KR101723315B1 - 포집 장치 및 이것을 구비하는 가스 터빈 플랜트 - Google Patents

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Abstract

유체 중에 포함되어 있는 입자(P)를 포집하는 포집 장치(3)는 제 1 방향(X)으로부터 흘러온 유체를 제 2 방향(Z)으로 인도하는 곡관(31)과, 제 2 방향(Z)으로 인도된 유체를 제 2 방향(Z)과, 제 3 방향(Y)으로 분기시키는 분기관(32)과, 분기관(32)에서 제 2 방향(Z)으로 인도된 유체 중의 입자(P)가 모이는 포집관(34)과, 곡관(31)과 분기관(32) 사이에 배치되며, 유로가, 곡관(31)의 입구측으로 편향되며 좁아져 있는 축소 확대관(33)을 구비하고 있다.

Description

포집 장치 및 이것을 구비하는 가스 터빈 플랜트{COLLECTOR AND GAS TURBINE PLANT PROVIDED WITH SAME}
본 발명은 유체 중에 포함되어 있는 입자를 포집하는 포집 장치 및 이것을 구비하는 가스 터빈 플랜트에 관한 것이다.
본원은 2012년 9월 12일에 일본에 출원된 일본 특허 출원 제 2012-200634 호에 근거하여 우선권을 주장하며, 이 내용을 여기에 원용한다.
배관 내 등을 유통하는 유체에 포함되는 입자를 포집하는 기술로서, 예를 들면 특허문헌 1이나 특허문헌 2를 들 수 있다.
특허문헌 1에서는, 증기류 중에 포함되어 있는 입자를 분리 제거하는 방법을 들고 있다.
이 방법에서는, 주 증기관을 수평 방향으로부터 연직 방향으로 굴곡시킨다. 또한, 이 방법에서는, 굴곡 후에, 주 증기관을 연직 방향과 수평 방향으로 분기시켜, 연직 방향과 수평 방향으로의 유로를 만든다.
이것에 의해, 주 증기관 내의 증기 및 입자는 굴곡부에 의해서 수평 방향으로부터 연직 방향으로 유통 방향이 변경되며, 연직 방향으로 생기는 관성력이나 중력의 영향으로 연직 하부 방향으로 직진한다. 그 후, 증기 중의 많은 입자는 분기부 내에서 연직 하부 방향으로 계속 직진한다. 한편, 증기는 입자만큼 관성력이나 중력의 영향을 받지 않기 때문에, 분기부에서 입자의 일부를 포함하면서 수평 방향으로 분기된 주 증기관으로 흘러간다. 이것에 의해서, 분기 후의 수평 방향으로 흘러가는 증기 중의 입자를 줄일 수 있다.
또한, 특허문헌 2에서는, 반지(指輪) 가공, 치과 기공 등의 귀금속 연마 작업 시에 공기에 혼입된 금속 미분말을 분리 수집하는 방법을 들고 있다.
이 방법에서는, 집진 흡입된 공기의 풍속이나 풍향을 변화시키는 것에 의해, 주로 금속 미분말이 분리 수집된다. 즉, 금속 미분말을 포함한 공기가 분리 수집 장치의 공기 유입부로부터 직진하여 유입한 후에, 세경화된 구멍을 통과함으로써 풍속이 증가된다. 그 후, 공기는 흡진기에서 직진 방향과 교차하는 방향으로 풍향을 변경하여 배출된다. 그런데, 비중이 큰 금속 미분말은 이러한 풍속, 풍향의 급격한 변화를 따라가지 못하며, 공기와 동일한 방향으로 방향을 변경하는 일이 없이 관성력에 의해 직진하기 때문에, 직진 방향의 앞에 배치된 금속 미분말 회수부 내에 금속 미분말을 수집할 수 있다.
일본 특허 공개 제 평8-28208호 공보 일본 특허 공개 제 소57-113820 호 공보
그렇지만, 특허문헌 1 및 특허문헌 2의 어느 방법도 포집 효율이 높지 않기 때문에, 높은 포집률을 갖는 포집 장치가 바람직하다.
본 발명은 상기 요망에 따르기 위해서 이루어진 것이며, 포집 효율을 향상시킬 수 있는 포집 장치 및 이것을 구비하는 가스 터빈 플랜트를 제공하는 것이다.
상기 요망에 따르기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 포집 장치는,
유체 중에 포함되어 있는 입자를 포집하는 포집 장치에 있어서, 제 1 방향으로 흐르는 상기 유체를, 상기 제 1 방향보다 연직 하방측을 지향하는 제 2 방향으로 전향시키는 곡관과, 상기 곡관의 출구에 접속되며, 상기 제 2 방향으로 흐르는 상기 유체의 유로를 축소시킨 후에 확대시키는 축소 확대관과, 상기 축소 확대관의 출구에 접속되며, 상기 제 2 방향으로 흐르는 상기 유체를, 상기 제 2 방향과, 상기 제 2 방향과는 상이한 방향인 제 3 방향으로 분기시키는 분기관과, 상기 분기관의 상기 제 2 방향측의 출구에 접속되며, 상기 유체 중의 상기 입자가 모이는 포집부를 구비하며, 상기 축소 확대관에 있어서의 유로 축소부가 상기 축소 확대관의 입구 개구의 중심에 대하여 편심되어 있으며, 상기 제 2 방향으로 보았을 때에, 상기 입구 개구의 상기 중심을 기준으로 하여, 상기 유로 축소부의 편심 위치가 상기 제 1 방향으로부터 90° ~ 270°의 범위 내인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 요망에 따르기 위한 본 발명의 다른 태양에 따른 포집 장치는,
유체 중에 포함되어 있는 입자를 포집하는 포집 장치에 있어서, 제 1 방향으로 흐르는 상기 유체를, 상기 제 1 방향보다 연직 하방측을 지향하는 제 2 방향으로 전향시키는 곡관과, 상기 곡관의 출구에 접속되며, 상기 제 2 방향으로 흐르는 상기 유체의 유로를 축소시킨 후에 확대시키는 축소 확대관과, 상기 축소 확대관의 출구에 접속되며, 상기 제 2 방향으로 흐르는 상기 유체를, 상기 제 2 방향과, 상기 제 2 방향과는 상이한 방향인 제 3 방향으로 분기시키는 분기관과, 상기 분기관의 상기 제 2 방향측의 출구에 접속되며, 상기 유체 중의 상기 입자가 모이는 포집부를 구비하며, 상기 축소 확대관에 있어서의 유로 축소부는, 상기 제 2 방향으로 보았을 때에, 상기 축소 확대관의 입구 개구의 중심으로부터 방사 방향측이며 또한 상기 중심을 기준으로 하여 상기 곡관의 입구측으로 편심되어 있는 것을 특징으로 한다.
또한, "축소 확대관의 입구 개구의 중심으로부터 방사 방향"이란, 축소 확대관의 입구 개구를 포함하는 가상 평면에 평행한 면에 있어서, 이 입구 개구의 중심으로부터 멀어지는 방향인 방사 방향이다.
이상의 일 태양 또는 다른 태양에 의하면, 제 1 방향으로 흐르고 있는 유체 중에 포함되는 입자는, 제 1 단계로서, 곡관 통과시에 제 2 방향으로 유통 방향이 전향된다. 이 때문에, 원심력에 의해 곡관의 입구측과는 반대측으로 편향되어 모인 상태에서 제 2 방향으로 유통한다. 그 후, 입자는, 제 2 단계로서, 제 2 방향으로 유통하면서, 축소 확대관의 유로 축소부를 유통하는 과정에서, 재차 원심력이 가해지면서 곡관 통과시와는 반대측인 곡관의 입구측으로 편향되어 모인다.
그리고, 축소 확대관의 유로 축소부를 통과하면, 입자는, 그 유통 유로가 거의 조여진 그대로 곡관의 입구측으로 편향된 상태에서, 중력의 영향을 받으면서 제 2 방향으로 유통한다. 이 때문에, 제 3 방향으로는 거의 유통하지 않는다. 한편, 유체는, 중력 및 원심력의 영향을 입자만큼 받지 않으며, 축소 확대관의 유로 축소부를 통과한 후에 확산하여 유통하기 때문에, 분기관을 통과시에 제 3 방향으로 흘러간다. 이것에 의해, 많은 입자는 분기관의 제 2 방향측의 출구에 접속되어 있는 포집부에 모이기 때문에, 입자의 포집 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 여기서의 "제 1 방향" 및 "제 3 방향"은 "제 2 방향"보다 수평 방향 성분을 많이 포함하는 방향이다.
여기서, 이상의 일 태양 또는 다른 태양의 포집 장치에 있어서, 상기 제 3 방향은, 상기 제 2 방향으로 보았을 때에, 상기 축소 확대관의 출구 개구의 중심을 기준으로 하여, 상기 유로 축소부의 편심 위치로부터 90° ~ 270°의 범위 내인 것이 바람직하다.
또한, 이상의 일 태양 또는 다른 태양의 포집 장치에 있어서, 상기 분기관의 상기 제 3 방향측의 출구는, 상기 제 2 방향으로 보았을 때에, 상기 축소 확대관의 출구 개구의 중심을 기준으로 하여, 상기 유로 축소부의 편심 위치와는 반대측인 것이 바람직하다.
이들 포집 장치에 의하면, 축소 확대관의 유로 축소부의 통과시에 편향되어 모인 입자는, 분기관 내를 통과시에 분기관의 제 3 방향측의 출구와 거리를 두고 제 2 방향으로 유통한다. 따라서, 이들 포집 장치에서는, 분기관의 제 3 방향측의 분기 유로에 입자가 거의 혼입되지 않으며, 분기관의 제 2 방향측의 분기 유로로 입자가 대부분 유통하기 때문에, 포집 효율을 보다 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 요망에 따르기 위한 본 발명의 일 태양에 따른 가스 터빈 플랜트는,
압축기와, 터빈과, 연소기를 갖는 가스 터빈과; 상기 유체로서의 가스 연료를 상기 연소기에 공급하는 가스 라인과; 상기 가스 라인 중에 배치되는 상기 어느 하나의 포집 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 일 태양에 의하면, 가스 라인 중에 상기 어느 하나의 포집 장치가 배치되어 있기 때문에, 가스 연료 중의 입자를 제거할 수 있어서, 입자가 제거된 가스 연료를 연소기에 공급할 수 있다.
본 발명에 따른 일 태양에 의하면, 유체 중에 포함되어 있는 입자의 포집 효율을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 포집 장치를 포함하는 가스 터빈 플랜트의 계통도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 포집 장치의 사시도이다.
도 3은 본 발명의 각 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3의 포집 장치의 모식도로서, 도 3의 (a)는 실시예 1의 모식도이며, 도 3의 (b)는 실시예 2의 모식도이며, 도 3의 (c)는 실시예 3의 모식도이며, 도 3의 (d)는 실시예 4의 모식도이며, 도 3의 (e)는 비교예 1의 모식도이며, 도 3의 (f)는 비교예 2의 모식도이며, 도 3의 (g)는 비교예 3의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예 1 내지 4, 비교예 2 및 비교예 3의 곡관과 축소 확대관의 유로 축소부의 위치 관계를 도시하는 설명도이다.
도 5는 본 발명의 실시예 1, 실시예 3 및 실시예 4의 곡관과 출구 관부의 위치 관계를 도시하는 설명도이다.
도 6은 본 발명의 비교예 1 및 비교예 2와 실시예 1에 있어서의 입자 직경과 포집률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 실시예 1 내지 3 및 비교예 3에 있어서의 입자 직경과 포집률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 8은 본 발명의 실시예 1 내지 3 및 비교예 3에 있어서의 조임 위치와 평균 포집률의 관계를 나타내는 그래프이다.
도 9는 본 발명의 실시예 1과 실시예 5에 있어서의 입자 직경과 포집률의 관계를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명에 따른 실시형태에 대해 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.
도 1에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 포집 장치(3)를 구비하는 가스 터빈 플랜트(1)는, 압축기(C), 터빈(T) 및 연소기(11)를 갖는 가스 터빈(10)과, 가스 터빈(10)과 접속되어 있는 발전기(G)와, 유체인 가스 연료(F)를 연소기(11)에 공급하는 연료 배관인 가스 라인(2)과, 가스 라인(2)과 접속되어 있으며 가스 연료(F)의 공급원인 가스 탱크(12)와, 가스 라인(2) 중에 배치되어 있는 스트레이너(13)와, 가스 탱크(12)와 스트레이너(13) 사이의 가스 라인(2) 중에 배치되어 있는 포집 장치(3)를 구비한다.
도 2에 도시하는 바와 같이, 본 실시형태의 포집 장치(3)는 가스 라인(2) 중에 배치되어 있다. 이 포집 장치(3)는, 제 1 방향(X)으로 연장되는 제 1 라인(21)으로부터, 제 2 방향(Z)으로 유통의 방향을 변화시키는 곡관(31)과, 이 곡관(31)으로부터 제 2 방향(Z)으로 연장되는 제 2 라인(22)과, 제 2 라인(22)을 제 2 방향(Z)과 제 3 방향(Y)으로 연장하는 제 3 라인(23)으로 분기시키는 분기관(32)과, 곡관(31)과 분기관(32) 사이의 제 2 라인(22) 중에 배치되어 있는 축소 확대관(33)과, 분기관(32)의 제 2 라인(22)측에 접속되어 있는 포집관(포집부)(34)을 구비한다.
여기서 각 라인(21, 22, 23)에 대해 간단하게 정리하여 설명한다.
제 1 라인(21)은 가스 라인(2)의 일부이다. 이 제 1 라인(21)은 가스 탱크(12)와 곡관(31)에 접속되어 있으며, 측방인 제 1 방향(X)으로 연장되어 배치되어 있다.
제 2 라인(22)은 포집 장치(3) 내를, 연직 하부 방향인 제 2 방향(Z)으로 연장되어 배치되어 있다.
제 3 라인(23)은 가스 라인(2)의 일부이다. 이 제 3 라인(23)은 분기관(32)과 스트레이너(13)(도 1에 도시함)에 접속되어 있으며, 측방이며 제 1 방향(X) 및 제 2 방향(Z)에 직교하는 제 3 방향(Y)으로 연장되어 배치되어 있다.
곡관(31)은 단면 원형 형상을 이루는 L자형으로 굴곡된 L형 엘보로 형성되어 있다. 이 곡관(31)은, 입구측이며 제 1 라인(21)과 접속되어 있는 곡관 입구부(311)와, 제 2 방향(Z)으로 유통의 방향을 굴곡시키는 굴곡부(312)와, 출구측이며 제 2 라인(22)과 접속되어 있는 곡관 출구부(313)를 갖는다.
분기관(32)은 단면 원형 형상을 이루는 T자형의 배관 이음으로 형성되어 있다. 이 분기관(32)은 제 2 방향(Z)으로 연장되는 직관부(322)와, 직관부(322)의 중간으로부터 제 3 방향(Y)으로 연장되는 출구 관부(321)를 갖는다. 직관부(322)는 연직 상부 방향에서 곡관(31)측의 제 2 라인(22)과 접속되어 있는 직관 입구부(323)와, 연직 하부 방향에서 포집관(34)측의 제 2 라인(22)과 접속되어 있는 직관 출구부(324)를 갖는다. 출구 관부(321)는 직관부(322)의 중간으로부터 제 3 방향(Y)으로 연장되어 배치되며, 제 3 라인(23)에 접속되어 있다.
축소 확대관(33)은 제 2 라인(22) 중의 곡관(31)과 분기관(32) 사이에 배치되어 있다. 이 축소 확대관(33)은 한쌍의 편심 리듀서(332)의 축경측이 서로 접속되어 형성되어 있다. 이 축소 확대관(33)에서 편심 리듀서(332)의 축경측끼리 접속되어 있는 접속 부분이 유로 축소부(331)를 이룬다. 유로 축소부(331)의 축심은, 제 2 라인(22)에 있어서의 방사 방향에 있어서, 제 2 라인(22)의 중심축(C)으로부터 제 1 방향(X)에 있어서의 곡관(31)의 입구측인 곡관 입구부(311)측으로 편향시킨 위치에 배치되어 있다.
또한, 편심 리듀서(332)는, 가스 연료(F)로부터 제거하는 입자(P)의 크기 등에 맞춰서, 유로 축소부(331)의 단면적 사이즈를 적절히 선택하여 사용되면 좋다.
포집관(34)은 단면 원형 형상을 이루는 L자형으로 굴곡된 관재이다. 이 포집관(34)은, 분기관(32)에 있어서의 직관 출구부(324)의 앞인 제 2 라인(22)의 하단에 배치되어 있다. 이 포집관(34)은, 한쪽의 개구가 제 2 라인(22)의 하단과 접속되며, 다른쪽의 개구에 개폐 덮개(341)를 갖는다.
다음에, 상기 구성의 포집 장치(3)를 구비한 가스 터빈 플랜트(1)의 작용에 대하여 설명한다.
상기와 같은 포집 장치(3)를 구비한 가스 터빈 플랜트(1)에 의하면, 불순물인 입자(P)를 포함한 가스 연료(F)는 가스 탱크(12)로부터 공급되며, 가스 라인(2)인 제 1 라인(21) 내를 유통하여, 포집 장치(3)에 도달한다. 포집 장치(3)에 도달한 가스 연료(F)는 곡관(31)에 곡관 입구부(311)로부터 유입되고, 곡관(31)의 굴곡부(312)에서 유통의 방향이 변환되며, 곡관 출구부(313)로부터 제 2 라인(22)으로 유출된다. 그리고, 가스 연료(F)는 축소 확대관(33) 내의 유로의 좁아진 유로 축소부(331)를 통과하고, 직관 입구부(323)로부터 분기관(32) 내로 유입된다. 분기관(32) 내를 유통하는 가스 연료(F)는 분기관(32) 내에서 유통의 방향이 변환되며, 출구 관부(321)를 거쳐서 제 3 라인(23)으로 유출된다. 그 후, 가스 연료(F)는 제 3 라인(23) 내를 유통하고, 스트레이너(13)를 거쳐서, 연소기(11)에 도달하며, 거기서 연소한다. 이 가스 연료(F)의 연소에서 생성된 연소 가스에 의해, 터빈(T)이 구동하고, 이 터빈(T)의 구동에 의해, 발전기(G)에 의한 발전이 실행된다.
한편, 가스 연료(F)에 포함되어 있는 많은 입자(P)는 분기관(32) 내에서 출구 관부(321)가 아닌 직관 출구부(324)로부터 포집관(34)으로 이송되며, 포집관(34) 내에 모여, 포집관(34)의 개폐 덮개(341)를 분리하는 것에 의해 회수된다.
상기와 같은 포집 장치(3)에 의하면, 가스 연료(F) 중에 포함되어 있는 입자(P)는 곡관(31)을 통과할 때에 굴곡부(312)에서 원심력이 가해진다. 이 때문에, 가스 연료(F) 중에 포함되어 있는 입자(P)는, 곡관 출구부(313)로부터 제 2 라인(22)으로 인도될 때에는, 제 2 라인(22)의 중심축(C)(도 4 참조)에 대한 방사 방향에 있어서, 곡관 입구부(311)와 반대측으로 편향되어 모이며 낙하한다. 그리고, 입자(P)가 축소 확대관(33)을 통과할 때에는, 유로 축소부(331)가 제 2 라인(22)의 중심축(C)에 대한 방사 방향에 있어서 곡관 입구부(311)측으로 편심되어 배치되어 있으므로, 편향되어 모여 낙하하고 있던 입자(P)는 축소 확대관(33)의 형상을 따라서 재차 원심력이 가해지면서 곡관 입구부(311)측을 향한다. 또한, 입자(P)는, 유로가 좁아진 유로 축소부(331)를 통과함으로써, 보다 곡관 입구부(311)측으로 좁아지면서 편향되어 모이고, 유로 축소부(331)를 통과한 후에는 중력의 영향으로 곡관 입구부(311)측으로 편향된 채로 연직 하부 방향으로 낙하한다.
한편, 가스 연료(F)는 중력이나 원심력의 영향을 입자(P)만큼 받지 않으며, 유로 축소부(331)를 통과한 후에 확산되어 유통한다.
분기관(32)의 출구 관부(321)가 직관부(322)에 대하여 제 3 방향(Y)을 향하여 접속된다. 또한, 직관부(322)와의 접속 부분인 출구 관부(321)의 입구 개구는, 제 2 라인(22)의 중심축(C)을 기준으로 하여, 곡관 입구부(311)측으로 편향되어 있는 유로 축소부(331)로부터 90°의 위치에 배치되어 있다. 입자(P)는 이 분기관(32)의 직관부(322) 내를 곡관 입구부(311)측으로 편향되어 모여 낙하하기 때문에, 출구 관부(321)의 입구 개구와 거리를 두고 유통하며, 측방인 출구 관부(321)로는 거의 유통하지 않는다.
한편, 전술한 바와 같이 가스 연료(F)는 중력이나 원심력의 영향을 입자(P)만큼 받지 않고, 유로 축소부(331)를 통과한 후에 확산되어 유통하고 있기 때문에, 분기관(32) 내를 통과할 때에 출구 관부(321)로부터 제 3 라인(23)으로 흘러간다.
이들에 의해, 출구 관부(321)에 가스 연료(F)가 유통될 때에, 입자(P)가 혼입되어 유통되기 어려워져, 많은 입자(P)가 제 2 라인(22)에 장착된 포집관(34)에 모이기 때문에, 입자(P)의 포집 효율을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 실시형태의 가스 터빈 플랜트(1)에서는, 이상과 같이, 가스 탱크(12)로부터 스트레이너(13)까지 사이의 가스 라인(2) 중에 배치되어 있는 포집 장치(3)에 의해서, 가스 연료(F) 중에 포함되어 있는 입자(P)의 대부분이 제거된다. 또한, 포집 장치(3)를 통과한 가스 연료(F)로부터도, 스트레이너(13)에서 입자(P)가 제거된다. 따라서, 본 실시형태의 가스 터빈 플랜트(1)에서는, 입자(P)가 거의 포함되지 않는 가스 연료(F)를 연소기(11)에 공급할 수 있다.
실시예
다음에, 각종 실시예 및 비교예의 포집률에 대한 컴퓨터에 따른 해석 결과를 설명한다.
우선, 각종 실시예 1 내지 4 및 각종 비교예 1 내지 3의 구조에 대하여 설명한다.
여기서, 이하에 있어서, 도 3 내지 도 5에 도시하는 바와 같이, 각도 표시는, 제 2 방향(Z)으로 보았을 때, 제 2 라인(22)의 중심축(C)(도 4 및 도 5 참조)을 기준으로 하여, 제 1 방향(X(0°))으로부터 중심축(C)의 시계 방향의 각도를 도시한다. 또한, 곡관(31)의 곡관 출구부(313)(또는 출구 개구)의 중심, 축소 확대관의 입구부(또는 입구 개구)의 중심 및 출구부(또는 출구 개구)의 중심은, 모두, 제 2 라인(22)의 중심축(C)에 위치하고 있다.
[실시예 1]
도 3의 (a), 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 이 실시예 1의 포집 장치(3a)는 제 1 방향(X)으로부터 180°의 위치에 유로 축소부(331a)가 배치되어 있는 축소 확대관(33a)을 구비하고 있다. 또한, 이 포집 장치(3a)는 제 1 방향(X)으로부터 90°의 방향으로 접속되어 있는 출구 관부(321a)를 갖는 분기관(32a)을 구비하고 있다.
또한, 실시예 1의 포집 장치(3a)는 본 실시형태에서 설명한 포집 장치(3)와 동일한 것이다.
[실시예 2]
도 3의 (b), 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 이 실시예 2의 포집 장치(3b)는 제 1 방향(X)으로부터 270°의 위치에 유로 축소부(331b)가 배치되어 있는 축소 확대관(33b)을 구비하고 있다. 또한, 이 포집 장치(3b)는, 실시예 1과 마찬가지로, 제 1 방향(X)으로부터 90°의 방향으로 접속되어 있는 출구 관부(321a)를 갖는 분기관(32a)을 구비하고 있다. 즉, 실시예 2의 포집 장치(3b)는 축소 확대관(33b)에 있어서의 유로 축소부(331b)의 위치가 실시예 1과 상위하다.
[실시예 3]
도 3의 (c), 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 이 실시예 3의 포집 장치(3c)는 제 1 방향(X)으로부터 225°의 위치에 유로 축소부(331c)가 배치되어 있는 축소 확대관(33c)을 구비하고 있다. 또한, 이 포집 장치(3c)는 제 1 방향(X)으로부터 45°의 방향으로 접속되어 있는 출구 관부(321c)를 갖는 분기관(32c)을 구비하고 있다. 즉, 실시예 3의 포집 장치(3c)는 축소 확대관(33c)에 있어서의 유로 축소부(331c)의 위치와 분기관(32c)이 실시예 1과 상위하다.
[실시예 4]
도 3의 (d), 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 이 실시예 4의 포집 장치(3d)는, 실시예 1과 마찬가지로, 제 1 방향(X)으로부터 180°의 위치에 유로 축소부(331a)가 배치되어 있는 축소 확대관(33a)을 구비하고 있다. 또한, 포집 장치(3d)는, 제 1 방향(X), 즉 0°의 방향으로 접속되는 출구 관부(321d)를 갖는 분기관(32d)을 구비하고 있다. 즉, 실시예 4의 포집 장치(3d)는 분기관(32d)이 실시예 1과 상위하다.
[비교예 1]
도 3의 (e), 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 이 비교예 1의 포집 장치(3e)는 축소 확대관(33)을 구비하고 있지 않다. 또한, 이 포집 장치(3e)는, 제 1 방향(X)으로부터 90°의 방향으로 접속되는 출구 관부(321a)를 갖는 분기관(32a)을 구비하고 있다. 즉, 비교예 1의 포집 장치(3e)는, 축소 확대관(33)을 구비하고 있지 않는 점이 실시예 1과 상위하다.
[비교예 2]
도 3의 (f), 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 이 비교예 2의 포집 장치(3f)는 제 2 라인(22)의 중심축(C) 상에 유로 축소부(331f)가 배치되어 있는 축소 확대관(33f)을 구비하고 있다. 이 축소 확대관(33f)은 한쌍의 동심 리듀서의 축경측이 서로 접속되어 형성되어 있다. 또한, 이 포집 장치(3f)는, 실시예 1과 마찬가지로, 제 1 방향(X)으로부터 90°의 방향으로 접속되는 출구 관부(321a)를 갖는 분기관(32a)을 구비하고 있다. 즉, 비교예 2의 포집 장치(3f)는 제 2 라인(22)의 중심축(C)에 대하여 유로 축소부(331f)가 편심되어 있지 않은 점이 실시예 1과 상위하다.
[비교예 3]
도 3의 (g), 도 4 및 도 5에 도시하는 바와 같이, 이 비교예 3의 포집 장치(3g)는, 제 1 방향(X), 즉 0°의 위치에 유로 축소부(331g)가 배치되어 있는 축소 확대관(33g)을 구비하고 있다. 또한, 이 포집 장치(3g)는, 실시예 1과 마찬가지로, 제 1 방향(X)으로부터 90°의 방향으로 접속되는 출구 관부(321a)를 갖는 분기관(32a)을 구비하고 있다. 즉, 비교예 3의 포집 장치(3g)는 축소 확대관(33g)에 있어서의 유로 축소부(331g)의 위치가 실시예 1과 상위하다.
각 실시예 및 각 비교예의 포집률을 전산 유체 역학(CFD : Computational　Fluid　Dynamics) 해석에 의해서 비교한 결과를 도 6 내지 도 9에 도시한다.
도 6에 도시하는 바와 같이, 실시예 1과 비교예 1, 2에 대하여, 입자 직경에 있어서의 포집률을 비교했다. 축소 확대관(33)을 구비하고 있지 않은 비교예 1의 포집 장치(3e)와, 축소 확대관(33)을 구비하고 있는 실시예 1의 포집 장치(3a) 및 비교예 2의 포집 장치(3f)를 비교하면, 축소 확대관(33)을 구비하고 있는 실시예 1 및 비교예 2가 높은 포집률을 나타냈다. 또한, 실시예 1과 비교예 2를 비교하면, 축소 확대관(33) 중에서도, 제 2 라인(22)의 중심축(C) 상에 유로 축소부(331f)가 배치되어 있는 비교예 2보다, 제 2 라인(22)의 중심축(C)으로부터 편심된 위치에 유로 축소부(331a)가 배치되어 있는 실시예 1이 높은 포집률을 나타냈다. 특히, 입자 직경이 작을 때 일수록 포집률의 차이가 현저하게 나타나 있으며, 제 2 라인(22)의 중심축(C)으로부터 편심된 위치에 유로 축소부(331a)가 배치되어 있는 실시예 1이 높은 포집률을 발휘하는 것이 확인되었다.
또한, 도 7 및 도 8에 도시하는 바와 같이, 실시예 1 내지 3 및 비교예 3에 대하여, 축소 확대관(33)의 유로 축소부(331)의 편심 위치를 서로 변경한 경우의 입자 직경에 따른 포집률(도 7) 및 평균 포집률(도 8)을 비교했다. 유로 축소부(331(331g))가 곡관 입구부(311)측과 반대측에 있는 비교예 3의 포집 장치(3g)보다, 유로 축소부(331(330a, 331b, 331c))가 곡관 입구부(311)측에 배치되는 실시예 1의 포집 장치(3a), 실시예 2의 포집 장치(3b), 실시예 3의 포집 장치(3c)가 높은 포집률을 나타냈다. 그 중에서도, 유로 축소부(331a)가 곡관 입구부(311)측인 180°의 위치에 배치되어 있는 실시예 1과, 유로 축소부(331c)가 곡관부 입구부(311)측인 225°의 위치에 배치되어 있는 실시예 3이 높은 포집률을 나타냈다. 또한, 입자 직경이 작을 때 일수록 포집률의 차이가 현저하게 나타나 있으며, 실시예 1 및 실시예 3이 높은 포집률을 발휘하는 것이 확인되었다.
또한, 도 9에 도시하는 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 4에 대하여, 분기관(32)의 출구 관부(321)의 접속 위치를 곡관 입구부(311)측과 반대측의 위치에 배치한 경우의 입자 직경에 있어서의 포집률을 비교했다. 제 1 방향(X)으로부터 90°의 방향으로 접속되어 있는 출구 관부(321a)를 갖는 실시예 1의 포집 장치(3a)와, 제 1 방향(X)으로부터 180°의 방향으로 접속되어 있는 출구 관부(321d)를 갖는 실시예 4의 포집 장치(3d)는 모두 높은 포집률을 나타냈다. 환언하면, 유로 축소부(331)의 위치로부터 90°의 위치 및 180°의 위치에 분기관(32)의 출구 관부(321)가 접속되어 있는 실시예 1의 포집 장치(3a) 및 실시예 4의 포집 장치(3d)가 모두 높은 포집률을 나타냈다.
이들 결과로부터, 축소 확대관(33)을 이용하는 것이 포집 효율을 향상시킬 수 있으며, 그 중에서도 편심 리듀서(332)를 이용하여 축소 확대관(33)을 형성함으로써 포집 효율을 보다 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 축소 확대관(33) 중에서도, 비교예 3과 같이 유로 축소부(331(331g))의 위치를 곡관 입구부(311)와 반대측에 배치하는 것보다, 실시예 1 내지 4와 같이 유로 축소부(331(유로 축소부(331a), 유로 축소부(331b), 유로 축소부(331c))를 곡관 입구부(311)측에 배치하는 것이 포집률을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 실시예 1 내지 4와 같이 분기관(32)에 있어서의 출구 관부(321)의 접속 위치가 유로 축소부(331)와 반대측의 위치에 접속되는 것이 포집률을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
이상으로부터, 축소 확대관(33)의 유로 축소부(331)는 제 1 방향(X)으로부터 180° ~ 270°의 범위에 배치되면 높은 포집률을 발휘하며, 특히 제 1 방향(X)으로부터 180° ~ 225°의 범위에 배치되면 보다 높은 포집률을 발휘하는 것을 알 수 있었다. 또한, 대칭성에서, 축소 확대관(33)의 유로 축소부(331)는 제 1 방향(X)을 기준으로 하여 180°~ 270°의 범위와 대칭 범위인 90° ~ 180°의 범위에 배치되면 높은 포집률을 발휘하는 것을 알 수 있었다. 특히, 제 1 방향(X)을 기준으로 하여 180° ~ 225°의 범위와 대칭 범위인 135° ~ 180°의 범위에, 축소 확대관(33)의 유로 축소부(331)가 배치되면 보다 높은 포집률을 발휘하는 것도 명확하다. 즉, 축소 확대관(33)의 유로 축소부(331)는 제 1 방향(X)으로부터 90° ~ 270°의 범위에 배치되면 높은 포집률을 발휘하며, 특히 제 1 방향(X)으로부터 135° ~ 225°의 범위에 배치되면 보다 높은 포집률을 발휘하는 것을 알 수 있었다. 환언하면, 축소 확대관(33)의 유로 축소부(331)는, 제 2 방향(Z)으로 보았을 때에, 제 2 라인(22)의 중심축(C)으로부터 방사 방향측으로 또한 중심축(C)을 기준으로 하여 곡관 입구부(311)측으로 편심되어 있으면, 높은 포집률을 발휘하는 것을 알 수 있었다.
또한, 분기관(32)에 있어서의 출구 관부(321)의 접속 위치가 유로 축소부(331)의 위치로부터 90° ~ 180°, 또한 180° ~ 270°의 위치인 것이 포집률을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다. 환언하면, 분기관(32)의 스트레이너(13)에 접속되는 측의 출구는, 제 2 방향(Z)으로 보았을 때에, 축소 확대관(33)의 출구 개구의 중심(C)을 기준으로 하여, 유로 축소부(331)의 편심 위치와는 반대측인 것이 포집률을 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
이상, 본 발명의 실시형태 및 실시예에 대해 도면을 참조하여 상술했지만, 이상의 실시형태 및 각 실시예에 있어서의 각 구성 및 그들 조합 등은 일 예이며, 본 발명의 취지로부터 일탈하지 않는 범위 내에서 구성의 부가, 생략, 치환 및 그 이외의 변경이 가능하다. 또한, 본 발명은 실시형태 및 실시예에 의해서 한정되는 일은 없으며, 특허 청구의 범위에 의해서만 한정된다.
구체적으로는, 예를 들면 이상의 실시형태 및 실시예에서는, 제 2 방향(Z)이 연직 하부 방향이지만, 본 발명에 있어서, 제 2 방향은 제 1 방향 및 제 3 방향보다 연직 하방측을 지향하고 있으면 좋다. 또한, 이상의 실시형태 및 실시예에서는, 제 1 방향 및 제 3 방향이 모두 수평 방향의 방향이지만, 본 발명에 있어서, 제 1 방향 및 제 3 방향은 수평 방향 성분을 포함하는 방향이면 좋다.
또한, 이상의 실시형태에서는, 유로 축소부(331)를 형성하는 부품으로서 편심 리듀서(332)를 이용했지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 오리피스 등의 축경하는 구조를 갖는 시판의 공지된 부품을 이용하여도 좋다.
또한, 본 실시형태에서는, 대상으로 하는 유체를 가스 연료(F)로 했지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 증기 등의 유체를 대상으로 하여도 좋다.
본 발명에 따른 일 태양에 의하면, 유체 중에 포함되어 있는 입자의 포집 효율을 향상시킬 수 있다.
1 : 가스 터빈 플랜트 2 : 가스 라인
3 : 포집 장치 10 : 가스 터빈
11 : 연소기 12 : 가스 탱크
13 : 스트레이너 21 : 제 1 라인
22 : 제 2 라인 23 : 제 3 라인
31 : 곡관 32 : 분기관
33 : 축소 확대관 34 : 포집관(포집부)
311 : 곡관 입구부 312 : 굴곡부
313 : 곡관 출구부 321 : 출구 관부
322 : 직관부 323 : 직관 입구부
324 : 직관 출구부 332 : 편심 리듀서
331 : 유로 축소부 341 :개폐 덮개
F : 가스 연료 P : 입자
C : 압축기 T : 터빈
G : 발전기

Claims (6)

  1. 유체 중에 포함되어 있는 입자를 포집하는 포집 장치에 있어서,
    제 1 방향으로 흐르는 상기 유체를, 상기 제 1 방향보다 연직 하방측을 지향하는 제 2 방향으로 전향시키는 곡관과,
    상기 곡관의 출구에 접속되며, 상기 제 2 방향으로 흐르는 상기 유체의 유로를 축소시킨 후에 확대시키는 축소 확대관과,
    상기 축소 확대관의 출구에 접속되며, 상기 제 2 방향으로 흐르는 상기 유체를, 상기 제 2 방향과, 상기 제 2 방향과는 상이한 방향인 제 3 방향으로 분기시키는 분기관과,
    상기 분기관의 상기 제 2 방향측의 출구에 접속되며, 상기 유체 중의 상기 입자가 모이는 포집부와,
    상기 축소 확대관 중에서 유로가 확대된 위치와 상기 분기관의 분기 위치 사이에, 유로 단면적이 일정한 라인을 구비하며,
    상기 축소 확대관에 있어서의 유로 축소부가 상기 축소 확대관의 입구 개구의 중심에 대하여 편심되어 있으며, 상기 제 2 방향으로 보았을 때에, 상기 입구 개구의 상기 중심을 기준으로 하여, 상기 유로 축소부의 편심 위치가 상기 제 1 방향으로부터 90° ~ 270°의 범위 내인
    포집 장치.
  2. 유체 중에 포함되어 있는 입자를 포집하는 포집 장치에 있어서,
    제 1 방향으로 흐르는 상기 유체를, 상기 제 1 방향보다 연직 하방측을 지향하는 제 2 방향으로 전향시키는 곡관과,
    상기 곡관의 출구에 접속되며, 상기 제 2 방향으로 흐르는 상기 유체의 유로를 축소시킨 후에 확대시키는 축소 확대관과,
    상기 축소 확대관의 출구에 접속되며, 상기 제 2 방향으로 흐르는 상기 유체를, 상기 제 2 방향과, 상기 제 2 방향과는 상이한 방향인 제 3 방향으로 분기시키는 분기관과,
    상기 분기관의 상기 제 2 방향측의 출구에 접속되며, 상기 유체 중의 상기 입자가 모이는 포집부와,
    상기 축소 확대관 중에서 유로가 확대된 위치와 상기 분기관의 분기 위치 사이에, 유로 단면적이 일정한 라인을 구비하며,
    상기 축소 확대관에 있어서의 유로 축소부는, 상기 제 2 방향으로 보았을 때에, 상기 축소 확대관의 입구 개구의 중심으로부터 방사 방향측으로 또한 상기 입구 개구의 상기 중심을 기준으로 하여 상기 곡관의 입구측으로 편심되어 있는
    포집 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 3 방향은, 상기 제 2 방향으로 보았을 때에, 상기 축소 확대관의 출구 개구의 중심을 기준으로 하여, 상기 유로 축소부의 편심 위치로부터 90° ~ 270°의 범위 내인
    포집 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분기관의 상기 제 3 방향측의 출구는, 상기 제 2 방향으로 보았을 때에, 상기 축소 확대관의 출구 개구의 중심을 기준으로 하여, 상기 유로 축소부의 편심 위치와는 반대측인
    포집 장치.
  5. 삭제
  6. 압축기와, 터빈과, 연소기를 갖는 가스 터빈과;
    상기 유체로서의 가스 연료를 상기 연소기에 공급하는 가스 라인과;
    상기 가스 라인 중에 배치되는 제 1 항 또는 제 2 항에 기재된 포집 장치를 구비하는
    가스 터빈 플랜트.
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