KR200405286Y1

KR200405286Y1 - 블로워를 이용한 재생공기 순환 압축공기 건조장치

Info

Publication number: KR200405286Y1
Application number: KR2020050026525U
Authority: KR
Inventors: 이우재
Original assignee: 주식회사 은하에어테크
Priority date: 2005-09-14
Filing date: 2005-09-14
Publication date: 2006-01-10

Abstract

외부로부터 유입되는 습공기(WA)를 좌, 우의 제습 및 재생탱크(10,20)에 선택적으로 공급하는 공압 밸브(30,33)와, 그 내부를 통과하는 습공기(WA)의 수분을 제거하여 건조공기(DA)로 만들어주는 두 개의 제습 및 재생탱크(10,20)와, 수분을 흡착한 제습제를 재생하기 위하여 재생탱크(20)로 공급할 때 블로워(100)를 통한 저압 외기를 히터로 가열하여 가열된 고익로 제습제를 가열하고 냉각시키는 순환 재생식 공기 건조장치로, 압축공기를 공급받아 제습탱크에서 건조시킨 건조공기의 일부를 재생탱크로 공급하는 공급로를 없애고; 외기를 저압으로 공급하는 블로워(100) 외기를 가열하여 히터밸브(81)가 열릴 때 재생탱크(20)로 공급토록 하는 히터(80)와; 히팅이 완료된 후 히터밸브(81)와 항상 반대로 작동하는 냉각기 밸브(111)가 열릴 때 블로워(100)를 통한 저압공기를 냉각하여 재생탱크(20)로 공급하는 냉각기(110)와; 재생탱크(20)의 내장 가열제습제를 통해 가열된 공기를 다시 냉각하여 블로워(100)로 순환토록 냉각하는 제 2 냉각기(120)를 포함하여 구성한 블로워를 이용한 재생공기 순환 압축공기 건조장치 이다.

재생공기,건조장치

Description

블로워를 이용한 재생공기 순환 압축공기 건조장치{Compressed air dryer for recycling heat by blower}

도 1 은 종래의 히터외장형 압축공기 건조장치 구성예시도,

도 2 는 종래의 히터 블로워 퍼지식 압축공기 건조장치의 구성 예시도,

도 3 은 본원고안의 가열공정을 나타낸 구성도,

도 4 는 본원고안의 냉각공정을 나타낸 구성도,

도 5 는 본원고안의 균압공정을 나타낸 구성도,

도 6 은 본원고안의 배출공정을 나타낸 구성도,

도 7 은 본원고안과 종래의 방식을 비교한 특성 비교표이다.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10;제습탱크 20;재생탱크 30,31,32,33;공압밸브 40,50;안전밸브 60;머플러 70.71.72.73;공압밸브

본 고안은 압축공기중 포함된 수분을 흡착제(제습제)를 이용하여 수분을 제 거시키는 건조장치에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 압축공기 건조장치에 블로워를 설치하여 제습탱크에서 흡습된 수분을 대기를 이용하여 가열 탈습하고 탈습된 공기를 순환 냉각을 하여 재생을 시키므로 재생시 압축 건조공기가 전혀 소모되지 않아 에너지 절감효과가 크도록 한 건조장치에 관한 것이다.

일반적으로 공기 속에 포함된 수분을 제거하는 압축공기 건조장치는 건조공기를 필요로 하는 각종 자동화 설비, 반도체 제조공정의 생산라인, 도장라인, 수분접촉시 화학반응을 일으키는 화학공정, 계장품의 보호등 널리 이용된다.

특히 압축공기의 건조장치를 크게 나누어보면 냉동콤프레서를 이용한 압축공기의 온도를 떨어뜨린 다음 공기 속에 포함된 수분을 응축시켜 제습시키는 냉동식과 제습제가 충진된 탱크에 습공기를 통과시켜 공기 속에 포함된 수분이 제습제의 수많은 미세공에 흡착되도록 함으로써 건조공기를 만들어 내는 흡착식이 있다.

흡착식 건조장치는 재생방법에 따라 열원이 불필요한 비가열식과 열원이 필요한 히터형태로 분류된다. 비가열식은 열원이 없는 만큼 재생공기 소모가 많아 에너지 소모가 큰 단점이 있고, 히타식은 열원이 필요한 만큼 재생공기의 소모가 적어 비가열식에 비해 에너지 소비가 적은 장점이 있다.

일반적인 흡착식 가열재생 건조장치의 기술적인 구성과 기능을 참고적으로 설명하면 다음과 같다. 즉, 제습제(또는 흡착제, 흡습제, 제습제)가 충진된 똑 같은 크기로 만들어진 2개의 제습탱크(한개의 제습탱크로 습공기 유입시 다른 제습탱크는 재생공정으로 됨)와 제습 및 재생탱크의 기능을 교대로 수행하기 위하여 압축공기의 방향을 절환시켜주는 상하부의 방향절환 밸브와 재생시 압축공기를 배출시 키는 배출밸브와 배출시 소음을 감소시키는 소음기, 재생시 가열공기를 얻기 위한 히타(전기히터나 스팀방식 등의 히터), 타이머와 온도 콘트롤러가 내장된 제어반으로 구성된다. 타이머는 건조공정과 재생공정 중 가열 및 냉각하도록 하고 설정된 시간에 제습탱크와 재생탱크의 방향을 전환토록 한다. 온도 콘트롤러는 히타 가열온도를 조절하여 일정한 온도의 일부압축 건조공기가 재생탱크로 유입되어 수분을 흡착한 제습제를 가열함으로써 수분을 제습제로부터 박리시켜 제습제를 건조시키는 역할을 한다. 가열공정이 끝나면 히터가 자동으로 꺼지고 일부 압축 건조공기는 계속 유입되어 가열된 재생탱크를 냉각시킨다.

이러한 흡착식 건조장치로 히터외장식의 예로는 도 1 과 같은 구성을 예시할 수 있는바, 도 1은 히터 외장형을 나타낸 것이다.

도시한 바와 같이 히터 외장형의 경우는 장치의 하단부에 설치되어 외부로부터 유입되는 습공기(WA)를 좌, 우의 탱크(10,20)에 선택적으로 공급하는 방향절환 밸브(30)와, 그 내부를 통과하는 습공기(WA)의 수분을 제거하여 건조공기(DA)로 만들어주는 두 개의 제습 및 재생탱크(10,20)와, 고압공기의 분사시 발생하는 소음을 제거하기 위하여 설치되는 소음기(Purge Muffler,60)와, 제습탱크(10 또는 20)의 상부에 설치되어 건조공기(DA)와 재생에 필요한 재생공기의 섞임을 방지하는 4개의 첵크(또는 공압)밸브(70∼73)와, 재생공기를 가열하는 히터(Electric Heater,80) 및, 상기 히터를 제어하기 위한 콘트롤 패널 등으로 구성된다. (40,50)은 안전밸브이다. 이 장치는 습공기(WA)가 하단부의 방향절환 밸브(30)를 통하여 도면상 왼쪽에 설치된 제습탱크(10)의 하단부로 유입된 뒤 상단부로 이동하면서 건조공기(DA) 로 만들어지는 과정을 건조(Drying)라 하고, 이 건조공기(DA)의 일부가 히터(80)를 거치면서 가열(Hot Air)되어 도면상 우측에 설치된 제습탱크(20)의 상단부로 유입된 뒤 하단부로 이동하면서 설정된 시간까지 가열하는 과정을 가열(Heating)이라 하며, 가열이 끝난 후 히터(80)의 전원(또는 스팀밸브)이 오프(Off)되면서 가열된 제습제를 냉각시키는 과정을 냉각(Cooling)이라 하고, 이 냉각하는 시간 또한 설정시간에 의하여 이루어지는데, 그 동안 재생에 필요했던 건조공기의 일부는 모두 습증기(WA)가 되어 대기 중으로 방출된다. 이 과정들은 콘트롤 패널에서 사전에 설정된 시간이 되면, 건조가 우측의 제습탱크(20)로 절환되고, 좌측의 제습탱크(10)는 재생을 하는 동작이 반복되어 연속적으로 진행된다.

여기에서 소모되는 에너지는 기기의 유량에 따른 히터(80)의 열량과 재생에 필요한 건조공기(DA)인데, 필요한 히터(80)의 열량은 압축공기가 1000㎥/HR 마다 약 15㎾가 필요하고, 재생공기는 8% 정도가 소모된다. 도면에서 90은 2방 공압밸브(2Way On/Off Valve)이고, 91은 재생공기의 유량을 조절해주는 수동밸브(Reactivating Air Bleed Control Valve)이며, 92는 온도 게이지(Temperature Gauge), 93은 압력 게이지(Pressure Gauge), 94는 오리피스(Orifice)를 각각 나타낸다.

도 2 는 히터 블로워 퍼지식(히터외장 블로워 가열식)을 나타낸 것이다.

도시한 바와 같이 히터 블로워 퍼지식은 전술한 히터 외장형의 구성요소와 같으나, 틀린 점은 블로워(100)가 추가된 것이다. 이 건조장치의 건조(Drying)과정은 히터 외장형과 같으나, 재생과정에서 가열시 히터 외장형의 경우는 건조공기(DA)의 일부를 사용했지만, 이 방식에서는 블로워(100)가 대기공기를 흡입한 뒤 히터(80)를 통 하여 가열하고, 쿨링시에는 히터 외장형과 마찬가지로 압축 건조공기의 일부를 사용한다.

따라서, 이 장치는 에너지의 소비에 있어서는 가열시 대기를 사용하기 때문에 대기중의 포화수분을 고려하여 포화수분의 열량만큼을 더한 히터용량이 필요하므로 히터 외장형의 가열용량 보다 에너지의 소모가 크고, 블로워(100)의 모터를 회전시키기 위하여 전력이 소모된다는 단점이 있다.

상기와 같은 흡착식 건조장치는 재생에 필요한 에너지(건조공기, 혹은 전기, 스팀 등)를 적절히 사용함으로써 재생을 유도하게 되는데 재생에너지를 절약해야만 운전경비를 대폭 절감할 수 있다. 이중 재생에 있어서 필요한 열원에 대한 에너지 소비는 필요 불가결한 것으로 절감하는데 한계가 있지만 에너지 비용이 가장 큰 압축 건조공기 소모를 어떠한 형태로든 절감할 수 있느냐는 과제에 대해서 여러 가지 방법이 동원되어 일부 절감이라는 효과를 보았지만 전혀 소모가 없는 타입에 있어도 높은 건조도(낮을 수록 좋음)와 현실적으로 해결할 수 없는 기술적인 문제로 실효성이 없었다.

본 고안은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 기술적인 과제는 압축된 건조공기를 이용하지 않고 블로워를 이용한 대기를 공급받아 가열하고 순환냉각 재생함으로써 압축공기의 건조도를 그대로 유지한 상태에서 에너지 소비를 대폭 절감하여 저압재생(0.1~0.3Kg/

)으로 기계적인 안정성 및 재생시 오리피스를 통과하 는 압축공기의 마찰음 등이 없어 소음공해를 방지하는 등의 환경친화적인 건조장치를 제공함에 있다.

상기 과제를 달성하기 위하여 본 고안인은 흡착식 공기 공조장치에서 추구하는 압축공기의 건조도를 그대로 유지한 상태에서 재생에 필요한 에너지와 압축공기의 소모를 어떻게 최소화하느냐 하는 문제를 놓고 많은 노력을 하였고 이점은 공기건조장치를 제조하는 많은 업체에서도 실제로 요구되고 있는 실정이다.

즉, 목적하는 압축공기의 건조도를 그대로 유지한 상태에서 에너지의 소모가 가장 큰 재생에 필요한 압축공기를 전혀 소모하지 않는다면 이는 흡착식 공기 건조장치의 가장 이상적인 방식으로써 에너지 절감에 크게 기여할 것이다.

본 고안의 핵심은 재생시 블로워를 이용하여 대기공기를 재생탱크에 유입되도록 함으로써 가열시 블로워의 압축열(섭씨80도)로 인하여 적은 히타 용량으로 가열할 수 있고 냉각시는 압축공기를 전혀 사용하지 않고 그 대기공기를 그대로 순환을 시키므로 공기의 건조도를 그대로 유지하면서 냉각하므로 에너지 절감에 큰 효과를 얻을 수 있다.

이하에서 본 고안을 첨부된 실시예의 도면에 의거 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부된 도면은 본 고안의 블로워를 이용한 재생공기 순환 압축공기 건조장치를 나타낸 것으로, 도 3 은 건조시 가열공정의 가열 계통을 표시한 도면으로,

외부로부터 유입되는 습공기(WA)를 좌, 우의 제습 및 재생탱크(10,20)에 선택적으 로 공급하는 공압 밸브(30,33)와, 그 내부를 통과하는 습공기(WA)의 수분을 제거하여 건조공기(DA)로 만들어주는 두 개의 제습 및 재생탱크(10,20)와, 재생탱크(20)로 공급할 때 블로워(100)를 통한 외기를 히터로 가열하고 냉각하여 공급하는 순환 재생식 공기 건조장치로,

압축공기를 공급받아 제습탱크에서 건조시킨 건조공기의 일부를 재생탱크로 공급하는 공급로를 없애고;

외기를 저압으로 공급하는 블로워(100)외기를 가열하여 히터밸브(81)가 열릴 때 재생탱크(20)로 공급토록 하는 히터(80)와;

히팅이 완료된 후 히터밸브(81)와 항상 반대로 작동하는 냉각기 밸브(111)가 열릴 때 블로워(100)를 통한 압축공기를 냉각하여 재생탱크(20)로 공급하는 냉각기(110)와;

재생탱크(20)의 내장 가열제습제를 통해 가열된 공기를 다시 냉각하여 블로워(100)로 순환토록 냉각하는 제 2 냉각기(120)를 포함하여 구성한다.

상기 재생탱크(20)를 통한 배출공기를 외부로 배출시키는 곳에는 배출 여부를 제어하는 밸브(PV1,PV2)를 설치하고, 블로워(100)를 통한 외기를 가열시에는 밸브(PV2)가 열려(open) 배출토록 하고, 냉각시에는 블로워(100)측으로 순환되도록 밸브(PV1,PV2)중 열린 것이 닫힘 작용토록 구성한다. 상기 밸브(PV1)는 소음기 기능의 머플러(60)로의 출구를 여닫도록 구성하고, 상기 밸브(PV2)는 퍼지노즐(PN)로의 출구를 여닫도록 구성한다.

상기 블로워(100)로의 유입구는 외기를 흡입필터(101)를 통하여 흡입 여과되 는 외기를 흡입밸브(102)를 통하여 유입되도록 구성한다. 상기 재생탱크(20)의 출구를 통한 재생공기는 공압밸브(32)를 통하여 냉각기(120)에 공급되고, 냉각기(120)를 통한 재생공기는 공압밸브(103)를 통하여 블로워(100)로 순환되도록 구성한다.

상기 공압밸브(30,33)는 상호 반대로 여닫히는 구성을 이루어 습공기(WA)의 유입 통로를 이루도록 하고, 상기 공압밸브(30,33)와 브리지 형태로 연결되고 역시 상호 반대로 여닫히도록 작용하여 재생공기를 외부로 배출시키는 공압밸브(31,32)는 상호 입출력밸브계(D1)를 이룬다.

공압 또는 체크밸브(70,71,72,73)는 상호 브리지 형태를 이루며, 제습탱크(10)의 출구는 밸브(70)를 통하여 건조공기(DA)를 배출토록 하고, 재생탱크(20)로의 가열공기 공급은 가능토록 하는 공압밸브(73)를 통한 가열공기가 재생탱크(20)로 공급토록 하고, 재생탱크(20)가 제습탱크로, 제습탱크(10)가 재생탱크로 작용시에는 상기 밸브(70,73)는 열린 상태가 닫힌 상태로 변하고, 상태가 변한 밸브(70,73)에 대응하여 밸브(71,72)가 열리도록 구성한다.

이와 같이 구성한 본원 고안은 압축된 습공기(WA)가 열린(open) 밸브(1V1;30)를 통하여 제습제가 충진된 제 1 탱크인 제습탱크(10)하부에서 상부로 유입 진행하면서 건조공기(DA)가 되어 밸브(70)를 통하여 연결된 배관을 통하여 공정에 투입되는 건조공정 동안, 다른 제습제가 충진된 제 2 탱크인 재생탱크(20)는 가열공정이 된다. 이 가열공정은 블로워(100)가 가동을 하면서 흡입밸브(102), 히터밸브(81) 및 밸브(73,32, PV2)가 오픈되고 밸브(102,111,PV1)는 닫힌다. 따라서 흡 입필터(101)와 흡입밸브(102)를 통한 대기 공기를 흡입 배출(0.1~0.3Kg/

)하여 히터밸브(81)를 거쳐 블로워와 동시에 가동된 히터(80)를 통과하면서 설정된 온도로 가열시켜 밸브(73)를 통하여 제 2 탱크인 재생탱크(20)상부에서 하부로 유입 진행하면서 제습제를 가열하여 수분을 제습제로 부터 박리시켜 밸브(32)를 거쳐 밸브(PV2)와 퍼지 노즐(PN)을 통해 대기로 배출시킨다. 이때의 공기 상태는 온도를 포함한 습증기로 대기 방출시 대기온도와 열교환으로 물이 되어 상당시간 공기와 같이 배출된다. 이 가열공정은 타이머에 설정된 시간이나 배출라인에 설치된 온도센서에 의하여 진행여부를 결정할 수 있다.

가열과정이 끝나면 냉각공정을 수행하는바 이는 도 4 와 같이, 제1 탱크인 제습탱크(10)가 건조공정동안 제 2 탱크인 재생탱크(20)가 가열공정이 끝나면 즉시 냉각공정으로 되는데 이 냉각공정은 블로워(100)는 계속 가동되는 상태에서 스팀이나 히터(80)의 전원이 꺼지고 흡입밸브(102)와 히터밸브(81) 및 머플러 및 퍼지밸브(PV1,PV2)가 동시에 닫히고 밸브(103)와 냉각기밸브(111)가 오픈 되어 냉각계통 라인에 차있는 공기를 블로워(100)가 연속적으로 순환을 시켜 가열공정에서 가열된 제습제를 냉각시키는 것으로 다른 제 2 냉각기(120)는 가열되어 나오는 공기를 냉각시켜 블로워(100)로 다시 순환토록 유입시키고 제 1 냉각기(110)는 블로워(100)에서 저압으로 압축된 공기(0.1~0.3Kg/

)의 압축열을 냉각시켜 연속적으로 차가운 공기가 제 2 탱크인 재생탱크(20)로 유입이 되도록 하는 역할을 한다. 이 냉각공정도 타이머에 설정된 시간과 배출라인에 설치된 온도센서에 의하여 진행여부를 결정할 수 있다. 이 냉각공정은 제습제의 특성상 제습제 조건이 높은 온도일 수록 제습효율이 떨어지는데 다음 건조공정시 제습효율을 높이기 위한 필요한 공정이다.

냉각 공정의 완료되면 균압(Pressuring)공정을 수행하는바, 이는 도 5 와 같이, 블로워(100)가 오프되면서 흡입밸브(102)가 오픈 되고 냉각기밸브(111)와 밸브(32)가 닫힌 상태에서 밸브(EV)가 열려 압축건조공기 일부가 밸브(73)를 통하여 제 2 탱크인 재생탱크(20)로 유입되어 제습탱크(10)의 압력과 같게 압력을 서서히 승압시킨 후 균압이 완전히 이루어지면 습공기 유입밸브(33,72,71)가 오픈 되고 밸브(30,32,70,73)가 닫혀 습공기는 재생탱크(20) 하부에서 상부 유입 진행을 하게된다. 이 과정이 탱크 절환인 것이다.

탱크 절환 후 배출은 도 6 과 같이, 탱크 절환이 이루어진 후 밸브(PV2)보다 작은 밸브(PV1)가 오픈 되어 제 1 탱크인 제습탱크(10)에 차있던 압축공기를 사일런서인 머플러(60)를 통하여 서서히 대기 중으로 방출하여 제습탱크(10)의 압력을 0Kg/

)까지 떨어뜨린다. 이렇게 하여 탱크의 절환이 이루어진다.

상기는 제 1 탱크인 제습탱크(10)가 건조공정으로 제 2 탱크인 재생탱크(20)가 건조공정으로 절환되는 과정을 기술한 것으로 제습탱크(10)의 재생공정(히팅 쿨링)도 이미 동작되었던 재생탱크(20)의 재생공정과 같은 방법과 동작으로 작동하고 이 동작들이 타이머에 설정된 시간에 따라 연속적으로 반복적으로 작동하게 된다.

상기와 같은 과정을 거친 본원고안(히터외장 블로워 재생공기 순환식)은 기존의 방식과 대비하여 재생공기, 히터, 블로워 및 냉각수의 소모량 및 비용을 산출한 결과 이를 도 7 에 나타내었는바, 본원고안의 히터외장 블로워 순환가열식이 가 장 비용이 저렴하게 되어 가장 경제적인 방식임을 알 수 있다. 이는 재습 건조공기를 다시 순환할 경우는 고압 상태이나 본원고안과 같이 외기를 도입하는 저압 방식의 경우는 가열을 위한 열도 작게 들고, 단순히 가열만 하는 것이 아니라 냉각시 별도의 자체 냉각 루프로도 작동토록 두개의 냉각기를 구성하여 대기공기를 그대로 순환을 시키므로 공기의 건조도를 그대로 유지하면서 냉각하여 에너지 절감에 기여한다.

이상에서 설명한 바와 같이 압축공기의 건조도를 그대로 유지한 상태에서 에너지의 소모가 가장 큰 재생에 필요한 압축공기를 전혀 소모하지 않아 흡착식 공기 건조장치의 가장 이상적인 방식으로써 에너지 절감에 크게 기여한다.

본 고안은 또한 블로워를 이용하여 대기공기를 재생탱크에 유입되도록 함으로써 가열시 블로워의 압축열(섭씨80도)로 인하여 적은 히타 용량으로 가열할 수 있고 냉각시는 압축공기를 전혀 사용하지 않고 그 대기공기를 그대로 순환을 시키므로 공기의 건조도를 그대로 유지하면서 냉각하므로 에너지 절감에 큰 효과를 얻을 수 있다.

Claims

외부로부터 유입되는 습공기(WA)를 좌, 우의 제습 및 재생탱크(10,20)에 선택적으로 공급하는 공압 밸브(30,33)와, 그 내부를 통과하는 습공기(WA)의 수분을 제거하여 건조공기(DA)로 만들어주는 두 개의 제습 및 재생탱크(10,20)와, 상기 제습된 건조공기중의 일부를 회수하여 재생탱크(20)로 공급할 때 블로워(100)를 통한 외기를 히터로 가열하고 냉각시 자체공기를 순환 공급하는 재생공기 순환식 건조장치에 있어서,

재생시 압축공기를 공급받아 제습탱크에서 건조시킨 건조공기의 일부를 재생탱크로 공급하는 공급로를 없애고;

외기를 저압으로 공급하는 블로워(100)외기를 가열하여 히터밸브(81)가 열릴 때 재생탱크(20)로 공급토록 하는 히터(80)와;

히팅이 완료된 후 히터밸브(81)와 항상 반대로 작동하는 냉각기 밸브(111)가 열릴 때 블로워(100)를 통한 저압공기를 냉각하여 재생탱크(20)로 공급하는 냉각기(110)와;

재생탱크(20)의 내장 가열제습제의 수분은 열에 의하여 완전 박리되어 대기로 방출되고 건조해진 가열공기를 냉각하여 블로워(100)로 순환토록 냉각하는 제 2 냉각기(120)를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 블로워를 이용한 재생공기 순환 압축공기 건조장치.
제 1 항에 있어서, 재생탱크(20)를 통한 배출공기를 외부로 배출시키는 곳에는 배출 여부를 제어하는 밸브(PV1,PV2)를 설치하고, 블로워를 통한 외기를 가열시에는 열려 배출토록 하고, 냉각시에는 블로워측으로 순환되도록 밸브(PV1,PV2)가 닫힘 작용토록 구성한 것을 특징으로 하는 블로워를 이용한 재생공기 순환 압축공기 건조장치.