KR20140092989A - 2개의 유입관을 구비한 입자분리장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 2개의 유입관을 구비한 입자분리장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 입자분리장치의 본체 내부로 가스성분을 유입시키는 유입관을 이단으로 형성하되 둘 중 하나는 본체 내벽면에 접하여 고체입자가 포함된 혼합가스를 유입하여 선회하도록 하고, 다른 하나는 고체입자가 정제된 정제가스를 유입하여 선회유량을 증가시키고, 내벽면을 따라 선회하는 혼합가스를 본체 내벽면 방향으로 가압시켜 혼합가스를 본체 내벽면에 더욱 밀착하여 선회가 이루어지도록 함으로써 선회반경 증가로 인한 원심력증가로 고체성분의 분리효율성을 향상시키는 2개의 유입관을 구비한 입자분리장치에 관한 것이다.

Description

2개의 유입관을 구비한 입자분리장치{APPARATUS FOR SEPARATING PARTICLES WITH TWO INLET PIPE}

본 발명은 2개의 유입관을 구비한 입자분리장치에 관한 것으로, 더 상세하게는 입자분리장치의 본체 내부로 가스성분을 유입시키는 유입관을 이단으로 형성하되 둘 중 하나는 본체 내벽면에 접하여 고체입자가 포함된 혼합가스를 유입하여 선회하도록 하고, 다른 하나는 고체입자가 정제된 정제가스를 유입하여 선회유량을 증가시키고 내벽면을 따라 선회하는 혼합가스를 본체 내벽면 방향으로 가압시켜 혼합가스를 본체 내벽면에 더욱 밀착하여 선회가 이루어지도록 함으로써 선회유량과 선회반경 증가로 인한 원심력증가로 고체성분의 분리효율성을 향상시키는 2개의 유입관을 구비한 입자분리장치에 관한 것이다.

기체와 고체입자 등 서로 다른 두 상의 혼합물을 원심력으로 분리하는 장치 중 대표적인 것이 사이클론이다. 특히 배가스에 포함된 분진을 원심력으로 분리 제거하는 사이클론 집진기술은 철강공정, 소각공정, 시멘트공정, 연소공정, 제지공정, 코크스공정 등 대부분의 분진 발생공정에 적용되는 등 산업현장에 널리 사용되고 있다.

이러한 사이클론은 대표적으로 상부원통부와 하부원추부로 구성되는 본체와, 상기 본체 하부에 연통 설치되는 포집챔버와, 상기 상부원통부에 일부 내입되어 선회유도코어 역할을 하면서 가스를 외부로 배출시키는 가스배출관과, 상기 상부원통부의 측면과 연통되어 고체입자가 혼합된 혼합가스를 선회되도록 유입하는 가스 유입구로 구성된다.

상기 종래 사이클론은 유입구를 통해 혼합가스를 본체 내부로 유입하고, 유입된 혼합가스는 가스배출관에 의해 본체 내벽으로 유도되어 선회하면서 하강하게 된다. 이와같이 본체 내벽면을 따라 선회하는 과정에서 가스에 포함된 고체입자는 원심력에 의해 외측인 본체 내벽에 더욱 밀착되면서 하강하여 선회력이 낮아지면서 가스성분과 고체입자의 분리가 이루어지며, 분리된 고체입자는 하강하여 본체 하부의 포집챔버로 포집되고, 분리된 가스성분은 축중심에 배치된 가스배출관을 통해 배출이 이루어진다.

상술된 바와같이 종래 입자분리기는 혼합가스 내에서의 가스성분과 고체입자의 분리효율을 증대시키기 위해 본체형태를 변경하거나, 가스배출관의 위치를 한정하거나, 고체입자를 분리한 가스성분을 배출하는 방향을 선회방향과 동일한 방향으로 하는 등 다양한 방법이 시도되고 있으며, 시설설치환경에 따라 선택적으로 적용하여 분리효율의 최적화가 이루어지도록 한다.

따라서, 입자분리효율을 극대화시킬 수 있는 방법이 많을수록 이 중 선택적으로 적용하여 설치환경에 적합한 입자분리장치의 제공이 가능함으로, 입자효율을 극대화시킬 수 있는 새로운 방식을 제시할 수 있는 장치에 대한 연구가 더 필요하다.

이에 본 발명에 따른 2개의 유입관을 구비한 입자분리장치는,

하나의 유입관을 통해 고체입자가 포함된 혼합가스를 입자분리장치 본체 내벽에 접선방향으로 유입되도록 하고, 다른 유입관으로는 고체입자가 제거된 정제가스를 본체 내측으로 유입하되 정제가스가 혼합가스를 가압하여 선회유량을 증가시키고 혼합가스를 본체 내벽으로 밀착시켜 회전반경을 최대한으로 제공하여 고체입자의 분리효율을 극대화시킬 수 있는 입자분리장치의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 해소하기 위한 본 발명의 2개의 유입관을 구비한 입자분리장치는,

고압으로 이송되는 혼합가스로부터 고체입자를 분리하는 입자분리장치에 있어서, 고체입자가 혼합된 혼합가스가 유입하는 혼합가스유입관과; 상기 유입된 혼합가스가 내벽면을 따라 선회하면서 원심력에 의해 고체입자와 가스성분의 분리가 이루어지도록 하는 본체와; 상기 본체에 연통설치되어 고체입자가 분리된 정제가스를 배출시키는 가스배출관과; 상기 배출되는 정제가스의 일부를 본체내부로 유입시켜 선회유량을 증가시키되 상기 본체로 유입되는 정제가스는 상기 혼합가스유입관을 통해 유입되는 혼합가스를 본체 내벽면에 더욱 밀착되도록 가압하는 방향으로 유입되도록 하는 정제가스유입관;을 포함하여 구성된다.

또한, 상기 혼합가스유입관과 정제가스유입관은 하나의 유입관체로 형성하여 본체 내벽면에 접선방향으로 연통시키되, 상기 유입관체는 유로를 양측으로 수직분할하여 본체 내벽면 방향은 혼합가스가 이송되는 혼합가스유입관으로 사용하고, 본체 중심방향에는 정제가스가 이송되는 정제가스유입관으로 사용할 수 있다.

또한, 상기 혼합가스유입관과 정제가스유입관은 각각 본체 내벽면에 접선방향으로 연통설치하되, 내부 가스의 선회방향으로 정제가스유입관이 먼저 연통되고 혼합가스유입관이 연통되도록 할 수 있다.

상기 해결수단에 의한 본 발명의 2개의 유입관을 구비한 입자분리장치는,

고체입자가 포함된 혼합가스와 고체입자가 분리된 정제가스를 각각 유입하는 2개의 유입관을 구비하되 혼합가스 유입관은 혼합가스를 본체 내벽면에 접하여 유입되도록 하고, 정제가스 유입관은 유입되는 정제가스가 본체내부로 유입된 혼합가스를 가압하여 선회유량을 증가시키고 혼합가스가 본체 내벽면에 더욱 밀착되면서 충분한 시간동안 큰 반경으로 선회가 이루어지도록 함으로써, 혼합가스의 회전반경 증대에 의한 원심력 증가를 유도하거나, 혼합가스에 내포된 고체입자와 본체 내벽면이 접하는 비율을 증가시켜 고체입자의 상대유속을 저하시키는 방법 등에 의해 가스성분과 고체입자의 분리효율을 증대시키는 장치의 제공이 가능하게 되었다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 2개의 유입관을 구비한 입자분리장치를 도시한 수직단면도.
도 2는 도 1의 A-A부분 단면도.
도 3은 본 발명에 따른 입자분리장치의 두 유입관을 통해 유입되는 상태를 도시한 작용상태도.
도 4와 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 두 유입관이 분리된 형태를 도시한 개략단면도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 첨부된 도면은 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

도 1과 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 2개의 유입관을 구비한 입자분리장치를 도시한 수직단면과 평단면도이다.

참조한 바와같이 본 발명에 따른 입자분리장치(10)는 고체입자가 포함된 혼합가스를 유입하여 선회시키면서 원심력에 의해 고체입자와 가스성분을 분리하여 배출하는 본체(20)를 구비한다.

상기 본체(20)는 도시된 바와같이 통체의 원통부(21)와, 상기 원통부의 하단에 형성되어 분리된 고체입자의 포집을 용이하게 하는 원추부(22)로 이루어진다. 상기 원추부에는 하단에 단속밸브(23)를 형성하여 단속밸브의 작동에 의해 포집된 고체입자의 배출이 이루어지도록 한다.

또한, 상기 본체(20)의 상단에는 선회유도코어(24)가 하부로 돌출형성되고, 상기 선회유도코어가 형성된 범위에서의 측면에는 고체입자가 혼합된 혼합가스를 유입하는 혼합가스유입구관(30)이 연통설치된다.

그리고, 상기 본체(20)에는 가스배출관(40)이 설치되어 고체입자가 분리된 가스성분을 유입하여 외부로 배출하는데 상기 가스배출관(40)은 도시된 바와같이 입구 부분은 본체(20)와 동일축을 갖도록 형성하여 고체입자가 분리되어 정제된 가스성분이 유입되도록 하고, 본체 측벽을 통해 외부로 배출되도록 한다. 상기 도시된 가스배출관(40)은 중간 부분이 절곡된 형태이나, 가스배출관을 직선관으로 형성하고 하부 원추부(22)를 일측으로 편향되도록 하여 포집된 고체입자의 배출이 이루어지도록 할 수 있다.

또한, 본 발명의 입자분리장치(10)에는 상기 가스배출관(40)을 통해 배출되는 고체입자가 분리된 정제가스를 일부 분기하여 본체의 혼합가스유입관과 근접된 부분으로 재공급하는 정제가스유입관(50)이 더 형성된다.

상기 정제가스유입관(50)을 통해 본체로 유입되는 정제가스는 혼합가스보다 중심축 부분으로 투입되도록 하여 혼합가스를 본체 내벽면(25)으로 가압하도록 해 혼합가스에 포함된 고체입자를 본체 내벽면에 밀착시켜 회전반경 증대로 원심력을 증대시킴으로써 가스성분과의 분리가 이루어지도록 한다. 또한, 상기 정제가스유입관(50)에는 유로상에 송풍팬(51)을 더 설치하여 가스배출관(40)에서 배출되는 정제가스를 고압으로 이송시켜 본체 상부로 투입되도록 할 수 있다.

상기 정제가스유입관(50)은 도 2를 참조한 바와같이 본체(20)와 연통되는 혼합가스유입관(30)을 격벽(60)에 의해 수직으로 분할하여 일측공간으로는 고체입자가 혼합된 혼합가스가 이송되어 본체로 투입되도록 하고, 타측으로는 정제가스가 이송되어 본체로 투입되도록 할 수 있다.

즉, 분할된 일측 유로는 혼합가스유입관과 연통시키거나 혼합가스유입관(30)으로 사용하여 혼합가스를 본체 내부로 유입시키고, 타측 유로는 정제가스유입관과 연통시키거나 정제가스유입관(50)으로 사용하여 정제가스를 본체내부로 유입시킨다.

여기서 상기 분할된 두 유로 중 본체 내벽면(25)과 근접한 유로는 혼합가스유입관(30)으로 사용하여 고체입자가 혼합된 혼합가스가 본체 내벽면(25)에 접하면서 선회하도록 하고, 분할된 두 유로 중 본체 중심부분과 근접한 유로는 정제가스유입관(50)으로 사용하여 정제가스가 혼합가스의 내측을 따라 선회하면서 혼합가스를 본체 내벽면(25)에 밀착시키도록 가압이 이루어지게 한다.

예컨대 도 3을 참조한 바와같이 혼합가스유입관(30)과 정제가스유입관(50)을 통해 유입되는 혼합가스와 정제가스는 두 유입관에 안내되어 본체(20)에 접선방향으로 유입된다. 유입되는 혼합가스는 본체 내벽면(25)을 따라 접하면서 선회되고, 혼합가스 보다 본체 중심축 방향에 위치하는 정제가스는 혼합가스 보다 내측에서 본체 내벽면(25)을 따라 선회하는데 상기 정제가스는 본체 내벽면에 부딪치기 이전에 선회하는 혼합가스와 먼저 부딪친 다음 선회가 이루어지기 때문에 부딪친 부분에서 1차적으로 정제가스가 혼합가스를 외측으로 가압하는 작용이 발생된다. 또한, 선회하여 진행되는 과정에서도 원심력에 의해 정제가스가 지속적으로 혼합가스를 가압하는 2차적 가압작용이 발생함으로, 혼합가스는 본체 내벽면에 더욱 밀착하면서 선회가 이루어져 선회반경 증가로 원심력을 증대시키거나, 고체입자가 본체 내벽면에 부딪쳐 유속저하로 분리되도록 하거나, 강한 원심력에 의해 고체입자가 내측으로 이동되는 것을 방지하여 내측 가스성분과의 분리가 이루어지도록 하는 등 고체입자와 가스성분의 분리효율을 극대화시킬 수 있다.

아울러 상기 혼합가스유입관(30)과 정제가스유입관(50)의 단면은 본체 축방향으로 긴면이 형성되는 직사각형으로 형성하여 이송되는 혼합가스와 정제가스가 최대한 본체 내벽면에 밀착되어 유입되도록 하여 유입과정에서 유속이 저하되는 것을 방지해 강한 선회력이 발생되도록 할 수 있다.

다른 실시예로는 상기 정제가스유입관(50)은 혼합가스유입관(30)과 하나의 관체를 구획하여 사용하지 않고 각각 별도의 관체로 본체에 연결될 수 있다.

도 4를 참조한 바와같이 혼합가스유입관(30)과 정제가스유입관(50)은 각각 본체(20) 내벽면(25)에 접선방향으로 연통 설치할 수 있다. 이때 본체 내부로 유입된 가스의 선회방향으로 정제가스유입관이 먼저 연통되도록 한 다음 혼합가스유입관이 연통되도록 하여 본체 내벽면을 따라 정제가스가 먼저 선회되도록 하고, 정제가스의 선회경로와 본체 내벽면 사이로 혼합가스가 유입되어 선회가 이루어지도록 한다. 즉, 혼합가스가 본체 내벽면을 따라 선회하고, 그 내측 부분으로 정제가스가 선회함으로써 원심력에 의해 정제가스가 혼합가스를 본체 내벽면으로 미는 가압작용이 발생되어 혼합가스가 최대한 본체 내벽면에 밀착되면서 선회가 이루어지도록 한다.

또한, 도 5를 참조한 바와같이 정제가스유입관(50)을 곡관으로 형성하여 본체 내부로 유입될 때 직선유입이 아닌 곡선유입이 이루어지도록 할 수 있다.

즉, 유입되는 정제가스는 직선진행에서 곡선진행으로 변환되는 과정에서 외측방향으로 큰 가압력이 작용하게 되는데 상술된 도 4의 형태에서는 본체 내부에서 혼합가스와 접촉된 상태에서 방향전환이 이루어져 큰 가압력이 혼합가스에 전달되어 난류 발생에 의한 유속저하를 야기할 수 있다.

따라서 진행방향 전환에 의한 혼합가스의 난류발생을 최소화하기 위해서 혼합가스와 접촉하기 이전에 정제가스의 진행을 어느정도 곡선으로 변환시켜 본체 내부로 유입되게 함으로써 혼합가스와 정제가스의 접촉각을 최소화한 것이다.

이와같이 정제가스유입관(50)을 곡관의 형태로 형성하면 혼합가스의 유속저하를 최소화하여 원심력 증대효과를 볼 수 있으며, 선회하는 과정에서 정제가스가 혼합가스를 본체 내벽면으로 가압하여 혼합가스의 선회반경을 최대한 크게 형성하여 원심력을 증대시켜 고체입자 분리효율을 향상시킬 수 있다.

이러한 정제가스유입관(50)의 곡관의 반경은 본체 반경보다 1~10배의 범위로 형성하며, 바람직하게는 1~5배 범위로 형성하는 것이다. 상기 5배 이상으로 형성할 경우에는 곡선변환 정도가 미미하여 혼합가스와의 접촉각을 줄이는 효과가 낮으므로 상기 범위로 형성하는 것이 바람직하다.

아울러 본 발명의 도시된 실시예는 선회방향과 배출방향이 동일하게 이루어진 형태의 입자분리장치를 예로 설명하나, 도시된 실시예 이외에 일반적인 사이클론인 혼합가스를 선회하강시키면서 분리된 가스성분은 상부로 배출하고 고체입자는 하부로 배출하는 형태와 같이 다양한 형태의 입자분리장치에 적용할 수 있다.

또한, 유입되는 정제가스와 혼합가스는 유속을 동일 또는 유사하게 형성하여 속도차에 의해 난류가 발생되는 것을 방지하면서 선회하는 과정에서 정제가스가 혼합가스를 본체 내벽면에 지속적으로 가압하도록 할 수 있다. 상기 유속 조절은 정제가스유입관의 유로상에 설치된 송풍팬에 의해 정제가스의 유속조절로 이루어질 수 있으며, 최적의 유속을 공급하기 위해서는 가스배출관에 가스분석장치를 설치하여 가스에 포함된 미세 고체성분의 함량을 측정하여 측정값에 의해 유속을 변경하여 정제가스를 최적으로 제공할 수 있다.

이상과 같이 구성되는 본 발명에 따른 입자분리장치(10)의 작용상태를 도 3을 참조하여 간단하게 설명하면,

입자분리장치 본체(20)의 상단 측면에는 혼합가스유입관(30)이 연통되어 있어, 상기 혼합가스유입관을 통해 본체 내벽면(25)으로 유입된 혼합가스는 본체 내벽면을 따라 선회하면서 하강하게 된다. 이와 동시에 상기 혼합가스유입관과 인접한 정제가스유입관(50)을 통해서는 정제가스가 본체 내부로 유입되는데 상기 정제가스는 혼합가스의 선회하는 내측면에 접하도록 유입되어 선회가 이루어지도록 한다.

즉, 본체 내벽면(25)에 혼합가스와 정제가스가 층을 이루어 접하여 선회가 이루어지는데 선회하는 과정에서 내측을 선회하는 정제가스가 외측을 선회하는 혼합가스를 외각인 본체 내벽면방향으로 가압하여 혼합가스가 선회하면서 중심으로 모이지 않고 최대한 긴 시간동안 본체 내벽면과 접하여 큰 반경으로 선회가 이루어지도록 한 것이다. 이와같이 선회반경을 크게 오래 유지시키면 고체입자에 원심력이 크게 작용하여 가스성분과의 분리효율이 증대될 수 있다.

10 : 입자분리장치
20 : 본체
21 : 원통부 22 : 원추부
23 : 단속밸브 24 : 선회유도코어
25 : 내벽면
30 : 혼합가스유입관
40 : 가스배출관
50 : 정제가스유입관
51 : 송풍팬
60 : 격벽

Claims (4)

1. 고압으로 이송되는 혼합가스로부터 고체입자를 분리하는 입자분리장치에 있어서,
   고체입자가 혼합된 혼합가스가 유입하는 혼합가스유입관과;
   상기 유입된 혼합가스가 내벽면을 따라 선회하면서 원심력에 의해 고체입자와 가스성분의 분리가 이루어지도록 하는 본체와;
   상기 본체에 연통설치되어 고체입자가 분리된 정제가스를 배출시키는 가스배출관과;
   상기 배출되는 정제가스의 일부를 본체내부로 유입하여 선회유량을 증가시키되 상기 본체로 유입되는 정제가스는 상기 혼합가스유입관을 통해 유입되는 혼합가스를 본체 내벽면에 더욱 밀착되도록 가압하는 방향으로 유입되도록 하는 정제가스유입관;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 입자분리장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 혼합가스유입관과 정제가스유입관은 하나의 유입관체로 형성하여 본체 내벽면에 접선방향으로 연통시키되, 상기 유입관체는 유로를 양측으로 수직분할하여 본체 내벽면 방향은 혼합가스가 이송되는 혼합가스유입관으로 사용하고, 본체 중심방향에는 정제가스가 이송되는 정제가스유입관으로 사용하는 것을 특징으로 하는 입자분리장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 혼합가스유입관과 정제가스유입관은 각각 본체 내벽면에 접선방향으로 연통설치하되, 내부 가스의 선회방향으로 정제가스유입관이 먼저 연통되고 혼합가스유입관이 연통되도록 한 것을 특징으로 하는 입자분리장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 정제가스유입관은 본체 반경의 1~5배로 곡관 반경을 형성하여 유입되는 혼합가스와의 접촉각을 최소화하면서 유입되도록 한 것을 특징으로 하는 입자분리장치.
   

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