KR900000532B1

KR900000532B1 - 열펌프 건조기

Info

Publication number: KR900000532B1
Application number: KR1019860009323A
Authority: KR
Inventors: 이정오; 한국과학기술원
Original assignee: 한국과학기술원; 이정오
Priority date: 1986-11-05
Filing date: 1986-11-05
Publication date: 1990-01-31
Also published as: KR880006521A

Abstract

내용 없음.

Description

열펌프 건조기

제1도는 본 발명의 열펌프 건조기의 순환도.

제2도는 종래 사용되어진 열펌프 건조기의 순환도.

제3도는 또다른 종래 사용되어진 열펌프 건조기의 순환도.

제4도는 본 발명의 예시된 압력-엔탈피 선도.

제5도는 본 발명의 예시된 피건조물의 상태도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 압축기 2 : 주응축기

3 : 팽창밸브 4 : 증발기

5 : 건조실 6, 6', 6'', 6''' : 순환송풍기

7 : 흡입송풍기 7' : 토출송풍기

8, 8' : 보조응축기 9, 9' : 보조히터

10 : 공기 흡입구 10' : 공기토출구

11 : 공기유통로 12 : 냉매유통로

13 : 피건조물의 입구 13' : 피건조물의 출구

Ta : 주응축기(2)를 통과한 공기의 온도(℃)

Tb : 토출송풍기(7')를 통과한 공기의 온도(℃)

Tc : 증발기(4)를 통과한 공기의 온도(℃)

본 발명은 섬유제품, 모피, 세지, 목재, 세라믹스, 식품등을 건조시키는 열펌프 건조기에 있어서 응축기에서 발생하는 과잉열을 건조실 내에서 건조과정중의 공기를 가열시켜 건조효율을 증가시킬 열펌프 건조기에 관한 것이다.

종래의 열펌프 건조기는 기체상태의 냉매를 압축기에서 압축하여 응축기에서 액화되고, 팽창밸브에서 부화시킨 냉매를 증발기에서 기화되어 압축기에서 재압축되는 사이클로서 건조기로부터 나온 습한 공기를 증발기에서 냉각·재습되고, 응축기에서 가열되어 건조실에 강제 송입하므로서 피건조물로부터 수분을 빼앗아 습한 상태로 증발개에 되돌아 오는 작용을 계속하므로 피건조물이 연속적으로 건조하게 된다.

이와 같은 열펌프 건조기는 증발기와 응축기에 같은 풍량으로 공기가 순환하면 냉매는 응축기에서 완전히 액화되지 않고, 증발기의 냉동효과는 감소되며, 압축기의 토출압력 및 온도는 점점 상승하여 마침내 압축기는 과부하로 인해 정지하게 된다.

이러한 결점을 해소하기 위해 제2도의 일본국에서 출간된 공업용 히터펌프(소화 59년 5월 31일 발간, 지자 高田秋一, 四十官眞次)의 70페이지에서 기술된 ＂응축기에서 발생하는 과잉열을 보조냉각장치에 의해 냉각시키는 방법＂과 제3도의 ＂에너지 리셔어치＂의 Vol.6, No.4 p326에서 기술된 ＂건조실에서 나온 습한 공기를 바이패스에 의해 증발기와 응축기로 나누어 보내는 방법＂이 이용되어 왔다.

그러나 제2도의 방법은 응축기에서 발생하는 과잉열을 냉각수 펌프로서 응축기에 냉각수를 살수하여 과잉된 열량을 빼앗고, 가열된 냉각수를 냉각탑에서 재냉각시킨 후 펌프로서 응축기에 순환시키므로 계속되는 응축기의 과잉열을 제거해 줄 수 있으므로 압축기는 적정한 압력과 온도로 작동하게 한 것으로, 과잉열의 냉각에 의한 열손실과 냉각수 순환에 따른 설비비가 고가이고, 과잉열을 냉각시키기 위한 유지비가 소비되었다.

제3도의 방법은 냉각수 순환에 필요한 설비와 경비는 필요없으나, 과잉열을 제거하기 위해 건조실 공기출구에서 습한 공기를 송풍기 A와 송풍기 B로 나누어서 증발기와 응축기로 보내는 것으로 증발기 출구의 건조한 공기와 바이패스된 습한 공기가 혼합되어 응축기를 통과해서 가열되어 건조실에 들어가므로 건조실 내의 입구와 출구의 수분함수율 차가 적게되므로 건조실 내의 수분 증발량이 적고 증발기에서 바이패스되는 공기량만큼 수분제거량이 적어지므로 소비전력당 수분제거량이 적고 설비자체의 구조가 복잡하고 이것을 자동화하기 위해서는 설비비 및 유지비가 많이 들게되는 결점이 있다.

본 발명은 이러한 결점들을 해소하기 위한 것으로, 도면에 따라 상세히 설명하면 다음과 같다.

통상으로 피건조물의 출입구(13)(13')를 설치하며, 공기흡입구(10)에 흡입송풍기(7)와 공기토출구(10')에 토출송풍기(7')를 설치한 건조실(5)를 가지는 열펌프 건조기에 있어서 건조실(5)내에 순환송풍기(6)(6')를 각각 갖는 보조응축기(8)(8')를 설치하고, 순환송풍기(6'')(6''')를 각각 갖는 보조히터(9)(9')를 설치한다.

순환공기는 증발기(4)→주응축기(2)→공기흡입구(10)→건조실(5)→공기토출구(10')→순으로 순환되게 설치하고, 냉매는 압축기(1)→보조응축기(8)(8')→주응축기(2)→팽창밸브(3)→증발기(4) 순으로 순환되게 설치한 것이다.

본 발명의 작용효과를 설명하면 다음과 같다.

압축기(1)에서 압축한 고온의 기체냉매는 보조응축기(8)(8')와 주응축기(2)에서 응축되고, 증발기에서 수분이 제거된 공기는 주응축기를 통과하면서 상대습도가 대단히 낮아져 건조한 상태의 공기로 되며, 흡입송풍기(7)에 의해 건조실(5)에 강제송입되어 피건조물을 건조시키게 된다.

각 응축기를 통과하여 액체로 된 냉매는 팽창밸브(3)를 통과하여 무화상태로 증발기(4)에 들어가 증발하면서 건조실에서 피건조물을 건조시키고 나온 습한 공기를 냉각·재습하고, 순환송풍기(6)(6')(6'')(6''')는 건조실(5)내의 공기를 순환시켜 주므로 수분증발을 촉진시키며, 실제로 증발잠열, 피건조물의 취득열량, 피건조물의 입출구의 열전달 등으로 해서 건조실의 공기흡입구(10)와 공기토출구(10')의 온도차가 현저하게 나타나게 되고, 건조실 내의 온도가 강하된다.

건조실내의 수분증발량을 최대로 하기 위해서는 온도를 적정 온도로 유지하면서 온도차를 적게해줄 필요가 있다.

그러므로 보조응축기(8)(8')에서는 압축기에서 나온 냉매 가수가 냉각되면서 건조실내의 건조과정중의 공기를 가열시켜주고, 보조응축기(8)(8')에서 공기를 가열시켜도 건조실(5)의 주의온도에 따라 적정온도가 떨어지면 보조히터(9)(9')에 의해 보충가열하게 된다.

그러므로 종래의 압축기에서 발생하는 과잉열을 냉각탑이나 바이패스에 의해서 제거해줄 필요없이 보조응축기(8)(8')를 제1도와 같이 설치하여 건조하는 일에 사용되어 진다.

이것을 실시예에 의해 검토해 본다.

단, 실시예는 본 발명을 한정지우지 않는다.

[실시예]

건조제품이 모피이고 제품의 품질을 고려하여 건조실(5)의 최고가열온도를 50℃ 건조실의 출구 공기온도를 45℃로 정하고, 건조실과 전덕트에서 열전달에 의해 손실되는 열량과 송풍기의 일의 공급열량이 같다고 보고, 다음과 같은 사양에 의해 설계된다.

1. 처리수량(h) : 50pcs/H

2. 피건조물의 수분함유량 : 1kg/pcs

3. 제품 한 개의 무게 : 30kg

4. 제품의 크기 : 2.4^m×1.7^m

5. 제품의 모양 : 도면 제5도

6. 건조실 내부의 크기 : 가로×세로×길이=2.5(m)×1.8(m)×12(m)

7. 처리방법 : 체인콘베어에 의한 연속건조

8. 콘베어의 속도 : 0.17m/min

9. 행거피치(거는 간격) : 204m/m

10. 건조시간 : 1.1765H

건조실 주위온도(T_f)가 30℃일 때 건조실에서 필요한 현열 및 잠열(qL)을 계산해 보면,

1) 건조실 내의 잠열(qL)

qL=L·Lh₁=50×570,275=28514(Kcal/H)

2) 나무와 수분이 함유된 모피의 취득열량(qw)

qw=GCw(T_p-T_f)=1500×0.6×(47.5-30)

=15750(Kcal/H)

3) 건조실 입출구에서의 열전달에 의한 현열량(qt)

qt=K₂2AB(T_p-T_f)=68×2×2.4×1.7(47.5-30)=9710(Kcal/H)

상기 1) 2) 3) 식에서 건조실에서 필요한 현열 및 잠열(QL)

QL=qh+qw+qA=28514+15750+9710 =53974(Kcal/H)

의 값을 얻게 된다.

L : 1시간당 제거수량(Kg/H)

Lh₁: 건조실 내의 평균 증발잠열(Kcal/Kg)

G : 1시간당 나무와 수분이 함유된 모피의 처리량(Kg/H)

Cw : 나무와 수분이 함유된 모피의 평균비열(Kcal/Kg℃)

T_p: 건조실 내의 평균온도(℃)

K₂: 모피의 열통과율(Kcal/m2H℃)

A : 제품의 가로길이(2.4m)

B : 제품의 세로길이(1.7m)

건조실(5)의 최고 가열온도를 50℃, 건조실(5)출구공기의 온도를 45℃로 하고 응축온도를 52℃, 증발온도를 3℃로 할 때 압력-엔탈의 선도는 제4도와 같다.

여기서 히터펌프 사이클에서 과열도와 과냉각도가 각각 5℃

h₁=45,884(Kcal/Kg)

h₂=51,658(Kcal/Kg)

h₃=h₄=19,539(Kcal/Kg)

x₁: 건조실 입구공기의 절대습도(Kg/Kg) : 실험치

x₂: 건조실 출구공기의 절대습도(Kg/Kg) : 실험치

Cpa : 공기의 비열(0.24KcalKg℃)

Cpw : 수증기의 비열(0.444Kcal/Kg℃)

Lh₂: 증발기에서 평균 냉각잠열(Kcal/Kg)의 조건으로 계산하면,

1) 필요공기량(Ga)

2) 증발기의 냉각용량(Q)

Q=Ga·Cpa(T_b-T_c)+GaCpwx₁(T_b-T_c)+L·Lh₂

=8932×0.24(45-7)=8932×0.444×0.006898×(45-7)+50×582.5=111624(Kcal/H)

3) 냉각효과(q)

q=h₁-h₄=45,884-19,549=26345(Kcal/Kg)

4) 냉매순환량(Gr)

5) 모든 응축기에서 제거열량(qc)

qc=Gr(h₂-h₃)=4237(51658-19539)

=136088(Kcal/Kg)이 된다.

그리고 각 응축기의 제거열량을 별도 계산해 보면,

1) 주응축기(2)에서 제거열량(qc₂)

qc₂=GaCpa(T_a-T_c)+Gax₁Cpw(T_a-T_c)

=8932×0.24(50-7)+8932×0.444×0.006892×(50-7)=93354(Kcal/H)

2) 보조응축기(8)(8')에서 제거열량(gc88')

qc8,8'=qc-(qc₂-qc₁₁)=136088-93354

=42734(Kcal/H)

상기의 식 1) 2)과 같이 되고, 건조실 공기입구에서 건조실에 가해지는 열량(qd)은,

gd=GaCpa(T_a-T_b)+GaCpux1(T_a-T_b)

=8932×0.24(50-45)+8932×0.444×0.006898×(50-45)=108.55(Kcal/H)이 되고, 보조히터 가열장치(9)(9')에서 공급해주어야 할 열량(QL)은,

Qh·Qh=(qc8,8'-qd)=53974-(42734+10855)

=385(Kcal/H)

종래의 방법 즉, 보조응축기(8)(8')를 사용하지 않는 열펌프 건조기에 있어서 응축기에서 발생하는 과잉열(qc-qc₂)을 버려야만 사이클이 형성되고, 과잉열은 하기와 같다.

본 발명에 의한 방법으로 하면, 보조응축기(8)(8')에서는 42734(Kcal/H)의 열량을 건조실 내에 건조중의 공기를 가열 하는데 쓰이게 되므로, 본 발명의 효과는 과잉열량을 효율적으로 이용할 수 있어 경제적이고, 더불어 압축기의 최고압력을 낮출 수 있어 냉각효과는 증대되고, 압출일이 작아져 압축기의 용량을 적게할 수 있으며, 구조가 간단하고 설비비 및 유지비가 적게들게되는 유용한 발명인 것이다.

Claims

냉매가스가 압축기에서 압축되고 응축기에서 응축되며, 팽창밸브를 거쳐 증발기에서 증발되어 재차 압축기에서 압축되는 사이클을 이용하여 증발기에서 재습된 공기를 응축기에서 가열한 후 건조실에 공급하여 피건조물을 건조하고 건조실에서 나온 습한 공기를 증발기와 응축기를 거쳐 건조실에 공급하는 열펌프 건조기에 있어서, 건조실(5)내에 보조응축기(8)(8')를 설치하여 압축기에서 압축된 냉매가스가 보조응축기(8)(8')에서 1차응축된 다음 주응축기(2)에서 응축되고, 팽창밸브(3)에서 무화된 후 증발기(4)에서 기화되고, 증발기(4)에서 재습된 공기는 주응축기(2)에서 가열되고 건조실(5)에서 피건조물 건조에 사용된 후 증발기(4)를 거쳐 주응축기(2)로 재공급되게 한 사이클을 이용한 열펌프 건조기.