KR102242809B1 - 압축공기 건조장치, 압축공기 건조시스템 및 이를 이용한 압축공기 건조 방법 - Google Patents

Abstract

본발명은 압축공기 건조장치, 압축공기 건조시스템 및 압축공기 건조방법에 대한 것으로 본 발명에 따른 제습공정과 재생공정이 교대로 이루어지는 한 쌍의 제습탱크를 포함하는 압축공기 건조장치에 있어서, 상기 압축공기 건조장치는, 재생공정이 진행되어야 하는 다른 제습탱크로 재생전용 건조공기를 주입하도록 구비된 재생전용 드라이어; 및 상기 재생전용 드라이어와 연결되어 상기 재생전용 드라이어에 압축공기를 공급하는 재생전용 콤프레서;를 포함한다.

Description

압축공기 건조장치, 압축공기 건조시스템 및 이를 이용한 압축공기 건조 방법{COMPRESSED AIR DRYER, SYSTEM AND DRYING METHOD THEREOF}

본 발명은 압축공기 건조장치, 압축공기 건조시스템 및 이를 이용한 압축공기 건조방법에 대한 것으로, 보다 구체적으로 재생공정에서 버려지는 고온고압의 압축공기를 제습공정에 다시 투입함으로써 에너지 낭비를 최소화하도록 구비된 한 쌍의 제습탱크를 구비한 압축공기 건조장치, 압축공기 건조시스템 및 이를 이용한 압축공기 건조방법에 대한 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 충전된 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(히팅부)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 제습공정을 거치는 동안 다른 탱크는 제습된 제습제의 재생공정을 거치고, 일정한 시간이 지나면 압축공기 제습공정을 거치던 탱크는 재생공정으로 전환되고 제습제 재생공정을 거치던 탱크는 압축공기 제습공정으로 전환된다.

도 1은 종래 압축공기 건조장치를 개략적으로 도시한 것으로, 제1탱크(10)가 압축공기 제습공정을 수행하고, 제2탱크(20)가 제습제 재생공정을 거치는 상태를 나타낸 구성도이고, 도 2는 제2탱크(20)가 압축공기 제습공정을 수행하고, 제1탱크(10)가 제습제 재생공정을 거치는 상태를 나타낸 구성도이다.

도 1을 자세히 설명하면, 습한 압축공기(WA)가 방향전환밸브(30)를 통해 제1탱크(10)의 하부로부터 공급되면 습한 압축공기(WA)가 제1탱크(10) 상부를 거치며 건조되고, 건조된 압축공기(DA)가 제1탱크(10)의 상부로 이동하여 체크밸브(51)를 통해 배출된다.

그리고 배출되는 건조된 압축공기(DA)중 일부가 리턴유로(90)를 통해 제2탱크(20)의 상부로 공급되는데, 상기 재생공기 공급유로(90)에는 히팅부(70)가 설치되어 이 유로(90)를 통해 제2탱크(20)로 공급되는 건조된 압축공기(DA)를 200~250℃의 온도까지 가열시킨 후 제2탱크(20)로 재생공기를 공급한다.

이때, 상기 재생공기 공급유로(90)에는 유량조절밸브(60)를 설치하여 건조된 압축공기(DA) 중 약 8~15%의 건조된 재생공기(DA)를 재생공기 조절밸브와 오리피스(b1)을 통해 균일한 압력으로 제2탱크(20)로 공급되도록 구성한다.

상기와 같이 재생공기 공급유로(90)를 통해 가열된 압축공기(DA)가 제2탱크(20)의 상부로 유입되어 제2탱크(20) 내부의 제습된 제습제를 가열하여 제습제로부터 수분을 박리시켜 재생시키고 제2탱크(20)의 하부를 통하여 수분을 함유한 재생공기는 밸브(42)와 머플러(80)를 통해 외부로 배출된다.

일정한 시간동안 가열된 건조재생공기(DA)를 제2탱크(20)로 공급하여 제습제를 재생시킨 다음에는 설정된 시간에 따라 히팅부(70)에 전원이 차단되고, 상온 상태의 건조된 재생공기를 계속 제2탱크(20)에 공급하여 제습제를 냉각시킨다.

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

이때도 마찬가지로 재생공기 공급유로(90)를 통해 건조된 압축공기(DA) 중 일부를 히팅부(70)로 가열하여 제1탱크(10)로 공급함으로써 재생공정을 거치도록 한다.

상기와 같이 종래의 압축공기는 배출되는 압축공기 중 일부를 제습제 재생공정에 사용하는데, 통상 7.0 내지 9.0 kgf/㎠G 의 압력을 갖는 압축 건조공기의 일부를 재생공정에 사용하고 외부로 배출하여 소모하므로 에너지 손실이 매우 큰 문제점이 있었다.

본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치는 재생공정에 사용되는 고압력으로 압축된 압축공기를 외부에 배출함이 없이 제습공정에 다시 투입되도록 하여 에너지 손실을 최소화하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 압축공기 건조장치는 고온의 압축공기 배출을 최소화하여 환경영향을 최소화하는 것을 또다른 목적으로 한다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일양상에 따른 제습공정과 재생공정이 교대로 이루어지는 한 쌍의 제습탱크를 포함하는 압축공기 건조장치에 있어서, 상기 압축공기 건조장치는, 재생공정이 진행되어야 하는 다른 제습탱크로 재생전용 건조공기를 주입하도록 구비된 재생전용 드라이어; 및 상기 재생전용 드라이어와 연결되어 상기 재생전용 드라이어에 압축공기를 공급하는 재생전용 콤프레서;를 포함한다.

여기서, 상기 압축공기 건조장치는 상기 한 쌍의 제습탱크 중 제습공정이 이루어지는 탱크로부터 상기 재생공정이 진행되어야 하는 다른 제습탱크로 제습공정이 완료된 건조공기의 일부를 재생용 건조공기로 전달할 수 있도록 구비된 개폐가능한 제1 컨트롤밸브를 구비한 제1 유로; 및 상기 제1 컨트롤밸브와 선택적으로 개폐되는 제2 컨트롤밸브를 구비하고, 상기 제1 유로가 폐쇄될 경우 상기 재생공정이 진행되어야 하는 다른 제습탱크로 상기 재생전용 건조공기를 전달하도록 구비된 제2 유로를 포함할 수 있다.

여기서, 상기 압축공기 건조장치는, 상기 제1 유로를 통해 공급되는 상기 재생용 건조공기 또는 상기 제2 유로를 통해 공급되는 재생용 건조공기 또는 상기 재생전용 드라이어로부터 공급되는 재생전용 건조공기를 고온으로 가열하여 제습탱크에 충진된 제습제를 가열하기 위한 히팅부;를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 압축공기 건조장치는, 상기 재생공정이 진행되어야 하는 다른 제습탱크를 통과함으로써 상기 다른 제습탱크에 충진된 제습제에서 박리된 고온상태의 습증기에서 수분을 분리하여 응축수를 만들기 위해 냉각하기 위한 냉각기를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 압축공기 건조장치는, 상기 냉각기를 거친 냉각된 상기 습증기로부터 상기 응축수를 분리하기 위한 수분분리기;를 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 압축공기 건조장치의 습공기 유입라인과 상기 수분분리기는 서로 연결되고, 상기 수분분리기를 통과한 상기 재생용 건조공기 또는 상기 재생전용 건조공기가 상기 습공기 유입라인으로부터 유입된 습공기와 함께 합쳐저 상기 건조작업이 이루어지는 다른 제습탱크로 공급되도록 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 재생전용 드라이어 및/또는 재생전용 콤프레서가 적어도 둘 이상의 압축공기 건조장치와 병렬적으로 결합하여 재생전용 건조공기를 공급하도록 구비된 압축공기 건조 시스템이 제공된다.

본 발명의 또다른 양상에 따르면 유입라인을 통해 공급된 습공기를 제습제가 충전된 두 개의 탱크 중 미리 설정된 다른 제습탱크에 통과시켜 제습제를 통과하면서 제습제에 수분이 흡착되어 생산된 건조공기를 토출라인으로 배출하는 제습공정;과 상기 제습공정이 진행되는 동안 이미 제습공정을 수행했던 제습탱크에 포함된 수분을 흡착한 제습제를 가열재생 시키기 위하여 재생전용 콤프레서 및 재생전용 드라이어로부터 별도의 재생전용 건조공기를 공급받아 히팅라인에 설치된 히팅부로 가열하고, 상기 약 200~250℃로 가열된 재생전용 건조공기를 상기 제습탱크로 공급하여 통과시켜 상기 수분을 흡착한 제습제를 약 1~3시간 가열하여 수분을 박리시키는 가열과정; 및 상기 가열과정이 끝난 후 상기 히팅부의 전원을 차단하여 가동이 중지한 상태에서 습증기 상태의 뜨거운 공기를 상온에 도달하도록 식히는 약 1~3시간의 냉각과정;을 포함하는 압축공기 건조방법이 제공된다.

여기서, 상기 냉각과정에 있어서, 상기 냉각된 습증기를 수분분리기에 공급하여 수분을 제거하는 수분제거공정;을 더 포함할 수 있다.

여기서, 상기 수분제거공정을 거친 상기 재생전용 건조공기의 압력은 상기 유입라인을 통해 공급된 습공기의 압력을 초과하여 습공기와 섞이도록 구비될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치는 재생공정에 사용되는 고압력으로 압축된 압축공기를 외부에 배출함이 없이 제습공정에 다시 투입되도록 하여 에너지 손실을 최소화할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 압축공기 건조장치는 고온의 압축공기 배출을 최소화하여 고온의 압축공기 배출로 인한 환경영향을 최소화할 수 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

도 1은 종래 압축공기 건조장치를 개략적으로 도시한 것으로, 제1탱크(10)가 압축공기 제습공정을 수행하고, 제2탱크(20)가 제습제 재생공정을 거치는 상태를 나타낸 구성도이고, 도 2는 제2탱크(20)가 압축공기 제습공정을 수행하고, 제1탱크(10)가 제습제 재생공정을 거치는 상태를 나타낸 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치를 작동하는 경우 건조과정의 제습탱크에 의한 건조공기의 흐름 및 건조공기의 생산과 제습탱크의 재생공정에서의 재생전용 건조공기의 흐름을 예시한 도면이다.
도 5는 압축공기 건조장치가 병렬로 결합된 모습을 도시한 예시도이다.
도 6은 압축공기 건조장치를 병렬로 결합한 경우 각각의 압축공기 건조장치에서 건조과정의 제습탱크에 의한 건조공기의 흐름 및 건조공기의 생산과 제습탱크의 재생공정에서의 재생전용 건조공기의 흐름을 예시한 도면이다.

본 발명의 목적 및 효과, 그리고 그것들을 달성하기 위한 기술적 구성들은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명을 설명함에 있어서 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기증을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있다. 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 그러므로 그 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 또는 "구비"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부" 또는 "...유닛" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

한편, 본 발명의 실시 예에 있어서, 각 구성요소들, 기능 블록들 또는 수단들은 하나 또는 그 이상의 하부 구성요소로 구성될 수 있으며, 각 구성요소들이 수행하는 전기, 전자, 기계적 기능들은 전자회로, 집적회로, ASIC(Application Specific Integrated Circuit) 등 공지된 다양한 소자들 또는 기계적 요소들로 구현될 수 있으며, 각각 별개로 구현되거나 2 이상이 하나로 통합되어 구현될 수도 있다.

이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치, 압축공기 건조시스템 및 압축공기 건조방법에 대하여 첨부한 도면을 참고하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치를 도시한 도면이다.

도 3을 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치는 한 쌍의 제습탱크(110, 120), 재생전용 드라이어(500) 및 재생전용 콤프레서(600)를 포함한다.

구체적으로 제습탱크는 내부에 제습제가 구비되어 있어 제습탱크를 통과하는 압축된 고압 습공기는 제습탱크에 충전된 제습제에 의하여 건조공기로 변환되어 배출되도록 구비된다.

한 쌍의 제습탱크(110, 120)는 제습공정과 재생공정이 교대로 이루어지도록 구비되어 제습의 효율을 증대함과 동시에 한쪽의 제습공정시 다른 한쪽의 제습탱크는 재생공정이 이루어지므로 연속적인 건조공기의 공급이 가능하다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치의 제습경로 및 재생경로를 간략히 도시한 도면으로써, 구체적으로 본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치를 작동하는 경우 건조과정의 제습탱크에 의한 건조공기의 흐름 및 건조공기의 생산과 제습탱크의 재생공정에서의 재생전용 건조공기의 흐름을 예시한 도면이다.

도 4를 참고하면, 습공기는 유입라인(Inlet line)을 통해 제습공정이 이루어지는 제습탱크로 공급된다. 이때 습공기가 지나는 유입라인(Inlet line) 이외의 밸브는 차단되어 타경로로 이동하지 못하도록 제어될 수 있다. 제습공기가 지나는 유입라인(Inlet line)을 통해 제습탱크로 공급된 습공기는 제습제에 의하여 습기가 제거되고 토출라인(Outlet line)으로 이동하여 건조된 압축공기를 공급하도록 구비된다.

본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치는 상기 한 쌍의 제습탱크(110, 120) 중 제습공정이 이루어지는 제습탱크로부터 상기 재생공정이 진행되어야 하는 다른 제습탱크로 제습공정이 완료된 건조공기의 일부를 재생용 건조공기로 전달할 수 있도록 구비된 개폐가능한 제1 컨트롤밸브(105)를 구비한 제1 유로가 형성될 수 있다. 또한, 상기 제1 컨트롤밸브와 선택적으로 개폐되는 제2 컨트롤밸브(106)를 구비하고, 상기 제1 유로가 폐쇄될 경우 상기 재생공정이 진행되어야 하는 다른 제습탱크로 상기 재생전용 건조공기를 전달하도록 구비된 제2 유로를 포함할 수 있다.

도 3 및 도 4를 참고하면, 제1 컨트롤밸브(105) 또는 머플러(160)라인의 제3 개폐밸브를 포함한 점선 표시 부분은 재생전용 드라이어(500) 및 재생전용 콤프레서(600)가 작동하지 않는 등 재생전용 공기를 공급받지 못하는 유사시를 대비하여 종래의 도 1 또는 도 2에 따른 일반적인 제습공정 및 재생공정으로 전환할 수 있도록 한 것이다. 이와 같은 구성을 통하여 제습공정 및 재생공정이 멈추지 않도록 할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치가 작동하는 경우 제1 컨트롤밸브는 차단된 상태로 유지되는 것이 바람직하다. 이는 제습공정이 완료된 건조공기가 재생공정에 사용되지 않고 토출라인(Outlet line)으로 모두 배출될 수 있도록 하기 위함이다.

도 4에서 살펴볼 수 있듯이 점선으로 표시된 재생유로를 통해 재생공정이 이루어져야 하는 제습탱크로 건조공기가 주입된다. 도 3 및 도 4를 참고하면, 재생공정이 진행되어야 하는 다른 제습탱크로 재생전용 건조공기를 주입하도록 구비된 재생전용 드라이어(500) 및 상기 재생전용 드라이어(500)와 연결되어 상기 재생전용 드라이어(500)에 압축공기를 공급하는 재생전용 콤프레서(600)가 도시되어 있다.

도 4에서 실선으로 표시된 제습유로는 습공기가 공급되어 토출유로로 배출되기까지의 경로를 예시한 것이다. 도 4를 참고하면, 재생전용 드라이어(500)와 재생전용 콤프레서(600)에 의한 재생전용 건조공기만이 재생공정이 이루어지는 제습탱크로 이동하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치는, 상기 제1 유로를 통해 공급되는 상기 재생용 건조공기 또는 상기 제2 유로를 통해 공급되는 재생용 건조공기 또는 상기 재생전용 드라이어(500)로부터 공급되는 재생전용 건조공기를 고온으로 가열하기 위한 히팅부(130)를 더 포함할 수 있다.

재생전용 콤프레서(600)에서 압축된 공기가 재생전용 드라이어(500)에 공급되어 히팅부(130)로 이동하며, 히팅부(130)에 의하여 가열된 건조공기는 재생공정이 이루어지는 제습탱크 내부로 주입되고, 제습탱크 내부의 제습제가 가열되며 이를 통해 습기가 박리될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치는 습기를 머금은 고온의 재생전용 건조공기는 도 4에 도시된 점선의 경로로 이동하도록 구비된다. 이동 경로에 있어서 머플러 방향으로 향하는 곳에 고온의 습공기가 배출되는 것을 차단할 수 있는 제3 컨트롤밸브가 구비되어 있다.

도 4에 도시된 바와 같이 재생공정에 사용된 재생전용 건조공기는 제습공정이 이루어지는 습공기의 유로에 합쳐저 함께 제습공정이 이루어지도록 구비될 수 있다. 이때, 제습공정이 이루어지는 제습탱크(110)에 고온의 습공기가 공급되면 제습효율을 크게 낮추는 요인이 될 수 있다. 또한, 약 200~250℃ 내외의 고온 고압의 공기로써 제습공정 후 생산되는 건조공기를 얻기에는 부적당하다.

이를 방지하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 상기 압축공기 건조장치는, 상기 재생공정이 진행되어야 하는 다른 제습탱크(120)를 통과함으로써 다른 제습탱크에 충진된 제습제에서 박리된 고온상태의 습증기에서 수분을 분리하여 응축수를 만들기 위해 냉각하기 위한 냉각기 (140)를 더 포함할 수 있다. 냉각기

또한, 상기 압축공기 건조장치는, 상기 냉각기(140)를 거친 상기 습증기로부터 상기 응축수를 분리하기 위한 수분분리기를 더 포함할 수 있는데, 이를 통해 상대습도가 크게 높아진 재생공정의 재생전용 건조공기 등은 수분분리기를 통과하며 수분이 응축되어 분리되어 낮은 습도의 공기로 변화하게 될 수 있고, 수분분리기에 의하여 수분이 제거된 공기는 낮은 농도로 수분을 포함하고 있는 상태로, 습공기 유입라인(Inlet line)의 습공기와 합쳐지게 되어 제습공정이 이루어지는 제습탱크로 공급될 수 있다.

상기 압축공기 건조장치의 습공기 유입라인(Inlet line)과 상기 수분분리기는 서로 연결되고, 상기 수분분리기를 통과한 상기 재생전용 건조공기가 상기 습공기 유입라인(Inlet line)으로부터 유입된 습공기와 함께 상기 제습공정이 이루어지는 다른 제습탱크로 공급되도록 구비될 수 있다.

종래 재생에 사용된 공기를 탱크외부로 배출시키는 일반적인 동작방식으로 가열과 재생에 사용하였던 약 8~15%의 건조공기는 대기로 방출되는 바, 본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치는 이와 같은 에너지 소모를 절감하고자 한 장치 및 이를 이용한 시스템을 제공한다.

기존의 일반적인 방식의 장치는 재생공정에 사용되었던 공기는 압축공기든 블로워공기든 사용후 대기로 방출시켜 버릴 수 밖에 없는 에너지 소비성 시스템인 것이다. 또한, 이 에너지 손실을 최소로 하는 시스템은 여러가지 방법들이 있었으나 최소의 절약방법일 뿐 획기적인 에너지 손실을 막기에는 미미하였다.

본 발명은 기존 압축공기 건조장치 또는 시스템에 필요한 재생(가열, 냉각)에 필요한 공기를 에어 드라이어 토출라인에서 일부를 인출하여 사용하는 것이 아니고, 에어 드라이어의 건조공정에 가해지는 가동압력보다 높은 압력(최대 약 0.2~0.7 kg/㎠정도)을 가진 별도의 건조공기를 받아 재생(가열, 냉각)에 사용하고, 또한 재생에 사용된 후 습공기의 인입라인으로 보내 습공기와 합쳐지게 하여 제습탱크에서 생성된 건조공기를 전량 재사용하도록 함으로써 공기손실이 전혀 없게 하는 시스템이다.

예를 들면, 재생공정에 공급되는 재생전용 건조공기는 에어 드라이어의 유입라인(Inlet line)에 공급되는 습공기에 비하여 고압상태로 공급되는 것이 바람직하다. 약 10,000N㎥/h (에어 드라이어의 실제 설계 처리유량 약 13,000N㎥/h), 압력이 약 7.0kgf/㎠G 으로 가동하고 있는 상태에서 별도의 재생전용 콤프레서(600)가 유량 약 3,000N㎥/h이고, 약 7.2~7.5kgf/㎠G 에 해당하는 압력으로 본 발명의 압축공기 건조장치의 가동압력보다 높은 압축공기를 생산하여 공급함으로써 에어 드라이어의 재생과정에 투입할 수 있게 된다. 이를 통해 약 3,000N㎥/h의 재생전용 건조공기가 약 10,000N㎥/h의 습공기와 함께 유입라인에서 합쳐져 13,000N㎥/h의 유량이 제습탱크로 유입되어 건조공기가 되어 토출라인(Outlet line)을 통해 배출될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치에 의한 압축공기 건조방법은 우선, 유입라인(Inlet line)을 통해 공급된 습공기를 제습제가 충전된 두 개의 탱크 중 미리 설정된 다른 제습탱크에 통과시켜 제습제를 통과하면서 제습제에 수분이 흡착되어 생산된 건조공기를 토출라인(Outlet line)으로 배출하는 제습공정(S110)이 포함된다. 제습공정에서는 상온의 습공기가 제습탱크 내부에 충전된 제습제에 의하여 건조한 상태로 변화하게 되는데, 예를 들면, 약 10,000N㎥/h의 습공기에 대한 제습공정은 약 4시간의 범위에서 이루어지는 것이 경제적인 면과 설치면적을 감안한 부분과 유지관리에 바람직한 규격으로 통상적으로 쓰여지고 있다.

다음으로, 상기 제습공정이 진행되는 동안 이미 제습공정을 수행했던 제습탱크에 포함된 수분을 흡착한 제습제를 가열재생 시키기 위하여 재생전용 콤프레서(600) 및 재생전용 드라이어(500)로부터 별도의 재생전용 건조공기를 공급받아 히팅라인에 설치된 히팅부(130)로 가열하여, 약 1~3시간 가열된 재생전용 건조공기를 상기 제습탱크로 공급하여 통과시켜 상기 수분을 흡착한 제습제를 가열하여 수분을 박리시킨 후 습증기 상태의 뜨거운 공기를 제습탱크 외부로 배출하는 가열과정(S120)이 포함된다.

종래 제습공정이 완료된 건조공기의 일부에 해당하는 약 8~15%가 재생에 사용 후 대기중으로 방출되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치는 별도의 재생전용 드라이어(500)와 재생전용 콤프레서(600)를 통해 재생전용 건조공기를 전달받아 이를 가열하여 사용하므로 토출라인(Outlet line)의 고압 건조공기를 사용하지 않고도 재생공정이 이루어질 수 있게 되고 소실되는 압축공기의 양을 획기적으로 감소시킬 수 있는 것이다.

다음으로, 상기 가열과정이 끝난 후 상기 히팅부(130)의 전원을 차단하여 가동이 중지한 상태에서 제습탱크에 충진된 제습제의 온도를 상온에 도달하도록 식히는 약 1~3시간의 냉각과정(S130)이 포함된다. 가열하여 뜨거워진 제습탱크에 충진된 제습제의 온도가 약 200~250℃ 내외의 고온 상태이므로 다시 상온으로 냉각된 상태라야 유입된 습공기의 제습효율을 높여 건조공기의 생산효율을 높이도록 하는 것이다.

상기 냉각과정에 있어서, 상기 냉각된 습증기를 수분분리기에 공급하여 수분을 제거하는 수분제거공정을 더 포함할 수 있다. 습기가 포함된 상태로 유입라인(Inlet line)의 습증기와 함께 합쳐지는 경우 제습공정을 수행하는 제습탱크의 가동시간이 낮아질 수 있고 제습제의 흡착효율과 수명에 있어 불리하므로 냉각을 통해 응축수를 발생시켜 분리하여 배출시켜 유입되는 습공기의 적정한 습도 한계를 넘지 않도록 하기 위함이다.

이때, 상기 수분제거공정을 거친 상기 재생전용 건조공기의 압력은 습증기 유입라인(Inlet line)으로 용이하게 인입이 될 수 있도록, 상기 유입라인(Inlet line)을 통해 공급된 습공기의 압력을 초과하도록 구비될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 하나의 재생전용 드라이어(500) 및/또는 하나의 재생전용 콤프레서(600)가 적어도 둘 이상의 압축공기 건조장치와 병렬적으로 결합하여 재생전용 건조공기를 공급하도록 구비된 압축공기 건조 시스템이 제공된다.

도 5는 압축공기 건조장치가 병렬로 결합된 모습을 도시한 예시도이고, 도 6은 압축공기 건조장치를 병렬로 결합한 경우 각각의 압축공기 건조장치에서 건조과정의 제습탱크에 의한 건조공기의 흐름 및 건조공기의 생산과 제습탱크의 재생공정에서의 재생전용 건조공기의 흐름을 예시한 도면이다.

재생에 사용된 공기를 탱크외부로 배출시키는 일반적인 동작방식으로 가열과 재생에 사용하였던 약 8~15%의 건조공기는 대기로 방출되는 바 본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조장치는 이와 같은 에너지 소모를 절감하고자 한 장치 및 이를 이용한 시스템을 제공한다.

기존의 일반적인 방식의 장치는 재생공정에 사용되었던 공기는 압축공기든 블로워공기든 사용후 대기로 방출시켜 버릴 수 밖에 없는 에너지 소비성 시스템인 것이다. 또한, 이 에너지 손실을 최소로 하는 시스템은 여러가지 방법들이 있었으나 최소의 절약방법일 뿐 획기적인 에너지 손실을 막기에는 미미하였다.

본 발명은 기존 압축공기 건조 시스템에 필요한 재생(가열, 냉각)에 필요한 공기를 에어 드라이어 토출라인에서 일부를 인출하여 사용하는 것이 아니고, 인입라인에 가해지는 가동압력보다 높은 압력(최대 약 0.2~0.7 kg/㎠정도)을 가진 별도의 건조공기를 받아 재생(가열, 냉각)에 사용하고, 또한 재생에 사용된 후 습공기의 인입라인으로 보내 습공기와 합쳐지게 하여 늘어난 재생전용 공기와 함께 제습탱크에서 생성된 건조공기를 전량 재사용하도록 함으로써 공기손실이 전혀 없게 하는 시스템인 것이다.

구체적인 예로써, 도 5 및 도 6을 참고하면 제1 제습탱크(110), 제2 제습탱크(120)를 포함하는 제1 에어 드라이어, 제3 제습탱크(210), 제4 제습탱크(220)를 포함하는 제2 에어 드라이어, 재생전용 드라이어(500), 재생전용 콤프레서(600)가 도시되어 있다. 이때 제1 제습탱크(110) 및 제4 제습탱크(220) 각각의 유량이 약 10,000N㎥/h(실제 설계 처리유량 약 13,000N㎥/h), 압력이 약 7.0kgf/㎠G 으로 가동하고 있는 상태에서 별도의 재생전용 콤프레서(600)가 유량 약 6,000N㎥/h, 압력 약 7.2~7.5kgf/㎠G 에 해당하는 제1 제습탱크(110) 또는 제4 제습탱크(220) 가동압력보다 높은 압축공기를 생산하여 이중 3,000N㎥/h의 유량을 재생전용 드라이어로 보내 건조공기를 생산하여 에어 드라이어의 재생공기로 사용 후 습공기 인입측에서 합쳐지도록 하여 제1 제습탱크(110) 또는 제4 제습탱크(220)에서 각각 약 13,000 N㎥/h의 건조공기를 생산할 수 있도록 한다.

본 발명의 실시예에 따른 압축공기 건조 시스템은 재생전용 드라이어(500)를 거친 약 6,000N㎥/h 을 각각 약 3,000N㎥/h의 유량으로 나누어 제2 제습탱크(120) 및 제3 제습탱크(210)의 재생공정(가열, 냉각)에 투입한다. 상기 공정을 수행한 후 발생한 습증기 중 수분의 분리를 위하여 냉각기(140, 240)와 수분분리기(150, 250)를 거치도록 한다. 이때 수분분리기에 연결된 배출트랩(151, 251)을 통해 분리된 응축수는 대기로 배출되도록 하고 응축수가 분리된 공기 각각이 제1 제습탱크(110) 및 제4 제습탱크(220)의 습공기 유입구(유입라인)에서 합쳐지게 하여 재생에 사용되었던 재생공기를 전량 제습공정에 사용할 수 있도록 함으로써 에너지 절감 효율을 극대화하였다.

즉, 재생전용 드라이어(500) 및 재생전용 콤프레서(600)에서 공급된 압축공기 약 6,000N㎥/h 는 제1 에어 드라이어 또는 제2 에어 드라이어 2세트 각각의 유입 습공기 유량 약 10,000N㎥/h 의 재생에 필요한 유량으로 사용하고 합쳐져 처리되어 건조공기가 약 13,000N㎥/h의 유량이 생산되도록 하는 것이다. 도시되지는 않았으나, 재생전용 드라이어 및 재생전용 콤프레서로부터 공급되는 재생전용 건조공기의 양을 키우면 그 만큼 제습공정을 수행하는 제습탱크의 댓수를 증가시킨 압축공기 건조 시스템이 제공될 수 있다.

본 명세서와 도면에는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 개시하였으며, 비록 특정 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명의 기술 내용을 쉽게 설명하고 발명의 이해를 돕기 위한 일반적인 의미에서 사용된 것이지, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예 외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.

101(101a, 101b, 101c, 101d): 제1 방향전환밸브부
102(101a, 102b, 102c, 102d): 제2 방향전환밸브부
103: 제1 개폐밸브
104: 제2 개폐밸브
105: 제1 컨트롤밸브
106: 제2 컨트롤밸브
107: 제3 컨트롤밸브
110: 제1 제습탱크
120: 제2 제습탱크
130: 히팅부
140: 냉각기
150: 수분분리기 151: 배출트랩
160: 머플러
500: 재생전용 드라이어
600: 재생전용 콤프레서

Claims (10)

1. 제습공정과 재생공정이 교대로 이루어지는 한 쌍의 제습탱크를 포함하는 압축공기 건조장치에 있어서, 상기 압축공기 건조장치는,
   재생공정이 진행되어야 하는 다른 제습탱크로 재생전용 건조공기를 주입하도록 구비된 재생전용 드라이어; 상기 재생전용 드라이어와 연결되어 상기 재생전용 드라이어에 제습공정이 이루어지는 탱크에 주입되는 압축공기보다 3 ~ 7 % 높은 압력으로 압축공기를 공급하는 재생전용 콤프레서;
   상기 압축공기 건조장치는 상기 한 쌍의 제습탱크 중 제습공정이 이루어지는 탱크로부터 상기 재생공정이 진행되어야 하는 다른 제습탱크로 제습공정이 완료된 건조공기의 일부를 재생용 건조공기로 전달할 수 있도록 구비된 개폐가능한 제1 컨트롤밸브를 구비한 제1 유로;
   상기 제1 컨트롤밸브와 선택적으로 개폐되는 제2 컨트롤밸브를 구비하고, 상기 제1 유로가 폐쇄될 경우 상기 재생공정이 진행되어야 하는 다른 제습탱크로 상기 재생전용 건조공기를 전달하도록 구비된 제2 유로;
   상기 제2 유로를 통해 공급되는 상기 재생전용 드라이어로부터 공급되는 재생전용 건조공기를 고온으로 가열하기 위한 히팅부;
   상기 재생공정이 진행되어야 하는 다른 제습탱크를 통과함으로써 상기 다른 제습탱크에 충진된 제습제에서 박리된 고온상태의 습증기에서 수분을 분리하여 응축수를 만들기 위해 냉각하기 위한 냉각기; 및
   상기 냉각기를 거친 냉각된 상기 습증기로부터 상기 응축수를 분리하기 위한 수분분리기;를 포함하고,
   상기 압축공기 건조장치의 습공기 유입라인과 상기 수분분리기는 서로 연결되고, 상기 수분분리기를 통과한 상기 재생전용 건조공기가 상기 습공기 유입라인으로부터 유입된 습공기와 함께 건조작업이 이루어지는 다른 제습탱크로 공급되도록 구비되고, 상기 재생전용 건조공기의 부피는 상기 유입라인으로부터 유입된 습공기의 29~31%인 것을 특징으로 하는 압축공기 건조장치.
   
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8. 유입라인을 통해 공급된 습공기를 제습제가 충전된 두 개의 탱크 중 미리 설정된 다른 제습탱크에 통과시켜 제습제를 통과하면서 제습제에 수분이 흡착되어 생산된 건조공기를 토출라인으로 배출하는 제습공정;
   상기 제습공정이 진행되는 동안 이미 제습공정을 수행했던 제습탱크에 포함된 수분을 흡착한 제습제를 가열재생 시키기 위하여 재생전용 콤프레서 및 재생전용 드라이어로부터 별도의 재생전용 건조공기를 공급받아 히팅라인에 설치된 히팅부로 가열하고, 상기 가열된 재생전용 건조공기를 상기 제습탱크로 공급하여 통과시켜 상기 수분을 흡착한 제습제를 가열하여 수분을 박리시키는 가열과정;
   상기 가열과정이 끝난 후 상기 히팅부의 전원을 차단하여 가동이 중지한 상태에서 습증기 상태의 뜨거운 공기를 상온에 도달하도록 식히는 1~3시간의 냉각과정; 및
   상기 냉각된 습증기를 수분분리기에 공급하여 수분을 제거하는 수분제거공정;을 포함하고,
   상기 수분제거공정을 거친 상기 재생전용 건조공기의 압력은 상기 유입라인을 통해 공급된 습공기의 압력보다 3 ~ 7 % 높고, 상기 재생전용 건조공기의 부피는 상기 유입라인으로부터 유입된 습공기의 29 ~ 31 %인 것을 특징으로 하는 압축공기 건조방법.
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