KR101711101B1 - 컬럼용 액체 분배기 - Google Patents

Abstract

컬럼용 액체 분배기가 소개된다.
컬럼용 액체 분배기는 액체의 공급이 이루어지는 투입부와, 투입구에서 공급받은 액체가 일시 저장되는 수용부와, 액체를 배출하기 위한 다수개의 다공홀이 형성된 드레인부와, 수용부 내 액체가 드레인부에 고르게 제공되도록 수용부와 드레인부 사이를 연결하는 분배부를 포함할 수 있다.

Description

컬럼용 액체 분배기{LIQUID DISTRIBUTOR FOR COLUMN}

본 발명은 컬럼용 액체 분배기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 해상 운동으로 인한 요동 상태 또는 경사진 상태에서도, 기액 접촉을 위한 컬럼 내로 액체를 균일하게 분배할 수 있는 컬럼용 액체 분배기에 관한 것이다.

일반적으로 액체 분배장치는 정유, 석유화학 및 정밀화학과 유해가스 또는 유기물의 제거를 위해서, 증류, 흡수, 냉각 원리를 적용한 증류탑, 흡수탑 등에 사용된다. 그리고 트레이 및 충전물과 같은 기체-액체 접촉 장치는 정유 및 석유화학 산업에서 다양한 분리를 수행하는 데 사용된다. 트레이는 컬럼의 유동이 발생할 경우 물 넘이둑에서의 범람 때문에 부적합하므로, 해상에서는 일반적으로 불규칙 충전물 보다는 구조화 충전물(structured packing)이 사용된다.

구조화 충전물을 컬럼 내에서 사용하는 것은, 저압 강하가 중요한 경우에 많은 장점을 가진다는 점이 널리 알려져 있다. 그러나, 컬럼의 성능은 충전물 내에서 국부적으로 발생하는 액체 하강류와 기체 상승류 간의 평형을 형성하고 유지시키는 것에 좌우된다.

이러한 충전물 내에서의 액체와 기체의 분포는, 유체들의 충전물에 대한 초기 공급량 및 충전물의 개별적인 특성에 의하여 영향을 받는다. 다양한 이유로 인하여, 충전물 내에서 액체의 분포가 증기의 분포보다 더 초기 공급량에 대해 민감하다. 전형적으로, 액체의 초기 공급량은 액체 분배기에 의하여 형성된다. 액체 분배기의 개관 내에서의 액체 수위가 균일해야 한다는 것이 주수구로부터의 유동이 균일하게 되기 위한 최소 조건이다.

그런데, 실제로는 균일한 초기 액체 분포를 형성하는 것에 어려움이 있다. 예를 들어, 다양한 요인들이 액체 분배기 내의 액체 수위 균일성에 영향을 미칠 수 있는데, 여기에는 액체 분배기 내의 유체 역학적 저항, 분배기 설치 중의 조정 불량, 그리고 컬럼의 기울어짐 등이 포함된다.

특히, 해상용 액체 분배기의 설계에는 몇 가지의 특별한 노력이 요구된다. 예컨대, 바람과 파도 양자 모두의 작용은 선박 갑판의 컬럼에 상당한 운동을 야기시키는데, 요동 운동으로 컬럼이 수직 위치로부터 기울어져 액체 분배기 내 액체가 일측으로 이동되는 경우가 관심의 대상이 된다. 종래 액체 분배기 내의 액체 수위의 균일성은 선박의 운동으로 상당히 나빠질 수 있는데, 액체 수위의 균일성이 나빠지면, 주수구로부터의 유동이 균일하지 않게 되고, 결국, 컬럼 내 액체의 분배 상태가 좋지 않게 된다.

이에, 요동 운동으로 인해, 컬럼이 요동되거나 기울어지더라도, 액체 분배기 내의 액체가 컬럼 내로 균일하게 분배될 수 있는 방안이 요구되고 있다.

특허문헌: 국내 공개특허공보 10-1999-0067982호 (1999. 08. 25. 공개)

본 발명의 실시예들은 요동 상태 또는 경사진 상태에서도 컬럼 내 액체의 균일한 분배가 이루어지게 할 수 있는 컬럼용 액체 분배기를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 컬럼용 액체 분배기는, 액체의 공급이 이루어지는 투입부; 상기 투입부에서 공급받은 액체가 일시 저장되는 수용부; 액체를 배출하기 위한 다수개의 다공홀이 형성된 드레인부; 및 상기 수용부 내 액체가 상기 드레인부에 고르게 제공되도록 상기 수용부와 드레인부 사이를 연결하는 분배부를 포함하고, 상기 분배부는 상기 수용부와 상기 드레인부 사이를 연결하는 다수개의 분배관; 및 상기 분배부가 일측으로 기울어질 때, 상기 수용부보다 하측에 연결된 분배관의 유로를 적어도 일부 폐쇄하는 개폐부재를 포함할 수 있다.

이때, 상기 드레인부는 상기 액체가 이동되는 유로가 길이방향을 따라 마련되고, 저면에 다수개의 다공홀이 형성된 메인 드레인; 및 상기 메인 드레인의 측벽에서 분기되는 다수개로 제공되고, 저면에 다수개의 다공홀이 형성된 서브 드레인을 포함할 수 있다.

또한, 상기 분배관은 일단이 상기 수용부의 내부공간으로 인입되고, 타단에 상기 개폐부재의 이동에 의해 적어도 일부가 개폐되는 개구가 형성된 인입파이프; 및 상기 인입파이프의 개구와 상기 드레인부를 연통되게 연결하는 인출파이프를 포함할 수 있다.

또한, 상기 분배관은 상기 수용부의 저면과 상기 드레인부를 수직하게 연결되는 제 1 분배관; 및 상기 수용부의 측벽과 상기 드레인부를 방사방향으로 연결하도록 다수개로 제공된 제 2 분배관을 포함할 수 있다.

또한, 상기 인입파이프의 외벽에는 상기 수용부 내 액체가 유입되는 다수의 관통홀이 형성될 수 있다.

또한, 상기 분배관은 상기 컬럼용 액체 분배기가 일측으로 기울어질 때, 상기 개폐부재의 이동을 제한하도록 상기 개구에 마련되는 스토퍼를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 스토퍼에는 상기 컬럼용 액체 분배기가 기울어지는 각도에 따라, 상기 개폐되는 개구의 크기가 달라지도록 상기 개폐부재의 이동거리가 제한되는 곡률경사면이 형성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 유체 흐름을 수용부의 하부에서 주수구로 보내는 제 1 분배관 이외에, 수용부의 측면에서 4 방향으로 전개되어 주수구로 보내는 제 2 분배관을 추가함으로써, 액체 분배의 균일성을 향상시킬 수 있다는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 컬럼이 일측으로 기울어질 때, 개폐부재가 기울어지는 방향으로 이동하여 액체의 유로를 부분 폐쇄함으로써, 컬럼의 요동으로 인한 액체의 불균일 분배를 억제할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컬럼용 액체 분배기를 도시한 측면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1의 "A-A"선부를 절개하여 도시한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 변형예에 따라, 도 1의 "A-A"선부를 절개하여 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 2의 "B-B"선부를 절개하여 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 컬럼용 액체 분배기가 소정 각도 기울어지는 경우, 개폐부재의 작동 상태를 도시한 상태도이다.
도 6은 본 발명의 변형예에 따라, 도 2의 "B-B"선부를 절개하여 도시한 단면도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 컬럼용 액체 분배기가 소정 각도 기울어지는 경우, 개폐부재의 작동 상태를 도시한 상태도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 컬럼용 액체 분배기가 도 7보다 소정 각도 더 기울어지는 경우, 개폐부재의 작동 상태를 도시한 상태도이다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 구성 및 작용에 대해 상세하게 설명한다. 이하의 설명은 특허 청구 가능한 본 발명의 여러 측면(aspects) 중 하나이며, 하기의 설명은 본 발명에 대한 상세한 기술의 일부를 이룰 수 있다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어 공지된 구성 또는 기능에 관한 구체적인 설명은 본 발명을 명료하게 하기 위해 생략할 수 있다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예들을 포함할 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

그리고 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 '연결되어' 있다거나 '접속되어' 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 본 출원에서 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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 컬럼용 액체 분배기를 도시한 측면도이고, 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 1의 "A-A"선부를 절개하여 도시한 단면도이며, 도 3은 본 발명의 변형예에 따라, 도 1의 "A-A"선부를 절개하여 도시한 단면도이다.

도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 컬럼용 액체 분배기는, 요동 상태 또는 경사진 상태하에서도, 기액 접촉이 이루어지는 컬럼(Column) 내로 액체를 균일하게 분배할 수 있다.

여기서, 컬럼은 기액 접촉을 통해 원하는 물질을 분리하는 통상의 증류 컬럼과 대응되는 구성이므로, 이에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다. 다만, 본 실시예에 따른 컬럼은, 요동 상태 또는 경사진 상태에서도 균일한 액체 분배가 요구되는 해상용 플랫폼이나 선박 등에 설치될 수 있다.

이러한 컬럼용 액체 분배기는 투입부(100), 수용부(200), 드레인부(300) 및 분배부(400)를 포함할 수 있다.

구체적으로, 투입부(100)는 액체가 수용 가능한 소정 공간을 갖는 호퍼 형태로, 컬럼용 액체를 공급받을 수 있도록 액체 분배기의 최 상측에 위치될 수 있다. 그리고 투입부(100)의 하부에는 수용부(200)가 연통가능하게 연결될 수 있다.

투입부(100)의 상,하부에는 액체의 공급 및 배출이 이루어지는 투입구 및 배출구가 형성될 수 있다. 이에 따라, 다량의 액체가 투입부(100)의 투입구로 공급되면, 투입부(100)에 공급된 액체는 투입부(100)의 중앙으로 수렴된 후, 투입부(100)의 배출구를 통해 수용부(200)로 배출될 수 있다.

수용부(200)는 투입부(100)의 하부에 연결되는 원통형 케이스 형태로 구성될 수 있다. 수용부(200)의 내부에는 투입구에서 공급받은 액체를 일시 저장하기 위한 내부공간이 마련될 수 있다. 이때, 수용부(200) 내 액체의 수위는 항상 적절한 수준으로 유지될 수 있다.

수용부(200)의 저면 및 측벽에는 분배부(400)가 연결되므로, 수용부(200) 내 액체의 분배가 균일하게 이루어질 수 있다. 이때, 수용부(200)의 저면 및 측벽에 연결된 분배부(400)를 통한 액체의 흐름량이 50:50으로 동일해지도록, 수용부(200)의 저면 및 측벽에 연결된 각각의 분배부(400)의 직경은 서로 다르게 설계될 수 있다.

드레인부(300)는 메인 드레인(310)과 서브 드레인(320)을 포함하는 구성으로, 분배부(400)를 통해 공급받은 액체를 컬럼 내로 고르게 분산하여 제공할 수 있다. 여기서, 메인 드레인(310)의 내부에는 분배부(400)로부터 공급받은 액체가 이동되는 유로가 길이방향으로 형성되고, 메인 드레인(310)의 저면에는 액체가 고르게 배출되도록 매트릭스 형태로 이격 배치되는 다수개의 다공홀이 형성될 수 있다.

그리고 서브 드레인(320)은 메인 드레인(310)의 측벽에 연결되는 다수개로 분기파이프 형태로 구성될 수 있다. 다수개의 서브 드레인(320)의 저면에는 액체가 고르게 배출되도록 매트릭스 형태로 이격 배치되는 다수개의 다공홀이 형성될 수 있다.

본 실시예에서, 서브 드레인(320)은 이격 배치된 서로 다른 메인 드레인(310)과 독립되도록, 각각의 메인 드레인(310)의 측벽에 연결되는 다수개로 구성이지만, 도 3에서 보듯이, 하나의 서브 드레인(320)이 이격 배치된 서로 다른 메인 드레인(310)에 연속하여 연결될 수도 있다.

분배부(400)는 수용부(200)와 드레인부(300) 사이를 연결하는 연결관으로, 수용부(200) 내 액체를 드레인부(300)에 고르게 제공할 수 있다. 이러한 분배부(400)는 수용부(200)와 드레인부(300) 사이를 연결하는 다수개의 분배관(410)을 포함할 수 있다.

분배관(410)은 수용부(200)의 저면과 드레인부(300)를 수직하게 연결되는 제 1 분배관(410a)과, 수용부(200)의 측벽과 드레인부(300)를 방사방향으로 연결하는 다수개의 제 2 분배관(410b)으로 구성될 수 있다. 그리고 제 1 분배관(410a)의 직경은 제 2 분배관(410b)의 직경보다 더 크게 설계됨으로써, 제 1 분배관(410a)을 통한 액체의 흐름량과 다수개의 제 2 분배관(410b)을 통한 액체의 흐름량이 서로 동일해질 수 있다.

본 실시예에서, 제 2 분배관(410b)은 수용부(200)의 측벽에서 원주방향으로 90도 간격으로 이격되는 4개의 분배관(410)으로 구성되지만, 이에 한정되지는 아니하며, 제 2 분배관(410b)의 이격 각도 및 개수 등은 액체를 균일하게 분배하기 위한 다양한 형태로 변경될 수 있다. 예를 들어, 제 2 분배관(410b)은 수용부(200)의 측벽에서 원주방향으로 60도 간격으로 이격 배치되는 6개의 분배관(410)으로 구성되거나, 수용부(200)의 측벽에서 원주방향으로 45도 간격으로 이격 배치되는 8개의 분배관(410)으로 구성될 수도 있다. 다만, 제 2 분배관(410b)의 개수가 증가함에 따라 제 2 분배관(410b)의 직경은 작아져야 한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 도 2의 "B-B"선부를 절개하여 도시한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라, 컬럼용 액체 분배기가 소정 각도 기울어지는 경우, 개폐부재의 작동 상태를 도시한 상태도이다.

도 4 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 각각의 분배관(410)은 인입파이프(411), 인출파이프(412) 및 스토퍼(413)를 포함할 수 있다. 여기서, 인입파이프(411)는 수용부(200)의 내부공간으로 인입된 분배관(410)의 파이프로 정의될 수 있다. 예컨대, 인입파이프(411)의 일단은 수용부(200)의 내부공간으로 인입되고, 인입파이프(411)의 타단에는 개폐부재(420)의 이동에 의해 적어도 일부가 개폐되는 개구(411a)가 형성되며, 인입파이프(411)의 외벽에는 수용부(200) 내 액체가 유입되는 다수의 관통홀(411b)이 형성된다.

또한, 스토퍼(413)는 개폐부재(420)의 이동을 인입파이프(411) 내에서 제한하기 위해, 인입파이프(411)의 개구(411a)에서 돌출될 수 있다. 이 스토퍼(413)는 인입파이프(411) 내 개폐부재(420)가 인출파이프(412)로 이동하는 것을 방지함으로써, 개폐부재(420)의 이동 범위를 인입파이프(411) 내로 제한할 수 있다.

또한, 인출파이프(412)는 수용부(200)에서 노출된 분배관(410)의 파이프로 정의될 수 있다. 인출파이프(412)는 인입파이프(411)의 개구(411a)와 드레인부(300)가 서로 연통되도록 인입파이프(411)의 타단에 연결될 수 있다.

분배부(400)는 분배부(400)가 일측으로 기울어질 때, 분배관(410)의 유로를 적어도 일부 폐쇄하는 개폐부재(420)를 포함할 수 있다.

개폐부재(420)는 인출파이프(412) 내에서 길이방향으로 이동가능한 볼(ball) 형태의 구체로 구성될 수 있다. 이 개폐부재(420)는 컬럼용 액체 분배기가 일측으로 기울어질 때, 개폐부재(420)가 수용부(200)보다 하측에 위치한 분배관(410)의 유로를 일부 폐쇄함으로써, 컬럼의 요동으로 인한 액체의 불균일 분배를 억제할 수 있다.

예컨대, 도 5에서 보듯이, 액체 분배기가 일측으로 기울어지는 경우, 수용부(200)보다 하측에 위치한 분배관(410) 내 개폐부재(420)는 개구(411a)로 이동된 후, 스토퍼(413)에 의해 정지된 상태에서, 분배관(410)의 유로를 일부 폐쇄할 수 있다. 결국, 수용부(200) 내 액체가 수용부(200)보다 하측에 위치한 분배관(410)으로 더 많이 분배되는 것이 방지될 수 있다.

도 6은 본 발명의 변형예에 따라, 도 2의 "B-B"선부를 절개하여 도시한 단면도이고, 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라, 컬럼용 액체 분배기가 소정 각도 기울어지는 경우, 개폐부재의 작동 상태를 도시한 상태도이며, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라, 컬럼용 액체 분배기가 도 7보다 소정 각도 더 기울어지는 경우, 개폐부재의 작동 상태를 도시한 상태도이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 변형예에 따라, 스토퍼(413')에는 컬럼용 액체 분배기가 기울어지는 각도에 따라 개폐부재(420)의 이동거리가 제한되는 곡률경사면(413a)이 형성될 수 있다. 컬럼용 액체 분배기의 기울어지는 각도가 달라지면, 스토퍼(413')의 곡률경사면(413a)을 이동하는 개폐부재(420)의 이동 위치가 달라질 수 있고, 결국, 개구(411a)의 크기가 달라질 수 있다.

예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 컬럼용 액체 분배기가 소정 각도 기울어지면, 개폐부재(420)는 곡률경사면(413a)의 중간 부위에 위치되고, 이때, 개구(411a)는 부분 패쇄될 수 있다. 이에 반해, 도 8에 도시된 바와 같이, 컬럼용 액체 분배기가 도 7보다 소정 각도 더 기울어지면, 개폐부재(420)는 곡률경사면(413a)의 최상단에 위치되고, 결국, 개구(411a)는 완전 패쇄될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 유체 흐름을 수용부의 하부에서 주수구로 보내는 제 1 분배관 이외에, 수용부의 측면에서 4 방향으로 전개되어 주수구로 보내는 제 2 분배관을 추가하여, 액체 분배의 균일성을 향상시킬 수 있고, 컬럼이 일측으로 기울어지는 경우, 개폐부재가 기울어지는 방향으로 이동하여 액체의 유로를 부분 폐쇄하므로, 컬럼의 요동으로 인한 액체의 불균일 분배를 억제할 수 있다는 등의 우수한 장점을 갖는다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 예를 들어 당업자는 각 구성요소의 재질, 크기 등을 적용 분야에 따라 변경하거나, 실시형태들을 조합 또는 치환하여 본 발명의 실시예에 명확하게 개시되지 않은 형태로 실시할 수 있으나, 이 역시 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예는 모든 면에서 예시적인 것으로 한정적인 것으로 이해해서는 안되며, 이러한 변형된 실시예는 본 발명의 특허청구범위에 기재된 기술사상에 포함된다고 하여야 할 것이다.

100 :투입부 200 :수용부
300 :드레인부 310 :메인 드레인
320 :서브 드레인 400 :분배부
410 :분배관 411 :인입파이프
412 :인출파이프 413 :스토퍼
420 :개폐부재

Claims (7)

1. 액체의 공급이 이루어지는 투입부;
   상기 투입부에서 공급받은 액체가 일시 저장되는 수용부;
   액체를 배출하기 위한 다수개의 다공홀이 형성된 드레인부; 및
   상기 수용부 내 액체가 상기 드레인부에 고르게 제공되도록 상기 수용부와 드레인부 사이를 연결하는 분배부를 포함하고,
   상기 분배부는
   상기 수용부와 상기 드레인부 사이를 연결하는 다수개의 분배관; 및
   상기 분배부가 일측으로 기울어질 때, 상기 수용부보다 하측에 연결된 분배관의 유로를 적어도 일부 폐쇄하는 개폐부재를 포함하는 컬럼용 액체 분배기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 드레인부는
   상기 액체가 이동되는 유로가 길이방향을 따라 마련되고, 저면에 다수개의 다공홀이 형성된 메인 드레인; 및
   상기 메인 드레인의 측벽에서 분기되는 다수개로 제공되고, 저면에 다수개의 다공홀이 형성된 서브 드레인을 포함하는 컬럼용 액체 분배기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 분배관은
   일단이 상기 수용부의 내부공간으로 인입되고, 타단에 상기 개폐부재의 이동에 의해 적어도 일부가 개폐되는 개구가 형성된 인입파이프; 및
   상기 인입파이프의 개구와 상기 드레인부를 연통되게 연결하는 인출파이프를 포함하는 컬럼용 액체 분배기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 분배관은
   상기 수용부의 저면과 상기 드레인부를 수직하게 연결되는 제 1 분배관; 및
   상기 수용부의 측벽과 상기 드레인부를 방사방향으로 연결하도록 다수개로 제공된 제 2 분배관을 포함하는 컬럼용 액체 분배기.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 인입파이프의 외벽에는
   상기 수용부 내 액체가 유입되는 다수의 관통홀이 형성된 컬럼용 액체 분배기.
6. 제 3 항에 있어서,
   상기 분배관은
   상기 컬럼용 액체 분배기가 일측으로 기울어질 때, 상기 개폐부재의 이동을 제한하도록 상기 개구에 마련되는 스토퍼를 더 포함하는 컬럼용 액체 분배기.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 스토퍼에는
   상기 컬럼용 액체 분배기가 기울어지는 각도에 따라, 상기 개폐되는 개구의 크기가 달라지도록 상기 개폐부재의 이동거리가 제한되는 곡률경사면이 형성되는 컬럼용 액체 분배기.

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