KR101690746B1 - 상 분리 및 교반 장치 - Google Patents

Abstract

상 분리 및 교반 장치가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 및 교반 장치는, 내부에 혼합유체를 수용하며 혼합유체의 적어도 일부 성분을 외부로 배출하는 배수구를 구비하는 기체상 분리부, 및 배수구에 회전 가능하게 결합되는 제1 회전판을 구비하고 제1 회전판의 회전운동에 따라 제1 회전판에 구비된 제1 유체 통과홀을 통해 혼합유체를 배수구로 배출시키는 배출부를 포함한다. 여기서, 제1 회전판은 회전운동을 통하여 기체상 분리부 내 혼합유체의 유체을 발생시킨다.

Description

상 분리 및 교반 장치{APPARATUS FOR PHASE SEPARATION AND AGITATION}

본 발명은 상 분리 및 교반 장치에 관한 것이다.

육상 지하자원이 고갈되고 해저 자원에 대한 관심이 고조됨에 따라, 해저 자원을 개발하기 위해 다양한 해양 플랜트에 대한 연구가 진행되고 있다. 해양 플랜트 중에서도 시추설비의 대표적인 예로 드릴쉽(Drillship), 반잠수식 시추선(Semi-submersible drilling Rig), 잭업리그(Jack-up Rig) 등이 있다. 시추설비에는 단부에 드릴 비트(drill bit)가 형성된 드릴 파이프(drill pipe)가 구비된다. 드릴 비트의 드릴링 유체로 머드(mud)가 이용된다. 머드는 바라이트(barite), 벤토나이트(bentonite) 등을 포함하고, 시추선박에 탑재된 머드 탱크(mud tank)에 저장되었다가 머드 펌프(mud pump)에 의해 드릴 비트로 순환된다.

관련한 기술로는 대한민국 공개특허공보 제10-2013-0049890호(2013. 05. 15, 시추선의 머드 탱크)가 있다.

본 발명의 실시예들은, 머드액(liquid mud)과 같은 혼합유체의 상 분리 및 교반을 동시에 구현할 수 있는 혼합유체용 상 분리 및 교반 장치를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 혼합유체를 수용하며, 상기 혼합유체의 적어도 일부 성분을 외부로 배출하는 배수구를 구비하는 기체상 분리부; 및 상기 배수구에 회전 가능하게 결합되는 제1 회전판을 구비하고, 상기 제1 회전판의 회전운동에 따라 상기 제1 회전판에 구비된 제1 유체 통과홀을 통해 상기 혼합유체를 상기 배수구로 배출시키는 배출부를 포함하되, 상기 제1 회전판은 회전운동을 통하여 상기 기체상 분리부 내 혼합유체의 유체 이동을 발생시키는, 상 분리 및 교반 장치가 제공된다.

상기 상 분리 및 교반 장치는, 상기 기체상 분리부로부터 공급받은 혼합유체에서 고체상을 분리하는 고체상 분리부; 및 상기 기체상 분리부로부터 배출된 혼합유체가 상기 고체상 분리부로 공급되도록, 상기 기체상 분리부와 상기 고체상 분리부를 연결시키는 혼합유체 순환라인을 더 포함할 수 있다.

상기 상 분리 및 교반 장치는, 상기 고체상 분리부의 상부에 위치되도록 상기 혼합유체 순환라인과 연결되어, 상기 기체상 분리부로부터 배출된 혼합유체를 상기 고체상 분리부 내로 공급하는 공급부를 더 포함할 수 있으며, 상기 공급부는, 상기 고체상 분리부에 구비된 유입구에 회전 가능하게 결합되고, 제2 유체 통과홀을 갖는 제2 회전판을 포함할 수 있으며, 상기 제2 회전판은 회전운동을 통하여 상기 유입구를 통해 유입된 상기 혼합유체를 상기 제2 유체 통과홀을 통해 상기 고체상 분리부 내로 공급할 수 있다.

상기 기체상 분리부와 상기 고체상 분리부는 그 사이에 개구부가 형성되도록 결합될 수 있으며, 상기 고체상 분리부 내의 혼합유체는 상기 개구부를 통해 상기 기체상 분리부로 유체 이동할 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따르면, 종래와 달리 혼합유체에 포함된 기체상, 액체상, 고체상의 상 분리(PHASE SEPARATION) 및 그 교반(AGITATION)을 동시에 구현할 수 있어, 예를 들어 머드액과 같은 드릴용 혼합유체의 순환율을 크게 높일 수 있는 상 분리 및 교반 장치를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따르면, 종래의 임펠러 형태의 교반기 없이도, 배출부를 통하여 혼합유체의 교반을 유도함으로써 혼합유체에 포함된 고체상의 침전 현상을 방지할 수 있는 상 분리 및 교반 장치를 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 및 교반 장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 A부분을 확대한 것으로 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 및 교반 장치를 통해 혼합유체가 상 분리 및 교반되는 과정을 도시한 도면이다.
도 3은 도 1의 B부분을 확대한 것으로 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 및 교반 장치를 통해 혼합유체가 다시 한번 상 분리 및 교반되는 과정을 도시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변환을 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 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

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, 결합이라 함은, 각 구성 요소 간의 접촉 관계에 있어, 각 구성 요소 간에 물리적으로 직접 접촉되는 경우만을 뜻하는 것이 아니라, 다른 구성이 각 구성 요소 사이에 개재되어, 그 다른 구성에 구성 요소가 각각 접촉되어 있는 경우까지 포괄하는 개념으로 사용하도록 한다.

본 출원에서 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 출원에서, "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.

이하, 본 발명에 따른 상 분리 및 교반 장치의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

본 발명의 실시예들에 따른 상 분리 및 교반 장치는, 종래와 달리 혼합유체(fluid)에 포함된 기체상, 액체상, 고체상과 같은 복수의 성분 간의 상 분리(PHASE SEPARATION) 및 이들 성분 간의 교반(AGITATION)을 동시에 구현할 수 있다. 이를 통해, 예를 들어 머드액과 같은 드릴용 혼합유체의 순환율을 향상시킬 수 있는 상 분리 및 교반 장치를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시예들에 따른 상 분리 및 교반 장치는, 종래의 임펠러 형태의 교반기 없이도, 배출부를 통하여 혼합유체에 유동을 발생시켜 혼합유체의 교반을 유도함으로써 혼합유체에 포함된 고체상의 침전 현상 등을 방지할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예들에 따르면, 혼합유체로부터 기체상과 고체상과 액체상을 선별적으로 분리할 수 있을 뿐만 아니라 동시에 혼합유체의 교반을 진행할 수 있는 새로운 형태의 혼합유체용 상 분리 및 교반 장치를 구현할 수 있다.

이하 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 및 교반 장치(1000)의 구체적 구성을 설명하도록 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 및 교반 장치를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 2는 도 1의 A부분을 확대한 것으로 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 및 교반 장치를 통해 혼합유체가 상 분리 및 교반되는 과정을 도시한 도면이고, 도 3은 도 1의 B부분을 확대한 것으로 본 발명의 일 실시예에 따른 상 분리 및 교반 장치를 통해 혼합유체가 다시 한번 상 분리 및 교반되는 과정을 도시한 도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 상 분리 및 교반 장치(1000)는, 기체상 분리부(100) 및 배출부(200)를 포함한다.

구체적으로, 기체상 분리부(100)는 내부에 혼합유체를 수용하며, 상기 혼합유체의 적어도 일부 성분을 외부로 배출하는 배수구(110)를 포함한다. 그리고, 배출부(200)는 배수구(110)에 회전 가능하게 결합되는 제1 회전판(210)을 구비하여, 제1 회전판(210)의 회전운동에 따라 제1 회전판(210)에 구비된 제1 유체 통과홀(220)을 통해 혼합유체를 배수구(110)로 배출시킬 수 있다.

이때, 제1 회전판(210)의 회전운동에 따라 기체상 분리부(100) 내의 혼합유체에 유체 이동이 발생된다. 이와 같이 혼합유체가 유체 이동(유동)함에 따라, 기체상 분리부(100) 내의 혼합유체에 교반이 일어날 수 있다.

도 1을 참조하면, 기체상 분리부(100)는 예를 들어 드릴링 유체(머드액)와 같은 혼합유체로부터 가스와 같은 기체상을 선별적으로 분리할 수 있는 장치이다. 참고로, 드릴 비트의 드릴링 유체로 이용되는 머드액은 시추선에 구비된 머드 탱크로 다시 회수될 수 있는데, 이때 드릴링 유체인 머드액에는 다량의 가스와 머드를 포함하는 불순물이 포함될 수 있다.

기체상 분리부(100)는 이러한 드릴링 유체와 같은 혼합유체로부터 가스상을 선별적으로 분리할 수 있다. 이렇게 분리된 가스상은 도 1에 도시된 바와 같이 기체상 분리부(100)의 상측에 위치한 기액분리기(700)로 공급될 수 있으며, 기액분리기(700)에서는 상기 가스상에 잔존하는 액체상이 다시 한번 분리된 후 회수라인(710)을 통해 혼합유체 순환라인(400)으로 회수될 수 있다. 이렇게 회수된 액체상은 후술할 고체상 분리부(300)로 보내져 드릴링 유체로 재활용될 수 있다.

또한, 기체상 분리부(100)의 하부에는 상기 혼합유체 순환라인(400)과 연결되는 배수구(110)가 구비될 수 있다. 상기 배수구(110)에는 후술할 배출부(200)가 설치될 수 있다. 이를 위해, 배수구(110)가 위치한 기체상 분리부(100)의 영역에는 도 2에 도시된 바와 같이 배출부(200)를 수용할 수 있는 수용홈이 구비될 수 있다.

도 2를 참조하면, 배출부(200)는 앞서 설명한 바와 같이 배수구(110)에 회전 가능하게 결합되어 원회전할 수 있는 제1 회전판(210)을 포함한다. 배출부(200)는 상기 제1 회전판(210)을 회전 가능하게 지지하는 회전축(230) 및 상기 회전축(230)을 통해 제1 회전판(210)에 회전력을 제공하는 모터(240)를 더 포함할 수 있다.

이때, 제1 회전판(210)에는 혼합유체를 통과시킬 수 있는 제1 유체 통과홀(220)이 구비될 수 있다. 상기 제1 유체 통과홀(220)은 회전축(230)을 중심으로 제1 회전판(210)의 가장자리 영역에 적어도 하나 이상이 구비될 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 회전축(230)을 중심으로 원판형의 제1 회전판(210) 둘레에 하나 이상의 제1 유체 통과홀(220)이 구비됨으로써, 제1 회전판(210)의 회전운동에 따라 기체상 분리부(100) 내의 혼합유체가 제1 유체 통과홀(220)을 통해 배수구(110)로 배출될 수 있다. 이때, 제1 유체 통과홀(220)이 제1 회전판(210)의 회전운동에 의해 회전축(230)을 중심으로 원회전함에 따라, 기체상 분리부(100) 내의 혼합유체 간에 유동이 활발하게 발생할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 기체상 분리부(100)에서는, 혼합유체로부터 기체상과 고체상과 액체상이 선별적으로 분리되는 상 분리 작용이 일어남과 동시에, 배수구(110) 상의 제1 회전판(210)이 회전운동함에 따라 혼합유체가 배수구(110)로 배출되는 과정에서 혼합유체 간에 상 분리 및 교반 작용이 활발하게 일어날 수 있다. 이와 같이 본 실시예에 따르면, 혼합유체의 상 분리 및 교반 작용을 동시에 진행시킬 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 상 분리 및 교반 장치(1000)는, 기체상 분리부(100)로부터 공급받은 혼합유체에서 고체상을 선별적으로 분리하는 고체상 분리부(300); 및 기체상 분리부(100)로부터 배출된 혼합유체가 고체상 분리부(300)로 공급되도록, 기체상 분리부(100)와 고체상 분리부(300)를 상호 연결시키는 혼합유체 순환라인(400)을 더 포함할 수 있다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 기체상 분리부(100)는 혼합유체에서 기체상을 선별적으로 분리할 수 있으며, 본 실시예에 따른 고체상 분리부(300)는 혼합유체에서 고체상을 선별적으로 분리할 수 있다.

고체상 분리부(300)는 기체상 분리부(100)로부터 배출된 혼합유체를 혼합유체 순환라인(400)을 통해 공급받을 수 있다. 이렇게 공급된 혼합유체에는 기체상이 이전 단계에서 선별적으로 분리됨에 따라 주로 액체상과 고체상이 잔존하게 되는데, 상기 고체상 분리부(300)는 이중 고체상을 선별적으로 분리하여 처리할 수 있다.

또한, 기체상 분리부(100)와 고체상 분리부(300)는 그 사이에 개구부(600)가 형성되도록 결합될 수 있다. 이렇게 형성된 개구부(600)는 고체상 분리부(300) 내의 혼합유체를 기체상 분리부(100)로 이동시키는 통로로 사용될 수 있다.

즉, 고체상 분리부(300) 내의 혼합유체는 도 1에 도시된 것처럼 기체상 분리부(100)와 고체상 분리부(200) 간의 격벽을 범람함에 따라 개구부(600)를 통해 기체상 분리부(100)로 유체 이동될 수 있다. 이를 통해, 혼합유체에 포함된 고체상이 고체상 분리부(300) 내의 일부 영역에만 고착되는 현상을 방지할 수 있고, 기체상 분리부(100)와 고체상 분리부(300) 간의 혼합유체의 순환율을 크게 높일 수 있어, 상 분리 효율을 극대화할 수 있다.

한편 본 실시예에서는 구체적으로 도시되지 않았으나, 기체상 분리부(100) 내의 혼합유체가 개구부(600)를 통해 고체상 분리부(300)로 이동될 수도 있음은 물론이다.

도 1 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 상 분리 및 교반 장치(1000)는, 고체상 분리부(300)의 상부에 위치되도록 혼합유체 순환라인(400)과 연결되어, 기체상 분리부(100)로부터 배출된 혼합유체를 고체상 분리부(300) 내로 공급하는 공급부(500)를 더 포함할 수 있다.

공급부(500)는, 고체상 분리부(300)에 구비된 유입구(310) 상에 설치되며, 제2 유체 통과홀(520)을 구비한 제2 회전판(510)을 포함할 수 있다. 도 3을 참조하면, 상기 유입구(310)를 통해 고체상 분리부(300)로 유입된 혼합유체는, 제2 회전판(510)의 회전운동에 따라 상기 제2 회전판(510)에 구비된 제2 유체 통과홀(520)을 통해 고체상 분리부(300) 내로 유입될 수 있다.

이를 위해, 공급부(500)는 앞서 상술한 바와 같이 유입구(310) 상에 회전 가능하게 결합되어 원회전할 수 있는 원판형의 제2 회전판(510)를 포함하며, 상기 제2 회전판(510)을 회전 가능하게 지지하는 회전축(530) 및 상기 회전축(530)을 통해 제2 회전판(510)에 회전력을 제공하는 모터(540)를 더 포함할 수 있다.

이때, 제2 회전판(510)에는 혼합유체를 통과시킬 수 있는 제2 유체 통과홀(520)이 적어도 하나 이상 구비될 수 있으며, 상기 제2 유체 통과홀(520)은 회전축(530)을 중심으로 제2 회전판(510)의 가장자리를 따라 형성될 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따르면, 회전축(530)을 중심으로 원판형의 제2 회전판(510) 둘레에 하나 이상의 제2 유체 통과홀(520)이 구비됨으로써, 제2 회전판(510)의 회전운동에 따라 혼합유체 순환라인(400)을 통해 공급된 혼합유체가 유입구(310)를 지나 제2 유체 통과홀(520)을 통해 고체상 분리부(300) 내로 낙하될 수 있다. 이때, 제2 유체 통과홀(520)이 제2 회전판(510)의 회전운동에 의해 회전축(530)을 중심으로 원회전함에 따라, 혼합유체가 낙하하면서 고체상 분리부(300) 내의 혼합유체에 유체간이 충돌을 유발시킬 수 있고, 이를 통해 상 분리 효과뿐만 아니라 유체 간의 교반 효과를 극대화할 수 있다.

이와 같이 본 실시예에 따른 고체상 분리부(300)에서는, 혼합유체로부터 기체상과 고체상과 액체상이 선별적으로 분리되는 상 분리 작용이 일어남과 동시에, 유입구(310) 상의 제2 회전판(510)이 회전운동함에 따라 혼합유체가 유입구(310)를 통해 고체상 분리부(300) 내로 유입되는 과정에서 혼합유체 간에 상 분리 및 교반 작용이 활발하게 일어날 수 있다.

이와 같이 본 발명의 실시예들에 따르면, 혼합유체로부터 기체상과 고체상과 액체상을 선별적으로 분리할 수 있을 뿐만 아니라 이와 동시에 혼합유체의 교반을 진행할 수 있는 새로운 형태의 혼합유체용 상 분리 및 교반 장치를 구현할 수 있다.

이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서, 구성 요소의 부가, 변경, 삭제 또는 추가 등에 의해 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있을 것이며, 이 또한 본 발명의 권리범위 내에 포함된다고 할 것이다.

1000: 상 분리 및 교반 장치
100: 기체상 분리부 110: 배수구
200: 배출부 210: 제1 회전판
220: 제1 유체 통과홀 230: 회전축
240: 모터 300: 고체상 분리부
310: 유입구 400: 혼합유체 순환라인
500: 공급부 510: 제2 회전판
520: 제2 유체 통과홀 530: 회전축
540: 모터 600: 개구부
700: 기액 분리기

Claims (4)

1. 내부에 혼합유체를 수용하며, 상기 혼합유체의 적어도 일부 성분을 외부로 배출하는 배수구를 구비하는 기체상 분리부;
   상기 배수구에 회전 가능하게 결합되는 제1 회전판을 구비하고, 상기 제1 회전판의 회전운동에 따라 상기 제1 회전판에 구비된 제1 유체 통과홀을 통해 상기 혼합유체를 상기 배수구로 배출시키는 배출부;
   상기 기체상 분리부로부터 공급받은 혼합유체에서 고체상을 분리하는 고체상 분리부; 및
   상기 고체상 분리부의 상부에 설치되어, 상기 기체상 분리부로부터 배출된 혼합유체를 상기 고체상 분리부 내로 공급하는 공급부를 포함하며,
   상기 제1 회전판은 회전운동을 통하여, 상기 기체상 분리부 내 혼합유체의 유동을 발생시키며,
   상기 공급부는,
   상기 고체상 분리부에 구비된 유입구에 회전 가능하게 결합되고, 제2 유체 통과홀을 갖는 제2 회전판을 포함하며,
   상기 제2 회전판은 회전운동을 통하여, 상기 유입구를 통해 유입된 상기 혼합유체를 상기 제2 유체 통과홀을 통해 상기 고체상 분리부 내로 공급하는, 상 분리 및 교반 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 기체상 분리부로부터 배출된 혼합유체가 상기 고체상 분리부로 공급되도록, 상기 기체상 분리부와 상기 고체상 분리부를 연결시키는 혼합유체 순환라인을 더 포함하는, 상 분리 및 교반 장치.
3. 삭제
4. 내부에 혼합유체를 수용하며, 상기 혼합유체의 적어도 일부 성분을 외부로 배출하는 배수구를 구비하는 기체상 분리부;
   상기 배수구에 회전 가능하게 결합되는 제1 회전판을 구비하고, 상기 제1 회전판의 회전운동에 따라 상기 제1 회전판에 구비된 제1 유체 통과홀을 통해 상기 혼합유체를 상기 배수구로 배출시키는 배출부; 및
   상기 기체상 분리부로부터 공급받은 혼합유체에서 고체상을 분리하는 고체상 분리부를 포함하되,
   상기 기체상 분리부와 상기 고체상 분리부는 그 사이에 개구부가 형성되도록 결합되며,
   상기 고체상 분리부 내의 혼합유체는 상기 개구부를 통해 상기 기체상 분리부로 유체 이동이 가능한, 상 분리 및 교반 장치.

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