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KR20170106662A - 알루미늄 태양열 집열판 및 열역학 온수생산 시스템을 이용한 농수산물 건조 - Google Patents

알루미늄 태양열 집열판 및 열역학 온수생산 시스템을 이용한 농수산물 건조 Download PDF

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KR20170106662A KR1020160030027A KR20160030027A KR20170106662A KR 20170106662 A KR20170106662 A KR 20170106662A KR 1020160030027 A KR1020160030027 A KR 1020160030027A KR 20160030027 A KR20160030027 A KR 20160030027A KR 20170106662 A KR20170106662 A KR 20170106662A
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Abstract

본 발명의 기본 안은, 무한한 태양열을 이용하여 물을 덥히는 태양열 보일러의 장점과 히트펌프의 특성을 결합하여 높은 에너지 효율을 유지하면서 낯이나 밤이나 또는 엄동설한에도 온수를 생산할 수 있는 보일러 시스템을 구현하여 농수산물 건조에 적용하려는 것으로서,
롤본드 방식으로 알루미늄 태양열 집열판을 제작하고, 히트펌프의 핀코일 증발기 대신 알루미늄 태양열 집열판을 사용하면, 태양열 또는 대기 열을 직접 포집하기 때문에 히트펌프보다 월등한 에너지 효율을 얻을 수 있음은 물론, 알루미늄 태양열 집열판을 건조부 내부에 설치하여 고열의 수증기를 응축시켜 응축된 물만 외부로 배출 시키므로 서 건조에 필요한 에너지를 대폭 절감하며, 방열 온도를 쉽게 제어하므로 피 건조물의 품질 향상을 극대화 할 수 있다.

Description

알루미늄 태양열 집열판 및 열역학 온수생산 시스템을 이용한 농수산물 건조{Agricultural and fishery dry using the aluminum solar panels and thermodynamic solar hot water system}
알루미늄 태양열 집열판을 이용한 열역학 태양열 온수생산 시스템을 활용하여, 농수산물을 대량으로 건조하는, 건조기술 분야.
농산물 건조는 직접 또는 간접적으로 에너지를 투입하여 피 건조물에 함유된 수분이나 용제 등을 제거하는 단위조작으로서, 자연건조방식인 태양열, 해풍을 이용하는 방법과 가스, 기름 전기 등 에너지를 이용하는 방법이 있다. 에너지 이용 건조방법 중, 전기나 가스, 기름을 이용한 열풍건조방식은, 에너지 소모가 과다하고, 상품의 품질도 떨어지는 편이다.
일반적인 열풍건조공정은, 보유열량의 대부분을 피 건조물의 온도상승과 수분증발에 사용한 후, 방열손실을 제외한 열풍의 대부분이 그대로 배출 되기 때문에, 다른 건조방식에 비해 습공기의 배기 방출량이 많고, 나가는 열량도 크므로, 에너지 손실이 큰 단점이 있다.
따라서 열풍건조공정에서 배기가스가 갖고 나가는 건(乾) 공기와 수증기의 손실 열을 효과 적으로 회수 이용하는 것이 에너지절약의 중요한 요인이라 할 수 있으며, 배기가스의 손실 열을 효과적으로 회수 이용하기 위한 응축열교환기 및 열 펌프(Heat pump) 등을 이용하는 제습 건조기술이 적용되고 있다. 열 펌프에 의한 건조기술은 가스, 기름보일러에 의한 건조방식보다 에너지를 크게 절약(60% 이상)하는, 장점 및 특징이 있다.
알루미늄 태양열 집열판을 이용한 열역학 온수생산 시스템에 의한 농수산물 건조방식은, 태양열 또는 대기열을 포집하여 온수를 생산하며, 온수에 의한 건조를 하는 것은 물론, 건조실 내에 수증기를 응축시키는 증발기(알루미늄 태양열 집열판)를 설치하여 수증기를 제거하므로 에너지를 크게 절약할 수 있다.
전기, 가스, 기름을 사용하여 농수산물을 건조하는 일반적인 열풍건조 방식은, 가열공기의 온도와 습도에 따라 건조속도가 결정되는데, 가열공기의 체류시간이 짧고 배기가스가 갖고 나가는 열량(건 공기의 현열 및 수증기의 잠 열)이 크므로 에너지손실이 큰 단점이 있다. 이러한 열풍건조의 단점을 고려하여 개발한 건조방법이 열 펌프(Heat pump) 건조방식이다.
열 펌프 건조방식은, 저온에서 열에너지를 흡수하여 고온에서 방열하는 냉동사이클로서, 건조공정에서는 냉매 등의 매체를 사용하는 냉매 압축식 열 펌프를 주로 사용하며, 이 시스템은 증발, 압축, 응축 및 팽창 과정을 반복하는 사이클을 형성 한다. 이러한 열 펌프 이용 건조시스템은 피 건조물을 통과한 후에 수증기를 포함한 공기로부터, 열 펌프의 흡열부분(증발기)에서 수증기가 잠열로서 가지고 있는 열에너지를 회수하면, 공기 중에 동반한 수증기가 응축되어 제거된다. 수증기가 제거된 공기를 열 펌프의 방열부(응축기)에서 다시 가열하여 온도를 올리면 공기의 상대습도는 낮아지게 된다. 이것을 건조부로 순환시킴으로써 열 펌프에 의한, 제습형의 건조기를 구성할 수 있다.
열 펌프의 건조방식은 열풍건조에 비해 60% 이상의 에너지 절약을 할 수 있지만, 현재의 열 펌프 건조는 많은 에너지를 사용하기 때문에 추가적인 에너지 절약이 요구됨은 물론, 농수산물을 건조하는데 필수인 온도 조절이 어려운 것이 개선을 필히 해야 할 점이다. 온도조절이 안되면 피 건조물의 품질이 떨어진다.
본 발명의 수단은, 집열 성능이 탁월한 알루미늄 태양열 집열판과 본 알루미늄 태양열 집열판을 이용한 열역학 태양열 온수생산 시스템을 농수산물을 건조하는데 적용하여 에너지를 절약하고 피 건조물의 품질을 개선하는 것이다.
롤본드 제조방식에 의해 만들어진 알루미늄 태양열 집열판을 증발기로 사용하고, 압축기, 응축기, 팽창밸브로 열역학 태양열 온수생산 시스템을 구성한다.
알루미늄 태양열 집열판(증발기)의 일부 수량은 건조부의 외부에 설치하여, 태양열 및 대기열을 포집하여 온수를 생산하고, 태양열 집열판(증발기)의 일부 수량은 건조부의 내부에 설치하여 제습 역할을 담당하도록 한다.
열역학 태양열 온수 생산시스템에 의한 건조방식은, 온수로 만들어진 열풍이 피 건조물을 통과하면서 수증기를 발생시킨다. 수증기를 포함한 공기가 알루미늄 태양열 집열판(증발기)을 통과하면서 수증기가 잠열로서 가지고 있는 열에너지를 회수하게 되고, 공기 중에 동반한 수증기가 응축되어 제거된다. 수증기가 제거된 공기를 방열부에서 가열하여 온도를 올리면 공기의 상대습도는 낮아지게 된다. 이런 과정을 반복하므로써 열역학 태양열 온수생산시스템에 의한 제습 형의 건조기를 구성할 수 있다.
농수산물을 건조하는 방법 중, 가장 많이 사용하고 보편화된 방법이 열풍건조방식이다.
열풍건조방식이 가장 많이 보급된 이유는, 건조기 제작이 쉽고, 제작 단가가 낮기 때문이다.
그러나 열풍건조는 에너지 낭비가 워낙 크기 때문에 대형 건조장 방식으로는 합당하지 않다.
에너지를 절약하고 큰 규모로 건조할 수 있는 방안으로 안출된 방식이 열 펌프 건조방식이다.
열 펌프 건조방식은, 열풍건조 방식에 비해 무려 60% 이상 에너지를 절감할 수가 있는 장점이 있다. 반면, 냉동고추 같은 냉동식품을 건조할 때는 반드시 보조 히터를 사용해야 하므로 에너지 낭비를 초래하며, 농수산물을 건조할 때는 열과 습을 제어해야 하는데, 열 펌프 방식의 건조는 온도 제어가 어렵다.
알루미늄 태양열 집열판 열역학 온수생산 시스템에 의한 건조방식은, 외부에 설치한 태양열 집열판에 의해 온수를 생산하여 온수탱크에 저장하며, 저장된 온수를 사용하여 건조부에 열풍을 가하므로 보조히터가 필요 없고, 큰 면적의 알루미늄 집열판에 의해 습기를 제거하므로 습기 방출에 의한 손실을 줄임은 물론, 온도제어를 자유자재로 할 수 있으므로, 피 건조물의 품질을 최상으로 할 수 있는 특징이 있다. 알루미늄 태양열 집열판 열역학 온수생산 시스템에 의한 농산물 건조는, 열 펌프 건조방식에 비해 에너지 비용을 50% 이상 절감할 수 있는 큰 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 기술이 적용된 알루미늄 태양열 집열판(증발기) 평면도.
도 2는 본 발명의 기술이 적용된 농수산물 건조기 평면도.
알루미늄 태양열 집열판(증발기)(10)을 제작하기 위한 소재는, 열 전도가 우수하고, 내식성이 강하며, 가공이 용이한, 순도 99.5% 이상 알루미늄 판(Sheet)으로 하고, 두께는 1.5~2.0mm가 적당하다. 태양열 집열판(10) 규격은, 가로 2,000mm, 세로 1,000mm 이내가 바람직하다,
알루미늄 태양열 집열판(10)에 형성된 냉매 유동관(23)과 유동관 간격은, 30mm ~ 60mm가 되도록하며, 냉매 유동관(23) 외경은 3mm ~ 6mm 의 범위가 되도록 한다.
태양열 집열판(10) 사면(四面)은, "ㄷ" 자(27) 형태로 마무리하여 집열판의 구조를 보강하며, 취급을 용이하게 한다. 사면(四面)의 "ㄷ" 자 구부림의 두께는 20mm ~ 25mm가 적절하며, 긴 면 에는 구경 8mm의 볼트구멍을 각 3개씩(양면 6개) 만들어, 태양열 집열판(증발기)(10)을 건조부(50)의 구조물에 설치 시, 지지대 부착용으로 활용한다.
알루미늄 태양열 집열판(증발기)(10)은, 양극산하, 고 내식성의 흑색 도장을 한다. 알루미늄 태양열 집열판(증발기)(10)의 입구(26)와 출구(25)는 동(銅)재질의 파이프를 용접하여 온수생산시스템(30)과의 배관(34)연결을 용이하게 한다.
위에 기술한 알루미늄 태양열 집열판(증발기)(10)에 대한 내용은, 본 발명의 첫째로 안출된 내용이고, 알루미늄 태양열 집열판 열역학 태양열 온수생산 시스템을 이용한 농수산물 건조시스템은, 압축, 응축, 팽창, 증발 과정(Cycle)을 반복 함으로서 구현된다. 이러 과정의 역할을 담당하는 각 구성 품은, 알루미늄 태양열 집열판(증발기)(10), 압축기(31) 응축기(32) 그리고 팽창밸브(33)이며, 태양열 집열판(증발기)(10)을 비롯한 각 구성품 연결은 동관(銅管)으로 한다.
건조부 외부에 설치된 알루미늄 태양열 집열판(증발기)(10)과 건조부 내부에 설치된 집열판(증발기)(10) 그리고 온수생산 시스템(30)의 가동으로 온수가 생산된다. 생산된 온수는 온수탱크(40)에 저장되며, 온수탱크의 수온이 낮아지면 온수생산 시스템은 재 가동을 하여 설정 온도를 유지한다. 알루미늄 태양열 집열판(10)은, 태양열을 직접 받아 집열 하므로, 이를 이용한 열역학 태양열 온수생산 시스템의 에너지 효율은 대단히 높아, 열성적 계수(COP)는 6 이상을 얻을 수 있다.
온수탱크(40)의 온수는 물 순환 펌프(41)에 의해 방열부(42)로 보내지고, 방열부는 발열을 시작한다. 방열기와 함께 장착된 공기순환 팬(43)이 작동을 하여 공기를 순환 시킨다. 열풍은 대차(52)에 가득 채워진 채반과 채반 사이를 지나 건조부(50) 천정 쪽으로 순환을 하며, 천정 쪽에 설치된 알루미늄 태양열 집열판(증발기)(10) 사이를 통과하여 순환하며, 열풍의 순환은 채반에 담긴 농수산물의 건조가 끝날 때까지 계속된다. 계속되는 열풍에 의해 농수산 피 건조물은 가열되고 수분의 증발이 시작된다. 증발된 수증기는 열풍과 함께 건조부(50)를 계속 순환한다.
열역학 태양열 온수생산 시스템의 집열판(증발기)(10)은 증발을 하여 급속도로 냉각된다.
집열판(증발기)(10)의 냉각은, 건조부(50)를 순환하는 수증기가 잠열로서 가지고 있는 열에너지를 회수하게 되며, 공기 중에 동반한 수증기가 응축되어 배수구(51)를 통해 밖으로 배출된다.
수증기가 제거된 공기를 방열기(42)에 의해 계속적으로 가열하여 온도를 올리면, 공기의 상대습도는 점차적으로 계속해서 낮아지게 된다. 이런 과정을 반복 함으로서 알루미늄 태양열 집열판을 이용한 열역학 온수생산 시스템에 의한 농수산물의 건조를 이룩할 수 있다.
알루미늄 태양열 집열판을 이용한 온수생산 시스템에 의한 농산물 건조방식은, 현재 농 수산물 건조에 널리 사용되는 열 펌프를 이용한 건조방식과 유사하지만, 태양열보일러의 장점과 열 펌프의 특징을 결합(Hybrid)한 시스템에 의한 건조이므로, 열 펌프에 비해 에너지 효율이 탁월함은 물론, 공급 열을 온도를 조절할 수 있으므로, 피 건조물의 품질을 극대화 할 수 있다. 따라서 본 건조 방식은 에너지절약을 위해서라도 시급히 시행해야한다.
10 : 알루미늄 태양열 집열판(증발기)
20 : 냉매유동 분할공급부
21 : 냉매유동 보상관
22 : 냉매유동 모세관
23 : 냉매증발 확산관
24: 기체냉매 취합부
25 : 기체냉매 출구
26 : 액체냉매 입구
27 : "ㄷ" 구조
30 : 온수생산 시스템
31 : 압축기
32 : 응축기
33 : 팽창밸브
34: 냉매배관
40 : 온수탱크
41 : 물 순환펌프
42 : 방열부
43 : 공기순환 팬
50 : 건조부
51 : 배수구
52 : 대차(채반)

Claims (1)

  1. 롤본드 방식으로 알루미늄 태양열 집열판(증발기)(10)을 제작하고, 알루미늄 태양열 집열판을 사용한 열역학 온수생산 시스템을 구성한다.
    알루미늄 태양열 집열판(증발기) 온수생산 시스템을 이용한 농수산물 건조시스템 구성은,
    온수생산시스템(30)과 온수탱크(40) 그리고 알루미늄 집열판(증발기)(10)의 일부 수량을 건조부(50) 외부에 설치하여 태양열과 대기열을 포집하는대 사용하고, 알루미늄 태양열 집열판(증발기)(10) 일부 수량은 건조부(50) 내부에 설치하여 수증기를 응축시키는데 사용한다.
    롤본드 방식으로 알루미늄 태양열 집열판(증발기)(10)을 제작하고, 알루미늄 태양열 집열판을 사용한 열역학 온수생산 시스템을 이용한 농수산물 건조방식은 농산물 외 모든 건조에 사용한다.
KR1020160030027A 2016-03-14 2016-03-14 알루미늄 태양열 집열판 및 열역학 온수생산 시스템을 이용한 농수산물 건조 KR20170106662A (ko)

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