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KR20030010244A - 블로워를 채용한 순환가열 재생식 공기 건조장치 - Google Patents

블로워를 채용한 순환가열 재생식 공기 건조장치 Download PDF

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KR20030010244A
KR20030010244A KR1020010045128A KR20010045128A KR20030010244A KR 20030010244 A KR20030010244 A KR 20030010244A KR 1020010045128 A KR1020010045128 A KR 1020010045128A KR 20010045128 A KR20010045128 A KR 20010045128A KR 20030010244 A KR20030010244 A KR 20030010244A
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주식회사 은하양행
이우재
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Abstract

본 발명은 고압 또는 저압으로 공급되는 공기를 순환시키면서 가열하여 그 속에 포함된 수분을 제거하는 순환가열 재생식 공기 건조장치에 관한 것이다.
본 발명은 고압 또는 저압으로 공급되는 공기를 순환시키면서 가열하여 수분을 제거하는 순환가열 재생식 건조장치에 블로워를 설치하여 제습탱크를 거치면서 건조된 공기의 일부가 상기 블로워에 의하여 재생탱크로 유입되게 한 것이다.
본 발명은 제습탱크를 거친 건조공기의 일부가 재생탱크에 유입되도록 하므로써 가열시 습공기를 이용할 때 보다 적은 열량으로도 가열할 수 있고, 냉각시에는 건조공기의 건조도를 그대로 유지하면서 냉각하므로 재생에 필요한 건조공기의 소모가 전혀 없어 에너지 절감에 큰 효과를 얻을 수 있다.

Description

블로워를 채용한 순환가열 재생식 공기 건조장치{Air dryer for recyling heat by blower}
본 발명은 고압 또는 저압으로 공급되는 공기를 순환시키면서 가열하여 그 속에 포함된 수분을 제거하는 순환가열 재생식 공기 건조장치에 관한 것이다.
더욱 상세하게는, 순환가열 재생식 건조장치에 블로워(Blower)를 설치하여 제습탱크를 거치면서 건조된 공기의 일부가 상기 블로워에 의하여 재생탱크로 유입되게 하므로써 가열시 습공기를 이용할 때 보다 적은 열량으로도 가열이 가능하고, 냉각시에는 건조도를 그대로 유지하면서 재생에 필요한 건조공기의 소모를 방지할 수 있어 에너지의 절감효과가 크도록 한 블로워를 채용한 순환가열 재생식 공기 건조장치에 관한 것이다.
일반적으로 공기 속에 포함된 수분을 제거하는 건조장치(dryer)는 건조공기를 필요로 하는 각종 자동화 설비, 반도체의 생산라인, 계기의 생산라인 등에 널리 이용된다.
압축공기의 건조장치를 크게 나누어보면, 냉동 콤푸레셔(Compressor)를 이용하여 압축공기의 온도를 떨어뜨린 다음 이 공기 속에 포화된 수분을 응축시켜 제습시키는 냉동식과, 제습제가 충진된 탱크에 습공기를 통과시켜 공기 속에 포함된 수분이 상기 제습제의 수많은 미세공에 흡착되도록 하므로써 건조공기를 만들어내는 흡착식이 있다.
흡착식 건조장치의 기술적인 구성을 참고적으로 설명하면 다음과 같다.
즉, 제습제(또는 흡습제, 흡착제, 건조제)가 내장된 2개의 제습 및 재생탱크와, 상기 제습 및 재생탱크의 기능을 교대로 수행하기 위하여 이들 제습 및 재생탱크로 공급되는 압축공기의 방향을 절환시켜 주는 방향절환 밸브와, 상기 방향절환 밸브의 동작을 제어하는 전자밸브 및, 타이머가 내장된 제어반으로 구성된다.
또한, 방향절환 밸브는 필요에 따라 2방 밸브와 3방 밸브 및 4방 밸브를 선택적으로 사용할 수 있고, 이는 제어반에 설정된 절환주기에 의해 항상 일정한 주기로 방향이 절환되며, 그 절환주기는 습도가 100%인 공기를 사용하는 것을 전제로 제습 및 재생탱크의 기능이 쉽게 절환되도록 설정되어 있다.
이에 의하면, 제습탱크의 기능을 수행한 탱크는 제습하는 과정에서 흡수한 수분을 배출시키기 위한 재생공기가 필요한데, 이 재생공기는 건조된 압축공기를 감압 및 팽창시켜서 사용한다.
이러한 흡착식 건조장치는 재생에 필요한 에너지(건조공기 혹은 전기, 스팀 등)를 적절히 사용하므로써 완벽한 재생을 유도하게 되는데, 재생 에너지를 절약해야만 운전경비를 대폭 절감할 수 있다.
한편, 흡착식 건조장치는 재생방법에 따라 열원이 불필요한 비가열식과 열원이 필요한 히터식(Heater Type)으로 분류된다.
비가열식은 재생시 열원이 없어 그만큼 재생공기의 소모가 많고 에너지의 사용효율이 상당히 적다는 단점이 있는 반면, 히터식은 열원이 필요한 만큼 재생공기의 소모가 적고 에너지의 사용효율이 높다는 장점이 있다.
이제까지 사용하고 있는 히터식의 공기 건조장치는 대략적으로 공기의 재생방법에 따라 히터 외장형, 히터 내장형, 히터 브로워 퍼지형, 순환가열 재생식(Non Purge) 등으로 나뉘어진다.
이러한 건조장치는 동등한 조건에서 사용할 경우 에너지의 사용효율이 각각 틀린 특징들이 있는 바, 이를 종류별로 소개하면 다음과 같다.
도 1은 히터 외장형을 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이 외터 외장형의 경우는 장치의 하단부에 설치되어 외부로부터 유입되는 습공기(WA)를 좌, 우의 탱크(10,20)에 선택적으로 공급하는 방향절환 밸브(30)와, 그 내부를 통과하는 습공기(WA)의 수분을 제거하여 건조공기(DA)로 만들어주는 두 개의 제습 및 재생탱크(10,20)와, 상기 제습 및 재생탱크에 설치되어 재생시 습증기를 외부로 배출시켜 주는 두 개의 공압밸브(Safety Valve,40,50)와, 고압공기의 분사시 발생하는 소음을 제거하기 위하여 설치되는 소음기(Purge Muffler,60)와, 제습탱크(10 또는 20)의 상부에 설치되어 건조공기(DA)와 재생에 필요한 재생공기의 섞임을 방지하는 4개의 첵크밸브(70∼73)와, 재생공기를 가열하는 히터(Electric Heater,80) 및, 상기 히터를 제어하기 위한 콘트롤 패널 등으로 구성된다.
이 장치는 습공기(WA)가 하단부의 방향절환 밸브(30)을 통하여 도면상 왼쪽에 설치된 제습탱크(10)의 하단부로 유입된 뒤 상단부로 이동하면서 건조공기(DA)로 만들어지는 과정을 건조(Drying)라 하고, 이 건조공기(DA)의 일부가 히터(80)를 거치면서 가열(Hot Air)되어 도면상 우측에 설치된 제습탱크(20)의 상단부로 유입된 뒤 하단부로 이동하면서 설정된 시간까지 가열하는 과정을 가열(Heating)이라 하며, 가열이 끝난 후 히터(80)의 전원(또는 스팀밸브)이 오프(Off)되면서 가열된 제습제를 냉각시키는 과정을 냉각(Cooling)이라 하고, 이 냉각하는 시간 또한 설정시간에 의하여 이루어지는데, 그 동안 재생에 필요했던 건조공기의 일부는 모두 습증기(WA)가 되어 대기중으로 방출된다.
이 과정들은 콘트롤 패널에서 사전에 설정된 시간이 되면, 건조가 우측의 제습탱크(20)로 절환되고, 좌측의 제습탱크(10)는 재생을 하는 동작이 반복되어 연속적으로 진행된다.
여기에서 소모되는 에너지는 기기의 유량에 따른 히터(80)의 열량과 재생에 필요한 건조공기(DA)인데, 필요한 히터(80)의 열량은 압축공기가 1000㎥/HR 마다 약 15㎾가 필요하고, 재생공기는 8% 정도가 소모된다.
도면에서 90은 2방 밸브(2Way On/Off Valve)이고, 91은 공기의 누출을 방지하기 위한 콘트롤 밸브(Reactivating Air Bleed Control Valve)이며, 92는 온도 게이지(Temperature Gauge), 93은 압력 게이지(Pressure Gauge), 94는 오리피스(Orifice)를 각각 나타낸다(이하 같다).
도 2는 히터 내장형을 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이 히터 내장형의 경우는 전술한 히터 외장형의 경우와 구성 및 동작이 거의 같으나, 틀린 점은 2개의 히터(80)가 각각 양측의 제습탱크(10,20) 내에 삽입되어 취부된 것이다.
이 건조장치는 2개의 히터(80)가 제습탱크(10,20) 내에 취부되어 제습제를직접 가열하는 관계로 에너지 소비에 있어서는 그 효율이 히터 외장형에 비해 다소 높고 재생공기의 소모 또한 6% 정도로 히터 외장형에 비해 적으나, 히터(80)가 제습탱크(10,20)의 상부에 취부되어 있어 교체하기가 어렵기 때문에 소형 공기건조(Air Dryer)나 가스용 이외에는 사용하지 않는 추세이다.
도 3은 히터 블로워 퍼지식을 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이 히터 블로워 퍼지식은 전술한 히터 외장형의 구성요소와 같으나, 틀린 점은 블로워(100)가 추가된 것이다.
이 건조장치의 건조(Drying)과정은 히터 외장형과 같으나, 재생과정에서 가열시 히터 외장형의 경우는 건조공기(DA)의 일부를 사용했지만, 이 방식에서는 블로워(100)가 대기공기를 흡입한 뒤 히터(80)를 통하여 가열하고, 쿨링시에는 히터 외장형과 마찬가지로 건조공기의 일부를 사용한다.
따라서, 이 장치는 에너지의 소비에 있어서는 가열시 대기를 사용하기 때문에 대기중의 포화수분을 고려하여 포화수분의 열량만큼을 더한 히터용량이 필요하므로 히터 외장형의 가열용량 보다 에너지의 소모가 크고, 블로워(100)의 모터를 회전시키기 위하여 전력이 소모된다는 단점이 있다.
도 4는 순환가열 재생식(Non Purge)을 나타낸 것이다.
전술한 히터 외장형, 히터 내장형, 히터 블로워 퍼지식은 공히 재생시 압축공기를 소모하는 반면, 이 장치는 자체 내의 압축공기를 순환시켜 가열 및 냉각하므로 압축공기의 소모가 없으나, 기계적인 구성이 많이 틀린 방식이다.
즉, 이 장치는 이젝터(Ejector,130)를 통하여 재생탱크(20) 쪽으로 유입되는습공기(WA)의 유입로 상에 냉각기(110)와 세파레이터(Separator,120)를 설치한 것이다.
도면에서 140은 버터 플라이 밸브를 나타낸다.
이 건조장치는 가열시 투입되었던 열의 일부가 입구 측의 압축공기와 합쳐지는 것을 방지하기 위하여 냉각기(Cooler,110)를 사용한 특이한 기계적인 구성을 가지고 있고, 압축공기의 소모가 전혀 없다는 장점이 있으나, 건조공기의 건조도에 있어서는 재생공기를 소모하는 전술한 3가지 방식에 비해 높은 단점과, 재생공기를 입구측 공기와 합치기 위하여 강제로 버터 플라이 밸브(140)를 조작하여 입구측의 압력을 낮춰주므로써 전체적인 차압발생이 크다는 단점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로 그 기술적인 과제는 재생공기를 소모하지 않는 상태에서 차압없이 압축공기의 건조도를 그대로 유지할 수 있게 하므로써 에너지 소비가 경감되는 건조장치를 제공함에 있다.
도 1 내지 도 4는 종래 공기 건조장치의 개략도
도 5는 본 발명의 전체 구성을 나타낸 개략도
※ 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : 제습탱크 20 : 재생탱크
30,30' : 방향절환 밸브 40,50 : 공압밸브
60 : 머플러 70∼73 : 첵크밸브
80 : 히터 90 : 2방 밸브
91 : 콘트롤 밸브 92 : 온도 게이지
93 : 압력 게이지 94 : 오리피스
100 : 블로워 110,110' : 냉각기
120,120' : 세파레이터 130 : 이젝터
140 : 버터플라이 밸브
상기의 과제를 달성하기 위하여 본 발명인은 흡착식 공기 건조장치에서 추구하는 압축공기의 건조도를 그대로 유지한 상태에서 가열에 필요한 에너지와 압축공기의 소모를 어떻게 최소화 하느냐 하는 문제를 놓고 많은 연구와 노력을 하였고, 이 점은 공기 건조장치를 제조하는 많은 업체에서도 실제로 요구하고 있는 실정이다.
즉, 목적하는 압축공기의 건조도를 그대로 유지한 상태에서 에너지의 소모가가장 큰 재생에 필요한 압축공기를 전혀 소모하지 않는다면, 이는 흡착식 공기 건조장치의 가장 이상적인 방식으로서 에너지 절감에 크게 기여할 것이다.
본 발명의 핵심은 블로워를 이용하여 제습탱크를 거친 건조공기의 일부가 재생탱크에 유입되도록 하므로써 가열시 습공기를 이용할 때 보다 적은 열량으로도 가열할 수 있고, 냉각시에는 건조공기의 건조도를 그대로 유지하면서 냉각하므로 재생에 필요한 건조공기의 소모가 전혀 없어 에너지 절감에 큰 효과를 얻을 수 있다.
이하에서 본 발명을 첨부된 실시예의 도면에 의거 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5는 본 발명의 블로워를 채용한 순환가열 재생식 공기 건조장치를 나타낸 것이다.
도시한 바와 같이 본 발명의 건조장치는 외부로부터 유입되는 습공기(WA)를 좌, 우의 제습 및 재생탱크(10,20)에 선택적으로 공급하는 방향절환 밸브(30)와, 그 내부를 통과하는 습공기(WA)의 수분을 제거하여 건조공기(DA)로 만들어주는 두 개의 제습 및 재생탱크(10,20)와, 상기 제습 및 재생탱크(10,20)에 설치되어 재생시 발생하는 습증기를 외부로 배출시켜 주는 두 개의 공압밸브(40,50) 및, 상기 제습 및 재생탱크(10,20)의 상부에 설치되어 건조공기(DA)와 재생에 필요한 재생공기의 섞임을 방지하는 또 다른 방향절환 밸브(30')를 구비하는 순환가열 재생식 공기 건조장치에 있어서,
상기 제습탱크(10)로부터 배출되는 건조공기(DA)의 일부를 재생탱크(20) 쪽으로 유입시켜 주는 블로워(100)와;
상기 블로워에 의해 유입된 건조공기를 가열하는 히터(80)와;
상기 블로워에 의해 유입된 건조공기를 냉각하는 냉각기(110) 및;
상기 재생탱크(20)를 경유한 공기를 다시 냉각하여 입구 측의 이젝터(130)에 공급하는 냉각기(110') 및 세파레이터(120')를 포함하여서 된다.
방향절환 밸브(30)와 제습 및 재생탱크(10,20) 및 공압밸브(40,50), 방향절환 밸브(30')의 구성 및 작용은 종래와 동일하므로 그에 대한 설명은 생략하고, 종래와 동일한 기능을 하는 도면 부호에 대해서도 설명을 생략한다.
블로워(100)는 제습탱크(10)를 거친 건조공기(DA)의 일부를 재생탱크(20) 쪽으로 유입시켜 주고, 히터(80)는 별도의 콘트롤 패널에 의해 제어되며 블로워에 의해 유입된 건조공기를 가열하게 된다.
또한, 냉각기(110)는 블로워(100)에 의해 유입된 건조공기를 냉각하고, 또 다른 냉각기(110')와 세파레이터(120')는 재생탱크(20)를 경유하면서 습도가 높아진 공기를 다시 냉각하게 되며, 이젝터(130)는 냉각된 공기를 입구 측에 공급하는 역할을 하게 된다.
상기와 같이 된 본 발명의 동작 및 작용에 대하여 설명하면 다음과 같다.
설명의 편의상, 도면상 좌측의 탱크(10)를 제습탱크로, 우측의 탱크(20)를 재생탱크로 간주하여 설명한다.
설명에 앞서, 종래의 순환가열 재생식에서 히터 외장형, 히터 내장형, 히터 블로워 퍼지식의 경우처럼 압축공기의 건조도를 유지하지 못하는 것은 재생과정 중냉각시 입구 측의 습공기를 이용하므로 오히려 재생이 아니라 흡착하는 과정이 되기 때문이며, 이 때문에 압축공기의 건조도가 높은(나쁘다) 것이다.
이것은 기존제품에 있어서 어쩔 수 없는 기계적인 구성으로 인한 결과인 것이다.
그러나, 본 발명은 제습탱크(10)를 거친 건조공기(DA)의 일부를 블로워(100)를 이용하여 재생탱크(20)에 유입시키므로써 가열시 습공기(WA)를 이용할 때 보다 적은 열량으로도 가열할 수 있고, 냉각시에는 건조공기(DA)를 이용한 냉각이 되므로 종래의 히터 외장형, 히터 내장형, 히터 블로워 퍼지식의 건조도를 그대로 유지하면서 재생에 필요한 건조공기의 소모도 전혀 없게 되어 에너지 절감에 큰 효과를 얻을 수 있다.
하기의 표는 종래의 것과 본 발명의 블로워를 채용한 순환가열 재생식 공기 건조장치의 에너지 소모량을 비교한 것이다.
방식별 에너지 소모량 비교표(7.0㎏/㎠ 상태에서 10.000㎥/HR, 1년 기준)
항목 식 히터 외장형(건조도 -60℃이하) 히터 내장형(건조도 -60℃이하) 히터 블루워형(건조도 -60℃이하) 순환가열 재생식(건조도 -38℃이상) 블로워를 채용한 순환가열 재생식(논 퍼지)(건조도 -60℃이하)
재생공기 소모량(㎥/HR) 800㎥/HR×24HR×365일=7.008.000㎥ 600㎥/HR×24HR×365일=5.256.000㎥ 400㎥/HR×24HR×365일=3.504.000㎥
비용(8원/㎥) 7.008.000㎥×8원=56.064.000원 5.256.000㎥×8원=42.048.000원 3.504.000㎥×8원=28.032.000원
전기히터 소모량(㎾) 120㎾×12HR×365일=525.600㎾ 100㎾×12HR×365일=438.000㎾ 150㎾×12HR×365일=657.600㎾ 180㎾×12HR×365일=788.400㎾ 140㎾×12HR×365일=613.200㎾
비용(65원/㎾) 525.600㎾×65원=34.164.000원 438.000㎾×65원=28.470.000원 657.000㎾×65원=42.705.000원 788.400㎾×65원=51.246.000원 613.200㎾×65원=39.858.000원
블로워 전력 소모량(㎾) 37.5㎾×12HR×365일=164.250㎾ 22.5㎾×24HR×365일=197.100㎾
비용(65원/㎾) 164.250×65원=10.676.250원 197.100㎾×65원=12.811.500원
냉각수 소모량(㎥) 25㎥×24HR×365일=219.000㎥ 20㎥×24HR×365일=175.200㎥
비용(15원/㎥) 219.000㎥×15원=3.285.000원 175.200㎥×15원=2.628.000원
비용합계(원) 90.228.000원 70.518.000원 81.413.250원 54.531.000원 55.297.500원
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명은 고압 또는 저압으로 공급되는 공기를 순환시키면서 가열하여 수분을 제거하는 순환가열 재생식 건조장치에 블로워를 설치하여 제습탱크를 거치면서 건조된 공기의 일부가 상기 블로워에 의하여 재생탱크로 유입되게 한 것이다.
이와 같은 본 발명은 가열시 습공기를 이용할 때 보다 적은 열량으로도 가열이 가능하고, 냉각시에는 건조공기의 건조도를 그대로 유지하면서 재생에 필요한 건조공기의 소모를 방지할 수 있어 에너지의 절감효과가 뛰어난 것이다.

Claims (1)

  1. 외부로부터 유입되는 습공기(WA)를 좌, 우의 제습 및 재생탱크(10,20)에 선택적으로 공급하는 방향절환 밸브(30)와, 그 내부를 통과하는 습공기(WA)의 수분을 제거하여 건조공기(DA)로 만들어주는 두 개의 제습 및 재생탱크(10,20)와, 상기 제습 및 재생탱크(10,20)에 설치되어 재생시 발생하는 습증기를 외부로 배출시켜 주는 두 개의 공압밸브(40,50) 및, 상기 제습 및 재생탱크(10,20)의 상부에 설치되어 건조공기(DA)와 재생에 필요한 재생공기의 섞임을 방지하는 또 다른 방향절환 밸브(30')를 구비하는 순환가열 재생식 공기 건조장치에 있어서,
    상기 제습탱크(10)로부터 배출되는 건조공기(DA)의 일부를 재생탱크(20) 쪽으로 유입시켜 주는 블로워(100)와;
    상기 블로워에 의해 유입된 건조공기를 가열하는 히터(80)와;
    상기 블로워에 의해 유입된 건조공기를 냉각하는 냉각기(110) 및;
    상기 재생탱크(20)를 경유한 공기를 다시 냉각하여 입구 측의 이젝터(130)에 공급하는 냉각기(110') 및 세파레이터(120');를 포함하여서 됨을 특징으로 하는 블로워를 채용한 순환가열 재생식 공기 건조장치.
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