KR20160111344A - 플랫 제트 노즐 및 플랫 제트 노즐의 이용 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 100　bar 초과의 압력 범위에서 고압 액체 제트에 의해 자재 또는 흙을 제거하기 위한 플랫 제트 노즐을 제공하는바, 상기 플랫 제트 노즐에 구비된 노즐 하우징은 배출 개구를 가진 유체 덕트를 형성하고, 상기 노즐 하우징 안에는 제트 통제부가 배치되며, 상기 유체 덕트는 상기 배출 개구까지 노즐 하우징의 중앙 종축과 동심(concentric)을 이루도록 구성되며, 상기 배출 개구는 상대적으로 긴 주축 및 상대적으로 짧은 보조축을 갖는 종장형 형상을 가지고, 상기 상대적으로 긴 주축이 놓여 있고 상기 상대적으로 짧은 보조축에 대해 직각을 이루도록 배치된 평면은, 상기 중앙 종축과 교차하고, 상기 중앙 종축에 대해 5° 내지 75°, 특히 10° 내지 45°사이의 각도를 형성한다.

Description

플랫 제트 노즐 및 플랫 제트 노즐의 이용{Flat jet nozzle, and use of a flat jet nozzle}
본 발명은 노즐 하우징을 구비한 플랫 제트 노즐에 관한 것으로서, 상기 플랫 제트 노즐은 100bar 초과의 압력 범위의 고압 액체 제트에 의하여 자재 또는 흙을 제거하기 위한 것이며, 상기 노즐 하우징은 배출 개구를 구비한 유체 덕트를 형성하고, 상기 배출 개구까지의 유체 덕트는 노즐 하우징의 중앙 종축과 동심(concentric)을 이루도록 구성되고, 상기 배출 개구는 상대적으로 긴 주축 및 상대적으로 짧은 보조축을 갖는 종장형 형상을 갖는다.
종래의 플랫 제트 노즐은 공간상 요구 및 적용 목적의 유연성 면에서 부족하다는 단점이 있었다.
본 발명은, 공간상 요구를 충족시키고 적용 목적이 보다 유연한 플랫 제트 노즐을 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 위하여 본 발명에 의해서, 청구항 제1항의 특징을 갖는 플랫 제트 노즐과 청구항 제6항의 특징을 갖는 플랫 제트 노즐의 이용이 제공된다.
본 발명에 따른 플랫 제트 노즐은 100　bar 초과의 압력 범위에서 고압 액체 제트(high-pressure liquid jet)에 의해 자재(material) 또는 흙을 제거하기 위한 플랫 제트 노즐로서, 상기 플랫 제트 노즐에 구비된 노즐 하우징(nozzle housing)은 배출 개구(exit opening)를 가진 유체 덕트(fluid duct)를 형성하고, 상기 유체 덕트는 상기 배출 개구까지 노즐 하우징의 중앙 종축과 동심(concentric)을 이루도록 구성되며, 상기 배출 개구는 상대적으로 긴 주축(main axis) 및 상대적으로 짧은 보조축(subsidiary axis)을 갖는 종장형 형상(elongate shape)을 가지고, 상기 상대적으로 긴 주축이 놓여 있고 상기 상대적으로 짧은 보조축에 대해 직각을 이루도록 배치된 평면은, 상기 중앙 종축과 교차하고, 상기 중앙 종축에 대해 5° 내지 175° 사이, 바람직하게는 5° 내지 75°사이, 특히 바람직하게는 10° 내지 45° 사이의 각도를 형성한다. 종장형(elongate) 배출 개구는 상기 중앙 종축에 대해 경사지게 하향으로, 직각으로, 또는 경사지게 상향으로 되도록 배치되고, 따라서 전달되는 플랫 제트와 대략적으로 동심을 이루도록 놓이는 플랫 제트의 평면도 상기 중앙 종축에 대해 경사지게 또는 직각으로 되도록 배치되어서 중앙 종축과 교차한다. 상기 5° 내지 75° 사이의 각도를 가져서 경사지게 하향으로 배치된 구성은, 롤링 밀(rolling mill)에서 강철 재료들을 청소하는데에 바람직하다. 상기 5° 내지 175° 사이의 각도는, 표면 다듬기(roughing) 또는 세정의 목적을 위하여 선택될 수 있다. 따라서 상기 전달되는 플랫 제트의 평면은, 상기 상대적으로 긴 주축이 놓이고 상기 상대적으로 짧은 보조축에 대해 직각으로 배치되는 평면에 반드시 해당될 필요는 없다. 상기 플랫 제트의 실제 배출 평면은 상기 배출 개구의 구성에 의하여만 결정되는 것이 아니라, 특히 배출 개구에 이르기까지의 유체 덕트의 입사 유동 등, 다른 구성에 의하여도 결정될 수 있다. 본 발명에 따른 노즐의 실질적인 장점은, 상기 중앙 종축에 대해 경사진 방식으로 배출되는 플랫 제트가 제공되고, 그럼에도 불구하고 배출 개구에 이르기까지의 유체 덕트가 상기 중앙 종축에 대해 동심으로 구성된다는 점이다. 즉, 본 발명에 따른 플랫 제트 노즐은, 공간 절약성이 극히 우수한 방식으로, 예를 들어 롤링 밀 내의 운반 샤프트(conveying shaft)들 사이와 같이 작은 자유 공간을 통해서 넣어질 수 있다는 장점을 갖는다. 놀랍게도, 본 발명에 따라서 배출 개구가 중앙 종축에 대해 경사진 방식으로 배치된 경우에도, 살포를 받는 표면 상에서 상기 플랫 제트의 강한 충격 펄스 또는 강한 충격을 갖는 플랫 제트의 매우 명확한 살포 패턴(very positive spray pattern)이 얻어지는 결과가 얻어졌다. 이전에는, 고압 플랫 제트 노즐의 경우에 충분히 강한 충격을 갖는 만족스러운 살포 패턴을 얻기 위해서는, 유체 덕트를 통한 액체의 전달을 가능한 동심 방식으로 해야 하고 또한 배출 개구가 동심적으로 배치될 필요가 있는 것으로 추정되었었다. 그러므로, 경사 방식으로 살포하는 종래의 플랫 제트 노즐은, 유체 덕트가 꺽인 튜브(kinked tube)로서 구현되도록 구성됨으로써, 배출 개구의 상류측에 배출 개구의 중앙 종축과 동심을 이루도록 구성된 유체 덕트를 구비한 상당한 부분이 존재하였다. 놀랍게도, 본 발명에 따른 노즐은, 배출 개구가 중앙 종축에 대하여 5° 내지 75° 사이, 특히 10° 내지 45° 사이의 각도인 경우에, 충격을 받는 영역에 걸쳐서 매우 우수한 충격을 제공하는 매우 명확한 살포 패턴이 얻어질 수 있게 한다. 5° 내지 175° 사이의 각도에서도 우수한 결과가 얻어진다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 전달되는 플랫 제트의 평면의 각도가 반드시 배출 개구의 평면, 또는 상기 상대적으로 긴 주축이 놓여 있고 상대적으로 짧은 보조축에 대해 직각을 이루도록 배치된 평면에 해당되어야 할 필요가 없다. 상기 플랫 제트의 요망되는 배출 각도는 계산 또는 실험에 의하여 용이하게 계산 및 설정될 수 있다.
본 발명의 추가사항에 따르면, 상기 배출 개구는 상기 유체 덕트 중에서 구체 세그먼트 형상(spherical-segment shape)을 가진 끝 부분에 배치된다.
상기 배출 개구는 예를 들어 상기 유체 덕트의 구체 세그먼트 형상의 끝 부분을 절삭함으로써 형성된다. 여기에서의 절삭은, 상기 노즐 하우징이 실제로 밀링 커터(milling cutter)에 의해서 절삭됨을 의미할 수도 있으나, 절삭이 단지 기하학적 관점에서의 의미를 가질 수 있는 것으로도 이해되어야 할 것인데, 다시 말하면 상기 노즐은 예를 들어 사출 성형, 신터링(sintering), 또는 캐스팅(casting) 등과 같은 다른 방법에 의해 형성될 수도 있다. 구체 세그먼트 형상을 갖는 상기 유체 덕트의 끝 부분에서의 배출 개구의 구성은, 상기 끝 부분을 변형할 필요없이 상기 배출 개구가 중앙 종축에 대해 상이한 각도로 배출될 수 있다는 현저한 장점을 제공한다.
본 발명의 추가사항에 따르면, 상기 배출 개구는 타원형 또는 준타원형의 형상을 갖는다.
본 발명에 따라서 노즐이 타원형 형상 또는 준타원형 형상을 갖는 경우에, 전달되는 플랫 제트의 매우 명확한 살포 패턴이 얻어지고 강한 충격을 제공하는 것으로 나타났다.
바람직하게는 본 발명에 따른 플랫 제트 노즐이 금속 단편들을 청소하는데에 사용된다.
워터 제트에 의하여 금속 단편들을 청소(descaling)함에 있어서는, 통상적으로 청소되어야 하는 금속 표면에 플랫 제트가 약간 경사진 방식으로 충격을 가하는 것이 필요하다. 이것은 본 발명에 따른 노즐의 경우에도 가능한 것으로서, 플랫 제트 노즐의 하우징, 특히 상기 노즐 하우징의 중앙 종축이 상기 청소되어야 하는 표면에 대해 직각으로 배치됨으로써 가능하다. 이로 인하여, 본 발명에 따른 플랫 제트 노즐이 공간 절약성이 극히 우수한 방식으로 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 플랫 제트 노즐의 이용에 있어서, 상기 플랫 제트 노즐이, 청소되어야 하는 금속 단편들의 표면에 직각을 이루되 노즐 하우징의 중앙 종축으로부터 떨어져 이격되도록 배치된 제1 회전축을 중심으로 하는 제1 회전 움직임(first rotation movement)을 수행할 수 있다.
상기 플랫 제트 노즐의 회전 움직임들을 현명하게 선택함으로써, 청소가 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 플랫 제트 노즐의 이용에 있어서, 상기 플랫 제트 노즐이, 상기 제1 회전축으로부터 떨어져 이격되되 상기 청소되어야 하는 금속 단편들의 표면에 대해 유사하게 직각을 이루도록 배치된 제2 회전축을 중심으로 하는 제2 회전 움직임을 수행할 수 있다.
상기 청소의 추가적인 향상은, 플랫 제트 노즐의 두 가지 회전 움직임들을 조합함으로써 얻어질 수 있다.
본 발명의 추가사항에 따르면, 상기 제2 회전축은 상기 노즐 하우징의 중앙 종축과 일치한다.
본 발명에 따른 플랫 제트 노즐의 이용에 의하면, 플랫 제트 노즐이 그 자신을 중심으로, 즉 플랫 제트 노즐의 노즐 하우징의 중앙 종축을 중심으로 회전하고, 노즐 하우징은 노즐 하우징의 중앙 종축으로부터 떨어져 이격되게 배치된 회전축을 중심으로도 회전한다. 이로써, 조합된 회전 움직임이 형성된다. 유리하게는, 본 발명에 따른 복수의 플랫 제트 노즐들이 청소되어야 하는 표면 위에 배치되고, 상기 제1 회전축 및 제2 회전축 각각을 중심으로 하여 조절된 방식으로 회전됨으로써, 생성되는 플랫 제트들에 의해서 상기 청소되어야 하는 표면이 완전히 청소된다.
본 발명의 추가사항에 따르면, 상기 청소되어야 하는 표면은 플랫 제트 노즐에 대한 관계에서 상기 표면에 대해 평행한 접근 방향으로 움직여지고, 상기 제1 회전 움직임 및 제2 회전 움직임은 상기 플랫 제트 노즐에 의해 생성되는 플랫 제트가 상기 접근 방향에 대해 항상 0° 내지 ±45° 사이의 일정한 각도, 특히 직각으로 배치되도록 상호 조절된다.
따라서 상기 플랫 제트 노즐에 의해 생성되는 플랫 제트 또는 복수의 플랫 제트 노즐에 의해 생성되는 플랫 제트는, 플랫 제트의 상대적으로 큰 횡단 치수가 항상 상기 접근 방향에 대해 일정한 각도, 특히 직각을 이루게 되는 상태로, 상기 청소되어야 하는 표면에 충격을 가한다. 상기 플랫 제트들의 충격 영역은 종장형의 형태를 가지며, 그 종장형 형태의 상대적으로 긴 횡단 치수는 예를 들어 상기 변위 방향에 대해 직각으로 되며, 상대적으로 짧은 횡단 방향은 상기 접근 방향과 평행하게 배치된다. 이로써, 상기 표면에 대한 최대 처리면적(maximum coverage)이 얻어진다. 유리하게는, 상기 생성된 플랫 제트들이 항상, 미리 정해진 일정한 각도로 상기 청소되어야 하는 표면에 충격을 가한다. 따라서, 상기 플랫 제트 노즐 또는 복수의 플랫 제트 노즐들이 회전하는 동안에도 상기 표면을 청소하기 위한 최적 조건이 상존하게 된다.
본 발명에 따른 플랫 제트 노즐이, 금속 단편들의 청소가 아니더라도, 고압 액체 제트에 의하여 자재 또는 흙을 제거하기 위하여 일반적으로 이용될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 추가적인 특징 및 장점은 아래의 첨부 도면들을 참조로 하는 본 발명의 바람직한 실시예들에 관한 상세한 설명과 청구범위로부터 명확히 이해될 것이다.
도 1 에는 본 발명에 따른 플랫 제트 노즐의 단면도가 도시되어 있는바, 이 단면의 평면에는 노즐 하우징의 중앙 종축이 놓여져 있고;
도 2 에는 도 1 의 플랫 제트 노즐의 마우스피스(mouthpiece)의 측면도가 도시되어 있으며;
도 3 에는 도 2 의 마우스피스의 평면도가 도시되어 있고;
도 4 에는 도 2 의 B-B 평면에서의 단면도가 도시되어 있고;
도 5 에는 도 3 의 A-A 평면에서의 단면도가 도시되어 있고;
도 6 에는 본 발명에 따른 플랫 제트 노즐들 다수가 청소(descale)되어야 하는 표면 위에 배치된 개략적인 모습의 평면도가 도시되어 있고;
도 7 에는 본 발명에 따른 플랫 제트 노즐의 기하학적 상태를 명확히 도시하기 위한 부분 개략도가 도시되어 있다.
도 1 에 도시된 본 발명에 따른 플랫 제트 노즐(10)의 하우징은 장착부(12) 안에 배치되어 있다. 예를 들어 물인 고압 액체는 장착부(12)를 통해 공급된다. 고압 액체는 플랫 제트 노즐(10)의 유체 덕트(16) 안으로 개방되어 있는 공급 덕트(supply duct; 14)에 의해서 공급된다. 유체 덕트(16)는 본 발명에 따른 플랫 제트 노즐(10)의 중앙 종축(18)과 동심을 이루도록 배치된다. 도 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 배출 개구(20)까지의 유체 덕트는 중앙 종축(18)과 동심을 이루도록 연장된다. 플랫 제트 노즐(10)에 의해 생성되는 플랫 제트(22)가 중앙 종축(18)에 대해 경사진 방식으로 배출되도록, 배출 개구(20)만이 상기 중앙 종축에 대해 경사지게 배치된다. 도 1 에서 플랫 제트(22)의 배출 평면은 일점쇄선으로 도시되어 있고 참조번호 24로 표시되어 있다. 상기 배출 평면(exit plane; 24)은 배출되는 플랫 제트에 대해 동심을 이루며, 유사하게 중앙 종축(18)에 대해 경사지도록 배치된다. 배출 평면(24)은 중앙 종축(18)과 교차한다.
공급 덕트(14)의 입부분으로부터 진행하는 유체 덕트(16)는 처음 유체 덕트(16)의 전체 길이의 대략 절반까지는 일정한 직경을 가진 채로 연장된다. 상기 유체 덕트(16)의 전체 길이의 대략 절반에서 유체 덕트(16)의 내부에는 제트 통제부(jet director; 26)가 배치된다. 상기 제트 통제부(26)는 복수의 유동 통제면(flow directing face)들을 구비하며, 상기 유동 통제면들은 중앙 종축(18)에 대해 반경방향으로 펼쳐지고 중앙 종축에 대해 평행하게 연장된다. 제트 통제부(26)는 소위 '코어리스(coreless)' 제트 통제부로 구현되어서, 중앙 종축(18) 주위의 영역에는 다른 장치가 없다. 제트 통제부(26)는 슬리브(sleeve; 40) 안에 억지끼움(press-fitt)된다.
슬리브(sleeve; 40)에 의하여 형성되는 원통부(28)는 제트 통제부(26)의 길이 및 직경과 대략 동일한 길이 및 직경을 가지고, 제트 통제부(26)의 바로 하류에서 제트 통제부(26)에 인접하게 배치된다. 원통부(28)에 이어서 유체 덕트(16)의 절두원추형 제1 감소부(first diminution; 30)가 배치된다. 유체 덕트의 상기 제1 감소부(30)에 이어서는 원통부(32)가 배치되는데, 원통부(32)는 감소부(28)의 끝에서의 유체 덕트의 직경을 유체 덕트(16)의 끝 부분까지 잇는다. 상기 끝 부분에는 배출 개구(20)가 배치된다. 상기 배출 개구(20)의 이전에는 또 다른 절두원추형 감소부(33)가 제공된다. 상기 끝 부분은 부분적으로 제2 감소부(33)에 의하여 제공된다. 상기 배출 개구(20)는 제2 감소부(33)에 인접하는 구체 세그먼트 형상 영역(spherical-segment shaped region)에 배치될 수 있다.
내부에 유체 덕트(16)가 형성되어 있는 노즐 하우징(34)은 앞서 설명한 바와 같이 장착부(12)에 결합되며, 장착부(12) 안에 배치된 베이스 부분(base portion; 36), 상기 베이스 부분(36) 상에 배치된 유니온 후드(union hood; 38), 상기 유니온 후드(38)와 나사체결되는 슬리브(40), 상기 유니온 후드(38) 안으로 삽입되는 노즐 마우스피스(42)를 구비한다. 상기 슬리브(40)는 제트 통제부(26), 원통부(28), 제1 감소부(30), 및 원통부(32) 부분의 영역에서 유체 덕트(16)를 한정한다. 상기 노즐 마우스 피스(42)는 유체 덕트의 원통부(32)와 이어져서 배출 개구(20)를 가진 유체 덕트(16)이 끝 부분을 형성한다. 상기 유니온 후드(38)는 유니온 너트(union nut; 41)에 의하여 베이스 부분(36)에 체결된다. 상기 노즐 마우스 피스(42)와 슬리브(40) 사이에는 밀봉재가 제공된다.
도 1 로부터 용이하게 알 수 있는 바와 같이, 유체 덕트(16)는 플랫 제트 노즐(10)의 노즐 하우징(34)의 중앙 종축(18)과 완전히 동심을 이루도록 연장된다. 배출 개구(20)만이 중앙 종축(18)에 대해 경사를 이루도록 배치되어서, 플랫 제트(22)도 중앙 종축(18)에 대해 경사진 형태로 배출된다.
도 7 에는 유체 덕트의 끝 부분(35)에 배치된 배출 개구(20)의 영역에서의 기하학적 형태가 개략적으로 도시되어 있다. 도 7 에 도시된 개략도에서 배출 개구(20)는 타원 형상을 갖는다. 본 발명에서 배출 개구(20)는 예를 들어 타원, 준타원(near-elliptic), 장타원(oval)과 같은 임의의 종장형 형상을 가질 수 있다. 또한, 배출 개구(20)는 예를 들어 계산된 자유 형태 형상(computed free-form shape)을 갖는 불규칙적인 종장형 형상을 가질 수 있다.
그러나, 배출 개구(20)는 언제나 상대적으로 긴 주축(44)과 상대적으로 짧은 보조축(46)을 갖는다. 만일 배출 개구(20)가 불규칙적인 형상을 갖는다면, 주축(44)은 배출 개구의 상대적으로 긴 횡단 치수의 축에 해당되고, 보조축(46)은 배출 개구(20)의 상대적으로 짧은 횡단 치수의 축에 해당된다.
배출 개구(20)가 중앙 종축(18)에 대해 배치됨에 있어서는, 상대적으로 긴 주축(44)이 놓여져 있고 상대적으로 짧은 보조축(46)에 대해 직각을 이루도록 배치된 평면(48)을 중앙 종축이 가로지르도록 배치된다. 도 7 에 도시된 예에서, 평면(48)과 중앙 종축(18)이 지점(50)에서 서로 교차한다. 도 7 에서 점선으로 도시된 중심선(52)은 평면(48)에 놓인 것이다. 중심선(52)은 주축(44)와 보조축(46)의 교차지점을 통해 연장되고, 지점(50)에서 중앙 종축(18)과 교차하기도 한다. 도 7 에는 플랫 제트의 가상 충돌면(imaginary impact face; 54)이 도시되어 있다. 상기 충돌면(54)은 평면(48)에 의하여 두 개의 절반부로 구분된다. 여기에서, 도 7 에 도시된 예는 단지 개략적인 것일 뿐이며, 따라서 상기 충돌면(54)은 실제로 평면(48)에 의하여 엄밀히 두 개의 절반부로 구분되지 않을 수도 있다는 점에 유의한다. 이 때, 유체 덕트 내부의 실제 유동 상태가 영향을 미친다. 그러나, 평면(48) 내에 놓인 주축(44)과, 그에 대해 직각으로 놓인 보조축(46)에 의하여 평면(48)이 정의된다. 따라서, 상기 평면(48)은 배출 개구(20)의 구성에 의해 정의된다. 앞서 설명된 바와 같이, 배출 개구(20)는 평면(48)이 도 7 에 도시된 지점(50)에서 중앙 종축(18)과 교차하도록 배치된다.
도 2 에는 도 1 에 비하여 확대되어 도시된 노즐 마우스 피스(42)가 도시되어 있다. 도 2 에서 상부에 배출 개구(20)가 배치되어 있음을 쉽게 알 수 있다. 노즐 하우징의 중앙 종축(18)은 일점쇄선에 의해 표시되어 있다. 도 1 로부터 알 수 있는 바와 같이, 노즐 마우프피스는 유니온 후드(38) 안으로 억지끼움된다. 노즐 마우스 피스(42)는 예를 들어 소결된 경질 금속(sintered hard metal)인 경질 금속으로 이루어질 수 있으며, 이로써 본 발명에 따른 플랫 제트 노즐이 사용되는 100 bar 초과의 높은 유체 압력에서도 우수한 수명이 얻어질 수 있다.
유니온 후드(38)는 노즐 마우스 피스(42)의 지탱면(60) 상에 지탱된다. 그러나, 배출되는 액체는 유니온 후드(38)과 접촉하게 되지 않는다.
도 3 에는 위로부터 본 노즐 마우스 피스(42)의 모습이 도시되어 있다. 도 3 에서, 배출 개구(20)가 일 측으로 편평하게 일그러진 형태를 갖는 타원의 형상을 갖는다는 것을 확인할 수 있다. 이것은 도 3 의 관찰 각도에 의해 유발된 것이며, 실제로는 상기 배출 개구(20)가 타원 형태를 갖는다. 배출 개구(20)는 도 2 및 도 3 에 도시된 바와 같은 절개 덕트(cut duct; 62) 안에 배치된다. 상기 배출 개구(20)는 연마 디스크(grinding disc) 또는 밀링 커터(milling cutter)를 노즐 마우스 피스(42)를 가로질러 횡단하는 방식으로 구동함에 의하여 생성되므로, 노즐 마우스 피스(42)가 절삭됨으로써 생성된다.
도 4 에는 도 2 의 B-B 단면 평면에서 본 모습이 도시되어 있다. 상기 배출 개구(20)의 절개 덕트(62)와 주변부가 식별된다. 또한, 유체 덕트의 끝 부분(35)의 형상이 식별된다.
도 5 에는 도 3 의 A-A선의 단면 평면에서 본 모습이 도시되어 있다. 따라서 중앙 종축(18)은 도 5 의 단면 평면 내에 놓인다. 도 5 로부터, 배출 개구(20)가 놓여 있는 유체 덕트의 끝 부분(35)이 구체 세그먼트 형상을 갖는다는 것을 알 수 있다. 도 7 과 관련하여 앞서 설명한 바와 같이, 배출 개구(20)는 중앙 종축(18)에 대해 경사지도록 배치되어서, 평면(48)이 중앙 종축에 대해 각도(α)를 형성한다. 상기 각도(α)는 5° 내지 75° 사이일 수 있다. 10° 내지 45° 사이의 각도(α)가 특히 유리한 장점을 갖는 것으로 나타났다.
본 발명에 따른 플랫 제트 노즐에서, 100 bar 초과의 압력을 가지고 살포되는 고압 액체는 중앙 종축(18)(도 1 참조)에 대해 동심을 이루는 유체 덕트(16)의 길이 전체를 따르는 경로를 가진다. 액체가 중앙 종축(18)의 방향을 벗어나도록 편향되는 곳은 노즐 마우스 피스(42)의 끝 부분(35) 뿐이다(도 5 참조). 이것은 중앙 종축(18)에 대해 경사지도록 배치된 배출 개구(20)에 의하여만 이루어진다. 놀랍게도, 배출 개구(20)가 중앙 종축(18)에 대해 경사진 방식으로 배치된 경우에도, 고압 액체가 배출 개구(20) 직전까지 중앙 종축(18)에 대해 동심을 이루는 경로로 전달됨에도 불구하고, 충돌면에 걸쳐서 균일하게 분포하는 큰 충격을 갖는 플랫 제트(22)의 매우 명확한 살포 패턴(spray pattern)이 얻어지는 결과가 얻어졌다.
도 6 에는 본 발명에 따른 플랫 제트 노즐(10) 여러개가 개략적으로 도시되어 있는데, 여기에는 그 각각의 중앙 종축(18)들, 배출 개구(20)들, 및 각각 전달되는 플랫 제트(22)가 개략적으로 도시되어 있다. 플랫 제트 노즐(10)들은 청소되어야 하는 표면(66) 위에 배치되고, 상기 표면(66)은 플랫 제트 노즐(10)들에 대해 화살표(68)의 방향으로 움직여진다. 롤링 밀(rolling mill)에 채택된 경우, 플랫 제트 노즐(10)들은 청소되어야 할 금속 단편의 위와 아래에 배치된다. 도 6 은 표면(66)의 위로부터 본 모습이다. 상기 표면(66) 상에서 플랫 제트 노즐(10)들의 중앙 종축(18)들 각각은 상기 표면(66)에 대해 직각을 이루어서, 표면(66)의 접근 움직임(indexing movement; 68)은 플랫 제트 노즐(10)들의 중앙 종축(18)들에 대해 직각을 이룬다. 따라서 전달되는 플랫 제트(22)들 각각은 약간 경사진 방식으로 표면(66)에 충돌하고, 따라서 도 6 에 도시된 플랫 제트(22)들은 접근 움직임(68)에 대해 반대이고 아래로 경사진 방식으로 도시된 것이다. 플랫 제트 노즐(10)들 각각은 중앙 종축(18)을 중심으로 회전되고, 이것은 원형 화살표에 의하여 각각 표시되어 있다. 또한, 플랫 제트 노즐(10)들 각각은, 플랫 제트 노즐(10)들의 중앙 종축(18)으로부터 떨어져 이격되도록 배치되어 있는 회전축(70)을 중심으로 회전된다. 따라서 플랫 제트 노즐(10)들 각각은 두 가지의 회전 움직임을 수행한다. 제1 회전 움직임은 플랫 제트 노즐(10)들의 중앙 종축(18)으로부터 떨어져 이격되게 배치된 제1 회전축(70)을 중심으로 한 회전이다. 플랫 제트 노즐(10)들이 수행하는 제2 회전 움직임은 중앙 종축(18)과 일치하는 제2 회전축을 중심으로 한 회전이다. 두 개의 회전축들(70, 18) 모두가 청소되어야 할 표면(66)에 대해 직각으로 배치된다.
회전축(70)을 중심으로 한 회전의 관점에서 회전축(70)과 중앙 종축(18)을 중심으로 한 두 가지의 회전 움직임들은, 플랫 제트(22)들이 플랫 제트 노즐(10)들의 위치에 무관하게 항상 일정한 각도로, 특히 접근 화살표(68)에 대해 직각을 이루게 배치되게끔 상호 조절된다. 이것은 도 6 에 도시되어 있다. 플랫 제트 노즐(10) 각각의 회전 움직임에 무관하게, 플랫 제트(22)들 각각의 충돌면(54)은 항상 일정한 각도로, 특히 청소되어야 할 표면(66)의 접근 방향(68)에 대해 직각을 이루도록 배치된다.
이 때, 플랫 제트 노즐(10)들의 배치와 회전축(70)을 중심으로 한 회전 움직임의 직경은, 플랫 제트(22)들이 표면(66)을 완전히 청소할 수 있도록 결정된다. 이를 위하여, 접근(68)의 양도 대응되게 조절된다. 따라서 플랫 제트(22)들은 항상 약간 경사지게 미리 정해진 각도로 표면(66)에 충돌한다. 플랫 제트 노즐(10)들의 회전 위치와 무관하게, 표면(66)의 청소를 위한 최적 조건이 항상 얻어진다.
도 6 에 도시된 구성은 표면을 청소하기 위하여만 채택될 수 있는 것이 아니라, 일반적으로 표면(66)으로부터 자재 또는 흙을 제거하기 위해서도 채택될 수 있다. 예를 들어, 자재를 제거함으로써 파이프 또는 보어(bore)의 내부가 청결하게 되거나 다듬어질 수 있다. 일반적으로 튜브형 구멍 또는 공동(cavity) 안에서의 채택도 가능하다. 물론, 예를 들어 피스톤 등의 외부면도 깨끗하게 되거나 다듬어질 수 있다.
도 6 에 도시된 구성과는 별도로, 본 발명에 따른 복수의 노즐들을 다르게 구성하는 것도 가능한데, 예를 들면 공통 로터의 회전축으로부터 다양한 간격을 두고, 공통 또는 유사한 회전 로터에 복수의 회전하는 노즐들을 배치시킬 수도 있다.

Claims (10)

100　bar 초과의 압력 범위에서 고압 액체 제트(high-pressure liquid jet)에 의해 자재(material) 또는 흙을 제거하기 위한 플랫 제트 노즐로서,
상기 플랫 제트 노즐에 구비된 노즐 하우징(nozzle housing; 34)은 배출 개구(exit opening; 20)를 가진 유체 덕트(fluid duct; 16)를 형성하고, 상기 유체 덕트(16)는 상기 배출 개구(20)까지 유체 덕트(16)의 중앙 종축(18)과 동심(concentric)을 이루도록 구성되며, 상기 배출 개구(20)는 상대적으로 긴 주축(main axis; 44) 및 상대적으로 짧은 보조축(subsidiary axis; 46)을 갖는 종장형 형상(elongate shape)을 가지고,
상기 상대적으로 긴 주축(44)이 놓여 있고 상기 상대적으로 짧은 보조축(46)에 대해 직각을 이루도록 배치된 평면은, 상기 중앙 종축(18)과 교차하고, 상기 중앙 종축(18)에 대해 5° 내지 175° 사이의 각도(α)를 형성하며,
상기 배출 개구(20)의 형상 및 배치는, 전달되는 플랫 제트(22)의 평면으로서 상기 전달되는 플랫 제트(22) 안의 대략적인 중심에 놓이는 평면이 상기 중앙 종축(18)에 대해 경사지거나 직각을 이루어 상기 중앙 종축(18)과 교차하게끔 되어 있는 것을 특징으로 하는, 플랫 제트 노즐.
제1항에 있어서,
상기 평면은 중앙 종축(18)에 대해서 5° 내지 75° 사이의 각도(α)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 플랫 제트 노즐.
제2항에 있어서,
상기 평면은 중앙 종축(18)에 대해서 10° 내지 45° 사이의 각도(α)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 플랫 제트 노즐.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배출 개구(20)는 상기 유체 덕트(16) 중에서 구체 세그먼트 형상(spherical-segment shape)을 가진 끝 부분(35)에 배치되는 것을 특징으로 하는, 플랫 제트 노즐.
앞선 청구항들 중 어느 한 항에 있어서,
상기 배출 개구(20)는 타원형 또는 준타원형(near-elliptic)의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는, 플랫 제트 노즐.
금속 단편들을 청소하기 위한, 앞선 청구항들 중 어느 한 항에 따른 플랫 제트 노즐의 이용.
제6항에 있어서,
상기 플랫 제트 노즐이, 청소되어야 하는 금속 단편들의 표면(55)에 직각을 이루되 유체 덕트의 중앙 종축(18)으로부터 떨어져 이격되도록 배치된 제1 회전축(70)을 중심으로 하는 제1 회전 움직임(first rotation movement)을 수행하는 것을 특징으로 하는 플랫 제트 노즐의 이용.
제7항에 있어서,
상기 플랫 제트 노즐이, 상기 제1 회전축(70)으로부터 떨어져 이격되되 상기 청소되어야 하는 금속 단편들의 표면(66)에 대해 유사하게 직각을 이루도록 배치된 제2 회전축을 중심으로 하는 제2 회전 움직임을 수행하는 것을 특징으로 하는 플랫 제트 노즐의 이용.
제8항에 있어서,
상기 제2 회전축은 상기 유체 덕트의 중앙 종축(18)과 일치하는 것을 특징으로 하는 플랫 제트 노즐의 이용.
제7항 및 제8항, 특히 제9항에 있어서,
상기 청소되어야 하는 표면(66)은 상기 표면(66)에 대해 평행한 접근 방향(indexing direction; 68)으로 상기 플랫 제트 노즐(10)에 대해 상대적으로 움직이며,
상기 제1 회전 움직임 및 제2 회전 움직임은, 상기 플랫 제트 노즐(10)에 의하여 생성되는 플랫 제트(22)가 상기 접근 방향(86)에 대해 항상 0° 내지 ±　45°의 각도로 배치되도록, 특히 직각을 이루도록 상호 조절되는 것을 특징으로 하는 플랫 제트 노즐의 이용.
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