KR100326189B1 - 분무발생기 - Google Patents

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Abstract

한 쌍의 대향 노즐로부터 분출하여 상호 작용하는 2 개의 유체 제트로부터 액체 분무를 발생하는 장치에서, 유체가 완전한 난류 상태하에서 노즐로 공급되어서 노즐에서 분출할 때 유체의 모멘트에 임의 변화가 발생하고, 그 결과 액체방울의 합성 분무의 방향에 임의 변화가 만들어진다.

Description

분무 발생기
본 발명은 2 개의 대향된 액체 제트를 서로 충돌시켜 분열시킴으로서 적하 커튼(curtain of drops)을 형성하도록 하는 방식의 분무 발생기에 관한 것이다.
유럽특허출원 EP 0 331 343 호(미국특허 제 4,943,007 호)에서는, 2 개의 대향한 액체 제트를 서로 충돌시켜 분열시킴으로서 액체 적하 커튼을 형성하도록 하는 분무 발생기를 공개하고 있다. 실제로 균일한 주기적 교란(cyclic disturbance)이 노즐에서의 유체흐름에 부과되고, 이것이 적하 분무를 아크를 통해 규칙적으로 발진하도록 만든다. 이와 유사한 장치가 영국특허 제 949,954 호에 공개되어 있다.
상기 두가지 분무 발생기에서는 노즐과 연결되는 유동 라인 중 어느 하나에서 흐름을 조절하는 상태변화장치를 포함하고 있다.
상기 특허에 공지된 바와 같은 분무 발생기는 작동상 만족스러운 것이지만, 상태변환장치가 설치되어 있어서 파손의 가능성이 있고, 장치 전체원가를 상승시키는 요인이 된다.
본 발명의 목적은 종래에 비해 이용하기가 더욱 간단한 대향 제트 분무 발생기를 제공하는데 있다.
본 발명에 따라서, 2개의 대향된 액체 제트를 서로 충돌시켜서 분열시킴으로서 적하 커튼을 형성하고 가스 매체를 이 적하 커튼 속으로 유통시켜 상호 작용하도록 하는 방식의 액체 분무 발생장치로서, 이 장치는 가스 매체를 유통시키는 유입구 및 유출구를 가진 챔버과, 이 챔버내에서 대향된 노즐들에서 끝나는 액체 유동라인과, 챔버내에서 서로 충돌하여 액체 분무를 발생시키는 상기 대향된 액체 제트의 형태로 대향된 노즐에서 분출시키기 위해 상기 액체 유동라인을 통해 액체를공급하기 위한 공급수단을 포함하는 액체 분무 발생장치에 있어서, 상기 챔버는 기체 매체를 위한 적어도 하나의 접선방향 유입구와 기체 매체를 위한 축방향 유출구를 갖는 와류실이고, 상기 액체 공급수단은 사용시에 레이놀드 수가 12,000 이상이 되는 조건하에서 액체를 유동시키는 구성의 조합을 특징으로 하는 액체 분무 발생 장치를 제공한다.
본 발명은, 불규칙한 출력 유동을 만드는 펌프를 사용하거나, 또는 유동 라인내를 흐르는 유체가 적어도 부분적으로 난류 형태로서 불규칙 유동을 만드는 영역에서 장치를 작동시키고(어느 경우에서도 본래부터 노즐로 흐르는 유체에 임의 변화가 있을 것이다), 그래서 노즐로부터 나오는 2 개의 유체제트의 상호작용에 의해 만들어지는 적하 시트(sheet of droplets)가 노즐로 흐르는 유체의 모멘트의 변화 크기에 의해 결정되는 아크(arc) 속으로 불규칙적으로 이동함에 의하여, 유체 흐름을 본래부터 불안정하게 만들 수 있다면 각각의 노즐로 흐르는 유체의 압력에 외부 밸브로서 변화를 일으킬 필요가 없게 된다는 사실에 근거한 것이다.
유체의 흐름에서 불규칙 변화를 유도하기 위해서는, 분무 발생기와 연결된 펌프로서 유체 흐름에 불규칙을 일으키거나, 또는 노즐과 연결되는 유동 라인내의 흐름에 적어도 부분적으로 난류를 일으키게 함으로써 예를 들면, 유동 라인내를 흐르는 유체에 대해 레이놀드 수(Reynold's Number)가 12000 보다 큰 값을 가지게 함으로서 유체 흐름에 불규칙 변화를 만들 수 있다.
이제 본 발명은 첨부도면을 참고하여 실예를 들어 설명하기로 한다.
제 1 도에서, 가스/액체 접촉기(gas/liquid contactor)(1)는 여기서 처리해야 할 가스를 위한 접선 방향의 유입구(3)를 가지는 원통형 와류실(2)을 구성한다. 와류실(2)은 처리된 가스를 위한 축방향의 유출구(4)를 가진다. 액체 공급 파이프(5)는 2 개의 분기관(6, 7)으로 분할되고, 이 분기관은 와류실(2)내로 들어가서 각각 2 개의 축방향 대향 노즐(8, 9)에서 끝난다. 배플(baffle: 10)은 와류실(2)의 하부를 가로질러 연장하고, 배플(10) 아래에 있는 와류실의 부분은 액체(12)를 위한 통(sump)(11)을 형성하고, 액체는 유출구(13)를 통해 배출되어서 펌프(14)에 의해 와류실로 순환된다.
펌프(14)는 어떤 편리한 형식이어도 좋으나, 공급 파이프(5)의 분기관(6, 7) 내를 흐르는 유체가 12000 이상의 레이놀드 수를 가지게 하여 그 흐름이 적어도 부분적으로 난류가 되어서 분기관(6, 7)내의 압력에 임의 변화(random variations)를 일으키고 따라서 노즐(8, 9)에서 나갈 때 유체의 모멘트에도 임의 변화를 일으키게 하는 그러한 용량을 가질 필요가 있다.
노즐(8, 9)에서 분출하는 유체의 모멘트에서의 임의 변화는 노즐(8, 9)에서 분출하는 유체의 충격 제트가 반경 방향으로 이동하는 적하의 시트(sheat of droplets)(15)를 형성하도록 만들고, 상기 시트가 노즐(8, 9)에서 분출하는 유체의 모멘트에서의 임의 변화의 크기에 의해 결정되는 아크(arc) 속으로 임의로 통과한다.
유럽특허 제 EP 0 331 343A 호에 기술된 바와 같이, 유입구를 통해 와류실(2)로 들어가는 가스는 적하의 시트(15)에 의해 세척된다. 적하는 가스 와류를 거쳐 와류실(2)의 외벽에 분무되고, 배플내의 튜브(16)를 통해 통(11)에서 배출된다. 실제로 액체가 없는 세척된 가스는 축방향 유출구(4)를 경유하여 와류실(2)에서 나간다.
제 2 도를 제 1 도와 관련하여 설명한 가스/액체 접촉기 여러 개가 일렬로 연결되어 증류탑을 형성하는 것을 도시한다, 여기서 전술한 가스/액체 접촉기에서 동일한 부품들은 동일한 참고부호를 가진다.
공급가스는 파이프(21)를 경유하여 제 1 단 가스/액체 접촉기(20)로 들어간다. 제 1 단 가스/액체 접촉기(20)의 내부에서 가스가, 상기와 같이 노즐(8, 9)에서 분출하는 액체 적하의 시트와 만나며 이에 의해 세척된다. 적하를 형성하는 액체는 제 2 단 가스/액체 접촉기(23)의 통에서 공급되며, 전술한 방법에 따라 임의로 진동하는 적하의 시트를 제공하기 위하여 액체의 흐름이 적어도 부분적으로 난류가 되는 그러한 압력에서 제 1 단 가스/액체 접촉기(20)의 공급 파이프(6, 7)로 공급된다. 제 1 단 가스/액체 접촉기(20)에서 배출되는 액체는 펌프(22)에 의해 보일러(도시되지 않음)로 공급되고, 보일러에서 나오는 증기는 공급파이프(21)를 통해 제 1 단 가스/액체 접촉기(20)로 귀환된다. 제 1 단 가스/액체 접촉기(20)에서 나오는 배출 증기는 유입 파이프(24)를 경유하여 제 2 단 가스/액체 접촉기(23)의 유입구로 공급된다. 공급원(도시되지 않음)에서 나온 공급 액체는, 전술한 방법에 따라 제 2 단 가스/액체 접촉기(23)의 와류실(2)에서 임의로 진동하는 적하의 시트를 형성하도록 액체의 흐름이 적어도 부분적으로 난류가 되는 그러한 압력에서 가스/액체 접촉기(23)내의 노즐(8, 9)로 공급된다. 제 2 단 가스/액체 접촉기(23)에서 축방향 유출구를 통해 나가는 증기는 빼내어서 응축되거나 또는 필요한 대로 또다른 단(stage)으로 공급될 수 있다.
제 3 도는 보일러(34)에서 증류되어야 할 증기를 위해 기부에서 유입구(33)를 가지는 외부 용기(32)내에 각 단의 와류실(2)이 내장되어 있는 다단(multi-stage) 증류탑(31)의 형태를 개략적으로 도시한다. 증류탑의 각 단에서 나온 유출구 (4)와 증류탑(31)의 다음 단의 접선방향 유입구(도시안됨)와의 사이에 있는 환형 통로(35)는 반경방향의 확산기로써 작용한다. 증류탑(31)의 최종단에서 나온 출력은 응축기(36)로 공급되고, 이 응축기로부터 정화된 가스 또는 액체가 유출 파이프(37)를 경유하여 배출된다. 응축기(26)로부터의 다른 액체는 공급용기(38)로 공급되고, 상기 공급 용기에서 액체가 증류탑(31)의 최종단에서 임의로 진동하는 적하의 시트를 제공하도록 하는 그러한 상태하에서 공급된다. 제 2 도와 관련하여 설명한 장치에서와 같이 증류탑(31)내의 후속단의 통에서 나온 액체는 앞의 단의 입력 액체를 제공하는데 사용된다. 그러나, 제 1 단의 경우에 통에서 배출된 액체는 보일러(34)로 공급되고, 다음에 증류탑(31)의 최종단에서 배출된 액체에 첨가된다.
제 4 도는 다단 가스 세정탑(multi-stage gas scrubbing column)(41)의 다른 형태를 도시하며, 여기서 가스 세정탑(41)의 각 단의 와류실(2)의 통에서 나온 액체는 단일 펌프(42)에 의하여 가스 세정탑(41)의 각 단의 제트 형성 노즐(8, 9)로 순환된다.
제 5 도는 또 하나의 다단 증류 또는 가스 세정탑(51)을 도시하며, 여기서 세정합의 각 단(52)의 액체회로는 세정탑(51)의 다른 단(52)의 액체 회로와는 전체적으로 무관하다.
제 6 도는 오일 화로를 위한 분무기 또는 화재 진화용 물 분무기로써 적용되는 환형 노즐 장치를 도시한다. 제 6 도에서, 펌프(61)는 난류 유동 상태하에서 유체를 튜브(62)에 공급하며, 상기 튜브는 분할된 다음, 동심원이면서도 교통하지는 않는 2 개의 튜브(63, 64)로써 모인다. 내부 튜브(63)는 외부 튜브(64)의 단부(65)를 지나 연장하고, 그 단부는 유동 역전 캡(66)으로 덮여 있다. 따라서 대향한 유체의 환형 제트는 외부 튜브(64)의 상단부(65)와 유동 역전 캡(66)의 하부 모서리와의 사이에 있는 환형 영역(67)에 충돌한다. 전과 같이 적하의 시트가 형성되어서, 튜브(63, 64)내의 난류 유동 상태에 의하여 튜브(64)의 상단부(65)와 캡(66)의 하부 모서리에서 분출하는 액체 제트의 모멘트의 임의 변화에 의하여 정해진 아크에 따라 발진한다.
제 7 도는 제 6 도에 도시된 것보다 제조하기가 더욱 용이한 대향 노즐 분무 헤드의 다른 형태를 도시한다. 제 7 도에서, 3 개의 파이프(71, 72, 73)는 각각 공통의 매니폴드(75)와 연결되고, 이 매니폴드에 분무해야 할 유체가 고압 펌프(75)에 의하여 공급된다. 중앙 파이프(72)는 파이프(71, 73)의 각각의 단부(71', 73')를 지나 연장하고, 2 개의 짧은 단부 파이프(76, 77)와 T 형상을 형성하도록 분기하고, 상기 단부 파이프는 파이프(71, 73)와 동일한 직경을 가지며, 파이프(71, 73)의 각 단부(71', 73')의 반대측에서 동일한 거리로서 끝난다. 파이프(71, 73)의 단부(71', 73')와, 파이프(76, 77)의 단부(76', 77')와의 정렬은 적절한 재료(78)의 받침대에 의하여 유지된다. 따라서 각각 적하의 원형 분무(79)를 만드는 한 쌍의 대향 노즐이 제공된다.
전술한 바와 같이 펌프(75)는 파이프(71, 73, 76, 77)에서 분출하기 직전 유체의 레이놀드 수가 12000 보다 크게 되도록 하는 그러한 조건하에서 액체의 흐름을 만들어 내는 그런 종류이다. 이런 유동 조건에서 만들어진 임의 변화는 분무(79)의 두 시트가 예전과 같이 임의 방법대로 진동하도록 만든다.
실제로, 개별 파이프(71, 73, 76, 77)의 단부(71', 73', 76', 77')간의 정렬을 확고히 하기 위하여 T 부재는 정렬 받침대(78)에서와 동일한 중심을 갖는 적절한 구멍을 포함하는 고체 받침대로부터 제작될 수 있고, 중간 구멍에는 파이프(72)가 끼워지고, 외부의 구멍들에는 파이프(71, 73)와 동일한 내경의 짧은 스터브(stub)가 삽입된다.
또한, 전술한 실시예에서와 같이, 노즐 시스템이 와류실내에 배치되어 가스/액체 접촉기를 제공할 수 있다.
제 8 도에서, 다단 가스 처리탑(81)의 다른 형태가 개략적으로 도식된다. 이 장치는 제 3 도를 참고하여 기술한 것과 다소 유사하고, 대응 부품은 대응하는 참고부호로써 나타난다. 본 발명의 이 실시예에서, 가스 처리탑(81)의 각 단(82)에서 와류실(2)의 통(12)은 가스 처리탑(81)의 이전 단(82)에서의 와류실(2)의 상부와 연결되는 유출구(83)를 가진다. 가스 처리탑(81)의 최종단(82)의 와류실(2)은 처리용 액체를 위한 유입구(84)와, 처리용 액체에 의하여 처리된 가스를 위한 축방향 유출구(85)를 가진다. 다른 한편, 가스 처리탑(81)의 제 1 단의 와류실(2)은 탑 내에서 처리해야 할 가스를 위한 축방향 유입구(86)와 처리용 액체를 위한 유출구(87)를 가진다. 각 와류실(2)의 통(12)에는 처리용 액체의 레벨을 제어하는위어(weir)(88)가 있다. 따라서, 사용시에 처리용 액체는 처리탑(81)내에서 처리해야 할 가스의 흐름에 역방향으로 처리탑(81)내를 통과한다. 처리용 액체는 관련된 펌프(14)에 의해 탑(81)의 각 와류실(2)내에서 연속적으로 순환되는데, 상기 펌프는 와류실(2)의 통(12)에서 액체를 끌어당겨서 그 액체를 파이프(6, 7)를 통해 노즐(8, 9)로 보내고, 노즐에서 전과 같이 액체가 적하 분무를 형성한다. 다시, 각각의 펌프(14)는, 레이놀드 수가 12000 을 초과하며 또한 완전한 난류성 흐름이 유동하는 액체의 모멘트에 임의 변화를 일으키고 따라서 처리탑(81)의 각 와류실(2) 내에 형성된 적하의 시트의 방향에 임의 변화를 만드는 그러한 상태하에서 처리용 액체가 관련된 파이프(6, 7) 및 노즐(8, 9)을 통과하도록 만드는 그러한 종류이다.
제 1 도는 본 발명을 실시하는 가스/액체 접촉기의 개략도.
제 2 도는 본 발명을 실시하는 2 단계 증류탑의 개략도.
제 3 도는 본 발명을 실시하는 다단계 증류탑의 개략도.
제 4 도는 본 발명을 실시하는 또하나의 다단계 증류탑의 개략도.
제 5 도는 본 발명을 실시하는 3 번째 형태의 다단계 증류탑의 개략도.
제 6 도는 본 발명의 다른 실시예의 일부를 도시하는 개략도.
제 7 도는 본 발명의 또다른 실시예의 일부를 도시하는 개략도.
제 8 도는 본 발명의 또다른 실시예의 개략도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1 : 가스/액체 접촉기 2 : 와류실
3 : 유입구 4 : 유출구
10 : 배플 11 : 통(sump)
14 : 펌프 15 : 시트

Claims (9)

  1. 2개의 대향된 액체 제트를 서로 충돌시켜서 분열시킴으로서 적하 커튼을 형성하고 가스 매체를 이 적하 커튼 속으로 유통시켜 상호 작용하도록 하는 방식의 액체 분무 발생장치로서, 이 장치는 가스 매체를 유통시키는 유입구(3) 및 유출구(4)를 가진 챔버(2)와, 이 챔버(2)내에서 대향된 노즐(8,9;65,66;71',76';73',77')들에서 끝나는 액체 유동라인(6,7;63,64;71,76;73,77)과, 챔버(2)내에서 서로 충돌하여 액체 분무를 발생시키는 상기 대향된 액체 제트의 형태로 대향된 노즐(8,9;65,66;71',76';73',77')에서 분출시키기 위해 상기 액체 유동라인(6,7;63,64;71,76;73,77)을 통해 액체를 공급하기 위한 공급수단(14)을 포함하는 액체 분무 발생장치에 있어서,
    상기 챔버(2)는 기체 매체를 위한 적어도 하나의 접선방향 유입구(3)와 기체매체를 위한 축방향 유출구(4)를 갖는 와류실이고, 상기 액체 공급수단(14)은 사용시에 레이놀드 수가 12,000 이상이 되는 조건하에서 액체를 유동시키는 구성의 조합을 특징으로 하는 액체 분무 발생장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 와류실(2)은 원통형이고, 대향된 노즐들(8,9; 65,66; 71',76'; 73',77')은 상기 원통형 와류실(2)에서 액체를 축방향으로 배출하도록 배치되는 액체 분무 발생장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 매체와 상호작용한 이후에 액체를 수집하기 위한 통(11)을 포함하고, 상기 통(11)으로부터 수집된 액체(12)를 제거하기 위한 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 분무 발생장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 통(11)으로부터 수집된 유체(12)를 제거하기 위한 상기 수단은 또한 액체를 노즐(8, 9)로 순환시키는 펌프(14)인 것을 특징으로 하는 액체 분무 발생 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 각각 한 쌍의 대향된 노즐(8, 9)이 내부에 축방향으로 장착되어 있는 다수의 와류실(10)은 하나의 와류실(2)의 유출구(4)가 다음 와류실(2)의 유입구(3) 또는 유입구들과 교통하도록 연속적으로 배열되는 것을 특징으로 하는 액체 분무 발생 장치.
  6. 제 5 항애 있어서, 장치내에서 처리해야 할 가스 매체의 다수의 와류실(2)을 통한 유동에 대해 역방향으로 가스 처리용 액체를 다수의 와류실(2)을 통해 연속적으로 통과시킬 수 있게 하는 수단이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액체 분무 발생 장치.
  7. 제 1 항에 있어서, 액체 매체를 증기화하여 증기화된 매체를 와류실(2)로 공급하고 이에 의해 증류 장치로서의 기능을 하도록 하는 증기화 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 액체 분무 발생 장치.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 노즐(65, 66)은 단면이 환형이고 동축(co-axial)인 것을 특징으로 하는 액체 분무 발생 장치.
  9. 제 1 항에 있어서, 한 쌍의 노즐(71', 76', 73', 77')은 병렬로 배치되고, 공통의 공급원(72)으로부터 액체를 공급받는 것을 특징으로 하는 액체 분무 발생 장치.
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