KR20100077745A

KR20100077745A - 압축공기 고청정 건조 장치

Info

Publication number: KR20100077745A
Application number: KR1020080135778A
Authority: KR
Inventors: 이동수; 김정배; 박창우; 이학성; 김연국
Original assignee: 주식회사 효성
Priority date: 2008-12-29
Filing date: 2008-12-29
Publication date: 2010-07-08

Abstract

본 발명은 건조 공기(dry-air) 생성 장치에 관한 것으로써, 특히 전력기기에 사용되는 SF6 가스를 대체할 수 있는 절연가스로써 이물질이 완전히 제거된 고청정의 건조 공기를 생성할 수 있도록 한 새로운 형태의 압축공기 고청정 건조장치에 관한 것이다.

이를 위해, 본 발명은 공기를 압축하는 공기 압축부; 상기 공기 압축부를 통해 압축된 공기를 냉동 건조시키는 냉동 건조부; 상기 냉동 건조부를 통해 건조된 공기를 흡착제로써 흡착 건조시키는 제1흡착 건조부; 상기 제1흡착 건조부를 통해 건조된 공기를 진공 상태에서 재차적으로 흡착 건조시키는 제2흡착 건조부; 그리고, 상기 공기 압축부와 냉동 건조부 사이, 냉동 건조부와 제1흡착 건조부 사이, 제1흡착 건조부와 제2흡착 건조부 사이 및 제2흡착 건조부의 공기 유출측에 각각 구비되면서 해당 부위를 통과하는 공기 내의 이물질을 제거하는 복수의 필터부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

압축공기 고청정 건조, 전력기기, 합성 제오라이트, 냉동 건조

Description

압축공기 고청정 건조 장치{device for drying a compressed pure air}

본 발명은 전력기기에 사용되는 SF6 가스를 대체할 수 있는 절연가스로써 이물질이 완전히 제거된 고청정의 건조 공기를 생성할 수 있도록 한 새로운 형태의 압축공기 고청정 건조장치에 관한 것이다.

일반적으로 가스절연 개폐장치(GIS;Gas Insulation switchgear) 등의 전력기기는 금속제 밀폐용기(탱크)에 절연성능과 소호기능이 우수한 절연용 가스를 절연매체로 사용하여 도체와 각종 보호기기들을 수납시켜 신뢰성을 향상시킨 수변전 설비이다.

이때, 상기한 절연용 가스는 수변전 설비에 적합하도록 우수한 절연성을 요구함과 더불어 고청정을 요구하고 있으며, 기존에는 일반적으로 SF6 가스가 주로 사용되고 있다.

하지만, 전술한 SF6 가스는 지구 온난화에 영향을 주는 환경 유해가스로 지정된 가스이기 때문에 최근에는 상기한 SF6 가스를 대체할 수 있는 새로운 절연매질이 요구되고 있다.

이로 인해, 최근에는 우수한 청정성을 가지면서도 절연 성능 역시 우수한 고 청정의 건조 공기(dry-air)를 전력기기에 적용할 수 있도록 하는 연구가 진행되고 있으나, 상기한 건조 공기의 생성을 위한 장치에 대한 연구는 미미한 실정에 있다.

본 발명은 전술한 종래 기술에 따른 각종 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로써, 본 발명의 목적은 전력기기의 절연매질로 사용될 수 있는 고청정의 건조공기를 생성하는 압축공기 고청정 건조장치를 제공하는데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 압축공기 고청정 건조장치에 따르면 공기를 압축하는 공기 압축부; 상기 공기 압축부를 통해 압축된 공기를 냉동 건조시키는 냉동 건조부; 상기 냉동 건조부를 통해 건조된 공기를 흡착제로써 흡착 건조시키는 제1흡착 건조부; 상기 제1흡착 건조부를 통해 건조된 공기를 진공 상태에서 재차적으로 흡착 건조시키는 제2흡착 건조부; 그리고, 상기 공기 압축부와 냉동 건조부 사이, 냉동 건조부와 제1흡착 건조부 사이, 제1흡착 건조부와 제2흡착 건조부 사이 및 제2흡착 건조부의 공기 유출측에 각각 구비되면서 해당 부위를 통과하는 공기 내의 이물질을 제거하는 복수의 필터부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

여기서, 상기 제1흡착 건조부 내의 흡착제는 활성 알루미나(activated Alumina)로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2흡착 건조부 내의 흡착제는 합성제오라이트(synthetic zeolite)로 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 제2흡착 건조부는 흡착제를 이용한 공기의 흡착 건조가 수행되는 두 개의 흡착조와, 상기 두 흡착조 내의 흡착제를 교대로 진공 건조시켜 재생하는 진공펌프를 포함하여 구성됨을 특징으로 한다.

또한, 상기 각 필터부는 서로 다른 필터링 성능을 갖도록 구성됨과 더불어 공기의 건조가 진행될수록 필터링 성능이 더욱 우수한 필터부가 배치되도록 구성됨을 특징으로 한다.

이상에서와 같은 본 발명의 압축공기 고청정 건조장치는 압축공기에 대한 건조 작업이 진행되는 도중 상기 압축공기 내에 포함된 미세 이물질의 제거 역시 이루어질 수 있도록 함으로써 고청정의 압축공기를 얻을 수 있다는 효과를 가진다.

또한, 본 발명의 압축공기 고청정 건조장치는 3차에 걸친 건조 작업이 진행될 수 있도록 함으로써 압축공기 내의 미량의 수분까지도 완전히 제거될 수 있다는 효과를 가진다.

특히, 상기한 3차에 걸친 건조 작업은 비가열식으로 진행될 수 있도록 함으로써 노점(dew point)이 -70℃ 이하인 건조 공기를 얻을 수 있게 되며, 이로 인해 전력기기에 사용되는 SF6 가스를 대체하기 위한 건조 공기의 생성이 가능하게 된 효과를 가진다.

이와 함께, 본 발명의 압축공기 고청정 건조장치는 제2흡착 건조부를 이루는 흡착조 내의 흡착제가 진공작업을 통한 재생이 이루어질 수 있도록 구성됨으로써 건조시간을 최대한 단축시킬 수 있을 뿐 아니라 단시간 내에 안정된 노점을 얻을 수 있다는 효과를 가진다.

이하, 본 발명의 압축공기 고청정 건조장치에 대한 바람직한 실시예를 첨부된 도 1을 참조하여 설명하도록 한다.

먼저, 본 발명의 실시예에 따른 압축공기 고청정 건조장치(이하, “공기 건조장치”라 함)는 크게 공기 유동관(100)과, 공기 압축부(200)와, 냉동 건조부(300)와, 제1흡착 건조부(400)와, 제2흡착 건조부(500)와, 진공펌프(600) 및 복수의 필터부(710,720,730,740)를 포함하여 구성됨을 특징으로 제시한다.

이를 각 구성별로 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

우선, 상기 공기 유동관(100)은 상기한 각 구성들 간을 연결하면서 상기 각 구성들로 공기를 전달하는 관로이다.

다음으로, 상기 공기 압축부(200)는 외부 공기를 제공받아 압축시키는 일련의 구성으로써, 통상의 공기 압축기로 구성된다.

이때, 상기 공기 압축부(200)의 공기 유출측은 상기 공기 유동관(100)의 공기 유입측과 연결된다.

다음으로, 상기 냉동 건조부(300)는 상기 공기 압축부(200)를 통해 압축된 공기를 냉동 건조시키기 위한 일련의 구성이다.

상기 냉동 건조부(300)는 압축공기를 가열하여 건조되도록 하는 것이 아니라 상기 압축공기를 냉각시켜 상기 압축공기에 함유된 수분이 응축되도록 함으로써 상기 압축공기로부터 수분이 분리될 수 있도록 하는 일련의 구성이며, 상기 공기 유동관(100)이 통과하는 경로를 따라 위치되는 냉동 싸이클 중의 증발기로 구성된다.

즉, 상기한 냉동 건조부(300)는 압축공기의 온도가 저온을 이루도록 하면서도 상기 압축공기로부터 수분이 분리될 수 있도록 한 것이다.

이때, 상기 냉동 싸이클이라 함은 냉매를 압축, 응축, 팽창 및 증발을 반복하면서 순환되도록 구성된 장치이며, 상기한 냉동 싸이클의 증발기는 저온 저압 상태의 냉매를 외기(공기 유동관을 통과하는 공기)와 열교환시키는 장치이다.

다음으로, 상기 제1흡착 건조부(400)는 상기 냉동 건조부(300)를 통과하면서 건조된 상태의 공기를 비가열 방식으로 건조시키기 위한 일련의 구성이다.

본 발명의 실시예에서는 상기한 제1흡착 건조부(400)가 한 쌍의 제1흡착조(411,412) 및 상기한 각 제1흡착조(411,412)로의 공기 유동을 선택적으로 안내하는 복수의 유량 제어밸브(420)를 포함하여 구성됨을 제시한다.

특히, 상기한 각 제1흡착조(411,412) 내에는 흡착제가 제공되며, 상기한 제1흡착조(411,412) 내에 제공되는 흡착제는 활성 알루미나(activated alumina)로 구성됨을 제시한다.

즉, 상기한 제1흡착 건조부(400)에서는 상기 냉동 건조부(300)를 통과한 공기 중의 수분을 재차적으로 제거하는 역할을 수행한다.

다음으로, 상기 제2흡착 건조부(500)는 상기 제1흡착 건조부(400)를 통해 건조된 공기를 재차적으로 흡착 건조시켜, 상기 공기 중의 수분이 완전히 제거될 수 있도록 하는 일련의 구성이다.

상기한 제2흡착 건조부(500)는 흡착제가 충전되어 있으면서 상기 제1흡착 건조부(400)를 통과한 공기를 제공받아 재차적으로 건조시키는 복수의 제2흡착 조(51,512)와, 상기 각 제2흡착조(511,512)로의 공기 유동을 선택적으로 안내하는 복수의 유량 제어밸브(520)를 포함하여 구성됨을 제시한다.

특히, 상기한 각 제2흡착조(511,512) 내의 흡착제는 합성제오라이트(synthetic zeolite)로 구성됨을 제시한다.

이때, 상기한 합성제오라이트는 상대습도에 따른 수분 평형 흡수율이 높고 재생후 수분 잔량이 남지 않는다는 특성이 있기 때문에 수분함량이 낮은 수증기 분압하에서도 큰 흡착량을 가지고 있는 물질이다. 이로 인해, 본 발명에서와 같이 미량의 수분을 포함한 가스의 초건조제로 사용하는데 있어서 가장 적합하다.

다음으로, 상기 진공펌프(600)는 상기 제2흡착 건조부(500)를 이루는 각 제2흡착조(511,512) 내의 흡착제를 교대로 진공 건조시켜 재생하기 위한 일련의 구성이다.

즉, 상기한 진공펌프(600)는 흡착제의 재생을 위한 건조시간을 최소화할 수 있도록 하여, 본 발명의 실시예에 따른 공기 건조장치의 사용 중단 후 재가동시 단시간 내에 안정된 노점(dew point)을 얻을 수 있도록 하는 역할을 수행한다.

이때, 상기한 진공펌프(600)는 별도의 진공 관로(610)를 통해 각 제2흡착조(511,512)와 연통되도록 구성되고, 상기한 진공 관로(610)에는 유량 조절밸브(620)가 구비된다.

다음으로, 상기 복수의 필터부(710,720,730,740)는 상기 공기 유동관(100)을 따라 유동되는 공기로부터 이물질 및 미세 먼지 등을 완전히 제거할 수 있도록 하는 일련의 구성으로써, 상기 공기 유동관(100)의 관로 내부 중 상기 각 구성들(공 기 압축부, 냉동 건조부, 제1흡착 건조부, 제2흡착 건조부 등)(200,300,400,500) 사이 및 상기 제2흡착 건조부(500)의 공기 유출측 관로 상에 각각 구비된다.

이때, 상기 필터부(710,720,730,740)는 상기 공기 압축부(200)를 통해 압축된 공기 내의 이물을 제거하는 제1필터부(710)와, 상기 냉동 건조부(300)를 통과한 공기 내의 미세 이물을 제거하는 제2필터부(720)와, 상기 제1흡착 건조부(400)를 통과한 공기 내의 미세 이물을 제거하는 제3필터부(730)와, 상기 제2흡착 건조부(500)를 통과한 공기 내의 미세 이물을 재차적으로 제거하는 제4필터부(740)를 포함하여 구성된다.

특히, 본 발명의 실시예에서는 상기한 각 필터부(710,720,730,740)가 서로 다른 필터링 성능을 갖도록 구성됨과 더불어 공기의 건조가 진행될수록 필터링 성능이 더욱 우수한 필터부가 배치되도록 구성됨을 제시한다.

하기에서는, 전술한 본 발명의 실시예에 따른 공기 건조장치를 이용한 고청정의 건조된 압축공기를 생성하는 과정에 대하여 더욱 구체적으로 설명하도록 한다.

우선, 공기 압축부(200)는 건조 대상 공기를 제공받아 압축시킨다.

이때, 상기 공기라 함은 절연매질로 사용하기 위해 산소와 질소가 혼합된 혼합가스를 의미하며, 상기한 공기 내에는 수분이 함유되어 있을 뿐 아니라 각종 이물질이 함유된 상태이다.

즉, 상기한 공기 압축부(200)를 통해 공기를 압축시킴으로써 전력기기에의 사용이 가능한 압축된 상태의 공기를 얻게 된다.

그리고, 상기 공기 압축부(200)를 통해 압축된 공기는 공기 유출측을 통해 공기 유동관(100)으로 제공되며, 계속해서 상기한 공기 유동관(100)을 따라 유동하게 된다.

이때, 상기 공기 유동관(100)을 따라 유동하는 압축공기는 상기 공기 유동관(100)의 각 관로 중 냉동 건조부(300)를 통과하기 전에 제1필터부(710)에 의해 상기 공기 중에 포함된 각종 먼지나 이물질이 걸러지게 된다.

다음으로, 상기 공기 유동관(100)을 따라 유동하는 압축공기는 상기 냉동 건조부(300)를 통과하게 된다.

이때, 상기 냉동 건조부(300)는 압축공기를 가열하여 건조되도록 하는 것이 아니라 상기 압축공기를 냉각시켜 상기 압축공기에 함유된 수분이 응축되도록 함으로써 상기 압축공기로부터 수분이 분리될 수 있도록 하는 일련의 구성이다.

즉, 상기한 냉동 건조부(300)는 압축공기가 저온의 상태에서 수분이 분리될 수 있도록 함으로써 최종적으로 생성되는 건조공기의 온도가 최대한 낮은 온도를 이룰 수 있도록 한 것이다.

그리고, 상기와 같이 냉동 건조부(300)에 의해 일차적인 건조가 이루어진 압축공기는 공기 유동관(100)을 따라 계속적으로 유동되면서 제2필터부(720)를 통과하게 되고, 이의 과정에서 상기 압축공기 내에 함유된 미세 이물질이 제거된다.

다음으로, 상기 제2필터부(720)를 통과한 압축공기는 제1흡착 건조부로 제공되고, 계속해서 상기 제1흡착 건조부(400)에서 재차적인 건조가 진행된다.

이때, 상기 제1흡착 건조부(400)에서는 활성 알루미나로 이루어진 흡착제에 의해 상기 압축공기 중의 수분이 제거된다.

특히, 상기 압축공기는 상기 제1흡착 건조부(400)를 이루는 두 흡착조(411,412) 중 어느 한 흡착조로 선택적으로 제공되어 해당 흡착조 내의 흡착제에 의해 수분이 제거된다.

즉, 두 흡착조(411,412) 중 흡착제의 재생이 완료된 흡착조로 압축공기의 제공이 이루어질 수 있도록 함으로써 상기 압축공기에 대한 건조 성능을 더욱 향상시킬 수 있도록 한 것이다.

그리고, 상기한 제1흡착 건조부(400)를 통과한 압축공기는 제3필터부(730)를 통과하면서 재차적인 미세 이물질의 제거가 이루어져 고청정한 상태를 이루게 되며, 계속해서 제2흡착 건조부(500)로 제공되어 상기 제2흡착 건조부(500)에서 재차적인 흡착 건조가 진행된다.

상기 제2흡착 건조부(500)에서는 합성 제오라이트로 이루어진 흡착제에 의해 상기 압축공기 중의 수분이 제거된다.

이때, 상기한 합성 제오라이트는 수분함량이 낮은 수증기 분압하에서도 큰 흡착량을 가지고 있기 때문에 상기 제1흡착 건조부(400)를 통해 미처 제거되지 못한 미량의 수분 역시 상기한 제2흡착 건조부(500)에서 완전히 제거될 수 있게 되며, 이로 인해 초건조 압축공기를 얻을 수 있게 된다.

특히, 상기한 압축공기가 제2흡착 건조부(500)의 두 흡착조(511,512) 중 어느 한 흡착조(511)를 통과하는 동안 다른 한 흡착조(512)는 진공펌프(600)에 의해 설정된 시간동안 진공작업으로 흡착제의 건조가 진행된다.

그리고, 상기한 과정에 의해 다른 한 흡착조(512) 내의 흡착제에 대한 건조가 완료되면 유량 제어밸브(520)의 동작에 의해 상기 어느 한 흡착조(511)로 제공되던 압축공기는 상기 다른 한 흡착조(512)를 통과하게 되며, 계속해서 상기 어느 한 흡착조(511)는 내부 압력이 해제된 후 상기 진공펌프(600)에 의해 설정된 시간동안 진공작업으로 흡착제를 건조시키는 작업이 진행된다.

따라서, 상기한 압축공기는 전술한 일련의 작업이 반복적으로 수행되면서 수분함량이 극도로 낮은 10PPM 이하에 이르기까지 건조되며, 이후 제4필터부(740)를 통과하면서 재차적인 미세 이물질의 제거가 이루어짐에 따라 고청정의 건조한 압축공기를 얻을 수 있게 된다.

특히, 상기 압축공기는 건조를 위한 일련의 과정이 저온에서 진행되는 냉동 건조부(300)와, 흡착제를 이용한 제1흡착 건조부(400) 및 제2흡착 건조부(500)를 통해 진행되는 등 일체의 가열이 이루어지지 않기 때문에 전력기기에의 사용에 적합한 -70℃ 이하의 온도를 달성할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압축공기 고청정 건조장치를 설명하기 위해 나타낸 블럭도

도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100. 공기 유동관 200. 공기 압축부

300. 냉동 건조부 400. 제1흡착 건조부

411,412. 제1흡착조 500. 제2흡착 건조부

511,512. 제2흡착조 420,520,620. 유량 제어밸브

600. 진공 펌프 610. 진공 관로

710. 제1필터부 720. 제2필터부

730. 제3필터부 740. 제4필터부

Claims

공기를 압축하는 공기 압축부;

상기 공기 압축부를 통해 압축된 공기를 냉동 건조시키는 냉동 건조부;

상기 냉동 건조부를 통해 건조된 공기를 흡착제로써 흡착 건조시키는 제1흡착 건조부;

상기 제1흡착 건조부를 통해 건조된 공기를 재차적으로 흡착 건조시키며, 흡착제를 이용한 공기의 건조가 수행되는 복수의 흡착조를 갖는 제2흡착 건조부;

상기 제2흡착 건조부를 이루는 각 흡착조 내의 흡착제를 교대로 진공 건조시켜 재생하는 진공펌프;

상기한 각 구성들로의 공기 전달을 위한 공기 유동관; 그리고,

상기 공기 유동관의 각 부위 중 상기 각 구성들 사이의 부위에 각각 구비되면서 해당 부위를 통과하는 공기로부터 이물질을 제거하는 복수의 필터부:를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 압축공기 고청정 건조장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제1흡착 건조부 내의 흡착제는 활성 알루미나(activated Alumina)로 구성됨을 특징으로 하는 압축공기 고청정 건조장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제2흡착 건조부 내의 흡착제는 합성제오라이트(synthetic zeolite)로 구성됨을 특징으로 하는 압축공기 고청정 건조장치.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 각 필터부는

상기 공기 압축부를 통해 압축된 공기 내의 이물을 제거하는 제1필터부와,

상기 냉동 건조부를 통과한 공기 내의 미세 이물을 제거하는 제2필터부와,

상기 흡착 건조부를 통과한 공기 내의 미세 이물을 제거하는 제3필터부와,

상기 제2흡착 건조부를 통과한 공기 내의 미세 이물을 재차적으로 제거하는 제4필터부를 포함하여 구성됨을 특징으로 하는 압축공기 고청정 건조장치.
제 4 항에 있어서,

상기 각 필터부는 서로 다른 필터링 성능을 갖도록 구성됨과 더불어 공기의 건조가 진행될수록 필터링 성능이 더욱 우수한 필터부가 배치되도록 구성됨을 특징으로 하는 압축공기 고청정 건조장치.