KR20180083322A - 노즐 장치 - Google Patents

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KR20180083322A
KR20180083322A KR1020187012925A KR20187012925A KR20180083322A KR 20180083322 A KR20180083322 A KR 20180083322A KR 1020187012925 A KR1020187012925 A KR 1020187012925A KR 20187012925 A KR20187012925 A KR 20187012925A KR 20180083322 A KR20180083322 A KR 20180083322A
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nozzle arrangement
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KR1020187012925A
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이안 가든
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리그딜루지 글로벌 리미티드
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Abstract

노즐 및 캡을 포함하는 노즐 장치. 노즐은 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되는 튜브를 갖는다. 튜브는 내부 단면적을 갖는 보어를 갖는다. 튜브에 대한 유입구와 튜브로부터의 배출구가 있으며, 배출구는 배출구 단면적을 갖는다. 노즐은 튜브의 외측과 보어 사이의 튜브 내에 복수의 추가 유입구를 갖는다. 캡은 튜브의 유입구에 부착하기 위한 부착 수단을 포함하고, 캡 유입구를 포함한다.

Description

노즐 장치
본 발명은 노즐 장치에 관한 것으로서 구체적으로 그러나 배타적으로는 아니게 소방 또는 화재 진압용으로 사용되고 파이프라인에 연결하여 사용되는 것에 관한 것이다.
스프링클러 시스템과 같은 유체 유동 시스템은 화재를 억제하거나 진압하기 위해 석유 및 가스 플랫폼과 같은 육상 및 해상 설비에 널리 사용된다. 스프링클러 시스템 작동 중에는 스케일(scale), 파편(debris) 및 기타 오염 물질(other pollutants)이 쌓여 문제가 될 수 있다. 스케일은 일반적으로 파이프라인 내의 압력 및/또는 온도 변화로 인해 물로부터 탄산칼슘 또는 황산칼슘과 같은 무기 화합물이 침전되어 형성된다. 파이프라인 내의 부식이 파이프의 내벽을 따라 형성될 수 있으며 또한 파편이 시스템에 유입될 수 있다. 해양 생물의 성장은 또한 막힘 문제를 일으킬 수 있다. 소금도 결정화되어 막힘 문제를 일으킬 수 있다. 전달 유체로서의 염수의 부산물 또한 문제이며, 이는 생명, 자산 및 실제 기름 유출의 손실이 일어난 곳에서 소방/홍수 시스템의 해상 실패의 원인인 것으로 생각된다.
스프링클러 시스템의 노즐이 이러한 축적으로 인해 막히는 것은 정기적으로 발생하며, 이는 전체 시스템이 쓸모없게 되는 원인이 될 수 있다. 이러한 노즐이 막히면, 스프링클러 시스템이 화재를 억제하거나 진압할 수 있는 능력이 심각하게 저해될 수 있다. 이는 플랫폼 인력의 안전한 탈출을 방해할 수 있다.
버너 헤드(burner head)와 같은 다른 유체 유동 시스템은 또한 유동을 억제하는 다양한 파편에 시달릴 수 있다.
파편이 스프링클러 시스템과 함께 살포되는 경우 문제가 될 수 있다. 유체는 일반적으로 빠른 속도로 출구 지점에서 배출되며 파편이 있으면 사람에게 부상을 입힐 수 있다. 얼굴에 상처를 입히는 것이 알려져 있으며 심각한 눈 부상을 일으킬 가능성이 있다.
PCT 공개특허공보 WO2014/009713은 축 방향 통로(12)를 갖는 입구 분리기(22)를 갖는 노즐 장치를 기술한다. 입구 분리기(22)의 슬롯(25)은 기술된 다른 구성요소에 추가적인 여과 능력을 제공한다.
일반적으로는 만족스럽지만, 본 발명의 발명자는 개선된 노즐 장치를 개발하였다.
본 발명의 제1 양상에 따르면, 노즐 및 캡을 포함하는 노즐 장치가 제공되며, 상기 노즐은:
제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되고, 내부 단면적을 갖는 보어를 갖는 튜브;
튜브로의 유입구;
튜브로부터의 배출구-상기 배출구는 배출구 단면적을 가짐;
튜브의 외측과 보어 사이의 튜브에 복수의 추가 유입구를 포함하고;
상기 캡은 튜브로의 유입구에 부착하기 위한 부착 수단 및 캡 유입구를 포함한다.
적어도 일부 예에서, 캡 유입구의 단면적은 배출구 단면적보다 작다.
이는 파편이 넓은 유입구 및 중앙 통로(12)를 통해 들어갈 수 있고 노즐 장치 내의 파편 포트(debris pot)(40)로 향하기 위해 그렇게 하도록 권장되는 (상기) PCT 공개특허공보 WO2014/009713과 직접적으로 대비된다. 대조적으로 본 발명에서는, 캡 유입구의 단면적은 배출구 단면적보다 작을 수 있다. 파편 포트가 없으므로 서비스 요구사항이 줄어든다.
노즐은 튜브와 동축인 디플렉터(deflector); 및 튜브를 디플렉터에 연결하는 연결 수단을 포함할 수 있다.
발명자는 동축 디플렉터의 위치 때문에 배출구 보어가 배출구 단부로부터 천공될 수 없어 유입구가 배출구보다 작은 필터를 갖는 노즐을 제조하는 것이 어렵다는 것을 주목하였으며, 더 큰 직경의 배출구는 더 작은 직경의 유입구를 통해 천공될 수 없다. 부품을 작은 유입구로 별도로 제조한 다음 함께 결합할 수 있지만, 제조 공정이 복잡해지며 비용이 추가된다.
따라서, 아암과 같은 이상적으로는 디플렉터를 또한 포함하는 연결 수단이 바람직하게는 튜브와 함께 단일 부재로서 형성되는 해결책은 캡의 결합이다.
따라서, 튜브 및 연결 수단은 일반적으로 일체형으로 형성된다.
캡은 노즐로부터 분리되고, 선택적으로 분리 가능한, 별개의 구성요소를 포함할 수 있다.
캡은 해제 가능할 수 있다. 캡은 일반적으로 튜브의 유입구에 밀봉되어 튜브 유입구에서의 유체 통로가 (추가 유입구를 통과하는 것과 대조적으로) 캡 유입구를 통해서만 이루어진다.
캡은 노즐 또는 노즐 장치를 파이프라인에 부착하기 전에 노즐에 추가될 수 있다.
캡은 노즐에 새로 장착(retrofitted)될 수 있다. 캡은 노즐이 파이프라인 내에 또는 파이프라인에 설치되거나 부착된 후에 노즐에 추가될 수 있다. 이러한 예에서, 노즐은 캡에 노즐을 추가하기 위해 파이프라인으로부터 일시적으로 제거될 수 있다. 적어도 일부의 예에서, 캡은 유사 및/또는 상이한 캡으로 대체될 수 있다. 적어도 일부의 예에서, 캡은 노즐이 디플렉터를 이미 포함할 때 또는 그 후에 노즐에 추가될 수 있다. 예를 들어, 캡은 노즐이 일체형 디플렉터를 갖도록 형성된 노즐에 추가될 수 있다.
캡 유입구 단면적은 노즐의 배출구 단면적보다 작다. 따라서 캡 유입구 또는 추가 유입구에 비해 너무 큰 파편은 노즐 장치의 외부에 유지되고, 캡 유입구 또는 추가 유입구를 통해 들어갈 만큼 충분히 작은 파편은 배출구를 막을 만큼 크지 않을 것이다.
캡 유입구의 일부는 일반적으로 캡의 중앙에 제공된다. 예를 들어, 직경이 예를 들어 1-5㎜ 또는 2-4㎜인 원형 구멍일 수 있다.
캡 유입구는 대안적으로 또는 추가적으로 적어도 하나, 통상적으로 두 개의 슬롯을 포함할 수 있다. 캡 유입구 슬롯은 교차 배열로 제공될 수 있으며, 선택적으로 중앙에서 서로 교차할 수 있다. 선택적으로, 캡 내에 하나, 둘 또는 그 이상의 슬롯을 갖는 것뿐만 아니라 원형 유입구가 중앙에 제공된다.
슬롯의 적어도 일부는 캡을 통해 연장되어, 유체가 사용 중에 파이프라인으로부터 캡의 슬롯을 통해 튜브 내로 이동할 수 있다. 그러나 슬롯의 일부, 특히 반경 방향 외측 방향으로는 캡이 관통하여 연장되지 않을 수 있다.
캡은 노즐 튜브의 내부 보어의 내부와 같이 노즐 유입구 내에 수용될 수 있다. 캡은 캡의 외부 표면이 노즐의 외부 표면을 넘어서 돌출하지 않도록 노즐 유입구 내에 수용될 수 있다. 예를 들어, 캡의 외부는 노즐의 외부와 동일 평면상에 있을 수 있다.
캡은 기존 또는 이전에 설치한 노즐 장치에 새롭게 장착되는 것과 같이 개량(retrofittable)될 수 있다.
적어도 일부 예에서, 캡 유입구의 단면적은 배출구 단면적과 동일하거나 더 클 수 있다. 예를 들어, 노즐 장치는 PCT 공개특허공보 WO2014/009713과 유사한 노즐을 포함할 수 있으며, 그 내용은 본원에 참조로 포함된다. 개량된 캡 추가는 노즐 장치 유입구 특성의 변화를 가능하게 할 수 있다. 예를 들어, 튜브에 들어갈 수 있는 파편의 크기는 튜브에 들어갈 수 있는 파편의 크기를 줄이기 위해서와 같이 다양할 수 있다. 따라서, 파편 포트에 축적되는 파편의 양은 파편 포트를 검사하거나 비우기 위한 서비스 요구사항을 감소시키거나 심지어 제거하는 것과 같이 적어도 감소될 수 있다. 캡은 제거 가능하며 대체 캡과 같이 선택적으로 교체 가능할 수 있다. 대체 캡은 상이한 캡 유입구와 같은 상이한 특성을 포함할 수 있다. 따라서, 캡 유입구의 단면적 및/또는 형태는 다양할 수 있다. 상이한 캡 유입구를 갖는 캡을 포함하는 캡 집합체(array)가 제공될 수 있다.
노즐 장치, 통상 캡은 캡 부착 수단을 포함한다. 부착 수단은 상호 결합수단을 포함할 수 있다. 부착 수단은 푸시-온(push-on) 부착 수단을 포함할 수 있다. 부착 수단은 억지끼움 방식(interference fit)을 포함할 수 있다. 부착 수단은 스냅-핏(snap-fit) 또는 스냅-온(snap-on) 부착 수단을 포함할 수 있다. 부착 수단은 캡의 주변부와 같이 캡으로부터 연장되는 복수의 탄성 아암일 수 있으며, 각각은 추가 유입구와 같은 적절하게 형성된 리세스에 결합하기 위한 숄더를 선택적으로 포함한다. 아암은 테이퍼진 단부를 가질 수 있다. 이들은 서로 이격될 수 있으며, 특히 원형으로 배열될 수 있어, 튜브의 유입구 위에 놓았을 때 탄성적으로 변형되고 이어서 튜브의 리세스와 정렬될 때 제자리에 스냅-핏되고 숄더가 그 안에 결합될 수 있다. 일반적으로 두 개 이상의 아암이 있으며, 선택적으로 4개 또는 6개와 같이 3개 이상일 수 있다. 일반적으로 10개 미만 또는 8개 미만이다.
선택적으로, 부착 수단은 나사식 연결부와 같이 상이할 수 있다.
캡은 테이퍼지게 형성되고, 특히 돔(dome) 형상일 수 있다. 즉, 캡의 중심은 캡의 외부 부분보다 종방향으로 연장될 수 있다. 이러한 방식으로, 파편은 사용 중에 튜브 외부를 향해 지향되며, 노즐 내로 끌어 당겨져 잠재적으로 하류에서 막힐 수 있는 가능성이 적다.
캡의 중심 영역은 표면이 평탄할 수 있고, 외측 영역은 테이퍼지게 형성되고 절두-돔(frusto-dome) 형상일 수 있다.
디플렉터의 특성(예를 들어, 크기, 방향, 형상)은 노즐 장치로부터 요구되는 특정 성능에 따라 변할 수 있다. 그것은 예를 들어 디스크 또는 역상 원추 형상일 수 있는 스플리터 부분을 포함할 수 있고, 방사상으로 연장하는 날개(vanes) 또는 갈래(tines)를 더 포함할 수 있다. 디플렉터의 배향은, 예를 들어 튜브의 주축에 대해 90도 평면에서 변화될 수 있다.
적어도 일부 예에서, 디플렉터는 연결 수단에 의해 튜브에 동축으로 위치되고 연결되는 나선, 피그테일(pigtail) 또는 코르크따개와 같은 소용돌이형 충돌 표면을 포함할 수 있다.
노즐 장치는 배출구에 또는 배출구로 부착하기 위한 것과 같은 삽입물(insert)을 포함할 수 있다. 삽입물은 디플렉터를 포함할 수 있다. 적어도 일부 예에서, 삽입물은 분사각 및/또는 원추 형상과 같은 분사 특성을 결정할 수 있다. 삽입물은 튜브로부터의 배출구에서, 또는 그 둘레에서, 또는 특히 튜브 배출구로부터 나사산, 맞물림 결합 장치, 배요넷-피팅(bayonet-fitting) 또는 다른 부착 수단에 의해 튜브에 부착될 수 있다.
캡은 플라스틱 및 금속과 같은 다양한 재료로 만들어질 수 있다. 이는 노즐과 동일한 재료일 수 있다.
추가 유입구는 일반적으로 튜브로부터의 배출구의 최소 치수보다 작은 최소 단면 치수(예를 들어, 폭)를 갖는다. 따라서, 추가 유입구를 통과할 만큼 작은 파편은 상기 배출구를 막기에는 너무 작을 것이다.
추가 유입구는 예를 들어 슬롯일 수 있거나 더 많은 원형 구멍일 수 있다. 슬롯의 경우, 더 작은 치수, 예를 들어, 그 폭이 1mm 폭과 같은 최소 치수이다. 슬롯이 원형 구멍을 포함할 때, 직경 1mm와 같은 구멍의 직경이 상기 배출구의 최소 치수보다 작은 최소 치수이다.
추가 유입구의 수는 노즐의 직경에 따라 달라진다. 일반적으로 적어도 8개의 추가 유입구가 있으며, 0.5" 직경 노즐의 경우, 일반적으로 최대 20개의 추가 유입구가 있다.
3개(바람직하게는 2개)의 추가 유입구는 배출구와 동일한 단면적을 제공할 수 있으므로, 추가 유입구 중 일부가 막히더라도, 배출구로의 흐름은 여전히 적절한 속도로 유지될 수 있다.
튜브로의 유입구는 일반적으로 튜브의 제1 단부에 제공된다. 그러나 (통상적으로 원형인) 유입구는 (추가 유입구에 더하여) 튜브의 측면 및 이러한 측면에 부착된 캡에 제공될 수 있다.
추가 유입구가 슬롯인 실시예에 있어서, 이들은 제1 단부로부터 제2 단부까지 (일반적으로 길이) 방향으로 대체로 평행하게(+/- 10도) 연장될 수 있다.
특히 본 발명의 제1 양상에 따른 실시예에 있어서, 추가 유입구는 일반적으로 1-3mm 또는 1.5-2.5mm의 폭을 갖는다. 추가 유입구 사이의 간격은 통상적으로 추가 유입구 폭의 50% 내지 150%보다 큰 값을 가진다. 예를 들어, 추가 유입구는 1mm 폭이고, 2mm만큼 이격될 수 있다.
슬롯의 길이는 노즐 장치의 응용, 예를 들어 부착될 수 있는 파이프라인의 크기에 따라 달라질 수 있지만 일반적으로 최소 1.5cm, 선택적으로 최소 2cm, 또는 일반적으로 대형 파이프의 경우 3cm 이상이다. 이는 부착되는 파이프라인의 크기에 크게 좌우되지만 최대 10cm 또는 최대 8cm까지 연장될 수 있다.
대안적으로, 슬롯은 4cm 이상 및 선택적으로 6cm까지 연장될 수 있다.
추가 유입구는 튜브의 길이의 99%, 75% 또는 50%까지 튜브의 일부분으로 연장될 수 있다. 추가 유입구는 제1 단부와 튜브의 더 넓은 외경 부분 사이에서 튜브의 일부에 대해 연장될 수 있다. 추가 유입구는 제1 단부와 튜브의 더 넓은 직경 부분까지 사이에서 튜브의 길이의 99%, 75% 또는 50%까지 연장될 수 있다.
추가 유입구는 튜브 길이의 25% 이상 또는 33% 이상 연장될 수 있다. 이들은 제1 단부와 더 넓은 직경 부분까지 사이에서 튜브의 길이의 33% 이상, 바람직하게는 50% 이상으로 연장될 수 있다. 따라서, 추가 유입구가 없는 중실(solid) 부분이 더 넓은 직경 부분과 추가 유입구 사이에서 튜브의 길이의 10% 이상, 선택적으로 20% 이상 연장될 수 있다.
추가 유입구의 최소 치수는 캡 유입구보다 작을 수 있으며, 예를 들어 1.5mm 폭이고 캡 유입구는 3mm이다.
배출구의 폭은 추가 유입구의 최소 치수보다 훨씬 클 수 있다. 이는 2, 2.5 또는 3배 더 클 수 있다.
캡 유입구는 배출구 영역의 단면적의 50-95%, 선택적으로 60-85%의 면적을 가질 수 있다.
튜브는 일반적으로 상이한 외경을 갖는 적어도 2개의 부분을 포함한다. 유입구와 제2 부분 사이의 제1 부분, 및 제1 부분과 배출구 사이의 제2 부분. 따라서 제2 부분은 통상 상기 더 넓은 직경 부분이다. 이는 일반적으로 장착 수단을 갖는다.
따라서, 노즐은 통상 사용시 파이프라인에 장착하기 위한 장착 수단을 갖는다. 이는 종종 나사식 몸체이지만, 스냅-핏 연결 또는 다른 적합한 장치일 수 있다. 나사식 몸체는 튜브의 일부의 외부에 제공될 수 있다.
튜브의 보어는 일반적으로 상이한 단면 크기의 적어도 2개의 섹션을 포함한다. 이들은 일반적으로 상이한 외경의 제1 및 제2 부분과 같이 튜브를 따라 동일한 길이 방향 위치에 형성된다.
챔버로 지칭되는 튜브의 제1 섹션은 제1 단부에서의 유입구와 제2 섹션 사이이다. 채널로 지칭되는 튜브의 제2 섹션은 제1 섹션과 튜브의 배출구 사이이다.
챔버는 일반적으로 채널에 비해 더 큰 단면적을 갖는다.
챔버는 일반적으로 배출구 단면적에 비해 더 큰 단면적을 갖는다.
채널은 일반적으로 배출구와 동일한 단면적(+/- 20%)을 갖는다. 또한 일반적으로 유입구(18)의 단면적보다 더 큰 단면적이다.
추가 유입구는 일반적으로 챔버, 즉 통상적으로 상기 튜브의 제1 부분 사이에 제공된다.
치수는 변할 수 있지만, 챔버의 길이는 40mm-100mm일 수 있다.
채널 길이는 5mm-20mm일 수 있다.
튜브, 챔버 또는 채널의 내부 단면적은 일반적으로 각각 튜브, 챔버 또는 채널의 가장 좁은 내부 지점에서 얻는다.
튜브, 챔버 및 채널 각각의 상기 내부 단면적은 통상 2:1 이하, 일반적으로 1.5:1, 1.1:1 또는 동일한, 즉 1:1의 높이 대 폭의 비를 갖는다.
따라서, 바람직하게는 튜브는 단면이 원형일 수 있다. 튜브는 일반적으로 길이 방향으로 연장되고 내부에 중심 축을 갖는다. 배출구는 제2 단부에 있을 수 있다.
튜브는 총 45mm-120mm, 선택적으로 60-100mm일 수 있다.
챔버는 바람직하게는 원통형으로, 원추형 또는 절두-원추형과 대비된다. 따라서 노즐의 배출구에 전체 보어 압력을 제공할 수 있다. 따라서, 바람직하게는 챔버의 길이의 적어도 80%가 동일한 단면적을 갖는다.
채널은 바람직하게는 원통형으로, 원추형 또는 절두-원추형과 대비된다. 이것은 또한 배출구에 적절한 유속 및 압력을 제공하는 데 도움이 된다. 따라서, 바람직하게는 채널의 길이의 적어도 80%가 동일한 단면적을 갖는다.
일반적으로 하나를 넘는 (대기로의) 배출구는 없다.
본 발명의 제3 양상에 따르면, 파이프라인 및 본원에 기술된 노즐 장치를 포함하는 파이프라인 장치가 제공된다.
따라서, 노즐 장치는 파이프라인 내로 연장된다. 노즐 장치에서와 같이, 사용시에, 파편이 들어오는 것을 여과할 수 있어 하류에서 경험되는 막힘을 완화하거나 막힘 횟수를 감소시킬 수 있다.
축소 부시(reducing bush)는 노즐 장치를 파이프라인의 적절한 소켓으로 크기를 맞추는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 0.5" 노즐은 축소 부시를 통해 1.5” 파이프라인에 추가될 수 있다.
바람직하게는, 튜브의 길이는 사용중인 축소 부시를 넘어 연장되도록 더 길다.
이는 특히 엘보우 및/또는 T-조인트에 설치된 노즐 장치에 유용하다.
다양한 실시예는 축소 부시에 인접한 튜브 영역의 50 내지 100%, 선택적으로 70% 이상 또는 90% 이상을 추가 유입구 없이 가질 수 있다.
또는, 웰도렛(weld-o-let) 피팅을 사용할 수 있다.
축소 부시 또는 웰도렛에 인접한 튜브의 부분은 바람직하게는 실질적으로 중실이며 슬롯은 튜브의 일부분에서 이 영역 밖으로 연장된다. 이는 기계적 장착을 개선할 수 있다. 예를 들어, 이 영역의 최소 75% 또는 95%는 슬롯이 없을 수 있다.
노즐 장치는 파이프라인의 단부에 추가되고, 그 내부에서 파이프라인의 주 길이 축에 실질적으로 평행(+/- 10도)으로 연장될 수 있다. 대안적으로, 파이프라인의 주 길이 축에 실질적으로 직각(+/- 10도)과 같은 각도로 제공될 수 있다.
파이프라인은 0.5"로부터 선택적으로 0.75" 이상 또는 1" 이상의 내경을 가질 수 있다. 특정 실시예는 최대 3.5", 최대 3"또는 최대 2"일 수 있다.
본원에 기술된 노즐 장치는 유체의 막힘 없는 유동을 필요로 하는 다양한 응용에 적합할 수 있지만, 파이프라인, 특히 파이프라인용 노즐 장치로서 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 오일 또는 가스를 발화하기 위한 버너 헤드, 물 공급 라인, 특히 소방 또는 화재 진압용 스프링클러 시스템으로 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 제3 양상에 따르면, 소방 및/또는 화재 진압용으로 본원에 기술된 노즐 장치를 사용하는 방법이 제공된다.
따라서, 본원에 기술된 노즐 장치는 스프링클러 장치일 수 있다.
소방 및/또는 화재 진압은 종종 개방 스프링클러 시스템, 즉 환경에 노출된 시스템을 위한 것이다. 침전 및 습기는 이러한 개방 시스템의 녹 및 기타 열화를 촉진한다. 해상 스프링클러 시스템과 같은 해양 환경에 있는 시스템은 특히 배관 작업을 더욱 악화시킬 수 있는 염수 환경 때문에 노즐로 이어지는 배관 내의 파편이 발생하기 쉽다. 염수 부산물은 또한 노즐을 막을 수 있다.
더 일반적으로 본 발명은 또한,
제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되고, 내부 단면적을 갖는 보어를 갖는 튜브;
튜브로의 유입구;
튜브로부터의 배출구-상기 배출구는 배출구 단면적을 가짐;
튜브의 외측과 보어 사이의 튜브에 복수의 추가 유입구를 가지는 노즐을 제공한다.
사용시에, 튜브의 유입구에 캡을 부착하는 것이 바람직하다. 캡은 바람직하게는 본원에 기술된 바에 따른 캡이다.
튜브의 유입구에 캡이 추가되는 한편, 상이한 치수의 상이한 캡이 쉽게 교체될 수 있다.
유입구는 튜브의 제1 단부를 관통하여 위치될 수 있다.
노즐은 튜브와 동축인 디플렉터; 및 튜브를 디플렉터에 연결하는 연결 수단을 가질 수 있다.
본 발명은 또한 본원에 기술된 노즐을 제조하는 방법을 제공하며, 방법은,
튜브 및 연결 수단을 단일 부품으로 형성하는 단계를 포함한다.
추가 유입구 및 노즐의 다른 특징은 튜브와 연결 수단이 단일 부품으로 형성되기 전후에 기계 가공되거나 노즐을 위해 달리 제공될 수 있다.
통상적으로 튜브, 연결 수단 및 디플렉터의 적어도 일부는 단일 부품으로 형성된다.
이제 본 발명의 실시예가 첨부된 도면을 참조하여 예로서만 기술될 것이다.
도 1은 본 발명의 일 양상에 따른 노즐 장치의 제1 실시예의 분해사시도이다.
도 2a는 파이프라인의 단부에 있는 도 1의 노즐 장치의 일부를 잘라낸 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 캡의 단면도 및 사시도이다.
도 3은 엘보우 조인트에 의해 파이프라인에 부착된 노즐 장치의 다른 실시예의 정면도이다.
도 4는 T-조인트를 통해 파이프라인에 연결된 노즐 장치의 다른 실시예의 정면도이다.
도 5는 노즐 장치의 다른 실시예의 분해사시도이다.
도 6은 웰도렛 피팅으로 연결된 파이프라인에 배열된 노즐 장치의 또 다른 실시예의 사시도이다.
도 7a는 본 발명의 다른 양상에 따른 캡의 평면도 및 사시도이다.
도 7b는 튜브에 부착된 도 7a의 캡의 사시도이다.
도 8은 노즐 장치의 다른 실시예의 사시도이다.
도 9는 도 8의 장치의 캡의 사시도이다.
도 10은 캡의 다른 실시예의 사시도이다.
도 1, 2a 및 2b는 본 발명의 일 양상에 따른 노즐 장치(10)의 실시예를 도시한다.
노즐 장치(10)는 제1 단부로부터 제2 단부까지 연장된 튜브(12), 튜브의 제1 단부에 해제 가능하게 부착된 캡(11), 튜브의 하부 위의 나사식 부시(22), 및 제2 단부에서 또는 그 부근에서 튜브(12) 둘레에 부착된 플랜지(37) 내지 아암(33, 34)을 통해 연결된 디플렉터 갈래(32)를 갖는 스플리터(31)로 형성되는 매달린 유형의 노즐이다.
캡(11) 내의 보어는 튜브(12)의 배출구(16)(도 1에 도시되지 않음)의 단면적보다 작은 단면적을 갖는 유입구(18)를 제공한다. 유입구(18)는 또한 튜브(12)의 내부 보어의 단면적보다 작은 단면적을 갖는다.
슬롯(20)은 튜브(12)의 측벽(13)을 따라 길이 방향으로 일부분 연장되고 유체(및 더 작은 파편)가 관통하지만 더 큰 입자의 흐름에 저항할 수 있게 하는 추가 유입구로서 기능한다.
나사식 부시(22)는 노즐 장치를 도 2, 3, 4 및 6에 도시된 바와 같이 선택적으로 축소 부시(reducing bush)를 통해 파이프라인에 연결하도록 제공된다.
튜브(12)의 중실 부분은 슬롯(20)과 나사식 부시(22) 사이에 제공된다. 도 2a에 도시된 바와 같이, 이 중실 부분은 일반적으로 사용시에 축소 부시(26)에 인접하며, 추가 유입구를 일반적으로 축소 부시(26) 외부로 및 파이프라인(40) 또는 조인트(30) 내의 유체의 주요부 내로 위치시키는 역할을 한다. 특정 실시예(예를 들어, 도 5 또는 6의 실시예)는 중실 부분을 갖지 않을 수 있지만, 존재할 경우, 이는 특정 응용에 대해 추가 유입구를 더 최적으로 위치시키며, 또한 구조적 지지를 제공한다-튜브가 파이프라인을 통한 유체 흐름의 힘에 저항해야 함을 주목한다. 중실 부분은 또한 제조하기 위한 기계 가공이 덜 필요하기 때문에 더 빠른 생산을 가능하게 한다.
도 2a에 더 도시된 바와 같이, 튜브(12)의 내부 챔버(21)는 직경(또는 다른 치수)이 캡의 유입구(18)보다 크도록 크기가 정해진다. 슬롯(20)과 함께, 이는 노즐 장치(10)의 내부 챔버에서의 유동에 대한 제한 없이 노즐 장치(10)를 통한 완전 유동을 가능하게 한다. 슬롯(20) 및 유입구(18)가 배출구(16)보다 작기 때문에 파편이 들어올 수 없으므로 이 영역은 노즐 장치의 출구 오리피스를 통상 차단하는 파편이 없이 자유 유동할 것이다.
외부 나사식 부시(22)에 인접한 채널(23)은 챔버(21)로부터 배출구(16)로 이른다. 채널(23)은 배출구(16)와 동일한 단면적을 가지며 따라서 챔버(21)보다 작은 단면적이지만 유입구(18)보다 큰 단면적이다.
캡(11)의 확대된 단면도 및 확대된 사시도가 도 2b에 나타나 있다. 캡(11)은 정점에 유입구(18)를 갖는 절두돔 형상(frusto-dome-shaped)(돔이지만 평평한 표면을 가짐)이다. 탄성 아암(42)의 원형 배열은 캡(11)의 본체(41) 주변으로부터 연장된다. 아암은 단부에 숄더(43)를 가지며, 이는 부분적으로 내측으로 테이퍼지게 형성된다. 아암의 원형 배열은 아암이 굴곡되어 튜브(12)의 내부 보어 내로 끼워지도록 크기가 정해진다. 테이퍼진 숄더는 상기 굽힘을 용이하게 하기 위해 쐐기 모양을 제공하여, 캡이 튜브(11)의 단부 상에 가압되고, 아암(42)은 구부러진 다음 숄더(43)가 슬롯(20)(또는 다른 리세스)에 위치하여 캡이 스냅-핏 연결(snap-fit connection)로 튜브(12)에 부착된다.
돔 형상 캡(11)의 만곡부는 유동 파편에 대한 평탄한 충격 영역(즉, 유동 방향에 대해 실질적으로 90도의 표면)의 이용 가능성을 제한하고 유동 내의 파편이 유입구(18)를 지나 유동하도록 촉진한다. 파이프라인 내에서 유동하는 파편은 노즐 장치 둘레로 그리고 노즐 장치를 지나 아래로 파이프라인 내의 파편 포착 영역(28)(도 3 및 4에 표시됨) 내로 향한다. 캡의 매끄러운 가장자리/표면은 유입구(18)로부터 파편이 멀어지도록 노즐 장치(12)의 마찰을 감소시킨다. 원통형 및/또는 만곡된 표면은 또한 물 또는 전달 유체, 예를 들어 오일 또는 소방용 발포체의 더욱 부드러운 유동 경로를 제공한다. 원통형 및/또는 만곡된 표면은 소금 결정화가 시작될 수 있는 영역을 더욱 감소시켜 자유 유동 영역을 허용한다.
노즐 장치(10)는 사용시 파이프라인에 부착된다. 예를 들어, 도 2a의 도면에서는 축소 부시(26)를 통해 45도 엘보우 피팅(30)에 부착된다. 파이프라인(40)을 통해 엘보우 피팅(30) 내로 유동하는 매체 내의 입자는 상기 언급한 특징 및 배열로 인해 노즐 배출구(16)를 차단하지 않을 것이다. 도 4에 도시된 파편(60)은 캡(11) 주위로 흐르고 유입구(18) 또는 슬롯(20)으로 들어가기에는 너무 크면 노즐 장치(12)로 들어가지 않는다. 더 큰 배출구의 경우, 유입구(18) 또는 슬롯(20)을 통과할 만큼 작은 파편은 더 큰 챔버(21), 채널(23) 또는 더 큰 배출구(16)를 차단하지 않을 것이다.
유체는 유입구(18), 추가 유입구(20)를 통해 챔버(21)로 이어지고 채널(23)을 통해 배출구(16) 밖으로 빠져나간다. 유동은 스플리터(31)와 접촉하고 변류기 갈래(deflector tines)(32)에 의해 바깥쪽으로 분산된다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 축소 부시(26)에 인접한 튜브(12)의 부분은 실질적으로 중실이다. 슬롯(20)은 실질적으로 축소 부시(26)의 밖에서 튜브(12)의 일부분으로 연장된다. 이 예에서, 축소 부시(26)에 인접한 튜브(12) 부분의 95%는 슬롯(20)이 없다.
슬롯(20)은 튜브(12)와 엘보우 피팅(30)의 내경 사이의 인접한 '파편 포착 영역(28)' 내에 실질적으로 위치한다. 유입구(18)와 슬롯(20)의 크기를 감안하면, 사용시, 파편이 파이프라인(40) 내에서, 엘보우 피팅(30) 내로, 그리고 노즐 장치(10) 주위 및 이를 지나서 아래로 파편 포착 영역(28) 내로 흐른다.
노즐 장치(110)의 다른 실시예가 도 3에 도시되어있다.
파이프라인(도시되지 않음)의 90도 엘보우 조인트(130)는 축소 부시(126)를 통해 노즐 장치(110)와 맞추어진다.
노즐 장치(110)는 노즐 장치(10)와 같은 다수의 공통 특징을 공유하며, 앞에 "1"이 붙은 것을 제외하고는 동일한 번호로 표시된다. 이들 기능은 여기에서 다시 설명하지 않는다.
도 1의 실시예와는 달리, 추가 유입구는 노즐 장치(110)의 튜브(112) 상의 원형 구멍(120)에 의해 제공된다. 원형 구멍(120)은 배출구(116)보다 작은 직경을 갖는다. 따라서, 앞선 실시예에서와 같이, 이를 통과할 수 있을 만큼 작은 파편은 배출구(116)를 막을 만큼 크지 않을 것이다.
도 4는 T-조인트(230)를 통해 파이프라인(도시되지 않음)에 연결된 노즐 장치(210)의 다른 실시예를 도시한다. 노즐 장치(210)는 치수가 다소 상이하지만 노즐 장치(10)와 유사하다.
유입구(218)는 파이프라인의 중심을 벗어나, 즉 파이프라인의 중심축보다 15% 벗어나도록 파이프라인 내로 연장된다. 예를 들어, 10cm 내경 파이프라인에서, 내경의 중간 지점, 즉 5cm에서 중심축을 가지면, 중심은 전체 직경이 3cm이고 중심축으로부터 내경 +/- 1.5cm인 것으로 정의된다.
도 5는 노즐 장치(310)의 다른 실시예의 분해사시도를 도시한다. 이 실시예 또한 이전 실시예와 많은 유사한 특징을 공유하며, 앞에 "3"이 붙은 것을 제외하고 동일한 번호로 표시되어 있다. 이들 기능은 여기에서 다시 설명하지 않는다.
도 3의 실시예와 유사하게, 도 5의 실시예는 튜브(312)의 측면(313)에 원형 유입구를 갖는다. 그러나 이전의 실시예와 달리, 나사식 부시(322)와 추가 유입구(320) 사이에 중실 부분이 없다. 이러한 실시예는 특히 웰도렛 피팅에 적합하다.
유사한 실시예가 도 6에 도시되어 있다. 도 6의 노즐 장치(410)는 웰도렛 피팅(450)을 통해 파이프라인(440)에 부착된다.
도 5의 실시예와 유사하게, 나사식 부시(422)와 추가 유입구 사이에는 중실 부분이 없다. 그러나, 이 실시예에서, 도 1 및 도 4 실시예와 유사하게 슬롯(420)에 의해 추가 유입구가 제공된다.
바람직한 실시예에서, 유입구와 추가 유입구의 조합은 동일한 치수의 필터가 없는 개방 노즐의 K 인자(K-factor)와 동등하거나 그보다 큰 K 인자를 노즐 장치에 제공한다. 따라서, 노즐 장치(10)는 노즐 장치로의 완전 보어 유동(full bore flow)을 유지하면서 유동으로부터 파편을 여과한다.
도 7a는 도 2b의 실시예와 유사한 부분을 포함하는 캡(511)의 다른 실시예를 도시하며, 이들은 다시 상세히 설명되지 않는다. 유사한 부분의 도면번호는 양 실시예에서 동일한 뒤의 두자릿수를 공유하지만, 이 실시예에서는 '5'가 앞에 붙는다는 점에서 상이하다.
캡(511)은 정점에 원형 유입구(518) 및 2개의 슬롯(519a, 519b)을 포함한다. 슬롯(519a)은 슬롯(519b)에 직각으로 제공되고, 2개의 슬롯(519a, 519b)은 캡(511)의 정점에서 서로 교차한다. 원형 유입구(518)에 인접하여 위치된 슬롯(519a, 519b)의 일부는 캡(511)을 통해 연장되고 유입구(518)로부터 가장 멀리 위치한 슬롯(519a, 519b)의 나머지 부분은 캡(511)을 통해 연장되지 않는다.
따라서, 중앙 유입구(518)가 파편으로 막히면, 원형 유입구(518) 양측의 슬롯(519a, 519b)인 추가의 4개의 유로가 투명하게 유지된다.
도 2b의 실시예에서와 같이, 단부에 숄더(543)를 포함하는, 캡(511)의 본체(541)의 주변으로부터 연장되는 탄성 아암(542)이 원형 배열된다. 아암(542)과 숄더(543)는 아암(52)과 숄더(53)보다 넓다.
도 7b는 튜브(512)에 부착된 캡(511)을 도시한다. 튜브(512)는 전술한 바와 동일한 방식으로 기능하지만, 이 실시예에서는 캡(511)의 숄더(543)가 결합 가능한 사각형 슬롯(527)을 포함함으로써, 캡(511)이 튜브(512)의 제1 단부에 해제 가능하게 부착된다.
사용시, 캡(511) 및 튜브(512)는 파이프라인(도 7b에 도시되지 않음) 내에 위치된다. 유체는 캡(511) 내의 슬롯(519a, 519b) 및 원형 유입구(518)를 통해 파이프라인으로부터 튜브(512) 내로 흐른다.
도 8은 노즐 장치(610)의 다른 실시예의 사시도를 도시한다. 이 실시예 또한 이전 실시예와 많은 유사한 특징을 공유하며, 앞에 "6"이 붙은 것을 제외하고 동일한 번호로 표시되어 있다. 이들 기능은 여기에서 다시 설명하지 않는다.
노즐 장치(610)는 일반적으로 도 1에 도시된 노즐 장치(10)와 유사하다. 그러나, 여기에서 스플리터(631)는 튜브(612)의 제2 단부 근처 또는 그 단부에서 튜브(612)에 부착된 플랜지(637)를 통해 튜브(612)에 연결되는 나선형 충돌 표면을 포함한다.
또한, 캡(611)은 도 7a 및 7b에 도시된 것과 유사하게, 그 정점에 원형 유입구(618) 및 2개의 슬롯(619a, 619b)을 포함한다. 그러나, 여기에서 캡(611)은 도 9에 도시된 바와 같이 나사산(642)을 포함한다. 노즐 장치(도시되지 않음)의 다른 실시예는 도 7a 또는 1의 것과 같은 다른 부착 수단 또는 도 10에 도시된 캡(711)에서와 같은 억지끼움식(interference fit)(732) 캡을 사용할 수 있음을 이해할 것이다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않고 개선 및 수정이 이루어질 수 있다.

Claims (34)

  1. 노즐과 캡을 포함하는 노즐 장치에 있어서, 상기 노즐은:
    제1 단부로부터 제2 단부까지 연장되고, 내부 단면적을 갖는 보어를 갖는 튜브;
    상기 튜브로의 유입구,
    상기 튜브로부터의 배출구-상기 배출구는 배출구 단면적을 가짐;
    상기 튜브의 외측과 상기 보어 사이의 상기 튜브 내의 복수의 추가 유입구를 포함하고;
    상기 캡은 상기 튜브의 상기 유입구에 추가되고, 상기 캡은 상기 튜브로의 상기 유입구에 부착하기 위한 부착 수단 및 캡 유입구를 포함하는 노즐 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유입구는 상기 튜브의 상기 제1 단부를 통해 위치되는 노즐 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 캡은 해제 가능한 노즐 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡은 교체 가능한 노즐 장치.
  5. 제5항에 있어서, 상기 캡은 상이한 치수를 갖는 상이한 캡과 교체 가능한 노즐 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브와 동축인 디플렉터; 및 상기 튜브를 상기 디플렉터에 연결하는 연결 수단을 포함하는 노즐 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 튜브 및 연결 수단은 일체형으로 형성되는 노즐 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡 유입구의 단면적은 상기 배출구 단면적보다 작은 노즐 장치.
  9. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡 유입구의 단면적은 상기 배출구 단면적과 같거나 그보다 큰 노즐 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡 유입구의 적어도 일부는 상기 캡의 중심에 제공되는 노즐 장치.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡 유입구는 적어도 하나의 슬롯을 포함하는 노즐 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 캡 유입구는 교차 배열로 제공되는 적어도 두 개의 슬롯을 포함하는 노즐 장치.
  13. 제11항 또는 제12항에 있어서, 상기 적어도 하나의 슬롯의 일부는 상기 캡을 통해 연장되지 않는 노즐 장치.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐 장치는 상기 튜브 내의 적어도 하나의 적절하게 형성된 리세스에 맞물리도록 상기 캡으로부터 연장되는 복수의 탄성 아암을 포함하는 캡 부착 수단을 갖는 노즐 장치.
  15. 제14항에 있어서, 상기 아암은 원형 배열로 상기 캡으로부터 연장되는 노즐 장치.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 캡은 상기 캡의 중심이 상기 캡의 외부 부분보다 더 길이 방향으로 연장되도록 테이퍼되는 노즐 장치.
  17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 유입구는 상기 튜브 길이의 99%, 75% 또는 50%까지 상기 튜브의 일부분으로 연장되는 노즐 장치.
  18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 유입구는 상기 튜브 길이의 25% 이상 또는 33% 이상 연장되는 노즐 장치.
  19. 제1항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브는 상이한 외경을 갖는 2개의 부분, 즉 상기 유입구와 제2 부분 사이의 제1 부분 및 상기 제1 부분과 상기 배출구 사이의 제2 부분을 포함하고, 상기 제2 부분은 더 넓은 직경 부분이고 나사식 외부 몸체를 포함하는 장착 수단을 갖는 노즐 장치.
  20. 제19항에 있어서, 상기 추가 유입구는 상기 튜브의 상기 제1 부분의 길이의 99%, 75% 또는 50%까지 연장되는 노즐 장치.
  21. 제19항 또는 제20항에 있어서, 상기 추가 유입구는 상기 튜브의 상기 제1 부분의 길이의 33% 이상, 선택적으로 50% 이상 연장되는 노즐 장치.
  22. 제1항 내지 제21항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 튜브의 상기 보어는 상이한 단면적을 갖는 적어도 2개의 섹션, 즉 상기 유입구와 채널 사이의 챔버; 및 상기 챔버와 상기 튜브의 상기 배출구 사이의 상기 채널을 포함하며, 상기 챔버는 상기 채널에 비해 더 큰 단면적을 갖는 노즐 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 챔버는 상기 배출구의 단면적에 비해 더 큰 단면적을 갖는 노즐 장치.
  24. 제22항 또는 제23항에 있어서, 상기 추가 유입구는 상기 챔버를 통해 제공되는 노즐 장치.
  25. 제22항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 챔버 길이의 적어도 80%는 동일한 단면적을 갖는 노즐 장치.
  26. 제22항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 채널 길이의 적어도 80%는 동일한 단면적을 갖는 노즐 장치.
  27. 제1항 내지 제26항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 추가 유입구는 상기 튜브로부터의 상기 배출구의 최소 치수보다 작은 폭을 갖는 노즐 장치.
  28. 제1항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서, 하나를 넘는 대기로의 배출구가 없는 노즐 장치.
  29. 제1항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서, 스프링클러 장치인 노즐 장치.
  30. 파이프라인에 부착된 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 기재된 노즐 장치를 포함하는 파이프라인 장치.
  31. 제30항에 있어서, 상기 노즐 장치의 크기를 맞추고 상기 파이프라인 내의 적절한 소켓에 연결하기 위하여 축소 부시가 사용되는 파이프라인 장치.
  32. 제31항에 있어서, 상기 튜브는 상기 축소 부시를 넘어 연장되는 길이를 갖는 파이프라인 장치.
  33. 제31항 또는 제32항에 있어서, 상기 축소 부시에 인접한 상기 튜브 영역의 70% 이상이 중실중실 추가 유입구가 없는 파이프라인 장치.
  34. 소방 및/또는 화재 진압을 위해 제1항 내지 제29항 중 어느 한 항에 기재된 노즐 장치 또는 제30항 내지 제33항 중 어느 한 항에 기재된 파이프라인 장치를 사용하는 방법.
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