KR100732179B1 - 건식 노즐 시스템 - Google Patents

Abstract

본 발명의 건식 노즐 시스템은, 흡입한 공기에 일정한 주파수대의 신호를 인가하여 흡입한 공기로부터 오존을 생성하여 배출시킬 수 있는 노즐 장치이다.

본 발명은, 흡입된 공기로부터 일정량의 오존을 생성하여 배출하는 노즐어셈블리가 핵심을 이루며, 이 노즐어셈블리에 일정 주파대의 신호를 인가하는 신호발생회로로 크게 구분할 수 있다.

따라서 본 발명은 절삭유 등을 사용하지 않음으로 인해 환경오염을 방지하고 좋은 작업 공간을 확보할 수 있는 효과를 제공한다.

건식, 노즐, 오존, 절삭, 절삭유

Description

건식 노즐 시스템{Air-cooled nozzle unit}

도 1 ; 본 발명의 일실시예에 따른 건식 노즐 시스템의 구성도.

도 2 ; 도 1 건식 노즐 시스템의 노즐 내부구조를 설명하기 위한 도면.

도 3 ; 본 실시예의 건식 노즐 시스템을 이용하여 가공을 실시하는 과정을 설명하기 위한 도면.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

10 : 노즐어셈블리

110 : 바디 112 : 절연체

120 : 흡기체 120h : 흡기홀

130 : 신호입력단 135 : 연결도체

140 : 전극 150 : 컨덴서관

20 : 신호발생회로

210 : 신호발생단 210s : 소스신호

220 : 전력단

230 : 안정화단

50 : 선반의 바이트 55 : 피가공체

본 발명은 흡입한 공기에 일정한 주파수대의 신호를 인가하여 흡입한 공기로부터 오존을 생성하여 배출시킴으로써 냉각효과와 동시에 급속한 산화에 필요한 산소를 공급할 수 있는, 건식 노즐 시스템을 제시한 것이다.

기계나 장치의 열을 식혀주는 냉각방식은 냉각에 이용하는 재료 혹은 작동원리에 따라 열전식, 건식(공랭식), 수냉식, 유냉식 등 다양하며, 이러한 냉각방식들은 각각의 특징과 장단점을 가지고 있다. 하지만, 이 중에서도 수냉식과 유냉식은 냉각에 이용했던 물과 기름을 처리해야 하는 문제가 있다.

냉각에 이용했던 절삭유의 처리가 복잡함에도 불구하고, 그 잇점과 필요성으로 인해 많이 이용되고 있는 분야가 선반이나 밀링 등의 작업이다.

선진적인 선반 제작 회사들에 따르면 절삭유 사용 방식은, 기계의 안정성을 1.2~4배 정도, 절단 속도를 20~60%정도, 그리고 노동 생산성 또한 10~50%정도 높여 주며, 기계 가공 시 에너지 손실을 현저하게 줄여준다고 보고되어 있으며, 이러한 장점들로 인해 절단 및 연삭 작업시 절삭유를 이용하고 있는 것이 일반적이다.

그러나, 절삭유를 이용한 가공은, 사용했던 절삭유의 보관, 사용 전 준비, 절삭 부위로의 공급 및 재활용 부문에서 비용이 많이 소요된다. 또한 이외에도, 환경오염 방지를 위한 추가적인 비용을 들어가며, 통계적으로 이러한 비용이 하루 약 200$에 이르는 것으로 보고되고 있다.

이와 같이, 절삭유의 사용은 그 효과 이면에 가공비용이나 환경적인 면에 많은 문제점을 안고 있었으며, 이의 해결책으로 절삭유를 사용하지 않는 건식 전기 냉각 방식이 대두되고 있다.

따라서, 전술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 흡입한 공기에 일정한 주파수대의 신호를 인가하여 공기중의 산소로부터 오존을 생성하여 배출시키고 급속한 산화에 필요한 산소를 공급함으로써, 효과적인 냉각과 급속한 산화를 통해 가공의 효율을 높이고 동시에 환경오염의 문제가 없는, 건식 노즐 시스템에 대한 기술을 제공함에 있다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 일실시예를 자세히 설명한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 건식 노즐 시스템의 구성도이며, 도 2는 도 1 건식 노즐 시스템의 노즐 내부구조를 설명하기 위한 도면이다.

도시한 바와 같이, 본 발명 일실시예의 건식 노즐 시스템은, 흡입된 공기로부터 일정량의 오존을 생성하여 배출하는 노즐어셈블리(10)가 핵심을 이루며, 이 노즐어셈블리(10)에 일정 주파대의 신호를 인가하는 신호발생회로(20)로 크게 구분할 수 있다.

그리고 본 건식 노즐 시스템의 노즐어셈블리(10)는, 중앙의 바디(110), 일정압력으로 공기가 흡입되는 흡기체(120), 오존생성을 위해 고주파의 전력신호가 인가되는 신호입력단(130), 바디 중심부에 길게 위치하는 전극(140), 그리고 전극(140) 주위에서 바디(110)의 중앙공간을 분리하는 컨덴서관(150)을 구비한다.

먼저 특정 주파수대의 신호를 발생하여 노즐어셈블리(10)로 인가하는 신호발생회로(20)에 대해 설명한다. 도시한 바와 같이, 본 실시예의 신호발생회로(20)는 신호발생단(210), 전력단(220) 그리고 안정화단(230)으로 크게 구분할 수 있다.

신호발생회로(20)의 신호발생단(210)은 본 건식 노즐 시스템에서 이용하는 특정 주파수대의 신호를 형성하기 위한 기본적인 상태를 형성하는 부분이다.

이러한 신호발생단(210)에 있어, 외부로부터 제공받게 되는 소스신호(210s)는 저항 R211을 통하여 TR Q211, 저항 R212와 커패시퍼 C211 노드에 인가된다. TR Q211의 출력은 다시 트랜스 T211에서 2차측으로 전환되어 코일 L211, 저항 R213과 TR Q212 노드에서의 작동을 통해 증폭이 되면서, 본 실시예의 건식 노즐 시스템에서 이용할 수 있는 신호 모양의 형태를 갖추게 된다.

전력단(220)은 신호발생단(210)에서 이용할 수 있는 신호의 형태로 형성한 후 출력시킨 신호를 전력상승시키는 구성부이다.

도시한 바와 같이, 신호발생단(210)의 트랜스 T211의 일측단과 TR Q212의 일측단은 전력단(220)에 각각 연결되어 있다. 즉 신호발생단(210)의 트랜스 T211 일측단은 전력단(220)의 저항 R221과 커패시퍼 C221, 커패시퍼 C222 노드에서 충방전이 수행되면서 전력적인 성격으로 변하면서 통과된 후, 커패시퍼 C223으로 인가되 고, 다시 커패시퍼 C224, 다이오드 D221, 코일 L221,을 통해 트랜스 T221에 가해지면서, 최초 신호발생단(210)에서 생성된 신호의 전류가 증대되면서 파워가 강한 상태의 신호로 변하게 된다.

아울러 신호발생단(210)의 또 다른 TR Q211의 출력은 커패시퍼 C226 노드와 연결된 상태로 트랜스 T221로 연결된다. 그리고 트랜스 T221의 타단은 병렬 연결되어 노드를 형성하고 있는 커패시퍼 C227 및 다이오드 D222의 일측으로 인가된다. 이러한 1차측 신호는 트랜스 T221의 2차측으로 전환되면서 다시 그 전류가 증대되면서 전력적으로 파워가 강한 상태가 된다.

또한 도시한 바와 같이, 본 신호발생회로(20)에 있어 신호발생단(210) 트랜스 T221의 2차측에는 안정화단(230)이 연결되어 있다. 이 안정화단(230)은 저항 R232, 증폭기 OP231, 저항 R233을 통해 바이패스(bypass)라인은 구축함으로써, 트랜스 T221 2차측에 포함될 수 있는 요구하는 범위를 벗어난 비정상치나 과도한 신호를 흘려보냄으로써 노즐어셈블리(10)가 손상을 입을 수도 있는 것을 방지하는 기능을 한다.

따라서 이렇게 작동하는 본 실시예의 신호발생회로(20)는 노즐어셈블리(10) 내부에서 흡입된 공기로부터 오존이 생성되기에 알맞은 신호를 발생시키게 되며, 결국 노즐어셈블리(10)에서는 이러한 특정 주파수대의 신호를 받아 방전을 수행함으로써, 오존을 생성시키고 흡입된 공기 역시 전하(전기)를 띠도록 작동하게 된다.

본 실시예의 건식 노즐 시스템에 있어 신호의 전류 및 크기에 따른 차이가 있지만 약 3KHz ~ 7KHz 사이에 주파수대가 오존 생성율이 좋은 것으로 파악되고 있 으며, 본 신호발생회로(20)에서는 이 주파수대의 신호를 생성한 후 수 백 볼트 내지 수천볼트 정도의 파워가 강한 신호로 전환 형성하여 인가하고 있다. 또한 이 주파수대의 신호를 발생시키는 회로를 다양하게 구성하여 본 실시예의 신호발생회로(20)로 이용하는 것이 가능하다.

그리고 필요한 부분에 전압계, 전류계 또는 신호측정기 등을 연결하여 관찰해 가면서 소스신호(210s)의 형태나 주파수, 크기 등을 변환시켜 인가하는 것이 가능하다.

다음은 본 건식 노즐 시스템의 핵심적 구성부인 노즐어셈블리(10)에서의 작동과정을 파악해 본다.

먼저 바디(110)는 중심이 뚫린 관체의 형태로 노즐어셈블리(10)의 중앙몸체를 이루는 구성부로서, 방전에 의해 오존이 생성되면서 흡입된 공기가 흐를 수 있도록 일정한 공간을 갖도록 형성된다. 또한 이러한 바디(110)는 그 내측으로 절연체(112)가 입혀져 노즐어셈블리(10)의 중심부와 바디(110) 자체가 서로 절연되어 있으며, 이 내부에는 그 중심부 중심축 방향으로 장형 봉형태의 전극(140)이 위치하고 있다.

또한 바디(110)의 외부 일측면으로는 흡기체(120)가 형성되어 있다. 이 흡기체(120)는 상기 노즐어셈블리(10) 내부로 일정 압력으로 공기를 흡입시키기 위해 그 통로를 제공하는 구성부로서, 여기에는 바디(110) 중심부까지 통할 수 있는 흡기홀(120h)이 형성되어 있다. 이 흡기체(120)의 흡기홀(120h)을 통해 일정한 압력으로 공기가 흡입되며, 본 실시예에서는 약 0.05 내지 10 Pa의 범위에서 오존 생성 을 최적화 할 수 있도록 조종하면서 공기를 흡입하게 된다. 아울러 이 흡기체(120)는 일정 압력하에서 공기를 원활하게 주입할 수 있도록 공기펌프가 연결될 수 있다.

바디(110)의 후면으로는 신호입력단(130)이 형성되어 있다. 바디(110)의 후면이 밀폐된 상태이므로 이 신호입력단(130)은 그 내부까지 전달할 수 있도록 바디(110)의 외부로부터 내부에 걸쳐 위치하고 있으며, 이는 흡기체(120)를 통해 흡입된 공기로부터 오존을 발생시키기 위한 특정 주파수대의 신호가 인가되는 부분이다.

바디(110) 내부에는 장형 봉형태의 전극(140)가 위치하고 있으며, 이 전극(140)는 전기를 잘 통하는 재료로 형성된다. 전술한 바와 같이 신호입력단(130)은 전극(140)과 연결되어 있으며, 따라서 신호입력단(130)에 인가된 신호는 전극(140)로 전달된다. 이 신호에 따라 전극(140)은 흡기체(120)로부터 흡입되어 상기 바디(110) 내부로 흐르는 공기에 방전하여 오존을 생성함과 동시에 전하성을 띠게 된다.

전극(140)의 선단부는 통기구가 형성된 절연원판에 의하여 중심축 선상에 고정되며, 후단부는 중심부에 전극(140) 관통공이 형성된 절연원판에 의하여 저지된다. 따라서 온도에 따른 전극(140)의 신축에 따라 슬라이딩(sliding)이 가능하게 된다.

그리고 전극(140)의 후단부와 신호입력단(130) 사이는 나선형태의 연결도체(135)로 연결하여 전극(140)의 신축을 수용하여 휨을 방지하고 전류의 흐름이 원활 하도록 배치된다.

도시한 바와 같이, 이 전극(140) 둘레에는 일정거리 이격되어 컨덴서관(150)이 그 주위를 감싸고 있다. 이러한 컨덴서관(150)은 얇은 두께의 판형 관체 형태이며, 일정 간격으로 다수의 홀(150h)들이 형성되어 있다. 아울러 전술한 바와 같이 바디(110)의 내부는 절연체(112)가 막을 형성하고 있어, 전하를 띠고 있는 공기나 전자는 바디(110)로 흐르지 않게 된다.

따라서 바디(110) 내부로 흡입된 중심부분의 공기는 이 홀(150h)들을 통하여 컨덴서관(150) 외측, 바디(110) 내측으로 빠져나가기도 하고 또 흡입되기도 하면서 와류를 형성하는 등 불규칙한 운동을 하게 되며, 이러한 가운데 전극(140)에 인가된 특정 주파수대의 신호전원에 의해 오존이 생성되고, 생성된 오존은 전체 공기의 흐름에 포함되어 바디(110) 전면부로 배출된다.

도 3은 본 실시예의 건식 노즐 시스템을 이용하여 가공을 실시하는 과정을 설명하기 위한 도면이다. 본 건식 노즐 시스템은 급속한 산화나 냉각이 필요한 여러 가지 가공공정에 이용할 수 있지만 여기서는 절삭작업을 일례로 하여 설명한다.

도시한 바와 같이 선반의 바이트(50)가 피가공체(55)를 절삭가공하는 경우에, 본 건식 노즐 시스템의 노즐어셈블리(10)의 전면 출구로부터는 오존이 포함되고 전하성을 띤 공기가 일정 압력으로 배출되고, 이 공기를 절삭가공부위로 송풍시킨다.

이렇게 되면, 오존과 전하를 띤 입자들을 포함한 공기는 산화피막(예를 들 면, Fe₂O₃ 등)을 형성 촉진함으로써 바이트에 늘어붙지 않아 절삭가공이 원활하게 수행되도록 해 준다.

이러한 본 발명의 건식 노즐 시스템에 있어, 효과적인 오존 발생과 냉각을 위해 다양한 신호발생수단을 이용하는 것이 가능하고 다양한 측정장치를 연결한 후 작동상태를 확인하면서 입력신호를 변화시킬 수 있는 등, 본원발명의 기술적 개념을 바탕으로 보다 다양하게 실시하는 것이 가능하다.

이상에서와 같은 본 발명은 다음과 같은 주요 효과를 제공한다.

- 본 발명은 가공 부위에서 바이트의 접촉 부위의 온도를 떨어뜨리는 등 냉각 효율을 높여 줌으로써 바이트의 내구성과 냉각 효율을 높이고 금속 가공시 노동 생산성을 증진시킨다.

- 또한 본 발명은 절삭유를 사용하지 않음으로 인해 환경오염을 방지하는 효과가 있다.

- 본 발명은 작업 공간의 오염을 막아 보건 위생상 좋은 작업 공간을 확보할 수 있도록 해 준다.

따라서 본 건식 노즐 시스템은 기계 가공분야 및 급속 산화 분야 등 다양한 분야에서 활용될 수 있으며 그 탁월한 효과로 인해 호응이 기대된다.

Claims (3)

1. 흡입한 공기에 공지의 신호발생수단으로부터 발생시킨 일정 주파수대의 신호가 인가되는 노즐어셈블리(10)를 구비하되,

   상기 노즐어셈블리(10)는,

   상기 노즐어셈블리(10)의 중앙몸체를 이루고 중심이 뚫린 관체의 형태로 일정공간을 가지며, 그 내측으로는 절연체(112)로 입혀져 있는 바디(110)와;

   흡기홀(120h)을 구비하여 일정 압력으로 상기 노즐어셈블리(10) 내부로 공기를 흡입시키는 흡기체(120)와;

   상기 바디(110)의 외부 및 내부에 걸쳐 위치하며, 상기 흡기체(120)를 통해 흡입된 공기로부터 오존을 발생시키기 위해 특정 주파수의 신호가 인가되는 신호입력단(130)와;

   상기 바디(110)의 중심부에 위치하며 상기 신호입력단(130)로부터 인가되는 신호를 전달받아, 상기 바디(110) 내부로 흐르는 공기에 방전하여 오존을 생성하는, 장형 봉형태의 전극(140)와;

   다수의 홀(150h)들이 형성되어 있는 얇은 두께의 판형 관체로 상기 전극(140)로부터 일정거리 이격되어 그 주위를 감싸는 모양을 취하는 컨덴서관(150)을 각각 포함하는 것을 특징으로 하는, 건식 노즐 시스템.
2. 제1항에 있어서, 상기 신호발생수단은

   상기 건식 노즐 시스템에서 이용하는 특정 주파수대의 신호를 형성하기 위한 기본적인 신호를 형성하는 신호발생단(210)과;

   상기 신호발생단(210)에서 이용할 수 있는 신호의 형태로 형성한 후 출력시킨 신호의 전력을 상승시키는 전력단(220)과;

   바이패스(bypass)라인은 구축함으로써, 상기 전력단(220)의 출력 가운데 비정상치나 과도한 신호를 흘려보내 안정화시키는 안정화단(230)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 건식 노즐 시스템.
3. 제2항에 있어서, 상기 신호발생단(210)은

   주파수 및 신호형태를 변화시킬 수 있는 소스신호(210s)를 입력받을 수 있는 것을 특징으로 하는, 건식 노즐 시스템.

Images