KR20180007022A

KR20180007022A - Cyclone dust collector having twist type entrance

Info

Publication number: KR20180007022A
Application number: KR1020160087343A
Authority: KR
Inventors: 설승윤; 박형용; 문성원; 김동원; 신진욱
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2018-01-22

Abstract

The present invention relates to a cyclone dust collector having a twist type inlet. According to the present invention, the cyclone dust collector comprises: a housing having the length in a vertical direction, wherein the inner circumference of the housing becomes narrower from the upper part to the lower part; a discharge tower having a hollow inside and inserted into the housing in order for a lower end to be spaced at fixed intervals from the bottom of the housing; a foreign substance box connected to the inside of the lower part of the housing and collecting foreign substances; and the inlet connected to the upper part of the housing and formed in a predetermined length to lead gas containing the foreign substances of the outside of the housing, wherein the inlet includes an inflow path. The shape of the inflow path formed in the inlet is formed as a curve. The cyclone dust collector can prevent the foreign substances from leaking from the inside of a cyclone to an outlet without being separated from the gas by reducing the pressure of the gas flowing inside from the inlet. Also, the cyclone dust collector improves dust collecting efficiency in comparison with a linear type.

Description

BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a cyclone dust collector having a twist-

본 발명은 사이클론 집진기에 관한 것으로, 특히 회오리 형상의 입구를 갖는 사이클론 집진기에 관한 것이다.The present invention relates to a cyclone dust collector, and more particularly to a cyclone dust collector having a whirl-shaped inlet.

사이클론은 비교적 입자가 굵고 비중이 있는 입자에 선회운동을 주어 입자에 작용하는 원심력에 의하여 입자를 기체로부터 분리하여 유입된 유체 내 분진을 침강 및 포집하는 장치로서 일상생활에서도 가정용 청소기에 많이 채택되고 있다.Cyclone is a device that separates particles from gas by the centrifugal force acting on the particles by swirling the particles having relatively large grains and specific gravity, and sinks and collects the dusts in the inflow fluid, and is widely used in household cleaners in everyday life .

그런데 사이클론 입구는 설치 환경 상의 이유로 입구 길이가 제한되어 있어 입구로 들어오는 기체 압력이 과도하여 실제 사이클론 하부에서는 이물질이 분리되지 않고 배출구로 다시 나오는 누설 현상이 발생됨으로써 집진효율이 떨어지는 문제가 발생된다.However, since the inlet length of the cyclone inlet is limited due to the installation environment, the pressure of the gas entering the inlet is excessive, so that leakage of the foreign substances from the lower portion of the cyclone occurs.

따라서 이러한 현상을 방지시키기 위하여 입구에서 압력을 강하시킴으로써 집진효율을 향상시킬 수 있는 구조를 가지는 사이클론 기술이 요청된다.Therefore, there is a need for a cyclone technology having a structure capable of improving the dust collecting efficiency by reducing the pressure at the inlet to prevent such a phenomenon.

등록특허공보 제10-0672483호(등록일자: 2007. 01. 16)Patent Registration No. 10-0672483 (registered date: 2007. 01. 16)

이에 본 발명은 종래기술의 문제점을 개선하기 위한 것으로써, 입구에서 유속을 줄임으로써 집진효율을 향상시킬 수 있는 구조를 가지는 사이클론 집진 장치를 제공하고자 한다.SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, the present invention has been made to solve the above problems occurring in the prior art, and it is an object of the present invention to provide a cyclone dust collecting apparatus having a structure capable of improving the dust collection efficiency by reducing the flow rate at the inlet.

이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사이클론 집진기는 상하방향으로 길이가 형성되며, 상부에서 하부로 갈수록 내경이 작아지는 형상으로 형성되는 함체와, 하단이 함체 바닥과 일정 간격 이격되게 함체 내부로 삽입되며 내부가 중공인 배출 탑과, 상기 함체 하부에 내통되게 결합되며 이물질이 집진되는 이물질 박스와, 상기 함체 상부에 연결되어 함체 외부의 이물질이 포함된 기체를 함체 내부로 유인시키게 일정 길이로 형성되며 내부에 진입 유로가 형성되는 입구로 이루어지는 통상의 사이클론 집진기에 있어서, 상기 입구 내부에 형성되는 진입유로 형상이 곡선으로 이루어진다.In order to achieve the above object, a cyclone dust collector according to the present invention includes a casing formed to have a length in the vertical direction and having a smaller inner diameter toward the lower portion from the lower portion, A foreign matter box connected to the lower portion of the body to collect foreign substances and connected to the upper portion of the body and having a predetermined length to attract gas containing foreign matter outside the body to the inside of the body, And an inlet through which an inlet flow path is formed. In the conventional cyclone dust collector, the shape of the inlet flow path formed in the inlet is a curved line.

여기서 바람직하게는 상기 곡선은 나선형으로 꼬인 소용돌이 형상이다.Preferably, the curved line is a twisted spiral shape.

이때 바람직하게는 상기 소용돌이 형상은 일정한 횟수만큼 회전되는 형상으로 제작된다.Preferably, the vortex shape is formed to be rotated by a predetermined number of times.

특히 바람직하게는 상기 소용돌이 형상의 회전 횟수는 유입 유속과 사이클론 내경 및 입구의 진입유로 내경에 대응되도록 결정된다.Particularly preferably, the number of revolutions of the vortex shape is determined so as to correspond to the inlet flow velocity, the cyclone inner diameter, and the inlet passage inner diameter of the inlet.

본 발명에 따른 회오리 형상의 입구를 갖는 사이클론 집진기는 입구에서 유입되는 기체의 압력을 강하시킴으로써 사이클론 내부에서 이물질이 기체와 분리되지 않고 배출구로 다시 나오는 누설 현상이 방지될 수 있고 직선형에 비하여 집진효율이 증가하는 효과가 있다.The cyclone dust collector having a whirl-shaped inlet according to the present invention can reduce the pressure of the gas introduced from the inlet, thereby preventing the foreign matter from separating from the gas inside the cyclone and returning to the outlet, There is an increasing effect.

도 1은 CFD 해석을 통한 사이클론 단면 속도 및 압력 분포,
도 2는 소용돌이 중간 및 끝 부분 속도 압력 분포,
도 3은 압력손실 및 cut size 비교,
도 4는 본 발명에 따른 사이클론의 네 가지 실시예의 모형 사진,
도 5는 CFD 해석 결과를 나타낸 그래프와 도표,
도 6은 본 발명에 따른 사이클론 제작 및 실험 사진,
도 7은 회전에 따른 압력손실 및 집진효율의 그래프 및 도표,
도 8은 직선형과 회전 타입의 압력손실 및 집진율 비교 그래프,
도 9는 본 발명에 따른 사이클론의 설계 도면,
도 10은 본 발명에 따른 사이클론 형상 및 치수를 나타내는 도면,
도 11은 압력손실과 커트 사이즈 관계를 나타내는 그래프,1 shows the cross-sectional velocity and pressure distribution of a cyclone through CFD analysis,
Figure 2 shows the vortex middle and end partial velocity pressure distributions,
3 is a graph comparing the pressure loss and cut size,
Figure 4 is a model photograph of four embodiments of a cyclone according to the invention,
5 is a graph and a graph showing CFD analysis results,
6 is a photograph of the cyclone production and experiment according to the present invention,
FIG. 7 is a graph and a graph of the pressure loss and dust collection efficiency with rotation,
FIG. 8 is a graph showing a comparison between a pressure loss and a dust collection rate of a linear type and a rotating type,
9 is a design drawing of a cyclone according to the present invention,
10 is a view showing a cyclone shape and dimensions according to the present invention,
11 is a graph showing a relation between the pressure loss and the cut size,

본 발명의 실시예에서 제시되는 특정한 구조 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시예들은 다양한 형태로 실시될 수 있다. 또한 본 명세서에 설명된 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 되며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경물, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
The specific structure or functional description presented in the embodiment of the present invention is merely illustrative for the purpose of illustrating an embodiment according to the concept of the present invention, and embodiments according to the concept of the present invention can be implemented in various forms. And should not be construed as limited to the embodiments described herein, but should be understood to include all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 대해 상세히 설명한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

먼저 사이클론의 정의에 대하여 간략하게 설명하기로 한다. 사이클론은 비교적 입자가 굵고 비중이 있는 입자에 선회운동을 주어 입자에 작용하는 원심력에 의하여 입자를 기체로부터 분리하여 유입된 유체 내의 분진을 침강 및 포집하는 장치이다. 사이클론은 흡입한 공기를 내부에서 선회운동 시킴으로써 입자에 원심력을 부여하고, 이 원심력에 의해 입자를 공기와 분리 및 포집하는 유체기구의 일종으로 현재 많은 청소기에 사용되고 있다. First, the definition of the cyclone will be briefly described. Cyclone is a device that swirls particles with relatively large grains and specific gravity, separates the particles from the gas by the centrifugal force acting on the particles, and sinks and collects dust in the inflowed fluid. Cyclone is a type of fluidic mechanism that imparts centrifugal force to particles by swirling inhaled air from inside and separates and collects particles from the air by centrifugal force, and is currently used in many vacuum cleaners.

본 명세서에서는 이러한 종래의 사이클론에서 발생되는 사이클론 하부의 배출구 하단에서 발생될 수 있는 이물질의 분리 없이 다시 배출되는 누설현상을 방지시키기 위한 조건에 대한 실험 및 연구 결과를 서술하는 방식으로 본 발명에 도달되는 과정을 설명하기로 한다.In this specification, the present invention has been achieved by a method of describing experimental and research results on the conditions for preventing the leakage phenomenon, which is generated again in such a conventional cyclone, without releasing foreign matter that may be generated at the lower end of the discharge port. The process will be explained.

도 1에 도시된 사이클론 Continuous fluid dynamics(이하 'CFD'라 하기로 한다)해석을 통한 단면 속도 및 압력 분포를 참조하면, vortex finder 하단부에서 속도가 가장 크다는 것을 확인할 수 있다. 또한 화살표 방향을 통해 선회 운동을 시작하던 입자들 중 일부가 lip-leakage 현상으로 인해 곧바로 vortex finder inlet 부분으로 들어가는 것을 확인할 수 있다.Referring to the sectional velocity and pressure distribution through the analysis of the cyclone continuous fluid dynamics (CFD) shown in FIG. 1, it can be seen that the velocity is greatest at the lower end of the vortex finder. Also, it can be seen that some of the particles that started to swirl through the arrow direction enter the vortex finder inlet part due to the lip-leakage phenomenon.

단면 압력 분포 CFD를 보면 vortex finder 하단부에서 압력이 가장 크다는 것을 확인할 수 있다. 이는 vortex finder 출구부분이 상대적인 저압이 되어 흡상하기 때문이다.The cross-sectional pressure distribution CFD shows that the pressure at the bottom of the vortex finder is greatest. This is because the outlet portion of the vortex finder takes up relatively low pressure.

또한 도 2에 도시된 바와 같이 각각의 속도와 압력분포 CFD 해석 결과 Vortex Finder 부근에서 속력이 빠르며 이 부근에서 압력이 높다는 것을 알 수 있다. 여기서 도 3을 참조하여 압력손실 및 Cut size 값을 비교하면, Barth > Shepherd and Lapple > Stairmand > Casal and Martinez > CFD해석 의 순서로 되어 Barth 이론식의 압력손실이 가장 높으며 Casal and Martinez와 CFD 해석의 압력손실 값이 다른 이론식에 비해 가장 비슷하다는 것을 알 수 있다.Also, as shown in FIG. 2, the velocity and the pressure distribution CFD analysis results show that the velocity is high near the Vortex Finder, and the pressure is high in the vicinity of the Vortex Finder. Referring to FIG. 3, when the pressure loss and the cut size are compared, the pressure loss of the Barth formula is highest in the order of Barth> Shepherd and Lapple> Stairmand> Casal and Martinez> CFD analysis, and the pressure of Casal and Martinez and CFD It can be seen that the loss value is most similar to other theoretical equations.

또한 Cut size의 비교는 CFD해석 > Mothes/Loffler > Barth > Rietema으로 되어 Barth 이론식의 Cut-size 값이 CFD의 값보다 작게 나온 것을 확인할 수 있다.In addition, the cut size comparison was made by CFD analysis> Mothes / Loffler> Barth> Rietema, and the cut-size value of the Barth formula was smaller than the CFD value.

따라서 본 발명에서는 입구에서 압력을 강하시키기 위해서는 입구 형상이 한정된 길이로 제작되더라도 한정된 길이 내에서 최대한 압력강하를 유발시킬 수 있도록 도 4에 나타난 네 가지 실시예로 입구 유로를 제작하였다.Therefore, in order to lower the pressure at the inlet of the present invention, the inlet channel is formed by four embodiments shown in FIG. 4 so as to induce the maximum pressure drop within a limited length even if the inlet shape is made to have a limited length.

도 4에서 가장 왼쪽의 모형은 종래기술을 나타내며, 본 발명은 우측의 네 개의 사진으로서, 순서대로 회전수가 0.5회전, 1회전, 1.5회전, 2회전이다.The leftmost model in Fig. 4 represents the prior art, and the present invention is the four photographs on the right side, and the number of rotations is 0.5 rotation, 1 rotation, 1.5 rotation, and 2 rotation in order.

이처럼 네 가지 회전수를 가지는 모형 각각과 압력 손실과의 관계 및 cut size와의 관계를 나타낸 것이 도 5에 도시된 그래프와 표이다.FIG. 5 is a graph and a table showing the relation between the pressure loss and the cut-off size of each model having four revolution numbers.

도 5를 참조하면, 입구 형상의 Pitch가 작아질수록(회전수가 증가할수록), 압력손실이 증가한다.(최대 2회전시 기본형에 비해 0.24kPa 증가하는 것으로 보아 회전수를 증가시키더라도 압력손실이 크게 증가하지 않는다는 것을 확인할 수 있다.) Cut-size는 Pitch가 작아질수록 감소하다가 1회전에서 최소값을 가지며 다시 증가하는 것을 CFD해석을 통해 확인하였다. 따라서 직선형과 Pitch 175(1회전) 비교 시 압력손실은 약 3.8% 증가하였지만 Cut-size는 약 16.1% 감소한 것으로 보아 압력손실의 증가 폭에 비해 Cut-size가 크게 감소하므로 직선형 비해 집진 성능이 뛰어나다고 할 수 있다. 참고로 도 6의 사진은 사이클론 전체 실험 광경을 나타낸다.Referring to FIG. 5, as the pitch of the inlet shape becomes smaller (the number of revolutions increases), the pressure loss increases (0.24 kPa increase with respect to the basic type at the maximum of 2 rotations, The cut-size is decreased with decreasing pitch, but it is confirmed by CFD analysis that it increases with minimum value in one revolution. Therefore, the pressure loss was increased about 3.8% when compared with the linear type and the pitch 175 (one rotation), but the cut-size was reduced by about 16.1%, and cut-size was greatly reduced compared to the increase in pressure loss. can do. For reference, the photograph of FIG. 6 shows the entire cyclone test image.

이러한 사이클론 모형으로 사이클론 성능을 실험하여 압력손실과 집진효율을 나타낸 결과가 도 7에 도시된 그래프와 도표이다. 먼지 투입 시간은 1분 30초 동안 동일한 먼지의 양으로 투입하였다.FIG. 7 is a graph and a graph showing the results of experimenting the cyclone performance with the cyclone model and showing the pressure loss and the dust collecting efficiency. The dusting time was 1 minute and 30 seconds with the same amount of dust.

CFD 해석 결과와 다르게 실험과 압력손실에 차이가 있는 것을 확인할 수 있다. 차이가 나는 이유는 완벽한 최적의 상태를 유지할 수 없었기 때문이다. 또한 실험과정 중에 오차가 발생할 수 있는 온도, 습도 등 다양한 이유들이 존재하기 때문이다. 사이클론 성능 실험 결과로는 CFD 형상과 동일하게 Pitch가 작아질수록(회전수가 증가할수록) 압력손실이 증가한다.(또한 회전을 증가시킬수록 CFD형상과 마찬가지로 압력손실이 크게 증가하지 않는다는 것을 확인할 수 있다.) 회전수를 증가시킬수록 집진효율이 1회전에서 최대값을 가지며 다시 감소하며, 직선형에 비해 회전에 따른 집진효율의 차이는 크지 않다. 기본형인 직선형과 집진효율이 가장 높은 Pitch 175(1회전) 비교 시 압력손실은 약 4.4% 증가하지만 1회전 모델이 비 집진된 먼지를 기준으로 약 23.5%의 향상된 집진성능을 가진다. Unlike the CFD analysis results, it can be seen that there is a difference between the experiment and the pressure loss. The reason for the difference is that it was not able to maintain a perfect optimal state. In addition, there are various reasons such as temperature, humidity, etc., in which errors may occur during the experiment. As a result of the cyclone performance test, the pressure loss increases as the pitch (the number of revolutions increases) becomes the same as the CFD shape. (It can also be seen that the pressure loss does not increase as the CFD shape increases as the rotation increases As the number of revolutions increases, the efficiency of dust collection increases with maximum value in one revolution and decreases again, and the difference in dust collection efficiency due to rotation is not large compared to the linear type. Compared with the basic type, Pitch 175, which has the highest dust collection efficiency, the pressure loss increases by about 4.4%, but the one-rotation model has an improved dust collecting performance of about 23.5% based on the non-dusted dust.

그리고 1회전 모델을 사용하여 실험한 결과로서 도 8의 그래프로 나타낸 유량에 따른 압력 손실 및 집진 효율은 기본 모델인 직선형과 1회전 모델을 유량에 따른 압력손실과 집진효율을 비교한 결과로, 유량이 증가함에 따라 압력손실이 증가하며, 마찬가지로 집진효율도 증가한다. 따라서 입구 형상 변화 모델인 1회전 형상의 유량을 증가시킴으로써 속도를 증가시켜 집진효율을 더 높일 수 있다.
As a result of the experiment using the one-rotation model, the pressure loss and the dust collecting efficiency according to the flow shown in the graph of FIG. 8 are the result of comparing the pressure loss and the dust collecting efficiency according to the flow rates of the linear models and the one- The pressure loss is increased and the dust collecting efficiency is also increased. Therefore, by increasing the flow rate of the one-turn shape, which is the inlet shape change model, the dust collection efficiency can be further increased by increasing the speed.

도 9 및 도 10에서는 사이클론 각 부위의 치수와 지름 비율을 도표로 나타내었으며, 사이클론 입구의 실시예 세 가지와 종래의 직선형 입구가 사시도로 도시되어 있다.In FIGS. 9 and 10, the dimensions and diameter ratios of the cyclone angular regions are plotted, with three embodiments of the cyclone inlet and a conventional linear inlet being shown in perspective view.

CFD 해석 및 실험 결과, twist inlet을 사이클론에 적용할 시, 압력손실은 다소 증가하지만 집진효율이 더 우수해진다는 결론을 얻을 수 있다. 특히 pitch가 175mm인 경우 즉, 1회전 시켰을 때의 집진효율 증가 효과가 가장 뛰어난 것으로 나타났다. 직선형 입구와 비교했을 경우 실험 결과 기준 압력손실은 약 4.4% 미미한 증가율을 보였지만, 집진효율은 96.6%에서 97.4%로 증가하였다. 기본 사이클론의 집진효율이 높기 때문에 이 결과는 비 집진되었던 먼지의 23.5%를 집진할 수 있다는 결론을 내릴 수 있다.
As a result of CFD analysis and experiment, it can be concluded that the twist inlet is applied to the cyclone, the pressure loss increases somewhat but the dust collecting efficiency becomes better. Especially, when the pitch is 175mm, it shows the best effect of increasing the dust collection efficiency by one rotation. Experimental results show that the reference pressure loss is about 4.4%, but the dust collection efficiency is increased from 96.6% to 97.4%. Because of the high dust collection efficiency of the basic cyclone, this result can be concluded that it can collect 23.5% of dust that was not dusted.

이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능함은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명백할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventions. It will be apparent to those of ordinary skill in the art.

P=Pitch
Dd=먼지 출구의 지름
Hc=사이클론 콘의 높이
Hs=사이클론 원통의 높이
H=사이클론의 높이
D=사이클론 원통의 지름
S=Vortex finder의 높이
Dx=Vortex finder의 지름
a=입구의 세로 길이
b=입구의 가로 길이P = Pitch
Dd = diameter of dust outlet
Hc = height of cyclone cone
Hs = height of cyclone cylinder
H = height of cyclone
D = diameter of the cyclone cylinder
S = height of the Vortex finder
Dx = diameter of the Vortex finder
a = vertical length of inlet
b = width of entrance

Claims

And a lower end of the lower end of the hollow body is inserted into the hollow body so as to be spaced apart from the bottom of the hollow body by a predetermined distance, And an inlet connected to the upper portion of the body and having a predetermined length to induce a gas containing foreign matter outside the body to the inside of the body and having an inlet flow path formed therein, In the dust collector,
And the shape of the inlet flow path formed in the inlet is a curved line.

The method according to claim 1,
Characterized in that the curve is a spiral twisted spiral shape.

3. The method of claim 2,
Wherein the vortex shape is formed in a shape rotated by a predetermined number of times.

The method of claim 3,
Wherein the number of revolutions of the vortex shape is determined based on the inlet flow velocity, the cyclone inner diameter, and the inlet passage inner diameter of the inlet, and the pressure of the introduced gas is determined.