KR20240063485A - 피건조물의 건조 특성을 고려한 건조기 설계 장치 및 이를 이용한 건조기 설계 방법 - Google Patents

피건조물의 건조 특성을 고려한 건조기 설계 장치 및 이를 이용한 건조기 설계 방법 Download PDF

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Abstract

본 실시예는 피건조물의 건조 동특성을 고려하여 건조기를 설계하는 방법에 있어서, 피건조물의 함수량 및 건조속도에 관한 건조데이터를 획득하는 단계; 및 상기 건조데이터를 기초로 함수량 대비 건조속도에 관한 건조곡선을 획득하고, 상기 건조곡선의 초기함수율값 및 한계함수율값의 건조속도를 수정된 건조곡선을 획득하는 단계를 포함하는, 건조기 설계 방법을 제공할 수 있다.

Description

피건조물의 건조 특성을 고려한 건조기 설계 장치 및 이를 이용한 건조기 설계 방법 {A DRYER DESIGN DEVICE CONSIDERING THE DRYING CHARACTERISTICS OF THE OBJECT AND A DRYER DESIGN METHOD USING THE SAME.}
본 발명은 피건조물의 건조 특성을 고려한 건조기 설계 장치 및 이를 이용한 건조기 설계 방법에 관한 것이다.
건조기의 설계를 위해서 피건조물의 상태을 파악하여 건조기의 동작을 제어하는 다양한 방법들이 제안되고 있다.
종래의 기술은 한국등록특허공보 KR 10-2079647과 같이 피건조물의 수분량과 목표 피건조물의 수분량에 근거하여 건조 상태를 파악하고 있다. 이러한 방법은 피건조물이 건조되는 과정에서 시간에 따라 수분 증발속도 및 수분 증발량이 달라지는 피건조물의 건조 동특성을 반영하지 않게 되어 건조 효율을 효과적으로 예측할 수 없게 된다.
또한, 이론적인 건조곡선과 실제 건조기의 건조 과정에서 획득되는 건조데이터에 의한 건조곡선에는 차이가 있으므로, 실제 건조기의 운용 과정에서 사용자의 요구 조건에 따른 최적화된 건조기 설계 및 건조 에너지 효율을 계산할 필요가 있다.
이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은, 위와 같은 종래기술의 한계점을 극복하고, 건조물의 건조 곡선을 입력하거나, 혹은 데이터베이스화 되어 있는 건조 곡선을 불러오고, 수정된 건조곡선을 획득함으로써 건조기 효율을 효과적으로 예측할 수 있는 건조기 설계 장치 및 설계 방법을 제공하는 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 실시예는, 피건조물의 건조 동특성을 고려하여 건조기를 설계하는 방법에 있어서, 피건조물의 함수량 및 건조속도에 관한 건조데이터를 획득하는 단계; 및 상기 건조데이터를 기초로 함수량 대비 건조속도에 관한 건조곡선을 획득하고, 상기 건조곡선의 초기함수율값 및 한계함수율값의 건조속도를 수정된 건조곡선을 획득하는 단계를 포함하는, 건조기 설계 방법을 제공할 수 있다.
건조기 설계 방법에서 상기 피건조물의 건조는 드럼식 건조기, 회전식 건조기, 및 통기밴드식 건조기 중 하나에 의해 수행될 수 있다.
건조기 설계 방법에서 상기 수정된 건조곡선의 함수율을 기준으로 적분하여 수분증발량을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
건조기 설계 방법에서 상기 초기함수율값 또는 상기 한계함수율값은 선형보간 방법으로 획득될 수 있다.
건조기 설계 방법에서 상기 수정된 건조곡선의 함수율 범위를 0 내지 1.1까지 업데이트하는 단계를 더 포함할 수 있다.
건조기 설계 방법에서 상기 수정된 건조곡선의 함수율에 따른 순간열량을 구하고, 온도변화량을 계산하여 함수율 구간별로 열전달률(h) 값을 계산할 수 있다.
건조기 설계 방법에서 상기 열전달률(h) 값은 고정된 상수가 아닐 수 있다.
건조기 설계 방법에서 피건조물 투입속도 및 초기함수율값을 반영하여 피건조물의 수분 함유량을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
건조기 설계 방법에서 상기 피건조물의 열에너지, 현열, 및 잠열을 계산하여 필요 잔류시간을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
건조기 설계 방법에서 상기 피건조물의 헌열은 건조기의 표면온도를 입력하여 계산된 것일 수 있다.
건조기 설계 방법에서 상기 잔류시간은 상기 피건조물의 투입속도, 초기함수율, 및 목표함수율을 입력하여 계산된 것일 수 있다.
건조기 설계 방법에서 스팀의 온도 및 압력 정보를 입력하여 스팀의 비엔탈피를 계산하고, 드럼의 배치를 결정하는 단계를 더 포함할 수 있다.
건조기 설계 방법에서 배치의 표면적을 계산하여, 필요 드럼의 개수 및 에너지 플로우를 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
건조기 설계 방법에서 상기 건조기의 작동속도 및 사전에 입력된 상기 건조기의 열손실을 반영하여 예상되는 에너지 효율을 계산하는 단계를 더 포함할 수 있다.
건조기 설계 방법은 컴퓨터에 내장된 설계 프로그램에 의해 수행될 수 있다.
이상에서 설명한 바와 같이 본 실시예에 따르면, 피건조물의 수분량 및 목표 피건조물의 수분량에 근거한 설계가 아닌, 피건조물이 건조되는 과정의 건조 동특성을 고려하여 건조기를 설계할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따르면 사용자 맞춤형 배치에 따른 설계가 가능하고, 건조기 효율 예측이 가능한 건조기 설계 프로그램 및 설계 방법을 제공할 수 있다.
본 실시예에 따르면 드럼식 건조기, 회전식 건조기, 통기밴드식 건조기 등의 다양한 유형의 건조기에서 피건조물의 건조 특성을 고려하여 건조기를 설계할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 건조기 설계 장치의 개요도이다.
도 2는 본 발명에 따른 건조기 설계 장치의 구성도이다.
도 3은 건조시간 대비 건조속도의 변화 그래프이다.
도 4는 함수율 대비 건조속도의 변화 그래프이다.
도 5는 본 발명에 따른 건조기 설계 방법의 순서도이다.
도 6은 본 발명에 따른 기초공정설계의 순서도이다.
도 7은 본 발명에 따른 드럼성능계산을 위한 상세공정설계의 순서도이다.
도 8은 본 발명에 따른 배치계산을 위한 상세공정설계의 순서도이다.
도 9는 본 발명에 따른 실측값 기반 건조곡선 수정 방법을 설명하는 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 수정 건조곡선을 이용하여 열전달률 값을 계산하는 방법을 설명하는 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 건조기 설계 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.
상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 1은 본 발명에 따른 건조기 설계 장치의 개요도이다.
건조기 설계장치(30)은 건조기(10)에서 피건조물(20)으로 열이 전달됨에 따라 피건조물(20)이 건조되는 과정을 모니터링하고, 파라미터들을 저장 및 계산하여 건조기의 최적 설계를 수행할 수 있다.
예를 들어, 건조기(10)에서 피건조물(20)으로 전달되는 열에 의한 건조 과정에서 시간에 지남에 따라 건조기(10)의 열이 완전하게 전달되지 않을 수 있다.
건조기 설계장치(30)은 변화하는 피건조물의 건조 동특성을 모니터링할 수 있고, 이를 반영하여 건조기 설계를 수행할 수 있다.
종래의 기술은 단순하게 피건조물의 현재 수분량 및 목표 수분량에 근거하여 건조기를 설계하였으므로, 이러한 건조 동특성 변화에 따른 피건조물 건조 상태 변화를 충분히 반영하지 못하는 한계점이 있었다.
도 2는 본 발명에 따른 건조기 설계 장치의 구성도이다.
도 2를 참조하면, 건조기 설계 장치(30)은 건조곡선 계산부(31), 건조곡선 보정부(32), 증발 수분량 계산부(33) 등을 포함할 수 있다.
건조곡선 계산부(31)는 피건조물의 함수량, 건조속도 등에 관한 건조데이터를 획득하고, 건조곡선을 계산하는 프로세서 등의 연산장치일 수 있다. 건조곡선 계산부(31)는 건조데이터를 기초로 함수량 대비 건조속도에 관한 건조곡선을 계산 및 획득할 수 있다.
건조곡선은 초기함수율, 한계함수율, 평형함수율 등을 x축 좌표값으로 한 건조속도를 y축으로 하여 그래프로 나타낼 수 있다.
건조곡선 보정부(32)는 건조곡선의 이론치와 건조기의 실제 측정값을 비교하고, 실게 측정값-예를 들어, 초기함수율값, 한계함수율값, 평형함수율값, 및 이에 대한 건조속도-를 반영하여 건조곡선을 보정할 수 있다.
예를 들어, 초기함수율값이 정확하게 측정되지 않을 수 있으므로, 첫번째 함수율, 두번째 함수율 측정값에 대한 건조속도를 보간하여 초기 함수율값을 획득할 수 있다.
예를 들어, 한계함수율값이 한계함수율값 인근의 건조속도를 보간하여 한계함수율값을 획득할 수 있다.
보정된 건조곡선을 기반으로 실제 건조기의 동작을 반영하고, 실제 건조기의 효율을 효과적으로 예측할 수 있다.
증발 수분량 계산부(33)는 함수율 대비 건조속도에 관한 건조곡선에서 특정 구간의 면적을 적분하여 수분량을 계산할 수 있다. 초기함수율값에서 최종함수율값에 관한 면적을 적분하여 전체 수분량을 계산할 수 있고, 한계함수율 이전의 특정 함수율 구간에서 건조된 수분량을 계산할 수 있다.
건조기 설계 장치(30)는 설계 프로그램을 포함한 컴퓨터 장치, 프로세서 등에 의해 연산을 수행하는 장치로 정의될 수 있다.
도 3은 건조시간 대비 건조속도의 변화 그래프이다.
도 3을 참조하면, 건조시간 대비 건조속도 그래프는 건조기의 동작조건 등에 따라 편차가 크게 발생할 수 있다. 이에 따라 건조기의 정확한 건조 효율을 예측하기 위해서는 다른 그래프 및 파라미터를 활용할 필요가 있다.
종래의 기술은 실제 건조기의 동작 특성을 반영하지 못하고, 경험식 기반의 고정 값을 사용하게 되므로 건조 동특성에 따른 변화를 반영하지 못하게 된다. 특히, 종래의 기술은 항율 및 감율의 구분이 없고, 임계함수율, 평형함수율을 고려하지 않으며, 배치에 따른 변화도 고려가 불가능하다.
도 4는 함수율 대비 건조속도의 변화 그래프이다.
도 4를 참조하면, 함수율 대비 건조속도의 건조곡선을 확인할 수 있다.
한계함수율 이전에는 건조속도가 함수율에 따라 증가하게 되나, 한계 함수율 이상의 평형 구간에서는 건조속도가 일정하게 유지되다가 특정 구간에서 건조속도가 감소할 수 있다.
균질한 피건조물이 아닌 슬러지 물질을 건조하는 경우에는 한계함수율의 지점 및 건조완료 지점이 변경될 수 있다. 또한 슬러지 물질의 경우에는 불균일 혼합물에 해당하므로 함수율 대비 건조속도의 분포가 슬러지 물질의 상태 및 종류 등에 따라 다양하게 변화할 수 있다.
따라서, 건조기 설계를 위해서는 피건조물의 건조 특성으로서 평형함수율, 크리티컬 함수율, 항율 구간, 감율 구간 등을 실험을 통해 측정하고, 각 특성들을 모두 반영함으로써 피건조물의 건조 특성을 반영하여 실질적인 요구 열량, 건조효율 등을 정확하게 예측할 수 있게 된다.
도 5는 본 발명에 따른 건조기 설계 방법의 순서도이다.
도 5를 참조하면, 건조기 설계 방법(100)은 기초공정설계(S110), 드럼성능계산을 위한 상세공정설계(S120), 배치계산을 위한 상세공정설계(S130) 등을 포함할 수 있다.
기초공정설계(S110)는 선정된 피건조물의 데이터베이스를 이용하거나, 데이터베이가 없는 경우 직접 건조곡선을 입력하는 단계를 포함할 수 있다.
건조기 설계 과정에서 입력된 혹은 데이터베이스의 건조곡선은 본 계산을 수행하는 전 범위의 데이터가 누락되어 있는 경우가 많다. 이를 이용하기 위해 누락된 데이터에 대한 선형보간을 통해 건조곡선을 수정하여 부족한 데이터를 확보하여 정교화할 수 있다. 기초공정설계(S110)는 사용자 요구 조건에 따른 건조기 설계에 필요한 피건조물과 물의 양을 계산하는 과정을 포함하고 있다.
상세공정설계(S120)는 기초공정설계에서 확보된 건조에 요구되는 물의 현열 및 잠열 양과 피건조물의 현열 열량으로 환산하고, 환산된 증발 열량을 만족하는 공급 열량을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 이를 위해 수정 건조곡선을 이용해 U 값을 계산한다. 본 계산을 통해 이용하는 U 값은 실제 건조곡선에 근거한 값이므로, 기존의 통상적인 물의 증발 총량을 계산하고 설계하는 것과는 큰 차별점을 갖게 된다.
또한, 상세공정설계(S120)에서는 건조에 요구되는 열량과 건조 온도 등을 만족하는 공급 열량을 계산하는 단계를 포함할 수 있다. 이를 통해 사용자가 요구하는 조건에 맞는 건조를 위해 필요한 기본적 설계값-예를 들어, 드럼의 개수, 건조 구간의 길이, 체류시간 등-을 도출할 수 있다.
상세공정설계(S130)은 위 기초공정설계(S110) 및 상세공정설계(S120)의 결과를 이용하여 표준 설계안을 제시하고, 사용자 맞춤형 설계안을 제시할 수 있는 기능을 포함할 수 있다. 사용자 맞춤에 따라 변경되는 기본 설계값을 계산하고 이를 재반영하여 설계 결과를 도출한다. 본 실시예는 최종 설계된 설계안에 대한 열손실 등을 고려한 예상 효율까지 제시하는 것을 그 특징으로 한다.
본 실시예에 따른 건조기 설계 방법(100)은 항율 및 감율 영역을 고려하고, 임계함수율 및 평형 함수율을 고려하여 총 건조 수분량을 정확하게 계산할 수 있다.
본 실시예에 따른 건조기 설계 방법(100)은 건조 동특성에 따른 건조기 성능 변화를 고려할 수 있고, 사용자 맞춤형 배치가 가능할 수 있으며, 건조기 효율을 정확하게 예측할 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 기초공정설계의 순서도이다.
도 6을 참조하면, 기초공정설계(S110)는 피건조물 선정 단계(S111), 피건조물 건조데이터 획득 단계(S112), 건조곡선 입력 단계(S113), 건조곡선 수정 단계(S114), 피건조물 사용자 요구 조건 입력 단계(S115), 피건조물 수분 함유량 계산 단계(S116) 등을 포함할 수 있다.
피건조물 선정 단계(S111)는 피건조 대상이 되는 물질을 선정하고, 해당 피건조물의 파라미터를 획득하는 단계일 수 있다.
피건조물 건조데이터 획득 단계(S112)는 실제 건조기의 운용 과정에서 획득되는 건조데이터로서 피건조물 투입속도, 피건조물의 함수율, 피건조물의 건조속도 등을 획득하는 단계일 수 있다. 건조데이터는 건조기 내부 또는 외부의 온도센서, 수분측정센서 등에 의해 수행될 수 있다.
건조곡선 입력 단계(S113)는 사용자가 직접 건조데이터에 기초하여 건조곡선을 입력하거나, 사전에 제공된 데이터에 기초하여 건조곡선을 불러와 입력하는 단계일 수 있다.
이를 이용하여 기존 단순 요구 열량에 기반하는 설계 대비 실질적으로 요구하는 열량과 피 건조물의 고유한 건조 특성을 고려한 설계를 진행할 수 있다. 표준 타입의 드럼 배치가 제공될 수 있고, 사용자가 배치의 변경을 원하는 경우 드럼의 배치를 변경할 수 있는 모듈 포함할 수 있다. 또한, 데이터베이스에 포함된 드럼에 사용되는 에너지를 계산 및 예측 할 수 있는 모듈도 포함할 수 있다.
피건조물의 건조는 드럼식 건조기, 회전식 건조기, 및 통기밴드식 건조기 중 하나 이상에 의해 수행될 수 있다.
건조곡선 수정 단계(S114)는 함수율 대비 건조속도의 이론치와 실제 측정치를 비교하고, 실제 측정치를 기준으로 건조곡선을 수정하는 단계일 수 있다. 예를 들어, 건조곡선의 초기함수율값 및 한계함수율값의 건조속도를 수정된 건조곡선을 획득할 수 있다.
수정된 건조곡선을 기초로 열전달률(h값)을 계산하고, 이를 역산하여 어떻게 데이터가 변화할지 계산할 수 있다. 종래의 기술은 열전달률(h값)를 고정하여 계산하나, 본 실시예는 구간별로 열전달률(h값)을 조정하여 보다 정확한 건조 효율을 계산할 수 있다.
피건조물 사용자 요구 조건 입력 단계(S115)는 피건조물 투입속도 및 초기함수율값을 입력하는 단계일 수 있다.
피건조물 수분 함유량 계산 단계(S116)는 피건조물 투입속도 및 초기함수율값을 반영하여 피건조물의 수분 함유량을 계산하는 단계일 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 드럼성능계산을 위한 상세공정설계의 순서도이다.
도 7을 참조하면, 드럼성능계산을 위한 상세공정설계(S120)는 기초공정설계(S110)에서 획득된 피건조물의 수분 함유량 및 건조곡선의 정보를 이용하여 수행될 수 있다.
드럼성능계산을 위한 상세공정설계(S120)는 피건조물의 에너지 계산 단계(S121), 건조기 표면온도 입력 단계(S122), 피건조물 현열 계산 단계(S123), 피건조물 잠열 계산 단계(S124), 피건조물 특성 입력 단계(S125), 필요 잔류시간 계산 단계(S126), 스팀 온도 및 압력 입력 단계(S127), 스팀 비엔탈피 계산 단계(S128) 등을 포함할 수 있다.
피건조물의 에너지 계산 단계(S121)는 기초공정설계(S110)에서 획득된 피건조물의 수분 함유량 및 건조곡선의 정보를 이용하여 피건조물의 에너지(U)를 계산하는 단계일 수 있다.
건조기 표면온도 입력 단계(S122)는 건조기-예를 들어, 드럼 건조기-의 표면온도를 입력하는 단계일 수 있다.
피건조물 현열 계산 단계(S123) 및 피건조물 잠열 계산 단계(S124)는 피건조물의 현열 및 잠열을 계산하는 단계일 수 있다.
피건조물 특성 입력 단계(S125)는 피건조물의 특성으로서 피건조물 투입속도, 초기함수율, 목표함수율 등에 관한 데이터를 입력하는 단계일 수 있다.
필요 잔류시간 계산 단계(S126)는 피건조물의 건조를 위해 필요한 잔류시간을 계산하는 단계일 수 있따. 에너지, 현열, 잠열에 관한 정보를 고려하여 필요 잔류시간을 계산할 수 있다.
스팀 온도 및 압력 입력 단계(S127)는 스팀의 온도 및 압력을 입력하는 단계일 수 있고, 예를 들어 스팀 테이블을 이용하여 데이터를 입력할 수 있다.
스팀 비엔탈피 계산 단계(S128)는 스팀의 온도 및 압력 데이터를 기초로 스팀의 비엔탈비를 계산하는 단계일 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 배치계산을 위한 상세공정설계의 순서도이다.
도 8을 참조하면, 배치계산을 위한 상세공정설계(S130)는 드럼성능계산을 위한 상세공정설계(S120)에서 계산한 정보를 이용하여 결과를 도출할 수 있다.
배치계산을 위한 상세공정설계(S130)는 사용자가 원하는 건조기 배치를 설정하는 단계(S131), 사용자 배치에 따른 표면적 계산 단계(S132), 필요 드럼 개수 및 에너지 플로우를 계산하는 단계(S133), 피건조물 특성 입력 단계(S134), 드럼 열손실 반영 단계(S135), 최종 결과 도출 단계(S136) 등을 포함할 수 있다.
사용자가 원하는 건조기 배치를 설정하는 단계(S131)는 사용자의 의사에 따라 건조기-예를 들어, 드럼-의 배치를 변경할 수 있다.
사용자 배치에 따른 표면적 계산 단계(S132)는 사용자가 설정한 배치를 고려하여 표면적을 계산하는 단계일 수 있다. 해당 단계는 사용자가 표준모델을 사용하는 경우에 수행되지 않고, 사용자 임의 배치를 수행하는 경우에만 선택적으로 수행될 수 있다.
필요 드럼 개수 및 에너지 플로우를 계산하는 단계(S133)는 유입되는 스팀, 응축되는 수분, 건조되는 수분, 고체, 공기에 의한 손실 등에 관한 에너지 및 비율을 계산하는 단계일 수 있다. 또한, 표면적에 따른 필요 드럼의 개수를 계산할 수 있다.
피건조물 특성 입력 단계(S134)는 드럼 동작속도 등의 피건조물 특성을 입력하는 단계일 수 있다.
드럼 열손실 반영 단계(S135)는 내부에 사전에 입력된 건조기-예를 들어, 드럼-의 열손실을 저장 및 반영하는 단계일 수 있다.
최종 결과 도출 단계(S136)는 드럼 개수, 드럼 배치, 예상 효율, 예상 건조 진행 등을 결과값으로 제시할 수 있다.
도 9는 본 발명에 따른 실측값 기반 건조곡선 수정 방법을 설명하는 그래프이다.
도 9와 같이 건조곡선 원본은 X축 값을 0.9까지만 가질 수 있다. 이는 함수율이 0.9(d.b)인 상태에서 측정된 건조곡선이기 때문이다.
하지만, 실제 설계에서는 함수율이 1 내지 1.1 까지도 측정된 건조곡선 값이 필요하게 된다. 그 이유는 건조곡선을 측정할 때 보다 높은 함수율을 초기함수율로 입력하는 경우가 존재하기 때문이다.
이러한 부분을 해결하기 위해 선형보간을 통해 건조곡선을 우리가 사용할 수 있는 1.1 수준까지 확보할 수 있고, 최종 함수율도 동일한 방법으로 선형보간을 통해 획득할 수 있다.
이러한 설계에 필요한 데이터 범위 대비 측정을 통해 얻은 데이터의 범위가 좁을 경우 모든 범위의 데이터를 예측하여 설계 프로그램에서 사용할 수 있도록 건조곡선을 수정함으로써, 건조기 설계의 정확성을 향상시키고 데이터 범위 부족으로 인한 설계 제한요소를 줄일 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 수정 건조곡선을 이용하여 열전달률 값을 계산하는 방법을 설명하는 그래프이다.
도 10과 같이 수정건조곡선을 이용해서 함수율에 따른 순간 열량을 구할 수 있다. 그리고 내부 연산을 통해 계산된 델타 T 값(온도 변화량)을 이용하여 열전달률(h) 값을 구할 수 있다.
기존의 설계에서는 h 값은 특정 값(상수)을 대부분 이용하게 되나, 본 실시예에 따른 설계에서는 피 건조물의 특성에 맞는 h 값을 피 건조물의 함수율에 따라 맞춤형으로 제시할 수 있게 된다.
그러므로 건조곡선 기반 항율 건조는 물론 감율 건조를 포함한 모든 피건조물의 특징을 반영한 열전달률(h)값을 제시할 수 있으며, 이를 바탕으로 계산 및 설계를 진행하므로 매우 높은 정확도의 설계가 가능하다.
도 11은 본 발명에 따른 건조기 설계 시뮬레이션 결과를 나타낸 그래프이다.
도 11과 같이 4단 드럼 건조기의 경우의 시간에 따른 함수율 변화와 시뮬레이션 결과를 비교할 수 있고, 높은 예측 결과치를 확인할 수 있다.
이러한 방법으로 기존 단순 수분량 기반 계산시, 항율 건조만 고려 가능하게 되는 문제점을 극복할 수 있고, 본 실시예에 따른 설계는 항율 및 감율 건조가 모두 고려되므로 실질적인 요구 열량 계산 가능하게 된다.
즉, 피건조물의 고유한 건조 특성을 실험을 통해 측정하여 이용함으로써, 건조 특성에 중요한 요소로서 평형함수율, 한계 함수율, 항율 구간, 감율 구간 등을 모두 반영하여 피건조물의 건조 동특성을 고려할 수 있고, 사용자 맞춤형 배치에 따른 설계가 가능하며, 건조기 효율 예측이 가능할 수 있게 된다.

Claims (15)

  1. 피건조물의 건조 동특성을 고려하여 건조기를 설계하는 방법에 있어서,
    피건조물의 함수량 및 건조속도에 관한 건조데이터를 획득하는 단계; 및
    상기 건조데이터를 기초로 함수량 대비 건조속도에 관한 건조곡선을 획득하고, 상기 건조곡선의 초기함수율값 또는 한계함수율값의 건조속도를 수정된 건조곡선을 획득하는 단계를 포함하는, 건조기 설계 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 피건조물의 건조는 드럼식 건조기, 회전식 건조기, 및 통기밴드식 건조기 중 하나에 의해 수행되는, 건조기 설계 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 수정된 건조곡선의 함수율을 기준으로 적분하여 수분증발량을 계산하는 단계를 더 포함하는, 건조기 설계 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 초기함수율값 또는 상기 한계함수율값은 선형보간 방법으로 획득되는, 건조기 설계 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 수정된 건조곡선의 함수율 범위를 0 내지 1.1까지 업데이트하는 단계를 더 포함하는, 건조기 설계 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 수정된 건조곡선의 함수율에 따른 순간열량을 구하고, 온도변화량을 계산하여 함수율 구간별로 열전달률(h) 값을 계산하는, 건조기 설계 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 열전달률(h) 값은 고정된 상수가 아닌, 건조기 설계 방법.
  8. 제 1 항에 있어서,
    피건조물 투입속도 및 초기함수율값을 반영하여 피건조물의 수분 함유량을 계산하는 단계를 더 포함하는, 건조기 설계 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 피건조물의 열에너지, 현열, 및 잠열을 계산하여 필요 잔류시간을 계산하는 단계를 더 포함하는, 건조기 설계 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 피건조물의 헌열은 건조기의 표면온도를 입력하여 계산된 것인, 건조기 설계 방법.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 잔류시간은 상기 피건조물의 투입속도, 초기함수율, 및 목표함수율을 입력하여 계산된 것인, 건조기 설계 방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    스팀의 온도 및 압력 정보를 입력하여 스팀의 비엔탈피를 계산하고, 드럼의 배치를 결정하는 단계를 더 포함하는, 건조기 설계 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    배치의 표면적을 계산하여, 필요 드럼의 개수 및 에너지 플로우를 계산하는 단계를 더 포함하는, 건조기 설계 방법.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 건조기의 작동속도 및 사전에 입력된 상기 건조기의 열손실을 반영하여 예상되는 에너지 효율을 계산하는 단계를 더 포함하는, 건조기 설계 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 건조기 설계 단계는 컴퓨터에 내장된 설계 프로그램에 의해 수행되는, 건조기 설계 방법.
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