KR101344694B1 - 수평형 입자분리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수평형 입자분리장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 가스유입관과 가스배출관을 수평으로 교차되도록 형성하되 가스배출관이 선회유도코어로 사용되어 유입된 혼합가스를 선회시키고, 혼합가스의 선회경로상에는 일정폭의 확장부를 형성하여 선회력을 일시적으로 감소시켜 내포된 고체입자가 분리되도록 하는 등 시설물의 코너부분에 설치하여 선회유도코어 없이 입자분리와 가스이송경로의 수평변경이 동시에 가능하도록 하는 수평형 입자분리장치에 관한 것이다.

Description

수평형 입자분리장치{APPARATUS FOR SEPARATING PARTICLES OF HORIZONTAL TYPE}

본 발명은 수평형 입자분리장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 가스유입관과 가스배출관을 수평으로 교차되도록 형성하되 가스배출관이 선회유도코어로 사용되어 유입된 혼합가스를 선회시키고, 혼합가스의 선회경로상에는 일정폭의 확장부를 형성하여 선회력을 일시적으로 감소시켜 내포된 고체입자가 분리되도록 하는 등 시설물의 코너부분에 설치하여 선회유도코어 없이 입자분리와 가스이송경로의 수평변경이 동시에 가능하도록 하는 수평형 입자분리장치에 관한 것이다.

기체와 고체입자 등 서로 다른 두 상의 혼합물을 원심력으로 분리하는 장치 중 대표적인 것이 사이클론이다. 특히 배가스에 포함된 분진을 원심력으로 분리 제거하는 사이클론 집진기술은 철강공정, 소각공정, 시멘트공정, 연소공정, 제지공정, 코크스공정 등 대부분의 분진 발생공정에 적용되는 등 산업현장에 널리 사용되고 있다.

이러한 사이클론은 대표적으로 상부원통부와 하부원추부로 구성되는 본체와, 상기 본체 하부에 연통 설치되는 포집챔버와, 상기 상부원통부에 일부 내입되어 가스를 외부로 배출시키는 가스배출관과, 상기 상부원통부의 측면과 연통되어 분진이 혼합된 혼합가스를 선회되도록 유입하는 가스유입관으로 구성된다.

상기 종래 사이클론은 가스유입관을 통해 혼합가스를 본체 내부로 유입하고, 유입된 혼합가스는 가스배출관에 의해 본체 내벽으로 유도되어 선회하면서 하강하게 된다. 이때 본체의 상부원통부 단면적은 상기 가스유입관의 단면적은 보다 크기 때문에 유입된 혼합가스의 유속은 일시적으로 급감하게 되어 유속에 의해 이동되는 분진입자가 1차적으로 분리된다. 또한, 선회하면서 회전력에 의해 잔여 분진을 외측 방향 즉, 본체 내벽으로 밀어내게 되어 기체로부터 분진을 분리하게 된다. 상기 분진을 분리한 기체는 선회된 중앙을 통해 재상승하여 가스배출관을 통해 배출되고, 분리된 분진은 본체 내벽을 따라 하강하여 포집챔버로 포집된다.

상기 구성을 갖는 종래 사이클론은 유입되는 합성가스가 승강하는 선회축과 분리된 고체입자의 배출이 동일한 수직방향에서 이루어지기 때문에 이동경로가 일부 겹치며, 이러한 중복영역은 선회력을 일시적으로 저하시킴은 물론 하강하는 분진입자 중 중량이 낮은 미세입자 일부를 재상승시킬 수 있어 사이클론의 분리효율을 낮추는 요소 중 하나로 작용하고 있다.

상기 중복영역을 최소화하는 방법으로 본 출원인은 도 6을 참조한 바와같이 원통체로 상부 일측에 유입구가 형성되고, 하단에 배출밸브가 설치되어 폐구하는 본체관(1)과, 상기 본체관의 상단에서 축방향으로 하향 연장된 선회유도코어(2)와, 상기 본체관의 중심에 배치되는 가스배출관(3)으로 형성된 입자분리장치를 제공하였다. 본 건은 유입된 합성가스와 합성가스로부터 분리된 고체입자가 모두 한 방향으로 진행되면서 분리가 이루어지도록 하여 선회축이 역방향으로 변환되어 진행하면서 미세입자가 빨려서 합성가스와 함께 배출되는 것을 최소화하였으나, 유입된 합성가스를 선회유도하기 위해 별도의 선회유도코어를 더 설치해야하는 단점이 있다.

또한, 상기 두 종래건 모두 분리된 고체입자가 자중에 의해 포집될 수 있게 본체를 수직으로 형성하고 있다. 즉, 상기 수직배관구조는 고체입자를 분리한 합성가스를 상부로 이송하거나 하부로 이송하기에는 적합하나 수평방향으로 이송하기 위해서는 가스배출관을 굴곡시켜야 하는 번거로움이 있다. 상기 가스배출관의 굴곡은 내부 가스이송압력에 저항으로 작용하기 때문에 원활한 이송을 위해서는 더 큰 이송압력을 제공하는 고용량의 송풍팬 또는 흡입팬을 요구하고 있어 시설비용이 증대되는 단점이 있다.

따라서, 상기 고체입자의 분리효율을 증가시키면서 가스배출관을 직접 수평으로 배관하여 합성가스의 배출이 이루어질 수 있는 코너 또는 방향 전환용 입자분리장치에 대한 연구가 필요하다.

이에 본 발명에 따른 수평형 입자분리장치는,

수평본체 내부에 확장구간을 형성하여 수형방향으로 선회하면서 진행하는 혼합가스의 선회압력을 저하시켜 고체입자의 분리가 이루어지도록 하고, 가스유입관과 가스배출관은 수평으로 직각배치하여 입자분리가 이루어지는 과정에서 가스이송 방향이 수평상에서 직각으로 방향전환이 이루어지도록 하여 방향전환에 따른 압력손실을 최소화하며, 시설의 코너 및 방향전환 위치에 설치될 수 있는 입자분리장치의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 수평형 입자분리장치는,

고압으로 이송되는 혼합가스로부터 가스와 고체입자를 분리하는 입자분리장치에 있어서, 합성가스가 선회하면서 이동되는 수평관체인 본체부와, 상기 본체부의 축방향 중간부분에 본체부 직경보다 큰 직경으로 형성하여 선회력을 일시적으로 낮춰 고체입자가 분리되도록 하는 확장부와, 상기 확장부의 하부에 상광하협의 뿔대형상으로 형성하여 분리된 고체입자를 포집하고 배출시키는 입자포집배출부로 형성된 수평본체관과; 상기 수평본체관의 본체부 일측 단부를 통해 동일축을 갖도록 내입하고, 내입된 관체단부의 입구는 확장부를 통과하여 본체관 타측 단부와 일정간격 이격되도록 배관되어 확장부를 통과한 합성가스를 내입하여 배출시키는 가스배출관과; 상기 수평본체관 본체부에서 가스배출관이 삽통된 일측 단부에는 합성가스가 본체부 내면을 따라 선회하도록 본체부와 접선방향으로 연통된 가스유입관;을 포함하여 구성된다.

상기 해결수단에 의한 본 발명의 수평형 입자분리장치는,

가스유입관과 가스배출관을 수평상에서 서로 직각으로 배관함으로써 시설설치장소의 코너에 적용가능하며 가스를 이송하는 배관의 굴곡없이 가스이송방향을 전환시켜 이송압력 손실을 최소화하는 구조의 제공이 가능하게 되었다.

또한, 수평으로 배치되는 본체에는 별도의 선회유도코어 없이 가스배출관에 의해 합성가스의 선회를 유도하고, 상기 가스배출관의 입구는 본체 중간에 형성된 확장구간을 통과하여 위치시킴으로써 분리된 고체입자가 가스배출관으로 유입되는 것을 최소화하여 분리효율을 극대화시킨 장치의 제공이 가능하게 되었다.

도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수평형 입자분리장치를 수직단면한 측단면 및 정단면도.
도 3 내지 도 5는 본 발명에 따른 테이퍼부가 형성된 본체관의 다양한 형태를 도시한 개략도.
도 6은 종래 입자분리장치를 도시한 개략도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 수평형 입자분리장치를 수직단면한 측단면 및 정단면도이다.

참조한 바와같이 본 발명의 입자분리장치(10)는 수평본체관(20)을 구비한다.

상기 수평본체관(20)은 합성가스가 선회하면서 이동되는 수평관체인 본체부(21)와, 상기 본체부의 축방향 중간 부분에서 본체부의 직경보다 큰 직경으로 형성된 관체인 확장부(22)와, 상기 확장부의 하부에 연통되는 입자포집배출부(23)로 구성된다.

상기 본체부(21)는 고체입자를 포함한 합성가스가 일측단부에서 타측단부로 선회하여 이동하면서 중량체인 고체입자가 원심력에 의해 외각으로 밀려나 분리가 이루어지도록 하며, 후술되는 확장부에 의해 본체부(21)는 확장부 전면에 위치하는 전방본체부(211)와 확장부 후면에 위치하는 후방본체부(212)로 구분될 수 있다.

또한, 상기 확장부(22)는 본체부를 따라 이동하는 이동단면을 급격하게 확장하여 일시적으로 선회력(압력)이 낮아짐에 따라 중량체인 고체가 축중심에서 외측으로 확산되면서 중량에 의해 하부로 하강되어 분리가 이루어지도록 한 것이다. 여기서 상기 확장부(22)는 구간 시작부분에서 대부분의 고체입자의 분리가 이루어지며, 확장부 끝부분에서의 합성가스 선회력은 축중심에서 외각으로 밀려난 고체입자가 축중심으로 집중될 정도의 압력으로 형성되지 못하므로 확장부 후방에 위치하는 본체부(21,후방본체부;212)로는 분리된 고체입자의 유입없이 합성가스만 이동되도록 한다.

따라서, 상기 확장부 이전의 본체부인 전방 본체부(211)는 선회력에 의해 고체입자가 중심축으로부터 밀려나 최외각에서 선회할 수 있도록 충분한 선회길이를 제공하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 확장부(22)는 본체부(21) 직경의 2 ~ 4배로 큰 직경으로 형성하고, 직경의 1/2 ~1배의 길이로 형성되도록 하여 고체입자가 축 중심에서 외각으로의 확산이 충분하게 이루어질 수 있는 공간을 확보하게 하는 것이 바람직하다.

아울러 상기 입자포집배출부(23)는 확장부(22)의 하부 주면과 연통설치되며, 도시된 바와같이 분리된 고체입자가 중심으로 포집되도록 상광하협의 뿔대형상으로 형성하거나, 통체 주름관 등 다양한 형태로 형성할 수 있으며, 하단에는 단속밸브를 장착하여 운전시 단속밸브를 차단시켜 압력이 입자포집배출부를 통해 소실되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 상기 수평본체관(20)의 확장부(22)와 입자포집배출부(23)의 접하는 부분에는 다수의 통공(241)이 형성된 다공판(24)을 설치하여, 합성가스가 선회력을 유지할 수 있도록 안내하면서 분리된 고체입자는 통공을 통해 입자포집배출부로 배출되도록 할 수 있다. 따라서, 상기 다공판(24)은 확장부 주면의 곡률반경과 동일하게 형성하여 선회력에 대해 저항으로 발생하는 것을 방지하도록 하는 것이 바람직하다. 이외에 상기 확장부(22)는 입자포집배출부와 접하는 부분을 연통시키지 않고, 접하는 부분의 확장부 주면에 직접 다수의 통공을 형성하여 다공판과 동일한 역할을 수행하도록 할 수 있다.

한편, 상기 수평본체관(20)에는 고체입자가 포함된 합성가스를 내부로 유입시키는 가스유입관(40)과 고체입자가 분리된 합성가스를 외부로 배출시키는 가스배출관(30)이 연통설치된다.

먼저 상기 가스배출관(30)은 수평본체관의 본체부(21)과 동일축을 갖으며, 본체부의 일측 단부를 통해 본체부 내측으로 내입도록 배관된다. 상기 본체부로 내입된 가스배출관(30)은 본체부의 중심축을 따라 길게 배관되어 가스배출관 단부인 입구(31)가 수평본체관의 확장부(22) 구간을 통과하여 후방 본체부(21)에 위치하도록 한다. 이러한 가스배출관(30) 단부는 본체부 후방인 타측단부면 일정간격 이격되도록 배치되어 고체입자가 분리된 합성가스를 유입하여 외부로 이송되도록 한다. 상기 본체부(21)의 타측단부와 가스배출관(30)의 단부 사이의 간격은 가스배출관 직경보다 크게 형성하고 본체부 직경보다 작은 범위로 형성하는 것이 바람직하다. 상기 가스배출관 직경보다 작은 간격으로 이격되면 간격이 좁아 선회하는 합성가스가 본체부에서 가스배출관 입구로 유입시 큰 저항이 발생되는 단점이 발생되며, 본체부 직경보다 큰 직경으로 형성할 경우에는 본체부 단부로 진행하는 선회류와 단부에서 반사된 선회류 간에 난류가 발생되어 이송에 저해됨으로 상기 범위로 형성하는 것이 바람직하다.

다음으로 상기 가스유입관(40)은 수평본체관 본체부(21)의 양단부 중 가스배출관이 삽통된 일측 단부에 연통설치된다. 상기 가스유입관은 본체부의 축과 수직 또는 이와 근접한 각도로 연통되며, 본체부의 내면에 대해 접선방향으로 배선되어 유입되는 합성가스가 본체부 내면을 따라 선회하면서 후반으로 진행되도록 한다. 이 때 상기 가스유입관(40)은 본체부(21) 내부 공간에서 가스배출관(30)이 배관된 상부나 하부방향으로 연통되도록 배관하여 선회이동이 이루어지도록 하며, 바람직하게는 가스배출관의 상부 공간으로 배관하여 최초로 유입된 합성가스가 상부에서 하부로 선회하도록 하여 중력의 역방향으로 선회하는 구간을 최소화하는 것이다.

이와같이 가스유입관(40)을 통해 본체부(21)로 공급되는 합성가스는 본체부 중심에 가스배출관(30)이 배관되어 있으므로, 가스배출관이 유입되는 합성가스가 본체부 내면을 따라 선회하여 이동되도록 유도하게된다. 또한, 가스배출관(30)은 확장부(22)까지 길게 연장되어 있으므로, 선회하는 합성가스가 확장부까지 이동될 때까지 지속적으로 선회를 유도함은 물론 선회류가 중심으로 모이는 것을 차단하여 난류발생에 의한 선회력 저하를 방지할 수 있다.

이러한 가스유입관(40)은 수평배관된 가스배출관(30) 및 수평본체관(20)에 대해 수직방향으로 교차되도록 배관되므로 입자분리과정에서 다양한 방향에서의 유입되는 합성가스를 수평방향으로의 전환배출이 가능하다. 즉, 상부로 공급되는 합성가스를 입자분리과정에서 수평으로 방향전환 시킬 수 있으며, 동일수평면상에서 가스배출관을 내포한 수평본체관과 가스유입관을 교차배관하면 x축으로 진행하는 합성가스를 입자분리과정에서 y축 방향으로 방향전환이 이루어지도록 할 수 있다.

참고로 합성가스의 이송은 방향전환 과정에서 압력손실이 발생되므로 방향전환을 최소화할수록 송풍압력이나 송풍부하를 낮출수 있다. 따라서, 본 발명의 입자분리장치는 입자분리과정에서 합성가스의 이송방향을 전환시킬 수 있으므로, 방향전환 횟수를 감소시켜 이송시의 저항을 최소화시킬 수 있다.

도 3을 참조한 바와같이 본 발명의 수평본체관(20)은 후방의 본체부(21,212)와 확장부(22) 사이의 연결부분에 테이퍼부(25)를 형성하여 선회하면서 축방향으로 이동되는 합성가스가 점진적으로 선회반경이 축소되면서 가스배출관으로 배출되도록 할 수 있다. 즉, 선회하면서 축방향으로 진행하는 합성가스는 확장부의 내벽(확장부 축과 수직으로 형성된 판)에 부딪히면 저항이 크게 작용할 수 있으므로, 이 확장부 내벽을 점진적으로 직경이 축소되는 원뿔대 형태인 테이퍼부로 형성하여 합성가스 진행방향에 대한 저항을 최소화 할 수 있다.

상기 테이퍼부(25)는 도 3에서와 같이 확장부(22)의 최외각으로부터 확장부 후방의 본체부(21) 일부분에만 형성되도록 하거나, 도 4에서와 같이 확장부(22) 최외각으로부터 본체부(21)의 단부까지 연결하는 형태로 형성할 수 있다. 이러한 테이퍼부(25)는 도시된 바와같이 확장부(22)의 끝나는 부분 이외에 확장부가 시작되는 부분에도 테이퍼부를 형성하여 급격한 단면확대에 의한 난류발생을 억제시킬 수 있다.

아울러 도 5를 참조한 바와같이 상기 테이퍼부(25)는 확장부(22)의 수직벽(222) 중간부분부터 형성되도록 하여 확장부의 외측 주면에서 일정높이를 갖는 수직벽인 단턱(221)이 형성된 다음 테이퍼부(25)가 형성되도록 할 수 있다. 이는 선회하는 합성가스가 분리된 고체입자를 테이퍼부의 경사면을 따라 밀어올려 가스배출관을 통해 배출되는 것을 방지하기 위한 것으로, 일정높이의 단턱(221)에 의해 고체입자가 테이퍼부로 이동되는 것을 차단하고 합성가스의 흐름은 원활하게 이루어지도록 한다.

상기한 바와같이 구성되는 수평형 입자분리장치의 작용상태를 도 1을 참고하여 설명하면,

가스유입관(40)을 통해 유입된 합성가스는 가스배출관(30)에 의해 선회되도록 유도되어 본체부(21)의 일단으로부터 타단 방향으로 선회하면서 이동하며, 이동과정에서 합성가스에 포함되어 있는 중량체인 고체입자는 최외각 즉, 본체관 내벽으로 밀려나 선회이동이 이루어진다.

이동되는 합성가스는 확장부(22)로 유입되는데 이때 급격한 단면적 확장에 의해 선회압력이 낮아지게 됨으로 최외각부분으로 밀려난 고체입자는 자중에 의해 확장부의 외측 주면을 따라 하강하게 되며, 확장부 하부에 형성된 다공판(24)을 통해 입자포집배출부(23)로 포집된다.

상기 고체입자가 분리된 합성가스는 축방향으로 진행하면서 확장부 후방의 본체부(21)로 재유입되어 후방으로 진행하며, 본체부의 단부와 근접 배치된 가스배출관의 입구(31)를 통해 가스배출관(30)으로 유입되어 외부로 배출된다.

10 : 입자분리장치
20 : 수평본체관
21 : 본체부 22 : 확장부
23 : 입자포집배출부 24 : 다공판
25 : 테이퍼부 211 : 전방본체부
212 : 후방본체부 221 : 단턱
222 : 수직벽 241 : 통공
30 : 가스배출관
31 : 입구
40 : 가스유입관

Claims (5)

1. 고압으로 이송되는 혼합가스로부터 가스와 고체입자를 분리하는 입자분리장치에 있어서,
   합성가스가 선회하면서 이동되는 수평관체인 본체부(21)와, 상기 본체부의 축방향 중간부분에 본체부 직경보다 큰 직경으로 형성하여 선회력을 일시적으로 낮춰 고체입자가 분리되도록 하는 확장부(22)와, 상기 확장부의 하부에 상광하협의 뿔대형상으로 형성하여 분리된 고체입자를 포집하고 배출시키는 입자포집배출부(23)로 형성된 수평본체관(20)과;
   상기 수평본체관의 본체부 일측 단부를 통해 동일축을 갖도록 내입하고, 내입된 관체단부의 입구는 확장부를 통과하여 본체관 타측 단부와 일정간격 이격되도록 배관되어 확장부를 통과한 합성가스를 내입하여 배출시키는 가스배출관(30)과;
   상기 수평본체관 본체부에서 가스배출관이 삽통된 일측 단부에는 합성가스가 본체부 내면을 따라 선회하도록 본체부와 접선방향으로 연통된 가스유입관(40);을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 수평형 입자분리장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 수평본체관의 확장부(22)에는 입자포집배출부(23)와 접하는 부분을 다공판(24)으로 형성하여 합성가스의 선회력은 유지하면서 분리된 고체입자는 다공판의 통공(241)을 통해 입자포집배출부(23)로 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 수평형 입자분리장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가스유입관(40)은 수평본체관(20)과 동일한 수평면상에서 수평본체관과 교차되도록 배관되는 것을 특징으로 하는 수평형 입자분리장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 수평본체관(20)은 가스배출관 입구(31)가 위치하는 후방의 본체부(21)와 확장부(22) 사이에는 점진적으로 직경이 좁아지도록 테이퍼부(25)를 형성하여 확장부를 통과하면서 고체입자를 분리한 합성가스가 점진적으로 선회반경이 축소되면서 가스배출관(30)으로 배출되도록 한 것을 특징으로 하는 수평형 입자분리장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 테이퍼부(25)는 확장부의 수직벽(222) 중간부분부터 형성되어 테이퍼부와 확장부 사이에 단턱(221)이 형성되도록 한 것을 특징으로 하는 수평형 입자분리장치.
   

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