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KR20130047683A - 기체 압축 건조 장치 - Google Patents

기체 압축 건조 장치 Download PDF

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KR20130047683A
KR20130047683A KR1020127023577A KR20127023577A KR20130047683A KR 20130047683 A KR20130047683 A KR 20130047683A KR 1020127023577 A KR1020127023577 A KR 1020127023577A KR 20127023577 A KR20127023577 A KR 20127023577A KR 20130047683 A KR20130047683 A KR 20130047683A
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South Korea
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compartment
tubes
inlet
outlet
heat exchanger
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KR1020127023577A
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스테인 요제프 리타 요한나 얀센스
우베 파네르
크리스토페 브리르스
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아틀라스 캅코 에어파워, 남로체 벤누트삽
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Abstract

기체를 압축 및 건조시키는 장치를 개시하며, 이 장치(25)는 저압 스테이지(30), 고압 스테이지(36) 및 압력 파이프(39)를 구비한 다단 압축기와, 건조 구역(41) 및 재생 구역(40)을 구비한 흡착 건조기(27)를 포함하며, 저압 스테이지(30)와 고압 스테이지(36) 사이에 중간 냉각기(34)가 배치되며, 메인 구획(7)을 갖는 열교환기(1)가 더 마련되며, 메인 구획(7)은 제1 일차 유체를 위한 입구부(9)와 출구부(10)를 구비하며, 튜브(13)들의 단부가 각 튜브 세트(11, 12)에 대해 별개의 입구 구획(14, 16) 및 출구 구획(15, 17)에 각각 연결되며, 제1 튜브 세트(11)의 튜브들은 중간 냉각기(34)의 냉각 회로를 형성하여, 상기 흡착 건조기(27)의 재생을 위해 고압 스테이지(36)로부터 온 기체를 가열한다.

Description

기체 압축 건조 장치{DEVICE FOR COMPRESSING AND DRYING GAS}
본 발명은 기체 압축 및 건조 장치에 관한 것이다.
튜브 열교환기가 이미 공지되어 있는데, 이 튜브 열교환기는, 내부에서 하나 이상의 튜브가 제1 유체를 위한 제1 입출구부들 간에 길이 방향으로 연장하고 있는 하우징, 및 제2 유체를 위한 제2 입출구부들로 이루어지며, 제1 유체가 그 튜브를 통과해 흐르고 제2 유체가 그 튜브 주위에서 흘러 두 유체 간에 열이 전달되고 있다.
이러한 공지의 열교환기에서, 하우징 내에서 제2 입출구부들 사이의 공간은 제2 유체의 흐름을 예를 들면 지그재그형 패턴으로 안내하는 배플을 구비할 수 있다.
그렇게 함으로써, 제2 유체가 제2 입구부로부터 제2 출구부로 바로 흐를 수 없어 열전달을 향상시킨다.
게다가, 기체의 압축이 상당한 양의 열의 발생과 결부되어 있다는 것은 공지되어 있다.
또한, 압축 기체의 분획을 열교환기의 1차 회로를 통해 안내하여, 그 열을 열교환기의 2차 회로를 통해 흐르는 다른 기체 또는 액체로 소산시킴으로써, 그러한 제2 유체를 가열하는 열교환기도 역시 이미 공지되어 있다.
기체를 압축 및 건조시키는 장치가 오래 동안 공지되어 있었는데, 그 장치는 압축기 장치와 건조 장치로 이루어지며, 그 건조 장치는 건조제를 갖는 건조 구역과 재생 구역에 의해 형성된다.
또한, 기체의 압축에 의해 생성된 열을 회수하는 장치도 있다.
따라서, 그 열은 예를 들면 재생 구역을 통해 안내되는 기체 흐름을 가열하는 데에 이용되어 압축기 설비의 총 에너지 소모를 감소시킬 수 있다.
전체 구성이 복잡하다는 단점이 있다. 게다가, 수많은 연결부가 형성되어야 하기 때문에 누설에 대한 상당한 위험성이 존재한다. 그 설치비용도 역시 매우 높다.
미국 특허 공개 US 2003/0188542에 개시된 장치에서는, 압축 공기의 일부분을 압축기의 중압 스테이지 후에 인출하여 흡착 건조기의 재생 구역으로 운반하고, 이어서 압축 공기의 그 부분에서 흡수된 물을 냉각에 의해 제거하며, 남은 공기는 압축 공기의 메인 흐름이 흡착 건조기의 건조 구역을 통과하기 전에 그 메인 흐름과 함께 다시 압축되어 건조 압축 공기로서 장치를 빠져나간다.
이러한 장치의 단점은 중압 스테이지 후의 압축 기체가 저압 스테이지 후의 압축 기체보다 훨씬 낮은 온도를 가져, 기체의 인출 부분이 흡착 매체로부터 물을 잘 흡수하지 못할 수 있어 흡착 매체를 신속하게 건조시킬 수 없다는 점이다.
기체의 압축시에 생성된 열을 회수하기 위해, 열교환기가 필요하며, 이를 위해 튜브 열교환기가 주로 이용되고 있다.
튜브 열교환기는 이미 공지되어 있는데, 이 튜브 열교환기는, 내부에서 하나 이상의 튜브가 일차 유체를 위한 제1 입출구부들 간에 길이 방향으로 연장하고 있는 하우징, 및 이차 유체를 위한 제2 입출구부들로 이루어지며, 일차 유체가 그 튜브들 주위에서 흐르고 2차 유체가 그 튜브를 통과해 흘러 두 유체 간에 열이 전달되고 있다.
이러한 공지의 열교환기의 경우, 하우징 내에서 제2 입출구부들 사이의 공간은 일차 유체의 흐름을 예를 들며 지그재그형 패턴으로 안내하는 배플을 구비할 수 있다.
그렇게 함으로써, 일차 유체가 제2 입구부로부터 제2 출구부로 바로 흐를 수 없어 열전달을 향상시킨다.
본 발명의 목적은 기체를 압축 및 건조시키는 장치를 제공함으로써 전술한 문제점 및/또는 기타 문제점들 중 하나 이상에 대한 해법을 제공하는 것이다.
그러한 기체 압축 건조 장치는, 저압 스테이지, 고압 스테이지 및 압력 파이프를 갖는 다단 압축기와, 건조 구역 및 재생 구역을 갖는 흡착 건조기를 포함하며, 저압 스테이지와 고압 스테이지 사이에 중간 냉각기(intercooler)가 배치되며, 그 장치에는 상기한 압력 파이프에 의해 입구부에 연결되는 열교환기가 더 마련되며, 상기한 열교환기는 제1 일차 유체를 위한 상기한 입구부 및 출구부를 갖는 메인 구획을 포함한 복수의 구획을 갖는 하우징을 포함하며, 제1 일차 유체는 메인 구획 내에서 이 메인 구획을 통과하는 튜브들 위에 또는 주위에서 안내되며, 상기한 메인 구획을 통과하는 튜브들의 적어도 2개의 세트들이 있고, 이들 튜브 세트들은 각각 일차 유체와 열 교환하도록 메인 구역을 통과해 이차 또는 삼차 유체를 안내하도록 되어 있으며, 제1 튜브 세트의 상기한 튜브들은 상기한 중간 냉각기의 냉각 회로를 형성하여, 흡착 건조기의 재생을 위해 고압 스테이지로부터 온 기체를 가열한다.
이러한 장치는 제조하기가 매우 간단하다는 이점이 있다.
그 장치의 열교환기의 가장 간단한 실시예에서, 메인 구획은 단부 플레이트에 의해 일측부를 따라 폐쇄되며, 메인 구획의 상기한 일측부를 따라 커버가 또한 존재하여 커버와 단부 플레이트 사이에 측부 구획을 형성하며, 이 측부 구획은 이차 및 삼차 유체를 위한 입구 및 출구 구획을 수용하며, U형 튜브들이 단부 플레이트에 고정된다.
보다 바람직한 다른 실시예에서, 메인 구획은 두 측부를 따라 단부 플레이트에 의해 획정되며, 메인 구획의 양측부 상에 커버가 존재하여 각각의 해당 단부 플레이트와 이에 대향한 커버 사이에서 2개의 측부 구획을 형성하게 된다.
그 이점은 보다 적은 수의 연결부가 형성되면 되어 불완전한 연결부로 인한 누설의 위험성이 최소한으로 유지된다는 점이다.
또 다른 이점은 그 장치의 설치비용이 보다 낮다는 점이다. 따라서, 그러한 장치에서 본 발명에 따른 열교환기의 적용은 기체를 압축 및 건조시키는 보다 효율적인 방법이 얻어지게 하고, 이는 물론 공급되는 기체에 대해서도 유리하게 영향을 미친다.
결국, 기체를 압축 및 건조시키는 그러한 장치에서의 적용은 두 열교환기의 기능을 하나의 단일 열교환기로 통합할 수 있게 하고, 이는 물론 재료비용을 절감시킨다는 점은 명백하다.
가장 실질적인 실시예에서, 압축기는 저압 및 고압 스테이지를 갖는 다단 압축기로 이루어지고, 저압 스테이지와 고압 스테이지 사이에 중간 냉각기가 존재하며, 열교환기의 입구부는 압축기의 상기한 압력 파이프에 연결되며, 상기한 제1 튜브 세트는 상기한 중간 냉각기의 냉각 회로를 형성하여, 흡착 건조기의 재생을 위해 고압 스테이지로부터 오는 기체를 가열하게 된다.
이는, 압축 기체로부터 열이 회수되어 고압 스테이지로부터 온 기체의 일부를 가열할 수 있고, 이에 따라 그러한 기체의 분획이 고온에 도달하고 이렇게 해서 흡착 건조기를 위한 재생 기체로서 이용하기에 적합하다는 점에서 매우 에너지 효율적으로 실현될 수 있다는 이점이 있다.
추가적인 이점은, 두 열교환기를 단일 열교환기로 통합한 결과로서 이러한 복합 열교환기의 체적을 별개의 두 열교환기의 합산 체적보도 현저히 작게 유지하여 상당한 공간 절약을 실현할 수 있다는 점이다.
또 다른 추가적인 이점은, 그러한 열교환기의 적용이 기체를 압축 및 건조시키는 장치에만 국한되는 것이 아니라, 그 열교환기가 흡착 건조기를 갖지 않고 몇몇 미미한 수정이 이루어진 용례에도 이용될 수 있다는 점이다.
본 발명의 특징을 보다 양호하게 제시하고자, 이하에서 첨부 도면을 참조하여 본 발명에 따른 장치의 바람직한 실시예를 한정하고자 하는 것이 아니라 예로서 설명한다.
도 1은 그 장치를 위한 열교환기의 제1 실시예의 개략적 단면도를 도시하며,
도 2는 도 1의 변형예를 도시하고,
도 3은 본 발명에 따른 기체를 압축 및 건조시키는 장치의 일례를 도시하며,
도 4는 도 2의 변형예를 도시한다.
도 1에서는 본 발명에 따른 장치를 위한 튜브 열교환기(1)의 제1 실시예를 도시하고 있으며, 이 열교환기(1)는 주로 본 예에서는 쉘(3)을 갖는 폐쇄된 하우징(2)을 포함하며, 그 쉘은 본 예에서는 원통형이지만 반드시 그럴 필요는 없다.
하우징(2)은 커버(4)에 의해 양측부에서 폐쇄되어 있고, 커버(4)는 커버의 통로(5A)를 통해 쉘(3)의 나사 구멍(5B) 내에 나사 체결될 수 있는 도면에서는 도시 생략한, 예를 들면 볼트에 의해 원통형 쉘(3)에 고정된다.
본 실시예에서, 하우징(2)은 메인 구획(7)과 측부 구획(8) 간의 분리부를 형성하는 단부 플레이트(6)를 구비하여, 메인 구획(7)은 쉘(3) 및 커버(4)에 의해 획정되고 측부 구획(8)은 단부 플레이트(6) 및 이 플레이트측에 위치한 커버(4)에 의해 획정된다.
원통형 쉘(3)에는 메인 구획(7)을 통과해 일차 유체를 안내하기 위한 입구부(9)와 출구부(10)가 있다.
도시한 실시예에서, 상기한 입구부(9) 및 출구부(10)는 쉘(3)에서 동일한 쪽에 위치하고 있지만, 쉘(3)에서 다른 위치에 배치될 수도 있다는 점은 당연하다.
열교환기(1)에서, 적어도 2개의 튜브 세트(11, 12)들이 메인 구획(7)을 통과해 연장하며, 이들 튜브 세트(11, 12)는 각각 메인 구획(7) 내의 튜브(13)들 위에 또는 주위에서 흐르는 일차 유체와 열 교환하도록 메인 구획(7)을 통해 이차 또는 삼차 유체를 안내하도록 되어 있다.
제1 튜브 세트(11)의 튜브(13)의 단부들은 이차 유체를 위한 제1 입구 구획(14) 및 제1 출구 구획(15)에 연결된다. 마찬가지로, 제2 튜브 세트(12)의 튜브(13)의 단부들은 삼차 유체를 위한 제2 입구 구획(16) 및 제2 출구 구획(17)에 연결된다. 본 발명에 따르면, 상기한 입구 및 출구 구획(14 내지 17)들은 서로 완전히 분리되어 있다.
이를 위해, 도시한 실시예에서는 측부 구획(8)이 복수의 격벽(18)에 의해 4개의 하위 구획(19), 즉 각각 제1 입구 구획(14) 및 제1 출구 구획(15)과, 제2 튜브 세트(12)를 위한 제2 입구 구획(16)과 제2 출구 구획(17)으로 분할되어 있다.
도시한 실시예에서, 튜브(13)가 U자 형상을 가져, 제1 튜브 세트(11)의 각 튜브(13)들의 한쪽은 제1 입구 구획(14) 내로 개방되고 다른쪽은 제1 출구 구획(15)으로 개방된다. 마찬가지로, 제2 튜브 세트(12)의 튜브(13)들이 제2 입구 및 출구 구획(16, 17)으로 개방되어, 이들 모두는 이차 및 삼차 유체를 위한 회로들을 서로 완전히 분리시키도록 된다.
도 1의 실시예에서, 메인 구획(7)에는 배플(20)(배플러라고 칭함)이 설치되며, 이들 배플의 형상 및 상대적 위치는 예를 들면 지그재그형 패턴과 같은 특정 유동 패턴이 일차 유체에 부여되어, 일차 유체가 복수 회에 걸쳐 왔다갔다하는 형태의 움직임으로 메인 구획을 통과하도록 된다.
이를 위해, 배플(20)은 메인 구획(7)의 일측에서부터 메인 구획(7)의 타측으로부터 소정 거리 떨어진 위치까지 연장하여 일차 유체를 위한 방향 전환 통로(21)를 형성하여, 연속하는 방향 전환 통로(21)들이 열교환기(1)의 일측 또는 타측에 교대로 배치되도록 된다.
배플은 바람직하게는 스테인리스강으로 이루어지지만, 본 발명은 그에 결코 한정되지 않는다.
본 발명의 다른 실시예에서, 튜브(13)들의 직경과 실질적으로 동일하거나 그보다 약간 더 큰 직경을 갖는 통로가 배플(20)에 마련되어, 배플(20)과 튜브(13) 간에 제한된 여유가 존재한다.
열교환기(1)에 배플(20)이 반드시 존재할 필요는 없다.
도 2는 본 발명에 따른 장치를 위한 튜브 열교환기(1)의 다른 바람직한 실시예를 개략적으로 도시하는 것으로, 그 열교환기(1)는 주로 메인 구획(7)을 갖는 폐쇄된 하우징(2)을 포함하며, 이 메인 구획(7)은 제1 일차 유체를 위한 제1 입구부(9) 및 출구부(10)를 구비하여, 일차 유체가 메인 구획(7) 내에서 메인 구획(7)을 통과해 연장하는 튜브(13)들 위에 또는 주위에서 안내된다.
본 실시예에서, 상기한 입구부(9)와 출구부(10)는 쉘(3)에서의 서로 대향한 측에서 축방향으로 보았을 때에 가능한 한 서로 멀리 떨어지게 배치된다.
입구부와 출구부의 그러한 다소 대각선 형태의 배치는 보다 효율적인 열전달을 가능하게 한다.
물론, 일차 유체를 위한 입구부(9)와 출구부(10)가 쉘(3)에서의 동일한 측에 위치하거나 쉘(3)에서의 기타 위치에 위치할 수도 있다.
도 1의 실시예와는 달리, 도 2에서는 메인 구획(7)이 두 개의 단부 플레이트(6)에 의해 획정되며, 메인 구획(7)의 양측에는 커버(4)가 존재하여, 각각의 해당 단부 플레이트(6)와 이에 대향한 커버(4) 간에 2개의 측부 구획(8)을 형성한다.
본 발명의 가장 실질적인 실시예에서, 메인 구획(7)을 통과해 연장하는 튜브(13)들은 두 단부 플레이트 중 하나의 단부 플레이트(6A)에 고정되며, 이 단부 플레이트(6A)는 단부 플레이트(6A)에 대향한 커버(4A)와 하우징(2) 사이에 클램핑된다.
따라서, 튜브(13)는 예를 들면 납땜 등에 의해 단부 플레이트(6)의 통로 내에 기밀한 방식으로 고정된다.
바람직하게는, 단부 플레이트(6)들은 서로 상이한데, 두 단부 플레이트 중 하나의 단부 플레이트(6B)가 보다 작은 치수를 가져, 열팽창을 수용할 수 있도록 단부 플레이트(6B)가 부동(floating) 상태로 배치될 수 있게 한다.
도 2의 단면도에서, 튜브(13)들이 고정되는 단부 플레이트(6A)는 다른 단부 플레이트(6B)보다 큰 치수를 가지며, 보다 작은 단부 플레이트(6B)는 쉘(3)과 커버(4B) 사이의 링 내에 이동 가능하게 설치된다.
이러한 실시예에서, 측부 구획(8)들은 평행한 튜브(13)들에 의해 상기한 단부 플레이트(6)의 양측에서 서로 연결되며, 상기한 튜브(13)들은 메인 구획(7)을 관통하여 단부 플레이트(6)의 통로(22)를 통과한다.
물론, 본 실시예에서도 배플이 역시 마련될 수 있지만, 반드시 필요한 것은 아니다.
열교환기의 바람직한 특성에 따르면, 상기한 측부 구획(8)은 2개의 또는 그 이상의 하위 구획(19)으로 분할된다.
이를 위해, 도시한 단면도에서 커버의 내부에는 하나 이상의 직립 벽 또는 파티션(18)이 존재하며, 이들 벽(18)의 가장자리와 단부 플레이트(6) 사이에는 시일(23)이 존재한다.
도 2에 따른 변형예에서, 각각의 측부 구획(8) 내에는 이차 또는 삼차 유체를 안내하기 위한 2개의 하위 구획(19)이 존재하다.
도 2의 단면도에서, 제1 하위 구획(9A)은 메인 구획(7) 내의 제1 튜브 세트(11)에 연결되며, 제1 튜브 세트(11)의 모든 튜브(13)들은 열교환기(1)의 다른쪽의 동일한 하위 구획(19B) 내로 개방된다.
따라서, 하위 구획(19A, 19B)은 서로 일렬로 배치된다.
마찬가지로, 2개의 다른 하위 구획(19C, 19D)은 제2 튜브 세트(12)에 의해 서로 연결될 수 있다.
바람직하게는, 이차 및 삼차 유체를 위한 하위 구획(19)들이 완전히 서로 분리되어 있어, 각각의 유체들이 해당 유체를 위한 별개의 자신만의 회로에서 순환한다.
도시한 단면도로부터 두 튜브 세트(11, 12)의 튜브(13)들의 개수가 동일해야 하는 것으로 유추할 수 있지만, 이차 및 삼차 유체를 위한 튜브(13)들의 개수가 상이한 구성도 역시 가능하다.
물론, 이차 및 삼차 유체를 위한 튜브(13)들의 직경도 서로 다를 수 있다.
또한, 이차 및 삼차 유체를 위한 튜브(13)들이 상이한 내부 형상을 제공하거나, 및/또는 수개의 튜브(13)들에 일차 유체와 이차 및/또는 삼차 유체 간의 열전달을 촉진시키도록 핀(fin) 또는 기타 수단을 마련하는 것도 가능하다.
가장 간단한 실시예에서, 이차 유체를 위한 상기한 제1 튜브 세트(11)는 열교환기(1)의 상부 절반부 내에 위치하고, 삼차 유체를 위한 제2 튜브 세트(12)는 하부 절반부 내에 위치한다.
상기한 벽(18) 및 시일(23)의 높이에서, 메인 구획(7) 내의 제1 튜브 세트(11)와 제2 튜브 세트(12) 사이에 공간(24)이 남겨져 있다.
물론, 열교환기는 그러한 도시한 구성에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 제1 튜브 세트(11)가 열교환기(1)의 축선 주위에 위치하고 제2 튜브 세트(12)가 제1 튜브 세트(11) 둘레에서 튜브들의 동심 링을 형성하는 동심 구성과 같은 대안적인 구성도 가능하다.
또 다른 가능한 구성에서는 제1 튜브 세트(11)가 원의 제1 섹터에 걸쳐 분포되고 제2 튜브 세트(12)가 원의 다른 섹터에 걸쳐 분포될 수 있다.
물론, 두 섹터가 반드시 동일한 크기를 가져야 할 필요는 없고, 두 섹터가 함께 완전한 원형 디스크 등을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 장치를 위한 열교환기(1)의 작동은 매우 간단하며 아래와 같다.
일차 유체는 쉘(3)의 입구부(9)를 통해 메인 구획(7) 내로 안내되며, 이 일차 유체는 메인 구획(7)을 통과해 흐를 때에 도 1에서 화살표 P로 나타낸 바와 같이 특정 패턴에 따라 모든 배플(20)에 의해 안내된다.
이와 동시에, 서로 상이하거나 그렇지 않을 수 있는 두 유체가 메인 구획(7)의 튜브(13)들을 통과해 흐르는데, 다시 말해 이차 유체가 제1 튜브 세트(11)의 튜브(13)들을 통과해 화살표 Q에 따른 방향으로 흐르고, 삼차 유체가 제2 튜브 세트(12)의 튜브(13)들을 통과해 화살표 R에 따른 방향으로 흐른다.
도시한 단면도에서 이차 및 삼차 유체의 방향 Q 및 R은 서로 반대이지만, 이는 본 발명에 따른 장치에 대한 엄격한 요건은 아니다.
따라서, 메인 구획(7) 내에서 한쪽 부분에서는 일차 유체와 이차 유체 간에 열이 전달되고 다른쪽 부분에서는 일차 유체와 삼차 유체 간에 열이 전달될 것이다.
튜브(13)들을 통해 흐르는 이차 및 삼차 유체가 기체, 기체 혼합물 또는 액체이거나, 이차 유체가 기체이고 삼차 유체가 액체 또는 이와 유사한 것일 수 있다는 점은 말할 필요로 없을 것이다.
열교환기(1)는 도 3에 예로서 도시한 구성을 갖는 기체를 압축 및 건조시키는 본 발명에 따른 장치(25)에 특히 적합하다.
장치(25)는 압축기 장치(26) 및 흡착 건조기(27)로 이루어지는 것으로, 압축기 장치(26)의 유입부에 연결되는 입구(28)와, 압축 건조 기체를 도면에서는 도시하지 않은 소비자 네트워크로 보내는 출구(29)를 구비한다.
도시한 압축기 장치(26)는 다단 압축기로서, 본 예에서는 3개의 압축기 요소(30 내지 32)가 직렬로 연결되어, 저압 스테이지(30), 중압 스테이지(31) 및 고압 스테이지(32)를 형성한다.
각각의 압축기 요소(30 내지 32)는 전기 모터(33)에 의해 구동되며, 각각의 압축기 요소(30 내지 32)의 하류측에는 냉각기(34 내지 36), 즉 각각 2개의 중간 냉각기(34, 35) 및 후방 냉각기(after-cooler)(36)가 존재한다.
상기한 냉각기(34 내지 36) 각각은 해당 압축기 요소(30 내지 32)에 의해 압축된 기체를 냉각시킨다.
바람직하게는, 그러한 장치(25)에는 액체-기체 냉각기들이 존재하는데, 냉각될 기체가 일차 유체로서 냉각기(34 내지 36)를 통해 안내하며, 냉각제는 이차 유체로서 튜브들을 통해 안내된다.
저압 스테이지(30)와 중압 스테이지(31) 사이에서 중간 냉각기(34)의 상류측에 열교환기(37)가 있고, 이 열교환기(37)는 중간 냉각기(34)와 함께 본 발명에 따른 장치 내의 열교환기(1)로 통합된다.
도 3에서, 열교환기(1)는 열교환기(37) 및 중간 냉각기(34) 주위에 박스로서 개략적으로 도시되어 있다.
바람직하게는, 열교환기(1)는 저압 스테이지(30)로부터 온 압축 기체를 위한 입구부(9), 및 중압 스테이지(31)의 입구에 연결된 출구부(10)를 구비한다.
열교환기(37)는 화살표 Q로 나타낸 방향을 따라 소정량의 압축 기체를 인출하도록 분기 파이프(38)를 통해 고압 스테이지(32)의 출구 파이프(39)에 직접 연결되는 입구 구획(14)을 구비한다.
게다가, 열교환기는 흡착 건조기(27)의 재생 구역에 연결된 출구 구획(15)을 구비한다.
중간 냉각기(34)는 입구 구획(16) 및 출구 구획(17)을 구비하며, 이들 구획이 외부 냉각 회로, 예를 들면 화살표 R로 나타낸 방향으로 중간 냉각기(34)를 통해 흐르는 물의 흐름을 위한 입구 및 출구로서 기능한다.
도시한 구성에서, 저압 스테이지(30)에 의해 압축된 기체의 전체 흐름이 화살표 P로 나타낸 방향으로 열교환기(37) 및 중간 냉각기(34)를 통과해 흐른다.
흡착 건조기(27)는 예를 들면 재생 구역(40) 및 건조 구역(41)을 갖고 건조제로 채워진 회전 드럼 형태를 하며, 그 건조제는 모터에 의해 건조 구역(41)과 재생 구역(40)을 번갈아 가면서 통과하게 된다.
후방 냉각기(36)에서 냉각 후에, 고압 스테이지(32)로부터의 압축 기체는 이젝터(42)를 통해 건조 구역(41)을 통과하도록 안내되며, 건조 후에는 출구(29)를 통해 소비자 네트워크로 보내진다.
출구 구획(15)을 통해 열교환기(37)를 떠나는 기체는 다시 건조기(27)로 보내져 재생 구역(40)을 통과하게 되고, 이어서 냉각기(43) 및 상기한 이젝터(42)를 통해 건조 구역(41)을 통과하는 기체와 합쳐진다.
본 발명에 따른 장치를 위해 조합된 열교환기는 이중 기능을 구성하여, 외부 냉각 유체가 이용되는 중간 냉각기(34)의 역할을 이행하는 제1 열교환기로서 기능하고, 또한 고압 스테이지(32)로부터의 고온 기체의 인출 부분을 먼저 저압 스테이지(30)로부터 온 기체(도시한 구성에서는 저압 스테이지(30)의 기체의 온도가 고압 스테이지(32)의 압축 기체보다 더 높음)와 접촉시켜 그 인출 부분의 기체를 추가로 가열하는 제2 열교환기(37)로서 기능한다는 점은 명백할 것이다.
이러한 식으로, 흡착 건조기(27)의 보다 효율적인 작동이 달성된다.
도시한 장치에서, 제1 저압 스테이지(30)의 압축열이 제1 중간 냉각기(34)를 통해 흐르는 냉각제에 의해 그 열을 잃어버리게 되는 공지의 단순한 장치들과는 달리 회수된다는 점은 명백하다.
또한, 그러한 장치는 재생 기체를 가열하는 데에 외부 가열 요소를 필요로 하지 않고 중간 냉각기(34)를 보다 작게 유지할 수 있는 점에서 추가적인 이점이 있다.
도 4는 본 발명에 따른 장치를 위한 열교환기의 또 다른 가능한 변형예를 도시하는 것으로, 삼차 유체를 위한 입구 구획(16) 및 출구 구획(17)이 동일한 커버(4)에 위치한다는 점에서 도 2와는 차이가 있다.
이를 이해, 두 측부 구획(18) 중 하나는 추가적인 벽을 구비하여, 삼차 유체를 위한 입구 구획(16)과 출구 구획(17)을 서로 완전히 분리시게 된다.
도시한 단면도에서, 입구 구획(16)의 삼차 유체는 튜브 세트(12)의 상부 및 구획(44)을 거쳐 튜브 세트(12)의 저부를 통해 출구 구획(17)으로 흐른다.
도 4에서는 메인 구획(7) 내에 배플(20)이 존재하지 않지만, 일차 유체가 복수 회에 걸쳐 왔다갔다하는 형태의 움직임으로 메인 구획(7)을 통과하도록 배플(20)을 갖는 변형예도 역시 가능하다.
예를 들면 하나의 커버(4)가 이차 유체를 위한 입구 구획(14) 및 출구 구획(15)을 수용하고 있고, 다른 커버(4)가 삼차 유체를 위한 입구 구획(16) 및 출구 구획(17)을 수용하는 등의 수많은 다른 변형예도 역시 가능하다는 점은 당업자들에게는 명백할 것이다.
또한, 2개의 입구 구획(14, 16) 및 2개의 출구 구획(15, 17)을 하나의 커버에만 마련하여, 다른 커버를 입구 또는 출구 구획 없이 제조하는 것도 배제하진 않는다.
당업자들에게는, 상이한 하위 구획들의 위치 및 크기의 선택에 있어 수많은 가능성이 존재하고, 예를 들면 실제 용례에 따라 특정 구성이 보다 유익할 수 있다는 점은 명백할 것이다.
본 발명을 예로서 설명하고 도면에 도시한 실시예들에 결코 제한되는 것이 아니라, 본 발명에 따른 장치는 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않고 모든 종류의 변형예로 구현될 수 있다.

Claims (14)

  1. 기체를 압축 및 건조시키는 장치(25)로서:
    저압 스테이지(30), 고압 스테이지(36) 및 압력 파이프(39)를 구비한 다단 압축기와, 건조 구역(41) 및 재생 구역(40)을 구비한 흡착 건조기(27)를 포함하며,
    상기 저압 스테이지(30)와 고압 스테이지(36) 사이에 중간 냉각기(34)가 배치되며,
    상기 압력 파이프(39)에 의해 입구부(9)에 연결되는 열교환기(1)가 더 마련된 기체 압축 건조 장치(25)에 있어서,
    상기 열교환기(1)는 제1 일차 유체를 위한 상기 입구부(9)와 출구부(10)를 갖는 메인 구획(9)을 포함한 복수의 구획을 갖는 하우징을 포함하며, 상기 제1 일차 유체는 메인 구획 내에서 이 메인 구획(9)을 통과하는 튜브(13)들 위에 또는 주위에서 안내되며,
    상기 메인 구획(7)을 통과하는 튜브(13)들의 적어도 2개의 세트(11, 12)들이 있고, 이들 튜브 세트들은 각각 일차 유체와 열 교환하도록 메인 구역을 통과해 이차 또는 삼차 유체를 안내하도록 되어 있으며,
    상기 튜브(13)들의 단부는 각 튜브 세트(11, 12)에 대해 별개의 입구 구획(14, 16) 및 출구 구획(15, 17)에 각각 연결되며,
    제1 튜브 세트(11)의 튜브들은 상기 중간 냉각기(34)의 냉각 회로를 형성하여, 상기 흡착 건조기(27)의 재생을 위해 고압 스테이지(36)로부터 온 기체를 가열하는 것을 특징으로 하는 기체 압축 건조 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 메인 구획(7)은 다수의 일차 유체를 위해 다수의 입구부(9) 및 출구부(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는 기체 압축 건조 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 메인 구획(7)은 2개의 단부 플레이트(6)에 의해 획정되며, 이 메인 구획(7)의 양측부 상에 커버(7)가 존재하여 각각의 해당 단부 플레이트(6)와 이에 대향한 커버(4) 사이에서 2개의 측부 구획(8)을 형성하는 것을 특징으로 하는 기체 압축 건조 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 튜브(13)들은 상기 단부 플레이트(6) 중 하나에 고정되는 것을 특징으로 하는 기체 압축 건조 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 측부 구획(8)은 입구 및 출구 구획(14 내지 17)들을 수용하는 것을 특징으로 하는 기체 압축 건조 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 측부 구획(8)은 2개 이상의 하위 구획(19)으로 분할되며, 상기 메인 구획(7) 양측의 각각의 하위 구획(19)들이 상기 튜브(13)들의 튜브 세트(11, 12)들에 의해 연결되어, 적어도 상기 이차 및 삼차 유체 각각을 위한 적어도 2개의 별개의 회로를 형성하는 것을 특징으로 하는 기체 압축 건조 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메인 구획(7)은 배플(20)을, 보다 구체적으로는 일차 유체를 위한 입구부(9)와 출구부(10) 사이에 구비하는 것을 특징으로 하는 기체 압축 건조 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열교환기(1)는 2종 이상의 추가적인 유체를 위해 설치되며, 상기 메인 구획(7) 양측의 각각의 측부 구획(8)은 격벽(18)에 의해 상기 입구 및 출구 구획(14, 15, 16, 17)들로 분할되며, 제1 입구 및 출구 구획(14, 15)이 이차 유체를 안내하는 튜브(13)들의 제1 튜브 세트(11)에 연결되고, 제2 입구 및 출구 구획(16, 17)이 삼차 유체를 안내하는 튜브(13)들의 제2 튜브 세트(12)에 연결되는 것을 특징으로 하는 기체 압축 건조 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 격벽(18)과 단부 플레이트(6) 사이에 시일(32)이 존재하는 것을 특징으로 하는 기체 압축 건조 장치.
  10. 제8항 또는 제9항에 있어서, 상기 제1 튜브 세트(11)와 제2 튜브 세트(12) 사이에 공간(24)이 있는 것을 특징으로 하는 기체 압축 건조 장치.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브(13)들의 제1 및 제2 튜브 세트(11, 12)는 원의 섹터에 걸쳐 분배되는 것을 특징으로 하는 기체 압축 건조 장치.
  12. 제8항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브(13)들은 동심 구성으로 배치되어, 상기 제1 튜브 세트(11)가 원 내에 위치하고 이 원의 주위에 상기 제2 튜브 세트(12)가 링 형태로 배치되는 것을 특징으로 하는 기체 압축 건조 장치.
  13. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 열교환기(1)의 입구부(9) 및 출구부(10)는 상기 메인 구역(7)을 획정하는 쉘(3)의 측부 상에 있는 것을 특징으로 하는 기체 압축 건조 장치.
  14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 입구 구획(14) 및 제2 출구 구획(15)은 열교환기(1)에서의 서로 반대측에 위치하는 한편, 상기 제2 입구 구획(16) 및 제2 출구 구획(17)은 열교환기(1)에서 동일한 측에 위치하는 것을 특징으로 하는 기체 압축 건조 장치.
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