KR20220160253A - 공기압축기용 멀티사이클론 오일 분리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 공기압축기용 멀티 사이클론방식 유분리장치는, 압축공기가 유입되는 유입구(118), 여과 된 오일이 회수되는 오일 회수관(95) 및 중간이 개구된 플랜지부가 형성되는 오일 탱크(102), 오일이 함유된 압축공기를 여과하는 오일 세퍼레이터 필터(99), 오일 세퍼레이터필터를 통해 여과된 공기가 배출되는 공기 배출구(162)가 구비된 공기압축기에 있어
일종의 섬유형태로 된 세퍼레이터 필터(99)는 일정시간이 지나면 수명을 다하여 교체를 해주어야 만 하는 불편함을 개선하기 위하여,
한번 설치하면 반 영구적으로 사용할 수 있는 사이크론 방식의 유분리장치를 제공함에 있다.

Description

공기압축기용 멀티사이클론 오일 분리장치 {MULT CYCLONE OIL SEPARATOR DEVICE FOR AIR COMPRESSOR}

본 발명은 공기압축기용 유분리필터에 관한 것으로, 보다 상세하게는 급유식 공기압축기의 압축기 후단에 마련되어 오일이 혼합된 압축공기를 공기와 오일로 분리하도록 이루어지는 공기압축기용 유분리장치에 관한 것이다.

공기압축기는 압축된 공기의 사용을 위해 피스톤, 임펠러, 스크류 등에 의해 공기를 필요한 압력으로 압축시켜 탱크에 저장하는 공기생산기계를 말하며, 유체를 압축하여 유체에 기계적 에너지를 가한다는 점에서 펌프와 원리는 기본적으로 같지만, 압축기는 기체를 가압하여 압력과 속도를 변환시킨다는 점에서 펌프와 구별된다.

공기압축기는 분류방식에 따라 여러 가지로 나뉠 수 있으나 압축방식에 따라 크게 원심형과 용적형으로 구분된다.

원심형은 다시 축류식, 사류식으로 나뉘고 용적형은 왕복동식과 회전식으로 구분된다.

용적형 공기압축기의 구조는 그 종류가 왕복동식이냐 회전식이냐에 따라 달라지고, 또 같은 종류라 할지라도 중간냉각방식을 이용한 다단압축기이거나 중간냉각기가 없는 1단 압축기에 따라 달라진다. 뿐만 아니라 냉각방식이 공냉식 이거나, 냉각수라인을 이용한 수냉식인가에 따라 그 구조가 크게 달라진다.

대부분의 사업장에 설치, 사용되고 있는 압축기는 용적형이다.

즉, 이동식 소형 공기압축기는 왕복동식 공기압축기이고, 콤팩트하게 패키지에 내장되어 있는 것이 스크류 공기압축기로 이는 회전식 공기압축기이다.

이 중 스크류 공기압축기가 대부분의 사업장에서 보편적으로 사용되고 있다. 스크류 공기압축기의 공기 및 오일의 흐름도는 다음과 같다.

도1에 도시된 바와 같이, 대기중의 공기는 흡입필터(20)를 통해 흡입되며 전동기에 의해 구동되는 스크류 압축기(30)가 회전하고 내부 스크류의 원활한 구동과 밀봉, 냉각작용을 위해 윤활제로 오일을 사용하여 필요한 압력으로 압축되어 배관을 통해 오일탱크(102)로 유입(118)된다.

오일이 함유된 압축공기는 오일탱크(102)에서 1차적으로 분리하고 오일 세퍼레이터 필터(99)에 의해 다시한번 압축공기와 오일이 분리된다. 분리된 압축공기는 토출구(262)를 통해 필요한 라인이나 리시버탱크로 공급되며,

압축공기와 분리된 오일은 열교환기에 의해 냉각되고 오일필터(40)를 거쳐 다시 압축기(30)로 공급된다

여기서 종래의 방법 유분리 장치의 결합구조에서

탱크내부로 유입(118)되는 오일이 함유된 압축공기는 탱크(102) 외벽을 따라 선회하는 구조를 통해 1차적인 유분리장치 즉 제1사이크론(100) 분리구조로 대부분 구성된다.

그리고 다시 2차적으로 세퍼레이터 필터(99)를 통과하면서 오일을 여과시켜 공기와 오일을 분리한다.

여기서 2차적으로 분리된 오일은 세퍼레이터 필터(99) 하단부(97)에 모이게 되고, 이 오일은 회수관(95)을 통해 다시 압축기(30)로 보내진다.

여기서 세퍼레이터필터(99)는 일종의 섬유형태로 구성되어 오일이 포함된 공기가 통과할때 오일이 필터표면에 맺혀 하단부(97)로 모이게 되는 구조이고 이 세퍼레이터 필터(99)는 일정시간이 지나면 섬유질사이가 불순물로 막히면서 분리성능이 떨어지고 탱크내부(114)와 세퍼레이터 필터(99) 내부(97) 사이에 차압이 발생되어 공기압축기 전체의 효율이 저하된다.

그래서 일정 시간이 지나면 교체를 해주어 야 만하는 불편함이 있다.

그리고 세퍼레이터 필터표면에 맺혀 하단부(97)로 모인 오일은 탱크 내부의 압력을 이용하여 작은 호스로 구성된 회수관(95)을 통하여 지속적으로 압축기(30)로 보내진다.

본 발명의 목적은 일정시간이 지난후 불순물에 의하여 섬유질로 구성된 세퍼레이터 필터가 수명을 다했을 때 세퍼레이터 필터의 교체의 비용과 불편함을 개선하기 위하여 한번 설치하면 반영구적으로 사용할 수 있는 세퍼레이터필터를 제공함에 있고, 사용시간이 늘어남에 따라 필터의 눈막힘으로 인하여 필터 내부와 외부의 차압으로 인하여 압축기의 효율이 감소하는 것을 방지할수 있다.

본 발명은 기존의 오일이 함유된 압축공기가 섬유질의 세퍼레이터 필터를 통과하면서 오일과 기체를 분리하던 것을 다수개의 사이클론방식을 사용하여 오일이 함유된 압축공기가 원통면 내부로 선회함으로 원심력에 의하여 공기보다 상대적으로 무거운 오일은 외벽에 밀착되어 중력에 의해 하방으로 흘러내리고 중심부에는 상승류에 의해 오일이 제거된 상대적으로 깨끗해진 공기는 중앙으로 배출되는 세퍼레이터 장치이며.

세퍼레이터장치는 제2사이클론을 포함하는 오일회수라인이 있고 상단에 있는 제3 사이클론 내부를 가로질러 제3 사이클론로 상단부에 연결되고,

제3 사이클론과 이에 따르는 오일회수라인은 제3 사이클론로 상단부에 연결된다.

본 발명의 멀티 사이클론 세퍼레이터 장치는 제2사이클론과 제3사이클론으로 구성되고, 제1사이클론은 기존의 탱크구조를 통해서 구성되며, 이는 기존의 방식과 동일하다.

이 사이클론 세퍼레이터 장치 전체로서 볼 때, 제1, 제2, 제3 사이클론 세퍼레이터 각각의 사이클론 세퍼레이터 장치 유닛들의 개별 분리 효율들을 비교할 때, 분리 효율이 향상되는 이점이 있다.

연속하여 세 개 이상의 사이클로닉 분리 유닛을 제공함으로써 전체 시스템의 성능과 강건성을 증대시킨다.

그리고 본 발명의 제2, 제3 사이클론 세퍼레이터 장치에서 분리된 오일은 각각의 회수라인을 통하여 제3 사이클론 상단부에 모이게 하여 기존 방식과 동일하게 압축기 흡입구로 보내어진다.

본 발명에 따른 멀티 사이크론을 이용한 세퍼레이터 장치를 이용하여 유분리가 이루어지고, 더 이상 기존의 섬유질로 구성된 세퍼레이터 필터를 사용하지 않게 됨으로써, 불순물에 의한 차압이 발생하지 않아 반 영구적으로 사용할 수 있게 되어 수명이 다한 기존의 세퍼레이터 필터를 폐기하는데 따르는 비용과 환경적 오염을 개선할 수 있는 효과를 발휘하게 된다.

도1 : 종래기술의 공기압축기의 전체구성을 나타내는 도면이다
도2 : 종래기술의 유분리장치의 결합구조를 나타내는 도면이다
도3 : 종래기술의 유분리장치의 단면구조를 나타내는 도면이다
도4 : 본발명의 일 실시예에 의한 유분리장치의 결합구조를 나타내는 도면이다
도5 : 본발명의 일 실시예에 의한 유분리장치의 구조를 나타내는 도면이다
도6 : 본발명의 일 실시예에 의한 유분리장치의 단면구조를 나타내는 도면이다
도7 : 본발명의 일 실시예에 의한 유분리장치의 단면구조를 나타내는 도면이다

본 발명은,

이하에 설명하는 바와 같이 오직 사이클론 분리 장치(100)에 관한 것이므로, 공기압축기 각각의 부분(20, 30, 40)의 특징들에 대한 세부사항은 그다지 중요하지 않다.

본 발명의 사이클론 분리 장치(100)는 도 4 및 도 5에 나타낸다.

사이클론 분리 장치(100)의 구체적인 전체 형상은, 사이클론 분리 장치(100)가 사용될 공기압축기의 타입에 따라 변경될 수 있다. 예를 들면, 사이클론 분리장치(100)의 전체 길이가 오일분리탱크(102)의 직경에 대하여 증가 또는 감소 될 수 있다.

도2에 나타난 종래의 방법 유분리 장치의 결합구조에서

탱크내부로 유입(118)되는 오일이 함유된 압축공기는 탱크 내벽(102)을 따라 선회하는 구조를 통해 1차 적인 유분리장치 즉 사이크론 분리구조로 대부분 구성된다.

그리고 사이에 원형 벽(122)이 있어 선회하는 동안 비산되는 오일이 세퍼레이터필터(99) 또는 토출구 방향으로 직접 넘어가지 못하게 하는 역할을 한다.

도4 및 도5 에 나타낸 본 발명의 일 실시예에 의한 사이클론 분리 장치(100)는 원통 형상인 외벽(125) 내부에 독립적인 공간을 갖는 제2사이클론 분리장치가 있고 연속하여 원통 형상인 외벽(225) 내부에 독립적인 공간을 갖는 제3사이클론 분리장치가 연속으로 구성되고,

이 연속된 사이클론 분리장치를 통과 할 수록 전체적으로 분리되는 오일과 기체의 성능은 높아진다.

각각의 제2사이클론 분리장치(130) 및 제3사이클론 분리장치(230)는 병렬연결된 다수개의 사이클론으로 구성되고 압축된 공기를 동시에 다수개의 사이클론을 통과함으로 오일과 기체를 분리하는 역할을 한다.

그리고 제2사이클론 분리장치(130)에서 분리된 오일은 경사진벽면(136)을 타고 흘러내려 원뿔형 개구부(138) 아래 공간(142)에 모여지고,

제3사이클론 분리장치(230)에서 분리된 오일은 경사진벽면(236)을 타고 흘러내려 원뿔형 개구부(238) 아래 공간(242)에 모여진다.

여기서 각각의 제2사이클론 분리장치 아래 공간(142) 제3사이클론 분리장치 아래 공간(242)보다 상대적으로 높은 압력을 유지한다. 또한 각각의 제2사이클론 분리장치 위 공간(152) 제3사이클론 분리장치 위 공간(242)보다 상대적으로 높은 압력을 유지한다.

이것은 각각의 사이클 유입구(134)(234)및 공기배출구(144)(244)를 통과하면서 발생되는 관로손실에 따라 차압이 발생된다.

여기서 제2사이클론 분리장치 아래 공간(142)과 제3사이클론 분리장치 위 공간(252)을 원형파이프(147)로 연결하면 제2사이클론 분리장치 아래 공간(142)에 모인 오일은 내부의 차압으로 인해 제3사이클론 분리장치 위 공간(252)로 이동된다.

마찬가지로 각각의 제2사이클론 분리장치 위 공간(152)과 제3사이클론 분리장치 아래 공간(242)을 원형파이프(147)를 사용하여 연결하면 제3사이클론 분리장치 위 공간(252)으로 연결하면 각각의 위치에 있는 오일이 제3사이클론 분리장치 위 공간(252)으로 모이게 된다

도5 본발명의 일 실시예에 의한 유분리장치의 구조에서 사이클론 분리 장치(100)는 제2사이클론 분리장치(130)는 실질적으로 원통 형상인 외벽(125)과 상부경계(146)를 갖고 다수개의 공기배출구(144)와 공기유입구(134)를 포함하는 다수개의 경사진 사이클론(136)을 구성하고 다수개의 사이클론(130)은 다시 원통형상인 외벽(140)으로 둘러싸인 형상이며 이것은 사이클론 하단구역을 형성하며 하부커버(146)를 통해서 경계되고 분리된 오일이 모이는 하부공간(142)을 형성한다.

그리고 연속하여 제3사이클론 분리장치(230)는 실질적으로 원통 형상인 외벽(225)과 상부경계(246)를 갖고 다수개의 공기배출구(244)와 공기유입구(234)를 포함하는 다수개의 경사진 사이클론(236)을 구성하고 다수개의 사이클론(230)은 다시 원통형상인 외벽(240)으로 둘러싸인 형상이며 이것은 사이클론 하단구역을 형성하며 하부커버(246)를 통해서 경계되고 분리된 오일이 모이는 하부공간(242)을 형성한다.

오일이 함유된 공기는 오일세퍼레이터 탱크 유입구(118)를 통하여 유입되면서 탱크내벽(102)를 따라 선회하면서 내부공간(120)을 따라 하방향으로 이동하면서 1차적으로 분리된 오일은 아래방향으로 떨어지고 분리된 공기는 하단커버(106)을 지나 상부 벽(146) 아래에 설치된 공기 유입구(134)를 통과한다. 공기 유입구(134)는 경사진 사이클론(136)에 대해 접선 방향으로 배치되어, 오일이 함유된공기가 경사진 사이클론(136) 주위의 나선형 경로를 확실히 따르도록 한다.

사이클론(136)은, 일반적으로 원통 형상이고 하나이상의 공기 유입구(134)가 형성되고 공기 유입구(134)는 슬롯형상이다.

사이클론(130)은 상부 경계(146)에 달려 있는 원통형 과 테이퍼부(136)를 갖는다. 테이퍼부(136)는 원추 형상이고 하단부가 원뿔형 개구부(138)로 되어있다.

원통형상인 외벽(140)은 원뿔형 개구부(138) 위의 사이클론(130)의 테이퍼부(136)의 일부 외벽

사이에 연장된다. 하부커버(145)가 결합될 때, 원통형상인 외벽(140)은 하부커버(145)로 인해 밀봉된다.

원뿔형 개구부(138)는 닫힌 하단공간(142)로 통한다.

다수개의 공기배출구(144)는 사이클론(130)의 상단부에 설치되어 오일로 부터 분리된 부분적으로 깨끗한 공기가 사이클론(130)을 빠져나갈 수 있도록 한다.

하부커버(145)는 원통형상인 외벽(140)에 결합되어 경사진 사이클론(136)으로 부터 분리된 오일이 원뿔형 개구부(138)로 부터 흘러 내려올 때 한곳에 모일수 있도록 경사진 형태이며 가장 낮은 위치에 오일이 모이는 구조이다.

다수개의 공기배출구(144)를 통과한 부분적으로 깨끗해진 공기는 상부 벽(246) 아래에 설치된 공기 유입구(234)를 통과한다. 공기 유입구(234)는 사이클론(236)에 대해 접선 방향으로 배치되어, 오일이 함유된공기가 사이클론(236) 주위의 나선형 경로를 확실히 따르도록 한다.

사이클론(236)은, 일반적으로 원통 형상이고 하나이상의 공기 유입구(234)가 형성되고 공기 유입구(234)는 슬롯형상이다.

사이클론(230)은 상부 경계(216)에 달려 있는 원통형과 테이퍼부(236)를 갖는다. 테이퍼부(236)는 원추 형상이고 하단부가 원뿔형 개구부(238)로 되어있다.

원통형상인 외벽(240)은 원뿔형 개구부(238) 위의 사이클론(230)의 테이퍼부(236)의 일부 외벽 사이에 연장된다. 하부커버(245)가 결합될 때, 원통형상인 외벽(240)은 하부커버(245)로 인해 밀봉된다.

원뿔형 개구부(238)는 닫힌 하단공간(242)로 통한다.

다수개의 공기배출구(244)는 사이클론(230)의 상단부에 설치되어 오일로 부터 분리된 한층 깨끗한 공기가 사이클론(230)을 빠져나갈 수 있도록 한다.

그리고 제2사이클론 분리장치(130)에서 분리된 오일은 경사진벽면(136)을 타고 흘러내려 원뿔형 개구부(138) 아래 공간(142)에 모여지고,

제3사이클론 분리장치(230)에서 분리된 오일은 경사진벽면(236)을 타고 흘러내려 원뿔형 개구부(238) 아래 공간(242)에 모여진다.

여기서 각각의 제2사이클론 분리장치 아래 공간(142) 제3사이클론 분리장치 아래 공간(242)보다 상대적으로 높은 압력을 유지한다. 또한 각각의 제2사이클론 분리장치 위 공간(152) 제3사이클론 분리장치 위 공간(242)보다 상대적으로 높은 압력을 유지한다.

이것은 각각의 사이클 유입구(134)(234)및 공기배출구(144)(244)를 통과하면서 발생되는 관로손실에 따라 차압이 발생된다.

여기서 제2사이클론 분리장치 아래 공간(142)과 제3사이클론 분리장치 위 공간(252)을 원형파이프(147)로 연결하면 제2사이클론 분리장치 아래 공간(142)에 모인 오일은 내부의 차압으로 인해 제3사이클론 분리장치 위 공간(252)로 이동된다.

마찬가지로 각각의 제2사이클론 분리장치 위 공간(152)과 제3사이클론 분리장치 아래 공간(242)을 원형파이프(147)를 사용하여 연결하면 제3사이클론 분리장치 위 공간(252)으로 연결하면 각각의 위치에 있는 오일이 제3사이클론 분리장치 위 공간(252)으로 모이게 된다

결과적으로 제2사이클론 분리장치(130)와 제3사이클론 분리장치(230)에서 분리된 오일과 제2 사이클론 상단부(152)에 존재하는 오일은 각각의 원형파프이(147)를 통하여 제3사이클론 분리장치 위 공간(252)에 모이게 된다.

전술한 설명으로부터, 압축기의 리시버 탱크(102)는 1차적인 사이클론 분리장치와 본발명의 제2 사이클론 분리장치와 제3사이클론 분리장치를 포함하여 3개의 다른 사이클론 분리 단계로 구성됨을 알수 있다.

탱크내부의 원형판(102)은 원통구조의 제1 사이클론 분리 유닛을 구성한다. 이 제1 사이클로닉 분리 장치는 대부분의 종래방법에서 일반적으로 사용되며, 외벽(102)의 직경이 비교적 크다는 것은 오일에 원심력이 비교적 작기 때문에, 주로 상당히 크게 형성된 오일이거나 비교적 빠른속도로 탱크내부로 유입되는 오일이 기류로부터 분리될 것임을 의미한다. 일부 미세 오일도 마찬가지로 분리될 것이다. 대부분의 오일은 탱크내부(114) 에 확실하게 분리되어 질 것이다

사이클론(130)은 제2 사이클론 분리장치을 구성한다.

이 제2 사이클론 분리장치에서, 제2 사이클론(130)의 반경은 탱크외벽(102)의 반경보다 훨씬 더 작아서 기체기류에 포함되어 있는 오일에 가해지는 원심력

은 제1 사이클론 분리장치, 즉 탱크외벽에서 가해진 원심력보다 훨씬 더 클 것이다. 따라서, 제2 사이클론 분리장치의 효율은 제1 사이클론 분리장치(102)의 효율보다 더 높고 제2 사이클론 분리장치(130)는, 제1 사이클론 분리장치(102)에서 이미 분리된 더 작은 사이즈 범위의 오일입자가 포함되어 있는 기류와 만나기 때문에, 제2 사이클론 분리장치의 성능은 향상된다.

사이클론(230)은 제3 사이클론 분리장치를 구성한다.

이 제3 사이클론 분리장치는 다수개의 더 작은 제3 사이클론(230)에 의해 구성되어 있다. 이 제3 사이클론 분리 유닛에서, 각각의 제3 사이클론(230)은 제2 사이클론 분리장치의 사이클론(130)보다 직경이 훨씬 더 작아서, 제2 사이클론 분리장치보다 더 미세한 오일 입자를 분리할 수 있다.

또한 제3사이클론(230)은, 제1 및 제2 사이클론 분리장치에 의해 이미 깨끗해져서, 공기중에 포함된 오일입자의 양 및 평균 사이즈가 작다.

따라서, 탱크에서 1차적으로 분리작용을 하는 제1 사이클론 분리장치의 분리 효율은 본 발명의 제2 사이클론 분리장치의 분리 효율보다 낮고, 제2 사이클론 분리장치의 분리 효율은 제3 사이클론 분리장치의 분리 효율보다 낮다. 이렇게 함으로써, 제1 사이클론의 분리 효율이 제2 사이클론의 분리 효율보다 낮고, 제2 사이클론의 분리 효율이 다수개의 제3 사이클론을 모두 합한 분리 효율보다 낮음을 의미한다.

즉, 각각의 후속하는 사이클론 분리장치의 미세오일 분리효율은 증가한다.

Claims (1)

1. 기액분리장치에 있어 공기압축기 탱크 내부에 설치되는 복수개의 사이클론방식 분리장치에 있어서,
   평면상에 복수개의 사이클론을 구성하는 제2사이클론 분리장치와 하부에 별도의 분리된 액체의 회수공간을 가지는 제2사이클론 분리유닛과,
   제2사이클론의 상부에 위치하고 평행하게 배치된 평면상에 복수개의 사이클론을 구성하는 제3사이클론 분리장치와 하부에 별도의 분리된 회수공간을 갖는 제3사이클론 분리유닛과,
   제2사이클론 회수공간과 제3사이클론 상부공간으로 연결된 회수관과,
   제2사이클론 상부공간과 제3사이클론 상부공간으로 연결된 회수관과,
   제3사이클론 회수공간과 제3사이클론 상부공간으로 연결된 회수관을 포함하여 구성됨으로써, 분리된 오일을 제3사이클론 상부공간 한 곳에 모이게 하는 것을 특징으로 하는 기액분리장치에 있어 공기압축기 탱크 내부에 설치되는 복수개의 사이클론방식 분리장치.
   

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