KR101202598B1 - 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치에 관한 것으로, 밸브시트의 보호를 위하여 이중으로 밸브를 설치함으로써 밸브 양측의 온도 편차를 줄여 밸브시트의 손상을 줄이거나 방지하고, 온도보상배관을 추가 설치하여 효과적인 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템 운전을 도모할 수 있다.

Description

에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치{HEAT RECOVERY VENTILATOR FOR AIR CLEANING SYSTEM WITH REDUCED ENERGY CONSUMPTION}

본 발명은 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 밸브시트의 보호를 위하여 이중으로 밸브를 설치함으로써 밸브 양측의 온도 편차를 줄여 밸브시트의 손상을 줄이거나 방지하고, 온도보상배관을 추가 설치하여 효과적인 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템 운전을 도모할 수 있다.

일반적으로 흡착식 드라이어의 전력 부하는 히터용량에 의존하게 된다. 종래의 흡착식 드라이어 경우 가열 과정(Heating)시 재생에 필요한 압축공기는 흡착식 드라이어에서 토출된 압축공기에서 일부분을 사용하게 되며, 이 일부분의 압축공기는 저온(10℃) 상태에서 히터로 통과한 후 고온(170~220℃)의 상태까지 상승하게 된다. 이 때 흡착식 드라이어의 가열 과정시에 전력 소비는 최대가 되어 전력 비용이 상승하는 문제가 발생하게 된다. 따라서 흡착식 드라이어의 히터 전력 부하를 경감시키기 위해서는 고온 상태의 압축공기를 히터에 공급하는 것이 전력 소비를 최소화시키기 위한 과정이 필요하다.

흡착식 드라이어는 청정한 공기를 생산하는 에어 클리닝 시스템에서 수분, 먼지, 오일 등을 제거하여 생산라인에 보다 청정한 공기를 공급하는 중요한 부품요소이다. 이러한 흡착식 드라이어는 흡착제로 채워진 두 개의 타워로 구성이 되며, 한쪽 타워에서는 압축기에서 토출된 포화 상태의 압축 공기가 제습이 되는 흡착 과정이 이루어지고, 반대쪽 타워는 같은 시간 동안 수분을 흡습한 흡착제를 건조시키는 재생 과정을 반복하게 된다.

이러한 반복과정에 있어서 흡착제 건조를 위해 고온(200~220℃)의 공기를 사용하게 되며, 이로 인해 불필요한 동력을 사용함은 흡착식 드라이어의 전력비가 증가하게 되는 문제점이 야기되었다.

그래서, 최근에 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템이 제안된 바 있다.

에너지 절감형 에어 클리닝 시스템은 열교환기를 연이어 설치함으로써 압축기로부터 공급되는 고온의 공기를 일차적으로 흡착식 드라이어 타워에서 분출되는 재생공기와 열교환시키고 나서 이차적으로 외부 공급수를 통해 열교환시킴으로써 열교환기의 과부하를 줄일 수 있는 시스템이다.

기존의 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템은 재생 및 흡착과정에 필요한 고온/저온의 공기흐름을 제어하기 위하여 밸브를 사용하게 된다. 이러한 밸브는 공기의 누설방지를 위해 밸브시트를 사용함은 필수적이며, 고온과 저온배관의 사이에 설치되어 공기흐름을 제어한다. 여기서 발생되는 온도 차이에 의해서 밸브시트의 재질인 특수고무는 변형이 생기게 되고, 이는 밸브의 리크(leak) 발생의 원인이 된다. 또한 상기의 문제점으로 인하여 품질불량, 효율저하, 유지보수비 증가 등 많은 문제점을 촉진시키게 된다. 따라서, 이를 개선할 필요성이 요청된다.

본 발명은 상기와 같은 문제점들을 개선하기 위하여 안출된 것으로서, 밸브시트의 보호를 위하여 이중으로 밸브를 설치함으로써 밸브 양측의 온도 편차를 줄여 밸브시트의 손상을 줄이거나 방지하고, 온도보상배관을 추가 설치하여 효과적인 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템 운전을 도모할 수 있다.

본 발명에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치는: 흡착식 드라이어 타워에서 토출되는 공기 중 일부를 열교환기로 유동 안내하는 분기배관, 상기 분기배관을 통해 상기 열교환기로 유입되어 고온의 공기와 열교환되어 승온된 공기를 복수 개의 상기 흡착식 드라이어 타워로 순환 안내하는 순환배관, 상기 분기배관과 상기 순환배관을 연결하는 연결배관, 상기 연결배관에 구비되어 히팅(heating) 제어시 상기 순환배관 방향으로 흐르려는 상대적으로 낮은 온도의 공기의 흐름을 단속하는 쿨링개폐밸브, 및 히팅 제어시 상기 쿨링개폐밸브를 기준으로 양측의 공기 온도 차이를 줄이기 위해 상기 연결배관에 부가되는 온도보상부를 포함한다.

상기 순환배관은 쿨링(cooling) 제어시 상기 흡착식 드라이어 타워방향으로 흐르려는 열교환된 고온의 공기 흐름을 단속하는 히팅개폐밸브를 구비하고, 상기 순환배관은 쿨링 제어시 상기 히팅개폐밸브를 기준으로 양측의 공기 온도 차이를 줄이기 위해 온도부상부를 부가함이 바람직하다.

상기 온도보상부는, 상기 연결배관의 축 방향을 따라 어느 일측에 연결되어 대향하는 상기 분기배관 또는 상기 순환배관에 연결되는 온도보상배관, 및 상기 쿨링개폐밸브와 유격되도록 상기 온도보상배관에 구비되어 히팅 제어시 상기 쿨링개폐밸브에 연동되어 닫힘으로써 상기 쿨링개폐밸브의 양측 공기 온도차이를 줄이는 온도보상밸브를 포함한다.

상기 온도보상부는, 상기 히팅개폐밸브를 기준으로 어느 일측에 절단된 상기 순환배관을 연결하는 온도보상배관, 및 상기 히팅개폐밸브와 유격되도록 상기 온도보상배관에 구비되어 쿨링 제어시 상기 히팅개폐밸브에 연동되어 닫힘으로써 상기 히팅개폐밸브의 양측 공기 온도차이를 줄이는 온도보상밸브를 포함한다.

상기 순환배관은 승온된 공기를 분기시키기 위해 제 1분기배관을 분기시키고, 상기 제 1분기배관은 상기 쿨링개폐밸브에 상대적으로 낮은 온도로 접촉하는 공기의 설정 온도 이하시 승온된 공기의 흐름을 안내하는 제 2분기배관을 연결하며, 상기 제 1분기배관은 상기 히팅개폐밸브에 상대적으로 낮은 온도로 접촉하는 공기의 설정 온도 이하시 승온된 공기의 흐름을 안내하는 제 3분기배관을 연결할 수 있다.

상기 온도보상부는 상기 제 1분기배관과 상기 제 2분기배관을 통해 유입되는 공기로 인해 잔류 공기를 배출시키도록 히팅배출부를 더 구비하고, 상기 온도보상부는 상기 제 1분기배관과 상기 제 3분기배관을 통해 유입되는 공기로 인해 잔류 공기를 배출시키도록 쿨링배출부를 더 구비함이 바람직하다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치는 종래 기술과 달리 밸브시트의 보호를 위하여 이중으로 밸브를 설치함으로써 밸브 양측의 온도 편차를 줄여 밸브시트의 손상을 줄이거나 방지하고, 온도보상배관을 추가 설치하여 효과적인 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템 운전을 도모할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치의 가열 과정을 나타내는 구성도이다.
도 2는 도 1의 'A'부분 확대도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치의 냉각 과정을 나타내는 구성도이다.
도 4는 도 3의 'B'부분 확대도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치의 가열 과정을 나타내는 구성도이다.
도 6은 도 5의 'C'부분 확대도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치의 냉각 과정을 나타내는 구성도이다.
도 8은 도 7의 'D'부분 확대도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치의 실시예를 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다. 또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치의 가열 과정을 나타내는 구성도이고, 도 2는 도 1의 'A'부분 확대도이다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치의 냉각 과정을 나타내는 구성도이며, 도 4는 도 3의 'B'부분 확대도이다.

도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치의 가열 과정을 나타내는 구성도이고, 도 6은 도 5의 'C'부분 확대도이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치의 냉각 과정을 나타내는 구성도이며, 도 8은 도 7의 'D'부분 확대도이다.

도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치는 압축기(10), 제 1열교환기(20), 제 2열교환기(80), 흡착식 드라이어 타워(30), 분기배관(42), 순환배관(44), 히터(50) 및 온도보상부(100)를 포함한다.

압축기(10)는 공기를 고온으로 압축하여 토출하는 역할을 한다.

그리고, 제 1열교환기(20)는 고온의 공기를 유입하여 내부에서 열교환 후 토출하는 역할을 한다. 더욱 상세히, 제 1열교환기(20)는 고온공기유입구(21)와 예냉공기토출구(22)를 갖는다.

압축기(10)와 제 1열교환기(20)의 고온공기유입구(21)는 제 1배관(92)으로 연결된다. 그래서, 압축기(10)에서 토출되는 고온의 공기는 제 1배관(92)을 통해 제 1열교환기(20)로 유입된다. 이때, 압축기(10)에서 토출되는 고온의 공기는 대략 100 내지 140℃이다.

또한, 제 1열교환기(20)는 고온의 공기보다 상대적으로 저온인 공기를 유동하는 분기배관(42)을 연결함으로써 저온인 공기를 유입하도록 인입구(25)를 갖는다. 이때, 분기배관(42)을 통해서 제 1열교환기(20)로 유입되는 공기의 온도는 10℃ 내외이다.

그래서, 제 1열교환기(20)는 고온의 공기와 저온의 공기를 열교환 유도한다. 즉, 압축기(10)에서 토출되는 고온(100 내지 140℃)의 공기는 분기배관(42)을 따라 유동하는 저온(10℃ 내외)의 공기에 열에너지를 빼앗기고 예냉되어 예냉공기토출구(22)를 통해 토출된다. 이때, 예냉된 공기는 90 내지 130℃이다.

아울러, 제 1열교환기(20)는 토출구(26)를 갖는다. 토출구(26)는 순환배관(44)과 연결된다. 그래서, 저온의 공기가 고온의 공기로부터 열에너지를 빼앗은 후 순환배관(44)으로 유동된다. 이때, 토출구(26)를 통해 순환배관(44)으로 유동하는 공기의 온도는 90 내지 130℃이다.

한편, 흡착식 드라이어 타워(30)는 20 내지 40℃ 정도로 응축된 공기를 유입하게 되는데, 제 1열교환기(20)가 직접적으로 흡착식 드라이어 타워(30)에 연결되면 고온의 공기를 설정온도까지 감온시키기 위해 부하가 발생되고, 전기소모량이 많아진다.

그래서, 제 1열교환기(20)는 연이어 제 2열교환기(80)를 연결한다. 즉, 고온의 공기는 제 1열교환기(20)에서 일차적으로 예냉된 후 제 2열교환기(80)에서 설정온도까지 감온되어 응축된다. 따라서, 응축효율이 증가하고, 응축시간이 단축되며, 이에 따라 전기소모량이 줄어든다.

특히, 제 1열교환기(20)와 제 2열교환기(80)는 제 2배관(94)으로 연결된다. 그리고, 제 2열교환기(80)와 흡착식 드라이어 타워(30)는 제 3배관(96)으로 연결된다.

더욱 상세히, 제 2열교환기(80)는 제 1유입측(82)과 제 1토출측(84)을 형성한다. 제 1열교환기(20)의 예냉공기토출구(22)와 제 2열교환기(80)의 제 1유입측(82)은 제 2배관(94)으로 연결된다. 그래서, 제 2열교환기(80)는 90 내지 130℃의 일차 열교환된 공기를 유입한다. 그리고, 제 1토출측(84)은 제 3배관(96)을 연결하여 제 2열교환기(80) 내부에서 이차 열교환된 공기를 토출한다.

이때, 제 2열교환기(80)는 제 2유입측(86)과 제 2토출측(88)을 형성한다. 제 2유입측(86)으로는 32℃ 내외의 공급수가 제 2열교환기(80) 내부로 유입된다. 이 공급수는 제 1유입측(82)으로 유입된 일차 열교환된 공기와 열교환하게 된다. 따라서, 일차 열교환된 공기는 제 1유입측(82)을 통해 제 2열교환기(80) 내부에서 상대적으로 저온인 공급수에 의해 20 내지 40℃의 설정된 온도로 이차 열교환된 후 제 1토출측(84)을 통해 제 3배관(96)으로 토출된다. 특히, 공급수는 제 2열교환기(80)의 제 2유입측(86)으로 유입시 32℃ 내외인데, 제 2열교환기(80) 내부에서 이차 열교환되는 공기의 열에너지를 빼앗아 제 2토출측(88)으로 토출시 40℃내외로 된다. 공급수는 제 2열교환기(80) 내·외부로 순환된다.

한편, 제 3배관(96)은 흡착식 드라이어 타워(30)와 연결된다.

여기서, 흡착식 드라이어 타워(30)는 제 2열교환기(80)에서 연장된 제 3배관(96)에 연결되어 유입되는 해당 온도(20 내지 40℃)의 공기를 교대로 흡착, 재생 과정을 수행함으로써 수분과 불순물을 제거한 공기를 토출하는 역할을 한다. 물론, 흡착식 드라이어 타워(30)는 제 2열교환기(80)가 없으면 제 1열교환기(20)에 직접적으로 연결된다.

이때, 흡착식 드라이어 타워(30)는 다수 개로 구성되는데, 편의상, 하나씩의 제습타워(31)와 재생타워(32)로 이루어진 것으로 한다.

더욱 상세히, 제습타워(31)와 재생타워(32)는 각 하측을 하측관로(33)로 연결하고, 각 상측을 상측관로(35)로 연결한다. 그리고, 하측관로(33)는 인렛(in-let,34)을 구비하며, 이 인렛(34)은 제 3배관(96)과 연결된다. 아울러, 상측관로(35)는 아웃렛(out-let,36)을 구비하며, 이 아웃렛(36)은 수분과 불순물을 제거한 공기를 사용하기 위해 인출 안내하는 인출관(98)과 연결된다.

편의상, 흡착식 드라이어 타워(30)는 간략하게 도시하지만, 일반적인 흡착설비로써, 흡착제를 함유하는 제습타워(31)와 재생타워(32)는 인렛(34)을 통해 압축 공기를 유입 후, 교대로 반복하며 흡착 및 재생과정을 수행하는 흡착제에 의해 압축 공기 내의 수분을 재차 흡착 제거하는 과정을 통해 건조공기를 아웃렛(36)으로 배출하게 제어된다. 이때, 아웃렛(36)에는 인출관(98)이 연결되고, 인출관(98)은 수분과 불순물을 제거한 공기를 사용하도록 인출 안내한다. 인출관(98)을 유동하는 공기는 10℃ 내외이다. 제습타워(31)와 재생타워(32) 간의 공기 흐름은 도시하지 않는다.

특히, 인출관(98)에는 분기배관(42)이 연결되고, 이 분기배관(42)은 제 1열교환기(20)의 인입구(25)로 연결된다. 그래서, 인출관(98)을 유동하는 공기 중 극히 일부는 재생을 위해 분기배관(42)으로 이동하고, 이 10℃ 내외의 재생 공기는 제 1열교환기(20)의 인입구(25)로 유입되어 압축기(10)에서 토출된 고온의 공기와 열교환한다.

그리고, 고온의 공기와 열교환된 재생 공기는 제 1열교환기(20)의 토출구(26)를 통해 순환배관(44)으로 유동한다. 이때, 순환배관(44)을 유동하는 재생 공기의 온도는 90 내지 130℃이다. 이 순환배관(44)은 흡착식 드라이어 타워(30) 특히, 제습 기능을 하는 제습타워(31)에 연결된다. 그래서, 재생 공기는 제습타워(31)로 유입된다.

순환배관(44)에는 히터(50)가 구비된다. 히터(50)는 90 내지 130℃의 재생 공기를 더 가열시킨다. 재생 공기가 더 가열된 후 제습타워(31)에 유입됨으로써 물기를 포함한 공기를 충분히 건조시킬 수 있게 된다. 그리고 나서, 제습타워(31)에 유입된 재생 공기는 퍼지(purge)되도록 제어된다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치는 히팅(heating-가열) 제어와 쿨링(cooling-냉각) 제어로 선택 작동된다.

도 1은 히팅 제어시 공기의 흐름을 도시한 것이다.

즉, 인출관(98)으로 인출되는 재생 공기의 일부가 분기배관(42)을 통해 제 1열교환기(20)로 유입되어 열교환된 후 순환배관(44)으로 이동하면서 히터(50)에 의해 가열되고 나서 제습타워(31)로 공급됨으로써 제 2열교환기(80)에서 이차적으로 열교환된 후 유입된 공기의 흡착율을 높인다.

한편, 도 3은 쿨링 제어시 공기의 흐름을 도시한 것이다.

특히, 히터(50)는 냉각모드에서 작동 정지되도록 제어된다. 그리고, 쿨링 제어이기 때문에 제습타워(31)에는 비교적 저온의 공기가 유입되어야 한다.

그래서, 인출관(98)으로 인출되는 공기의 일부인 10℃ 내외의 재생 공기가 분기배관(42)으로 분기된 후 제 1열교환기(20)로 유입되지 않고 바로 순환배관(44)을 통해 제습타워(31)로 이동함이 바람직하다.

따라서, 분기배관(42)과 순환배관(44) 사이에는 연결배관(60)이 형성된다. 즉, 연결배관(60)은 분기배관(42)과 순환배관(44)을 직접적으로 연결하는 통로 역할을 한다.

그리고, 제 1열교환기(20)와 연결배관(60) 사이에 해당되는 분기배관(42)의 부위에는 제 1개폐밸브(72)가 구비되고, 제 1열교환기(20)와 연결배관(60) 사이에 해당되는 순환배관(44)의 부위에는 히팅개폐밸브(74)가 구비되며, 연결배관(60)에는 쿨링개폐밸브(76)가 구비된다.

도 1 및 도 2에서처럼, 히팅 제어시에는 제습타워(31) 내부로 가열된 공기가 유입되어야 하기 때문에 재생 공기가 제 1열교환기(20)에서 열교환되며 열에너지를 얻도록 분기배관(42)의 제 1개폐밸브(72)와 순환배관(44)의 히팅개폐밸브(74)는 개방됨(ON)과 동시에 연결배관(60)의 쿨링개폐밸브(76)는 닫히게(OFF) 된다. 이때, 히터(50)는 순환배관(44) 상에서 공기의 흐름 방향에 대해 히팅개폐밸브(74)의 후방에 위치한다. 아울러, 히터(50)는 작동하며 재생 공기를 재차 가열하고, 이에 따라, 재차 가열된 공기는 제습타워(31) 내부로 유입됨으로써 제 2열교환기(80)에서 유입된 공기의 흡착율을 높인다.

즉, 제습타워(31)에서 토출된 일부분의 기존 재생 공기(10℃)는 압축기(10)와 연결된 제 1열교환기(20)의 인입구(25)에 공급되어 고온의 상태(90~130℃)로 열교환된다. 열교환된 재생 공기(90~130℃)는 히터(50)를 거쳐 170 내지 220℃까지 승온하게 된 후 제습타워(31) 내부로 공급된다.

또한, 도 3 및 도 4에서처럼, 쿨링 제어시에는 제습타워(31) 내부로 비교적 저온의 공기가 유입되어야 하기 때문에 재생 공기가 분기배관(42), 연결배관(60) 및 순환배관(44)을 통해 비교적 저온 상태로 제습타워(31)에 유입된다. 즉, 분기배관(42)의 제 1개폐밸브(72)와 순환배관(44)의 히팅개폐밸브(74)는 닫히게(OFF)됨 동시에 연결배관(60)의 쿨링개폐밸브(76)는 열리게(ON) 된다.

즉, 냉각 과정시에는 가열 과정시와는 달리 흡착식 드라이어 타워(30)에서 토출된 일부분의 기존 재생 공기(10℃)는 제 1열교환기(20)로 공급되지 않고 히터(50)를 거쳐 제습타워(31) 내부로 공급된다. 이때, 히터(50)는 가열 과정시에만 작동하고 냉각 과정시에는 작동하지 않는다.

이때, 히터(50)는 히팅개폐밸브(74)의 후방인 연결배관(60)과 제습타워(31) 사이에 해당되는 순환배관(44)에 위치하며, 작동 정지되도록 제어된다.

따라서, 흡착식 드라이어 가열 과정시 기존의 10℃ 내외의 재생 공기를 170 내지 220℃까지 온도를 상승시키는 데 필요한 전력 소비량 비해 90 내지 130℃ 재생 공기가 170 내지 220℃까지 온도를 상승시키는 데 필요한 전력 소비량은 최대 40 내지 50%까지 에너지 비용을 크게 절감시킬 수 있어, 히터(50)에서 소비되는 전력 부하율이 증대되는 문제점을 대폭적으로 감소시킬 수 있다.

여기에서 에어 클리닝 시스템에 설치되어 있는 압축기(10)에 따라 에너지 절감율이 다르며, 원심식의 경우 히터(50)의 에너지 절감율은 최대 40%까지 절감되며, 스크류 타입의 경우는 최대 50%까지 절감된다.

본 발명의 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템은 흡착식 드라이어 가열 과정시에 고온의 재생 공기를 저온의 재생 공기로 공급하여 히터(50)에서 소비되는 전력 부하율을 크게 절감시키기 위한 것이다.

한편, 도 1 및 도 2에서처럼, 제 3배관(96)에는 냉동식 드라이어(5)가 구비된다. 냉동식 드라이어(5)는 제 2열교환기(80)의 제 1토출측(84)을 통해 토출되는 재차 열교환된 20 내지 40℃의 공기를 한번 더 감온시켜 저온의 상태인 10℃ 내외까지 냉각시키는 역할을 한다. 이는, 흡착식 드라이어 타워(30)로 공급되는 공기 중에 습기를 최대한 응결시켜 유동 상태인 습기의 양을 최소화하기 위함이다.

여기서, 냉동식 드라이어(5)는 상기의 기능을 하는 일반적인 설비로써, 다양한 기종으로 적용 가능하다. 특히, 히팅개폐밸브(74)를 기준으로, 일측에 해당되는 순환배관(44)에는 대략 100℃로 비교적 높은 온도의 공기가 흐르게 되고, 타측에 해당되는 순환배관(44)에는 대략 10℃로 비교적 낮은 온도의 공기가 흐르게 된다.

특히, 히팅 제어시, 분기배관(42)을 통해 대략 10℃로 비교적 낮은 온도의 공기가 흐르게 되고, 순환배관(44)을 통해 대략 100℃로 비교적 높은 온도의 공기가 흐르게 된다.

그래서, 연결배관(60)의 쿨링개폐밸브(76)는 일측에 10℃의 공기와 접촉하게 되고, 타측에 100℃의 공기와 접촉하게 된다. 따라서, 쿨링개폐밸브(76)는 양측의 온도 편차가 커서, 밸브시트(도시하지 않음) 등은 변형이나 손상을 입을 수 있게 된다.

아울러, 쿨링 제어시, 순환배관(44)의 히팅개폐밸브(74)는 일측에 100℃의 공기와 접촉하게 되고, 타측에 10℃의 공기와 접촉하게 된다. 따라서, 히팅개폐밸브(74)는 양측의 온도 편차가 커서, 밸브시트(도시하지 않음) 등은 변형이나 손상을 입을 수 있게 된다.

따라서, 도 1 내지 도 4에서처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치는 히팅 제어시를 위해 온도보상부(100)를 포함한다.

온도보상부(100)는 히팅 제어시 쿨링개폐밸브(76)를 기준으로 양측의 공기 온도 차이를 줄이기 위해 연결배관(60)에 부가된다.

일례로, 온도보상부(100)는 온도보상배관(110) 및 온도보상밸브(120)를 포함한다.

온도보상배관(110)은 연결배관(60)의 축 방향을 따라 어느 일측에 연결되어, 대향하는 분기배관(42) 또는 순환배관(44)에 연결된다.

아울러, 온도보상밸브(120)는 쿨링개폐밸브(76)와 설정 거리만큼 유격되도록 온도보상배관(110)에 구비되어, 히팅 제어시, 쿨링개폐밸브(76)에 연동되어 닫힘으로써, 쿨링개폐밸브(76)의 양측 공기 온도차이를 줄이는 역할을 한다. 온도보상밸브(120)는 다양한 방식에 의해 온도보상배관(110)에 연결된다.

편의상, 연결배관(60)은 분기배관(42)에서 분기되고, 쿨링개폐밸브(76)는 연결배관(60)의 단부에 설치되어 개폐(ON,OFF) 제어되며, 온도보상배관(110)은 쿨링개폐밸브(76)에서 연장되고, 온도보상밸브(120)는 온도보상배관(110)에 구비되는 것으로 도시한다.

물론, 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120)는 연결배관(60)에 축 방향을 따라 설정 거리 유격되게 설치될 수도 있다.

아울러, 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120)는 설치되는 개수에 한정하지 않는다.

그리고, 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120)는 히팅 제어시 함께 닫히게(OFF) 되고, 쿨링 제어시 함께 열리게(ON) 된다. 물론, 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120)는 순차적으로 개폐될 수도 있다. 따라서, '연동되어'는 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120)의 개폐 시점을 동일하게 함을 의미할 수도 있고, 다르게 함을 의미할 수도 있다.

따라서, 히팅 제어시, 10℃의 공기는 분기배관(42)을 통해 유동되며 연결배관(60)에 설치된 쿨링개폐밸브(76)의 일측에 해당 온도로 접촉하게 되고, 100℃의 공기는 순환배관(44)을 통해 유동되며 온도보상배관(110)에 설치된 온도보상밸브(120)의 일측에 해당 온도로 접촉하게 된다.

또한, 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120)의 사이에 해당되는 온도보상배관(110) 내부에 잔류하는 공기는 온도보상밸브(120)의 닫힘으로 인해 순환배관(44)을 따라 유동하는 10℃의 공기와 직접적으로 교류하거나 열교환하지 않기 때문에 순환배관(44) 내부의 공기 온도보다 높게 된다. 물론, 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120)의 사이에 해당되는 온도보상배관(110) 내부에 잔류하는 공기는 분기배관(42)을 흐르는 100℃ 공기로부터의 열기 및 순환배관(44)을 흐르는 10℃ 공기로부터의 냉기를 함께 전달받아 열평형을 이룰 수 있다.

결과적으로, 쿨링개폐밸브(76)의 양측에 접촉하는 공기의 온도 편차는 줄어들게 된다. 실험에 따르면, 온도보상배관(110) 내부의 공기는 30 내지 40℃의 온도로 열평형을 이루게 된다.

또한, 도 1 내지 도 4에서처럼, 본 발명의 일 실시예에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치는 쿨링 제어시를 위해 온도보상부(200)를 포함한다.

온도보상부(200)는 쿨링 제어시 히팅개폐밸브(74)를 기준으로 양측의 공기 온도 차이를 줄이기 위해 순환배관(44)에 부가된다.

일례로, 온도보상부(200)는 온도보상배관(210) 및 온도보상밸브(220)를 포함한다.

온도보상배관(210)은 히팅개폐밸브(74)를 기준으로 어느 일측에 절단된 순환배관(44)을 연결하는 역할을 한다.

아울러, 온도보상밸브(220)는 히팅개폐밸브(74)와 설정 거리만큼 유격되도록 온도보상배관(210)에 구비되어, 쿨링 제어시, 히팅개폐밸브(74)에 연동되어 닫힘으로써, 히팅개폐밸브(74)의 양측 공기 온도차이를 줄이는 역할을 한다. 온도보상밸브(220)는 다양한 방식에 의해 온도보상배관(210)에 연결된다.

편의상, 히팅개폐밸브(74)가 순환배관(44) 중 온도보상배관(110)으로 분기되는 지점에 인접되는 순환배관(44)의 단부에 설치되어 개폐(ON,OFF) 제어되고, 온도보상배관(210)은 히팅개폐밸브(74)에 연결되어 토출구(26)에 접속되며, 온도보상밸브(220)는 온도보상배관(210)에 구비되는 것으로 도시한다.

물론, 히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220)는 순환배관(44)에 축 방향을 따라 설정 거리 유격되게 설치될 수도 있다.

아울러, 히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220)는 설치되는 개수에 한정하지 않는다.

그리고, 히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220)는 히팅 제어시 함께 열리게(ON) 되고, 쿨링 제어시 함께 닫히게(OFF) 된다. 물론, 히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220)는 순차적으로 개폐될 수도 있다.

따라서, 쿨링 제어시, 100℃의 공기는 분기배관(42)과 연결배관(60) 및 온도보상배관(110)을 통해 유동되며 순환배관(44)에 설치된 히팅개폐밸브(74)의 일측에 해당 온도로 접촉하게 되고, 10℃의 공기는 토출구(26)로 토출되어 순환배관(44)을 통해 유동되며 온도보상배관(210)에 설치된 온도보상밸브(220)의 일측에 해당 온도로 접촉하게 된다.

또한, 히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220)의 사이에 해당되는 온도보상배관(210) 내부에 잔류하는 공기는 온도보상밸브(220)의 닫힘으로 인해 순환배관(44)을 따라 유동하는 10℃의 공기와 직접적으로 교류하거나 열교환하지 않기 때문에 순환배관(44) 내부의 공기 온도보다 높게 된다. 물론, 히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220)의 사이에 해당되는 온도보상배관(210) 내부에 잔류하는 공기는 제습타워(31)와 연결된 순환배관(44)을 흐르는 10℃ 공기로부터의 냉기 및 토출구(26)와 연결된 순환배관(44)을 흐르는 100℃ 공기로부터의 열기를 함께 전달받아 열평형을 이룰 수 있다.

결과적으로, 히팅개폐밸브(74)의 양측에 접촉하는 공기의 온도 편차는 줄어들게 된다. 실험에 따르면, 온도보상배관(210) 내부의 공기는 30 내지 40℃의 온도로 열평형을 이루게 된다.

특히, 히팅 제어시, 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120)는 닫히게(OFF) 되고, 히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220)는 열리게(ON) 된다.

반대로, 쿨링 제어시, 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120)는 열리게(ON) 되고, 히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220)는 닫히게(OFF) 된다.

도 5 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치는 압축기(10), 제 1열교환기(20), 제 2열교환기(80), 흡착식 드라이어 타워(30), 분기배관(42), 순환배관(44), 히터(50), 온도보상부(100), 온도보상부(200) 및 제 1,2,3분기배관(310,320,330)을 포함한다.

여기서, 압축기(10), 제 1열교환기(20), 제 2열교환기(80), 흡착식 드라이어 타워(30), 분기배관(42), 순환배관(44), 히터(50), 온도보상부(100) 및 온도보상부(200)는 상술한 내용과 동일하여 상술한 것으로 대체한다.

그리고, 제 1분기배관(310)은 제 1열교환기(20)에서 승온된 후 토출구(26)로 토출되는 100℃의 공기를 분기시키는 역할을 한다.

또한, 제 2분기배관(320)은 제 1분기배관(310)에 연장되어 쿨링개폐밸브(76)에 상대적으로 낮은 온도로 접촉하는 공기가 설정 온도 이하시 승온된 공기의 흐름을 안내하는 역할을 한다. 즉, 제 2분기배관(320)은 제 1분기배관(310)으로부터 연장되어 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120) 사이에 해당되는 온도보상배관(110)에 연결된다. 그래서, 히팅 제어시, 온도보상배관(110)에 잔류하는 공기의 온도가 설정 온도 이하로 되면, 순환배관(44)을 흐르는 고온의 공기가 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120) 사이에 해당되는 온도보상배관(110)으로 공급된다.

따라서, 쿨링개폐밸브(76)의 일측은 100℃의 공기가 접촉하게 되고, 쿨링개폐밸브(76)의 타측(쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120) 사이에 해당되는 온도보상배관(110))은 40~50℃의 공기가 접촉하게 된다. 이로 인해, 쿨링개폐밸브(76)의 양측 온도 차이는 더욱 크지 않게 된다. 물론, 제 1분기배관(310)과 제 2분기배관(320)은 하나의 배관으로 이루어질 수도 있다.

아울러, 제 3분기배관(330)은 제 1분기배관(310)에서 분기되어 히팅개폐밸브(74)에 상대적으로 낮은 온도로 접촉하는 공기가 설정 온도 이하시 승온된 공기의 흐름을 안내하는 역할을 한다. 즉, 제 3분기배관(330)은 제 1분기배관(310)으로부터 분기되어 히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220) 사이에 해당되는 온도보상배관(210)에 연결된다. 그래서, 쿨링 제어시, 온도보상배관(210)에 잔류하는 공기의 온도가 설정 온도 이하로 되면, 순환배관(44)을 흐르는 고온의 공기가 히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220) 사이에 해당되는 온도보상배관(210)으로 공급된다.

따라서, 히팅개폐밸브(74)의 일측은 100℃의 공기가 접촉하게 되고, 히팅개폐밸브(74)의 타측(히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220) 사이에 해당되는 온도보상배관(210))은 40~50℃의 공기가 접촉하게 된다. 이로 인해, 히팅개폐밸브(74)의 양측 온도 차이는 더욱 크지 않게 된다.

이때, 제 1분기배관(310)과 제 2분기배관(320) 및 제 3분기배관(330)은 각각 공기의 흐름을 자동적으로 단속함이 바람직하다.

그래서, 제 1분기배관(310)은 제 1분기밸브(312)를 구비하고, 제 2분기배관(320)은 제 2분기밸브(322)를 구비하며, 제 3분기배관(330)은 제 3분기밸브(332)를 구비한다.

아울러, 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120) 사이에 해당되는 온도보상배관(110)에는 온도센서(305)가 구비되고, 히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220) 사이에 해당되는 온도보상배관(210)에는 온도센서(305)가 구비된다.

또한, 제 1분기밸브(312), 제 2분기밸브(322), 제 3분기밸브(332), 온도센서(305)는 제어부(LCP;Local Control Panel,300)에 전기적으로 연결된다.

일례로, 도 5 및 도 6에서처럼, 히팅 제어시, 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120) 사이에 해당되는 온도보상배관(110)에 잔류하는 공기의 온도가 50℃ 이하일 경우, 제어부(300)는 제 1분기밸브(312)를 열도록(ON) 신호를 발생하고, 제 3분기밸브(332)를 닫도록(OFF) 신호를 발생하며, 제 2분기밸브(322)를 주기적 또는 간헐적으로 반복되게 여닫도록(ON/OFF) 신호를 발생한다.

그래서, 순환배관(44)의 공기는 제 1분기배관(310)과 제 2분기배관(320)을 통해 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120) 사이에 해당되는 온도보상배관(110)으로 공급됨에 따라, 잔류하고 있는 공기는 승온된다. 물론, 공기의 온도가 50℃를 초과하게 되면, 제어부(300)는 제 1분기밸브(312), 제 2분기밸브(322) 및 제 3분기밸브(332)를 모두 닫도록(OFF) 제어한다. 편의상, 제 1분기밸브(312), 제 2분기밸브(322) 및 제 3분기밸브(332)는 여닫히는(ON/OFF) 것으로 도시한다.

한편, 공기가 쿨링개폐밸브(76)와 온도보상밸브(120) 사이에 해당되는 온도보상배관(110) 내부로 더 유입됨에 따라, 온도보상배관(110) 내부의 공기는 유입되는 양만큼 배출되어야 한다.

그래서, 온도보상부(100)는 제 1분기배관(310)과 제 2분기배관(320)을 통해 유입되는 공기로 인해 잔류 공기를 필요에 따라 배출시키도록 히팅배출부(410)를 더 구비한다.

여기서, 히팅배출부(410)는 해당되는 온도보상배관(110)으로부터 분기되어 연결되는 히팅배출밸브(412) 및 배출되는 공기로부터 소음을 방지하거나 저감시키는 히팅사일런스(heating silence,414)를 포함한다.

특히, 히팅배출밸브(412)는 제 2분기밸브(322)와 동시에 여닫히도록(ON/OFF) 제어될 수도 있고, 제 2분기밸브(322)와 시간 차이를 두고 여닫히도록 제어될 수도 있다.

이때, 온도보상밸브(120)는, 제 1실시예에서처럼, 닫힘(OFF) 상태를 유지할 수 있으나, 개방된(ON) 상태일 수도 있다.

미설명된 도면부호는 상술한 것으로 대체한다.

또한, 일례로, 도 7 및 도 8에서처럼, 쿨링 제어시, 히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220) 사이에 해당되는 온도보상배관(210)에 잔류하는 공기의 온도가 50℃ 이하일 경우, 제어부(300)는 제 1분기밸브(312)를 열도록(ON) 신호를 발생하고, 제 2분기밸브(322)를 닫도록(OFF) 신호를 발생하며, 제 3분기밸브(332)를 주기적 또는 간헐적으로 반복되게 여닫도록(ON/OFF) 신호를 발생한다.

그래서, 순환배관(44)의 공기는 제 1분기배관(310)과 제 3분기배관(330)을 통해 히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220) 사이에 해당되는 온도보상배관(210)으로 공급됨에 따라, 잔류하고 있는 공기는 승온된다. 물론, 공기의 온도가 50℃를 초과하게 되면, 제어부(300)는 제 1분기밸브(312), 제 2분기밸브(322) 및 제 3분기밸브(332)를 닫도록(OFF) 제어한다. 편의상, 제 1분기밸브(312), 제 2분기밸브(322) 및 제 3분기밸브(332)는 여닫히는(ON/OFF) 것으로 도시한다.

한편, 공기가 히팅개폐밸브(74)와 온도보상밸브(220) 사이에 해당되는 온도보상배관(210) 내부로 더 유입됨에 따라, 온도보상배관(210) 내부의 공기는 유입되는 양만큼 배출되어야 한다.

그래서, 쿨링완충부(200)는 제 1분기배관(310)과 제 3분기배관(330)을 통해 유입되는 공기로 인해 잔류 공기를 필요에 따라 배출시키도록 쿨링배출부(420)를 더 구비한다.

여기서, 쿨링배출부(420)는 해당되는 온도보상배관(210)으로부터 분기되어 연결되는 쿨링배출밸브(422) 및 배출되는 공기로부터 소음을 방지하거나 저감시키는 쿨링사일런스(cooling silence,424)를 포함한다.

특히, 쿨링배출밸브(422)는 제 3분기밸브(332)와 동시에 여닫히도록(ON/OFF) 제어될 수도 있고, 제 3분기밸브(332)와 시간 차이를 두고 여닫히도록 제어될 수도 있다.

이때, 히팅개폐밸브(74)는 닫힘(OFF) 상태를 유지할 수 있으나, 개방된(ON) 상태일 수도 있다.

미설명된 도면부호는 상술한 것으로 대체한다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 아래의 특허청구범위에 의해서 정하여져야 할 것이다.

10: 압축기 20: 제 1열교환기
30: 흡착식 드라이어 타워 42: 분기배관
44: 순환배관 50: 히터
60: 연결배관 72: 제 1개폐밸브
74: 히팅개폐밸브 76: 쿨링개폐밸브
80: 제 2열교환기 92,94,96: 제 1,2,3배관
100,200: 온도보상부 110,210: 온도보상배관
120,220: 온도보상밸브 310,320,330: 제 1,2,3분기배관
312,322,332: 제 1,2,3분기밸브
410: 히팅배출부 412: 히팅배출밸브
414: 히팅사일런스 420: 쿨링배출부
422: 쿨링배출밸브 424: 쿨링사일런스

Claims (6)

1. 흡착식 드라이어 타워에서 토출되는 공기 중 일부를 열교환기로 유동 안내하는 분기배관;
   상기 분기배관을 통해 상기 열교환기로 유입되어 고온의 공기와 열교환되어 승온된 공기를 복수 개의 상기 흡착식 드라이어 타워로 순환 안내하는 순환배관;
   상기 분기배관과 상기 순환배관을 연결하는 연결배관;
   상기 연결배관에 구비되어 히팅(heating) 제어시 상기 순환배관 방향으로 흐르려는 상대적으로 낮은 온도의 공기의 흐름을 단속하는 쿨링개폐밸브; 및
   히팅 제어시 상기 쿨링개폐밸브를 기준으로 양측의 공기 온도 차이를 줄이기 위해 상기 연결배관에 부가되는 온도보상부를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 순환배관은 쿨링(cooling) 제어시 상기 흡착식 드라이어 타워방향으로 흐르려는 열교환된 고온의 공기 흐름을 단속하는 히팅개폐밸브를 구비하고;
   상기 순환배관은 쿨링 제어시 상기 히팅개폐밸브를 기준으로 양측의 공기 온도 차이를 줄이기 위해 온도보상부를 부가하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치.
   
3. 제 1항에 있어서, 상기 온도보상부는,
   상기 연결배관의 축 방향을 따라 어느 일측에 연결되어 대향하는 상기 분기배관 또는 상기 순환배관에 연결되는 온도보상배관; 및
   상기 쿨링개폐밸브와 유격되도록 상기 온도보상배관에 구비되어 히팅 제어시 상기 쿨링개폐밸브에 연동되어 닫힘으로써 상기 쿨링개폐밸브의 양측 공기 온도차이를 줄이는 온도보상밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치.
   
4. 제 2항에 있어서, 상기 온도보상부는,
   상기 히팅개폐밸브를 기준으로 어느 일측에 절단된 상기 순환배관을 연결하는 온도보상배관; 및
   상기 히팅개폐밸브와 유격되도록 상기 온도보상배관에 구비되어 쿨링 제어시 상기 히팅개폐밸브에 연동되어 닫힘으로써 상기 히팅개폐밸브의 양측 공기 온도차이를 줄이는 온도보상밸브를 포함하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치.
   
5. 제 2항에 있어서,
   상기 순환배관은 승온된 공기를 분기시키기 위해 제 1분기배관을 분기시키고;
   상기 제 1분기배관은 상기 쿨링개폐밸브에 상대적으로 낮은 온도로 접촉하는 공기의 설정 온도 이하시 승온된 공기의 흐름을 안내하는 제 2분기배관을 연결하며;
   상기 제 1분기배관은 상기 히팅개폐밸브에 상대적으로 낮은 온도로 접촉하는 공기의 설정 온도 이하시 승온된 공기의 흐름을 안내하는 제 3분기배관을 연결하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 온도보상부는 상기 제 1분기배관과 상기 제 2분기배관을 통해 유입되는 공기로 인해 잔류 공기를 배출시키도록 히팅배출부를 더 구비하고;
   상기 온도보상부는 상기 제 1분기배관과 상기 제 3분기배관을 통해 유입되는 공기로 인해 잔류 공기를 배출시키도록 쿨링배출부를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 에너지 절감형 에어 클리닝 시스템의 폐열회수장치.
   
   

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