KR20220089114A - 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비를 설명한다. 상기 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비는 공기를 압축하는 공기 압축부; 상기 공기 압축부로부터 압축된 공기를 수세하는 수세부; 상기 수세부로부터 전달되는 공기에 포함되는 불순물을 흡착하여 요구되는 가스 성분을 추출하는 불순물 흡착부; 상기 추출된 가스 성분을 열교환하여 외부로 배출하되, 기설정된 재생 온도를 이루는 가스 성분은, 상기 공기 압축부의 전단을 회기시키는 열교환 부; 및, 상기 열교환 부에서 배출되는 상기 기설정된 재생 온도를 이루는 가스 성분을 상기 압축된 공기에 포함되는 열을 열교환하고, 추가적으로 일정의 온도로 가열하여 기설정된 사용 온도를 이루도록 하여 상기 불순물 흡착부로 공급하는 보조 열교환부를 포함한다.

Description

소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비{AIR SEPARATION EQUIPMENT}

본 발명은 공기 분리 설비에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 공기 분리 공정 중, 공기를 압축하는 과정에서 발생되는 열을 사용하여 불순물 히터의 소비 전력을 저감시킬 수 있는 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비에 관한 것이다.

근래에는 대기의 공기를 이용하여 대량의 산소, 질소, 알곤 등 가스를 생산하는 공기분리설비를 사용하고 있다.

종래의 공기분리설비의 구성 및 작용을 설명한다.

종래의 공기분리설비는 공기 압축기를 포함한다.

상기 공기 압축기는 다수의 압축단을 갖는 압축기이다.

종래의 압축기는 대기중의 공기를 흡입하여 다단 압축과정을 거치면서 첫단 압축한다. 이때, 압축시 압축열이 발생된다. 상기 압축열을 제거하여 압축효율을 높이기 위하여 Cooler를 통과 시키고 다음 단 압축 후 압축열을 제거하기 위한 다음 단 Cooler를 통과시킨다.

최종단을 통과한 압축된 고온의 공기는 수세냉각장치에서 냉각이 실시된다.

그리고 다수의 여러단을 거친 압축공기는 높은 압력을 지닌 고압의 상태가 된다.

이어 종래의 공기 압축기는 수세탑과 연결된다.

상기 수세탑은 공기압축기 최종단을 거친 고압의 뜨거운 공기를 냉각수와 직접 접촉하여 열교환 하는 장치이다.

수세탑 하부에서 공급되는 뜨거운 공기를 중부에서 중온의 냉각수와 1차 열교환하고, 상부 냉각탑에서 공급되는 냉각수와 2차 열교환하여 공기를 냉각하고 공기내 수용성 불순물을 제거하여 불순물 흡착기로 전송한다.

상기 불순물 흡착기는 압축된 원료공기 속에 함유된 수분(H₂O) 및 CO₂를 완전히 제거한다.

상기 흡착기 내부에는 흡착제가 충전되어 있고, 여러 종류의 흡착제는 각각의 목표한 수분과 불순물을 각각 흡착하여 후공정으로 유입되지 못하도록 한다.

이에 따라 공기중의 순수질소와 산소, 알곤 등 필요로 하는 성분만 후공정인 열교환기를 통하여 정유통으로 이송되고, 재생중인 흡착기는 상탑에서 발생된 저순도질소를 이용하여 재생 히터를 통과하면서 사용 중 흡착된 수분 및 CO₂를 제거하여 재생시킨 후 일정주기로 교체 사용하게 된다.

종래의 열 교환기의 주요 기능은 공기압축기에서 압축된 상온의 송입공기와 정류탑에서 나오는 초저온의 한냉가스(저순도질소, 산소, 질소, 알곤)와 열교환 하여 상온(보통의 공정에서15 ℃ 내외)의 공기는 열교환기를 통과하면서 저온인 -170℃ 까지 하락하게 되고, -170℃ 의 제품가스는 공기와 열교환하여 상온(15℃)으로 회복되어 나온다. Main 열교환기는 상온부, 중부, 냉단부로 나눌 수 있으며 수평 열교환이 이루어지며 온도의 slip이 거의 없는 열역학적 가역과정으로 볼 수 있다.

또한 종래의 한랭 발생장치 내부는 저온이기 때문에 단열 층을 통하여 열 침입이 있으며 또한 열교환기 에서 온단부 열손실, 액체가스 취출시의 한냉손실 등을 보충하기 위해, 압축공기를 기계적으로 단열 팽창시켜 한냉을 발생시키는 팽창터빈이다.

팽창터빈은 한냉을 발생하는 장치로 정상 운전 중에는 복사열 및 액체 추출에 의한 한냉손실 등을 보상하고, 냉각 운전시는 열교환기 및 정류탑에 한냉을 공급하여 서서히 공기를 액화 시키는 역할을 한다.

공기를 압축하면 공기분자들의 충돌로 인하여 압축열이 발생하고, 반대로 압축공기를 팽창시키면 온도가 하락하는 물리적 현상을 이용한다.

또한 종래의 정류장치는 혼합물질인 공기의 압력과 온도에 따른 각각의 비점차가 다른 성질을 이용하여 정류통 각각의 특정부위에서 농축하고 정제하는 과정을 연속적으로 반복하여 산소, 질소, 알곤 가스를 생산하는 장치이다.

일 실시 예를 들어 장치의 구성요소를 살펴보면 Main Column, Side Column, Pure Argon Column으로 분류 되고 각 Column은 상탑, 하탑, Re-boiler Condenser, 정류 Tray(접시모양 & Film)가 있으며, 과냉기, 액산 및 조알곤 Process pump, 등이 설치 되어있다.

Main Column의 정류과정을 설명하면 다음과 같다.

정류통 하탑으로 -174℃, 5kg/Cm² 공기가 송입되고, 하탑 상부에는 상탑과 하탑이 열교환 될 수 있도록 Re-boiler Condenser 가 설치되어 상탑의 -180 ℃ 액체산소와 Passage를 통하여 열교환하여 하탑의 공기는 상탑의 차가운 액체산소에 온도가 하락하여 액화되고 상탑의 액체산소는 하탑의 뜨거운 공기 열량을 얻어 기화되는 상호간 잠열 교환을 이루어 높은 압력의 하탑 공기는 액화되어 하부 Tray로 흘러내려 상승하는 혼합공기 중 산소성분 다량을 액화시켜 하탑 상부에는 질소성분의 가스만 남게 된다. 상탑에서는 액중에 있는 질소, 알곤 성분의 가스는 비점이 산소보다 낮은 관계로 먼저 기화되어 상탑 상부에 자리하게 되고, 상탑 하부에는 99.5 % 이상의 산소로 정제된다.

하탑의 상부에는 순질소가 형성되고, 중부에는 저순도순질소 층이 형성되며, 하부에는 산소 성분이 약 40 % 에 상당하는 액체공기가 농축된다.

정류통 상탑운전은 하탑에서 생성된 순액체질소, 저순도 순액체질소질, 액체공기를 상탑 Tray 상부, 중상부, 중부에 각각 적정 유량으로 배분하면 상탑의 정류도 하탑 정류과정에서와 같이 최상부에 순질소 층이 형성되고(순도 10ppm이하), 그 밑에 저순도순질소 층이 형성되고 (산소함량 약 2.4%) 그 하단에 조알곤 층이 형성되고 최하부에 산소층과 액체산소가 형성된다.

Side Column 의 정류과정을 설명하면 다음과 같다.

알곤은 대기 중에 0.93 % 밖에 존재하지 않으므로 Main Column 상탑에서 8%로 농축 된 알곤 가스를 상탑과 연결된 Side Column으로 송입하고 비점이 높은 산소성분은 boiler Condenser 에서 Column 상부의 액체공기와 열교환 하여 액화되어 Tray 하부로 모이게 되고 이 액체산소는 다시 Main Column 상탑으로 되돌려 보내고, 알곤 성분은 비점이 낮은 관계로 Tray를 통과하면서 기화되어 Column 상부에 모이게 된다. 이러한 과정이 지속되면8%의 알곤 성분은 99.3% 이상의 알곤 성분으로 농축된다.

Pure Argon Column 의 정류과정을 설명하면 다음과 같다.

Side Column 에서 생산된 99.3 %의 알곤성분 중 0.7 %에 상당하는 질소성분을 제거해야 하는데 순알곤 정류탑에서 Re-boiler Condenser를 통하여 Main Column에서의 정류과정과 같이 알곤속에 있는 질소는 비점차를 이용하여 Boiling 시켜 외부로 제거 하면 99.999 % 이상의 순알곤 제품을 생산하게 된다.

정류장치 최상부에서 생산되는 -196℃의 액체상태의 질소를 말하며 보온이 되어 있는 Tank에 저장되어 있다가 필요시에 Steam을 이용하여 상온까지 기화시켜 압송Line으로 공급한다.

종래의 압송장치는 공기분리장치에서 생산된 제품가스를 사용공장에 배관을 통하여 보내는 장치이다.

상탑의 산소 순도와 하탑의 질소순도가 허용 범위내에 들어오고 상탑 레벨이 안정되면 사용처로 가스를 압송 하여야 한다.

한편, 상기와 같은 장치들을 통해 공기를 분리하는 공정에 있어서, 불순물 흡착기는 2대로 운용된다.

그리고 불순물 흡착기 1대 당 1대당 5시간 정도를 사용할 수 있도록 설계된다.

이러한 구성을 통해 한대의 불순물 흡착기를 사용할 동안 다른 불순물 흡착기는 다시 재사용이 가능하도록 재생(탈착)을 하게 된다.

이때 사용이 완료되어 재생에 들어가는 불순물 흡착기는 다량의 수분 및 CO2 등이 흡착된다.

종래에는 이를 탈착시켜 다시 사용할 수 있는 상태로 되돌리기 위해서는 고온의 건조한 가스를 필요로 하여 공기분리장치에서 생산되어 나오는 건조한 상태의 저순도 질소 가스를 전기Heater를 이용하여 가열 후 불순물 흡착기로 공급한다.

이때, 공기분리장치에서 나오는 건조한 상태의 저순도 질소 가스는 약 15℃로, 재생에 필요한 160℃ 이상으로 만들기 위해서는 많은 전기에너지를 필요로 한다.

그러나, 종래에는 상기와 같이 재생에 필요한 160℃ 이상의 열을 발생시키기위해 전기 히터를 구동시키고, 이에 따라 일정 이상의 에너지 낭비가 발생되는 문제점이 있다.

더하여 상기와 같이 일정 이상의 고온을 지속적으로 제공하도록 작동됨에 다라 전기 히터 자체의 수명이 일정 이하로 낮아질 수도 있는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2005-0012920호(공개일: 2005.02.02)

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로 본 발명의 목적은 아래와 같다.

본 발명의 목적은 공기압축기가 공기를 압축하는 과정에서 발생되는 약 90℃의 압축열을 이용하여 불순물 흡착기 재생에 사용되는 약 15℃의 저순도 질소 가스의 온도를 가열시켜 전기 히터의 사용량을 줄여 전력을 절감할 수 있는 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비를 제공하는 것이다.

본 발명의 목적은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기의 설명에 의해서 이해될 수 있고, 본 발명의 실시예에 의해 보다 분명하게 이해될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 특허 청구 범위에 나타낸 수단 및 그 조합에 의해 실현될 수 있음을 쉽게 알 수 있을 것이다.

상기의 목적들을 달성하기 위해, 본 발명은 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비를 설명한다.

상기 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비는 공기를 압축하는 공기 압축부;

상기 공기 압축부로부터 압축된 공기를 수세하는 수세부;

상기 수세부로부터 전달되는 공기에 포함되는 불순물을 흡착하여 요구되는 가스 성분을 추출하는 불순물 흡착부;

상기 추출된 가스 성분을 열교환하여 외부로 배출하되, 기설정된 재생 온도를 이루는 가스 성분은, 상기 공기 압축부의 전단을 회기시키는 열교환 부; 및,

상기 열교환 부에서 배출되는 상기 기설정된 재생 온도를 이루는 가스 성분을 상기 압축된 공기에 포함되는 열을 열교환하고, 추가적으로 일정의 온도로 가열하여 기설정된 사용 온도를 이루도록 하여 상기 불순물 흡착부로 공급하는 보조 열교환부를 포함한다.

여기서 상기 불순물 흡착부는,

제 1불순물 흡착부와, 제 2불순물 흡착부를 포함하고,

상기 제 1불순물 흡착부와 상기 제 2불순물 흡착부는 상기 수세부와 유로를 형성하도록 연결되고,

상기 제 1불순물 흡착부와 상기 제 2불순물 흡착부는 상기 열교환부와 유로를 형성하도록 연결되고,

상기 보조 열교환부는,

상기 제 1불순물 흡착부와 연결되는 것이 바람직하다.

그리고 상기 공기 압축부와 상기 수세부는 제 1유로를 통해 연결되고,

상기 보조 열교환부는,

회수 유로와, 공급 유로와, 보조 열교환기와, 히터와, 제어기를 구비하되,

상기 보조 열교환기는 상기 제 1유로 상에 설치되고,

상기 회수 유로는 상기 열교환부와 상기 보조 열교환기를 연결하고,

상기 공급 유로는 상기 보조 열교환기와 상기 제 1불순물 흡착기와 연결되고,

상기 히터는, 상기 공급 유로 상에 설치되되,

상기 제어기는 밸브 장치를 사용하여 상기 회수 유로를 따라 회수되는 가스 성분을 상기 제 1유로를 따라 유동되는 공기의 온도에 노출시켜 상기 보조 열교환기를 통해 열교환시키고, 상기 가스 성분을 상기 기설정된 사용 온도에 이르도록 상기 히터를 통해 가열하여 상기 제 1열교환 흡착부로 공급되도록 제어하는 것이 바람직하다.

또한 상기 회수 유로와 상기 히터의 전단 일정 위치의 상기 공급 유로는 보조 연결 유로를 통해 연결되고,

상기 제어기는,

상기 가스 성분의 온도가 상기 기설정된 재생 온도 이하를 이루는 조건이 설정되면,

상기 밸브 장치를 사용하여 상기 보조 연결 유로를 유통시키는 것이 바람직하다.

또한 상기 제 1유로 상에 보조 히터가 더 설치되는 것이 바람직하다.

또한 상기 히터는,

다수로 구비되어 상기 공급 유로 상에 간격을 이루어 배치되는 것이 바람직하다.

또한 상기 히터는,

상기 공급 유로를 따라 배치되어 상기 공급 유로에 설치되는 가열 코일인 것이 바람직하다.

이와 같이 본 발명은 공기압축기가 공기를 압축하는 과정에서 발생되는 약 90℃의 압축열을 이용하여 불순물 흡착기 재생에 사용되는 약 15℃의 저순도 질소 가스의 온도를 가열시켜 전기 히터의 사용량을 줄여 전력을 절감할 수 있는 효과를 갖는다.

상술한 효과와 더불어 본 발명의 구체적인 효과는 이하 발명을 실시하기 위한 구체적인 사항을 설명하면서 함께 기술한다.

도 1은 본 발명의 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비의 구성을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 열교환부를 보여주는 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 사용 가스가 공급되는 경우의 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 재생 가스가 열교환되는 예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따라 제 1유로 상에 보조 히터가 더 설치되는 예를 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명에 따른 공기 분리 설비의 운전과정을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명에서 각 히터의 운전을 보여주는 도면이다.

이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다.

본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

이하에서 기재의 "상부 (또는 하부)" 또는 기재의 "상 (또는 하)"에 임의의 구성이 구비 또는 배치된다는 것은, 임의의 구성이 상기 기재의 상면 (또는 하면)에 접하여 구비 또는 배치되는 것을 의미한다.

또한, 상기 기재와 기재 상에 (또는 하에) 구비 또는 배치된 임의의 구성 사이에 다른 구성을 포함하지 않는 것으로 한정하는 것은 아니다.

다음은 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비를 설명한다.

도 1은 본 발명의 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비의 구성을 보여주는 도면이고, 도 2는 본 발명에 따른 열교환부를 보여주는 도면이다.

도 1 및 도 2를 참조 하면, 본 발명의 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비는 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비는 공기를 압축하는 공기 압축부(100)와, 상기 공기 압축부(100)로부터 압축된 공기를 수세하는 수세부(200)와, 상기 수세부(200)로부터 전달되는 공기에 포함되는 불순물을 흡착하여 요구되는 가스 성분을 추출하는 불순물 흡착부(300)와, 상기 추출된 가스 성분을 열교환하여 외부로 배출하되, 기설정된 재생 온도를 이루는 가스 성분은, 상기 공기 압축부의 전단을 회기시키는 열교환 부(400)와, 상기 열교환 부(400)에서 배출되는 상기 기설정된 재생 온도를 이루는 가스 성분을 상기 압축된 공기에 포함되는 열을 열교환하고, 추가적으로 일정의 온도로 가열하여 기설정된 사용 온도를 이루도록 하여 상기 불순물 흡착부(300)로 공급하는 보조 열교환부를 포함한다.

여기서 상기 불순물 흡착부(300)는 제 1불순물 흡착부(310)와, 제 2불순물 흡착부(320)를 포함한다.

상기 제 1불순물 흡착부(310)와 상기 제 2불순물 흡착부(320)는 상기 수세부(200)와 유로를 형성하도록 연결된다.

상기 제 1불순물 흡착부(310)와 상기 제 2불순물 흡착부(320)는 상기 열교환부(400)와 유로를 형성하도록 연결된다.

상기 보조 열교환부는 상기 제 1불순물 흡착부(310)와 연결된다.

그리고 상기 공기 압축부(100)와 상기 수세부(200)는 제 1유로(10)를 통해 연결된다.

상기 보조 열교환부는 회수 유로(60)와, 공급 유로(70)와, 보조 열교환기(500)와, 히터(600)와, 제어기(700)를 구비한다.

상기 보조 열교환기(500)는 상기 제 1유로(10) 상에 설치된다.

상기 회수 유로(60)는 상기 열교환부(400)와 상기 보조 열교환기(500)를 연결한다.

상기 공급 유로(70)는 상기 보조 열교환기(500)와 상기 제 1불순물 흡착기(310)와 연결된다.

상기 히터(600)는, 상기 공급 유로(70) 상에 설치된다.

상기 제어기(700)는 밸브 장치를 사용하여 상기 회수 유로(60)를 따라 회수되는 가스 성분을 상기 제 1유로(10)를 따라 유동되는 공기의 온도에 노출시켜 상기 보조 열교환기(500)를 통해 열교환시키고, 상기 가스 성분을 상기 기설정된 사용 온도에 이르도록 상기 히터(600)를 통해 가열하여 상기 제 1열교환 흡착부(310)로 공급되도록 제어한다.

또한 상기 회수 유로(60)와 상기 히터(600)의 전단 일정 위치의 상기 공급 유로(60)는 보조 연결 유로()를 통해 연결된다.

상기 제어기는 상기 가스 성분의 온도가 상기 기설정된 재생 온도 이하를 이루는 조건이 설정되면, 상기 밸브 장치를 사용하여 상기 보조 연결 유로를 유통시킨다.

본 발명에 따른 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비의 구조를 상세히 설명한다.

도 1 및 도 2를 참조 하면, 공기 압축부(100)는 제 1유로(10)를 통해 수세부(200)와 연결된다. 상기 제 1유로(10)는 상기 수세부(200)의 하단에 연결된다.

상기 수세부(200)의 상단은 제 2유로(20)와 연결된다. 상기 제 2유로(20)의 단부는 제 3유로(30)와 연결된다.

상기 제 3유로(30)의 제 3-1유로(31)는 상기 제1불순물 흡착부(310)의 하단과 연결된다.

상기 제 3유로(30)의 제 3-2유로(32)는 상기 제 2불순물 흡착부(320)의 하단과 연결된다.

상기 제 3-1유로(31) 상에는 제 1,2밸브(1,2)가 설치된다. 상기 제 3-2유로(32) 상에는 제 3,4밸브(3,4)가 설치된다.

상기 제 1,2불순물 흡착부(310,320)의 상부에는 제 4유로(40)가 배치된다.

상기 제 4-1유로(41)는 제 1불순물 흡착부(310)의 상단에 연결된다. 상기 제 4-2유로(42)는 제 2불순물 흡착부(320)의 상단과 연결된다.

상기 제 4-1유로(41)와 제 4-2유로(42)는 제 4-3유로(43)와 연결된다.

상기 제 4유로(40)는 열 교환부(400)와 제 5유로(50)를 통해 연결된다.

상기 제 4-1유로(41)에는 제 5,6밸브(5,6)가 설치된다. 상기 제 4-2유로(42)에는 제 7.8밸브(7,8)가 설치된다.

상기 제 4-3유로(43) 상에는 제 11밸브(11)가 설치된다.

한편, 공기 압축부(100)와 수세부(200)를 연결하는 제 1유로(10) 상에는 본 발명에 따른 보조 열교환부(500)가 배치된다.

그리고 본 발명에 따른 열교환부(400)와 상기 보조 열교환부(500)는 회수 유로(60)를 통해 연결된다.

상기 제 4유로(40)의 일단은 보조 열교환부(500)와 공급 유로(70)를 통해 관방식으로 연결된다.

또한 상기 보조 열교환부(500)의 전단 회수 유로(60)에는 제 14밸브(14)가 설치되고, 공급 유로(70) 상에는 제 13밸브(13)가 설치된다.

상기 제 13밸브(13)와 상기 제 4-1유로(41)의 단부 사이의 공급 유로(70) 상에는 히터(600)가 설치된다. 상기 히터(600)는 제어부(700)의 제어에 따라 일정의 열을 발생시키는 장치일 수 있다.

또한 상기 회수 유로(60)와 상기 공급 유로(70)는 제 5유로(50)를 통해 서로 연결된다.

상기 제 5유로(50) 상에는 제 10밸브(10)가 설치된다.

상술한 밸브들은 전자 밸브로서, 후술되는 제어부(700)의 제어에 의해 개폐되는 전자 밸브이다.

도 3은 본 발명에 따른 사용 가스가 공급되는 경우의 예를 보여주는 도면이다.

도 3을 참조 하면, 본 발명에 따른 공기 압축부(100)는 외부에서 공급되는 공기를 압축시켜 제 1유로(10)를 따라 수세부(200)로 공급한다. 이때 제 1유로(10)를 따라 유동되는 압축된 공기는 90도씨의 열을 이루어 열교환부(500)를 통과하여 열교환을 이루고, 제 1유로(10)를 따라 수세부(200)로 공급된다.

그리고 수세부(200)는 공기 압축부(100) 최종단을 거친 고압의 뜨거운 공기를 냉각수와 직접 접촉하여 열교환 하는 장치이다.

상기 수세부(200)를 통해 일정 온도로 냉각된 공기는 불순물이 제거되어 제 2유로(20)를 통해 제 3유로(30)로 유동된다.

이때 제 1,2밸브(1,2)를 폐쇄되고, 제 3밸브(3)는 개방된다. 이에 따라 불순물이 제거된 원료 공기는 제 2불순물 흡착부(320)로 공급된다.

상기 제 2불순물 흡착부(320)는 원료 공기 내에 함유된 수분(H₂O) 및 CO₂를 완전히 제거한다.

이때 제 5,6,8밸브(5,6,8)는 폐쇄되고, 제 7밸브(7)는 개방된다.

이에 따라 수분(H₂O) 및 CO₂가 제거된 가스 성분은 제 4유로(40) 및 제 4-2유로(42)를 통해 제 5유로(50)를 따라 열교환부(400)로 공급된다.

이와 같이 공급되는 가스 성분은 열교환부(400)를 통해 외부 저장소로 배출될 수 있다.

여기서 상기 가스 성분은 160도씨를 만족하는 온도를 이루고, 열교환부(400)에 의해 열교환되어 배출된다.

도 4는 본 발명에 따른 재생 가스가 열교환되는 예를 보여주는 도면이다.

도 4를 참조 하면, 본 발명에 따른 열교환부(400)는 상기와 같이 공급되는 가스 성분을 열교환 시키되, 15도씨를 이루는 가스 성분을 회수 유로(60)를 따라 배출한다.

이때, 제 10밸브(10)는 폐쇄 상태를 이룬다. 제 13 및 제 14밸브(13, 14)는 개방된다.

상기와 같이 배출되는 가스 성분은 보조 열교환부(500)로 공급된다. 여기서 상기 가스 성분은 제 1유로(10)를 따라 공급되는 90도씨의 공기의 열에 노출된다.

이에 따라 15도씨도 배출되는 가스 성분은 90도씨의 공기에 노출되어 공급 유로를 따라 유동될 때에는 65도씨를 이루어 유동된다.

그리고 65도씨를 이루어 유동되는 가스 성분은 히터(600)를 통해 160도씨로 가열이 이루어진 이후에, 공급 유로(70)를 따라 제 4유로의 일단으로 공급된다.

이때 제 5,6밸브(5,6)는 개방되고, 제 11밸브(11)는 폐쇄된다.

이에 따라 160도씨를 이루는 가스 성분은 재생 가스 성분으로, 제 5유로(50)를 따라 열교환부(400)로 공급 되어진다.

이를 통해, 열교환부(400)로부터 배출되어 재차 가열이 이루어지기 이전에, 보조 열교환부(500)에서 90도씨로 배출되는 공기의 열에 노출되도록 하여 일정 이상으로 온도를 상승시킨 이후에 히터(600)로 공급되도록 함으로써, 불순물 흡착기 재생에 사용되는 약 15℃의 저순도 질소 가스의 온도를 가열시켜 전기 히터의 사용량을 줄여 전력을 절감할 수 있다.

도 5는 본 발명에 따라 제 1유로 상에 보조 히터가 더 설치되는 예를 보여주는 도면이다.

도 5를 참조 하면 본 발명에 따른 제 1유로(10) 상에 보조 히터(610)가 더 설치될 수도 있다.

이에 따라 공기 압축부(100)를 통해 압축되는 공기를 보조 히터(610)를 사용하여 일정 온도로 가열을 이루도록 함으로써, 실질적으로 히터(600)로 전달되는 가스 성분의 온도를 일정 이상 더 빨리 목표 온도를 이루도록 하고, 실질적으로 히터(600)의 사용 능력을 줄일 수도 있다,

도면에 도시되지는 않았지만, 본 발명에 따른 히터(600)는 다수로 구비되어 상기 공급 유로 상에 간격을 이루어 배치될 수 있다.

또한 상기 히터는 상기 공급 유로를 따라 배치되어 상기 공급 유로에 설치되는 가열 코일일 수도 있다.

도 6을 참조 하면, 본 발명에서는 제 13 및 도 14밸브를 활용하여 높은 온도를 필요로 하는 가열 과정에서는 제 13 및 도 14밸브가 개방되어 보조 열교환부를 통해 15 -> 65℃로 1차 가열된 후 히터를 통해 최종 160℃까지 가열된 상태로 재생 스텝 제 1불순물 흡착기로 공급하고 Cooling Step에서는 낮은 온도를 필요로 하기 때문에 기존의 제 10밸브를 통해 불순물 흡착기로 공급하도록 한다.

여기서 주의사항은 Heating -> Cooling Step으로 전환시 제 13 및 도 14밸브와 제 10밸브가 서로 교체되면서 유로가 바뀌게 되는데 원활하게 되지 않을시 재생 가스 유량 헌팅으로 정유통 상탑에 영향을 주어 순도 트러블 등의 문제를 발생시킬 수 있는 문제를 해결할 수 있다.

이상 본 발명은 공기압축기가 공기를 압축하는 과정에서 발생되는 약 90℃의 압축열을 이용하여 불순물 흡착기 재생에 사용되는 약 15℃의 저순도 질소 가스의 온도를 가열시켜 전기 히터의 사용량을 줄여 전력을 절감할 수 있다.

도 7을 참조 하여 본 발명에서 각 히터의 운전이 필수적이다.

종래의 운전방식은 1,2,3,4단의 Heater가 설정된 온도(160℃)를 맞추기 위해 On, Off 방식으로 각단 Heater가 투입되어 효율적인 운전이 불가능 했다.

그러나 본 발명은 재생Gas의 온도를 15 -> 65℃로 공급하게 되면 단들의 순서 대로 Off 하면서 적정 부하를 찾아야 하여 효율적인 운전이 될 수 없다. 이에 따라 각단에 SCR을 설치하고 히터 출구 온도를 받아 제어되는 제어부를 구성한다.

도 7을 참조 하면, 히터의 출구 재생가스 온도를 받아 제어되는 제어부가 불순물 흡착기 Step이 Heating Step 진입시 출력값이 0%부터 상승하기 시작하여 1단 Heater부터 SCR 출력값을 0 ~ 100%까지 증가시키고 1단 SCR 출력이 100%가 되면 2단 SCR 출력이 상승하는 순으로 차례차례 부하를 늘려가 최종적으로 재생Heater 출구 온도가 160℃ 도달시 전기 Heater 출구 재생Gas 온도 Controller출력값이 유지되어 필요한 만큼의 전력만 소비되도록 구성할 수 있다.

이에 따라 운전시 제어부 하나로 1~4단 히터를 제어 및 안정적인 온도 제어가 가능하고 적정량의 전력만 소비되어 소비전력을 효과적으로 절감할 수 있다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 고안이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100 : 공기 압축부
200 : 수세부
300 : 불순물 흡착부
400 : 열교환부
500 : 보조 열교환기

Claims (5)

1. 공기를 압축하는 공기 압축부;
   상기 공기 압축부로부터 압축된 공기를 수세하는 수세부;
   상기 수세부로부터 전달되는 공기에 포함되는 불순물을 흡착하여 요구되는 가스 성분을 추출하는 불순물 흡착부;
   상기 추출된 가스 성분을 열교환하여 외부로 배출하되, 기설정된 재생 온도를 이루는 가스 성분은, 상기 공기 압축부의 전단을 회기시키는 열교환 부; 및,
   상기 열교환 부에서 배출되는 상기 기설정된 재생 온도를 이루는 가스 성분을 상기 압축된 공기에 포함되는 열을 열교환하고, 추가적으로 일정의 온도로 가열하여 기설정된 사용 온도를 이루도록 하여 상기 불순물 흡착부로 공급하는 보조 열교환부를 포함하는 것을 특징으로 하는 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 불순물 흡착부는,
   제 1불순물 흡착부와, 제 2불순물 흡착부를 포함하고,
   상기 제 1불순물 흡착부와 상기 제 2불순물 흡착부는 상기 수세부와 유로를 형성하도록 연결되고,
   상기 제 1불순물 흡착부와 상기 제 2불순물 흡착부는 상기 열교환부와 유로를 형성하도록 연결되고,
   상기 보조 열교환부는,
   상기 제 1불순물 흡착부와 연결되는 것을 특징으로 하는 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 공기 압축부와 상기 수세부는 제 1유로를 통해 연결되고,
   상기 보조 열교환부는,
   회수 유로와, 공급 유로와, 보조 열교환기와, 히터와, 제어기를 구비하되,
   상기 보조 열교환기는 상기 제 1유로 상에 설치되고,
   상기 회수 유로는 상기 열교환부와 상기 보조 열교환기를 연결하고,
   상기 공급 유로는 상기 보조 열교환기와 상기 제 1불순물 흡착기와 연결되고,
   상기 히터는, 상기 공급 유로 상에 설치되되,
   상기 제어기는 밸브 장치를 사용하여 상기 회수 유로를 따라 회수되는 가스 성분을 상기 제 1유로를 따라 유동되는 공기의 온도에 노출시켜 상기 보조 열교환기를 통해 열교환시키고, 상기 가스 성분을 상기 기설정된 사용 온도에 이르도록 상기 히터를 통해 가열하여 상기 제 1열교환 흡착부로 공급되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비.
   
4. 제 3항에 있어서,
   상기 회수 유로와 상기 히터의 전단 일정 위치의 상기 공급 유로는 보조 연결 유로를 통해 연결되고,
   상기 제어기는,
   상기 가스 성분의 온도가 상기 기설정된 재생 온도 이하를 이루는 조건이 설정되면,
   상기 밸브 장치를 사용하여 상기 보조 연결 유로를 유통시키는 것을 특징으로 하는 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비.
   
5. 제 4항에 있어서,
   상기 제 1유로 상에 보조 히터가 더 설치되는 것을 특징으로 하는 소비 전력 저감을 위한 공기 분리 설비.

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