WO2014077479A1 - 압축열을 이용한 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템 - Google Patents

압축열을 이용한 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템 Download PDF

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WO2014077479A1
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황철용
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Hwang Chul Yong
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Definitions

  • the present invention relates to an adsorptive air drying system, and more particularly, the flow path configuration of the system is simple, the number of components to be controlled, such as a valve, which requires complicated control according to the operating state, is reduced, and the system configuration cost can be greatly reduced. You are concerned with adsorptive air drying systems with purge operation.
  • the air drying system is a system that removes moisture contained in the air, and is used in various industries throughout the industry, such as various automated equipment requiring dry air, semiconductor manufacturing processes, and production lines of chemical processes that cause chemical reactions when moisture is contacted. Used in the field
  • the air drying system uses a refrigeration compressor to lower the temperature of the compressed air and then condensate the moisture contained in the compressed air to remove moisture from the air, and the air using an adsorbent, a dehumidifying agent, and an absorbent. It is divided into adsorption type air drying system that absorbs moisture contained in it.
  • the adsorption type air drying system is classified into a heat adsorption type air drying system for regenerating the adsorbent using a predetermined heat source and a non-heating adsorption type air drying system for regenerating the adsorbent using only regeneration air according to the regenerating method of the deciccant.
  • a circulating heating adsorption air drying system that circulates compressed air in a compressor to regenerate an adsorbent, and an acyclic heating in which external air is sucked in to regenerate the adsorbent and the air used is discharged to the outside It is divided into adsorption air drying system.
  • adsorption type air drying system there are various types of adsorption type air drying systems such as Korean Patent No. 10-0701218, Korean Patent No. 10-0750190, Korean Patent No. 10-0793980, Korean Patent No. 10-0976553, and the like. Is disclosed.
  • FIGS. 1 to 3 show conventional exemplary adsorption air drying systems.
  • the adsorption air drying system includes two towers 100a and 100b in which an adsorbent is embedded, a production line 110 for producing dry air, a regeneration line 120 for tower regeneration, and Cooling line 130 for tower cooling, and valve devices (140a, 140b) installed in the production line 110, regeneration line 120 and cooling line 130 to switch the flow of air, and the production Coolers 150a and 150b and separators 160a and 160b respectively installed in the line 110 and the regeneration line 120 to cool the air and separating water, and installed in the regeneration line 120 to heat the air.
  • Heater 170, and a plurality of valves (180a ⁇ 180e) for intermittent air is installed over each line and the like.
  • reference numeral 210 denotes a compressor that provides compressed air.
  • Production operation is the operation state to produce dry air by adsorbing moisture in the air
  • regeneration heating operation is the operation state to regenerate the adsorbent by desorbing the moisture adsorbed on the adsorbent in the tower by heating the air and then supplied to the tower
  • the regenerative cooling operation is an operation state in which a tower that is overheated after the regeneration is cooled.
  • compressed air supplied by the compressor 210 is branched at the first branch point 190a to flow about 70% to the production line 110, and about 30% of the compressed air is recycled. Flow to 120.
  • the flow distribution of the compressed air at the first branch point 190a can be adjusted through a flow control valve or orifice.
  • the air flowing to the production line 110 is cooled and separated through the first cooler 150a and the first separator 160a, and then continues through the confluence point 200 to pass the first valve device 140a. It flows into the first tower (100a) through.
  • the air introduced into the first tower (100a) is water is removed from this, and the dry air from which the water is removed is sent to the process after passing through the second valve device (140b).
  • 30% of the compressed air branched from the first branch point 190a flows to the regeneration line 120 at a temperature of 80 to 170 ° C., and the air flowing to the regeneration line 120 is required for regeneration by the heater 170. After heating to a predetermined temperature, for example, 120 to 250 ° C., it is introduced into the second tower 100b via the second valve device 140b.
  • the regenerated heating air passes through the first valve device 140a, the second cooler 150b, and the second separator 160b in turn, and then flows through the production line 110 at the confluence point 200. After joining it is sent to the first tower (100a) undergoes a drying process.
  • cooling and water are separated through the first cooler 150a and the first separator 160a while the compressed air supplied by the compressor 210 flows along the production line 110.
  • about 70% of the branched at the second branch point 190b and decompressed by the flow control valve 200a continues to flow to the production line 110, and the remaining about 30% flows to the cooling line 130. .
  • reference numeral 180b is a flow control valve installed in the cooling line 130.
  • the air flowing to the production line 110 flows into the first tower 100a through the first valve device 140a through the confluence point 200, and the air introduced into the first tower 100a is thus Moisture is removed and the dry air from which the moisture is removed is sent to the process after passing through the second valve device 140b.
  • the air flowing into the cooling line 130 is introduced into the second tower 100b via the first valve device 140a, and the second tower 100b is formed by the air introduced into the second tower 100b. Cooling is achieved.
  • the air enters from below the second tower 100b and shows upward flow (bottom-up method).
  • the cooled air passes through the second valve device 140b, the second cooler 150b, and the second separator 160b in order, and then joins the air flowing through the production line 110 with the confluence point 200. After the first tower (100a) is sent to go through the drying process.
  • the air flow is formed by the top-down method of the tower, and in the regenerative cooling process, the air flow is formed by the bottom-up method of the tower.
  • the number of components, such as a valve, is also increased.
  • the present invention has been created to solve the above problems, the configuration of the flow path of the system is simple, the number of components to be controlled, such as a valve requiring complex control according to the operating state is reduced, system configuration cost and maintenance cost
  • the purpose is to provide an adsorptive air drying system which can be greatly reduced.
  • the present invention is to provide an adsorption air drying system that can be used under a variety of pressure conditions, and has a configuration that can compensate for the pressure loss generated during the non-purging process to enable smooth operation even in the pressure fluctuation of the system. have.
  • the first tower and the second tower in which the adsorbent is embedded A main line for supplying the compressed air supplied from the compressor to each tower; A regeneration line branched from the main line and distributed with compressed air for regenerating adsorbents in each tower; A first connection line connected to one side and the other side of the first tower for air inlet / outlet for passing air to the first tower; A second connection line connected to one side and the other side of the second tower for air inlet / outlet for passing air to the second tower; A discharge line through which the dry air adsorbed by the adsorbent in the tower is discharged; A confluence line for joining air, which has undergone adsorbent regeneration or tower cooling, to the main line in a tower connected to the main line to perform adsorbent regeneration; A boosting line branched from the discharge line and connected to a regeneration line; A blower installed at the boosting line to feed dry air from the discharge line to the regeneration line; A four-way valve 1
  • the heater for heating the compressed air for adsorbent regeneration on the regeneration line is preferably installed.
  • the compressed air flowing through the regeneration line and the dry air pumped to the regeneration line through the boosting line are sequentially supplied to the tower where the regeneration process is performed through the 4-way valve 2, so that the adsorbent regeneration heating and tower cooling in the tower are sequentially performed. It is preferable to make it.
  • the main line and the discharge line are connected to the air inlet / outlet connection line of any one of the first tower and the second tower by the 4-way valve 1 and the 4-way valve 2, and the joining line and the regeneration line are remaining. It is desirable to be connected to the other air inlet / outlet connection line, so that one of the two towers produces dry air, and the other to allow adsorbent regeneration heating and tower cooling.
  • first connecting line and the second connecting line connected to the lower part of each tower by the four-way valve 1 is selectively connected to the main line and the confluence line, and the upper part of each tower by the four-way valve 2
  • Connected first and second connection lines are selectively connected to the regeneration line and the discharge line, so that the bottom-up air flow is made in the tower during the production of dry air, and the tower in the tower during the adsorbent regeneration heating and tower cooling It is desirable to allow air flow in a down-down fashion.
  • the adsorptive air drying system of the present invention has the following advantages.
  • the flow path of the system is simple, the number of components to be controlled such as a valve requiring complicated control is reduced according to the operating state, and the system configuration cost and maintenance cost can be greatly reduced.
  • blower pressing up compensates for the pressure loss that occurs during the non-purging process, enabling smooth operation even when the system pressure fluctuates.
  • Non-purging process can be operated under various pressure conditions from low pressure to high pressure, and because branched gas is not purged after regeneration (ie, is not thrown into the atmosphere), it is more efficient, economical and advantageous in terms of productivity.
  • FIG. 1 is a schematic view showing a conventional adsorptive air drying system.
  • Figure 2 is a schematic diagram showing the air flow during the production and regeneration process in a conventional adsorption air drying system.
  • FIG. 3 is a schematic diagram showing air flow during production and cooling processes in a conventional adsorption air drying system.
  • FIG. 4 is a schematic diagram illustrating an adsorptive air drying system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 is a view showing an operating state in which the regenerative heating is performed in the second tower at the same time as the dry air production of the first tower in the system of the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing an operating state in which the cooling of the second tower is performed simultaneously with the production of the dry air of the first tower in the system of the present invention.
  • FIG. 7 is a view showing an operating state in which the regenerative heating is performed in the first tower at the same time as the dry air production of the second tower in the system of the present invention.
  • FIG. 8 is a view showing an operating state in which the cooling of the first tower is performed simultaneously with the production of dry air of the second tower in the system of the present invention.
  • Figure 4 is a schematic diagram showing an adsorption air drying system of the blower non purge operation method according to an embodiment of the present invention.
  • the adsorption air drying system according to the present invention has a heating configuration in which heated air is supplied to a tower to be used for regeneration of a desiccant, and the branched gas is used for regeneration heating process or cooling process and then used to produce dry air.
  • a heating configuration in which heated air is supplied to a tower to be used for regeneration of a desiccant, and the branched gas is used for regeneration heating process or cooling process and then used to produce dry air.
  • the adsorption-type air drying system has a system configuration that uses the heat of compression of the air supplied by the compressor 1 in the regeneration heating process and supplements the remaining amount of heat required for regeneration by using the heater 25, It comprises a blower 29 which can compensate for the pressure loss occurring during the purge process.
  • first tower 10a and the second which are filled with a predetermined adsorbent, for example, silica gel, activated alumina, molecular sieve, etc.
  • a predetermined adsorbent for example, silica gel, activated alumina, molecular sieve, etc.
  • the first tower (10a) and the second tower (10b) is a tower conversion is made to change the operation state to the production tower and regeneration tower as in the prior art, in the following description of the production tower is from the air passing through the interior Means the tower in the operating state to produce dry air by adsorbing moisture by using the adsorbent, the regeneration tower is a tower in the operating state where the regeneration heating process (adsorbent moisture desorption and regeneration) and the regeneration cooling process (tower cooling) is performed Note that it means.
  • the compressor (1) may be applied to a screw-type compressor or a turbo-type compressor, through which it is possible to supply high temperature compressed air having a temperature of about 90 ⁇ 120 °C.
  • the main line 2 extends from the compressor 1 and is connected to the 4-way valve 1 31 which will be described later.
  • the main line 2 is included in the first cooler 21 for cooling the air, in the air.
  • the first separator 22 for separating the water and the check valve 23 for preventing the reverse flow are provided in this order.
  • the first cooler 21 is for cooling the compressed air supplied by the compressor 1, and the high temperature and high pressure compressed air supplied to the tower (production tower) through the main line 2 is a predetermined temperature. Cooling with air in a range, such as about 40 ° C. or less.
  • the first separator 22 is for separating and removing water in the air cooled and condensed by the first cooler 21, and the air from which the water is primarily removed is supplied to the production tower, and is a cyclone type.
  • an additional type of demister can be applied to the cyclone.
  • the regeneration line 3 is branched from the main line 2 to the first branch point 2a set to a position upstream of the first cooler 21, and the regeneration line 3 is connected from the main line 2. It extends and is connected to the 4-way valve 2 (32) side.
  • the regeneration line 3 is a heating line through which compressed air supplied by the compressor 1, that is, air having compressed heat flows.
  • the heater 25 is installed on the regeneration line 3 to heat the compressed air to be supplied to the regeneration tower in a position adjacent to the first valve 24 for controlling the flow of compressed air and the rear end connected to the 4-way valve 2 (32) side.
  • the heater 25 is an auxiliary air heating means for further increasing the temperature of the air to be used for regeneration to a target temperature, and supplies the remaining amount of heat that is insufficient only by the heat (compression heat) of the air compressed by the compressor 1.
  • the heater 25 When the heater 25 is turned on, the air passing through the heater 25 rises to a temperature of about 120 to 250 ° C., and is then sent to the tower where regeneration is performed.
  • the heater 25 remains on during the adsorbent regeneration heating process to heat the compressed air, but is controlled off during the tower cooling process.
  • the 4-way valve 1 31 to which the main line 2 is connected has a first connection line 11 on one side of the first tower 10a and a second connection line 12 on one side of the second tower 10b.
  • the first and second connection lines 11 and 12 are air inlet / outlet lines of the towers 10a and 10b, and the first connection line 11 is one side of the first tower 10a.
  • the inlet / outlet line is connected to each other and the other side, the second connection line 12 is the inlet / outlet line respectively connected to one side and the other side of the second tower (10b).
  • each connection line 11 and 12 on the other side of each tower are connected to the 4-way valve 2 32, each connection line 11 and 12 is formed between the towers 10a and 10b. In this way, the flow path structure is formed between the 4-way valve 1 (31) and the 4-way valve 2 (32).
  • the main line 2, the first connection line 11, and the second connection line 12 are connected to the four-way valve 1 31 so that these lines are formed around the four-way valve 1 31.
  • Four-way valve 2 32, the first connection line 11 and the second connection line 12 opposite to each tower (10a, 10b) is connected separately to these four-way valve (32) It has a structure in which two flow paths are formed around this 4-way valve 2 (32).
  • the upstream first connecting line 11 around the first tower 10a is compressed into the first tower 10a.
  • the downstream first connection line 11 is a line through which the dry air from which moisture is removed by the adsorbent is discharged while passing through the first tower 10a.
  • the upstream second connection line 12 around the second tower 10b is Air for adsorbent regeneration heating (hot compressed air additionally heated by the heater of the regeneration line) becomes a line to be supplied to the second tower 10b (during the regeneration heating process), or air for tower cooling (described in detail below) Dry air supplied by the blower of a line becomes a line supplied to the 2nd tower 10b (at the time of a regeneration cooling process).
  • the upstream second connection line 12 is supplied with compressed air to the second tower 10b around the second tower 10b.
  • the downstream second connection line 12 is a line through which the dry air from which moisture is removed by the adsorbent is discharged while passing through the second tower 10b.
  • the upstream first connection line 11 centering on the first tower 10a serving as the regeneration tower at this time is air for adsorbent regeneration heating (compressed hot air further heated by a heater of the regeneration line).
  • the four-way valve 1 (31) is further connected to the confluence line (5) connected to the main line (2), the confluence line (5) is connected to the remaining one flow path of the four-way valve 1 (31)
  • the confluence line 5 is a line connecting the 4-way valve 1 (31) and the main line (2).
  • the four-way valve 1 (31) is a valve that is connected to a total of four lines of the main line (2), the first and second connection lines (11, 12), the confluence line (5), these four It is a flow control valve that sets and optionally changes the flow path of air between lines.
  • the first and second connection lines connected to the main line 2, the confluence line 5, and the lower side of each tower 10a and 10b are connected to the 4-way valve 1 31. 11, 12) are connected.
  • the confluence line 5 is a line in which the air discharged after the regeneration heating or regeneration cooling process is completed in the tower (regeneration tower) in which the adsorbent regeneration is performed to the main line (2) for use in the production of dry air, It is connected to the confluence point 2c of the main line 2 set to the rear end of the check valve 23 and the front end of the 4-way valve 1 31.
  • a component for changing the state of the air discharged from the regeneration tower that is, a second cooler 26 for condensing moisture by cooling the hot and humid air discharged from the regeneration tower, and air
  • a second separator 27 is installed to separate and remove water contained in the inside.
  • the four-way valve 2 (32) is connected to the discharge line (4) for discharging the final drying air after the drying process in the production tower, the dry air discharged through the discharge line (4), that is, the demand source It is sent to various automation equipment, semiconductor manufacturing process, chemical process production line, and used.
  • the four-way valve 2 32 is a valve in which a total of four lines of the discharge line 4, the first and second connection lines 11 and 12, and the regeneration line 3 are connected. It is a flow control valve that sets and optionally changes the flow path of air between lines.
  • first and second connection lines 11 and 12 connected to the discharge line 4 and the upper sides of the towers 10a and 10b are connected to the four-way valves 2 32 and the regeneration.
  • the line 3 is connected.
  • a boosting line 6 connecting between the discharge line 4 and the regeneration line 3 is provided, and the boosting line 6 has a second valve 28 for controlling the flow of air and a second A blower 29 is provided for pumping the dry air of the discharge line 4 to the regeneration line 3 with the valve 28 open.
  • reference numeral 23a denotes a check valve installed at the outlet side of the blower 29 in the boosting line 6.
  • the boosting line 6 is installed to connect between the second branch point 4a positioned in the discharge line 4 and the connection point 3a positioned in the regeneration line 3, wherein the connection point 3a is a regeneration line.
  • the heater 25 can be set to the front end (upstream side) or the rear end (downstream side) position.
  • the boosting line 6 is a line for supplying air to be used in the cooling process to the regeneration tower (tower in a state requiring cooling after the regeneration heating process) through the regeneration line 3, the cooling of the regeneration tower in the present invention
  • the air used for this purpose is the dry air discharged from the production tower.
  • the air used for cooling in the regeneration tower that is, the first tower 10a or the second tower 10b, as described above, is connected to the first connection line 11 or the second connection line downstream from the tower. (12) after being discharged through (connection line connected to the bottom of each tower), it is transferred to the confluence line (5) by the 4-way valve 1 (31), and then joined again to the main line (2) production tower Used to produce dry air.
  • the pressure is reduced by using the flow control valve, but in the present invention, the pressure increase blower 29 is used to induce the pressure fluctuation and the boost of the outlet air.
  • look at the operating state of the adsorption-type air drying system configured as described above are as follows.
  • FIG. 5 is a view illustrating an operation state in which dry air is produced in the first tower 10a and adsorbent regeneration heating is performed in the second tower 10b
  • FIG. 6 is a production of dry air in the first tower 10a. This is a view showing an operating state in which tower cooling of the second tower 10b is performed at the same time.
  • the second tower (10b) is a water desorption and regeneration of the adsorbent through a regeneration heating process, and then the temperature of the second tower (10b) When the temperature rises above a predetermined temperature, cooling of the second tower 10b is performed through a regeneration cooling process (regeneration heating and cooling processes are sequentially performed in the second tower).
  • Figures 7 and 8 are views showing the state of the tower switching
  • Figure 7 is a view showing the operating state in which the regeneration heating is performed in the first tower (10a) at the same time as the dry air production of the second tower (10b)
  • 8 is a view showing an operating state in which cooling of the first tower 10a is performed simultaneously with the production of dry air of the second tower 10b.
  • Sequential changeover of the process includes opening and closing control of the first and second valves 28, selective drive control of the heater 25 and blower 29, four-way valve 1 31 and four-way valve 2 32. Is made through drive control (euro control).
  • FIG. 5 an air flow path is shown when the first tower 10a is produced and the second tower 10b is regenerated (heated).
  • the first valve 24 is open and the heater 25 is turned on. (on), the 2nd valve 28 is controlled to the closed state, and the blower 29 is controlled to the off state.
  • the 4-way valve 1 31 is operated as the main tower.
  • the confluence line 5 communicates with each other, and the 4-way valve 2 32 is connected to the first connection line 11 and the discharge line 4 downstream of the first tower 10a (tower upper side), the discharge line 4, and the regeneration line.
  • (3) and the second connection line 12 on the upstream side (tower upper side) of the second tower 10b are controlled to communicate with each other.
  • the dry air production of the first tower (10a) is a buttom-up method
  • the air flow method during the regeneration heating process of the second tower (10b) is a top-down method
  • the air flow method in the cooling process of the tower 10b is also made of a top-down method (both top-down flow methods in the regeneration heating / cooling process of the regeneration tower).
  • the compressed air of high temperature (about 90 to 120 ° C.) supplied from the compressor 1 is connected to the main line 2 and the regeneration line 3 by a flow control valve or orifice not shown at the first branch point 2a.
  • a part of the total flow rate for example, 5-30% of the total flow rate, is distributed to the regeneration line 3 and used for regeneration heating to the second tower 10b.
  • the compressed air supplied through the main line 2 is cooled and removed while passing through the first cooler 21 and the first separator 22, and then the check valve 23 and the 4-way valve 1 31 are removed. After roughing, it is transferred to the upstream side (lower side) first connection line 11 of the first tower 10a used as a production tower, and then the first tower 10a through the upstream first connection line 11. It is introduced into the first tower (10a) undergoes a drying process by the adsorption of moisture in the adsorbent.
  • the compressed air is introduced into the lower portion of the first tower (10a) after cooling to a predetermined temperature, for example, about 40 °C or less and water is removed, and in contact with the adsorbent while passing through the first tower (10a) The moisture is completely removed and converted to dry air.
  • the dry air exiting through the upper portion of the first tower 10a is discharged through the downstream (upper side) first connection line 11 of the first tower 10a and then the 4-way valve 2 (32). In the flow to the discharge line (4), it is then sent to the various demand destinations through the discharge line (4).
  • the compressed air distributed to the regeneration line 3 is heated to a temperature of about 120 to 250 ° C. while passing through the heater 25 to compensate for insufficient heat, and then the air heated to a high temperature is a 4-way valve 2 ( It is delivered to the second connection line 12 upstream (upper side) of the second tower (10b) through the 32 and flows into the upper portion of the second tower (10b).
  • the air having risen to the target temperature required for regeneration enters through the upper part of the second tower 10b, and desorbs the moisture of the adsorbent charged in the tower, and then continuously lowers the lower part of the second tower 10b. To get out of it.
  • the hot and humid air exiting the second tower 10b is discharged to the second connection line 12 downstream (lower side) of the second tower 10b and merges through the 4-way valve 1 31. And flows to (5), and then joins from confluence point 2c to main line 2 in a state in which cooling and water are separated by second cooler 26 and second separator 27 in confluence line 5.
  • the air that has undergone the regenerative heating process in the second tower 10b joins the new compressed air supplied from the compressor 1 through the main line 2 to the first tower 10a, and then the first tower 10a. ) Is used to produce dry air.
  • the regeneration cooling process in the second tower 10b is performed simultaneously with the production of dry air of the first tower 10a.
  • FIG. The air flow path is shown when the first tower 10a is produced and the second tower 10b is regenerated (cooled).
  • the first valve 24 is closed, the heater 25 is off, and the second valve is Reference numeral 28 is an open state, the blower 29 is switched to an on state, and the flow path opening / closing state of the 4-way valve 1 31 and the 4-way valve 2 32 is maintained as it is.
  • the production process in the first tower (10a) is the same state, the four-way valve 2 (32) after being discharged through the downstream (upper side) first connecting line 11 from the top of the first tower (10a) A part of the drying air moved to the discharge line 4 through) is distributed to the boosting line 6 at the second branch point 4a.
  • a part of the total flow rate of the dry air for example, 10% of the total flow rate of air is distributed to the boosting line 6 and used for regenerative cooling of the second tower 10b.
  • part of the dry air is sucked and pumped into the boosting line 6 by driving the blower 29 while the second valve 28 is opened, and flows from the connection point 3a to the regeneration line 3, Thereafter, after passing through the heater 25 in the off state in the regeneration line 3, the 4-way valve 2 32 is transferred to the second connection line 12 upstream (upper side) of the second tower 10b. .
  • the dry air thus transferred is then introduced into the upper portion of the second tower 10b to cool the heated second tower 10b during the regeneration heating process, and then downstream from the lower portion of the second tower 10b (lower side). After being discharged to the second connection line 12, it flows from the 4-way valve 1 (31) to the confluence line (5).
  • the air used for cooling the second tower 10b flows along the confluence line 5 and is cooled by the second cooler 26 and condensed with moisture in the air, followed by condensation of water in the second separator 27. After separation and removal, the confluence is joined to the main line 2 at the confluence point 2c.
  • the air that has completed the regenerative cooling process in the second tower 10b is joined with the new compressed air supplied from the compressor 1 to the first tower 10a through the main line 2, and then the first tower 10a. Will be used to produce dry air.
  • the blower 29 blows dry air sucked from the discharge line 4 through the second branch point 4a at a predetermined pressure, for example, in the boosting line 6, for example.
  • the pressure is increased to a pressure of 0.1 ⁇ 0.2 bar to be sent to the regeneration line (3), the blower 29 to compensate for the pressure loss generated during the non-purging process to ensure a smooth operation even in the pressure fluctuations of the entire system.
  • the regeneration process for the first tower (10a) should be made, for this purpose in the second tower (10b) as shown in Figs.
  • a tower change is performed in which a regeneration process is performed in the first tower 10a.
  • drying air production and regeneration processes are alternately changed in each tower 10a and 10b, and this tower switching is performed by changing the flow path of each valve through the drive control of the two 4-way valves 31 and 32. Is made by
  • the production of dry air of the second tower (10b) is a buttom-up method
  • the air flow method in the regeneration heating process of the first tower (10a) is made of a top-down method
  • the first tower (10a) Air flow in the cooling process is also a top-down method.
  • FIG. 7 an air flow path during the production of the second tower 10b and the regeneration heating of the first tower 10a is shown.
  • FIG. 8 the production of the second tower 10b and the cooling of the first tower 10a is illustrated.
  • the city's air flow path is shown.
  • the first tower (10a) is a regeneration tower and the second tower (10b) is a production tower
  • the second tower (10b) through the main line (2) in accordance with the conversion of the tower Air is supplied and the dry air is discharged from the second tower (10b) to the discharge line (4), heated air through the heater 25 of the regeneration line (3) is supplied to the first tower (10a)
  • the air used for adsorbent regeneration (adsorbent moisture desorption) in one tower (10a) is joined to the main line (2) through the confluence line (5) and used to produce dry air
  • blower of the boosting line (6) 29 is supplied to the first tower (10a) through the regeneration line (3) and the air used for cooling in the first tower (10a) through the confluence line (5) to the main line (2)
  • the operating state of the first tower 10a and the second tower 10b is opposite to those of Figs. 5 and 6, such as being used to join and produce dry air.
  • the basic procedure and principles of the regenerative heating / cooling process There is no difference in the basic procedure
  • the compressed air supplied from the compressor 1 is distributed to the main line 2 and the regeneration line 3, and the compressed air supplied through the main line 2 is provided in the first cooler 21 and the first separator ( 22), via the check valve 23 and the four-way valve 1 (31) is transferred to the upstream (lower side) second connection line 12 of the second tower (10b) used as a production tower, and then upstream It is introduced into the lower portion of the second tower (10b) through the side second connection line 12 is subjected to a drying process by the adsorption of moisture in the adsorbent in the second tower (10b).
  • the dry air discharged from the upper portion of the second tower 10b is discharged through the downstream (upper side) second connection line 12 of the second tower 10b, and then, at the 4-way valve 2 32. It flows to the discharge line 4, and is then sent to the various demand destinations through the discharge line (4).
  • the compressed air distributed to the regeneration line 3 is heated while passing through the heater 25 to compensate for the remaining amount of heat required for regenerating the adsorbent (adsorbent moisture desorption), and then the heated air is supplied to the 4-way valve 2 (32). After being transmitted to the first connection line 11 upstream (upper side) of the first tower (10a) is introduced into the upper portion of the first tower (10a).
  • the air whose temperature is raised to the target temperature required for regeneration enters the upper portion of the first tower 10a and desorbs the moisture of the adsorbent inside the tower. Then, the first connection downstream of the first tower 10a (lower side) is performed. It is discharged to the line 11 and flows to the confluence line 5 through the 4-way valve 1 (31).
  • the confluence point 2c is joined to the main line 2 at the confluence point 2c, and the compressor 1 is connected through the main line 2. It is used to produce dry air in the second tower (10b) after joining the new compressed air supplied to the second tower (10b).
  • the regeneration cooling process in the first tower (10a) is performed simultaneously with the production of dry air of the second tower (10b), the second tower (10b) ), Some of the dry air discharged to the discharge line (4) through the downstream (upper side) second connecting line 12 and the 4-way valve 2 (32) at the second branch point (4a) to the boosting line (6) )
  • part of the dry air is sucked and pumped into the boosting line 6 by driving the blower 29 while the second valve 28 is opened, and flows from the connection point 3a to the regeneration line 3, Thereafter, after passing through the heater 25 in the off state in the regeneration line 3, the 4-way valve 2 32 is transferred to the upstream (upper side) first connection line 11 of the first tower 10a. .
  • the dry air thus transferred is then introduced into the upper portion of the first tower 10a to cool the heated first tower 10a during the regeneration heating process, and then downstream from the lower portion of the first tower 10a (lower side). After being discharged to the first connection line 11, it flows from the 4-way valve 1 (31) to the confluence line (5).
  • the air used for cooling the first tower 10a flows along the confluence line 5, passes through the second cooler 26 and the second separator 27, and then, at the confluence point 2c, the main line 2 is moved. Joined with the new compressed air, and then used to produce dry air in the second tower (10b).
  • first connection line 12 second connection line

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Abstract

본 발명은 흡착식 공기 건조 시스템에 관한 것으로서, 시스템의 유로 구성이 간단하고, 운전상태에 따라 복잡한 제어가 필요한 밸브 등의 제어대상 구성품 수가 축소되며, 시스템 구성 비용이 크게 절감될 수 있는 흡착식 공기 건조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다. 또한, 본 발명은 다양한 압력 조건에서 사용 가능하고, 넌 퍼지 공정 중 발생하는 압력 손실을 보상해줄 수 있는 구성을 갖춤으로써 시스템의 압력 변동에도 원활한 운전이 가능해지는 흡착식 공기 건조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있는 것이다. 상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 각 타워에서 건조공기의 생산, 재생 가열 및 냉각 공정이 선택적으로 수행될 수 있도록 복수개의 4-웨이 밸브를 사용하여 공기의 유동 경로를 제어하는 구성을 가지며, 재생 가열 공정에서 압축기에 의해 공급되는 공기의 압축열을 이용함과 더불어 히터를 이용하여 재생에 필요한 열량을 보충하도록 구성되며, 넌 퍼지 공정 중 발생하는 압력 손실을 보상해줄 수 있는 블로워를 구비하여 안정적인 운전이 가능해지도록 한 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템을 제공한다.

Description

압축열을 이용한 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템
본 발명은 흡착식 공기 건조 시스템에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시스템의 유로 구성이 간단하고, 운전상태에 따라 복잡한 제어가 필요한 밸브 등의 제어대상 구성품 수가 축소되며, 시스템 구성 비용이 크게 절감될 수 있는 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템에 관한 것이다.
일반적으로 공기 건조 시스템은 공기 속에 포함되어 있는 수분을 제거하는 시스템으로서, 건조공기를 필요로 하는 각종 자동화 설비, 반도체 제조공정, 수분 접촉시 화학반응을 일으키는 화학공정의 생산라인 등 산업 전반에 걸쳐 다양한 분야에 사용된다.
이러한 공기 건조 시스템은 냉동 압축기를 이용하여 압축공기의 온도를 낮춘 후에 압축공기에 포함된 수분을 응축시켜 공기 속의 수분을 제거하는 방식의 냉동식 공기 건조 시스템과, 흡착제나 제습제, 흡습제를 이용하여 공기 중에 포함되어 있는 습기를 흡착하는 방식의 흡착식 공기 건조 시스템으로 구분된다.
이 중에서 에너지 효율적인 측면이나 설치의 용이성 측면, 그리고 유지 보수의 경제성 측면에서 우수한 점을 나타내는 흡착식 공기 건조 시스템을 많이 이용하고 있는 추세이다.
보통 흡착식 공기 건조 시스템은 흡착제(deciccant)의 재생방법에 따라 소정의 열원을 이용하여 흡착제를 재생하는 가열 흡착식 공기 건조 시스템과, 재생용 공기만으로 흡착제를 재생하는 비가열 흡착식 공기 건조 시스템으로 구분된다.
또한, 가열 흡착식 공기 건조 시스템의 경우, 압축기에서 압축된 공기를 순환시켜 흡착제를 재생하는 순환 가열 흡착식 공기 건조 시스템과, 외부 공기를 흡입하여 흡착제를 재생하고 이때 사용된 공기는 외부로 배출하는 비순환 가열 흡착식 공기 건조 시스템으로 구분된다.
이와 같은 흡착식 공기 건조 시스템의 예로서, 한국등록특허 10-0701218호, 한국등록특허 10-0750190호, 한국등록특허 10-0793980호, 한국등록특허 10-0976553호 등에 다양한 방식의 흡착식 공기 건조 시스템이 개시되어 있다.
일 예로서, 도 1 내지 도 3에서는 종래의 대표적인 흡착식 공기 건조 시스템을 보여주고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 흡착식 공기 건조 시스템은 흡착제가 내장되어 있는 두 개의 타워(100a,100b)와, 건조공기 생산을 위한 생산라인(110), 타워 재생을 위한 재생라인(120) 및 타워 냉각을 위한 냉각라인(130)과, 상기 생산라인(110), 재생라인(120) 및 냉각라인(130)에 설치되어 공기의 흐름을 전환시켜 주는 밸브장치(140a,140b)와, 상기 생산라인(110)과 재생라인(120)에 각각 설치되어 공기를 냉각하고 수분을 분리하는 쿨러(150a,150b) 및 세퍼레이터(160a,160b)와, 상기 재생라인(120)에 설치되어 공기를 가열하는 히터(170)와, 각 라인에 걸쳐 설치되는 공기의 단속을 위한 다수의 밸브(180a~180e) 등을 포함한다.
여기서, 미설명 부호 210은 압축공기를 제공하는 압축기를 나타낸다.
이와 같이 구성되는 흡착식 공기 건조 시스템에서 생산 운전과 재생 가열/재생 냉각 운전이 이루어지는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
생산 운전은 공기 내 수분을 흡착하여 건조공기를 생산하는 운전상태이고, 재생 가열 운전은 공기를 가열한 뒤 타워에 공급하여 타워 내 흡착제에 흡착되어 있는 수분을 탈착함으로써 흡착제를 재생하는 운전상태이며, 재생 냉각 운전은 재생 후 과열되어 있는 타워를 냉각하는 운전상태이다.
이러한 생산 운전과 재생 가열/냉각 운전은 두 타워에서 동시에 진행되는데, 예컨대 제1타워가 생산 운전되는 동안 제2타워에서는 재생 가열과 냉각이 순차적으로 진행되고, 반대로 제2타워가 생산 운전되는 동안에는 제1타워에서 재생 가열/냉각이 순차적으로 진행된다.
도 2에 도시한 바와 같이, 먼저 압축기(210)에 의해 공급되는 압축공기는 제1분기점(190a)에서 분기되어 약 70% 정도는 생산라인(110)으로 흐르고, 나머지 약 30% 정도는 재생라인(120)으로 흐르게 된다.
여기서, 제1분기점(190a)에서의 압축공기의 유량분배는 유량조절밸브나 오리피스 등을 통해 조절될 수 있게 된다.
다음, 생산라인(110)으로 흐르는 공기는 제1쿨러(150a)와 제1세퍼레이터(160a)를 거쳐 냉각 및 수분이 분리된 후, 계속해서 합류점(200)을 지나 제1밸브장치(140a)를 통해 제1타워(100a)로 유입된다.
그리고, 상기 제1타워(100a)로 유입된 공기는 이곳에서 수분이 제거되고, 계속해서 수분이 제거된 건조한 공기가 제2밸브장치(140b)를 경유한 후에 공정으로 보내진다.
이와 동시에, 제1분기점(190a)에서 분기된 압축공기 30%는 80 ~ 170 ℃의 온도로 재생라인(120)으로 흐르고, 재생라인(120)으로 흐르는 공기는 히터(170)에 의해 재생에 필요한 소정의 온도, 예를 들면 120 ~ 250 ℃의 온도로 가열된 후, 제2밸브장치(140b)를 거쳐 제2타워(100b)로 유입된다.
그리고, 상기 제2타워(100b)로 유입된 고온의 공기에 의해 흡착제에 대한 재생이 이루어지게 된다.
이때의 공기는 제2타워(100b)의 위에서 들어와서 아래로 나가는 흐름을 보이게 된다(Top-dowm 방식).
계속해서, 재생 가열을 마친 공기는 제1밸브장치(140a), 제2쿨러(150b) 및 제2세퍼레이터(160b)를 차례로 거친 다음, 생산라인(110)을 통해 흐르는 공기와 합류점(200)에서 합류한 후에 제1타워(100a)로 보내져 건조과정을 거치게 된다.
한편, 흡착제 재생 후 과열되어 있는 타워의 냉각을 위한 공정이 재생 후 곧바로 이루어진다.
이를 위하여, 도 3에 도시한 바와 같이, 압축기(210)에 의해 공급되는 압축공기가 생산라인(110)을 따라 흐르면서 제1쿨러(150a)와 제1세퍼레이터(160a)를 거쳐 냉각 및 수분이 분리된 후, 제2분기점(190b)에서 분기되어 유량조절밸브(200a)에 의해 감압된 약 70% 정도는 생산라인(110)으로 계속 흐르고, 나머지 약 30% 정도는 냉각라인(130)으로 흐르게 된다.
도 3에서 도면부호 180b는 냉각라인(130)에 설치된 유량조절밸브이다.
다음, 생산라인(110)으로 흐르는 공기는 합류점(200)을 지나 제1밸브장치(140a)를 통해 제1타워(100a)로 유입되고, 이렇게 제1타워(100a)로 유입된 공기는 이곳에서 수분이 제거되고, 계속해서 수분이 제거된 건조한 공기가 제2밸브장치(140b)를 경유한 후에 공정으로 보내진다.
이와 동시에, 냉각라인(130)으로 흐르는 공기는 제1밸브장치(140a)를 거쳐 제2타워(100b)로 유입되고, 이렇게 제2타워(100b)로 유입된 공기에 의해 제2타워(100b)의 냉각이 이루어지게 된다.
이때의 공기는 제2타워(100b)의 아래에서 들어와서 위로 나가는 흐름을 보이게 된다(Bottom-up 방식).
다음, 냉각을 마친 공기는 제2밸브장치(140b), 제2쿨러(150b) 및 제2세퍼레이터(160b)를 차례로 거친 다음, 생산라인(110)을 통해 흐르는 공기와 합류점(200)에서 합류한 후에 제1타워(100a)로 보내져 건조과정을 거치게 된다.
여기서는 제1타워에서 건조공기를 생산하고, 이와 동시에 제2타워에서는 재생 가열 및 냉각이 이루어지는 운전상황의 예를 설명하였으나, 밸브들의 개폐상태 및 유로 변경, 그로 인한 공기 흐름의 경로 변경을 통해 제1타워와 제2타워의 역할을 바꾸어 운전할 수 있음은 물론이다.
즉, 타워 전환(tower change)을 통해 제2타워에서 건조공기를 생산하는 동시에 제1타워에서 재생 가열/냉각이 이루어지도록 하는 것이며, 이렇게 두 타워에서 생산 공정과 재생 가열/냉각 공정의 상호 전환 및 교대 수행이 이루어진다.
그러나, 이와 같은 종래의 흡착식 공기 건조 시스템은 다음과 같은 문제점이 있다.
재생 가열 공정의 경우 타워의 Top-down 방식으로 공기 유동이 형성되고 재생 냉각 공정의 경우 타워의 Bottom-up 방식으로 공기 유동이 형성되므로, 전체 시스템의 유로 구성이 매우 복잡하며, 또 이러한 유동을 제어하기 위한 밸브 등 구성품의 개수 또한 많아지게 된다.
또한, 밸브 등의 제어대상이 지나치게 많아 제어가 복잡하고, 시스템의 운전압력 조건이 제한적이므로(통상의 넌 퍼지(non-purge) 운전방식 시스템에서 운전압력은 6 ~ 7 bar임) 다양한 압력 조건에서 사용이 어려우며, 시스템의 압력 변동 발생시 원활한 운전이 어려워지는 문제점을 가진다.
따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출한 것으로서, 시스템의 유로 구성이 간단하고, 운전상태에 따라 복잡한 제어가 필요한 밸브 등의 제어대상 구성품 수가 축소되며, 시스템 구성 비용 및 유지 보수 비용이 크게 절감될 수 있는 흡착식 공기 건조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 다양한 압력 조건에서 사용 가능하고, 넌 퍼지 공정 중 발생하는 압력 손실을 보상해줄 수 있는 구성을 갖춤으로써 시스템의 압력 변동에도 원활한 운전이 가능해지는 흡착식 공기 건조 시스템을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명은, 흡착제가 내장된 제1타워 및 제2타워; 압축기에서 공급되는 압축공기를 각 타워로 공급하기 위한 메인라인; 상기 메인라인으로부터 분기되어 각 타워의 흡착제 재생을 위한 압축공기가 분배되어 흐르는 재생라인; 제1타워에 공기를 통과시키기 위한 공기 입/출구용으로 제1타워의 일측과 타측에 각각 연결 설치되는 제1연결라인; 제2타워에 공기를 통과시키기 위한 공기 입/출구용으로 제2타워의 일측과 타측에 각각 연결 설치되는 제2연결라인; 타워에서 흡착제에 의해 수분이 흡착된 건조공기가 배출되는 배출라인; 상기 메인라인으로 연결되어 흡착제 재생이 수행된 타워에서 흡착제 재생 또는 타워 냉각을 마친 공기를 메인라인으로 합류시키기 위한 합류라인; 상기 배출라인으로부터 분기되어 재생라인으로 연결되는 승압라인; 상기 승압라인에 설치되어 배출라인의 건조공기를 재생라인으로 압송하는 블로워; 상기 메인라인과 각 타워 일측에 연결된 제1연결라인 및 제2연결라인, 합류라인을 선택적으로 연결하기 위한 4-웨이 밸브1; 및 각 타워 타측에 연결된 제1연결라인 및 제2연결라인, 재생라인, 배출라인을 선택적으로 연결하기 위한 4-웨이 밸브2;를 포함하는 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템을 제공한다.
여기서, 상기 재생라인 상에 흡착제 재생을 위한 압축공기를 가열하는 히터가 설치됨이 바람직하다.
또한, 재생라인을 통해 흐르는 압축공기와 승압라인을 통해 재생라인으로 압송되는 건조공기가 4-웨이 밸브2를 통해 재생 공정이 이루어지는 타워에 순차적으로 공급되어 타워에서의 흡착제 재생 가열과 타워 냉각이 순차적으로 이루어지게 하는 것이 바람직하다.
또한, 4-웨이 밸브1 및 4-웨이 밸브2에 의해 메인라인과 배출라인이 제1타워와 제2타워 중 어느 하나의 공기 입/출구용 연결라인에 연결되고, 합류라인과 재생라인이 나머지 다른 하나의 공기 입/출구용 연결라인에 연결되어, 상기 두 타워 중 하나가 건조공기를 생산하고, 다른 하나에서 흡착제 재생 가열과 타워 냉각이 이루어지게 하는 것이 바람직하다.
또한, 상기 4-웨이 밸브1에 의해 각 타워의 하부에 연결된 제1연결라인과 제2연결라인이 메인라인과 합류라인에 선택적으로 연결되고, 상기 4-웨이 밸브2에 의해 각 타워의 상부에 연결된 제1연결라인과 제2연결라인이 재생라인과 배출라인에 선택적으로 연결되어, 건조공기 생산시 타워에서 Bottom-up 방식의 공기 유동이 이루어지게 되고, 흡착제 재생 가열 및 타워 냉각시 타워에서 Top-down 방식의 공기 유동이 이루어지게 하는 것이 바람직하다.
이에 따라, 본 발명의 흡착식 공기 건조 시스템에 의하면 다음과 같은 이점이 있다.
1) 시스템의 유로 구성이 간단하고, 운전상태에 따라 복잡한 제어가 필요한 밸브 등의 제어대상 구성품 수가 축소되며, 시스템 구성 비용 및 유지 보수 비용이 크게 절감될 수 있는 이점이 있다.
2) 넌 퍼지 공정 중 발생하는 압력 손실을 블로워(승압 작용을 함)에서 보상해주므로 시스템의 압력 변동에도 원활한 운전이 가능해진다.
3) 재생 가열시 압축기로부터 공급되는 높은 온도의 공기를 이용하므로 히터의 용량을 줄일 수 있고, 소요 전력을 감소할 수 있는 이점을 가진다.
4) 저압부터 고압까지의 다양한 압력 조건에서 넌 퍼지 공정의 운용이 가능하며, 분기된 가스가 재생을 마친 후 퍼지되지 않으므로(즉, 대기로 버려지지 않으므로) 보다 효율적이고 경제적이면서 생산성 측면에서 유리한 이점을 가진다.
도 1은 종래의 흡착식 공기 건조 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 종래의 흡착식 공기 건조 시스템에서 생산 및 재생 공정시 공기 흐름을 나타내는 개략도이다.
도 3은 종래의 흡착식 공기 건조 시스템에서 생산 및 냉각 공정시 공기 흐름을 나타내는 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 흡착식 공기 건조 시스템을 나타내는 개략도이다.
도 5는 본 발명의 시스템에서 제1타워의 건조공기 생산과 동시에 제2타워에서 재생 가열이 이루어지는 운전상태를 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 시스템에서 제1타워의 건조공기 생산과 동시에 제2타워의 냉각이 이루어지는 운전상태를 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 시스템에서 제2타워의 건조공기 생산과 동시에 제1타워에서 재생 가열이 이루어지는 운전상태를 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 시스템에서 제2타워의 건조공기 생산과 동시에 제1타워의 냉각이 이루어지는 운전상태를 나타내는 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템을 나타내는 개략도이다.
본 발명에 따른 흡착식 공기 건조 시스템은 가열된 공기를 타워에 공급하여 흡착제(desiccant)의 재생에 사용하는 가열식 구성을 가지면서 분기된 가스를 재생 가열 공정 또는 냉각 공정에 사용한 뒤 건조공기를 생산하는데 사용하는 넌 퍼지(non-purge) 운전방식의 시스템 구성을 가진다.
또한, 발명에 따른 흡착식 공기 건조 시스템은 재생 가열 공정에서 압축기(1)에 의해 공급되는 공기의 압축열을 이용함과 더불어 히터(25)를 이용하여 재생에 필요한 나머지 열량을 보충하는 시스템 구성을 가지며, 넌 퍼지 공정 중 발생하는 압력 손실을 보상해줄 수 있는 블로워(blower)(29)를 포함하여 구성된다.
구성에 대해 상술하면, 먼저 소정의 흡착제, 예를 들면 실리카겔(silica gel), 활성 알루미나(activated alumina), 몰레큐라 시브(molecular sieve) 등과 같은 흡착제가 충전되어 있는 제1타워(10a) 및 제2타워(10b), 상기 각 타워(10a,10b)로 압축공기를 공급하기 위한 압축기(1), 공기 흐름의 경로를 설정하기 위한 2개의 4-웨이 밸브(4-way valve)(31,32)가 구비된다.
상기 제1타워(10a)와 제2타워(10b)는 종래와 마찬가지로 생산타워와 재생타워로 운전상태가 변경되는 타워 전환이 이루어지며, 이하의 설명에서 생산타워라 함은 내부를 통과하는 공기로부터 흡착제를 이용하여 수분을 흡착해줌으로써 건조공기를 생산하는 운전상태의 타워를 의미하고, 재생타워는 재생 가열 공정(흡착제 수분 탈착 및 재생) 및 재생 냉각 공정(타워 냉각)이 수행되는 운전상태의 타워를 의미함을 밝혀둔다.
상기 압축기(1)는 스크류 방식의 압축기나 터보 방식의 압축기가 적용될 수 있으며, 이를 통해 보통 90 ~ 120 ℃ 정도의 온도를 가지는 고온의 압축공기를 공급할 수 있도록 한다.
또한, 본 발명의 시스템은, 압축기(1)로부터 공급되는 압축공기를 각 타워(10a,10b)로 공급하기 위한 메인라인(2), 상기 메인라인(2)으로부터 분기되어 각 타워(10a,10b)의 흡착제 재생을 위한 압축공기가 분배되어 흐르는 재생라인(3), 각 타워에 공기를 통과시키기 위한 공기 입/출구용으로 각 타워(10a,10b)의 일측과 타측에 각각 연결 설치되는 제1 및 제2연결라인(11,12), 타워(10a,10b)에서 건조과정을 거친 최종의 건조공기가 배출되는 배출라인(4), 흡착제 재생이 수행되는 타워(10a,10b)에서 재생 가열(흡착제 수분 탈착 및 재생) 또는 냉각 공정(타워 냉각)을 마친 공기를 메인라인(2)으로 합류시키기 위한 합류라인(5), 상기 배출라인(4)으로부터 분기되어 재생라인(3)으로 연결되는 승압라인(6)을 포함한다.
상기 메인라인(2)은 압축기(1)로부터 연장되어 후술하는 4-웨이 밸브1(31) 측으로 연결되고, 이러한 메인라인(2) 상에는 공기의 냉각을 위한 제1쿨러(21), 공기 속에 포함되어 있는 수분을 분리하기 위한 제1세퍼레이터(22), 및 역류 방지를 위한 체크밸브(23)가 차례로 설치된다.
여기서, 제1쿨러(21)는 압축기(1)에 의해 공급되는 압축공기를 냉각하기 위한 것으로서, 메인라인(2)을 통해 타워(생산타워)로 공급되는 고온 및 고압의 압축공기를 소정의 온도 범위, 예컨대 약 40℃ 이하의 공기로 냉각해주게 된다.
그리고, 제1세퍼레이터(22)는 제1쿨러(21)에 의해 냉각 및 응축된 공기 중의 수분을 분리하여 제거하기 위한 것으로, 수분이 1차적으로 제거된 공기가 생산타워에 공급되도록 하며, 사이클론 타입 또는 사이클론에 디미스터를 추가 설치한 타입이 적용될 수 있다.
또한, 메인라인(2)에서 제1쿨러(21) 상류측 위치로 설정된 제1분기점(2a)에는 재생라인(3)이 분기되도록 연결되는데, 이 재생라인(3)은 메인라인(2)으로부터 연장되어 4-웨이 밸브2(32) 측으로 연결된다.
상기 재생라인(3)은 압축기(1)에 의해 공급되는 압축공기, 즉 압축열을 가진 공기가 흐르는 히팅라인(heating line)이다.
상기 재생라인(3) 상에는 압축공기의 흐름을 단속하기 위한 제1밸브(24)와, 상기 4-웨이 밸브2(32) 측으로 연결되는 후단과 인접한 위치에 재생타워에 공급될 압축공기를 가열하는 히터(25)가 설치된다.
상기 히터(25)는 재생에 사용될 공기의 온도를 목표 온도까지 추가로 높여주는 보조적인 공기가열수단으로서, 압축기(1)에 의해 압축된 공기의 열(압축열)만으로는 부족한 나머지 열량을 공급해주게 되며, 히터(25)의 온(on)시 이곳을 통과하는 공기는 약 120 ~ 250 ℃ 정도의 온도까지 상승한 후 재생이 이루어지는 타워 측으로 보내지게 된다.
물론, 상기 히터(25)는 흡착제 재생 가열 공정 동안에는 온(on) 상태로 유지되어 압축공기를 가열하지만, 타워 냉각 공정 동안에는 오프 상태로 제어된다.
한편, 메인라인(2)이 연결되는 4-웨이 밸브1(31)에는 제1타워(10a) 일측의 제1연결라인(11)과 제2타워(10b) 일측의 제2연결라인(12)이 연결되는데, 상기 제1 및 제2연결라인(11,12)은 각 타워(10a,10b)의 공기 입/출구용 라인으로서, 제1연결라인(11)은 제1타워(10a)의 일측과 타측에 각각 연결되는 입/출구용 라인이고, 제2연결라인(12)은 제2타워(10b)의 일측과 타측에 각각 연결되는 입/출구용 라인이다.
이때, 각 타워 타측의 제1연결라인(11)과 제2연결라인(12)이 4-웨이 밸브2(32)에 연결되므로 각 연결라인(11,12)은 타워(10a,10b)를 사이에 두고 4-웨이 밸브1(31)과 4-웨이 밸브2(32) 사이를 연결하는 유로 구조를 형성하게 된다.
결국, 4-웨이 밸브1(31)에는 메인라인(2)과 제1연결라인(11), 제2연결라인(12)이 연결되어 이들 라인이 4-웨이 밸브1(31)을 중심으로 3개의 유로를 형성하는 구조로 되어 있고, 4-웨이 밸브2(32)에는 각 타워(10a,10b) 반대측의 제1연결라인(11)과 제2연결라인(12)이 별도 연결되어 이들 연결라인이 4-웨이 밸브2(32)를 중심으로 2개의 유로를 형성하는 구조로 되어 있다.
이러한 유로 구성에서, 제1타워(10a)가 건조공기를 생산하는 생산타워로 이용될 경우 제1타워(10a)를 중심으로 상류측 제1연결라인(11)은 제1타워(10a)로 압축공기가 공급되는 라인이 되고, 반대로 하류측 제1연결라인(11)은 제1타워(10a)를 통과하는 동안 흡착제에 의해 수분이 제거된 건조공기가 배출되는 라인이 된다.
이와 동시에, 재생타워가 되는 제2타워(10b)에서는 재생 공정, 즉 재생 가열 공정과 재생 냉각 공정이 순차적으로 수행되므로, 제2타워(10b)를 중심으로 상류측 제2연결라인(12)은 흡착제 재생 가열을 위한 공기(재생라인의 히터에 의해 추가 가열된 고온의 압축공기)가 제2타워(10b)로 공급되는 라인이 되거나(재생 가열 공정시), 타워 냉각을 위한 공기(후술하는 승압라인의 블로워에 의해 공급되는 건조공기)가 제2타워(10b)로 공급되는 라인이 된다(재생 냉각 공정시).
반면, 제2타워(10b)가 건조공기를 생산하는 생산타워로 이용될 경우 제2타워(10b)를 중심으로 상류측 제2연결라인(12)은 제2타워(10b)로 압축공기가 공급되는 라인이 되고, 반대로 하류측 제2연결라인(12)은 제2타워(10b)를 통과하는 동안 흡착제에 의해 수분이 제거된 건조공기가 배출되는 라인이 된다.
이와 동시에, 이때의 재생타워가 되는 제1타워(10a)를 중심으로 상류측 제1연결라인(11)은 흡착제 재생 가열을 위한 공기(재생라인의 히터에 의해 추가 가열된 고온의 압축공기)가 제1타워(10a)로 공급되는 라인이 되거나(재생 가열 공정시), 타워 냉각을 위한 공기(후술하는 승압라인의 블로워에 의해 공급되는 건조공기)가 제1타워(10a)로 공급되는 라인이 된다(재생 냉각 공정시).
그리고, 4-웨이 밸브1(31)에는 메인라인(2)으로 연결되는 합류라인(5)이 추가로 연결되어 이 합류라인(5)이 4-웨이 밸브1(31)의 나머지 1개 유로를 형성하는바, 합류라인(5)은 4-웨이 밸브1(31)과 메인라인(2) 사이를 연결하는 라인이 된다.
결국, 4-웨이 밸브1(31)은 메인라인(2), 제1 및 제2연결라인(11,12), 합류라인(5)의 총 4개 라인이 연결되는 밸브가 되며, 이들 4개 라인 사이에서 공기의 흐름 경로를 설정 및 선택적으로 변경하는 유동제어밸브가 된다.
도 4에 예시한 실시예에서는 4-웨이 밸브1(31)에 메인라인(2)과 합류라인(5), 그리고 각 타워(10a,10b)의 하부측에 연결된 제1 및 제2연결라인(11,12)이 연결되고 있다.
상기 합류라인(5)은 흡착제 재생이 수행되는 타워(재생타워)에서 재생 가열 또는 재생 냉각 공정을 마친 뒤 배출되는 공기를 건조공기의 생산에 사용할 수 있도록 메인라인(2)으로 합류시키는 라인으로, 체크밸브(23) 후단 및 4-웨이 밸브1(31) 전단 위치로 설정된 메인라인(2)의 합류점(2c)으로 연결된다.
이때, 합류라인(5) 상에는 재생타워에서 배출되는 공기의 상태를 변경하기 위한 구성부품, 즉 재생타워에서 배출되는 고온 다습한 공기를 냉각하여 수분을 응축하기 위한 제2쿨러(26)와, 공기 속에 포함되어 있는 수분을 분리하여 제거하기 위한 제2세퍼레이터(27)가 설치된다.
또한, 4-웨이 밸브2(32)에는 생산타워에서 건조과정을 거친 최종의 건조공기가 배출되는 배출라인(4)이 연결되며, 배출라인(4)을 통해 배출되는 건조공기는 그 수요처, 즉 각종 자동화 설비, 반도체 제조공정, 화학공정의 생산라인 등으로 보내져 사용되게 된다.
결국, 4-웨이 밸브2(32)는 배출라인(4)과 제1 및 제2연결라인(11,12), 재생라인(3)의 총 4개 라인이 연결되는 밸브가 되며, 이들 4개 라인 사이에서 공기의 흐름 경로를 설정 및 선택적으로 변경하는 유동제어밸브가 된다.
도 4에 예시한 실시예에서는 4-웨이 밸브2(32)에 배출라인(4)과 각 타워(10a,10b)의 상부측에 연결된 제1 및 제2연결라인(11,12), 그리고 재생라인(3)이 연결되고 있다.
또한, 배출라인(4)과 재생라인(3) 사이를 연결하는 승압라인(6)이 구비되며, 이 승압라인(6)에는 공기의 흐름을 단속하기 위한 제2밸브(28)와, 제2밸브(28)가 개방된 상태에서 배출라인(4)의 건조공기를 재생라인(3)으로 압송하기 위한 블로워(29)가 설치된다.
도 4에서 도면부호 23a는 승압라인(6)에서 블로워(29) 출구 쪽에 설치되는 체크밸브를 나타낸다.
상기 승압라인(6)은 배출라인(4)에 위치 설정된 제2분기점(4a)과 재생라인(3)에 위치 설정된 접속점(3a) 사이를 연결하도록 설치되며, 이때의 접속점(3a)은 재생라인(3)에서 히터(25) 전단(상류측) 또는 후단(하류측) 위치로 설정될 수 있다.
상기 승압라인(6)은 냉각 공정에 사용될 공기를 재생라인(3)을 통해 재생타워(재생 가열 공정을 마친 뒤 냉각이 필요한 상태의 타워)로 공급하기 위한 라인으로서, 본 발명에서 재생타워의 냉각을 위해 사용되는 공기는 생산타워에서 배출되는 건조공기가 된다.
즉, 생산타워에서 배출된 뒤 4-웨이 밸브2(32)를 거쳐 배출라인(4)으로 배출된 건조공기 중 일부가 블로워(29)의 구동에 의해 배출라인(4)에서 재생라인(3)으로 압송되고, 결국 재생라인(3)으로 투입된 건조공기가 다시 4-웨이 밸브2(32)를 거쳐 제1연결라인(11) 또는 제2연결라인(12)을 통해 재생타워(제1타워 또는 제2타워)로 공급되어, 이때 공급되는 건조공기에 의해 재생타워의 냉각이 이루어지는 것이다.
이와 같이 재생타워, 즉 제1타워(10a) 또는 제2타워(10b)에서 냉각을 위해 사용된 공기는, 전술한 바와 같이 해당 타워로부터 하류측의 제1연결라인(11) 또는 제2연결라인(12)(각 타워 하부에 연결된 연결라인)을 통해 배출된 뒤, 4-웨이 밸브1(31)에 의해 합류라인(5)으로 전달된 다음, 이후 메인라인(2)으로 다시 합류되어 생산타워에서 건조공기를 생산하는데 사용된다.
종래의 시스템에서는 유량조절밸브를 이용함으로 인해 감압이 이루어졌으나, 본 발명에서는 승압용 블로워(29)를 이용하여 압력 변동 및 출구 쪽 공기의 승압 현상을 유도한다.
이와 같이 하여 본 발명의 실시예에 따른 흡착식 공기 건조 시스템의 구성에 대해 상술하였는바, 상기와 같이 구성되는 흡착식 공기 건조 시스템의 운전상태를 살펴보면 다음과 같다.
도 5는 제1타워(10a)에서 건조공기의 생산이 이루어지는 동시에 제2타워(10b)에서 흡착제 재생 가열이 이루어지는 운전상태를 나타내는 도면이고, 도 6은 제1타워(10a)에서 건조공기의 생산이 이루어지는 동시에 제2타워(10b)의 타워 냉각이 이루어지는 운전상태를 나타내는 도면이다.
도시한 바와 같이, 제1타워(10a)에서 건조공기의 생산이 이루어지는 동안 제2타워(10b)에서는 재생 가열 공정을 통해 흡착제의 수분 탈착 및 재생이 이루어지고, 이어 제2타워(10b)의 온도가 일정 온도 이상으로 상승한 상태에서는 재생 냉각 공정을 통해 제2타워(10b)의 냉각이 이루어진다(제2타워에서 재생 가열 및 냉각 공정이 순차적으로 수행됨).
또한, 도 7과 도 8은 타워 전환된 상태를 나타내는 도면으로, 도 7은 제2타워(10b)의 건조공기 생산과 동시에 제1타워(10a)에서 재생 가열이 이루어지는 운전상태를 나타내는 도면이고, 도 8은 제2타워(10b)의 건조공기 생산과 동시에 제1타워(10a)의 냉각이 이루어지는 운전상태를 나타내는 도면이다.
도 7 및 도 8에서와 같이 타워 전환된 상태에서는 제2타워(10b)에서 건조공기의 생산이 이루어지고, 이때 제1타워(10a)에서는 재생 가열과 냉각 공정이 순차적으로 수행된다.
이와 같이 타워 전환을 통해 제1타워(10a)와 제2타워(10b)에서 선택적으로 건조공기의 생산과 재생 가열/냉각 공정이 교대로 수행되고, 이러한 타워 전환 및 재생타워에서의 재생 가열/냉각 공정의 순차적인 전환은 제1 및 제2밸브(28)의 개폐 제어, 히터(25)와 블로워(29)의 선택 구동 제어, 4-웨이 밸브1(31) 및 4-웨이 밸브2(32)의 구동 제어(유로 제어)를 통해 이루어진다.
먼저, 도 5를 참조하면 제1타워(10a) 생산 및 제2타워(10b) 재생(가열)시 공기 흐름 경로가 나타나 있으며, 이때 제1밸브(24)는 열림 상태, 히터(25)는 온(on), 제2밸브(28)는 닫힘 상태, 블로워(29)는 오프(off) 상태로 제어된다.
또한, 제1타워(10a)를 생산타워로 이용하면서 제2타워(10b)에 대한 재생 공정(재생 가열과 냉각 공정의 순차 수행)이 이루어지도록 하기 위해서는, 4-웨이 밸브1(31)은 메인라인(2)과 제1타워(10a)의 상류측(타워 하부측) 제1연결라인(11), 그리고 제2타워(10b) 하류측(타워 하부측)의 제2연결라인(12)과 합류라인(5)을 서로 연통시키고, 4-웨이 밸브2(32)는 제1타워(10a) 하류측(타워 상부측)의 제1연결라인(11)과 배출라인(4), 그리고 재생라인(3)과 제2타워(10b) 상류측(타워 상부측)의 제2연결라인(12)을 서로 연통시키도록 제어된다.
여기서, 제1타워(10a)의 건조공기 생산은 Buttom-up 방식으로, 그리고 제2타워(10b)의 재생 가열 공정시 공기 유동 방식은 Top-down 방식으로 이루어지며, 후술하는 도 6의 제2타워(10b)의 냉각 공정시 공기 유동 방식도 Top-down 방식으로 이루어진다(재생타워의 재생 가열/냉각 공정시 모두 Top-down 유동 방식임).
먼저, 압축기(1)로부터 공급되는 고온(약, 90 ~ 120 ℃)의 압축공기가 제1분기점(2a)에서 미도시된 유량조절밸브나 오리피스에 의해 메인라인(2)과 재생라인(3)으로 분배되며, 이때 전체 유량 중 일부, 예컨대 전체 유량의 5 ~ 30 %의 공기를 재생라인(3)으로 분배하여 제2타워(10b)에 대한 재생 가열에 사용한다.
메인라인(2)을 통해 공급되는 압축공기는 제1쿨러(21) 및 제1세퍼레이터(22)를 거치면서 냉각 및 수분 제거되고, 이어 체크밸브(23) 및 4-웨이 밸브1(31)를 거친 뒤, 생산타워로 사용되는 제1타워(10a)의 상류측(하부측) 제1연결라인(11)으로 전달된 다음, 상류측 제1연결라인(11)을 통해 제1타워(10a)로 유입되어 제1타워(10a) 내 흡착제의 수분 흡착에 의한 건조과정을 거치게 된다.
이때, 압축공기는 소정의 온도, 예를 들면 약 40℃ 이하로 냉각된 뒤 수분 제거된 상태로 제1타워(10a)의 하부로 유입되고, 제1타워(10a)를 통과하는 동안 흡착제와 접촉하면서 수분이 완전히 제거되어 건조한 공기로 바뀌게 된다.
이어 제1타워(10a)의 상부를 통해 빠져나온 건조한 공기는 제1타워(10a)의 하류측(상부측) 제1연결라인(11)을 통해 배출된 뒤, 4-웨이 밸브2(32)에서 배출라인(4)으로 흐르게 되고, 이어 배출라인(4)을 통해 각종 수요처로 보내지게 된다.
이와 동시에, 재생라인(3)으로 분배된 압축공기는 히터(25)를 통과하면서 120 ~ 250 ℃ 정도의 온도로 가열됨으로써 부족한 열량이 보충되고, 이어 고온으로 가열된 공기가 4-웨이 밸브2(32)를 통해 제2타워(10b)의 상류측(상부측) 제2연결라인(12)으로 전달된 뒤 제2타워(10b)의 상부로 유입된다.
이렇게 재생에 필요한 목표 온도까지 온도가 올라간 공기는 제2타워(10b)의 상부를 통해 들어간 뒤, 타워 내부에 충전되어 있는 흡착제의 수분을 탈착시키게 되고, 계속해서 제2타워(10b)의 하부를 통해 빠져나가게 된다.
이어 제2타워(10b)를 빠져나온 고온 다습한 공기는 제2타워(10b)의 하류측(하부측) 제2연결라인(12)으로 배출되어 4-웨이 밸브1(31)을 통해 합류라인(5)으로 흐르게 되고, 이후 합류라인(5)에서 제2쿨러(26) 및 제2세퍼레이터(27)에 의해 냉각 및 수분 분리된 상태로 합류점(2c)에서 메인라인(2)으로 합류된다.
결국, 제2타워(10b)에서 재생 가열 공정을 거친 공기는 압축기(1)로부터 메인라인(2)을 통해 제1타워(10a)로 공급되는 신규 압축공기와 합류된 뒤, 제1타워(10a)에서 건조공기를 생산하는데 사용되게 된다.
상기와 같이 제2타워(10b)에서의 재생 가열 공정이 완료되면, 제1타워(10a)의 건조공기 생산과 동시에 제2타워(10b)에서의 재생 냉각 공정이 이루어지는데, 도 6을 참조하면 제1타워(10a) 생산 및 제2타워(10b) 재생(냉각)시 공기 흐름 경로가 나타나 있으며, 이때 제1밸브(24)는 닫힘 상태, 히터(25)는 오프(off), 제2밸브(28)는 열림 상태, 블로워(29)는 온(on) 상태로 전환되고, 4-웨이 밸브1(31)와 4-웨이 밸브2(32)의 유로 개폐 상태는 그대로 유지된다.
제1타워(10a)에서 생산 공정이 이루어지는 상태는 동일하며, 제1타워(10a)의 상부에서 하류측(상부측) 제1연결라인(11)을 통해 배출된 뒤 4-웨이 밸브2(32)를 통해 배출라인(4)으로 이동한 건조공기 중 일부가 제2분기점(4a)에서 승압라인(6)으로 분배된다.
이때, 건조공기 전체 유량 중 일부, 예컨대 전체 유량의 10 %의 공기를 승압라인(6)으로 분배하여 제2타워(10b)에 대한 재생 냉각에 사용한다.
즉, 제2밸브(28)가 개방된 상태에서 블로워(29)의 구동에 의해 건조공기 중 일부가 승압라인(6)으로 흡입 및 압송되어 접속점(3a)에서 재생라인(3)으로 흐르게 되고, 이후 재생라인(3)에서 오프 상태의 히터(25)를 거친 뒤 4-웨이 밸브2(32)에 의해 제2타워(10b)의 상류측(상부측) 제2연결라인(12)으로 전달된다.
이렇게 전달된 건조공기는 이후 제2타워(10b)의 상부로 유입되어 재생 가열 공정 동안 가열된 제2타워(10b)를 냉각시키게 되고, 이후 제2타워(10b)의 하부에서 하류측(하부측) 제2연결라인(12)으로 배출된 뒤, 4-웨이 밸브1(31)에서 합류라인(5)으로 흐르게 된다.
이어 제2타워(10b)의 냉각에 사용된 공기는 합류라인(5)을 따라 흐르면서 제2쿨러(26)에 의해 냉각됨과 동시에 공기 중 수분이 응축되고, 이어 제2세퍼레이터(27)에서 수분이 분리 제거된 뒤 합류점(2c)에서 메인라인(2)으로 합류된다.
결국, 제2타워(10b)에서 재생 냉각 공정을 마친 공기는 압축기(1)로부터 메인라인(2)을 통해 제1타워(10a)로 공급되는 신규 압축공기와 합류된 뒤 제1타워(10a)에서 건조공기를 생산하는데 사용되게 된다.
이와 같은 제2타워(10b)의 재생 냉각 과정에서, 상기 블로워(29)는 제2분기점(4a)을 통해 배출라인(4)으로부터 흡입한 건조공기를 승압라인(6)에서 소정의 압력, 예컨대 0.1 ~ 0.2 bar의 압력으로 승압시켜 재생라인(3)으로 압송하는바, 넌 퍼지 공정 중 발생하는 압력 손실을 블로워(29)가 보상해주게 되어 전체 시스템의 압력 변동에도 원활한 운전이 이루어질 수 있도록 한다.
한편, 제1타워(10a)에서 흡착제의 수분 흡착량이 일정 수준에 도달하면 제1타워(10a)에 대한 재생 공정이 이루어져야 하고, 이를 위해 도 7 및 도 8에서와 같이 제2타워(10b)에서 건조공기를 생산하는 동안 제1타워(10a)에서 재생 공정이 이루어지는 타워 전환(tower change)이 실시된다.
즉, 각 타워(10a,10b)에서 건조공기 생산과 재생 공정이 교대되어 변경되는 것이며, 이러한 타워 전환은 두 4-웨이 밸브(31,32)의 구동 제어를 통해 각 밸브의 유로를 변경하는 것에 의해 이루어진다.
제2타워(10b)를 생산타워로 이용하면서 제1타워(10a)에 대한 재생 공정(재생 가열과 냉각 공정의 순차 수행)이 이루어지도록 하기 위해서는, 4-웨이 밸브1(31)의 경우 메인라인(2)과 제2타워(10b)의 상류측(타워 하부측) 제2연결라인(12), 그리고 제1타워(10a)의 하류측(타워 하부측) 제1연결라인(11)과 합류라인(5)을 서로 연통시키고, 4-웨이 밸브2(32)의 경우 제2타워(10b)의 하류측(타워 상부측) 제2연결라인(12)과 배출라인(4), 그리고 재생라인(3)과 제1타워(10a)의 상류측(타워 상부측) 제1연결라인(11)을 서로 연통시키도록 제어된다.
여기서, 제2타워(10b)의 건조공기 생산은 Buttom-up 방식으로, 그리고 제1타워(10a)의 재생 가열 공정시 공기 유동 방식은 Top-down 방식으로 이루어지며, 제1타워(10a)의 냉각 공정시 공기 유동 방식도 Top-down 방식으로 이루어진다.
요컨대, 도 5 내지 도 8의 각 운전상태에서 생산타워에서는 모두 Buttom-up 방식으로, 그리고 재생타워에서는 Top-down 방식으로 공기 유동이 이루어진다.
도 7을 참조하면 제2타워(10b) 생산 및 제1타워(10a) 재생 가열시의 공기 흐름 경로가 나타나 있으며, 도 8을 참조하면 제2타워(10b) 생산 및 제1타워(10a) 냉각시의 공기 흐름 경로가 나타나 있다.
도 7과 도 8의 운전상태는 제1타워(10a)가 재생타워이고 제2타워(10b)가 생산타워인 점, 그리고 타워 전환에 따라 메인라인(2)을 통해 제2타워(10b)로 공기가 공급되고 제2타워(10b)에서 건조공기가 배출라인(4)으로 배출되는 점, 재생라인(3)의 히터(25)를 거쳐 가열된 공기가 제1타워(10a)로 공급되고 제1타워(10a)에서 흡착제 재생(흡착제 수분 탈착)에 사용된 공기가 합류라인(5)을 통해 메인라인(2)으로 합류되어 건조공기를 생산하는데 사용되는 점, 승압라인(6)의 블로워(29)에 의해 압송되는 공기가 재생라인(3)을 통해 제1타워(10a)로 공급되고 제1타워(10a)에서 냉각에 사용된 공기가 합류라인(5)을 통해 메인라인(2)으로 합류되어 건조공기를 생산하는데 사용되는 점 등, 제1타워(10a)와 제2타워(10b)의 운전상태가 도 5 및 도 6과 반대가 되는 것에 차이가 있을 뿐, 생산, 재생 가열/냉각 공정의 기본적인 과정 및 원리에는 차이가 없다.
즉, 압축기(1)로부터 공급되는 압축공기가 메인라인(2)과 재생라인(3)으로 분배되고, 메인라인(2)을 통해 공급되는 압축공기가 제1쿨러(21) 및 제1세퍼레이터(22), 체크밸브(23) 및 4-웨이 밸브1(31)를 거쳐 생산타워로 사용되는 제2타워(10b)의 상류측(하부측) 제2연결라인(12)으로 전달된 다음, 상류측 제2연결라인(12)을 통해 제2타워(10b)의 하부로 유입되어 제2타워(10b) 내 흡착제의 수분 흡착에 의한 건조과정을 거치게 된다.
이어 제2타워(10b)의 상부에서 배출되는 건조공기는 제2타워(10b)의 하류측(상부측) 제2연결라인(12)을 통해 배출된 뒤, 4-웨이 밸브2(32)에서 배출라인(4)으로 흐르게 되고, 이어 배출라인(4)을 통해 각종 수요처로 보내지게 된다.
이와 동시에, 재생라인(3)으로 분배된 압축공기는 히터(25)를 통과하면서 가열되어 흡착제 재생(흡착제 수분 탈착)에 필요한 나머지 열량이 보충되고, 이어 가열된 공기가 4-웨이 밸브2(32)를 통해 제1타워(10a)의 상류측(상부측) 제1연결라인(11)으로 전달된 뒤 제1타워(10a)의 상부로 유입된다.
이렇게 재생에 필요한 목표 온도까지 온도가 올라간 공기는 제1타워(10a)의 상부로 들어간 후 타워 내부 흡착제의 수분을 탈착시키게 되고, 이어 제1타워(10a)의 하류측(하부측) 제1연결라인(11)으로 배출되어 4-웨이 밸브1(31)을 통해 합류라인(5)으로 흐르게 된다.
이후 합류라인(5)에서 제2쿨러(26) 및 제2세퍼레이터(27)를 거친 뒤 합류점(2c)에서 메인라인(2)으로 합류되고, 압축기(1)로부터 메인라인(2)을 통해 제2타워(10b)로 공급되는 신규 압축공기와 합류된 뒤 제2타워(10b)에서 건조공기를 생산하는데 사용된다.
상기와 같이 제1타워(10a)에서의 재생 가열 공정이 완료되면, 제2타워(10b)의 건조공기 생산과 동시에 제1타워(10a)에서의 재생 냉각 공정이 이루어지는데, 제2타워(10b)에서 하류측(상부측) 제2연결라인(12) 및 4-웨이 밸브2(32)를 통해 배출라인(4)으로 배출된 건조공기 중 일부가 제2분기점(4a)에서 승압라인(6)으로 분배된다.
즉, 제2밸브(28)가 개방된 상태에서 블로워(29)의 구동에 의해 건조공기 중 일부가 승압라인(6)으로 흡입 및 압송되어 접속점(3a)에서 재생라인(3)으로 흐르게 되고, 이후 재생라인(3)에서 오프 상태의 히터(25)를 거친 뒤 4-웨이 밸브2(32)에 의해 제1타워(10a)의 상류측(상부측) 제1연결라인(11)으로 전달된다.
이렇게 전달된 건조공기는 이후 제1타워(10a)의 상부로 유입되어 재생 가열 공정 동안 가열된 제1타워(10a)를 냉각시키고, 이후 제1타워(10a)의 하부에서 하류측(하부측) 제1연결라인(11)으로 배출된 뒤, 4-웨이 밸브1(31)에서 합류라인(5)으로 흐르게 된다.
이어 제1타워(10a)의 냉각에 사용된 공기는 합류라인(5)을 따라 흐르면서 제2쿨러(26)와 제2세퍼레이터(27)를 거친 뒤, 합류점(2c)에서 메인라인(2)의 신규 압축공기와 합류된 다음, 제2타워(10b)에서 건조공기를 생산하는데 사용된다.
이상으로 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명하였는바, 본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 다음의 특허청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 포함된다.
[부호의 설명]
1 : 압축기2 : 메인라인
2a : 제1분기점2c : 합류점
3 : 재생라인3a : 접속점
4 : 배출라인4a : 제2분기점
5 : 합류라인6 : 승압라인
10a : 제1타워10b : 제2타워
11 : 제1연결라인12 : 제2연결라인
21 : 제1쿨러22 : 제1세퍼레이터
23 : 체크밸브24 : 제1밸브
25 : 히터26 : 제2쿨러
27 : 제2세퍼레이터28 : 제2밸브
29 : 블로워31 : 4-웨이 밸브1
32 : 4-웨이 밸브2

Claims (8)

  1. 흡착제가 내장된 제1타워 및 제2타워;
    압축기에서 공급되는 압축공기를 각 타워로 공급하기 위한 메인라인;
    상기 메인라인으로부터 분기되어 각 타워의 흡착제 재생을 위한 압축공기가 분배되어 흐르는 재생라인;
    제1타워에 공기를 통과시키기 위한 공기 입/출구용으로 제1타워의 일측과 타측에 각각 연결 설치되는 제1연결라인;
    제2타워에 공기를 통과시키기 위한 공기 입/출구용으로 제2타워의 일측과 타측에 각각 연결 설치되는 제2연결라인;
    타워에서 흡착제에 의해 수분이 흡착된 건조공기가 배출되는 배출라인;
    상기 메인라인으로 연결되어 흡착제 재생이 수행된 타워에서 흡착제 재생 또는 타워 냉각을 마친 공기를 메인라인으로 합류시키기 위한 합류라인;
    상기 배출라인으로부터 분기되어 재생라인으로 연결되는 승압라인;
    상기 승압라인에 설치되어 배출라인의 건조공기를 재생라인으로 압송하는 블로워;
    상기 메인라인과 각 타워 일측에 연결된 제1연결라인 및 제2연결라인, 합류라인을 선택적으로 연결하기 위한 4-웨이 밸브1; 및
    각 타워 타측에 연결된 제1연결라인 및 제2연결라인, 재생라인, 배출라인을 선택적으로 연결하기 위한 4-웨이 밸브2;
    를 포함하는 압축열을 이용한 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 메인라인 상에 공기의 냉각을 위한 제1쿨러, 및 공기 중 수분을 분리하여 제거하기 위한 제1세퍼레이터가 차례로 설치되는 것을 특징으로 하는 압축열을 이용한 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 합류라인 상에 공기의 냉각을 위한 제2쿨러, 및 공기 중 수분을 분리하여 제거하기 위한 제2세퍼레이터가 차례로 설치되는 것을 특징으로 하는 압축열을 이용한 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템.

  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 승압라인 상에 공기의 흐름을 단속하기 위한 밸브가 설치되는 것을 특징으로 하는 압축열을 이용한 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템.

  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 재생라인 상에 흡착제 재생을 위한 압축공기를 가열하는 히터가 설치되는 것을 특징으로 하는 압축열을 이용한 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템.
  6. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    재생라인을 통해 흐르는 압축공기와 승압라인을 통해 재생라인으로 압송되는 건조공기가 4-웨이 밸브2를 통해 재생 공정이 이루어지는 타워에 순차적으로 공급되어 타워에서의 흡착제 재생 가열과 타워 냉각이 순차적으로 이루어지게 되는 것을 특징으로 하는 압축열을 이용한 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템.
  7. 청구항 1 내지 청구항 5 중 어느 한 항에 있어서,
    4-웨이 밸브1 및 4-웨이 밸브2에 의해 메인라인과 배출라인이 제1타워와 제2타워 중 어느 하나의 공기 입/출구용 연결라인에 연결되고, 합류라인과 재생라인이 나머지 다른 하나의 공기 입/출구용 연결라인에 연결되어, 상기 두 타워 중 하나가 건조공기를 생산하고, 다른 하나에서 흡착제 재생 가열과 타워 냉각이 이루어지게 되는 것을 특징으로 하는 압축열을 이용한 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템.

  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 4-웨이 밸브1에 의해 각 타워의 하부에 연결된 제1연결라인과 제2연결라인이 메인라인과 합류라인에 선택적으로 연결되고, 상기 4-웨이 밸브2에 의해 각 타워의 상부에 연결된 제1연결라인과 제2연결라인이 재생라인과 배출라인에 선택적으로 연결되어, 건조공기 생산시 타워에서 Bottom-up 방식의 공기 유동이 이루어지게 되고, 흡착제 재생 가열 및 타워 냉각시 타워에서 Top-down 방식의 공기 유동이 이루어지게 되는 것을 특징으로 하는 압축열을 이용한 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템.
PCT/KR2013/004440 2012-11-19 2013-05-21 압축열을 이용한 블로워 넌 퍼지 운전방식의 흡착식 공기 건조 시스템 WO2014077479A1 (ko)

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