KR101567821B1 - 고온 고압에서 작동하는 에어로졸 생성 및 혼합 시스템 - Google Patents

Abstract

에어로졸 생성 및 혼합 시스템으로서, 에어로졸 생성장치와 에어로졸 혼합장치를 포함하는데 에어로졸 생성장치는 믹싱탱크(11)를 포함하며 믹싱탱크는 믹싱탱크의 내부의 에어로졸을 교반하기 위하여 믹싱탱크의 중심축을 중심으로 회전하는 날개(12)와 믹싱탱크로 에어로졸 수용액과 에어로졸 입자중 어느 하나를 주입하는 필링노즐(13)과 탱크 가압을 위하여 압축공기와 질소가스중 어느 하나를 주입하는 제1에어주입기(22)를 포함하여 교반에 의하여 에어로졸수용액에 압축공기와 질소가스가 혼합된 에어로졸 혼합체를 형성하고 별도의 라인에 의하여 인입되는 압축공기와 질소가스중 어느 하나를 주입하는 제2에어주입기(23)의 에어와 상기 에어로졸 혼합체와 함께 이류체노즐(18)을 통해 제2탱크(17)에 주입하고 이송가스를 공급하는 혼합링(18)에서 공급되는 이송가스와 혼합하여 고압 고온의 에어로졸을 생성한다.

Description

고온 고압에서 작동하는 에어로졸 생성 및 혼합 시스템{AEROSOL GENERATING SYSTEM}

본 발명은 고온 고압에서 작동하는 에어로졸 생성 및 혼합 시스템에 관한 것이다.

본 발명은 에어로졸의 취급이 가능한 제어시스템에 관한 것으로서, 현재 고온 고압 상태에서 제어가 가능한 에어로졸 제어시스템이 부재하여 이러한 상황에서도 제어가 가능한 제어시스템을 제공하는 것을 목표로 한다.

최근 일본의 후쿠시마 사고와 같은 중대사고시에 원자로 건물 내부 방사성 에어로졸 거동에 대한 연구 및 격납건물 안정성 및 방사성 에어로졸 여과배기를 위한 연구개발이 진행되고 있는데 기존의 에어로졸 생성 및 혼합 장치는 원자력 발전소의 중대사고시와 같은 상태의 고온/고압상태의 에어로졸을 생성하고 원하는 조건으로 이송가스와 혼합하기 위한 장비가 없었다. 또한 이송가스는 일반적으로 공기 또는 질소가스를 사용하여 왔으나 고온/고압상태의 에어로졸이 존재하는 환경에서는 수증기, 공기 및 질소가스 등의 혼합가스 환경이 존재한다.

기존의 에어로졸 생성장비 중의 하나인 아토마이저 방식의 것이 주로 사용되는데 고압주입(8bar 이상)이 가능하나 매우 낮은 농도의 상온 에어로졸을 생성한다. 입자분산 방식의 생성장치는 상대적으로 높은 농도의 에어로졸을 생성하는데 상압/상온 조건에서 작동하는 특징을 갖는다. 그러나 고온/고압 동시조건에서 에어로졸을 생성하여 혼합하는 시스템은 없으며, 특히 수증기와 공기, 질소가스의 혼합가스를 이송가스로 사용하는 에어로졸 생성 및 혼합 시스템도 없었다.

이와 관련하여 대한민국 특허 등록 제100145032호' 공구장착및 에어로졸생성장치'와 같은 장치등이 개시된바 있으나 역시 상온/상압에서의 에어로졸 생성장치에 관한 것이며 고온/고압 에어로졸 생성/주입, 혼합 시스템에 대해서는 아직까지 개시된 바는 없다.

본 발명은 상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 안출된 것으로서 고온/고압과 같은 특수한 상황에서 적용하기 위한 에어로졸 생성 및 혼합장비의 필요성이 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 에어로졸 생성 및 혼합 시스템을 제공하며 상기 시스템은 에어로졸 생성장치와 에어로졸 혼합장치를 포함하는데 에어로졸 생성장치는 믹싱탱크(11)를 포함하며 믹싱탱크는 믹싱탱크의 내부의 에어로졸을 교반하기 위하여 믹싱탱크의 중심축을 중심으로 회전하는 날개(12)와 믹싱탱크로 에어로졸 입자를 주입하는 필링노즐(13)과 탱크 가압을 위하여 압축공기와 질소가스 중 어느 하나를 주입하는 제1에어주입기(22)를 포함하여 교반에 의하여 에어로졸 입자 수용액을 형성하고 별도의 라인에 의하여 인입되는 압축공기와 질소가스중 어느 하나를 주입하는 제2에어주입기(23)의 에어와 상기 에어로졸 입자 수용액을 함께 제2탱크에 주입하여 에어로졸을 생성할 수 있다.

믹싱탱크를 나온 에어로졸 입자 수용액은 기어 펌프(16)를 통과하여 고압형태로 주입되며 히터를 지나 가열되어 제2탱크로 주입되며 제2에어주입기를 나온 에어도 히터를 지나 가열된 상태로 주입되는 것일 수 있다.

상기 에어로졸 혼합체는 제2탱크에 주입할 때 에어와 에어로졸을 함께 주입하는 이류체노즐을 통하여 주입되어 에어로졸 혼합체는 미리 지정된 형태의 패턴을 형성하는 것일 수 있다. 수용성 에어로졸의 생성에는 내부 혼합 이류체 노즐(18)을 적용할 수 있으며, 비수용성 에어로졸의 생성에는 외부 혼합 이류체노즐을 적용할 수 있다.

이류체노즐을 통해 제2탱크로 주입되기 전 유동을 안정화하기 위해 바이패스라인(19)으로 순환시킨 후 유동이 안정화되면 이류체 노즐로 유량을 형성하는 것일 수 있다. 또한 히터로 가열하면서 바이패스라인을 거치기 때문에 원하는 조건의 온도를 만들 수 있으며, 이류체노즐로 주입되는 압축공기 또는 질소가스의 압력과 기어펌프의 승압조건에 따라 다양한 압력의 에어로졸 생성이 가능할 수 있다.

에어로졸 생성 초기에는 믹싱탱크 내부의 압력과 온도는 상압 상온 조건이나, 제1에어주입기로 압축공기 또는 질소가스를 충전하게 되면 믹싱탱크는 최대 6~7bar까지 승압이 가능하며, 기어펌프로 3~4bar 차압을 주고, 제2에어주입기에서 최대 9~10bar의 압축공기 또는 질소가스를 공급하게 되면, 9~10bar에 해당하는 고압 에어로졸의 생성이 가능할 수 있다. 믹싱탱크 내부의 에어로졸 수용액은 기어펌프 후단에 있는 히터를 통해 가열되며 생성 초기에는 바이패스라인으로 순환하면서 지속적으로 가열되어 고온 에어로졸의 생성이 가능할 수 있다.

상기 제2탱크의 내부에는 생성 에얼로졸을 이송하기 위한 이송가스 공급을 위한 링형태의 혼합링(21)이 있으며, 혼합링 형성된 구멍(26)을 통해 이송가스가 분사된다. 이송가스는 이송조건에 따라 증기, 압축공기, 질소가스를 사용할 수 있으며, 이들의 혼합가스도 사용이 가능할 수 있다. 이송가스는 제2탱크로 들어오기 전 혼합하여 공급될 수도 있다. 이류체노즐은 혼합링의 중앙에 위치하여 생성 에어로졸을 제2탱크로 주입하며 혼합링에서 분사되는 이송가스와 혼합된다. 이 때 이류체노즐에서 주입되는 에어로졸은 부채꼴 또는 원형의 패턴을 가지며 이송가스는 제2탱크의 벽면에 가깝게 분사되어 벽면에 에어로졸이 부착되는 현상을 방지하면서 균일한 에어로졸과 이송가스의 균일한 혼합이 가능할 수 있다.

제2탱크로 주입되는 에어로졸은 고온의 이송가스와 혼합되면서 수분이 완전히 제거되어 수분에 의한 에어로졸의 응집현상을 방지할 수도 있다.

상기한 바와 같은 구성에 의하여 고온, 고압에서 작용하는 에어로졸 생성 및 혼합 시스템을 제공하는 효과를 갖는다.

도1내지 도5는 본 발명에 따른 일실시예를 도시하는 도면

이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명을 상세하게 설명한다. 도1은 본 발명에 따른 에어로졸 생성및 주입장치를 도시한 도면이다.

믹싱탱크(11)는 탱크내부에 형성된 날개(12)를 회전시켜서 탱크내부에서 에어로졸 용액을 균일하게 혼합하고 유지시키는데 탱크의 상부에 설치된 모터가 탱크의 중심축을 따라 형성된 날개(12)를 회전시키게 된다.

또한, 상단에 형성된 필링노즐(13)로 에어로졸 수용액과 에어로졸 입자가 투입되며 상단의 노즐로 물이 탱크내부로 유입된다.

측면에 설치된 레벨게이지(14)는 하단의 드레인(15)과 연결되어 탱크내의 수위를 조절하게 되며 탱크 가압을 위해서 압축공기 또는 질소가스가 탱크내부로 유입되는데 필요한 정도까지 탱크 내부를 가압하면서 에어로졸 수용액을 교반하여 혼합하게 된다.

탱크를 빠져나가는 에어로졸 수용액은 기어펌프(16)를 통하여 고압으로 제2탱크(17)에 주입되는데 다른 경로로부터 주입되는 압축공기 또는 질소가스와 합쳐져서 제2탱크(17)로 주입될 수 있다.

그러나 초기 에어로졸 수용액유량이 안정될때까지는 바이패스라인(19)을 통하여 다시 믹싱탱크(11)로 재주입되어 순환되도록 할 수 있다.

에어로졸 수용액유량이 안정되면 에어로졸과 압축공기 또는 질소가스는 이류체 노즐(18)을 통해서 주입되는데 이류체노즐(18)은 에어로졸과 에어를 혼합하여 완전한 미세분무 스프레이를 생성한다. 이류체 노즐은 에어로졸이 특정한 형태를 이루며 균일한 패턴을 이루며 형성될 수 있도록 한것으로서 액체와 에어의 속도와 혼합정도에 따라서 다른 형태로 나타날 수 있다. 도2는 이러한 미세분무 스프레이의 일실시예를 도시하는데 도2의 상단에 형성된 미세분무는 부채꼴 형태로 에어의 압력과 에어로졸의 압력차에 의하여 서로 다른 형상이 만들어지는 것을 도시한다.

도3은 이류체노즐의 실시예를 도시하며 액체와 가스의 흐름 및 에어와 액체가 독립적으로 제어되는지 여부에 따라 노즐의 구조가 달라질 수 있다.

도4는 이류체노즐로부터 분사되는 에어로졸과 증기, 압축공기, 질소가스 또는 이들의 혼합가스와 혼합하기 위한 구조를 도시하는데 이류체노즐을 빠져나와 미세분무 스프레이가 형성되는데 미세분무 스프레이가 형성되는 위치에 혼합링(21)이 형성되는데 혼합링은 링의 형태이며 외부에는 다수의 구멍(26)이 뚫린 형태로서 링에 형성된 구멍을 통하여 스팀과 질소가스(혹은 압축공기)의 혼합체(이송가스)를 분사하도록 하는데 미세분무 스프레이 형태로된 에어로졸과 이송가스가 혼합되어 제2탱크의 출구로 빠져나가게 된다.

이와 같은 형태로 에어로졸을 생성하는 경우 최초 믹싱탱크(11)의 압력을 조절하여 고압조건을 만족시킬 수 있으며 탱크와 탱크 사이에 히터를 설치하여 에어로졸의 온도를 높일 수 있다.

도5는 혼합링과 혼합링 외주의 이송가스 분사구멍을 나타내며, 혼합링으로 공급되는 증기, 압축공기, 질소가스 또는 이들의 혼합가스가 균일하게 분사되도록 하며, 혼합링의 중심에 위치하는 이류체노즐을 통해 주입되는 에어로졸의 패턴이 벽면에서 흡착되는 것을 방지하도록 제2탱크 벽면에 가까이 분사되어 에어로졸을 감싸면서 혼합된다.

11: 믹싱탱크 12: 날개
13: 필링노즐 14: 레벨게이지
15: 드레인 16: 기어펌프
17: 제2탱크 18: 이류체노즐
19: 바이패스라인 20: 이송가스혼합탱크
21: 혼합링 22: 제1에어주입기
23: 제2에어주입기 24: 교반모터
25: 클리닝물공급라인 26: 이송가스 분사구멍

Claims (6)

1. 에어로졸 생성 및 혼합시스템으로서,
   믹싱탱크(11)를 포함하며
   믹싱탱크는 믹싱탱크의 내부의 에어로졸을 교반하기 위하여 믹싱탱크의 중심축을 중심으로 회전하는 날개(12), 교반모터(24)와
   믹싱탱크로 에어로졸 수용액과 에어로졸 입자중 어느 하나를 주입하는 필링노즐(13)과
   탱크 가압을 위하여 압축공기와 질소가스중 어느 하나를 주입하는 제1에어주입기(22)를 포함하여 교반에 의하여 에어로졸 수용액에서 에어로졸이 굳어지는 것을 방지하면서 기어펌프(16)로 에어로졸 수용액을 토출하고
   별도의 라인에 의하여 인입되는 압축공기와 질소가스중 어느 하나를 주입하는 제2에어주입기(23)의 에어와 상기 에어로졸 수용액과 함께 제2탱크(17)에 주입하여 에어로졸을 생성하는, 에어로졸 생성 및 혼합시스템
2. 제1항에 있어서, 에어와 에어로졸 수용액이 제2탱크에 주입될 때 에어와 에어로졸을 함께 주입하는 이류체노즐(18)을 통하여 주입되어 에어와 에어로졸 수용액의 혼합체는 미리 지정된 형태의 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는, 에어로졸 생성 및 혼합시스템
3. 제2항에 있어서, 믹싱탱크를 나온 에어로졸 혼합체는 기어 펌프를 통과하여 고압형태로 주입되며 히터를 지나 가열되어 제2탱크로 주입되며 제2에어주입기를 나온 에어도 히터를 지나 가열된 상태로 주입되는 것을 특징으로 하는,에어로졸 생성 및 혼합시스템
4. 제3항에 있어서, 상기 제2탱크의 내부에는 링형태의 혼합링(21)과 혼합링의 외주에는 구멍이 형성되고 구멍을 통해서 이송가스인 증기, 압축공기, 질소가스 또는 이들의 혼합가스 분출되는데
   혼합링의 중심에는 이류체노즐이 위치하여 이류체노즐을 통해 제2탱크(17)로 주입된 에어로졸이 패턴을 형성하면서 혼합링의 구멍을 통해 분사되는 이송가스와 균일하게 혼합되게 하는, 에어로졸 생성 및 혼합시스템
   
   
   
5. 삭제
6. 삭제

Images