KR20040042535A

KR20040042535A - 스프레이쿨러의 주름판 중첩식 충진재

Info

Publication number: KR20040042535A
Application number: KR1020020070846A
Authority: KR
Inventors: 김효균
Original assignee: 주식회사 포스코
Priority date: 2002-11-14
Filing date: 2002-11-14
Publication date: 2004-05-20

Abstract

본 발명은 공기분리장치의 수세탑 내부에서 압축된 고온공기를 냉각수와 접촉시켜 수용성 이물질을 제거하면서 동시에 압축공기의 온도를 낮추어 주는 스프레이쿨러(spray cooler)의 충진재에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 다수의 공기 통과용 구멍을 구비하고 경사각을 이루면서 지그재그형태로 접혀진 금속 박판의 주름판을 다수개 모서리부를 서로 접착하여 하나의 원형기둥형태로 주름판 몸체를 구성하고, 이 주름판 몸체를 상하로 다수개 적층하되 주름판의 경사각이 각각 반대방향으로 절환되게 적층하여 주름판 표면으로 냉각수가 저속으로 흐르도록 하여, 공기와 냉각수의 표면, 공간접촉을 통한 열교환효율을 향상시키고, 수직 지지로 자중에 의한 찌그러짐을 방지하며, 세척작업시 세척제가 주름판 표면을 타고 저속으로 흘러 완벽한 세척을 기할 수 있는 스프레이쿨러의 주름판 중첩식 충진재에 관한 것이다.

Description

스프레이쿨러의 주름판 중첩식 충진재{Filling materials of spray cooler having excellent heat exchange efficiency}

일반적으로, 스프레이쿨러(spray cooler)를 필수적으로 구비하는 공기분리장치(air separation unit)의 공정을 도 1을 참조로 살펴 보면, 여과장치(미도시)를 거치면서 불순물이 제거된 대기중의 공기는 원료공기 압축부(1)에서 고압으로 압축되며, 이 과정에서 온도가 상승되어 스프레이쿨러(2)로는 고온공기(90)가 유입되게 된다.

그리고, 도 2에 도시된 바와 같이, 유입된 고온공기(90)는 스프레이쿨러(2)내의 충진재(11)사이를 통과하여 상승하면서 상부로부터의 냉각수(80)와의 접촉을 통해 온도가 하락되고, 대응하여 냉각수(80) 온도는 상승하면서 냉각수(80)는 비중차에 의해 아래로 떨어지게 된다. 이때, 공기(90)속에 포함되었던 수용성 물질은 냉각수(80)와의 접촉과정에서 냉각수(80)에 포함되어 제거되어진다.

다음으로, 스프레이쿨러(2) 출구로 배출된 상온(25~30℃)의 공기는 한냉발생부(3)를 거치면서 액화가능 온도까지 하락된 후, 산소, 질소, 아르곤과 같은 제품가스 생산부인 정류부(5)로 유입되어 비점차에 의해 제품가스가 생산되어져 저장 및 압송부(6)를 거쳐 사용 공장(7)에 공급되게 된다.

이와 같은 공기분리장치에 있어서 필수적인 스프레이쿨러(2)의 충진재에 대하여 살펴 본다.

종래에는 도 2와 같이, 스프레이쿨러(2) 내부의 다량의 충진재(11)는 상부 맨홀을 통해 일정량씩 단위 포대에 담겨 작업자에 의해 투입되었으며, 투입되는 과정에서 부딪혀 일부는 손상되고, 충진 완료후 충진재(11)의 배열 상태가 불규칙적이었다.

이로 인해 작동시 공기(90)의 흐름과 냉각수(80)의 흐름 분포가 전반적으로 불규칙하게 되어 열교환 효율이 극히 저하되었으며, 이 점은 어느 방향은 통로는 크고 어느 방향의 통로는 협소하여 발생된다고 볼 수 있다.

그리고, 상부에서 자유 낙하하는 냉각수(80)는 충진재(11)의 빈 공간을 통해 자유 낙하하므로 입자가 큰 물방울의 낙하속도에 가속도가 붙어 공기(90)와의 접촉시간이 짧아 공기(90)의 잠열을 빼앗는 시간이 짧게 되어 냉각효율이 저하되는 문제가 있다.

종래의 충진재(11)의 형태를 도 3을 참조로 상세히 살펴 보면, 둥근 원통형태(지름:50~100A, 길이:50~100㎜)로서 용량에 따라 충진되는 충진재(11)의 높이가 10~15m 정도 쌓이게 된다.

나아가, 장기간 냉각수(80)와 고온공기(90)의 접촉에 따라 충진재(11) 표면에는 녹조류, 이끼류 성분이 부착되어 열접촉 효율을 저하시키고 충진재(11)의 강도를 저하시켜 충진재(11)의 자중에 의해 특정층을 파손시켜 공기(90)와 냉각수(80)의 접촉 통로를 일부 폐쇄시켜 폐쇄구역을 제외한 다른 통로로 열접촉이 집중적으로 발생되어 냉각 효율이 저하되곤 하였다.

이를 방지하기 위해, 녹조류, 이끼류 부착 증대시 세척장치(81)를 이용하여 세척제를 투입함으로써 충진재(11) 표면에 부착된 불순물을 청소하게 되는데, 세척제의 충진재(11) 틀 표면에의 접촉이 불량하게 이루어져 청소 효과가 극히 미미하였다.

본 발명은 상기와 같은 제반 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로서, 다수의 공기 통과용 구멍을 구비하고 경사각을 이루면서 지그재그형태로 접혀진 금속 박판의 주름판을 다수개 모서리부를 서로 접착하여 하나의 원형기둥형태로 주름판 몸체를 구성하고, 이 주름판 몸체를 상하로 다수개 적층하되 주름판의 경사각이 각각 반대방향으로 절환되게 적층하여 주름판 표면으로 냉각수가 저속으로 흐르도록하여, 공기와 냉각수의 표면, 공간접촉을 통한 열교환효율을 향상시키고, 수직 지지로 자중에 의한 찌그러짐을 방지하며, 세척작업시 세척제가 주름판 표면을 타고 저속으로 흘러 완벽한 세척을 기할 수 있는 스프레이쿨러의 주름판 중첩식 충진재를 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적 및 장점들은 하기에 설명될 것이며, 본 발명의 실시에 의해 알게 될 것이다. 또한, 본 발명의 목적 및 장점들은 첨부된 특허청구범위에 나타낸 수단 및 조합에 의해 실현될 수 있다.

도 1은 공기분리장치의 공정도,

도 2는 종래의 스프레이쿨러(spray cooler) 개략도,

도 3은 종래의 스프레이쿨러의 내부 충진재를 보여주는 사시도,

도 4는 본 발명에 따른 스프레이쿨러의 주름판 중첩식 충진재를 보여주는 도면,

도 5는 본 발명에 따른 스프레이쿨러의 주름판 중첩식 충진재 요부를 발췌하여 보여주는 도면,

도 6과 도 7은 본 발명에 따른 스프레이쿨러의 주름판 중첩식 충진재의 작용 설명도,

도 8은 본 발명에 따른 스프레이쿨러의 주름판 중첩식 충진재의 구성과 작용을 전체적으로 보여주는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

2 : 스프레이쿨러(spray cooler) 11 : 충진재

80 : 냉각수 81 : 세척장치

90 : 공기 100 : 주름판 몸체

101 : 주름판 102 : 구멍

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 스프레이쿨러의 주름판 중첩식 충진재는, 공기분리장치의 수세탑 내부에서 하부로부터의 압축된 고온공기(90)를 상부로부터의 냉각수(80)와 접촉시켜 수용성 이물질을 제거하면서 동시에 상기 공기(90)의 온도를 낮추는 스프레이쿨러(spray cooler)(2)의 충진재(11)에 있어서, 경사각을 이루면서 지그재그 형태로 접힌 모양으로, 다수의 공기 통과용 구멍(102)을 일체로 구비하는 박판의 금속 주름판(101) 다수개를 그 사이에 사각의 공간부가 생기도록 모서리부를 상호 반복 접착하여 일정 높이와 구경을 가지는 원기둥형태로 주름판 몸체(100)를 형성하고, 이렇게 형성된 상기 주름판 몸체(100)를 순차적으로 하부로부터 다수개 적층하되 각각 포함하는 상기 주름판(101)의 경사각이 절환 반복되도록 하여, 상기 주름판(101)의 상기 구멍(102)을 통해 상기 공기(90)가 하부에서 상부로 연속적으로 흐르고, 상기 냉각수(80)는 상기 주름판(101)의 경사면을 타고 흐르도록 하여 상호 열교환이 이루어지게 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조로 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

도 4와 도 5 및 도 8은 본 발명에 따른 스프레이쿨러의 주름판 중첩식 충진재의 구성을 보여주는 도면들이다.

이를 참조하면, 부식이 되지 않고 충분한 강도를 가지는 박판의 금속 주름판(101)이 45˚각도를 이루면서 지그재그 형태로 접힌 모양으로, 공기가 통할 수 있는 다수의 구멍(102)을 구비하고 있다.

이와 같은 주름판(101)들은 하나의 주름판(101)의 볼록부의 직선부와 다른 하나의 주름판(101)의 오목부의 직선부가 점용접 형태로 순차적으로 접착되어 일정한 높이와 구경을 가지는 원기둥형태를 이루어 하나의 주름판 몸체(100)를 구성하게 된다.

즉, 원기둥형태 중심부의 주름판(101) 길이는 가장 길며, 가장자리 끝부분의 주름판(101)은 순차적으로 조금씩 작아져 가장 작은 것이 위치한다.

전술한 주름판(101)간의 접착을 통해 그 사이에는 사각형태의 공간부가 생김으로써 공기(90)층이 이곳에 순간 머문 다음, 다음 구멍(102)을 통과하게 된다.

나아가, 원기둥형태의 주름판 몸체(100)는 스프레이쿨러(spray cooler)(2)의 지지틀 위에 순차적으로 하부층으로부터 적층되어 전체적인 열교환부를 이루게 되며, 스프레이쿨러(2)의 내부 구경에 맞게 헐거운 끼워 맞춤 정도로 삽입된다.

이로써, 겹겹이 쌓이는 주름판 몸체(100)의 주름판(101) 표면으로 냉각수(80)가 경사면을 타고 흐르게 되는데, 하나의 주름판 몸체(100)를 통과 후 다음 주름판 몸체(100)를 경유시는 흐름 방향이 반대로 바뀌어 최대한 그 흐름속도가 감소되게 된다.

그리고, 주름판(101)의 구멍(102)을 통해 공기(90)는 하부에서 상부로 연속적으로 흐르게 되며, 주름판(101)은 45˚경사각으로 기울어져 있어 그 표면으로 냉각수(80)가 흘르면서 열교환이 이루어지게 된다.

이상과 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 스프레이쿨러의 주름판 중첩식 충진재의 작용을 도 6과 도 7 및 도 8을 참조로 이하 설명한다.

본 발명에 따르면, 스프레이쿨러(2) 하부로 유입되는 공기(90)의 주름판 구멍(102) 통과시 주름판(101) 경사면을 타고 흐르는 냉각수(80)와의 표면 및 공간 접촉에 의해 공기(90) 온도는 하락되고 냉각수(80) 온도는 상승되는 열교환이 이루어진다.

이러한 열교환 작용외에, 도 7에서와 같이, 주름판(101)의 구멍(102)을 통과하는 고압, 고온의 공기(90)는 구멍(102)을 통과하기 전의 공기 구역층(90-a)에서 구멍(102)을 통해 다음 주름판(101)의 공기구역층(90-b)으로 분출시 단열팽창이 일어나 이때, 순간적으로 미세하나마 압력저하 및 온도저하가 공기부피 증가와 동시에 이루어지게 되며, 이것은 주지의 보일샤를의 법칙에 의한다.

이와 같은 작용은 연속적으로 이루어지므로 P1T1＞P2T2＞P3T3＞PnTn가 성립되어 냉각수(80)와 공기(90)의 접촉에 의한 냉각효과와는 별도의 추가 온도 하락이 일어나 열교환 효과가 보다 더 향상되게 된다.

한편, 주름판(101)은 45˚경사각을 이루면서 지그재그 형태로 접힌 모양을 가져 주름판(101) 경사 표면으로 냉각수(80)가 지그재그 형태로 자연스럽게 흘러내려 접촉 시간을 지연시키는 작용을 하게 되며, 냉각수(80) 물방울의 자연 낙하에 의한 가속도 발생을 방지하여 고온공기(90)의 잠열을 최대한 빼앗게 된다.

또한, 순차적으로 적층된 주름판 몸체(100)는 수직 형태의 일정한 하중 분포를 가져 자중에 의한 찌그러짐 현상을 방지한다.

나아가, 장기간 사용후 주름판(101) 표면에 부착되는 녹조류, 이끼류와 같은 불순성분은 정기적인 설비 휴지시 세척장치(81)를 이용하여 청소되는데, 이때 세척제의 흐름 상태와 접촉 상태가 냉각수(80)의 흐름, 접촉과 동일하게 이루어지게 되어 불순물 제거가 완벽하게 이루어지게 된다.

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

본 발명에 따르면, 표면, 공간 접촉 및 단열팽창에 의한 추가 온도하락 등으로 냉각효과가 우수하고, 전체적으로 고른 하중분포를 이루어 자중에 의한 찌그러짐이 방지되며, 불순물 부착에 따른 열효율 저하시의 세척작업을 완벽히 처리할 수 있는 스프레이쿨러의 충진재가 제공되게 되어, 조업안정과 설비능력 향상 및 비용절감을 꾀할 수 있는 효과가 달성된다.

Claims

공기분리장치의 수세탑 내부에서 하부로부터의 압축된 고온공기(90)를 상부로부터의 냉각수(80)와 접촉시켜 수용성 이물질을 제거하면서 동시에 상기 공기(90)의 온도를 낮추는 스프레이쿨러(spray cooler)(2)의 충진재(11)에 있어서,

경사각을 이루면서 지그재그 형태로 접힌 모양으로, 다수의 공기 통과용 구멍(102)을 일체로 구비하는 박판의 금속 주름판(101) 다수개를 그 사이에 사각의 공간부가 생기도록 모서리부를 상호 반복 접착하여 일정 높이와 구경을 가지는 원기둥형태로 주름판 몸체(100)를 형성하고, 이렇게 형성된 상기 주름판 몸체(100)를 순차적으로 하부로부터 다수개 적층하되 각각 포함하는 상기 주름판(101)의 경사각이 절환 반복되도록 하여,

상기 주름판(101)의 상기 구멍(102)을 통해 상기 공기(90)가 하부에서 상부로 연속적으로 흐르고, 상기 냉각수(80)는 상기 주름판(101)의 경사면을 타고 흐르도록 하여 상호 열교환이 이루어지게 하는 스프레이쿨러의 주름판 중첩식 충진재.