KR100891908B1 - 압축 가스의 건조 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

2개 이상의 압력단(4, 5)을 갖는 압축 장치(1)의 압축 가스를 건조하는 방법으로서, 건조기(3)에는 흡습제로 충진되고, 교대로 작동하는 적어도 2개의 압력 용기(9, 12)가 사용되며, 일측 압력 용기(12)가 압축 가스를 건조하기 위해 작동하는 경우, 타측 압력 용기(9)는 재생하기 위해 작동하며, 타측 압력 용기(9)를 재생하기 위해 압축 가스의 적어도 일부분이 재생 압력 용기(9)를 통하여 안내되고, 재생 사이클의 적어도 말단에서, 압축 가스의 상기 일부분은 재생 압력 용기를 통과한 후에, 2개의 압력단(4, 5) 사이의 압력 파이프(6)로 안내된다.

Description

압축 가스의 건조 방법 및 장치{METHOD FOR DRYING COMPRESSED GAS AND DEVICE USED THEREBY}
본 발명은 압축 가스의 건조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 직렬로 연결된 적어도 2개의 압력단을 갖는 압축기를 갖춘 압축 장치로부터 나오는 압축 가스의 건조 방법에 관한 것이다.
압축 가스를 건조하기 위하여, 흡습제 또는 건조제로 충전된 적어도 2개의 압력 용기를 갖춘 건조기를 사용하는 것이 이미 알려져 있으며, 이 압력 용기들은 교대로 작동하여 일측 압력 용기가 압축 가스를 건조하도록 작동하는 경우, 타측 압력 용기는 재생되므로, 압축 가스를 건조하기 위해 압축 가스는 우선 냉각기에서 냉각되고 이어서 건조 압력 용기를 통하여 이송되며, 타측 압력 용기를 재생하기 위해, 이 압축 가스의 적어도 일부분이 역류하여 재생 압력 용기를 통하여 안내된다.
또한, 재생 압력 용기의 재생 사이클의 말단에서 일부분의 압축 가스를 이용하여 재생되거나 또는 거의 재생된 건조제를 냉각하기 위해, 이 일부분의 압축 가스를 우선 대기압으로 팽창시키고, 재생 압력 용기를 통과한 후 이러한 팽창된 가스를 대기 중으로 배출되게 하는 것이 이미 알려져 있다.
재생 사이클의 말단에서 재생 압력 용기 내의 건조제를 냉각하는 것의 장점은, 압력 용기의 전환시, 재생 압력 용기가 건조 압력 용기가 되고 건조 압력 용기가 재생 압력 용기가 됨으로써, 압축 가스의 온도 및 이슬점 피크가 회피된다는 것이다.
그러나, 이러한 공지된 방법의 단점은 비교적 대량의 압축 공기가 대기로 소실되고, 대기압으로 이미 압축된 공기를 배출하는 것은 큰 에너지 손실을 불러일으켜, 대용량의 압축 장치의 경우에는 상당한 추가 비용이 초래될 수 있다는 것이다.
또한, 본 발명은 재생 단계의 말단에서의 손실을 적게 하는 동시에 더욱 경제적인 방식으로 재생 압력 용기 내의 건조제를 냉각하는 것을 가능케 하는 방법을 제공함으로써 전술된 단점 및 다른 단점들을 개선하는 것을 목적으로 한다.
이를 달성하기 위하여, 본 발명은 직렬로 연결된 2개 이상의 압력단을 갖는 압축기를 갖춘 압축 장치의 압축 가스를 건조하는 방법으로서, 건조기에는 흡습제 또는 건조제로 충전된 적어도 2개의 압력 용기가 사용되며, 압력 용기는 교대로 작동하여 일측 압력 용기가 압축 가스를 건조하도록 작동하는 경우, 타측 압력 용기는 재생됨으로써, 압축 가스를 건조하기 위해 압축 가스는 우선 냉각기에서 냉각되고 이어서 건조 압력 용기를 통하여 이송되며, 타측 압력 용기를 재생하기 위해, 이 압축 가스의 적어도 일부분이 재생 압력 용기를 통하여 안내되고, 적어도 재생 압력 용기의 재생 사이클의 말단에서, 일부분의 압축 가스는 재생 압력 용기를 통과한 후 2개의 압력단 사이의 압력 파이프로 안내된다.
이 방식에 있어서, 재생 압력 용기 내의 건조제를 냉각하는 데에 이용되는 일부분의 압축 가스는 압축기의 2개의 압력단 사이로 다시 회수되어, 압축 공기의 손실이 없다.
또한, 가스는 대기압으로 팽창되지 않고, 압축기의 고 압력단과 저 압력단 사이에 조성되는 보다 높은 압력으로 팽창되어, 압축 에너지의 손실이 작아진다.
사실상, 재생 압력 용기 내의 건조제를 냉각하는 데에 요구되는 에너지는 공지된 방법에 비해 1/3로 감소될 수 있다는 것을 발견하였다.
재생 압력 용기 내의 건조제를 냉각하는 데에 이용되는 전술한 일부분의 압축 가스는 재생 압력 용기를 통과할 때 건조제를 추가로 냉각 및 건조하도록 우선 팽창되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 직렬로 연결된 적어도 2개의 압력단을 갖는 압축기의 압축 가스를 건조하는 전술한 방법을 적용할 수 있는 장치에 관한 것으로서, 흡습제 또는 건조제로 충전된 2개 이상의 압력 용기로서, 이들 압력 용기는 교대로 작동하여, 일측 압력 용기가 압축 가스를 건조하도록 작동하는 경우, 타측 압력 용기는 재생되는 것인 2개 이상의 압력 용기와, 압축 가스를 냉각하는 냉각기, 및 압축기를 전술한 압력 용기에 연결하는 스톱 코크(stop cock)를 갖는 파이프를 포함하며, 압축기의 압축 가스 중 적어도 일부가 건조 단계에서 냉각기 및 압력 용기를 통과한 후, 재생 압력 용기를 통해 2개의 압력단 사이의 압력 파이프로 안내될 수 있게 하는 추가 파이프 및 스톱 코크가 마련된다.
본 발명의 특징을 좀 더 설명하기 위하여, 어떠한 방식으로도 제한하지 않고 단지 일례로서 하기의 바람직한 실시형태를 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 압축 가스를 건조하기 위해 본 발명에 따른 장치가 마련된 압축 장치를 도시하고,
도 2 및 도 3은 건조 공정의 다른 단계에서의 도 1의 장치를 나타낸다.
도 1은 압축기(2)와 본 발명에 따른 건조 장치(3)를 주요 구성으로 하는 압축 장치(1)를 나타낸다.
압축기(2)는 압력 파이프(6)에 의해 직렬로 연결된 저 압력단(4)과 고 압력단(5)을 포함하고, 압력 파이프에는 인터쿨러(7)와 워터 세퍼레이터(8)가 연속적으로 설치된다.
건조 장치(3)는 유입구(10)와 유출구(11)를 가지고 실리카겔 또는 임의의 다른 건조제를 담고 있는 제1 분리형 압력 용기(9)와, 유입구(13)와 유출구(14)를 가지고 또한 건조제로서 실리카겔을 담고 있는 제2 분리형 압력 용기(12)와, 냉각기(15)와, 압축 가스를 건조하고 압력 용기 내의 건조제를 재생하며 그리고 소비 네트워크(19)로 연결하도록 압축기(2)를 제1 분리형 압력 용기 및 제2 분리형 압력 용기(9, 12)에 연결할 수 있는, 스톱 코크(17)와 밸브(18)를 갖는 파이프(16)를 포함한다.
각각의 추가 파이프(20, 21)와 스콥 코크(22)가 마련되어, 압축기(2)로부터의 고온인 압축 가스의 적어도 일부분이 2개의 압력단(4 및 5) 사이에서 압력 용기(9 또는 12) 중 하나를 통해 압력 파이프(6)로 안내되도록 한다.
파이프(20)는 2개의 압력 용기(9 및 12)의 유출구(11 및 14) 사이를 차단할 수 있는 브릿지로 구성되고, 압력 릴리프 밸브(23)를 구비한다.
파이프(21)는 압력 용기(9 및 12)의 각 유입구(10 및 13)를 압력 파이프(6)에 연결하고, 더욱 상세하게는 인터쿨러(7)의 유입구 측 압력 파이프(6) 부분에 연결하며, 필터(24)와 밸브(25)를 각각 구비한다.
파이프(21)는 밸브(27)가 포함되고 소음기(sound absorber)가 선택적으로 마련될 수 있는 탭(26)을 통하여 대기측으로 연결될 수 있어, 재생 압력 용기(9) 내의 압력은 2개의 압력단(4, 5) 사이의 압력 파이프(6) 내의 압력으로 복귀되며, 탭에는 또한 소음기(28)가 선택적으로 마련된다.
압축 장치(1)와 건조기(3)의 작동은 단순하고 도 1 내지 도 3에서 도시되며, 스톱 코크(17 및 22)는 폐쇄 위치가 검은색으로 그리고 개방 위치가 흰색으로 도시되어, 압축 가스의 경로가 세밀하게 표시된다.
도 1에 도시된 바와 같이 제1 단계 동안, 압축기(2)로부터의, 더욱 상세하게는 고 압력단(5)으로부터의 비냉각 압축 가스의 전체 유동은 역류되어 압력 용기(9)를 통하여 안내되고, 이러한 가스 유동은 압축 가스 내 잠열을 이용하여, 건조제 또는 흡습제, 예컨대 실리카겔을 재생한다.
그 다음, 압축 가스 유동은 냉각기로 이동되어 이곳에서 더욱 냉각된 다음, 압축 가스를 건조하기 위해 압력 용기(12)를 통하여 이송된다.
이때에, 제2 분리형 압력 용기(12)의 유출구(14)는 소비 네크워크(19)에 연결되는데, 이 네트워크에는 도시하지 않은 하나 이상의 압축 공기 소비자가 연결된다.
도 2에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 제2 단계 동안, 재생 압력 용기(9) 내의 건조제의 재생 사이클의 말단에서, 압축 가스의 전체 출력은 더욱 건조되도록 냉각기(15)와 압력 용기(12)를 통해 연속적으로 안내되고, 그 후에 냉각된 가스의 일부가 소비 네트워크(19)에 공급되며, 잔여 가스는 압력 용기(9) 내의 건조제를 냉각하도록 역류하여 파이프(20)를 매개로 압력 용기(9)를 통해 안내되고, 잔여 가스는 차후에 파이프(21)와 필터(24)를 통하여 인터쿨러(7)를 갖춘 압력 파이프(6)로 전환된다.
냉각을 위해 밸브(25)를 개방하기 전에, 냉각될 필요가 있고 종단 압력으로 조정된 압력 용기(9)를 밸브(27)와 소음기(28)를 통하여 인터쿨러(7)에 대응하는 압력으로 경감하여, 인터쿨러(7)를 향해 생성되는 압력 임펄스를 방지하도록 한다.
건조제를 냉각하기 위해 재생 압력 용기(9)를 통하여 유동하는 가스 출력 중 일부는 압력 릴리프 밸브(23)에서 경감되고, 그 결과 추가 냉각이 초래될 수 있다.
가스 출력 중 전술한 일부는 인터쿨러(7)의 유입구로 향하고, 이어서 고 압력단(5)에 의해 다시 압축된다. 따라서, 압축 가스는 손실되지 않으며, 예컨대 3바(3000hPa) 정도인 인터쿨러의 압력 수준까지 가스를 압축하는데 요구되는 에너지가 회수된다.
압력 릴리프 밸브(23)는, 예컨대 종단 압력이 8바(8000hPa)인 압축기(2)의 유출구에서의 공칭 종단 압력(nominal end pressure)에서 예컨대 3바(3000hPa)의 인터쿨러 압력까지의 가스 팽창이 압력 릴리프 밸브(23)에서 주로 발생하도록 선택되거나 또는 설정되는 것이 바람직하다.
건조제가 냉각되기 전에 재생 압력 용기(9)를 통해 유동하는 가스 출력 중 일부는 바람직하게는 압축기(2)에 의해 압축된 전체 가스 출력의 일부이고, 이러한 일부는 바람직하게는 전체 압축기 출력의 6% 정도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 최종 제3 단계에서, 압력 용기가 전환하여, 재생 압력 용기(9)가 건조 압력 용기가 되고 건조 압력 용기가 재생 압력 용기가 되기 직전에, 습한 압축 가스가 냉각기(15)를 통해 단시간 동안 양측 압력 용기(9 및 12) 상으로 분배된다. 이에 의해, 재생된 압력 용기(9)가 약간 더 냉각되고, 거의 포화된 압력 용기(12)가 다소 경감된다.
제2 및 제3 단계의 결과, 압력 용기(9 및 12)의 전술한 전환 시에 최소 이슬점 피크(dew-point peak)와 온도 피크가 획득된다.
필요한 경우, 건조 장치(2)는 압력 용기(9 및 12) 내에 내장되어 건조 공정을 진척시키고 최적화하도록 작동될 수 있는 가열 소자(29)에 의해 달성될 수도 있다.
건조 공정 중 전술한 제2 단계에서 재생되거나 또는 거의 재생된 건조제를 냉각하는데 이용되는 일부분의 압축 가스는 비록 그러는 것이 바람직할지라도, 건조 압력 용기(12) 후방의 유출구(14)에서 반드시 유출되어야만 하는 것은 아니라는 것이 명백하다.
또한, 압축기(2)가 2개를 초과하는 압력단(4, 5)을 포함할 수 있고, 인터쿨러(7)가 반드시 필요한 것은 아니며, 재생된 건조제의 냉각에 이용되는 가스는 필요에 따라 2개의 연속적인 압력단 사이에서 안내될 수도 있다는 것이 명백하다.
또한, 건조제로서 실리카겔 대신에 다른 흡습제도 적합하다는 것이 명백하다.
압축 장치(1) 및 압축기(2)에는 압력(PI), 온도(TT), 이슬점(TS) 및 출력을 측정하기 위한 측정 기구뿐만 아니라 압축 장치(1)의 사이클과 유출구에서 건조 공기의 요구된 특성의 함수로서 에너지 소비량을 제어하는 도시하지 않은 제어기가 마련되는 것이 가능하여, 이 경우에 스톱 코크(17 및 22)는 전술한 제어기에 의해 제어될 수 있는 제어식 스톱 코크이다.
또한 필요한 경우, 압력 릴리프 밸브(23)는 전술한 제어기에 의해 설정 및 제어되어, 전술한 건조 공정의 제2 및 제3 단계를 적절하게 건너뛰게 할 수 있다.
또한 본 발명은, 다른 형태의 흡습제 건조기, 예컨대 회전형 흡습제 건조기에 적용될 수 있어, 압력 용기가 말하자면 하나의 동일한 건조기의 별개의 격실로서 이루어지고, 회전 방식으로 기립해 있으며 양쪽 격실의 각각에서 부분적으로 연장되는 이들 격실에 공통의 건조제가 사용됨으로써, 하나의 격실 내의 건조제 중 일부가 압축 가스를 건조하는 데 사용되고, 다른 격실 내의 건조제 중 일부는 재생된다.
또한, 본 발명은 다른 형태의 압축기, 오일-프리뿐만 아니라 오일 주입식 압축기와의 조합 형태로 적용될 수도 있다.
본 발명은 전술한 방법과 그 방법이 적용되는 장치에 한정되지 않고, 본 발명의 범위를 벗어남이 없이 모든 종류의 형태와 조합이 적용될 수 있다는 것이 명백하다.

Claims (12)

  1. 직렬로 연결된 2개 이상의 압력단(4, 5)을 갖는 압축기(2)를 갖춘 압축 장치(1)의 압축 가스를 건조하는 방법으로서,
    건조기(3)에는 흡습제 또는 건조제가 충전된 2개 이상의 압력 용기(9, 12)가 사용되며, 상기 압력 용기(9, 12)는 교대로 작동하여, 일측 압력 용기(12)가 압축 가스를 건조하도록 작동하는 경우, 타측 압력 용기(9)는 재생됨으로써, 압축 가스를 건조하기 위해 압축 가스는 우선 냉각기(15)에서 냉각되고 이어서 건조 압력 용기(12)를 통하여 이송되며, 타측 압력 용기(9)를 재생하기 위해 이 압축 가스의 적어도 일부분이 재생 압력 용기(9)를 통하여 안내되고,
    재생 압력 용기(9)의 재생 사이클의 적어도 말단에서, 상기 일부분의 압축 가스는 재생 압력 용기를 통과한 후에, 2개의 압력단(4, 5) 사이의 압력 파이프(6)로 안내되는 것을 특징으로 하는 압축 가스의 건조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 재생 압력 용기(9) 내의 건조제를 냉각하는 데에 이용되는 상기 일부분의 압축 가스는 재생 압력 용기(9)를 통과할 때에 건조제를 추가로 냉각 및 건조하도록 우선 팽창되는 것을 특징으로 하는 압축 가스의 건조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 재생 압력 용기(9) 내의 건조제를 냉각하는 데에 이용되는 상기 일부분의 압축 가스는 압력 용기(9)를 통과하기 전에, 관련된 압력단(4, 5) 사이의 압력 파이프(6) 내의 압력과 동일하거나 다소 큰 압력으로 팽창되는 것을 특징으로 하는 압축 가스의 건조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 재생 압력 용기(9) 내의 건조제를 냉각하는 데에 이용되는 상기 일부분의 압축 가스는 건조 압력 용기(12)의 유출구(14)에서 배출되는 것을 특징으로 하는 압축 가스의 건조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 2개의 압력단(4, 5) 사이의 상기 압력 파이프(6)에는 인터쿨러(7)가 마련되고, 상기 일부분의 압축 가스는 재생 압력 용기(9)를 통과한 후 상기 인터쿨러(7)의 유입구로 안내되는 것을 특징으로 하는 압축 가스의 건조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 재생 압력 용기(9) 내의 건조제를 냉각하는 데에 이용되는 상기 일부분의 압축 가스는 압축기(2)에 의해 압축된 전체 가스 출력의 일부인 것을 특징으로 하는 압축 가스의 건조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 전체 가스 출력의 일부는 6% 정도인 것을 특징으로 하는 압축 가스의 건조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 재생되거나 거의 재생된 건조제가 재생 압력 용기(9) 내에서 냉각된 후, 압축기(2) 내의 압축 가스의 전체 또는 거의 전체 출력은 상기 냉각기(15)를 통하여 이송되고, 냉각된 상기 출력이 압력 용기(9, 12)의 2개의 유입구(10, 13) 측에 분할된 후, 압력 용기(9, 12)의 유출구(11, 14)에서 결합되어 소비 네트워크(19)에 공급되는 것을 특징으로 하는 압축 가스의 건조 방법.
  9. 직렬로 연결된 2개 이상의 압력단(4, 5)을 갖는 압축기(2)의 압축 가스를 건조하는 장치로서,
    흡습제 또는 건조제가 충전된 2개 이상의 압력 용기(9, 12)로서, 이들 압력 용기는 교대로 작동하여 일측의 압력 용기(12)가 압축 가스를 건조하도록 작동하는 경우, 타측 압력 용기(9)는 재생되는 것인 2개 이상의 압력 용기(9, 12)와,
    압축 가스를 냉각하는 냉각기(15), 및
    압축기(2)를 상기 압력 용기(9, 12)에 연결하는 스톱 코크(stop cock; 17)를 갖는 파이프(16)를 포함하고,
    압축기(2) 내의 압축 가스 중 적어도 일부분이 냉각기(15) 및 압력 용기(12)를 통과한 후, 재생 압력 용기(9)를 통해 2개의 압력단(4, 5) 사이의 압력 파이프(6)로 안내되도록 하는 추가 파이프(20, 21) 및 스톱 코크(22)가 마련되는 것을 특징으로 하는 압축 가스 건조 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 재생 압력 용기(9)의 상류측에 있는 상기 추가 파이프(20, 21)에는 압력 릴리프 밸브(23)가 마련되는 것을 특징으로 하는 압축 가스 건조 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 재생 압력 용기(9)의 하류측에 있는 상기 추가 파이프(20, 21)에는 대기측으로의 탭(26)이 마련되고, 상기 탭에는 재생 압력 용기(9) 내의 압력을 2개의 압력단(4, 5) 사이의 압력 파이프(6) 내의 압력으로 복귀시키기 위한 밸브가 마련되는 것을 특징으로 하는 압축 가스 건조 장치.
  12. 제9항에 있어서, 상기 압축기(2)에는 압축기(2)의 압력단(4, 5) 사이의 상기 압력 파이프(6)에 설치되는 인터쿨러(7)가 마련되며, 상기 추가 파이프(21)는 상기 인터쿨러(7)의 유입구측에서 상기 압력 파이프(6)의 일부에 연결되는 것을 특징으로 하는 압축 가스 건조 장치.
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