KR100825391B1 - 흡착탑 전환시 노점헌팅을 방지하고 초저노점을 약-100℃로 유지할 수 있는 넌 퍼지 방식의 흡착식제습시스템 및 그 제어방법 - Google Patents

흡착탑 전환시 노점헌팅을 방지하고 초저노점을 약-100℃로 유지할 수 있는 넌 퍼지 방식의 흡착식제습시스템 및 그 제어방법 Download PDF

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황철용
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Abstract

본 발명은, 제 1 및 제 2 흡착탑의 하부에 설치되어 제 1 및 제 2 흡착탑으로 유입되거나 제 1 및 제 2 흡착탑에서 토출되는 제습 및 재생용 공기의 이송 방향을 전환하는 제 1 방향전환밸브와, 제 1 및 제 2 흡착탑의 상부에 설치되어 제 1 및 제 2 흡착탑으로 유입되거나 제 1 및 제 2 흡착탑에서 토출되는 제습 및 재생용 공기의 이송 방향을 전환하는 제 2 방향전환밸브와, 상기 제 1 및 제 2 방향전환밸브에 연결되어 재생용 공기를 순환시키는 재생용 방향전환밸브를 포함하여 구성되어, 제 1 및 제 2 방향전환밸브와 재생용 방향전환밸브를 소정 시간 차이를 두고 작동시킬 경우 흡착탑 전환시 노점헌팅을 방지하고 초저노점(약 -100℃)을 유지할 수 있으며, 이에 따라 에너지 효율을 극대화시킬 수 있는 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템 및 그 제어방법을 제공한다.
제습, 흡착탑, 방향전환밸브, 노점온도

Description

흡착탑 전환시 노점헌팅을 방지하고 초저노점을 약 -100℃로 유지할 수 있는 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템 및 그 제어방법{NON-PURGE PROCESSING ABSORPTION TYPE AIR DRYING SYSTEM AND METHOD FOR PREVENTING HUNTING DEW POINT AND KEEPING UP VERY LOW DEW POINT}
도 1은 본 발명에 의한 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템의 구성을 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명에 의한 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템을 이용한 제습과정을 도시하는 흐름도.
도 3은 본 발명에 의한 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템의 가열 재생과정을 도시하는 흐름도.
도 4는 본 발명에 의한 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템의 냉각 재생과정을 도시하는 흐름도.
*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*
110 : 흡착탑 120 : 압축기
130 : 제 1 분기점 140 : 제 1 냉각기
150 : 제 1 분리기 160 : 전처리 필터
170 : 제 2 분기점 180 : 유량조절밸브
190 : 재생용 방향전환밸브 210 : 히터
220 : 제 2 냉각기 230 : 제 2 분리기
250 : 합기점 260 : 제 1 방향전환밸브
270 : 제 2 방향전환밸브 280 : 후처리 필터
290 : 노점조절장치
본 발명은 흡착탑 전환시 노점헌팅을 방지하고 초저노점을 유지할 수 있는 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템 및 그 제어방법에 관한 것이다.
일반적으로 공기 속에 포함된 수분을 제거하기 위한 제습시스템은 건조한 공기를 필요로 하는 각종 자동화 설비, 반도체 제조공정 및 수분 접촉 시 화학반응을 일으키는 화학공정의 생산라인 등에 널리 사용된다.
이러한 제습시스템은, 냉동 압축기를 이용하여 압축공기의 온도를 낮춘 뒤 압축공기에 포함된 수분을 응축시켜 제습하는 냉동식 제습시스템과, 흡착제(또는 제습제, 흡습제)를 이용하여 습한 공기에 포함된 공기를 흡착하여 제습하는 흡착식 제습시스템으로 구분된다.
이 중에서 본 발명과 연관된 흡착식 제습시스템의 일반적인 구성과 기능을 참고적으로 설명하면 다음과 같다.
상술한 흡착식 제습시스템은, 흡착제가 내장된 한 쌍의 흡착탑과, 상기 한 쌍의 흡착탑에서 제습과 재생공정이 상호 교번되게 수행되도록 압축공기의 방향을 바꾸는 방향전환밸브와, 상기 방향전환밸브의 작동을 제어하는 전자밸브 및 타이머를 포함하는 제어부로 이루어진다.
이와 같은 구성을 갖는 일반적인 흡착식 제습시스템은 흡착제의 재생방법에 따라 소정의 열원을 이용하여 흡착제를 재생하는 가열 흡착식 제습시스템과 재생용 공기만으로 흡착제를 재생하는 비(非)가열 흡착식 제습시스템으로 구분된다.
또한, 상기 가열 흡착식 제습시스템은 재생용 공기의 재사용 여부에 따라, 압축기에서 압축된 공기를 순환시켜 흡착제를 재생하는 순환 가열 흡착식 제습시스템(이하, 넌 퍼지(Non-Purge) 방식 제습시스템이라 함.)과, 외부 공기를 흡입하여 흡착제를 재생하고 사용된 공기를 외부로 배출하는 비순환 가열 흡착식 제습시스템(이하, 퍼지(Purge) 방식 제습시스템이라 함.)으로 구분된다.
이 중에서 본 발명과 관련된 넌 퍼지 방식 제습시스템은 흡착탑 전환시 노점헌팅이 발생되고, 이에 따라 노점온도가 상승하여 제습 및 재생효율이 저하되는 문제점이 있었다.
따라서 본 발명은 상술한 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로서 제 1 및 제 2 방향전환밸브와 재생용 방향전환밸브를 소정 시간 차이를 두고 작동시킴으로써 흡착탑 전환시 노점헌팅을 방지하고 초저노점을 유지할 수 있으며, 이에 따라 에너지 효율을 극대화시킬 수 있는 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템 및 그 제어방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 흡착탑 전환시 노점헌팅을 방지하고 초저노점을 유지할 수 있는 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템은, 제 1 및 제 2 흡착탑의 하부에 설치되어 제 1 및 제 2 흡착탑으로 유입되거나 제 1 및 제 2 흡착탑에서 토출되는 제습 및 재생용 공기의 이송 방향을 전환하는 제 1 방향전환밸브와, 제 1 및 제 2 흡착탑의 상부에 설치되어 제 1 및 제 2 흡착탑으로 유입되거나 제 1 및 제 2 흡착탑에서 토출되는 제습 및 재생용 공기의 이송 방향을 전환하는 제 2 방향전환밸브와, 상기 제 1 및 제 2 방향전환밸브에 연결되어 재생용 공기를 순환시키는 재생용 방향전환밸브를 포함한다.
이때, 상기 제 1 방향전환밸브는, 제습용 공기를 제 1 및 제 2 흡착탑으로 각각 주입하기 위한 제 1 및 제 2 개폐밸브와, 제 1 및 제 2 흡착탑에서 재생된 공기를 각각 순환시키기 위한 제 3 및 제 4 개폐밸브로 구성되고, 상기 제 2 방향전환밸브는, 제 1 및 제 2 흡착탑에서 제습된 공기를 각각 외부로 배출하기 위한 제 5 및 제 6 개폐밸브와, 재생용 공기를 제 1 및 제 2 흡착탑으로 각각 주입하기 위한 제 7 및 제 8 개폐밸브로 구성되며, 상기 재생용 방향전환밸브는 가열 재생 시 개방되는 제 9 및 제 10 개폐밸브와, 냉각 재생 시 개방되는 제 11 및 제 12 개폐밸브로 구성된다.
한편, 본 발명에 의한 흡착탑 전환시 노점헌팅을 방지하고 초저노점을 유지할 수 있는 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템의 제어방법은, 제 1 흡착탑에서 제습과정을, 제 2 흡착탑에서 재생과정을 수행하는 제 1 단계와, 제 3, 제 4 및 제 7, 제 8 개폐밸브를 폐쇄하는 제 2 단계와, 제 1 소정 시간 경과 후 제 1 및 제 5 개폐밸브를 폐쇄하고, 제 2 및 제 6 개폐밸브를 개방하는 제 3 단계와, 제 2 소정 시간 경과 후 제 9 및 제 10 개폐밸브 또는 제 11 및 제 12 개폐밸브를 개방 및 폐쇄하는 제 4 단계와, 제 3 소정 시간 경과 후 제 3 및 제 7 개폐밸브를 개방하고, 제 4 및 제 8 개폐밸브를 폐쇄하는 제 5 단계와, 제 1 흡착탑에서 재생과정을, 제 2 흡착탑에서 제습과정을 수행하는 제 6 단계와, 제 3, 제 4 및 제 7, 제 8 개폐밸브를 폐쇄하는 제 7 단계와, 제 1 소정 시간 경과 후 제 2 및 제 6 개폐밸브를 폐쇄하고, 제 1 및 제 5 개폐밸브를 개방하는 제 8 단계와, 제 2 소정 시간 경과 후 제 9 및 제 10 개폐밸브 또는 제 11 및 제 12 개폐밸브를 개방 및 폐쇄하는 제 9 단계와, 제 3 소정 시간 경과 후 제 4 및 제 8 개폐밸브를 개방하고, 제 3 및 제 7 개폐밸브를 폐쇄하는 제 10 단계로 이루어지고, 상술한 각 단계를 거쳐 흡착탑이 전환된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이때, 본 발명을 구성하는 각 구성요소 중 공지된 구성 및 그 구성의 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 도면에 도시된 각 구성요소들 중 동일한 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명에 의한 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템의 구성을 도시하는 개략도로, 도 1을 참조하여 본 발명의 각 구성요소를 살펴보면 다음과 같다.
본 발명에 의한 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템은 폐열을 이용하는 제습시스템으로, 습한 공기 중에 포함된 수분을 흡착하여 건조한 공기를 생산하기 위한 흡착탑(110)이 서로 동일한 형상 및 구조로 이루어진 한 쌍, 즉 제 1 및 제 2 흡착탑(112, 114)으로 이루어진다. 상기 제 1 및 제 2 흡착탑(112, 114)은 소정의 길이를 갖는 밀폐된 원통형상으로 형성되고, 내부에는 흡착제(Adsorbent)가 충전되며, 그 상부 및 하부에는 흡착제 전환시 사용되는 주입구 및 배출구가 각각 설치된다. 또한, 상기 각 흡착탑(112, 114)의 상부 및 하부 내측에는 흡착제의 유실을 방지하기 위한 스테인리스 재질의 스크린 메시(Mesh)와, 공기(제습용 및 재생용 공기)의 흐름을 적절하게 분산하기 위한 공기 분배기(Air Distributor)가 구비된다. 이때, 상기 각 흡착탑(112, 114)에 충전되는 흡착제에는 활성 알루미나(Activated Alumina), 실리카겔(Silica Gel), 알루미나 실리카겔(Alumina Silica Gel), 몰레큘러시브(Molecular Sieves) 등이 있다.
압축기(120)는 본 발명에 의한 흡착식 제습시스템의 최 선단에 위치되어 외부에서 유입된 습한 공기를 소정의 압력(약 7.0㎏/㎠)으로 압축하기 위한 것이며, 통상적인 스크루 방식 압축기 또는 터보 방식 압축기가 사용된다. 이 중에서 스크루 방식의 압축기는 압축 시 약 150℃의 압축열이 발생되고 터보 방식의 압축기는 약 120℃의 압축열이 발생되는 바, 상기 압축기(120)를 통해 압축된 습한 공기는 약 120 ~ 150℃의 온도를 갖게 된다.
상기 압축기(120)의 토출구 측에 마련된 제 1 분기점(130)은 압축된 습한 공기가 제습용 공기와 재생용 공기로 분기되는 지점이며, 여기서 분기되는 재생용 공 기는 총 공기(습한 공기)의 약 30 ~ 40%인 것이 바람직하다.
상기 제 1 분기점(130)에서 분기된 제습용 공기가 이송되는 배관 상에 마련되는 제 1 냉각기(140)는 제습용 공기를 냉각하기 위한 것으로, 고온 및 고압 상태의 제습용 공기를 약 40℃ 이하로 냉각하게 된다.
상기 제 1 냉각기(140)의 토출구 측에 마련된 제 1 분리기(150)는 제 1 냉각기(140)에서 냉각된 제습용 공기에 포함된 수분을 분리하기 위한 것이며, 통상적인 사이클론 타입(Cyclone Type) 또는 디미스터 타입(Demister Type)의 분리기가 사용된다.
전처리 필터(160)는 상기 제 1 분리기(150)에서 제거되지 못한 이물질(수분 또는 유분 및 분진)이 다시 한 번 더 제거하기 위한 것으로, 제거된 이물질은 오토 드레인은 통해 외부로 배출된다. 또한, 상기 전처리 필터(160)는 흡착탑(110)에서의 과도한 차압 발생 및 각종 밸브 등의 작동불량으로 인한 출구의 압력 저하를 방지하기 위하여 바이패스 밸브를 자동으로 개방하여 출구의 압력을 일정하게 유지시킨다.
제 2 분기점(170)은 상기 제 1 분리기(150) 및 전처리 필터(160)에서 수분을 포함한 이물질이 제거된 제습용 공기가 제습용 공기와 재생용 공기로 다시 분기되는 지점점이며, 여기서 분기되는 재생용 공기는 전처리 필터(160)에서 이물질이 제거된 제습용 공기의 약 30 ~ 40%인 것이 바람직하다. 이때, 상기 제 2 분기점(170)에서 분기되는 제습용 공기와 재생용 공기의 비율은 후술할 유량조절밸브(180)에 의해 조절 가능하다.
상기 유량조절밸브(180)는 상기 제 2 분기점(170)의 일측, 즉 제습용 공기가 이송되는 배관 상에 설치되어, 상술한 바와 같이 제 2 분기점(170)에서 분기되는 제습용 공기와 재생용 공기의 비를 조절한다. 즉, 흡착제 재생 시 사용되는 재생용 공기의 양을 항상 일정하게 유지되도록 제습용 공기와 재생용 공기의 비를 조절한다. 이와 같은 상기 유량조절밸브(180)의 입구측 압력이 증가하면 재생용 공기의 양은 감소하고, 입구측 압력이 감소하면 재생용 공기의 양은 증가하게 된다.
재생용 방향전환밸브(190)는 상기 제 1 분기점(130)에서 분기된 재생용 공기 및 제 2 분기점(170)에서 분기된 재생용 공기를 순환시켜 흡착제를 재생하기 위한 것으로, 재생용 공기의 순환 라인 상에 설치되는 4개의 개폐밸브(192, 194, 196, 198)를 포함하여 구성되고, 이들의 개폐를 제어하여 흡착제를 가열 재생 또는 냉각 재생하게 된다. 이때, 재생용 방향전환밸브(190)를 구성하는 총 4개의 개폐밸브를 편의상 제 9, 제 10, 제 11 및 제 12 개폐밸브(192, 194, 196, 198)라 한다.
재생용 공기의 순환 라인 상에 설치되는 히터(210)는 제 1 또는 제 2 흡착탑(112 또는 114)으로 이송되는 재생용 공기를 가열하기 위한 것으로, 통상적인 전기히터가 사용된다. 이때, 상기 히터(210)로 이송되는 재생용 공기는 상기 제 1 분기점(130)에서 분기된 고온(약 120 ~ 150℃)의 재생용 공기이므로, 약 200℃까지 가열하는데 많은 에너지가 소모되지 않는다. 즉, 적은 에너지로도 필요한 온도까지 재생용 공기를 가열할 수 있어 에너지 소모가 적다. 이에, 본 발명에 사용되는 히터(210)는 그 용량이 작아도 무방하다.
여기서 상기 히터(210)에 의해 가열되는 재생용 공기의 온도는 흡착제의 종 류에 따라 달라진다. 예를 들어, 활성 알루미나를 가열 재생하기 위해서는 약 185 ~ 205℃의 재생용 공기가 필요하고, 실리카겔을 가열 재생하기 위해서는 약 120 ~ 150℃의 재생용 공기가 필요하며, 몰레큘러시브를 가열 재생하기 위해서는 약 210 ~ 230℃의 재생용 공기가 필요하다.
제 2 냉각기(220)는 상기 제 1 또는 제 2 흡착탑(112 또는 114)을 통과한 재생용 공기를 냉각하기 위한 것이며, 상기 제 1 냉각기(140)에서와 같이 약 40℃ 이하의 온도로 냉각하게 된다.
상기 제 2 냉각기(220)의 토출구 측에 마련되는 제 2 분리기(230)는 제 2 냉각기(220)에서 냉각된 재생용 공기에 포함된 수분을 분리하기 위한 것으로, 상기 제 1 분리기(150)와 같이 사이클론 타입(Cyclone Type) 또는 디미스터 타입(Demister Type)의 분리기가 사용된다.
합기점(250)은 상기 유량조절밸브(180)를 통과한 제습용 공기와 제 2 분리기(230)를 통과한 재생용 공기가 합류되는 지점으로 제습용 공기와 재생용 공기가 합류된다.
제 1 방향전환밸브(260)는 제 1 및 제 2 흡착탑(112, 114)의 하부, 재생용 공기의 순환 라인에 연결되어 제 1 및 제 2 흡착탑(112, 114)으로 유입되거나 제 1 및 제 2 흡착탑(112, 114)에서 토출되는 제습용 및 재생용 공기의 이송 방향을 전환한다. 그리고 제 2 방향전환밸브(270)는 제 1 및 제 2 흡착탑(112, 114)의 상부, 재생용 공기의 순환 라인에 연결되어 제 1 및 제 2 흡착탑(112, 114)으로 유입되거나 제 1 및 제 2 흡착탑(112, 114)에서 토출되는 제습용 및 재생용 공기의 이 송 방향을 전환한다.
상술한 제 1 및 제 2 방향전환밸브(260, 270)는 각각 4개의 개폐밸브(262, 264, 266, 268 및 272, 274, 276, 278)로 이루어지고, 이들의 개폐를 조합할 경우 제습용 공기 및 재생용 공기의 이송을 선택적으로 단속하여 제 1 및 제 2 흡착탑(112, 114)이 상호 교번하여 제습 및 재생할 수 있다. 이때, 제 1 방향전환밸브(260)를 구성하는 총 4개의 개폐밸브를 편의상 제 1, 제 2, 제 3 및 제 4 개폐밸브(262, 264, 266, 268)라 하고, 제 2 방향전환밸브(270)를 구성하는 총 4개의 개폐밸브를 편의상 제 5, 제 6, 제 7 및 제 8 개폐밸브(272, 274, 276, 278)라 한다.
상기 제 1 및 제 2 방향전환밸브(260, 270)에 의해 제습된 건조한 상태가 된 공기는 각종 사용처로 배출되기 전에 후처리 필터(280)에 의해 이물질(수분 또는 유분 및 분진)을 한 번 더 제거하여 건조한 공기를 사용하는 각종 장비가 손상되는 것을 방지한다. 또한, 상기 후처리 필터(280)도 전처리 필터(160)와 마찬가지로 흡착탑(110)에서의 과도한 차압 발생 및 각종 밸브 등의 작동불량으로 인한 출구의 압력 저하를 방지하기 위하여 바이패스 밸브를 자동으로 개방하여 출구의 압력을 일정하게 유지시키는 역할을 한다.
노점조절장치(290)는 제 1 및 제 2 흡착탑(112, 114)의 하부측에 연장된 재생용 공기의 순환 라인 상에 설치되어 순환하는 재생용 공기의 온도를 감지하고 후술한 차단밸브를 이용하여 온도를 조절하는 온도조절기(292)와, 상기 온도조절기(292)에 의해 개방 및 폐쇄되어 재생용 공기를 순환 및 차단하는 차단밸브(294)와, 제 1 및 제 2 흡착탑(112, 114)의 상부측에 연장된 배관 일측에 설치된 노점측 정기(296)를 포함한다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 본 발명에 의한 흡착탑 전환시 노점헌팅을 방지하고 초저노점을 유지할 수 있는 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템의 제습 및 재생(가열 및 냉각)과정을 살펴보도록 한다. 이때, 상술한 제습 및 재생과정은 한 쌍의 흡착탑(112, 114)에서 동시에 이루어지되, 본 실시예에서는 제 1 흡착탑(112)에서 제습이 제 2 흡착탑(114)에서 재생이 이루어진다고 가정하도록 한다.
우선, 도 2를 참조하여 제습과정을 살펴보면 다음과 같다.
외부에서 유입된 습한 공기는 압축기(120)에 의해 고온(약 120 ~ 150℃) 및 고압(약 7.0㎏/㎠)으로 압축된 뒤, 제 1 분기점(130)을 통해 제습용 공기와 재생용 공기로 분기된다. 이때, 상기 제 1 분기점(130)에서 분기된 공기 중 재생용 공기는 상기 압축기(120)에서 토출된 공기량의 약 30 ~ 40%인 것이 바람직하다.
그 후, 상기 제 1 분기점(130)에서 분기된 공기 중 제습용 공기는 냉각기(140)를 통해 약 40℃로 냉각된 뒤, 제 1 분리기(150)를 통해 냉각 시 발생된 수분이 제거된다. 그리고 전처리 필터(160)를 통해 제 1 분리기(150)에서 미처 제거하지 못한 이물질을 제거하게 된다.
상기 전처리 필터(160)에서 수분이 제거된 제습용 공기는 제 2 분기점(170)을 통해 제습용 공기와 재생용 공기로 다시 분기되어지되, 분기된 공기 중 재생용 공기는 전처리 필터(160)에서 이물질이 제거된 제습용 공기의 약 30 ~ 40%인 것이 바람직하다.
상기 제 2 분기점(170)에서 분기된 제습용 공기는 유량조절밸브(180) 및 제 1 방향전환밸브를 거쳐 제 1 흡착탑(112)으로 유입된다. 여기서 제습용 공기가 제 1 흡착탑(112)으로 유입될 수 있도록 상기 제 1 방향전환밸브(260)의 제 1 및 제 4 개폐밸브(262, 268)는 개방되고, 제 2 및 제 3 개폐밸브(264, 266)는 폐쇄되어야 한다.
상기 제 1 흡착탑(112)으로 유입된 제습용 공기는 그 내부의 흡착제와 접촉하며 수분이 완전히 제거되어 건조한 공기로 바뀌고, 각종 사용처로 배출된다. 여기에서도 제습이 완료된 건조한 공기가 각종 사용처로 배출될 수 있도록 제 2 방향전환밸브(270)의 제 5 및 제 8 개폐밸브(272, 278)는 개방되고, 제 6 및 제 7 개폐밸브(274, 276)는 폐쇄되어야 한다.
도 3을 참조하여 가열 재생과정을 살펴보면 다음과 같다.
제 1 분기점(130)에서 분기된 재생용 공기(압축기에서 토출된 공기량의 약 30 ~ 40%)는 재생용 순환 배관 상에 마련된 히터(210)를 통과하면서 200℃로 가열된 후, 제 9 개폐밸브(192)를 통해 제 2 흡착탑(114)으로 유입된다. 이때, 재생용 공기가 제 1 흡착탑(112)으로 유입되지 아니하도록 제 2 방향전환밸브(270)의 제 5 및 제 8 개폐밸브(272, 278)는 개방되고, 제 6 및 제 7 개폐밸브(274, 276)는 폐쇄되어야 한다. 또한, 재생용 방향전환밸브(190)의 제 11 및 제 12 개폐밸브(196, 198)는 폐쇄된 상태이어야 하는데, 이는 재생용 공기가 제 2 흡착탑(114)을 거치지 않고 제 2 냉각기(220)로 직접 이송되거나 제 2 흡착탑(114)을 거친 재생용 공기가제 2 분기점(170)으로 직접 이송되는 것을 방지하기 위함이다.
상기 제 2 흡착탑(114)으로 유입된 재생용 공기는 그 내부에 충전된 흡착제 의 수분을 탈착시킨 후, 제 4 개폐밸브(268)와 제 10 개폐밸브(194)를 통해 제 2 냉각기(220)로 이송된다. 그리고 상기 제 2 냉각기(220)에서 약 40℃로 냉각되고, 제 2 분리기(230)에서 수분을 포함한 이물질이 제거된 후, 합기점(250)을 통해 제습용 공기와 합류되어 제 1 흡착탑(112)으로 유입된다. 이때, 제 1 방향전환밸브(260)의 제 2 및 제 3 개폐밸브(264, 266)는 폐쇄된 상태이므로 제 2 흡착탑(114)에서 배출된 재생용 공기가 제 1 흡착탑(112)으로 유입되지 아니한다.
도 4를 참조하여 냉각 재생과정을 살펴보면 다음과 같다.
제 1 분기점(170)에서 분기된 재생용 공기(전처리 필터(160)에서 이물질이 제거된 제습용 공기의 약 30 ~ 40%)는 제 11 개폐밸브(196) 및 제 4 개폐밸브(268)를 통해 제 2 흡착탑(114)으로 유입된다. 이때, 재생용 공기가 제 1 흡착탑(112)으로 유입되지 아니하도록 상기 제 1 방향전환밸브(260)의 제 1 및 제 4 개폐밸브(262, 268)는 개방되고, 제 2 및 제 3 개폐밸브(264, 266)는 폐쇄된 상태이어야 한다. 또한, 재생용 방향전환밸브(190)의 제 9 및 제 10 개폐밸브(192, 194)는 폐쇄된 상태이어야 하는데, 이는 재생용 공기가 제 2 흡착탑(114)을 거치지 않고 제 2 냉각기(220)로 이송되거나 제 2 흡착탑(114)을 거친 재생용 공기가 히터(210)로 이송되는 것을 방지하기 위함이다.
상기 제 2 흡착탑(114)으로 유입된 재생용 공기는 그 내부에 충전된 흡착제의 수분을 탈착시킨 후, 제 8 개폐밸브(278)와 제 12 개폐밸브(198)를 통해 제 2 냉각기(220)로 이송된다. 그리고 상기 제 2 냉각기(220)를 통해 약 40℃로 냉각된 후, 제 2 분리기(230)에서 수분을 포함한 이물질이 제거된 후, 합기점(250)을 통해 제습용 공기와 합류되어 제 1 흡착탑(112)으로 유입된다. 이때, 제 1 방향전환밸브(260)의 제 2 및 제 3 개폐밸브(264, 266)는 폐쇄된 상태이므로 제 2 흡착탑(114)에서 배출된 재생용 공기가 제 1 흡착탑(112)으로 유입되지 아니한다.
한편, 도 1을 참조하여 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템의 제어방법을 설명하도록 한다. 이때, 상술한 흡착식 제습시스템의 제어방법은 한 쌍의 흡착탑(112, 114)에서 각각 이루어지던 제습 및 재생이 일정 시간을 두고 교번되게 수행되도록 각 흡착탑(112, 114)으로 유입되는 습한 공기의 방향을 전환하는 흡착탑 전환을 제어방법이다.
일반적으로 흡착탑 전환시 제 2 방향전환밸브(270)와 재생용 방향전환밸브(190)가 동시에 개방되면, 재생용 방향전환밸브(190)의 제 9 개폐밸브(192)를 통해 유입되는 고온의 습한 공기가 제 1 또는 제 2 흡착탑(112, 114)에서 배출되는 건조한 공기와 합류되어 건조도가 저하된다. 또한, 상술한 바와 같이 고온의 습한 공기가 유입될 경우 노점온도도 변하여(약 15 ~ 30℃) 에너지 효율이 낮아지는 문제가 발생된다.
이를 방지하기 위한 본 발명에 의한 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템의 제어방법은 다음과 같다.
먼저, 제 1 흡착탑(112)에서 제습과정이, 그리고 제 2 흡착탑(114)에서 재생과정이 수행되는 상태에서 흡착탑 전환 신호가 인가되면, 제 3, 제 4 및 제 7, 제 8 개폐밸브(266, 268 및 276, 278)를 폐쇄하여, 고온의 습한 공기가 제 1 및 제 2 흡착탑(112, 114)으로 유입되는 것을 방지한다.
그 후, 제 1 소정 시간이 경과되면 제 1 및 제 5 개폐밸브(262, 272)를 폐쇄하고, 제 2 및 제 6 개폐밸브(264, 274)를 개방하여 외부 공기가 제 2 흡착탑(114) 측으로 유입되도록 한다. 그리고 제 2 소정 시간이 경과되면 제 9 및 제 10 개폐밸브(192, 194) 또는 제 11 및 제 12 개폐밸브(196, 198)를 개방 및 폐쇄하여 재생용 공기가 순환될 수 있도록 한다.
마지막으로 제 3 소정 시간이 경과되면 제 3 및 제 7 개폐밸브(266, 276)를 개방하고, 제 4 및 제 8 개폐밸브(268, 278)를 폐쇄하여 재생용 공기가 제 1 흡착탑(112) 측으로만 유입되도록 한다.
이러한 과정을 거쳐 제 1 흡착탑(112)에서 재생과정이, 그리고 제 2 흡착탑(114)에서 제습과정이 수행되면, 흡착탑의 전환이 완료된다.
상술한 상태, 즉 제 1 흡착탑(112)에서 재생과정이, 그리고 제 2 흡착탑(114)에서 제습과정이 수행되는 상태에서 흡착탑 전환 신호가 인가되면, 제 3, 제 4 및 제 7, 제 8 개폐밸브(266, 268 및 276, 278)를 폐쇄하여, 고온의 습한 공기가 제 1 및 제 2 흡착탑(112, 114)으로 유입되는 것을 방지한다.
그 후, 제 1 소정 시간이 경과되면 제 2 및 제 6 개폐밸브(264, 274)를 폐쇄하고, 제 1 및 제 5 개폐밸브(262, 272)를 개방하여 외부 공기가 제 1 흡착탑(112) 측으로 유입되도록 한다. 그리고 제 2 소정 시간이 경과되면 제 9 및 제 10 개폐밸브(192, 194) 또는 제 11 및 제 12 개폐밸브(196, 198)를 개방 및 폐쇄하여 재생용 공기가 순환될 수 있도록 한다.
마지막으로 제 3 소정 시간 경과되면 제 4 및 제 8 개폐밸브(268, 278)를 개 방하고, 제 3 및 제 7 개폐밸브(266, 276)를 폐쇄하여 재생용 공기가 제 2 흡착탑(112) 측으로만 유입되도록 한다.
이러한 과정을 거쳐 제 1 흡착탑(112)에서 제습과정이, 그리고 제 2 흡착탑(114)에서 재생과정이 수행되면, 흡착탑의 전환이 완료된다.
여기서 상기 제 9, 제 10 또는 제 11, 12 개폐밸브(192, 194 또는 196, 198)는 재생방법에 따라 개폐여부가 달라지는데, 예를 들어 가열 재생의 경우 제 9 및 제 10 개폐밸브(192, 194)는 개방되고 제 11 및 제 12 개폐밸브(196, 198)는 폐쇄된다. 또한, 냉각 재생의 경우 제 9 및 제 10 개폐밸브(192, 194)는 폐쇄되고 제 11 및 제 12 개폐밸브(196, 198)는 개방된다.
한편, 상술한 제 1 소정 시간은 2 ~ 4초이고, 제 2 소정 시간은 4 ~ 6초이며, 제 3 소정 시간은 9 ~ 11초인 것이 바람직하다. 하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며 상황에 따라 변경 가능함은 물론이다.
상술한 바와 같은 방법으로 흡착탑을 전환함으로써 고온의 습한 공기가 건조한 공기와 합류되는 것을 방지하여 노점온도의 변화에 의한 노점헌팅을 방지하고 초저노점(약 -100℃)을 유지할 수 있으며, 이에 따라 에너지 효율을 극대화시킬 수 있다.
상술한 바와 같은, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 흡착탑 전환시 노점헌팅을 방지하고 초저노점을 유지할 수 있는 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템의 구성 및 그 제어방법을 상기한 설명 및 도면에 따라 도시하였지만, 이는 예를 들어 설명한 것에 불과하며 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화 및 변경이 가능하다는 것을 이 분야의 통상적인 기술자들은 잘 이해할 수 있을 것이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 흡착탑 전환시 노점헌팅을 방지하고 초저노점을 유지할 수 있는 폐열을 이용한 넌 퍼지 방식의 흡착식 제습시스템 및 그 제어방법은, 제 1 및 제 2 방향전환밸브와 재생용 방향전환밸브를 소정 시간 차이를 두고 작동시킴으로써 흡착탑 전환시 노점헌팅을 방지하고 초저노점(약 -100℃)을 유지할 수 있으며, 이에 따라 에너지 효율을 극대화시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 제 1 및 제 2 흡착탑의 하부에 설치되어 제 1 및 제 2 흡착탑으로 유입되거나 제 1 및 제 2 흡착탑에서 토출되는 제습 및 재생용 공기의 이송 방향을 전환하는 제 1 방향전환밸브와, 제 1 및 제 2 흡착탑의 상부에 설치되어 제 1 및 제 2 흡착탑으로 유입되거나 제 1 및 제 2 흡착탑에서 토출되는 제습 및 재생용 공기의 이송 방향을 전환하는 제 2 방향전환밸브와, 상기 제 1 및 제 2 방향전환밸브에 연결되어 재생용 공기를 순환시키는 재생용 방향전환밸브를 포함하는 흡착식 제습시스템에 있어서,
    상기 제 1 방향전환밸브는, 제습용 공기를 제 1 및 제 2 흡착탑으로 각각 주입하기 위한 제 1 및 제 2 개폐밸브와, 제 1 및 제 2 흡착탑에서 재생된 공기를 각각 순환시키기 위한 제 3 및 제 4 개폐밸브로 구성되고,
    상기 제 2 방향전환밸브는, 제 1 및 제 2 흡착탑에서 제습된 공기를 각각 외부로 배출하기 위한 제 5 및 제 6 개폐밸브와, 재생용 공기를 제 1 및 제 2 흡착탑으로 각각 주입하기 위한 제 7 및 제 8 개폐밸브로 구성되며,
    상기 재생용 방향전환밸브는 가열 재생 시 개방되는 제 9 및 제 10 개폐밸브와, 냉각 재생 시 개방되는 제 11 및 제 12 개폐밸브로 구성되는 것을 특징으로 하는 흡착식 제습시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 내지 제 12 개폐밸브는 이방밸브(Two-Way)인 것을 특징으로 하는 흡착식 제습시스템.
  3. 제 2 항에 따른 흡착식 제습시스템의 제어방법에 있어서,
    제 1 흡착탑에서 제습과정을, 제 2 흡착탑에서 재생과정을 수행하는 제 1 단계와,
    제 3, 제 4 및 제 7, 제 8 개폐밸브를 폐쇄하는 제 2 단계와,
    제 1 소정 시간 경과 후 제 1 및 제 5 개폐밸브를 폐쇄하고, 제 2 및 제 6 개폐밸브를 개방하는 제 3 단계와,
    제 2 소정 시간 경과 후 제 9 및 제 10 개폐밸브 또는 제 11 및 제 12 개폐밸브를 개방 및 폐쇄하는 제 4 단계와,
    제 3 소정 시간 경과 후 제 3 및 제 7 개폐밸브를 개방하고, 제 4 및 제 8 개폐밸브를 폐쇄하는 제 5 단계,
    로 이루어지고, 상기 각 단계를 거쳐 흡착탑이 전환되는 것을 특징으로 하는 흡착식 제습시스템의 제어방법.
  4. 제 3 항에 있어서,
    제 1 흡착탑에서 재생과정을, 제 2 흡착탑에서 제습과정을 수행하는 제 6 단계와,
    제 3, 제 4 및 제 7, 제 8 개폐밸브를 폐쇄하는 제 7 단계와,
    제 1 소정 시간 경과 후 제 2 및 제 6 개폐밸브를 폐쇄하고, 제 1 및 제 5 개폐밸브를 개방하는 제 8 단계와,
    제 2 소정 시간 경과 후 제 9 및 제 10 개폐밸브 또는 제 11 및 제 12 개폐밸브를 개방 및 폐쇄하는 제 9 단계와,
    제 3 소정 시간 경과 후 제 4 및 제 8 개폐밸브를 개방하고, 제 3 및 제 7 개폐밸브를 폐쇄하는 제 10 단계,
    로 이루어지고, 상기 각 단계를 거쳐 흡착탑이 전환되는 것을 특징으로 하는 흡착식 제습시스템의 제어방법.
  5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제 1 소정 시간은 2 ~ 4초이고, 제 2 소정 시간은 4 ~ 6초이며, 제 3 소정 시간은 9 ~ 11초인 것을 특징으로 하는 흡착식 제습시스템의 제어방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 4 단계와 제 9 단계에서는 가열 재생 시 제 9 및 제 10 개폐밸브를 개방하고 제 11 및 제 12 개폐밸브를 폐쇄하며, 냉각 재생 시 제 9 및 제 10 개폐밸브를 폐쇄하고 제 11 및 제 12 개폐밸브를 개방하는 것을 특징으로 하는 흡착식 제습시스템의 제어방법.
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