KR102653612B1 - 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 단열팽창을 이용하여 압축 공기내 수분을 효율적으로 분리해 내는 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치에 관한 것이다.
본 발명의 공기압축기용 수분 분리 및 배출장치는 지그재그 형태로 이루어지며 공기압축기(C)가 연결된 일측단으로부터 유입된 압축 공기 내의 수분을 단열팽창을 통해 분리하여 타측단으로 배출시키는 수분분리관(100)과, 분리된 수분이 모이도록 수분분리관(100)의 하단에 연결된 수통(200)과, 상기 수통(200)의 하단에 연결된 제1배수밸브(300)와, 상기 제1배수밸브(300)의 단부에 연결되어 공기압축기(C)가 오프 상태일 경우에 한하여 상기 제1배수밸브(300)를 개방시키는 파워트랩(400)과, 상기 파워트랩(400)에 연결되어 상기 공기압축기(C)가 오프 상태일 경우에 한하여 개방 동작되는 제2배수밸브(500)를 포함한다.

Description

공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치{Moisture separation and drainage apparatus for air compressor}

본 발명은 단열팽창을 이용하여 압축 공기내 수분을 효율적으로 분리해 내는 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치에 관한 것이다.

일반적으로, 공기 압축기(Air compressor)는 공기를 대기압 이상의 압력으로 압축하여 압축 공기를 만드는 장치로서, 압축 공기내에 포함된 수분을 분리하도록 수분장치가 연결된다.

이러한 수분 분리장치는 에어드라이기와 같은 수분배출장치(이하, "공기압축기"로 총칭 함)에도 동일하게 적용되고 있다.

종래의 공기 압축기용 수분 분리장치로는 국내공개특허 제10-2009-0080807호를 통해 개시된 "공기 압축기용 수분 분리장치"가 알려져 있다.

그러나, 상술한 종래의 공기 압축기용 수분 분리장치는 사이클론(cyclone)을 이용하여 압축 공기에 포함된 수분을 빠르게 선회시켜서 분리하는 방식을 따르고 있기 때문에 신속하게 수분을 분리하지 못해 수분의 분리 효율이 매우 불량하다는 문제가 있었다.

또한, 종래의 공기 압축기용 수분 분리장치는 분리된 수분이 작업 종료 후에 외부로 완전 배출되지 못하고 배출수로내에 잔존함으로써 동파로 인한 고장 발생이 잦은 문제가 있었다.

국내공개특허공보 제10-2009-0080807호

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 단열팽창을 이용하여 압축 공기내 수분이 효율적으로 분리 및 배출시킬 수 있고, 배출수로 내에 잔존하는 수분을 외부로 지동 배출시켜 동파사고를 예방할 수 있는 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치를 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치는 지그재그 형태로 이루어지며 공기 압축기가 연결된 일측단으로부터 유입된 압축 공기 내의 수분을 단열팽창을 통해 분리하여 타측단으로 배출시키는 수분분리관과, 분리된 수분이 모이도록 수분분리관의 하단에 연결된 수통과, 상기 수통의 하단에 연결된 제1배수밸브와, 상기 제1배수밸브의 단부에 연결되어 공기 압축기가 오프 상태일 경우에 한하여 상기 제1배수밸브를 개방시키는 파워트랩과, 상기 파워트랩에 연결되어 상기 공기 압축기가 오프 상태일 경우에 한하여 개방 동작되는 제2배수밸브를 포함한다.

또한, 상기 제1배수밸브는 공기 압축기가 오프 상태일 경우에 파워트랩으로부터 작용하는 음압에 의하여 내부에 설치된 제1밸브체가 파워트랩 측으로 이동하면서 개방되고, 공기 압축기가 온 상태일 경우에 수분분리관을 따라 이동하는 공기에 의해 형성되는 음압에 의해 내부의 제1밸브체가 수통측으로 이동하면서 폐쇄되도록 구성될 수 있다.

아울러, 상기 제2배수밸브는 공기 압축기가 오프 상태일 경우에 파워트랩 내부에 작용하는 양압에 의해 내부의 제2밸브체가 파워트랩의 반대측으로 이동하면서 개방되고, 공기 압축기가 온 상태일 경우에 내부에 설치된 스프링의 압력에 의해 내부의 제2밸브체가 파워트랩측으로 이동하면서 폐쇄되도록 구성될 수 있다.

한편, 상기 수분분리관의 내부에는 공기의 흐름방향을 따라 좁아지는 형태의 단열 팽창 유도공을 가진 응축디스크가 일정간격을 두고 복수로 배치될 수 있다.

아울러, 상기 제1배수밸브와 파워트랩 사이에는 동파방지를 위한 히터가 설치되는 것이 바람직하다.

상기와 같이 구성된 본 발명의 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치 공기압축기가 동작하지 않는 동안에는 제1배수밸브와 제2배수밸브가 자동으로 개방되면서 공기압축기가 동작하는 동안 수통에 저장되어 있던 응축수가 자동으로 배출되므로 별도로 응축수를 배출시켜 주지 않아도 되므로 종래에 비하여 작업 편의성이 매우 높을 뿐만 아니라, 동절기에 배출수로내에 잔존하는 응축수가 응고되면서 배관이 막혀 조업이 중단되거나 배관이 터지는 사고를 방지할 수 있는 효과가 있다.

아울러, 본 발명은 수분분리관의 하단 마다 수통과 제1배수밸브가 설치되어 독립적으로 배수가 이루어지게 되므로 종래보다 수분분리 효율이 크게 향상되는 효과도 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치의 구성을 나타내는 도면.
도 2는 도 1의 "A"부 상세 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치의 사용상태도로서, 공기압축기가 온동작된 상태를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치의 사용상태도로서, 공기압축기가 오프 동작된 상태를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치의 다른 실시예에 따른 구성을 나타내는 도면.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 바람직한 실시예에 대한 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

아울러, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다.

예컨대, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 아울러, "포함한다" 또는 "구비한다" 또는 "가진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "아래에" 있다고 할 경우, 이는 다른 부분 "바로 아래에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.

아울러, 본 명세서에서 사용한 "제1", "제2" 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

이하, 본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 상세히 설명함에 있어, 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하며, 명료성을 위하여 가능한 중복되지 않게 상이한 부분만을 주로 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치의 구성을 나타내는 도면이고, 도 2는 도 1의 "A"부 상세 단면도이며, 도 3은 본 발명에 따른 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치의 사용상태도로서, 공기압축기가 온동작된 상태를 나타내는 도면이고, 도 4는 본 발명에 따른 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치의 사용상태도로서, 공기압축기가 오프 동작된 상태를 나타내는 도면으로서, 도시된 바와 같이, 본 발명의 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치는 수분분리관(100)과 수통(200)과 제1배수밸브(300)와 파워트랩(400)과 제2배수밸브(500)를 포함한다.

상기 수분분리관(100)은 지그재그 형태로 이루어진 관체로서, 일측단에는 공기압축기(C)가 연결되고 타측단에는 수분이 분리된 공기가 배출되는 공기배출단(120)이 형성된다.

상기 수분분리관(100)은 공기압축기의 용량에 대응되게 직경을 증감시켜 대용량 및 저용량으로 용이하게 제작할 수 있다.

이와 같은 수분분리관(100)의 내부에는 단열팽창을 유도하는 응축디스크(130)들이 일정간격을 두고 복수로 설치된다.

상기 응축디스크(130)는 수분분리관(100)을 상하방향으로 구획하며, 전면에 걸쳐 일정간격을 두고 다수의 단열 팽창 유도공(131)이 형성된다.

상기 단열 팽창 유도공(131)은 공기의 흐름방향을 따라 좁아지도록 형성된다.

따라서, 상기 수분분리관 내부로 유입된 공기는 단열 팽창 유도공(131)을 통과하게 되는 과정에서 압축되며 단열 팽창 유도공(131)을 통과한 이후에는 급격히 팽창되면서 냉각된다. 공기가 냉각됨에 따라 공기에 포함된 수분이 응축되면서 공기와 분리된다.

그리고, 이렇게 생성된 응축된 수분(이하, 응축수라 칭함)은 하부에 위치된 응축디스크(130)의 단열 팽창 유도공(131)을 통해 아래로 이동하여 수분분리관(100)의 하단에 연결된 수통(200)으로 모이게 된다.

상기 제1배수밸브(300)는 수통(200)의 하단에 연결되어 수통(200)에 모인 응축수의 배출을 단속한다.

이 경우, 상기 제1배수밸브(300)는 수통(200)의 하부에 연결된 제1몸체(310)와, 상기 제1몸체(310)의 하단에 체결되는 제2몸체(320)와, 상기 제1몸체(310)의 내부에 삽입되는 제1밸브체(330)로 구성될 수 있다.

상기 제1몸체(310)는 상하가 개방형성된 관체로 이루어지며, 내주면을 따라 제1수평단턱(340)이 형성되고 하단에는 제2몸체(320)부와 체결되도록 암나사부가 형성된다.

상기 제1밸브체(330)는 상기 제1몸체(310)의 개방하부로 끼워져 상기 제1수평단턱(340)에 밀착되도록 구성된다.

상기 제2몸체(320)는 상하가 개방 형성된 관체로 이루어지며, 상부가 상기 제1몸체(310)의 개방하부로 삽입 체결된다.

이 경우, 상기 제2몸체(320)의 상단에는 적어도 하나 이상의 제1배수홈(350)이 형성된다. 그리고 상기 제1배수홈(350)의 하단에는 제1외향단턱(360)이 형성되고, 상기 제1외향단턱(360)의 외주면에는 상기 제1몸체(310)의 암나사부와 체결되는 숫나사부가 형성된다.

따라서, 상기 제1배수홈(350)과 제1외향단턱(360) 사이로 응축수가 이동하는 배수유로(370)가 형성된다.

이와 같이 구성된 제1배수밸브(300)는 제1밸브체(330)가 내부의 압력변화에 따라 상기 제1외향단턱(360)과 제2몸체(320)의 상단 사이를 이동하면서 개폐동작을 수행하게 된다. 즉, 상기 제1밸브체(330)가 수통(200)측으로 이동하여 제1수평단턱(340)에 밀착되면 폐쇄상태가 되고, 제2몸체(320)의 상단으로 이동하면 개방상태가 되는 것이다.

상기 파워트랩(400)은 제1배수밸브(300)의 단부에 연결되며 작동압력 설정을 통해 공기압축기(C)가 오프 상태일 경우에 한하여 상기 제1배수밸브(300)를 개방시키도록 동작된다.

상기 파워트랩(400)은 이미 널리 공지된 기술로서 특별히 한정하지 아니하며, 이하 기술하는 작동관계에 따라 당업자가 용이하게 구성할 수 있는 것이므로 상세한 설명은 생략하기로 한다.

상기 제2배수밸브(500)는 파워트랩(400)에 연결되어 상기 공기압축기(C)가 오프 상태일 경우에 한하여 개방 동작된다.

이 경우, 상기 제2배수밸브(500)는 파워트랩(400)의 하부에 연결된 제3몸체(510)와, 상기 제3몸체(510)의 하단에 체결되는 제4몸체(520)와, 상기 제3몸체(510)의 내부에 삽입되는 제2밸브체(530)와 상기 제4몸체(520) 내부에 삽입된 탄성부재(540)로 구성될 수 있다.

상기 제3몸체(510)는 상하가 개방형성된 관체로 이루어지며, 내주면을 따라 제2수평단턱(550)이 형성되고 하단에는 제2몸체(320)와 체결되도록 암나사부가 형성된다.

그리고, 상기 제2밸브체(530)는 상기 제3몸체(510)의 개방하부로 끼워져 상기 제2수평단턱(550)에 밀착되도록 구성된다. 상기 제4몸체(520)는 상하가 개방 형성된 관체로 이루어지며, 상부가 상기 제3몸체(510)의 개방하부로 삽입 체결된다.

이 경우, 상기 제4몸체(520)의 상단에는 적어도 하나 이상의 제2배수홈(560)이 형성된다. 그리고 상기 제2배수홈(560)의 하단에는 제2외향단턱(570)이 형성되고, 상기 제2외향단턱(570)의 외주면에는 상기 제3몸체(510)의 암나사부와 체결되는 숫나사부가 형성된다. 그리고, 제4몸체(520)의 하단에는 배수관(600)이 연결된다.

따라서, 상기 제2배수홈(560)과 제2외향단턱(570) 사이로 응축수가 이동하는 배수유로(580)가 형성된다.

이와 같이 구성된 상기 제2배수밸브(500)는 제2밸브체(530)가 내부의 압력변화에 따라 상기 제2외향단턱(570)과 제4몸체(520)의 상단 사이를 이동하면서 개폐동작을 수행하게 된다. 즉, 상기 제2밸브체(530)가 파워트랩(400)측으로 이동하여 제2외향단턱(570)에 밀착되면 폐쇄상태가 되고 제2몸체(320)의 상단측으로 이동하면 개방상태가 되는 것이다.

상기 탄성부재(540)는 제4몸체(520) 내부에 삽입되어 상기 제2밸브체(530)를 탄성적으로 지지한다.

이와 같이 구성된 본 발명에 따른 공기압축기용 수분 분리 및 배출장치는 다음과 같이 동작된다.

공기압축기(C)가 동작하게 되면, 수분분리관(100)의 일측단으로부터 수분을 포함한 공기가 유입된다. 그리고 유입된 공기는 응축디스크(130)들을 연속적으로 통과하면서 수분분리관(100)을 따라 지그재그로 이동하게 되고, 이 과정에서 단열팽창이 반복되면서 수분과 분리된다.

공기와 분리된 수분은 응축수 형태로 수분분리관(100)의 하부로 이동하여 수통(200)에 저장되며, 수분이 제거된 공기는 공기배출단(120)을 통해 외부로 배출된다.

한편, 제1배수밸브(300)는 공기가 이동하면서 수분분리관(100) 내부에 형성되는 음압에 의해 제1밸브체(330)가 부상하여 제1수평단턱(340)에 밀착되면서 폐쇄된다.

이때의 제2배수밸브(500)는 탄성부재(540)가 제2밸브체(530)를 제2수평단턱(550)측으로 밀어서 이동시킨 상태로서, 상기 제2밸브체(530)가 제2수평단턱(550)에 밀착되면서 폐쇄된 상태이다.

그 결과, 공기압축기(C)가 동작하는 동안에는 제1배수밸브(300)와 제2배수밸브(500)가 폐쇄되고 수통(200)에 응축수가 지속적으로 저장된다.

한편, 공기압축기(C)의 동작이 정지되면, 수분분리관(100) 내부에 작용하는 음압이 제거됨과 동시에 파워트랩(400)에 음압이 형성되면서 부상했던 제1밸브체(330)는 파워트랩(400)측으로 이동하게 된다.

따라서, 상기 제1밸브체(330)가 제1수평단턱(340)으로부터 이격되면서 제1배수밸브(300)는 개방된다. 그 결과, 상기 수통(200)에 저장된 응축수는 배수유로(370)를 통해 제1배수홈(350)을 경유하여 파워트랩(400)측으로 배출된다.

그리고, 응축수가 파워트랩(400)으로 인입됨에 따라 파워트랩(400)이 동작하면서 제2배수밸브(500)측으로 양압이 발생된다.

그 결과, 제2배수밸브(500)의 제2밸브체(530)가 탄성부재(540)를 압축시키면서 제4몸체(520)측으로 이동하게 되고, 이 과정에서 제2밸브체(530)가 제2수평단턱(550)으로부터 이격되면서 상기 제2배수밸브(500)는 개방된다.

이에 따라서, 상기 파워트랩(400)으로부터 제2배수밸브(500)로 응축수가 배출되며, 제2배수밸브(500)로 진입한 응축수는 제2배수밸브(500)의 배출 배수유로(580)를 통해 제2배수홈(560)을 거쳐 제2배수밸브(500)를 통과한 후에 배수관(600)을 따라 외부로 배출된다.

이와 같이, 본 발명은 조업이 종료되어 공기압축기(C)가 동작하지 않는 동안에는 제1배수밸브(300)와 제2배수밸브(500)가 자동으로 개방되면서 수통(200)에 저장되어 있던 응축수가 자동으로 배출되기 때문에 작업자가 별도로 응축수를 배출시켜 주지 않아도 되므로 작업 편리성이 크게 증진된다.

아울러, 본 발명은 수통(200)을 비롯한 이하 배수유로(370) 내에 응축수가 잔존하면서 동절기에 잔존하는 응축수가 응고되어 배관이 막혀 조업이 중단되거나 배관이 터지는 사고를 방지할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 수분분리관(100)의 하단 마다 수통(200)과 제1배수밸브(300)가 설치되어 있기 때문에 수분분리 효율이 매우 높고 독립적으로 배수가 이루어지게 되므로 수분제거 효과도 매우 높다.

도 5는 본 발명에 따른 공기 압축기용 수분 분리 및 배출장치의 다른 실시예에 따른 구성을 나타내는 도면으로서, 상기 제1배수밸브(300)와 파워트랩(400) 사이에는 히터(H)가 설치될 수도 있다.

이 경우, 상기 히터(H)로 인하여 전체적인 히팅효과가 발현되면서 제1배수밸브(300)와 파워트랩(400) 사이에 잔존하는 응축수를 비롯한 히터(H) 주변에 위치하는 응축수가 동파되는 사고를 방지할 수 있게 된다.

아울러, 상기 제2배수밸브(500)는 파워트랩(400)과 직렬로 연결될 수도 있으나, 도시된 바와 같이 병렬로 연결되어 파워트랩(400)과는 상관없이 제1배수밸브(300)와의 압력차이에 의하여 독립적으로 동작하면서 배수동작을 수행하도록 구성될 수도 있다.

이상, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 도시하고 설명하였지만, 이하의 청구범위에 의해 마련되는 본 발명의 정신이나 분야를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 개조 및 변화될 수 있으며, 이 또한 본 발명의 범위에 포함되어야 한다.

100...수분분리관
130...응축디스크
131...단열 팽창 유도공
200...수통
300...제1배수밸브
330...제1밸브체
400...파워트랩
500...제2배수밸브
530...제2밸브체
C...공기압축기
H...히터

Claims (5)

1. 지그재그 형태로 이루어지며 공기압축기가 연결된 일측단으로부터 유입된 압축 공기 내의 수분을 단열팽창을 통해 분리하여 타측단으로 배출시키는 수분분리관;
   분리된 수분이 모이도록 수분분리관의 하단에 연결된 수통;
   상기 수통의 하단에 연결된 제1배수밸브;
   상기 제1배수밸브의 단부에 연결되어 공기압축기가 오프 상태일 경우에 한하여 상기 제1배수밸브를 개방시키는 파워트랩; 및
   상기 파워트랩에 연결되어 상기 공기압축기가 오프 상태일 경우에 한하여 개방 동작되는 제2배수밸브를 포함하는 공기압축기용 수분 분리 및 배출장치.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 제1배수밸브는 공기압축기가 오프 상태일 경우에 파워트랩으로부터 작용하는 음압에 의하여 내부에 설치된 제1밸브체가 파워트랩 측으로 이동하면서 개방되고, 공기압축기가 온 상태일 경우에 수분분리관을 따라 이동하는 공기에 의해 형성되는 음압에 의해 내부의 제1밸브체가 수통측으로 이동하면서 폐쇄되는 공기압축기용 수분 분리 및 배출장치.
3. 제 1항에 있어서,
   상기 제2배수밸브는 공기압축기가 오프 상태일 경우에 파워트랩 내부에 작용하는 양압에 의해 내부의 제2밸브체가 파워트랩의 반대측으로 이동하면서 개방되고, 공기압축기가 온 상태일 경우에 내부에 설치된 스프링의 압력에 의해 내부의 제2밸브체가 파워트랩측으로 이동하면서 폐쇄되는 공기압축기용 수분 분리 및 배출장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 수분분리관의 내부에는 공기의 흐름방향을 따라 좁아지는 형태의 단열 팽창 유도공 가진 응축디스크가 일정간격을 두고 복수로 배치된 공기압축기용 수분 분리 및 배출장치.
5. 제 1항에 있어서,
   상기 제1배수밸브와 파워트랩 사이에는 동파방지를 위한 히터가 설치된 공기압축기용 수분 분리 및 배출장치.

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