KR100988331B1 - 오일 분리기를 구비한 공기 정화 유닛 및 압축 공기 공급유닛 - Google Patents

오일 분리기를 구비한 공기 정화 유닛 및 압축 공기 공급유닛 Download PDF

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Abstract

본 발명은 오일 분리기(10)를 구비한 공기 정화 유닛(12)에 관한 것이다. 상기 오일 분리기는 제1 챔버(26) 및 제2 챔버(30)를 포함하고, 상기 챔버들은 공통의 축을 가진 실질적으로 축 대칭의 환형 챔버로서 실시되며, 정화될 압축 공기는 상기 제1 챔버 내로 유입되고, 공기 안내 수단(28)은 상기 제1 챔버 내에 배치되며, 상기 공기 안내 수단(28)에 의해 관류 공기의 유속이 변할 수 있고, 상기 제1 챔버에서 정화된 공기가 상기 제2 챔버에 공급될 수 있으며, 그 다음에 제2 챔버를 통해 필터 유닛(18)에 공급될 수 있다. 본 발명은 또한 압축 공기 공급 유닛에 관한 것이다.
오일 분리기, 공기 정화 유닛, 제1 챔버, 제2 챔버, 공기 안내 수단, 필터 유닛, 압축 공기 공급 유닛.

Description

오일 분리기를 구비한 공기 정화 유닛 및 압축 공기 공급 유닛{AIR PURIFIER UNIT WITH OIL SEPARATOR AND COMPRESSED AIR PROVIDER UNIT}
본 발명은 오일 분리기를 구비한 공기 정화 유닛 및 압축 공기 공급 유닛에 관한 것이다.
공기 정화 유닛은 무엇보다도 압축기에 의해 공급된 압축 공기로부터 습기를 제거한 다음 이것을 압축 공기 소비장치(consumer), 특히 브레이크 장치에 공급하기 위해 사용된다. 압축기에 의해 공급된 공기가 오염되어 있기 때문에, 이것을 정화한 다음 필터 유닛에 공급하는 것이 바람직하다; 이로 인해, 필터 유닛의 오염이 지연된다. 압축기에 의해 공급된 압축 공기는 예컨대 압축기 내에서 윤활제로서 사용된 오일로 오염되어 있다; 다른 오염은 예컨대 대기로부터 유래한다. 이러한 오염물 및 다른 오염물을 제거하기 위해, 소위 오일 분리기를 사용하는 것은 공지되어 있다. 이 경우, 압축 공기는 오일 분리기를 통해 흐른 다음, 필터 유닛 내로 유입된다.
이러한 정화 장치의 예는 미국 특허 제 6,071,321 호에 제시되어 있다. 이 특허에 개시된 방식 또는 유사한 방식으로 구성된 오일 분리기는 일반적으로 원심력을 이용해서 동작한다. 공기 흐름이 접선 성분(tangential component)을 갖고 원통형 챔버에 공급됨으로써, 원심력에 의해, 공기와 함께 운반된 입자들이 공기로부터 그것의 큰 질량에 따라 외부를 향해 밀리고, 결국 상기 입자들이 챔버의 벽에서 분리된다. 그리고 나서, 입자들은 챔버의 바닥에 모여지고 거기서부터 배출될 수 있다.
일반적으로, 압축 공기 정화 유닛이 충족시켜야 하는 가급적 많은 기능들을 적은 부품 내에 통합하고자 한다. 따라서, 미국 특허 제 6,071,321 호에는 오일 분리기를 필터 유닛에 설치하는 것이 이미 개시되었다. 선행 기술에 따른 공기 정화 유닛은 상기 통합 요구에 따라 압축 공기의 필터링에 관련한 과제에 추가해서, 압력 조절과 압축 공기 소비 회로의 보호와 관련한 과제도 충족시킨다. 이러한 점에서, 공기 정화 유닛의 중앙 부품들은 필터 유닛과 더불어 압력 조절기 및 멀티 섹션 보호 밸브를 포함하며, 상기 압력 조절기 및 멀티 섹션 보호 밸브는 하나의 밸브 하우징 내에 배치된다.
본 발명의 목적은 기능면에서 개선된 오일 분리기를 구비한 공기 정화 유닛 및 압축 공기 공급 유닛을 제공하는 것이다.
상기 목적은 독립 청구항의 특징에 의해 달성된다.
본 발명의 바람직한 실시예는 종속 청구항에 제시된다.
본 발명에 따라, 오일 분리기는 제1 챔버 및 제2 챔버를 구비하며, 상기 챔버들은 공통의 축을 가진 실질적으로 축 대칭의 환형 챔버로서 구현되며, 정화될 압축 공기는 상기 제1 챔버 내로 유입될 수 있고, 공기 안내 수단은 상기 제1 챔버 내에 배치되며, 상기 공기 안내 수단에 의해 관류 공기의 유속이 변할 수 있고, 상기 제1 챔버에서 정화된 공기가 상기 제2 챔버에 공급될 수 있으며, 상기 정화된 공기가 제2 챔버를 통해 필터 유닛에 공급될 수 있다. 공기 안내 수단에 의해 이물질의 분리가 지원될 수 있다. 압축 공기가 교번하는 속도로 오일 분리기를 통해 흐를 수 있기 때문에, 이러한 이물질의 조기 밀집이 이루어질 수 있다. 이러한 밀집은 이물질의 질량을 증가시키며, 따라서 원심력에 의해 오일 분리기의 외부면으로 이물질의 운반이 가속된다. 공기 안내 수단이 설치된 공간과 분리하여, 다른 공간이 제공되고, 이 공간을 통해 정화된 공기가 필터 유닛에 공급될 수 있다: 따라서, 필터 유닛과, 오염을 야기하는 제1 챔버와 직접적인 연결이 불필요하다.
제1 챔버 및 제2 챔버가 공통 축을 가진 실질적으로 축 대칭의 링형 챔버로서 구현되는 것이 특히 바람직하다. 이러한 점에서, 정화될 공기는 먼저 방사방향 외측의 링형 챔버를 통해 흐른 다음, 정화된 상태로 방사방향 내측의 링형 챔버를 통해 필터 유닛에 공급된다.
압축 공기가 접선 성분을 갖고 제1 챔버에 공급될 수 있는 것이 특히 바람직하다. 제1 챔버 내부의 접선 성분은, 원심력을 오염물의 분리에 사용하기 위해 필요하다. 접선 성분이 기본적으로 제1 챔버 내에 배치된 공기 안내 수단에 의해서 발생될 수 있기는 하지만, 압축 공기가 처음부터 접선 성분을 갖고 제1 챔버에 공급되는 것이 유용하다.
본 발명에 따른 공기 정화 유닛의 구조적 설계와 관련해서, 공기 안내 수단이 다수의 공기 안내 요소를 구비하고, 그 주요 평면들이 상이한 축방향 좌표에 배치되고, 상기 공기 안내 요소들은 공기 안내 섹션들을 가지며, 상기 공기 안내 섹션들은 그들의 주요 평면으로부터 연장되고, 인접한 공기 안내 요소들의 인접한 공기 안내 섹션들은 평행하지 않은 것이 특히 바람직하다.
이러한 공기 안내 요소들은 예컨대 원환형 요소들을 스탬핑한 다음, 적합한 방식으로 굽힘 가공함으로써 간단히 제조된다. 인접한 공기 안내 섹션들의 평행하지 않은 배치에 의해, 제1 챔버를 통한 공기의 나선형 경로에 유동 병목, 및 큰 유동 횡단면이 제공되는 영역이 생긴다. 이러한 점에서, 바람직하게는 이물질의 밀집을 가속시키는 속도 변동이 나타난다.
공기 안내 섹션들과 주요 평면 사이의 각도는 10 내지 20도, 바람직하게는 15도인 것이 유용하다.
본 발명의 특히 바람직한 실시예에 따르면, 공기 안내 요소들이 적어도 부분적으로 동일하게 형성된다. 인접한 공기 안내 요소들의 공기 안내 섹션들의 비평행성은 공기 안내 요소들 간의 상대 회전에 의해 실현된다. 따라서, 동일한 공기 안내 요소들을 사용하는 것이 가능하며, 이로 인해 오일 분리기가 매우 저렴하고 신뢰할 수 있게 제조된다. 공기 안내 요소들 간의 상대 회전에 의해서만 제1 챔버를 통한 압축 공기의 유동 경로에서 유동 횡단면이 변할 수 있다.
공기 안내 요소의 내경은 제1 챔버를 제2 챔버로부터 분리시키는 원통형 벽의 외경에 상응하는 것이 특히 바람직하다. 이로 인해, 공기 안내 요소들은 상기 원통형 벽 상에 포지티브하게 및/또는 넌포지티브하게 부착될 수 있다. 공기 안내 요소와 원통형 벽 사이에 추가 고정 수단이 제공될 수 있다.
제1 챔버가 바닥 영역을 가지며, 이 바닥 영역에 분리된 오일이 모여지고, 상기 모여진 오일을 빼내기 위한 배출부가 상기 바닥 영역에 배치되는 것이 특히 바람직하다. 따라서, 분리된 오일, 더 일반적으로 말하면, 분리된 오염물은 제1 챔버 내에서, 모여진 오일이 직접 배출될 수 있는 지점에 모여질 수 있다.
이와 관련해서, 상기 원통형 벽이 제1 챔버의 바닥 영역에서 계단형으로 형성되는 것이 특히 유용하다. 제1 챔버의 바닥 영역 내에서 원통형 벽의 이러한 계단형 디자인은 제1 챔버 내부에서 오일이 위로 스며드는 것 또는 오일이 제1 챔버로부터 제2 챔버 내로 스며드는 것을 방지한다. 이로 인해, 제2 챔버를 통해 흐르는 압축 공기가 다시 오염되는 것이 방지된다.
유사한 이유로, 제1 챔버와 제2 챔버 사이의 이행부는 제1 챔버 내로 돌출한 하나 이상의 관에 의해 형성되고, 상기 관은 그 외측면에 하나 이상의 칼라형 돌출부를 갖는다. 칼라형 돌출부 또는 바람직하게는 다수의 칼라형 돌출부들은 마찬가지로 오일이 제1 챔버로부터 제2 챔버 내로 스며드는 것을 방지한다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 공기 정화 유닛을 가진 압축 공기 공급 유닛에 관한 것이다.
본 발명에 따른 압축 공기 공급 유닛은 특히 바람직하게는 오일 분리기가 분리된 물질의 배출을 위해 필터 유닛의 재생과 관련해서 사용되는 공기 정화 유닛의 배출구와 결합되는 배출부를 구비함으로써 개선된다. 선행 기술에 따른 공기 정화 유닛은 필터 유닛의 재생을 위해 배출구를 구비한다. 필터 유닛의 재생을 위해 공기는 상용차의 저장 용기로부터 필터 유닛을 통해 역방향으로 흐른 다음, 공기는 배출구를 통해 공기 정화 유닛을 빠져나간다. 이제, 본 발명에 따라 상기 배출구는 오일 분리기 내에서 분리된 물질을 상기 오일 분리기로부터 빼내기 위해 사용될 수 있다. 따라서, 경우에 따라 오일 분리기 내에 모여진 환경 오염 물질이 대기로 배출하는 것을 확실하게 방지한다.
이하, 본 발명의 특히 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참고로 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 정화 유닛의 사시도.
도 2는 오일 분리기 내부의 측면도.
도 3은 오일 분리기의 측단면도.
도 4는 공기 안내 요소의 사시도.
도 5는 본 발명에 따른 압축 공기 공급 유닛의 개략도.
첨부 도면을 참고로 하는 본 발명의 이하의 설명에서는 동일한 도면 부호를 동일한 또는 유사한 부품에 부여한다.
도 1은 본 발명에 따른 공기 정화 유닛의 사시도이다. 본 발명에 따른 공기 정화 유닛(12)은 건조기 카트리지로서 형성된 필터 유닛(18), 밸브 하우징(14) 및 통합된 오일 분리기(10)를 포함한다. 오일 분리기(10)는 입구 접속부(20)를 가지며, 상기 접속부를 통해 압축 공기가 압축기로부터 오일 분리기(10) 및 그에 따라 공기 정화 유닛(12)에 공급될 수 있다. 따라서, 정화될 압축 공기가 최단 거리로 오일 분리기(10)에 공급될 수 있다. 오일 분리기(10)에는, 외부 충전용 입구 접속 부 및 타이어 충전용 출구 접속부로서 사용될 수 있는 추가의 접속부(22)가 제공된다. 정화될 압축 공기가 예컨대 차량 외부의 소스로부터 상기 접속부에 공급될 수 있거나, 또는 정화되지 않은 압축 공기가 임의의 목적을 위해, 예컨대 타이어 충전을 위해 인출될 수 있다. 또한, 안전 밸브(24)가 제공된다. 오일 분리기(10)의 하우징(60)의 외부면에는, 오일 분리기로부터 나온 열을 방출하기 위해 사용되는 냉각 리브(70)가 제공된다.
도 2는 오일 분리기의 내부를 측면도로 도시한다. 도 3은 오일 분리기의 측단면도를 도시한다. 도 4는 공기 안내 요소의 사시도를 도시한다. 오일 분리기(10)의 내부에는 제1 챔버(26)와 제2 챔버(30)가 제공되며, 이들 챔버는 관(46)을 통해 서로 연결된다. 제1 챔버(26) 내에는 공기 안내 수단(28)이 배치된다. 공기 정화 유닛(12)의 작동 중에, 압축 공기는 입구 접속부(20)를 통해 오일 분리기(10)에 공급된다. 압축 공기는 먼저 오일 분리기(10)의 제1 챔버(26)에 이르고, 이 제1 챔버(26) 내로 유입되는 즉시 상기 공기에는 접선의 유동 성분이 주어진다. 원심력에 의해, 오염물이 하우징(60)의 내벽으로 밀린다. 오염물들은 제1 챔버(26)의 바닥 영역(42)에 모여진다. 제1 챔버(26)의 바닥 영역(42)에는 분리된 오염물을 인출하기 위한 배출부(44)가 제공된다. 압축 공기는 제1 챔버(26)로부터 관(46)을 통해 제2 챔버(30) 내로 범람할 수 있고, 거기서부터 유출구(56)를 통해 필터 유닛 내로 유입될 수 있다. 필터 유닛 내에서 압축 공기의 건조 후에, 상기 압축 공기는 오일 분리기(10)의 중앙 유동 통로(58)를 통해 밸브 유닛 내로 흐르고, 거기서부터 공지의 방식으로 여러 소비 회로(consumer circuit)에 분배된다.
오일 분리기(10)의 하우징(60) 내에는 삽입물(62)이 제공되며, 이 삽입물(62)은 원통형 벽(40)과 상기 벽(40)으로부터 연장되는 칼라(64)를 구비한다. 삽입물(62)은 나사 결합(80)에 의해 하우징에 고정된다. 칼라(64)는 홈(66)과 홈 내에 삽입된 시일(80)을 구비하기 때문에, 삽입물(62)은 하우징(60) 내로 삽입된 상태에서 제1 챔버(26)를 밀봉한다. 다른 시일(82)에 의해 제2 챔버(30)가 제2 챔버의 내벽(84)에 대해 밀봉된다. 원통형 벽(40)은 칼라(64)로부터 떨어진 단부에서 계단형 부분(68)으로 끝난다. 공기 정화 유닛의 작동 중에 분리된 오일은 상기 계단형 부분에 모여지기 때문에, 이것은 원통형 벽(40)에서 오일이 위로 스며드는 것을 방지하는 효과를 갖는다. 압축 공기를 제1 챔버(26)로부터 제2 챔버(30) 내로 옮기기 위해 관(46)이 제공되며, 상기 관(46)은 그 외주에 칼라형 돌출부(48)를 구비한다. 상기 돌출부(48)는 오일이 관(46)의 외주를 따라 스며드는 것을 방지하고 결국 제2 챔버(30) 내로의 오일 침투를 저지하기 위해 제공된다. 공기 안내 수단(28)은 동일하게 형성된 다수의 공기 안내 요소들(32)서 실시된다. 공기 안내 요소(32)의 내경은 실질적으로 원통형 벽(40)의 외경에 상응하므로, 공기 안내 요소(32)는 삽입물(26) 상에 포지티브하게 및/또는 넌포지티브하게 부착될 수 있다. 각각의 공기 안내 요소(32)에 의해 주요 평면(34)이 규정된다. 상기 주요 평면으로부터 공기 안내 섹션(36)이 교대로 상이한 축방향으로 연장되고, 상기 공기 안내 섹션은 바람직하게는 상기 주요 평면(34)과 약 15도의 각을 형성한다. 공기 안내 요소들(32)이 동일하게 구성되기는 하지만, 이들은 "트위스트(twisted)" 방식으로 삽입물(62) 상에 부착된다. 이로 인해, 제1 챔버(26)를 통해 흐르는 공기에 대해 상이한 유동 횡단면이 주어지고, 이로부터 속도 변화가 나타난다. 상기 속도 변화는 오염물들의 밀집을 촉진하기 때문에, 원심력에 의해 하우징(60)의 내벽으로 오염물들을 운반하는 것이 가속된다. 공기 안내 요소들(32)은 간단한 방식으로, 예컨대 스탬핑 공정 및 후속하는 휨 공정에 의해 제조될 수 있다. 상기 공정들은 적합한 공구의 사용시 하나의 단계로 통합될 수도 있다.
공기 정화 유닛 내에 오일 분리기를 통합하는 것은 오일 분리기를 밸브 하우징 및 필터 유닛과 분리 가능하게 또는 분리 불가능하게 연결함으로써 실시될 수 있다. 오일 분리기 및 밸브 유닛 및/또는 필터 유닛에 대해 하나의 공통 하우징을 제공하는 것도 가능하다.
도 5는 본 발명에 따른 압축 공기 공급 유닛의 개략도를 도시한다. 본 발명에 따른 공기 정화 유닛(12) 내에 오일 분리기(10)가 통합된다. 압축 공기는 압축 공기 소스(52)로부터 오일 분리기(10)를 통해 공기 정화 유닛(12)에 공급된다. 정화되고 건조된 압축 공기는 압축 공기 소비기구(50)에 공급될 수 있다. 오일 분리기(10) 내에 모인 오염물들을 오일 분리기(10)로부터 인출하기 위해, 라인(72)이 제공된다. 오일 분리기(10)의 배출부(44)가 상기 라인(72)을 통해 공기 정화 유닛(12)의 배기구(74)와 결합된다. 상기 결합은 밸브(76)를 통해 이루어지고, 상기 밸브는 예컨대 2/2 밸브로서 설계될 수 있다. 오일 분리기(10)로부터 오염물을 인출하기 위해, 소비기 라인 내에 배치된 밸브(78)가 폐쇄된다. 상기 밸브도 2/2 밸브로서 설계될 수 있다. 상기 밸브(78)는 공기 정화 유닛(12)의 내부에도 배치될 수 있다. 이때, 밸브(76)가 개방될 수 있어서, 압축 공기 소스(52)에 의해 공급된 압축 공기에 의해, 오염물들이 오일 분리기로부터 배기구(74)를 통해 배출될 수 있다. 상기 배기구(74)는 바람직하게는 필터 유닛(18)의 재생을 위해 사용되는 배기구와 동일한 배기구이다.
상기 설명, 도면 및 청구범위에 공개된 본 발명의 특징들은 개별적으로 그리고 임의로 조합된 상태로 본 발명을 실시하는 데에 중요하다.

Claims (12)

  1. 오일 분리기(10)를 구비한 공기 정화 유닛(12)으로서,
    - 상기 오일 분리기(10)는 제1 챔버(26) 및 제2 챔버(30)를 구비하며, 이들 챔버들은 공통의 축을 가진 축 대칭의 링형 챔버로서 형성되고,
    - 정화될 압축 공기가 상기 제1 챔버 내로 도입될 수 있고, 상기 제1 챔버 내에 공기 안내 수단(28)이 배치되며, 상기 공기 안내 수단에 의해 관류 공기의 유속이 변할 수 있고,
    - 상기 제1 챔버 내에서 정화된 공기가 상기 제2 챔버에 공급될 수 있으며, 상기 정화된 공기가 상기 제2 챔버를 통해 필터 유닛(18)에 공급될 수 있고,
    - 상기 제1 챔버(26) 및 상기 제2 챔버(30)가 필터 유닛(18)으로부터 압축 공기 소비기(50)로 건조된 압축 공기의 흐름을 위한 중앙 유동 통로(58)를 둘러싸는 것을 특징으로 하는 오일 분리기를 구비한 공기 정화 유닛.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압축 공기가 접선 성분을 갖고 상기 제1 챔버(26)에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는 오일 분리기를 구비한 공기 정화 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    - 상기 공기 안내 수단(28)이 다수의 공기 안내 요소들(32)을 구비하고, 그 주요 평면(34)이 상이한 축방향 좌표에 배치되고,
    - 상기 공기 안내 요소들이 각각의 주요 평면(34)으로부터 연장되는 공기 안내 섹션들(36, 38)을 가지며,
    - 인접한 공기 안내 요소들(32)의 인접한 공기 안내 섹션들(36, 38)이 서로 평행하지 않은 것을 특징으로 하는 오일 분리기를 구비한 공기 정화 유닛.
  4. 제3항에 있어서, 상기 공기 안내 섹션들(36, 38)과 상기 주요 평면(34) 사이의 각도가 10 내지 20 도인 것을 특징으로 하는 오일 분리기를 구비한 공기 정화 유닛.
  5. 제3항에 있어서, 상기 공기 안내 요소(32)는 적어도 부분적으로 동일하게 형성되고, 상기 인접한 공기 안내 요소들(32)의 상기 공기 안내 섹션들(36, 38)의 비평행성은 상기 공기 안내 요소들 간의 상대 회전에 의해 구현되는 것을 특징으로 하는 오일 분리기를 구비한 공기 정화 유닛.
  6. 제3항에 있어서, 상기 공기 안내 요소(32)의 내경은 상기 제1 챔버(26)를 상기 제2 챔버(30)로부터 분리하는 원통형 벽(40)의 외경에 상응하는 것을 특징으로 하는 오일 분리기를 구비한 공기 정화 유닛.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 챔버(26)가 바닥 영역(42)을 구비하고, 이 바닥 영역 내에 분리된 오일이 모이며, 상기 바닥 영역에 상기 모인 오일을 인출하기 위한 배출부(44)가 배치되는 것을 특징으로 하는 오일 분리기를 구비한 것을 특징으로 하는 공기 정화 유닛.
  8. 제6항에 있어서, 상기 원통형 벽(40)이 상기 제1 챔버(26)의 바닥 영역(42) 내에서 계단형으로 형성되는 것을 특징으로 하는 오일 분리기를 구비한 공기 정화 유닛.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 제1 챔버(26)와 상기 제2 챔버(30) 사이의 이행부가 상기 제1 챔버 내로 돌출한 하나 이상의 관(46)에 의해 형성되고, 이 관은 그 외부면에 하나 이상의 칼라형 돌출부(48)를 갖는 것을 특징으로 하는 오일 분리기를 구비한 공기 정화 유닛.
  10. 제1항 또는 제2항에 따른 공기 정화 유닛(12)을 포함하는 압축 공기 공급 유닛.
  11. 제10항에 있어서, 상기 오일 분리기는 분리된 물질의 배출을 위해 필터 유닛의 재생과 관련해서 사용되는 공기 정화 유닛의 배출구와 결합된 배출부(44)를 포함하는 것을 특징으로 하는 압축 공기 공급 유닛.
  12. 삭제
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