KR101341766B1 - 열교환기를 이용해 에어컴프레서장치 및 보일러장치의 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비 - Google Patents

열교환기를 이용해 에어컴프레서장치 및 보일러장치의 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비 Download PDF

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Abstract

본 발명은 에어컴프레서장치의 및 보일러장치의 폐열을 활용하여, 보일러장치의 급기 온도 상승 및 에어컴프레서장치의 외기 흡입을 통한 흡입온도 하강을 유도하도록 열교환장치를 이용함에 따라, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 유틸리티 설비에 관하여 개시한다.
이를 위한 본 발명은 외부의 공기를 압축시켜 압력을 높이는 압축기를 포함하며, 압축기에 의해 압력이 상승된 공기를 냉각 및 건조시키는 에어컴프레서장치와, 외부의 공기를 흡입하여 후단으로 압송하는 송풍기를 포함하며, 송풍기에 의해 압송되는 공기를 연료와 혼합 연소시켜 외부로 배출하는 보일러장치와, 압축기에서 배출된 공기를 회수 후, 회수된 공기의 온도를 하강시켜, 압축기의 후단으로 전달하는 제1열교환기와, 송풍기에서 압송된 공기를 회수 후, 회수된 공기의 온도를 상승시켜, 송풍기의 후단으로 전달하는 제2열교환기를 구비하는 열교환장치를 포함하는 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비를 제공한다.

Description

열교환기를 이용해 에어컴프레서장치 및 보일러장치의 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비{UTILITY EQUIPMENT OF IMPROVED ENERGY EFFICIENCY}
본 발명은 열교환기를 이용해 에어컴프레서장치 및 보일러장치의 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비에 관한 것으로, 보다 상세하게는 에어컴프레서장치 및 보일러장치의 폐열을 활용하여, 보일러장치의 급기 온도 상승 및 에어컴프레서장치의 외기 흡입을 통한 흡입온도 하강을 유도하도록 열교환장치를 이용함에 따라, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 유틸리티 설비에 관한 것이다.
일반적으로 사용되는 에어컴프레서장치는 여러 가지 용도에 이용되고 있으며, 특히 산업체에서 널리 보급되고 있다.
이때, 널리 사용되고 있는 에어컴프레서장치의 효율적인 운영은, 산업체의 원가절감 및 에너지의 생산에 따른 공해배출물의 감소방안으로서 피할 수 없는 선택수단이 되고 있다.
그리고 보일러장치는 대기의 공기를 흡입하여 후단으로 압송하는 송풍기와, 이러한 송풍기로부터 압송된 연소용 공기를 연료와 혼합 연소시켜 대기 중으로 배가스(exhaust gas)를 배출하는 퍼니스(furnace)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
이때, 보일러장치는 에어컴프레서장치와 더불어 효율적인 운영을 위해 에너지 감소를 기대할 수 있는 방안을 모색하고 있는 실정이다.
본 발명과 관련된 선행문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2006-0026514호(2006.03.24. 공개)가 있다.
본 발명은 에어컴프레서장치 및 보일러장치의 폐열을 활용하여, 보일러장치의 급기 온도 상승 및 에어컴프레서장치의 외기 흡입을 통한 흡입온도 하강을 유도하도록 열교환장치를 이용함에 따라, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 유틸리티 설비를 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 사상에 따르면, 외부의 공기를 압축시켜 압력을 높이는 압축기를 포함하며, 상기 압축기에 의해 압력이 상승된 공기를 냉각 및 건조시키는 에어컴프레서장치; 외부의 공기를 흡입하여 후단으로 압송하는 송풍기를 포함하며, 상기 송풍기에 의해 압송되는 공기를 연료와 혼합 연소시켜 외부로 배출하는 보일러장치; 및 상기 압축기에서 배출된 공기를 회수 후 상기 공기의 온도를 하강시켜, 상기 압축기의 후단으로 전달하는 제1열교환기와, 상기 송풍기에서 압송된 공기를 회수 후 상기 공기의 온도를 상승시켜, 상기 송풍기의 후단으로 전달하는 제2열교환기를 구비하는 열교환장치;를 포함하는 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비를 제공한다.
상기 열교환장치는, 상기 압축기 및 상기 송풍기에서 회수된 공기가 상기 제1열교환기 및 상기 제2열교환기를 통해, 상기 압축기 및 상기 송풍기의 후단으로 전달되도록, 상기 공기를 순환시키는 순환송풍기;를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 순환송풍기는, 상기 압축기 및 상기 압축기의 후단 사이의 배관 상에 설치되어, 상기 제1열교환기를 통해 회수 및 배출되는 공기를 순환시키는 제1순환송풍기; 및 상기 송풍기 및 상기 송풍기의 후단 사이의 배관 상에 설치되어, 상기 제2열교환기를 통해 회수 및 배출되는 공기를 순환시키는 제2순환송풍기;를 포함할 수 있다.
상기 에어컴프레서장치는, 상기 압축기의 후단에 연결되며, 상기 압축기에 의해 압력이 상승하여 온도가 상승된 공기를 냉각하는 애프터쿨러; 및 상기 애프터쿨러의 후단에 연결되어, 상기 냉동기 냉동기;를 더 포함할 수 있다.
상기 제1열교환기는, 상기 압축기와 상기 애프터쿨러 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
상기 보일러장치는, 상기 송풍기로부터 압송된 연소용 공기를 연료와 혼합 연소시켜 대기 중으로 배가스(exhaust gas)를 배출하는 퍼니스(furnace)를 더 포함한다.
상기 보일러장치는, 인버터타입(inverter type)으로 상기 연소되는 공기량을 조절하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 제2열교환기는, 상기 송풍기와 상기 퍼니스 사이에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명인 열교환기를 이용해 에어컴프레서장치 및 보일러장치의 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비에 따르면, 에어컴프레서장치 및 보일러장치의 폐열을 활용하여, 보일러장치의 급기 온도 상승 및 에어컴프레서장치의 외기 흡입을 통한 흡입온도 하강을 유도하도록 열교환장치를 이용함에 따라, 에너지 효율을 향상시킬 수 있는 효과를 제공한다.
도 1은 종래 에어컴프레서장치의 압축과정을 개략적으로 도시한 도면,
도 2는 종래 보일러장치의 연소과정을 개략적으로 도시한 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 이용해 에어컴프레서장치 및 보일러장치의 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비를 개략적으로 도시한 도면임.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 이용해 컴프레서 및 보일러의 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비에 대하여 설명하기로 한다.
본 발명의 장점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.
또한, 도면에서 발명을 구성하는 구성요소들의 크기는 명세서의 명확성을 위하여 과장되어 기술된 것이며, 어떤 구성요소가 다른 구성요소의 "내부에 존재하거나, 연결되어 설치된다."고 기재된 경우, 상기 어떤 구성요소가 상기 다른 구성요소와 접하여 설치될 수 있고, 소정의 이격거리를 두고 설치될 수도 있으며, 이격거리를 두고 설치되는 경우엔 상기 어떤 구성요소를 상기 다른 구성요소에 고정 내지 연결시키기 위한 제3의 수단에 대한 설명이 생략될 수도 있다.
도 1은 종래 에어컴프레서장치의 압축과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 일반적으로 사용되는 에어컴프레서장치(100)가 도시되어 있다. 이러한 에어컴프레서장치(100)는 여러 가지 용도에 이용되고 있으며, 특히 산업체에서 널리 보급되고 있다.
이때, 널리 사용되고 있는 에어컴프레서장치(100)의 효율적인 운영은, 산업체의 원가절감 및 에너지의 생산에 따른 공해배출물의 감소방안으로서 피할 수 없는 선택수단이 되고 있다.
도시된 에어컴프레서장치(100)는, 대기 중의 공기를 압축시켜 압력을 높이는 압축기(110)와, 상기 압축기에 의해 온도가 상승된 공기를 냉각하는 애프터쿨러(120)와, 용도별로 건조되는 흡착식 및 냉동식 드라이어(130, 140)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
여기서 도시된 에어컴프레서장치(100)의 압축과정은, 총 3단압축으로 이루어지며, 1단압축 후에 냉각이 이루어지고, 냉각 후에 2단압축이 이루어지며, 2단압축 후에 또 다시 냉각이 이루어지고, 그 후에 3단압축이 이루어진다. 이렇게 3단압축이 이루어진 후, 냉각이 이루어지며, 그 후에 최종적으로 드라이어를 통해 건조작업이 진행된다.
이러한 에어컴프레서장치(100)의 압축과정은, 냉각수로 회수된 열은 냉각탑(미도시)에서 대기로 열을 방출하기 때문에 에너지 손실이 발생하였다.
즉, 압축기(110)를 통해 온도가 상승된 공기가 애프터쿨러(120)에 의해 냉각이 진행될 때, 냉각수로 회수된 열이 대기로 방출됨에 따라 에너지 손실이 발생하는 것이다.
도 2는 종래 보일러장치의 연소과정을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 일반적인 보일러장치(200)의 연소과정을 살펴볼 수 있다. 이때, 상기 보일러장치(200)는 난방용으로서 온수 또는 증기를 얻기 위한 기관을 말하며 열교환 방식에서 수관식, 연관식, 로통 조합식 등으로 분류된다.
이러한 보일러장치(200)는 대기의 공기를 흡입하여 후단으로 압송하는 송풍기(210)와, 상기 송풍기(210)로부터 압송된 연소용 공기를 연료와 혼합 연소시켜 대기 중으로 배가스(exhaust gas)를 배출하는 퍼니스(220)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
도시된 바와 같이 송풍기(210)로부터 흡입된 20℃의 연소용공기와 LNG가, 퍼니스(210)를 통해 혼합 연소될 때, 퍼니스(210)의 온도를 높이기 위해 다대한 전력이 낭비될 수 있다. 즉, 보일러장치(200)의 연소용 공기량을 조절하는 방식은 정속인 댐퍼 타입(damper type)으로 이루어져, 전력비가 다대하게 낭비될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 열교환기를 이용해 에어컴프레서장치 및 보일러장치의 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3에서의 본 발명은 도 1 내지 도 2를 통해 살펴본 에어컴프레서장치 및 보일러장치에 열교환장치를 추가 구성하여 에너지 효율을 향상을 기대할 수 있다.
이러한 도 3에서는 구성에 대한 설명 및 그 구성 간 작동관계에 따른 효과에 대해 살펴보기로 한다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 유틸리티 설비(300)는 크게, 에어컴프레서장치(310)와, 보일러장치(320)와, 열교환장치(330)를 포함한다.
에어컴프레서장치(310)는, 외부의 공기를 압축시켜 압력을 높이는 압축기(312)를 포함하며, 상기 압축기(312)에 의해 압력이 상승된 공기를 냉각 및 건조시키는 기능을 갖는다.
이러한 에어컴프레서장치(310)의 구성을 보다 상세하게 살펴보면, 상기 압축기(312) 뿐만 아니라, 상기 압축기(312)의 후단에 연결되는 애프터쿨러(314)와, 공기의 수분을 제거하는 냉동기(316)를 포함한다.
여기서, 상기 애프터쿨러(314)는 상기 압축기(312)에 의해 압력이 상승하여 온도가 상승된 공기를 냉각하는 기능을 갖는다.
그리고 상기 냉동기(316)는, 상기 애프터쿨러(314)의 후단에 연결되어, 공기의 수분을 제거하는 기능을 갖는다.
보일러장치(320)는, 외부의 공기를 흡입하여 후단으로 압송하는 송풍기(322)를 포함하며, 상기 송풍기(322)에 의해 압송되는 공기를 연료와 혼합 연소시켜 외부로 배출하는 기능을 갖는다.
이러한 보일러장치(320)는 상술된 송풍기(322)와 더불어, 퍼니스(324)를 포함할 수 있다. 이때, 상기 퍼니스(324)는 상기 송풍기(322)로부터 압송된 연소용 공기를 연료와 혼합 연소시켜 대기 중으로 배가스(exhaust gas)를 배출하는 기능을 갖는다.
그리고 상기 보일러장치(320)는, 가변속으로 이루어지는 인버터타입(inverter type)으로 상기 연소되는 공기량을 조절할 수 있다. 여기서 상기 보일러장치(320)는 인버터타입을 이용함에 따라, 필요시 가변속 조절이 가능하여, 전력비를 절감할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.
열교환장치(330)는 크게, 제1열교환기(332)와, 제2열교환기(334) 및 순환송풍기(336)를 포함하는 구성으로 이루어진다.
여기서 제1열교환기(332)는, 압축기(312)와 애프터쿨러(314) 사이에 배치되며, 압축기(312)에서 배출된 공기를 회수 후, 회수된 공기의 온도를 하강시켜, 상기 애프터쿨러(314)로 전달하는 기능을 갖는다.
그리고 제2열교환기(334)는, 송풍기(322)와 퍼니스(324) 사이에 배치되며, 상기 송풍기(322)에서 압송된 공기를 회수 후, 회수된 공기의 온도를 상승시켜, 상기 퍼니스(324)로 전달하는 기능을 갖는다.
그리고 순환송풍기(336)는, 상기 압축기(312) 및 상기 송풍기(322)에서 회수된 공기가 상기 제1열교환기(332) 및 상기 제2열교환기(334)를 통해, 상기 애프터쿨러(314) 및 상기 퍼니스(324)로 전달되도록, 상기 공기를 순환시키는 기능를 갖는다.
이때, 상기 순환송풍기(336)는 크게, 제1순환송풍기(336a) 및 제2순환송풍기(336b)를 포함할 수 있다.
여기서 제1순환송풍기(336a)는, 압축기(312) 및 상기 압축기(312)의 후단에 연결된 애프터쿨러(314) 사이의 배관 상에 설치된다. 이때, 상기 제1순환송풍기(336a)는 제1열교환기(332)를 통해 회수 및 배출되는 공기를 순환시킨다.
그리고 제2순환송풍기(336b)는, 송풍기(322) 및 상기 송풍기(322)의 후단에 연결된 퍼니스(324) 사이의 배관 상에 설치된다. 이때, 상기 제2순환송풍기(336b)는 제2열교환기(334)를 통해 회수 및 배출되는 공기를 순환시킨다.
지금부터는 본 발명의 일실시예에 따른 유틸리티 설비(300)의 구성 간 작동관계 및 그 작동관계에 따른 효과에 대해 살펴보기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 유틸리티 설비(300)는, 에너지 절감을 위해 에어컴프레서장치(310)의 및 보일러장치(320)의 폐열을 활용하여, 보일러장치(320)의 급기 온도 상승 및 에어컴프레서장치(310)의 외기 흡입을 통한 흡입온도 하강을 유도해 에너지 절감이 되도록 구성된다.
이를 위해, 본 발명의 일실시예에 따른 유틸리티 설비(300)는 열교환장치(330)를 추가하여, 상기와 같은 에너지 절감이 이루어질 수 있도록 구성하였다.
이러한 열교환장치(330)는 상술한 바와 같이, 제1열교환기(332) 및 제2열교환기(334) 및 순환송풍기(336)를 포함하는 구성으로 이루어진다. 이러한 구성들의 설명은 상술하였으므로, 그 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
여기서 제1열교환기(332)는, 압축기(312)와 애프터쿨러(314) 사이에 배치된다. 이에 따라, 압축기(312)에서 회수된 열(공기)이 바로 애프터쿨러(314)로 진행되지 않고, 그 사이에 제1열교환기(332)를 통해 공기의 온도가 하강한다. 이때, 상기 공기는 제1순환송풍기(336a)에 의해 순환된다.
이렇게 제1열교환기(332)를 통해 온도가 하강된 공기는 애프터쿨러(314)에 전달된다. 이때, 애프터쿨러(314)에 전달된 공기의 온도는, 냉동기(316)에 전달되는 공기의 온도 범위와 큰 차이가 없게 된다. 이에 따라, 애프터쿨러(314)에 필요이상의 전력이 낭비되지 않게 된다.
그리고 제2열교환기(334)는, 송풍기(322)와 퍼니스(324) 사이에 배치된다. 이에 따라, 송풍기(322)에서 회수된 열(공기)이 바로 퍼니스(324)로 진행되지 않고, 그 사이에 제2열교환기(334)를 통해 공기의 온도가 상승한다. 이때, 상기 공기는 제2순환송풍기(336b)에 의해 순환된다.
이렇게 제2열교환기(334)를 통해 온도가 상승된 공기는 퍼니스(324)로 전달된다. 이때, 퍼니스(324)에 전달된 공기의 온도는, 퍼니스(324)에서 대기 중으로 배출되는 공기의 온도 범위와 큰 차이가 없게 된다. 이에 따라, 퍼니스(324)에 필요이상의 전력이 낭비되지 않고, 난방이 이루어질 수 있게 된다.
따라서 본 발명의 일실시예에 따른 유틸리티 설비(300)는, 에어컴프레서장치(310) 및 보일러장치(320)의 폐열을 활용하여, 보일러장치(320)의 급기 온도 상승 및 에어컴프레서장치(310)의 외기 흡입을 통한 흡입온도 하강을 유도해 에너지 절감의 효과를 제공할 수 있다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
100 : 에어컴프레서장치 110 : 압축기
120 : 애프터쿨러 130 : 흡착식 드라이어
140 : 냉동식 드라이어 200 : 보일러장치
210 : 송풍기 220 : 퍼니스
300 : 유틸리티 설비 310 : 에어컴프레서장치
312 : 압축기 314 : 애프터쿨러
316 : 냉동기 316a : 흡착식 드라이어
316b : 냉동식 드라이어 320 : 보일러장치
322 : 송풍기 324 : 퍼니스
330 : 열교환장치 332 : 제1열교환기
334 : 제2열교환기 336 : 순환송풍기
336a : 제1순환송풍기 336b : 제2순환송풍기

Claims (8)

  1. 공기를 압축시켜 압력을 높이는 압축기와, 상기 압축기로부터 압축된 공기를 냉각시키는 애프터쿨러와, 상기 애프터쿨러로부터 냉각된 공기의 수분을 흡착 또는 냉동 방식으로 제거하는 냉동기를 포함하는 에어컴프레서장치;
    송풍기와, 상기 송풍기에 의해 압송되는 공기를 연료와 혼합 연소시켜 배가스를 배출하는 퍼니스를 포함하는 보일러 장치; 및
    상기 압축기에서 압축된 공기의 온도를 하강시켜, 상기 애프터쿨러로 전달하는 제1열교환기와, 상기 송풍기에 의해 압송된 공기의 온도를 상승시켜, 상기 퍼니스로 전달하는 제2열교환기를 포함하는 열교환장치;를 포함하는 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열교환장치는,
    상기 제1열교환기 및 제2열교환기의 공기 순환경로 상에 배치되는 순환송풍기를 더 포함하는 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 순환송풍기는,
    상기 압축기와 애프터쿨러 사이에 구비되어, 상기 제1열교환기를 통해 회수 및 배출되는 공기를 순환시키는 제1순환송풍기와,
    상기 송풍기와 퍼니스 사이에 구비되어, 상기 제2열교환기를 통해 회수 및 배출되는 공기를 순환시키는 제2순환송풍기를 포함하는 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1열교환기는,
    상기 압축기와 상기 애프터쿨러 사이에 배치되는 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비.
  6. 삭제
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 보일러장치는,
    연료와 혼합 연소되는 공기의 양을 인버터(inverter type) 타입으로 조절하는 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2열교환기는,
    상기 송풍기와 상기 퍼니스 사이에 배치되는 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비.
KR1020120048120A 2012-05-07 2012-05-07 열교환기를 이용해 에어컴프레서장치 및 보일러장치의 에너지 효율을 향상시킨 유틸리티 설비 KR101341766B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH0526053A (ja) * 1991-07-22 1993-02-02 Hitachi Ltd 貯蔵圧縮空気を用いたガスタービン発電プラント
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KR20120029489A (ko) * 2010-09-16 2012-03-27 주식회사 베스코 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기

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