KR101087775B1 - 열매체유 염색기 열원공급 시스템 및 그를 이용한 열원공급방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 염색기의 열원으로 사용되는 소모성이며 비순환형태인 스팀을 비소모성이며 순환형태의 열매체유로 대체하여 에너지 절감 및 폐수저감 효과를 가지는 열매체유 염색기 열원공급 시스템에 관한 것이다.
본 발명의 열매체유 염색기 열원공급 시스템은 염색기; 염색기의 염색용수를 염색용수라인을 통하여 열교환기와 열매체유열교환기에 순환시키는 염색기펌프; 온수가열용 열원공급원인 고온의 열매체유를 열매체유이송라인를 통하여 순환하여 열매체유열교환기에 에너지를 공급하는 열매체유순환펌프; 염색용수라인을 통하여 공급되는 염색용수를 냉각수를 통하여 냉각시키는 열교환기; 및 열매체유이송라인을 통하여 공급된 열매체유에서 열을 빼았아 염색용수라인을 통하여 공급된 염색용수에 열을 전달하는 열매체유열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 열매체유 염색기 열원공급 시스템은 염색기; 염색기의 염색용수를 염색용수라인을 통하여 열교환기와 열매체유열교환기에 순환시키는 염색기펌프; 온수가열용 열원공급원인 고온의 열매체유를 열매체유이송라인를 통하여 순환하여 열매체유열교환기에 에너지를 공급하는 열매체유순환펌프; 염색용수라인을 통하여 공급되는 염색용수를 냉각수를 통하여 냉각시키는 열교환기; 및 열매체유이송라인을 통하여 공급된 열매체유에서 열을 빼았아 염색용수라인을 통하여 공급된 염색용수에 열을 전달하는 열매체유열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 열매체유 염색기 열원공급 시스템 및 그를 이용한 열원공급방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 염색기의 열원으로 사용되는 소모성이며 비순환형태인 스팀을 비소모성이며 순환형태의 열매체유로 대체하여 에너지 절감 및 폐수저감 효과를 가지는 열매체유 염색기 열원공급 시스템 및 그를 이용한 열원공급방법에 관한 것이다.
고유가 시대를 맞아 사회 전반적으로 에너지 절감에 대한 요구가 심화되고 있고 또한, 환경에 관한 사회적 관심이 높아지고 있다. 폐수배출에 대한 규제가 국내외적으로 점점 강화되고 있는 가운데, 염색업계에서는 에너지 비용과 폐수처리 비용의 절감을 통한 경쟁력 제고를 위하여 에너지절감 시스템 및 연관 기술개발에 주력할 필요성이 대두되고 있는 실정이다.
염색공정에서의 에너지비용은 원가의 약 30% 내외를 차지하여 에너지비용 상승에 따른 경쟁력 악화가 심각한 수준이므로, 에너지비용의 절감과 작업환경개선이 가능한 새로운 염색공정 개발이 필요하다.
천연섬유 및 합성섬유를 비롯한 모든 종류의 섬유들은 최고 130℃이하의 온도에서 염색되어진다. 도 1에서 보는 바와 같이 염색시 가장 높은 온도를 필요로 하는 폴리에스테르 섬유의 경우 상온의 초기 공급수를 130℃까지 승온시키고, 130℃에 도달한 후 염료가 섬유내부로 고르게 침투되도록 약 한시간동안 130℃를 유지시키는 레벨링 단계를 가지게 된다. 이때 열원으로 종래에는 고온의 스팀을 사용한다. 도 2에 도시된 바와 같이 스팀을 사용할 경우 염색용수로 열전달 후 기체상태의 고온 스팀은 90℃이상의 온도를 가지는 액체상태의 고온 응축수로 변하게 되고 이 응축수는 전량 염색기 외부로 배출된다. 이 과정에서 과량으로 발생된 고온 응축수의 일부는 냉수와 섞어 온도를 저하시킨 후 수세수 등으로 전용되어지지만 나머지는 거의 대부분 폐수로 방출되게 된다. 방출된 고온의 응축수는 폐수의 양 및 온도를 상승시켜 폐수처리비용의 증가를 또한 초래하는 실정이다.
이렇듯 염색기 열원으로 스팀을 사용함으로써 에너지가 낭비되고 폐수발생 및 습도가 높은 작업환경을 제공하는 등의 단점이 발생되고 있으며 이에 대한 해결 방안이 절실히 요구되어지고 있는 실정이다.
본 발명은 과량으로 발생하는 고온 응축수가 발생치 않아 폐수량이 감소되고 고온의 물로 인해 상승하는 폐수의 온도 또한 낮출 수 있어 폐수처리비용 절감이 가능한 열매체유 염색기 열원공급 시스템 및 그를 이용한 열원공급방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 기술적 사상으로서, 본 발명의 열매체유 염색기 열원공급 시스템은 염색기; 염색기의 염색용수를 염색용수라인을 통하여 열교환기와 열매체유열교환기에 순환시키는 염색기펌프; 온수가열용 열원공급원인 고온의 열매체유를 열매체유이송라인를 통하여 순환시켜 열매체유열교환기에 에너지를 공급하는 열매체유순환펌프; 염색용수라인을 통하여 공급되는 염색용수를 냉각수를 통하여 냉각시키는 열교환기; 및 열매체유이송라인을 통하여 공급된 열매체유에서 열을 빼앗아 염색용수라인을 통하여 공급된 염색용수에 열을 전달하는 열매체유열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열매체유 염색기 열원공급 시스템은, 외부에서 설정한 적정한 온도 일때는 열매체유보일러에서 유입되는 열매체유이송라인을 막고, 열매체유의 온도가 떨어지면 열매체유보일러 방향의 밸브를 열어 고온의 열매체유를 유입시켜 염색 온도를 조절하는 쓰리웨이밸브;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열매체유 염색기 열원공급 시스템은, 상기 열매체유보일러에서 가열된 상기 열매체유가 순환하여 염색용수에 열을 전달하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 열매체유 염색기 열원공급 시스템을 이용한 열원공급방법은 열매체유열교환기에서 열매체유이송라인을 통하여 공급된 열매체유가 염색용수라인을 통하여 공급된 염색용수에 열을 전달하는 제 1단계; 및 열교환기에서 염색용수라인을 통하여 공급되는 염색용수가 냉각수를 통하여 냉각되는 제 2단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 열매체유 염색기 열원공급 시스템을 이용한 열원공급방법은, 바람직하게는 쓰리웨이밸브를 사용하여 외부에서 설정한 적정한 온도일때는 열매체유보일러에서 유입되는 열매체유이송라인을 막고, 열매체유의 온도가 떨어지면 열매체유보일러 방향의 밸브를 열어 고온의 열매체유를 유입시켜 염색 온도를 조절할 수도 있다.
염색공정시스템에서 일정한 양의 염색용수 가열시 종래의 스팀 대비 열매체유의 연료비가 상승하지만, 열매체유 적용시 고온 응축수 발생이 없으므로 이에 대한 열량 절감이 가능해서 전체적으로 보았을 때 염색공정의 에너지 절감 효율이 높아지는 효과가 있다.
과량으로 발생하는 고온 응축수가 발생치 않아 폐수량이 감소되고 고온의 물로 인해 상승하는 폐수의 온도 또한 낮출 수 있어 폐수처리비용 절감 효과가 있다. 또한 고온의 응축수로 인해 고온 다습해지는 작업장 환경개선의 효과가 있다.
도 1은 폴리에스테르 섬유의 염색프로그램을 도시하고 있다.
도 2는 종래의 스팀 염색기 열원공급 개념도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 열매체유 염색기 열원공급 시스템의 열원공급 개념도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 열매체유 염색기 열원공급 시스템을 이용한 열원공급방법에 대한 순서도이다.
도 2는 종래의 스팀 염색기 열원공급 개념도를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명의 열매체유 염색기 열원공급 시스템의 열원공급 개념도를 도시하고 있다.
도 4는 본 발명의 열매체유 염색기 열원공급 시스템을 이용한 열원공급방법에 대한 순서도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하면서 본 발명의 실시예에 대한 구성 및 작용을 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 폴리에스테르 섬유의 염색프로그램을 도시하고 있다. 도 2는 종래의 스팀 염색기 열원공급 개념도를 도시하고 있다. 도 3은 본 발명의 열매체유 염색기 열원공급 시스템의 열원공급 개념도를 도시하고 있다.
본 발명의 열매체유 염색기 열원공급 시스템(10)은 도 3에 도시된 바와 같이 염색기(100)에 열매체유열교환기(500)를 설치 후 열매체유보일러(도면 미도시)에서 직접 또는 열매체유이송라인(510)에서 분개하여 열매체유를 염색기(100)로 유입되도록하여 열매체유열교환기(500)를 통해 열원을 공급하는 방식으로 구성된다.
본 발명의 열매체유 염색기 열원공급시스템(10)은 염색기(100), 염색기펌프(200), 열매체유순환펌프(300), 열교환기(400), 열매체유열교환기(500), 열량계(600) 및 쓰리웨이밸브(700)로 구성된다. 염색기펌프(200)는 염색기(100)의 염색용수를 염색용수라인(110)을 통하여 열교환기(400)와 열매체유열교환기(500)에 순환시킨다. 열매체유순환펌프(300)는 온수가열용 열원공급원인 고온의 특수오일인 열매체유를 열매체유이송라인(510)를 통하여 순환시켜 열매체유열교환기(500)에 에너지를 공급한다. 열교환기(400)는 염색용수라인(110)을 통하여 공급되는 염색용수를 냉각수를 통하여 냉각시킨다. 열매체유열교환기(500)는 열매체유이송라인(510)을 통하여 공급된 열매체유에서 열을 빼았아 염색용수라인(110)을 통하여 공급된 염색용수에 열을 전달한다. 본 발명의 열매체유 염색기 열원공급시스템(10)에서 사용된 열매체유열교환기(500)는 열매체유의 누유사고가 발생치 않도록 재질 및 설계가 보강된 열매체유 전용 열교환기이다. 열량계(600)는 열교환기 내부를 순환하고 나오는 고온의 응축수와 냉각수의 열량을 측정한다. 쓰리웨이밸브(three-way valve,700)는 외부에서 설정한 적정한 온도일때는 열매체유보일러(도면 미도시)에서 유입되는 열매체유이송라인(510)을 막고, 열매체유의 온도가 떨어지면 열매체유보일러(도면 미도시) 방향의 밸브를 열어 고온의 열매체유를 유입시켜 염색 온도 조절을 한다.
본 발명의 열매체유 염색기 열원공급시스템은 열매체유의 순환은 열매체유순환펌프(300)에 의해서 수행되며 열매체유이송라인(510)은 열매체유 전용으로 보온 및 안전을 위해 두꺼운 내열자재로 감싸져 있다. 열매체유열교환기(500)를 통해 열을 잃어 온도가 낮아진 열매체유는 외부로 방출되지 않고 다시 열매체유보일러(도면 미도시)로 이송되어 빼앗긴 열량만큼 다시 가열되어 순환되어지는 방식을 취한다. 이 과정에서 스팀사용시 발생되는 고온 응축수는 발생되지 않는다.
염색기의 가장 중요한 기능중에 하나는 염색 불량없이 원하는 색상을 염색해야 한다. 이를 위해서는 여러 요소 중 염색 온도 컨트롤이 상당히 중요한 요소로 작용한다. 종래의 스팀 염색기의 경우 온도 컨트롤시 온도 센싱을 통한 투웨이밸브(two-way valve)의 개폐에 의해 스팀양을 조절하여 온도를 제어한다. 하지만 본 발명의 열매체유 염색기 열원공급시스템(10)의 염색기(100)의 경우 스팀과는 달리 소모성이 아니라 순환되어야 하기 때문에 온도 센싱에 의한 쓰리웨이밸브(three-way valve,700)를 사용하여 적정한 온도 일때는 열매체유보일러(도면 미도시)에서 유입되는 열매체유이송라인(510)을 막고 열교환기(400)와 염색기(100)로만 순환시키다가 열매체유의 온도가 떨어지면 열매체유보일러(도면 미도시) 방향의 밸브를 열어 고온의 열매체유를 유입시켜 온도를 맞추어 주는 방법으로 염색 온도 조절을 한다.
염색용수의 냉각과정에서는 냉각수가 열매체유열교환기(500)로 유입되는 것이 아니라, 염색기에 설치된 열교환기(400)로 유입되어 염색용수를 냉각시킨다. 열매체유열교환기(500) 내부에 스팀냉각수라인(410)을 삽입하여 사용할 경우 열매체유열교환기(500)내의 열매체유 잔열로 인해 냉각수가 가열되어 냉각수로서의 기능을 상실할 수 있는 가능성을 배제하기 위함이다.
이하에서는 본 발명의 열매체유 염색기 열원공급시스템(10)을 적용한 염색공정시스템의 연료비를 비교하면, 스팀 사용 시의 연료비는 스팀 공급가격이 1톤 31,500원이고 스팀 1톤 당 열량이 600,000 kcal/hr 이였다. 그러나 본 발명의 열매체유 염색기 열원공급시스템(10)은 LNG 가스를 이용하여 열매체유를 가열하고, 열매체유로써 염색용수를 가열하는데 필요한 연료비는 600,000 kcal/hr(필요열량) ÷ [9,530 kcal/m3(LNG 1m3 저위발열량) × 0.91(보일러 효율)] = 70 m3/hr (가스량) * 70 m3/hr × 670 원/m3 = 46,900 원/톤을 사용하여 스팀보다 열매체유를 이용하여 염색용수 가열시 용수 1톤당 15,400원이 증가한다.
그러나 1톤의 염색용수 가열시 스팀 대비 열매체유의 연료비가 상승하지만, 열매체유 적용시 고온 응축수 발생이 없으므로 이에 대한 열량 절감이 가능해서 전체적으로 보았을 때는 본 발명의 열매체유 염색기 열원공급시스템(10)을 적용할 경우 염색공정시스템의 에너지 절감 효율이 더 높아진다.
도 4는 본 발명의 열매체유 염색기 열원공급 시스템을 이용한 열원공급방법에 대한 순서도이다. 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 열매체유 염색기 열원공급 시스템을 이용한 열원공급방법은 열매체유열교환기에서 열매체유이송라인을 통하여 공급된 열매체유가 염색용수라인을 통하여 공급된 염색용수에 열을 전달하는 제 1단계(S110); 및 열교환기에서 염색용수라인을 통하여 공급되는 염색용수가 냉각수를 통하여 냉각되는 제 2단계(S120)로 구성된다.
또한 본 발명의 열매체유 염색기 열원공급 시스템을 이용한 열원공급방법은 쓰리웨이밸브를 사용하여 외부에서 설정한 적정한 온도일때는 열매체유보일러에서 유입되는 열매체유이송라인을 막고, 열매체유의 온도가 떨어지면 열매체유보일러 방향의 밸브를 열어 고온의 열매체유를 유입시켜 염색 온도를 조절을 한다.
이상으로 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고 다른 구체적인 형태로 실시할 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것이다.
본 발명은 염색공정시스템에서 일정한 양의 염색용수 가열시 종래의 스팀 대비 열매체유의 연료비가 상승하지만, 열매체유 적용시 고온 응축수 발생이 없으므로 이에 대한 열량 절감이 가능해서 전체적으로 보았을 때 염색공정의 에너지 절감 효율이 높아지는 효과가 있어 산업상 매우 유용하다.
10 : 열매체유 염색기 열원공급 시스템
100 : 염색기
110 : 염색용수라인
200 : 염색기펌프
300 : 열매체유순환펌프
400 : 열교환기
410 : 스팀냉각수라인
500 : 열매체유열교환기
510 : 열매체유이송라인
600 : 열량계
700 : 쓰리웨이밸브
100 : 염색기
110 : 염색용수라인
200 : 염색기펌프
300 : 열매체유순환펌프
400 : 열교환기
410 : 스팀냉각수라인
500 : 열매체유열교환기
510 : 열매체유이송라인
600 : 열량계
700 : 쓰리웨이밸브
Claims (5)
- 염색공정시스템에 설치되는 열매체유 염색기 열원공급 시스템에 있어서,
염색기;
염색기의 염색용수를 염색용수라인을 통하여 열교환기와 열매체유열교환기에 순환시키는 염색기펌프;
온수가열용 열원공급원인 고온의 열매체유를 열매체유이송라인를 통하여 순환시켜 열매체유열교환기에 에너지를 공급하는 열매체유순환펌프;
염색용수라인을 통하여 공급되는 염색용수를 냉각수를 통하여 냉각시키는 열교환기; 및
열매체유이송라인을 통하여 공급된 열매체유에서 열을 빼앗아 염색용수라인을 통하여 공급된 염색용수에 열을 전달하는 열매체유열교환기;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열매체유 염색기 열원공급 시스템. - 제 1항에 있어서,
상기 열매체유 염색기 열원공급 시스템은,
외부에서 설정한 적정한 온도일때는 열매체유보일러에서 유입되는 열매체유이송라인을 막고, 열매체유의 온도가 떨어지면 열매체유보일러 방향의 밸브를 열어 고온의 열매체유를 유입시켜 염색 온도를 조절하는 쓰리웨이밸브;를 포함하는 것을 특징으로 하는 상기 열매체유 염색기 열원공급 시스템. - 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 열매체유 염색기 열원공급 시스템은,
상기 열매체유보일러에서 가열된 상기 열매체유가 순환하여 염색용수에 열을 전달하는 것을 특징으로 하는 상기 열매체유 염색기 열원공급 시스템. - 제 1항의 열매체유 염색기 열원공급 시스템을 이용한 열원공급방법에 있어서,
열매체유열교환기에서 열매체유이송라인을 통하여 공급된 열매체유가 염색용수라인을 통하여 공급된 염색용수에 열을 전달하는 제 1단계; 및
열교환기에서 염색용수라인을 통하여 공급되는 염색용수가 냉각수를 통하여 냉각되는 제 2단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 열매체유 염색기 열원공급 시스템을 이용한 열원공급방법. - 제 4항에 있어서,
상기 열매체유 염색기 열원공급 시스템을 이용한 열원공급방법은,
쓰리웨이밸브를 사용하여 외부에서 설정한 적정한 온도일때는 열매체유보일러에서 유입되는 열매체유이송라인을 막고, 열매체유의 온도가 떨어지면 열매체유보일러 방향의 밸브를 열어 고온의 열매체유를 유입시켜 염색 온도를 조절하는 것을 특징으로 하는 상기 열매체유 염색기 열원공급 시스템을 이용한 열원공급방법.
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