KR102405748B1 - 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석유시추, 정유 또는 석유화학 공장 등에서 설치되는 플레어 스택 장치 내에 발생하는 압력을 제어하기 위해서 장치 내부의 잉여가스 또는 폐(廢)가스 등을 외부로 분출시켜 연소시키되 완전연소가 가능하기 위한 "소용돌이 구조의 플레어 팁 장치"에 관한 것이다.
본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치는 중공의 원기둥 형상으로 가스를 외부로 분출하는 통로인 노즐아암부; 상기 노즐아암부 상부에 설치되는 중공의 노즐입술부; 상기 노즐입술부 내에 삽입되는 역원추형의 노즐부; 상기 노즐부 중앙을 관통하여 수직축을 형성하는 노즐샤프트부; 상기 노즐샤프트부에서 방사상으로 연장되어 상기 노즐입술부 내주면에 고정되는 노즐지지부; 및 상기 노즐아암부 내부에 설치되되 상측으로 갈수록 좁아지는 중공의 원뿔대 형상으로 상기 가스의 역류를 억제하는 역화방지부;를 포함하고, 상기 노즐부는 나선형의 상하 관통하는 복수의 나선홀부가 형성되며 상기 노즐아암부를 따라 분출하는 가스가 상기 나선홀부를 통과하면서 상기 노즐부를 회전시켜 상기 노즐부 상부에 소용돌이를 일으키는 것을 특징으로 한다.

Description

소용돌이 구조의 플레어 팁 장치{Flare tip apparatus with swirl structure}

본 발명은 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 석유시추, 정유 또는 석유화학 공장 등에서 설치되는 플레어 스택 장치 내에 발생하는 압력을 제어하기 위해서 장치 내부의 잉여가스 또는 폐(廢)가스 등을 외부로 분출시켜 연소시키되 완전연소가 가능하기 위한 "소용돌이 구조의 플레어 팁 장치"에 관한 것이다.

최근 들어, 공업화 및 산업화가 가속화함에 따라 천연자원(석유, 천연가스 등)의 사용량이 점차 증가 되고 있고, 매장량이 한정된 천연자원의 안정적인 생산과 공급이 대단히 중요한 문제로 떠오르고 있다.

해양 플랜트는 유전(油田) 또는 가스(Gas) 채굴지점에 설치된 이후 약 3년에서 많게는 40년까지 운용되므로 이에 따른 설계상의 고려조건도 상당히 까다로운 편이다.

바람이나 파도 등의 기후적 영향과 해상의 특수한 환경적 상황은 물론 석유제품의 생산으로 화재 및 폭발에 대한 안정성 확보와 관련된 다양하고 높은 난이도 기술이 요구된다.

또한, 최근 1,000m 이상의 심해에서의 석유자원 개발에 대한 수요증가로 인해 기술의 확보 및 개발이 다양하게 진행되고 있으며, 특히 기존의 단일 기능의 단순 목적용에서 시추, 생산, 저장 등이 동시에 가능한 다목적용 해양플랜트를 개발하는 추세이다.

이에 따라 세계적으로 에너지와 자원의 수요증가와 가격급등이 더욱 뚜렷이 진행되고 있는 가운데 해양플랜트의 수요와 가격도 동반 상승하고 있으며 향후에도 지금과 같은 추세가 계속 될 것으로 전망되고 있다.

특히, 중력식(Gravity Based Structure) 및 고정식(Fixed Platform)구조물, 부유식 구조물(Floating Structure), 반잠수식 구조물(Semisubmersible Structure)에 이르기까지 해양시추설비는 꾸준히 지속 될 전망이다.

부유식 원유 생산, 저장, 및 육상 정제시설로 운송하기 위한 하역 기능을 할 수 있도록 고안된 해양플랜트인 FPSO(Floating Production Storage and Offloading)는 심해에서도 작업이 가능하도록 만든 설비이므로 고정식 구조물 등의 해양 구조물보다는 움직임이 자유롭고 활용성이 높아 심해자원 개발에 발맞춰 FPSO 건조가 증가되고 있다.

FPSO는 현재 유전(油田)에서 원유(原油) 또는 천연가스(Natural Gas)를 생산하기 위해 사용되고 있으며, 일 예로 LNG FPSO는 근래 들어 유전의 고갈 및 청정연료(淸淨燃料)에 대한 수요의 증가로 인해 그 개발이 활발히 이루어지고 있다.

심해저 유전 개발에 있어서, Oil FPSO나 LNG FPSO는 해상에 부유한 상태에서 원유나 천연가스를 정제, 저장 및 운반할 수 있는 부유식 해상 정유공장이라고 할 수 있다.

FPSO 탑사이드에는 시추한 원유를 정유하는 과정에서 발생 되는 폐가스 및 비상 상황에서 가스를 태워 FPSO에서 발생할 수 있는 사고를 방지할 수 있는 플레어(Flare) 시스템이 마련된다.

또한, 플레어 시스템은 플레어 가스가 연소 되어 화염이 존재하는 곳으로, 도 1에 도시된 바와 같이 플레어 스택(flare stack)의 최상부에 설치되는 설비인 플레어 팁(flare tip)을 포함한다.

플레어 팁(flare tip)은, 가스의 분사 압력에 따라 HP 팁(high pressure tip)과 LP 팁(low pressure tip)으로 구분될 수 있고, 노즐 출구에서의 가스의 분사 속도에 따라 아음속 팁(subsonic tip)과 음속 팁(sonic tip)으로 구분될 수 있다.

특히, 음속 팁(sonic tip)은 음속보다 높은 속도(마하 1 이상의 초음속)로 잉여 가스를 분사시킬 수 있는데, 이러한 분사 속도를 통하여 연소 효율을 높일 수 있다는 장점을 가지고 있다.

그러나 잉여 가스의 분사 속도가 음속을 넘어서기 때문에, 음속을 넘어서는 가스 분사 기류와 플레어 팁 근처의 대기(음속에 미치지 못하는 기류) 간에 급격한 속도 차이가 발생하게 되고, 이러한 급격한 속도차이로 인해 가스가 정체되어 불완전 연소가 발생하는 문제점이 있다.

한국 특허등록번호 제10-1825601호, 발명의 명칭 "플래어 팁 및 이를 포함하는 플래어 장치" (등록일자 2018.01.30.)

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 석유시추, 정유 또는 석유화학 공장 등에서 설치되는 플레어 스택 장치 내에 발생하는 압력을 제어하기 위해서 장치 내부의 잉여가스 또는 폐(廢)가스 등을 외부로 분출시켜 연소시키되 완전연소가 가능할 수 있는 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치를 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치는 중공의 원기둥 형상으로 가스를 외부로 분출하는 통로인 노즐아암부; 상기 노즐아암부 상부에 설치되는 중공의 노즐입술부; 상기 노즐입술부 내에 삽입되는 역원추형의 노즐부; 상기 노즐부 중앙을 관통하여 수직축을 형성하는 노즐샤프트부; 상기 노즐샤프트부에서 방사상으로 연장되어 상기 노즐입술부 내주면에 고정되는 노즐지지부; 및 상기 노즐아암부 내부에 설치되되 상측으로 갈수록 좁아지는 중공의 원뿔대 형상으로 상기 가스의 역류를 억제하는 역화방지부;를 포함하고, 상기 노즐부는 나선형의 상하 관통하는 복수의 나선홀부가 형성되며 상기 노즐아암부를 따라 분출하는 가스가 상기 나선홀부를 통과하면서 상기 노즐부를 회전시켜 상기 노즐부 상부에 소용돌이를 일으키는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 노즐아암부를 따라 분출하는 가스(gas)가 나선홀부를 통과하면서 노즐부를 회전시켜 상기 노즐부 상부에 화재폭풍(firestorm)과 같은 토네이도(tornado)를 일으키는 이점이 있다.

또한, 상기 토네이도(tornado)에 따른 파란 소용돌이(blue whirls)가 형성되게 하므로 완전 연소가 가능한 이점이 있다.

또한, 노즐부의 회전이 산소가 섞이는 양을 증가시키고 불꽃이 길어지는 현상을 최소화할 수 있어 열유량(Heat Flux)을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 노즐아암부 내부에 역화방지부가 역 깔때기 형상과 같이 상측 출구가 좁아지는 구성으로 인하여 가스 역류를 억제할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 플레어가스(flare gas)를 연소시키는 모습을 촬영한 사진이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치를 도시한 사시도이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치를 도시한 측면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치의 내부를 볼 수 있게 절단한 사시도이다.
도 5는 도 3의 "A" 부분을 확대한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 형상을 도시한 예시적인 입체적인 도면이다.
도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 형상을 도시한 예시적인 단면도이다.

먼저, 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서 본 발명은 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "…부", "…유닛", "…모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 각 도면을 참조하여 설명하는 실시 예의 구성 요소가 해당 실시 예에만 제한적으로 적용되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상이 유지되는 범위 내에서 다른 실시 예에 포함되도록 구현될 수 있으며, 또한 별도의 설명이 생략될지라도 복수의 실시 예가 통합된 하나의 실시 예로 다시 구현될 수도 있음은 당연하다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일하거나 관련된 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

그리고 도면의 도시에 있어서 요소들 간의 크기 비율이 다소 상이하게 표현되거나 서로 결합되는 부품들 간의 크기가 상이하게 표현된 부분도 있으나, 이와 같은 도면상에 나타나는 표현의 차이는 해당 분야의 종사자들이 용이하게 이해 가능한 부분들이므로 별도의 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 실시 예를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명은 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 하나의 실시 예로서 설명되는 것이며, 이것에 의해 본 발명의 기술적 사상과 그 핵심 구성 및 작용이 제한되지 않는다.

종래에는 잉여 가스의 분사 속도가 음속을 넘어서는 경우, 음속을 넘어서는 가스 분사 기류와 플레어 팁 근처의 대기(음속에 미치지 못하는 기류) 간에 급격한 속도 차이가 발생하게 되고, 이러한 급격한 속도차이로 인해 가스가 정체되어 불완전 연소가 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 종래의 불완전 연소를 해결하고자, 화재폭풍(firestorm)과 같은 토네이도(tornado)를 일으켜 파란 소용돌이(blue whirls)가 형성되게 하므로 완전 연소가 가능하도록 다음과 같이 제안한다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치를 도시한 사시도이고, 도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치를 도시한 측면도이며, 도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치의 내부를 볼 수 있게 절단한 사시도이다.

또한, 도 5는 도 3의 "A" 부분을 확대한 단면도이고, 도 6은 본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 형상을 도시한 예시적인 입체적인 도면이며, 도 7은 본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 형상을 도시한 예시적인 단면도이다.

상기 도면들을 참조하면, 본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치(100)는 중공의 원기둥 형상으로 가스를 외부로 분출하는 통로인 노즐아암부(110); 상기 노즐아암부(110) 상부에 설치되는 중공의 노즐입술부(120); 상기 노즐입술부(120) 내에 삽입되는 역원추형의 노즐부(130); 상기 노즐부(130) 중앙을 관통하여 수직축을 형성하는 노즐샤프트부(140); 상기 노즐샤프트부(140)에서 방사상으로 연장되어 상기 노즐입술부(120) 내주면에 고정되는 노즐지지부(150); 및 상기 노즐아암부(110) 내부에 설치되되 상측으로 갈수록 좁아지는 중공의 원뿔대 형상으로 상기 가스의 역류를 억제하는 역화방지부(160);를 포함한다.

또한, 상기 노즐부(130)는 나선형의 상하 관통하는 복수의 나선홀부(130h)가 형성되며 상기 노즐아암부(110)를 따라 분출하는 가스가 상기 나선홀부(130h)를 통과하면서 상기 노즐부(130)를 회전시켜 상기 노즐부(130) 상부에 소용돌이를 일으키는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 노즐부(130)는 상기 노즐샤프트부(140) 상하에 스러스트베어링(141)이 장착되어 지지받는다.

또한, 상기 노즐지지부(150)는 상기 노즐입술부(120) 내주면의 원주 방향을 따라 120°간격으로 배치된다.

또한, 상기 노즐아암부(110) 하부는 볼트/너트 체결이 가능하도록 플랜지(flange)부(111)가 형성될 수 있다.

그럼, 본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치(100)의 구성 및 작용을 구체적으로 자세히 설명하면 다음과 같다.

도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명이 제안하는 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치(100)는 노즐아암부(110), 노즐입술부(120), 노즐부(130), 노즐샤프트부(140), 노즐지지부(150) 및 역화방지부(160)를 포함한다.

노즐아암(nozzle arm)부(110)는 도 2 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 잉여가스나 폐(廢)가스 등과 같은 플레어 가스(flare gas)를 대기 중 또는 외부로 분출하는 통로로 중공의 원기둥 형상을 가진다.

또한, 노즐아암부(110)는 가스를 공급하는 공급관(미도시) 상부에 연결되어 상기 공급관에서 공급받은 가스를 대기로 분출하는 구성이다.

또한, 본 발명의 일실시 예에 따른 플레어 팁 장치(100)는 손상이나 고장 시 원활한 교체가 가능하도록, 노즐아암부(110) 하부에 플랜지(flange)부(111)가 형성되어 공급관(미도시)과 볼트/너트 체결로 탈부착이 용이하다.

노즐입술(nozzle lip)부(120)는 도 2 내지 도 6 등에 도시된 바와 같이, 노즐아암부(110)보다 약간 넓은 중공의 원기둥 형상이다.

또한, 노즐입술부(120)는 도 4 및 도 5에 도시된 바와 같이, 노즐아암부(110) 상단에 삽입되어 설치되되 노즐입술부(120)의 내주면이 노즐아암부(110) 상단 외주면과 용접 등으로 견고하게 결합된다.

즉, 노즐입술부(120)는 원통형의 노즐아암부(110)의 상단으로 분출되는 가스가 분출시 후술하는 노즐부(130)를 통과하도록 가이드(guide)한다.

또한, 노즐입술부(120)는 도 5에 도시된 바와 같이, 후술하는 노즐부(130)가 쉽게 빠지지 않게 내측으로 소정 각도 꺾인다.

또한, 노즐입술부(120)는 도 5에 도시된 바와 같이, 후술하는 노즐지지부(150)의 하중을 튼튼하게 지지하기 위해서 상부보다 하부가 좀 더 두껍게 살이 형성된다.

노즐부(130)는 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 역 원추 형상으로 노즐입술부(120) 내에 삽입되어 후술하는 노즐샤프트부(140)에 의해 지지되면서 회전하는 부재이다.

특히, 본 발명이 제안하는 노즐부(130)는 도 2 등에 도시된 바와 같이, 나선형의 상하 관통하는 복수의 나선홀부(130h)가 형성된다.

또한, 노즐부(130)는 상하를 유선형으로 관통하는 나선홀부(130h)가 소용돌이 구조로, 도 6에 도시된 바와 같이, 노즐아암부(110)를 따라 분출하는 가스(gas)가 나선홀부(130h)를 통과하면서 노즐부(130)를 회전시켜 노즐부(130) 상부에 화재폭풍(firestorm)과 같은 토네이도(tornado)를 일으켜 파란 소용돌이(blue whirls)가 형성되게 하므로 완전 연소가 가능하게 한다.

한편, 플레어 팁 장치는 환경오염 등을 감안할 때 완전 연소가 요구되지만, 완전연소를 위해서는 가스(gas)의 량 대비 적정량의 산소가 섞여야 하는데, 가스(gas)의 토출량이 많아 질수록 플레어 팁 주변에 내재(內在)한 산소의 양으로는 완전연소를 시킬 수 없다.

다만, 가스의 토출 속도를 마하 1.0 이상으로 만들 경우 완전연소를 시킬 수 있다.

또한, 가스의 토출 유속을 마한 1.0 이상으로 만들면 불꽃의 길이가 20 ~ 30m(유량 대비 플레어 팁의 직영에 따라 차이가 있음)에 달하는데, 이때 주변의 산소와 섞이는 구간이 길어져 완전 연소가 일어난다.

또한, 완전연소를 위하여 불꽃의 길이가 20 ~ 30m 높이로 길어지게 되면 열류량(Heat Flux)도 같이 증가한다.

하지만, 열유량의 증가는 플레어 스택(Tower - 약 140m의 높이, 600ton의 무게)의 길이 즉, 선박의 무게를 증가시키는 주요인이면서 안전상(화상 및 주요장비의 손상)의 문제점을 발생시기기 때문에 단순히 가스(gas)를 수직하게 토출시켜 불꽃의 길이만 길어지게 하는 것은 반드시 지양(止揚)해야 한다.

또한, 앞에서 언급한 바와 같이, 가스의 분사 속도가 음속을 넘어서는 경우, 음속을 넘어서는 가스 분사 기류와 플레어 팁 근처의 대기(음속에 미치지 못하는 기류) 간에 급격한 속도 차이가 발생하게 되고, 이러한 급격한 속도차이로 인해 가스가 정체되어 불완전 연소가 발생하는 문제점이 있다.

따라서, 상기한 문제점 등을 해결하기 위해서, 본 발명의 일실시 예에 따라 일정 패턴의 스파이럴(나선형) 관통하는 나선홀부(130h)를 노즐부(130)에 가공하여 가스가 배출될 때 노즐부(130)가 회전하는 구조를 가지게 하므로, 노즐부(130)의 회전이 산소가 섞이는 양을 증가시키고 불꽃이 길어지는 현상을 최소화할 수 있어 열유량(Heat Flux)을 최소화할 수 있다.

특히, 노즐부(130)는 노즐샤프트부(140)에 지지받으면서 원활히 회전되어, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, 상부에 화재폭풍(firestorm)과 같은 토네이도(tornado)를 일으켜 파란 소용돌이(blue whirls)가 형성되게 하므로 완전 연소가 가능하게 한다.

참고로, 화재폭풍(firestorm: 격렬한 대류 현상)은 효율이 높고 배출이 적은 연소 상태를 만들어 낼 수 있고, 파란 소용돌이(Blue whirls)는 불꽃 연료를 완전히 태워 그을음 등을 전혀 내지 않는 특징이 있다.

노즐샤프트부(140)는 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 노즐부(130) 중앙을 관통하여 수직축을 형성하는 부재로, 노즐부(130)가 회전 운동을 할 수 있게 노즐부(130)의 중심에서 회전 운동의 중심이 된다.

또한, 노즐부(130)는 노즐샤프트부(140) 상하에 스러스트베어링(141)이 장착되어 지지받는다.

즉, 본 발명이 제안하는 플레어 팁 장치(100)는 노즐부(130)에 대응하여 노즐샤프트부(140)에 스러스트베어링(141)을 삽입하고 노즐부(130)에 일정 패턴의 스파이럴(나선형) 구멍을 가공하여 가스가 배출될 때 노즐부(130)가 회전하는 구조를 가진다.

또한, 노즐샤프트부(140)는 도 5에 도시된 바와 같이, 상하 양단에 나사산이 형성되어 체결부재(143)로 체결하는 구성으로, 고속회전 등으로 노즐부(130)가 손상되었을 때, 상대적으로 손상이 적은 노즐아암부(110) 등 전체를 교체하지 않고 노즐부(130)만 탈부착하여 교체 가능하게 한다.

노즐지지부(150)는 도 2 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 플레이트 형상으로, 노즐샤프트부(140)에서 방사상으로 연장되어 노즐입술부(120) 내주면에 고정되는 부재이다.

또한, 노즐지지부(150)는 노즐입술부(120) 내주면의 원주 방향을 따라 120°간격으로 균일하게 3개로 분기되어 배치된다.

특히, 노즐지지부(150)는 노즐입술부(120) 중앙에 노즐샤프트부(140)가 견고하게 고정될 수 있게 지지한다.

역화방지부(160)는 도 2 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 노즐아암부(110) 내부에 설치되되 상측으로 갈수록 좁아지는 중공의 원뿔대 형상이다.

또한, 역화방지부(160)는 역 깔때기 형상과 같이 상측 출구가 좁아지는 구성으로 인하여, 만약 역화방지부(160)를 통과한 가스가 가스 분출 압력이 낮아져 역류 방향으로 흐르고자 할지라도, 역화방지부(160)에 걸려 역류가 억제되고 동시에 공급관에서 올라오는 가스와 부딪혀 역류를 방지한다.

따라서, 본 발명의 일실시 예에 따른 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치(100)는 다음과 같은 효과를 기대할 수 있다.

본 발명에 따르면, 노즐아암부(110)를 따라 분출하는 가스(gas)가 나선홀부(130h)를 통과하면서 노즐부(130)를 회전시켜 노즐부(130) 상부에 화재폭풍(firestorm)과 같은 토네이도(tornado)를 일으키는 이점이 있다.

또한, 상기 토네이도(tornado)에 따른 파란 소용돌이(blue whirls)가 형성되게 하므로 완전 연소가 가능한 이점이 있다.

또한, 노즐부(130)의 회전이 산소가 섞이는 양을 증가시키고 불꽃이 길어지는 현상을 최소화할 수 있어 열유량(Heat Flux)을 최소화할 수 있는 이점이 있다.

또한, 노즐아암부(110) 내부에 역화방지부(160)가 역 깔때기 형상과 같이 상측 출구가 좁아지는 구성으로 인하여 가스 역류를 억제할 수 있는 이점이 있다.

이상의 설명은 본 발명의 기술적 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정, 변경 및 치환이 가능할 것이다.

따라서, 본 발명에 개시된 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시 예 및 첨부된 도면에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100 : 플레어 팁 장치
110 : 노즐아암부
120 : 노즐입술부
130 : 노즐부
140 : 노즐샤프트부
150 : 노즐지지부
160 : 역화방지부

Claims (4)

1. 중공의 원기둥 형상으로 가스를 외부로 분출하는 통로인 노즐아암부;
   상기 노즐아암부 상부에 설치되는 중공의 노즐입술부;
   상기 노즐입술부 내에 삽입되는 역원추형의 노즐부;
   상기 노즐부 중앙을 관통하여 수직축을 형성하는 노즐샤프트부;
   상기 노즐샤프트부에서 방사상으로 연장되어 상기 노즐입술부 내주면에 고정되는 노즐지지부; 및
   상기 노즐아암부 내부에 설치되되 상측으로 갈수록 좁아지는 중공의 원뿔대 형상으로 상기 가스의 역류를 억제하는 역화방지부;를 포함하고,
   상기 노즐부는 나선형의 상하 관통하는 복수의 나선홀부가 형성되며 상기 노즐아암부를 따라 분출하는 가스가 상기 나선홀부를 통과하면서 상기 노즐부를 회전시켜 상기 노즐부 상부에 소용돌이를 일으키는 것을 특징으로 하는 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐부는 상기 노즐샤프트부 상하에 스러스트베어링이 장착되어 지지받는 것을 특징으로 하는 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐지지부는 상기 노즐입술부 내주면의 원주 방향을 따라 120°간격으로 배치되는 것을 특징으로 하는 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 노즐아암부 하부는 볼트/너트 체결이 가능하도록 플랜지(flange)부가 형성되는 것을 특징으로 하는 소용돌이 구조의 플레어 팁 장치.

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