공기열원 장비란 무엇인가요? 어떤 장비들이 있나요?

공기열원 장비란 무엇인가요? 어떤 장비들이 있나요?

공기 공급 장비는 압축 공기를 생성하는 장치인 공기 압축기(에어 컴프레서)를 말합니다. 공기 압축기에는 피스톤형, 원심형, 스크류형, 슬라이딩 베인형, 스크롤형 등 여러 종류가 있습니다.
공기 압축기에서 배출되는 압축 공기에는 수분, 오일, 먼지 등의 오염 물질이 다량 함유되어 있습니다. 이러한 오염 물질이 공압 시스템의 정상적인 작동을 저해하는 것을 방지하기 위해서는 정화 장비를 사용하여 이러한 오염 물질을 적절히 제거해야 합니다.

공기 정화 장비는 여러 장비 및 장치를 포괄하는 일반적인 용어입니다. 업계에서는 공기 정화 장비를 후처리 장비라고도 하며, 일반적으로 가스 저장 탱크, 건조기, 필터 등을 지칭합니다.
● 공기탱크
가스 저장 탱크의 기능은 압력 맥동을 제거하고, 단열 팽창 및 자연 냉각을 이용하여 온도를 낮추고, 압축 공기 내의 수분과 오일을 추가로 분리하여 일정량의 가스를 저장하는 것입니다. 이는 한편으로는 단시간 내에 공기 압축기의 공기 소모량이 출력량을 초과하는 문제를 완화하고, 다른 한편으로는 공기 압축기 고장이나 정전 시 단기간 동안 공기 공급을 유지하여 공압 장비의 안전을 확보하는 데 도움이 됩니다.

●공기 건조기

압축 공기 건조기는 이름에서 알 수 있듯이 압축 공기의 수분을 제거하는 장비입니다. 일반적으로 사용되는 건조기에는 동결 건조기와 흡착 건조기가 있으며, 조해 건조기와 고분자막 건조기 등도 있습니다. 냉동식 건조기는 가장 흔하게 사용되는 압축 공기 탈수 장비로, 일반적으로 공기 품질 요구 사항이 일반적인 경우에 사용됩니다. 냉동식 건조기는 압축 공기 내 수증기 분압이 압축 공기의 온도에 따라 결정된다는 특성을 이용하여 냉각, 탈수 및 건조를 수행합니다. 산업계에서는 일반적으로 압축 공기 냉동식 건조기를 "냉동식 건조기"라고 부릅니다. 주요 기능은 압축 공기의 수분 함량을 줄이는 것, 즉 압축 공기의 "이슬점 온도"를 낮추는 것입니다. 일반적인 산업용 압축 공기 시스템에서 압축 공기 건조 및 정화(후처리)에 필요한 장비 중 하나입니다.

1. 기본 원칙

압축 공기는 가압, 냉각, 흡착 등의 방법을 통해 수증기를 제거하는 데 사용될 수 있습니다. 동결 건조기는 냉각 방식의 일종입니다. 공기 압축기로 압축된 공기에는 다양한 기체와 수증기가 포함되어 있으므로 습한 공기입니다. 습한 공기의 수분 함량은 일반적으로 압력에 반비례합니다. 즉, 압력이 높을수록 수분 함량은 줄어듭니다. 공기 압력이 증가하면 공기 중 수증기 함량이 일정량을 초과하면 응축되어 물이 됩니다(즉, 압축 공기의 부피가 작아져 원래의 수증기를 더 이상 함유할 수 없게 됩니다).

이는 원래 흡입했던 공기에 비해 수분 함량이 줄어든다는 것을 의미합니다 (여기서 수분 함량 감소란 압축된 공기의 일부가 압축되지 않은 상태로 되돌아가는 것을 말합니다).

하지만 공기 압축기의 배출물은 여전히 ​​압축 공기이며, 그 안에 함유된 수증기는 가능한 최대치, 즉 기체와 액체의 임계 상태에 있습니다. 이때의 압축 공기는 포화 상태라고 불리므로, 약간의 압력만 가해져도 수증기는 즉시 기체 상태에서 액체 상태로, 즉 물이 응축되어 응결됩니다.

공기를 물을 흡수한 젖은 스펀지라고 가정하면, 공기의 수분 함량은 흡수한 수분의 양입니다. 만약 스펀지에서 물을 짜내면 스펀지의 수분 함량은 상대적으로 줄어듭니다. 스펀지가 원래 상태로 복원되도록 두면 자연스럽게 원래보다 더 건조해집니다. 이것 또한 압력을 가해 수분을 제거하고 건조시키는 목적을 달성하는 방법입니다.
스펀지를 짜는 과정에서 일정 힘에 도달한 후 더 이상 힘이 가해지지 않으면 물이 더 이상 나오지 않는데, 이는 포화 상태입니다. 짜는 힘을 계속 높이면 물이 계속 나옵니다.

따라서 공기 압축기 본체 자체는 수분 제거 기능을 가지고 있으며, 사용되는 방법은 가압이지만, 이는 공기 압축기의 주된 목적이 아니라 "불쾌한" 부담일 뿐입니다.

압축 공기에서 수분을 제거하는 방법으로 "가압"을 사용하지 않는 이유는 무엇일까요? 이는 주로 경제성 때문입니다. 압력을 1kg 높이는 데 약 7%의 에너지가 소모되는데, 이는 상당히 비경제적입니다.

냉각식 탈수 방식은 비교적 경제적이며, 냉동식 건조기는 에어컨의 제습 원리와 동일한 원리를 이용하여 목표를 달성합니다. 포화 수증기의 밀도는 한계가 있기 때문에, 공기역학적 압력(2MPa 범위) 내에서는 포화 공기 중 수증기의 밀도는 온도에만 의존하고 기압과는 무관하다고 볼 수 있습니다.

온도가 높을수록 포화 공기 중 수증기의 밀도가 높아지고 수분 함량도 많아집니다. 반대로 온도가 낮을수록 수분 함량은 줄어듭니다(겨울은 건조하고 춥고, 여름은 덥고 습한 일상생활을 통해 이를 쉽게 이해할 수 있습니다).

압축 공기를 가능한 한 낮은 온도로 냉각하여 공기 중에 포함된 수증기의 밀도를 낮추고 "응축"을 발생시킨 다음, 응축되어 생성된 작은 물방울을 모아서 배출함으로써 압축 공기 내의 수분을 제거하는 목적을 달성합니다.

동결건조는 응축 및 수분 응축 과정을 포함하므로 온도가 "어는점"보다 낮아질 수 없습니다. 그렇지 않으면 동결 현상이 효과적으로 수분을 제거하지 못합니다. 일반적으로 동결건조기의 공칭 "압력 이슬점 온도"는 2~10°C입니다.

예를 들어, 10°C에서의 0.7MPa의 "압력 이슬점"은 "대기압 이슬점"으로 환산하면 -16°C가 됩니다. 따라서 -16°C 이상의 환경에서 사용할 경우, 압축 공기가 대기로 배출될 때 액체 상태의 수분이 발생하지 않는다는 것을 알 수 있습니다.

압축 공기의 모든 수분 제거 방법은 상대적인 건조만을 제공하며, 특정 수준의 건조도만을 충족합니다. 수분을 완전히 제거하는 것은 불가능하며, 사용 요구 사항을 넘어서는 건조도를 추구하는 것은 매우 비경제적입니다.
2. 작동 원리

압축 공기 냉동식 건조기는 압축 공기를 냉각하여 압축 공기 중의 수증기를 액체 방울로 응축시킴으로써 압축 공기의 수분 함량을 줄이는 목적을 달성합니다.
응축된 물방울은 자동 배수 시스템을 통해 기계 밖으로 배출됩니다. 건조기 출구의 하류 배관 주변 온도가 증발기 출구의 이슬점 온도보다 낮지 않으면 2차 응축은 발생하지 않습니다.

3 워크플로

압축 공기 공정:
압축 공기는 공기 열교환기(예열기)[1]로 들어가 먼저 고온 압축 공기의 온도를 낮춘 다음 프레온/공기 열교환기(증발기)[2]로 들어가 압축 공기가 매우 빠르게 냉각되어 이슬점 온도까지 크게 낮아지고 분리된 액체 물과 압축 공기는 수분 분리기[3]에서 분리되며 분리된 물은 자동 배수 장치를 통해 기계 밖으로 배출됩니다.

압축 공기와 저온 냉매는 증발기[2]에서 열을 교환합니다. 이때 압축 공기의 온도는 매우 낮아 이슬점 온도인 2~10°C 정도입니다. 특별한 요구 사항이 없는 경우(즉, 압축 공기의 저온 요구 사항이 없는 경우), 일반적으로 압축 공기는 공기 열교환기(예열기)[1]로 되돌아가 방금 냉풍기에 들어온 고온 압축 공기와 열을 교환합니다. 이렇게 하는 목적은 다음과 같습니다.

① 건조된 압축 공기의 "폐냉각"을 효과적으로 활용하여 냉각 건조기에 새로 유입된 고온 압축 공기를 예냉함으로써 냉각 건조기의 냉동 부하를 줄입니다.

② 건조된 저온 압축 공기로 인해 후단 배관 외부에 결로, 물방울 맺힘, 녹 등의 2차적인 문제가 발생하는 것을 방지합니다.

냉동 과정:

냉매 프레온은 압축기[4]로 들어가 압축된 후 압력이 증가하고(온도 또한 증가함), 응축기 내 압력보다 약간 높아지면 고압의 냉매 증기가 응축기로 배출됩니다[6]. 응축기에서 고온 고압의 냉매 증기는 저온의 공기(공랭식) 또는 냉각수(수랭식)와 열을 교환하여 냉매 프레온을 액체 상태로 응축시킵니다.

이때 액체 냉매는 모세관/팽창 밸브[8]를 통해 프레온/공기 열교환기(증발기)[2]로 들어가 감압(냉각)되고 증발기 내 압축 공기의 열을 흡수하여 기화됩니다. 냉각 대상인 압축 공기가 냉각되고 기화된 냉매 증기는 압축기에 의해 흡입되어 다음 사이클이 시작됩니다.

냉매는 시스템 내에서 압축, 응축, 팽창(스로틀링), 증발의 네 가지 과정을 거쳐 한 사이클을 완료합니다. 이러한 연속적인 냉동 사이클을 통해 압축 공기를 냉동시키는 목적이 달성됩니다.
4. 각 구성 요소의 기능
공기 열교환기
외부 배관의 외벽에 결로가 생기는 것을 방지하기 위해 동결 건조된 공기는 증발기를 빠져나와 공기 열교환기에서 고온다습한 압축 공기와 다시 열을 교환합니다. 이 과정에서 증발기로 유입되는 공기의 온도가 크게 낮아집니다.

열교환
냉매는 증발기에서 열을 흡수하고 팽창하여 액체 상태에서 기체 상태로 변하고, 압축 공기는 열 교환을 통해 냉각되어 압축 공기 중의 수증기가 기체 상태에서 액체 상태로 변합니다.

물 분리기
압축 공기에서 침전된 액체 물은 수분 분리기를 통해 분리됩니다. 수분 분리기의 분리 효율이 높을수록 압축 공기로 재휘발되는 액체 물의 비율이 줄어들고, 압축 공기의 압력 이슬점이 낮아집니다.

압축기
기체 냉매는 냉동 압축기로 들어가 압축되어 고온·고압의 기체 냉매가 됩니다.

바이패스 밸브
응결된 액체 상태의 물의 온도가 어는점 이하로 떨어지면, 응축된 얼음이 막힘 현상을 일으킬 수 있습니다. 바이패스 밸브는 냉장 온도를 제어하고 압력 이슬점을 안정적인 온도(1~6°C)로 유지할 수 있습니다.

콘덴서

응축기는 냉매의 온도를 낮추고, 냉매는 고온의 기체 상태에서 저온의 액체 상태로 변합니다.

필터
이 필터는 냉매의 불순물을 효과적으로 걸러냅니다.

모세관/팽창 밸브
냉매가 모세관/팽창 밸브를 통과하면 부피가 팽창하고 온도가 낮아져 저온·저압 액체가 됩니다.

기체-액체 분리기
압축기에 액체 냉매가 유입되면 액체 충격이 발생하여 냉동 압축기가 손상될 수 있으므로, 냉매 기체-액체 분리기는 기체 냉매만 냉동 압축기로 유입되도록 합니다.

자동 배수
자동 배수 기능은 분리기의 바닥에 고인 액체 상태의 물을 정기적으로 기계 밖으로 배출합니다.

건조기

냉동식 건조기는 구조가 콤팩트하고 사용 및 유지 보수가 편리하며 유지 보수 비용이 저렴하다는 장점이 있습니다. 압축 공기 압력의 이슬점 온도가 너무 낮지 않은 경우(0°C 이상)에 적합합니다.
흡착식 건조기는 제습제를 사용하여 압축 공기를 제습하고 건조합니다. 재생식 흡착식 건조기는 일상적으로 많이 사용됩니다.
● 필터
필터는 주 배관 필터, 가스-수분 분리기, 활성탄 탈취 필터, 증기 살균 필터 등으로 나뉘며, 공기 중의 기름, 먼지, 습기 및 기타 불순물을 제거하여 깨끗한 압축 공기를 얻는 기능을 합니다.