KR20180037503A - 공기 흡입 유닛 및 공기 흡입 방법 - Google Patents

공기 흡입 유닛 및 공기 흡입 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 의하면, 냉각장치는, 피냉각소재의 상부에 배치되어 외부로부터 공급된 냉매를 수용하는 수용공간을 가지는 수조; 그리고 상기 수용공간의 내부에 설치되어 상기 냉매가 유입되는 하나 이상의 냉매유입구를 가지며, 상기 수용공간의 중앙부로부터 상기 수용공간의 에지부를 향해 이격배치되어 상기 피냉각소재를 향해 상기 냉매유입구를 통해 유입된 상기 냉매를 분사하는 분사노즐들을 포함하되, 상기 냉매유입구의 높이는 상기 수용공간의 중앙부로부터 이격된 거리에 비례한다.

Description

공기 흡입 유닛 및 공기 흡입 방법{INTAKE UNIT OF AIR AND INTAKE METHOD OF AIR}
본 발명은 공기 흡입 유닛 및 공기 흡입 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 사이클론 실린더를 통해 공기 내의 이물질을 분리가능한 공기 흡입 유닛 및 공기 흡입 방법에 관한 것이다.
도 9는 종래 공기액화분리장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다. 공기 압축기(10)는 흡입측을 통해 흡입한 공기를 압축하여 냉각탑(20)으로 공급한다. 이때, 공기는 필터를 통해 이물질이 제거된 상태로 흡입되며, 제거되지 못한 미세먼지는 냉각탑(20)에서 물과 접촉하여 제거됨과 동시에 공기는 냉각된다.
이후, 깨끗한 공기는 주 열교환기(30)를 통과하여 공기 중에 포함된 수분 및 이산화탄소가 제거된 후 정류통(30)의 상탑(42)에서 분리되어 나오는 저온의 산소, 질소 및 불순질소 가스와의 열교환에 의해 냉각된다. 이후 고순도의 산소, 질소 및 아르곤 가스가 비점차를 이용한 정유 원리에 의해 생산되며, 구체적인 내용은 한국공개특허공보 2009-0119463호에 개시되어 있다.
한편, 공기 압축기(10)에서 공기가 흡입되는 과정에서 이물질(체철소 원료, 송아가루, 모기와 같은 곤충 등)이 필터의 외부에 흡착되며, 이로 인해 필터가 막혀 차압이 상승하면 필터를 전량 교체해야 한다. 따라서, 교체비용이 상당히 요구되며, 필터가 막힐 경우 압축기(compressor)의 부하 증가로 인해 원가 상승의 원인이 된다.
특히, 미세먼지가 냉각탑에 유입되어 냉각탑에 축적되며, 이로 인해 물을 드레인한 후 세척해야 하므로, 유지보수에 상당한 시간과 비용이 증가한다.
한국공개특허공보 2009-0119463호 2009.11.19.
본 발명의 목적은 공기 내의 이물질을 분리할 수 있는 공기 흡입 유닛 및 공기 흡입 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 필터의 교체주기를 대폭 연장할 수 있는 공기 흡입 유닛 및 공기 흡입 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 공기 흡입 유닛은, 하나 이상의 흡입구를 가지며, 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 유입되는 내부공간을 가지는 하우징; 상기 흡입구의 외측에 위치한 상태로 상기 하우징의 외측면에 고정되어, 상기 흡입구를 향해 이동하는 공기를 필터링하는 필터; 그리고 상기 흡입구의 외측에 위치한 상태로 상기 하우징의 외측면에 고정되며, 상기 필터를 수용하는 분리공간 및 상기 분리공간의 중심으로부터 편심배치되어 상기 분리공간과 연통된 유입포트를 가지는 사이클론 실린더를 포함한다.
상기 하우징은, 상기 흡입구들이 하부면에 복수개 형성된 본체; 그리고 상기 본체의 전단으로부터 전방을 향해 연장되며, 전단에 형성되어 상기 내부공간과 연통되는 배출구를 가지는 헤드를 구비하며, 상기 헤드의 내부공간은 전방을 향해 단면적이 감소하는 형상일 수 있다.
상기 사이클론 실린더는, 상기 분리공간을 가지고 상부가 개방되며, 상단이 상기 하우징의 외측면에 위치하는 실린더 본체를 구비하며, 상기 유입포트는 상기 실린더 본체의 측면에 형성될 수 있다.
상기 실린더 본체는 하부가 개방되며, 상기 사이클론 실린더는 상기 실린더 본체의 하부를 개폐하는 게이트를 더 구비할 수 있다.
상기 실린더 본체는 동일한 단면적을 가지는 분리부와, 상기 분리부로부터 하부를 향해 연장되고 하부를 향해 단면적이 감소하는 형상인 수거부를 가질 수 있다.
상기 유입포트는 상기 필터에 비해 낮게 위치할 수 있다.
상기 사이클론 실린더는, 상기 하우징의 외측면에 고정되어 내주면에 나사산이 형성되는 암-브라켓을 더 구비하며, 상기 실린더 본체는 상단 외주면에 형성된 나사산을 통해 상기 암-브라켓에 나사체결될 수 있다.
상기 공기 흡입 유닛은, 상기 흡입구의 상부에 설치되어 상기 흡입구를 향해 퍼징가스를 분사가능한 노즐을 더 포함할 수 있다.
상기 사이클론 실린더는, 상기 분리공간을 가지고 상부 및 하부가 개방되며, 상단이 상기 하우징의 외측면에 위치하는 실린더 본체; 상기 실린더 본체의 하부를 개폐하는 게이트; 그리고 상기 게이트를 탄성지지하여, 상기 퍼징가스에 의해 개방상태로 전환된 상기 게이트를 폐쇄상태로 복귀시키는 탄성체를 더 구비할 수 있다.
상기 사이클론 실린더는 상기 게이트의 일면에 설치되어 폐쇄상태에서 상기 분리공간을 외부로부터 밀봉하는 패드를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 공기 흡입 방법은, 하나 이상의 흡입구 및 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 유입되는 내부공간을 가지는 하우징의 외측면에 필터를 설치하여 상기 필터를 상기 흡입구의 외측에 배치하고, 분리공간 및 상기 분리공간의 중심으로부터 편심배치되어 상기 분리공간과 연통된 유입포트를 가지는 사이클론 실린더를 상기 하우징의 외측면에 설치하여 상기 사이클론 실린더를 상기 흡입구의 외측에 배치함과 동시에 상기 필터를 상기 분리공간 내에 수용하며, 상기 내부공간의 압력을 낮추어 상기 유입포트 및 상기 흡입구를 통해 상기 내부공간에 공기를 유입시킨다.
상기 사이클론 실린더는 하부가 개방된 실린더 본체 및 상기 실린더 본체의 하부를 개폐하는 게이트를 구비하며, 상기 방법은, 상기 흡입구의 상부에 설치된 노즐을 통해 상기 흡입구를 향해 퍼징가스를 분사하여, 상기 게이트를 개방상태로 전환함과 동시에 상기 분리공간 내부의 이물질을 상기 실린더 본체의 하부를 통해 배출할 수 있다.
상기 노즐을 작동정지하여, 상기 게이트를 탄성지지하는 탄성체 및 상기 내부공간의 압력저하에 의해 상기 게이트를 폐쇄상태롤 전환할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 기존의 에지마스크 방식에서 발생하였던 설치시 고비용, 사용시 복잡한 구조와 재질, 열악한 조업환경에 의한 잦은 고장을 개선하여 제작의 용이성과 주수 안정성 및 주수 응답성을 향상시킬 수 있다. 따라서, 냉각수량을 폭 방향으로 용이하게 가변시켜 강판 에지부의 과냉을 방지하여 최종 제품의 생산성 및 품질을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 흡입 유닛을 개략적으로 도시한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시한 공기 흡입 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 사이클론 실린더를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 필터를 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 3에 도시한 사이클론 실린더 내부의 공기 유동을 나타내는 단면도이다.
도 6은 도 1에 도시한 공기 흡입 유닛을 이용하여 공기를 흡입하는 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 7 및 도 8은 도 1에 도시한 공기 흡입 유닛을 이용하여 공기가 흡입되는 과정을 나타내는 도면이다.
도 9는 종래 공기액화분리장치를 개략적으로 나타내는 구성도이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도 1 내지 도 9를 참고하여 더욱 상세히 설명한다. 본 발명의 실시예들은 여러 가지 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 설명하는 실시예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시예들은 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다. 따라서 도면에 나타난 각 요소의 형상은 보다 분명한 설명을 강조하기 위하여 과장될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 공기 흡입 유닛을 개략적으로 도시한 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시한 공기 흡입 유닛을 나타내는 단면도이다. 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 공기 흡입 유닛은 하우징(10) 및 필터(20), 그리고 사이클론 실린더(30)를 포함한다. 하우징(10)은 본체(12)와 헤드(14)를 구비하며, 내부에 형성된 내부공간을 가진다.
본체(12)는 내부가 비어있는 원통 형상이며, 동일한 단면적을 가지고 수평배치된다. 본체(12)는 바닥면(또는 하부면)에 형성된 복수의 흡입구들(16)이 형성되며, 흡입구들(16)은 이격되어 배치된다. 외부 공기는 흡입구들(16)을 통해 하우징(10)의 내부공간으로 유입된다.
헤드(14)는 본체(12)의 전단으로부터 전방을 향해 연장되며, 전방을 향해 내부공간의 단면적이 감소하는 원뿔대 형상을 가진다. 헤드(14)는 전단에 위치하는 배출구를 가지며, 하우징(10)의 내부에 유입된 공기는 헤드(14)를 통해 하우징(10)의 외부로 배출될 수 있다.
도 3은 도 2에 도시한 사이클론 실린더를 나타내는 단면도이다. 사이클론 실린더(30)는 암-브라켓(32) 및 실린더 본체(34,36), 그리고 게이트(38)를 구비한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 암-브라켓(32)은 본체(12)의 외측면에 고정설치되며, 내주면에 나사산이 형성된 링 형상이다.
실린더 본체(34,36)는 내부에 형성된 분리공간을 가지며, 분리부(34)와 수거부(36)를 가진다. 분리부(34)는 수직배치되어 동일한 단면적을 가지며, 수거부(36)는 분리부(34)의 하단으로부터 하부를 향해 연장되고 하부를 향해 단면적이 감소하는 원뿔대 형상을 가진다. 유입포트(35)는 분리부(34)의 측면에 형성되며, 도 5에 도시한 바와 같이, 실린더 본체(34,36)(또는 분리공간)의 중심으로부터 편심배치된다. 외부 공기는 유입포트(35)를 통해 분리공간으로 유입되며, 분리공간 내의 공기는 필터(20) 및 흡입구(16)를 통과하여 하우징(10)의 내부공간으로 이동하고, 이물질은 분리공간에 머무른다. 이와 같은 방법으로 공기와 이물질은 분리될 수 있다.
수거부(36)는 하부를 향해 개방된 형상이며, 게이트(38)가 수거부(36)의 하단에 설치되어 수거부(36)의 하단을 개방(개방상태) 또는 폐쇄(폐쇄상태)할 수 있다. 게이트(38)는 힌지(H)를 통해 수거부(36)의 하단에 연결되며, 탄성체(S)가 힌지(H)에 설치되어 게이트(38)를 탄성지지한다.
도 4는 도 2에 도시한 필터를 나타내는 단면도이다. 필터(20)는 필터 하우징(22) 및 필터부재(24)를 구비하며, 필터 하우징(22)은 필터부재(24)를 수용하는 내부공간을 가진다. 필터 하우징(22)은 본체(12)의 외측면에 고정설치되며, 측면에 형성된 통기홀(23)을 가진다. 외부 공기는 통기홀(23)을 통해 필터 하우징(22)의 내부로 유입되며, 필터부재(24)를 통과하며 여과될 수 있다.
한편, 분사노즐(42)이 흡입구(16)의 상부에 설치되며, 퍼징가스(purging gas)를 5kg/cm2의 압력으로 흡입구(16)에 분사(펄싱)할 수 있다. 분사노즐(42)은 분기관(52) 및 메인배관(54)에 연결되며, 분기밸브(53) 및 메인밸브(55)가 분기관(52) 및 메인배관(54)에 각각 설치된다. 제어기(60)는 본체(12)의 내부공간에 설치된 센서(P) 및 분기밸브(53)에 전기적으로 연결되며, 센서(P)를 통해 감지된 압력값에 따라 분기밸브(53)를 개폐할 수 있다.
도 5는 도 3에 도시한 사이클론 실린더 내부의 공기 유동을 나타내는 단면도이다. 앞서 설명한 바와 같이, 유입포트(35)는 편심배치되므로, 유입포트(35)를 통해 유입된 외부 공기는 분리부(34)의 내부에 위치하는 분리공간 내에서 회전유동한다.
도 6은 도 1에 도시한 공기 흡입 유닛을 이용하여 공기를 흡입하는 방법을 나타내는 흐름도이며, 도 7 및 도 8은 도 1에 도시한 공기 흡입 유닛을 이용하여 공기가 흡입되는 과정을 나타내는 도면이다. 이하, 도 6 내지 도 8을 통해 공기를 흡입하는 방법을 설명한다.
먼저, 도 7에 도시한 바와 같이, 별도의 압축기(도시안함)를 통해 하우징(10)의 내부공간에 형성된 압력을 낮추면, 외부공기는 유입포트(35)를 통해 사이클론 실린더(30)의 내부공간으로 유입된다. 이때, 외부 공기는 이물질을 포함하고 있으며, 외부 공기는 나선 형태로 돌면서 공기 및 미세먼지는 필터(20)를 향해 이동하고 일정 크기 이상의 이물질은 하부로 이동하여 게이트(38)의 상부에 쌓인다. 이때, 분기밸브(53)는 폐쇄상태를 유지해야 하며, 메인밸브(55)도 폐쇄상태를 유지할 수 있다.
공기 및 미세먼지는 필터부재(24)를 통해 여과되어, 공기는 하우징(10)의 내부공간으로 이동하나, 미세먼지는 필터부재(24)의 외측면에 흡착된다. 이때, 센서(P)는 하우징(10)의 내부공간에 형성된 압력을 감지하여 제어기(60)로 신호를 전송하며, 제어기(60)는 센서(P)로부터 받은 신호를 통해 하우징(10)의 내부공간에 형성된 압력(또는 대기압과의 차압)을 측정할 수 있다(S10).
제어기(60)는 압력이 기설정된 안전범위를 벗어났는지 여부를 판단하며, 안전범위를 벗어나지 않은 경우 지속적으로 압력을 측정하고, 안전범위를 벗어난 경우 흡입을 정지한다(S30). 앞서 설명한 바와 같이, 필터부재(24)가 미세먼지 등으로 인해 막힌 상태에서 흡입이 계속적으로 이루어질 경우, 압축기의 손상 원인이 될 수 있다.
이후, 제어기(60)는 분기밸브(53) 및 메인밸브(55)를 개방하여, 퍼징가스를 분사노즐(42)에 공급한다. 분사노즐(42)은 흡입구(16)를 향해 퍼징가스를 약 5kg/cm2의 압력으로 분사(또는 펄싱)하며(S40), 퍼징가스를 통해 필터부재(24)의 외측에 누적된 미세먼지가 필터부재(24)로부터 분리되어 수거부(36)의 하부로 이동할 수 있다.
한편, 퍼징가스를 분사함에 따라, 사이클론 실린더(30)의 분리공간에 형성된 압력이 증가한다. 따라서, 탄성체(S)에 의해 탄성지지되어 수거부(36)의 하부를 폐쇄한 게이트(38)가 하부로 이동하여 개방상태로 전환되며, 게이트(38)의 상부에 축적된 일정 크기 이상의 이물질과 수거부(36)의 하부로 이동한 미세먼지는 사이클론 실린더(30)의 하부로 배출될 수 있다(S50).
위와 같은 일련의 과정이 완료되면, 제어기(60)는 분기밸브(53)를 폐쇄상태로 전환하고 흡입을 재시작하며, 흡입으로 인해 사이클론 실린더(30)의 분리공간에 형성된 압력이 낮아짐에 따라 탄성체(S)에 의해 게이트(38)가 폐쇄상태로 전환된다.
상술한 바에 의하면, 일정 크기 이상의 이물질로 인해 필터부재(24)가 쉽게 폐색되는 것을 방지할 수 있을 뿐만 아니라, 미세먼지로 인해 폐색된 필터부재(24)로부터 미세먼지를 용이하게 제거할 수 있으며, 이를 통해 필터부재(24)의 수명을 크게 증가시킴으로써 필터부재(24)의 교체주기를 대폭 개선할 수 있다.
본 발명을 바람직한 실시예들을 통하여 상세하게 설명하였으나, 이와 다른 형태의 실시예들도 가능하다. 그러므로, 이하에 기재된 청구항들의 기술적 사상과 범위는 바람직한 실시예들에 한정되지 않는다.
10 : 하우징 12 : 본체
14 : 헤드 20 : 필터
22 : 필터 하우징 23 : 통기홀
24 : 필터부재 30 : 사이클론 실린더
32 : 암-브라켓 34 : 분리부
35 : 유입포트 36 : 수거부
38 : 게이트 42 : 분사노즐
52 : 분기관 53 : 분기밸브
54 : 메인배관 55 : 메인밸브
60 : 제어기

Claims (14)

  1. 하나 이상의 흡입구를 가지며, 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 유입되는 하우징;
    상기 흡입구의 외측으로 상기 하우징의 외측면에 고정되어, 상기 흡입구를 향해 이동하는 공기를 필터링하는 필터; 및
    상기 흡입구의 외측으로 상기 하우징의 외측면에 고정되며, 상기 필터를 수용하고 중심으로부터 편심배치된 유입포트를 가지는 사이클론 실린더를 포함하는, 공기 흡입 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 유입되는 내부공간을 가지고,
    상기 사이클론 실린더는 상기 필터를 수용하는 분리공간을 가지며,
    상기 유입포트는 상기 분리공간의 중심으로부터 편심배치되어 상기 분리공간과 연통되는, 공기 흡입 유닛.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 하우징은,
    상기 흡입구들이 하부면에 복수개 형성된 본체; 및
    상기 본체의 전단으로부터 전방을 향해 연장되며, 전단에 형성되어 상기 본체의 내부공간과 연통되는 배출구를 가지는 헤드를 구비하며,
    상기 헤드의 내부공간은 전방을 향해 단면적이 감소하는 형상인, 공기 흡입 유닛.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 사이클론 실린더는,
    상부가 개방되며, 상단이 상기 하우징의 외측면에 위치하는 실린더 본체를 구비하며,
    상기 유입포트는 상기 실린더 본체의 측면에 형성되는, 공기 흡입 유닛.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 실린더 본체는 하부가 개방되며,
    상기 사이클론 실린더는 상기 실린더 본체의 하부를 개폐하는 게이트를 더 구비하는, 공기 흡입 유닛.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 실린더 본체는 동일한 단면적을 가지는 분리부와, 상기 분리부로부터 하부를 향해 연장되고 하부를 향해 단면적이 감소하는 형상인 수거부를 가지는, 공기 흡입 유닛.
  7. 제4항에 있어서,
    상기 유입포트는 상기 필터에 비해 낮게 위치하는, 공기 흡입 유닛.
  8. 제4항에 있어서,
    상기 사이클론 실린더는,
    상기 하우징의 외측면에 고정되어 내주면에 나사산이 형성되는 암-브라켓을 더 구비하며,
    상기 실린더 본체는 상단 외주면에 형성된 나사산을 통해 상기 암-브라켓에 나사체결되는, 공기 흡입 유닛.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 공기 흡입 유닛은,
    상기 흡입구의 상부에 설치되어 상기 흡입구를 향해 퍼징가스를 분사가능한 노즐을 더 포함하는, 공기 흡입 유닛.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 사이클론 실린더는,
    상부 및 하부가 개방되며, 상단이 상기 하우징의 외측면에 위치하는 실린더 본체;
    상기 실린더 본체의 하부를 개폐하는 게이트; 및
    상기 게이트를 탄성지지하여, 상기 퍼징가스에 의해 개방상태로 전환된 상기 게이트를 폐쇄상태로 복귀시키는 탄성체를 더 구비하는, 공기 흡입 유닛.
  11. 제5항 또는 제10항에 있어서,
    상기 사이클론 실린더는 상기 게이트의 일면에 설치되는 패드를 더 구비하는, 공기 흡입 유닛.
  12. 하나 이상의 흡입구 및 상기 흡입구를 통해 흡입된 공기가 유입되는 내부공간을 가지는 하우징의 외측면에 필터를 설치하여 상기 필터를 상기 흡입구의 외측에 배치하고,
    분리공간 및 상기 분리공간의 중심으로부터 편심배치되어 상기 분리공간과 연통된 유입포트를 가지는 사이클론 실린더를 상기 하우징의 외측면에 설치하여 상기 사이클론 실린더를 상기 흡입구의 외측에 배치함과 동시에 상기 필터를 상기 분리공간 내에 수용하며,
    상기 내부공간의 압력을 낮추어 상기 유입포트 및 상기 흡입구를 통해 상기 내부공간에 공기를 유입시키는, 공기 흡입 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 사이클론 실린더는 하부가 개방된 실린더 본체 및 상기 실린더 본체의 하부를 개폐하는 게이트를 구비하며,
    상기 방법은,
    상기 흡입구의 상부에 설치된 노즐을 통해 상기 흡입구를 향해 퍼징가스를 분사하여, 상기 게이트를 개방상태로 전환함과 동시에 상기 분리공간 내부의 이물질을 상기 실린더 본체의 하부를 통해 배출하는, 공기 흡입 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 노즐을 작동정지하여, 상기 게이트를 탄성지지하는 탄성체 및 상기 내부공간의 압력저하에 의해 상기 게이트를 폐쇄상태롤 전환하는, 공기 흡입 방법.
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