청정기술 (Clean Technology)

  • 제16권3호
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  • Pages.213-219
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  • 2010
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  • 1598-9712(pISSN)
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  • 2288-0690(eISSN)
한국청정기술학회 (The Korean Society of Clean Technology)
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$CO_2$ 흡수용 $100Nm^3$/hr급 Vortex Tube의 에너지분리 특성에 관한 실험적 연구

An Experimental Study on the Energy Separation of the $100Nm^3$/hr Vortex Tube for $CO_2$ Absorption

  • 김창수 (공주대학교 일반대학원 기계공학과) ;
  • 한근희 (한국에너지기술연구원) ;
  • 박성영 (공주대학교 생산기술연구소)
  • Kim, Chang-Su (Department of Mechanical Engineering in the Graduate School, Kongju National University) ;
  • Han, Keun-Hee (Korea Institute of Energy Research) ;
  • Park, Sung-Young (Industrial Technology Research Institute Kongju National University)
  • 투고 : 2010.08.24
  • 심사 : 2010.09.20
  • 발행 : 2010.09.30
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초록

볼텍스튜브는 고압의 가스를 이용하여 고온 가스와 저온 가스를 분리하거나 입자상 물질의 분리에 사용할 수 있는 장치이다. 이러한 볼텍스튜브의 에너지분리 특성과 물질분리 특성을 활용하여, 연소가스로부터 $CO_2$를 흡수하는 장치의 핵심부품으로 적용할 수 있다. 본 연구에서는 $CO_2$ 흡수용 볼텍스튜브의 기본설계 자료를 구축하기 위하여 에너지분리 성능실험을 수행하였다. 설계를 위한 기초 자료를 확보하기 위하여, 볼텍스 발생기의 오리피스 직경, 노즐면적비 및 튜브의 길이가 에너지분리 특성에 미치는 영향력을 실험을 통하여 분석하였다. 결과적으로 오리피스 직경이 볼텍스튜브의 성능에 지배적인 설계인자임을 확인하였으며, 노즐면적비와 튜브길이의 영향력은 미미하였다. 오리피스 직경이 작고(Dc=0.6D), 노즐면적비가 중간 이상(AR=0.14~0.16)이며, 튜브 길이가 긴 모델(L=16D)이 저온 출구 측과 고온 출구 측의 열전달에서 가장 우수한 성능을 나타내었다. 본 연구의 결과는 $CO_2$흡수용 $100Nm^3$/hr급 볼텍스튜브의 기본설계 자료로 활용될 예정이다. 볼텍스튜브를 적용한 $CO_2$흡수 공정을 적용하면 기존의 대형 흡수탑 대비 상당한 공간과 에너지의 절감 효과가 기대된다.

Vortex tube is the device that can separate small particles from the compressed gas, as well as compressed gas into hot and cold gas. Due to energy and particle separation ability, a vortex tube can be used as the main component of the $CO_2$ absorption device. In this study, experimental approach has been performed to analyze the energy separation characteristics of the vortex tube. To obtain the preliminary design data, energy separation characteristics of the vortex tube has been tested for orifice diameter, nozzle area ratio, and tube length. As a result, the orifice diameter is the major factor of the vortex tube design. The nozzle area ratio and tube length have a minor effect on the energy separation performance. For Dc=0.6D, AR=0.14~0.16, and L=16D, maximum energy separation has been occurred. The result from this study can be used as the basic design data of the $100Nm^3$/hr class vortex tube applied to the $CO_2$ absorption device. Compared with the $CO_2$ absorption process containing an absorption tower, the process with a vortex tube is expected to have a huge advantage of saving the installation space and the operating cost.

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