KR101559019B1 - 압축열을 이용한 공기건조장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기건조장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 공기건조장치는, 외부공기를 압축하여 압축된 압축공기 전부를 고온의 재생용 공기로 공급하는 압축기와; 내부에 흡착제가 충전되며, 제1공정에서는 상기 압축기를 통해 공급되는 고온의 재생용 공기를 통과시켜 상기 흡착제를 가열재생하고, 제2공정에서는 저온의 재생용 공기를 통과시켜 상기 흡착제를 냉각재생하는 재생용 흡착탑과; 내부에 충전된 흡착제를 이용하여, 상기 제1공정 및 상기 제2공정에서 제습용 공기를 제습시키는 제습용 흡착탑과; 상기 제2공정에서 상기 압축기에서 공급되는 고온의 재생용 공기를 냉각하고 이를 상기 저온의 재생용 공기로 하여 상기 재생용 흡착탑에 공급하는 제1냉각기와; 상기 제1공정 및 상기 제2공정에서 상기 재생용 흡착탑에서 배출되는 배출 공기를 냉각하고 이를 상기 제습용 공기로 하여 상기 제습용 흡착탑에 공급하는 제2냉각기를 구비한다.

Description

압축열을 이용한 공기건조장치{Air dryer apparatus using heat of compression}
본 발명은 압축열을 이용한 공기건조장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 냉동식 공기건조기의 대용으로 흡착식을 이용하여 냉매에 따른 환경오염 및 냉동기의 소모전력을 없애고 냉동기의 수리보수의 까다로움과 번거로움을 없앨 수 있으며 압축열을 이용하여 제습 및 재생을 수행하고 절전효과를 가질 수 있는 공기건조장치에 관한 것이다.
일반적으로 공기 속에 포함된 수분을 제거한 건조공기는 각종 자동화설비, 반도체 제조공정 및 수분 접촉 시 화학반응을 일으키는 화학공정의 생산라인 등에 널리 사용된다.
이러한 건조공기 생산을 위한 공기건조장치로는, 냉동 압축기를 이용하여 압축공기의 온도를 낮춘 뒤 압축공기에 포함된 수분을 응축시켜 제습하는 냉동식 공기건조장치와, 흡착제(또는 제습제, 흡습제)를 이용하여 습한 공기에 포함된 공기를 흡착하여 제습하는 흡착식 공기건조장치로 구분된다.
냉동식 공기건조 장치는 냉매를 사용하기 때문에 냉매에 따른 환경오염이 발생되고 있으며, 냉동기의 가동에 따라 전력소모가 많다는 문제점이 있으며, 냉동기의 수리보수가 까다롭다는 문제점이 있다.
흡착식 공기건조 장치는, 흡착제가 내장된 한 쌍의 흡착탑과, 상기 한 쌍의 흡착탑에서 제습과 재생공정이 상호 교번되게 수행되도록 압축공기의 방향을 바꾸는 방향전환밸브와, 상기 방향전환밸브의 작동을 제어하는 전자밸브 및 타이머를 포함하는 제어부로 이루어진다.
이와 같은 구성을 갖는 일반적인 흡착식 공기건조 장치는 흡착제의 재생방법에 따라 소정의 열원을 이용하여 흡착제를 재생하는 가열 흡착식 공기건조장치와 재생용 공기만으로 흡착제를 재생하는 비(非)가열 흡착식 공기건조 장치로 구분된다.
또한, 상기 가열 흡착식 공기건조 장치는 재생용 공기의 재사용 여부에 따라, 압축기에서 압축된 공기를 순환시켜 흡착제를 재생하는 순환 가열 흡착식 공기건조 장치(이하, 넌 퍼지(Non-Purge) 방식 공기건조 장치이라 함.)과, 압축기에서 압축된 공기를 건조하고 건조된 공기로 흡착제를 재생하고 사용된 공기를 외부로 배출하는 비순환 가열 흡착식 공기건조 장치(이하, 퍼지(Purge) 방식 공기건조 장치라 함.)으로 구분된다.
이 중에서 본 발명과 관련된 넌 퍼지 방식 공기건조 장치는, 대한민국 등록특허 제10-0825391호(2008.04.21.)에 기재된 바와 같이, 압축기에서 압축되어 공급되는 압축공기를 냉각하여 대부분을 제습용 공기로 사용하고, 압축공기의 일부(예를 들면, 30% 정도)는 전기히터를 이용하여 가열하여 가열재생용 공기로 사용하는 방식이었다. 이러한 종래의 공기건조장치은 별도의 전기히터가 필요하게 되므로, 추가적인 에너지가 필요하여 에너지 낭비요인이 되고 있으며, 공기건조를 위한 처리 비용이 증가한다는 문제점이 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2014-0028402호(2014.03.10.) 대한민국 등록특허공보 제10-0825391호(2008.04.21.)
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 종래의 문제점을 극복할 수 있는 압축열을 이용한 공기건조장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 냉매에 따른 환경오염 및 냉동기의 소모전력을 없애고 냉동기의 수리보수의 까다로움과 번거로움을 없앨 수 있으며 에너지 소비를 줄이고 처리비용을 절감할 수 있는 압축열을 이용한 공기건조장치를 제공하는 데 있다.
상기한 기술적 과제들의 일부를 달성하기 위한 본 발명의 구체화에 따라, 본 발명에 따른 공기건조장치는, 외부공기를 압축하여 압축된 압축공기 전부를 고온의 재생용 공기로 공급하는 압축기와; 내부에 흡착제가 충전되며, 제1공정에서는 상기 압축기를 통해 공급되는 고온의 재생용 공기를 통과시켜 상기 흡착제를 가열재생하고, 제2공정에서는 저온의 재생용 공기를 통과시켜 상기 흡착제를 냉각재생하는 재생용 흡착탑과; 내부에 충전된 흡착제를 이용하여, 상기 제1공정 및 상기 제2공정에서 제습용 공기를 제습시키는 제습용 흡착탑과; 상기 제2공정에서 상기 압축기에서 공급되는 고온의 재생용 공기를 냉각하고 이를 상기 저온의 재생용 공기로 하여 상기 재생용 흡착탑에 공급하는 제1냉각기와; 상기 제1공정 및 상기 제2공정에서 상기 재생용 흡착탑에서 배출되는 배출 공기를 냉각하고 이를 상기 제습용 공기로 하여 상기 제습용 흡착탑에 공급하는 제2냉각기를 구비한다.
상기 공기건조장치는, 내부에 흡착제가 각각 충전되는 제1흡착탑 및 제2흡착탑를 구비하며, 상기 제1흡착탑 및 상기 제2흡착탑은 서로 교번하여 상기 재생용 흡착탑 또는 상기 제습용 흡착탑으로 전환되어 사용될 수 있다.
상기 제1공정은 상기 압축기에서 압축되어 공급되는 압축공기의 전부를 고온의 재생용 공기로 하여 상기 재생용 흡착탑을 가열재생하고, 상기 재생용 흡착탑에서 배출되는 배출공기를 상기 제2냉각기를 통해 냉각하고 이를 제습용 공기로 하여 상기 제습용 흡착탑에서 제습하여 외부로 건조공기를 배출하는 가열재생 및 제습공정이고, 상기 제2공정은 상기 압축기에서 공급되는 상기 고온의 재생용 공기 전부를 상기 제1냉각기를 통해 냉각하고 이를 저온의 재생용 공기로 하여 상기 재생용 흡착탑을 냉각재생하고, 상기 재생용 흡착탑에서 배출되는 배출공기를 상기 제2냉각기를 통해 다시 냉각하고 이를 제습용 공기로 하여 상기 제습용 흡착탑에서 제습하여 외부로 건조공기를 배출하는 냉각재생 및 제습공정일 수 있다.
상기 재생용 흡착탑 및 상기 제습용 흡착탑은 하나의 흡착타워 내부를 양분하여 구비되거나, 별도의 흡착탑 형태로 구비될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 냉매의 사용에 따른 환경오염을 줄일 수 있으며 에너지 소비를 줄이고 처리비용을 절감할 수 있다. 또한, 에너지 소비를 줄이고 처리비용을 절감할 수 있게 된다. 또한 제1공정 및 제2공정으로 공정이 단순화되어 제습 및 재생 처리 시간을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기건조장치의 구성을 나타낸 개략도이고,
도 2는 도 1의 제1흡착탑의 가열재생 및 제2흡착탑의 제습과정을 나타낸 개략도이고,
도 3은 도 1의 제1흡착탑의 냉각재생 및 제2흡착탑의 제습과정을 나타낸 개략도이고,
도 4는 도 1의 제2흡착탑의 가열재생 및 제1흡착탑의 제습과정을 나타낸 개략도이고,
도 5는 도 1의 제2흡착탑의 냉각재생 및 제1흡착탑의 제습과정을 나타낸 개략도이다.
이하에서는 본 발명의 바람직한 실시예가, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 철저한 이해를 제공할 의도 외에는 다른 의도 없이, 첨부한 도면들을 참조로 하여 상세히 설명될 것이다.
이때, 본 발명을 구성하는 각 구성요소 중 공지된 구성 및 그 구성의 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 판단하는데 장애요소로 작용된다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략하기로 한다. 또한, 도면에 도시된 각 구성요소들 중 동일한 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압축열을 이용한 넌 퍼지 방식의 흡착식 공기건조장치의 구성을 도시하는 개략도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 넌 퍼지 방식의 흡착식 공기건조장치(100)는 한 쌍의 흡착탑(A,B), 압축기(CP), 제1냉각기(C1), 제2냉각기(C2) 등을 구비한다. 또한 복수의 개폐밸브들(1,1-2,2,2-2,3,3-2,4-2,5,5-2,6,6-2)이 구비된다. 이외에 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 잘 알려진 필수 구성요소가 추가로 구비될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 공기건조장치(100) 제1공정 및 제2공정을 구비한다.
상기 제1공정은 압축공기 전부를 재생용 공기로 하여 재생용 흡착탑에 대한 가열재생공정을 수행하고, 가열재생공정을 수행한 배출 공기를 냉각하고 이를 제습용 공기로 하여 제습용 흡착탑을 통해 건조하여 건조공기를 배출하는 공정이다.
그리고, 제2공정은 상기 압축공기 전부를 1차 냉각하여 재생용 공기로 하여 재생용 흡착탑에 대한 냉각재생공정을 수행하고, 냉각재생공정을 수행한 배출 공기를 다시 2차 냉각하고 이를 제습용 공기로 하여 제습용 흡착탑을 통해 건조하여 건조공기를 배출하는 공정이다.
상기 한 쌍의 흡착탑(A,B))은 습한 공기 중에 포함된 수분을 흡착하여 건조한 공기를 생산하기 위한 것으로 서로 동일한 형상 및 구조로 이루어진 제1흡착탑(A) 및 제2흡착탑(B)을 구비한다.
상기 제1흡착탑(A) 및 상기 제2흡착탑(B) 각각은 소정의 길이를 갖는 밀폐된 원통형상으로 형성되고, 내부에는 흡착제(Adsorbent)가 충전되며, 그 상부 및 하부에는 흡착제 전환시 사용되는 주입구 및 배출구가 각각 설치된다. 또한, 상기 각 흡착탑(A,B)의 상부 및 하부 내측에는 흡착제의 유실을 방지하기 위한 스테인리스 재질의 스크린 메시(Mesh)와, 공기(제습용 및 재생용 공기)의 흐름을 적절하게 분산하기 위한 공기 분배기(Air Distributor) 등이 구비된다.
상기 각 흡착탑(A,B)에 충전되는 흡착제에는 활성 알루미나(Activated Alumina), 실리카겔(Silica Gel), 알루미나 실리카겔(Alumina SilicaGel), 몰레큘러시브(Molecular Sieves) 등이 있다.
상기 제1흡착탑(A) 및 상기 제2흡착탑(B) 각각은 재생용 흡착탑 및 제습용 흡착탑으로 서로 교번하여 전환되어 사용되게 된다. 또한 상기 제1흡착탑(A) 및 상기 제2흡착탑(B)은 하나의 원통 또는 흡착 타워(tower)를 두 개의 방으로 양분하여 하나의 방에는 제1흡착탑(A)으로 구성하고 나머지 하나의 방에는 제2흡착탑(B)으로 구성할 수도 있고, 각각 별개의 흡착탑으로 구성할 수도 있다.
상기 제1흡착탑(A) 또는 상기 제2흡착탑(B)이 재생용으로 사용되는 경우 재생용 흡착탑으로 칭하고, 제습용으로 사용되는 경우 제습용 흡착탑으로 칭할 수 있다. 예를 들어 제1흡착탑(A)이 제습용으로 사용되고 제2흡착탑(B)이 재생용으로 사용되는 경우에는 제1흡착탑(A)이 제습용 흡착탑이 되고, 제2흡착탑(B)이 재생용 흡착탑이 된다. 또한 제1흡착탑(A)이 재생용으로 사용되고 제2흡착탑(B)이 제습용으로 사용되는 경우에는 제1흡착탑(A)이 재생용 흡착탑이 되고, 제2흡착탑(B)이 제습용 흡착탑이 된다.
본 발명에서 도 2 및 도 3의 경우는 제1흡착탑(A)이 재생용으로 사용되고 제2흡착탑(B)이 제습용으로 사용되는 경우이고, 도 4 및 도 5의 경우는 제1흡착탑(A)이 제습용으로 사용되고 제2흡착탑(B)이 재생용으로 사용되는 경우를 나타낸다.
상기 압축기(CP)는 상술한 공기건조 장치(100)의 최 선단에 위치되어 외부에서 유입된 습한 공기를 소정의 압력(약 7.0㎏/㎠)으로 압축하기 위한 것이며, 통상적인 스크루 방식 압축기 또는 터보 방식 압축기가 사용될 수 있다.
이 중에서 스크루 방식의 압축기는 압축 시 약 140~160℃의 압축열이 발생되고 터보 방식의 압축기는 약 100~120℃의 압축열이 발생되는 바, 상기 압축기(CP)를 통해 압축된 압축공기는 대략 100 ~ 160℃의 온도를 갖게 된다.
본 발명에서 고온이란 100℃ 이상을 의미하고, 저온이란 50℃ 이하를 의미할 수 있다.
상기 압축기(CP)는 압축된 압축공기 전부를 고온의 재생용 공기로 공급하게 된다.
종래의 공기건조장치의 경우에는 상기 압축기(CP)를 통해 공급되는 압축공기의 대략 30% 정도만 가열재생용으로 사용되고, 70% 정도는 제습용으로 사용되었기 때문에, 재생용 흡착탑에 대한 가열재생 용도로 사용되기 위해서는 상대적으로 적은 공기를 사용하므로 재생의 효율성 확보를 위해 별도의 전기히터를 이용해 공기를 200℃ 이상으로 가열하는 것이 필요했다.
그러나, 본 발명에서는 압축된 압축공기 전부를 재생용도로 사용하기 때문에 별도의 전기히터가 필요하지 않아, 에너지 절감 및 건조공기 발생을 위한 처리비용이 절감되는 효과가 있다.
도시되지는 않았지만, 상기 압축기(CP)의 압축공기 배출구 후단에는 전처리 필터가 구비될 수 있다. 상기 전처리 필터는 상기 압축공기에서 이물질(수분 또는 유분 및 분진)을 제거하기 위한 것이다. 또한, 상기 전처리 필터는 상기 흡착탑(A,B)에서의 과도한 차압 발생 및 각종 밸브 등의 작동불량으로 인한 출구의 압력 저하를 방지하기 위하여 바이패스 밸브를 자동으로 개방하여 출구의 압력을 일정하게 유지시킨다.
상기 전처리 필터는 구비되지 않을 수도 있다. 상기 압축기(CP)에서 배출되는 공기는 100℃ 이상의 고온이고 이물질이 많지 않기 때문에 상기 전처리 필터는 생략가능하다.
상기 제1냉각기(C1)는 상기 제1공정에서는 사용되지 않으며, 상기 제2공정에서는 상기 압축기(CP)에서 공급되는 고온의 재생용 공기를 대략 40℃ 이하로 냉각하고 이를 상기 저온의 재생용 공기로 하여 상기 재생용 흡착탑에 공급하게 된다.
상기 제1냉각기(C1)의 토출구 측에는 상기 제1냉각기(C1)에서 냉각된 재생용 공기에 포함된 수분을 분리하기 위한 수분리기(미도시)가 구비될 수 있다. 이때 수분리는 통상적인 사이클론 타입(Cyclone Type) 또는 디미스터 타입(Demister Type)의 분리기가 사용될 수 있다.
상기 제2냉각기(C2)는 상기 제1공정 및 상기 제2공정에서 상기 재생용 흡착탑에서 배출되는 배출공기를 대략 40℃ 이하로 냉각하고 이를 제습용 공기로 하여 상기 제습용 흡착탑에 공급하게 된다.
상기 제2냉각기(C2)의 토출구 측에는 상기 제2냉각기(C2)에서 냉각된 상기 제습용 공기에 포함된 수분을 분리하기 위한 수분리기(미도시)가 구비될 수 있으며, 통상적인 사이클론 타입(Cyclone Type) 또는 디미스터 타입(Demister Type)의 분리기가 사용될 수 있다.
여기서 제습용 공기 또는 재생용 공기로의 전환, 제1공정에서 제2공정으로의 전환, 및 제2공정에서 제1공정으로의 전환은 공기가 이송되는 배관상에 설치된 복수의 개폐밸브들(1,1-2,2,2-2,3,3-2,4-2, 5,5-2,6,6-2)의 개폐 제어에 의해 가능하다.
그리고, 상기 복수의 개폐밸브들(1,1-2,2,2-2,3,3-2,4-2, 5,5-2,6,6-2)은 상기 제1흡착탑(A) 및 제2흡착탑(B)를 재생용 흡착탑과 제습용 흡착탑으로 서로 교번하여 사용하는 경우에, 공기의 이송방향을 전환시켜 상기 제1흡착탑(A) 및 제2흡착탑(B)에 적절하게 유입시키고 배출시키기 위해서도 사용된다.
제1개폐밸브(1)는 상기 압축기(CP)에서 공급되는 고온의 재생용 공기의 이송배관상에 설치되어, 상기 제1공정에서는 개방되어 상기 제습용 흡착탑 측으로 고온의 재생용 공기가 공급되도록 하고, 상기 제2공정에서는 폐쇄되어 상기 고온의 재생용 공기가 상기 제1냉각기(C1)로 유입되도록 한다.
제1-2개폐밸브(1-2)는 상기 제1냉각기(C1)로 유입되는 공기의 이송배관상에 설치되어, 상기 제1공정에서는 폐쇄되어 상기 압축기(CP)의 고온의 재생용 공기가 상기 제1냉각기(C1)가 아닌 상기 재생용 흡착탑 측으로 공급되도록 하고, 상기 제2공정에서는 개방되어 상기 고온의 재생용 공기가 상기 제1냉각기(C1)로 유입되도록 한다.
제2-2개폐밸브(2-2)는 상기 제1냉각기(C1)에서 유출되는 공기의 이송배관 상에 설치되어 제1-2개폐밸브(1-2)와 연동되어 상기 제1-2개폐밸브(1-2)의 개방시 개방되어 냉각된 저온의 재생용 공기가 상기 재생용 흡착탑 측으로 유입되도록 하고, 제1-2개폐밸브(1-2)의 폐쇄시 폐쇄되어 상기 압축기(CP)의 고온의 재생용 공기가 상기 제1냉각기(C1)가 아닌 상기 재생용 흡착탑 측으로 공급되도록 한다.
제2개폐밸브(2)는 상기 제2흡착탑(B)이 재생용 흡착탑으로 사용되는 경우에 개방되어 상기 압축기(CP)에서 공급되는 고온의 재생용 공기 또는 상기 제1냉각기(C1)에서 공급되는 저온의 재생용 공기를 상기 제2흡착탑(B)에 공급되도록 한다. 상기 제2흡착탑(B)이 제습용 흡착탑으로 사용되는 경우에는 상기 제2개폐밸브(2)는 폐쇄된다.
제3-2개폐밸브(3-2)는 상기 제1흡착탑(A)이 재생용 흡착탑으로 사용되는 경우에 개방되어 상기 압축기(CP)에서 공급되는 고온의 재생용 공기 또는 상기 제1냉각기(C1)에서 공급되는 저온의 재생용 공기를 상기 제1흡착탑(A)에 공급되도록 한다. 상기 제1흡착탑(A)이 제습용 흡착탑으로 사용되는 경우에는 상기 제2개폐밸브(2)는 폐쇄된다.
제3개폐밸브(3)는 상기 제1흡착탑(A)이 재생용 흡착탑으로 사용되는 경우에 폐쇄되고, 상기 제1흡착탑(A)이 제습용 흡착탑으로 사용되는 경우에 개방되어 상기 제2냉각기(C2)에서 공급되는 제습용 공기가 상기 제1흡착탑(A)에 공급되도록 한다.
제4-2개폐밸브(4-2)는 상기 제2흡착탑(B)이 재생용 흡착탑으로 사용되는 경우에는 폐쇄되고, 상기 제2흡착탑(B)이 제습용 흡착탑으로 사용되는 경우에 개방되어 상기 제2냉각기(C2)에서 공급되는 제습용 공기가 상기 제2흡착탑(B)에 공급되도록 한다.
제5-2개폐밸브(5-2)는 상기 제1흡착탑(A)이 재생용 흡착탑으로 사용되는 경우에 개방되어 상기 제1흡착탑(A)에서 배출되는 배출공기가 상기 제2냉각기(C2)에 공급되도록 한다. 상기 제1흡착탑(A)이 제습용 흡착탑으로 사용되는 경우에는 상기 제2개폐밸브(2)는 폐쇄된다.
제5개폐밸브(5)는 상기 제2흡착탑(B)이 재생용 흡착탑으로 사용되는 경우에 개방되어 상기 제2흡착탑(B)에서 배출되는 배출공기가 상기 제2냉각기(C2)에 공급되도록 한다. 상기 제2흡착탑(B)이 제습용 흡착탑으로 사용되는 경우에는 상기 제5개폐밸브(5)는 폐쇄된다.
제6개폐밸브(6)는 상기 제1흡착탑(A)이 재생용 흡착탑으로 사용되는 경우에 폐쇄되고, 상기 제1흡착탑(A)이 제습용 흡착탑으로 사용되는 경우에 개방되어 상기 제1흡착탑(A)에서 공급되는 건조공기를 외부로 배출하게 된다.
제6-2개폐밸브(6-2)는 상기 제2흡착탑(B)이 재생용 흡착탑으로 사용되는 경우에 폐쇄되고, 상기 제2흡착탑(B)이 제습용 흡착탑으로 사용되는 경우에 개방되어 상기 제2흡착탑(B)에서 제습되어 공급되는 건조공기를 외부로 배출하게 된다.
상기 건조공기는 각종 사용처로 배출되기 전에 후처리 필터(미도시)에 의해 이물질(수분 또는 유분 및 분진)을 한 번 더 제거하여 건조한 공기를 사용하는 각종 장비가 손상되는 것을 방지한다. 또한, 상기 후처리 필터도 전처리 필터와 마찬가지로 흡착탑(A,B)에서의 과도한 차압 발생 및 각종 밸브 등의 작동불량으로 인한 출구의 압력 저하를 방지하기 위하여 바이패스 밸브를 자동으로 개방하여 출구의 압력을 일정하게 유지시키는 역할을 한다. 또한, 상기 후처리 필터도 전처리 필터와 마찬가지로 서로 병렬로 두 개가 구비되어 필터교체시나 고장시 대체할 수 있도록 구성된다.
상술한 바와 같은 구조를 갖는 공기건조장치(100)의 동작을 도 2 내지 도 5을 통해 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3은 상기 제1흡착탑(A)에서 재생이 이루어지고 상기 제2흡착탑(B)에서는 제습이 이루어진다고 가정하여, 제습용 흡착탑은 제2흡착탑(B)이고, 재생용 흡착탑은 제1흡착탑(A)인 것으로 가정한 상태에서 설명한다. 여기서 상기 제1공정 및 상기 제2공정은 한 쌍의 흡착탑(A,B)에서 동시에 이루어지게 된다.
여기서 개폐밸브의 경우 폐쇄된 경우는 검게 표시하고 개방된 경우는 별도의 표시를 하지 아니하여 개폐상태를 알 수 있도록 하였다.
도 2는 도 1에서의 제1공정(가열재생 및 제습과정)에서의 공기흐름을 나타낸 개략도이고, 도 3은 도 1에서의 제2공정(냉각재생 및 제습과정)에서의 공기흐름을 나타낸 개략도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 외부에서 유입된 습한 공기는 압축기(CP)에 의해 고온(약 100 ~ 160℃) 및 고압(약 7.0㎏/㎠)으로 압축된 뒤, 전체가 고온의 재생용 공기로 공급된다.
상기 고온의 재생용 공기는 재생용 흡착탑인 상기 제1흡착탑(A)으로 유입된다. 여기서 고온의 재생용 공기가 상기 제1흡착탑(A)으로 유입되어 가열재생을 위한 순환배관을 통해 순환하도록 제1개폐밸브(1)는 개방되고, 상기 제1냉각기(C1)로 유입되지 않도록 냉각재생을 위한 순환배관 상에 구비되는 상기 제1-2개폐밸브(1-2) 및 상기 제2-2개폐밸브(2-2)는 폐쇄된다.
또한 상기 제3-2개폐밸브(3-2), 상기 제4-2개폐밸브(4-2), 상기 제5-2개폐밸브, 상기 제6-2개폐밸브(6-2)는 개방되고, 상기 제2개폐밸브(2), 상기 제3개폐밸브(3), 상기 제5개폐밸브(5), 상기 제6개폐밸브(6)는 폐쇄되게 된다.
이는 고온의 재생용 공기가 제1흡착탑(A)을 거치지 않고 상기 제1냉각기(C1) 또는 제2흡착탑(B)로 직접 이송되거나 상기 제1흡착탑(A)을 거친 배출 공기가 다른 곳으로 새지 않고 상기 제2냉각기(C2)로 이송되도록 하기 위함이다.
상기 제1흡착탑(A)으로 유입된 고온의 재생용 공기는 그 내부에 충전된 흡착제의 수분을 탈착시킨 후, 배출되어 상기 제2냉각기(C2)로 이송된다.
상기 제1흡착탑(A)을 통과한 배출공기는 상기 제2냉각기(C2)로 공급되어 상기 제2냉각기(C2)에서 대략 40℃ 이하로 냉각된 후 제습용 공기로 상기 제2흡착탑(B)으로 유입된다.
상기 제2흡착탑(B)으로 유입된 제습용 공기는 그 내부의 흡착제와 접촉하며 수분이 완전히 제거되어 건조한 건조공기로 바뀌어 외부로 배출되게 된다.
도 3은 도 1에서의 제2공정(냉각재생 및 제습과정)에서의 공기흐름을 나타낸 개략도이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 외부에서 유입된 습한 공기는 압축기(CP)에 의해 고온(약 100 ~ 160℃) 및 고압(약 7.0㎏/㎠)으로 압축된 뒤, 전체가 고온의 재생용 공기로 공급된다.
상기 고온의 재생용 공기는 상기 제1냉각기(C1)로 유입된다.
여기서 고온의 재생용 공기가 상기 제1냉각기(C1)로 유입되고 냉각재생을 위한 순환배관을 통해 순환되도록, 냉각재생을 위한 순환배관 상에 구비되는 상기 제1-2개폐밸브(1-2) 및 상기 제2-2개폐밸브(2-2)은 개방되고, 가열재생을 위한 순환배관 상에 구비되는 제1개폐밸브(1)는 폐쇄된다.
또한 상기 제3-2개폐밸브(3-2), 상기 제4-2개폐밸브(4-2), 상기 제5-2개폐밸브, 상기 제6-2개폐밸브(6-2)는 개방되고, 상기 제2개폐밸브(2), 상기 제3개폐밸브(3), 상기 제5개폐밸브(5), 상기 제6개폐밸브(6)는 폐쇄되게 된다.
이는 고온의 재생용 공기가 제1흡착탑(A)을 거치지 않고 상기 제1냉각기(C1) 또는 제2흡착탑(B)로 직접 이송되거나 상기 제1흡착탑(A)을 거친 배출 공기가 다른 곳으로 새지 않고 상기 제2냉각기(C2)로 이송되도록 하여, 미리 정해진 냉각재생 및 제습순환 경로를 유지하도록 하기 위함이다.
상기 제1냉각기(C1)으로 유입된 고온의 재생용 공기는 상기 제1냉각기(C1)를 통해 대략 40℃로 냉각되어 저온의 재생용 공기가 되어 상기 제1흡착탑(A)으로 유입된다.
상기 제1흡착탑(A)으로 유입된 저온의 재생용 공기는 그 내부에 충전된 흡착제의 수분을 탈착시킨 후 배출되어, 상기 제2냉각기(C2)로 이송된다.
상기 제1흡착탑(A)을 통과한 배출공기는 상기 제2냉각기(C2)를 통해 대략 40℃ 이하로 냉각된 후, 제습용 공기로 되어 상기 제2흡착탑(B)으로 유입되게 된다.
상기 제2흡착탑(B)으로 유입된 제습용 공기는 그 내부의 흡착제와 접촉하며 수분이 완전히 제거되어 건조한 건조공기로 바뀌어 외부로 배출되게 된다.
도 4 및 도 5는 상기 제1흡착탑(A)에서 제습이 이루어지고 상기 제2흡착탑(B)에서는 재생이 이루어진다고 가정하여, 제습용 흡착탑은 제1흡착탑(A)이고, 재생용 흡착탑은 제2흡착탑(B)인 것으로 가정한 상태에서 설명한다. 여기서 상기 제1공정 및 상기 제2공정은 한 쌍의 흡착탑(A,B)에서 동시에 이루어지게 된다.
여기서 개폐밸브의 경우 폐쇄된 경우는 검게 표시하고 개방된 경우는 별도의 표시를 하지 아니하여 개폐상태를 알 수 있도록 하였다.
도 4는 도 1에서의 제1공정(가열재생 및 제습과정)에서의 공기흐름을 나타낸 개략도이고, 도 5은 도 1에서의 제2공정(냉각재생 및 제습과정)에서의 공기흐름을 나타낸 개략도이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 외부에서 유입된 습한 공기는 압축기(CP)에 의해 고온(약 100 ~ 160℃) 및 고압(약 7.0㎏/㎠)으로 압축된 뒤, 전체가 고온의 재생용 공기로 공급된다.
상기 고온의 재생용 공기는 재생용 흡착탑인 상기 제2흡착탑(B)으로 유입된다. 여기서 고온의 재생용 공기가 상기 제2흡착탑(B)으로 유입되어 가열재생을 위한 순환배관을 통해 순환하도록 제1개폐밸브(1)는 개방되고, 상기 제1냉각기(C1)로 유입되지 않도록 냉각재생을 위한 순환배관 상에 구비되는 상기 제1-2개폐밸브(1-2) 및 상기 제2-2개폐밸브(2-2)는 폐쇄된다.
또한 상기 제3-2개폐밸브(3-2), 상기 제4-2개폐밸브(4-2), 상기 제5-2개폐밸브, 상기 제6-2개폐밸브(6-2)는 폐쇄되고, 상기 제2개폐밸브(2), 상기 제3개폐밸브(3), 상기 제5개폐밸브(5), 상기 제6개폐밸브(6)는 개방되게 된다.
이는 고온의 재생용 공기가 제2흡착탑(B)을 거치지 않고 상기 제1냉각기(C1) 또는 제1흡착탑(A)로 직접 이송되거나 상기 제2흡착탑(B)을 거친 배출 공기가 다른 곳으로 새지 않고 상기 제2냉각기(C2)로 이송되도록 하기 위함이다.
상기 제2흡착탑(B)으로 유입된 고온의 재생용 공기는 그 내부에 충전된 흡착제의 수분을 탈착시킨 후, 배출되어 상기 제2냉각기(C2)로 이송된다.
상기 제2흡착탑(B)을 통과한 배출공기는 상기 제2냉각기(C2)로 공급되어 상기 제2냉각기(C2)에서 대략 40℃ 이하로 냉각된 후 제습용 공기로 상기 제1흡착탑(A)으로 유입된다.
상기 제1흡착탑(A)으로 유입된 제습용 공기는 그 내부의 흡착제와 접촉하며 수분이 완전히 제거되어 건조한 건조공기로 바뀌어 외부로 배출되게 된다.
도 5는 도 1에서의 제2공정(냉각재생 및 제습과정)에서의 공기흐름을 나타낸 개략도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 외부에서 유입된 습한 공기는 압축기(CP)에 의해 고온(약 100 ~ 160℃) 및 고압(약 7.0㎏/㎠)으로 압축된 뒤, 전체가 고온의 재생용 공기로 공급된다.
상기 고온의 재생용 공기는 상기 제1냉각기(C1)로 유입된다.
여기서 고온의 재생용 공기가 상기 제1냉각기(C1)로 유입되고 냉각재생을 위한 순환배관을 통해 순환되도록, 냉각재생을 위한 순환배관 상에 구비되는 상기 제1-2개폐밸브(1-2) 및 상기 제2-2개폐밸브(2-2)은 개방되고, 가열재생을 위한 순환배관 상에 구비되는 제1개폐밸브(1)는 폐쇄된다.
또한 상기 제3-2개폐밸브(3-2), 상기 제4-2개폐밸브(4-2), 상기 제5-2개폐밸브, 상기 제6-2개폐밸브(6-2)는 폐쇄되고, 상기 제2개폐밸브(2), 상기 제3개폐밸브(3), 상기 제5개폐밸브(5), 상기 제6개폐밸브(6)는 개방되게 된다.
이는 고온의 재생용 공기가 제2흡착탑(B)을 거치지 않고 상기 제1냉각기(C1) 또는 제1흡착탑(A)로 직접 이송되거나 상기 제2흡착탑(B)을 거친 배출 공기가 다른 곳으로 새지 않고 상기 제2냉각기(C2)로 이송되도록 하여, 미리 정해진 냉각재생 및 제습순환 경로를 유지하도록 하기 위함이다.
상기 제1냉각기(C1)으로 유입된 고온의 재생용 공기는 상기 제1냉각기(C1)를 통해 대략 40℃로 냉각되어 저온의 재생용 공기가 되어 상기 제2흡착탑(B)으로 유입된다.
상기 제2흡착탑(B)으로 유입된 저온의 재생용 공기는 그 내부에 충전된 흡착제의 수분을 탈착시킨 후 배출되어, 상기 제2냉각기(C2)로 이송된다.
상기 제2흡착탑(B)을 통과한 배출공기는 상기 제2냉각기(C2)를 통해 대략 40℃ 이하로 냉각된 후, 제습용 공기로 되어 상기 제1흡착탑(A)으로 유입되게 된다.
상기 제1흡착탑(A)으로 유입된 제습용 공기는 그 내부의 흡착제와 접촉하며 수분이 완전히 제거되어 건조한 건조공기로 바뀌어 외부로 배출되게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 압축기(CP)를 통해 압축된 압축공기 전체를 재생과정에 사용하고, 재생과정을 거친 공기를 제습하여 건조공기로 배출함에 따라, 별도의 히터가 필요하지 않아, 에너지 효율을 극대화시킬 수 있으며, 건조공기 처리를 위한 처리비용을 절감할 수 있다. 또한 제1공정 및 제2공정으로 공정이 단순화되어 제습 및 재생 처리 시간을 줄일 수 있다.
상기한 실시예의 설명은 본 발명의 더욱 철저한 이해를 위하여 도면을 참조로 예를 든 것에 불과하므로, 본 발명을 한정하는 의미로 해석되어서는 안될 것이다. 또한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 본 발명의 기본적 원리를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변화와 변경이 가능함은 명백하다 할 것이다.
110 : 흡착탑 120 : 압축기
130 : 전처리 필터 140 : 후처리 필터
150 : 제1냉각기 160 : 제1분리기
170 : 제2냉각기 180 : 제2분리기
240 : 개폐밸브들 260 : 제 1 방향전환밸브
270 : 제 2 방향전환밸브

Claims (4)

  1. 외부공기를 압축하여 압축된 압축공기 전부를 고온의 재생용 공기로 공급하는 압축기와;
    내부에 흡착제가 충전되며, 제1공정에서는 상기 압축기를 통해 공급되는 고온의 재생용 공기를 통과시켜 상기 흡착제를 가열재생하고, 제2공정에서는 저온의 재생용 공기를 통과시켜 상기 흡착제를 냉각재생하는 재생용 흡착탑과;
    내부에 충전된 흡착제를 이용하여, 상기 제1공정 및 상기 제2공정에서 제습용 공기를 제습시키는 제습용 흡착탑과;
    상기 제2공정에서 상기 압축기에서 공급되는 고온의 재생용 공기를 냉각하고 이를 상기 저온의 재생용 공기로 하여 상기 재생용 흡착탑에 공급하는 제1냉각기와;
    상기 제1공정 및 상기 제2공정에서 상기 재생용 흡착탑에서 배출되는 배출 공기를 냉각하고 이를 상기 제습용 공기로 하여 상기 제습용 흡착탑에 공급하는 제2냉각기를 구비하며,
    상기 제1공정은 상기 압축기에서 압축되어 공급되는 압축공기의 전부를 고온의 재생용 공기로 하여 상기 재생용 흡착탑을 가열재생하고, 상기 재생용 흡착탑에서 배출되는 배출공기를 상기 제2냉각기를 통해 냉각하고 이를 제습용 공기로 하여 상기 제습용 흡착탑에서 제습하여 외부로 건조공기를 배출하는 가열재생 및 제습공정이고,
    상기 제2공정은 상기 압축기에서 공급되는 상기 고온의 재생용 공기 전부를 상기 제1냉각기를 통해 냉각하고 이를 저온의 재생용 공기로 하여 상기 재생용 흡착탑을 냉각재생하고, 상기 재생용 흡착탑에서 배출되는 배출공기를 상기 제2냉각기를 통해 다시 냉각하고 이를 제습용 공기로 하여 상기 제습용 흡착탑에서 제습하여 외부로 건조공기를 배출하는 냉각재생 및 제습공정임을 특징으로 하는 공기건조장치.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 공기건조장치는,
    내부에 흡착제가 각각 충전되는 제1흡착탑 및 제2흡착탑를 구비하며, 상기 제1흡착탑 및 상기 제2흡착탑은 서로 교번하여 상기 재생용 흡착탑 또는 상기 제습용 흡착탑으로 전환되어 사용됨을 특징으로 하는 공기건조장치.
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 재생용 흡착탑 및 상기 제습용 흡착탑은 하나의 흡착타워 내부를 양분하여 구비되거나, 별도의 흡착탑 형태로 구비됨을 특징으로 하는 공기건조장치.
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