KR101525033B1

KR101525033B1 - 원심분리형 축류식 집진장치

Info

Publication number: KR101525033B1
Application number: KR1020130047439A
Authority: KR
Inventors: 임윤철
Original assignee: (주)명진 에어테크
Priority date: 2013-04-29
Filing date: 2013-04-29
Publication date: 2015-06-09
Also published as: KR20140128700A

Abstract

본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치는, 외부로부터 유입되는 공기의 유동방향을 나선형 패턴으로 변환시켜, 공기 중의 분진이 원심력에 의해 공기의 회전축과 직각을 이루는 방향으로 밀려나 포집되도록 하는 제1 집진부; 상기 제1 집진부를 지난 공기를 일방향으로 송풍시키는 제1 송풍부; 상기 제1 송풍부로부터 유입되는 공기의 유동방향을 나선형 패턴으로 회전시켜, 공기 중의 분진이 원심력에 의해 공기의 회전축과 직각을 이루는 방향으로 밀려나 포집되도록 하는 제2 집진부; 상기 제2 집진부를 지난 공기를 외부로 배출시키는 제2 송풍부;를 포함하여 구성된다. 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치는, 원심력을 이용하여 공기 중의 분진을 분리시키도록 구성되므로 별도의 필터가 요구되지 아니하고, 2회 이상에 걸쳐 분진을 걸러냄으로써 집진 성능이 향상되며, 압력손실을 최대한 감소시켜 에너지 소비효율이 매우 향상된다는 장점이 있다.

Description

원심분리형 축류식 집진장치 {Centrifugal separation type axial dust collecting apparatus}

본 발명은 공기 중의 입자상 오염물질을 제거하기 위한 집진장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 원심분리를 이용한 둘 이상의 집진부가 축방향으로 배열되도록 구성되는 축류식 집진장치에 관한 것이다.

일반적으로 입자상 오염물질(이하 '분진'이라 약칭함)은 중요한 대기오염물질 중 하나이며 자연적 또는 인위적으로 발생한다. 자연적으로 발생하는 입자는 대부분 2.5 마이크론 이상의 입자로 바람에 의해 생성된 토양먼지 그리고 해염입자 등 기계적 분쇄과정 등을 통해 주로 생성된다. 이에 반해 인위적으로 발생하는 부유분진은 2.5 마이크론 이하의 입자로써 화학적 연소, 자동차 배출가스 및 화학물질 제조과정에서 다량 발생한다.

분진의 생성은 가스상 물질에 의해서 생성되기도 하며, 가스상 물질은 응축과 응집 과정을 거치면서 분자 크기에서 미세입자의 크기까지 증가하게 된다. 이러한 현상은 단순히 입자 크기의 증가뿐 아니라 유해한 아황산가스 및 휘발성유기화합물 등을 포함하게 되어 인체에는 더욱 치명적이게 된다. 오염원에서 배출되는 입자 크기는 매우 다양하며, 인체의 유해도는 입자의 크기분포와 어떠한 화학물질과 결합하고 있느냐에 따라 크게 달라진다. 상기 부유 분진은 제철 공장, 자동차 제조 공장, 선박 제조 공장, 산업 기계 제조 공장 및 화력 발전소, 소각장 등의 공장 내에서 많이 발생하며, 이러한 공장 내에는 상기한 부유 분진을 제거하기 위한 각종 집진 장치들이 설치되어 사용되고 있다.

현재 개발되어 사용 중인 집진기로는 여과식, 원심식, 전기식 및 세정식 집진기 등을 들 수 있다. 그 중 여과식 집진기는 연소 및 폐기물 소각공정에서 배출되는 입자상 오염물질 및 중금속 물질을 처리 및 제거하는데 효과적이며 집진성능이 우수하여 산업체에서 광범위하게 적용되고 있다.

일반적으로 여과식 집진기는 백 필터(Bag Filter)에서 탈진과 제진이 동시에 이루어지도록 구성되는데, 탈진필터에서 떨어져 나온 미세분진이 백 하우스 내부에서 침강하지 않고 유입가스 기류를 타고 제진필터 쪽으로 이동하여 탈진한 분진이 제거되지 않고, 제진이 진행 중인 인근 필터 표면으로 옮겨서 재부착되기 때문에 백 하우스 내부 분진 농도가 높아져서 필터 전후의 차압(Pressure Difference)이 증가하여 집진효율이 감소하고, 이에 따른 소비전력이 증가하여 에너지 소비가 크게 증가하는 문제점이 발생한다. 또한 집진에 필요한 충분한 표면적을 확보하기 위해서 필터 개수를 증가시켜야 하는데, 필터 개수가 증가하면 백 하우스가 차지하는 면적이 커지기 때문에 설치업체에서는 설치공간 확보에 어려움이 있다. 이외에도 여과식 집진기는 에너지 소비가 크고, 주기적으로 필터를 교체해 주어야 하므로 유지비용이 매우 많이 소요된다는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 10-2013-0020138호 '원심분리식 집진장치'

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 원심력을 이용하여 공기 중의 분진을 분리시킴으로써 별도의 필터가 요구되지 아니하고, 2회 이상에 걸쳐 분진을 걸러냄으로써 집진 성능이 향상될 수 있으며, 압력손실을 최대한 감소시킴으로써 에너지 소비효율 증대가 가능한 집진장치를 제공하는데 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치는, 외부로부터 유입되는 공기의 유동방향을 나선형 패턴으로 변환시켜, 공기 중의 분진이 원심력에 의해 공기의 회전축과 직각을 이루는 방향으로 밀려나 포집되도록 하는 제1 집진부; 상기 제1 집진부를 지난 공기를 일방향으로 송풍시키는 제1 송풍부; 상기 제1 송풍부로부터 유입되는 공기의 유동방향을 나선형 패턴으로 회전시켜, 공기 중의 분진이 원심력에 의해 공기의 회전축과 직각을 이루는 방향으로 밀려나 포집되도록 하는 제2 집진부; 상기 제2 집진부를 지난 공기를 외부로 배출시키는 제2 송풍부;를 포함하여 구성된다.

상기 제1 집진부는, 일방향으로 길이를 갖는 원통형상으로 형성되되 외부로부터 유입된 공기의 유동방향을 나선형 패턴으로 변환시키는 제1 가이드베인이 공기가 유입되는 측의 외측면에 구비되는 제1 내측실린더와, 상기 제1 내측실린더를 이중관 구조로 둘러싸는 원통형상으로 형성되되 내측면 중단에 상기 제1 내측실린더를 향해 돌출되는 제1 단턱이 구비되는 제1 외측실린더와, 상기 제1 외측실린더의 내부와 연통되도록 상기 제1 외측실린더의 하측에 결합되는 제1 집진케이스를 포함한다.

상기 제2 집진부는, 일방향으로 길이를 갖는 원통형상으로 형성되되 상기 제1 송풍부로부터 유입된 공기의 유동방향을 나선형 패턴으로 변환시키는 제2 가이드베인이 공기가 유입되는 측의 외측면에 구비되는 제2 내측실린더와, 상기 제2 내측실린더를 이중관 구조로 둘러싸는 원통형상으로 형성되되 내측면 중단에 상기 제2 내측실린더를 향해 돌출되는 제2 단턱이 구비되는 제2 외측실린더와, 상기 제2 외측실린더의 내부와 연통되도록 상기 제2 외측실린더의 하측에 결합되는 제2 집진케이스를 포함한다.

상기 제2 집진부는 상기 제1 집진부보다 공기 유로 단면적이 좁게 형성된다.

상기 제1 송풍부는, 상기 제1 외측실린더와 직렬로 연결되는 원통 형상의 제1 외부케이스와, 회전축이 상기 제1 내측실린더의 길이방향 중심축과 일치하도록 상기 제1 외부케이스 내에 장착되는 제1 임펠러와, 상기 제1 임펠러를 회전시키는 제1 모터를 포함한다.

상기 제2 송풍부는, 상기 제2 외측실린더와 직렬로 연결되는 원통 형상의 제2 외부케이스와, 회전축이 상기 제2 내측실린더의 길이방향 중심축과 일치하도록 상기 제2 외부케이스 내에 장착되는 제2 임펠러와, 상기 제2 임펠러를 회전시키는 제2 모터를 포함한다.

상기 제1 외부케이스와 상기 제2 외부케이스 중 적어도 어느 하나의 내측면에 마련되는 흡음재와, 상기 흡음재의 내측면을 덮도록 상기 제1 외부케이스 또는 상기 제2 외부케이스에 결합되는 타공판을 더 포함한다.

상기 제2 송풍부는, 원통 형상으로 형성되며 길이방향 중심축이 상기 제2 임펠러의 회전축과 일치하도록 상기 제2 임펠러의 후단측에 배열되는 소음기를 더 포함하되, 상기 소음기는 공기가 외부로 배출되는 측 끝단이 유선형으로 제작된다.

본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치는, 원심력을 이용하여 공기 중의 분진을 분리시키도록 구성되므로 별도의 필터가 요구되지 아니하고, 2회 이상에 걸쳐 분진을 걸러냄으로써 집진 성능이 향상되며, 압력손실을 최대한 감소시켜 에너지 소비효율이 매우 향상된다는 장점이 있다.

도 1은 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치의 사시도이다.
도 2는 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치의 단면사시도이다.
도 3은 도 1은 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치에 포함되는 제1 내측실린더, 제1 임펠러, 제2 내측실린더, 제2 임펠러의 배열구조를 도시하는 분해사시도이다.
도 4는 공기 흐름 방향을 도시하는 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치의 단면도이다.
도 5 내지 도 8은 제1 집진부와, 제1 송풍부와, 제2 집진부 및 제2 송풍부의 단면도이다.
도 9 내지 14는 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치를 시뮬레이션 하였을 때의 농도 분포를 도시한 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치의 실시예를 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치의 사시도이고, 도 2는 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치의 단면사시도이며, 도 3은 도 1은 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치에 포함되는 제1 내측실린더, 제1 임펠러, 제2 내측실린더, 제2 임펠러의 배열구조를 도시하는 분해사시도이다. 또한, 도 4는 공기 흐름 방향을 도시하는 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치의 단면도이고, 도 5 내지 도 8은 제1 집진부와, 제1 송풍부와, 제2 집진부 및 제2 송풍부의 단면도이다.

본 발명에 의한 집진장치는 분진(D)이 포함되어 있는 공기를 회전시켜 공기에 비해 비중이 큰 분진(D)이 원심력에 의해 바깥쪽으로 밀려나도록 한 후, 바깥쪽으로 밀려난 분진(D)들을 모아 포집하도록 구성된다. 물론, 상기 언급한 바와 같이 원심력을 이용하여 분진(D)을 분리 포집하는 원심분리형 집진장치가 현재 사용되고 있지만, 이러한 종래의 원심분리형 집진장치는 공기가 유입되는 방향과 모터의 회전력에 의해 회전되는 방향이 직각을 이루도록 구성되는바, 압력 손실이 크게 발생되고 이에 따라 에너지 소비효율이 매우 낮다는 단점이 있다. 또한 원심력을 이용하여 분진(D)을 포집하는 원심분리형 집진장치는 여과식 집진장치에 비해 집진력이 떨어지므로, 원심분리형 집진장치를 이용하는 경우에는 집진 과정을 2회 이상에 걸쳐 반복해야 충분한 여과효과를 얻을 수 있는데, 종래의 원심분리형 집진장치를 일체로 결합시키는 경우 공기의 유동방향이 수회에 걸쳐 변경되므로 압력 손실이 대단히 크게 발생된다는 문제점이 있다.

본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치는 상기 언급한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 여과 대상 공기를 원형으로 회전시키는 것이 아니라 나선형 패턴으로 회전시킴으로써, 상기 여과 대상 공기에 원심력이 발생되는 상태에서 일방향으로 유동되도록 구성된다는 점에 가장 큰 특징이 있다. 즉, 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치는, 외부로부터 유입되는 공기의 유동방향을 나선형 패턴으로 변환시켜 공기 중의 분진(D)이 원심력에 의해 공기의 회전축과 직각을 이루는 방향으로 밀려나 포집되도록 하는 제1 집진부(100)와, 상기 제1 집진부(100)를 지난 공기를 일방향으로 송풍시키는 제1 송풍부(200)와, 상기 제1 송풍부(200)로부터 유입되는 공기의 유동방향을 나선형 패턴으로 회전시켜 공기 중의 분진(D)이 원심력에 의해 공기의 회전축과 직각을 이루는 방향으로 밀려나 포집되도록 하는 제2 집진부(300)와, 상기 제2 집진부(300)를 지난 공기를 외부로 배출시키는 제2 송풍부(400)를 포함하여 구성된다.

상기 제1 집진부(100)는 분진(D)이 포함된 공기를 나선형으로 회전시키기 위한 구성요소로서, 일방향(본 실시예에서는 수평방향)으로 길이를 갖는 원통형상으로 형성되는 제1 내측실린더(110)와, 상기 제1 내측실린더(110)를 이중관 구조로 둘러싸는 원통형상으로 형성되는 제1 외측실린더(120)와, 제1 내측실린더(110)와 제1 외측실린더(120) 사이를 지나는 동안 분리된 분진(D)이 모이는 제1 집진케이스(130)를 포함하여 구성된다. 상기 제1 내측실린더(110)는 외부로부터 유입된 공기의 유동방향을 나선형 패턴으로 변환시킬 수 있도록 공기가 유입되는 측의 외측면에 다수 개의 제1 가이드베인(112)이 구비되고, 상기 제1 외측실린더(120)는 내측면 중단에 상기 제1 내측실린더(110)를 향해 돌출되는 제1 단턱(122)이 구비된다. 또한 제1 외측실린더(120)의 입구측단에는 이물질 유입을 방지하기 위한 스크린(160)이 구비된다.

따라서 스크린(160)을 통해 제1 외측실린더(120)의 내측으로 분진(D)이 포함된 공기가 유입되면, 상기 공기는 경사지게 배열된 다수 개의 제1 가이드베인(112)을 따라 나선형 패턴으로 유동하면서 제1 내측실린더(110)와 제1 외측실린더(120) 사이를 지나게 된다. 이와 같이 분진(D)이 포함된 공기가 나선형 패턴으로 회전하는 동안 공기에 비해 비중이 큰 분진(D)은 보다 큰 원심력을 갖게 되므로, 나선형 패턴의 공기 유동 경로를 벗어나 제1 외측실린더(120)의 내벽으로 모이게 된다. 물론, 제1 외측실린더(120)의 내벽으로 모인 분진(D)들은 공기의 유동압에 의해 제1 송풍부(200) 측으로 어느 정도는 이동될 수 있으나, 제1 단턱(122)이 형성된 지점에 이르러서는 상기 제1 단턱(122)을 넘지 못하고 아래로 떨어져 제1 집진케이스(130)에 포집된다.

제1 집진부(100)를 거친 공기는 비교적 입자가 큰 분진(D)은 대부분 걸러지지만, 입자가 작은 분진(D)은 공기와 함께 제1 집진부(100)로부터 유출된다. 본 발명에 의한 집진장치는, 작은 입자의 분진(D)까지도 포집할 수 있도록 상기 제1 집진부(100)를 거친 공기가 제2 집진부(300)로 유입되는 구조로 구성된다. 이때, 제2 집진부(300)는 제1 집진부(100)와 실질적으로 동일한 구조를 갖는 구성요소로서, 일방향으로 길이를 갖는 원통형상으로 형성되되 상기 제1 송풍부(200)로부터 유입된 공기의 유동방향을 나선형 패턴으로 변환시키는 제2 가이드베인(312)이 공기가 유입되는 측의 외측면에 구비되는 제2 내측실린더(310)와, 상기 제2 내측실린더(310)를 이중관 구조로 둘러싸는 원통형상으로 형성되되 내측면 중단에 상기 제2 내측실린더(310)를 향해 돌출되는 제2 단턱(322)이 구비되는 제2 외측실린더(320)와, 상기 제2 외측실린더(320)의 내부와 연통되도록 상기 제2 외측실린더(320)의 하측에 결합되는 제2 집진케이스(330)를 포함하여 구성된다. 상기 제2 집진부(300)의 구조 및 분진(D) 여과 방식은 제1 집진부(100)와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.

한편, 제1 집진부(100)를 지난 공기가 그대로 제2 집진부(300)로 유입되면 유속이 매우 떨어져 정상적인 나선형 패턴의 유동이 불가해지고, 이에 따라 제2 집진부(300)의 집진 성능은 극히 낮아진다는 문제가 발생된다. 제1 송풍부(200)는 이와 같은 문제 해결을 위하여 즉, 제1 집진부(100)를 지난 공기를 빠르게 유동시키기 위하여 구비되는 구성요소로서, 제1 외측실린더(120)와 직렬로 연결되는 원통 형상의 제1 외부케이스(202)와, 회전축이 상기 제1 내측실린더(110)의 길이방향 중심축과 일치하도록 상기 제1 외부케이스(202) 내에 장착되는 제1 임펠러(210)와, 상기 제1 임펠러(210)를 회전시키는 제1 모터(220)를 포함한다. 이때, 제1 모터(220)의 외측에는 제1 임펠러(210)를 지나면서 가속된 공기의 유동 방향을 가이드하는 제1 팬케이스 날개(222)가 구비될 수 있다.

이와 같이 제1 집진부(100)와 제2 집진부(300) 사이에 제1 송풍부(200)가 구비되면, 제1 집진부(100)를 지나면서 어느 정도 유속이 떨어진 공기가 제1 송풍부(200)에 의해 고속으로 가속되어 제2 집진부(300)로 공급되므로, 제2 가이드베인(312)을 지나는 공기는 나선형으로 빠르게 회전되면서 제2 내측실린더(310)와 제2 외측실린더(320) 사이를 지나게 되고, 이에 따라 제2 집진케이스(330)로 분진(D)들이 포집될 수 있게 된다. 한편, 제2 집진부(300)는 제1 집진부(100)에 의해 걸러지지 아니한 비교적 작은 크기의 분진(D)을 포집할 수 있도록 구성되어야 하는데, 이와 같이 입자 크기가 작은 분진(D)을 원심력으로 분리시키기 위해서는 제1 집진부(100)를 지날 때의 공기 회전력보다 제2 집진부(300)를 지날 때의 공기 회전력이 더 빠르게 설정되어야 한다. 따라서 상기 제2 집진부(300)는 상기 제1 집진부(100)보다 공기의 유속이 빨라질 수 있도록 공기 유로 단면적이 좁게 형성됨이 바람직하다. 즉, 제2 내측실린더(310)와 제2 외측실린더(320)는 제1 내측실린더(110)와 제1 외측실린더(120)에 비해 직경이 작게 제작됨이 바람직하다.

또한, 제2 송풍부(400)는 제2 집진부(300)를 지난 공기를 보다 빠르게 외부로 배출시키기 위한 구성요소로서, 제2 외측실린더(320)와 직렬로 연결되는 원통 형상의 제2 외부케이스(402)와, 회전축이 제2 내측실린더(310)의 길이방향 중심축과 일치하도록 상기 제2 외부케이스(402) 내에 장착되는 제2 임펠러(410)와, 상기 제2 임펠러(410)를 회전시키는 제2 모터(420)를 포함하여 구성된다. 또한, 제1 집진케이스(130)와 제2 집진케이스(330)에 포집된 분진(D)은 작업자의 수작업에 의해 외부로 배출되도록 구성될 수도 있으나, 제1 집진케이스(130)와 제2 집진케이스(330)에 포집된 공기가 곧바로 외부로 배출되지 아니하면 다시 유입될 수 있다. 따라서 본 발명에 의한 집진장치는, 제1 집진케이스(130)와 제2 집진케이스(330)에 포집된 분진(D)을 실시간으로 외부로 배출시키는 별도의 진공흡입장치(미도시)가 추가로 설치될 수 있다.

상기와 같이 구성되는 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치를 이용하면, 상대적으로 입자가 큰 분진(D)은 제1 집진케이스(130)에서 포집되고, 제1 집진케이스(130)에서 미처 포집되지 아니한 분진(D) 즉, 상대적으로 입자가 작은 분진(D)은 제2 집진케이스(330)에서 추가로 포집되는바, 공기 중의 분진(D)을 보다 효과적으로 걸러낼 수 있다는 장점이 있다. 또한, 제1 가이드베인(112)과 제2 가이드베인(312)의 입사각을 조절함으로써, 제1 집진부(100)를 지나는 공기의 회전력과 제2 집진부(300)를 지나는 공기의 회전력을 각각 독립적으로 제어할 수 있으므로, 여러 가지 조건에 맞게 각 집진부의 집진 성능을 조절할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 공기의 진행방향이 절곡되지 아니하고 일방향으로 연속되는바, 압력 손실 및 이에 따른 에너지 소비량이 절감될 수 있다는 장점이 있다. 또한 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치는, 분진(D) 포집을 위한 별도의 필터가 요구되지 아니하므로 유지비용이 매우 절감될 뿐만 아니라, 필터 교체에 소요되는 작업공정의 생략을 통해 생산성이 향상된다는 장점이 있다.

한편, 모터에 의해 임펠러가 회전되는 제1 송풍부(200) 및 제2 송풍부(400)에서는 큰 소음이 발생되므로, 제1 외부케이스(202)와 제2 외부케이스(402)의 내측면에는 흡음재(240, 450)가 각각 마련됨이 바람직하다. 이때 상기 흡음재(240, 450)가 단순히 제1 외부케이스(202) 또는 제2 외부케이스(402)에 접착 방식으로 결합되면, 내부를 흐르는 고속의 공기압에 의해 손상되거나 제1 외부케이스(202) 또는 제2 외부케이스(402)로부터 탈거될 우려가 있다. 따라서 상기 제1 송풍부(200) 및 제2 송풍부(400)에는 흡음재(240, 450)의 내측면을 덮도록 상기 제1 외부케이스(202) 또는 상기 제2 외부케이스(402)에 결합되는 타공판(230, 430)이 추가로 구비될 수 있다. 이와 같이 흡음재(240, 450) 및 타공판(230, 430)이 구비되면, 흡음재 손상 우려 없이 모터의 구동소음 및 임펠러 회전소음을 일정 수준 차단할 수 있게 된다. 물론, 제1 집진부(100) 및 제2 집진부(300)에도 상기와 같은 소음 차단을 위한 흡음재(150) 및 타공판(140)이 마련될 수 있으나, 상기 흡음재(150) 및 타공판(140)은 분진(D)의 이동을 차단하는 단턱(122, 322)을 가리지 아니하도록 단턱(122, 322)의 후단측(본 실시예에서는 우측)에 마련되어야 할 것이다.

또한, 제2 임펠러(410)에 의해 가속된 공기는 제2 모터(420)의 외측면을 타고 흐르게 되므로, 제2 모터(420)를 지난 공기의 유로 단면적은 가운데가 비어있는 도넛 형상을 이루게 되는데, 이때 가운데에 비어있는 공간으로 많은 양의 공기가 한 번에 유입되면서 큰 소음이 발생된다. 상기 제2 송풍부(400)는 이와 같은 소음을 방지하기 위하여, 공기의 배출방향으로 길이를 갖는 원통 형상을 이루되 공기가 외부로 배출되는 측 끝단(본 실시예에서는 우측 끝단)이 유선형으로 제작된 소음기(440)와, 제2 외부케이스(402)의 출구측에 결합되는 노즐(460)을 추가로 구비할 수 있다. 상기 소음기(440)는 길이방향 중심축이 상기 제2 임펠러(410)의 회전축과 일치하도록 상기 제2 임펠러(410)의 후단측에 배열되는바, 제2 모터(420)를 지난 공기는 소음기(440)의 외측면을 타고 흐르면서 부드럽게 가운데로 모이게 되어 소음을 유발하지 아니하게 된다. 또한, 상기 소음기(440)는 도 8에 도시된 바와 같이 제2 임펠러(410)의 선단측에 구비되어 제2 임펠러(410)로 공급되는 공기의 흐름을 제2 임펠러(410)의 안내깃으로 자연스럽게 변경시킴으로써, 소음 방지 기능을 수행하도록 활용될 수도 있다. 물론, 이와 같이 소음기(440)가 제2 임펠러(410)의 선단측에 구비되는 경우에는, 본 실시예에 도시된 바와 같이 선단측이 유선형으로 제작되어야 할 것이다. 상기 소음기(440)의 길이 및 형상은 공기의 유속 및 제품의 크기 등에 따라 자유롭게 변경될 수 있는바, 상기 소음기(440)의 규격에 대한 상세한 설명은 생략한다.

도 9 내지 14는 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치를 시뮬레이션 하였을 때의 농도 분포를 도시한 도면이다.

본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치는 공기가 나선형으로 유동되는 동안 발생되는 원심력을 이용하여 분진(D)을 분리 및 포집하도록 구성되는데 특징이 있는 것으로, 공기가 나선형으로 유동되는 현상은 제1 가이드베인(112) 및 제2 가이드베인(312)에 의해 발생된다. 이때, 가이드베인의 입사각이 과도하게 작으면 압력면에서 실속이 발생하여 압력손실이 커지고, 가이드베인의 입사각이 과도하게 커지면 흡입면에서 실속이 발생하여 압력손실이 발생된다. 가이드베인의 입사각에 따른 집진효율을 수치해석한 결과, 가이드베인의 입사각이 5도인 경우는 도 9에 도시된 바와 같이 86.7%의 집진효율이 나타나고, 가이드베인의 입사각이 10도인 경우는 도 10에 도시된 바와 같이 93.6%의 집진효율이 나타나며, 가이드베인의 입사각이 15도인 경우에는 89.5%로 오히려 집진효율이 감소됨을 알 수 있었다. 따라서 상기 제1 가이드베인(112)과 제2 가이드베인(312)의 입사각은 10도 내외로 설정됨이 바람직하다.

또한, 집진효율은 제1 내측실린더(110)와 제2 내측실린더(310)의 길이에 의해서도 좌우된다. 즉, 내측실린더의 길이가 과도하게 짧으면 완전한 회전기류가 형성되기 전 임펠러 입구로 분진(D)이 유출되어 집진효율이 저하되고, 내측실린더의 길이가 과도하게 길어지면 회전기류에서 축방향으로 속도가 증가하면서 분진(D)과 공기가 분리되었다가 혼합되어 집진효율이 저하된다. 내측실린더의 길이에 따른 집진효율을 수치해석한 결과, 내측실린더의 길이가 1000mm인 경우는 도 11에 도시된 바와 같이 85.5%의 집진효율이 나타나고, 내측실린더의 길이가 1500mm인 경우는 도 12에 도시된 바와 같이 98.7%의 집진효율이 나타나며, 내측실린더의 길이가 1700mm로 증가된 경우에는 83.6%로 오히려 집진효율이 감소됨을 알 수 있었다. 따라서 상기 내측실린더의 길이는 1500mm 내외로 설정됨이 바람직하다.

또한, 집진효율은 내측실린더와 외측실린더 간의 간극(이하 '간극'이라 약칭한다)에 의해서도 좌우된다. 이는, 간극이 과도하게 커지면 분진(D)이 외측실린더의 내측면에 적층되지 못하고 임펠러 측으로 유입되고, 간극이 과도하게 작아지면 압력손실이 증가하고 임펠러의 효율이 낮아지기 때문이다. 간극의 크기에 따른 집진효율을 수치해석한 결과, 간극이 100mm인 경우는 도 13에 도시된 바와 같이 73.9%의 집진효율이 나타나고, 간극이 140mm인 경우는 도 14에 도시된 바와 같이 99.2%의 집진효율이 나타나며, 간극이 200mm로 증가된 경우에는 85%로 오히려 집진효율이 감소됨을 알 수 있었다. 따라서 내측실린더와 외측실린더 간의 간극은 140mm 내외로 설정됨이 바람직하다.

이와 같이 본 발명에 의한 원심분리형 축류식 집진장치는, 각 구성요소들의 규격 및 스펙에 따라 집진효율이 변경되는바, 상기 각 구성요소들의 규격 및 스펙은 여과하고자 하는 기체 및 분진(D)의 종류, 온도 및 습도와 같은 주변 환경 등 여러 가지 요소에 따라 적절하게 선택되어야 할 것이다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100 : 제1 집진부 110 : 제1 내측실린더
112 : 제1 가이드베인 120 : 제1 외측실린더
122 : 단턱 130 : 제1 집진케이스
140 : 타공판 150 : 흡음재
160 : 스크린 200 : 제1 송풍부
202 : 제1 외부케이스 210 : 제1 임펠러
220 : 제1 모터 222 : 제1 팬케이스 날개
230 : 타공판 240 : 흡음재
300 : 제2 집진부 310 : 제2 내측실린더
312 : 제2 가이드베인 320 : 제2 외측실린더
322 : 제2 단턱 330 : 제2 집진케이스
400 : 제2 송풍부 402 : 제2 외부케이스
410 : 제2 임펠러 420 : 제2 모터
430 : 타공판 440 : 소음기
450 : 흡음재 460 : 노즐
D : 분진

Claims

외부로부터 유입되는 공기의 유동방향을 나선형 패턴으로 변환시켜, 공기 중의 분진(D)이 원심력에 의해 공기의 회전축과 직각을 이루는 방향으로 밀려나 포집되도록 하는 제1 집진부(100);
상기 제1 집진부(100)를 지난 공기를 일방향으로 송풍시키는 제1 송풍부(200);
상기 제1 송풍부(200)로부터 유입되는 공기의 유동방향을 나선형 패턴으로 회전시켜, 공기 중의 분진(D)이 원심력에 의해 공기의 회전축과 직각을 이루는 방향으로 밀려나 포집되도록 하는 제2 집진부(300);
상기 제2 집진부(300)를 지난 공기를 외부로 배출시키는 제2 송풍부(400);를 포함하고,
상기 제1 송풍부(200)는:
상기 제1 외측실린더(120)와 직렬로 연결되는 원통 형상의 제1 외부케이스(202);
회전축이 상기 제1 내측실린더(110)의 길이방향 중심축과 일치하도록 상기 제1 외부케이스(202) 내에 장착되는 제1 임펠러(210); 및
상기 제1 임펠러(210)를 회전시키는 제1 모터(220);를 포함하고,
상기 제2 송풍부(400)는:
상기 제2 외측실린더(320)와 직렬로 연결되는 원통 형상의 제2 외부케이스(402);
회전축이 상기 제2 내측실린더(310)의 길이방향 중심축과 일치하도록 상기 제2 외부케이스(402) 내에 장착되는 제2 임펠러(410); 및
상기 제2 임펠러(410)를 회전시키는 제2 모터(420); 를 포함하고,
상기 제1 외부케이스(202)와 상기 제2 외부케이스(402) 중 적어도 어느 하나의 내측면에 마련되는 흡음재(240, 450)와, 상기 흡음재(240, 450)의 내측면을 덮도록 상기 제1 외부케이스(202) 또는 상기 제2 외부케이스(402)에 결합되는 타공판(230, 430)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 원심분리형 축류식 집진장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 집진부(100)는:
일방향으로 길이를 갖는 원통형상으로 형성되되 외부로부터 유입된 공기의 유동방향을 나선형 패턴으로 변환시키는 제1 가이드베인(112)이 공기가 유입되는 측의 외측면에 구비되는 제1 내측실린더(110);
상기 제1 내측실린더(110)를 이중관 구조로 둘러싸는 원통형상으로 형성되되 내측면 중단에 상기 제1 내측실린더(110)를 향해 돌출되는 제1 단턱(122)이 구비되는 제1 외측실린더(120); 및
상기 제1 외측실린더(120)의 내부와 연통되도록 상기 제1 외측실린더(120)의 하측에 결합되는 제1 집진케이스(130); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심분리형 축류식 집진장치.
제2항에 있어서,
상기 제2 집진부(300)는:
일방향으로 길이를 갖는 원통형상으로 형성되되 상기 제1 송풍부(200)로부터 유입된 공기의 유동방향을 나선형 패턴으로 변환시키는 제2 가이드베인(312)이 공기가 유입되는 측의 외측면에 구비되는 제2 내측실린더(310);
상기 제2 내측실린더(310)를 이중관 구조로 둘러싸는 원통형상으로 형성되되 내측면 중단에 상기 제2 내측실린더(310)를 향해 돌출되는 제2 단턱(322)이 구비되는 제2 외측실린더(320); 및
상기 제2 외측실린더(320)의 내부와 연통되도록 상기 제2 외측실린더(320)의 하측에 결합되는 제2 집진케이스(330); 를 포함하는 것을 특징으로 하는 원심분리형 축류식 집진장치.
제3항에 있어서,
상기 제2 집진부(300)는 상기 제1 집진부(100)보다 공기 유로 단면적이 좁게 형성되는 것을 특징으로 하는 원심분리형 축류식 집진장치.
삭제
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제1항에 있어서,
상기 제2 송풍부(400)는 원통 형상으로 형성되며 길이방향 중심축이 상기 제2 임펠러(410)의 회전축과 일치하도록 상기 제2 임펠러(410)의 후단측에 배열되는 소음기(440)를 더 포함하되, 상기 소음기(440)는 공기가 외부로 배출되는 측 끝단이 유선형으로 제작되는 것을 특징으로 하는 원심분리형 축류식 집진장치.