KR100319431B1 - Atomizer - Google Patents

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Abstract

Atomizer comprising a liquid inlet (14), a gas inlet (12) arranged to receive a pressurized flow of gas, a liquid flowpath extending from the liquid inlet (14) to a liquid stream outlet, and a curved gas flowpath extending from the gas inlet to a location adjacent the liquid stream outlet and including a supersonic flow region adjacent the liquid stream outlet, whereby supersonic gas flow adjacent the liquid stream outlet produces a shock wave which impinges on a liquid stream passing out through the liquid stream outlet for atomizing the liquid stream. <IMAGE>

Description

분무기{ATOMIZER}Atomizer {ATOMIZER}

본 발명은 일반적으로 분무기(atomizer)에 관한 것이다.The present invention relates generally to atomizers.

이 분야에서 매우 다양한 분무기가 이미 알려져 있다. 다음의 미국특허는 가장 적절하며 양호한 기술로서 여겨진다.A wide variety of nebulizers are already known in this field. The following US patent is considered the most appropriate and good technique.

U.S. Patent : 3,908,903 ; 3,980,233 ; 4,335,677 ; 4,341,530 ; 4,406,404U.S. Patent: 3,908,903; 3,980,233; 4,335,677; 4,341,530; 4,406,404

; 4,595,143 ; 4,773,596 ; 4,834,343 ; 4,943,704 ; 4,946,101; 4,595,143; 4,773,596; 4,834,343; 4,943,704; 4,946,101

; 5,044,559 ; 5,059,357 ; 5,181,661; 5,044,559; 5,059,357; 5,181,661

미국 특허 제4,341,530호는 고압력 수류(stream)의 나선형 흐름이 액체수로(liquid channel)를 한정하는 수직 축 주위로 나아가는 슬러리 분무기(slurry atomizer)에 대하여 서술하고 있다. 액체 수로(channel)에서 나선형의 물 흐름이 충돌하는 것은 수로(channel)를 통하여 액체를 끌어내며, 결과적으로 축 방향으로 흐르는 액체를 작은 물방울로 분쇄하도록 한다.U. S. Patent No. 4,341, 530 describes a slurry atomizer in which the helical flow of a high pressure stream travels around a vertical axis defining a liquid channel. The collision of the helical water flow in the liquid channel draws the liquid through the channel, resulting in the pulverization of the liquid flowing in the axial direction into droplets.

본 발명은 더욱 개선된 분무기를 제공하기 위한 것이다.The present invention is to provide a further improved atomizer.

본 발명에 따라, 액체 인입구(liquid inlet), 고압의 기체 흐름을 받아들이도록 마련된 기체 인입구(gas inlet), 액체 인입구에서 액체 배출구까지 이어지는 액체 통로(liquid flowpath), 액체 배출구와 인접해 있는 초음속 유동 구간을 포함하며 기체 인입구에서 액체 배출구에 인접한 지점으로 이어지는 곡선형인 기체 통로(curved gas flowpath)를 구비하여, 액체배출구 근처의 초음속 기체 유동이, 액체 출구를 통과해 나오는 액체의 흐름에 충돌하여 액체 흐름을 분쇄시키는 충격파를 발생시키는 분무기(atomizer)가 마련되어진다.According to the present invention, a liquid inlet, a gas inlet arranged to receive a high pressure gas flow, a liquid flowpath leading from the liquid inlet to the liquid outlet, and a supersonic flow section adjacent to the liquid outlet And a curved gas flowpath leading from the gas inlet to the point adjacent to the liquid outlet, such that a supersonic gas flow near the liquid outlet impinges upon the flow of liquid through the liquid outlet to direct the liquid flow. An atomizer is provided which generates a shock wave to be crushed.

양호한 실시예에 따라, 곡선형 기체 통로(curved gas flowpath)는 대체로 나선형인 통로(generally helical flowpath)를 포함한다.According to a preferred embodiment, the curved gas flowpath comprises a generally helical flowpath.

나선형 통로는 축 방향으로 형성된 액체 통로의 둘레에 형성되어 있는 것이 바람릭하다.The spiral passage is preferably formed around the liquid passage formed in the axial direction.

본 발명의 양호한 실시예에 따라, 대체로 나선형인 통로(generally helical flowpath)는, 초음속 유동 구간 상류 측에 인접해 있는, 끝부분을 자른 원뿔형의 아음속(亞音速) 유동 구간을 포함한다.In accordance with a preferred embodiment of the present invention, a generally helical flowpath comprises a truncated conical subsonic flow section adjacent to an upstream side of the supersonic flow section.

본 발명의 양호한 실시예에 따라, 곡선형의 기체통로를 통과하도록 고압의기체를 기체 인입구로 제공하는 단계, 액체 인입구에서 액체 배출구로 이어진 액체통로를 제공하는 단계, 그리고 고압의 기체를 액체 배출구에 인접한 초음속 유동 구간에서 초음속으로 흐르게 하여, 액체 배출구를 통과해 나오는 액체 흐름에 충돌하여 액체 흐름을 분쇄시키는 충격파를 발생시키는 단계를 포함하는 분무 방법 (method for atomizing)이 제공된다.According to a preferred embodiment of the present invention, there is provided a step of providing a high-pressure gas to the gas inlet to pass through the curved gas passage, providing a liquid passage from the liquid inlet to the liquid outlet, and the high-pressure gas to the liquid outlet A method for atomizing is provided that includes flowing a supersonic speed in an adjacent supersonic flow section to generate a shock wave that impinges on the liquid stream exiting the liquid outlet and crushes the liquid flow.

본 발명의 양호한 실시예에 따라, 상술한 기체는 대체로 나선형인 통로를 따라서 통과한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the gas described above passes along a generally helical passageway.

대체로 나선형인 통로는 축방향인 액체 통로의 둘레에 형성되어 있는 것이 바람직하다.The generally spiral passage is preferably formed around the axial liquid passage.

본 발명의 양호한 실시예에 따라, 기체는, 초음속 유동 구간 상류 측에 인접해 있는, 끝이 잘린 원뿔형의 아음속 유동 구간을 통과한다.According to a preferred embodiment of the present invention, the gas passes through a truncated conical subsonic flow section adjacent the upstream side of the supersonic flow section.

본 발명의 양호한 실시예에 따라, 기체의 흐름으로 인하여 초래되는 흡인력에 의해서 액체가 흐르게 되는 현상이 발생된다.According to a preferred embodiment of the present invention, a phenomenon occurs in which liquid flows due to suction force caused by the flow of gas.

본 발명은 도면과 관련된 다음의 구체적인 설명으로 인하여 좀 더 완전하게 이해되어질 것이다.The invention will be more fully understood by the following detailed description taken in conjunction with the drawings.

양호한 실시예에 대한 상세한 설명Detailed description of the preferred embodiment

본 발명의 양호한 실시예에 따라 조립(제작)되고 작동되어지는 분무장치 (atomizer apparatus)를 나타내고 있는 도 1에서 도 5까지의 도면에 참조부호가 나와 있다. 본 발명의 분무 장치는 기체 인입 구멍(12)과 액체 인입 구멍(14)을 갖는 하우징(housing)(10)을 포함한다. 고압 기체 인입 구멍(12)은 적당하게 나사가 형성된 고압 기체용 니플 어셈블리(nipple assembly)(16)를 밀봉하며 끼울 수 있도록 나사가 형성되어 있으며, 이 니플 어셈블리를 통해, 예를 들어 5.5 - 6.5 기압의 압력을 받는 공기와 같은 고압 기체가 하우징(10)에 공급된다. 대안으로 다른 인입구장치가 사용될 수도 있다.Reference is made to the figures of FIGS. 1-5 which show an atomizer apparatus which is assembled (manufactured) and operated in accordance with a preferred embodiment of the present invention. The spray apparatus of the present invention comprises a housing 10 having a gas inlet hole 12 and a liquid inlet hole 14. The high pressure gas inlet 12 is threaded to seal and fit a properly threaded nipple assembly 16 for high pressure gas, through which the nipple assembly, for example, 5.5-6.5 atmospheres High pressure gas, such as air under pressure, is supplied to the housing 10. Alternatively other inlet devices may be used.

액체 인입 구멍(14)은 다단식 축방향 보어(multiple stepped axial bore)(18)와 통해 있으며, 이 다단식 축방향 보어(18)는 고압기체 인입 구멍(12)과 통해 있다. 다단식 축방향 보어(18)는 좁은 중간 부분(22) 앞에 인입구멍(14)에 인접한 나사산 형성 부분(20)을 포함한다. 중간 부분(22)은 고압기체 인입 구멍(12)과 서로 통해 있는 더 좁은 중간 부분(24)과 이어져 있다. 중간 부분(24)은 점점 좁아지는 부분(26)으로 이어져 있고, 이 부분(26)은 좀 더 좁은 부분(28)과 차례로 이어지게 된다. 이 부분(28)은 또다른 점차 좁아지는 부분(30)으로 이어지며, 이 부분(30)은 가늘고 긴 출구부분(분무 통로 구간)(32)으로 이어지게 된다.The liquid inlet hole 14 is through a multiple stepped axial bore 18, which is in communication with the high pressure gas inlet hole 12. The multistage axial bore 18 includes a threaded portion 20 adjacent the inlet hole 14 in front of the narrow intermediate portion 22. The middle portion 22 is connected to the high pressure gas inlet 12 and the narrower middle portion 24 through each other. The middle portion 24 leads to the narrower portion 26, which in turn runs into the narrower portion 28. This portion 28 leads to another gradually narrowing portion 30, which leads to an elongated outlet portion (spray passage section) 32.

액체 인입로 부재(34)는 나사부에 의해서 보어(18)에 끼워지며, 인입구멍 (14)에 인접해 있는 입구 부분(38)을 포함한다. 부재(34)는 또한 나사산이 형성된 보어부분(20)과 맞물리는 나사산 형성 부분(40)을 포함하며, 그 다음에 밀봉 링 (46)을 수용하는 리세스(recess)(44)가 형성되어 있는 좁은 중간부분(42)을 갖는다. 중간부분(42) 다음에는 더 좁은 중간부분(48)이 있고, 그 다음은 기체 인입 구멍(12)와 연통하는, 홈이 파인 나선형의 기체통로 부분(50)이 형성되어 있다. 이 부분(50) 다음은 약간 테이퍼(taper)진(좁아진) 부분(52)이 있고 이 부분(52)은 급격하게 테이퍼진(좁아진) 끝부분(54)으로 마무리된다.The liquid inlet member 34 fits into the bore 18 by a threaded portion and includes an inlet portion 38 adjacent to the inlet hole 14. The member 34 also includes a threaded portion 40 that engages with the threaded bore portion 20, which is then formed with a recess 44 for receiving the sealing ring 46. It has a narrow middle portion 42. Next to the middle portion 42 is a narrower middle portion 48, followed by a slotted spiral gas passage portion 50 that communicates with the gas inlet hole 12. This portion 50 is followed by a slightly tapered (narrowed) portion 52, which ends with a sharply tapered (narrowed) end 54.

도 5를 고찰함으로써, 부재(34)의 급격히 좁아지는 끝부분(54)은 점점 좁아지는 보어 부분(30) 및 가늘고 긴 보어 부분(32)에 인접해 있다는 사실을 알 수 있게 된다. 점차로 좁아지는 보어 부분(30) 및 출구 보어 부분(32)의 접합점 (junction)은 아음속 및 초음속 기체 흐름 구간의 경계를 한정한다.5, it can be seen that the sharply narrowing end 54 of the member 34 is adjacent to the narrower bore portion 30 and the elongated bore portion 32. The junction of the gradually narrower bore portion 30 and the outlet bore portion 32 defines the boundary between subsonic and supersonic gas flow sections.

기체는 부분(30)(54)을 통하여 가속이 붙어 속도가 빨라지며, 초음속 흐름 상태(supersonic flow condition)를 발생시키기 위해 도 5의 1 마하(1 MACH)라고 표시된 목(neck) 부분에서부터 팽창한다.The gas accelerates through portions 30 and 54 and expands from the neck portion labeled 1 Mach of FIG. 5 to create a supersonic flow condition. .

액체는, 액체 인입 니플 어셈블리(62)를 수용하는 나사가 형성된 인입구(60)에서, 출구에 인접한 끝부분(54) 및 가늘고 긴 출구 보어 부분(32)으로, 연속적으로 좁아지는 보어(58)를 통해 흐르게 된다. 액체 흐름에 인접한 기체 흐름의 접선 성분(tangential component)은 가압 상태가 아닐 수 있는 액체 공급원으로부터 액체를 보어(58)를 통해 끌어온다.The liquid, in the threaded inlet 60 that receives the liquid inlet nipple assembly 62, has a continuously narrow bore 58 from the end 54 adjacent to the outlet and the elongated outlet bore portion 32. Will flow through. The tangential component of the gas stream adjacent to the liquid stream draws liquid through bore 58 from a liquid source that may not be pressurized.

액체는 보어부분(32)에 의해 한정되는 구역으로 팽창하여 들어가며, 도 5에 나타난 바와 같이 작은 물방울(droplet)들(70)을 형성한다. 액체 흐름의 코어 영역(core region)의 경계선은 제5도에 점선(72)으로 표시되어 있다. 부재(34)의 끝부분(54)과 하우징(10)의 가늘고 긴 출구 보어부분(32)사이의 영역에서 기체의 초음속 흐름에 의해 발생되는 충격파(74)는 벽에 최소한 부분적으로 반사되면서 액체의 흐름에 비스듬하게 충돌하며, 분무현상을 일으키도록 한다. 선(76)은 기체와 액체의 흐름 사이의 전단층(shear layer)을 나타낸다. 짧은 선(78)은 두 흐름의 소용돌이 효과(recirculation effects)를 나타낸다. 분무기의 분사상태가 도 1의(80)으로 표시되어 있다.The liquid expands into the area defined by the bore portion 32 and forms droplets 70 as shown in FIG. 5. The boundary of the core region of the liquid flow is indicated by dashed line 72 in FIG. In the region between the end portion 54 of the member 34 and the elongated outlet bore portion 32 of the housing 10, the shock wave 74 generated by the supersonic flow of gas is at least partially reflected off the wall, They collide at an angle to the flow and cause spraying. Line 76 represents the shear layer between the flow of gas and liquid. Short line 78 represents the recirculation effects of the two flows. The spraying state of the nebulizer is indicated at 80 in FIG.

실제적인 접선방향 기체의 흐름은, 액체를 초음속 분쇄 영역으로 끌어오는 중요한 진공현상을 발생시킨다. 본 발명에서 구현된 비교적 높은 진공상태는 그로부터 발생되는 높은 수준의 증발로 인해 분사효율(atomizing efficiency)을 매우 향상시키는 것으로 여겨진다.The actual tangential gas flow creates an important vacuum which draws the liquid into the supersonic grinding zone. It is believed that the relatively high vacuum implemented in the present invention greatly improves the atomizing efficiency due to the high level of evaporation generated therefrom.

실제적인 실험에서, 도 1에서 도 5까지에 나타난 상술한 장치를 사용하여 다음과 같은 결과들이 얻어졌다.In practical experiments, the following results were obtained using the apparatus described above shown in FIGS.

기체의 유속(gas flow rate): 50-60 liter/min - 1.76 cfm - 2.12 cfmGas flow rate: 50-60 liters / min-1.76 cfm-2.12 cfm

기체 입구 압력(gas inlet pressure) : 6 barGas inlet pressure: 6 bar

액체 유속(liquid flow rate): 5.5 - 6 liter/hourLiquid flow rate: 5.5-6 liter / hour

분사액체의 입자 크기(평균)(output liquid drop size): 2-10 micronsOutput liquid drop size: 2-10 microns

진공 레벨(vacuum level): 6-7 m Water WGVacuum level: 6-7 m Water WG

증발(Evaporation) : 대략 물의 10%.Evaporation: Approximately 10% of water.

본 발명은 위에서 서술된 내용에 의해서 한정되지 않는다는 사실을 이 분야에서 숙련된 사람들은 알 수 있을 것이다. 본 발명의 범위는 다음에 나오는 청구범위에 의해서만 한정되어진다.Those skilled in the art will recognize that the present invention is not limited by the above description. It is intended that the scope of the invention only be limited by the following claims.

도 1은 본 발명의 양호한 실시례에 따라 조립(제작)되고 작동되는 분무장치 (atomizer apparatus)를 입체적으로 나타낸 것이다.Figure 1 shows in three dimensions a atomizer apparatus assembled (fabricated) and operated in accordance with a preferred embodiment of the present invention.

도 2는 선 Ⅱ-Ⅱ을 따라서 자른 단면도이다.2 is a cross-sectional view taken along the line II-II.

도 3은 도 2의 장치를 분해한 단면도이다.3 is an exploded cross-sectional view of the apparatus of FIG. 2.

도 4는 도 2 및 도 3의 장치의 일부분을 확대한 단면도이다.4 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the apparatus of FIGS. 2 and 3;

도 5는 도 2 및 도 3의 장치의 일부분을 더욱 확대한 단면도이다.5 is an enlarged cross-sectional view of a portion of the apparatus of FIGS. 2 and 3.

Claims (8)

액체 인입구(liquid inlet)와; 고압의 기체 흐름을 받아들이도록 마련된 기체 인입구(gas inlet)와; 액체 인입구에서 액체 배출구까지 이어지는 액체 통로(liquid flowpath)와; 기체 인입구에서 액체 배출구에 인접한 지점으로 이어지고, 액체 배출구에 인접해 있는 초음속 유동 구간(supersonic flow region)과 초음속 유동 구간 하류 측의 긴 원통형 분무통로 구간(atomizing flowpath region)을 포함하며, 분무기 출구로 연결된 나선형 기체 통로(helical flowpath);로 구성되어,A liquid inlet; A gas inlet arranged to receive a high pressure gas stream; A liquid flowpath leading from the liquid inlet to the liquid outlet; A supersonic flow region adjacent to the liquid outlet at the gas inlet and a long cylindrical atomizing flowpath region downstream of the supersonic flow section, connected to the atomizer outlet A helical flowpath; 상기 긴 통로의 원통 벽에 최소한 부분적으로 반사되는 충격파가 액체 배출구 근처의 초음속 기체 흐름에 의해 발생되고, 상기 충격파가 액체 배출구를 통과하는 액체 흐름에 비스듬하게 충돌하여 분무통로 구간에서 액체 흐름을 분쇄시키는 분무기.Shock waves reflected at least in part on the cylindrical walls of the long passages are generated by the supersonic gas flow near the liquid outlet, and the shock waves collide obliquely to the liquid flow through the liquid outlet, thereby crushing the liquid flow in the spray passage section. sprayer. 제1항에 있어서, 나선형 통로(generally helical flowpath)는 액체 통로의 둘레에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 분무기.The nebulizer of claim 1, wherein a generally helical flowpath is formed around the liquid passage. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 액체 통로는 축 방향인 것을 특징으로 하는 분무기.The nebulizer of claim 1, wherein the liquid passage is in the axial direction. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 나선형 통로는 초음속 유동 구간 상류 측에 인접해 있는, 끝부분을 자른 원뿔형의 아음속(亞音速) 유동 구간을 포함하는 것을 특징으로 하는 분무기.3. The nebulizer of claim 1 or 2, wherein the helical passageway comprises a conical subsonic flow section truncated at an end adjacent to an upstream side of the supersonic flow section. 나선형의 기체통로를 통과하도록 고압의 기체를 기체 인입구로 제공하는 단계와;Providing a high pressure gas to the gas inlet to pass through the spiral gas passage; 액체 인입구에서 액체 배출구로 이어진 액체통로를 제공하는 단계와;Providing a liquid passageway from the liquid inlet to the liquid outlet; 고압의 기체를 액체 배출구에 인접한 초음속 유동 구간에서 초음속으로 흐르게 하여, 상기 긴 통로의 원통 벽에 최소한 부분적으로 반사되는 충격파를 발생시켜서, 상기 충격파가 분무기 출구로 뻗어있는 초음속 유동 구간 하류 측의 긴 원통형 분무통로 구간에서 액체 흐름에 비스듬히 충돌하여 상기 분무통로 구간에서 액체 흐름을 분쇄시키도록 하는 단계; 로 이루어진 분무 방법.A high-pressure gas flows at supersonic speed in a supersonic flow section adjacent to the liquid outlet, producing a shock wave that is reflected at least partially to the cylindrical wall of the long passage, so that the long wave cylinder downstream of the supersonic flow section extending to the atomizer outlet. Striking the liquid flow at an angle in the spray passage section to crush the liquid flow in the spray passage section; Spray method consisting of. 제5항에 있어서, 상기 액체 통로는 축방향이고 상기 나선형 통로는 액체 통로 둘레에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 방법.6. The method of claim 5, wherein the liquid passage is axial and the helical passage is formed around the liquid passage. 제5항 또는 제6항에 있어서, 기체가 초음속 유동 구간의 상류 측에 인접해 있는, 끝부분을 자른 원뿔형의 아음속 유동 구간을 통과하는 것을 특징으로 하는 방법.7. A method according to claim 5 or 6, wherein the gas passes through a truncated conical subsonic flow section adjacent to an upstream side of the supersonic flow section. 제5항 또는 제6항에 있어서, 기체의 흐름으로 인하여 초래되는 흡인력에 의해 액체가 흐르게 되는 현상이 발생되는 것을 특징으로 하는 방법.7. A method according to claim 5 or 6, characterized in that the liquid flows due to the suction force caused by the flow of the gas.
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