KR101342150B1 - 공기 중의 입자 분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유지 보수가 편리하고 공기 자체의 유동 에너지를 이용하여 입자의 크기별로 신속하게 분리할 수 있는 원형 형태의 공기 중의 입자 분리기를 제공하는 것에 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공기 중에 포함된 입자를 분리하는 공기 중의 입자 분리기에 있어서, 원형의 경로를 가지며, 입구를 통하여 공기가 유입되어 유동하는 유동관; 및 상기 유동관의 원형의 경로 상에 접선 방향으로 형성되는 지관을 포함하며, 상기 지관을 통하여 공기 중에 포함된 입자가 분리되는 것을 특징으로 한다.

Description

공기 중의 입자 분리기{Airborne particle separator}

본 발명은 공기중의 입자 분리기에 관한 것으로 더욱 상세하게는 공기의 유동 특성을 이용하여 공기 중의 입자를 그 크기별로 분리하는 공기 중의 입자 분리기에 관한 것이다.

공기 중에 포함된 입자를 분리하는 기술은 많은 산업분야에 적용되는 기본적인 기술로 다양한 방법들이 존재한다. 대표적으로 필터를 사용하여 공기 중의 입자를 분리하는 방법을 들 수 있다. 상기 필터는 공기가 관통되는 공극을 가지는 물질을 이용하는 것으로 공극의 크기에 따라 분리하는 입자의 크기가 결정되며, 다수의 필터를 연속적으로 배치하는 경우 필터의 공극 크기에 의하여 입자들이 분리되는 특징이 있다. 필터의 경우에는 필터의 공극 크기를 조절하여 입자를 분리할 수 있는 장점이 있으나, 다양한 크기의 물질을 분리하기 위해서는 매우 많은 수의 필터를 사용해야 하며, 필터를 정기적으로 교체 또는 청소해야하는 단점이 있으며, 또한 분리장치의 부피가 큰 단점이 있다.

또한, 전기 대전 방식에 의한 분리 장치를 들 수 있다. 예를 들면, 특허 제490858호에는 조대입자와 미세입자가 혼합된 공기에 고전압을 인가하여 입자를 대전시키고, 다수의 노즐을 이용하여 입자를 분리하는 방법이 개시되어 있다.

상기의 방식은 입자의 관성과 정전기를 이용하여 분리하는 방법으로 그 분리 특성이 우수하나, 전기적 에너지가 공급되어야 하고, 또한 노즐의 구성에 의하여 장치 자체가 매우 복잡한 단점이 있다.

또한, 다공성 플레이트를 이용한 분리 장치를 들 수 있다. 예를 들면, 등록특허 제770434호는 다층 다단 다공성 플레이트에 의한 입자 분리·포집시스템에 관한 것으로서, 플레이트를 다층(복층, 3층 등)으로 결합시켜 분진포집 내부공간을 구성함으로써, 상기 내부공간에 유입된 분진을 중력에 의해 하향 이동하여 분진퇴적함으로 포집될 수 있도록 한 것으로서, 대기 오염 방지시설, 가정·산업용 진공청소기, 공기 청정기 및 분급 장치 등에 효과적으로 적용될 수 있는 효과가 있다.

그러나 상기 방식 역시 다공성 플레이트에 의하여 부피가 큰 단점이 있으며, 포집 과정도 복잡한 특성을 나타낸다.

또한, 별도의 필터가 필요없이 공기의 유동에 의하여 분리하는 사이클론 방식에 분리 장치를 들 수 있다. 상기 방식의 경우에는 별도의 필터가 필요 없으며, 공기를 회전시켜 원심력에 의하여 입자를 분리하는 방식으로 별도의 필터가 필요없는 장점은 있으나, 원심력을 발생시키기 위하여 공기의 유속이 일정이상 되어야 하며, 또한 입자의 크기별로 구분하여 분리하기 위해서는 다수의 분리기를 연속해서 부착해야 되므로 장치의 부피가 크지는 단점이 있다.

상기한 바와 같이 종래 분리기들의 경우에는 비교적 부피가 크고, 구조가 복잡한 특성이 있으며, 또한 별도의 필터 또는 다공성 플레이트가 필요하므로, 비교적 간단한 구성으로 입자들의 크기별로 분리가 가능하고 비교적 낮은 용량의 공기를 신속하게 처리할 수 있는 분리기가 필요한 경우 상기와 같은 종래 방식들을 적용하기에는 어려움이 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 입자 분리기의 단점을 극복하기 위하여 안출된 것으로 유지 보수가 편리하고 공기 자체의 유동 에너지를 이용하여 입자의 크기별로 신속하게 분리할 수 있는 원형 형태의 공기 중의 입자 분리기를 제공하는 것에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 공기 중에 포함된 입자를 분리하는 공기 중의 입자 분리기에 있어서, 원형의 경로를 가지며, 입구를 통하여 공기가 유입되어 유동하는 유동관; 및 상기 유동관의 원형의 경로 상에 접선 방향으로 형성되는 지관을 포함하며, 상기 지관을 통하여 공기 중에 포함된 입자가 분리되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 지관은 상기 유동관의 원형의 경로 상에 겹치지 않게 다수개 형성되어 상기 지관들에서 배출되는 입자의 크기는 유동 중인 공기와 만나는 지관 순서의 역순인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 유동관은 공기의 유동 방향으로 단면이 감소하여 공기가 끝단으로 이동할수록 공기의 유속이 증가하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유동관의 경로를 나선형으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 지관은 끝단의 마개에 의하여 밀폐되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 공기 중의 입자 분리기는 비교적 단순한 구조를 가져 유지 보수에 유리한 효과가 있으며, 분기점을 연속하여 형성하는 경우에는 입자 크기별로 분류할 수 있는 효과가 있으며, 별도의 동력이 필요없이 공기의 유동 에너지만으로도 분리할 수 있는 효과가 있으며, 또한 일반적인 분리기뿐만 아니라 MEMS 레벨에서도 분리기로 적용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 공기 중의 입자 분리기 중 하나의 지관이 형성된 실시예를 나타내는 구성도이며,
도 2는 도 1 중 2개의 지관이 형성된 실시예를 나타내는 구성도이며,
도 3은 도 1 중 다수개의 지관을 갖는 실시예를 나타내는 구성도이다.

이하 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.

본 발명에 따른 공기 중의 입자 분리기(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 유동 중의 공기에 포함된 입자를 그 크기별로 분리하는 것으로 기본적으로 공기 유동관(10)을 포함한다.

상기 유동관(10)을 통하여 입자를 포함하는 공기가 유동하며, 상기 유동관(10)은 원호 또는 원형의 경로를 갖는다.

상기 유동관(10)의 단면은 어떠한 형태로도 구현될 수 있으나, 공기 유동 특성을 고려하는 경우에는 원형이 바람직하다.

상기 유동관(10)의 일부에는 지관(20)이 형성된다. 상기 지관(20)은 상기 유동관(10)의 원형의 경로에서 분지점(30)에서 분지된다.

상기와 같은 구성에서 상기 유동관(10) 내에 입자가 포함된 공기가 유동하는 경우, 원형의 경로에 의하여 원호 바깥으로 구심력이 작용하여 공기 중에 크기가 비교적 큰 입자는 원호 바깥으로 이동되고, 크기가 작은 입자는 공기 내부의 점성에 의한 저항보다 구심력이 영향이 적어 별도로 이동되지 않는다.

이때, 상기 공기가 상기 지관(20)이 형성된 분지점에서는 크기가 큰 입자는 입자의 이동 관성에 의하여 직선으로 이동하므로 상기 지관(20)으로 배출되고, 반대로 작은 입자는 공기의 유동에 휩쓸려 유동관(10)으로 이동한다.

상기와 같이 하나의 분지점(30)을 통하여 공기 내에 포함된 입자 중 가장 큰 입자를 분리할 수 있다.

한편 상기 지관(20)은 마개(21)에 의하여 밀폐되고, 입자 분리가 완료된 경우 상기 마개(21)를 분리하여 지관(20)에 내부에 분리된 입자를 배출한다.

필요한 경우 상기 분지점(30)을 다수개 형성하여 개별 분지점(30)에서 각각 크기가 다른 입자를 분리할 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 2개의 분지점(30)을 갖는 분리기(100)를 구성할 수 있다.

여기서 유동관(10)은 입구에서 제1분지점(20a)까지를 제1유동관(10a)이라 칭하고, 제1분지점(30a)에서 제2분지점(30b)까지를 제2유동관(10b)라 칭할 경우, 초기 제1유동관(10a)은 상기 도 1의 실시예와 동일한 구성이고, 제1지관(20a) 역시 동일한 구성이다.

즉, 제1유동관(10a)에서 가장 큰 입자가 제1지관(20a)으로 분리된다.

상기 제1유동관(10a)을 통과한 공기는 제2유동관(10b)의 입구로 유입되고, 원호로 형성된 제2유동관(10b)의 경로를 따라 이동하여 제2분지점(30b)에서 그 다음으로 큰 입자가 제2지관(20b)로 배출되고, 나머지 공기는 제2유동관(10b)으로 계속 이동한다.

이때, 제2유동관(10b)은 경로 방향으로 직경을 서서히 감소시켜 공기의 이동에 따라 유속이 증가하도록 해야 제2지관(20b)에서는 상기 제1지관(20a)에서 분리되 입자보다 작은 입자가 분리될 수 있다.

상기와 같이 유동관(10)을 원형의 경로로 형성하고, 다수의 분지점(30)을 형성하면, 도 3에 도시된 바와 같은 분리기(100)를 구성할 수 있다.

여기서 유동관(10)은 공기 유동 방향으로 단면적이 줄어들게 형성하여 공기의 유속을 서서히 증가시키고, 각 분지점(30)에서 상기 유동관(10)의 접선 방향으로 지관(20)을 형성하는 경우 초기 지관(20)에서 가장 큰 입자가 배출되고, 다음 지관(20)에서는 이전 지관(20)에 비하여 크기가 작은 입자가 배출되고, 다음 지관(20)에서 역시 이전보다 작은 입자가 배출되고, 마지막 유동관(10)의 출구에서는 가장 작은 입자가 배출되므로 결국, 크기별로 다른 입자를 지관(20)을 통하여 분리할 수 있다.

또한, 상기 분리기(100)는 공기의 유동만을 이용하여 내부의 입자를 분리하고 평면 구조를 가지므로, 어떠한 크기로 제작되더라도 그 기능이 유지된다. 예를 들면 대용량의 구조물 형태도 가능하고 상기와 같은 평면 구조의 특징에 의하여 MEMS단위의 미세 구조로도 가능하다. 미세구조에서는 바이러스나 세균류 등을 분리할 수 있으므로, 바이오 칩 등에 적용 가능한 특성이 있다.

또한, 상기 유동관(10)은 원형의 경로를 가지면 되므로, 나선형으로 형성하는 경우에는 아주 많은 수의 지관(20)을 형성할 수 있어 다양한 크기의 입자를 분리할 수 있다. 이때 지관(20)과 지관(20) 사이의 유동관(10)은 분리될 입자의 특성을 고려하여 단면적 변화를 다르게 형성한다.

한편, 본 발명에 따른 분리기(100)는 공기를 예를 들어 설명하였으나, 일반적인 유체(액체 포함)들에 포함된 입자들도 분리할 수 있는 특징이 있다. 따라서, 본 명세서의 공기는 통상의 공기로 한정되지 않고, 일반적인 유체 모두를 포함하며, 특히 액체도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되지 않으며, 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위내에서 실시할 수 있는 다양한 형태의 실시예들을 모두 포함한다.

10: 유동관 10a: 제1유동관
10b: 제2유동관 20: 지관
20a: 제1지관 20b: 제2지관
21: 마개 30: 분지점
30a: 제1분지점 30b: 제2분지점
100: 분리기

Claims (5)

1. 공기 중에 포함된 입자를 분리하는 공기 중의 입자 분리기에 있어서,
   원형의 경로를 가지며, 입구를 통하여 공기가 유입되어 유동하는 유동관; 및
   상기 유동관의 원형의 경로 상에 접선 방향으로 형성되는 지관을 포함하며, 상기 지관을 통하여 공기 중에 포함된 입자가 분리되는 것을 특징으로 하는 공기 중의 입자 분리기.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 지관은 상기 유동관의 원형의 경로 상에 겹치지 않게 다수개 형성하는 것을 특징으로 하는 공기 중의 입자 분리기.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 유동관은 공기의 유동 방향으로 단면이 감소하여 공기가 끝단으로 이동할수록 공기의 유속이 증가하는 것을 특징으로 하는 공기 중의 입자 분리기.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 유동관의 경로를 나선형으로 형성하는 것을 특징으로 하는 공기 중의 입자 분리기.
   
5. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서, 상기 지관은 끝단의 마개에 의하여 밀폐되는 것을 특징으로 하는 공기 중의 입자 분리기.
   

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