KR0154420B1 - 이류체식 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 노즐(100)의 중앙에 축·방향으로 배치되어 펌프에 의해 펌핑된 슬러리가 통과하는 슬러리경로(111)와, 상기 슬러리경로(111)의 주변에 상기 노즐(100)의 축방향과 비스듬히 엇갈리는 방향으로, 즉, 상기 슬러리경로(111)의 방향과 비스듬히 엇갈리는 방향으로 경사져 있으면서도 노즐(100)의 반경방향의 안쪽을 향해서도 경사져 있는 다수의 슬롯(126)을 포함하는 공기경로(124)를 포함하는 노즐본체(110) 및; 상기 노즐본체(110)의 팁의 둘레에 끼웠다 뺐다할 수 있게 끼워지고 미세하게 뚫린 다수의 액적출구(113)들을 갖는 캡(120)을 포함하는 이류체식 노즐을 체공하여, 미세하고 고른 액적의 크기와 적절한 각을 갖는 분무를 할 수 있게 한다.

Description

이류체식 노즐

제1도는 종래의 이류체식 노즐의 정단면도.

제2도는 종래의 이류체식 노즐의 평면도.

제3도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이류체식 노즐의 외관사시도.

제4도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이류체식 노즐의 정단면도.

제5도는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 이류체식 노즐의 슬러리경로를 이루는 관의 헤드부분의 상세도.

제6도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이류체식 노즐의 스러리경로를 이루는 관의 헤드부분의 외관사시도.

제7도는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 이류체식 노즐의 슬러리경로를 이루는 관의 헤드부분의 정단면도.

제8도는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 이류체식 노즐의 슬러리경로를 이루는 관의 헤드부분의 외관사시도.

제9도는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 이류체식 노즐의 슬러리경로를 이루는 관의 헤드부분의 정단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100, 200, 300 : 이류체식 노즐 10, 210 : 노즐본체

120, 220 : 캡 122,222 : 헤드부분

126, 226 : 슬롯

[발명의 분야]

본 발명은 액체를 분무하기 위해 사용되는 이류체식 노즐(two-fluidnozzles)들에 관한 것이며, 특히, 분무흡수건조반응기에서 슬러리를 함유한 액체를 미세하고 고른 액적의 형태로 적절한 분부각내에서 분무하기 위한 이류체식 노즐들에 관한 것이다.

[발명의 배경]

재화의 생산에만 몰두하던 초기의 산업화과정에서 인류는 환경파괴의 심각성을 경험했고, 이제는 환경보호라는 과제의 해결이 재화의 생산성을 높이는 것보다 더욱 중요하게 인식되고 있다.

그러한 환경보호의 일환으로 화력발전소의 발전설비나 난방용 보일러에서 배출하는 배기중에 함유된 유황성분을 제거해야 할 필요성은 충분히 입증된 바 있으며, 새로이 설치되는 그러한 설비에 배연탈황기를 설치해야 하는 것은 물론이고, 기존에 가동되고 있는 설비에도 그러한 배연탈황기를 설치할 것이 요구되고 있다.

그러한 배연탈황기로서 가장 일반적인 것은 배기가 공기중에 유포되기전에 배기관의 적절한 위치에서 석회(lime)와 석회석(limestone)과 탄산나트륨 및 산화마그네슘 등을 포함하는 흡수제가 미세한 분말형태로 물속에 현탁되어 있는 슬러리를 분무하여 배기중에 유화성분과 유황성분과 반응시킨 후에 반응된 슬러리를 건조된 분말형태로 제거하는 분무흡수건조반응기의 원리를 이용한 것이다.

그러한 분무흡수건조반응기의 설계시에 심각하게 고려해야할 설계인자들 중의 하나는 슬러리를 미세하고 고르게 분무할 수 있는 노즐의 성능이다. 노즐에 의해 분무되는 액적(물방울)의 메세도와 균질도는 분무흡수건조반응기의 배연 탈황율에 직접적인 영향을 줄뿐만 아니라, 분무된 액적이 충분힌 건조될 낙하시간을 확보해야 하므로 분무흡수건조반응기의 크기에도 영향을 준다.

[종래의 기술]

그러한 분무흡수건조반응기에 이용되던 분무용 노즐로는, 노즐의 유체출구의 바로 앞에 다수의 작은 구멍들을 가진 채로 고속으로 회전하는 회전판을 배치하고, 유체가 이러한 회전판에 부딪쳐서 상기 작은 구멍들을 통과하면서 부숴짐으로써 분무되게 하는, 이른바 회전식 노즐이 있었다. 그러나, 그러한 회전식 노즐은 크기가 크고 구조가 복잡하여 제작바용이 크다는 단점이 있었다.

그러한 회전식 노즐의 대안으로 제시된 것이 미국에서 개발된 이류체식 노즐인 베터노즐(BETE nozzle)이다. 그러한 베테노즐의 개략적인 도면은 첨부도면의 제1도와 제2도에 도시되어 있다. 제1도와 제2도에서 인용부호 11은 슬러리가 흐르는 슬러리경로를 지칭하며, 인용부호 12는 그러한 슬러리경로(11)의 주위에 그러한 슬러리경로와 평행하게 원형단면을 갖는 다수의 공기경로를 지칭하는 것이고, 인용부호 13은 이류체식 노즐(10)의 전면에 미세하게 뚫린 구멍들인 액적출구를 지칭하는 것이다. 그러한 이류체식 노즐의 작동은 다음과 같다. 즉, 비교적 저압상태인 슬러리가 슬러리경로(11)를 통해 액류의 형태로 공급되어 작용공간(14)의 내벽의 중앙에 부딪친 후에 옆으로 확산되며, 그렇게 확산된 슬러리가 액적출구(13)에 도달하면 공기경로(12)를 통해 공급된 고압의 공기와 함께 상기 액적출구(13)를 빠져나가면서 분무되는 것이다.

그러나, 그러한 종래에 이류체식 노즐(10)은 앞서 설명한 회전식 노즐에 비해 액적이 미세하지도 고르지도 못하며, 분무각이 지나치게 좁아서 하나의 노즐에 의해 액적을 뿌려줄 수 있는 영역이 지나치게 좁고, 장시간동안 사용할 때에는 슬러리가 액적출구(13)를 빠져나가면서 튀겨나온 방울들이 상기 액적출구(13)의 근처에 덕지덕지 들어붙어서 노즐(10)의 분무작용을 방해하는 단점이 있다.

[발명의 개요]

본 발명은 앞서 설명했듯이 분무흡수건조반응기에 이용되던 종래의 노즐들의 단점을 보완하여 미세하고 고른 액적의 크기를 갖고 적절한 분무각을 가지며 장시간동안 사용할 때에도 노즐의 분무작용의 성능을 유지할 수 있는 이류체식 노즐을 제공하려는 것이다.

그러한 본 발명에 따르면, 노즐의 중앙에 축방향으로 배치되어 펌프에 의해 펌핑된 슬러리가 통과하는 슬러리경로와, 상기 슬러리경로의 주변에 상기 노즐의 축방향과 비스듬히 엇갈리는 방향으로, 즉, 상기 슬러리경로의 방향과 비스듬히 엇갈리는 방향으로 경사져 있으면서도 노즐의 반경방향의 안쪽을 향해서도 경사져 있는 다수의 슬롯을 포함하는 공기경로를 포함하는 노즐본체 및; 상기 노즐본체의 팀의 둘레에 끼웠다 뺐다할 수 있게 끼워지고 미세하게 뚫린 다수의 액적출구들을 갖는 캡을 포함하는 이류체식 노즐이 제공된다.

그러한 본 발명에 따른 이류체식 노즐의 작동은 다음과 같다. 즉, 비교적 저압상태에서 노즐의 슬러리경로를 통해 공급된 슬러리는 팁을 빠져나오자마자 축방향 및 반경방향으로 경사지 공기경로들을 빠져나온 고압공기와 마주친다. 그러면, 그러한 고압공기는 그 경사진 유선방향으로 인해 슬러리의 액류에 큰 회전력을 가하여 슬러리를 1차적으로 분무시킨다. 그렇게 1차 분무된 슬러리는 상기 캡의 액적출구들을 빠져나가면서 예정된 적절한 분무각을 갖고 고르고 미세한 액적의 크기를 갖는 액적구름의 형태로 2차적으로 분무된다.

본 발명에 따르면 또한 앞서 설명한 본 발명에 따른 이류체식 노즐에 있어서 상기 다수의 슬롯들을 포함하는 공기경로가 배치된 원주보다 더 바깥쪽의 원주, 즉, 반경이 큰 원주상에 배치되고 끝부분은 상기 공기경로와 달리 하나의 연속적인 원추환형 공간으로 형성되는 별도의 공기경로을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 이류체식 노즐이 제공되기도 한다.

그러한 이류체식 노즐에서는 앞서의 이류체식 노즐에서의 1차 분무시에 슬러리의 유선과 부딪침으로써 저하된 고압공기의 분사추진력을 보완하기 위해 부가적인 공기경로에 의해 부가적인 고압공기를 공급하여 효과적으로 분사되게 한다.

본 발명에 따르면, 또한, 노즐의 중앙에 배치된 제 1 공기경로인 벤츄리관과, 상기 벤츄리관의 병목부에 서로 마주보는 2개의 출구를 갖는 슬러리경로 및, 옆쪽에서 축방향에 대해 비스듬하게 반경방향의 안쪽을 향해 경사져 있는 다수의 슬롯들을 포함하는 제 2 공기경로들을 포함하는 이류체식 노즐이 제공된다.

그러한 이류체식 노즐의 작동은 다음과 같다. 즉, 공지된 벤츄리효과에 의해 1차 분무된 슬러리는 상기 제 2 공기경로들을 빠져나온 고압공기에 의해 에너지가 가해져서 더욱 미세하고 고르게 분무되고 분무각이 커진다.

위에서 설명한 본 발명에 따른 이류체식 노즐들은 종래의 회전식 노즐과 이류체식 노즐의 단점들을 모두 해소하고 장점들만을 발휘하도록 조합시킨 이류체식 노즐들이다.

[실시예]

이제, 첨부된 도면을 보면서 본 발명에 따른 이류체식 노즐들이 양호한 실시예들에 대해 설명하겠다.

제3도는 본 발명의 이류체식 노즐의 한 실시예를 도시한 외관사시도이고, 제4도는 그 정단면도이며, 제5도는 제3도와 제4도에 도시된 이류체식 노즐의 슬러리경로를 이루는 관의 헤드의 일부를 확대도시한 것이다.

제3도 내지 제 5도에 도시된 이류체식 노즐(100)은 중심에 배치되어 슬러리가 통과하게 하는 슬러리경로(111)를 이루는 관(121)과, 그러한 관(121)의 둘레를 이격되게 둘러싸고 관(121)의 원추형 헤드부분(122)이 밀착되는 원추형 구멍이 천공된 바닥(123)을 가지며 내벽이 상기 관(121)의 외벽과 협력하여 환형공간(124)을 이루는 케이싱(125)을 포함하는 노즐본체부분(110)및; 상기 노즐본체의 팁의 둘레를 끼웠다 뺐다할 수 있게 끼워지는 캡(120)을 포함한다.

제5도에서 보이듯이 관(121)의 원추형 헤드부분(122)에는 원추면을 따라 축과 엇갈린 방향으로 경사지게 절삭된 다수의 슬롯(126)들이 구비되어 있다.

또한, 제4도를 다시 보면, 캡(120)은 액적출구(113)로서 작용하는 다수의 구멍들이 천공되어 있다. 그러한 구멍의 개수는 6개니 18개 정도가 적당하며, 양호하게는, 12개이고 직경은 1내지 2mm이면 적합하다.

제3도 내지 제5도에 도시된 이류체식 노즐의 작동에 있어서는, 도시되지 않은 펌프에 의해 펌핑된 비교적 저압상태의 슬러리는 슬러리경로(111)를 이루는 관(121)를 통해 안내되어 원추형 헤드부분(122)의 단부에 도달하며, 공기경로(112)를 통해 도입된 공기는 상기 관(121)과 상기 케이싱(125)에 의해 형성된 환형의 공간(124)을 통해 안내되어 상기 관(121)의 원추형 헤드부분(122)에 형성된 다수의 슬롯(126)들을 통해 고속으로 방출된다. 상기 헤드부분(122)의 단부에서 슬러리의 유선과 마주친 공기유선은 그 유선방향이 축방향에 대해서 및 반경방향의 안쪽을 향해서 경사진 방향으로 불어가므로 그러한 슬러리의 유선에 대해 고속의 회전력을 가하며, 그러한 고속의 회전에 의한 원심력의 작용에 의해 슬러리들은 미세하게 부서져서 1차적으로 분무된다. 또한, 그렇게 1차 분무된 슬러리의 액적들을 공기와 함께 상기 캡(120)의 액적출구(113)를 빠져나가면서 더욱 미세하고 고르게 2차적으로 분무된다.

그렇게 2차 분무된 액적들의 구름이 상기 캡(120)의 외단부를 정점으로 해서 이루는 분무각은 상기 캡(120)에 천공된 액적출구(113)의 방향에 의해 좌우되며, 용도에 따라 70°내지 120°의 분무각을 가질수 있지만, 분무성능상 양호하게는, 90°이다. 상기 액적출구(113)의 천공방향은 상기 캡(120)의 전방벽에 대해 90°를 이루는 것이 유동학상 양호하므로 분무각의 변경은 그러한 캡(120)의 전방벽의 원추각을 조절함으로써 수행되는 것이 양호하다.

이제, 제6도와 제7도를 보면, 본 발명의 이류체식 노즐의 제 2 실시예가 도시되어 있으며, 제6도는 그 외관사시도이고 제7도는 정단면도이다. 제6도 내지 제7도에서는 제 1 실시예와 유사한 부분에는 유사한 인용부호가 할당되어있다. 즉, 제3도 내지 제5도에서 할당된 인용부호에 100을 더한 숫자가 할당되어 있다.

제 2 실시예의 이류체식 노즐(200)의 구성 및 각각의 부분의 기능은 제 1 실시예의 이류체식 노즐의 구성 및 각각의 부분의 기능과 유사하므로, 여기에서는 상이한 부분만 설명하겠다.

우선, 캡(220)은 제 1 실시예에서의 캡(120)과 크기만 다를 뿐이고 형태와 기능이 동일하므로 설명을 생략한다. 노즐본체(210)에서도 대부분은 유사하지만, 상기 제 1 실시예에서의 환형공간(124)에 대응하는 제 1 환형공간(224')과 상기 제 1 환형공간(224')을 이격되게 둘러싼 케이싱(229)에 의해 형성된 제 2 환형공간(224)및 그러한 제 2 환형공간(224)과 상기 캡(220)의 내부공간을 서로 통하게 하도록 상기 노즐본체(210)의 바닥(223)에 형성된 원추환형 공간(231)을 부가적으로 포함한다.

제 2 실시예에의 이류체식 노즐(200)의 분무작동시에는, 제 1 공기경로(212')를 통해 제 1 환형 공간(224')으로 도입되는 공기와는 별도로, 제 2 공기경로(212)를 통해 공기가 제 2 환형공간(224)내에 도입되어 상기 원추환형 공간(213)을 통해 불어나가는 고압공기가 앞서 설명했듯이 1차 분무된 슬러리의 분사성을 향상시켜서 2차 분무를 보조한다.

이제, 제8도와 제 9도에는 제 3 실시예의 이류체식 노즐(300)이 도시되어 있다.

제 3 실시예의 노즐(300)은 제8도와 제9도에 보이듯이 벤츄리효과를 이용한 구조이며, 중앙에 배치된 벤추리관(301)을 통해 고압공기가 불어가서 병목부(302)에 있는 슬러리경로(303)의 출구(304)에서 벤추리효과에 의해 슬러리를 1차적으로 분무시키며, 축방향에 대해 비스듬하게 반경방향의 안쪽으로 향하여 경사의 다수의 슬롯(326)들을 포함하는 별도의 공기경로를 통해 분출된 공기유선이 1차 분무된 슬러리에 에너지를 가하여 좀더 미세하게 2차 분무시키면서 분무각을 넓히게 구성되어 있다.

상기 슬러리 경로는 분무의 대칭성을 보장하기 위해 서로 마주보는 위치에 두개의 출구(304)를 갖는 것이 양호하다.

한편, 위에서 설명한 제 1 실시예 내지 제 3 실시예의 이류체식 노즐들은 제4도에 도시된 것과 같이 노즐의 중심축상에 배치된 니들(128)을 부가적으로 포함하여 슬러리경로의 헤드부분(122)의 구멍이 막혔을 때에 천공하게 할 수도 있다.

제 1 실시예와 제 2 실시예의 이류체식 노즐들의 장시간에 걸친 사용후에 상기 액적출구(113,213)의 근처에 슬러들의 찌꺼기가 굳어붙어 있으면 노즐본체(110,210)로 부터 상기 캡(120,220)을 분리하여 세척한 후에 다시 끼움으로써 반영구적인 재사용이 가능하다.

위에서 설명한 실시예들은 본 발명을 제한하려는 것이 아니고 예시적인 목적인 것이다. 본 발명의 보호범위는 첨부된 특허청구의 범위에 의해 정해질 것이다.

Claims (3)

1. 노즐(100)의 중앙에 축방향으로 배치되어 펌프에 의해 펌핑된 슬러리가 통하는 슬러리경로(111)와, 상기 슬러리경로(111)의 주변에 상기 노즐(100)의 축방향과 비스듬히 엇갈리는 방향으로, 즉, 상기 슬러리경로(111)의 방향과 비스듬히 엇갈리는 방향으로 경사져 있으면서도 노즐(100)의 반경방향의 안쪽을 향해서도 경사져 있는 다수의 슬롯(126)을 포함하는 공기경로(124)를 포함하는노즐 본체(110) 및 ; 상기 노즐본체(110)의 팁의 둘레에 끼웠다 뺏다할 수 있게 끼워지고 미세하게 뚫린 다수의 액적출구(113)들을 갖는 캡(120)을 포함하는 이류체식 노즐.
2. 제 1항에 있어서, 상기 다수의 슬롯(226)들을 포함하는 공기경로(224')가 배치된 원주보다 더 바깥쪽의 원주, 즉, 반경이 큰 원주상에 배치되고 끝부분은 상기 공기경로(224')와는 달리 하나의 연속적인 원추환형 공간(231)으로 형성되는 별도의 공기경로(224')을 부가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 이류체식 노즐.
3. 노즐(300)의 중앙에 배치된 제 1 공기경로인 벤츄리관(301)과, 상기 벤츄리관(301)의 병목부(302)에 서로 마주보는 2개의 출구를 갖는 슬러리경로 및, 축방향에 대해 비스듬하게 반경방향의 안쪽을 향해 경사져 있는 다수의 슬롯(326)들을 포함하는 제 2 공기경로들을 포함하는 이류체식 노즐.