KR200331297Y1 - 압축공기용 수분분리기 - Google Patents

Abstract

본 고안은 "압축공기용 수분분리기"에 관한 것이다. 압축공기는 산업상 널리 사용되고 있는 바, 압축공기 중에 포함된 수분 및 기타 액체성분은 관로 및 관로상에 존재하는 각종 공압기기의 부식의 원인이 되며, 세균 등을 번식시켜 위생상 문제를 일으키키도 한다. 본 고안의 "압축공기용 수분분리기"는 현재 동일 목적의 필터형 수분분리기에서 널리 사용되고 있는 "필터엘레멘트" 사용하지 않는 압축공기용 수분분리기를 제공하고자 하는 것으로서, 원통형 하우징의 내부를 상하 2개의 압력실로 구분하고, 상부 압력실과 하부 압력실을 구분하는 차폐판의 외주부에 경사각도가 큰 노즐을 균일한 각도 분할로 다수 형성하여, 압축공기가 상부 압력실에서 하부 압력실로 이동시 상기 다수의 경사노즐을 통하여 토출되도록 구성한다. 압축공기가 토출될 때 상기의 경사노즐이 다수이며, 균일각도로 분할 형성되어 있고, 수직축에 대한 경사각도가 크므로 하부 압력실에서 강력하면서도 회전중심이 안정된 회전, 특히 수평에 가까운 균일한 고속의 와류회전이 발생된다. 이 때 수분은 그 비중이 공기에 비하여 매우 크므로(물의 비중 1.0, 공기의 비중 0.00129) 원심력이 상대적으로 크게 작용한다. 따라서 수분은 원통형 하우징의 내부에서 상대적으로 외측으로 회전하게 되며, 이때 수분은 하우징 내벽과의 회전마찰에 의하여 물방울을 형성하고, 더욱 와류회전을 계속함에 따라서 물방울끼리 결합되어 보다 큰 물방울을 형성함과 동시에 형성된 물방울은 자중에 의하여 이동되어 하부로 모이게 된다. 이에 비해서 공기는 상대적으로 내측으로 회전하게 된다. 또한 압축공기 배출용 파이프의 공기출구를 하부 압력실의 아래쪽 중심부에 배치함으로써 압축공기는 회전하면서 출구쪽 즉, 아래쪽으로 향하여 이동하게 된다. 따라서 압축공기는 출구쪽일수록 수분의 함유량이 적어져 청정화된다. 따라서 압축공기를 하부 압력실의 아래쪽 중심부로부터 배출 파이프를 통하여 배출시킴으로써 수분이 분리제거된 청정한 압축공기를 얻을 수 있다. 분리된 수분은 자중에 의하여 하부에 설치된 압축공기용 물 배출 기구 내에 설치된 접수조로 모아지며, 모아진 물은 통상의 수동 또는 자동형의 배출 밸브를 통하여 배출한다. 이와 같이 본 고안에 의한 압축공기용 수분분리기는 종래의 필터형 압축공기용 수분분리기에서 널리 사용되고 있는 필터엘레멘트 자체를 사용하지 않음으로써 필터엘레멘트의 막힘에 의한 성능저하가 없고, 필터엘레멘트의 교체가 불필요하며, 회전 왕복 등에 의한 마찰 부위가 전혀 없어 장기간 무보수로 사용할 수 있고, 사용 기간의 경과에 따른 수분분리 성능의 저하가 없고, 별도의 전원을 사용하지 않으면서도 소형으로 대량의 청정한 압축공기를 얻을 수 있다.

Description

압축공기용 수분분리기{Water saperater for compressed air}

본 고안은 압축공기의 수분제거기에 관한 것으로, 특히 필터엘레멘트를 사용하지 않음으로써 필터엘레멘트 비용의 절감은 물론, 필터엘레멘트를 정기적으로 교체하는 불편을 제거하고, 필터엘레멘트의 교환을 위한 기계설비의 정지가 불필요하며, 또한 회전 왕복 등의 구동부를 제거하여 기계적인 마찰 마모를 없앰으로써 반영구적인 수명과, 사용 기간의 경과에 따른 성능의 저하가 없는 압축공기용 수분제거기를 제공하고자 하는 것이다.

종래의 압축공기 수분제거기는 미스트세퍼레이터(Mist Separater) 또는 디미스터(Demister)로 흔히 불려지는 것으로서, 압축공기 중에 포함된 수분을 제거하기 위해서 미세 다공질의 필터엘레멘트를 사용하고 있으며, 압축공기가 필터엘레멘트를 통과할 때 물방울이 필터엘레멘트의 미세구멍에 걸려 통과하지 못함으로써 포집되는 원리를 사용하고 있다. 이와 같은 필터엘레멘트형 압축공기용 수분분리기도 수분제거 효과가 있기는 하지만 필터엘레멘트를 사용하는 원리상 수분제거 성능 및 유지관리상 많은 문제점이 있다.

즉, 필터엘레멘트는 부직포, 플라스틱 소결체, 금속소결체 등의 미세 다공질 구조로 이루어진 원리상 분진 또는 세균의 번식 등에 의한 막힘이 필연적으로 발생한다. 따라서 필터엘레멘트의 교환후 초기 일정 기간 동안은 정상기능을 하지만 사용시간의 경과에 따라 미세 구멍의 막힘이 진행되며, 막힘이 진행될수록 공기가 통과할 수 있는 단면적이 감소되어 압축공기가 통과하기 어렵게 된다. 즉, 압력손실이 증가한다. 이는 에너지의 낭비와 출구측 압력이 요구 압력 이하로 저하됨을 초래한다. 따라서 필터엘레멘트의 전단과 후단의 압력차가 커지면 교체하여야 한다.

즉, 필터엘레멘트는 소모품으로서 정기적으로 교체해 주지 않으면 안되며, 더욱 정확한 교체시기 즉, 막힘의 정도를 정확히 파악하기가 어려워 이로 인한 여러 가지 문제점을 안고 있다. 또한 높은 청정도가 요구될수록 더욱 미세한 구멍의 필터엘레멘트가 사용되고 있는 바, 이러한 막힘에 의한 트러블은 필터 엘레멘트가 미세할수록 그 현상이 심하다. 또는 정확한 교체 시기를 알기 위해서는 필터엘레멘트의 전단과 후단에 압력계를 설치하여 압력차를 파악하기도 하는 바 이는 설비 코스트의 증가와 더불어 이에 따른 유지보수가 추가로 수반된다.

또한 압축공기의 사용량이 증가하여 유속이 증가되면 필터엘레멘트의 미세 구멍에 포집된 물방울의 일부가 공기의 높은 유속에 휩쓸려 필터엘레멘트로부터 이탈하여 출구측 압축공기에 포함됨으로써 본래의 목적인 수분제거 성능이 저하된다. 이러한 물방울의 휩쓸려 나감 현상은 필터엘레멘트의 막힘이 진행될수록 공기의 통로가 좁아져 유속이 증가함으로써 점점 더욱 심해지며, 특히 압축공기를 사용하는 다수의 기계설비가 동일 공장에서 인접하여 사용될 때 주변 기계의 압축공기 사용량의 변동에 의하여 공급압력이 급변하므로 배관의 관로중 낮은 위치나 만곡부위 또는 연결구의 작은 틈새 등에 머무르던 물방울들이 일시에 수분분리기로 투입될 때와 같이 일시적으로 수분의 유입량이 클 때는 더욱 심하게 발생하며, 대기중의 습도가 높은 하절기에 더욱 심하다. 이상 설명한 바와 같이 종래의 압축공기 수분제거기는 필터엘레멘트를 사용함으로써 발생하는 여러 가지 문제점을 가지고 있다.

따라서 본 고안은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 고안의 목적은 필터엘레멘트 자체를 사용하지 않음으로써 별도의 소모품 비용 및 그 교환비용이 전혀 들지 않으며, 필터엘레멘트의 교환을 위하여 압축공기 사용 기계설비를 정지시킬 필요가 없으며, 필터엘레멘트의 막힘에 의한 상기의 여러 가지 불리한 현상이 전혀 발생하지 않으며, 회전, 왕복 등에 의한 기계적 마찰 마모 부위를 없애 반영구적으로 유지보수가 불필요하며, 반영구적으로 초기성능을 유지함으로써 무보수 반영구적인 압축공기 수분제거기를 제공하는데 있다.

도 1은 본 고안의 "압축공기용 수분분리기"의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도. 도 2a, 도 2b는 차폐판의 외주부위에 균등각도 분할로 형성한 다수의 경사노즐을 도시한 사시도 및 측면도이다.

〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉

1 : 상부 몸체 1a : 공기 입구

1b : 공기 통로 1c : 공기 출구

2 : 차폐판 2a : 경사노즐

2b : 차폐판의 밑면 3 : 원통형 외통

3a : 외통의 내면 4 : 원통형 방해벽

4a : 통형 방해벽의 하단 5 : 하부 몸체

5a : 물 배출 구멍 6 : 배출 파이프

6a : 배출 파이프의 외측 7 : 물 배출기구(드레인 유닛)

7a : 물 배출기구의 상부 몸체 7b : 물 배출기구 보호커버

7c : 집수조 7d : 물 배출 밸브유닛

7e : 배수 호스

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 고안의 "압축공기 수분제거기"는, 수직으로 설치되는 대략 원통 형상의 하우징 내부를 상대적으로 작은 공간의 상부 압력실과 상대적으로 큰 공간의 하부 압력실의 상하 2개의 압력실로 구분하고, 상기 상부 압력실과 하부 압력실을 구분하는 대략 원판 형상의 차폐판이 설치되며, 상기 차폐판의 외주부에는 압축공기 통과를 위한 다수의 경사노즐이 균일 각도로 분할 형성되는바 상기 경사노즐은 다줄나사의 산 및 골과 유사한 큰 비틀림각 또는 경사각을 가지는 헬리컬 형상 또는 직선 경사형으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한 본체 하우징의 상부 일측에는 압축공기 유입구를 형성하여 일차적으로 압축공기가 상부 압력실로 유입되도록 하고, 상기한 차폐판의 외주부에 다수 형성된 경사 노즐을 통하여 하부 압력실로 토출되도록 구성하며, 하부 압력실의 아래쪽 중심부에 압축공기 출구를 가지는 배출 파이프를 설치하며, 상기의 배출 파이프는차폐판을 관통하여 상부 몸체에 형성된 압축공기 배출통로로 연결되도록 설치한다.

이와 같이 구성함으로써 압축공기는, 일차적으로 상부 압력실로 유입되며, 유입된 압축공기는 차폐판의 외주부에 균일한 각도로 분할 형성된 다수의 경사 경사노즐을 통하여 상대적으로 압력이 낮은 하부 압력실로 토출되는데, 이때 차폐판에 형성된 경사노즐은 수직축 방향에 대하여 큰 경사각도를 가지므로 압축공기는 하부 압력실로 토출될 때 수평에 가까운 와류회전을 일으키며, 특히 토출노즐이 다수이고, 균등한 각도로 분할 형성되어 있으므로 회전중심이 일정하게 안정된 균일한 고속와류회전이 발생된다.

압축공기는 고속 와류회전에 의하여 원심력을 받게 되는데, 압축공기 중의 수분은 그 비중이 공기에 비하여 약 800배 정도 크므로 상대적으로 매우 큰 원심력이 작용하여 하부 압력실의 외측으로 회전하게 되므로 하부 압력실의 내벽과 균일하게 안정적으로 부딪치면서 마찰을 일으키게 된다. 이 회전마찰에 의하여 압축공기에 포함된 수분은 물방울을 형성하게 된다.

또한 압축공기는 회전하면서 하부 압력실의 아래쪽 중심부에 위치한 배출 파이프의 출구 쪽으로 이동하게 되는데, 공기는 그 점성이 매우 낮아 아래쪽으로 이동하면서 회전속도가 그다지 저하되지 않는다. 따라서 공기의 회전이 계속됨에 따라 물방울은 공기의 고속회전에 휩쓸려 하부 압력실의 내측면에 부착된 상태에서 상대적으로 공기보다 느린 속도로 회전하면서 물방울끼리의 친화력에 의하여 서로 결합되어 더욱 큰 물방울을 형성하게 되며, 물방울은 커질수록 상대적으로 원심력이 더욱 크게 작용하게 되어 외측으로 회전하려는 경향은 더욱 강해진다.

한편 반대로, 공기는 수분에 비하여 비중이 매우 작으므로 원심력이 상대적으로 덜 작용되어 안쪽에서 회전하게 되며, 공기 배출구가 위치한 중심 하부로 갈수록 수분제거가 더욱 진행되어 압축공기의 청정도가 높아진다. 따라서 하부 압력실의 아래쪽 중심부에 공기출구를 가지며 상측 방향으로 설치된 공기 배출 파이프를 통하여 공기만을 배출시킴으로써 수분이 제거된 청정한 압축공기를 효과적으로 얻을 수 있다. 이와 같이 하부 압력실의 아래쪽 중심부로부터 청정한 압축공기를 배출시키는 것도 본 고안의 중요한 특징이다.

또한 하부 압력실의 내벽에 형성된 물방울들은 회전하면서 서로 결합되어 더욱 큰 물방울을 형성함과 동시에 중력에 의하여 아래쪽으로 이동하게 된다. 아래쪽으로 이동된 물방울들은 자중에 의하여 하부 몸체의 바닥에 아래쪽으로 관통 형성한 물 배출 구멍을 통하여 배출되어, 본 고안의 압축공기용 수분분리기의 하측에 설치된 압축공기용 물 배출기구(드레인 유닛) 안의 집수조로 모이게 된다. 이렇게 모여진 물은 통상 사용되는 수동 또는 자동형의 압축공기용 물 배출밸브와 배수 호스를 통하여 압축공기용 수분분리기 외부로 배출되게 된다. 압축공기용 물 배출기구는 본 고안과는 직접적인 관련은 없다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 고안의 "압축공기용 수분분리기"의 적합한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 고안의 "압축공기용 수분분리기"의 일 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2a, 도 2b,는 본 발명의 "압축공기용 수분분리기"의 일 부분품인차폐판(2)으로서 외주부에 균등각도로 분할 형성된 다수의 경사노즐(2a)의 높은 비틀림 각도(경사각도)를 상세히 도시한 사시도및 측면도이다.

상기 도면에 도시된 바와 같이 본 고안의 "압축공기용 수분분리기"는 압축공기의 통과시 하우징 내에서 균일하고도 빠른 와류회전을 일으키기 위하여 균등 각도로 분할 형성된 다수의 경사노즐(2a)이 형성된 차폐판(2)과 하부 압력실(A2)의 아래쪽 중심부에 공기 출구를 가진 배출 파이프(6)를 구비하고 있다.

본 고안의 압축공기용 수분분리기는 전체적으로 대략 수직으로 설치되는 원통형상이며, 상부 몸체(1), 중간 몸체인 원통형 외통(3), 하부 몸체(5)에 의하여 내부에 압력실이 형성된 원통형 하우징을 형성하고 있다. 하우징 내부의 압력실은 차폐판(2)에 의하여 상대적으로 작은 공간의 상부 압력실(A1)과 상대적으로 큰 공간의 하부 압력실(A2)의 상하 2개의 압력실로 구분되어 있다. 더욱 상부 몸체(1)에는 압축공기 유입구(1a)와, 배출되는 공기가 통과하는 공기통로(1b)와, 최종적으로 압축공기를 배출하기 위한 배출구(1c), 중심부에는 배출 파이프(6)를 결합시키기 위한 나사부가 형성되어 있다. 압축공기 유입구(1a) 및 배출구(1c)는 대개의 경우 배관을 연결하기 위한 관용나사가 가공된다.

상부몸체(1)는 후술하는 차폐판(2)이 결합됨으로써 상대적으로 작은 공간인 상부 압력실(A1)을 형성한다. 동시에 차폐판(2)의 외주부에 균등각도로 분할 형성된 다수의 경사노즐(2a)과 상부 몸체(1)가 결합됨으로써 압축공기를 상부 압력실(A1)로부터 하부 압력실(A2)로 토출하는 경사노즐이 형성된다. 차폐판(2)은 상부 압력실(A1)과 하부 압력실(A2)의 중간에 위치하며 후술하는 배출 파이프(6)와고정링(8)에 의하여 상부 몸체(1)에 나사로 결합되어 있다. 차폐판(2)은 본 고안의 압축공기용 수분분리기 내부를 상하 2개의 압력실로 구분하며 동시에 토출노즐을 형성하기 위한 것으로서 반드시 상부몸체(1)의 안쪽에 위치할 필요는 없다.

차폐판(2)에는 도 2a, 도 2b에 나타내듯이 균등각도로 분할 형성된 다수의 경사노즐(2a)이 형성되며, 이 노즐은 압축공기가 상부압력실(A1)로부터 하부압력실(A2)로 이동하기 위한 통로를 이룸과 동시에, 압력이 상대적으로 낮은 하부 압력실(A2)의 내측 원주면 즉, 원통형 외통(3)의 내측면(3a)에 접선 방향으로 압축공기를 경사시켜 토출한다, 상기의 균등각도로 분할 형성된 다수의 경사노즐(2a)은 도 2a, 도 2b에 나타내듯이 다줄나사 모양의 헬리컬 형상으로서 압축공기가 수평에 가까운 와류회전을 일으킬 수 있도록 공기의 전체적인 이동방향, 즉, 상하방향 중심축에 대하여 큰 경사각도(θ)를 이루도록 형성하는 것을 특징으로 한다.

물론 상기한 다수의 경사노즐(2a)은 하부 압력실(A2)에서 압축공기의 효율적인 와류회전을 일으키기 위한 것으로서 반드시 헬리컬 형상이 아니라도 되며 예를 들면 직선상의 경사노즐이라도 무방하다.

또한 상기한 차폐판(2)의 밑면(2b)에는 후술하는 바와 같이 경사노즐(2a)로부터 토출된 수분의 일부가 차폐판(2)의 밑면(2b)에 부착된 상태로 회전하면서 중심부로 이동하여 중심부에 설치된 배출파이프(6)의 외측면(6a)을 따라 아래로 흘러내려 최종적으로는 수분이 분리된 청정공기에 혼입 배출되는 것을 방지하기 위하여 원통형 방해벽(4)이 하측 방향으로 돌출 설치되어 있다.

하부 몸체(5)는 원통형 외통(3)과 차폐판(2)에 의하여 하부 압력실(A2)을 형성한다. 상기 하부 몸체(5)에는 하부 압력실(A2)에서 형성된 물방울을 자중에 의하여 본 고안의 압축공기용 수분분리기 아래에 설치된 압축공기용 물 배출기구(7)로 배출하기 위하여 내측 바닥면의 외주부에 다수의 물 배출구멍(5a)가 관통 형성되어 있다.

압축공기 배출 파이프(6)는 수분이 분리제거된 청정 압축공기만을 배출하기 위한 파이프로서, 하부 압력실(A2)의 아래쪽 중앙부에 압축공기 출구를 가지며, 차폐판(2)을 관통하여 상부 몸체(1)의 중앙부에 나사결합에 의하여 고정되어 압축공기 배출 통로(1b)로 연결되며, 최종 배출구(1c)로 배출되도록 구성되어 있다.

압축공기용 물 배출기구(드레인 유닛)(7)는 분리된 수분을 본 고안의 수분제거기 외부로 배출하기 위한 것이다. (7a)는 물 배출기구의 몸체, (7b)는 보호커버, (7c)는 분리된 수분을 일시 저장하는 집수조, (7d)는 물 배출용 밸브 유닛, (7e)는 배수호스이다. 물 배출기구(드레인 유닛)(7)는 통상 널리 사용되는 압축공기용 물 배출기구로서 본 고안의 "압축공기용 수분분리기"와는 직접적인 관련은 없다.

이상 상기와 같이 구성된 본 고안의 "압축공기용 수분분리기"에 의하여 압축공기에 포함된 수분이 분리 제거되는 과정을 도 1, 도 2a, 도 2b,를 참조하여 상세히 설명 한다.

도 1은 본 고안의 "압축공기용 수분분리기"의 일 실시예의 구조를 개략적으로 도시한 단면도로서,

압축공기는 일차적으로 공기 유입구(1a)를 통하여 상부 압력실(A1)로 유입된다. 유입된 압축공기는 차폐판(2) 때문에 바로 하부 압력실(A2)로 이동하지 못하며 차폐판(2)의 외주부에 균등각도로 분할 형성된 다수의 경사노즐을 통과하지 않고는 하부 압력실(A2)로 이동할 수 없다. 또한 상부 압력실(A1)은 본 고안의 압축공기용 수분분리기의 원통형 하우징의 내경 대부분에 형성되어 있으므로 그 단면적이 상대적으로 넓어 상부압력실(A1) 내에서 압축공기의 유동 속도는 상대적으로 느리다. 따라서 압축공기는 상부 압력실(A1) 내에서 약간의 유동은 있으나 비교적 안정상태를 유지하게 되어 차폐판(2)의 외주부에 형성된 다수의 경사노즐(2a)에 공기가 균등하게 분배되므로, 하부 압력실(A2)로 토출될 때 다수개의 경사노즐에서 일정한 속도로 토출되어 결과적으로 "회전중심"이 안정된 "균일한" 와류회전이 이루어진다.

또한 차폐판(2)의 외주부에는 압축공기를 토출하는 경사노즐(2a)이 "다수개"이며 특히 "균등각도"로 분할되어 있는 점도 와류회전의 회전중심을 일정하게 하는데 크게 기여한다. 또한 경사노즐(2a)의 수직축에 대한 경사각도가 크므로 수평회전에 가까운 와류회전을 일으키게 된다. 따라서 압축공기 중에 포함된 큰 물방울도 비산을 일으키지 않고 일정하게 외측 방향으로 회전하여 원통형 외통(3)의 내벽(3a)에 안정되게 부딪치면서 회전하게 되므로 효율적으로 일정한 크기의 물방울을 형성하게 된다.

또한 이 일정한 고속회전이 더욱 진행됨에 따라 내벽(3a)에 맺힌 물방울끼리는 친화력에 의하여 서로 결합되어 보다 큰 물방울이 안정적으로 형성되게 된다. 물방울은 커질수록 더욱 원심력을 받기 쉬워지며 따라서 물방울은 균일한 와류회전에 의하여 비산되지 않고 외측 즉, 원통형 외통(3)의 내부(3a)에 접촉된 상태로 회전하면서 자중에 의하여 아래로 이동하게 된다. 이로써 압축공기 중에 포함된 수분이 물방울 형태로 분리되게 된다. 압축공기는 고속으로 회전하면서 아래로 이동함에 따라 수분 분리가 진행되어 청정도가 점점 높아지게 된다. 따라서 하부 압력실(A2)의 아래쪽 중심부에는 상대적으로 청정한 공기가 회전하게 된다. 따라서 하부 압력실(A2)의 아래쪽 중심부에 공기 출구를 가진 압축공기 배출 파이프(6)를 통하여 수분이 분리제거된 공기만을 외부로 배출시킴으로써 청정한 공기를 얻을 수 있다.

압축공기의 유량이 적을 때는 회전속도는 상대적으로 떨어지지만 하방으로 이동하는 속도가 느려지므로 회전하는 시간이 상대적으로 길어져 수분분리 효과가 유지되며, 압축공기의 유량이 증가하면 유속이 빨라져 회전하는 시간은 짧아지지만 반면에 회전하는 속도는 증가된다. 따라서 절대 회전량은 유량에 크게 영향을 받지 않고 대략 일정 상태를 유지하게 된다. 따라서 정격 처리유량 범위 내에서는 유량의 변동에 크게 영향을 받지 않고 안정된 수분분리 성능을 얻을 수 있다.

또한 차폐판(2)의 하측에 설치된 원통형 방해벽(4)의 역할에 대하여 설명한다. 수분을 포함한 압축공기가 상대적으로 압력이 낮은 하부 압력실(A2)로 토출될 때 토출된 수분의 일부가 차폐판(2)에 형성된 다수의 경사노즐(2a)의 출구를 떠나는 순간 즉, 수분이 원통형 외통(3)의 내벽(3a)에 접촉되기도 전에 차폐판(2)의 밑면 (2b)에 접촉된 상태로 압축공기의 와류회전에 의하여 비교적 느리게 회전하면서 차폐판(2)의 중심부쪽으로 이동하게 된다. 이는 물이 어느 정도의 "점성"을 가지기때문으로 추정되며, 특히 다량의 수분이 일시적으로 유입될 때나, 차폐판(2)의 밑면(2b)가 친수성인 상태 즉, 젖어 있는 상태일 때 특히 심하다,

만일 이 원통형 방해벽(4)이 없거나 그 돌출높이가 매우 낮다면, 차폐판(2)의 중심부 쪽으로 이동된 수분은 물의 점성에 의하여 배기 파이프(6)의 외측면(6a)에 부착된 상태에서 압축공기의 와류회전에 휩쓸려 나선상으로 회전하면서 배출 파이프(6)의 아래쪽으로 이동하다가 공기출구에 도달하는 순간 하부 몸체(5) 쪽으로 이탈하지 못하고 압축공기의 빠른 배출 기류에 휩쓸려 청정화된 공기에 혼입되어 배출되어 버린다. 즉, 청정화된 압축공기에 수분의 일부가 혼입되어 버림으로써 본래의 목적인 수분분리 성능이 현저히 저하된다.

이와 같이 원통형 방해벽(4)은 물방울이 차폐판(2)의 밑면(2b)을 따라서 중심부쪽으로 이동되는 것을 차단하는 "차단벽" 역할을 하게 된다. 즉, 차폐판(2)의 밑면(2b)에 접촉된 상태로 회전하면서 중심부쪽으로 이동하던 물방울은 원통형 방해벽(4)을 만나게 되면 원통형 방해벽(4)의 외주부에 접촉된 상태로 회전하면서, 자중에 의하여 아래 쪽으로 이동하게 되어 원통형 방해벽(4)의 하단(4a)에 도달한다. 여기서 물방울은 비중이 크므로 중력의 반대방향인 원통형 방해벽(4)의 내측 위쪽으로는 더이상 역류하지 못하고 원통형 방해벽의 하단(4a)에 머무르게 되며, 하단(4a)에 매달린 상태에서 압축공기의 회전에 따라 느린 회전을 계속하면서 계속해서 내려오는 물방울과 결합되어 점점 큰 물방울을 형성한다.

물방울이 일정 크기 이상으로 커지면 고속으로 와류회전하는 압축공기의 원심력에 휩쓸려 접선 방향으로 이탈하여 원통형 외통(3)의 내벽(3a)에 충돌한다. 따라서 원심력에 의하여 정상적으로 분리되어 내벽(3a)을 따라 회전하면서 아래로 이동 중인 수분과 합류된다. 결과적으로 물은 차폐판 밑면(2b)의 중심부로 이동하지 못한다. 즉, 원통형 방해벽(4)은 다량의 수분이 일시에 유입되거나 차폐판(2)의 밑면(2b)이 친수성일 때 유입된 수분의 일부가 차폐판(2)의 밑면(2b)과 접촉한 상태로 회전하면서 중심 쪽으로 이동하는 것을 차단하는 "차단벽" 역할을 한다.

따라서 본 고안의 "압축공기용 수분분리기"는 유입되는 수분의 양이 극히 미량이거나, 일시에 다량의 수분이 유입되더라도 항상 수분의 분리제거 기능이 정상적으로 기능하게 되어 청정한 압축공기를 얻을 수 있다.

본 실시예에서는 도 1에 나타내듯이 원통형 방해벽(4)을 차폐판(2)과 별도로 제작하고, 접합부의 기밀을 유지하기 위하여 고무 재질의 오링(o-ring)을 개입시켜 나사 결합을 하는 구조를 택하였으나 생산자의 생산시설 등 여건에 따라서는 차폐판(2)과 원통형 방해벽(4)을 일체로 형성하여도 무방함은 물론이다. 하우징 등의 재질은 기밀을 위하여, 오링은 고무제로 하고 나머지 구성 부분품은 경량화와 부식방지를 위하여 알루미늄 재질로 제작하였으나 본 압축공기용 수분분리기가 압축공기를 주 대상으로 하므로 내압력 조건과 압축공기의 온도 측면에서의 조건만 만족된다면 알루미늄 이외의 재질 예를 들면 합성 수지나 철계 재료를 이용하여도 되며, 제조공법 또한 주물, 다이캐스팅, 절삭가공 등 제조자의 여건에 따라 여하한 공법을 채용하여도 무방함은 물론이다.

또한 고안자의 수많은 실험 결과 다른 설계 조건은 동일하게 한 상태에서 원통형 외통(3)만의 길이가 상당히 길어져도 압축공기가 회전하면서 하부 압력실(A2)의 최하부에 이르기까지 회전속도의 저하는 미미한 것으로 나타났다. 이는 공기의 점성이 매우 낮음에 기인하는 것으로 추정된다. 한편 원통형 외통(3)의 길이가 길수록 압축공기의 회전시간이 증가하므로 수분분리 성능은 더욱 향상되면서도 압력 저하는 거의 동일하였다. 따라서 요구되는 수분분리 성능에 따라서 원통형 외통(3)의 길이를 적절히 조절함으로써 최종 수분제거 성능의 조절을 용이하게 할 수 있는 장점도 있다. 요구 수분분리 성능에 따라 원통형 외통(3)의 길이를 변화시킬 때 배출 파이프(6)의 길이도 따라서 조절되어야 함은 물론이다.

또한 차폐판(2)에 형성되는 다수의 균등각도 분할 경사노즐(2a)은 차폐판의 두께, 노즐의 개수, 노즐의 폭(W), 노즐의 깊이(D), 노즐의 경사 각도(θ), 노즐의 표면 조도, 노즐의 단면 형상, 노즐의 토출구 형상 등에 의하여 수분제거 성능이 변화되는바, 특히 압력손실과 처리 가능 유량과 밀접한 관계가 있다.

본 고안의 "압축공기용 수분분리기"의 구체적인 일 실시예에 있어서의 시험 결과를 설명하면 다음과 같다. 중요 부분의 치수로서는, 외경 59.5mm 두께 8㎜의 차폐판(2)에 폭(W) 3.6mm 깊이(D) 5.3mm의 직사각형 단면 형상의 경사노즐(2a) 6개를 원판형 차폐판(2)의 전체 원주 360도를 균등 6분할하여 60도 간격으로 형성하고, 경사노즐의 형상을 오른나사와 동일한 헬리컬 경사 형상으로 하고, 그 피치(오른나사의 피치에 해당됨)를 50mm로 하여 경사각도(θ)를 약 18도로 형성하고, 경사노즐의 표면조도를 보통(약 20미크론 Rmax)으로 하였다. 원통형 외통(3)의 내경을 60mm로 하고, 하부 압력실(A2)의 상하 방향 길이를 65mm로 하고, 압축공기 배출파이프(6)의 직경을 외경 16mm 내경 12mm로 하고, 차폐판(2)의 하측으로 돌출 설치된원통형 방해벽(4)의 외경을 38mm 두께를 3mm 돌출놀이를 20mm로 하였다. 전체 압축공기용 수분분리기의 설치 자세를 수직방향 약 90도로 하고, 압축공기 유입구(1a)에 압력 0.6 Mpa의 상온의 청정 압축공기를 1분당 0.01∼0.2 입방미터를 공급하였다.

이 조건에서 본 실시예의 압축공기용 수분분리기 앞단에 널리 사용되는 루브리케이터 (Lubricater, 모델 SAL4000, 메이커 KCC정공(주))를 물 공급장치용으로 설치하고, 루브리케이터에 부착된 니들밸브(Needle valve) 형의 물 공급량 조절기를 이용하여 1분당 100 ml의 물을 상기의 청정 압축공기와 혼합되도록 하여 본 고안의 "압축공기용 수분분리기"에 공급하였다. 압축공기용 수분분리기의 하부에 압축공기용 물 배출기구(드레인 유닛)를 설치하고, 성능 즉, 수분제거율의 측정은 상기 물 공급기를 이용하여 투입한 물의 양과, 본 고안의 "압축공기용 수분분리기"에 의하여 분리 제거되어 물 배출기구의 집수조에 포집된 물의 양의 차를 측정하여 수분분리율을 측정하였다. 측정 기기로서는 최소 측정단위 0.01g의 전자 저울을 사용하였으며, 10회 측정하여 평균치를 구하였다. 측정결과 투입된 물과 본 고안의 압축공기용 수분분리기에 의하여 포집된 물의 양의 차는, 10회 평균치로서 물 공급량 100g당 0.011g 이하로서 본 실시예에서의 수분 제거율은 측정 저울의 정도 범위 내에서는 약 99.99%였다. 또한 압축공기 유입구(1a)와 배출구(1c) 사이에서의 압력저하는 시험 최대 유량인 1분당 0.2입방미터에서 0.035 Mpa 이었다.

또한 상기 실시예와 동일한 조건으로 압축공기와 물을 혼합 공급하면서, 상온의 스텐레스판(두께 2mm)과 상온의 유리판(두께 3mm)에 본 고안의 "압축공기용수분분리기"를 통과한 압축공기를 통상 사용되는 토출구 직경 5mm의 에어 건(Air gun)을 사용하여, 에어 건의 토출구 끝으로부터 상기 판까지의 거리를 약 50mm로 하고 10분간 연속 토출하여 충돌시킨 결과 2종의 판 모두에서 육안으로 물방울의 맺힘 현상이 관찰되지 않았다.

이상 상기한 바와 같이 원통형 하우징의 내부 압력실을, 균등 분할된 다수의 경사노즐이 형성된 원형 차폐판에 의하여 상하 2개의 압력실로 구분하고, 상부 압력실로부터 상기한 원형 차폐판의 외주부에 균등각도로 분할 형성되며, 수직축에 대하여 큰 경사각도를 가진 다수의 경사노즐을 통하여 하부 압력실의 접선 방향으로 경사지게 토출되도록 구성함으로써 하부 압력실에서 회전중심이 안정된 압축공기의 고속 와류회전을 일으키고, 이 와류회전에 의한 원심력에 의하여 압축공기에 함유된 수분을 외측으로 회전시켜 내벽과 마찰시킴으로써 물방울을 형성시켜 공기와 수분을 분리시키고, 하부 압력실의 아래쪽 중앙에 공기 출구를 가진 배출 파이프를 통하여 압축공기를 배출시켜 수분이 분리 제거된 청정 압축공기를 얻는 구조인 본 발명의 "압축공기용 수분분리기"는, 동일 용도로 종래 널리 사용되는 미스트세퍼레이터(Mist separater) 등의 필터형 압축공기용 수분분리기에서 사용 중인 "필터엘레멘트"자체를 사용하지 않음으로써, 종래의 문제점인 필터엘레멘트의 막힘에 의한 수분분리 성능의 저하가 없고, 엘레멘트의 교체가 불필요하며, 회전 왕복 등에 의한 마찰부위가 전혀 없어 장기간 무보수로 사용할 수 있고, 사용 기간의 경과에 따른 수분분리 성능의 저하가 없고, 별도의 전원을 사용하지 않고, 소형으로대량의 청정한 압축공기를 얻을 수 있다. 또한 압축공기의 사용에 있어서 문제가 되는 오일(oil) 등 모든 "액체 성분"의 이물질을 동일한 원리, 동일한 구조로 분리제거가 가능하며, 구조가 단순하여 처리 유량에 따라 초소형에서 초대형까지 다양한 기종의 제작이 용이 하다.

Claims (2)

1. 원통형의 하우징 내부 공간을, 외주부위에 균등 각도로 분할 형성되며, 수직축에 대하여 큰 경사각도를 가지는 다수의 경사노즐(2a)이 형성된 차폐판(2)에 의하여 상부 압력실(A1)과 상대적으로 큰 공간의 하부 압력실(A2)의 상하 2개의 압력실로 구분하고, 수분이 포함된 압축공기를 일차적으로 상부 압력실(A1)에 유입시킨 후, 상기 차폐판(2)에 형성된 다수의 경사노즐(2a)을 통하여 상대적으로 압력이 낮은 하부 압력실(A2)의 접선 방향으로 경사 토출시킴으로써 회전중심이 일정하고 수평에 가까운 고속의 와류회전을 발생시키며, 이 와류회전에 의한 원심력에 의하여 압축공기에 포함된 수분이 외측으로 회전함으로써 내벽과 마찰시켜 분리시키며, 하부 압력실(A2)의 아래쪽 중앙에 공기 출구를 가지도록 설치된 배출 파이프(6)를 통하여 수분이 분리 제거된 청정 압축공기를 배출시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 "압축공기용 수분분리기"
2. 제 1항에 있어서 차폐판(2)의 밑면(2b)에 원통형 방해벽(4)을 하방으로 돌출 설치함으로써, 상기의 차폐판(2)에 균등 분할 형성된 다수의 경사노즐(2a)로부터 압축공기에 포함된 수분이 토출될 때 수분의 일부가 차폐판(2)의 밑면(2b)에 접촉한 상태로 회전하면서 중심부 쪽으로 이동하는 것을 차단하는 원통형 방해벽(4)을 구비하는 것을 특징으로 하는 "압축공기용 수분분리기"