KR101465307B1 - 기체의 압축 건조 장치, 및 그 방법 - Google Patents

기체의 압축 건조 장치, 및 그 방법 Download PDF

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Abstract

기체를 압축 및 건조시키는 장치(1)는 압축기 장치(2) 및 이 압축기 장치에 연결되고 기체의 건조를 위해 건조제를 이용하는 형태의 건조기(3)를 포함하며, 압축기 장치(2)는 제1 저압 스테이지 및 이에 후속한 하나 이상의 고압 스테이지를 형성하도록 서로 직렬로 연결된 2개 이상의 압축기 요소(6, 7, 8)와, 후방 냉각기(15)가 구비된 유출 파이프(11)를 포함하며, 건조기(3)는 건조 섹션(18) 및 재생 섹션(19)을 포함하며, 이 재생 섹션(19)은 그 유입구(23) 및 유출구(28)를 거쳐 습한 건조제를 통과하게 되는 재생 기체에 의해 습한 건조제를 건조시키도록 되어 있고, 유입구(23)에 재생 파이프(22)가 연결되며, 재생 기체의 적어도 일부가, 재생 파이프(22)에 합체된 1차 부분(26) 및 압축기 요소(6, 7, 8)의 압력측에 의해 기체가 공급되는 2차 부분(27)을 갖는 기체간 열 교환기(25)에 의해 가열된다.

Description

기체의 압축 건조 장치, 및 그 방법{DEVICE FOR COMPRESSING AND DRYING GAS AND A METHOD APPLIED THEREBY}
본 발명은 기체를 압축하고 건조시키는 장치에 관한 것이다.
기체를 건조시키는 건조제를 이용하는 형태의 건조기가 연결된 압축기 장치로 이루어진 그러한 장치가 이미 공지되어 있는데, 그 압축기 장치는 한편으로는 유입구 및 유출구를 갖는 2개 이상의 압축기 요소와, 다른 한편으로는 후방 냉각기(aftercooler)가 구비된 유출 파이프를 포함하며, 그 압축기 요소들은 서로 함께 직렬로 연결되어, 제1 저압 스테이지, 및 이에 후속한 하나 이상의 고압 스테이지를 형성하며, 이들 고압 스테이지는 각각 압력 파이프를 통해 이전의 압축기 요소의 유출구에 유입구가 연결되며, 건조기에는 건조 섹션 및 재생 섹션이 마련된다.
건조 섹션은 기체를 건조시키는 건조제로 채워져 이 건조제를 통과해 기체가 지나가게 되며, 이를 위해 압축기 장치의 상기한 유출 파이프에 연결된 유입구, 및 소비자에게 연결될 수 있는 하류 네트워크에 압축 건조 기체를 공급하기 위한 상기한 장치의 출구로서도 기능하는 유출구를 구비하고 있다.
건조될 압축 기체가 건조 섹션 내의 건조제를 통과해 흐를 때, 수분이 흡수 또는 흡착에 의해 기체에서 건조제 내로 빨아들여진다.
재생 섹션에서는 기체를 건조시키는 데에 이미 사용되어 건조될 기체로부터 흡착된 수분으로 포화되거나 부분적으로 포화된 건조제를 재생시킨다.
그 건조제는 재생 섹션에서 이 재생 섹션의 유입구 및 유출구를 거쳐 그 건조제를 통과해 안내되는 재생 기체에 의해 건조된다.
"압축 열" 건조기(heat of compression dryer : HOC dryer)가 이용되는 경우, 재생 기체는 후방 냉각기로부터 상류측 위치, 예를 들면 최종 압축기 요소의 유출구측에서 상기한 압축기 장치의 유출 파이프로부터 직접 분기되는데, 분기된 재생 기체는 비교적 습하지만, 높은 온도로 인해 그 재생 기체가 재생 섹션을 통과해 안내될 때에 재생될 건조제로부터 수분을 흡수하기에 충분히 낮은 상대 습도를 제공한다.
그러한 공지의 장치의 문제점은, 재생 후에도 건조제가 소정 양의 수분을 여전히 함유하여, 이 건조제가 후속 스테이지에서 압축 기체를 건조시키는 데에 이용될 때에 건조될 기체로부터 단지 비교적 제한된 양의 수분만을 흡수하며, 결과적으로 건조된 기체가 그 장치를 떠날 때에 소정 잔류 수분 함량을 갖고 있게 된다는 점이다.
따라서, 건조제의 수분 흡수 용량이 제한되어 건조 섹션의 건조제를 얼마 지나지 않아 다시 재생시켜야 할 것이다.
공지의 장치에서, 압축 기체는 일반적으로 후속 압축 스테이지 또는 이에 후속한 건조기의 양호한 작동을 위해 각 압축 스테이지 후에 중간 냉각기 또는 후방 냉각기에서 냉각되며, 이 경우, 그로 의해 기체로부터 추출된 열은 에너지 손실이 되며, 이 손실도 역시 공급되는 압축 건조 기체의 가격을 결정하게 된다.
또한, 이용되는 중간 냉각기 또는 후방 냉각기는 그 장치의 전체적인 가격을 결정하게 된다.
본 발명은 전술한 단점 및/또는 기타 단점 중 하나 이상을 갖고 있지 않도록, 공지의 기체 압축 건조 장치를 개선하는 데에 있다.
이를 위해, 본 발명은, 전술한 바와 같은 장치에 있어서, 재생 기체의 적어도 일부가 재생 파이프에 합체된 1차 부분 및 상기한 압축기 요소의 압력측에 의해 기체가 공급되는 2차 부분을 갖는 기체간 열 교환기에 의해 가열되며, 상기한 기체간 열교환기에는 그 2차 부분이 상기한 저압 스테이지와 이에 후속한 고압 스테이지 사이에서 연장하는 압력 파이프에 마련되는 그러한 장치에 관한 것이다.
이러한 장치의 이점은, 재생 기체를 더 가열함으로써, 재생 기체 내에 존재하는 수분의 분압을 더욱 감소시키며, 실제로 가열된 재생 기체가 추가적인 가열이 없는 경우보다 더 많은 수분을 흡수할 수 있도록 되고, 궁극적으로 재생된 건조제는 보다 건조한 상태로 된다는 점이다.
건조 섹션에서 이용되는 재생된 건조제가 시작시부터 보다 건조한 상태로 있다는 점으로 인해, 재생된 건조제는 건조 단계 중에 건조될 기체로부터 보다 많은 수분을 흡수할 수 있어, 공급되는 압축 기체가 장치를 떠날 때에 더 건조한 상태로 되게 하며, 이에 따라 건조 용량에 대해 유리한 효과를 갖는다.
따라서, 건조 섹션 내의 건조제를 서둘러 재생하지 않아도 될 것이다.
재생 기체를 가열하는 데에 필요한 열의 적어도 일부가 또한 압축기 장치의 압축 열로부터 회수되며, 이를 위해 이용되는 기체간 열 교환기가 압축 기체를 냉각하도록 공지의 장치에서 이용되어 온 하나 이상의 냉각기를 완전히 또는 부분적으로 대체한다.
따라서, 압축 기체로부터 추출된 에너지를 재생 섹션에서 건조제의 훨씬 더 강력한 건조에 유용하게 이용할 수 있어, 에너지 손실을 줄임에 따라 공급되는 압축 건조 기체의 가격에도 유리하다.
따라서, 공급되는 기체는 더 건조한 상태일 것이며, 또한 보다 유리한 가격으로 생산될 수 있다.
그 목표는 가능한 한 많은 열을 압축 기체로부터 회수하여 재생 섹션의 유입구에서 재생 기체의 온도를 최대로 하고, 또한 재생 섹션에서의 건조제의 건조에 대한 효과를 최대화한다는 점이다.
바람직하게는, 재생 기체는 열 교환기의 1차 부분이 합체된 상기한 재생 파이프를 통해 압축기 장치에 의해 압축된 기체로부터 분기되며, 그 재생 파이프는 재생 섹션의 유입구를 압축기 장치의 상기한 유출 파이프 또는 건조 섹션의 유출구에 연결한다.
본 발명의 바람직한 특징에 따르면, 2개의 연속하는 재생 단계가 이용되는데, 다시 말해 제1 재생 단계에서는 재생 기체를 제1 재생 파이프를 통해 공급하고, 이에 후속하여 건조제를 더 건조시키기 위한 제2 재생 단계에서는 재생 기체를 제2 재생 파이프를 통해 공급하며, 상기한 기체간 열 교환기가 두 재생 파이프 중 적어도 하나에 마련된다.
바람직하게는 제2 재생 파이프를 통해 공급되는 제2 양의 재생 기체가 제1 재생 파이프를 통해 공급되는 제1 양의 재생 기체보다 낮은 상대 습도를 나타내는데, 이는 제2 양의 재생 기체가 상기한 제1 양의 재생 기체보다 높은 온도를 갖거나, 및/또는 제2 양의 재생 기체가 이미 건조되었기 때문이다.
따라서, 본 발명의 상기한 이점은 훨씬 더 두드러지게 된다.
바람직하게는, 전술한 구성은 건조제로 채워진 드럼을 갖는 회전식 건조기를 구비한 장치에 적용되는데, 그 건조제는 드럼의 회전을 통해 건조 섹션을 통과해 안내되고 이어서 제1 재생 섹션 및 어쩌면 제2 재생 섹션을 통과해 안내된다.
본 발명은 또한 압축기 장치 및 이 압축기 장치에 연결되고 기체의 건조를 위해 건조제를 이용하는 형태의 건조기를 포함하는 장치에 의해 기체를 압축 및 건조시키는 방법에 관한 것으로, 압축기 장치가 하나의 저압 스테이지 및 이에 후속한 하나 이상의 고압 스테이지를 각각 형성하는 2개 이상의 압축기 요소에서 2개 이상의 연속 스테이지로 기체를 압축하고, 그 압축 기체를 후방 냉각기가 구비된 유출 파이프를 거쳐 건조기를 통과시켜 압축 기체를 건조시키며, 이를 위해 건조기에는 기체가 통과해 지나갈 건조제로 채워진 건조 섹션이 마련되고, 이 건조 섹션에는 압축 건조된 기체를 공급하는 출구로서 기능하는 유출구가 구비되며, 건조기는 또한 재생 섹션을 구비하고, 이 재생 섹션은 재생 섹션의 유입구 및 유출구를 거쳐 습한 건조제를 통과하게 되는 재생 기체에 의해 습한 건조제를 건조시키도록 된 것인 기체의 압축 건조 방법에 있어서, 재생 기체의 적어도 일부를 재생 기체가 흘러 지나가는 1차 부분 및 저압 스테이지를 형성하는 상기한 압축기 요소의 압력측에 의해 기체가 공급되는 2차 부분을 갖는 기체간 열 교환기에 의해 가열하는 것을 특징으로 하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 특징을 보다 양호하게 제시하고자, 이하에서 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 기체의 압축 건조 장치의 몇몇 바람직한 실시예를 한정하고자 하는 것이 아니라 예로서 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 기체의 압축 건조 장치를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명에 따른 장치의 변형예들을 도시하는 도면이다.
도 1의 장치(1)는 기체를 압축 및 건조시키는 장치로서, 압축기 장치(2) 및 기체를 건조시키도록 건조제를 이용하는 형태의 건조기(3)로 이루어지며, 압축 및 건조될 기체를 위한 입구(4)와, 도면에 도시 생략한 하류측 소비자 네트워크에 연결되는 압축 및 건조된 기체를 공급하기 위한 출구(5)를 구비하고 있다.
본 예의 경우, 압축기 장치(2)는 3개의 압축기 요소(6, 7, 8)를 포함하며, 이들 압축기 요소는 서로 직렬로 연결되어, 상기한 입구(4)에 유입구가 연결된 제1 저압 스테이지(6)와, 이에 후속하여 이전 압축기 요소(6, 7)의 유출구에 압력 파이프(9, 10)를 통해 유입구가 각각 연결된 2개의 고압 스테이지(7, 8)를 형성한다.
최종 고압 스테이지(8)는 유출 파이프(11)를 통해 건조기(3)의 유입구에 연결된다.
각각의 압축기 요소는 모터(12)에 의해 구동되고, 그 모터는 압축기 요소(7, 8)에 대해서는 공용 모터(12)에 의해 이루어지지만 반드시 그럴 필요는 없다. 바람직한 실시예에서, 두 모터(12)는 모두 대략 동일한 출력을 갖지만, 본 발명에 대해 반드시 그럴 필요는 없다.
각각의 압축기 요소(6, 7, 8)의 하류측에는 해당 압축기 요소에 의해 압축된 기체를 냉각시키도록 냉각기, 즉 2개의 중간 냉각기(13, 14) 및 하나의 후방 냉각기(15)가 각각 마련된다.
도 1의 예에서, 그러한 냉각기(13, 14, 15)는 냉각될 기체가 통과해 안내되도록 압력 파이프(9, 10) 또는 유출 파이프(11)에 합체된 1차 부분, 및 물과 같은 냉각제가 통과해 안내될 2차 부분을 갖는 액체-기체 냉각기이다.
그러나, 그러한 냉각기가 예를 들면 팬에 의해 냉각기 위로 송풍되는 주변의 공기를 냉각제로서 이용하는 기체간 냉각기인 경우를 배제하진 않는다.
건조기(3)는 모터(17)에 의해 구동되어 공지의 방식으로 회전하는 회전 드럼을 갖는 회전식 건조기이며, 그 드럼에는 수분을 흡수하였다가 다시 방출할 수 있는 건조제로 채워진다.
드럼(16)이 회전하는 경우, 드럼(16) 내의 건조제는 건조 섹션(18)과 재생 섹션(19)을 교대로 지나가게 되며, 압축기 장치(2)로부터 오는 기체는 이 기체를 건조시키도록 건조 섹션(18)을 통해 안내된다.
이를 위해, 건조 섹션(18)의 유입구(20)는 압축기 장치(2)의 유출 파이프(11)에, 보다 구체적으로 후방 냉각기(15)의 하류측에 있는 유출 파이프(11)의 부분에 연결된다.
건조 섹션(18)의 유출구(21)는 압축 및 건조된 기체를 공급하기 위한 상기한 장치(1)의 출구(5)로서 기능한다.
기체가 건조 섹션(18)을 통과해 흐를 때, 수분이 흡수 및/또는 흡착에 의해 기체에서 건조제 내로 빨아들여진다.
모터(17)의 회전 속도는 건조제가 재생 섹션(19)을 떠날 때에 건조제가 완전히 재생되도록 제어된다.
재생 섹션(19)에서는 재생 섹션(19) 내의 건조제로부터 수분을 흡수할 수 있는 기체 흐름이 건조제를 통과하게 함으로써 건조제가 재생되는데, 그 기체 흐름은 유출 파이프(11)가 재생 파이프(22)를 통해 재생 섹션(19)의 유입구(23)에 연결된 도 1의 경우에 본 예에서는 후방 냉각기(15)로부터 상류측의 지점(24)에서 분기된다.
재생을 위해 분기되는 기체 흐름(QR)은 바람직하게는 입구에서 유입된 기체 흐름(Q)의 약 40%에 이르는 양이다.
본 발명에 따르면, 분기된 기체 흐름(QR)은 먼저 기체간 열 교환기(25)에서 가열되는데, 이 기체간 열 교환기(25)는 그 1차 부분이 상기한 재생 파이프(22)에 합체되어 있는 한편, 2차 부분은 압축기 장치(2), 보다 구체적으로는 저압 압축기 요소(6)로부터 나온 압축 기체가 통과해 안내되도록 압력 파이프(9)에 합체된다.
열 교환기(25)는, 재생 섹션(19) 내의 건조제 내에 존재하는 수분의 분압보다 낮은 재생 기체 내의 수분의 분압이 얻어지도록 재생 섹션(19)의 유입구(23)에서 재생 기체의 온도가 가능한 한 높도록 되어 재생 기체가 건조제로부터 수분을 흡수할 수 있게 하는 치수로 되는데, 유입구(23)에서의 상기한 온도가 높을 수록 재생 기체 내의 수분의 분압은 낮아진다.
바람직하게는, 열 교환기(25)는 재생 섹션(19)의 유입구(23)에서 재생 기체의 온도가 130 ℃ 내지 150 ℃, 바람직하게는 약 140 ℃로 되도록 하는 치수로 될 것이다.
재생 섹션의 유출구(28)를 통해 재생 섹션(19)을 떠나는 재생 기체의 흐름(QR)은 손실되거나, 바람직하게는 열 교환기(29)에서 냉각된 후에, 이젝터(ejector)(30)를 통해 압축기 장치(2)로부터 나온 흐름(QD)과 혼합되어, 이 흐름(QD)과 함께 건조 섹션(18)을 통과한다.
장치(1)의 작동은 매우 간단한 것으로 이하에서 설명한다.
기체가 입구(4)를 통해 흡입되어 연속하는 스테이지들에서 점점 더 높은 압력으로 압축된다.
각각의 압축 스테이지(6, 7, 8)들 후에, 기체는 후속 압축 스테이지의 효율을 보다 크게 하거나 건조기(3)의 건조 섹션(18)에서 기체를 보다 효율적으로 건조시키도록 그 온도를 감소시키게 열 교환기(13, 14, 15)에 의해 냉각된다.
2개의 모터(12)가 대략 동일한 출력을 갖고 있는 도 1의 실시예에서, 제1 압축기 요소(6) 바로 다음에서의 온도는 분기 지점(24)에서의 온도보다 훨씬 더 높아, 그 온도차가 50 ℃ 내지 75 ℃ 정도의 크기로 될 수 있다.
그 경우, 본 발명에 따르면 이러한 온도차는 건조제를 보다 효율적으로 재생할 수 있게 지점(24)으로부터 분기된 재생 기체를 가열하는 데에 이용된다.
이러한 식으로, 제1 저압 스테이지(6)로부터의 압축열이 재생 기체를 유용하게 가열하도록 회수되며, 이는 중간 냉각기를 통해 흐르는 냉각제로 열을 완전히 잃어버리는 공지의 장치에 대한 상황과는 대조적이다.
이는 통상 손실되는 열의 적어도 일부를 건조기(3)의 작동을 최적화하는 데에 유용하게 이용할 수 있고, 또한 중간 냉각기(13)를 완전히 또는 부분적으로 제거할 수 있음을 의미한다.
대략 350 kW의 출력과 초당 약 1000 리터의 기체 흐름(Q)을 갖는 장치(1)에서, 예를 들면 25 kW의 열 교환기기 유리한 효과를 갖고 이용될 수 있다.
그러한 출력은 또한, 재생 기체를 가열하는 데에 어떠한 외부적 가열도 필요로 하지 않다는 점과, 회수된 열만큼 중간 냉각기(13)를 통해 제거하지 않아도 되어 그 중간 냉각기를 또한 보다 작게 할 수 있다는 점에서 이중의 이점을 가져오게 된다.
따라서, 25 kW의 파워를 갖는 열 교환기(25)에 있어서 제1 압축 스테이지(6) 후에 50 kW의 에너지 손실이 절감될 수 있다.
도 2에서는 기체간 열 교환기(25)가 2개의 기체간 열 교환기(25', 25")로 나누어진 대안적인 실시예를 도시하고 있으며, 여기서 그 기체간 열 교환기(25', 25")들은 각각 중간 냉각기(13, 14)의 상류측에서 상이한 압축기 요소(6, 7)의 압력 파이프(9, 10)에 개별적으로 합체되어, 열 교환기(25', 25")가 중간 냉각기(13, 14)를 위한 사전 냉각기로서 기능하도록 되어 있다.
따라서, 그 열 교환기(25', 25")의 1차 부분(26', 26")들은 재생 파이프(22)에 병렬 구성으로 합체된다.
도 1의 실시예에 비한 가능한 이점은, 적어도 압축기 요소(6, 7)의 유출구 온도가 대략 동일한 경우에도 재생 섹션(19)의 유입구(23)에서 훨씬 더 높은 온도에 도달할 수 있다는 점이다. 이러한 구성에서, 기체간 열 교환기(25', 25")를 기존의 중간 냉각기(13, 14)에 통합하는 것이 아마 더 실현 가능성이 있을 수 있다.
도 3에서는 본 발명에 따른 장치(1)의 변형예를 도시하고 있으며, 이 경우, 압축기 요소(7, 8)의 공용 모터(12)는 예를 들면 제1 압축기 요소(6)의 모터(12)와 동일한 출력을 모두 갖고 있는 2개의 개별 모터로 대체되었으며, 재생 기체는 후방 냉각기(15)로부터 하류측에서 분기되고 있다.
이 경우, 압축기 요소의 유출구에서의 온도는 도 1의 상황과 다르며, 이를 고려하여 후방 냉각기(15)로부터 하류측의 분기 지점(24)에서 재생 기체를 분기시키도록 선택되어 있는 한편, 본 발명의 범주에서, 그 재생 기체를 2차 부분(27)이 제1 및 제2 압축기 요소(6, 7)들 사이의 압력 파이프(9) 대신에 제2 및 제3 압축기 요소(7, 8)들 사이의 압력 파이프(10)에 합체된 기체간 열 교환기(25)에 의해 가열하도록 되어 있다.
열 교환기(25)는 중간 냉각기(14)와 함께 압력 파이프(10)에 합체되어, 중간 냉각기(14)의 기능의 일부를 떠맡게 되며, 이에 따라 그 중간 냉각기를 보다 작게 할 수 있다.
그 작동은 또한 도 1의 실시예와 완전히 유사하다.
후방 냉각기(15)로부터 하류측에서 재생 기체를 분기시키는 실시예는 재생 기체 내의 수분의 보다 낮은 분압을 보장한다. 최종 압축기 요소(8)에서 나온 기체가 먼저 후방 냉각기(15)를 거치기 때문에, 수분의 일부가 중간 냉각기(15)에서 응축에 의해 분리될 것이다. 따라서, 후방 냉각기(15)로부터 하류측의 기체는 후방 냉각기(15)의 상류측보다 현저히 낮은 수분을 함유한다. 이는 물론 재생에 유리한 효과를 갖는다.
따라서, 기체간 열 교환기(25)는, 압축기 요소(8) - 기체간 열 교환기(25) - 후방 냉각기(15) - 재생 기체 분기 지점(24)과 같은 순서로, 최종 고압 스테이지 바로 다음에 그로부터 하류측에 배치될 수 있다.
도 4에서는 본 발명에 따른 장치(1)의 다른 변형예를 도시하고 있으며, 이 경우, 도 1의 실시예에 비해 2개의 연속하는 재생 단계가 적용되어 있다.
제1 재생 단계는, 후방 냉각기(15) 바로 다음의 분기 지점(24a)에서 제1 재생 파이프(22a)를 통해 압축기 장치(2)의 압축 기체로부터 분기되어, 2차 부분(27a)이 압력 파이프(9)에 합체된 제1 열 교환기(25a)에 의해 가열되는 재생 기체의 제1 흐름(QRa)에 기초하여 적용된다.
제2 재생 단계는, 다른 분기 지점(24b)에서 제2 재생 파이프(22b)를 통해 건조기(3) 다음의 출구(5)에서의 건조 압축 공기로부터 직접 분기되어, 2차 부분(27b)이 동일한 압력 파이프(9)에 합체된 제2 열 교환기(25b)에 의해 가열되는 재생 기체의 제2 흐름(QRb)에 기초하여 적용된다.
열 교환기(25a, 25b)는 모두 중간 냉각기(13)와 함께 압력 파이프에 병렬 구성으로 합체된다.
제1 흐름(QRa)은 예를 들면 장치(1)에 의해 흡입된 기체 흐름(Q)의 40% 정도의 크기인 한편, 제2 흐름(QRb)은 그 흐름(Q)의 10% 정도의 크기이다.
열 교환기들은 바람직하게는 재생 섹션의 각각의 유입구에서 재생 기체의 온도가 두 재생 단계 모두에 대해 가능한 한 높게 되도록 치수 설정되고 연결된다.
제2 재생 단계에서, 건조제는 제1 재생 단계에서의 건조에 비해 재생 섹션(19)에서 더욱 건조된다. 그 결과, 재생된 건조제는 건조 섹션(18)에서 기체로부터 더 많은 수분을 흡수할 수 있고, 이 또한 물론 유리하다.
도 5에서는, 2개의 고압 스테이지(7, 8)가 공용 모터(12) 대신에 개별 모터(12)에 의해 각각 구동되고, 열 교환기(25a, 25b)가 2개의 고압 압축기 요소(7, 8)들 사이의 압력 파이프(10)에 합체되어 있다는 점에서 도 4의 실시예와 상이한 또 다른 실시예를 도시하고 있다.
도 5에 대한 변형예로서, 열 교환기(25a, 25b) 각각을 상이한 압축기 요소(6, 7)의 압력 파이프(9, 10)에 개별적으로 합체시켜 상이한 압력 레벨의 압력 파이프에 합체되도록 하는 것을 배제하진 않은데, 예를 들면 열 교환기(25a)가 압력 파이프(9)에 합체되고 열 교환기(25b)가 압력 파이프(10)에 합체된다.
도 6에서는 본 발명에 따른 장치(1)의 또 다른 변형예를 도시하고 있으며, 이 경우에도 역시 2개의 연속하는 재생 단계가 적용되지만, 제2 재생 단계를 위한 재생 기체 흐름(QRb)만이 압축기 장치(2)의 유출 파이프(11)에 합체된 기체간 열 교환기(25b)를 통해 압축기 장치(2)의 압축 기체에 의해 가열되고 있다.
압축기 장치(2)의 상황에 따라 열 교환기(25)가 합체될 수 있는 위치는 물론, 재생 기체가 분기되는 지점(24) 및 그 유량(QR)이 선택되어야 하고, 2개의 재생 단계를 갖는 경우, 열 교환기(25a, 25b)가 반드시 동일한 압력 파이프 또는 유출 파이프에 합체될 필요는 없다는 점은 명백할 것이다.
본 발명을 3개의 압축 스테이지를 갖는 압축기 장치(2)를 기초로 설명하였지만, 본 발명은 저압 스테이지와 고압 스테이지를 각각 형성하는 단지 2개의 압축기 요소를 갖거나 3개보다 많은 압축기 요소를 갖는 압축기 장치(2)에도 바로 적용될 수 있다.
도시한 예들 각각에서는 재생 기체가 유출 파이프(11) 또는 건조 섹션(18)의 유출구(21)에서 분기되고 있지만, 본 발명에 따르면, 그 재생 기체를 별도의 재생 기체 공급원으로부터 공급하여 장치(1)로부터 분기시키지 않도록 하는 것을 배제하진 않는다.
또한, 건조기가 반드시 회전식일 필요는 없고, 건조 섹션과 재생 섹션을 갖는 임의의 다른 형태의 건조기일 수 있다.
본 발명이 예로서 설명하고 도면에 도시한 실시예들에 결코 제한되는 것이 아니라, 본 발명에 따른 기체를 압축 건조시키는 장치는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 모든 종류의 형상 및 치수로 구현될 수 있다.

Claims (19)

  1. 압축기 장치(2) 및 이 압축기 장치에 연결되고 기체의 건조를 위해 건조제를 이용하는 형태의 건조기(3)를 포함하는, 기체를 압축 및 건조시키는 장치(1)로서,
    상기 압축기 장치(2)는 한편으로는 유입구 및 유출구를 갖는 2개 이상의 압축기 요소(6, 7, 8)와, 다른 한편으로는 후방 냉각기(aftercooler)(15)가 구비된 유출 파이프(11)를 포함하며, 상기 압축기 요소(6, 7, 8)들은 서로 함께 직렬로 연결되어, 제1 저압 스테이지, 및 이에 후속한 하나 이상의 고압 스테이지를 형성하며, 이들 고압 스테이지는 각각 압력 파이프(9, 10)를 통해 이전의 압축기 요소의 유출구에 유입구가 연결되며, 상기 건조기(3)는 건조 섹션(18) 및 재생 섹션(19)을 포함하며, 상기 건조 섹션(18)은 기체를 건조시키는 건조제로 채워져 이 건조제를 통과해 기체가 지나가게 되며, 이를 위해 상기 압축기 장치(2)의 상기 유출 파이프(11)에 연결된 유입구(20), 및 압축 건조 기체를 공급하기 위한 출구(5)로서도 기능하는 유출구(21)를 구비하며, 상기 재생 섹션(19)은 재생 섹션의 유입구(23) 및 유출구(28)를 거쳐 습한 건조제를 통과하게 되는 재생 기체에 의해 습한 건조제를 건조시키도록 되어 있고, 상기 유입구(23)에 재생 파이프(22)가 연결되어 있는, 기체의 압축 건조 장치에 있어서,
    상기 재생 기체의 적어도 일부가 재생 파이프(22)에 합체된 1차 부분(26) 및 상기 압축기 요소(6, 7, 8)의 압력측에 의해 기체가 공급되는 2차 부분(27)을 갖는 기체간 열 교환기(25)에 의해 가열되며, 상기 기체간 열교환기(25)에는 그 2차 부분(27)이 상기 제1 저압 스테이지와 이에 후속한 고압 스테이지 사이에서 연장하는 압력 파이프(9, 10)에 마련되는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 재생 기체의 적어도 일부가 상기 열 교환기(25)의 1차 부분이 합체된 상기 재생 파이프(22)를 통해 상기 장치(1)에 의해 압축된 기체로부터 분기되며, 상기 재생 파이프(22)는 상기 재생 섹션(19)의 유입구(23)를 압축기 장치(2)의 유출 파이프(11)에 또는 건조 섹션(18)의 유출구(21)에 연결하는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 열 교환기(25)는 후방 냉각기(15)의 상류측에 배치되는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 재생 기체는 압축기 장치(2)의 상기 유출 파이프(11)로부터 분기되며, 분기된 재생 기체의 흐름(QR)은 압축기 장치(2)에 의해 압축되는 기체 흐름(Q)의 40%인 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 재생 파이프(22)에서의 열 교환기는 재생 섹션(19)의 유입구(23)에서 재생 기체의 온도가 130 ℃ 내지 150 ℃로 되도록 하는 치수로 되는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 유출 파이프(11) 상의 재생 파이프(22)는 후방 냉각기(15) 전후의 압축 기체의 온도에 따라 후방 냉각기(15)로부터 상류측 또는 하류측의 분기 지점(24)으로부터 분기되는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 건조기(3)는 2개의 재생 단계를 구비하며, 그 중 제1 재생 단계에서는 재생 기체를 제1 재생 파이프(22a)를 통해 공급하고, 이에 후속하여 건조제를 더욱 건조시키기 위한 제2 재생 단계에서는 재생 기체를 제2 재생 파이프(22b)를 통해 공급하며, 상기 기체간 열 교환기(25)가 두 재생 파이프(22a 또는 22b) 중 적어도 하나에, 또는 두 재생 파이프(22a, 22b) 모두에 존재하는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 기체간 열 교환기(25)가 적어도 상기 제2 재생 파이프(22b)에 있는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  9. 제7항에 있어서, 상기 제1 재생 파이프(22a)는 제1 재생 단계를 위한 재생 기체를 분기시키도록 상기 압축기 장치(2)의 유출 파이프(11)에 연결되는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  10. 제7항에 있어서, 상기 제2 재생 파이프(22b)는 제2 재생 단계를 위한 재생 기체를 분기시키도록 상기 건조기의 건조 섹션(18)의 유출구(21)에 연결되는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 재생 단계의 경우에 압축기 장치(2)에 의해 압축되는 기체 흐름(Q)의 40%를 분기시키며, 상기 제2 재생 단계의 경우에 장치(1)에 의해 공급되는 기체 흐름의 10%를 분기시키는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 건조기(3)는 건조제로 채워진 드럼(16)을 갖는 회전식 건조기이며, 상기 건조제는 드럼(16)의 회전을 통해 교대로 건조 섹션(18)을 통과해 안내되고 이어서 제1 재생 섹션(19)을 통과해 안내되고, 제2의 재생 섹션(19)을 갖는 경우에는 제2의 재생 섹션(19)도 통과해 안내되는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  13. 제1항에 있어서, 기체간 열 교환기(25)가 합체된 압력 파이프(9, 10) 또는 유출 파이프(11)에 중간 냉각기(13, 14) 또는 후방 냉각기(15)가 더 마련되며, 기체간 열 교환기(25)는 중간 냉각기(13, 14) 또는 후방 냉각기(15)의 상류측에 위치하는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  14. 제9항에 있어서, 2개의 재생 단계가 있고 각각의 재생 단계를 위해 별개의 기체간 열 교환기(25a, 25b)를 갖는 경우, 두 열 교환기(25a, 25b)는 각각 상이한 압축기 요소(6, 7)의 압력 파이프(9, 10)에 개별적으로 합체되는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  15. 제9항에 있어서, 2개의 재생 단계가 있고 각각의 재생 단계를 위해 별개의 기체간 열 교환기(25a, 25b)를 갖는 경우, 두 열 교환기(25a, 25b)는 모두 연속한 두 압축기 요소 사이의 동일한 압력 파이프(9, 10)에 배치되는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  16. 제15항에 있어서, 두 열 교환기(25a, 25b)는 상기 압력 파이프(9, 10)에서 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 재생 섹션(19)의 유출구(28)는 건조 섹션(18)의 유입구(20)에 냉각기(29)를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  18. 제16항에 있어서, 상기 재생 섹션(19)의 유출구(28)는 건조 섹션(18)의 유입구(20)에 이젝터(ejector)(30)를 통해 연결되는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 장치.
  19. 압축기 장치(2) 및 이 압축기 장치에 연결되고 기체의 건조를 위해 건조제를 이용하는 형태의 건조기(3)를 포함하는 장치(1)에 의해 기체를 압축 및 건조시키는 방법으로서,
    상기 압축기 장치(2)는 하나의 저압 스테이지 및 이에 후속한 하나 이상의 고압 스테이지를 각각 형성하는 2개 이상의 압축기 요소(6, 7, 8)에서 2개 이상의 연속 스테이지로 기체를 압축하고, 이 압축 기체를 후방 냉각기(15)가 구비된 유출 파이프(11)를 거쳐 상기 건조기(3)를 통과시켜 압축 기체를 건조시키며, 이를 위해 상기 건조기(3)에는 기체가 통과해 지나갈 건조제로 채워진 건조 섹션(18)이 마련되고, 이 건조 섹션(18)에는 압축 건조된 기체를 공급하는 출구(5)로서 기능하는 유출구(21)가 구비되며, 상기 건조기는 또한 재생 섹션(19)을 구비하고, 이 재생 섹션(19)은 재생 섹션의 유입구(23) 및 유출구(28)를 거쳐 습한 건조제를 통과하게 되는 재생 기체에 의해 습한 건조제를 건조시키도록 된 것인 기체의 압축 건조 방법에 있어서,
    상기 재생 기체의 적어도 일부를, 재생 기체가 흘러 지나가는 1차 부분(26) 및 저압 스테이지를 형성하는 상기 압축기 요소(6)의 압력측에 의해 기체가 공급되는 2차 부분(27)을 갖는 기체간 열 교환기(25)에 의해 가열하는 것을 특징으로 하는 기체의 압축 건조 방법.
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