KR101052405B1 - 화염 역류 방지기 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 유출하는 폭발성 가스(4)용 화염 역류 방지기는 유출하는 가스(4)의 성질들을 고려하여 갭 단면이 설정되는 다수의 규정된 통과 갭들(17, 18)을 갖는 화염 방벽(10, 20, 30)을 구비하고, 선별된 갭 단면을 가지는 제 1 갭들(17)에 인접하여, 더 작은 갭 단면을 가지는 제 2 갭들(18)이 배치되는 것을 특징으로 한다.

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Description

화염 역류 방지기{FLAME ARRESTOR}

본 발명은 유출하는 가스(flowing gas)의 성질들을 고려하여 갭 단면이 설정되는 다수의 규정된 통과 갭들(passage gaps)을 갖는 화염 방벽(flame barrier)을 구비한 유출하는 폭발성 가스용 화염 역류 방지기(flame arrestor)에 관련된다.

이런 타입의 화염 역류 방지기들은 예를 들면, 폭발의 위험이 있는 시설(plant)의 환기 장치에 사용된다. 화염 역류 방지기들은 가스의 점화 또는 증기-공기 혼합물(vapor-air mixture) 제품의 유출의 경우에 계속적인 소각에 대해 안전하도록, 즉, 화재로부터 보호되는 시설의 일 부분으로 화염의 역류 없이 비 제한적인 시간 동안 가스/가스 혼합물을 소각하는 것이 가능하도록 설계되어야 한다.

화염 역류 방지기는 화염 방벽의 통과 갭들을 통해 유출되는 가스가 통과 갭들의 벽에 의해 냉각되고, 이에 따라서 가스는 화염 방벽의 방출구에서 그것의 발화점(ignition temperature) 이하로 냉각되는 원리에 기초한다. 계속적인 소각에 대한 안전을 확보하기 위해, 통과 갭들의 경계가 되는 화염 방벽의 재료는 통과 갭들의 벽에서 희망하는 가스의 냉각을 획득하기 위해 충분하게 냉각되어야 한다.

만약 유출량이 화염-진화 갭들(flame-extinguishing gaps) 내의 임계 유출량 (critical volume flow)으로 알려진 것에 도달하거나 또는 다소 하회하면 화염 방벽의 최대 가열이 발생한다. 임계 유출량은 모든 가연성 혼합물(ignitable mixture)에 부여된 층류 전파 속도(laminar propagation velocity)에 대응하는 유출 속도(flow velocity)에 대응한다. 이런 작업 상태에서, 가스 또는 가스 혼합물들은 화염 방벽의 표면에서 즉시 점화될 뿐만 아니라, 최초로 화염-진화 갭들 안으로 다소 스며들 수 있다. 그 결과로써, 화염-진화 갭들의 벽이 가열되기 때문에, 화염은 화염-진화 갭들 안으로 더 깊숙이 스며들 수 있고, 이는 화염 역류의 위험이 존재한다는 것을 의미한다.

도 1은 시설의 일 부분의 배출구에서 계속적인 소각에 대해 안전하도록 배치된 공지의 화염 역류 방지기를 도시한다. 화염 역류 방지기는 시설의 측면에 플랜지(2)를 구비하는 하우징(1; housing) 및 플랜지(2)에서 멀리 떨어진 방향을 향하고 그리고 화염 방벽(5)에 의해 하우징(1)의 다른 단부에서 가로막히는 유출 도관(4; flow duct)에 속하는 원추형 확장부(3; conical widening)를 포함한다. 화염 방벽(5)은 바람직하게는 평평한 금속 스트립(smooth metal strip)과 골진 금속 스트립(corrugated metal strip)의 결합에 의해 생산되는, 원형 또는 나선형으로 권취된 굴절부들(6; turns)을 포함한다. 갭 단면은 골진 금속 스트립의 골의 선별에 의해 한정된다. 금속 스트립의 너비가 갭 길이를 결정한다. 도 1은 화염 방벽(5)을 통해 유출하는 가스가 시설에서 멀리 떨어진 방향을 향하는 측면에서 점화되고 그리고 화염(7)을 형성하는 것을 도시한다.

도 2에 도시된 상세 A는 갭들(6) 안으로 화염(7)의 침투를 확대된 도면으로 도시한다. 그러므로 시설의 측면에서, 가스의 유출 속도가 유출량이 임계 유출량에 하회하는 것을 방지하도록 항상 유지되도록 보장하는 것이 필요하다. 이는 갭들의 단면을 감소시킨다는 원리에서 달성될 것이며, 왜냐하면 그 결과로써 갭들에 가스의 용적 측정 속도(volumetric velocity)가 증가하기 때문이다. 그러나, 이는 화염 방벽에 의해 달성된 유출 저항(flow resistance)을 증가시킨다. 동일한 전체 자유 단면(total free cross section)을 획득하기 위해, 화염 방벽의 면적, 즉 유출 도관(4)의 원추형 확장부(3)는 이러한 목적으로 확장되어야 한다. 이는 화염 역류 방지기가 더 부피가 커지고(voluminous) 그리고 더 비싸진다는 것을 의미한다.

본 발명은 화염 역류에 대해 향상된 안전성을 구비하는 상술한 형태의 화염 역류 방지기를 조립하려는 목적에 기초한다.

이런 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 상술한 형태의 화염 역류 방지기는 선별된 갭 단면을 갖는 제 1 갭들에 인접하여, 더 작은 갭 단면을 갖는 제 2 갭들이 배치되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 제 1 갭들에서 임계 유출량에 도달되는 경우에, 좁은 제 2 갭들의 유출 속도는 여전히 상당히 높고, 이에 따라서 유출하는 가스에 의한 충분한 냉각은 더 좁은 제 2 갭들에서 어떤 경우에서든 수행된다는 결과에 기초한다. 그 후에 더 냉각된 갭들은 인접한 제 1 갭들에서 열을 수집 및 강탈할 수 있다. 화염 방벽의 유출 저항은 단지 좁은 제 2 갭들에 의해 전반적으로 조금 증가하고, 이에 따라서 화염 방벽의 전체 면적의 확장은 요구되지 않거나 또는 단지 낮은 정도가 요구된다. 기술된 제 2 갭들의 활동 때문에, 화염 방벽의 화염 역류에 대항하는 중요한 안전의 개선은 다른 변하지 않은 설계로 획득된다.

본 발명의 바람직한 실시형태에서, 통과 갭들은 디스크 형태의 화염 방벽에 구현되고, 갭들은 링형 또는 나선형으로 형성된 굴절부들에 배치되는 것이 바람직하다.

제 1 갭들에 대한 제 2 갭들의 배치는 교대로 제공되는 제 1 갭들을 가지는 제 1 개수의 굴절부들과 그리고 제 2 갭들을 가지는 제 2 개수의 굴절부들에 의해 간단한 방식으로 수행될 수 있다. 이런 경우에, 제 1 개수 및 제 2 개수 모두 1이 되는 것으로 생각할 수 있고, 이에 따라서 각각의 경우에 제 1 갭들을 가지는 하나의 굴절부 및 제 2 갭들을 가지는 하나의 굴절부가 제공된다. 그러나, 특정한 응용에서, 예를 들면 단지 각각의 제 3 굴절부에 더 좁은 제 2 갭들을 제공하는 것은 더욱 유리하고, 이에 따라서 각각의 경우에 제 1 갭들을 가지는 두 개의 굴절부들은 제 2 갭들을 가지는 두 개의 굴절부들 사이에 배치된다.

바꾸어 말하면, 접근은 더 좁은 제 2 갭들을 가지는 두 개의 굴절부들을 따르는 제 1 갭들을 구비하는 굴절부들을 가질 수 있다.

제 1 갭들을 가진 굴절부들의 개수 대 제 2 갭들을 가진 굴절부들의 개수의 비율은 화염 방벽의 영역에서 일정할 수 있다. 만약 제 1 갭들의 개수 대 제 2 갭들의 개수의 비율이 화염 방벽의 영역에서 변한다면, 특히 만약 제 1 갭들의 개수 대 제 2 갭들의 개수의 비율이 내측에서 외측으로 감소된다면, 링형 또는 나선형으로 형성된 굴절부들을 가지는 평평한 화염 방벽은 특히 유리할 수 있다. 이런 화염 방벽의 구조는 화염 방벽의 중앙에서 가장 가열되고, 이에 따라서 더 좁은 제 2 갭들의 냉각 활동이 화염 방벽의 중앙에서 증가된 정도로 사용되는 디스크 형태의 화염 방벽의 발견에 기초한다.

그러므로, 링형 또는 나선형으로 형성된 굴절부들의 경우에, 제 2 갭들을 가지는 굴절부들의 상대적인 개수는 외측 구역에서보다 화염 방벽의 중앙에서 더 높을 수 있다.

디스크 형태의 화염 방벽의 굴절부들은 평평한 금속 스트립과 더불어 나선형으로 권취된 골진 금속 스트립에 의해 형성되는 것이 바람직하고, 더 큰 골들을 가지는 첫 번째 골진 금속 스트립은 제 1 갭들을 가지는 굴절부들을 형성하고, 그리고 더 작은 골들을 가지는 골진 금속 스트립은 제 2 갭들을 가지는 굴절부들을 형성한다.

모든 제 2 갭들은 동일한 갭 단면을 가질 수 있다. 그러나 제 2 갭들은 적어도 두 개의 다른 갭 단면들, 즉 제 1 갭들과의 연결에 사용되는 다른 크기의 더 작은 갭들을 구비할 수도 있다. 그러나, 제조상의 이유로, 제 2 갭들에 대한 오직 하나의 갭 단면을 제공하는 것이 더 바람직하다.

또한 제 1 및 제 2 갭들의 구현은 그들의 길이 전체에 걸쳐서 제 1 및 제 2 갭들을 구비하는 굴절부들에 의해 수행될 수 있고, 이에 따라서 굴절부들의 길이 전체에 걸치는 각각의 경우에, 제 1 개수의 제 1 갭들과 그리고 제 2 개수의 제 2 갭들은 교대로 순차적으로 배치된다.

평평한 금속 스트립과 더불어 나선형으로 권취된 골진 금속 스트립에 의해 형성된 디스크 형태의 화염 방벽의 바람직한 실시형태에서, 골진 금속 스트립의 골들은 제 1 및 제 2 갭들을 형성하기 위해 짧은 골들과 긴 골들을 교대로 갖는다.

본 발명에 따른 화염 방벽들에서, 제 1 및 제 2 갭들은 동일한 갭 길이로 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 명백하게 충분한 결과를 획득하기 위해, 제 2 갭들의 단면적은 많아야 제 1 갭들의 단면적의 크기와 같아야 한다. 그러나, 제 2 갭들의 단면적의 선별은 당연히 제 1 갭들의 개수에 대한 제 2 갭들의 선별된 개수와 관련된다. 본 발명의 범위 내에서 관련 기술에 숙련된 사람들에게 중요한 구성의 자유가 주어진다. (더 넓은) 제 1 갭들에 대한 (더 좁은) 제 2 갭들의 단면적의 비율은 25와 50％ 사이인 것이 바람직하고, 대략 ⅓ 내지 ⅔ 인 것이 바람직하다.

본 발명은 도면에 도시된 실시형태를 사용해 다음에서 보다 상세하게 설명될 것이다.

도 1은 전통적인 화염 방벽을 구비하는 화염 역류 방지기의 종 단면도;

도 2는 전통적인 화염 방벽의 구조를 기술하기 위한 도 1의 상세도;

도 3은 도 1에 따른 화염 역류 방지기를 사용하는 본 발명에 따른 화염 방벽의 제 1 실시형태의 사시도;

도 4는 화염 방벽의 구조를 기술하기 위한 도 3의 확대 상세도(B);

도 5는 제 1 갭들의 화염 방벽의 측면 배출구에서 유출되는 가스를 태우는 화염의 개략도;

도 6은 제 2 갭들의 화염에 대응하는 도;

도 7은 본 발명에 따른 화염 방벽의 제 2 실시형태의 사시도; 그리고

도 8은 본 발명에 따른 화염 방벽의 제 3 실시형태의 사시도이다.

도 3에 도시된 본 발명에 따른 화염 방벽(10)의 제 1 실시형태는 굴절부들(12, 13)이 나선형으로 권취되는 원통형 코어(11)를 포함한다. 각각의 굴절부들(12, 13)은 서로 권취된 평평한 금속 스트립(14) 및 골진 금속 스트립(15)으로 구성된다. 굴절부(12)에 권취된 것은 큰 골들(16)을 가지는 금속 스트립(15)이고, 반면 작은 골들을 가지는 골진 금속 스트립(15′)은 굴절부(13)에 권취된다. 그러므로, 넓은 갭 단면을 가지는 계속적인 제 1 통과 갭들(17)은 굴절부(12)에 화염 방벽(10)의 높이(금속 스트립(14, 15, 15′)의 너비와 동일함)에 걸쳐서 형성되고, 그리고 작은 갭 단면을 가지는 제 2 통과 갭들(18)은 굴절부(13)에 형성된다.

도 3 및 도 4는 제 1 갭들(17)을 구비하는 굴절부(12) 및 제 2 갭들(18)을 구비하는 굴절부(13)를 교대로 위치시키는 전형적인 실시형태를 도시한다.

도 5 및 도 6은 굴절부(12)에서 제 1 갭들(17)의 임계 유출량의 상태를 도시한다. 임계 유출량에 도달하면, 화염(7)은 이미 갭들(17) 내에서 연소되기 때문에 그리고 이에 따라 갭들(17)의 금속성의 경계(metallic boundaries)는 가열된다. 이에 반해서, 제 2 갭들(18)의 동일한 유출량은 높은 가스 속도에 이르게 되고, 이에 따라서 화염(7)은 제 2 갭들(18)의 외측에서 연소하고, 이에 따라서 갭들(18)의 금속성의 경계는 여전히 충분히 냉각된 상태를 유지한다. 갭들(18)의 금속성 경계들이 직접 또는 간접적으로 갭들(17)의 경계들과 접촉하므로, 가열된 갭들(17)에서 냉각된 갭들(18)로의 열의 분산(dissipation)이 발생하고, 이에 따라서 제 2 갭들(18)에 의해 제 1 갭들(17)의 효과적인 냉각이 수행된다.

제 2 갭들(18)을 가지는 두 개의 굴절부들(13)이 제 1 갭들(17)을 가지는 두 개의 굴절부들(12) 사이에 배치되는 화염 방벽(20)의 전형적인 실시형태가 도 7에 도시된다. 이런 배치는 굴절부(12)의 제 1 갭들(17)의 경계를 보다 집약적으로 냉각되게 한다.

제 1 갭들(17)을 가지는 굴절부(12)가 제 2 갭들(18)을 가지는 굴절부(13)보다 더 많이 제공되는 화염 방벽(30)의 부가적인 전형적인 실시형태가 도 8에 도시된다. 그러나, 굴절부(13)의 빈도는 화염 방벽의 코어(11)를 향한 방향으로 증가한다. 예를 들면, 화염 방벽(30)의 코어 구역에서 하나의 굴절부(12)는 하나의 굴절부(13)의 옆에 배치된다. 반경의 대략 ⅓ 이후에 세 개의 굴절부(12) 및 하나의 굴절부(13)가 뒤따르고, 반면 화염 방벽(30)의 외측 구역에 오직 굴절부(12)만이 제공된다.

이 설계에서, 디스크 형태의 화염 방벽(30)은 외측 구역에서보다 코어 구역에서 더 규칙적이고 강렬하게 가열된다는 사실을 고려한다. 화염 방벽(30)의 내측 구역의 개선된 냉각을 수행하기 위해, 이는 내측 구역에 굴절부(12)에 대한 굴절부(13)의 증대된 배치에 의해 고려된다.

관련 기술에 숙련된 사람에게 청구된 발명 내에서 도시된 실시형태의 다양한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 모든 경우에서, 화염 방벽들(10, 20, 30)의 개선된 냉각은 위험한 유출 저항의 증가 및 화염 방벽(10, 20, 30)에 대해 요구되는 단면적의 증가 없이 수행된다.

본 발명에 따르면 가스의 점화 또는 증기-공기 혼합물 제품이 유출되는 경우에, 계속적인 소각에 대해 안전하게 설계되고, 화염의 역류 없이 비 제한적인 시간 동안 가스/가스 혼합물을 소각하는 화염 역류 방지기를 제공할 수 있다.

Claims (15)

1. 유출하는 가스(4)의 성질들을 고려하여 갭 단면이 설정되는 다수의 규정된 통과 갭들(17, 18)을 갖는 화염 방벽(10, 20, 30)을 구비한 유출하는 폭발성 가스(4)용 화염 역류 방지기에서, 선별된 갭 단면을 가지는 제 1 갭들(17)에 인접하여, 더 작은 갭 단면을 가지는 제 2 갭들(18)이 배치되고,

   상기 갭들(17, 18)은 링형 또는 나선형으로 형성된 굴절부들(12, 13)에 배치되며,

   상기 제 1 갭들(17)을 구비하는 제 1 개수의 제 1 굴절부들(12) 및 상기 제 2 갭들(18)을 구비하는 제 2 개수의 제 2 굴절부들(13)은 교대로 제공되는 것을 특징으로 하는 화염 역류 방지기.
2. 제 1항에 있어서, 상기 갭들(17, 18)은 디스크 형태의 화염 방벽(10, 20, 30)에 제공되는 것을 특징으로 하는 화염 역류 방지기.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 제 1 갭들(17)을 구비하는 하나의 굴절부(12) 및 하나의 제 2 갭들(18)을 구비하는 하나의 굴절부(13)가 교대로 제공되는 것을 특징으로 하는 화염 역류 방지기.
6. 제 1항에 있어서, 디스크 형태의 화염 방벽(10, 20, 30)은 평평한 금속 스트립(14)과 더불어 나선형으로 권취되는 골진 금속 스트립(15, 15′)에 의해 형성되고, 큰 골(16)을 구비하는 제 1 골진 금속 스트립(15)은 상기 제 1 갭들(17)을 구비하는 굴절부들(12)을 형성하고, 그리고 작은 골을 구비하는 골진 금속 스트립(15′)은 상기 제 2 갭들(18)을 구비하는 굴절부들(13)을 형성하는 것을 특징으로 하는 화염 역류 방지기.
7. 제 1항에 있어서, 상기 굴절부들(12, 13)은 그들의 길이 전체에 걸쳐 상기 제 1 및 제 2 갭들(17, 18)을 가지는 것을 특징으로 하는 화염 역류 방지기.
8. 제 7항에 있어서, 상기 굴절부들(12, 13)의 길이 전체에 걸쳐, 제 1 개수의 제 1 갭들(17) 및 제 2 개수의 제 2 갭들(18)은 교대로 순차적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 화염 역류 방지기.
9. 제 7항에 있어서, 디스크 형태의 화염 방벽(10, 20, 30)은 평평한 금속 스트립(14)과 더불어 나선형으로 권취되는 골진 금속 스트립에 의해 형성되고, 그리고 상기 제 1 및 제 2 갭들(17, 18)을 형성하기 위해 상기 골진 금속 스트립의 골은 짧은 길이 또는 긴 길이의 골을 교대로 가지는 것을 특징으로 하는 화염 역류 방지기.
10. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 갭들(17)의 개수에 대한 상기 제 2 갭들(18)의 개수의 비율은 상기 화염 방벽(30)의 영역에서 변하는 것을 특징으로 하는 화염 역류 방지기.
11. 제 10항에 있어서, 상기 제 1 갭들(17)의 개수에 대한 상기 제 2 갭들(18)의 개수의 비율은 내측에서 외측으로 감소하는 것을 특징으로 하는 화염 역류 방지기.
12. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 갭들(18)은 모두 동일한 갭 단면을 가지는 것을 특징으로 하는 화염 역류 방지기.
13. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 갭들(18)은 제 1 갭들(17)의 단면보다 작은 적어도 두 개의 갭 단면으로 형성되는 것을 특징으로 하는 화염 역류 방지기.
14. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 갭들(17, 18)은 동일한 갭 길이로 형성되는 것을 특징으로 하는 화염 역류 방지기.
15. 제 1항에 있어서, 상기 제 2 갭들(18)의 단면적은 많아야 상기 제 1 갭들(17)의 단면적의 50％와 같은 것을 특징으로 하는 화염 역류 방지기.

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