다양한 용도로 사용…공정ㆍ비용 등 절감효과
히트펌프는 저온에서 열에너지를 흡수하여 고온에서 방열하는 냉동사이클로써 다양한 용도로 사용되고 있다.
피 건조물을 통과한 후에 수증기를 포함한 공기로부터 히트펌프의 흡열부분(증발기)에서 수증기가 잠열로서 가지고 있는 열에너지를 회수하면 공기중에 동반한 수증기가 응축되어 제거된다.
또 수증기가 제거된 공기를 히트펌프의 방열부인 응축기에서 가열하여 온도를 올리면 공기의 상대습도는 낮아지게 되는 고효율 열풍복합 건조기술이다. 이것을 건조부로 순환시킴으로써 히트펌프를 도입한 제습형의 건조장치를 구성할 수 있다.
히트펌프를 건조공정에 적용하면 일반 열풍건조에 비해 저온의 제습된 공기를 건조에 사용할 수 있어 건조성능의 향상을 기대할 수 있다. 특히 열에 민감한 제품을 건조할 수 있고 밀폐형 공기 순환방법의 사용으로 배열회수, 외기 조건에 관계없이 일정한 조건에서 건조를 수행할 수 있는 장점이 있다.
배열의 회수에 있어선 배출되는 열풍에 잔존하는 열량 이외에도 건조공정에서 증발된 수분에 포함된 열에너지도 히트펌프의 증발기의 제습과정을 통하여 회수가 가능하다.
따라서 건조에 사용되는 에너지 소비량을 대폭 감소시킴으로서 건조비용을 크게 줄일 수 있다. 또한 밀폐형 순환방법을 사용하기 때문에 오염된 공기의 외부 배출을 최소화하여 환경오염을 방지하는 면에서도 매우 유리하다.
히트펌프 건조기는 지난 70년대부터 목재와 식품 건조분야를 중심으로 사용되기 시작하여 70~80년대 외국에서 많이 보급됐다. 이처럼 히트펌프 건조기의 기술은 외국에선 설계와 개발 경험으로 쌓으며 성숙단계에 이르렀다. 미국, 호주, 영국, 일본 등 OECD 대부분의 국가에서 히트펌프 건조기 개발 및 상용화를 추진하고 있다.
히트펌프 건조기는 초기설비 투자비가 크다는 단점이 있다. 외국에선 기술개발로 운전비용을 절감함으로써 대형 시스템에서는 경쟁력 있는 제품을 출시하고 있다. 또 운전조건에 따라서 기존 열풍건조기에 비해 60~80%의 에너지절감을 달성했다는 사례가 국내에도 보고된 바 있다.
미국 GMPR사가 상용화한 히트펌프 건조기(건조용량 3만6000ℓ/h·가열온도 43~49℃)의 사례를 보면 옥수수를 건조대상으로 초기함수율 18~25%, 건조후 최종함수율 13%로 75%의 에너지절약효과를 달성하고 있다. 최근 건조온도가 60~80℃인 고온 히트펌프 건조기, 2단 히트펌프 건조기, 히트펌프와 가스엔진 복합형 건조기 등 다양한 히트펌프 건조기에 대한 연구가 이뤄지고 있다.
저온용(50℃ 이하) 히트펌프 건조기는 이미 성숙된 기술을 활용하여 개발되고 있으며 주로 농수산물, 목재 등의 건조에 많이 적용되고 있다.
중고온용(80℃ 이상) 히트펌프 건조기의 개발은 지구온난화 및 오존층 파괴 문제로 히트펌프에 사용 가능한 냉매의 제한이 있어서 각국별로 개발내용이 다소 다르고 현재까지 상용화 사례는 찾아보기 어렵다.
국내 사정은 여전히 어렵다. 최근 국내에서 농수산물 건조 등을 위한 저온(50℃이하) 히트펌프 건조기가 부분적으로 도입되기 시작했으나 히트펌프 건조기 도입의 짧은 경험과 업계의 영세성으로 최적조건의 설계가 이뤄지지 않아 높은 건조효율과 에너지절감효과를 제대로 활용하지 못하고 있는 실정이다.
히트펌프 건조기 제조, 사용업체는 소규모이고 분산되어 있어 대형 시스템의 공급을 위한 연구개발투자에 취약하고 건조기의 에너지소모량, 건조용량에 대한 산업체 표준규격과 비교자료가 결여되어 있다.