필터류
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압축공기중의 수분을 제거하는 것이 드라이어의 역할이지만 압축공기중의 유분 고형입자 등을 제거하기 위해서는 압축공기 라인에 각종 필터가 설치된다.
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1. 유분의 종류와 제거
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사용되고 있는 공기압축기가 스크류식이나 왕복동식의 급유식이라면, 토출 공기 중에 유분이 포함된다. 오일프리 압축기에서도 흡입시 대기 중에는 0.5ppm 정도의 유분이 포함 되어 있을 수 있으므로 비록 미량일지라도 유분의 존재는 피하기 어렵다.
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압축 공기 중에 존재하는 유분은 입자경에 따라 다음과 같이 4종류로 분류할 수 있다.
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오일 에어로졸(oil aerosol) : 오일 에어로졸의 입자경은 대략 0.01 ~ 0.8μm 정도이며 압축 공기 중에 포함되어 있는 유분입자의 대략 99% 정도를 차지한다. 오일 에어로졸은 초미립자로 구성되어 배관 내에서 유막을 형성하게 되며 이들이 떨어져서 에어로졸 화한다. 이러한 현상을 반복하면 관의 말단까지 유막으로 덮여지게 되며 오일 누설을 초래하게 된다. 입자경이 작고 입자가 공기류의 방향과는 관계없이 임의의 방향으로 자유롭게 움직이는 브라운운동을 하기 때문에, 필터 내의 미세한 섬유층에서 확산 접촉하여 포집된다. 이와 같은 오일 에어로졸의 포집양상을 다음 그림에 도시한다.
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오일 포그(oil fog) : 입자경이 2 ~ 40μm 정도로, 오일 에어로졸끼리 합체하여 오일 Fog로 된다. 입자들은 어느 정도의 무게가 있으므로, 공기류의 방향이 바뀌게 되면, 관성력으로 인하여 방향을 바꾸지 못하고, 필터섬유에 관성 충돌하게 되어 포집한다.
[그림 1] 오일 에어로졸의 포집
[그림 2] 오일 FOG의 포집
[출처] 성 에너지형 공기압축기시스템
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오일 미스트(oil mist)： 오일 포그가 합체한 것으로 입자경은 40~ 500μm 정도로 비교적 크다. 주로 액적으로 되어 있어서 자신의 중량에 의한 흐름으로 필터섬유에 직접 충돌하여 포집된다.
[그림 3] 오일 Mist의 포집
[출처] 성 에너지형 공기압축기시스템
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오일 증기(oil vapor)： 압축 공기중의 유분이 열에 의하여 유증기로 되는 것으로, 입자경 0.0003 ~ 0.002μm 유분과 가스분자로 구성된다. 가스 분자에 대해서는 위에서 기술한 바와 같은 직접 포집은 불가능하며, 활성탄 등의 흡착제에 의해서만 제거할 수 있다. 오일증기는 압축공기의 온도가 높을수록 많아진다.
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2. 유분의 포집기구
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유분의 포집분리는 기본적으로는 접촉부착ㅡ응집ㅡ중력침하의 과정을 거쳐 분리된다. 공기류에 동승하는 오일 입자는 유리섬유에 접촉하여 부착하며, 오일 에어로졸은 에어로졸 끼리 혹은 포집된 오일입자와 응집하여, 점차 액적으로 변하게 된다. 이러한 오일 액적은 성장하여 자중에 의하여 중력 낙하하며 필터 엘리먼트 하부로 침하한다. 결국 엘리먼트 외측의 플라스틱 Foam층에 포집되어 오일액으로 되어 분리된다. 이러한 유분의 포집 상황을 다음 그림에 도시한다.
[그림 4] 유분의 포집기구
[출처] 성 에너지형 공기압축기시스템
3. 필터의 종류와 구조
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다음 그림에는 필터의 내부구조에 관한 일례를 도시한다. 프리 필터부에서 고형입자를 제거하여 필터의 수명을 연장한다. 마이크로 유리 섬유층에서 유분을 포집하며 플라스틱 Foam 층에서 액적을 포집 2차측으로 유분 유출을 방지한다.
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카트리지의 내측으로 유입된 압축공기는 ⓐ-ⓑ-ⓒ-ⓓ를 통과하면서 불순물이 여과된다. ⓐ는 여과층을 보강하기 위한 Support ⓑ는 Glass Fiber와 Glass Fiber Screen으로 구성된 여과층이며 ⓒ는 Micro Fiber와 유리섬유의 다중층이고 ⓓ는 외측 보강용 Punching Metal이다.
[그림 5] 필터의 내부구조 및 설치사례
[출처] 명성에어플러스
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프리 필터 : 3μm이상의 입자를 제거 액적제거도 95% 정도 가능 오일 Mist 필터 : 요구 분리성능에 의하여 2차측 유분 분리성능 0.5mg/㎥의 오일 Mist 필터와 0.01mg/㎥의 고성능 오일 Mist 필터가 있다.
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활성탄 필터 : 유분 증기의 제거는 흡착제로서 통 형태로 둘러싸인 입자상의 활성탄을 내장하는 활성탄 필터를 사용한다.
참고문헌
1. 성 에너지형 공기압축기시스템(저자 이재형, 김희동) - 홍릉과학출판사