KR20190099685A - 압축공기 건조시스템 - Google Patents

Abstract

흡착제의 재생에 사용되는 압축건조공기를 재사용할 수 있도록 하여 에너지 소모를 최소화할 수 있는 흡착식 압축공기 건조시스템을 개시한다. 그러한 시스템은,
압축공기 발생수단으로부터 수분이 포함된 압축공기를 공급받는 유입라인;
상기 유입라인을 통하여 선택적으로 압축공기를 유입받을 수 있으며 내부에 흡착제가 내장되는 제1 및 제2 제습탱크;
상기 제1 및 제2 제습탱크 상측으로 연결되어 흡착제에 수분이 흡착되면서 건조된 공기를 사용처로 공급하는 유출라인;
상기 유출라인으로 흐르는 건조된 압축공기를 상기 제1 및 제2 제습탱크의 상측으로 선택적으로 공급하여 흡착제의 재생작용이 진행될 수 있도록 연결되는 제1 바이패스 라인;
상기 제1 및 제2 제습탱크의 하측과 연결되어 상기 탱크들의 흡착제에 흡착된 수분을 탈착하고 나오는 압축공기를 상기 유입라인으로 공급할 수 있도록 연결된 제2 바이패스 라인;
그리고 상기 제2 바이패스 라인에 제공되어 상기 유출라인을 흐르는 공기가 제2 바이패스 라인까지 흐르도록 진공압을 형성함과 아울러 상기 유입라인으로 공급되는 압축공기의 압력을 상승시키는 진공펌프;를 포함한다.

Description

압축공기 건조시스템{a system to dry some compressed air}

본 발명은 반도체 제조공정, 의료시설, 화학공정 등이 실행되는 산업생산 라인에 공급되는 건조공기를 생산함에 있어서, 흡착제의 재생에 사용되는 압축건조공기를 재사용할 수 있도록 하여 에너지 소모를 최소화할 수 있는 흡착식 압축공기 건조시스템에 관한 것이다.

반도체 제조공정, 2차전지 배터리 제조공정 등에는 습기가 제거된 건조한 공기가 사용되어야 제품의 질을 향상시킬 수 있다. 산업현장 뿐만 아니라 의료시설에도 건조공기를 사용하야 하는데 장비들이 있다.

따라서 이와 같이 건조공기를 필요로 하는 장소에는 에어 드라이어라 지칭되는 압축공기 건조시스템을 설치하게 된다.

이 압축공기 건조시스템은, 흡착제가 수용되어 있는 2개의 제습 탱크를 포함하고 있으며, 이들 2개의 제습 탱크의 일측에는 에어를 공급하거나 배출하기 위한 에어 관로들이 배치되고, 이들 2개의 제습 탱크의 또 다른 측에는 에어를 공급하거나 배출할 수 있는 또 다른 에어 관로들이 배치된다.

상기 에어 관로 들에는 상기 2개의 제습 탱크에 교대로 압축 공기를 공급할 수 있는 밸브들이 마련되어 있다. 이러한 흡착식 에어 드라이어는 2개의 제습 탱크중 어느 하나의 제습탱크에서 건조공기를 생산하게 되면 다른 하나이 제습탱크에서는 흡착제를 건조하는 공정이 진행된다.

이러한 종래의 흡착식 에어 드라이어는 상기 2개의 제습 탱크에 교대로 압축 공기를 공급할 때, 특히 흡착제를 건조하는데 사용되는 공기는 다른 제습탱크에서 건조되어 생산라인으로 공급되는 라인에서 공급받아 사용하게 된다.

즉, 하나의 제습탱크에서는 압축공기 내의 수분을 흡착제에 흡착시켜 건조된 압축공기를 생성하고, 다른 하나의 제습탱크에서는 건조된 압축공기의 수분을 흡착한 흡착제를 건조하여 다시 사용할 수 있도록 하고 있는데, 이때 흡착제 재생에 사용된 건조된 압축공기는 대기로 방출되는 시스템으로 이루어진다.

따라서 흡착제 재생을 위하여 사용되는 건조된 압축공기는 버려지는 만큼 에너지의 소비가 발생하게 된다.

등록특허 0650187호 "에어 드라이어의 제어장치 및 그를 이용한 제어방법" 및 그외 모든 에어드라이어는 재새용 에어 방출밸브를 설치하여 흡착제를 재생한 건조된 압축공기를 대기로 방출하고 있음을 알 수 있다.

한편 등록번호 10-1357728호 "승압 블로워를 사용한 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템"에서는 넌 퍼지 공정 중 발생하는 압력손실을 보상하기 위하여 배출라인과 재생라인 사이에 승압라인을 연결하고, 이 승압라인에 배출라인의 건조공기를 재생라인으로 압송하는 블로워를 제공하는 것을 개시하고 있다.

그런데 재생공기를 대기로 방출하지 않고 재사용을 할 수 있도록 설계하고 있지만, 이 특허의 건조 시스템은 재생라인으로 건조된 압축공기가 흐르지 않고 습기를 갖고 있는 압축공기가 흐로도록 되어 있으므로 이 압축공기가 흡착제를 통과하면서 흡착제를 재생할 때 압축공기가 습기를 포함하고 있으므로 재생율이 저하되는 문제점이 있다.

게다가 이러한 방식은 블로워를 사용하여 흡착제 재상을 위한 건조된 압축공기를 제습탱크의 상부에서 강압적으로 공급하는 구조이므로 흡착제에 흡착된 수분의 탈착이 확실하게 행하여 지지 않는다.

그리고 흡착제 재생공정시 행하여지는 흡착제 냉각공정에서도 흡착제의 냉각이 만족할만한 정도로 떨어지지 않아 계속하여 블로워를 구동시켜야 하므로 에너지 소비가 증가하는 한 요인이 되고 있다.

이러한 문제점들은 흡착제의 흡착 성능을 저하시킬 뿐만 아니라 흡착제의 수명도 단축시키는 문제점이 발생한다.

등록번호 10-0650187호

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 발명된 것으로서, 본 발명의 목적은 흡착제 재생에 사용되는 건조된 압축공기를 재사용할 수 있으며 에너지 효율을 향상시키고 흡착제의 수명을 길게 할 수 있는 흡착식 압축공기 건조시스템을 제공하는데 있다.

상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의한 흡착식 압축공기 건조시스템은, 압축공기 발생수단으로부터 수분이 포함된 압축공기를 공급받는 유입라인;

상기 유입라인을 통하여 선택적으로 압축공기를 유입받을 수 있으며 내부에 흡착제가 내장되는 제1 및 제2 제습탱크;

상기 제1 및 제2 제습탱크 상측으로 연결되어 흡착제에 수분이 흡착되면서 건조된 공기를 사용처로 공급하는 유출라인;

상기 유출라인으로 흐르는 건조된 압축공기를 상기 제1 및 제2 제습탱크의 상측으로 선택적으로 공급하여 흡착제의 재생작용이 진행될 수 있도록 연결되는 제1 바이패스 라인;

상기 제1 및 제2 제습탱크의 하측과 연결되어 상기 탱크들의 흡착제에 흡착된 수분을 탈착하고 나오는 압축공기를 상기 유입라인으로 공급할 수 있도록 연결된 제2 바이패스 라인;

그리고 상기 제2 바이패스 라인에 제공되어 상기 유출라인을 흐르는 공기가 제2 바이패스 라인까지 흐르도록 진공압을 형성함과 아울러 상기 유입라인으로 공급되는 압축공기의 압력을 상승시키는 진공펌프;를 포함한다.

이러한 시스템은, 제습작용을 한 탱크내의 흡착제를 수분을 탈착하고 수분탈착에 사용된 압축공기의 압력상을 유도하여 유입라인으로 연결함으로서 압축공기의 사용을 재사용할 수 있어 에너지 절감효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 흡착식 압축공기 건조시스템으로서, 도면에서 좌측 제습탱크는 건조공정, 우측 제습탱크는 재생공정을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 흡착식 압축공기 건조시스템으로서, 도면에서 좌측 제습탱크는 재생공정, 우측 제습탱크는 건조공정을 나타내는 도면이다.

아래 실시 예를 설명함에 있어서, "...부" 또는 "...수단"이라고 지칭하는 구성요소는 특정한 작동이나 기능을 위하여 결합되어 있는 다수개의 구성요소들의 집합체를 의미하며, "...를 포함한다."라는 의미는 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

또한 도면 부호는 작동의 설명이 필요치 않은 구성요소나 일반적으로 잘 알려진 기술적 구성이나 수단들에 대해서는 생략을 하고 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명의 실시 예에 따른 흡착식 압축공기 시스템은 컴프레셔와 같은 압축공기 발생수단과 연결되어 압축공기를 공급받는 유입라인(2)이 시스템으로 압축공기를 공급하게 된다.

상기 유입라인(2)은 2개로 분지되어 제1 분지라인(4)과 제2 분지라인(6)으로 나뉘어지고 있으며, 이들 제1,2 분지라인(4)(6)에 각각 제1 제습탱크(8) 및 제2 제습탱크(10)가 연결되어 탱크의 아래측으로부터 압축공기를 공급받을 수 있도록 구성된다. 본 실시 예에 따른 제1 및 제2 제습탱크는 일반적으로 내부에 습기를 흡착하는 흡착제가 담겨 있는 탱크이다.

상기 제1,2 분지라인(4)(6)은 각각 제1 제습탱크(8)와 제2 제습탱크(10)의 상측부로 더욱 연장되어 제1,2 상부 분지라인(5)(7) 이루고 있으며, 이들 제1,2 분지라인(4)(6)은 유출라인(12)으로 연결되어 제1,2 제습탱크(8)(10)의 상측으로 빠져나오는 압축공기를 유출라인(12)으로 전달할 수 있도록 이루어진다. 본 실시 예에서 상기 유출라인(12)은 건조 압축공기를 실질적으로 사용하는 산업현장이나 기기 등으로 연결될 것이다.

상기 제1 분지라인(4)과 제2 분지라인(6) 사이에는 하부 파일롯트 라인(14)이 연결되어 있다.

그리고 상기 제1,2 상부 분지라인(5)(7) 사이에는 상부 파일롯트 라인(16)이 연결되어 있다.

상기 유출라인(12)과 상기 상부 파일롯트 라인(16) 사이에는 제1 바이패스 라인(18)이 연결되어 있으며, 상기 유입라인(2)과 상기 하부 파일롯트 라인(14) 사이에는 제2 바이패스 라인(20)이 연결되어 있다.

상기 제1 바이패스 라인(18)에는 히팅수단(22)이 서치되어 이 라인을 흐르는 압축공기를 가열할 수 있도록 하고 있다.

상기 제1 분지라인(4)과 제2 분지라인(6)에는 각각 제1 밸브(24)와 제2 밸브(26)가 설치되어 유입라인에서 오는 압축공기를 제1 제습탱크(8)나 제2 제습탱크(10)측으로 선택적으로 공급할 수 있도록 하고 있다.

상기 상부 파일롯트 라인(16)에는 상기 제1 바이패스 라인(18)에서 오는 압축공기를 제1 제습탱크(8)나 제2 제습탱크(10)의 상부로 공급하기 위한 제3 밸브(28)와 제4 밸브(30)가 각각 설치되어 있다.

상기 제1 바이패스 라인(18)에는 유량조정밸브(19)가 설치된다. 이 유량조정밸브는 일반적으로 유압이나 공압라인에 설치되는 밸브들과 동일하거나 유사한 구조가 사용될 수 있다.

그리고 상기 제1 상부 분지라인(5) 및 제2 상부 분지라인(7)에는 각각 제1 유출선택밸브(32)와 제2 유출선택밸브(34)가 설치되어 있다.

상기 하부 파일롯트 라인(14)에는 제5 밸브(36)와 제6 밸브(38)가 각각 설치되어 제1 제습탱크(8)와 제2 제습탱크(10)에서 오는 압축공기를 선택적으로 제2 바이패스 라인(20) 측으로 흐르도록 하고 있다.

상기 제2 바이패스 라인(20)에는 제1 제습탱크(8) 또는 제2 제습탱크(10)에 담겨진 흡착제를 재생하고 나오는 가열된 압축공기의 온도를 낮추기 위한 쿨링수단(40)이 설치되며, 또 흡착제를 재생하고 머금은 수분을 분리하기 위한 세퍼레이터(42)가 설치된다. 본 실시 예에서 쿨링수단이나 세퍼레이터는 이 기술분야에서 사용하는 것들과 동일하거나 유사한 것이 사용될 수 있다.

상기 제2 바이패스 라인(20)은 상기 유입라인(2)과 연결되어 이 제2 바이패스 라인(20)으로 흐르는 압축공기를 유입라인(2)으로 공급하기 위한 것인데, 실질적으로 제2 바이패스 라인(20)의 압력이 유입라인(2)으로 흐르는 압축공기의 압력보다 높은 압력을 유지하여야 유입라인 측으로 압축공기를 공급할 수 있기 때문에 본 발명의 실시 예에서는 제2 바이패스 라인(20)에 진공펌프(44)를 설치하고 있다.

상기 진공펌프(44)는 상기 제1 제습탱크(8)나 제2 제습탱크(10)의 하부측에 진공을 형성하여 이들 제습탱크 내부의 공기를 탱크 하부측으로 뽑아 내면서 압축공기의 압력을 높이는 것으로서, 베인타입의 펌프와 같이 출구측의 압력을 높일 수있는 것이면 어느 것이나 사용될 수 있다. 본 발명의 실시 예에 따르면 진공펌프(44)를 통과하면서 약 0.6 - 0.8 bar의 압력 상승이 발생하게 된다.

상기 진공펌프(44)의 출구 측에는 체크밸브(46)가 설치되어 유입라인(2)으로부터 압축공기가 역류하지 못하도록 하고 있다.

또한 상기 진공펌프(44)를 통과하면서 과다하게 압력 상승이 일어나는 경우에는 진공펌프를 통과하지 않고 스필백 밸브(48)를 통하여 공기가 바이패스 되도록 하여 압력의 안정을 기할 수 있도록 하고 있다.

본 실시 예에서 개시하는 제1 내지 제6 밸브들과 제1 및 제2 유출선택밸브들은 모두 2 way valve가 사용된다.

이와 같이 이루어지는 본 발명의 실시 예에 따른 폐회로 타입의 흡착식 압축공기 건조시스템은, 먼저 유입라인(2)으로 소정의 압력을 갖는 압축공기가 압축공기 발생수단으로부터 유입되는 것으로 시작한다.

상기 유입라인(2)으로 흐르는 압축공기는 수분을 포함하고 있는 공기이므로 이 공기에 포함되어 있는 수분을 제거하기 위하여 이 압축공기를 제1 제습탱크(8)나 제2 제습탱크(10)로 공급하게 된다.

설명의 편의를 위하여 제1 제습탱크(8)가 제습 작용을 행하고 제2 제습탱크(10)가 재생작용을 행하는 것으로 설명을 한다. 실질적으로는 제1 제습탱크(8)와 제2 제습탱크(10)의 작용은 일정한 시간마다 바뀌게 된다.

상기 유입라인(2)으로 유입되는 압축공기는 수분을 포함하고 있으며 이 공기내의 수분은 제1 제습탱크(8) 내유 유입되어 흡착제에 의해 흡착됨으로서 건조공기로 바뀌게 된다.

이러한 작용은 제1 밸브(24)가 오픈되고 동시에 제2 밸브(26)가 닫히게 됨으로서 이루어질 수 있다. 즉, 유입라인(2)을 통하여 유입되는 압축공기를 제1 밸브(24)를 통하여 제1 제습탱크(8)의 아래측으로 공급하여 탱크 내에서 습기가 흡착되면서 탱크 위쪽의 제1 분지라인(5)을 따라 흐르게 된다.

이때 제3 밸브(28)와 재2 유출선택밸브(34)는 닫히게 되면서 제1 제습탱크(8)에서 건조된 압축공기는 유출라인(12)을 통하여 사용처로 공급된다.

이때 제2 제습탱크(10) 내의 흡착제가 습기를 흡착하고 있다면 유량조정밸브(19)에서 일정한 양만큼 공기가 흐를 수 있도록 조정하고 제4 밸브(30)를 오픈 하게 되면 이 건조된 압축공기는 히팅수단(22)을 통과하면서 가열된다.

이렇게 가열된 압축공기는 제1 바이패스라인(18)을 따라 흐르면서 제2 제습탱크(10)의 상측에서 하측으로 통과하게 된다. 이러한 압축공기의 흐름은 제3밸브(28)는 차단되고 제5밸브(30)가 개방됨으로서 가능하게 된다.

상기 제2 제습탱크(10)로 유입되는 가열된 압축공기는 이 탱크를 통과하면서 탱크내에 있는 흡착제들 사이를 통과하면서 이 흡착제에 흡착된 수분을 탈착하게 된다. 이러한 수분의 탈착작용이 소정시간 동안 진행되면서 흡착제는 다시 수분을 흡착할 수 있도록 재생이 되는 것이다.

이러한 작용은 진공펌프(44)가 구동하면서 제2 바이패스라인(20)측에 진공압을 형성하게 되고, 이 진공압은 개방된 제6밸브(38)를 통하여 제2 제습탱크(10)내에 작용하게 되고, 이 제2 제습탱크(10)내의 진공압은 개방된 제4밸브(30)를 통하여 제1 바이패스라인(18)에 작용함으로서 진행될 수 있다.

이러한 작용으로 상기 진공펌프(44)가 구동하면서 유출라인(12)을 통하여 사용처로 이동되던 건조된 압축공기는 진공펌프(44)에서 흡입하여 뿜어내는 작용으로 대략 0.6bar - 0.8bar 정도의 압력상승이 일어나게 된다. 즉 진공펌프(44)를 빠져 나오는 압축공기는 진공펌프(44)에 진입하기 전의 압력보다 상승되면서 유입라인(2)으로 유입될 수 있다.

즉, 제2 제습탱크(10) 내의 흡착제에 흡착된 수분을 탈착하고 나오는 압축공기를 유입라인(2)으로 합류시켜 흡착제 재생에 사용하였던 압축공기를 다시 사용할 수 있다. 이것은 진공펌프(44)를 통과하여 나오는 압축공기의 압력이 유입라인(2)의 압력보다 높기 때문에 가능하게 된다.

상기 진공펌프(44)를 통과하여 나오는 압축공기의 압력이 과도하게 상승하는 경우에는 진공펌프로 유입되는 압축공기의 일부를 스필백 밸브(48)를 통과토록 하면 압력상승이 초소화될 수 있다.

상기 제2 바이패스 라인(20)에는 쿨링수단(40)이 설치되어 상기 상기 제1 및 제2 제습탱크(8)(10)에서 재생작용을 하고 나오는 압축공기의 온도가 저하될 수 있으며, 이 온도가 저하된 압축공기는 세퍼레이터(42)를 통과하면서 수분이 걸러지게 된다.

도2는 위에 설명한 바와 반대로 제2 제습탱크(10)가 흡착작용을 하고 제1 제습탱크(8)가 재생작용을 행하는 것이다. 즉 굵은 라인을 따라 흡착작용이 진행되고 화살표 방향을 흡착제의 재생작용이 진행될 것이다.

즉 유입라인(2)으로 유입되는 압축공기는 제1 밸브(24)가 닫히고 제2 밸브(26)가 열리면서 제2 제습탱크(10)의 하측으로 유입되면서 이 탱크의 내부에 마련된 흡착제를 통과하면서 건조되고 탱크의 상부로 흐르면서 제2 유출선택밸브(34)의 개방작용으로 유출라인(12)을 따라 사용처로 공급된다.

이때 제4 밸브(30)가 차단되고 제3 밸브(28)가 열리면서 상기 유출라인(12)을 따라 흐르는 건조된 압축공기의 일부는 제1 바이패스 라인(18)을 통하여 제1 제습탱크(8)의 상부로 유입된다.

이때 제1 제습탱크(8)로 유입되는 건조된 압축공기는 상기 히팅수단(22)을 통하여 흐르게 되므로 가열된 상태가 되기 때문에 제1 제습탱크(8) 내의 흡착제에 흡착된 수분을 탈착시키면서 아래측으로 이동하기 된다.

이때 제5 밸브(36)가 열리고 제6 밸브(38)가 차단되면서 제1 제습탱크(8) 내의 흡착제를 재생한 압축공기는 제2 바이패스라인(20)을 따라 흐르게 된다.

그런데 이 과정에서 진공펌프(44)가 구동을 하면서 제1 제습탱크(8) 내에 진공압이 작용하게 되므로 탱크의 상부로 유입되는 압축공기는 아래측으로 신속하게 이동하면서 빠져 나가게 된다. 이러한 작용은 흡착제의 사이로 건조되고 가열된 압축공기가 신속하게 지나가게 되는 것이므로 흡착제의 재생작용, 즉 흡착제로부터 수분을 탈취하는 효과가 향상된다.

그리고 진공펌프(44)를 통과하여 나오는 압축공기는 진공펌프로 유입되는 압력보다 높아진 상태가 되면서 유입라인(2)으로 유입되어 압축공기 건조 및 재생사이클에 연속하여 이용이 된다.

2; 유입라인
4; 제1 분지라인
6; 제 분지라인
8; 제1 제습탱크
10; 제2 제습탱크
12; 유출라인
14; 하부 파릴롯 라인
16; 상부 파일롯 라인
18; 제1 바이패스 라인
20; 제2 바이패스 라인
22; 히팅수단
32; 제2 유출선택밸브
34; 제2 유출선택밸브
44; 진공펌프

Claims (3)

1. 압축공기 발생수단으로부터 수분이 포함된 압축공기를 공급받는 유입라인;
   상기 유입라인을 통하여 선택적으로 압축공기를 유입받을 수 있으며 내부에 흡착제가 내장되는 제1 및 제2 제습탱크;
   상기 제1 및 제2 제습탱크 상측으로 연결되어 흡착제에 수분이 흡착되면서 건조된 공기를 사용처로 공급하는 유출라인;
   상기 유출라인으로 흐르는 건조된 압축공기를 상기 제1 및 제2 제습탱크의 상측으로 선택적으로 공급하여 흡착제의 재생작용이 진행될 수 있도록 연결되는 제1 바이패스 라인;
   상기 제1 및 제2 제습탱크의 하측과 연결되어 상기 탱크들의 흡착제에 흡착된 수분을 탈착하고 나오는 압축공기를 상기 유입라인으로 공급할 수 있도록 연결된 제2 바이패스 라인;
   그리고 상기 제2 바이패스 라인에 제공되어 상기 유출라인을 흐르는 공기가 제2 바이패스 라인까지 흐르도록 진공압을 형성함과 아울러 상기 유입라인으로 공급되는 압축공기의 압력을 상승시키는 진공펌프;를 포함하는 압축공기 건조시스템.
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 제1 바이패스 라인에는 압축공기를 가열하기 위한 히팅수단이 제공되고 제2 바이패스라인에는 쿨링수단이 제공되는 압축공기 건조시스템.
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 제2 바이패스 라인의 압력상승이 과도하게 되는 것을 방지하기 위한 수단으로 스필백 밸브를 설치하여 이 제2 바이스 라인의 압축공기가 진공펌프를 우회하도록 구성한 것을 특징으로 하는 압축공기 건조시스템.
   
   

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