KR100736857B1 - 히트펌프를 이용한 건조 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 건조 시스템은, 내부에 피건조물의 건조를 위한 건조실을 가지는 프레임; 상기 프레임에 설치되며, 냉매를 압축시키는 압축기; 상기 건조실 내부에 설치되며, 상기 압축기에서 압축된 냉매가 발열되어 응축되는 응축기; 상기 프레임에 설치되며, 상기 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창기구; 상기 건조실 내부에 설치되며, 상기 팽창기구에서 팽창된 냉매가 흡열되어 응축되는 증발기; 상기 프레임 외부의 공기가 상기 증발기를 통과할 수 있도록, 상기 프레임 내부의 공기의 순환경로 상 상기 증발기의 상류측에 마련되는 제1외기유입구; 상기 증발기를 통과하는 공기 중 상기 제1외기유입구를 통해 유입된 공기의 비율을 조절하도록 작동되는 제1댐퍼; 상기 증발기를 통과한 공기를 상기 프레임의 외부로 배출시킬 수 있도록, 상기 프레임 내부의 공기의 순환경로 상 상기 증발기의 하류측에 마련되는 제1유출구; 상기 증발기를 통과한 공기 중 상기 제1유출구를 통해 배출되는 공기의 비율을 조절하도록 작동되는 제2댐퍼; 상기 프레임 외부의 공기가 상기 응축기를 통과할 수 있도록, 상기 프레임 내부의 공기의 순환경로 상 상기 응축기의 상류측에 마련되는 제2외기유입구; 상기 응축기를 통과하는 공기 중 상기 제2외기유입구를 통해 유입된 공기의 비율을 조절하도록 작동되는 제3댐퍼; 상기 응축기를 통과한 공기를 상기 프레임의 외부로 배출시킬 수 있도록, 상기 프레임 내부의 공기의 순환경로 상 상기 응축기의 하류측에 마련되는 제2유출구; 및 상기 응축기를 통과한 공기 중 상기 제2유출구를 통해 배출되는 공기의 비 율을 조절하도록 작동되는 제4댐퍼;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

히트펌프를 이용한 건조 시스템{Drying system using heat pump}
도 1은 종래의 히트펌프를 이용한 건조 시스템의 일례를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 건조 시스템의 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 히트펌프를 이용한 건조 시스템의 개략적 사시도이다.
도 4 내지 도 8은 도 2에 도시된 히트펌프를 이용한 건조 시스템의 작용을 설명하기 위한 개념도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
10...히트펌프를 이용한 건조 시스템 12...프레임
15...건조실 20...압축기
22...응축기 24...팽창기구
26...증발기 27...가습용 회수조
30...주송풍기 31...제1송풍기
32...제2송풍기 40...제1외기유입구 42...제2외기유입구 51...제1유출구
52...제2유출구 61...제1댐퍼
62...제2댐퍼 63...제3댐퍼
64...제4댐퍼 65...제5댐퍼
66...제6댐퍼 70...로드셀
80...제어부 91...외기온도센서
92...내기온도센서 93...외기습도센서
94...내기습도센서
본 발명은 히트펌프를 이용한 건조 시스템에 관한 것으로서, 더 구체적으로는 건조실 내부의 건조조건을 조절함에 있어서, 그 건조실 내부 및 외부의 조건을 동시에 고려하여 건조실 내의 온도와 습도가 피건조물의 건조에 최적의 조건을 가변적으로 제어할 수 있도록 구조가 개선된 히트펌프를 이용한 건조 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 히트펌프를 이용한 건조 시스템은 건조실에서 피건조물로부터 수분을 흡수한 다습의 공기를 히트펌프의 증발기에서 응축에 의하여 제습한 후 실내 응축기에서 방열되는 열에 의하여 재가열함으로써 상대습도가 낮은 공기를 만들어 건조실로 공급하여 피건조물로부터 수분을 흡수하는 작용을 반복적으로 수행하며 건조하는 시스템이다.
도 1은 이러한 원리로 작동되는 종래의 히트펌프를 이용한 건조 시스템(1)의 구조를 보여주는 개략적 단면도이다. 도 1을 참조하면, 종래의 히트펌프를 이용한 건조 시스템은 압축기(2), 3방밸브(3), 실외응축기(4), 실내응축기(5), 팽창기구(6), 증발기(7)를 포함하고 있다.
상기 압축기(2)와, 3방밸브(3)와, 실외응축기(4)와, 실내응축기(5)와, 팽창기구(6)와, 증발기(7)는 냉매유로(8)를 통하여 서로 연결되어 있다. 상기 압축기(2)는 냉매를 고온고압의 기체로 압축한다. 상기 실외응축기(4)와 실내응축기(5)는 상기 압축기(2)에서 배출된 고온고압의 기체상태의 냉매로부터 주위로 열을 전달하면서 저온고압의 액체상태가 되도록 하여 주위 즉 건조실(100) 내의 공기를 가열한다. 상기 팽창기구(6)에서는 상기 실외응축기(4) 또는 실내응축기(5)로부터 배출된 냉매를 저온저압 상태로 팽창시킨다.
상기 증발기(7)는 상기 팽창기구(6)에서 배출된 저온저압의 기체상태의 냉매를 그 증발기(7)의 외부 즉, 상기 건조실(100)의 내부 공기로부터 열을 전달받아 증발시켜 상대적으로 저온저압의 기체상태를 만든다. 이 과정에서 상기 건조실(100) 내부의 공기의 온도와 습도가 함께 하강하게 된다. 따라서, 상기 증발기(7)는 상기 건조실(100) 내부의 공기의 습도를 낮추는 기능을 한다. 또한 상기 증발기는 상기 건조실 내부의 공기의 온도를 낮추므로 그 건조실 내부에 있는 피건조물(9)의 건조조건을 악화시키는 문제점이 있다.
또한, 상기 응축기(4,5)는 2개가 설치되어 있다. 하나는 상기 건조실(100) 내부에 설치되는 실내응축기(5)이며 다른 하나는 상기 건조실(100) 외부에 설치되는 실외응축기(4)이다. 상기 실내응축기(5)와 실외응축기(4) 사이의 냉매유로상에는 3방밸브(3)가 설치되어 있다. 상기 3방밸브(3)는 상기 압축기로부터 배출된 고 온고압의 기체냉매를 상기 실내응축기로 보낼것인지 아니면 상기 실외응축기로 보낼것인지를 선택하여 개폐할 수 있도록 되어있다. 즉, 상기 3방밸브(3)는 상기 건조실(100) 내부의 공기를 가열하는 실내응축기(5)로 보내지는 고온고압의 기체냉매의 흐름을 단속하여 필요 이상으로 상기 건조실 내부의 공기 온도가 상승하는 것을 방지하는 역할을 한다. 즉, 상기 건조실(100) 내부의 공기 온도가 필요 이상으로 가열되는 경우에는 상기 3방밸브(3)가 상기 압축기(2)로부터 배출된 냉매의 흐름을 상기 실외응축기(4)로 흐르도록 함으로써 상기 건조실(100) 외부로 열을 배출시키도록 하는 것이다.
이와 같은 종래의 히트펌프를 이용한 건조시스템(1)에서는 상기 건조실(100) 외부의 공기의 온도나 습도와는 무관하게 상기 건조실(100) 내부의 공기의 상태를 제어하는 구조이다. 즉, 상기 건조실(100) 외부의 공기 상태와는 무관하게 그 건조실(100) 내부의 공기의 온도와 습도를 조절할 수 있는 구조인 것이다. 즉, 상기 실내응축기(5)를 통하여 상기 건조실(100) 내부의 공기를 가열하고, 상기 증발기(7)를 통하여 상기 건조실(100) 내부의 습도를 낮추는 구조인 것이다.
그러나, 이와 같은 종래의 히트펌프를 이용한 건조시스템(1)은 상기 건조실(100) 외부의 공기의 온도나 습도를 고려하지 않기 때문에, 상기 건조실(100) 내부 공기의 온도나 습도 조건보다 상기 건조실(100) 외부의 공기의 온도나 습도 조건이 더 양호한 경우에는 효율성이 떨어지는 문제점이 있다. 또한, 상기 실외응축기(4)와 3방밸브(3)가 필수적으로 필요하기 때문에 제조원가가 비싸다는 문제점이 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 건조실 내부와 건조실 외부의 공기의 온도 및 습도 조건을 모두 고려하여 상기 건조실 내부를 최적의 건조 조건으로 제어할 수 있도록 하는 동시에 제조원가가 대폭 절감되며, 설치가 간편하도록 구조가 개선된 히트펌프를 이용한 건조 시스템을 제공함에 목적이 있다.
상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 건조 시스템은, 내부에 피건조물의 건조를 위한 건조실을 가지는 프레임;
상기 프레임에 설치되며, 냉매를 압축시키는 압축기;
상기 건조실 내부에 설치되며, 상기 압축기에서 압축된 냉매가 발열되어 응축되는 응축기;
상기 프레임에 설치되며, 상기 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창기구;
상기 건조실 내부에 설치되며, 상기 팽창기구에서 팽창된 냉매가 흡열되어 응축되는 증발기;
상기 프레임 외부의 공기가 상기 증발기를 통과할 수 있도록, 상기 프레임 내부의 공기의 순환경로 상 상기 증발기의 상류측에 마련되는 제1외기유입구;
상기 증발기를 통과하는 공기 중 상기 제1외기유입구를 통해 유입된 공기의 비율을 조절하도록 작동되는 제1댐퍼;
상기 증발기를 통과한 공기를 상기 프레임의 외부로 배출시킬 수 있도록, 상기 프레임 내부의 공기의 순환경로 상 상기 증발기의 하류측에 마련되는 제1유출구;
상기 증발기를 통과한 공기 중 상기 제1유출구를 통해 배출되는 공기의 비율을 조절하도록 작동되는 제2댐퍼;
상기 프레임 외부의 공기가 상기 응축기를 통과할 수 있도록, 상기 프레임 내부의 공기의 순환경로 상 상기 응축기의 상류측에 마련되는 제2외기유입구;
상기 응축기를 통과하는 공기 중 상기 제2외기유입구를 통해 유입된 공기의 비율을 조절하도록 작동되는 제3댐퍼;
상기 응축기를 통과한 공기를 상기 프레임의 외부로 배출시킬 수 있도록, 상기 프레임 내부의 공기의 순환경로 상 상기 응축기의 하류측에 마련되는 제2유출구; 및
상기 응축기를 통과한 공기 중 상기 제2유출구를 통해 배출되는 공기의 비율을 조절하도록 작동되는 제4댐퍼;를 포함하는 점에 특징이 있다.
상기 프레임의 외부에 설치되어 상기 건조실 외부의 공기의 온도를 측정하는 외기온도센서;
상기 프레임의 내부에 설치되어 상기 건조실 내부의 공기의 온도를 측정하는 내기온도센서;
상기 프레임의 외부에 설치되어 상기 건조실 외부의 공기의 습도를 측정하는 외기습도센서;
상기 프레임의 내부에 설치되어 상기 건조실 내부의 공기의 습도를 측정하는 내기습도센서; 및
상기 외기습도센서와 내기습도센서에서 측정된 데이터에 기초하여 상기 제1댐퍼와 제2댐퍼를 작동시킴과 아울러 상기 외기온도센서와 내기온도센서에서 측정된 데이터에 기초하여 상기 제3댐퍼와 제4댐퍼를 작동시키는 제어부;를 더 구비하는 것이 바람직하다.
상기 제1유출구와 제2외기유입구 사이에 설치되어 상기 건조실 내부 유입되는 외부공기의 비율을 조절하도록 작동되는 제5댐퍼;
상기 건조실의 공기를 그 건조실내에서 더욱 원활하게 순환시키도록 하기 위하여 그 건조실 내부에 설치되는 주송풍기; 및
상기 프레임의 하측벽에 설치되며, 상기 건조실 내부의 공기 압력에 따라 선택적으로 개폐되어 그 건조실 내부의 공기 압력을 조절하는 제6댐퍼;를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 건조실의 바닥에 설치되며, 그 건조실 내부에서 건조되는 피건조물의 무게를 측정하는 로드셀을 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기 증발기의 하측에 설치되며, 상기 증발기의 제습작용에 의해 상기 건조실 내부의 공기에 포함된 수분을 회수하여 필요에 따라 그 회수된 수분을 건조실 내부의 가습에 이용하기 위한 가습용 회수조를 더 포함하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명에 따른 바람직한 일 실시 예를 첨부된 도면을 참조하면서 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 히트펌프를 이용한 건조 시스템의 도면이다. 도 3은 도 2에 도시된 히트펌프를 이용한 건조 시스템의 개략적 사시도이다. 도 4 내지 도 8은 도 2에 도시된 히트펌프를 이용한 건조 시스템의 작용을 설명하기 위한 개념도이다.
도 2 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 바람직한 일 실시 예에 따른 히트펌프를 이용한 건조 시스템(10)은 프레임(15)과, 그 프레임(15)에 설치되는 히트펌프 시스템과, 제1외기유입구(40)와, 제1댐퍼(61)와, 제1유출구(51)와, 제2댐퍼(62)와, 제2외기유입구(42)와, 제3댐퍼(63)와, 제2유출구(52)와, 제4댐퍼(64)와, 외기온도센서(91)와, 외기습도센서(93)와, 내기온도센서(92)와, 내기습도센서(94)와, 주송풍기(30)와, 제5댐퍼(65)와, 제6댐퍼(66)와, 로드셀(70)과, 제어부(80)를 포함하고 있다. 도 2 및 도 4 내지 도 8에 도시된 화살표는 공기의 순환경로를 표시하는 것이다.
상기 프레임(15)은 강(steel)과 같은 금속소재로 제작되어 있다. 그러나, 상기 프레임(15)의 소재는 플라스틱, 시멘트, 블록 등과 같이 다양한 소재가 가능하다. 상기 프레임(15)은 그 내부와 외부로 구분되며, 상기 프레임(15)은 그 내부공간에 피건조물(500)의 건조를 위한 건조실(15)을 가진다.
상기 프레임(15)에는 히트펌프 시스템이 설치되어 있다. 본 실시예에서는 상기 프레임(15)의 내부 상측에 히트펌프 시스템이 설치되어 있다. 상기 히트펌프 시스템은 압축기(20)와, 응축기(22)와, 팽창기구(24)와, 증발기(26)와, 이들을 순차적으로 연결하는 냉매유로(28)를 포함하고 있다.
상기 압축기(20)는 냉매를 고온고압의 기체로 압축한다. 상기 응축기(22)는 상기 압축기(20)에서 배출된 고온고압의 기체상태의 냉매로부터 주위로 열을 전달하면서 저온고압의 액체상태가 되도록 하여 주위 즉 건조실(15) 내의 공기를 가열한다. 상기 팽창기구(24)는 상기 응축기(22)로부터 배출된 냉매를 저온저압 상태로 팽창시킨다. 상기 팽창기로는 일반적으로 팽창밸브와 같은 전형적인 히트펌프 구성요소를 사용한다. 상기 증발기(26)는 상기 팽창기에서 배출된 저온저압의 기체상태의 냉매를 그 증발기(26)의 외부로부터 열을 전달받아 증발시켜 상대적으로 저온저압의 기체상태를 만든다. 이러한 히트펌프의 구성요소 중 상기 응축기(22)와 상기 증발기(26)는 상기 건조실(15)의 상부에 설치되는 것이 바람직하다.
상기 제1외기유입구(40)는 상기 프레임(15)에 설치되어 있으며, 상기 건조실(15) 내부와 그 건조실(15) 외부의 공기가 서로 통할 수 있도록 되어 있는 일종의 구멍이다. 상기 제1외기유입구(40)는 상기 증발기(26)의 상측에 설치되어 있다. 상기 제1외기유입구(40)는 상기 프레임(15) 외부의 공기가 상기 증발기(26)를 통과할 수 있도록 하는 역할을 한다. 상기 제1외기유입구(40)는 상기 프레임(15) 내부의 공기의 순환경로 상 상기 증발기(26)의 상류측에 마련되어 있다. 상기 프레임(15) 내부의 공기의 순환경로 상 상기 증발기(26)의 하류측에는 제1송풍기(31)가 설치되어 있다. 상기 제1외기유입구(40)를 개폐할 수 있도록 그 제1외기유입구(40)에는 제1댐퍼(61)가 설치되어 있다. 상기 제1댐퍼(61)는 상기 증발기(26)를 통과하는 공기 중 상기 제1외기유입구(40)를 통해 유입된 공기의 비율을 조절하도록 작동될 수 있다. 상기 제1댐퍼(61)는 여러 가지 형태로 제작될 수 있으나, 본 실시예에 서는 롤에 슬라이딩 되는 형태를 사용하였다. 상기 제1댐퍼(61)의 작동을 위해 모터와 같은 구동원이 사용될 수 있다. 상기 제1댐퍼(61)가 상기 제1외기유입구(40)를 폐쇄하는 경우에는 상기 건조실(15) 내부의 공기만이 상기 증발기(26)를 통과할 수 있게 된다.
상기 제1유출구(51)는 상기 프레임(15)에 설치되어 있으며, 상기 건조실(15) 내부와 그 건조실(15) 외부의 공기가 서로 통할 수 있도록 되어 있는 일종의 구멍이다. 상기 제1유출구(51)는 상기 증발기(26)의 상측에 설치되어 있다. 상기 제1유출구(51)는 상기 증발기(26)를 통과한 공기가 상기 프레임(15) 외부로 방출될 수 있도록 하는 역할을 한다. 상기 제1유출구(51)는 상기 프레임(15) 내부의 공기의 순환경로 상 상기 증발기(26)의 하류측에 마련되어 있다. 상기 제유출구를 개폐할 수 있도록 그 제1유출구(51)에는 제2댐퍼가 설치되어 있다. 상기 제2댐퍼는 상기 증발기(26)를 통과한 공기가 상기 제1유출구(51)를 통해 방출되는 공기의 양을 조절하도록 작동될 수 있다. 상기 제2댐퍼(62)는 여러 가지 형태로 제작될 수 있으나, 본 실시예에서는 제1댐퍼(61)와 같이 롤에 의해 슬라이딩 되는 형태를 사용하였다. 상기 제2댐퍼의 작동을 위해 모터와 같은 구동원이 사용될 수 있다. 상기 제2댐퍼(62)가 상기 제1유출구(51) 폐쇄하는 경우에는 상기 증발기(26)를 통과한 공기가 건조실(15) 내부에서 순환된다.
상기 제2외기유입구(42)는 상기 프레임(15)에 설치되어 있으며, 상기 건조실(15) 내부와 그 건조실(15) 외부의 공기가 서로 통할 수 있도록 되어 있는 일종의 구멍이다. 상기 제2외기유입구(42)는 상기 응축기(22)의 상측에 설치되어 있다. 상기 제2외기유입구(42)는 상기 프레임(15) 외부의 공기가 상기 응축기(22)를 통과할 수 있도록 하는 역할을 한다. 상기 제2외기유입구(42)는 상기 프레임(15) 내부의 공기의 순환경로 상 상기 응축기(22)의 상류측에 마련되어 있다. 상기 프레임(15) 내부의 공기의 순환경로 상 상기 응축기(22)의 하류측에는 제2송풍기(32)가 설치되어 있다.
상기 제3댐퍼(63)는 상기 제2외기유입구(42)를 통해 유입되는 외부 공기의 양을 조절하기 위해 마련된 것이다. 즉, 상기 제3댐퍼(63)는 상기 응축기(22)를 통과하는 공기 중 상기 제2외기유입구(42)를 통해 유입된 공기의 비율을 조절한다. 상기 제3댐퍼(63)는 여러 가지 형태로 제작될 수 있으나, 본 실시예에서는 제1댐퍼(61)와 같이 롤에 의해 슬라이딩 되는 형태를 사용하였다. 상기 제3댐퍼(63)의 작동을 위해 모터와 같은 구동원이 사용될 수 있다. 상기 제3댐퍼(63)가 상기 제1외기유입구(40) 폐쇄하는 경우에는 상기 건조실(15) 내부 공기만이 상기 응축기(22)를 통과하게 된다.
상기 제2유출구(52)는 상기 프레임(15)에 설치되어 있으며, 상기 건조실(15) 내부와 그 건조실(15) 외부의 공기가 서로 통할 수 있도록 되어 있는 일종의 구멍이다. 상기 제2유출구(52)는 상기 응축기(22)의 상측에 설치되어 있다. 상기 제2유출구(52)는 상기 응축기(22)를 통과한 공기가 상기 프레임(15) 외부로 방출될 수 있도록 하는 역할을 한다. 상기 제2유출구(52)는 상기 프레임(15) 내부의 공기의 순환경로 상 상기 응축기(22)의 하류측에 마련되어 있다. 상기 제2유출구(52)를 개폐할 수 있도록 그 제2유출구(52)에는 제4댐퍼(64)가 설치되어 있다. 상기 제4댐 퍼(64)는 상기 응축기(22)를 통과한 공기 중 상기 제2유출구(52)를 통해 방출되는 공기의 양을 조절하도록 작동될 수 있다. 상기 제4댐퍼(64)는 여러가지 형태로 제작될 수 있으나, 본 실시예에서는 제1댐퍼(61)와 같이 롤에 의해 슬라이딩 되는 형태를 사용하였다. 상기 제4댐퍼(64)의 작동을 위해 모터와 같은 구동원이 사용될 수 있다. 상기 제4댐퍼(64)가 상기 제2유출구(52) 폐쇄하는 경우에는 상기 응축기(22)를 통과한 공기가 건조실(15) 내부에서 순환된다.
상기 외기온도센서(91)는 상기 프레임(15)의 외부에 설치되어 상기 건조실(15) 외부의 공기의 온도를 측정하도록 된 것이다. 상기 외기습도센서(93)는 상기 프레임(15)의 외부에 설치되어 상기 건조실(15) 외부의 공기의 습도를 측정하도록 된 것이다. 상기 내기온도센서(92)는 상기 프레임(15)의 내부에 설치되어 상기 건조실(15) 내부의 공기의 온도를 측정하는 것이다. 상기 내기습도센서(94)는 상기 프레임(15)의 내부에 설치되어 상기 건조실(15) 내부의 공기의 습도를 측정하도록 된 것이다. 상기 센서들의 구조는 공지된 온도 또는 습도 센서들 중에서 채용할 수 있으므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.
상기 주송풍기(30)는 상기 건조실(15)의 공기를 그 건조실(15)내에서 더욱 원활하게 순환시키도록 하기 위하여 마련된 것이다. 상기 주송풍기(30)는 상기 건조실(15) 내부에 설치되어 있다.
상기 제5댐퍼(65)는 상기 제1유출구(51)와 제2외기유입구(42) 사이에 설치되어 상기 건조실(15) 내부 유입되는 외부공기의 비율을 조절하도록 작동된다. 상기 제5댐퍼(65)가 설치되는 프레임(15)에는 상기 제1외기유입구(40)와 유사한 공기유 입구가 마련되어 있으며, 그 공기유입구를 개폐하도록 상기 제5댐퍼(65)가 작동되는 것이다.
상기 제6댐퍼(66)는 상기 프레임(15)의 하측벽에 설치되어 있다. 상기 제6댐퍼(66)는 상기 건조실(15) 내부의 공기 압력에 따라 선택적으로 개폐되어 그 건조실(15) 내부의 공기 압력을 조절하도록 되어 있다. 상기 제6댐퍼(66)는 고무 등과 같은 탄성을 가지는 부드러운 재료를 사용하여 제작되며, 상기 건조실(15) 외부로부터 그 건조실(15) 내부로의 공기 유입은 제한하고, 상기 건조실(15) 내부로부터 상기 건조실(15) 외부로의 공기 유출은 허용한다. 상기 제6댐퍼(66)는 상기 건조실(15) 내의 공기의 압력이 상기 건조실(15) 외부의 공기의 압력보다 일정값 이상 높을 경우에만 개방된다.
상기 증발기(26) 및 응축기(22)가 설치되는 공간과 피건조물(500)이 건조되는 공간을 분할하도록 하기 위하여 상기 건조실(15) 내부에는 격벽(17)이 설치되어 있다. 따라서, 상기 격벽(17)에 의해 상기 건조실(15) 내부를 순환하는 공기는 그 중 일부가 상기 격벽(17)의 상부를 통해 상기 증발기(26)나 응축기(22)를 통과하여 온도나 습도가 조절되고, 일부는 상기 격벽(17)의 하부를 따라 순순하게 상기 건조실(15)에서 순환된다.
상기 로드셀(70)은 상기 건조실(15)의 바닥에 설치되어 있다. 상기 로드셀(70)은 상기 건조실(15) 내부에서 건조되는 피건조물(500)의 무게를 측정하기 위해 마련된 것이다. 상기 로드셀(70)을 통해 측정된 피건조물(500)의 무게는 후술하는 제어부(80)에 피드백되어 그 피건조물(500)의 건조상태를 미리 설정된 무게와 비교하여 그 건조실(15) 내부의 공기의 온도 및 습도 조건을 조절할 수 있다.
상기 증발기(26)의 하측에는 가습용 회수조(27)가 설치되어 있다. 상기 가습용 회수조(27)는 상기 증발기(26)의 제습작용에 의해 상기 건조실(15) 내부의 공기에 포함된 수분을 회수하여 필요에 따라 건조실(15) 내부를 가습하기 위해 마련된 것이다. 상기 가습용 회수조(27)는 상기 건조실(15) 내부에 별도의 물보충이나 물배관이 필요없이도 그 건조실(15) 내부를 필요에 따라 자체 가습할 수 있는 작용을 한다. 상기 가습용 회수조(27)는 피건조물(500)의 상태에 따라 적절하게 그 피건조물(500)에 수분을 공급하여 그 피건조물(500)의 표면이 급속히 건조되는 것을 방지하여 그 피건조물(500)의 표면이 지나치게 강화되는 것을 억제함으로써 그 피건조물(500) 내부의 수분이 원활하게 배출되도록 하는 동시에 그 피건조물(500)의 온도편차를 줄이는 역할을 한다.
상기 제어부(80)는 상기 외기습도센서(93)와 내기습도센서(94)에서 측정된 데이터에 기초하여 상기 제1댐퍼(61)와 제2댐퍼(62)를 작동시킴과 아울러 상기 외기온도센서(91)와 내기온도센서(92)에서 측정된 데이터에 기초하여 상기 제3댐퍼(63)와 제4댐퍼(64)를 작동시킨다. 상기 제어부(80)는 또한 상기 제5댐퍼(65)와, 주송풍기(30) 등을 제어할 수 있으며, 상기 로드셀(70)로부터 측정되어 전달된 데이터에 기초하여 피건조물(500)의 건조상태를 파악하고, 피건조물(500)의 건조가 원하는 조건이 되었을 경우에는 본 발명에 따른 건조 시스템의 작동을 중지시키는 기능도 할 수 있다.
이와 같은 구성요소를 포함하는 히트펌프를 이용한 건조 시스템(10)의 작용 을 서술한다.
상기 히트펌프를 이용한 건조 시스템(10)으로 표고버섯과 같은 농산물을 건조시키는 경우를 예로 들어 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 건조 시스템의 작용을 서술하기로 한다.
먼저, 상기 건조실(15) 내부에 표고 버섯과 같은 건조하고자 하는 피건조물(500)을 랙(72)과 같은 곳에 얹은 다음, 그 랙(72)을 상기 로드셀(70)이 그 무게를 감지할 수 있는 위치에 배치한다. 그런 다음, 상기 제어부(80)를 작동시켜 상기 히트펌프를 이용한 건조시스템을 작동시킨다. 그러면, 상기 히트펌프 시스템의 압축기(20)가 작동한다. 상기 압축기(20)에서 고온고압으로 압축된 냉매는 상기 응축기(22)를 통과하면서 그 응축기(22) 주변의 공기를 가열시킨다. 이에 따라 응축기(22) 주변의 공기의 온도는 상승하게 된다. 상기 응축기(22)를 통과한 냉매는 열을 빼앗겨 액체상태가 된다. 상기 팽창기구(24)에서는 상기 액체상태의 냉매가 단열팽창하면서 저온저압의 액체가 된다. 상기 증발기(26)에서는 그 증발기(26) 주변으로부터 열을 공급받아 냉매가 기체로 상변태 된다. 그러면서, 그 증발기(26) 주위의 공기의 습도를 낮추게 된다.
이때 상기 주송풍기(30)는 상기 건조실(15) 내부의 공기가 일정한 방향으로 순환하도록 하는 역할을 한다. 상기 제5댐퍼(65)는 필요에 따라 개폐됨으로써 상기 건조실(15) 내부의 공기와 그 건조실(15) 외부의 공기를 혼합하는 역할을 한다. 상기 제6댐퍼(66)는 상기 건조실(15) 내부의 공기 압력이 상기 건조실(15) 외부의 공기 압력보다 지나치게 높아지지 않도록 하기 위하여, 상기 건조실(15) 내부의 공기 압력이 일정 값 이상이 되면 그 압력에 의해 개방된다. 따라서, 상기 건조실(15) 내부의 압력은 상기 건조실(15) 외부의 압력과 그리 큰 차이를 가지지 않는 상태로 유지되게 된다.
이러한 과정에서 상기 외기온도센서(91)는 상기 건조실(15) 외부의 공기의 온도를 측정하며, 상기 외기습도센서(93)는 상기 건조실(15) 외부의 공기의 습도를 측정한다. 이와 동시에 상기 내기온도센서(92)는 상기 건조실(15) 내부의 공기의 온도를 측정하며, 상기 내기습도센서(94)는 상기 건조실(15) 내부의 공기의 습도를 측정한다. 상기 제어부(80)는 상기 센서들로부터 측정된 데이터들을 전달받아 최적의 건조 조건을 계산하고 그 결과를 실현하기 위하여 상기 히트펌프시스템을 통해 상기 건조실(15) 내부의 공기를 가열 또는 제습하거나 그 건조실(15) 외부의 공기를 유입하거나 그 건조실(15) 내부의 공기의 일부를 그 건조실(15) 외부로 유출시키는 제어신호를 발생시킨다.
지금부터는 상기 증발기(26)에서 일어나는 작용과 상기 응축기(22)에서 일어나는 작용을 나누어 더욱 상세하게 서술하기로 한다.
먼저, 상기 증발기(26) 주변에서 일어나는 작용을 서술한다.
상기 프레임(15) 내부의 공기의 순환경로 상 상기 증발기(26)의 하류측에는 제1송풍기(31)가 설치되어 있어서, 상기 증발기(26)로 공기를 송풍시킨다. 상기 증발기(26)를 통과하는 공기는 상기 건조실(15) 내부의 공기일 수도 있으며, 경우에 따라 상기 건조실(15) 외부의 공기가 될 수도 있다. 상기 외기습도센서(93)와 상기 내기습도센서(94)에 의해 측정된 데이터에 의해 상기 건조실(15) 외부의 습도가 상 기 건조실(15) 내부의 습도보다 더 낮은 경우에는 상기 건조실(15) 외부의 공기를 사용하는 것이 더욱 바람직하다. 이 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 제1댐퍼(61)가 상기 제1외기유입구(40)를 개방하도록 작동된다. 그러면 상기 건조실(15) 외부의 공기가 상기 증발기(26)를 통과하게 된다. 그 결과 상기 증발기(26)의 냉매는 열을 전달받아 기체상태로 상변태 되고 그 증발기(26)를 통과한 공기는 제습되어 습도가 더 낮아지게 된다. 그러나, 제습된 공기는 상기 증발기(26)의 냉매에 열을 빼앗기게 되므로 온도가 낮아지는 문제가 있다. 따라서 상기 건조실(15) 내부의 온도가 지나치게 낮은 경우에는 도 4에 도시된 바와 같이 상기 증발기(26)를 통과한 공기를 외부로 방출시킴으로써 상기 건조실(15) 내부의 공기의 온도가 더 낮아지는 것을 방지할 수 있다. 이 경우에는 상기 제2댐퍼(62)가 상기 제1유출구(51)를 개방하도록 작동된다.
한편, 상기 건조실(15) 내부의 온도가 충분히 높고, 상기 건조실(15) 외부의 습도가 상기 건조실(15) 내부의 습도보다 낮은 경우에는 도 5에 도시된 바와 같이 상기 제1외기유입구(40)가 개방되도록 상기 제1댐퍼(61)가 작동되고 제1유출구(51)는 폐쇄되도록 상기 제2댐퍼(62)가 작동된다.
한편, 상기 건조실(15) 내부의 습도가 상기 건조실(15) 외부의 습도보다 충분히 낮은 경우에는 도 6에 도시된 바와 같이 상기 제1외기유입구(40)가 폐쇄되도록 상기 제1댐퍼(61)가 작동되고, 상기 제1유출구(51)가 폐쇄되도록 상기 제2댐퍼(62)가 작동된다. 따라서, 이 경우에는 상기 증발기(26)는 상기 건조실(15) 내부의 공기만이 통과하게 된다.
이제 상기 응축기(22) 추변에서 일어나는 작용을 서술하기로 한다.
상기 프레임(15) 내부의 공기의 순환경로 상 상기 응축기(22)의 하류측에는 제2송풍기(32)가 설치되어 있어서, 상기 응축기(22)로 공기를 송풍시킨다. 상기 응축기(22)를 통과하는 공기는 상기 건조실(15) 내부의 공기일 수도 있으며, 경우에 따라 상기 건조실(15) 외부의 공기가 될 수도 있다. 상기 외기온도센서(91)와 상기 내기온도센서(92)에 의해 측정된 데이터에 의해 상기 건조실(15) 외부의 온도가 상기 건조실(15) 내부의 온도보다 더 낮은 경우에는 상기 건조실(15) 외부의 공기를 유입시킬 필요가 없다. 이 경우에는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제3댐퍼(63)가 상기 제2외기유입구(42)를 폐쇄하도록 작동된다. 그러면 상기 건조실(15) 내부의 공기만이 상기 응축기(22)를 통과하게 된다. 그 결과 상기 응축기(22)의 냉매는 열을 빼앗겨 액체상태로 상변태 되고 그 응축기(22)를 통과한 공기는 가열되어 온도가 더 높아지게 된다.
한편, 상기 건조실(15) 내부의 온도가 지나치게 높은 경우에는 상기 응축기(22)를 통과한 공기를 외부로 방출시킴으로써 상기 건조실(15) 내부의 공기의 온도가 너무 높아지는 것을 방지할 수 있다. 이 경우에는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 제3댐퍼(63)가 상기 제2외기유입구(42)를 개방하도록 작동하여 그 건조실(15) 외부의 공기가 상기 응축기(22)를 통과하도록 한 후 상기 제4댐퍼(64)가 상기 제2유출구(52)를 개방하도록 작동하여 상기 응축기(22)에 의해 가열된 공기가 상기 건조실(15) 외부로 방출되도록 한다.
한편, 상기 건조실(15) 내부의 온도가 최적의 온도보다 낮고, 상기 건조 실(15) 외부의 온도가 상기 건조실(15) 내부의 온도보다 낮은 경우에는 도 7에 도시된 바와 같이 상기 제2외기유입구(42)가 폐쇄되도록 상기 제3댐퍼(63)가 작동되고 제2유출구(52)도 폐쇄되도록 상기 제4댐퍼(64)가 작동된다. 따라서, 상기 건조실(15) 내부의 공기가 순환되면서 상기 응축기(22)에 의해 가열된다. 그 결과 상기 건조실(15) 내부의 공기의 온도는 최적의 온도에 가까워지게 된다.
또한, 상기 증발기(26)의 하측에 설치된 가습용 회수조(27)는 상기 증발기(26)의 제습작용에 의해 상기 건조실(15) 내부의 공기에 포함된 수분을 회수하여 필요한 경우 상기 건조실(15) 내부에 분무함으로써 그 건조실(15) 내부의 공기를 가습시킬 수 있다.
이상 상기 증발기(26)와 응축기(22) 주변에서 일어나는 작용을 상술하였다.
이와는 별도로 상기 로드셀(70)은 상기 건조실(15) 내에서 건조되는 피건조물(500)의 무게를 측정하여 상기 제어부(80)에 그 데이터 값을 전달한다. 상기 제어부(80)는 그 건조물의 수분함량을 산출함으로써 그 피건조물(500)의 건조상태를 파악하여 상기 히트펌프를 이용한 건조시스템의 운전이 효율적으로 이루어질 수 있도록 제어할 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 건조 시스템(10)은 건조실(15) 내부와 그 건조실(15) 내부 환경을 최적으로 조화하여 피 건조물을 최적의 건조환경에 유지함으로써 건조시간을 단축시키는 동시에 양질의 피건조물(500)을 얻을 수 있는 효과가 있다. 또한, 종래의 히트펌프를 이용한 건조시스템과는 달리 실외응축기(22)가 필요 없을 뿐만 아니라 그에 따른 부대 설비들 예컨대 3방밸브나 체크밸 브 같은 구성요소들이 필요하지 않으므로 제조원가가 대폭 절감되는 효과가 있다. 또한, 실외응축기(22)가 없으므로 히트펌프 시스템을 구성하기 위해 종래에 그 실외응축기(22)와 연결되던 배관이 필요없게 됨에 따라 설치비용에 대폭 절감되는 효과가 있을 뿐 만아니라 제작장소와 설치장소가 달라도 한번의 시운전으로 시스템의 안정성을 보장할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 건조 시스템의 운전 안정성이 보장되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 건조 시스템(10)은 기존의 건조 시스템과는 다른 건조 방식을 도입함으로써, 본 발명의 바람직한 실시예에서와 같이 로드셀(70)이 설치된 경우에는 피건조물(500)의 건조상태를 예측할 수 있을 뿐만 아니라 복수의 댐퍼를 조절하여 건조효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 프레임의 외부에 설치되어 상기 건조실(15) 외부의 공기의 온도를 측정하는 외기온도센서; 상기 프레임의 내부에 설치되어 상기 건조실 내부의 공기의 온도를 측정하는 내기온도센서; 상기 프레임의 외부에 설치되어 상기 건조실 외부의 공기의 습도를 측정하는 외기습도센서; 상기 프레임의 내부에 설치되어 상기 건조실 내부의 공기의 습도를 측정하는 내기습도센서; 및 상기 외기습도센서와 내기습도센서에서 측정된 데이터에 기초하여 상기 제1댐퍼와 제2댐퍼를 작동시킴과 아울러 상기 외기온도센서와 내기온도센서에서 측정된 데이터에 기초하여 상기 제3댐퍼와 제4댐퍼를 작동시키는 제어부;를 구비하는 것으로 서술하였으나, 수동으로 작동시킬 경우에는 이와 같은 센서들과 제어부가 구비되어 있지 않더라도 본원 발명의 목적을 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 제1유출구와 제2외기유입구 사이에 설치되어 상기 건조실 내부 유입되는 외부공기의 비율을 조절하도록 작동되는 제5댐퍼; 상기 건조실의 공기를 그 건조실내에서 더욱 원활하게 순환시키도록 하기 위하여 그 건조실 내부에 설치되는 주송풍기; 및 상기 프레임의 하측벽에 설치되며, 상기 건조실 내부의 공기 압력에 따라 선택적으로 개폐되어 그 건조실 내부의 공기 압력을 조절하는 제6댐퍼;를 포함하는 것으로 서술하였으나, 상기 제5댐퍼와, 상기 주송풍기와, 상기 제6댐퍼가 구비되지 않더라도 성능은 다소 떨어지지만 본원 발명의 목적을 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 건조실의 바닥에 설치되며, 그 건조실 내부에서 건조되는 피건조물의 무게를 측정하는 로드셀을 포함하는 것으로 서술하였으나, 상기 로드셀이 없는 경우라도 피건조물의 건조상태를 육안 등에 의해 판별할 수 있는 경우라면 본원 발명의 목적을 달성할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 증발기의 하측에 설치되며, 상기 증발기의 제습작용에 의해 상기 건조실 내부의 공기에 포함된 수분을 회수하여 필요에 따라 그 회수된 수분을 건조실 내부의 가습에 이용하기 위한 가습용 회수조를 포함하는 것으로 서술하였으나, 상기 가습용 회수조가 마련되지 않는 경우라도 본원 발명의 목적을 달성할 수 있다.
이상, 바람직한 실시 예들을 들어 본 발명에 대해 설명하였으나, 본 발명이 그러한 예들에 의해 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범주 내에서 다양한 형태의 실시 예가 구체화될 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 건조 시스템은 건조실 내부와 그 건조실 내부 환경을 최적으로 조화하여 피 건조물을 최적의 건조환경에 유지함으로써 건조시간을 단축시키는 동시에 양질의 피건조물을 얻을 수 있는 효과가 있다. 또한, 종래의 히트펌프를 이용한 건조시스템과는 달리 실외응축기가 필요 없을 뿐만 아니라 그에 따른 부대 설비들 예컨대 3방밸브나 체크밸브 같은 구성요소들이 필요하지 않으므로 제조원가가 대폭 절감되는 효과가 있다. 또한, 실외응축기가 없으므로 히트펌프 시스템을 구성하기 위해 종래에 그 실외응축기와 연결되던 배관이 필요없게 됨에 따라 설치비용에 대폭 절감되는 효과가 있을 뿐 만아니라 제작장소와 설치장소가 달라도 한번의 시운전으로 시스템의 안정성을 보장할 수 있는 효과가 있다. 이에 따라 건조 시스템의 운전 안정성이 보장되는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따른 히트펌프를 이용한 건조 시스템은 기존의 건조 시스템과는 다른 건조 방식을 도입함으로써, 본 발명의 바람직한 실시예에서와 같이 로드셀이 설치된 경우에는 피건조물의 건조상태를 예측할 수 있을 뿐만 아니라 복수의 댐퍼를 조절하여 건조효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.

Claims (5)

  1. 내부에 피건조물의 건조를 위한 건조실을 가지는 프레임;
    상기 프레임에 설치되며, 냉매를 압축시키는 압축기;
    상기 건조실 내부에 설치되며, 상기 압축기에서 압축된 냉매가 발열되어 응축되는 응축기;
    상기 프레임에 설치되며, 상기 응축기에서 응축된 냉매가 팽창되는 팽창기구;
    상기 건조실 내부에 설치되며, 상기 팽창기구에서 팽창된 냉매가 흡열되어 응축되는 증발기;
    상기 프레임 외부의 공기가 상기 증발기를 통과할 수 있도록, 상기 프레임 내부의 공기의 순환경로 상 상기 증발기의 상류측에 마련되는 제1외기유입구;
    상기 증발기를 통과하는 공기 중 상기 제1외기유입구를 통해 유입된 공기의 비율을 조절하도록 작동되는 제1댐퍼;
    상기 증발기를 통과한 공기를 상기 프레임의 외부로 배출시킬 수 있도록, 상기 프레임 내부의 공기의 순환경로 상 상기 증발기의 하류측에 마련되는 제1유출구;
    상기 증발기를 통과한 공기 중 상기 제1유출구를 통해 배출되는 공기의 비율을 조절하도록 작동되는 제2댐퍼;
    상기 프레임 외부의 공기가 상기 응축기를 통과할 수 있도록, 상기 프레임 내부의 공기의 순환경로 상 상기 응축기의 상류측에 마련되는 제2외기유입구;
    상기 응축기를 통과하는 공기 중 상기 제2외기유입구를 통해 유입된 공기의 비율을 조절하도록 작동되는 제3댐퍼;
    상기 응축기를 통과한 공기를 상기 프레임의 외부로 배출시킬 수 있도록, 상기 프레임 내부의 공기의 순환경로 상 상기 응축기의 하류측에 마련되는 제2유출구; 및
    상기 응축기를 통과한 공기 중 상기 제2유출구를 통해 배출되는 공기의 비율을 조절하도록 작동되는 제4댐퍼;를 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 건조 시스템.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 프레임의 외부에 설치되어 상기 건조실 외부의 공기의 온도를 측정하는 외기온도센서;
    상기 프레임의 내부에 설치되어 상기 건조실 내부의 공기의 온도를 측정하는 내기온도센서;
    상기 프레임의 외부에 설치되어 상기 건조실 외부의 공기의 습도를 측정하는 외기습도센서;
    상기 프레임의 내부에 설치되어 상기 건조실 내부의 공기의 습도를 측정하는 내기습도센서; 및
    상기 외기습도센서와 내기습도센서에서 측정된 데이터에 기초하여 상기 제1 댐퍼와 제2댐퍼를 작동시킴과 아울러 상기 외기온도센서와 내기온도센서에서 측정된 데이터에 기초하여 상기 제3댐퍼와 제4댐퍼를 작동시키는 제어부;를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 건조 시스템.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1유출구와 제2외기유입구 사이에 설치되어 상기 건조실 내부 유입되는 외부공기의 비율을 조절하도록 작동되는 제5댐퍼;
    상기 건조실의 공기를 그 건조실내에서 더욱 원활하게 순환시키도록 하기 위하여 그 건조실 내부에 설치되는 주송풍기; 및
    상기 프레임의 하측벽에 설치되며, 상기 건조실 내부의 공기 압력에 따라 선택적으로 개폐되어 그 건조실 내부의 공기 압력을 조절하는 제6댐퍼;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 건조 시스템.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 건조실의 바닥에 설치되며, 그 건조실 내부에서 건조되는 피건조물의 무게를 측정하는 로드셀을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 건조 시스템.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 증발기의 하측에 설치되며, 상기 증발기의 제습작용에 의해 상기 건조 실 내부의 공기에 포함된 수분을 회수하여 필요에 따라 그 회수된 수분을 건조실 내부의 가습에 이용하기 위한 가습용 회수조를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 히트펌프를 이용한 건조 시스템.
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