KR101577569B1

KR101577569B1 - 유체의 분배를 위한 노즐

Info

Publication number: KR101577569B1
Application number: KR1020157014586A
Authority: KR
Inventors: 토비아스 스트란드
Original assignee: 스칸스카 스베리지 에이비
Priority date: 2012-11-01
Filing date: 2013-11-01
Publication date: 2015-12-14
Also published as: SE1251240A1; CA2890087C; BR112015010042A2; EP2914383A1; CN104797344B; EP2914383A4; JP2016503337A; HK1214791A1; CN104797344A; UA114735C2; NZ708364A; IL238510A; US20150283565A1; AP2015008426A0; AU2013338645A1; US9511382B2; FI20126156A; KR20150081334A; AR093301A1; IL238510A0

Abstract

본 발명은 속도를 갖는 유체의 분배를 위한 노즐(100)에 관한 것이다. 노즐(100)은 복수의 유동 통로(150, 160, 170)를 한정하고, 복수의 유동 통로(150, 160, 170) 중 적어도 하나는 중심 유동 통로(160)이고, 복수의 유동 통로(150, 160, 170) 중 적어도 제1 및 제2 유동 통로는 외부 유동 통로(150, 170)이다. 외부 유동 통로(150, 170)의 출구(152, 172)는 중심 유동 통로(160)의 출구(162)의 양 측 상에 배열된다. 제2 외부 유동 통로(170)는 출구 영역(a₃)보다 더 작은 입구 영역(235)을 갖는다. 입구(210, 220, 230)의 중심 축은 출구(152, 162, 172)의 중심 평면에 사실상 직각이다.

Description

유체의 분배를 위한 노즐{NOZZLE FOR DISTRIBUTION OF A FLUID}

본 발명은 노즐 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는 유체의 분배를 위한 노즐에 관한 것이다.

유체들은 중력에 따라 그리고 유체의 밀도에 따라 수평 층들을 형성하는 것으로 알려져 있다. 유체의 밀도에 영향을 주는 특성의 일 예는 온도이다. 예를 들어, 온도가 4℃인 물은 모든 액체 물 중 가장 높은 밀도를 갖는다. 물의 성층화는 온도와 같은 특성이 상이한 물의 질량체들이 층들을 형성할 때 일어난다. 성층화는 물의 혼합된 층으로 유도하는 난류에 의해 혼돈(upset)될 수 있다.

성층화가 중요한 분야는, 예를 들어 물과 같은 유체가 열 에너지를 저장하기 위하여 사용될 수 있는 에너지 저장소의 분야이다. 물의 열 에너지는, 전도가 열 전달의 주요한 이유인 경우, 오랜 기간 동안 상당한 정도로 보존된다. 그러한 응용에서, 에너지는, 저장소의 일 레벨로부터 차가운 물을 회수하고, 회수된 물을 열 교환기에서 가열하고, 이어서 가열된 물을 저장소로 대응 온도를 갖는 레벨에 복귀시킴으로써, 저장소에 채워질 수 있다. 에너지의 방출의 경우, 더운 물이 저장소로부터 회수되고, 열 교환기에서 냉각되고 저장소로 대응 온도를 갖는 레벨에 복귀된다. 이러한 유형의 응용에서, 물이 저장소로 공급될 때 상이한 온도들을 갖는 물이 혼합되지 않게 유지하는 것이, 즉 성층화를 온전한 상태로 유지하는 것이 중요하다. 따라서, 물을 저장소에 제공할 때 에너지 저장소 내에서 가능한 낮은 난류를 생성하는 것이 중요하다.

본 발명의 일 태양의 목적은, 예를 들어, 열 에너지 저장소 내에서 난류 혼합의 발생을 감소시켜 그에 따라서 전체 열 에너지 손실을 감소시키는 노즐을 제공하는 것이다. 이러한 맥락에서, 가장 중요한 상황은 유체의 정체된 유체 체적부 내로의 분배이다.

본 발명의 제1 태양에 따르면, 이러한 목적은 속도를 갖는 유체의 분배를 위한 노즐에 의해 달성되는데, 노즐은 복수의 유동 통로를 한정하고, 복수의 유동 통로의 각각은 유체를 파이프로부터 수용하도록 배열된 입구 및 출구를 갖고, 복수의 유동 통로 중 적어도 하나는 중심 유동 통로이고 복수의 유동 통로 중 적어도 제1 및 제2 유동 통로는 외부 유동 통로이고, 외부 유동 통로의 출구는 중심 유동 통로의 출구의 양 측 상에 배열되고, 제1 외부 유동 통로의 입구는 중심 통로의 입구를 둘러싸고 중심 통로의 입구는 제2 외부 유동 통로의 입구를 둘러싸고, 제2 외부 유동 통로는 출구 영역보다 더 작은 입구 영역을 갖고, 입구의 중심 축은 출구의 중심 평면에 사실상 직각이다.

통로의 입구 영역을 상기 동일 통로의 출구 영역보다 더 작게 함으로써, 입구에 의해 수용된 유체는 출구의 외부로 유동하는 유체의 속도에 비해 더 큰 속도를 갖는다. 본 발명에 따른 유동 통로는, 유체의 가장 높은 속도를 갖는 부분이 중심 유동 통로의 출구로부터 외부로 유동하고 유체의 더 낮은 속도를 갖는 부분이 제1 및 제2 외부 유동 통로의 출구로부터 외부로 유동하도록 배열된다. 제1 외부 유동 통로의 출구는 입구의 중심 축을 따라서 중심 유동 통로의 출구 위에 배열된다. 제2 외부 유동 통로의 출구는 입구의 중심 축을 따라서 중심 유동 통로의 출구 아래에 배열된다. 그 결과, 출구를 통하여 노즐로부터 외부로 유동하는 유체의 흐름은 높은 유동 속도를 갖는 중심 부분 및 낮은 유동 속도를 갖는 외부 부분들을 가질 수 있는데, 외부 부분들은 흐름이 저난류(low turbulent flow)를 생성할 수 있도록 중심 부분을 둘러싼다. 이는, 유체가 정체된 유체 체적부 내로 분배되는 경우, 중심 유동 통로의 출구로부터 유동하는 유체와 제1 및 제2 외부 유동 통로의 출구로부터 유동하는 유체의 계면에서 허용되는 난류가 정체된 유체 체적부를 방해하지 않는다는 점에서 유리하다.

본 발명의 추가 실시예에서, 노즐은 입구의 중심 축을 따라서 연장된 원통형 외부 벽, 원통형 내부 칸막이 벽 및 원통형 외부 칸막이 벽 - 이들 벽은 입구의 중심 축을 따라 연장되고, 원통형 내부 칸막이 벽은 원통형 외부 칸막이 벽에 의해 둘러싸이고, 원통형 외부 칸막이 벽은 원통형 외부 벽에 의해 둘러싸임 -, 중심 통로가 외부 칸막이 벽과 내부 칸막이 벽 사이에 형성되는 것, 제1 외부 유동 통로가 외부 벽과 외부 칸막이 벽 사이에 형성되는 것, 및 제2 외부 유동 통로가 내부 칸막이 벽 내측에 형성되는 것을 추가로 포함할 수 있다.

원형 벽은 노즐을 원형 파이프 상에 장착하는 경우에 특히 유용하다. 원형 벽을 이용하는 경우, 유체는 동일한 단면적을 갖는 비원형 파이프를 사용하는 경우에 비해 더 높은 속도로 노즐을 통해 유동할 수 있다. 본 실시예의 추가 이점은 더 작은 직경을 갖는 원형 벽이 사용되어 보다 비용 효율적인 노즐로 이어질 수 있다는 것이다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 노즐은 내부 칸막이 벽이 외부 칸막이 벽에 비해 입구의 중심 축을 따라서 더 멀리 연장되는 것, 외부 칸막이 벽이 외부 벽에 비해 입구의 중심 축을 따라서 더 멀리 연장되는 것을 추가로 포함할 수 있다.

또 다른 실시예에 따르면, 노즐은 제1 외부 유동 통로의 출구가 외부 벽의 단부 및 외부 칸막이 벽에 사실상 직각인 방향으로 외부 칸막이 벽의 단부로부터 연장된 제1 플랜지에 의해 한정되는 것, 중심 유동 통로의 출구가 제1 플랜지 및 내부 칸막이 벽에 사실상 직각인 방향으로 내부 칸막이 벽의 단부로부터 연장된 제2 플랜지에 의해 한정되는 것, 제2 외부 유동 통로의 출구가 제2 플랜지 및 입구의 중심 축을 따라서 제2 플랜지 아래에 위치되고 입구의 중심 축에 사실상 직각인 연장된 하부 플레이트에 의해 한정되는 것을 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 입구 및 출구의 크기들 사이의 관계는 제1 및 제2 외부 유동 통로의 각각의 출구의 외부로 유동하는 유체의 속도가 중심 유동 통로의 출구의 외부로 유동하는 유체보다 사실상 더 낮도록 되어 있다. 일 실시예에서, 제1 및 제2 외부 유동 통로의 각각의 출구의 외부로 유동하는 유체의 속도는 중심 유동 통로의 출구의 외부로 유동하는 유체의 속도의 절반이다. 따라서, 유체와 유체가 분배되는 정체된 유체 체적부 사이에서 저난류가 달성될 수 있다.

또 다른 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 외부 유동 통로는 출구 영역보다 더 작은 입구 영역을 갖는다. 중심 유동 통로는 또한 출구 영역보다 더 작은 입구 영역을 가질 수 있다. 앞서 논의된 바와 같이, 입구 영역보다 더 작은 출구 영역을 갖는 것의 효과는 출구로부터 외부로 유동하는 유체의 속도가 입구에 의해 수용되는 유체의 속도보다 더 낮다는 것이다. 노즐의 입구 및 출구의 각각의 치수를 설정함으로써, 각각의 출구의 외부로 유동하는 유체의 원하는 속도가 달성될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1 외부 유동 통로의 출구 영역은 제2 외부 유동 통로의 출구 영역보다 더 작다. 이는 제1 외부 유동 통로를 통하여 유동하는 유체의 속도가 제2 외부 유동 통로를 통하여 유동하는 유체의 속도보다 더 낮은 경우 유리할 수 있지만 각각의 유동 통로의 외부로 유동하는 유체의 동일한 속도가 바람직하다.

노즐은 입구의 중심 축을 따라서 연장된 적어도 하나의 하위-칸막이 벽을 추가로 포함할 수 있고, 하위-칸막이 벽은 복수의 유동 통로의 각각을 사실상 동일하게 크기가 설정된 적어도 2개의 하위-유동 통로들로 분할하도록 구성된다. 노즐은 서로에 대해 직각으로 배열된 제1 하위-칸막이 벽 및 제2 하위-칸막이 벽을 추가로 포함할 수 있다. 이들 하위-칸막이는 노즐로부터 외부로 유동하는 유체의 더 동일한 반경방향 분배를 달성하기 위하여 사용되어, 수평 분사력(jet force)이 발생하지 않게 한다. 본 발명의 실시예에 따르면, 노즐은 삽통식 파이프에 연결된다. 이는 노즐이, 예를 들어 에너지 저장소 내에서, 몇몇 레벨에 유체를 분배하기 위해 사용되는 경우 유리할 수 있다.

본 발명의 제2 태양에 따르면, 본 발명은 속도를 갖는 유체의 사실상 정체된 다른 유체 체적부 내로의 분배를 위한 본 발명의 제1 태양에 따른 노즐의 용도를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 유체는 제1 온도를 갖고, 유체는 동일한 제1 온도를 갖는 사실상 정체된 유체 체적부 내의 층 내로 분배된다.

제2 태양은 대체로 제1 태양과 동일한 이점들을 가질 수 있다.

대체적으로, 특허청구범위에서 사용되는 모든 용어는 본 명세서에서 달리 명시적으로 정의되어 있지 않다면 본 기술 분야에서의 통상의 의미에 따라 해석되어야 한다. "하나의/그(a/an/the) [요소, 장치, 구성요소, 수단, 단계 등]"에 대한 모든 언급은, 달리 명시적으로 기술되어 있지 않다면, 상기 요소, 장치, 구성요소, 수단, 단계 등의 적어도 하나의 예를 언급하는 것으로서 개방적으로 해석되어야 한다. 명시적으로 언급되어 있지 않다면, 본 명세서에 개시된 임의의 방법의 단계들이 개시된 정확한 순서로 수행될 필요는 없다.

본 발명의 현재 바람직한 실시예를 도시하는 첨부 도면을 참조하여, 본 발명의 이러한 그리고 다른 태양이 이제 더 상세히 설명될 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 노즐의 사시도이다.
도 2는 도 1의 선 II-II를 따라 취한 단면도이다.
도 3은 도 1의 노즐의 단면의 사시도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 노즐의 사시도이다.

저난류는 물과 같은 유체가 층들 사이의 혼합이 최소로 유지되는 평행한 층들로 유동하는 경우에 발생한다. 열 에너지 저장소에서, 사실상 정체된 유체 체적부는 열 에너지를 저장하기 위하여 사용된다. 유체 체적부는 유체의 층들을 포함하고, 각각의 층은 사실상 동일한 온도를 갖는 유체를 포함한다. 예를 들어 새로운 에너지를 저장소에 추가하기 위하여 유체를 저장소에 제공하는 경우, 이들 층의 혼합은 최소로 유지되는 것이 중요하다. 유체를 정확한 층, 예를 들어 제공된 유체와 동일한 온도를 갖는 유체의 층 내에 제공하여 이미 존재하는 유체 체적부와 접촉하는 제공된 유체의 일부가 낮은 속도를 갖도록 함으로써, 저난류가 달성될 수 있다. 유동이 덜 난류가 되게 하는 그러한 유동의 유동 프로파일은 에너지 저장소 내의 유체의 상이한 온도 층들이 상당히 온전한 상태로 유지되는 것을 보장할 수 있다. 본 발명에 따른 노즐을 사용함으로써, 그러한 유동이 달성될 수 있다.

도 1은 노즐(100)의 사시도를 도시한다. 노즐(100)은 원통형 외부 벽(110)을 포함한다. 원통형 외부 벽(110)은 파이프의 단부 부분일 수 있는데, 파이프로부터 유체가 노즐(100)에 의해 수용된다. 다른 실시예에서, 원통형 외부 벽은 파이프에 결합된 별개 부분이다. 원통형 외부 벽(110)은 원통형 외부 칸막이 벽(120)을 둘러싼다. 제1 플랜지(122)가 원통형 외부 칸막이 벽(120)의 단부로부터 원주 방향으로 돌출되어 있다. 일 실시예에서, 제1 플랜지(122)의 외경은 원통형 외부 벽(110)의 외경과 동일하다. 원통형 외부 칸막이 벽(120)은 원통형 내부 칸막이 벽(130)을 둘러싼다. 제2 플랜지(132)가 원통형 내부 칸막이 벽(130)의 단부로부터 원주 방향으로 돌출되어 있다. 일 실시예에서, 제2 플랜지(132)의 외경은 원통형 외부 벽(110)의 외경 및 제1 플랜지(122)의 외경과 동일하다. 제2 플랜지 아래에는 하부 플레이트(140)가 위치되어 있다. 하부 플레이트(140)는 노즐을 통하여 유동하는 유체를 방해하지 않는 금속 플레이트(미도시)에 의해, 또는 당업자에 의해 이미 공지된 일부 다른 적합한 고정 수단에 의해 제2 플랜지(132)에 고정될 수 있다. 하부 플레이트(140)는 또한 노즐(100)의 다른 부분에 고정될 수 있다. 하부 플레이트(140)의 외경은 전술된 직경들과 동일할 수 있다. 노즐(100)의 추가 실시예에서, 이 직경들은 상이할 수 있다.

플랜지와 벽 사이의 각은 바람직하게는 직각이다. 대안적으로, 이 각은 유체의 수평 분배를 더 용이하게 하기 위하여 예각일 수 있다.

따라서, 유동 통로는 노즐에 의해 수용되는 유체에 사실상 직각으로 유체가 노즐로부터 외부로 유동하도록 유동을 방사상으로 지향시킨다. 이의 효과는 유체가 노즐에 의해 입구의 중심 축을 따라서 수직 방향으로 수용될 수 있고 출구의 중심 평면을 따라서 수평 방향으로 노즐의 외부로 유동될 수 있다는 것이다. 따라서, 다시 말하면, 유동 통로는 유동을 반경 방향 방식으로, 예를 들어 노즐의 출구로부터 모든 수평 방향으로 지향시키도록 구성될 수 있다. 모든 수평 방향으로 노즐로부터 외부로의 유체 유동을 갖는 것의 이점은 이것이, 예를 들어 에너지 저장소 내에서, 노즐의 외측의 기존 유체의 임의의 층들을 혼합하는 위험을 감소시킬 수 있다는 것이다. 다른 이점은 구조물이 압력 강하를 야기할 수 있는 임의의 작은 노즐, 그리드(grid), 또는 네트(net)를 포함하지 않는다는 것이다. 더욱이, 정체된 체적부 내로 들어가는 유체의 속도를 감소시키기 위하여 대형 콘(cone) 또는 유사체가 필요하지는 않은데, 그러한 콘은 분배를 위해 원주의 일부만을 사용하고 그리고/또는 수용 파이프보다 더 큰 기하형상을 가져서 설치를 복잡하게 만든다.

노즐(100)의 직경은 그가 사용될 저장소의 크기에 좌우된다. 저장소가 작은 열 저장 물 탱크인 경우, 직경은, 예를 들어, 40 밀리미터만큼 작을 수 있다. 저장소가 대규모의 에너지 저장소인 경우, 직경은, 예를 들어, 최대 2 미터일 수 있다.

노즐(100)의 상이한 부분들은, 갈바닉 부식을 피하기 위하여 바람직하게는 동일한 종류의 금속으로 구성된다. 금속은, 예를 들어, 노즐의 내구성을 향상시키기 위하여 스테인리스일 수 있다. 대안적으로, 노즐은 플라스틱 또는 세라믹 재료로 구성될 수 있다.

외부 벽(110)과 외부 칸막이 벽(120) 사이에는 제1 외부 유동 통로(150)가 형성된다. 제1 외부 유동 통로(150)는 외부 벽의 단부(112) 및 제1 플랜지(122)에 의해 한정되는 출구(152)를 갖는다. 따라서, 출구(152)는 원통형 외부 칸막이 벽(120) 둘레에 원주 방향으로 연장된다. 외부 칸막이 벽(120)과 내부 칸막이 벽(130) 사이에는 중심 유동 통로(160)가 형성된다. 중심 유동 통로(160)는 제1 플랜지(122) 및 제2 플랜지(132)에 의해 한정된 출구(162)를 갖는다. 따라서, 출구(162)는 원통형 내부 칸막이 벽(130) 둘레에 원주 방향으로 연장된다. 내부 칸막이 벽(130) 내측에는 제2 외부 유동 통로(170)가 형성된다. 제2 외부 유동 통로(170)는 제2 플랜지(132) 및 하부 플레이트(140)에 의해 한정되는 출구(172)를 갖는다. 따라서, 출구(172)는, 앞서 논의된 하부 플레이트(140)의 고정 수단(미도시)을 제외하고, 개방 원주 공간이다. 노즐 내의 유동 통로(150, 160, 170)는 유체의 유동을 지향시키고 또한 통로(150, 160, 170)의 출구(152, 162, 172)의 외부로 유동하는 유체의 속도를 제어하는 데 사용된다.

노즐(100)은 또한, 예를 들어 에너지를 에너지 저장소로부터 회수하기 위하여, 유체를 끌어당기는 데 사용될 수도 있다. 유체를 효율적으로 끌어당길 수 있도록 하기 위하여, 노즐(100)을 통하고 파이프 내로 끌어당겨질 때의 유체의 압력 강하를 감소시키는 것이 중요하다. 압력 강하는 유체가 노즐(100)을 통하여 유동할 때 유체 상의 마찰력의 결과이다. 많은 파이프 피팅(fitting) 및 조인트, 튜브 수렴부, 발산부, 만곡부(turn), 표면 조도, 및 다른 물리적 특성을 포함하는 배관 네트워크(piping network)는 압력 강하에 영향을 미칠 것이다. 더욱이, 대기압에서 펌프를 이용하여 온도가 100℃에 가까운 유체 물을 끌어당김으로써 펌프 내에 그리고 비등 유체 내에 캐비테이션을 야기할 수 있다. 따라서, 노즐(100)은 바람직하게는 압력 강하가 감소되도록 그리고 유체 회수에 적합하도록 성긴(sparse) 기하형상으로 설계된다.

노즐(100)의 예시적인 실시예는 2개의 외부 유동 통로(150, 170)를 포함한다. 추가 실시예에서, 노즐(100)은, 예를 들어, 4개 또는 6개와 같은 임의의 개수의 외부 유동 통로를 포함할 수 있다.

도 2는 도 1의 선 II-II를 따라서 취한 단면도를 도시하고 외부 벽(110)과 외부 칸막이 벽(120)과 내부 칸막이 벽(130) 사이의 예시적인 비율이 도시되어 있다. 외부 벽(110) 및 외부 칸막이 벽(120)은 제1 외부 유동 통로(150)의 입구(210)를 한정한다. 입구는 영역(215)을 갖는다. 외부 칸막이 벽(120) 및 내부 칸막이 벽(130)은 중심 유동 통로(160)의 입구(220)를 한정한다. 입구(220)는 영역(225)을 갖는다. 내부 칸막이 벽(130)은 제2 외부 유동 통로(170)의 입구(230)를 한정한다. 입구는 영역(235)을 갖는다. 상이한 벽들(110, 120, 130)의 두께는 본 실시예에서는 유사하지만, 추가 실시예에서는 상이할 수 있다. 예를 들어, 외부 벽(110)이 유체를 노즐로 유도하는 파이프의 일부인 경우, 외부 벽은 파이프의 특성 및 파이프에 대한 필요 요건으로 인해 칸막이 벽(120, 130)보다 더 두꺼울 수 있다.

도 3은 도 1의 노즐의 단면의 사시도를 도시한다. 도 3은 노즐(100)의 출구 영역들(a₁, a₂, a₃)의 비율을 도시한다. 앞서 논의된 바와 같이, 노즐(100)은 속도를 갖는 유체를 비난류 방식으로 사실상 정체된 다른 유체 체적부 내로 분배할 수 있다. 출구(152, 162, 172)를 통한 유체의 유출의 속도는, 유체가 대응 입구 내로 들어갈 때 유체의 속도, 입구(210, 220, 230)의 영역(215, 225, 235) 및 출구(152, 162, 172)의 영역(a₁, a₂, a₃)에 좌우된다.

유동 통로(150, 160, 170)의 입구(210, 220, 230)에 의해 수용되는 유체의 속도는 노즐(100)에 연결된 파이프의 특성에 좌우된다. 매우 짧은 파이프에서, 유동하는 유체의 속도는 파이프의 전체 단면에 걸쳐 사실상 동일하다. 긴 파이프의 경우, 유동의 속도 프로파일은 콘과 같이 보인다. 파이프의 중심에서 유동하는 유체의 부분은 속도가 가장 높을 것이다. 파이프의 벽에 더 가깝게 유동하는 유체의 부분은 속도가 더 느릴 것이다. 유체가 벽에 더 가깝게 유동할수록, 속도는 더 낮아진다.

전술된 바와 같이, 파이프 내 유체의 속도가 일정하지 않기 때문에, 영역(a₁ _,a₂, a₃)은 저난류를 달성하도록 적합한 방식으로 조정되어야 한다. 예를 들어, 더 큰 출구 영역은 더 낮은 출구 속도를 제공한다는 것이 공지되어 있다. 파이프 또는 유사체의 임의의 파이프 피팅 및 조인트, 튜브 수렴부, 발산부, 만곡부가 또한 유체의 속도 프로파일에 영향을 줄 것이다. 따라서, 바람직하게는, 노즐(100)의 치수는 그가 연결되는 파이프에 맞게 조정된다. 다시 말하면, 노즐(100)의 치수는 바람직하게는 노즐(100)이 수용하는 유체의 속도 프로파일에 대해 맞게 조정된다. 노즐(100)은 노즐(100)에 3개의 유동 통로(150, 160, 170)를 형성하도록 적은 개수의 요소들을 이용한다. 이는 시간 효율적이고 비용 효율적인 제조 프로세스를 허용한다. 노즐(100)의 설계는 추가로 노즐의 제조시 유동 통로(150, 160, 170)의 치수의 단순한 변경을 허용하여, 가변 조건에 대한 그리고 가변 사양을 갖는 노즐을 제조하는 것을 단순하게 한다.

외부 유동 통로(150, 170)로부터 외부로 유동하는 유체의 목적은, 유체가 사실상 정체된 유체 체적부와 직접 접촉할 때 난류 혼합이 감소되도록 유체가 충분히 감속되었을 때까지, 중심 유동 통로(160)로부터 외부로 유동하는 유체로부터 사실상 정체된 유체 체적부를 보호하기 위한 것이다. 앞서 논의된 바와 같이, 유체를 사실상 정체된 유체 체적부 내로 분배하기 위한 노즐(100)을 이용하는 이점은 정체된 유체 체적부와 분배된 유체 사이의 임의의 난류 혼합이 최소로 유지되는 것이다. 이는 출구(162)로부터 오는 분배된 유체의 중심 부분과 출구(152, 172)로부터 오는 분배된 유체의 외부 부분 사이에 난류를 허용하지만 상기 외부 부분과 정체된 유체 체적부 사이의 난류를 최소로 유지함으로써 행해지게 된다. 이는 중심 부분의 속도에 비해 사실상 더 낮은 속도를 갖는 유체의 외부 부분을 분배하는 노즐(100)에 의해 달성된다. 외부 유동 통로(150, 170)로부터 외부로 유동하는 유체의 속도는 이러한 목적을 성취하기에 충분히 높아야 하지만, 너무 높지는 않아야 한다. 다시 말하면, 외부 유동 통로의 외부로 유동하는 유체의 속도는 가능한 영(0)에 가까워야 하지만, 유체가 사실상 정체된 유체 체적부와 직접 접촉할 때 어떠한 난류 혼합도 최소로 유지하도록 유체가 충분히 감속되었을 때까지는, 중심 유동 통로(160)로부터 외부로 유동하는 유체로부터 사실상 정체된 유체 체적부를 보호하기에 충분한 속도를 여전히 가져야 한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 노즐(100)의 사시도를 도시한다. 노즐(100)의 본 실시예는 2개의 하위-칸막이 벽(410, 420)을 포함한다. 하위-칸막이 벽(410, 420)은 평탄하고 노즐의 상부 부분으로부터 하부 플레이트(140)로 연장되어 입구(210, 220, 230) 및 유동 통로(150, 160, 170)가 각각 4개의 동일한 부분으로 분할되게 한다. 노즐(100)을 파이프에 장착하기 위해 플레이트(430)가 마련된다. 하위-칸막이 벽은 유체의 유동을, 노즐로부터 모든 방향으로 더 동일하게 분배된 유체의 유출을 달성하기에 유리할 수 있는 하위-유동들로 분할한다. 하위-칸막이 벽(410, 420)의 개수는, 추가 실시예에서, 둘 초과일 수 있다.

당업자는 본 발명이 전술된 실시예로 결코 제한되지 않는다는 것을 인식한다. 이에 반하여, 많은 변형 및 변경이 후속하는 특허청구범위의 범주 내에서 가능하다. 예를 들어, 출구(162)의 영역(a₂)은, 출구(162)로부터 외부로 유동하는 유체가 노즐(100)로부터 멀리 퍼지도록 하는 것이 유리한 경우, 대응 입구 영역(225)보다 더 작을 수 있다.

다수의 외부 유동 통로로부터 감소하는 속도를 갖는 유체들이 유동하고 중심 유동 통로에 가장 가까운 외부 유동 통로가 가장 높은 속도를 갖는 그러한 다수의 외부 유동 통로를 가짐으로써 난류 혼합을 추가로 감소시킬 수 있으며, 이는 중심 유동의 속도가 더 높을 수 있다는 점에서 유리하다.

Claims

속도를 갖는 액체의 사실상 정체된 다른 액체 체적부 내로의 분배를 위한 노즐(100)로서,
상기 노즐(100)은 복수의 유동 통로(150, 160, 170)를 한정하고,
상기 복수의 유동 통로(150, 160, 170)의 각각은 액체를 파이프로부터 수용하도록 배열된 입구(210, 220, 230) 및 출구(152, 162, 172)를 갖고,
상기 복수의 유동 통로(150, 160, 170) 중 적어도 하나는 중심 유동 통로(160)이고 상기 복수의 유동 통로(150, 160, 170) 중 적어도 제1 및 제2 유동 통로는 외부 유동 통로(150, 170)이고, 상기 외부 유동 통로(150, 170)의 출구(152, 172)는 상기 중심 유동 통로(160)의 출구(162)의 양 측 상에 배열되고,
상기 제1 외부 유동 통로(150)의 입구(210)는 상기 중심 통로(160)의 입구(220)를 둘러싸고 상기 중심 통로(160)의 입구(220)는 상기 제2 외부 유동 통로(170)의 입구(230)를 둘러싸고,
상기 제2 외부 유동 통로(170)는 출구 영역(a₃)보다 더 작은 입구 영역(235)을 갖고,
상기 입구(210, 220, 230)의 중심 축은 상기 출구(152, 162, 172)의 중심 평면에 사실상 직각인, 노즐(100).
제1항에 있어서,
상기 입구(210, 220, 230)의 중심 축을 따라서 연장된 원통형 외부 벽(110),
원통형 내부 칸막이 벽(130) 및 원통형 외부 칸막이 벽(120) - 이들 벽(130, 120)은 상기 입구(210, 220, 230)의 중심 축을 따라 연장되고, 상기 원통형 내부 칸막이 벽(130)은 상기 원통형 외부 칸막이 벽(120)에 의해 둘러싸이고, 상기 원통형 외부 칸막이 벽(120)은 상기 원통형 외부 벽(110)에 의해 둘러싸임 -,
상기 중심 통로(160)가 상기 외부 칸막이 벽(120)과 상기 내부 칸막이 벽(130) 사이에 형성되는 것,
상기 제1 외부 유동 통로(150)가 상기 외부 벽(110)과 상기 외부 칸막이 벽(120) 사이에 형성되는 것, 및
상기 제2 외부 유동 통로(170)가 상기 내부 칸막이 벽(130) 내측에 형성되는 것을 추가로 포함하는, 노즐(100).
제2항에 있어서,
상기 내부 칸막이 벽(130)이 상기 외부 칸막이 벽(120)에 비해 상기 입구(210, 220, 230)의 중심 축을 따라서 더 멀리 연장되는 것, 상기 외부 칸막이 벽(120)이 상기 외부 벽(110)에 비해 상기 입구(210, 220, 230)의 중심 축을 따라서 더 멀리 연장되는 것을 추가로 포함하는, 노즐(100).
제2항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1 외부 유동 통로(150)의 출구(152)가 상기 외부 벽(110)의 단부(112) 및 상기 외부 칸막이 벽(120)에 사실상 직각인 방향으로 상기 외부 칸막이 벽(120)의 단부로부터 연장된 제1 플랜지(122)에 의해 한정되는 것,
상기 중심 유동 통로(160)의 출구(162)가 상기 제1 플랜지(122) 및 상기 내부 칸막이 벽(130)에 사실상 직각인 방향으로 상기 내부 칸막이 벽(130)의 단부로부터 연장된 제2 플랜지(132)에 의해 한정되는 것,
상기 제2 외부 유동 통로(170)의 출구(172)가 상기 제2 플랜지(132) 및 상기 입구(210, 220, 230)의 중심 축을 따라서 상기 제2 플랜지(132) 아래에 위치되고 상기 입구(210, 220, 230)의 중심 축에 사실상 직각인 연장된 하부 플레이트(140)에 의해 한정되는 것을 추가로 포함하는, 노즐(100).
제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
상기 제1 외부 유동 통로(150), 중심 유동 통로(160), 제2 외부 유동 통로(170) 각각의 입구 영역(215, 225, 235) 및 출구 영역(a₁, a₂, a₃)은 상기 액체가 상기 제1 및 제2 외부 유동 통로(150, 170)의 각각의 출구(152, 172)의 외부로 유동할 때의 상기 액체의 속도가 상기 중심 유동 통로(160)의 출구(162)의 외부로 유동하는 상기 액체의 속도보다 사실상 더 낮도록 하는 크기인 것을 특징으로 하는 노즐(100).
제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
상기 제1 외부 유동 통로(150)는 출구 영역(a₁)보다 더 작은 입구 영역(215)을 갖는, 노즐(100).
제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
상기 중심 유동 통로(160)는 출구 영역(a₂)보다 더 작은 입구 영역(225)을 갖는, 노즐(100).
제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
상기 제1 외부 유동 통로(150)의 출구 영역(a₁)은 상기 제2 외부 유동 통로(170)의 상기 출구 영역(a₃)보다 더 작은, 노즐(100).
제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
상기 입구(210, 220, 230)의 중심 축을 따라서 연장된 적어도 하나의 하위-칸막이 벽(410, 420)을 추가로 포함하고, 상기 하위-칸막이 벽(410, 420)은 복수의 유동 통로(150, 160, 170)의 각각을 사실상 동일하게 크기가 설정된 적어도 2개의 하위-유동 통로들로 분할하도록 구성되는, 노즐(100).
제9항에 있어서,
서로에 대해 직각으로 배열된 제1 하위-칸막이 벽(410) 및 제2 하위-칸막이 벽(420)을 포함하는, 노즐(100).
제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
상기 파이프는 삽통식 파이프인, 노즐(100).
제1항 내지 제3항 중 한 항에 있어서,
상기 노즐(100)은 속도를 갖는 액체를 사실상 정체된 다른 액체 체적부 내로의 분배하는 것을 특징으로 하는 노즐(100).
제12항에 있어서,
상기 액체는 제1 온도를 갖고, 상기 액체를 동일한 제1 온도를 갖는 상기 사실상 정체된 액체 체적부 내의 층 내로 분배하는 것을 특징으로 하는 노즐(100).