KR100500195B1 - 고온 반응기의 수냉 자켓 - Google Patents

고온 반응기의 수냉 자켓 Download PDF

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곽태헌
윤기수
임연정
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(주)대우건설
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Abstract

본 발명은 고온 반응기의 수냉 자켓(100)에 관한 것으로서, 고온 반응기(10)의 외측면에 설치되며, 내측에 냉각수순환공간(111)을 형성하는 본체(110)와, 본체(110)에 각각 연결되어 냉각수순환공간(111)에 냉각수를 유입 및 배출시키는 유입 포트(120) 및 배출 포트(130)와, 본체(110)의 냉각수순환공간(111)의 하부에 구비되어 냉각수순환공간(111)을 상하로 나누며, 복수의 관통홀(141)이 형성되는 하부 다공성 배플(140)과, 본체(110)의 냉각수순환공간(111)의 상부에 구비되어 냉각수순환공간(111)을 상하로 나누며, 복수의 관통홀(151)이 형성되는 상부 다공성 배플(150)과, 본체(100)에 연결된 유입 포트(120)로부터 하부 다공성 배플(140)에 의해 구획되는 냉각수순환공간(111)의 하부 공간(111a)으로 냉각수 이동을 유도하는 하부 냉각수 유도배플(160)과, 상부 다공성 배플(150)에 의해 구획되는 냉각수순환공간(111)의 상부 공간(111b)으로부터 본체(110)에 연결된 배출 포트(130)로 냉각수 이동을 유도하는 상부 냉각수 유도배플(170)을 포함한다. 따라서 본 발명은, 고온 반응기의 균일한 냉각을 가능하도록 함과 아울러 냉각 효율을 상승시켜서 고온 반응기가 과열되는 것을 방지하는 효과를 가지고 있다.

Description

고온 반응기의 수냉 자켓{WATER COOLING JACKET OF A HIGH-TEMPERATURE REACTOR}
본 발명은 고온 반응기의 수냉 자켓에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 고온 반응기의 균일한 냉각을 가능하도록 함과 아울러 냉각 효율을 상승시켜서 고온 반응기가 과열되는 것을 방지하는 고온 반응기의 수냉 자켓에 관한 것이다.
일반적으로 소각로, 용융로, 성상이 서로 다른 물질의 혼합로 등으로서 반응을 자유롭게 제어할 수 있도록 만들어진 고온 반응기 내측에는 고온의 열을 견디기 위하여 내화재로 시공된다.
고온 반응기 내측을 내화재만으로 시공하는 경우에 외부로의 열손실을 최소화함으로써 고온 반응기의 표면온도를 낮추기 위하여 두꺼운 내화재로 시공되므로 고온 반응기의 부피가 커지며, 무거워진다.
그러므로, 고온 반응기에 시공되는 내화재의 시공 두께를 감소시킴으로써 고온 반응기의 부피 및 크기를 작게 하며, 고온 반응기의 표면온도를 낮추기 위하여 고온 반응기 외측에 냉각수를 사용하는 수냉 자켓이 설치된다.
종래의 냉각수에 의해 표면온도를 낮추는 수냉 자켓이 구비된 고온 반응기를 첨부된 도면을 이용하여 설명하면 다음과 같다.
도 1은 종래의 기술에 따른 수냉 자켓이 구비된 고온 반응기를 도시한 정단면도이고, 도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도로서, 종래의 일실시예에 따른 수냉 자켓이 구비된 고온 반응기를 도시한 단면도이고, 도 3은 도 1의 A-A'선에 따른 단면도로서, 종래의 다른 실시예에 따른 수냉 자켓이 구비된 고온 반응기를 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에서 나타낸 바와 같이, 종래 기술에서 고온 반응기(10)는 반응구역(11)에서 발생되는 고온의 열에 견디기 위하여 내측에 내화 캐스타블(castable)(12)과 단열 캐스타블(13)이 각각 시공되며, 외측에 수냉 자켓(14)이 설치된다.
수냉 자켓(14)은 고온 반응기(10)의 외측면에 설치되는 본체(14a)의 내측에 냉각수순환공간(14b)을 형성하고, 본체(14a)의 하부와 상부에 냉각수순환공간(14b)으로 냉각수를 유입 및 배출시키는 유입 포트(14c) 및 배출 포트(14d)가 각각 설치된다.
유입 포트(14c)를 통해 냉각수순환공간(14b)에 유입된 냉각수는 열교환에 의해 고온 반응기(10)의 고열을 냉각시키고, 배출 포트(14d)를 통해 외부로 배출된다.
배출 포트(14d)를 통해 배출된 냉각수는 냉각되어 필요할 경우 다시 유입 포트(14c)로 순환된다.
한편, 도 3에서 나타낸 바와 같이, 종래의 다른 실시예에 따른 수냉 자켓(15)은 고온 반응기(10)의 외측면에 설치되는 본체(15a)의 냉각수순환공간(15b) 하부와 상부에 복수의 유입 포트(15c) 및 배출 포트(미도시)를 각각 설치하며, 냉각수순환공간(15b)에 각각의 포트(15c)별로 냉각수의 흐름을 유도하기 위한 복수의 격벽(15d)이 수직되게 형성된다.
따라서, 도 3에 나타낸 수냉 자켓(15)은 유입 포트(15c) 각각으로부터 유입된 냉각수가 격벽(15d)에 의해 배출 포트(미도시)로 유도됨으로써 격벽(15d)이 없는 종래의 일실시예에 따른 수냉 자켓(14)에 비해 냉각수의 편류현상에 의한 고온 반응기(10) 표면에서의 온도편차를 줄임으로써 냉각수와 내화재(12,13)의 열전달 효율을 상승시킨다.
그러나, 이와 같은 종래의 고온 반응기(10)의 외측에 설치되는 수냉 자켓(14,15)은 본체(14a,15a)에 냉각수의 유입 및 배출을 위한 유입 포트(14c,15c) 및 배출 포트(14d)를 설치시 유입 포트(14c,15c) 및 배출 포트(14d)의 플랜지(14e,14f,15e)가 고온 반응기(10)의 상단과 하단에 각각 형성된 상부 및 하부 플랜지(16,17)와 간섭을 일으키지 않도록 냉각수순환공간(14b,15b)의 하부와 상부 끝단에 설치되지 못함으로써 냉각수순환공간(14b,15b)의 상단과 하단에 냉각수의 흐름이 정체되는 구간이 발생하게 된다.
따라서, 냉각수순환공간(14b,15b)에 냉각수의 흐름이 정체되는 구간이 형성됨과 함께 균일한 흐름을 유지하지 못함으로써 냉각 자켓(14,15)의 냉각 효율을 저하시키며, 고온 반응기(10)가 과열되는 문제점을 가지고 있었다.
본 발명은 상술한 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 냉각수를 유입 및 배출시키기 위한 각각의 포트를 냉각수순환공간에 연결시 고온 반응기의 상부 및 하부 플랜지와의 간섭을 피하기 위해 냉각수순환공간의 상단과 하단으로부터 이격되어 설치됨으로써 냉각수순환공간의 상단과 하단에 냉각수의 흐름이 정체되는 현상을 억제하며, 격벽에 의해 냉각수의 유입 포트로부터 배출 포트로의 냉각수 흐름을 유도함으로써 고온 반응기의 균일한 냉각을 가능하도록 함과 아울러 냉각 효율을 상승시켜서 고온 반응기가 과열되는 것을 방지하는 고온 반응기의 수냉 자켓에 관한 것이다.
이와 같은 목적을 실현하기 위한 본 발명은, 고온 반응기의 외측면에 설치되어 고온 반응기로부터 발생되는 고열을 냉각시키는 수냉 자켓에 있어서, 고온 반응기의 외측면에 설치되며, 내측에 냉각수순환공간을 형성하는 본체와, 본체에 각각 연결되어 냉각수순환공간에 냉각수를 유입 및 배출시키는 유입 포트 및 배출 포트와, 본체의 냉각수순환공간의 하부에 구비되어 냉각수순환공간을 상하로 나누며, 복수의 관통홀이 형성되는 하부 다공성 배플과, 본체의 냉각수순환공간의 상부에 구비되어 냉각수순환공간을 상하로 나누며, 복수의 관통홀이 형성되는 상부 다공성 배플과, 본체에 연결된 유입 포트로부터 하부 다공성 배플에 의해 구획되는 냉각수순환공간의 하부 공간으로 냉각수 이동을 유도하는 하부 냉각수 유도배플과, 상부 다공성 배플에 의해 구획되는 냉각수순환공간의 상부 공간으로부터 본체에 연결된 배출 포트로 냉각수 이동을 유도하는 상부 냉각수 유도배플을 포함한다.
이하, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 더욱 상세히 설명하기로 한다.
도 4는 본 발명에 따른 고온 반응기의 수냉 자켓을 도시한 정단면도이고, 도 5는 도 4의 B-B'선에 따른 단면도이고, 도 6은 본 발명에 따른 고온 반응기의 수냉 자켓을 도시한 측단면도이고, 도 7은 본 발명에 따른 고온 반응기의 수냉 자켓의 하부를 도시한 부분단면도이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 고온 반응기의 수냉 자켓(100)은 고온 반응기(10)의 외측면에 설치됨과 아울러 내측에 냉각수순환공간(111)이 형성되는 본체(110)와, 냉각수순환공간(111)으로 냉각수를 유입 및 배출시키는 유입 포트(120) 및 배출 포트(130)와, 냉각수순환공간(111)의 하부와 상부에 각각 구비되는 하부 다공성 배플(baffle)(140) 및 상부 다공성 배플(150)과, 유입 포트(120)로부터 하부 다공성 배플(140)에 의해 구획되는 냉각수순환공간(111)의 하부 공간(111a)으로의 냉각수 이동을 유도하는 하부 냉각수 유도배플(160)과, 상부 다공성 배플(150)에 의해 구획되는 냉각수순환공간(111)의 상부 공간(111b)으로부터 배출 포트(130)로의 냉각수 이동을 유도하는 상부 냉각수 유도배플(170)을 포함한다.
본체(110)는 고온 반응기(10)의 외측면에 설치됨으로써 고온 반응기(10)의 외측면을 감싸고, 내측에 냉각수순환공간(111)이 형성되며, 하부와 상부에 냉각수순환공간(111)에 냉각수를 유입 및 배출시키는 유입 포트(120) 및 배출 포트(130)가 각각 설치된다.
유입 포트(120) 및 배출 포트(130)는 본체(110)의 상부와 하부에 각각 플랜지 결합됨으로써 냉각수순환펌프(미도시)에 의해 냉각수를 본체(110)의 냉각수순환공간(111)에 유입 및 배출시킨다.
하부 다공성 배플(140)은 도 5 및 도 7에 도시된 바와 같이, 본체(110)의 냉각수순환공간(111)의 하부에 구비되어 냉각수순환공간(111)을 상하로 나눔으로써 냉각수순환공간(111)내에서 하부 공간(111a)을 구획하며, 냉각수가 상하로 통과할 수 있도록 복수의 관통홀(141)이 형성된다.
상부 다공성 배플(150)은 본체(110)의 냉각수순환공간(111)의 상부에 구비되어 냉각수순환공간(111)을 상하로 나눔으로써 냉각수순환공간(111)내에서 상부 공간(111b)을 구획하며, 냉각수가 상하로 통과할 수 있도록 복수의 관통홀(151)이 형성된다.
하부 냉각수 유도배플(160)은 본체(110)에 연결된 유입 포트(120)로부터 하부 다공성 배플(140)에 의해 구획되는 냉각수순환공간(111)의 하부 공간(111a)으로 냉각수 이동을 유도하도록 하부 공간(111a)과 유입 포트(120)를 연결시켜서 유입 포트(120)와 하부 공간(111a)과의 냉각수 이동 경로를 제공한다.
하부 냉각수 유도배플(160)은 도 7에서 나타낸 바와 같이, 하부 다공성 배플(140)로부터 상방으로 돌출되게 일체로 형성되며, 하부 다공성 배플(140)과는 달리 통공이 형성되지 않는다.
상부 냉각수 유도배플(170)은 상부 다공성 배플(150)에 의해 구획되는 냉각수순환공간(111)의 상부 공간(111b)으로부터 본체(110)에 연결된 배출 포트(130)로 냉각수 이동을 유도하도록 상부 공간(111b)과 배출 포트(130)를 연결시켜서 상부 공간(111b)과 배출 포트(130)와의 냉각수 이동 경로를 제공한다.
상부 냉각수 유도배플(170)은 상부 다공성 배플(150)로부터 하방으로 돌출되게 일체로 형성되며, 상부 냉각수 유도배플(170)과는 달리 통공이 형성되지 않는다.
하부 냉각수 유도배플(160)과 상부 냉각수 유도배플(170)은 도 4 및 도 7에서 나타낸 본 실시예에서처럼 냉각수순환공간(111)내에 설치된다.
통공을 형성하지 않은 하부 냉각수 유도배플(160) 및 상부 냉각수 유도배플(170)에 유입 포트(120) 및 배출 포트(130)가 각각 연결됨으로써 유입 포트(120)로부터 하부 냉각수 유도배플(160)을 통해 냉각수순환공간(111)의 하부 공간(111a)으로 유입된 냉각수는 하부 다공성 배플(140)의 관통홀(141)을 통해 상측으로 이동하여 상부 다공성 배플(150)의 관통홀(151)을 통해 냉각수순환공간(111)의 상부 공간(111b)으로 균일하게 이동하여 상부 냉각수 유도배플(170)을 따라 배출 포트(130)를 통해 용이하게 배출된다.
한편, 본 발명에 따른 고온 반응기(10)의 수냉 자켓(100)은 본체(110)의 냉각수순환공간(111)에 유입 포트(120)로부터 배출 포트(130)로 냉각수의 흐름을 유도하는 격벽(180)이 수직되게 설치됨이 바람직하다.
격벽(180)이 설치되는 본체(110)의 하부와 상부에 유입 포트(120) 및 배출 포트(130)가 각각 복수로 설치되며, 격벽(180)은 유입 포트(120)로부터 유입된 냉각수의 흐름을 배출 포트(130)로 유도하도록 냉각수순환공간(111)에 수직되게 복수로 구비된다. 따라서, 유입 포트(120)로 유입된 냉각수는 하부 다공성 배플(140)의 관통홀(141)과 상부 다공성 배플(150)의 관통홀(151)을 통해 배출 포트(130)로 가이드되어 원활한 순환이 되도록 한다.
이와 같은 구조로 이루어진 고온 반응기의 수냉 자켓(100)의 동작은 다음과 같이 이루어진다.
유입 포트(120)를 통해 유입된 냉각수는 통공을 형성하지 않은 하부 냉각수 유도배플(160)을 따라 냉각수순환공간(111)의 하단까지 도달하여 하부 다공성 배플(140)에 의해 구획된 냉각수순환공간(111)의 하부 공간(111a)을 채우게 되며, 냉각수순환공간(111)의 하부 공간(111a)을 채운 냉각수는 하부 다공성 배플(140)의 관통홀(141)을 상방으로 통과하여 냉각수순환공간(111)으로 지속적으로 유입됨에 따라 점점 차올라서 상부 다공성 배플(150)의 관통홀(151)을 상방으로 통과하여 상부 다공성 배플(150)에 의해 구획된 냉각수순환공간(111)의 상부 공간(111b)으로 이동한다.
냉각수순환공간(111)의 상부 공간(111b)으로 이동한 냉각수는 냉각수순환공간(111)의 상단까지 도달하여 통공을 형성하지 않은 상부 냉각수 유도배플(170)을 따라 배출 포트(130)로 배출된다.
하부 냉각수 유도배플(160)과 상부 냉각수 유도배플(170)이 통공을 형성하지 않음으로써 유입 포트(120)로부터 냉각수순환공간(111)의 하부공간(111a)으로, 냉각수순환공간(111)의 상부공간(111b)으로부터 배출 포트(130)로의 냉각수 이동을 유도할 수 있다.
한편, 유입 포트(120) 및 하부 냉각수 유도배플(160)을 통해 냉각수순환공간(111)으로 유입된 냉각수는 격벽(140)에 의해 상부 냉각수 유도배플(170) 및 배출 포트(130)로 가이드되어 편류현상없이 원활하게 배출된다.
배출 포트(130)에 의해 배출된 냉각수는 필요할 경우 냉각수순환펌프(미도시)에 의해 순환됨으로써 냉각되어 유입 포트(120)로 다시 공급된다.
이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 냉각수를 유입 및 배출시키기 위한 각각의 포트(120,130)를 냉각수순환공간(111)에 연결시 고온 반응기(10)의 상부 및 하부 플랜지(16,17)와의 간섭을 피하기 위해 냉각수순환공간(111)의 상단과 하단으로부터 이격되어 설치됨으로써 냉각수순환공간(111)의 상단과 하단에 냉각수의 흐름이 정체되는 현상은 냉각수가 하부 및 상부 다공성 배플(140,150)과 하부 및 상부 냉각수 유도배플(160,170)에 의해 냉각수순환공간(111)의 상단과 하단까지 순환됨으로써 억제된다.
또한, 격벽(180)에 의해 냉각수의 유입 포트(120)로부터 배출 포트(130)로의 냉각수 흐름을 유도함과 동시에 하부 다공성 배플(140)의 관통홀(141)을 통하여 냉각수가 균일하게 유입됨으로써 냉각수순환공간(111)에서의 냉각수 순환을 원활하게 한다.
그러므로, 고온 반응기(10)의 균일한 냉각을 가능하도록 함과 아울러 냉각 효율을 상승시켜서 고온 반응기(10)가 과열되는 것을 방지하고, 고온 반응기(10)에서 운전중 계속해서 고온을 차단하는 내화재(12,13)의 시공량을 현저하게 감소시킴과 아울러 고온 반응기(10)의 크기를 작게 하며, 고온 반응기(10) 외측의 표면온도를 주변 작업자가 접촉시에 상해를 입지 않도록 항상 약 60℃ 이하로 유지되도록 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 고온 반응기의 수냉 자켓은 냉각수를 유입 및 배출시키기 위한 각각의 포트를 냉각수순환공간에 연결시 고온 반응기의 상부 및 하부 플랜지와의 간섭을 피하기 위해 냉각수순환공간의 상단과 하단으로부터 이격되어 설치됨으로써 냉각수순환공간의 상단과 하단에 냉각수의 흐름이 정체되는 현상을 억제하며, 격벽에 의해 냉각수의 유입 포트로부터 배출 포트로의 냉각수 흐름을 유도함으로써 고온 반응기의 균일한 냉각을 가능하도록 함과 아울러 냉각 효율을 상승시켜서 고온 반응기가 과열되는 것을 방지하는 효과를 가지고 있다.
이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 고온 반응기의 수냉 자켓을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에서 청구하는 바와 같이 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.
도 1은 종래의 기술에 따른 수냉 자켓이 구비된 고온 반응기를 도시한 정단면도이고,
도 2는 도 1의 A-A'선에 따른 단면도로서, 종래의 일실시예에 따른 수냉 자켓이 구비된 고온 반응기를 도시한 단면도이고,
도 3은 도 1의 A-A'선에 따른 단면도로서, 종래의 다른 실시예에 따른 수냉 자켓이 구비된 고온 반응기를 도시한 단면도이고,
도 4는 본 발명에 따른 고온 반응기의 수냉 자켓을 도시한 정단면도이고,
도 5는 도 4의 B-B'선에 따른 단면도이고,
도 6은 본 발명에 따른 고온 반응기의 수냉 자켓을 도시한 측단면도이고,
도 7은 본 발명에 따른 고온 반응기의 수냉 자켓의 하부를 도시한 부분단면도이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
110 : 본체 111 : 냉각수순환공간
111a : 하부 공간 111b : 상부 공간
120 : 유입 포트 130 : 배출 포트
140 : 하부 다공성 배플 141 : 관통홀
150 : 상부 다공성 배플 151 : 관통홀
160 : 하부 냉각수 유도배플 170 : 상부 냉각수 유도배플
180 : 격벽

Claims (2)

  1. 고온 반응기에 설치되어 고온 반응기로부터 발생되는 고열을 냉각시키는 수냉 자켓에 있어서,
    상기 고온 반응기의 외측면에 설치되며, 내측에 냉각수순환공간을 형성하는 본체와,
    상기 본체에 각각 연결되어 상기 냉각수순환공간에 냉각수를 유입 및 배출시키는 유입 포트 및 배출 포트와,
    상기 본체의 냉각수순환공간의 하부에 구비되어 상기 냉각수순환공간을 상하로 나누며, 복수의 관통홀이 형성되는 하부 다공성 배플과,
    상기 본체의 냉각수순환공간의 상부에 구비되어 상기 냉각수순환공간을 상하로 나누며, 복수의 관통홀이 형성되는 상부 다공성 배플과,
    상기 본체에 연결된 상기 유입 포트로부터 상기 하부 다공성 배플에 의해 구획되는 상기 냉각수순환공간의 하부 공간으로 냉각수 이동을 유도하는 하부 냉각수 유도배플과,
    상기 상부 다공성 배플에 의해 구획되는 상기 냉각수순환공간의 상부 공간으로부터 상기 본체에 연결된 상기 배출 포트로 냉각수 이동을 유도하는 상부 냉각수 유도배플
    을 포함하는 고온 반응기의 수냉 자켓.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 본체는,
    하부와 상부에 상기 유입 포트 및 상기 배출 포트가 각각 복수로 설치되며, 상기 유입 포트로부터 상기 배출 포트로 냉각수의 흐름을 유도하도록 상기 냉각수순환공간에 복수의 격벽이 수직되게 형성되는 것을 특징으로 하는 고온 반응기의 수냉 자켓.
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