KR20020059614A - 압축 공기 시스템 내의 공기 정화 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 압축 공기 시스템 내의 공기는 예비 필터(6; pre-filter), 대공 실리카 겔(7; silica gel with large pores), 소공 실리카 겔(8; silica gel with fine pores), 분자 체(9; molecular sieve) 및 미세 필터(10; fine filter)를 통해 공기를 연속으로 통과시킴으로써 정화된다.

Description

압축 공기 시스템 내의 공기 정화 방법 및 장치{A method and device for cleaning air in a compressed air system}
컴프레서(compressor)는 공기를 압축 공기 시스템에 전달한다. 이러한 공기는 통상적으로 공기 건조기(air dryer)를 통해 통과되고, 여기서 상기 공기는 건조제(desiccant) 또는 분자 체(molecular sieve)에 의해 건조된다.
그러나, 컴프레서로부터의 공기는 가스, 고형 입자 및 액상 입자의 혼합물이다. 상기 혼합물은 에어로졸(aerosol)로 불린다. 상기 입자들의 크기는 통상적으로 0.001 내지 15 ㎛ 범위로 이루어질 수 있다. 상기 입자들은 응집체(agglomerates)로 불리는 보다 큰 덩어리를 형성할 수 있다. 보다 큰 액상 입자들은 기계적으로 차단될 수 있다.
일부 입자들은 이미 컴프레서 내로 이송된 공기에 위치되지만, 다른 입자들은 특히, 피스톤 타입으로 이루어진 컴프레서(여기서, 윤활유가 공기에 추가됨)에 추가된다.
상기 분자 체는 수분을 흡수하는 것이 목적이고 이러한 수분을 제거하기 위해 주기적으로 재생된다. 그러나, 공기에 의해 내부에 도입된 모든 다른 물질은 해로운 것이기 때문에 때때로 교체되어야만 한다는 것이 공지되어 있다. 또한, 분자 체를 통과한 공기는 압축 공기 시스템에 문제 및 손상을 야기할 수 있는 물질을 내포하고, 이러한 문제는 분자 체의 노화에 의해 증가된다.
본 발명은 압축 공기 시스템 내의 공기를 정화하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 방법의 사용 뿐만 아니라 상기 방법을 수행하기 위한 장치에 관한 것이다.
도 1은 차량 공기 건조기용 공기 건조기 카트리지의 단면도.
따라서, 본 발명의 목적은 현재 사용되고 있는 공기 건조 시스템으로 상술된 상태의 결함을 제거하고, 압축 공기 시스템에 전달되는 공기를 단순히 건조하는 것이 아니라 정화하는 것이다.
이러한 목적은 하기의 매체를 통해 공기를 연속으로 통과시킴으로써 획득되는 본 발명에 따른 것이다:
- 예비 필터,
- 실리카 겔,
- 분자 체, 및
- 미세 필터.
본 발명에 따른 방법은 양호하게는, 자동차 분야 특히, 중장비의 압축 공기 시스템에 사용되지만, 다른 분야에도 동일하게 사용될 수 있다.
종래의 공기 건조기용 카트리지는 하우징을 환형 외부 격실과 원통형 중앙 격실로 분할하는 원통형 벽이 제공된 원통형 하우징을 구비한다. 이러한 카트리지에서, 예비 필터와 실리카 겔은 외부 격실에 배치될 수 있으며, 분자 체와 미세 필터는 중앙 격실에 배치될 수 있다.
본 발명은 첨부 도면을 참조로 하기에서 보다 상세하게 설명된다.
도면에 도시된 카트리지는 주로 중장비의 압축 공기 시스템용 공기 건조기 내의 종래의 배치이다. 상기 공기 건조기와 같은 카트리지 및 압축 공기 시스템은 종래의 것이며 그 자체로 본 발명의 일부를 형성하지는 않는다.
도면에 도시된 카트리지는 단지 매우 간단하게 설명될 것이다. 상기 카트리지는 예를 들어, 플라스틱 재료로 제조된 원통형 하우징(1)을 구비한다. 당업자에게 공지되어 있는 바와 같이, 이러한 카트리지 하우징(1)은 공기 건조기의 캐니스터(canister; 도시되지 않음) 내에서 베이스 부재(도시되지 않음)상에 배치된다.
원통형 카트리지는 원통형 분할 벽(2)에 의해 두개의 격실 즉, 원통형 중앙 격실 및 환형 외부 격실로 분할된다. 중앙 격실은 체적이 외부 격실의 절반이지만, 다른 비율도 가능하다.
공기 건조기의 베이스 부재에서는, 카트리지의 하부 구역에서 두개의 격실의 내외로 또한, 상부 구역에서 두개의 격실들 사이로 공기의 출입을 허용한다.
압축 스프링(3)은 외부 격실 및 중앙 격실 각각의 가동식 커버(4, 5)와 하우징(1)의 상단부 사이에 배치된다. 이들 스프링의 목적은 격실들의 내용물을 임의의 압축하에 유지하는 것이다.
본 발명에 있어서, 건조될 공기는 외부 격실의 바닥 단부에서 카트리지 내로 도입되고 중앙 격실의 바닥 단부에서 카트리지로부터 배출된다.
본 발명의 공기는 카트리지를 통과하는 중에 하기에서 추가로 설명되는 정화 및 건조 재료를 통과한다:
- 보다 큰 입자, 물 및 액체의 통과를 방지하는 예비 필터(6; pre-filter),
- 보다 큰 탄소 화합물 및 다른 화학적 화합물의 통과를 방지하고 액체 형태의 물을 흡수하며, 분자 체(후술됨)를 화학적 분해로부터 보호하는 대공 실리카 겔(7; silica gel with large pores),
- 보다 작은 탄소 화합물의 통과를 방지하고 증기 형태의 물을 흡수하며, 분자 체를 유리수(free water)에 대한 노출로부터 보호하는 소공 실리카 겔(8; silica gel with fine pores),
- 공기로부터 잔류 수분을 제거하고 이슬점을 최대로 낮추는 건조제 또는 분자 체(9; desiccant or molecular sieve), 및
- 공기 건조기의 초기 부분에서 발생된 소형 입자들을 취하는 미세 필터(10; fine filter).
공기 건조기에 전달되는 공기는 컴프레서로부터 배출된다. 컴프레서 특히, 피스톤 컴프레서로부터의 공기는 가스, 고형 입자 및/또는 액상 입자의 혼합물이다. 상기 혼합물은 에어로졸이라 불린다.
상기 입자들의 직경은 통상적으로 0.001 ㎛ 와 15 ㎛ 사이에서 변할 수 있다. 상기 입자들은 보다 큰 덩어리로 응집될 수 있다.
입자 농도는 상기 입경에 따라 변하고 0.4 ㎛ 의 입자에서 최대이다. 가장 높게 결정된 입자의 수는 공기 ㎥ 당 140,000,000 입자이다.
대부분의 입자는 카본 입자이지만, 그 사이에 황 및 질소 입자들도 존재한다. 이러한 물질들은 물과 화합하여 다른 화학적 화합물 즉, 질산, 황산, 질소 화합물 및 다수의 탄화수소 화합물을 형성한다. 상이한 형태의 에스테르 화합물도 형성된다.
오염물질(화학적 화합물)은 카트리지 내의 분자 체 뿐만 아니라 차량의 압축 공기 시스템 내의 고무 또는 플라스틱 재료로 제조된 부품들을 훼손시킨다.
상기 오염물질은 분자 체가 막히게 하고, 분자 체의 수분 흡수 성능은 감소되거나 완전히 제거된다. 분자 체는 또한 구성 부분들이 파손되므로, 먼지가 형성된다. 먼지는 필터들을 차례로 막히게 하고 압축 공기 시스템에 이를 수 있으며, 심각하고 비용 소모적인 손상을 야기할 수 있다. 막힌 필터들은 분자 체에서의 압력 강하를 증가시키고 재생을 악화시킨다. 그 결과로서 분자 체와 다른 부품들의 수명이 짧아진다.
폴리머 재료들이 다른 화학적 화합물에 노출되면, 그 재료들의 성질은 심각하게 변할 수 있다. 상기 재료들은 다른 방식으로 용해, 팽창, 수축 또는 변형될 수 있다. 이는 누출, 증가된 마찰 및 부분적 또는 전체적인 결함을 초래한다.
예비 필터(6)
이러한 필터의 목적은 대형 입자(응집체), 유리수, 및 다른 발생 액체/물질이 필터를 직접적으로 통과해서 후속 분자 체와 접촉하는 것을 방지하는 것이다. 현재 사용되고 있는 필터는 5 ㎛ 미만의 입자들에 대해서는 제한된 효율만을 가지지만, 연속 작업은 미세한 입자들에 대해서도 효과를 갖는 필터를 필요로 한다. 테스트는 5 ㎛ 입자에 대해서 50%의 효율을 나타냈다.
실리카 겔(7, 8)
실리카 겔은 규산 또는 실리카의 다공성, 과립상, 비정질 형태이고, 황산과 규산 나트륨(99.7 중량%의 SiO2) 사이의 화학 반응에 의해 합성적으로 제조된다.
실리카 겔의 중요한 특징은 실리카 겔이 화학적으로 불활성이며, 무독성이고, 내파손성을 가진다는 것과, 알콜, 에스테르, 알데히드, 케톤, 및 유기산과 같은 극성이 높은 액체에 대해 높은 흡수 성능을 가진다는 것이다. 실리카 겔은 20 내지 140 Å의 공경(pore sizes)으로 된다.
양호한 건조 성능이 유지된다면, 건조제로서 실리카 겔만을 사용하는 것은 적합하지 않다. 소공 실리카 겔은 비교적 양호한 물 흡수 성능을 가지지만, 어떤 형태의 실리카 겔은 유리수에 노출될 때 전체적으로 용해된다. 한편, 대공 실리카 겔은 다량의 수분을 흡수할 수 있고 유리수에 대한 비교적 높은 저항을 가진다는 것을 의미하는 배리어 효과를 가지지만, 이슬점 감쇄는 매우 낮다. 이론적으로, 대공 실리카 겔은 크기가 C6 이상인 탄화수소 화합물을 흡수하는 성능을 가지고, 소공 실리카 겔은 크기가 C4 내지 C8인 상기 화합물을 흡수할 수 있다.
시행된 테스트는 대공 실리카 겔을 사용하게 되면 크기가 C8 내지 C17인 분자 체에 이르는 탄화수소 화합물의 양을 약 80%로 감소시키고 크기가 C6 내지 C7인 경우에는 약 35%로 감소시킬 수 있지만, 크기가 C6보다 작은 탄화수소 화합물은 실질적으로 감소 없이 통과한다는 것을 나타낸다.
소공 실리카 겔의 효과를 평가하기 위해 테스트가 현재 수행되고 있다.
분자 체(9)
사용된 건조재 또는 분자 체는 Zeolit(다른 것도 가능)일 수 있다. 그것은 소듐, 포타슘 또는 칼슘 이온과 조합되는 실리카, 알루미늄 및 산소 원자로 이루어진 고다공성 결정질 재료이다. 사용된 형태는 Na12[(AlO2)12(SiO2)12]27H2O 이다. 공경은 4 Å이고, 그 주된 성능은 수분을 흡수하는 것이다. 분자 체에서의 주된 결함은 기계적인 작동에 의해 유리수에서 분해될 수 있다는 것과 탄화수소 화합물에 의해 화학적으로 파손되고 오일 등에 의해 막힌다는 것이다.
미세 필터(10)
미세 필터의 목적은 분자 체에 존재하거나 분자 체에서 발생된 입자들을 처리하여 입자들이 압축 공기 시스템으로 진행하는 것을 방지하는 것이다. 미세 필터는 몇가지 형태의 재료로 제조될 수 있다. 실제로, 폴리에스테르 필터가 사용된다. 선택적으로, 폴리프로필렌, 울, 및 비스코스로 이루어진 필터가 사용될 수 있다. 상기 필터는 카트리지에서 발생하는 유량에서 0.4 ㎛ 입자에 대해 적어도 약 30%의효율을 가질 수 있다.
변형은 특허청구범위 내에서 이루어질 수 있다. 예를 들어, 소공 실리카 겔(8)은 분자 체(9) 뒤에 위치될 때에도 크기가 C4 내지 C6인 탄소 화합물을 수집하는 효과를 가질 수 있다.

Claims (8)

  1. 압축 공기 시스템 내의 공기 정화 방법에 있어서,
    예비 필터(6), 실리카 겔(7, 8), 분자 체(9) 및 미세 필터(10)와 같은 매체를 통해 상기 공기를 연속으로 통과시키는 것을 특징으로 하는 압축 공기 시스템 내의 공기 정화 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 대형 입자, 유리수 및 액체/물질의 통과를 방지하는 예비 필터(6)는 5 ㎛ 이상의 대형 입자에 대해서는 양호한 효율을 가지지만 소형 입자에 대해서는 제한된 효율을 가지는 것을 특징으로 하는 압축 공기 시스템 내의 공기 정화 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 대공 실리카 겔(7)은 대형 탄소 화합물 및 다른 화학적 화합물의 통과를 방지하며 액체 형태의 물을 흡수하고, 소공 실리카 겔(8)은 소형 탄소 화합물의 통과를 방지하며 증기 형태의 물을 흡수하는 것을 특징으로 하는 압축 공기 시스템 내의 공기 정화 방법.
  4. 제 3 항에 있어서, 대공 실리카 겔(7)은 120 Å 내지 130 Å의 공경을 가지는 것을 특징으로 하는 압축 공기 시스템 내의 공기 정화 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 분자 체(9)는 공지된 Zeolit인 것을 특징으로 하는 압축 공기 시스템 내의 공기 정화 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 이전의 매체에서 발생된 소형 입자들을 취하는 미세 필터(10)는 폴리에스테르로 제조되거나 또는 선택적으로 폴리프로필렌, 울, 및 비스코스로 제조될 수 있고, 0.4 ㎛ 입자에 대해 적어도 30%의 효율을 가지는 것을 특징으로 하는 압축 공기 시스템 내의 공기 정화 방법.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 자동차 분야의 압축 공기 시스템에 사용하는 방법.
  8. 컴프레서 뒤에서 압축 공기 시스템에 장착되는 종래의 공기 건조기에 필요한 카트리지가 하우징을 환형 외부 격실 및 원통형 중앙 격실로 분할하는 원통형 분할 벽(2)이 제공된 원통형 하우징(1)을 구비하는, 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 방법을 수행하기 위한 공기 정화 장치에 있어서,
    예비 필터(6)와 실리카 겔(7, 8)은 상기 외부 격실에 배치되고, 분자 체(9)와 미세 필터(10)는 상기 중앙 격실에 배치되는 것을 특징으로 하는 압축 공기 시스템 내의 공기 정화 장치.
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