KR20150145387A - 유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오일인젝션 방식 공기압축기에 관한 것으로서, 상세하게는 고온의 압축공기를 직접 오일제거장치에 공급하여 촉매를 가열함으로써, 압축공기 내에 존재하는 유증기를 처리할 때 오일제거장치의 촉매를 활성온도까지 가열하기 위해 사용되는 열을 발생시키는데 소요되는 에너지를 절감할 수 있게 한 유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기에 관한 것이다.

Description

유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기{A compressor with enhanced energy efficiendy and ellminated oil gas }

본 발명은 오일인젝션 방식 공기압축기에 관한 것으로서, 상세하게는 고온의 압축공기를 직접 오일제거장치에 공급하여 촉매를 가열함으로써, 압축공기 내에 존재하는 유증기를 처리할 때 오일제거장치의 촉매를 활성온도까지 가열하기 위해 사용되는 열을 발생시키는데 소요되는 에너지를 절감할 수 있게 한 유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기에 관한 것이다.

통상적으로 고압의 공기를 발생시키기 위한 수단으로 공기압축기(Air compressor)가 사용되고 있다.

이러한 공기압축기는 날개차나 로터의 회전운동 또는 피스톤의 왕복운동에 의해서 공기를 일정한 공간에 압축하여 보관하면서 필요시 압축공기를 토출시키는 것이다.

이러한 공기압축기와 관련된 기술에는 다양한 것이 있으나 그 일예로는 특허문헌 1내지 2가 있다.

특허문헌 1은 오일펌프에 의해 오일공급통로를 통한 강제 공급식과, 크랭크축에 축설된 회전 윤할봉이 회전되면서 오일을 튀겨 공급하는 비산식 윤활수단을 동시에 구비하여 기기의 각 구동부에 오일의 차질 없는 공급이 이루어지도록 하는 한편, 기관을 순환하면서 가열되는 오일, 특히 상기한 오일공급통로 및 회전윤활봉을 동시에 구비한데 따른 오일에 가중되는 가열현상을 순화시키기 위해 오일의 일부를 바이패스라인 송유관 및 바이패스라인 재유입관과 연결된 라디에이터의 오일 입, 출구를 통하여 냉각시켜줄 수 있게 한 것이고,

특허문헌 2는 체크밸브를 구비하되 체크밸브는 공기흡입로를 자유롭게 차단하는 밸브체와, 밸브체를 지지하는 밸브봉과, 밸브봉의 일단에 부착된 피스톤과, 피스톤을 슬라이딩 가능하게 지지하는 실린더통과, 실린더통 내의 일단과 피스톤 사이에 끼워진 복귀스프링을 구비하여 구성하고, 실린더통에 피스톤의 슬라이딩 이동에 따른 공기의 출입을 허용하는 한 쌍의 공기탈출로를 형성하고, 헤드측의 탈출로를 소직경으로 하여 스로틀하여 이루어져 소음이나 고장의 원인이 되는 헌팅현상을 해소하고, 내구성이 있고 원활하게 작동하는 회전식 공기압축기에 관한 것이다.

이러한 종래의 공기압축기는 유입된 공기를 일정 압력 이상으로 압축시킬 때, 공기가 새는 것을 방지할 수 있도록 장치들의 연결부분에 오일이 공급되고, 이 오일이 공기와 혼합되어 압축된 후 공기/오일 분리탱크에서 분리되어 정제되고 순환된다.

이렇게 공기중에 혼합된 오일 즉 유증기는 공기가 사용되는 용도에 따라 제거하여야 하고 유증기를 제거하기 위한 수단으로 본 출원인에 의해 개발된 특허문헌 3이 있다.

특허문헌 3은 도 5에 도시한 바와 같이, 공기압축장치의 압축기(100)에 의해 압축된 공기를 쿨러(200)에서 냉각시킨 후, 드라이어(300)에서 수분을 제거한 후, 오일제거기(400)와 판형열교환기(500)를 이용하여 오일을 제거할 수 있도록 구성된 것으로서, 오일제거기는 컨버터를 이루는 유형관의 내부에 서로 하부메쉬판에 의해 분리되도록 1차촉매와 2차촉매를 채우고, 1차촉매는 카트리지히터에 의해 가열된 방열판에 의해 160℃ ㅁ 20℃로 유지되며, 컴프레서로 부터 공급되는 압축공기가 열교환기를 통해 컨버터로 들어와서 고온의 상태로 다시 열교환기로 들어가 최초 공급되는 컴프레서의 저온의 공기에 열을 뺏긴 후 드라이어로 공급되도록 구성된 것이다.

이러한 오일제거장치는 상기한 바와 같이, 촉매를 가열하기 위한 수단으로 히터를 구비하고 있으며, 이 히터를 구동시키기 위해서는 별도로 에너지가 소비되므로 유증기 제거를 위해서는 많은 에너지가 소비되는 문제가 있다.

더욱이, 이러한 종래의 공기압축기는 윤활 및 냉각을 위해 사용하는 윤환유의 특징상 생산된 압축공기의 온도가 높아 쿨러(After Cooler)(200)를 설치하여 오일을 포함한 공기를 냉각 후 사용하고 있으며, 이렇게 냉각된 공기를 다시 오일제거장치에 공급할 경우 쿨러와 히터에 이중으로 에너지가 소요되는 단점이 있는 것이다.

1. 대한민국 특허등록 제0298543호 2. 대한민국 특허등록 제0442476호 3. 대한민국 특허등록 제1391122호

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 단점을 개선하기 위해 개발된 것으로서, 유증기를 효율적으로 제거할 수 있음에도 에너지 효율을 향상시킨 유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상세하게 본 발명은 압축기로부터 배출되는 고온의 유증기 포함 압축공기를 직접 오일제거장치에 공급하여 압축공기의 열을 이용하여 오일제거장치에 설치된 촉매를 가열하여 촉매를 활성화시킴으로써 촉매 활성화를 위해 설치된 히터의 구동시간을 줄임으로써 에너지를 절감할 수 있게 한 유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기를 제공하는 것을 목적으로 한다.

이러한 목적을 이루기 위한 본 발명에 따른 유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기는 유증기를 포함하는 압축공기를 생성하는 압축기와, 압축된 공기를 냉각시키는 쿨러 사이의 공기유로 중간에 압축공기 중의 유증기를 제거하기 위한 오일제거장치를 설치하여 압축기로부터 배출되는 고온의 압축공기의 열에 의해 촉매형 오일제거장치의 촉매를 가열하게 하여 촉매를 활성화시킨 것을 특징으로 한다.

상기 오일제거장치는 유증기제거기와, 판형열교환기로 이루어지고, 상기 유증기제거기는 통체 형상의 하우징과; 매쉬판에 의해 분할되도록 적층되어 유분과 반응하는 1차 및 2차촉매와; 상기 1차촉매를 가열하는 히터로 이루어질 수 있다.

상기 하우징은 U자형관이고, 1차촉매가 저장되는 공간에는 다수의 방열날개를 구비한 방열구가 설치되고, 상기 히터는 상기 방열구의 중앙에 세로로 형성된 장홀에 설치될 수 있다.

본 발명에 따른 유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기는 고온의 압축공기를 직접 유증기제거기에 공급하여 유증기제거기에 설치된 촉매를 가열하여 촉매가 활성화되게 함으로써, 촉매 활성화를 위해 설치된 히터의 구동시간을 줄임으로써 에너지 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기의 일예의 회로도,
도 2는 본 발명에 따른 유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기에 설치되는 유증기제거기의 일예의 사시도,
도 3은 본 발명에 따른 유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기에 설치되는 유증기제거기의 일예의 단면도,
도 4는 유증기제거기를 구성하는 방열구의 일예의 사시도, 및
도 5는 종래의 압축장치의 일예의 회로도이다.

이하 본 발명에 따른 유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명은 압축공기 내에 존재하는 유증기를 처리할 때 오일제거장치의 촉매를 활성온도까지 가열하기 위해 사용되는 열을 발생시키는데 소요되는 에너지를 절감할 수 있다.

이러한 본 발명에 따른 공기압축기는 유증기를 포함하는 압축공기를 생성하는 압축기(100)와, 압축된 공기를 냉각시키는 쿨러(200) 사이의 공기유로 중간에 압축공기 중의 유증기를 제거하기 위한 촉매형 오일제거장치(10)를 설치하여 압축기로부터 배출되는 고온의 압축공기의 열에 의해 촉매형 오일제거장치의 촉매를 가열하게 하여 촉매를 활성화시킨 것을 특징으로 한다.

즉, 오일제거장치(10)는 촉매에 의해 오일을 분해하는 것으로 촉매작용을 활성화하기 위해서는 열이 필요하지만 기존에는 압축공기를 쿨러를 이용하여 냉각시킨 후, 다시 히터를 이용하여 가열하여 촉매작용을 촉진시킴에 의해 쿨러와 히터에서 이중으로 에너지가 소모되어 에너지 효율이 떨어지지만, 본 발명은 쿨러의 전단에 오일제거장치(10)를 설치하여 압축기(100)에서 압축된 고온의 압축공기를 그대로 오일제거장치(10)에 전달하여 압축공기의 고온으로 촉매를 가열하여 촉매작용을 활성화시킴으로서 오일제거장치에 히터를 설치하지 않거나 히터를 설치하여도 히터의 구동에 소요되는 에너지를 절감할 수 있는 것이다.

이러한 상기 오일제거장치(10)는 압축공기 중에 포함된 유분을 촉매산화반응으로 이산화탄소와 물로 변환시켜 대기로 방출하는 수단으로 다양하게 구성할 수 있다.

상기 오일제거장치(10)에 구비된 산화반응용 촉매는 이미 알려진 것 중 어느 하나를 선택하여 사용할 수 있는 것이고, 이러한 촉매를 구비한 오일제거장치(10)는 다양하게 변형하여 실시할 수 있으나, 바람직하게는 도 1에 도시한 바와 같이, 촉매반응을 일으키는 유증기제거기(11)와 고온의 압축공기와 열교환하는 판형열교환기(12)로 구성하는 것이다.

유증기제거장치(11)는 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같이, 통체 형상의 하우징(111)과, 매쉬판(11m)에 의해 분할되도록 적층되어 유분과 반응하는 1차 및 2차촉매(112, 113)들과, 상기 1차촉매(112)를 가열하는 히터(114)로 이루어질 수 있다.

이러한 유증기제거기(11)는 전술한 바와 같이 본 출원인에 의해 개발되어 기 등록된 특허등록 제1391122호와 동일한 것이나 본 발명의 의해를 돕기 위해 간략하게 설명하면 다음과 같다.

상기 하우징(111)은 내부로 유입되는 유증기를 포함한 압축공기가 흐르는 경로를 제공하고, 상기 제1, 제2촉매(112, 113)가 원형을 유지하도록 지지하는 역할을 하는 수단으로 통체 형상을 이루고 있으나, 바람직하게는 도시한 바와 같이 "U"자형을 이루는 것이다. 이렇게 하우징(111)이 U자형을 이룰 경우 1촉매(112)의 촉매 반응에 의해 유증기가 반응하여 물과 이산화탄소로 물로 변환하였을 때 물이 최저 부분에 고여 배출될 수 있기 때문이다.

상기 제1촉매(112)는 볼 타입으로 형성하여 후술하는 방열구(115)와의 접촉면적을 넓게 구성하는 것이 바람직하다. 즉, 1차촉매(112)를 세라믹 볼 타입으로 대략 3mm 정도의 직경을 가지게 형성한다.

또한, 상기 1차촉매(112)는 180℃ ~ 200℃로 가열됨으로써 촉매반응이 잘 이루어질 수 있으며, 이를 위한 히터(114)가 구비되어 있으나, 본 발명은 압축공기가 품은 고온의 열을 이용하여 1차촉매를 가열함으로써 히터의 구동시간을 줄이거나 히터의 용량을 줄일 수 있는 것이다.

상기 히터(114)에서 발생된 열이 1차촉매(112)에 고르게 전달되게 하기 위해 1차촉매(112)가 저장되는 공간에는 방열구(115)가 설치되어 있다.

상기 방열구(115)는 도 4에 도시한 바와 같이, 다수의 방열날개(115w)를 구비하고 있고, 중앙에는 장홀(115h)이 형성되어 히터(114)가 설치될 수 있다. 1차촉매(112)를 하우징(111)에 채운 후에 하우징(112)의 유입구(11i)측 상부에 망체를 설치하여 1차촉매가 유입구(11i)로 빠져나가지 못하게 함과 동시에 상기 방열구(115)를 고정시키는 것이다.

상기 2차촉매(113)는 1차촉매(112)가 채워지지 않은 하우징(111)의 나머지 부분에 채워지고, 펠릿타입으로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 1차촉매(112)와 2차촉매(113) 사이에는 매쉬판(11m)을 설치하여 두 촉매가 서로 혼합되는 것을 방지할 수 있다.

상기와 같이 구성된 오일제거장치를 갖는 공기압축장치에서 유증기가 제거되는 과정을 약할 하면 다음과 같다,

압축기(100)에 의해 압축된 유증기를 포함하는 압축공기는 판형 열교환기(12)에 인입관(12i)을 통해 판형열교환기(12)로 유입되고, 판형열교환기(12)의 배출관(12o)을 통해 유증기제거기의 하우징(111)의 유입구(11i)로 유입된다.

이렇게 판형열교환기(12)를 경유하면서 지나치게 높은 압축공기의 열 일부가 열교환되고, 압축공기의 잔열에 의해 1차촉매(112)가 가열된다.

압축공기의 열에 의해 가열된 1차촉매(112)의 촉매반응에 의해 유증기의 일부가 물과 이상화탄소로 변환되고, 압축공기는 2차촉매를 경우하면서 다시 촉매작용에 의해 유증기가 변환되는 것이다.

이러한 과정에서 유분이 제거된 고온의 압축공기를 다시 판형열교환기(12)를 통과하면서 냉각된 상태로 배출된다.

따라서 유분이 제거된 고온의 압축공기는 판형열교환기(12)로 들어가 최초 공급되는 압축기(100)의 저온의 공기에 열을 뺏긴 후 쿨러(200)에 공급되므로 쿨러(200)에서는 기존의 공기압축장치에서보다 낮은 온도의 압축공기를 냉각시키게 된다. 이에 따라 쿨러(200)의 구동에는 상대적으로 적은 양의 에너지가 소모되는 것이다.

이러한 과정에서 전원 연결시 필요한 가열이 되도록 유증기제거기(11)를 통해 판형열교환기(12)로 들어간 압축공기가 배출되는 배출관(11o)의 일측에 솔레노이드밸브(12s)를 설치하여 유증기제거기(11)에 전원공급 후 15분 ~ 30분 후에 솔레노이드밸브(12s)를 열어 유증기제거기(11)에 압축공기가 공급하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기한 바와 같이, 압축기에서 압축되어 고온으로 가열된 압축공기의 열을 이용하여 유증기제거기의 촉매를 가열하여 촉매반응을 촉진시키고, 열교환기를 통해 1차로 냉각된 압축공기를 쿨러에 공급함으로써 쿨러가 압축공기를 냉각시킴에 소요하는 에너지를 절감할 수 있는 것이다.

10: 오일제거장치
11: 유증기제거기
111: 하우징
112, 113: 촉매
114: 히터
115: 방열구
115h: 장홀 115w: 방열날개
12: 판형열교환기

Claims (3)

1. 유증기를 포함하는 압축공기를 생성하는 압축기(100)와, 압축된 공기를 냉각시키는 쿨러(200) 사이의 공기유로 중간에 압축공기 중의 유증기를 제거하기 위한 오일제거장치(10)를 설치하여 압축기로부터 배출되는 고온의 압축공기의 열에 의해 촉매형 오일제거장치의 촉매를 가열하게 하여 촉매를 활성화시킨 것을 특징으로 하는 유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기.
2. 제1항에 있어서,
   상기 오일제거장치(10)는 유증기제거기(11)와 판형열교환기(12)로 이루어지고, 이 유증기제거기(11)는 통체 형상의 하우징(111), 매쉬판(11m)에 의해 분할되도록 적층되어 유분과 반응하는 1차 및 2차촉매(112, 113), 및 상기 1차촉매(112)를 가열하는 히터(114)로 이루어진 것을 특징으로 하는 유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기.
3. 제2항에 있어서,
   상기 하우징(111)은 U자형관으로 이루어지고, 1차촉매(112)가 저장되는 공간에는 다수의 방열날개(115w)를 구비한 방열구(115)가 설치되고, 상기 히터(114)는 상기 방열구(115)의 중앙에 형성된 장홀(115h)에 설치되는 것을 특징으로 하는 유증기 제거 및 에너지 효율을 향상시킨 공기압축기.

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