KR20040096483A - 원심 임펠러를 이용한 압축 기체 정화 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각종 공압 기기에 이용되는 압축기체의 유수분 및 먼지를 포함한 오염물질을 기체와의 비중차를 이용하여 원심분리에 의하여 정화하는 것으로서, 압축기체 자체의 분사에너지를 이용하여 고속회전 가능한 원심임펠러를 이용한 압축 기체 정화 장치에 관한 것이다.

공기 압축기의 압축 공기를 정화하는 원심식 기체 정화 장치(307)에 있어서, 압축공기 분사력으로 고속회전이 가능하도록 원심식 기체 정화 장치(307)의 하부에 설치한 터빈(333)과, 터빈(333)의 회전축(335)에 고정되어 회전되는 원심 임펠러(308)와, 터빈(333)과 원심 임펠러(308)를 연결하고 고정하는 회전축(335)을 지지하도록 설치한 베어링(334)을 포함하여 이루어지는 원심임펠러를 이용한 압축 기체 정화 장치를 구성한것이다.

터빈 과 원심 임펠러를 겸용으로 연동시킨 구조로서, 고속회전이 가능하여 제습효율을 개선하고, 필터가 없어서 유지 보수가 간편하며, 외부 동력 없이 자체 압축공기의 분사력으로 작동하는 무동력의 특징이 있다.

Description

원심 임펠러를 이용한 압축 기체 정화 장치 {compressed gas purification apparatus utilizing a centrifugal impeller}

본 발명은 각종 공압 기기에 이용되는 압축기체의 유수분 및 먼지를 포함한 오염물질을 기체와의 비중차이를 이용하여 원심 분리에 의하여 정화하는 것으로서, 압축공기자체의 분사운동에너지를 이용하여 고속회전 가능한 원심임펠러를 이용한 압축 기체 정화 장치에 관한 것이다.

여기서 공압기기는 압축기나 송풍기 등에 의해 기계적 에너지를 기체의 에너지로 변환해, 이 압축기체를 제어 밸브 등으로 적당히 제어하여 액추에이터에 공급함으로써 그 출력을 부하의 요구에 적합한 기계적 에너지로 출력하는 기기로 정의 할 수 있다.

여기서 압축 공기는 대기의 공기를 압축하여 만드는데, 대기에는 수분, 먼지 등을 포함한 오염물질이 많이 혼합되어 있으며, 압축기로 압축하는 과정에서 오염 물질도 함께 압축되어 오염도가 높아지게 된다.

상기와 같이 흡입공기와 함께 유입되는 것 이외 대기의 공기를 압축하는 과정에서 윤활유 오일 및 탄화물의 혼입과 실(SEAL)재, 필터 엘리먼트의 찌꺼기, 마찰부위에서 발생되는 금속 분말, 부식으로 인한 녹이 있어서 압축기체를 청정시키는 기기가 필요한 것 이다.

종래의 공압 기기의 압축기체의 유수분 분리 기술에 있어서는, 냉각방식의 에프터 쿨러(after cooler), 이슬점온도로 낮추는 응축방식의 냉동식 에어 드라이어, 실리카겔, 활성 알루미나 등의 고체 흡착제를 이용하여 수분을 제거하는 흡착식 에어 드라이어, 건조제를 이용한 흡수식 드라이어, 필터를 이용한 드레인 분리기등이 있으며 이외 수분, 먼지를 포함한 오염물질을 제거하기 위하여 공기 여과기, 오일 미립자 분리기, 드레인 분리기등이 있으나 수분, 오일 및 먼지등을포함한 오염물질의 정화 효율이 낮으며 필터 막힘으로 인한 유체저항을 초래하여 압력에너지 손실이 발생하여 산업용 공압기기의 기계적 수명 단축, 오작동으로 인한 유지 보수비용 증가 및 불량 제품 생산의 문제점이 지적되고 있다.

본 발명은, 상기한 바와 같은 종래의 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 공압기기의 수분, 오일 및 먼지를 포함한 오염물질을 정화하는 원심 형식의 압축 기체 정화 장치에 관한 것으로서, 공기에 함유된 수분, 유분, 미세입자 및 기타 오염물질을 압축기체의 분사 운동에너지에 의하여 고속으로 회전하는 원심식 임펠러를 이용하여 원심 분리력을 발생하는 유체 흐름의 원리에 기초하여 압축공기를 청정시킬 수 있도록 한 것이다.

따라서 압축기체의 이물질인 수분 및 오일을 포함한 오염물질을 압축 기체에서 효율적으로 분리하여 청정 압축공기를 각종 공압 기기에 공급함으로서 제품 생산성을 향상시키고 공장 설비의 기계적 수명을 개선시키고 유지 보수비용의 절감 효과가 있도록 한 것 이다.

한편 본 발명은 원심 임펠러를 이용한 자동차 배출가스 습식 정화 시스템의 부속 장치로서 대한민국 실용신안 출원 제 20-2002-0033201호 (동일 출원인 및 발명자)에 출원한 바 있으며, 더욱 산업용 압축기체의 액체를 효율적으로 분리하는 구조 및 작동 원리를 갖고 있어서 분할 출원한 “원심 형식의 공기정화장치” 실용등록 제 20-0328651호(동일 출원인 및 발명자)에 기초한 발명으로서, 원심임펠러에 터빈을 부가하여 압축기체의 분사력을 효율적으로 이용함으로서, 압축공기중의 수분,오일 및 먼지를 정화하는 제습 구조 및 성능을 개선하도록 출원한 것 이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 공기 압축기의 압축 공기를 정화하는 원심식 기체 정화 장치(307)에 있어서, 압축공기 분사력으로 고속회전이 가능하도록 원심식 기체 정화 장치(307)의 하부에 설치한 터빈(333)과, 터빈(333)의 회전축(335)에 고정되어 회전되는 원심 임펠러(308)와, 터빈(333)과 원심 임펠러(308)를 연결하고 고정하는 회전축(335)을 지지하도록 설치한 베어링(334)을 포함하여 이루어지는 원심임펠러를 이용한 압축 기체 정화 장치와, 및 터빈(333)이 고속으로 회전하도록 공기배관에 설치한 원심식 공기 흐름 가이드를 포함하여 이루어지는 원심임펠러를 이용한 압축 기체 정화 장치를 구성한 것 이다.

도 1 은 선 출원에 따른 원심식 공기 정화 장치의 구조도

도 2 는 선 출원에 따른 공기 정화 장치의 배출구 AA 단면도

도 3 은 선 출원에 따른 원심 임펠러의 작동 설명도

도 4 는 선 출원에 따른 망사형 필터의 구조도 및 단면도

도 5 는 선 출원에 따른 다른 실시예의 원심식 공기 정화 장치의 구조도

도 6 은 본 발명에 따른 원심 임펠러를 이용한 압축 기체 정화 장치의 구성도

도 7 은 본 발명에 따른 원심 임펠러 및 터빈의 작동설명도

도 8 은 본 발명에 따른 다른 실시예의 압축 기체 정화 장치의 구성도

* 도면의 주요 부분에 대한 부호 설명

307 : 원심식 압축 기체 정화장치 308 : 원심 임펠러

333 : 터빈

상기한 바와 같이 구성된 본 발명을 실시 예로서 도시한 첨부 도면과 함께 이를 더욱 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 6 은 본 발명에 따른 원심 임펠러를 이용한 압축 기체 정화 장치의 구성도에 도시한바와 같이, 공기 압축기의 압축 기체를 정화하는 원심식 기체 정화 장치(307)에 있어서, 압축공기 분사력으로 고속회전이 가능하도록 원심식 기체 정화 장치(307)의 하부에 설치한 터빈(333)과, 터빈(333)의 회전축(335)에 고정되어 회전되는 원심 임펠러(308)와, 터빈(333)과 원심 임펠러(308)를 연결하고 고정하는 회전축(335)을 지지하도록 설치한 베어링(334)을 포함하여 이루어지는 원심임펠러를 이용한 압축 기체 정화 장치와, 및 터빈(333)이 고속으로 회전하도록 공기배관에 설치한 원심식 공기 흐름 가이드를 포함하여 이루어지는 원심임펠러를 이용한압축 기체 정화 장치를 구성한 것 이다.

여기서 제 1 도, 제 2 도, 제 3 도, 제 4 도 및 제 5 도는, 원심 임펠러를 이용한 "자동차 배출가스 습식 정화 장치"의 부속으로서 한국 실용신안 출원 20-2002-0033201 (동일 출원인 및 발명자)에 출원한 바 있으며, 상기 출원은 산업용 공압기기의 공기 정화에도 유사한 구조 및 작동 원리를 갖고 있어서, "원심형식의 공기 정화 장치", 한국 실용신안 출원 20-2002-0036656 (동일 출원인 및 발명자)을 분할 출원한 바 있어서, 더욱 본 발명은 선원 출원 내용에 기초하여 분할 출원하게 되어 선 출원 내용에 기재한 바와 같이 부품 명칭 및 번호를 참조하여 인용하였다.

이하 본 발명에 따른 구성에 기초한 작용에 따른 작동원리를 이해하기 위하여 선 출원 "원심형식의 공기 정화 장치", 한국 실용신안 출원 20-2002-0036656 에 기초하여 설명한다.

도 1 은 선 출원에 따른 원심식 공기 정화 장치의 구조도에 도시한 바와 같이, 공기관(31)의 출구에서 프레임(150)상에 고정 설치되어 공기를 유인하는 원심식 공기 정화 장치(107)의 실린더형 격벽(113)의 중앙부에서 설치되는 전동모터(133)가 회전하게 되면서 전동모터(133)의 회전축(135)에 고정되어 회전되는 원심 임펠러(108)가 회전하게된다. 따라서, 공기관(31)의 기체는, 도 3 은 선 출원에 따른 원심 임펠러의 작동 설명도에 도시한 바와 같이, 원심식 공기 정화 장치(107)의 내부로 유인됨과 동시에 화살표로 표시한 바와 같이 와류 형태의 소용돌이 흐름으로 변환된 이후, 소용돌이 흐름의 원심력이 발생하게된다.

공기중에 함유되어 있는 무거운 밀도의 수분은 실린더형 여과 필터(110)의내면을 따라 흐르면서 충돌하면서 화살표로 표시한 바와 같이 내부로 스며들고, 도 2 는 선 출원에 따른 공기 정화 장치의 배출구 AA 단면도에 도시한 바와 같이, 실린더형 여과 필터(110)와 하우징(109)의 틈사이에서 형성된 실린더 형태의 회수통(160)으로 모이게 되어 배수관(11)을 통하여 배출되고, 정화된 공기는 원심식 공기 정화 장치(107)의 바닥면(119)에 형성된 다수의 흡입구를 갖는 배기관(32)를 통하여 각종 공압기기로 공급할 수 있음으로서, 공기저장탱크, 혹은 공압 동력원에서 각종 공압 기기로 공급되는 공기를 청정 건조하게 할 수 있는 원심 형식의 공기 정화 장치를 제공할 수 있다.

도 3에 도시한바와 같이, 전동 모터(133)의 회전축(135)에 고정되어 고속회전하는 원심 임펠러(108)는 흡기관(31)으로 부터 배기 및 증기의 혼합 기체를 배기관(32) 방향으로 배기 및 증기의 혼합기체를 화살표로 표시한 바와 같이 유인함과 동시에 원심력에 의하여 원심식 공기 정화 장치(107) 내부에서 화살표로 표시한 바와 같이 와류 형태의 소용돌이 흐름으로 유도하여 상기와 같이 망사 재질의 실린더형 여과 필터(110)를 이용하여 공기중의 수분, 오일 및 먼지를 포함한 이물질을 정화할 수 있어서, 필터, 트랩등과 같은 공기 흐름을 저해하는 구조를 갖는 종래의 공기 정화 장치에서와 같이 흡기관(31)에서 각종 공압기기에 공급 되는 공기의 압력 및 흐름 상태에 나쁜 영향을 초래하는 부작용이 없다.

도 4 는 선 출원에 따른 망사형 필터의 구조도 및 단면도에 도시한 바와 같이, 원심식 공기 정화 장치(107)의 하부면(119)에서 고정되어 원주상으로 설치되는 망사형 여과공(112)을 갖는 실린더형 여과 필터(110)의 세정수 회수 기능을 보완하여 내측면에 나선형 스파이럴 홈(111)을 형성 시키어 원심 임펠러(108)에 의하여 형성된 배기 및 증기의 소용돌이 유동을 나선형 스파이럴 홈(111)을 따라서 지나도록 공기 흐름을 유도하여 공기중의 수분, 오일 및 먼지를 포함한 이물질을 더욱 효율적으로 정화시키는 기능이 있으며, 또한 배기 가스를 유인하는 원심 임펠러(108); 압축 공기의 소음을 흡수하는 실린더형 여과 필터(110)를 구성함으로서, 원심 임펠러(108)의 유인작용으로 흡기관(31)내부에서 각종 공압기기에 영향을 주는 흐름 저항이 없으며 무수한 여과공(112)를 갖는 망사형 재질의 실린더형 여과 필터(110)에서 공기 소음을 흡수할 수 있어서 공압기기의 정숙한 운전이 가능하다.

도 5 는 선 출원에 따른 다른 실시예의 원심식 공기 정화 장치의 구조도에 도시한 바와 같이, 공기 탱크, 공압 발생 장치에서 유입되는 공기 흐름 에너지를 이용함으로서 외부 에너지인 전동모터(133)가 없이 공기정화장치의 기능을 수행할 수 있다. 흡기관(31)의 공기 출구에서의 공기 흐름 운동에너지를 이용하여 실린더형 격벽(113)의 중앙부에서 설치되는 베어링(134)의 회전축(135)에서 자유로이 회전가능한 원심 임펠러(108)를 회전시키는 원심식 공기 정화 장치(107)를 구성하여서, 상기한 바와 같이, 흡기관(31)의 공기는, 도 3에 도시한 바와 같이, 원심식 공기 정화 장치(107)의 내부로 유인됨과 동시에 화살표로 표시한 바와 같이 와류 형태의 소용돌이 흐름으로 변환된 이후, 소용돌이 흐름의 원심력이 발생하게된다.

공기중에 함유되어 있는 무거운 밀도의 수분은 실린더형 여과 필터(110)의 내면을 따라 흐르면서 충돌하면서 화살표로 표시한 바와 같이 내부로 스며들고, 도 2에 도시한바와 같이, 실린더형 여과 필터(110)와 하우징(109)의 틈사이에서 형성된 실린더 형태의 회수통로(160)로 모이게 되어 회수관(11)을 통하여 배출되고, 정화된 공기는 원심식 공기 정화 장치(107)의 바닥면(119)에 형성된 다수의 흡입구를 갖는 배기관(32)를 통하여 수분, 오일 및 먼지를 포함한 오염물질을 정화한 청정 건조공기를 각종 공압기기로 공급할 수 있는 작동구조 및 원리를 갖고 있다.

이하 본 발명에 따른 구성에 기초한 작용에 따른 작동원리를 설명한다.

도 6 은 본 발명에 따른 원심 임펠러를 이용한 압축 기체 정화 장치의 구성도에 도시한 바와 같이, 압축기(400)에서 제조된 압축공기는 저장탱크(410)측으로 흐르게 된다. 따라서 원심식 기체정화장치(307)를 압축기(400)와 저장탱크(410)사이에 설치하면 압축기체에 포함된 수분, 오일 및 오염물질을 외부 동력없이 무동력으로 효율적으로 간편하게 원심분리할 수 있다. 자동차 터보장치에서 배기가스의 압력 및 흐름을 이용하는 원리에서와 같이, 압축공기가 배관을 통과하면 터빈(333)이 고속으로 회전하게 되고, 베어링(334)에 지지되어 있는 회전축(335)의 다른 끝에 고정된 원심 임펠러(308)가 연동 회전하게 되며, 흡기관(231)에서 압축공기가 유입하게 되고 원심식 기체정화장치(307)의 내부에서 원심 분리작용에 따라 비중차를 이용하여 기체와 액체가 분리되면서 압축기체에 포함된 수분, 오일 및 오염물질을 포함한 액체성분을 제거하여 정화된 건조 기체는 배기관(232)를 지나서 저장탱크(410)측으로 송기된다. 한편 배기가스 유속에 의하여 회전하는 터빈을 부착한 자동차 터보 차저에서와 같이 공기 흐름이 회전가능하도록 원주방향으로 공기흐름을 유도하는 원심식 공기 흐름 가이드(미도시)를 공기배관에 설치하여 터빈(333)을 더욱 효율적으로 고속으로 회전할 수 있게 하여 원심식 기체정화장치(307)의 제습효율을 높일수 있다.

도 7 은 본 발명에 따른 원심 임펠러 및 터빈의 작동설명도에 도시한 바와 같이, 압축기체는 배관을 빠른 유속으로 지나면서 터빈(333)을 고속으로 회전시키고 베어링(334)에 지지되어 있는 회전축(335)의 다른 끝에 고정된 원심 임펠러(308)가 연동하여 고속으로 회전하게 된다. 따라서 흡기관(231)을 통하여 유입된 압축 기체는, 도 3 은 선 출원에 따른 원심 임펠러의 작동 설명도에서 설명한 바와 같이, 화살표로 표시한 바와 같이 와류 형태의 소용돌이 흐름으로 변환된 이후, 디퓨저 냉각효과에 의하여 냉각하여 압축공기의 습도를 낮추도록 노점이 강하됨과 동시에 소용돌이 흐름의 원심력이 발생하게되어 원심식 기체정화장치(307)의 내부에서 원심 분리작용에 따라 비중차를 이용하여 기체와 액체가 분리하게 된다. 따라서 정화된 청정 건조 기체는 배기관(232)을 지나서 저장탱크(410)측으로 송기되고 수분, 오일 및 오염물질을 포함한 액체 또는 응축수는 배수관(211)을 통하여 별도의 응축수 배출용 트랩(212)을 통하여 외부로 배출한다.

도 8 은 본 발명에 따른 다른 실시예의 압축 기체 정화 장치의 구성도에 도시한 바와 같이, 기체 유속에 따라 회전하는 터빈(333), 베어링(334)에 지지되어 있는 회전축(335)의 다른 끝에 고정되어 연동 회전하는 원심 임펠러(308)를 구성하는 원심식 기체정화장치(307)를 기체 배관에 설치한 저장탱크(410) 및 냉동드라이어(420)후단에도 설치할 수 있다. 따라서 냉동드라이어(420)에서 냉각된 기체는 절대 포화상태의 압축기체의 노점을 낮추게 되어 더욱 효율적으로 제습할 수 있다. 따라서 냉동 드라이어(420)에서 냉각된 압축기체는 흡기관(231)에서 유입되어 제습효율을 높일수 있으며, 배기관(232)를 통하여 배출하는 압축기체는 청정 건조상태를 유지하게 되어 각종 공압기기에서 이용할 수 있다. 따라서 본 발명에 따른 원심식 기체정화장치(307)는 충분한 압축기체 흐름이 있는 공압 배관이면 설치가능하다.

상기한 바와 같이, 선 출원의 도 1에 도시한 전동모터(133)을 본 발명의 도 6에 도시한 터빈(333)으로 대체함으로서, 터빈 과 원심 임펠러를 겸용으로 연동시킨 구조로서, 고속회전이 가능하여 강력한 원심분리력에 기초하여 제습효율을 개선하고, 필터가 없어서 유지 보수가 간편하며, 외부 동력 없이 자체 압축공기의 분사력으로 작동하는 무동력의 특징이 있다.

이와 같이 본 발명은 원심식 공기 정화 장치를 이용하여 공기중의 이물질인 수분 및 오일을 포함한 오염물질을 정화하여 공장설비를 포함한 각종 기기를 운전시키는 효과가 있으며, 공기중의 이물질인 수분 및 오일을 포함한 오염물질을 공기중에서 효율적으로 분리하여 공장설비를 포함한 각종 공압 기기의 기계적 수명을 개선시키고 유지 보수 비용의 절감 효과가 있다.

더욱 터빈 과 원심 임펠러를 겸용으로 연동시킨 구조로서, 고속회전이 가능하여 강력한 원심분리력에 기초하여 제습효율을 개선하고, 필터가 없어서 유지 보수가 간편하며, 외부 동력 없이 자체 압축공기의 분사력으로 작동하는 무동력의 특징이 있다.

Claims (2)

1. 공기 압축기의 압축 공기를 정화하는 원심식 공기 정화 장치(107)에 있어서, 압축공기 분사력으로 고속회전이 가능하도록 원심식 공기 정화 장치(107)의 하부에 설치한 터빈(333)과, 터빈(333)의 회전축(335)에 고정되어 회전되는 원심 임펠러(308)와, 터빈(333)과 원심 임펠러(308)를 연결하고 고정하는 회전축(335)을 지지하도록 설치한 베어링(334)을 포함하여 이루어지는 원심임펠러를 이용한 압축 기체 정화 장치.
2. 제 1항에 있어서, 터빈(333)이 고속으로 회전하도록 공기배관에 설치한 원심식 공기 흐름 가이드를 포함하여 이루어지는 원심임펠러를 이용한 압축 기체 정화 장치.