KR101932073B1 - 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워 - Google Patents

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Abstract

압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워가 개시되어 있다. 본 발명은, 구동모터, 상기 구동 모터에 연결된 샤프트, 및 상기 샤프트에 결합된 블로워를 구비하며, 고압의 공기를 정제하고 부스팅하여 배출할 수 있는 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워로서,
상기 블로워는, 외주부 일측에 정제된 고압의 공기를 배출하기 위한 출구부를 구비하는 본체부; 상기 본체부의 전면에 결합되고, 중앙에 고압의 공기를 유입하기 위한 입구부를 구비하는 케이스; 및 상기 본체부와 케이스 사이에 배치되며 상기 샤프트에 연결되는 임펠러;를 포함하며,
상기 임펠러는 2중 원판구조를 가지며, 그 내부에는 서로 다른 형상의 다수의 블레이드가 설치된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워{BOOSTING BLOWER FOR DRYER SYSTEM OF COMPRESSED AIR}
본 발명은 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 고압의 압축공기에 포함된 수분이나 불순물을 제거하여 정제된 공기를 만드는 건조시스템에서 고압의 공기를 안정적으로 부스팅할 수 있도록 한 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워에 관한 것이다.
일반적으로 공기 건조 시스템은 공기 속에 포함되어 있는 수분을 제거하는 시스템으로서, 건조공기를 필요로 하는 각종 자동화 설비, 반도체 제조공정, 수분 접촉시 화학반응을 일으키는 화학공정의 생산라인 등 산업 전반에 걸쳐 다양한 분야에 사용된다.
이러한 공기 건조 시스템은 냉동 압축기를 이용하여 압축공기의 온도를 낮춘 후에 압축공기에 포함된 수분을 응축시켜 공기 속의 수분을 제거하는 방식의 냉동식 공기 건조 시스템과, 흡착제나 제습제, 흡습제를 이용하여 공기 중에 포함되어 있는 습기를 흡착하는 방식의 흡착식 공기 건조 시스템으로 구분된다.
기존의 건조시스템 설비에서는 부스팅(boostiong)을 하기 위해서 루트 블로워(root blower), 링 블로워(ring blower)등의 용적형 블로워를 사용하였다.
그러나, 건조시스템 설비의 운영 과정에서 잦은 고장과 진동, 소음의 문제, 일정한 풍량과 일정한 압력을 내는 용적형 블로워로 인해 건조시스템 설비를 제어하는 데 상당한 어려움이 있었으며, 그로 인해 유지 관리 비용이 많이 소요되고 비효율적인 운전상태를 유지한다는 문제점이 있었다.
일 예로서, 도 1에서는 종래의 대표적인 흡착식 공기 건조 시스템을 보여주고 있다.
도 1에 도시한 바와 같이, 상기 흡착식 공기 건조 시스템은 흡착제가 내장되어 있는 두 개의 타워(100a,100b)와, 건조공기 생산을 위한 생산라인(110), 타워 재생을 위한 재생라인(120) 및 타워 냉각을 위한 냉각라인(130)과, 상기 생산라인(110), 재생라인(120) 및 냉각라인(130)에 설치되어 공기의 흐름을 전환시켜 주는 밸브장치(140a,140b)와, 상기 생산라인(110)과 재생라인(120)에 각각 설치되어 공기를 냉각하고 수분을 분리하는 쿨러(150a,150b) 및 세퍼레이터(160a,160b)와, 상기 재생라인(120)에 설치되어 공기를 가열하는 히터(170)와, 각 라인에 걸쳐 설치되는 공기의 단속을 위한 다수의 밸브(180a~180e) 등을 포함한다.
여기서, 미설명 부호 210은 압축공기를 제공하는 압축기를 나타낸다.
이와 같이 구성되는 흡착식 공기 건조 시스템에서 생산 운전과 재생 가열/재생 냉각 운전이 이루어지는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
생산 운전은 공기 내 수분을 흡착하여 건조공기를 생산하는 운전상태이고, 재생 가열 운전은 공기를 가열한 뒤 타워에 공급하여 타워 내 흡착제에 흡착되어 있는 수분을 탈착함으로써 흡착제를 재생하는 운전상태이며, 재생 냉각 운전은 재생 후 과열되어 있는 타워를 냉각하는 운전상태이다.
이러한 생산 운전과 재생 가열/냉각 운전은 두 타워에서 동시에 진행되는데, 예컨대 제1타워가 생산 운전되는 동안 제2타워에서는 재생 가열과 냉각이 순차적으로 진행되고, 반대로 제2타워가 생산 운전되는 동안에는 제1타워에서 재생 가열/냉각이 순차적으로 진행된다.
1. 대한민국 등록특허 제10-0421716호(2004.02.25) 2. 대한민국 등록특허 제10-1520319호(2015.05.08)
본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 전 운전영역에서 안정적으로 운전할 수 있도록 한 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 고압의 압축공기를 수용하여 그 고압의 압축공기를 안정적으로 부스팅할 수 있도록 한 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워는, 구동모터, 상기 구동 모터에 연결된 샤프트, 및 상기 샤프트에 결합된 블로워를 구비하며, 고압의 공기를 정제하고 부스팅하여 배출할 수 있는 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워로서,
상기 블로워는, 외주부 일측에 정제된 고압의 공기를 배출하기 위한 출구부를 구비하는 본체부; 상기 본체부의 전면에 결합되고, 중앙에 고압의 공기를 유입하기 위한 입구부를 구비하는 케이스; 및 상기 본체부와 케이스 사이에 배치되며 상기 샤프트에 연결되는 임펠러;를 포함하며,
상기 임펠러는 2중 원판구조를 가지며, 그 내부에는 서로 다른 형상의 다수의 블레이드가 설치된 구조를 갖는 것을 특징으로 한다.
상기 임펠러는, 중앙에 제 1에어홀이 형성된 전면원판; 상기 전면원판에 대응하여 그 후면에 설치되며 제 2에어홀이 형성된 후면원판; 및 상기 전면원판과 상기 후면원판 사이에 방사상으로 설치되는 다수의 제 1블레이드와 다수의 제 2블레이드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
각각의 제 1블레이드는 각각의 제 2블레이드보다 길게 형성되며, 상기 다수의 제 1블레이드 사이 사이에 각각의 제 2블레이드가 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 전면원판에는 다수의 제 1슬릿부와 다수의 제 2슬릿부가 형성되어 있으며, 상기 다수의 제 1슬릿부들 사이 사이에 각각의 제 2슬릿부(19)가 배치되는 것을 특징으로 한다.
상기 각각의 제 1블레이드는 상기 전면원판의 각각의 제 1슬릿부에 삽입되고, 상기 각각의 제 2블레이드는 상기 전면원판의 각각의 제 2슬릿부에 삽입되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1블레이드의 일단에는 제 1돌부와 제 1요부가 교번되어 형성되고, 상기 제 2블레이드의 일단에는 제 2돌부와 제 2요부가 교번되어 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 후면원판에는 각각의 제 1블레이드의 몸체부가 삽입될 수 있는 다수의 제 3슬릿부가 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 고압의 압축공기를 수용하여 그 고압의 압축공기를 안정적으로 부스팅할 수 있도록 함으로써, 건조시스템의 전 운전영역에서 안정적으로 운전할 수 있도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 건조시스템의 제어를 원활하게 함으로써, 유지 관리비용을 크게 절감할 수 있고 운전상태를 효율적으로 운용할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 종래의 흡착식 공기 건조시스템을 나타내는 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워의 단면도이다.
도 3은 도 2에서의 부스팅 블로워를 상세히 도시한 단면도이다.
도 4는 도 2에서의 임펠러를 상세히 도시한 사시도이다.
도 5는 도 4의 임펠러를 분해하여 도시한 분해사시도이다.
도 6은 도 4의 임펠러를 도시한 후면사시도이다.
도 7은 종래 블로워와 본 발명에 따른 블로워의 성능 특성을 비교한 그래프이다.
먼저, 본 발명에 따른 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워가 적용되는 건조기에 대해서 상세히 설명하도록 한다.
공장의 제조 라인 중에서 약 6∼10 bar의 고압 공기를 필요로 하는 설비에서, 고압공기에 함유된 수분이나 불순물을 제거하여 정제된 고압공기를 만드는 설비를 건조시스템(dryer)라고 한다.
이 건조시스템 설비에서 고압의 공기를 0.3∼0.4 bar 정도 부스팅(boosting)하는 과정이 있는데, 이 과정에서 부스팅을 담당하는 것이 블로워의 역할이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워는 고압의 공기를 흡입하여 공기로 부터 수분이나 불순물을 제거하고, 고압의 공기를 0.3∼0.4 bar 정도 더 부스팅하여 다음 공정으로 배출하는 역할을 하는 것으로, 크게 구동모터(37), 상기 구동 모터(37)에 연결된 샤프트(33), 및 상기 샤프트(33)에 결합된 블로워(1)를 포함한다.
상기 구동모터(37)와 샤프트(33)는 커플링부(35)에 의해 결합되고, 상기 샤프트(35)는 다수의 베어링부(31)에 의해 지지되면서 상기 블로워(1)에 결합된다.
상기 블로워(1)는 본체부(5), 상기 본체부(5)의 전면에 결합되는 케이스(3), 및 상기 본체부(5)와 케이스(3) 사이에 배치되며 상기 샤프트(35)에 연결되는 임펠러(10)를 포함한다.
상기 케이스(7)의 중앙에는 고압의 공기를 흡입하기 위한 입구부(7)가 일체로 형성되어 있고, 상기 본체부(5)의 외주부 일측에는 정제된 고압의 공기를 배출하기 위한 출구부(9)가 일체로 형성되어 있다.
상기 임펠러(10)는 고압의 공기를 수용하여 정제하면서 부스팅하여 상기 출구부(9)를 통해 공기를 배출하기 위한 장치이다. 도 2에는, 약 6∼10 bar의 고압 공기가 케이스(3)의 입구부(7)로 인입되어 상기 임펠러(10)의 내부로 주입된 상태에서, 임펠러(10)의 강한 회전에 따라 정제되면서 부스팅되어서 상기 출구부(9)를 통해서 배출되는 동작을 화살표로 표시하고 있다.
상기 임펠러(10)는, 2중 원판구조를 가지며, 그 내부에는 서로 다른 형상의 다수의 블레이드가 설치된 구조를 갖는 것을 특징으로 하고 있다.
도 3 및 도 4를 참조하여, 보다 구체적으로 살펴보면, 상기 임펠러(10)는 중앙에 제 1에어홀(15)이 형성된 전면원판(11), 상기 전면원판(11)에 대응하여 그 후면에 설치되며 제 2에어홀(12)이 형성된 후면원판(13), 및 상기 전면원판(11)과 상기 후면원판(13) 사이에 방사상으로 설치되는 다수의 제 1블레이드(20)와 제 2블레이드(40)를 포함한다.
상기 제 1블레이드(20)와 제 2블레이드(40)는 상기 전면원판(11)과 상기 후면원판(13)의 중심부로부터 외각부로 방사상으로 설치되며, 상기 제 1블레이드(20)는 상기 제 2블레이드(40)보다 길게 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전면원판(11)과 후면원판(13)은 상기 다수의 제 1블레이드(20)와 제 2블레이드(40)에 의해 지지되어 결합된다.
상기 전면원판(11)에는 다수의 제 1슬릿부(18)와 다수의 제 2슬릿부(19)가 형성되어 있다. 도 3을 참조하면, 제 1슬릿부(18)는 적어도 복수의 슬릿이 일렬로 이격되어 형성되어 있으며, 약 4 ∼ 5 개 정도의 슬릿이 일렬로 이격되어 형성되어 있는 것이다. 또한, 제 2슬릿부(19)도 복수의 슬릿이 일렬로 이격되어 형성되어 있으며, 약 2 ∼ 3 개 정도의 슬릿이 일렬로 이격되어 형성되어 있는 것이다. 물론, 슬릿이 갯수는 전면원판 및 후면원판의 크기에 따라서 다양하게 변경될 수 있다. 다만, 제 1슬릿부(18)의 갯수가 제 2슬릿부(19)의 갯수보다 많게 형성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 다수의 제 1슬릿부(18)들 사이 사이에 상기 제 2슬릿부(19)가 배치되는 것이 바람직하다.
도 4에 도시된 바와 같이, 상기 각각의 제 1블레이드(20)는 상기 전면원판(11)의 각각의 제 1슬릿부(18)에 삽입된다. 이러한 삽입을 원활하게 하기 위하여 상기 제 1블레이드(20)의 일단에는 제 1돌부(21)와 제 1요부(23)가 교번되어 형성되어 있다. 즉, 상기 제 1돌부(21)는 상기 제 1슬릿부(18)의 슬릿에 삽입되는 것이며, 결합력을 증대시키기 위하여 상기 제 1돌부(21)와 전면원판(11)을 용접할 수도 있다. 또한, 제 1블레이드(20)는 길게 형성된 몸체부(25)를 구비하고 있다.
또한, 상기 각각의 제 2블레이드(40)는 상기 전면원판(11)의 각각의 제 2슬릿부(19)에 삽입된다. 이러한 삽입을 원활하게 하기 위하여 상기 제 2블레이드(40)의 일단에는 제 2돌부(41)와 제 2요부(43)가 교번되어 형성되어 있다. 즉, 상기 제 2돌부(41)는 상기 제 2슬릿부(18)의 슬릿에 삽입되는 것이며, 결합력을 증대시키기 위하여 상기 제 2돌부(41)와 전면원판(11)을 용접할 수도 있다.
본 발명에서는, 다수의 제 1블레이드(20)가 다수의 제 2블레이드(40)보다 길게 형성되어 배치되고, 상기 다수의 제 1블레이드(20) 사이 사이에 제 2블레이드(40)가 설치되는 것이 바람직하며, 이러한 구성을 가져야만 본 발명의 목적이 구현될 수 있는 것이다.
또한, 상기 후면원판(13)에는 상기 다수의 제 1블레이드(20)의 몸체부(25)가 삽입될 수 있는 다수의 제 3슬릿부(14)가 형성되어 있다. 즉, 상기 제 1블레이드(20)의 몸체부(25)는 상기 제 3슬릿부(14)를 통과하여 돌출된 상태로 후면원판(13)에 결합되는 것이다. 이러한 구성을 가짐으로써, 상기 다수의 제 1블레이드(20)와, 전면원판(11) 및 후면원판(13)의 결합력이 더 크게 증대될 수 있는 것이다.
그리고, 상기 후면원판(13)의 후면에는 샤프트(33)의 연결을 위한 축지지부(16)이 결합된다. 상기 축지지부(16)은 상기 후면원판(13)의 제 2에어홀(12)에 삽입되는 형태로 설치된다. 상기 축지지부(16)의 중앙에는 샤프트(33)가 삽입될 수 있는 축공(17)이 형성되어 있다.
이하, 본 발명의 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워의 동작에 대하여 설명한다.
구동모터(37)가 작동되면 샤프트(33)가 회전하고, 샤프트(33)에 연결된 임펠러(10)가 회전하게 된다. 그러면, 케이스(3)의 입구부(7)를 통해서 고압으로 압축된 공기가 유입되고, 유입된 고압의 공기는 전면원판(11)의 에어홀(15)를 통해서 임펠러(10)의 내부로 인입된다. 유입된 고압의 공기는 제 1블레이드(20)와 제 2블레이드(40)에 작용에 의해서 부스팅되어 본체부(5)의 출구부(9)를 통해 배출된다.
이때, 고압의 공기는 길이가 긴 제 1블레이드(20)와 길이가 짧은 제 2블레이드(40)을 교번하여 유동하면서, 압력의 변화가 크지 않게 됨으로써 서어징 영역이 발생하지 않는 것이다.
본 발명에 따른 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워는 건조시스템이 필요로 하는 전 영역의 유량과 압력을 제어할 수 있게 지원할 수 있도록 구성되고 설계되어 있는 것을 큰 특징으로 하고 있습니다.
일반적인 블로워는 정격유량의 30%정도 유량 지점에서 압력이 정점(peak point)을 이루고 30% 정도 이하의 유량과 그 이상의 유량에서 압력이 하강곡선의 형태를 나타내는 특성을 가진다(도 7a 참조). 이 정점(peak point)을 블로워의 서어징 점(surging point)이라고 하고, 그 이하의 유량 영역을 서어징 영역(surging area)이라 하며, 이 영역에서의 운전은 진동과 소음이 동반된 블로워의 불안전 운전을 야기하는 문제점이 있다.
그러나, 본 발명에 따른 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워는 상기와 같은 서어징 영역이 없다는 장점이 있는 것이다(도 7b 참조). 따라서, 본 발명에 따르면, 전 운전 영역에서 안정적으로 설비를 운전할 수가 있는 것이다.
종래의 블로워는 유량와 압력을 만드는 임펠러의 블레이드가 모두 같은 모양의 일정한 형태의 블레이드이지만, 본 발명에 따른 블로워는 블레이드의 형태가 서로 다른 두가지의 형상이 조합되어 있다는 것이 큰 특징인 것이다.
특히, 일반적인 건조시스템에서는 본 발명과 같이 임펠러를 구비하는 부스팅용 블로워를 적용한 건조방법은 지금까지 제시되어 있지 않고 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
1: 블로워 3: 케이스
5: 본체부 7: 입구부
9: 출구부 10: 임펠러
11: 전면원판 13: 후면원판
14: 제 3슬릿부 16: 축지지부
18: 제 1슬릿부 19: 제 2슬릿부
20: 제 1블레이드 40: 제 2블레이드

Claims (7)

  1. 구동모터, 상기 구동 모터에 연결된 샤프트, 및 상기 샤프트에 결합된 블로워를 구비하며, 고압의 공기를 정제하고 부스팅하여 배출할 수 있는 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워로서,
    상기 블로워는,
    외주부 일측에 정제된 고압의 공기를 배출하기 위한 출구부를 구비하는 본체부; 상기 본체부의 전면에 결합되고, 중앙에 고압의 공기를 유입하기 위한 입구부를 구비하는 케이스; 및 상기 본체부와 케이스 사이에 배치되고 상기 샤프트에 연결되는 2중 원판구조의 임펠러;를 포함하고,
    상기 임펠러는,
    중앙에 제 1에어홀이 형성된 전면원판; 상기 전면원판에 대응하여 그 후면에 설치되며 제 2에어홀이 형성된 후면원판; 및 상기 전면원판과 상기 후면원판 사이에 방사상으로 설치되는 다수의 제 1블레이드와 다수의 제 2블레이드를 포함하며,
    상기 다수의 제 1블레이드 사이 사이에 각각의 제 2블레이드가 배치되고,
    각각의 제 1블레이드는 각각의 제 2블레이드보다 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 전면원판에는 다수의 제 1슬릿부와 다수의 제 2슬릿부가 형성되어 있으며,
    상기 다수의 제 1슬릿부들 사이 사이에 각각의 제 2슬릿부가 배치되는 것을 특징으로 하는 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 각각의 제 1블레이드는 상기 전면원판의 각각의 제 1슬릿부에 삽입되고,
    상기 각각의 제 2블레이드는 상기 전면원판의 각각의 제 2슬릿부에 삽입되는 것을 특징으로 하는 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제 1블레이드의 일단에는 제 1돌부와 제 1요부가 교번되어 형성되고,
    상기 제 2블레이드의 일단에는 제 2돌부와 제 2요부가 교번되어 형성되는 것을 특징으로 하는 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 후면원판에는 각각의 제 1블레이드의 몸체부가 삽입될 수 있는 다수의 제 3슬릿부가 형성되는 것을 특징으로 하는 압축공기 건조시스템용 부스팅 블로워.
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