KR100434601B1 - 드라이아이스 블라스팅 장치 - Google Patents

드라이아이스 블라스팅 장치 Download PDF

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KR100434601B1
KR100434601B1 KR10-2002-0003933A KR20020003933A KR100434601B1 KR 100434601 B1 KR100434601 B1 KR 100434601B1 KR 20020003933 A KR20020003933 A KR 20020003933A KR 100434601 B1 KR100434601 B1 KR 100434601B1
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김선근
박종수
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학교법인 중앙대학교
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Abstract

본 발명은 펠렛 성형기(10)에 의해 미립자의 펠렛으로 성형된 드라이아이스(5)를 호퍼(20)에 충진한 후, 상기 드라이아이스(5)를 공기압축기(40)에서 나온 압축공기를 이용해 대상물 표면에 분사하는 드라이아이스 블라스팅 장치(100)에 관한 것으로서, 상기 호퍼(20)의 하부에는 드라이아이스 급송수단(30)이 서로 통하도록 연결되고, 상기 드라이아이스 급송수단(30)은 그 말단부에 설치된 단일호스(50)를 거쳐 드라이아이스 분사부(60)에 관로로 연결되며, 여기에서, 상기 드라이아이스 급송수단(30)은 감속모터(33)와, 상기 호퍼(20)와 일부가 통하도록 개방부(32a)가 형성된 원통형벽(32)과, 상기 원통형벽(32)의 내주부에 꼭 맞게 상기 감속모터(33)에 의해 회전되는 중공형의 스크류 부재(30)를 포함하며, 상기 스크류 부재(34)의 중공 일단부(34a)는 공기압축기(40)와 관로로 연결되고, 상기 스크류 부재(34)의 중공 타단부(34b)에는 공기분사노즐(35)이 탈착가능하게 설치되며, 상기 공기분사노즐(35) 근처에는 상기 원통형벽(32)과 상기 스크류 부재(34)의 길이 차이에 의해 형성되는 드라이아이스-압축공기 혼합부(36)가 제공되는 것을 특징으로 한다.

Description

드라이아이스 블라스팅 장치{DRY-ICE BLASTING APPARATUS}
본 발명은 드라이아이스 블라스팅 장치에 관한 것으로서, 더 상세하게는 고압의 공기를 이용해 펠렛 형태의 드라이아이스를 대상표면에 분사하여 상기 대상표면에 부착된 페인트, 먼지 또는 다른 오염물질 등의 이물질을 제거하는 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 블라스팅은 청소 대상물의 표면에 뭍은 기름때, 페인트 도막, 먼지 등의 이물질을 제거하기 위한 공정으로서, 이를 위해, 모래를 이용한 샌드 블라스팅 장치가 널리 이용되어 왔다. 하지만, 상기 샌드 블라스팅 장치는 작업 후 잔여 모래 및 먼지를 청소대상물의 표면으로부터 제거해야 하므로 작업성이 떨어지고, 모래가 청소대상물의 표면과 충돌되는 과정에서 표면의 긁힘 등이 발생되어 정밀 기계부품의 청소에는 부적합한 단점 등이 있었다.
이에 대한 대안으로, 모래 대신에 펠렛형태의 드라이아이스를 이용하는 블라스팅 장치 개발되었는데, 상기 드라이아이스 블라스팅 장치는 호퍼 내에 충진된 펠렛 형태의 드라이아이스를 공기압축기로부터 나온 압축공기를 이용해 분사노즐을 통해 대상물 표면에 분사시키는 구조로 되어 있으며, 상기 드라이 아이스 블라스팅 장치는 대기 중에서 승화하는 드라이아이스의 성질로 인해 작업 후 모래 먼지 등의2 차 생성물이 없을 뿐 아니라 샌드 블라스팅 장치의 문제점인 대상물 표면의 긁힘 현상이 감소되는 이점을 갖는다.
상기 드라이아이스 블라스팅 장치는 크게 압력식 블라스팅 장치와 흡입식 블라스팅 장치로 나뉘어지는데, 그 중 상기 압력식 드라이아이스 블라스팅 장치는 일반적인 샌드 블라스팅 장치와 유사한 구성으로서, 압축공기의 이송로와 드라이아이스의 이송로가 동일 경로에 있도록 구성되어, 드라이아이스의 이송로에 있는 펠렛 형태의 드라이아이스를 동일 경로를 갖는 압축공기가 고압으로 밀어내는 구조로 되어 있으며, 이는 압력 손실이 적으므로 강하게 드라이아이스를 분사하는 장점을 가질 수 있다.
하지만, 상기 압력식 드라이아이스 블라스팅 장치는 수분 건조기와 냉각기를 거친 후 대략 10℃ 내외의 온도를 갖는 압축공기와 대략 -78.5℃의 온도를 갖는 드라이아이스가 직접적으로 만나 동일 경로로서 급송되어 분사되므로, 압축공기와 드라이아이스 사이의 온도 차이에 의한 드라이아이스의 손실이 불가피하며, 이로 인한 세정력이 크게 떨어지는 문제점이 존재한다. 상기 수분 건조기와 냉각기는 이미 공지된 구성이므로 더 이상 설명하지 않기로 한다.
한 편, 흡입식 드라이아이스 블라스팅 장치는 두 개의 이송 호스, 즉, 드라이아이스를 이송하는 이송호스 및 압축공기가 흐르는 호스를 포함하며, 상기 드라이아이스는 예를 들면 스크류, 컨베이어 및 로타리 밸브와 같은 급송수단에 의해 드라이아이스 이송호스를 거쳐 고압의 압축공기와 드라이아이스가 만나는 원통형의 혼합부까지 이송되어 상기 압축공기에 의해 분사노즐을 통해 분사되는 구조로 되어있다.
여기서, 상기 흡입식 블라스팅 장치는 압축공기와 드라이아이스가 짧은 원통형의 혼합부에서 만나 혼합되므로 위에서 언급된 압력식 블라스팅 장치에 존재하던 드라이아이스와 압축공기와의 온도차이에 의한 드라이아이스 손실이 어느 정도 감소된다.
하지만, 상기 흡입식 드라이아이스 블라스팅 장치는 호스를 통해 이송되어 온 드라이아이스를 혼합부로 흡입하기 위해서 많은 양의 압축공기를 필요하기 때문에 대용량의 공기압축기를 필요로 하는 문제점이 있었다.
또한, 상기 분사노즐은 원활한 드라이아이스 흡입을 위해서 그 내경이 일정하면서도 크게 형성되어야 했으며, 만일, 분사속도를 크게 할 목적으로 분사노즐의 내경을 예를 들면 수렴 발산식으로 변형시킬 경우, 상기 분사노즐 부분이 드라이아이스에 의해 막히므로, 블라스팅 가공이 일정하게 수행되는데 한계가 있었으며, 따라서, 기존의 원통형 분사노즐만이 흡입식 블라스팅 장치에 쓰일 수 있었으며, 다른 개선된 분사노즐이 흡입식 블라스팅 장치에 이용될 수 없었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 기존의 흡입식 드라이아이스 블라스팅 장치에서 필수적이던 대용량의 공기압축기를 사용하지 않고도 강한 세정력을 가질 뿐 아니라, 공기압축기와 드라이아이스의 온도차이에 의한 드라이아이스 펠렛 손실을 방지할 수 있는 급송수단을 구비한 드라이아이스 블라스팅 장치의 제공을 그 목적으로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 드라이아이스 블라스팅 장치를 개략적으로 도시하는 도면.
도 2는 도 1 블라스팅 장치의 급송수단을 상세히 나타내기 위해 급송수단의 일부가 절개된 채 도시된 도면.
도 3은 도 2 급송수단의 스쿠류부재 및 상기 스크류부재에 장착된 공기분사노즐을 상세히 도시하기 위한 도면으로서, 드라이아이스 및 압축공기의 경로를 보이기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 다른 드라이아이스 블라스팅 장치의 분사부를 도시하는 도면.
도 5는 도 4 분사부의 분사노즐의 내부를 보이기 위해 도시된 분사노즐의 단면도.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 블라스팅 장치 10: 펠렛 성형기
20: 호퍼 30: 급송수단
32: 원통형벽 33: 감속모터
34: 스크류 부재 35: 공기분사노즐
36: 혼합부 40: 공기압축기
50: 분사호스 60: 분사부
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 펠렛 성형기에 의해 미립자의 펠렛으로 성형된 드라이아이스를 호퍼에 충진한 후, 상기 드라이아이스를 공기압축기에서 나온 압축공기를 이용해 대상물 표면에 분사하는 드라이아이스 블라스팅 장치를 제공하며, 상기 드라이아이스 블라스팅 장치의 호퍼 하부에는 드라이아이스 급송수단이 서로 통하도록 연결되고, 상기 드라이아이스 급송수단은 그 말단부에 설치된 단일호스를 거쳐 드라이아이스 분사부에 관로로 연결되며, 상기 드라이아이스 급송수단은 감속모터와, 상기 호퍼와 일부가 통하도록 개방부가 형성된 원통형벽과, 상기 원통형벽의 내주부에 꼭 맞게 상기 감속모터에 의해 회전되는 중공형의 스크류 부재를 포함하며, 상기 스크류 부재의 중공 일단부는 공기압축기와 관로로 연결되며, 상기 스크류 부재의 중공 타단부에는 공기분사노즐이 탈착가능하게 설치되며, 상기 공기분사노즐 근처에는 상기 원통형벽과 상기 스크류 부재의 길이 차이에 의해 형성되는 드라이아이스-압축공기 혼합부가 제공되는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 드라이아이스 블라스팅 장치(100)를 전체적으로 도시하는 도면으로서, 상기 블라스팅 장치(100)의 드라이아이스 분사과정을 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 드라이아이스 블라스팅장치(100)는 압력식 블라스팅 장치로서, 드라이아이스를 미립자의 펠렛으로 성형하는 펠렛 성형기(10)와, 상기 펠렛 성형기(10)에서 성형된 드라이아이스(5)가 충진되는 원통형의 호퍼(20)와, 상기 호퍼(20)의 하부와 통하도록 연결된 드라이아이스 급송수단(30)과, 상기 드라이아이스 급송수단(30)에 압축공기를 제공하는 공기압축기(40)와, 상기 드라이아이스 급송수단(30)의 말단부에 연결된 분사호스(50)를 거쳐 연결된 드라이아이스 분사부(60)를 포함한다.
상기 펠렛 성형기(10)는 유압 실린더(12) 내에서 작동되는 피스톤(14)의 힘에 의해 드라이아이스를 펠렛형상의 다수의 구멍(16)을 통해 밀어낼 수 있도록 구성되며, 본 실시예에서, 상기 펠렛 형상의 구멍(16)은 대략 2~3mm인 것이 바람직하다.
또한, 상기 호퍼(20)는 펠렛 성형기(10)에서 2 내지 3mm의 펠렛형태로 성형된 드라이아이스(5)를 수용하도록 상부가 개방된 원통형으로 이루어지며, 이와 같이 상부에 형성된 개방부는 호퍼 뚜껑(37)에 의해 닫혀질 수 있도록 구성된다.
상기 호퍼(20)의 하부는 이하에서 상세히 설명될 드라이아이스 급송수단(30)의 일부와 통하도록 개방되며. 여기서, 상기 호퍼의 하부에 형성된 개방부는 급송수단(30)의 개방부(32a)와 통하도록 그 크기가 정해진다.
또한, 드라이아이스가 상기 급송수단(30) 내에 유도될 때 상기 급송수단(30)의 입구부, 즉 개방부(32a)에 많은 양의 드라이아이스가 적체되는 것을 방지하기 위해 진동기(22)가 설치되며, 상기 진동기(22)의 설치는 상기 급송수단(30) 내로 드라이아이스가 원활히 공급되는 것을 가능하게 한다.
또한, 도 2에 가장 잘 도시된 바와 같이, 상기 호퍼(20)로부터 급송수단 개방부(32a)를 통해 드라이아이스를 유입하는 드라이 아이스 급송수단(30)은 감속모터(33)와, 상기 호퍼(20) 내의 드라이아이스가 유입되는 개방부(32a)를 갖는 원통형벽(32)과, 상기 원통형벽(32) 내부에서 감속모터(33)에 의해 회전되는 중공형의 스크류 부재(34)를 포함한다.
여기서, 상기 스크류 부재(34)의 중공 일단부(34a)는 공기압축기(40)로부터 연장된 공기도관(42)에 연결부재(44)에 의해 연결된다. 이 때, 상기 스크류 부재의 중공 일단부(34a)가 연결부재(44)에 결합되는 부분에는 예를 들면, 베어링 부재(미도시됨)가 제공됨으로써, 상기 스쿠류 부재(34)는 예를 들면, 감속모터(33)의 벨트 구동에 의해 상기 연결부재(44)와의 결합면에서 자유롭게 회전가능할 수 있도록 구성된다.
또한, 상기 스크류 부재(34)의 중공 타단부(34b)에는 공기분사노즐(도 3에 가장 잘 도시됨; 35)이 예를 들면, 나사식으로 착탈 가능하게 결합되어 있으며, 여기서, 상기 스크류 부재(34)에는 다양한 내경을 갖는 공기분사노즐(35)이 장착될 수 있다.
또한, 상기 공기분사노즐(35) 근처에는 상기 원통형벽과 상기 스크류 부재의 길이 차이에 의해 형성되는 드라이아이스-압축공기 혼합부(36)가 제공되며, 상기 혼합부(36)에서 드라이아이스와 압축공기가 완전히 혼합된다.
또한, 상기 스크류 부재(34)의 외주면에 형성된 스크류(34c)는 상기 호퍼(20)로부터 유도된 펠렛 형태의 드라이아이스(5)를 실질적으로 밀봉한 채 이송하기 위해 상기 원통형벽(32)의 내경과 실질적으로 같은 외경을 갖는다. 이 때, 상기 스크류 부재(34)는 원통형벽(32)과 실질적으로 접촉을 하면서도 마모가 되지 않도록 내마모성 재질의 금속 소재로 만들어지는 것이 바람직하다.
이와 같이, 스크류 부재(34)와 원통형벽(32)과의 공차를 최소화함으로써, 스크류 부재(34)의 회전에 의해 전진된 드라이아이스(5)가 스쿠류 부재(34)의 중공에 설치된 공기분사노즐(35)을 통해 전진된 압축공기와 혼합부(36)에서 서로 혼합될 때, 상기 압축공기가 후방의 호퍼로 역류되는 것이 방지된다.
또한, 상기 스크류(34c)의 간격은 펠렛 이송시 작은 압력을 형성하여 드라이아이스가 고압의 압축 공기에 일정하게 혼합될 수 있도록 드라이아이스의 이송방향을 따라 점차 간격이 작아지는 것이 바람직하다.
여기서, 상기 드라이아이스(5)의 급송량은 감속모터(33)의 회전속도로 결정되고 압축공기의 유속은 공기분사노즐(35)의 내경에 의해 결정되므로, 감속모터(33)의 회전속도를 변화시키고, 다양한 내경을 갖는 분사 노즐(35)을 선택적으로 사용함으로써, 드라이아이스의 분사량은 쉽게 조절될 수 있다.
한편, 상기 드라이아이스 급송수단(30)은 압축공기와 혼합된 드라이아이스가 이송하는 호스(50)를 거쳐 드라이아이스 분사부(60)에 연결된다. 여기서, 상기 드라이아이스 분사부(60)는 도 4에 도시된 바와 같이 분사총(62) 및 상기 분사총(62)에 연결된 채 드라이아이스를 최종적으로 대기에 분사하는 드라이아이스 분사노즐(64)을 포함한다.
여기서, 상기 분사총(62)에는 드라이아이스 분사를 개시하고 중지시키는 격발쇠(62 a)와, 상술된 감속모터(33)의 회전속도를 조절하여 드라이아이스의 분사량을 조절하는 분사량 조절 스위치(62b)가 설치된다.
또한, 상기 분사노즐(64)은 적은 압력과 작은 량의 공기에서도 최대의 유속을 발생시켜 강한 세정력을 확보할 수 있도록 그 내부의 단면적이 점진적으로 수렴 및 확산되는 기다란 벤츄리 타입의 노즐로 구성되는데, 이는 기존의 흡입식 블라스팅 장치에서는 드라이아이스 흡입의 곤란성 때문에 이용될 수 없는 것이었다.
더 상세히 말하자면, 본 발명에 따른 분사노즐(64)은 도 5에 도시되는 바와 같이, 단면적이 점진적으로 감소되는 수렴부(64a)와, 상기 수렴부의 말단으로부터 연장된 일정 단면적의 노즐 목(64b)과, 상기 노즐 목 말단부로부터 큰 기울기로서 단면적이 증가되는 제 1 발산부(64c)와, 상기 제 1 발산부 말단부로부터 완만한 기울기로 단면적이 증가되는 제 2 발산부(64d)로 이루어진다.
여기서, 상기 수렴부(64a)는 분사노즐(64)로 유입된 압축공기 및 드라이아이스를 순간적으로 가속하기 위한 것이고, 상기 제 1 발산부(64c)는 수렴부(64a)를 거쳐 순간 가속된 드라이아이스 및 압축공기를 충분한 유속으로 유지시키기 위한 것이며, 상기 제 2 발산부(64d)는 마찰 없는 드라이아이스 및 압축공기의 유동을 위한 것이다
이와 같은 분사노즐(64)의 구성은 드라이아이스 및 압축공기의 속도를 초음속의 속도에 이르게 하여, 기존의 흡입식 블라스팅에 비해 4 배의 빠른 유속을 얻을 수 있으며, 그 결과, 본 발명에 따른 드라이아이스 블라스팅 장치(100)는 적은압력, 예를 들면 약 7Kg/cm2의 압력과 작은 공기 유량(2.5m3/min)으로도 충분한 세정능력을 확보하게 된다.
이제, 상술한 구성에 따른 드라이아이스 블라스팅 장치(100)의 이물질 제거 과정을 살펴보고자 한다.
드라이아이스는 펠렛 성형기(10)에 의해 대략 2-3mm의 펠렛형태로 만들어지며, 상기 펠렛형태의 드라이아이스(5)는 상기 펠렛 성형기(10) 바로 아래에 배치된 호퍼(20) 내로 충진된다. 이 때, 드라이아이스는 진동기(22)에 의해 원활하게 드라이아이스 급송수단(30) 내로 유도된다.
그 후, 드라이아이스는 상기 급송수단(30)의 원통형벽(32) 내에서 중공형 스크류 부재(34)의 회전에 의해 혼합부(36)로 강제 이송되어져서, 스크류 부재(34)의 공기분사노즐(35)을 통해 분사된 압축공기와 혼합된다.
이 때, 공기압축기(40)를 통해 압축된 공기는 수분을 포함해 37℃ 내외가 되고 수분 건조기와 냉각기(미도시됨)를 통해 최종 배출된 압축 공기는 10℃ 내외의 공기가 된다. 이 압축 공기와 -78.5℃의 펠렛 형태의 드라이아이스가 만나게 되므로, 드라이아이스 펠렛의 손실이 발생되고, 상기 손실은 결국 세정력에 절대적인 악영향을 끼치는 인자가 되며, 기존 드라이아이스 블라스팅 장치에 있어서 피할 수 없는 문제점이기도 하다.
하지만, 본 발명에 따른 드라이아이스 블라스팅 장치(100)에서는 스크류 부재(34)의 중공부 내를 흐르는 10℃ 내외의 공기가 스크류 부재(34)의 회전에 따라스크류(34c)에 밀려 강제 이송되는 펠렛형태의 드라이 아이스(5)에 의해 간접적으로 냉각되며, 그 결과, 드라이아이스는 크게 손실되지 않은 펠렛 형태로 단일호스(50)에 의해 분사부(60)로 이송되고, 그 후, 압축공기와 혼합된 드라이아이스는 상기 분사부(60)의 분사총(62)에 격발에 의해 분사노즐(64)을 거쳐 분사된다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 드라이아이스 블라스팅 장치(100)는 소량, 저압의 압축공기로도 강한 세정력을 확보할 수 있고, 중공형의 스크류 부재(34)를 갖춘 급송수단(30)을 이용함으로써 압축공기와 드라이아이스의 온도차이에 의한 드라이아이스 펠렛 손실을 방지할 수 있고, 스크류 부재(34)의 회전속도를 조절하고 다양한 공기분사노즐(35)을 이용함으로써 손쉽게 분사량을 조절할 수 있는 효과를 갖는다.

Claims (3)

  1. 펠렛 성형기(10)에 의해 미립자의 펠렛으로 성형된 드라이아이스(5)를 호퍼(20)에 충진한 후, 상기 드라이아이스(5)를 공기압축기(40)에서 나온 압축공기를 이용해 대상물 표면에 분사하는 드라이아이스 블라스팅(100) 장치에 있어서,
    상기 호퍼(20)의 하부에는 드라이아이스 급송수단(30)이 서로 통하도록 연결되고, 상기 드라이아이스 급송수단(30)은 그 말단부에 설치된 단일호스(50)를 거쳐 드라이아이스 분사부(60)에 관로로 연결되며,
    여기에서, 상기 드라이아이스 급송수단(30)은 감속모터(33)와, 상기 호퍼(20)와 일부가 통하도록 개방부가 형성된 원통형벽과, 상기 원통형벽의 내주부에 꼭 맞게 상기 감속모터(33)에 의해 회전되는 중공형의 스크류 부재(34)를 포함하며,
    상기 스크류 부재(34)의 중공 일단부(34a)는 공기압축기(40)와 관로로 연결되고, 상기 스크류 부재(34)의 중공 타단부(34b)에는 공기분사노즐(35)이 탈착가능하게 설치되며,
    상기 공기분사노즐(35) 근처에는 상기 원통형벽(32)과 상기 스크류 부재(34)의 길이 차이에 의해 형성되는 드라이아이스-압축공기 혼합부(36)가 제공되는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 블라스팅 장치.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 스크류 부재(34)의 스크류 간격은 드라이아이스가 이송되는 방향으로 그 간격이 점진적으로 작아지는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 블라스팅 장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 드라이아이스 분사부(60)는 그 말단에 벤츄리 타입의 분사노즐(64)을 포함하며, 상기 분사노즐(64)은 분사방향을 따라 그 단면적인 점진적으로 작아지는 수렴부(64a)와, 상기 수렴부의 말단으로부터 일정 단면적으로 연장되는 노즐 목(64b)과, 상기 노즐 목 말단으로부터 큰 기울기로서 단면적이 증가되는 제 1 발산부(64c)와, 상기 제 1 발산부 말단으로부터 완만한 기울기로 단면적이 증가되는 제 2 발산부(64d)를 포함하는 것을 특징으로 하는 드라이아이스 블라스팅 장치.
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