KR102141121B1

KR102141121B1 - 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀

Info

Publication number: KR102141121B1
Application number: KR1020190023277A
Authority: KR
Inventors: 최상규; 나장훈; 복형준
Original assignee: 필즈엔지니어링 주식회사
Priority date: 2019-02-27
Filing date: 2019-02-27
Publication date: 2020-08-04

Abstract

본 발명은, 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀으로서, 상기 핀은, 상기 곡관의 배출구 지점에서부터 유체의 유동방향을 향해 소정간격 이격된 상태로 상기 곡관과 연통 가능하게 연결된 직관 내부에 마련되는 것을 특징으로 한다.

Description

곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀{FLUID-CONDITIONING FIN FOR IMPROVE PRESSURE RESISTANEC OF CURVED PIPE}

본 발명은 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀에 관한 것으로서, 상세하게는, 유체가 유동되는 파이프의 내부에 마련되어 유체의 곡선 유동에 의한 압력저항을 개선시킬 수 있도록 구성된 유체 조절용 핀에 관한 것이다.

일반적으로 파이프는 각종 산업분야에서 유체를 이송시키는 수단으로 사용되며, 유체의 특성에 따라서 금속 또는 비금속으로 제작될 수 있다. 이러한 파이프는 유체의 유량((流量), 물성값, 마찰저항 등을 고려해서 합리적으로 배관((配管)된다.

예를 들면, 정유공장이나 석유화학공장 등에서 발생되는 플레어 가스(폐가스)를 플레어 스택이라는 폐가스 배출 및 처리장치로 전달하기 위해서는 다수개의 금속 파이프가 플레어 가스의 다양한 특성과 한정된 공간을 고려하여 배관될 수 있다.

위와 같이 배관된 파이프의 관로에서는 플레어 가스의 유량, 유동 상태 등에 의해 압력변동이 발생되는바, 이 압력변동에 의한 플레어 가스의 유량이나 유동 상태 등을 모니터링하고 이에 따른 파이프의 상태나 플레어 가스의 누출유무 등을 파악하는 것이 플레어 시스템 전체에서 발생될 수 있는 문제점을 사전에 방지하는 측면에서 중요하다고 할 수 있다.

따라서, 현재에는, 플레어 가스의 유량이나 유동 상태를 실시간으로 체크하고 모니터링 할 수 있는 다양한 방식의 플로우 미터가 개발되어 플레어 시스템에 적용되고 있는 실정이다.

하지만, 곡선의 형태를 가진 채로 배관된 파이프의 관로에서는, 플레어 가스가 곡선의 형태로 유동되는 관계로 인하여 압력저항이 발생되는 문제점이 있다.

즉, 플레어 가스가 곡관의 관로를 경유할 시에는 커브(curve) 형태로 곡관의 곡률을 따라 일측으로 편중되어 유동되고, 또한, 커브 형태로 유동되는 과정에서 곡관의 내면과 부딪히는 관계로 인하여 플러에 가스의 유동 상태 및 속도 분포가 불규칙해짐과 동시에 곡관 내에서 압력저항이 발생되는 문제점이 있다. 그리고, 플레어 가스와 부딪히는 곡관의 내면부위가 변질되거나 산화되는 부식현상이 발생된다.

따라서, 플러어 가스의 유량 및 유동상태를 파이프의 다수 지점에서 측정하고 모니터링하는데 있어서, 측정값의 정확도를 떨어어지게 되어 플레어 시스템을 효율적으로 유지 및 관리하지 못하는 문제점이 있다.

또한, 곡관에서 발생되는 압력저항을 줄이기 위하여 곡관의 직경을 다른 직관의 직경보다 상대적으로 크게 제작하여야 하는 문제점도 있다. 즉, 실질적으로 필요 이상의 직경을 가지는 곡관을 제작하는 관계로 인하여 제조단가가 상승되고, 더불어, 서로 다른 직경을 가지는 직관과의 연결작업도 까다롭다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 곡관의 내부에 베인(vane)을 설치하는 방식이 제안되고 있다. 즉, 곡관의 관로가 형성하는 하나의 공간을 두 개의 공간으로 분할하는 칸막이 형태의 베인을 곡관의 길이방향 전체를 따라서 설치하는 방식이 제안되고 있다.

하지만 위와 같은 방식은, 이미 배관된 곡관에는 베인을 설치할 수 없는 단점이 있다. 다시 말해, 베인을 곡관의 내부에 설치하기 위해서는 곡관이 배관되기 이전에 곡관의 관로에 베인을 설치하는 작업이 이루어져야 하는바, 이와 같은 작업은 플레어 가스의 유동 형태, 속도 등을 고려하지 못한고 이루어지기 때문에 실질적으로 곡관내의 압력저항을 효율적을 낮추지 못하는 문제점이 있다.

또한, 내식성 및 부식성이 강한 금속재로 베인을 제작한 뒤 용접과 같은 접합방식으로 곡관의 형성방향을 따라 관로에 베인을 설치해야하기 때문에 그 작업과정이 번거로울 뿐만아니라 작업비용도 비싼 문제점이 있다.

따라서, 본 출원인은, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명을 제안하게 되었으며, 이와 관련된 선행기술문헌으로는, 대한민국 등록특허 제10-0289667호의 '고속유체이송배고나용 곡형 이음관'이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 곡선의 형태를 가지는 파이프(이하, '곡관' 이라 칭함)와 연결된 직관의 내부에 마련되어 유체의 곡선 유동에 의한 압력저항을 최소화시킬 수 있는 유체 조절용 핀을 제공하는데 목적이 있다.

또한, 본 발명은, 유체의 곡선 유동에 의한 압력저항을 가장 효율적으로 줄일 수 있도록, 곡관 또는 직관의 내부에서 최적의 위치에 배치되고, 최적의 형태로 설계된 유체조절용 핀을 제공하는데 목적이 있다.

본 발명은, 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀으로서, 상기 핀은, 상기 곡관의 배출구 지점에서부터 유체의 유동방향을 향해 소정간격 이격된 상태로 상기 곡관과 연통 가능하게 연결된 직관 내부에 마련될 수 있다.

또한, 상기 핀은, 상기 곡관의 배출구 지점에서부터 유체의 유동방향을 향해 0.5D~1D 거리만큼 이격된 채 상기 직관의 내주면에 마련되며, 여기서, D는 상기 곡관의 직경일 수 있다.

또한, 상기 핀은, 상기 곡관 또는 상기 직관의 종방향 단면 중심에서 수직 하향으로 연장된 수직방향 축선(Y)과 0도에서 45도 사이의 각도를 이루도록 상기 직관의 내주면에 마련될 수 있다.

또한, 상기 핀은, 상기 곡관 또는 상기 직관의 횡방향 단면 중심을 가로지르는 수평방향 축선(X)에 길이방향 일단이 일치되도록 상기 직관의 내주면에 배치될 수 있다.

또한, 상기 핀이 유체의 흐름 방향과 이루는 각도(AOA, angle of attack)는 -10도에서 10도일 수 있다.

또한, 상기 핀은 사각형의 플레이트 형태를 가질 수 있다.

또한, 상기 핀은, 가로 0.1D~0.15D, 세로 0.1D~0.25D의 크기를 가지며, 여기서 D는 상기 곡관의 직경일 수 있다.

또한, 상기 곡관의 배출구는 수평방향으로 배치된 제1직관과 연통 가능하게 연결되고 상기 곡관의 유입구는 수직방향으로 배치된 제2직관과 연통 가능하게 연결될 수 있다.

또한, 상기 유체는 플레어 가스인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 핀은, 상기 곡관의 내부에서 커브 형태로 편중되게 유동되는 플레어 가스가 제1직관으로 유입될 시에, 상대적으로 작은 곡률의 커브 형태로 유동되는 플레어 가스와 접촉되어 상대적으로 큰 곡률의 커브 형태로 유동되는 플레어 가스를 끌어당기는 와류가 형성되도록 할 수 있다.

본 발명에 따른 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀은, 유체가 곡선으로 유동됨에 따라서 곡관 또는 곡관 부근 직관에 발생되는 압력저항을 줄일 수 있으므로, 곡관 및 직관 면적의 대부분을 활용할 수 있도록 하여 전체적인 유체 흐름의 효율을 높일 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀은, 유체가 곡선으로 유동됨에 따라서 곡관 또는 직관에 발생되는 압력저항을 줄일 수 있으므로, 직선 및 곡선의 형태로 배관된 관의 압력상태를 균일토록 하여 유체의 유량 또는 유동상태를 다양한 배관 지점에서 정확하게 측정 및 모니터링 할 수 있도록 하고, 이에 따라, 배관 시스템의 관리 및 유지보수가 용이하게 이루어질 수 있도록 한다.

또한, 본 발명에 따른 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀은, 기존의 베인(vane)에 비하여 작은 크기를 가지고도 최적의 설계조건으로 인하여 상기 베인보다 월등한 압력저항 효율을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀은, 작업자가 곡관과 연결된 직관에 공지의 접합 작업과정으로 신속하고 간편하게 설치할 수 있고, 이 접합 작업과정도 상기 직관의 제작과정에서 이루어질 필요없이 이미 배관된 곡관 및 직관의 압력저항을 고려하여 추후의 실시될 수 있으므로 압력저항을 줄이기 위한 작업의 편의성을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 조절용 핀이 곡관과 연결된 직관에 마련된 모습을 보여주는 측면도.
도 2는 도 1에 도시된 직관의 종방향 단면을 B-B' 방향에서 바라본 도면.
도 3은 도 1에 도시된 직관의 횡방향 단면을 A-A' 방향에서 바라본 도면.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 조절용 핀에 의해 와류가 발생된 모습을 보여주는 단면도.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 조절용 핀이 마련되는 지점을 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른유체 조절용 핀이 마련되는 지점과 배치각도에 따른 곡관내의 압력비를 보여주는 실험표.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 조절용 핀이 유체의 유동방향과 이루는 각도에 따른 곡관내의 압력비를 보여주는 실험표.
도 8은 도 7에 도시된 실험표를 기초로 곡관 및 직관의 압력비를 보여주는 실험 그래프.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 조절용 핀의 크기에 따른 곡관내의 압력비를 보여주는 실험표.
도 10은 도 9에 도시된 실험표를 기초로 곡관 및 직관의 압력비를 보여주는 실험 그래프.
도 11의 (a)는 유체 조절용 핀이 마련되지 않은 상태에서 관내를 경유하는 유체의 유동속도분포를 보여주는 도면.
도 11의 (b)는 유체 조절용 핀이 마련된 상태에서 관내를 경유하는 유체의 유동속도분포를 보여주는 도면.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다.

그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

이하, 도 1 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀이 상세하게 설명된다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 발명의 요지를 모호하지 않게 하기 위하여 생략된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 조절용 핀이 곡관과 연결된 직관에 마련된 모습을 보여주는 측면도이고, 도 2는 도 1에 도시된 직관의 종방향 단면을 B-B' 방향에서 바라본 도면이고, 도 3은 도 1에 도시된 직관의 횡방향 단면을 A-A' 방향에서 바라본 도면이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 조절용 핀에 의해 와류가 발생된 모습을 보여주는 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 조절용 핀이 마련되는 지점을 보여주는 도면이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른유체 조절용 핀이 마련되는 지점과 배치각도에 따른 곡관내의 압력비를 보여주는 실험표이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 조절용 핀이 유체의 유동방향과 이루는 각도에 따른 곡관내의 압력비를 보여주는 실험표이고, 도 8은 도 7에 도시된 실험표를 기초로 곡관 및 직관의 압력비를 보여주는 실험 그래프이고,도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 유체 조절용 핀의 크기에 따른 곡관내의 압력비를 보여주는 실험표이고, 도 10은 도 9에 도시된 실험표를 기초로 곡관 및 직관의 압력비를 보여주는 실험 그래프이고, 도 11의 (a)는 유체 조절용 핀이 마련되지 않은 상태에서 관내를 경유하는 유체의 유동속도분포를 보여주는 도면이고, 도 11의 (b)는 유체 조절용 핀이 마련된 상태에서 관내를 경유하는 유체의 유동속도분포를 보여주는 도면이다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀(100)은, 유체가 곡관(30)의 형태를 따라서 커브 형태로 유동될 때, 유체가 일측으로 편중되게 유동됨에 따라서 상기 곡관(30) 및 상기 곡관(30)과 입접하게 연결된 제1직관(40)에서 발생되는 압력저항을 줄이는데 특징이 있다.

상기 핀(100)은, 곡관(30)의 배출구 지점(31)에서부터 유체의 유동방향(f)을 향해 소정간격 이격된 상태로 상기 곡관(30)과 연통 가능하게 연결된 직관(40) 내부에 마련될 수 있다.

여기서, 상기 곡관(30)은 엘보우(elbow)의 형태를 가진 채로 제1직관(30) 및 제2직관(40)과 연통 가능하게 연결될 수 있다. 즉, 상기 곡관(30)의 배출구 지점(31)은, 도 1에 도시된 도면을 기준으로 수평방향으로 배치된 제1직관(40)과 연결되고, 상기 곡관(30)의 유입구 지점(32)은 수직방향으로 배치된 제2직관(50)과 연통 가능하게 연결될 수 있다.

이때, 상기 핀(100)은, 상기 곡관(30)의 배출구 지점(31)에서부터 유체의 유동방향(f)을 향해 0.5D~1D 거리만큼 이격된 채 상기 제1직관(40)의 내주면에 마련될 수 있다. 여기서, D는 상기 곡관(30)의 직경이라 할 수 있겠다. 또한, 본 발명의 일 실시예에서 상기 유체는 플레어 가스라 할 수 있다.

따라서, 상기 곡관(30)의 직경이 예를 들어 50cm라고 하면, 상기 핀(100)이 상기 곡관(30)의 배출구 지점(31)에서부터 25cm~50cm 거리만큼 이격된 채 상기 제1직관(40)의 내주면에 마련되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 핀(100)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 곡관(30) 또는 상기 직관(40)의 종방향 단면 중심에서 수직 하향으로 연장된 수직방향 축선(Y)과 0도에서 45도 사이의 각도를 이루도록 상기 제1직관(40)의 내주면 부위(A)중 어느 한 부위에 마련되는 것이 바람직하다.

참고로, 도 5에는. 상기 곡관(30)과 상기 제1직관(40) 및 상기 제2직관(50)의 배관방향을 따라서 등간격을 두고 상기 핀(100)이 마련되는 위치가 직선 선분으로 도시되어 있다.

또한, 도 6에는, 상기 핀(100)이 도 5에 도시된 다양한 위치 상에 마련되었을 때, 상기 곡관(30) 및 상기 곡관(30)과 입접하게 연결된 제1직관(40)에서 변화되는 압력비가 실험표로 나타나 있고, 또한, 상기 핀(100)이 상기 곡관(30)이나 상기 제1직관(40) 또는 상기 제2직관(50)의 내주면에 다양한 각도로 배치되었을 때 상기 곡관(30) 및 상기 곡관(30)과 인접하게 연결된 제직관(40)에서 변화되는 압력비가 실험표로 나타나 있다.

여기서, 도 6에 도시된 압력비는, 상기 핀(100)이 설치되지 않은 상태의 상기 곡관(30) 및 상기 곡관(30)과 인접하게 연결된 제1직관(40)의 압력값을 1이라고 가정하였을 때, 이 압력값을 기준으로 상기 핀(100)에 설치위치 및 배치각도에 의해 변화되는 수치라 할 수 있다.

도 6에 도시된 실험표에 나타난 바와 같이, 상기 핀(100)이 상기 곡관(30)의 배출구 지점(31)에서부터 유체의 유체의 유동방향(f)으로 0.5D~1.0D 이격되고, 또한, 상기 수직방향 축선(Y)과 0도의 각도를 이룬 채 상기 제1직관(40)의 내주면에 마련되었을 때 압력저항이 효율적으로 줄어드는 것을 확인할 수 있다..

즉, 도 6에 도시된 실험데이터 7, 8, 9에 나타난 바와 같이, 상기 핀(100)을 상기 곡관(30)의 배출구 지점(31)에서부터 유체의 유체의 유동방향(f)으로 0.5D~1.0D 거리만큼 이격시킨 상태에서 상기 핀(100)을 상기 수직방향 축선(Y)과 0도의 각도를 이루도록 상기 제1직관(40)의 내주면에 마련하였을 때, 설정된 기준 압력값인 1보다 작은 수치인 0.849, 0855, 0.858로 압력값이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

반면에, 도 6에 도시된 실험데이터 4, 5, 6에 나타난 바와 같이, 상기 핀(100)을 상기 곡관(30)에 등간격으로 배치시킨 상태에서 상기 수직방향 축선(Y)과 0도의 각도를 이루도록 상기 곡관(30)의 내주면에 마련하면, 설정된 기준 압력값인 1보다 큰 수치인 1.823, 1.643, 1.278로 압력값이 증가되어 결국 압력저항이 오히려 증가되는 것을 확인할 수 있다.

또한, 도 6에 도시된 실험데이터 1, 2, 3에 나타난 바와 같이, 상기 핀(100)을 상기 제2직관(50)에 등간격으로 배치시킨 상태에서 상기 수직방향 축선(Y)과 0도의 각도를 이루도록 상기 제2직관(50)의 내주면에 마련하면, 설정된 기준 압력값인 1보다는 작은 수치인 0.883, 0.883, 0.989로 압력값이 떨어지는 것을 확인할 수 있으나, 실험데이터 4, 5, 6과 같이 상기 핀(100)을 상기 제1직관(40)의 내주면에 마련하였을 때보다 압력저항의 감소효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있다.

결과적으로, 상기 핀(100)을 상기 곡관(30)이나 상기 제2직관(50)에 마련하는 것보다는 상기 제1직관(40)에 마련하였을 때, 상기 곡관(30) 및 상기 곡관(30)과 인접하게 배치된 제1직관(40)의 압력저항을 가장 효율적으로 낮출 수 있는 것을 확인할 수 있다.

더욱이, 상기 핀(100)을, 상기 곡관(30)의 배출구 지점(31)을 기준으로 0.5D~1D 거리만큼 이격시킨 상태에서 상기 제1직관(40)에 마련하는 것이 바람직하며, 특히, 상기 곡관(30)의 배출구 지점(31)에서 0.5D 거리만큼 이격시킨 상태에서 상게 지1직관(40)에 마련하는 것이 가장 바람직하다.

또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 핀(100)이 상기 수직방향 축선(Y)과 이루는 각도가 커질 수록 압력값이 증가되는 것을 확인할 수 있다. 이에 따라, 상기 핀(100)을 상기 수직방향 축선(Y)과 0도~45도의 각도를 이루도록 상기 제1직관(40)의 내주면에 마련하는 것이 바람직하며, 특히, 상기 수직방향 축선(Y)과 0도를 이루도록 상기 제1직관(40)의 내주면에 마련하는 것이 가장 바람직하다.

또한, 상기 핀(100)은 , 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 곡관(30) 또는 상기 제1직관(40)의 횡방향 단면 중심을 가로지르를 수평방향(X)에 길이방향 일단이 일칙되도록 상기 제1직관(40)의 내주면에 배치될 수 있다.

이때, 상기 핀(100)이 플레어 가스의 유동방향(f)과 이루는 각도인, 받음각(AOA, angle of attack) 각도는 -10도에서 10도일 수 있다.

참고로, 도 7에는 상기 핀(100)이 상기 곡관(30)의 배출구 지점(31)에서 플레어 가스의 유동방향(f)으로 0.5D 거리만큼 이격되고, 또한, 상기 수직방향 축선(Y)과 0도의 각도를 이룬 상태로 상기 제1직관(40)의 내주면에 마련되었을 때, 받음각의 변화에 따른 곡관(30) 또는 제1직관(40)의 압력비가 나타나 있다. 그리고, 도 8에는 도 7에 도시된 실험 데이터를 기준으로 받음각의 변화에 따른 곡관(30) 또는 제1직관(40)의 압력변화 그래프가 도시되어 있다.

도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 상기 핀(100)이 플레어 가스의 유동방향(f)과 이루는 받음각이 -10도에서 10도일 때 압력저항이 효율적으로 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 반면에, 상기 핀(100)이 플레어 가스의 유동방향(f)과 이루는 받음각이 -10도 이하이거나 10도 이상일 경우에는 상대적으로 압력비가 점진적으로 늘어나는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 상기 핀(100)이 플레어 가스의 유동방향(f)과 이루는 받음각이 -10도에서 10도 사이의 각도가 되도록 상기 제1직관(40)의 내주면에 마련되는 것이 바람직하고, 특히, 상기 핀(100)이 플레어 가스의 유동방향(f)과 이루는 받음각이 -5도가 되도록 상기 제1직관(40)의 내주면에 마련될 때 가장 효율적으로 압력저항을 낮출 수 있다.

여기서, 상기 핀(100)은, 가로 0.1D~0.15D, 세로 0.1D~0.25D의 크기를 가지는 사각형의 플레이트 형태를 가진 채로 상기 제1직관(40)의 내주면에 마련될 수 있다.

참고로, 도 9에는, 상기 핀(100)이 상기 곡관(30)의 배출구 지점(31)에서 플레어 가스의 유동방향(f)으로 0.5D 거리만큼 이격되고, 또한, 상기 수직방향 축선(Y)과 0도의 각도를 이룸과 동시에 플레어 가스의 유동방향(f)과 이루는 받음각도 0도가 되도록 상기 제1직관(40)의 내주면에 마련될 때, 크기(size)의 변화에 따른 곡관(30) 또는 제1직관(40)의 압력비가 나타나 있다. 그리고, 도 10에는, 도 9에 도시된 실험 데이터를 기준으로 핀(100)의 크기에 따른 곡관(30) 또는 제1직관(40)의 압력변화 그래프가 도시되어 있다.

도 9 및 도 10에 도시된 바와 같이, 상기 핀(10)이 가로 0.1D~0.15D, 세로 0.1D~0.25D의 크기를 가진 채 상기 제1직관(40)에 마련되었을 때, 압력저항이 효율적으로 줄어드는 것을 확인할 수 있다. 반면에, 상기 핀(10)이 가로 0.05D, 세로 0.1D의 크기를 가진 채 상기 제1직관(40)에 마련되었을 경우에는 압력비가 상대적으로 증가하는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 상기 핀(100)은, 가로 0.1D~0.15D, 세로 0.1D~0.25D의 크기를 가진 채로 상기 제1직관(40)에 마련되는 것이 가장 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 가로 0.1D, 세로 0.15의 크기를 가진 채 상기 제1직관(40)에 마련되는 것이 압력저항을 가장 효율적으로 줄일 수 있다.

위와 같이, 최적의 설치위치, 최적의 설치각도, 최적의 받음각 및 최적의 크기를 고려하여 상기 제1직관(40)의 내부에 마련된 핀(100)은, 상기 곡관(30)의 내부에서 커브 형태로 편중되게 유동되는 플레어 가스가 제1직관(40)으로 유입될 시에, 상대적으로 작은 곡률의 커브 형태로 유동되는 플레어 가스와 접촉되어 와류가 제1직관(40) 내에서 형성되도록 한다.

그리고, 이 와류는 도 4에 도시된 바와 같이, 상대적으로 큰 곡률의 커브 형태로 유동되는 플레어 가스를 끌어당길 수 있다. 따라서, 상기 제1직관(40)의 상부에서 편중되게 유동되는 플레어 가스는 균일한 유동분포 상태로 상기 제1직관(40)을 따라서 유동될 수 있다.

참고로, 도 11의 (a)에는, 본 발명의 일 실시예에 따른 핀(100)이 마련되지 않은 상태에서, 곡관(30)과 제1직관(40)을 경유하는 플레어 가스의 유동형태 및 속도분포가 CFD(Computational fluid dynamics)를 통하여 도시되어 있다.

그리고, 도 11의 (b)에는 본 발명의 일 실시예에 따른 핀(100)이 마련된 상태에서, 곡관(30)과 제1직관(40)을 경유하는 플레어 가스의 유동형태 및 속도분포가 CFD(Computational fluid dynamics)를 통하여 도시되어 있다.

도 11의 (a)에 도시된 바와 같이, 커브 형태로 유동되어 곡관(30)을 경유한 플레어 가스는 제1직관(40)의 상부측으로 편중된 유동형태를 보이며, 이에 따라, 곡관(30) 및 제1직관(40)에 압력저항이 발생될 수밖에 없다. 즉, 플레어 가스가 도 11의 (a)에 도시된 A1 영역을 포함한 상태로 유동되지 않고 상기 제1직관(40)의 상부측으로 편중되어 유동되기 때문에 압력저항이 발생될 수밖에 없다.

그러나, 도 11의 (b)에 도시된 바와 같이, 커브 형태로 유동되어 곡관(30)을 경유한 플레어 가스는 상기 핀(100)이 설치된 지점에서 핀(100)과 접촉되어 다양한 플로우 형태를 발생시키며, 이때 발생되는 플로우가 상기 제1직관(40)의 상부로 편중되게 유동되는 플레어 가스를 끌어당길 수 있다. 따라서, 도 11의 (b)에 도시된 A2 영역을 경유하는 플레어 가스의 유동량이 증가함에 따라 압력저항을 줄일 수 있고, 더불어, 상대적으로 플레어 가스가 균일한 유동분포를 가진 채 상기 제1직관(40)을 따라 유동될 수 있다.

상기와 같이 구성된 핀(100)은, 기존의 베인(vane)에 비하여 작은 크기를 가지기 때문에, 작업자가 곡관(30)과 연결된 직관(40)에 공지의 접합 작업과정으로 신속하고 간편하게 설치할 수 있고, 또한, 이 접합 작업과정도 상기 직관(40)의 제작과정에서 이루어질 필요 없이 이미 배관된 곡관(30) 및 직관(40)의 압력저항을 고려하여 추후의 실시될 수 있으므로 직관(40)의 제작비용이나 제작시간이 줄어들 수 있다.

지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다.

그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

100 : 핀 30 : 곡관
31 : 배출구 지점 32 : 유입구 지점
40 : 제1직관 50 : 제2직관
D : 곡관 직경 f : 유체의 유동방향

Claims

곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀으로서,
상기 핀은, 상기 곡관의 배출구 지점에서부터 유체의 유동방향을 향해 소정간격 이격된 상태로 상기 곡관과 연통 가능하게 연결된 직관 내부에 마련되는 것을 포함하며,
상기 핀은, 상기 곡관의 배출구 지점에서부터 유체의 유동방향을 향해 0.5D~1D 거리만큼 이격된 채 상기 직관의 내주면에 마련되며, 여기서, D는 상기 곡관의 직경인 것을 특징으로 하는 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 핀은,
상기 곡관 또는 상기 직관의 종방향 단면 중심에서 수직 하향으로 연장된 수직방향 축선(Y)과 0도에서 45도 사이의 각도를 이루도록 상기 직관의 내주면에 마련되는 것을 특징으로 하는 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀.
제 3 항에 있어서,
상기 핀은,
상기 곡관 또는 상기 직관의 횡방향 단면 중심을 가로지르는 수평방향 축선(X)에 길이방향 일단이 일치되도록 상기 직관의 내주면에 배치되는 것을 특징으로 하는 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀.
제 3 항에 있어서,
상기 핀이 유체의 흐름 방향과 이루는 각도(AOA, angle of attack)는 -10도에서 10도 인 것을 특징으로 하는 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀.
제 5 항에 있어서,
상기 핀은 사각형의 플레이트 형태를 가지는 것을 특징으로 하는 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀.
제 6 항에 있어서,
상기 핀은, 가로 0.1D~0.15D, 세로 0.1D~0.25D의 크기를 가지며, 여기서 D는 상기 곡관의 직경인 것을 특징으로 하는 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀.
제 1 항에 있어서,
상기 곡관의 배출구는 수평방향으로 배치된 제1직관과 연통 가능하게 연결되고 상기 곡관의 유입구는 수직방향으로 배치된 제2직관과 연통 가능하게 연결되는 것을 특징으로 하는 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀.
제 1 항에 있어서,
상기 유체는 플레어 가스인 것을 특징으로 하는 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀.
제 9 항에 있어서,
상기 핀은,
상기 곡관의 내부에서 커브 형태로 편중되게 유동되는 플레어 가스가 제1직관으로 유입될 시에, 상대적으로 작은 곡률의 커브 형태로 유동되는 플레어 가스와 접촉되어 상대적으로 큰 곡률의 커브 형태로 유동되는 플레어 가스를 끌어당기는 와류가 형성되도록 하는 것을 특징으로 곡관의 압력저항 개선을 위한 유체 조절용 핀.