KR101118103B1 - 폐열회수수를 이용한 냉동식 공기 제습 장치 및 방법 - Google Patents

폐열회수수를 이용한 냉동식 공기 제습 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 냉동식 공기 제습 장치 및 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 냉동식 공기 제습 장치는 공기를 고온다습한 공기로 압축하는 공기압축기(Air Compressor), 고온다습한 공기보다 낮은 온도를 갖는 냉각수(chilled water)가 유입되고, 공기압축기로부터 공급된 공기와 냉각수(chilled water)가 1차 열 교환되어 노점 이하로 냉각에 따른 응축수가 생성되고, 냉각수가 외부로 유출되는 쿨러(Cooler)와, 쿨러로부터 공급되는 응축수가 포함된 냉각 공기의 물을 분리하는 응축수 분리기(Drain Separator)와, 응축수가 제거된 냉각 공기보다 높은 온도를 갖는 폐열회수수가 별도의 외부 장치로부터 유입되고, 응축수 분리기로부터 공급된 냉각 공기가 폐열회수수와 2차 열 교환되어 일정 온도로 가열되고, 폐열회수수가 외부로 유출되는 히터(Heater)와, 히터로부터 공급되는 가열된 공기에 포함된 불순물을 걸러내는 적어도 하나 이상의 필터(Filter)를 포함하여 구성된다. 본 발명에 따르면 압축된 고온다습한 공기에 포함된 수분을 제거하기 위해 쿨러로 공기를 냉각시키고, 냉각시킨 공기를 상용 온도로 재가열할 때 건물 등의 냉, 난방을 통해 발생하는 폐열회수수를 재사용함으로써 별도로 히터에 가열장치를 구비하지 않아도 되므로 에너지를 절감할 수 있는 효과가 있다.
공기압축기, 쿨러, 열 교환, 응축수 분리기, 폐열회수수, 히터, 필터

Description

폐열회수수를 이용한 냉동식 공기 제습 장치 및 방법{Refrigerated apparatus and method for air dehumidifying Using Heat Recovery Water}
본 발명은 냉동식 공기 제습 장치 및 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압축된 고온다습한 공기에 포함된 수분을 제거하기 위해 쿨러로 공기를 냉각시키고, 냉각시킨 공기를 상용 온도로 재가열할 때 폐열회수수를 재사용하는 냉동식 공기 제습 장치 및 방법에 관한 것이다.
압축 공기는 산업 현장에서 전기 다음으로 없어서는 안 될 중요한 에너지원의 하나이다. 대기 중의 공기를 흡수, 압축하여 얻게 되는 압축 공기는 압축 과정 중에 포함되어 있던 유, 수분이나 불순물이 동시에 압축된다. 유, 수분이나 불순물이 포함된 압축 공기를 기기에 사용하면, 기기의 수명이 단축되거나 오동작이 초래되므로 고품질의 공기를 생산 현장에 공급하는 것이 매우 중요하다.
따라서 공기 중에 포함된 수분을 제거하기 위한 제습 장치는 건조 공기를 필요로 하는 각종 자동화 설비, 반도체 제조공정 및 수분 접촉 시 화학반응을 일으키는 화학 공정의 생산 라인 등에 널리 사용된다.
이러한 제습 장치는 냉동 압축기를 이용하여 압축 공기의 온도를 낮춘 뒤 압 축 공기에 포함된 수분을 응축시켜 제습하는 냉동식 제습 장치와 흡착제(또는 제습제, 흡습제)를 이용하여 습한 공기에 포함된 공기를 흡착하여 제습하는 흡착식 제습 장치로 구분된다.
그 중에서 냉동식 제습 장치는 압축 공기를 노점까지 온도를 낮추어 공기 중의 수분을 물로 응축시켜 제거하는 방법을 사용하여 압축 공기에 포함된 수분을 제거한다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 압축된 고온다습한 공기에 포함된 수분을 제거하기 위해 쿨러로 공기를 냉각시키고, 냉각시킨 공기를 상용 온도로 재가열할 때 건물 등의 냉, 난방을 통해 발생하는 폐열회수수를 재사용함으로써 별도로 히터에 가열장치를 구비하지 않아도 되므로 에너지를 절감 수 있는 냉동식 공기 제습 장치 및 방법을 제공하기 위한 것이다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 냉동식 공기 제습 장치는, 공기를 압축시켜 고온다습한 공기로 유출하는 공기압축기; 상기 고온다습한 공기를 상기 고온다습한 공기보다 낮은 온도를 갖는 냉각수와 1차 열교환시켜, 응축수를 포함하는 냉각 공기로 유출하는 쿨러; 상기 응축수를 포함하는 냉각 공기에서 응축수를 분리하여 응축수가 분리된 냉각 공기를 유출하는 응축수 분리기; 상기 응축수가 분리된 냉각 공기보다 높은 온도를 갖는 폐열회수수를 별도의 외부 장치로부터 유입하여, 유입한 폐열회수수와 상기 응축수가 분리된 냉각 공기를 2차 열 교환하여 상용 온도까지 온도가 상승한 공기를 유출하는 히터; 및 상기 상용 온도까지 온도가 상승한 공기로부터 불순물을 걸러내는 적어도 하나의 필터를 포함한다.
상기 폐열회수수는 건물의 냉, 난방을 통해 발생하는 폐열회수수인 것을 특징으로 한다.
상기 히터는, 상기 응축수가 분리된 냉각 공기가 상기 쿨러의 길이 방향으로 흐르도록 하는 튜브; 및 상기 응축수가 분리된 냉각 공기와 상기 폐열회수수가 서로 열 교환이 이루어지는 시간이 증가되도록 하기 위해 상기 튜브와 수직되며 지그재그 방향으로 형성되는 배플 플레이트;를 포함한다.
상기 히터는 14℃ 이하의 상기 응축수가 분리된 냉각 공기를 40℃의 폐열회수수와 2차 열 교환하여 상용 온도인 24℃로 상승시키는 것을 특징으로 한다.
상기 응축수 분리기는 상기 응축수를 포함하는 냉각 공기가 와류를 형성하도록 하는 사이클론 플레이트; 및 상기 와류에 따라 상기 응축수를 포함하는 냉각 공기로부터 분리되는 응축수를 토출하는 토출구;를 포함한다.
상기 쿨러는, 상기 고온다습한 공기가 상기 쿨러의 길이 방향으로 흐르도록 하는 튜브; 및 상기 고온다습한 공기와 상기 냉각수가 서로 열 교환이 이루어지는 시간이 증가되도록 하기 위해 상기 튜브와 수직되며 지그재그 방향으로 형성되는 배플 플레이트;를 포함한다.
상기 쿨러는 40℃의 상기 고온다습한 공기를 7℃의 냉각수와 1차 열 교환 하여 14℃ 이하로 냉각된 상기 응축수를 포함하는 냉각 공기로 유출하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 한다.
상술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 냉동식 공기 제습 방법은, 공기를 고온다습한 공기로 압축하는 압축 과정과, 상기 고온다습한 공기를 상기 고온다습한 공기보다 낮은 온도를 갖는 냉각수와 1차 열교환시켜, 응축수를 포함하는 냉각 공기로 유출하는 냉각 과정과, 상기 응축수를 포함하는 냉각 공기에서 응축수를 분리하여 응축수가 분리된 냉각 공기를 유출하는 분리 과정과, 상기 응축수가 분리된 냉각 공기보다 높은 온도를 갖는 폐열회수수를 별도의 외부 장치로부터 유입하여, 유입한 폐열회수수와 상기 응축수가 분리된 냉각 공기를 2차 열 교환하여 상용 온도까지 온도가 상승한 공기를 유출하는 가열 과정과, 상기 상용 온도까지 온도가 상승한 공기로부터 불순물을 걸러내는 여과 과정을 포함한다.
상기 폐열회수수는 건물의 냉, 난방을 통해 발생하는 폐열회수수인 것을 특징으로 한다.
상기 가열 과정은, 상기 응축수가 분리된 냉각 공기에 대해 서로 열 교환이 이루어지는 시간이 증가되도록 하기 위해, 상기 폐열회수수를 상기 응축수가 분리된 냉각 공기의 흐름에 대해 지그재그 방향으로 흐르도록 하여 상기 2차 열 교환을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 가열 과정은, 14℃ 이하의 상기 응축수가 분리된 냉각 공기를 40℃의 폐열회수수와 2차 열 교환하여 상용 온도인 24℃로 상승시키는 것을 특징으로 한다.
상기 분리 과정은, 상기 응축수를 포함하는 냉각 공기가 와류를 형성하도록 하며, 형성한 와류에 따라 상기 응축수를 포함하는 냉각 공기로부터 응축수를 분리하고 토출하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각 과정은, 상기 고온다습한 공기에 대해 서로 열 교환이 이루어지는 시간이 증가되도록 상기 냉각수를 상기 고온다습한 공기의 흐름에 대해 지그재그 방향으로 흐르도록 하여 상기 1차 열 교환을 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 냉각 과정은, 40℃의 상기 고온다습한 공기를 7℃의 냉각수와 1차 열 교환 하여 14℃ 이하로 냉각된 상기 응축수를 포함하는 냉각 공기로 유출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 산업 현장에서 사용하는 수분이 제거된 압축 공기를 획득하기 위해, 압축된 고온다습한 공기와 쿨러에 유입되는 냉각수(chilled water)와의 열 교환을 통해 공기를 냉각시켜 수분을 제거하고, 수분이 제거된 공기를 상용 온도로 재가열할 때 건물 등의 냉, 난방을 통해 발생하는 폐열회수수를 재사용함으로써 재가열 시 별도의 가열장치를 구비하지 않아도 되므로 에너지를 절감 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 다만, 실시 예를 설명함에 있어서 본 발명이 속하는 기술 분야에 잘 알려져 있고 본 발명과 직접적으로 관련이 없는 기술 내용에 대해서는 가급적 설명을 생략한다. 이는 불필요한 설명을 생략함으로써 본 발명의 핵심을 흐리지 않고 더욱 명확히 전달하기 위함이다.
한편, 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다. 첨부 도면을 통틀어 동일하거나 대응하는 구성요소에는 동일한 참조번호를 부여한다.
본 발명의 실시 예에 따른 냉동식 공기 제습 장치는 도 1을 참조하면 다음과 같다. 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 냉동식 공기 제습 장치를 보여주는 도면이다.
본 발명의 실시 예에 따른 냉동식 공기 제습 장치(100)는 압축된 고온다습한 공기에 포함된 수분 및 분술문을 제거하여 고품질의 공기를 생산 현장에 공급하는 장치로, 공기압축기(Air Compressor)(10), 쿨러(Cooler)(20), 응축수 분리기(Drain Separator)(30), 히터(Heater)(40) 및 필터(Filter)(50)를 포함하여 구성된다.
공기압축기(10)는 공기를 고온다습한 공기로 압축한다.
쿨러(20)는 쿨러(20) 내부에 유입, 유출되는 냉각수(chilled water)와의 열 교환에 의해 공기압축기(10)로부터 공급된 공기를 냉각시킨다. 냉각수는 쿨러(20)의 하부에 형성된 제1 유입구(21)로 유입되고, 상부에 형성된 제1 유출구(23)로 유출된다. 이때, 제1 유입구(21)로 유입되는 냉각수는 쿨러(20)에 공급되는 공기를 냉각시키기 위해 공기보다 온도가 더 낮은 것이 바람직하다. 따라서 냉각수는 공기와의 열 교환을 통해 온도가 t21에서 t23으로 상승되고, 공기의 온도를 T1에서 T2로 냉각시킨다. 이때, 공기가 쿨러(20) 내부에 머무는 시간에 따라 공기의 온도가 하강되고 냉각수의 온도가 상승되는 범위가 정해진다. 공기가 쿨러(20) 내부에 머무는 시간은 사용자의 필요에 의해 정해질 수 있다.
다습한 공기 중의 수증기가 포화상태가 되어 그 이상의 수증기를 함유하면 포화상태에 해당하는 만큼의 수분은 실제 수증기 상태로 존재하고, 그 이상 함유되는 수증기는 물로 존재한다. 즉 공기를 냉각시켜 포화수증기량을 감소시켜주면 공기에 포함된 수증기가 더 많이 물의 형태로 존재하게 된다. 따라서 쿨러(20)는 공기를 노점 이하로 냉각시켜 수증기가 응결할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
응축수 분리기(30)는 쿨러(20)에서 공기가 냉각되면서 생성된 응축수를 분리한다. 응축수 분리기(30)는 수분이 포함된 공기를 회전시켜 그 원심력을 이용하여 성분이나 비중이 다른 물질들을 분리, 정제, 농축하는 원심 분리의 원리를 이용하여 수분이 포함된 공기의 수분을 분리한다.
히터(40)는 응축수 분리기(30)로부터 공급된 제습 공기의 온도를 히터(40) 내부에 유입, 유출되는 폐열회수수 와의 열 교환에 의해 상승시킨다. 일반적으로, 쿨러(20)를 통과한 공기는 바로 산업 현장에 사용되기에는 온도가 너무 낮기 때문에 상용 온도로 재가열하는 공정이 필요하다.
폐열회수수는 건물 등의 옥상에 건물의 냉, 난방을 위해 설치되는 냉각탑(Cooling Tower)에서 발생하는 냉각수로, 냉각배관과 열교환하여 냉각시키는 데 사용된 냉각수를 말하며, 일반적으로 재사용되지 않고 폐수로 처리된다. 이때, 제2 유입구(41)로 유입되는 폐열회수수는 히터(40)에 공급되는 제습 공기보다 온도가 더 높은 것이 바람직하다. 따라서 폐열회수수는 제습 공기와의 열 교환을 통해 온도가 t41에서 t43로 하강하고, 제습 공기의 온도를 T2에서 T3로 상승시킨다. 이때, 제습 공기가 히터(40) 내부에 머무는 시간에 따라 공기의 온도가 상승되고 폐열회수수의 온도가 하강되는 범위가 정해진다. 공기가 히터(40) 내부에 머무는 시간은 필요에 의해 정해질 수 있다.
또한, 히터(40)에 공급된 냉각된 제습 공기의 온도를 상용 온도로 상승시킬 때 별도의 전원장치를 사용하지 않고 폐수로 처리되는 냉각수를 사용함으로써 에너지 절감 효과를 얻을 수 있다.
필터(50)는 히터(40)로부터 공급되는 온도가 T3로 상승된 제습 공기에 포함된 더스트(Dust), 미스트(Mist) 등을 포함하는 불순물을 필터링한다. 본 발명의 실시 예에 의한 필터(50)는 제1 및 제2 필터(51, 53)를 포함하여 두 번에 거쳐 불순물을 필터링하는 것을 설명하였으나 필터(50)의 개수는 필요에 의해 변경될 수 있다.
즉 공기압축기(10)에서 압축된 고온다습한 T1의 온도를 갖는 공기는 쿨러(20)를 통과하면서 노점 이하의 온도 T2로 냉각되어 공기 중에 포함된 수증기가 응축수로 생성되고, 응축수 분리기(30)를 통해 생성된 응축수가 분리되고, 히터(40)를 통해 상용 온도(T3)로 온도가 상승되고, 필터(50)를 통해 불순물을 걸러냄으로써 고품질의 공기를 생산 현장에 공급할 수 있는 효과가 있다. 또한 히터(40)에 공급된 냉각된 제습 공기의 온도를 상용 온도로 상승시킬 때 별도의 전원장치를 사용하지 않고 폐수로 처리되는 냉각수를 사용함으로써 에너지 절감의 효과를 야기할 수 있다.
다습한 공기 중의 수증기가 포화상태가 되어 그 이상의 수증기를 함유하면 포화상태에 해당하는 만큼의 수분은 실제 수증기 상태로 존재하고, 그 이상 함유되 는 수증기는 응축수로 존재한다. 즉 공기를 냉각시켜 포화수증기량을 감소시켜주면 공기에 포함된 수증기가 더 많이 응축수의 형태로 존재하게 된다. 따라서 쿨러(20)는 공기를 노점 이하로 냉각시켜 수증기가 응결할 수 있도록 하는 것이 바람직하다.
상술한 냉동식 공기 제습 장치(100)의 구성 중 쿨러(Cooler)(20), 응축수 분리기(Drain Separator)(30), 히터(Heater)(40) 및 필터(Filter)(50)의 구조에 대해서 상세히 설명하기로 한다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시 예에 따른 냉동식 공기 제습 장치의 각 구성의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a를 참조하면, 쿨러(20)는 파이프 형이며 가로로 설치된 형태이다. 파이프 형의 쿨러(20)는 그 길이 방향의 양단으로 공기의 유입구(28) 및 유출구(29)가 형성된다. 이에 따라, 압축기(10)에 의해 압축된 고온다습한 공기는 쿨러(20)의 길이 방향으로 일단에서 유입되어 타단으로 유출된다. 쿨러(20) 내부는 파이프의 길이 방향과 수평 되도록 튜브(25)가 형성되며, 쿨러(20)에 유입된 고온다습한 공기는 튜브(25)를 따라 흐르게 된다. 또한, 쿨러(20)의 일단 하부에 냉각수가 유입되는 제1 유입구(21)가 생성되며, 타 단의 상부에 냉각수가 유출되는 제1 유출구(23)가 형성된다.
또한, 쿨러(20) 내부에는 튜브(25)와 수직되도록 다수의 배플 플레이트(Baffle Plate, 27)가 지그재그 형태로 형성되며, 배플 플레이트(27)는 고온다습한 공기가 흐르는 튜브(25)와 열 교환이 이루어지는 시간을 증가시키기 위해 냉각 수의 흐름을 난류로 만든다. 이에 따라, 배플 플레이트(27)가 형성된 구조에 따라 흐르는 냉각수와 튜브(25)를 따라 흐르는 고온다습한 공기와의 열 교환 시 그 효율을 높일 수 있다.
도 2b를 참조하면, 응축수 분리기(30)는 원통형으로 설치되며, 원통의 상단을 가로질러 공기의 유입구 및 유출구(31, 33)가 형성된다. 응축수 분리기(30) 내부에는 꽈배기 형태의 사이클론 플레이트(Cyclone plate, 35)가 원통형의 길이 방향을 따라 설치된다. 사이클론 플레이트(35)는 응축수 분리기(30)에 유입된 공기가 와류를 형성하도록 한다. 이에 따라, 응축수 분리기(30)는 와류의 원심 분리의 원리에 따라 공기에서 응축수를 분리할 수 있다. 또한, 응축수 분리기(30) 하부에 분리된 응축수를 토출하기 위한 토출구(Drain)(37)를 구비하여, 토출구(37)를 통해 응축수를 토출한다.
도 2c를 참조하면, 히터(40)는 파이프 형이며 가로로 설치된 형태이다. 파이프 형의 히터(40)는 그 길이 방향의 양단으로 공기의 유입구(48) 및 유출구(49)가 형성된다. 이에 따라, 응축수 분리기(30)에로부터 유입된 냉각된 공기는 히터(40)의 길이 방향으로 일단에서 유입되어 타단으로 유출된다.
히터(40) 내부는 파이프의 길이 방향과 수평 되도록 형성된 튜브(45)가 형성되며, 히터(40)에 유입된 냉각된 공기는 튜브(45)를 따라 흐르게 된다. 또한, 히터(40)의 일단 하부에 폐열회수수가 유입되는 제2 유입구(41)가 생성되며, 타 단의 상부에 폐열회수수가 유출되는 제2 유출구(43)가 형성된다.
또한, 히터(40) 내부에는 튜브(45)와 수직되도록 다수의 배플 플레이트(Baffle Plate)(47)가 형성되며, 배플 플레이트(47)는 냉각된 공기가 흐르는 튜브(45)와 마찰되는 시간을 증가시키기 위해 폐열회수수의 흐름을 난류로 만든다. 이에 따라, 배플 플레이트(47)가 형성된 구조를 따라 흐르는 냉각수와 튜브(45)를 따라 흐르는 냉각된 공기와의 열교환시 그 효율을 높일 수 있다.
도 2d를 참조하면, 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 의한 필터(50)는 제1 및 제2 필터(51, 53)를 통칭하며, 제1 및 제2 필터(51, 53)는 연속하여 두 번에 거쳐 불순물을 걸러낸다.
필터(50)는 원통형으로 설치되며, 원통형의 필터(50)를 가로질러 공기의 유입 및 유출구(57, 59)가 형성된다.
제1 및 제2 필터(51, 53)는 각각 필터 엘리먼트(Filter Element, 55)를 가지며, 각 필터의 필터 엘리먼트(55)의 여과도는 서로 다를 수 있다. 예컨대, 제1 필터(51)의 필터 엘리먼트(55)의 여과도는 1.0 ㎛이며, 제2 필터(53)의 필터 엘리먼트(55)의 여과도는 0.01 ㎛인 것을 예시할 수다. 그리고 각 필터 엘리먼트(55)의 차압은 0.5 Kg/cm2 미만인 것이 바람직하다.
본 발명의 실시 예에 따른 냉동식 공기 제습 방법은 도 1, 도 2a 내지 도 2d 및 도 3을 참조하면 다음과 같다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 냉동식 공기 제습 방법을 보여주는 흐름도이다.
본 발명의 실시 예에 따른 냉동식 공기 제습 방법은 먼저 S31과정에서 공기압축기(10)는 공기를 고온다습한 공기로 압축한다. 일반적으로 공기압축기(10)로부 터 공급되는 공기는 T1의 온도를 갖는다. 이때, T1은 40℃일 수 있으나, 공기압축기(10)를 통과한 공기의 온도는 이에 한정되지 않는다.
다음으로 S33과정에서 쿨러(20)는 공기압축기(10)로부터 공급된 압축된 고온다습한 공기를 냉각수와 1차 열 교환을 통해 냉각시킨다. 예컨대, T1의 온도를 갖는 압축된 고온다습한 공기가 노점 이하의 온도인 T2 이하의 온도로 냉각되면 포화수증기량이 감소하게 되고 감소한 만큼의 수증기가 응축수로 생성된다. 이때, T1는 14℃일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편 공기와 1차 열 교환을 위해 냉각수는 t21의 온도로 쿨러(20)에 공급되고, t23의 온도로 쿨러(20)에서 나오게 된다. 예컨대, t21은 7℃, t23은 14℃일 수 있다. 이때, 최종적으로 T2와 t23은 서로 같은 온도를 갖게 되는데 이는 공기와 냉각수가 열 교환을 하는 시간에 따라 변경될 수 있다.
다음으로 S35과정에서 응축수 분리기(30)는 물을 포함하는 냉각된 공기의 물을 원심 분리의 원리에 의해 제거한다.
다음으로 S37과정에서 히터(40)는 쿨러(20)로부터 T2의 온도를 갖고 공급된 냉각된 제습 공기의 온도를 T3로 상승시킨다. 이때, 히터(40)에 공급된 냉각된 제습 공기는 폐열회수수와 2차 열 교환을 통해 온도가 상승된다. 예컨대, T3는 24℃일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
한편 공기와 2차 열 교환을 위해 폐열회수수는 t41의 온도로 히터(40)에 공급되고, t43의 온도로 히터(40)에서 나오게 된다. 예컨대, t41은 40℃, t43은 33℃일 수 있다. 이때에도, T3와 t43의 온도는 이에 한정되지 않고, 공기가 히터(40)에 머무르는 시간에 따라 변경될 수 있다.
이때, 폐열회수수는 일반적으로 폐수로 사용하는 것으로 기계, 건물 등의 냉, 난방을 통해 발생하는 폐열회수수로서, 냉각배관과 열교환하여 냉각시키는 데 사용된 냉각수를 말한다.
다음으로 S39과정에서 필터(50)는 히터(40)를 거쳐 공급되는 공기에 포함된 불순물을 필터링하여 고품질의 공기를 생산 현장에 제공할 수 있다.
한편, 공기압축기(10)에서 쿨러(20)에 공급되는 공기의 압력(P1)은 필터(50)를 거쳐 생산 현장에 제공되는 공기의 압력(P2)보다 높은 것이 바람직하다. 예컨대, P1은 3.0Kg/cm2G이고, P2는 2.7Kg/cm2G일 수 있다. 이와 같이 P1과 P2 사이에는 0.3Kg/cm2G의 압력 차가 발생하는데, 이는 공기가 쿨러(20)로 공급되어 필터(50)를 거치는 동안 통과하는 관(pipe)와의 마찰에 의해 발생하는 압력 차이이다.
지금까지 실시 예를 통하여 본 발명에 따른 냉동식 공기 제습 장치 및 방법에 대하여 설명하였다. 본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식의 가진 자에게 자명한 것이다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 냉동식 공기 제습 장치를 개략적으로 보여주는 도면이다.
도 2a 내지 도 2d는 본 발명의 실시 예에 따른 냉동식 공기 제습 장치의 각 구성의 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 냉동식 공기 제습 방법을 보여주는 흐름도이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 공기압축기
20 : 쿨러
30 : 응축수 분리기
40 : 히터
50 : 필터
100 : 냉동식 공기 제습 장치

Claims (14)

  1. 공기를 압축시켜 고온다습한 공기로 유출하는 공기압축기;
    상기 고온다습한 공기를 상기 고온다습한 공기보다 낮은 온도를 갖는 냉각수와 1차 열교환시켜, 응축수를 포함하는 냉각 공기로 유출하는 쿨러;
    상기 응축수를 포함하는 냉각 공기에서 응축수를 분리하여 응축수가 분리된 냉각 공기를 유출하는 응축수 분리기;
    상기 응축수가 분리된 냉각 공기보다 높은 온도를 갖고 냉각배관과 열교환하여 냉각시키는 데 사용된 폐열회수수를 별도의 외부 장치로부터 유입하여, 유입한 폐열회수수와 상기 응축수가 분리된 냉각 공기를 2차 열 교환하여 상용 온도까지 온도가 상승한 공기를 유출하는 히터;
    상기 상용 온도까지 온도가 상승한 공기로부터 불순물을 걸러내는 적어도 하나의 필터를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동식 공기 제습 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 폐열회수수는 건물의 냉, 난방을 통해 발생하는 폐열회수수로서 냉각배관과 열교환하여 냉각시키는 데 사용된 냉각수인 것을 특징으로 하는 냉동식 공기 제습 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 히터는,
    상기 응축수가 분리된 냉각 공기가 상기 쿨러의 길이 방향으로 흐르도록 하는 튜브; 및
    상기 응축수가 분리된 냉각 공기와 상기 폐열회수수가 마찰되는 시간이 증가되도록 하기 위해 상기 튜브와 수직되며 지그재그 방향으로 형성되는 배플 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동식 공기 제습 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 히터는 14℃ 이하의 상기 응축수가 분리된 냉각 공기를 40℃의 폐열회수수와 2차 열 교환하여 상용 온도인 24℃로 상승시키는 것을 특징으로 하는 냉동식 공기 제습 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 응축수 분리기는
    상기 응축수를 포함하는 냉각 공기가 와류를 형성하도록 하는 사이클론 플레이트; 및
    상기 와류에 따라 상기 응축수를 포함하는 냉각 공기로부터 분리되는 응축수를 토출하는 토출구;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동식 공기 제습 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 쿨러는,
    상기 고온다습한 공기가 상기 쿨러의 길이 방향으로 흐르도록 하는 튜브; 및
    상기 고온다습한 공기와 상기 냉각수가 마찰되는 시간을 증가하도록 하기 위해 상기 튜브와 수직되며 지그재그 방향으로 형성되는 배플 플레이트;를 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동식 공기 제습 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 쿨러는 40℃의 상기 고온다습한 공기를 7℃의 냉각수와 1차 열 교환 하여 14℃ 이하로 냉각된 상기 응축수를 포함하는 냉각 공기로 유출하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 냉동식 공기 제습 장치.
  8. 공기를 고온다습한 공기로 압축하는 압축 과정과,
    상기 고온다습한 공기를 상기 고온다습한 공기보다 낮은 온도를 갖는 냉각수와 1차 열교환시켜, 응축수를 포함하는 냉각 공기로 유출하는 냉각 과정과,
    상기 응축수를 포함하는 냉각 공기에서 응축수를 분리하여 응축수가 분리된 냉각 공기를 유출하는 분리 과정과,
    상기 응축수가 분리된 냉각 공기보다 높은 온도를 갖고 냉각배관과 열교환하여 냉각시키는 데 사용된 폐열회수수를 별도의 외부 장치로부터 유입하여, 유입한 폐열회수수와 상기 응축수가 분리된 냉각 공기를 2차 열 교환하여 상용 온도까지 온도가 상승한 공기를 유출하는 가열 과정과,
    상기 상용 온도까지 온도가 상승한 공기로부터 불순물을 걸러내는 여과 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 냉동식 공기 제습 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 폐열회수수는 건물의 냉, 난방을 위한 냉각탑에서 발생하는 냉각수로 냉각배관과 열교환하여 냉각시키는 데 사용된 냉각수인 것을 특징으로 하는 냉동식 공기 제습 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 가열 과정은,
    상기 응축수가 분리된 냉각 공기에 대해 마찰시간이 증가하도록 상기 폐열회수수를 상기 응축수가 분리된 냉각 공기의 흐름에 대해 지그재그 방향으로 흐르도록 하여 상기 2차 열교환을 수행하는 것을 특징으로 하는 냉동식 공기 제습 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 가열 과정은,
    14℃ 이하의 상기 응축수가 분리된 냉각 공기를 40℃의 폐열회수수와 2차 열 교환하여 상용 온도인 24℃로 상승시키는 것을 특징으로 하는 냉동식 공기 제습 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 분리 과정은,
    상기 응축수를 포함하는 냉각 공기가 와류를 형성하도록 하며, 형성한 와류에 따라 상기 응축수를 포함하는 냉각 공기로부터 응축수를 분리하고 토출하는 것을 특징으로 하는 냉동식 공기 제습 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 냉각 과정은,
    상기 고온다습한 공기에 대해 마찰시간이 증가하도록 상기 냉각수를 상기 고온다습한 공기의 흐름에 대해 지그재그 방향으로 흐르도록 하여 상기 1차 열교환을 수행하는 것을 특징으로 하는 냉동식 공기 제습 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 냉각 과정은,
    40℃의 상기 고온다습한 공기를 7℃의 냉각수와 1차 열 교환 하여 14℃ 이하로 냉각된 상기 응축수를 포함하는 냉각 공기로 유출하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 냉동식 공기 제습 방법.
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