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공기압 필터
교외의 투명한 공기는 맑고 깨끗하게 보이는데, 자세히 조사해 보면 여러 가지 물질이 함유되어 있으며, 결코 기체 그 자체는 아니다. 공장 내의 공기를 흡입하여 압축하고 공기압원으로서 사용되는 압축공기는 여러 가지 물질로 오염되어 있다고 보는 것이 당연하다.
또한 산소와 질소의 순수한 혼합물도 아니고, 여러 가지 기체를 함유하고 있는 것은 공해문제나 대기오염 문제로서 잘 알려져 있다.
공기압에 사용하는 압축공기로 이같은 오염이 공기압 전체의 시스템에 나쁜 영향을 미치는 경우가 없는지를 충분히 검토하는 것은 공기압의 기본적인 주의사항이다.
문제는 세 가지로 분류되며, 하나의 고체의 미립자이며, 또 하나는 유해한 기체(유해 가스)이다. 세 번째는 응축수, 즉 드레인의 문제이다.
현재 유해 가스를 제거하기 위해서는 대규모의 장치가 필요하므로 오직 유해 가스가 없는 곳의 공기를 압축기에 흡입하는 것이 최선이라고 하겠다.
그러나 활성탄 등에 의하여 유해 가스를 흡착하는 방식의 필터도 시판단계에 있는데, 공기압을 대량으로 사용하는 경우에는 고가로 되므로 곤란하다.
고체의 미립자를 제거하는 것은 최근 인공막의 발달로 급속히 진전되어 대체로 계획대로 제거성과를 얻을 수 있게 되었다. 또한 이같은 막의 발달을 어떤 종류의 가스까지 선별할 수 있게 되어있다.
공기압에서는 아직 실용의 예가 없는데 산소가 많은 공기가 연소 분야에서 사용되고 있는 것은 이같은 예이다.
완전히 산소를 분리할 수 있게 된다면 공기압기기의 발청에 대한 고려가 불필요하며, 일단 공기압의 발전을 가져 오게 될지도 모른다.
수분에 대해서는 필터의 기능만으로 완전히 무해로 하는 것은 곤란하며, 감압 밸브 등의 제습효과와 병용한 시스템적인 대응이 필요하다.
그러나 최근의 공기압기기 중에는 오히려 수분이 무해한 정도로 존재하는 것이 운전에 적합하다는 경우가 많다. 그 대부분은 무급유기기로 다소의 수분(깨끗한 공기라야 된다. 기름이나 진애가 혼합된 더러운 물이 나온다면 논할 가치가 없다)이 있으면 원활하게 움직여 수명도 길어진다.
구조와 기능
공기압 라인에 삽입되는 대표적인 공기압 필터의 성능, 구조, 치수, 시험방법 등에 대해서 기재되어 있다.
그림 1과 같이 공장 내의 공기원에서 기계나 장치에 압축공기가 송출되어 왔을 때, 기계나 장치에 들어가지 전에 공기압 필터를 설치하는 것이 관용적이다.
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그림 1. 필터의 대표적인 설치장소 및 공기압 필터 |
그림 2는 그 대표적인 것의 종단면도이다.
이 공기압 필터에서는 두 가지 기능을 발휘하도록 되어 있다. 그 하나는 압축공기 중의 수분이 제거이다.
그림 2에서 디플렉터라는 터빈의 날개 같은 것이 있으며, 이것으로 입구에서 유입되는 공기가 선회하도록 되어 있다. 선회한면 공기에 원심력이 작용한다. 공기보다도 수분(drain)이 무겁기 때문에 수분은 케이스의 내벽으로 던져지고 가벼운 공기는 아래로 케이스와의 극간을 통과한다. 이 극간을 일부러 작게 한 것은 드레인이 케이스의 내벽에 부착하기 쉽다는 효과도 노리고 있다.
아래로 내려온 공기는 필터 엘리먼트를 빠져 나가 출구로 향한다. 이 때 필터 엘리먼트의 좁은 구멍을 통과하므로 구멍보다 큰 분립은 통과할 수가 없다.
이 구멍의 크기로서는 보통 40μm가 많이 사용된다. 최근의 정밀한 공기압축기나 노즐 플래퍼 기구가 사용되고 있는 것으로는 5μm의 필터 엘리먼트가 사용된다. 그러나 특수한 기기를 사용하는 경우에는 그 메이커가 권장하는 정도의 것이 있으므로 주의하여 취급설명서를 읽도록 한다. 최근에는 0.5μm 정도의 입자를 저지하는 필터 엘리먼트를 용이하게 입수할 수 있다.
그러나 공기 중에 함유되어 있는 수분에는 수증기로서 기체에 혼합되어 있는 것과 물로서 고체의 미립자로 함유되어 있는 것이 있다. 복잡하게도 공기압 시스템중에서 공기가 흘러 팽창되거나 압축을 받는다.
공기 중에 함유되어 있는 수증기로서는 물은 그때마다 습도가 변화하여 노점(露点)이 변화하므로 어떤 때에는 물(무상)로 되거나 안개나 걷치 듯이 투명공기로 된다.
일반적으로 압력이 내려 가면 습도가 저하하여 드레인이 기체로 환원되며 압력이 상승하면 드레인이 배출된다(물리화학적인 현상이다).
또한 규격에 의해서는 수분의 분리율은 80%이상으로 규정되어 있는 바와 같이 공기압 필터의 선회기구만으로는 물로서 존재하는 것조차도 완전히 제거할 수 없다.
따라서 그림 1이나 그림 3과 같이 공기압 필터의 하류에 감압밸브를 설치하여 필터로 대충 수분을 제거한 후에 다시 공기압을 감압하면 수분이 기체화되므로 일반적인 용도에서는 해가 없다.
또한 디플렉터로 선회시켜 원심력으로 물을 분리한다고 했는데, 필터 엘리먼트의 세공을 통과할 때에 냉각효과나 충동효과에 의하여 제거되는 효과도 가미되어 있다.
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그림 3. 필터의 하류에 감압밸브를 설치한다. |
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| 그림 4. 활성탄을 사용하여 수분이나 유해가스를 흡착시키는 필터 | |
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