히트펌프 사이클을 이용한 건조 공정은 최종 제품의 생산을 위하여 많은 산업 분야에 요구되는 필수 공정으로 본 논문에서는 대형 히트펌프 건조기의 상부 분리대의 가이드 베인의 형상 및 수량을 최적화 하였다. 이를 위해 팬은 성능곡선 모델을 사용하였고, 증발기와 응축기는 다공성 매질로 가정하였다. 이는 팬을 통과하여 가이드 베인을 따라 건조기 입구로 들어가는 바람의 균일도를 예측할 수 있어 설계 정확도 향상에 기여할 수 있다.
최근 많은 열에너지를 필요로 하는 열풍식 건조기 대신 에너지 효율이 높은 히트펌프 건조기가 제지, 섬유, 목재, 식품 등 다양한 분야에서 사용되고 있다. 본 논문에서는 냉동 농산물 건조 초기에 전기히터 사용을 최소화하여 에너지 효율을 높이고자, 압축기 출구 고온가스 우회 시스템에 대한 히트펌프 사이클 특성을 이론적으로 고찰하였다. 또한, 추가 열을 확보하기 위하여 외부공기 유입을 위한 댐퍼를 고려하였고 이의 최적화를 통해 에너지 효율 향상이 가능함을 보였다.
기존의 열풍건조기의 효율은 약 30% ~ 50%인 반면, 최적 설계된 열풍-열펌프 건조기 효율은 약 60% ~ 80% 수준이므로 에너지 효율향상과 에너지 절약을 이룰 수 있다. 외국의 여러 사례에서는 기존 대비 약 60% ~ 80%의 에너지를 절약할 수 있으며, 밀폐형 순환방법을 사용하여 건조공기에 포함될 수 있는 환경오염물질의 외부로의 유출을 최소화 할 수 있어 기존의 건조기에 비해서 환경문제에 적극적으로 대응할 수 있을 것을 판단된다. 본 논문에서는 이와 같은 특성을 가진 건조기에 적용하기 위한 고온 생산이 가능한 열펌프를 얻기 위하여 시스템의 사이클을 설계하고 시스템을 구축하여 목표 성능을 만족하는지 여부를 확인하였다. 본 연구에서는 열펌프 복합건조기 적용을 위한 고온용 열펌프 시스템을 설계하고 제작한 후, 성능평가를 수행하여 다음의 결론을 얻었다. (1) 고온생산을 위한 시스템 설계는 2사이클이 가장 우수한 것으로 나타났다. (2) 2사이클 시스템은 저단이 R134a를, 고단이 R124를 냉매로 사용할 경우 가장 적합한 것으로 나타났다. (3) 사이클 운전을 통하여 상용압력으로 간주되는 범위에서 R134a시스템은 $75^{\circ}C$, R124시스템은 $95^{\circ}C$ 생산이 가능한 것으로 나타났다. (4) 수냉식 2사이클 시스템의 성능 시험을 수행한 결과 목표성능을 상회하는 결과를 얻어 고온 생산이 가능한 열펌프 시스템의 설계 및 제작이 가능한 것으로 나타났다.
Drying process, corresponding to a final process in the area of food engineering, requires a lot of heat energy. Thus, the energy efficiency is very important for dryers. Since the energy efficiency of heat pump dryers is much higher compared to that of electric dryers or other types of dryers, most of large-capacity dryers are adopting heat pump. In this study, shapes, positions and number of air-circulating fans, guide vanes, air inlet, outlet and top separator were varied for optimization of the flow of a large-capacity heat pump dryer. In addition, fans were modelled with performance curves and porous media were assumed for foods and heat exchangers. The simulation results were applied to the 12-ton dryer and the velocity distributions were experimentally examined. Finally, uniform drying in time was successfully accomplished through frozen pepper experiment.
A heat pump dryer for the frozen food needs to preheat the air to a certain temperature where condensation can efficiently occur. In this study, an analysis of a heat pump dryer performance with operating conditions, an analysis of supplying heat with internal and external evaporators and a warm-up experiment with the evaporators have been performed. The results showed that the external evaporator can significantly accelerate the warm-up time of the dryer, so that it can reduce power consumption greatly. The use of the external evaporator is more efficient for higher ambient temperature. In addition, it was found that COP decreases and the range of evaporating pressure for the evaporator becomes narrower as the condensing temperature of the condenser increases.
In the present study, the performances of a fin-tube evaporator and three PF evaporators for a heat pump dryer were experimentally investigated. Among the tested evaporators, the PF3 type evaporator showed the highest values of heat transfer capacity and dehumidification performance, while the fin-tube evaporator had the lowest values. PF3 showed better performance compared to PF1 and PF2, due to the large pin pitch, which leads to more draining for dehumidified water. Also, the $45^{\circ}$ inclined PF evaporator presented better performance than that of the $90^{\circ}$ inclined PF evaporator, owing to its easier draining characteristics. The effect of air velocity was revealed to be quite large. When the air velocity increased by 20%, the heat transfer capacity and dehumidification performance increased 43%/11%, 48%/13% and 54%/23% for PF1, PF2 and PF3, respectively.
In this study, energy performance of two types of food dryers which are electric heater and heat pump is studied experimentally. With drying chamber temperatures controlled at 45, 50 and $55^{\circ}C$, sliced radish is dried from an initial mass of 90 to final 7 kg. Moisture content, drying time, total power consumption, MER (moisture extraction rate, kg/h) and SMER (specific moisture extraction rate, kg/kWh) are measured and analyzed. As the drying chamber temperature is increased, drying time is shortened but energy efficiency is reduced for both types. For an electric heater dryer, the effect of chamber temperature on drying time is significant but less significant on energy efficiency. For a heat pump dryer, the dependence of chamber temperature on drying time is weak but strong on energy efficiency. Temperature levels have little effect on electric heater dryer performance but strong effect on heat pump dryer which operates on a vapor compression refrigeration cycle. The energy performance of the heat pump dryer is superior with an average SMER of 2.175 kg/kWh which is 2.22 times greater than that of the electric heater dryer with SMER of 1.224 kg/kWh.
The objective of this study is to investigate the performance of a heat recovery heat pump dryer using a R245fa refrigerant experimentally. In this study, the main components of the heat pump dryer were an evaporator, a compressor, a condenser, and an expansion valve. As a result, when the amount of refrigerant varied from 15 kg to 16 kg, the hot air outlet temperature in the condenser and the heat transfer rate were almost kept constant. Therefore, the amount of refrigerant at 16 kg was considered to be a suitable amount in the heat pump. As the air inlet velocity varied from 0.5 m/s to 1.5 m/s, the highest temperature in the condenser could be obtained when the air inlet velocity was 0.5 m/s. The heat transfer rate, system (COP), and hot air outlet temperature were 5.6 kW, 3.4, and $102.5^{\circ}C$, respectively, when the bypass ratio and water temperature were 0% and $60^{\circ}C$.
In this paper, we investigate how the power consumption of a heat pump dryer depends on various factors in the drying process by analyzing variables that affect the power consumption. Since there are in general many variables that affect the power consumption, for a feasible analysis, we utilize the principal component analysis to reduce the number of variables (or dimensionality) to two or three. We find that the first component is correlated positively to the entrance temperature of various devices such as compressor, expander, evaporator, and the second, negatively to condenser. We then model the power consumption as a multiple regression with two and/or three transformed variables of the selected principal components. We find that fitted value from the multiple regression explains 80~90% of the observed value of the power consumption. This results can be applied to a more elaborate control of the power consumption in the heat pump dryer.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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