KR100441390B1 - 액적 분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 각각의 포집부가 분리판에 경사지게 형성되고 중력하방으로 폭이 크게 수렴하도록 형성됨으로써, 포집된 액적이 신속하게 배출됨은 물론 기체의 유동시 압력손실이 방지되어 액적 분리 및 제거효율이 향상되는 액적 분리기를 제공한다. 그 액적분리기의 분리판은 기체의 유입구를 형성하는 인입부; 상기 인입부에 일체로 굴곡형성되는 연결부; 상기 연결부에 일체로 굴곡형성되는 출구부; 상기 인입부와 연결부의 경계부에 경사각(θ)으로 경사지며 중력방향으로 폭이 크게 수렴형성되는 제1포집부; 상기 연결부와 출구부의 경계부에 경사각(θ)으로 경사지며 중력방향으로 폭이 크게 수렴형성되는 제2포집부; 및 상기 출구부의 일측에 경사각(θ)으로 경사지며 중력방향으로 폭이 크게 수렴형성되는 제3포집부로 구성된다.

Description

액적 분리기{A water separator}

본 발명은 공기와 물방울이 혼합된 미스트(mist) 또는 기체를 굴곡된 판 사이로 통과시켜 물방울(이하, '액적'이라 칭함)을 공기로부터 제거하기 위한 액적 분리기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 액적 분리기내의 유동 및 액적의 유동을 고려하여 분리판의 형상을 변형시켜 기체의 통과시 압력 손실을 감소시키고 보다 많은 액적을 중력 방향으로 제거할 수 있는 액적 분리기에 관한 것이다.

일반적으로, 제한적이진 않지만 산업형장에서 공기 또는 산업가스와 같은 기체에 포함된 액적을 분리하는 방법으로는 기체의 온도를 상승시켜 증발율을 증가시킴으로써 액적을 증발시키는 방법, 물결모양의 분리판(plate)을 이용하여 기체의 흐름 방향을 반복적으로 전환시킴으로써 액적을 제거하는 방법 등이 있다.

또한, 이와 같은 액적 분리방법에 적용되는 액적 분리기 또한 다양한 것이 있다. 이 중에서 가장 대표적인 것으로 섬유를 여러 층으로 충진하고 그 충진된 영역으로 미스트를 통과시켜 액적이 섬유와 직접 접촉하여 성장한 뒤 중력에 의해 하강되게 함으로써 액적을 분리시킬 수 있는 일명 섬유 필터 여과 캔들(fiber filter filtering candle)이라 칭하는 액적 분리기가 있다. 그리고, 액적의 전기적 특성을 이용하여 분리하도록 한 전기 집진방식의 액적 분리기가 있으며, 예컨대 미국특허 제4,877,431호에 개시된 바와 같이 원심력을 이용하여 액적을 제거하도록 유동 회전 장치를 구비한 사이클론형 액적 분리기가 있다. 이 외에도, 사용 용도 및 특성에 따라 각각 다른 형태의 액적 분리기가 개발되어 사용되고 있다.

한편, 이와 같은 액적 분리기들 중 대형선박의 엔진 흡입구 등과 같이 큰 압력 손실 없이 액적을 제거해야 될 필요가 있는 경우, 여러 형태의 굴곡된 판을 미스트가 통과하게 하여 큰 압력 손실 없이 액적이 관성에 의해 충돌판에 충돌하는 것을 이용하여 액적을 제거하는 액적 분리기를 사용하고 있다.

이 같은 액적 분리기는 도 1에 도시된 바와 같이, 물 또는 액적을 포함하는 기체 또는 미스트가 인입되는 입구(1)와, 그 입구(1)에 대향함은 물론 액적이 분리된 공기가 배출되는 출구(2)가 형성되는 몸체(3)를 구비한다. 물론, 몸체(3)의 하부는 분리되어 포획된 액적을 배출시키기 위한 배출구(4)가 형성되어 있다. 또한, 몸체(3)의 내부에는 입구(1)로부터 출구(2)를 향해 기체의 통로를 형성하도록 다수의 분리판(5)이 배치된다. 이들 각각의 분리판(5)은, 도 3에 도시된 바와 같이 기체의 유동을 전환시킬 수 있는 굴곡형의 본체(6)와, 본체(6)에 일체로 형성되며 그 본체(6)를 따라 흐르는 액적을 수집하기 위한 액적 포집부(7)로 구성되어 있다.

이와 같이 구성됨에 따라, 도 2에 도시된 바와 같이, 액적이 포함된 미스트 또는 기체가 입구(1)로 유입되어 각각의 분리판(5) 사이를 통과하는 중에 액적이 분리되며, 이와 같이 분리된 액적은 원심력에 의해 포집부에 수집되고 이와 같이 포집된 액적들은 중력방향으로 흘러 배출구(4)를 통해 제거되며, 출구(2)를 통해서는 공기가 배출되는 것이다.

한편, 미국 특허 제4,430,101 및 제3,938,972호에 개시된 바와 같이, 기체가액적 분리기를 통과할 때 압력 손실이 발생되는 것을 줄이고 액적 포집 효율을 향상시키기 위해 굴절판 및 포집부 형상을 변경시키는 것에 대한 많은 연구가 이루어지고 있다.

그러나, 대부분의 경우, 액적 분리기에서는 포집된 액적이 중력방향으로 이동하면서 점차 누적되지만 대부분 상부와 하부의 단면 또는 그 형상이 동일하게 제작되어 있다. 즉, 도 4a 및 4b에 도시된 바와 같이, 분리판(5)의 상부(a-a') 와 하부(b-b')가 동일하게 형성되어 있다. 이에 따라, 중력방향에서 볼 때 상부 포집부(a)에는 액적이 차지하지 못하고 공기가 재순환 되어 압력 손실이 증가하는 부분이 발생되며, 하부 포집부(b)에는 상부로부터 누적되어 내려온 액적이 포집부(7) 내에 모두 갇혀 흐르지 못하고 일부 액적들이 다시 포집부를 벗어나 기체내로 비산하게 되므로 기체에서 액적을 완전하게 포집하여 제거할 수 없는 문제점이 있다.

그리고, 포집부 내에서는 액적이 중력방향으로 이동 및 제거되도록 되어 있으므로, 포집부에 포집된 액적은 벽면과의 마찰력과 중력의 합력에 의해서만 이동하므로 그 이동 속도가 매우 느려 넓은 유로 면적을 필요로 하는 단점이 있으며, 이 같은 단점을 치유하기 위해 포집부의 크기를 크게 하면 압력 손실이 증가하게 되어 더욱 액적 제거효율이 저감되는 문제점이 있다.

결국, 포집부의 크기는 일정크기 이상이 되지 못하게 되며 그 결과 포집부 하부 부근에서는 포집된 액적 전량이 포집부에 갇혀 중력방향으로 흐르지 못하고 액적중 일부가 다시 유동중인 기체로 비산되므로 액적 분리기에 대한 전체적인 분리효율 또는 제거효율이 저하되는 문제점이 있다.

이에 본 발명은 전술된 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 분리판의 포집부에 포집된 액적을 신속하게 중력방향으로 이동시켜 배출시킴으로써 액적 제거효율이 향상될 수 있는 액적 분리기를 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은, 분리판의 포집부의 상부 기체가 재순환되는 것을 방지할 수 있으며, 포집부의 크기를 최소화하여 기체의 통과시 유동 압력 손실을 최소화시킬 수 있으며, 포집된 액적이 공기중으로 재비산되는 것을 방지할 수 있는 액적 분리기를 제공하는데 있다.

도 1은 일반적인 액적 분리기를 보여주는 부분 절취 사시도

도 2는 도 1의 액적 분리기에서 액적의 유동상태를 보여주는 평면도,

도 3은 도 1의 액적 분리기에서의 액적의 포집 및 제거상태를 보여주는 측면도,

도 4a는 도 3의 a-a'에서 바라본 평면도,

도 4b는 도 3의 b-b'에서 바라본 저면도,

도 5는 본 발명에 따른 액적분리기에 사용되는 분리판을 상세히 보여주는 사시도,

도 6a는 도 5의 a-a'에서 바라본 평면도,

도 6b는 도 5의 b-b'에서 바라본 저면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10: 몸체 12: 입구

14: 출구 16: 배출구

18: 분리판 20: 인입부

22,44: 가이드 24,42: 본판

30: 연결부 40: 출구부

50,60,70: 포집부

이 같은 목적들은 기체가 인입되는 입구, 상기 입구에 대향하며 액적이 분리된 공기가 배출되는 출구 및 분리된 액적을 배출시키기 위한 배출구를 구비하는 몸체와, 상기 몸체의 내측에 일정간격으로 배치되어 상기 몸체로부터 유입되는 기체로부터 액적을 분리 및 포집하기 위한 다수의 분리판을 포함하는 액적 분리기에 있어서, 상기 각각의 분리판은 기체의 유입구를 형성하는 인입부;

상기 인입부에 일체로 굴곡 형성되는 연결부; 상기 연결부에 일체로 굴곡 형성되는 출구부; 상기 인입부와 연결부의 경계부에 경사각(θ)으로 경사지며 중력방향으로 폭이 크게 수렴형성되는 제1포집부; 상기 연결부와 출구부의 경계부에 경사각(θ)으로 경사지며 중력방향으로 폭이 크게 수렴형성되는 제2포집부; 및 상기 출구부의 일측에 경사각(θ)으로 경사지며 중력방향으로 폭이 크게 수렴형성되는 제3포집부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 분리기에 의해 달성될 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조로 하여 상세히 설명한다.

먼저 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 액적 분리기용 분리판은 기본적으로 상술된 바와 같이 장방형 또는 정방형으로 형성되어 외관을 형성하는 몸체(10)를 포함한다. 그 몸체(10)는 물 또는 액적을 포함하는 기체 또는 미스트가 인입되는 입구(12)와, 그 입구(12)에 대향함은 물론 액적이 분리된 공기가 배출되는 출구(14)를 구비한다. 또한 몸체(10)의 하부에는 분리되어 포획된 액적을 배출시키기 위한 배출구(16)가 형성된다.

또한, 몸체(10)의 내측에는 다수의 분리판(18)이 입구(12)에서 출구(14)를 향해 기체의 유동통로를 형성하도록 상호 적정간격으로 이격되어 배치되어 있다. 분리판(18)은 기체의 유입구를 형성하는 인입부(20), 그 인입부(20)에서 소정의 각도로 경사지는 연결부(30) 및 역시 그 연결부(30)로부터 소정의 각도로 경사진 출구부(40)를 포함한다.

분리판(18)의 인입부(20)는 상부에서 하방으로 갈수록 폭이 증가하도록 수렴 형성되는 것이 바람직하다. 보다 상세히 설명하면, 인입부(20)는 그 전방에서 상부에서 하부로 폭이 넓게 수렴하는 삼각형 가이드(22)와, 그 가이드(22)에 다소 경사지게 일체로 형성되는 평행 사변형 본판(24)으로 구성된다.

인입부(20)에 일체로 형성되는 연결부(30)는 그 인입부(20)의 본판(24)에 대응하는 평행사변형으로서 그것에 일체로 굴곡 형성된다.

연결부(30)에 일체로 형성되는 출구부(40)는 그 연결부(30)에 상응하는 평행사변형으로서 역시 그것에 일체로 굴곡 형성되는 본판(42)과, 그 본판(42)에 일체로 형성되며 상부에서 하부로 갈수록 폭이 작게 수렴 형성되는 가이드(44)를 일체로 구비한다.

한편, 인입부(20)와 연결부(30)의 경계부에는 그 곳에 대해 예컨대, 5 내지 60°의 경사각(θ)으로 경사진 제1포집부(50)가 형성된다. 제1포집부(50)는 그 폭이 중력방향을 향해 그 폭이 크게 수렴하도록 형성되는 것이 바람직하다.

그리고, 연결부(30)와 출구부(40)의 경계부에는 역시 예컨대, 5 내지 60°의 경사각(θ)으로 경사진 제2포집부(60)가 형성된다. 제2포집부(50)는 역시 그 폭이 중력방향을 향해 크게 수렴하도록 형성된다.

또한, 출구부(40)의 종단부, 보다 상세하게는 출구부(40)의 본판(42) 과 가이드(44)의 경계부에는 재3포집부(70)가 역시 하방을 향해 그 폭이 증가하도록 수렴 형성된다.

선택적으로, 중력방향으로 폭이 크게 수렴되는 포집부의 크기는 액적 분리기에서 단위 시간당 분리해내는 액적의 양에 상관이 있다. 예컨대, 단위 시간당 분리해 내는 액적의 양이 많은 경우는 중력방향에 따른 포집부의 폭의 수렴정도가 커야하며, 액적의 양이 작은 경우는 상대적으로 포집부의 폭의 수렴정도가 작아질 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 액적 분리기를 이용한 액적 분리방식 및 그 작용모드에 대해 상세히 설명한다.

예컨대, 액적을 분리할 기체를 몸체(10)의 입구(12)로 유입시켜 각각의 분리판(18)사이에 형성된 통로로 통과시키면, 액적들은 각각의 분리판(18)에 접하거나 중력에 의해 포집되어 제거된다.

즉, 입구(12)를 통해 기체에 포함되어 들어와 분리된 액적은 분리판(18)의 인입부(20), 연결부(30) 및 출구부(40)를 지나는 동안 중력 및 그 표면들과의 충돌에 의해 분리되며, 이와 같이 분리된 액적은 부분의 경계부에 소정의 경사각(θ)으로 경사지게 형성된 제1포집부(50), 제2포집부(60) 및 제3포집부(70)에 포집된다. 이와 같이 각각의 포집부(50;60;70)에 포집된 액적은 액적과 포집부의 벽면의 마찰력과 중력에 부가하여, 그 액적의 흐름이 수직에 대해 경사각(θ)으로 밀려지는 힘을 추가로 받게 되어 보다 신속하게 이동된다. 또한, 분리판(18)의 입구부(20) 및 출구부(40)에 형성된 각각 삼각형 가이드(22)(44)는 유입 및 배출되는 기체가 중력방향으로 거의 동시에 벽면 저항을 받을 수 있도록 함으로써, 중력방향으로 발생할 수 있는 와류의 발생을 방지하여 기체를 원활하게 유동시킬 수 있는 것이다.

이와 같이, 액적이 각각의 포집부(50,60,70)를 따라 신속하게 이동됨에 따라 액적이 비산되어 유동중인 기체에 다시 포함되는 것이 방지될 수 있는 것이다.

이후, 분리된 액적은 몸체(10)의 하부에 형성된 배출구(16)를 통해 배출됨과 동시에 액적이 분리된 공기 또는 기체는 출구(14)를 통해 배출되는 것이다.

이와 같은 액적 분리방식에 의하면, 포집부내의 액적 유속이 증가됨에 따라 유로의 면적을 줄일 수 있고, 포집부를 줄일 수 있어 압력손실을 현저히 감소시킬 수 있는 것이다.

특히, 포집부의 폭을 중력방향에 따라 크게 수렴하도록 형성함으로써, 포집되는 액적이 상부에서는 적게 하부에서는 크게 되어 누적되어 하부로 갈수록 액적의 양이 증가되며, 이에 따라 종래의 균일한 크기를 갖는 포집부 상부에서 발생되는 공기 재순환으로 인한 압력 손실 증가 및 포집부 하부에서 발생될 수 있는 액적의 유로 부족으로 인한 액적의 재비산을 방지할 수 있는 것이다.

결과적으로, 본 발명에 따른 액적 분리기에 의하면, 각각의 포집부가 분리판에 경사지게 형성되고 중력하방으로 폭이 크게 수렴하도록 형성됨으로써, 포집된 액적이 신속하게 배출됨은 물론 기체의 유동시 압력손실이 방지되어 액적 분리 및 제거효율이 향상되는 이점이 있다.

Claims (2)

1. 기체가 인입되는 입구, 상기 입구에 대향하며 액적이 분리된 공기가 배출되는 출구 및 분리된 액적을 배출시키기 위한 배출구를 구비하는 몸체와, 상기 몸체의 내측에 일정간격으로 배치되어 상기 몸체로부터 유입되는 기체로부터 액적을 분리 및 포집하기 위한 다수의 분리판을 포함하는 액적 분리기에 있어서, 상기 각각의 분리판은

   기체의 유입구를 형성하는 인입부;

   상기 인입부에 일체로 굴곡 형성되는 연결부;

   상기 연결부에 일체로 굴곡 형성되는 출구부;

   상기 인입부와 연결부의 경계부에 경사각(θ)으로 경사지며 중력방향으로 폭이 크게 수렴형성되는 제1포집부;

   상기 연결부와 출구부의 경계부에 경사각(θ)으로 경사지며 중력방향으로 폭이 크게 수렴형성되는 제2포집부; 및

   상기 출구부의 일측에 경사각(θ)으로 경사지며 중력방향으로 폭이 크게 수렴형성되는 제3포집부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 분리기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 인입부는 상부에서 하부로 폭이 넓게 수렴하는 삼각형 가이드와, 상기 가이드에 일체로 형성되는 평행사변형 본판을 구비하며; 상기 출구부는 상기 연결부에 상응하는 평행사변형 본판과, 상기 본판에 일체로 형성되며 상부에서 하부로 갈수록 폭이 작게 수렴 형성되는 가이드를 구비하며; 상기 각각의 포집부의 경사각(θ)은 5°내지 60°인 것을 특징으로 하는 액적 분리기.