KR20200145990A - 원적외선 방사건조 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 원적외선 방사건조 장치에 관한 것으로, 본 발명은 외부로부터 공급된 전기에너지를 이용하여 열과 원적외선을 방사하여 피건조물을 건조시키는 원적외선 방사건조 장치에 관한 것으로, 원통형의 발열히트 코어 각각에 전원을 제어하여 방사되는 원적외선의 온도편차를 줄이는 원적외선 방사건조 장치에 관한 것이다.
본 발명은 전기에너지를 이용하여 발열하는 CELL 형식의 발열구성체, 상기 발열구성체의 후면에 위치하여 상기 발열구성체에서 생성되는 열이 상기 발열구성체의 후면 또는 좌우편으로 분산되는 것을 방지하기 위한 단열구성체, 상기 발열구성체의 후면에 위치하고, 상기 발열구성체로부터 방출된 상기 열과 함께 원적외선을 전면으로 반사시키기 위한 원적외선 방사 반사막 및 상기 발열구성체, 상기 단열구성체 그리고 상기 원적외선방사반사막을 감싸고, 상기 발열구성체로부터 방출된 열과 함께 상기 원적외선을 전방으로 방사하는 1차 원적외선 방사막의 기술적 특징이 있다.

Description

원적외선 방사건조 장치{Far-infrared radiation drying equipment}
본 발명은 외부로부터 공급된 전기에너지를 이용하여 열과 원적외선을 방사하여 피건조물을 건조시키는 원적외선 방사건조 장치에 관한 것으로, 원통형의 발열히트 코어 각각에 전원을 제어하여 방사되는 원적외선의 온도편차를 줄이는 원적외선 방사건조 장치에 관한 것이다.
본 발명은 의류, 식품, 섬유, 제지, 농산물, 도장, 목재, 곡물, 전자부품, 가전용 건조 등 산업 전분야에 걸쳐 생산, 제조, 제작, 가공되는 생산공정의 가장 중요한 공정중의 하나인 건조장치에 관한 것이다.
현재 가장 보편적으로 사용되는 건조장치는 보일러를 이용한 증기식 가열건조 방식으로서, 특수한 건조를 제외하고는 그 에너지원을 주로 기름을 사용하였으며 그외에 전기, 가스 등을 에너지원으로 사용해 왔다. 이들 증기식 가열건조 방식의 경우 에너지원으로 사용되는 기름, 전기, 가스 등의 막대한 에너지 비용이 발생함과 아울러 보일러 설비(컴프레셔,에어 배관,증기 배관, 덕터,수도배관 물탱크 등)를 설치 또는 그 장치가 부착된 장비를 사용,장시간 피건조물을 건조하여왔으나,
1) 건조시간이 에너지 소비와 아울러 장시간 소요되어왔으며,
2) 함수량을 원하는 함수량 조정이 자유자재 조정이 불가하였으며,
3) 피건조물의 일률적이고 균일한 건조가 불가,
4) 소재의 손상이 잦고,영양분 파괴가 많았으며,
5) 건조물의 살균처리가 어려워 쉽게 부폐되는 문제점, 및
6) 가열온도의 편차로 인하여 균일한 건조가 어려운 문제점이 있었다.
상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 적외선 건조와 원적외선 건조장치가 개발되었지만 대개의 원적외선 건조장치의 에너지원은 기름을 사용하여 보일러를 이용한 건조를 하되 보조장치로서 실방사율이 낮은 원적외선을 조사만 하는 보조수단의 건조장치가 사용되어 왔다.
또한, 전기만을 사용한 원적외선 건조장치도 개발이 되었으나 피건조물의 손상과 영양분파괴는 물론 시간역시 종래의 증기식가열 건조 방식과 비교하여 별반 차이가 없어 효과를 보지 못하였으며 건조역시 균일하게 건조하지 못하는 문제점이 있었다.
한국공개특허공보(2011-0094362) "원적외선 방사 장치"에서는 도 11에서와 같이 4개의 면상 발열체를 이용하여 피가열물에 대해 원적외선을 방사하는 원적외선 방사 장치로서, 과거 2개의 면상 발열체와 비교하면 온도 편차가 적지만 여전히 온도 편차가 5 ~ 8℃ 정도 발생하며, 건조 온도에 도달하는 시간이 오래 걸려 에너지 효율이 떨어지는 문제점이 있었다.
상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 본 발명은 에너지원을 적게 사용하여 건조효과를 높이기 위한 목적이 있다.
또한, 건조시간을 줄이고, 피건조물을 균일하게 건조하기 위한 목적이 있다.
또한, 발열체 각각을 분할 제어하여 온도를 정밀제어하기 위한 목적이 있다.
또한, 온도 발열분포를 균일하게 하고, 발열체의 원하는 부분의 열집중 구조를 자유롭게 분할하기 위한 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적은 전기에너지를 이용하여 발열하는 CELL 형식의 발열구성체, 상기 발열구성체의 후면에 위치하여 상기 발열구성체에서 생성되는 열이 상기 발열구성체의 후면 또는 좌우편으로 분산되는 것을 방지하기 위한 단열구성체, 상기 발열구성체의 후면에 위치하고, 상기 발열구성체로부터 방출된 상기 열과 함께 원적외선을 전면으로 반사시키기 위한 원적외선 방사 반사막 및 상기 발열구성체, 상기 단열구성체 그리고 상기 원적외선 방사 반사막을 감싸고, 상기 발열구성체로부터 방출된 열과 함께 상기 원적외선을 전방으로 방사하는 1차 원적외선 방사막에 의해 달성된다.
따라서, 본 발명은 전기를 열원으로 사용하기 때문에 기름, 가스 등을 열원으로 사용하는 건조장치에 비해 CO2배출을 줄이는 효과가 있다.
또한, 피건조물을 건조하기 적절한 온도로 빠르게 도달할 수 있기 때문에 건조 시간을 단축 및 에너지 절감의 효과가 있다.
또한, 발열체 각각을 분할 제어할 수 있어서, 피건조물의 원하는 부분에 열을 집중적으로 방사하여 건조효율을 높이는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 원적외선 방사건조 장치,
도 2는 본 발명에 따른 원적외선 1차 방사 구성체의 구성도,
도 3은 본 발명에 따른 원적외선 1차 방사 구성체의 분해사시도,
도 4는 본 발명에 따른 발열구성체의 구성도,
도 5는 본 발명에 따른 발열히트 코어의 측면도 및 평면도,
도 6은 본 발명에 따른 발열구성체의 분해사시도,
도 7은 본 발명에 따른 발열히트 코어의 16포인트 분할 및 8포인트 분할 예시도,
도 8은 본 발명에 따른 발열히트 코어의 4포인트 분할 및 2포인트 분할 예시도,
도 9는 종래 2면면상발열체 및 온도 측정지점,
도 10은 종래 2면면상발열체의 시간별 온도 측정지점의 온도분포표,
도 11은 종래 4면면상발열체 및 온도 측정지점,
도 12는 종래 4면면상발열체의 시간별 온도 측정지점의 온도분포표,
도 13은 본 발명의 CELL형식의 발열체 및 온도 측정지점,
도 14는 본 발명의 CELL형식의 발열체의 시간별 온도 측정지점의 온도분포표,
도 15는 각 발열체의 온도편차 및 적정온도 도달시간표이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 원적외선 방사건조 장치이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 원적외선 방사건조 장치(10)는 내부 공간을 가지며 직사각형의 박스형태를 가지는 몸체(100), 몸체(100) 내부에 설치되며 외부로부터 공급된 전기에너지를 이용하여 열과 원적외선을 방사하기 위한 원적외선 1차 방사 구성체(200), 그리고 원적외선 1차 방사 구성체(200)를 통과한 열과 원적외선을 피건조물에 균일하게 방사하기 위해 열배분 홀이 일정간격으로 하향하면서 넓어지는 구조인 2차 원적외선 방사막(300)으로 구성된다.
그리고, 원적외선 방사건조 장치(10)의 몸체(100)에는 미도시된 송풍팬, 배기팬 그리고 냉각팬이 더 포함되어 있다.
도 2는 본 발명에 따른 원적외선 방사 구성체의 구성도이다. 도 2에 도시된 바와 같이, 원적외선 방사 구성체(200)는 전기에너지를 이용하여 발열하는 CELL 형식의 발열구성체(220)와 발열구성체(220)의 후면에 위치하여 발열구성체(220)에서 생성되는 열이 발열구성체(220)의 후면 또는 좌우편으로 분산되는 것을 방지하기 위한 단열구성체(240), 발열구성체(220)의 후면에 위치하고, 발열구성체(220)로부터 방출된 열과 함께 원적외선을 전면으로 반사시키기 위한 원적외선 방사 반사막(250) 및 발열구성체(220), 단열구성체(240) 그리고 원적외선 방사 반사막(250)을 감싸고 발열구성체(220)로부터 방출된 열과 함께 원적외선을 전방으로 방사하는 1차 원적외선 방사막(210)으로 구성된다.
도 3은 본 발명에 따른 원적외선 방사 구성체의 분해사시도이다. 도 3에 도시된 바와 같이 발열구성체(220)와 단열구성체(240), 원적외선 방사 반사막(250) 그리고 단열 구성체(240)가 겹쳐서 형성되고 그 위에 1차 원적외선 방사막(210)이 씌워지게 된다. 그리고 원적외선 방사 반사막(250) 하단에 위치한 단열 구성체(240)의 뒷면에는 뒷구성체 커버(260)가 위치하고 그 뒤에는 냉각덕트(280)가 위치하게 된다. 그리고, 뒷구성체 커버(260)와 냉각덕트(280)사이에는 전기누전을 차단하기 위한 전기누전 절연재(270)가 위치하게 된다.
도 4는 본 발명에 따른 발열구성체의 구성도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 CELL 형식의 발열구성체(220)는 열을 발생시키는 하나 이상의 원통형 발열히트 코어(221), 외부의 전기에너지를 이용하여 발열히트 코어(221)에 전원을 공급하는 전기 연결 터미널(230), 발열히트 코어(221)의 상단에 위치하며 운모 또는 석면으로 이루어진 발열히트 윗 커버(222), 원통형의 발열히트 코어를 삽입할 수 있는 하나 이상의 구멍이 형성된 발열히트 중간 커버(223) 및 발열히트 중간커버(223)의 하단에 위치하며, 운모 또는 석면으로 이루어진 발열히트 밑 커버(224)로 구성된다.
도 5는 본 발명에 따른 발열히트 코어의 측면도 및 평면도이다. 도 5에 도시된 바와 같이 발열히트 코어(221)는 원통형으로 이루어져 있으며, 발열히트 코어(221)에는 니크롬선(400)이 가로방향 또는 세로방향으로 감겨져 있다.
그리고, 발열히트 코어(221)에 감겨져 있는 니크롬선(400)은 발열히트 코어(221)가 배치된 위치에 따라서 발열히트 코어(221)에 감긴 니크롬선(400)과 이웃한 니크롬선(400)의 간격은 동일하거나 줄어들게 된다.
도 6은 본 발명에 따른 발열구성체의 분해사시도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 발열구성체(220)는 외부의 전기에너지를 이용하여 열을 발생시키는 원통형의 발열히트 코어(221)와 발열히트 코어(221)를 둘러싸고 있는 발열히트 코어 윗 커버(222), 발열 히트코어 중간 커버(223) 및 발열 히트코어 밑 커버로 이루어진다.
그리고, 원통형의 발열 히트코어(220)는 가로 복수개, 세로 복수개로 병렬 구조를 가지며, 바람직하게는 가로 4개, 세로 4개의 병렬구조가 바람직 하다.
16개의 발열히트 코어(220) 각각에 전원제어를 할 수 있으며, 발열히트 코어(220)는 니크롬선(400)이 가로방향 또는 세로방향 중 어느 하나 이상의 방향으로 감겨져 있으며, 발열구성체(220)의 중심으로부터 외각으로 멀어질수록 이웃한 니크롬선(400) 간의 간격이 동일 또는 동일한 간격보다 가변적으로 좁아지는 것중 어느 하나 이상으로 형성되는 것이 보다 바람직하다.
또는, 원통형의 발열히트 코어(221)는 니크롬선(400)이 가로방향 또는 세로방향 중 어느 하나 이상의 방향으로 감겨져 있으며, 발열구성체(220)의 중심으로부터 외각으로 멀어질수록 이웃한 니크롬선(400) 간의 간격이 동일 또는 동일한 간격보다 가변적으로 넓어지는 특징이 있다.
그리고, 발열히트 코어(221)의 형태는 원통형이 바람직하지만, 사각기둥, 5각기둥 등 다양한 형태로 구성될 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 발열히트 코어의 16포인트 분할 및 8포인트 분할 예시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 발열히트 코어(221)는 16포인트로 분리하여 제어가 가능하며, (a)는 발열히트 코어 배치도이고, (b)는 16포인트 분할방식으로 발열히트 코어(221)을 분할한 것이고, (c)와 (d)는 발열히트 코어(221)를 8포인트로 분할한 방식이다.
도 8은 본 발명에 따른 발열히트 코어의 4포인트 분할 및 2포인트 분할 예시도이다. 도 8에 도시된 바와 같이, (a)는 발열히트 코어(221)를 4포인트씩 분할한 방식이고, (b)와 (c)는 발열히트 코어(221)를 2포인트씩 분할한 방식이다. 이와 같이 본 발명에서는 발열히트 코어(221)를 가로 4개, 세로 4개씩 배열하여 2포인트, 4포인트, 8포인트, 16포인트로 분할하여 온도를 제어할 수 있어 정밀제어가 가능하다.
도 9는 종래 2면 면상발열체 및 온도 측정지점이고, 도 10는 종래 2면 면상발열체의 시간별 온도 측정지점의 온도 분포표이다. 도 9에서와 같이 종래에 사용된 원적외선 건조장치의 2면 면상발열체의 경우, 온도 측정지점을 5분, 15, 25분, 35분, 1시간35분에 각각 온도를 측정해 보면, 도 10에서와 같이 나타난다. 도 10에서와 같이 적정건조온도를 135~145℃라고 할 때, 2면 면상발열체 구조의 경우 1시간 35분이 경과한 시간에 적정 건조온도에 도달하였지만, 온도 측정지점간의 최저온도가 4구역에서 131℃이고, 최고온도가 2구역에서 147℃로 나타났다.
도 11은 종래 4면 면상발열체 및 온도 측정지점이고, 도 12는 종래 4면 면상발열체의 시간별 온도 측정지점의 온도 분포표이다. 도 11에서와 같이 종래에 사용된 원적외선 건조장치의 4면 면상발열체의 경우, 온도 측정지점을 5분, 15, 25분, 35분, 1시간35분에 각각 온도를 측정해 보면, 도 12에서와 같이 나타난다. 도 12에서와 같이 적정건조온도를 135~145℃라고 할 때, 4면면상발열체 구조의 경우 1시간 35분이 경과한 시간에 적정건조온도에 도달하였지만, 온도 측정지점간의 최저온도가 8구역에서 131℃이고, 최고온도가 1구역과 2구역에서 137℃로 나타났다.
도 13은 본 발명의 CELL형식의 발열체 및 온도 측정지점이고, 도 14는 본 발명의 CELL형식 발열체의 시간별 온도 측정지점의 온도 분포표이다. 도 13에서와 같이 본 발명의 CELL형식의 발열체의 경우, 온도 측정지점을 5분, 15, 25분, 35분, 1시간에 각각 온도를 측정해 보면, 도 14에서와 같이 나타난다. 도 14에서와 같이 적정 건조온도를 135~145℃라고 할 때, 본 발명의 CELL형식의 발열체의 경우 1시간 만에 적정 건조온도에 도달하였고, 온도 측정지점간의 최저온도는 2구역과 7구역에서 142℃이고, 최고온도는 5구역에서 145℃로 나타났다.
도 15는 각 발열체의 온도편차 및 적정 온도 도달시간표이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 종래 2면 면상발열체의 경우 적정온도까지 도달하는데 걸리는 시간은 1시간 35분이었고, 온도 편차는 6 ~ 16℃로 크게 나타났다. 그리고, 종래 4면 면상발열체의 경우 적정온도까지 도달하는데 걸리는 시간은 1시간 35분이었고, 온도 편차는 5 ~ 8℃였다. 온도측정구간의 최저온도와 최고온도의 편차는 적게 나타났지만, 적정 온도까지 도달하는데 걸리는 시간은 여전히 오래 걸렸다. 반면, 본 발명에 따른 CELL형식 발열체의 경우 1시간만에 적정온도에 도달하였고, 온도측정 지역의 온도편차 또한 3 ~ 5℃로 가장 적게 나타났다.
본 발명은 이상에서 살펴본 바와 같이 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
10 : 원적외선 방사건조 장치 100 : 몸체
200 : 원적외선 방사 구성체 300 : 2차 원적외선 방사막
210 : 1차 원적외선 방사막 220 : 발열구성체
221 : 발열히트 코어 222 : 발열히트 윗 커버
223 : 발열히트 중간 커버 224 : 발열히트 밑 커버
230 : 전기 연결터미널 240 : 단열구성체
245: 단열 가스켓 250 :원적외선 방사 반사막
260 : 뒷구성체 커버 270 :전기누전 절연재
280 : 냉각덕트 400 : 니크롬선

Claims (10)

  1. 원적외선방사를 통해 피건조물을 건조시키는 원적외선 방사건조 장치의 원적외선 방사 구성체에 있어서,
    상기 원적외선 방사 구성체는
    전기에너지를 이용하여 발열하는 CELL 형식의 발열구성체;
    상기 발열구성체의 후면에 위치하여 상기 발열구성체에서 생성되는 열이 상기 발열구성체의 후면 또는 좌우편으로 분산되는 것을 방지하기 위한 단열구성체;
    상기 발열구성체의 후면에 위치하고, 상기 발열구성체로부터 방출된 상기 열과 함께 원적외선을 전면으로 반사시키기 위한 원적외선 방사 반사막; 및
    상기 발열구성체, 상기 단열구성체 그리고 상기 원적외선 방사 반사막을 감싸고, 상기 발열구성체로부터 방출된 열과 함께 상기 원적외선을 전방으로 방사하는 1차 원적외선 방사막
    을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사건조 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 원적외선 방사 구성체는
    상기 발열구성체의 후면에는 상기 원적외선 방사건조 장치 내벽면에 전달되는 열을 냉각시키기 위한 냉각덕트;
    상기 발열구성체와 상기 냉각덕트 사이에 전기누전을 차단하기 위한 전기누전 절열재
    를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사건조 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 CELL 형식의 발열구성체는
    열을 발생시키는 하나 이상의 원통형 발열히트 코어;
    외부의 전기에너지를 이용하여 상기 발열히트 코어에 전원을 공급하는 전기 연결터미널;
    상기 발열히트 코어의 상단에 위치하며, 운모 또는 석면으로 이루어진 발열히트 윗 커버;
    상기 원통형의 발열히트 코어를 삽입할 수 있는 하나 이상의 구멍이 형성된 발열히트 중간 커버; 및
    상기 발멸히트 중간 커버의 하단에 위치하며, 운모 또는 석면으로 이루어진 발열히트 밑 커버
    를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사건조 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 원통형의 발열히트 코어는 가로 복수개, 세로 복수개로 병렬구조를 가지며, 상기 원통형 발열히트 코어 각각에 전원제어를 할 수 있는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사건조 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 발열히트 코어가 가로 4개, 세로 4개의 병렬구조인 경우, 하나의 블록에 한접점씩 전원을 연결하고, 16포인트로 분할하여 전원제어가 가능한 것을 특징으로 하는 원적외선 방사건조 장치.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 발열 히트코어가 가로 4개, 세로 4개의 병렬구조인 경우, 두 개의 블록에 한 접점씩 전원을 연결하고, 8포인트로 분할하여 전원제어가 가능한 것을 특징으로 하는 원적외선 방사건조 장치.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 발열히트 코어가 가로 4개, 세로 4개의 병렬구조인 경우, 네 개의 블록에 한 접점씩 전원을 연결하고, 4포인트로 분할하여 전원제어가 가능한 것을 특징으로 하는 원적외선 방사건조 장치.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 발열히트 코어가 가로 4개, 세로 4개의 병렬구조인 경우, 여덟개의 블록에 한 접점씩 전원을 연결하고, 2포인트로 분할하여 전원제어가 가능한 것을 특징으로 하는 원적외선 방사건조 장치.
  9. 제 3항에 있어서,
    상기 원통형의 발열히트 코어는 니크롬선이 가로방향 또는 세로방향 중 어느 하나 이상의 방향으로 감겨져 있으며, 상기 발열구성체의 중심으로부터 외각으로 멀어질수록 이웃한 상기 니크롬선 간의 간격이 동일 또는 상기 동일한 간격보다 가변적으로 좁아지는 것 중 어느 하나 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사건조 장치.
  10. 제 3항에 있어서,
    상기 원통형의 발열히트 코어는 니크롬선이 가로방향 또는 세로방향 중 어느 하나 이상의 방향으로 감겨져 있으며, 상기 발열구성체의 중심으로부터 외각으로 멀어질수록 이웃한 상기 니크롬선 간의 간격이 동일 또는 상기 동일한 간격보다 가변적으로 넓어지는 것 중 어느 하나 이상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 원적외선 방사건조 장치.

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