KR101550022B1 - 오일 내의 물 액적 분리를 위한 인라인 타입 정전식 코어레서 및 이를 포함하는 분리 시스템 - Google Patents

Abstract

오일 내의 물 액적 분리를 위한 인라인 타입 정전식 코어레서 및 이를 포함하는 분리 시스템이 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 정전식 코어레서는, 오일 내의 물 액적을 분리하는 정전식 코어레서에 있어서, 파이프 형상의 몸체와; 상기 몸체 내부에서 파이프 형상을 가지면서 중첩 배열되는 복수의 전극과; 상기 몸체의 내부의 길이 방향의 중심축을 기준으로 하여 나선형으로 형성되는 복수의 베인을 포함할 수 있다.

Description

오일 내의 물 액적 분리를 위한 인라인 타입 정전식 코어레서 및 이를 포함하는 분리 시스템{Inline type electrostatic coalescer for separating water droplet from oil and separating system including this}

본 발명은 오일 내의 물 액적 분리를 위한 인라인 타입 정전식 코어레서 및 이를 포함하는 분리 시스템에 관한 것이다.

유전에서 초기에 생산되는 물질은 물, 오일, 가스, 모래 등 여러가지 물질이 섞여 있는 형태이다. 따라서, 이러한 물질로부터 실제 사용할 수 있는 오일, 가스를 생산하기 위해 3상 또는 2상 세퍼레이터(separator)를 이용하여 각 물질들을 서로 분리시키는 작업을 수행하게 된다.

이때 일반적으로 도 1에 도시된 것과 같이 각 물질의 밀도차를 이용하는 중력식 세퍼레이터가 사용된다.

도 1은 물/오일/가스 3상 분리 세퍼레이터의 구조를 나타낸 도면이다.

가스의 밀도가 가장 낮아 상방향으로 분리되며, 물과 오일이 밀도 차에 의해 측방향과 하방향으로 분리될 수 있다. 이처럼 밀도차를 이용한 분리는 두 물질의 밀도차가 클수록, 연속상의 점성이 낮을수록, 연속상 내의 분리하고자 하는 액적의 크기가 클수록 분리 효율이 높아진다.

하지만, 도 1에도 도시된 것과 같이 분리된 물 혹은 오일 내에는 오일 액적 혹은 물 액적이 일부분 포함되어 있을 수 있다.

따라서, 분리 효율 향상을 위해 연속상의 점성을 낮추는 방법으로는 일반적으로 가열을 해주는 방법이 주로 사용되며, 액적의 크기를 증대시키는 방법으로는 세퍼레이터의 내부에 액적이 서로 뭉쳐 그 크기가 증대되도록 하는 코어레서(Coalescer)라는 장치가 설치된다.

도 2에는 유착 매체(coalescing medium)가 코어레서로서 설치된 세퍼레이터가 도시되어 있다.

코어레서는 액적을 포획하여 다른 액적과 충돌/뭉쳐지게 하여 액적을 증대시키는 장치이다. 이러한 코어레서는 물 내의 오일 액적을 증대시키거나 오일 내의 물 액적을 증대시키는데 동시에 사용될 수 있다.

도 2를 참조하면, 코어레서를 통과하기 이전에 비해 통과한 이후의 액적 크기가 상당히 커졌음을 확인할 수 있다.

하지만, 오일의 점성이 물에 비해 일반적으로 크기 때문에 오일 내의 물 액적의 분리가 그 반대에 비해 상대적으로 힘들며, 오일 내의 물 액적 분리 효율을 향상시키기 위해 정전식 코어레서가 별도로 사용되기도 한다.

도 3은 정전식 코어레서에 적용되는 물 분자의 분극화 현상을 나타낸 도면이다.

도 3을 참조하면, 정전식 코어레서(10)에서 물 액적(12)이 높은 전압으로 전기장이 걸려 있는 두 극판(22, 24)을 통과할 때 물 분자의 분극화를 이용하여 액적이 서로 합쳐져 그 크기를 증대시키게 된다.

정전식 코어레서에 관해서는 한국공개특허 10-2005-0109290호에서 방사성 폐유 처리 시스템 및 그 처리 방법에 유사한 내용이 개시되어 있기도 하다.

전술한 배경기술은 발명자가 본 발명의 도출을 위해 보유하고 있었거나, 본 발명의 도출 과정에서 습득한 기술 정보로서, 반드시 본 발명의 출원 전에 일반 공중에게 공개된 공지기술이라 할 수는 없다.

한국공개특허 10-2005-0109290호

본 발명은 정전기에 의한 물 분자의 분극화 현상과 회전유동에 의한 원심력에 의해 밀도가 큰 액적이 가장자리로 모이는 현상을 동시에 이용하는 오일 내의 물 액적 분리를 위한 인라인 타입 정전식 코어레서 및 이를 포함하는 분리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 동심원 전극을 배열한 파이프 형태를 가지고 있어 기존 파이프 라인을 대체하여 설치가 가능하여 별도의 공간이 필요치 않은 오일 내의 물 액적 분리를 위한 인라인 타입 정전식 코어레서 및 이를 포함하는 분리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 히터와 동시에 사용 시 중유(heavy oil)와 같이 오일의 밀도와 점성이 큰 경우에도 활용이 가능한 오일 내의 물 액적 분리를 위한 인라인 타입 정전식 코어레서 및 이를 포함하는 분리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 세퍼레이터의 전단에 설치되어 오일에 포함된 물을 외부로 일부 배출시키거나 세퍼레이터로 유입되는 물 액적의 크기가 상대적으로 매우 커지므로 세퍼레이터 베셀(vessel)의 크기를 줄일 수 있는 오일 내의 물 액적 분리를 위한 인라인 타입 정전식 코어레서 및 이를 포함하는 분리 시스템을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 이외의 목적들은 하기의 설명을 통해 쉽게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 오일 내의 물 액적을 분리하는 정전식 코어레서에 있어서, 파이프 형상의 몸체와; 상기 몸체 내부에서 파이프 형상을 가지면서 중첩 배열되는 복수의 전극과; 상기 몸체의 내부의 길이 방향의 중심축을 기준으로 하여 나선형으로 형성되는 복수의 베인을 포함하는 정전식 코어레서가 제공된다.

상기 복수의 전극은 상기 중심축에 수직한 단면이 동심원 구조를 가질 수 있다.

상기 복수의 전극은 양(+)극과 음(-)극이 교번하여 배열될 수 있다.

상기 복수의 전극은 상기 몸체의 유입구 측에만 배치되어 있고, 상기 몸체의 배출구 측에는 배치되어 있지 않을 수 있다.

상기 몸체의 유입구 측에서는 상기 복수의 전극에 의한 분극화 현상과 상기 복수의 베인에 의해 발생되는 회전 유동에 따른 원심력으로 밀도가 큰 물 액적이 가장자리로 모이는 현상을 동시에 활용하며, 상기 몸체의 배출구 측에서는 상기 복수의 베인에 의해 발생되는 회전 유동에 따른 원심력으로 밀도가 큰 물 액적이 가장자리로 모이는 현상을 활용하여 오일 내에서 물 액적을 분리할 수 있다.

상기 복수의 베인은 상기 복수의 전극을 관통하여 형성되어 있을 수 있다.

한편 본 발명의 다른 측면에 따르면, 밀도 차이를 이용하여 오일 내의 물 액적을 분리하는 세퍼레이터와; 상기 세퍼레이터의 전단에 설치되며, 분극화 현상과 회전 유동에 따른 원심력을 이용하여 오일 내의 물 액적을 증대시키는 전술한 정전식 코어레서를 포함하는 분리 시스템이 제공된다.

상기 정전식 코어레서의 전단에서 물 액적이 포함된 오일을 가열하는 히터를 더 포함할 수 있다.

전술한 것 외의 다른 측면, 특징, 이점이 이하의 도면, 특허청구범위 및 발명의 상세한 설명으로부터 명확해질 것이다.

본 발명의 실시예에 따르면, 정전기에 의한 물 분자의 분극화 현상과 회전유동에 의한 원심력에 의해 밀도가 큰 액적이 가장자리로 모이는 현상을 동시에 이용하는 효과가 있다.

또한, 동심원 전극을 배열한 파이프 형태를 가지고 있어 기존 파이프 라인을 대체하여 설치가 가능하여 별도의 공간이 필요치 않은 효과가 있다.

또한, 히터와 동시에 사용 시 중유와 같이 오일의 밀도와 점성이 큰 경우에도 활용이 가능하다.

또한, 세퍼레이터의 전단에 설치되어 오일에 포함된 물을 외부로 일부 배출시키거나 세퍼레이터로 유입되는 물 액적의 크기가 상대적으로 매우 커지므로 세퍼레이터 베셀의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 물/오일/가스 3상 분리 세퍼레이터의 구조를 나타낸 도면,
도 2는 유착 매체가 코어레서로서 설치된 세퍼레이터를 나타낸 도면,
도 3은 정전식 코어레서에 적용되는 물 분자의 분극화 현상을 나타낸 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 타입 정전식 코어레서를 나타낸 도면,
도 5는 도 4의 인라인 타입 정전식 코어레서의 각 부분(A, B, C)에서의 횡단면도,
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 타입 정전식 코어레서를 포함하는 분리 시스템을 나타낸 도면.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시예의 구성 요소가 해당 실시예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시예가 통합된 하나의 실시예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 타입 정전식 코어레서를 나타낸 도면이고, 도 5는 도 4의 인라인 타입 정전식 코어레서의 각 부분(A, B, C)에서의 횡단면도이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 인라인 타입 정전식 코어레서(100), 몸체(110), 제1 전극(122), 제2 전극(124), 베인(130), 유입구(112), 배출구(114)가 도시되어 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 타입 정전식 코어레서는 오일 내의 물 액적의 크기를 증대시켜 분리효율을 높이기 위해 세퍼레이터 전단에 설치되는 것을 특징으로 한다.

본 실시예에 따른 인라인 타입 정전식 코어레서(100)는 파이프 형상의 몸체(110)와, 정전기를 발생시키기 위한 전극(제1 전극(122) 및 제2 전극(124))과, 회전 유동을 일으키기 위한 베인(130)을 포함한다.

몸체(110)는 내부가 비어 있는 긴 원통 형상을 가지고 있어, 기존의 파이프 라인을 대체하여 설치 가능하다. 따라서, 인라인 타입 정전식 코어레서(100)의 설치를 위한 별도의 공간을 필요로 하지 않아 공간효율성을 높일 수 있다.

몸체(110) 내에는 파이프 형상의 제1 전극(122) 및 제2 전극(124)이 교번하여 중첩 배열되어 있다.

제1 전극(122) 및 제2 전극(124)의 중첩 배열은 큰 직경의 파이프 내에 작은 직경의 파이프가 수용되어 있는 구조가 반복된 패턴으로, 그 횡단면을 보면, 제1 전극(122) 및 제2 전극(124)이 동심원 전극을 형성하고 있음을 확인할 수 있다.

동심원 전극이 배열된 형태에서, 교대로 양(+)극과 음(-)극의 전압을 인가하여 전극 사이로 통과하는 물 액적이 분극화되도록 할 수 있게 된다.

도 5에서는 제1 전극(122)이 양(+)극이고 제2 전극(124)이 음(-)극인 것으로 도시되어 있으나, 이는 일 실시예에 불과하며, 그 반대일 수도 있음은 물론이다.

베인(130)은 몸체(110) 내부의 길이 방향의 중심축을 기준으로 하여 나선형으로 형성된다. 횡단면을 보면, 6개의 베인(130)이 방사상으로 배치되어 동일 방향으로 꼬인 나선형으로 설치되어 있다.

몸체(110) 내부에서 회전 유동을 발생시켜 원심력에 의해 유상(油相, oil phase) 내에서 오일보다 밀도가 큰 물 액적(water droplets)이 가장자리로 밀려 서로 뭉쳐질 수 있도록 하고, 이로 인해 오일 내에서의 물 액적의 크기가 더욱 증대될 수 있다.

이러한 베인(130)은 제1 전극(122) 및 제2 전극(124)을 관통하여 형성되어 있을 수 있다. 즉, 베인(130)은 전극(122, 124)의 유무에 상관없이 연속성을 가지면서 일체화된 나선형 구조를 가질 수 있다.

본 실시예에서 전극(122, 124)은 유입구(112)가 마련된 몸체(110)의 전반 구간에만 배치되며, 배출구(114)가 있는 후반 구간에는 배치되지 않을 수 있다.

유입구(112) 초기의 전극이 배치되는 구간에서는 전극(122, 124) 및 베인(130)에 의해 구분된 다층 구조의 공간 내에서 회전 유동에 의한 원심력 및 분극화에 의해 물 액적이 전극 사이에 뭉쳐져 중형 물 액적으로 모이게 되며, 전극이 없는 배출구(114) 근처 구간에서는 베인(130)에 의해서만 구분된 공간 내에서 회전 유동에 의한 원심력에 의해 중형 물 액적이 몸체(110)의 가장자리 끝단까지 모여 대형 물 액적을 형성하게 된다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 인라인 타입 정전식 코어레서를 포함하는 분리 시스템(200)을 나타낸 도면이다.

도 6에는, 분리 시스템(200), 고압 세퍼레이터(210), 히터(220), 인라인 타입 정전식 코어레서(100), 저압 세퍼레이터(230)가 도시되어 있다.

분리 시스템(200)은 오일, 가스, 물이 혼합된 유전 물질에서 이들을 각각 분리하여 제공하는 장치로서, 고압 세퍼레이터(210), 히터(220), 인라인 타입 정전식 코어레서(100), 저압 세퍼레이터(230)를 포함한다.

오일, 가스, 물 등이 혼합된 유전 물질이 고압 세퍼레이터(210)에 유입되면, 고압 세퍼레이터(210)에서는 고압 분위기에서 일반적인 분리 방식(예를 들면, 각 물질의 밀도 차를 이용하는 중력식)을 적용하여 오일, 가스, 물로 개략 분리한다.

이후 오일로 분리된 물질이 저압 세퍼레이터(230)에 유입되기 이전에 인라인 타입 정전식 코어레서(100)를 거치도록 한다. 고압 세퍼레이터(210)에 의한 개략 분리는 도 1에 도시되어 있는 것과 유사할 수 있다.

여기서, 인라인 타입 정전식 코어레서(100)는 파이프 형상의 몸체를 가지고 있어 기존에 고압 세퍼레이터(210)와 저압 세퍼레이터(230) 사이에 연결되는 파이프 라인을 대체할 수 있어 별도의 공간을 필요로 하지 않는다.

인라인 타입 정전식 코어레서(100)는 도 4에 도시된 것과 같은 구조를 가지고 있어, 정전기에 의한 물 분자의 분극화 현상과 원심력에 의해 밀도가 큰 액적이 가장자리로 모이는 현상 두 가지를 동시에 이용할 수 있도록, 유입구 측에 동심원 전극이 배열되어 있고, 몸체 전체에 걸쳐 나선형 베인이 설치되어 있을 수 있다.

인라인 타입 정전식 코어레서(100)의 전단에 히터(220)가 설치되어 있을 수 있다. 히터(220)가 설치되면 오일의 점성을 낮춰 후단의 인라인 타입 정전식 코어레서(100)에서 회전 유동에 의한 압력 손실이 감소하고, 코어레서 내부에서 물 액적의 이동이 쉬워져 분리 효율이 증대될 수 있다.

즉, 오일의 밀도와 점성이 큰 중유의 경우에도 히터(220)를 부가함으로써 오일 내에서 물 액적의 분리가 용이할 수 있다.

인라인 타입 정전식 코어레서(100)에서 원심력에 의해 가장자리 끝단에 모인 물 액적은 저압 세퍼레이터(230)로 유입되며, 그 일부는 외부로 배출될 수도 있다.

저압 세퍼레이터(230)로 유입되는 물 액적은 그 크기가 상대적으로 증대된 상태이므로, 세퍼레이터 베셀 자체의 크기를 줄일 수 있는 효과가 있다.

상기에서는 본 발명의 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100: 인라인 타입 정전식 코어레서 110: 몸체
122: 제1 전극 124: 제2 전극
130: 베인 200: 분리 시스템
210: 고압 세퍼레이터 220: 히터
230: 저압 세퍼레이터

Claims (8)

1. 오일 내의 물 액적을 분리하는 정전식 코어레서에 있어서,
   파이프 형상의 몸체와;
   상기 몸체 내부에서 파이프 형상을 가지면서 중첩 배열되는 복수의 전극과;
   상기 몸체의 내부의 길이 방향의 중심축을 기준으로 하여 나선형으로 형성되는 복수의 베인을 포함하되,
   상기 복수의 베인은 상기 복수의 전극을 관통하여 형성되어 있는 정전식 코어레서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 전극은 상기 중심축에 수직한 단면이 동심원 구조를 가지는 정전식 코어레서.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 전극은 양(+)극과 음(-)극이 교번하여 배열된 정전식 코어레서.
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 전극은 상기 몸체의 유입구 측에만 배치되어 있고, 상기 몸체의 배출구 측에는 배치되어 있지 않은 정전식 코어레서.
5. 제4항에 있어서,
   상기 몸체의 유입구 측에서는 상기 복수의 전극에 의한 분극화 현상과 상기 복수의 베인에 의해 발생되는 회전 유동에 따른 원심력으로 밀도가 큰 물 액적이 가장자리로 모이는 현상을 동시에 활용하며, 상기 몸체의 배출구 측에서는 상기 복수의 베인에 의해 발생되는 회전 유동에 따른 원심력으로 밀도가 큰 물 액적이 가장자리로 모이는 현상을 활용하여 오일 내에서 물 액적을 분리하는 정전식 코어레서.
6. 삭제
7. 밀도 차이를 이용하여 오일 내의 물 액적을 분리하는 세퍼레이터와;
   상기 세퍼레이터의 전단에 설치되며, 분극화 현상과 회전 유동에 따른 원심력을 이용하여 오일 내의 물 액적을 증대시키는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 기재된 정전식 코어레서를 포함하되,
   상기 정전식 코어레서의 전단에서 물 액적이 포함된 오일을 가열하는 히터를 더 포함하는 분리 시스템.
8. 삭제

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