KR20150061303A - 수분함유체의 용해수분 제거장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수분함유체의 용해수분 제거장치에 관한 것으로서,
미리 가열된 수분함유체를 70Torr.abs이하 진공압력의 용기에 분사하여, 수분함유체에 포함된 용해수분을 포화증기압력과 온도 사이의 상관 관계에 의해 증발시켜 제거하도록 구성된 것을 특징으로 한다.

Description

수분함유체의 용해수분 제거장치 {Apparutus for Removing Dissolved Water From Materials Containing Water}

본 발명은 수분함유체의 용해수분 제거장치에 관한 것으로서, 수분을 함유하고 있는 오일 등과 같은 유체(수분함유체)의 용해수분을 기화시켜 제거하는 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 발전설비, 유압장치 등 산업플랜트 등에서 사용되고 있는 수분함유체는 수분용해 등의 원인에 의하여 기계의 고장 및 노후화를 촉진시킨다.

수분함유체에 함유된 용해수분은 윤활시스템에서 가장 일반적으로 발생되는 오염물로서, 장치의 부식, 윤활 특성의 감소, 유막파괴, 기계요소의 마모, 윤활유의 산화 등 매우 다양한 영향을 끼침으로써 제거할 필요가 있다.

수분함유체의 용해수분을 제거하기 위한 기존의 기술은 저진공(70Torr.abs 이상)하에서 수분함유체의 용해수분을 제거하고 있으나 이를 산업기술이 고도화로 산업플랜트의 수분함유체 내에 용해수분을 더욱 정교하게 제거하는 기술이 요구되고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 적절한 온도로 가열된 수분함유체를 고진공압력(70Torr.abs이하)하에서 진공압력의 용기에 분사하여 수분함유체에 포함된 용해수분을 포화증기압력과 온도 사이의 상관 관계에 의해 증발시켜 제거하는 고진공도(70Torr.abs이하)를 이용한 용해수분의 제거기술을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 다른 목적은, 용해수분의 증발 과정에서 결로 현상에 의해 상부진공챔버 내부의 상면에 맺히는 물방울을 모아 진공력에 의해 배출시킴으로써 결로 현상에 의한 물방울이 상부진공챔버의 수분함유체에 재 유입되지 않아 용해수분 제거율을 향상시킬 수 있는 고진공도(70Torr.abs이하)하에서 수분 제거장치를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 수분제거 공정이 효율적이면서도 신속히 이루어질 수 있는 고진공도(70Torr.abs이하)하에서 용해수분을 제거하는 기술을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 고진공도(70Torr.abs이하)하에서 수분제거 기술은, 수분 함유체를 고진공도(70Torr.abs이하) 하에서 분사시켜 수분 함유체에 포함된 용해수분을 기화시켜 배출하는 상부진공챔버를 구비하며, 상기 상부진공챔버는 결로 현상에 의해 상부진공챔버 내부의 상면에 맺히는 물방울을 한 쪽으로 흘러내리게 하기 위한 상부 경사면 및 상기 상부 경사면을 따라 흘러내리는 물방울을 모아 배출시키기 위한 집수 리브 및 상기 집수리브에서 집수된 물방울을 저장하여 외부로 배출하기 위한 집수챔버를 구비하는 상부진공챔버 조립체; 상기 상부진공챔버 조립체에 제1개폐밸브의 개재하에 설치되어 상기 상부진공챔버로부터 수분이 제거되며 유입된 유체를 저장하는 하부진공챔버 및 상기 하부진공챔버에 저장되는 유체의 수위를 감지하기 위한 수위감지센서를 구비하는 하부진공챔버 조립체; 상기 하부 진공챔버조립체에 저장된 유체를 배출시키기 위한 유체 배출유닛; 및 상기 하부 진공챔버조립체에 저장되는 유체의 수위를 감지하여 고수위시 상기 제1개폐밸브를 폐쇄함과 아울러 상기 유체 배출유닛을 작동시켜 하부진공챔버 조립체에 저장된 유체가 배출되도록 제어하는 제어부;를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 의하면, 상기 유체 배출유닛은, 상기 하부진공챔버 조립체에 연결된 유체이송펌프; 및 상기 하부진공챔버 조립체 내부의 진공압을 해제하기 위한 진공조절유닛;을 포함하며, 상기 제어부는 상기 하부진공챔버 조립체 내의 수위가 저수위로 내려가면 상기 유체배출유닛의 작동을 정지시킴과 아울러 상부진공챔버 조립체와 하부진공챔버 조립체간 진공압의 평형을 유지시키기 위하여 제2개폐밸브를 개방하고 일정시간 유지한 후 자동 폐쇄하고 상기 제1개폐밸브를 개방하여 상기 상부진공챔버조립체에서 용해수분이 제거된 유체가 하부진공챔버조립체로 재 유입되도록 제어할 수 있다.

여기서, 상기 진공조절유닛은, 에어브리더; 상기 에어브리더와 상기 하부진공챔버 조립체를 연결하는 진공해제배관에 설치되어 이 배관을 개폐하는 제3개폐밸브; 및 상기 진공해제배관의 상기 제3개폐밸브 전단에서 상부진공챔버 조립체와 하부진공챔버 조립체간을 연결하는 진공평형배관에 설치되어 이 배관을 개폐하는 제2개폐밸브;를 포함하여 구성될 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 수분함유체의 용해수분 제거기술은 고진공압력을 형성하기 위한 진공펌프;를 더 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 수분 함유체의 용해수분 제거장치에서 처리되는 유체는, 산업용 오일(광유계, 식물성, 동물성, 합성유등)은 물론, 용해수분을 포함하고 있는 액상의 모든 유체를 포함한다.

본 발명에 의하면, 용해수분의 제거가 고진공도(70Torr.abs이하)하에서 일련의 연속된 공정으로 자동으로 수행되므로, 용해수분 제거가 효율적이면서도 정밀하고 신속하게 이루어지기 때문에, 공정시간 단축으로 인한 생산성 향상의 효과도 기대할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 상부진공챔버에서 발생되는 결로 현상에 의한 물방울을 모아서 수증기와 함께 진공압력으로 배출하여 집수챔버에 집수함으로써, 용해수분의 제거효율을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 수분함유체의 용해수분 제거장치의 시스템 회로 구성도,
도 2는 본 발명의 동작원리 및 제어방법을 설명하기 위한 것으로, 유체배출유닛의 동작 제어를 설명하기 위한 플로우챠트이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면에 의거하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 실시예들을 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다.

또한, 다르게 정의되지 않는 한 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 수분함유체의 용해수분 제거기술의 시스템 회로 구성도, 도 2는 본 발명의 동작원리 및 제어방법을 설명하기 위한 것으로, 유체배출유닛의 동작 제어를 설명하기 위한 플로우챠트이다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의한 수분함유체의 용해수분 제거장치는, 상부진공챔버조립체(100), 하부진공챔버조립체(200), 유체배출유닛(300), 제어부(400), 진공펌프(500) 등을 구비한다.

상기 상부진공챔버조립체(100)는 일정 고진공압력을 유지하는 상부챔버(110), 상기 상부챔버(110)의 내부에 설치되어 공급되는 수분함유체를 분사시키는 분사노즐(120) 등을 구비한다.

상기 분사노즐(120)은 다수의 미세 분사공에 의해 수분함유체의 분사시 표면적을 최대화됨으로써 용해수분의 기화효율을 향상시킬 수 있다.

상기 상부챔버(110) 내의 고진공압력으로 인해 수분함유체는 분사노즐(120)을 통하여 상부챔버(110) 내부로 흡입 분사되는데, 이때 분사되는 수분함유체에 포함된 용해수분의 포화증기 온도는 상부챔버(110) 내부의 고진공압력에 해당하는 포화증기 온도로 낮아지므로 수분함유체에 포함된 용해수분이 기화된다. 여기서, 상부챔버(110) 내부의 고진공압력 및 온도 조건은 수분함유체의 유체(예를 들어 오일)를 기화시키기에는 적절하지 못한 조건이므로 수분함유체에 포함된 용해수분만 기화시켜 제거할 수 있다.

상기와 같은 원리에 의해 상부챔버(110) 내에서 기화되는 용해수분은 이 상부챔버(110)와 연결된 증기 배출관(140)으로 배출 처리된다.

한편, 상기 상부챔버(110)에서 기화되는 용해수분중 일부는 상부챔버(110)내, 외부의 온도차에 의한 결로 현상에 의해 증기 배출관(140)으로 배출되지 못하고, 상부챔버(110)의 벽, 특히 상부면에 맺히게 되는데, 이와 같이 상부챔버(110)의 상부면에 맺힌 물방울이 낙하하여 용해수분이 제거된 유체에 재함유됨으로써 용해수분 제거효율을 저하시키는 원인으로 작용하게 된다.

본 발명에서는 상기와 같은 점을 감안하여, 상기 상부챔버(110)의 상부면(111)을 어느 일정한 방향으로 경사지도록 형성하고, 이 상부면(111)의 하향 경사부 측에 상기 경사진 상부면(111)을 타고 내려오는 물방울을 모으기 위한 집수리브(112)를 설치하여 상부챔버(110)의 벽에 맺힌 물방울이 다시 상부챔버(110)로 떨어지지 않도록 함으로써 수분 제거율을 높일 수 있도록 구성되어 있다.

상기 집수리브(112)에 모아진 수분은 이 집수리브(112)와 상기 증기 배출관(140)을 연결하는 수분 배출관(141)을 통하여 배출되고 집수챔버(113)에 저장되어 제거되도록 구성되어 있다.

상기 하부진공챔버조립체(200)는 상기 상부챔버(110)와 제1개폐밸브(210)를 구비한 제1배관(211)으로 연결되도록 설치되어 상기 상부챔버(110)로부터 이송되는 용해수분이 제거된 유체를 저장하는 하부챔버(220)와 상기 하부챔버(220)에 저장되는 유체의 수위를 감지하기 위한 수위감지센서(230)를 구비한다.

본 발명은 상기 제1개폐밸브(210)가 개방된 상태로 장치가 운전되므로, 상기 상부챔버(110)에서 용해수분이 제거된 유체는 상기 제1배관(211)을 통하여 하부챔버(220)로 이송되어 저장된다. 이와 같이 하부챔버(220)로 이송되는 유체가 하부챔버(220)에 고수위까지 저장되면, 이를 수위감지센서(230)가 감지하게 되고, 제어부(400)가 상기 제1개폐밸브(210)를 폐쇄함과 아울러 상기 유체배출유닛(300)을 작동시켜 하부챔버(220)에 저장된 유체가 배출되도록 한다. 상기와 같은 하부챔버(220)의 유체 배출시에도 상기 상부챔버(110)에서는 고진공이 유지됨에 따라 용해수분의 기화는 계속 수행된다.

상기 유체배출유닛(300)은 상기 하부챔버(220)와 제2배관(321)으로 연결되도록 설치된 유체이송펌프(320) 및 하부챔버(220)의 유체 배출시 하부챔버(220)의 진공을 해제하고 유체 배출후 상부챔버(110)와 하부챔버(220)사이에 다시 소정의 진공압력으로 형성하는 진공조절유닛(330)을 포함한다.

제어부(400)는 상기 하부챔버(220) 내의 유체 수위가 저수위로 내려가면 상기 유체배출유닛(300)의 작동을 정지시킴과 상부챔버(110)와 하부챔버(220)사이에 진공압력 불균형을 해소하기 위하여 제2개폐밸브(310)를 일정시간 개방하여 진공압력 평형을 이루게 한 후 상기 제1개폐밸브(110)를 개방하여 상기 상부챔버(110)에서 용해수분이 제거된 유체가 하부챔버(220)로 다시 이송되도록 한다.

상기 진공조절유닛(330)은 에어 브리더(340), 상기 에어 브리더(340)와 상기 하부챔버(220)를 연결하는 진공해제배관(331)에 설치되어 이 배관(331)을 개폐하는 제3개폐밸브(350) 및 상기 진공해제배관(331)의 상기 제2개폐밸브(310) 전단과 상기 상부챔버(110)를 연결하는 진공평형배관(332)에 설치되어 이 배관(332)을 개폐하는 제2개폐밸브(310)를 구비한다.

제어부(400)는 하부챔버(220)의 유체 배출시 상기 제3개폐밸브(350)를 개방시켜 에어 브리더(340)를 통하여 미량의 공기가 하부챔버(220)로 공급되도록 함으로써 하부챔버(220)의 진공을 유체이송펌프(320)가 유체이송이 가능할 정도의 진공압력으로 해제시키면서 동시에 유체이송펌프(320)를 작동시켜 하부챔버(220)의 유체가 배출되도록 한다.

한편, 하부챔버(220)의 유체가 배출되어 하부챔버(220)의 수위가 수위감지센서(230)에 의해 저수위로 감지되면, 제어부(400)는 상기 제3개폐밸브(350)를 폐쇄함과 아울러 유체이송펌프(320)의 작동을 정지시키는 한편, 상기 제2개폐밸브(310)를 일정시간 개방하여 상부챔버(110)와 하부챔버(220) 사이에 진공압력평형을 이룬 후 상기 제2개폐밸브(310)를 페쇄하고 제1개폐밸브(210)를 개방하여 상부챔버(110)에서 용해수분이 제거된 유체가 하부챔버(220)로 중력에 의해 이송되도록 한다.

시스템의 진공압을 형성하기 위한 진공펌프(500)는 제3배관(511)과 상부챔버(110)로 연결되여 상부챔버(110) 및 하부챔버(220) 내부를 진공압력 상태로 만들어 준다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명에 의한 수분 함유체의 용해수분 제거기술의 동작원리 및 제어방법을 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한다.

제1개폐밸브(210)를 개방하고, 제2개폐밸브(310), 제3개폐밸브(350)를 폐쇄한 후 진공펌프(500)를 작동시키면(S10), 진공펌프(500)와 관로에 의해 연결된 상부챔버(110), 집수챔버(113) 및 하부챔버(220)의 내부 압력이 낮아지면서 고진공압력(70Torr.abs 이하) 상태로 된다(S20).

상기 상부챔버(110) 내부의 고진공압력(70Torr.abs 이하)에 의하여 수분함유체의 저장탱크(10)에 저장된 수분함유체는 제4배관(130)을 통하여 흡입되어 상기 제4배관(130)의 단부에 설치된 분사노즐(120)을 통해 상부챔버(110) 내부에서 분사된다(S30).

수분함유체가 분사노즐(120)을 통하여 상부챔버(110) 내부로 분사될 때, 상부챔버(110) 내부의 고진공압력(70Torr.abs 이하)에 의해 수증기의 포화 증기 온도가 낮아짐으로서 수분 함유체에 포함된 용해수분이 기화하게 되고, 기화된 용해수분은 진공펌프(500)에 의한 진공압력에 의하여 증기배출관(140)을 통하여 배출된다(S40).

한편, 상기와 같은 상부챔버(110)에서의 용해수분 기화시, 일부 증기는 결로 현상에 의해 상부챔버(110)의 상부면(111) 내면에 결로현상에 의해 물방울로 맺혀 증기배출관(140)으로 배출되지 못한다. 본 발명에서는 상기와 같이 상부챔버(110)의 상부면(111) 내면에 물방울로 맺히는 수분을 모아서 배출시킬 수 있다.

즉, 본 발명에 의한 수분제거시스템의 상부챔버(110)는 앞서 설명한 바와 같이, 소정 각도로 경사진 상부면(111)을 구비함으로써 상기 상부면에 맺히는 물방울은 경사진 상부면(111)을 따라 흘러 내리며, 이와 같이 흘러내리는 물방울은 상부면(111)의 바로 밑에 마련된 집수리브(112)에 집수됨으로써 상부챔버(110) 내부의 유체에 재유입되지 않는다.

상기 집수리브(112)에 집수된 수분은 수분 배출관(141)을 통하여 증기 배출관(140)을 통해 배출되는 증기와 함께 이송되어 집수챔버(113)에 저장되여 처리된다.(S40)

상기 상부챔버(110)에서 용해수분이 증발된 유체는 하부의 하부챔버(220)로 이송되어 저장된다(S50).

상기 하부챔버(220)의 유체 수위가 수위감지센서(230)에 의해 고수위로 감지되면(S60), 제어부(400)는 상부챔버(110)와 하부챔버(220) 사이의 제1개폐밸브(210)를 폐쇄하여 유체의 이송을 막고, 동시에 제3개폐밸브(350)를 개방하여 하부챔버(220)에 미량의 공기를 공급함으로써 하부챔버(220)의 내부 진공 압력을 적절한 진공압력으로 해제시킨다(S70).

이어서, 상기 제어부(400)는 유체이송펌프(320)를 작동시켜(S80), 하부챔버(220)에 저장된 유체를 배출시킨다(S90). 이와 같이 배출되는 용해수분이 제거된 유체는 유체 저장탱크(도시되지 않음)로 이송되어 저장될 수 있다.

상기와 같은 하부챔버(220)의 유체 배출 중, 하부챔버(220)의 유체 수위가 수위감지센서(230)에 의해 저수위로 감지되면(S100), 제어부(400)는 유체이송펌프(320)를 정지시키고(S110), 제2개폐밸브(310)를 일정시간 개방하여 상부챔버(110)와 하부챔버(220)의 내부 진공압력이 평형상태가 되도록 한 후 제2개폐밸브(310)를 폐쇄한다.(S120)

그런 다음, 제1개폐밸브(210)를 개방하여 제1개폐밸브(210)가 폐쇄된 시간동안 상부챔버(110)에 저장된 용해수분이 제거된 수분함유체를 하부챔버(220)로 중력에 의해 이동되도록 한다(S130).

상기와 같이 하부챔버(220)의 유체가 배출되는 과정 중에도 상부챔버(110) 내부의 진공도는 크게 변하지 않고 고진공압력(70Torr.abs 이하) 상태로 유지되기 때문에, 상부챔버(110)에서의 용해수분 증발 과정은 계속 수행되며, 이때 용해수분이 제거된 유체는 상부챔버(110)에 임시 저장되어 있다가 제1개폐밸브(210)가 개방되면 하부챔버(220)로 중력에 의해 이동되어 저장된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 수분함유체의 용해수분 제거기술은, 단계 S10 내지 S130까지 일련의 연속된 공정으로 고진공 압력(70Torr.abs 이하)하에서 자동으로 수행되므로, 용해수분 제거가 정밀하고, 효율적이면서도 신속히 이루어질 수 있다.

또한, 본 발명에 의한 수분함유체의 용해수분 제거기술은, 상부챔버(110)에서 발생되는 결로 현상에 의한 물방울을 집수리브(112)에 모아서 수분배출관(141)을 통하여 집수챔버(113)에 저장하여 배출하므로, 이전기술보다 더욱 정밀한 용해수분의 제거 및 제거효율 향상, 수분제거시간 단축으로 인한 생산성 향상의 효과도 기대할 수 있다.

이상에서 본 발명은 특정 실시예에 대하여 설명되었으나, 본 발명의 본질적 특성들을 벗어남이 없이 본 발명이 다른 특정 형태들로 실시될 수 있음이 당업자에게 자명하다. 따라서 나타내어진 실시예들은 모든 관점에서 예시적이며 비제한적인 것으로 고려되어야 하며, 따라서 당업자들에게 자명한 모든 변경들은 그 안에 포함되는 것이다.

100;상부진공챔버조립체
110,111,112,113; 상부챔버,상부면,집수리브,집수챔버
120;분사노즐
130;제4배관
140,141;증기,수분배출관
200;하부진공챔버조립체
210,211;제1개폐밸브,제1배관
220;하부챔버
230;수위감지센서
300;유체배출유닛
310;제2개폐밸브
320,321;유체이송펌프,제2배관
330,331,332;진공조절유닛,진공해제배관,진공평형배관
340;에어브리더
350;제3개폐밸브
400;제어부
500,511;진공펌프,제3배관

Claims (1)

1. 미리 가열된 수분함유체를 70Torr.abs이하 진공압력의 용기에 분사하여, 수분함유체에 포함된 용해수분을 포화증기압력과 온도 사이의 상관 관계에 의해 증발시켜 제거하도록 구성된 것을 특징으로 하는 수분함유체의 용해수분 제거장치.

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