KR100926764B1 - 흡착식 가스드라이어 - Google Patents

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KR100926764B1
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김병석
권오성
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가스파워 주식회사
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Abstract

본 발명은 흡착식 가스드라이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제습 및 재생효율이 뛰어난 흡착식 가스드라이어에 관한 것이다.
본 발명에 의한 흡착식 가스드라이어는, 습가스가 유입되는 유입배관; 상기 유입배관에서 분기된 제1 및 제2 분기배관; 제1 및 제2 분기배관이 합류되어 연결되는 유출배관; 상기 제1 및 제2 분기배관 각각에 설치되고, 제습 및 재생공정이 교번적으로 진행되는 제1 및 제2 흡착부; 상기 제1흡착부의 상류 및 하류 각각에 설치된 한 쌍의 제1전환밸브; 및 상기 제2흡착부의 상류 및 하류 각각에 설치된 한 쌍의 제2전환밸브;를 포함하고, 상기 제1 및 제2 흡착부 각각은 2 이상의 흡착타워가 직렬연결되는 것을 특징으로 한다.
Figure R1020090035439
흡착, 가스드라이어, 유입배관, 직렬, 분기배관

Description

흡착식 가스드라이어{ABSORPTION TYPE GAS DRYER}
본 발명은 흡착식 가스드라이어에 관한 것으로, 보다 상세하게는 제습 및 재생효율이 뛰어난 흡착식 가스드라이어에 관한 것이다.
널리 주지된 바와 같이, 공기, 산소가스, 질소가스 등과 같은 가스는 각종 자동화설비, 항공우주산업의 연구설비, 반도체 제조공정, 수분 접촉 시 화학반응을 일으키는 화학공정의 생산라인 등에 널리 사용되고 있으며, 이러한 가스는 그 내부에 수분이 함유되어 있으며, 상술한 각종 설비에 악영향을 끼칠 수 있다.
이에, 가스드라이어를 이용하여 가스 성분에서 수분을 제거한 후에, 각종 자동화 설비, 항공우주산업의 연구설비, 반도체 제조공정, 수분 접촉 시 화학반응을 일으키는 화학공정의 생산라인 등에 공급한다.
이러한 가스드라이어는, 냉동 압축기를 이용하여 압축공기의 온도를 낮춘 뒤 가스에 포함된 수분을 응축시켜 제습하는 냉동식 가스드라이어와, 흡착제(또는 제습제, 흡습제)를 이용하여 가스에 포함된 수분을 흡착하여 제습하는 흡착식 가스드라이어로 구분된다.
이 중에서 흡착식 가스드라이어는 흡착제가 내장된 한 쌍의 제습타워, 한 쌍 의 제습타워에서 제습과 재생공정이 상호 교번되게 수행되도록 압축공기의 방향을 바꾸는 방향전환밸브, 상기 방향전환밸브의 작동을 제어하는 전자밸브 및 타이머를 가진 제어부로 구성된다.
종래의 흡착식 가스드라이어는 설정된 작동시간 동안 그 제습작동을 진행하는 도중에 이슬점의 온도를 연속적이면서 안정적으로 유지하지 못하여 그 제습효율이 저하되는 단점이 있었다.
또한, 종래의 흡착식 가스드라이어는 그 제습 또는 재생공정 도중에 압력변화, 온도변화 등에 따른 수축/팽창이 반복적으로 이루어져 그 흡착타워 내의 흡착제에 대한 기밀성이 일정하게 유지되지 못하여 수요자가 요구하는 압력, 유량, 이슬점 등과 같은 조건을 충분히 만족시키지 못하는 단점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 설정된 작동시간 동안 그 제습작동을 진행하는 도중에 이슬점의 온도를 연속적이면서 안정적으로 유지함으로써 그 제습효율을 향상시킬 수 있는 흡착식 가스드라이어를 제공하는 데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 그 제습 또는 재생공정 도중에 압력변화, 온도변화 등에 따른 수축/팽창이 반복적으로 이루어져 그 흡착타워 내의 흡착제에 대한 기밀성이 일정하게 유지되지 못하여 수요자가 요구하는 압력, 유량, 이슬점 등과 같은 조건을 충분히 만족시킬 수 있는 흡착식 가스드라이어를 제공하는 데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,
습가스가 유입되는 유입배관;
상기 유입배관에서 분기된 제1 및 제2 분기배관;
제1 및 제2 분기배관이 합류되어 연결되는 유출배관;
상기 제1 및 제2 분기배관 각각에 설치되고, 제습 및 재생공정이 교번적으로 진행되는 제1 및 제2 흡착부;
상기 제1흡착부의 상류 및 하류 각각에 설치된 한 쌍의 제1전환밸브; 및
상기 제2흡착부의 상류 및 하류 각각에 설치된 한 쌍의 제2전환밸브;를 포함 하고,
상기 제1 및 제2 흡착부 각각은 2 이상의 흡착타워가 직렬연결되는 것을 특징으로 한다.
상기 상기 제1 및 제2 분기배관의 각 상류측에는 제1바이패스배관이 연결되고, 상기 제1바이패스배관에는 제1 및 제2 체크밸브가 설치되며, 상기 제1 및 제2 분기배관의 합류점에서 상기 제1바이패스배관으로 재생가스 공급배관이 연결되고, 상기 재생가스 공급배관에는 재생가스 공급밸브가 설치되며, 상기 제1분기배관 및 제2분기배관의 각 하류측에는 제2바이패스배관이 연결되고, 상기 제2바이패스배관에는 제1 및 제2 재생가스 배출밸브가 설치된다.
상기 유입배관의 입구에는 습가스를 여과하는 입구필터가 설치되고, 상기 유출배관의 출구에는 건조가스를 여과하는 출구필터가 설치된다.
상기 제1 및 제2 흡착부의 각 흡착타워는,
내부에 흡착제가 충전된 본체;
상기 본체의 일단에 분리가능하게 결합되고, 흡입구 및 토출구를 가진 헤드;
상기 본체의 타단에 분리가능하게 결합되는 마감캡; 및
상기 본체의 중심부에 배치되고, 내부에 중공부를 가진 중심튜브;를 포함하고, 상기 흡입구는 상기 본체 내의 흡착제와 소통하고, 상기 토출구는 상기 중심튜브의 중공부와 소통하는 것을 특징으로 한다.
이상과 같은 본 발명은, 각 흡착부가 2 이상의 흡착타워들을 직렬로 연결시킴으로써 습가스의 처리용량을 대폭 증대시킬 수 있고, 이에 의해 설정된 작동시간(대략 4시간) 동안 그 제습작동이 진행되는 도중에 이슬점의 온도를 연속적이면서 안정적으로 유지함으로써 습가스의 제습효율을 현저하게 상승시키는 장점이 있다.
또한, 본 발명은 그 제습 또는 재생공정 도중에 압력변화, 온도변화 등에 따른 수축/팽창이 반복적으로 이루어져 그 흡착타워 내의 흡착제에 대한 기밀성이 일정하게 유지되지 못하여 수요자가 요구하는 압력, 유량, 이슬점 등과 같은 조건을 충분히 만족시킬 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착식 가스드라이어를 도시한다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 흡착식 가스드라이어는 습가스가 유입되는 입구로부터 유입배관(10)이 연장되고, 유입배관(10)의 분기점(10a)에서 제1 및 제2 분기배관(11, 12)이 분기되고, 제1 및 제2 분기배관(11, 12)은 합류점(13)에서 합류되어 유출배관(14)에 연결된다.
유입배관(10)의 입구에는 습가스를 1차 여과하는 입구필터(17)가 설치되고, 유출배관(14)의 출구에는 건조가스를 여과하는 출구필터(18)가 설치된다.
제1 및 제2 분기배관(11, 12) 각각에는 교번적인 제습 및 재생 기능을 수행하는 제1 및 제2 흡착부(20, 30)가 설치된다.
제1분기배관(11)에서, 제1흡착부(20)의 상류 및 하류에는 한 쌍의 제1전환밸브(29a, 29b)가 각각 설치되고, 제1전환밸브(29a, 29b)의 전환작동에 의해 제1흡착부(20)는 그 제습 및 재생공정이 교번적으로 진행될 수 있다.
제2분기배관(12)에서, 제2흡착부(30)의 상류 및 하류에는 한 쌍의 제2전환밸브(39a, 39b)가 각각 설치되고, 제2전환밸브(39a, 39b)의 전환작동에 의해 제2흡착부(30)는 그 제습 및 재생공정이 교번적으로 진행될 수 있다.
한편, 제1 및 제2 흡착부(20, 30) 각각은 2 이상의 흡착타워(21, 22; 31, 32)가 직렬로 연결된다.
이를 보다 구체적으로 살펴보면, 제1흡착부(20)의 각 흡착타워(21, 22)는 그 일단에 흡입구(21a, 22a) 및 토출구(21b, 22b)를 가지고, 각 흡착타워(21, 22)의 흡입구(21a, 22a) 및 토출구(21b, 22b)들이 배관을 통해 직렬 연결된다.
제2흡착부(30)의 각 흡착타워(31, 32)는 그 일단에 흡입구(31a, 31b) 및 토출구(31b, 32b)를 가지고, 각 흡착타워(31, 32)의 흡입구(31a, 32a) 및 토출구(31b, 32b)들은 배관을 통해 직렬로 연결된다.
이와 같이, 본 발명은 각 흡착부(20, 30)가 2 이상의 흡착타워(21, 22; 31, 32)들을 직렬로 연결시킴으로써 습가스의 처리용량을 대폭 증대시킬 수 있고, 이에 의해 설정된 작동시간(대략 4시간) 동안 그 제습작동이 진행되는 도중에 이슬점의 온도를 연속적이면서 안정적으로 유지함으로써 습가스의 제습효율을 현저하게 상승 시키는 장점이 있다.
제1분기배관(11) 및 제2분기배관(12)의 각 상류측에는 제1바이패스배관(40)이 연결되고, 제1바이패스배관(40)에는 제1 및 제2 체크밸브(41, 42)가 설치되며, 제1체크밸브(41)는 제1흡착부(20)측으로의 흐름만을 허용하고, 제2체크밸브(42)는 제2흡착부(30)측으로의 흐름만을 허용하도록 구성된다. 제1바이패스배관(40)의 중간지점에서 유출배관(14)의 합류점(13)으로 재생가스 공급배관(43)이 연결된다. 재생가스 공급배관(43)에는 재생가스 공급밸브(44)가 설치되고, 이 재생가스 공급밸브(44)는 제1 및 제2 흡착부(20, 30) 중에서 어느 일측으로 건조가스의 일부를 공급하도록 그 유량을 조절하는 유량 조절밸브의 일종이다.
제1분기배관(11) 및 제2분기배관(12)의 각 하류측에는 제2바이패스배관(45)이 연결되고, 제2바이패스배관(45)의 제1분기배관(11)과 연결되는 부분에는 제1재생가스 배출밸브(46)가 설치되며, 제2바이패스배관(45)의 제2분기배관(12)과 연결되는 부분에는 제2재생가스 배출밸브(47)가 설치된다. 제1재생가스 배출밸브(46)는 제1흡착부(20)의 재생공정이 완료된 후에 그 사용된 재생가스를 제2바이패스배관(45)을 통해 외부로 배출시키는 제어밸브이고, 제2재생가스 배출밸브(47)는 제1흡착부(20)의 재생공정이 완료된 후에 그 사용된 재생가스를 제2바이패스배관(45)을 통해 외부로 배출시키는 제어밸브이다. 제2바이패스배관(45)의 단부에는 배출 사이렌서(45a)가 설치되고, 배출 사이렌서(45a)에 근접하여 배출유량 조절밸브(45b)가 설치되어 배출되는 재생가스의 유량을 조절한다.
제2바이패스배관(45)에는 재생가스 토출배관(48)이 연결되고, 재생가스 토출 배관(48)에는 재생가스 토출밸브(49)가 설치된다. 재생가스 토출배관(49)은 제1 및 제2 흡착부(20, 30)의 재생이 사용된 재생가스를 외부로 토출시키도록 그 유량을 조절하는 유량조절밸브의 일종이다.
이상과 같이 구성된 본 발명의 흡착식 가스드라이어에 의한 제습 및 재생공정은 다음과 같이 진행된다.
습가스는 입구필터(17)를 거쳐 1차 필터링된 후에 제1 및 제2 흡착부(20, 30) 중에서 어느 일측으로 유입된다. 도 2는 제1흡착부(20)에서 제습공정(실선 화살표)이 진행되고, 제2흡착부(30)에서 재생공정(점선 화살표)이 진행됨을 예시하고 있다.
제1흡착부(20)의 제1전환밸브(29a, 29b)는 개방되고, 제2흡착부(30)의 제2전환밸브(39a)는 폐쇄되면, 습가스는 제1흡착부(20)로 유입되고, 제1흡착부(20)의 직렬 연결된 흡착타워(21, 22)를 순차적으로 통과한다. 이에, 습가스는 제1흡착부(20)의 각 흡착타워(21, 22) 내에서 그 수분이 제거된 건조가스가 되고, 이러한 건조가스는 유출배관(14)을 통과한 후에 출구필터(18)에 의해 2차 필터링된 후에 수요처로 공급된다.
이와 같이 제1흡착부(20)에서 제습공정이 진행되는 도중에, 제2흡착부(30)의 각 흡착타워(31, 32)에서는 재생공정이 진행된다. 제2전환밸브(39a, 39b)가 폐쇄된 상태에서 재생가스 공급밸브(44) 및 제2재생밸브(45b)가 개방되면, 제1흡착부(20)에서 제습된 건조가스 중에서 일부의 건조가스(이하, '재생가스'라 함)가 재생가스 공급배관(43)을 통해 제1바이패스배관(40)으로 공급되고, 이러한 재생가스는 제1바 이패스배관(40)에서 제2체크밸브(42)에 의해 제2흡착부(30)로의 흐름이 유도된다. 이에, 재생가스는 제2흡착부(30)의 직렬 연결된 흡착타워(31, 32)을 순차적으로 통과하면서, 각 흡착타워(31, 32) 내의 흡착제를 재생한다. 그리고, 각 흡착타워(31, 32)를 재생시킨 재생가스는 개방된 제2재생밸브(45b)를 거쳐 제2바이패스배관(45)을 통해 외부로 배출된다.
한편, 제1 및 제2 흡착부(20, 30)를 구성하는 각 흡착타워(21, 22; 31, 32)는 도 3에 도시된 바와 같이, 내부에 흡착제(190)가 충전되는 본체(100), 본체(100)의 일단에 구비되는 헤드(200), 본체(100)의 타단에 구비되는 마감캡(300), 본체(100)의 중심부에 배치된 중심튜브(400)를 포함한다.
본체(100)는 도 2에 도시된 바와 같이, 그 내부에 흡착제(190)가 충전되고, 본체(100)의 양단부 내측면에는 흡착제(190)의 외부 누설을 방지하는 제1 및 제2 누설방지부재(110, 130)가 각각 설치되며, 각 누설방지부재(110, 130)는 제1 및 제2 지지체(120, 140)에 의해 지지되도록 설치된다. 그리고, 각 누설방지부재(110, 130) 및 지지체(120, 140)는 습가스, 건조가스, 재생가스 등이 통과할 수 있는 복수의 통공(111, 131, 121, 141)을 가진다. 누설방지부재(110, 130)의 통공(111, 131)들과 지지체(120, 140)의 통공(121, 141)들은 서로 소통하도록 배치된다.
한편, 흡착제(190)는 활성 알루미나(Activated Alumina), 실리카겔(Silica Gel), 알루미나 실리카겔(Alumina Silica Gel), 몰레큘러시브(Molecular Sieves), 실리카겔 합성겔 중에서 하나 또는 2 이상이 혼합된 것이 이용될 수 있다.
본체(100)의 일단에는 헤드(200)가 분리가능하게 결합되고, 헤드(200)와 본 체(100)의 일단 사이에는 오링과 같은 밀봉부재(150)가 개재되며, 이 밀봉부재(150)에 의해 본체(10)와 헤드(20) 사이의 기밀한 밀봉성을 확보할 수 있다.
헤드(200)는 그 외주면 일측에 하나 이상의 흡입구(210)를 가지고, 그 외주면 타측에는 하나 이상의 토출구(230)를 가진다. 그리고, 헤드(200)의 중심부에는 환형의 구획벽(220)이 형성되고, 이 구획벽(220)에 의해 헤드(200)의 내부는 흡입유로(211)와 토출유로(231)로 구획된다. 토출유로(231)는 헤드(20)의 중심부에 위치하고, 흡입유로(211)는 토출유로(231)의 외측에 환형으로 형성된다. 흡입유로(211)는 흡입구(210)와 소통함과 더불어 본체(100) 내의 흡착제(190)와 소통한다. 토출유로(231)는 토출구(230)와 소통함과 더불어 중심튜브(400)의 중공부(410)와 소통한다.
본체(100)의 타단에는 마감캡(300)이 분리가능하게 결합되고, 마감캡(300)과 본체(100)의 타단 사이에는 오링과 같은 밀봉부재(170)가 개재되며, 이 밀봉부재(170)에 의해 본체(100)와 마감캡(300) 사이의 기밀한 밀봉성을 확보할 수 있다.
마감캡(300)과 제2지지체(140) 사이에는 습가스 또는 재생가스가 유동할 수 있는 유동공간(350)이 형성되고, 이 유동공간(350)을 통해 흡착제를 통과한 습가스 또는 재생가스는 중심튜브(400)의 중공부(410)로 흐른다. 마감캡(300)은 본체(100) 내의 상태를 검사하기 위한 검사용 구멍(310)을 가지고, 이 검사용 구멍(310)에는 폐쇄구(320)가 분리가능하게 결합된다.
본체(100)의 제1지지체(120)는 헤드(200)와의 사이에 개재된 탄성부재(160)에 의해 탄성지지되고, 제2지지체(140)는 마감캡(300)과의 사이에 개재된 탄성부 재(180)에 의해 탄성지지된다. 이러한 탄성부재(160, 180)는 제1 및 제2 지지체(120, 140)를 완충함으로써 습가스, 재생가스 등의 유속 변화에 의해 흡착제(190)가 손상됨을 방지할 수 있다.
본체(100)의 중심부에는 중심튜브(400)가 설치되고, 중심튜브(400)는 그 내부에 중공부(410)를 가진다. 이에, 본체(100) 내의 흡착제(190)는 중심튜브(400)를 감싸는 형태로 충전된다.
중심튜브(400)의 중공부(410)가 헤드(200)의 토출유로(231)와 소통하도록 중심튜브(400)의 일단은 부싱(450)에 의해 헤드(200)의 토출유로(231)에 결합된다. 부싱(450)의 외주면에는 오링과 같은 밀봉부재(460)가 설치됨으로써 그 밀봉성을 확보할 수 있다. 중심튜브(400)의 타단 외주면에는 제2누설방지부재(130) 및 제2지지체(140)의 내주면이 이동가능하게 끼워진다.
또한, 본체(100)의 외주면에는 하나 이상의 밴드히터(500)가 설치되고, 이 밴드히터(500)에 의해 흡착제(190)의 재생효율이 더욱 향상될 수 있다. 밴드히터(500)의 갯수는 본체(100)의 길이에 따라 다양하게 변경될 수 있다.
이러한 구성에 의해, 본 발명의 흡착식 제습타워는 습가스 또는 재생가스가 흡입구(210)를 통해 본체(100) 내의 흡착제(190)로 유입되면 습가스는 흡착제(190)에 의해 그 수분이 흡착되고, 재생가스는 흡착제(190)의 수분을 탈착한다. 그런 다음 습가스 또는 재생가스는 마감캡(300)과 제2지지체(140) 사이의 유동공간(350)을 통해 모이고, 이렇게 모인 건조가스는 중심튜브(400)의 타단개구로 유입된다. 이어서, 습가스 또는 재생가스는 중심튜브(400)의 중공부(410)를 통과한 후에 헤 드(200)의 토출유로(231) 및 토출구(230)를 통해 토출된다.
이와 같이, 본 발명에 의한 흡착식 제습타워(21, 22; 31, 32)는 본체(100)의 중심부에 중심튜브(400)가 배치됨에 따라 습가스 또는 재생가스의 흐름이 본체(100)의 내측과 중심튜브(400)의 외측 사이를 통과한 후에 유동공간(350)을 통해 중심튜브(400)의 중공부(410)로 유동하는 구조를 채택한다. 이에 의해, 본 발명은 습가스 또는 재생가스의 사이즈 대비 처리 유량을 증대시킬 수 있으므로 그 사이즈를 더욱 컴팩트하게 할 수 있고, 또한 고압 공기에 대한 내압성을 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 흡착식 제습타워(21, 22; 31, 32)는 누설방지부재(110, 130) 및 지지체(120, 140)가 완충부재(160, 180)에 의해 완충됨에 따라 그 제습 또는 재생공정 도중에 압력변화, 온도변화 등에 따른 수축/팽창이 반복적으로 이루어지더라고 그 내부에 충전된 흡착제(190)의 기밀성이 일정하게 유지시킴으로써 이슬점을 대략 -63℃ 정도로 저온으로 유지할 수 있으므로, 그 제습효율을 대폭 향상시킬 수 있는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 흡착식 가스드라이어를 도시한 구성도이다.
도 2는 본 발명의 흡착식 가스드라이어에 의한 제습 및 재생작동을 나타낸 작동 상태도이다.
도 3은 본 발명의 흡착식 가스드라이어에 적용되는 제습타워를 도시한 단면도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명 *
10: 유입배관 11, 12: 제1 및 제2 분기배관
13: 합류점 14: 유출배관
20, 30: 제1 및 제2 흡착부

Claims (4)

  1. 삭제
  2. 습가스가 유입되는 유입배관;
    상기 유입배관에서 분기된 제1 및 제2 분기배관;
    제1 및 제2 분기배관이 합류되어 연결되는 유출배관;
    상기 제1 및 제2 분기배관 각각에 설치되고, 제습 및 재생공정이 교번적으로 진행되는 제1 및 제2 흡착부;
    상기 제1흡착부의 상류 및 하류 각각에 설치된 한 쌍의 제1전환밸브; 및
    상기 제2흡착부의 상류 및 하류 각각에 설치된 한 쌍의 제2전환밸브;를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 흡착부 각각은 2 이상의 흡착타워가 직렬연결되며,
    상기 제1 및 제2 분기배관의 각 상류측에는 제1바이패스배관이 연결되고, 상기 제1바이패스배관에는 제1 및 제2 체크밸브가 설치되며, 상기 제1 및 제2 분기배관의 합류점에서 상기 제1바이패스배관으로 재생가스 공급배관이 연결되고, 상기 재생가스 공급배관에는 재생가스 공급밸브가 설치되며, 상기 제1분기배관 및 제2분기배관의 각 하류측에는 제2바이패스배관이 연결되고, 상기 제2바이패스배관에는 제1 및 제2 재생가스 배출밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 흡착식 가스드라이어.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 유입배관의 입구에는 습가스를 여과하는 입구필터가 설치되고, 상기 유출배관의 출구에는 건조가스를 여과하는 출구필터가 설치되는 것을 특징으로 하는 흡착식 가스드라이어.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 흡착부의 각 흡착타워는,
    내부에 흡착제가 충전된 본체;
    상기 본체의 일단에 분리가능하게 결합되고, 흡입구 및 토출구를 가진 헤드;
    상기 본체의 타단에 분리가능하게 결합되는 마감캡; 및
    상기 본체의 중심부에 배치되고, 내부에 중공부를 가진 중심튜브;를 포함하고, 상기 흡입구는 상기 본체 내의 흡착제와 소통하고, 상기 토출구는 상기 중심튜브의 중공부와 소통하는 것을 특징으로 하는 흡착식 가스드라이어.
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