KR100304172B1 - 패킹장치 - Google Patents

Abstract

파손에 대한 개선된 저항을 갖는 팔형 또는 레싱형 패킹 장치는, 얇은 치수의 금속으로 형성되었다 할지라도, 링의 단부들을 함께 보유하고 변형을 방지하는 부착 수단을 제공하므로서 우수한 효과를 갖는다.

Description

패킹 장치

발명의 배경

본 발명은 대량 전달 및 직접 열전달 장치에서 사용되는 패킹 장치(packing elements), 특히 팔(Pall) 링, 레싱(Lessing) 링 등과 같은 원통 형상의 패킹 장치에 관한 것이다.

상기와 같은 패킹 장치들은 유체와 가스가 반응, 열전달, 2개의 유동 유체의 정밀 접촉에 의한 용해 또는 분리 작업을 수행하도록 접촉된 반응기에 사용된다. 결과적으로, 그들은 사용중에 붕괴 또는 압착되지 않도록 치수의 안정성을 보유하면서 최대 표면적이 되도록 설계된 형상을 갖는다. 상기 결과에 도달하기 위한 하나의 수단은 원통형 금속 반제품으로부터 링을 형성시키고 여러 적합한 기술에 의해 내부 구조를 제공하는 것이다.

그러나 그것은 대용적의 표준 설계로 용이하게 생산되는 구조를 가져야할 필요성이 있다. 이러한 필요성을 만족시키기 위해, 장치들은 주로 금속판으로부터 절단된 다수의 플랩을 갖는 원통 형상으로 절곡되는 평평한 금속판으로부터 타출되고, 원통 축을 향해 안쪽으로 절곡된다. 이러한 것은 대표적인 팔 링 형상이며, 미국 특허 제 27,217 호에 그 예가 설명되어 있다.

상기와 같은 링의 강성을 유지하기 위하여는, 그것을 사용할 때 발생하는 압축력에 저항할 수 있는 다소 두꺼운 금속판으로 성형될 필요가 있다. 강성이 부족할 경우, 링은 타워에서의 부하로 인해 가압되어, 타워를 보충하기 위해 더 많은 링이 필요하게 된다. 또한 압축된 링은 작동중 일부 속성을 잃어버리는 것과 같이동일한 성능 특성을 갖고 있지 않다.

다르게는, 중량을 감소시키면서 저렴한 비용의 링을 생산하기 위해서는 금속판의 두께를 감소시킬 필요성이 있다.

한가지 해결책으로 미국 특허 제 4,197,264 호에 공지된 바와 같이 2 개의 반원통형 부품을 함께 보유하기 위한 한 쌍의 가교 부재를 사용하는 것이다. 그러나 이러한 것은 생산 공정은 최종 제품을 제조하기 위해 4 개의 분리된 구성 요소를 조합해야 한다는 결정적인 단점을 가진다.

본 발명은 얇은 금속(thinner gauge metal)을 사용하면서도 강성이 큰 링형패킹을 제공하는 것이다. 링 구조는, 대량 생산 기술이 용이하게 적용될 수 있는 단순한 절단 및 절곡작업으로 단일 금속 스트립이 만들어질 수 있도록 설계되었다.

발명의 설명

본 발명은 평평한 금속 스트립을 일반적으로 원통형상으로 절곡시킴으로써 성형된 링형 패킹 장치를 제공하는 것이며, 링 성형시에 서로 접촉하는 절곡 스트립의 단부에는, 단부간의 중첩시 단부가 함께 보유되도록 이완 가능하게 결합하고 링의 원주 부분을 감소하는 단부의 임의적인 부가적 상대 운동을 방지하는 협동 탭과 슬롯을 가진 부착 수단이 제공된다.

상기 부착 "탭과 슬롯" 수단은 임의적으로 편리한 형태를 갖는다. "탭"은, 링이 스트립 금속으로부터 절단되어 시트 평면 밖으로 절곡된 플랩으로서 또는 감소된 길이와 폭을 갖는 시트 단부에서의 연장부로서, 상기 시트로부터 돌출되고 링이 형성된 시트와 기본적으로 동일한 두께의 평평한 금속 스트립으로 이해한다. 상기 탭의 형상은 정해진 것은 아니고 스트립 길이에 대해 수직인 결합면을 갖는 원형 또는 장방형이거나 또는 치상 돌기(even dentate) 형상으로 될 수 있다. "슬롯"은 탭의 두께보다 약간 큰 폭과 탭의 가장 큰 폭보다 약간 큰 길이이며 스트립안으로 절단된 장방형 구멍이다. 링의 단부들을 함께 유지하기 위한 탭과 슬롯의 결속은 이완 가능하게 해야만 하고 슬롯이 형성되는 스트립의 대향 단부와(상기 스트립에 부착되는) 탭의 기부에 있는 스트립의 접촉에 의한 부가적인 링의 가압을 방지하기 때문에, 상기 치수들은 중요하다.

일반적으로 용이하고 편리한 부착 수단은, 스트립 단부의 중첩 영역에 원통축을 향해 내부로 절곡된 플랩과, 플랩을 절단함으로써 형성되는 협동 슬롯을 포함하며, 상기 단부로 부터 이격 돌출되는 플랩을 받치는 한 단부와 근접한 단부로부터 이격 돌출된 플랩이 인접한 단부를 향하는 돌출부를 플랩의 절단으로 형성된 슬롯 안에 합치하도록 중첩 영역에 상기 단부를 향해 돌출하는 플랩을 갖는 대향 단부가 있다.

상기 플랩은 삼각형 또는 장방형과 같은 편리한 형태를 가질 수 있지만, 주로 단순한 장방형을 필요로 한다. 그 길이는 사용중에 결속 또는 분리시키기 위해 원통이 상당한 변형을 요구하지 않는 한 예기치 않은 분리를 방지하기에 적합해야만 한다. 상기 협동 플랩은 축방향으로 단부의 중간점에 위치되는 것이 적합하며 일반적으로 한 쌍으로 충분하다. 그러나, 부가적인 안정성을 주기 위해서는 2 개 이상의 협동 쌍을 갖는 것도 가능하다.

상기에서 언급한 약간의 변형은 예기치 않은 분리에 대응하여, 특히 링 위의변형 압력이 부착 수단을 통과하는 직경부에 대해 수직으로 작용할 때 부가의 안정성을 제공하도록 설계된다. 상기 변형은, 플랩을 슬롯과 결합시키기 위해 약간의 뒤틀림이 스트립에 가하여지도록, 협동 플랩과 함께 상기 슬롯을 라인으로부터 약간 분리 위치시킨다. 각각의 플랩에는 스트립의 길이에 대해 수직인 결합면을 제공하는 그 길이를 따라 부분적인 래빗부(rabbeted portion: 사개에 의해 맞추는 방법)가 설치된다. 슬롯 안의 적소에 플랩을 가지며, 가하여진 뒤틀림을 제거하기 위해 링이 곧게 되려는 성질이 상기 결합면을 슬롯 단부에서 스트립과 접촉하도록 한다. 상기 부착 수단이 놓인 직경부에 대해 수직인 링의 직경부에 가하여진 압축력의 결과로, 상기 배열은 슬롯과 플랩의 예기치 않은 분리가 방지된다.

또 다른 형상의 부착 장치는, 일반적으로 스트립의 한 단부에서 평평한 연장부재를 갖는 링 구조체를 포함하는 레싱 링과 같은 링 구조체에 특히 효과적이며 상기 링은 링의 원형 단면의 원호를 따라 내부 방향으로 돌출 형성된다. 상기 부재는 실질적으로 상기 스트립이 링을 형성하도록 절곡될 때 링을 한정시키는 부위 뒤로 연장되는 금속 스트립의 연장부이다. 상기 연장 부재는 연장부가 링의 내면과 접촉하는 범위 이상으로 링이 가압되는 것을 저지한다. 그것은 또한 사용할 때 여분의 표면 영역을 제공한다.

상기 형상의 구조체의 경우에 있어서, 슬롯은 내부방향 연장 부재가 링 형상의 외부로 질곡되는 지점에서 절단된다. 상기 실시예에 있어서, 협동 탭에는 양호하게 탭이 협동 슬롯 안으로 삽입되기에 적합한 치수로 된 스트립 연장부가 있다. 상기 탭은 연장 부재쪽으로 탭을 절곡시키거나 또는 오프셋(offset) 슬롯 및 상기래빗 탭과 같은 종류의 것을 제공함으로써, 부착 수단을 내재하는 링의 직경부에 대해 직각으로 작용하는 링을 평평하게 하려는 압축력 또는 스트립을 곧게 하려는 슬롯 대항력을 보유할 수 있다.

상기 형상의 링은 적어도 2 개의 부착 수단을 포함하나, 필요하다면 편리한 갯수로 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 패킹 링은 부착 수단을 갖지 않는 종래 기술의 링보다 훨씬 양호한 강성을 가진다. 상기 강성은 또한, 패킹 링에서 플랜지가 링의 상부 및 하부 단부 주위에 형성되도록 금속 스트립의 종측 엣지상에 형성된 원주 플랜지를 갖는 링을 제공함으로써 강화된다. 상기 플랜지는 스트립이 링 형상 안으로 굴곡되는 것이 방해받지 않는 방향으로 적절하게 돌출한다. 따라서 최종 링에 있어서, 플랜지는 내부보다는 외부로 방사상 돌출한다. 상기 플랜지들중의 하나는, 상기 플랜지가 부착 수단이 결합할 때 접촉하지 않고 그들이 접촉하기 전에 링의 한정된 굴곡도를 허용하도록 스트립의 단부에 못미쳐 종결시킨다. 이러한 접촉은 일반적으로 발생하는 변형량을 제한시키고, 링을 매우 강하게 만든다. 그러나 플랜지는 플랩을 협동 슬롯으로부터 분리시키도록 중첩된 단부(그러나 중첩되는 단부는 제외)를 내부로 변형시키므로써 이완시킬 수 있는 적합한 부착 수단(플랩과 협동 슬롯을 포함)의 분리를 방해하지 않는다.

링을 형성하는 금속은 사용을 위해 설계된 환경에 따르게 된다. 이것은 가끔 어느 정도의 부식성을 가지므로, 일반적으로 고가인 스테인레스 스틸과 같은 내식성 있는 강철을 사용한다.

종래 제조된 팔 링 또는 레스 링 등과 같은 패킹 링을 형성하는 금속 스트립의 범위는 약 0.65mm 내지 1.00mm, 양호하게는 약 0.75mm 내지 0.85mm 정도이다. 본 발명에 따른 개량된 패킹 링 구조는 금속 스트립을 약 0.10mm 까지 낮게 사용할 수 있도록 했으며, 양호한 패킹 링 구조는 0.15mm 내지 0.60mm 의 금속 스트립으로 제조된다.

종래의 팔 링 구조는 절곡된 금속 스트립으로부터 형성된 원통이고 절곡된 스트립으로부터 절단된 다수의 내부 플랩 돌출부와 함께 제공되며, 원통의 축을 향해 내부로 호 모양을 이루나 축에 못미쳐 종결된다. 상기 돌출부의 수와 크기는 임계치는 아니고, 주로 링과 필요한 표면적 치수의 함수 역할을 한다. 팔 링 구조체에 존재하는 상기와 같은 돌출부의 제공은 또한 본 발명에 의한 패킹 링의 바람직한 특징이다.

최초의 시험 결과에서 본 발명에 따른 링이, 50% 더 두꺼운 강철 스트립으로 제조된 동일 치수의 링을 위해 지지 가능한 부하에 상당하며 본 발명에 따른 링을 특징으로 하는 부착 수단을 필요로 하는 4638㎏/㎡(950 lb/ft²)까지 지지할 수 있다는 사실을 나타냈다. 이러한 사실은 패킹의 디퍼 타워 베드(deeper tower bed)가 타워의 하부에 있는 링의 압착을 피하기 위한 중간 지지체의 필요 없이 이용될 수 있다는 것을 의미한다. 부가로, 얇은 치수의 강철의 사용은 본 발명에 따른 구조에 대한 현저한 가격 잇점이 있도록 한다.

적합한 실시예의 상세한 설명

이하에서는 본 발명을 발명이 의도하는 필수적인 범위상의 어떠한 제한이 가해짐이 없이 오직 설명만을 위해 도면에서 설명된 특정 실시예에 따라 설명하겠다.

제 1 도 내지 제 3 도에 있어서, 금속 스트립(1)은 슬롯(4)을 남기기 위해 스트립으로부터 펀칭된 플랩(2)과 함께 각각의 선단에 제공된다. 상기 스트립은 또한 스트립 단부에 못미쳐 종결되는 종측 엣지를 따라 플랜지(3)와 함께 제공된다.

제 2 도는, 중첩 단부상에 플랩이 중첩 단부 아래의 단부상에 슬롯과 결합하고, 스트립을 곧게 하려는 성질이 대향 단부상에 플랩과 접촉하는 체결관계로 단부를 보유하도록, 대향 단부를 중첩시키는 한 단부를 가진 원통형 구조를 형성하기 위해 절곡된 제 1 도에 도시한 스트립을 도시한다.

제 2 도는 또한 스트립의 대향 단부상의 플랜지들 사이에 있는 굴곡 공간(6)을 도시한다. 이것은, 단부가 부착 수단을 포함하지만 플랜지 단부가 접촉될 때 어떠한 부가적인 변형도 방지하는 플랩과 슬롯의 결속과 분리를 허용하기 위해, 중첩의 정도를 약간 증가토록 한다.

제 2 도는 또한 시트로부터 타출되고 일반적으로 원통이 형성된 후 원통 축을 향해 내부로 변형된 돌출부(5)를 도시한다. 일반적으로 원통 축에 직각인 동일평면상에 배열된 돌출부는 4 개 내지 8 개이다. 제 2 도 및 제 3 도에 도시된 적합한 실시예는 2 개의 평면상에 배열된 2 세트의 5 개 돌출부를 가지며, 2 개의 평면중 하나는 부착 수단 위의 평면이고 다른 하나는 부착 수단 아래의 평면이다.

제 3 도는 제 2 도의 3-3 라인을 따라 절단한 단면도이며, 부착 수단을 형성시키기 위해 슬롯(4)과 플랩(2)의 상호 작용이 상세히 나타나도록 설계하였다.

제 4 도 및 제 5 도에 있어서, 스트립은 팔 링보다는 레스 링 구조 안에 형성되어진다. 스트립(10)에는 연장 부재(20)가 설치되며, 슬롯(40)은 연장 부재가 금속 스트립 여유부로부터 절곡될 때 형성된 각으로 절단된다. 상기 슬롯은, 연장부재를 보유하는 단부에서 이격되어 스트립의 단부로부터 돌출하며 또한 제 5 도에 도시된 바와 같이 연장부재의 내부 방향으로 절곡되기에 적합한 탭(30)에 결속시키기에 적합한 크기로 위치한다.

상기 도면에 도시된 부착 수단은 단지 설명을 목적으로 제안된 것이지 본 발명의 범위상에 어떠한 제한을 가하려는 의도는 결코 아니다. 다른 유사한 구조물이 발명될 수도 있고 그 모든 것이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다는 것을 이해하여야 한다.

제 1 도는 부착 수단을 나타내는 원통형 팔 링(Pall ring) 형상체 쪽으로 절곡되기 전의 금속 스트립을 도시한 종단면도.

제 2 도는 본 발명에 따른 구조를 갖는 팔 링의 측면도.

제 3 도는 제 2 도에 도시된 링을 3-3 선을 따라 절단한 단면도.

제 4 도는 기형성된 연장 부재를 도시한 레싱 링(Lessing ring) 구조체 내에 형성된 금속 스트립의 사시도.

제 5 도는 부착 수단이 나타나도록 선택된 한 점에서의 레싱 링 구조체의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 금속 스트립 2 : 플랩

3 : 플랜지 4 : 슬롯

5 : 돌출부 6 : 굴곡 공간

10 : 스트립 20 : 연장 부재

30 : 탭 40 : 슬롯

Claims (7)

1. 링이 형성될 때 서로 접촉하는 절곡된 스트립(1;10)의 단부들이 부착 수단과 함께 제공되며, 상기 부착 수단은 링이 형성될 때 함께 상기 단부들을 보유하기 위해 이완 가능하게 결합하고 또한 링의 원주부를 감소시키는 단부들의 부가적인 상대 운동을 한정하는 적어도 한 쌍의 협동 탭(2;30)과 슬롯(4;40)을 포함하는, 평평한 금속 스트립(1;10)을 원통 형상체 안에 절곡시키므로써 형성되는 패킹 장치에 있어서,

   상기 부착 수단의 탭은 상기 스트립으로부터 타출되고 또한 스트립(1)의 평면으로부터 반드시 동일 각도와 동일 방향으로 돌출하는 적어도 한 쌍의 플랩(2)에의해 제공되고, 각각의 플랩(2)은 패킹 장치가 형성될 때 중첩 영역에서 스트립(1)의 단부와 인접 위치되고, 상기 협동 슬롯(4)은, 한 단부상의 플랩(2)이 다른 단부상의 협동 슬롯(4)과 결합하는 탭을 제공하도록, 플랩(2)이 생성될 때 형성되는 것을 특징으로 하는 패킹 장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   2 개 이상의 부착 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 패킹 장치.
3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

   상기 원통 형상체의 단부는 스트립(1)의 종측 엣지상에 형성된 원주 플랜지(3)와 함께 제공되는 것을 특징으로 하는 패킹 장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   다수의 돌출부(5)가 원통 벽으로부터 연장하여 일반적으로 원통 축을 향해 제공되는 것을 특징으로 하는 패킹 장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 패킹 장치는 두께가 0.15mm 내지 0.60mm 인 금속 스트립(1;10)으로부터 타출되는 것을 특징으로 하는 패킹 장치.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 금속 스트립(10)은 그의 단부에 인접한 제 1 및 제 2 단부 영역을 가지며, 상기 단부 영역은 링형 패킹 장치를 생산하도록 일반적으로 원통 형상체 안에 절곡되기에 적합하고 또한 적어도 한 쌍의 협동 탭(30)과 슬롯(40)을 포함하는 부착 수단과 함께 제공되는 것과, 상기 제 1 단부 영역은, 링이 형성될 때 연장 부재(20)가 원통 안으로 돌출하도록, 상기 스트립(10)의 잔여부에 대한 각도로 절곡된 연장 부재(20)를 포함하는 것과, 상기 슬롯(40)은 밴드 근방의 제 1 단부 영역에 제공되며, 상기 협동 탭(30)은 제 2 단부 영역에 제공되고 상기 제 1 단부 영역의 슬롯(40)과 결합되도록 상기 스트립(10)의 단부로부터 돌출하는 것을 특징으로 하는 패킹 장치.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 각각의 슬롯(4;40)은, 상기 스트립(1;10)의 미세한 뒤틀림으로 탭 (2;30)과 슬롯(4;40)이 결합하게 되도록, 상기 협동 탭(2;30)으로부터 오프셋 (offset)되는 것과, 상기 각각의 탭(2;30)은 상기 스트립(1;10)이 곧게 펴져 뒤틀림이 제거될 때 상기 슬롯(4;40)의 단부에서 스트립(1;10)과 결합되도록 적응된 태(2;30)의 길이에 따른 부분적인 래빗부(rabbeted portion)로서 형성된 결합면과 함께 제공되는 것을 특징으로 하는 패킹 장치.