KR101574660B1 - 소수성막을 이용한 기액 분리기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소수성막을 이용한 기액 분리기에 관한 것으로. 그 목적은 액체와 기체가 혼합된 용액을 분리기 본체로 공급하여 용액 중에 포함된 기체가 압력차에 의해 대기압 상태의 소수성막 내측으로 통과되도록 하여 분리 배출하고 소수성막을 통과하지 못하는 액체는 분리기 본체 하부를 통해 배출토록 함으로써 간단한 구조를 가지면서도 순도가 높은 기체를 분리할 수 있는 기액 분리기를 제공하는 데 있다.
본 발명의 구성은 액체와 기체가 혼합된 용액을 공급받는 유입구가 일측에 형성되고, 기체가 분리된 액체를 배출하는 액체 배출구가 측 일지점에 형성된 분리기 본체(1)와; 상기 분리기 본체 내부에 장치된 소수성필터부(2)와;
상기 소수성필터부를 통과한 기체를 외부로 배출하는 기체 이송관(5);을 포함하여 구성된 소수성막을 이용한 기액 분리기를 발명의 특징으로 한다.

Description

소수성막을 이용한 기액 분리기{Gas-liquid separator using hydrophobic membrane}

본 발명은 소수성막을 이용한 기액 분리기에 관한 것으로, 자세하게는 원심분리방식과 같은 종래의 기계식 기액 분리기 없이 소수성막을 구비하여 압력차에 의해 액체와 기체가 혼합된 용액 중 기체가 대기압 상태를 이루는 소수성막 내측으로 통과토록 하여 분리시키는 간단한 구조의 기액 분리기에 관한 것이다.

일반적으로 기액 분리기는 다양한 산업 분야에서 기체와 액체를 분리하기 위해 사용되는 장치로 예로 들면 연료전지 시스템, 공기조화기, 냉장／냉동장치, 의료장비, 쓰레기 매립장에서 혼합유출물을 분리장치, 액체나 기체 화합물을 합성 또는 분해하는 각종 화학공정 장치에서 공급된 혼합 유체를 기체와 액체로 분리하는 장치이다.

상기와 같은 여러장치에서 기액 분리기를 사용하지 않으면 기체 중에 포함된 액체 성분 또는 액체 중에 포함된 기체 성분으로 인하여 그 후단에 설치된 기계장치의 성능을 저하시키게 된다. 이 때문에 기액 분리기 후단 공정에서 필요로 하는 목적의 유체 성분에 따라 주가 되는 유체 성분에 포함된 기체 또는 액체 성분을 분리하는데 사용된다.

특히 쓰레기 매립장에서 침출수와 가스를 분리하는 장치나 화학공정 장치 등에서 사용되는 기액 분리기는 액체 중에 포함된 기체를 분리함으로써 액체 중에 포함된 기체가 밀폐된 상태의 파이프에 누적 시 발생할 수 있는 폭발의 위험을 예방하기 위해서 중요한 장치이다.

상기와 같은 기액 분리기의 종류로는 원심분리식, 응축냉각식, 고체 흡착제를 이용하는 흡착식, 건조제를 이용한 흡수식, 필터식 등과 같은 다양한 종류가 있다.

상기한 기액 분리기 중에서 액체 중에 포함된 기체를 분리하는 가장 대표적인 장치로는 기체와 액체의 비중 차이를 이용하는 원심분리식이 보편적으로 가장 많이 사용된다. 그 이유는 주로 사이클론 형태로 이루어져 구조가 간단하여 유지보수가 용이하고, 공기 등 기체의 유동에 장애가 되지 않아 효율적이기 때문이다.

다만 종래의 원심분리식 기액 분리기는 사이클론에서 기체와 액체를 분리시 100% 기체로 분리되지 않고 기체 배출시 미분리된 약간의 액체 성분이 함께 포함되어 배출되기 때문에 1차 분리 배출된 기체를 파이프 등을 통해 별도의 저장조로 이동시키면서 액체 성분을 저장하면서 상부쪽으로 기체를 배출토록 구성하게 된다. 이 때문에 설치 공간을 많이 차지한다는 단점이 있고, 또한 2차 저장된 액체 성분의 수위가 높아지면 기체 배출시 함께 배출될 수 있기 때문에 이를 막기 위해 별도의 수위 측정 장치와 수위에 따라 개폐되는 수단을 구비해야 함으로 전체적인 구성이 복잡해지고, 제조단가가 상승된다는 단점이 있었다.

국내 등록특허공보 등록번호 10-0748347(2007.08.03.) 국내 등록특허공보 등록번호 10-1266402(2013.05.15.) 국내 공개특허공보 공개번호 10-2012-0008124(2012.01.30) 국내 공개특허공보 공개번호 10-2007-0099759(2007.10.10)

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 액체와 기체가 혼합된 용액을 분리기 본체로 공급하여 용액 중에 포함된 기체가 압력차에 의해 대기압 상태의 소수성막 내측으로 통과되도록 하여 분리 배출하고 소수성막을 통과하지 못하는 액체는 분리기 본체 하부를 통해 배출토록 함으로써 간단한 구조를 가지면서도 순도가 높은 기체를 분리할 수 있는 기액 분리기를 제공하는 데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 액체와 기체가 혼합된 용액을 분리기 본체로 공급하여 용액 중에 포함된 기체가 압력차에 의해 대기압 상태의 소수성 막 내측으로 통과한 기체가 폭발성기체일 경우 기체의 폭발범위 이하로 외부의 별도의 기체와 희석하여 배출할 수 있도록 외부에서 별도의 기체를 공급할 수 있는 별도의 기체공급 수단을 구비한 기액 분리기를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 분리기 본체로 유입된 용액이 분리기 본체와 충돌 또는 유동하면서 물리적인 기액분리가 일어나도록 하여 기액 분리 효율을 증대시킨 기액 분리기를 제공하는데 있다.

또한 본 발명의 다른 목적은 소수성막을 구비한 기액 분리기를 이용하여 액체와 기체가 혼합된 용액을 분리시 소수성막의 파손 또는 실링 불량 또는 장치의 노후화로 인한 누수 발생시 자동적으로 용액이 기체의 이송관으로 유입되는 것을 방지토록 기체 이동경로 일지점에 액체저장부를 구비 후 액체 수위 상승 여부에 따라 자동으로 개폐되는 수단을 형성한 기액 분리기를 제공하는 데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 서로 다른 성질의 액체와 기체가 혼합된 혼합유체를 공급받는 유입구가 일측에 형성되고, 기체가 분리된 액체를 배출하는 액체 배출구가 하측 일지점에 형성된 분리기 본체와;
상기 분리기 본체 내부에 장치되어, 유입된 서로 다른 성질의 액체와 기체가 혼합된 혼합유체 중에서 기체만을 압력차를 이용하여 내측으로 통과시키는 소수성막을 포함하는 소수성필터부와;
상기 소수성필터부를 통과한 기체를 외부로 배출하는 기체이송관;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기를 제공함으로써 달성된다.

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바람직한 실시예로, 상기 소수성필터부에 공기 또는 불활성기체를 공급하는 기체유입구를 더 포함하여 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 분리기 본체의 상부와 기체이송관의 하부 사이에 설치되어 소수성필터부로 액체가 유입되어 일정수위 이상이 될 경우 기체이송관으로의 유출을 자동 차단하는 부구타입 개폐기를 구비한 기체배출부를 더 포함하여 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 소수성필터부는 소수성막과, 이 소수성막 내측에 위치한 다공성 지지필터에 의해 지지되도록 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 소수성막은 평막이나 중공사막 중 선택된 하나의 형태로 구성되고, 소수성필터부는 소수성막의 형태에 따라 평막형 적층형태, 나권형 형태, 중공사형 형태 중 선택된 하나의 형태로 구성될 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 소수성필터부는 소수성막과 이 소수성막 내측에 위치한 다공성 지지필터의 양측에 가스켓을 위치시킨 후, 필터프레임의 적어도 일측면 이상에 형성된 개구면에 면접되게 위치시킨 후, 전단에 위치한 필터커버에서 필터프레임까지를 체결수단을 이용하여 일체화시켜 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 소수성필터부에서 소수성막을 통해 기체가 투과되는 소수성막의 내측 방향에 설치되어 투과된 기체를 흡착 또는 촉매반응을 통해 투과된 기체를 흡착 및 화학적 반응을 통해 제거할 수 있는 흡착제 또는 촉매제를 더 삽입하여 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 소수성막은 PTFE, PVDF, PP 중에서 선택된 어느 하나의 소수성 유기막 또는 소수성처리가 된 무기막 중 어느 하나일 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 다공성 지지 필터는 부직포, 다공성 금속, 다공성 세라믹, 다공성 합성수지재 중에서 선택된 어느 하나일 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 소수성필터부의 기체유입구 전단 또는 기체이송관 후단에 수증기상의 액체를 제거할 수 있는 데미스터 또는 흡습제를 더 포함하여 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 기체배출부는 액체가 저장되는 액체 저장조와;

액체저장조의 상부에 설치된 기체 배출홀이 형성된 기체배출커버와;

상기 기체배출커버에 형성된 기체 배출홀에 매달리게 설치되어 액체 저장조에 유입된 액체의 수위에 따라 승하강하는 부구타입 개폐기;로 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 액체저장조의 일측단에는 액체의 누출을 감지할 수 있는 액체누출감지수단을 구비하여 구성할 수 있다.

이때 액체누출감지수단은 액체저장조 일측단에 설치되어 액체저장조의 수위를 감지할 수 있는 수위감지센서 또는 사이트글라스로 구성될 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 부구타입 개폐기는 기체 배출 커버에 형성된 기체 배출홀에 삽입되어 액체의 배출을 막는 하부마개와,

기체배출홀의 깊이보다 길게 형성되어 하부마개가 평상시 하부로 돌출되도록 하부마개의 상부에 형성된 연결부와,

상기 연결부의 끝단에 형성되어 기체 배출홀의 상부에 걸려 있도록 구성되되, 기체 배출홀과 부구타입 개폐기 간의 틈새를 통해 유입된 기체가 배출되도록 하나 이상의 기체배출 유로가 형성된 기체배출용 걸림마개;를 포함하여 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 기체배출 유로의 형상은 기체배출용 걸림마개의 하단에서 원주방향으로 하나 이상의 홈을 형성하거나 상하방향으로 하나 이상의 관통홀을 형성하여 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 하부마개는 일구간이 원뿔형상으로 형성된 기체배출홀의 하부 형상에 대응하게 상부 일구간이 원뿔 형상으로 이루어질 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 하부마개의 둘레에는 하나 이상의 실링홈이 구비되어 각각의 실링홈에 실링이 설치할 수 있다.

바람직한 실시예로, 상기 연결부와 기체배출용 걸림마개는 분리형으로 구성할 수 있다.

바람직한 실시예로, 유입구는 분리기 본체의 일측면에 접선방향으로 설치되어 액체와 기체가 혼합된 혼합유체를 유입시키도록 구성될 수 있다.

상기와 같은 특징을 갖는 본 발명은 화학공정 등을 포함한 단계를 거치면서 액체와 기체가 혼합된 용액을 원심분리방식과 같은 종래의 기계식 기액 분리기 없이 소수성막을 이용한 단순한 구조의 기액 분리기를 통해 기체와 액체를 일괄 분리함으로써 장치를 소형화하여 설치 공간 협소 문제를 해결하였다는 장점과,

또한 소수성막이 구비된 단순한 구조의 기액 분리기를 제공함으로써 설치 위치가 자유롭고 장치 점검이 자유롭고 외관이 수려하다는 장점과,

또한 소수성막이 구비된 분리기 본체를 배관 형태로 구성시 화학공정 장치의 다양한 배관라인 상에 설치할 수 있다는 장점과,

또한 액체와 기체가 혼합된 용액을 분리기 본체로 공급하여, 분리기 본체 내부에 장치된 소수성막과 유입구를 통해 공급되어 저장된 액체가 소수성막을 가압시 그 압력차에 의해 소수성막 내부로 기체가 통과되어 기체만 외부로 배출하고 소수성막을 통과하지 못한 액체는 분리기 본체 하부를 통해 외부로 배출토록 함으로써 간단한 구조를 가지면서도 분리효율이 높아 기체를 효과적으로 분리할 수 있다는 장점과,

또한 액체와 기체가 혼합된 용액을 분리기 본체로 공급하여 유입된 용액의 압력 증가시 대기압이 형성된 소수성막 내측을 통해 투과되는 기체가 폭발성기체 일 경우 발생할 수 있는 폭발을 방지하기 위해 폭발범위를 벗어나도록 조성을 조절하는 수단을 구비함으로써 기액분리시의 안전사고를 예방하였다는 장점과,

또한 소수성막의 내측에 흡착 또는 촉매반응을 통해 기체를 제거함으로 안전성을 극대화할 수 있다는 장점과,

또한 분리기 본체로 유입된 용액이 접선방향으로 회전력을 부여함으로 분리기 본체와 충돌 또는 유동하면서 일종의 물리적인 기액분리가 일어나도록 하여 기액분리 효율을 증대시켰다는 장점과,

또한 소수성막을 구비한 기액 분리기를 이용하여 액체와 기체가 혼합된 용액을 분리시 소수성막의 파손 또는 실링 불량 또는 장치의 노후화로 인한 누수 발생시 자동적으로 용액이 기체의 이송관으로 유입되는 것을 방지토록 기체 이동경로 일지점에 액체저장부를 구비 후 액체 수위 상승 여부에 따라 자동으로 상승하여 기체 배출구를 막을 수 있는 부구타입 개폐기를 형성함으로써 별도의 감지수단 또는 감시자 없이도 안정적인 기액분리가 가능하다는 장점과,

또한 수위상승에 따라 기체의 배출을 자동 차단하는 부구타입 개폐기를 분리기 본체와 분리형으로 구성함으로써 이를 통해 소수성막 또는 부구타입 개폐기의 고장 또는 마모시 간단히 수리 또는 교체할 수 있다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 소수성막을 이용한 기액 분리기를 보인 개략적인 구성도이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 소수성막을 이용한 기액 분리기를 보인 개략적인 구성도이고,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 소수성필터부를 보인 예시도이고,
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 소수성필터부를 보인 예시도이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 소수성필터부를 보인 예시도이고,
도 6은 도 5의 분해 사시도이고,
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 기체배출부를 보인 사시도이고,
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 부구타입 개폐기를 보인 사시도이고,
도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 부구타입 개폐기가 설치된 모습을 보인 단면 예시도이고,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부구타입 개폐기를 보인 사시도이다.고,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부구타입 개폐기가 설치된 모습을 보인 단면 예시도이다.

이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 소수성막을 이용한 기액 분리기를 보인 개략적인 구성도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 소수성막을 이용한 기액 분리기를 보인 개략적인 구성도이다.

도시된 바와 같이 본 발명의 구성은 일측에 액체와 기체가 혼합된 혼합유체를 공급받는 유입구(11)가 형성되고, 하측 일지점에는 기체가 분리된 액체를 배출하는 액체 배출구(12)가 형성된 분리기 본체(1)가 구비된다. 분리기 본체의 구성은 도 1과 같은 사일로 타입과 같은 통상의 저장조 형태로 구성할 수 있다, 즉, 전체적인 형상을 통상적인 원통형 구조로 구성하고 상부가 좁아지는 형태로 구성할 수 있다.

또 다른 형태로 연속적인 유체가 흐르는 배관과 같은 협소한 화학 공정라인 등에 설치될 경우는 도 2와 같이 기체 배출부(4) 및 기체이송관(5)과 동일한 원통 배관 형태로 구성할 수 있다. 이와 같은 경우 기체 배출부(4), 분리기 본체(1) 및 기체이송관(5) 간에 플랜지 결합을 통해 배관상에 설치할 수 있다.

이때 혼합유체를 공급받는 유입구(11)는 본체(1)의 접선방향으로 유입되도록 구성함으로 용액이 본체 내부에서 회전력을 가지고 유입됨으로 본체 내부에서 일부의 기체와 액체가 사전에 분리되도록 구성할 수 있다.

상기 분리기 본체 내부에는 소수성필터부(2)가 장치되어 유입된 액체 중에 포함되어 있는 기체만 소수성필터부를 관통하여 분리하게 된다. 소수성필터부의 기체 필터링 원리는 분리기 본체 내부에 장치된 소수성필터부를 구성하는 소수성막 표면에 분리기 본체에 저장된 액체의 압력이 가해질 경우 소수성막 내부에 형성된 대기압과의 압력차에 따라 만약 대기압보다 액체로부터 가해지는 압력이 클 경우 기체가 소수성막의 미세 다공 구조를 통과하게 된다. 소수성막을 통과한 기체는 상부에 설치된 기체 배출부(4)를 통해 외부로 배출되게 된다. 이때 소수성막을 통과하지 못한 액체는 분리기 본체 하부를 통해 외부로 배출하게 된다.

이때 소수성막 내부를 별도의 수단을 통해 감압하여 대기압 이하로 하여 압력차를 주어 기체를 투과시킬 수 있도록 구성할 수도 있다.

상기 소수성막은 평막이나 중공사막의 형태로 이루어질 수 있고, 이에 따라 소수성필터부를 평막형 적층식, 나권형 형태, 중공사형 형태 등으로 다양하게 구성될 수 있다. 이러한 형태는 소수성막을 격막으로 하여 일측에는 기체와 액체가 혼합된 혼합유체와 접하고, 다른 일측은 소수성막을 통해 투과되는 기체 또는 외부에서 공급되는 기체가 지나갈 수 있도록 구획하도록 구성되고, 양측면에 압력차를 주어 혼합유체 내에 기체가 투과되어 분리될 수 있는 다양한 구조가 적용될 수 있다. 본 발명의 실시예에서는 평막 적층방식에 대하여 구체적으로 서술한다.

상기 소수성막으로는 PTFE, PVDF, PP 등의 소수성 유기막 또는 소수성처리가 된 무기막 등을 사용할 수 있다. 물론 이외에도 기체는 통과시키고 액체 통과는 막을 수 있는 미세 다공 구조를 가지는 소수성막이면 모두 사용 가능하다. 참고로 소수성막은 물과 같은 액체는 반발력으로 인해 통과시키지 못하고 공기 및 기체는 미세기공을 통해 통과시키도록 형성된 막이다. 이러한 소수성막의 기체와 액체에 대한 투과선택도는 미세 기공의 크기, 소수성막의 액체에 대한 반발력, 처리용량, 압력차 등에 따라 차이가 있다. 다만 본 발명에서는 각 공정의 특성에 따라 선별이 가능하므로 별도로 미세 기공의 크기 등에 대한 범위를 한정하지는 않는다.

상기 소수성필터부를 통과한 기체는 기체 종류에 따라 폭발의 위험성이 있게 된다. 그 이유는 기체와 액체가 혼합유체에서 분리된 기체의 조성 자체가 폭발범위에 포함될 수 있으며, 또한 소수성막의 미세기공 구조적 특징과 소수성막 재질에 따른 기체의 선택도에 따라 투과된 기체가 폭발범위 이내의 조성을 가질 수 있다.

이 때문에 본 발명은 소수성막을 통과한 기체가 폭발범위 이내에 머무러지 않도록 순도를 조절하기 위해 상기 분리기 본체(1)의 하부를 관통하여 소수성필터부(2)의 하부와 연통되도록 하여 외기를 공급하는 기체유입구(3)를 구성하였다. 이때 공급되는 기체는 경우에 따라 건조 공기가 아닌 불활성 기체를 공급 할 수도 있으나 바람직하게는 수분이 제거된 건조공기를 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 건조공기를 제공하기 위해 기체유입구(3)의 전단에 또는 배출되는 기체에 수분이 제거되어 배출되도록 기체이송관(5) 후단에 데미스터나 흡습제 등을 포함하여 구성할 수 있다.

수분이 제거된 공기를 제공하는 이유는 소수성막을 통해 액체가 유입되지 않도록 분리하였는데 공급되는 기체 중에 수분이 포함되어 있으면 기액분리된 기체에 다시 액체 성분이 포함되기 때문이다.

또한 본 발명은 상기 소수성필터부(2)를 구성하는 소수성막이 파손 또는 실링 불량 또는 장치의 노후화로 인한 누수 발생시 액체가 기체 이송관(5)으로 유입되어 배출되는 것을 방지함으로써 안정적으로 기체만 배출시킬 수 있도록 기체 배출부(4)를 구성하였다.

이를 위해 기체 배출부(4)의 내부 상부쪽에 부구타입 개폐기(41)를 구비하였다.

상기 기체 배출부(4)는 도시된 실시예에서는 분리기 본체(1)의 상부와 기체 이송관(5) 사이에서 각측단과 플랜지 결합으로 연결되어 교체 가능하게 구성되는데 원통형으로 구성되어 내부 공간에 누수된 액체가 저장되다가 액체의 수위가 높아져 상부 기체 배출 커버에 형성된 기체 배출홀에 매달려 있는 부구타입 개폐기의 하부까지 차오르면 부력에 의해 부구타입 개폐기가 상승하여 기체 배출홀을 막아 액체의 누수를 자동으로 막도록 구성하였다. 이때 액체저장조(42)를 원통형의 구조로 한 것은 가장 바람직한 실시예에 따른 형태로 그 형상을 원통형으로 한정한 것은 아니다.

이때 부구에 의해 기체 배출홀이 완전히 막히기 전까지는 소수성필터부를 통과한 기체가 기체 배출홀을 통해 배출되게 된다. 평소 상기 부구타입 개폐기에는 기체배출 유로가 형성되어 매달린 상태에서도 기체가 배출되게 형성되고, 상승하게 되면 기체배출 유로가 막히면서 액체 또는 기체의 이동을 완전히 차단하게 구성된다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 소수성필터부를 보인 예시도이고, 도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 소수성필터부를 보인 예시도이다.

도시된 바와 같이 도 3은 원통형 구조로 이루어진 소수성막과 그 내부에서 소수성막을 지지하는 위한 원통형 구조체인 다공성 지지필터가 도시되어 있고, 도 4는 사각통형 구조로 이루어진 소수성막과 그 내부에서 소수성막을 지지하는 위한 사각통형 구조체인 다공성 지지필터가 도시되어 있다.

본 발명에 따른 소수성필터부에 사용되는 소수성막의 양측에는 압력차를 발생하게 됨에 따라 압력에 대한 내구성을 확보하고, 잦은 가동 정지시에 안정적인 형상유지를 위해 소수성막 후단 또는 내부에 기체분리용 다공성 지지필터를 구성하여 지지하도록 구성하는 것이 바람직하다.

여기서 한 실시예로 사용되는 기체분리용 다공성 지지 필터는 부직포를 사용하였지만 이외에도 다공성 구조로 이루어져 상기 미세 기공 구조를 가지는 소수성막을 통과한 기체의 흐름을 크게 방해하지 않으면서 형태를 유지할 수 있는 내압성 구조라면 상관없다.

즉, 다공성 지지필터를 구성한 이유는 압력에 의해 소수성막이 파손될 수 있기 때문인데 다공구조이기만 하면 금속이나 세라믹 또는 합성수지와 같은 고체 성분의 재질로 구성 할 수도 있다. 이때 다공성 필터의 구멍은 상기 소수성막과는 달리 눈에 보이는 구멍으로 단지 소수성막을 지난 기체가 통과하기만 하면 충분하다.

도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 소수성필터부를 보인 예시도이고,도 6은 도 5의 분해 사시도이다. 도시된 바와 같이 도 5 및 6은 상기 도 3 및 4에 개시된 최소한의 기본 구성인 소수성막(21)과 다공성 지지필터(22)로 이루어진 구성의 전후에 각각 가스켓(24)을 위치시킨 후 소수성필터부를 구성하는 필터프레임(23)의 적어도 일측면 이상에 형성된 개구면에 면접되게 위치시킨 후, 최외각에 위치한 필터커버(25)에서 필터프레임(23)까지를 피스나 볼트 등의 체결수단을 이용하여 일체화시킨다. 필터프레임(23)은 상부와 하부 일지점이 천공되어 상부의 기체배출부(4)와 하부의 기체유입구(3)와 연통되도록 구성된다. 필터프레임의 재질은 금속 또는 세라믹 및 또는 경질재의 플라스틱 합성수지재로 구성할 수 있다.

또한 상기 도 5에서는 하나의 예시적 표현으로 사각통형 구조만 예시되었지만 도 3과 같이 원통형 구조로도 구성할 수 있음은 물론이다.

또한 상기 소수성막을 통해 기체가 투과되는 소수성막 내측에는 투과된 기체를 흡착하거나 또는 촉매반응을 통해 기체를 제거하는 흡착제(또는 촉매제, 26)를 삽입하여 구성할 수 있다. 이를 통해 폭발성 가스 또는 환경위해성 가스의 배출을 원천적으로 차단하여 배출되도록 할 수 있다. 이때 소수성막(21)과 흡착제(또는 촉매제, 26)만 있어도 충분하고, 상기 도시된 나머지 구성들은 없어도 상관없다.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 기체배출부를 보인 사시도이고, 도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 부구타입 개폐기를 보인 사시도이고, 도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 부구타입 개폐기가 설치된 모습을 보인 단면 예시도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부구타입 개폐기를 보인 사시도이고, 도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 부구타입 개폐기가 설치된 모습을 보인 단면 예시도이다.

도시된 기체배출부(4)는 분리기 본체(1)의 상부와 기체 이송관(5)의 하부 사이에 설치되어 소수성필터부(2)를 구성하는 소수성막이 파손 또는 실링 불량 또는 장치의 노후화로 인한 누수 발생 발생시 분리기 본체에 저장된 액체가 기체 배출부(4)를 통해 기체 이송관(5)으로 배출되는 것을 막기 위해 일정 용량(기체배출부의 용적) 정도의 액체는 자체적으로 저장하면서 소수성막을 통과한 일부 기체는 계속해서 배출시키도록 한다. 이후 기체배출부가 저장할 수 없을 정도의 액체가 유입되면 자동으로 차단시켜 기체와 액체의 배출을 모두 막도록 구성한다. 이러한 액체 및 기체의 자동 차단을 위해 기체배출부 내부의 상부쪽에는 부구타입 개폐기(41)가 매달리게 설치하여 유입된 액체의 수위에 따라 물보다 비중이 작은 부구타입 개폐기(41)가 승하강하면서 개폐토록 구성된다.

상기 기체배출부(4)는 분리기 본체(1)의 상부와 기체 이송관(5)의 하부 사이에 설치 방법은 도시된 한 실시예에 따르면 면접하는 플랜지간을 볼트 너트로 체결하는 방식으로 구성하였다. 이외에 용접 등의 방식을 사용할 수도 있으나 수리나 교체시를 고려시 플랜지 결합으로 설치하는 것이 바람직하다. 이러한 결합방법은 예시적인 것으로 클램프를 이용하여 가압하여 체결할 수도 있고 끼움 방식으로 결합하여 회전시켜 결합시킬 수도 있다. 이와 같이 체결 방법은 여러 가지 체결방식을 사용해도 된다. 다만 수밀 또는 기밀성이 유지될 수 있게 실링처리를 해야 함은 물론이다.

도시된 바와 같이 기체 배출부(4)는 소수성필터부(2) 또는 플랜지간의 연결부 누수를 통해 유입된 누설 액체가 저장될 수 있는 액체 저장조(42)가 구비되고, 액체저장조(42)의 상부는 기체배출커버(43)에 의해 기체 배출홀(44)만 빼고는 막힌 구조로 이루어지고, 하부는 기체유입커버(45)에 의해 기체유입홀(46)만 빼고는 막힌 구조로 이루어진다.

상기 기체배출커버(43)와 기체유입커버(45)는 상부와 하부에 각각 면접하는 기체이송관의 하부 플랜지 및 분리기 본체의 상부에 형성된 플랜지와 면접하여 체결되도록 액체저장조보다 큰 외경을 가지게 형성하고 복수개의 홀을 가공하여 볼트가 관통하여 체결되도록 형성한다.

또한 상기 기체배출커버(43) 및 기체유입커버(45)에는 면접하는 분리기본체의 상부 플랜지 및 기체이송관의 하부 플랜지부간의 접촉면에 실링홈을 형성하여 가스켓 등의 실링 부재를 삽입하여 수밀 및 기밀 역할을 하도록 하는 것이 바람직하다.

또한 경우에 따라 상기 기체유입커버(45)의 중앙부는 내경에 해당하는 공간부가 형성되도록 구성할 수도 있다. 이 경우 별도의 기체유입홀(46)을 형성하지 않아도 된다.

상기 액체저장조(42)의 일측단에는 액체누출감지수단(47)이 설치된다. 이 액체누출감지수단(47)은 액체저장조의 일측단을 관통하여 상부로 절곡된 파이프 형태로 구성되어 파이프의 끝단에 수위감지센서를 설치하거나 액체저장조의 일측단에 상하로 관통하여 연결되어 내부가 확인되는 사이트글라스를 설치하여 액체의 수위를 감지할 수 있도록 구성될 수 있다.

상기 기체배출커버(43)에 형성된 기체배출홀(44)에 매달리는 부구타입 개폐기(41)는 액체저장조에 유입된 액체의 수위가 높아져 하부와 접촉하면서 차오르면 부력에 의해 부구타입 개폐기가 상승하여 기체 배출홀을 막아 액체의 누수를 자동으로 막는데 사용된다.

이때 기체 배출홀이 완전히 막히기 전까지는 소수성필터부를 통과한 기체가 기체 배출홀을 통해 배출되는데 부구타입 개폐기의 설치 형태가 자중에 의해 기체배출홀에 매달린 상태로 구성되기 때문에 기체 배출홀을 막게 되면 기체의 배출이 이루어지지 않으므로 이를 방지하기 위해 평소 상기 부구타입 개폐기를 통한 기체의 배출이 원활하게 일어날 수 있도록 상부쪽에 기체배출 유로(411)를 형성하여 기체 배출홀에 매달린 상태에서도 기체가 배출되게 형성되고, 상승하게 되면 기체배출 유로가 막히면서 액체 또는 기체의 이동을 완전히 차단하게 구성된다.

부구타입 개폐기의 재질은 물보다 비중이 낮은 합성수지재로 구성하면 되는데 특히 폴리프로필렌 재질이면 내구성도 좋아 바람직하다. 물론 이외에도 부력만 물보다 가벼울 수 있으면 합성수지재 뿐만 아니라 내부가 빈 형태로 구성하여 어떤 재질을 사용해도 된다.

구체적으로 부구타입 개폐기(41)는 기체 배출 커버(43)에 형성된 기체 배출홀(44)에 삽입되어 액체의 배출을 막는 하부마개(412)와, 이 하부마개(412)가 평상시 기체 배출홀(44)의 하부로 돌출되어 있을 정도의 길이를 가지게 기체배출홀의 깊이보다 길게 상기 하부마개(412)의 상부에 형성되어 기체 배출홀에 길이 방향으로 삽입되는 연결부(413)와, 이 연결부의 끝단에 형성되어 기체 배출홀(44)의 상부에 걸려 있는 기체배출용 걸림마개(414)로 구성된다.

상기 연결부(413)의 길이는 상기 하부마개(412)가 기체 배출홀(44)를 막고 있는 상태에서 기체 배출 커버(43)의 상부 높이보다 길게 돌출되도록 하여 상기 기체배출용 걸림마개(414)가 뜬 상태를 이루도록 한다.

또한 상기 연결부(413)의 외경은 기체 배출홀(44)의 내경보다 작게하여 하부마개(412)가 하부로 돌출되어 기체 배출홀(44)이 개방된 상태일 경우 기체가 원활히 상부로 배출되도록 한다. 이때 하부마개가 하강되었을 경우 상기 기체배출용 걸림마개(414)의 하부면이 기체 배출 커버(43)에 형성된 기체배출홀(44)의 상부면을 막아 기체 배출을 막게 되는데 이를 방지하기 위해 상기 기체배출용 걸림마개에 복수개의 기체배출 유로(411)를 형성한다.

기체배출 유로(411)의 형상은 한 실시예로는 도 8, 9에 형성된 것처럼 기체배출용 걸림마개의 하단에서 원주 방향으로 하나 이상의 홈을 형성하여 연결부(413) 및 하부마개와 기체 배출홀(44) 간의 틈새로 유입된 기체가 이 홈을 통해 배출되도록 형성하거나, 또 다른 실시예로는 도 10, 11에 형성된 것처럼 기체배출용 걸림마개의 상하 방향으로 하나 이상의 관통홀을 형성하여 연결부(413)와 기체 배출홀(44) 간의 틈새(441)로 유입된 기체가 관통홀을 통해 배출되도록 형성할 수 있다.

이와 같이 구성함으로써 기체배출용 걸림마개가 기체 배출 커버(43)의 상부면에 접촉시는 연결부의 길이에 의해 항시 하부마개가 개방된 상태를 이루면서 기체가 배출되게 된다.

또한 상기 연결부(413)와 기체배출용 걸림마개(414)는 분리형으로 구성될 수 있다. 분리형 방식은 상하 억지끼움 방식 또는 볼트 체결 방식 등으로 구성할 수 있다.

한 실시예에 따라 도시된 도 9 및 11에 의해 볼트에 의해 체결되는 분리형 방식을 설명하면 상기 기체배출용 걸림마개를 상하방향으로 관통 후 상기 연결부의 상부 일부를 관통하는 나사산이 형성된 체결홈(415)을 형성하고, 이 체결홈에 볼트(416)를 삽입하여 결합하거나 볼트를 분리하여 연결부와 기체배출용 걸림마개를 분해토록 구성할 수 있다.

이와 같이 분리형으로 구성함으로써 사용에 따라 배출마개를 교체해야 할 경우 간단히 볼트 체결을 해제함으로써 교체하게 된다.

또한 상기 하부마개의 둘레에는 하나 이상의 실링홈(417)이 구비되어 각각의 실링홈에 실링(418)이 설치되어 수밀력을 높이게 구성한다.

또한 상기 하부마개의 형상은 도면에 도시된 한 실시예에 따른 구조에서는 상부쪽이 원뿔형상을 가진 통형 구조로만 구성되어 있지만 원통형 구조 또는 원뿔형 구조 또는 구형 구조 및 다각형의 통형 구조 등으로 구성할 수 있다. 다만 이와 같은 구조 중 바람직하게는 원뿔형 구조로 구성하는 것이 가장 개폐가 쉽고 보다 수밀력이 우수하다.

또한 상기 하부마개를 원뿔형 구조로 구성시는 당연히 상기 기체 배출홀(44)의 형상 역시 하부마개의 형상에 따라 하부에서 상부 일정 높이까지 직경이 작아지게 형성하고 그 위로 동일한 직경을 가지게 형성하였다.

상기와 같은 구성을 가지는 소수성막을 이용한 기액 분리기의 작동을 이하 설명한다.

화학공정용 기체와 액체가 혼합유체가 소수성막을 이용한 기액 분리기를 구성하는 분리기 본체(1)의 일측면에 형성된 유입구(11)를 통해 분리기 본체로 유입된 후, 저장되면 수위가 높아짐에 따라 점차 압력이 상승하면서 분리기 본체(1)의 내부 중앙부에 설치된 소수성필터부(2)의 소수성막(21)의 양측면의 압력차에 의해 혼합유체 중에 포함된 기체가 소수성막을 통과하여 내측으로 통과하고, 통과된 기체는 소수성필터부(2)의 하부와 연통된 기체유입구(3)를 통해 공급된 건조 공기에 의해 폭발한계 이하로 유지된 상태에서 소수성필터부(2)의 상부와 연통되게 분리기 본체(1)에 설치된 기체 배출부(4)로 배출되어 기체 배출부(4)의 상부에 설치된 기체배출커버(43)의 중앙부에 형성된 기체배출홀(44)을 통해 기체 이송관(5)으로 배출되게 된다.

또한 소수성막(21)을 통과하지 못한 기체가 분리된 액체는 분리기 본체(1)의 하부에 형성된 액체 배출구(12)를 통해 분리 배출된다.

한편, 액체와 기체가 혼합된 혼합유체를 분리시 소수성막의 파손 또는 실링 불량 또는 장치의 노후화로 인한 누수 발생시 상기 기체 배출부(4)의 액체저장조(42)에 일정 용량만큼 저장되면서 기체를 배출하다가 수위가 점점 상승하면 기체배출부의 상부에 설치된 기체배출커버(43)의 중앙부에 형성된 기체배출홀(44)에 매달려 있는 부구타입 개폐기(41)가 부력에 의해 상승하면서 하부마개(412)가 기체배출홀을 막아 기체 및 액체의 배출을 자동으로 차단하게 된다.

이렇게 누수가 발생하여 액체저장조(42)에 액체가 유입되어 수위가 상승함에 따라 액체누출감지수단(47)을 통해 전기전 신호 또는 육안으로 액체의 누수가 감지되면 내부의 상태를 확인하여 수소성필터부 또는 부구타입의 개폐기(41)를 점검하여 수선 및 교체를 통해 안전하게 정상운전이 가능하도록 조치하게 된다.

본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

(1) : 분리기 본체 (2) : 소수성필터부
(3) : 기체유입구 (4) : 기체 배출부
(5) : 기체 이송관 (11) : 유입구
(12) : 액체 배출구 (21) : 소수성막
(22) : 다공성 지지 필터 (23) : 필터프레임
(24) : 가스켓 (25) : 필터커버
(26) : 흡착제(또는 촉매제) (41) : 부구타입 개폐기
(42) : 액체저장조 (43) : 기체배출커버
(44) : 기체배출홀 (45) : 기체유입커버
(46) : 기체 유입홀 (47) : 액체누출감지수단
(411) : 기체배출 유로 (412) : 하부마개
(413) : 연결부 (414) : 기체배출용 걸림마개
(415) : 체결홈 (416) : 볼트
(417) : 실링홈 (418) : 실링
(441) : 틈새

Claims (19)

1. 서로 다른 성질의 액체와 기체가 혼합된 혼합유체를 공급받는 유입구가 일측에 형성되고, 기체가 분리된 액체를 배출하는 액체 배출구가 하측 일지점에 형성된 분리기 본체와;
   상기 분리기 본체 내부에 장치되어, 유입된 서로 다른 성질의 액체와 기체가 혼합된 혼합유체 중에서 기체만을 압력차를 이용하여 내측으로 통과시키는 소수성막을 포함하는 소수성필터부와;
   상기 소수성필터부를 통과한 기체를 외부로 배출하는 기체이송관;를 포함하여 구성되고,
   상기 분리기 본체의 상부와 기체이송관의 하부 사이에 설치되어 소수성필터부로 액체가 유입되어 일정수위 이상이 될 경우 기체이송관으로의 유출을 자동 차단하는 부구타입 개폐기를 구비한 기체배출부;를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
   
2. 청구항 1에 있어서,
   상기 소수성필터부에 공기나 불활성기체를 공급하는 기체유입구;를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
   
3. 삭제
4. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 소수성필터부는 소수성막과, 이 소수성막 내측에 위치한 다공성 지지필터에 의해 지지되도록 구성한 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
   
5. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 소수성막은 평막 또는 중공사막 중 선택된 하나의 형태로 구성되고, 소수성필터부는 소수성막의 형태에 따라 평막형 적층형태, 나권형 형태, 중공사형 형태 중 선택된 하나의 형태로 구성된 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
   
6. 청구항 4항에 있어서,
   상기 소수성필터부는 소수성막과 이 소수성막 내측에 위치한 다공성 지지필터의 양측에 가스켓을 위치시킨 후, 필터프레임의 적어도 일측면 이상에 형성된 개구면에 면접되게 위치시킨 후, 전단에 위치한 필터커버에서 필터프레임까지를 체결수단을 이용하여 일체화시켜 구성한 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
   
7. 청구항 1 또는 2에 있어서,
   상기 소수성필터부는 소수성막을 통해 기체가 투과되는 소수성막 내측 방향에 설치되어 투과된 기체를 흡착 또는 촉매반응을 통해 투과된 기체를 제거할 수 있는 흡착제 또는 촉매제를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
   
8. 청구항 1항에 있어서,
   상기 소수성막은 PTFE, PVDF, PP 중에서 선택된 어느 하나의 소수성 유기막 또는 소수성처리가 된 무기막 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
   
9. 청구항 4항에 있어서,
   상기 다공성 지지필터는 부직포, 다공성 금속, 다공성 세라믹, 다공성 합성수지재 중에서 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
   
10. 청구항 1항에 있어서,
    상기 소수성필터부의 기체유입구 전단 또는 기체이송관 후단에 수증기상의 액체를 제거할 수 있는 데미스터 또는 흡습제를 더 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
    
11. 청구항 1에 있어서,
    상기 기체배출부는 액체가 저장되는 액체 저장조와;
    액체저장조의 상부에 설치된 기체 배출홀이 형성된 기체배출커버와;
    상기 기체배출커버에 형성된 기체 배출홀에 매달리게 설치되어 액체 저장조에 유입된 액체의 수위에 따라 승하강하는 부구타입 개폐기;로 구성된 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
    
12. 청구항 11항에 있어서,
    상기 액체저장조의 일측단에 설치되어 액체의 누출을 감지할 수 있는 액체누출감지수단을 추가로 구성한 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
    
13. 청구항 12항에 있어서,
    상기 액체누출감지수단은 액체저장조 일측단에 설치되어 액체저장조의 수위를 감지할 수 있는 수위감지센서 또는 사이트글라스의 형태인 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
    
14. 청구항 11항에 있어서,
    상기 부구타입 개폐기는 기체 배출 커버에 형성된 기체 배출홀에 삽입되어 액체의 배출을 막는 하부마개와,
    기체배출홀의 깊이보다 길게 형성되어 하부마개가 평상시 하부로 돌출되도록 하부마개의 상부에 형성된 연결부와,
    상기 연결부의 끝단에 형성되어 기체 배출홀의 상부에 걸려 있도록 구성되되, 기체 배출홀과 부구타입 개폐기 간의 틈새를 통해 유입된 기체가 배출되도록 하나 이상의 기체배출 유로가 형성된 기체배출용 걸림마개;를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
    
15. 청구항 14항에 있어서,
    상기 기체배출 유로의 형상은 기체배출용 걸림마개의 하단에서 원주방향으로 하나 이상의 홈을 형성하거나 기체배출용 걸림마개의 상하 방향으로 하나 이상의 관통홀을 형성하는 방법 중 하나 이상의 형태로 선택된 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
    
16. 청구항 14항에 있어서,
    상기 하부마개는 일구간이 원뿔형상으로 형성된 기체배출홀의 하부 형상에 대응하게 상부 일구간이 원뿔 형상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
    
17. 청구항 14항에 있어서,
    상기 하부마개의 둘레에는 하나 이상의 실링홈이 구비되어 각각의 실링홈에 실링이 설치된 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
    
18. 청구항 14에 있어서,
    상기 연결부와 기체배출용 걸림마개는 분리형으로 구성된 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.
    
19. 청구항 1항에 있어서,
    상기 유입구는 분리기 본체의 일측면에 접선방향으로 설치되어 액체와 기체가 혼합된 혼합유체를 유입시키도록 구성된 것을 특징으로 하는 소수성막을 이용한 기액 분리기.

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