KR20190051142A - 축류형 싸이클론 집진장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 목적은 함진가스로부터의 분진 분리 효율이 비교적 높은 축류형 싸이클론 집진장치를 제공하는 것이다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 축류형 싸이클론 집진장치는 함진가스가 유입되는 유입부와, 상기 유입부로부터 유입되는 상기 함진가스의 흐름방향을 따라 후단에 배치되며 상기 함진가스로부터 먼지가 분리된 탈진가스가 배출되는 탈진가스 배출부와, 상기 흐름방향에 대해 반경방향 외측으로 연장되어 상기 함진가스로부터 분리된 분진이 배출되는 분진배출부를 가지고 선회유동공간을 형성하는 하우징과; 상기 흐름방향을 따라 갈수록 직경이 커지는 확산경사부와 상기 흐름방향을 따라 갈수록 직경이 작아지는 수축경사부를 순차적으로 갖는 원추코어부와, 상기 확산경사부에 방사상으로 배치되는 복수의 선회날개를 가지고 상기 유입부와 상기 탈진가스 배출부 사이에 배치되는 선회류 유도부를 포함한다.

Description

축류형 싸이클론 집진장치{DUST COLLECTOR USING AXIAL FLOW CYCLONE}

본 발명은 축류형 싸이클론 집진장치에 관한 것이다.

축류형 싸이클론 집진장치는 함진가스에 선회류를 일으켜 원심력의 원리에 의해 선회류 바깥쪽에서 유동하게 되는 분진을 함진가스로부터 분리한다. 이를 위해, 축류형 싸이클론 집진장치는 선회류 유동공간을 형성하는 원통형의 하우징과, 하우징 내부에서 함진가스에 선회류를 일으키는 선회류 유도부를 갖는다.

그러나 종래의 축류형 싸이클론 집진장치는 하우징 내부에서의 선회류의 흐름을 알맞게 이용하지 못하여 집진 효율이 비교적 낮다.

본 발명의 목적은 집진 효율이 비교적 높은 축류형 싸이클론 집진장치를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 축류형 싸이클론 집진장치는 함진가스가 유입되는 유입부와, 상기 유입부로부터 유입되는 상기 함진가스의 흐름방향을 따라 후단에 배치되며 상기 함진가스로부터 먼지가 분리된 탈진가스가 배출되는 탈진가스 배출부와, 상기 흐름방향에 대해 반경방향 외측으로 연장되어 상기 함진가스로부터 분리된 분진이 배출되는 분진배출부를 가지고 선회유동공간을 형성하는 하우징과; 상기 흐름방향을 따라 갈수록 직경이 커지는 확산경사부와 상기 흐름방향을 따라 갈수록 직경이 작아지는 수축경사부를 순차적으로 갖는 원추코어부와, 상기 확산경사부에 방사상으로 배치되는 복수의 선회날개를 가지고 상기 유입부와 상기 탈진가스 배출부 사이에 배치되는 선회류 유도부를 포함한다.

여기서, 상기 하우징은 상기 확산경사부의 경사면에 대응하는 경사면을 가지고 상기 확산경사부와의 사이에 간극을 형성하는 간극형성부를 갖는 것이 바람직하다.

그리고 상기 탈진가스 배출부는 상기 하우징 내부에서 상기 수축경사부의 후단에 배치되는 개구부와 상기 개구부로부터 상기 흐름방향을 따라 연장되는 연장관부를 포함하며, 상기 분진배출부는 상기 연장관부의 반경방향 외측에 배치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 탈진가스 배출부는 상기 개구에서 상기 흐름방향을 따라 원추형상으로 연장된 원추면과 상기 원추면의 표면에 원주방향을 따라 관통된 복수의 역류방지홀을 갖는 베플부를 포함하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 복수의 선회날개는 사이클로이드 곡선 형상을 가지고 상기 확산경사부에 배치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 축류형 싸이클론 집진장치는 함진가스로부터의 분진 분리 효율이 비교적 높다. 그리고 본 발명에 따른 선회날개가 싸이클로이드 곡선 형상을 가질 경우 하우징 내부로 유입되는 함진가스의 압력손실을 줄여서 비교적 적은 에너지로 목표하는 선회류의 원심력을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 축류형 싸이클론 집진장치의 부분 파단 사시도이고,
도 2 (A), (B)는 각각 측단면도와 도 2 (A)에 표시된 Ⅱ(B)-Ⅱ(B)선에 따른 단면도이고,
도 3은 베플부를 확대하여 나타낸 사시도이고,
도 4는 선회류 유도부를 확대하여 나타낸 사시도이며,
도 5는 3차원 사이클로이드 곡선을 나타낸 그래프이다.

도 1은 본 발명에 따른 축류형 싸이클론 집진장치의 부분 파단 사시도이다. 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 집진장치는 함진가스가 유입되는 유입부(110)와 유입부(110)로부터 유입되는 함진가스의 흐름방향을 따라 후단에 배치되는 탈진가스 배출부(130)와 흐름방향에 대해 반경방향 외측으로 연장되는 분진배출부(150)를 갖는 하우징(100)을 포함한다. 여기서, 함진가스는 분진을 포함하는 기체를 의미하고, 탈진가스는 함진가스로부터 분진이 분리된 기체를 의미한다. 하우징(100)은 흐름방향 축선을 중심으로 하는 원형의 단면을 가지고 기체가 선회 유동할 수 선회유동공간을 형성한다.

도 2 (A), (B)는 각각 측단면도와 도 2 (A)에 표시된 Ⅱ(B)-Ⅱ(B)선에 따른 단면도이다. 도 2 (A), (B)를 도 1과 함께 참조하여 보면, 하우징(100) 내부에는 유입부(110)를 통해 선형적으로 유입되는 함진가스를 선회류로 전환하는 선회류 유도부(300)가 설치된다. 선회류 유도부(300)는 함진가스의 흐름방향을 따라 갈수록 직경이 커지는 확산경사부(311)와 흐름방향을 따라 갈수록 직경이 작아지는 수축경사부(313)를 순차적으로 갖는 원추코어부(310)와, 확산경사부(311)에 방사상으로 배치되는 복수의 선회날개(330)를 포함한다. 이러한 선회류 유도부(300)는 유입부(110) 측에 배치되어 유입되는 함진가스가 하우징(100) 내부로 진입하는 즉시 선회류로 전환되도록 한다.

하우징(100)은 확산경사부(311)의 경사면에 대응하는 경사면을 가지고 확산경사부(311)와의 사이에 간극을 형성하는 간극형성부(170)를 갖는다. 간극형성부(170)는 유입부(110)로부터 흐름방향을 따라 갈수록 직경이 커진다. 이러한 간극형성부(170)는 확산경사부(311)와 선회날개(330) 사이로 함진가스가 막힘없이 유동할 수 있게 하는 동시에 유입부(110)가 형성하는 유동단면적과 상기 간극이 형성하는 유동단면적을 일정하게 유지하여 함진가스의 흐름속도가 과도히 저하되지 않도록 할 수 있다. 간극형성부(170)는 일정한 직경을 갖는 원통본체부(190)와 연결된다.

탈진가스 배출부(130)는 하우징(100) 내부에서 수축경사부(313)의 바로 후단에 배치되는 개구부(131)와 개구부(131)로부터 흐름방향을 따라 연장되는 연장관부(133)와 하우징(100) 외부로 일부 노출된 하우징노출부(134)를 포함한다. 분진배출부(150)는 연장관부(133)의 반경방향 외측에 배치되는 것이 집진 효율을 높일 수 있어 바람직하다. 하우징노출부(134)는 별도의 집진장치와 연결될 수 있다.

선회류 유도부(300)는 개구부(131)로부터 흐름방향을 따라 선형적으로 연장된 복수의 지지부(400)에 의해 지지된다. 선회류 유도부(300)는 하우징(100) 내벽면으로부터 연장된 지지부에 의해 지지될 수도 있다.

탈진가스 배출부(130)는 개구부(131) 측에서 흐름방향을 따라 원추형상으로 연장된 원추면(136)과 원추면(136)의 표면에 원주방향을 따라 관통된 복수의 역류방지홀(137)을 갖는 베플부(135)를 포함한다. 베플부(135)는 원심력에 의해 분리된 분진이 원통본체부(190)와 연장관부(133) 사이의 선회유동공간을 따라 선회하다가 개구부(131)로 진입하는 것을 방지할 수 있다. 역류방지홀(137)을 통과한 분진은 다시 원통본체부(190)와 연장관부(133) 사이의 선회유동공간을 따라 선회하다가 분진배출부(150)를 통해 배출될 수 있다. 이러한 베플부(135)는 함진가스로부터 비교적 높은 효율로 분진과 탈진가스로 분리하여 배출할 수 있도록 한다.

도 3은 베플부(135)를 확대하여 나타낸 사시도이다. 도 3에서 볼 수 있는 바와 같이, 베플부(135)는 역류방지홀(137) 부분에 선회방향을 따라 경사진 선회류안내경사부(138)를 갖는다. 선회류안내경사부(138)는 선회류의 역류방지홀(137)로의 진입을 용이하게 한다.

이러한 구성과 구조에 의해, 본 집진장치는 유입부(110)를 통해 선형적으로 유입되는 함진가스를 선회류로 전환할 수 있다. 함진가스가 선회류로 전환되면, 원심력의 원리에 따라 공기에 비해 비교적 질량이 큰 분진이 선회류 바깥쪽에서 선회하는 한편 비교적 질량이 작은 공기는 선회류 안쪽에서 선회하게 된다. 이렇게 원심력의 원리에 의해 함진가스로부터 분리된 분진은 하우징(100) 내부의 선회유동공간으로부터 반경방향 외측으로 연장된 분진배출부(150)를 따라 배출되며, 분진이 분리된 탈진가스는 선회류의 중심영역에 배치된 탈진가스 배출부(130)를 통해 배출된다. 수축경사부(313)는 선회날개(330)를 통과하면서 형성된 선회류가 난류(tubulent flow)가 되어 분진과 탈진가스가 서로 뒤섞이지 않도록 완만한 흐름을 안내한다.

도 4는 선회류 유도부(300)을 확대하여 나타낸 사시도이다. 도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 선회날개(330)는 사이클로이드 곡선 형상을 가지고 확산경사부(311)에 방사상으로 배치된다. 사이클로이드 곡선은 가속운동을 하는 물체의 방향전환 시 최소 시간의 경로를 제공한다. 즉, 물체의 체류시간이 가장 짧은 이동 경로를 제공함으로써 가장 적은 에너지손실로 방향전환을 유도할 수 있다. 본 발명에 따른 선회날개(330)는 이러한 사이클로이드 곡선 형상을 가짐으로써 유입부(110)를 통해 유입되는 함진가스와 비교적 짧은 접촉시간을 가짐으로써 마찰력에 따른 압력손실을 줄일 수 있다. 이에 따라, 본 집진장치로 함진가스를 보낼 때 사용되는 송풍기의 동력 소모량을 줄여 에너지를 절약할 수 있다.

사이클로이드 곡선(Cycloidal Curve)의 정의는 반경 r인 원이 x축 위를 미끄러지지 않고 구를 때, 원 위의 한 점 P가 나타내는 궤적이며, 사이클로이드(Cycloid) 곡선은 회전각도 t에 대한 함수식으로 표현하여 원의 반경을 r, 회전각도를 t라 할때, 그 함수식은 아래의 [수학식 1] 및 [수학식 2]와 같다.

2차원 평면 사이클로이드 곡선을 3차원 사이클로이드 곡선으로 변환하기 위하여, 사이클로이드(Cycloid) 곡선 위의 각 점에서의 접선 기울기(Tangential Slope)를 나타내는 미분 함수식 (Differential Function)을 작성하면 이는 곧 사이클로이드(Cycloid) 곡선을 이용한 속도함수식(Velocity Function)이 되며, 아래의 [수학식 3]과 같다.

도 5에서 X-Y 좌표상의 원점 C1을 중심으로 반지름이 r인 원이 원점을 기준으로 각도 t만큼씩 회전하는 원의 함수식은 아래의 [수학식 4] 및 [수학식 5]와 같다.

상기 속도함수식으로 3차원 사이클로이드(Cycloid) 곡선 함수식을 도출하기 위하여, 상기 원의 함수식을 원점C1을 중심으로 각도 t 만큼씩 회전시키며, 상기에서 작성된 미분함수식인 속도함수식을 Z축으로 하여, 상기 원의 중심점을 Z축 상의 C1 에서 C2로 각도 t만큼씩 동시에 이동시키면, C1을 중점으로 반지름이 r인 원을 밑변으로 하고 높이가 C1에서 C2까지의 거리를 높이로 하는 원기둥(Cylinder)의 표면 위에, 원 위의 임의의 점 P가 이동한 궤적이 3차원 사이클로이드 곡선이 되며, 3차원 사이클로이드 곡선의 함수식은 아래의 [수학식 6] 내지 [수학식 8]과 같다.

본 발명에 따른 선회날개는 3차원 사이클로이드 곡선이 적용된 것이다. 원기둥(Cylinder) 표면에 만들어진 3차원의 사이클로이드(Cycloid) 곡선을 만들때, 원의 반지름인 r값을 원뿔(Cone)에 맞게 점진적으로 변화시키면 원뿔 표면위에 표현된 3차원 사이클로이드 곡선이 만들어진다.

100: 하우징 110: 함진가스 유입부
130: 탈진가스 배출부 150: 분진배출부
170: 간극형성부 190: 원통본체부
300: 선회류 유도부 310: 원추코어부
330: 선회날개

Claims (5)

1. 축류형 집진장치에 있어서,
   함진가스가 유입되는 유입부와, 상기 유입부로부터 유입되는 상기 함진가스의 흐름방향을 따라 후단에 배치되며 상기 함진가스로부터 먼지가 분리된 탈진가스가 배출되는 탈진가스 배출부와, 상기 흐름방향에 대해 반경방향 외측으로 연장되어 상기 함진가스로부터 분리된 분진이 배출되는 분진배출부를 가지고 선회유동공간을 형성하는 하우징과;
   상기 흐름방향을 따라 갈수록 직경이 커지는 확산경사부와 상기 흐름방향을 따라 갈수록 직경이 작아지는 수축경사부를 순차적으로 갖는 원추코어부와, 상기 확산경사부에 방사상으로 배치되는 복수의 선회날개를 가지고 상기 유입부와 상기 탈진가스 배출부 사이에 배치되는 선회류 유도부를 포함하는 것을 특징으로 하는 축류형 집진장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 하우징은,
   상기 확산경사부의 경사면에 대응하는 경사면을 가지고 상기 확산경사부와의 사이에 간극을 형성하는 간극형성부를 갖는 것을 특징으로 하는 축류형 집진장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 탈진가스 배출부는,
   상기 하우징 내부에서 상기 수축경사부의 후단에 배치되는 개구부와 상기 개구부로부터 상기 흐름방향을 따라 연장되는 연장관부를 포함하며,
   상기 분진배출부는 상기 연장관부의 반경방향 외측에 배치되는 것을 특징으로 하는 축류형 집진장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 탈진가스 배출부는,
   상기 개구에서 상기 흐름방향을 따라 원추형상으로 연장된 원추면과 상기 원추면의 표면에 원주방향을 따라 관통된 복수의 역류방지홀을 갖는 베플부를 포함하는 것을 특징으로 하는 축류형 집진장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 선회날개는 사이클로이드 곡선 형상을 가지고 상기 확산경사부에 배치되는 것을 특징으로 하는 축류형 집진장치.

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