KR20090006119A - 냉가스 분무기 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 냉가스 분무기는 가스가 관류하는 압력 용기(1) 및 이 압력 용기(1) 내에 배치된 발열체(3)를 포함하는 고압 가스 가열기, 그리고 입자 공급 장치(11)에 의해 입자가 가스에 공급될 수 있는 혼합 챔버(6, 14)를 구비한다. 수렴 섹션(7, 12, 15), 노즐 목(9) 및 분기 섹션(10)으로 이루어진 라발 노즐(8)은 가스의 유동 방향으로 연이어 배치되어 있다. 고압 가스 가열기 및/또는 혼합 챔버(6, 14)는 가스와의 접촉면에서 적어도 부분적으로 내부가 절연되어 있다.

Description

냉가스 분무기 {COLD-GAS SPRAY GUN}
본 발명은 냉가스를 분무하기 위한 장치에 관한 것이다. 본 발명은 특히 냉가스 분무기 및 이와 같은 냉가스 분무기를 구비한 장치, 그리고 본 발명에 따른 냉가스 분무기를 사용하는 방법과 관련이 있다.
냉가스 분무시에 또는 동력학적인 분무시에는 1 ㎛ 내지 250 ㎛의 분말 입자가 가스 흐름 내에서 200 m/s 내지 1600 m/s의 속도로 가속되고 - 이 경우에는 표면 용해 또는 용해가 이루어지지 않음 - 코팅될 면, 즉 기판상에 분무된다. 기판상에 충돌할 때에 비로소 팽창율이 매우 높은 상태에서 가소성 변형에 의해 충돌 경계면에서 온도가 상승하게 되고, 이와 같은 온도 상승은 기판과 분말 재료의 용접 그리고 상호 간의 용접을 야기한다. 하지만, 이 목적을 위해서는 소위 임계 속도인 최소 충돌 속도를 초과해서는 안 된다. 상기 용접의 메커니즘 및 품질은 폭발 용접에 견줄만하다. 공정 가스의 가열에 의해서는 가스의 음속이 상승하고, 그로 인해 노즐 내에서의 가스 유동 속도 그리고 그와 더불어 충돌시의 입자 속도도 상승하게 된다. 가스는 예를 들어 라발 노즐 내에서, 다시 말해 처음에는 노즐 목까지 수렴되고, 그 다음에는 분기되는 노즐 내에서 초과 음속까지 가속되며, 이 경우 분말 재료는 노즐 목 앞에서 또는 뒤에서 가스 분사물 안으로 주입되고 기판 쪽 으로 가속된다.
충돌시의 입자 온도는 공정 가스 온도와 더불어 상승한다. 이와 같은 현상은 분말 재료의 열적인 연화 및 유연화를 야기하고, 충돌하는 입자의 임계적인 속도를 강하시킨다. 음속도 상승하기 때문에, 공정 가스 온도의 상승에 의해서는 충돌시에 입자 속도뿐만 아니라 입자 온도도 상승한다. 두 가지 현상 모두 코팅 효율 및 층 품질에 긍정적인 작용을 미친다. 이때 공정 가스 온도는 항상 분무를 목적으로 사용되는 분말 재료의 온도 아래에 유지된다. 다시 말해, 냉가스 분무 방법에서는 분말 입자가 가스에 의해 용융되는 다른 분무 방법에 비해 "더 차가운" 가스가 이용된다. 따라서, 뜨거운 가스에 의해 추가 재료가 용융되는 분무 방법에서와 마찬가지로 냉가스 분무시에도 가스는 가열되어야만 한다.
분말 입자, 특히 25 내지 100 ㎛의 더 거친 입자를 강하게 가속할 수 있기 위해서는 높은 압력의 가스가 필요하다. 이 목적을 위하여 냉가스를 분무하기 위한 장치의 부품들은 상응하게 내압적으로 실현되어야만 한다. 정지 동작을 위한 대부분의 설비들은 30 bar용으로 설계되었으며, 이 경우 개별 부품들은 상기 목적을 위해서 반드시 필요한 약 35 bar의 유입 압력에 맞추어 설계되었다. 몇 가지 타입의 설비들은 심지어 단지 15 bar까지의 압력용으로 설계되었거나 또는 7 bar까지의 압력용으로 설계되었다. 원하는 바대로 압력이 더욱 상승되어야 하고 높은 온도가 부품 접촉면의 재료에 직접 작용할 수 있는 경우에는, 비싸고 가공이 어려운 고온 재료들이 사용되어야만 하거나 또는 부품, 특히 분무기가 자체 크기 및 필요한 벽두께에 의해서 상대적으로 무거워진다. 또한, 접촉면을 통한 열 방출도 특 히 손실 그리고 라발 노즐의 노즐 목 앞에서 가스 온도의 원치 않는 강하를 야기한다.
US 6,623,796 B1호에는 라발 노즐을 구비하고, 입력 코운 및 출력 코운으로 이루어진 분무기가 공지되어 있으며, 상기 입력 코운 및 출력 코운은 노즐 목에서 서로 충돌한다. 라발 노즐에는 고압 상태에서 공기 가열기 및 혼합 챔버를 통해 공기가 제공되고, 상기 혼합 챔버 내에서는 공기-분말이 혼합된다. 분말은 초음 노즐로서의 기능을 하는 라발 노즐에 의해서 가속되고, 공기 가열기 내에서 가열된 공기에 의하여 가열되며, 이 경우 분말은 용융되지 않는다.
상기 선행 기술에서의 단점은, 재료의 온도가 높은 경우에 고압에 견딜 수 있기 위해서는 분무기 부품의 재료 강도 및 재료 두께가 매우 크게 설계되어야만 한다는 것인데, 그 이유는 재료 강도가 온도에 따라서 강하게 감소하기 때문이다.
후에 공개된 DE 102005004116호에는 가스 분사 및 입자를 가속하기 위한 노즐을 구비한 냉가스 분무기가 공지되어 있으며, 상기 분무기는 수렴 방식으로 축소되는 노즐 섹션 및 노즐 배출구로 나누어지고 - 상기 섹션들은 노즐 목에서 서로 내부가 통함 - 40 mm 이상의 노즐 목 앞에서 끝나는 분말 주입관을 갖는다.
후에 공개된 DE 102005004117호에는 노즐 및 가스를 가열하기 위한 가열 장치를 갖춘 분무기를 구비한 냉가스 분무 장치가 공지되어 있으며, 이 경우 가스를 가열하기 위한 가열 장치는 두 개 이상의 가열기로 나누어지고, 후방 가열기는 분무기에 직접 설치된 반면에 자유로운 제 2의 전방 가열기는 라인을 통해 분무기에 연결되어 있다.
후에 공개된 DE 102005053731호에는 가스가 관류하는 압력 용기, 상기 압력 용기 내에 배치된 발열체 그리고 절연부를 구비한 고압 가스 가열 장치가 공지되어 있다. 상기 절연부가 압력 용기의 내벽에 배치되고, 상기 압력 용기의 열을 방출하기 위한 수단이 존재함으로써, 압력 용기는 가열된 가스보다 더 낮은 온도를 갖게 된다.
본 발명의 과제는, 고온 및 고압 상태에서 가스에 의해 작동될 수 있지만 중량이 낮고 가이드가 용이한 분무기를 구비한 냉가스 분무 장치, 특히 분무기를 제공하는 것이다.
상기 과제는 독립 청구항 1의 특징들을 갖는 냉가스 분무기, 청구항 16에 따른 냉가스 분무 장치 그리고 청구항 19에 따른 냉가스 분무 방법에 의해서 해결된다. 본 발명에 따른 장치의 바람직한 개선예들은 종속 청구항들에 의해서 제시된다.
본 발명에 따른 냉가스 분무기에 의해서는 바람직하게 이용 가능한 공정 가스 압력이 확연히 35 bar 이상으로 상승될 수 있지만 냉가스 분무기의 중량은 큰 재료- 및 벽 두께에 의해 과도하게 상승하지 않는다. 고압 가스 가열기 및/또는 혼합 챔버 그리고 라발 노즐의 내부 절연부에 의해서는 압력 하중을 받는 부품들이 훨씬 더 낮은 온도에서 그리고 그와 더불어 더 높은 재료 강도에서 작동될 수 있다. 절연부에 의해서는 또한 주변으로의 불필요한 열 손실도 피해지고, 가스 가열을 위한 비용도 더 낮아진다. 그 결과 작업 개시의 경우에는 냉가스 분무기의 관성도 낮게 나타나는데, 그 이유는 상대적으로 큰 질량의 벽 재료가 가열될 필요가 없고, 재료의 더 낮은 온도 부하에 의해 내구성이 상승하기 때문이다. 공정 가스 압력의 상승 그리고 그와 더불어 가스 밀도의 증가는 공정 가스 온도의 상승 및 더 거친 입자의 사용과 함께 코팅 품질에 특히 바람직한 작용을 미치며, 내부 절연부에 의해서 비로소 가능해진다. 또한, 공정 가스 압력 및 공정 가스 온도가 높더라도 높은 분무 효율에 도달할 수 있고, 더 낮은 가스 밀도 및 더 작은 횡단면의 단점들도 피해진다. 절연부가 없으면 냉가스 분무기의 크기가 축소될 때에 상기와 같은 문제점들이 나타나게 된다. 이와 같은 크기 축소는 중량 한계를 유지하는 동시에 필요한 재료 두께를 유지하기 위해서도 반드시 필요하다.
바람직한 실시예에서 고압 가스 가열기의 압력 용기 및/또는 혼합 챔버는 고체 또는 유연한 세라믹 절연 재료로 이루어진 절연부로 피복되어 있다.
고압 가스 가열기의 압력 용기 및/또는 혼합 챔버는 바람직하게 가스를 포함하는 내부 코팅과 외부 코팅 사이에 존재하는 가스 간극에 의해서 절연된다.
고압 가스 가열기, 혼합 챔버 및 라발 노즐은 바람직하게 상호 선형으로 그리고 동심으로 정렬되어 있다.
이용 가능한 분무기 내부로 꺾여진 가스 가이드부는 불균일한 열적 부하, 부품 인발 그리고 열에 의해 유도되는 응력을 야기하며, 이와 같은 현상은 높은 가스 온도가 요구되는 경우에는 분무기를 상당히 신속하게 손상시킬 수 있다. 이와 같은 손상 가능성은 직선의 가스 가이드부에 의해서 피해진다.
고압 가스 가열기와 혼합 챔버 사이의 가스 유동 방향은 60°까지의 각만큼 상호 벗어날 수 있다.
공급된 입자로 이루어진 2상 유동의 영역에서 유동이 연속적으로 그리고 에지 없이 이루어지면, 이로 인해 입자의 침전 위험이 줄어든다. 혼합 챔버 앞에서는 60°까지의 편향에 의해 냉가스 분무기의 콤팩트한 구성이 성취될 수 있다.
바람직한 실시예에서 혼합 챔버는 동시에 라발 노즐의 수렴 섹션이 된다.
라발 노즐의 수렴 섹션은 바람직하게 50 내지 250 mm의 길이를 갖고, 원뿔 모양의 또는 오목한 또는 볼록한 내부 윤곽을 갖는다.
바람직한 실시예에서 노즐의 수렴 섹션은 내부로부터 절연되거나 또는 전체적으로 볼 때 절연 재료, 특히 세라믹으로 이루어진다.
바람직한 실시예에서 압력 용기 및/또는 혼합 챔버 및/또는 수렴 섹션 및/또는 분기 섹션은 전체적으로 또는 부분적으로 티타늄 또는 알루미늄 그리고 그들의 합금으로 이루어질 수 있다.
티타늄을 구성 재료로 사용함으로써 분무기는 특히 가볍게 형성될 수 있고, 알루미늄을 사용하더라도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 알루미늄은 냉가스 분무기를 위한 구성 재료로서 특히 비용적으로 유리하다.
바람직한 실시예에서 혼합 챔버 내에 있는 입자 공급 장치와 노즐 목 사이의 거리는 40 내지 400 mm, 바람직하게는 100 내지 250 mm일 수 있다.
공정 가스의 유동 속도에 따라 입자들이 가열된 가스 내에 충분히 긴 기간 동안 체류함으로써 입자의 가열이 성취될 수 있다.
바람직하게 혼합 챔버 및/또는 수렴 섹션의 유동 횡단면은 노즐 목 횡단면의 5배 내지 50배, 바람직하게는 8배 내지 30배, 특히 바람직하게는 10배 내지 25배로 입자 공급 장치로부터 노즐 목까지 이르는 거리의 적어도 70 %에 달할 수 있다.
그로 인해 입자 공급 장치와 노즐 목 사이에 있는 영역에서의 유동 속도가 지나치게 작지 않음으로써, 가스 및 입자로 이루어진 2상 유동이 유지된다. 노즐이 막힌 경우에 냉가스 분무기의 작동에 민감한 장애를 일으킬 수 있는, 벽에서의 입자 응집 현상 및 침전 현상은 방지된다.
한 바람직한 실시예에서 노즐 목은 2 내지 4 mm의 직경을 갖고, 분기 섹션은 노즐 목의 30 내지 90배의 직경에 해당하는 길이를 갖는 동시에, 상기 분기 섹션의 단부에서 횡단면의 면적 대 노즐 목 횡단면의 면적 비율은 3 내지 15고, 내부 윤곽은 원뿔 모양이거나, 또는 볼록하거나 오목하다.
가스는 바람직하게 15 내지 100 bar, 바람직하게는 20 내지 60 bar, 특히 바람직하게는 25 내지 45 bar의 압력하에서 그리고 30 내지 600 m3/h의 유동율 용적으로 공급된다.
그럼으로써 더 큰 입자가 필요한 속도까지 가속될 수 있다.
입자 공급 장치는 임의의 각도에서 측방으로 공급되는 파이프 또는 고압 가스 가열기의 단부에 있거나 혼합 챔버 내에 있는 하나 또는 다수의 보어로 이루어질 수 있다.
노즐 목 내에서의 유동 횡단면과 관련된 발열체의 가열 능력은 바람직하게 1.5 내지 7.5 kW/mm2, 바람직하게는 2 내지 4 kW/mm2다.
발열체의 파워 용적은 10 내지 40 MW/m3, 바람직하게는 20 내지 30 MW/m3에 달할 수 있다.
그럼으로써 콤팩트한 구조가 가능해진다.
가스는 특히 테플론으로 이루어진, 제 2 고압 가스 가열기에 연결된 플라스틱 튜브를 통해 230 ℃까지 예열된 상태로 분무기에 공급될 수 있거나 또는 고온 가스 금속 튜브를 통해 700 ℃까지 예열된 상태로 분무기에 공급될 수 있다.
바람직한 실시예에서 노즐 목 내에서의 유동 횡단면과 관련된 고압 가스 가열기 및 제 2 고압 가스 가열기의 전체 가열 능력은 4 내지 16 kW/mm2, 바람직하게는 5 내지 9 kW/mm2다.
본 발명에 따른 방법에서 가스는 고압 가스 가열기 뒤에서 600 ℃ 이상, 바람직하게는 800 ℃ 이상, 특히 바람직하게는 1000 ℃의 온도를 갖는 혼합 챔버 내부에 공급될 수 있다.
바람직하게는 노즐 목 내에서 혼합 챔버 내부에 공급된 입자들의 80 중량-% 이상이 절대 온도(켈빈)로 측정된 노즐 목 내부의 가스 온도의 70%에 도달하게 된다.
그럼으로써 형성되는 코팅의 충분한 품질이 보장되는데, 그 이유는 충분한 비율의 입자들이 충돌시 층 형성에 필요한 에너지를 갖기 때문이다.
바람직하게는 입자 혼합물이 사용될 수 있는데, 상기 입자들의 질량은 크기가 5 내지 150 ㎛, 바람직하게는 10 내지 75 ㎛ 그리고 특히 바람직하게는 15 내지 50 ㎛인 입자가 적어도 80 %를 차지한다.
본 발명에 따른 냉가스 분무기 및 본 발명에 따른 방법에 의해서는, 더 거친 입자(15 ㎛ 이하)의 충격 온도가 뜨거운 공정 가스 흐름 내에 있는 입자들의 효율적인 예비 가열에 의해서 확연하게 상승될 수 있다. 노즐의 가스 분사가 팽창하는 경우에는 상기와 같은 더 거친 입자들이 신속하게 온도를 상실하지 않으며, 질적으로 우수하고 정확하게 기술된 입자 분말의 사용은 더 거친 분획(-38+11 ㎛; -45+15 ㎛; -75+25 ㎛; -105+45 ㎛)에서도 더욱 아무런 문제가 없고, 비용적으로도 더 경제적이다. 분무시의 관리 및 이송도 지금까지 통용되던 -22 ㎛ 및 -25+5 ㎛의 분말 분획에서보다 훨씬 더 간단하다.
본 발명에 따른 고압 가스 가열 장치의 한 바람직한 실시예는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명된다.
도 1은 본 발명에 따른 냉가스 분무기의 한 실시예의 개략적인 종단면도고,
도 2는 본 발명에 따른 냉가스 분무기의 추가의 한 실시예의 개략적인 종단면도며,
도 3은 본 발명에 따른 냉가스 분무기의 추가의 한 실시예의 개략적인 종단면도다.
도 1은 본 발명에 따른 냉가스 분무기의 한 바람직한 실시예를 개략적인 종단면도로 보여주고 있다. 압력 용기(1)는 자신의 내측에 절연부(2)를 갖는다. 압 력 용기(1)의 내부에는 본 경우에 다수의 전기 가열 와이어로 이루어진 필라멘트 가열기의 형태로 된 발열체(3)가 배치되어 있다. 가열 가스는 가스 공급 라인(4)을 통해 압력 용기(1)에 공급된다. 본 실시예에서 압력 용기(1)는 회전 대칭의 몸체다. 가스 배출구(5)는 가열된 또는 계속 가열될 가스를 혼합 챔버(6) 내부로 안내하며, 상기 혼합 챔버에는 라발 노즐(8)의 수렴 섹션(7)이 연결된다. 라발 노즐(8)은 또한 노즐 목(9) 및 분기 섹션(10)으로 이루어진다. 입자 튜브(11)는 혼합 챔버(3)에 입자를 공급할 수 있다. 이때 입자 튜브(11)의 입구에는 자체적으로 형성되는 가스 흐름이 제공된다.
가스는 화살표로 도시된 바와 같이 압력 용기(1) 및 상기 압력 용기와 선형으로 정렬된 혼합 챔버(6) 및 라발 노즐(9)을 관류하며, 이 경우 가스는 발열체(3)의 횡단면에 걸쳐서 균일하게 분포된다. 내부에 설치된 절연부(2)에 의해서는 단지 적은 양의 열 에너지만이 압력 용기(1) 및 혼합 챔버(6)의 벽에 도달하게 된다. 압력 용기(1) 및 혼합 챔버(6)가 주변으로 동시에 열을 방출하기 때문에, 압력 용기(1) 및 혼합 챔버(6)에서는 가열된 가스가 갖는 것보다 훨씬 더 낮은 온도가 설정된다. 그렇기 때문에 압력 용기(1) 및 혼합 챔버(6)는 상대적으로 벽이 얇고 가볍게 구성될 수 있다. 혼합 챔버(3) 내에서는 분무될 입자가 입자 튜브(11)를 통해 상기 가열된 가스에 혼합된다. 이와 같은 과정은 운반 가스 흐름에 의해서 입자들이 입자 튜브를 통해 이송됨으로써 이루어진다. 입자 주입부와 라발 노즐(9)의 횡단면이 가장 좁은 부분, 즉 노즐 목(10) 사이의 구간에서 입자들이 가열되며, 이 경우에는 노즐 목 내에 있는 입자들의 80 중량-% 이상이 상기 장소에서 절대 온 도로 측정된 가스 분사의 0.7배 온도에 도달하게 된다. 상기 구간은 본 실시예에서 사용된 입자 및 가스에 따라 40 내지 400 mm, 바람직하게는 100 내지 250 mm의 길이를 갖는다. 이전의 입자 주입은 더 큰 입자 및 더 높은 가스 온도의 사용과 함께 코팅의 품질 및 효율에 매우 강한 영향을 미친다. 그로 인해 입자들의 충격 온도가 매우 확연하게 상승하게 된다.
라발 노즐(4)의 분기 섹션(11) 내에서는 팽창하는 가스가 음속 위의 속도로 가속된다. 입자들은 상기 초음 유동 내에서 심하게 가속되어 200 내지 1500 m/s의 속도에 도달하게 된다. 이 경우 상기 분기 노즐 섹션(11)의 연장은 본 발명에 따라 가능한 가스의 온도- 및 압력 상승과 함께 매우 강한 영향을 미친다. 길게 늘어진 분기 노즐 섹션(11)의 효과적인 이용은 가스의 높은 엔탈피를 요구한다. 이 경우 상기 분기 노즐 섹션(11)의 선호되는 길이는 100 mm 이상, 바람직하게는 100 내지 300 mm, 특히 바람직하게는 150 내지 250 mm다.
가열 카트리지의 횡단면이 노즐 목(9) 내에서의 유동 횡단면의 면적의 1,500배보다 크지 않고, 바람직하게는 1,000배보다 크지 않음으로써, 발열체의 균일한 관류가 보장된다. 이와 같은 냉가스 분무기는 콤팩트한 구성 방식 그리고 높은 출력 밀도를 특징으로 한다. 길이 대 직경의 비율은 3 내지 6이다. 냉가스 분무기의 출력 밀도, 즉 전체 질량에 대한 가열 능력의 몫은 1 내지 8 kW/kg이고, 우수하게 실현될 범위는 2 내지 4 kW/kg이다. 이때 사용된 발열체(3)는 10 내지 40 MW/m3의 파워 용적을 갖는다. 그럼으로써 가스 공급 라인에서의 가스 온도는 400 ℃ 내 지 700 ℃까지 허용될 수 있다. 이와 같은 온도는 고정된 제 2 예열 장치에 의해서 달성될 수 있으며, 상기 예열 장치는 튜브를 통해 냉가스 분무기에 연결되어 있다. 이때 금속 고온 가스 튜브가 사용되면, 700 ℃가 가능하다.
도 2는 본 발명에 따른 냉가스 분무기의 추가의 한 실시예를 개략적인 종단면도로 보여주고 있다. 동일 부품에는 동일한 도면 부호가 제공되었다. 압력 용기(1) 및 혼합 챔버(6)는 자신의 내측에 절연부(2)를 갖는다. 압력 용기(1)의 내부에는 발열체(3)가 배치되어 있다. 혼합 챔버(6)에는 라발 노즐(8)의 수렴 섹션(12)이 연결되고, 상기 라발 노즐은 또한 노즐 목(9) 및 분기 섹션(10)을 포함한다. 입자 튜브(11)는 혼합 챔버(3)에 입자를 공급할 수 있다. 수렴 섹션(12)도 마찬가지로 절연부(13)를 갖는다.
그럼으로써, 노즐의 열 부하 그리고 열적 손실이 피해진다.
도 3은 본 발명에 따른 냉가스 분무기의 제 3 실시예를 개략적인 종단면도로 보여주고 있다. 동일 부품에는 재차 동일한 도면 부호가 제공되었다. 압력 용기(1)는 자신의 내측에 절연부(2)를 갖고, 상기 압력 용기 내부에 발열체(13)가 배치되어 있다. 혼합 챔버(14)는 동시에 라발 노즐(8)의 수렴 섹션(15)이 되고, 상기 라발 노즐은 또한 노즐 목(9) 및 분기 섹션(10)을 포함한다. 입자 튜브(11)는 혼합 챔버(3) 내부에 입자를 공급할 수 있다. 수렴 섹션(15) 또는 혼합 챔버(15)도 마찬가지로 절연부(16)를 구비하고, 50 내지 250 mm의 길이를 갖는다. 이로써 냉가스 분무기의 더욱 단순한 구조가 나타나게 된다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1: 압력 용기 2: 절연부
3: 발열체 4: 가스 공급 라인
5: 가스 배출구 6: 혼합 챔버
7: 수렴 섹션 8: 라발 노즐
9: 노즐 목 10: 분기 섹션
11: 입자 튜브 12: 수렴 섹션
13: 절연부 14: 혼합 챔버
15: 수렴 섹션 16: 절연부

Claims (22)

  1. 냉가스 분무기로서,
    - 가스가 관류하는 압력 용기(1) 및 상기 압력 용기(1) 내에 배치된 발열체(3)를 포함하는 고압 가스 가열기를 구비하며,
    - 입자 공급 장치(11)에 의해 입자가 가스에 공급될 수 있는 혼합 챔버(6, 14)를 구비하고,
    - 수렴 섹션(7, 12, 15), 노즐 목(9) 및 분기 섹션(10)으로 이루어진 라발 노즐(8)을 구비하며,
    - 상기 고압 가스 가열기, 혼합 챔버(6, 14) 및 라발 노즐(9)은 가스의 유동 방향으로 연속으로 배치되어 있고,
    - 상기 고압 가스 가열기 및/또는 혼합 챔버(6, 14)는 가스와의 접촉면에서 적어도 부분적으로 내부가 절연된,
    냉가스 분무기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 고압 가스 가열기의 압력 용기 및/또는 혼합 챔버(6, 14)는 고체 또는 유연한 세라믹 절연 재료로 이루어진 절연부로 피복된 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무기.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 고압 가스 가열기의 압력 용기 및/또는 혼합 챔버는 가스를 포함하는 내부 코팅과 외부 코팅 사이에 존재하는 가스 간극에 의해서 절연되는 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무기.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고압 가스 가열기, 혼합 챔버(6, 14) 및 라발 노즐(8)은 상호 선형으로 그리고 동심으로 정렬된 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무기.
  5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    고압 가스 가열기와 혼합 챔버 사이의 가스 유동 방향은 60°까지의 각만큼 상호 벗어나는 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무기.
  6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합 챔버(14)는 동시에 라발 노즐(8)의 수렴 섹션인 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    라발 노즐의 수렴 섹션(15)은 50 내지 250 mm의 길이를 갖고, 원뿔 모양의 또는 오목한 또는 볼록한 내부 윤곽을 갖는 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 수렴 노즐 섹션(12, 15)은 내부로부터 절연되어 있거나 또는 전체적으로 절연 재료, 특히 세라믹으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무기.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 용기 및/또는 혼합 챔버 및/또는 수렴 섹션 및/또는 분기 섹션은 전체적으로 또는 부분적으로 티타늄 또는 알루미늄 그리고 그들의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무기.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    혼합 챔버(6, 12, 15) 내에 있는 입자 공급 장치(11)와 노즐 목(9) 사이의 거리는 40 내지 400 mm, 바람직하게는 100 내지 250 mm인 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무기.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    혼합 챔버 및/또는 수렴 섹션의 유동 횡단면은 노즐 목 횡단면의 5배 내지 50배, 바람직하게는 8배 내지 30배, 특히 바람직하게는 10배 내지 25배로 입자 공급 장치로부터 노즐 목까지 이르는 거리의 적어도 70 %에 달하는 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무기.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    노즐 목은 2 내지 4 mm의 직경을 갖고, 분기 섹션은 노즐 목의 30 내지 90배의 직경에 해당하는 길이를 갖는 동시에, 상기 분기 섹션의 단부에서 횡단면의 면적 대 노즐 목 횡단면의 면적 비율은 3 내지 15고, 내부 윤곽은 원뿔 모양이거나, 또는 볼록하거나 오목한 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무기.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 입자 공급 장치는 임의의 각도에서 측방으로 공급되는 파이프(11) 또는 고압 가스 가열기의 단부에 있거나 혼합 챔버 내에 있는 하나 또는 다수의 보어로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무기.
  14. 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
    노즐 목 내에서의 유동 횡단면과 관련된 발열체(3)의 가열 능력은 1.5 내지 7.5 kW/mm2, 바람직하게는 2 내지 4 kW/mm2인 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무기.
  15. 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 발열체(3)의 파워 용적은 10 내지 40 MW/m3, 바람직하게는 20 내지 30 MW/m3에 달하는 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무기.
  16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 냉가스 분무기를 구비한 냉가스 분무 장치에 있어서,
    가스는 특히 테플론으로 이루어진, 제 2 가스 가열기에 연결된 플라스틱 튜브를 통해 230 ℃까지 예열된 상태로 분무기에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무 장치.
  17. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 냉가스 분무기를 구비한 냉가스 분무 장치에 있어서,
    가스는 제 2 가스 가열기에 연결된 고온 가스 금속 튜브를 통해 700 ℃까지 예열된 상태로 분무기에 공급될 수 있는 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무 장치.
  18. 제 16 항 또는 제 17 항에 있어서,
    노즐 목 내에서의 유동 횡단면과 관련된 고압 가스 가열기 및 제 2 가스 가열기의 가열 능력은 4 내지 16 kW/mm2, 바람직하게는 5 내지 9 kW/mm2인 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무 장치.
  19. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 따른 냉가스 분무기 또는 제 16 항 내지 제 18 항 중 어느 한 항에 따른 장치를 사용하여 냉가스를 분무하기 위한 방법에 있어서,
    가스를 15 내지 100 bar, 바람직하게는 20 내지 60 bar, 특히 바람직하게는 25 내지 45 bar의 압력하에서 그리고 30 내지 600 m3/h의 유동율 용적으로 공급하는 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    가스를 고압 가스 가열기 뒤에서 600 ℃ 이상, 바람직하게는 800 ℃ 이상, 특히 바람직하게는 1000 ℃의 온도를 갖는 혼합 챔버(6, 14) 내부에 공급하는 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무 방법.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    노즐 목(9) 내에서 혼합 챔버(6, 14) 내부에 공급된 입자들의 80 중량-% 이상이 절대 온도(켈빈)로 측정된 노즐 목 내부의 가스 온도의 70%에 도달하는 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무 방법.
  22. 제 19 항 내지 제 21 항 중 어느 한 항에 있어서,
    입자 혼합물을 사용하며, 상기 입자들의 질량은 크기가 5 내지 150 ㎛, 바람직하게는 10 내지 75 ㎛ 그리고 특히 바람직하게는 15 내지 50 ㎛인 입자가 적어도 80 %를 차지하는 것을 특징으로 하는,
    냉가스 분무 방법.
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