KR100500084B1 - 에어로졸 생성장치 - Google Patents

Abstract

공구 또는 가공물용 냉각, 윤활장치에 특히 사용되는 에어로졸 생성장치는 운반가스 및 유체가 제공되는 분사장치를 포함한다. 분사장치의 배출구(23)에서, 그 배출구(23)를 빠져나온, 그 안에 유체방울을 구비한 가스제트(25)는 구조화된 표면을 구비한 편향몸체(13)로 향하고 구조화된 표면을 따라 흐른다. 예를 들어 편향몸체는 계단형상의 쉘(코팅표면)을 구비한 원추형 또는 절두-원추형태로 형성된다. 입자의 크기를 변경시킬 수 있게 하기 위해, 편향몸체 및 분사장치의 배출구 사이의 거리가 변화될수 있다.

Description

에어로졸 생성장치{APPARATUS FOR AEROSOL CREATION}

본 발명은, 특히 운반가스 및 유체가 공급가능하고 그 안에 유체방울이 포함된 가스제트를 배출구에서 방출하는 분사장치를 구비한, 공구 또는 가공물용 냉각윤활장치의 에어로졸 생성장치에 관한 것이다.

에어로졸은 많은 기술분야에서 응용되는데, 예를 들면 의학분야에서 흡입기, 가정분야에서 가습기, 청정제 및 보호제등에 응용된다. 이하에서 예로 들어 설명한 공구 또는 가공물의 냉각 또는 윤활에 에어로졸을 사용하는 것은 더욱 알려져 있다.

공구 및 가공물은 가공동안 대량의 열발생을 수반하는 큰 마찰력을 받기 마련이다. 따라서, 냉각윤활 매개물(제)에 의해 상술된 공구 또는 가공물의 마찰을 감소시켜주는 것이 필요하고, 이를 통해 공구 또는 가공물은 동시에 냉각된다. 예전에는, 한동안은 완전 제트냉각(full jet cooling)을 사용하는게 일반적이었고, 완전 제트냉각동안에는 다소 많은 양의 냉각윤활제가 냉각될 표면에 도포된다. 하지만 이 경우에 있어서, 한편으로는 냉각윤활제가 아주 많이 소모되어 냉각윤활장치의 작동비용이 비싸고, 다른 한편으로는 생태학적인 이유로 사용된 냉각윤활제를 생태학적으로 안전하게 처분하는 것이 필요하며, 이것 또한 복잡하고 비싸다.

최근 개발된 일명 최소 윤활기술에 있어서, 유체 냉각윤활제는 공기 스트림(air stream)내의 노즐내에서 무화된다. 이를 위하여, 냉각윤활제 및 공기가 별개의 도관(파이프, 라인)내 노즐로 유입되고, 상대적으로 고속으로 노즐을 빠져나오는 공기 스트림은 노즐을 빠져나온 냉각윤활제와 혼합된다. 혼합 미스트(mixed mist)의 생성이 노즐내에서 행해지는 시스템 또한 공지되어 있다. 냉각윤활제-공기 혼합 미스트는 처리될 표면에 직접적으로 뿌려져, 공구 및 가공물의 양호한 냉각 및 윤활효과가 달성된다. 이에 의하면 냉각윤활제의 소비량은 상당히 감소되고, 처분의 문제점 또한 줄어드는 장점이 있다. 하지만, 상술된 방법으로 생성된 냉각윤활제 미스트는 방울의 크기가 상대적으로 균일하지 않다. 비록 이러한 문제점은 냉각윤활제가 외부로부터 처리될 부분에 도포되는 소위 "외부 냉각"에 대해서는 상대적으로 문제되지 않지만, 냉각윤활제 미스트가 공구를 관통하여 연장하는 내부 통로를 통해 공구 및 가공물 사이의 접촉면으로 운반되는 소위 "내부 냉각"동안에는 문제가 된다. 공구가 회전하면, 냉각윤활제 미스트의 큰 방울 또한 회전되고 반지름 바깥쪽으로 가속되어 통로의 벽에 모이게 된다. 이는 냉각윤활제의 비균일한 운반을 초래하고, 특히 냉각윤활제를 주변에 튀긴다는 문제를 초래한다. 냉각윤활제 미스트가 상대적으로 긴 도관을 통해 운반되야 할 때에도 이와 유사한 문제점이 발생한다.

DE 30 34 941 A1의 청구범위 제 1항의 전제부에 따르면, 종래의 오일윤활에 추가하여 회전하는 부분의 냉각 및 윤활을 위해 공기 스트림 내에서 뜨는 아주 미세한 오일입자를 포함하는 에어로졸을 추가적으로 사용하는 것이 개시된다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 오일은 분사노즐을 통해 흐르는 공기 스트림에 의해 오일공급원으로부터 흡입되고, 에어로졸 챔버내에서 공기와 함께 무화되어, 에어로졸 챔버의 벽 및 바닥상에 응결하는 무거운 오일입자는 공급원내로 다시 흘러들어간다. 하지만, 무거운 오일입자의 응결에도 불구하고, 다양한 크기의 입자가 여전히 에어로졸에 남아 있어, DE 30 34 941 A1에 따르면 입자혼합 및 입자크기가 변경될 수 없다. 따라서, 재료의 형태 및 공정에 따라 달라질 수 있는 특수한 요구에 응하는 냉각 및 윤활의 조절이 제공되지 않는다.

도 1은 몇 개의 연관된 공구들이 부분적으로 절단되어 도시된 냉각, 윤활장치 용기의 사시도,

도 2는 에어로졸 생성장치의 단면도,

도 3은 도 2의 Ⅲ부분의 상세도,

도 4는 도 3의 계단의 제 1 대안적인 실시예를 도시하는 도, 및

도 5는 도 3의 계단의 제 2 대안적인 실시예를 도시하는 도이다.

본 발명의 목적은 작은 입자크기를 갖는 에어로졸이 신뢰성있게 생성될 수 있는 에어로졸 생성장치를 제공하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적은 가스제트가 구조화된 표면(structured surface)을 가진 편향몸체(deflection body)로 향하고 그를 따라 흘러가는 에어로졸 생성장치에 의해 달성된다.

본 발명에 따른 장치에 있어서, 윤활유체는 부압에 의한 공지된 방법으로 흡입되고, 운반가스(일반적으로 공기)의 제트내에서 무화된다. 운반가스는 압력하에서 분사장치의 챔버로 유입되며, 단면의 확장으로 인해 형성된 부압은 챔버내로 개방된 도관을 통해 윤활유체를 운반하고 운반가스에 고속의 속도를 부여한다. 윤활유체는 운반가스 스트림을 따라 분열되어 편향몸체의 구조화된 표면상에 미세하게 분배되어 응결된다. 운반가스 스트림은 편향몸체의 구조화된 표면위를 고속으로 흐르기 때문에, 구조화된 표면상에 형성된 윤할 유체막을 작은 입자크기의 에어로졸로 무화시킨다. 구조화된 표면이 특히 계단구조를 포함하도록 형성(설계)함으로써, 작은 입자직경을 매우 높은 농도로 가진 에어로졸이 생성될 수 있다.

운반가스의 공급 뿐만 아니라 윤활유체의 공급도 밸브를 통해 분리되어 제어될 수 있는 본 발명에 따른 에어로졸 생성장치에서는 에어로졸의 양 뿐만 아니라 입자의 크기도 바람직하게 변경될 수 있다. 나아가, 에어로졸의 윤활성이 이러한 방식을 통해 연속적으로 (무한적으로) 변화될 수 있다.

편향몸체는 분사장치의 배출구의 전면에 배치되며, 바람직하게는 구조화된 쉘(shell; 코팅표면)을 구비하는 회전적으로 대칭인 몸체로서 형성된다. 특히, 편향몸체가 가스제트와 대향하는 끝단쪽으로 원추형상으로 첨예화된 테이퍼진 형상을 포함하는 것이 바람직하다. 절두형 원추(truncated cone) 뿐만 아니라 원추도 편향몸체로서 사용될 수 있다.

원추의 선단부 또는 절두형 원추의 첨예화된 단부는 바람직하게는 분사장치의 배출구에 직접적으로 위치되며, 가스제트는 원추 또는 절두형 원추상의 상기 위치에 충돌한다.

본 발명의 다른 실시예는 분사장치의 배출구가 가스제트의 흐름방향으로 원추형으로 확장되는 것이다. 이러한 방법에 있어서, 원추형으로 또는 절두-원추형으로 형성된 편향몸체는 부분적으로 배출구내로 돌출할 수 있어, 흐름통로는 배출구의 내벽 및 편향몸체의 외벽 사이에 형성된다.

특히, 가스제트를 위한 분사장치의 배출구와 편향몸체 사이의 거리가 변화될수 있도록 한다. 이러한 방식으로, 전술된 흐름통로의 치수 또한 변화될 수 있다. 이러한 방식으로 가스제트의 속도 또한 변하기 때문에, 거리의 변화를 통해 입자크기도 변화될 수 있다. 가스제트의 속도가 높게 설정될수록, 생성된 에어로졸의 입자크기는 미세해진다.

가스제트내의 에어로졸의 응축은 편향몸체의 구조화된 표면의 형상(예를 들어 계단구조)에 따라 달라진다. 특히, 각 계단이 예각의 난류용 가장자리(turbulence edge)를 포함하면, 윤활유체 방울이 가스제트에 의해 매우 작은 크기로 분열되기 때문에 더 장점이 있다. 이러한 관점에서, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 계단은 특히 예리한 난류용 가장자리를 형성하도록 난류용 가장자리 아래에 컷백(cut back)을 포함할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예는 난류용 가장자리를 따라 바람직하게는 가스제트의 흐름에 대향하는 방향으로 향하는 뾰족하게 형성된 돌출부를 포함한다.

거의 균일한 입자크기를 갖는 에어로졸을 생성하기 위해서는, 에어로졸을 포함하는 가스 스트림이 편향몸체위를 흐른 후 한번 또는 여러번 여과되는 것이 바람직하다. 이러한 관점에서, 가스 스트림의 급격한 편향은 무겁고 큰 입자들이 분리되어 떨어져 나가게 하는 필터로서의 기능을 행하는 것으로도 볼 수 있다. 이러한 질량 또는 중량분리에 추가하여, 본 발명의 또 다른 실시예에서는, 구조화된 표면을 흐르는 가스 스트림이 특히 공기로 이루어진 감싸는 가스제트(enveloping gas jet of air)에 의해 둘러싸이도록 하고 있다. 종래에 공지된 링노즐로 형성될 수 있는 감싸는 가스제트는 에어로졸을 가속시켜, 미세한 입자가 감싸는 가스제트를 관통할 수 있도록 하여 큰 입자의 분리를 촉진한다.

대안적으로 체여과기(sieve filter) 및/또는 사이클론(cyclone)이 여과장치로서 제공될 수 있다. 사이클론은 또한 소비량의 변화를 보상할 수 있도록 하기 위해 에어로졸의 중간 저장고로서 추가적으로 형성될 수도 있다.

본 발명에 따른 장치에 있어서, 에어로졸의 생성은 부품들의 이동을 전혀 요구하지 않기 때문에, 높은 공정 신뢰성이 보장된다. 에어로졸의 생성량은 소비기에 의해 추출된 (소비된) 양에 달려있다. 만약 많은 양의 에어로졸이 소비(추출)된다면, 대응하는 공기량이 에어로졸 챔버내로 흘러들어가서 챔버의 내부압력은 일정하게 유지되고, 챔버보다 앞서는 감압밸브에 설정된 작동압력과 일치된다. 따라서, 생성가능한 에어로졸의 양은 시스템내로 유입되는 공기량에 달려있다.

본 발명의 더욱 상세한 설명 및 특징이 도면을 참고로 다음의 실시예의 설명으로부터 명확해진다.

도 1에 따르면, 냉각윤활장치(30)는 하부에 유체 냉각윤활제, 즉 오일의 공급원(32)을 담고있는 용기(31)를 포함한다. 용기(31)는 커버(33)에 의해 밀폐되어 압력용기로서 형성된다. 오일공급원(32) 위에 형성된 용기(31)의 공간에, 제어밸브(18)가 위치한 도관(35) 및 분사장치(16)의 유도도관(17)을 경유하여 가압된 공기스트림이 유입되어 형성되는 에어로졸이 위치한다. 분사장치(16)를 통과하는 공기스트림의 흐름때문에 부압이 발생하여, 오일은 오일공급원(32)으로부터 진공도관(34), 제어밸브(37b)와 신속한 스위치 오프용 오프 스위치 장치(37a)를 포함하는 조절장치(37), 및 유도도관(36)을 경유하여 분사장치(16) 내로 흡입된다. 조절장치(37)의 도움으로 진공도관(34) 내로의 오일의 체적흐름(질량유량)은 매우 다양하게 제어될 수 있다.

연결도관(38)이 용기(31)의 커버(33)에 제공되어, 에어로졸을 예를 들어 내부 냉각에 사용하고자 할 때, 에어로졸이 연결도관(38)을 통해 용기(31)로부터 이동될 수 있다. 연결도관(38)을 통한 에어로졸의 운반은 용기(31)내의 내부압력을 통해 수행될 수 있다. 도 1을 참조하면, 도관(비도시)에 가압된 공기를 제공하는 흡입제트(39)가 추가적으로 제공된다. 공기는 운반방향으로 흡입제트(39)내로 유입되어, 공기의 흐름이 에어로졸을 빨아올려, 오일입자는 다시 뒤섞이고 가속된다.

도 1에 도시된 바와 같이, 흐르는 에어로졸(A)은 몇개의 분기도관(27)으로 분배되고, 이 분기도관(27)을 통해 대응하는 공구(29)를 구비한 다양한 절삭기계(28)에 공급된다. 비록 도 1은 에어로졸이 공구(29)를 관통하여 연장하고 상기 공구의 선단으로 나가는 통로를 통해 운반되는 내부냉각을 예로서 도시하고 있지만, 종래에 알려진 외부냉각 또한 대안적으로 또는 추가적으로 사용될 수 있다.

에어로졸 생성장치(10)가 도 2에 자세하게 도시된다. 에어로졸 생성장치(10)는 내부 공간에 분사실(22)이 형성된 분사블록(11)을 구비하는 분사장치(16)를 포함한다. 가압된 공기(G)는 도관(35) 및 제어밸브(18) 뿐만 아니라 유도도관(17)을 경유하여 분사실(22)로 공급될 수 있다. 가압된 공기(G)가 분사실(22)로 들어갈 때 단면의 확장으로 인하여 부압이 발생하여, 오일(F)이 흡입도관(34), 조절장치(37) 및 유도도관(36)을 경유하여 분사실(22)로 흡입된다.

분사실(22)은 배출구(23)에서 원추형으로 확장되며, 유체방울이 그안에 포함된 가압된 공기가 가스제트(25)로서 배출구(23)로부터 배출된다.

배출구(23) 아래에 원추형 편향몸체(13)가 위치하고, 그 쉘(코팅표면)(13a)은 다수의 연속계단(13c)을 구비한 계단구조를 포함한다. 상기 원추형 편향몸체는 그 끝단(13b)이 분사장치(16)의 배출구(23) 쪽을 향하고, 부분적으로 원추형으로 확장된 배출구(23)내로 돌출한다.

원추형 편향몸체(13)는 고정로드(12)에 의해 용기(31)의 커버(33)상에 지지된다. 분사블럭(11)은 그 상부에 용기(31)의 커버(33)를 관통하는 조절장치(15)를 포함하고, 이를 통해 편향몸체(13)에 대한 분사블럭(11)의 길이는 (↕V로 도시되듯이) 변경될 수 있다. 조절이동동안, 분사블럭(11)은 분사블럭(11)의 각 컷아웃(cut-out; 24)에 변위가능하게 맞물리는 편향몸체(13)상의 몇개의 가이드 페그(14; guide peg)를 따라 유도된다.

링 제트(21; ring jet)는 가스제트(25)를 둘러싸는 분사블럭(11)의 원주상에 위치하고, 상기 링 제트(21)는 아래쪽으로 향하는 감싸는 공기제트(26)를 방출한다. 분사실(22)내에 형성된 가스제트(25) 및 그 안에 포함된 유체방울은 편향몸체의 단계진 표면(13a)상에 충돌하여, 유체방울은 먼저 계단표면상에 응결된다. 이어지는 가스제트(25)의 스트림은 계단(13c)의 난류용 가장자리(13d)로부터 미세한 오일방울로 분열되어 대체로 매우 미세한 오일입자를 구비한 에어로졸이 된다.

편향몸체(13)의 하단부상에서, 에어로졸 흐름은 측면에서 바깥쪽으로 편향되어, 무거운 오일입자는 미세한 오일입자를 구비한 에어로졸을 따르지 못하고 오일공급원(32)내로 떨어지는 강한 편향을 받는다. 이는 또한 큰 입자만을 분리시키고 그 입자들을 오일공급원(32)으로 되돌리는 외부의 감싸는 공기제트(26)에 의해 도움을 받는다. 미세한 입자는 감싸는 공기제트(26)을 관통할 수 있고, 오일 공급원(32) 위의 공간에 모인다.

오일입자의 크기를 변경하기 위해, 분사블럭(11)은 편향몸체(13)에 대해 이동될 수 있다. 편향몸체(13)의 끝단(13b) 및 원추형 배출구(23) 사이에 형성된 흐름통로의 단면이 분사블럭(11)과 편향몸체(13)의 서로를 향하는 방향으로의 이동을 통해 작아졌을때, 가스제트(25)의 흐름속도는 증가되어, 작은 입자를 구비한 에어로졸이 된다.

비록 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 상세하게 설명되었지만, 다음의 청구범위의 범위에서 벗어나지 않는 다양한 변화 및 변경이 있을 수 있다.

본 발명은, 운반가스 및 유체가 공급가능하고 그 안에 유체방울이 포함된 가스제트를 배출구에서 방출하는 분사장치를 구비한, 공구 또는 가공물용 냉각윤활장치에 사용하기 적합하다.

Claims (17)

1. 에어로졸 생성장치에 있어서,

   그 안에 공간을 형성하는 용기(31);

   운반가스 및 유체가 공급가능하고 그 안에 유체방울이 포함된 가스제트(25)를 배출구에서 상기 공간으로 방출하는 분사장치(16);

   상기 공간 내에 제공되고 구조화된 표면(13a)을 갖으며 상기 가스제트(25)가 상기 구조화된 표면으로 향하여 그것을 따라 흐르도록 상기 공간에 배치된 편향몸체(13);

   상기 공간으로부터 상기 분사장치와 다른 방향으로 상기 가스제트를 이동시키기 위해 상기 용기에 제공되는 도관(38);

   상기 가스제트를 상기 도관에 흡인하여 가속시키도록 상기 도관과 연통하여 마련된 가압공기분사용 개구부의 흡인제트를 포함하는 에어로졸 생성장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 방향은 상기 가스제트에 포함된 유체방울의 중력분리를 제공하도록 선택되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 가스제트는 중력방향을 따라 상기 분사장치로부터 방출되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 용기는 그 안에 상기 유체를 공급하는 오일공급원을 상기 용기의 하부에 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
5. 에어로졸 생성장치에 있어서,

   운반가스 및 유체가 공급가능하고 그 안에 유체방울이 포함된 가스제트를 배출구로부터 방출하는 분사장치;

   구조화된 표면을 가지고 상기 가스제트가 상기 구조화된 표면으로 향하여 그를 따라 흐르도록 상기 공간에 배치된 편향몸체;

   상기 분사장치로부터의 가스제트를 둘러싸도록 피복공기제트를 방출하는 링형상의 노즐에 의해서 형성된 링 제트를 포함하는 에어로졸 생성장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 링 제트는 여과가스가 상기 편향몸체의 상기 구조화된 표면을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 분사장치는 유체를 공급하는 오일공급원을 상기 분사장치 하부에 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
8. 제5항에 있어서,

   상기 편향몸체와 상기 분사장치의 상기 배출구 사이의 거리가 가변적인 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
9. 제5항에 있어서,

   상기 가스제트는 상기 편향몸체상에서 아래쪽으로 흐른 후, 바깥쪽으로 급격하게 편향되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
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