KR100915152B1 - 에너지 절감형 컴프레서 - Google Patents

에너지 절감형 컴프레서

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KR100915152B1
KR100915152B1 KR1020080108217A KR20080108217A KR100915152B1 KR 100915152 B1 KR100915152 B1 KR 100915152B1 KR 1020080108217 A KR1020080108217 A KR 1020080108217A KR 20080108217 A KR20080108217 A KR 20080108217A KR 100915152 B1 KR100915152 B1 KR 100915152B1
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박명규
최재혁
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주식회사 메가콤
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Abstract

본 발명은 에너지 절감형 컴프레서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 본체케이스 내부에 개별설비의 기능이 개선된 일체형의 설비를 통합 배치함으로써 저비용으로 적은 공간에 설치가 용이함은 물론, 운반 이동이 편리하면서 고효율의 공기 압축 및 공기 건조제의 재생을 위해 사용되는 열원을 공기 압축기의 폐열로 사용하므로 별도의 에너지 사용이 필요 없이도 고온의 공기로 건조제를 재생함으로써 건조시 방출되는 공기의 소모량을 절감할 수 있도록 구성되는 에너지 절감형 컴프레서에 관한 것이다.

Description

에너지 절감형 컴프레서{Saveenergy style compressor}
본 발명은 에너지 절감형 컴프레서에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 본체케이스 내부에 개별설비의 기능이 개선된 일체형의 설비를 통합 배치함으로써 저비용으로 적은 공간에 설치가 용이함은 물론, 운반 이동이 편리하면서 고효율의 공기 압축 및 공기 건조제의 재생을 위해 사용되는 열원을 공기 압축기의 폐열로 사용하므로 별도의 에너지 사용이 필요 없이도 고온의 공기로 건조제를 재생함으로써 건조시 방출되는 공기의 소모량을 절감할 수 있도록 구성되는 에너지 절감형 컴프레서에 관한 것이다.
일반적으로 종래 흡착식 공기 건조기는 수분 건조기능이 우수해 자동화설비, 정밀공장 등에 설치되어 왔으나 설비비용이 고가이면서 소형(30HP이하)일 경우 제작비용의 문제로 인하여 비가열 방식으로 사용되고 있다.
또한, 비가열 방식은 건조열원을 쓰지 않는 대신 건조된 공기로 방류시켜 건조제를 재생하는 방식으로 생산 에어의 15% 정도를 방류시켜야 하는 문제점이 있다.
그리고, 건조제 교체시 작은 미립자 상태로 교체 작업이 시행되어 작업이 곤란하고, 작업시간은 많이 소요되는 문제점와 함쎄 압축기 내부 조립 장착에 많은 애로사항이 있다.
한편, 종래에 사용되는 일체형 공기 압축기는 일부 개발되어 시판되고 있으나 공기 건조기 부분이 일체형으로 취부가 간편하나 공기 건조(이슬점 온도=+4℃) 효율이 떨어지는 냉동식 건조기를 채택하여 실제 정밀 산업의 산업 현장에서는 수분의 건조도가 낮아 적용이 곤란함은 물론, 일부 흡착식 건조기를 채택한 일체형 공기 압축기도 건조제를 재생시키기 위한 건조 열원의 소요 또는 건조제를 재생하기 위한 퍼지 공기량의 소요가 발생되면서 전체적인 에너지 소모량이 증가되므로 작업현장에서는 외면 당하고 있는 실정이다.
또한, 일반적으로 산업 전반에 사용되는 압축공기 생산 공급 설비의 구성은 전기모터 또는 엔진 등의 동력발생 장치로부터 동력을 공급받아 공기를 압축하는 공기압축기와 압축된 공기를 저장 공급하는 압축공기 저장 탱크와, 압축시 발생된 열을 냉각시키는 공기 냉각기와, 공기를 압축하면 공기의 체적이 축소되므로 축소된 공기속에는 상당한 수분이 존재하게 되므로 이를 냉각시켜 공기의 수분을 제거하는 냉동식 공기제습기와, 양질의 건조 공기를 얻기 위해 수분을 흡착분리하는 흡착식 건조기인 2차 건조설비와, 공기중의 유분 및 더스트 등의 이물질을 제거하기 위해 필터를 설치 공기를 세정 사용공정에 공급하는 시스템으로 구성되어 있다.
한편, 상기와 같은 압축공기 생산 공급설비는 공기압축기, 압축공기 저장탱크, 공기 냉각기, 냉동식 공기 제습기를 비롯한 흡착식 건조기의 필터가 공기 압축기실에 각각으로 설치되어야 하므로 설치비용이 고가로 형성되며, 또한 각각의 설비가 분해 정비가 가능한 공간을 필요로 하므로 보다 넓은 설치면적을 필요하며, 각각의 구성설비를 연결하는 배관 공사 및 전기공사 비용이 추가적으로 발생되어 초기투자비용과 작업시간이 많이 걸리는 문제점이 있다.
그리고, 드라이는 냉동식과 흡착식의 2종류가 있으며, 상기 냉동식은 공기를 냉각 공기를 체적을 축소 제습하며 공기의 건조도(이슬점:이슬이 맺히는 온도=+4)가 좋지않아 정밀 공정에는 사용이 불가능하며 압축기는 10HP당 0.3KW의 전력이 소요된다.
한편, 흡착식 드라이는 비가열 방식(소형)과 가열방식(대형 50HP이상)으로 판매 사용되고 있으며, 2개의 타워로 1개의 타워는 건조공정, 1개의 타워는 건조된 공기의 일부 또는 전기 열원 및 건조공기로 건조제의 수분을 제거시키는 재생작업을 반복적으로 수행하며 일정기간 사용후 건조제를 교환하게는 방식이다.
또한, 가열식은 건조제의 재생을 위해 전기 히터를 사용 고온의 공기로 건조제를 가열 재생시키는 방식이며, 이때 수분를 포함한 공기를 배출시키기 위해 전체 공기량의 7~8%를 대기중으로 퍼지 방출한다.
그리고, 가열식의 경우 압축기 10HP당 1.0KW의 전력이 소요된다.
비가열식은 건조제의 재생을 위해 건조된 공기로 건조제를 재생시키며 생산된 공기량의 15% 이상을 퍼지 방류시켜 건조제를 재생하며 실제 건조효율은 가열식에 비해 낮다.
또한, 종래의 타워는 건조제가 미립자(겔) 상태로 내부에 충만되어 있어 건조제 교체시 내부의 건조제를 작은 배관경으로 교체하기가 어렵고 상당한 시간이 소요되어 교체 작업시 상당한 사간이 소요되는 문제가 있으며, 소형 비가열방식의 경우 건조타퉈와 재생타워가 5~10분 간격으로 공정이 교체되어 설비의 전기적 결함이 잦은 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출한 것으로, 본체 케이스 내부에 개별설비의 기능이 개선된 일체형의 설비를 통합 배치함으로써 저비용으로 적은 공간에 설치가 용이함은 물론, 운반 이동이 편리하면서 고효율의 공기 압축 및 공기 건조제의 재생을 위해 사용되는 열원을 공기 압축기의 폐열로 사용하므로 별도의 에너지 사용이 필요 없이도 고온의 공기로 건조제를 재생함으로써 건조시 방출되는 공기의 소모량을 절감할 수 있도록 구성되는 에너지 절감형 컴프레서를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본체 케이스 내부에 공기 건조기의 기능을 탑재하고 공기압축기 및 냉각 설비와 싸이크론 형식의 수유분 분리필터 압축공기 공급설비를 일체화한 구조로 형성시킨 후, 공기압축기의 폐열을 사용하는 가열식 흡착식 공기 건조기가 설치되어 압축공기 건조와 건조제를 재생할 수 있도록 구성되고, 최종공기 필터가 설치되어 양질의 압축공기 생산이 가능한 에너지 절감형 컴프레서에 관한 것이다.
비가열식 공기 건조기의 경우 건조제 재생 열원이 없어 동일 타워에서 5~10분이상 건조를 계속할 수 없어 5~10분 간격으로 건조 재생 타워를 교체하여야 하는과정에서 전기 장치의 잦은 고장이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 특징이 있으며, 비가열식과 비교 했을때 압축공기의 소모량이 절감되고, 또한 전기히터 가열방식과는 다르게 별도의 열원을 쓰지 않아 에너지가 절감되는 특징이 있다.
그리고, 본 발명은 압축기의 폐열을 이용 건조효율이 가열식과 동일 하므로 4HR이상 타워 교체없이 건조 재생작업이 가능하여 기존 소형 흡착식 공기 건조기의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 요부가 조립된 상태의 정면도.
도 2는 본 발명의 요부가 조립된 상태의 측면도.
도 3은 본 발명의 요부가 조립된 상태의 평면도.
도 4는 본 발명의 요부인 흡착식 건조기를 발췌하여 확대한 상태의 정면도
도 5는 본 발명의 요부가 작동하는 상태를 계략적으로 나타낸 작업 공정도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
01. 모터 02. 공기 압축기
03. 에어필터 04. 흡입 콘트롤 밸브
05. 오일 필터 06. 오일탱크
07. 유수 분리기 08. 미니엄 프레스 밸브
09. 전자변 10. 쿨링팬 모터
11. 오일 클러 12. 에어 클러
13. 더스트 필터 14. 사이크론 필터
15A. 흡착식 건조기 15B. 흡착식 건조기
16. 열교환기 17. 건조제 팩
18. 건조제 19. 건조제 배출구
20. 탑 프렌지 21. 플로우 셔틀밸브
23. 에어 인레트 셔틀 밸브 24. 드레인 전자변
25. 머플러 26. 퍼지에어 콘트롤밸브
27. 퍼지에어 첵크밸브 28. 수유분리엘레멘트
29. 컨트롤 박스 30. 본체
31. 압축공기유입라인 32. 건조공가배출라인
33a,33b. 압축공기유입라인 34a,34b. 건조공기배출라인
35. 퍼지에어(저온)공급라인 36a,36b. 퍼지에어(고온)공급라인
37. 고온오일리턴라인 38. 고온오일공급라인
40. 미립자 필터
이하, 본 발명의 일실시례에 의해 이루어진 구성을 첨부된 도면과 관련하여 상세히 설명하되, 첨부된 도면은 본 발명의 일실시례를 구체적으로 설명하는 예시일 뿐이며, 본 발명의 범위가 도면 또는 상기 도면을 참조한 설명에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
도 1은 본 발명의 요부가 조립된 상태의 정면도이며, 도 2는 본 발명의 요부가 조립된 상태의 측면도이고, 도 3은 본 발명의 요부가 조립된 상태의 평면도이고, 도 4는 본 발명의 요부인 흡착식 건조기를 발췌하여 확대한 상태의 정면도이고, 도 5은 본 발명의 요부가 작동하는 상태를 계략적으로 나타낸 작업 공정도이다.
먼저, 도 1 및 도 5와 같이 본체(30) 내부에 설치된 공기압축기(02)에서 생산된 공기는 공기 냉각기의 기능을 통합 용량이 증대된 에어쿨러(12)에서 냉각되고 내부에 설치된 더스트 필터(13)와 싸이클론 필터(14)에서 더스트와 수분 유분이 제거된 후, 흡착식 드라이어의 에어 인레트 퍼지 셔틀 밸브(23)로 유입됨과 함께 흡착식 건조기(15A) 내부를 통과하면서 건조시키는 구성이다,
이때, 또 다른 흡착식 건조기(15B)는 건조제 재생공정을 진행하는 구성이다.
한편, 흡착식 건조기(15A)에서 이슬점(-40℃)까지 건조된 공기는 플로우 셔틀밸브(21)를 통해 미립자 필터(40)로 통해 다음 공정으로 공급된다.
이때, 건조제 재생공정(건조제의 함유된 수분배출)에 소요되는 일부 공기는 기존제품에서는 별도의 전기에너지로 가열 하였으나 본 발명에서는 건조기 자체 또는 압축기 내부에 설치되는 열교환기(16)에서 고온(90~95℃)의 오일과 열교환하여 고온(80~85℃) 상태로 퍼지에어(저온)공급라인(35)를 통해 흡착식 건조기(15B) 내부에 투입되며, 내부의 수분은 다시 드레인 전자변(24) 공기배출구인 머플러(25)를 통해 외부로 배출되는 구성이다.
그리고, 일정시간(4~6HR)이 경과하면 컨트롤 박스(29)의 제어부 작동에 의해 흡착식 건조기(15A)(15B)는 드레인 전자변(24)의 전기적 작동과 에어 인레트 셔틀
밸브(23)의 압력차에 의한 방향전환으로 흡착식 건조기(15A)(15B)는 교체식으로 작동된다. 이때 상기 흡착식 건조기는 압축공기의 건조 및 건조제의 재생공정을 연속적으로 수행하게 된다.
상기와 같은 구조와 같이 본 발명은 공기 건조기의 건조제 재생을 위해 기존 제품에서 소요되던 별도 전기 에너지가 필요 없으며 공기 압축기의 강제냉각이 필요한 충분한 열량으로 건조제를 효율적으로 재생할 수 있다.
또한, 고효율의 건조공기 이슬점(DEW POINT) -40℃ 이상의 건조 공기를 생산 공급할 수 있으며 퍼지 공기량도 절감할 수 있다.
그리고, 도 5와 같이 압축공기는 압축공기유입라인(31)을 통해 드레인 전자변(24)과 에어 인레트 셔틀밸브(23)의 작동에 의해 흡착식 건조기(15A)와 또 다른 흡착식 건조기(15B)로 유입되고 상기 흡착식 건조기(15A)(15B) 탱크 내부에 충전된 건조제(18)를 통과하면서 수분은 흡착된 후, 건조된 공기만이 건조공기 배출라인(34a)(34b)과 건조공기 배출라인(32)을 통해 다음 공정으로 공급된다.
이때, 수분을 흡착하는 건조제 팩(17)은 그물망의 구조로 이루어짐과 함께 상기 건조제(18)는 활성 알루미나 알갱이로 형성되어 수분을 효과적으로 흡착할 수 있는 구성이다.
한편, 흡착식 건조기(15A) 또는 흡착식 건조기(15B)의 내부 공기는 플로우 셔틀 밸브(21)와 퍼지에어 첵크밸브(27) 및 퍼지 에어 콘트롤 밸브(26)를 통과하면서 유량이 조정된 후, 열교환기(16)로 유입되는 구성이다.
상기 열교환기(16)에는 고온의 압축공기오일(85~95℃)이 고온오일공급라인(38)을 통해 유입되어 퍼지에어 콘트롤 밸브(26)로 유입된 퍼지에어와 열교환 되고 출구인 고온오일리턴라인(37)을 통해 공기 압축기의 오일쿨러(11)를 거쳐 재사용되는 구성이다.
그리고, 상기 열교환기(16)에서 열교환 고온의 퍼지에어(75~90℃)는 퍼지에어 첵크밸브(27)를 통해 건조제(18) 재생을 위해 재생 공정이 진행중인 흡착식 건조기(15A) 또는 흡착식 건조기(15B)의 상부로 유입된 후, 에어인레트셔틀밸브(23)와 머플러(25)를 통해 공기중으로 배출되는 구성이다.
즉, 일정시간 흡착식 건조기(15A)에서 건조 공정이 진행되고, 흡착식 건조기(15B)에서 재생공정이 진행되면 컨트롤 판넬(29)의 작동에 의해 퍼지에어 컨트롤 밸브(26)가 반대로 작동하여 흡착식 건조기(15A)에서는 재생공정으로 전환 진행되면 상기 흡착기 건조기(15B)에서는 자동적으로 건조공정으로 전환 작동되는 구성이다.
결과적으로 본 발명은 본체(30) 내부에 흡착식 공기 건조기의 기능을 탑재하고 공기압축기 및 냉각 설비와 싸이크론 형식의 수유분 분리필터 압축 공기 공급설비를 일체화한 구조로 공기압축기의 폐열을 이용하여 건조제를 재생할 수 있는 것이다.
그리고, 비가열식 공기 건조기의 경우 건조제 재생 열원이 없어 동일 타워에서 5~10분이상 건조를 계속할 수 없어 5~10분 간격으로 건조 재생 타워를 교체하여야 하는 과정에서 전기 장치의 잦은 고장이 발생하는 것을 미연에 방지할 수 있는 특징이 있다.
또한, 본 발명은 압축기의 폐열을 이용 건조효율이 가열식과 동일 하므로 4HR이상 타워 교체없이 건조 재생작업이 가능하여 기존 소형 흡착식 공기 건조기의 문제점을 해결할 수 있는 효과가 있다.

Claims (8)

  1. 본체(30) 케이스 내부 일측에 흡착식 건조기(15A)(15B)와 연결되는 압축공기유입라인(31)을 형성하되,
    상기 압축공기유입라인(31)으로는 공기압축기(02)에서 발생되는 공기가 에어쿨러(12)를 통과 한 후, 더스터 필터(13)와 싸이크론 필터(14)를 2차적으로 통과하면서 유입 되고,
    상기 압축공기유입라인(31)으로 유입되는 공기에 함유된 수분 및 유분은 상기 흡착식 건조기(15A)(15B) 내부에 수용된 건조제 팩(17)를 통과하면서 건조 및 재생되고,
    상기 건조제 팩(17)에 함유된 수분 및 유분은 공기압축기(02)의 폐열을 사용하는 흡착식 건조기(15A)(15B)와 최종 공기 여과 필터가 설치되어 건조제(18)를 건조 및 재생시킬 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 에너지 절감형 컴프레서.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 본체(30) 내부에 설치된 공기압축기(02)에서 생산된 공기는 공기 냉각기의 기능을 통합 용량이 증대된 에어쿨러(12)에서 냉각되고 내부에 설치된 더스트 필터(13)와 싸이클론 필터(14)에서 더스트와 수분 유분이 제거된 후, 흡착식 드라이어의 에어 인레트 셔틀 밸브(23)로 유입됨과 함께 흡착식 건조기(15A) 내부를 통과하면서 건조시키게 되고, 타측의 또 다른 흡착식 건조기(15B)는 건조제(18)를 건조와 동시에 재생할 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 에너지 절감형 컴프레서.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 본체(30) 내부의 건조제 재생공정시 소요되는 일부 공기는 열교환기(16)에서 고온(90~95℃)의 오일과 열교환하여 고온(80~85℃) 상태로 퍼지에어(저온)공급라인(35)을 통해 흡착식 건조기(15A)(15B) 내부에 투입되며, 내부의 수분은 다시 머플러(25)를 통해 외부로 배출될 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 에너지 절감형 컴프레서.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 본체(30) 내부에 형성된 컨트롤 박스(29)의 제어부 작동에 의해 복수의 흡착식 건조기(15A)(15B)는 드레인 전자변(24)의 전기적 작동으로 상기 흡착식 건조기(15A)(15B)를 교체 작동시키면서 반복적 압축공기의 건조 및 건조제의 재생공정을 연속적으로 수행하게 할 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 에너지 절감형 컴프레서.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 흡착식 건조기(15A) 또는 흡착식 건조기(15B)의 내부 공기는 플로우 셔틀 밸브(21)와 퍼지플로우 첵크밸브(27) 및 플로우 퍼지에어 콘트롤 밸브(26)를 통과하면서 유량이 조정된 후, 열교환기(16)로 유입될 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 에너지 절감형 컴프레서.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 열교환기(16)에는 압축기의 고온오일(85~95℃)이 고온오일공급라인(38)을 통해 유입되어 퍼지에어 콘트롤밸브(26)로 유입된 퍼지 에어와 열교환 되고 고온오일리턴라인(37)을 통해 공기 압축기의 오일쿨러(11)를 거쳐 재사용될 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 에너지 절감형 컴프레서.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 열교환기(16)에서 열교환 고온의 퍼지에어(75~90℃)는 퍼지에어 첵크밸브(27)를 통해 건조제(18) 재생을 위해 재생공정이 진행중인 흡착식 건조기(15A) 또는 흡착식 건조기(15B)의 상부로 유입된 후, 에어 인레트 셔틀밸브(23)와 머플러(25)를 통해 공기중으로 배출될 수 있도록 구성함을 특징으로 하는 에너지 절감형 컴프레서.
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