KR100761033B1 - 분산장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 분산장치에 관한 것으로, 유체의 유입관과 유출관이 각각 마련된 제1 및 제2연결기재와, 상기 제1 및 제2연결기재의 사이에 위치하며, 외주면에 체결나사를 가지는 몸체부와, 상기 몸체부의 내에서 상기 제1 및 제2연결기재의 사이에 위치하며, 상기 제1연결기재의 유입관을 통해 유입된 분산이 필요한 유체를 분산처리하여 그 제2연결기재의 유출관을 통해 유출시키는 분산챔버와, 상기 제1 및 제2연결기재와 몸체부를 밀착시켜 고정함과 아울러 상기 분산챔버와 제1 및 제2연결기재를 밀착 실링하는 제1 및 제2클램프 너트를 포함한다. 이와 같은 구성의 본 발명은 챔버내에 미세홀 및 홈을 적용하여 유체의 속도를 증가시킴과 아울러 그 유체의 흐름에 대한 전단력을 높여 분산 효과를 증대시키는 효과가 있다.

Description

분산장치{Device for dispersion}

도 1은 종래 분산장치의 단면 구성도이다.

도 2는 종래 분산장치에 적용된 분산챔버의 분리 사시도이다.

도 3은 본 발명 분산장치의 바람직한 실시예에 따른 단면 구성도이다.

도 4는 본 발명에 적용되는 분산챔버의 상세 구성도이다.

도 5는 본 발명에 적용되는 분산챔버의 다른 실시 구성도이다.

도 6은 본 발명에 적용되는 분산챔버의 다른 실시 구성도이다.

도 7은 본 발명에 적용되는 분산챔버의 다른 실시 구성도이다.

*도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명*

100:제1연결기재 200:제2연결기재

300:몸체부 400:분산챔버

410:상부챔버 420:중앙챔버

421:미세가공홀 430:하부챔버

500:제1클램프 너트 600:제2클램프 너트

본 발명은 분산장치에 관한 것으로, 특히 유체의 압력을 높여 나노입자 등의 입자와 유체, 유체와 유체간 분산이 이루어지도록 하는 분산장치에 관한 것이다.

일반적으로, 은나노 등 나노입자를 유체에 분산시킬 때, 표면효과에 의해 입자간 상호 뭉침 현상이 발생한다. 이와 같은 입자간 뭉침 현상은 나노입자의 특성을 저하시키며, 불균일성에 의해 타 제품에 적용시킬 때 그 효과발현의 편차가 크다.

이와 같은 나노입자의 분산은 한 가지 예일 뿐이며, 서로 다른 유체간의 분산 등 공업상 분산의 예는 다양하다. 이러한 입자와 유체, 유체와 유체간의 분산이 고르게 되도록 하기 위하여, 입자가 포함된 유체 또는 혼합유체를 가압하여 분산이 이루어지도록 하였으며, 이와 같은 종래 분산장치를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 종래 분산장치의 단면 구성도이고, 도 2는 종래 분산장치에 적용된 분산챔버의 분리 사시도이다.

도 1과 도 2를 각각 참조하면, 종래 분산장치는 분산이 요구되는 유체가 유입되는 유입관(10)과, 그 유입관(10)을 통해 유입된 유체를 미세홀을 통해 지나도 록 하여 분산이 이루어지도록 하는 분산챔버(20)와, 상기 분산챔버(20)에서 분산된 유체를 외부로 배출하는 배출관(30)으로 구성된다.

상기 분산챔버(20)는 상기 유입관(10)을 통해 유입된 유체가 지날 수 있는 통공(21)을 구비하며 그 저면에 통공(21)과 연결되는 그루빙홈(22)을 포함하는 상부챔버(23)와, 상기 상부챔버(23)의 그루빙홈(22)을 지난 유체가 상기 배출관(30)으로 배출될 수 있도록 하는 통공(26)이 마련된 하부챔버(28)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 종래 분산장치의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

먼저, 분산챔버(20)는 상부챔버(23)와 하부챔버(28)가 적층된 구조이며, 그 상부챔버(23)와 하부챔버(28)에는 유체가 지날 수 있는 통공(21,26)이 마련되며, 그 상부챔버(23)와 하부챔버(28)가 적층 되었을 때, 두 통공(21,26)을 연결하는 그루빙(grooving)홈(22)이 각각 마련된다.

이와 같은 구조에서 상기 유입관(10)을 통해 유입된 분산될 입자 또는 다른 유체를 포함하는 유체가 상기 상부챔버(23)의 통공(21)으로 유입된다.

상기 통공(21)으로 유입된 유체는 상이 상부챔버(23)의 저면에 마련된 그루빙홈(22)을 지나게 된다.

이때 그루빙홈(22)의 깊이는 수십 마이크로 미터 이상이며, 이와 같이 그루 빙홈(22)이 이루는 미세 크기의 터널을 지나는 동안 그 유체는 가압되어 가속되고, 그 그루빙홈(22)의 측면과 마찰함과 동시에 하부챔버(28)의 상면에 충돌하여 입자 또는 다른 유체가 분산된다.

상기와 같이 입자 또는 다른 유체가 분산된 유체는 상기 하부챔버(23)의 통공(26)을 통해 상기 배출관(30)으로 배출되어, 입자 또는 다른 유체가 고르게 분산된 유체를 얻을 수 있다.

그러나, 상기와 같은 구성의 종래 분산장치는 그 분산챔버(20)와 유입구(10), 분산챔버(20)와 유출구(30)의 사이에서 유체가 유출되는 것을 방지하기 위하여 개스킷을 사용할 경우, 그루브홈의 깊이가 달라지고 개스킷이 유체의 타격부가 되므로 사용할 수 없어 면에 압력을 주어 실링하는 억지실링을 하였으며, 그 분산챔버(20)를 이루는 상부챔버(23)와 하부챔버(28)의 사이에서도 억지실링을 하였다.

또한, 상기 상부챔버(23) 그루빙홈(22)의 가로 길이와 세로 길이의 비인 종횡비가 1:1에서 벗어날수록 일측면만 편마모되는 것이 심하여지는데 이로 인하여 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

그리고, 상기와 같이 구성된 종래 분산장치는 고압에서 사용하는바 압력을 받는 부분의 직경이 커짐에 비례하여 고압 견딤이 어려워짐과 아울러 종래 분산장치는 상기 그루빙홈(22)이 이루는 공간부 내에서 실질적인 분산효과가 나타나게 되나, 그 그루빙홈(22)이 이루는 공간의 길이를 증가시켜 분산효과를 증대 시키기 위해서는 그 분산챔버(20)의 직경이 증가해야 하며, 상기 유입관(10)과 유출관(30) 또한 그 분산챔버(20)의 직경 증가에 따라 더 큰 직경의 것을 사용해야 하는 등 장치의 한정된 공간에서의 제약적인 문제점이 있다.

그리고 동일단면적의 그루빙홈(22)에서 종횡비가 1:1에서 벗어날수록 유체의 속도가 감소하므로 이에 따라 전단력도 함께 감소하여 분산효과가 저하되는 문제점이 있었다.

상기와 같은 문제점을 감안한 본 발명은, 사용에 의해 마모가 되어도 분산챔버 기능의 균일성을 보다 오래 유지할 수 있도록 하여 사용 수명을 연장시킬 수 있는 분산장치를 제공함에 그 목적이 있다.

아울러 본 발명은 동일압력에서 유체의 속도와 전단력을 증가시키고 그 유체를 다수 회 충돌 시킬 수 있는 분산장치를 제공함에 다른 목적이 있다.

또한, 본 발명은 장치 전체의 사이즈를 증가시키지 않고도 분산효과를 발생시키는 미세홀의 길이를 증가시킬 수 있고 또한 다수의 미세홀 또는 홈의 구성이 가능한 분산장치를 제공함에 다른 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 유체의 유입관과 유출관이 각각 마련된 제1 및 제2연결기재와, 외주면에 체결나사를 가지는 몸체부와, 상기 몸체부의 내에서 상기 제1 및 제2연결기재의 사이에 위치하며, 상기 제1연결기재의 유입관을 통해 유입된 분산이 필요한 유체를 분산처리하여 그 제2연결기재의 유출관을 통해 유출시키는 분산챔버와, 상기 제1 및 제2연결기재와 몸체부를 밀착시켜 고정함과 아울러 상기 분산챔버와 제1 및 제2연결기재를 밀착 실링하는 제1 및 제2클램프 너트를 포함한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 그러나 이하의 실시예는 이 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자에게 본 발명이 충분히 이해되도록 제공되는 것으로서 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 다음에 기술되는 실시예에 한정되는 것은 아니다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.

도 3은 본 발명 분산장치의 바람직한 실시예에 따른 단면 구성도이고, 도 4는 도 3의 분산챔버의 상세 구성도이다.

도 3과 도 4를 각각 참조하면, 본 발명 분산장치의 바람직한 실시예는 각각 유체의 유입관(110)과 유출관(210)이 각각 마련된 제1 및 제2연결기재(100,200)와, 상기 제1 및 제2연결기재(100,200)의 사이에 위치하며, 외주면에 체결나사를 가지는 원통형 몸체부(300)와, 상기 원통형 몸체부(300)의 내에서 상기 제1 및 제2연결기재(100,200)의 사이에 위치하며, 제1연결기재(100)의 유입관(110)을 통해 유입된 분산이 필요한 유체를 분산처리하여 그 제2연결기재(200)의 유출관(210)을 통해 유출시키는 분산챔버(400)와, 상기 제1 및 제2연결기재(100,200)와 몸체부(300)를 강하게 밀착시켜 고정함과 아울러 상기 분산챔버(400)와 제1 및 제2연결기재(100,200)를 밀착 실링하는 제1 및 제2클램프 너트(500,600)로 구성된다.

상기 분산챔버(400)는 저면의 중앙에 마련된 원형의 가공홈(411)과, 그 상부로부터 상기 가공홈(411)의 일부에 이르는 통공(412)이 마련된 상부챔버(410)와, 상기 상부챔버(410)의 가공홈(411)과 접하는 상면의 일부로부터 저면까지 가공된 미세가공홀(421)을 구비하는 중앙챔버(420)와, 상기 중앙챔버(420)의 저면과 접하는 상면의 중앙부에 마련된 가공홈(431)과 그 가공홈(431)의 일부에서 저면까지 이르는 통공(432)을 구비하는 하부챔버(430)로 구성된다.

이하, 상기와 같이 구성된 본 발명 분산장치의 바람직한 실시예의 구성과 작용을 보다 상세히 설명한다.

상기 몸체부(300)의 내측에 삽입되는 각각 상기 분산챔버(400)와 접하는 일측단에는 그 분산챔버(400)와의 사이에서 누수가 발생하지 않도록 하는 개스 킷(120,220)이 마련되어 있다.

이와 같은 구조에서 상기 몸체부(300)에 제1연결기재(100) 또는 제2연결기재(300)를 고정시킨 상태에서 그 몸체부(300)의 중앙부에 상기 분산챔버(400)를 삽입한다.

그 다음, 제1 및 제2클램프 너트(500,600)를 이용하여 상기 몸체부(300)에 결합된 제1 및 제2연결기재(100,200)를 그 몸체부(300)에 더욱 밀착 고정시킨다.

이와 같은 구조에서 상기 제1연결기재(100)의 유입관(110)을 통해 분산시킬 입자 또는 유체를 포함하는 유체가 유입되면, 상기 분산챔버(400)에서 분산되어 상기 제2연결기재(200)의 유출관(210)을 통해 외부로 유출된다. 이때 상기 제1연결기재(100)와 분산챔버(400)의 사이 및 그 분산챔버(400)와 제2연결기재(200)의 사이에서는 개스킷(120,220)에 의해 누수가 발생되지 않는다.

상기 분산챔버(400)는 상부챔버(410), 중앙챔버(420), 하부챔버(430)의 구성을 가지며, 그 중앙챔버(420)의 미세가공홀(421)은 통공(412,432)과 동일한 위치에 있지 않도록 위치한다.

즉, 통공(412)를 통과한 유체가 직접 미세가공홀(421)으로 유입되지 않고, 상기 상부챔버(410)의 저면에 마련된 가공홈(411)에 유입된 후, 그 미세가공홀(421)을 통과하도록 구성하며, 그 미세가공홀(421)을 통과한 유체는 하부챔 버(430)의 가공홈(431)에 유입된 후, 그 통공(432)을 통해 상기 유출관(210)을 통해 유출되도록 한다.

상기 분산챔버(400)는 분사방향에 대한 단면에서 장방향 길이가 400마이크로미터 이하일 때 분사방향의 수직단면의 장단비가 3:1이내가 되도록 구성한다.

상기 가공홈(411,431)은 상기 미세가공홀(421)과 통공(412,432)를 연결하는 역할을 하는 것이지만, 유체가 공급되었을 때 유체와 여러 회 충돌하여 분산효과가 증가할 수 있도록 하는 역할을 한다.

이와 같은 충돌뿐만 아니라 캐비테이션(Cavitation)이 발생되어 보다 분산효과를 증가시키게 된다.

또한 그 미세가공홀(421)의 단면이 원형이 되도록 가공함으로써, 기존보다 큰 속도와 전단력을 얻을 수 있다.

이와 같이 큰 전단력에 의해 상기 미세가공홀(421)을 지나는 유체의 중앙 부분의 속도와 그 미세가공홀(421)에 접하는 부분의 속도에 차이가 커지게 됨에 따라 유체에 분산될 입자들을 분리 또는 그 입자를 파쇄함으로써 분산 정도를 향상시킬 수 있다.

상기 미세가공홀(421)을 고속으로 통과한 유체는 다시 하부챔버(430)의 가공 홈(431)에 충돌하면서 분산 효과가 발생하게 된다.

이와 같이 본 발명은 유체가 중앙챔버(420)와 하부챔버(430)에 충돌하도록 하여, 종래의 구성과는 다르게 유체의 충돌회수를 더 증가시켜 더욱 분산이 잘 이루어지도록 한다.

아울러 상기 상부챔버(410)와 하부챔버(430) 각각의 가공홈(411,431)은 단면이 원형인 것이며, 유체의 흐름에 의해 편마모가 일어나지 않도록 하였으며, 마모되는 경우에도 그 가공홈(411,431)의 유량이 크게 변형되지 않기 때문에 보다 수명이 증가하게 된다.

상기의 구조에서 보다 더 분산효과를 향상시키기 위해 상기 미세가공홀(421)의 길이를 보다 더 길게 하기 위해서는 상기 중앙챔버(420)를 두께가 더 두꺼운 것으로 교체한다.

이처럼 본 발명은 전체 분산장치의 압력 견딤을 나쁘게 하지 않고도 용이하게 분산효과를 조절할 수 있게 된다. 이는 상기 미세가공홀(421)의 방향이 챔버의 두께 방향으로 된 것이어서 가능한 것이다.

도 5는 본 발명 분산장치에 적용되는 분산챔버의 다른 실시 구성도이다.

도 5를 참조하면, 본 발명에 적용되는 분산챔버의 다른 실시예는 상기 미세가공홀(421)을 복수로 형성한 것이며, 이는 분산력의 조절과 분산처리에 필요한 시 간을 단축할 수 있는 것이다.

종래와 같이 그루빙홈을 가지는 구조에서는 복수의 경로를 만드는데 압력견딤으로 인한 면적의 제한으로 한계가 있었으나 본 발명은 상기 미세가공홀(421)을 분산챔버(400)의 두께 방향이 되도록 가공하여, 다수의 미세가공홀(421)을 가공하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 분산챔버(400)를 이루는 상부챔버(410)와 중앙챔버(420)의 사이, 중앙챔버(420)와 하부챔버(430)의 사이에 개스킷(440)을 적용하여도 분산노즐의 크기가 변하지 않으면서 누수를 방지할 수 있다.

도 6은 본 발명 분산장치에 적용되는 분산챔버의 다른 실시 구성도이다.

도 6을 참조하면, 본 발명에 적용되는 분산챔버의 미세가공홀(422)의 단면이 원형이 아닌 다각형, 타원형, 무정형 등의 구조로 종횡비를 1:1에 가깝게 가져갈 수 있다.

도 7은 본 발명 분산장치에 적용되는 분산챔버의 다른 실시 구성도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 적용되는 분산챔버의 다른 실시예는 각각 서로 다른 위치에 다수의 미세가공홀(451)이 구비되며, 저면측에 가공홈(452)을 둔 다수의 분할중앙챔버(450)을 적층하여 유체의 충돌 회수를 보다 더 증가시켜 입자 또는 다른 유체가 유체 내에서 더욱 분산이 잘 되도록 할 수 있다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시 예들을 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시 예들에 한정되지 않으며 본 발명의 개념을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능하다.

상기한 바와 같이 본 발명은, 분산챔버의 두께방향으로의 미세가공홀을 적용하여 유체의 속도를 증가시킴과 아울러 그 유체의 흐름에 대한 전단력을 높여 분산 효과를 증대시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 분산챔버 내에서 유체가 다수 회 충돌하도록 하여 분산이 더욱 잘 일어날 수 있도록 하는 효과가 있다.

그리고 본 발명은 실질적으로 분산이 일어나는 챔버의 압력견딤을 나쁘게 하지 않고도 보다 긴 것으로 교체할 수 있기 때문에 분산 정도의 조절이 가능한 효과가 있으며, 하나의 분산챔버 내에 기존의 것보다 다수의 미세가공홀을 적용할 수 있어 분산 처리 시간 및 분산 정도를 조절할 수 있는 효과가 있다.

Claims (10)

1. 유체의 유입관과 유출관이 각각 마련된 제1 및 제2연결기재;

   상기 제1 및 제2연결기재의 사이에 위치하며, 외주면에 체결나사를 가지는 몸체부;

   상기 몸체부의 내에서 상기 제1 및 제2연결기재의 사이에 위치하며, 상기 제1연결기재의 유입관을 통해 유입된 분산이 필요한 유체를 분산처리하여 그 제2연결기재의 유출관을 통해 유출시키는 분산챔버; 및

   상기 제1 및 제2연결기재와 몸체부를 밀착시켜 고정함과 아울러 상기 분산챔버와 제1 및 제2연결기재를 밀착 실링하는 제1 및 제2클램프 너트를 포함하는 분산장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 분산챔버는,

   유체 분사방향 수직단면에서 장방향 길이가 400마이크로미터 이하일 때 그 유체 분사방향 수직단면의 장단비가 3:1이내인 것을 특징으로 하는 분산장치.
3. 제1항에 있어서,

   상기 분산챔버는,

   저면의 중앙에 마련된 원형의 제1가공홈과, 그 상면으로부터 상기 제1가공홈의 일부에 이르는 제1통공이 마련된 상부챔버;

   상기 상부챔버의 저면과 접하는 상면의 일부로부터 저면까지 가공된 미세가공홀을 구비하는 중앙챔버;

   상기 중앙챔버의 저면과 접하는 상면의 중앙부에 마련된 제2가공홈과 그 제2가공홈의 일부에서 저면까지 이르는 제2통공을 구비하는 하부챔버를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산장치.
4. 제3항에 있어서,

   상기 제1가공홈과 제2가공홈은 원형의 홈인 것을 특징으로 하는 분산장치.
5. 제3항에 있어서,

   상기 미세가공홀은 상기 제1통공과 제2통공과는 어긋난 위치에 위치하는 것을 특징으로 하는 분산장치.
6. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 중앙챔버는 다수의 미세가공홀을 구비하는 것을 특징으로 하는 분산장치.
7. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 중앙챔버는 다수로 상하 분할된 분할중앙챔버일 수 있으며, 그 다수의분할중앙챔버의 서로 다른 위치에 각각 미세가공홀을 구비하며, 각 미세가공홀을 연결하는 원형 가공홈을 가지는 것을 특징으로 하는 분산장치.
8. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 상부챔버와 중앙챔버의 사이 및 중앙챔버와 하부챔버의 사이에 위치하는 실링재를 더 포함하는 분산장치.
9. 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 중앙챔버를 두께가 다른 것으로 교체하여 분산정도를 조절하는 것을 특징으로 하는 분산장치.
10. 제1항에 있어서,

    상기 제1연결기재와 분산챔버의 사이 및 상기 분산챔버와 제2연결기재의 사이에 위치하는 실링재를 더 포함하는 분산장치.

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