KR102521138B1 - 유체 촉매 분해 유닛을 위한 개선된 장입 주입 장치 - Google Patents

유체 촉매 분해 유닛을 위한 개선된 장입 주입 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 길이방향(X)의 중공형 관형 본체(12)를 포함하는, 가스에 의해서 액체를 액적으로 무화하도록 설계된 주입 장치(10)에 관한 것이다. 내부 벽(13)이, 접촉 구역(Z1)으로 지칭되는 제1 구역, 및 제2 구역(Z2)을 형성한다. 장치(10)는 특히 본체의 개구부(19)에 장착된 무화 요소(18)를 구비하고, 그러한 개구부는 액체를 주입하기 위한 개구부(17)에 대향되어 위치되고, 장치는 제1 구역(Z1) 내로 가스를 공급하기 위한 관형 파이프(20), 및 파이프의 중심에 위치된 표적(21)을 포함한다. 본체는, 전체 길이를 따라 연속적으로 변동되거나 일정한 내부 횡단면을 갖는 본체(예를 들어 단순한 원통체)를 가지고, 그러한 본체의 내부 벽은, 구역(Z1)과 구역(Z2) 사이에서, 내부 벽으로부터 본체의 내부를 향해서 돌출되는 적어도 하나의 방해판(26i, 26'i)을 구비한다.

Description

유체 촉매 분해 유닛을 위한 개선된 장입 주입 장치
본 발명은 주입 장치, 특히 정제 유닛, 특히 유체 촉매 분해(FCC) 유닛의 탄화수소 공급 원료 주입 장치에 관한 것이다.
정제 유닛에서 처리된 액체 탄화수소 공급 원료는 일반적으로 고체 촉매와 접촉되고, 그러한 고체 촉매는 공급 원료를 처리하기 위한 화학적 반응(들)을 촉진할 것이다. 이러한 접촉을 개선하기 위해서 그리고 반응의 수율을 최대화하기 위해서, 이러한 액체 탄화수소 공급 원료가 주입 장치에 의해서 미세 액적으로 무화된다(atomized). 이러한 무화는 액체(액체 탄화수소 공급 원료)와 고체(촉매) 사이의 접촉 면적을 최대화할 수 있게 하고, 그에 의해서 열 전달을 촉진하고 그에 따라 가스 상(gas phase)에서 반응하는 이러한 탄화수소의 증기화를 촉진한다. 비록 액적의 최적 직경과 관련하여 완전한 합의가 존재하지는 않지만, 일반적으로 촉매 입자의 직경과 동일한 자릿수의, 즉 200 마이크로미터 미만, 예를 들어 약 50 내지 80 마이크로미터의 직경을 갖는 액적을 형성하기를 희망한다.
일반적으로, 중공형 원통형 본체 및 2개의 유입구 개구부를 갖는 "2상(biphasic)" 주입 장치로 알려진 주입 장치가 이용되고, 유입구 개구부를 통해서 액체 탄화수소 공급 원료 및 무화 가스, 일반적으로 수증기가 상기 본체 내로 각각 주입된다. 접촉 챔버가 본체의 내측에 제공되고, 탄화수소 공급 원료 및 무화 가스가 접촉되며, 그에 따라 탄화수소 공급 원료를 무화시킨다. 일단 무화되면, 탄화수소 공급 원료는, 반응기 내로 이어지는 배출구 개구부를 통해서 토출된다. 배출구 개구부를 포함하는 주입 장치의 단부가 반응기 내측에 위치되도록, 각각의 주입 장치가 반응기 벽 상에 설치된다.
특히, 공급 원료가 반경방향으로 도입되고 본체의 중심에 위치된 표적을 타격하여, 액적의 형성을 유발하는, 충격 주입 장치가 알려져 있다. 축방향 유동 무화 가스는, 액적을 추가적으로 분할하면서, 이러한 액적을 본체의 배출구를 향해서 비말동반한다(entrain). 그러나, 표적 침식 현상이 관찰될 수 있고, 특히 주입되는 공급 원료가 입자를 포함할 때, 이는 표적 보강을 필요하게 하여, 비용을 더 증가시킨다.
일부 주입 장치에서, 부가적인 무화 가스가 표적을 둘러싸는 도관을 통해서 본체 내로 주입될 수 있고: 이어서, 무화 가스는 표적 레벨에서 나타나고 표적에 대면되게 위치된 개구부를 통해서 도입된 액체를 타격하여, 헤드와 만나는 액체 제트의 무화를 촉진한다.
그러나, 무화 가스가 이중 주입되는 이러한 주입장치의 혼합 챔버는 복잡하고 생산비가 고가이다. 따라서, 이는 별개로 생산된 후에 주입 장치의 중공형 본체에 고정되어야 한다.
본 발명은 전술한 단점 중 적어도 일부를 해결하는 것을 목적으로 한다. 이를 위해서, 본 발명은 가스에 의해서 액체를 액적으로 무화하도록 설계된 주입장치를 제안하고, 그러한 주입 장치는
- 길이방향으로 연장되는 중공형 관형 본체로서, 중공형 관형 본체의 내부 벽이, 접촉 구역으로 알려진 제1 구역, 그리고 본체 내측에서 액체 및 가스의 유동 방향으로 제1 구역의 하류에 위치된 제2 구역을 형성하는, 중공형 관형 본체,
- 가스를 길이방향으로 제1 구역 내로 도입하기 위한 제1의 가스 도입 요소로서, 길이방향으로 본체의 일 단부에서 본체 내의 제1 개구부 위에 장착되는, 가스 도입 요소,
- 길이방향에 수직인 방향으로 제1 구역 내로 액체를 도입하기 위한 제2의 액체 도입 요소로서, 제1 개구부에 근접하여 본체 내의 제2 개구부 위에 장착되는, 액체 도입 요소,
- 제2 개구부에 대면되게 위치된 본체 내의 제3 개구부 위에 장착된 무화 요소로서:
- 액체 도입 요소에 대면되게 위치된, 제1 구역 내로 가스를 공급하기 위한 관형 파이프, 및
- 파이프의 중심에 위치된 표적으로서, 파이프 및 표적이 길이방향에 수직인 방향으로 연장되고, 표적은 제1의 가스 도입 요소와 정렬되어, 제1 구역 내로 이어지는 파이프의 단부에서 충격 표면을 가지는, 표적
을 포함하는, 무화 요소,
- 무화된 액체를 배출하기 위한 적어도 하나의 배출구 오리피스를 포함하는 단부 요소로서, 제1의 가스 유입구 개구부로부터의 본체의 (길이방향의) 대향 단부에 장착되는, 단부 요소를 포함한다.
본 발명에 따라, 본체는, 그 전체 길이를 따라 연속적으로 변동되거나 일정한 내부 횡단면을 가지며, 본체의 내부 벽은, 제1 구역과 제2 구역 사이에서, 내부 벽으로부터 본체의 내부를 향해서 돌출되는 적어도 하나의 방해판(chicane)을 구비한다.
통상적으로, 방해판은, 이동 유체의 통과를 방해하는 장치이다. 본 발명의 특별한 구성은, 주입 장치의 무화 품질을 손상시키지 않고 매우 단순한 방식으로 본체를 생산할 수 있게 한다.
본체는, 연속적으로 변동되는, 즉 급격한 변동이 없고 어떠한 쇼울더도 없는 내부 횡단면을 갖는다. 그에 따라 본체는 절두원추형 형상 또는 그와 유사한 형상을 가질 수 있다. 바람직하게, 본체는 일정한 내부 횡단면을 갖는다. 이는 예를 들어 원통체 또는 그와 유사한 것일 수 있다.
본체는 유리하게 하나의 단편으로 제조될 수 있다. 단부 요소는 본체와 하나의 단편으로 제조될 수 있다.
제1 실시예에서, 상기 적어도 하나의 방해판은, 상기 방해판을 포함하는 본체의 길이방향에 수직인 각각의 평면에서 내부 벽의 전체 둘레에 걸쳐 연장되도록 설계될 수 있다. 그러면, 방해판(들)은 단순한 방식으로 생성될 수 있다. 이어서, 방해판이 단순한 링의 형태일 수 있다. 유리하게, 하나의 방해판이 제공될 수 있다. 그러나, 그러한 배열은 압력 강하를 유발할 수 있고, 이는, 점점 더 많이 사용되고 있는 무거운 공급 원료의 처리에서 문제가 될 수 있다. 구체적으로, 무거운 공급 원료의 무화는 주입기에서 상당한 압력 강하를 유발하고, 이는 주입기에 공급되는 공급 원료 압력의 증가라는 결과를 갖는다. 그에 따라, 주입기 배출기에서 희망 압력을 달성하기 위해서, 강력하고 고가인 펌프가 사용되어야 한다. 그에 따라, 주입 시스템에 의해서 발생되는 압력 강하를 제한하는 것이 유리하다. 2상 주입 장치의 구성에 따라, 무거운 공급 원료를 무화하기 위해서, 무화 가스의 유량을 상당히 증가시킬 필요가 있을 수 있다.
이러한 단점을 해결하기 위해서, 제2 실시예에서, 상기 적어도 하나의 방해판은, 상기 방해판을 포함하는 본체의 길이방향에 수직인 각각의 평면에서, 내부 벽의 주변부의 일부에서만 연장되도록 설계될 수 있다.
따라서, 본체의 길이방향에 수직인 각각의 평면에서, 방해판이 내부 벽의 전체 주변부에 걸쳐 연장되는 경우보다 압력 강하가 작도록, 각각의 방해판이 그 주변부의 일부에 걸쳐서만 본체의 통과-면적을 감소시킨다.
통과-면적은, 요소가 차지하지 않는 그리고 유체가 통과하여 유동할 수 있는 본체의 내부 표면으로 이해된다.
유리하게, 상기 적어도 하나의 방해판은, 본체의 길이방향에 수직인 평면 상으로의 방해판의 직각 돌출부(projection)가 상기 돌출 평면 내에서 내부 벽의 주변부의 일부에서만 연장되도록 설계된다. 이는, 방해판(들)의 존재에도 불구하고 압력 강하를 더 줄일 수 있게 한다. 복수의 방해판이 제공될 때, 하나의 동일한 직각 평면 내의 돌출부들이 중첩될 수 있거나 심지어 내부 벽의 전체 주변부에 걸쳐 연장될 수 있다는 것을 주목하여야 한다.
변형예 또는 조합예에서, 상기 적어도 하나의 방해판은, 본체의 길이방향에 수직인 평면 상으로의 적어도 하나의 방해판의 직각 돌출부가 상기 돌출 평면 내에서 내부 벽의 전체 주변부에 걸쳐, 가능하게는 중첩되어, 연장될 수 있도록 설계될 수 있다.
제2 실시예에서, 상기 적어도 하나의 방해판이 벽을 형성할 수 있고, 그러한 벽의 하나의 연부는 곡선의, 특히 나선형 곡선의, 세그먼트(segment)를 따라 내부 벽에 고정된다.
변형예에서, 어떠한 실시예든 간에, 상기 적어도 하나의 방해판이 벽을 형성할 수 있고, 그러한 벽의 하나의 연부는 상기 본체의 길이방향에 수직인 평면 내에서 연장되는 라인을 따라 내부 벽에 고정된다.
어떠한 전술한 실시예든 간에, 상기 적어도 하나의 방해판이 벽을 형성할 수 있고, 그러한 벽의 하나의 연부는 내부 벽에 고정된다.
상기 적어도 하나의 방해판에 의해서 형성된 벽은 내부 벽으로부터 이격된 치형의(toothed) 또는 노치형의notched) 자유 연부를 가질 수 있다. 변형예 또는 조합예에서, 상기 적어도 하나의 방해판의 벽은, 이를 관통하는, 특히 본체의 길이방향에 평행한 또는 실질적으로 평행한 방향의 오리피스를 가질 수 있다.
변형예에서, 상기 적어도 하나의 방해판이, 길이방향으로, 길이방향에 수직으로 측정된 본체의 최대 내부 치수와 적어도 동일한 길이를 따라 연장될 수 있다. 이하에서 "긴 방해판"로 지칭되는 이러한 방해판은 예를 들어 그러한 방해판이 고정되는 본체의 내부 벽에 부착된(hugging) 판의 형태일 수 있다. 유리하게, 긴 방해판이, 본체의 길이방향으로, (길이방향 단면에서) 불규칙한 프로파일, 특히 물결형 또는 치형 프로파일을 가질 수 있다. 이러한 배열은 방해판 하류의 스트림의 분산을 개선하게 할 수 있다. 공간적인 이유로, 복수의 긴 방해판이 제공될 때, 이들은 바람직하게 서로 각도적으로 이격된 방해판들이고, 이하에서 설명되는 바와 같이 길이방향으로 이격된 방해판들은 아니다.
어떠한 실시예든 간에, 상기 내부 벽은 복수의, 특히 2개 이상의 분리된 방해판을 구비할 수 있다. 이는, 압력 강하를 달리 증가시키지 않고, 유체들을 혼합하는 것을 용이하게 한다. 특히, 이러한 방해판들은 압력 강하의 증가가 없는 보다 양호한 혼합을 위해서 내부 벽의 주변부에 걸쳐, 특히 규칙적으로 분포될 수 있다.
이하의 특징은 또한, 압력 강하의 상당한 증가가 없이, 액체와 가스 사이의 혼합을 개선하게 할 수 있다.
따라서, 복수의 방해판이 존재할 때, 각각의 방해판이 (긴 방해판의 경우와 달리) 본체의 길이방향으로 적어도 하나의 다른 방해판로부터 유리하게 이격될 수 있다.
이러한 경우에, 방해판은 이어서 본체의 비교적 짧은 길이를 따라 연장될 수 있다.
제2 실시예의 경우에, 복수의 이격된 방해판이 존재할 때, 길이방향에 평행한 또는 그와 일치되는 축을 중심으로 회전시키는 것에 의해서, 각각의 방해판이 또한 다른 방해판에 대해서 각도적으로 오프셋될 수 있다. 특히, 본체의 길이방향에 수직인 평면 상으로의 방해판의 직각 돌출부가 내부 벽의 전체 주변부에 걸쳐 연장될 수 있다. 이러한 돌출 평면 내에서, 방해판들의 돌출부들의 중첩 또는, 바람직하게, 병치가 있을 수 있고, 이어서 방해판이 엇갈린 방식으로 배치된다.
특히 길이방향으로 이격된 복수의 인접한 (길지 않은) 방해판이, 본체의 길이방향에 수직으로 측정된, 0이 아닌 상이한 높이들을 가질 수 있다. 이는 유체의 분산을 개선하게 할 수 있다.
그에 따라, 특히, 본체의 길이방향으로, 인접 방해판들의 높이들이, 최대치에 도달하여 감소될 때까지, 증가될 수 있다.
어떠한 실시예든 간에, 각각의 방해판에 의해서 형성된 벽이, 생산이 단순한 편평한 벽, 또는 곡선형 벽일 수 있다.
그에 따라, 상기 적어도 하나의 방해판이, 유입구 개구부의 측면에서, 해당 면을 타격하는 유체를 본체의 내부를 향해서 지향시키도록, 그에 의해서 혼합을 잠재적으로 개선하도록 설계된 곡선형 면을 가질 수 있다. 그러한 곡선형 면이 또한 긴 방해판을 위해서 제공될 수 있다.
특히, 곡선형 면을 갖는 (긴 방해판을 포함하는) 복수의 방해판들은, 본체의 길이방향에 평행한 축을 중심으로 하는 하나의 동일한 회전 운동을 그 곡선형 면을 타격하는 유체에 부여하도록, 서로에 대해서 배열될 수 있다.
그 형상(곡선형 또는 편평형)이 어떠하든 간에, 방해판 (또는 본체의 내부 벽과 만나는 지점에서의 그에 대한 접선)이 본체의 길이방향에 수직인 평면에 대해서 미리 결정된 각도를 형성할 수 있다. 이러한 각도는 하나의 동일한 방해판에서 가변적일 수 있다.
방해판의 형상(곡선형 또는 편평형)이 어떠하든 간에, (본체의 내부 벽에 고정된 연부에 대향되는) 자유 연부가 둥근 또는 사면형 형상을 갖는 하나의 또는 2개의 면을 가질 수 있다.
일반적으로, 방해판(들)은 본체의 길이방향에 수직으로 측정된 0이 아닌 높이를 가질 수 있다. 유리하게, 이러한 높이는 본체의 길이방향에 수직으로 본체의 최대 내부 치수의 1/2 이하와 같다. 바람직하게, 이러한 높이는 본체의 최대 내부 치수의 1/4 이하, 또는 심지어 이러한 최대 치수의 1/8, 예를 들어 이러한 최대 치수의 약 1/10과 같다. 이러한 높이는 또한 하나의 동일한 방해판에 대해서 가변적일 수 있다.
일반적으로, 방해판(들)은 본체의 길이방향으로 측정된 0이 아닌 두께를 가질 수 있다. 유리하게, 이러한 두께는 35 mm 이하, 바람직하게 31 mm 이하, 또는 심지어 20 mm 이하 또는 16 mm 이하이다. 이러한 두께는 예를 들어 약 10 mm일 수 있다.
이제, 첨부된 비제한적인 도면을 참조하여 본 발명을 설명할 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 주입 장치를 개략적으로 나타낸 길이방향 단면도이다.
도 2a는 일 실시예에서 도 1의 방해판의 라인 A-A에 따른 단면도이다.
도 2b 및 도 2c는 다른 실시예에 따른, 각각 도 1의 라인 A-A 및 B-B에 따른 단면도이다.
도 2d는 실시예의 변형예에 따른, 도 1의 주입 장치의 방해판의 길이방향(X)에 수직인 평면 내의 직각 돌출부이다.
도 2e, 도 2f 및 도 2g는 추가적인 실시예에 따른, 도 2a의 단면도와 유사한 단면도이다.
도 3은 다른 변형예에 따른 주입 장치의 길이방향 단면을 부분적으로 도시한다.
도 4는 다른 변형예에 따른 주입 장치의 개방된 내부 벽의 사시도를 부분적으로 도시한다.
도 5는 다른 변형예에 따른 길이방향 축(X)을 따른 복수의 방해판의 도면을 도시한다.
도 6은 하나의 동일한 방해판의 다른 변형예에 따른 길이방향 축(X)을 따른 도면, 및 길이방향에 수직인 상이한 2개의 방향들(A'-A 및 B'-B)을 따른 단면도를 도시한다.
도 7 및 도 8은 자유 연부 및 상이한 형상들을 갖는 방해판의 길이방향 단면도를 부분적으로 도시한다.
도 9 및 도 10은 추가적인 변형예에 따른 주입 장치의 길이방향 단면도를 부분적으로 도시한다.
상이한 도면들에서, 동일한 요소가 동일한 참조부호를 갖는다.
도 1은, 길이방향 축(X)으로 연장되는 중공형 관형 본체(12)를 갖는 주입 장치(10)를 개략적으로 도시한다.
본체(12)는, 접촉 구역으로 알려져 있는 제1 구역(Z1), 및 본체 내측의 액체의 그리고 가스의 유동 방향(이러한 경우에 도 1의 좌측으로부터 우측으로)과 관련하여 제1 구역(Z1)의 하류에 위치되는 제2 구역(Z2)을 형성하는 내부 벽(13)을 갖는다.
주입 장치(10)는 또한:
- 가스를 길이방향(X)으로 제1 구역(Z1) 내로 도입하기 위한 제1의 가스 도입 요소(14)로서, 길이방향(X)으로 본체의 일 단부에서, 본체 내의 제1 개구부(15) 위에 장착되는, 가스 도입 요소(14),
- 길이방향(X)에 수직인 방향으로 제1 구역(Z1) 내로 액체를 도입하기 위한 제2의 액체 도입 요소(16)로서, 제1 개구부(15)에 근접하여 본체 내의 제2 개구부(17) 위에 장착되는, 액체 도입 요소(16),
- 제2 개구부(17)에 대면되게 위치된 본체 내의 제3 개구부(19) 위에 장착된 무화 요소(18)로서:
- 액체 도입 요소(16)에 대면되게 위치된, 제1 구역(Z1) 내로 가스를 공급하기 위한 관형 파이프(20), 및
- 파이프(20)의 중심에 위치된 표적(21)으로서,
파이프(20) 및 표적(21)이 길이방향(X)에 수직인 방향으로 연장되고, 표적(21)은 제1의 가스 도입 요소(16)와 정렬되어, 제1 구역(Z1) 내로 이어지는 파이프의 단부(23)에서 충격 표면(22)을 가지는, 표적(21)
을 포함하는, 무화 요소(18),
- 무화된 액체를 배출하기 위한 적어도 하나의 배출구 오리피스(25)를 포함하는 단부 요소(24)로서, 제1의 가스 유입구 개구부(15)로부터의 본체의 대향 단부에 장착되는, 단부 요소(24)를 포함한다.
단부 요소(24)는 그에 따라 구역(Z1, Z2)의 하류에 위치된다.
본체(12) 내의 개구부(15, 17, 19)는, 접촉 챔버로서 또한 알려진 제1 구역(Z1) 내로 이어진다.
본체(12) 내측에서, 유체는 유입구 개구부(15, 17, 19)로부터 배출구 오리피스(25)로 유동된다.
도 1에 도시된 주입 장치(10)는 "충격" 유형의 주입 장치로서 일반적으로 지칭된다.
이러한 경우에, 제1 구역(Z1) 및 제2 구역(Z2)은, 제1 유입구 개구부(15)를 상기 본체의 축 방향으로 배출구 오리피스(25)에 연결하는 직선형 내부 파이프의 형태이다. 이러한 내부 파이프는, 이러한 예에서, 일정한 내경을 갖는다. 그러나, 본 발명은 이러한 실시예에 의해서 제한되지 않는다. 그러나, 이러한 파이프의 (다시 말해서 본체의) 내부 횡단면이, 원형이 아니고, 연속적으로 변동될 수 있거나 파이프의 (즉, 본체의) 전체 길이를 따라서 일정할 수 있다.
도시된 실시예에서, 본체(12)는 원통체이고; 다시 말해서 내부 벽(13)이 이러한 경우에 원통형이고, 그 축은 본체의 길이방향(X)과 일치된다.
도입 요소(16)로부터 빠져나오는 액체는, 제1 구역(Z1)에 진입하자 마자, 표적(21)의 충격 표면(22)에 투사된다. 액체의 제트가 파열되고, 가스 도입 요소(14)에 의해서 고속으로 도입되는 무화 가스의 흐름에 의해서 액적 형태로 이송된다. 액체의 무화는 2개의 스테이지로 발생된다. 무화의 제1 부분은 표적(21)의 충격 표면(22)을 타격하는 액체의 제트에 의해서 표적(21)에서 발생된다. 이러한 방식으로 파열된 액체의 제트가, 파이프(20)를 통해서 진입하는 가스에 의해서 그리고 제1의 가스 도입 요소(14)에 의해서 도입되는 가스에 의해서 전단된다. 무화의 제2 부분은 감소된-직경의 배출구 오리피스(25)에서 발생되고, 그 곳에서 좁아지는 직경이 유체를 가속한다.
본 발명에 따라, 본체의 내부 벽(13)이 또한 제1 구역(Z1)과 제2 구역(Z2) 사이에서 적어도 하나의 방해판(26i)(여기에서, 방해판의 수인 i는 0이 아닌 정수이다)을 구비한다. 이러한 방해판이 내부 벽(13)의 직경을 국소적으로 감소시키기 때문에, 이는 유체의 운동을 방해하여, 혼합을 촉진한다. 특히, 방해판의 존재는, 액체를 가스 스트림의 축 내로 복귀시킴으로써 액체의 막이 벽에 형성되는 것을 방지할 수 있다.
하나 이상의 방해판이 제공될 수 있다.
그에 따라, 주입 장치(10)가, 도 1의 단면 라인 A-A에 위치된, 도 2a에 도시된, 단일 방해판(261)을 포함할 수 있다. 이러한 방해판(261)은 내부 벽(13)의 전체 주변부에 걸쳐 연장되는 고체 링의 형태이다. 이러한 경우에, 방해판(261)은 길이방향(X)에 수직으로 연장되는 벽을 형성한다.
도 2 내지 도 10은, 방해판의 수 및/또는 형상이 전술한 것과 상이한, 추가적인 실시예를 도시한다. 이러한 도면에서, 방해판이 참조 부호 "26" 또는 "126"로 표시되어 있고, 0이 아닌 정수인 지수 "i"는 방해판의 수를 나타내고, 프라임('), 이중 프라임(") 및 삼중 프라임("')과 같은 기호들은 전술한 것과 상이한 실시예를 나타낸다.
도 2b 및 도 2c는 다른 실시예에 따른 방해판의 단면도이고, 이러한 방해판을 포함하는 본체의 길이방향(X)에 수직인 각각의 평면 내에서 방해판이 내부 벽의 주변부의 일부에만 걸쳐 연장되도록, 각각의 방해판(26'i)이 설계된다.
이러한 예에서, 4개의 분리된 방해판(26'1, 26'2, 26'3, 26'4)이 제공된다.
여기에서, 본체의 길이방향에 수직인 평면 상으로의 방해판의 직각 돌출부가 그러한 돌출 평면 내에서 내부 벽의 주변부의 일부만에 걸쳐 연장되도록, 각각의 방해판(26'1, 26'2, 26'3, 26'4)이 설계된다는 것을 주목할 수 있을 것이다(도 2b, 도 2c 참조). 다시 말해서, 이러한 돌출 평면의 도면은 도 2a와 유사하다.
2개의 방해판(26'1, 26'2)은 이러한 경우에 길이방향(X)에 수직인 하나의 동일한 평면 내에서 연장되고, 2개의 다른 방해판(26'3, 26'4)은 길이방향(X)으로 방해판의 평면으로부터 이격된 다른 수직 평면 내에서 연장된다(도 1 참조). 본 발명은 이러한 실시예에 의해서 제한되지 않고, 하나 이상의 다른 방해판이 길이방향(X)에 수직인 다른 제3 평면 내에, 또는 또 다른 상이한 평면 내에 있을 수 있다. 변형예 또는 조합예에서, 단일 방해판이 길이방향(X)으로 각각의 특정 위치에 제공될 수 있다.
방해판(26'1, 26'2, 26'3, 26'4)은 또한, 도 2b 및 도 2c에서 확인될 수 있는 바와 같이, 길이방향(X)을 중심으로 하는 회전에 의해서 각도적으로 오프셋된다. 이러한 방해판들이 엇갈리고, 본체의 길이방향에 수직인 평면 상으로의 그 직각 돌출부가 내부 벽(13)의 전체 주변부에 걸쳐 연장된다는 것을 주목할 수 있을 것이다.
변형예에서, 방향(X)에 수직인 평면 상으로의 이러한 방해판(26i)의 직각 돌출부가, 도 2d에 도시된 바와 같이, 내부 벽(13)의 전체 주변부에 걸쳐 연장되지 않고 그 일부만에 걸쳐 연장되어 제공될 수 있다.
도시되지 않은 다른 변형예에서, 방향(X)에 수직인 평면 상으로의 방해판의 직각 돌출부가, 방해판의 돌출부들 사이에서 중첩되어, 내부 벽(13)의 전체 주변부에 걸쳐 연장되는 것이 제공될 수 있다.
따라서, 압력 강하를 증가시키지 않으면서 주입 장치 내측에서 유동되는 유체의 운동을 가능한 한 많이 방해하도록, 방해판들의 상대적인 배열이 선택될 수 있다.
도 2e, 도 2f, 도 2g를 참조하여 추가적인 실시예를 설명한다. 이들은, 천공형 방해판(226i), 또는 물결형 또는 노치형 자유 연부를 갖는 방해판(326i, 326'i)과 관련된다.
도 2e는 천공형 방해판(2261)의 단면도이다. 오리피스(227)가 그러한 방해판을 관통하여, 유체가 통과할 수 있게 한다. 다시 말해서, 오리피스는 본체(12)의 축에 평행한 또는 실질적으로 평행한(오프셋이 20°이하인) 방향으로 연장된다. 이러한 배열은, 방해판 하류의 유체의 분산을 개선할 수 있게 하고, 유체의 유동을 덜 방해하는 한편, 그러한 유체가 본체(12)의 축을 향해서 다시-중심에 위치되게(recentering) 할 수 있다.
도 2f 및 도 2g는 다른 실시예에 따른 방해판의 단면도이고, 여기에서 방해판(3261, 326'1)은, 치형(방해판(3261)) 또는 노치형((방해판326'1))인, 내부 벽(13)으로부터 이격된, 자유 연부(327, 327')를 각각 갖는다. 이러한 배열은 도 2e에서의 배열과 유사한 효과를 갖는다.
도 2e 내지 도 2g는 도 2 및 도 2a의 방해판(201)의 실시예의 변형예를 설명한다. 도 2b 내지 도 2d에 도시된 상이한 방해판들이 유사한 형상을 가질 수 있다. 상이한 형상들의 방해판을 조합하는 것을 또한 생각할 수 있다.
도 1에 도시된 예에서, 방해판은 길이방향(X)에 수직인 편평한 벽의 형태이다. 다시 말해서, 각각의 방해판의 벽의 연부가 그에 따라 상기 본체의 길이방향에 수직인 평면 내에서 연장되는 라인을 따라 내부 벽(13)에 고정된다.
도 1 및 도 2a 내지 도 2d에 도시된 방해판은 길이방향(X)에 수직인 편평한 벽을 형성한다. 이러한 벽은 또한 곡선형일 수 있다. 따라서, 도 3은, 특히 본체(12)의 길이방향 중앙 축의 방향으로 곡선형인 방해판(26"1, 26"2)을 구비하는 주입 장치(10)를, 부분적으로 축방향 단면으로 도시한다. 이러한 경우에, 이러한 방해판의 오목부가 배출구 오리피스(25)를 향해서 배향된다. 그러나, 그러한 오목부가 반대 방향으로 배향될 수 있다.
이러한 실시예에서, 각각의 방해판(26"1, 26"2)이 벽을 형성하고, 그러한 벽의 하나의 연부는 길이방향(X)에 수직인 평면을 따라 연장되는 라인을 따라 내부 벽(13)에 고정된다. 비록 도시하지는 않았지만, X를 따라 이격된 및/또는 각도적으로 오프셋된 추가적인 방해판(26"i)이 제공될 수 있다.
도 4는 벽을 형성하는 방해판(26"'i)을 포함하는 주입 장치(10)의 벽(13)의 사시도를 부분적으로 도시하고, 그러한 벽의 하나의 연부는 나선형 곡선(H)의 세그먼트를 따라서 내부 벽(13)에 고정된다. 도 3에 도시된 바와 같이, 방해판(26"'i)은 편평한 또는 곡선형 벽을 형성할 수 있다.
하나 이상의 방해판(26"'i)이 예를 들어 각도 오프셋 방식으로 및/또는 길이방향(X)으로 이격된 방식으로 제공될 수 있다. 또한, 본체의 길이방향에 평행한 축을 중심으로 하는 하나의 동일한 회전 운동을, 곡선형 면을 타격하는 유체에 부여하도록, 방해판들이 서로에 대해서 배열될 수 있다.
전술한 방해판은 예를 들어 몰딩 또는 가공하는 것에 의해서 본체(12)와 하나의 단편으로 생성될 수 있거나, 고정된, 예를 들어 용접된, 플랜지들 사이에서 유지된, 또는 기타의 부착된 요소들일 수 있다. 복수의 방해판이 존재할 때, 이들은 동일하거나 상이할 수 있고, 전술한 방해판들의 상이한 형상들 및 배치들이 조합될 수 있다.
방해판(들)은 제1 구역(Z1)과 제2 구역(Z2) 사이에 배치된다. 전형적으로, 제2 구역은 제1 구역의 길이의 2배 내지 10배 더 큰 (길이방향(X)을 따른) 길이를 갖는다. 방해판(들), 특히 제1 방해판이, 제1 구역 내에서, 내부 벽(13)의 직경보다 작은 표적(20)의 축으로부터 또는 개구부(17, 19)로부터 거리("1")에, 예를 들어 이러한 직경의 3/4에 상응하는 거리에 위치될 수 있다(명료함을 이유로, 도면은 실제 축척으로 도시되지 않았다).
방해판(들)은, 비교적 작은, 예를 들어 내부 벽(13)의 직경의 1/8 미만의, 또는 심지어 이러한 직경의 약 1/10의 (길이방향(X)에 수직인) 반경방향 치수 또는 높이를 가질 수 있다. 이러한 높이는, 높이가 단부들에서 달라지는 4개의 방해판(1261, 1262, 1263, 1264)이 도시된 도 5에, 또는 도 2f, 도 2g에 도시된 바와 같이, 방해판의 길이를 따라 달라질 수 있다.
본체의 길이방향(X)으로 측정된 각각의 방해판의 0이 아닌 두께가 예를 들어 16 내지 35 mm 이하이다.
그 형상(곡선형 또는 평면형)이 어떠하든 간에, 방해판(또는 본체의 내부 벽(13)과 만나는 지점에서의 그에 대한 접선)이 본체의 길이방향에 수직인 평면에 대해서 미리 결정된 각도를 형성할 수 있다(도 3, 도 6, 도 7(b) 및 도 8(a) 참조)는 것을 주목할 수 있을 것이다. 이러한 각도는, 도 6에서 확인될 수 있는 바와 같이, 하나의 동일한 방해판(126')에서 달라질 수 있다.
그에 따라 경사진 방해판(들)이 배출구 오리피스(25)의 방향으로 경사질 수 있다.
그 형상(곡선형 또는 평면형)이 어떠하든 간에, (본체의 내부 벽에 고정된 연부에 대향되는) 방해판의 자유 연부가 둥근 형상의 면(28a)(도 7(a)), 사면형 면(28'a)(도 7(b)), 둥근 형상의 2개의 면(28a, 28b)(도 8(a)) 또는 2개의 사면형 면(28'a, 28'b)(도 8(b))을 가질 수 있다.
하나의 면 만이 제공될 때, 이는 바람직하게는 길이방향(X)으로 혼합 구역(Z1)측에 위치된다.
추가적인 실시예를 또한 생각할 수 있다.
도 9의 실시예는, 본체(12)의 길이방향(X)으로 이격된 5개의 인접한 방해판(4261, 4262, 4263, 4264, 4265)을 도시한다. 각각의 방해판이 (도 2a의 예에서와 같이) 일정한 높이를 가지나, 인접한 방해판들이 상이한 높이들을 갖는 것을 주목할 수 있을 것이다. 예에서, 최대치에 도달하여 감소될 때까지, 방해판의 높이가 증가된다. 물론, 인접 방해판들의 수가 5개보다 많거나 적을 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 방해판의 전술한 두께(또는 길이)가 예를 들어 16 내지 35 mm 이하이다.
도 1, 도 2a 내지 도 2g, 그리고 도 3 내지 도 8을 참조하여 설명한 방해판(들)이 (편평하거나 편평하지 않은) 벽을 형성하고, 길이방향(X)을 따른 벽의 치수는 길이방향에 수직인 방향을 따른 치수보다 작다는 것을 주목할 수 있을 것이다.
도 10의 실시예에서, 방해판의 (길이방향(X)을 따른) 길이가 길이방향(X)에 수직인 치수보다 크기 때문에, 방해판은 더 이상 벽을 형성하지 않는다. 그에 따라, 도 10에 도시된 내부 벽(13)은, 길이방향에 수직으로 측정된 본체의 최대 내부 치수, 다시 말해서 이러한 예에서 본체의 내경과 적어도 동일한, 길이방향으로, 길이를 따라 연장되는"긴" 방해판(5261)을 구비한다. 또한, 방해판(5261)이 본체의 길이방향으로 불규칙적인 프로파일을 갖는 것을 주목할 수 있다. 따라서, 그 높이는 방향(X)으로 변동될 수 있다. 이러한 프로파일의 형상이 변경될 수 있다: 이는 도 9의 5개의 방해판의 전체적인 프로파일과 유사할 수 있거나 도 10에 도시된 바와 같이 물결을 형성할 수 있다. 또한, 방해판의 높이가 또한 방해판의 각각의 횡단면 내에서 가변적일 수 있다.
도시되지 않은 실시예에서, 나선형 또는 직선형 방향으로 연장되고 곡선형이거나 곡선형이 아닌 면을 갖는, 각도적으로 이격된 둘 이상의 긴 방해판이 제공될 수 있다.
전술한 상이한 실시예들은 조합될 수 있으며, 하나의 또는 복수의 방해판에 대해 마찬가지로 바람직하게 구현될 수 있다.

Claims (17)

  1. 가스에 의해서 액체를 액적으로 무화하도록 설계된 주입 장치(10)로서,
    - 길이방향(X)으로 연장되는 중공형 관형 본체(12)로서, 상기 중공형 관형 본체의 내부 벽(13)이, 접촉 구역(Z1)으로 알려진 제1 구역 그리고 상기 본체 내측에서 액체 및 가스의 유동 방향으로 상기 제1 구역의 하류에 위치된 제2 구역(Z2)을 형성하는, 중공형 관형 본체(12),
    - 가스를 상기 길이방향으로 상기 제1 구역(Z1) 내로 도입하기 위한 제1의 가스 도입 요소(14)로서, 상기 길이방향으로 상기 본체의 일 단부에서, 상기 본체 내의 제1 개구부(15) 위에 장착되는, 가스 도입 요소(14),
    - 상기 길이방향에 수직인 방향으로 상기 제1 구역(Z1) 내로 액체를 도입하기 위한 제2의 액체 도입 요소(16)로서, 상기 제1 개구부에 근접하여 상기 본체 내의 제2 개구부(17) 위에 장착되는, 액체 도입 요소(16),
    - 상기 제2 개구부(17)에 대면되게 위치된 상기 본체 내의 제3 개구부(19) 위에 장착된 무화 요소(18)로서:
    - 상기 액체 도입 요소(16)에 대면되게 위치된, 상기 제1 구역(Z1) 내로 가스를 공급하기 위한 관형 파이프(20), 및
    - 상기 파이프의 중심에 위치된 표적으로서,
    상기 파이프 및 상기 표적이 상기 길이방향에 수직인 방향으로 연장되고, 상기 표적은 상기 제1의 가스 도입 요소(14)와 정렬되어, 상기 제1 구역(Z1) 내로 이어지는 파이프의 단부(23)에서 충격 표면(22)을 가지는, 표적
    을 포함하는, 무화 요소(18),
    - 상기 무화된 액체를 배출하기 위한 적어도 하나의 배출구 오리피스(25)를 포함하는 단부 요소(24)로서, 상기 제1, 가스 유입구 개구부로부터의 상기 본체의 대향 단부에 장착되는 단부 요소(24)
    를 포함하는 주입 장치(10)에 있어서,
    상기 본체(12)는, 그 전체 길이를 따라 연속적으로 변동되거나 일정한 내부 횡단면을 가지며, 상기 본체의 내부 벽(13)은, 상기 제1 구역과 상기 제2 구역 사이에서, 상기 내부 벽으로부터 상기 본체의 내부를 향해서 돌출되는 적어도 하나의 방해판(26i, 26'i, 26"i, 26"'i; 126i, 126'i)을 구비하고,
    상기 방해판을 포함하는 상기 본체의 길이방향에 수직인 각각의 평면에서, 상기 방해판이 상기 내부 벽(13)의 주변부의 일부에서만 연장되도록, 상기 적어도 하나의 방해판(26'i, 26"i, 26"'i)이 설계되는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10).
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 방해판(26'i, 26"i, 26"'i)이:
    - 상기 본체의 길이방향에 수직인 평면 상으로의 상기 방해판의 직각 돌출부가 돌출 평면 내에서 상기 내부 벽(13)의 주변부의 일부에서만 연장되도록 설계된 방해판,
    - 상기 본체의 길이방향에 수직인 평면 상으로의 상기 방해판의 직각 돌출부가 돌출 평면 내에서 상기 내부 벽(13)의 전체 주변부에 걸쳐 연장되도록 설계된 방해판로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10).
  5. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 방해판(26"'i)이 벽을 형성하고, 상기 벽의 하나의 연부가 곡선의 세그먼트를 따라서 상기 내부 벽에 고정되는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10).
  6. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 방해판(26i, 26'i, 26"i)이 벽을 형성하고, 상기 벽의 하나의 연부가 상기 본체의 길이방향에 수직인 평면 내에서 연장되는 라인을 따라 상기 내부 벽에 고정되는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10).
  7. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 방해판(226i, 326i, 326'i)이 벽을 형성하고, 상기 벽의 하나의 연부가 상기 내부 벽에 고정되고, 상기 적어도 하나의 방해판(226i, 326'i, 326i)에 의해서 형성된 상기 벽이 이하의 특징 중 적어도 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10):
    - 상기 내부 벽으로부터 이격된 치형 또는 노치형 자유 연부(327, 327'),
    - 상기 내부 벽을 관통하는 오리피스(227).
  8. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 방해판(526i)이 상기 길이방향으로, 상기 길이방향에 수직으로 측정된 상기 본체의 최대 내부 치수와 적어도 동일한 길이를 따라 연장되고, 상기 방해판(526i)은 상기 본체의 길이방향으로 불규칙적인 프로파일을 선택적으로 가지는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10).
  9. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 내부 벽(13)이 복수의 분리된 방해판을 구비하는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10).
  10. 제9항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 방해판(26'i, 26"i)이 상기 본체의 길이방향으로 적어도 하나의 다른 방해판로부터 이격되는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10).
  11. 제9항에 있어서,
    상기 길이방향(X)에 평행한 또는 그와 일치되는 축을 중심으로 하는 회전에 의해서, 각각의 방해판(26'i, 26"i)이 다른 방해판에 대해서 각도적으로 오프셋되는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10).
  12. 제11항에 있어서,
    상기 본체의 길이방향에 수직인 평면 상으로의 상기 방해판(26i)의 직각 돌출부들은, 상기 돌출부들이 중첩 또는 병치되면서, 상기 내부 벽의 전체 주변부에 걸쳐 연장되는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10).
  13. 제9항에 있어서,
    복수의 인접한 방해판들(426i)이, 상기 본체의 길이방향에 수직으로 측정된, 0이 아닌 상이한 높이들을 갖는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10).
  14. 제13항에 있어서,
    상기 본체의 길이방향으로, 상기 인접 방해판들(426i)의 높이가, 최대치에 도달하여 감소될 때까지, 증가되는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10).
  15. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 방해판(26"i)이, 상기 유입구 개구부의 측면에서, 해당 면을 타격하는 유체를 상기 본체의 내부를 향해서 지향시키도록 설계된 곡선형 면을 가지는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10).
  16. 제15항에 있어서,
    상기 본체의 길이방향에 평행한 축을 중심으로 하는 하나의 동일한 회전 운동을 곡선형 면을 타격하는 유체에 부여하도록, 곡선형 면을 갖는 복수의 방해판이 서로에 대해서 배열되는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10).
  17. 제1항 또는 제4항에 있어서,
    상기 방해판(들)(26i, 26'i, 26"i, 26"'i, 126i, 126'i, 226i, 326i, 326'i, 426i, 526i)이, 상기 본체의 길이방향에 수직인 상기 본체의 최대 내부 치수의 1/2 이하와 같은, 상기 본체의 길이방향에 수직으로 측정된, 0이 아닌 높이를 가지는 것을 특징으로 하는 주입 장치(10).
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