KR20120029489A - 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 공기청정시스템에 사용되는 에어드라이어의 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에어콤프레샤, 애프터쿨러 및 에어드라이어의 일체형 에어드라이어에 사용되는 열교환기에 관한 것이다.
본 발명에 따른 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기는, 워터펌프로부터 공급되는 물과 냉각콤프레샤로부터 공급되는 냉매가스와 열교환되고, 에어콤프레샤로부터 공급된 고온의 공기가 상기 냉각가스 및 열교환된 물과 열교환되어 냉기가 인출되도록 구성되는 제1 열교환부와; 상기 제1 열교환부와 연결되며, 상기 제1 열교환부에서 열교환되어 나오는 물과 상기 에어콤프레샤로부터 공급된 고온의 오일과 열교환되어 상기 오일은 상기 에어콤프레샤로 복귀하고 상기 물은 상기 워터펌프로 복귀하도록 구성되는 제2 열교환부(320);를 포함하여 이루어진다.

Description

콤비네이션 에어드라이어용 열교환기{HEAT EXCHANGER FOR COMBINATION AIR DRYER}
본 발명은 공기청정시스템에 사용되는 에어드라이어의 열교환기에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 에어콤프레샤, 애프터쿨러 및 에어드라이어의 일체형 에어드라이어에 사용되는 열교환기에 관한 것이다.
도 1은 종래의 에어 클리닝 시스템의 구성도이다.
종래의 에어 클리닝 시스템은 도시된 바와 같이, 에어콤프레샤(110)와 애프터쿨러(120) 및 에어드라이어(130)로 이루어진다.
에어콤프레샤(110)는 외부의 신선한 공기를 흡입, 압축하여 일정량과 일정압력으로 유지되도록 하면서 공기를 애프터쿨러(120)로 공급한다.
에어콤프레샤(110)는 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 산업 현장으로 압축공기를 토출하는 장치인데, 공기를 고압으로 압축하면 온도가 고온으로 상승하게 된다. 이때 지나친 온도 상승을 막고 압축을 원활히 하기 위해 급유식 공기 압축기는 오일을 투입하여 공기와 오일의 혼합물을 압축하고 압축공기에서 오일을 분리시킨 후 압축 공기만 내보내도록 되어 있다.
이러한 오일의 분리는 세퍼레이터(101)에서 이루어지며, 세퍼레이터(101)에서 분리된 에어는 쿨러(102)를 통해 냉각되어 애프터쿨러(120)로 공급되고, 오일도 쿨러(102)를 통해 냉각되어 오일필터(103)를 거쳐 에어엔드(104)로 복귀한다.
이어서, 쿨러(102)를 통해 공급된 에어는 애프터쿨러(120)로 공급된다. 애프터쿨러(120)는 에어콤프레샤(110)의 다음 단계에 배치되고, 에어콤프레샤(110)로 인한 원료공기의 온도상승을 억제하기 위한 장치이다.
애프터쿨러(120)를 거쳐 에어는 메인 필터(140)를 거쳐 열교환기(131)를 통과하며, 열교환기(131)에는 냉각기(132)로부터 냉매를 공급받아 에어를 냉각시키도록 열교환된다.
열교환된 에어는 프리 필터(150)와 라인 필터(160)를 거쳐 외부(반도체 공장의 클린룸, 정밀 도장공장 등)로 공급된다.
상술한 에어 클리닝 시스템은 에어콤프레샤(110), 애프터쿨러(120) 및 에어드라이어(130)가 각각 독립된 별개의 장치로 구성되어 에어 클리닝 시스템을 구성하기 위한 부피가 전체적으로 커지고 설치 비용도 상승하는 요인이 되고 있다.
따라서, 근래에는 이러한 장치들을 일체화시킨 콤비네이션 타입의 장치들이 개발되는 추세에 있으며, 콤비네이션 장치들의 개발에 따라 그에 포함된 부속품들도 개발되는 추세에 있다.
상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 에어콤프레샤와 애프터쿨러 및 에어드라이어를 일체로 형성된 에어 클리닝 시스템을 제공하고자 한다.
또한, 콤비네이션 타입의 에어 클리닝 시스템에 적합한 열교환기를 제공하고자 한다.
또한, 콤비네이션 타입의 에어 클리닝 시스템에 적합한 열교환기를 새로 구성하여 부품수를 줄여 제작비를 줄이고 부피를 줄여 생산성 및 사용의 편리성을 도모하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명에 따른 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기는, 워터펌프로부터 공급되는 물과 냉각콤프레샤로부터 공급되는 냉매가스와 열교환되고, 에어콤프레샤로부터 공급된 고온의 공기가 상기 냉각가스 및 열교환된 물과 열교환되어 냉기가 인출되도록 구성되는 제1 열교환부와; 상기 제1 열교환부와 연결되며, 상기 제1 열교환부에서 열교환되어 나오는 물과 상기 에어콤프레샤로부터 공급된 고온의 오일과 열교환되어 상기 오일은 상기 에어콤프레샤로 복귀하고 상기 물은 상기 워터펌프로 복귀하도록 구성되는 제2 열교환부(320);를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 열교환부는 상기 워터펌프로부터 공급되어 인입되는 워터인입구(W_in)와, 에어콤프레샤로부터 공급되어 인입되는 에어인입구(A_in)와, 열교환된 에어가 내보내어지는 에어인출구(A_out)와, 열교환시 응축되어 발생되는 수분을 드레인하는 드레인부를 포함하고, 상기 제2 열교환부는 열교환된 물이 배출되어 상기 워터펌프로 공급되는 워터인출구(W_out)와, 상기 에어콤프레샤로부터 공급되는 오일의 인입구(O_in)와, 열교환된 오일이 나가는 오일의 인출구(O_out)를 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 열교환부는 내부에 배플핀들이 형성되고 에어의 보관과 흐름을 유도하며 단면이 도우넛 형태를 갖는 에어외관과, 상기 에어외관의 내면둘레에 설치되며 다수개의 알루미늄핀이 형성되고 그 내부에 다수개의 동파이프가 연결되어 동파이프를 통해 물의 유로를 형성하는 제1 핀붙이다관과, 상기 에어외관의 중심에 위치되며 냉매가스의 가스인입구(G_in)와 가스인출구(G_out)와 알루미늄핀들이 형성된 제2 핀붙이다관를 포함하고, 상기 제2 열교환부는 오일의 보관과 흐름을 유도하며 내부에 배플핀들이 형성된 오일외관과, 다수개의 알루미늄핀이 형성되고 그 내부에 다수개의 동파이프가 연결되어 동파이프를 통해 물의 유로를 형성하는 제3 핀붙이다관을 포함하여 이루어진다.
여기서, 상기 제1 열교환부와 제2 열교환부는 수평 배열되거나 수직 배열될 수 있으며 설치 장소의 설계공간에 따라 다르게 제작될 수 있다.
상술한 본 발명의 구성에 따르면, 에어콤프레샤와 애프터쿨러 및 에어드라이어를 일체로 형성된 에어 클리닝 시스템을 제공하는 것이 가능하고, 나아가 콤비네이션 타입의 에어 클리닝 시스템에 적합한 열교환기를 제공할 수 있으며, 근본적으로 전체 부품수를 줄여 제작비를 줄이고 전체 부피를 줄여 생산성 및 사용의 편리성을 도모하는 것이 가능하게 된다.
도 1은 종래의 에어 클리닝 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명에 따른 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기가 적용된 에어 클리닝 시스템의 구성도이다.
도 3은 본 발명에 따른 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기 구성의 일예이다.
도 4는 본 발명에 따른 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기 구성의 다른 예이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기의 구조 및 에어 클리닝 시스템의 구성에 대해 살펴본다.
도 2는 본 발명에 따른 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기가 적용된 에어 클리닝 시스템의 구성도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명의 에어 클리닝 시스템의 콤비네이션 에어드라이어(200)는 에어콤프레샤(210)와 애프터쿨러(230), 에어드라이어(240) 및 필터(220, 250, 260)가 일체로 형성된다.
에어콤프레샤(210)는 외부의 신선한 공기를 흡입, 압축하여 일정량과 일정압력으로 유지되도록 하면서 공기를 메인필터(220)로 공급한다.
에어콤프레샤(210)는 대기의 공기를 흡입하여 고압으로 압축한 후 산업 현장으로 압축공기를 토출하며, 공기를 고압으로 압축하면 온도가 고온으로 상승하게 된다. 이때 지나친 온도 상승을 막고 압축을 원활히 하기 위해 급유식 공기 압축기는 오일을 투입하여 공기와 오일의 혼합물을 압축한다.
세퍼레이터(202)는 압축공기에서 오일을 분리시킨 후 압축 공기만 메인필터(220)로 내보내고, 분리된 오일은 열교환기(242)로 내보낸다.
메인필터(220)는 에어콤프레샤(210)를 통과하여 공급되는 공기에 포함된 3㎛ 이상의 고형물질, 수분 및 유분을 1차적으로 여과하여 에어드라이어(240)의 열교환기(242)로 공급한다.
열교환기(242)의 일측에는 워터펌프(241)가 연결되며 타측에는 냉각콤프레샤(243)와 애프터쿨러(230)가 연결된다.
워터펌프(241)로부터 공급된 물은 세퍼레이터(202)로부터 공급되어 인입된 고온의 오일을 수냉식으로 냉각시켜 에어콤프레샤(210)의 에어 엔드(201)로 복귀시키고, 메인필터(220)로부터 공급된 공기는 냉각콤프레샤(243)로부터 공급되는 냉매가스와 열교환되어 프리필터(25)로 공급되며, 공기와 열교환되어 온도가 올라간 냉매가스는 워터펌프(241)로부터 공급된 물과 열교환되어 다시 애프터쿨러(230)로 복귀된다.
애프터쿨러(230)는 에어콤프레샤(210)의 다음 단계에 배치되고, 에어콤프레샤(210)로 인한 원료공기의 온도상승을 억제하기 위한 장치이며, 쿨러용 콘덴싱유닛과 송풍기와 에어플로우관을 포함하여 이루어져 에어콤프레샤(210)에서 토출되는 고온다습한 공기의 제습 및 주변기기를 보호해주며, 냉각콤프레샤(243)와 연결된다. 다만 종래와 달리(종래의 애프터쿨러는 에어드라이어로 공급되는 에어 및 냉각콤프레샤로 공급되는 냉매가스를 냉각하는 기능을 함), 애프터쿨러(230)는 냉각콤프레샤(243)에만 연결되어 냉각가스의 온도를 낮추는데만 사용되므로 그 크기 및 용량이 작아질 수 있다.
열교환기(240)를 통해 열교환된 공기는 냉기에 포함된 3㎛ 이상의 포함된 고형물질, 수분 및 유분을 2차적으로 여과하는 프리필터(250)와, 프리필터(250)를 통과한 공기에 포함된 1㎛ 이상의 이물질을 3차적으로 여과하는 라인필터(260)를 거쳐 외부로 토출된다.
도 3은 본 발명에 따른 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기 구성의 일예이다.
도시된 바와 같이, 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기(242)는 도 2에 도시된 에어 클리닝 시스템에 적용되는 일체형 에어드라이어 구조에서 적합한 열교환기이다.
본 발명에 따른 열교환기(242)는 기존의 열교환기와 달리 에어콤프레샤(210)에서 공기의 압축과정에서 발생되는 고온의 오일을 냉각하는 냉각쿨러(도 1의 102)를 없애고, 열교환기(242)에 고온의 오일을 수냉식으로 냉각시킬 수 있는 구조와 고온의 공기를 냉매식과 수냉식으로 냉각시킬 수 있는 구조를 결합시킨 형태를 취한다.
열교환기(242)는 제1 열교환부(310)와 제2 열교환부(320)를 포함한다.
제1 열교환부(310)는 고온의 공기를 냉매식 및 수냉식으로 냉각시키는 부분이며, 제2 열교환부(320)는 고온의 오일을 수냉식으로 냉각시키는 부분이다.
제1 열교환부(310)는 워터펌프(241)로부터 공급되어 인입되는 워터인입구(W_in)와, 에어콤프레샤(210)로부터 공급되어 인입되는 에어인입구(A_in)와, 열교환된 에어가 내보내어지는 에어인출구(A_out)와, 열교환시 응축되어 발생되는 수분을 드레인하는 드레인부(314)와, 내부에 배플핀(315)들이 형성되고 에어의 보관과 흐름을 유도하며 단면이 도우넛 형태를 갖는 에어외관(311)과, 에어외관(311)의 내면둘레에 설치되며 다수개의 알루미늄핀이 붙어있고 그 내부에 다수개의 동파이프가 연결되어 동파이프를 통해 물의 유로를 형성하는 제1 핀붙이다관(312)과, 에어외관(311)의 중심에 위치되며 냉매가스의 가스인입구(G_in)와 가스인출구(G_out)와 알루미늄핀들이 붙어있는 제2 핀붙이다관(313)를 포함하여 이루어진다.
제2 열교환부(320)는 제1 열교환부(310)의 측면이나 상부측에 연결될 수 있으며, 열교환된 물이 배출되어 워터펌프(241)로 공급되는 워터인출구(W_out)와, 에어콤프레샤(210)로부터 공급되는 오일의 인입구(O_in)와, 열교환된 오일이 나가는 오일의 인출구(O_out)와, 오일의 보관과 흐름을 유도하며 내부에 배플핀(323)이 형성된 오일외관(321)과, 다수개의 알루미늄핀이 붙어있고 그 내부에 다수개의 동파이프가 연결되어 동파이프를 통해 물의 유로를 형성하는 제3 핀붙이다관(322)를 포함하여 이루어진다.
이렇게 구성된 열교환기(242)의 동작 흐름을 설명한다.
직선화살표는 물의 흐름을 도시한 것이며, 점선화살표는 공기의 흐름을 도시한 것이고, 일점쇄선 화살표는 오일의 흐름을 도시한 것이고, 이점쇄선의 화살표는 냉매가스의 흐름을 도시한 것이다.
워터펌프(241)로부터 공급된 물은 워터인입구(W_in)를 통해 제1 열교환부(310)로 인입되고, 동시 또는 순차적으로 에어콤프레샤(210)로부터 공급되는 고온의 공기는 제1 열교환부(310)의 에어인입구(A_in)를 통해 에어외관(311)으로 인입되며 에어콤프레샤(210)로부터 보내지는 고온의 오일은 제2 열교환부(320)의 오일인입구(O_in)를 통해 오일외관(321)으로 인입된다.
또한, 냉각콤프레샤(243)로부터 냉매가스가 가스인입구(G_in)를 통해 제2 핀붙이다관(313)으로 인입되어 가스 인출구(G_out)를 통해 인출된다.
워터인입구(W_in)를 통해 인입된 고온의 물은 내부의 배플핀(Baffle pin)에 의해 화살표(직선화살표)는 상하로 움직이면서 유동되어 제2 핀붙이다관(313)을 거치게 되고, 이때 고온의 물은 냉매가스와 열교환되어 나가게 된다.
냉매가스와 열교환되어 내보내어진 냉수는 다시 제1 핀붙이다관(312)를 통해 화살표방향(직선화살표)으로 흐르고 이때 냉수와 고온의 공기는 열교환되고, 열교환된 냉기는 에어인출구(A_out)를 통해 외부로 배출된다. 이때 고온의 공기는 냉수와 열교환될 뿐만아니라 냉매가스와도 동시에 열교환이 이루어진다.
열교환된 물은 다시 제2 열교환부(320)의 제3 핀붙이다관(322)을 통해 흐르고 여기서 다시 고온의 오일과 열교환된다. 열교환된 비교적 저온의 오일은 오일인출구(O_out)를 통해 에어콤프레샤(210)로 복귀되며, 마찬가지로 열교환된 비교적 고온의 물은 워터인출구(W_out)를 통해 워터펌프(241)로 복귀된다. 이러한 흐름은 계속적으로 반복된다.
이러한 본 발명의 열교환기(242)는 에어콤프레샤와 에어드라이어가 분리된 장치 또는 에어콤프레샤, 애프터쿨러 및 에어드라이어가 각각 분리된 장치를 일체로 형성되는 콤비네이션타입의 에어드라이어를 가능하게 한다.
또한, 열교환기(242)는 콤비네이션 타입의 에어드라이어를 가능하게 함과 동시에 기존에 에어콤프레샤에서 발생되는 고온의 오일과 고온의 공기를 낮은 온도로 전환시키기 위해 사용되었던 오일 및 에어쿨러를 없애는 효과를 가져 비용면에서나 장치의 부피면에서 매우 효과적이라 할 수 있다. 즉, 오일의 냉각방식은 제2 열교환부(320)에서 비교적 저온의 물과 열교환이 이루어지는 것에 의해 쿨러의 기능을 담보하게 된다.
또한, 열교환기(242)는 에어콤프레샤로부터 공급되어지는 고온의 공기를 1차적으로는 냉매가스를 통해 열교환하고, 2차적으로는 냉매가스에 의해 열교환된 냉수를 통해 열교환되므로 냉매식 및 냉수식의 복합적 냉각시스템을 갖추어 보다 효율적으로 공기를 냉각시킬 수 있다.
도 4는 본 발명에 따른 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기 구성의 다른 예이다.
도 3에 도시된 열교환기(242)는 제1 열교환부(310)와 제2 열교환부(320)가 수평으로 연결된 형태로 구성된 것인 것에 반해, 도 4에 도시된 열교환기(242)는 제1 열교환부(410)와 제2 열교환부(420)가 수직으로 연결된 형태로 구성된 것이다.
기능적인 차이는 전혀 없으며, 설치 공간 등을 고려하여 다양하게 배치할 수 있음을 설명하기 위해 도시한 것이다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 하고, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
200 : 에어드라이어 201 : 에어 엔드
202 : 세퍼레이터 203 : 오일 필터
210 : 에어콤프레샤 220 : 메인 필터
230 : 애프터쿨러 240 : 에어드라이어
241 : 워터펌프 242 : 열교환기
243 : 냉각콤프레샤 250 : 프리 필터
260 : 라인 필터 310, 410 : 제1 열교환부
320, 420 : 제2 열교환부 311, 411 : 에어외관
312, 412 : 제1 핀붙이다관 313, 413 : 제2 핀붙이다관
314, 414 : 드레인부 315, 323, 415, 423 : 배플핀
321, 421 : 오일외관 322, 422 : 제3 핀붙이다관

Claims (4)

  1. 워터펌프로부터 공급되는 물과 냉각콤프레샤로부터 공급되는 냉매가스와 열교환되고, 에어콤프레샤로부터 공급된 고온의 공기가 상기 냉각가스 및 열교환된 물과 열교환되어 냉기가 인출되도록 구성되는 제1 열교환부와;
    상기 제1 열교환부와 연결되며, 상기 제1 열교환부에서 열교환되어 나오는 물과 상기 에어콤프레샤로부터 공급된 고온의 오일과 열교환되어 상기 오일은 상기 에어콤프레샤로 복귀하고 상기 물은 상기 워터펌프로 복귀하도록 구성되는 제2 열교환부(320);를 포함하는, 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열교환부는 상기 워터펌프로부터 공급되어 인입되는 워터인입구(W_in)와, 에어콤프레샤로부터 공급되어 인입되는 에어인입구(A_in)와, 열교환된 에어가 내보내어지는 에어인출구(A_out)와, 열교환시 응축되어 발생되는 수분을 드레인하는 드레인부를 포함하고,
    상기 제2 열교환부는 열교환된 물이 배출되어 상기 워터펌프로 공급되는 워터인출구(W_out)와, 상기 에어콤프레샤로부터 공급되는 오일의 인입구(O_in)와, 열교환된 오일이 나가는 오일의 인출구(O_out)를 포함하는, 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열교환부는 내부에 배플핀들이 형성되고 에어의 보관과 흐름을 유도하며 단면이 도우넛 형태를 갖는 에어외관과, 상기 에어외관의 내면둘레에 설치되며 다수개의 알루미늄핀이 형성되고 그 내부에 다수개의 동파이프가 연결되어 동파이프를 통해 물의 유로를 형성하는 제1 핀붙이다관과, 상기 에어외관의 중심에 위치되며 냉매가스의 가스인입구(G_in)와 가스인출구(G_out)와 알루미늄핀들이 형성된 제2 핀붙이다관를 포함하고,
    상기 제2 열교환부는 오일의 보관과 흐름을 유도하며 내부에 배플핀들이 형성된 오일외관과, 다수개의 알루미늄핀이 형성되고 그 내부에 다수개의 동파이프가 연결되어 동파이프를 통해 물의 유로를 형성하는 제3 핀붙이다관을 포함하는, 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 열교환부와 제2 열교환부는 수평 배열되거나 수직 배열되는, 콤비네이션 에어드라이어용 열교환기.
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