KR20170117663A - 스크류 압축기의 공기열 및 오일열 회수 일체형 온수 발생기 - Google Patents

스크류 압축기의 공기열 및 오일열 회수 일체형 온수 발생기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 온수 발생기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 스크류 압축기의 공기열 및 오일열을 일체로 회수하여 온수 발생 기능을 수행하는 온수 발생기에 관한 것이다.
본 발명은 스크류식 압축기(200)와 연결되어 있으며,
케이싱부(110), 열전환부(120), 물유출입부(130), 압축공기 처리관(140), 오일 처리관(150)을 포함하여 구성된 온수 발생기(100)를 제공한다.
또한 본 발명은 오일 처리관(150)에 온도 센서(151)를 부착하여 오일의 온도를 측정하여 오일을 열전환부로 유입시키지 않고 오일을 바이패스하게 하여 오일 과냉각을 방지하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 온수 발생기(100)를 제공한다.
또한 본 발명은 공기 압축기를 통하여 얻어지는 열 회수의 열량, 연료에 따른 절감량 또는/및 그에 따른 절감액을 표시하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 온수 발생기(100)를 제공한다.

Description

스크류 압축기의 공기열 및 오일열 회수 일체형 온수 발생기{the hot water generater using the recovery heat of both compressed air and cooling oil of screw typed air compressor}
본 발명은 온수 발생기에 관한 것으로, 더욱 구체적으로는 스크류 압축기의 공기열 및 오일열을 일체로 회수하여 온수 발생 기능을 수행하는 온수 발생기에 관한 것이다.
온수 발생 장치는 전기력, 화석연료, 태양열 등 다양한 열원을 이용한 장치가 오래전부터 개발되고 있으며 폐열을 이용한 온수 발생 장치가 엔지니어에 의하여 개발되고 있다.
일반적으로, 제조 현장에서는 기기에 필요한 공압(空壓)을 발생시키는 공기압축기(空氣壓縮機)가 사용된다.
공기압축기는 공기를 대기압 이상으로 압축하여 압축공기를 만든다. 그리고 공기압축기는 압축 방식에 따라 왕복동식, 스크류식, 그리고 터보식 등과 같이 분류되며, 이때 사용되는 동력으로는 전기 모터, 엔진, 그리고 터빈 등 여러 가지가 있으나, 주로 전기 모터가 사용된다.
이와 같이, 상온 상태인 대기압의 공기를 흡입하여 단열 압축하는 과정에서, 압축공기는 일반적으로 150℃ 이상으로 온도가 상승된다. 따라서, 공기압축기의 후단에는 필수적으로 고온의 압축공기를 다시 냉각시키기 위하여 냉각기를 설치하여 가동하게 된다.
이를 구체적으로 살펴보면, 온도가 상승된 공기를 냉각시키기 위하여서는 외부로부터 공급되는 냉각수를 필요로 한다. 이때, 사용되는 상기 냉각수는 냉각수 순환펌프에 의하여 강제로 순환되어, 온도가 상승된 압축공기를 냉각시킨다. 그리고 공기압축기에 장착되어 있는 모터에서도 열이 발생되며, 이러한 열은 상기 모터와 함께 회전하는 냉각 팬에 의하여 기계실로 강제 순환되므로, 기계실의 온도를 적정수준으로 유지하기 위하여 별도의 냉방기를 구동시켜야 한다.
따라서, 상기와 같이 구성되는 종래의 기술에 따르면, 공기압축기에서 단열 압축하는 과정에서 생성되는 열 에너지 및 공기압축기에 장착되어 있는 모터에서 발생되는 열 에너지를 전부 폐기하므로, 에너지가 불필요하게 소비될 뿐만 아니라, 더욱이 고가의 에너지가 낭비되는 문제점이 있었다.
상기한 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여 등록특허 10-0991843호(공기압축기 폐열 회수장치, 이하 선행기술)는 "제1 공기압축기, 기 제1 공기압축기에 연결되어 있고 고온의 1차 압축공기가 배출되는 1차 압축공기 배관, 상기 제1 압축공기 배관과 연결되어 있는 제2 공기압축기, 상기 제2 공기압축기에 연결되어 있고 고온의 2차 압축공기가 배출되는 2차 압축공기 배관, 그리고 상기 1차 압축공기 배관 및 상기 2차 압축공기 배관 중 적어도 하나에 연결되어 있는 재생기를 포함하며, 상기 1차 압축공기 배관에는 상기 1차 압축공기가 상기 재생기를 통과하지 않고 상기 제2 공기압축기로 바이패스시키는 제1 바이패스 라인이 연결되며, 상기 2차 압축공기 배관에는 상기 2차 압축공기가 상기 재생기를 통과하지 않도록 바이패스시키는 제2 바이패스 라인이 연결되어 있는 공기압축기 폐열 회수장치"를 제공한 바 있다.
본 발명은 상기한 선행기술 및 종래기술의 문제점인 오일 인젝션 스크류 압축기는 7kg/cm2 이상의 공기를 단열압축할 경우 오일온도의 상승이 발생하는데, 현재 공기압축기는 이러한 가열된 오일열을 대기 중으로 대부분 방출하여 상당한 열손실을 초래하는바 이러한 공기열과 오일열을 회수하여 냉수를 온수로 변환하여 에너지회수를 실현할 수 있는 온수 발생기를 제공하고자 한다.
또한 종래기술 및 선행기술 등과 같은 공기압축기를 이용한 폐열 회수 장치 등은 열에너지의 회수량 또는 회수 비용이 어느 정도인지 알 수가 없어 경제 절감의 효과를 인지하게 하는 기능이 없었는데 본 발명은 이를 해결하는 온수 발생기를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기한 문제점 및 요구를 해결하기 위하여,
스크류식 압축기(200)와 연결되어 있으며,
케이싱부(110), 열전환부(120), 물유출입부(130), 압축공기 처리관(140), 오일 처리관(150)을 포함하여 구성된 온수 발생기(100)를 제공한다.
또한 본 발명은 오일 처리관(150)에 온도 센서(151)를 부착하여 오일의 온도를 측정하여 오일을 열전환부로 유입시키지 않고 오일을 바이패스하게 하여 오일 과냉각을 방지하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 온수 발생기(100)를 제공한다.
또한 본 발명은 공기 압축기를 통하여 얻어지는 열 회수의 열량, 연료에 따른 절감량 또는/및 그에 따른 절감액을 표시하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 온수 발생기(100)를 제공한다.
일반적으로 스크류 압축기는 생산공정에 매우 중요한 부분으로서 산업플랜트는 24시간 가동으로 에너지를 사용하고 있기 때문에 본 발명에 따른 스크류 압축기의 공기열 및 오일열을 회수 일체형 온수 발생기는 투입된 에너지를 일정 부분 회수하게 됨에 따라 생산 원가절감과 제품 경쟁력 향상에 매우 큰 효과가 나타난다.
또한 본 발명은 공기 압축기의 소모전력을 열에너지로 90% 이상 회수하여 에너지 효율성을 극대화한 것으로 주로 100마력 이상 스크류 압축기의 폐열을 회수하는데 효과적이며, 특히 스크류 압축기의 경우 압축기 시장의 50% 이상을 점유하기 때문에 에너지 절감 효과가 매우 현저할 것으로 기대된다.
또한 종래기술 및 선행기술 등과 같은 공기압축기를 이용한 폐열 회수 장치 등은 열에너지의 회수량 또는 회수 비용이 어느 정도인지 알 수가 없어 경제 절감의 효과를 인지하게 하는 기능이 없었는데 본 발명에 따른 스크류 압축기의 공기열 및 오일열을 회수 일체형 온수 발생기는 열에너지의 회수량 또는/및 회수 비용을 표시하는 기능을 구비하여 경제 절감의 효과를 실시간 인지하게 하는 효과를 창출한다.
도 1은 종래의 공기 압축기의 냉각열 대기방출 개념도.
도 2는 본 발명에 따른 스크류 압축기의 공기열 및 오일열 회수 일체형 온수 발생기 세부 구조도.
도 2b는 본 발명에 따른 스크류 압축기의 공기열 및 오일열 회수 일체형 온수 발생기 개념도.
도 2c는 본 발명에 따른 스크류 압축기의 공기열 및 오일열 회수 일체형 온수 발생기의 작동 개념도.
도 3은 본 발명에 따른 스크류 압축기의 공기열 및 오일열 회수 일체형 온수 발생기의 열전환부 세부 구조도.
도 4는 본 발명에 따른 스크류 압축기의 공기열 및 오일열 회수 일체형 온수 발생기의 중앙제어부 및 모니터부가 표현된 외형도.
도 5는 본 발명에 따른 스크류 압축기의 공기열 및 오일열 회수 일체형 온수 발생기의 중앙제어부 구조도.
이하 본 발명을 도면을 참고하여 상세히 설명하고자 한다.
일반적으로 제조 현장에서는 기기에 필요한 공압(空壓)을 발생시키는 공기압축기(空氣壓縮機)가 사용된다.
상기한 공기압축기(air compresser)는 압축 방식에 따라 왕복동식, 스크류식, 그리고 터보식 등과 같이 분류되며, 이때 사용되는 동력으로는 전기 모터, 엔진, 그리고 터빈 등 여러 가지가 있으나, 주로 전기 모터가 사용된다.
도 1은 종래의 공기압축기 중 스크류식 공기압축기(스크류식 압축기)를 보여주고 있으며, 상온 상태인 대기압의 공기를 흡입하여 단열 압축하는 과정에서, 압축공기는 일반적으로 150℃ 이상으로 온도가 상승된다.
이와 같이 상승된 압축공기를 냉각시키기 위하여 압축공기 발생관(240)을 통하여 고온의 압축공기를 냉각기로 유입하여 냉각시키게 된다.
또한, 스크류식 공기압축기의 온도상승을 낮추기 위한 오일을 주입하여 냉각 및 누설방지를 실시하고 있는데, 이때 발생된 오일열을 오일관(250)을 통하여 상기한 냉각기(210)로 유입하여 냉각하게 된다.
본 발명은 상기한 스크류식 압축기(200)와 연결하여 스크류 압축기의 공기열 및 오일열을 회수하는 일체형 온수 발생기(100)를 제공한다.
본 발명은 케이싱부(110), 열전환부(120), 물유출입부(130), 압축공기 처리관(140), 오일 처리관(150)을 포함하여 구성된 스크류 압축기의 공기열 및 오일열의 회수 일체형 온수 발생기(100)로 구성 되어 있다.
따라서 본 발명은 스크류식 압축기(200)와 케이싱부(110), 열전환부(120), 물유출입부(130), 압축공기 처리관(140), 오일 처리관(150)을 포함하여 구성된 온수 발생기(100)로 구성되어 있다.
도 2에서 보는 것처럼 본 발명의 상기한 케이싱부(110)는 열전환부(120), 물유출입부(130), 압축공기 처리관(140) 또는/및 오일 처리관(150)의 구성을 내부에 포함하여 외관을 형성하는 장치 또는 수단을 의미한다.
본 발명의 상기한 열전환부(120)는 압축공기 처리관(140)으로 유출입되는 압축 공기의 열과 오일 처리관(150)의 유출입되는 가열된 오일의 열을 물유출입부(130)로 유출입되는 물에 열을 전달하게 하는 기능을 하는 장치 또는 수단을 의미한다.
도 2에서 보는 것처럼 상기한 열전환부(120)는 그 내부에 압축공기 처리관(140) 및 오일 처리관(150)이 설치되는 공간을 구비하고, 상기한 공간으로 물유출입부(130)로부터 유입되는 물에 열을 전달하게 하여 물을 가열하는 기능을 수행하게 된다.
본 발명의 압축공기 처리관(140)은 공기압축기(200)로부터 발생되는 압축공기가 연결되어 압축공기를 상기한 열전환부(120)로 유통되게 하는 기능을 수행하게 된다.
도 2b 및 도 2c에서 보는 것처럼 상기한 압축공기 처리관(140)은 공기압축기(200)의 압축공기 발생관(240)과 연결되어 있다.
본 발명의 오일 처리관(150)은 공기압축기(200)의 오일관(250)과 연결되어 가열된 오일을 상기한 열전환부(120)로 오일 처리관(150)을 통하여 유통하게 하는 기능을 수행하게 된다.
본 발명의 기술적 특징은 상기한 열전환부(120)로 유입되는 오일 처리관(150)의 오일 출구에서 오일의 온도를 측정하여 오일 과냉각을 방지하는 구성으로서, 오일을 열전환부로 유입시키지 않고 오일을 바이패스하게 하는 시스템을 채용한 점이다.
도 2에서 보는 것처럼 본 발명은 오일 처리관(150)의 유출관에 온도 센서(151)를 부착하여 유출관으로부터 나오는 오일의 온도를 측정하는 기능을 수행한다.
본 발명은 상기한 온도 센서(151)에서 검측된 오일의 온도를 중앙제어부(160)로 전송하게 된다.
본 발명의 중앙제어부(160)는 중앙처리장치(161), 메모리부(162), 데이터 송수신부(163), 작동제어부(164) 등을 포함하여 구성되어 있다.
본 발명의 상기한 중앙처리장치(161)는 CPU, MCU(Micro controller unit), RAM 또는 ROM 등이 구비되어 응용 프로그램[소프트웨어]을 구동할 수 있도록 해주는 수단 또는 장치의 총체적 의미로서 사용된다.
상기한 작동제어부(164)는 상기한 온도센서(151), 하기할 유량센서(131) 등으로부터 전송받은 온도 또는/및 유량 등의 데이터를 받아 이에 대한 데이터를 통하여 밸드 등을 열거나 닫게 하는 작동을 제어하는 장치 또는 수단을 의미한다.
따라서 작동제어부는 상기한 중앙처리장치와 연동되어 중앙처리장치로부터 명령을 받아 작동하게 된다.
본 발명은 상기한 오일 처리관(150)의 유출관의 오일의 온도가 일정한 온도 미만인 경우 바이패스관(152)의 바이패스밸브(153)를 열고 유입관의 밸브(154)를 닫아 오일을 열전환부(120)로 유입시키지 않게 한다.
본 발명은 상기와 같은 구성으로 오일의 과냉각을 방지하여 공기 압축기의 공기 압축 성능 저하를 방지하는 기능과 작용을 하게 된다.
종래기술 및 선행기술 등과 같은 공기압축기를 이용한 폐열 회수 장치 등은 열에너지의 회수량 또는 회수 비용이 어느 정도인지 알 수가 없어 경제 절감의 효과를 인지하게 하는 기능이 없었는데 반하여 본 발명은 공기 압축기를 통하여 얻어지는 열 회수의 열량, 연료에 따른 절감량 또는/및 그에 따른 절감액을 실시간 나타내줘서 에너지 절감을 사용자가 알 수 있게 해주는 기능을 수행하는 것이 본 발명의 가장 큰 기술적 특징이다.
본 발명은 물유출입부(130)에 유량센서(131)를 구비하고, 온도센서(132)를 구비하여 회수되는 열량을 구할 수 있는 구성을 취한다.
도 2에서 보는 것처럼 물유출입부(130)의 유입관 또는/및 유출관에 유량센서(131)를 구비하여 구한 유량 데이터를 상기한 중앙제어부(160)에 전송하게 된다.
또한 상기한 물유출입부(130)의 유입관 및 유출관에 온도센서(132)를 구비하여 유입되는 물의 온도(T1)과 유출되는 물의 온도(T2)를 측정하여 상기한 중앙제어부(160)에 전송하게 된다.
본 발명은 중앙제어부(160)에는 응용 프로그램이 탑재되어 있어 상기에서 전송한 유량 및 물의 온도 측정값을 이용하여 회수되는 열량, 연료에 따른 에너지 절감량 또는/및 그에 따른 절감액을 구할 수 있게 된다.
상기한 응용 프로그램은 아래와 같은 연산 프로그램으로 구성할 수 있다.
E = Q * Cp * ΔT
(여기서 E : 회수되는 에너지량 (Cal/t),
Q : 물의 유량(l/t)
Cp : 물의 비열 (Cal/l℃)
ΔT : 몰의 온도차(T2-T1)(℃)
회수되는 총 에너지량은 TE = E*t
(여기서 TE : 회수되는 총 에너지량(cal),
t는 총시간(hour, min 등))
본 발명의 상기한 응용 프로그램은 상기에서 회수되는 에너지량에 대한 연료의 절약량을 구할 수 있게 된다.
예를 들어 회수되는 가솔린량(G)을 구하는 경우,
G=TE/(Q1*α)
(여기서 G : 가솔린량(l)
Q1 : 가솔린 열량 (Cal/l),
α : 물을 가열할 때의 에너지 효율)
로 구할 수 있게 된다.
또한 본 발명은 상기한 가솔린량(G)으로부터 회수되는 비용을 구할 수 있게 된다.
즉, 회수되는 비용은,
M= G/m
(여기서 M : 회수되는 비용 (원),
G : 회수되는 가솔린량(l)
m : 1원당 가솔린 유량(l/원))
본 발명은 상기한 방법으로 디이젤, 등유, 가스 등과 같은 화석연료 및 천연 연료의 절감 량 및 이에 대한 절감 비용을 구할 수 있게 된다.
도 4에서 보는 것처럼 본 발명은 모니터부(170)가 구비되어 상기한 중앙제어부(160)에서 연산하여 도출한 회수되는 열량(E, TE), 연료에 따른 에너지 절감량(G) 또는/및 그에 따른 절감액(M)을 표시하여 사용자가 실시간 모니터링하게 하는 기능과 작용을 수행하게 된다.
또한 본 발명은 상기한 물유출입부(130)의 유입관 또는/및 유출관에 제어밸브(133)를 구비하여 열전환부(120)에 유입되는 물의 량을 제어하여 자유롭게 온수의 량 또는 온수의 온도를 제어하게 하는 기능을 수행한다.
본 발명은 상기한 구성과 기능으로 이루어진 스크류 압축기의 공기열 및 오일열을 회수하는 일체형 온수 발생기(100)를 제공한다.
본 발명은 온수를 발생하는 장치의 생산, 제조, 유통, 판매하는 산업에 매우 유용하다.
특히 본 발명은 공기 압축기를 이용하여 온수를 발생하는 장치의 생산, 제조, 유통, 판매하는 산업에 매우 유용하다.
스크류식 압축기(200),
압축공기 발생관(240), 오일관(250), 냉각기(210),
온수 발생기(100),
케이싱부(110), 열전환부(120), 물유출입부(130), 압축공기 처리관(140), 오일 처리관(150),
중앙제어부(160), 중앙처리장치(161), 메모리부(162), 데이터 송수신부(163), 작동제어부(164),
모니터부(170),

Claims (3)

  1. 스크류식 압축기(200)와 연결되어 있으며,
    케이싱부(110), 열전환부(120), 물유출입부(130), 압축공기 처리관(140), 오일 처리관(150)을 포함하여 구성된 온수 발생기(100).
  2. 제1항에 있어서,
    오일 처리관(150)에 온도 센서(151)를 부착하여 오일의 온도를 측정하여 오일을 열전환부로 유입시키지 않고 오일을 바이패스하게 하여 오일 과냉각을 방지하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 온수 발생기(100).
  3. 제1항에 있어서,
    공기 압축기를 통하여 얻어지는 열 회수의 열량, 연료에 따른 절감량 또는/및 그에 따른 절감액을 표시하는 기능을 수행하는 것을 특징으로 하는 온수 발생기(100).

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