KR101906184B1 - Multi pipe flow mixing device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 제1유체가 흐르는 제1배관; 상기 제1배관과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 제1유체와 온도, 성분 또는 농도가 서로 다른 제2유체가 흐르는 제2배관; 상기 제1배관 및 제2배관의 하류측에 연결되고, 상기 제1유체와 제2유체의 혼합유체가 흐르는 제3배관; 및 상기 제1유체와 제2유체를 혼합하는 혼합구조물을 포함하고, 상기 혼합구조물은, 상기 제1배관과 제3배관 사이에 배치되고, 상기 제2유체를 세분화하는 복수의 분사구를 구비하는 중간구조물을 포함하고, 상기 제2유체가 복수의 분사구를 통해 제1유체로 분사되는 배관 혼합 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a piping system comprising: a first pipe through which a first fluid flows; A second pipe extending in a direction crossing the first pipe and having a second fluid flowing at a different temperature, component or concentration from the first fluid; A third pipe connected to a downstream side of the first pipe and the second pipe and through which a mixed fluid of the first fluid and the second fluid flows; And a mixing structure for mixing the first fluid and the second fluid, wherein the mixing structure is disposed between the first pipe and the third pipe, and has a plurality of injection ports for subdividing the second fluid, Wherein the second fluid is injected into the first fluid through a plurality of injection openings.
Description
본 발명은 서로 다른 배관이 합류할 때 합류배관 내에서 두 유체의 혼합효과를 증진시키는 배관 혼합 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a pipe mixing apparatus for enhancing the mixing effect of two fluids in a confluent pipe when different pipes merge.
배관 혼합 장치는 서로 다른 온도, 성분 또는 농도의 두 유체가 만나 유입되는 합류배관 내에서 두 유체를 혼합하는 장치이고, 기계적 혼합기와 정적 혼합기로 나눠질 수 있다. 기계적 혼합기는 동적 부품을 이용하여 혼합하는 방식으로 이루어지고, 정적 혼합기는 동적 부품 없이 유로 설계에 의해 혼합하는 방식으로 이루어진다.A piping mixer is a device that mixes two fluids in a confluent pipeline where two fluids of different temperature, composition, or concentration meet and enter, and can be divided into a mechanical mixer and a static mixer. Mechanical mixers are made by mixing using dynamic components, and static mixers are made by mixing by flow design without dynamic components.
서로 다른 온도의 유체가 유입되어 교차하면서 혼합되는 Y자 또는 T자 형태의 혼합배관(mixing tee)에서는 열피로(thermal stress)에 의한 균열이 발생할 수 있다. Cracks due to thermal stress may occur in a Y- or T-shaped mixing tee in which fluids of different temperatures are mixed and crossed.
도 1은 종래의 T자관으로 연결된 혼합배관에서의 온도 분포를 보여주는 개념도이다. 제1유체(1)가 흐르는 제1배관(11)과 제2유체(2)가 흐르는 제2배관(12)이 서로 만나는 합류배관(13) 내에서 두 유체가 혼합되어 흐르게 된다. 1 is a conceptual diagram showing a temperature distribution in a mixed pipe connected by a conventional T-tube. The two fluids mix and flow in the
그러나, 온도가 서로 다른 제1유체(1)와 제2유체(2)는 합류배관(13)를 따라 흐르면서 잘 혼합되지 않고, 어느 정도의 거리까지는 저온의 제1유체(1)와 고온의 제2유체(2)가 분리된 상태로 흐르는 온도 성층화 현상 등이 나타나게 된다.However, the
보다 상세히 설명하면, 이러한 혼합배관에서는 온도분포가 변동하는 열경계층 이동(thermal striping) 현상이 발생할 수 있고, 이러한 온도분포의 변동은 불규칙하고 초당 약 10회 이하의 빠른 주기를 갖고 발생하며, 온도분포의 변동은 배관의 응력(stress)을 변동(fluctuation)시키고 배관의 비선형 응력 구배를 유발한다. 이 현상이 지속적일 경우에 열피로에 따른 배관 균열로 이어진다. More specifically, in such a mixed pipe, a thermal striping phenomenon may occur in which the temperature distribution is fluctuated. Such a temperature distribution fluctuates irregularly and occurs with a rapid cycle of about 10 times per second or less, and the temperature distribution Fluctuates the stresses in the pipe and causes a nonlinear stress gradient in the pipe. If this phenomenon is persistent, it leads to pipe cracking due to thermal fatigue.
이렇게 온도가 다른 유체가 합류하는 경우는 일반산업계에 많이 적용되고 있으며, 원전의 경우에 혼합배관의 일례로 잔열제거계통의 열교환기 후단, 화학 및 체적제어계통의 재생열교환기 후단 등에서 찾아볼 수 있다. 열피로에 의한 배관 균열이 발생한 사례로서는 잔열제거계통의 열교환기 후단(프랑스 Civaux 1호기), 화학 및 체적제어계통의 재생열교환기 후단(일본 Tsuruga 2호기, Tomari 2호기) 등이 있다.In the case of a nuclear power plant, an example of mixed piping can be found in the rear heat exchanger after the residual heat removal system and after the regenerative heat exchanger in the chemical and volumetric control system . Examples of piping cracks due to thermal fatigue include the rear end of the heat exchanger (Civaux 1 in France) and the rear end of the regenerative heat exchanger in the chemical and volumetric control system (Tomari 2 in Japan, Tsuruga 2).
따라서, 본 발명의 목적은, 고온 또는 저온의 유체(농도 또는 성분이 다른 유체)가 만날 때 유로저항을 감소시키면서도 효율적으로 유동 혼합 성능을 향상시킬 수 있는 배관 혼합 장치를 제공하기 위한 것이다.Accordingly, it is an object of the present invention to provide a pipe mixing apparatus capable of efficiently improving the flow mixing performance while reducing the flow path resistance when a high temperature or low temperature fluid (fluid having a different concentration or composition) meets.
이와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 배관 혼합 장치는, 제1유체가 흐르는 제1배관; 상기 제1배관과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 제1유체와 온도, 성분 또는 농도가 서로 다른 제2유체가 흐르는 제2배관; 상기 제1배관 및 제2배관의 하류측에 연결되고, 상기 제1유체와 제2유체의 혼합유체가 흐르는 제3배관; 및 상기 제1유체와 제2유체를 혼합하는 혼합구조물을 포함하고, 상기 혼합구조물은, 상기 제1배관과 제3배관 사이에 배치되고, 상기 제2유체를 세분화하는 복수의 분사구를 구비하는 중간구조물을 포함하고, 상기 제2유체가 복수의 분사구를 통해 제1유체로 분사될 수 있다.According to an aspect of the present invention, there is provided a pipe mixing apparatus comprising: a first pipe through which a first fluid flows; A second pipe extending in a direction crossing the first pipe and having a second fluid flowing at a different temperature, component or concentration from the first fluid; A third pipe connected to a downstream side of the first pipe and the second pipe and through which a mixed fluid of the first fluid and the second fluid flows; And a mixing structure for mixing the first fluid and the second fluid, wherein the mixing structure is disposed between the first pipe and the third pipe, and has a plurality of injection ports for subdividing the second fluid, Structure, and the second fluid may be injected into the first fluid through the plurality of ejection openings.
본 발명의 다른 실시예에 따른 배관 혼합 장치는, 제1유체가 흐르는 제1배관; 상기 제1배관과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 제1유체와 온도, 성분 또는 농도가 서로 다른 제2유체가 흐르는 제2배관; 상기 제1배관 및 제2배관의 하류측에 연결되고, 상기 제1유체와 제2유체의 혼합유체가 흐르는 제3배관; 및 상기 제1유체와 제2유체를 혼합하는 혼합구조물을 포함하고, 상기 혼합구조물은, 상기 제1배관과 제3배관 사이에 배치되고, 상기 제1유체를 세분화하는 복수의 분사구를 구비하는 중간구조물을 포함하여, 상기 제1유체가 복수의 분사구를 통해 제2유체로 분사될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a pipe mixing apparatus including: a first pipe through which a first fluid flows; A second pipe extending in a direction crossing the first pipe and having a second fluid flowing at a different temperature, component or concentration from the first fluid; A third pipe connected to a downstream side of the first pipe and the second pipe and through which a mixed fluid of the first fluid and the second fluid flows; And a mixing structure for mixing the first fluid and the second fluid, wherein the mixing structure is disposed between the first pipe and the third pipe and has a plurality of ejection openings for subdividing the first fluid, The first fluid, including the structure, can be injected into the second fluid through the plurality of injection ports.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배관 혼합 장치는, 제1유체가 흐르는 제1배관; 상기 제1배관과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 제1유체와 온도, 성분 또는 농도가 서로 다른 제2유체가 흐르는 제2배관; 상기 제1배관 및 제2배관의 하류측에 연결되고, 상기 제1유체와 제2유체의 혼합유체가 흐르는 제3배관; 및 상기 제1유체와 제2유체를 혼합하는 혼합구조물을 포함하고, 상기 혼합구조물은, 상기 제1배관과 제3배관을 연결하고, 일측이 상기 제2배관과 연통되어 상기 제2배관으로부터 제2유체가 유입되는 외통; 상기 외통의 상류측에 배치되어 상기 외통과 제1배관을 구획하고, 상기 제1배관과 연통되는 복수의 관통홀을 구비하는 제1튜브시트; 상기 외통의 하류측에 배치되어 상기 외통과 제3배관을 구획하고, 상기 제3배관과 연통되는 복수의 제1분사홀과 제2분사홀을 각각 구비하는 제2튜브시트; 및 상기 복수의 관통홀과 제1분사홀을 각각 연결하여, 상기 복수의 관통홀 각각을 통해 유입되는 제1유체를 상기 복수의 제1분사홀 각각으로 전달하는 복수의 세관; 상기 제1유체는 복수의 제1분사홀을 통해 상기 제3배관으로 분사되고, 상기 제2유체는 복수의 세관의 외부를 지나 복수의 제2분사홀을 통해 상기 제3배관으로 분사될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a pipe mixing apparatus including: a first pipe through which a first fluid flows; A second pipe extending in a direction crossing the first pipe and having a second fluid flowing at a different temperature, component or concentration from the first fluid; A third pipe connected to a downstream side of the first pipe and the second pipe and through which a mixed fluid of the first fluid and the second fluid flows; And a mixing structure for mixing the first fluid and the second fluid, wherein the mixing structure connects the first pipe and the third pipe, one side communicates with the second pipe, An outer tube into which two fluids flow; A first tube sheet disposed on an upstream side of the outer tube to partition the outer tube and the first tube and having a plurality of through holes communicating with the first tube; A second tube sheet disposed on the downstream side of the outer tube and partitioning the outer tube and the third tube and having a plurality of first injection holes and a second injection hole communicating with the third tube; And a plurality of tubules connected to the plurality of through holes and the first injection holes to transmit the first fluid introduced through the plurality of through holes to each of the plurality of first injection holes; The first fluid may be injected into the third pipe through the plurality of first injection holes and the second fluid may be injected into the third pipe through the plurality of second injection holes through the outside of the plurality of tubules .
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 배관 혼합 장치는, 제1유체가 흐르는 제1배관; 상기 제1배관과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 제1유체와 온도, 성분 또는 농도가 서로 다른 제2유체가 흐르는 제2배관; 상기 제1배관의 하류측과 연결되고, 상기 제1유체와 제2유체의 혼합유체가 흐르는 제3배관; 및 상기 제1유체와 제2유체를 혼합하는 혼합구조물을 포함하고, 상기 혼합구조물은, 상기 제1배관의 내부에 수용되고, 일측이 상기 제2배관과 연통되어 상기 제2배관으로부터 유입된 제2유체를 분배하는 분배부; 상기 분배부의 하류측에 배치되어 상기 분배부와 제1배관을 구획하고, 상기 제2배관과 연통되는 복수의 관통홀을 구비하는 제1튜브시트; 상기 제1배관의 하류측에 배치되어 상기 제1배관과 제3배관을 구획하고, 복수의 제1분사홀과 제2분사홀을 구비하는 제2튜브시트; 및 상기 복수의 관통홀과 제1분사홀을 각각 연결하여, 상기 복수의 관통홀 각각을 통해 유입되는 제2유체를 상기 복수의 제1분사홀 각각으로 전달하는 복수의 세관; 상기 제2유체는 복수의 제1분사홀을 통해 상기 제3배관으로 분사되고, 상기 제1유체는 복수의 세관의 외부를 지나 복수의 제2분사홀을 통해 상기 제3배관으로 분사될 수 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a pipe mixing apparatus including: a first pipe through which a first fluid flows; A second pipe extending in a direction crossing the first pipe and having a second fluid flowing at a different temperature, component or concentration from the first fluid; A third pipe connected to a downstream side of the first pipe and through which a mixed fluid of the first fluid and the second fluid flows; And a mixing structure for mixing the first fluid and the second fluid, wherein the mixing structure is accommodated in the first pipe, one side communicates with the second pipe, A distribution part for distributing the two fluids; A first tube sheet disposed on the downstream side of the distributor and partitioning the distributor and the first pipe and having a plurality of through holes communicating with the second pipe; A second tube sheet disposed on the downstream side of the first pipe and partitioning the first pipe and the third pipe, the second tube sheet having a plurality of first injection holes and a second injection hole; And a plurality of tubules connecting the plurality of through holes and the first injection holes to each other and delivering a second fluid flowing through each of the plurality of through holes to each of the plurality of first injection holes; The second fluid may be injected into the third pipe through the plurality of first injection holes and the first fluid may be injected into the third pipe through the plurality of second injection holes through the outside of the plurality of tubules .
상기와 같이 구성된 본 발명은 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.The present invention configured as described above can achieve the following effects.
첫째, 지관(가지배관, 제2배관) 유동을 주관(주 배관, 제1배관) 유동 쪽으로 분사하는 구조를 적용하되, 분사구를 좁고 긴 미세 채널로 형성시켜 유로저항을 감소시키며, 선택적으로 회전유동을 함께 형성시켜 보다 짧은 거리에서 효율적인 유체 혼합이 이루어질 수 있다.First, a structure is adopted in which the flow of branch pipe (branch pipe, second pipe) is injected toward the flow of the main pipe (main pipe, first pipe), the injection port is formed into a narrow narrow long channel to reduce the flow resistance, So that efficient fluid mixing can be achieved at shorter distances.
둘째, 주관 유동을 지관 유동 쪽으로 분사하는 구조를 적용하되, 분사구를 복수의 열로 구성되는 원형 채널 또는 좁고 긴 미세 채널로 형성시켜 유로저항을 감소시키며, 선택적으로 회전유동을 함께 형성시켜 유체 혼합이 보다 짧은 거리에서 유체 혼합 성능을 향상시킬 수 있다.Second, the structure that injects the main flow to the branch tube flow is applied. The injection port is formed into a circular channel composed of a plurality of rows or a narrow long channel to reduce the flow resistance, and selectively forming the rotating flow. It is possible to improve fluid mixing performance at a short distance.
셋째, 미세관을 이용하여 주관과 지관으로부터 유입되는 유동을 동시에 세분화시켜 합류배관 쪽으로 분사시키는 구조를 적용하되, 미세관을 채용하고 고온과 저온 유동이 관 내부와 관 외부 쪽에 각각 연결되는 분사부의 유로구를 통해 합류배관으로 분사되도록 구성하여, 고온과 저온 유동이 유로 구조적으로 교번하면서 두 유동의 접촉 면적을 크게 증가시켜 혼합 효율을 향상시킬 수 있다. 또한, 선택적으로 회전유동을 함께 형성시켜 혼합이 보다 짧은 거리에서 발생할 수 있다.Third, a structure is employed in which microfibers are simultaneously subdivided into flows flowing from a main pipe and a branch pipe and injected toward a merging pipe. A micro-pipe is employed, and a high-temperature and low- So that the mixing efficiency can be improved by greatly increasing the contact area between the two flows, in which the high temperature and low temperature flow are structurally alternated. Also, by selectively forming a rotating flow, mixing can occur at shorter distances.
상기와 같이 개선된 본 발명의 배관 혼합 장치에 의하면, 일반 산업의 배관의 열 또는 물질 혼합을 개선하는데 활용될 수 있을 뿐만 아니라, 원전 산업의 잔열제거계통(또는 정지냉각계통)의 열교환기나 화학 및 체적제어계통의 재생열교환기 후단 배관의 열 혼합을 향상시켜 열 피로에 의한 배관 균열 현상을 완화시킬 수 있다. 따라서 본 발명은 일반 합류배관과 원전의 경제성 및 안전성에 기여할 수 있다.According to the improved pipe mixing apparatus of the present invention as described above, not only can it be utilized for improving the heat or material mixture of piping in a general industry, but also can be utilized as a heat exchanger of a residual heat removal system (or a stationary cooling system) It is possible to improve the heat mixing of the rear-end piping of the regenerative heat exchanger of the volume control system, thereby relieving the piping cracking phenomenon due to thermal fatigue. Therefore, the present invention can contribute to the economical and safety of the general joining pipe and the nuclear power plant.
도 1은 종래의 T자관으로 연결된 혼합배관에서의 온도 분포를 보여주는 개념도이다.
도 2 내지 도 6은 본 발명의 배관 혼합 장치에 따른 지관 유동이 주관 유동 쪽으로 분사되는 구조를 보여주는 개념도이다. 도 2a는 T자 지관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제1실시예를 보여주는 개념도이고, 도 2b는 도 2a의 II-II 단면도이다. 도 3a는 Y자 지관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제2실시예를 보여주는 개념도이고, 도 3b는 도 3a의 III-III 단면도이다. 도 4a는 T자 지관의 유체가 회전류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제3실시예를 보여주는 개념도이고, 도 4b는 도 4a의 IV-IV 단면도이다. 도 5a는 Y자 지관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제4실시예를 보여주는 개념도이고, 도 5b는 도 5a의 V-V 단면도이다. 도 6a는 Y자 지관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제5실시예를 보여주는 개념도이고, 도 6b는 도 6a의 VI-VI 단면도이다.
도 7 내지 도 11은 본 발명의 배관 혼합 장치에 따른 주관 유동이 지관 유동 쪽으로 분사되는 구조를 보여주는 개념도이다. 도 7a는 주관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제6실시예를 보여주는 개념도이고, 도 7b는 도 7a의 VII-VII 단면도이다. 도 8a는 주관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제7실시예를 보여주는 개념도이고, 도 8b는 도 8a의 VIII-VIII 단면도이다. 도 9a는 주관의 유체가 회전류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제8실시예를 보여주는 개념도이고, 도 9b는 도 9a의 VIV-VIV 단면도이다. 도 10a는 주관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제9실시예를 보여주는 개념도이고, 도 10b는 도 10a의 X-X 단면도이다. 도 11a는 주관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제10실시예를 보여주는 개념도이고, 도 11b는 도 11a의 XI-XI 단면도이다.
도 12 내지 도 14는 본 발명의 배관 혼합 장치에 따른 주관과 지관 유동이 동시에 합류관 쪽으로 분사되는 구조를 보여주는 개념도이다. 도 12a는 주관의 유체는 세관을 따라 분사되고, 지관의 유체는 세관 주변의 분사홀을 통해 분사되는 형상을 적용한 제11실시예를 보여주는 개념도이고, 도 12b는 도 12a의 XIIa-XIIa 단면도이고, 도 12c는 도 12a의 XIIb-XIIb 단면도이고, 도 12d는 도 12a의 XIIc-XIIc 단면도이다. 도 13a는 주관의 유체는 세관을 따라 분사되고, 지관의 유체는 세관 주변의 분사홀을 통해 분사되는 형상을 적용한 제12실시예를 보여주는 개념도이고, 도 13b는 도 13a의 XIIIa-XIIIa 단면도이고, 도 13c는 도 13a의 XIIIb-XIIIb 단면도이고, 도 13d는 도 13a의 XIIIc-XIIIc 단면도이다. 도 14a는 지관의 유체는 세관을 따라 분사되고, 주관의 유체는 세관 주변의 분사홀을 통해 분사되는 형상을 적용한 제13실시예를 보여주는 개념도이고, 도 14b는 도 14a의 XIVa-XIVa 단면도이고, 도 14c는 도 14a의 XIVb-XIVb 단면도이고, 도 14d는 도 14a의 XIVc-XIVc 단면도이다.
도 15 내지 도 22는 본 발명에 따른 중간구조물이 평면으로 펼쳐진 모습을 다양한 형태의 분사구를 보여주는 개념도이다.
도 23a 내지 도 23d는 합류배관의 다양한 형태를 보여주는 개념도이다.1 is a conceptual diagram showing a temperature distribution in a mixed pipe connected by a conventional T-tube.
2 to 6 are conceptual diagrams showing a structure in which a branch pipe flow according to the pipe mixing apparatus of the present invention is injected toward a main flow. FIG. 2A is a conceptual view showing a first embodiment in which a fluid of a T-shaped tube is injected in a linear flow form, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. FIG. 3A is a conceptual diagram showing a second embodiment in which a shape of a Y-shaped tube is sprayed in a linear flow form, and FIG. 3B is a sectional view taken along line III-III of FIG. FIG. 4A is a conceptual view showing a third embodiment in which a shape of a T-shaped tube is sprayed in the form of a rotating current, and FIG. 4B is a sectional view taken along line IV-IV of FIG. FIG. 5A is a conceptual view showing a fourth embodiment in which a shape in which a fluid of a Y-axis tube is injected in a linear flow shape is applied, and FIG. 5B is a VV sectional view of FIG. FIG. 6A is a conceptual view showing a fifth embodiment in which a shape in which a fluid of a Y-axis tube is injected in a linear flow form is applied, and FIG. 6B is a VI-VI sectional view of FIG. 6A.
FIGS. 7 to 11 are conceptual diagrams showing a structure in which a main flow according to the pipe mixing apparatus of the present invention is injected toward a branch pipe flow. FIG. 7A is a conceptual diagram showing a sixth embodiment in which a shape in which a main fluid is injected in a linear flow form is applied, and FIG. 7B is a sectional view taken along the line VII-VII in FIG. 7A. FIG. 8A is a conceptual view showing a seventh embodiment in which a shape in which a main fluid is injected in a linear flow form is applied, and FIG. 8B is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 8A. FIG. 9A is a conceptual view showing an eighth embodiment in which a shape in which a main fluid is injected in a rotational current form is applied, and FIG. 9B is a sectional view taken along the line VIV-VIV in FIG. 9A. FIG. 10A is a conceptual view showing a ninth embodiment in which a shape in which a main fluid is injected in a linear flow form is applied, and FIG. 10B is a sectional view in XX of FIG. 10A. FIG. 11A is a conceptual view showing a tenth embodiment in which a shape in which a main fluid is injected in a linear flow form is applied, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG.
12 to 14 are conceptual diagrams showing a structure in which main pipe and branch pipe flows according to the pipe mixing apparatus of the present invention are simultaneously injected toward the confluent pipe. FIG. 12A is a conceptual view showing an eleventh embodiment in which a main fluid is sprayed along a tubule and a fluid in a branch tube is sprayed through a spray hole around the tubule, FIG. 12B is a sectional view taken along the line XIII- 12C is a sectional view taken along the line XIII-XIII of FIG. 12A, and FIG. 12D is a sectional view taken along the line XIII-XIII of FIG. 12A. FIG. 13A is a conceptual view showing a twelfth embodiment in which a main fluid is sprayed along a tubule, and a fluid in a branch tube is sprayed through a spray hole around the tubule, FIG. 13B is a cross-sectional view taken along the line XIIIa-XIIIa in FIG. 13C is a cross-sectional view taken along the line XIIIb-XIIIb in FIG. 13A, and FIG. 13D is a cross-sectional view taken along line XIIIc-XIIIc in FIG. 13A. 14A is a conceptual view showing a thirteenth embodiment in which a fluid in a branch tube is injected along a tubular tube and a main fluid is injected through an injection hole in the vicinity of a tubule, FIG. 14B is a sectional view taken along line XIVa-XIVa in FIG. 14A, 14C is a sectional view taken along the line XIVb-XIVb in FIG. 14A, and FIG. 14D is a sectional view taken along the line XIVC-XIVc in FIG. 14A.
15 to 22 are conceptual diagrams showing various types of jetting ports in which an intermediate structure according to the present invention is spread out in a plane.
23A to 23D are conceptual diagrams showing various forms of the merging pipe.
이하, 본 발명에 관련된 배관 혼합 장치에 대하여 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, a piping mixing apparatus according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise.
본 명세서에 개시된 실시 예를 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 명세서에 개시된 실시 예의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.In the following description of the embodiments of the present invention, a detailed description of related arts will be omitted when it is determined that the gist of the embodiments disclosed herein may be obscured.
본 발명에서 제1배관은 주관 또는 주 배관으로 정의될 수 있고, 제2배관은 지관 및 가지 배관으로 정의될 수 있으며, 제3배관은 합류배관으로 정의될 수 있다.In the present invention, the first pipe may be defined as a main pipe or main pipe, the second pipe may be defined as a branch pipe and branch pipe, and the third pipe may be defined as a confluent pipe.
본 발명은 온도가 다른 두 배관이 만날 때 배관 내에서 혼합효과를 증진시키는 배관 혼합 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a pipe mixing apparatus for promoting a mixing effect in a pipe when two pipes having different temperatures meet each other.
본 발명에서는 온도, 성분 또는 농도가 다른 두 유체가 만날 때 신속히 혼합시켜 열피로나 열성층화 현상을 해소하기 위해 유동을 세분화하여 분사시켜 효과적으로 두 유체 상호간의 접촉면적을 증가시키는 다양한 구조를 제공한다.The present invention provides a variety of structures for rapidly mixing two fluids having different temperatures, components, or concentrations, thereby finely dividing the flow to eliminate thermal fatigue and thermal stratification, thereby effectively increasing the contact area between two fluids.
예를 들면, 첫째로 지관으로부터 유입되는 유동을 미세 채널을 통해 세분화시켜 주관 유동 쪽으로 분사시키는 구조이다.For example, first, the flow from the paper tube is subdivided through the microchannels and injected into the main flow.
둘째로 주관으로부터 유입되는 유동을 미세 채널을 통해 세분화시켜 지관 유동 쪽으로 분사시키는 구조이다.Second, the flow from the main pipe is subdivided through the microchannels and injected into the branch pipe flow.
셋째로 미세관을 이용하여 주관과 지관으로부터 유입되는 유동을 동시에 세분화시켜 합류배관 쪽으로 분사시키는 구조이다.Third, the microfibers are used to separate the flows flowing from the main pipe and the branch pipe at the same time and inject them toward the merging pipe.
이러한 분사 구조를 가짐으로써 고온과 저온 유체의 접촉 면적이 크게 증가하여 온도 등이 서로 다른 유체가 짧은 유동거리 이내에서 효과적으로 혼합되는 방법을 제시하고자 한다.By providing such a jet structure, the contact area of the high temperature and low temperature fluid is greatly increased, and a method in which the fluid having a different temperature is mixed effectively within a short flow distance is proposed.
I. 지관 유동이 주관 유동 쪽으로 분사되는 구조I. Structure in which the branch tube flow is injected toward the main flow
도 2 내지 도 6은 본 발명의 배관 혼합 장치에 따른 지관 유동이 주관 유동 쪽으로 분사되는 구조를 보여주는 개념도이다. 2 to 6 are conceptual diagrams showing a structure in which a branch pipe flow according to the pipe mixing apparatus of the present invention is injected toward a main flow.
특히, 도 2a는 T자 지관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제1실시예를 보여주는 개념도이고, 도 2b는 도 2a의 II-II 단면도이다.2A is a conceptual diagram showing a first embodiment in which a fluid of a T-shaped tube is injected in a linear flow shape, and FIG. 2B is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 2A.
본 발명의 배관 혼합 장치는 제1배관(11), 제2배관(12), 혼합구조물(100) 및 제3배관(13)을 포함한다.The pipe mixing apparatus of the present invention includes a
제1배관(11)은 제1유체(1)가 유입되는 관이다. 제1유체(1)는 유량, 온도, 성분 또는 농도가 제2유체(2)와 다른 유체이다. 유량이 많고 온도가 낮은 저온 유체가 제1배관(11)에 유입될 수 있다. 도 2에 도시된 제1유체(1)는 저온 유체로서 직선형의 제1배관(11)을 따라 일측(도면에서 왼쪽)에서 타측(도면에서 오른쪽)으로 흐른다.The first pipe (11) is a pipe through which the first fluid (1) flows. The first fluid (1) is a fluid whose flow rate, temperature, component or concentration is different from that of the second fluid (2). A low temperature fluid having a large flow rate and a low temperature can be introduced into the
제2배관(12)은 제2유체(2)가 유입되는 관이다. 유량이 적고 온도가 높은 고온 유체가 제2배관(12)에 유입될 수 있다. 도 2에 도시된 제2유체(2)는 고온 유체로서 직선형의 제2배관(12)을 따라 일측(도면에서 위쪽)에서 타측(도면에서 아래쪽)으로 흐른다.The
제3배관(13)은 제3유체(3)가 흐르는 관이다. 제3유체(3)는 제1배관(11)과 제2배관(12)의 유체가 합류하여 혼합되는 유체를 의미한다. 이때, 제1유체(1)와 제3유체(3)는 동일 방향으로 흐를 수 있다.The
제1배관(11)과 제2배관(12)은 혼합구조물(100)에서 만나고, 혼합구조물(100)의 하류측에서 제3배관(13)이 제1배관(11)과 동일한 직경으로 연장될 수 있다. 단, 도 2 내지 도 4는 제1배관(11)과 제3배관(13)이 동일한 직경으로 연장되는 일례일 뿐이며 반드시 동일한 직경을 적용해야 하는 것은 아니다.The
제2배관(12)은 제1배관(11)과 교차하는 방향으로 배치된다. 도 2a에 도시된 제1배관(11)은 수평방향으로 배치되고, 제2배관(12)은 수직방향으로 배치되며, 제3배관(13)은 제1배관(11)과 동일 직선 상으로 배치되며, 혼합구조물(100)은 T자 형상을 이룰 수 있다. 단, 도 2 또는 도 4는 제1배관(11)과 제2배관(12)이 T자 형상을 이루는 일례일 뿐이며 반드시 T자 형상을 적용해야 하는 것은 아니며 도 3의 Y자 형상 이외에도 다양한 다른 형상으로 배치될 수 있다.The
혼합구조물(100)은 중간구조물(110)을 포함하고, 외통(115)을 더 포함할 수 있다. 도 2에 도시된 혼합구조물(100)은 외통(115)과 중간구조물(110)을 포함한다.The mixing
중간구조물(110)은 제1배관(11) 및 제3배관(13)과 동일한 직경의 관 형태로 이루어지고, 중간구조물(110)의 일측은 제1배관(11)의 하류측 단부와 연통되고, 중간구조물(110)의 타측은 제3배관(13)의 상류측 단부와 연통될 수 있다. 중간구조물(110)은 제1배관(11)과 제3배관(13)을 연통시켜 제1유체(1)가 제1배관(11)에서 제3배관(13)으로 흐를 수 있다. The
중간구조물(110)에 원주방향을 따라 복수의 분사구(113a)가 이격되게 형성될 수 있다. 복수의 분사구(113a) 각각은 좁고 긴 미세 채널 형태로 형성될 수 있다. 도 2b에 도시된 분사구(113a)는 중간구조물(110)의 원주면에 대하여 반경방향의 직선 형태로 연장되는 홀로서, 제1유체(1)와 혼합될 제2유체(2)를 세분화시켜 제2유체(2)를 제1유체(1)로 분사시킨다. A plurality of
외통(115)은 제2배관(12)의 타측(하단부)과 연통되게 구비되고, 제2배관(12)과 중간구조물(110)을 연결하도록 중간구조물(110)의 외측에 구비된다. 외통(115)은 원통 형태로 일측에 제2배관(12)과 연통되는 연통홀을 구비하고, 중간구조물(110)의 직경보다 더 크며 상기 중간구조물(110)의 외측을 감싸도록 이루어진다. 외통(115)과 중간구조물(110) 사이에 환형 공간(114)이 형성될 수 있다. 환형 공간(114)은 제2배관(12)으로부터 유입되는 제2유체(2)를 복수의 분사구(113a)로 분배하는 원통형의 공간이다. 하지만, 환형 공간(114)의 형상은 원통형으로 한정되지 않는다.The
여기서, 복수의 분사구(113a)는 외통(115)의 환형 공간(114)과 중간구조물(110)의 내부를 연통시킨다. 또한, 복수의 분사구(113a)는 제2유체(2)의 제트 유동(jet flow)을 유도한다. 도 2a 및 도 2b를 참고하면, 제1유체(1)는 제1배관(11)으로부터 중간구조물(110)의 내부로 흐르고, 제2배관(12)으로부터 유입된 제2유체(2)는 환형 공간(114)을 따라 회전 이동하여 복수의 분사구(113a)로 분배되고, 분배된 제2유체(2)는 복수의 분사구(113a)를 통해 세분화 되어 중간구조물(110) 내부에 흐르는 제1유체(1)로 분사된다. 제2유체(2)는 방사형으로 분포된 복수의 분사구(113a)를 통해 세분화되어 중간구조물(110) 내부에 흐르는 제1유체(1)로 분사되며, 고온(제2유체(2)) 유동과 저온 유동(제1유체(1))이 중간구조물(110) 내에서 구조적으로 교번되게 형성됨으로써, 제1유체(1)와 제2유체(2)의 접촉면적을 크게 증가시켜 혼합효율을 향상시킨다.The plurality of
도 3a는 Y자 지관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제2실시예를 보여주는 개념도이고, 도 3b는 도 3a의 III-III 단면도이다.FIG. 3A is a conceptual diagram showing a second embodiment in which a shape of a Y-shaped tube is sprayed in a linear flow form, and FIG. 3B is a sectional view taken along line III-III of FIG.
도 3의 실시예에서는 제2배관(22)이 제1배관(11)에 대하여 일정 각도로 경사지게 연장되는 되고, 제1배관(11), 제2배관(22), 중간구조물(110) 및 제3배관(13)은 Y자관 형태를 형성할 수 있다. 기타 구성요소는 도 2의 실시예와 동일 내지 유사하여, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.3, the
도 4a는 T자 지관의 유체가 회전류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제3실시예를 보여주는 개념도이고, 도 4b는 도 4a의 IV-IV 단면도이다.FIG. 4A is a conceptual view showing a third embodiment in which a shape of a T-shaped tube is sprayed in the form of a rotating current, and FIG. 4B is a sectional view taken along line IV-IV of FIG.
도 4의 실시예에서 복수의 분사구(113b) 각각은 중간구조물(110)의 반경방향에 대하여 원주방향을 따라 일정한 각도로 경사지게 형성된다는 점에서 도 2의 실시예와 다르다. 이러한 구성에 의하면, 제2유체(2)가 복수의 분사구(113b)를 통해 세분화됨과 동시에 회전유동을 함께 형성한다. 상기 복수의 분사구(113b) 각각은 제2유체(2)의 유동을 와류 형태로 유발하여 제1유체(1)와 제2유체(2)의 접촉면적을 더욱 증가시킬 수 있다.In the embodiment of FIG. 4, each of the plurality of
따라서, 제2유체(2)가 회전류 형태로 분사되는 형상을 적용하면 보다 짧은 거리에서 균일한 유체 혼합이 이루어질 수 있다. 기타 구성요소는 도 2의 실시예와 동일 내지 유사하여, 중복되는 설명은 생략하기로 한다.Therefore, by applying the shape in which the
도 5a는 Y자 지관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제4실시예를 보여주는 개념도이고, 도 5b는 도 5a의 V-V 단면도이다.5A is a conceptual view showing a fourth embodiment in which a shape in which a fluid of a Y-axis tube is injected in a linear flow shape is applied, and FIG. 5B is a V-V cross-sectional view of FIG.
도 5의 실시예에서는 중간구조물(110)에 확관부(112)가 추가로 구비되어, 중간구조물(110)의 크기가 확대된다. 외통(115)은 제3배관(13)의 일부를 이용하여 형성될 수 있다. 제3배관(13)의 상류측 단부가 중간구조물(110)을 감싸도록 연장되어 외통(115)과 같은 역할을 할 수 있다.In the embodiment of FIG. 5, the
보다 상세히 설명하면, 제3배관(13)은 직경이 제1배관(11)보다 더 크고, 제2배관(12)의 하류측 단부가 제3배관(13)의 상류측 단부와 연통되게 연결된다. 또한, 중간구조물(110)은 일측이 제1배관(11)과 연통되게 연결되는 직관부(111)와, 직관부(111)에서 제3배관(13)의 상류측 단부로 직경이 점차 커지도록 연장되는 확관부(112)로 구성될 수 있다. 제3배관(13)의 상류측 단부는 직관부(111)와 확관부(112)의 외측을 감싸는 환형 공간(114)을 형성한다. More specifically, the
중간구조물(110)의 직관부(111)와 확관부(112)에 복수의 분사구(113a)가 형성된다. 복수의 분사구(113a)는 직관부(111)와 확관부(112)에 반경방향으로 수직하게 관통 형성되어, 환형 공간(114), 직관부(111) 및 확관부(112)가 서로 연통된다.A plurality of
제2배관(12)으로부터 유입되는 제2유체(2)는 환형 공간(114)을 따라 회전하여 복수의 분사구(113a)로 분배되고, 분배된 제2유체(2)는 복수의 분사구(113a)를 통해 세분화되며 중간구조물(110)의 직관부(111)와 확관부(112) 내에 흐르는 제1유체(1)로 분사된다. 중간구조물(110) 내에서 혼합된 제1 및 제2유체(1,2)의 혼합유체인 제3유체(3)는 확관부(112)를 따라 흐르면서 유동면적이 점차 증가되며, 확관부(112)의 분사구(113a)를 통해 분사된 제2유체(2)와 다시 혼합된다.The
이러한 구성에 의하면, 확관부(112)에서 유동면적이 점차 증가하고, 세분화된 제1유체(1)의 저온 유동과 제2유체(2)의 고온 유동이 원주방향으로 교번하면서 상호 접촉됨으로써 두 유체의 접촉면적을 더욱 확장시킬 수 있다. 따라서, 온도가 서로 다른 유체가 합류지점으로부터 보다 짧은 거리에서 열의 성층화 등을 단시간 내에 해소할 수 있다. 기타 구성요소는 도 2의 실시예와 동일하거나 유사하여, 중복되는 설명을 생략한다.With this configuration, the flow area of the expanded
도 6a는 Y자 지관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제5실시예를 보여주는 개념도이고, 도 6b는 도 6a의 VI-VI 단면도이다.FIG. 6A is a conceptual view showing a fifth embodiment in which a shape in which a fluid of a Y-axis tube is injected in a linear flow form is applied, and FIG. 6B is a VI-VI sectional view of FIG. 6A.
도 6의 실시예에서 외통은 설치되지 않고, 중간구조물(120)의 형상이 다르다는 점에서 도 2의 실시예와 다르다.6 is different from the embodiment of Fig. 2 in that the outer tube is not provided and the shape of the
보다 상세히 설명하면, 중간구조물(120)은 제1배관(11) 및 제3배관(13) 중 적어도 하나의 관 내부에 수용될 수 있다. 도 6a의 실시예에서는 제1 및 제3배관(11,13)에 수용된다.More specifically, the
중간구조물(120)은 제1 및 제3배관(11,13)보다 직경이 작고, 직경이 일정한 원통형으로 형성될 수 있다. 이때, 중간구조물(120)의 전단부와 후단부는 유동저항을 최소화하기 위해 구형, 다각형 및 유선형 등으로 형성될 수 있다. 중간구조물(120)에 복수의 분사구(123a)가 원주방향을 따라 이격 배치되고, 폭이 좁고 긴 미세 채널 형태로 형성될 수 있다.The
제2배관(12)은 제1배관(11) 및 제3배관(13) 중 적어도 하나의 관을 관통하고 중간구조물(120)과 연통된다. 이를 위해, 제2배관(12)에서 중간구조물(120)로 연장되는 연장부(12a)가 제1배관(11) 및 제2배관(13) 중 적어도 하나의 관을 관통하여 중간구조물(120)과 연통된다. 중간구조물(120)의 일측에 연통홀이 형성되고, 연장부(12a)가 연통홀에 연통되게 연결된다.The
이러한 구성에 의하면, 제2유체(2)는 제2배관(12)으로부터 연장부(12a)를 거쳐 중간구조물(120) 내부로 유입된다. 중간구조물(120)의 외측을 둘러싸는 환형 공간(114)이 제1 및 제3배관(11,13) 내부에 형성되고, 환형 공간(114) 내에 제1유체(1)가 흐른다. 제2유체(2)는 중간구조물(120)의 내부에서 복수의 분사구(123a)를 통해 세분화되며 외부의 제1유체(1)로 방사된다. 따라서, 제2유체(2)의 유로저항을 줄이면서 제1유체(1)의 중심부에 제2유체(2)를 방사해 줌으로써, 제1 및 제2유체(1,2)의 혼합 효율을 향상시킬 수 있다.According to this configuration, the
도 2, 3, 5, 6에서 제3배관(13) 내부에 수평방향으로 그려진 선들은 제1 및 제2유체(1,2)의 직선 유동을 표시하고, 도 4에서 제3배관(13) 내부에 사선방향으로 그려진 선들은 제1 및 제2유체(1,2)의 회전 유동을 표시한다.In FIGS. 2, 3, 5 and 6, the lines drawn horizontally inside the
II. 주관 유동이 지관 유동 쪽으로 분사되는 구조II. The structure in which the main flow is injected toward the branch flow
도 7 내지 도 11은 본 발명의 배관 혼합 장치에 따른 주관 유동이 지관 유동 쪽으로 분사되는 구조를 보여주는 개념도이다.FIGS. 7 to 11 are conceptual diagrams showing a structure in which a main flow according to the pipe mixing apparatus of the present invention is injected toward a branch pipe flow.
특히, 도 7a는 주관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제6실시예를 보여주는 개념도이고, 도 7b는 도 7a의 VII-VII 단면도이다.Particularly, FIG. 7A is a conceptual view showing a sixth embodiment in which a shape in which a main fluid is injected in a linear flow form is applied, and FIG. 7B is a sectional view taken along the line VII-VII in FIG. 7A.
본 실시예에 따른 배관 혼합 장치는 제1유체(1)가 흐르는 제1배관(11); 상기 제1배관(11)과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 제1유체(1)와 온도, 성분 또는 농도가 서로 다른 제2유체(2)가 흐르는 제2배관(12); 상기 제1배관(11) 및 제2배관(12)의 하류측에 연결되고, 상기 제1유체(1)와 제2유체(2)의 혼합유체가 흐르는 제3배관(13); 및 상기 제1유체(1)와 제2유체(2)를 혼합하는 혼합구조물(200)을 포함한다. 상기 혼합구조물(200)은, 상기 제1배관(11)과 제3배관(13) 사이에 배치되고, 상기 제1유체(1)를 세분화하는 복수의 분사구(213a)를 구비하는 중간구조물(210)을 포함하여, 상기 제1유체(1)가 복수의 분사구(213a)를 통해 제2유체(2)로 분사될 수 있다.The pipe mixing apparatus according to the present embodiment includes a
제2배관(12)은 제1배관(11)에 대하여 수직하게 배치되어 제1배관(11)과 만나게 된다.The
중간구조물(210)은 제1배관(11)과 제2배관(12)이 서로 만나는 합류영역에 구비될 수 있다. 중간구조물(210)의 일측은 제1배관(11)의 하류측 단부와 연결되고 제1배관(11)과 연통되게 개방되어 제1유체(1)가 중간구조물(210) 내부로 유입될 수 있다. 중간구조물(210)의 타측은 제1배관(11)의 후단에서 제3배관(13)을 향해 갈수록 직경이 점차 감소하며 일정 각도로 경사지게 형성되어 면적이 좁아지는 원뿔 형상을 형성할 수 있다. 단, 형태는 원뿔 형상 이외에도 반구형 등 다양한 형태로 구비될 수 있으므로 원뿔 형상만을 의미하는 것은 아니다. The
제3배관(13)의 상류측 단부는 중간구조물(210)을 둘러싸는 환형공간을 형성한다. 환형공간은 제3배관(13)의 일부를 이용하여 형성되므로, 외통(215)이 필요 없다. 제2배관(12)의 하류측 단부는 환형공간과 연통되게 연결되어, 제2유체(2)는 환형공간으로 유입된다. 환형공간은 제2유체(2)를 중간구조물(210)의 분사구(213a)로 분배하여 제1유체(1)와 만나게 한다.The upstream end of the third pipe (13) forms an annular space surrounding the intermediate structure (210). Since the annular space is formed by using a part of the
중간구조물(210)은 제1유체(1)를 제2유체(2)로 분사시키기 위한 복수의 분사구(213a)를 구비한다. 복수의 분사구(213a)는 원주방향을 따라 이격 배치되는 홀이며, 환형공간과 중간구조물(210)의 내부를 연통시킨다. 분사구(213a)는 폭이 좁고 긴 미세 채널 형태로 이루어질 수 있다. 복수의 분사구(213a)는 중간구조물(210)의 반경방향으로 직선 형태로 연장된다.The
이러한 구성에 의하면, 제1유체(1)는 제1배관(11)으로부터 중간구조물(210) 내부로 유입된다. 제1유체(1)는 중간구조물(210)의 분사구(213a)를 통해 세분화 되고 방사방향으로 분사된다. 제2배관(12)으로부터 유입된 제2유체(2)는 환형공간을 따라 회전 이동하면서 중간구조물(210)의 분사구(213a)로 분배되고, 복수의 분사구(213a)를 통해 세분화된 제1유체(1)가 제2유체(2)와 함께 원주방향을 따라 서로 교번하면서 접촉됨으로써 두 유체 간의 접촉면적을 크게 증가시켜 효과적으로 유체를 혼합시킬 수 있다.According to this configuration, the
도 8a는 주관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제7실시예를 보여주는 개념도이고, 도 8b는 도 8a의 VIII-VIII 단면도이다.FIG. 8A is a conceptual view showing a seventh embodiment in which a shape in which a main fluid is injected in a linear flow form is applied, and FIG. 8B is a sectional view taken along line VIII-VIII in FIG. 8A.
도 8의 실시예에서 혼합구조물(200)은 원통형의 외통(215)을 더 포함한다. 외통(215)은 제2배관(12)의 하류측 단부와 연통되게 연결되어, 제2배관(12)으로부터 제2유체(2)가 외통(215) 내부로 유입된다. 외통(215)은 제1배관(11)과 제3배관(13)을 연결하는 원통 형태로 형성될 수 있다. 외통(215)은 직경이 제1 및 제3배관(11, 13)보다 더 크고, 외통(215)의 길이는 제2배관(12)의 직경보다 더 길다. 외통(215)은 중간구조물(210)을 둘러싸는 환형공간을 형성한다. 환형공간을 형성해 줌으로써 제2유체(2)를 원주방향으로 유량이 더 고르게 분포되게 구성할 수 있다.In the embodiment of FIG. 8, the mixing
중간구조물(210)은 제1배관(11)의 하류측 단부에서 외통(215)의 내부로 직경이 일정하게 연장되는 직관부(211)와 직경이 점차 감소하는 원뿔부(212)로 구성된다. 원뿔부(212)의 단부는 제3배관(13) 내부에 수용될 수 있다. 중간구조물(210)의 직관부(211)와 원뿔부(212)에 복수의 분사구(213a)가 구비된다. 복수의 분사구(213a)는 직관부(211)와 원뿔부(212)의 반경방향으로 직선 형태로 형성된다. 상기 중간구조물(210)은 직관부(211)를 더 포함하여 크기가 증가된다. 기타 구성요소 및 작용은 도 7의 실시예와 동일 내지 유사하여 중복되는 설명을 생략하기로 한다.The
도 9a는 주관의 유체가 회전류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제8실시예를 보여주는 개념도이고, 도 9b는 도 9a의 VIV-VIV 단면도이다.FIG. 9A is a conceptual view showing an eighth embodiment in which a shape in which a main fluid is injected in a rotational current form is applied, and FIG. 9B is a sectional view taken along the line VIV-VIV in FIG. 9A.
도 9의 실시예에서 혼합구조물(200)은 원통형의 외통(215)을 포함한다는 점에서 도 8의 실시예와 유사하지만, 분사구(213b)의 형상이 분사되는 제1유체(1)로 하여금 와류를 유발할 수 있도록 이루어진다는 점에서 도 8의 실시예와 다르다.In the embodiment of FIG. 9, the mixing
상세히 설명하면, 도 9b에 도시된 복수의 분사구(213b)는 원주방향으로 이격되게 배치되고, 복수의 분사구(213b) 각각은 중간구조물(210)의 원주면에 대하여 반경방향으로 형성되지 않고 원주방향으로 일정 각도로 경사지게 관통 형성된다.9B is spaced apart in the circumferential direction, and each of the plurality of
이러한 구성에 의하면, 제1유체(1)는 제1배관(11)으로부터 중간구조물(210) 내부로 유입되고, 유입된 제1유체(1)는 복수의 분사구(213b)를 통해 세분화되며 회전 유동을 형성한다. 이때, 제1유체(1)는 복수의 분사구(213b) 각각에서 와류를 형성하며 제2유체(2)로 분사된다. 따라서, 제1유체(1)가 유발하는 더 강한 회전 유동에 의해 제1유체(1)와 제2유체(2) 사이의 접촉면적이 증가되어 두 유체의 혼합효율을 높일 수 있다. 기타 구성요소는 도 8의 실시예와 동일 내지 유사하여, 중복되는 설명을 생략하기로 한다.The
도 10a는 주관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제9실시예를 보여주는 개념도이고, 도 10b는 도 10a의 X-X 단면도이다.FIG. 10A is a conceptual view showing a ninth embodiment in which a shape in which a main pipe is injected in a straight flow shape, and FIG. 10B is a cross-sectional view taken along the line X-X in FIG. 10A.
도 10의 실시예에서는 혼합구조물(200)의 크기가 증가하도록 구성된다.In the embodiment of FIG. 10, the size of the mixing
외통(215)은 별도로 설치되지 않고, 제3배관(13)의 상류측 단부를 이용할 수 있다. 제3배관(13)의 상류측 단부와 중간구조물(210) 사이의 공간이 환형 공간으로 이용될 수 있다.The
도 10의 실시예에서는 제3배관(13)은 제1배관(11)보다 직경이 더 크게 형성된다. 제2배관(12)은 제3배관(13)에 대하여 일정 각도로 경사지게 배치되어 제3배관(13)의 상류측 단부와 합류한다. 제3배관(13)의 상류측 단부는 제2배관(12)의 하류측 단부와 연통되게 연결된다. 이때, 제3배관(13)의 상류측 단부는 제1배관(11)의 하류측 단부와 연결되고 중간구조물(210)의 외부를 감싸도록 이루어진다.In the embodiment of FIG. 10, the
중간구조물(210)은 일측이 제1배관(11)과 연통되는 직관부(211)와, 직관부(211)의 타측과 연통되는 원뿔부(212)로 구성될 수 있다. 직관부(211)는 양측이 개방되며 직경이 일정하게 형성되는 원통형이고, 원뿔부(212)는 일측이 개방되며 제3배관(13)의 하류측으로 갈수록 직경이 점차 감소하도록 형성되는 원뿔형이다. 직관부(211)와 원뿔부(212)는 원주방향을 따라 이격 배치되는 복수의 분사구(213a)를 구비한다.The
제2배관(12)과 제3배관(13)이 연결되는 부분에 유동가이드돌기(216)가 형성될 수 있다. 유동가이드돌기(216)는 제3배관(13)의 내주면에서 중간구조물(210)의 직관부(211)와 원뿔부(212)의 경계부분을 향해 반경방향으로 돌출 형성되고, 직관부(211) 및 원뿔부(212)와 일정한 간격을 가진다. 직관부(211)를 둘러싸는 환형공간은 유동가이드돌기(216)의 상류측에 위치하고, 원뿔부(212)를 둘러싸는 환형공간은 유동가이드돌기(216)의 하류측에 위치한다. A
유동가이드돌기(216)는 제2배관(12)으로부터 유입된 제2유체(2)를 중간구조물(210)의 원뿔부(212) 주변의 원주방향으로 고르게 분배하여, 복수의 분사구(213a)로부터 방출되는 제1유체(1)과 교번하여 만날 수 있도록 이루어진다. 유동가이드돌기(216)의 단부는 제2유체(2)가 테이퍼지게 형성되어, 제2유체(2)를 복수의 분사구(213a)를 향해 균일하게 분배할 수 있다. 유동가이드돌기(216)와 중간구조물(210) 사이의 홀은 중간구조물(210)의 직관부(211)를 둘러싸는 환경공간보다 면적이 더 좁아서 제2유체(2)의 유로저항을 증가시켜 제2유체(2)가 원주방향으로 더 고르게 분배될 수 있다. 기타 구성 요소 및 작용은 도 7의 실시예와 동일 내지 유사하여 중복되는 설명을 생략하기로 한다.The
도 11a는 주관의 유체가 직선류 형태로 분사되는 형상을 적용한 제10실시예를 보여주는 개념도이고, 도 11b는 도 11a의 XI-XI 단면도이다.FIG. 11A is a conceptual view showing a tenth embodiment in which a shape in which a main fluid is injected in a linear flow form is applied, and FIG. 11B is a cross-sectional view taken along line XI-XI in FIG.
도 11의 실시예에서는 도 10의 실시예와 대비하면 중간구조물(220)의 형상이 다르다. 보다 상세히 설명하면, 중간구조물(220)은 일측이 제1배관(11)과 연통되는 제1직관부(221), 제1직관부(221)에서 직경이 점차 감소하도록 경사지게 형성되는 직경축소부(222), 직경축소부(222)에서 직경이 동일하게 연장되는 제2직관부(223)로 구성될 수 있다.In the embodiment of FIG. 11, the shape of the
제1직관부(221)는 양측이 개방되고 제1배관(11)과 직경이 동일하다. 제2직관부(223)는 제1직관부(221)보다 직경이 작고, 제2직관부(223)의 일측은 직경축소부(222)와 연통되나, 제2직관부(223)의 타측은 막혀있다. 다만, 제2직관부(223)의 타측의 막힌부분에도 복수의 분사구(213a)가 형성될 수 있다.The first
제1직관부(221), 직경축소부(222) 및 제2직관부(223)는 유체 이동방향으로 연속해서 배치되고 서로 연통되어, 제1유체(1)가 제1직관부(221), 직경축소부(222) 및 제2직관부(223) 내부로 유입될 수 있다.The first
이러한 구성에 의하면, 도 10의 실시예 대비 중간구조물(220)의 크기가 증가되어, 제1유체(1)의 유량이 중간구조물(220) 내부로 더 많이 유입되어 제1유체(1)를 더 많이 세분화시키는데 효과적이다. 기타 구성요소 및 작용은 도 10의 실시예와 동일 내지 유사하여 중복되는 설명은 생략하기로 한다.10, the size of the
III. 주관과 지관 유동이 동시에 III. Main and branch flow simultaneously 합류관Junction pipe 쪽으로 분사되는 구조 Structure projected toward
도 12 내지 도 14는 본 발명의 배관 혼합 장치에 따른 주관과 지관 유동이 동시에 합류관 쪽으로 분사되는 구조를 보여주는 개념도이다. 12 to 14 are conceptual diagrams showing a structure in which main pipe and branch pipe flows according to the pipe mixing apparatus of the present invention are simultaneously injected toward the confluent pipe.
도 12a는 주관의 유체는 세관을 따라 분사되고, 지관의 유체는 세관 주변의 분사홀을 통해 분사되는 형상을 적용한 제11실시예를 보여주는 개념도이고, 도 12b는 도 12a의 XIIa-XIIa 단면도이고, 도 12c는 도 12a의 XIIb-XIIb 단면도이고, 도 12d는 도 12a의 XIIc-XIIc 단면도이다.FIG. 12A is a conceptual view showing an eleventh embodiment in which a main fluid is sprayed along a tubule and a fluid in a branch tube is sprayed through a spray hole around the tubule, FIG. 12B is a sectional view taken along the line XIII- 12C is a sectional view taken along the line XIII-XIII of FIG. 12A, and FIG. 12D is a sectional view taken along the line XIII-XIII of FIG. 12A.
도 12의 실시예에 따른 배관 혼합 장치는 제1유체(1)가 흐르는 제1배관(11); 상기 제1배관(11)과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 제1유체(1)와 온도, 성분 또는 농도가 서로 다른 제2유체(2)가 흐르는 제2배관(12); 상기 제1배관(11) 및 제2배관(12)의 하류측에 연결되고, 상기 제1유체(1)와 제2유체(2)의 혼합유체가 흐르는 제3배관(13); 및 상기 제1유체(1)와 제2유체(2)를 혼합하는 혼합구조물(300)을 포함한다.The pipe mixing apparatus according to the embodiment of FIG. 12 includes a
상기 혼합구조물(300)은 외통(315), 제1튜브시트(311), 제2튜브시트(312), 세관(310)을 포함하여 구성된다.The mixing
외통(315)은 일측에 연통홀을 구비하여 제2배관(12)의 하류측 단부와 연통된다. 외통(315)은 제1 및 제3배관(11,13)보다 직경이 큰 원통형으로 형성되며 제1배관(11)과 제3배관(13)을 연결한다. 외통(315)의 내부에 환형 공간이 형성되고, 제2유체(2)가 제2배관(12)으로부터 환형 공간으로 유입된다.The
제1튜브시트(311)는 원판 형태로 상기 외통(315)의 상류측에 배치되어 상기 외통(315)의 환형 공간과 제1배관(11)을 구획할 수 있다. 이때, 상기 제1배관(11)과 연통되는 복수의 관통홀(311a)이 제1튜브시트(311)에 형성되어, 제1유체(1)가 복수의 관통홀(311a)로 유입될 수 있다.The
제2튜브시트(312)는 원판 형태로 상기 외통(315)의 하류측에 배치되어 상기 외통(315)과 제3배관(13)을 구획할 수 있다. 이때, 상기 제3배관(13)과 연통되는 복수의 제1분사홀(312a)과 제2분사홀(312b)이 제2튜브시트(312)에 형성된다. 복수의 제1분사홀(312a) 각각은 후술할 미세배관(이하, 세관(310)이라고 칭함.)과 연통되고, 복수의 제2분사홀(312b)은 외통(315)의 환형공간과 연통된다.The
복수의 세관(310)은 직경이 매우 작은 관으로서 상기 복수의 관통홀(311a)과 제1분사홀(312a)을 각각 연결하여, 복수의 세관(310) 각각의 내부에 제1유체(1)가 흐른다. 세관(310)은 관통홀(311a)을 통해 유입되는 제1유체(1)를 제1분사홀(312a)로 전달하고, 세관(310)의 직경에 의해 제1유체(1)를 세분화 할 수 있다. 또한, 세관(310) 직경은 제1배관(11)의 직경보다 훨씬 작아서 제1유체(1)의 유동 속도를 증가시켜, 세분화된 제1유체(1)가 제3배관(13) 내부의 유체 속으로 깊이 분사될 수 있다.The plurality of
외통(315)의 환형 공간은 복수의 세관(310)을 둘러싸도록 이루어지고, 제2유체(2)는 제2배관(12)으로부터 환형 공간으로 유입되어 세관(310)의 외부를 따라 제2분사홀(312b)로 전달된다.The annular space of the
상기 제1유체(1)는 복수의 제1분사홀(312a)을 통해 상기 제3배관(13)으로 분사되고, 상기 제2유체(2)는 복수의 세관(310)의 외부로 흘러 복수의 제2분사홀(312b)을 통해 상기 제3배관(13)으로 분사된다.The
이러한 구성에 의하면, 제1유체(1)와 제2유체(2)는 각각 제1분사홀(312a)과 제2분사홀(312b)을 통해 세분화되고 제3배관(13)으로 동시에 분사됨으로써 3차원 유동에 의한 간섭을 줄여주면서 유체 상호 간의 접촉면적을 크게 증가시킬 수 있다.The
여기서, 상기 제1분사홀(312a)과 제2분사홀(312b)은 유체의 혼합 성능을 향상시키기 위해 제2튜브시트(312)에서 서로 교대로 배치되는 것이 바람직하다. 복수의 제1분사홀(312a)은 제2분사홀(312b)과 직경이 다를 수 있다. 도 12d에 도시된 제1분사홀(312a)은 제2분사홀(312b)보다 직경이 더 크다.Here, the
복수의 제1분사홀(312a)은 사선방향으로 복수의 열로 이격 배치되고 각 열이 서로 엇갈리게 배치될 수 있다. 적어도 하나의 제2분사홀(312b)은 인접한 두 개의 제1분사홀(312a) 사이에 배치될 수 있다.The plurality of
도 13a는 주관의 유체는 세관(320)을 따라 분사되고, 지관의 유체는 세관(320) 주변의 분사홀을 통해 분사되는 형상을 적용한 제12실시예를 보여주는 개념도이고, 도 13b는 도 13a의 XIIIa-XIIIa 단면도이고, 도 13c는 도 13a의 XIIIb-XIIIb 단면도이고, 도 13d는 도 13a의 XIIIc-XIIIc 단면도이다.13A is a conceptual view showing a twelfth embodiment in which the main fluid is injected along the
도 13의 실시예에서는 외통(315)은 별도로 설치되지 않고 제3배관(13)의 상류측 단부를 이용하여 형성될 수 있다. 제3배관(13)은 제1배관(11)보다 직경이 크고, 제3배관(13)의 상류측 단부가 제1배관(11) 쪽으로 더 연장되어 제1배관(11)의 하류측 단부와 연결될 수 있다. 또한, 제3배관(13)의 상류측 단부는 제2배관(12)과 연통되며 복수의 세관(320)을 감싸는 환형 공간을 형성할 수 있다.In the embodiment of Fig. 13, the
제1튜브시트(311)는 제1배관(11)의 직경과 대응되는 크기로 형성되고, 제2튜브시트(312)는 제3배관(13)의 직경과 대응되는 크기로 이루어져, 제2튜브시트(312)가 제1튜브시트(311)보다 직경이 더 크다. 제1튜브시트(311)에 복수의 관통홀(311a)이 형성되고, 제2튜브시트(312)에 복수의 제1분사홀(312a)과 제2분사홀(312b)이 구비된다.The
복수의 세관(320) 각각은 상기 복수의 관통홀(311a)에서 복수의 제1분사홀(312a)로 각각 연장되어, 제1유체(1)를 관통홀(311a)에서 제1분사홀(312a)로 전달한다. 또한, 복수의 세관(320)은 관통홀(311a)에서 제1분사홀(312a)로 갈수록 상호간의 간격이 넓어질 수 있다. 복수의 세관(320) 각각은 관통홀(311a) 및 제1분사홀(312a)과 각각 연결되는 직관세관부와 상기 직관세관부를 연결하는 연결세관부로 구성될 수 있다. 연결세관부는 직관세관부에 대하여 경사지게 형성될 수 있다.Each of the plurality of
이러한 구성에 의하면, 환형 공간이 도 12의 실시예 대비 유사한 혼합효과를 얻으면서도 구조를 단순화할 수 있다.With such a configuration, the annular space can be simplified in structure while obtaining a similar mixing effect as compared with the embodiment of FIG.
도 14a는 지관의 유체는 세관(320)을 따라 분사되고, 주관의 유체는 세관(320) 주변의 분사홀을 통해 분사되는 형상을 적용한 제13실시예를 보여주는 개념도이고, 도 14b는 도 14a의 XIVa-XIVa 단면도이고, 도 14c는 도 14a의 XIVb-XIVb 단면도이고, 도 14d는 도 14a의 XIVc-XIVc 단면도이다.14A is a conceptual view showing a thirteenth embodiment in which the fluid in the branch tube is injected along the
도 14의 실시예에 따른 배관 혼합 장치는 제1유체(1)가 흐르는 제1배관(11); 상기 제1배관(11)과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 제1유체(1)와 온도, 성분 또는 농도가 서로 다른 제2유체(2)가 흐르는 제2배관(12); 상기 제1배관(11)의 하류측과 연결되고, 상기 제1유체(1)와 제2유체(2)의 혼합유체가 흐르는 제3배관(13); 및 상기 제1유체(1)와 제2유체(2)를 혼합하는 혼합구조물(300)을 포함한다. 제2배관(12)은 제1배관(11)에 대하여 수직하게 연장되어 제1배관(11)과 합류한다. 제3배관(13)은 제1배관(11)의 하류측 단부와 연결될 수 있다.The pipe mixing apparatus according to the embodiment of FIG. 14 includes a
상기 혼합구조물(300)은 분배부(330), 제1튜브시트(311), 제2튜브시트(312), 복수의 세관(320)을 포함하여 구성된다.The mixing
분배부(330)는 제1배관(11)의 내부에 수용된다. 분배부(330)의 상측에 연통홀이 형성되고, 제2배관(12)의 하단부는 제1배관(11)을 관통하여 분배부(330)의 연통홀로 연장되며, 분배부(330)와 제2배관(12)이 연통된다. 이에 의해, 제2유체(2)가 제2배관(12)에서 분배부(330)로 유입된다. 이때, 분배부(330)는 제1배관(11)의 내부공간과는 연통되지 않는다.The distributor (330) is accommodated in the first pipe (11). The lower end of the
제1튜브시트(311)는 분배부(330)의 하류측에 배치되어 분배부(330)와 제1배관(11)의 내부 공간을 구획한다. 제1튜브시트(311)는 제2배관(12)과 연통되는 복수의 관통홀(311a)을 구비하여 분배부(330)로 유입된 제2유체(2)를 복수의 관통홀(311a)을 통해 유출시킬 수 있다.The
제2튜브시트(312)는 제1배관(11)의 하류측 단부에 수직하게 배치되어 상기 제1배관(11)과 제3배관(13)을 구획한다. 다만, 제2튜브시트(312)는 복수의 제1분사홀(312a)과 제2분사홀(312b)을 구비하여, 분배부(330)는 제1분사홀(312a)을 통해 제3배관(13)과 연통되고, 제1배관(11)은 제2분사홀(312b)을 통해 제3배관(13)과 연통될 수 있다.The
복수의 세관(320) 각각은 복수의 관통홀(311a)에서 제1분사홀(312a)로 연장되어, 분배부(330)와 제3배관(13)을 연통되게 연결할 수 있다. 복수의 관통홀(311a)을 통해 각각 유출된 제2유체(2)는 세관(320)의 내부를 따라 흘러서 복수의 제1분사홀(312a) 각각으로 전달되고, 복수의 제1분사홀(312a)을 통해 제3배관(13)으로 분사된다. 이때, 제2유체(2)는 분배부(330)에서 세관(320)으로 이동될 때 세분화된다.Each of the plurality of
한편, 제1유체(1)는 제1배관(11) 내에서 분배부(330)와 세관(320)의 외부를 따라 흘러서 복수의 제2분사홀(312b)로 분배되고, 복수의 제2분사홀(312b)을 통해 세분화되며 제3배관(13)으로 분사된다.The
여기서, 제1유체(1)와 제2유체(2)는 세관(320)에 의해 제1배관(11) 내에서 서로 독립된 유동을 형성하고, 제2튜브시트(312)에서 제2분사홀(312b)과 제1분사홀(312a)을 통해 제3배관(13)으로 동시에 분사될 수 있다.Here, the
따라서, 제1유체(1) 및 제2유체(2)는 제1 및 제2분사홀(312a,312b)을 통해 세분화됨으로써 3차원 유동에 의한 간섭을 줄여주면서 유체 상호간의 접촉면적을 증가시킬 수 있다.Accordingly, the
제1분사홀(312a)은 제2분사홀(312b)보다 직경이 클 수 있다. 하지만, 제1 및 제2분사홀(312b) 모두 제1 내지 제3배관(13)의 직경보다 매우 작으므로 유체의 유속을 증가시켜 제3배관(13)의 내부 깊숙이 충분히 분사됨으로써 유체의 혼합효과를 증진시킬 수 있다.The diameter of the
제1분사홀(312a)과 제2분사홀(312b)은 서로 교번되게 배치될 수 있다.The
제1분사홀(312a) 및 제2분사홀(312b) 각각은 제2튜브시트(312)의 직경면에 대하여 수직방향(두께방향)과 반경방향으로 경사지게 형성되어, 유체의 회전 유동 및 와류를 형성할 수 있다. 이에 의해, 유체의 혼합효율을 높일 수 있다.Each of the
도 15 내지 도 22는 본 발명에 따른 중간구조물이 평면으로 펼쳐진 모습을 다양한 형태의 분사구를 보여주는 개념도이다. 도 15 내지 도 22에 도시된 중간구조물(110)의 분사구(13a,113a',113a",113b,113b',113b",123a,313a,313b,413a,413b) 형태는 원통형을 직사각형의 평면으로 펼쳐놓은 형태에서 보여준다. 하지만, 도 15 내지 도 22의 분사구(113a,113a',113a",113b,113b',113b",123a,313a,313b,413a,413b) 형태는 원뿔형을 부채꼴의 평면으로 펼쳐진 형태에도 적용될 수 있다.15 to 22 are conceptual diagrams showing various types of jetting ports in which an intermediate structure according to the present invention is spread out in a plane. The shapes of the
특히, 도 15a는 분사구(113a) 형태가 가늘고 긴 타원형의 미세 채널 형태로 형성된 모습이다. 분사구(113a)는 직사각형의 평면에서 세로방향으로 폭이 가늘고 길이가 긴 한 개의 타원형이 형성되고, 상기 타원형이 가로방향으로 복수 개로 이격 배치된다. 또한, 복수의 분사구(113a) 각각은 직사각형의 평면에 대하여 수직 방향으로 관통 형성된다. 이러한 분사구(113a) 구조에 의하면, 유체가 직선 유동을 형성한다. 상기 직사각형의 평면에서 세로방향은 원통형에서는 길이방향을 나타내고, 가로방향은 원통형에서는 원주방향을 나타내고, 수직방향은 원통형에서는 반경방향임을 나타낸다. 이하의 설명에서도 동일하다.Particularly, FIG. 15A shows the shape of the
도 15b는 분사구(113b) 형태가 가늘고 긴 타원형의 미세 채널 형태로 형성되되, 복수의 분사구(113b) 각각은 직사각형의 평면에 대하여 가로방향과 수직 방향으로 경사지게 관통 형성된 모습을 보여준다. 이러한 분사구(113b) 구조에 의하면, 유체가 회전 유동을 형성하여 와류를 유발할 수 있다. 기타 구성은 도 15a와 동일하거나 유사하여 중복되는 설명을 생략하기로 한다.FIG. 15B shows an elongated elliptical microchannel in the form of a jetting
도 16a는 분사구(113a') 형태가 가늘고 긴 타원형의 미세 채널 형태로 형성되되, 분사구(113a')는 직사각형의 평면에서 세로방향으로 폭이 가늘고 길이가 긴 복수 개의 타원형이 가로방향으로 이격 배치되고, 상기 복수 개의 타원형 각각은 평면 상에서 상측과 하측에서 세로방향으로 서로 엇갈리게 이격 배치된다.16A is formed in the form of an elongated elliptical microchannel having a shape of a jetting
도 16b는 분사구(113b') 형태가 가늘고 긴 타원형의 미세 채널 형태로 형성되되, 복수의 분사구(113b') 각각은 직사각형의 평면에 대하여 가로방향과 수직 방향으로 경사지게 관통 형성된 모습을 보여준다. 이러한 분사구(113b') 구조에 의하면, 유체가 회전 유동을 형성하여 와류를 유발할 수 있다. 기타 구성은 도 16a와 동일하거나 유사하여 중복되는 설명을 생략하기로 한다.16B shows a shape of an elongated elliptical microchannel in the form of a
도 17a는 분사구(113a") 형태가 가늘고 긴 타원형의 미세 채널 형태로 형성되되, 직사각형의 평면에서 세로방향으로 폭이 가늘고 긴 타원형의 분사구(113a")는 가로방향 및 세로방향으로 복수 개로 이격 배치된다. 상기 타원형의 분사구(113a")는 가로방향 및 세로방향으로 일렬로 배치될 수 있다.17A is formed in the form of an elongated elliptical microchannel in the form of a jetting
도 17b는 가로방향 및 세로방향으로 이격 배치된 복수의 분사구(113b") 각각이 평면에 대하여 가로방향과 수직방향으로 경사지게 관통 형성된 모습을 보여준다. 이러한 분사구(113b") 구조에 의하면, 유체가 회전 유동을 형성하여 와류를 유발할 수 있다. 기타 구성은 도 17a와 동일하거나 유사하여 중복되는 설명을 생략하기로 한다.17B shows a state in which each of the plurality of jetting
도 18a는 분사구(113a")의 형태가 가늘고 긴 타원형의 미세 채널 형태로 형성되되, 직사각형의 평면에서 세로방향으로 폭이 가늘고 긴 타원형의 분사구(113a")는 세로방향으로 교번하면서 서로 엇갈리게 이격 배치되고, 도 17a에 비해 분사구(113a") 상호간의 간격이 더 넓을 수 있다.18A is formed in the form of an elongated elliptical microchannel having a shape of an
도 18b는 세로방향으로 교번하면서 서로 엇갈리게 이격 배치된 복수의 분사구(113b") 각각이 평면에 대하여 가로방향과 수직방향으로 경사지게 관통 형성된 모습을 보여준다. 이러한 분사구(113b") 구조에 의하면, 유체가 회전 유동을 형성하여 와류를 유발할 수 있다. 기타 구성은 도 18a와 동일하거나 유사하여 중복되는 설명을 생략하기로 한다.18B shows a state in which each of the plurality of jetting
도 19a는 분사구(313a) 형태가 가늘고 긴 평행사변형(사선형)의 미세 채널 형태로 형성된 모습이다. 세로방향으로 가늘고 긴 평행사변형의 분사구(313a)는 가로방향 및 세로방향으로 일렬로 배치될 수 있다.FIG. 19A is a view in which a shape of a jetting
도 19b는 세로방향으로 가늘고 긴 평행사변형의 분사구(313b) 각각이 평면에 대하여 가로방향과 수직방향으로 경사지게 관통 형성된 모습을 보여준다. 이러한 분사구(313b) 구조에 의하면, 유체가 회전 유동을 형성하여 와류를 유발할 수 있다. 기타 구성은 도 19a와 동일하거나 유사하여 중복되는 설명을 생략하기로 한다.FIG. 19B shows a state in which each of the
도 20a는 세로방향으로 가늘고 긴 평행사변형의 분사구(313a)가 세로방향으로 서로 엇갈리게 이격 배치된 모습을 보여준다. 분사구(313a)의 가로방향 간격이 도 19a에 비해 더 넓을 수 있다.20A shows a state in which the
도 20b는 세로방향으로 서로 엇갈리게 이격 배치된 분사구(313b) 각각이 평면에 대하여 가로방향과 수직방향으로 경사지게 관통 형성된 모습을 보여준다. 이러한 분사구(313b) 구조에 의하면, 유체가 회전 유동을 형성하여 와류를 유발할 수 있다. 20B shows a state in which each of the
도 21a는 분사구(413a) 형태가 원형으로 형성된 모습을 보여준다. 원형의 분사구(413a)는 가로방향과 세로방향을 따라 일렬로 이격 배치될 수 있다.21A shows a state in which the
도 21b는 가로방향과 세로방향을 따라 일렬로 이격 배치된 원형의 분사구(413b) 각각이 평면에 대하여 가로방향과 수직방향으로 경사지게 관통 형성된 모습을 보여준다. 이러한 분사구(413b) 구조에 의하면, 유체가 회전 유동을 형성하여 와류를 유발할 수 있다.21B shows a state in which each of the
도 22a는 원형의 분사구(413a)가 가로방향과 세로방향으로 이격 배치되되, 가로방향 및 세로방향으로 엇갈리게 배치된 모습을 보여준다. 분사구(413a)의 간격은 도 21의 분사구(413a)보다 더 넓게 분포될 수 있다.FIG. 22A shows the
도 22b는 가로방향과 세로방향으로 엇갈리게 배치된 원형의 분사구(413b) 각각이 평면에 대하여 가로방향과 수직방향으로 경사지게 관통 형성된 모습을 보여준다. 이러한 분사구(413b) 구조에 의하면, 유체가 회전 유동을 형성하여 와류를 유발할 수 있다.22B shows a state in which each of the
전술한 다양한 형태의 분사구(413b)는 중간구조물(110) 뿐만 아니라 제1 및 제2튜브시트에도 적용될 수 있다. 분사구 형태들은 이 밖에도 다양하게 변형된 형태가 가능하며 제1배관(11), 제2배관(22) 및 제3배관과 중간구조물(110) 등의 설치조건에 따라 선택적으로 적용할 수 있다.The above-described various types of
도 23a 내지 도 23d는 혼합배관의 다양한 형태를 보여주는 개념도이다.23A to 23D are conceptual diagrams showing various forms of mixed piping.
특히, 도 23a는 직경이 큰 제1배관(11)의 하류측에 직경이 작은 제2배관(22)이 합류된 모습을 보여준다. 제1배관(11), 제2배관(22) 및 제3배관(13)은 Y자 형태로 형성된다. 제3배관(13)은 제1배관(11) 및 제2배관(22)보다 직경이 크다. 제1배관(11)은 확관부(11a)를 포함하고, 확관부(11a) 후단부로 제2배관(22)이 합류될 수 있다.Particularly, FIG. 23A shows a state in which the
도 23b는 직경이 큰 제1배관(11)에 직경이 작은 제2배관(22)이 합류되고, 제1배관(11)의 확관부(11a) 전단부로 제2배관(22)이 합류될 수 있다. 기타 구성은 도 23a와 동일하거나 유사하여 중복되는 설명을 생략하기로 한다.The
도 23c는 직경이 동일한 제1배관(21)과 제2배관(22)이 합류된 모습을 보여준다. 제1배관(21), 제2배관(22) 및 제3배관(13)은 Y자 형태로 형성된다.23C shows a state in which the
도 23d는 직경이 큰 제1배관(11)에 직경이 작은 두 개의 제2배관(22a,22b)이 합류된 모습을 보여준다. 유체이동방향을 기준으로 앞쪽에 위치하는 상류측 제2배관(22a)은 제1배관(11)의 확관부(11a)의 전단부로 합류되고, 하류측 제2배관(22b)은 두 제3배관(13a,13b) 사이의 확관부(13a')로 합류된다.FIG. 23D shows a state in which two
일반적으로 두 유체가 합류하는 경우 도 23과 같이 제3배관(13)의 크기가 제1 및 제2배관(11,22)보다 증가된다.In general, when two fluids join together, the size of the
또한, 일반적으로 합류 배관에는 T자 보다는 Y자 형태의 배관이 적용된다. 다만, 환형 공간을 이용하는 경우 T자 배관으로 연결하는 것도 가능하다.Generally, Y-shaped piping is applied to confluent piping rather than T-shaped piping. However, if an annular space is used, it is also possible to connect with a T-pipe.
전술한 바와 같이 고온 또는 저온의 유체(또는 혼합 성분이 서로 다른 유체)가 만날 때 유체의 혼합 성능을 효율적으로 향상시키기 위한 다양한 방법을 제시하였다.As described above, various methods for efficiently improving the mixing performance of fluids when high temperature or low temperature fluids (or fluids with different mixing components) are encountered have been proposed.
본 발명에 따르면, 첫째 지관 유동을 주관 유동 쪽으로 분사하는 구조에서는 분사구를 좁고 긴 미세 채널로 형성시켜 열교환 면적으로 증가시키면서도 유로저항을 감소시키고, 선택적으로 회전유동을 함께 형성시켜 짧은 거리에서 두 유체가 균일하게 혼합될 수 있다.According to the present invention, in the structure in which the first branch tube flow is injected toward the main flow, the injection port is formed into a narrow and long microchannel to increase the heat exchange area while reducing the flow resistance and selectively forming the rotating flow, They can be uniformly mixed.
둘째 주관 유동을 지관 유동 쪽으로 분사하는 구조에서는 분사구를 복수의 열로 구성되는 원형 채널 또는 좁고 긴 미세 채널로 형성시켜 열교환 면적을 증가시키면서도 유로저항을 감소시키고, 선택적으로 회전 유동을 함께 형성시켜 짧은 거리에서 두 유체가 균일하게 혼합될 수 있다.In the structure in which the second main flow is injected toward the branch tube flow, the injection port is formed into a circular channel composed of a plurality of rows or narrow and long fine channels to increase the heat exchange area and reduce the flow resistance, Both fluids can be mixed uniformly.
셋째, 미세관을 채용하고 고온과 저온 유동이 관(TUBE, PIPE) 내 및 관 외(shell) 쪽과 각각 연결되는 제1 및 제2분사홀를 통해 합류관으로 분사되도록 함으로써, 즉 주관의 제1유체와 지관의 제2유체가 동시에 분사되는 구조를 적용함으로써, 고온과 저온 유동이 관로의 원주방향으로 세분화되고 교번하면서 접촉되도록 하여 두 유동의 접촉면적을 크게 증가시켜 혼합 효율을 향상시키고, 선택적으로 회전 유동을 함께 형성시켜 짧은 거리에서 두 유체가 균일하게 혼합될 수 있다.Third, by employing a microtubule and causing the high-temperature and low-temperature flows to be injected into the merging tube through the first and second injection holes respectively connected to the inside of the tube and the shell, that is, By applying the structure in which the fluid and the second fluid of the branch pipe are simultaneously injected, the high-temperature and low-temperature flows are subdivided and alternately contacted in the circumferential direction of the pipe to increase the contact area of the two flows to improve the mixing efficiency, By forming a rotational flow together, both fluids can be mixed uniformly over a short distance.
이상의 설명은 본원발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본원발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본원발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications, substitutions and alterations can be made hereto without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. will be.
또한, 본원발명에 개시된 실시 예 및 첨부된 도면들은 본원발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본원발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.It is to be understood that both the foregoing general description and the following detailed description are exemplary and explanatory and are intended to provide further explanation of the invention as claimed. .
본원발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본원발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.The scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas within the scope of equivalents should be interpreted as being included in the scope of the present invention.
1 :제1유체 2 : 제2유체
3 : 제3유체 11,21 : 제1배관
12,22 : 제2배관 12a : 연장부
13 : 제3배관 100,200,300: 혼합구조물
110,120,210,220 : 중간구조물
111,211 : 직관부 112 : 확관부
212 : 원뿔부
113a,113a',113a",113b,113b',113b",123a,313a,313b,413a,413b : 분사구
114 : 환형공간 115,215,315 : 외통
216 : 유동가이드돌기 221: 제1직관부
222 : 직경축소부 223 : 제2직관부
310,320 : 세관 311: 제1튜브시트
311a : 관통홀 312 : 제2튜브시트
312a : 제1분사홀 312b : 제2분사홀
330 : 분배부1: first fluid 2: second fluid
3:
12, 22:
13: Third piping 100, 200, 300: Mixed structure
110,120,210,220: intermediate structure
111,211: straight pipe section 112:
212:
113a, 113a ', 113a ", 113b, 113b', 113b", 123a, 313a, 313b, 413a, 413b:
114:
216: flow guide protrusion 221: first straight pipe portion
222: diameter reduction portion 223: second straight pipe portion
310,320: custom tube 311: first tube sheet
311a: through hole 312: second tube sheet
312a:
330:
Claims (26)
상기 제1배관과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 제1유체와 온도, 성분 또는 농도가 서로 다른 제2유체가 흐르는 제2배관;
상기 제1배관 및 제2배관의 하류측에 연결되고, 상기 제1유체와 제2유체의 혼합유체가 흐르는 제3배관; 및
상기 제1유체와 제2유체를 혼합하는 혼합구조물;
을 포함하고,
상기 혼합구조물은,
상기 제1배관과 제3배관 사이에 배치되고, 상기 제2유체를 세분화하는 복수의 분사구를 구비하는 중간구조물을 포함하고, 상기 제2유체가 복수의 분사구를 통해 제1유체로 분사되고,
상기 중간구조물은,
상기 제1배관과 제3배관 사이에 연결되는 배관의 내부에 수용되는 중간구조물 본체;
일측은 상기 제2배관과 연통되게 연결되고, 타측은 상기 중간구조물 본체와 연통되게 연결되어 상기 제2유체를 상기 중간구조물 본체 내부로 유입시키는 연장부를 포함하고,
상기 제1유체의 유동방향에 대하여 상기 중간구조물 본체의 전단부와 후단부는 막혀 있고, 상기 중간구조물 본체의 내부로 유입된 제2유체가 상기 복수의 분사구를 통해 상기 제1배관과 제3배관 사이에 연결되는 배관으로 방사되고,
상기 복수의 분사구 각각은 중간구조물의 길이방향을 따라 가늘고 길게 형성되는 배관 혼합 장치.A first pipe through which the first fluid flows;
A second pipe extending in a direction crossing the first pipe and having a second fluid flowing at a different temperature, component or concentration from the first fluid;
A third pipe connected to a downstream side of the first pipe and the second pipe and through which a mixed fluid of the first fluid and the second fluid flows; And
A mixing structure for mixing the first fluid and the second fluid;
/ RTI >
The mixed structure may include:
And an intermediate structure disposed between the first pipe and the third pipe and having a plurality of injection ports for subdividing the second fluid, the second fluid is injected into the first fluid through the plurality of injection ports,
Wherein the intermediate structure comprises:
An intermediate structure body accommodated in a pipe connected between the first pipe and the third pipe;
And an extension for connecting the second fluid to the inside of the intermediate structure body, the other side being connected to the second pipe and the other side to be connected to the intermediate structure body,
Wherein a front end portion and a rear end portion of the intermediate structure main body are clogged with respect to a flow direction of the first fluid and a second fluid introduced into the inside of the intermediate structure body is sealed between the first and third pipes through the plurality of injection ports, To the pipe,
Wherein each of the plurality of injection openings is elongated along the longitudinal direction of the intermediate structure.
상기 중간구조물은 제1배관에서 제3배관으로 연장되는 원통형의 관 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 배관 혼합 장치.The method according to claim 1,
Wherein the intermediate structure is formed in the shape of a cylindrical tube extending from the first pipe to the third pipe.
상기 중간구조물은 제1배관 및 제3배관 중 적어도 하나의 관 내부에 수용되고, 상기 제2배관과 연통되는 연통홀이 상기 중간구조물의 일측에 형성되어, 상기 제2유체가 중간구조물 내부로 유입되며,
상기 연장부는 상기 제2배관에서 상기 적어도 하나의 관을 관통하여 상기 연통홀로 연장되는 것을 특징으로 하는 배관 혼합 장치.The method according to claim 1,
Wherein the intermediate structure is accommodated in at least one of the first pipe and the third pipe and a communication hole communicating with the second pipe is formed at one side of the intermediate structure, And,
Wherein the extension extends through the at least one pipe from the second pipe to the communication hole.
상기 복수의 분사구는 중간구조물의 원주방향을 따라 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배관 혼합 장치.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of injection ports are spaced apart from each other along the circumferential direction of the intermediate structure.
상기 복수의 분사구 각각은 중간구조물의 반경방향으로 관통 형성되는 것을 특징으로 하는 배관 혼합 장치.The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of injection openings is formed in a radial direction of the intermediate structure.
상기 복수의 분사구 각각은 중간구조물의 반경방향에 대하여 원주방향으로 경사지게 관통 형성되어, 유체의 회전유동을 유도하는 것을 특징으로 하는 배관 혼합 장치.The method according to claim 1,
Wherein each of the plurality of injection openings is formed so as to be inclined circumferentially with respect to a radial direction of the intermediate structure, thereby inducing a rotational flow of the fluid.
상기 복수의 분사구는 중간구조물의 원주방향과 길이방향으로 각각 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 배관 혼합 장치.The method according to claim 1,
Wherein the plurality of injection ports are spaced apart from each other in the circumferential direction and the longitudinal direction of the intermediate structure.
상기 복수의 분사구는 중간구조물의 길이방향을 따라 일렬로 배치되거나 원주방향으로 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는 배관 혼합 장치.17. The method of claim 16,
Wherein the plurality of injection openings are arranged in a line along the longitudinal direction of the intermediate structure or alternately arranged in the circumferential direction.
상기 제1배관과 교차하는 방향으로 연장되고, 상기 제1유체와 온도, 성분 또는 농도가 서로 다른 제2유체가 흐르는 제2배관;
상기 제1배관 및 제2배관의 하류측에 연결되고, 상기 제1유체와 제2유체의 혼합유체가 흐르는 제3배관; 및
상기 제1유체와 제2유체를 혼합하는 혼합구조물;
을 포함하고,
상기 혼합구조물은,
상기 제1배관과 제3배관 사이에 배치되고, 상기 제2유체를 세분화하는 복수의 분사구를 구비하는 중간구조물을 포함하고, 상기 제2유체가 복수의 분사구를 통해 제1유체로 분사되고,
상기 중간구조물은,
상기 제1배관과 제3배관 사이에 연결되는 배관의 내부에 수용되는 중간구조물 본체;
일측은 상기 제2배관과 연통되게 연결되고, 타측은 상기 중간구조물 본체와 연통되게 연결되어 상기 제2유체를 상기 중간구조물 본체 내부로 유입시키는 연장부를 포함하고,
상기 제1유체의 유동방향에 대하여 상기 중간구조물 본체의 전단부와 후단부는 막혀 있고, 상기 중간구조물 본체의 내부로 유입된 제2유체가 상기 복수의 분사구를 통해 상기 제1배관과 제3배관 사이에 연결되는 배관으로 방사되고,
상기 복수의 분사구는 중간구조물의 원주방향 및 길이방향을 따라 가늘고 길게 형성되는 것을 특징으로 하는 배관 혼합 장치.A first pipe through which the first fluid flows;
A second pipe extending in a direction crossing the first pipe and having a second fluid flowing at a different temperature, component or concentration from the first fluid;
A third pipe connected to a downstream side of the first pipe and the second pipe and through which a mixed fluid of the first fluid and the second fluid flows; And
A mixing structure for mixing the first fluid and the second fluid;
/ RTI >
The mixed structure may include:
And an intermediate structure disposed between the first pipe and the third pipe and having a plurality of injection ports for subdividing the second fluid, the second fluid is injected into the first fluid through the plurality of injection ports,
Wherein the intermediate structure comprises:
An intermediate structure body accommodated in a pipe connected between the first pipe and the third pipe;
And an extension for connecting the second fluid to the inside of the intermediate structure body, the other side being connected to the second pipe and the other side to be connected to the intermediate structure body,
Wherein a front end portion and a rear end portion of the intermediate structure main body are clogged with respect to a flow direction of the first fluid and a second fluid introduced into the inside of the intermediate structure body is sealed between the first and third pipes through the plurality of injection ports, To the pipe,
Wherein the plurality of injection ports are elongated along the circumferential direction and the longitudinal direction of the intermediate structure.
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