KR100515233B1 - 비상사 유동의 혼합을 위한 장치 - Google Patents

Abstract

효과적으로 두가지(또는 그 이상) 비상사 물질 유동(G1, G2)을 혼합하는 장치와 방법이 밝혀져 있다. 유동들(G1, G2)은 서로 다른 온도 또는 습도의 두가지 공기 유동이거나, 다른 종류의 두가지 기체 상태의 물질의 유동, 다른 액체의 유동까지고 될 수 있다. 장치는 제1 물질의 유동(G1)이 통과하는 외피의 내부에 위치한 배플(12) 구조를 포함한다. 그리고 제2 유동은 배플(12)의 하류 측에서 외피의 내부로 주입된다. 본 발명의 내용을 실시하는 방법에 있어서, 배플을 가로지르는 제1 물질유동의 흐름은 배플(12)과 제2 유동의 입구(56) 사이에 저압영역을 생성시킨다. 제2 유동(G2)은 저압영역으로 유입되는 자연적인 경향을 가지고 있으며, 따라서 제1 물질 유동(G1)과의 혼합 효율을 증가시킨다. 배플(12)은 테이퍼 형상의 기하학적 구조를 가질 수 있으며, 복수의 배플 세트와 관련된 입구들이 복수의 물질 유동을 혼합하기 위하여 사용되어 질 수 있다.

Description

비상사 유동의 혼합을 위한 장치 {ARRANGEMENT FOR COMBINING DISSIMILAR STREAMS}

본 발명은 비상사 유동의 혼합을 위한 장치와 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 두 개(또는 그 이상)의 온도가 다른 물질의 비상사 유동(예컨대, 두 개의 공기 유동)이 균질한 하나의 유동을 형성하기 위하여 혼합될 경우의 혼합 효율을 증대하기 위하여 관로 또는 관로와 유사한 외피 내에서 이용하는 배플 구조에 관한 것이다.

많은 산업 환경에서 종류가 다른 몇가지 기체 상태(또는 액체 상태)의 물질을 혼합하는 것이 자주 필요하다. 예를 들면, 종래의 버너(가스 또는 기름 연소의)에서 나오는 고온 연소 가스를 비교적 저온인 처리 공기(공기 건조기를 통과한)와 혼합하는 것이 필요할 것이다. 또는 가스 터빈의 배기구에서 나오는 배기 가스(고온의)를 예를 들면 공기 건조기에서 나온 처리 공기와 혼합하는 것이 필요할 수도 있다. 이러한 장치들의 구조는 전형적으로 관로(또는 관로 유사한 외피)를 통하여 흐르는 제1 공기 유동을 포함하고, 제2 유동은 입구를 통하여 관로 안으로 유입되어 진다.

그러한 비상사 유동의 혼합을 성취하기 위하여, 선행 기술 장치들은 전형적으로 제2 공기 유동의 주입구 하류의 "교반 운동(stirring motion)"과 난류의 이용에 의존한다. 일반적으로 그러한 장치들은 두 개의 유동을 완전히 혼합하여 균질한 성질의 하나의 유동을 만들기 위해서는 비교적 긴 길이를 필요로 할 뿐만 아니라, 상당한 양의 에너지(혼합된 유동의 유량을 감소시키는)를 필요로 한다. 다른 선행 기술 장치에 있어서, 관로 내부에 반대 방향의 회전 유동을 줄이기 위하여 주입 분사구의 하류에 변류기 날개들이 삽입되어 진다. 다른 선행 기술 장치에 있어서, 미국특허 제5433596호는 연료 입구의 상류에 3차원 와동 발생기에 의해 연료 유동과 공기 유동을 혼합하는 연소 장치를 개시한다.

그러므로 선행기술에서는 비상사 유동의 혼합을 용이하게 하기 위하여 에너지 효율이 좋고 부가 관로 길이를 최소로 할 수 있도록 개량된 장치가 요구된다.

이하 도면을 참조하면, 몇몇 도면에서 동일한 부호는 동일한 부품을 나타내며:

도1은 본 발명의 혼합장치의 전형적인 실시예의 사시도를 나타내고;

도2는 도1의 장치를 2-2 선을 따라서 바라본 단면도이고;

도3은 도1의 장치를 3-3 선을 따라서 바라본 다른 단면도이고;

도4는 본 발명의 다른 실시예로서, 틈새를 가진 배플을 포함하고 있으며;

도5는 도4의 장치를 5-5 선을 따라서 바라본 단면도 이고;

도6은 도4의 장치를 6-6 선을 따라서 바라본 다른 단면도이고;

도7은 도5의 장치를 7-7 선을 따라서 바라본 단면도로서, 특히 전형적인 배플 구조 내에 틈새 영역이 포함된 것을 나타내고 있으며;

도8은 복수의 배플과 관련된 입구들을 이용하는 본 발명의 실시예의 다른 장치를 사시도로서 도시하고 있으며;

도9는 도8 장치를 9-9 선을 따라서 바라본 측단면도이고;

도10은 본 발명의 실시예의 장치를 사용함에 의하여 성취되는 결과를 선행기술 장치과 비교하여 나타낸 그래프로서, 특히 저온 공기를 고온 공기와 혼합하였을 경우 성취되는 온도의 "혼합(mixing)"에 있어서의 개선을 나타내고 있다.

본 발명은 독립항에 설명된 구성을 특징으로 한다.본 발명은 선행 기술에서 요구되는 사항을 해결한 것으로서, 본 발명은 온도가 다른 비상사 기체 상태 유동의 혼합을 위한 장치와 방법에 관한 것이며, 보다 상세하게는 두 개(또는 그 이상)의 비상사 물질 유동(예로 두 개의 공기 유동)이 균질한 하나의 유동을 형성할 수 있게 함으로서 혼합 효율을 증대할 수 있도록 관로 또는 관로와 유사한 외피 내에서 배플 구조를 이용하는 것에 관한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 테이퍼 형상의 배플이 제2 공기 유동이 유입되는 입구의 상류쪽 관로 내에 배치되고, 제2 공기 유동은 관로를 통과하여 흐르는 제1 공기 유동과 혼합된다. 관로는 천정과 바닥을 형성하는 공간적으로 분리된 평행한 벽을 포함하는 구조로 되어 있다. 제2 유동의 입구는 관로의 바닥에 삽입되어 있으며, 배플은 가장 넓은 부분이 입구측에 근접하여 있고, 배플이 관로의 폭을 가로질러 천정에 접근함에 따라서 좁아지는 방식으로 테이퍼 진 형태로 되어 있다. 제1 공기 유동(예를 들면 저온의)은 관로를 따라서 흐르고 제2 공기 유동(예를 들면 고온의)은 입구를 통하여 주입된다. 배플을 가로지르는 제1 유동의 흐름은 입구측에 근접한 배플면을 따라서 저압 영역을 생성시킨다. 제2 유동은 입구로부터 주입되어 본 발명의 배플 구조에 의하여 발생하는 저압 영역 안으로 자연적으로 흘러 들어 가서, 제1 유동과 효과적으로 혼합된다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 배플은 관로의 바닥 부근에서 배플의 하부 끝단의 맞은 편에 틈새 영역을 포함하도록 구성될 수도 있다. 본 실시예는 특히 저온의 공기 유동을 고온의 공기 유동과 혼합하기 위한 장치에 대하여 적합하다. 특히 그 틈새는 배플 구조에 대하여 추가의 냉각을 제공하기 위하여 저온의 공기 유동이 배플 밑으로 통과하여 배플 전면의 저압 영역 안으로 빨려 들어가도록 한다.

본 발명의 장치와 방법은 예를 들면, 수증기와 공기, 저습도 공기와 고습도 공기, 질소와 산소와 같은 임의의 두 가지 기체 상태 물질을 혼합하기 위하여서도 사용될 수 있다. 특히, 두 가지 비상사 물질 유동(저온 공기와 고온 공기 같은)을 혼합하는 능력은 제지 및 섬유 산업에 있어서 대단히 유용하다. 예를 들면, 어떠한 부직포 물질뿐만 아니라 편물 또는 직물의 제조에 있어서, 균질한 공기 유동(기술 현장에서 종종 "통기 건조(through air drying)"라고 언급됨)으로 원료를 "공기 건조(air dry)" 하는 것이 필요하다. 본 발명의 실시예에 따르면, 균질한 공기 유동은 공기 유동들 사이에 삽입된 배플을 이용하여 고온 공기와 저온 공기를 혼합하는 것에 의하여 형성된다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 테이퍼지지 않은 형상의 배플이 두가지 또는 그 이상의 물질을 혼합하기 위하여 사용될 수 있다. 특히, 테이퍼지지 않은 형상의 배플은 제1 고속 유동이 제2 저속 유동과 혼합되는 상황에서도 사용되어 질 수 있다. 선행 기술에 있어서는 저속 유동이 고속 유동의 흐름 속으로 주입된 경우, 저속 유동의 입구는 변형되어, 관로의 바닥을 가로지르는 저속 물질의 유동 방향을 그르쳐서, 효과적이지 못한 혼합을 초래한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 테이퍼지지 않은 판으로 구성된 배플은 고속 유동의 흐름으로부터 입구를 보호하는 기능을 한다. 따라서 저속 물질은 관로 폭을 가로질러 퍼질 수 있으며, 보다 효과적인 혼합이 하류에서 일어난다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 복수의 비상사 유동은 복수의 별도의 배플을 사용함으로서 하나의 균질한 유동을 형성하도록 혼합될 수 있는 데, 각각의 배플은 복수의 입구들 중의 하나의 상류에 놓여진다. 복수의 입구들은 외피에 대하여 어떠한 원하는 위치에라도 놓여질 수 있다. 예를 들면, 입구들은 외피의 길이를 따라서 위치될 수 있으며, 선택적으로, 외피의 폭방향으로 가로질러서 위치될 수 있다. 더욱이 배플은 완전히 속이 찬 재질로 구성될 수도 있으며, 선택적으로 하나 또는 그 이상의 관통공을 포함할 수도 있다.

본 발명의 이러한 실시예들과 다른 실시예들은 다음의 논의와 부수되는 도면을 참조함에 의하여 명백하게 될 것이다.

도1은 본 발명의 혼합 장치(10)의 예시적 실시예를 나타내고 있다. 도시된 바와 같이, 혼합 장치는 관로 내에 놓여진 테이퍼진 배플(12)을 포함하고 있으며, 배플의 광폭끝단(16)은 관로(14)의 하부벽(18)에 접하여 있다. 그리고 배플(12)은 관로(14)의 상부벽(22)에 근접한 위치(20)로 가늘어 져서 테이퍼져 있다. 본 장치의 관로(14)는 사각의 단면을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 어떠한 예정된 기하학적인 형상의 어떠한 적절한 외피라도 이용되어 질 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 더욱이, 배플(12)의 기하학적인 형상도 특별한 경우에는 다르게 될 수 있다. 도1의 장치에 대해서, 배플(12)은 원뿔의 부분을 포함하는 것으로 도시되어 있다. 다른 테이퍼 형상이나 테이퍼지지 않은 형상의 구조가 이용될 수 있으며 본 발명의 범주 내에 포함된다.

입구(24)는 관로(14)의 하부 벽(18)을 통과하여 돌출하고 있으며 배플(12)의 하류(관로(14)를 통과하는 유동의 방향에 관하여)에 위치하고 있다. 입구(24)의 중심과 배플(12)사이의 거리(d)는(도2에 도시된) 설계의 문제이며, 간격(d)의 함수로서, 입구와 배플 사이의 영역에 높거나 낮은 압력을 제공하게 된다.

도시된 바와 같은 실시예에 있어서 제1 가스 유동 G₁은 관로(14)의 길이(l)을 따라서 흐른다. 가스 유동 G₁은 산소, 질소, 수증기, 공기, 또는 다른 어떠한 기체 상태의 유동을 포함할 수 있다. 제2 가스 유동 G₂는 관(26)을 통하여 흐르며 입구(24)를 통하여 관로(14) 내부로 유입된다. 본 발명의 실시예에 의하여 제1 가스 유동 G₁은 테이퍼진 배플(12)을 통과하여 배플(12)의 하류측(28)에 저압의 진공을 발생시킨다. 그리고 제2 가스 유동 G₂의 흐름은 도1에 도시된 바와 같이 저압 영역으로 유입된다. 주입점으로부터의 거리를 증가함에 따라서 주입된 가스의 분출이 넓어지는 자연적인 성향은, 제2 가스 유동 G₂의 더 많은 양이 저압의 진공 영역 밖으로 흐르도록 하고 제1 가스 유동 G₁의 흐름 속으로 휩쓸리게 하여, 제1 가스 유동 G₁의 면(폭)을 가로질러 고르게 분포되도록 한다. 그러므로 테이퍼진 배플 구조에 의하여 생성된 난류는 제1 가스 유동 G₁의 흐름 전반부에 걸처서 혼합 작용을 확산시키는데 기여하게 된다.

테이퍼진 배플을 이용하여 달성되는 본 발명의 실시예의 혼합은 다음의 속성 중 어느 하나에 의하여 보다 강화될 수 있는 것으로 이해된다. 그러한 속성은 (1) 가스 유동 G₁의 속도를 제어하기 위하여 관로(14)의 단면적을 변화시키는 것(예를 들면 배플(12)과 입구(24) 영역에서 관로(14)의 단면적을 감소시키면 가스 유동 G₁의 속도가 증가된다); (2) 관로(14)의 종횡비(aspect ratio)를 변화시키는 것(가스 유동 G₁의 흐름의 전면에 대한 폭과 너비를 조절하는 것이다); 또는 (3) 제2 가스 유동 G₂가 입구(24)를 떠나는 속도를 변화시키는 것이 있다.

도2는 도1에 도시된 장치의 측단면도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 입구(24)는 관로(14)의 하부면(18)을 통과하여 미리 정해진 높이(h)만큼 돌출되있다. 입구(24)의 중심은 배플(12)의 배면 에지(30)로부터 하류측으로 미리 정해진 거리(d)만큼 떨어져서 배치된 것으로 도시되어 있다. 높이(h)와 거리(d)는 모두 두 개의 유동을 가장 효과적으로 혼합할 수 있도록 제어될 수 있으며, 이러한 매개변수들은 두 개의 유동과 관련된 여러 종류의 조건들(예를 들면 온도, 성분, 습도, 유량 등)의 함수가 될 것이다. 본 도에서 명백히 보여지는 것과 같이 배플(12)은 상부점(20)이 관로(14)의 상부면(22)과 접촉하지 않도록 치수가 정해진다. 그리고 배플(12) 주위의 가스 유동 G₁의 흐름은 저압 진공 영역(32)을 생성한다. 가스 유동 G₂는 입구(24)로부터 유출됨에 따라서 자연적으로 진공 영역(32)로 들어가게 되고 가스 유동 G₁과 G₂의 혼합에 있어서 효율을 증가시키게 된다.

위에서 언급된 바와 같이, 본 발명의 장치의 효율에 영향을 미치는 다른 요소는 배플의 기하학적인 형상이다. 도3은 도1의 혼합장치의 사시도의 평면도를 나타낸다. 도시된 바와 같이 배플(12)의 측벽(34)은 반경 r의 호를 포함하도록 형성되고, 여기에서 각 변위(angular displacement)는 진공영역 안의 실제 압력뿐만 아니라 저압 진공역역(32)의 전체적인 크기까지도 제어하는 것으로 알려져 있다.

본 발명의 방법을 이용하는 하나의 특별한 환경은, 위에서 언급된 바와 같이, 직물 또는 부직포의 제조와 관련된 "통기(through air)" 건조 공정이고, 상기 공정에서는 저온과 고온의 공기 유동을 혼합하는 것이 종종 필요하다. 도4는 그러한 환경에 적합한 본 발명의 특별한 실시예를 도시하고 있다. 이 환경은 제곱 미터당 5 그램 미만이고 200 그램 초과의 기본중량을 가지는 것들을 포함하는 경중량의 부드러운 종이 제품을 처리하기에 적합하다. 특히 혼합 장치(50)는 도관(또는 유사한 외피)(54)의 내부에 배치된 배플(52)을 포함하고 있으며, 배플(54)은 입구(56)로부터 소정의 거리(d)(도5에 도시됨)만큼 상류측(도관(54)를 통하여 흐르는 유동의 방향에 대하여)에 위치한다. 예로서 도시된 바와 같이, 제1 유동인 저온 가스 A_LOW는 도관(54)의 길이를 따라서 흐르고, 배플(52)에 충돌하여 배플(52)의 내부 영역에 저압 진공 영역(66)을 생성하게 된다. 제2 유동인 고온 가스 A_HIGH는 관(58)을 통하여 흘러, 입구(56)을 통하여 도관(54) 내부로 유입된다. 본 발명의 상기 특별한 저온/고온 실시예에 있어서 배플(52)은 도관(54)의 하부면(60)으로부터 배플(52)의 하부면(49)을 소정의 틈새 거리(g)(도5에 도시된)만큼 변위시켜 형성된 하부 틈새 영역을 포함한다. 도4에 도시된 바와 같이 배플(52)은 다수의 관통공(53)을 포함하고, 이러한 관통공은 다량의 저온 공기가 통과되도록 하여 배플(52)의 냉각에 기여한다. 관통공의 수와 크기는 배플의 구조에 의하여 생성된 저압 영역을 붕괴하지 않도록 제한되어야 하는 것으로 이해된다. 이 특별한 실시예의 다른 특징은 입구(56)가 틈새 거리(g)(도5 참조)보다 더 높은 높이(h)로 도관(54) 안으로 돌출되어 있다는 점이다. 이 장치와 관련된 특별한 이점은 유동 A_HIGH의 주입 지점이 A_LOW의 유선 위에 있다는 것이다. 그러므로 유동 A_LOW의 흐름은 유동 A_HIGH를 붕괴시키지 않고, 저압 영역으로 방해 받지 않으면서 흘러 들어 간다.

도6은 장치(50)의 평면도를 나타낸다. 이 특별한 실시예에 도시된 바와 같이, 테이퍼진 배플(52)은 삼각형 형상의 기하학적 구성을 포함하고 미리 정해진 각 θ로 벌어진 한 쌍의 측벽들(62, 64)을 포함한다. 저온 공기 유동 A_LOW는 배플(52)를 통과하여 흘러서 입구(56)와 배플(52) 사이에 저압 영역(66)을 생성시킨다. 그러므로 고온 공기 유동 A_HIGH는 자연적으로 이 저압 진공 영역에 유입되고 유동 A_HIGH와 효과적으로 혼합되어 출력 공기 유동 A_MIX를 형성한다.

도7은 도5의 장치를 배플(52)의 레그부(57, 59)를 도시하는 7-7 선을 따라서 바라본 도면이다. 도5에서 배플과 도관(54)의 하부면(60) 사이의 틈새 영역(55)이 명백히 나타나 있다. 도시된 바와 같이, 배플(52)의 단지 작은 다리 부분(57, 59)만이 면(60)과 접촉하고 있고(안정성의 목적으로), A_LOW의 균일한 유동이 틈새 영역(55)를 통하여 흐르도록 하여 배플(52)을 냉각시킨다.

위에서 언급된 바와 같이, 본 발명에 의한 배플장치의 이용은 특히 저속 유동을 고속 유동의 흐름 속으로 주입하는 경우에 유용할 것이다. 도8은 이러한 목적에 특히 적합한 본 발명의 실시예를 도시하고 있다. 게다가, 도8은 한쌍의 배플과 관련된 입구들을 포함하는 장치를 나타내고 있는데, 이미 논의된 바와 같이, 본 발명의 기술은 어떠한 수의 비상사 물질의 혼합에도 제공될 수 있도록 확장될 수 있기 때문이다. 실제로 단지 두 개의 전형적인 배플과 연관된 입구만이 도시되어 있다 하더라도, 어떠한 원하는 수의 그러한 배플들과 연관된 입구들이 얼마든지 이용될 수 있으며 본 발명의 범주 내에 속하는 것으로 이해된다. 게다가 본 발명의 실시예에 따라서 다수의 배플/입구 장치는 외피 내에 어떠한 원하는 방식으로도 놓여질 수 있다. 예를 들면, 그것들은 외피의 길이를 따라서 위치되어 질 수도 있으며, 선택적으로 외피의 폭을 가로질러서 또는 적절한 조합으로 위치되어 질 수도 있다. 일반적으로 외피 내부의 그것들의 위치(배플이 관련된 입구의 상류측에 놓여지는 한)는 본 발명의 내용과 관련이 없다.

특히 도8의 실시예를 참조하면, 장치(70)는 제1 배플 판(72)과 제2 패플 판(74)를 포함하고, 각각의 배플판은 외피(76)의 폭을 가로질러서 연장되도록 배치된다. 고속 물질의 제1 유동인 V_H는 외피(76)을 통하여 흘러서, 제1 배플판(72)과 충돌하며 통과하고, 계속하여 제2 배플판(74)과 충돌하며 통과하게 된다. 저속 물질의 제2 유동 V_L1은 제1 입구(78)을 통하여 외피(76) 내부로 주입된다. 유사하게 저속 물질의 세 번째 유동 V_L2(예로 다른 성분 그리고/또는 속도의 물질)는 제2 입구(80)를 통하여 외피(76)의 내부로 주입된다. 본 발명의 실시예에 의하여 각각의 입구는 관련된 배플판의 하류에 소정의 거리에 위치된다. 위에서 논의된 다른 실시예에 있어서와 같이, 장치(70)는 각각의 배플판과 연관된 입구 사이의 영역에서 저압 영역의 형성을 고려하고 있다. 그러므로 이 특별한 실시예에 있어서, 저압 영역은 저속 유동 V_L1과 V_L2가 효과적으로 혼합되도록 외피(76)의 충분한 체적 내로 주입되도록 한다. 또한, 도8에 도시된 바와 같이, 본 발명 및 그 실시예의 어떠한 배플 구조도, 다른 결과를 얻기 위하여 별도의 유닛을 부가하거나 제거하는 가능성을 가진, 복수의 유닛 구조로 구성될 수 있다. 예로, 제2 배플부(82)는 제1 배플판(72)의 상부 부위에 부가되어 질 수 있으며, 제2 배플부(82)는 배플 구조를 보다 높은 속도의 물질에 대하여 적용할 수 있게 한다. 그러므로 배플의 치수와 형상은 여러 종류의 물질의 속도를 수용하도록 여러번에 걸쳐서 조정될 수 있으며, 조정은 복수의 유닛 배플 구조를 이용함에 의하여 최선으로 수행될 수 있다.

도9는 도8의 장치(70)의 9-9 선을 따라서 바라본 측단면도를 도시하고 있다. 앞에서 논의된 바와 같이, 저속의 유동이 고속의 유동 속으로 주입되는 상황에서 배플의 이용은 특히 유익하다. 본 발명의 실시예의 배플 구조가 없는 전통적인 장치에 있어서, 고속 유동 V_H에 의한 힘은 도9에 점선으로 표시된 것처럼 제1 입구(78)를 굽혀지게 할 것이다. 따라서 저속 물질 V_L1의 주입 경로는 교란되고, 더 나아가 유동 V_H와 V_L1의 혼합 효율을 낮게 할 것이다. 그러므로 본 발명의 실시예에 따라서 배플판(72)를 이용하는 것은 고속 유동과 입구 사이에서 물리적인 장벽으로 작용하여, 저속 물질을 원하는 방향으로 주입되도록 한다.

본 발명의 실시예의 효과에 대한 수치적인 기술는 도10에 포함되어 있다. 특히, 도10은 다른 온도의 공기 유동을 혼합하기 위하여 본 발명의 실시예를 이용할 경우 도관(14)이나 관로(54)와 같은 챔버를 따라서 거리의 함수로서 온도 변화를 도시하는 그래프이다. 도9에 도시된 것과 같은 결과에 대하여, 121℃(250℉)의 주위온도를 가지는 제1 공기 유동은 1338℃(2440℉)의 주위온도를 가지는 제2 유동과 혼합되어 진다. 이러한 공기 유동들의 혼합 효율은 두 유동이 혼합되기 시작하는 지점의 하류 어떤 지점에서의 온도 변화를 평가하는 것에 의하여 측정될 수 있다. 도10에 나타난 그래프는 별도의 3개 위치에서의 온도 변화 측정을 포함하고 있다 - 첫 번째 지점 B는 고온 유동을 위한 입구 위치를 지나서 14.6m(575 인치)의 거리에 위치한 지점이고, 두 번째 지점 C는 입구를 지나서 19.8m(779인치)의 거리에 위치한 지점이며, 세 번째 지점 D는 입구를 지나서 25.0m(983인치)의 거리에 위치한 지점이다. 종래의 선행기술 구조와 관련된 온도의 변화는 도10에 원으로 표시되어 있다. 본 발명의 실시예의 배플 장치를 이용하는 것과 관련된 혼합 효율의 개선은, 삼각형으로 표시되고, 동일한 세 위치인 B, C, 그리고 D 지점에서 측정된 온도 변화를 검토함으로서 명백해 진다. 특히 지점 B에서 온도 변화는 278℃(500℉)에서 33℃(60℉)으로 떨어진다. 지점 C에서 변화는 178℃(24℉)에서 13℃(24℉)으로 감소되고, 마지막으로 지점 D에서 변화는 100℃(180℉)에서 단지 9℃(16℉)으로 감소된다. 이러한 데이터 점들은 온도 변화(관련된 위치에서 외피의 폭을 가로지르는 위치의 함수로서)를 나타내는 것이고, 혼합 공기 유동의 실제 주위 온도를 나타내는 것은 아닌 것으로 이해되어야 한다.

Claims (45)

1. 외피(14, 54, 76)를 통하여 흐르는 물질의 제1 기체 상태 유동(G₁, A_LOW, V_H)과, 물질의 제2 기체 상태 유동(G₂, A_HIGH, V_L1 V_L2)을 혼합하고, 물질의 두 기체 상태 유동을 제공하는 수단을 포함하며, 물질의 제2 기체 상태 유동은 제1 기체 상태 유동에 비해 높은 온도의 가스를 포함하는 장치이며,

   상기 외피 내부로 소정의 높이(h)만큼 돌출되어, 상기 제2 유동을 상기 외피 내부로 주입하기 위한 입구(24, 56, 78, 80)와,

   상기 외피 내에 배치되고, 상기 입구의 상류 위치에서 상기 제1 유동을 가로지르도록 위치되며, 상기 입구로부터 소정의 거리(d)만큼 떨어져 있는 배플(12, 52, 72, 74)을 포함하고,

   상기 배플을 가로지르는 상기 제1 유동의 통로는 상기 제1 및 상기 제2 유동을 혼합하는 효율을 증가시키기에 충분한 저압 영역(32, 66)을 상기 입구와 배플 사이에 생성하는 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 배플(12, 52, 72, 74)은 상대적으로 넓은 하부 부분(16)과 상대적으로 좁은 상부 부분(20)을 포함하도록 구성된 테이퍼 구조를 포함하고, 테이퍼진 배플은 상기 상대적으로 넓은 하부 부분이 입구(24, 56, 78, 80)에 가장 근접하여 위치하고, 테이퍼진 배플이 외피(14, 54, 76)의 폭을 가로질러 연장되도록 배치된 장치.
3. 제2항에 있어서, 배플(12, 52, 72, 74)은 배플의 상대적으로 좁은 상부 부분(20)이 외피와 접촉하지 않도록 테이퍼가 형성된 장치.
4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 테이퍼진 배플(12, 52)은 원뿔의 부분의 기하학적 형상을 포함하는 장치.
5. 제2항 또는 제3항에 있어서, 테이퍼진 배플(12, 52)은 삼각형의 기하학적 형상을 포함하는 장치.
6. 제2항 또는 제3항에 있어서, 테이퍼진 배플(12, 52)의 상대적으로 넓은 하부 부분(16)은 상기 상대적으로 넓은 하부 부분의 일부분이 외피(14, 54, 76)의 표면으로부터 소정의 틈새(g)만큼 변위되도록 틈새 영역(55)을 포함하는 장치.
7. 제6항에 있어서, 입구(24, 56, 78, 80)는 테이퍼진 배플(12, 52)과 연관된 틈새(g) 보다 큰 소정의 높이(h) 만큼 외피(14, 54, 76) 내부로 돌출되어 배치된 장치.
8. 제6항에 있어서, 상기 테이퍼진 배플(12, 52) 내의 틈새(55)는 제2 기체 상태 유동(G₂, A_HIGH, V_L1, V_L2)에 비해 낮은 온도의 상기 제1 기체 상태 유동(G₁, A_LOW, V_H)이 상기 배플 아래를 통과하고 저압의 영역(32, 66)을 통과하여, 상기 배플의 주위 온도를 감소시키는 장치.
9. 제1항에 있어서, 배플(12, 52, 72, 74)은 입구(24, 56, 78, 80)에 가장 근처한 상기 배플의 에지(49)가 외피(14, 54, 76)의 표면으로부터 소정의 틈새 거리(g)만큼 변위되도록 틈새 영역(55)을 포함하는 장치.
10. 제9항에 있어서, 입구(24, 56, 78, 80)는 배플 에지(49)의 변위량과 연관된 틈새(g)보다 큰 소정의 높이(h) 만큼 외피(14, 54, 76) 내부로 돌출하여 배치되는 장치.
11. 제1항 내지 제3항, 제9항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 배플(12, 52, 72, 74)은 테이퍼지지 않은 판의 기하학적 형상을 포함하는 장치.
12. 제1항 내지 제3항, 제9항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 배플(12, 52, 72, 74)은 단일의 부품으로 구성된 장치.
13. 제1항 내지 제3항, 제9항 또는 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 배플(12, 52, 72, 74)은 개별적인 부분(82)들이 필요에 따라 부가되거나 제거될 수 있도록 복수의 부품으로 구성된 장치.
14. 제13항에 있어서, 배플(12, 52, 72, 74)은 하부 판부(72)와, 상기 하부 판부에 제거가능하게 부착된 상부 판부(82)를 포함하는 장치.
15. 제1항에 있어서,

    외피(14, 54, 76)를 통하여 흐르는 물질의 제1 기체 상태 유동(G₁, A_LOW, V_H)과 물질의 복수의 비상사 유동(G₂, A_HIGH, V_L1 V_L2)을 혼합하기 위한 장치이며,

    각각이 복수의 비상사 유동들 중에서 개별 유동을 주입하는 복수의 입구(24, 56, 78, 80)와,

    상기 복수의 입구들과 일대일 대응 관계로 연관되고, 각각은 관련 입구로부터 소정의 거리(d) 만큼 떨어져서 관련 입구의 상류측에 배치된 복수의 배플을 포함하고,

    상기 복수의 배플의 각각을 가로지르는 상기 제1 유동의 통과는 상기 제1 유동과 상기 복수의 비상사 유동의 혼합 효율을 증가시키기에 충분한 저압 영역(32, 66)을 각각의 배플과 관련 입구와의 사이에 생성하는 복수의 배플을 포함하는 장치.
16. 제15항에 있어서, 복수의 배플 중 적어도 하나의 배플(12, 52, 72, 74)은 상대적으로 넓은 하부 부분(16)과 상대적으로 좁은 상부 부분(20)을 포함하도록 형성된 테이퍼 구조를 포함하고, 적어도 하나의 테이퍼진 배플은 상기 상대적으로 넓은 하부 부분이 연관된 적어도 하나의 입구에 가장 근접하여 위치하도록 배치되고, 적어도 하나의 테이퍼진 배플은 외피(14, 54, 76)의 폭을 가로질러 연장되도록 한 장치.
17. 제16항에 있어서, 적어도 하나의 배플(12, 52, 72, 74)은 상대적으로 좁은 상부 부분(20)이 외피(14, 54, 76)와 접촉하지 않도록 테이퍼가 형성된 장치.
18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 입구(24, 56, 78, 80)는 외피(14, 54, 76)의 길이를 따라서 배치된 장치.
19. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 복수의 입구(24, 56, 78, 80)는 외피(14, 54, 76)의 폭을 가로질러 배치된 장치.
20. 제1항 내지 제3항, 제9항, 제10항 또는 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 배플(12, 52, 72, 74)은 하나 이상의 관통공(53)을 포함하는 장치.
21. 제1항 내지 제3항, 제9항, 제10항 또는 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유동(G₁, A_LOW, V_H) 및 상기 제2 유동(G₂, A_HIGH, V_L1 V_L2)은 공기를 포함하고, 상기 제1 유동은 상기 제2 유동에 비해 낮은 온도인 장치.
22. 제1항 내지 제3항, 제9항, 제10항 또는 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 기체 상태 유동(G₁, A_LOW, V_H)은 질소이고, 제2 기체 상태 유동(G₂, A_HIGH, V_L1 V_L2)은 산소인 장치.
23. 제1항 내지 제3항, 제9항, 제10항 또는 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유동(G₁, A_LOW, V_H)은 상기 제2 유동(G₂, A_HIGH, V_L1 V_L2)의 속도에 비해 속도가 높은 장치.
24. 물질의 제1 기체 상태 유동(G₁, A_LOW, V_H)을 상기 제1 기체 상태 유동에 비해 높은 온도의 물질을 포함하는 물질의 제2 기체 상태 유동(G₂, A_HIGH, V_L1 V_L2)과 혼합하기 위한 방법이며,

    a) 상기 제1 유동이 외피의 길이를 따라서 흐르도록 외피(14, 54, 76) 내부로 상기 제1 유동을 주입하는 단계와,

    b) 외피 내부에 배치된 배플(12, 52, 72, 74)을 사용하여 상기 제1 유동의 흐름을 방해하는 단계와,

    c) 상기 외피 내부로 제2 유동을 주입하는 단계를 포함하고,

    상기 제2 유동 모두는 배플의 하류 위치에서 주입되고, 상기 배플을 가로지르는 상기 제1 유동의 흐름에 대한 방해가 상기 배플 사이에 저압 영역(32, 66)을 생성하고, 저압 영역으로의 상기 모든 제2 유동의 주입은 상기 제1 유동과 상기 제2 유동의 혼합 효율을 증가 시키기에 충분한 방법.
25. 제24항에 있어서, 상기 제1 유동(G₁, A_LOW, V_H)과 상기 제2 유동(G₂, A_HIGH, V_L1 V_L2)은 공기를 포함하는 방법.
26. 제24항에 있어서, 제1 기체 상태 유동(G₁, A_LOW, V_H)은 질소이고 제2 기체 상태 유동(G₂, A_HIGH, V_L1 V_L2)은 산소인 방법.
27. 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 유동(G₁, A_LOW, V_H)은 상기 제2 유동(G₂, A_HIGH, V_L1 V_L2)의 속도에 비해 고속인 방법.
28. 제24항 내지 제26항 중 어느 한 항에 따라 비상사 재료의 복수의 유동(G₁, G₂, A_LOW, A_HIGH, V_L1, V_L2)을 혼합하는 방법이며,

    모든 유동이 혼합될 때까지 복수의 비상사 유동 중에서 남아 있는 각각의 유동에 대하여 b)와 c) 단계를 반복하는 단계를 포함하는 방법.
29. 직물, 부직포 또는 편물 재료의 제조에 사용되고, 상기 재료를 본질적으로는 온도가 변화하지 않는 공기 유동(A_MIX)에 가해 상기 재료를 건조하는 방법이며,

    a) 상기 재료를 적절한 건조 장치에 삽입하는 단계와,

    b) 본질적으로는 온도가 변화하지 않는 공기의 유동을 상기 재료의 표면에 인가하는 단계를 포함하고,

    상기 본질적으로는 온도가 변화하지 않는 공기의 유동은,

    c) 상기 제1 유동이 외피의 길이를 따라서 흐르도록 제1 온도로 공기의 제1 유동(G₁, A_LOW, V_H)을 외피 내로 주입하는 단계와,

    d) 외피 내부에 배치된 배플(12, 52, 72, 74)을 사용하여 상기 제1 유동의 흐름을 방해하는 단계와,

    e) 상기 제1 온도와 다른 제2 온도로 공기의 제2 유동(G₂, A_HIGH, V_L1 V_L2)을 상기 외피 내로 주입하는 단계에 의해 형성되고,

    상기 제2 유동은 배플의 하류측 위치에서 주입되고, 상기 배플을 가로지르는 상기 제1 유동의 흐름에 대한 방해는 상기 배플 사이에 저압 영역을 생성하고, 상기 제2 유동의 주입은 제1 및 상기 제2 유동의 혼합 효율을 증가시켜, 상기 재료를 건조하기 위하여 사용되는 본질적으로는 온도가 변화하지 않는 공기 유동을 출력물로서 제공하기에 충분한 방법.
30. 제29항에 있어서, 제1 공기 유동(G₁, A_LOW, V_H) 및 제2 공기 유동(G₂, A_HIGH, V_L1 V_L2)은 공기를 포함하고, 상기 제1 유동은 상기 제2 유동에 비해 저온인 방법.
31. 제29항 또는 제30항에 있어서, 제1 온도는 대략 121℃(250℉)이고 제2 온도는 대략 1338℃(2440℉)인 방법.
32. 제29항 또는 제30항에 있어서, 5 g/m² 미만 또는 200 g/m² 초과 중 어느 하나의 기본 중량을 갖는 부직포의 제조에 사용되는 방법.
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