KR100739425B1

KR100739425B1 - 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐과 이를 이용한 세정 장치

Info

Publication number: KR100739425B1
Application number: KR1020060016869A
Authority: KR
Inventors: 이범세
Original assignee: 김종련
Priority date: 2006-02-21
Filing date: 2006-02-21
Publication date: 2007-07-13

Abstract

본 발명은 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐과 이를 이용한 세정 장치에 관한 것으로, 각종 선박 및 플랜트 등에서 세정작업 공정 목적은 각 중요장치 및 여기에 연결되는 배관계통을 청결히 하여 기기를 보호함으로써 해당 기기의 사용수명을 연장하고, 유지관리비용 감소에 있다. 이를 위해 기체매체 또는 액체매체를 이용한 세정방법, 수작업에 의한 소제로 대별할 수 있겠으며, 이러한 수단은 각 장치의 요소별 특성에 따라 결정되어 진다. 본 발명에서는 액체매체를 이용한 세정공법에서 기존의 단일 유체 세정공법과는 달리 제트노즐을 이용한 이종의 2 유체를 혼합 순환하는 방식을 적용하여 유세효과에 영향을 미치는 중요 인자들인 점도, 유속, 유동형태 등을 최적의 유세환경으로 제어해 줌으로써 사용되는 장비의 유량 부족으로 인한 부적정 유동형태를 개선하여 계 내 이물질을 신속하고 완벽하게 제거하는 동시에 유세시간 단축으로 생산성을 향상시키기 위한 것이다.

이종 2유체 세정방식, 제트노즐

Description

2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐과 이를 이용한 세정 장치{Jet nozzle for mixing two fluids and flushing apparatus using the same}

도 1 은 본 발명에서 적용된 제트 노즐의 구조를 보인 단면도.

도 2 는 다양한 실험을 위하여 본 발명의 일부를 변형한 상태를 보인 도.

도 3 은 본 발명을 운용하기 위한 장치를 보인 도.

도 4 는 본 발명의 다른 실시 예를 보인 도.

<도면의 주요부분에 대한 부호 설명>

100 : 제트 노즐 110 : 세정액 공급부

120 : 기체 흡입부 130 : 혼합 분출구

200 : 시스템 배관 300 : 여과기

400 : 사이클론 스크러버 500 : 세정액 순환펌프

600 : 가압펌프

S-1,SV-1,SV-2,SV-3,CUL-1,CV-1,CV-2,MV-1C : 밸브

FS1,FS2 : 유량감지스위치

TC1,TC2,TC3 : 온도 조절기

OH-1 : 유가열기

PS1,PS2 : 압력 조절기

본 발명은 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐과 이를 이용한 세정 장치에 관한 것으로, 특히 제트 노즐을 이용하여 오일과 공기를 혼합한 다음 혼합된 2 유체에 의하여 관로 내의 오염원을 제거하도록 하는 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐과 이를 이용한 세정 장치에 관한 것이다.

조선공업은 복합적인 공정을 가지는 노동집약적 장치 산업으로 각각의 품질집합에 의하여 완성된 하나의 선박이 생산된다. 그 중에서도 배관계통(Piping systems)은 기기 운전에 필요한 연료(Fuel Oil), 유공압(Hydraulics and Pneumatics), 윤활(Lubrication), 급수(Water supply), 냉각 및 가열 매체(Cooling and Heating mediums) 등의 공급 및 전달 등의 기능을 가지고 있어 직간접적으로 대상기기 운전에 관여한다.

이러한 배관계통은 그 기능 유지 및 발휘를 위하여 청결한 상태로 보존되어져야 하나 각 생산공정을 거치면서 오염원 및 오염환경에 노출되어 계 내부로 이물질들이 침투된다.

침투 이물질들은 해당 장치 운전에 치명적일 수 있어 적절한 수단으로 제거 되어져야 하는데, 이러한 이물질들(Foreign matters)의 제거를 위하여 적용되는 것이 세정공정(Flushing process)이며, 이때 기름매체를 사용하여 세정하는 것이 유세(Oil flushing)이다.

유세 시의 관 내부(Piping system inside) 유체 유동상태(State of flux)는 평상시의 운전조건(Normal operating condition)과는 달리 가혹한 유동형태 운전조건을 요구한다.

현재까지는 유세 중 요구되는 운전조건 만족을 위하여 난류 흐름(Turbulent flow) 상태인 레이놀즈수(Re No.) 4,000 이상으로 하여 이 기준상태에서 요구되는 유속을 형성하는데 필요한 용량의 펌프 사용과 세정유 가온, 대상 계통의 외벽 타격으로 충격을 주는 등의 방법이 적용되어 왔으나, 최근 선박용 장치는 성능향상과 장치 설치비용 감소를 위한 단순화 등으로 높은 정밀도와 대형화 추세에 있어 제한된 유세장비의 보유 조건은 변화되는 이러한 요구를 충족시킬 수 없는 상황에 이르렀다. 이와 같은 제한 조건들은 결국 유세품질 저하로 인한 기기사고의 위험과 유세시간 증가의 원인이 되고 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 감안하여, 액체매체를 이용한 세정공법에서 기존의 단일 유체 세정공법과는 달리 제트노즐을 이용한 이종의 2 유체를 혼합 순환하는 방식을 적용하여 유세효과에 영향을 미치는 중요 인자들인 점도, 유속, 유동형태 등을 최적의 유세환경으로 제어해 줌으로써 사용되는 장비의 유량 부족으로 인 한 부적정 유동형태를 개선하여 계 내 이물질을 신속하고 완벽하게 제거하는 동시에 유세시간 단축으로 생산성을 향상시키기 위한 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐과 이를 이용한 세정 장치를 제공하는데 목적이 있다.

이러한 목적을 갖는 본 발명의 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐은,

2가지 유체를 노즐에 의해 혼합하여 난류 흐름을 갖는 세정액을 생성하고, 이 세정액을 배관 내부로 공급함으로써 배관벽의 이물질을 제거하도록 하는 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐에 있어서,

외부의 관로로부터 고압의 세정액을 공급받아 유출구를 통해 분사하는 노즐 형태의 세정액 공급부와;

외부로부터 공급되는 기체를 기체 유입부로 유입받아 상기 세정액 공급부로부터 분사되는 세정액에 사면 경사를 가지고 기체가 혼입되도록 하는 기체 유출부로 구성된 기체 공급부와;

관 형태로 되어 전방부에 구경이 좁은 목부가 설치되고, 후방부로 갈수록 구경이 점진적으로 넓어지는 디퓨저부를 가지며, 상기 전방부는 상기 세정액 공급부의 유출구와 이어지도록 형성된 혼합 분출구;로 구성된다.

또한, 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐을 이용한 세정 장치는,

고압의 세정액을 생성하여 순환시키기 위한 세정액 순한 펌프와;

상기 세정액 순환 펌프로부터 공급되는 세정액과 외부로부터 공급되는 기체를 혼입하여 난류 흐름을 생성하고, 이를 세정 대상인 시스템 배관쪽으로 공급하는 제트 노즐과;

시스템 배관으로부터 유출되는 이물질이 포함된 세정액을 여과하여 이물질을 제거하는 여과기와;

여과기로부터 필터링된 세정액을 유입받아 세정액과 기체를 분리시키는 기액 분리기와;

상기 기액 분리기로부터 분리된 기체를 제트 노즐로 다시 유입시키는 제 1 관로와;

상기 기액 분리기로부터 분리된 세정액을 세정액 순환 펌프로 유입시키기 위한 제 2 관로;로 구성된다.

이와 같이 구성된 본 발명을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

관로 내에서의 유체흐름에 의한 이물질 이동에 영향을 주는 인자들은 여러 가지가 있겠으나 중요 인자들은 외력과 계 내의 물질 질량 및 속도가 된다.

관 내부의 유체흐름은 층류흐름(Laminar flow)과 난류흐름(Turbulent flow)의 형태를 나타내게 되며, 층류 흐름에서는 유선(Stream line) 방향이 유속의 방향과 일치하여 이 유선에 대한 Y 방향 흐름이 없으므로 충분한 유세효과를 기대하기 어려워 세정에서는 불규칙한 난류흐름(Turbulent flow)상태를 요구한다.

난류흐름이라도 유체흐름은 뉴턴의 운동 제1법칙과 점성법칙에 따라 층류저층(Laminar sub layer)이 생긴다.

이 현상은 점성으로 인한 관 내부의 유체흐름이 관 벽에 근접할수록 정지 상태를 나타내며, 중앙부에서는 최대유속을 가진다.

한편, 유속이 클 경우 관 내벽 경계층에 소용돌이 현상이 발생한다. 이것을 경계층의 박리(Separation)라 한다. 이러한 현상이 발생하면 경계층에서 역류가 발생하여 소용돌이를 일으키게 되는데, 정상적인 상태라면 이런 현상이 없어야겠지만 세정에서는 권장되는 현상이다.

세정액(본 발명에서는 오일 형태인 세정유로 하여 설명하고, 이하 세정액을 세정유라 한다) 즉, 세정유의 온도는 점도 결정요소가 된다.

낮은 점도는 관로 저항을 감소시킬 수 있어 동일 배관망에서 압력상승 없이 송출 유량 증가가 가능하며, 난류흐름 발생 유속도 감소시킬 수 있다.

세정유 가온 방법은 주로 전기히터를 사용하게 된다.

관로 내 유체에 함유되었던 이물질이 계 외로 배출된다 하더라도 세정유체를 계속 순환시키면서 사용되어지는 관계로 세정유 중의 이물질이 제거되어져야 하는데 이를 위해 여과기(filter)를 사용하게 된다.

이상과 같이 여러 가지 복합적인 인자에 의해 세정효과가 결정되며, 세정효과 영향인자를 정리한다면, 이물질 이동에 필요한 에너지원이 되는 세정유의 속도, 계 내벽까지 유속이 미칠 수 있는 흐름 형태, 작은 유체저항, 이물질 밀도 및 부 피, 이물질 제거효율 등으로 요약할 수 있어 이것들을 만족시킬 수 있는 방법으로 이종 2 유체 세정방식을 적용한다.

밀도가 작은 공기는 유세효과 증진에 필요한 전 조건을 충분히 만족시킬 수 있으며, 손쉽게 획득 가능하다는 이점이 있다. 제한조건은 균일한 양의 미세기포를 세정유 중에 분포되도록 해야 한다는 것이다.

세정유 중에 존재하는 미세기포는 다음의 작용을 충분히 한다.

이물질 표면에 부착되어 겉보기 부피를 증가시켜 겉보기 비중을 감소시키며, 기체는 점도가 낮으므로 관 내 유체저항을 감소시키게 되고, 압력변화에 따른 수축과 팽창은 순간유속변화를 크게 하여 불규칙한 흐름상태를 만들면서 급격한 교란상태를 만들어 이 영향으로 압력 증감이 급격하여 이에 따른 영향으로 캐비테이션(Cavitation) 현상을 발생시켜 유체 내에 강력한 충격파를 발생시키는 효과를 주게 된다.

이종의 유체를 충분히 미세화하여 혼합할 수 있는 적당한 장치가 제트노즐(Jet nozzle)이다.

고속으로 분출되는 제트류 중에서 혼입된 공기는 미세화되며, 부피변화가 급격하여 흐름을 불규칙하게 한다.

도 1 은 이러한 제트 노즐(100)의 구조를 보인 도로서, 세정액 즉, 세정유를 공급하기 위한 세정액 공급부(110)와, 공기 등의 기체를 공급하기 위한 기체 흡입부(120)로 구성되며, 또한, 상기 세정액 공급부(110)와 기체 흡입부(120)에 의해 공급된 세정유와 기체를 혼합하여 분출하기 위한 혼합 분출구(130)로 구성되어 있 다.

상기 세정액 공급부(110)는 라발 노즐(Laval Nozzle) 형태로 되어 있는데, 내측 공간부(111)는 유입구(112)쪽에서 유출구(113) 방향으로 일정 구간 직선 형태로 되다가 유출구(113)쪽에 근접해서는 점진적으로 좁아지는 구조를 가지며, 유출구(113)쪽의 최단부는 세정유의 확산을 위하여 바깥쪽으로 넓어지는 구조를 가진다.

이때, 유출구(113)의 구경에 따라 입출구 차압이 결정된다.

도면부호 '114'는 세정유 공급관로와 면접촉하기 위한 접촉부이며, 도면부호 '115'는 세정유 공급관로와 볼트 조립을 위한 조립공이다.

또한, 기체 공급부(120)는 상기 세정액 공급부(110)의 유출구(113)쪽에 근접해서 사면 경사를 가지고 기체 배출구(122)가 접속되고, 측면으로부터 기체를 공급받을 수 있도록 기체 유입구(121)가 형성되어, 측면의 기체 유입구(121)로부터 유입된 기체가 유출구(113)측에서 배출되는 세정유에 사면 경사 즉, 세정유의 분사방향을 따라 측면 경사각을 가지고 혼입되도록 하는 구조를 가진다.

도면부호 '123'은 기체 공급관로와 면접촉하기 위한 접촉부이며, 도면부호 '124'는 기체 공급관로와 볼트 조립을 위한 조립공이다.

혼합 분출구(130)는 외측관(131)의 내부에 내측관(132)이 일정한 간격을 두고 설치되는데, 상기 내측관(132)의 유입구(133)는 세정액 공급부(110)의 유출구(113)보다 넓은 구경을 가지고 접속되어 세정유와 함께 기체 공급부(120)의 기체 배출구(122)로부터 공급되는 기체를 혼입하여 공급받는다.

즉, 기체 공급부(120)의 기체 배출구(122)가 내측관(132)의 유입구(133)와 연결되는 구조를 갖는 것이다.

내측관(132)의 내측은 유입구(133)쪽으로부터 유출구(136)쪽으로 목부(Trot section)(134)와 디퓨저부(Diffuser section)(135)를 갖는다.

상기 목부(134)는 유입구(133)쪽으로부터 점점 좁아지다가 다시 점점 넓어지는 구조로 되어 있으며, 디퓨저부(135)로 향할수록 점진적으로 넓어지는 구조를 갖는다.

도면부호 '138'은 유출구(136)쪽에 접속되는 관로와 면접촉하기 위한 접촉부이며, 도면부호 '139'는 관로와 볼트 조립을 위한 조립공이다.

이러한 제트 노즐(100)의 운전원리는 제트펌프(Liquid jet ejector)와 같다.

운전 초기 세정액 공급부(110)를 통하여 고압의 유체가 공급되며, 기체 유입부(121)를 통하여 계 외부 공기가 유입되어 유출구(113)쪽에서 혼합되어 후단의 혼합 분출구(130)의 목부(134)와 디퓨져부(135)에서 미세화되면서 가속되는데 가속원리는 베르누이 정리에 의한다.

기체 즉, 공기 유입을 완료시킨 후 기체 유입구(121)를 차단시키고, 후술하게 될 복귀 관로와 연결시켜 사이클론스크러버(Cyclone scrubber)를 경유토록 함으로써 세정유 순환용 펌프 흡입구로 유입되는 공기의 일부를 제트 노즐(100)로 유도하도록 한다.

정상운전상태에서 세정유에 혼입된 공기는 계 내부를 순환하면서 유세효과에 영향을 미치는 인자들을 적절히 변환하게 되는데, 세정유체 내의 공기는 점도가 작 으므로 유체저항 감소효과가 있다.

세정액 공급부(110)는 라발노즐(Laval nozzle) 형태로 하여 방출 시 기체를 급격히 팽창시키게 되므로 고속으로 방출되면서 교축 작용에 의해 발열한다.

광유를 세정매체로 하였을 때로 2 유체 사용 시는 혼합유체가 공기이므로, 밀도 및 점도 영향이 적어지게 되어 노즐부분에서 압력손실이 감소하게 된다.

제트 노즐(100)을 통과한 유체 내의 미세기체는 교축 시의 압력변화로 팽창 수축작용의 반복으로 캐비테이션(cavitation)을 발생시켜 충격파를 전달하는 효과를 주면서 세정유체 중의 이물질에 부착되어 겉보기 비중을 감소시키는 효과를 가지게 된다.

이로 인해 이물질 이동에 필요한 외력을 감소시키게 되므로 용이한 배출이 된다.

혼합분출구(130)의 유출구(136)로 유출되는 유체 일부는 외측관(131)과 내측관(132)의 간격에 의하여 형성된 귀환로(137)를 통해 세정액 공급부(110)의 유출구(113)쪽으로 귀환된다.

기유분리기인 사이클론 스크러버(Cyclone scrubber)를 이용하여 세정유순환펌프(Circulating pump)로 유입되는 공기를 일부 회수하도록 하여 펌프의 부하를 줄이려 하는 경우 차압의 조정은 중요하므로, 정상운전에서 요구하는 적정 차압으로 유지되어져야 하는데, 이때는 복귀측(Return port) 압력을 감한 압력에 해당된다.

이러한 본 발명의 제트 노즐(100)을 이용하여 아래와 같이 실험하였다.

1차 실험

1차 실험(First experimentation)은 노즐(Nozzle) 실험으로 노즐 경(In diameter)을 12 mm로 하여 유량 530 ℓ/min, 유속 78 m/sec에서 입구압 41 kg_f/㎠으로 하여 노즐의 전후 차압 23 kg_f/㎠에서 흡입노즐 압력이 대기압 미만으로 전환되었는데 차압이 큰 이유는 노즐 가공정밀도가 낮은 이유에 기인하는 것으로 추정된다.

본 장치에서는 관로를 밀폐형 회로(Closed circuit)로 하는 관계로 노즐 가공정밀도는 동작에 큰 영향을 주지 않는다.

2차 실험

2차 실험은 고압질소가스를 세정유에 혼입하여 운전하는 2유체세정(Two fluid flushing) 방식으로 하여 로-로(Roll-On Roll-Off) 유압장치(hydraulic system) 주배관(Main line) 세정 중 적용하였는데, 이 방법을 적용한 선박의 유압장치는 비교적 양호하였으나 비적용 선박의 유압장치에서는 유압장치 동작부인 오일 잭(Hydraulic oil jack) 손상이 다수 발생되어 2유체세정(Two fluid flushing) 방식의 적용이 유세효과 증진에 기여함이 큰 것으로 입증되었다.

3차 실험

3차 실험(3rd experimentation)은 대상 배관의 호칭 경 125 A 인 가스운반선 갑판기계 유압배관(LPG Carrier Deck machinery hydraulic oil system pipeline) 세정공사에 2차 실험과 동일한 방식으로 연구하고자 하는 장치와 유사한 도 2와 같은 노즐장치를 적용해 실험한 결과 갑판기계 장치에 문제발생이 없는 것으로 보아 효과가 있는 것으로 나타났다.

'A'는 세정유 공급부이고, 'B'는 기체 유입부, 'C'는 혼합 분출구이다.

도 3은 본 발명의 제트 노즐(100)을 적용한 세정 장치 구성도로서, 초기 기동조건에서 밸브(S-1)는 폐쇄상태, 밸브(MV-1)는 드레인(Drain) 상태로 하며, 펌프 출구측 언 로딩밸브(Unloading valve)(UL-1)은 언 로딩(Unloading) 상태, 유가열기(Oil heater)(OH-1)는 대기상태이다.

세정유 순환펌프(500)의 운전에 의해 밸브(CV-1)(CV-2)를 경유하여 세정유가 계(System loop) 내로 유입된다.

세정유 순환펌프(500)가 흡입(Suction) 동작을 하는 동안 언 로딩 밸브(UL-1)는 언 로딩(Unloading) 상태를 유지하고 있다가, 정상 흡입이 되는 시점에서 로딩(Loading) 상태로 전환되면서 제트 노즐(100)에 압력이 형성되면서 세정대상의 시스템 배관(200)으로 유입되고 계(System) 내에서 배출되는 공기는 사이클론 스크러버(400) 상부로부터 제트 노즐(100)로 흡입하여 세정유체와 혼합시킨다.

초기에는 많은 양의 공기 배출로 유량감지스위치(FS1)이 동작되지 않으나 세정유 복귀 양이 증가되면서 유량감지스위치(FS1)가 감지동작을 하여 밸브(MV-1)을 작동시켜 정상 운전측으로 전환된다.

가압펌프(600)는 흡입측 압력이 0.1 MPa 미만으로 형성될 때 수동조작으로 동작하여 흡입압력을 보정하고, 밸브(S-1) 역시 수동으로 조작하여 계 내의 혼입 공기량을 조절한다.

밸브(S-1)와 밸브(MV-1)는 서로 연동되도록 하여야 하고, 가압펌프(600) 및 밸브(MV-1)도 서로 연동되어야 한다.

유량감지스위치(FS2)로 정상운전시의 복귀유량을 감지하고, 유가열기(OH-1)를 동작시키도록 한다. 정상의 세정상태가 되면 압력조절기(PS1)의 기능을 부여하여 자동으로 전환시키게 되는데, 이때는 계 내의 압력이 압력조절기(PS1)에 설정된 압력 미만으로 되는 경우 관로 내 세정유 누설로 판단하여 전체 운전을 정지시키도록 한다.

세정유의 온도가 상승되면서 팽창에 의한 압력 상승현상이 발생된다.

이 현상으로 상승한 압력만큼을 압력방출밸브(SV-2)의 작동에 의해 방출 조정된다.

세정액 순환펌프(500)의 운전정지 중에는 밸브(S-1)는 폐쇄상태, 밸브(MV-1)는 배관로 측 개방상태를 유지하여 계 내의 혼입 기체는 배출되지 않는다.

재 기동의 경우 지금까지 설명한 내용의 반복 조작으로 정상운전이 가능하다.

P측(P-Port)로 송출되는 압력이 높으므로 충분한 압력의 연결기구가 되어져야 한다.

여과기(300)는 이중 여과 장치로서 1차 여과장치(Primary filter)(F-1)는 매쉬의 크기가 74㎛로서 비교적 큰 입자 이물질들(Large particles)을 잡고, 2차 여 과장치(Secondary filter)(F-2)는 매쉬의 크기가 12㎛로서 미세한 이물질들(Fine particles)을 여과하도록 하여 가격이 비싼 2차 여과기의 여과재 소모를 억제한다.

한편, 밸브(140)는 제트 노즐(100)과 병렬로 연결되는데, 세정유의 온도가 높아지는 경우 제트 노즐(100)의 운전을 정지하도록 하는 예비용 밸브이다.

상기에서 설명한 본 발명의 동작을 간략히 정리하면, 유가열기(OH-1)에 의해 가온된 세정유가 세정액 순환 펌프(500)에 의하여 일정 압력을 가지고 제트 노즐(100)에 유입된다.

이때, 상기 제트 노즐(100)에는 밸브(S-1)에 의해 유입된 기체 즉, 공기가 유입되어 혼입되어 시스템 배관(200)으로 인가됨으로서 세정이 이루어지게 되고, 시스템 배관(200)을 통과한 기체가 혼입된 세정유는 여과기(300)로 유입되어 이물질이 필터링되는 것이다.

이물질이 필터링된 세정유는 기체와 세정유를 분리하는 기유분리기인 사이클론 스크러버(400)로 유입됨으로써 분리된 세정유는 다시 유가열기(OH-1)로 유입되고, 기체는 다시 제트 노즐(100)로 공급되는 구조를 갖는 것이다.

따라서, 상기의 과정을 반복함으로써 밀폐형 회로(Closed loop)를 갖는 2 유체 세정이 이루어지는 것이다.

밀폐형 회로(Closed loop)에 적용되는 장치에 적용되는 운전제어장치 전제조건은 안전성을 우선으로 하여야하며, 그 다음이 자동운전환경의 조성이다.

본 발명의 장치 중에서 밸브는 운전조작반(도시하지 않음)에서 전기적인 전환조작으로 수동 또는 자동으로 개폐되도록 한다.

자동조작에 의한 개폐동작은 복귀측 유량검출로 구성이 가능하며, 세정유의 복귀신호 검출 동작에 따른 자동 운전방식으로 한다.

안전성은 계 내의 세정유 과잉 가열에 의한 화재, 계 내의 세정유가 계 외부로 누출될 때의 안전성확보이며, 자동운전 환경은 이러한 기능을 적정 상태로 유지시켜 주기 위한 운전환경과 운전자에게 운전 편의를 제공하는 것이다.

안전성 확보를 위한 동작설명은 다음과 같다. 운전조작반에서 과전류차단과 펌프모터 역전방지를 위한 과부하계전기를 사용할 수 있으며, 복귀 관로에는 유량 흐름을 감지하도록 하는 유량감지스위치(FS1,FS2)를 장착하며, 이것으로 유가열기(H-1)의 구동여부를 결정짓도록 하는 신호를 제공한다.

같은 관로의 압력스위치(PS1)는 초기 운전 시 타이머(Timer)를 이용하여 일정시간 동안 지연동작을 시키는데, 이것은 폐회로(Closed loop) 상에서 복귀 관로 압력 형성시간 동안 동작을 제한시키는 것이며, 이후에 이것으로 누설 시에 발생하는 압력강하(Pressure drop)를 감지하여 누설신호를 송출하도록 하는 것이다.

온도조절기 1(TC1) 및 온도조절기 2(TC2)는 전기히터(Electric heater)를 두개로 나누어 열선을 배치함으로써 단계적인 동작(Cascade control)이 되도록 하여 온도의 급상승과 급강하를 방지하고, 정상 운전상태에서의 전류 증감차를 줄이기 위함이다.

온도조절기 3(TC3)는 관로 온도를 점검하고, 유가열기(OH-1)의 동작을 제한하는 기능을 가진다.

세정유저장조(도시하지 않음)에는 보유유량 적정선 감지를 위한 고저스위치 를 장착하여 세정유 순환펌프(500)의 운전초기, 운전 중, 운전종료 시점 동작신호를 송출한다.

계(System loop) 내에 과잉압력이 형성될 경우를 대비해 안전밸브(SV-2)(SV-1)를 장착하여 복귀측 밸브(SV-2)를 0.1 MPa로, 토출측 밸브(SV-1)를 6 MPa로 조정해 주는데 이것은 고압용으로 사용되는 한 예로서 사용장비 및 세정대상 관로 운전압력에 따라 적정압력으로 조정되어져야 한다.

복귀 관로의 안전밸브(SV-2)는 계 내 세정유 누설감지를 위해 0.1 MPa을 유지하여야 한다.

다음은 개방형 회로(Open loop)에서의 2 유체 세정방식에 대하여 설명한다.

이러한 개방형 회로에서의 2 유체 세정방식은 유체 저장조 용량이 사용되는 세정유를 충분히 보유할 수 있어 유세 중 범람 위험이 없는 선박의 주기관 윤활계통(Main engine lubricating oil system) 세정작업(Flushing)에 적용할 수 있다.

이때는 펌프(Pump)의 출구측(Delivery port)에 압축공기를 공급할 수 있는 압축공기공급장치(Compressed air supplying unit)를 장착하여 일정량으로 공급하는 방법으로 하는데, 전제조건으로는 공급되는 압축공기는 세정 중 유체압력보다 충분히 높아야 하며, 정지동작상태에서 세정유가 본 장치로 역류 되지 않아야 하고, 공급되는 압축공기는 충분히 청정화, 미세화되어져야 하므로 공기여과기(Air filter) 및 기수분리기(Water separator)가 포함되어져야 한다. 개방형(Open loop) 배관계통(System line)의 2 유체세정장치 구성을 도 4에 도시하였다.

이 장치는 세정유 순환을 감지해 자동으로 동작되도록 하는 자동동작기능을 갖도록 되어 있으며, 계 내 유체거동의 교란과 계에 분포하는 이물질들의 겉보기비중을 감소시키며, 충격파 발생에 의한 세정효과 증진이다.

개방형 배관 계통의 2 유체세정장치의 동작을 설명한다.

외부로부터 인가되는 압축공기는 기수분리기(700)와 공기필터(710)에 의하여 압축공기 중의 수분 및 이물질 제거된다.

이러한 압축공기는 밸브(720)를 통과하여 배관(724)(725)을 통해 세정액 공급관(750)으로 공급된다.

상기 세정액 공급관(750)의 내측에는 벤츄리(730)가 설치되고, 이 벤츄리(730)에 상기 배관(725)으로부터 공급되는 압축공기가 인가되도록 설치된다.

이에 따라, 벤츄리(730)에 의해 세정액 공급관(750)의 내부에서 유체 저항을 최소화하고, 공기 공급을 원활히 하도록 하며, 공급되는 기체가 세정유체와 혼합을 원활하게 하는 것이다.

외부로부터 공급되어진 압축공기는 세정액 공급관(750)의 내부로 인가되기 위하여 밸브부(720)를 거치게 되는데, 밸브(721), 도관(722), 밸브(723), 도관(724)(725)를 통하여 밴츄리(730)로 공급되어 세정유체와 혼합되도록 되어 있다.

동작 중에 운전되는 세정유체와 압축공기의 압력 감소현상이나 공급 중단에 대비하여 밸브 제어부(727)(728)의 동작에 의하여 공급을 자동으로 중단시킬 수 있으며, 이의 동작을 설명한다.

세정유체의 압력은 도관(751)의 압력과 같으며, 이 압력은 도관(726)을 경유 하여 밸브 제어부(727)를 동작시키도록 되어 있고, 압축공기 압력은 도관(722)과 도관(728)에 전달되어 밸브 제어부(728)를 동작시키도록 되어 있다.

이때, 공급되는 공기의 압력이나 세정유체의 압력이 동작압력에 미달하는 경우 밸브 제어부(727,728)가 밸브(721,723)의 동작을 중단시키도록 되어 있어 세정유체의 역류방지기능과 사용 중지 또는 대기상태에서 압축공기 소모 방지기능을 가지도록 되어 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫 번째, 세정유체 유속은 장비 용량, 관내 유체저항 등 제 요소에 의하여 제한받게 된다. 따라서, 이러한 제한 요소들을 제거하면 유량이 다소 부족한 장비로도 충분히 유속 증가 효과보다 월등한 효과 획득이 가능하고, 노즐에 의한 교축작용에서 발생되는 발열은 가온 시간 감소효과를 가져올 수 있으며, 복귀되는 세정유가 유저장조를 경유하지 않으므로 세정유 감소효과도 가져올 수 있다. 이로 인하여 예열시간 감소와 함께 저장조 표면 방열에 의한 열 손실을 최소화할 수 있어 유류소비를 줄일 수 있다.

두 번째, 일반의 개방형 회로(Open circuit)를 가지는 장비로는 목적을 달성할 수 없게 되는데, 이것은 혼입되는 공기에 의한 유량변화로 유저장조 범람 문제를 야기시키게 되며, 제트노즐 성능을 충분히 고도화시켜야 하고, 큰 차압을 요구하게 되어 비 효율적이나, 본 발명의 밀폐 회로(Closed circuit) 구성에서는 이 같 은 문제를 극복할 수 있어 효과적이다.

세 번째, 밀폐형 회로의 추가 장점으로는 이물질의 제거가 용이하다는 것이다. 개방형 회로에서는 계 내의 이물질이 계 외로 이동되어 복귀(Return) 될 때에 여과기 성능에 따라 일부 통과되는 이물질이 복귀 세정유와 함께 저장조로 유입되며, 일단 유입되는 이물질을 다시 제거되는 데는 많은 시간을 요하나 밀폐형 회로에서는 여과기가 관로 중에 장착되어 지므로 일부의 누설 이물질이 있더라도 단시간의 순환사이클을 가지므로 제거시간 단축이 가능하며, 개방형의 회로에서는 세정유를 저장조에 충분히 채워야 하는데 따른 추가 세정유로 인하여 유류 사용량을 증가시키게 되어 폐유가 발생하게 되며, 사용유량 증가로 인한 가온 시간이 증가되나 밀폐형의 회로에서는 세정유 온도변화에 따른 증감량만을 보유하면 되므로 사용량을 최소화 시킬 수 있어 폐유발생을 억제 시킬 수 있음은 물론, 저장조에서의 방열과 보유 세정유 예열에 따른 가온 시간 증가를 방지할 수 있어 에너지가 절감된다.

네 번째, 본 장치의 적용 가능한 계통은 유세를 요하는 유압계통 배관 및 윤활유계통 배관이다. 특히 근래 선박의 선수 및 선미 유압장치의 단순화 및 대형화에 따른 유세장비 고 용량화가 불가피한 실정에서 대단히 유용한 가치를 가지게 될 것으로 기존 장비사용에서와 같은 문제를 충분히 극복할 수 있게 될 것이며, 유세품질 향상을 도모할 수 있게 될 것이다.

Claims

2가지 유체를 노즐에 의해 혼합하여 난류 흐름을 갖는 세정액을 생성하고, 이 세정액을 배관 내부로 공급함으로써 배관벽의 이물질을 제거하도록 하는 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐에 있어서,

외부의 관로로부터 고압의 세정액을 공급받아 유출구를 통해 분사하는 노즐 형태의 세정액 공급부와;

외부로부터 공급되는 기체를 기체 유입부로 유입받아 상기 세정액 공급부로부터 분사되는 세정액에 사면 경사를 가지고 기체가 혼입되도록 하는 기체 유출부로 구성된 기체 공급부와;

관 형태로 되어 전방부에 구경이 좁은 목부가 설치되고, 후방부로 갈수록 구경이 점진적으로 넓어지는 디퓨저부를 가지며, 상기 전방부는 상기 세정유 공급부의 유출구와 이어지도록 형성된 혼합 분출구;로 구성된 것을 특징으로 하는 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐.
제 1 항에 있어서, 혼합 분출구는 외측관의 내부에 내측관이 삽입되도록 구성되고, 그 외측관과 내측관 사이의 간격에 의하여 귀환로가 형성되어 유출구를 통해 유출되는 유체의 일부를 상기 세정액 공급부의 유출구쪽으로 귀환시키는 것을 특징으로 하는 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐.
제 1 항에 있어서, 세정액 공급부는 그 내부가 세정액을 유입받는 유입구쪽에서 유출구 방향으로 일정 구간 동일 구경을 형성하다가 유출구쪽에 근접해서는 점진적으로 좁아지는 구경을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐.
제 3 항에 있어서, 상기 유출구의 최단부는 세정액의 확산을 위하여 바깥쪽으로 넓어지는 구경을 갖도록 구성된 것을 특징으로 하는 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐.
제 1 항에 있어서, 세정액 공급부는 라발 노즐(Laval Nozzle) 형태로 된 것을 특징으로 하는 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐.
삭제
삭제
2가지 유체를 노즐에 의해 혼합하여 난류 흐름을 갖는 세정액을 생성하고, 이 세정액을 배관 내부로 공급함으로써 배관벽의 이물질을 제거하도록 하는 2 유체를 혼합하기 위한 세정 장치에 있어서,

고압의 세정액을 생성하여 순환시키기 위한 세정액 순한 펌프와;

상기 세정액 순환 펌프로부터 공급되는 세정액과 외부로부터 공급되는 기체를 혼입하여 난류 흐름을 생성하고, 이를 세정 대상인 시스템 배관쪽으로 공급하는 제트 노즐과;

시스템 배관으로부터 유출되는 이물질이 포함된 세정액을 여과하여 이물질을 제거하는 여과기와;

여과기로부터 필터링된 세정액을 유입받아 세정액과 기체를 분리시키는 기액 분리기와;

상기 기액 분리기로부터 분리된 기체를 제트 노즐로 다시 유입시키는 제 1 관로와;

상기 기액 분리기로부터 분리된 세정액을 세정액 순환 펌프로 유입시키기 위한 제 2 관로;로 구성된 것을 특징으로 하는 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐을 이용한 세정 장치.
제 8 항에 있어서, 제 2 관로 상에는 세정액을 가열하기 위한 가열기가 설치된 것을 특징으로 하는 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐을 이용한 세정 장치.
제 8 항에 있어서, 제트 노즐은

고압의 세정액을 공급받아 유출구를 통해 분사하는 노즐 형태의 세정액 공급부와;

외부로부터 공급되는 기체를 기체 유입부로 유입받아 상기 세정액 공급부로부터 분사되는 세정액에 대하여 세정액에 사면 경사를 가지고 기체가 혼입되도록 하는 기체 유출부로 구성된 기체 공급부와;

관 형태로 되어 전방부에 구경이 좁은 목부가 설치되고, 후방부로 갈수록 구경이 점진적으로 넓어지는 디퓨저부를 가지며, 상기 전방부는 상기 세정유 공급부의 유출구와 이어지도록 형성된 혼합 분출구;로 구성된 것을 특징으로 하는 2 유체를 혼합하기 위한 제트노즐을 이용한 세정 장치.