KR19990001108A - 분체 분리장치의 분리기 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분체 분리장치의 분리기 구조에 관한 것으로서, 기존의 유체와 분체 또는 액체와 분체를 분리하는 상기 분리기 내부의 중공관을 배제하고, 분체 분리장치의 분리기 내부 구조를 서로 다른 크기의 반원판 형상의 차단판을 엇갈리게 설치함으로서, 분리기 내부로 유입된 유체(유체 또는 액체)와 분체 혼합물중 원심력에 의한 소용 돌이 하강 흐름과 역방향 즉, 상승 소용돌이 흐름이 자연스럽게 연계되어 분리기의 내부 압력이 강하되는 것을 감소시킬 수 있고, 따라서 유체와 분체의 혼합물의 분리 흐름을 효과적으로 유도시킬 수 있는 분체 분리장치의 분리기 구조를 제공하고자 한 것이다.

Description

분체 분리장치의 분리기 구조

본 발명은 분체 분리장치에 관한 것으로서, 특히 다량의 분체를 유체(기체 또는 액체)와 분리하는 분리장치의 분리기 내부 구조를 압력강하를 감소시킬 수 있는 구조로 변형하여 유체와 분체의 분리효율을 높일 수 있도록 한 분체 분리장치에 관한 것이다.

통상적으로 현대 첨단 산업의 발전으로 고강도, 고내열성, 초전도성을 가지는 고부가가치의 고기능성 세라믹 분체 소재의 개발 및 마이크로화는 전반적인 산업 분야 뿐만아니라 핵심소재 산업분야에서 절실히 요청되고, 민수용과 군수용으로도 그 수요가 급증하고, 소재산업의 국제 경쟁력 강화에 필수적이라 할 수 있다.

상기와 같은 고기능성 분체 세라믹소재의 제조 공정중에서 분체소재의 분리 및 분급공정은 시간과 에너지 그리고 효율성 측면에서 등한시 되고 있는 바, 분체소재의 분리 및 분급공정의 성능에 따라 생산되는 분체소재의 입도 분포가 큰 영향을 받으므로 결국 제품의 품질수준에 영향을 주게된다.

더욱이 전자 세라믹 소재의 마이크로 일렉트론화 등과 시멘트 공장과 같이 다량의 분체를 처리하는 공정에 결정적인 영향을 미친는 것으로 알려져 있다.

일반적으로 상기 고기능성 세라믹스 분체 재료의 품질 수준은 순도와 입도에 따라 그 기능에 큰 영향을 받으므로 분체소재의 입도제어는 분체 신소재 제조의 공정 개발에 매우 중요한 부분이라 할 수 있다.

그러나 지금까지 사용되어온 입자의 분리장치는 첨부한 도 2에 도시한 바와 같이 내부에 중공관(24)이 삽입 고정된 표준 형태의 분리기(12b)나 분리기 외부의 구조등을 변형시켜 사용했기 때문에 처리해야할 분체의 양이 증가함에 따라 분리기 내부에서의 압력 강하가 심각하게 일어나서 동력비의 큰 부담을 가져왔다.

더욱 상세하게는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시한 분체 분리장치의 분리기 내부에는 이 분리기(12b)의 직경의 1/2 크기의 중공관(24)이 중앙에 일정 깊이로 삽입 설치되어 있고, 상기 분리기(12b)의 상부 일측면에는 유체와 분체의 혼합물이 유입되는 유입구(30)가 형성되어 있고, 하부끝에는 호퍼(18)가 장착되어 있다.

또한 상기 중공관(24)의 상부 개방부는 미세 분체 유출구(32)로서, 연결관을 사용하여 미세 분체 필터(20)와 연결되어 있다.

이때 상기 분리기 유입구(30)를 통하여 분리기(12b) 내부로 유입되는 유체와 분체의 혼합물이 원심력에 의하여 소용돌이 운동을 하면서 하강하게 되는데, 입도가 큰 분체들은 중력에 의하여 계속 하강하여 상기 호퍼(18)에 포집되고, 입도가 작은 미세한 분체들과 유체는 상기 중공관(24)의 저부에서 내부를 통하여 다시 소용돌이 운동을 하며 상승하여 상기 중공관(24)의 유출구(32)를 통하여 빠져나가 상기 필터(20)로 이송된다.

상기 과정에서와 같이 유체와 분체 혼합물은 분리기(12b)로 유입될 때, 혼합물의 유속에 의하여 가지게 되는 원심력에 의해 심한 소용돌이 운동을 하게 되는데, 즉 분리기(12b)의 내경과 내부 중공관(24)의 외경 사이에서는 하강 소용돌이 운동을 하게 되나, 이 중공관(24)의 내부에서는 미세 분체와 유체가 소용돌이 운동을 하면서 상승하게 되어 있는 바, 이때에 유체와 분체 혼합물의 서로간의 역흐름으로 인하여 분리기 내부에는 압력 강하가 발생된다.

또한 상기 유체와 분체 분리 공정 중에서 시멘트 제조 공정에서와 같이 혼합물중 분체의 농도가 크며 처리해야 하는 분체의 양이 많을 경우에는 상기와 같은 압력 강하가 더 크게 발생한다.

상기와 같은 분리기 내부에서의 압력 강하에 의한 손실을 보상하여주기 위해서는 강하되는 압력 만큼의 동력이 필요하게 되어 동력비의 상승과 제조 원가의 상승을 가져오게 되고, 또한 중공관을 포함하는 분리기 내부에서 입도가 큰 분체는 중력에 의하여 호퍼에 포집되어야 하나, 이 입도가 큰 분체의 일부가 미세 분체의 상승 소용돌이에 휩쓸리게 되는 경우가 발생하여 비교적 큰 분체들을 분리시켜야 하는 분리장치의 효율을 저하시키는 단점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 단점을 감안하여 안출한 것으로서, 상기 기존의 중공관을 배제하고, 유체와 분체 분리장치의 분리기 내부 구조를 서로 다른 크기의 반원판 형상의 차단판을 엇갈리게 설치함으로서, 분리기 내부로 유입된 유체와 분체 혼합물중 원심력에 의한 소용 돌이 하강 흐름과 역방향 즉, 상승 소용돌이 흐름이 자연스럽게 연계되어 분리기의 내부 압력이 강하되는 것을 감소시킬 수 있고, 따라서 유체와 분체의 혼합물의 분리 흐름을 효과적으로 유도시킬 수 있는 유체와 분체 분리장치의 분리기를 제공하는데 그 목적이 있는 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 분체 분리장치의 일실시예를 나타내는 개략도,

도 2는 종래의 분체 분리장치의 분리기의 구조를 나타내는 개략도,

도 3은 본 발명에 따른 분체 분리장치의 분리기의 내부 구조를 나타내는 개략도,

도 4는 본 발명에 따른 분체 분리장치의 분리기 내부에서의 압력강하와 종래의 분리기 내부의 압력 강하를 비교한 상태를 나타내는 그래프,

도 5은 본 발명에 따른 분체 분리장치의 분리기 내부 차단판의 길이 변화에 따른 압력강하 상태를 나타내는 그래프,

도 6은 본 발명에 따른 분체 분리장치의 분리기의 입자 분리 효율과 종래의 분리기의 분리 효율을 비교한 상태를 나타내는 그래프,

도 7은 본 발명에 따른 분체 분리장치의 분리기 내부 차단판의 길이변화에 따른 입자 분리 효율을 비교한 상태를 그래프.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10:분체 분리장치12a,12b:분리기

14:분체 투입부16:분체 이송부

18:호퍼20:미세 분체 필터

22a,22b,22c:차단판24:중공관

30:유입구32:미세 분체 유출구

34:마감판36:조절기

38:공기 필터40:공기 건조기

42:공기 압축기44:압력 측정 센서

46:압력 변환기48:압력 변동 신호 필터

50:압력 변동 신호 증폭기52:유량계

이하 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

유체와 분체를 분리하는 분체 분리장치의 분리기 구조에 있어서, 상기 분리기(12a)의 내경 중심부에서 내경면 방향으로 다수의 서로 다른 크기의 차단판을 작은 것부터 차례대로 엇갈리게 설치하여서 이루어 진 것을 특징으로 한다.

특히, 상기 차단판은 반원형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 1 및 도 3을 참조하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 3은 본 발명에 따른 분체 분리장치의 분리기의 내부 구조를 나타내는 개략도로서, 상기 분리기(12a)의 형상은 하부가 뾰족한 원통형이고, 하부 끝단에는 호퍼(18)가 장착되어 있다.

여기서 상기 분리기(12a)의 내부에 예를들어, 서로 다른 직경의 반원판 형상으로 된 3개의 차단판(22a),(22b),(22c)을 설치하는 바,먼저 상기 분리기(12a)의 내부 중앙부에 분리기(12a)의 직경보다 1/4 작은 직경의 차단판(22a)이 설치된다.

또한 상기 분리기(12a)의 1/2 직경으로 형성된 차단판(22b)이 상기 차단판(22a)과 마주보도록 반대편에 설치된다.

또한 상기 분리기(12a)의 3/4 직경으로 형성된 차단판(22c)이 분리기(12a) 의 유입구(30)쪽에 즉, 상기 분리기(12a)의 유입구쪽에 근접된 내경면과 상기 차단판(22a)의 뒷면 사이에 설치된다.

이때 상기 분리기(12a)의 상부는 마감판(34)으로 마감되어 있는 바, 상기 마감판(34) 저면에 상기 차단판(22a),(22b),(22c)이 고정된다.

한편 상기 차단판은 3개 이상 다수개가 설치될 수 있다.

상기 분리기(12a)의 상부 일측면에는 혼합된 유체(기체 또는 액체)와 분체가 유입되는 유입구(30)가 형성되어 있고, 상기 분리기(12a)의 상부면을 마감하고 있는 마감판(34)에는 미세 분체 유출구(32)가 형성되어 있으며, 연결관이 사용되어 상기 유출구(32)는 미세 분체 필터(20)와 연결되어 있다.

또한 상기 분리기(12a)의 유입구(30)에는 연결관이 사용되어 분체 이송부(16)가 연결되어 있는 바, 상기 분체 이송부(16)에는 분체 투입부(14)가 연결되어 있다.

또한 상기 분체 투입부(14)에는 공기의 양을 조절하는 조절기(36)와 불순물을 걸러주는 공기필터(38)와 공기의 습기를 제거하는 공기 건조기(40)와 공기를 압축하는 공기 압축기(42)가 나란히 연결되어 있고, 공기의 유속을 측정하는 유량계(52)와 밸브가 장착되어 있다.

또한 상기 분리기(12a) 내부와 분리기(12a)의 유입구(30)에 연결된 연결관 과 미세 분체 유출구(32)에 연결된 연결관에는 내부 압력을 측정하는 센서(44)가 상기 유입구(30)와 유출구(32)쪽에 근접 설치되어 있고, 이 센서(44)에는 압력 변환기(46)와 압력 변동신호 필터(48)와 압력 변동신호 증폭기(50)가 나란히 연결되어 있다.

여기서 상기 분리기(12a)의 내부에 혼합된 유체와 분체를 유입구(30)를 통하여 투입하는 분리기(12a)의 내경면과 상기 차단판(22c) 사이로 투입되면 큰 입도를 가지는 분체들은 원심력에 의한 하강 소용돌이 흐름을 하게 되어 하부에 설치되어 있는 호퍼(18)에 포집되고, 동시에 미세한 분체와 유체는 분리기(12a) 내부에 설치된 차단판(22b)과 차단판(22a) 사이로 상승 소용돌이 흐름에 의하여 분리기(12a)의 상부에 형성되어 있는 미세 분체 유출구(32)를 통하여 미세 분체 필터(20)로 빠져나가게 된다.

이때 상기 차단판(22a)과 차단판(22c) 사이와 차단판(22b)의 원주끝단과 차단판(22c)의 원주 끝단 사이는 하강 소용돌이 흐름과 상승 소용돌이 흐름의 중간영역으로 형성되는 바, 이 중간영역에서 상기 두 역방향 소용돌이 흐름이 자연스럽게 연계되어져 분리기(12a) 내부에서 발생되는 압력 강하를 감소시키고, 따라서 유체와 분체의 분리 효율을 높일 수 있다

본 발명의 분체 분리장치의 분리기 구조에 따른 실시예를 설명하면 다음과 같다.

[실시예 1]

본 발명의 분리 장치의 검증 실험을 위한 분체는 FCC(Fluid Cracking Catalyst)로서 밀도가 1893 kg/㎥ 이고, 평균 입도는 76㎛ 이며, 직경이 40.6㎝ 인 분리기를 사용한다.

또한 유체와 분체를 분리하는데 사용되는 유체(공기 또는 액체)의 유속을 변화시켜 가면서 분리기의 내부 압력강하와 분리효율을 측정하여서 검증 실험과 비교 실험을 수행한다.

먼저, 분리하고자 하는 분체 일정량(시간당 900㎏)을 분체 투입부(14)에 투입하는 동시에 공기를 일정 유속으로 주입하면, 혼합된 유체와 분체는 분체 이송부(16)를 통하여 분리기(12a)에 투입된다.

상기에 상술한 바와 같이 분리기(12a) 내부로 투입되어 분리된 큰 입도의 분체는 호퍼(18)에 포집되고, 미세 분체와 유체는 분리기 상부로 미세 분체 유출구(32)를 빠져나가 미세 분체는 미세 분체 필터(20)에 최종 포집되는 동시에 공기 즉, 유체는 대기로 방출된다.

이때 상기 분리장치(10)에 설치된 상기 각각의 압력 측정 센서를 이용하여 상기 분리기(12a)의 내부와 유입구(30)와 유출구(32)에서의 압력을 측정하였고, 분체 이송부(16)에 주입되는 유체는 건조된 압축 공기를 사용하였으며, 유량계(52)에 의해 유량과 유속을 측정하였다.

상기 공기 유속이 9㎧ 로 일정하게 유지하고, 분체를 시간당 900㎏으로 분리기(12a) 내부로 투입한 상태에서 15분 동안의 분리 진행 상태에서의 압력을 측정하였다.

상기 압력 측정 결과 종래의 분리장치는 280㎩ 이었으나, 본 발명의 분리장치는 245㎩로서 약 12.5%의 압력 강하를 줄일 수 있었다.

또한 상기 유체와 분체의 분리효율은 종래의 분리장치가 94.5%를 얻었으나, 본 발명의 분리장치는 96%를 얻어서 1.5%의 분리효율의 증대를 가져왔다.

[실시예 2]

상기 실시예 1과 같은 조건하에서 단지, 공기 유속을 12㎧로 유지하였다.

이 경우, 분리기(12a) 내부에서의 압력 강하는 종래의 분리장치에서는 378㎩이었으나, 본 발명의 분리장치에서는 345㎩로서 약 9%의 압력 강하를 줄일 수 있었다. 또한 분리 효율은 종래의 분리장치의 분리기 구조에서는 95%이었으나, 본 발명의 분리장치의 분리기 구조에서는 96.5%의 분리효율을 얻을 수 있어서 분리효율이 1.5% 향상시킬 수 있었다.

여기서 상기 실시예들에 대한 결과치를 참조하여 본 발명을 좀 더 상세히 설명하면 다음과 같다.

첨부한 도 4는 본 발명에 따른 분체 분리장치의 분리기 내부에서의 압력강하와 종래의 분리기 내부의 압력 강하를 비교한 상태를 나타내는 그래프로서, 도시한 바와 같이 분체 분리기(12a)에서 유체유속의 변화에 따른 압력 강하는 유체의 유속이 증가함에 따라 증가하는 경향이 나타나는 바, 분리기 내부에서의 난류 현상이 증가하며 유체와 분체 혼합물이 하강 및 상승 소용돌이 운동을 하며 갖게되는 운동에너지가 증가하므로 그에 따른 관성력도 증가하기 때문이다.

상기 도 4의 그래프 상의 실선은 종래 분리장치의 분리기 내부에서의 압력 강하를 나타내고, 점선은 본 발명의 분리기 내부에서의 압력 강하를 나타내는 바, 종래 분리장치의 분리기보다 본 발명의 분리장치의 분리기를 사용함으로서, 압력 강하를 줄일 수 있음을 보여준다.

한편, 도 5는 본 발명에 따른 분체 분리장치의 분리기 내부 차단판의 길이 변화에 따른 압력강하 상태를 나타내는 그래프로서, 본 발명의 분리기 내부에 설치되는 차단판(22a),(22b),(22c)의 종방향 길이 변화에 따른 내부 압력 변화를 나타내는 바, 가는 실선은 종래의 중공관(24)의 길이와 같은 길이로 차단판(22a),(22b),(22c)을 형성한 결과이고, 굵은 실선은 차단판을 종래의 중공관 길이의 1.5배로 길게 형성한 결과치이며, 점선은 종래의 중공관의 길이에 절반 크기로 형성한 결과치이다.

이에 상기 각 차단판의 길이에 따른 압력 변화치를 비교하여 보면 차단판의 길이를 길게할수록 분리기의 내부에서 압력 강하가 증가되는 것을 알 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 분체 분리장치의 분리기의 입자 분리 효율과 종래의 분리기의 분리 효율을 비교한 상태를 나타내는 그래프로서, 유체(공기) 유속의 변화에 따른 효율변화를 나타내는 바, 그래프상의 실선은 종래의 분리 장치의 분리기를 사용한 경우이고, 점선은 본 발명의 분리장치의 분리기를 사용한 경우이다.

이에 상기 본 발명의 분리장치의 분리기를 사용하는 경우, 종래의 분리장치의 분리기와 동일 조건하에서 유체와 분체의 분리 효율이 증가하는 것을 알 수 있다.

여기서 도 7은 본 발명에 따른 분체 분리장치의 분리기 내부 차단판의 길이변화에 따른 분체 분리 효율을 비교한 상태를 나타내는 그래프로서, 차단판의 길이가 유체와 분체 혼합물의 분리에 미치는 영향을 검토하기 위해 차단판의 길이를 앞서 상술한 바와 같이 변화시켜가며 유체와 분체의 분리 효율을 측정한 것인바, 가는실선은 종래의 중공관(24)의 길이와 같은 길이로 차단판(22a),(22b),(22c)을 형성한 결과이고, 굵은 실선은 차단판을 종래의 중공관 길이의 1.5배로 길게 형성한 결과치이며, 점선은 종래의 중공관의 길이에 절반 크기로 형성한 결과치이다.

이에 차단판의 종방향 길이를 종래의 중공관의 길이와 같게 형성하게 되면 분리효율이 가장 좋게 나타난다.

이상 상술한 바와 같이 본 발명에 따른 분체 분리장치의 분리기 구조에 의하면 분체 분리장치의 분리기 내부에 차단판을 설치함으로써, 분리기 내부의 압력 강하의 감소를 가져와 유체와 분체의 분리 효율를 증가시킬 수 있고, 조업에너지의 절감 효과가 크게 향상되는 장점이 있다.

Claims (2)

1. 유체와 분체를 분리하는 분체 분리장치의 분리기 구조에 있어서, 상기 분리기(12a)의 내경 중심부에서 내경면 방향으로 다수의 서로 다른 크기의 차단판을 작은 것부터 차례대로 엇갈리게 설치하여서 이루어 진 것을 특징으로 하는 분체 분리장치의 분리기 구조.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 차단판은 반원형으로 형성된 것을 특징으로 하는 분체 분리장치의 분리기 구조.