KR100673114B1

KR100673114B1 - 유체분사에 의한 힘 유도장치

Info

Publication number: KR100673114B1
Application number: KR1020027002370A
Authority: KR
Inventors: 다니엘 레빈; 유발 야소
Original assignee: 코아 플로우 리미티드
Priority date: 1999-08-25
Filing date: 2000-08-20
Publication date: 2007-01-22
Also published as: EP1222404A4; AU6591800A; IL131589A0; KR20020037347A; WO2001014752A1; IL131589A; CA2382878C; ATE527454T1; US6523572B1; EP1222404B1; JP4658425B2; WO2001014752A8; EP1222404A1; CA2382878A1; JP2003507681A

Abstract

본 발명에 따라 공기역학적 유도힘을 생성하기 위한 분사시스템은 에어쿠션 비접촉식 지지시스템으로 작용한다. 이러한 시스템은 고압 파이프(103)에 의해 고압원(102)에 연결되는 고압 매니폴드(101)를 포함한다. SASO 도관(1)은 그 입구(2)가 상기 고압 매니폴드에 연결되고, 출구(3)는 분사시스템의 분사면(104)에 위치된다.

유체분사, 유도, 도관, 핀, 코어흐름, 스팬, 와류, 모노레일

Description

유체분사에 의한 힘 유도장치{APPARATUS FOR INDUCING FORCES BY FLUID INJECTION}

본 발명은 독특한 내부형상을 갖는 도관을 통해 유체를 분사하여 힘을 유도하는 것에 관한 것으로서, 특히 공기역학적으로 유도된 힘의 생성 및 그 사용을 위한 장치 및 방법에 관한 것이다.

하나의 도관 또는 다수의 도관을 통해 유체, 액체 특히 가스를 분사하는 것은 목표물에 작용하는 공기역학적 유도힘을 생성하기 위한 일반적인 방법이다. 본 발명은 일반적으로 공기의 분사에 관하여 서술하고 있지만, 다른 유체도 사용될 수 있다.

공기역학적으로 유도되는 힘을 생성하기 위해, 출구를 통과한 유체와 그 근처의 목표물 사이의 상호작용이 설정되어야만 한다. 인가된 압력편차가 도관을 통과한 유체를 구동함에 따라, 출구로부터 유출되는 흐름은 도관 출구와는 이격되어 안착된 목표물에 수직으로 작용한다. 출구와 대면한 목표물과 도관 출구 사이의 거리가 작을 때, 즉 특정 도관출구에서 5의 측방향 스케일일 때(또는 이보다 클 때), 제트흐름이 발생된다. 이러한 제트는 질량유동비와 속도에 의해 생성된 모멘텀이다. 상기 제트가 목표물과 충돌하였을 때는 공기역학적으로 유도되는 힘이 목 표물상에 발휘된다. 이와 같이 발휘된 힘은 목표물의 특정한 형상 뿐만 아니라, 제트의 모멘텀에 의존하게 된다. 도관출구와 목표물 표면 사이의 거리가 도관출구에서 1의 측방향 스케일일 때, 상이한 효과가 발생된다. 이러한 경우, 유체는 측방향으로 회전하도록 가압된다. 이때 목표물은 공기역학적으로 유도되는 힘을 받게 된다.

선택적으로, 유체가 목표물 표면에 평행하게 분사될 때, 유체이동에 평행한 공기역학적 유도힘을 생성할 수 있다. 이 경우, 상술한 바와 같이 기본적으로 " 유체이동에 평행한" 공기역학적 유도힘의 방향은 목표물의 상호작용면상에 생성된 국부적 유도압력에 따라 변화될 수 있다. 이것은 목표물상에 작용하는 평균압력에 대해 높거나 낮은 압력일 수도 있다.

공기역학적 유도힘을 생성하기 위한 분사시스템의 설계는 (a)인가된 외부 구동압력편차, (b)본 발명의 특정한 도관의 내부 형상, (c)도관 입구 및 출구부분의 형상, (d)다수의 도관이 사용될 때, 도관의 특정한 배치 등과 같은 요소를 포함하고 있다. 특정 용도에 대한 시스템적 요구사항에 따라 이러한 관점 및 기타 다른 많은 요소가 고려될 수 있다.

본 발명과 약간의 관련성을 갖는 종래기술은 이리게이션 에미터(irrigation emitter)에 대해 서술하고 있는데, 이에 따르면 에미터를 통과하는 유체는 실제적으로는 비압축성(공기나 기타 다른 가스 와는 달리) 물(water) 이다.

미국특허 제3.896.999호(바라간에 허여)에 따르면, 미로형 도관 출구를 통해 배출되기 전에 수압을 감소시키기 위하여, 도관벽과 일체로 형성되어 미로형 도관 을 형성하는 다수의 격벽수단이 구비된 넓은 도관을 포함한 폐색방지 드립 이리게이션 밸브(drip irrigation valve)가 개시되어 있다.

미국특허 제4.573.640호(뫼호다르에 허여)는 상기 미국특허 제3.896.999호와 유사한 미로형 도관을 제공하는 이리게이션 에미터유니트를 서술하고 있다. 기타 다른 장치의 실시예에서는 도관을 따라 압력강하를 제공하기 위해 미로형 도관을 제공하고 있는데, 이러한 장치는 미국특허 제4.060.200호(뫼호다르에 허여), 미국특허 제4.413.787호(질리드에 허여), 미국특허 제3.870.236호(사라건-바라간에 허여), 미국특허 제4.880.167호(랑가에 허여), 미국특허 제5.620.143호(델머에 허여), 미국특허 제4.430.020호(로빈스에 허여), 미국특허 제4.209.133호(뫼호다르에 허여), 미국특허 제4.718.608호(뫼호다르에 허여), 미국특허 제5.207.386호(뫼호다르에 허여)에 서술되어 있다.

미로형 도관에서는 도관벽(유동방향과는 반대로 작용)에 의해 발휘되는 점착성 마찰로 인해 공기역학적 저항이 상당히 크고, 통로가 구불구불하고 길어서(미로의 기본적 특징이다), 점착성 마찰을 증가시킨다. 일부 경우에서는 오물을 인터셉트하고 유통 통로를 자유롭게 하기 위해 공동이 제공되기도 한다. 기본적으로 2차원 형상(3차원은 매우 적거나 거의 없다)을 다루고 있는 상술한 특허들중 그 어느것도 본 발명의 특징인 와류형 공기역학적 차단기구를 언급하거나 이에 대한 사용은 언급조차 하고 있지 않다.

상술한 특허들은 도관을 통한 물의 분배를 다루고 있지만, 본 발명은 공기역학적으로 유도된 진공파지력을 제공하고 있으며, 유체(대부분의 경우 공기)는 이러 한 힘을 발생하기 위한 수단으로 작용하는 한편 도관 입구에서의 진공파지힘이 손실될 때 도관을 통하는 기생 질량유동비를 감소시킨다.

"핀의 2D 어레이에서 유동의 흐름 실현화 연구"에 따르면(에스. 브로크만, 디 레빈저, 유체 실험 14, 241-245페이지, 1993), 수직 흐름터널에서 유동 실현화 수단에 의해 핀의 2D 배열에서 유동장의 연구가 실행되었다. 이러한 연구는 개념적인 히트싱크로서의 핀 배열이 실험되었된 초기 연구와 연관이 있다. 상술한 연구는 열전달과정을 보다 쉽게 이해하기 위하여 복잡한 유동장 구조를 실험하였다. 여러개의 핀 시리즈로 모델이 구축되어, 구조가 특별히 한정되지 않은 멀티셀을 시뮬레이션 하였다. 2개의 주요한 유동구조가 관찰되었는데, 이러한 유동은 이웃한 핀의 영향으로 인해 핀에 다시 부착되는 각각의 핀의 선단으로부터 분리된 흐름과, 밀폐된 분리영역을 충진하는 와류이다.

도관을 통과한 질량유동비(이하, MFR로 기재한다)와, 상기 도관내에 전개된 내부 압력강하와, 공기역학적으로 유도되는 힘 뿐만 아니라 분사된 유체의 모멘텀을 한정하는 출구에서의 유체 유출속도는 유체역학 법칙에 따른다. 특히, 공기역학적으로 유도되는 힘의 특성은 유체특성과, 인가된 구동압력으로 인한 그 동적특성과, 본 발명의 특정한 도관의 내부 형상에 의존한다. 본 발명과 함께 출원되어 본 발명에 참조인용된 발명의 명칭이 "자동조정 분절형 오리피스(이하, SASO로 기재한다) 장치 및 방법"인 이스라엘 특허출원에는 신규한 유동제어장치가 개시되어 있다. SASO장치의 전형적인 실시예는 입구와 출구가 구비된 도관을 포함하며; 상기 도관에는 도관의 내벽상에 장착되어 서로 대향하여 2열로 배치되는 다수의 핀이 제공되며; 도관의 입구에 가장 가까운 핀과 출구에 가장 가까운 핀을 배제한 상기 핀 어레이중 어느 한쪽의 각각의 핀은 다수의 공동에서 대향한 공동에 각각 배치되며; 상기 공동은 상기 핀의 어레이와 대향하는 다른쪽 어레이의 2개의 연속한 핀과 상기 내벽의 일부 사이에 형성되며; 유체가 상기 장치를 통과할 때, 다수의 와류가 형성되고, 이러한 각각의 와류는 공동에 위치되며, 상기 와류는 유체가 상기 장치를 통과하는 중에 적어도 일시적으로 존재하며; 대향하는 2개의 와류 어레이 사이에는 얇은 코어 흐름이 생성된다. SASO 기법의 독특한 장점은 SASO 도관을 통과하는 MFR을 효과적으로 감소시킨다는 점과, 또한 공기역학적으로 유도되는 힘을 생성하기 위한 유체분사에 있어서 측방향 직경이 동일한 종래 도관에 비해 도관내에서 내부 압력강하(이하, △P로 기재한다)를 상당히 증가시킨다는 점이다.

본 발명의 목적은 공기역학적으로 유도되는 힘을 생성하기 위해 분사시스템에 SASO기법을 적용하고, 일반적으로 사용되는 분사시스템의 성능을 개선하는 동시에 공기역학적으로 유도되는 힘을 부여하는 신규의 시스템을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 통상의 기법으로는 대처할 수 없는 새로운 용도에 SASO 기법을 사용할 수 있는 광범위한 기회를 제공하는 것이다.

기본적으로, 본 발명에 서술된 장치 및 방법은 어떠한 유체라도 관계없지만, 본 발명의 공기역학적으로 유도되는 힘에 대해 SASO 기법의 특정한 특징이라는 장점을 취할 수 있는 광범위한 용도로는 주로 공기가 사용된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 유체분사 유도힘을 생성하기 위한 장치 에 있어서, 고압원과, 상기 고압원에 유체연결가능하게 연결된 고압저장조와, 분사면과, 적어도 하나의 도관을 포함하며; 상기 도관은 분사면에 위치된 출구와 상기 고압저장조에 유체가능하게 연결된 입구를 포함하며, 서로 대향하여 2개의 어레이로 배치되며 상기 도관의 내벽에 장착되는 다수의 도관을 포함하며; 입구에 가장 가까운 핀과 출구에 가장 가까운 핀을 배제한 핀 어레이중 한쪽 어레이에서의 각각의 핀은 다수의 공동중 대향한 공동에 위치되며; 상기 각각의 공동은 상기 핀 어레이중 한쪽 핀 어레이의 2개의 연속한 핀과 도관의 내벽 일부 사이에 형성되며; 상기 2개의 대향한 핀 어레이는 비대칭적으로 배치되며; 유체가 도관을 통해 흐를 때, 상기 공동내에는 다수의 와류가 형성되며; 상기 공동에서의 와류는 흐름내에 적어도 일시적으로 존재하기 때문에, 공기역학적 차단을 형성하여 상기 와류 사이로 코어 흐름을 허용하며; 상기 핀의 팁은 1차원 방식으로 상기 흐름을 억제하여 질량유동비를 제한하고, 공동내에 압력강하를 유지하며; 목표물이 상기 출구를 차단하였을 때 흐름이 정지되어 상기 와류가 소실되므로써, 상기 목표물은 고압의 공기역학적 유도힘에 의해 효과적으로 가압되며; 출구가 차단되지 않았을 때, 상기 와류가 형성되어 상기 도관을 통해 흐름을 공기역학적으로 차단하며; 상기 목표물이 출구를 거의 차단하였을 때, 상기 와류는 붕괴되고, 상기 도관을 통한 내부 압력강하는 목표물의 대향면과 분사면 사이의 갭에 대해 점진적으로 변화되므로써, 상기 도관은 밀폐된 위치로부터 목표물을 향해 분사되었을 때 유체 복귀스프링으로 응답하며; 상기 장치에는 적어도 하나의 도관이 제공되며, 상기 도관의 일부는 목표물에 의해 물리적으로 차단되지 않고, 질량흐름 공급은 개방된 도관이 상기 와류 에 의해 공기역학적으로 차단될 때 상당히 감소되는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치가 제공된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 유체는 공기이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 핀은 얇은 코어흐름이 와류에 의해 2차원 방식으로 억제되는 L형을 취한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 핀은 얇은 코어흐름이 와류에 의해 2차원 방식으로 억제되는 U형을 취한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 도관은 직선형 통로를 따른다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관은 구불구불한 통로를 따른다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관의 단면은 거의 직사각형이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관의 단면은 다각형이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관의 단면은 원형이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관 단면적은 하방으로 균일하게 분포된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관 단면적은 하방으로 분기되는 형상을 취한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관 단면적은 하방으로 수렴되는 형상을 취한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 핀은 도관의 내벽에 수직하다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 핀은 일반적인 코어흐름 이동방향 및 도관 내벽에 대해 경사져 있다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 각각의 핀의 평균두께는 동일한 핀 어레이의 차후 연속한 핀과 상기 핀 사이의 거리 보다 작다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 핀 단면은 직사각형이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 핀 단면은 사다리꼴이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 핀 단면은 적어도 한쪽이 오목하게 형성된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 2개의 연속한 핀 사이의 거리는 도관을 따라 일정하다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 2개의 연속한 핀 사이의 거리는 도관을 따라 변화된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 각각의 핀의 스팬(span)은 도관을 따라 일정하다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 핀의 스팬은 도관을 따라 변화된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 핀의 스팬은 측방향으로 일정하다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 핀의 스팬은 측방향으로 변화될 수 있다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 핀의 팁은 예리하다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 핀의 팁은 뭉툭하다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 핀의 팁은 굴곡되어 있다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 각각의 핀은 도관의 측방향 폭의 절반을 차단한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 2개의 대향한 핀 어레이는 중첩되지 않는다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 2개의 대향한 핀 어레이는 중첩된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 핀 스팬과 갭(핀과 동일한 핀 어레이의 연속한 핀 사이의 갭) 사이의 비율은 1:1 내지 1:2 이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 비율은 1:1.5 이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 2개의 대향한 핀 어레이중 하나의 핀 팁을 연결하는 가상면과 상기 2개의 대향한 핀 어레이의 두번째 핀 팁을 연결하는 가상면 사이의 갭 절대값은 상기 도관의 측방향 폭 보다 작다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 갭의 절대값은 도관의 인접한 측방향 폭의 20% 이하 이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 공동의 크기는 공동의 내부에 형성된 와류의 와류도(vorticity)와 연관되어 일체로 형성된 실제 크기 보다 미세하게 작다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 와류 가상축과 평행하며 상기 코어흐름 이동에 수직한 칫수로 형성된 상기 도관의 패시브 칫수(passive dimension)는 핀 스팬의 칫수이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 패시브 칫수는 가상축과 코어흐름 이동에 수직한 도관의 다른 측방향 칫수 보다 크다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 패시브 칫수는 밀폐된 환형 루트를 따른다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관의 내부에서 레이놀즈수가 증가할 때, 제2와류가 형성된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 코어 흐름 하방 이동은 사인파 곡선형이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 사인파형 코어 흐름은 코어흐름과 이러한 이동과 대면하는 핀의 표면과의 국부적 충돌에 의해, 핀과 강력하게 상호작용한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관의 내부에서 레이놀즈수가 증가할 때, 상기 코어 흐름은 국부적으로 파괴되어, 코어 흐름과 강력하게 상호작용하거나 상기 대면한 핀의 표면상에 충돌하는 불안정한 제2와류를 빈번하게 생성한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 장치는 에어쿠션을 생성하는데 사용된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 적어도 2개의 에어쿠션이 생성된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 장치는 에어베어링 또는 에어쿠션을 위해 사용된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 장치는 마찰을 감소시키는 장치에 의해 생성된 에어쿠션위에 부유되므로써 물리적 접촉없이 설정된 통로를 따라 이송된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 분사면은 마찰을 감소시키는 물리적 접촉없이 목표물이 이송되는 에어쿠션을 생성하는 설정의 통로를 형성한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 청구범위 1항에 개시된 장치와 조합되며, 상기 장치는 서로 대향하여 위치되며; 상기 분사면은 이들 사이에 통로를 형성하므로써, 평탄한 목표물이 표면과의 물리적 접촉없이 이러한 표면 사이에서 이송된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 공기역학적으로 유도된 힘을 설정된 방향으로 유도하기 위해, 다수의 도관이 상기 분사면에 대해 대각선으로 위치된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 비접촉 지지를 제공하거나 또는 2차원 방식으로 위치제어를 제공하기 위하여 적어도 2개의 수직한 분사면이 사용된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 분사면은 원통형태를 취한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 분사면은 스핀들의 고정자의 내측 원통면이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 장치의 분사면은 원통형이고 동축으로 설치되기 때문에, 하나의 분사면은 오목하고, 다른 제2분사면은 볼록하다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 내측의 원통형 분사면은 회전한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 목표물은 웨이퍼 또는 인쇄회로기 판이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 목표물은 카 캐리지, 컨테이너, 또는 기타 다른 저장케이스이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 목표물은 종이시트, 플라스틱 시트, 또는 프린팅판을 포함하는 금속판이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 공기분사 유도힘은 중력의 방향으로 인가된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 공기분사 유도힘은 중력과는 관계없이 인가된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 에어쿠션은 정지되어 있는 목표물과의 접촉없이 위치제어를 위해 사용된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 에어쿠션은 상기 장치에 의해 이송되는 목표물과의 접촉없이 측방향 위치제어를 위해 사용된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 중력방향으로 작용하는 유체분사력을 생성하는 하나 또는 다수의 도관은 중력방향에 대향하여 작용하는 유체흡입력을 생성하는 다수의 단일 진공포트중 적어도 하나와 조합하며; 이에 따라, 분사유도힘과 흡입유도힘이 동시에 작동될 때, 목표물의 상면에 작용하는 조합된 유체 유도힘은 목표물을 안정된 평형상태로 유지하고, 비접촉식으로 현수된 상기 목표물의 중량 평형을 유지한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 제트에 의한 유체분사는 목표물을 표면 과 접촉하여 지지하는데 사용된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 유체분사는 분사도관의 직경 보다 작은 거리로부터 인가된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 유체분사 유도힘을 생성하기 위한 장치에 있어서, 고압원과, 상기 고압원에 유체연결가능하게 연결된 고압저장조와, 분사면과, 적어도 하나의 도관을 포함하며; 상기 도관은 분사면에 위치된 출구와 상기 고압저장조에 유체가능하게 연결된 입구를 포함하며; 나선형 핀과 도관 내벽에 의해 나선형 공동이 형성되도록, 상기 도관에는 도관의 내벽에 장착되는 나선형 핀이 제공되며; 유체가 도관을 통해 흐를 때, 나선형 공동내에는 나선형 와류가 형성되며; 상기 나선형 와류는 흐름내에 적어도 일시적으로 존재하기 때문에, 공기역학적 차단을 형성하여 상기 나선형 핀의 팁과 나선형 와류 사이로 중앙 코어흐름을 허용하고, 또한 흐름을 2차원 방식으로 억제하므로써 질량유동비를 제한하고, 공동내에 압력강하를 유지하며; 상기 코어 흐름은 나선형 핀 내측엣지에 의해 형성된 중앙통로를 통과하여, 상기 중앙 통로내의 방해물을 국부적으로 우회한 후 나선형 핀에 인접한 나선형 통로를 따르며; 목표물이 도관의 출구를 차단하였을 때 흐름이 정지되어 상기 나선형 와류가 소실되므로써, 상기 목표물은 고압의 공기역학적 유도힘에 의해 효과적으로 가압되며; 출구가 차단되지 않았을 때는 나선형 와류가 형성되어 상기 도관을 통한 흐름을 공기역학적으로 부분적으로 차단하며; 상기 목표물이 도관의 출구를 거의 차단하였을 때 상기 나선형 와류는 붕괴되고, 상기 도관을 통한 내부 압력강하는 와류가 존재할 때의 내부 압력강하에 비해 감소되며, 상기 도 관은 밀폐된 목표물을 향해 분사될 때 유체 복귀스프링으로서 작용하는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치가 제공된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 유체는 공기이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 다수의 장벽중 적어도 하나의 장벽이 상기 나선형 핀 표면에 수직으로 장착되어 나선형 통로를 국부적으로 차단하므로써, 유체가 나선형 통로를 따르는 것을 방지하고, 이에 의해 상기 나선형 와류는 장벽에 의해 적어도 2개의 분류(分流)로 분기된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 나선형 와류를 위한 계류지로 작용하기 위해, 2개의 장벽중 적어도 하나의 장벽은 나선형 핀의 양단부중 한쪽 단부상에서 핀 표면에 수직으로 장착된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관은 직선형 통로를 따른다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관단면은 원형이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관단면은 직사각형이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관단면은 다각형이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관단면적은 하방으로 균일하게 분포된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관단면적은 하방으로 분기되는 형상을 취한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관단면적은 하방으로 수렴하는 형상을 취한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 나선형 핀은 도관의 내벽과 수직하다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 나선형 핀은 일반적인 코어 흐름 이동방향과 도관벽에 대해 경사진다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 나선형 핀 두께는 나선형 핀 피치 보다 작다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 나선형 핀 단면은 직사각형이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 나선형 핀 단면은 사다리꼴이다

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 나선형 핀 단면은 적어도 한쪽에서 오목하게 형성된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 나선형 핀 피치는 도관을 따라 일정하게 형성된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 나선형 핀 피치는 도관을 따라 변화된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 나선형 핀의 스팬은 균일하다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 나선형 핀의 스팬은 도관을 따라 변화된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 나선형 핀의 팁은 예리하다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 나선형 핀의 팁은 뭉툭하다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 나선형 핀의 팁은 굴곡지게 형성된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 나선형 핀 스팬은 도관의 측방향 폭의 절반 이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 나선형 핀 스팬과 나선형 핀 피치 사이의 비율은 1:1 내지 1:2 범위에 속한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 비율은 1:1.5 이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 나선형 핀 팁에 의해 형성된 중앙 통로는 상기 도관의 유압직경 보다 작다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 간극은 도관의 인접한 측방향 폭의 30% 이하 이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 나선형 공동의 크기는 나선형 와류의 와류도(vorticity)와 연관되어 일체로 형성된 실제 크기 보다 미세하게 작다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관의 내부에서 레이놀즈수가 증가할 때, 부가적으로 제2와류가 생성된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 코어 흐름은 그 이동과 대면한 나선형 핀의 표면과의 국부적 충돌에 의해, 나선형 핀과 강력하게 상호작용한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 도관의 내부에서 레이놀즈수가 증가할 때, 상기 코어 흐름은 국부적으로 파괴되어, 코어 흐름과 강력하게 상호작용하거나 상기 대면한 핀상에 충돌하는 불안정한 제2와류를 빈번하게 생성한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 2개의 에어쿠션이 생성된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 장치는 에어베어링 또는 에어쿠션용으로 사용된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 장치는 접촉없이 이러한 장치에 의해 생성된 에어쿠션 위에 부유된 통로상에서 이동된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 분사면은 물리적 접촉없이 목표물이 이송되는 에어쿠션을 생성하는 설정의 통로를 형성한다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 대향하는 2개의 평탄한 분사면이 상기 분사면 사이에 통로를 형성하도록 제공되므로, 평탄한 목표물이 접촉없이 이송된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 다수의 도관은 공기역학적으로 유도된 힘을 설정의 방향으로 유도하기 위해, 상기 분사면에 대해 대각선으로 위치된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 2개의 대향한 분사면은 원통형으로서, 외측 분사면은 오목하고, 내측 분사면은 볼록하다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 상기 목표물은 웨이퍼 또는 인쇄회로기판이다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 에어쿠션은 목표물과의 접촉없이 위치제어를 위해 사용된다.

본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 제트에 의한 유체분사는 목표물을 표면과 접촉하여 지지하는데 사용된다.

도1a는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 자동조정 분절형 오리피스장치의 길이방향 단면도로서, 관통흐름이 존재하여 와류가 형성되는 것을 도시한 도면.

도1b는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 자동조정 분절형 오리피스장치의 길이방향 단면도로서, 그 일부의 특징적인 부분을 도시한 도면.

도2는 본 발명의 양호한 실시예에 따른 SASO장치 도관의 일부 형태를 도시한 도면.

도3a 내지 도3h는 SASO 셀 벽과 코어 흐름과의 다양한 와류 흐름패턴 사이의 가능한 상호작용을 도시한 도면.

도4a는 방사방향 자동조정 게이트유니트(SAGU)가 도시된, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 SASO장치의 부분단면도.

도4b는 접선방향 자동조정 게이트유니트(SAGU)가 도시된, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 SASO장치의 부분단면도.

도5는 본 발명의 양호한 실시예에 따라 SASO 장치 핀과의 충돌을 포함하는, 코어 흐름 이동의 측방향 특징을 도시한 도면.

도6은 본 발명의 양호한 실시예에 따라 SASO 장치의 핀 배열과 핀 구조의 기하학적 특징을 도시한 도면.

도7a 내지 도7c는 본 발명의 양호한 실시예에 따라 SASO 장치의 3개의 3차원 측단면도로서, 본 발명의 양호한 실시예에 따라 선택적인 핀 표면형상을 도시한 도면.

도7d 내지 도7f는 본 발명의 양호한 실시예에 따라, SASO장치에 사용된 핀 구성과 3개의 선택적 핀 배열을 도시한 도면으로서, "방향성" SASO장치를 도시한 도면.

도8은 본 발명의 양호한 실시예에 따른 환형 SASO 슬롯을 도시한 도면.

도9는 L형 핀(및 U형 핀)을 가지며 3차원 코어 흐름 억제부를 구비한, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 SASO 장치를 도시한 도면.

도10은 단일의 나선형 핀을 구비한 본 발명의 다른 양호한 실시예에 따른 SASO 장치로서, 3차원 코어 흐름 억제부와 이중통로 특성을 도시한 도면.

도11은 에어쿠션 비접촉 지지시스템으로 작용하는, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 유체 분사장치를 도시한 도면.

도11a는 에어베어링 및 에어쿠션 시스템으로 작용하는, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 유체 분사장치를 도시한 도면.

도12는, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 에어쿠션에 의해 지지되는 목표물에 작용하는 힘과 변위 사이의 관계를 종래의 에어쿠션과 비교하여 도시한 도면.

도13a는 SASO 분사소자를 구비한 자체유도형 에어쿠션장치를 도시한 도면.

도13b는 에어베드가 불활성 컨베이어에 의해 발생되는, SASO 도관에 기초한 분사시스템을 도시한 도면.

도14a는 SASO 분사소자에 기초한 이중 대향 SASO 도관에 기초한 분사시스템을 도시한 도면.

도14b는 목표를 이동시키는데 사용되는 유체점착력을 구비한, SASO 분사소자에 기초한 이중 대향 SASO 도관에 기초한 분사시스템을 도시한 도면.

도15는 이중 에어쿠션 비접촉 지지체와 연합된 2개의 에어쿠션을 도시한 도면.

도16a는 2차원 에어쿠션 지지 및 제어부를 위한 모노레일을 도시한 도면.

도16b는 2차원 에어쿠션 지지 및 제어부를 채용한 현수된 캐리지를 도시한 도면.

도17은 SASO 분사소자에 기초한 에어스핀들을 도시한 도면.

도18은 SASO 분사소자에 기초한, 상부 비접촉 파지시스템의 개략적인 실시예를 도시한 도면.

도19는 위치제어 안정성 뿐만 아니라 평형 위치조정을 도시하는, SASO 기본형 상부 비접촉식 파지시스템에서의 힘과 변위 사이의 관계를 도시한 도면.

도20은 웨이퍼 또는 이와 유사한 목표물을 지지하는 상부 비접촉 파지시스템에 기초한 SASO의 2가지 실시예를 도시한 도면.

도21은 SASO 기본 분사시스템에 의해 표면과 접촉하도록 목표물을 가압하는 것을 도시한 도면.

공기역학적으로 유도되는 힘을 사용하기 위한 분사시스템은 유체를 구동하는 외부 압력편차를 생성하기 위한 압력시스템과, 유체가 분사되는 다수의 SASO 도관을 포함한다. 이러한 도관의 기하학적 형상과 인가된 압력편차는 MFR과, 도관출구에서의 유출 모멘텀을 결정한다. 목표물이 적절한 거리로 도관출구와 대면하였을 때, 제트흐름이 발생되어 목표물 표면상에 충돌한다. 이 경우, 유체는 목표물에 도달되기 전에 감속된다. 대부분의 유체는 측방향으로 리바운드되며, 그 일부는 스태그네이션 포인트(stagnation point) 영역에 안착되게 된다. 그 결과, 상기 제트는 목표물상에 작용하는 공기역학적으로 유도되는 힘을 생성하기 위해 그 모멘텀을 분배한다. 상기 거리가 작을 때, 유출흐름은 제트흐름으로 전개되지 않으며, 흐름은 측방향으로 이동하도록 가압된다. 그럼에도 불구하고, 이것은 공기역학적으로 유도된 힘을 생성한다. 공기역학적으로 유도되는 힘에 영향을 미치는 요소는 SASO 도관출구와 목표물 표면 사이의 거리 이다. 이러한 거리가 점진적으로 감소되었을 때, 도관출구는 거의 덮이며, 도관을 통하는 흐름이 감소된다. 그 결과, 공기역학적 와류차단기구의 세기는 자동조정방식으로 상당히 악화되며, 도관은 내부의 압력강하에 견디는 것을 중단한다. 따라서, 도관 입구에서 인가된 대부분의 고압은 도관출구를 거의 덮고 있는 목표물로 유도된다. SASO 도관이 도관출구와 목표물 사이의 거리에 대해 "공기역학적 복귀스프링의 특성을 나타내는 이러한 효과는 상당히 중요한 값이다. 실제로, SASO 도관의 "공기역학적 복귀스프링" 특성은 과도기적인 것이며 공기역학적 와류기구가 "완전히 전개되지 않은" 상태로서, 내부 압력강하(△P)는 목표물이 도관출구에 매우 근접할 때 상당히 변화된다. 이러한 공기역학적 복귀스프링의 등가 스티프니스(stiffness equivalent)는 출구가 덮이지 않을 때 SASO 도관내에 전개되는 내부 압력강하(△P)와 직접적으로 연관되어 있다. SASO 도관의 공기역학적 복귀스프링 특성은 특히 힘제어 및 위치제어에 있어서, 본 발명의 기본적인 특징에 속한다. 짧은 거리에 있어서, 도관의 출구와 목표물 사이에 전개된 "외부" 흐름재개는 특히 다수의 도관이 분사시스템의 "활성면" 또는 분사면상에 형성된 경우, 즉, 목표물의 표면에 평행한 경우, 짧은 내부흐름으로 된다(예를 들어 평탄면 또는 원통면). 따라서, 다수의 SASO 도관이 사용될 때 도관 사이의 상호작용은 중요하게 되며, SASO 기법에 기초한 공기역학적 유도힘을 위한 분사시스템의 실질적인 전개상태를 고려해야만 한다.

이러한 2개의 독특한 공기역학적 유도힘(단거리인 경우와 충돌제트의 경우)은 2개의 실제적인 변수 및 특수한 용도를 위해 바람직하게 사용될 수 있다. 또한, 상기 거리는 본래 동적변수이고, 2개의 독특한 형태의 공기역학적 유도힘은 상기 거리에 대해 자동조정방식으로 선택적 우위를 점유할 수 있다. MFR 및 출구에서 모멘텀의 속도는 도관출구에 유도된 정지압력과 마찬가지로 유출 유동에 의해 유도된 힘을 결정하기 때문에, 유동변수를 결정하므로써 필요로 하는 공기역학적 유도힘 설정점(set point)을 얻을 수 있다. 이러한 변수는 특정의 외부 압력편차를 설정하거나 및/또는 사소 도관의 기하학적 형상을 변화시키므로써 제어될 수 있다. 특히 가스인 경우, 압축효과(compressibility effect)는 중요한 역활을 하게 된다. 또한, 적절한 거리(도관출구와 목표물 사이)인 경우, 압축성 가스가 확장되 어 고압의 저장조로부터 가속될 때, 도관출구로부터 멀리 떨어져 전개된 제트흐름은 비압축성인 경우와는 매우 다른 상황인 초음속에 도달할 수 있다. 초음속 제트는 공기역학적 유도힘을 발생시키는데 사용되지만, 대부분은 다량의 소음을 발생시키는 불필요한 흐름패턴이다.

본 발명에 따른 분사시스템은 여러용도에 사용될 수 있는 공기역학적 유도힘을 발생하는 것이다. 이러한 시스템에서 실제적인 시스템적 요구사항을 이해하기 위하여, 본 발명자는 종래의 도관을 사용하는 현존의 분사시스템의 특징을 조사하였으며, 그리고 그후 본 발명의 SASO 도관이 유도될 신규한 자동조정 도관에 대해 조사하였다.

종래의 도관

현존의 종래 도관은 간단한 원통형 구멍 또는 가장 복잡한 형태의 원통형 구멍을 포함한다. 때로는 이러한 도관은 기계적 또는 전자기적 기구를 구비한 제어밸브와 조합되어, 광범위한 외부 조건에 대해 질량유동비와 압력을 제어할 수 있다. 대부분의 경우, 제어밸브의 사용은 가격상의 문제나 그 실시가능성 때문에 비현실적이나 불필요한 것으로 된다. 다수의 도관이 사용되어 각각 제어되어야만 할 때, 복잡한 수단이 허용될 수 없는 가격과 유지보수의 증가로 인해 거의 사용할 수 없게 된다. 현존의 기법은 비용면에서도 효과적이지 못하고, 시스템적 요구사항에 부응할 수 없으며, 공기역학적 유도힘 용도로 사용되는 분사시스템은 다음과 같은 도관특징으로 한정된다.

1. 전형적인 도관 직경을 심각하게 좁히지 않고서는, 높은 내부 압력강하(△P)에 견딜 수 없다. 이 경우, 오염물에 의한 기계적 차단의 위험성이 심각하게 증가될 수 있다.

2. 외부 구동압력에 선형적인 상당히 높은 질량유동비(MFR). 실제로 이것은 공기역학적 유도힘과 유체전달이 없을 때 기생 MFR이다.

3. 외부 구동압력의 변화 및 일시적 압력변동에 대한 높은 민감성.

4. 도관입구에서의 구동압력과 도관출구에서의 압력 사이의 비율이 설정값을 초과하여 심각한 소음이 초래될 수 있는 초음속 출구흐름.

이러한 특징은 공기역학적 유도힘일 경우 종래 분사시스템에서 다음과 같은 단점에 의해 유발된 것이다.

1. 다수의 도관이 포함되거나 출구흐름이 시간과 위치에 따라 변화될 때, 구동압력레벨을 고정밀도로 국부적인 값 및 특정한 분포로 제어할 필요성.

2. 필요로 하는 공기역학적 유도힘을 보상하기 위해 매우 높은 기생 MFR을 사용할 필요성. 이러한 결점은 분사시스템에 다수의 사용될 때 특히 심각하다. 이들 도관들중 단지 일부만이 실제로 작용하여 유도힘을 생성하지만, 모든 도관은 연속적으로 작동되어야만 한다.

3. 가장 불필요한 초음속 제트흐름의 생성. 이러한 유동방식에 대한 단점은 심각한 소음 및 기계적 진동을 초래한다. 또한, 유도된 힘에 심각한 결점이 존재할 수도 있다. 이 경우, 만일 외부 압력조건이나 기타 연관된 기하학적 형상(예를 들어, 목표물과의 거리)가 변화되었다면, 유도힘은 비연속적인 방식으로 트리거되며, 이러한 현상을 제어하기가 매우 어렵다.

4. 배출흐름이 "공기역학적 복귀스프링"으로 작용할 때, 상기 공기역학적 유도힘은 도관출구로부터 목표물까지의 거리에 대해 자동조정 방식으로(위치조정 제어에 관해) 변화된다. 일반적으로 최대의 유도힘은 상기 거리가 제로이고 유효 작동면적에 의해 증대되는 압력레벨과 동일할 때이며; 최소힘은 상기 거리가 무한대로 증가할 때 제로에 접근하게 된다. 일반적인 용도에 있어서, 거리가 매우 짧고 종래의 도관내에서는 단지 작은 내부 압력강하(△P)가 전개될 수만 있다는 사실로 인하여, "유체 복귀스프링" 스티프니스 등가물[또는 도관을 통한 내부 압력강하(△P)]은 작다. 따라서, 힘의 자동조정 포텐셜과 위치조정 제어는 종래도관이 사용될 때 상당히 한정된다.

5. 또 다른 해결책으로는 예를 들어 에어베어링 용도에서 전형적으로 매우 작은 직경을 갖는 오리피스를 사용하므로써 질량유동비를 한정하는 것이다. 이러한 해결책은 흐름내의 도관을 기계적으로 차단시키는 오염물에 매우 민감하다. 또한, 협소한 오리피스를 사용하게 되면 제어작업에 심각한 영향을 미친다.

이러한 단점을 극복하고 공기역학적으로 유도힘을 적용하는 분사시스템의 성능범위를 확장하기 위하여, 종래의 도관을 공기역학적 차단기구에 기초한 신규의 SASO 도관으로 대체할 것이 요망되고 있다. 또한, 공기역학적 유도힘을 발생하기 위해 사용되는 분사시스템용 SASO 도관에 기초한 신규의 적용은 종래 도관에서는 불가능했었던 새로운 실질적 기회를 제안한다.

SASO 도관

고압저장조로부터 저압환경으로 가스를 분사하는데 사용되는 종래의 도관은 간단한 도관으로서, 특히 다수의 도관이 포함된다. 압축가능한 흐름현상이 발생하거나 의도적으로 포함되지 않는다면, 예를 들어 노즐 목부에서 흐름을 마하 1로 가속시키는 특정한 노즐에 의해 MFR을 설정하는 경우, 실제로 이러한 도관을 따라서는 압력강하가 거의 없다. 그러나, 압축성이 중요한 역활을 하지 않은 경우, 종래 도관을 통한 내부 압력강하는 그 "공기역학적 복귀스프링" 작동에 대해 매우 작은 포텐셜을 갖는다. 본 발명에 사용된 SASO 도관은 "유체 복귀스프링"에 대해 상당히 개선된 특징을 제공한다.

또 다른 중요한 실제적인 요구사항으로는 가능한한 MFR을 최소화하는 것이기는 하지만, 공기역학적 유도힘을 인가하는데 분사시스템이 사용되는 특정한 용도에서 필요로 하는 성능을 충족시켜야 한다. 또한, 다수의 도관이 사용될 때, 이들중 일부만이 공기역학적 유도힘을 인가하는데 참여한다. 이경우, 유체(공기, 적어도 일시적으로)는 작용하지 않는(적어도 일시적으로) 도관에 공급되어야만 하며, 보다 많은 노력이 불필요하게 소요된다. SASO 도관은 기생 MFR의 이러한 문제점을 해결할 수 있다.

본 발명에 따른 신규의 분사시스템용 SASO 도관의 목적은 외부 구동압력과 배출 흐름 동적특성 사이에 새로운 관계를 구축하는 것이다. 이러한 새로운 관계는 관통흐름이 존재할 때, 공기역학적 와류차단기구를 표시하는 특수한 기하학적 형상의 SASO 도관에 의해 얻어진다. 상기 공기역학적 차단은 SASO 도관의 내부 형상에 의해 지배되며, 하기에 서술되는 와류 유동패턴의 전개에 이어지는 유동분리에 의해 얻어진다. 이러한 분리와 생성된 와류 유동패턴은 기본적으로 비점착성이 다. 그러나, 점착성은 부가적 효과를 제공한다. 공기역학적 차단기구는 비압축성 또는 압축성 유동장 조건에서 유사하게 전개되지만, 상세하게는 약간 다르다. SASO 도관 내부형상에 의해 표시된 공기역학적 차단은 본 발명의 분사시스템의 가장 중요한 변수이며, 공기역학적 유도힘을 생성하는데 사용되는 MFR과 마찬가지로 내부 압력강하(△P)를 결정한다.

공기역학적 차단기구는 본 발명의 가장 중요한 특징이다. 개선된 특성을 갖는 신규한 진공 지지시스템을 제공하는 것이 SASO 기법의 본질이다. 도면을 참조하여 SASO 발명을 서술하기로 한다. SASO 장치는 2차원을 기본으로 한다. 본 발명의 양호한 실시예에 따른 장치는 도1a에 도시된 바와 같이 도관벽(12)의 내측상의 대향측에서 2열로 배열된 다수의 핀(4, 5)을 구비하며, 입구(2)와 출구(3)를 구비한 도관(1)을 포함한다. 제1핀배열(두개의 단부핀과는 이격된)의 2개의 연속한 핀 사이에 형성된 갭과 대향하는 2개의 핀 배열은 상대적 이동위치로 배치되는데, 이에 따르면 제2배열의 하나의 대향핀이 배치되므로써, SASO장치를 특징으로 하는 전형적인 비대칭 형상을 생성하게 된다. 따라서, 2개의 비대칭 셀 어레이가 형성되며, 각각의 셀은 동일한 어레이에서 2개의 연속한 핀에 의해 나뉘며, 이들 사이에는 도관벽의 일부가 존재하게 된다. 따라서, 공동이 형성되는데, 유체가 도관을 통해 흐를 때 대부분의 와류는 공동의 내부에서 전개된다(이하, 이러한 공동은 SASO 셀로 기재하기로 한다).

SASO장치 내부형태는 유체가 이를 통해 흐를 때 도관의 내부에 설정된 독특한 와류 유동장 패턴을 나타낸다. 각각의 핀은 핀의 팁으로부터 하방으로의 유동 분리를 부여한다. 또 다른 하방흐름인 큰 유동구조체인 와류는 각각의 SASO 셀의 내부에 생성된다. 와류는 와류축 주위에서의 환형 흐름이동으로서, "순환(circulation)"이라는 용어는 와류 밀도를 의미한다. 와류는 분리된 전단흐름(shear flow)의 공지된 롤업기구에 의해 생성되어, 각각의 SASO 셀의 상류 핀으로부터 유동분리를 허용한다. 메인와류 이외에 제2와류가 전개되어 SASO장치의 성능강화에 중요한 역활을 한다. 선택적인 주요한 특징으로는 제2와류 유동패턴의 불안정한 모드와 마찬가지로 메인와류의 불안정한 모드를 들 수 있는데, 이것은 공기역학적 차단효과를 상당히 증가시킨다.

실제로, 2개의 대향한 와류(6, 7)의 유동패턴이 전개되어, 도1a에 도시된 바와 같이 비대칭적으로 배열된다. 각각의 와류는 대향의 핀과 대면하는 SASO 셀의 내부에 위치된다. 특히, 거의 밀폐된 스트림라인에 형성된 이와 같은 와류는 도관을 흐르는 흐름을 실질적으로 차단하여 넓은 유동이동 즉, 미로형 도관을 특징으로 하는 유동 이동형태의 전개를 방지한다. 따라서, 매우 얇은 코어 흐름(8)이 차단 핀과 와류 사이에 전개된다. 상기 코어 흐름은 하방으로 상당히 고속이며, 와류에 의해 양측에서 경계지워지며, 도관벽과 접촉하지 않는다. 따라서, 코어 흐름의 불안정성이 증가함에 따라 와류가 파괴되며, 하방의 불안정한 제2세드와류(secondary shed vortice)를 자주 형성하여 코어 흐름과 강력하게 상호작용한다. 핀과 대면한 코어 흐름의 충돌이 발생될 수도 있으며, 이에 따라 코어 흐름이 파괴된다. 또한, 주기적이거나 혼란스러운 특성을 갖는 물결모양 유동패턴이 전개될 수도 있다. 이러한 상호작용은 공기역학적 차단효과를 상당히 강화한다. 전형적인 SASO장치 도 관을 통한 길이방향의 2차원 단면을 도시하고 있는 도1a에는 완전히 전개된 와류 유동패턴과 이에 존재하는 와류가 도시된 기본적인 SASO장치가 도시되어 있다. SASO장치는 3차원 도관이지만, 실제적으로는 기본적으로 2차원 특성을 가지므로, 제3방향은 코어 흐름이동과 메인와류 유동축(이하, "패시브 방향"으로 기재한다)에 수직하다. 따라서, 도1a에 도시된 SASO장치는 실제적인 장치의 단면인 것으로 간주된다.

흐름이 도관을 통과할 때, 2세트의 와류가 흐름을 차단하므로써 와류의 어레이와 핀 팁 사이에는 매우 협소한 코어 흐름(8) 만이 전개된다. SASO장치를 통한 MFR이 주로 코어 흐름에 의해 이송되기 때문에, 이러한 차단은 MFR을 상당히 감소시킨다. 또한, 부가적인 MFR 감소는 코어 흐름과 제2세드와류 사이에 불안정한 상호작용이 SASO장치 도관내에서 발생되었을 때 얻을 수 있다. 공기역학적 와류차단은 도관을 따라 내부 압력강하(이하, △P로 기재한다)를 증가시킨다. 이것은 와류와 SASO 셀벽 사이의 상호작용에 기인한 것이다. SASO 도관의 내부에 전개되는 큰 △P는 본 발명에서 매우 실제적인 중요성을 갖는다. 특히, △P가 크면 SASO 도관의 "공기역학적 복귀스프링" 특징에 대해 매우 중요한 역활 즉, 힘제어 및 위치제어 특성을 상당히 개선시킨다.

△P의 상당한 증가와 실질적인 MFR의 감소는 SASO 기법에서 매우 기본적이면서도 실제적인 중요성을 갖는다. 그러나, 이러한 중요한 특징은 흐름이 없고 와류가 전개되지 않는 경우, 도관을 통한 흐름이 존재할 경우에만 얻을 수 있음을 인식해야 한다. 이러한 "다이나믹" 특성은 하기에 서술되는 바와 같은 SASO 개념의 기 본이 된다.

※SASO장치 도관의 특수한 형상은 의도적으로 와류 유동패턴의 전개를 표시한다.

※와류 유동패턴은 자동조정방식으로 흐름을 차단하여 MFR을 감소시키고 △P를 증가시킬 책임이 있다.

※도관을 통해 흐를 때 다이나믹 상태일 때만 효과가 있다.

※와류 유동패턴이 전체 작동주기가 아닌 일부의 시간에서만 효과적인 불안정한 경우도 본 발명의 범주내에 유도될 수 있다.

SASO장치 형태는 매우 광범위하다(이들중 일부가 하기에 서술될 것이다). 따라서, SASO 도관의 특수한 내부형상으로 도시된 바와 같이, 어떤 장치나 제품이 기본적으로 공기역학적 와류 차단기구를 작동하기만 하면, 이것은 기본적으로 SASO장치로서 본 발명의 범주에 속한다. 특수한 형상의 SASO장치도 무방하다.

SASO장치는 일반적으로 이동부가 없는 단단한 몸체로서, 어떤 기계적 부분(예를 들어 스프링, 박막 등)을 필요로 하지 않으며, 또는 전자기계적 제어수단도 포함하고 있지 않다. 이것은 플라스틱과 같은 비금속재료 뿐만 아나라 금속재료로도 제조될 수 있다. 그러나, 외부조건에 대한 자동조정 작동은 새로운 형태의 장치를 제공하는데, 이에 따르면 MFR과 △P의 제어는 본 발명의 공기역학적 차단기구를 적용하므로써 달성될 수 있다.

SASO 셀내에 전개되는 메인와류에 의해 설정된 공기역학적 차단기구는 기본적으로 SASO장치의 자동조정 특성을 갖는다. 그러나, 자동조정특성의 부가적인 특 징이 이와 연관되어 있다. SASO 셀내에 전개되는 메인와류는 차치하고라도, 자동조정특성을 갖는 부가의 와류 유동기구는 상이한 외부조건에서 선택적으로 또는 동시에 전개될 수 있으며, 외부조건의 변화에 응답할 수 있다. 외부 압력강하를 증가시키거나 레이놀즈수를 의도적으로 증가시켰을 때, 공기역학적 차단기구를 변형시키는 하기와 같은 와류 유동패턴이 포함될 수도 있다.

※메인와류의 강도(순환)가 강화된다.

※와류의 하방분포도가 변화된다.

※도관내의 유효 메인와류수가 변화된다.

※대부분 주기적인 특성을 갖는 와류 맥동모드가 발생된다.

※코어 흐름이나 대면의 핀과 강력하게 상호작용하는 제2세드와류가 전개될 수도 있다.

이러한 와류 유동패턴은 공기역학적 차단효율을 상당히 증가시킨다.

공기역학적 와류 차단효과에 의해, SASO장치는 또는 입구와 출구 사이의 압력강하와 같은 외부조건이 변경되었을 때, 시동시컨스나 정지시컨스와 같이 일시적 작동주기중 독특한 응답을 갖게 된다. 이러한 일시적 조건에 응답하는 SASO장치는 급속응답과 저속응답 또는 부드러운 응답 등과 같은 양호한 일시적 작동들을 달성하도록 설계될 수 있다.

도1b는 본 발명의 기하학적 특성을 도시하고 있다. 하기에 다양한 SASO장치의 구성요소와, 상기 SASO장치특성 뿐만 아니라 상기 구성요소 각각의 기본적인 작동과 흐름을 차단하는 와류 유동패턴에 이들이 어떻게 영향을 미치는지에 대해 상 세한 설명이 제공될 것이다. 첫번째 구성요소는 압력이 다른 2개의 저장조 사이에서 연결되는 SASO장치 도관(9)으로서; 상기 저장조중 하나는 입구(2)에 인접하여 위치되며, 다른 하나는 도관의 출구(3)에 인접하여 위치된다. 또한, 상기 SASO장치 도관은 직선형(도2a의 도면부호 200)으로 형성되거나, 또는 구굴구불한 형태(도2a의 도면부호 201 및 202)로 형성될 수 있다. 도2a는 단지 2차원 특성을 도시한 것으로서, SASO장치 도관은 3차원 방식으로 구불구불하게 형성되므로, 유체는 필요로 하는 방향이나 거리 및 장소로 이동될 수 있다. 도관 단면적의 하방분포는 일정하며(도2a의 도면부호 200), 또는 분기되거나(도2b의 도면부호 203), 수렴할 수도 있으며(도2b의 도면부호 204), 기타 다른 형상을 취할 수도 있다. 도관 단면은 직사각형일 수도 있고(도6a의 도면부호 220 및 222), 원형일 수도 있으며(도6a의 도면부호 221 및 244), 다각형 형상을 취할 수도 있고(도6a의 도면부호 223), 특정한 시스템적 요구사항으로 표시되는 기타 다른 형상을 취할 수도 있다.

SASO장치 도관의 측방향 칫수는 "a"로 표시된다(도1b). SASO장치 도관의 내벽은 도관벽에 부착된 얇은 경계층내에서 소규모의 난류를 강화하기 위해 부드럽게 되거나 거칠게 될 수 있으므로, 표면 마찰이 증가된다. 또한, 상기 도관 내벽에는 경계층 폭 보다는 크지 않은 작은 돌출 방해물이 제공되어 벽 난류를 트리거하는 국부적인 유동분리를 강화시킨다.

도1b의 핀(13)은 SASO장치의 특수한 내부형상을 형성하는 2개의 대향한 핀 어레이(14, 15)중 하나이다. 상기 핀은 유동분리를 강화하여 와류 유동패턴을 발생시키기 위한 것이다. 상기 핀은 도관벽에 수직으로 위치되므로, 도1b에 도시된 바와 같이 흐름과 대면하게 된다. 선택적으로, 상기 핀은 코어 흐름 방향과 도관벽에 대해 경사지게 형성될 수도 있다. 핀의 표면은 분리특성을 달성하기 위하여 평탄하게 될 수도 있으며, 기타 달리 설정된 표면형상을 취할 수도 있다.

하나의 핀 어레이로부터 핀의 전형적인 핀스팬(pin span)은 도1b에 도시된 바와 같이 "b"로 표시된다. 제1핀어레이의 제1핀에 가장 가까우며 대향한 핀 어레이의 핀의 스팬은 "c"로 표시된다. 양 핀 어레이의 핀스팬은 도1b에 도시된 바와 같이 일정할 수도 있으며, 변화될 수도 있다. 핀팁(16)은 예리하게 되거나 뭉툭할 수도 있으며, 기타 다른 형태를 취할 수도 있다. 각각의 핀은 도관의 절반을 차단하므로, 상기 "b"와 "c"는 유압 직경 "a"의 절반이 된다. 2개의 대향한 핀 어레이는 도1b에 도시된 바와 같이 "d" = a - (b + c) 가 된다. 이들은 값"d"에 대해 다음과 같은 3가지의 가능성을 갖게 된다.

d는 0 보다 클 수 있다(도6b의 도면부호 212): 도5a에 도시된 바와 같이 거의 직선형 코어 흐름이 전개된다.

d는 0 에 접근한다(도6b의 도면부호 211): 갭은 감소되며, 코어 흐름은 도5b에 도시된 바와 같이 사인파곡선이 된다.

d는 0 보다 작다(도6b의 도면부호 213): 핀은 부분적으로 중첩되며, 사인파형 이동이 증폭된다.

실제로, 본 발명의 원리의 실행목적에 있어서, "d"의 절대값은 도관의 측방향 칫수 "a" 보다 작을 수 있다. 상기 절대값은 도관의 인접한 측방향 폭의 20% 이하가 된다.

코어 흐름의 측방향 사인파형 이동은 갭 "d"에 전적으로 의존하지 않으며, 핀의 기하학적 형상에도 의존하지 않는다. 또한, 측방향의 사인파형 이동은 관통흐름 레이놀즈수가 증가될 때 증폭된다. 강력한 코어 흐름이 존재할 때, 표면과 대면하고 있는 핀의 엣지영역에서의 코어 흐름의 국부적인 충격이 도5c에 도시된 바와 같이 전개된다.

핀 형상, 특히 핀 팁의 형상은 흐름이 핀 팁으로부터 분리되기 때문에 SASO장치 성능에 상당한 영향을 미친다. 상기 핀 팁은 예리할 수도 있으며(도6c의 도면부호 230), 둥글게 될 수도 있고(도6c의 도면부호 231), 또는 뭉툭하게 절단될 수도 있다(도6a의 도면부호 232, 233). 상기 핀 팁은 일반적으로 3차원의 경우에는 굴곡되어 있으며, "분리 포인트"는 실제적으로 "분리 곡선"으로서, 이는 코어흐름 이동방향에 수직한 것이다. 상기 "분리곡선"은 직선형일 수도 있으며, 핀 스팬의 측방향 분포 또는 핀 곡률에 대응하여 설정된 곡률을 가질 수도 있다. 상기 핀스팬은 측방향으로 일정하며(도7c의 도면부호 241), 둥글게 굴곡질 수도 있으며(도7c의 도면부호 242), V 형으로 대칭으로 형성될 수도 있고(도7c의 도면부호 243), 측방향으로 경사질 수도 있다(도7c의 도면부호 244). 상기 "분리곡선"은 예리하거나 뭉툭한 핀 팁으로 고정(정지형)될 수도 있으며, 또는 가동형으로 될 수도 있다. 상기 가동형은 둥근 핀팁을 사용하므로써 표시될 수 있다. 핀 표면은 소규모의 경계층 난류를 생성하기 위해 부드럽거나 거칠게 될 수도 있다. 핀 팁 영역, 특히 둥근 핀 팁 경우에 거친 상태를 부여하므로써, 흐름분리의 특성이 양호해진다. 흐름분리의 불안정한 특성은 SASO장치 성능을 상당히 증가시키며; 관통흐 름을 보다 효과적으로 차단하는 복잡한 불안정한 와류 유동패턴을 트리거한다.

실제로, SASO장치는 다수의 핀을 포함하고 있다. 따라서, 도관내에서는 핀이 다양한 형태로 형성되어, SASO장치에 개선된 특성을 제공할 수 있다. 성능의 악화를 초래하지 않는한 하기의 조합체가 가능하게 된다.

※SASO장치 전체를 통하여 일정한 기하학적 프로필을 취하는 하나의 핀 형태.

※하방으로 핀의 기하학적 프로필의 변화를 갖는 하나의 핀 형태.

예를 들어, 갭("d")의 분기형 분포(도7d) 또는 선택적으로 수렴형 분포.

※조합된 핀 형태. 한가지 핀 형태의 사용이 선호된다.

※상기 핀은 메인 흐름이동에 대해 경사질 수도 있다.

공기역학적 차단기구의 기본적인 SASO장치의 개념이 달성되어 핀의 흐름분리가 달성될수만 있다면, 상술한 바와 같은 기하학적 형상의 핀 형상도 가능하다.

형성된 마지막 기하학적 요소는 도1b에서 대각선으로 세이딩되는 SASO 셀(17)이다. SASO 셀은 2개의 연속한 핀(18, 18)과 도관벽(20)과 도관의 중심선(21)에 의해 경계지워지는 공동이다. SASO장치는 2개의 대향한 연속한 SASO 셀 어레이로서, 제1세트의 각각의 대향한 SASO 셀에는 도1b에 도시된 바와 같이 대향한 세트의 하나의 핀이 존재한다. SASO 셀의 기본적인 측방향 크기는 핀 높이(b, 또는 c) 또는 도관 측벽칫수의 절반(a/2) 이다. 핀 사이의 길이방향 간극은 도1b에 도시된 바와 같이 "e"로 표시되며, 이것은 SASO 셀 피치 이다. 일반적인 경우이지만, 대향한 핀을 대향한 세트의 SASO 셀의 중심과 대면하여 위치시키는 것이 항상 필요한 것은 아니며, 중심이 아닌 곳에 위치될 수도 있다. 상기 SASO 셀 피치(e)는 일정할 수도 있고, 또는 기타 실제적인 하방 분포를 취할 수도 있다.

SASO 셀의 공동에서는 메인와류가 전개된다. 전개된 와류는 관통흐름이 도관내에 유지될 때에만 SASO 셀내서 전개되어 존재하는 다이나믹 유동구조체이다. 와류는 고정된 또는 불안전한 와류축 주위에서 유체의 회전운동이다. 불안정한 와류는 완전히 전개된 와류로서, 불안정한 속도장을 포함한다. 안정된 상태인 경우, 상기 메인와류는 도1a 및 도1b에 도시된 바와 같이 밀폐된 스트림라인을 특징으로 한다. 이것은 와류에 수직한 대량흐름이 없다는 것을 의미하는 것으로서, 유입되는 흐름과 대면하는 단단한 핀처럼 효과적인 유체장벽으로 작용한다. 메인와류가 불안정한 상태이지만 아직 SASO 셀내에 유지될 때는 주기적으로 이동할 동안 또는 무질서하게 이동할 동안 왜곡된다. 이러한 불안정한 경우, 와류 스트림라인은 밀폐될 필요가 없으며, 코어흐름과 일부 다량의 교환이 있게 된다. 그럼에도 불구하고, 실제적으로 와류는 아직까지 효과적인 "유체" 장벽으로 작용한다. 메인와류의 불안정한 상태는 본 발명에 따르면 매우 중요한데, 그 이유는 와류와 코어흐름 사이에서 복합한 상호작용을 트리거하기 때문이다. 또한 와류 사이에서 길이방향 상호작용을 트리거할 수도 있다. 이러한 작용은 의도적으로 실행되어 공기역학적 차단기구의 효율을 상당히 증진시킨다.

와류 유동패턴은 점착성 벽마찰을 포함하여 SASO 셀의 벽과 강력하게 상호작용한다. 안정된 점착성 상호작용 및 불안정한 점착성 상호작용인 경우도 분리하여 취급하기로 한다. 악화를 초래하지 않고, 도3a 내지 도3h는 코어흐름과의 상호작 용을 포함하여, SASO 셀 벽과의 점착성 와류 유동패턴의 여러가지 가능한 상호작용을 도시하고 있다. 도3a에는 안정한 특성의 상호작용이 도시되어 있는데, 이에 따르면 메인와류축(6)은 SASO 셀 내부에 전개된다. 도3b는 대부분 시작주기특성인 미약한 불안정 상호작용이 발생되어, 와류가 형성되어 SASO 셀의 내부로 이동하여 코어 흐름과 상호작용하는 것이 도시되어 있다. 와류가 선회할 때[화살표(30)로 도시된 방향으로], 그 코스를 국부적으로 변화시켜 코어 흐름이 조정되므로써 자유로운 통과를 허용하여 화살표(31)의 방향으로 이동된다. 공기역학적 차단효과는 예를 들어 필요로 하는 SASO장치의 규모를 선택하므로써 흐름에 불안정이 유도될 때 상당히 증가된다. 선택적으로, 본 발명의 2가지 기본적인 특성인 MFR의 상당한 감소와 △P의 감소는 모두 변화된다. 일반적으로, 불안정한 와류패턴인 경우, 공기역학적 차단효과의 다양한 특징은 평균시간의 관점에서 처리되어야만 한다.

SASO 셀벽과 흐름과의 상호작용은 도3a 및 도3b에 도시되어 있으며, 본 발명의 독특한 특징으로서 그 독특한 와류 유동기구를 나타내고 있다. 이러한 경우, 도관벽에 작용하는 점착성 마찰력은 종래의 도관이나 미로형 도관에서 발견되는 점착성 힘에 대향한 방향을 취한다. 점착성 마찰력의 방향을 변화시키는 것은 SASO 셀내부의 와류이다. SASO 기법을 채택하므로써, 제2와류 유동패턴의 사용에 의해 벽 점착성 마찰력의 방향이 양호하게 된다. 기본적으로 안정한 특성을 갖는 제2와류(33)는 메인와류와 SASO 셀 코너(도3c)에서 전개된다. 이러한 작은 와류는 특수한 셀 형상에 의해 의도적으로 실시되며(도3d), 도관벽(12)에는 돌출구조를 갖는 소자(34)가 제공된다. 선택적으로, 핀스팬(b)이 커질 때, 메인와류와 유사한 규모 의 제2와류(35)도 전개된다(도3e). 이러한 제2와류(35)는 일반적으로 순환성이 감소된다. 다른 경우에 있어서, 메인와류(6)는 코어 흐름(8)에 의해 SASO 셀 공동내에서 경사진 방향으로 강화된다. 이 경우, 작은 제2와류(35) 또는 일부 와류는 도3f에 도시된 바와 같이 SASO 셀의 "점유되지 않은" 코너영역에서 전개될 수 있다. 도3c 내지 도3f에 도시된 최종적인 와류는 실제로 점착성 마찰력을 조작하기 위한 여러개의 가능한 SASO 기법 툴 이다. 이러한 조작은 MFR의 감소와 △P의 증가 라는 본 발명의 SASO의 2가지 기본적인 특성을 상당히 변화시킨다.

"자유롭게"(기하학적으로 가압되지 않은) 전개된 와류는 그 자체의 "자연적인" 규모(이러한 용어는 본 기술분야에서 일체형 규모를 의미한다)를 가지며, 이것은 흐름 특성과 그 자체의 형성과정에 의존한다. 와류도와 연관된 자연적인 규모의 와류와 "스페이싱(spacing)"이라는 용어로 표현된 SASO 셀내부의 실제 공간 사이의 매칭(matching)에 대한 의문점은 본 발명에 상당히 중요하다. 2차원인 경우, 와류 공간증식은 2차원 방식으로 SASO 셀벽에 의해 경계된다. 따라서, 와류 단면의 스페이싱 특성만이 관련되어 있으며; 패시브 방향으로의 기하학적 제한에 대해 서술하기로 한다. 이러한 경우에 있어서, SASO 셀 칫수는 일체로 형성된 자연적인 규모의 와류 보다 크거나 작은 경우, 와류는 실제로 그 완전한 포텐셜을 달성할 수 있기 때문에, 공기역학적 차단기구에 대해서 효과적이지 않다. 실제로 SASO 셀의 크기가 그 와류도와 연관된 자연적인 규모의 와류 보다 약간 작을 때, "최적의 스페이싱" 상태가 달성된다. 이 경우, 와류는 그 완전한 포텐셜을 실제로 달성하며; 미세하게 변형되어 SASO 셀벽과 코어 흐름과 강력하게 상호작용한다. 상기 스페이 싱은 SASO장치 성능에 영향을 미치는 가장 중요한 특징이다. SASO 기법의 목적은 공기역학적 유도힘을 생성하기 위한 특정의 분사시스템에 대해 최적의 형태를 형성하고, 최상의 성능을 갖는 SASO장치 설계를 위해 실제적인 설계 가이드라인(최적의 스페이싱을 달성하기 위한)을 제공하는 것이다. 안정한 와류패턴인 경우에 대해, e/b의 추천할만한 적절한 비율은 1:1 내지 1:2 이며, 양호하기로는 1:1.5 이다. SASO 도관 내부형상이 복잡할 때, 특히 3차원 구성요소가 포함되거나, 안정된 또는 불안정한 특성의 복잡한 와류 유동패턴이 포함되거나, 도는 제2와류가 전개되어 코어흐름 및/또는 메인와류와 작용할 때, 또는 와류 유동패턴이 본래 3차원일 때, 이러한 비율은 더 이상 설계의 초기 가이드라인으로 간주되지 않는다.

SASO장치 와류 유동패턴은 복잡하며, 레이놀즈수(Re)가 증가할 때 불안정한 유동기구를 포함한다. 레이놀즈수가 증가할 때, 불안정한 제2와류가 코어흐름과 메인와류 사이에 전개된다. 전형적인 규모의 이러한 와류들은 코어흐름 폭과 유사하며, 메인와류 보다 상당히 작다. 이들은 주기적으로 복잡하게 또는 무질서한 방식으로 주기적인 모드로 전개되어 하방으로 이동하는 세드와류이다. 이러한 세드와류는 코어 흐름과 격렬하게 상호작용하여, 불안정한 특성의 코어 흐름을 제공한다. 상기 세드와류가 코어 흐름과 직접 대면할 때, 불안정한 코어 흐름의 파괴가 발생된다. 또한, 대면한 핀 상에서의 코어 흐름의 국부적인 충돌이 발생된다. 세드와류(36)는 도3g에 도시된 바와 같이 SASO 셀의 내부에 국부적으로 존재한다. 이들은 하방으로 이동하여, 도3h에 도시된 바와 같이 연속한 SASO 셀과 상호작용한다. 불안정한 상태의 흐름은 공기역학적 차단효과를 상당히 변화시키며, 본 발명 의 기본적인 특성 즉, MFR의 감소와 △P의 증가에 영향을 미친다. 불안정한 와류 유동패턴의 이득을 실행하고 이용하는 것이 SASO 기법의 범주내에 속한다.

코어흐름 및 메인와류와 강력하게 상호작용하는 이동중인 와류의 외관은 다수의 와류가 각각 "유체연결"되는 하방증식형 맥동모드를 생성한다. 제2와류와 코어 흐름 사이의 직접적인 상호작용에 의해, 측방향 및 길이방향 코어 흐름 속도에 순간적으로 상당한 변화가 국부적으로 발생된다. 따라서, 강력하게 분배된 코어흐름이 불안정한 상태로 대면의 핀상에 충돌한다. 레이놀즈수(Re)가 더욱 증가함에 따라(예를 들어, SASO 도관 측방향 규모를 증가시켜), 더 많은 제2와류가 생성되며, 와류와 코어흐름 사이의 직접적인 상호작용이 더욱 격렬하게 된다. 그 결과, 공기역학적 차단효과가 상당히 증가된다. 또한 SASO 기법은 특성이 개선된 SASO장치의 설계시 이러한 불안정한 와류/코어흐름을 이용하는데 필요한 노하우를 제공한다. 본 발명은 이러한 모든 불안정한 와류패턴을 이용한다. 따라서, SASO 개념은 코어흐름을 순간적으로 차단하는 제2세드와류를 포함하도록 연장된다.

코어흐름 규모(또는 코어흐름 폭)는 SASO 도관 유압직경 보다 상당히 좁다. 코어흐름 속도분포와 그 폭은 기본적으로 외부 압력강하, 다양한 SASO장치 내부형태 특히, SASO 도관의 내부에서 전개되는 와류 유동장패턴에 의해 결정된다. 흐름이 정지된 상태로부터 가속될 때, 초기의 코어흐름은 넓어지게 되며, 핀과 도관벽에 의해 경계지워지는 큰 측방향 진폭의 사인파형 하방 유체이동을 특징으로 한다. 이러한 첫번째 경우에 있어서, 흐름은 종래의 미로형 장치에서의 흐름과 매우 유사하게 된다. 후자의 경우, SASO장치 도관의 내부에는 완전히 상이한 유동장이 전개 된다. 상기 흐름은 특수한 SASO장치 형태의 벽으로 형성되는 내부통로를 따르지 않는다. 따라서, 흐름은 핀 팁에서 분리되며, 2개의 대향한 강력한 메인와류의 열(row)이 SASO 셀의 내부에 전개된다. 이러한 와류 어레이는 도관을 통하는 흐름의 통로를 제한하며, 이탈되어버린 매우 협소한 코어흐름이 얻어진다. 여러가지 경우에 있어서, 코어흐름은 설정의 레이놀즈수(Re)(상기 레이놀즈수가 증가될 때)에 대해 불안정한 와류 유동패턴을 포함하고 있다.

코어흐름 특성은 SASO장치의 내부 형상에 의해 2개의 대향한 핀 어레이 사이에서 상당한 정도로 갭(d)에 의해 영향을 받는다. 대부분의 경우 상기 "d"는 감소되며, 코어흐름은 협소해지지만, 상기 "d"가 더욱 감소되면, 측방향으로 사인파형 이동이 전개된다. 또한, 상기 갭이 폐쇄되거나("d" = 0), 또는 핀이 중첩될 때("d" < 0), 측방향 사인파형 이동이 증가되며, 코어흐름 폭이 증가된다. 값 "d"가 b/10 < d < -b/10의 사이에 있는 이러한 2가지 모순된 효과는 매우 바람직한 것이다( a는 SASO 도관 "유압직경"). 이러한 모순된 효과중 하나가 의도적으로 우세하게 됨에 따라, 예를 들어 MFR의 감소에 관심이 있지만 그러나 △P가 최대로 될 때 또는 그 반대인 상태일 때 실제적인 요구사항으로 작용하게 된다.

핀 중첩도가 설정값 이상으로 증가함에 따라 코어흐름은 도관벽에 재부착되도록 강제되는 것을 인식해야 한다. 이 경우, SASO 개념은 더 이상 지지되지 않으며, 흐름은 미로형태의 이동을 채택하고, 와류 유동패턴은 사라진다. 그럼에도 불구하고, 코어 흐름이 핀으로부터 분리되어 기본적으로 미로형 유동형태와는 상이하게 되거나 또는 코어흐름이 흐름을 차단하는 다양한 형태의 와류 유동패턴에 의해 구분되기만 한다면, 본 발명에서 SASO 개념은 지지된다.

코어흐름의 전형적인 폭은 SASO 셀도관의 효과적인 유압직경이다. 따라서, 측방향으로 물리적 크기(a)가 큰 SASO장치는 종래의 도관에 비해 MFR에 대해 보다 협소한 효과적인 폭을 갖게 된다. 전형적인 경우에 있어서, SASO 도관을 통하는 MFR에 대한 물리적 크기와 효과적인 크기는 상이한 것이다. 이러한 이중 규모(MFR 및 큰 물리적 칫수에 대한 작은 효과적인 규모)는 본 발명의 기본적인 특징이다. 특히, 오염물을 포함하고 있는 유체의 경우, 물리적 규모가 크면 오염차단의 위험성을 상당히 감소시킬 수 있으므로 더욱 중요하다. 또한, SASO 도관내에서의 물리적 통로(즉, 핀 사이에서 도관내의 권취 통로)는 유체 내부의 오염물 입자의 크기 보다 적어도 10% 크다. 상기 오염물 크기는 SASO장치가 공기역학적 유도힘을 생성하는데 특정의 분사시스템이 사용될 때 예견될 수 있으므로, 물리적 통로에 연관된 SASO 도관 규모도 특정화될 수 있다.

상술한 바는 유동장의 제공과 그 구조를 단순화하기 위해 SASO장치의 2차원 경우에 한정하여 서술되었다. 그러나, 3차원 SASO장치에 있어서, "패시브 칫수"(위상적 관점에서 본 패시브)와 폭(w)으로 표시된 물리적 규모는 점착성 엣지효과를 무시할 수 있을 정도로 커야 한다. 와류와 측벽 사이의 커다란 속도구배가 와류 강도를 희석시킬 때, 폭(w)이 너무 작게 되면 SASO 장치의 효율을 떨어뜨린다. 따라서, 최소한의 폭은 적어도 "b"의 크기와 동일해야만 한다(도1b).

본 발명의 자동조정 분절형 오리피스(SASO)는 다음과 같은 2가지 원리를 제공한다.

※자동조정 게이트 유니트

※분절형 개념

이러한 2가지 개념에 대해 서술하기로 한다.

각각의 와류와 그 대향의 핀은 "자동조정 게이트 유니트"(이하 SAGU로 기재한다)를 형성하는데, 이것은 도1b에 도시된 바와 같이 본 발명의 기본적인 유니트로서, 본 발명의 양호한 실시예에 따른 SASO장치의 단면을 도시하고 있다. 상기 SAGU는 2개의 보조요소로 구성된 "버츄얼(virtual)" 오리피스로서; 경질의 요소(핀)와, 다이나믹 요소[대향한 핀 어레이(15)의 2개의 핀 사이에 위치된 와류 유체구조]를 포함한다. 따라서, SAGU는 도관을 통하는 유체 이동이 유지되는 한 존재하는 다이나믹 구조체이다. 본 발명에는 2개의 독특한 SAGU형태가 연관되어 있다.

※방사방향 SAGU --- 핀(13)은 도4a에 도시된 바와 같이 대향한 핀 어레이(18, 19)의 2개의 연속한 핀 사이에서, 대향한 SASO 셀에 위치된 코어와 와류(6)를 향하여 위치된다.

※접선방향 SAGU --- 핀(13)은 와류(6)의 원형 이동에 대해 접하며; 상기 핀은 도관벽(12)에 대해 경사져서 핀과 벽(12) 사이에 각도(α)를 형성하며; 도4b에 도시된 바와 같이 한쪽 핀 어레이에서 핀의 팁과 대향한 핀어레이에서 가장 인접한 제2핀 사이에 가장 짧은 거리(f)를 제공한다.

2개의 SAGU 타입으로 구성된 하이브리드 SASO장치도 본 발명의 범주에 속한다.

유체 다이나믹 저항의 상당한 증가로 인해, 여러개의 SAGU를 포함하고 있는 SASO장치는 2가지 관점에서 시스템적 장점을 제공한다.

※동일한 유압직경의 종래 도관에 비해, 상당히 증가된 내부 압력강하(△P)가 도관내에 전개된다.

※관통흐름은 와류에 의해 차단되며, 따라서 종래 도관을 통하는 MFR에 대해 MFR이 상당히 감소된다.

이러한 두가지 특징은 기능적으로 연관되어 있으며, 이러한 상호의존성을 실행하여 활용하는 것이 SASO기법이다.

본 발명에 따른 SASO의 두번째 특징은 분절 개념이다. 실제로, 양호하게 작동되는 SASO장치를 형성하기 위해 SAGU를 조합하는 것이 바람직하다. 이것은 SASO 기법에서는 기본적인 것으로서, SASO장치에 새로운 개선된 특징으로 제공하여, 공기역학적 유도힘을 발생하는데 사용되는 분사시스템에서 필요로 하는 특정의 시스템적 요구사항을 충족시킨다.

본 발명의 기본적인 특징은 SASO장치의 자동조정 특성이다. 이러한 장치는 변화되거나 불안정한 외부조건에 대해 종래장치와는 다르게 반응한다. 특히, SASO장치는 외부조건이 안정하지 않을 때나 의도적으로 변경될 때 또는 상이한 시스템적 요구사항에 부웅하기 위해 조정가능한 기능이 요구될 때 특히 유용하다. 궁극적으로, 와류 유동패턴의 다이나믹 특성과 코어흐름과 와류와의 가능한 상호작용에 의해 SASO에 그 조정성이 부여된다.

SASO 기법은 기본적으로 상이한 2개의 시스템적 특성을 실행하는데 사용된다.

※SASO장치는 공기역학적 차단을 발생하므로써 실질적인 내부 압력강하(△P)를 억제하는데 사용된다.

※SASO장치는 공기역학적 차단을 발생하므로써 도관을 통과하는 그 어떤 흐름의 이동을 한정하거나 제어하는데 사용될 수 있다.

본 발명의 기본적인 특징은 하기에 의해 명확하게 된다.

본 발명의 자동조정 분절형 오리피스에 의해 부여된 공기역학적 차단기구의 양호한 실시예에 따른 SASO는 특정한 형상의 SASO장치가 와류 유동패턴의 전개를 부여하고 이에 따라 도관을 통과하는 흐름에 대해 실질적인 제어를 달성하기만 한다면 효과적인 것이 된다.

유체가 도관을 통과하기 시작했을 때, 와류는 아직 전개되지 않았으며 따라서 초기 MFR은 매우 크다(과도주기중). 잠시후 과도주기가 종료되었을 때, 와류 유동패턴은 완전히 전개되어 도관을 통과하는 흐름을 효과적으로 차단한다. 그 결과, 내부 압력강하(△P)는 상당히 증가되고, MFR은 상당히 감소된다. 이러한 과도주기는 본 발명의 자동조정 특성에 의한 것임을 인식해야 한다. 유체가 도관을 통과하여 흐르기 시작할 때, SASO장치는 자동조정 방식으로 "반응"하며, 와류 유동패턴이 순간적으로 전개되어 흐름을 공기역학적으로 차단하게 된다.

상기 과도주기는 본 발명의 가장 중요한 특징은 SASO의 복합기능 특성을 나타내며; 상이한 작동조건이나 상이한 작동조건하에서 작동될 때 SASO장치에 의해 상이한 성능이 발휘된다. 와류의 특성과 이에 따른 MFR 및 △P는 다양한 유동장 현상에 심하게 의존하며, 가장 중요하기로는 내부의 와류 유동패턴을 표시하는 SASO장치 도관의 내부형상에 크게 의존한다.

자동조정 게이트 유니트(SAGU)는 구성요소 및 유동장 요소를 특징으로 하는 본 발명의 기본적인 구성요소이다. 상기 SAGU는 게이트의 "다이나믹" 형태인 것으로 간주된다. SAGU는 하기와 같은 구성요소를 포함한다.

◆SASO장치 도관 벽의 한쪽에 위치된 하나의 SASO 셀.

◆핀의 대향한 어레이의 하나의 핀(대향한 도관벽에서의).

◆제2와류가 안정된 또는 불안정한 특성을 갖는 하나의 메인와류.

도1b에는 대각선으로 도시된 SAGU가 도시되어 있다. SASO장치는 도1b에서 비대칭형태로 연속배치된 하나이상의 SAGU로 구성되어 있다. 다수의 SAGU가 사용될 때, 불안정한 와류 유동패턴과, 강력한 와류/코어흐름 상호작용 및 SAGU 사이의 유체연결은 SASO장치의 특성을 상당히 변화시킨다.

보다 명확하게 하기 위해, 한가지 형태의 SAGU가 도입될 수 있다. 본 발명의 SASO장치에 따르면, 2가지의 독특한 형태의 SAGU가 고려될 수 있다.

◆방사방향 SAGU -- SAGU 핀에 수직한 코어흐름을 특징으로 한다. 이러한 SAGU 형태는 상술한 바와 같이 제공된 것으로서, 도1a, 1b, 도3 및 도4a에 도시되어 있다.

◆접선방향 SAGU -- 도4b에 도시된 바와 같이 SAGU 핀에 국부적으로 평행한 코어흐름을 특징으로 한다.

◆상이한 SASO용도를 위하여 단일의 SASO장치에 접선방향 및 방사방향 SAGU의 조합체가 적용될 수 있으며, SASO개념이 유지되는한 본 발명의 범주에 속한다.

접선방향 SAGU의 물리적 칫수는 연관성이 없는 갭(d)을 제외하고는 방사방향 SAGU에 의해 형성된 칫수와 유사하다. 2가지 변수 즉, 각도(α)와 거리(f)는 도4b에 도시된 바와 같이 접선방향 SAGU의 유효갭을 형성한다. 상기 각도(α)는 도관벽에 대한 핀의 방향을 한정하며, 모든 핀에 대해 동일할 필요는 없다. 상기 거리(f)는 도4b에 도시된 바와 같이 제1세트로부터 제2세트의 대향 핀까지의 핀의 팁 사이의 가장 짧은 거리이다. 와류 유동패턴에 의한 공기역학적 차단을 발생하는 본 발명의 기본적인 개념은 접선방향 SAGU의 경우에 더욱 바람직하다.

접선방향 SAGU와 방사방향 SAGU 사이의 기본적인 차이점은 핀에 평행한 코어흐름 이동으로 인해 전개되는 국부적인 벽-제트흐름이다. 접선방향 SAGU 유동장과 방사방향 SAGU 유동장을 구분짓게 하는 2개의 주요한 특징은 코어흐름 측방향 맥동의 증가된 크기이며, 대면한 핀 상에서 코어흐름의 매우 격렬한 국부적 충돌이다(방사방향 SAGU와의 비교를 위해 도4a 참조). 따라서, SASO 셀 벽에 따라 유체 다이나믹 힘의 분포가 상이하게 생성된다. 이러한 현상은 즉, MFR의 감소와 △P의 증가라는 본 발명의 기본적인 특징에 상당한 영향을 미친다.

방사방향 SAGU와 접선방향 SAGU와의 또 다른 차이점은 유체 유동방향이 역전될 때 유체 다이나믹저항의 변화를 들 수 있다. 이것은 방사방향 SAGU가 유동방향에 대해 "대칭적인" 특성을 갖는 반면, 접선방향 SAGU는 "비대칭" 특성을 갖는 점에 기인한 것이다. 이러한 접선방향 SAGU의 "이중 작동"은 예를 들어 상이한 MFR 요구사항에 대해 다른 작동상태에서 유체를 분사하거나 흡입하기 위해, 상이한 △P(또는 MFR)를 필요로 할 때 특히 유익하다.

본 발명의 SASO의 두번째 주요한 개념과 SASO기법은 분절 개념이다. 이것은 다수의 SAGU의 연속적 배치에 의해 특수한 시스템적 요구사항이 충족될 수 있음을 의미한다. 따라서, SASO장치는 형상이 동일한 다수의 SAGU에 의해 또는 하나이상의 SAGU의 조합체를 사용하므로써 이루어질 수 있다. 환언하면, 각각의 SASO장치는 특정의 SAGU 배열과, SAGU의 갯수와, 사용된 SAGU의 형태를 특징으로 한다. 이러한 방식으로, 상이한 특성을 갖는 SASO장치를 설계하기 위해 동일한 기본적인 구성요소(SAGU)가 재사용될 수 있어, 공기역학적 유도힘을 발생하는데 사용되는 다양한 형태의 분사시스템이 사용될 수 있다. 따라서, SASO 기법 설계과정에 포함된 분절 개념은 SAGU 형태의 선택과, 사용된 SAGU의 최적의 갯수와, 특정의 SASO장치를 따른 SAGU의 축방향 배열을 포함한다.

따라서, 설계시 조립된 그 어떠한 형태의 SASO장치의 입구 및 출구를 사용하게 되는 SAGU의 그 어떠한 조립체라도 모두 본 발명의 범주에 속한다. 다양한 패시브수단이나 액티브수단과의 연합체를 포함한 공기역학적 와류차단의 SASO 개념에 기초하고 다양한 시스템적 원리에 기초한 SASO장치의 그 어떠한 변형도 본 발명의 범주에 속하는 것을 인식해야 한다.

본 발명은 독특한 형태를 구비하도록 변형된 SASO장치를 포함한다. 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 범주로부터 일탈없이 공기역학적 유도힘을 발생하기 위해 사용되는 분사시스템에 인가될 수 있는 일부 선택적인 SASO장치에 대해 서술하기로 한다.

기본적인 SASO장치는 도7a에 도시된 바와 같이 직사각형 단면을 갖는 "SASO 튜브" 이다. 이것은 3차원 SASO장치로서, 3차원의 전형적인 폭(12)은 "패시브방향"이다. 주요한 유체 다이나믹 패턴은 2차원 특성이지만, 3차원 특성의 제2와류가 전개될 수도 있다. 이러한 흐름은 측벽("패시브"방향)에 접근할 때 3차원 특성을 갖는다. 상당히 적은 값인 "12"에 도달되었을 때, 흐름은 3차원적인 특성을 갖게 되며, 점착효과는 SASO튜브 성능에 영향을 미친다. 특히, 이것은 와류 유동패턴을 상당히 감소시키므로, 공기역학적 차단기구가 심각하게 손상된다. 상술한 벽 효과를 실질적으로 피하기 위해, 상기 "12" 라는 값은 적어도 "11"에 가까울 것이 요망된다. 도7에는 기본적인 2차원 형태의 2개의 측면도와 하나의 평면도가 도시되어 있다. 측면도(Ⅰ)는 "액티브" 칫수를 나타내며, 2개의 대향한 핀 어레이를 도시하고 있다. 측면도(Ⅱ)는 교착된 상태로 도시된 두개의 핀 어레이의 단면을 도시하고 있다(이것은 물론 진실한 것이 아니지만, 투시각도는 교착효과를 제공한다). 평면도(Ⅲ)는 입구에서 2개의 대향한 제1핀(4, 5)을 도시하고 있다. 상술한 바와 같이, 측방향으로 스팬 분포가 상이한 핀은 도7c에 도시된 바와 같이 선택적이다. 도6b는 몇개의 선택적 핀 단면 또는 핀 프로필을 도시하고 있다. 상기 핀 프로필은 직사각형(212), 예리한 형상(211), 굴곡형(210) 또는 상이한 핀 측면(215)을 갖고 있다. 핀의 어레이는 중첩형(213) 또는 비중첩형(212) 또는 이들 사이에 갭이 없는 형상(211)을 취할 수 있다. 상기 핀은 SASO 도관벽(212)에 수직하게 장착될 수 있으며, 또는 SASO장치 도관벽(214)에 대해 경사지게 형성될 수도 있다. 핀 배열은 흐름 방향(214, 215)에 대해 상이한 동작을 제공할 수 있거나 또는 흐름 방향(210-213)에 반응하지 않을 수도 있다. 상이한 핀을 사용하므로 써, 유동분리의 특성이 사용되어 SASO 튜브의 성능이 변형되어 특정 요구사항을 충족시킬 수 있다. 이러한 기본적인 SASO장치는 설계시 SASO 기법의 처리과정에서 요구하는 바에 따라 그리고 공기역학적 유도힘을 발생하기 위해 사용되는 특수한 분사시스템의 시스템적 요구사항에 따라 설정된 갯수의 동일한 SAGU로 구성되어 있다.

변형된 SASO장치 즉, "SASO 슬롯"은 패시브방향을 따른 핀의 측방향 길이인 상기 "12"가 도6a에 도시된 바와 같이 측방향의 제2와류(222)인 "11" 보다 상당히 큰 경우로 한정된다. 펼쳐진 직사각형 단면을 갖는 기본적인 SASO 슬롯내에서, 흐름은 기본적으로 2차원이며; 경계층의 측방향 규모와 슬롯 엣지에서의 최종적인 점착효과는 "12"에 대해 실질적으로 무시할 수 있다. 따라서, 코어흐름 폭의 일차원적 측방향 제어(와류에 의한) 또는 선택적으로 공기역학적 차단기구가 상당히 개선된다.

도7d 내지 도7f에는 방향성 SASO장치의 실시예가 도시되어 있으며, 이에 따르면 유체 다이나믹저항은 흐름이 역방향이 되었을 때 상당히 상이하다. 도6b에 도시된 바와 같이, 비대칭 프로필(215)과 경사진 핀(214)은 방향성 SASO장치 이다. 또한, 수렴형 도관과 분기형 도관(도2b의 도면부호 203 및 204)은 방향성 SASO장치를 설정한다. 또한, 도7d는 "방향성" SASO장치로서, 핀(14, 15)의 스팬은 설정의 유동방향(x)으로 점진적으로 짧게 형성된다. 이러한 실시예에서, 코어흐름은 x방향으로 분기되며; 만일 유동방향이 역전되어 공기역학적 저항이 양방향으로 유사하지 않을 경우에는 수렴하게 된다. 도7e는 또 다른 "방향성" SASO장치로서, 핀(14, 15)의 한쪽 표면은 예를 들어 평탄하며, 핀의 다른쪽은 굴곡되어 있다. 이 경우, 와류 유동패턴의 특성과 코어 흐름은 상이하게 실행되며; 유동 방향이 변화되었을 때는 공기역학적 저항이 변화된다. 실제로, 접선방향 SAGU에 기초한 SASO장치는 방향성 SASO장치의 전형적인 실시예이다. 도7f는 또 다른 "방향성" SASO장치로서, 2개의 연속한 핀 상의 피치나 거리는 설정된 유동방향(x)으로 점진적으로 변화된다.

지금까지 서술한 실시예는 모두 개방된 와류선(vortex line)(2개의 단부를 갖는다)을 다루고 있다. 특수한 경우의 SASO 슬롯은 도8에 도시된 환형 SASO 슬롯으로서, 이러한 슬롯은 2개의 밀폐된 루프 와류(이 경우 와류링의 2개의 어레이)가 생성할 가능성을 나타낸다. 도8a는 대향하는 2개의 링 형태의 핀 어레이를 갖는 환형 SASO 슬롯(50)을 도시하고 있으며, 상기 환형 SASO 슬롯 도관은 도8b에 도시된 바와 같이 반경이 r1 인 내벽(52)과, 반경이 r2인 외벽(51)을 갖는다. 도8b는 환형 SASO 슬롯의 단면도로서, 2개의 링 형상의 핀(53, 54) 어레이는 환형 도관의 내벽(51, 52)내에 위치된다. 이러한 형태에서 와류 링에 의한 코어 흐름 억제는 1차원 특성을 갖는다.

3차원 특성을 갖는 다른 형태의 SASO장치가 도9a에 도시되어 있다. 이러한 형태의 SASO장치는 대향의 코너에 연속해서 위치된 L형 핀(14, 15)을 갖는 직사각형 단면(도9b)의 도관을 포함한다. 도9c는 SASO장치의 2개의 제1핀(U형 세그먼트 및 D형 세그먼트)의 길이방향 단면을 도시하고 있다. 이러한 3차원 형태의 SASO장치에 있어서, 코어흐름은 와류에 의해 2차원 방식으로 측방향으로 억제된다. 2차 원 억제는 3차원의 변형된 SASO장치에서는 매우 중요한데, 2차원의 변형된 SASO장치에서 코어 흐름은 1차원 특성을 갖는다. 2차원의 측방향 코어흐름 억제에 의해, 3차원 형태의 SASO장치의 공기역학적 차단효율은 개선될 것으로 기개된다. 또 다른 유사한 장치가 도9d에 도시되어 있으며, 이에 따르면 U형 핀(14, 15)은 다각형 단면을 갖는 도관내에 장착된다.

도10은 측방향 단면이 원형인 도관(40)과, 내부가 나선형 구조인 단일의 핀(41)을 구비한 SASO장치의 길이방향 단면도이다. 이것은 실제로 하나의 나선형 핀으로서, 기하학적 변수의 특정한 조합체에 의해 트리거되는 나선형 흐름이동의 자연적인 선택을 방지하고 유동분리를 강화하기 위해, 장치를 따라서 분포된 장벽(42)을 선택적으로 포함한다. 이러한 장벽은 기본적인 사항이 아니지만, 유동분리를 개선시킬 수 있음을 인식해야 한다. 선택적으로, 2개의 핀단부는 돌출림을 구비할 수도 있으며; 이러한 힘은 핀 표면으로부터 수직으로 돌출되어 그 양 단부에서 나선형 와류를 지지하는 안착부로서 사용된다.

이것은 3차원 SASO장치로서, 코어흐름은 전개된 나선형 와류에 의해 2차원 원주방식으로 모든방향으로부터 측방향으로 억제된다. 따라서, 이러한 형태의 SASO장치는 기본적으로는 공기역학적 차단효과를 강화하기에는 효과적인 변형체이다. 흐름은 핀으로부터 분리되어 중앙통로로 이동하여 얇은 코어흐름을 생성하거나, 또는 핀을 따라 원주방향으로 이동될 수 있다. 장벽을 갖는 또는 장벽이 제공되지 않는 기하학적 설계는 흐름이 제1루트를 선택하여, 핀으로부터는 분리되고 핀 하부의 나선형 공동을 나선형 와류로 충진하여, 상술한 바와 같은 SASO 튜브와 유 사한 패턴을 얻기 위한 것이다. 그러나, 만일 어떠한 종류의 오염물이 중앙통로에 고착되어 흐름을 국부적으로 물리적으로 차단할 경우, 이러한 형태의 SASO 튜브는 이러한 방해물을 국부적으로 극복하고 자동조정방식으로 또는 차후 장벽(존재할 경우)에 의해 중앙 분리루트를 재개하도록 강제되는 방식으로 중앙 통로 루트를 재개하기 위해, 선택적 통로(나선형 루트)를 제공한다. 이러한 이중통로 특성은 SASO장치에 기계적 차단이 거의 없다는 장점을 제공하기 때문에 매우 중요한 것이며, 따라서 공기역학적 유도힘 적용을 위해 사용되는 특수한 분사시스템에서 양호하게 작동되며, 심각한 오염환경하에서도 양호하게 작동될 수 있다.

선택적으로 두개의 핀 단부는 돌출림을 포함하며; 이러한 림은 핀 표면에 수직으로 돌출되어, 나선형 와류를 그 양단부에 지지하기 위한 시트로 사용된다.

보편성을 손상함없이, 유체에 의해 유도되는 힘을 발생하기 위해 하나이상의 SASO 요소를 사용하는 본 발명에 따라 공기역학적 유도힘 용도를 위한 분사시스템의 몇가지 양호한 실시예가 제공될 것이다. 이러한 실시예는 이송 및 부하전송을 위한 에어쿠션과, 에어베어링과, 상부의 비접촉 파지 및 접촉 고압 지지부를 포함한다. 이러한 실시예는 본 발명의 장점을 나타낼 것이며, 특히 그 "공기역학적 복귀스프링" 특성에 대해 SASO 장점과 우수한 성능을 제공한다. 공기역학적 유도힘 용도를 위한 SASO 기법에 기초한 분사시스템은 공기분사를 기초로 하고 있지만, 이러한 기법은 공기에 한정되지 않으며, 필요로 하는 공기역학적 유도힘 용도에 따라 다른 가스 또는 액체도 사용될 수 있다.

에어베드 지지 및 이송시스템

공기역학적 유도힘을 발생하는데 사용되는 본 발명의 분사시스템은 에어쿠션장치 이다. 이러한 지지 및 이송 시스템은 고형면과의 비접촉식으로 이송되는 목표물을 지지하기 위해 에어쿠션을 발생시키는 공기분사를 사용하므로써, 목표물을 접촉손상으로부터 보호하거나, 또는 목표물을 에너지손실없이 이송시키고, 마찰계수를 상당히 감소시킨다.

도11은 에어쿠션 비접촉 지지시스템으로 작용하는, 본 발명에 따른 공기역학적 유도힘을 발생시키는데 사용되는 분사시스템을 도시하고 있다. 이러한 시스템은 고압파이프(103)에 의해 고압원(102)에 연결되는 고압 매니폴드(101)를 포함한다. SASO 도관(1)은 그 입구(2)가 고압 매니폴드에 연결되고 그 출구(3)가 분사시스템의 분사면(104)상에 위치된다. SASO 도관의 내부형상은 도1 내지 도10에 도시된 실시예로부터 선택할 수 있으며, 또는 첨부의 청구범위에 속하는 다른 SASO 도관이 될 수도 있다. 특수한 디자인의 선택은 특정한 시스템적 요구사항에 따라 이루어진다. 도11은 비접촉식으로 분사시스템에 의해 생성된 에어쿠션에 의해 지지되는 목표물(105)의 3가지 위치를 도시하고 있다. 위치(b)에서, 목표물은 SASO 도관출구로부터의 거리(x)에 있으며, 목표물 중량(mg)과 공기역학적 유도힘(F) 사이에는 평형이 존재한다. 위치(a)에서, SASO 도관출구로의 거리(x)는 감소되며, 힘(F)은 증가하여 목표물을 평형위치(b)로 복귀시킨다. 자동조정 특성의 이러한 위치제어는 SASO "유체 복귀스프링" 작동에 기인한다. 위치(c)에서, 거리(x)는 감소되는 힘(F)과 함께 증가되며, 이에 따라 목표물 중량은 목표물을 그 평형위치(b)로 복귀시킨다. 이러한 평형위치는 무조건 안정하다.

도12는 종래의 도관이 제공된 유사한 에어쿠션 시스템에 비해, SASO 도관에 기초한 에어쿠션 분사시스템에 의해 지지되는 목표물상에 작용하는 공기역학적 유도힘(F)과 거리(x) 사이의 관계를 도시하고 있다. 에어쿠션 지지를 위한 SASO 도관을 사용하는 장점이 도12에 도시되어 있으며, 이에 따르면 높은 내부 압력강하를 지지하는 SASO의 기본적인 특성이 양호하게 실행된다.

공기가 하나이상의 SASO 도관을 통해 분사될 때, 목표물은 종래 도관에 대해 보다 짧은 거리(x)에서 평형위치에 있다. x가 감소하고 SASO 도관출구가 거의 덮여져 있음에 따라, SASO 도관입구에 인가된 대부분의 고압 매니폴드는 SASO 도관내에서 공기역학적 와류 차단효과의 쇠퇴로 인해 출구에 유도되며, 내부 압력강하(△P)는 극적으로 감소된다. 따라서, 목표물이 평형이 아니고, 거리(x)가 감소할 때, SASO 도관 "공기역학적 복귀스프링"은 스티프(stiff) 특성을 포함하며, 스티프니스(stiffness)는 SASO 도관을 통해 직접적으로 내부 압력강하(△P)와 관련되어 있다. SASO 도관은 자동조정 위치조정 제어기구로서 작용하는 "공기역학적 복귀스프링"을 나타내며; 주로 분사시스템 "분사면"과 목표물 사이에 정지압력을 증가시키므로써, 보다 큰 공기역학적 복귀력(종래 도관에 비해)이 목표물을 평형위치로 복귀시킨다. 이것은 커다란 내부 압력강하(△P)를 지지하는 SASO 도관의 포텐셜로 인해, 목표물 위치조정에 관한 제어특성이 개선된다는 것을 의미한다. 또한, SASO 도관이 사용될 때, 평형위치(x)는 상당히 적어지고, 이에 따라 종래 도관에 비해 정확한 위치조정 제어가 달성될 수 있다. SASO 도관 자체조정 위치조정제어의 특성 또는 민감도는 실제로 도12에 도시된 F:x 의 경사도이며, 종래 도관에 대해 SASO 도관 경사도는 평형 위치에서 매우 가파르며, 따라서 제어특성이 상당히 개선된다.

거리(x)는 출구와, 평탄한 목표물인 경우 그 위의 목표물 하부면 사이의 거리이다. 도11a에 도시된 에어베어링 시스템은 전형적인 실시예로서, 목표물(105)은 SASO장치 출구에 평탄한 하부면을 제공한다. 그러나, 만일 SASO장치 출구위의 목표물의 하부면이 공동(106)을 갖는다면, 목표물의 하부면이 표면(105) 보다 멀리 있는 경우에도 출구로부터의 유효거리는 공동내에 압력축적을 지배하는 림의 거리가 된다. 이러한 특징은 에어쿠션 용도로 사용된다.

SASO 기법을 실행하는 에어쿠션 분사시스템의 필요로 하는 MFR은 종래 도관에 비해 상당히 감소된다. 따라서, SASO 기법을 실행하는 분사시스템은 종래 도관이 제공된 유사시스템에 비해 동력소모가 상당히 감소된다. 분사시스템이 목표물을 지지하는 경우와 목표물 자체가 분사시스템을 갖는 경우 사이에는 명확한 차이점이 존재한다(도13a 및 도13b). 첫번째 경우에는 다수의 도관이 사용되며, 이들 대부분은 덮이지 않는다. 이러한 경우, 덮이지 않은 모든 SASO 도관이 공기역학적으로 차단되기 때문에, MFR SASO에 대한 본 발명의 완전한 포텐셜이 얻어진다.

본 발명에 따른 에어쿠션 이송시스템의 전형적인 실시예가 도13a에 도시되어 있다. 고압원(20)은 압력호스(20a)를 통해 매니폴드(21)에 연결된다. 공기는 다수의 SASO 도관(22)을 통해 분사되며; 분사시스템(23)의 분사면에서 도관출구(24)를 통해 배출된다. 분사된 공기는 분사시스템에 의해 구비된 "부유" 목표물(25)을 지지하는 에어베드(26)를 발생한다. 이러한 에어베드는 목표물 표면과 이송루트 플로어(27) 사이에 발생된다. 목표물은 안정된 평형상태에서 부유하며, 목표물 중량은 에어쿠션 공기역학적 유도힘에 의해 평형된다. 본 발명에 따른 SASO 기본형 분사시스템에 의한 공기역학적 유도힘은 다음과 같은 2가지 관점에서 종래 도관에 비해 우수한 성능을 갖는다. SASO를 사용하는 분사시스템의 강화된 "공기역학적 복귀스프링" 성능으로 인해, 자동조정 특성의 보다 높은 위치조정 정밀도와 개선된 위치조정 제어특성이 얻어질 수 있다. 또한, MFR 요구사항은 상당히 감소된다.

도13b에는 에어쿠션 이송시스템의 다른 실시예가 도시되어 있다. 고압원(30)은 압력호스(30)를 통해 신장된 매니폴드(31)에 연결된다. 공기는 불활성 분사시스템(33)의 분사면에서 도관출구(34)를 통해 배출되는 다수의 SASO 도관(32)을 통해 분사된다. 분사된 공기는 비접촉식으로 부유된 목표물(35)을 지지하는 에어베드를 발생시킨다. 이전의 실시예와 마찬가지로, 에어쿠션이 발생되지만, 이러한 실시예에서는 분사시스템은 컨베이어 루트 자체에 고정되어 있다. SASO 기법을 사용에 대한 우수성은 이전의 실시예에서 이미 서술한 바와 같다. 불활성 분사시스템은 공기역학적 유도힘을 발생시키는데 기여하지는 않지만 (기생) 질량유동을 불필요하게 소모하는 다수의 도관으로부터 점진적으로 증가되는 기생 MFR을 받게 된다. 덮이지 않은 모든 도관에 SASO 기법을 사용하므로써, MFR이 상당이 감소된다.

에어베드 지지 또는 비접촉식 이송장치는 여러가지 용도에서 한가지 이상의 방향으로 유체분사를 적용할 수 있다. 일부 경우에서는 가동목표물과 정지표면 사이의 거리를 유지하는 동시에 목표물을 특정의 루트로 안내하는 것이 중요하다. 이것은 이송된 목표물의 필요한 일시적 위치조정을 지지하기 위하여, 공기역학적 유도힘을 적용하는 여러방향으로의 분사에 의해 달성될 수 있다. 도14a는 이러한 시스템을 개략적으로 도시하고 있으며, 이에 따르면 중력은 관련되어 있지 않다(따라서, 수평이나 수직 또는 기타 다른 정렬조합이 허용된다). 굴곡가능한(종이 처럼)평탄한 목표물(43)은 표면들 사이에 형성된 통로에서 2개의 대향한 분사면 사이로 이송되거나 지지된다. 고압저장조(40)는 2개의 압력매니폴드(41)를 공급하며, 압축된 공기는 분사시스템 분사면의 양측에 제공된 SASO 도관(42)을 통해 분사된다. 공기역학적 유도힘은 필요에 따라 목표물 표면이 두 분사면으로부터 동일한 거리에 있을 때 평형이 된다. 목표물이 표면의 한쪽에 가깝게 이동할 때, 그 거리만큼 변화되는 공기역학적 유도힘도 변화된다. 공기역학적 유도힘의 변화는 거리의 변화에 대응하므로, 자동조정 특성의 위치조정 제어는 2개의 대향하는 공기역학적 복귀스프링으로 작용하여 목표물을 필요로 하는 위치로 복귀시킨다.

본 발명의 분사시스템은 도14b에 도시된 바와 공기역학적 유도힘의 수직성분(매니폴드면에 대해)을 사용하므로써 선형 이동을 발생시키는데 사용될 수 있다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 고압원(50)은 2개의 매니폴드(51)를 제공한다. 압축된 공기는 분사시스템 분사면에 대해 경사진 방향으로, 2개의 분사시스템 분사면에 위치된 SASO 도관(52)을 통해 분사된다. 공기분사는 평탄한 목표물(53)을 양측으로부터 지지하는 2개의 에어쿠션을 발생시킨다. 이러한 유체분사 방향에 있어서, 목표물은 공기역학적으로 강제되어, SASO 도관(52)의 경사방향으로 결정된 설정의 방향으로 이동하며, 이러한 이동은 평행흐름에 의해 발생된 점착성 마찰력 에 의해 재현된다. 본 발명에서 SASO 도관의 사용에 따른 상술한 바와 같은 장점은 분사시스템의 에어쿠션 형태와 연관이 있으며, 특히 MFR의 위치제어 특성과 연관이 깊다.

이송 또는 지지시스템의 에어베드는 단지 평탄한 표면에 한정되지 않으며, 도15에 도시된 바와 같이 원통형도 가능하다. 이러한 분사시스템에서(도15에 단면도로 도시된), 내부의 고압저장조(60) 또는 외부저장조(61)가 사용된다. 시스템은 그 출구가 실린더의 분사면상에 놓이고 그 입구가 고압저장조(60)에 연결된 다수의 SASO 도관(62)이 구비된 원통형 공기지지면(64)을 포함한다. 종이시트(63)와 같은 목표물을 표면 위로 이송하기 위하여, 목표물(63)의 장력이 원통형 분사면 위에 전개된 에어쿠션에 의해 발휘된 공기역학적 힘에 대항하여 발휘된다(도15의 실시예). 목표물을 표면 아래로 이송하기 위하여, 부가의 지지면(65)이 지지면(64)의 하부에 제공되며, 고압저장조(61)는 그 출구가 원통형 분사면에 안착된 다수의 SASO 도관(62)에 연결된다. 이송된 목표물[시트(63)]은 표면사이에 제공된 통로내에 현수되어, 양측으로부터 에어쿠션에 의해 발휘된 대향의 힘에 의해 평형으로 유지되며, SASO 도관의 "공기역학적 복귀스프링" 장점을 양호하게 실행한다.

공기는 하나의 세미실린더(65)의 내측면과 2개의 실린더(63, 64)의 외측면에 위치된 SASO 도관(62)을 통해 분사된다. 에어베드는 원통형 표면과 종이나 플라스틱 시트 또는 비접촉식으로 지지될 필요가 있는 기타 다른 시트와 굴곡형의 가동시트(66) 사이에 형성된다. 도15의 2개의 지지시스템 사이의 차이점은 명확하다. 지지실린더(63)는 위치조정 제어부에 대해 자동조정 특성을 갖는 공기역학적 유도 힘을 생성하며, 상기 공기역학적 유도힘은 시트텐션에 의해 평형된다. 두가지 크기의 시트를 지지하는 외측의 세미실린더(65)와 내측의 실린더(64)는 유사한 위치조정 제어특성을 나타내지만, 이와는 달리 평형화된 위치는 시트텐션에 의해 심각한 영향을 받지는 않으며, 상기 평형은 2개의 측부 에어쿠션에 의해 달성될 수 있다.

공기역학적 유도힘을 발생하기 위해 SASO 도관을 사용하는 또 다른 에어쿠션은 다방향 위치조정 제어시스템이다. 이러한 용도는 예를 들어 도16a에 도시된 모노레일 에어쿠션 지지시스템이다. 이러한 용도에 있어서, 모노레일 베이스(70)는 고압 공기원(72)과 매니폴드(73, 74)를 구비한 캐리지(71)를 포함한다. 고압의 공기는 SASO 도관(75, 76)을 통해 분사되며, 에어쿠션이 생성되어 모노레일부 제어부를 따라 이동하는 목표물을 정위치에서 양방향으로 지지한다. 실제로, 이러한 비접촉식 분사시스템에는 2개의 분사시스템이 포함되어 있다. 첫번째 시스템은 수직 위치조정에 관혀한다. 이것은 고압 매니폴드(73)와, 캐리지 중량을 평형화하기 위한 에어쿠션을 생성하는 SASO 도관(75)을 구비한 분사시스템을 포함한다. 두번째 분사시스템은 수평 및 측방향 위치제어에 관여하며, 공기는 지정된 고압 매니폴드(74)로부터 SASO 도관세트(76)를 통해 분사되어, 2개의 대향 에어쿠션을 생성한다. 이러한 에어쿠션은 도14a에 도시된 장치에 위치조정 제어상태와 유사한, 양측 수평부로부터 자동조정방식의 위치조정 제어기구로서 작용한다. 따라서, 비접촉식 위치조정 제어를 위한 SASO 기법을 실행하므로써 상술한 바와 같은 장점을 얻을 수 있다.

도16b에는 이와 유사한 에어쿠션 분사시스템이 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 후크형 캐리지(81)는 후크(87)에 의해 모노레일(80)에 지지된다. 이러한 분사시스템은 고압의 공기원(82)과 매니폴드(83, 84)를 포함한다. 고압의 공기는 모노레일을 따라 이동하는 목표물을 지지하는 에어쿠션을 생성하고 그 위치를 비접촉식으로 양방향으로 제어하기 위해, SASO 도관세트(85, 86)를 통해 분사된다. 도16a에 도시된 이전의 에어쿠션 분사시스템은 이러한 SASO 기법 용도와 연관되어 있다.

고압분사에 대한 또 다른 실시예는 에어베어링을 사용하는 스핀들에도 적용될 수 있다. 이러한 실시예는 도17에 도시되어 있다. 스핀들(91)의 회전자부품은 높은 각속도로 회전하며, 본 발명의 양호한 실시예에 따라 공기 분사시스템에 의해 생성된 얇은 에어쿠션(92)에 의해 지지된다. 스핀들의 고정자부품(90)내에 위치된 고압 저장조(93)에서의 압축공기는 그 입구부에 의해 고정자부품에 부착된 고압저장조(93)에 연결된다. 분사된 공기는 스핀들 고정자의 내측 원통면으로부터 유출된다. 스핀들 회전자는 일반적으로 그 단부에 툴(95)을 지지하고 있으므로, 그 결과 회전할동안 툴상에 가해지는 화살표 방향(96)의 측방향 힘을 받는다. 회전자의 방사방향 위치조정은 η미터(예를 들어 반도체산업의 다이싱처리인 경우)의 고정밀도로 유지되어야만 한다. 현재 공지된 스핀들은 특별히, 측방향 힘을 받을 때 자동조정방식으로 방사방향 위치조정을 제어하기 위해 효과적인 "공기역학적 복귀스프링"을 달성하도록 높은 MFR을 소비하는 다수의 소직경 분사도관을 적용하고 있다. 도13 및 도14를 참조하여 상술한 바와 같이, SASO 공기역학적 복귀스프링 효 과는 종래 도관에 비해 매우 우수하다. 따라서, 스핀들이나 이와 유사한 유압용 또는 공압용을 위해 SASO 도관에 기초한 분사시스템을 사용하게 되면, 고정밀도의 개선된 위치조정 및 제어특성을 제공할 뿐만 아니라 MFR도 상당히 감소시킨다. 에어베어링 용도로 새로운 분사기법인 SASO를 사용하게 되면 2가지의 부가적인 장점을 제공하는데, 첫째로 소형 오리피스로서 실행될 수 있는 대형 도관의 제조비용이 상당히 감소되며(방사방향 위치조정 제어에서 필요로 하는 마이크로미터 수준의 정밀도), 둘째로 주로 SASO 도관의 물리적 크기가 유체분사 또는 MFR에 대해 그 "동적" 스케일 보다 크다는 사실로 인해 오염물에 의한 기계적 파손가능성이 상당히 감소된다는 점이다.

비접촉식 지지 및 위치조정, 특히 그 "공기역학적 복귀스프링" 특성에 대해 SASO 기법을 실행하게 되면 현존의 비접촉식 분사시스템의 특성을 상당히 개선시킬 수 있다. 상술의 용도는 이러한 SASO 적용 대표적인 실시예이다. 그러나, 공기역학적 유도힘을 생성하기 위해 사용된 분사시스템에 대한 SASO 기법의 독특한 특성은 새로운 기회를 제공한다. 하기에 서술될 상부 비접촉식 파지(upper non-contact gripping : UNCG)장치는 이러한 신규 SASO장치의 선택적 실시예이다.

상부 비접촉식 파지(upper non-contact gripping : UNCG)

본 발명에 따라 공기역학적 유도힘을 생성하기 위한 신규의 SASO 분사시스템을 사용하는 다른 실시예는 UNCG장치로서, 도18을 참조하여 개략적으로 설명하기로 한다. 이러한 실시예는 2가지의 상반된 공기역학적 유도힘 즉, (a)목표물을 UNCG 분사면을 향해 견인하는 진공흡입과, (B)목표물을 분사면으로부터 가압하는 SASO 도관을 통한 압축공기의 분사를 사용한다. 도18은 UNCG 분사면으로부터 지지될 목표물까지의 거리에 대해 3가지의 상이한 위치(a, b, c)에서 로봇아암으로 작용하는 UNCG장치를 도시하고 있다. 상기 UNCG는 2개의 교착된 매니폴드를 포함하며, 진공 매니폴드(100)는 상승의 공기역학적 유도힘을 발생하기 위해 하나이상의 종래 진공패드(103)를 통해 인가된 진공흡입을 포함한다. 중력 방향으로 작용하는 대향의 공기역학적 유도힘은 하나이상의 SASO 도관(102)을 통해 목표물상에 충돌하는 고압 에어 매니폴드(101)로부터 인가된다. 2개의 상반된 공기역학적 유도힘은 비접촉식으로 지지된 목표물상에 동시에 작용하며, 전체 공기역학적 유도힘의 쌍과 중력은 평형을 이룬다.

유체흡입효과를 발생하기 위한 또 다른 대안은 공기를 낮은 정지압력으로 가속하고 이렇게 가속된 공기를 목표물 표면에 평행하게 유도하여 목표물 표면상에 저압(LP)을 발생하는 시스템(104)을 사용하므로써 달성될 수 있으며, 최종적인 고압(HP) 공기역학적 유도힘은 도18a에 도시된 바와 같이 목표물 표면의 다른 부분에 SASO 도관(105)을 통한 분사에 의해 달성된다. 따라서, 유사한 2개의 상반된 공기역학적 유도힘을 얻을 수 있다.

도19는 변위(△X)(UNCG 분사면으로부터 목표물 표면 가지의 거리)와 SASO기본형 UNCG 시스템에서의 공기역학적 유도힘 사이의 관계를 도시하고 있다. 기본적으로 중력을 평형화시키는 상승의 공기역학적 유도힘은 진공흡입에 의해 발생된다. 분사력에 있어서, 진공흡입 유도힘은 도19에 도시된 바와 같은[곡선(vf)는 진공력을 나타낸다] 긴 범위의 효과를 특징으로 한다. SASO 도관을 통해 고압분사에 의 해 생성된 상반된 반사력은 매우 짧은 범위의 효과를 특징으로 한다[곡선(pf)는 반사력을 나타내며, 마이너스 사인은 중력방향으로 작용하는 즉, 하방으로 작용하는 힘을 표시한다]. SASO 기본형 분사와 종래의 진공흡입 공기역학적 유도힘의 조합은 곡선(Af)으로 표시되는 조합된 실제 힘을 나타낸다. 분사 및 흡입 패드는 인접한 출구를 가지므로, 그 상호작용은 조합된 힘(Af)에 상당한 영향을 미치기 때문에 이를 고려해야만 한다는 것을 인식해야 한다.

평형상태[도18의 위치(b)]에서는 조합된 힘(Af)과 목표물 중량(mg)[도19에 점선으로 표시] 사이의 평형이 이루어진다. 실제로, 하나는 불안정하고, 다른 하나는 안정한 UNCG(짧고 긴 범위) 상반된 공기역학적 유도힘으로부터 2개의 평형위치가 달성된다. UNCG 시스템의 분사면이 목표물에 접근할 때, 진공흡입에 의해 유도된 긴 범위의 힘이 우세하다. 이러한 힘은 △x가 감소될 때 증가하고, 궁극적으로 조합된 공기역학적 유도힘(Af)이 거리(△x1)(도19)에서 목표물의 중량을 평형화한다. 그러나, 이러한 위치는 불안정하며, 목표물은 진공흡입에 의해 가압되어 UNCG 분사면을 향해 계속 이동하므로, 조합된 공기역학적 유도힘(Af)은 더욱 증가하게 된다. △x가 더욱 적어짐에 따라, SASO 도관을 통해 고압 공기분사에 의해 생성된, 짧은 범위의 공기역학적 반사 유도힘은 급속하게 증가하게 되고, 이에 따라 조합된 공기역학적 유도힘(Af)은 감소되기 시작한다. 결국, 제2평형위치(△x2)(도19)는 안정한 평형상태에 도달하게 된다. 이러한 위치조정 안정성은 하기와 같은 2가지 상반된 효과를 제공한다.

(1)목표물이 미세하게 평형상태로 되므로, 갭은 δ만큼 감소하며[도18에서 위치(a)], 짧은 범위의 분사력(-pf)이 목표물을 (안정한)평형위치(△x2)[도18의 위치(b)]로 가압한다.

(2)목표물이 미세하게 평형상태를 이탈함에 따라, 갭은 δ만큼 증가하며[도18에서 위치(c)], 긴 범위의 분사력(vf)이 목표물을 평형위치(△x2)[도18의 위치(b)]로 가압한다.

안정한 위치(△x2) 근처의 자동조정 특성을 갖는 위치조정 제어의 특성은 주로 짧은 범위의 공기역학적 유도힘(-pf)에 의해 지배된다.

UNCG 시스템을 위해 SASO 도관을 사용하게 되면 △X와 조합된 힘(Af)의 민감도가 점진적으로 개선된다는 사실로 인하여, 종래 도관에 배해 상당한 우수성을 갖게 된다. 그 결과, 위치조정 제어는 하나이상의 SASO 도관의 통한 분사에 의해 개선된다. 환언하면, SASO 도관의 단단한 "공기역학적 복귀스프링" 특성이 UNCG 시스템에서는 양호하게 작동된다.

UNCG 시스템을 사용하므로써, 목표물은 조합된 힘(Af)에 의해 지지되거나 이송될 수 있으며; 상기 목표물은 "부유"되어 있거나 UNCG 분사면과 물리적으로 접촉하지 않는다. 이것은 예를 들어 그 상부측으로부터 접촉하지 않는 목표물을 지지하는 로봇아암이 될 수 있다. 상기 UNCG 시스템이 좁은 범위의 반사력을 생성하기 위해 하나이상의 SASO 도관을 통해 분사하는 경우도 본 발명의 범주에 속한다. 또한, SASO 도관이 사용되는한, 목표물을 견인하는데 사용되는 상반된 힘을 생성하기 위해 유체 또는 비유체의 그 어떠한 기구가 사용된다면, 상기 UNCG 시스템은 본 발명의 범주에 속한다. 또한, UNCG 시스템의 실시예는 중력을 포함하지만 중력과 관 계하고 있지는 않으며; 분사를 위해 SASO 도관이 사용되는한, 상기 UNCG 시스템은 본 발명의 범주에 속한다.

본 발명에 따른 전형적인 UNCG 시스템이 도20a에 도시되어 있다. 물리적 접촉없이 웨이퍼를 지지하는 것은 반도체산업에 적용할 수 있는 로봇아암이다. 중앙하우징(109)은 고압저장조(117)에 연결된 SASO 도관(119)과, 어느 한쪽에서 상기 SASO 도관 주위에 위치된 2개의 진공포트(116)를 포함한다. 그 엣지에서 집촉식으로 이미 지지되어 있는 대형 웨이퍼(110)는 공기역학적 유도힘에 의해 평탄한 상태로 지지되어, 중량에 의한 변형을 방지하며, 필요로 하는 위치조정(113)을 달성할 수 있다. UNCG 시스템의 진공 레그는 진공원(114)과, 진공흡입 파이프라인(115)과, 하나이상의 종래 흡입포트(116)를 포함한다. UNCG 시스템의 상반된 분사 레그는 고압원(117)과, 고압 파이프라인(118)과, 하나이상의 SASO 분사포트(119)를 포함한다. 선택적으로, 웨이퍼(120)와 같은 둥근 UNCG 지지체가 도20b에 도시된 바와 같이 제공될 수도 있으며, 비접촉식 형태(122)로 목표물울 지지하기 위해 4개의 아암이 사용될 수도 있다.

본 발명의 양호한 실시예에 따라 공기역학적 유도힘을 생성하는 분사시스템을 위한 마지막 실시예는 도21a 및 도21b에 도시된 바와 같이, 고압분사에 의해 그상면상에 목표물을 지지하는 힘을 생성하기 위해 하나이상의 SASO 도관이 사용되는 실시예이다. 이러한 두가지 경우에 있어서, 고압원(130)으로부터의 압축공기는 SASO 도관(131)을 통해 목표물(132)을 향해 분사되어, 목표물을 하부의 지지면(133)에 부착한다.

목표물과의 거리가 매우 긴 도21a의 경우, 충돌 제트(134)는 목표물을 가압하여 하부의 지지면(133)에 부착하며; 거리가 짧아졌을 때[도21b의 도면부호 135], SASO 공기역학적 차단효과는 악화되며; SASO 도관출구에는 고압이 유도되므로써, 목표물상에 강한 힘을 발생시킨다. 이러한 두가지 경우는 공기 또는 기타 다른 유체로 목표물을 강화하기 위해 SASO 기법이 사용되는 한 본 발명의 범주에 속한다.

상술의 공기역학적 와류 차단기구의 SASO 기법에 기초하고 공기역학적 유도힘을 생성하는데 사용되는 본 발명의 분사시스템은 SASO 도관 변수를 사용할 수 있으며, 도면에는 이러한 변수의 일부만 도시되었음을 인식해야 한다.

본 발명은 양호한 실시예를 참조로 서술되었기에 이에 한정되지 않으며, 본 기술분야의 숙련자라면 첨부된 청구범위로부터의 일탈없이 본 발명에 다양한 변형과 수정이 가해질 수 있음을 인식해야 한다.

Claims

유체분사 유도힘을 생성하기 위한 장치에 있어서,

고압원과,

상기 고압원에 유체연결가능하게 연결된 고압저장조와,

분사면과,

적어도 하나의 도관을 포함하며,

상기 도관은 분사면에 위치된 출구와 상기 고압저장조에 유체가능하게 연결된 입구를 포함하며, 서로 대향하여 2개의 어레이로 배치되며 상기 도관의 내벽에 장착되는 다수의 도관을 포함하며;

입구에 가장 가까운 핀과 출구에 가장 가까운 핀을 배제한 핀 어레이중 한쪽 어레이에서의 각각의 핀은 다수의 공동중 대향한 공동에 위치되며; 상기 각각의 공동은 상기 핀 어레이중 한쪽 핀 어레이의 2개의 연속한 핀과 도관의 내벽 일부 사이에 형성되며;

유체가 도관을 통해 흐를 때, 상기 공동내에는 다수의 와류가 촉진되며; 상기 와류는 흐름내에 적어도 일시적으로 존재하기 때문에, 공기역학적 차단을 형성하여 핀의 팁 사이로 코어 흐름을 허용함으로써 질량유동비를 한정하고 공동내에 실질적인 압력강하를 유지하며;

목표물이 상기 출구를 차단하였을 때 흐름이 정지되어 압력강하가 제거되므로써 목표물을 효과적으로 가압하며; 목표물이 상기 출구를 거의 차단하였을 때, 도관을 통한 내부 압력강하는 목표물의 대항면과 분사면 사이의 갭에 대하여 증가되므로써, 상기 도관은 밀폐된 거리로부터 목표물을 향하여 분사되었을 때 유체 복귀스프링으로 작용하는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 유체는 공기인 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 핀은 L형을 취하는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 핀은 U형을 취하는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 도관은 직선형 통로를 따르는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 도관은 구불구불한 통로를 따르는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 도관의 단면은 직사각형인 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 도관의 단면은 다각형인 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 도관의 단면은 원형인 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 도관의 단면적은 하방으로 균일하게 분포되는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 도관의 단면적은 하방으로 분기되는 형상을 취하는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 도관의 단면적은 하방으로 수렴되는 형상을 취하는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 핀은 도관의 내벽에 수직한 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 핀은 코어흐름의 이동방향과 도관의 내벽에 대해 경사지는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 각각의 핀의 평균두께는 핀 어레이의 연속한 차후 핀과 핀 사이의 거리 보다 얇은 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 핀의 단면은 직사각형인 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 핀의 단면은 사다리꼴인 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 핀 단면은 적어도 한쪽에서 오목한 것을 특징으로 하 는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 2개의 연속한 핀 사이의 거리는 도관을 따라 일정한 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 2개의 연속한 핀 사이의 거리는 도관을 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 핀의 각각의 스팬은 도관을 따라 일정한 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 핀의 스팬은 도관을 따라 변화되는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 핀의 스팬은 측방향으로 일정한 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 핀의 스팬은 측방향으로 변화되는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 핀의 팁은 예리한 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 핀의 팁은 뭉툭한 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 핀의 팁은 굴곡진 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 각각의 핀은 도관의 측방향 폭의 절반을 차단하는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 대향하는 2개의 핀 어레이는 중첩되지 않는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 대향하는 2개의 핀 어레이는 중첩되는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 핀 스팬 사이와 상기 핀과 핀 어레이의 연속한 핀 사이의 갭 사이의 비율은 1:1 내지 1:2인 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 비율은 1:1.5인 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 2개의 대향한 핀 어레이중 하나의 핀 팁을 연결하는 가상면과 상기 2개의 대향한 핀 어레이의 두번째 핀 팁을 연결하는 가상면 사이의 갭 절대값은 상기 도관의 측방향 폭 보다 작은 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제33항에 있어서, 상기 갭의 절대값은 도관의 인접한 측방향 폭의 20% 이하인 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 핀의 스팬과 흐름에 수직한 칫수로 형성된 도관의 패시브 칫수는 핀스팬의 칫수인 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제35항에 있어서, 상기 패시브 칫수는 도관의 측방향 칫수 보다 큰 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제36항에 있어서, 상기 패시브 칫수는 밀폐된 환형 루트를 따르는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 장치는 장치에 의해 생성 및 제어되는 에어쿠션 위에 부유되므로써 물리적 접촉없이 설정의 통로를 따라 이송되는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 분사면은 목표물이 물리적 접촉없이 이송되는 에어쿠션을 생성하는 설정의 통로를 형성하는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 장치는 서로 대향하여 위치된 다른 장치와 협력하며, 분사면은 이들 사이에 통로를 형성하므로써 평탄한 목표물은 표면과의 물리적 접촉없이 상기 표면들 사이로 이송되는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 도관의 일부는 공기역학적 이송힘을 설정의 방향으로 유도하기 위해 상기 분서면에 대해 경사져서 배치되는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 비접촉식 지지를 제공하거나 양방향의 위치조정 제어를 결정하기 위해, 적어도 2개의 수직한 분사면이 제공되는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 분사면은 원통형인 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 상기 분사면은 스핀들의 고정자의 내측 원통면인 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 제1항의 장치와는 다른 장치와 협력하며, 이러한 장치의 분사면은 원통형이며, 하나의 분사면은 오목하고 다른 분사면은 볼록하도록 동축방향으로 위치되는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제45항에 있어서, 내측 원통형 분사면은 회전가능한 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 유체분사힘을 생성하는 하나 또는 다수의 도관은 유체분사력에 대향하는 방향으로 유체 흡입력을 생성하는 적어도 하나의 진공포트와 조합되며; 분사 및 흡입 유도힘이 동시에 작용하였을 때, 목표물의 상부면상에 작용하는 조합된 힘은 목표물을 안정된 평향위치로 지지하고, 물리적 접촉없이 에어중에 현수된 목표물을 그 자체의 중량에 대해 평형화하는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
제1항에 있어서, 유체분사력에 의해 목표물을 지지면에 대해 상기 분사면과 상기 지지면 사이에 지지하기 위해, 분사면에 대향하여 지지면이 제공되는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
유체분사 특히 기체형 유체분사 유도힘을 제어하기 위한 장치에 있어서,

고압원과,

상기 고압원에 유체연결가능하게 연결된 고압저장조와,

분사면과,

적어도 하나의 도관을 포함하며, 상기 도관은 분사면에 위치된 출구와 상기 고압저장조에 유체 가능하게 연결된 입구를 포함하며, 나선형 핀과 도관 내벽에 의해 나선형 공동이 형성되도록, 상기 도관에는 도관의 내벽에 장착되는 나선형 핀이 제공되며; 유체가 도관을 통해 흐를 때, 공동내에는 나선형 와류가 촉진되어 흐름내에 적어도 일시적으로 존재하기 때문에, 공기역학적 차단을 형성하여 중앙 코어 흐름을 허용하므로써 질량유동비를 한정하고 도관내에 실질적인 압력강하를 유지하며; 목표물이 출구를 차단하였을 때 흐름이 정지되어 압력강하가 제거되므로써 목표물을 효과적으로 가압하며; 목표물이 상기 출구를 거의 차단하였을 때, 도관을 통한 내부 압력강하는 목표물의 대향면과 분사면 사이의 갭에 대하여 증가되므로써, 상기 도관은 밀폐된 거리로부터 목표물을 향하여 분사되었을 때 유체 복귀스프링으로 작용하는 것을 특징으로 하는 유체분사 유도힘 생성장치.
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제
삭제