KR101518297B1 - 압축 건조공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법 및 장치 - Google Patents

압축 건조공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법 및 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압축공기에 포함된 수분을 제습제를 이용하여 압축공기에 포함된 수분을 제거하는 압축공기 건조방법 및 장치에 관한 것으로서 특히, 압축공기를 생산하는데 소요되는 에너지를 절감할 수 있는 압축공기 건조방법 및 장치에 관한 것이다.
본 발명에 의한 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 외부공기를 가열한 후 통과시켜 제습제를 가열 재생시키는 가열단계; 상기 가열단계를 거친 후 제습단계를 수행하는 탱크에서 배출되는 건조 압축공기 일부를 가열단계를 거친 탱크에 통과시킴으로써 가열단계를 거친 탱크를 냉각시키고, 가열된 압축공기를 쿨러로 냉각시킨 후 제습단계에서 배출되는 건조된 압축공기에 합류시켜 목적기기로 배출하는 냉각단계;를 포함하여 구성된다.

Description

압축 건조공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법 및 장치 {Compressed air dryer for recycling tank cooling by dryed and compressed air and its method}
본 발명은 압축공기에 포함된 수분을 제습제를 이용하여 압축공기에 포함된 수분을 제거하는 압축공기 건조방법 및 장치에 관한 것으로서 특히, 외부공기를 가열하여 재생탱크의 제습제를 가열 재생시키고, 건조된 압축공기를 이용하여 쿨링시킨 후 이를 전부 회수함으로써 압축공기를 생산하는데 소요되는 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 200~230의 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, 상온 상태의 건조된 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 사용하고 외부로 배출하므로하므로 에너지 효율이 매우 떨어지는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로서 제습처리된 고압의 압축공기를 재생단계 중 냉각단계에 사용하여 재생단계에서 재생효율을 높이면서도, 재생단계에 사용된 압축공기를 대기로 배출하지 않고 목적기기에 사용함으로써 에너지를 절약할 수 있는 압축 건조공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법 및 장치를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 의한 압축 건조공기를 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 외부공기를 가열한 후 통과시켜 제습제를 가열 재생시키는 가열단계; 상기 가열단계를 거친 후 제습단계를 수행하는 탱크에서 배출되는 건조 압축공기 일부를 가열단계를 거친 탱크에 통과시킴으로써 가열단계를 거친 탱크를 냉각시키고, 가열된 압축공기를 쿨러로 냉각시킨 후 제습단계에서 배출되는 건조된 압축공기에 합류시켜 목적기기로 배출하는 냉각단계;를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 냉각단계에서 제습단계를 수행하는 탱크에서 배출되는 건조 압축공기 중 재생단계인 탱크로 분할 공급되는 건조 압축공기는 약 30 내지 50% 인 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 압축 건조공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조장치는 제습제가 충전된 제1탱크(101) 및 제2탱크(102); 상기 제1탱크(101) 또는 제2탱크(102)로 습한 압축공기(WA)를 선택적으로 공급하는 밸브(111)(112); 상기 제1탱크(101) 또는 제2탱크(102)로부터 건조된 압축공기(DA)를 선택적으로 목적기기에 배출하는 밸브(115)(116); 상기 제1탱크(101) 또는 제2탱크(102)로 외부공기를 공급하는 블로우어(104); 상기 블로우어(104)로부터 공급되는 공기를 가열하는 히터(103); 제습단계에 있는 탱크로부터 배출되는 일부 압축공기를 선택적으로 재생단계에 있는 탱크로 공급하는 밸브(119)(120); 가열된 외부공기를 상기 제1탱크(101) 또는 제2탱크(102)로 가열된 공기를 선택적으로 공급하거나, 제1탱크(101) 또는 제2탱크(102)를 통과한 건조된 압축공기(DA)를 선택적으로 쿨러(105)로 배출시키는 밸브(117)(118); 냉각단계중인 탱크에서 배출된 가열된 압축공기를 냉각시켜 제습단계의 탱크에서 배출된 건조된 압축공기와 합류시키는 쿨러(105) 및 밸브(122);를 포함하여 구성된다.
이때, 상기 밸브(115),(119),(116),(120)은 유량조절밸브인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 압축 건조공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법 및 장치는 제습처리된 고압의 압축공기를 재생단계 중 냉각단계에 사용하여 재생단계에서 재생효율을 높이면서도, 재생단계에 사용된 압축공기를 대기로 배출하지 않고 목적기기에 사용함으로써 에너지를 대폭 절약할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 종래의 압축공기 건조장치를 도시한 도면.
도 3 내지 도 7은 본 발명의 압축공기 건조장치의 구성을 도시한 도면.
이하 첨부한 도면에 의하여 본 발명에 의한 압축 건조공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법 및 장치에 대하여 상세하게 설명하다.
본 발명에 의한 압축공기 건조장치는 제습제가 충전된 제1탱크(101)와 제2탱크(102), 외부의 공기를 건조장치 내부로 공급하는 블로우어(104), 상기 블로우어(104)를 통해 공급된 외부공기를 가열하는 히터(103), 상기 블로우어(104)의공기를 외부로 배출하는 머플러(106), 압축공기를 냉각시키는 쿨러(105)와, 다수의 밸브들로 구성된다.
상술한 제1탱크(101)와 제2탱크(102)은 어느 하나가 제습단계를 수행하는 동안 다른 하나는 재생단계를 수행한다.
도 3은 제1탱크(101)가 습한공기(WA)를 건조시키는 제습단계를 수행하고, 제2탱크(102)가 재생단계를 수행하는 상태를 도시한 구성도이다.
재생단계는 가열단계와, 냉각단계를 구성되는데 도 3의 제2탱크(102)는 재생단계 중 가열단계에 있는 상태이다.
습한 압축공기(WA)는 열린 밸브(111)를 통해 제1탱크(101)의 하부로 공급되어 상부로 배출되면서 밸브(115)를 통해 건조된 압축공기(DA)로 배출되어 목적기기에 사용된다.
그리고 블로우어(104)는 외부의 공기를 건조장치로 공급하고, 블러우어(104)를 통해 공급된 외부의 공기는 히터(103)에 의해 가열되어 밸브(118)를 통해 제2탱크(102) 상부로 유입되어 하부로 배출되면서 밸브(114)를 통해 머플러(106)로 대기로 배출된다.
상기 히터(103)는 블로우어(104)를 통해 공급된 공기를 약 200℃ 내지 230℃의 온도로 가열하고, 가열된 외부공기는 제2탱크(102)로 유입되어 내부에 충전된 제습제를 가열 건조시킨다.
도 3의 상태에서는 밸브 (111),(115),(121),(118),(114),(121)과, 머플러개폐밸브(107)는 개방된 상태이고, 밸브 (113),(112),(116),(117),(119),(120),(122)는 닫힌 상태이다.
상기와 같이 가열단계를 거친 후에는 냉각단계를 수행하여 약 200℃ 내지 230℃ 까지 가열된 제2탱크(102)를 냉각한다.
도 4와 같이 습한 압축공기(WA)가 제1탱크(101)를 거쳐 건조된 압축공기(DA)가 되는데, 밸브(119)를 개방하고 머플러개폐밸브(107)를 닫아 제1탱크(101)에서 배출되는 건조된 압축공기(DA) 일부를 제2탱크(102) 하부로 공급하여 상부로 배출시킨다.
이때, 상기 밸브(115),(119)는 유량조절밸브로 구성함으로써 제1탱크(101)를 통해 건조된 압축공기(DA)를 소정의 비율로 분배시킬 수 있도록 구성하는 것이 바람직하다.
제습단계를 수행하는 탱크에서 배출되는 건조 압축공기 중 재생단계인 탱크로 분할 공급되는 건조 압축공기는 약 30 내지 50% 인 것이 바람직하다.
제2탱크(102) 상부로 배출된 압축공기는 개방된 밸브(118)과 닫힌 밸브(121)에 의해 쿨러(105)가 설치된 유로로 유도되고, 쿨러(105)와 열린 밸브(122)를 통해 제1탱크(101)에서 배출되는 건조된 압축공기(DA)와 합류되어 목적기기에 사용된다.
이때, 상기 제2탱크(102)를 거친 건조된 압축공기(DA)는 200℃ 내지 230℃의 온도로 가열된 고온의 상태인데, 이러한 고온 상태의 공기를 쿨러(105)를 통해 상온 수준의 온도로 냉각하여 개방된 밸브(122)를 통해 제1탱크(101)에서 배출된 건조된 압축공기(DA)와 합류되어 목적기기에 사용된다.
즉, 가열단계에서는 외부의 공기를 블로우어(104)를 통해 가열하여 제2탱크(102)를 가열시킨 후 외부로 배출시키고, 냉각단계에서는 효율적인 냉각을 위해 제1탱크(101)에서 건조된 고압의 압축공기 일부를 제2탱크(102)로 공급하여 냉각시킨 후 열교환되어 고온 상태이 압축공기를 쿨러(105)를 통해 제습단계인 제1탱크(101)에서 배출된 건조된 압축공기(DA)와 합류하여 목적기기에 사용하므로 많은 에너지를 소비하여 생산된 고압의 압축공기를 냉각단계에서 사용한 후 버리지 않고 목적기기에 사용함으로써 에너지를 절감할 수 있는 것이다.
그리고 도 7에 도시한 바와 같이 밸브(115)를 닫아 제1탱크(101)에서 배출되는 건조된 압축공기(DA) 전량을 제2탱크(102)로 공급하여 제2탱크(102)를 냉각시킨 후 쿨러(105)로 가열된 압축공기를 냉각시킨 후 목적기기로 배출시키도록 구성할 수도 있다.
제2탱크(102)가 가열단계 및 냉각단계로 구성된 재생단계를 마치면 제1탱크(101)는 제습단계에서 재생단계로 전환되고, 제2탱크(102)는 재생단계에서 제습단계로 전환된다.
도 5에서와 같이 밸브(111)는 닫히고, 밸브(112)는 개방되어 습한 압축공기가 제2탱크(102) 하부로 공급되어 건조된 압축공기(DA)가 상부로 배출되며, 개방된 밸브(116)를 통해 배출되어 목적기기에 사용된다.
그리고 블로우어(104)를 통해 공급되는 외부공기는 히터(103)를 통해 200℃ 내지 230℃의 온도로 가열되어 밸브(121,118)을 통해 제2탱크(102) 상부로 유입되어 하부로 배출되면서 내부의 제습제를 가열하여 재생시킨다.
제2탱크(102) 내부의 제습제를 가열한 외부공기는 개방된 밸브(114)와 머플러개폐밸브(107)를 통해 머플러(106)에서 소음이 감소된 상태로 외부로 배출된다.
가열된 외부공기가 제2탱크(102) 내부의 제습제를 충분히 가열한 후 도 6에 도시한 바와 같이 히터(103)의 가동이 중단되고, 밸브(120)을 개방하고 머플러개폐밸브(107)을 닫아 제2탱크(102)에서 건조된 압축공기(DA) 일부를 제1탱크(101) 하부로 공급하고 상부로 배출시켜 제1탱크(101)를 냉각시킨다.
상기 밸브(116)(120)은 유량제어밸브를 사용함으로써 분할되는 유량을 조절하도록 구성하는 것이 바람직하다.
그리고 밸브(121)을 닫아 제1탱크(101)를 냉각시킨 건조된 압축공기를 쿨러(105)로 유도시킨다.
상기 제1탱크(101)를 냉각시켠 건조된 압축공기는 온도가 고온 상태이므로 쿨러(105)로 냉각시켜 도 6과 같이 제2탱크(102)를 통해 배출되는 건조된 압축공기(DA)와 합류시켜 목적기기에 사용하도록 한다.
상술한 밸브(111),(112),(113),(114),(115),(116),(117),(118),(119),(120),(121),(122), 머플러개폐밸브(107)와 블로우어(104), 히터(103) 및 쿨러(105)는 도시하지 않은 컨트롤러에 의해 제어되는 것으로서 이는 공지의 기술이므로 상세한 설명은 생략한다.
압축공기 건조장치에서 가장 많은 에너지를 소비하는 부분은 제습제 재생을 위한 히터(103)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(103)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 많은 에너지를 사용하여 생산된 고압의 압축공기의 약 8%를 사용한 후 외부로 배출시켜 버리기 때문에 많은 에너지가 낭비된다.
그러나 본 발명에 의한 압축공기 건조장치는 가열단계에서 블로우어(104)를 통해 외부의 공기를 가열하여 사용하므로 고압의 압축공기를 소비하지 않으며, 냉각단계에서는 압축공기를 사용하여 탱크를 냉각한 후 사용된 압축공기를 냉각시켜 전량을 회수하므로 많은 에너지를 소비하여 생산된 압축공기를 외부로 배출하지 않고 모두 사용하므로 에너지를 대폭 절감할 수 있는 것이다.
이상 본 발명에 의한 압축 건조공기를 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
101 : 제1탱크
102 : 제2탱크
103 : 히터
104 : 블로우어
105 : 쿨러
106 : 머플러
107 : 머플러개폐밸브
111,112,113,114 : 밸브
115,116,117,118,119,120,121,122 : 밸브

Claims (5)

  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 외부공기를 가열한 후 통과시켜 제습제를 가열 재생시키는 가열단계;
    상기 가열단계를 거친 후 제습단계를 수행하는 탱크에서 배출되는 건조 압축공기 일부를 가열단계를 거친 탱크에 통과시킴으로써 가열단계를 거친 탱크를 냉각시키고, 가열된 압축공기를 쿨러로 냉각시킨 후 제습단계에서 배출되는 건조된 압축공기에 합류시켜 목적기기로 배출하는 냉각단계;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 압축 건조공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 냉각단계에서,
    제습단계를 수행하는 탱크에서 배출되는 건조 압축공기 중 재생단계인 탱크로 분할 공급되는 건조 압축공기는 30 내지 50부피% 인 것을 특징으로 하는 압축 건조공기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 냉각단계에서,
    제습단계를 수행하는 탱크에서 배출되는 건조 압축공기 전부를 가열단계를 거친 탱크로 공급하여 냉각시킨 후 가열된 압축공기를 쿨러로 냉각하여 목적기기로 배출하도록 구성된 것을 특징으로 하는 압축 건조고기를 이용한 재생탱크 쿨링형 압축공기 건조방법.
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