KR101547964B1 - 건조 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은, 냉매, 냉각수 및 공기 등 3개의 유체가 동시에 열교환이 가능하기 때문에, 열교환 효율이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 추가적인 열교환기의 설치가 필요하지 않아도 되므로 구조가 간단해질 수 있는 이점이 있다. 또한, 공기와 냉각수가 각각 외부 배열을 흡수하여, 증발기의 열원으로 제공함으로써, 증발기로의 안정적 열공급이 가능하여 히트펌프 시스템의 운전 안정성이 향상되며, 증발 효율이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 외부 배열의 활용이 가능하므로 열효율이 향상될 수 있다.

Description

건조 시스템{Drying system}

본 발명은 건조 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 세가지 이상의 유체의 열교환이 가능하여, 열교환 효율이 향상될 수 있는 건조 시스템에 관한 것이다.

일반적으로 히트펌프(Heat pump)는, 압축기, 응축기, 팽창밸브 및 증발기를 포함하고, 냉매의 발열 또는 응축열을 이용해 저온의 열원을 고온으로 전달하거나 고온의 열원을 저온으로 전달한다. 상기 압축기와 증발기는 고온의 유체와 저온의 유체 사이에서 열의 이동을 실시하기 위한 열교환기이다. 상기 열교환기는 그 용도에 따라 수많은 종류 및 형식이 고안되어 있는데, 구조상 관형과 판형으로 크게 구분된다.

종래의 열교환기는 두 개의 유체간에 열을 주고 받는 장치이기 때문에 열교환에 한계가 따르며, 배열 회수 등 추가적인 열교환이 필요할 때 열교환기의 개수를 늘려 추가적으로 설치해야 하는 문제점이 있다.

한국등록특허 10-1324906호

본 발명의 목적은, 열교환 효율이 향상될 수 있는 다중 열교환기 및 이를 포함하는 건조시스템을 제공하는 데 있다.

본 발명에 따른 다중 열교환기는, 냉매와 외부 배열을 흡수한 고온의 냉각수가 열교환하도록 이중관 구조로 이루어지고, 복수개가 병렬로 배치된 제1열교환유로들과, 상기 복수의 제1열교환유로들을 차례로 통과하도록 배치되어, 외부로부터 유입된 고온의 공기가 통과하면서 상기 저온의 냉매와 열교환하도록 형성된 제2열교환유로를 포함한다.

본 발명에 따른 히트펌프는, 냉매를 압축시키는 압축기와, 상기 압축기에서 나온 냉매를 응축시키는 응축기와, 상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와, 상기 팽창밸브에서 나온 저온의 냉매와 외부 배열을 흡수한 고온의 냉각수가 열교환하도록 이중관 구조로 이루어지고, 복수개가 병렬로 배치된 제1열교환유로들과, 상기 복수의 제1열교환유로들을 차례로 통과하도록 배치되어, 외부로부터 유입된 고온의 공기가 통과하면서 상기 저온의 냉매와 열교환하도록 형성된 제2열교환유로로 이루어진 다중 열교환기를 포함한다.

본 발명은, 냉매, 냉각수 및 공기 등 3개의 유체가 동시에 열교환이 가능하기 때문에, 열교환 효율이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 추가적인 열교환기의 설치가 필요하지 않아도 되므로 구조가 간단해질 수 있는 이점이 있다.

또한, 공기와 냉각수가 각각 외부 배열을 흡수하여, 증발기의 열원으로 제공함으로써, 증발기로의 안정적 열공급이 가능하여 히트펌프 시스템의 운전 안정성이 향상되며, 증발 효율이 향상될 수 있을 뿐만 아니라, 외부 배열의 활용이 가능하므로 열효율이 향상될 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건조 시스템이 도시된 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시된 증발기의 일 예가 도시된 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 증발기의 다른 예가 도시된 단면도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프가 도시된 구성도이다. 도 2는 도 1에 도시된 증발기의 일 예가 도시된 단면도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 히트펌프는, 압축기(2), 응축기(4), 팽창밸브(6) 및 증발기(8)를 포함한다.

상기 압축기(2)는, 냉매(A)를 고온 고압으로 압축한다. 상기 압축기(2)에서 압축된 냉매는 상기 응축기(4)로 유입된다.

상기 응축기(4)는, 상기 압축기(2)에서 유입된 냉매를 응축시킨다. 상기 응축기(4)는 상기 냉매(A)를 상기 증발기를 통과하면서 열교환된 공기(C)와의 열교환을 통해 응축시킨다.

상기 증발기(8)는, 후술하는 냉각수(B), 냉매(A) 및 공기(C)가 열교환되는 다중 열교환기로 이루어진다. 상기 증발기(8)는 상기 냉각수(B)와 상기 공기(C)로부터 열원을 제공받아 상기 냉매(A)를 증발시킨다. 상기 냉매는 상기 팽창밸브(6)에서 팽창되어 유입된다. 상기 냉각수(B)는 외부 배열을 흡수한 고온의 냉각수이다. 본 실시예에서는, 상기 냉각수(B)는 후술하는 마이크로웨이브 생성기(Microwave generator)(32)를 냉각시킨 냉각수인 것으로 예를 들어 설명하고, 뒤에서 상세히 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고 상기 냉각수는 외부의 배열을 흡수한 유체이면 가능하다. 상기 공기(C)는 외부로부터 유입된 고온의 공기이다. 본 실시예에서는, 상기 공기(C)는 후술하는 건조기(30)를 통과한 공기인 것으로 예를 들어 설명하고, 뒤에서 상세히 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고 상기 공기는 외부의 배열을 흡수한 공기이면 가능하다.

도 2를 참조하면, 상기 증발기(8)는, 제1열교환유로(10), 제2열교환유로(20), 제1헤더(40), 제2헤더(50)를 포함한다.

상기 제1열교환유로(10)는, 상기 팽창밸브(6)에서 나온 저온의 냉매(A)와 상기 고온의 냉각수(B)가 각각 통과하면서 서로 열교환하도록 이중관 구조로 이루어진다. 상기 제1열교환유로(10)는 복수개가 병렬로 배치된다. 도 2를 참조하면, 상기 복수의 제1열교환유로들(10)이 상기 공기(C)의 유동방향(Y)으로 소정간격 이격되게 2개가 병렬로 배치된 것으로 예를 들어 설명하나, 이에 한정되지 않고, 2개 이상이 병렬로 배치되는 것도 물론 가능하다.

상기 제1열교환유로들(10)은 각각 상기 냉매(A)가 흐르는 냉매관들(11)과, 상기 냉매관들(11)의 내부에 배치되고 상기 냉각수(B)가 흐르는 냉각수관들(12)을 포함한다. 즉, 상기 냉매관들(11)과 상기 냉각수관들(12)이 이중관 구조를 이룬다. 여기서, 상기 냉매(A)는 상기 냉각수(B) 뿐만 아니라 상기 공기(A)와도 열교환이 이루어지므로, 상기 냉매관들(11)이 상기 냉각수관들(12)의 외부에 배치된다.

상기 제1헤더(40)는, 상기 복수의 제1열교환유로들(10)의 일단에 연결되어, 상기 냉매(A)와 상기 냉각수(B) 중 적어도 하나를 유입 또는 토출시키기 위해 구비된다. 본 실시예에서는, 상기 제1헤더(40)는, 상기 냉매(A)를 토출시키는 냉매 토출헤더(42)와, 상기 냉각수(B)를 유입시키는 냉각수 유입헤더(41)가 이중관 구조로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다. 즉, 상기 제1헤더(40)는, 상기 냉매 토출헤더(42)와 상기 냉각수 유입헤더(41)가 이중관 구조로 이루어진 일체형 헤더이다.

상기 제2헤더(50)는, 상기 복수의 제1열교환유로들(10)의 타단에 연결되어, 상기 냉매(A)와 상기 냉각수(B) 중 적어도 하나를 유입 또는 토출시키기 위해 구비된다. 본 실시예에서는, 상기 제2헤더(50)는, 상기 냉매(A)를 유입시키는 냉매 유입헤더(52)와, 상기 냉각수(B)를 토출시키는 냉각수 토출헤더(42)가 이중관 구조로 이루어진 것으로 예를 들어 설명한다. 즉, 상기 제2헤더(50)는, 상기 냉매 유입헤더(52)와 상기 냉각수 토출헤더(51)가 이중관 구조로 이루어진 일체형 헤더이다.

상기와 같이 본 실시예에서는, 상기 냉매(A)의 유동방향(X)이 상기 냉각수(B)의 유동방향과 반대방향인 것으로 예를 들어 설명하므로, 상기 냉매 토출헤더(42)와 상기 냉각수 유입헤더(41)가 일체로 형성되고, 상기 냉매 유입헤더(52)와 상기 냉각수 토출헤더(51)가 일체로 형성된 것으로 예를 들어 설명한다. 다만, 이에 한정되지 않고 상기 냉매(A)와 상기 냉각수(B)의 유동방향이 서로 동일한 방향인 경우, 냉각수 유입헤더와 냉매 유입헤더가 이중관 구조로 이루어진 일체형 유입헤더로 이루어지고, 냉각수 토출헤더와 냉매 토출헤더가 이중관 구조로 이루어진 일체형 토출헤더로 이루어진 것도 물론 가능하다.

상기 제1열교환유로들(10)의 각 표면에는 열교환 면적을 늘리기 위한 복수의 핀들(22)이 형성된다.

상기 제2열교환유로(20)는, 상기 고온의 공기(C)가 통과하는 유로이다. 상기 제2열교환유로(20)는 상기 복수의 제1열교환유로들(10)을 차례로 통과하도록 배치된다. 도 2를 참조하면, 상기 제2열교환유로(20)는 상기 제1열교환유로들(10)의 표면과 열교환가능하도록 형성된다. 즉, 상기 제2열교환유로(20)는 상기 복수의 제1열교환유로들(10)의 외측을 감싸도록 형성되고, 상기 고온의 공기(C)가 상기 저온의 냉매(A)의 유동방향(X)과 수직한 방향(Y)으로 흐르도록 형성된다. 상기 제2열교환유로(20)를 통과하는 상기 고온의 공기(C)는 상기 제1열교환유로들(10)을 통과하는 냉매와 열교환하게 된다.

상기 건조기(30)는 건조실내에 열풍을 공급함과 아울러 마이크로웨이브를 조사하여 곡물 등의 건조 대상물의 내,외부로부터 수분을 제거하는 장치이다. 상기 건조기(30)에는 열풍 공급덕트(38)와 열풍 배출덕트(34)가 연결된다. 상기 열풍 공급덕트(38)는 상기 응축기(4)와 상기 건조기(30)를 연결하여, 상기 응축기(4)에서 냉매와의 열교환을 통해 열을 흡수한 공기를 상기 건조기(30)로 안내한다. 상기 열풍 배출덕트(34)는, 상기 건조기(30)와 상기 증발기(8)를 연결하여, 상기 건조기(30)에서 배출된 고온 다습한 공기를 상기 증발기(8)로 안내한다. 상기 열풍 배출덕트(34)에는 열풍 바이패스덕트(36)가 분기된다. 상기 열풍 바이패스덕트(36)는 상기 건조기(30)에서 나온 고온 다습한 공기 중 적어도 일부가 상기 증발기를 바이패스하도록 연결된다. 상기 열풍 배출덕트(34)의 일단은 상기 열풍 배출덕트(34)에 연결되고, 타단은 상기 증발기(8)와 상기 응축기(4)를 연결하는 연결덕트(37)에 연결된다. 상기 열풍 바이패스덕트(36)에는 상기 공기의 바이패스를 제어하기 위한 제1,2바이패스 밸브(36a)(36b)가 설치된다.

도면부호 30a는 상기 건조기(30)로 곡물이 유입되는 곡물 유입구이고, 도면부호 30b는 상기 건조기(30)에서 건조된 곡물이 배출되는 곡물 배출구를 나타낸다.

상기 건조기(30)에는 마이크로 웨이브(Microwave)를 조사하는 마그네트론(31)과, 마이크로 웨이브 생성기(32)가 구비된다. 상기 마이크로 웨이브 생성기(32)는 마이크로 웨이브 생성시 열이 발생되므로, 상기 마이크로 웨이브 생성기(32)를 냉각시키기 위한 냉각수단이 필요하다. 상기 냉각수단은, 상기 마이크로 웨이브 생성기(32)와 상기 증발기(8)를 연결하고, 상기 냉각수(B)가 흐르는 냉각수 관(12)인 것으로 예를 들어 설명한다. 상기 마이크로 생성기(32)를 냉각시킨 고온의 냉각수는 상기 냉각수관(12)을 통해 상기 증발기(8)로 유입되어, 상기 증발기(8)에 열을 공급하고 냉각된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 작동을 설명하면, 다음과 같다.

먼저, 상기 압축기(2)에서 나온 냉매(A)는 상기 응축기(4) 및 상기 팽창밸브(6)를 차례로 통과한 후, 상기 증발기(8)로 유입된다. 상기 증발기(8)로 유입된 냉매(A)는 상기 제1열교환유로(10)의 냉매관(11)을 통과한다.

한편, 상기 건조기(30)에서 곡물 등 건조 대상물을 건조시킨 고온 다습한 공기(C)는 상기 열풍 배출덕트(34)를 통해 상기 증발기(6)로 유입된다. 상기 증발기(8)로 유입된 고온의 공기(C)는 상기 제2열교환유로(20)를 통과하게 된다.

또한, 상기 건조기(30)의 작동시 상기 마이크로웨이브 생성기(32)를 냉각시킨 고온의 냉각수(B)는 상기 냉각수 유로(12)를 통해 상기 증발기(6)로 유입된다. 상기 증발기(6)로 유입된 고온의 냉각수(B)는 상기 제1열교환유로(10)의 냉각수관(12)을 통과하게 된다.

상기 증발기(8)에서는 상기 제1열교환유로(10)를 통과하는 상기 냉매(A)와 상기 냉각수(B)의 열교환이 이루어짐과 동시에, 상기 제1열교환유로(10)를 통과하는 상기 냉매(A)와 상기 제2열교환유로(20)를 통과하는 상기 공기(C)의 열교환도 함께 이루어진다. 즉, 상기 냉매(A)는 상기 냉각수(B)뿐만 아니라 상기 공기(C)와도 열교환을 하게 된다.

따라서, 상기 증발기(8)를 통과하는 상기 냉매(A)는 상기 냉각수(B)와 상기 공기(C)로부터 열원을 동시에 공급받기 때문에, 상기 증발기(8)의 증발 효율이 향상될 수 있다. 또한, 상기 건조기(30)에서 발생되는 배열을 회수하여 상기 증발기(8)의 열원으로 사용함으로써, 열효율이 향상될 수 있다.

도 3은 도 1에 도시된 증발기의 다른 예가 도시된 단면도이다.

한편, 도 3을 참조하면, 상기 증발기(8')는, 냉매(A), 냉각수(B) 및 공기(C)가 열교환하는 다중 열교환이고, 냉매관(112)과 냉각수관(111)이 이중관 구조로 이루어진 제1열교환유로(110), 공기가 통과하는 제2열교환유로(120), 제1헤더(140) 및 제2헤더(150)를 포함한다. 상기 제1열교환유로(110)내에서 상기 냉매(A)의 유동방향과 상기 냉각수(B)의 유동방향은 서로 반대방향인 것으로 예를 들어 설명한다.

여기서, 상기 제1헤더(140)는 냉매 토출헤더(142)와 냉각수 유입헤더(141)를 포함하고, 상기 냉매 토출헤더(142)와 상기 냉각수 유입헤더(141)는 각각 별도로 형성된 것이 상기 증발기(8)와 상이하다.

또한, 상기 제2헤더(150)는 냉매 유입헤더(152)와 상기 냉각수 토출헤더(151)를 포함하고, 상기 냉매 유입헤더(152)와 상기 냉각수 토출헤더(151)는 각각 별도로 형성된다.

즉, 상기 증발기(8')는 상기 냉매관(112)과 상기 냉각수관(111)은 이중관 구조로 이루어지나, 상기 냉매 유입헤더(152)와 상기 냉각수 토출헤더(151)는 각각 별도로 형성되고, 상기 냉매 토출헤더(142)와 상기 냉각수 유입헤더(141)도 각각 별도로 형성된다.

도면부호 122는 상기 제1열교환유로(110)의 외부 표면에 형성되어, 열교환면적을 늘리기 위한 복수이 핀들이다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.

8: 증발기 10: 제1열교환유로
11: 냉매관 12: 냉각수관
20: 제2열교환유로 22: 핀
40: 제1헤더 41: 냉각수 유입헤더
42: 냉매 토출헤더 50: 제2헤더
51: 냉각수 토출헤더 52: 냉매 유입헤더

Claims (8)

1. 냉매를 압축시키는 압축기와;
   상기 압축기에서 나온 냉매를 응축시키는 응축기와;
   상기 응축기에서 나온 냉매를 팽창시키는 팽창밸브와;
   상기 팽창밸브에서 나온 냉매를 증발시키는 증발기와;
   건조대상물이 건조되는 건조실이 형성되고, 상기 건조대상물이 유출입되는 유입구와 배출구가 각각 형성된 건조기와;
   상기 건조기와 상기 응축기를 연결하고, 상기 응축기에서 냉매와의 열교환을 통해 열을 흡수한 고온의 공기를 상기 건조기로 안내하는 열풍 공급덕트와;
   상기 건조기와 상기 증발기를 연결하고, 상기 건조기에서 배출된 고온 다습한 공기를 상기 증발기로 안내하는 열풍 배출덕트와;
   상기 증발기에서 열교환되어 나온 공기를 상기 응축기로 안내하는 연결덕트와;
   상기 열풍 배출덕트와 상기 연결덕트를 연결하여, 상기 건조기에서 나온 고온 다습한 공기 중 일부가 상기 증발기를 바이패스하도록 안내하는 열풍 바이패스덕트와;
   상기 열풍 바이패스 덕트에 구비되어 상기 열풍 바이패스 덕트를 개폐하는 바이패스 밸브와;
   상기 건조기에 마이크로 웨이브를 조사하는 마그네트론과 연결된 마이크로 웨이브 생성기와;
   상기 마이크로 웨이브 생성기와 상기 증발기를 연결하여, 상기 마이크로 웨이브를 냉각시킨 고온의 냉각수를 상기 증발기로 공급하는 냉각수관을 포함하고,
   상기 증발기는, 복수의 제1열교환유로들과, 상기 복수의 제1열교환유로들의 외측을 감싸도록 형성된 복수의 제2열교환유로와, 상기 복수의 제1열교환유로들의 일단에 연결되어, 상기 냉매와 상기 냉각수를 유입 또는 토출시키도록 이중관 구조로 이루어진 제1헤더와, 상기 복수의 제1열교환유로들의 타단에 연결되어, 상기 냉매와 상기 냉각수를 유입 또는 토출시키도록 이중관 구조로 이루어진 제2헤더를 포함하는 다중 열교환기로 이루어지고,
   상기 복수의 제1열교환유로들은, 상기 팽창밸브에서 나온 저온의 냉매가 흐르는 냉매관과 상기 냉각수관이 이중관 구조로 이루어지고, 상기 냉각수관이 상기 냉매관의 내부에 배치되어, 상기 마이크로 웨이브를 냉각시킨 고온의 냉각수와 상기 저온의 냉매가 열교환하도록 형성되어, 상기 마이크로 웨이브 생성기를 통과한 냉각수의 열원을 상기 증발기에 공급하고,
   상기 복수의 제2열교환유로는, 상기 냉매관의 외측을 감싸도록 형성되어 상기 열풍 배출덕트를 통해 상기 건조기에서 배출된 고온의 공기와 상기 저온의 냉매와 열교환하도록 형성되어, 상기 건조기에서 배출된 공기의 열원을 상기 증발기에 공급하는 건조 시스템.
2. 삭제
3. 삭제
4. 청구항 1에 있어서,
   상기 복수의 제1열교환유로들은, 각각 상기 냉매가 흐르는 냉매관들과, 상기 냉매관의 내부에 배치되고 상기 냉각수가 흐르는 상기 냉각수관들을 포함하고,
   상기 냉매관들의 일단에 연결되어 상기 냉매가 유입되는 냉매 유입헤더와;
   상기 냉매관들의 타단에 연결되어 상기 냉매가 토출되는 냉매 토출헤더와;
   상기 냉각수관들의 일단에 연결되어 상기 냉각수가 유입되는 냉각수 유입헤더와;
   상기 냉각수관들의 타단에 연결되어 상기 냉각수가 토출되는 냉각수 토출헤더를 포함하는 건조 시스템.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

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