KR100467424B1 - 흡착식 제습시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 습공기의 제습에 이용되는 흡착제의 재생 효율을 보다 향상시켜, 제습 효율을 높이는 흡착식 제습시스템에 관한 것으로, 습공기의 교번적인 제습 및 재생 기능을 수행하는 제 1 및 제 2 흡착탑과, 외부의 습공기를 흡입하여 소정 압력으로 압축하는 공기압축기와, 상기 공기압축기로부터 토출되는 습공기를 냉각시키는 제 1 냉각기와, 상기 제 1 냉각기로부터 냉각된 습공기 내에 함유된 수분을 분리하는 제 1 수분리기와, 상기 제 1 수분리기의 토출구 측에 설치되어 재생공기의 양을 일정하게 유지시키는 유량조절밸브와, 공기압축기의 토출구 측에서 분기된 배관 상에 설치된 재생용 방향절환 밸브와, 상기 재생용 방향절환 밸브의 일측으로부터 연장된 배관 상에 설치되어 공기압축기의 토출구 측에서 분기된 배관을 통해 일부 분류된 재생공기를 가열하는 히터와, 재생용 방향절환 밸브와 연통되어 설치된 제 2 냉각기와, 제 2 냉각기의 토출구측에 설치된 제 2 수분리기와, 제 1 및 제 2 흡착탑의 각 하부 및 재생용 방향절환 밸브와 선택적으로 연통되게 설치된 흡착용 제 1 방향절환밸브와, 제 1 및 제 2 흡착탑의 각 상부 및 히터와 선택적으로 연통되도록 설치된 흡착용 제 2 방향절환밸브를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.

Description

흡착식 제습시스템{absoption type air dryer system}

본 발명은 흡착식 제습시스템에 관한 것으로, 보다 상세하게는 습공기의 제습에 이용되는 흡착제의 재생 효율을 보다 향상시켜, 제습 효율을 상승시키는 흡착식 제습시스템에 관한 것이다.

일반적으로 압축공기를 사용하는 각종 산업현장에서는 공기압축기를 이용하여 압축공기를 얻으며, 이러한 공기압축기를 이용하여 공기를 압축하는 과정에서 압축피스톤과 같은 각종 기계부품들에 묻어 있는 기름성분이 압축공기 중에 함유됨과 더불어, 대기중의 먼지나 수분 등도 함께 포함된다.

특히, 수분은 공기가 압축되면서 그 포화상태의 변화에 따라 자연발생적으로 발생된다.

이러한 수분이나 기름성분이 함유된 압축공기를 각종 기계장치 등에 사용하는 경우에는 그대로 사용하여도 무방하나, 음식물 처리 과정이나 약품처리공정 또는 반도체 생산라인 등과 같이 정밀산업현장에서는 수분이나 기름성분이 함유된 공기는 매우 치명적인 피해를 초래할 수도 있다.

따라서, 이러한 공기 속에 함유된 수분을 제거하기 위해 제습시스템(air dryer system)이 각종 정밀산업현장에 적용되고 있으며, 이러한 제습시스템은 냉동기를 이용하여 공기를 노점온도 이하로 냉각하여 제습하는 냉각식과, 온도를 일정하게 유지하면서 압력을 높여 공기 내의 수분을 제거하는 압축식과, 고형 또는 액상의 흡습성 물질에 공기를 접촉시켜 제습하는 흡습식과, 고형 흡착제에 공기를 접촉시켜 흡착제의 미세공에 흡착되도록 하여 제습하는 흡착식으로 대별된다.

이 중에서, 최근에는 제습 효율이 높고, 열효율이 액체에 의한 흡습법보다 낮으나, 매우 낮은 노점에서도 제습할 수 있는 초건조 공기를 제공할 수 있는 흡착식 제습시스템이 주류를 이루고 있다.

이러한 흡착식 제습시스템은 흡착제가 내장된 2 개의 흡착탑과, 이러한 2개의 흡착탑 중에서 한 쪽은 제습 기능을, 다른 한 쪽은 재생 기능을 상호 교번적으로 수행하도록 2 개의 흡착탑으로 공급되는 압축공기의 방향을 절환시키는 방향절환 밸브와, 이러한 방향절환 밸브의 작동을 제어하는 전자밸브 및 타이머가 내장된 제어반으로 이루어진다.

또한, 이러한 흡착식 제습시스템은 흡착탑 내의 흡착제를 재생하는 방법에 따라 열원이 필요하지 않은 비가열식 및 열원이 필요한 가열식으로 분류되며, 비가열식은 재생시 열원이 없어 그 만큼 재생공기의 소모가 많고, 에너지 사용효율이 상당히 적은 단점이 있는 반면에, 가열식은 열원이 필요한 만큼 재생공기의 소모가 적고, 에너지 사용효율이 높은 장점이 있다.

이러한 열원에 의해 흡착탑 내의 흡착제를 재생하는 가열식은 흡착탑 내에 히터가 내장된 히터 내장형과, 흡착탑 외부에 히터가 장착된 히터 외장형과, 압축공기 공급 배관 일측에 장착된 블로워에 의해 외부 공기를 흡입하여 흡착제를 가열하는 블로워 퍼지식과, 자체 내의 압축공기를 순환시켜 흡착제를 가열 및 냉각시킴으로써 재생하는 순환식으로 구분된다.

이 중에서, 상술한 순환식에 의해 흡착제를 재생하는 흡착식 제습시스템은 자체 내의 압축공기를 순환시켜 흡착제를 가열 및 냉각하므로 압축공기의 소모가 없는 장점이 있지만, 히터 내장형, 히터 외장형, 및 블로워 퍼지 등에 비해 재생 효율이 매우 저하되어 흡착제의 사용수명이 줄어들고, 이로 인해 제습 성능이 저하되는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 흡착탑 내에 충진된 흡착제의 재생 효율을 향상시켜 사용수명을 연장시키고, 이에 따라 제습 성능을 보다 향상시키는 흡착식 제습시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착식 제습시스템을 개략적으로 도시한 구성도.

도 2는 본 발명의 흡착식 제습시스템의 제습 공정 및 재생 공정의 가열 과정을 도시한 흐름도.

도 3은 본 발명의 흡착식 제습시스템의 제습 공정 및 재생 공정의 냉각 과정을 도시한 흐름도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1, 2 : 제 1 및 제 2 흡착탑

3 : 공기압축기 4 : 제 1 냉각기

5 : 제 1 수분리기 6 : 유량조절밸브

7 : 재생용 방향절환 밸브 8 : 히터

9 : 제 2 냉각기 10 : 제 2 수분리기

11 : 흡착용 제 1 방향절환밸브

12 : 흡착용 제 2 방향절환밸브

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 외부로부터 유입되는 습공기를 교번적으로 제습하도록 내부에 소정의 흡착제가 충진된 제 1 및 제 2 흡착탑과; 외부의 습공기를 흡입하여 소정 압력으로 압축하는 공기압축기와; 공기압축기로부터 토출되는 습공기를 냉각시키는 제 1 냉각기와; 제 1 냉각기로부터 냉각된 습공기 내에 함유된 수분을 분리하는 제 1 수분리기와; 제 1 수분리기의 토출구 측에 설치되어 재생공기의 양을 일정하게 유지시키는 유량조절밸브와; 공기압축기의 토출구 측에서 분기된 배관을 통해 분류되는 일부 습공기를 재생 공정으로 순환시키는 재생용 방향절환 밸브와; 재생용 방향절환 밸브의 일측으로부터 연장된 배관 상에 설치되어 공기압축기의 토출구 측에서 분기된 배관을 통해 분류되는 재생공기를 가열하는 히터와; 재생용 방향절환 밸브의 일측포트에 연통되어 설치된 제 2 냉각기와; 제 2 냉각기의 토출구 측에 연통되어 설치된 제 2 수분리기와; 제 1 및 제 2 흡착탑의 각 하부 및 재생용 방향절환 밸브에 연통되어 제 1 및 제 2 흡착탑으로의 습공기 및 재생공기의 흐름 단속을 전환하는 흡착용 제 1 방향절환밸브와; 제 1 및 제 2 흡착탑의 각 상부, 히터, 및 건공기 토출구에 연통되어 제 1 및 제 2 흡착탑으로의 습공기 및 재생공기의 흐름 단속을 전환하는 흡착용 제 2 방향절환밸브를 포함한다.

바람직하게는, 제 1 수분리기와 유량조절밸브(6) 사이에는 전처리 필터를 더 구비한다.

바람직하게는, 흡착용 제 2 방향절환밸브로부터 연장된 건공기 토출구 측에 후처리 필터를 더 구비한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착식 제습시스템을 도시한다.

도시된 바와 같이, 본 발명의 흡착식 제습시스템은 습공기의 교번적인 제습 및 재생 기능을 수행하는 제 1 및 제 2 흡착탑(1, 2)과, 외부의 습공기를 흡입하여 소정 압력으로 압축하는 공기압축기(3)와, 공기압축기(3)로부터 토출되는 습공기를냉각시키는 제 1 냉각기(4)와, 제 1 냉각기(4)로부터 냉각된 습공기 내에 함유된 수분을 분리하는 제 1 수분리기(5)와, 제 1 수분리기(5)의 토출구 측에 설치되어 재생공기의 양을 일정하게 유지시키는 유량조절밸브(6)와, 공기압축기(3)의 토출구 측에서 분기된 배관 상에 설치된 재생용 방향절환 밸브(7)와, 재생용 방향절환 밸브(7)의 일측으로부터 연장된 배관 상에 설치되어 공기압축기(3)의 토출구 측에서 분기된 배관을 통해 일부 분류된 습공기를 가열하는 히터(8)와, 재생용 방향절환 밸브(7)와 연통되어 설치된 제 2 냉각기(9)와, 제 2 냉각기(9)의 토출구측에 설치된 제 2 수분리기(10)와, 제 1 및 제 2 흡착탑(1, 2)의 각 하부 및 재생용 방향절환 밸브(7)와 선택적으로 연통되게 설치된 흡착용 제 1 방향절환밸브(11)와, 제 1 및 제 2 흡착탑(1, 2)의 각 상부 및 히터(8)와 선택적으로 연통되도록 설치된 흡착용 제 2 방향절환밸브(12)를 포함한다.

제 1 및 제 2 흡착탑(1, 2)은 내부에 습공기 중에 함유된 수분을 흡착할 수 있는 활성 알루미나(activated alumina), 실리카겔(sorbead ws), 알루미나 실리카겔(alumina silica gel), 몰리큐라 시브(molecular sieves) 등과 같은 흡착제(desiccant)가 충진되어진다. 제 1 및 제 2 흡착탑(1, 2)는 그 외측 상, 하부에는 이러한 흡착제의 교체를 위한 충진/배출구가 각각 설치되고, 그 내측 상, 하부에는 흡착제의 유실을 방지하기 위한 스테인레스 재질의 스크린 메쉬가 내장되며, 또한, 공기의 흐름을 적절히 분산시키기 위해 공기 분배기(air distributor)가 내장된다.

공기압축기(3)는 본 시스템의 최선단에 위치하여 외부로부터 유입되는 습공기를 소정 압력(대략 7.0kg/㎠)으로 압축한다. 이러한 공기압축기(3)는 대략 150℃의 압축열을 발생시키는 스크류식, 또는 대략 120℃의 압축열을 발생시키는 터보식 등과 같이 일반적인 형태의 공기압축기가 적용될 수 있다. 이러한 공기압축기의 압축열에 의해 소정 압력으로 압축된 습공기는 대략 100℃ 내지 150℃ 정도로 가열된다.

제 1 냉각기(4)는 공기압축기(3)의 토출구 측에 설치되어 공기압축기에서 고온 고압으로 압축된 습공기를 40℃ 이하의 온도로 냉각시킨다.

제 1 수분리기(5)는 제 1 냉각기(4)에서 냉각되면서 발생하는 습공기의 응축된 수분을 분리하는 통상적인 사이클론 타입(cyclone type) 또는 디미스터 타입(demister type)의 수분리기이다.

유량조절밸브(6)는 제 1 수분리기(5)의 토출구 측에 설치되어 상술한 흡착탑(1, 2)의 재생 공정 수행시 이용되는 재생공기의 양을 일정하게 유지시키는 기능을 수행한다. 여기서, 재생공기는 공기압축기(3)에서 토출되는 습공기 중에서 일부 분류되어지는 공기(대략 30~40%정도)를 일컫는다. 이러한 유량조절밸브(6)는 입구압력이 높아지면 재생 공기의 양을 감소시키고, 입구압력이 낮으면 재생 공기의 양을 증가시킨다.

재생용 방향절환 밸브(7)는 공기압축기(3)와 제 1 냉각기(4) 사이에서 분기된 배관을 통해 분류되는 습공기를 흡착탑(1, 2)의 재생 공정으로 순환시킨다.

히터(8)는 통상적인 전기히터의 일종으로, 재생용 방향절환 밸브(7)의 일측으로부터 연장된 배관 상에 설치되어 공기압축기(3)의 토출구 측에서 분기된 배관을 통해 일부 분류된 재생공기를 소정 온도로 가열한다. 여기서, 소정 온도는 흡착탑 내에 충진된 흡착제가 활성 알루미나(activated alumina)일 경우에는 대략 185℃ 내지 205℃ 정도의 온도, 실리카겔(sorbead ws)일 경우에는 대략 120℃ 내지 150℃ 정도의 온도, 몰리큐라 시브(molecular sieves)일 경우에는 대략 210℃ 내지 230℃ 정도의 온도이다.

제 2 냉각기(9)는 재생용 방향절환 밸브(7)의 일측 포트에 연통되어 설치되고, 히터(8)에 의해 가열되어 제 1 및 제 2 흡착탑(1, 2) 중에서 어느 일측의 흡착제의 수분을 탈착시킨 재생 공기를 대략 40℃ 이하의 온도로 냉각시킨다.

제 2 수분리기(10)는 제 2 냉각기(9)의 토출구측에 설치되어 제 2 냉각기(9)에서 냉각되면서 발생하는 재생 공기의 응축수를 분리하는 통상적인 사이클론 타입(cyclone type) 또는 디미스터 타입(demister type)의 수분리기이다.

흡착용 제 1 방향절환밸브(11)는 상술한 제 1 및 제 2 흡착탑(1, 2)의 각 하부 및 재생용 방향절환 밸브(7)와 선택적으로 연통되게 설치된 통상적인 4방 밸브의 일종이다.

흡착용 제 2 방향절환밸브(12)는 상술한 제 1 및 제 2 흡착탑(1, 2)의 각 상부, 건공기 토출구(15), 및 히터(8)와 선택적으로 연통되도록 설치된 통상적인 4방 밸브의 일종이다. 이러한 흡착용 제 2 방향절환밸브(12)의 일측포트에는 건공기 토출구(15)가 연통된다.

이러한 흡착용 제 1 및 제 2 방향절환 밸브(11, 12)는 제 1 및 제 2 흡착탑(1, 2)이 상호 교번적으로 제습 및 재생 기능을 수행하도록 습공기 및 재생공기의 선택적인 흐름을 단속한다.

대안적으로, 제 1 수분리기(5)와 유량조절밸브(6) 사이에는 전처리 필터(13)를 더 구비함으로써, 제 1 수분리기(5)에서 미처 제거하지 못한 유/수분을 다시 제거함과 동시에 오토 드레인(auto drain)을 통해 배출시키도록 하여 흡착제의 오염을 방지하도록 한다. 이러한 전처리 필터(13)는 통상적인 활성탄 필터 형태가 유리할 것이다.

대안적으로, 흡착용 제 2 방향절환밸브(12)로부터 연장된 건공기 토출구(15) 측에 후처리 필터(14)를 더 구비함으로써, 흡착제에서 발생하는 분진을 제거하여 압축공기의 사용처인 계장기기나 각종 장비의 파손을 방지한다.

한편, 이러한 전처리 필터(13) 및 후처리 필터(14)는 흡착탑(1, 2)의 과도한 차압 발생시 또는 각종 밸브류 등의 작동불량으로 인한 출구압력의 저하를 방지하기 위하여, 출구압력 저하시 바이패스 밸브를 자동으로 개방하여 출구 압력을 일정하게 유지시킨다.

이하, 이상과 같이 구성된 본 발명의 흡착식 제습시스템의 작동을 상세히 설명한다.

먼저, 제 1 흡착탑(1)은 제습 공정을 수행하고, 제 2 흡착탑(2)은 재생 공정을 수행하는 것을 전제로 한다.

제습 공정은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 외부의 습공기가 공기압축기(3)에 의해 고온, 고압으로 압축된 후에, 제 1 냉각기(4)를 통해 소정온도 및 소정압력으로 냉각되고, 제 1 수분리기(5)에서 습공기의 응축수가 분리된다.

이러한 습공기는 다시 유량조절밸브(6) 및 흡착용 제 1 방향절환 밸브(11)를 거쳐 제 1 흡착탑(1)의 하부에 형성된 입구로 유입된다.

이러한 습공기는 제 1 흡착탑(1)의 하부로부터 상부로 통과하면서 흡착제와 접촉하면서 습공기 내의 수분이 흡착되어 건조된다.

이렇게 제 1 흡착탑(1) 내에서 건조된 건공기는 흡착용 제 2 방향절환 밸브(12)를 거쳐 건공기 토출구(15)를 통해 건공기를 이용하고자 하는 사용처의 공기저장조 또는 메인 에어 라인(main air line) 상으로 공급된다.

다음, 이러한 제 1 흡착탑(1)의 제습 공정과 동시에 제 2 흡착탑(2)에서는 재생 공정이 아래와 같이 수행된다.

재생 공정의 가열과정은 도 2에 도시된 바와 같이, 공기압축기(3)와 제 1 냉각기(4) 사이에서 분기된 배관을 통해 습공기의 일부(대략 30~40% 정도)가 유입되고, 재생용 방향절환 밸브(7)를 거쳐 히터(8)를 통과하면서 소정 온도(대략 200℃)로 가열된다. 이렇게 가열된 재생공기는 제 2 흡착탑(2)의 상부로 유입되어 하부로 이동하면서 흡착제의 미세공에 함유된 수분을 탈착시킨다. 다시 흡착용 제 1 방향절환 밸브(11)와 재생용 방향절환 밸브(7)를 거쳐 제 2 냉각기(9)에서 소정 온도(대략 40℃)로 냉각된 후에 제 2 수분리기(10)에서 응축수가 분리되고, 이렇게 냉각되고 수분이 제거된 재생공기는 유량조절밸브(6)에서 입구측 습공기와 합류된다. 이러한 재생 공정의 가열과정이 완료되면, 히터(8)는 오프된다

다음, 재생 공정의 냉각과정은 도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 수분리기(5)와 유량조절밸브(6) 사이에서 분기된 배관을 통해 습공기의 일부(대략 30~40%)가유입되고, 재생용 방향절환 밸브(7)를 거쳐 흡착용 제 1 방향절환 밸브(11)를 통과하여 제 2 흡착탑의 하부로 유입되어 상부로 이동하면서 흡착제를 냉각시킨다. 다시 흡착용 제 2 방향절환 밸브(12)와 재생용 방향절환 밸브(7)를 거쳐 제 2 냉각기(9)에서 소정 온도(대략 40℃)로 냉각된 후에 제 2 수분리기(10)에서 응축수가 분리되고, 이렇게 냉각되고 수분이 제거된 재생공기는 유량조절밸브(6)에서 입구측 습공기와 합류된다. 여기서, 흡착제의 냉각이 너무 과도하면, 흡착제가 재생공기를 흡착할 수도 있으므로 제 2 흡착탑(2)의 하부 온도가 대략 60~70℃될때까지만 냉각한다.

다음, 제 2 흡착탑(2)의 가열 및 냉각 과정에 의해 재생이 이루어진 후에, 재생공기는 유량조절밸브(6)에서 다시 제 1 흡착탑(1)의 입구측 습공기와 합류하여, 제 1 흡착탑(1)에서 제습된다. 여기서, 유량조절밸브(6)는 제 1 흡착탑(1)의 입구측 습공기와 합류하는 재생공기의 양을 일정하게 유지시키도록 제 1 흡착탑(1)의 입구압력이 높으면 재생공기의 양을 감소시키고, 입구압력이 낮으면 재생공기의 양을 증가시킨다.

한편, 이러한 제 1 및 제 2 흡착탑(1, 2)의 제습 및 재생 공정은 소정 시간(제습 공정 : 4 시간, 재생 공정 : 4 시간)이 경과한 후에 반복적으로 교번된다.

상기와 같은 본 발명은, 흡착탑 내에 충진된 흡착제의 재생 효율을 향상시켜 사용수명을 연장시키고, 이에 따라 제습 성능을 보다 향상시키는 매우 뛰어난 효과가 있다.

이상에서는, 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대해서 도시하고 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어남이 없이 얼마든지 다양하게 변경실시할 수 잇을 것이다.

Claims (3)

1. 외부로부터 유입되는 습공기를 교번적으로 제습하도록 내부에 소정의 흡착제가 충진된 제 1 및 제 2 흡착탑과;

   외부의 습공기를 흡입하여 소정 압력으로 압축하는 공기압축기와;

   상기 공기압축기로부터 토출되는 습공기를 냉각시키는 제 1 냉각기와;

   상기 제 1 냉각기로부터 냉각된 습공기 내에 함유된 수분을 분리하는 제 1 수분리기와;

   상기 제 1 수분리기의 토출구 측에 설치되어 재생공기의 양을 일정하게 유지시키는 유량조절밸브와;

   상기 공기압축기의 토출구 측에서 분기된 배관을 통해 분류되는 재생공기를 재생 공정으로 순환시키는 재생용 방향절환 밸브와;

   상기 재생용 방향절환 밸브의 일측으로부터 연장된 배관 상에 설치되어 공기압축기의 토출구 측에서 분기된 배관을 통해 유입되는 재생공기를 가열하는 히터와;

   상기 재생용 방향절환 밸브의 일측포트에 연통되어 설치된 제 2 냉각기와;

   상기 제 2 냉각기의 토출구 측에 연통되어 설치된 제 2 수분리기와;

   상기 제 1 및 제 2 흡착탑의 각 하부 및 재생용 방향절환 밸브에 연통되어 상기 제 1 및 제 2 흡착탑으로의 습공기 및 재생공기의 흐름 단속을 전환하는 흡착용 제 1 방향절환밸브와;

   상기 제 1 및 제 2 흡착탑의 각 상부, 히터, 및 건공기 토출구에 연통되어 제 1 및 제 2 흡착탑으로의 습공기 및 재생공기의 흐름 단속을 전환하는 흡착용 제 2 방향절환밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 흡착식 제습시스템.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제 1 수분리기와 상기 유량조절밸브 사이에는 전처리 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 흡착식 제습시스템.
3. 제1항에 있어서,

   상기 흡착용 제 2 방향절환밸브로부터 연장된 건공기 토출구 측에 후처리 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 흡착식 제습시스템.