KR101195364B1 - 유체분리기 - Google Patents

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KR101195364B1 KR1020120004921A KR20120004921A KR101195364B1 KR 101195364 B1 KR101195364 B1 KR 101195364B1 KR 1020120004921 A KR1020120004921 A KR 1020120004921A KR 20120004921 A KR20120004921 A KR 20120004921A KR 101195364 B1 KR101195364 B1 KR 101195364B1
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Abstract

본 발명에 따르면, 서로 반대 방향으로 절곡되고 교번하여 배치되고 서로 곡률이 동일하고 연속적으로 연결된 사인(sine) 파형 또는 코사인(cosine) 파형을 이루는 제1 및 제2 베이스 절곡부를 각각 구비하는 베이스판; 및 서로 반대 방향으로 절곡되고 교번하여 배치되며 서로 곡률이 동일하고 연속적으로 연결된 사인(sine) 파형 또는 코사인(cosine) 파형을 이루는 제1 및 제2 가이드 절곡부를 각각 구비하는 것으로, 상기 베이스판과 곡률이 동일하되 수직 및 수평 절편값을 달리하여 배치되어 상기 베이스판과 접촉하여 폐쇄부를 형성하고, 중간부에 상기 폐쇄부와 연통하는 개구부가 형성되는 가이드판을 포함하는 베인이 복수개로서 평행하게 배치되는 유체분리기를 제공한다.
상기와 같이 구성된 본 발명은, 유체분리기의 유로를 형성하는 베이스판이 곡면으로 형성되어, 유체분리기로 유입된 유체의 구성 성분이 밀도차에 따라 분리될 때, 유로 상에서의 유체의 압력 손실을 감소시켜, 이에 따라 유체 분리 효율을 향상시키는 효과가 있다.

Description

유체분리기{Apparatus for fluid separation}
본 발명은 유체분리기에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유체 분리를 위해 유입된 유체의 성분을 밀도차에 의한 분리 시, 유로 상에서의 유체의 압력 저하를 방지할 수 있는 유체분리기에 관한 것이다.
유체(Fluid)는 기체와 액체를뜻하고, 지구상에서 대표적인 유체는 물과 공기로 혼합 유체로 존재한다. 습분과 증기, 유분과 유증기, 안개, 에어졸이나 유분과 공기 등 2상 혼합 유체로 분류한다. 매연, 검댕, 먼지 등 입자상물질은 비록 고체이지만 유체와 유사하게 거동하므로 공기와 함께 혼합 유체로 해석할 수 있다. 그리고 분리(Separation)는 밀도차로 물리적으로 분리한다는 것을 나타낸다. 따라서 본 발명에서 유체 분리(Fluid Separation)는 이러한 다양한 혼합 유체를 물리적으로 분리하는 것을 총칭한다.
습증기는 기체인 증기와 액체인 습분의 혼합 유체이다. 습분은 자연계에서는 안개, 구름 등으로 표현하며, 크기를 가지는 액체로서, 산업에 이용하기 위하여 증기에 혼합되어 있는 습분을 물리적으로 분리할 필요가 있다.
일반적으로, 원자력 발전소 또는 화력 발전소에서 사용되는 고압터빈(High Pressure Turbine)과 저압터빈(Low Pressure Turbine) 사이에 습분분리기가 설치되어 있으며, 습분분리기는 증기 내에 포함되어 있는 유체인 습분(Moisture)을 제거하는 역활을 한다.
여기서, 습분분리기는 혼합 유체인 습증기에서 습분과 증기를 물리적으로 분리하는 역할을 하므로 유체분리기의 일종이다
이와 같이, 상기 습분분리기를 사용해서 습분을 제거하는 이유는 증기터빈의 효율을 향상시킴과 동시에 터빈 블레이드(Turbine Blade)의 침식문제를 최소화시켜 블레이드의 수명을 증대시키기 위함이다.
도 1은 저압터빈으로 유입되는 증기의 압력과 저압터빈의 출력 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 1을 참조하면, 저압터빈으로 유입되는 증기의 압력과 저압터빈의 출력은 서로 비례함을 알 수 있다.
따라서, 원자력 발전소 또는 화력 발전소의 저압터빈의 출력을 향상시키기 위해서는, 유체분리기 즉 습분분리기에서 습분를 분리할 때, 습분분리기에서의 증기의 압력 손실 정도를 가능한 적게 하는 것이 필요하다. 그러나, 블레이드의 수명 증대를 위하여 습분 분리 성능을 강화시키면, 저압 터빈으로 유입되는 증기의 압력손실이 증대되는 문제점이 있다.
이러한 필요를 해결하기 위하여 대한민국 등록특허 313574호에는 '습분 제거용 제습베인'이 개시되었다. 상기한 기술에서는 사다리꼴 절곡부가 형성된 베이스판과 베이스판에 부착되는 포켓판을 주요 구성 요소로 포함하고 있다.
상기한 기술의 경우, 베이스판의 절곡부와 포켓판은 습증기가 통과하는 경로의 절곡 부위가 각진 형태로 이루어져 있어, 습증기가 통과하면서 많은 저항이 걸리는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서는 베인 측으로 통과하는 유체의 압력손실을 줄일 필요가 있다.
본 발명은 상기한 필요성을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 유체분리기로 유입된 유체에서 밀도차에 따라 구성 성분의 분리 시, 유로 상에서의 유체의 압력 손실을 감소시켜 유체 분리 효율을 향상시킬 수 있는 유체분리기를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제1 측면에 따르면, 서로 반대 방향으로 절곡되고 교번하여 배치되고 서로 곡률이 동일하고 연속적으로 연결된 사인(sine) 파형 또는 코사인(cosine) 파형을 이루는 제1 및 제2 베이스 절곡부를 각각 구비하는 베이스판; 및 서로 반대 방향으로 절곡되고 교번하여 배치되며 서로 곡률이 동일하고 연속적으로 연결된 사인(sine) 파형 또는 코사인(cosine) 파형을 이루는 제1 및 제2 가이드 절곡부를 각각 구비하는 것으로, 상기 베이스판과 곡률이 동일하되 수직 및 수평 절편값을 달리하여 배치되어 상기 베이스판과 접촉하여 폐쇄부를 형성하고, 중간부에 상기 폐쇄부와 연통하는 개구부가 형성되는 가이드판을 포함하는 베인이 복수개로서 평행하게 배치되는 유체분리기를 제공한다.
상기 베이스판과 상기 가이드판 사이에 직교하는 방향으로 배치되어 상기 폐쇄부를 양분하는 격판을 더 포함할 수 있다.
상기 개구부는 상기 제2 가이드 절곡부측에 형성될 수 있다.
상기 제1 베이스 절곡부 측에 형성되는 보조 개구부를 더 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제2 측면에 따르면, 서로 반대 방향으로 절곡되고 교번하여 배치되고 서로 곡률이 동일하고 연속적으로 연결된 사인(sine) 파형 또는 코사인(cosine) 파형을 이루는 제1 및 제2 베이스 절곡부를 각각 구비하며 서로 일정한 이격거리로서 배치되는 한 쌍의 베이스판; 및 서로 반대 방향으로 절곡되고 교번하여 배치되며 서로 곡률이 동일하고 연속적으로 연결된 사인(sine) 파형 또는 코사인(cosine) 파형을 이루는 제1 및 제2 가이드 절곡부를 각각 구비하는 것으로 상기 베이스판과 곡률이 동일하되 수직 및 수평 절편값을 달리하여 배치되어 양단이 상기 베이스판과 접촉하여 양측으로 폐쇄부를 형성하는 가이드판을 포함하고, 상기 한 쌍의 베이스판에 상기 폐쇄부와 각각 연통하는 제1 및 제2 개구부를 포함하는 베인이 복수개로서 평행하게 배치되는 유체 분리기를 제공한다.
상기 제1 개구부는 상기 제2 베이스판의 제2 베이스 절곡부 하강부위에 형성되고, 상기 제2 개구부는 상기 제1 베이스판의 제1 절곡부 상승부위에 형성될 수 있다.
상기 베이스판과 상기 가이드판 사이에 직교하는 방향으로 배치되어 상기 폐쇄부를 양분하는 격판을 더 포함할 수 있다.
양측으로는 유선형의 가이드면이 서로 대칭하는 형태로 배치되고, 전단과 후단은 첨단으로 형성되며 상기 베이스판의 단부에 결합하는 안내 베인을 더 포함할 수 있다.
상기 가이드 절곡부 측에 형성되는 보조 개구부를 더 포함할 수 있다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 제3 측면에 따르면, 서로 반대 방향으로 절곡되고 교번하여 배치되고 서로 곡률이 동일하고 연속적으로 연결된 사인(sine) 파형 또는 코사인(cosine) 파형을 이루는 제1 및 제2 베이스 절곡부를 각각 구비하며 서로 일정한 이격거리로서 배치되는 한 쌍의 베이스판; 및 서로 반대 방향으로 절곡되고 교번하여 배치되며 서로 곡률이 동일하고 연속적으로 연결된 사인(sine) 파형 또는 코사인(cosine) 파형을 이루는 제1 및 제2 가이드 절곡부를 각각 구비하는 것으로 상기 베이스판과 곡률이 동일하되 수직 및 수평 절편값을 달리하여 배치되는 가이드판이 상기 한 쌍의 베이스판 사이에 위치되도록 배치하되, 상기 가이드판의 제1 가이드 절곡부에 상기 제1 베이스판의 제2 베이스 절곡부와 제1 베이스 절곡부 및 상기 가이드판의 제2 가이드 절곡부가 차례대로 연결되도록 하고, 상기 제1 베이스판의 제2 베이스 절곡부의 양단부 및 중간부에는 상기 제2 베이스판에 직교하는 방향으로 격벽이 각각 배치되어 폐쇄부를 형성하며, 상기 제2 베이스판의 제2 베이스 절곡부의 하방 부위와 상기 제1 베이스판의 제2 베이스 절곡부에 상기 폐쇄부와 연통되는 개구부가 각각 형성되는 베인이 복수개로서 평행하게 배치되는 유체 분리기를 제공한다.
상기 가이드판의 제1 가이드 절곡부 상에는 상기 폐쇄부와 연통하는 보조 개구부가 더 포함될 수 있다.
상기와 같은 본 발명은, 유체분리기의 유로를 형성하는 베이스판이 곡면으로 형성되어, 유체분리기로 유입된 유체의 구성 성분이 밀도차에 따라 분리될 때, 유로 상에서의 유체의 압력 손실을 감소시켜, 유체 분리 효율을 향상시키는 효과가 있다.
도 1은 저압터빈으로 유입되는 증기의 압력과 저압터빈의 출력 간의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체분리기용 베인의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체분리기용 베인의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 베인을 사용하는 유체분리기의 사용 상태를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체분리기용 베인의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체분리기용 베인의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체분리기용 베인의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체분리기용 베인을 사용하는 유체분리기의 사용 상태를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 유체분리기용 베인을 사용하는 유체분리기의 사용 상태를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 유체분리기용 베인의 구성을 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 유체분리기용 베인의 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명에 따른 제1 내지 제7 실시예에 따른 베인의 사용에 의한 유체 분리기의 효율을 나타내는 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체분리기용 베인의 구성을 나타내는 도면이고, 도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체분리기용 베인의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2와 도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 유체분리기용 베인은 베이스판(110)과 가이드판(120)을 포함한다.
베이스판(110)은 제1 베이스 절곡부(112)와 제2 베이스 절곡부(114)가 교번하여 연속적으로 연결되어 이루어진다.
여기서, 제1 베이스 절곡부(112)와 제2 베이스 절곡부(114)는 서로 반대 방향으로 절곡된다. 다만, 제1 베이스 절곡부(112)와 제2 베이스 절곡부(114)의 곡률은 서로 동일한 것이 바람직하다.
제1 베이스 절곡부(112)와 제2 베이스 절곡부(114)가 교번하며 연속적으로 연결되는 베이스판(110)의 단면은 사인(sine) 파형을 이루는 것을 알 수 있다. 따라서, 제1 베이스 절곡부(112)의 하강부위는 제2 베이스 절곡부(114)의 하강부위와 연결되고, 제2 베이스 절곡부(114)의 상승 부위는 제1 베이스 절곡부(112)의 상승 부위와 연결된다. 여기서, 하강 부위와 상승 부위는 가상의 X축 값의 증가를 기준으로 하여, Y축의 값이 감소하거나 증가하는 구간을 나타내는 것으로서, 이는 후술하는 가이드판(120)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다. 본 실시예에서 베이스판(110)은 사인 파형을 이루고 있으나, 사용자의 필요에 따라서는 코사인(cosine) 파형을 이룰 수도 있다.
여기서, 베이스판(110)의 제1 베이스 절곡부(112)와 제2 베이스 절곡부(114)의 파장과 진폭의 비율은 유체의 통과가 용이하게 이루어지는 범위에서 사용자의 필요에 따라 다양하게 변화될 수 있다.
가이드판(120)이 배치된다.
가이드판(120)은 제1 가이드 절곡부(122)와 제2 가이드 절곡부(124)가 교번하여 연속적으로 연결되어 이루어진다.
여기서, 제1 가이드 절곡부(122)와 제2 가이드 절곡부(124)는 서로 반대 방향으로 절곡된다. 다만, 제1 가이드 절곡부(122)와 제2 가이드 절곡부(124)의 곡률은 서로 동일한 것이 바람직하다.
제1 가이드 절곡부(122)와 제2 가이드 절곡부(124)가 교번하며 연속적으로 연결되는 가이드판(120)의 단면은 사인(sine) 파형을 이루는 것을 알 수 있다. 따라서, 제1 가이드 절곡부(122)의 하강부위는 제2 가이드 절곡부(124)의 하강부위와 연결되고, 제2 가이드 절곡부(124)의 상승 부위는 제1 가이드 절곡부(122)의 상승 부위와 연결된다. 본 실시예에서 가이드판(120)은 사인(sine) 파형을 이루고 있으나, 사용자의 필요에 따라서는 코사인(cosine) 파형으로 형성하여도 무방하다.
그리고, 제1 가이드 절곡부(122)와 제2 가이드 절곡부(124)는 제1 베이스 절곡부(112)와 제2 베이스 절곡부(114)와 각각 동일한 곡률로 형성되므로, 제1 베이스 절곡부(112)와 제2 베이스 절곡부(114)를 구비하는 베이스판(110)과 제1 가이드 절곡부(122)와 제2 가이드 절곡부(124)를 구비하는 가이드판(120)은 서로 동일한 크기로 형성될 수 있다.
한편, 가이드판(120)은 베이스판(110)과 동일한 형상과 크기로 형성되지만, 베이스판(110)과는 수직 및 수평 절편값을 달리하여 배치된다. 즉, Y축 상의 절편와 X축 상의 위상차를 달리하여 배치된다. 따라서, 가이드판(120)은 양단이 일측의 베이스판(110)과 접촉하며, 폐쇄부(130)를 형성한다. 이때, 서로 접촉하는 부분에는 용접 작업이 수행되어 유체의 흐름이 나타나지 않도록 한다.
그리고, 가이드판(120)의 일측으로는 폐쇄부(130)와 연통하는 개구부(126)가 형성된다. 이때, 개구부(126)는 제2 가이드 절곡부(124) 측에 형성된다. 여기서, 개구부(126)는 유체의 이동 중, 이동 방향이 변화되는 부분에 위치되어 있어 밀도차가 발생하여 유체에 포함되어 있는 성분이 분리될 수 있도록 한다.
개구부(126)는 가이드판(120)의 제2 가이드 절곡부(124)의 하강부위에 형성되는 것이 바람직하다.
폐쇄부(130)는 베이스판(110)을 따라 흐르는 유체에서 분리된 성분이 모여진다. 유체에서 분리된 성분이 일정 이상 모여지면 별도의 기구를 사용하여 외부로 배출한다.
개구부(126)는 제2 가이드 절곡부(124)의 하강부위 길이의 대략 1/2 정도로 형성될 수 있으나, 이에 한정하지 않고 사용자의 필요, 제작상의 용이함, 설치 장소 및 분리 대상인 유체의 밀도 등에 따라 다양하게 형성될 수 있다.
도면상에는, 사인파(sine wave) 형태의 베이스판(110)과 가이드판(120)이 각각 2주기로 구성됨을 도시되어 있으나, 사용자의 필요에 따라 1주기, 3주기, 4주기 등으로 구성될 수 있다. 여기서, 다시 도 2를 살펴보면, 베이스판(110)과 가이드판(120)은 가상의 X-Y축 상에 배치된 상태임을 알 수 있다. 도면상에서, 베이스판(110)과 가이드판(120)은 X축 상의 값이 증가함에 따라, Y축의 값이 +값과 -값으로 교차하여 변화함을 알 수 있다.
여기서, '주기'는 원점에서 시작한 베이스판(110)과 가이드판(120)의 Y축값이 X축값의 변화에 따라 +값과 -값을 차례대로 가진 후, 다시 0에 도달하는 것을 나타낸다. 따라서, 베이스판(110)과 가이드판(120)이 각각 2주기로 구성된다는 것은, 사인파 형태의 베이스판(110)과 가이드판(120)이 포함하는 폐쇄부, 격판, 개구부와 같은 모든 구성 요소가 베이스판(110)과 가이드판(120)이 X축값의 진행에 대응하여 Y축값의 +와 - 변화가 2회 반복하는 구간 내에 배치됨을 나타낸다. 또한, 3주기로 구성된다는 것은 베이스판(110)과 가이드판(120)이 포함하는 모든 구성 요소가 Y축값의 +와 - 변화가 3회 반복하는 구간 내에 배치됨을 나타낸다. 여기서 설명하는 주기는 후술하는 구성에도 동일하게 적용될 수 있다.
가이드판(110)과 베이스판(120)은 금속 또는 합성수지의 재질을 사용하고 있고, 표면에는 폴리테트라플루오르에틸렌(Polytetrafluoroethlene, PTEE) 또는 이의 주성분으로 한 혼합물이 코팅되는 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 베인을 사용하는 유체분리기의 사용 상태를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 제1 실시예에 따른 유체분리기 베인(100)은 베이스판(110)이 복수개로 배치되어 있음을 도시하고 있다. 도면에 의하면, 베이스판(110)이 3개가 배치되어 베인(100)을 구성하고 있다.
베이스판(110)은 서로 일정간 이격거리를 두고 배치된다. 베이스판(110)과 베이스판(110) 사이의 이격공간은 유체가 통과하는 통과 유로(150)를 이룬다. 여기서, 베이스판(110)의 배치 개수와 간격은 사용자의 필요에 따라 다양하게 설정될 수 있다.
외부에서 유입된 혼합 유체가 통과 유로(150)로 유입된다. 도면에서 화살표는 혼합 유체의 흐름을 나타낸다. 통과 유로(150)는 베이스판(110)의 형상에 따라 유체의 통과 방향이 교번하여 변경된다. 따라서, 혼합 유체가 통과 유로(150)를 지나는 도중 유로가 변경되는 지점에서 유체의 흐름의 방향이 변화되면서 혼합 유체에 포함되어 있는 성분은 밀도차에 따라 분리된다. 이때, 혼합 유체에 포함되어 있는 성분 중 밀도가 큰 성분이 먼저 분리되고, 분리된 성분은 폐쇄부(130) 로 유입된다. 분리된 성분이 폐쇄부(130)에 일정 이상 누적되면 별도의 기구를 사용하여 외부로 배출한다.
도 5는 본 발명의 제2 실시예에 따른 유체분리기용 베인의 구성을 나타내는 도면이다. 여기서, 이전의 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5를 참조하면, 베이스판(110)과 가이드판(120)이 서로 연결되어 형성되는 폐쇄부(130)의 내측으로는 격판(140)이 배치된다.
격판(140)은 폐쇄부(130)의 내측에 베이스판(110)과 가이드판(120)에 대하여 직교하는 방향으로 배치되어 폐쇄부(130)를 소정의 크기로 양분할 수 있다.
도면에 도시된 바와 같이, 격판(140)은 베이스판(110)과 가이드판(120)이 서로 접촉하며 형성하는 폐쇄부(130) 각각에 모두 배치될 수 있다.
격판(140)의 배치에 의해 폐쇄부(130)는 사용자가 필요로 하는 크기로 한정될 수 있다.
상기한 실시예의 작용은 이전의 실시예와 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 유체분리기용 베인의 구성을 나타내는 도면이다. 여기서, 이전의 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 6을 참조하면, 베이스판(110)의 제1 베이스 절곡부(112) 상에 보조 개구부(127)가 형성된다. 보조 개구부(127)는 격판(140)에 의해 양분된 폐쇄부(130) 중 제1 베이스 절곡부(112)와 제1 가이드 절곡부(122) 사이의 폐쇄부(130)가 외부와 연통되도록 한다.
개구부(126)와 보조 개구부(127)에 의해 외부와 연통하는 폐쇄부(130)로는 혼합 유체가 포함하는 성분 중에서 밀도가 큰 성분이 먼저 분리되어 유입된다.
상기한 실시예의 작용은 이전의 실시예와 유사하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 7은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체분리기용 베인의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체분리기용 베인(200)은 한 쌍의 베이스판(210)과 단일개의 가이드판(220)을 포함한다. 본 실시예의 구성 중 이전의 실시예와 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명은 생략하고, 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
한 쌍의 베이스판(210)은 서로 일정한 거리로 이격된 상태에서, Y축 상에서의 높이를 달리하여 배치된다.
여기서, Y축 상에서 높은 위치의 베이스판(210)은 제1 베이스판(210a)으로, Y축 상에서 낮은 위치의 베이스판(210)은 제2 베이스판(210b)으로 상정하여 설명하기로 한다. 이때, 제1 베이스판(210a)과 제2 베이스판(210b)은 서로 동일한 곡률로서 형성된다.
제1 베이스판(210a)과 제2 베이스판(210b)은 서로 곡률이 동일하고 절곡 방향이 서로 교번하며 반대인 제1 및 제2 베이스 절곡부(212a, 214a, 212b, 214b)를 포함한다.
또한, 한 쌍의 베이스판(210) 상에는 각각 제1 및 제2 개구부(216a, 216b)가 형성된다.
제1 개구부(216a)는 제2 베이스판(210b)의 제2 베이스 절곡부(214b)의 하강부위에 형성되고, 제2 개구부(216b)는 제1 베이스판(210a)의 제1 베이스 절곡부(212a)의 상승부위에 형성된다.
가이드판(220)은 제1 베이스판(210a)과 제2 베이스판(210b) 사이에 배치된다. 이때, 가이드판(220)은 서로 곡률이 동일하고 절곡 방향이 서로 교번하며 반대인 제1 및 제2 가이드 절곡부(222, 224)를 포함한다.
가이드판(220)은 제1 베이스판(210a)과 제2 베이스판(210b)과 동일한 곡률로 형성되지만, 수직 및 수평 절편값을 달리하여 배치된다. 즉, 가이드판(220)은 제1 베이스판(210a)과 제2 베이스판(210b)는 위상차 즉, X 축과 Y축 상의 위치를 달리하여 배치됨으로써, 가이드판(220)은 베이스판(210)과 접촉하며 폐쇄부(230)를 형성한다.
이를 보다 상세히 살펴보면, 진폭 A(A=1), y절편 C(C=2/5)인 제1 베이스판(210a)은 Y1(y1=sin kx+2/5)로 배치되고, 진폭 A(A=1)인 제2 베이스판(210b)는 Y2(y2=sin kx)를 배치된다. 그리고, 진폭 A(A=1), y절편 C(C=1/5)인 가이드판(220)은 Y3(y3=sin(kx+θ)+1/5)의 위상(θ)를 -11°～-12°로 변화시키면 제1 베이스판(210a)과 제2 베이스판(210b)과 서로 만나 폐곡선을 만들어지고, 주기에 비례하여 폐곡선을 연속해서 만들어지며, 판 두께를 고려한 폐곡선을 만들 수 있다.
제1 베이스판(210a)에서 첫 주기의 제1 베이스 절곡부(212a)의 상승부위의 길이는 제2 베이스판(210b)에서 첫 주기의 제1 베이스 절곡부(212b) 상승부위의 길이보다 짧을 수 있다.
제1 베이스판(210a)에서 마지막 주기의 제2 베이스 절곡부(214a)는 생략할 수 있다.
도면상에는, 사인파 형태의 베이스판(210)과 가이드판(220)이 각각 2주기로 구성됨을 도시되어 있으나, 사용자의 필요에 따라 3주기, 4주기 등으로 구성될 수 있다. 여기서, 베이스판(210)과 가이드판(220)의 형태를 나타내는 주기는 이전의 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 유체분리기용 베인을 사용하는 유체분리기의 사용 상태를 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 제4 실시예에 따른 유체분리기용 베인에 의해 구성되는 유체 분리기는 제1 및 제2 베이스판(210a, 210b)을 포함하는 베이스판(210)이 일정한 이격 거리로서 복수개로 배치되어 이루어짐을 알 수 있다.
제4 실시예에 따른 베인을 사용하는 유체 분리기에서, 혼합 유체가 통과 유로(250)를 지나면서, 밀도가 큰 성분이 먼저 분리된 후, 제1 및 제2 개구부(216a, 216b)를 통해 폐쇄부로 유입되는 것은 이전의 실시예와 동일하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 9는 본 발명의 제5 실시예에 따른 유체분리기용 베인을 사용하는 유체분리기의 사용 상태를 나타내는 도면이다. 여기서, 이전의 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 9를 참조하면, 유체 분리기에서 사용하는 베인(200)은 베이스판(210)과 가이드판(220)을 포함하고, 베인(200)의 단부에 안내 베인(260)이 연결되어 있음을 도시하고 있다.
안내 베인(260)은 유체가 유입되는 방향으로 배치되는 것이 바람직하다. 이때, 안내 베인(260)은 유입되는 유체의 압력에 의해 고정 상태가 변화되지 않도록 베인(200)과 견고히 고정되는 것이 바람직하다.
안내 베인(260)은 양측에 유선형의 가이드면이 서로 대칭하는 형태로 배치되고, 양측의 가이드면이 서로 교차하는 전단과 후단은 첨단의 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 베인측으로 유입되는 유체의 흐름에 영향을 주지 않는다면 안내 베인(260)의 전단과 후단은 라운드 형태가 되어도 무방하다.
여기서, 안내 베인(200)의 길이는 두께의 2배 내지 6배로 형성되는 것이 바람직하지만, 사용자의 필요에 따라 변경될 수 있다.
안내 베인(200)은 유입되는 유체의 유동 압력 상승에 도움을 줄 수 있다.
도 10은 본 발명의 제6 실시예에 따른 유체분리기용 베인의 구성을 나타내는 도면이다. 여기서, 이전의 실시예와 동일한 구성에 대해서는 동일한 부호를 사용하고 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 10을 참조하면, 제2 베이스판(210b)의 제1 베이스 절곡부(212b) 하강 부위와 가이드판(220)의 제1 가이드 절곡부(222)의 하강 부위를 연결하는 격판(240)이 배치되어 있음을 알 수 있다. 격판(240)은 가이드판(220)과 제2 베이스판(210b)이 서로 연결되어 형성되는 폐쇄부를 양분한다.
가이드판(220)의 제1 가이드 절곡부(222) 상승부위에 보조 개구부(227)가 형성된다. 보조 개구부(227)는 격판(240)에 의해 양분된 폐쇄부(230) 중 가이드판(220)의 제1 가이드 절곡부(222)와 제2 베이스판(210b)의 제1 절곡부(212b) 사이의 폐쇄부(230)가 외부와 연통되도록 한다.
제1 베이스판(210a)에서 첫 주기의 제1 베이스 절곡부(212a)는 생략할 수 있다.
도 10에 도시된 실시예를 살펴보면, 격판(240)은 여러 폐쇄부중 일측 단부의 폐쇄부에만 배치되어 있으나, 사용자의 필요에 따라서는 모든 폐쇄부에 형성될 수 있다.
도 11은 본 발명의 제7 실시예에 따른 유체분리기용 베인의 구성을 나타내는 도면이다.
본 실시예의 구성 중 이전의 실시예와 동일한 구성에 대해서는 상세한 설명은 생략하고, 차이가 있는 부분에 대해서만 설명하기로 한다.
도 11을 살펴보면, 본 발명의 제7 실시예에 따른 유체분리기용 베인(200)은 한 쌍의 베이스판(210), 단일개의 가이드판(220)과 복수개의 격판(240)을 포함하되, 가이드판(220)의 제1 가이드 절곡부(222)에 제1 베이스판(210a)의 제2 베이스 절곡부(214a)와 제1 베이스 절곡부(212a) 및 가이드판(220)의 제2 가이드 절곡부(224)가 차례대로 연결되도록 하고, 제1 베이스판(210a)의 제2 베이스 절곡부(214a)의 양단부 및 중간부에는 제1 베이스판(210a)과 제2 베이스판(210b)에 직교하는 방향으로 격벽(240)이 각각 배치된다.
격판(240)의 배치에 의해 제1 베이스판(210a)의 제2 베이스 절곡부(214a) 상승부위와 제2 베이스판의 제2 베이스 절곡부(214b) 상승부위를 연결하고, 제1 베이스판(210a)의 제1 베이스 절곡부(212a) 하강부위와 제2 베이스판(210b)의 제2 베이스 절곡부(212b) 하강 부위를 연결하는 폐쇄부(230)를 만든다.
각각의 폐쇄부(230)는 제1 및 제2 개구부(216a, 216b)와 보조 개구부(227)에 의해 외부와 연통할 수 있도록 형성된다.
도면에서, 점선으로 도시된 부분은 가이드판(220)으로서 다른 구성요소와 연결되지 않고, 베인 형성시 제거되는 부분이다.
상기와 같이 구성된 베인은 일정한 간격으로 복수개로 배치되어 유체 분리기를 형성할 수 있다.
도 9, 도 10 및 과 도 11에 도시된 베인을 사용하는 유체 분리기는 이전의 실시예에 따른 베인을 사용하는 유체 분리기와 유사하게 작용하므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
도 12는 본 발명에 따른 제1 내지 제7 실시예에 따른 베인의 사용에 의한 유체 분리기의 효율을 나타내는 그래프이다.
도 12를 참조하면, 본 발명에 따른 제1 내지 제7 실시예에 따른 베인을 사용하는 유체 분리기가 사각형 관에 배치한 상태에서 공기를 흐르게 한 상태에서 수증기로 안개를 발생시켜 일정하게 유입시키면서 압력손실계수(KL)를 측정한 것이다. 도 12에서 압력손실계수 KL=ΔP/ρ*V2/2 로 계산할 수 있다(KL; 압력손실계수, ΔP; 입구와 출구 압력차, ρ; 유체밀도, V; 입구 유속).
도 12에 기재되어 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 유체 분리기를 사용하면, 유체의 압력 손실 정도가 종래의 기술보다 감소됨을 알 수 있다. 유체의 압력 손실이 감소한 만큼 유체의 속력을 증가시킬 수 있어 유체 분리 효율을 향상시킬 수 있다.
상기와 같이 구성된 본 발명은 좁게는 원자력 발전소 또는 화력 발전소에서 습분을 분리할 때 적용되지만, 넓게는 생활 및 산업분야에서 습분과 증기, 유분과 유증기, 안개, 에어졸이나 유분과 공기 등 2상 혼합 유체를 분리하거나 매연, 검댕, 먼지 등 입자상 물질을 공기로부터 분리하는 데 적용할 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의하여 정해져야 할 것이다.
110, 210: 베이스판
120, 220: 가이드판
130, 230: 폐쇄부
140, 240: 격판

Claims (11)

  1. 서로 반대 방향으로 절곡되고 교번하여 배치되고 서로 곡률이 동일하고 연속적으로 연결된 사인(sine) 파형 또는 코사인(cosine) 파형을 이루는 제1 및 제2 베이스 절곡부를 각각 구비하는 베이스판; 및
    서로 반대 방향으로 절곡되고 교번하여 배치되며 서로 곡률이 동일하고 연속적으로 연결된 사인(sine) 파형 또는 코사인(cosine) 파형을 이루는 제1 및 제2 가이드 절곡부를 각각 구비하는 것으로, 상기 베이스판과 곡률이 동일하되 수직 및 수평 절편값을 달리하여 배치되어 상기 베이스판과 접촉하여 폐쇄부를 형성하고, 중간부에 상기 폐쇄부와 연통하는 개구부가 형성되는 가이드판을 포함하는 베인이 복수개로서 평행하게 배치되는 유체분리기.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 베이스판과 상기 가이드판 사이에 직교하는 방향으로 배치되어 상기 폐쇄부를 양분하는 격판을 더 포함하는 유체분리기.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 개구부는 상기 제2 가이드 절곡부측에 형성되는 유체분리기.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 제1 베이스 절곡부 측에 형성되는 보조 개구부를 더 포함하는 유체분리기.
  5. 서로 반대 방향으로 절곡되고 교번하여 배치되고 서로 곡률이 동일하고 연속적으로 연결된 사인(sine) 파형 또는 코사인(cosine) 파형을 이루는 제1 및 제2 베이스 절곡부를 각각 구비하며 서로 일정한 이격거리로서 배치되는 한 쌍의 베이스판; 및
    서로 반대 방향으로 절곡되고 교번하여 배치되며 서로 곡률이 동일하고 연속적으로 연결된 사인(sine) 파형 또는 코사인(cosine) 파형을 이루는 제1 및 제2 가이드 절곡부를 각각 구비하는 것으로 상기 베이스판과 곡률이 동일하되 수직 및 수평 절편값을 달리하여 배치되어 양단이 상기 베이스판과 접촉하여 양측으로 폐쇄부를 형성하는 가이드판을 포함하고, 상기 한 쌍의 베이스판에 상기 폐쇄부와 각각 연통하는 제1 및 제2 개구부를 포함하는 베인이 복수개로서 평행하게 배치되는 유체 분리기.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 개구부는 상기 제2 베이스판의 제2 베이스 절곡부 하강부위에 형성되고, 상기 제2 개구부는 상기 제1 베이스판의 제1 절곡부 상승부위에 형성되는 유체분리기.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 베이스판과 상기 가이드판 사이에 직교하는 방향으로 배치되어 상기 폐쇄부를 양분하는 격판을 더 포함하는 유체분리기.
  8. 제5항에 있어서,
    양측으로는 유선형의 가이드면이 서로 대칭하는 형태로 배치되고, 전단과 후단은 첨단으로 형성되며 상기 베이스판의 단부에 결합하는 안내 베인을 더 포함하는 유체분리기.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 가이드 절곡부 측에 형성되는 보조 개구부를 더 포함하는 유체분리기.
  10. 서로 반대 방향으로 절곡되고 교번하여 배치되고 서로 곡률이 동일하고 연속적으로 연결된 사인(sine) 파형 또는 코사인(cosine) 파형을 이루는 제1 및 제2 베이스 절곡부를 각각 구비하며 서로 일정한 이격거리로서 배치되는 한 쌍의 베이스판; 및
    서로 반대 방향으로 절곡되고 교번하여 배치되며 서로 곡률이 동일하고 연속적으로 연결된 사인(sine) 파형 또는 코사인(cosine) 파형을 이루는 제1 및 제2 가이드 절곡부를 각각 구비하는 것으로 상기 베이스판과 곡률이 동일하되 수직 및 수평 절편값을 달리하여 배치되는 가이드판이 상기 한 쌍의 베이스판 사이에 위치되도록 배치하되,
    상기 가이드판의 제1 가이드 절곡부에 상기 제1 베이스판의 제2 베이스 절곡부와 제1 베이스 절곡부 및 상기 가이드판의 제2 가이드 절곡부가 차례대로 연결되도록 하고,
    상기 제1 베이스판의 제2 베이스 절곡부의 양단부 및 중간부에는 상기 제2 베이스판에 직교하는 방향으로 격벽이 각각 배치되어 폐쇄부를 형성하며, 상기 제2 베이스판의 제2 베이스 절곡부의 하방 부위와 상기 제1 베이스판의 제2 베이스 절곡부에 상기 폐쇄부와 연통되는 개구부가 각각 형성되는 베인이 복수개로서 평행하게 배치되는 유체 분리기.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 가이드판의 제1 가이드 절곡부 상에는 상기 폐쇄부와 연통하는 보조 개구부를 더 포함하는 유체분리기.
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