KR0164221B1 - 원추형 사이클론 기수분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보일러의 증기드럼내에 설치되어 기수혼합물로 부터 증기와 물을 분리시키는 원추형 사이클론 기수분리기에 관한 것으로, 기수분리기의 원추부위의 전체 길이를 따라 접선방향으로 뻗은 기수혼합물입구(26)가 갖춰지고, 이 기수혼합물입구(26)가 그 길이의 약 20%정도가 하우징의 하부 원통부위로 뻗어 형성된 구조로 되어, 종래 원추형 사이클론기수분리기에 비해 분리수의 수위감도에는 별다른 악영향을 주지 않으면서 약 30% 정도 압력강하를 감소시킬 수 있도록 되어 있다.

Description

원추형 사이클론기수분리기(汽水分離器)

제1도는 종래 원추형 사이클론기수분리기의 측단면도이고,

제2도는 본원 발명에 따른 원추형 사이클론기수분리기의 종단면도.

제3도는 제2도의 평단면도.

제4도는 본원 발명과 종래기술의 증기량-수분량관계를 대비한 그래프.

제5도는 본원 발명과 종래기술의 증기량-압력강하 관계를 대비한 그래프.

제6도는 본원 발명과 종래기술의 분리수 수위-수분량 관계를 대비한 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

20 : 원추형 사이클론기수분리기 21 : 원추부위

22 : 원통부위 24 : 분리수 출구

26 : 기수혼합물 입구 28 : 외벽

30 : 증기출구 32 : 내부 모서리

34 : 내벽

본원 발명은 보일러의 증기드럼내에 설치되어 증기로부터 물을 분리시키는 기수분리기에 관한 것으로, 특히 압력강하가 적은 원추형 사이클론기수분리기에 관한 것이다.

종래에도 미합중국 특허 제2,271,634호에 기재된 것과 같은 원형의 와류체임버와 접선방향 입구, 상기 와류체임버의 상부에 설치된 중앙 증기출구 및 와류체임버의 바닥에 설치된 분리수출구를 갖춘 원통형 사이클론기수분리기가 제안되어 있는바, 이 특허의 사이클론기수분리기는 증기로부터 분리된 물(이하 분리수라 한다)이 증기출구를 통해 배출되지 않도록 하기 위해, 유입되는 증기 및 물의 혼합물(이하 기수(汽水)혼합물이라함)흐름의 유입속 도중 하향성분을 증가시키는 수단을 갖추고 있는데, 이 수단은 유입되는 기수혼합물 흐름이 기수분리기의 분리수출구 쪽을 향해 아래쪽으로 편심시키주도록 하기 위해 아랫쪽 및 뒷쪽으로 경사진 모서리를 갖는 분할된 플레이트로 이루어져 있다.

또한 미합중국 특허 제2,293,740호에는 와류체임버의 바닥부에 분할된 플레이트대신에 하부컵부재를 채용한 유사한 구조의 기수분리기가 기재되어 있는바, 이는 증기가 와류체임버의 상부에 머물도록 함으로써 증기가 와류체임버로부터 증기드럼내부로 배출될 때 분리수쪽으로 하강하는 것을 방지하도록 된 것이고, 또 미합중국 특허 제2,298,285호에는 원통형 사이클론기수분리기의 변형예가 게재되어 있는바, 이는 기수분리기의 증기출구 상부에 분할된 플레이트 및 림 또는 캡이 갖춰져, 이 림이 기수분리기내에서의 압력강하를 감소시켜줌과 더불어 증기로부터 물을 분리시키는 분리효율을 향상시킬 수 있도록 된 것이다.

한편 미합중국 특허 제2,321,628호에는 제1도에 도시된 구조와 유사한 사이클론기수분리기가 기재되어 있는바, 이 기수분리기의 순환와류체임버는 상부부위가 윗끝이 잘린 원추형상을 함과 더불어 분리수가 배출되는 하부부위는 대체로 원통형상을 하고, 있으면서, 기수혼합물을 분리기로 유입시키도록 된 접선방향입구가 와류체임버의 경사부위의 칫수와 대체로 같은 칫수로 수직으로 뻗어 연결설치되어, 상기 경사부위가 기수혼합물이 약간 하향되게 지향시켜지도록 함으로써 편심시켜진 분리수가 윗쪽으로 비산되는 것을 방지함과 더불어 기수분리효율을 향상시키도록 되어 있다.

그리고 미합중국 특허 제2,346,672호에는 접선방향입구 대신에 기수분리기의 원주면 대부분에 걸쳐 대형의 기수혼합물 입구가 갖춰진 원통형 사이클론 기수분리기가 게재되어 있는바, 여기서의 상기 기수혼합물입구는 기수분리기의 원주길이의 약 1/3정도에 걸쳐 뻗어 형성되어 적절한 유량을 공급할 수 있게 되어 있다. 그러나 이는 적은 압력강하로도 효과적으로 동작할 수 있도록 된 기수분리기 또는 농축기 역할을 할 수 있기는 하나, 단지 압력수두가 작은 경우에만 유용하게 이용할 수 있다고 하는 문제점이 있었다.

또한 미합중국 특허 제2,395,855호는 접선방향 입구가 갖춰짐과 더불어 증기출구 중심이 와류체임버 중심으로부터 편심되게 위치해서 기수분리효율을 향상시키도록 되는바, 이 역시 상기 종래 기술에서 채용된 분할된 플레이트가 갖춰져 있다. 그런데 여기서 상기 미합중국 특허 제2,402,154호 및 동 제2,395,855는 동일한 출원의 분할 출원인 바, 그중 상기 미합중국 특허 제2,395,855호는 유체분리기 자체구조에 관한 것이고, 미합중국 특허 제2,402,154호는 증기 발생기에다 유체분리기를 조합시킨 것에 관한 것이다.

그리고 미합중국 특허 제2,434,637호와 동 제2,434,663호 및 동 제2,434,677호는 기수분리효율을 높여 주기 위해 사이클론 기수분리기의 상부에 구멍이 뚫려진 복잡한 구조의 원추부재가 갖춰진 것에 관한 것이고, 미합중국 특허 제2,532,332호는 현재 통상적으로 2차분리기(secondary scrubber)라 불리우는 기수분리기의 특수구조에 관한 것이 게재되어 있다.

한편 미합중국 특허 제2,732,028호에는 본원 발명과 유사한 구조의 사이클론기수분리기가 게재되어 있는바, 이는 윗끝이 잘린 원추형상의 상부부재와 이 상부부재의 측면에 위치하면서 접선방향 기수혼합물 입구가 갖춰진 하부부재를 갖추어, 증기드럼내에 위치된 여러 구성부재를 보수하거나 취급하기 쉽도록 그 구조를 단순화할 수 있도록 하는 수단이 그 특징으로 된 것이다. 즉, 증기드럼내의 증기공간을 격벽으로써 각각 별도의 공간으로 분리시켜놓고서, 증기드럼의 물이 채워진 부위로 개방된 하나 이상의 증기공간이 증기드럼 안전밸브로 연결됨과 더불어 증기공간의 기수분리기로 개방시켜진 하나 이상의 증기공간이 포화증기출구로 연결되도록 되어 있는바, 여기서 상기 격벽은 정상작동시에는 증기드럼내부를 효과적으로 분리시켜 구획지우는 역할을 하나 안전밸브가 개방된 때에는 쉽게 파손되게 된다.

또한 미합중국 특허 제2,891,632호에는 기수혼합물 입구가 기수분리기 원주의 약 1/3을 차지하도록 된 것을 제외하고는 상기 미합중국 특허 제2,346,672호와 유사한 구조의 사이클론기수분리기가 게재되어 있는바, 이는 기수분리기의 전체 원주면에 유입되는 기수혼합물 흐름을 얇은 시이트형상으로 분할시켜지도록 된 일련의 베인이 갖춰져 기수분리효율을 높여주도록 되어 있다.

제1도는 본 출원인에 의해 현재 사용되고 있는 종래 사이클론기수분리기의 측단면도를 도시한 것으로, 이 사이클론기수분리기(4)는 반경방향으로 기수혼합물 입구(6)가 연결되면서 수직으로 뻗은 원추부위(8)를 갖추고 있는바, 여기서 상기 입구(6)는 원추 부위(8)의 축방향 길이와 대응되는 길이로 형성되고, 상기 사이클론기수분리기(4)에는, 구멍이 뚫려진 커버(도시안됨)를 갖는 캡으로 둘러싸인 상부 원통형 증기출구(10)가 갖춰지며, 상기 원추부위(8)의 바닥에는 기수혼합물로 부터 분리시켜진 분리수가 배출되도록 분리수 출구링(14)을 갖춘 하부 원통형 분리수출구(12)가 갖춰진 구성으로 되어 있으나, 기수분리기의 처리용량에 장애를 주지않으면서 압력강하를 감소시킬 수 있도록 개선할 필요가 있다.

이에 본 발명은 그 처리용량에 장애를 주지않으면서 압력강하를 감소시킴으로써 기수분리효율을 향상시킬 수 있도록 개량된 사이클론기수분리기를 제공함에 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 동일한 갯수 및 증기용량을 갖는 종래 원추형 사이클론기수분리기보다 압력강하가 훨씬 적게 요구되는데 사용되는 원추형 사이클론기수분리기를 개량한 것으로, 본 발명 원추형 사이클론기수분리기는 증기 및 물의 수용량이 증가됨과 더불어 압력강하가 적고 또 수위변동의 영향을 받지 않도록 되는바, 본원 발명에서와 같은 저압력강하식 원추형 사이클론기수분리기는 종래 원추형 사이클론기수분리기의 개략형으로서 이들간의 주요 차잇점은 본 발명 기수분리기의 접선 방향 입구길이가 7.62cm정도 더 길어진 점으로써, 그에 따라 사이클론 입구 유동면적이 약 28% 증가하게 된다. 여기서 상기와 같이 접선방향 입구길이를 증가시킴으로써 이 입구는 사이클론기수분리기의 하부 원통부위 윗쪽으로 뻗어 일체로 연결되게 된다.

그런데 제1도에 도시된 종래 사이클론 기수분리기에서는 원추부위의 축방향 길이 및 기수혼합물 입구의 상호 축방향길이가 기수분리기 전체 높이의 약 1/2에 해당하도록 되어 있으나, 본 발명 기수분리기에서는 기수혼합물 입구의 축방향길이가 기수분리기 전체높이의 약 60%가 되고, 이 입구 길이의 약 20%정도는 기수분리기의 원통부위윗쪽으로 뻗어 형성됨으로써, 본 발명은 기수 분리기의 용량에 장애를 주지 않으면서 압력강하를 감소시킬 수 있게 된다.

이하 본 발명을 첨부된 예시도면에 의거 상세히 설명한다.

본 발명 원추형 사이클론기수분리기(20)는 증기드럼(도시안된)내에 설치되는 것으로, 제2도 및 제3도에 도시된 바와 같이 윗끝이 잘린 원추부위(21)와 원통부위(22)를 갖춘 구성으로 되어 기수분리기 내부주위로 기수혼합물을 고속으로 선회시킴으로써 이 기수혼합물로부터 증기 및 물의 분리효율을 향상시키도록 되어 있다. 여기서 물은 증기보다 그 질량이 크기 때문에 기수혼합물의 와류흐름에서 바깥쪽으로 편심되어 이동하여 선회하게 되고, 중심부쪽에는 증기만이 농축되게 되면서 이 증기가 상부 원통형 출구(30)를 통해 배출되면, 이렇게 출구(30)로 부터 배출된 증기는 더욱 분리시켜진 다음 기존의 2차분리기 및 기타 설비(도시안됨)를 거치면서 적절하게 처리되게 되는 한편, 기수혼합물로부터 분리시켜져 남게된 물(분리수)는 하부 원통부위(22)를 타고 흘러 내려 기수분리기(20)의 바닥에 갖춰진 링형상의 분리수 출구(24)를 통해 배출되도록 되어 있다.

또한 상기 기수분리기(20)에는 축방향으로 뻗으면서 접선방향으로 기수혼합물 입구(26)가 연결되어 있는바, 이 입구(26)와 기수분리기(20)의 내부사이의 접선방향 개구부는 제3도에 도시된 바와 같이 기수분리기(20) 전체 원주의 약 1/3을 차지하도록 되어 있다.

또 본 발명 기수분리기(20)는 제1도에 도시된 종래 기수분리기에서와 같이 그 최대내경이 29.21cm이고, 상기 입구(26)의 폭은 접선방향 외벽(28)과 내벽(34)의 내부가장자리(32)사이에 해당하는 것으로 그 값은 횡단면상에서 5.24cm정도가 된다. 따라서 이 입구(26)의 높이에 대한 폭의 비율은 대략 1 : 6.5로써 제1도에 도시된 종래 기수분리기에서의 상기 비율이 약 1 : 5인 것과 대비되게 된다.

이와 같은 구성으로 된 본 발명 기수분리기의 작용효과를 제1도에 도시된 종래 기수분리기의 성능과 비교하여 설명하면 다음과 같다.

제4,5,6도에는 본 발명 기수분리기의 성능을 종래 기수분리와 비교한 그래프가 도시되어 있는바, 제4도에 도시된 바와 같이 기수분리기에 대한 증기유동량은 동일하고, 제5도에서와 같은 유량 및 압력조건하에서 압력강하 범위는 25∼40% 정도가 되며, 제6도에 도시된 분리수의 수위감도로 볼 때 본 발명 저압력강하식 사이클론 기수분리기는 자체 분리수의 수위감도에 별다른 악영향을 주지않음을 알 수 있다.

또한 제4도 내지 제6도에 도시된 결과로 보면, 본 발명에 따른 원추형 사이클론 기수분리기의 성능은, 그 증기용량이 종래 내경이 29.21cm인 원추형 사이클론 기수분리기와 동일하면서 압력 강하는 약 30%정도 감소시켜지게 된다.

Claims (3)

1. 상·하부모서리를 갖추고 축방향으로 소정 길이로 뻗은 원추 부위(21)를 가진 하우징과, 상기 원추부위(21)의 상부모서리에 연결되어 하우징으로 부터의 증기를 배출하는 개구부를 가진 상부원통형 증기출구(30), 하우징으로 부터 분리수를 배출하도록 하부분리수 출구링을 가진 하부원통형 분리수출구(24) 및, 상기 하우징에 접선방향으로 연결되어 축방향으로 길게 뻗은 기수혼합물 입구(26)를 갖추면서, 이 기수혼합물 입구(26)의 높이에 대한 폭의 비율이 약 1 : 6.5정도이고, 그 축방향 길이가 하우징의 축방향 전체길이의 약 60%를 차지하도록 됨과 더불어, 이 기수혼합물 입구(26)가 하우징의 원추부위(21)로 뻗어 형성되어진 전체 길이중 약 20%정도가 하우징의 하부원통부위(22) 윗쪽으로 이어지도록 형성된 원추형 사이클론기수분리기.
2. 제1항에 있어서, 상기 하우징의 최대내경이 29.21cm이고, 상기 기수혼합물입구(26)가 하우징의 하부원통부위(22)윗쪽으로 약 7.62cm 정도 뻗어 형성된 것을 특징으로 하는 원추형 사이클론기수분리기.
3. 제2항에 있어서, 상기 기수혼합물 입구(26)가 접선방향의 외벽(28)과 내부모서리(32)를 갖춘 내벽(34)을 갖추면서 이들 외벽(28)과 내부모서리(32)사이의 폭이 약 5.24cm로 된 것을 특징으로 하는 원추형 사이클론기수분리기.