KR100450594B1 - 냉동시스템을 이용한 에어 드라이어 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축공기를 배송하는 배관의 중간에 설치되어 압축 공기 중에 함유된 수분을 냉각 여과하는 에어드라이어 시스템에 관한 것으로, 압축공기가 통과하는 여과타워의 내부를 공기압축기 또는 압축공기탱크 등의 압축공기원으로부터 압축공기를 공급하는 압축공기공급라인과, 상기 압축공기공급라인에 셔틀밸브를 통하여 병렬 연결되어 있으면서 내부에 수분과 기름 등의 이물질을 흡착 여과하는 흡착제와 여과필터가 내장된 한 쌍의 여과타워, 상기 여과타워에서 여과된 공기를 배출하는 공기배출라인, 상기 여과타워의 내부에 각각 하나씩 설치된 열교환기, 상기 열교환기에 냉매를 순환 공급하는 하나의 냉매압축기 및, 상기 냉매압축기에서 공급되는 냉매의 공급방향을 필요에 따라 절환하는 절환밸브로 구성되고, 상기 여과타워의 내부에 각각 하나씩 설치된 열교환기의 한쪽 선단은 냉매순환연결라인을 통하여 서로 직접 연결되어 있는 한편, 상기 열교환기의 다른 쪽 선단은 냉매공급/귀환라인을 통하여 상기 절환밸브와 연결되어 이루어진다. 이러한 냉각식 냉동에어드라이어 시스템은 압축공기중의 수분을 0℃이하의 저온에서 얼려 제거함으로써 그 제거효율을 높일 수가 있을 뿐만 아니라, 하나의 냉동시스템을 사용하여 2개이상의 여과타워에 설치된 열교환기를 냉동 및 발열상태로 교차 가동시킬 수 있게 함으로써, 별도의 외부 열원을 사용하지 않고서도 열교환기가 냉동상태로 가동되는 동안에 생성된 얼음이 발열상태로 가동될 때 자체 용해되어지게 함으로써 에너지의 절감효과가 클 뿐만 아니라, 구조가 간단해지는 효과를 얻을 수 있는 것이다.

Description

냉동시스템을 이용한 에어 드라이어{An air dryer using cold refrigerator system}

본 발명은 압축공기 중에 함유된 수분 등을 제거하는 에어 드라이어시스템에 관한 것으로, 특히 하나의 냉동시스템만으로 1개 이상의 여과타워내부를 영하와 영상의 온도로 교차 작동시켜 수분이 응결된 얼음을 제거함과 동시에 여과타워 내부에 구비된 흡착제와 여과필터를 효과적으로 재생시킬 수 있게 한 냉동시스템을 이용한 에어드라이어에 관한 것이다.

일반적으로 음식물 처리과정이나 약품처리과정 또는 반도체 생산공장 등과 같은 정밀산업현장 등에서 사용하는 압축공기에는 수분이나 기름 등과 같은 이물질 성분이 함유되어 있으면 아주 곤란한 문제가 발생하게 되므로, 공기압축기를 이용하여 압축한 공기를 에어 드라이어 등을 사용하여 압축공기 중에 함유된 수분 및 기름을 제거하여 사용한다.

이와 같이 압축공기 중에 함유된 수분 등을 제거하는데 사용되는 에어 드라이어는 여러 가지 타입이 있는 바, 통상 이러한 에어 드라이어는 공기 압축기로부터 압축공기를 공급하는 공급라인 중간에 설치하도록 되어 있으면서, 한 개 이상의 여과타워로 구성되어 있다.

한편, 에어드라이어는 여과타워내부에 압축공기중의 수분 및 기름성분을 흡착 여과하는 흡착제만 내장된 구조와, 상기 흡착제와 함께 다른 수분여과수단이 내장된 구조로 구별 지워지는데, 수분여과수단으로서 수분을 냉각 응결시켜 제거하는 냉동기구를 설치된 것이 있는 바, 이러한 냉각수단이 설치된 에어드라이어를 냉각식 에어드라이어라 한다.

일반적으로 냉각식 에어드라이어는 압축공기가 냉각회로의 열교환기를 통과할 때, 이 압축공기 중에 함유된 수분이 저온으로 유지되는 열교환기에 의해 응결되게 함으로써 압축공기 중에 함유된 수분을 제거하는 방법을 사용하는 것으로서, 종래의 통상적인 냉각식 에어드라이어서는 열교환기가 3℃ ∼ 7℃의 0℃ 이상으로 유지되게 하면서, 이 열교환기에 주입되는 압축공기의 온도와 열교환기의 온도차이에 의한 결수현상을 이용하여 압축공기의 수분을 응축 제거하는 방법을 사용하고 있다.

이러한 종래의 냉각식 에어드라이어는, 냉각시스템에서 압축공기중의 수분을 제거하기 위해 저온으로 유지되는 냉각 열교환기는 에어드라이어의 내부에 설치되고, 에어드라이어에서 흡수된 열을 발산하는 발열 열교환기는 대기와 접촉하는 실외에 배치되게 되어 있기 때문에, 이러한 냉각회로의 특성상 외부 대기의 온도변화에 따라 발열 열교환기에서 열교환하는 냉매의 온도 변화가 심하게 됨으로 인하여, 에어드라이어에 설치되는 냉각 열교환기의 온도가 일정하게 유지되지 못하게 된다. 따라서, 압축공기중의 수분을 응축시키는 응결점이 일정치 못하게 되고, 이로 인해 에어드라이어의 성능이 안정되지 못하다는 문제점이 있었다.

이와 같이 종래의 냉각식 에어드라이어가 0℃이하에서 공기중의 수분을 응결시키지 못하는 이유는, 압축공기의 수분을 제거하는 냉각 열교환기가 다수개의 공기통로를 갖춘 튜브식 구조로 되어 있으면, 압축공기가 상기한 바와 같은 구조로 이루어진 냉각 열교환기의 내부 공기통로를 통과하게 되어 있으므로, 냉각 열교환기의 온도가 0℃ 이하로 내려가면 냉각회로주변에 수분이 응결되어 얼음으로 변하게 되고, 이 얼음이 점진적으로 두꺼워지게 되면, 결국 냉각 열교환기의 공기통로가 차단되어 기능을 발휘할 수 없는 문제가 발생하게 된다.

따라서, 종래의 통상적인 냉각식 에어드라이어에서는 압축공기의 수분을 제거하는 냉각 열교환기가 0℃ 이하로 내려가지 않게 하기 위해 3℃∼7℃의 상온으로만 유지하도록 하여야 하고, 이러한 이유 때문에 종래의 냉각식 에어드라이어는 3℃∼7℃ 이상의 온도 범위에서 존재하는 공기중의 수분만을 제거 할 수밖에 없어 수분 제거 효율이 낮을 수밖에 없는 문제점이 있었다.

또한, 종래의 냉각식 에어드라이어는 압축공기와 접촉하여 수분을 제거하는 냉각 열교환기에서 얻어진 열을 에어드라이어의 외부에 설치된 반대쪽의 발열 열교환기를 통하여 대기로 방출하여 버리게 되므로 에너지 소모가 발생하는 단점이 있었다.

이에 본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 냉동식 에어드라이어에서 발생하는 여러 가지 문제점을 해결하기 위해, 하나의 냉동시스템을 사용하여 여과타워 내부에 설치된 열교환기가 냉각수단과 발열수단으로 교차 작동할 수 있게 하여 지속적이면서 효과적으로 압축공기의 수분을 제거함과 동시에 여과타워 내부에 구비된 흡착제와 여과필터를 효과적으로 재생시킬 수 있게 한 냉각시스템을 이용한 에어드라이어를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 바의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 냉동식 에어드라이어는, 공기압축기 또는 압축공기탱크 등의 압축 공기원으로부터 압축공기를 공급하는 압축공기공급라인과 상기 압축공기공급라인에 셔틀밸브를 통하여 병렬 연결되어 있으면서 내부에 수분과 기름 등을 흡착 여과하는 흡착제와 여과필터가 내장된 한 쌍의 여과타워, 상기 여과타워에서 여과된 공기를 배출하는 공기배출라인, 상기 여과타워의 내부에 각각 설치된 열교환기, 상기 열교환기에 냉매를 순환 공급하는 하나의 냉매압축기 및, 상기 냉매압축기에서 공급되는 냉매의 공급방향을 필요에 따라 절환하는 절환밸브로 구성되고, 상기 여과타워의 내부에 각각 하나씩 설치된 열교환기의 한쪽 선단은 냉매순환연결라인을 통하여 서로 직접 연결되어 있는 한편, 상기 열교환기의 다른쪽 선단은 냉매공급/귀환라인을 통하여 상기 절환밸브와 연결되어 이루어진다.

한편, 상기의 열교환기는 여과타워 내부에 압축공기가 표면에 직접 접촉할 수 있도록 표면이 노출된 개방형으로 설치하는 것이 바람직하다.

이러한 구성으로 이루어진 본 발명의 냉동식 에어드라이어 시스템은, 하나의 냉매압축기에서 공급되는 냉매절환밸브의 절환위치에 따라 상기 여과타워 내부에 각각 설치된 열교환기가 냉동수단 또는 발열수단으로서의 기능을 교차수행하게 하고, 열교환기가 냉동수단으로서의 기능을 수행할 때 여과타워로 주입된 압축공기중의 수분을 응축 및 응결시켜 제거할 수 있게 하며, 반대로 열교환기가 발열수단의 기능을 수행할 때 응결된 얼음을 녹여 줌으로써 양쪽 여과타워의 열교환기가 교차하여 수분제거기능을 수행할 수 있게 하는 한편, 하나의 냉매시스템을 사용하여 2개의 여과타워를 냉동 및 발열상태로 가동시킬 수 있게 함으로서 냉동기에서 발생되는 모든 에너지를 효과적으로 사용 할 수 있는 것이다.

즉, 본 발명에 따른 장치는, 2개의 여과타워와 이들 여과타워 내부에 설치된 열교환기가 제어장치에 의해 냉각 및 발열 상태로 교차 작동하게 되어있으며, 냉각상태의 타워는 주입되는 공기중에 함유된 수분을 제거하고, 발열상태의 타워는 수분이 응결되어 생성된 성애 및 얼음을 제거하도록 반복교차 작동하면서, 압축공기의 수분과 기름을 효과적으로 연속제거할 수 있는 것이다.

또한, 열교환기를 여과타워 내부에 압축공기가 직접 접촉할 수 있도록 개방형으로 설치함으로써, 수분이 응결될 수 있는 공간과 시간을 증대시킬 수 있고, 흡착제나 여과필터에 흡착된 수분이나 기름 등을 제거하기 위해 공기의 일부를 압축공기의 공급방향과 반대로 주입하여 상기 흡착제와 여과필터를 재생시키는 효과가 있는 것이다.

도 1 은 본 발명에 따른 냉동시스템을 이용한 에어드라이어의 개략적 구성도이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호설명

1 - 압축공기공급라인 2 - 셔틀밸브

3 - 흡착제 4 - 여과필터

5 - 여과타워 6 - 여과타워

7 - 공기배출라인 8 - 열교환기

9 - 열교환기 10 - 냉매압축기

11- 절환밸브 12 - 냉매순환연결라인

13 - 냉매 공급/귀환라인 14 - 냉매 공급/귀환라인

15 - 드레인밸브 16 - 드레인밸브

17 - 분기라인 18 - 배기밸브

19 - 분기라인 20 - 배기밸브

21 - 온/오프밸브 22 - 재생라인

23 - 분기재생라인 24 - 분기재생라인

25 - 첵크밸브 26 - 첵크밸브

27 - 연결관 28 - 첵크밸브

29 - 첵크밸브 30 - 예배배기밸브

31 - 예비배기밸브 32 - 배출분기관

33 - 배출분기관 34 - 연결구

35 - 첵크밸브 36 - 첵크밸브

37 - 여과필터 38 - 여과필터

39 - 여과필터 40 - 여과필터

41 - 팽창밸브 42 - 제어밸브

이하 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 예시도면을 참조하여 자세히 설명한다.

본 발명은 여과된 공기의 일부를 압축공기의 공급방향과 반대로 주입하여 흡착제나 여과필터에 흡착된 수분이나 기름 등을 제거함으로써, 상기 흡착제와 여과필터를 재생시키는 것에 그 특징이 있는 것이다.

또한, 본 발명은 냉동시스템을 이루는 열교환기에서 발생하는 냉기와 열기를 외부로 방출시키지 않고, 냉기는 공기중의 수분을 제거하는데 사용하고, 열기는 수분이 응결되어 형성된 얼음이나 성애를 녹이는데 사용하여 에너지의 손실이 없게 한 것에 다른 특징이 있는 것이다.

이러한 특징을 갖는 본 발명의 장치는 도면 1에 도시한 바와 같이 구성도로 나타낼 수가 있는 바, 이 도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 에어 드라이어 시스템은 공기압축기 또는 압축공기탱크 등과 같은 압축공기원으로부터 압축공기를 공급하는 압축공기공급라인(1)과, 상기 압축공기공급라인(1)에 셔틀밸브(2)를 통하여 병렬 연결되어 있으면서 내부에 수분과 기름 등을 흡착 여과하는 흡착제(3)와 여과필터(4)가 내장된 한 쌍의 여과타워(5,6), 상기 여과타워(5,6)에서 여과된 공기를 배출하는 공기배출라인(7), 상기 여과타워(5,6)의 내부에 각각 하나씩 설치된 열교환기(8,9), 상기 열교환기(8,9)에 냉매를 순환 공급하는 하나의 냉매압축기(10) 및, 상기 냉매압축기(10)에서 공급되는 냉매의 공급방향을 필요에 따라 절환하는 절환밸브(11)로 구성되어 있다.

그리고, 상기 여과타워(5,6)의 내부에 각각 하나씩 설치된 열교환기(8,9)의 한쪽선단은 냉매순환연결라인(12)을 통하여 서로 직접 연결되어 있는 한편, 상기 열교환기(8,9)의 다른쪽 선단은 냉매공급/귀환라인(13,14)을 통하여 상기 절환밸브(11)와 연결되어 있다.

따라서, 상기 냉매압축기(10)에서 압축공급되는 냉매는 상기 절환밸브(11)의 절환위치에 따라, 도면에서 왼쪽에 배치된 여과타워(5)의 열교환기(8)로 먼저 공급된 다음, 냉매순환연결라인(12)을 통하여 도면에서 오른쪽에 도시된 여과타워(6)의 열교환기(9)를 거쳐 냉매압축기(10)로 귀환하게 되는데, 이때 냉매의 작동상태에 따른 냉매사이클의 연결순서에 의해 냉매가 먼저 통과하는 열교환기(8)는 냉기를 발생시키는 냉각수단이 되고, 이 냉각수단에서 열교환함에 따라 팽창된 냉매를 다시 응축시키는 나중의 열교환기(9)는 발열수단이 된다.

물론, 상기 절환밸브(11)의 위치를 절환시킴에 따라 냉매압축기(10)에서 압축된 냉매의 유동방향이 바뀌어지면, 상기의 열교환기(8,9)는 냉각수단 및 발열수단의 기능을 서로 반대로 발휘하게 되는 것이다.

즉, 냉장고에서 냉기를 방출하는 열교환기(8,9)와 열을 방출하는 열교환기의 작동상태가 상기 절환밸브(11)의 절환위치에 따라 서로 바뀌어지게 되는 것이다.

그리고, 상기 열교환기(8,9)는 내부 공간이 큰 여과타워(5,6)의 내부에 설치되어 있으면서, 이들 열교환기(8,9)와 여과타워(5,6)의 내면사이에 충분한 공간이 확보되어 있고, 상기 열교환기(8,9)의 표면에 주입되는 공기가 직접 접촉하는 개방형으로 설치되어 있기 때문에, 열교환기(8,9)의 온도를 0℃이하로 내려 열교환기(8,9)의 표면에 얼음이 생성되어도 압축공기의 통과 등과 같은 기능에 전혀 문제가 발생되지 않게 할 수가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 에어 드라이어는 압축공기의 수분을 0℃ 이하의 낮은 노점에서 제거할 수가 있게 되어 수분 제거효율을 향상시킬 수 있는 것이다.

한편, 상기 압축공기공급라인(1)으로부터 공급되는 압축공기는 여과타워(5,6)내부의 압력 등에 따라 가변 작동되는 상기 셔틀밸브(2)의 절환위치에 따라 상기 열교환기(8,9)중 냉각수단으로서의 기능을 발휘하는 쪽으로 공급되게 한다.

즉, 압축공기공급라인(1)을 통하여 공급되는 압축공기가 여과타워(5,6)의 내부에 설치된 열교환기(8,9)중 냉각수단으로서의 기능을 발휘하는 쪽으로 공급되게 하는 것이다.

여기서, 설명의 편의를 위해 도면에서 좌측에 도시된 여과타워(5)의 내부에 설치된 열교환기(8)가 냉각수단으로서의 기능을 발휘하는 것이고, 나머지 하나의 여과타워(6)내부에 설치된 열교환기(9)가 발열수단으로서의 기능을 발휘하는 것으로 초기 설정된 것으로 가정하기로 한다.

상기 열교환기(8)가 냉각수단으로 작동하면 이 열교환기(8)와 그 주변에는 차가운 냉기가 발생하게 되고, 이러한 상태에서 상기 압축공기공급라인(1)의 압축공기가 셔틀밸브(2)를 통하여 주입되면, 그 압축공기중에 함유되어 있던 수분이 냉각수단으로서의 기능을 발휘하는 상기 열교환기(8)에 부딪히면서 응결되어 공기에서부터 제거되게 되고, 이렇게 수분이 제거된 공기는 다시 상승하면서 필터(4)와 흡착제(3)를 통과하여 올라가면서 나머지 잔여 수분과 기름성분이 거의 완전히 제거된 다음, 공기배출라인(7)을 통하여 사용처로 배출 공급되게 되는 것이다.

상기한 바와 같이, 압축공기가 주입되면서 열교환기(8)와 효과적으로 접촉할 수 있게 하기 위해 열교환기(8)의 표면적이 가능한 넓게 형성시키는 것이 바람직하다.

한편, 상기한 바와 같이 냉각수단으로 작용하는 열교환기(8)에 접촉하여 응축된 물은 열교환기(8)의 온도가 0℃ 이하로 내려감에 따라 응결되어지게 되고, 상기 압축공기공급라인(1)으로부터 계속하여 압축공기가 공급되어지면, 점차 상기 열교환기(8)의 주변에는 두꺼운 얼음이 생성되게 되는데, 이 얼음의 두께가 두꺼워지면 여과타워(5,6)의 내벽면 사이에 얼음이 가득 차 압축공기의 통로를 막거나 좁히게 된다.

이와 같이 열교환기(8)에 얼어붙은 얼음으로 인해 압축공기의 흐름에 이상이 발생하지 않게 하기 위해, 상기 열교환기(8)에 얼어붙은 얼음이 소정치 이상으로 두꺼워지면, 상기 절환밸브(11)의 위치를 절환시켜 냉매압축기(10)에서 공급되는 냉매가 반대방향으로 유동되게 한다.

냉매의 흐름이 상기의 설명과 반대방향으로 이루어지면, 냉각수단으로 작용하던 열교환기(8)는 발열수단이 되고, 다른 하나의 여과타워(6)의 내부에 설치되어있는 열교환기(9)는 냉각수단으로서 작동하게 된다.

따라서, 이미 압축공기중에 함유되어 있던 수분이 응결되어 얼은 얼음이 녹아 내리게 되고, 이렇게 녹아 내린 물은 여과타워(5,6)의 하단에 설치되어 있는 드레인밸브(15,16)를 통하여 외부로 빠져나오게 된다.

한편, 냉매의 유동방향을 바꾸는 절환밸브(11)의 절환작동과 더불어, 상기 셔틀밸브(2)에서부터 여과타워사이를 연결하는 분기라인(17)에 설치되어 있는 배기밸브(18)를 개방시키는 반면, 상기 셔틀밸브(2)에서부터 여과타워(6)사이를 연결하는 분기라인(19)에 설치되어 있는 배기밸브(20)를 차단시키면, 양쪽 여과타워(5)의 내부는 압력이 낮아지게 되고, 반대쪽 여과타워(6)의 내부 압력은 높아지게 되므로, 압축공기공급라인(1)에 설치되어 있는 셔틀밸브(2)가 자동 절환되어 여과타워(5)로 통하는 공기통로를 차단시키는 대신, 반대쪽 여과타워(6)로 통하는 공기통로를 개방시키게 된다.

이와 동시에 상기 공기배출라인(7)에 온/오프밸브(21)를 매개하여 연결된 재생라인(22)을 통하여 여과된 공기를 일부 인출하여 여과타워(5)의 상단으로 주입시키면, 상기 재생라인(22)으로부터 주입되는 공기의 흐름에 의해 흡착제(3)와 여과필터(4)에 배어 있는 수분 및 기름성분이 빠져나오면서 공기와 함께 상기 배기밸브(18)를 통하여 외부로 배출되게 함으로써, 상기 흡착제(3)와 여과필터(4)를 재생시키게 되는 것이다.

상기한 바와 같이 공기배출라인(7)에서부터 재생라인(22)으로 인출된 공기는 압축공기가 공급되지 않는 쪽의 여과타워(5 또는 6)로 공급되게 하고, 압축공기가공급되는 쪽의 여과타워(5 또는 6)에는 공급되지 않게 하기 위해, 상기 재생라인(22)으로부터 분기되어 양쪽 여과타워(5,6)의 상단과 연결된 분기재생라인(23,24)에 각각 첵크밸브(25,26)를 설치하여 여과타워(5,6)내부의 압력 차이에 따라 상기 첵크밸브(25,26)가 온오프되면서 분기재생라인(23 또는 24)을 개방 또는 차단시키게 할 수가 있다.

여기서, 상기 흡착제(3)와 여과필터(4)를 재생시키기 위한 공기의 공급을 위해 공기배출라인(7)에 연결된 재생라인(22)을 통하여 인출하지 않고, 다른 방법으로도 재생용 공기를 얻을 수가 있는 바, 예컨대 양쪽 여과타워(5,6)의 상단을 소정 직경의 연결관(27)으로 연결시켜 두면, 상기한 바와 같이 배기밸브(18,20)의 절환작동 및 셔틀밸브(2)의 절환작동에 의해 압축공기의 공급방향이 바뀜과 동시에 열교환기(8 또는 9)와 여과필터(4) 및 흡착제(3)에 의해 수분과 기름이 제거된 공기의 일부가 상기 연결관(27)을 통하여 반대쪽 여과타워 쪽으로 공급되게 함으로써 해당 여과타워의 내부에 설치되어 있는 여과필터(4)와 흡착제(3)를 재생시킬 수 있는 것이다.

상기에서 연결관(27)을 통하여 반대쪽 여과타워(5 또는 6)로 공급되는 공기의 양은 연결관(27)의 직경에 따라 결정 지울 수 있는 바, 따라서 이 연결관(27)의 직경은 여과타워(5,6)의 용적에 따라 결정하면 된다.

한편, 본 발명에 따른 에어드라이어의 작동효과를 증진시키기 위해, 상기한 바와 같은 구조에 부가하여 몇 가지 다른 구성요소를 설치하여 사용할 수 있다.

즉, 상기 셔틀밸브(2)와 양쪽 여과타워(5,6)사이를 연결하는분기라인(17,18)의 중간에 공기의 역류를 방지하는 첵크밸브(28,29)를 설치하고, 상기 첵크밸브(28,29)와 셔틀밸브(2)사이에 상기 분기라인(17,18)의 공기를 드레인시키는 예비배기밸브(30,31)를 설치하는 한편, 상기에서 설명한 배기밸브(18,20)는 상기 첵크밸브(28,29)와 여과타워(4,5)사이에 위치되게 하면서, 이 배기밸브(18,20)가 주 배기밸브로서 역할하게 한다.

그리고, 상기 양쪽 여과타워(5,6)에 각각 연결된 배출분지관(32,33)은 연결구(34)를 통하여 상기 공기배출라인(7)과 연결되고, 상기 배출분지관(32,33)에 공기의 역류를 방지하는 첵크밸브(35,36)를 설치하여 사용할 수 있다.

그리고, 상기 여과타워(5.6)의 내부 출구단쪽에 각각 필터(37,38)를 설치하여 정제된 공기가 외부로 배출될 때, 여과타워(5,6)의 내부에 있는 흡착제(3,4)가 압축공기의 흐름에 따라 외부로 빠져나가지 못하게 한다.

또한, 필요에 따라 공기압축기로부터 상기 여과타워(5,6)로 압축공기를 공급하는 압축공기공급라인(1)에 예비필터(39)를 설치하여, 공기중에 함유된 먼지를 예비로 걸러 줌으로써 셔틀밸브(2)를 보호하게 할 수가 있다.

또, 상기 여과타워(5,6)에서 정제된 공기를 이송하는 공기배출라인(7)에 여과필터(40)를 설치하여 여과타워(5,6)의 흡착제(3)에서 발생할 수 있는 분진을 여과하여 완전하게 깨끗한 공기를 제공하게 할 수 있다.

그리고, 상기 여과타워(5,6)의 내부에 설치된 열교환기(8,9)를 직접 연결시키는 냉매순환연결라인(12)에 팽창밸브(41)와 제어밸브(42)를 병렬 설치하여, 냉매의 흐름이 순조롭게 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 상기 여과타워(5,6)의 내부에 설치되어 압축공기중에 함유되어 있는 기름성분을 흡수하는 여과필터(4)는 그 상하단에 철망(43)을 설치하여 지지되어지게 할 수 있다.

상기한 바와 같은 구조로 이루어진 본 발명의 에어드라이어는, 상기에서 설명한 바와 같이 압축공기공급라인(1)에서 공급되는 압축공기가 셔틀밸브(2)를 통하여 양쪽 여과타워(5,6)중의 한쪽으로 주입되게 되는데, 상기 셔틀밸브(2)는 여과타워(5,6)중에서 내부 압력이 낮은 쪽의 분기라인(17,19)은 차단시키고 다른쪽 분기라인은 개방시킴으로써 압축공기의 공급방향이 결정되어지게 되어지는 것이다.

한편, 양쪽 여과타워(5,6)의 내부로 주입된 압축공기가 여과되는 과정과 그 재생과정이 동일하므로, 이하에서는 설명의 편의를 위해 상기에서와 같이 2개의 여과타워(5,6)중 먼저 여과타워(5)에 압축공기가 주입되는 것을 가정하여 설명하기로 한다.

상기 여과타워(5)에 압축공기가 주입되는 상태가 되면, 상기에서 설명한 바와 같이 이 여과타워(5)의 내부에 설치된 열교환기(8)는 냉각수단으로서의 역할을 하도록 세팅되어 있으므로, 여과타워(5)의 내부로 주입된 압축공기중에 함유되어 있는 수분이 여과타워(5)의 열교환기(8)에서 발생하는 냉기에 의해 응축 및 응결되어 제거되게 되고, 수분이 제거된 압축공기는 계속하여 상승하면서 잔여하고 있는 기름성분과 수분이 여과필터(4)와 흡착제(3)에 의해 완전 제거되게 된다.

이렇게 수분과 기름성분이 제거된 공기는 배출분기관(32)과 연결구(34)를 통하여 공기배출관(7)으로 배출되게 되게 된다.

여기서, 상기 연결구(34)로서 셔틀밸브를 사용할 수가 있는 바, 셔틀밸브를 사용하면, 양쪽 타워(5.6)의 내부 압력에 따라 자동적으로 내부 압력이 낮은 여과 타워(6)와 연결된 배출분기관(33)을 차단시키고 압력이 높은 쪽의 타워(5)의 내부 공기가 공기배출관(7)으로 배출되게 배출분기관(32)을 연통시키게 된다.

한편, 상기 출구측 연결구(19)로서 "T"자형 커플링을 사용하여도 무방한 바, 이와 같이 "T"자형 커플링을 사용하는 경우에는 상기 배출분기관(32,33)에 필히 첵크밸브(35,36)를 설치하여야 상기 "T"자형 커플링을 통하여 반대쪽의 압력이 낮은 여과타워(6)의 내부로 배출공기가 진입하지 못하게 할 수가 있다.

그리고, 상기 여과타워(5,6)로 주입되는 압력공기는 입구측에 설치된 셔틀밸브(2)에 의하여 결정되어지기 때문에, 여과타워(5,6)의 출구쪽에서는 굳이 제어를 하지 않아도 상기한 바와 같이 공기의 흐름이 정상적으로 이루어질 수 있게 되는 것이다.

상기 연결구(34)를 통하여 배출된 여과공기는 공기배출관(7)에 설치된 여과필터(40)에 의해 흡착제(3)에서 발생되는 분진 등이 완전히 제거된 상태로 사용장소에 배출 공급 또는 저장탱크에 저장되게 된다.

상기와 같은 과정을 거치면서 공기압축기에서 공급된 공기가 깨끗하게 여과되어지게 되는데, 이러한 과정이 지속적으로 이루어짐에 따라 압축공기중의 수분이 접촉 응결되는 열교환기(8)의 표면에 형성된 얼음의 두께가 소정치 이상으로 두꺼워져 수분제거성능이 낮아지거나 설정된 소정의 시간이 경과하게 되면, 전자제어기에서 발생하는 전기신호에 의해 상기 분기라인(17)에 설치된 예비배기밸브(30)를개방시킨다.

상기 예비배기밸브(30)가 개방되면 분기라인(17)의 내부 압력이 급격하게 떨어지게 되고, 이에 따라 셔틀밸브(2)의 스푸울이 압력이 떨어진 분기라인(17)쪽으로 이동하여 공기공급라인(1)과 상기 분기라인(17)을 차단시키게 되므로, 상기 분기라인(17)의 내부공기가 완전히 배출되게 된다.

한편, 상기 예비배기밸브(30)가 개방된 후에 소정의 시간 간격을 두고, 여과타워(5)와 가까운 쪽에 설치된 배기밸브(18)가 개방되면, 이 배기밸브(18)를 통하여 여과타워(5)의 여과타워(2)의 내부에 충만된 압축공기가 빠져 나오게 되므로, 상기 여과타워(5)의 내부압력을 대기압의 상태로 만들어줄 수가 있는 것이다.

이와 같은 여과타워(5)내부의 공기배출과정이 이루어진 도중 또는 여과타워(5)의 내부 압력이 완전히 제거된 후에, 전자제어기가 상기 재생라인(22)에 설치되어 있는 온/오프밸브(21)를 개방시켜 공기배출관(25)을 통하여 배출되는 여과공기중의 일부가 재생라인(22)으로 유입되게 하고, 상기 재생라인(22)으로 유입된 공기는 분기재생라인(23)과 첵크밸브(25)를 통하여 내부 압력이 낮아진 여과타워(5)속으로 주입되어져, 상기에서 설명한 바와 같은 배기밸브(18)를 통하여 배출되게 되는데, 이와 같이 재생라인(22)으로부터 주입된 공기가 여과타워(5)의 상단에서부터 하단으로 통과하면서, 흡착제(3)와 여과필터(4)에 흡착된 수분과 기름성분을 통과공기에 편승시켜 배출시킴으로써 흡착제(3)와 여과필터(4)를 재생시키게 된다.

이와 같이, 분기라인(17, 19)에 첵크밸브(28, 29)와 예비배기밸브(30,31) 및배기밸브(18,20)를 설치하여 둠으로써, 여과타워(5,6)의 내부공기를 배출시킬 때 고압상태의 여과타워(5,6)를 직접 개방시키지 않고, 저압 부분부터 순차 개방시킬 수 있게 하여, 셔틀밸브(2)의 급격한 이동과 진동 등으로 인한 소음발생을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 공기의 급격한 배출로 인한 소음도 줄일 수 있는 것이다.

한편, 상기 냉매순환연결파이프(12)에 팽창밸브(41)와 제어밸브(42)를 설치하여 둠으로써, 상기의 설명에서와 같이 냉각수단으로 작동하는 열교환기(8)에서 발열수단으로 작동하는 열교환기(9)로 냉매가 이동할 때, 미처 팽창되지 않은 냉매가 완전히 팽창되게 하여 냉각효과를 증대되게 할 수 있다.

그리고, 상기 팽창밸브(41)와 제어밸브(42)는 병렬 설치함으로써 팽창밸브(41)의 기능이 필요 없을 때, 즉 냉매의 팽창 효율이 높게 작동할 경우에는 제어밸브(42)를 통하여 곧바로 반대쪽 열교환기로 전달되게 할 수가 있다.

또한, 상기팽창밸브(41)와 제어밸브(42)는 2개를 설치하여 절환밸브(11)의 절환작동에 따라 양쪽 열교환기(8,9)의 기능이 절환되어질 때, 냉매의 유동방향에 따라 냉매의 팽창기능을 적절하게 제어되어지게 할 수가 있다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 냉동식 에어 드라이어 시스템은, 내부 공간이 큰 여과타워(5,6)의 내부에 하나의 냉동시스템을 이루는 열교환기(8,9)가 설치되어 있으면서, 이들 열교환기(8,9)와 여과타워(5,6)의 내면사이에 충분한 공간이 확보되어 있고, 상기 열교환기(8,9)의 표면에 주입되는 공기가 직접 접촉하는 개방형으로 설치되어 있기 때문에, 열교환기(8,9)의 온도를 0℃이하로 내려 열교환기(8,9)의 표면에 얼음이 생성되어도 압축공기의 통과 등과 같은 기능에 전혀 문제가 발생되지 않게 할 수가 있다.

따라서, 본 발명에 따른 에어 드라이어는 압축공기의 수분을 0℃ 이하의 낮은 노점에서 제거할 수가 있게 되어 수분 제거효율이 향상되어지는 것이다.

또한, 본 발명은 흡착제(3)와 여과필터(4)가 설치된 여과타워(5,6)의 내부에 각각 냉매의 순환작동에 의해 냉각수단 또는 발열수단으로 작동하는 열교환기(8,9)를 설치하고, 이 열교환기(8,9)를 냉매순환연결라인(12)과 냉매공급/귀환라인(13,14) 및 절환밸브(11)를 통하여 하나의 냉매압축기(10)와 연결된 구조로 되어 있으므로, 하나의 냉매압축기(10)에서 공급되는 냉매의 유동방향을 상기 절환밸브(11)를 사용하여 필요에 따라 절환 제어함으로써, 상기 양쪽 열교환기(8,9)가 순차적으로 냉각수단 또는 발열수단으로 작동하게 할 수가 있는 것이다.

따라서, 하나의 냉매압축기(10)로부터 냉매를 공급받는 상기 양쪽 열교환기(8,9)중의 하나가 냉각수단으로 작동할 때, 다른 하나는 발열수단으로 작동하게 함으로써, 상기 열교환기가 냉각수단으로 작동할 때 주입된 공기 중의 수분을 효과적으로 응결시켜 제거하게 할 수가 있을 뿐만 아니라, 냉매의 흐름을 절환 시킴으로써 냉각수단으로 작동하였던 열교환기가 발열수단으로 작동하게 함으로써, 상기 열교환기에 형성된 얼음을 자체적으로 제거시킬 수가 있는 것이다.

이와 같이, 본 발명에 따른 냉동식 에어드라이어는 하나의 냉매압축기를 사용하여 여과타워 내부에 설치된 2개의 열교환기가 순차적으로 냉매수단과 발열수단으로 작동할 수가 있어, 별도의 다른 외부 동력을 사용하지 않고서도 여과공기중에 함유된 수분이 응결되어 형성된 얼음을 효과적으로 제거할 수가 있는 것이다.

그리고, 여과타워내부에 하나의 냉동시스템을 이루는 열교환기가 각각 설치되어 있으면서, 이들 열교환기에서 발생하는 냉기와 열기를 이용하여 공기중의 수분을 제거함과 더불어, 수분에 의해 형성된 얼음을 녹이게 되어 있으므로, 열교환기에서 발생하는 에너지를 그대로 전부 이용할 수가 있으므로, 에너지의 낭비가 발생하지 않는 효과가 있는 것이다.또한, 재생공기 이송용 연결관과 재생라인 등을 통해 여과된 공기의 일부를 압축공기의 공급방향과 반대로 주입하여 흡착제나 여과필터에 흡착된 수분이나 기름 등을 제거함으로써, 상기 흡착제와 여과필터를 재생시키는 또 다른 효과가 있는 것이다.

Claims (4)

1. 공기압축기 또는 압축공기탱크 등과 같은 압축공기원으로부터 압축공기를 공급하는 압축공기공급라인(1)과, 상기 압축공기공급라인(1)에 셔틀밸브(2)를 통하여 병렬연결되어 있으면서 내부에 수분과 기름 등을 흡착 여과하는 흡착제(3)와 여과필터(4)가 내장된 한 쌍의 여과타워(5,6), 상기 여과타워(5,6)에서 여과된 공기를 배출하는 공기배출라인(7), 상기 여과타워(5,6)의 내부에 하나씩 설치된 열교환기(8,9), 상기 열교환기(8,9)에 냉매를 순환 공급하는 하나의 냉매압축기(10) 및, 상기 냉매압축기(10)에서 공급되는 냉매의 공급방향을 필요에 따라 절환하는 절환밸브(11)로 구성되고, 상기 여과타워(5,6)의 내부에 하나씩 설치된 열교환기(8,9)의 한쪽선단은 냉매순환연결라인(12)을 통하여 서로 직접 연결되어있는 한편, 상기 열교환기(8,9)의 다른쪽 선단은 냉매공급/귀환라인(13,14)을 통하여 상기 절환밸브(11)와 연결되어 이루어지고, 상기 양쪽 여과타워(5,6)의 내부에 설치된 열교환기(8,9)를 직접 연결시키는 상기 냉매순환 연결라인(12)의 중간에 냉매의 순환을 도와주는 하나 이상의 팽창밸브(41)와 제어밸브(42)가 병렬설치되며, 상기 여과타워(5,6)의 출구쪽 상단이 재생공기를 이송하는 재생공기 이송용 연결관(27)을 통하여 연결되며, 상기 공기배출라인(7)을 통해 배출되는 여과된 압축공기의 일부를 상기 여과타워(5,6)의 상단으로 주입시켜 상기 흡착제(3)와 여과필터(4)를 선택적으로 재생시키는 재생라인(22)이 구비된 것을 특징으로 하는 냉동시스템을 이용한 에어 드라이어.
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