KR20020080371A - 유체 노즐 분사장치 및 소화장비 - Google Patents

Abstract

본 발명은 타원형단면을 가지며 균일한 강도와 분산성을 갖는 미세하게 분산되는 가스 및 액적류를 발생시키기 위한 것이다. 노즐 분사장치는 액체를 공급하기 위하여 동일한 단면을 가지며 동축인 2개의 채널(2)을 가지는 본체(1)를 포함하고, 노즐은 원추형 디퓨져(3)의 형태를 갖춘다. 상기 디퓨져(3)는 채널을 가로지르는 방향으로 배치되고, 그 입구 오리피스의 면적은 채널의 총단면적을 초과하여서는 아니된다. 이러한 노즐 분사장치를 가지는 소화장비는 소화용 액체용기(4), 액체배출장치, 용기(4)의 액체 캐비티(5)를 노즐 분사장치에 연결하기 위한 파이프라인(11) 및 상기 노즐 분사장치로 공급되는 액체를 조절하기 위한 적어도 하나의 조절 밸브(8)를 포함한다.

Description

유체 노즐 분사장치 및 소화장비{Fluid Nozzle Spray and Fire Extinguisher}

소화장비에의 응용을 포함한 다양한 종류의 유체 노즐 분사장치가 알려져 있다.

예컨대, 발명자증 SU 1220703 A (B05 B1/14, publ. 30.03.86)에는 헤드타격식 분사 노즐이 개시되어 있다. 상기 노즐은 쌍방향식의 헤드방향 채널형태로 이루어져 있다. 이러한 채널은 노즐 분사체의 대칭축으로 기울어져 있다. 상기 채널의 대칭축간의 각도는 30°∼150°의 범위에서 정해진다. 이러한 구조를 갖는 분사장치는 분산되는 유체는 물론이고 주변 공간으로의 분사 시에도 에너지 공급을 감소시킬 수 있다.

본 발명과 가장 유사한 분사 노즐 장치는 특허 RU 2111033 C1 (A626 31/02 , publ. 20.05.98)에 개시되어 있는 것이다. 이 분사 노즐 장치는 분사체의 외표면을 따라 일렬로 늘어선 인젝터를 포함한다. 각 인젝터는 액체 공급을 위해 구비된 동일한 단면적을 갖는 두 개의 동축채널 및 상기 동축채널의 면적과 외부의 원추형 통로의 부분적인 교차에 의해 형성되는 노즐로 이루어져 있다. 노즐의 입구 오리피스는 원통형 채널의 내면과 노즐을 구성하는 원추면의 교차에 의해 형성된다. 이러한 구조의 노즐 분사장치는 30∼150㎛크기의 미세하게 분산된 분사 액적을 갖는 균일한 부피의 플로우를 형성한다. 그러나, 상기 종래 기술은 액적이 미세하게 분산된 균일한 부피의 플로우를 발생시키는데 주안점을 두고 있고, 예를 들어 효율적인 소화기에 필요한 특정 단면을 가지는 바람직한 크기의 액적 플로우를 제공하고 있지는 않다. 소화기의 구성요소로써 유체 노즐 분사장치를 채택함에 있어 상기한 요건은 매우 중요한 것이다.

한편, 유체 노즐 분사장치가 장착된 소화기는 다양한 종류의 것들이 알려져 있다. 이러한 소화장비로는, 예컨대 발명자증 SU 1657204 A1 (A62C 35/00, publ. 11.05.89)에 개시되어 있다. 상기 소화기는, 사이폰 파이프의 배기관 파이프 형태로 된 소화용 노즐 분사장치, 액체용기, 액체 배출장치 및 가스용기 캐비티에 연결된 가압 가스용기, 및 액체를 노즐 분사장치로 통과시키는 사이폰 파이프를 포함한다. 이 기술은 전체적인 소화 물질의 질량을 공급하여 소망하는 압력을 유지함으로써 소화 효율의 증가를 목적으로 하고 있다. 그러나, 이 장치는 소망하는 단면을 가지면서 방향성을 가진 미세하게 분산된 가스 및 액적류를 발생시키기 위한 어떠한 수단을 개시하고 있지 않고, 소화용 액체의 공급조정용 수단은 전혀 없다.

본 발명에 가장 근접한 소화장비가 DE 2635531 A1 (A62C 31/02, publ. 09.02.78)에 개시되어 있다. 상기 소화장비는 마우스피스형태의 노즐 분사장치, 소화액체용기, 액체 배출장치 및 가압가스통, 액체용기 캐비티와 노즐 분사장치를 연결하는 파이프, 및 노즐 분사장치로 액체공급을 조절하기 위한 조절장치를 포함한다. 이 장치는 (포말형성제와 분말을 화재부에 동시에 공급하기 때문에) 소화효율을 증대시킬 수는 있으나 화재현장에서 주변 공간부로 유체를 분사하기 위한 장치의 개량에 관하여는 아무런 언급이 없다.

본 발명은 유체 분사 기술에 관한 것으로, 소화장비의 부품으로써 , 수송기관이나 열 발전소에서의 연료분사용으로, 그리고 주위환경에 수분공급용으로 사용될 수 있는 유체 노즐 분사장치에 관한 것이다.

소화기로서의 본 발명은 서로 다른 장소, 예를 들면 병원의 입원실, 도서관, 박물관, 선박, 항공기 등에서 고정식 또는 이동식 소화장비용의 구성부품으로 응용 가능하다.

도 1은 본 발명의 노즐 분사장치가 연결된 소화장비의 모식도이다.

도 2는 디퓨져의 입구 오리피스에 있는 노즐 분사장치의 확대단면도이다.

본 발명은 휴대용 소화장비로 효율적으로 소화를 할 수 있도록 보다 바람직한 크기의 외형을 갖는 가스 및 액적류를 발생시킬 수 있는 장치를 개발하고자 하는 데 그 목적이 있다. 이러한 결과를 달성하는 것은 특정영역의 전체 면적에 걸쳐 균일하고 강도가 보다 향상되도록 분사작용을 행하는 것과 관계가 있다.

본 발명에 의해 해결되고 소망하는 기술적 결과를 가져오는 점은, 특별한 수단을 적용하여 미세하게 분산된 가스 및 액적류의 단면형상을 타원형으로 개발한 것에 있다. 이러한 타원 형상으로 인하여 화재현장의 화재부를 따라 단계적으로 노즐 분사장치를 이동시킴으로써 넓은영역과 좁은영역에 걸쳐 특정한 강도로 분사를 효율적으로 실시할 수 있다.

상기한 기술적 결과는, 노즐 분사장치가 액체를 공급하기 위한 동일한 단면을 가지는 2개의 동축채널을 갖는 형태로 이루어지고, 노즐의 입구 오리피스가 채널의 내면과 본 발명의 노즐면의 교차에 의해 형성되고 상기 노즐이 채널을 가로지르는 방향으로 설정된 원추형 디퓨져 형태인 사실에 의해 달성된다.

상술한 바와 같이 필수적 특성들의 결합에 의해서 노즐 분사장치에 의해 타원형 단면을 가지는 미세하게 분산된 가스 및 액적류가 발생될 수 있는 것이다.

바람직한 노즐 분사장치의 구조설계에 따르면, 채널의 대칭축과 디퓨져를 이루는 원추면의 대칭축간의 각도는 89°∼91°이다. 이 경우에 가스 및 액적류에서 대칭적으로 미세하게 분산된 액적분포가 얻어진다.

기술적 관점에서 보면 채널은 원통형상으로 하는 것이 좋다.

액적의 가장 균일한 분포는 디퓨져를 이루는 원추의 정점이 30°∼90°의 각도를 가질 때 나타난다.

원추형 오리피스를 갖도록 노즐 분사장치의 디퓨져를 형성하는 것이 좋다. 이 경우에 노즐 분사장치의 제조기술이 단순화된다.

상술한 기술적 결과는, 노즐 분사장치, 소화용 액체용기, 액체배출장치, 액체용기 캐비티와 노즐 분사장치를 연결하는 파이프라인 및 노즐 분사장치로의 액체 공급을 조절하기 위한 적어도 하나의 조절밸브를 포함하는 소화장비를 형성함으로써 달성될 수 있는데, 여기서 본 발명에 따르면 노즐 분사장치는 액체의 공급을 위해 설계된 동일한 단면을 갖는 2개의 동축채널을 가지는 형태로 제조된다. 노즐 분사장치는 노즐의 입구 오리피스가 채널의 내면과 노즐을 형성하는 면의 교차에 의해 형성되록 하여야 한다. 이 노즐은 원추형 디퓨져 형상으로 이루어지고 채녈을 가로지르는 방향으로 설정된다. 디퓨져 입구 오리피스는 채널의 총단면적을 초과하여서는 아니된다.

상기한 바와 같이, 소화장비의 구조를 특징지우는 필수구성요소들의 결합으로 인하여 타원형상의 단면을 가지는 미세하게 분산된 가스 및 액적류를 발생시킬 수 있다.

상기한 소화장비의 바람직한 실시예에서는, 노즐 분사장치의 대칭축과 원추형 디퓨져 형성면의 대칭축과의 각도는 89°∼91°이다. 노즐 분사장치의 채널은 원통형상일 수 있다. 노즐 분사장치의 디퓨져를 형성하고 원추의 정점에서의 각도는 30°∼90°일수 있다. 노즐 분사장치의 디퓨져는 원추형 오리피스에 의해 형성될 수 있다.

소화장비에서 액체배출을 위해서는 액체 캐비티에 사이폰 파이프를 배치하여 액체 캐비티와 노즐 분사장치를 연결하는 것이 바람직하다.

소화장비용으로 가장 적절한 액체는 포말형성제를 첨가한 물이다. 용기로부터 액체의 배출을 보다 효율좋게 하기 위해서는 휘발성 액체, 바람직하기로는 액화 이산화탄소(CO₂) 및/또는 액화 엘레가스(SF₆)등을 물에 첨가할 수 있다.

액체 배출장치에는 탄성 재질의 분리막을 결합하여 용기의 가스 캐비티를 액체 캐비티와 분리할 수 있다. 이러한 구조로써 캐비티의 가압가스와 배출되는 액체간의 상호작용을 방지할 수 있다.

이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다.

도 1 및 도 2 에 개시되는 노즐 분사장치는 액체 공급용으로써 동축구조를 갖는 2개의 원통형 채널(2)이 형성되어 있는 본체(1)를 포함하고 있다. 분사 노즐은 본체(1)에 있는 원추형 오리피스에 의해 형성되는 원추형 디퓨져(3)의 형태로 이루어져 상기 채널(2)을 가로지르는 방향으로 배치되어 있다. 동축구조의 원통형 채널(2)의 대칭축과 디퓨져(3)를 형성하는 원추면의 대칭축 사이의 각도는 90°(기술적 오차±30')이다. 상기 디퓨져(3)를 이루는 원추정점에서의 각도는 40°이다.

디퓨져(3)의 입구 노즐 오리피스는 노즐을 이루는 채널의 내면과 노즐의 원추면과의 교차에 의해 형성된다. 디퓨져(3)의 입구 오리피스의 면적은 채널(2) 총단면적의 0.7이다.

상기 구조로 된 노즐 분사장치를 구비한 소화장비는, 바람직하기로는 물과 포말형성제로 구성되는 소화용 액체를 담고 있는 용기(4)를 포함한다. 이 용기(4)는 액체 캐비티(5)와 가스 캐비티(6)로 구성된다. 액체 배출장치는, 스프링에 탄지되는 클로우저(9) 및 조절레버(10)를 포함하는 조절밸브(8)를 경유하여, 가요성 파이프라인(11)에 연결되는 사이폰 파이프(7)를 포함한다. 본체(1)는 브랜치 파이프(12)에 장착되는데, 그 캐비티는 사이폰 파이프(7), 밸브(8) 및 가요성 파이프라인(11)을 경유하여, 용기(4)의 액체 캐비티(5)에 연결된다.

용기(4)를 채우는 액체조성물은, 액체의 배출 효율을 증대시킬 목적으로 예를들어 액화 이산화탄소(CO₂)나 엘레가스(SF₆)와 같은 액체 상태의 휘발성 첨가제를 포함할 수 있다. 용기(4)내의 가압가스와 액체의 상호작용을 방지하기 위하여 탄성재질의(도시되지 않은) 다이아프램(분리막)이 추가로 장착될 수 있다.

노즐 분사장치 및 이 노즐 분사장치가 장착된 소화장비(도1 및 도2 참조)의 작동에 대하여 아래에 설명하기로 한다.

동축채널(2)에 의해 액체가 ∼1MPa 의 압력(작동압력 범위는 0.3∼3 MPa)하에서 두 개의 헤드플로우(two head flow)형태로 공급되어 디퓨져(3)의 입구 오리피스면에서 충돌한다. 단면적이 채널(2)의 단면적보다 작은 디퓨져의 입구 오리피스면에서 나오는 헤드 플로우의 상호작용이 일어나는 동안에 액체 플로우의 캐비테이션(cavitation)이 발생한다. 액체가 디퓨져(3)에서 나오는 과정에서는 타원형 단면을 가진 미세하게 분산된 가스 및 액적류(gas-and-drop flow)가 형성된다. 실험결과에 의하면, 노즐 분산장치의 출구부에서 2m 떨어진 지점에서 타원형 단면을 가지는 가스 및 액적류의 최대 횡단크기는 2.3m 이고 최소 횡단크기는 0.5m 임이 밝혀졌다. 타원형 단면을 나타내는 범위에서 분사되는 액적의 분포는 100∼130㎛이었다.

동일한 방식으로 노즐 분사장치는 소화장비의 구성요소로서 작동한다. (물을 담은)소화용 액체용기는 미리 소망하는 저장압력(3MPa 이하)까지 가스로 채워진다. 이 용기에는 액화 이산화탄소나 엘레가스가 첨가제로 더 채워질 수 있다.

소화장비는 다음과 같이 작동한다. 레버(10)를 누르면 클로우저(9)가 밸브시트에서 이탈됨으로써 가스캐비티(6)의 가압가스에 의해 가압된 액체가 사이폰 파이프(7)와 가요성 파이프라인(11)을 통하여 용기(4)중의 액체캐비티(5)에서 배출된다. 이어서, 상기 액체는 동축채널(2)로 유입되어, 동일한 속도의 헤드플로우가 발생되고 디퓨져(3)의 노즐 입구 오리피스 면에서 충돌한다. 액체 헤드플로우 충돌로 인해 오리피스 가장자리에서 액적의 아토마이제이션(Atomization) 현상이 발생되어 타원형 단면을 갖는 가스 및 액적류가 발생한다. 횡단면이 신장된 이러한 형태의 플로우에 의해 화재현장의 화재부를 따라 노즐 분사장치를 단계적으로 이동시킴으로써 보다 ??은 화재면적에 걸쳐서 액체를 분사할 수 있다. 넓은 화재면적을 따라 노즐 분사장치를 이동시킬 수 있는 가능성은 가요성 파이프라인(11)과 소화장비의 전체 무게에 따라 결정된다.

가스 및 액적류 공급시간과 강도는 용기(4)에 장착된 밸브(8)의 레버(10)에 의해 조절된다. 액체의 배출효율을 증대시키기 위해서는 액화 이산화탄소나 엘레가스와 같은 휘발성 액체를 사용할 수 있다. 이러한 물질들은 소화용 액체(물)에 첨가된다. 액체배출 공정중에, 용기(4)내의 휘발성 첨가재의 포화증기압 보다 낮아지는 압력에서는, 첨가제의 기화현상이 발생하여 가스캐비티(6)에 적절한 수준의 압력이 자동적으로 유지됨으로써, 노즐 분사장치에서의 액체의 분사가 허용수준이하로 떨어지지는 않는다.

화학적 상호작용이나 액체에 가스가 포화되는 현상 등과 같은 가압가스와 배출액체의 상호작용을 배제하기 위하여 액체 캐비티(5)는 (도시되지 않은) 탄성재질의 밀폐된 분리막에 의해 가스캐비티(6)와 분리되어 있다. 이러한 액체 배출시스템의 구현예는 소화장비의 구조를 보다 복잡하게 할 수도 있지만 작동의 신뢰성을 한층 향상시킬 수 있다. 물이 소화용 액체로, 가압가스로는 불활성가스가 사용되는 가장 간단한 구조의 구현예에서는 분리막을 사용할 필요가 없다.

소화장비의 작동을 정지시키기 위해서는 밸브(8)의 레버(10)를 누름해제 하여야 한다. 이때, 압축 스프링에 탄지된 클로우저(9)는 밸브시트로 이동하여 통로를 밀폐시킴으로써 노즐 분사장치를 통한 액체의 공급은 중단된다.

본 발명에 따른 소화장비의 도움으로 기대되는 소화 효율은, 타원형 단면을 가지는 가스 및 액적류 및 상기 가스 및 액적류의 단면을 따른 액적의 균일한 강도 및 분산을 발생하는 능력에 의해 확보된다. 이러한 신장된(사각형에 근접한) 가스 및 액적류의 단면형상에 의해, 통상적으로 얻어지는 둥근형태의 가스 및 액적류의 단면형상과는 달리, 가스 및 액적류의 단면적을 훨씬 능가하는 면적을 갖는 화재부에 대해서도 유체를 보다 효율적으로 분산시킬 수 있다. 이러한 문제해결에 의해 용기(4)의 체적에 의해 결정되는 소화용 액체의 소비량을 감소시킬 수 있다.

실험결과에 따르면, 타원형 단면과 균일한 강도 및 분산성을 갖는 가스 및 액적류를 발생시키는 것은 동축채널에 대해 가로방향으로 배치된 원추형 디퓨져의 형태로 이루어진 분사 노즐을 채택함으로써 확보된다. 채널의 내면과 디퓨져면과의 교차에 의해 형성되는 디퓨져 입구 오리피스의 면적이 채널의 자체 단면적을 초과해서는 아니된다. 이러한 조건은 원하는 기술적 결과를 달성하기 위한 능력을 결정한다.

본 발명의 밀폐되거나 개방된 공간에서 유체를 분사시킬 필요가 있는 다양한 기술분야에 적용될 수 있다. 본 발명의 노즐 분사장치는, 소화장비의 부품으로서, 열 발전소와 수송기관의 연료 연소용으로, 농토나 산업용 건물에 다양한 종류의 화학제 살포용으로 뿐만 아니라, 주위환경에 수분을 공급하기 위한 용도 등으로 활용될 수 있다. 본 발명의 노즐 분사장치가 장착된 소화장비는 상이한 목적을 갖는 장소에서 표준형 소화 장비로서 응용될 수 있는데, 예를 들면, 병원의 입원실, 도서관, 박물관, 선박, 항공기 기타 중요한 장소 등이다.

특허청구하는 1군의 발명을 바람직한 실시예를 통하여 설명하였으나, 당업자라면 본 발명의 사상을 벗어나지 않고 구조적 변경이나 다른 실시예를 만들어 내는 것은 자명한 일이다.

Claims (15)

1. 액체를 공급하기 위한 것으로써 동일한 단면을 갖는 2개의 동축 채널(2)과 노즐을 구비한 본체(1)로 형성되고, 상기 노즐의 입구 오리피스는 상기 채널의 내면과 노즐 형성면의 교차에 의해 형성되는 유체 노즐 분사장치로서, 상기 노즐은 상기 채널(2)을 가로지르는 방향으로 배치된 원추형 디퓨져(3)의 형상으로 이루어지고, 상기 디퓨져(3)의 입구 오리피스의 면적은 상기 채널(2)의 총단면적을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 유체 노즐 분사장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 채널(2)의 대칭축과 상기 디퓨져(3)의 원추면의 대칭축과의 각도는 89°∼91°인 것을 특징으로 하는 유체 노즐 분사장치.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 채널(2)은 원통형상인 것을 특징으로 하는 유체 노즐 분사장치.
4. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디퓨져(3)를 형성하는 원추의 정점에서의 각도는 30°∼90°인 것을 특징으로 하는 유체 노즐 분사장치.
5. 상기 청구항들 중 어느 한 항에 있어서, 상기 디퓨져(3)는 상기 본체(1)에 구성된 원추형 오리피스에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 유체 노즐 분사장치.
6. 유체 노즐 분사장치, 소화용 액체용기(4), 액체 배출장치, 상기 용기의 액체 캐비티(5)를 상기 노즐 분사장치에 연결하기 위한 파이프라인(11) 및 상기 노즐 분사장치로 공급되는 액체를 조절하기 위한 적어도 하나의 조절밸브(8)를 포함하는 소화장비에 있어서, 액체를 공급하기 위한 것으로써 동일한 단면을 갖는 2개의 동축 채널(2)과 노즐을 구비한 본체(1)로 형성되고, 상기 노즐의 입구 오리피스는 상기 채널의 내면과 노즐 형성면의 교차에 의해 형성되는 유체 노즐 분사장치로서, 상기 노즐은 상기 채널(2)을 가로지르는 방향으로 배치된 원추형 디퓨져(3)의 형상으로 이루어지고, 상기 디퓨져(3)의 입구 오리피스의 면적은 상기 채널(2)의 총단면적을 초과하지 않는 것을 특징으로 하는 소화장비.
7. 제6항에 있어서, 상기 채널(2)의 대칭축과 상기 디퓨져(3)의 원추면의 대칭축과의 각도는 89°∼91°인 것을 특징으로 하는 소화장비.
8. 제6항에 있어서, 상기 채널(2)은 원통형상인 것을 특징으로 하는 소화장비.
9. 제6항에 있어서, 상기 디퓨져(3)를 형성하는 원추의 정점에서의 각도는 30°∼90°인 것을 특징으로 하는 소화장비.
10. 제6항에 있어서, 상기 디퓨져(3)는 상기 본체(1)에 구성된 원추형 오리피스에 의해 형성하는 것을 특징으로 하는 소화장비.
11. 제6항에 있어서, 상기 액체배출장치는 상기 용기의 캐비티에 장착된 사이폰 파이프(7)를 가지는 것을 특징으로 하는 소화장비.
12. 제6항에 있어서, 상기 소화용 액체는 포말형성제를 첨가한 물인 것을 특징으로 하는 소화장비.
13. 제6항에 있어서, 상기 소화용액체는 휘발성 유체를 포함하는 것을 특징으로 하는 소화장비.
14. 제6항에 있어서, 상기 소화용 액체는 액화 이산화탄소(CO₂) 및/또는 액화 엘레가스(SF₆)를 포함하는 것을 특징으로 하는 소화장비.
15. 제6항에 있어서, 상기 액체배출장치는 가스캐비티와 액체캐비티를 분리하기 위해 탄성재질의 분리막을 장착한 것을 특징으로 하는 소화장비.