KR960003476B1 - 용액 분포 및 혼합 촉진용 수직 흡수관 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

용액 분포 및 혼합 촉진용 수직 흡수관

제1도는 종래 기술의 수직 흡수관들을 도시한 사시도.

제2도는 본 발명의 흡수 용액 막의 분포와 혼합을 촉진하기 위한 쌍으로 구성된 상부링과 하부링을 도시한 사시도.

제3도는 본 발명의 상부링과 하부링을 흡수관 내부에 설치한 상태를 도시한 개략 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

2,4,8,20 : 수직 흡수관 6 : 스프링

10 : 나선홈 12 : 상부링

14,17 : 틈새 15 : 외향 팁

16 : 하부링 16a : 수직홈

본 발명은 수직 원형관 내벽면에 흡수액이 흘러내리며 중기 등을 흡수하는 과정에서 열 및 물질 전달을 촉진시키기 위하여 쌍으로 이루어진 링을 관내에 설치하여 용액의 분포와 혼합을 촉진시키는 수직 흡수관에 관한 것이다.

수직 원형관 내벽면에 흡수액이 흘러내리며 증기를 흡수하는 수직 흡수관은 여러가지 화학 공정 및 기계 장치에 사용된다. 수직 흡수관들은 보통 한 장치에 수십 내지 수백개 씩 사용되며 흡수 과정에서 발생된 열은 공냉 또는 수냉 방식에 의하여 관 외부로 방출된다. 이 경우 증기를 흡수하는 용액은 흡수관의 상부에서 벽면을 타고 흘러 들어오는데 흘러내려오는 용액이 관 내부 벽면에 골고루 분포되고 용액의 혼합이 잘 이루어져야 증기와 용액과의 접촉 면적이 증가되어 흡수관의 성능이 증가하게 된다.

예를 들면 냉방 장치로 쓰이는 공냉형 흡수식 냉온수기의 흡수기는 다수의 수직 원형관에 흡수제인 브롬화리튬(LiBr) 수용액이 흘러 내리면서 수증기를 흡수하는데 용액이 골고루 분포되고 혼합이 잘 이루어져야 수증기를 많이 흡수하게 되어 냉방 능력이 증가하게 된다. 용액이 골고루 분포되어야 하는 이유는 증기와 용액의 접촉 면적을 증가시키기 위함이며, 용액의 혼합을 촉진시켜야 하는 것은 증기와 흡수액이 접촉하는 기액 경제면(vapor- liquid interface)에서는 흡수액의 농도가 급격히 감소하기 때문에 용액을 뒤섞어 흡수 능력이 왕성한 용액을 증기와 접촉시켜 주기 위함이다.

이러한 사실을 기초로하여 개발되거나 제안되고 있는 수직 흡수관의 형태가 제1도에 도시되어 있다. 제1a도는 관 내벽면에 아무런 가공도 하지 않고 설치물도 없는 평활관이고, b도는 용액의 혼합과 용액의 관내 체류시간을 증가시키기 위하여 관 내에 스프링(6)을 집어 넣은 형태이고, c도는 흡수액의 혼합을 촉진시키기 위하여 관 내부에 나선형의 핀(fin)을 가공한 수직 흡수관이다. b도 및 c도의 관은 a도의 관에 비하여 어느 정도의 성능 증대 효과가 있으나 그 정도가 크지 않다. 그 이유로는 이들 관에 있어서는 흡수액이 관에 흘러 들어오는 부분에서 흡수액이 골고루 분포되지 않고 흘러내려오는 흡수액은 관벽에 언제나 부착되어 있는 상태이므로, 혼합의 효과가 제한되기 때문이다.

본 발명은 종래의 수직 흡수관의 이러한 단점을 개선하기 위한 것으로서 흡수관의 입구에 용액 분포를 촉진시키는 링을 설치하여 흡수 용액이 벽면을 골고루 적시며 흘러 내림과 동시에 흡수관의 일정구간마다 쌍으로 구성된 링을 설치하여 상부링에서 흡수액이 벽면으로부터 분리되어 낙하하여 하부링에 충돌하여 흡수액의 혼합 효과를 극대화하는 수직 흡수관을 제공함을 목적으로 한다. 하부링에 충돌된 흡수액은 다시 흡수관의 벽면에 고루 분포되어 흐르게 된다.

본 발명의 용액 분포 및 혼합 촉진링을 이용한 수직 흡수관은 간단한 링을 흡수관내에 몇몇개 설치하여 용액 분포 및 혼합 효과를 극대화하는 점에서 그 기술적 특징이 있다.

이와 같은 본 발명의 용액 분포 및 혼합 촉진링을 이용한 수직 흡수관의 구조를 첨부된 도면을 참조로 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

제2도는 본 발명의 수직 흡수관 내에 설치되는 쌍으로 구성된 환형인 상부링(12)와 하부링(16)을 도시한다. 이들 상부링(12)와 하부링(16)은 모두 수직 흡수관의 내벽면에 끼워 넣어 설치된다. 이를 위하여, 링의 반경 방향으로 수직으로 약 0.5mm 정도 절단하여 형성한 틈(14,17)이 있어서 링이 반경 방향으로 탄성을 갖게 하였다. 이들 틈(14,17)에 의해서 링들을 관벽면에 밀착 상태로 끼워 넣을 수 있다. 제2a도에 도시된 상부링(12)은 직경이 큰 상부(12a)와 이보다 직경이 작은 하부(12b)로 이루어져 있으며, 상부(12a)의 상면은 이 링(12)의 외측에서 내측으로 30° 내지 45° 정도 하향 경사진 경사면(12c)가 있고 하부(12b)의 하단 외주연에는 환형의 외향 팁(15)가 형성되어 있다. 이 경사면(12c)에 의해서 수직 흡수관의 관 벽을 타고 흘러내르는 흡수 용액이 관벽면에서 분리되어 상부링(12)의 내측 공동쪽으로 흐르게 된다. 또한, 외향 팁(15)는 상부링(12)의 내면을 타고 흘러 내리는 흡수 용액을 하부링(16)의 상부면 상에 낙하시키는 기능을 수행한다.

하부링(16)은 제2b도에 도시된 것처럼 내측에서 외측으로 30° 내지 45° 정도 하향 경사진 경사면(18)을 구비하고, 이 경사면으로부터 측면까지 연장되어 하부링의 외주연에는 복수개의 홈(16a)가 형성되어 있다. 이 경사면은 상부링(12)의 외향 팁(15)에서 떨어진 흡수 용액이 하부링(16)의 내면으로 흘러 내리지 않게 하는 작용을 하며, 홈(16a)는 경사면으로부터 흡수 용액이 관벽면에 골고루 분산된상태로 흘러내리게 하는 작용을 한다. 즉, 수직 흡수관의 내벽면을 타고 흘러내리는 흡수 용액은 상부링(12)의 경사면(12c)에서 관의 내벽면으로부터 분리되어 상부링의 내면을 타고 흘러내려서 이 상부링(12)의 외향 팁(15)에 도달하게 된다. 이렇게 외향 팁(15)에 도달한 흡수 용액은 관의 내벽면으로부터 이격되게 하부링(16)의 상부면 상에 떨어지지만 하부링(16)의 내부 공동안으로는 떨어지지 않게 된다. 흡수 용액은 하부링(16)의 상부면 상에 떨어질 때 서로 잘 혼합되어 균질한 상태로 된다. 이렇게 잘 혼합된 흡수 용액은 이의 본래 목적인 증기 등의 흡수 기능을 향상시킨다. 하부링(16)의 상부면에 떨어진 흡수 용액은 복수개의 홈(16a)를 따라 균일하게 관의 내벽면을 타고 흘러 내리면서 향상된 흡수 기능으로 수직 흡수관 내의 증기 등을 흡수하면서 이 하부링(16)의 아래에 배열된 상부링(12)의 경사면(12c)로 흘러내리며, 상기와 같은 순서로 수직 흡수관의 하단까지 계속 진행된다.

상부링의 두께는 사용되는 용액의 종류에 따라 적당하게 선정되어야 한다. 링의 두께가 너무 작으면 용액이 떨어지지 않고 벽면으로 다시 붙어 버리게 된다. 또한 링의 두께가 너무 크면 증기의 통로가 너무 작아져 증기의 흐름에 대한 압력 손실이 과도해진다.

브롬화리튬 흡수 용액을 사용한 자체 실험 결과 내경 23.4mm의 관에 대하여 상부링의 두께는 약 3.5 내지 5mm가 적당하고 말단부는 벽면으로부터 3mm 정도 간격이 필요함을 알 수 있었다. 다른 종류의 흡수제를 사용하는 경우 그 점도에 따라 링의 두께를 적절하게 변화시킬 수 있다.

하부링(16)은 상부링(12)로부터 떨어지는 용액을 받는 역할을 함과 동시에 용액 분포를 고르게 해주는 역할을 한다. 벽면과 하부링의 상단부 사이에 받아진 용액은 하부링의 외측면에 가공된 다수의 홈(16a)를 통하여 벽면에 골고루 분포되며 흘러 내리게 된다.

하부링의 외측면의 홈의 수와 크기는 사용되는 흡수제에 따라 적절한 값을 선정하여야 하는데 브롬화리튬 흡수 용액을 사용한 자체 실험 결과로는 폭 1mm, 길이 0.7mm, 갯수 20개에서 좋은 용액 분포 효과를 보였다.

제3도는 본 발명의 분포 및 혼합 촉진링을 흡수관내에 설치한 상태를 도시한다. 먼저 흡수관(20)의 용액 입구 부분에는 입구링(19)가 설치된다. 이 입구링(19)는 하부링(16)과 동일 형상 및 구조를 가지므로 상세히 설명하지 않는다. 이러한 입구링은 이것이 없을 경우 용액이 흘러들어가는 과정에서 수직관의 내벽 면(22)를 골고루 적시지 않고 한쪽으로 치우쳐 흐르는 것을 방지한다. 자체 실험결과 입구부분에 이 링이 설치되지 않는 경우 용액이 항상 한쪽으로 치우쳐 흐르는 것을 확인할 수 있었다. 이 링을 설치하면 용액은 내벽면과 링의 상단부에 원주 방향으로 고루 퍼지면서 벽면을 완전히 적시며 흘러내린다.

수직관의 용액 유입구에 설치된 입구링(19)로부터 적당한 거리 (관 직경의 약 10배 거리)를 두고 상부링(12)와 하부링(16) 쌍이 설치된다. 상부링과 하부링 사이의 거리는 약 50mm 정도가 적당하다.

제3도를 참조하여 본 발명의 수직 흡수관 내에서의 흡수 용액이 흐르는 경로에 대하여 설명하기로 한다.

먼저, 수직 흡수관(20)의 상부에서 입구링(19)의 경사면(18)에 떨어진 흡수 용액은 이 경사면을 타고 입구링(19)의 외주연에 형성된 홈(16a,제2b도)를 통해서 내벽면(22)에 균등하게 분포한 상태로 관벽을 타고 흘러내리면서 수직 흡수관 내의 증기 등을 흡수하게 된다. 이 흡수 용액이 입구링 아래에 설치된 상부링(12)의 상연부에 도달하게 되어 이 링의 상부에 형성된 경사면(12c)를 타고 링의 상부 공동의 벽명(12d)로 흘러서 외향 팁(15)에 모이게 된다. 흡수 용액이 외향 팁(15)에 일정량으로 모이게 되면 중력 및 점성에 의해 하방으로 떨어져 그 아래에 배열된 하부링(16)의 경사면(18)에 충돌하게 되는데, 이 때에 증기 등을 많이 흡수한 흡수 용액과 이 보다는 적게 흡수한 흡수 용액이 잘 섞이게 되어 거의 균질한 흡수 용액으로 된다. 이렇게 하부링의 경사면(18)에 떨어진 흡수 용액은 상기에 설명한 방식으로 계속해서 수직 흡수관(20)의 하부로 유동하며 수직 흡수관의 맨 하단부에 이르기까지 상기 작동이 반복적으로 수행된다.

상기에 설명한 방식으로 흡수 용액이 수직 흡수관의 내벽면에 골고루 분포한 상태로 흘러내리고 각 하부링의 경사면에 흡수 용액이 낙하하면서 충돌하므로 이에 의해 흡수 용액이 골고루 섞이게 되어 균질한 흡수 용액이 되게 하므로 증기 등의 흡수 능력을 현저하게 개선시킬 수 있다.

Claims (3)

1. 흡수 용액을 사용하여 수직 흡수관 내부를 지나가는 증기 등을 흡수하기 위한 수직 흡수관에 있어서, 내측으로부터 외측으로 하방 경사진 경사면(18)과 이 경사면으로부터 측면까지 연장되어 외주연 전체에 형성된 복수개의 홈(16a)와, 반경 방향 수직으로 형성된 틈(17)을 구비한 입구링(19)가 수직관의 용액 유입구에 설치된 것을 특징으로 하는 수직 흡수관.
2. 제1항에 있어서, 외측으로부터 내측으로 하방 경사진 경사면(12c)를 구비한 상부(12a)와 이 상부 (12a)보다 직경이 작은 동시에 그 하단부 외주연에 환형의 외향 팁(15)가 형성된 하부(12b)로 구성되고 반경 방향 수직으로 형성된 틈(14)를 구비한 상부링(12)와, 상기 입구링(19)와 동일 형상으로 상기 상부링의 하단에 설치되어 상기 상부링(12)와 쌍을 이루는 하부링(16)을 포함하고, 상기 상부링(12) 및 하부링(16) 쌍이 상기 입구링(19)의 하부에 설치된 것을 특징으로 하는 수직 흡수관.
3. 제2항에 있어서, 복수개의 상부링(12) 및 하부링(16) 쌍이 설치된 것을 특징으로 하는 수직 흡수관.