KR-20260061998-A - Triple-Cyclone Dust Collection Apparatus

Abstract

본 발명은 삼중 사이클론 집진 장치에 관한 것으로서, 여과 대상 공기가 유입되는 유입관에 연결되며, 상기 여과 대상 공기가 내부에서 선회하면서 이물질이 하방으로 낙하하여 여과가 이루어지도록 형성된 제1 사이클론 집진부와, 상기 제1 사이클론 집진부로부터 토출된 제1 여과공기가 유입되며, 상기 제1 여과공기가 내부에서 선회하면서 이물질이 하방으로 낙하하여 여과가 이루어지도록 형성된 적어도 하나의 제2 사이클론 집진부와, 상기 제2 사이클론 집진부로부터 토출된 제2 여과공기가 유입되며, 상기 제2 여과공기가 내부에서 선회하면서 이물질이 하방으로 낙하하여 여과가 이루어지도록 형성된 제3 사이클론 집진부를 구비한다. 본 발명에 따른 삼중 사이클론 집진 장치는 삼중 직렬로 사이클론 구조가 설계되어 있으므로 공기 중의 입자와 먼지를 단계적으로 분리하여, 단일 사이클론에 비해 더욱 높은 여과 효율을 제공하고, 제1 사이클론 바디 내에 제2 및 제3 사이클론 집진부가 수용되는 구조를 통해 장치의 전체적인 부피를 최소화하면서도 다단계 여과를 실현할 수 있으므로 설치 공간의 효율성을 높이고, 제조 및 조립 과정에서도 편리성을 제공한다.

Inventors

• 성윤경
• 박광렬
• 박영광

Assignees

• 조선대학교산학협력단

Dates

Publication Date

20260506

Application Date

20241212

Priority Date

20241028

Claims (14)

1. 여과 대상 공기가 유입되는 유입관에 연결되며, 상기 여과 대상 공기가 내부에서 선회하면서 이물질이 하방으로 낙하하여 여과가 이루어지도록 형성된 제1 사이클론 집진부; 상기 제1 사이클론 집진부로부터 토출된 제1 여과공기가 유입되며, 상기 제1 여과공기가 내부에서 선회하면서 이물질이 하방으로 낙하하여 여과가 이루어지도록 형성된 적어도 하나의 제2 사이클론 집진부; 및 상기 제2 사이클론 집진부로부터 토출된 제2 여과공기가 유입되며, 상기 제2 여과공기가 내부에서 선회하면서 이물질이 하방으로 낙하하여 여과가 이루어지도록 형성된 제3 사이클론 집진부;를 구비하는, 삼중 사이클론 집진 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 사이클론 집진부는 상기 유입관을 통해 유입된 상기 여과 대상 공기가 선회하며 유동될 수 있도록 내부에 제1 유동공간이 형성되며, 상기 제1 유동공간 외부에 상기 제2 및 제3 사이클론 집진부가 수용될 수 있도록 수용공간이 마련된 제1 사이클론 바디; 및 상기 제1 유동공간을 통과하여 이물질이 여과된 상기 제1 여과공기가 상기 제2 사이클론 집진부로 토출되도록 상기 제1 사이클론 바디와 제2 사이클론 집진부에 연결된 제1 토출관;을 구비하는, 삼중 사이클론 집진 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 제1 유동공간은 상기 수용공간을 중심으로 환형으로 형성된, 삼중 사이클론 집진 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 제1 유동공간은 상기 유입관이 연결된 상기 제1 사이클론 바디의 연결부분으로부터 하방으로 갈수록 내경이 감소하게 형성된, 삼중 사이클론 집진 장치.
5. 제3항에 있어서, 상기 유입관은 상기 제1 유동공간으로 유입된 여과 대상 공기가 상기 제1 사이클론 바디의 내벽면을 따라 나선궤도를 이루며 유동할 수 있도록 상기 제1 사이클론 바디에 연결된 단부의 길이방향 중심선이 상기 수용공간의 중심으로부터 이격되도록 상기 제1 사이클론 바디에 연결된, 삼중 사이클론 집진 장치.
6. 제4항에 있어서, 상기 제1 토출관은 상기 유입관에 대해 하방으로 소정거리 이격된 위치의 상기 제1 사이클론 바디에 설치된, 삼중 사이클론 집진 장치.
7. 제6항에 있어서, 상기 제2 사이클론 집진부는 상기 수용공간 내에 설치되며, 상기 제1 토출관에 연결되어 상기 제1 토출관을 통해 유입된 상기 제1 여과공기가 선회하며 유동될 수 있도록 내부에 제2 유동공간이 형성된 제2 사이클론 바디; 및 상기 제2 유동공간을 통과하여 이물질이 여과된 상기 제2 여과공기가 토출되도록 상기 제2 사이클론 바디에 연결된 제2 토출관;을 구비하는, 삼중 사이클론 집진 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 제2 사이클론 바디는 상기 제1 토출관에 연결된 제1 연결부분과, 상기 제1 연결부분으로부터 하방으로 연장되며, 해당 제1 연결부분에 대해 하측으로 갈수록 내경이 감소하게 형성된 제1 축소부분으로 이루어진, 삼중 사이클론 집진 장치.
9. 제7항에 있어서, 상기 제1 토출관은 상기 제2 유동공간으로 유입된 제1 여과공기가 상기 제2 사이클론 바디의 내벽면을 따라 나선궤도를 이루며 유동할 수 있도록 상기 제2 사이클론 바디에 연결된 단부의 길이방향 중심선이 상기 제2 유동공간의 중심으로부터 이격되도록 상기 제2 사이클론 바디에 연결된, 삼중 사이클론 집진 장치.
10. 제7항에 있어서, 상기 제2 토출관은 상하방향으로 연장되며, 하단이 상기 제2 사이클론 바디의 상면을 관통하여 상기 제2 유동공간으로 인입되되, 상기 제1 토출관보다 하단이 하측에 위치하도록 설치된, 삼중 사이클론 집진 장치.
11. 제7항에 있어서, 상기 제3 사이클론 집진부는 상기 제2 토출관으로부터 상기 제2 여과공기가 유입될 수 있도록 일단이 상기 제2 토출관에 연결된 연결관; 상기 연결관의 타단부에 연결되어 상기 연결관을 통해 유입된 상기 제2 여과공기가 선회하며 유동될 수 있도록 내부에 제3 유동공간이 형성된 제3 사이클론 바디; 및 상기 제3 유동공간을 통과하여 이물질이 여과된 상기 제3 여과공기가 토출되도록 상기 제3 사이클론 바디에 연결된 제3 토출관;을 구비하는, 삼중 사이클론 집진 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 제3 사이클론 바디는 상기 연결관에 연결된 제2 연결부분과, 상기 제2 연결부분으로부터 하방으로 연장되며, 해당 제2 연결부분에 대해 하측으로 갈수록 내경이 감소하게 형성된 제2 축소부분으로 이루어진, 삼중 사이클론 집진 장치.
13. 제11항에 있어서, 상기 연결관은 상기 제3 유동공간으로 유입된 제2 여과공기가 상기 제3 사이클론 바디의 내벽면을 따라 나선궤도를 이루며 유동할 수 있도록 타단부의 길이방향 중심선이 상기 제3 유동공간의 중심으로부터 이격되도록 상기 제3 사이클론 바디에 연결된, 삼중 사이클론 집진 장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 제3 토출관은 단부가 상기 제3 사이클론 바디의 상면을 관통하여 상기 제3 유동공간으로 인입되되, 상기 연결관보다 단부가 하측에 위치하도록 설치된, 삼중 사이클론 집진 장치.

Description

삼중 사이클론 집진 장치{Triple-Cyclone Dust Collection Apparatus} 본 발명은 삼중 사이클론 집진 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 여과 대상 공기를 순차적으로 여과시킬 수 있도록 제1 내지 제3 사이클론 집진부가 마련된 삼중 사이클론 집진 장치에 관한 것이다. 집진장치는 공기중에 포함된 먼지나 이물질을 여과하기 위한 것으로, 집진 방식에 따라 여과식 집진장치, 중력식 집진장치, 세정식 집진장치 전기시 집진장치 등이 있다. 여과식 집진장치는 여과 필터를 이용해 미세먼지나 이물질을 여과하는 것으로, 0.01㎛의 미세먼지인 경우도 95% 이상의 집진이 가능한 것으로 알려져 있고, 가장 많이 사용되고 있는 집진방식이다. 그러나 종래의 여과 필터 집진장치는 여과 조작이 진행됨에 따라 여과 필터에 포집되는 먼지층이 두꺼워지면서 압력 손실이 높아져 정상적인 운전이 불가능하게 된다. 따라서 주기적인 탈진(Pulsing & Cleaning) 조작에 의해 여과 필터 표면에 포집되어 있는 먼지를 털어 내야 한다. 또한, 종래의 여과 필터 집진장치에 부과되는 먼지 부하량이 높으면 압력 손실이 급격히 상승하기 때문에 여과필터 집진장치의 부하를 경감시키기 위해 장치의 전단에 원심력 집진장치(Cyclone)를 설치하여 먼저 최대한 먼지 입자들을 포집함으로써, 먼지에 의한 여과 필터 집진장치의 부하량을 감소시켜왔다. 그러나 전단에 설치되는 원심력 집진장치는 자체의 성능이 낮고 또한 운전 유지의 부주의로 인해 집진장치가 미세먼지의 경우 전혀 성능을 발휘하지 못하고 있다. 도 1은 본 발명에 따른 삼중 사이클론 집진 장치에 대한 사시도이고, 도 2는 도 1의 삼중 사이클론 집진 장치에 대한 부분 절개 사시도이고, 도 3 및 도 4는 도 1의 삼중 사이클론 집진 장치에 대한 평단면도이고, 도 5는 도 1의 삼중 사이클론 집진 장치에 대한 측단면도이고, 도 6은 본 발명의 삼중 사이클론 집진장치의 제1 내지 제3 사이클론 집진부의 유체 속도에 따른 유동장의 변화에 대한 분석 결과이고, 도 7은 본 발명의 성능 분석을 위해 모델링된 각 모델별 입자 크기에 따른 포집 효율에 따른 그래프이고, 도 8 내지 도 11은 본 발명의 성능 분석을 위해 모델링된 각 모델들에 대한 유동흐름을 나타낸 분석 결과이고, 도 12는 연결부 크기를 변화시킨 제1 비교예 모델에 대한 공기 속도에 따른 유동장 변화에 대한 것이고, 도 13은 연결부 크기 변화에 따른 각 모델 별 포집 효율에 따른 그래프이고, 도 14는 제2 사이클론 바디의 상하 길이를 변화시킨 제1 비교예 모델에 대한 공기 속도에 따른 유동장 변화에 대한 분석 결과이고, 도 15는 실시예 모델과, 제1 업데이트 모델에 대한 공기 속도에 따른 유동장을 나타낸 분석결과이고, 도 16은 입자 크기에 따른 각 모델 별 포집 효율에 따른 그래프이다. 이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 삼중 사이클론 집진 장치에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 첨부된 도면에 있어서, 구조물들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다. 도 1 내지 도 5에는 본 발명에 따른 삼중 사이클론 집진 장치(100)가 도시되어 있다. 도면을 참조하면, 상기 삼중 사이클론 집진 장치(100)는 여과 대상 공기가 유입되는 유입관(10)에 연결되며, 상기 여과 대상 공기가 내부에서 선회하면서 이물질이 하방으로 낙하하여 여과가 이루어지도록 형성된 제1 사이클론 집진부(200)와, 상기 제1 사이클론 집진부(200)로부터 토출된 제1 여과공기가 유입되며, 상기 제1 여과공기가 내부에서 선회하면서 이물질이 하방으로 낙하하여 여과가 이루어지도록 형성된 적어도 하나의 제2 사이클론 집진부(300)와, 상기 제2 사이클론 집진부(300)로부터 토출된 제2 여과공기가 유입되며, 상기 제2 여과공기가 내부에서 선회하면서 이물질이 하방으로 낙하하여 여과가 이루어지도록 형성된 제3 사이클론 집진부(400)를 구비한다. 상기 유입관(10)은 내부에 여과 대상 공기가 유입될 수 있도록 내부유로가 마련되며, 소정 길이 연장된다. 여기서, 유입관(10)은 도면에 도시되진 않았지만 여과 대상 공기를 내부유로로 강제 송풍시키기 위한 송풍수단이 설치될 수도 있다. 해당 유입관(10)은 단부가 후술된 제1 사이클론 집진부(200)의 제1 사이클론 바디(210) 외주면에 연결된다. 제1 사이클론 집진부(200)는 상기 유입관(10)을 통해 유입된 상기 여과 대상 공기가 선회하며 유동될 수 있도록 내부에 제1 유동공간(211)이 형성되며, 상기 제1 유동공간(211) 외부에 상기 제2 및 제3 사이클론 집진부(400)가 수용될 수 있도록 수용공간(212)이 마련된 제1 사이클론 바디(210)와, 상기 제1 유동공간(211)을 통과하여 이물질이 여과된 상기 제1 여과공기가 상기 제2 사이클론 집진부(300)로 토출되도록 상기 제1 사이클론 바디(210) 및 제2 사이클론 집진부(300)에 연결된 제1 토출관(220)을 구비한다. 상기 제1 사이클론 바디(210)는 중앙부에 상기 수용공간(212)이 형성되며, 상하방향으로 소정길이 연장된다. 해당 수용공간(212)은 상하방향으로 관통되게 형성된다. 제1 유동공간(211)은 제1 사이클론 바디(210)의 내부에 형성되며, 수용공간(212)을 중심으로 환형으로 형성된다. 따라서, 제1 유동공간(211)의 형상을 따라 여과 대상 공기는 나선궤도로 유동된다. 여기서, 제1 유동공간(211)은 상기 유입관(10)이 연결된 상기 제1 사이클론 바디(210)의 연결부분으로부터 하방으로 갈수록 내경이 감소하게 형성된다. 따라서, 제1 유동공간(211)은 상측에서 하방으로 갈수록 공기의 유동 속도가 증가하므로 여과 대상 공기로부터 이물질이 보다 용이하게 분리될 수 있다. 한편, 유입관(10)은 단부가 제1 유동공간(211)에 연통되게 제1 사이클론 바디(210)에 연결된다. 이때, 유입관(10)은 상기 제1 유동공간(211)으로 유입된 여과 대상 공기가 상기 제1 사이클론 바디(210)의 내벽면을 따라 나선궤도를 이루며 유동할 수 있도록 상기 제1 사이클론 바디(210)에 연결된 단부의 길이방향 중심선이 상기 수용공간(212)의 중심으로부터 이격되도록 상기 제1 사이클론 바디(210)에 연결되는 것이 바람직하다. 제1 토출관(220)은 일단이 제1 유동공간(211)에 연통되게 상기 수용공간(212) 내에 설치된다. 여기서, 제1 토출관(220)은 제1 유동공간(211) 내의 여과 대상 공기의 유동 방향에 대응되는 방향으로 소정길이 연장된다. 한편, 제1 토출관(220)은 복수개가 수용공간(212)의 중심을 기준으로 상호 대향되는 위치에 각각 설치된다. 이때, 제1 토출관(220)은 유입관(10)에 대해 하방으로 이격된 위치 즉, 제1 사이클론 바디(210)의 하부에 설치되는 것이 바람직하다. 한편, 제1 사이클론 집진부(200)는 제1 사이클론 바디(210)에서, 여과 대상 공기로부터 분리된 이물질을 수집하기 위한 제1 수집부재(230)를 더 구비한다. 상기 제1 수집부재(230)는 상기 제1 사이클론 바디(210)의 하부에 설치되며, 제1 유동공간(211)에 연통되게 제1 수집공간(231)이 형성된다. 해당 제1 수집부재(230)는 수용공간(212)에 연통되게 중앙에, 중공이 형성된다. 도면에 도시되진 않았지만, 제1 수집부재(230)는 제1 사이클론 바디(210)에 분리가능하게 결합될 수도 있다. 유입관(10)을 통해 제1 유동공간(211)으로 유입된 공기는 제1 유동공간(211)의 내측면을 따라 나선궤도로 회전하면서 소정의 중량을 갖는 이물질은 하방으로 낙하한다. 하방으로 낙하는 이물질은 제1 수집부재(230)에 수집된다. 제2 사이클론 집진부(300)는 상기 수용공간(212) 내에 설치되며, 상기 제1 토출관(220)에 연결되어 상기 제1 토출관(220)을 통해 유입된 상기 제1 여과공기가 선회하며 유동될 수 있도록 내부에 제2 유동공간(311)이 형성된 복수의 제2 사이클론 바디(310)와, 상기 제2 유동공간(311)을 통과하여 이물질이 여과된 상기 제2 여과