WO2021154044A1 - 진공펌프가 필요 없는 진공건조기 - Google Patents

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WO2021154044A1
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drying
vacuum
outside
heat exchanger
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김병우
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김병우
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    • Y02P70/10—Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Definitions

  • the present invention relates to a vacuum dryer that does not require a vacuum pump. After saturating the inside of the drying chamber with water vapor, the temperature is lowered to convert the water vapor to a liquid phase, and the volume decreases rapidly and a vacuum is formed inside the drying chamber. It relates to a device capable of vacuum drying without using a pump, a heater, and a heating medium.
  • the vacuum dryer without a vacuum pump of the present invention is provided in a state in which a condenser forming a high temperature region and an evaporator forming a low temperature region are interconnected in a closed drying chamber, and the condenser and the evaporator are each It is connected to the first heat exchanger and the second heat exchanger, and the first heat exchanger and the second heat exchanger are connected to the compressor so that the heat exchange capacity can be varied, and a steam generator is provided outside the drying room to supply water vapor to the inside of the drying room.
  • the heat pump with the heat exchange capacity of the first heat exchanger set to the maximum value is driven to release the heat of the first heat exchanger to the outside of the drying chamber, and at the same time, the inside of the drying chamber is cooled by the lowering temperature of the condenser, the water vapor in the evaporator undergoes a phase transition to water or ice, and the pressure is lowered to reach a vacuum state.
  • Drying is defined as an operation to remove moisture contained in a substance. Drying improves the storability of the object to be dried. It has the purpose of making handling and transportation convenient and increasing its value. Drying can be seen as one of the processing means or processing processes to achieve this purpose.
  • drying methods typically airflow drying in which hot air is blown on the object to be dried, radiation drying by irradiating infrared rays when the object to be dried is easily scattered such as powder, and concentrated sulfuric acid or silica gel in the case of drying material that needs to be dried at a low temperature.
  • Dehumidifying drying put in a dryer with a desiccant such as a desiccant vacuum drying that vacuums the inside of the dryer to make the evaporation of moisture in the drying material easier, and furthermore, freezing the drying object that is easily decomposed by heat or deteriorated at room temperature
  • a desiccant such as a desiccant
  • freezing the drying object that is easily decomposed by heat or deteriorated at room temperature There are freeze-drying to dry, and vacuum freeze-drying in which the inside of the frozen dryer is made into a vacuum to increase the drying speed and the ice in the object to be dried is directly sublimated to remove it.
  • the drying temperature and the shorter the drying time the better the quality of the dried food.
  • the drying temperature the longer it takes to dry, which leads to a decrease in quality.
  • red pepper drying with the exception of Taeyangcho, in general, drying is performed in a drying process of about 40 hours (about 2 days) at around 55°C in a red pepper dryer. If the drying temperature is lowered to 35°C under the same conditions, the drying time will be extended to about 160 hours (about 7 days). In this case, the appearance of the dried pepper is very good, but when you cut the pepper, you can see that the inside is full of mold, so it cannot be used as food.
  • a dryer is a typical energy-consuming device, and most of the energy used is consumed as heat of vaporization, that is, latent heat, for water evaporation in the drying process, and is discharged to the atmosphere and wasted.
  • Recent energy-saving dryers are saving energy by recovering the latent heat of water vapor discarded in the atmosphere with a heat pump and reusing it.
  • the existing vacuum dryer has a vacuum pump for maintaining the vacuum in the dryer, and a heater and a heat medium for supplying drying heat to the object, so the configuration of the dryer is complicated, so the price is high and the operating cost of the dryer is also high.
  • the present invention was created to solve the problems in the prior art in view of the various problems in the prior art. After saturating the inside of the drying chamber with water vapor, the temperature is lowered to cause the volume to drop sharply in the process of phase transition of the water vapor to a liquid, and a vacuum is formed inside the drying chamber.
  • An object of the present invention is to provide a vacuum dryer that does not require a vacuum pump, which allows the drying chamber to be vacuum dried without a vacuum pump by using a mechanism.
  • a condenser forming a high temperature region and an evaporator forming a low temperature region are interconnected and provided in the drying chamber, and the condenser and the evaporator are respectively connected to a first heat exchanger and a second heat exchanger, and a first heat exchanger and a second heat exchange
  • the machine is connected to the compressor so that the heat exchange capacity can be varied, and a steam generator is provided outside the drying room to supply steam to the inside of the drying room,
  • the inside of the drying chamber is cooled by the lower temperature of
  • the vacuum pump which has been regarded as an essential element of vacuum dryers so far, has been regarded as an essential element of the vacuum dryer by allowing the object to be dried, and the evaporator liquefies or sublimes the water vapor to form a low-temperature region and maintain a vacuum state in the drying room to dry the object in a vacuum state. It is an object of the present invention to provide a device that can build and drive a vacuum dryer without using a heater and a heating medium.
  • the present invention is to achieve the above object,
  • the vacuum dryer that does not require a vacuum pump forms a closed internal space, a drying rack is installed therein, a steam inlet interlocked with an exhaust valve is provided inside one side, and a steam inlet and a steam inlet at the outside of the other side.
  • a drying chamber provided with an interlocking exhaust valve; a steam generator located outside the drying room, having a water tank, and connected to a steam inlet; and a heat pump interlocked inside and outside the drying chamber to form a high-temperature region and a low-temperature region inside the drying chamber; but, when the steam generator saturates the water vapor in the drying chamber, the heat pump lowers the internal temperature of the drying chamber to remove the water vapor. It is characterized in that it comprises forming a vacuum state by reducing the volume by liquefaction or sublimation.
  • the heat pump includes: a condenser provided in a high temperature region; a first heat exchanger connected to the condenser outside the drying chamber; an evaporator provided in a low-temperature region; a second heat exchanger connected to the evaporator outside the drying chamber; a compressor connecting the first heat exchanger and the second heat exchanger; and an expansion valve connecting the condenser and the evaporator.
  • a conical cyclone configured in a shape surrounded by an evaporator;
  • a blower inserted into the cylindrical part of one end of the cyclone;
  • a motor mounted on the upper end of the blower; further comprising, the cyclone has an inner space formed from the tube-shaped intake port provided on one end of the cylindrical portion to the conical portion of the other end, and the blower is provided with an outlet on the side and the lower end is connected to the inside of the cyclone
  • the blower generated from the motor further comprises a configuration to communicate with the outlet and the cone.
  • it further includes a storage tank connected to the cyclone cone, wherein the storage tank is connected to a discharge pump outside the drying chamber, the discharge pump is connected to the water tank and a pipe, and water vapor generated in a high temperature region of the drying chamber Condensed in the cyclone and discharged in the form of water or ice further comprises forming a circulation structure that is recovered to the storage tank.
  • a check valve is provided at a portion where the storage tank and the discharge pump are connected from the outside of the drying chamber to prevent the condensed water from the storage tank from flowing back into the storage tank.
  • the drying chamber is vacuumed without using a vacuum pump, heater, or heating medium by using a mechanism that allows a vacuum to be formed inside the drying chamber while the volume rapidly decreases in the process of changing the phase to liquid by lowering the temperature after saturating the interior of the drying chamber with water vapor. It can be vacuum-dried.
  • the configuration of the dryer is very simple, so the durability and reliability of the dryer are improved.
  • the failure rate is significantly lowered compared to the existing complex vacuum freeze dryer, and maintenance is easy.
  • the dry food culture in Korea is fundamental because high-quality food can be dried with this dryer even for general foods that have been difficult to use because of the dryer price and operating cost. can be upgraded to one level.
  • the high performance coefficient of the heat pump and the heat of the heat pump are circulated only as heat generation (drying) and endothermic heat (condensation) inside the drying chamber, so energy loss other than drying does not occur, so energy efficiency This is very high. That is, since all heat transfer involved in drying is not lost from inside the drying chamber to the outside, very high efficiency energy saving is achieved.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vacuum dryer that does not require a vacuum pump according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a block diagram of a vacuum dryer that does not require a vacuum pump according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a state change curve of water according to pressure and temperature, which is a principle applied to a vacuum dryer that does not require a vacuum pump according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a vacuum dryer that does not require a vacuum pump according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a configuration diagram of a vacuum dryer that does not require a vacuum pump according to another embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a state change curve of water according to pressure and temperature, which is a principle applied to a vacuum dryer that does not require a vacuum pump according to an embodiment of the present invention.
  • the vacuum dryer 10 that does not require a vacuum pump according to a preferred embodiment of the present invention includes a drying chamber 200 , a heat pump 100 , and a steam generator 300 .
  • the drying chamber 200 is in the form of a case forming a sealed internal space, and may function as a space in which an object to be dried is arranged and dried.
  • a high-temperature region 220 and a low-temperature region 230 may be divided and set. space can be specified.
  • a steam inlet 210 may be provided at the lower end of the drying chamber 200
  • an exhaust valve 211 may be provided at the upper end thereof.
  • the position of the steam inlet 210 and the exhaust valve 211 may be configured at any position as long as it is consistent with optimizing the function of the present invention.
  • the steam generator 300 provided outside the drying chamber 200 may be connected to the inside of the drying chamber 200 through the steam inlet 210 at the bottom of the drying chamber 200 .
  • the drying chamber 200 When the steam generator 300 generates steam and supplies steam to the inside of the drying chamber 200 through the steam inlet 210, the drying chamber 200 is filled with steam, and at this time, through the control of opening and closing the exhaust valve 211 It may function to discharge or seal the air and water vapor inside the drying chamber 200 .
  • a water tank 310 may be connected to the steam generator 300 to generate water vapor, and a drain 311 may be attached to the water tank 310 to inject and discharge water.
  • the exhaust valve 211 is provided outside the upper end of the drying chamber 200 to discharge or block the air or water vapor inside the drying chamber 200, and an exhaust check valve 212 is located at the lower end of the exhaust valve 211. ) may be provided to prevent external air from flowing backward into the drying chamber 200 .
  • the exhaust valve 211 and the exhaust check valve 212 are vertically connected, and the exhaust valve 211 is provided outside the upper end of the drying chamber 200 , and the exhaust check valve 212 is provided inside the upper end of the drying chamber 200 . have a shape that becomes
  • the drying chamber 200 is provided with a drying rack 213 therein, so that an object to be dried can be deployed.
  • the drying rack 213 may be provided in the form of a wire mesh type through which heat and air pass or an iron plate having excellent conductivity, and may be located in the high temperature region 220 inside the drying chamber 200 to maximize the drying effect. Specifically, It is preferably located at the upper end of the condenser 110 of the heat pump 100 to be described later and provided so as to be directly exposed to the heat and high temperature emitted from the condenser 110 .
  • the drying rack 213 may be composed of a single layer or multiple layers, and the shape and number of layers may be variably designed and applied according to the overall shape of the drying room 200 and the installation location and purpose of the dryer.
  • the drying chamber 200 may be provided with a cover, and as a preferred embodiment of the present invention, the cover may be located at the upper end of the drying chamber 200 .
  • the drying chamber 200 may open a cover to load or take out an object to be dried, and may inspect or repair a device located inside the drying chamber 200 .
  • a sealed state may be formed, and the sealed drying chamber 200 may have a structure that can communicate with the outside through the steam inlet 210 and the exhaust valve 211. there is.
  • the heat pump 100 may be provided in conjunction with the inside and the outside of the drying chamber 200 .
  • the heat pump 100 can perform a key function of maintaining an environment in which the object to be dried can be dried in a vacuum state by drying the object to be dried after creating the drying chamber 200 in a vacuum state, and maintaining thermal circulation and thermal equilibrium. there is.
  • the heat pump 100 may include a condenser 110 , an evaporator 120 , an expansion valve 140 , a compressor 130 , a first heat exchanger 131 , and a second heat exchanger 132 . there is.
  • the condenser 110 , the evaporator 120 , and the expansion valve 140 are located inside the drying chamber 200 , and the compressor 130 , the first heat exchanger 131 , and the second heat exchanger 132 are the drying chamber 200 . It can be located outside.
  • the condenser 110 is located in the high temperature region 220 inside the drying chamber 200 and may be connected to the first heat exchanger 131 .
  • the condenser 110 performs a function of condensing the refrigerant and drying the object to be dried, and for this purpose, it can be formed in any shape and position. It forms a rolled shape like a coil and may be located under the drying rack 213 .
  • One end of the condenser 110 may be connected to the first heat exchanger 131 in a pipe shape, and the other end may be connected to the evaporator 120 in a pipe shape.
  • the evaporator 120 is located in the low temperature region 230 inside the drying chamber 200 .
  • the evaporator 120 may function to liquefy or sublimate the water vapor in the drying chamber 200, and for this purpose, it may be applied in any shape and location. It may be configured in the shape of a rolled coil.
  • the configuration of the condenser 110 and the evaporator 120 is, for example, as shown in FIG. 1 , in which the condenser 110 is located in the lower part of the drying chamber 200 and the evaporator 120 is located in the upper part of the drying chamber 200. This may be formed in the vertical direction, and as shown in FIG. 2 , the drying chamber 200 is formed in the horizontal direction, and the condenser 110 is located on one side of the drying chamber 200 and the evaporator 120 is located on the other side and side by side. It may be configured in an arranged shape.
  • an expansion valve 140 may be provided at a connection portion between the condenser 110 and the evaporator 120 .
  • the expansion valve 140 may function to reduce the high-temperature, high-pressure refrigerant compressed in the condenser 110 and condensed to a pressure that can cause evaporation, and the expansion valve 140 also controls the flow rate of the refrigerant. Thus, it can also function to provide to the evaporator 120 .
  • the high-temperature and high-pressure refrigerant of the condenser 110 is rapidly decompressed to a low pressure through the expansion valve 140 and then discharged to the evaporator 120 to form a low-temperature cooling state. It may be a reference point for dividing the high temperature region 220 by the condenser 110 and the low temperature region 230 by the evaporator 120 inside.
  • One end of the evaporator 120 may be connected to the condenser 110 , and the other end may be connected to the second heat exchanger 132 .
  • the storage tank 124 is located inside the drying chamber 200, and the upper end of the storage tank 124 is connected to a cyclone 121 to be described later and is liquefied or sublimed by the evaporator 120, and the condensed water undergoes a phase transition into water or ice. is delivered and stored, and the lower end thereof is connected to the discharge pump 150 outside the drying chamber 200 and may function to discharge to the outside.
  • a pipe is connected to the lower end of the storage tank 124 and passes through the lower portion of the drying chamber 200 to be connected to the discharge pump 150 provided outside the drying chamber 200 , and the discharge pump 150 is condensed water from the storage tank 124 . It can function to release
  • the check valve is adjacent to the discharge pump 150 in the section outside the drying chamber 200 between the discharge pump 150 and the storage tank 124 . 151 may be provided.
  • the compressor 130 may have a structure in which one end is connected to the first heat exchanger 131 and the other end is connected to the second heat exchanger 132 , and eventually the refrigerant compressed in the compressor 130 is transferred to the first heat exchanger. It is transmitted to the condenser 110 through 131 , and a circulation structure is formed in which the condenser 110 is connected to the compressor 130 through the expansion valve 140 , the evaporator 120 , and the second heat exchanger 132 . will do
  • the first heat exchanger 131 ⁇ the condenser 110 ⁇ the evaporator 120 ⁇ the second heat exchanger 132 ⁇ the compressor 130 is circulated in the order.
  • the vacuum pump is not configured and no heater or heating medium is used.
  • the inside of the drying chamber is in a vacuum state, a vacuum pump, a heater, and a heating medium are not provided. be able to
  • the steam generator 300 generates steam using water stored in the water tank 310 , and injects the steam into the drying chamber 200 through the steam inlet 210 .
  • the exhaust valve 211 at the top of the drying chamber 200 is opened so that indoor air is discharged, so that the air in the drying chamber 200 can be replaced with water vapor.
  • the exhaust valve 211 and the steam inlet 210 are closed to form the drying chamber 200 in a sealed state.
  • the heat pump 100 is driven.
  • the heat pump 100 discharges heat to the outside of the drying chamber 200 through the first heat exchanger 131 , and at the same time, a compressed refrigerant is supplied to the condenser 110 by external dissipation of heat, so that the drying chamber 200 saturated with water vapor. ) begins to cool.
  • the drying chamber 200 As the drying chamber 200 is cooled, in the low-temperature region 230 , the water vapor is condensed while the phase transition is made to water or ice by the evaporator 120 , so that the pressure inside the drying chamber 200 is lowered.
  • an initial vacuum state may be formed in the drying chamber 200 without a vacuum pump.
  • the heat exchange capacity of the first heat exchanger 131 is reduced and the heat emitted to the outside is supplied to the condenser 110 .
  • the drying chamber 200 by adjusting the capacity of the first heat exchanger 131 to adjust the calorific value of the condenser 110 and adjusting the capacity of the second heat exchanger 132 to adjust the heat absorption of the evaporator 120, the drying chamber 200 It is adjusted so that thermal balance is achieved in the high temperature region by the condenser 110 and the low temperature region by the evaporator 120 within.
  • the heat supplied to the condenser 110 forms a high-temperature region 220 in the drying chamber 200 , and dries the object to be dried on the drying rack 213 positioned above the condenser 110 .
  • the thermal imbalance state in which the high-temperature region 220 is continuously heated continues, but the total entropy of the entire interior of the drying chamber 200, which is a closed system, maintains a thermal equilibrium state that is maintained almost constant. Keep it dry.
  • Boiling water is equivalent to very rapid drying.
  • the general blower 123 cannot be used, and the low-temperature and low-pressure dryer actually used is equipped with a high-performance ring blower or a turbo blower having a very large negative pressure.
  • the vacuum dryer 10 that does not require a vacuum pump according to an embodiment of the present invention, if the heat supply in the drying chamber 200 is increased through the first heat exchanger 131, the pressure and temperature inside the dryer can be increased, and the heat Reducing the supply can lower the pressure and temperature inside the dryer.
  • the operation mode can be freely set and operated from the low-temperature and low-pressure drying area (region B in FIG. 3) to the vacuum freeze-drying area (region A in FIG. 3) without the need for a high-performance blower 123 or a vacuum pump, and operation of the dryer During operation, the operation mode can be flexibly changed as needed.
  • Factors closely related to drying include temperature, humidity, and ventilation.
  • the vacuum dryer 10 that does not require a vacuum pump according to an embodiment of the present invention includes a blower 123 and a cyclone 121 in the evaporator 120 of the low-temperature region 230 where water vapor is condensed or condensed. It was improved to increase the drying speed by installing a
  • the cyclone 121 is conical and may be configured to be surrounded as if wrapped around the coil-shaped evaporator 120.
  • the wide cylindrical portion of one end faces upward and the narrow cone portion of the other end faces the bottom. can be configured.
  • a tube protrudes in the form of a chimney in the horizontal direction from the side surface of the cylindrical portion toward the high-temperature region 220 to form a suction port 121a.
  • One end of the cylindrical portion of the cyclone 121 is provided with a blower 123 to correspond to the shape of the cylindrical portion to cover the upper end of the cyclone 121, the side of the blower 123 may be provided with an outlet (123a).
  • a motor 122 may be mounted on the upper end of the blower 123 , so that water vapor in the blower 123 may be discharged to the outside through the outlet 123a by the operation of the motor 122 .
  • the evaporator 120 of the low temperature region 230 is provided with a cyclone 121 in an inner space formed in a coil shape, and a blower 123 and a motor 122 are provided on the upper portion of the cyclone 121 .
  • the lower portion of the cyclone 121 may have a shape in which the storage tank 124 is connected.
  • Water vapor in the drying chamber 200 flows into the suction port 121a of the cyclone 121, is cooled by the evaporator 120 surrounding the cyclone 121, and is condensed or condensed to be collected in the storage tank 124 as water or ice. At this time, a small amount of water vapor that cannot be condensed is discharged through the outlet 123a of the blower 123 by the blowing generated by the motor 122 .
  • blower 123 Since the operating environment of the blower 123 is a very low pressure region below atmospheric pressure, a general blower 123 having an appropriately designed blade can be used.
  • the inlet 121a of the cyclone 121 is geometrically formed so as to effectively collect water vapor generated in the high-temperature region 220 as shown in FIG. 2 and may be appropriately disposed.
  • the pressure of a gas is defined as the force that molecules collide with the wall of the container. significance can be seen.
  • the ice condensed on the cyclone 121 may be stored in the storage tank 124 using a defrost heater or through a defrosting operation of the heat pump 100 .
  • the condensed water in the form of water or ice collected in the storage tank 124 through the cyclone 121 is connected to the cyclone 121 and discharged by the operation of the discharge pump 150 provided outside the drying chamber 200, and is discharged to the water tank through a pipe. (310).
  • the discharge pump 150 may function to take out the condensed water from the storage tank 124 and send it to the water tank 310 using suction power.
  • a check valve 151 is provided at the connection portion between the discharge pump 150 and the storage tank 124 to prevent the condensed water from flowing back into the storage tank 124 .
  • the condensed water recovered to the water tank 310 is regenerated as water vapor by the steam generator 300 , saturates the inside of the drying chamber 200 , and then circulates through the cooling process to be condensed and discharged.
  • the refrigerant delivered to the evaporator 120 after the condenser 110 detects the expansion valve 140 and is depressurized passes through the evaporator 120 while maintaining the low-temperature and low-pressure state inside the drying chamber 200, and the pipeline outside the drying chamber 200 is transferred to the second heat exchanger 132 along the
  • the second heat exchanger 132 converts the introduced high-pressure refrigerant into a low-pressure refrigerant through a heat exchange action, and then prepares the compressor 130 to compress it into a high-pressure refrigerant through the first heat exchanger 131 again. function can be
  • the heat of the heat pump 100 generated by the compressor 130 compressing the high temperature and high pressure in the first heat exchanger 131 is generated only in the high temperature region 220 inside the drying chamber 200 (drying) and in the low temperature region ( 230), since it is circulated to the second heat exchanger 132 through the endothermic (condensation) process, energy loss other than drying does not occur, so energy efficiency is very high.
  • the user opens the cover of the drying chamber 200 and places the object to be dried on the drying rack 213 in the drying chamber 200 .
  • the cover of the drying chamber 200 is closed and the heat exchange capacity of the first heat exchanger 131 is set to a maximum value.
  • the steam inlet 210 and the exhaust valve 211 are opened, and the steam generator 300 is connected to the steam inlet 210 , and then the steam generator 300 is operated to inject water vapor into the drying chamber 200 .
  • the inside of the drying chamber 200 is replaced with steam instead of air, and when the steam is saturated in the drying chamber 200 , the exhaust valve 211 and the steam inlet 210 are closed.
  • the heat pump 100 Since the heat pump 100 is operated while discharging heat to the outside of the drying chamber 200 through the first heat exchanger 131 , a condensation process is performed in the condenser 110 inside the drying chamber 200 , and the pressure is reduced through the expansion valve 140 . In the low-temperature region 230 where the heat generator is located, since the water vapor is condensed while the phase transition is made to water or ice, the pressure in the drying chamber 200 is lowered.
  • the heat exchange capacity of the first heat exchanger 131 is reduced to start supplying heat to the condenser 110 of the heat pump 100 .
  • the capacity of the first heat exchanger 131 is adjusted to adjust the amount of heat generated by the condenser 110 and the amount of heat absorbed by the evaporator 120 to achieve a thermal balance in the drying chamber 200 .
  • drying of the object to be dried is performed in the drying rack 213 located in the high temperature region 220 where the condenser 110 generates heat. Since the low temperature is maintained through the liquefaction or sublimation process, the drying of the to-be-dried object can be performed rapidly in a low-temperature vacuum state.
  • the drying process of the object to be dried can be performed using the vacuum dryer 10 that does not require a vacuum pump of the present invention.
  • a new vacuum dryer can be built using the physical properties of water.
  • the water vapor is condensed in the evaporator 120 area to lower the pressure inside the drying chamber 200, and the evaporator ( The heat recovered in 120) is supplied as drying heat to the object to be dried in the condenser 110 section.
  • the pressure can be set and maintained from low-pressure drying to vacuum drying, and the temperature from low-temperature drying to freeze-drying can be set and maintained, so an innovative dryer with various functions can be built.

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 진공펌프가 필요 없는 진공건조기는, 건조대가 설치되고 타측면 외부에는 내부와 연통되는 배기밸브가 구비되는 건조실; 건조실의 외부에 위치하고 물탱크를 구비하며 증기주입구에 연결되는 증기발생기; 및 고온영역에 구비되는 응축기, 건조실 외부에서 응축기에 연결되는 제1열교환기, 저온영역에 구비되는 증발기, 건조실 외부에서 증발기에 연결되는 제2열교환기, 제1열교환기와 제2열교환기 사이를 연결하는 컴프레서, 및 응축기와 증발기를 연결하는 팽창밸브를 포함하여 구성되고 건조실의 내부와 외부에 연동되어 구비되는 히트펌프;를 포함하여 구성된다.

Description

진공펌프가 필요 없는 진공건조기
본 발명은 진공펌프가 필요 없는 진공건조기에 관한 것으로서, 건조실 내부를 수증기로 포화 시킨 후 온도를 낮춰 수증기를 액체로 상전이 시키는 과정에서 부피가 급감하며 건조실 내부에 진공이 형성되도록 하는 메커니즘을 이용하여 진공펌프와 히터, 열매체를 사용하지 않고 진공 건조를 할 수 있는 장치에 관한 것이다.
보다 상세하게는 본 발명의 진공펌프가 필요 없는 진공건조기는, 밀폐된 형상의 건조실의 내부에 고온영역을 형성하는 응축기와 저온영역을 형성하는 증발기가 상호 연결된 상태로 구비되고, 응축기와 증발기는 각각 제1열교환기와 제2열교환기에 연결되고 제1열교환기 및 제2열교환기는 컴프레서에 연결되어 열교환 용량을 가변할 수 있으며, 건조실의 외부에 증기발생기가 구비되어 건조실 내부에 수증기를 공급할 수 있도록 구성되고,
건조실 내부에 피건조물을 적재하고 건조실에 수증기를 주입하며 연동되는 배기밸브로 공기를 배출하는 방식으로 건조실 내부를 수증기로 포화시킨 후, 제1열교환기의 열교환 용량을 최대치로 세팅한 상태에서 히트펌프를 구동시켜 건조실 외부로 제1열교환기의 열을 방출하면서 동시에 응축기의 낮아지는 온도로 건조실 내부가 냉각되고 증발기에서 수증기가 물 또는 얼음으로 상전이가 이뤄지며 압력이 낮아져 진공상태에 이르게 한 후, 제1열교환기의 열교환 용량을 줄여 응축기에 열을 공급하며 고온영역을 형성하여 피건조물이 건조되도록 하고 증발기에서는 수증기가 액화 또는 승화되며 저온영역을 형성하며 건조실 내 진공상태를 유지하도록 하여 진공펌프가 없이도 진공 저온 건조가 이뤄져 고품질의 건조물을 생성할 수 있는 진공펌프가 필요 없는 진공건조기에 관한 것이다.
식품건조의 역사는 인류의 역사와 궤를 같이 할 정도로 오랜 옛날로 거슬러 올라간다. 건조(乾燥, Desiccation)란 물질 내에 함유된 수분을 제거하는 조작으로 정의된다. 건조는 피건조물의 저장성을 향상시키며. 취급 및 운송을 편리하게 하고, 가치를 상승시키는 목적을 가지고 있다. 건조는 이러한 목적을 달성시키는 가공수단 또는 가공공정 중의 하나라고 볼 수 있다.
건조방법에는 여러 가지가 있으며 대표적으로 피건조물에 더운 바람을 쏘이는 기류건조, 분말 등의 흩날리기 쉬운 피건조물일 경우 적외선 등을 조사하는 복사건조, 저온에서 건조해야 하는 피건조물의 경우 진한 황산이나 실리카겔 등의 건조제를 넣은 건조기 속에 넣어두는 제습건조, 피건조물내의 수분의 증발을 더욱 쉽게 하기 위하여 건조기 내부를 진공으로 만드는 진공 건조, 더 나아가서 열에 의해서 쉽게 분해되거나 상온에서 변질되기 쉬운 피건조물의 경우 동결시켜 건조하는 동결건조, 여기에 건조속도를 높이기 위하여 동결된 건조기 내부를 진공으로 만들어 피건조물 내의 얼음을 직접 승화시켜서 제거하는 진공동결건조 등이 있다.
동일한 식품이라 하더라도 적용된 건조방법에 따라 그 품질은 달라진다. 지금까지는 바람(송풍), 습도(제습), 온도(가열)의 전통적인 체험적인 건조방식에 따라 기술을 향상시켜 왔으나 최근 들어 전도, 대류, 복사, 압력 등의 기초기술에 근거한 융복합적인 차세대 건조기들이 활발하게 연구되며 출시되고 있다.
식품의 경우 건조온도가 낮을수록 건조시간이 짧을수록 건조식품의 품질은 좋아진다. 그러나 건조온도가 낮을수록 건조에 소요되는 시간은 길어지게 되며 이로 인한 품질하락이 수반된다. 예를 들어 고추건조의 경우 태양초를 제외하면 일반적으로 고추 건조기에서 55℃ 내외에서 40시간(약 2일)내외의 건조공정으로 건조가 이루어진다. 동일조건에서 건조온도를 35℃로 낮출 경우 건조시간은 160시간(약 7일) 내외로 길어지게 된다. 이 경우 건조된 고추의 외관은 매우 좋으나 고추를 잘라보면 내부는 곰팡이가 가득하여 식품으로 사용할 수 없을 정도인 것을 알 수 있다. 즉 건조가 진행되면서 동시에 변질도 진행되는 것이다. 우리나라도 예전에는 태양초(양건)보다 품질이 월등한 통풍이 잘되는 응달에서 말린 음건초가 있었으나 건조방법이 까다롭고 시간이 오래 걸리며 수율이 낮은 관계로 지금은 찾아볼 수 없는 상황이다.
농산물에 비하여 상하기 쉬운 축산물 해산물의 경우 건조는 더 어려워진다. 그동안 품질을 유지하기 위하여 내장을 제거하거나 삶는 등의 1차 가공 후 건조를 하거나 겨울에 건조를 하는 등의 방법 밖에 없었던 이유이기도 하다. 이를 극복하기 위하여 소금을 이용한 염장법과 더운 연기를 이용한 훈제법 등이 개발되어 발달하게 되었다.
오늘날에는 이러한 문제점을 해결한 진공동결건조기가 있으나 기기 자체의 높은 가격과 조작의 복잡성 그리고 건조에 소요되는 높은 운전비용 때문에 의약품 및 고가의 식품에 한하여 사용되어 왔으며, 일반식품의 경우 건조품의 가격상승 때문에 적용이 어려운 상황이다.
건조기는 대표적인 에너지 과소비 기기이며, 사용된 에너지의 대부분은 건조과정에서 수분증발을 위한 기화열 즉 잠열로 소비되고 대기 중에 방출되어 낭비되고 있다. 최근의 에너지 절약형 건조기들은 대기 중에 버려지는 수증기의 잠열을 히트펌프로 회수하여 재사용하는 방법으로 에너지를 절약하고 있다.
건조기의 개선을 위해 에너지 절약기술, 건조효율 및 건조품질 향상을 추구하는 여러 가지 기술들이 제안되고 개발되고 있다. 식품건조에서는 식품을 급속하게 냉동시킨 후에 승화현상을 이용하여 건조시키면 식품을 최상의 품질로 건조시킬 수 있으므로 이를 응용하여 저압건조, 진공건조, 진공동결건조, 진공가열건조 등의 기술이 지속적으로 개발 및 개선이 이루어지고 있다. 건조식품의 품질을 향상시키기 위해서는 저온에서 빠른 건조 속도를 구현하는 것이다. 그러므로 이 분야의 건조기들은 피건조물을 수납하는 건조실, 진공펌프부, 급속냉동부, 히터 및 열매체부 등의 필수요소 들을 거의 비슷한 구성으로 갖추고 있다.
선행기술문헌
특허문헌
대한민국 등록특허공보 10-1795770
기존의 진공건조기는 건조기 내의 진공을 유지하기 위한 진공펌프와 피건조물에 건조열을 공급하기 위한 히터 및 열매체부를 가지고 있기 때문에 건조기의 구성이 복잡해지므로 가격이 높고 건조기의 가동비용 또한 높은 단점이 있었다.
본 발명은 상기 종래 기술상의 제반 문제점을 감안하여 이를 해결하고자 창출된 것으로, 건조실 내부를 수증기로 포화 시킨 후 온도를 낮춰 수증기를 액체로 상전이 시키는 과정에서 부피가 급감하며 건조실 내부에 진공이 형성되도록 하는 메커니즘을 이용하여 진공펌프 없이도 건조실을 진공 상태로 만들어 진공건조를 할 수 있도록 한 진공펌프가 필요 없는 진공건조기를 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명은 건조실의 내부에 고온영역을 형성하는 응축기와 저온영역을 형성하는 증발기가 상호 연결되어 구비되고, 응축기와 증발기는 각각 제1열교환기와 제2열교환기에 연결되고 제1열교환기 및 제2열교환기는 컴프레서에 연결되어 열교환 용량을 가변할 수 있으며, 건조실의 외부에 증기발생기가 구비되어 건조실 내부에 수증기를 공급할 수 있도록 구성되고,
건조실 내부에 피건조물을 적재하고 건조실에 수증기를 주입하여 포화시킨 후 제1열교환기의 열교환 용량을 최대치로 세팅한 상태에서 히트펌프를 구동시켜 건조실 외부로 제1열교환기의 열을 방출하면서 동시에 응축기의 낮아지는 온도로 건조실 내부가 냉각되고 증발기에서 수증기가 물 또는 얼음으로 상전이가 이뤄지며 압력이 낮아져 진공상태에 이르게 한 후, 제1열교환기의 열교환 용량을 줄여 응축기에 열을 공급하며 고온영역을 형성하여 피건조물이 건조되도록 하고 증발기에서는 수증기가 액화 또는 승화되며 저온영역을 형성하며 건조실 내 진공상태를 유지하도록 하여 진공상태에서 피건조물 건조가 이뤄지도록 함으로써, 그동안 진공건조기의 필수요소로 여겨왔던 진공펌프와 히터 및 열매체를 사용하지 않고 진공건조기를 구축하여 구동할 수 있는 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.
본 발명의 상기 목적과 여러 가지 장점은 이 기술 분야에 숙련된 사람들에 의해 본 발명의 바람직한 실시예로부터 더욱 명확하게 될 것이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위한 것으로,
본 발명의 실시예에 따른 진공펌프가 필요 없는 진공건조기는, 밀폐된 내부 공간을 형성하며 내부에 건조대가 설치되고 일측면 내부에는 배기밸브와 연동되는 증기주입구가 구비되고 타측면 외부에는 증기주입구와 연동되는 배기밸브가 구비되는 건조실; 건조실의 외부에 위치하고 물탱크를 구비하며 증기주입구에 연결되는 증기발생기; 및 건조실의 내부와 외부에 연동되어 구비되며 건조실 내부에 고온영역과 저온영역을 형성하는 히트펌프;를 포함하되, 증기발생기가 건조실 내부에 수증기를 포화시키면 히트펌프가 건조실 내부 온도를 강하하여 수증기를 액화 또는 승화시켜 부피를 감소함으로써 진공상태가 형성되는 것을 포함하는 것을 특징으로 한다.
일 실시예에 따르면, 히트펌프는, 고온영역에 구비되는 응축기; 건조실 외부에서 응축기에 연결되는 제1열교환기; 저온영역에 구비되는 증발기; 건조실 외부에서 증발기에 연결되는 제2열교환기; 제1열교환기와 제2열교환기 사이를 연결하는 컴프레서; 및 응축기와 증발기를 연결하는 팽창밸브;를 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 증발기에 둘러싸인 형상으로 구성되는 원뿔형의 사이클론; 사이클론의 일단 원통부에 삽입 장착되는 송풍기; 송풍기의 상단에 장착되는 모터;를 더 포함하되, 사이클론은 일단 원통부에 구비된 관 형태의 흡입구에서 타단 원뿔부로 내부공간이 형성되어 이어지고, 송풍기는 측면에 배출구가 구비되고 하단은 사이클론 내부와 연결되며, 모터에서 발생하는 송풍이 배출구와 원뿔부로 연통되도록 구성되는 것을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 사이클론 원뿔부에 연결되는 저장탱크를 더 포함하되, 저장탱크는 건조실 외부의 배출펌프에 연결되고, 배출펌프는 물탱크와 관으로 연결되며, 건조실 고온영역에서에서 발생하는 수증기가 사이클론에서 응축되어 물 또는 얼음의 형태로 배출되며 저장탱크로 회수되는 순환구조를 형성하는 것을 더 포함한다.
일 실시예에 따르면, 건조실 외측에서 저장탱크와 배출펌프가 연결되는 부위에 체크밸브가 구비되어 저장탱크의 응축수가 저장탱크로 역류하는 것을 방지하는 것을 더 포함한다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 진공펌프가 필요 없는 진공건조기에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.
첫째, 건조실 내부를 수증기로 포화 시킨 후 온도를 낮춰 수증기를 액체로 상전이 시키는 과정에서 부피가 급감하면서 건조실 내부에 진공이 형성되도록 하는 메커니즘을 이용하여 진공펌프, 히터, 열매체를 이용하지 않고도 건조실을 진공 상태로 만들어 진공건조를 할 수 있다.
둘째, 진공건조기의 필수 요소인 진공펌프, 히터, 열매체를 사용하지 않으며 건조실 내에서 직접 열 교환이 이루어지기 때문에 건조기의 구성이 매우 단순해지므로 건조기의 내구성과 신뢰성이 향상된다.
셋째, 히트펌프의 구동만으로 가동되는 본 진공건조기의 특성상 기존의 복잡한 진공동결건조기와 비교하여 고장 발생률이 현저히 낮아지게 되며 유지보수도 쉬워진다.
넷째, 건조기의 가격이 낮아지게 되며, 식품의 건조비용 또한 낮아지게 되므로 그동안 건조기 가격 및 운전비용 때문에 사용하기 어려웠던 일반식품들도 본 건조기로 고품질의 식품건조가 이루어질 수 있으므로 우리나라의 건조식품 문화가 근본적으로 한 단계 업그레이드 될 수 있다.
다섯째, 진공펌프의 구동에너지 절감 외에 히트펌프의 높은 성능계수와 또한 히트펌프의 열은 건조실 내부에서 오로지 발열(건조)과 흡열(응축)로 순환되기 때문에 건조 이외의 에너지 손실은 발생하지 않으므로 에너지효율이 매우 높다. 즉 건조에 관여하는 모든 열 이동이 건조실 내에서 외부로 손실되지 않으므로 매우 높은 효율의 에너지 절약이 이루어진다.
여섯째, 건조의 전 과정 동안 피건조물은 외부와 밀폐되어 있기 때문에 미세먼지 등의 외부물질 오염이 발생되지 않는 청정건조가 이루어진다.
일곱째, 이로써 시스템의 단순화와 에너지 절약을 실현하여 시장에서 경쟁력 있는 건조기가 출시될 수 있도록 하여 우리나라의 건조식품문화를 근본적으로 한 단계 업그레이드 시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공펌프가 필요 없는 진공건조기의 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공펌프가 필요 없는 진공건조기의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진공펌프가 필요 없는 진공건조기에 적용되는 원리인 압력과 온도에 따른 물의 상태변화 곡선이다.
본 발명을 충분히 이해하기 위해서 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명 설명에 앞서, 이하의 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 여러 가지 형태로 변형되어 실시될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상세히 설명하는 실시예로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
또한 본 발명의 개념에 따른 실시예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시예들은 도면에 예시하고 본 명세서에 상세하게 설명하고자 한다.
그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시예들을 특정한 개시 형태에 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
본 실시예는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공 되어지는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상 등은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해서 과장되어 표현될 수 있다.
각 도면에서 동일한 부재는 동일한 참조부호로 도시한 경우가 있음을 유의하여야 한다. 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 기술은 생략된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 진공펌프가 필요 없는 진공건조기의 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 진공펌프가 필요 없는 진공건조기의 구성도이며, 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 진공펌프가 필요 없는 진공건조기에 적용되는 원리인 압력과 온도에 따른 물의 상태변화 곡선이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 진공펌프가 필요 없는 진공건조기(10)는 건조실(200), 히트펌프(100), 증기발생기(300)를 포함한다.
건조실(200)은 밀폐된 내부 공간을 형성하는 케이스의 형태로서 피건조물의 배치와 건조가 이뤄지는 공간으로서 기능을 할 수 있다.
건조실(200) 내부에는 고온영역(220)과 저온영역(230)으로 구분되어 설정될 수 있으며 이는 장치 또는 부품에 의한 인위적인 구획이 아니라 히트펌프(100)에 의해 구동되어지는 기능에 의해 구분되어지는 공간으로써 특정될 수 있다.
건조실(200)을 측면에서 목측 시 건조실(200)의 하단에는 증기주입구(210)가 구비될 수 있으며, 상단에는 배기밸브(211)가 구비될 수 있다.
이때 증기주입구(210) 및 배기밸브(211)의 위치는 본 발명의 기능을 최적화 하는 데 부합되는 한 어떠한 위치에 구성될 수 있다.
건조실(200)의 외부에 구비된 증기발생기(300)는 건조실(200) 하단의 증기주입구(210)를 통해 건조실(200) 내부와 연결될 수 있다.
증기발생기(300)가 수증기를 생성하여 증기주입구(210)를 통해 건조실(200) 내부로 수증기를 공급하면 건조실(200)은 수증기로 가득 차게 되며, 이때 배기밸브(211)를 개폐하는 조절을 통해 건조실(200) 내부의 공기 및 수증기를 배출 또는 밀폐하는 기능을 할 수 있다.
증기발생기(300)에는 수증기의 생성을 위해 물탱크(310)가 연결되어 구성될 수 있고 물탱크(310)에는 드레인(311)이 부착되어 물 주입 및 배출이 이뤄질 수 있다.
배기밸브(211)는 건조실(200)의 상단 외측에 구비되어 건조실(200) 내부의 공기 또는 수증기를 배출하거나 배출을 차단하는 기능을 하게 되는데, 배기밸브(211)의 하단에는 배기체크밸브(212)가 구비되어 외부의 공기가 건조실(200) 내부로 역류하여 유입되는 것을 방지하도록 구성될 수 있다.
이때 배기밸브(211)와 배기체크밸브(212)는 상하로 연결되어 구성되되 배기밸브(211)는 건조실(200) 상단 외측에 구비되고 배기체크밸브(212)는 건조실(200) 상단 내측에 구비되는 형상을 가지게 된다.
건조실(200)은 내부에 건조대(213)가 구비되어 피건조물을 전개할 수 있다.
건조대(213)는 열기와 공기가 통하는 철망형 또는 전도성이 우수한 철판의 형태로 구비될 수 있으며 건조 효과의 극대화를 위해 건조실(200) 내부의 고온영역(220)에 위치할 수 있는데, 구체적으로는 후술하게 될 히트펌프(100)의 응축기(110) 상단에 위치하여 응축기(110)에서 발산되는 열과 고온에 직접적으로 노출될 수 있도록 구비되는 것이 바람직하다.
건조대(213)는 단일층 또는 다수층으로 구성될 수 있으며 그 형상과 층수는 건조실(200) 전체의 형상 및 건조기 설치 장소와 사용 용도에 따라 얼마든지 가변적으로 설계되어 적용될 수 있다.
건조실(200)은 덮개가 구비될 수 있으며 본 발명의 바람직한 실시예로써 덮개는 건조실(200)의 상단에 위치할 수 있다.
건조실(200)은 덮개를 열어 피건조물을 적재하거나 꺼낼 수 있고, 건조실(200) 내부에 위치한 장치를 점검 또는 수리할 수 있다.
건조실(200)에 덮개가 장착된 상태에서는 밀폐된 상태를 형성할 수 있으며, 밀폐된 건조실(200)은 증기주입구(210)와 배기밸브(211)를 통해서 외부와 소통될 수 있는 구조가 될 수 있다.
히트펌프(100)는 건조실(200) 내부와 외부에 연동되어 구비될 수 있다.
히트펌프(100)는 건조실(200) 내부를 진공상태로 조성한 후 피건조물을 건조시키고 열 순환 및 열평형상태를 유지시켜 피건조물이 진공상태에서 건조될 수 있는 환경을 유지하는 핵심기능을 할 수 있다.
이를 위해 히트펌프(100)는 응축기(110), 증발기(120), 팽창밸브(140), 컴프레서(130), 제1열교환기(131), 제2열교환기(132)를 포함하여 구성될 수 있다.
응축기(110), 증발기(120), 팽창밸브(140)는 건조실(200) 내부에 위치하며, 컴프레서(130), 제1열교환기(131), 제2열교환기(132)는 건조실(200) 외부에 위치할 수 있다.
응축기(110)는 건조실(200) 내부의 고온영역(220)에 위치하며 제1열교환기(131)와 연결될 수 있다.
응축기(110)는 냉매의 응축 및 피건조물의 건조 기능의 역할을 수행하며 이를 위해 어떠한 형태와 위치로도 형성될 수 있는데, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 파이프의 형상으로써 고온영역(220)에서는 코일과 같이 둥글게 말린 형태를 형성하며 건조대(213) 하부에 위치할 수 있다.
응축기(110)의 일단은 제1열교환기(131)와 파이프 형상으로 연결되고, 타단은 파이프 형상으로 증발기(120)와 연결될 수 있다.
증발기(120)는 건조실(200) 내부의 저온영역(230)에 위치한다.
증발기(120)는 건조실(200) 내부의 수증기를 액화 또는 승화시키는 기능을 할 수 있으며 이를 위해 어떠한 형태 및 위치로도 적용될 수 있는데, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라 응축기(110)와 유사하게 둥글게 말린 코일의 형상으로 구성될 수 있다.
응축기(110)와 증발기(120)의 구성은 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같이 응축기(110)가 건조실(200)의 하부에 위치하고 증발기(120)는 상부에 위치하는 형태로써 건조실(200)이 세로 방향으로 형성될 수 있으며, 도 2에 도시된 바와 같이 건조실(200)이 가로 방향으로 형성되고 응축기(110)는 건조실(200) 내부의 일측에 위치하고 증발기(120)는 타측에 위치하여 나란히 배치된 형상으로 구성될 수도 있다.
이때 응축기(110)와 증발기(120)의 연결부위에는 팽창밸브(140)가 구비될 수 있다.
팽창밸브(140)는 응축기(110)에서 압축되어 응축 액화된 고온, 고압의 냉매를 증발을 일으킬 수 있는 압력까지 감압을 하는 기능을 할 수 있으며, 또한 팽창밸브(140)는 냉매의 유량을 조절하여 증발기(120)에 제공하는 기능도 할 수 있다.
팽창밸브(140)를 통해 응축기(110)의 고온 고압의 냉매가 급격하게 저압으로 감압된 후 증발기(120)로 배출되며 저온의 냉각 상태를 형성하게 되므로, 팽창밸브(140)는 건조실(200) 내부에서 응축기(110)에 의한 고온영역(220)과 증발기(120)에 의한 저온영역(230)을 구분하는 기준점이 될 수 있다.
증발기(120)의 일단은 응축기(110)와 연결되고, 타단은 제2열교환기(132)에 연결될 수 있다.
저장탱크(124)는 건조실(200) 내부에 위치하며, 저장탱크(124)의 상단은 후술하는 사이클론(121)에 연결되어 증발기(120)에 의해 액화 또는 승화되며 물 또는 얼음으로 상전이가 이뤄진 응축수를 전달받아 저장하고, 하단은 건조실(200) 외부의 배출펌프(150)와 연결되어 외부로 배출하는 기능을 할 수 있다.
저장탱크(124)의 하단에는 파이프가 연결되어 건조실(200)의 하부를 관통하여 건조실(200) 외측에 구비된 배출펌프(150)에 연결되고 배출펌프(150)는 저장탱크(124)로부터 응축수를 배출시키는 기능을 할 수 있다.
이때 응축수가 배출펌프(150)에서 저장탱크(124)로 역류하는 것을 방지하기 위하여 배출펌프(150)와 저장탱크(124) 사이 건조실(200) 외측 구간에 배출펌프(150)와 인접하여 체크밸브(151)가 구비될 수 있다.
컴프레서(130)는 일단은 제1열교환기(131)와 연결되고 타단은 제2열교환기(132)와 연결되는 구조로 형성될 수 있으며, 결국 컴프레서(130)에서 압축된 냉매가 제1열교환기(131)를 통해 응축기(110)로 전달되고, 응축기(110)에서 팽창밸브(140), 증발기(120), 제2열교환기(132)를 거쳐 다시 컴프레서(130)로 연결되는 순환구조를 형성하게 된다.
요약하자면 컴프레서(130)에서 제1열교환기(131) → 응축기(110) → 증발기(120) → 제2열교환기(132) → 컴프레서(130)의 순서대로 순환하게 된다.
이상의 구조를 살펴보면 진공펌프가 구성되지 않으며 또한 히터 또는 열매체를 사용하지 않는 것을 알 수 있는 바, 이 상태에서 건조실 내부를 수증기로 포화 시킨 후 온도를 낮추면 수증기가 액체 또는 고체로 상전이 되면서 부피가 급감하게 되고 이에 따라 건조실 내부는 진공상태가 됨에 따라, 진공펌프, 히터, 열매체가 구비되지 않은 상기 구성요소로써 저온의 진공 상태를 형성함과 동시에 고온의 급속 건조를 실행함으로써 피건조물의 건조 품질을 향상시킬 수 있게 된다.
이상의 간략한 설명을 토대로 본 발명의 진공펌프가 필요 없는 진공건조기(10)의 상세한 동작을 살펴보면 다음과 같다.
우선 증기발생기(300)에서 물탱크(310)에 저장된 물을 이용하여 수증기를 생성하고, 증기주입구(210)를 통해 건조실(200) 내부에 수증기를 주입한다.
이때 건조실(200) 상단의 배기밸브(211)를 열어 실내 공기가 배출되도록 하여, 건조실(200) 내부에 있는 공기가 수증기로 대체될 수 있도록 한다.
건조실(200) 내부가 수증기로 포화되면 배기밸브(211)와 증기주입구(210)를 닫아 건조실(200)을 밀폐 상태로 조성한다.
다음으로 제1열교환기(131)의 열교환 능력을 최대치로 설정한 후 히트펌프(100)를 구동한다.
히트펌프(100)는 제1열교환기(131)를 통해 건조실(200) 외부로 열을 방출하고, 동시에 열의 외부 발산에 의해 응축기(110)에는 압축된 냉매가 공급됨으로써 수증기로 포화된 건조실(200)은 냉각되기 시작한다.
건조실(200)이 냉각되면서 저온영역(230)에서는 증발기(120)에 의해 수증기가 물 또는 얼음으로 상전이가 이뤄지면서 응축되므로 건조실(200) 내부의 압력은 낮아지게 된다.
결국 건조실(200) 내부에서는 진공 펌프 없이도 초기 진공 상태가 형성이 될 수 있다.
건조실(200) 내부가 저온의 진공상태로 형성되면 제1열교환기(131)의 열교환 용량을 줄이고 외부로 발산하던 열을 응축기(110)에 공급하기 시작한다.
이 과정에서 제1열교환기(131) 용량을 조절하여 응축기(110)의 발열량을 조절하고 제2열교환기(132)의 용량을 조절하여 증발기(120)의 흡열량을 조절함으로써, 건조실(200) 내에서 응축기(110)에 의한 고온 영역과 증발기(120)에 의한 저온 영역에 있어서 열적 균형이 이뤄지도록 조정한다.
응축기(110)에 공급되는 열은 건조실(200) 내에 고온영역(220)을 형성하게 되고, 응축기(110) 상부에 위치하는 건조대(213)에 전개된 피건조물을 건조시키게 된다.
이 상태는 건조실(200) 내부가 저온의 진공상태인 상황에서 피건조물이 위치한 영역만 고온으로 건조를 시키는 구조가 된다.
그런데, 진공 상태에서는 피건조물의 수분 증발이 더욱 쉽게 발생하고 저온에서의 빠른 건조는 건조식품의 품질을 향상시키게 되므로 상기 저온의 진공 상태에서 건조가 이뤄지면 최상의 건조 품질을 가질 수 있게 되며, 이 과정에서 진공펌프 및 히터 등의 열매체 없이 간단한 구성으로 가능하게 진행됨을 알 수 있다.
한편 상기 건조 중인 상태에서 건조실(200) 내부를 살펴보면, 고온영역(220)에서는 응축기(110)에서 피건조물에 지속적으로 열이 공급되어 건조가 연속적으로 이뤄지고 있으며, 저온영역(230)에서는 증발기(120)에서 수증기가 응축(액화) 또는 증착(승화)되며 물 또는 얼음으로 변하면서 공간 내부의 진공 상태는 지속적으로 유지되고 있다.
또한 저온영역(230)은 계속 냉각되면서 고온영역(220)은 계속 가열되는 열적 불균형 상태가 지속되고 있으나 닫힌계인 건조실(200) 내부 전체의 엔트로피 총량은 거의 일정하게 유지되는 열평형 상태를 유지하며 계속 건조가 진행되는 상태를 유지한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 물의 상태곡선을 살펴보면 물은 1기압 100℃에서 끓지만 0.3기압에서는 약 70℃, 0.2기압 에서는 약 60℃, 0.1기압 에서는 약 46℃에서 끓는 것을 알 수 있는데, 이는 물의 증기압이 온도에 비례하여 변하기 때문이다.
물이 끓는다는 것은 매우 급격한 건조가 이루어진다는 것과 같은 의미이다.
시중에는 이 원리를 이용한 저온저압건조기가 있으나 건조실(200) 내의 저압을 유지하기 위하여 송풍기(123)의 장착을 필요로 하며, 대기압 하에서 가동되는 송풍이기 때문에 구동 시 송풍기(123) 양단의 압력차이는 건조실(200) 내부의 압력이 낮아질수록 커지게 된다.
그러므로 일반 송풍기(123)는 사용할 수가 없으며 실제 사용되는 저온저압건조기는 부압이 매우 큰 고성능의 링블로워나 터보블로워 등을 장착하고 있는 것을 볼 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 진공펌프가 필요 없는 진공건조기(10)는 제1열교환기(131)를 통하여 건조실(200) 내에 열 공급을 증가 시키면 건조기 내부의 압력과 온도를 상승 시킬 수 있으며 열 공급을 감소시키면 건조기 내부의 압력과 온도를 낮출 수 있다.
이는 저온영역(230)에서도 또한 동일하게 적용된다.
그러므로 고성능의 송풍기(123)나 진공펌프의 필요 없이 저온저압건조 영역(도 3의 B 영역)부터 진공동결건조 영역(도 3의 A 영역)까지 자유롭게 운전모드를 설정하고 가동할 수 있으며 건조기의 가동 중에도 필요에 따라 유연하게 운전모드를 변경할 수 있다.
건조와 밀접한 관계가 있는 요소로 온도, 습도, 송풍을 꼽을 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이 진공동결건조 영역에서는 송풍의 효과가 미미하다고 할 수도 있으나 저압으로 압력이 높아지게 되면 송풍은 무시할 수 없는 요소가 되어 건조에 영향을 미치게 된다.
즉 저온저압건조 영역에서는 송풍이 유의미한 요소로 부각되기 시작한다.
이를 보완하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 의한 진공펌프가 필요 없는 진공건조기(10)는 수증기의 응축 또는 응결이 이루어지는 저온영역(230)의 증발기(120)에 송풍기(123)와 사이클론(121)을 장착하여 건조속도를 빠르게 할 수 있도록 개선하였다.
사이클론(121)은 원뿔형으로써 코일 형상의 증발기(120)에 감싸지듯이 둘러싸인 형태로 구성될 수 있으며, 본 발명의 일 실시예로써 일단의 넓은 원통부는 상부를 향하고 타단의 좁은 원뿔부는 하단을 향하는 형태로 구성될 수 있다.
사이클론(121)의 일단에는 원통부의 측면으로부터 고온영역(220)을 향하여 수평 방향의 굴뚝 형태로 관이 돌출되어 흡입구(121a)가 구성될 수 있다.
흡입구(121a)를 통해서 고온영역(220)을 지나온 수증기가 사이클론(121)으로 유입되고 사이클론(121)을 둘러싸고 있는 증발기(120)에서 계속 냉각작용이 이뤄짐으로써 사이클론(121)에 유입된 수증기는 응축 또는 응결되어 물 또는 얼음으로 상전이가 이뤄져 저장탱크(124)에 모아지게 된다.
사이클론(121)의 일단 원통부에는 원통부의 형상에 대응되도록 송풍기(123)가 구비되어 사이클론(121)의 상단을 커버할 수 있으며 송풍기(123)의 측면에는 배출구(123a)가 구비될 수 있다.
그리고 송풍기(123)의 상단에는 모터(122)가 장착될 수 있어, 모터(122)의 동작으로 송풍기(123) 내의 수증기를 배출구(123a)를 통해 외부로 배출할 수 있다.
정리하자면 본 발명의 일 실시예로써 저온영역(230)의 증발기(120)는 코일 형상으로 형성된 내측 공간에 사이클론(121)이 구비되고 사이클론(121)의 상부에는 송풍기(123)와 모터(122)가 연이어 접하여 구성되고, 사이클론(121)의 하부에는 저장탱크(124)가 연결되는 형상을 구성할 수 있다.
건조실(200) 내의 수증기는 사이클론(121)의 흡입구(121a)로 유입되어 사이클론(121)을 감싸고 있는 증발기(120)에 의해 냉각되며 응축 또는 응결되어 물 또는 얼음으로 저장탱크(124)로 모아지게 되는데, 이때 응축되지 못하는 소량의 수증기는 모터(122)가 발생시키는 송풍에 의해 송풍기(123)의 배출구(123a)를 통하여 배출된다.
즉 사이클론(121)에 유입되는 수증기는 물 또는 얼음으로 상전이가 이뤄지면 저장탱크(124)로 하강하고, 상전이가 이뤄지지 않고 수증기 상태로 남아있는 것은 다시 건조실(200) 내부로 배출되는 과정을 거치게 된다.
송풍기(123)의 가동 환경은 대기압 이하의 매우 낮은 압력영역이기 때문에 적절하게 설계된 모양의 날개를 가진 일반적인 송풍기(123)를 사용할 수 있다.
사이클론(121)의 흡입구(121a)는 도 2에 도시한 바와 같이 고온영역(220)에서 발생하는 수증기를 효과적으로 포집할 수 있도록 기하학적으로 형성되어 적절하게 배치될 수 있다.
기체분자 운동론에 의하면 기체의 압력은 분자들이 용기 벽면에 충돌하는 힘으로 정의되는데, 0.006기압의 압력으로 승화가 이뤄지는 진공동결건조 영역이라 하더라도 1리터당 수증기 분자의 개수는 천문학적인 수 이므로 송풍의 효과는 유의미함을 알 수 있다.
사이클론(121)에 응결된 얼음은 제상히터를 사용하거나 히트펌프(100)의 제상운전을 통하여 저장탱크(124)에 모아둘 수 있다.
사이클론(121)을 통해 저장탱크(124)로 모아진 물 또는 얼음 형태의 응축수는 사이클론(121)과 연결되어 건조실(200) 외부에 구비된 배출펌프(150)의 가동으로 배출되며 파이프를 통해 물탱크(310)로 회수될 수 있다.
배출펌프(150)는 흡입력을 이용하여 저장탱크(124)로부터 응축수를 빼내어 물탱크(310)로 송출하는 기능을 할 수 있다.
이때 배출펌프(150)와 저장탱크(124)와의 연결부위에는 체크밸브(151)가 구비되어 응축수가 저장탱크(124)로 역류하는 것을 방지하도록 할 수 있다.
물탱크(310)로 회수된 응축수는 증기발생기(300)에 의해 수증기로 재 생성되어 건조실(200) 내부를 포화시킨 후 냉각시키는 과정을 거쳐 응축되어 배출되는 과정을 순환하게 된다.
이로써 수자원의 낭비 없이 재사용되는 과정을 통해 자원 재활용 효율성 극대화를 확보할 수 있다.
한편 응축기(110)에서 팽창밸브(140)를 검쳐 감압된 후 증발기(120)로 전해진 냉매는 건조실(200) 내부의 저온 저압 상태를 유지시키면서 증발기(120)를 지나 건조실(200) 외부의 파이프 라인을 따라 제2열교환기(132)로 전달이 된다.
제2열교환기(132)는 유입된 고압의 냉매를 열교환 작용을 통해 저압의 냉매로 변환한 후 컴프레서(130)에서 다시 제1열교환기(131)를 통해 고압의 냉매로 압축시킬 수 있도록 준비시키는 기능을 할 수 있다.
이로써 컴프레서(130)가 제1열교환기(131)에서 고온 고압으로 압축하여 생성하는 히트펌프(100)의 열은 건조실(200) 내부에서 오로지 고온영역(220)의 발열(건조)과 저온영역(230)의 흡열(응축)의 과정을 거쳐 제2열교환기(132)로 순환되기 때문에 건조 이외의 에너지 손실은 발생하지 않으므로 에너지 효율이 매우 높게 된다.
즉 건조에 관여하는 모든 열 이동이 외부로 손실되지 않고 건조실(200) 내에서 이뤄지므로 매우 높은 효율의 에너지 절약이 가능해 질 수 있다.
그리고 상기 열 이동 과정과 건조 과정 중에 있어서 어떠한 진공펌프도 구성되지 않고 히터와 같은 발열 매체도 구비되지 않아 구성이 간단할 뿐만 아니라 고품질의 건조물을 조성해 낼 수 있는 장점을 가질 수 있다.
이상의 설명을 토대로 본 발명의 진공펌프가 필요 없는 진공건조기(10)의 바람직한 실시예에 따른 사용예를 살펴보면 다음과 같다.
우선 사용자는 건조실(200)의 덮개를 열고 피건조물을 건조실(200) 내의 건조대(213)에 올려놓는다.
다음으로 건조실(200)의 덮개를 닫고 제1열교환기(131)의 열교환 용량을 최대치로 세팅한다.
그리고 증기주입구(210)와 배기밸브(211)를 개방하고 증기주입구(210)에는 증기발생기(300)를 연결한 후 증기발생기(300)를 가동시켜 건조실(200) 내에 수증기를 주입한다.
건조실(200) 내부에 수증기가 주입됨과 동시에 건조실(200) 내부에 존재하던 공기는 배기밸브(211)를 통해 건조실(200) 외부로 배출이 된다.
이 과정을 통해 건조실(200) 내부를 공기 대신 수증기로 대체하게 되며, 수증기가 건조실(200)에 포화가 되면 배기밸브(211)와 증기주입구(210)를 닫는다.
그리고 히트펌프(100)를 구동한다.
히트펌프(100)는 제1열교환기(131)를 통해 건조실(200) 외부로 열을 방출하면서 가동되므로 건조실(200) 내부의 응축기(110)에서는 응축 과정이 이뤄지고 팽창밸브(140)를 지나 감압이 이뤄지고 발열기가 위치한 저온영역(230)에서는 수증기가 물 또는 얼음으로 상전이가 이뤄지면서 응축되므로 건조실(200) 내 압력이 낮아지게 되므로 진공펌프 없이도 건조실(200) 내부는 진공 상태로 조성된다.
사용자가 원하는 압력과 온도의 운전모드에 도달하면 제1열교환기(131)의 열교환 용량을 줄여서 히트펌프(100)의 응축기(110)로 열을 공급하기 시작한다.
이때 제1열교환기(131)의 용량을 조절하여 응축기(110)의 발열량과 증발기(120)의 흡열량을 조절하여 건조실(200) 내에서 열적 균형이 이뤄지도록 한다.
이로써 응축기(110)가 발열하는 고온영역(220)에 위치한 건조대(213)에서는 피건조물의 건조가 이뤄지는데, 이 상태는 건조실(200) 내부 전체적으로 진공 상태인데다 저온영역(230)에서 증발기(120)가 액화 또는 승화 과정을 통해 저온을 유지하고 있으므로, 피건조물의 건조는 저온 진공 상태에서 급속하게 이뤄질 수 있게 된다.
따라서 최상의 상태로 건조된 피건조물을 획득할 수 있게 된다.
건조가 완료되면 히트펌프(100)의 가동을 중지시키고 배기밸브(211)를 개방한 후 덮개를 열어 피건조물을 꺼낼 수 있다.
이상의 절차를 통해 본 발명의 진공펌프가 필요 없는 진공건조기(10)를 사용하여 피건조물의 건조 과정을 진행할 수 있다.
상기 과정을 요약하여 본 발명의 특성을 정리하면 다음과 같다.
1몰의 물은 18그램이며 표준상태에서 증발하여 수증기로 변하게 되면 1기압에서 22.4리터가 되므로, 물의 경우 액체나 고체상태에서는 기체상태와 비교하여 약 1,200배의 체적 변화가 발생한다.
즉 22.4리터의 밀폐된 공간에 1기압으로 수증기를 채우고 내부에서 열을 빼앗아 수증기를 응축시키면 수증기는 18㏄의 물로 상태변화가 이뤄지므로 밀폐된 공간의 압력은 약 1,200분의 1(0.001기압 이하)로 낮아지게 된다.
건조란 물질 내에 함유된 수분을 제거하는 조작이므로 이러한 물의 물리적 성질을 이용하여 새로운 진공 건조기가 구축될 수 있다.
즉 밀폐된 건조실(200) 내부를 수증기로 채운 후 건조실(200) 내부에서 히트펌프(100)를 구동시키면 증발기(120) 구역에서 수증기가 응축되어 건조실(200) 내부의 압력이 낮아지게 되며 증발기(120)에서 회수된 열은 응축기(110) 구역에서 피건조물에 건조 열로 공급된다.
이 과정을 살펴보면 건조실(200) 내부에서 히트펌프(100)를 구동하는 것만으로 진공펌프가 구성될 필요 없이 수분의 증발과 응축이 지속적으로 이뤄지면서 동시에 진공이 유지될 수 있음을 알 수 있다.
또한 증발기(120)와 응축기(110)의 적절한 조정으로 저압건조부터 진공건조까지 압력을 설정하고 유지할 수 있으며, 저온건조부터 동결건조까지의 온도를 설정하고 유지할 수 있으므로 다양한 기능의 혁신적인 건조기가 구축될 수 있음을 알 수 있다.
이상에서 설명된 본 발명의 실시예는 예시적인 것에 불과하며, 본 발명이 속한 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 잘 알 수 있을 것이다.
그러므로 본 발명은 상기의 상세한 설명에서 언급되는 형태로만 한정되는 것은 아님을 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
또한, 본 발명은 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 본 발명의 정신과 그 범위 내에 있는 모든 변형물과 균등물 및 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
부호의 설명
10 : 진공펌프가 필요 없는 진공건조기
100 : 히트펌프
110 : 응축기
120 : 증발기
121 : 사이클론
121a : 흡입구
122 : 모터
123 : 송풍기
123a : 배출구
124 : 저장탱크
130 : 컴프레서
131 : 제1열교환기
132 : 제2열교환기
140 : 팽창밸브
150 : 배출펌프
151 : 체크밸브
200 : 건조실
210 : 증기주입구
211 : 배기밸브
212 : 배기체크밸브
213 : 건조대
220 : 고온영역
230 : 저온영역
300 : 증기발생기
310 : 물탱크
311 : 드레인

Claims (5)

  1. 밀폐된 내부 공간을 형성하며 내부에 건조대가 설치되고 일측면 내부에는 배기밸브와 연동되는 증기주입구가 구비되고 타측면 외부에는 증기주입구와 연동되는 배기밸브가 구비되는 건조실;
    건조실의 외부에 위치하고 물탱크를 구비하며 증기주입구에 연결되는 증기발생기; 및
    건조실의 내부와 외부에 연동되어 구비되며 건조실 내부에 고온영역과 저온영역을 형성하는 히트펌프;를 포함하되,
    증기발생기가 건조실 내부에 수증기를 포화시키면 히트펌프가 건조실 내부 온도를 강하하여 수증기를 액화 또는 승화시켜 부피를 감소함으로써 건조실 내부에 진공상태가 형성되는 것을 특징으로 하는 진공펌프가 필요 없는 진공건조기.
  2. 제1항에 있어서,
    히트펌프는, 고온영역에 구비되는 응축기; 건조실 외부에서 응축기에 연결되는 제1열교환기; 저온영역에 구비되는 증발기; 건조실 외부에서 증발기에 연결되는 제2열교환기; 제1열교환기와 제2열교환기 사이를 연결하는 컴프레서; 및 응축기와 증발기를 연결하는 팽창밸브;를 더 포함하는 진공펌프가 필요 없는 진공건조기.
  3. 제2항에 있어서,
    증발기에 둘러싸인 형상으로 구성되는 원뿔형의 사이클론; 사이클론의 일단 원통부에 삽입 장착되는 송풍기; 송풍기의 상단에 장착되는 모터;를 더 포함하되,
    사이클론은 일단 원통부에 구비된 관 형태의 흡입구에서 타단 원뿔부로 내부공간이 형성되어 이어지고, 송풍기는 측면에 배출구가 구비되고 하단은 사이클론 내부와 연결되며, 모터에서 발생하는 송풍이 배출구와 원뿔부로 연통되도록 구성되는 것을 더 포함하는 진공펌프가 필요 없는 진공건조기.
  4. 제3항에 있어서,
    사이클론 원뿔부에 연결되는 저장탱크를 더 포함하되,
    저장탱크는 건조실 외부의 배출펌프에 연결되고, 배출펌프는 물탱크와 관으로 연결되며, 건조실 고온영역에서에서 발생하는 수증기가 사이클론에서 응축되어 물 또는 얼음의 형태로 배출되며 저장탱크로 회수되는 순환구조를 형성하는 것을 더 포함하는 진공펌프가 필요 없는 진공건조기.
  5. 제4항에 있어서,
    건조실 외측에서 저장탱크와 배출펌프가 연결되는 부위에 체크밸브가 구비되어 저장탱크의 응축수가 저장탱크로 역류하는 것을 방지하는 것을 더 포함하는 진공펌프가 필요 없는 진공건조기.
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN116717975B (zh) * 2023-08-07 2023-11-14 福建龙净环保股份有限公司 一种热泵循环干燥系统
KR102693006B1 (ko) 2024-02-16 2024-08-07 서창환 고추 진공 포장 시스템

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009275937A (ja) * 2008-05-12 2009-11-26 Noritz Corp 真空化装置及びこの真空化装置の運転制御方法
JP2010243001A (ja) * 2009-04-02 2010-10-28 Green Seiju:Kk 自律平衡型ヒートポンプユニット
KR20140122783A (ko) * 2013-04-11 2014-10-21 한국에너지기술연구원 건조챔버와 응축챔버 일체형 건조기
US20170160011A1 (en) * 2014-01-27 2017-06-08 Elwha Llc Vacuum assisted dryer systems and methods
KR101795770B1 (ko) * 2016-11-30 2017-11-08 (주)에네스이엔지 히트펌프를 이용한 진공건조기 및 이를 이용한 건조방법

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106871579B (zh) * 2017-01-23 2019-06-07 华北水利水电大学 一种热泵真空耦合远红外干燥装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2009275937A (ja) * 2008-05-12 2009-11-26 Noritz Corp 真空化装置及びこの真空化装置の運転制御方法
JP2010243001A (ja) * 2009-04-02 2010-10-28 Green Seiju:Kk 自律平衡型ヒートポンプユニット
KR20140122783A (ko) * 2013-04-11 2014-10-21 한국에너지기술연구원 건조챔버와 응축챔버 일체형 건조기
US20170160011A1 (en) * 2014-01-27 2017-06-08 Elwha Llc Vacuum assisted dryer systems and methods
KR101795770B1 (ko) * 2016-11-30 2017-11-08 (주)에네스이엔지 히트펌프를 이용한 진공건조기 및 이를 이용한 건조방법

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