 식품에서 예컨대, 일산화탄소, 탄화수소 등 불완전 연소 물질이나 악취를 느끼게 하는 물질이 방출될 수도 있는데, 상기 촉매(131)가 상기 불완전 연소 물질이나 악취 물질의 분해를 촉진할 수 있다. 이로 인해, 상기 건조 대상물의 건조 품질이 더욱 향상될 수 있다.
상기 세라믹 히터(125)는, 비산화물계 세라믹(CE)을 주재료로 하고, 송풍 압력 저하를 최소화하면서도 송풍되는 공기와의 열교환 표면적을 넓혀주는 격자 내벽(128)을 구비한 소위 허니콤(honeycomb) 구조를 채용한다. 따라서, 금속 소재로 이루어진 히터 또는 PTC 히터(positive temperature coefficient heater)를 채용한 건조기보다 에너지 효율 및 건조 품질이 향상되고, 신속하고 정밀한 온도 제어가 가능하다. 또한, 상기 세라믹 히터(125)는 원적외선을 방출하여, 건조 대상물의 살균 및 탈취 효과가 향상된다. 다만, 본 발명의 식품 건조기는 세라믹 히터를 구비하는 것에 한정되는 것은 아니며, 세라믹 히터를 대신하여 금속 소재 또는 PTC 소재로 이루어진 발열체를 구비할 수도 있다.
도 7은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 식품 건조기를 도시한 사시도이다. 도 7에 도시된 식품 건조기(200)는 도 1 내지 도 3에 도시된 식품 건조기(100)와 마찬가지로, 건조기 하우징(housing)(201), 열풍 생성 유닛(미도시), 복수의 트레이(tray)(217), 및 트레이 회전 유닛(210)을 구비한다.
건조기 하우징(201)은 원통 형상으로 내부에 복수의 트레이(217)가 수용되는 내부 공간(205)이 마련된다. 건조기 하우징(201)에는 측면을 여닫을 수 있도록 힌지(hinge)에 의해 결합된 도어(door)(209)가 구비된다. 상기 도어(209)를 통해 건조기 하우징(201)의 측면을 통해 상기 내부 공간(205)을 개폐한다.
열풍 생성 유닛(미도시)은 상기 내부 공간(205)으로 투입되는 고온 건조한 열풍(熱風)을 생성한다. 상기 열풍 생성 유닛은 건조기 하우징(201)에서 도어(209)의 반대측 측면의 상측에 고정 배치된다. 건조기 하우징(201)을 구성하는 상측판에는 건조기 하우징(201) 외부의 공기가 상기 열풍 생성 유닛으로 유입되도록 공기 유입 개구(207)가 형성된다. 상기 열풍 생성 유닛은 도 2, 도 5, 및 도 6을 참조하여 설명한 열풍 생성 유닛(120)과 동종이므로, 중복된 언급은 생략한다.
트레이 회전 유닛(210)은 복수의 트레이(217)를 내부 공간(205) 안에서 회전시키는 것으로, 회전 샤프트(213), 전동 모터(202), 및 동력 전달 수단(214)을 구비한다. 회전 샤프트(213)는 내부 공간(205)을 가로지르도록 상하 방향으로 연장되고, 그 길이 방향을 따라 연장된 가상의 회전 축선(RC3)을 중심으로 회전 가능하게 건조기 하우징(201)에 지지된다.
전동 모터(211)는 회전 샤프트(213)와 동축(同軸) 상에 위치하지 않는 모터 샤프트(motor shaft)(212)를 구비한다. 부연하면, 건조기 하우징(201)는 상부 측면에 전동 모터(211)를 수용하는 전동 모터 수용부(202)가 형성되고, 여기에 전동 모터(211)가 고정 설치되므로 건조기 하우징(201)의 내부 공간(205)이 전동 모터(211)가 설치되는 공간에 의해 침범되지 않는다.
동력 전달 수단(214)은 모터 샤프트(212)와 회전 샤프트(213)를 회전 동력 전달 가능하게 연결한다. 예를 들어, 상기 동력 전달 수단(214)은 타이밍 벨트(timing belt), 체인(chain), 기어(gear)일 수 있다. 한편, 복수의 트레이(217)와, 상기 트레이(217)를 지지하기 위해 회전 샤프트(213)에 구비된 구성은 도 3 및 도 4를 참조하여 언급한 구성과 동일하므로, 중복된 설명은 생략한다.
도 1 및 도 2에 도시된 식품 건조기(100)는 전동 모터를 포함하는 회전 구동기(111)가 회전 샤프트(113)의 아래에 배치되고, 내부 공간(105)이 마련된 상부 하우징(104)이 상기 회전 구동기(111)가 설치된 하부 하우징(102)의 위에 배치된다. 이에 반하여, 도 7에 도시된 식품 건조기(200)는 전동 모터(211)가 건조기 하우징(201)의 측면에 마련된 전동 모터 수용부(202)에 설치되므로, 도 1 및 도 2에 도시된 하부 하우징(102)을 필요로 하지 않는다. 따라서, 두 종류의 식품 건조기(100, 200)의 건조기 하우징(101, 201)의 높이가 같다면, 도 7에 도시된 식품 건조기(200)의 내부 공간(205)이 도 1 및 도 2에 도시된 식품 건조기(100)의 내부 공간(105)보다 커지며 더 많은 개수의 트레이(217)가 내부 공간에 수용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
100: 식품 건조기 101: 하우징
110: 트레이 회전 유닛 113: 회전 샤프트
117: 트레이 119: 장착 슬롯
120: 열풍 생성 유닛 125: 세라믹 히터

Claims (9)

  1. 내부 공간이 형성된 하우징;
    상기 내부 공간으로 투입되는 고온 건조한 열풍(熱風)을 생성하는 열풍 생성 유닛;
    식품이 놓여지는 것으로, 상기 내부 공간에서 상하 방향으로 배열되는 복수의 트레이(tray); 및,
    상기 복수의 트레이를 상기 내부 공간 안에서 회전시키는 트레이 회전 유닛;을 구비한 것을 특징으로 하는, 회전 트레이를 구비한 식품 건조기.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 트레이 회전 유닛은, 상하 방향으로 연장된 회전 샤프트, 및 상기 회전 샤프트에 회전 동력을 제공하도록 상기 회전 샤프트에 연결되고, 상기 하우징에 고정된 회전 구동기를 구비하고,
    상기 회전 샤프트는 자신의 길이 방향을 따라 이격되게 배열된 복수의 받침대를 구비하고, 상기 복수의 받침대에 상기 복수의 트레이가 하나씩 지지되는 것을 특징으로 하는, 회전 트레이를 구비한 식품 건조기.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 트레이에는, 상기 회전 샤프트의 외경에 대응되는 크기의 폭으로 자신의 외주에서 중앙까지 연장된 장착 슬롯(slot)이 형성되고,
    상기 트레이가 상기 회전 샤프트에 장착될 때에는 상기 회전 샤프트가 상기 장착 슬롯을 따라 상기 트레이의 외주에서 상기 트레이의 중앙으로 이동하고, 상기 트레이가 상기 회전 샤프트에서 분리될 때에는 상기 회전 샤프트가 상기 장착 슬롯을 따라 상기 트레이의 중앙에서 상기 트레이의 외주로 이동하는 것을 특징으로 하는, 회전 트레이를 구비한 식품 건조기.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 트레이 회전 유닛은, 상하 방향으로 연장된 회전 샤프트, 및 상기 회전 샤프트에 회전 동력을 제공하도록 상기 회전 샤프트에 연결되고, 상기 하우징에 고정된 회전 구동기를 구비하고,
    상기 회전 샤프트의 외주면에는 상기 회전 샤프트의 길이 방향을 따라 이격되게 배열되고, 단차진 복수의 장착 홈(groove)이 형성되고,
    상기 트레이에는 상기 장착 홈이 형성된 회전 샤프트의 부분이 끼워지도록 자신의 외주에서 중앙까지 연장된 장착 슬롯(slot)이 형성되고,
    상기 장착 슬롯의 중앙에 상기 장착 홈이 형성된 회전 샤프트의 부분이 끼워져 상기 트레이가 상기 회전 샤프트에 지지되는 것을 특징으로 하는, 회전 트레이를 구비한 식품 건조기.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 트레이 회전 유닛은, 상하 방향으로 연장된 회전 샤프트, 상기 회전 샤프트와 동축(同軸) 상에 위치하지 않는 모터 샤프트(motor shaft)를 구비한 전동 모터, 및 상기 모터 샤프트와 상기 회전 샤프트를 회전 동력 전달 가능하게 연결하는 동력 전달 수단을 구비하는 것을 특징으로 하는, 회전 트레이를 구비한 식품 건조기.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 트레이는, 상기 트레이가 회전함에 따라 상기 내부 공간으로 유입된 열풍을 순환시키는 것으로, 상기 트레이의 하측면에서 돌출된 적어도 하나의 핀(fin)을 구비한 것을 특징으로 하는, 회전 트레이를 구비한 식품 건조기.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 열풍 생성 유닛은, 전기 에너지를 열로 전환하여 발열하는 것으로, 외벽, 및 상기 외벽의 내부에 단면이 격자 패턴(lattice pattern)이 되도록 연장되는 격자 내벽을 구비한 세라믹 히터(ceramic heater)를 구비하여, 상기 하우징의 내부로 유입된 공기가 상기 격자 내벽 사이의 열교환 유로를 통과하며 열교환하여 열풍이 되어 상기 내부 공간으로 배출되고,
    상기 세라믹 히터는 상기 세라믹 히터의 조성물을 소결(燒結)하여 형성된 것을 특징으로 하는, 회전 트레이를 구비한 식품 건조기.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 세라믹 히터의 조성물은, 세라믹 및 금속 혼합 분말과, 분산제와, 바인더를 포함하며,
    상기 세라믹 및 금속 혼합 분말은,
    질화알루미늄(AlN) 및 질화규소(Si3N4) 중 적어도 하나를 포함하고, 상기 세라믹 및 금속 혼합 분말 전체 중량의 80 내지 95 중량%를 차지하는 비산화물계 세라믹 분말; 및, 상기 세라믹 및 금속 혼합 분말 전체 중량의 5 내지 20 중량%를 차지하는 금속 분말;을 포함하는 것을 특징으로 하는, 회전 트레이를 구비한 식품 건조기.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 세라믹 히터의 외벽과 격자 내벽 중 적어도 격자 내벽의 외면에는, 상기 내부 공간의 공기 중에 포함된 성분 중 적어도 하나의 성분을 분해하는 분해 반응을 촉진하는 촉매가 도포된 것을 특징으로 하는, 회전 트레이를 구비한 식품 건조기.
KR1020160063726A 2016-05-24 2016-05-24 회전 트레이를 구비한 식품 건조기 KR101822168B1 (ko)

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