KR100517359B1 - 우산형 분사용 주입관 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체를 용기에 분배시키고 우산형으로 분사시키는 주입관으로, 액체용 분배 통로(6)가 두 개의 평행하고 절두원추형인 칸막이 벽들에 의해 한정되고, 하나의 외측 벽은 주입관의 몸체(1)에 속해 있고, 다른 하나의 내측 벽은 중앙 코어(5)에 속해 있는 주입관에 관한 것이다. 중앙 코어(5)는 오리피스를 향하여 확대된 원뿔형이고 주입관(1)의 몸체의 원통형 도관(3) 내에 동축으로 배치되며, 절두원추형 외측 벽에서 종결된다. 중앙 코어(5)를 위한 지지 레그(7)는 중앙 코어 (5)와 원통형 도관(3)의 벽 사이에 위치되고, 상기 레그는 원통형 도관에 대하여 동축으로 원뿔형 코어를 지지하는 데 사용되고 코어의 첨단으로부터 오리피스를 향하여 연장되며, 나이프 에지가 코어의 축선과 일치하는 이면체의 형태를 취한다.

Description

우산형 분사용 주입관{FILLING SPOUT FOR AN UMBRELLA-SHAPED JET}

본 발명은 액체를 용기에 분배시키는 주입관(filling spout)의 개선에 관한 것으로, 배출구 오리피스에서 우산형 액체 분사를 형성시키는 환상 단면 또는 환상과 유사한 단면의 액체 분배 통로를 구비하고, 상기 통로는 거의 평행하고 대체로 절두원추형인 두 개의 벽들에 의해 한정되고, 상기 벽들 중 하나인 외측 벽은 주입관 몸체에 속해 있으며, 다른 하나인 내측 벽은 상기 오리피스를 향하여 확대되는 원뿔형의 중앙 코어(core)에 속해 있고 상기 코어와 주입관 몸체 사이에 삽입된 지지 수단에 의해 주입관 몸체 내에 한정된 대체로 원통형 도관에서 대체로 동축으로 지지되며 상기 외측 절두원추형 벽에서 종결되는 형태의 주입관에 관한 것이다.

액체의 원뿔 "우산형" 분사를 형성시키도록 설계된 주입관의 제품은 알려져 있다. 병을 채우는 데 사용되는 주입관은 특히 액체가 주입관을 떠나자 마자 바로 액체를 병의 내측 벽에 대해서 분무시킨다. 따라서 액체는 병의 바닥을 향하여 직접 분무되는 중앙 분사 방식보다는 오히려 벽을 따라 이동함으로써 병 내로 도입된다. 이러한 방식으로, 병은 거품이 최소로 형성되는 방식으로 채워지므로, 주입 속도를 증가시킬 수 있고 따라서 병을 채우는 시간이 감소된다.

그러나, 우산형 분사를 형성시키는 알려진 주입관은 중앙 코어가 지지되는 방식에 특정한 단점을 가지고 있다.

어떤 정해진 주입관에 있어서, 중앙 코어는 분배 오리피스 뒤에 고정된다. 만약 고정부가 너무 상류 쪽에 있다면, 분배 오리피스를 한정하는 중앙 코어의 하부는 안정성이 부족하며, 이러한 안정성 부족은 액체 커튼(curtain)의 연속성 및 균일성에 나쁜 영향을 끼친다. 만약 고정부가 오리피스 상류의 좁은 통로에만 위치되어 있다면, 액체는 더 이상 축방향으로 이송될 수 없고 따라서 도관 내로 반경 방향으로 이송되어야 하며, 이러한 점은 오리피스에서의 유동의 균일성을 방해하고 한번 더 액체 커튼의 연속성에 나쁜 영향을 끼친다.

다른 주입관에 있어서, 중앙 코어는 방사상의 암들에 의해 고정된다. 이들 암들이 액체 유동을 방해하고 액체가 유동할 수 있는 단면의 상당한 국부적 감소를 야기한다는 사실은 별도로 하더라도, 암들에 액체(예를 들어 과육 함유 과일 주스) 내에 존재하는 고체 입자들이 걸리게 되고 주입 설비를 세척하기 위하여 설비가 중지되어 작업에 지장을 초래한다.

따라서, 사용자의 입장에서는 종래 기술의 장치의 단점을 해결하는 우산형 분사를 형성시키는 주입관이 절실히 필요하게 된다.

본 발명은 이하에서 단지 예시적인 것일 뿐 제한적이지 않은 실시예의 상세한 설명을 통해 보다 잘 이해될 수 있다. 이러한 설명에서, 다음과 같은 첨부 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명에 따라 배치된 주입관의 바람직한 실시예의 도 3의 I-I 선을 따라 절취된 직경 단면의 측면도이다.

도 2는 도 1의 주입관의 단면에 직각인 도 3의 II-II 선을 따라 절취된 직경 단면의 측면도이다.

도 3은 도 1 및 도 2의 주입관에서 도 2의 III-III 선을 따라 절취된 단면도이다.

도 4는 도 1 내지 도 3의 주입관에서 도 2의 IV-IV 선을 따라 절취된 단면도이다.

도 5는 도 2의 V-V 선을 따라 절취한 후 도 3의 단부의 반대쪽에서 관찰한 단면도이다.

도 6은 도 2의 실시예의 선택적인 형태로서 도 2의 측면도와 유사한 직경 단면의 도면이다.

도 7은 도 1 내지 도 5의 주입관의 실시예의 또 다른 선택적인 형태로서 도 2의 측면도와 유사한 직경 단면의 도면이다.

도 8은 도 7의 주입관의 아래에서 본 단면도이다.

도 9는 도 7의 주입관의 내부 장치의 일부를 도시한 측면도이다.

이러한 이유로, 서문에서 언급한 바와 같이 우산형 분사를 형성시키는 본 발명에 따라 배치되는 주입관은, 지지 수단이 상기 원뿔형 코어와 적어도 원통형 도관의 벽 사이에 삽입되고 적어도 원뿔형 중앙 코어의 첨단으로부터 오리피스를 향하여 연장되는 레그(leg)를 포함하여 구성되고, 상기 레그는 도관의 벽에 위치한 이면체의 형상으로 되어 있고 원뿔형 중앙 코어의 축선과 일치하는 나이프 에지 (knife edge)를 포함하여 구성되며, 레그의 상류 횡단 벽은 형상이 대체로 삼각형이고 상류로부터 하류까지 위쪽을 향하여 경사져 있는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 레그는 원뿔형 코어의 하부 단부까지 연장될 수 있고 분배 오리피스는 콩(bean) 형상이다.

그러나, 변형 예에 의해, 레그가 원뿔형 코어의 하부 단부까지 연장되지 않고 분배 오리피스가 완전한 고리 형상으로 형성되는 것을 고려할 수 있으며, 이러한 경우에, 액체 커튼의 연속성은 상당히 상류에 위치된 레그의 존재에도 불구하고 오리피스에서 재확립될 수 있고 이어서 액체는 폐쇄된 환상 커튼의 형태로 유동한다.

바람직한 실시예에 따라서, 레그는 레그의 넓어진 부분이 도관의 벽에 접촉하는 이면체의 형태로 되어 있고 원뿔형 중앙 코어의 축선과 일치하는 나이프 에지를 포함하여 형성되며, 또한 레그의 상류 횡단 벽은 형상이 대체로 삼각형이고 저부로부터 위쪽으로, 상류로부터 하류로 경사진다. 액체 흐름을 용이하게 할 수 있는 하나의 실시예에 따라서, 레그는 원뿔형 코어의 첨단의 상류에서 시작하고 레그의 원점과 원뿔형 코어의 첨단 사이에서 레그에 의해 형성된 이면체의 나이프 에지(10)는 경사지고 원뿔형 코어의 상부 직선 모선(generatrix)의 연장선에 위치된다.

실제로 가장 평범한 응용 분야에도 적합할 수 있도록, 만약 중앙 코어가 대체로 회전 원뿔 형상이고, 만약 도관이 회전 원통 형상이라면, 그리고 만약 분배 오리피스가 대체로 원형의 호로 연장되는 콩 형상으로 형성된다면, 주입관의 제작이 단순해진다.

대부분의 경우의 용도에 적합한 것으로 보이는 특정한 실시예에 있어서, 분배 오리피스는 약 270도에 걸쳐 연장되고, 원뿔형 코어를 지지하는 레그는 약 90도의 사잇각(vertex angle)을 가진 이면체를 형성한다.

또한 선택적으로, 레그는 액체 내에 떠도는 입자들을 느리게 하거나 붙잡을 수 있는 영역이 없도록 원뿔형 중앙 코어 및 원통형 도관의 벽에 필릿(fillets)들에 의해 연결된다.

본 발명에 따른 방식에 의해 주입관은, 액체의 우산형 분사를 형성시키는 주입관을 특정하는 장점을 구비할 뿐만 아니라 액체의 흐름에 횡단 방해물이 없는 축방향 액체 도입부의 장점들을 결합시키고(원뿔형 코어는 동축의 중앙 위치에서 엄밀히 말해 "매달려(suspended)"진다) 마지막으로 모난 구석(corners)들과 사각(死角) 구석들이 없게 형성되는 특징을 구비하므로, 이러한 주입관은, 자체로 폐쇄되거나 적어도 상당한 각도의 범위(예를 들어 원의 4분의 3에 걸쳐서)를 가진 우산의 형태인 액체 커튼을 발생시킬 뿐만 아니라 액체와 같은 비교적 작은 크기인 고체 입자들을 함유한 액체(특히 과일 주스)의 공정에 특히 적합하다.

이하의 설명에서, 장치는 도 1, 도 2, 도 6 및 도 7에서 도시된 바와 같이 수직으로 장착된 위치로서 고려된다. 이하에서 사용된 용어 "상부" 및 "하부"는 이러한 수직으로 장착된 위치와 관련된 것이고, 용어 "상류" 및 "하류"는 액체가 유동하는 방향, 즉 장치 전체에 걸쳐서 위에서 아래로의 방향에 관하여 사용된다.

도 1 및 도 2에서 예시된 바와 같이, 부재 전체를 도면 부호 1로 표시한 주입관은, 특히 대부분의 응용 분야에 적합한 예시된 실시예에서 전체적으로 원통형 형상인 도관(3)이 축방향으로 관통되어 있는 몸체(2)를 포함하며, 상기 도관 (3)은 대체로 회전 원통 형상이다. 주입관의 하부 단부(도 1 및 도 2의 저부에서)를 향하여, 도관(3)은 확대되고 절두원추형 벽(4)(이후에 외측 절두원추형 벽(4)으로 언급됨)에 의해 한정된다.

도시된 예에서, 회전 원뿔 형상을 갖는 원뿔형 형상의 중앙 코어(5)가 도관 (3) 내에 배치된다. 코어(5)는 도관(3)에 대하여 동축으로 배치되고 상기 절두원추형 벽(4)과 같은 원뿔 각을 이루는 반면에 절두원추형 벽(4)의 횡단 치수보다 더 작은 횡단 치수를 가진다. 그러한 방식에서, 몸체의 외측 절두원추형 벽(4)과 원뿔형 코어(5)의 내측 원뿔형 벽은, 예시된 실시예에서 원형 또는 원형의 호의 형상인 환상 또는 환상과 유사한(콩 형상인) 통로(6)를 한정한다.

원뿔형 중앙 코어(5)는 원통형 도관(3)의 내측에서 중앙 코어의 상류 단부에 위치된, 즉 몸체의 상단부를 향하는 첨단(9)을 구비하고 몸체(2)의 하부 단부까지 연장되며, 원뿔형 코어의 기부는 몸체의 하부 환상 테두리와 동일 평면상에 있다.

도관(3)에 대하여 동축인 중앙 위치에서 원뿔형 코어(5)를 지지하기 위해서, 지지 레그(7)는 원뿔형 코어(5)와 몸체(2) 사이에 삽입되어 형성된다(도 2). 레그 (7)는, 원뿔형 코어가 변형 및/또는 진동하는 것을 방지하기 위해서 그리고 통로 (6)를 위한 안정적인 기하학적 형상을 유지하기 위해서, 또한 동시에 액체의 유동에 대한 방해를 최소화하기 위해서, 원뿔형 코어(5)를 단단히 지지하도록 형상화될 필요가 있다.

도 2에서 예시된 구성에서, 레그(7)는 원뿔형 코어(5)의 첨단(9)의 상류에 위치된 영역으로부터 통로(6)를 향하여 연장된다. 예시된 실시예에서, 레그(7)는 오리피스(6)가 폐쇄 고리의 형상이 아니라 도 3에서 도시된 바와 같이 개방 고리 또는 콩의 형상이 되도록 원뿔형 코어(5)의 전체 길이를 따라 상기 원뿔형 코어의 기부까지 연장된다.

레그(7)는 도관(3)의 벽에 형성되는 기부와 도 2에서 도시된 바와 같이 코어의 모선이 연장된 원뿔형 코어(5)의 축선과 일치하는 나이프 에지(10)를 구비한 이면체의 형상으로 형상화될 수 있다. 결과적으로, 후방으로부터 전방으로, 이면체 형상인 레그는, 점차적으로 원뿔형 코어로 조합되고, 이면체의 형상은 전체적으로 원뿔형 코어의 첨단의 상류에서만 보일 수 있고(도 5에서 도시됨), 장치의 하부 부분에서 점차 코어의 원뿔형 형상으로 바뀌어(도 3) 완전히 보이지 않으며, 두 개의 단부들 사이에서 이면체는 부분적으로만 보여질 수 있다(도 4).

코어의 상부 단부에서 이면체의 횡단 면(8)은, 도 2에서 도시된 바와 같이 기부로부터 나이프 에지를 향하여, 상류로부터 하류로 경사진다.

또한, 도 4에서 도시된 바와 같이 레그(7)는, 액체 유동의 부동 영역들 또는 정체 영역들이 없도록, 한편으로는 원뿔형 코어에 연결되고 다른 한편으로는 필릿들을 통해 몸체(2)에 연결된다.

설명된 바와 같이 형상화된 주입관에서, 개방된 통로(7)가 형성된 오리피스 (9)는 도 3에서 예시된 바와 같이 원의 호의 형태로 연장된다. 예시된 실시예에 있어서, 오리피스(9)의 각도 범위는 약 270도이고, 레그(7)의 각도 범위는 대개 90도 정도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하여 설명된 주입관은, 주입관의 복잡한 내부 형상(일부분은 금속, 예를 들어 강철로 만들어짐)을 고려하여 까다로운 가공 작업들이 수행되어야 하기 때문에, 일체로 제작되기 어렵다. 따라서 두 개의 부분들로 주입관을 제작하는 것이 바람직하다. 하나의 부분(11)은 확경된 원뿔형 통로(6)에 축방향으로 대응하는 하부 부분(몸체(1)의 일부분, 원뿔형 코어(5)의 일부분 및 레그(7)의 일부분을 포함)으로 구성되고, 다른 하나의 부분(12)은 몸체의 나머지 부분, 즉 확경된 원뿔형 통로(6) 위쪽에 위치된 부분으로 구성된다. 두 개의 부분(11, 12)들은 단부와 단부를 접하여 결합시키고 예를 들어 용접에 의해 고정시킨다. 이러한 실시예는 도 6에서 설명된다.

상기에 설명되고 도 1 내지 도 7에서 도시된 주입관은 원의 호의 형상의 외형을 가진 액체 분사용 오리피스(6)(예시된 실시예에서 약 270도에 걸쳐 연장됨)를 포함한다. 결과적으로, 상기 오리피스는 완전한 회전 각도(360도)에 걸쳐 연장되지 않기 때문에, 액체 유동 속도 감소 및 그로 인한 낮은 용기 주입 속도를 야기한다.

레그(7)를 적합하게 구성시킴으로써, 완전한 원형의 오리피스(6)를 형성시킬 수 있으나, 이를 위해서는 레그(7)와 중앙 코어(5) 사이의 연결을 위한 단면과 중앙 코어의 돌출이 작아야 한다. 이러한 목적을 달성하기 위해서, 레그는 원뿔형 코어(5)의 하부 단부까지 연장되지 않고, 레그는 상기 하부 단부의 상류에서 중단되며, 보다 바람직하게는, 원뿔형 코어(5)와 그 아래의 레그(7)를 위에서 본 상태로 도시한 도 9에 예시된 바와 같이, 확경된 절두원추형 통로(6)의 시작점의 상류에서 중단된다. 이러한 특징의 하부 단부를 레그(7)에 형성시킴으로써, 상기 레그(7)의 어느 한 측면 상에 유동하는 액체 흐름을 하류에서 다시 결합시켜 전체적으로 원래 원형인 오리피스(6)를 통해 유동하는 전체적으로 원형의 액체 커튼을 형성시킬 수 있다(도 7 및 도 8에서 도시됨).

Claims (6)

1. 배출구 오리피스에서 우산형 액체 분사를 발생시키는 환상 또는 환상과 유사한 단면의 액체 분배 통로를 구비하고, 상기 통로는 평행하고 절두원추형인 두 개의 벽들에 의해 한정되고, 상기 벽들 중 하나인 외측 벽은 주입관 몸체에 속해 있으며, 다른 하나인 내측 벽은 상기 오리피스를 향하여 확대되는 원뿔형 형상의 중앙 코어에 속해 있고 상기 코어와 주입관 몸체 사이에 삽입된 지지 수단에 의해 주입관 몸체 내에 한정된 원통형 도관에서 동축으로 지지되며 외측 절두원추형 벽에서 종결되는 형태의 액체를 용기에 분배시키는 주입관에 있어서,

   상기 지지 수단은, 상기 원뿔형 코어와 원통형 도관의 벽 사이에 삽입되고 원뿔형 중앙 코어의 첨단으로부터 오리피스를 향하여 연장되는 레그를 포함하여 구성되고,

   상기 레그는 도관의 벽에 놓이는 이면체의 형상이고 원뿔형 중앙 코어의 축선과 일치하는 나이프 에지를 포함하여 구성되며,

   레그의 상류 횡단 벽은 형상이 삼각형이고 상류로부터 하류까지 위쪽을 향하여 경사져 있는 것을 특징으로 하는 주입관.
2. 제 1 항에 있어서, 레그는 원뿔형 코어의 하부 단부까지 연장되고, 분배 오리피스는 콩(bean)의 형상인 것을 특징으로 하는 주입관.
3. 제 1 항에 있어서, 레그가 원뿔형 코어의 하부 단부까지 연장되지 않고, 분배 오리피스가 완전한 고리 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 주입관.
4. 제 1 항에 있어서, 레그는 원뿔형 코어의 첨단의 상류에서 시작하고, 레그의 원점과 원뿔형 코어의 첨단 사이에서 레그에 의해 형성된 이면체의 나이프 에지는 경사지고 원뿔형 코어의 상부 직선 모선의 연장선에 위치되는 것을 특징으로 하는 주입관.
5. 제 1 항에 있어서, 도관이 회전 원통 형상이고, 분배 오리피스가 원형의 호로 연장되는 콩 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 주입관.
6. 제 1 항에 있어서, 레그는 원뿔형 중앙 코어 및 원통형 도관의 벽에 각각 둥근 필릿들에 의해 연결되는 것을 특징으로 하는 주입관.