KR102150378B1 - 초음속 분리기 - Google Patents

Abstract

초음파 분리기에 관한 것으로,
수증기나 탄화수소물이 포함된 천연가스가 유입되는 원통형의 메인몸체; 메인몸체의 내부에 설치되고, 메인몸체의 유입부로 유입되는 천연가스의 유동을 메인몸체의 내주면 쪽으로 유도하는 중앙몸체; 메인몸체와 중앙몸체의 사이에 마련되고, 메인몸체의 유입부로 유입되는 천연가스를 원주방향으로 선회시키는 선회날개;를 포함하고, 메인몸체의 내부 후방부에 전후방향으로 이동 가능하게 설치되고, 응축물이 응축될 수 있는 유효응축길이를 조절하는 응축조절체;를 포함하는 기술 구성을 통하여
초음속 유동의 비형형 응축의 원리를 고려하고 선회운동을 특성을 반영하여 유효응축구간의 길이를 가변함으로써 응축액적의 재기화를 방지하고 응축물의 분리 제거 효율을 크게 향상시킬 수 있게 되는 것이다.

Description

초음속 분리기 {SUPERSONIC SEPARATOR}

본 발명은 초음속 분리기에 관한 것으로, 더 자세하게는 장치의 회전부분이나 기타 가동부분을 필요로 하지 않고, 또 분리공정을 위한 기타 화학 약제 등을 전혀 사용하지 않고 천연가스의 이동과정에서 천연가스에 포함되어 있는 수증기나 탄화수소물(heavy hydrocarbone)을 매우 효율적으로 분리할 수 있도록 함은 물론 유효응축구간의 길이를 가변하여 분리 효율을 향상시킨 초음속 분리기에 관한 것이다.

최근 석탄 또는 기타 화석 연료가 대기 공해에 심각한 악영향을 미치고 있어서 대체 연료인 천연가스(NG; Natural Gas) 사용에 대한 관심이 더욱 증가되고 있다.

이러한 천연가스는 공공건강과 환경보전의 관점에서 탄화물이나 기타 인체에 유해한 오염물질 배출을 줄일 수 있다는 장점으로 인하여 사회적 수요가 폭증하고 있는 실정이다.

그러나 대부분의 천연가스는 수증기(water vapor), 탄화수소(Hydrocarbon), 이산화탄소(carbon dioxide) 등을 다량으로 함유하고 있어서, 이들이 발열량(Heating value)를 저하시킬 뿐만 아니라 물과 쉽게 결합하여 기계장치를 부식시키거나 수화물(Hydrate)의 축적 또는 이산화탄소를 배출하는 주원인이 된다.

따라서 천연가스의 바람직한 사용을 위하여 이들 성분을 효과적으로 걸러낼 수 있는 장치 개발이 시급한 실정이다.

한편, 천연가스의 분리공정을 위한 다양한 기술이 개발되어 있다.

그 중에서 대표적인 기술은 흡수(absorption), 흡착(adsorption), 극저온 분리(cryogenic separation), 팽창터빈(expansion turbine), 막(membrane) 등을 이용하는 것으로, 이들 기술의 대부분은 장치가 대형이고, 그 형상들이 매우 복잡하여 막대한 설치비가 필요할 뿐만 아니라 또 다른 형태의 환경오염을 유발할 수 있는 단점이 있다.

하기의 특허문헌 1에는 천연가스에 포함된 산성가스와 수분 제거장치가 개시되어 있고, 하기의 특허문헌 2에는 천연가스의 수분 제거장치 및 이를 이용한 천연가스의 수분 제거방법이 개시되어 있다.

특허문헌 3에는 원통형의 케이스에 접하여 원통형의 외형을 가지며 가스가 유입되어 초음속으로 가속되도록 통로를 형성하는 수축 분리용기; 수축분리용기의 내부의 중심에 설치되고 수축분리용기와의 사이에 간극을 형성하고 그 간극을 통해 가스가 흐르도록 하는 내부코어;를 포함하고, 수축 분리용기의 입구의 후단에 위치하며 직경이 축소되는 목부가 마련된 초음속 가스 선회류 응결 분리장치가 개시되어 있다.

대한민국 등록특허공보 제10-1738335호 (2017년 05월 16일 등록) 대한민국 등록특허공보 제10-1777119호 (2017년 09월 05일 등록) 중국 특허공개공보 제101745246호 (2010년 06월 23일 공개) 중국 특허공개공보 제102167988호 (2011년 08월 31일 공개)

특허문헌 1, 2를 포함한 종래 기술에 따른 천연가스 수분 분리기술은 대부분 대형 설비를 필요로 하는 것이어서 막대한 시설비용 및 운영비용이 많이 들게 되는 문제가 있었다.

특허문헌 3, 4의 초음속 분리기의 경우 천연가스 탈수 및 중탄화수소 분리에 응용될 수 있고, 가스가 진입하면 가스가 초음속으로 가속화되고 저온 저압을 형성한 후에 그 중에 물 및 중탄화수소가 응결한 것을 원심력을 이용해 벽면에 충돌시킨 후 선회류 격리 유로로 흘러들게 한다.

특허문헌 3, 4의 초음속 분리기는 장치의 회전부분이나 기타 가동부분을 필요로 하지 않고, 또 분리공정을 위한 기타 화학 약제 등을 전혀 사용하지 않고 천연가스의 이동과정에서 천연가스에 포함되어 있는 수증기나 탄화수소물(heavy hydrocarbone)을 분리할 수 있는 것이지만 초음속 유동에서 발생하는 비평형응축의 동역학적 특성을 고려하지 않은 것이어서 분리 성능이 저하되는 문제가 있다.

또한, 특허문헌 3, 4의 초음속 분리기는 유량의 범위를 지정하지 않고 있는데, 유량이 매우 적거나 유량이 많은 경우 선회운동의 크기가 변하게 됨은 물론 비평형응축이 발생하는 위치도 변하게 되므로 분리기가 정상적으로 작동되지 않을 우려가 많다.

본 발명은 종래 기술에 따른 천연가스 분리기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적이 장치의 회전부분이나 기타 가동부분을 필요로 하지 않고, 또 분리공정을 위한 기타 화학 약제 등을 전혀 사용하지 않고 천연가스의 이동과정에서 천연가스에 포함되어 있는 수증기나 탄화수소물(heavy hydrocarbone)을 분리할 수 있도록 하되, 초음속 유동의 비평형 응축의 원리를 고려하여 분리부의 위치 선회운동의 특성을 반영함으로써 응축물이 유동경로에서 다시 기화되는 것을 방지하면서 보다 높은 수준의 분리 성능을 기대할 수 있도록 하는 초음속 분리기를 제공하는데에 있는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 초음속 분리기는 수증기나 탄화수소물이 포함된 천연가스가 유입되는 원통형의 메인몸체; 메인몸체의 내부에 설치되고, 메인몸체의 유입부로 유입되는 천연가스의 유동을 메인몸체의 내주면 쪽으로 유도하는 중앙몸체; 메인몸체와 중앙몸체의 사이에 마련되고, 메인몸체의 유입부로 유입되는 천연가스를 원주방향으로 선회시키는 선회날개;를 포함하고, 메인몸체의 내부 후방부에 전후방향으로 이동 가능하게 설치되고, 응축물이 응축될 수 있는 유효응축길이를 조절하는 응축조절체;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초음속 분리기의 메인몸체는, 수증기나 탄화수소물이 포함된 천연가스가 유입되는 유입부; 유입부의 후단부에 마련되고, 천연가스에 포함된 수증기나 탄화수소물이 응축하는 응축부; 응축부의 후단부에 마련되고, 응축물이 분리된 천연가스가 배출되는 배출부; 응축부의 후단부 외주 일측에 마련되고, 천연가스에서 분리된 응축물이 배출되는 응축물 배출구;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초음속 분리기의 메인몸체의 응축부는, 후단으로 갈수록 직경이 작아지는 축소구간; 축소구간의 후방에 마련되고, 직경이 최소부위인 목구간; 목구간의 후방에 마련되고, 후단으로 갈수록 직경이 커지는 확대구간;으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초음속 분리기의 중앙몸체는, 메인몸체의 유입부의 후단부와 응축부의 축소구간에 위치하는 헤드부; 헤드부의 후단에 마련되고, 메인몸체의 응축부의 목구간과 확대구간 및 배출부에 위치하는 테일부;로 이루어진 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초음속 분리기의 중앙몸체의 헤드부는 길이방향의 절단형태가 타원형태로 이루어지고, 중앙몸체의 헤드부의 전방부위는 메인몸체의 유입부로 유입되는 고압의 천연가스를 유입부의 내주면 쪽으로 유도하고, 헤드부의 후방부위는 응축부의 축소구간를 통과하는 고압의 천연가스를 메인몸체의 응축부의 목구간의 내주면 쪽으로 유도하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초음속 분리기의 중앙몸체의 테일부는 선단부와 후단부의 직경이 동일한 원형 막대형이고, 테일부의 외경은 응축부의 목구간의 직경보다 작은 직경으로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초음속 분리기의 선회날개는 중앙몸체의 헤드부의 외주면에 설치되고, 나선형의 형태를 가지는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초음속 분리기의 응축조절체는 메인몸체의 후방부 내경과 대응되는 외경을 가지고, 응축부의 목구간의 내경과 대응되는 내경을 가지는 원통형의 형태이고, 외주 선단부에 응축부의 확대구간과 대응되는 경사면이 마련된 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 초음속 분리기에 의하면, 장치의 회전부분이나 기타 가동부분을 필요로 하지 않고, 또 분리공정을 위한 기타 화학 약제 등을 전혀 사용하지 않고 천연가스의 이동과정에서 천연가스에 포함되어 있는 수증기나 탄화수소물(heavy hydrocarbone)을 분리할 수 있게 되므로 천연가스에 포함되어 있는 수증기나 탄화수소물을 매우 쉽고 효율적으로 분리 제거할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 초음속 분리기에 의하면, 천연가스에 포함된 응축성 기체를 용이하게 분리할 수 있기 때문에 각종 냉동시스템에서 수화물을 걸러내는 데에도 적용할 수 있어 향후 산업현장에서 큰 활용을 기대할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 초음속 분리기에 의하면, 초음속 유동의 비형형 응축의 원리를 고려하고 선회운동을 특성을 반영하여 유효응축구간의 길이를 가변함으로써 응축액적의 재기화를 방지하고 응축물의 분리 제거 효율을 크게 향상시킬 수 있게 된다.

도 1은 천연가스의 초음속 유동에서 발생하는 비평형 응축현상을 나타낸 그래프,
도 2는 천연가스의 비평형 응축 발생시의 상태량 변화를 나타낸 그래프,
도 3은 초음속 분리기에서 발생하는 입자의 경로를 나타낸 도면,
도 4는 입자사이즈에 따른 이동경로를 나타낸 도면,
도 5는 본 발명에 따른 초음파 분리기의 구성도,
도 6은 도 5의 A-A 단면의 선회날개의 예시도,
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 초음파 분리기의 조절상태도.

이하 본 발명에 따른 초음속 분리기를 첨부된 도면에 의거하여 상세하게 설명하면 다음과 같다. 참고로, 본 발명을 설명하는데 참조하는 도면에 도시된 구성요소의 크기, 선의 두께 등은 이해의 편의상 다소 과장되게 표현되어 있을 수 있다.

또, 본 발명의 설명에 사용되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의한 것이므로 사용자, 운용자 의도, 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 이 용어에 대한 정의는 본 명세서의 전반에 걸친 내용을 토대로 내리는 것이 마땅하다.

그리고 본 출원에서, '포함하다', '가지다' 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특정의 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지칭하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시 예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다.

그러므로, 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 구현 예(態樣, aspect)(또는 실시 예)들을 명세서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 기술적 사상에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, 본 명세서에서 사용한 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.

다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 주지 또는 공지된 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명은 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

이하에서, "상방", "하방", "전방" 및 "후방" 및 그 외 다른 방향성 용어들은 도면에 도시된 상태를 기준으로 정의한다.

본 발명에 따른 초음속 분리기는 천연가스를 초음속으로 유동시키고 그 과정에서 수증기나 탄화수수물을 분리하는 장치이다.

도 1은 천연가스의 초음속 유동에서 발생하는 비평형 응축현상을 나타낸 그래프이다.

천연가스의 유동을 초음속으로 하면 천연가스는 매우 빠른 유속으로 인하여 도 1의 A 상태에서 압력이 감소되면서 팽창하더라도 도 1의 B 상태와 같은 포화상태(saturation)에 도달하더라도 응축하지 않고, 더욱 팽창하게 되며, 그 유동이 도 1의 C 상태와 같은 과포화상태(supersaturation)로 되면서 응축된다.

이 경우 천연가스에 함유되어 있던 수증기 성분이 도 1의 C와 D 구간 상태와 같은 자발적 균질 비평형응축(spontaneous homogeneous non-equilibrium condensation)을 하거나, 만일 천연가스 내부에 탄화물이나 기타 불순물 등의 초미세 입자들이 포함되어 있는 경우에 이들 입자를 핵으로 하는 비균질 응축(heterogeneous non-equilibrium condensation)하는 현상이 발생하게 된다.

상기에 설명한 바와 같이 도 1의 C점 이후에서 천연가스의 수증기 성분의 응축이 발생하면 응축물은 기체 성분보다 큰 질량을 가지게 되고, 유동하는 기류를 선회시키면 이들 응축물의 원심력 효과로 인하여 유동의 중심으로부터 외곽방향으로 멀어지려는 특성을 가지게 되므로 천연가스로부터 응축물을 효과적으로 분리할 수 있다.

도 2는 천연가스의 비평형 응축 발생시의 상태량 변화를 나타낸 그래프이다.

도 2에는 도 1의 압력과 비체적 선도로 나타낸 천연가스가 초음속 노즐(supersonic nozzle)을 통과하여 유동하는 경우에 발생하는 비평형 응축과정의 모식도의 유동방향의 압력(p), 마하수(M), 그리고 균질 비평형 응축핵의 생성율, 그리고 응축 액상의 질량변화를 나타내었다.

도 2에 도시된 바와 같이 노즐 상류에서 고압의 천연가스는 노줄의 축소부(convergent section), 목부(throat section), 그리고 확대부(divergent section)를 거쳐 유동하게 된다.

이러한 경우 천연가스의 유동은 고압의 천연가스는 노즐의 축소부(convergent section)를 통과하면서 연속적으로 가속되므로 압력이 감속하게 되며, 그 후 천연가스 노즐 목부(throat section)를 지나 확대부(divergent section)로부터 하류의 위치에서 비평형 응축을 시작하여 출구로 유동하게 되므로 응축에 의한 잠열방출 효과로 압력은 약간 상승하다가 다시 감소하게 된다.

한편, 유동의 마하수(M)는 노즐 목부위에서 M=1이 되며, 비평형 응축개시 직전까지 초음속 상태로 가속한 후 비평형 응축에 의하여 마하수가 약간 감소한 후에 다시 증가하게 된다.

이 경우 노즐 목부의 하류인 확대부(divergent section)에서 발생하는 비평형 응축으로 인하여 응축액의 생성은 응축개시점 부근에서 최대로 된 후 압력이 국소적으로 피크로 되는 점을 지나면 핵 생성은 거의 없어지고 응축 액적과 가스가 혼재하는 유동으로 된다.

이로 인하여 응축 액상의 질량은 응축핵 생성이 최대로 되는 지점부터 급격히 증가하여 더이상 응축핵 생성이 되지 않는 지점부터 응축 액적이 서로 합쳐지거나 증발하게 되므로 질량의 증가는 거의 없어지게 된다.

도 3은 초음속 분리기에서 발생하는 입자의 경로를 나타낸 도면이다,

도 3은 초음속 분리를 예측하기 위하여 전산유동해석법(computaational fluid dynamics)로 미세입자(응축액적물)를 천연가스에 혼입시켜 선회유동을 부여한 경우에 액적물의 배출을 실현한 것으로, 천연가스를 선회유동시키는 초음속 분리기가 매우 효과적임을 나타낸다.

도 4는 입자사이즈에 따른 이동경로를 나타낸 도면이다.

도 4는 입자(응축액적) 사이즈에 따른 분리성능을 나타낸 것으로, 비교적 입자가 큰 경우가 원심력이 크게 되므로 분리효율이 좋아짐을 알 수 있다.

도 3 및 도 4와 같이 노즐 상류로 유입되는 고압의 천연가스가 노줄의 축소부(convergent section), 목부(throat section), 그리고 확대부(divergent section)를 거쳐 유동하도록 구성된 초음속 분리기의 경우 노즐 상류에서 천연가스의 상태(압력과 온도)를 적절히 조절하여 발생하는 응축액적물의 크기 등을 체계적으로 조사, 분석함으로써 성능을 최적화시킬 수 있다.

도 5는 본 발명에 따른 초음속 분리기의 구성도이다.

본 발명에 따른 초음속 분리기(100)는 메인몸체(110), 중앙몸체(120), 선회날개(130), 응축조절체(140)를 포함한다.

메인몸체(110)는 수증기나 탄화수소물이 포함된 천연가스가 유입되는 부분으로, 원통형태이다.

메인몸체(110)는 고압의 천연가스가 유입되는 유입부(111); 유입부(111)의 후단부에 마련되는 응축부(112); 응축부(112)의 후단부에 마련되는 배출부(113);를 포함하고, 응축부(112)의 후단부 외주 일측에 천연가스에서 분리된 응축물이 배출되는 응축물 배출구(114)가 마련된 형태를 가진다.

메인몸체(110)의 응축부(112)는 천연가스에 포함된 수증기나 탄화수소물이 응축되는 부분으로, 후단으로 갈수록 직경이 작아지는 축소구간(112a;convergent section), 직경이 최소부위인 목구간(112b;throat section), 후단으로 갈수록 직경이 커지는 확대구간(112c;divergent section)으로 이루어진다.

중앙몸체(120)는 메인몸체(110)의 유입부(111)로 유입되는 천연가스의 유동을 메인몸체(110)의 내주면 쪽으로 유도하는 부분으로, 메인몸체(110)의 내부에 설치된다.

중앙몸체(120)는 메인몸체(110)의 유입부(111)의 후단부와 응축부(112)의 축소구간(112c)에 위치하는 헤드부(121); 헤드부(121)의 후단에 마련되고, 메인몸체(110)의 응축부(112)의 목구간(112b)과 확대구간(112c) 및 배출부(113)에 위치하는 테일부(122);로 이루어진다.

중앙몸체(120)의 헤드부(121)는 길이방향의 절단형태가 타원형태로 이루어진다.

중앙몸체(120)의 헤드부(121)의 전방부위는 메인몸체(110)의 유입부(111)로 유입되는 고압의 천연가스를 유입부(111)의 내주면 쪽으로 유도하게 되고, 헤드부(121)의 후방부위는 응축부(112)의 축소구간(112a)를 통과하는 고압의 천연가스를 메인몸체(110)의 응축부(112)의 목구간(112b)의 내주면 쪽으로 유도하게 된다.

헤드부(121)의 후방에 마련되는 테일부(122)는 선단부와 후단부의 직경이 동일한 원형 막대형이고, 테일부(122)의 외경은 응축부(112)의 목구간(112b)의 직경보다 작은 직경으로 형성된다.

선회날개(130)는 유입부(111)로 유입되어 응축부(112)로 이동하는 고압의 천연가스를 원주방향으로 선회시키는 것으로, 메인몸체(110)와 중앙몸체(120)의 사이에 마련된다.

선회날개(130)는 메인몸체(110)의 유입부(111)의 내주면 또는 중앙몸체(120)의 헤드부(121)의 외주면에 설치될 수 있으며, 나선형의 형태를 가질 수 있다.

도 6은 도 5의 A-A 단면의 선회날개의 예시이다. 선회날개(130)의 상세 형상은 기존에 원주방향으로 선회시키는 형상을 갖는 것으로 이에 대한 상세한 설명은 생략하며, 본 발명에 따른 초음속 분리기(100)에서 선회날개(130)를 통한 천연가스의 선회강도(swirl intensith)를 조절하기 위하여 날개 열의 개수, 형상 등을 적절히 조절할 수 있음은 물론이다.

응축조절체(140)는 응축물이 응축될 수 있는 유효응축길이를 조절할 수 있도록 하는 부분으로, 메인몸체(110)의 내부 후방부에 전후방향으로 이동 가능하게 설치된다.

응축조절체(140)는 메인몸체(110)의 후방부 내경과 대응되는 외경을 가지고, 응축부(112)의 목구간(112b)의 내경과 대응되는 내경을 가지는 원통형이고, 외주 선단부에 응축부(112)의 확대구간(112c)과 대응되는 경사면(140c)이 마련된 형태를 가진다.

응축조절체(140)는 메인몸체(110)의 응축부(112)의 목구간(112b)를 통과하면서 초음속으로 가속된 천연가스에 포함된 수증기나 탄화수소물이 확대구간(112c)에서 응축될 때에 실제로 응축물이 응축되어 배출될 수 있는 유효응축길이(L)를 조절할 수 있도록 하는 것으로, 응축조절체(140)를 전방으로 이동시키게 되면 유효응축길이(L)를 짧게 조절할 수 있게 되고, 응축조절체(140)를 후방으로 이동시키게 되면 유효응축길이(L)를 길게 조절할 수 있게 된다.

본 발명에 따른 초음속 분리기(100)는 천연가스에 포함된 수증기나 탄화수소물을 분리하는 것으로, 유입부(111)로 진입하는 고압의 천연가스가 응축부(112)의 목구간(112b)을 지나면서 초음속으로 가속되고, 확대구간(112c)에서 천연가스에 포함된 수증기나 탄화수소물이 응축되고, 응축물이 웅축물 배출구(114)를 통해 외부로 배출되고, 응축물이 분리된 천연가스가 응축조절체(140)의 내부를 거쳐 메인몸체(110)의 후방으로 배출된다.

본 발명에 따른 초음속 분리기(100)는 유입부(111)의 후단부 및 응축부(112)의 선단부에 선회날개(130)가 마련되므로 천연가스의 유동이 강한 선회를 하면서 하류로 유동하게 되고, 이 선회유동은 응축부(112)의 목구간(112b)을 지나면서 초음속의 속도로 가속되면서 응축부(112)의 확대구간(112c)를 지나게 되고, 응축부(112)의 확대구간(112c)에서 전술한 비평형 응축이 발생하게 된다.

상기에서 응축부(112)의 확대구간(112c)의 천연가스와 분리된 응축액적의 혼합 유동은 여전히 강한 선회운동을 하면서 하류로 유동하게 되고, 상대적으로 질량이 무거운 응축물은 원심력에 의하여 외부로 운동하려는 특성이 있으므로, 응축부(112c)의 확대구간(112c)의 내주면을 따라 이동하고, 확대구간(112c)의 후단에 마련된 응축물 배출구(114)를 통해 외부로 배출되고, 응축물이 분리 및 제거된 천연가스는 유로 중심부의 응축조절체(140)의 내부를 통해 계속 하류쪽으로 이동하게 된다.

한편, 천연가스의 성분, 유량, 속도 등에 따라 응축부(112)에서 실제 비평형 웅축이 발생하는 지점이나 구간범위는 어느 정도 변동이 있을 수 있게 되는데, 예를 들어 천연가스가 초음속으로 가속되는 응축부(112)의 목구간(112a)과 응축물이 배출될 수 있는 응축조절체(140)의 선단 사이의 길이인 유효응축길이(L)가 도 7a와 같이 설정된 상태에서 유효응축길이(L)가 실제 응축이 발생하는 구간범위보다 짧게 되면 천연가스에 포함된 수증기나 탄화수소물에 대한 응축이 충분하게 진행되지 않게 되므로 분리효율이 떨어지게 된다.

이때는 도 7b와 같이 응축조절체(140)를 응축부(112)의 반대쪽으로 이동시키게 되면 유효응축길이(L1)가 길어지게 되므로 천연가스에 포함된 수증기나 탄화수소물에 대한 응축이 좀더 긴 구간범위에서 충분하게 진행될 수 있게 된다.

또한, 예를 들어 유효응축길이(L)가 도 7a와 같이 설정된 상태에서 유효응축길이(L)가 실제 응축이 발생하는 구간범위보다 길게 되면 천연가스에 포함된 수증기나 탄화수소물에 대한 응축이 완료된 이후에도 응축물이 배출되지 못하고 응축물과 천연가스와 혼합 유동이 계속 진행되므로 응축물의 응축상태가 풀어질 수 있게 된다.

이때는 도 7c와 같이 응축조절체(140)를 응축부(112) 쪽으로 이동시키게 되면 유효응축길이(L2)가 짧아지게 되므로 응축이 완료된 후 응축물을 신속하게 배출할 수 있게 되고, 그에 다라 응축물이 분리 및 제거된 천연가스만이 배출부(113) 쪽으로 이동되도록 할 수 있게 된다.

이처럼 본 발명에 따른 초음속 분리기(100)는 응축조절체(140)를 통해 일정범위 내에서 메인본체(110)의 응축부(112)의 유효응축길이(L)를 조절함으로써 보다 효율적으로 천연가스에 포함된 수증기나 탄화수소물을 응축할 수 있게 되고, 수증기나 탄화수소물의 응축이 완료된 후 응축물을 신속하게 배출하여 응축물의 응축이 다시 분해되지 않도록 할 수 있게 된다.

이상 본 발명자에 의해서 이루어진 발명을 상기 실시 예에 따라 구체적으로 설명하였지만, 본 발명은 상기 실시 예에 한정되는 것은 아니고 그 요지를 이탈하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경 가능한 것은 물론이다.

100 : 초음속 분리기
110 : 메인몸체
111 : 유입부
112 : 웅축부
112a : 축소구간
112b : 목구간
112c : 확대구간
120 : 중앙몸체
121 : 헤드부
122 : 테일부
130 : 선회날개
140 : 응축조절체

Claims (8)

1. 수증기나 탄화수소물이 포함된 천연가스가 유입되는 원통형의 메인몸체(110);
   메인몸체(110)의 내부에 설치되고, 메인몸체(110)의 유입부(111)로 유입되는 천연가스의 유동을 메인몸체(110)의 내주면 쪽으로 유도하는 중앙몸체(120);
   메인몸체(110)와 중앙몸체(120)의 사이에 마련되고, 메인몸체(110)의 유입부(111)로 유입되는 천연가스를 원주방향으로 선회시키는 선회날개(130);를 포함하고,
   메인몸체(110)의 내부 후방부에 전후방향으로 이동 가능하게 설치되고, 응축물이 응축될 수 있는 유효응축길이(L)를 조절하는 응축조절체(140)를 포함하되:
   메인몸체(110)는,
   수증기나 탄화수소물이 포함된 천연가스가 유입되는 유입부(111);
   유입부(111)의 후단부에 마련되고, 천연가스에 포함된 수증기나 탄화수소물이 응축하는 응축부(112);
   응축부(112)의 후단부에 마련되고, 응축물이 분리된 천연가스가 배출되는 배출부(113);
   응축부(112)의 후단부 외주 일측에 마련되고, 천연가스에서 분리된 응축물이 배출되는 응축물 배출구(114);를 포함하고,
   응축부(112)는,
   후단으로 갈수록 직경이 작아지는 축소구간(112a);
   축소구간(112a)의 후방에 마련되고, 직경이 최소부위인 목구간(112b);
   목구간(112b)의 후방에 마련되고, 후단으로 갈수록 직경이 커지는 확대구간(112c);으로 이루어지며,
   중앙몸체(120)는,
   메인몸체(110)의 유입부(111)의 후단부와 응축부(112)의 축소구간(112a)에 위치하는 헤드부(121);
   헤드부(121)의 후단에 마련되고, 메인몸체(110)의 응축부(112)의 목구간(112b)과 확대구간(112c) 및 배출부(113)에 위치하는 테일부(122);로 이루어지고,
   중앙몸체(120)의 헤드부(121)는 길이방향의 절단형태가 타원형태로 이루어지고, 중앙몸체(120)의 헤드부(121)의 전방부위는 메인몸체(110)의 유입부(111)로 유입되는 고압의 천연가스를 유입부(111)의 내주면 쪽으로 유도하고, 헤드부(121)의 후방부위는 응축부(112)의 축소구간(112a)를 통과하는 고압의 천연가스를 메인몸체(110)의 응축부(112)의 목구간(112b)의 내주면 쪽으로 유도하며,
   중앙몸체(120)의 테일부(122)는 선단부와 후단부의 직경이 동일한 원형 막대형이고, 테일부(122)의 외경은 응축부(112)의 목구간(112b)의 직경보다 작은 직경으로 형성되고,
   선회날개(130)는 중앙몸체(120)의 헤드부(121)의 외주면에 설치되고, 나선형의 형태를 가지며,
   응축조절체(140)는 메인몸체(110)의 후방부 내경과 대응되는 외경을 가지고, 응축부(112)의 목구간(112b)의 내경과 대응되는 내경을 가지는 원통형의 형태이고, 외주 선단부에 응축부(112)의 확대구간(112c)과 대응되는 경사면(140c)이 마련되고,
   선회날개(130) 날개 열의 개수, 형상을 조절하여 천연가스의 선회강도(swirl intensith)를 조절하며,
   응축조절체(140)의 유효응축길이(L)의 조절은, 메인몸체(110)의 응축부(112)의 목구간(112b)를 통과하면서 초음속으로 가속된 천연가스에 포함된 수증기나 탄화수소물이 확대구간(112c)에서 응축될 때 조절할 수 있도록 하는 것을 특징으로 하는 초음속 분리기.
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