[go: up one dir, main page]

KR102402683B1 - 진공펌프가 필요 없는 진공건조기 - Google Patents

진공펌프가 필요 없는 진공건조기 Download PDF

Info

Publication number
KR102402683B1
KR102402683B1 KR1020200010163A KR20200010163A KR102402683B1 KR 102402683 B1 KR102402683 B1 KR 102402683B1 KR 1020200010163 A KR1020200010163 A KR 1020200010163A KR 20200010163 A KR20200010163 A KR 20200010163A KR 102402683 B1 KR102402683 B1 KR 102402683B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
drying chamber
drying
vacuum
outside
evaporator
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020200010163A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20210096744A (ko
Inventor
김병우
Original Assignee
김병우
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 김병우 filed Critical 김병우
Priority to KR1020200010163A priority Critical patent/KR102402683B1/ko
Priority to CN202180011551.6A priority patent/CN115003975B/zh
Priority to US17/795,475 priority patent/US12392552B2/en
Priority to PCT/KR2021/001234 priority patent/WO2021154044A1/ko
Priority to JP2022546716A priority patent/JP7713241B2/ja
Publication of KR20210096744A publication Critical patent/KR20210096744A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102402683B1 publication Critical patent/KR102402683B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
    • F26B5/04—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum
    • F26B5/044—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum for drying materials in a batch operation in an enclosure having a plurality of shelves which may be heated
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B5/00—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat
    • F26B5/04—Drying solid materials or objects by processes not involving the application of heat by evaporation or sublimation of moisture under reduced pressure, e.g. in a vacuum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/005—Drying-steam generating means
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/06—Controlling, e.g. regulating, parameters of gas supply
    • F26B21/08—Humidity
    • F26B21/086—Humidity by condensing the moisture in the drying medium, which may be recycled, e.g. using a heat pump cycle
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B21/00—Arrangements or duct systems, e.g. in combination with pallet boxes, for supplying and controlling air or gases for drying solid materials or objects
    • F26B21/06—Controlling, e.g. regulating, parameters of gas supply
    • F26B21/10—Temperature; Pressure
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B25/00—Details of general application not covered by group F26B21/00 or F26B23/00
    • F26B25/005—Treatment of dryer exhaust gases
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B25/00—Details of general application not covered by group F26B21/00 or F26B23/00
    • F26B25/06—Chambers, containers, or receptacles
    • F26B25/08—Parts thereof
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B25/00—Details of general application not covered by group F26B21/00 or F26B23/00
    • F26B25/06—Chambers, containers, or receptacles
    • F26B25/14—Chambers, containers, receptacles of simple construction
    • F26B25/16—Chambers, containers, receptacles of simple construction mainly closed, e.g. drum
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F26—DRYING
    • F26B—DRYING SOLID MATERIALS OR OBJECTS BY REMOVING LIQUID THEREFROM
    • F26B9/00—Machines or apparatus for drying solid materials or objects at rest or with only local agitation; Domestic airing cupboards
    • F26B9/06—Machines or apparatus for drying solid materials or objects at rest or with only local agitation; Domestic airing cupboards in stationary drums or chambers
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • 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

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Drying Of Solid Materials (AREA)

Abstract

본 발명의 진공펌프가 필요 없는 진공건조기는, 건조실 내부를 수증기로 포화 시킨 후 온도를 낮춰 수증기를 액체로 상전이 시키는 과정에서 부피가 급감하며 건조실 내부에 진공이 형성되도록 하는 메커니즘을 이용하여 종래 진공건조기의 필수 요소인 진공펌프, 히터, 열매체 없이도 건조실을 진공 상태로 만들어 진공건조를 할 수 있도록 하는 건조기로써, 간략한 구성, 높은 경제성, 쉬운 사용법, 낮은 운전비용으로 에너지 효율성도 높이고 건조식품의 질을 향상시키는 진공건조기를 제공하는데 목적이 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 진공펌프가 필요 없는 진공건조기는, 밀폐된 내부 공간을 형성하며 내부에 건조대가 설치되고 일측면 내부에는 외부와 연동되는 증기주입구가 구비되고 타측면 외부에는 내부와 연통되는 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, 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 것을 특징으로 한다.

Description

진공펌프가 필요 없는 진공건조기{Vacuum dryer without vacuum pump}
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.
대한민국 등록특허공보 10-1795770
삭제
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.
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,
    히트펌프는,
    고온영역에 구비되며 건조대 하부에 위치하여 냉매의 응축 및 피건조물을 건조하는 응축기;
    건조실 외부에서 응축기에 연결되는 제1열교환기;
    저온영역에 구비되며 둥글게 말린 코일의 형상으로써 건조실 내부의 수증기를 액화 또는 승화시키는 증발기;
    건조실 외부에서 증발기에 연결되는 제2열교환기;
    건조실 외부에서 제1열교환기와 제2열교환기 사이를 연결하는 컴프레서; 및
    응축기와 증발기의 연결부위에 구비되며 응축기에서 압축되어 응축 액화된 고온, 고압의 냉매를 증발이 가능한 압력까지 감압하고 냉매의 유량을 조절하여 증발기에 제공하는 팽창밸브;를 더 포함하고,
    증기발생기가 건조실 내부에 수증기를 포화시키면 제1열교환기는 건조실 외부로 열을 방출함과 동시에 응축기에 압축 냉매를 공급하여 수증기로 포화된 건조실을 냉각시켜 초기 진공 상태를 형성하고, 건조실 내부가 저온 진공상태로 형성되면 외부로 발산하던 열을 응축기에 공급하여 고온영역을 형성하여 건조대 위 피건조물을 건조시키며,
    증발기는,
    증발기에 둘러싸인 형상으로 구성되는 원뿔형의 사이클론;을 더 포함하되,
    사이클론은 일단의 넓은 원통부는 상부를 향하고, 타단의 좁은 원뿔부는 하부를 향하면서 내부 공간이 형성되고, 원통부의 측면으로부터 고온영역을 향하여 수평 방향의 굴뚝 형태 관으로 돌출 형성되는 흡입구가 구성되어,
    고온영역을 지나온 수증기가 흡입구를 통해 사이클론의 원통부 내부로 유입되고 사이클론을 둘러싸고 있는 증발기의 냉각작용으로 사이클론 내부의 수증기는 응축 또는 응결되어 물 또는 얼음으로 상전이가 이뤄지면서 건조실 내부의 수증기 부피를 감소함으로써 건조실의 진공상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 진공펌프가 필요 없는 진공건조기.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    사이클론은,
    사이클론의 일단 원통부에 삽입 장착되는 송풍기; 및
    송풍기의 상단에 장착되는 모터;를 더 포함하되,
    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.
KR1020200010163A 2020-01-29 2020-01-29 진공펌프가 필요 없는 진공건조기 Active KR102402683B1 (ko)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200010163A KR102402683B1 (ko) 2020-01-29 2020-01-29 진공펌프가 필요 없는 진공건조기
CN202180011551.6A CN115003975B (zh) 2020-01-29 2021-01-29 无需真空泵的真空干燥机
US17/795,475 US12392552B2 (en) 2020-01-29 2021-01-29 Vacuum dryer not requiring vacuum pump
PCT/KR2021/001234 WO2021154044A1 (ko) 2020-01-29 2021-01-29 진공펌프가 필요 없는 진공건조기
JP2022546716A JP7713241B2 (ja) 2020-01-29 2021-01-29 真空ポンプを必要としない真空乾燥機

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020200010163A KR102402683B1 (ko) 2020-01-29 2020-01-29 진공펌프가 필요 없는 진공건조기

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20210096744A KR20210096744A (ko) 2021-08-06
KR102402683B1 true KR102402683B1 (ko) 2022-05-25

Family

ID=77079770

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020200010163A Active KR102402683B1 (ko) 2020-01-29 2020-01-29 진공펌프가 필요 없는 진공건조기

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12392552B2 (ko)
JP (1) JP7713241B2 (ko)
KR (1) KR102402683B1 (ko)
CN (1) CN115003975B (ko)
WO (1) WO2021154044A1 (ko)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102693006B1 (ko) 2024-02-16 2024-08-07 서창환 고추 진공 포장 시스템
KR20250140259A (ko) 2024-03-18 2025-09-25 안희대 에너지 절약형 농산물 건조기
KR20250156947A (ko) 2024-04-26 2025-11-04 안희대 원자재 절감형 농산물 건조기

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102402683B1 (ko) * 2020-01-29 2022-05-25 김병우 진공펌프가 필요 없는 진공건조기
US20230097343A1 (en) * 2021-09-30 2023-03-30 The Gsi Group, Llc Grain dryer with directional containment baffles
CN116222157B (zh) * 2022-12-19 2024-12-13 青岛海尔生物医疗股份有限公司 冻干机
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
CN118745232B (zh) * 2024-07-04 2025-08-05 黄炳芬 一种淀粉节能干燥方法及系统

Citations (2)

* 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

Family Cites Families (24)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2345548A (en) * 1940-05-24 1944-03-28 Stokes Machine Co Method and apparatus for desiccating sera, biologicals, and other materials
US3218728A (en) * 1963-04-08 1965-11-23 Fmc Corp Low pressure carrier gas sublimation
JPS6015862B2 (ja) * 1977-03-24 1985-04-22 正彦 泉 無菌調温調湿空気製造装置
JPS54149965A (en) * 1978-05-17 1979-11-24 Masahiko Izumi Humidifying cooler in refrigerator
DK59286D0 (da) * 1986-02-06 1986-02-06 Steen Ole Moldrup Fremgangsmaade og anlaeg til fjernelse af vaeske fra trae
US5598643A (en) * 1994-11-23 1997-02-04 Kimberly-Clark Tissue Company Capillary dewatering method and apparatus
IT1287316B1 (it) * 1996-07-08 1998-08-04 Emilio Buttazzi Impianto di termocompressione a recupero termico per essiccatoi sottovuoto nonche' essiccatoio incorporante tale impianto
JPH10258265A (ja) * 1996-11-30 1998-09-29 Shiiratsuku Corp:Kk 有機性廃棄物の高速真空乾燥発酵方法
JPH10197144A (ja) * 1997-01-08 1998-07-31 Susumu Kiyokawa 穀物粉の乾燥方法及びそのための乾燥装置
FR2880105B1 (fr) * 2004-12-23 2007-04-20 Cie Financiere Alcatel Sa Dispositif et procede de pilotage de l'operation de deshydratation durant un traitement de lyophilisation
JP2007093077A (ja) * 2005-09-28 2007-04-12 Sanyo Electric Co Ltd 真空乾燥方法及び真空乾燥装置
CN101588811A (zh) * 2006-12-22 2009-11-25 沃泰克斯药物股份有限公司 流化喷雾干燥
KR20140122783A (ko) * 2013-04-11 2014-10-21 한국에너지기술연구원 건조챔버와 응축챔버 일체형 건조기
US8973286B1 (en) 2014-01-27 2015-03-10 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
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
US11885563B2 (en) * 2018-12-28 2024-01-30 Utilization Technology Development, Nfp Method and system of thermo-vacuum drying and processing
KR102402683B1 (ko) * 2020-01-29 2022-05-25 김병우 진공펌프가 필요 없는 진공건조기
CN214095295U (zh) * 2020-09-28 2021-08-31 宜宾市南溪区红源化工有限公司 一种烘焙釜
DE102020129945B4 (de) * 2020-11-12 2023-12-07 Natalie Gesch Trockner zum Trocknen von Trockengut, insbesondere Textilien
CA3173146C (en) * 2020-11-16 2023-10-31 Joel Peter LENNON-MEYER Continuous throughput lyophilizer/powder filler within a sterile boundary
US12246266B2 (en) * 2022-09-15 2025-03-11 Velico Medical, Inc. Disposable for a spray drying system
US11841189B1 (en) * 2022-09-15 2023-12-12 Velico Medical, Inc. Disposable for a spray drying system
US12130083B1 (en) * 2023-04-21 2024-10-29 Michael Goldberg Heat pump closed loop process drying

Patent Citations (2)

* 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

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102693006B1 (ko) 2024-02-16 2024-08-07 서창환 고추 진공 포장 시스템
KR20250140259A (ko) 2024-03-18 2025-09-25 안희대 에너지 절약형 농산물 건조기
KR20250156947A (ko) 2024-04-26 2025-11-04 안희대 원자재 절감형 농산물 건조기

Also Published As

Publication number Publication date
US12392552B2 (en) 2025-08-19
JP2023512095A (ja) 2023-03-23
CN115003975B (zh) 2023-07-21
JP7713241B2 (ja) 2025-07-25
KR20210096744A (ko) 2021-08-06
US20230358469A1 (en) 2023-11-09
WO2021154044A1 (ko) 2021-08-05
CN115003975A (zh) 2022-09-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102402683B1 (ko) 진공펌프가 필요 없는 진공건조기
KR101536819B1 (ko) 열펌프 건조기
KR101260418B1 (ko) 냉동사이클을 이용한 건조기 겸용 저온 저장 시스템 및 그 시스템의 작동방법
KR20130019881A (ko) 저온냉풍제습방식 고추 건조장치
CN109737662A (zh) 一种紧凑型卧式无霜冷柜制冷系统及除霜控制方法
CN108007075B (zh) 真空冷冻干燥机系统及该系统的冲霜融冰方法
KR101317086B1 (ko) 건조장치 및 그 건조방법
KR101029596B1 (ko) 농수산물 제습 건조기
KR102123354B1 (ko) 열저장을 이용하는 진공동결건조시스템
CN203072796U (zh) 一种谷物干燥冷却机
KR20180064059A (ko) 냉동 및 온장고를 겸하는 냉풍건조장치
CN110953845B (zh) 一种lng真空冷冻干燥系统及使用方法
CN208195103U (zh) 用于工程机械部件的常压冷冻吸附清洁干燥一体化装置
CN207975912U (zh) 常压冷冻吸附干燥装置
KR102094226B1 (ko) 냉풍 건조기
KR20090131562A (ko) 응축기 발생열을 이용한 건조장치
CN108592526A (zh) 一种叶菜真空脱水预冷装置及预冷方法
CN107228529A (zh) 一种家用非原位冻干机
KR20130036471A (ko) 냉동 고추 건조를 위한 냉풍 제습 건조기
KR101728882B1 (ko) 과일이나 채소의 원형이 보존되는 동결 건조기 및 그 건조방법
CN214307949U (zh) 叠加式双循环低温干燥系统
CN206320974U (zh) 速冻柜
CN104894824B (zh) 一种吸水式微热风干衣机及干燥衣物的方法
CN207376318U (zh) 一种涡流管干燥机
KR20060036285A (ko) 냉열풍 건조기

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20200129

PA0201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20210611

Patent event code: PE09021S01D

PG1501 Laying open of application
E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20220221

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20220523

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20220523

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration