HKD-LAB 원적외선 건조장치, 원전외선건조기

원적외선 건조장치HKD-100/200/300/400/500/750/1000/1500/2000/2500/3000/3500/5000/10000HKD-LAB■ 농산물 건조의 예로서 감귤의 건조1. 감귤의 대표적 영양성분▶ 비타민 A,B,C,칼슘,인,베타-클립토키산틴,헤스페리딘,플라노보이드,카로티노이드,오리프텐2. 감귤의 대표적 미각▶ 단맛,신맛,향3. 일반적인 건조방식의 감귤 건조 후 맛의 분포▶ 대표적인 맛으로서 신맛 함유(유기산)▶ 신맛의 증가로 단맛의 감소4. 한국에너지 기술의 원적외선 건조기를 이용한 감귤 건조 후 맛의 분포▶ 신맛의 주성분인 비타민C와 유기산의 건조 후 잔존율을 컨트롤 할 수 있으므로 국가별 소비자의 기호에 따른 신맛 조절가능▶ 단맛의 컨트롤원적외선 건조 시 당성분을 변화 시키지 않음으로 비타민C등의 신맛을 감소시킬 경우 단맛을 상대적으로 많이 느끼게 됨.▶ 소비자의 기호에 맞는 신맛과 단맛이 공존하는 건조물을 생산.▶ 복원력이 뛰어난 건조물 생성으로 식감이 우수한 건조감귤 생산■ 감귤의 미감이 콘트롤되는 이유▶ shuman의 연구에 의하면 건조되는 오렌지 고형물은 3~4㎛ 파장에서 최대 흡수작용을 보인다.· 건조되는 오렌지 고형물은 현저하게 적외선 에너지를 흡수하는 성향을 보인다.· 오렌지 액상의 경우 적외선 발생원은 5~7㎛ 파장의 발광을 하여야 한다.· 오렌지 고형물의 경우 적외선 발생원은 3~4㎛ 파장의 발광을 하여야 한다.· 이러한 오렌지의 건조 작업은 건조 초기단계에서는 5~7㎛의 파장을 필요로 하며 건조 후기에 다다를수록 3~4㎛ 파장의 발광이 필요함을 알 수 있다.· 이러한 실험의 결과로 적외선 영역의 파장을 변화 시키면 오렌지의 맛과 향을 소비자의 취향에 맞춘 건조물의 생산이 가능함을 보여준다.▶ sakai의 연구결과는 적외선의 파장에 따라서 흡수되는 깊이가 변화함을 증명하였음· 두꺼운 몸체의 건조는 NIR 영역에서 더욱더 좋은 결과를 보임· 얇은층의 건조는 FIR 영역에서 더욱더 효과적이다.· 이러한 실험의 결과는 감귤의 건조 초기에는 근적외선 영역에 가까울수록 효과가 좋으며 건조 후기에 접어들수록 원적외선 영역으로 조사파장을 변화 시켜야 함을 알 수 있다.· 이러한 결과로 한국에너지기술의 원적외선 건조장치는 실험에 따른 열파장 영역을 이론적 최적치를 재현함으로서 품질의 콘트롤이 가능한 조건으로 감귤 건조물을 생산할 수 있다.▶ kouzeh의 고지방 밀가루를 이용한 신선도 연구에 의하면 적외선 처리된 재료는 장기간 신선도를 유지함을 증명한다.· 콩을 함유한 고지방 밀가루를 적외선 열처리한 샘플군과 적외선처리 하지 않은 샘플군을 비교· 적외선 처리군은 1년동안 신선한 밀가루와 유사한 신선미를 유지하였음.· 처리되지 않은 샘플군은 악취가 발생하는 결과를 보임.· 이러한 여러 가지 방법으로 입증된 산화방지 효과로 건조된 감귤은 장시간의 유통기간을 견딜 수 있음을 보인다.■ 일본산 감압건조기로 건조 후 6개월 경과■ 한국에너지기술의 원적외선 건조 후 6개월 경과■ 식품류 및 농산물 건조기로서 기존 열건조방식의 문제점1. 원재료 수분제거를 위한 열원으로 고온의 열풍을 사용▶ 건조과정에서 고유의 색,향 등을 대부분 손실2. 석유 혹은 경유버너,스팀 열교환기 및 전열판을 이용한 건조공기 가열방식▶ 에너지효율 낮음 :고유가시대 → 생산비용 증대된다.3. 건조방식· Batch식 :인건비등 운영비가 큰 비효율적 건조방식▶ 고온(65-55℃)에 의한 재료의 변성· Stainless mesh type 연속식 건조 :폐열 회수가 안됨▶ 에너지 효율낮음 :생산비용 증대· 유동층 건조 :초고온에 의한 단시간 건조로 재료의 유기적 특성을 대부분 상실함. 영양성분 손실 많음. 에너지 효율 낮음.· 동결건조 :초기 동결과정에서 수분의 동결로 인한 세포막의 파괴로 향 성분의 손실이 많다. Batch식 작업방식으로 인건비 증대▶ 가열판의 온도가 55-85℃로 영양소의 손실이 많다.· 진공건조 :인건비등 운영비가 큰 비효율적 건조방식▶ 고온에 의한 재료의 변성4. 투입열풍의 온도 약 45-70℃ 인 건조기· 안전 저장 함수율까지 건조하는데 소요되는 기간이 최소 4시간 최대 3~4일 걸림▶ 건조에너지 효율이 25~30%이므로 생산효율이 매우 낮음· 원료의 색,향,풍미의 변화 및 유효기능성분의 파괴· 원료식품의 특성이 크게 상실· 목적했던 가공제품의 질이 크게 저하되는 원인5. 폐열 회수가 안됨 :에너지 소비가 큼6. 트러블 발생시 유지보수 비용 과다소비· 사용중 기술지원 필요상황 발생시 슈퍼바이저 비용 소모· 긴급상황 발생시 처리시간 및 절차 복잡· 결과적으로 사용중 발생되는 트러블을 직접 처리함을 감수 해야함.7. 전자파(마이크로웨이브) 건조방식· 건조초기에 재료의 익힘(데쳐짐)현상 발생· 건조물에서 방사선조사 양성반응이 나옴으로 식품 유해 안전성 논란이 있으며 선진국 수출시 방사선 조사표시 해야함.· 건조후기로 진입할수록 열의 조절이 어려워 수분평형이 어려우며 과건의 위험이 상주함.· 장비의 유지보수비가 많이 소요되며 능동소자의 사용으로 예상수명이 가장 짧음.· 장비의 외형 손상시 의 안전사고의 위험도가 높음.· 장비의 세척등 부수적인 편의성이 마련되기 어려움.· 딸기등 적용이 어려운 재료가 많음홍고추의 건조 예 ■ 건조비용비교1. 홍고추의 함수율 - 건조 전 :약 85% 2. 건조시설 조건 - 건조 후 함수율 14%의 건물 400kg/h 3. 건 홍고추 생산을 위해 요구되는 생물기준량     - 2000~2400kg/h 4. 에너지 효율 계산    ● 건 홍고추 400kg/h 생산 :2000kg/h의 수분을 증발시켜야 함    ● 1kg(1liter)의 물을 증발 시키키 위한 이론적 에너지 소비량 :600kcal    ● 생물재료의 수분증발 에너지 효율     :이론적 수분증발량의 25%만 사용,75%는 손실    ● 즉,생물에서 1kg의 수분을 증발시키기 위한 필요 에너지     :1800kcal~2400kal    ● 홍고추의(2400kg/h) 건조를 위해 필요한 총에너지 :360~ 480만kcal 5. 열풍건조    ● 일반적인 열풍건조시스템에서의 열원 :경(등)유버너,또는 가스버너    ● 경(등)유버너의 에너지 소비량   - 경(등)유버너의 일반적인 용량 20만kcal    - 20만kcal의 열량을 내기 위해 소비되는 등유의 양 :13.2475liter(3.5갤론)    ● 홍고추 건조를 위한 시간당 등유소비량 계산    - 홍고추의 총 건조에너지 / 등유버너의 소비열량    - 360만/20만~480만/20만     - 18×13.2475~24×13.2475    - 약 238~318liter 6. 원적외선 건조    ● 건조에너지 :100% 전기사용    ● 건 홍고추 400kg/h 생산을 위한 에너지 소비량 :약 600~800kw/h    ● 건조연료비 계산    - 전기료 :36.4원/kw(농사용. 병)    - 600×36.4~800×36.4 = 약 21,840원~29,120원    - 하루 20시간 작업 시 건조비용 :약 436,800원~582,400원     - 100일 기준 전력 소비 계산 :약 43,680,000원~58,240,000원▶ 원적외선 건조■ 고추의 건조방법에 따른 품질 비교■ 가스연료와 순수원적외선 사용시의 비교■ 순수원적외선 건조기의 유휴 기간내 기타용도 사용■ 원적외선 건조 결과물■ 순수원적외선을 이용한 건조 연구■ 순수 원적외선 건조기 설치개념도 ■ 순수 원적외선 건조기 설치개념도원적외선 일관건조설비의 설계 개념 Far-infrared Ray drying machine - 기존의 채소류 세척 및 건조,일관처리 시설의 불합리한 조건■ 건조물의 대량처리가 가능한 설비위주 (기존의 건조법) ●  대용량을 처리하기 위한 설계 개념 위주  - 대형 장비를 위주로 한 제조 공장형 설계 개념을 도입 함으로 규모가 커지게 됨.  - 작업 및 작업 후 유지 보수 면적이 많아지게 됨.  - 기계 산업과 같은 산만한 환경의 작업장이 구성되게 됨.  - 작업 후 CIP 작업 규모가 커지게 됨으로 인력소모가 많음. ●  대형화에 맞춘 설계 개념  - 소량 다품종의 작업이 거의 불가능  - 장비의 대형화에 따른 손실의 증가    (예열 작업 및 작업 후 감열 작업시간의 손실이 발생됨). ●  제품의 품질 고급화 불가능  - 제품의 품질 고급화를 염두에 두지 않은 생산량 위주의 설계  - 건조 후 3-4개월만 경과해도 품질의 열화가 진행됨.■ 건조물의 대량처리가 가능한 설비 (기존의 건조법) ●  대용량을 처리하기 위하여 제품 생산비용이 높아짐  - 대형 장비의 특성상 손실이 과다 발생하게 됨.  ① 대형 장비를 예열하기 위한 열량 = 손실  ② 작업 후 장비의 냉각 시간 및 열량 =  손실   ③ 장비 자체의 품온을 유지하기 위한 열량의 과다 소모 = 손실  ④ KG 당 건조비용이 1000원 중반에 이르게 됨. ●  열풍 건조개념의 적용으로 품질의 열화  - 열풍의 특성상 홍 고추 고유의 향이 소실됨.  - 여러 가지 특성을 가진 건조방법의 적용이 불가능  - 10% 대 이하의 수분율까지 건조하지 못하는 한계  - 색상이 미려하지 못함  - 열풍건조에서는 식물재료에서 2/3 정도의 수분이 제거되면 건조가 느려지게 되고 남은 1/3의 수분을 제거하는데 총 건조시간 중    2/3가 소모된다. 이 마지막 건조시간 중 표면에 존재하는 수분이 빠르게 감소해 표면이 수축하면서 딱딱한 층을 형성하게 되어 내  부의 수분이 표면으로 이동하는 것을 방해하므로 건조가 잘 일어나지 않는다.  - 높은 온도의 열풍을 이용하므로 생물소재의 색깔,맛,고유한 향이 건조 중에 변화하게 된다. 또한 고온에서 오랜 시간 동안 가열하  게 되면 생물소재의 일부 성분들에서 산화가 일어나고 비타민과 다른 bioactive substances가 손실되기도 한다.원적외선 일관건조설비의 설계 개념Far-infrared Ray drying machine■ 중추 설비인 원적외선 건조 장치의 설계개념■  원적외선 건조 결과물일본산 감압건조기로 건조 후 6개월 경과 한국에너지기술의 원적외선 건조 후 6개월 경과■ 순수 원적외선 건조시 품질 향상과 보존기간이 길어지는 이유 건조작업에 있어서 열원으로 원적외선을 사용하여 가열을 하면 일반적인 열원을 이용해서 가열 하는 것보다 건조 후 변색의 원인이 되는 Polyphenol Oxidase와 같은 효소들을 다량 불활성화 시켜서 Polyphenol 화합물들의 산화와 합성을 못하게 한다. 요약 :한국에너지기술 부설연구소원적외선 가열은 재료의 겉 표면(항산화제는 주로 식물체를 외부로부터의 균이나 곤충들의 공격을 막기 위해 식물체의 표피에 많이 존재함)을 구성하고 있는 성분들을 파괴시키지 않으면서 열을 재료의 중심부까지 전달할 수 있다.  뿐만 아니라 재료 내에 존재하는 물분자들을 활성화 시켜서 물 분자 덩어리의 크기를 아주 작게 만들어 물 분자의 활동력을 크게 향상 시킬 수 있다.  이러한 이유로 인해 일반적인 열원으로는 고분자 화합물 형태로 공유결합 되어 있는 항산화제 역할을 하는 성분들을 끊을 수 없으나 원적외선은 이들 고분자물의 공유결합을 끊을 수 있어 항산화 성분을  분리해낼 수 있다.(항산화제 역할을 하는 성분들은 고분자물에 결합되어 있을 때에는 항산화제 역할을 하지 못함).● 이와 같이 원적외선 가열은 일반적인 열원을 이용한 가열보다 많은 항산화제 성분들을 보존 시킬 수 있을 뿐만 아니라 ● 이에 따른 효과로 변색을 야기 시킬 수 있는 효소들을 더 많이 불활성화 시킬 수 있다. ● 또한 이렇게 분리된 산화를 억제할 수 있는 항산화제는 건조 후 야기되는 효소와 다른 원인들에 의한 식물재료의 변색을 억제할 수 있다.● 그러므로 원적외선으로 건조할 경우 일반적인 열원을 이용한 건조보다 식물재료의 변색을 비롯하여 유기적 특성의 상실을 더 오랜 시간 억제 할 수 있다.■ 순수 원적외선 건조물과 열풍건조물의 품질 및 색상 비교 유효성분,식감,보존기간에 대한 분석 및 연구양산 되는 제품을 이용한 지속적이고 다분화 된 연구 수행이 수반되어 영업 및 홍보활동에 적용되도록 적극 추진 예정■ 건조방법에 따른 품질 비교■가스연료와 순수원적외선 사용시의 비교■순수원적외선 건조기의 유휴 기간내 기타용도 사용■건조장치 운전시 연료 비용 계산표■건조 장치 사용 수명Ceramic filter를 이용한 원적외선 건조기의 식품건조연구Far-infrared Ray drying machine*논문발췌■ 식품건조기   인공건조의 상압 건조법 중에서 대류복사건조에 속한다. * 식품의 건조속도를 결정하는 원인   1) 건조기의 구조에 따른 수분의 처리   2) 건조기의 수분활성 성능   3) 식품의 온도 및 조직   4) 식품의 성분,두께와 표면적   5) 열의 전달 메커니즘 등이 있다.■ 시험장치 ●   electric collector에 두장의 평행한 전극(electrode)에 고전압을 가하여 plasma를 형성함. ●   전극판 사이를 수분이 통과할 때 이온화되어 전극판에 부착 물(水)로 되어 전 극밑의 물받이 홈으로 떨어져 oven 밖으로 흘러 보내 고내의 습기를 제거함. ●   electirc collector의 동작은 Heater의 동작과는 무관함.(항상 on상태) ●   공기 순환 Fan의 동작은 건조가 마무리 되는 시기까지 계속 동작시킴. ●   Heater의 동작은 Thermo stat에 의해서 정해진 온도(45℃~55℃)에서 ON,OFF 됨. ●   electirc collector에 인가된 전압은 배전압회로에 의해 DC6500V,100mA이내의 전압으로 함.■ 실험용 원적외선 건조기 구성 ■ 실험용 원적외선 건조기 구성 ● 식품의 건조목적저장성,수송성,간편성을 부여 새로운 식품을 개발하는데 그 목적이 있다. 특히 식품의 건조상태는 저장성의 영향이 가장 큼. ● 식품중의 수분량 식품에 포함된 자유수와 결합수의 중량 %로 표시 ● 수분활성(AW :Water activity)이라는 것은 식품의 물의 자유도 혹은 결합의 경우를 나타내는 것으로 평행습도로 표시됨. Aw = P/P0=RH/100 P0 = 일정 온도하의 순수평행증기압 P = 같은 온도에서 계중의 물평행증기압 RH = 평행상대습도(%)■ 비타민의 측정(비타민C 함량의 변화)* 건조(A)는 종래의 기기에 의한 건조 * 건조(B)는 원적외선에 의한 건조표에서 알 수 있듯이 피망,파셀리,딸기 등은 날것과 건조제품의 비타민 C량을 비교하면 대략 20~30%정도 감소하는 것을 알 수 있다. 그러나 종 래방법과 비교하면 개선된 것을 확인할 수 있다.■ 원적외선 건조기를 이용하여 생산된 건조식품의 수분 활성■ 대장균 및 일반 세균 측정■ 측정조건 ※ 실온보존기간은 1개월~5개월 정도 경과 후 측정,이 결과 파셀리 이외의 결과에 서 다음과 같은 결과론을 얻을 수 있다. 1) 원적외선 건조 중에 대장균군 및 일반세균의 증식은 일어나지 않는다. 2) 식품건조에 의해 일반 세균을 감소시키는 효과가 있다. 3) 건조식품의 보관기간 중 일반 세균의 증식은 보이지 않았다.* 실험의 정리 ●   전자제습기능을 가진 강제대류식 원적외선 건조기에 있어서 식품건조는 원적외 선의 유효한 이용과 식품의 비타민을 파괴시키지 않고 CERAMIC에 의한 재 복사 열을 이용함으로써 Energy 효율을 높이고,산업용 건조기 개발의 기초자료를 제 시 하였다.* 원적외선 건조기의 장점 1) 식품의 향이 18~35% 더 유지되고 보존기간이 길어진다. 2) 식품을 태우지 않고 균일한 건조제품을 보다 빠른시간에 얻을 수 있다. 3) 야채 등의 식품에서 비타민의 파괴를 줄일 수 있다. 4) 과일류,야채류의 건조작업 시 색소,방향족의 잔존율을 높일 수 있는 방법이다. 5) Ceramic에 의한 재 방사를 이용하므로 에너지 효율을 상승 시킬 수 있다. 6) 지방성분이 많이 함유된 재료의 건조작업 시 산가의 상승률이 약 30%정도 낮다.⊙참고문헌 1) 건조식품사전 2) 식품위생소육법 3) 식품의 조리기술과 그 보존에 대한 연구보고 :삼성전자(주) 종합연구소 4) Effect of far-infrared radiation and  heat treatment on the antioxidant activity of   water extracts from peanut hulls 5) Neutrinos form extragalactic cosmic ray interactions in the far infrared back ground 6) Dielectric properties and far infrared reflectivity of lanthanum aluminate strontium   titanate ceramics 7) Strongly reduced superfluid density in the inhomogeneoushigh-Tc cuprates     :far-infrared study■ 원적외선의 공업용으로서 실시 예■원적외선을 이용한 농산물의 건조시간■열풍과 원적외선 건조 비교① copy 외장건조코팅 ② 오토바이 가솔린탱크 도장코팅 ③ 오토바이 머플러의 코팅 ④ 오토바이 프레임의 코팅 ⑤ Steel shutter 도장 코팅 ⑥ 분체 도장■ 결론 ● 초절전의 Tungsten filament wire에서 Glass bulb를 이용한 원적외선 건조기의 사 용은 기존에 사용한 Nichrome spiral winding의 Quartz tube 방식과는 외형은 비 슷하나 니크로롬선을 이용한 방사체는 일부 생물재료에서는 투과가 되지 않는 문제점을 가지고 있으며 투과효율이 현저히 떨어지는 것으로 나타났다. ● 기존 건조기술에서 달성할 수 없었던 다양한 생물재료의 건조 품질향상을 통한 원료식품의 향,색,맛 등의 잔존극대화가 가능해 국가경쟁력을 높일 수 있는 기술이다. ● 순수원적외선 건조기는 완전 밀폐형의 원적외선 복사에너지의 사용과 배출 되는 폐열의 수분제거를 행한 후 건조기 내부 재순환 설계로 인한 에너지 소비 효율 극대화와 고품질의 건조생성물을 생산할 수 있는 기술이 적용되 어 건조기술의 새로운 장을 열것으로 기대됨. ● 이러한 건조가공기술은 생물 산업 분야의 한약재,향료,식품,제약 등에 광 범위하게 응용될 수 있을 것으로 기대됨. ● 국내·외적으로 생물재료분야에 Tungsten filament wire에서 T3 quartz lamp를 이용한 원적외선건조기의 사용은 극히 초기 상태이므로 가공제품의 품질 향 상을 통한 부가가치 증대효과가 지대하며 최종제품의 획기적인 질책향상으 로 소비촉진 효과가 크게 기대되어 원료식 자원의 생산 및 소비증대가 기대 됨. ● 국내·외 시장에 고효율의 에너지 절약형 건조기가 신상품으로 개발되어 국 제 경쟁력이 있는 상품으로 수출 확대 예상 ● 국내에 고가의 건조기 수입 대체 효과 ● 고효율의 대량 생산용 연속식 원적외선 건조기가 개발됨으로써 식품가공 산 업체에는 획기적인 활용도가 기대됨. ● 특히 고품질의 원재료생산 및 저장방법의 획기적인 개선이 될 것으로 기대 되어 안정적인 원료 공급이 가능할 것으로 기대된다. ● 야채,과일류의 건조작업시 동반되는 색소,향 성분의 파괴 및 증발현상을 둔화시켜 피 가공재의 유기적 특성이 보존된 제품을 생산하여 재료산업분야 의 성장을 유도할 것으로 예상됨.