KR101509152B1 - 냉각단계 중 압축습공기 냉각 후 제습탱크로 순환시키는 압축공기 건조방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 압축공기에 포함된 수분을 흡착제(제습제)를 이용하여 수분을 제거시키는 압축공기 건조방법 및 장치에 관한 것으로서, 에너지를 절감할 수 있는 압축공기 건조방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 외부공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법은 제습제가 충전된 두 개의 탱크 중 하나의 탱크에 습한 압축공기를 통과시켜 건조된 압축공기로 건조시키는 제습단계; 상기 제습단계가 수행되는 동안 제습제가 충전된 다른 탱크에 블로우어와 히터를 이용하여 외부 공기를 가열한 후 통과시켜 제습제를 재생시키는 가열단계; 상기 가열단계를 거친 후 블로우어에서 공급되는 외부공기를 쿨러로 냉각시킨 후 냉각된 외부공기를 가열단계를 거친 탱크에 통과시켜 냉각시키는 1차 냉각단계; 상기 제습단계를 수행하는 탱크에 공급되던 습한 압축공기 유로를 전환하여 상기 1차 냉각단계를 거친 탱크에 습한 압축공기(WA)를 공급하여 냉각 배출시키고, 배출된 습한 압축공기(WA)를 제습단계를 수행하는 탱크에 공급하여 건조 배출시키는 2차 냉각단계;를 포함하여 구성된다.

Description

냉각단계 중 압축습공기 냉각 후 제습탱크로 순환시키는 압축공기 건조방법 및 장치 {Compressed air dryer for recycling tank cooling by atmosphere and its method}

본 발명은 압축공기에 포함된 수분을 흡착제(제습제)를 이용하여 수분을 제거시키는 압축공기 건조방법 및 장치에 관한 것으로서, 외부 공기를 이용하여 탱크를 쿨링하고, 재생과정에서 사용된 건조된 압축공기를 외부로 배출하지 않고 전량 회수하여 사용함으로써 에너지를 절감할 수 있는 압축공기 건조방법 및 장치에 관한 것이다.

일반적으로 공기 속에 포함된 수분을 제거하는 압축공기 건조장치는 각종 자동화 설비, 반도체 제조라인, 도장라인, 수분과 접촉시 화학반응을 일으키는 화학공정 등 넓은 산업분야에 사용되고 있다.

압축공기 건조장치는 냉동콤프레셔를 이용하여 압축공기의 온도를 떨어뜨린 다음 공기 속에 포함된 수분을 응축시켜 제습시키는 냉동식과, 제습제가 충진된 탱크에 수분이 포함된 압축공기를 통과시켜 압축공기 속에 포함된 수분이 제습제에 흡착되도록 하는 흡착식으로 크게 구분된다.

흡착식 압축공기 건조장치는 제습제의 재생방법에 따라 열원이 필요없는 비가열식과 열원이 필요한 가열식으로 분류된다. 비가열식은 열원이 필요 없는 만큼 재생에 필요한 압축공기의 소모가 많아 에너지 소모가 큰 단점이 있고, 가열식은 열원(히터)에 의해 제습제를 재생하는 만큼 비가열식에 비해 에너지 소비가 적은 장점이 있다.

상기 흡착식 압축공기 건조장치는 제습제가 충전된 두 개의 탱크를 구성하여 한 개의 탱크가 압축공기의 제습과정을 거치는 동안 다른 탱크는 제습제 재생과정을 거치고, 일정한 시간이 지나면 압축공기 제습과정을 거치던 탱크는 재생과정으로 전환되고 제습제 재생과정을 거치던 탱크는 압축공기 제습과정으로 전환된다.

상기 가열에 의한 재생방법으로 구성된 흡착식 압축공기 건조장치는 도 1에 도시한 바와 같이 제습제가 충전된 제1탱크(10) 및 제2탱크(20), 압축공기(WA)를 공급방향을 전환하는 방향전환밸브(30), 유로상에 설치된 각종 밸브로 구성된다.

도 1은 제1탱크(10)가 압축공기 제습과정을 수행하고, 제2탱크(20)가 제습제 재생과정을 거치는 상태를 나타낸 구성도이다.

습한 압축공기(WA)가 방향전환밸브(30)를 통해 제1탱크(10)의 하부로 공급되면 습한 압축공기(WA)가 제1탱크(10)를 거치며 건조되고, 건조된 압축공기(DA)가 제1탱크(10)의 상부로 배출되어 체크밸브(51)를 통해 배출된다.

그리고 배출되는 건조된 압축공기(DA)중 일부가 리턴유로(90)를 통해 제2탱크(20)의 상부로 공급되는데, 상기 리턴유로(90)에는 히터(70)가 설치되어 리턴유로(90)를 통해 제2탱크(20)로 공급되는 건조된 압축공기(DA)를 200~230℃의 온도까지 가열시킨 후 제2탱크(20)로 압축공기를 공급한다.

이때, 상기 리턴유로(90)에는 유량조절밸브(60)를 설치하여 건조된 압축공기(DA) 중 약 8%의 건조된 압축공기(DA)를 제2탱크(20)로 리턴되도록 하고 오리피스(61)를 통해 균일한 압력으로 공급되도록 구성한다.

상기와 같이 리턴유로(90)를 통해 가열된 압축공기(DA)가 제2탱크(20)의 상부로 유입되어 제2탱크(20) 내부의 제습제를 가열하여 재생시키고 제2탱크(20)의 하부로 배출되어 밸브(42)와 머플러(80)를 통해 외부로 배출된다.

일정한 시간동안 가열된 건조 압축공기(DA)를 제2탱크(20)로 공급하여 제습제를 재생시킨 후 히터(70)에 전원이 차단되고, 냉각된 압축공기를 계속 제2탱크(20)에 공급하여 제습제를 냉각시킨다.

그리고 약 2시간이 경과한 후에는 도 2에 도시한 바와 같이 방향전환밸브(30)가 습한 압축공기(WA) 유로를 전환하여 제2탱크(20)로 공급하여 습한 압축공기(WA) 제습과정을 수행하도록 하고, 제1탱크(10)는 재생단계를 거치도록 한다.

이때도 마찬가지로 리턴유로(90)를 통해 건조된 압축공기(DA) 중 일부를 히터(70)로 가열하여 제1탱크(10)로 공급함으로써 재생단계를 거치도록 한다.

상기와 같이 종래의 압축공기는 배출되는 압축공기 중 일부를 리턴시켜 제습제 재생과정에 사용하는데, 압축공기는 7.0 내지 9.0 kg/㎠ 의 압력을 갖는데 이러한 고압력으로 압축된 압축공기의 일부를 리턴시켜 재생단계에 사용하므로 에너지 효율이 매우 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서 압축공기에 포함된 수분을 흡착제(제습제)를 이용하여 수분을 제거시키는 압축공기 건조방법 및 장치에 관한 것으로서, 외부 공기를 이용하여 탱크를 쿨링하고, 재생과정에서 사용된 건조된 압축공기를 외부로 배출하지 않고 전량 회수하여 사용함으로써 에너지를 절감할 수 있는 압축공기 건조방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 외부공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법은 제습제가 충전된 두 개의 탱크 중 하나의 탱크에 습한 압축공기를 통과시켜 건조된 압축공기로 건조시키는 제습단계; 상기 제습단계가 수행되는 동안 제습제가 충전된 다른 탱크에 블로우어와 히터를 이용하여 외부 공기를 가열한 후 통과시켜 제습제를 재생시키는 가열단계; 상기 가열단계를 거친 후 블로우어에서 공급되는 외부공기를 쿨러로 냉각시킨 후 냉각된 외부공기를 가열단계를 거친 탱크에 통과시켜 냉각시키는 1차 냉각단계; 상기 제습단계를 수행하는 탱크에 공급되던 습한 압축공기 유로를 전환하여 상기 1차 냉각단계를 거친 탱크에 습한 압축공기(WA)를 공급하여 냉각 배출시키고, 배출된 습한 압축공기(WA)를 제습단계를 수행하는 탱크에 공급하여 건조 배출시키는 2차 냉각단계;를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 1차 냉각단계는 블로우어를 통해 공급되는 외부 공기를 가열단계를 거친 탱크에 공급할 때 공급과 배출방향은 제습단계를 수행할 때 압축공기의 공급과 배출방향과 동일하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 습한 압축공기를 탱크에 공급할 때 공급과 배출방향은 제습단계를 수행할 때 압축공기의 공급과 배출방향과 동일하도록 구성된 것을 특징으로 하는 에너지 절약형 압축공기 건조방법.

그리고 본 발명에 의한 외부공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조장치는 제습제가 충전된 제1탱크(10) 및 제2탱크(20); 컨트롤러에 의해 제어되어 상기 제1탱크(10) 또는 제2탱크(20) 하부로 습한 압축공기(WA)를 선택적으로 공급하는 밸브(21,23);

외부공기를 히터(50)를 통해 가열하고 개방된 밸브(36)와 컨트롤러에 제어되는 밸브(33,34,22,24)를 통해 제1탱크(10) 또는 제2탱크(20)에 외부공기를 공급하여 통과시킨 후 머플러(60)를 통해 외부로 배출시키는 블로우어(40); 개방된 밸브(35)를 통해 블로우어(40)에서 컨트롤러에 의해 제어되는 밸브(22,24)를 통해 제1탱크(10) 또는 제2탱크(20)로 선택적으로 공급 통과하여 머플러(60)를 통해 외부로 배출되는 외부공기를 냉각시키는 쿨러(70);를 포함하여 구성된다.

이때, 상기 블로우어(40)에서 공급되고 히터(50)로 가열되어 제1탱크(10) 또는 제2탱크(20)로 선택적으로 공급되는 외부공기는 제1탱크(10) 또는 제2탱크(20)의 하부로 공급되도록 구성된 것을 특징으로 한다.

상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 외부공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법 및 장치는 제습처리된 고압의 압축공기를 재생단계에 사용하지 않고 외부의 공기를 재생단계에 사용함으로써 에너지 소비를 최소화할 수 있으면서도 양호한 압축공기의 건조도를 유지할 수 있는 장점이 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 압축공기 건조장치의 압축공기 유동을 도시한 흐름도.
도 3 내지 도 6은 본 발명에 의한 압축공기 건조장치의 압축공기 유동을 도시한 흐름도.

이하 첨부한 도면에 의하여 본 발명에 의한 외부공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법 및 장치를 상세하게 설명한다.

본 발명에 의한 압축공기 건조장치는 도 3에 도시한 바와 같이 제습제가 충전된 제1탱크(10) 및 제2탱크(20)가 구성되고, 각각의 탱크는 제습단계와 재생단계를 서로 교대로 반복 수행하며 압축공기를 건조시킨다.

그리고 상기 재생단계는 가열단계, 1차 냉각단계 및 2차 냉각단계로 구성된다.

도 3은 제1탱크가 습한 압축공기(WA)를 건조시키는 제습단계를 수행하고, 제2탱크(20)는 수분을 흡수한 제습제를 재생시키는 재생단계를 거치는 상태를 도시한 흐름도이다.

도 3에 도시한 바와 같이 습한 압축공기(WA)는 밸브(23)를 통해 제1탱크(10) 하부로 공급되고, 제1탱크(10)에서 건조된 압축공기(DA)는 밸브(31)를 통해 배출된다. 이때 밸브(21,24)는 닫힌 상태이다. 상기 밸브(21,22,23,24)는 도시하지 않은 컨트롤러에 의해 개폐가 제어된다.

그리고 제2탱크(20)는 재생단계를 거치는데 재생단계 중에서 가열단계를 거친다.

도 3과 같이 블로우어(40)에 의해 공급되는 외부공기는 히터(50)를 통해 약 200~230℃의 온도로 가열되고 밸브(36,34)를 통해 제2탱크(20)의 상부로 공급되어 제2탱크(20) 내부의 제습제를 가열한 후 밸브(22,37)를 거쳐 머플러(60)를 통해 외부로 배출된다. 이때 밸브(35,33,2138)은 컨트롤러에 의해 닫힌 상태이다.

상기와 같이 제습제를 고온의 공기로 약 2시간 내지 2시간 30분 정도 가열하면 제습제 내부에 흡착된 수분이 제거되어 제습제가 재생된다.

상기와 같이 고온으로 가열된 제습제는 고온인 상태에서 수분을 흡착하지 못하므로 냉각단계를 거쳐야한다.

본 발명의 압축공기 건조장치는 상술한 바와 같이 1차 냉각단계와 2차 냉각단계를 거치는데 도 4에 도시한 바와 같이 히터(50)의 전원이 차단된 상태에서 블로우어(40)에 의해 공급되는 외부공기는 밸브(35)와 쿨러(70)를 거쳐 밸브(22)를 통해 제2탱크(20)의 하부로 공급되어 상부를 통해 밸브(34,38)를 거쳐 머플러(60)를 통해 외부로 배출된다.

블로우어(40)를 통해 외부로부터 공급되는 공기는 수분이 함유된 습한 공기인데 상기와 같이 블로우어(40)를 통해 공급되는 공기를 제2탱크(20)의 하부로 공급하여 상부로 배출되도록 구성함으로써 제2탱크(20)가 재생공정을 마친 후 제습단계를 실시할 때 건조된 압축공기가 양호한 노점을 유지하도록 한다.

제습제가 충전된 탱크를 통과하여 건조된 압축공기의 노점(Dew point)은 탱크에서 배출되는 배출점에서 결정되므로 상기와 같이 블로우어(40)에서 공급되는 습한 외부 공기를 제2탱크(20)의 하부를 통해 상부로 배출되도록 구성하여 양호한 노점을 유지하도록 구성하는 것이 바람직하다.

물론 제2탱크(20)가 재생단계를 마친 후 제습단계로 전환되었을 때 제습단계에서 압축공기의 유동방향은 상기 1차 냉각단계의 압축공기 유동방향과 동일하게 제2탱크(20) 하부에서 상부로 유동하므로 이와 동일한 방향으로 블로우어(40)의 공기를 유동시키는 것이다.

이때, 밸브(36,24,37,21,32,33,36)은 컨트롤러에 의해 닫힌 상태로 전환되어 블로우어를 통해 공급되는 외부공기를 제2탱크(20), 쿨러(70), 머플러(60)로 유도하여 외부로 배출되도록 한다.

그리고 상기 쿨러(70)는 공지의 기술인 수냉식 쿨러를 사용한다.

상기 블로우어(40)에서 공급되는 외부공기는 약 0.2kg/㎠ 의 압력으로 공급되는데 압축과정에서 열이 발생하여 제2탱크(20)로 공급되는 외부공기 온도는 약 80℃의 상태이다.

따라서, 상기 블로우어(40)에서 공급되는 공기를 쿨러(70)로 냉각시킨 후 제2탱크(20)로 공급하는 것이 바람직하다.

그리고 쿨러(70)를 통해 일정 시간 냉각된 후에는 도 5에 도시한 바와 같이 블로우어(40)와 쿨러(70)의 가동을 중지하고 밸브(22,23)을 닫아 약 40℃ 정도 저온의 습한 압축공기(WA)를 밸브(21)를 통해 제2탱크(20) 하부로 공급하여 제습제를 냉각시키고 밸브(34,36,35,24)를 거쳐 제1탱크(10), 밸브(31)을 통해 배출하는 2차 냉각단계를 거친다.

상기와 같이 습한 압축공기(WA)가 제2탱크(20)를 통과하며 제2탱크(20)를 냉각시키고 건조되면서 제1탱크(10)를 통해 완전히 건조된 압축공기(DA)로 배출됨과 동시에 제2탱크(20)는 완전히 냉각된다.

그리고 상기 밸브(21)(23)을 유량조절밸브로 구성하고, 밸브(21)(23)을 개방하여 습한 압축공기(WA)를 제1탱크(10) 및 제2탱크(20)로 공급하도록 구성할 수 있다.

습한 압축공기(WA)의 20 내지 50% 정도를 제2탱크(20)로 공급하여 제2탱크(20)를 냉각시킨 후 밸브(24)를 통과하여 제1탱크(10)로 공급되는 습한 압축공기(WA)와 합류하여 제1탱크(10)를 통과하도록 구성할 수 있다.

상기와 같이 제2탱크(20)가 가열단계, 1차 냉각단계 및 2차 냉각단계로 구성된 재생단계를 마치면 도 6에 도시한 바와 같이 제1탱크(10)는 재생단계로 전환되고, 제2탱크(20)는 제습단계로 전환된다.

단계의 전환은 컨트롤러에 의한 밸브 개폐 조절을 통해 이루어진다.

압축공기 건조장치에서 가장 많은 에너지를 소비하는 부분은 제습제 재생을 위한 히터(50)에 사용되는 에너지와, 공기를 7.0 내지 9.0 kg/㎠ 압력으로 압축하여 습한 압축공기(WA)를 생산하는 부분에서 가장 많은 에너지를 소비한다.

이 중에서 재생단계를 위한 히터(50)의 가동은 필수적인 에너지 소비이므로 본 발명은 재생단계에서 압축공기를 외부로 배출하지 않으므로 에너지 소비를 대폭 절감할 수 있다.

반면에, 도 1 및 도 2에 도시한 종래의 압축공기 건조장치는 재생단계에서 이러한 고압의 압축공기의 약 8%를 사용한 후 외부로 배출시켜 버리기 때문에 많은 에너지가 낭비된다.

그러나 본 발명에 의한 압축공기 건조장치는 도 3과 같은 가열단계에서 블로우어(40)를 통해 외부의 공기를 가열하여 사용하므로 고압의 압축공기를 소비하지 않고, 도 4와 같은 1차 냉각단계에서도 블로우어(40)를 통해 외부의 공기를 사용하여 냉각하므로 고압의 압축공기를 소비하지 않으며, 도 5와 같은 2차 냉각단계에서 압축공기를 사용하여 냉각한 후 사용된 압축공기를 건조시켜 전량 회수하므로 많은 에너지를 소비하여 생산된 압축공기를 외부로 배출하지 않고 모두 사용하므로 에너지를 대폭 절감할 수 있는 것이다.

이상, 본 발명에 의한 외부공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법 및 장치에 대해 설명하였다.

상기 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

WA : 습한 압축공기
DA : 건조된 압축공기
10 : 제1탱크
20 : 제2탱크
21,22,23,24 : 밸브
31,32,33,34,35,36,37,38 : 밸브
40 : 블로우어
41 : 체크밸브
50 : 히터
60 : 머플러
70 : 쿨러

Claims (7)

1. 제습제가 충전된 두 개의 탱크 중 하나의 탱크에 습한 압축공기를 통과시켜 건조된 압축공기로 건조시키는 제습단계;,
   상기 제습단계가 수행되는 동안 제습제가 충전된 다른 탱크에 블로우어와 히터를 이용하여 외부 공기를 가열한 후 통과시켜 제습제를 가열 재생시키는 가열단계;,
   상기 가열단계를 거친 후 블로우어에서 공급되는 외부공기를 쿨러로 냉각시킨 후 냉각된 외부공기를 가열단계를 거친 탱크에 통과시켜 냉각시키는 1차 냉각단계;.
   상기 제습단계를 수행하는 탱크에 공급되던 습한 압축공기 유로를 전환하여 상기 1차 냉각단계를 거친 탱크에 습한 압축공기(WA)를 공급하여 냉각 배출시키고, 배출된 습한 압축공기(WA)를 제습단계를 수행하는 탱크에 공급하여 건조 배출시키는 2차 냉각단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 냉각단계 중 압축습공기 냉각 후 제습탱크로 순환시키는 압축공기 건조방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 1차 냉각단계는,
   블로우어를 통해 공급되는 외부 공기를 가열단계를 거친 탱크에 공급할 때 공급과 배출방향은 제습단계를 수행할 때 압축공기의 공급과 배출방향과 동일하도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉각단계 중 압축습공기 냉각 후 제습탱크로 순환시키는 압축공기 건조방법.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 2차 냉각단계는,
   제습단계를 수행하는 탱크에 공급되던 습한 압축공기 중 일부를 제2탱크에 공급하여 제2탱크를 냉각시키고, 제습단계를 수행하는 탱크에 공급되던 습한 압축공기에 합류시킨 후 제2탱크를 통과하도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉각단계 중 압축습공기 냉각 후 제습탱크로 순환시키는 압축공기 건조방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 2차 냉각단계는,
   습한 압축공기를 탱크에 공급할 때 공급과 배출방향은 제습단계를 수행할 때 압축공기의 공급과 배출방향과 동일하도록 구성된 것을 특징으로 하는 냉각단계 중 압축습공기 냉각 후 제습탱크로 순환시키는 압축공기 건조방법.
   
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