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KR102633058B1 - 흡착제 재생 효율을 향상시킨 공기건조장치 및 이를 이용한 흡착제 재생 방법 - Google Patents

흡착제 재생 효율을 향상시킨 공기건조장치 및 이를 이용한 흡착제 재생 방법 Download PDF

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KR102633058B1
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reaction tower
pipe
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air
adsorbent
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윤우진
유명환
이현욱
박상준
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주식회사 에코프로에이치엔
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Abstract

본 발명은 수분 또는 이산화탄소를 흡착하는 흡착제를 이용하여 기체를 건조하고, 사용된 흡착제를 마이크로파를 이용하여 재생하는 건조장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 마이크로파를 이용하여 흡착제를 직접 가열함으로써 건조 공정의 가열시간을 줄일 수 있고, 배관 구조의 개선을 통해 냉각공기와 가열공기를 분리하여 사용함으로써 건조시 사용되는 재생용 공기의 양을 감소시키면서 건조 효율을 보다 높일 수 있으며, 일정 온도에 따라 마이크로파 조사장치를 제어함으로써 장치 운용에 사용되는 전력 사용량을 줄일 수 있는 공기건조장치에 관한 것이다.

Description

흡착제 재생 효율을 향상시킨 공기건조장치 및 이를 이용한 흡착제 재생 방법{Air Dryer with Enhanced Absorbent Regenerating and Absorbent Regenerating Method Thereof}
본 발명은 기체에 포함된 수분 또는 이산화탄소를 제거하기 위한 건조장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 흡착제 재생 효율을 향상시킨 공기건조장치와 이를 이용한 흡착제 재생 방법에 관한 것이다.
건조장치는 대기 중의 공기나 공정에 사용되는 챔버 내의 공기를 흡입하여 압축시키고, 압축된 공기에 대해 공기 내에 포함되어 있는 수분 또는 이산화탄소를 제거하는 장치로, 일반적으로 반도체 제조공정, 화학 공정이나 전자, 의료, 제약 산업 등과 같이 공기가 사용되고, 공기의 정화를 필요로 하는 산업의 생산 공정에서 널리 사용되고 있다.
종래의 건조장치는 압축된 공기의 온도를 낮추고 이에 포함된 수분을 응축 및 용해시킴으로써 수분 또는 이산화탄소를 제거하는 형태의 냉동 압축기를 이용한 방식과, 흡착제가 내장된 흡착탑에 압축된 공기를 통과시키며 제습에 의해 공기에 포함된 수분 또는 이산화탄소를 흡착하여 제거하는 형태의 흡착제를 이용한 방식이 사용되고 있다. 다만, 냉동 압축기를 이용한 방식은 냉동을 위한 전력을 많이 필요로 하여 전력 소모가 많고, 냉매 사용에 따른 환경 오염 문제를 동반하는 단점이 있다. 또한, 흡착제를 이용한 방식은 냉매를 사용하지 않지만, 제습에 사용된 흡착제를 재사용하기 위해 흡착제를 가열함으로써 건조하는 과정을 필요로 하기 때문에, 냉동 압축기와 마찬가지로 많은 전력을 필요로 하고, 재생을 위한 건조 과정에 많은 시간이 소요되게 된다는 단점이 있다.
이에, 복수의 흡착탑을 구비하여 어느 하나의 흡착탑에서 제습을 수행하면, 다른 흡착탑에서 건조를 교대로 수행하도록 건조장치를 구성하여, 건조 시간 효율을 최대화한 장치가 제안되었다. 이때, 건조를 수행하는 흡착탑에서는 건조를 위한 가열 과정 이후, 가열된 흡착탑이 다시 제습을 수행하도록 냉각하는 냉각 과정을 필요로 하며, 충분한 건조 및 냉각이 수행되어야만 흡착제의 재생이 적절하게 수행되고, 이로 인한 최적의 제습 효율을 얻을 수 있다. 그러나, 공기에 포함된 수분 또는 이산화탄소의 양이나, 다른 환경에 따라 재생을 위한 가열 과정의 시간이 길어지는 경우에는, 냉각 과정에 충분한 시간을 확보할 수 없으며, 이에 흡착제의 재생이 충분히 수행되지 않아 다음에 수행되는 제습의 과정에서 문제가 발생될 수 있다. 또는 냉각 과정의 시간이 충분히 확보되지 않은 경우, 시간 내의 충분한 흡착제 재생을 위해 다량의 건조 공기의 투입이 필요로 하게 되고, 건조 공기의 낭비에 의해 건조장치의 효율이 저하되는 문제가 발생될 수 있다.
따라서, 흡착제를 이용해 제습하는 건조장치에 있어, 복수의 흡착탑이 교번으로 제습과 재생을 수행하도록 구성되는 경우, 건조 시 사용되는 건조공기나, 가열에 사용되는 열원을 최대한으로 사용될 수 있도록 개선함으로써, 건조의 비활성 영역을 최소화하고, 과도한 열원 사용을 방지할 수 있는 구조로 구성함으로써, 같은 시간 대비 건조 효율을 향상시켜 재생과정에서 가열시간을 단축함으로써 충분한 냉각시간을 확보하는 것이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은, 흡착제 재생 시 가열된 공기를 이용하여 간접 가열함과 동시에 마이크로파를 이용하여 직접 가열함으로써, 재생에 필요한 건조 공기의 양을 줄일 수 있어 공기 건조 효율을 향상시킬 수 있고, 건조 장치의 에너지 효율을 높이며 재생의 가열시간을 감소시킬 수 있는 건조장치를 제공함에 있다. 또한, 배관 구조의 개선을 통해 냉각공기와 가열공기를 분리하여 사용함으로써 열효율을 향상시키고, 일정 온도에 따라 마이크로파 조사장치를 제어함으로써 최소한의 전력 사용량을 줄일 수 있으며, 반응타워에 도파관이 고정되는 형태를 통해 보다 효과적으로 흡착제를 가열하면서 반응타워 내부의 기체 누설을 최소화하도록 구성하는 공기건조장치를 제공함에 있다.
본 발명의 공기건조장치는 수분 또는 이산화탄소를 흡착하는 흡착제가 내장되어, 건조공정과 재생공정을 교번 수행하는 복수 개의 반응타워; 상기 반응타워에 적어도 하나 이상 결합되어, 흡착제의 재생이 수행되는 반응타워 내부의 상기 흡착제에 마이크로파를 조사하는 마이크로파 조사부; 상기 반응타워로 공정하고자 하는 공기를 유입시키는 유입배관과 공정이 완료된 공기를 외부로 배출하는 배출배관을 포함하고, 복수의 상기 반응타워를 서로 연결하여 공기를 이송하는 배관; 및 상기 배관 상에 구비되어 공기의 흐름을 제어하는 밸브;를 포함하며, 상기 배관은, 건조공정을 수행한 상기 반응타워로부터 배출되는 건조된 공기 중 일부를 상기 반응타워에 재유입하도록, 일단이 상기 배출배관에서 분기되어서 타단은 재생공정을 수행하는 상기 반응타워를 연결하고, 배관 내에 이송되는 공기를 가열하는 가열부를 포함하는 제1 재생배관; 상기 제1 재생배관 상에서 일단이 상기 가열부의 전단에 연결되고 타단은 상기 가열부의 후단에 연결되며 상기 제1 재생배관을 분기하여, 건조된 공기 중 일부가 상기 가열부를 통과하지 않고 상기 반응타워에 유입하도록 연결하는 제2 재생배관; 및 일단이 상기 제1 재생배관 상에서 상기 가열부 및 상기 제2 재생배관 보다 후단에서 분기되고, 타단은 재생공정을 수행하는 상기 반응타워를 연결하여, 건조된 공기를 상기 반응타워로 추가 유입하는 제3 재생배관;을 포함하고, 상기 밸브는, 적어도 각 배관이 분기되는, 상기 제1 재생배관의 일단, 상기 제2 재생배관의 일단 및 타단, 상기 제3 재생배관의 일단에 배치되는 것을 특징으로 한다.
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또한, 상기 반응타워는, 길이방향 중 어느 일측에 연결된 상기 배관에 의해 공기가 유입되어 타측으로 이동하며 상기 흡착제가 수분 또는 이산화탄소 흡착을 수행하고, 상기 제1 재생배관은 상기 반응타워의 중앙측에 연결되고, 상기 제3 재생배관은 상기 반응타워의 일측에 연결되는 것을 특징으로 한다.
더불어, 재생공정이 수행되는 상기 반응타워는, 소정 시간 동안, 적어도 상기 제3 재생배관의 일단에 배치되는 밸브가 조절되어, 상기 배출배관으로부터 배출되는 건조공기가 상기 가열부를 통과한 후 상기 제1 재생배관 및 상기 제3 배관을 통해 재생공정을 수행하는 상기 반응타워의 중앙측 및 일측에 각각 구분되어 유입되어서, 상기 흡착제를 건조하는 것을 특징으로 한다.
이때, 재생공정이 수행되는 상기 반응타워는, 상기 소정 시간 이후, 적어도 상기 제2 재생 배관의 일단 및 타단에 배치되는 밸브가 조절되어, 상기 제2 재생배관을 통해 상기 가열부를 통과하지 않은 건조공기가 재생공정을 수행하는 반응타워에 유입되어서, 상기 반응타워 내부를 냉각하는 것을 특징으로 한다.
상기 공기건조장치는, 상기 반응타워의 온도를 측정하는 온도측정부와, 상기 온도측정부에서 측정한 온도에 따라 상기 밸브, 상기 가열부 및 상기 마이크로파 조사부 중 적어도 어느 하나 이상을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 제어부는, 상기 온도측정부에 측정된 온도가 제1온도 이상이면, 상기 마이크로파 조사부의 전원을 off 하고, 상기 온도측정부에 측정된 온도가 제2온도 이상이면 상기 가열부의 전원을 off 하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 마이크로파 조사부는 상기 반응타워의 원주방향을 따라 복수 개 배치되거나, 높이방향을 따라 복수 개 구비되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 반응타워는, 길이방향 중 어느 일측에 연결된 상기 배관에 의해 공기가 유입되어 타측으로 이동하며 상기 흡착제가 수분 또는 이산화탄소 흡착을 수행하고, 상기 온도측정부는 상기 반응타워의 일측에 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 반응타워는, 외면에 일정 영역이 중공되는 중공부가 적어도 하나 이상 형성되고, 내측에 상기 중공부를 수용하며, 상기 중공의 테두리를 따라 상기 반응타워의 외측 방향으로 돌출 형성되는 돌출부와, 돌출부의 내측에 용접 패드가 삽입되는 제1 결합수단과 상기 마이크로파 조사부가 용접함으로써 결합되는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 마이크로파 조사부는 일측에는 상기 제1 결합수단과 대향되는 형태로 형성되어, 돌출부에 용접 패드가 삽입되는 제2 결합수단과, 타측에 형성되어 마이크로파를 생성하는 마그네트론, 및 상기 제2 결합수단과 상기 마그네트론을 연결하는 런처를 포함하여 구성되고, 상기 제1 결합수단의 용접 패드와 상기 제2 결합수단의 용접 패드를 함께 용접함으로써 서로 결합되는 것을 특징으로 한다.
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상기와 같은 구성에 의한 본 발명의 건조장치는 재생에 마이크로파를 사용하되, 냉각 시 공기가 이동되는 배관과 가열 시 공기가 이동되는 배관을 분리하여 이동시키고, 적절한 공정 시 사용될 수 있도록 구성함으로써, 가열 및 냉각에 사용되는 에너지를 감소시켜 열효율을 향상시킬 수 있는 효과가 있다. 또한 일정 온도에따라 마이크로파 조사장치나 가열부와 같이 구성 요소를 제어함으로써, 가열에 사용되는 전력의 양도 최소화할 수 있어, 전력의 사용량을 최소화할 수 있으며, 흡착제 가열 시간을 줄이고 건조 효과는 향상시켜 재생 시 소모되는 건조 공기의 양을 줄일 수 있어 향상된 에너지 효율 및 건조 효율을 제공할 수 있는 효과가 있다. 또한, 반응타워와 마이크로파 조사 수단이 내측의 기체 누출을 최소화하며 흡착제에 직접적으로 가열할 수 있는 구조를 포함하고 있으므로, 조립 및 장치에 용이할 뿐 아니라 마이크로파 효과를 최적화함으로써 운영비용을 절약할 수 있으며, 반응타워 내부 기체의 누설 효과 또한 제공할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따른 공기건조장치의 개략도
도 2는 본 발명에 따른 공기건조장치의 흡착 및 재생 공정에 대한 개략도
도 3은 본 발명에 따른 공기건조장치 내의 공기의 이동 개략도
도 4는 본 발명에 따른 가열 공정의 공기 이동 개략도
도 5는 본 발명에 따른 냉각 공정의 공기 이동 개략도
도 6은 반응타워와 마이크로파 조사부의 결합 수단에 대한 다른 실시예의 단면도
도 7은 반응타워와 마이크로파 조사부의 결합 수단에 대한 다른 실시예의 분해 단면도
도 8은 마이크로파 도파관의 일실시예
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 본 발명의 기술적 사상을 첨부된 도면을 사용하여 더욱 구체적으로 설명한다. 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 도시한 일예에 불과하므로 본 발명의 기술적 사상이 첨부된 도면의 형태에 한정되는 것은 아니다.
도 1을 참고하여 설명하면, 본 발명의 공기건조장치(1000)는, 수분 또는 이산화탄소를 흡착하는 흡착제가 내장되는 복수 개의 반응타워(100), 상기 반응타워에 적어도 하나 이상 결합되어, 흡착제의 재생이 수행되는 반응타워(100) 내부의 상기 흡착제에 마이크로파를 조사하는 마이크로파 조사부(200), 상기 반응타워(100)에 연결되어 공기를 이송하는 배관(300), 상기 배관(300) 상에 구비되어 공기의 흐름을 제어하는 밸브(410, 420, 430, 440)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
도 2 및 3을 참고하여 설명하면, 반응타워(100)는 공정을 수행하고자 하는 공기가 유입되면 내부에 내장된 흡착제를 이용하여 수분 또는 이산화탄소를 흡착하여 건조 공정을 수행하고, 건조된 공기를 외부로 배출하는 장치이다. 또한, 건조 공정을 수행한 반응타워에 있어, 상기 반응타워의 내부를 가열하여 흡착제가 흡수한 수분 또는 이산화탄소를 증발시키고, 온도가 올라간 반응타워를 냉각시킴으로써, 공기 건조에 사용된 상기 흡착제의 재생 공정을 수행하며, 재생된 흡착제를 이용하여 건조 공정을 다시 수행할 수 있도록 작동되는 장치이다. 이에, 상기 공기건조장치(1000)는 복수의 반응타워(100)를 구비할 수 있고, 하나의 반응타워(100)는 공기의 건조 공정과 흡착제의 재생 공정을 교번하여 수행하도록 설정되는 것이 바람직하며, 연속 공정을 통해 공정 시간을 최소화하기 위해, 복수의 반응타워가 서로 다른 공정이 수행되도록 순차적으로 또는 쌍을 이루어 교번하며 건조와 흡착제 재생이 수행되는 것을 특징으로 한다. 즉, 상기 반응타워(100)는 최소한 2개의 반응타워(100)가 구비되는 것이 바람직하며, 어느 하나의 반응타워(100)가 건조 공정을 수행하고 있으면, 다른 하나의 반응타워(100)는 흡착제 재생 공정을 수행하고, 이후 건조 공정을 마친 상기 반응타워(100)는 흡착제 재생 공정을 수행하며, 이에 다른 하나의 상기 반응타워(100)는 건조 공정을 수행하는 것으로, 서로 교번 수행하는 것을 특징으로 한다.
마이크로파 조사부(200)는 마이크로파를 생성하여 조사하는 장치로, 상기 흡착제를 향하여 마이크로파를 조사하도록 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 마이크로파 조사부(200)는 건조 공정을 수행하는 상기 반응타워(100)에서 작동되는 것을 특징으로 하며, 상기 마이크로파 조사부(200)에 의해 상기 흡착제를 직접 가열함으로써 상기 흡착제의 건조 시간을 단축시키며 공정을 수행하기 위해 구비되는 장치인 것을 특징으로 한다. 본 발명의 상기 마이크로파 조사부(200)는, 복수개로 구성되어 상기 반응타워(100)에 설치될 수 있으며, 필요에 따라 복수개가 상기 반응타워(100)의 높이방향을 따라 배치되거나, 또는 상기 반응타워(100)의 원주방향을 따라 배치될 수 있다.
도 1 및 7을 참고하면, 본 발명의 반응타워(100)는 외면에 일정 영역이 중공되는 중공부(110)를 포함할 수 있으며, 상기 중공부(110)에 상기 마이크로파 조사부(200)의 일부가 삽입되며 설치될 수 있다. 이때, 상기 마이크로파 조사부(200)는 소정의 길이로 형성되는 도파관을 포함할 수 있으며, 상기 도파관에 의해 생성된 마이크로파가 상기 반응타워(100)의 내부에 배치되는 상기 흡착제에 조사되는 것을 특징으로 한다. 상기 중공부(110)는 적어도 하나 이상으로 형성되는 것이 바람직하며, 구비되는 마이크로파 조사부(200)에 따라 개수 및 위치를 조절하여 형성될 수 있다.
상기 배관(300)은 상기 반응타워(100)에 연결되어 공기를 이송하는 것을 특징으로 하며, 상기 배관(300)은 복수의 상기 반응타워(100) 간에 공기가 이동할 수 있도록 연결할 수 있으며, 외부의 공기가 상기 공기건조장치(1000) 내부로 유입되거나 또는 배출되며 이동할 수 있도록 연결하는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 일실시예로 상기 반응타워(100)로 공정하고자 하는 공기를 유입시키는 유입배관(300a)과, 건조 공정을 수행한 건조된 공기를 반응타워(100) 외부로 배출하는 배출배관(300b)을 포함하여 구성될 수 있다.
밸브(410, 420, 430, 440)는 상기 배관(300) 상에 구비되는 것으로, 공기의 흐름 제어가 필요한 위치에 구비되어, 공기의 유동 방향을 변경하거나 개폐하는 것으로 공기 흐름을 제어하는 것을 특징으로 한다. 상기 공기건조장치(1000)는 복수의 반응타워(100)를 구비하고 있으며, 본 발명의 일례로, 복수의 상기 반응타워(100) 중 건조 공정을 수행하는 반응타워(100)에는 상기 밸브(410, 420, 430, 440)에 의해 상기 유입배관(300a)을 통해 공정전 공기가 유입되며, 재생 공정을 수행하는 반응타워(100)에는 공정전 공기가 유입되지 않도록 형성될 수 있다.
도 2 내지 5를 참고하여 설명하면, 상기 공기건조장치(1000)는 건조 공정을 수행하는 반응타워(100)에 있어서, 일방향으로 공기가 이동하며 건조가 수행되고, 상기 배출배관(300b)을 통해 건조된 공기가 상기 반응타워(100) 외부로 배출되며 건조 공정이 완료되게 된다. 건조 공정이 완료된 반응타워는 재생 공정을 수행하게 되는데, 재생 공정은 소정의 시간동안 상기 반응타워(100) 내의 상기 흡착제를 가열함으로써, 공기로부터 수분 또는 이산화탄소를 흡수한 상기 흡착제를 말리는 가열 공정을 수행하고, 가열된 상기 반응타워(100)가 다시 건조 공정을 수행하기 적절한 온도로 형성되기 위해 냉각 공정을 통해 재생 공정이 수행되게 된다. 이때 본 발명의 상기 공기건조장치(1000)는 상기 반응타워(100)의 재생 공정을 위해서, 상기 배출배관(300b)을 통해 유동하는 건조된 공기 중 일부를 가열하여 상기 반응타워(100)에 투입시켜 간접 가열하고, 상기 반응타워(100)에 부착된 상기 마이크로파 조사부(200)를 작동시킴으로써 상기 흡착제를 직접 가열함으로써, 가열 공정 시간을 감소시킬 수 있는 장치인 것을 특징으로 한다.
이때, 도 3을 참고하면, 본 발명은 상기 반응타워(100)로부터 배출되는 공기 중 일부가 상기 반응타워(100)에 재유입 되도록 연결하며, 이송되는 공기를 가열하는 가열부(311)를 포함하는 제1 재생배관(310)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 가열 공정 시, 상기 밸브(420)에 의해 상기 제1 재생배관(310)이 상기 배출배관(300b)과 연결되어 건조된 공기의 일부가 상기 제1 재생배관(310)으로 이동되며 재생용 공기로 사용되고, 상기 가열부(311)가 작동되어서 재생용 공기가 가열되어 상기 반응타워(100)로 유입되어, 상기 흡착제를 간접 가열하도록 구성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명은 상기 제1 재생배관(310) 상에서 상기 제1 재생배관(310)과 상기 가열부(311) 이전을 연결하여, 상기 제1 재생배관(310)을 분기하는 제2 재생배관(320)을 포함하는 것을 특징으로 한다. 상기 제2 재생배관(320)은, 상기 제1 재생배관(310)을 분기하는 것으로 상기 제1 재생배관(310)에 의해 이동되는 재생용 공기 중에 상기 가열부(311)를 통과하지 않고 상기 반응타워(100)에 유입되도록 연결하는 배관인 것을 특징으로 한다. 이에, 가열 공정 이후, 상기 반응타워(100)를 냉각하는 냉각 공정을 수행할 때, 재생용 공기가 상기 가열부(311)를 경유하지 않고 상기 제2 재생배관(320)을 따라 상기 반응타워(100)로 유입할 수 있다. 이에, 보다 낮은 온도의 공기를 냉각 공정에서 사용할 수 있어 냉각 효율을 향상시킬 수 있고, 재생 공정시, 소모되는 재생용 공기 중에 냉각 공정에 사용되는 공기의 양을 줄일 수 있으며, 냉각 시간을 단축할 수 있는 효과가 있다. 상기 제2 재생배관(320)은 상기 제1 재생배관(310)과 밸브(430)에 의해 공기 흐름이 제어되도록 구성될 수 있으며, 상기 밸브(430)에 의해 건조된 공기가 상기 제1 재생배관(310) 상기 가열부(311)를 통과하며 가열 공정에 사용되는 재생용 공기로 상기 반응타워(100)에 유입되거나, 또는 상기 제2 재생배관(320)으로 이동하여 가열되지 않은 공기인 냉각 공정에 사용되는 재생용 공기의 상태로 상기 반응타워(100)에 유입될 수 있다.
도 4 및 5를 참고하여 설명하면, 본 발명은 상기 제1 재생배관(310) 상에 구비된 상기 가열부(311)의 후단에서, 상기 제1 재생배관(310)을 분기하여 상기 반응타워(100)와 연결하는 제3 재생배관(330)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 상기 반응타워(100)는 재생 과정에 있어서, 상기 제1 재생배관(310)과 상기 제3 재생배관(330)에 의해 가열된 공기가 유입되며 재생 과정을 수행하는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 제3 재생배관(330)은 밸브(440)에 의해 공기의 흐름이 제어될 수 있다. 상기 제3 재생배관(330)은 상기 반응타워(100) 내부로 유입되는 가열된 재생용 공기를 추가함으로써 상기 흡착제의 가열시간을 감소할 수 있으며, 상기 마이크로파 조사부(200)의 직접 가열에 빠른 온도 상승 유도를 발생시켜, 가열 효율을 극대화할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일실시예로, 상기 반응타워(100)는 상기 유입배관(300a)이 상기 반응타워(100)의 하부에 형성되고, 상기 배출배관(300b)이 상기 반응타워(100)의 상부에 형성되어, 상기 반응타워(100) 내에서 공기가 상방으로 이동하며 흡착을 수행하는 것을 특징으로 하며, 이때 상기 제3 재생배관(330)은 상기 반응타워(100)의 하부에 형성되는 것을 특징으로 한다. 상기 반응타워(100)의 흡착이 상방으로 이동되며 수행되는 경우, 상기 흡착제의 하부에 보다 많은 수분 또는 이산화탄소가 흡착될 수 있으며, 이에 상기 흡착제의 하부부분을 얼마나 잘 건조하느냐에 따라 상기 공기건조장치(1000)의 효율이 결정될 수 있다. 이에, 상기 제3 재생배관(330)을 통해 상기 반응타워(100)의 하부에 가열된 공기를 추가로 유입시킴으로써, 공기의 흐름을 상기 반응타워(100)의 하부와 동시에 유도하여 가열 효율을 극대화하고 가열 공정 시간을 줄일 수 있게 된다.
본 발명의 재생 공정에 대해 보다 상세히 설명하면, 반응타워(100)는 소정 시간동안 반복 수행되는 건조-흡착제 재생 사이클이 수행될 수 있으며, 각 동일 시간동안 건조 공정과 재생 공정이 수행되도록 구성되어, 복수의 반응타워가 건조 공정 및 재생 공정이 교번 수행되도록 구성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 도 4를 참고하여 설명하면, 재생 공정에 있어서, 상기 반응타워(100)는 소정 시간 동안 가열 과정을 수행하며, 상기 밸브(420)에 의해 상기 반응타워(100)와 상기 제1 재생배관(310) 및 제3 재생배관(330)이 연결되어 재생용 공기가 상기 제1 재생배관(310) 및 제3 재생배관(330)으로 유입되고, 상기 가열부(311)를 통과하며 가열된 재생용 공기가 각 상기 반응타워(100)의 하부와 중앙부에 유입되며 동시에 공기 흐름을 유도함으로써 상기 흡착제를 간접 가열할 수 있다. 또한, 도 5를 참고하면, 상기 소정 시간 이후 냉각 과정을 수행하며, 상기 반응타워(100)는 상기 밸브(430)에 의해 상기 제2 재생배관(320)과 연결되고, 이에 재생용 공기가 상기 제1 재생배관(310)으로의 유입이 차단되어서, 재생용 공기가 상기 가열부(311)를 경유하지 않고 상기 제2 재생배관(320)을 통해서만 상기 반응타워(100)로 유입되며 상기 흡착제의 냉각을 수행할 수 있다.
일례로, 본 발명의 건조-재생 사이클은 상기 반응타워(100)는 5시간의 건조 공정을 수행한 후, 5시간의 흡착제 재생 공정이 수행되는 재생 사이클일 수 있다. 재생 공정은 가열 공정 및 냉각 공정이 수행되는데, 기존의 재생 공정에서는 가열 공정이 3 시간, 냉각 공정이 2 시간 수행되는 것에 반해, 본 발명의 따른 상기 공기건조장치(1000)는, 상기 마이크로파 조사부(200)와 상기 제3 재생배관(330)을 통해, 가열 효율을 극대화함으로써 가열 공정을 2시간 미만으로 수행되도록 배분할 수 있다. 이에 보다 많은 시간을 사용하여 냉각 공정을 수행할 수 있으며, 또한 제2 재생배관(320)을 통해 가열되지 않은 재생용 공기를 사용하여 상기 반응타워(100)를 냉각하기 때문에, 냉각 효율도 증가되어, 기존의 재생 공정에 비해 재생용 공기의 사용양을 줄일 수 있고, 이에 재생 및 건조 효율이 향상되는 효과가 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 상기 공기건조장치(1000)는 상기 반응타워(100)의 온도를 측정하는 온도측정부(500)와, 상기 온도측정부(500)에서 측정한 온도에 따라 상기 밸브(410, 420, 430, 440), 상기 가열부(311) 및 상기 마이크로파 조사부(200) 중 적어도 어느 하나 이상을 제어하는 제어부(600)를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
온도측정부(500)는 상기 반응타워(100)의 온도를 측정하여 상기 제어부(600)에 전달하도록 구성될 수 있으며, 상기 온도측정부(500)는 상기 반응타워(100)의 내측 온도를 측정하도록 형성되는 것이 바람직하다.
제어부(600)는 상기 온도측정부(500)가 측정한 온도에 따라 상기 공기건조장치(1000)를 제어하는 것을 특징으로 하며, 상기 제어부(600)는 복수의 기준 온도에 따른 제어 신호를 기포함하고 있어, 상기 온도측정부(500)에 의해 입력된 온도에 따라 해당 신호가 발생되며 장치를 제어하도록 구성될 수 있다. 상기 공기건조장치(1000)는 간접 가열과 직접 가열을 통해 상기 흡착제를 가열하며 가열 공정을 수행하므로, 가열 공정에 필요한 온도까지의 가열 시간이 빨라 가열 공정의 시간을 감소시키는 효과가 있다. 이에 상기 반응타워(100)는 일정 온도까지의 가열만 수행하고, 일정 이상의 온도가 되는 경우, 상기 제어부(600)를 통해 상기 밸브(410, 420, 430, 440)를 제어하거나, 상기 마이크로파 조사부(200)나 상기 가열부(311)의 전원을 제어함으로써, 상기 공기건조장치(1000)를 운용하는 전력을 절약하여 사용할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 일실시예로, 상기 제어부(600)는, 상기 반응타워(100)가 재생 공정을 수행하고 있을 때, 상기 온도측정부(500)가 측정한 온도가 제1온도 이상인 것을 수신하면, 상기 마이크로파 조사부(200)의 전원을 off 하도록 설정될 수 있다. 또한, 상기 온도측정부(500)가 측정한 온도가 제2온도 이상인 것을 수신하면, 상기 가열부(311)의 전원을 off하도록 설정될 수 있다. 이때, 상기 제2온도는 상기 제1온도 이상인 것이 바람직하다. 또한, 상기 제어부(600)는 상기 온도측정부(500)가 측정한 온도가 제3온도 이하인 것을 수신하면, 상기 마이크로파 조사부(200)의 전원을 on 하도록 구성될 수 있다. 이때, 상기 제3온도는 상기 제1 및 제2온도 이하의 온도인 것이 바람직하다. 상기 제어부(600)에 의해서, 상기 마이크로파 조사부(200) 및 가열부(311)가 가열 공정에서만 동작할 수 있으며, 상기 마이크로파 조사부(200)가 필요 이상의 전력을 사용하지 않게 되어, 장치 운용의 에너지 절감 효과와 이에 따른 운영비용을 절약할 수 있는 효과가 있다.
도 6 및 7을 참고하면, 본 발명의 일실시예로, 반응타워(100)의 중공부(110)에 마이크로파 조사부(200)가 결합되는데, 상기 반응타워(100) 내의 기밀을 유지하며 상기 마이크로파 조사부(200)를 결합하기 위한 제1 결합수단(700)을 더 포함하여 구성될 수 있다. 상기 제1 결합수단(700)은 내측에 상기 중공부(110)를 수용하도록 상기 중공부(110)와 대응되는 구멍이 형성되며, 상기 구멍의 테두리를 따라서 상기 반응타워(100)의 외측으로 돌출되는 돌출부(710)가 소정 두께로 형성되는 형태일 수 있다. 일례로, 상기 중공부(110)가 원형으로 형성되는 경우, 상기 제1 결합수단(700)의 내측은 원형의 구멍이 형성되며, 구멍의 테두리에 상기 돌출부(710)가 형성되는, 즉 단면이 ㄷ자 형태일 수 있다. 이때, 상기 돌출부(710)의 내부에는 용접패드(711)가 삽입되어 형성되며, 상기 용접패드(711)를 이용해 상기 마이크로파 조사부(200)가 상기 제1 결합수단(700)과 용접되며 상기 반응타워(100)에 결합될 수 있다.
이에, 상기 마이크로파 조사부(200)는 일측에 상기 제1 결합수단(700)과 대향되는 형태인 제2 결합수단(210)과, 타측에는 마이크로파를 생성하는 마그네트론(220), 상기 제2 결합수단(210)과 상기 마그네트론(220)을 연결하는 런처(230)를 포함하여 형성될 수 있다. 상기 제2 결합수단(210)은 상기 제1 결합수단(700)과 대응되는 형태로, 돌출부(211)를 포함하고 있으며, 상기 돌출부(211)의 내부에 용접패드(212)가 삽입되어 있다. 일례로, 상기 중공부(110)가 원형으로 형성되는 경우, 상기 제2 결합수단(210)의 내측도 상기 제1 결합수단(700)과 마찬가지로 원형의 구명이 형성될 수 있고, 이에 상기 런처(230)는 원통의 형태일 수 있으며, 상기 마그네트론(220)이 생성한 마이크로파를 상기 런처(230)를 통해 상기 제2 결합수단(210)의 내측으로 이동시키도록 형성될 수 있다. 상기 제1 결합수단(700)과 상기 제2 결합수단(210)은 각 서로 대응되는 용접패드(212)를 용접함으로써 결합될 수 있다.
본 발명은 상기 반응타워(100) 내측의 기체의 기밀을 유지하며 마그네트론(220)이 형성하는 마이크로파만 상기 반응타워(100) 내측으로 전달하기 위해서, 투과판(720)을 구비하는 것이 바람직하다. 상기 투과판(720)은 상기 중공부(110)의 영역을 차단하는 판의 형태이며, 마이크로파는 통과할 수 있는 재질로 형성되어서, 반응타워(100) 내부의 기체는 통과할 수 없는 것을 특징으로 하며, 상기 제1 결합수단(700)과 상기 제2 결합수단(210) 사이에 구비되는 것이 바람직하다. 보다 상세히, 상기 투과판(720)은 상기 중공부(110)와 대응되는 형태 및 크기로 형성되어, 판의 양면이 상기 제1 결합수단(700)과 상기 제2 결합수단(210)의 중앙에 각각 맞물리며 조립되는 것이 바람직하다. 이때, 상기 투과판(720)이 고정되며 결합될 수 있도록 상기 투과판(720)은 테두리 방향으로 연장 형성되는 고정부(721)를 더하여 형성될 수 있으며, 상기 고정부(721)는 양 면이 각 상기 제1 결합수단(700)과 상기 제2 결합수단(210)에 접촉되어 함께 용접됨으로써 고정될 수 있다. 상기 제1 및 2 결합수단(700, 210)에 의해, 상기 마이크로파 조사부(200)의 조립 및 장착이 용이하며, 상기 반응타워(100) 내부 기체의 기밀을 유지하며 마이크로파만 상기 반응타워(100) 내부로 전달되는 효과가 있다.
도 8은 본 발명의 마이크로파 도파관의 일실시예로, 반응타워의 하측에 연결된 배관에 의해서 공정전 공기가 유입되고, 상기 반응타워(100)의 상측에 연결된 배관에 의해, 건조가 완료된 공기가 배출되도록 구성될 수 있으며, 이때 상기 마이크로파 조사부(200)가 상기 반응타워(100)의 하측에 배치될 수 있다. 이에, 상기 마이크로파 조사부(200)가 중공부(110)에 의해 상기 반응타워(100)의 하측부분에 원주방향을 따라 복수개가 배치되며, 상기 반응타워(100) 중공부(110)의 내측에서 수직형 도파관(240)이 연결됨으로써, 도파관(240)에 의해 마이크로파가 상기 반응타워(100)의 하측에서 상방으로 이동하며 조사되는 것을 특징으로 한다. 이는, 상기 반응타워(100) 내에서 상방으로 공기가 유동하며 상기 흡착제가 건조가 수행됨에 따라 상기 흡착제의 하측에 수분 또는 이산화탄소의 흡착이 집중되어 수행될 수 있다. 따라서 상기 흡착제를 직접적으로 가열하는 상기 마그네트론 조사부를 상기 반응타워(100)의 하측에 구비하여 상기 흡착제의 하부에 마그네트론이 먼저 조사되도록 하고, 수직형 도파관(240)을 통해 상방으로 마이크로파가 이동하며 상기 흡착제를 직접 가열하는 것을 특징으로 한다. 이에, 상기 흡착제는 비활성화 부분을 최소화하여 직접 가열의 면적을 넓혀 가열 시간을 줄일 수 있으며, 상기 흡착제의 흡착 정도에 따라서 마그네트론의 양을 조절하여 조사할 수 있어, 보다 상기 흡착제가 전제적으로 균일하게 건조될 수 있고, 이에 건조 공정의 효율이 향상되는 효과가 있다.
수직형 도파관(240)은, 도파관을 따라 이동하는 마이크로파가 각각 균일하게 분산되기 위해서, 상기 수직형 도파관(240)의 길이방향을 따라서 복수의 슬릿이 형성될 수 있다. 이때, 상기 수직형 도파관(240)의 길이방향을 따라 마이크로파가 균일하게 분산되기 위해서, 상기 슬릿은, 상기 수직형 도파관(240)의 길이방향에 따라 상기 슬릿의 형태, 개수 및 배열을 다양하게 형성할 수 있다. 일례로, 복수의 상기 슬릿은, 어떤 일방향으로 갈수록 점차 소정 각도로 회전되는 형태로 형성될 수 있으며, 이에, 타끝단의 상기 슬릿에 비해, 일끝단의 상기 슬릿이 최대 각도로 비틀어진 형태일 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것 일 뿐, 본 발명은 상기의 일 실시예에 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허 청구 범위뿐 아니라 이 특허 청구 범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
1000 : 공기건조장치
100 : 반응타워
200 : 마이크로파 조사부
240 : 수직형 도파관
300 : 배관 310 : 제1 재생배관
320 : 제2 재생배관 330 : 제3 재생배관
410, 420, 430, 440 : 밸브
500 : 온도측정부
600 : 제어부

Claims (13)

  1. 수분 또는 이산화탄소를 흡착하는 흡착제가 내장되어, 건조공정과 재생공정을 교번 수행하는 복수 개의 반응타워;
    상기 반응타워에 적어도 하나 이상 결합되어, 흡착제의 재생이 수행되는 반응타워 내부의 상기 흡착제에 마이크로파를 조사하는 마이크로파 조사부;
    상기 반응타워로 공정하고자 하는 공기를 유입시키는 유입배관과 공정이 완료된 공기를 외부로 배출하는 배출배관을 포함하고, 복수의 상기 반응타워를 서로 연결하여 공기를 이송하는 배관; 및
    상기 배관 상에 구비되어 공기의 흐름을 제어하는 밸브;를 포함하며,
    상기 배관은,
    건조공정을 수행한 상기 반응타워로부터 배출되는 건조된 공기 중 일부를 상기 반응타워에 재유입하도록, 일단이 상기 배출배관에서 분기되어서 타단은 재생공정을 수행하는 상기 반응타워를 연결하고, 배관 내에 이송되는 공기를 가열하는 가열부를 포함하는 제1 재생배관;
    상기 제1 재생배관 상에서 일단이 상기 가열부의 전단에 연결되고 타단은 상기 가열부의 후단에 연결되며 상기 제1 재생배관을 분기하여, 건조된 공기 중 일부가 상기 가열부를 통과하지 않고 상기 반응타워에 유입하도록 연결하는 제2 재생배관; 및
    일단이 상기 제1 재생배관 상에서 상기 가열부 및 상기 제2 재생배관 보다 후단에서 분기되고, 타단은 재생공정을 수행하는 상기 반응타워를 연결하여, 건조된 공기를 상기 반응타워로 추가 유입하는 제3 재생배관;을 포함하고,
    상기 밸브는, 적어도 각 배관이 분기되는, 상기 제1 재생배관의 일단, 상기 제2 재생배관의 일단 및 타단, 상기 제3 재생배관의 일단에 배치되는 것을 특징으로 하는 공기건조장치.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 반응타워는, 길이방향 중 어느 일측에 연결된 상기 배관에 의해 공기가 유입되어 타측으로 이동하며 상기 흡착제가 수분 또는 이산화탄소 흡착을 수행하고,
    상기 제1 재생배관은 상기 반응타워의 중앙측에 연결되고,
    상기 제3 재생배관은 상기 반응타워의 일측에 연결되는 것을 특징으로 하는 공기건조장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    재생공정이 수행되는 상기 반응타워는, 소정 시간 동안,
    적어도 상기 제3 재생배관의 일단에 배치되는 밸브가 조절되어, 상기 배출배관으로부터 배출되는 건조공기가 상기 가열부를 통과한 후 상기 제1 재생배관 및 상기 제3 재생배관을 통해 재생공정을 수행하는 상기 반응타워의 중앙측 및 일측에 각각 구분되어 유입되어서, 상기 흡착제를 건조하는 것을 특징으로 하는 공기건조장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    재생공정이 수행되는 상기 반응타워는, 상기 소정 시간 이후,
    적어도 상기 제2 재생 배관의 일단 및 타단에 배치되는 밸브가 조절되어, 상기 제2 재생배관을 통해 상기 가열부를 통과하지 않은 건조공기가 재생공정을 수행하는 반응타워에 유입되어서, 상기 반응타워 내부를 냉각하는 것을 특징으로 하는 공기건조장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 공기건조장치는,
    상기 반응타워의 온도를 측정하는 온도측정부와,
    상기 온도측정부에서 측정한 온도에 따라 상기 밸브, 상기 가열부 및 상기 마이크로파 조사부 중 적어도 어느 하나 이상을 제어하는 제어부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 공기건조장치.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 온도측정부에 측정된 온도가 제1온도 이상이면 상기 마이크로파 조사부의 전원을 off 하고,
    상기 온도측정부에 측정된 온도가 제2온도 이상이면 상기 가열부의 전원을 off 하는 것을 특징으로 하는 공기건조장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 마이크로파 조사부는
    상기 반응타워의 원주방향을 따라 복수 개 배치되거나, 높이방향을 따라 복수 개 구비되는 것을 특징으로 하는 공기건조장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 반응타워는, 길이방향 중 어느 일측에 연결된 상기 배관에 의해 공기가 유입되어 타측으로 이동하며 상기 흡착제가 수분 또는 이산화탄소 흡착을 수행하고,
    상기 온도측정부는 상기 반응타워의 일측에 형성되는 것을 특징으로 하는 공기건조장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 반응타워는, 외면에 일정 영역이 중공되는 중공부가 적어도 하나 이상 형성되고,
    내측에 상기 중공부를 수용하며, 상기 중공의 테두리를 따라 상기 반응타워의 외측 방향으로 돌출 형성되는 돌출부와, 돌출부의 내측에 용접 패드가 삽입되는 제1 결합수단과 상기 마이크로파 조사부가 용접함으로써 결합되는 것을 특징으로 하는 공기건조장치.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 마이크로파 조사부는
    일측에는 상기 제1 결합수단과 대향되는 형태로 형성되어, 돌출부에 용접 패드가 삽입되는 제2 결합수단과, 타측에 형성되어 마이크로파를 생성하는 마그네트론, 및 상기 제2 결합수단과 상기 마그네트론을 연결하는 런처를 포함하여 구성되고,
    상기 제1 결합수단의 용접 패드와 상기 제2 결합수단의 용접 패드를 함께 용접함으로써 서로 결합되는 것을 특징으로 하는 공기건조장치.
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