KR20130006372A - 공기류로부터 액체를 분리하기 위한 분리장치 - Google Patents

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Abstract

분리장치(1)는 공기로부터 수분의 흐름(6)을 분리하기 위해 흡기 덕트(41)의 저면으로부터 상방향으로 돌출하는 다수의 베인(2)을 포함한다. 이 분리장치(1)는 또 와류 효과를 이용하여 수분과 공기의 분리를 증대하는 하이드로 사이클론(4)을 포함한다.

Description

공기류로부터 액체를 분리하기 위한 분리장치{SEPARATOR FOR REMOVING LIQUID FROM AIRFLOW}
본 발명은 공기류로부터 수분을 분리하기 위한 분리장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 가스 터빈의 흡기 시스템에 적용할 수 있으나 기체로부터 액체의 분리가 요구되는 기타의 상황에 사용될 수 있다.
가스 터빈의 최적의 작동을 위해, 가능한 많은 양의 수분이 흡기로부터 제거되어야 한다. 기존의 흡기 시스템은 일반적으로 수분의 분리 및 입자 여과의 2단계를 구현하고 있다. 다양한 유형의 필터(예, 심층 여과 매체)가 사용될 수 있고, 베인(vanes)이 통과 중인 수분을 포획하여 이것을 시스템으로부터 제거하기 위해 흡기관 내에 배열될 수 있다. 스프레이 후드(Spray hoods)가 낙하하는 액적이 시스템 내에 진입하는 것을 방지하기 위해 사용될 수 있다.
기타 공지의 수분 제거 수단은 예를 들면 코얼레서(coalescers), 소수성 필터 및 원심분리장치를 포함한다. 이들 종래기술의 장치는 각각 공기류에 상당한 방해가 되고 그 결과 흡기의 높은 압력 강하가 유발된다.
이와 같은 전통적인 수단은 예를 들면 흡기 내에 혼입된 습기 액적과 같은 소형의 수적을 제거하는데 우수하지만 시스템 내에 진입하는 다량의 액체에 대해서는 능력 부족이다. 본 명세서의 "다량 액체"라는 용어는 흡기 덕트 내로 진입하는 공기류와 독립적으로 다량으로 유동하고 또 공기류 내에 혼입된 액적이기 보다는 중력의 영향 하에서 덕트의 저면을 따라 유동하는 액체를 포함하기 위한 것이다. 실제로, 양쪽 유형의 액체류가 흡기 내에 존재할 수 있다. 예를 들면, 선박의 가스 터빈 흡기는 대형 파도에 의해 침수될 수 있고, 이 것은 흡기 시스템 내에 진입하여 전통적인 수분 제거 수단을 침수시킬 수 있다. 수분 내의 염분의 존재는 이것이 가스 터빈에 도달하는 경우 손상의 가능성을 더한다.
본 발명의 하나의 태양은 가스 터빈의 흡기 덕트의 저면 또는 측면 상에 장착하기 위한 그리고 덕트 내에 진입하는 다량 액체를 제거하기 위한 분리장치를 제공하는 것으로서, 이 분리장치는 액체류를 포획하여 가스 터빈으로부터 멀어지는 방향으로 안내하기 위해 상방향으로 돌출하는 하나 이상의 유동 안내 부재를 포함한다.
본 발명의 다른 태양은 공기류가 가스 터빈으로 유동시키는 덕트 및 공기류로부터 액체를 분리하기 위해 덕트의 저면 또는 측면에 배치되는 분리장치를 포함하고, 이 분리장치는 유동 방향을 따라 연장하고, 그 결과 덕트 내로 진입하는 액체의 적어도 일부는 분리장치의 상측 및 내부로 진입하고, 이 분리장치는 액체를 포획하여 가스 터빈으로부터 멀어지는 방향으로 안내하기 위해 하측 덕트 상에서 상방으로 돌출하는 하나 이상의 유동 안내 부재를 포함한다.
본 발명의 추가의 태양은 공기류로부터 수분을 제거하기 위한 가스 터빈용 흡기 시스템을 제공하는 것으로, 이 시스템은 제 1 수분/공기 분리장치가 상류 위치에 위치되고, 제 2 수분/공기 분리장치가 상기 제 1 분리장치의 하류에 위치되는 덕트를 포함하고, 상기 제 2 분리장치는 제 1 분리장치를 통과하는 다량의 수분을 제거하기 위해 덕트의 하면 또는 측면 상에 제공된다.
본 발명에 의해 전술한 종래기술의 문제점을 극복하는 공기류로부터 액체를 분리하기 위한 분리장치가 제공된다.
이하 본 발명의 첨부한 개략도를 참조하여 단지 예시적인 실시예들의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 분리장치의 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 실시예에 따른 분리장치의 평면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 사시도의 실시예이다.
도 4는 가스 터빈용 흡기 시스템의 단면도이다.
도 5는 유동 안내 부재의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 분리장치의 단면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 실시예의 사시도이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 수분 분리장치(1)의 단면도이다. 이 분리장치(1)는 흡기 덕트의 저면 상에 위치된다. 공기 및 수분의 흐름(6)은 도 1의 우측으로부터 화살표(6)에 의해 도시되는 방향으로 분리장치 상에 충돌한다. 이 분리장치(1)는 흐름(6)의 적어도 일부를 포획하여 분리장치(1)의 저면(8)으로 안내하기 위해 흐름(6) 내로 상방으로 돌출하는 일련의 유동 안내 부재(2)를 포함하고, 상기 저면은 본 명세서에서 트레이(8)로도 불린다. 트레이 내에 포획된 수분은 이하에서 더욱 상세히 설명되는 바와 같이 배출 구멍을 통해 배출된다.
유동 안내 부재(2)는 다수의 베인(2)을 포함한다. 이 베인(2)은 베인(2)의 저부를 지지하는 일련의 슬롯(9)을 포함하는 측면 장착부(3) 내에 장착된다. 슬롯(9)은 베인의 상측에서 유동하는 임의의 수분을 가능한 한 다량으로 포획하기 위해 베인이 유동 방향을 향해 상방으로 돌출하도록 각도를 이루고 있다. 베인은 태크 용접(tack-welding)과 같은 적합한 수단을 이용하여 장착부에 부착될 수 있다.
분리장치(1)는 공기로부터 수분을 분리하도록 설계된 2개의 주요 부분을 갖고, 제 1 부분은 일련의 베인(2)을 포함한다. 제 2 부분은 하이드로 사이클론(hydro-cyclone)이라고도 불리는 원형 단면의 부분(4)을 포함한다. 사용 중에 포획된 수분 및 공기의 흐름은 도 1에 도시된 바와 같이 트레이(8)를 따라 좌측방향으로 유동하여 하이드로 사이클론(4) 내에 진입한다. 여기서, 상기 흐름은 화살표(10)로 도시된 바와 같이 원형의 경로를 취하면서 하이드로 사이클론의 윤곽을 따른다. 수분 및 공기의 흐름은 하이드로 사이클론 내에서 와류를 유도하고, 원심 효과는 하이드로 사이클론(4)의 외주로 수분을 밀어낸다. 그러면 수분은 배출 구멍(5)을 통해 분리장치(1)의 외부로 배출되고, 공기는 흡기 덕트 내로 상방으로 탈출하여 가스 터빈의 흡기에 여전히 일조한다. 선택에 따라 진공 펌프(도시되지 않음)가 사이클론 효과를 촉진하기 위해 하이드로 사이클론에 연결될 수 있다. 제 1 부분 및 제 2 부분은 흐름으로부터 수분의 제거를 향상시키도록 상호 연동한다.
도 2는 분리장치(1)의 평면도이다. 이 분리장치(1)는 수분 포획을 최대화하기 위해 흡기 덕트의 전폭을 점유한다. 도 3은 분리장치의 사시도이다. 공기 배출 슈트(21)는 분리장치(1)의 하류측 단부의 인접부에 제공된다.
도 4는 덕트(44)를 포함하는 가스 터빈(42)용 흡기 시스템(41)의 개략 단면도이다. 화살표(40)는 시스템(41)을 통한 유동 방향을 도시한다. 종래의 여과 망(45)이 덕트의 입구에 배치되어 있다. 분리장치(1)는 수평에 대해 θ의 각도를 이루는 덕트(44)의 저면(43) 상에 배치되어 있다. θ는 약 35도인 것이 바람직하지만 극단적으로 저면은 수평하거나 수평에 대해 90도에 접근하는 각도일 수 있다. θ는 20 내지 50도의 범위인 것이 바람직하다. 이 분리장치(1)는 바람직한 실시예에서 유동 방향에서 하방향으로 경사를 이룬다. 이 분리장치(1)는 종래의 여과 망의 하류측에 위치되고, 따라서 이 분리장치(1)는 초기의 여과 망(45)을 통해 유입되는 수분의 다량 유동의 경로 내에 직접 위치된다. 이 분리장치(1)는 이와 같은 다량 유동을 포획할 뿐 아니라 분리장치(1) 내로 진입하는 공기류 내에 혼입된 수적을 포획한다. 덕트 벽의 저면은 분리장치의 측면과 동일면을 이룬다. 더욱 전통적인 필터가 분리장치의 상류측 또는 하류측의 덕트 내에 제공될 수 있다. 또한 분리장치는 덕트의 저면 뿐 아니라 측 부분을 점유하도록 구성될 수 있거나 또는 분리장치는 덕트의 측면에서 이클립스(eclipsed)될 수 있다. 도면에 도시되지 않은 하나의 대안적 실시예에서, 분리장치(1)는 종래의 여과 망(45)의 상류측에 제공될 수 있고, 이 경우 다량의 수분의 진입에 의한 손상으로부터 종래의 여과 망을 보호해 준다.
도 5는 분리장치(1)의 일부를 형성하는 베인(2)의 단면도이다. 공기 및 수분의 흐름(6)은 도 5의 좌측으로부터 베인(2)에 충돌한다. 베인(2)은 수분과 공기의 분리를 촉진하는 굴곡진 형태를 갖는다.
도 6은 제 1 실시예와 동일한 치수의 분리장치(60)의 제 2 실시예의 중간 단면도이다. 이 분리장치(60)는 제 1 실시예의 것보다 작고 따라서 베인(2)의 면적을 최대화하는 약간 다른 공기 배출 슈트(71)를 갖는다. 도 6에 도시된 바와 같은 바람직한 실시예에서, 다수의 베인(6)이 제공되어 있으나, 베인은 임의의 적합한 개수로 제공될 수 있다. 컴퓨터에 의한 유체 역학 분석에 의하면 공기류의 7%는 분리장치(1)를 통과하지만 흡기 덕트의 하측의 위치는 흡기 덕트 내에 진입할 수 있는 다량 수분의 비교적 다량을 포획한다. 이 분리장치는 1m 폭의 덕트에 대해 1초당 적어도 20리터의 다량 수분을 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 분리장치(1)는 이와 같은 분리장치를 갖지 않는 종래기술의 흡기 시스템에 비해 많은 이점을 제공한다. 이 분리장치는 수분이 터빈 내에 진입하는 것을 방지하기 위한 추가의 "최종 장치"를 제공하고, 그 결과 최초의 필터의 수용능력이 초과된 경우에도 다량 수분 가스 터빈 내로 파국적으로 진입하는 것이 방지될 수 있다. 따라서 이 분리장치는 흡기 내에 수분의 혼입을 방지하고 엔진 및 기타 하류측 장치의 수분에 의한 손상을 방지한다. 그러므로 연속적인 시스템의 작동이 촉진되고 가스 터빈의 신뢰성이 증가된다.
이 분리장치는 임의의 흡기 덕트에 적합하도록 설계될 수 있고, 기존의 흡기 장치에 추가 도입될 수 있다. 이 분리장치는 공기류의 압력 손실을 최소화한다. 전술한 바와 같이 유입되는 공기의 7%는 이 분리장치를 통과한다. 더욱, 이 장치는 움직이는 부품을 갖지 않고, 유지보수가 불필요하므로 가동 비용이 발생하지 않는다.
선박에 설치되는 경우, 본 발명은 선박과 그 시스템을 가동 상태에 유지하고 가스 터빈의 수리 및 교체에 드는 고비용을 회피하는 추가의 이점을 제공한다.
바람직한 실시예에서, 이 분리장치는 양호한 강도 및 내부식성 및 비교적 저중량으로 인해 전체가 알루미늄으로 제작된다. 대안적인 재료는 예를 들렴 스텐레스강 또는 플라스틱을 포함한다. 추가의 실시예에서 분리장치의 하측에 수분의 진입을 포집하기 위한 실질적인 섬프(sump)를 포함하는 것이 제안된다. 선박에서 이것은 선박 구조의 주위의 영역의 실질적인 재설계가 필요할 수 있다.

Claims (16)

  1. 가스 터빈의 흡기 덕트의 저면 또는 측면 상에 장착하기 위한 그리고 상기 덕트 내에 진입하는 액체를 제거하기 위한 분리장치로서, 상기 분리장치는 액체류를 포획하고 상기 액체를 상기 가스 터빈으로부터 멀어지는 방향으로 안내하기 위해 상방향으로 돌출하는 하나 이상의 유동 안내 부재를 포함하는
    분리장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 분리장치의 하류측 영역은 대체로 원형 단면을 갖고, 이것에 의해 공기 및 액체의 흐름은 상기 하류측 영역 내에서 대체로 원형의 경로를 따르는
    분리장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 분리장치는 수평에 대해 약 35도의 각도로 배치되는
    분리장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 유동 안내 부재는 베인을 포함하는
    분리장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 베인은 제 1 및 제 2 측벽을 포함하는 프레임 내에 장착되는
    분리장치.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 베인은 상기 측벽을 지나서 상방향으로 연장하는
    분리장치.
  7. 제 4 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    트레이가 상기 분리장치의 상기 하류측 영역을 향해 액체를 안내하도록 상기 베인의 하측에 제공되는
    분리장치.
  8. 제 4 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베인은 상기 유동 방향에 대해 경사지게 배향되는
    분리장치.
  9. 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베인은 산형(chevron)으로 배열되는
    분리장치.
  10. 제 4 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 베인은 유동 방향을 향해 베인에 각도를 부여하는 측면 장착부 내에 장착되고, 이것에 의해 상기 액체류는 하방향으로 상기 덕트의 외부로 안내되는
    분리장치.
  11. 가스 터빈으로 공기가 유동하는 덕트 및 상기 공기류로부터 액체를 분리하기 위해 상기 덕트의 저면 또는 측면에 배치되는 분리장치를 포함하는 가스 터빈용 흡기 시스템으로서, 상기 분리장치는 유동 방향을 따라 연장하고, 이것에 의해 상기 덕트 내에 진입하는 액체의 적어도 일부는 상기 분리장치의 상측 및 내측으로 유동하고, 상기 분리장치는 상기 액체를 포획하여 상기 가스 터빈으로부터 멀어지는 방향으로 안내하기 위해 상기 덕트의 저면 상에서 상방으로 돌출하는 하나 이상의 유동 안내 부재를 포함하는
    가스 터빈용 흡기 시스템.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 분리장치의 하류측 영역은 대체로 원형 단면을 갖고, 이것에 의해 공기 및 액체의 흐름은 상기 하류측 영역에서 대체로 원형의 경로를 따르는
    가스 터빈용 흡기 시스템.
  13. 공기류로부터 수분을 제거하기 위한 가스 터빈용 흡기 시스템으로서, 상기 시스템은 제 1 수분/공기 분리장치가 상류 위치에 위치되고, 제 2 수분/공기 분리장치가 상기 분리장치의 하류 위치에 위치되는 덕트를 포함하고, 상기 제 2 분리장치는 상기 제 1 분리장치를 통과한 다량 수분을 제거하기 위해 상기 덕트의 하면 또는 측면 상에 제공되는
    가스 터빈용 흡기 시스템.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 분리장치는 1m 폭의 덕트에 대해 1초당 적어도 20리터의 수분을 제거할 수 있는
    가스 터빈용 흡기 시스템.
  15. 본 명세서에서 첨부한 도면들에 관련하여 실질적으로 기재된 분리장치.
  16. 본 명세서에서 첨부한 도면들에 관련하여 실질적으로 기재된 가스 터빈용 흡기 시스템.
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