KR20130110690A

KR20130110690A - 축류식 싸이클론 집진장치

Info

Publication number: KR20130110690A
Application number: KR1020120032839A
Authority: KR
Inventors: 손동원
Original assignee: 손동원
Priority date: 2012-03-30
Filing date: 2012-03-30
Publication date: 2013-10-10
Also published as: EP2832449B1; WO2013147373A1; EP2832449A1; EP2832449A4; DE212012000268U1; US20150047304A1

Abstract

본 발명은 축류식 싸이클론 집진장치에 관한 것으로서, 함진가스가 선회이동하는 선회원통부와, 상기 선회원통부의 전후단에 축선을 따라 배치된 함진가스 유입관 및 탈진가스 배출관과, 상기 선회원통부의 후단 영역에 마련되어 원심분리된 분진의 배출을 안내하는 분진포집구를 가지며, 상기 선회원통부의 내경이 상기 유입관 내경의 1.5 내지 1.6배의 범위 내에 있는 본체와, 상기 본체 내에 상기 함진가스 유입관과 상기 선회원통부 사이에 배치되어 상기 유입관으로 유입된 함진가스에 선회원심력을 제공하며, 상기 선회원통의 축선에 대해 전단부에서 0°내지 5°의 인입각도로 시작하여 후단부에서 75°내지 80°의 토출각도로 변화하는 날개각도를 가지고 방사상으로 배치되는 복수의 유도날개를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이에 의하여, 각 구성부분의 상호 기하학적 관계가 최적화되어 정압손실이 작고 집진효율이 개선된 집진장치가 제공된다.

Description

축류식 싸이클론 집진장치{AXIAL FLOW TYPE CYCLONE DUST COLLECTOR}

본 발명은 축류식 싸이클론 집진장치에 관한 것이다.

일반적으로 축류형 원심력 집진장치는 함진가스를 축방향에서 유입시키고 탈진가스를 축방향으로 배출시키는 것으로, 유입관을 통해 집진장치 내로 유입된 함진가스는 입구에 설치된 유도날개(Guide Vane)를 통과시켜, 나선형 선회류를 생성시키고, 선회류의 원심력에 의해 이탈 분리된 분진은 원통벽을 따라 후단쪽으로 이동해나가다 집진장치 후단 하부에 위치한 분진배출구를 통하여 배출되어 밀폐형 분진포집백에 포집되고, 분진이 제거된 탈진가스는 집진장치의 중심축과 동일한 방향으로 집진장치 후단부에 설치된 탈진가스 배출관을 통하여 배출된다.

그러나, 이러한 종래의 축류형 원심력 집진장치는 정압손실 등이 커서 집진효율이 낮다는 문제점이 있다

[문헌 1] 한국공개특허 특2001-0001210호 [문헌 2] 일본 특허공개 소56-139152호

따라서, 본 발명의 목적은, 정압손실이 적고 집진효율이 개선된 집진장치를 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적은, 함진가스가 선회이동하는 선회원통부와, 상기 선회원통부의 전후단에 축선을 따라 배치된 함진가스 유입관 및 탈진가스 배출관과, 상기 선회원통부의 후단 영역에 마련되어 원심분리된 분진의 배출을 안내하는 분진포집구를 가지며, 상기 선회원통부의 내경이 상기 유입관 내경의 1.5 내지 1.6배의 범위 내에 있는 본체와, 상기 본체 내에 상기 함진가스 유입관과 상기 선회원통부 사이에 배치되어 상기 유입관으로 유입된 함진가스에 선회원심력을 제공하며, 상기 선회원통의 축선에 대해 전단부에서 0°내지 5°의 인입각도로 시작하여 후단부에서 75°내지 80°의 토출각도로 변화하는 날개각도를 가지고 방사상으로 배치되는 복수의 유도날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 축류식 싸이클론 집진장치에 의해 달성된다.

상기 유입관과 상기 유도날개 사이에 꼭지점이 상기 유입관을 향한 원추형 확산부를 더 포함할 경우, 유입되는 함진가스를 반경방향 외측으로 확산력을 부여하여 집진효율을 높일 수 있다.

상기 유입관 길이를 상기 유입관 내경의 1.4 내지 1.6배로 할 경우, 전체 장치의 길이를 과도히 키우지 아니하면서 유입되는 함진가스를 층류화하는데 바람직하다.

상기 선회원통부의 길이는 상기 유입관 내경의 1.5~2.0배인 것이 바람직하다. 상기 선회원통부의 길이가 유입관 내경에 비해 너무 짧으면, 함진가스가 충분한 선회운동거리와 원심력을 확보하지 못하고, 너무 길면 선회운동에너지가 저하하여 집진효율이 나빠질 수 있다.

이상과 같은 본 발명의 구성에 따르면, 각 구성부분의 상호 기하학적 관계가 최적화되어 정압손실이 작고 집진효율이 개선된 집진장치가 제공된다.

도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 축류식 싸이클론 집진장치의 종단면도 및 부분절개 사시도.
도 3(a)와 도 3(b)는 유도날개의 단면도 및 사시도.
도 4는 유입관 내경에 대한 선회원통부 내경비에 따른 집진효율과 정압손실의 변화를 나타낸 그래프.
도 5는 유도날개의 토출각도에 따른 집진효율과 정압손실의 변화를 나타낸 그래프.

이하에서 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대해서 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 축류식 싸이클론 집진장치의 종단면도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 축류식 싸이클론 집진장치는 본체(10)와 본체(10) 내에 수용되는 유도날개(20)를 가진다.

본체(10)는 함진가스가 선회이동하는 선회원통부(11)와, 상기 선회원통부(11)의 전후단에 축선(C)을 따라 배치된 함진가스 유입관(12) 및 탈진가스 배출관(13)과, 상기 선회원통부(11)의 후단 영역에 마련되어 원심분리된 분진의 배출을 안내하는 분진포집구(14)를 가진다.

유도날개(20)는 상기 본체(10) 내에 상기 함진가스 유입관(12)과 상기 선회원통부(11) 사이에 배치되어 상기 유입관(12)으로 유입된 함진가스에 선회원심력을 제공한다.

축류식 싸이클론 집진장치에 유입되는 함진가스는 대체로 7.0~9.0 m/sec 유속을 가지고 있으며, 유입관(12)에 도착될 때까지 여러 차례 굽혀지거나 다양한 곡률을 가진 수송관을 통과하기 때문에 유입관(12)에 도착하는 함진가스는 난류 또는 와류상태가 되어 있다. 이러한, 난류 또는 와류상태의 함진가스가 그대로 유도날개(20)에 부딪히게 되면, 상기 유도날개(20)에서 만들어지는 선회류는 특정방위각의 위치에 편중시키게 되어 속도분포가 불균일한 함진가스의 선회류를 만들어 집진효율을 악화시키게 된다.

그러나, 상기와 같이 난류 또는 와류상태로 유입된 함진가스는 충분한 직선길이를 갖는 유입관(12)을 통과하게 되면 층류로 바뀌어 속도와 밀도가 균일한 상태로 되지만, 너무 길면 유체저항이 커져 압력손실이 커져 집진효율이 나빠진다. 다양한 실시예를 통하여 알아낸 유입관(12)의 길이는 상기 유입관 내경의 1.4 배 내지 1.6배 정도로 하는 것이 바람직하다.

상기 유입관(12)의 후부에는 꼭지점이 상기 유입관(12)을 향하고 상기 유도날개(20) 전단부에 결합된 원추형 확산부(21)가 설치된다. 상기 유입관(12)을 통과한 함진가스는 상기 원추형 확산부(21)의 꼭지점에서 경사면을 따라 외벽을 향해 방사상으로 확산되면서 유도날개(20)에 도입된다.

상기 유도날개(20)는 복수개가 방사상으로 배치되어 있으며, 도 3에 도시된 바와 같이, 축선(C)에 대해 전단부에서 0°내지 5°의 완만한 인입각도(α)로 시작하여 유도날개(20)의 후단부에서 75°내지 80°의 급경사의 토출각도(β)를 갖는다.

도 5는 상기 유도날개(20)의 다양한 토출각도에 대한 집진효율과 정압손실의 변화를 나타낸 그래프로서, 그래프에 도시된 바와 같이, 토출각도(β)는 75°~ 80°가 되는 구간에서 정압손실을 1mmAq 정도로 최소화되고 집진효율을 90% 이상 유지되는 최량의 결과가 얻어지는 것을 보여주고 있다.

상기 유도날개(20)를 통과한 함진가스는 상기 선회원통부(11)에서 선회운동을 하면서 후단으로 이동된다. 선회운동하는 함진가스속의 분진입자가 원심력을 받아 선회류에서 이탈하기 위해서는 선회속도와 선회거리(회전수)가 확보되어야 하는데 선회속도와 선회거리는 상기 유입관(12)을 통과하는 유속이 일정한 경우 상기 유입관 내경(D1)과 선회원통부 내경(D2)의 상대적인 크기에 따라서 집진효율에 민감하게 영향을 준다.

도 4는 상기 유입관 내경(D1)에 대한 상기 선회원통부 내경(D2)에 대한 집진효율과 정압손실의 변화를 나타낸 그래프로서, 그래프에 도시된 바와 같이, 정압손실을 최소화하고 집진효율을 80% 이상 유지하는 선회원통부 내경(D2)은 유입관 내경(D1)의 상대적인 크기보다 1.4 ~ 1.7배가 되는 구간에서 양호한 결과를 보여 주었고, 1.5 ~ 1.6배의 영역에서 최선의 결과를 얻은 것을 나타내고 있다.

또한, 선회원통부 길이(L2)는 선회류의 선회거리, 즉, 선회수는 선회류에서 원심력을 받아 이탈된 분진입자가 상기 선회원통부(11)의 벽체를 타고 선회하면서 후단쪽의 분진배출구(14)까지 이동되는데 큰 변수로 작용한다. 상기 선회원통부(12)내에서 선회류의 선회수를 다양하게 실험한 결과, 선회수가 1.1~1.5회전하는 것이 가장 바람직하고, 상기 선회수 1.1~1.5를 확보하기 위해서는 상기 선회원통부 길이(L2)를 상기 유입관 내경(D1)에 대해 1.5~2.0배로 한다.

상기와 같이 선회류에서 원심력을 받아 이탈 분리된 분진은 선회원통부(11) 내측벽을 타고 선회 이동하여 상기 선회원통부(11) 후단에 마련된 분진포집구(14)를 통해 관성력으로 분진포집자루(15)에 포집되고, 상기 분진포집자루(15)에 포집된 분진은 수작업에 의해 비워지거나 분진포집자루(15)가 교체되어 제거된다.

상기 분진포집구(14)는 사각형 형상을 갖는데, 마주보는 두 변은 접선방향으로 평행하게, 나머지 마주보는 두 변은 축선(C)과 평행하게 선회원통부(11) 후단에 마련된다. 상기 분진포집구(14)의 한 변의 길이는 상기 선회원통부 내경(D2)의 50~60%의 길이가 되도록 한다. 실험결과 분진포집구(14)의 한 변의 길이를 상기 선회원통부 내경(D2)의 50~60%의 길이가 되도록 하는 것이 순간적인 고농도 함진가스가 유입되는 경우 원심력을 약하게 받은 중심류의 분진입자까지 분진포집자루(15)로 이동이 용이하다는 결과를 얻었다.

상기와 같이 집진장치에 유입된 함진가스는 분진입자를 상기 선회원통부(11)의 선회 원심력에 의해 이탈 분리시키고, 분리된 분진입자는 분진포집구(14)를 통해서 포집제거시켜서 탈진된다. 탈진가스는 탈진가스 배출관(13)을 통하여 외부로 배출된다.

상기 탈진가스 배출관(13)은 축선(C)을 따라 선회원통부(11)의 축선(C) 후단에 설치되는데, 상기 분진포집구(14)의 영역을 넘어서까지 상기 선회원통부(11)의 내부로 연장되어 있다. 이때, 상기 탈진가스의 배출관 내부 길이(L4)가, 분진포집구 한 변의 길이(L3)보다 짧을 경우, 탈진가스 배출관(13)으로 방향을 역전하여 빠져나가는 나선형 선회류의 반전각이 커져서 집진효율이 낮아지고, 반대로 배출관 내부 길이(L4)가 분진포집구 한 변 길이(L3)보다 긴 경우에는 탈진가스 배출관(13) 전단부와 분진포집구(14)의 입구에 분진이 퇴적되는 현상이 발생한다.

따라서, 회전원통부(10) 내부에 설치되는 탈진가스의 배출관 내부 길이(L4)를 다양하게 실험해본 결과, 분진포집구 한 변 길이(L3)보다 18~22% 길게 형성한 경우가, 탈진가스 선회류의 반전을 방해하지 않으면서, 분진포집구(14) 입구의 퇴적을 최소화하는 결과를 얻을 수 있었다.

10 : 본체 11 : 선회원통부
12 : 유입관 13 : 탈진가스 배출관
14 : 분진포집구 15 : 분진포집자루
20 : 유도날개 21 : 원추형 확산부
α : 인입각도 β : 토출각도
C : 축선
D1 : 유입관 내경 D2 : 선회원통부 내경
L1 : 유입관 길이 L2 : 선회원통부 길이
L3 : 분진포집구 한 변의 길이 L4 : 배출관 내부 길이

Claims

축류식 싸이클론 집진장치에 있어서,
함진가스가 선회이동하는 선회원통부와, 상기 선회원통부의 전후단에 축선을 따라 배치된 함진가스 유입관 및 탈진가스 배출관과, 상기 선회원통부의 후단 영역에 마련되어 원심분리된 분진의 배출을 안내하는 분진포집구를 가지며, 상기 선회원통부의 내경이 상기 유입관 내경의 1.5 내지 1.6배의 범위 내에 있는 본체와,
상기 본체 내에 상기 함진가스 유입관과 상기 선회원통부 사이에 배치되어 상기 유입관으로 유입된 함진가스에 선회원심력을 제공하며, 상기 선회원통의 축선에 대해 전단부에서 0°내지 5°의 인입각도로 시작하여 후단부에서 75°내지 80°의 토출각도로 변화하는 날개각도를 가지고 방사상으로 배치되는 복수의 유도날개를 포함하는 것을 특징으로 하는 축류식 싸이클론 집진장치.
제1항에 있어서,
상기 유입관과 상기 유도날개 사이에 꼭지점이 상기 유입관을 향한 원추형 확산부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 축류식 싸이클론 집진장치.
제1항에 있어서,
상기 유입관 길이는 상기 유입관 내경의 1.4 내지 1.6배인 것을 특징으로 하는 축류식 싸이클론 집진장치.
제1항에 있어서,
상기 선회원통부의 길이는 상기 유입관 내경의 1.5~2.0배인 것을 특징으로 하는 축류식 싸이클론 집진장치.
제1항에 있어서,
상기 선회원통부의 내부에 위치하는 탈진가스 배출관의 길이는 상기 분진포집구의 영역을 넘어서까지 연장되어 있는 것을 특징으로 하는 축류식 싸이클론 집진장치.