KR102324637B1 - 균일한 유체를 공급하는 배관 장치 - Google Patents

균일한 유체를 공급하는 배관 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 일 양태에서, 균일한 유체를 공급하는 배관 장치를 제공한다. 배관 장치는, 유입구로부터 공급되는 유체를 일방향 또는 양방향으로 수송하는 메인 배관; 및 유체의 이송 방향으로 배관으로부터 연속으로 분기하는 복수의 분기 배관을 포함한다. 복수의 분기 배관 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 메인 배관의 수력 직경은 복수의 분기 배관으로부터 공급되는 유체의 유량이 동일해지도록 설정된다.

Description

균일한 유체를 공급하는 배관 장치{PIPING APPARATUS FOR SUPPLYING UNIFORM FLUID}
본 발명은 균일한 유체를 공급하는 배관 장치에 관한 것으로, 특히 하나의 유입구로부터 유입되어 복수의 유출구로 유출되는 유체가 복수의 유출구에 걸쳐 균일한 유량을 공급할 수 있는 배관 장치에 관한 것이다.
일반적인 금속 산화물 환원 공정에서는, 열환원로 내에 반응관을 수평으로 배치하여 환원된 금속을 제조하여 왔다. 최근에는 생산성을 높이는 방안으로 반응관을 수직으로 배열해서 외부에서 가스 버너를 이용하여 약 1200℃전후로 가열하면서 진공 장치를 이용 감압하여 금속 산화물을 제조하는 기술이 개발되었다.
이러한 열환원로 내에서 반응관은 버너 등의 가열 기구에 의해 가열되어 반응관 내부의 원료 광석을 가열하게 되며, 반응관 내부의 원료는 접촉하고 있는 인접 원료와의 전도 및 공극 사이의 공간을 통한 복사 열전달에 의해 중심부까지 가열되어 반응을 완료하게 된다. 반응관 중심부까지 열이 전달되어 반응이 완료되기까지 12시간 이상이 소요되므로 생산 속도는 반응관 내부까지의 열전달이 주요 결정인자로 작용한다.
이 때, 반응관 내부까지의 열전달이 균일하게 이루어지기 위해서는 가열 기구에 공급되는 연소 가스가 열환원로의 여러 구역 내로 균일하게 제공되어야 한다.
한편, 종래의 열환원로에서는 도 1에 도시된 바와 같이 열환원로(100)의 측면을 따라 해당하는 배관을 통해 복수의 위치로부터 공기와 연료가 각각 공급된다. 이 때, 공기 또는 연료가 배관을 통해 유입될 때, 배관이 진행할수록 복수의 위치에서 공급되는 공기 또는 연료의 유량이 달라, 열환원로(100)에서 공기/연료 혼합물을 연소시킬 때 발생하는 열량도 불균일하게 될 뿐만 아니라 불완전 연소를 일으키게 되어 유해가스가 배출되어, 결국 열환원로(100) 내의 온도 분포가 불균일하게 되는 문제점이 발생한다.
일본 등록특허 제5729277호(2015.04.17) 공개특허공보 제2012-0074971호(2012.07.06)
본 발명은 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 하나의 유입구로부터 유입되어 복수의 유출구로 유출되는 유체가 복수의 유출구에 걸쳐 균일한 유량을 공급할 수 있는 배관 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은, 일 양태에서, 균일한 유체를 공급하는 배관 장치를 제공한다. 배관 장치는, 유입구로부터 공급되는 유체를 수송하는 메인 배관; 및 유체의 이송 방향으로 배관으로부터 연속으로 분기하는 복수의 분기 배관을 포함한다. 복수의 분기 배관 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 메인 배관의 수력 직경은 복수의 분기 배관의 유출구로부터 공급되는 유체의 유량이 각각 동일해지도록 설정된다.
일 실시예에서, 복수의 분기 배관 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 메인 배관의 수력 직경은 유체의 이송 방향으로 감소할 수 있다.
특히, 일 실시예에서, 메인 배관의 수력 직경은 유체의 이송 방향으로 진행함에 따라 동일한 비율로 감소할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 분기 배관 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 거리는 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 분기 배관은 내부에 복수의 반응관이 배치된 열환원로의 로체의 벽면을 따라 연결되어, 열환원로 내에 유체를 공급할 수 있다.
본 발명의 다른 양태에서, 균일한 유체를 공급하는 배관 장치를 제공한다. 배관 장치는, 유입구로부터 공급되는 유체를 양방향으로 수송하는 메인 배관과, 양방향으로 배관의 유입구로부터 양방향으로 연속으로 분기하는 복수의 분기 배관을 포함한다. 복수의 분기 배관 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 메인 배관의 수력 직경은 복수의 분기 배관의 유출구로부터 공급되는 유체의 유량이 각각 동일해지도록 설정된다.
일 실시예에서, 복수의 분기 배관 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 메인 배관의 수력 직경은 유입구로부터 유체의 이송 방향으로 감소할 수 있다.
특히, 일 실시예에서, 메인 배관의 수력 직경은 유체의 이송 방향으로 진행함에 따라 동일한 비율로 감소할 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 분기 배관 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 거리는 동일할 수 있다.
일 실시예에서, 분기 배관은 내부에 복수의 반응관이 배치된 열환원로의 로체의 벽면을 따라 연결되어, 열환원로 내에 유체를 공급할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따르면, 하나의 유입구로부터 유입되어 복수의 유출구로 유출되는 유체가 복수의 유출구에 걸쳐 균일한 유량을 공급할 수 있는 배관 장치를 제공할 수 있다.
이하, 다음의 도면 및 이어지는 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용을 참조하여 본 발명의 예시적인 실시예들을 설명한다:
도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 통상적인 열환원로를 개략적으로 도시하는 도면이다;
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배관 장치의 개략도이다;
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배관 장치의 개략도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 배관 장치를 설명한다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 배관 장치(200)의 개략도를 도시한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 배관 장치(200)는, 유입구(IN)로부터 공급되는 유체를 수송하는 메인 배관(210)과, 유체의 이송 방향(도 1에 도시된 화살표 방향)으로 메인 배관(210)의 유입구(IN)로부터 연속으로 분기하는 복수의 분기 배관(220 - 260)를 포함한다. 복수의 분기 배관(220 - 260)은 각각 유체가 유출되는 유출구(OUT)를 구비한다. 따라서, 배관 장치(200)에서 유체는 유입구(IN)를 통해 메인 배관(210)으로 유입되고, 복수의 분기 배관(220 - 260)을 통해 복수의 유출구(OUT)로 유량이 공급된다. 도 2에서는 분기 배관의 개수는 5개인 것으로 도시되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이보다 적거나 더 많을 수 있다.
유체가 유입구(IN)를 통해 메인 배관(210)을 따라 복수의 분기 배관(220 - 260)으로 이동함에 따라, 메인 배관(210)에서는 배관 내의 마찰 손실 등에 의해 압력 손실이 발생하고, 이 압력 손실에 의해 유출구(OUT)를 통해 배출되는 유량은 점차 감소하게 된다. 이 압력 손실을 감안하여, 복수의 분기 배관(220 - 260) 중 이웃하는 2개의 분기 배관(220 - 260) 사이의 메인 배관(210)의 수력 직경은 복수의 분기 배관(220 - 220)으로부터 공급되는 유체의 유량이 동일해지도록 설정된다. 즉, 분기 배관(220)과 분기 배관(230)의 사이 메인 배관(210)의 수력 직경(D1), 분기 배관(230)과 분기 배관(240)의 사이 메인 배관(210)의 수력 직경(D2), 분기 배관(240)과 분기 배관(250)의 사이 메인 배관(210)의 수력 직경(D3) 및 분기 배관(250)과 분기 배관(260)의 사이 메인 배관(210)의 수력 직경(D4)은 복수의 분기 배관(220 - 260)의 유출구(OUT)를 통해 공급되는 유량이 동일해지도록 설정된다.
이 때, 복수의 분기 배관(220 - 220)의 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 메인 배관의 수력 직경은 유체의 이송 방향으로 감소한다. 즉, 도 2의 실시예에서, D1>D2>D3>D4이다. 한편, 유입구(IN)와 분기 배관(220) 사이의 메인 배관(210)의 수력 직경을 D0라 하면, D0>D1>D2>D3>D4가 된다.
이 경우에, 메인 배관(210)의 수력 직경은 유체의 이송 방향으로 진행함에 따라 동일한 비율로 감소할 수 있고, 이 경우, 복수의 유출구(OUT)를 통해 공급되는 유량은 각각 동일해질 수 있다. 즉, 도 2의 실시예에서, D1/D0 = D2/D1 = D3/D2 = D4/D3일 수 있다.
또한, 복수의 분기 배관(220 - 260) 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 거리는 동일할 수 있다. 한편, 분기 배관(220 - 260)은 상이한 수력 직경(d0 내지 d4)을 가질 수 있다. 예를 들어, 분기 배관(220 - 260)의 수력 직경(d0 내지 d4)은 유체의 이송 방향으로 감소할 수 있고, 예를 들어, 일정한 비율로 감소할 수 있다.
이와 같이 분기 배관(220 - 260) 및 이의 유출구(OUT)의 배치 및 크기를 서로에 대하여 동일하게 유지함으로써, 유출구(OUT)를 통해 공급되는 유량이 더욱 정확하게 동일하게 될 수 있다.
이와 같은 배관 장치(200)의 분기 배관(220 - 260)은 내부에 복수의 반응관이 배치된, 예를 들어, 도 1을 참조하여 설명된 열환원로의 로체의 벽면을 따라 연결되어, 복수의 유출구(OUT)를 통해 열환원로(100) 내에 유체, 예를 들어 연료 또는 공기를 공급할 수 있으며, 이에 따라, 복수의 유출구(OUT)를 통해 공급되는 연료 또는 공기의 양이 동일하게 공급되어, 열환원로(100)에서 연소되는 연료/공기에 의해 발생하는 열량도 균일하게 될 수 있어, 반응관 내부까지 전달되는 열량이 열환원로 전체에 걸쳐 균일하게 제어될 수 있다.
다음으로, 도 3을 이용하여 본 발명의 제2 실시예에 따른 배관 장치(300)를 설명한다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 배관 장치(300)의 개략도를 도시한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 배관 장치(300)는, 유입구(IN)로부터 공급되는 유체를 양방향으로 수송하는 메인 배관(310)과, 유체의 이송 방향(도 3에 도시된 화살표 방향)으로 메인 배관(310)의 유입구(IN)로부터 연속으로 분기하는 복수의 분기 배관(320 - 370)을 포함한다. 복수의 분기 배관(320 - 370)은 각각 유체가 유출되는 유출구(OUT)를 구비한다. 따라서, 배관 장치(300)에서 유체는 유입구(IN)를 통해 메인 배관(310)으로 유입되고, 복수의 분기 배관(320 - 370)을 통해 복수의 유출구(OUT)로 유량이 공급된다. 도 3에서는 분기 배관의 개수는 6개인 것으로 도시되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 이보다 적거나 더 많을 수 있다.
이와 같이, 제2 실시예에 따른 배관 장치(300)는 유체가 일방향이 아닌 양방향으로 흐르고, 분기 배관(320 - 370)이 유입구(IN)로부터 양방향으로 배치되는 점에서 다르다. 한편, 도 3에서는 유입구(IN)로부터 위쪽 방향으로 3개의 분기 배관(320 - 340)이 메인 배관(310)으로부터 분기되고, 유입구(IN)로부터 아래쪽 방향으로 3개의 분기 배관(350 - 370)이 메인 배관(310)으로부터 분기된다.
유체가 유입구(IN)를 통해 메인 배관(310)을 따라 양방향을 따라 복수의 분기 배관(320 - 370)으로 이동함에 따라, 메인 배관(310)에서는 메인 배관(310) 내의 마찰 손실 등에 의해 압력 손실이 발생하고, 이 압력 손실에 의해 유출구(OUT)를 통해 배출되는 유량은 점차 감소하게 된다. 이 압력 손실을 감안하여, 복수의 분기 배관(320 - 370) 중 이웃하는 2개의 분기 배관(320 - 370) 사이의 메인 배관(310)의 수력 직경은 복수의 분기 배관(320 - 370)으로부터 공급되는 유체의 유량이 동일해지도록 설정된다. 즉, 분기 배관(320)과 분기 배관(330)의 사이 메인 배관(310)의 수력 직경(D1), 분기 배관(330)과 분기 배관(340)의 사이 메인 배관(310)의 수력 직경(D2), 분기 배관(350)과 분기 배관(360)의 사이 메인 배관(310)의 수력 직경(D3) 및 분기 배관(360)과 분기 배관(370)의 사이 메인 배관(310)의 수력 직경(D4)은 복수의 분기 배관(320 - 370)의 유출구(OUT)를 통해 공급되는 유량이 동일해지도록 설정된다.
이 때, 복수의 분기 배관(320 - 370)의 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 메인 배관(310)의 수력 직경은 유체의 이송 방향으로 감소한다. 즉, 도 3의 실시예에서, D1>D2이고, D3>D4이다. 한편, 유입구(IN)와 분기 배관(320) 및 분기 배관(350) 사이의 메인 배관(310)의 수력 직경을 D0라 하면, D0>D1>D2 및 D0>D3>D4가 된다.
이 경우에, 메인 배관(310)의 수력 직경은 유체의 이송 방향으로 진행함에 따라 동일한 비율로 감소할 수 있고, 이 경우 복수의 유출구(OUT)를 통해 공급되는 유량은 각각 동일해질 수 있다. 즉, 도 3의 실시예에서, D1/D0 = D2/D1 = D3/D0 = D4/D3일 수 있다.
또한, 복수의 분기 배관(320 - 370) 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 거리는 동일할 수 있다. 한편, 분기 배관(320 - 360)은 각각 상이한 치수을 가질 수 있다. 예를 들어, 직경은 유체의 이송 방향으로 감소할 수 있고, 예를 들어, 일정한 비율로 감소할 수 있다. 한편, 도 2의 실시예와 유사하게, 분기 배관(320 - 70)은 상이한 수력 직경을 가질 수 있다. 예를 들어, 분기 배관(320 - 370)의 수력 직경은 유체의 이송 방향으로 감소할 수 있고, 예를 들어, 일정한 비율로 감소할 수 있다.
각각의 분기 배관(320 - 370)은 동일한 치수를 가질 수 있다. 또한, 각각의 분기 배관(320 - 370)의 유출구(OUT)도 동일한 치수를 가질 수 있다. 이와 같이 분기 배관(320 - 370) 및 이의 유출구(OUT)의 배치 및 크기를 서로에 대하여 동일하게 유지함으로써, 유출구(OUT)를 통해 공급되는 유량이 더욱 정확하게 동일하게 될 수 있다.
이와 같은 배관 장치(300)의 분기 배관(320 - 370)은 내부에 복수의 반응관이 배치된, 예를 들어, 도 1을 참조하여 설명된 열환원로(100)의 로체의 벽면을 따라 연결되어, 복수의 유출구(OUT)를 통해 열환원로 내에 유체, 예를 들어 연료 또는 공기를 공급할 수 있다. 이에 따라, 복수의 유출구(OUT)를 통해 공급되는 연료 또는 공기의 양이 동일하게 공급되어, 열환원로에서 연소되는 연료/공기에 의해 발생하는 열량도 균일하게 될 수 있어, 반응관 내부까지 전달되는 열량이 열환원로 전체에 걸쳐 균일하게 제어될 수 있다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 하나의 유입구로부터 유입되어 복수의 유출구로 유출되는 유체가 복수의 유출구에 걸쳐 균일한 유량을 공급할 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에서, 제1 실시예와 제2 실시예가 조합되어 사용될 수 있다. 예를 들어, 제1 실시예의 분기 배관(220 - 260)은 각각 제2 실시예의 메인 배관(310)으로 되고, 메인 배관(210)이 열환원로의 측면을 따라 수평으로 연결되고, 분기 배관(220 - 260)의 각각에서 복수의 분기 배관(320 - 370)이 열환원로의 측면을 따라 수직으로 양방향으로 분기되어 열환원로에 연결될 수 있다(즉, 각각의 분기 배관(220 - 260)이 도 3에서의 메인 배관(310)에 대응할 수 있다). 따라서, 열환원로의 수평 및 수직 방향으로 유량이 균일하게 열환원로에 전달되어 수직 및 수평 양방향으로 열량을 균일하게 공급할 수 있다.
이상, 본 발명을 실시예를 이용해 설명하였지만, 본 발명의 기술적 범위는 상기 실시예에 기재된 범위로 한정되지는 않는다. 상기 실시예에, 다양한 변경 또는 개량을 더할 수 있다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서의 통상적 기술자에게 분명하다. 그와 같은 변경 또는 개량을 더한 형태도 본 발명의 기술적 범위에 포함될 수 있다는 것이 청구범위의 기재로부터 분명하다.
100: 열환원로
200: 배관 장치
210: 메인 배관
220 - 260: 분기 배관
300: 배관 장치
310: 메인 배관
320 - 370: 분기 배관
IN: 유입구
OUT: 유출구

Claims (10)

  1. 균일한 유체를 공급하는 배관 장치에 있어서,
    유입구로부터 공급되는 유체를 수송하는 메인 배관; 및
    상기 유체의 이송 방향으로 상기 배관으로부터 연속으로 분기하는 복수의 분기 배관
    을 포함하고,
    상기 복수의 분기 배관 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 상기 메인 배관의 수력 직경은 상기 복수의 분기 배관의 유출구로부터 공급되는 상기 유체의 유량이 각각 동일해지도록 설정되고,
    상기 복수의 분기 배관의 수력 직경은 상기 유체의 이송 방향으로 감소하는,
    배관 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분기 배관 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 상기 메인 배관의 수력 직경은 상기 유체의 이송 방향으로 감소하는,
    배관 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 메인 배관의 수력 직경은 상기 유체의 이송 방향으로 진행함에 따라 동일한 비율로 감소하는,
    배관 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분기 배관 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 거리는 동일한,
    배관 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분기 배관은 내부에 복수의 반응관이 배치된 열환원로의 로체의 벽면을 따라 연결되어, 상기 열환원로 내에 상기 유체를 공급하는,
    배관 장치.
  6. 균일한 유체를 공급하는 배관 장치에 있어서,
    유입구로부터 공급되는 유체를 양방향으로 수송하는 메인 배관; 및
    상기 배관의 유입구로부터 양방향으로 연속으로 분기하는 복수의 분기 배관
    을 포함하고,
    상기 복수의 분기 배관 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 상기 메인 배관의 수력 직경은 상기 복수의 분기 배관의 유출구로부터 공급되는 상기 유체의 유량이 각각 동일해지도록 설정되고,
    상기 복수의 분기 배관의 수력 직경은 상기 유체의 이송 방향으로 감소하는,
    배관 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 분기 배관 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 상기 메인 배관의 수력 직경은 상기 유입구로부터 상기 유체의 이송 방향으로 감소하는,
    배관 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 메인 배관의 수력 직경은 상기 유체의 이송 방향으로 진행함에 따라 동일한 비율로 감소하는,
    배관 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 복수의 분기 배관 중 이웃하는 2개의 분기 배관 사이의 거리는 동일한,
    배관 장치.
  10. 제6항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 분기 배관은 내부에 복수의 반응관이 배치된 열환원로의 로체의 벽면을 따라 연결되어, 상기 열환원로 내에 상기 유체를 공급하는,
    배관 장치.
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