KR102111714B1 - 표면에 요철을 포함하는 액적 분리기 - Google Patents

Abstract

액적 분리 장치에 설치되어 기체 상 내에 미세 액적이 포함되어 있는 혼합물의 유로에 위치하는 액적 분리판으로서, 소정의 간격으로 이격되어 혼합물의 유로를 형성하는 복수의 플레이트를 포함하고, 상기 복수의 플레이트는 유입되는 혼합물의 유동방향을 변화시킬 수 있도록 굽혀진 형상을 가지는 것이며, 상기 복수의 플레이트의 일측 단부는 혼합물이 유입되는 유입구를 형성하고 타측 단부는 혼합물이 유출되는 유출구를 형성하며, 상기 복수의 플레이트의 유출구에는 플레이트로부터 연장되어 유입구 방향으로 휘어있는 포집부를 더 포함하고 있고, 상기 포집부는 표면에 복수의 요철을 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 분리판을 제공한다.

Description

표면에 요철을 포함하는 액적 분리기{Droplet Separator Having Uneven Surface}

본 발명은 액적 분리 장치에 설치되어 기체 상 내에 미세 액적이 포함되어 있는 혼합물의 유로에 위치하는 액적 분리기로서, 소정의 간격으로 이격되어 혼합물의 유로를 형성하는 복수의 플레이트를 포함하되 복수의 플레이트 사이로 유입된 혼합물이 플레이트의 끝단에 복수의 요철이 형성된 포집부를 포함함으로써, 액적 형성 효율이 더욱 향상된 효과를 가지는 액적 분리기에 관한 것이다.

석유화학산업 공정은 기본적으로 컬럼(Column)과 드럼(Drum)이라 불리는 타워에서 정제와 분리를 거쳐 석유화학제품을 생산하는 공정으로 이루어진다.

원유는 고체, 액체 및 기체의 혼합물로 구성되고, 각 상 내에서 다수의 혼합물로 구성되어 있기 때문에, 휘발유, 경유 및 도시 가스 등과 같이 실생활에서 유통되는 형태의 석유화학연료는 원유를 정제와 분리함으로써 얻어진다.

원유를 분리하는 과정은 다음과 같은 장치를 거쳐 진행된다. 원유는 공급 장치(inlet device)를 거침으로써, 액체나 고체 상의 물질을 1차적으로 걸러내는 과정을 거친다.

여기에서 얻어진 액체와 고체는 밀도 차이에 따라 분리하거나, 여과를 거침으로써 분리할 수 있다. 공급 장치를 통과한 원료 가스 내에는 미세한 크기의 액적이 포함되어 있으므로, 액적 제거기를 통해 가스 내의 액체를 걸러내는 과정을 거친다.

특히, 가스 내의 미세 액체를 걸러 내는 것은 최종 연료의 품질에도 직결된 문제이므로, 가스 내의 액적을 최대한 제거하면서도 연료 생산 비용이 크게 증가되지 않도록 하기 위한 연구가 계속되고 있다.

대한민국 특허출원 제10-2000-0080571호는 액적 분리기용 분리판에 관한 것으로서, 기체에 포함된 액적을 분리함에 있어서, 액적 포집용 홈이 형성되어 액적의 분리효율을 향상시킨 기술에 대해서 개시하고 있으나, 분리판의 각 절곡 부위마다 돌출된 분리홈을 형성해야 하므로, 액적 분리기 자체의 제작이 어렵고, 해당 홈에 기체의 유동이 저지됨에 따라 단위 시간 당 기체의 통과 속도가 크게 떨어지는 문제가 있다. 기체의 통과 속도가 크게 떨어짐에 따라, 가스 연료의 정제 효율성이 크게 떨어지고 생산 비용이 증가되는 문제가 있다.

따라서, 기존의 액적 분리기의 구조에서 기체의 유동속도를 크게 변화시키지 않으면서도, 액적의 분리 효율을 더욱 향상시킬 수 있는 기술에 대한 요구가 계속되고 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점과 과거로부터 요청되어온 기술적 과제를 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 원유로부터 액체와 고체 상의 물질을 제거하고 얻어진 기체에서 화학가스와 액적을 분리하기 위한 액적 분리 장치에 삽입되는 액적 분리기에 관한 것으로서, 액적 분리기의 일측 말단에서 연장되어 휘어진 형상의 포집부를 더 포함하는 기존의 액적 분리기에서 나아가, 미세 액적의 성장 속도를 향상시키고 액적의 하강 비율을 더욱 향상시키는 효과를 가지는 액적 분리기에 관한 것이다.

구체적으로, 본 발명에 따른 액적 분리기는 액적 분리 장치에 설치되어 기체 상 내에 미세 액적이 포함되어 있는 혼합물의 유로에 위치하는 액적 분리판으로서, 소정의 간격으로 이격되어 혼합물의 유로를 형성하는 복수의 플레이트를 포함하고, 상기 복수의 플레이트는 유입되는 혼합물의 유동방향을 변화시킬 수 있도록 굽혀진 형상을 가지는 것이며, 상기 복수의 플레이트의 일측 단부는 혼합물이 유입되는 유입구를 형성하고 타측 단부는 혼합물이 유출되는 유출구를 형성하며, 상기 복수의 플레이트의 유출구에는 플레이트로부터 연장되어 유입구 방향으로 휘어있는 포집부를 더 포함하고 있고, 상기 포집부는 표면에 복수의 요철을 포함한다.

상기 포집부는 포집부를 구성하는 휘어진 플레이트의 안쪽면으로부터 바깥쪽면 방향으로 함입된 요철이 형성되어 있는 것일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액적 분리기에 있어서, 상기 복수의 플레이트는 지그재그 형태로 복수회 굽혀진 형상을 가지는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 액적 분리기에 있어서, 상기 함입된 요철을 포함하는 경우, 상기 함입된 요철은 1 내지 20 mm의 최대 직경을 갖는 반구형의 형상을 가지며 적어도 둘 이상의 서로 다른 최대 직경을 갖는 반구형의 요철을 갖는 것일 수 있다.

보다 상세하게는, 상기 서로 다른 최대 직경을 갖는 반구형의 요철은, 1 내지 15 mm의 최대 직경을 갖는 반구형의 요철 및 10 내지 20 mm의 최대 직경을 갖는 반구형의 요철을 포함하는 것일 수 있다.

본 발명에 따른 액적 분리기는 액적 분리 효율이 기존의 액적 분리기에 비해 더욱 향상되는 효과를 가진다.

기체와 미세 액적의 혼합물이 액적 분리판을 통과하는 끝단의 포집부에서, 더 큰 크기로 형성된 액적이 하강할 때 혼합물 내의 미세 액적과 충돌하여 액적 분리 효율을 더욱 향상시킬 수 있고, 포집부에 형성된 요철에 의해 함입된 요철부위에서 미세 소용돌이를 일으켜 포집부에서의 액적 성장 속도를 향상시키는 효과를 가진다.

서로 다른 크기의 함입된 요철이 형성된 포집부에서 상대적으로 작은 요철에서 성장한 액적들이 상대적으로 큰 요철에서 결합하여 큰 액적으로 형성됨으로써 하강하는 액적량이 증가되어 액적 분리 효율이 개선된 효과를 가진다.

도 1은 종래 기술에 따른 액적 분리기의 수직단면을 나타낸 도면이다;
도 2는 포집부를 포함하는 액적 분리기의 수직단면을 나타낸 도면이다;
도 3은 본 발명에 따른 액적 분리기의 포집부를 확대한 도면이다.

이하에서, 각 구성을 보다 상세히 설명하나, 이는 하나의 예시에 불과할 뿐, 본 발명의 권리범위가 다음 내용에 의해 제한되지 아니한다.

구체적으로, 본 발명에 따른 액적 분리기는 소정의 간격으로 이격되어 혼합물의 유로를 형성하는 복수의 플레이트를 포함하고, 상기 복수의 플레이트는 유입되는 혼합물의 유동방향을 변화시킬 수 있도록 굽혀진 형상을 가지는 것이며, 상기 복수의 플레이트의 일측 단부는 혼합물이 유입되는 유입구를 형성하고 타측 단부는 혼합물이 유출되는 유출구를 형성하며, 상기 복수의 플레이트의 유출구에는 플레이트로부터 연장되어 유입구 방향으로 휘어있는 포집부를 더 포함하고 있고, 상기 포집부는 표면에 복수의 요철을 포함한다.

본 발명에 따른 액적 분리기를 구성하는 복수의 플레이트는 소정의 간격으로 이격되어 있고, 플레이트 사이로 기체 상 내에 미세 액적이 포함되어 잇는 혼합물이 통과하게 된다.

상기 혼합물은 플레이트와 충돌하면서 밀도 차이에 의해 미세 액적이 더욱 성장하거나, 성장된 미세 액적이 플레이트의 표면으로 흘러내리면서 혼합물과 충돌하여 더욱 큰 액적으로 성장하게 됨으로써 혼합물에서 액적을 분리하는 효과를 가진다.

상기 플레이트는 필요에 따라서는 혼합물의 유입방향과 수직 내지 대각선 방향으로 형성된 추가 포집부나, 요철을 추가로 포함할 수 있다.

이와 같은 플레이트 표면의 요철에 의해 혼합물 내의 미세 액적이 다른 미세 액적들과의 충돌기회가 증가하여 더욱 효율적으로 액적 분리 효과를 가진다.

이러한 구성에 대해서는 기존에 공지되어 있는 액적 분리기의 구성을 참조할 수 있다.

또한 상기 복수의 플레이트는 혼합물의 유동방향을 변화시킬 수 잇도록 굽혀진 형상을 가질 수 있고, 필요에 따라서는 복수회 굽혀진 형상을 가짐으로써 혼합물의 유동방향을 여러 번 바꾸도록 구성함으로써 혼합물과 혼합물 및 혼합물과 플레이트와의 접촉을 향상시키도록 구성될 수 있다.

다만, 이러한 굽혀진 형상은 혼합물의 유동속도는 저하시키는 효과를 가지므로, 액적의 분리 정도와 공정 효율성을 고려하여 적절히 변형이 가능하다.

본 발명에 따른 액적 분리기에 있어서 복수의 플레이트가 서로 이격된 사이로 혼합물이 유입되고, 일정한 방향으로 혼합물이 유동됨에 따라, 복수의 플레이트의 일측 단부는 유입구를 형성하고, 이의 타측 단부는 유출구를 형성한다.

상기 유출구에는 플레이트로부터 연장되어 유입구 방향으로 휘어 있는 포집부를 더 포함할 수 있다.

상기 포집부는 유입구로부터 유입된 혼합물이 유출구 방향으로 이동하다가 포집부에 충돌하여 유입구 방향으로 되돌아 가도록 구성됨으로써, 액적 분리기를 1차로 거친 혼합물이 다시 한번 액적 분리기를 거치게 하여 혼합물로부터의 액적 분리 효율을 더욱 향상시키는 효과를 가진다.

특히, 본 발명에 따른 액적 분리기는 상기 포집부가 표면에 복수의 요철을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 복수의 요철은 플레이트의 두께 방향을 기준으로 돌출되거나 함입된 요철이든 무방하나, 포집부를 구성하는 휘어진 플레이트의 안쪽면으로부터 바깥쪽면 방향으로 함입된 요철이 형성되어 있는 것이 바람직하다. 이에 따라, 복수의 플레이트의 면을 따라 이동된 혼합물이 함입된 요철에서 소용돌이를 형성함으로써 미세 액적의 상호 접촉 가능성을 향상시킬 뿐만 아니라, 포집부에 충돌하여 형성된 소용돌이가 요철에서 작은 소용돌이로 여러 번 충돌하는 효과를 얻을 수 있다.

보다 상세하게, 상기 함입된 요철은 1 내지 20 mm의 최대 직경을 갖는 반구형의 형상을 가지며 적어도 둘 이상의 서로 다른 최대 직경을 갖는 반구형의 요철을 갖는 것일 수 있다.

요철은 형상은 크게 제한되지 아니하나, 상기 함입된 요철이 형성된 포집부에 충돌한 혼합물이 서로 충돌하기에 가장 용이하면서도 요철을 따라 회전한 혼합물이 다시 빠져나오기 용이한 구조인 반구형태가 가장 바람직하고, 더욱이, 미세 액적이 서로 결합하여 형성된 액적이 고이지 않고 흘러내리거나 하강하기에도 적합한 구조라는 점에서도 반구형의 형상을 갖는 것이 바람직하다.

상기 함입된 요철은 적어도 둘 이상의 서로 다른 최대 직경을 갖는 반구형의 요철인 것이 바람직하다. 이와 같이 서로 다른 크기의 반구형의 요철을 포함함으로써, 상대적으로 작은 요철에서 미세 액적이 결합하여 형성된 작은 크기의 액적들 중에는 하강하기에 충분한 무게를 형성하지 못하는 경우가 있으므로, 이러한 액적들이 상대적으로 큰 요철 내부에서 다시 한번 결합함으로써 더욱 큰 액적으로 형성되도록 하여, 액적 분리 효율을 더욱 향상시키는 효과가 있다.

혼합물이 액적 분리기를 1회 통과하는 것을 기준으로 할 때, 하강할 수 없는 작은 크기의 액적들이 보다 큰 요철 내에서 충돌할 수 있게 됨으로써, 동일한 조건에서 혼합물이 기존의 액적 분리기를 2회 이상 통과하는 것과 같은 효과를 얻을 수 있는 장점이 있다.

상세하게는, 상기 반구형의 요철은, 1 내지 10 mm의 최대 직경을 갖는 반구형의 요철 및 15 내지 20 mm의 최대 직경을 갖는 반구형의 요철을 포함할 수 있다.

상기와 같이 최소 1.5 배에서 20 배로 최대 직경의 차이가 있는 서로 다른 크기의 요철을 포함하는 경우에, 미세 액적이 결합한 작은 액적이 둘 이상이 결합하여 하강할 수 있는 크기의 액적을 형성할 수 있게 된다.

이하에서는, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 자세히 설명한다.

도 1은 종래 기술의 액적 분리기의 수직단면을 나타낸 것으로서, 소위 플레이트 타입의 액적 분리기를 도시하고 있다. 기체 상 내에 미세 액적이 포함되어 있는 혼합물이 액적 분리기를 통과함에 따라 플레이트와 충돌하고, 유동방향의 변동에 따라 혼합물 간의 충돌로 미세 액적이 서로 결합하여 더욱 큰 액적을 형성함으로써 혼합물로부터 액적을 분리할 수 있게된다.

도 2는 상기 도 1의 액적 분리기에서 혼합물이 빠져나가는 유출구에 유입구 방향으로 휘어진 포집부를 더 포함하는 액적 분리기의 수직단면을 나타낸 도면이다.

상기 포집부를 더 포함함으로써 혼합물의 유동방향을 전환하고, 포집부에 충돌한 혼합물이 소용돌이를 형성하여 혼합물 간의 충돌 기회를 더욱 향상시켜 액적의 성장 속도를 더욱 빠르게 함으로써 액적 분리 효율이 더욱 향상된 효과를 가진다.

도 3은 본 발명에 따른 액적 분리기의 포집부를 확대한 도면이다. 도 3을 참조하면, 본 발명은 도 2의 포집부를 포함하는 액적 분리기를 개선한 발명으로서, 포집부에 서로 다른 크기의 함입된 요철을 더 포함함으로써, 미세 액적이 결합하여 형성된 작은 크기의 액적이 다시 한번 충돌하여 더욱 큰 액적으로 결합될 수 있도록 구성됨으로써, 포집부에서의 혼합물의 충돌기회를 더욱 향상시키고, 하강이 가능한 무게의 액적으로 결합되는 속도를 더욱 향상시키는 효과를 가진다.

이에 따라, 혼합물이 액적 분리기를 1회 통과할 때 제거되는 액적의 양이 더욱 많아 지는 장점이 있다.

Claims (5)

1. 액적 분리 장치에 설치되어 기체 상 내에 미세 액적이 포함되어 있는 혼합물의 유로에 위치하는 액적 분리판으로서,
   소정의 간격으로 이격되어 혼합물의 유로를 형성하는 복수의 플레이트를 포함하고,
   상기 복수의 플레이트는 유입되는 혼합물의 유동방향을 변화시킬 수 있도록 굽혀진 형상을 가지는 것이며,
   상기 복수의 플레이트의 일측 단부는 혼합물이 유입되는 유입구를 형성하고 타측 단부는 혼합물이 유출되는 유출구를 형성하며,
   상기 복수의 플레이트의 유출구에는 플레이트로부터 연장되어 유입구 방향으로 휘어있는 포집부를 더 포함하고 있고,
   상기 포집부는 표면에 복수의 요철을 포함하며,
   상기 포집부는 포집부를 구성하는 휘어진 플레이트의 안쪽면으로부터 바깥쪽면 방향으로 함입된 요철이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액적 분리판
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 플레이트는 지그재그형태로 복수회 굽혀진 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 액적 분리판.
4. 제1항에 있어서,
   상기 함입된 요철은 1 내지 20 mm의 최대 직경을 갖는 반구형의 형상을 가지며 적어도 둘 이상의 서로 다른 최대 직경을 갖는 반구형의 요철을 갖는 것을 특징으로 하는 액적 분리판.
5. 제4항에 있어서,
   상기 서로 다른 최대 직경을 갖는 반구형의 요철은,
   1 내지 10 mm의 최대 직경을 갖는 반구형의 요철 및
   15 내지 20 mm의 최대 직경을 갖는 반구형의 요철을 포함하는 것을 특징으로 하는 액적 분리판.

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