KR20010093058A - 기액분리장치 - Google Patents

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KR20010093058A
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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Abstract

기체와 액체를 확실하게 분리할 수 있는 기액분리장치를 제공한다.
기액분리장치(10)는 내부가 중공인 원통형상 용기(11), 원통형상 용기(11) 내를 구획하는 받이판(12), 받이판(12) 바닥부에 설치된 통기구(13), 원통형상 용기(11)의 하부에 설치된 기체 유입구(14), 원통형상 용기(11)의 상부에 설치된 기체 배출구(15), 원통형상 용기(11)의 바닥부에 설치된 액체 회수구(16), 원통형상 용기(11)의 내벽면에 있는 기체 유입구(14)의 개구부(17)에 대향하여 배치된 가이드부(19), 및 가이드부(19)로부터 방출된 공기류를 원통형상 용기(11)의 내벽면(18)을 따라서 하강하는 방향으로 유도하기 위하여 나선형상으로 배치된 기류 유도판(23)을 구비하고 있다.

Description

기액분리장치{GAS-LIQUID SEPARATING APPARATUS}
본 발명은 고압공기 등의 기체 중에 포함되는 수분 등의 액체를 제거하는 기액(氣液:기체액체)분리장치, 특히 에어모터, 에어브레이커 등의 공기작동기계, 분진 불어날려버리기용 공기취출장치, 건조냉각용 공기취출장치 등에 공급되는 공기의 제습용으로서 적합하게 사용할 수 있는 기액분리장치에 관한 것이다.
종래, 기액분리장치의 하나로서 프론가스 등의 냉매를 사용한 고압공기 중의 제습장치가 알려져 있다. 이 제습장치는 냉매로 고압공기를 냉각함으로써 공기 중의 수증기를 응축하여 제거하는 것인데, 프론가스 등의 냉매가 필요하기 때문에 환경상의 문제가 있고, 또한 냉매를 압축하기 위한 컴프레서나 콘덴서, 고압공기를 냉각하기 위한 열교환기 등의 각종 장치가 필요하다. 또한, 이 제습장치를 작동시키는데에는 전원 등의 동력원이 필요하기 때문에 러닝코스트도 높다는 등의 문제가 있다.
그 밖의 제습장치로서, 장치 내에 설치된 필터에 고압공기를 통과시켜서 고압공기 중의 수분을 제거하는 것이 알려져 있다. 이 장치에서는 사용하기에 따라 필터가 습기차게 되면 필터를 통과하는 고압공기와 함께 필터에 부착된 수분이 필터의 이면으로 밀려나가서 제습된 고압공기가 재차 습기차게 되고 마는 문제가 있다. 필터가 수분으로 포화상태가 되면, 이 문제는 더욱더 현저하게 되고 제습효과가 저하하기 때문에 정기적인 필터의 청소 및 교환을 행하지 않으면 안된다.
이와 같은 문제를 해소하는 것으로서, 본 발명자는 일본국 특개평 8－290028호 공보에서 압축공기의 제습장치를 개시하였다. 이 제습장치는 중공실을 갖는 원통형상 용기의 측면 하부에 공기도입로를 설치하고, 동 원통형상 용기의 상부에 배출로를 설치하며, 공기도입로의 전면위치에 공기를 충돌시키기 위한 충돌면과 충돌한 공기의 흐름을 변경하는 가이드부를 구비한 것으로, 중공실 내에는 중앙을 개구한 원추형상의 받이판을 배치하고, 더욱이 이 받이판의 상부에 공기구멍을 갖는 방해판이 설치되어 있다.
이 제습장치에 의하면 공기도입로를 통과하여 중공실에 도입된 압축공기는 충돌면에서 격심하게 충돌하여 압축공기에 포함된 수분이 물방울화되고, 직각에 가까운 각도로 방향이 변하게 되어 중공실의 내면을 따르도록 중공실 내로 방출된다. 방출된 공기는 원통형상 용기의 내벽면의 곡률로 굽혀진 원주속도로 나선형상으로 고속회전하면서 원통형상 용기의 상방의 배출구 방향으로 상승해 간다. 그리고, 공기류의 고속회전으로 생기는 원심력에 의해 비중이 큰 수분과 비중이 작은 공기로 분리되고, 분리된 수분은 낙하하여 드레인에 수용되며, 제습된 공기만이 배출로로부터 배출된다. 이 제습장치를 사용함으로써 종래의 컴프레서 등에서 필요한 동력원이나 정기적인 교환이 필요한 에어필터 등을 사용하지 않고 공기 중의 수분을 효율적으로 제거할 수 있다.
일본국 특개평 8－290028호 공보에서 개시된 제습장치는 공기 도입로를 통과하여 중공실에 도입된 수분함유 공기는 충돌면에 충돌하여 중공실 내로 방출된 후 회전하는 기류의 원심력에 의해 수분과 공기로 분리되고, 제습된 공기만이 배출로로부터 배출되는 구조인데, 분리된 수분이 완전히 낙하하기 전에 그 일부가 공기류와 함께 상승하여 배출로로부터 배출되는 제습공기에 혼입될 우려가 있다.
본 발명이 해결하고자하는 과제는 일본국 특개평 8－290028호 공보에 개시된 제습장치를 더욱더 발전시켜 더욱더 기액분리효과가 높은 기액분리장치를 제공하는데 있다.
일본국 특개평 8－290028호 공보에 개시된 제습장치의 기본원리는, 수분을 포함하는 기체를 충돌면에 격심하게 충돌시켜서 수분을 물방울화되게 하는 것과, 더욱이, 이 충돌된 기체를 고속으로 회전시켜서 기체와 액체를 원심분리하는 것에 있다. 따라서, 이 효과를 높이는데에는 도입된 기체의 충돌시에 있어서의 에너지 손실을 가능한한 적게 하여, 원통형상 용기 내에서 고속회전시키는 것과, 원통형상 용기 내의 체류시간을 어느 정도 길게 하여 원통형상 용기 내에서의 원심분리를 확실하게 행하도록 하는 것이 긴요하다.
도 1은 실시형태인 기액분리장치를 도시하는 정면도.
도 2는 도 1의 기액분리장치의 종단면도.
도 3은 도 1의 기액분리장치의 일부절결 사시도,
도 4는 도 1의 기액분리장치를 구성하는 기류 유도판의 사시도.
도 5는 도 1의 A－A선 단면도.
(부호의 설명)
10 : 기액분리장치 11 : 원통형상 용기
12 : 받이판 13 : 통기구
14 : 기체 유입구 15 : 기체 배출구
16 : 액체 회수구 17 : 개구부
18 : 원통형상 용기의 내벽면 19 : 가이드부
19a : 충돌면 19b : 출구
20 : 고압공기 공급관 21 : 고압공기 토출관
22 : 오토 드레인 23 : 기류 유도판
24 : 기류 유도판의 돌출폭 25 : 원통형상 용기의 내경
본 발명의 기액분리장치는 중심축이 연직을 이루도록 유지된 내부가 중공인 원통형상 용기, 원통형상 용기 내를 구획하도록 배치된 절구형상의 받이판, 받이판의 바닥부에 설치된 통기구, 원통형상 용기의 측면에 설치된 기체 유입구, 원통형상 용기의 상부에 설치된 기체 배출구, 원통형상 용기의 바닥부에 설치된 액체 회수구, 및 원통형상 용기의 내벽에 위치하는 기체 유입구의 개구부에 대향하여 배치되어 기체 유입구로부터 유입된 기체를 원통형상 용기의 내벽면을 따르는 방향으로 방출하는 가이드부를 구비한 기액분리장치로서, 가이드부로부터 방출된 기체류를원통형상 용기의 내벽면을 따라서 하강하는 방향으로 유도하는 기류 유도수단을 설치한 것을 특징으로 한다.
액체를 포함하는 고압공기를 충돌면에 충돌시킴으로써, 기체 중에 분산되어 있는 액체가 어떻게 응집하여 액적화(液滴化:액체 방울로 되는 것)하는가 하는 점에 관해서, 그 메카니즘은 반드시 명확하지는 않으나 미스트(mist)상태의 액체를 포함하는 기체가 충돌면에 충돌하면 기체성분은 즉시 방향을 바꾸어서 출구로부터 방출되는 것에 대하여, 액체성분은 순간에 방향변환되지 못하고 기체성분의 유속보다 늦게 되어, 충돌면의 근방에 순간적으로 체류한 상태로 되기 때문에, 이 체류된 미스트상태의 액체입자에 다음의 미스트상태의 액체입자가 결합하여, 순차적으로 이것이 반복되어 액적화하는 것으로 추찰된다.
따라서 기액분리기능을 높이는데에는 액체를 포함하는 기체를 적당한 운동에너지를 가진 상태로 충돌면에 충돌시키는 것과, 원통형상 용기 내에 있어서의 공기류의 체류시간을 어느 정도 길게 하여 원통형상 용기 내에서의 원심분리를 확실히 행하도록 하는 것이 필요하다.
그래서 본 발명의 기액분리장치는 기체 유입구로부터 원통형상 용기 내로 유입하여 가이드부로부터 방출된 기체류를, 원통형상 용기의 내벽면을 따라서 하강하는 방향으로 유도하는 기류 유도수단을 설치함으로써 상기 과제를 해결한 것이다. 즉, 가이드부로부터 원통형상 용기 내로 방출된 기체류는 상기 기류 유도수단으로 원통형상 용기의 내벽면을 따라서 하강하는 방향으로 유도되면서 원통형상 용기 내에서 고속회전한 후 상승하고, 받이판의 바닥부에 설치된 통기구를 통과하여 원통형상 용기 상부의 기체 배출구로부터 배출되므로, 원통형상 용기 내의 체류시간이 길게 되는 결과, 원심분리가 확실하고 또한 충분하게 행해져서 기액분리효과가 높아진다. 또한, 기액 분리효과의 향상에 의해 종래 절구형상의 받이판의 상부에 대향배치되어 있었던 칸막이판이 불필요하게 되기 때문에 구조가 간략화되어 부품점수를 저감할 수 있다.
또한, 가이드부로부터 원통형상 용기 내로 방출된 기체류의 일부가 액체성분을 포함한 상태에서 즉시 상승하는 일이 없으므로, 원통형상 용기의 축방향의 길이를 종래보다 짧게 해도 기체 배출구로부터 배출되는 기체에 액체성분이 혼입되는 일이 없고 이것에 의해 장치의 소형화를 도모하는 것이 가능하다.
원통형상 용기 내에 있어서 기체로부터 원심분리된 액체성분은 원통형상 용기의 내벽과 접촉하여 액적화되고, 또한 일부는 받이판 하면과 접촉해서 액적화되며, 각각 원통형상 용기의 하방으로 흘러서 원통형상 용기의 바닥부에 설치된 액체 회수구로부터 회수된다. 또한, 액체 회수구에는 오토 드레인 등의 회수기구를 부착하는 것이 바람직하다.
기류 유도수단으로서 가이드부의 일부로부터 원통형상 용기의 내벽면을 따라서 나선형상으로 하강하도록 배치된 기류 유도부재를 설치함으로써 가이드부로부터 원통형상 용기 내로 방출된 기체류는, 기류 유도부재을 따라서 나선형상으로 하강하면서 고속회전하므로, 원통형상 용기 내의 체류시간이 길게 되는 결과, 원심분리가 확실하게 행해져서 기액분리효과가 높아진다.
상기 기류 유도부재의 길이를, 원통형상 용기의 내벽면을 적어도 1주하는 길이로 함으로써 가이드부로부터 원통형상 용기 내에 방출된 기체류를 효율좋게 나선형상으로 하강시킬 수 있어 액체성분이 제거된 기체의 상승, 배출을 방해하는 일도 없다.
상기 기류 유도부재로서 원통형상 용기의 내벽면으로부터 중심축 방향으로 돌출한 기류 유도판을 설치함으로써 원통형상 용기 내에 방출된 기체류를 효율좋게 나선형상으로 하강시킴과 동시에 고속회전시킬 수 있게 되므로, 기액분리효과를 더 높일 수 있다.
상기 기류 유도판의 돌출폭을 원통형상 용기의 내경의 20∼30%로 함으로써 가이드부로부터 원통형상 용기 내로 방출된 기체류의 고속회전운동을 방해하는 일 없이 효율좋게 나선형상으로 하강시킬 수 있다.
(발명의 실시형태)
이하 본 발명의 실시형태를 도면에 근거하여 설명한다. 도 1은 실시형태인 기액분리장치를 도시하는 정면도, 도 2는 상기 기액분리장치의 종단면도, 도 3은 상기 기액분리장치의 일부 절결 사시도, 도 4는 상기 기액분리장치를 구성하는 기류 유도판의 사시도, 도 5는 도 1에 있어서의 A－A선 단면도이다.
본 실시형태의 기액분리장치(10)에 있어서는 중심축이 연직을 이루도록 직립상태로 유지된 내부가 중공인 원통형상 용기(11), 원통형상 용기(11) 내를 구획하도록 원통형상 용기(11)의 상부에 배치된 절구형상의 받이판(12), 받이판(12)의 바닥부에 설치된 통기구(13), 원통형상 용기(11)의 하부측면에 설치된 기체 유입구(14), 원통형상 용기(11)의 상부에 설치된 기체 배출구(15), 원통형상용기(11)의 바닥부에 설치된 액체 회수구(16), 및 원통형상 용기(11)의 내벽면(18)에 위치하는 기체 유입구(14)의 개구부(17)에 대향하여 배치되어 기체 유입구(14)로부터 유입된 기체를 원통형상 용기(11)의 내벽면(18)을 따르는 방향으로 방출하는 가이드부(19)를 구비하고 있다.
기체 유입구(14)에는 고압공기 공급관(20)이 연결되고, 기체 배출구(15)에는 고압공기 토출관(21)이 연결되며, 액체 회수구(16)의 하측에는 오토 드레인(22)이 부착되어 있다. 고압공기 공급관(20), 고압공기 토출관(21) 및 오트 드레인(22)은 각각 나사기구에 의해 부착되어 있기 때문에 필요에 따라 착탈가능하다.
가이드부(19)는 종단면이 ゴ자형상이고, 기체 유입구(14)로부터 원통형상 용기(11) 내에 유입된 기체류를 충돌시키는 충돌면(19a)을 가지며, 충돌면(19a)에 충돌된 기체류는 그 흐름방향이 원통형상 용기(11)의 내벽면(18)을 따른 방향으로 변환된다. 또한, 가이드부(19)의 천정부분에는 가이드부(19)로부터 방출된 기체류를 원통형상 용기(11)의 내벽면(18)을 따라서 하강하는 방향으로 유도하기 위해 나선상으로 배치된 기류 유도판(23)이 연속설치되어 있다.
수분을 포함하는 고압공기를 충돌면(19a)에 충돌시킴으로써, 공기성분은 즉시 방향을 바꾸어서 출구(19b)로부터 방출되는데 대하여, 고압공기 중의 수분은 순간에 방향변환될 수 없고 공기성분의 유속보다 늦게 되어 충돌면(19a)의 근방에 순간적으로 체류된 상태로 되기 때문에 이 체류된 미스트상태의 물입자에 다음의 미스트상태의 물입자가 결합하고 순차적으로 이것이 반복되어 물방울화되는 것으로 추찰된다.
본 실시형태의 기액분리장치(10)에서는 기체 유입구(14)로부터 원통형상 용기(11) 내에 유입되고, 가이드부(19)로부터 방출된 공기류를 원통형상 용기(11)의 내벽면(18)을 따라서 하강하는 방향으로 유도하는 나선상의 기류 유도판(23)을 설치하고 있기 때문에, 가이드부(19)로부터 원통형상 용기(11) 내로 방출된 공기흐름은 기류 유도판(23)에서 원통형상 용기(11)의 내벽면(18)을 따라 하강하는 방향으로 유도되면서 원통형상 용기(11) 내에서 고속회전된 후 상승하고 받이판(12)의 바닥부에 설치된 통기구(13)를 통과하고 원통형상 용기(11) 상부의 기체 배출구(15)로부터 배출된다.
따라서 원통형상 용기(11) 내에 있어서의 공기류의 체류시간이 종래의 기액분리장치보다 길게 되고, 원심분리가 확실하고 또한 충분하게 행해지는 결과, 기액분리효과가 높아지므로, 기체 배출구(15)로부터 배출되는 공기 중의 수분을 거의 완전히 제거할 수 있다. 또한, 기액분리효과의 향상에 의해 종래 절구형상의 받이판(12)의 상부에 대향배치되어 있던 칸막이판이 불필요하게 되기 때문에 구조가 간략화되고 부품점수를 저감할 수 있다.
또한, 기류 유도판(23)을 설치함으로써 가이드부(19)로부터 원통형상 용기(11) 내에 방출된 공기류의 일부가 수분을 포함한 상태로 즉시 상승하는 일이 없으므로, 원통형상 용기(11)의 축방향의 길이를 비교적 짧게 해도 기체 배출구(21)로부터 배출되는 고압공기에 수분이 혼입되는 일이 없게 되고 이것에 의해 장치의 소형화를 도모하는 것이 가능하다.
원통형상 용기(11) 내에 있어서 공기로부터 원심분리된 수분은 원통형상 용기(11)의 내벽(18)과 접촉하여 물방울화되고, 또 일부는 받이판(12)의 하면과 접촉하여 물방울화되며, 각각 원통형상 용기(11)의 하방으로 흘러서 원통형상 용기(11)의 바닥부에 설치된 액체 회수구(16)로부터 오토 드레인(22)으로 회수된다.
기류 유도판(23)의 길이를 원통형상 용기(11)의 내벽면(18)을 1주하는 길이로 하고 있기 때문에 가이드부(19)로부터 원통형상 용기(11) 내로 방출된 공기류를 효율좋게 나선형상으로 하강시킬 수 있고, 수분이 제거된 공기의 상승, 배출을 방해하는 일도 없다.
본 실시형태에서는 기류 유도판(23)의 돌출폭(24)을 원통형상 용기(11)의 내경(25)의 약 28%로 하고 있고, 이것에 의해 가이드부(19)로부터 원통형상 용기(11) 내에 방출된 공기류의 고속회전운동을 방해하는 일 없이 효율좋게 나선형상으로 하강시킬 수 있다.
본 발명에 의해 이하에 나타내는 효과를 이룬다.
(1) 본 발명의 기액분리장치에 의하면, 가이드부로부터 원통형상 용기 내에 방출된 기체류는 기류 유도수단으로 원통형상 용기의 내벽면을 따라서 하강하는 방향으로 유도되면서 원통형상 용기 내에서 고속회전한 후 상승하고, 받이판의 바닥부에 설치된 통기구를 통과하여 기체 배출구로부터 배출되므로, 원통형상 용기 내의 체류시간이 길게 되고 원심분리가 확실하고 또한 충분히 행해져 기액분리효과가 높아진다. 기액분리효과의 향상에 의해 종래 절구형상의 받이판의 상부에 대향배치되어 있던 칸막이판이 불필요하게 되기 때문에, 구조가 간략화되고, 부품점수를저감할 수 있다. 또한, 가이드로부터 원통형상 용기 내에 방출된 기체류의 일부가 액체성분을 포함한 상태로 즉시 상승하는 일이 없으므로, 원통형상 용기의 축방향의 길이를 종래보다 짧게 해도 기체 배출구로부터 배출되는 기체에 액체성분이 혼입되는 일이 없어져, 장치의 소형화를 도모하는 것이 가능하게 된다.
(2) 기류 유도수단으로서 가이드부의 일부로부터 원통형상 용기의 내벽면을 따라서 나선형상으로 하강하도록 배치된 기류 유도부재를 설치함으로써 가이드부로부터 원통형상 용기 내에 방출된 기체류는, 기류 유도부재를 따라서 나선형상으로 하강하면서 고속회전하므로, 원통형상 용기 내의 체류시간이 길게 되고 원심분리가 확실하게 행해져, 기액분리효과가 높아진다.
(3) 기류 유도부재의 길이를 원통형상 용기의 내벽면을 적어도 1주하는 길이로 함으로써 가이드부로부터 원통형상 용기에 방출된 기체류를 효율좋게 나선형상으로 하강시킬 수 있고 액체성분이 제거된 기체의 상승, 배출을 방해하는 일도 없다.
(4) 기류 유도부재로서 원통형상 용기의 내벽면으로부터 중심축 방향으로 돌출된 기류 유도판을 설치함으로써 원통형상 용기 내에 방출된 기체류를 효율좋게 나선형상으로 하강시킴과 동시에 고속회전시키는 것이 가능하게 되고, 기액분리효과를 더 높일 수 있다.
(5) 기류 유도판의 돌출폭을 원통형상 용기의 내경의 20∼30%로 함으로써 가이드부로부터 원통형상 용기내에 방출된 기체류의 고속회전운동을 방해하는 일 없이 효율좋게 나선형상으로 하강시킬 수 있다.

Claims (5)

  1. 중심축이 연직을 이루도록 유지된 내부가 중공인 원통형상 용기, 상기 원통형상 용기 내를 구획하도록 배치된 절구형상의 받이판, 상기 받이판의 바닥부에 설치된 통기구, 상기 원통형상 용기의 측면에 설치된 기체 유입구, 상기 원통형상 용기의 상부에 설치된 기체 배출구, 상기 원통형상 용기의 바닥부에 설치된 액체 회수구, 및 상기 원통형상 용기의 내벽에 위치하는 상기 기체 유입구의 개구부에 대향하여 배치되어 상기 기체 유입구로부터 유입된 기체를 상기 원통형상 용기의 내벽면을 따르는 방향으로 방출하는 가이드부를 구비한 기액분리장치로서,
    상기 가이드부로부터 방출된 기체류를 상기 원통형상 용기의 내벽면을 따라서 하강하는 방향으로 유도하는 기류 유도수단을 설치한 것을 특징으로 하는 기액 분리 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 기류 유도수단으로서, 상기 가이드부의 일부로부터 상기 원통형상 용기의 내벽면을 따라서 나선형상으로 하강하도록 배치된 기류 유도부재를 설치한 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 기류 유도부재의 길이가, 상기 원통형상 용기의 내벽면을 적어도 1주하는 길이인 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서, 상기 기류 유도부재로서, 상기 원통형상 용기의 내벽면으로부터 중심축방향으로 돌출한 기류 유도판을 설치한 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
  5. 제 4 항에 있어서, 상기 기류 유도판의 돌출폭이, 상기 원통형상 용기의 내경의 20∼30%인 것을 특징으로 하는 기액분리장치.
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