KR20150130556A - 응축물 제거 장치 - Google Patents

Abstract

예를 들어, 현탁되거나 또는 그밖에 응축가능 가스 또는 응축물에 이송된, 자석 입자인 불순물을 포획하기 위해 오리피스의 상류에 배치된 자석(50)이 배치되는 오리피스 응축물 트랩(즉 내부에 수축 통로를 갖는 응축물 배수 채널(26)을 갖는 응축물 제거 장치). 상기 자석은 기계적 필터와 함께 사용될 수 있고, 예를 들어 스트레이너일 수 있다. 상기 자석은 수축 통로의 상류 개구부에 반대되는 접속 개구(36)를 폐쇄하기 위한 캡 또는 플러그(48)의 일부분으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 플러그(48)는 예를 들어, 스테인레스 스틸의 자성 변형물인, 자기 물질로 형성될 수 있다.

Description

응축물 제거 장치{CONDENSATE REMOVAL DEVICE}

본 발명은 가스 누설을 제한하면서 가스-이송 열전달 시스템에서 액체 응축물을 제거하기 위한 장치에 관한 것이다. 이러한 장치는 스팀 트랩(steam traps)으로 공지된, 스팀-이송 파이프라인에서 응축물을 제거하기 위해 종종 사용되고 있다.

스팀은 일반적으로 그 사용 지점에 적합한 파이프라인을 거쳐 중심 위치로부터 열에너지를 전달하기 위한 매체로서 산업에 사용되고 있다. 스팀에서 이송되는 열에너지는 기체에서 액체로 스팀의 상변화를 일으킴으로써 적합한 지점에서 방출될 수 있다. 상변화는 스팀에서 잠열을 방출하여 액체 응축물(liquid condensate)을 형성하게 한다.

응축물(condensate) 및 포획 공기(trapped air)는, 그 존재가 부식을 일으킬 수 있고 시스템의 열전달 효율을 감소시킬 수 있기 때문에, 파이프라인에서 제거될 필요가 있다. 하지만, 응축물을 제거하기 위한 장치는 또한 스팀이 누설되는 것을 방지할 필요가 있는데, 시스템의 열전달 효율을 감소시키고 그러한 시스템에 의해 전달되는 에너지를 소모할 수 있기 때문이다.

GB 2 304 300은 연속적 유동 고정 오리피스(CFFO : continuous flow fixed orifice) 스팀 트랩의 한 예를 기술한다. 이 장치에서, 오리피스는 파이프라인을 통해 이동하는 스팀의 유로에 배치된다. 스팀보다 훨씬 더 느리게 유동하는, 응축물은 스팀이 통과하는 것을 차단하도록 하기 위해서 오리피스의 크기는 주의 깊게 선택된다. 그 구멍의 직경은 매우 작을 수 있는데, 예를 들어 몇몇 경우에 약 0.4 mm 일 수 있다.

벤츄리 오리피스 트랩(venturi orifice trap)으로 공지된, 또 다른 유형의 오리피스 스팀 트랩은 벤츄리, 즉 그 내부에 수축 통로를 갖는 도관의 일부로서 오리피스를 가지며, 상기 수축 통로는 도관의 잔여부보다 더 작은 단면적을 갖는다. 벤츄리 오리피스 트랩에서, 그 오리피스는 벤츄리의 수축된 부분에 제공되고, 이에 의해 오리피스를 통과하는 응축물은 유동 방향으로 외측으로 개방하는(예를 들어, 외측으로 넓어지는) 채널에 진입한다. 이에 따라 오리피스는 증가하는 단면적을 갖는 채널의 상류측 단부에 제공될 수 있다. 상기 오리피스 이후의 압력 저하는 포화된 응축물에서 플래시 스팀(flash steam)을 형성하게 하고, 이에 의해 벤츄리 제한은 응축물 유동을 조정하는 것으로 이해된다. 이러한 채널은 라이브 스팀(live steam)을 통과하지 않고 다양한 응축물 유동을 통해 작동하는 것으로 입증된 벤츄리 오리피스 스팀 트랩에 사용되어 왔다. 미국특허 제4,745,943호는 이러한 배치를 기술한다. 벤츄리 오리피스 트랩은 가변적인 부하를 나타내는 시스템에 사용되는데, 예를 들어, 여기에서 응축물의 양 및 이에 따라 트랩을 통한 응축물의 유량은(예를 들어, 열전달 시스템에 의해 요구 경험 수준에 따라서) 시간에 따라 변화한다.

오리피스 트랩에서의 작은 구멍은 응축물 또는 응축가능한 가스에 이송된 입자상 물질 또는 찌꺼기에 의해 차단되서는 안되는 것이 중요하다. 트랩에 응축물의 침적(build-up)을 방지하기 위해서 충분한 유량이 구멍을 통해 유지되어야 하고, 이에 의해 부식이 최소화된다. GB 2 478 536은 찌꺼기를 필터링하고 오리피스의 차단을 방지하기 위해 오리피스의 상류에 다공성 장벽을 포함하는 스팀 트랩을 기술한다.

가장 일반적으로, 본 발명은 예를 들면, 현탁되거나 또는 그밖에 응축성 가스 또는 응축물에 이송되는 자석 입자인, 불순물을 포획하기 위해 오리피스의 상류에 자석이 배치되는 오리피스 응축물 트랩을 제공한다. 상기 자석은 기계적 필터와 함께 사용될 수 있는데, 즉 상기 자석은 예를 들어 기계적 필터(filter) 또는 스트레이너(strainer)의 하류에서 2차 필터로 작용할 수 있다. 더 적은 불순물들이 오리피스에 도달하여, 오리피스의 부분 또는 전체 차단의 형성 가능성을 감소한다. 이러한 방식으로 찌꺼기를 포획하여, 정비 검사 사이의 주기는 증대될 수 있다. 특히, 자석은 오염시키거나 또는 트랩을 차단하여 손상을 일으킬 수 있는 불용성 미립자 산화철(녹 입자)을 포획할 수 있다. 추가적으로, 응축물에 유동하는 금속 이온, 예를 들어 구리(II) 이온들이 자석에 부착될 수 있다. 이들은 흡착된 산화철에 의해 일단 자석 상에 고정되는 경우에 유지될 수 있다.

본 명세서에서 사용되는 용어 "자석(magnet)"은 응축물 트랩 내에 자기장을 유발하거나 발생하게 하는데 사용될 수 있는 모든 요소 또는 배치를 포함하는 것으로 이해된다. 그러므로, 그것은 영구 자기 물질을 포함할 수 있고, 즉 고유 자석, 또는 자기장을 유도될 수 있는 물질 또는 몸체, 예를 들어, 전자석, 적합한 유도 회로 등일 수 있다. 영구 자기 물질은 구성의 단순성 측면에서 바람직하다.

따라서, 본 발명은 파이프라인에 장착하기 위한 응축물 제거 장치를 제공할 수 있고, 상기 장치는 응축가능 가스 유동을 수신하기 위해 파이프라인에 연결가능한 입구; 입구의 하류 파이프라인에 연결가능한 출구; 응축가능 가스의 통과를 제한하기 위해 통과하는 응축물 유동에 의해 폐쇄될 수 있는 수축 통로를 포함하며, 입구와 출구 사이에서 유체 연통을 제공하는 응축물 배수 채널; 및 입구와 수축 통로 사이에 배치되는 자석을 포함한다. 사용 시에, 자석은 수축 통로에서 분리되는 장치 내부에서 보유 표면 상에 포획되고 유지되는 응축물 유동의 자석 찌꺼기를 끌어당긴다. 자석 찌꺼기는 따라서 수축 통로에 명확히 유지될 수 있다. 보유 표면은 자석 자체의 표면일 수 있다.

응축가능 가스 및 응축물을 위한 유로는 입구와 출구 사이의 장치에 의해 구성된다. 상기 입구는 입구 챔버를 포함할 수 있고, 출구는 출구 챔버를 포함할 수 있다. 유로는 입구 챔버에서 출구 챔버로 연장하는 통로를 포함할 수 있고, 상기 통로는 하나 또는 그보다 많은 서브-챔버를 갖는다. 상기 통로는 직선형일 수 있고, 여기에서 서브-챔버는 장치가 장착되는 파이프라인의 축과 동축으로 위치할 수 있다. 그러나, 상기 통로는 또한 나선 형상일 수 있고, 예를 들면 두 개 또는 그보다 많은 굴곡부를 포함할 수 있는데, 이는 서브-챔버가 파이프라인 축으로부터 오프셋된(예를 들어 일정한 각도로) 영역에 배치되는 것을 허용할 수 있다. 이것은 예를 들어 보유 표면에서 찌꺼기을 세척 또는 정화하기 위해, 서브 챔버에 더 쉽게 접근시킬 수 있다는 장점을 가질 수 있다. 바람직하게 상기 자석은 장치를 통해 파이프라인축으로터 오프셋된 통로 상의 서브-챔버에 장착된다. 하기에서 논의되는 바와 같이, 자석을 포함한 서브-챔버는 그 하류의 벽 상의 수축 통로에 입구를 갖는 배수 서브-챔버일 수 있다.

응축물 배수 채널의 가장 좁은 부분일 수 있는, 수축 통로는, 상기 논의한 바와 같이 오리피스 스팀 트랩에서 오리피스에 상응할 수 있고, 오리피스의 기능을 수행할 수 있다. 수축 통로는 작동 중에 통과하는 응축가능 가스의 유동을 실질적으로 방지하도록 배치될 수 있다.

따라서, 원형일 수 있는, 수축 통로의 단면적은, 이를 통해 가스가 유동하는것을 방지하기 위해 응축물 배수 채널을 폐쇄하도록 이를 통한 응축물 유동을 허용하도록 선택될 수 있다. 상기 수축 통로는 일정한 단면적을 가질 수 있다. 수축 통로는 예를 들어 드릴가공, 펀칭, 레이저 가공 등에 의해 입구를 출구에서 분리하는(예를 들어, 격리시키는) 불투과성 장벽에 형성될 수 있다. 상기 장벽은 장치에서 수신 가능한 인서트의 일부일 수 있고, 또는 장치의 일체적으로 형성된 부분일 수 있다.

응축물 배수 채널은 출구를 향하여 수축 통로에서부터 멀어짐에 따라 단면적이 증가할 수 있다. 따라서, 응축물 배수 채널은 벤츄리와 비슷할 수 있다. 수축 통로에서부터 멀어지는(즉, 수축 통로에서부터 하부 방향) 응축물 배수 채널의 단면적 증가는 예를 들어, 채널의 외측 방향으로의 테이퍼링과 같이 점진적으로 또는 단계적으로 발생할 수 있다.

상기 장치는 입구와 유체 연통하는 입구 챔버 및 출구와 유체 연통하는 출구 챔버를 수용하는 단일 몸체를 포함할 수 있고, 이때 상기 응축물 배수 채널은 입구 챔버 및 출구 챔버 사이에서의 유체 연통을 제공한다. 단일 몸체(unitary body)는 하나의 부품만을 갖는 제조된(예를 들어, 기계 가공된) 물체를 의미할 수 있다.

상기 응축물 배수 채널 또는 수축 통로는 입구 챔버의 하류 벽에 형성될 수 있다. 상기 하류 벽은 응축물 배수 채널 또는 수축 통로 통로에 대한 접속부를 가진 볼록한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 하류 벽은 상부를 향하여 경사진 하나 또는 그보다 많은 경사벽을 가질 수 있다. 상기 경사벽은 직선 또는 곡선일 수 있다. 몇몇 경우에는, 상기 하류벽은 그 첨단(tip)에서 응축물 배수 채널 또는 수축 통로에 대한 접근하는, 원추형 영역을 포함할 수 있다. 이러한 배치는 응축물 입자가 대신에 경사벽의 저면 주위에 모일 것이기 때문에 응축물의 입자가 응축물 배수 채널 또는 수축 통로에 결집하는 경향을 감소시킬 수 있다. 따라서 응축물 배수 채널 또는 수축 통로의 차단 또는 오염은 감소될 수 있다. 일부 실시예들에서, 상기 자석은 바람직하게는 응축물 배수 채널 또는 수축 통로에 접근하는 것으로부터 입자를 유인하고 포획하기 위해서 경사벽의 저면에 배치될 수 있다.

상기 장치는 수축 통로의 상류에 배치된 찌꺼기 스트레이너 또는 필터(debris strainer or filter)를 추가로 포함할 수 있고, 이는 수축 통로에 도달하는 응축가능 가스 또는 응축물에 의해 이송되는 찌꺼기가 수축 통로에 도달하는 것을 방지하기 위해 배치된다. 이러한 찌꺼기 필터는 수축 통로에 불순물의 유동을 최소화하기 위해 자석과 함께 작동하고, 차단의 가능성을 감소시키고, 정비 검사 사이의 주기가 증가되도록 한다.

용어 "찌꺼기 스트레이너(debris strainer)“ 와 ”찌꺼기 필터(debris filter)"는 동의어이며, 이를 통해 응축가능 가스와 응축물이 이를 통해 유동하는 부분 장벽을 의미하는 것으로 이해되지만 현탁된 고형물질의 통과를 방해하고 이에 따라 제거한다. 이 유형의 장벽은 공지되어 있으며, 섬유, 종이 및 다공성 도자기 층을 포함한다. 필터 또는 스트레이너는 바람직하게는 단순 메쉬(mesh), 체(sieve), 또는 천공된 시트/층, 예를 들면, 바스켓-타입 필터일 수 있다.

찌꺼기 필터 또는 스트레이너는 바람직하게는 자석의 상류에 배치된다. 이 배치에서, 찌꺼기 필터는 존재하는 고체 불순물의 대부분을 포집하고, 하류의 자석은 찌꺼기 필터를 통과한 작은 고체 자석 불순물을 포획한다. 상기 자석은 더 작은 물질을 포집할 뿐이므로, 정비 검사 및 청소 사이의 시간 간격이 증가될 수 있다.

자석은 찌꺼기 필터 또는 스트레이너로 형성되어, 큰 입자상 물질 및 더 작은 자석 고체 입자가 모두 포집되는 것도 물론 가능하다.

상기 입구 챔버는 배수 서브-챔버 및 찌꺼기 필터 함유 필터 서브-챔버를 포함할 수 있으며, 상기 서브-챔버는 서로 유체 연통하며, 또한 상기 배수 서브-챔버는 필터 서브-챔버의 하류에 배치된다. 상기 수축 통로는 배수 서브-챔버를 통해 접근될 수 있고, 즉 배수 서브-챔버의 하류벽에 형성될 수 있다. 상기 자석은 배수 서브-챔버 내에 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 배수 서브-챔버는 파이프라인 축에 대해서 기울어질 수 있다. 배수 서브-챔버는 배수 서브-챔버의 내부가 장치의 외부에서 접근되는 것을 허용하는 밀봉 가능한 접속 개구를 포함할 수 있다. 접속 개구는 배수 서브-챔버의 내부면과 나사 방식으로 결합될 수 있는 캡 또는 플러그에 의해 폐쇄될 수 있다. 접속 개구 및/또는 보유 표면은 수축 통로의 입구에 대향하도록 배치될 수 있다.

상기 자석은 캡 또는 플러그에 장착될 수 있고, 보유 표면은 배수 서브-챔버 내로 대면하는 캡의 단부일 수 있다. 상기 캡 또는 플러그 자체는 자기 물질, 예를 들면 스테인레스 스틸의 자성 변형물로부터 형성될 수 있다. 이 배치는 자석의 제공이 장치 내의 구성 요소의 개수를 반드시 증가시키지 않는다는 장점을 갖는다.

상기 캡, 플러그 등은 스테인레스 스틸로 제조될 수 있다. 대안적으로 또는 추가적으로, 캡, 플러그 등은 자기장 형상을 증강시킬 수 있는 탄소가 풍부한 스틸로 형성된 부분을 포함할 수 있다. 전체 캡, 마개 등은 탄소가 풍부한 스틸로 제조될 수 있다. 이러한 배치는 최대 40 % 까지, 전형적으로 25% 내지 30%까지 캡의 자성부의 표면 자기장 강도를 증가시킬 수 있다. 자성부는 스테인리스 스틸의 자성 변형물, 또는 사마륨 코발트 합금 조각으로부터 형성될 수 있다. 탄소가 풍부한 스틸은 아연 도금될 수 있는데, 즉 보호 아연 코팅을 가질 수 있다.

상기 필터 서브-챔버는 배수 서브-챔버의 상류에 배치될 수 있고, 상술된 찌꺼기 필터를 수용할 수 있다. 필터 서브-챔버는 예를 들어, 필터 서브-챔버 내로 개구부 상부로, 장치 상에 필터 캡을 장착함으로써 밀봉가능할 수 있다. 이는 청소를 위한 용이한 접근을 가능하게 한다. 상기 필터 캡은 예를 들어, 찌꺼기을 불어냄으로써 청소를 가능하게 하는, 배수 밸브를 포함할 수 있다. 상기 배수 서브-챔버와 유사하게, 필터 서브-챔버는 파이프라인 축에 대해 각을 이룰 수 있다. 배수 서브-챔버와 필터 서브-챔버는 파이프라인 축을 따라 서로 겹쳐지도록 상보적 방식으로 각을 이룰 수 있다.

자석은 사용 중에 조건 및 환경에 견딜 수 있는 방식으로 장치 내에 장착될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 상기 자석은 분리가능한 인서트(예를 들어, 상기에 언급된 캡 또는 플러그)에 일체적으로 형성되어 있다. 다시 말하면, 분리가능한 인서트 자체는 자기 물질로부터 형성될 수 있다. 그러나 다른 실시예에서, 자석은 예를 들어, 스크류 및 볼트와 같은 단순한 기계적 고정 체를 포함하는 어떤 적합한 방식으로 장치 내에 또는 상에 부착되거나 장착될 수 있다.

상기 자석은 장치를 통과하는 유로를 유지하면서, 즉 유로를 차단하기 위해 충분한 물질을 포획하지 않고, 물질 포획을 최적화하도록 치수 설정 및 배치될 수 있다. 따라서, 얻어진 자기장이 유로를 막기에 충분한 물질을 보유할 정도로 충분히 강력하지 않도록 상기 자석은 유로에 대하여 치수 설정 및/또는 배치되는 것이 바람직하다.

일 실시예에서, 상기 자석은 수축 통로의 입구 반대측 배수 서브-챔버 내에 배치될 수 있다. 수축 통로의 입구에서 자석의 간격은, 보유 표면에서의 자기장 강도의 20% 미만, 바람직하게는 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만, 및 가장 바람직하게는 무시할 수 있을 정도로, 수축 통로의 입구에서의 자기장 강도를 야기하도록 선택될 수 있다. 이러한 배치는 보유된 물질이 장치의 작동에 악영향을 끼치는 것을 방지하면서 물질을 끌어당기는 능력에 적절한 균형을 보증할 수 있다.

또 다른 실시예에서, 상기 자석은 수축 통로의 입구 주위에 장착될 수 있다. 또한, 입구에서 수축 통로까지 자석의 간격은 보유 표면에서의 자기장 강도의 20% 미만, 바람직하게는 10% 미만, 바람직하게는 5% 미만, 및 가장 바람직하게는 무시할 수 있을 정도로, 수축 통로의 입구에서의 자기장 강도를 야기하도록 선택될 수 있다. 그 결과, 상기 유로는 흡착된 재료에 의해 쉽게 차단될 수 없고, 이에 따라 필요한 세척 회수를 감소할 수 있다.

수축 통로의 입구에서 자속 밀도는 바람직하게는 30mT 미만, 더 바람직하게는 20mT, 15 mT, 10 mT, 및 5 mT 미만이다.

상기 자석은 바람직하게는 상기 유로의 중심에서 오프셋되어 배치된다. 비-선형 유로의 경우, 그것은 바람직하게는 경로의 굴곡부의 외측에 배치됨으로써, 적어도 부분적으로 유동을 직면한다.

일부 실시예에서, 자석은 일반적으로 원통형 자석인 것으로 당업계에서 알려진 디스크 자석일 수 있으며, 이때 자기 축(magnetic axis)은 실린더 축과 동축이다. 이런 경우에, 자기 축은 바람직하게는 수축 통로를 통해 배수 유동의 방향으로 정렬된다. 즉, 바람직하게는 수축 통로의 상류측 단부와 동축이다. 이러한 배치에서는, 흡착된 불순물의 최대 침적이 수축 통로에서 떨어져 발생하는데, 즉 흡착된 물질의 침적에서 국부적인 최소값은 수축 통로의 상류측 단부와 정렬한다. 따라서, 더 많은 물질은 수축 통로를 차단함이 없이 자석에 의해 포획될 수 있고, 이는 청소 사이의 더 큰 간격을 허용한다.

수축 통로의 상류측 단부의 축은 수축 통로에서 수직으로 멀어져 수축 통로의 상류측 단부 중심에서 연장하는 선으로 형성될 수 있는데, 다시 말해서 입구 챔버의 하류 벽에 형성된 개구를 통해서 수직으로 이동하고 하류 벽에서 연장되어 나가는 축이다. 응축물 배수 장치가 선형인 경우에, 중심을 통해서 그리고 응축물 채널의 길이에 따라 연장되는 축은 수축 채널의 상류측 단부의 축선과 동일할 것이다.

상기 자석이 디스크 자석인 다른 경우에, 자석은 각을 이룰 수 있으며, 따라서 흡착 재료의 침적(build-up)에 국부적인 최소치가 유로의 중심과 정렬하며, 이로써 그러한 침적에 기인한 유동의 방해를 최소화한다.

대안적인 실시예들에서, 상기 자석은 수축 통로의 상류측 단부의 축에 평행하게 이동하는 자기 축을 갖는 수축 통로의 상류측 단부 주위에 배치된, 원형 링 형태일 수 있다. 추가적인 대안에서, 상기 자석은 수축 통로의 상류측 단부의 축에 수직으로 이동하는 자기 축을 갖는 수축 통로의 상류측 단부 주위에 배치된, 원형 링 형태일 수 있다.

대안적으로, 여러 가지 자석은 그 극성이 교번하도록 수축 통로의 상류측 단부 주위에 배치될 수 있다. 그 후 자기 축은 수축 통로의 상류측 단부의 축에 수직이다. 자석은 바람직하게는 수축 통로의 상류측 단부 주위에 링을 형성하도록 배치될 수 있다. 보유된 물질은 수축 통로의 단부 주위에 링 형상으로, 교번 자극 사이에 수집된다.

상기에 언급된 바와 같이, 상기 자석은 입구 및 출구 사이에 제거 가능하게 장착될 수 있는 인서트의 일부로서 형성되거나 인서트의 일부에 부착될 수 있다. 인서트는 예를 들면, 간섭-적합, 스크류, 총검 적합, 스냅-적합 또는 인터록의 몇몇 다른 형태에 의해, 임의의 적절한 방식으로 장착될 수 있다. 인서트는 제거될 수 있고, 이는 자석이 세척되고 그 밖에 쉽게 유지되는 것을 허용한다.

인서트는 또한 응축물 배수 채널의 전부 또는 일부를 이송할 수 있다. 이는 통로가 청소 및 정비를 위해 장치에서 용이하게 분리되게 한다. 인서트를 장착하면 입구와 출구 사이에 응축물 배수 채널을 배치하게 한다. 이러한 경우에는, 자석은 바람직하게는 위에서 설명한 바람직한 형태 중 어느 하나를 가질 수 있다.

상기 장치가 단위 몸체를 갖는 경우, 예를 들면 스테인리스 스틸과 같은 적합한 재료로 주조될 수 있다. 상기에서 개시된 다양한 챔버, 입구, 출구 및 응축물 배수 채널은 순차적으로 드릴가공될 수 있다.

상기 자석은 응축물 제거 장치 내부의 환경에서 사용하기에 적합한, 사마륨-코발트 합금을 포함할 수 있다. 자석은 실질적으로 가능한 단지 무시할 수 있는 수준의 불순물을 갖는, 사마륨-코발트 합금으로 실질적으로 이루어질 수 있다. 이러한 자석은 환경이 고온이고, 습하고, pH가 시간적으로 변화할 수 있는, 응축물 제거 장치에서의 사용에 적합하다.

일반적으로, 사마륨-코발트(SmCo 계) 합금의 2개의 시리즈가 공지된다. 이들은 다음과 같다:

1. SmCo 시리즈 1 : 5 (또는 SmCo5) - 이것들은 희토류 사마륨 1 원자 및 코발트 5 원자를 갖는다. 중량 면에서 이 자석 합금은 전형적으로 균형 코발트와 약 36 %의 사마륨을 포함할 것이다. 이러한 사마륨-코발트 합금의 에너지 제품은 대략 128 KJ/㎥ 내지 대략 200 KJ/㎥ 의 범위에 있다.

2. SmCo 시리즈 2: 17 (또는 Sm2Co17) - 이것들은 희토류 사마륨 2 원자 및 전이 금속(TM)의 13 ~ 17 원자의 조성으로 시효-경화된다. TM 함유물은 코발트에서 풍부하지만, 철 및 구리와 같은 다른 요소를 포함할 수 있다. 지르코늄, 하프늄, 및 이러한 것과 같은 다른 요소들도 또한 더 좋은 열처리 반응을 얻기 위해 소량으로 부가될 수 있다. 중량 면에서, 합금은 일반적으로 사마륨의 약 25 %를 포함할 것이다. 이러한 합금의 최대 에너지 제품은 약 160 내지 약 260 KJ/㎥ 의 범위에 있다.

SmCo 시리즈 2:17 합금을 포함하는 자석은 더 강한 자석이기 때문에 장치에서 사용될 수 있고, 자석의 중량당 불순물의 더 큰 흡착을 가능하게 한다. 자석에 대한 가능한 조성은 사마륨과 코발트의 65 내지 65 중량%, 바람직하게는 70 내지 80 중량%를 포함할 수 있다. 일례로 자석 조성은 Sm 약 26 중량 %, Co 50 중량 %, Fe 17 중량 %, Cu 5 중량 % 및 Zr 2 중량 %를 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 하기에 기술된다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 응축물 제거 장치의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 응축물 제거 장치의 단면도이다.
도 3A는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 응축물 제거 장치의 선 A-A(도 2)에 따른 단면도이다.
도 3B는 본 발명의 제 2 실시예의 변형에 따른 응축물 제거 장치의 선 A-A(도 2)에에 따른 단면도이다.
도 4는 Sm 26 중량%, Co 50 중량 %, Fe 17 중량 %, Cu 5 중량 % 및 Zr 2 중량 %를 포함하며, 10 mm 직경 및 5 mm 깊이를 가지는, 디스크 자석을 위한 자석 표면으로부터의 거리에 대한 자속 밀도 플롯이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 응축물 제거 장치(스팀 트랩으로 하기에 언급됨)를 도시한다.

스팀 트랩(10)은 스테인리스 스틸 또는 다른 적합한 재료로부터 주조된 단일 몸체(12)를 포함한다. 상기 몸체(12)는 입구(14) 및 그 반대면에 형성되는 출구(16)를 갖는다. 입구(14) 및 출구(16)는 각각 입구가 보링된(bored) 영역(20) 및 출구가 보링된 영역(22)에 통하는 개구부이다.

상기 몸체(12)는 파이프라인(미도시)에 연결되도록 조정된다. 입구(14)와 출구(16)를 둘러싸는 몸체(12)의 부분들(24)은 외부 파이프라인에 연결되도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 부분들은 파이프라인의 인접 조각에 스크류, 소켓 용접, 플랜지 중 어느 하나 또는 그보다 많이 형성하도록 배치될 수 있다. 일 실시예에서, 상기 부분들(24)은 열 에너지 인터내셔널(UK) 리미티드에 의해 제조된 에메랄드 스팀 트랩에서 사용되는 것과 같이, "퀵 접합(quick fit)" 커넥터(또한 파이프라인 커넥터 또는 범용 커넥터로 공지된)로 설비될 수 있다. 대안으로 또는 추가로, 상기 부분들(24) 중에서 하나 또는 모두는 3방 밸브를 위한 표준 엔드 연결을 포함(예를 들어 볼 밸브 또는 체크 밸브)할 수 있고, 이에 의해 스팀 트랩(10)은 밸브와 일체화될 수 있다.

상기 입구(14)는 외부 파이프라인에서 응축가능 가스 및/또는 응축물을 수신하도록 배치된다. 스팀 트랩(10)은 응축가능 가스의 누설을 제한 또는 방지하면서, 응축물이 배출구(16)를 통해서 누설하게 하고 응축물의 유동을 허용하게 하도록 배치된 선형 응축물 제거 채널(26)을 포함한다. 상기 출구(16)는 입구(14)보다 낮은 압력에 노출됨으로써, 입구(14)에서 수신된 응축가능 가스 및 응축물은 응축물 제거 채널(26) 내로 당겨진다.

이러한 실시예에서 입구가 보링된 영역(20)과 출구가 보링된 영역(22)은 동축이며 동등한 직경을 가지고 있지만, 이 필요성은 본 발명에 필수적인 것은 아니다.

상기 응축물 제거 채널(26)은 출구(16)로부터 연장된다. 응축물 제거 채널(26)은 스팀 트랩의 오리피스의 기능을 수행하는 수축 통로(30)(즉, 응축물 제거 채널(26)의 가장 좁은 부분)를 포함한다. 본 실시예에서, 수축 통로(30)는 응축물 제거 채널(26)의 상류측 단부에 있지만, 이 필요성은 본 발명에 있어서 필수가 아니다. 그것은 응축물 제거 채널(26)의 더 하류에 형성될 수 있다. 출구(16)를 향해 수축 통로(30)에서 연장되어 나감에 따라, 응축물 제거 채널(26)은 갑자기 개방하는데, 즉 점진적으로 단면적이 증가한다. 이러한 실시예에서, 응축물 제거 채널(26)은 원형 단면을 가지고 있기 때문에, 단면적의 증가는 응축물 제거 채널(26)의 선형적 직경 증가에 의해 획득될 수 있다. 고온의 응축물이 수축 통로(30)를 통해 응축물 제거 채널(26)로 강제될 때, 수축 통로를 가로지르는 압력 강하는 응축물의 갑작스로운 보일링을 일으키게 하는데, 이는 결국 수축 통로(30)를 통해 응축가능 가스의 통과를 억제하도록 작용하는 응축물 제거 채널(26)의 유동 용량의 가변 제한을 생성한다.

일정할 수 있는, 수축 통로(30)의 직경은, 파이프라인의 특성(예를 들면, 유입구 및 유출구 사이의 차등 압력, 응축가능 가스의 조성 등)을 고려하여 선택되며, 그리하여 응축물의 배출을 요구되는 비율로 허용한다. 이러한 선택에 관련된 계산은 벤츄리 오리피스 트랩의 공지된 유형의 것과 동일하다.

수축 통로(30)는 응축가능 가스 및/또는 응축물을 수신하기 위한 입구(14)와 유체 연통하는, 배수 서브-챔버(32)에 배치된 상류 개구부를 갖는다. 본 실시예에서, 배수 서브-챔버(32)는 액세스 개구(36)를 통해 외부에서 접속 가능하다. 액세스 개구(36)는 파이프라인에서 스팀 트랩(10)을 제거함이 없이, 정비, 예를 들어, 수축 통로(30)를 청소하기 위해서, 사용될 수 있다. 사용시에는, 액세스 개구부(36)는 캡 또는 플러그에 의해 폐쇄될 수 있다. 캡 또는 플러그는 배수 서브-챔버(32)의 내부면과 나사 방식으로 결합될 수 있다.

디스크 자석(50)은 고온 세라믹 접착제를 갖는 플러그의 내측에 부착된다. 상기 자석은 Sm 26 중량%, Co 50 중량%, Fe 17 중량%, Cu 5 중량% 및 Zr 2 중량%를 포함하고, 10 mm의 직경 및 5 mm의 깊이를 갖는다. 상기 디스크의 축은 선형 응축 배수 채널의 중심을 지나는 축과 동축이다. 플러그(48)는 탄소-리치 스틸(carbon-rich steel)로 형성되고, 보호 아연 코팅을 갖는다. 디스크 자석의 표면에서 수축 통로의 상류측 단부까지의 거리는 12 mm 이다. 도 4는 수축 통로(30)의 상류측 단부에 인접해서 자속 밀도 약 15mT(자석 표면에서의 자속 밀도의 약 4 %인) 인 것을 도시한다. 이 자속 밀도는 무시할 수 있고 재료는 12 mm의 거리에서 포획되지 않기에 따라서 포획된 불순물은 수축 통로(30)를 차단하지 않는다. 실제로, 재료의 6 및 12 mm은 자석의 표면에 걸쳐 유동률에 따라 보유 표면 상에 포획된다.

일부 실시예들에서 입구(14)가 배수 서브-챔버(32)와 직접 연통하거나 일체적으로 형성되는 한편, 기술된 실시예에서 응축가능 가스 및/또는 응축물은 필터 서브-챔버(38)를 통해 입구(14)에서 배수 서브-챔버(32)로 이동한다. 필터 서브-챔버(38)는 스트레이너(40)를 수신하도록 조정되는 중공 영역(예를 들어, 보링된 영역)이다. 스트레이너(40)는 배수 서브-챔버(32) 내로 찌꺼기의 통과를 제한하도록 터 서브-챔버(38)에 맞추어진 다공성(예를 메시 형상의) 슬리브를 포함한다.

이러한 실시예에서, 필터 서브-챔버(38)는 입구와 출구에 대하여 대각선 각도로 배향되고, 이에 의해 개구부(42)를 거쳐 외부에서 접속 가능할 수 있다. 개구부(42)는 파이프라인에서 스팀 트랩(10)을 제거함이 없이, 정비, 예를 들어, 스트레이너(40)를 청소하거나 대체하기 위해서, 사용될 수 있다. 사용 시에는, 개구부(42)는 캡 또는 플러그(52)에 의해 폐쇄될 수 있고, 이는 필터 서브-챔버(38)의 내부면과 나사 방식으로 결합될 수 있다.

필터 서브-챔버(38)는 통로(44)를 거쳐 배수 서브-챔버(32)와 유체 연통되고, 이는 접속 개구(36) 또는 개구부(42) 중의 어느 하나 또는 모두로부터 드릴 가공될 수 있다.

응축물 배수 채널(26)의 상류 개구부를 둘러싸는 배수 서브-챔버(32)의 표면은 출구(16)에서 연장되어 나가는 콘(34)으로 형성된다. 콘의 볼록 표면(즉, 상류 개구부까지 이르는 경사면)은 응축물 배수 채널(26) 또는 수축 통로(30) 상부로 찌꺼기가 안착하는 것을 방지하도록 지원할 수 있다.

게다가, 디스크 자석(50)은 응축물 배수 채널(26)의 상류측 단부와 동축이기 때문에, 포획되거나 또는 흡착된 재료 레벨에서 국부적인 최소치는 이러한 콘(34)과 정렬되는 것을 형성한다. 콘(34)은 이러한 최소값으로 연장할 수 있다. 이 구성은 수축 통로(30)를 차단함이 없이 포획될 수 있는 것보다 흡착된 재료의 양을 최대화한다.

본 발명의 또 다른 실시예는 도 1에 도시된 실시예의 변형을 포함하고, 도 1에 도시된 원판 자석(50)와 플러그(52) 자성 캡으로 대체된다. 자성 캡은 플러그 (52)와 동일 또는 유사한 치수를 가지고 동일한 밀봉 기능을 수행하지만, 자기 물질로 만들어진다. 본 실시예는 이와 같이 별개의 자석 요소 및 장치에 자석 요소를 부착하거나 또는 그 밖에 고정하기 위한 수단의 필요를 피할 수 있다. 캡에 사용되는 자기 물질은 스테인리스 스틸의 자성 변형에서 제조될 수 있다.

도 2는 본 발명의 제2 실시예인 스팀 트랩(10)의 단면도이다. 제1 실시예와 동일한 기능을 갖는 부분은 동일한 참조번호가 표지되고 다시 기술되지 않는다.

이러한 스팀 트랩은 그 자체가 4개의 연결가능한 서브-구성요소(121,122,123,124)로부터 형성되는 몸체(12)를 포함한다. 입구(14)과 출구(16)를 둘러싸는 몸체(12)의 부분(24)은 상기에 기술된 바와 같이, 외부 파이프라인에 연결되도록 배치될 수 있다. 서브-구성요소는 서로 유사하게 연결할 수 있다. 하위-구성 요소의 각각은 개별적으로 제거할 수 있다.

제1 서브-구성 요소(121)는 입구(14), 필터 서브-챔버(38) 및 통로(44)를 포함한다. 제2 서브-구성 요소(122)는 제3 서브-구성 요소(123)에 연결될 때 배수 서브-챔버(32)를 형성하는 튜브 단차를 포함한다.

제3 서브-구성 요소(123)는 수축 통로(30)를 포함하는, 응축물 배수 채널(26)을 포함한다. 응축물 배수 채널(26)의 상류 개구부를 둘러싸는 표면은 제2 서브-구성 요소(122)에 연결될 때 배수 서브-챔버(32)를 형성한다. 이러한 표면은 배수 서브-챔버의 하류 표면이다. 제1 실시예와 같이, 콘(34)은 응축물 배수 채널(26)의 상류 개구부를 둘러싸는 배수 서브-챔버(32)의 표면에 형성되어 있다.

제2 실시예(도 3A에 도시되는)에서, 환형의 링 자석(60)은 콘(34) 주위에 배치된다. 자기 축은 응축물 배수 채널(26)의 축에 평행하게 주행한다. 자기 축은 수축 통로(30)를 차단함이 없이 흡착될 수 있는 물질의 양을 최대화하기 위해서 콘(34)의 저부 주위에 배치된다.

제2 실시예(도 3B에 도시되는)의 변형에서, 자석(70)은 교번하는 자극을 갖는, 콘(34) 주위에 배치된다. 자기 축은 응축물 배수 채널의 축에 수직 한 평면에 있다. 자석은 수축 통로(30)를 차단함이 없이 흡착될 수 있는 물질의 양을 최대화하기 위해 콘(34)의 저부 주위에 배치된다.

제2 실시예에서, 제1 실시예에 관련하여 상기 기술된 자석 조성, 부착 기술 및 치수/배치 고려 사항들은 동일하게 적용한다.

제4 서브-구성 요소(124)는 출구(16)를 포함한다.

Claims (15)

1. 파이프라인에 장착하기 위한 응축물 제거 장치로서,
   응축가능 가스 유동을 받도록 상기 파이프라인에 연결가능한 입구;
   상기 입구의 하류에서 상기 파이프라인에 연결가능한 출구;
   상기 입구와 상기 출구 사이의 유체 연통을 제공하는 응축물 배수 채널로서, 응축가능 가스 유동이 통과하는 것을 제한하도록 응축물 유동에 의해 막힐 수 있는 수축 통로를 포함하는 응축물 배수 채널; 및
   상기 입구와 상기 수축 통로 사이에 배치된 자석;을 포함하는,
   응축물 제거 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 입구 및 상기 수축 통로 사이에 배치된 찌꺼기 필터(debris filter)를 더 포함하는,
   응축물 제거 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 찌꺼기 필터는 상기 자석의 상류에 배치되는,
   응축물 제거 장치.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 자석은 상기 자석의 자기장에 의해 끌어당겨지는 자성 찌꺼기를 보유하기 위한 보유 표면(retention surface)을 포함하며,
   상기 자석은 상기 수축 통로의 입구로부터 소정 거리 이격되며, 상기 거리에서 상기 수축 통로의 입구에서의 자기장 강도는 상기 보유 표면에서 자기장 강도의 20% 미만이 되는,
   응축물 제거 장치.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 입구와 상기 출구 사이에 장착가능한 분리가능한 인서트를 포함하고, 상기 분리가능한 인서트가 상기 자석을 포함하는,
   응축물 제거 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 분리가능한 인서트는 자기 물질로 만들어진,
   응축물 제거 장치.
7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
   상기 자석은 스테인레스 스틸의 자성 변형물(magnetic variant)을 포함하는,
   응축물 제거 장치.
8. 제5항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 분리가능한 인서트는 상기 응축물 배수 채널의 적어도 일부를 포함하는,
   응축물 제거 장치.
9. 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 분리가능한 인서트는 상기 장치에서 접속 개구(access opening)를 밀봉하기 위한 캡(cap)인,
   응축물 제거 장치.
10. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석은 사마륨-코발트 합금(samarium-cobalt alloy)을 포함하는,
    응축물 제거 장치.
11. 제10항에 있어서,
    상기 자석은 고온-세라믹 접착제를 사용하여 상기 장치에 장착되는,
    응축물 제거 장치.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 자석은 디스크 자석(disc magnet)이며, 상기 디스크 자석의 자기 축(magnetic axis)은 상기 수축 통로의 상류측 단부와 동축인,
    응축물 제거 장치.
13. 제12항에 있어서,
    상기 수축 통로의 상류측 단부에서의 자속 밀도가 표면 자속 밀도의 20% 미만이 되도록 상기 자석이 배치되는,
    응축물 제거 장치.
14. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    (i) 상기 자석은 상기 수축 통로의 상류측 단부 주위에 배치된 환형 링 자석이고, 그리고/또는
    (ii) 다수의 자석들이 상기 수축 통로의 상류측 단부 주위에서 극성이 교번하도록 배치되는,
    응축물 제거 장치.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입구는 입구 챔버를 포함하고,
    상기 입구 챔버의 하류 벽은 상류-방향 정점(upstream-facing apex)을 갖도록 형성되며, 상기 응축물 배수 채널의 상류측 단부는 상기 상류-방향 정점에 위치하는,
    응축물 제거 장치.

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