KR20030049279A - 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명은 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압축 공기중에 함유된 수증기를 제거하기 위해 사용되는 demand control방식의 흡착식 에어 드라이어에 있어서, 타워내의 두 지점에 설치되는 온도감지센서(10)와, 이 온도감지센서(10)에서 감지된 온도를 비교하여 타워내의 온도 천이를 분석하는 온도비교부(20)와, 이 온도비교부(20)에서 전달된 데이터에 의해 적절한 타워전환시점에서 타워전환을 하도록 하는 프로그램제어부(30)와, 타워전환과 함께 동작되어야할 각종 밸브의 작동을 제어하는 데이터처리부(40)와, 타워에서 진행중인 공정을 육안으로 쉽게 식별할 수 있도록 하는 그래픽표시부(50)로 이루어진 것으로, 건조타워의 최대 정격 건조량인 100%가 달성되었을 때 타워 전환이 적절한 시기에 이루어지도록 함으로써 효율적인 타워전환이 되도록 하여 타워전환에 소요되는 에너지의 소비가 현저히 절감되므로 에어 드라이어의 유지비용이 감소되는 것이다.

Description

흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템 { thermal front sensing system for adsorption air drier }

본 발명은 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 건조중인 타워내에서 두 지점의 온도변화를 측정하여 건조량이 가장 최대인 시점까지 건조시킨 후 타워 전환이 이루어지도록 함으로써 흡착제의 건조 및 재생에 소요되는 압축공기의 양이나 에너지 소비를 절감시켜 운전비용을 낮출 수 있도록 한 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템에 관한 것이다.

오늘날 산업의 현대화에 따라 청정 압축공기의 수요는 계속 증가 추세에 있다.

오염된 상태의 압축공기는 솔레노이드 밸브, 에어 실린더 등의 고압기기의 오작동을 유발하며, 수명을 단축시키게 된다.

자동화 라인에서 고압기기 부품을 교환하는 비용은 상대적으로 저렴하나, 유지보수인력의 낭비와 잦은 고장은 가동률의 저하를 초래하여 생산 원가 상승의 중대한 원인이 된다.

압축공기중의 오염물질 중 먼지, 매연 등의 입자성 물질과 오일 성분은 에어 필터를 사용하여 간단하게 여과시킬 수 있으나, 포화상태로 존재하는 수증기는 심각한 문제를 야기하게 된다.

실제 수증기 상태의 수증기는 일반적으로 큰 악영향은 없으나 수증기는 항상 온도나 압력 상태에 따라 응축하여 액체상태인 물로 변화하게 된다.이 응축수는 압축공기중에 포함되어 있는 물질을 용해시켜 산성 또는 알칼리성 용액으로 변화되어 에어배관 및 공압기기를 부식시키게 된다.

따라서 상기와 같은 폐해의 원인이 되는 압축 공기중에 함유된 수증기를 제거하기 위해서 에어 드라이어는 필수적인 것으로써 공압기기의 내구성, 신뢰성을 유지하는 데 절대적으로 필요한 것이다.

상기한 에어 드라이어는 여러가지 종류가 있으나 그 중에 대표적인 것으로 냉동식 에어 드라이어과 흡착식 에어 드라이어를 들 수 있다.

상기 냉동식 에어 드라이어는 영상 4 ~ 40℃ 내외의 노점을 제공하나, 이 노점은 우리나라의 환경에서는 충분치 못한 경우가 많으므로, -40℃ 노점의 압축공기를 생산하는 흡착식 에어 드라이어의 수요가 증가하는 추세이다.

흡착식 에어 드라이어는 흡입되는 공기의 건조와 재생의 반복과정을 거치면서 공기에 잔존하는 수증기과 고형불순물을 제거하므로서 양질의 공기를 생산하여 공급하기 위해 사용되어 오고 있다.

이러한 흡착식 에어 드라이어는 상기한 바와 같이 압축공기의 건조 및 재생과정이 흡착제로 충진되어 있는 2개의 타워에서 교대로 반복됨으로써 압축공기를 재생하게 된다.

즉, 일측의 타워내에서 건조작업이 행해지면 타측의 타워내에서는 재생작업이 행해지도록 하고, 일정시간이 경과되면 자동적으로 타워 전환이 이루어지면서서로 바뀌어진 타워내에서 상기한 건조와 재생작업이 행해지는 것이다.

그러나 상기 흡착식 에어 드라이어는 흡착제의 재생에 필요한 압축공기나 동력의 소모 등의 운전 비용이 너무 높다는 단점이 있었다.

따라서 흡착식 에어 드라이어의 단점을 보완하기 위해 여러가지 에너지 절감 시스템을 부착하여 사용되는 바, 그 중 대표적인 것이 demand control방식과 blower purge 방식, non purge 방식을 들 수 있다.

상기 demand control방식은 사용된 압축공기량에 따라 재생공기의 소모량을 결정하는 방식이다. 일반적으로 압축공기의 사용량은 일정하지 않으며, 또한 항상 에어 콤프레셔는 최대 정격으로 연속 운전되지 않으므로, 약 30% ~ 50% 의 평균 절감 효과가 있다.

blower purge방식, non purge 방식은 재생 방법을 가열 방식으로 전환하여 에너지 소모를 절감하는 방식인데 이는 다량의 압축공기를 24시간 연속 사용하는 경우에만 채택할 수 있는 방식으로, 에너지 절감효과는 증대되나 에어 드라이어가 매우 대형화되며 설비장치도 복잡해져 최초설치비용이 과다하게 소요되는 단점이 있다.

그러나 이와 같은 에너지 절감방식을 사용하더라도 타이밍 및 릴레이 장치에 의해 2개의 타워를 교대로 전환해가면서 건조와 재생을 하게 하는 기본적인 시스템은 변함없이 동일한 것이다.

즉, 현장에서 압축공기 사용량은 최대 100%를 기준으로 하여 타워전환타이밍도 상기 최대치인 100%를 기준으로 한 것이 종래 시스템의 방식이나, 실제 현장에서 압축공기 사용량은 실상 최대치인 100%를 사용하는 때는 거의 드물고 대개 약 30% ~ 50% 로 운전된다.

따라서 도 7에 도시된 바와 같이, 타워전환타이밍을 압축공기 사용량의 최대치인 100%를 기준으로 하여 건조와 재생 전환시간 즉, 1 사이클(cycle)을 예를 들어 5분으로 셋팅했을 때 실제 현장에서는 사용량이 30% 정도로 운전되고 있으므로 demand control 방식을 사용해서 에너지 절감을 한다 하더라도 공기 입량이 30% 정도라면 대개 2분이나 3분이면 압축과 재생이 완료될 것이나 시스템의 셋팅된 타이머에 의해 4분간 퍼지하고 1분간 대기상태에 있다가 5분(도면에서 빗금친 부분은 타워의 운전시간을 나타냄)이 되면 자동적으로 타워 전환이 이루어진다.

그런데 상기와 같은 방식은 무조건 셋팅된 시간에 의해 타워 전환이 이루어지게 함으로써 타워의 능력을 100 % 활용하지 못하는 단점이 있다.

즉, 상기 건조타워에서 입량인 20% 만 건조된 상태에서 타워가 전환된다면, 타워의 최대 건조량인 100% 까지 활용을 못하므로 80% 의 건조능력을 사용하지 못한 채 다른 타워로 전환이 반복되므로 불필요한 에너지 소비를 발생시키는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 건조타워의 최대 건조량인 100%가 달성되었을 때 타워 전환이 이루어지도록 함으로써 효율적인 타워 전환이 되도록 하여 타워 전환에 소요되는 에너지의 소비를 현저히 절감시킬 수 있도록 한 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명이 목적은 타워내의 두 지점에 설치되는 온도감지센서와, 이 온도감지센서에서 감지된 온도를 비교하여 타워내의 온도 천이를 분석하는 온도비교부와, 이 온도비교부에서 전달된 데이터에 의해 적절한 타워전환시점에서 타워전환을 하도록 하는 프로그램제어부와, 타워전환과 함께 동작되어야 할 각종 밸브의 작동을 제어하는 데이터처리부와, 타워에서 진행중인 공정을 육안으로 쉽게 식별할 수 있도록 하는 그래픽표시부로, 이루어짐을 특징으로 하는 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템을 제공함으로써 달성된다.

도 1은 본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템의 공정별 블럭도

도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템의 흡착과 탈착을 보여주는 예시도

도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템의 각 타워 내의 온도 천이를 보여주는 예시도

도 4은 본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템의 건조타워 내에서 시간변화에 따른 온도의 천이를 보여주는 예시도

도 5는 본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템의 타어전환시기를 보여주는 예시도

도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템에서 건조와 재생타워의 타워전환과 운전시간을 보여주는 예시도

도 7은 종래 건조 및 재생타워의 타워전환과 운전시간을 보여주는 예시도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

10 : 온도감지센서 20 : 온도비교부

30 : 프로그램제어부 40 : 데이터처리부

50 : 그래픽표시부

이하 본 발명의 바른 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면 중에서 도 1은 본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템의 공정별 블럭도, 도 2a와 도 2b는 본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템의 흡착과 탈착을 보여주는 예시도, 도 3a와 도 3b는 본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템의 각 타워 내의 온도 천이를 보여주는 예시도, 도 4는 본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템의 건조타워 내에서 시간변화에 따른 온도의 천이를 보여주는 예시도, 도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템의 타워전환시기를 보여주는 예시도, 도 6a와 도 6b는 본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템에서 건조와 재생타워의 타워전환과 운전시간을 보여주는 예시도, 도 7은 종래 건조 및 재생타워의 타워전환과 운전시간을 보여주는 예시도를 나타낸 것이다.

본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템(1)은 압축 공기중에 함유된 수증기를 제거하기 위해 사용되는 demand control방식의 흡착식 에어 드라이어에 있어서,

타워내의 두 지점에 설치되는 온도감지센서(10)와, 이 온도감지센서(10)에서 감지된 온도를 비교하여 타워내의 온도 천이를 분석하는 온도비교부(20)와, 이 온도비교부(20)에서 전달된 데이터에 의해 적절한 타워전환시점에서 타워전환을 하도록 하는 프로그램제어부(30)와, 타워전환과 함께 동작되어야할 각종 밸브의 작동을 제어하는 데이터처리부(40)와, 타워에서 진행중인 공정을 육안으로 쉽게 식별할 수 있도록 하는 그래픽표시부(50)로 이루어짐을 특징으로 한다.

이를 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템(1)은 건조 타워 내에서 수증기 흡착시 발생하는 흡착열의 분포 상태의 변화를 정밀 측정하여, 수증기의 흡착량이 가장 최대량일 때 타워전환이 이루어지도록 콘트롤하는 것이다.

도 2a와 도 2b에서 보듯이 타워의 하부에서 유입된 수증기를 함유한 압축공기가 흡착제 층을 통과하면 수증기는 흡착제에 흡착된다.

이 흡착과정에서 기체 상태의 수증기는 액체상태의 물로 상태 변화를 하게 되며 이때는 발열반응이 일어난다.

즉, 수증기 1㎏ 당 600kcal의 응축열이 발생하며, 흡착제는 저활성영역으로 천이되므로 수증기 1㎏ 흡착시 약 95kcal의 저활성열량이 방출되므로 수증기 1㎏ 당 695kcal의 흡착열이 발생하게 된다.

도 3a는 재생타워 내의 온도 천이를 도시한 것이고, 도 3b는 건조타워 내의 온도 천이를 도시한 것으로, 상기 흡착열은 흡착제에 흡수되므로 흡착제의 온도는 상승하게 된다.

이러한 흡착제의 온도상승은 흡착된 수증기의 량에 비례하게 되며, 압축공기의 흐름을 따라 타워의 출구측으로 천이되므로 도 2b에서 보듯이 독특한 온도 분포를 보인다.

즉, 상기 온도분포는 도 4에서 보듯이 일정조건에서 항상 시간에 비례한 흡착된 수증기의 량에 따라 결정된다.

따라서 건조중인 타워 내부의 온도분포를 정확하게 측정함으로써 흡착된 수증기의 량을 추정할 수 있게 된다.

상기 비가열식 흡착식 에어 드라이어에서 상기 흡착열은 매우 중요하다.

흡착제를 재생하는 과정을 살펴보면, 흡착되어 액체상태인 수증기을 다시 기화시켜 대기 중으로 방출하여야 하며, 이때 발생된 열량을 흡착제가 재흡수하여 높은 활성화 상태로 회기하여야 하기 때문에 만약 흡착열이 타워 외부로 손실되면 결국 완전한 재생이 불가능하게 된다.

이러한 과정이 반복되면 흡착제는 포화되어 출구 노점이 급격히 상승하게 된다.

도 5a에서 보듯이, 본 발명은 건조 중인 타워내 두 지점에 온도감지센서 T1과 T2를 설치하여 타워내 온도 천이를 감지하면, 도 5b에 도시된 시간변화에 따른 타워내 온도분포 그래프를 얻을 수 있다.

상기 도 5b에서 T1과 T2의 온도분포 그래프가 일치되는 점이 타워내 온도의 최고점을 의미하며 동시에 흡착된 수증기의 량이 최대로써 최대 정격 흡착률에 도달한 것임을 알 수 있다.

따라서 이때가 가장 적절한 타워전환시점인 것으로, 도 6a와 도 6b에 도시된 바와 같이 건조중인 타워에 충진된 흡착제가 최대 정격의 흡착률에 도달할 때까지 건조시간을 연장하게 되므로 퍼지 에어의 소모량은 감소하게 된다.

즉, 도 6a에서 빗금친 부분은 타워의 퍼지시간을 보여주는 것으로 입량이 50% 라면, 종래 5분마다 타워전환이 이루어지던 패턴이 10분으로 연장되면서 타워전환이 이루어짐을 알 수 있다.

따라서 종래에 비해 타워전환 횟수가 줄어들게 되므로 에너지의 소비가 절감되는 것이다.

도 6b는 입량이 30% 일때, 타워전환 패턴을 보여주는 것으로 상기 50%의 입량일 때보다 타워전환 타이밍이 더욱 연장되었음을 알 수 있다.

따라서 입량 50% 일때보다 더욱 타워전환 횟수가 줄어들게 되므로 그만큼 에너지 절감이 가능한 것이다.

상기 온도감지센서 T1 과 T2는 타워내의 압축공기가 흐르는 방향에 따라 온도분포를 감지하도록 타워의 입구측과 출구측에 설치함이 바람직하다.

또한 종래에는 타워내에 충진된 흡착제가 사용 시간이 지남에 따라 흡착성능이 감소된다.

즉, 신품 흡착제와 거의 수명이 다한 흡착제를 비교해보면 수명이 다한 흡착제는 흡착능력이 신품에 비해 30% 이상 저하된다.

그러나 본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템은 타워내의 온도분포를 분석하여 타워전환시점을 결정하므로 타워내에 충진된 흡착제의 흡착능력이 변화되더라도 이와 관계없이 그에 따른 정확한 타워전환시점을 계측하여 타워 전환이 이루어지게 하는 것이다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템은 타워내의 두 지점에 설치되는 온도감지센서와, 이 온도감지센서에서 감지된 온도를 비교하여 타워내의 온도 천이를 분석하는 온도비교부와, 이 온도비교부에서 전달된 데이터에 의해 적절한 타워전환시점에서 타워전환을 하도록 하는 프로그램제어부와, 타워전환과 함께 동작되어야할 각종 밸브의 작동을 제어하는 데이터처리부와, 타워에서 진행중인 공정을 육안으로 쉽게 식별할 수 있도록 하는 그래픽표시부로 이루어진 것으로, 건조타워의 최대 정격 건조량인 100%가 달성되었을 때 타워 전환이 적절한 시기에 이루어지도록 함으로써 효율적인 타워전환이 되도록 하여 타워전환에 소요되는 에너지의 소비가 현저히 절감되므로 에어 드라이어의 유지비용이 감소되는 유용한 효과를 제공하는 것이다.

Claims (1)

1. 압축 공기중에 함유된 수증기를 제거하기 위해 사용되는 demand control방식의 흡착식 에어 드라이어에 있어서,

   타워내의 두 지점에 설치되는 온도감지센서(10)와, 이 온도감지센서(10)에서 감지된 온도를 비교하여 타워내의 온도 천이를 분석하는 온도비교부(20)와, 이 온도비교부(20)에서 전달된 데이터에 의해 적절한 타워전환시점에서 타워전환을 하도록 하는 프로그램제어부(30)와, 타워전환과 함께 동작되어야할 각종 밸브의 작동을 제어하는 데이터처리부(40)와, 타워에서 진행중인 공정을 육안으로 쉽게 식별할 수 있도록 하는 그래픽표시부(50)로 이루어짐을 특징으로 하는 흡착식 에어 드라이어용 흡착열 천이 감지 시스템.