전기식 건조시스템

전기식 건조시스템{Electrical drying system}

본 발명은 건조시스템에 관한 것으로서, 구체적으로는 고온의 수증기와 온수를 발생시키는 전기아크 반응장치를 이용하여 농수산물, 냉동물류 등을 건조하는 건조시스템에 관한 것이다.

농수산물은 쉽게 변질되는 제품의 특성 때문에 유통 및 보관기한을 늘리기 위하여 건조물의 형태로 유통되는 경우가 많다. 그런데 수확한 농수산물을 자연적으로 건조시키는 데는 한계가 있기 때문에 대부분의 생산자들은 건조기를 이용하여 인공적으로 농수산물 등을 건조시키고 있다.

건조기는 고온의 환경에서 내부에 안치된 대상물을 건조시키는 장치로서, 종래의 건조기는 건조실의 측벽에 설치된 열선을 이용하거나 기름보일러의 연소열을 이용하여 고온 분위기를 조성하고 있다.

그런데 종래의 건조기들은 소규모로 운영하는 데는 큰 문제가 없으나, 대규모 건조설비로 활용하려면 전력비용이나 연료비용이 과도하게 발생하기 때문에 사용자 의 입장에서는 비용부담이 매우 크고 이로 인해 농수산물의 가격경쟁력이 저하되는 문제점이 있다.

또한 건조효율을 높이기 위해서는 건조과정에서 발생하는 습기를 효과적으로 제거해 주어야 하며, 종래의 건조기는 단순히 내부 공기를 주기적으로 환기시키거나 습기제거용 부직포를 이용하여 습기를 제거하고 있다. 그런데 이러한 방법은 소용량의 건조기에서 어느 정도의 제습효과를 얻을 수 있을 뿐이고 대규모 건조설비에서는 충분한 제습효과를 얻을 수 없는 실정이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 최소한의 전력비용으로 건조실의 열원을 확보함으로써 건조기의 유지관리비용을 획기적으로 절감할 수 있는 방안을 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 제습기능을 강화하여 건조효율을 크게 높일 수 있는 건조시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 전술한 목적을 달성하기 위하여, 내부공간을 가지는 건조실; 상기 건조실을 둘러싸는 벽체의 내부에 매설되거나 상기 벽체의 내측에 설치되며 내부에 고온의 유체가 유동하는 히팅배관; 일단과 타단이 각각 상기 건조실의 내부와 연통 하는 제습유로; 상기 건조실의 내부공기를 상기 제습유로의 내부로 유동시키기 위해 상기 제습유로의 내부에 설치되는 송풍팬; 상기 제습유로의 내부에 설치되어 공기 중에 포함된 수증기를 응결시키는 응결수단을 포함하는 건조시스템을 제공한다.

본 발명의 건조시스템의 상기 응결수단은 내부에 냉매가 유동하는 제습용 라디에이터인 것을 특징으로 할 수 있다. 또한 상기 건조실의 외부에는 냉매를 저장하는 냉매탱크가 설치되고, 상기 제습용 라디에이터의 일단과 타단은 각각 냉매공급관과 냉매회수관을 통해 상기 냉매탱크에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 냉매탱크의 내부공기를 상기 제습용덕터의 내부로 유입하는 토출관; 상기 제습유로의 내부공기를 상기 냉매탱크의 내부로 유입하는 흡입관을 더 포함하며, 상기 토출관과 상기 흡입관은 상기 제습용 라디에이터보다 상류에서 상기 제습유로에 연결되는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 제습유로의 내부에는 상기 송풍팬의 상류측 또는 하류측에 상기 응결수단을 통과한 공기를 가열시키는 가열수단이 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 건조실의 내부에는 램프히터가 설치된 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명의 건조시스템은, 상기 히팅배관 내부의 유체가 유동하는 제1유로와 고온의 증기가 유동하는 제2유로를 구비하며, 상기 증기와 상기 유체의 열교환을 통해 상기 유체를 가열시키는 열교환기; 상기 제2유로의 일단과 타단에 각각 연결되는 증기공급관과 응축수회수관; 상기 증기공급관으로 공급할 증기를 발생시키는 전기아크 반응장치을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 상기 전기아크 반응장치는, 상기 증기공급관과 연통하는 내부공간을 가 지는 반응탱크; 상기 반응탱크에 저장되는 용액; 상기 반응탱크로 공급할 용액을 저장하는 용액저장탱크; 상기 용액의 내부에 전기 아크(electric arc)를 발생시키기 위하여 상기 반응탱크를 관통하여 설치되고 상기 용액에 서로 이격되어 침지되는 다수의 전극봉을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

또한 본 발명은, 내부공간을 가지는 건조실; 상기 건조실을 둘러싸는 벽체의 내부에 매설되거나 상기 벽체의 내측에 설치되며 내부에 고온의 유체가 유동하는 히팅배관; 상기 히팅배관 내부의 유체가 유동하는 제1유로와 고온의 증기가 유동하는 제2유로를 구비하며, 상기 증기와 상기 유체의 열교환을 통해 상기 유체를 가열시키는 열교환기; 상기 제2유로의 일단과 타단에 각각 연결되는 증기공급관과 응축수회수관; 상기 증기공급관으로 공급할 증기를 발생시키는 전기아크 반응장치을 포함하며, 상기 전기아크 반응장치는, 상기 증기공급관과 연통하는 내부공간을 가지는 반응탱크; 상기 반응탱크에 저장되는 용액; 상기 반응탱크로 공급할 용액을 저장하는 용액저장탱크; 상기 용액의 내부에 전기 아크(electric arc)를 발생시키기 위하여 상기 반응탱크를 관통하여 설치되고 상기 용액에 서로 이격되어 침지되는 다수의 전극봉을 포함하는 건조시스템을 제공한다.

본 발명에 따르면 대량의 증기 및 온수를 최소한의 비용으로 생산하여 대용량의 건조실을 고온으로 가열할 수 있으므로 건조실 운영에 따른 농가의 비용부담이 크게 경감될 수 있다.

또한 건조과정에서 발생하는 습기를 효과적으로 제거할 수 있어서 건조효율을 크게 높일 수 있다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 건조시스템(100)의 개념도이고, 도 2은 상기 건조시스템(100)에서 전기아크 반응장치(10)를 보다 상세히 나타낸 구성도이다.

본 발명의 건조시스템(100)은 수증기 및/또는 온수를 대량으로 발생시킬 수 있는 전기아크 반응장치(10)를 이용하여 건조실(110)의 내부온도를 높이고 건조실(110)의 내부에 열풍을 발생시키는 점에 특징이 있다.

건조실(110)은 건조대(D)를 수용하는 내부공간을 구비하며, 내부공간을 둘러싸는 벽체에는 히팅배관(112)이 설치된다. 건조실(110)은 컨테이너와 같은 이동식 건조물일 수도 있고 고정식 건축물일 수도 있다.

건조실(110)을 이루는 벽체는 외부와 단열되어야 하므로, 먼저 벽체의 내측에는 와이어매쉬 등을 이용하여 단열재를 부착하고 그 상부에 황토를 이용하여 황토벽체를 구성하는 것이 바람직하다. 황토, 볏집, 작은 돌멩이 등을 포함한 반죽을 이용하여 황토벽체를 만들면 제습, 탈취의 부수적인 효과를 얻을 수 있다. 건조실(110)의 바닥면은 건조대(D)의 이동과 하중을 고려하여 황토를 시공한 후에 그 상부에 시멘트 등으로 마감하고 방수처리를 하는 것이 바람직하다.

황토벽체를 구성하는 천정, 측벽, 바닥면의 적어도 한 곳에는 히팅배관(112) 을 설치한다. 도면에는 천정과 바닥에 히팅배관(112)을 매설하였으나 설치위치가 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 벽체의 내측으로 노출되도록 히팅배관(112)을 설치할 수도 있다. 히팅배관(112)은 내부에서 유동하는 고온의 온수 또는 증기를 이용하여 건조실(110)을 가열시키는 역할을 한다.

건조실(110)의 내부 또는 외부에는 열교환기(120)가 설치되며, 열교환기(120)는 그 내부에 서로 독립된 제1유로와 제2유로를 구비한다. 히팅배관(112)은 그 일단과 타단이 각각 열교환기(120)의 제1유로에 연결되며, 히팅배관(112)의 내부에서 유체를 유동시키는 동력은 펌프(P1)에 의해 제공된다.

열교환기(120)의 제2유로의 일단과 타단에는 전기아크 반응장치(10)에 연결된 제1증기공급관(121)과 수용액 저장탱크(40)에 연결된 제1회수관(122)이 각각 연결된다. 제1회수관(122)에는 응축수를 일시 저장하는 트랩(124)이 설치될 수 있다.

히팅배관(112)의 일단과 타단을 모두 열교환기(120)의 제1유로에 연결하지 않고, 도 3에 도시된 바와 같이 히팅배관(112)의 일단은 열교환기(120)의 제1유로의 일단에 연결하고 타단은 수용액 저장탱크(40)에 연결할 수도 있다. 이 경우에는 수용액 저장탱크(40)와 열교환기(120)의 제1유로의 타단을 연결하는 공급배관(128)이 설치되어야 하며, 공급배관(128)에는 수용액 유동을 위한 펌프(P1)가 설치된다. 이 경우에는 수용액 저장탱크(40)에 저장된 수용액이 히팅배관(112)을 따라 유동하는 열매체의 역할을 하게 된다.

또한 건조실(110)의 내부에는 제습유로(114)가 설치된다. 상기 제습유로(114) 는 건조실(110)의 내부공기를 유입하여 제습한 후 다시 건조실(110)로 배출하는 통로의 역할을 한다.

본 발명의 실시예에서는 건조실(110)의 천정을 따라 설치되는 수평덕트(114a)와, 측벽을 따라 설치되는 수직덕트(114b)를 이용하여 제습유로(114)를 형성하였다.

수평덕트(114a)의 일단은 건조실(110)의 측벽으로부터 소정 간격 이격되고 수직덕트(114b)의 하단은 건조실(110)의 바닥면으로부터 소정 간격 이격된다. 또한 수직덕트(114b)의 직하부에는 건조과정에서 발생한 물이 배출되는 배수구(102)가 형성되며, 배수구(102)의 하단에는 집수장치(104)가 설치된다.

이와 같이 설치된 제습유로(114)는 건조실(110)의 상단 모서리 부근과 하단 모서리 부근에서 각각 건조실(110)의 내부공간과 연통한다. 수평덕트(114a) 또는 수직덕트(114b)의 내부에 송풍장치를 설치하면 건조실(110) 내부의 공기가 제습유로(114)의 내부로 유입되어 유동하게 된다.

이러한 제습유로(114)는 하나만 형성될 수도 있고, 다수 개가 형성될 수도 있다. 제습유로(114)의 설치위치 및 개수는 건조실(110)의 크기에 따라 다양하게 설계될 수 있다. 또한 수평덕트(114a)와 수직덕트(114b)의 폭도 다양하게 변경될 수 있는데, 예를 들어 수평덕트(114a)와 수직덕트(114b)가 각각 건조실(110)의 천정부 및 측벽의 폭과 동일한 폭을 가질 수도 있다. 이 경우에는 관 형태의 덕트를 사용하지 않고, 천정부와 측벽부에 각각 이격되어 설치되는 수평격벽과 수직격벽만으로도 건조실(110)의 내부공간과 격리되는 제습유로를 구현할 수도 있다.

본 발명의 실시예에서는 수평덕트(114a)의 내부에 열풍용 라디에이터(130)와 공기유동을 발생시키는 송풍팬(138)을 설치한다. 열풍용 라디에이터(130)의 일단은 제2증기공급관(131)을 통해 전기아크반응장치(10)에 연결되고 열풍용 라디에이터(106)의 타단은 제2회수관(132)을 통해 수용액 저장탱크(40)에 연결된다.

열풍용 라디에이터(130)와 송풍팬(138)은 제습과정을 거치면서 차가워진 공기를 다시 가열하여 건조실(110)의 내부로 공급하는 역할을 한다. 송풍팬(138)은 건조과정 동안 작동할 수도 있고, 설정된 주기에 따라 간헐적으로 작동할 수도 있다. 한편 열풍용 라디에이터(130)를 대신하여 저항성 발열수단을 설치할 수도 있으나, 건조실과 덕트의 크기가 커질수록 전력비용이 증가하기 때문에 본 발명의 실시예에 따른 전기아크반응장치(10)에서 발생한 증기를 이용하는 것이 비용면에서 더 유리하다.

수직덕트(114b)의 내부에는 제습용 라디에이터(150)가 설치되며, 제습용 라디에이터(150)는 냉매탱크(200)로부터 공급된 냉매(예, 물)가 내부에서 순환하기 때문에 상대적으로 저온상태를 유지한다. 따라서 건조실(110) 내부의 고온다습한 공기가 제습용 라디에이터(150)를 통과하는 과정에서 수증기가 응결되어 제습효과가 얻어진다.

제습용 라디에이터(150)의 내부로 공급되는 냉매는 별도의 냉동사이클을 통해 공급될 수도 있으나, 본 발명의 실시예에서는 유지관리비용을 절약하기 위하여 지 중(G)에 매설된 냉매탱크(200)로부터 공급되는 물을 냉매로 사용한다.

즉, 제습용 라디에이터(150)의 일단과 타단에는 각각 냉매탱크(200)에 연결된 물공급관(151)과 물회수관(152)이 연결되고, 물공급관(151)에는 순환펌프(P3)가 설치된다.

냉매탱크(200)는 지중온도를 이용하여 냉매를 냉각시키는 역할을 하며, 지중(G)과의 빠른 열교환을 위해서는 스테인레스 등과 같은 금속재질로 제작되는 것이 바람직하지만 이에 한정되는 것은 아니다.

냉매탱크(200)의 내부에는 내부탱크(210)가 설치되며, 내부탱크(210)의 바닥면 또는 측면 하단부에는 관통홀(도면에는 보이지 않음)이 설치된다. 따라서 냉매탱크(200)에 저장된 물은 내부탱크(210)의 안팎으로 유동할 수 있게 된다.

내부탱크(210)의 내부에는 분사노즐(220)이 설치되고 분사노즐(220)은 내부탱크(210)의 외부에서 수중펌프(250)에 의해 공급된 물을 내부탱크(210)의 내부로 분사시키는 역할을 한다. 냉매탱크(200)의 주변부는 지중(G)과의 열교환이 활발하여 중앙부에 비해 물의 온도가 상대적으로 낮기 때문에 냉매탱크(200)에 수용된 물과 지중(G)과의 열교환을 촉진하기 위해서는 냉매탱크(200) 내부의 물을 적절히 교반 또는 유동시켜 주는 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에서는 이를 위하여 내부탱크(210)를 설치하고 그 내부에 물을 분사하는 방식을 채택한 것이다. 또한 내부탱크(210)의 내부에서 물을 분사시키면 비산된 물 입자가 후술하는 토출관(161)을 통해 건조실(110)의 내부로 유입되는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명의 실시예에서는 제습용 라디에이터(150)와 함께 보조적으로 사용될 수 있는 제습구조를 제안한다.

즉, 제습유로(114)의 내부공간과 냉매탱크(200)의 내부공간을 토출관(161)과 흡입관(162)으로 연결하고, 토출관(161)에는 냉매탱크(200)의 공기를 제습유로(114)의 내부로 유동시키는 토출팬(167)을 설치하고, 흡입관(162)에는 제습유로(114) 내부의 공기를 냉매탱크(200)의 내부로 유동시키는 흡입팬(168)을 설치한다.

이렇게 하면 흡입관(162)을 통해 냉매탱크(200)로 유입된 고온다습한 공기 중에 포함된 수증기의 일부가 저온의 냉매탱크(200)의 내부에서 응결되므로 토출관(161)의 내부로 유입되는 공기의 절대습도가 크게 줄어들게 된다.

이때 제습유로(114)의 내부공간과 연통되는 토출관(161)의 토출구(163)를 흡입관(162)의 흡입구(164)가 더 높은 곳에, 구체적으로는 공기 유동방향을 기준으로 하류쪽에 설치하는 것이 바람직하다. 제습유로(114)의 내부에서 토출관(161)의 토출구(163)와 흡입관(162)의 흡입구(164)의 사이에는 습기 및/또는 이물질 제거를 위한 필터(170)가 설치될 수 있다.

한편 냉매탱크(200)와 내부탱크(210)의 내부에는 다수의 돌을 넣을 수 있다. 이렇게 하면 전체적인 표면적이 넓어져서 수증기의 응결이 촉진되고, 보다 빨리 지중(G)과의 열적평형이 이루어지는 효과가 있다. 다만 돌을 충진하는 것이 필수적인 구성은 아니므로 필요에 따라 생략될 수도 있다.

이상에서는 건조실(110)의 내부에 설치되는 제습유로(114)가 수평덕트(114a)와 수직덕트(114b)로 이루어진 것으로 설명하였으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어 수직덕트(114b) 또는 수평덕트(114b)만을 설치하고 그 내부에 열풍용 라디에이터(106)와 제습용 라디에이터(150)를 설치할 수도 있고, 필요에 따라서는 수직 또는 수평방향과 다른 방향으로 제습유로(114)를 설치할 수도 있다.

다만, 제습유로(114)의 내부에서 공기가 유동하는 방향을 기준으로 열풍용 라디에이터(106)가 제습용 라디에이터(150)에 비해 하류 쪽에 위치하는 것이 바람직하다. 그래야만 습기가 제거되는 과정에서 차가워진 공기가 열풍용 라디에이터(106)를 통과하면서 가열된 후에 건조실(110)의 내부로 공급될 수 있기 때문이다.

또한 전술한 바와 같이 건조실(110)의 벽체에 이격되는 격벽을 설치하여 벽체와의 사이에 제습유로(114)를 형성할 수도 있다.

또한 제습유로(114)는 도시된 바와 같이 건조실(110)의 내부에 설치되는 것이 간편하지만, 일단과 타단 만을 건조실(110)의 내부공간과 연통시키고 중간부분은 건조실(110)의 외부에 위치시킬 수도 있다. 이 경우에는 건조실(110)의 외부로 노출된 제습유로(114)에 전술한 제습용 라디에이터(150)와 열풍용 라디에이터(106)를 설치하는 것이 바람직하다. 또한 이 경우에는 제습용 라디에이터(150)를 대신하여 제습유로(114)의 주변을 둘러싸는 냉매관을 설치할 수도 있다. 또한 열풍용 라디에 이터(106)를 대신하여 제습유로(114)의 주변을 둘러싸는 저항성 발열코일, 온수관 또는 증기관을 설치할 수도 있다.

한편 냉매탱크(200)를 전술한 바와 같이 지중(G)에 설치하면 사시사철 일정한 온도의 냉매를 확보할 수 있는 이점이 있으나 외기의 온도에 따라서는 냉매탱크(200)를 지중(G)에 매설하지 않고 지상에 설치할 수도 있다. 예를 들어 겨울철의 경우에는 지상의 온도가 지중보다 훨씬 낮으므로 지상에 설치된 냉매탱크(200)를 이용하면 제습효과를 더 놓일 수 있을 것이다. 또한 여름철의 경우에도 건조실(110)의 내부는 외부에 비해 온도가 매우 높으므로 냉매탱크(200)를 지상에 설치하여도 어느 정도의 제습효과를 얻을 수 있다.

또한 지중 냉매탱크(200)와 지상 냉매탱크(200)를 모두 설치하고 외기의 온도에 따라 제습용 라디에이터(150) 및 제습유로(114)와 연결되는 냉매탱크(200)를 선택적으로 결정할 수도 있다.

건조실(110)의 내부에는 내부공간을 향하는 다수의 램프히터(140)를 설치하고, 램프히터(140)의 주변부 및/또는 바닥부에 반사판(142)을 설치할 수 있다. 램프히터(140)는 건조를 촉진시키기 위해 설치되는 것으로서, 지속적으로 또는 설정된 주기에 따라 간헐적으로 점등시킨다.

램프히터(140)의 종류는 제한되지 않으며, 예를 들어 카본램프히터, 할로겐램프히터 등이 사용될 수 있다. 램프히터(140)는 건조실(110)의 천정 및/또는 측벽에 설치되며, 제습유로(114)의 외측면에 설치될 수도 있다.

제1증기공급관(121)과 제2증기공급관(131)은 각각 전기아크반응장치(10)에 직접 연결될 수도 있고, 도시된 바와 같이 전기아크반응장치(10)에 직접 연결된 메인증기공급관(180)으로부터 각각 분기될 수도 있다.

수용액 저장탱크(40)에 저장된 수용액은 전기아크 반응장치(10)에 저장된 수용액이 부족할 경우에 펌프(P2)에 의해 전기아크 반응장치(10)로 공급된다.

건조시스템을 전자적으로 제어하기 위하여 건조실(110)에 온도센서(미도시)를 설치하고, 센서의 검출결과를 피드백하여 히팅배관(112)으로 공급되는 유체의 유량을 제어하거나, 송풍팬(138)의 동작을 제어할 수도 있다.

한편 전기아크 반응장치(10)는 도 2에 도시된 바와 같이 소정 성분의 수용액(14)에 소정 재질의 전극봉(12)을 침지하여 전기아크를 발생시킴으로써 증기 또는 온수를 생산하는 장치이다. 도 4는 전기아크 반응장치(100)와 주변장치를 포함하는 제품 사시도이다.

구체적으로 살펴보면, 전기아크 반응장치(10)는 내부공간을 가지는 반응탱크(11), 상기 반응탱크(11)의 내부에 저장된 소정 성분의 수용액(14), 상기 수용액(14)에 적어도 일부가 침지되는 다수의 전극봉(12)을 포함한다.

반응탱크(11)는 그 용도에 따라 합성수지 또는 금속재질이 선택적으로 사용될 수 있다. 예를 들어 증기 생산용으로 사용하는 경우에는 고압에 대비하여 스테인레 스 등의 금속재질이 사용되는 것이 바람직하고, 온수 생산용으로 사용하는 경우에는 저렴한 합성수지 재질이 사용될 수 있다. 또한 반응탱크(11)의 용량이나 크기는 용도에 따라 적절히 선택될 수 있다.

특히 본 발명의 실시예에 따른 전기아크 반응장치(10)는 수용액(14)의 내부에 전기 아크(arc)를 발생, 유지시킴으로써 종래의 저온전기분해 방식에 비해서 전력효율을 크게 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 이는 수용액(14)의 내부에 전기 아크가 발생한 이후부터 소비되는 전류량이 급격히 줄어들기 때문이다.

반응탱크(11)의 내부에 전기 아크가 발생하면 전극봉(12)에 전기적 충격이 가해지기 때문에 전극봉(12)의 재질을 적절히 선택하는 것이 매우 중요하다. 예를 들어 저온 전기분해장치에서 사용되는 전극봉은 구리, 백금 등의 재질이 주로 사용되는데, 이러한 재질의 전극봉에 상용전원을 인가하여 전기 아크를 발생시키면 전기적 충격으로 인하여 전극봉이 순식간에 파손되어 사용이 불가능한 것으로 확인되었다.

또한 동일한 전극봉(12)이라 하더라도 수용액(14)의 종류에 따라 소손되는 정도가 크게 다르기 때문에 수용액(14)과 전극봉(12)을 적절히 선택하여 조합하는 것이 매우 중요하다.

수용액과 전극봉의 구체적인 성분 및 재질에 대해서는 후술하기로 한다.

전원공급부(20)는 전원선을 통해 전극봉의 각 연결단자(13)에 연결되며, AC전 원을 공급할 수도 있고, AD컨버터(미도시)를 통해 변환된 DC전원을 공급할 수도 있다.

제어부(30)는 반응탱크(11)에 설치된 온도센서(32), 비상용 온도센서(34) 등의 감지결과를 피드백하여 전원공급부(20)의 전원공급을 선택적으로 제어하는 역할을 한다.

즉, 온도센서(32)의 감지결과를 피드백하여 각 전극봉(30)으로의 전원공급을 선택적으로 차단함으로써 수용액(14)의 온도를 목표온도로 유지시키며, 이를 위해 제어부(30)에는 사용자가 수용액(14)의 목표온도를 설정할 수 있는 입력수단(도시하지는 않았음)이 설치되는 것이 바람직하다.

그 밖에도 제어부(30)에는 비상용 온도센서(34)에서 과열온도를 감지하면 전원공급을 차단시키는 비상용 전원차단수단(미도시)을 설치할 수 있다. 제어부(30)의 제어동작에 이용되는 센서는 전술한 것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 압력센서, 실내온도센서, 등도 포함될 수 있다.

그밖에도 도시하지는 않았지만 제어부(30)에는 작업자가 시스템의 각종 변수(예, 수용액 목표온도, 허용압력 등)를 입력할 수 있는 입력수단(스위치, 버튼, 터치스크린 등)과 비상시에 소정의 경고음을 발생시키는 스피커 또는 발광수단 등이 연결될 수 있다.

증기배출관(18)의 일단은 메인증기공급관(180)에 연결되는데, 증기배출관(18)이 연결되는 연결노드(N)를 중심으로 메인증기공급관(180)의 일 측에는 기액분리기(60)가 설치되고, 메인증기공급관(180)의 타 측에는 수위조절탱크(50)와 메인증 기공급관(180)을 연결하는 압력피드백관(62)이 연결된다.

기액분리기(60)는 배출된 증기에 포함된 액체를 분리하는 역할을 하며, 분리된 액체는 액체회수관(61)을 통해 트랩(80)으로 보내지고, 트랩(80)에서 다시 수용액저장탱크(40)로 보내진다. 액체회수관(61)에는 역류방지를 위한 체크밸브가 설치되는 것이 바람직하다.

압력피드백관(62)은 수위조절탱크(50)와 반응탱크(11)의 내부압력을 동일하게 하는 역할을 하며, 따라서 수위조절탱크(50)의 수위를 통해 반응탱크(11) 내부의 수위를 간접적으로 확인할 수 있다. 수위조절탱크(50)에는 수위센서(51)가 설치되며, 제어부(30)가 수위센서(51)의 검출결과를 피드백하여 펌프(P1)를 제어함으로써 반응탱크(11)의 내부로 수용액을 보충할 수 있다.

메인증기공급관(180)에는 각종밸브(91,92)가 설치되며, 특히 과도 압력시에 안전을 위하여 오픈되는 안전밸브(93)가 설치되어야 한다. 그밖에도 메인증기공급관(180)에는 압력게이지(94), 온도게이지(95), 이상압력게이지(96), 절연플랜지(97) 등이 설치될 수 있다.

수용액저장탱크(40)에 저장된 수용액은 펌프(P1)를 통해 반응탱크(11)의 내부로 공급되며, 펌프(P1)와 반응탱크(11)를 연결하는 수용액 보충관(63)에는 역류방지를 위한 체크밸브(98)가 설치되는 것이 바람직하다. 또한 펌프(P1)와 수용액저장탱크(40)를 연결하는 파이프에는 이물질 제거를 위한 스트레이나(99)를 설치할 수 있다.

전술한 액체회수관(61), 압력피드백관(62), 수용액보충관(63) 등은 플렉시블(flexible) 호스를 사용하는 것이 바람직하지만 반드시에 이에 한정되지 않음은 물론이다.

반응탱크(11)는 케이스의 베이스(2)로부터 이격되어 설치되는 것이 바람직하며, 이를 위해 베이스(2)에 다수의 지지봉(4)을 설치하고, 지지봉(4)의 상단에 반응탱크(11)를 설치하는 것이 바람직하다. 이때 반응탱크(11)를 외부 충격으로부터 보호하고 전기적 절연을 위하여 지지봉(4)의 하단부와 베이스(2)의 사이에는 방진절연고무(6)를 개재시키는 것이 바람직하다. 또한 안전을 위하여 베이스(2)는 접지시키는 것이 바람직하다. 상기 베이스(2)는 반응탱크(11)를 내부에 수용하는 케이스의 저면부일 수 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 건조시스템(100)의 핵심적인 구성요소인 전기아크 반응장치(10)에 사용되는 수용액 및 전극봉에 대하여 설명한다.

다음의 표 1은 본 발명의 전기아크 반응장치(10)에 사용되는 수용액(14)의 종류를 나타낸 것이다. MEG 용액은 수용액인지 여부에 상관없이 편의상 함께 표시하였다..

[표 1] 수용액의 종류

즉, 본 발명의 실시예에서는 나트륨계 이온수용액, 황토지장수, 산성이온수용액, 카본수용액, MEG(Mono Ethylene Glycol)용액 등을 반응탱크(11)에 넣고 전극봉(12)간에 아크를 발생시킨다.

나트륨계 이온수용액은 물과 나트륨화합물을 혼합한 것으로서 본 발명의 일 실시예에서는 물과 나트륨화합물을 중량비 100 : 0.6~0.8 의 범위로 혼합하여, 수소이온농도(PH)가 11.00 ~ 12.70 의 범위인 것을 사용한다.

나트륨화합물은 수산화나트륨(NaOH), 글루탐산나트륨, 질산나트륨(NaNO3), 황 화나트륨(Na2S), 황산나트륨(Na2SO4), 탄산나트륨(NaCO3), 탄산수소나트륨(NaHCO3) 중에서 적어도 하나를 선택할 수 있다. 이밖에도 염화나트륨, 차아황산나트륨, EDTA2나트륨, EDTA2칼슘나트륨, 아황산나트륨, 주석산나트륨, 푸마르산나트륨, L-글루탐산나트륨, 5'이노신산이나트륨, 5'리보뉴크레오티드이나트륨, DL-주석산나트륨, 아질산나트륨, 사카린나트륨, 다하이드로초산나트륨, 안식향산나트륨 등이 사용될 수 있다.

다른 실시예로서, 물에 염화나트륨(NaCl)과 글루탐산나트륨을 각각 100: 1: 1.2 의 중량비로 혼합하여 PH 11.00 ~ 12.70 의 범위로 제조한 이온수용액을 사용할 수도 있다.

또 다른 실시예로서, 황토지장수에 수산화나트륨을 첨가하여 PH 11.00 ~ 12.70 의 범위로 제조한 이온수용액을 사용할 수도 있다. 이때 황토지장수는 물에 황토분말을 100 : 20의 중량비로 첨가한 후, 예를 들어 600RPM의 교반기로 약 30분간 교반한 다음 24시간 동안 황토를 침전시키는 방법으로 제조된다.

황토지장수만을 사용하는 경우에는 물과 황토를 7:3 내지 10:3의 중량비로 혼합하여 PH 9.0 ~ 10.8의 범위로 제조하는 것이 바람직하다.

산성이온수용액은 공지된 산성화합물을 이용하여 PH 2.2 ~ 2.5 의 범위로 제조하는 것이 바람직하다. 예를 들어 초산, 빙초산, 글루코산, 구연산, 인산, 주석산, 젖산, 아디피산, 푸마르산, 글리산, 글리산, 솔빈산, 디하이드로초산(DHA), 안 식향산, 프로피온산, 발효식초, 오렌지액, 레몬액, 사과액, 콜라, 맥주 등이 사용될 수 있다.

카본수용액은 물에 흑연, 참숯 등의 카본분말을 100: 10 ~ 20의 중량비로 혼합하여 제조하는 것이 바람직하다.

MEG 용액은 MEG에 흑연, 참숯 등의 카본분말을 100: 10 ~ 20의 중량비로 혼합한 것일 수도 있고, MEG에 전술한 나트륨계 이온수용액을 혼합하여 PH 11.00 ~ 12.70 의 범위로 제조된 것일 수도 있다.

전술한 이온수용액 등에 후술하는 재질의 전극봉(120)을 사용하면, 전기 아크가 발생한 이후에도 반응이 안정적으로 이루어질 뿐만 아니라 전극봉(12)의 손상도 발생하지 않는다. 그러나 PH범위가 전술한 기준보다 작은 경우에는 전기저항반응이 약해서 전기 아크가 발생하지 않고, 이보다 큰 경우에는 상용전원(220V, 380V)에서 폭발적인 전기저항반응이 일어나 전극봉(12)의 용융이나 소손이 발생하게 된다.

한편 전기아크 반응장치(10)에 사용되는 전극봉(12)의 재질은 스프링용 경강선(SWRH), 저합금 고장력강(Low alloy high tension steel), 부식저항 저합금 고장력강 또는 고장력계 탄소강인 것이 바람직하다. 또한 전술한 재질에 니켈, 백금 또는 소정의 합금을 도금한 것을 사용할 수도 있다.

경강선은 탄소성분이 0.4% ~ 0.96% 함량을 가진 경강선재를 열처리 과정을 거친 후 신선한 선재로서 고인장력을 가지는 특성이 있다.

저합금 고장력강은 일반 구조용 탄소강(構造用炭素鋼)에 소량의 합금원소를 첨가한 것으로서, 통상 HT(High-Ten)으로 표시되고 인장강도가 50kg/mm ² 이상, 항복점이 30kg/mm ² 이상이며 내식성, 가공성이 우수한 특성을 가진다.

고장력계 탄소강은 0.2%정도의 탄소를 함유한 탄소강에 규소, 망간, 니켈, 크롬, 구리 등을 첨가한 것으로서 50kg/mm ² 이상의 인장강도를 가진다.

다른 실시예로서, 탄화규소(SiC)나 칸탈(kanthal)을 사용할 수도 있고, 하스텔로이(Hastelloy), 인코넬(inconel), 모넬(monel), 텅스텐 등의 특수강봉을 사용할 수 있다. 탄화규소는 열전도도가 크면서도 내용해성, 내용융성, 내산화성이 뛰어난 특성이 있고, 칸탈은 철-크롬-알루미늄의 합금으로서 전열저항 합금중에서 가장 높은 온도에 견디는 특성이 있다. 또한 하스텔로이는 니켈을 주요성분으로 하는 내산합금이며, 인코넬은 니켈-크롬-철-탄소 등의 합금으로서 내열성이 뛰어난 특성이 있다.

이러한 전극봉(12)은 단상전원에 연결할 경우에는 2개를 사용하고, 3상 전원에 연결할 경우에는 도시된 바와 같이 3개를 사용할 수 있다. 반응탱크(11)의 용량이 큰 경우에는 2쌍 이상의 전극봉(12)을 설치할 수도 있다. 즉, 단상전원인 경우에는 2n(n은 1 이상의 정수)개의 전극봉(12)이 설치되고, 3상전원인 경우에는 3n(n은 1 이상의 정수)개의 전극봉(12)이 설치된다.

또한 전극봉(12)이 도시된 바와 같이 반드시 반응탱크(11)의 상면부를 관통하 여 설치되어야 하는 것은 아니므로 반응탱크(11)의 측면부를 관통하여 설치될 수도 있다. 전극봉(12)과 반응탱크(11)와의 경계부에는 고무패킹 등의 절연성 고정부재가 설치되어야 한다. 특히 금속재질의 반응탱크(11)를 사용하는 경우에는 전극봉(12)이 반응탱크(11)와 접촉하지 않도록 설치되어야 함은 물론이다.

반응탱크(10)의 외부로 노출된 전극봉(12)의 단부에는 전원연결을 위한 연결단자(13)가 형성된다. 연결단자(13)에 인가되는 전원은 상용AC전원일 수도 있고, 직류일 수도 있다.

반응탱크(11)의 저부 또는 측면 하단부에는 수용액(14)을 배출하기 위한 드레인밸브를 연결할 수 있다.

이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 건조시스템(100)의 작동을 설명한다.

먼저 건조실(110)의 내부에 건조할 농수산물 등이 놓여진 건조대(D)를 반입하고 도어를 닫아 밀폐시킨다.

이어서 전술한 성분의 수용액(14)이 채워진 반응탱크(11)에 침지된 각 전극봉의 연결단자(13)에 전력을 공급하면, 전도성을 띈 수용액(14)이 저항성 발열을 하면서 수용액(14)의 온도가 점차 상승한다. 이 과정에서 인가되는 전류량도 점차 증가한다.

그런데 전술한 성분의 수용액(20)이 약 80℃ 까지 가열되면 각 전극봉(14)의 사이에 전기 아크(arc)가 발생하며, 이로 인해 도 5의 사진과 같이 수용액(14)의 내부에 화염구(火焰球)가 발생한다.

특히 아크가 발생한 이후부터는 오히려 소비전력이 감소하기 시작한다.

즉, 수용액(14)을 상온에서 약 80℃까지 상승시키는 과정에서는 소비전류가 최초 약 10A에서 약 50A까지 상승하였으나, 아크가 발생한 이후에는 소비전류가 점차 감소되면서 수용액(14)이 끓기 시작할 때는 약 10A의 수준으로 낮아지는 것으로 확인되었다.

따라서 수용액(14)의 목표온도를 끓는점 이상으로 설정해 두면 최소한의 소비전력으로 대량의 증기를 발생시킬 수 있다. 전극봉을 이용하는 종래 방식에 의하면 오랜 시간 가열하여도 아크가 발생하지 않기 때문에 전류량이 감소하는 현상은 나타나지 않는다.

반응탱크(11)의 내부에서 발생한 고온의 증기는 메인증기공급관(180)을 통해 배출되고, 일부 증기는 제1증기공급관(121)을 통해 열교환기(120)로 공급되고 일부 증기는 제2증기공급관(131)을 통해 열풍용 라디에이터(130)로 공급된다.

열교환기(120)로 공급된 증기는 히팅배관(112)을 유동하는 유체와 열교환을 한 후 응축되어 제1회수관(122)을 통해 수용액 저장탱크(40)로 회수된다. 또한 열풍용 라디에이터(130)로 공급된 증기는 제습유로(114) 내부에서 유동하는 공기와 열교환을 한 후 응축되어 제2회수관(132)을 통해 수용액 저장탱크(40)로 회수된다.

이러한 과정을 통해 건조실(110)의 내부는 히팅배관(112)을 유동하는 고온의 유체에 의해 고온으로 가열되고, 건조물에서 발생한 수증기는 제습유로(114)를 통 과하면서 적절한 수준으로 제거된다.

제습유로(114)의 내부로 유입된 고온다습한 공기 중의 일부는 건조실(110)에 연결된 흡입관(162)을 통해 냉매탱크(200)의 내부로 유입된 후에 일부 수증기가 제거된 상태에서 토출관(161)을 통해 다시 제습유로(114)의 내부로 배출된다. 제습유로(114)의 내부는 냉매탱크(200)에 비해 훨씬 고온이기 때문에 냉매탱크(200)로부터 제습유로(114) 내부로 토출되는 공기의 상대습도는 크게 낮아지게 된다.

또한 제습유로(114)의 내부에서 유동하는 공기에 함유된 수증기는 차가운 표면을 가지는 제습용 라디에이터(150)를 통과하는 과정에서 다시 응결되어 배수구(102)를 통해 배출된다. 이러한 과정을 거쳐 건조과정에서 발생하는 수증기가 지속적으로 제거되므로 건조속도가 크게 빨라지게 된다.

또한 본 발명에 따르면 건조실 내부에 설치된 램프히터(140)에 의해 건조속도가 보다 빨라질 수 있다.

한편 이하에서는 본 발명 특유의 건조방법을 설명한다. 실험에 따르면 농수산물 등을 건조실(110)의 내부에 안치할 때 소정의 건조촉진제를 대상물에 뿌린 후에 램프히터를 조사(照射)하면 건조가 촉진되는 것으로 나타났다.

상기 건조촉진제를 만드는 방법은 다음과 같다.

먼저 물, 황토분말, 토르말린 분말을 각각 70~100 : 30 :1 의 중량비로 혼합하여 교반 및 침전과정을 거친 후 상부액을 추출한다, 추출된 액은 PH 9.0 ~ 10.8 범위의 알카리성을 띄므로 편의상 황토이온알카리수로 칭하기로 한다.

이어서 황토이온알카리수와 식용알코올을 10:1 내지 10:3의 중량비로 혼합하며, 대상물에 뿌려주거나 건조실(110)의 내부로 분사한다. 대상물에 직접 뿌려주는 경우에는 건조대상물 100g 에 대해 0.01~0.1g의 비율로 건조촉진제를 뿌려주는 것이 바람직하다.

이러한 건조촉진제를 건조대상물에 직접 뿌리지 않고 건조실(110)의 내부공간에 분사하는 방법도 있다. 도 6은 이를 위한 건조시스템의 구성도를 나타낸 것으로서, 전기아크 반응장치(10)에 연결된 메인증기공급관(180)에 건조실(110) 내부와 연통되는 증기공급관(190)이 연결되고, 증기공급관(190)의 단부에 증기분사구(192)가 설치되는 점에 특징이 있다. 증기공급관(190)에는 개폐밸브가 설치되어야 한다.

그리고 전기아크 반응장치(10)의 반응탱크(11)의 내부에는 전술한 방법으로 제조된 건조촉진제가 저장되며, 건조촉진제도 PH 9.0 ~ 10.8 범위의 알카리성을 띄므로 전기아크 반응을 일으켜서 대량의 수증기를 발생할 수 있다.

건조대상물을 안치한 후에 소정 시간 동안 증기분사구(192)를 통해 건조실(110)의 내부로 건조촉진제의 증기를 분사시키면, 분사된 증기가 건조대상물의 표면에 내려앉게 되고, 이때 램프히터(140)의 작용에 의해 건조가 촉진된다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 전술한 실시예에 한정되는 것은 아니므로 다양한 형태로 변형 또는 수정될 수 있다. 그런데 이와 같이 변형 또는 수정된 실시예도 후술하는 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 포함한다면 본 발명의 권리범위에 속함은 물론이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조시스템의 구성도

도 2는 전기아크 반응장치를 상세히 표시한 건조시스템의 구성도

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조시스템의 변형예를 나타낸 구성도

도 4는 전기아크 반응장치와 그 주변장치를 나타낸 사시도

도 5는 반응탱크의 내에 전기 아크가 발생한 모습을 나타낸 사진

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 건조시스템의 다른 변형예를 나타낸 구성도

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

10: 전기아크 반응장치 100: 건조시스템

102: 배수구 104: 집수장치

110: 건조실 112: 히팅배관

114: 제습유로 120: 열교환기

121: 제1증기공급관 122: 제1회수관

130: 열풍용 라디에터 131: 제2증기공급관

132: 제2회수관 138: 송풍팬

140: 램프히터 150: 제습용 라디에이터

151: 물공급관 152: 물회수관

161: 토출관 162: 흡입관

170: 필터 180: 메인증기공급관

190: 증기공급관 192: 증기분사구

200: 냉매탱크 210: 내부탱크

220: 분사노즐 250: 수중펌프