KR101637057B1 - 배수조를 구비한 라멜라 세퍼레이터 - Google Patents

배수조를 구비한 라멜라 세퍼레이터 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 액체 방울들을 액체-챠지 유체(liquid-charged fluid)로부터 분리하는 라멜라 세퍼레이터(100)로서, 서로로부터 이격되며, 그 사이에서 액체-챠지 유체를 통해 전달하기 위한 흐름 채널을 형성하며, 그 벽면들에서 액체 방울들이 분리되는 적어도 두 개의 본질적으로 수직으로 배향된 라멜라 프로파일(lamellar profile)(30)을 가지고, 액체-챠지 유체로부터 분리한 액체를 수용하기 위해 라멜라 프로파일들 아래에 위치한 배수조(catch basin)(40)를 가지며, 배수조(40)가, 배수조(40)를 복수의 영역(40a 및 40b)으로 분할하는 적어도 하나의 격벽(45)을 갖는, 라멜라 세퍼레이터(100)에 관한 것이다.

Description

배수조를 구비한 라멜라 세퍼레이터{LAMELLAR SEPARATOR WITH CATCH BASIN}
본 발명은, 액체 방울을 액체-챠지 유체(liquid-charged fluid)로부터 분리하는 라멜라 세퍼레이터(lamellar separator)로서, 서로로부터 이격되며, 그 사이에서 액체-챠지 유체를 통해 전달하기 위한 흐름 채널을 형성하며 그 벽면에서 액체 방울이 분리되는 적어도 두 개의 본질적으로 수직으로 배향된 라멜라 프로파일(lamellar profile)과, 액체-챠지 유체로부터 분리한 액체를 수용하기 위해 라멜라 프로파일의 하부 단부에 위치한 배수조(catch basin)를 갖는 라멜라 세퍼레이터에 관한 것이다.
라멜라 액체 방울 세퍼레이터(lamellar droplet separator)라고도 하는 그러한 라멜라 세퍼레이터는 종래기술에서 알려져 있고, 액체-챠지 유체, 특히 가스 흐름으로부터 액체 방울을 분리하기 위한 여러 처리들에서 사용한다. 태양열 또는 원자력 발전소와 같은 발전소에서, 습증기(wet steam)로부터 액체 방울의 효과적인 분리가 발전소의 열효율을 결정한다. 고압 터빈에서의 팽창 후 증기의 중간 과열 동안, 중간 과열기에서의 과열 전에 습증기를 건조시켜 이를 응축 회로에 공급하는 것이 열역학적으로 유리하다. 소위 물 세퍼레이터 과열기에서, 그러한 라멜라 세퍼레이터가 사용되어 액체-챠지 유체, 특히 습증기로부터 습기를 회수한다. 관련 라멜라 세퍼레이터는, 서로 평행하게 위치하며, 라멜라 분리 공간을 한정하는 라멜라 프로파일이라고 불리는 다수의(즉, 적어도 두 개의) 얇은 벽 프로파일을 포함하고, 그 벽면에서 지나쳐 흐르는 유체로부터 액체 방울이 분리된다. 예컨대, 종래기술에 관해서는 GB 1 408 928A를 참고하기 바란다.
예컨대, 본 발명은 특히 수직으로 배향된 라멜라 프로파일을 갖는 라멜라 세퍼레이 터에 관한 것이며, 여기서 분리한 액체 방울이 모여서 중력으로 인해 아래로 흘러서 라멜라 프로파일의 하부 단부에 위치한 배수조에 분리한 액체로서 모인다. 종래기술에서 알려져 있는 이들 라멜라 세퍼레이터는, 배수조에 있는 액체가, 배수장치에도 불구하고, 라멜라 세퍼레이터를 통해 흐르는 유체 스트림에 의해 소용돌이쳐 부유되어 전달되거나, 소용돌이쳐 부유되어 전달되어 그로부터 방출되기 때문에 라멜라 분리 공간 내로 위쪽으로 회전한다는 문제가 있다. 배수조 내로의 유체 흐름의 잠김(immersion) 및 그에 따른, 배수조로부터 분리한 액체 방울의 배수 방향에 반대되는 라멜라 공간으로의 유체 스트림의 위쪽으로 배향된 측면 흐름도 문제가 있어, 이들 액체 방울은 장애 없이 아래쪽으로 배수될 수 없고, 오히려 라멜라 표면으로부터 떨어져 배출된다.
그러므로 본 발명의 목적은, 배수조에 위치한 분리한 액체가 잔잔해 지고, 소용돌이치지 않거나 적어도 덜 세게 소용돌이쳐서, 액체가 라멜라로부터 다시 떨어지지 않는, 상기 언급한 타입의 라멜라 세퍼레이터를 규정하는 것이다.
이러한 목적은, 배수조가, 배수조를 복수의 영역으로 분할하는 적어도 하나의 격벽을 가짐에 의해 달성된다.
액체 방울을 액체-챠지 유체로부터 분리하는 라멜라 세퍼레이터로서, 서로로부터 이격되며, 액체-챠지 유체를 통해 전달하기 위해 그 사이에서 흐름 채널(라멜라 통로)을 형성하며, 그 벽면에서 액체 방울이 분리되는 적어도 두 개의 본질적으로 수직으로 배향된 라멜라 프로파일과, 액체-챠지 유체로부터 분리한 액체를 수용하기 위해 라멜라 분리 공간의 하부 단부에 위치한 배수조를 갖는 라멜라 세퍼레이터를 제안한다. 배수조가, 배수조를 복수의(즉, 적어도 두 개) 영역으로 분할하는 적어도 하나의 격벽을 가지는 것이 제안된다.
하나 이상의 격벽을 사용한 배수조의 복수의 영역 또는 챔버로의 기하학적 분할로 인해, 라멜라 세퍼레이터의 효율을 감소시킬 수 있는 점인, 배수조로의 분리된 물이 요동하는 것과, 요동한 수면으로부터의 액체 방울이 지나쳐 흐른 유체 스트림에 의해 부유되어 전달되고 라멜라 분리 공간 내로 위쪽으로 다시 전해지는 것을 방지한다. 배수조에 분리되어 모인 액체의 표면은 그에 따라 라멜라 세퍼레이터를 통해 흐르는 유체의 유속이 큰 경우에도 또한 잔잔하고/거나 잔잔한 상태를 유지할 수 있어서, 라멜라 공간에서 물 레벨의 유해한 소용돌이 및 위쪽을 향한 측면 흐름을 감소시킬 수 있다. 격벽이나 격벽들은 액체-챠지 유체의 흐름 경로에 있기 때문에, 이것 또는 이들은 장애물로서 사용되어, 여기서 유체 스트림이 막히거나 편향되어, 라멜라 분리 공간과 이에 연결된 액체 레벨 사이에서 위쪽으로 향하는 측면 흐름과 유체 스트림의 잠김이 방지된다. 더 나아가, 모인 액체의 배수를 개선하여, 배수조의 레벨이 동작 시 유리하게는 낮게 유지될 수 있다. 그러므로 통과-유속은 유리하게도 증가할 수 있다.
본 발명의 유리한 개선으로, 적어도 하나의 격벽이 본질적으로 수직으로 배향되어 배수조 바닥으로부터 적어도 라멜라 프로파일의 하부 가장자리까지 연장한다. 즉, 격벽은 배수조의 배수조 흐름으로부터 적어도 바로 라멜라 분리 공간까지로 연장한다. 그러나 이것은 또한 하부 가장자리 너머 라멜라 프로파일의 하부 영역 내로 연장할 수 있다. 이렇게, 배수조의 분리되어 모인 액체는 충분히 잔잔하고/거나 잔잔한 상태를 유지할 수 있다. 배수조의 유체 스트림의 잠김과 그로 인한 라멜라 공간에서의 위쪽을 향한 측면 흐름은 이렇게 감소한다.
적어도 하나의 격벽이, 라멜라 세퍼레이터를 통해 흐르는 액체-챠지 유체의 흐름 방향의 횡방향으로 위치하는 것이 특히 유리함이 입증되었다. 그러한 격벽의 격벽 평면은, 편의상 본질적으로 라멜라 프로파일에 수직으로 배향된다.
바람직한 개선으로는, 적어도 하나의 분리 배수장치가 격벽에 의해 형성된 배수조의 각 영역에 대해 제공되는 것이 있다.
대안적인 바람직한 개선에 따르면, 공통 배수장치가, 격벽에 의해 분리되는 배수조의 두 인접한 영역에 대해 제공되는 것이 제안된다.
더 나아가, 격벽이, 격벽으로 분리한 두 인접한 영역을 연결하는 적어도 하나의 통로를 배수조 바닥의 영역에 갖는 것이 유리하다. 이렇게, 서로 연결된 영역의 서로 다른 레벨은 같아질 수 있다. 더 나아가, 도면들과 연계하여 추후에 더 상세하게 설명할 바와 같이, 통로를 통해 연결된 영역 중 하나만이 배수장치가 제공될 수 있다.
다른 바람직한 개선에 따르면, 라멜라 프로파일은 적어도 대략 물결모양으로 형성되고 적어도 대략 서로 평행하게 배향되며, (흐름 방향에 반대로 가리키는) 복수의 배플(baffle)이, 이들 라멜라 프로파일 중 적어도 하나로부터 흐름 채널 내로 돌출하여, 액체 방울을 분리하기 위해 흐름 방향에 반대로 가리키는 캐치 포켓을 형성한다. 특히, (흐름 방향으로 가리키는) 복수의 언더컷(undercut) 판이 동일한 라벨라 프로파일로부터 돌출하여, 흐름 방향으로 가리키는 언더컷을 형성하며, 언더컷 판은, 라멜라 프로파일로부터 벗어나 있는(facing away from) 그들의 외부 측면에서의 한정된 값만큼, 흐름 방향에 반대로 가리키는 배플에 의해 중첩되어, 액체 방울을 분리하기 위한 미로(labyrinth) 세퍼레이터 시스템이 형성되는 것이 제안된다. 그러한 라멜라 프로파일은 도면들과 연계하여 이후에 더 상세하게 설명할 것이다. 이렇게 형성한 라멜라 프로파일을 갖는 라멜라 세퍼레이터가 특히 큰 분리도를 가져, 앞서 기재한 배수조가 매우 적절한 분리한 액체에 대해 큰 캐치 용량 스트림을 얻는다.
본 발명은, 또한 이후에, 도면에 도시한 세 개의 바람직한 예시적인 실시예를 기초로 해서 예시적으로 설명될 것이며, 동일한 및/또는 기능적으로 동일한 구성요소는 동일한 참조번호로 식별한다.
도 1은 종래기술에 따른 라멜라 세퍼레이터의 부분 단면도를 도시한다.
도 2는 라멜라 세퍼레이터의 측면도를 도시한다.
도 3은, 본 발명에 따른 라멜라 세퍼레이터의 세 가지 예시적인 실시예의 부분 단면도를 도시한다.
도 4는, 도 3의 라멜라 세퍼레이터의 라멜라 프로파일의 평면도를 도시한다.
도 1은 종래기술에 따른 라멜라 세퍼레이터(100)의 하단 바닥 영역을 도시한다. 라멜라 세퍼레이터(100)는 하우징(10)에 의해 에워싸여 있으며, 하우징(10)에는 배수조(40)가 통합되어 있다. 라멜라 세퍼레이터(100)는, 서로 평행하며 이격되어 있는, 수직 배향 라멜라 프로파일을 가지며, 이들 프로파일은 함께 라멜라 분리 공간을 형성하며, 그 중 단일 라멜라 프로파일(30)의 하부만이 도 1에서 볼 수 있다. 라멜라 프로파일(30)의 하부 가장자리는 31로 식별된다. 액체-챠지 유체가 규정한 관통-흐름 방향(S)으로 라멜라 세퍼레이터(100)를 통해 흐르며, 액체 방울은, 알려진 방식으로 라멜라 프로파일(30)의 벽면 상에서 지나쳐 흐르는 유체로부터 분리된다. 분리한 액체 방울이 모여 중력으로 인해 아래로 이러한 용도로 제공된 배수조 내로 배수된다. 모인 액체(F)는 배수조 바닥(44)에 위치한 배수구(43)(점선으로 도시함)를 통해 배수될 수 있다.
도 1에 도시한 라멜라 세퍼레이터(100)에서, 액체-챠지 유체의 부분 스트림이 라멜라 프로파일(30)의 하부 가장자리(31) 사이에서 모인 액체(F)의 표면(41)에 도달할 수 있고/거나 배수조(40) 내로 쏟아질 수 있다. 이 부분 스트림의 흐름 방향을 T로 식별한다. 만약 배수조(40)로부터의 부분 스트림이 라멜라 프로파일(30) 사이에서 윗 방향으로 편향된다면, 이것은 분리된 액체 방울에 반대로 움직여, 중력으로 인해 아래로 배수조(40) 내로 배수될 것이다. 액체 방울은, 흐름 방향(T)을 가지고 위쪽으로 방출되며 배수조(40)에 모이지 않은 부분 스트림에 의해 의도한 대로 라멜라 표면으로부터 떨어진다.
도 2는, 전체가 100으로 식별되는, 본 발명에 따른 라멜라 세퍼레이터의 측면도를 도시한다. 라멜라 세퍼레이터(100)는, 서로로부터 이격된 복수의 본질적으로 수직 배향된 라멜라 프로파일(30)(미도시)을 가진 라멜라 분리 공간을 에워싸는 하우징(10)을 갖는다. 액체-챠지 유체, 특히 가스나 증기 스트림이 규정한 관통-흐름 방향(S)에서 라멜라 세퍼레이터(100)를 통해 흐르며(소위 수평 유입 및 관류(through flow)), 액체-챠지 유체에 포함된 액체 방울은 라멜라 프로파일(30)의 벽면 상에서 알려진 방식으로 분리된다. 모여서 분리한 액체 방울은 중력으로 인해 이를 위해 제공된 배수조(40) 내로 배수되며, 배수조(40)는 캐치 쉘(catch shell)로 형성할 수 있다. 배수조(40)는 하우징(10)에 통합될 수 있거나 별도의 구성요소로서 형성할 수 있다. 라멜라 프로파일(30)의 하부 가장자리(31)(볼 수 없음)는 점선으로 나타낸다. 하우징(10) 내로의 액체-챠지 유체의 진입 영역은 20으로 식별되며, 이것은 통상은 천공 판(perforated plate)으로 구현한다. 배수조(40)의 배수 노즐은 50으로 식별된다.
도 3a)는 배수조(40)를 가진 라멜라 세퍼레이터(100)의 제 1 예시적인 실시예를 도시한다. 이후의 설명은, 도 3b) 및 도 3c)에 도시한, 라멜라 세퍼레이터(100' 및 100")의 제 2 및 제 3 예시적인 실시예 각각에 대해 유사하게 적용된다. 배수조(40)는 라멜라 세퍼레이터(100, 100' 및 100")의 하우징(10)에 통합되며, 하우징(10)의 전체 폭과 바람직하게는 또한 깊이에 걸쳐서 연장한다. 격벽(45)이, 배수조(40)의 내부 챔버의 폭의 대략 중간에 위치하며, 이 격벽은 배수조 바닥(44)에서부터 라멜라 프로파일(30)의 하부 가장자리(31)까지 그리고 배수조(40)의 전체 깊이에 걸쳐서 연장하고 있다. 이 예시적인 실시예에서 격벽(45)은 배수조(40)를 두 영역, 즉 챔버(40a 및 40b)로 분할한다. 이 분할을 통해, 배수조(40)에서 분리되어 모인 액체(F)의 표면(42)은, 라멜라 세퍼레이터(100, 100' 및 100")를 통해 흐르는 유체의 빠른 유속에서도 잔잔할 수 있고/거나 잔잔한 상태를 유지할 수 있어서, 유해한 소용돌이들을 감소시킨다. 유체의 가능한 빠른 유속으로 인해, 격벽은 내부식 소재, 바람직하게는 금속을 포함한다.
배수조(40)의 두 영역(40a 및 40b)으로의 분할을 통해, 모인 액체(F)의 배수는 더 개선되어(간섭 없이 방출), 그 레벨은 유리하게도 동작시 낮은 상태를 유지할 수 있다. 도 3a)의 제 1 바람직한 실시예에서, 두 영역(40a 및 40b)은 각각 배수조 바닥(44)에서 배수구(43a 및 43b)를 갖는다. 도 3b)의 제 2 예시적인 실시예에서, 왼쪽 영역(40a)에만 또는 가능하게는 오른쪽 영역(40b)에 배수구(43)가 제공된다. 더 나아가, 격벽(45)은 배수조 바닥(44)의 영역에 통로(46)를 가지며, 이 통로(46)는 분리된 영역(40a 및 40b)을 모인 액체(F)의 표면(42)에서 서로 연결한다. 도 3c)의 제 3 예시적인 실시예에서, 공통 배수구(43)가 배수조 바닥(44)에서 격벽(45)에 의해 분리된 두 영역(40a 및 40b)에 대해 제공되며, 이 구멍(43)은 각 경우에 격벽(45)의 중간 부분에서 연장한다. 만약, 도 3a)의 제 1 예시적인 실시예에서처럼, 별도의 배수구가 배수조(40)의 개별 영역(40a 및 40b)에 제공된다면, 이들 구멍은, 도 3b) 및 도 3c)에 따른 제 2 및 제 3 예시적인 실시예에서처럼, 단 하나의 공통 배수구가 제공되는 경우보다 더 작은 치수를 가질 수 있다. 제공될 배수구의 개수는 그에 따라 구조적 경계 조건에 따라 조정될 수 있다.
특히 바람직한 라멜라 프로파일은 이후 도 4와 연계하여 설명할 것이며, 이것은 본 발명에 따른 라멜라 세퍼레이터(100, 100' 및 100")에서 사용하고 낮은 압력 손실을 갖고 특히 큰 분리도를 갖는다. 단일 라멜라 프로파일(30)을 도 3a)에 지시한 라인 IV-VI를 따른 평면도로 도시한다. 바람직하게는 동일하게 형성하는 라멜라 프로파일(미도시)은 이 라멜라 프로파일(30)에 평행하게 거리(a)를 두고 위치하며, 두 개의 인접한 라멜라 프로파일(30)은 그들 사이에서 흐름 채널을 형성하여 미리 한정한 흐름 방향(S)으로 액체-챠지 유체를 통해 전달한다.
라멜라 프로파일(30)은 흐름 방향(S)에서 대략 물결 형상을 갖는다. 복수의 배플(31)(baffle)이 라멜라 프로파일(30)의 양 측면 상에서 흐름 방향(S)에 반대로 돌출하며, 액체 방울에 대해, 흐름 방향(S)에 반대로 가리키는 캐치 포켓(32)을 형성한다. 더 나아가, 흐름 방향으로 가리키는 복수의 언더컷 판(33)이 라멜라 프로파일(30)로부터 양측에서 돌출하며, 흐름 방향(S)으로 가리키는 언더컷(34)을 형성한다. 흐름 방향(S)으로 가리키는 언더컷(33)은, 라멜라 프로파일로부터 벗어나 있는 그 외부 측면에서 한정된 값만큼, 흐름 방향(S)에 반대로 가리키는 배플(31)과 중첩되어, 액체 방울을 위한 효과적인 미로(labyrinth) 세퍼레이터 시스템과 분리한 액체를 수용하기 위한 공통 모음 챔버(캐치 포켓(32)+언더컷(34))을 형성한다. 언더컷 판(33)은 라멜라 프로파일(30)의 첫 절반부에서 흐름 방향(S)에 대해 단지 구현되어, 특히 이 구역에서 매우 높은 분리도를 달성한다. 더 나아가, 흐름 방향(S)에서 감소한 길이를 갖는 언더컷 판(33)이 형성되어, 언더컷과 공통 모음 챔버는 흐름 방향(S)에서 감소한 용량을 갖는다.
배플(31) 및/또는 언더컷 판(33)의 종단 가장자리에는 언더컷 판(33)과 외부 배플(31) 사이의 중첩 영역에서 엠보싱 구조(P)(embossed structure)가 제공되어, 한정된 접촉점이 중첩 영역에 형성된다. 도시한 바와 같이, 라멜라 세퍼레이터(30)는 서로 용접된 다수의 금속 주조 부품으로부터 형성한다.

Claims (10)

  1. 액체 방울들을 액체-챠지 유체(liquid-charged fluid)로부터 분리하는 라멜라 세퍼레이터(lamellar separator)(100)로서,
    서로로부터 이격되며, 그 사이에서 액체-챠지 유체를 통해 전달하기 위한 흐름 채널을 형성하며, 그 벽면들에서 액체 방울들이 분리되는 적어도 두 개의 본질적으로 수직으로 배향된 라멜라 프로파일(lamellar profile)(30)을 가지며, 그리고,
    액체-챠지 유체로부터 분리한 액체를 수용하기 위해 상기 라멜라 프로파일들 아래에 위치한 배수조(catch basin)(40)를 가지되,
    상기 배수조(40)가, 상기 배수조(40)를 복수의 영역(40a 및 40b)으로 분할하는 적어도 하나의 격벽(45)을 갖고,
    배수조 바닥(44)의 영역에서, 상기 격벽(45)이, 상기 격벽(45)에 의해 분리된 두 개의 인접한 영역(40a 및 40b)을 서로 연결하는 적어도 하나의 통로(46)를 가지며,
    상기 통로(46)를 통해 서로 연결된 영역들(40a 및 40b) 중 하나에만 배수장치(43)가 제공되는 것을 특징으로 하는 라멜라 세퍼레이터(100).
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 격벽(45)이 본질적으로 수직으로 배향되고, 배수조 바닥(44)에서부터 적어도 상기 라멜라 프로파일들(30)의 하부 가장자리들까지 연장하는 것을 특징으로 하는 라멜라 세퍼레이터(100).
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 격벽(45)이 액체-챠지 유체의 흐름 경로에 위치하여, 흐름의 장애물을 형성하는 것을 특징으로 하는 라멜라 세퍼레이터(100).
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 격벽(45)이, 액체-챠지 유체의 흐름 방향(S)에 횡방향으로 위치하는 것을 특징으로 하는 라멜라 세퍼레이터(100).
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 라멜라 프로파일들(30)이 물결 모양으로 형성되고 서로 평행하게 배향되며, 복수의 배플들(baffles)(31)이 이들 라멜라 프로파일들(30) 중 적어도 하나로부터 상기 흐름 채널 내로 돌출하여, 분리될 액체 방울을 위한, 흐름 방향(S)에 반대로 가리키는 캐치 포캣(catch pocket)(32)을 형성하는 것을 특징으로 하는 라멜라 세퍼레이터(100).
  10. 청구항 9에 있어서,
    복수의 언더컷(undercut) 판(33)이 동일한 라멜라 프로파일(30)로부터 돌출하여, 상기 흐름 방향(S)으로 가리키는 언더컷들(34)을 형성하며, 상기 흐름 방향(S)으로 가리키는 언더컷 판들(33)이, 상기 라멜라 프로파일(30)로부터 벗어나 있는(facing away) 그들의 외부 측면들에서 한정된 값만큼, 상기 흐름 방향(S)에 반대로 가리키는 배플들(31)에 의해 중첩되어, 분리될 액체 방울들을 위한 미로(labyrinth) 세퍼레이터 시스템이 형성되는 것을 특징으로 하는 라멜라 세퍼레이터(100).
KR1020120071104A 2011-07-01 2012-06-29 배수조를 구비한 라멜라 세퍼레이터 KR101637057B1 (ko)

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