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제품소개

스마트 마이크로파 복합건조기

  • 스마트 마이크로파 복합건조장치

스마트 마이크로파 복합건조기는 일반 건조기에 비해 매우 높은 효율을 낼 수 있으며 적용분야가 매우 넓다고 할 수 있으며 다음과 같은 특징을 가지고 있다.

1.중형급 마이크로파 출력 가변형 가열방식(20kW급) 적용
1)기존 마이크로웨이브 건조기의 국내 적용 문제점
현재 국내에서 사용되고 있는 mw건조장치는 대부분 1kw~3kw이하의 소형 마그네트론을 장착하여 사용중이다.
1개의 소형 마그네트론을 장착할 경우 대부분 목적하는 결과를 얻을 수 있지만 여러 개 장착시 효율의 저하와 안정성이 떨어진다.
2)기존 소형 마이크로웨이브 건조기와 효율적인 측면비교
1kw 마그네트론 2개로 2kw급을 만들어 실험한 결과와 20kw급을 가변으로 2kw의 출력을 사용한 결과이다.(수산화칼륨5kg+물2kg)
1kw,2개를 사용한결과
시간(분) 함수율% 온도'C 7%이하까지건조
0 29.91 19
30 27.23 57.1
60 21.94 68.5
90 14.97 75.6
120 12.03 76.5
20kw를 가변으로 2kw출력한 결과
시간(분) 함수율% 온도'C 7%이하까지건조
0 27.93 19
10 18.32 95.8
20 9.81 98.7
30 5.25 103

표와 그림에서 볼수 있듯이 동일한 조건의 실험결과 건조시간이 약4배이상 차이가 남을 알 수 있다.

  • 소용량을 여러개 장착한 경우의 설계예
  • * 소용량 여러개 사용할 경우 - 간섭으로 인해 효율 저하발생
    * MW 대용량 사용시 - 최적화, 안정화, 고효율화
3)기존 소형 마이크로웨이브 건조기와 경제적인 측면비교
아래의 그림은 일반적인 마이크로파 장치의 시스템 구성도이지만 소형mw시스템에 적용시 고비용 관계로 장착이 어렵다. 20kw는 아래의 시스템을 적용하여 사용하며 이는 장치의 수명과 효율에 매우 밀접한 관계가 있다.

단열재 건조기에 적용시 경제성 비교

단열재 건조의 경우 2kw(10개 적용시) 유틸리티모두 장착시 20kw급 1개 적용시
가격 570만원X10개 =5,700만원(컨트롤제외) 7,000만원(컨트롤제외)
효율 45~50% 75%(인증기관실험자료)
10대가동시 전기사용량 218,730,000원/연 115,920,000원/연
운전비 절감으로 인한 초기투자비 회수기간이 1.5년이 소요됨

키토산 소금 건조 적용시

구 분 기존열풍방식(현재생산) MW건조방식
투입량 400 kg 200 kg
건조시간 8시간 1시간20분
전기소모량 (kW) 히터60+모터11+팬7.5=78.5 MW60+모터7.5+팬5.5+히트펌프3=76
일일전기 사용량 78.5kW×8시간=628kW/day 76kW×8시간=608kW/day
일일전기 사용금액 628kW×220원=138,160원 608kW×220원=133,760원
1.4톤생산기준전기료(년) 138,160원×3.5대×300일= 1억4천5백만원 133,760원×300일=4천만원
일일생산량 400 kg 1440 kg
kg당생산전기사용금액 345.2원 92.8원

약3.5배의 전기 사용을 줄일 수 있다.
1~3kw급도 장착 가능하지만 가격이 매우 높고 투자대비 효율성도 매우 떨어진다.

2.부하추종형 출력 가변장치(스마트 건조방식)사용
수냉식 ISOLATOR를 이용한 반사파 차단장치

일반적인 MW건조장치는 함수율에 관계없이 같은 출력을 지속적으로 공급하는데 이는 저함수율에 가까울수록 반사파가 많이 발생하여 효율도 떨어지고 장치에도 좋지 않은 영향을 줄 수 있다.

따라서 함수율의 변화 즉 무게의 변화와 온도의 변화를 지속적으로 측정하여 MW출력을 가변함으로써 효율도 높이고 저함수율까지 건조가 가능하며 기기의 안정성도 확보할 수 있다.

  • 20kw급 MW실험장치

그림에서 보는바와 같이 피건조물의 모든 무게(함수율)가 로드셀에 의해 측정되며 이는 컨트롤에 전달되어 건조 프로그램으로 가동하며 저함수율까지 건조하며 과 건조 방지를 위하여 순간적인 온도 상승이나 이상 온도발생시 MW를 차단하거나 출력을 줄이는 방법을 취할 수 있다.

아래의 표에서 알수 있듯이 빨간색 부분이 부하추종형태의 스마트 건조시스템을 채택한 구간으로 출력의 1/3을 줄인 상태에서도 단위 증발량이 증가하는 것을 알수 있다.

프레임 전체를 이중으로 제작하여 무게를 측정하는 사진과 감량별 출력제어 프로그램이다.

  • 감량별 출력제어시스템
  • 프레임에 로드셀 장착사진
3.피건조물의 건조균일도(함수율)가 균일한 건조가 가능
건조기의 챔버가 매우 크기 때문에 피건조물의 함수율 균일도는 매우 중요한 사항이며 이는 피건조물의 안정적인 건조를 위해 반드시 필요한 사항이다.
당사는 온도와 함수율을 분석한 결과 동일 원료의 온도와 함수율은 매우 유사한 결과를 나타냄을 알 수 있었으며 이를 토대로 온도분포를 측정하게 되었다.
그림과 같이 건조기 챔버에 9개의 온도센서를 장착하여 초기온도부터 시작하여 최고의 온도에 이를 때까지의 온도분포를 데이터로고를 이용하여 측정하였다.
  • 데이터로고
  • 온도센서 측정위치
커피박 150kg의 실험결과이며 온도분포는 매우 균일하게 측정되었다.
균일도는 시간대 별로 모두 4이하로 측정되었으며 인증기관 실험에서도 유사한 수치가 측정되었다.

4.고효율의 마그네트론 사용으로 고효율화 가능

고출력 (20kw급이상)마이크로파 건조장치에는 반사파등으로 인한 기기 보호 장치(circulator)가 있는데 이는 건조효율에는 좋지 않은 영향을 끼치고 있다. 하지만 이를 최소화하는 등의 실험을 통하여 출력효율 실험을 실시한다.

  • 실험기구 3D모델링
  • 실험기구 사진

그림과 같이 펌프를 가동하여 Waterload에 물을 흐르게한 후 MW로 출력값을 설정하고 출력값에 도달하여 안정되면 5분간 가동하여 인입온도와 출구 온도를 측정하며 적산전력계의 값을 측정하고 펌프의 유량도 저울을 통하여 확인한다.

power setting 소요전력량 kW 물의 현열 kW 효율%
90% 27.12 19.06 70.28
95% 27.25 20.55 72.74
99% 27.51 20.7 75.61

MW출력이 99%일 때 75%이상의 효율이 나타났으며 90%출력일 때 효율이 70%를 나타냄 이는 인증기관과 공동으로 실험한 결과이며 일반2450MHz의 효율이 약 50% 정도임을 감안하며 매우 높은 수치라 할 수 있다.

5.실험을 통한 건조장치 실현가능
  • 스마트 건조 시스템(열풍+MW 건조 시스템)

실험을 통하여 MW가열과 열풍가열부분을 효율이 높은 방향으로 건조를 할 수 있는 스마트 건조 시스템을 채택하여 건조할 수 있어 고효율의 건조장치를 만들 수 있으며 100kw급의 실험장치를 보유하고 있어 생산설비급의 실험도 가능하다. 또한 앞에서 언급한 모든 데이터는 공인인증기관의 인증을 모두 받았고 에너지기술 연구원과 공동으로 연구한 신뢰성 높은 자료이다.

  • 100kw급 마이크로웨이브 건조장치3D 설계
  • 100kw급 마이크로웨이브 건조장치 (세지테크 당진공장)
6.마이크로웨이브 건조장치 실험데이터 및 적용분야

된장류

  • 된장 건조전(65%)
  • 된장 건조후(10%)

열에 매우 민감한 원료로 제품온도가 80'C이하에서 건조한다.

된장 40kg을 MW+열풍을 이용한 건조곡선이며 x축이 시간이며 y축은 함수율임(kw당 증발량1.09kg/kwh), 효율은 64%
초기함수율 69%에서 11%까지 건조
열에 민감한 원료이므로 제품온도를 80'C가 넘지 않도록 조절한다.

커피박(커피껍질)

커피는 수입량의 95%이상이 버려지는 대표적인 폐기물이며 현재는 일부분만 비료나 방향제로 사용되고 있다.
커피박은 섬유질의 형태를 취하고 있어 일반건조기로는 건조가 매우 어려우며 건조시간도 오래 걸리는 특징이 있다.
10%이하로 건조시 발열량이 5,200kcal이상으로 석탄보다 높다.
  • 커피박 건조 전
  • 커피박 건조 후

초기함수율 50~53% 목표함수율 10%, MW+열풍을 이용한 건조 곡선

커피박 50kg건조 실험 data이며 5회차 모두 유사한 결과가 나왔다.
제품온도도 80~90'C
시간 (분) 함수율1 함수율2 함수율3 함수율4 함수율5
열효율(%) 76.33 75.53 76.45 72.53 76.87
단위증발량(kg/kwh) 1.4 1.37 1.4 1.31 1.39

그 외 80kg(70.99%), 100kg(73.53%), 200kg(70.76%)도 건조시간은 다르지만 유사한 효율과 단위증발량이 나왔다.

커피박의 공업분석 및 원소분석 결과

공업분석(wt%) 원소분석(wt%) 고위발열야 저위발열량
수분 휘발분 회분 고정 탄소 탄소 수소 질소 산소 유황분 kcal/kg kcal/kg
CW 0.82 78.1 1.59 19.49 58.4 7.56 2.86 29.46 0.13 5,530 5,120
CWD-250 1.19 59.63 2.44 36.74 77.4 2,61 1.35 16.05 0.15 7,680 7,530

키토산 소금

키토산 소금은 혈압을 낮추는데 도움을 주는 건강 식품으로 유럽과 남미, 중동지역에 수출중이며 현재는 열풍방식으로 건조하고 있다.

  • 키토산 소금 건조 전
  • 키토산 소금 건조 후

소금도 물질내부에 수분을 가지고 있으려는 성향이 강해 건조하기가 매우 까다로운 품목이며 키토산은 열에 민감하여 제품온도를 80'C이상 올라가지 않도록 조절하여 건조하다.

키토산소금 100kg를 넣고 MW + 열풍을 복합하여 건조하였다.
초기함수율은 25.2%, 목표함수율 7%이하
단위증발량은 1.15kg/kwh, 효율은 79.25%이며 키토산소금 200kg건조시 건조 시간은 55분, 단위증발량0.99kg/kwh, 효율은 69.1%로 측정된다.

아래의 표는 현재 열풍방식으로 생산하는 공정방식과 비교하여 kg당 전기 사용금액을 비교한 결과이며 약3.5배차이가 발생한다.

구 분 기존 열풍방식(현재생산) MW 건조방식
투입량 400 kg 200 kg
건조시간 8시간 1시간20분
전기소모량(kW) 히터60 + 모터11 + 팬7.5 = 78.5 MW 60 +모터 7.5 + 팬 5.5 + 히트펌프 3 = 76
일일전기 사용량 78.5 kW × 8시간= 628 kW/day 76 kW × 8시간 = 608 kW/day
일일전기 사용금액 628 kW × 220원 = 138,160원 608 kW × 220원 = 133,760원
1.4톤 생산기준 전기료(년) 138,160원 × 3.5 × 300일 = 1억4천5백만원 133,760원 × 300일 = 4천만원
일일생산량 400 kg 1440 kg
kg당 생산 전기 사용금액 345.2원 92.8원

건조장비의 차액이 약 2억원 가량 나지만 전기료 절감금액으로 년간 1억원을 점감할 수 있어 2년이면 장비차액을 회수할 수 있다.

몰탈용 황토

몸탈용 황토는 시멘트가 벽체에 사용되는 유해물질들을 제거시켜주는 효과가 있으며 특히 아토피 피부등의 유발 물질들을 제거하여 건강에 도움을 주는 제품으로 수요가 폭발적으로 증가하고 있다.

  • 황토 건조 전
  • 황토 건조 후

황토100kg을 MW + 열풍을 복합하여 건조한다.
초기함수율36.16%, 목표함수율10%이하
단위증발량은 1.13kg/kwh, 효율은 73.61%
7.적용가능분야
재료명
흡착제(활성탄소) 액상용, 기상용, 조립, 첨착식, 입상, 분말식, 섬유상 활성탄소, 안트라사이트 등이 있음.
PET
증점제
결합제, 부형제 (MCC, PVP 등) 건축용, 플라스틱용, 생활용품용 의약품용 결합제 등이 있음.
설탕, 소금, 식품첨가제
액상코팅, 이중코팅 상품
제올라이트(비석 또는 불석)의 건조 및 합성 천연에도 널리 산출되는 수화알루미노 규산염광물로서 인공의 것도 있으며 수분의 흡수성 혹은 이온교환성이 있음.
규조토(Diatomite), 질석(VERMICULITE), 황산바륨, 해포석 등 다공성 무기소재
이온교환수지 양이온교환수지,음이온교환수지,상품명: trilite, diaion 등
안료 유기안료,무기안료,기능성안료
바이오매스, 팰릿 바이오매스는 원료 형태가 다양하고 고함수 상태로, 이를 분쇄하고 건조할 수 있는 장치와 저장 및 이송 장치 개발이 요구됨.
탄산칼슘 중질탄산칼슘, 경질탄산칼슘
에어로겔 등 다공성 소재
나노겔 2004년 미국 C사에서 개발했다고 발표
나노셀룰로오스 나노섬유로서, 최근 이러한 각종 고부가가치 및 고기능성 신소재에 대한 연구가 세계적으로 활발히 진행되고 있다.
나노입자 제조 O대학 연구진은 2014년 작은 출력의 마이크로파 가열을 이용하는 유동식 반응기(flow reactor)로 고품질 나노입자를 제조할 수 있다는 것을 증명했다. 이것은 나노입자를 대면적으로 제조할 수 있는 연속 흐름 반응기를 이끌 수 있을 것이다. 라고 주장
나노재료의 연구
무기재료의 합성 산화물 재료,칼코겐 이성분 화합물,붕소화물,탄소화물 재료,규소화물,질화물 및 프닉토젠화물,질화탄화물 및 산화질화물