KR20110063882A - 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐 - Google Patents

고온가스 열교환용 연무냉각 노즐 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐에 관한 것이다.
이를 위하여, 본 발명은 압축된 물과 공기가 공급되어지는 이중파이프 끝에 결합된 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐에 있어서, 상기 연무냉각 노즐은 노즐몸체의 중앙으로 형성된 제1암나사에 제1관통홀이 형성된 물분사구의 일측 외주연부에 형성된 제1숫나사가 결합되어지고, 상기 물분사구의 타측에 제1관통홀이 연장되게 형성된 연장부가 에어확산구를 관통하여 노출되게 결합되어지고, 상기 연장부가 노출된 에어확산구에 에어분사구의 테이퍼홀 내주연부가 상기 연장부의 외주연부에서 이격되게 결합되어지고, 상기 에어확산구에 분사홀이 형성된 노즐캡이 맞대어지게 끼워져 캡너트로 긴밀하게 결합되어 물이 분사되어지고, 상기 노즐몸체는 제1암나사와 외주연부 사이에 제1에어홀이 형성되어지고, 상기 에어확산구는 상기 제1에어홀에 대응되어지게 제2에어홀이 형성되어 분사되어지는 물에 에어가 혼합되게 분사됨을 특징으로 한다.
노즐몸체, 물분사구, 에어확산구, 에어분사구, 노즐캡, 캡너트

Description

고온가스 열교환용 연무냉각 노즐{Smoke and fog cooling nozzle for high temperature gas heat exchange}
본 발명은 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐에 관한 것으로서, 특히 노즐몸체의 중앙을 통해 공급된 고압의 물이 노즐캡의 분사홀을 통해 분사되어지는 가운데 노즐몸체의 가장자리를 통해 공급된 고압의 에어가 와류로 변환되어진 상태에서 노즐캡의 내부에서 물과 혼합되어 고온가스 중으로 비산되면서 무화되어질 수 있도록 한 것이다.
일반적으로 전기로는 고압 고전류의 전기 아크를 이용하여 금속을 용융시켜요구하는 성분을 갖도록 제련하는 것으로 전기로는 그 내부의 온도가 고온으로 유지되도록 하여 내부의 재료가 완전히 용융되어 제련이 가능하게 된다.
이를 위해 전기로 내부의 온도는 통상 1000℃ 이상의 고온으로 별도의 온도제어방법에 의하여 자동으로 온도가 제어되어지게 된다.
이러한 전기로의 제련공정을 통해 얻어진 철을 이용하는 가운데 철의 용융과 정에서 발생된 부산물인 찌꺼기 및 분진은 이를 별도로 선별처리하여 다양한 산업분야에 이용되어지고 있다.
이와 같이 전기로에서 발생된 부산물을 효과적으로 이용하기 위한 방안으로는 전기로에서 발생되어 배출되는 연소가스중에 포함된 공기와 분진이 필터링공정을 통해 필터링되어져야 되고, 이 필터링공정에서 연소가스가 대기중으로 그대로 배출되면 다량의 유해물질이 배출되기 때문에 별도의 집진기를 설치하여 정화된 공기만 배출되어야 한다.
그러나 집진기의 필터는 대부분 섬유질로 이루어져 있음으로써, 전기로의 온도가 1000℃ 이상의 고온인 점을 감안 하여 고온의 연소가스가 직접 집진기로 유입되면 집진기의 필터가 손상되는 문제점이 있었다.
또한 전기로의 내부에서 발생되는 고온의 연소가스를 흡입하여 배출하는 블로워의 부재들은 특히 고온에 견디도록 하였으나, 장기간 사용하는 과정에서 고온의 연소가스와의 직접적인 접촉으로 인하여 변형되어지게 됨에 따라 연소가스를 제대로 흡입하여 배출시키지 못하는 문제점이 있었다.
한편, 이러한 전기로 이외에 소각장, 발전시설, 중앙난방시설 등 대단위 연소시설에서 발생되는 고온의 연소가스를 처리하는 과정에서 역시 동일한 원인과 문제점이 있었다.
본 발명은 노즐몸체를 통해 공급된 물과 에어가 노즐캡의 내부에서 혼합되어 고온가스 중으로 분사됨과 동시에 무화되어 기화되어지도록 함으로써, 고온가스와 직접 접촉으로 인한 열교환을 통해 고온가스의 온도를 급속히 낮출 수 있도록 한 것이다.
본 발명은 압축된 물과 공기가 공급되어지는 이중파이프 끝에 결합된 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐(A)에 있어서, 상기 연무냉각 노즐(A)은 노즐몸체(10)의 중앙으로 형성된 제1암나사(101)에 제1관통홀(201)이 형성된 물분사구(20)의 일측 외주연부에 형성된 제1숫나사(202)가 결합되어지고, 상기 물분사구(20)의 타측에 제1관통홀(201)이 연장되게 형성된 연장부(203)가 에어확산구(30)를 관통하여 노출되게 결합되어지고, 상기 연장부(203)가 노출된 에어확산구(30)에 에어분사구(40)의 테이퍼홀(401) 내주연부가 상기 연장부(203)의 외주연부에서 이격되게 결합되어지고, 상기 에어확산구(30)에 분사홀(501)이 형성된 노즐캡(50)이 맞대어지게 끼워져 캡너트(60)로 긴밀하게 결합되어 물이 분사되어지고, 상기 노즐몸체(10)는 제1암나사(101)와 외주연부 사이에 제1에어홀(102)이 형성되어지고, 상기 에어확산구(30)는 상기 제1에어홀(102)에 대응되어지게 제2에어홀(301)이 형성되어 분사되어지는 물에 에어가 혼합되게 분사됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1에어홀(102)과 제2에어홀(301)은 각각 관통된 원통형태로 일정간격이격된 원형태로 배열되어지되, 상기 원형태로 배열되어진 제1에어홀(102)의 끝에 링형태의 와류공간부(103)가 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 에어확산구(30)는 일측에 제1단턱홈(302)이 형성된 제2관통홀(303)을 형성하여 상기 물분사구(20)의 제1숫나사(202)와 연장부(203) 사이에 형성된 제1걸림턱(204)이 상기 제1단턱홈(302)에 맞대어지게 결합되어지며, 타측에 제2단턱홈(304)과 제3단턱홈(305)이 계단형태로 형성되어 상기 에어분사구(40)의 제2걸림턱(402)이 상기 제2단턱홈(304)에 맞대어지고, 상기 노즐캡(50)의 가압턱(502)이 상기 제3단턱홈(503)에 맞대어지되, 상기 제2단턱홈(304)이 제2에어홀(301)이 끝나는 부분으로부터 이격되어 에어가 통과됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 노즐캡(50)은 일측만이 개방된 원통형태로 형성되어지되, 패쇄된 내부의 중앙에 개방된 부분을 향하여 좁아지는 형태의 테이퍼를 갖는 확산부(503)가 일체로 형성됨을 특징으로 한다.
또한, 상기 캡너트(60)는 내주연부의 일측에서 타측으로 향하는 제2암나사(601)가 형성되어지되, 상기 제2암나사(601)의 끝에 내측으로 경사진 가압부(602)가 형성되어지며, 상기 가압부(602)의 중앙에 관통홀(603)이 형성되어 상기 노즐캡(50)이 관통홀(603)에 관통되어지며, 상기 제2암나사(601)가 에어확산구(30)의 외주연부에 형성된 제2숫나사(306)에 결합됨을 특징으로 한다.
본 발명은 노즐몸체의 중앙을 통해 공급된 고압의 물과 노즐몸체의 가장자리를 통해 공급된 고압의 에어가 노즐캡의 내부에서 혼합되어 고온가스 중으로 비산 되게 분사되어지도록 함으로써, 비산된 물방울이 무화 및 기화되어짐과 동시에 주변의 고온가스와 직접 접촉으로 인한 열교환을 통해 고온가스의 온도를 급속히 낮출 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한, 이를 통해 집진기의 필터가 손상되는 것을 방지하여 필터를 장시간 사용할 수 있는 효과와 아울러 필터의 점검 및 교체로 인한 작업시간이 지연되는 것을 방지하여 효율을 더 높일 수 있는 효과를 더 얻을 수 있다.
그리고 고온의 연소가스를 흡입하여 배출시키는 기능을 갖는 블로워를 구성하는 여러가기 부재가 변형되는 것을 막을 수 있는 효과를 더 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하면 다음과 같다.
도1은 본 발명에 따른 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐의 사시도이고, 도2는 본 발명에 따른 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐의 분해 사시도이고, 도3은 본 발명에 따른 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐을 분리하여 도시한 종단면도이고, 도4는 본 발명에 따른 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐의 종단면도이다.
본 발명에 따른 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐(A)은 도1 내지 도4에 도시된 바와 같이, 압축된 물과 공기가 공급되어지는 이중파이프(90) 끝에 결합된 결합되어 물과 공기가 혼합된 상태에서 고온의 연소가스가 있는 공간으로 분사되어 비산되어짐과 동시에 무화되어지고, 무화된 물방울(냉각수)의 기화를 통해 열교환(냉각)이 이루어지도록 하여 연소가스의 온도를 낮출 수 있는 기능이 제공되어질 수 있게 구성되어 있다.
이러한 기능을 갖는 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐(A)은 노즐몸체(10), 물분사구(20), 에어확산구(30), 에어분사구(40), 노즐캡(50) 및 캡너트(60)로 구성되어 있다.
여기에서, 상기 노즐몸체(10)는 압축된 물과 공기가 공급되어지는 이중파이프(90) 끝에 일측이 결합되어 물은 중앙의 일측을 통해 타측으로 배출되어짐과 동시에 에어는 가장자리 일측을 통해 타측으로 물과 분리되어진 상태로 배출되어지게 구성되어 있다.
이를 위해, 상기 노즐몸체(10)는 소정 두께를 갖는 원통형태로 중앙에는 제1암나사(101)가 관통되게 형성되어 상기 제1암나사(101)의 일측은 이중파이프(90)의 내부에 구비된 물공급파이프(91)가 나사결합되어지며, 상기 제1암나사(101)의 타측은 후술하는 물분사구(20)에 형성된 제1숫나사(202)가 나사결합되어 제1관통홀(201)을 통해 물이 연장부(203)를 경유하여 노즐캡(50)의 내부로 이송 또는 배출되어질 수 있게 구성되어 있다.
상기 노즐몸체(10)는 제1암나사(101)와 외주연부 사이에 제1에어홀(102)이 형성되어지고, 상기 제1에어홀(102)이 형성된 노즐몸체(10)의 일측에 별도의 암나사산 등을 형성하여 이중파이프(90)의 외부에 구비된 에어공급파이프(92)가 나사결합되어 고압의 에어가 제1에어홀(102)을 통해 일측에서 타측으로 이송되어지게 구성되어 있다.
상기 제1에어홀(102)은 각각 관통된 원통형태로 일정간격으로 이격된 원형태 로 배열되어지고, 상기 원형태로 배열되어진 제1에어홀(102)의 끝인 타측에 링형태의 와류공간부(103)가 형성되어 노즐몸체(10)를 경유하는 과정에서 고압의 에어가 와류로 변환 또는 전환되어질 수 있게 구성되어 있다.
상기 물분사구(20)는 중앙에 제1관통홀(201)이 형성되어진 일측의 외주연부에 제1숫나사(202)가 형성되어 상기 노즐몸체(10)에 형성된 제1암나사(101)에 상기 제1숫나사(202)가 나사결합되어지고, 타측으로 연장된 연장부(203)까지 상기 제1관통홀(201)이 연장되게 형성되어 있다.
상기 연장부(203)의 타측 끝인 외주연부는 테이퍼지도록 형성되어 후술하는 에어분사구(40)에 형성된 테이퍼홀(401)의 내주연부와 일정한 간격이 유지되어지도록 하여 고압의 에어가 이송되어지는 가운데 가속되어질 수 있게 구성되어 있다.
상기 물분사구(20)의 연장부(203)는 에어확산구(30)를 관통하여 소정 길이로 노출되어지게 결합되어 있다.
상기 에어확산구(40)는 노즐몸체(10)의 와류공간부(103)에서 와류로 변환된 에어가 확산되어지도록 한 상태에서 에어분사구(40)로 공급되어지도록 하는 기능을 갖는 것으로 소정 두께를 갖는 원통형태로 가장자리측에는 상기 제1에어홀(102)에 대응되어지게 제2에어홀(301)이 형성되어 물분사구(20)를 통해 노즐캡(50)의 내부로 분사되어지는 물에 에어가 혼합되어 분사되어지게 구성되어 있다.
상기 제2에어홀(301)은 각각 관통된 원통형태로 일정간격 이격된 원형태로 배열되어지는 것으로 제2에어홀(301)의 일측이 링형태의 와류공간부(103)에 연계되어지게 형성되고, 타측은 에어분사구(40)의 일측과 일정 간격이 유지되어질 수 있 게 형성되어 있다.
상기 에어확산구(30)는 일측에 제1단턱홈(302)이 형성된 제2관통홀(303)을 형성하여 상기 물분사구(20)의 제1숫나사(202)와 연장부(203) 사이에 형성된 제1걸림턱(204)이 상기 제1단턱홈(302)에 맞대어지게 결합되어지며, 타측에 제2단턱홈(304)과 제3단턱홈(305)이 계단형태로 형성되어 상기 에어분사구(40)의 제2걸림턱(402)이 상기 제2단턱홈(304)에 맞대어질 수 있게 구성되어 있다.
상기 노즐캡(50)의 가압턱(502)이 상기 제3단턱홈(503)에 맞대어지고, 상기 제2단턱홈(304)이 제2에어홀(301)이 끝나는 부분으로부터 이격되어 에어가 통과될 수 있게 구성되어 있다. 즉, 상기 연장부(203)가 노출된 에어확산구(30)에는 에어분사구(40)의 테이퍼홀(401) 내주연부가 상기 연장부(203)의 외주연부에서 이격되게 결합되어지고, 상기 에어확산구(30)에 분사홀(501)이 형성된 노즐캡(50)이 맞대어지게 끼워져 캡너트(60)로 긴밀하게 결합되어 물이 분사되어질 수 있게 구성되어 있다.
상기 노즐캡(50)은 일측만이 개방된 원통형태로 형성되어지며 패쇄된 내부의 중앙에 개방된 부분을 향하여 좁아지는 형태의 테이퍼를 갖는 확산부(503)가 일체로 형성되어 있다.
상기 캡너트(60)는 내주연부의 일측에서 타측으로 향하는 제2암나사(601)가 형성되어지고, 상기 제2암나사(601)의 끝에 내측으로 경사진 가압부(602)가 형성되어있다.
상기 가압부(602)의 중앙에 관통홀(603)이 형성되어 상기 노즐캡(50)이 관통 홀(603)에 관통되어지며, 상기 제2암나사(601)가 에어확산구(30)의 외주연부에 형성된 제2숫나사(306)에 나사 결합되어지게 구성되어 있다.
이와 같은 연무냉각 노즐을 이용하여 고온의 연소가스가 냉각되어지는 과정은 다음과 같다.
먼저, 이중파이프(90)를 구성하는 물공급파이프(91)를 통해 외부로부터 고압으로 압축된 물이 노즐몸체(10)로 공급되어짐과 동시에 노즐몸체(10)의 제1암나사(101)에 나사결합된 물분사구(20)의 제1관통홀(201)의 일측으로 유입된 물은 타측으로 형성된 연장부(203)의 내부를 지나 노즐캡(50)의 내부로 배출되어지게 된다.
다음, 노즐캡(50)으로 배출된 물은 확산부(503)의 선단에 충돌되어짐과 동시에 노즐캡(50)의 내부공간으로 확산되어지게 된다.
이와 같은 상태에서 이중파이프(90)를 구성하는 에어공급파이프(92)를 통해 외부로부터 고압으로 압축된 에어가 노즐몸체(10)로 공급되어짐과 동시에 노즐몸체(10)에 형성된 제1에어홀(102)의 일측에서 타측으로 이송되어지며, 제1에어홀(102)을 통과 직 후 확장된 공간인 와류공간부(103)에서 소용돌이치는 형태의 와류가 형성되어지게 된다.
다음, 와류공간부(103)에서 형성된 와류는 이어 에어확산구(30)의 제2에어홀(301)을 경유한 후 에어분사구(40)의 테이퍼홀(401)을 통해 물이 확산되어지고 있는 노즐캡(50)의 내부공간으로 배출 또는 분사되어지게 된다. 에어가 노즐캡(50)의 내부 공간을 배출되어지는 과정에서 테이퍼홀(401)에 의하여 에어가 가속되어짐 으로써 압력이 높아지게 된다.
다음, 노즐캡(50)의 내부에 물이 확산되어지고 있는 상태에서 고압의 에어가 분사되어지게 됨에 따라 그 압력에 의하여 물과 에어가 분사홀(501)을 통해 고온가스가 있는 외부로 분사되어 비산되어지게 된다.
다음, 노즐캡(50)의 분사홀(501)을 통해 분사되어 비산된 물방울(냉각수)이 무화 및 기화되어지는 과정에서 고온가스와의 접촉으로 인한 직접적인 접촉으로 열교환(냉각)이 이루어짐으로써, 고온가스의 온도가 급속하게 낮추어지게 된다.
도1은 본 발명에 따른 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐의 사시도.
도2는 본 발명에 따른 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐의 분해 사시도.
도3은 본 발명에 따른 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐을 분리하여 도시한 종단면도.
도4는 본 발명에 따른 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐의 종단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명>
10:노즐몸체 20:물분사구
30:에어확산구 40:에어분사구
50:노즐캡 60:캡너트
101:제1암나사 102:제1에어홀
201:제1관통홀 202:제1숫나사
203:연장부 301:제2에어홀
401:테이퍼홀 501:분사홀

Claims (5)

  1. 압축된 물과 공기가 공급되어지는 이중파이프 끝에 결합된 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐(A)에 있어서,
    상기 연무냉각 노즐(A)은 노즐몸체(10)의 중앙으로 형성된 제1암나사(101)에 제1관통홀(201)이 형성된 물분사구(20)의 일측 외주연부에 형성된 제1숫나사(202)가 결합되어지고, 상기 물분사구(20)의 타측에 제1관통홀(201)이 연장되게 형성된 연장부(203)가 에어확산구(30)를 관통하여 노출되게 결합되어지고, 상기 연장부(203)가 노출된 에어확산구(30)에 에어분사구(40)의 테이퍼홀(401) 내주연부가 상기 연장부(203)의 외주연부에서 이격되게 결합되어지고, 상기 에어확산구(30)에 분사홀(501)이 형성된 노즐캡(50)이 맞대어지게 끼워져 캡너트(60)로 긴밀하게 결합되어 물이 분사되어지고, 상기 노즐몸체(10)는 제1암나사(101)와 외주연부 사이에 제1에어홀(102)이 형성되어지고, 상기 에어확산구(30)는 상기 제1에어홀(102)에 대응되어지게 제2에어홀(301)이 형성되어 분사되어지는 물에 에어가 혼합되게 분사됨을 특징으로 하는 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1에어홀(102)과 제2에어홀(301)은 각각 관통된 원통형태로 일정간격이격된 원형태로 배열되어지되, 상기 원형태로 배열되어진 제1에어홀(102)의 끝에 링형태의 와류공간부(103)가 형성됨을 특징으로 하는 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 에어확산구(30)는 일측에 제1단턱홈(302)이 형성된 제2관통홀(303)을 형성하여 상기 물분사구(20)의 제1숫나사(202)와 연장부(203) 사이에 형성된 제1걸림턱(204)이 상기 제1단턱홈(302)에 맞대어지게 결합되어지며, 타측에 제2단턱홈(304)과 제3단턱홈(305)이 계단형태로 형성되어 상기 에어분사구(40)의 제2걸림턱(402)이 상기 제2단턱홈(304)에 맞대어지고, 상기 노즐캡(50)의 가압턱(502)이 상기 제3단턱홈(503)에 맞대어지되, 상기 제2단턱홈(304)이 제2에어홀(301)이 끝나는 부분으로부터 이격되어 에어가 통과됨을 특징으로 하는 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 노즐캡(50)은 일측만이 개방된 원통형태로 형성되어지되, 패쇄된 내부의 중앙에 개방된 부분을 향하여 좁아지는 형태의 테이퍼를 갖는 확산부(503)가 일체로 형성됨을 특징으로 하는 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 캡너트(60)는 내주연부의 일측에서 타측으로 향하는 제2암나사(601)가 형성되어지되, 상기 제2암나사(601)의 끝에 내측으로 경사진 가압부(602)가 형성되 어지며, 상기 가압부(602)의 중앙에 관통홀(603)이 형성되어 상기 노즐캡(50)이 관통홀(603)에 관통되어지며, 상기 제2암나사(601)가 에어확산구(30)의 외주연부에 형성된 제2숫나사(306)에 결합됨을 특징으로 하는 고온가스 열교환용 연무냉각 노즐.
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