KR890002849B1 - 기체-액체분리기 - Google Patents

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Abstract

내용 없음.

Description

기체-액체분리기
제 1 도는 감압밸브와 조합된 본 발명에 의한 기체-액체 분리기의 단면도.
제 2 도는 격벽부재의 종단면도.
제 3 도는 제 2 도의 III-III선의 단면도.
제 4 도는 격벽부재의 사시도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
A : 기체-액체분리기 B : 감압밸브
34 : 격벽부재 37 : 환상공간
38 : 회전날개(rotary vane) 39 : 종벽
40 : 경사벽 41 : 나선벽
42 : 단벽(end wall) 43 : 플로우트
45 : 배수구
본 발명은 증기나 압축공기등의 기체 배관에 부착하여 기체중의 물(예를들면 응측수)을 분리하여 외부로 배출하는 분리기에 관한 것으로 특히 유체를 회전시키는 원심력의 작용으로 기체와 액체를 서로 분리하는 기체-액체 분리기에 관한 것이다.
이런 종류의 기체-액체 분리기는 케이싱내의 상부에서 유체를 회전시켜서 원심력의 작용으로 기체에 함유된 물방울이 외측으로 뿌려져서 분리되는 것으로 기체는 출구측을 통과하고 분리된 물방울은 케이싱내의 하부에 배치된 배수밸브에 의해서 케이싱의 외부로 배출되는 것이다.
종래의 기체-액체 분리기의 구조는 케이싱내의 상부에 원통형상의 격벽부재를 배치하여 격벽부재와 그 외측의 케이싱사이에 환상공간을 형성하고, 환상공간에 하향 경사시킨 회전날개를 방사상으로 다수배치하고, 환상공간의 상부를 입구에 하부를배수밸브부에, 격벽부재 내측의 구멍을 출구측에 각각 연결하여 이루어졌다. 이 구조에서 입구로부터의 유체는 환상공간에서 회전날개에 의해서 회전하여 원심력의 작용으로 물방울이 외측으로 뿌려진다. 이 분리된 물방울이 하부로 흘러서 배수밸브를 통해 외부로 배출된다. 회전류의 중앙부의 기체는 격벽부재의 내측의 구멍을 통하여 출구측을 향해 이동한다.
상기의 종래 구조에서는 회전류가 강하게 될지라도 물방울의 일부가 출구측으로 이동하기 때문에 기체-액체분리 효율을 어느정도 이상 높일 수 없게 된다.
이는 유체를 회전시키면 원심력의 작용으로 질량이 큰 물체일수록 외측으로 이동한다는 자연 법칙을 단순히 이용한 것이므로 미소한 물방울은 표면을 따라 외측에서 내측으로 되돌아오기 때문에 물방울이 기체와 함께 출구측으로 이동한다.
본 발명의 기술적 과제는 회전날개를 갖춘 기체-액체 분리기에서 물방울을 잡아서 적극적으로 외측으로 뿌리는 수단을 부가하는 데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 기술적 수단은, 원통형 격벽부재의 외주벽에 하향 경사벽과 나선벽을 형성시키고, 상기 경사벽의 상단에서 하단으로 향하여 점차 외측으로 돌출되고 경사벽의 하단에서 반경방향의 단벽에 계단식으로 연결된 나선벽을 형성한 것이다.
상기 기술적 수단의 작용을 설명하면 다음과 같다.
원통형 격벽부재의 외주에는 환상공간이 형성되고 그 환상공간에 햐향 경사벽이 위치하므로 유체는 환상공간을 통과할때 하향 경사방향으로 이동방향이 변화된다. 이에따라, 유체는 그 연속성 때문에 환상공간에서 회전하고 그 회전은 경사벽의 상하로 파급된다. 즉, 유체는 회전하면서 환상공간으로 유입되어 회전상태에서 빠져 나간다.
나선벽이 경사벽의 상단에서 하단으로 향하여 점차 외측으로 돌출하고 있기 때문에 유체는 환상공간의 접선 방향보다도 외측으로 이동하고 외측의 케이싱 내벽을 향하여 보다 양호하게 취부된다. 더우기, 환상공간의 폭은 경사벽의 상단에서 하단으로 감에 따라 좁아지기 때문에 회전류의 속도는 점차 증가하고 하단부에서 최대로 된다.
더우기 나선벽은 경사벽의 하단에서 반경방향의 단벽에 계단식으로 연결되어 있으므로 환상공간의 폭은 그 단벽부에서 급격이 확대된다. 따라서 유체가 회전하면 단벽부근의 압력이 저하되고 부근의 벽면에 부착된 물방울이 나선벽과 단벽 사이의 접합능선에 모여서 상기한 바와같이 접합능선부에서 최고 속도에 달한 강한 회전류에 의해서 내뿜어져 외측의 케이싱 내벽에 취부(吹付)된다.
본 발명은 다음의 특이한 효과가 발생한다. 유체를 회전시켜 원심력의 작용으로 기체와 액체를 분리할 뿐 아니라 물방울이 나선벽과 단벽의 접합능선에 적극적으로 모이고, 또 회전류의 속도를 그 접합능선부에서 최대로 하여 물방울을 능선부에서 내뿜어 외측의 케이싱 내벽에 취부되도록 하여 기체-액체분리 효율을 크게 높인다.
회전류의 속도를 단순히 증가시킬 뿐 아니라 환상공간의 폭을 경사벽의 하단부에서 최소로하여 요소, 즉 경사벽의 하단부에서 회전류의 속도를 최대로 한다. 그래서 하단부 전후에서 회전류는 약하게 되어 물방울이 기체와 함께 출구측으로 이동하지 않고 배수밸브부의 수면이 교란되지 않아 배수밸브가 오작동하지 않게된다.
본 발명을 실시하는데 있어서 다음의 점을 고려하면 보다 양호한 작용효과를 얻을 수 있다. 격벽부재의 외주벽에서 반경방향으로 돌출한 종벽을 경사벽의 상단에서 상방으로 형성시키면, 회전하면서 환상공간에 유입하는 액체는 종벽에 충돌하기 때문에 물방울의 일부가 종벽에 충돌하고 부착하여 기체로부터 분리되는 작용 효과를 얻는다.
경사벽과 나선벽을 포함하는 격벽부재의 적어도 하나의 외주벽면을 배 껍질모양의 거친 표면으로 형성시키면, 물방울이 이 외주벽면에 보다 용이하게 부착하고 회전류에 대하여 벽면 근방의 표면속도가 적당하게 감속되어 벽면에서 물방울을 붙들 수 있게 된다. 그리하여 벽면에 붙들린 물방울은 전술한 접합능선부에 모이고, 외측의 케이싱 내벽에 취부된다. 그래서 물방울이 배 껍질모양의 거친 벽면에 부착되어 기체에서 분리될 수 있는 것이다.
격벽부재의 하단부의 외주를 하방으로 향해 점차 외측으로 돌출히켜 케이싱 내면과의 간격을 좁히면 회전류의 속도가 다시 높아지고 기체와 물이 분리되어 외측의 케이싱 내벽에 다시 취부된다. 이 경우에 격벽부재의 하단부 외주의 연직방향에 대한 경사각을 25도 내지 50도의 범위내로 형성시키면 소망의 작용효과를 얻을 수 있고 , 특히 경사각을 35도로 형성시키면 가장 양호한 결과를 얻을 수 있다.
다음에 상기의 기술적 수단의 구체예를 나타내는 도시한 실시예를 설명하기로 한다.(제 1 도 내지 제 4 도 참조)
제 1 도의 실시예는 본 발명에 의한 기체-액체 분리기(A)를 증기용 갑압밸브 B)와 일체로 조합한 것을 나타낸다.
케이싱은 압력 설정스프링(1)을 수용하는 스프링케이스(2)와, 파이로트 밸브(3)를 배치한 밸브케이스(4)와, 주밸브(5)를 배치한 본체(6)와 기체-액체 분리실(7)을 형성하는 분리기 케이스의 본체(8) 및 저부덮개(9)로 이루어지며, 이들은 주물로 형성되어 있다.
스프링케이스(2)와 밸브케이스(4)사이에는 금속박판으로 만든 다이어프램(10)이 배치되어 있다.
다이어프램(10)의 상면에는 다이어프램 디스크(11)를 통하여 압력 설정스프링(1)의 하단이, 다이어프램의 하면에는 파이로트밸브(3)의 파이로트 밸브스템(12)에 부착된 켑(13)의 상단이 접한다. 다이어프램(10)의 상부공간은 통로(14)를 통하여외기에 연결하고, 하부 공간은 통로(15)를 통하여 하기의 출구(23)에 연결한다.
스프링케이스(2)의 천정벽에 스테인레스 스틸 베어링(16)를 통하여 조절나사(17)를 부착하고 로크너트(18)로 회전을 정지시킨다. 압력 설정스프링(1)의 상단에 배치된 스프링슈우(19)와 조절나사(17)의 사이에 스틸보울(20)이 끼워져 있다.
조절나사(17)의 외부에 돌출한 부분은 보호캡(21)으로 덮혀지며, 이 보호캡(21)은 스프링케이스(2)에 착탈 자유롭게 나사결합한다.
본체(6)에는 입구(22)와 출구(23)가 형성되어 있다. 입구(22)와 출구(23)는 수평벽(24)을 통해 분리되어 그 벽(24)에 나사결합된 밸브시이트 부재의 밸브구(25)를 통하여 연결된다. 주밸브(5)는 밸브구(25)의 하방에 코일 스프링에 의해 탄성적으로 힘을 받는 상태로 배치되고, 그 상단은 피스톤(26)에 연결되어 있다.
파이로트밸브(3)는 입구(22)로 통하는 통로(27)과 피스톤(26)의 상부공간으로 통하는 통로(28)사이에 위치하고, 파이로트 밸스시이트(29)내를 슬라이드하는 파이로트밸브 스템(12)과 밸브스템(12)이 하단에 연결된 파이로트 밸브체(30)로 이루어지고 스프링에 의해서 하방에서 상방으로 힘을 받게된다. 통로(27)에는 스크린(31)이 배치되어 있다.
피스톤(26)은 본체(6)의 내주에 부착된 실린더(32)내를 슬라이드하고, 피스톤의 외주에 환상으로 2개의 홈을 설치하여 폴리테트라 플루오로 에틸렌(PTFE)제의 피스톤링과 피스톤링의 내측에 스프링을 배치한다. 피스톤(26)에는 그이 상면과 하면을 연결하는 오리피스(33)를 설치하고, 피스톤(26)의 상면으로부터 일정량의 유체를 허용하여 압력제어를 한다.
감압밸브(B)의 주밸브(5)의 주위에 이중의 원통형 격벽부재(34)를 배치한다. 외측원통은 직선이고 상부와 하부가 완만하게 확장된 형상으로 되어 있다. 테이퍼상의 스크린(55)을 격벽부재(34)의 외측에서 배치한다. 격벽부재(34)의 내측에는 리브(rib)를 통하여 중심축상에 연결봉(36)이 일체로 형성되어 주밸브(5)의 하부를 안내한다. 입구(22)는 스크린(35)을 통하여 격벽부재(34)의 2중의 원통부 사이의 환상공간(37)에 연결하고, 격벽부재(34)의 내측은 주밸브(5)의 밸브구(25)를 통하여 출구(23)에 연결한다.
환상공간(37)에는 격벽부재(34)와 일체로 회전날개(38)가 형성되어 있다. 회전날개(38)를 포함하는 격벽부재는 로스트왁스법(lost wax process)에 의해 주조하고, 그 벽면은 배 껍질같은 거친면을 갖도록 가공한다. 물론 다른 주조방법 또는 절삭등의 가공방법을 이용해도 되지만, 적어도 격벽부재의 외주면은 거칠게 가공한다.
본실시예의 로스트왁스법에 의한 경우, 벽면의 표면 조성도(roughness)는 JIS 규격(B 0601)에 의하면, 최대높이 Rmax가 15 내지 60μm이다. 벽면을 표면 조성도가 10μm(Rmax)이상으로 가공하면 양호한 분리효과를 얻을 수 있게 된다. 배 껍질처럼 거칠게 가공될 벽면은 참조번호 C로 표시하고 있다.
제 2 도 내지 제 4 도에 확대하여 표시한 바와같이 회전날개(38)는 격벽부재(34)의 내측의 원통의 상단에서 외측의 원통의 상단까지 반경방향으로 돌출하는 종벽(39)과, 외측과 내측의 원통사이에 종벽(39)의 하단으로부터 하향 경사시켜 형성한 경사벽(40)과, 경사벽(40)의 상면에서 내측의 원통에서 외측의 원통방향으로 형성한 나선벽(41)과로 이루어지고, 환상공간(37)내에 5개가 형성되어 있다. 나선벽(41)의 종단은 반경방향 단벽(42)에 계단식으로 연결되어 있다.
격벽부재(34)의 내측의 원통의 하부는 하방으로 점차 확대되어 외측의 원통의 내벽 근방에서 소정의 간격으로 떨어져 끝나게 된다. 또 그 연직방향에 대한 각О-는 35도이다. 경사 각О-을 25도 내지 50도의 범위로 설정하면 양호한 분리효과를 얻을 수 있게 된다.
기체-액베 분리기(A)의 케이싱(8)의 하단에 하부덮개(9)를 볼트로 부착하여 내부에 배수밸브실(7)을 형성하고, 배수밸브실(7)내에 구형 플로우트(43)를 수용한다.
하부덮개(9)에는 배수밸스 시이트(44)가 배수구(45)의 내단에 부착되어 있다. 플로우트(43)은 그 하단에 형성된 연결개구(47)를 가진 플로우트 덮개(46)로 덮여진다. 참조번호(48)는 플로우트덮개(46)의 상부에 형성된 통기공이다.
입구(22)에서 유입한 유체는 회전날개(38)의 경사벽(40)에서 회전한다. 유체에 포함된 물방울은 원심력의 작용으로 외측으로 뿌려져 분리된다. 종벽(39)은 유입유체를 수직으로 낙하시키고 경사벽(40)에서 발생한 회전류를 상쇄시켜 회전류의 유속을 감소시킴과 동시에 보다 아래로 향하게 된다. 이때 물방울의 일부는 종벽(39)에 부딪혀 표면에 부착한다.
나선벽(41)은 회전류는 환상공간(37)의 접선방향보다도 외측으로 향하게 된다. 또 경사벽(40)의 하단에서 환상공간(37)의 폭은 최소로 되고 유속은 최대로 된다. 나선벽(41)의 종단은 반경방향의 단벽(42)의 계단식으로 연결되기 때문에 나선벽(41)과 단벽(42)의 접합능선부를 경계로 환상공간(37)의 폭이 급격히 확대한다. 이 에따라 유체가 회전하기 때문에 단벽의 부근이 저압역으로 되고 벽면에 부착된 물방울이 접합능선에 모이게 된다. 그렇게 모인 물방울은 강한 회전류에 의해서 접합능선부에서 내뿜어져 케이싱(8)의 내벽(격벽부재(34)의 외측원통의 내벽도 포함)에 취부된다.
이렇게 분리된 물방울은 외측의 격벽부재(34)와 케이싱(8)의 내주벽에 따라 흘러내린다. 격벽부재(34)의 하단을 통과한 기체는 그 내측을 통과하여 감압밸브(B)의 주밸브(5)에 향하여 이동하고 출구(23)로 유출된다. 한편 분리된 물은 플로우트덮개(46)의 연결개구(47)을 통하여 내부로 유입된다. 이때 플로우트덮개(46) 내부의 기체는 통기공(48)을 통하여 외부로 나간다. 플로우트(43)은 수위에 따라 부상하거나 하강하여 배수밸브시이트(44)의 배수밸브구를 개폐하고 배수구(45)로부터 물만을 외부로 배출한다.

Claims (4)

  1. 케이싱(8)내의 상부에 원통형 격벽부재(34)를 배치하여 격벽부재(34)와 그 외측의 케이싱(8)과의 사이에 환상공간(37)을 형성하고, 환상공간에 회전날개(38)를 배치하고, 환상공간(37)의 상부를 입구(22)에 하부를 배수밸브부에 격벽부재(34)의 내측의 구멍을 출구(23)측에 각가 연결시킨 기체-액체 분리기에 있어서, 하향 경사시킨 경사벽(40)과 이 경사벽(40)의 상단에서 하단으로 향해 점차 외측으로 돌출하고 하단에서 반경방향의 단벽에 계단식으로 연결한 나선벽(41)을 각각 격벽부재(34)의 외주벽에 형성한 것을 특징으로 하는 기체 액체 분리기.
  2. 케이싱(8)내의 상부에 원통형 격벽부재(34)를 배치하여 격벽부재(34)와 그 외측의 케이싱(8)과의 사이에 환상공간(37)을 형성하고, 환상공간에 횐전날개(38)을 배치하고, 환상공간(37)의 상부를 입구(22)에, 하부를 배수밸브부에 격벽부재(34)의 내측의 구멍을 출구(23)측에 각각 연결시킨 기체-액체 분리기에 있어서, 하향 경사시킨 경사벽(40)과, 이 경사벽(40)의 상단에서 하단으로 향해 점차 외측으로 돌출하고 하단에서 반경방향의 단벽에 계단식으로 연결한 나선벽(41)을 각각 격벽부재(34)의 외주벽에 형성하고, 상기 격벽부재(34)의 외주벽에서 반경방향으로 돌출한 종벽(39)을 상기 경사벽(40)의 상단으로부터 상방으로 형성한 것을 특징으로 하는 기체-액체 분리기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 격벽부재(34) 외주벽면의 표면 전부 또는 일부를 배 껍질모양의 거친 표면을 갖도록 형성한 것을 특징으로 하는 기체-액체 분리기.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 격벽부재(34)의 하단부 외주를 하방으로 향하여 점차 외측으로 돌출하여 케이싱(8)내면과의 간격을 좁히고, 상기 하단부 외주의 연직방향에 대한 경사각을 25도 내지 50도의 범위내로 형성한 것을 특징으로 하는 기체-액체 분리기.
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