KR100292580B1 - 고압공기의 제습장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고압으로 공급되는 공기속에 포함된 수분을 제거하기 위한 고압공기의 제습장치에 관한 것이다.

본 발명은 제습 및 재생기능을 번갈아 가며 수행하는 제 1 및 제 2탱크를 여러개의 소형탱크로 분리하여 유니트화 하고, 상기 제 1 및 제 2탱크의 입구측에 외부로 부터 공급되는 공기의 공급방향을 절환시키기 위한 3방 밸브를 설치하며, 상기 제 1 및 제 2탱크의 출구측에는 제습 및 재생시 제 1 및 제 2탱크로 유입되는 건조공기의 유입방향을 제어하기 위한 제습 재생밸브계를 설치하고, 상기 제습 재생밸브계를 통하여 재생탱크에 건조공기를 유입시키는 관로에는 복수개의 개폐밸브 및 오리피스를 설치하여서 된 것이다.

이와 같이 구성된 본 발명은 건조공기의 생산량에 맞게 장치의 가동범위를 신축적으로 조절할수 있어 제 1 및 제 2탱크에 가해지는 부하를 감소시킬수 있고, 장치의 원할한 구동과 안정화에도 기여하게 된다.

Description

고압공기의 제습장치 {Dehumidificating apparatus by high pressure}

본 발명은 고압으로 공급되는 공기속에 포함된 수분을 제거하기 위한 고압공기의 제습장치에 관한 것이다.

더욱 상세하게는, 대용량의 제습 및 재생탱크를 여러개의 소형탱크로 분리하여 유니트화 하므로써 제습 및 재생기능시 각각의 탱크에 가해지는 부하를 감소시키고, 장치의 안정화에 기여하도록 한 고압공기의 제습장치에 관한 것이다.

본 발명을 설명하기에 앞서 본문에서 사용하는 용어중 '노점'에 대하여 설명 하기로 한다.

'노점(Dew Point)'이란, 포화수분이 냉각될 때 이슬이 맺히는 온도를 말한다.

다시 말해서, 수증기를 함유하고 있는 공기가 냉각되어 노점 이하로 내려가면 그 속에 포함된 수증기가 액화되어 이슬로 맺히는 결로(Dewing)현상이 발생하는데, 노점은 바로 이 결로현상이 발생하는 온도를 말한다.

상기 결로현상은 포화된 수증기의 양이 많으면 높은 온도에서 발생하고, 수증기의 양이 적으면 낮은 온도에서 발생한다.

따라서, 노점이 낮다는 것은 그만큼 공기속에 포함된 수분의 함유량이 적다는 것을 말한다.

일반적으로 공기속에 포함된 수분을 제거(제습 또는 건조)하는 장치(dryer)는 건조공기를 필요로 하는 각종 자동화 설비, 반도체의 생산라인, 계기의 생산라인 등에 사용된다.

이제까지 사용되고 있는 제습장치로는 주로 콤프레셔를 이용한 압축공기의 제습장치가 사용되었다.

이 압축공기의 제습장치는 단순히 공기속에 포함된 습도만을 제어하도록 구성된 것으로, 그 기술적인 구성은 다음과 같다.

즉, 흡습제(흡착제 또는 건조제)가 내장된 2개의 제습 및 재생탱크와, 상기 제습 및 재생탱크의 기능을 번갈아 가며 교대로 사용하기 위하여 상기 제습 및 재생탱크로 공급되는 압축공기의 방향을 절환시켜 주기 위한 방향절환 밸브와, 상기 방향절환 밸브의 동작을 제어하는 전자밸브 및 타이머가 내장된 제어반으로 구성되었던 것이다.

또한, 상기 방향절환 밸브는 필요에 따라 2방 밸브와 3방 밸브 및 4방 밸브를 선택적으로 사용할 수 있고, 이는 제어반에 설정된 절환주기에 의해 항상 일정한 주기로 방향이 절환되며, 그 절환주기는 습도가 100%인 공기를 사용하는 것을 전제로 제습 및 재생탱크의 기능이 쉽게 절환되도록 설정되어 있다.

따라서, 제습해야 할 입구측의 공기가 갖고 있는 조건(온도, 압력, 유량)이 변하여 습도가 100%에 미달되는 일이 있다 하더라도, 이에 관계없이 제습 및 재생탱크는 일정한 주기로 그 기능이 절환된다.

이에 의해, 제습탱크로 기능이 절환된 탱크는 제습하는 과정에서 흡수한 수분을 배출시키기 위한 재생공기가 필요한데, 이 재생공기는 건조된 압축공기를 감압 팽창시켜서 사용한다.

이러한 압축공기의 제습장치는 재생에 필요한 에너지(건조공기 혹은 전기, 스팀 등)를 적절히 사용하므로써 완벽한 재생을 유도하게 되는데, 이러한 재생 에너지를 절약해야만 운전경비를 대폭 절감할 수 있다.

그런데, 입구측의 공기는 하루에도 낮과 밤의 기온차에 따라 수시로 변하며, 건조공기의 사용량 또는 실제 사용량에는 상당한 변화가 있는데도 불구하고 재생공기의 소비량이 일정할 경우 막대한 에너지 손실을 감수해야만 한다.

이를 방지하기 위한 선행기술로 일본 공개특허공보에 게재된 소 62-23417호가 있다.

이 기술은 제습탱크의 내벽에 습도측정기를 부착하여 파괴시점(100% 수분흡수가 완료되는 시점)을 측정코자 한 기술로, 습도측정기의 측정단위가 상대습도(R.H)를 퍼센트로 표시할 때 그 측정범위는 대략 10∼100%이고, 상대습도는 포화 수분량과 실제 수분량의 비로써 나타내나, 실제 운전상태에서 압축공기가 갖고 있는 온도는 대개 +20℃ 내지 40℃ 이므로 습도 측정시의 최고 정밀도를 노점(Dew Point)으로 환산하면(20℃ 일 때 R.H 10%) -12℃가 되는 셈이다.

이렇게 되면, 종래의 습도측정 만으로는 미약한 수분농도의 측정이 불가능하여 흡착시 제습장치에서 요구하는 초 건조공기(노점 -40 내지 -70도)의 측정 및 제어가 실질적으로 불가능해지는 문제점이 있다.

한편, 제습과 재생기능의 절환을 밸브계의 조작으로 제어하는 또 다른 선행기술로 도 1과 같은 것이 있다.

이 구조는 제습과 재생을 반복하는 제 1탱크(11) 및 제 2탱크(20)와; 콤프레셔(C)의 압축공기를 제 1탱크(10) 및 제 2탱크(20)에 선택적으로 공급하거나 상기 제 2탱크 및 제 1탱크를 통하여 순환하는 재생공기를 외부로 배출시키는 입출 밸브계(30)와; 히터(50)에 의해서 가열된 건조공기를 제 2탱크(20) 또는 제 1탱크(10)에 공급하며 제 1탱크 또는 제 2탱크에 의해서 얻어진 제습공기를 사용처로 공급하는 제습 재생밸브계(40); 로 구성된 것이다.

상기 입출 밸브계(30)는 제 1탱크(10) 또는 제 2탱크(20)로 공급되는 압축공기의 공급방향을 절환시키기 위하여 서로 반대 방향으로 개폐되는 입출 제 1 및 제 4밸브(31,34)와, 제 1탱크(10) 또는 제 2탱크(20)를 통과한 재생공기를 선택적으로 배출시키기 위하여 서로 반대 방향으로 개폐되는 입출 제 2 및 제 3밸브(32,33)로 구성된다.

이에 대한 동작설명은 설명의 편의상 제 1탱크(10)가 제습탱크이고, 제 2탱크(20)가 재생탱크인 것으로 간주하여 설명한다.

먼저, 콤프레셔(C)에서 압축공기가 공급되면 입출 밸브계(30)의 제 1 및 제 3밸브(31, 33)를 오픈 시키고, 나머지 밸브(22, 24)는 크로스 시킨다.

상기 밸브(31∼34)의 개폐동작은, 예를 들어 솔레노이드 밸브를 통하여 행할수 있고, 또는 별도의 제어수단을 통하여 행할수도 있는데, 이러한 기술은 이미 공지된 것이므로 그에 대한 설명은 생략한다.

이렇게 하면, 제 1밸브(31)를 통과한 압축공기가 제 1탱크(10)로 유입되어 제습되고, 제습된 건조공기는 제습 재생밸브계(40)의 제 1밸브(41)를 통하여 사용처로 공급된다.

이때, 히터(50)에서 가열된 건조공기는 제 3밸브(43)를 통하여 제 2탱크(20)로 유입되며, 제 2탱크로 유입된 건조공기는 제 2탱크의 내부를 순환하면서 수분을 제거하여 건조시킨 뒤 입출 밸브계(30)의 제 3밸브(33)를 통하여 외부로 배출된다.

이 상태에서 제습탱크인 제 1탱크(10)의 제습기능이 완료되면(센서나 타이머의 작동으로 작업이 완료 되었음을 알수 있다), 입출 밸브계(30)와 제습 재생밸브계(40)의 밸브 상태를 상호 반대 방향으로 작동시켜 도 2와 같이 제 1탱크(10)가 재생탱크로, 제 2탱크(20)는 제습탱크로 기능을 전환시킨다.

즉, 제습탱크을 통해서는 압축공기를 공급받아 제습시키는 건조과정을 반복하여 외부에서 공급된 공기를 건조공기로 만든 다음 산업계의 사용처로 공급하고, 이와 동시에 다른 탱크(재생탱크)에서는 그 내부로 공급된 가열공기(건조공기)에 의해 내부의 수분을 건조시켜 이후의 제습이 가능한 상태로 만든다.

따라서, 제습탱크의 제습기능이 완료되어 제습효율이 떨어지면 곧바로 제습탱크는 재생탱크로, 재생탱크는 제습탱크로 기능이 변환되며, 이러한 과정을 반복하여 수행하므로써 제습공기를 지속적으로 공급하게 된다.

그런데, 이와 같은 장치는 2개의 탱크(제습탱크, 건조탱크)로 구성되어 있기 때문에 유량의 변화에 대하여 신축성 있는 운전을 할 수가 없었고, 탱크를 제작함에 있어서도 유량에 따라 다양한 규격의 탱크가 요구되는 바, 비능률적인 생산성과 많은 자재의 재고부담이 되어 왔던 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 기술적인 과제는 대형의 제습 및 재생탱크를 여러개의 소형탱크로 분리하여 유니트화 하므로써 유량변동(감소시)에 따른 운전으로 재생공기 및 기타의 열 에너지를 절감하고, 장치의 안정적인 운전에 기여할수 있는 고압공기의 제습장치를 제공함에 있다.

도 1과 도 2는 종래 제습장치에서 흡착 및 재생시의 동작을 나타낸 개략도

도 3은 본 발명의 전체 구성을 나타낸 개략도

도 4는 본 발명의 측면도

도 5는 본 발명의 정면도

※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

210 : 제 1탱크 211∼216 : 소형탱크

220 : 제 2 탱크 221∼226 : 소형탱크

230 : 3방 밸브 240 : 제습 재생밸브계

250 : 리턴밸브계 260 : 공급관로

261,262 : 솔레노이드 밸브 263 : 머플러

270 : 배출관로 280 : 분리관

290 : 유량계

상기의 과제를 달성하기 위하여 본 발명은 제습 및 재생기능을 번갈아 가며 수행하는 제 1 및 제 2탱크를 여러개의 소형탱크로 분리하여 유니트화 하고, 상기 제 1 및 제 2탱크의 입구측에 외부로 부터 공급되는 공기의 공급방향을 절환시키기 위한 3방 밸브를 설치하며, 상기 제 1 및 제 2탱크의 출구측에는 제습 및 재생시 제 1 및 제 2탱크로 유입되는 건조공기의 유입방향을 제어하기 위한 제습 재생밸브계를 설치하고, 상기 제습 재생밸브계를 통하여 재생탱크에 건조공기를 유입하는 관로에는 복수개의 개폐밸브 및 오리피스를 설치하여서 된 것이다.

상기와 같이 구성된 본 발명은 건조공기의 용량에 맞게 제습 및 재생탱크의 가동량을 조절할수 있고, 개폐밸브 및 오리피스의 가동량을 조절하여 재생탱크로 유입되는 건조공기의 양을 조절할수 있다.

즉, 장치의 가동범위를 신축적으로 조절하여 사용처에서 필요로 하는 양 만큼의 건조공기를 생산할수 있다.

따라서, 건조공기의 생산시 제 1 및 제 2탱크에 가해지는 부하를 감소시킬수 있고, 장치의 원할한 구동과 안정화에도 도움을 주게 되고, 흡습제의 사용시간이 단축되어 수명연장의 효과도 기대할수 있다.

또한, 각 관로의 직경에 따른 최고의 유량범위내에서 탱크의 크기를 규격화하고, 유량에 따라 탱크의 개수를 결정하여 조립 생산하므로 생산성 향상과 함께 재고관리의 단순화 등을 기대할수도 있다.

이하에서 본 발명을 첨부된 실시예의 도면에 의거 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명의 전체 구성을 나타낸 개략도이고, 도 4는 본 발명의 측면도이고, 도 5는 본 발명의 정면도를 나타낸 것이다.

도시한 바와 같이 본 발명은 제습기능과 재생기능을 번갈아 가며 수행하며 여러개의 소형탱크(211∼216,221∼226)로 분리되어 유니트화 된 제 1 및 제 2탱크(210,220)와;

상기 제 1 및 제 2탱크(210,220)의 입구측에 설치되어 공급공기의 공급방향을 절환시켜 주는 3방 밸브(230)와;

상기 제 1 및 제 2탱크(210,220)의 출구측에 설치되어 제습 및 재생시 상기 제 1 및 제 2탱크로 부터 사용처로 배출되는 건조공기와 제 1 및 제 2탱크로 유입되는 재생용 건조공기의 유입방향을 절환시켜 주는 제습 재생밸브계(240) 및;

상기 제습 재생밸브계(240)의 출구측과 제습 재생밸브계 사이에 설치되어 재생탱크로 유입되는 건조공기의 양을 제어하는 리턴밸브계(250); 로 구성된다.

상기 제습기능과 재생기능을 수행하는 제 1 및 제 2탱크(210,220)는 도 4 및 도 5와 같이 다수의 소형탱크(211∼216,221∼226)로 분리되어 있고, 그 내부에는 흡습제가 내장되어 있다.

이들 소형탱크들은 단위별로, 예컨대 2개 내지 6개가 하나의 단위로 유니트화 되어 공급관로(260)에 플랜지(211a∼216a,221a∼226a) 및 개폐수단인 밸브(214b∼216b,224b∼226b)를 통하여 접속된다.

그리고, 공급관로(260)에 연결된 소형탱크중 최후의 소형탱크(216,226) 외측에는 공급공기 및 제습된 건조공기의 역류를 차단하기 위한 솔레노이드 밸브(261,262)와 소음방지용 머플러(263)가 설치된다.

상기 방향절환용 3방 밸브(230)는 셔틀밸브로서, 제 1 및 제 2탱크(210,220)의 입구측 공급관로(260)에 설치되어 공기압에 의해 작동하면서 제 1 및 제 2탱크로 공급되는 공급공기의 방향을 절환시켜 주게 된다.

상기 제습 재생밸브계(240)는 4개의 첵크밸브(241∼244)로 구성되며 제 1 및 제 2탱크(210,220)의 출구측 공급관로(260)에 설치되어 제습 및 재생시 상기 제 1 및 제 2탱크로 부터 배출되는 건조공기의 배출방향을 제어하거나, 리턴밸브계(250)를 통하여 제 1 및 제 2탱크로 유입되는 건조공기의 유입방향을 절환시켜 주는 역할을 하게 된다.

상기 리턴밸브계(250)는 제습 재생밸브계(240)의 1, 2번 밸브(241,242) 사이의 공급관로(260)와 배출관로(270)를 연결하는 분리관(280)에 설치된다.

이 리턴밸브계는 복수개의 오리피스(251∼254)와 개폐밸브인 밸브(251a∼254a) 및 그루브밸브(251b∼254b)로 구성된다.

또한, 상기 배출관로(270)에는 사용처로 공급되는 건조공기의 유량을 확인할수 있는 유량계(290)가 설치된다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 동작 및 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.

설명의 편의상, 제 1탱크(210)가 제습탱크로, 제 2탱크(220)는 재생탱크의 기능을 갖는 것으로 전제한다.

이 경우, 3방 밸브(230)는 제 1탱크(210)를 향하여 개방되고, 2개의 솔레노이드 밸브(261,262)중 일측의 솔레노이드 밸브(261)는 닫혀 있으며, 타측의 솔레노이드 밸브(262)는 열려 있게 된다.

또한, 제습 재생밸브계(240)의 제1, 3번 밸브(241,243)가 닫히고, 제 2, 4번 밸브(242, 244)는 개방된다.

먼저, 외부의 공급공기가 3방 밸브(230)로 유입되면, 이 공급공기는 공급관로(260)를 통하여 제습기능을 갖는 제 1탱크(210)로 유입된다.

제 1탱크로 유입된 공급공기는 각각의 소형탱크(211∼216)를 통과하면서 흡습제에 의해 수분이 흡수되어 건조되고, 건조된 공기는 노점이 낮은 고압공기로서 공급관로(260)와 개방된 4번 밸브(244) 및 유량계(290)를 통하여 사용처로 공급된다.

이때, 복수개의 소형탱크(211∼216)로 구성된 제 1탱크(210)는 사전에 건조공기의 공급량을 감안하여 필요한 수의 밸브(214b∼216b)를 개방시켜 놓는다.

이렇게 하면, 개방된 소형탱크를 통해서만 제습기능이 이루어진다.

또한, 배출되는 건조공기의 일부는 분리관(280)으로 유입되어 각각의 오리피스(251∼254)를 통과한 다음 제 2번 밸브(242)를 통하여 제 2탱크(220)로 유입되어 개방된 각각의 소형탱크(221∼226)를 통과하면서 내장된 흡습제를 건조시킨다.

이때, 소형탱크(221∼226)는 전술한 제 1탱크(210)와 마찬가지로 사전에 건조공기의 유입량을 감안하여 필요한 수의 밸브(224b∼226b)를 개방시켜 놓는다.

제 2탱크(220)의 내부를 통과하면서 각각의 소형탱크를 건조시킨 공기는 솔레노이드 밸브(262)와 머플러(263)을 통하여 외부로 배출되며, 이때 머플러는 소음을 감소시켜 주는 역할을 한다.

상기 동작중, 리턴밸브계(250)를 구성하는 각각의 오리피스(251∼254)도 건조공기의 유입량을 감안하여 사전에 필요한 수를 개방시켜 놓는다.

상기와 같은 동작이 반복되어 제 1탱크(210)의 제습효과가 떨어지면, 제 1탱크를 재생탱크로 제 2탱크를 제습탱크로 기능전환을 시킨다.

이때는, 일측의 솔레노이드 밸브(262)를 닫고, 타측의 솔레노이드 밸브(261)를 열어놓으면 된다.

이렇게 하면, 제 2탱크(220)로 부터 배출된 공기압에 의해 3방 밸브(230)의 밸브체가 이동하여 제 2탱크(220)를 향하여 개방되고, 제 1탱크(210)를 향해서는 차단된다.

또한, 제습 재생밸브계(240)의 제1, 3번 밸브(241,243)가 열리고, 제 2, 4번 밸브(242, 244)는 차단된다.

이때는 전술한 동작의 반대 동작에 의해 제 2탱크가 건조탱크의 역할을 하고, 제 1탱크는 재생탱크의 역할을 하게 되며, 그에 대한 설명은 동일하므로 생략한다.

상기 제 1, 2탱크의 기능전환은 사전에 설정된 시간대로 변환된다.

이상에서 설명한 본 발명은 실시예에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 범주를 벗어나지 않는 범위 내에서 얼마든지 변형하여 실시가 가능하며, 본 발명은 이러한 것을 포함한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 제습 및 재생기능을 번갈아 가며 수행하는 제 1 및 제 2탱크를 여러개의 소형탱크로 분리 형성하여 유니트화 하므로써 건조공기의 용량에 맞게 제습 및 재생탱크의 가동량을 조절할수 있고, 이에 따라 개폐밸브 및 오리피스의 가동량을 조절하여 재생탱크로 유입되는 건조공기의 양을 조절할수 있으므로 장치의 가동범위가 신축적으로 조절되는 것이다.

따라서, 본 발명은 건조공기의 생산 용량에 맞게 제습 및 재생탱크의 가동량 및 개폐밸브와 오리피스의 가동량을 조절할수 있으므로 제 1 및 제 2탱크와 장치 전체에 가해지는 부하를 감소시킬수 있고, 원할한 구동과 안정화에도 기여하게 되는 것이다.

또한, 본 발명은 전기나 스팀 등의 히터를 사용치 않는 비가열식 위주로 설명하였으나, 실제로는 가열식의 제습장치에도 적용할수 있다.

Claims (3)

1. 제습기능과 재생기능을 번갈아 가며 수행하며 흡습제가 내장된 여러개의 소형탱크(211∼216,221∼226)로 분리 형성되어 유니트화 된 제 1 및 제 2탱크(210,220)와;

   상기 제 1 및 제 2탱크(210,220)의 입구측 공급관로(260)에 설치되어 공기압에 의해 작동하면서 공급공기의 공급방향을 절환시켜 주는 3방 밸브(230)와;

   상기 제 1 및 제 2탱크(210,220)의 출구측 공급관로(260)에 설치되며 4개의 첵크밸브(241∼244)로 구성되어 제습 및 재생시 상기 제 1 및 제 2탱크로 부터 배출되는 건조공기와 제 1 및 제 2탱크로 유입되는 건조공기의 유입방향을 절환시켜 주는 제습 재생밸브계(240) 및;

   상기 제습 재생밸브계(240)의 출구측과 제습 재생밸브계 사이를 연결하는 분리관(280)에 설치되며 복수개의 오리피스(251∼254)와 개폐밸브인 밸브(251a∼254a) 및 그루브밸브(251b∼254b)로 구성되어 재생탱크로 유입되는 건조공기의 양을 제어하는 리턴밸브계(250); 로 구성됨을 특징으로 하는 고압공기의 제습장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 소형탱크(211∼216,221∼226)들은 2 내지 6개가 하나의 단위로 유니트화 되어 공급관로(260)에 플랜지(211a∼216a,221a∼226a) 및 개폐수단인 밸브(214b∼216b,224b∼226b)를 통하여 접속된 것을 특징으로 하는 고압공기의 제습장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 공급관로(260)에 연결된 소형탱크(211∼216,221∼226)중 최후의 소형탱크(216,226) 외측에는 공급공기 및 제습된 건조공기의 역류를 차단하기 위한 솔레노이드 밸브(261,262)와 소음방지용 머플러(263)가 설치된 것을 특징으로 하는 고압공기의 제습장치.