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문제 정의
- 본 연구는 10톤 용량의 농가용 순환식 병류형 곡물 건조기 를 개발하기 위한 예비실험으로 용량 700 kg의 시작기를 개발하여 건조 속도(1.0 ~ 1.2%/h), 동 할 율(5% 이하) 및 건조 소요 에너지(5,000 kJ/kg-water 이하)가 적합한지를 평가하고, 본기 설계의 기초자료를 얻기 위하여 수행하였다.
- 본 연구는 10톤 용량의 순환식 병류형 곡물 건조기를 개발하기 위한 예비실험으로 용량 700 kg의 시작기를 개발하여 그 성능을 평가하고 본기 설계의 기초자료를 얻기 위하여 수행하였다
제안 방법
- (1) 건조실험 조건은 Test-l(100℃, 28.5 cmm/m2), Test-2(sl20℃,28.5 cmm/m2) 및 Test-3(120℃, 57.1 cmm/m2) 3 수준의 실험을 수행하였다. Test-1, Test-2 및 Test-3에서 각각 평균 열풍 온도는 98.
- 0%에 도달할 때 실험을 종료하였다. 건조 과정에서 30분 간격으로 약 500 g 시료를 채취하여 함수율과 동할율을 측정하였다. 함수율은 10 g-135℃ -24 h 상압 건조법으로 측정한 후 105℃건조법으로 환산하였으며, 3회 반복 측정하였다.
- 그림 1은 순환식 병류형 곡물 건조기의 구조와 건조 공기 흐름을 나타낸 것이다. 건조기는 템퍼링부, 건조부 및 배출부로 구성하였으며 버킷 엘리베이터, 송풍기 및 버너 등 주변 장치를 설치하였다. 건조기는 500x700x4, 600(LxWxH) mm크기 로, 벼를 기준으로 700 kg 용량이다.
- 곡물 온도는 템퍼링부의 높이별 4개 지점, 건조부의 폭 방향 12개 지점, 깊이 방향 7개 지점 및 배풍덕트 하단에 6개 지점, 건조공기의 온도는 유입부 및 배기부에 각각 5개 및 6개 지점에 열전대(T-type, OMEGA, USA)를 설치하고 자료 수집 장치 (7327, DATASCAN, UK)로 30초 간격으로 측정하여 PC에 저장하였다 (그림 4). 외기 2개 지점, 건조 공기 유입부 및 배기부 1개 지점에 온습도 센서(3166, HIOKI, Japan)를 설치하여 온 습도를 측정하였다.
- 함수율은 10 g-135℃ -24 h 상압 건조법으로 측정한 후 105℃건조법으로 환산하였으며, 3회 반복 측정하였다. 동할율은 채취한 벼를 밀봉하여 72시간 상온에 보관 후 수작업으로 왕겨를 제거하고, 정상립 250립에 대하여 동할립판별기(DC-50, S.SEIKI, Japan)를 이용하여 육안으로 측정하였다
- 배출부는 직경 43 mm의 축에 높이 26 mm, 폭 4 mm의 안내 깃을 4개 설치하여 1회전에 5.5 kg의 벼가 배출되도록 하였다. 인버터(S500, Mitsubishi, Japan)로 회전수를 제어하여 곡물의 유하속도를 4.
- 외기 2개 지점, 건조 공기 유입부 및 배기부 1개 지점에 온습도 센서(3166, HIOKI, Japan)를 설치하여 온 습도를 측정하였다. 소요 전력은 전산 전력계(3166, HI0KI, Japan)를 이용하여 측정하였으며, 송풍량은 열선풍속계(VELOC ICALC-PLUS, TSI, USA)를 이용하여 배기부에서 측정하였다. 연료 소비량은 전자저울(A-200, CASS, Korea)을 이용하여 30분 간격으로 측정하였다
- 수확한 벼는 정선한 후 함수율 변화를 최소화하기 위하여 rc의 저온저장고에 보관하였다. 실험 시작 24시간 전에 벼를 저온저장고에서 꺼내어 상온에서 주위 공기 온도와 평형을 이루도록 한 후 실험하였다.
- 소요 전력은 전산 전력계(3166, HI0KI, Japan)를 이용하여 측정하였으며, 송풍량은 열선풍속계(VELOC ICALC-PLUS, TSI, USA)를 이용하여 배기부에서 측정하였다. 연료 소비량은 전자저울(A-200, CASS, Korea)을 이용하여 30분 간격으로 측정하였다
- 곡물 온도는 템퍼링부의 높이별 4개 지점, 건조부의 폭 방향 12개 지점, 깊이 방향 7개 지점 및 배풍덕트 하단에 6개 지점, 건조공기의 온도는 유입부 및 배기부에 각각 5개 및 6개 지점에 열전대(T-type, OMEGA, USA)를 설치하고 자료 수집 장치 (7327, DATASCAN, UK)로 30초 간격으로 측정하여 PC에 저장하였다 (그림 4). 외기 2개 지점, 건조 공기 유입부 및 배기부 1개 지점에 온습도 센서(3166, HIOKI, Japan)를 설치하여 온 습도를 측정하였다. 소요 전력은 전산 전력계(3166, HI0KI, Japan)를 이용하여 측정하였으며, 송풍량은 열선풍속계(VELOC ICALC-PLUS, TSI, USA)를 이용하여 배기부에서 측정하였다.
- 건조 공기는 버너(OL-3, Deawon, Korea)와 1 hp 송풍기(Samwha, Korea)에 의해 Y형 슈트 사이의 공기 충만 실을 통해 유입된 후 건조부의 곡물층을 병류 흐름으로 통과한 후배기덕트로 통해 외부로 배출된다. 유입 덕트에 온도센서(PT-100 Q)를 설치하고 온도조절 장치 (HSD-V2, Hansung, Korea)를 이용하여 건조공기의 온도를 조절하였다
- 5 kg의 벼가 배출되도록 하였다. 인버터(S500, Mitsubishi, Japan)로 회전수를 제어하여 곡물의 유하속도를 4.5 m/h로 조정하였다.
- 건조기는 500x700x4, 600(LxWxH) mm크기 로, 벼를 기준으로 700 kg 용량이다. 템퍼링 부에 퇴적된 곡물은 총 6개(2x3열)의 Y형 슈트를 통하여 건조부로 유입되어 일정한 속도로 유하하게 되고, 배출부를 통과한 후 버킷 엘리베이터에 의하여 템퍼링부로 순환되도록 하였다. 건조 공기는 버너(OL-3, Deawon, Korea)와 1 hp 송풍기(Samwha, Korea)에 의해 Y형 슈트 사이의 공기 충만 실을 통해 유입된 후 건조부의 곡물층을 병류 흐름으로 통과한 후배기덕트로 통해 외부로 배출된다.
- 건조 과정에서 30분 간격으로 약 500 g 시료를 채취하여 함수율과 동할율을 측정하였다. 함수율은 10 g-135℃ -24 h 상압 건조법으로 측정한 후 105℃건조법으로 환산하였으며, 3회 반복 측정하였다. 동할율은 채취한 벼를 밀봉하여 72시간 상온에 보관 후 수작업으로 왕겨를 제거하고, 정상립 250립에 대하여 동할립판별기(DC-50, S.
대상 데이터
- Y형 슈트의 상단은 233x250(LxW) mm이며 안식각을 고려하여 60º로 제작하였으며, 하단은 100xl00(LxW) mm로 하였다. 건조부의 용적은 0.
- 건조기는 템퍼링부, 건조부 및 배출부로 구성하였으며 버킷 엘리베이터, 송풍기 및 버너 등 주변 장치를 설치하였다. 건조기는 500x700x4, 600(LxWxH) mm크기 로, 벼를 기준으로 700 kg 용량이다. 템퍼링 부에 퇴적된 곡물은 총 6개(2x3열)의 Y형 슈트를 통하여 건조부로 유입되어 일정한 속도로 유하하게 되고, 배출부를 통과한 후 버킷 엘리베이터에 의하여 템퍼링부로 순환되도록 하였다.
- 실험에 사용한 벼는 경기 화성지역에서 수확한 2004년도에 생산한 추청벼이며, 초기 함수율은 21.3-22.6% 범위였다. 수확한 벼는 정선한 후 함수율 변화를 최소화하기 위하여 rc의 저온저장고에 보관하였다.
성능/효과
- (2) Test-1은 초기 함수율 22.6%에서 최종 함수율 15.0%까지 건조하는데 10.5시간이 소요되었으며, 건조 속도는 0.79%/h로 나타났으며, Test-2에서는 초기 함수율 22.2%에서 최종함수율 15.9%까지 건조하는데 8.5시간이 소요되어, 건조속도는 0.9%/h로 나타났다. Test-3 에서는 초기 함수율 21.
- (3) 최종 동할 증가율은 Test-1 2.4%, Test-2 3.6% 및 Test-38.4%로 나타났으며, Test-1, Test-2는 동할 율 5% 이하였고 Test-3는 고온의 건조 공기와 많은 송풍량으로 건조 속도는 높으나, 동할율이 많이 증가하였다. 소요 에너지는 6, 224 kJ/kg, 6, 898 kJ/kg 및 6, 992 kJ/kg이 소비되었으며, 실험 중 설계 온도보다 낮은 외기에 의해 에너지 소비량이 높았다.
- 그림 11은 건조 과정 중 동할 증가율을 나타낸 것이다. Test-1은 건조 4시간 동안에는 1% 미만, 이후 6.5시간 동안 1.4% 증가하여 최종 2.4%까지 증가하였다. Test-2는 건조 초기에는 동할 증가율이 Test-1과 비슷하였으나 건조 5시간 이후에는 다소 높게 증가하여 3.
- 표2는 실험조건에 따른 건조 소요 시간, 건조 속도 및 곡물 순환 회수를 나타낸 것이다. Test-1은 초기 함수율 22.6%에서 최종 함수율 15.0%까지 건조하는 데 10.5시간이 소요되었으며, 건조 속도는 0.79%/h로 나타났으며, Test-2에서는 초기 함수율 22.2%에서 최종 함수율 15.9%까지 건조하는데 8.5시간이 소요되어, 건조 속도는 0.9%/ h로 나타났다. Test-3에서는 초기 함수율 21.
- 표 3은 건조 소요 에너지를 나타낸 것으로 외기온도(2~5℃)가 낮아 건조 소요 에너지도 비교적 높게 나타나 Test-1, Test-2 및 Test-3 에서 각각 6, 224, 6, 898 및 6, 992kJ/kg으로 Test-1에 비해 Test-2 및 Test-3 에서 높게 나타났다. 건조 시간이 긴 Test-1은 송풍기 소비량이 크게 나타났으며, 건조 온도가 높은 Test-3은 연료 소비량이 높게 나타났다.
- 4℃)로 나타났다. 건조 실내에서 유입되는 건조 공기와 곡물이 합류되는 각 지점의 평균 온도는 Test-1, Test-2 및 Test-3에서 각각 69.6, 83.3 및 110.0℃ 이었으며, 온도 편차는 가로 방향의 경우 1.0℃ 이내, 세로 방향의 경우는 5.0~9.0℃ 범위로 설정 온도가 높을수록 편차는 다소 높게 나타났지만, 높은 설정 온도를 고려했을 때 온도 편차는 미비한 수준으로 판단된다.
- 소요 에너지는 6, 224 kJ/kg, 6, 898 kJ/kg 및 6, 992 kJ/kg이 소비되었으며, 실험 중 설계 온도보다 낮은 외기에 의해 에너지 소비량이 높았다. 건조기 형식에는 매우 만족스런 결과를 얻었으며, 열풍의 온도는 110℃ 이상, 송풍량은 28.5 cmm/nS이 적정하다고 판단된다.
- 4%로 나타났으며, Test-1, Test-2는 동할 율 5% 이하였고 Test-3는 고온의 건조 공기와 많은 송풍량으로 건조 속도는 높으나, 동할율이 많이 증가하였다. 소요 에너지는 6, 224 kJ/kg, 6, 898 kJ/kg 및 6, 992 kJ/kg이 소비되었으며, 실험 중 설계 온도보다 낮은 외기에 의해 에너지 소비량이 높았다. 건조기 형식에는 매우 만족스런 결과를 얻었으며, 열풍의 온도는 110℃ 이상, 송풍량은 28.
- 표 3은 건조 소요 에너지를 나타낸 것으로 외기온도(2~5℃)가 낮아 건조 소요 에너지도 비교적 높게 나타나 Test-1, Test-2 및 Test-3 에서 각각 6, 224, 6, 898 및 6, 992kJ/kg으로 Test-1에 비해 Test-2 및 Test-3 에서 높게 나타났다. 건조 시간이 긴 Test-1은 송풍기 소비량이 크게 나타났으며, 건조 온도가 높은 Test-3은 연료 소비량이 높게 나타났다.
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