KR20130055985A - 냉각분사용 노즐 - Google Patents

Abstract

1000℃ 이상의 고온가스와 접촉하는 철판을 냉각시키기 위해 설치되며, 냉각수가 공급되는 파이프에 탈착 가능한 노즐본체;와 노즐본체의 일측에 관통되지 않는 원통형 홈;과 원통형 홈에 직각으로 관통되며 냉각수 배관과 결합되는 냉각수유입구;와 노즐본체와 조립하기 위해 나사산을 가지며 중앙에 분사홀, 외면에는 육각면 구조를 갖는 냉각수분사캡;과 노즐본체의 원통형 홈에 헐겁게 삽입되며 이탈방지를 위해 냉각수 분사캡에 의해 구속되는 회전날개;를 가지는 냉각분사용 노즐이 개시된다.

Description

냉각분사용 노즐{Nozzle for spray cooling}

본 발명은 제철소에서 1000℃ 이상의 고온에 노출된 제철설비의 철판을 보호하기 위한 분사냉각방식에 관한 것으로서, 자세하게는 고온가스에 노출된 철판 반대면에 냉각수를 분사하기 위한 노즐에 관한 것이다.

주로 제철설비에서 1000℃ 이상의 고온 가스에 노출되거나, 고온가스를 이송하기 위한 통로를 제공하기 위한 철구조물을 보호하기 위한 방법으로 종례에는 고온가스에 노출되는 면의 구조를 밀폐된 미로 형태의 수로나 하나의 통로를 가지는 연속된 파이프의 집합면을 만들어 고압으로 액체를 통과하게 하는 구조를 채택해 왔다.

그러나 냉각수의 고압 흐름으로 인해 고온가스에 의해 일부 냉각면이 파손되어 구멍이 날 경우 냉각수가 다량 분출되어 폭발사고가 발생하는 문제점 뿐만 아니라 다량의 냉각수공급이 필요하고, 수로의 일부분에 찌꺼기 등이 쌓여서 수로가 막힐 경우 냉각수 공급이 안 되어 냉각설비가 파손되는 등 문제점이 발생하였다. 이런 문제점을 해결하기 위해 고온가스에 노출된 철판의 바깥면에 일정한 간격을 띄워 다수의 노즐을 배치하여 해당 철판 전체면에 빈틈없이 냉각수를 분사하고 흘러내린 냉각수를 모아 배출하는 방법을 사용함으로써 냉각면에 구멍이 생길 경우에도 소량의 냉각수가 고온가스에 노출됨으로써 폭발의 위험이 적어지고, 공급물량도 줄이는 등 문제점을 극복해 왔다.

기존의 분사냉각방식에서 사용하던 노즐은 분사구멍이 협소하여 작은 입자크기의 이물질에도 막힘 현상이 빈번히 발생하였으며, 분사유량 분포가 한쪽에 국부적으로 집중되어 냉각대상 철판면을 균일하게 냉각하기 어려운 문제점이 있었다. 결국 이런 문제점들은 고온가스로부터 냉각에 취약한 부분을 형성하게 되고 최종적으로 열에 의한 크랙이나 구멍 발생으로 이어져 설비의 수리나 교체로 이어지게 되는 한계를 지니고 있었다.

따라서, 본 발명의 주 목적은 분사냉각방식에 사용되는 노즐이 균일한 냉각수 분사유량 분포를 가지며, 충분한 열전달이 가능한 분사유량을 달성할 수 있는 냉각수 입자크기가 형성되도록 하고, 이물질에 의한 노즐 막힘 현상을 최소화 할수 있도록 하는데 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 냉각분사용 노즐은, 1000℃ 이상

의 고온가스와 접촉하는 철판을 냉각시키기 위해 설치되며, 냉각수가 공급되는 파이프에 탈착 가능한 노즐 본체;와 상기 노즐본체의 일측에 관통되지 않는 원통형 홈;과 상기 원통형 홈에 직각으로 관통되며 냉각수 배관과 결합되는 냉각수유입구;와 상기 노즐 본체와 조립하기 위해 나사산을 가지며 중앙에 분사홀, 외면에는 육각면 구조를 갖는 냉각수분사캡;과 상기 노즐본체의 원통형 홈에 헐겁게 삽입되어 이탈방지를 위해 냉각수 분사캡에 의해 구속되는 회전날개;를 가지는 것을 특징으로 한다. 여기서, 상기 회전날개는 중앙에는 직선으로 관통된 홀이 있고 바깥면에는 일정각도를 이루며 나선방향으로 관통된 다수의 홈을 구비하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 냉각수분사캡은,중앙의 분사홀과 분사면이 곡면을 이루며

곡면이 끝나는 원주에 직각삼각형 단면의 분사홈을 갖는 것이 좋다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 냉각분사용 노즐은 1000℃ 이상의 고온에 노출된 철판을 보호할 목적으로 일정 간격으로 빈틈없이 설치되며 고온의 반대쪽에서 철판을 향해 물방울 입자의 형태로 냉각수를 100°도 이상의 분사각도로 분사하여 냉각대상 철판에 부딧쳐 신속하게 흐르게 함으로써 냉각효과를 촉진하고, 분사면을 세척, 스케일 층 생성 억제의 효과를 거둘 수 있다.

아울러 노즐에서 분사되는 냉각수의 유량분포를 균일하게 하여 냉각분사 취약지점을 배제시킴으로써 국부적 열응력 집중으로 인한 분사냉각면의 파손을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 냉각분사용 노즐을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 냉각분사용 노즐을 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 냉각분사용 노즐을 나타낸 사시 단면 및 분해도.
도 4는 본 발명의 냉각분사용 노즐의 부품인 냉각수 분사캡과 냉각수 회전
날개를 나타낸 단면 및 사시도.
도 5는 본 발명의 냉각분사용 노즐이 설치된 예를 나타낸 사시도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 냉각분사용 노즐을 자세히 설명하기로 한다.

도 1, 도2, 도3, 도4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 냉각분사용 노즐(100)은 나사선이 형성된 냉각수 유입구(111)와, 원통형 홈(112), 냉각수유입구(111)와 원통형 홈(112)을 연결하는 통로인 냉각수 유도구멍(113)으로 내부가 이루어진 노즐본체(110)와 외면이 육각으로 되어 있으며 노즐본체(110)와 결합하기 위해 나사산 구조를 취하고 있는 냉각수분사캡(120)과 노즐본체(110) 내부의 원통형 홈에 삽입되어 냉각수분사캡(120)에 의해 구속되며 냉각수에 의해 회전 가능하도록 다수의 나선형 구멍이 뚫린 냉각수 회전날개(130)을 구비한다.

상기 냉각 분사용 노즐(100)은 1000℃ 이상의 고온가스와 접하는 제철설비의 철판(150)을 냉각하기 위해 복수로 이루어진 냉각수 공급 배관의 가지 말단(141)에 설치되며, 철판(150)을 경계로 고온가스가 존재하는 공간의 반대쪽에서 냉각대상 철판면(151)을 향해 냉각수를 100°이상의 각도를 취하며 콘형태로 분사하게 된다. 냉각면 전체를 빈틈없이 냉각하기 위해서 노즐은 냉각면에 보통 250mm~300mm 정도 간격을 띄워 노즐간 일정한 간격을 유지하도록 설치 하여 콘형태의 노즐 분사 패턴이 서로 겹치도록 함으로써 일부 노즐이 이물질에 의해 막히더라도 노즐에서 분사되는 냉각수가 도달하지 않는 부분을 배제할 수 있다.

일정 압력으로 냉각분사용 노즐(100)에 도달한 냉각수는 냉각수 유입구(111)과 냉각수 유도구멍(113)을 지나 원통형홈(112)에 도달한다.

한편, 원통형홈(112)에는 냉각수 회전날개(130)가 냉각수 분사캡(120)에 의해 구속되면서 헐겁게 삽입된다. 냉각수 회전날개(130)는 가운데에 직선으로 관통하는 중심홀(131)과 바깥면에 일정각도로 다수의 나선형태의 나선홀(132)을 구비한다. 원통형홈(112)에 압력을 보유하며 도달한 냉각수는 냉각수 회전날개(130)의 직선홀(131)과 다수의 나선홀(132)을 통과하게 되는데 다수의 나선홀(132)은 냉각수 회전날개(130)를 회전시키면서 냉각수를 통과시키게 된다.

상기 회전날개(130)의 다수의 홀(131,132)은 이물질이 냉각수에 포함되어 원통형홈(112)에 들어오더라도 단지 한개의 홀을 막기 때문에 막힘 현상을 배제할 수 있다.

이렇게 회전날개(130)를 회전시키면서 통과한 냉각수는 냉각수 분사캡(12)을 지나 분사된다. 냉각수 분사캡(120)은 나사결합 구조로 노즐본체(110)와 결합되는 구조로 가운데에 분사홀(121)이 존재하는데 이 분사홀(121)은 분사면(123)과 곡면 구조를 갖게 하여 100°이상의 분사각도를 달성 할 수 있다. 그리고 냉각수 분사캡(120)의 분사면(123)에 단면이 직각삼각형인 분사홈(122)을 마련하여 냉각수가 냉각수분사캡(120)에서 이탈되는 경계지점을 마련하여 일정한 분사각도 형성 하도록 한다.

따라서, 노즐 내부에 냉각수 회전날개(130)의 회전분사로 인하여 냉각대상 철판면(151)에 균일한 유량으로 분사 할 수 있고, 냉각수 회전날개(130)의 다수의 홀에 의한 노즐 막힘현상을 최소화하여 냉각대상 철판(150) 전체 면을 고르게 냉각함으로써 열응력 집중부 발생에 의한 파손을 줄일 수 있고, 이에 따른 유지보수 비용 및 시간을 절약하고 설비의 수명도 증가시키는 이점이 있다.

이상에서는 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시 예에 한정되지 아니하고, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자라면 누구든지 다양한 변형 실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.

100 : 냉각 분사용 노즐 110 : 노즐본체
120 : 냉각수 분사캡 130 : 냉각수 회전 날개
111 : 냉각수 유입구 112 : 원통형 홈
113 : 냉각수 유도 구멍 121 : 분사 홀
122 : 분사홈 131 : 중심홀
132 : 나선홀 122 : 분사홈

Claims (3)

1000℃ 이상의 고온가스와 접촉하는 철판을 냉각시키기 위해 설치되며, 냉각수가 공급되는 파이프에 탈착 가능한 노즐본체;와
상기 노즐본체의 일측에 관통되지 않는 원통형 홈;과
상기 원통형 홈에 직각으로 관통되며 냉각수 배관과 결합되는 냉각수유입구;와
상기 노즐본체와 조립하기 위해 나사산을 가지며 중앙에 분사홀, 외면에는 육각면 구조를 갖는 냉각수분사캡;과
상기 노즐본체의 원통형 홈에 헐겁게 삽입되며 이탈방지를 위해 냉각수 분사캡에 의해 구속되는 회전날개;를 가지는 냉각분사용 노즐.

제 1항에 있어서, 상기 회전날개는 중앙에는 직선으로 관통된 직선홀이 있고 바깥면에는 일정각도 간격으로 나선방향으로 관통된 다수의 나선홈을 구비하는 것을 특징으로 하는 냉각분사용 노즐.

제 1항에 있어서, 상기 냉각수분사캡은,중앙의 분사홀과 분사면이 곡면을 이루며 곡면이 끝나는 원주에 직각삼각형 단면의 분사홈을 갖는 것을 특징으로 하는 냉각분사용 노즐.

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