KR101363021B1 - 분사 노즐 - Google Patents

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KR101363021B1
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05B—SPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/34—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl
    • B05B1/3405—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl
    • B05B1/341—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl before discharging the liquid or other fluent material, e.g. in a swirl chamber upstream the spray outlet

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 저압력에서 미립자를 생성하고 저비산 에어커튼 분사 기능을 가지는 분사 노즐을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 분사 노즐은, 제1 유체를 공급하는 제1 통로와 제2 유체를 공급하는 제2 통로 및 제3 유체를 공급하는 제3 통로를 가지는 매니폴드, 상기 매니폴드에 결합되어 내측으로 상기 제1 통로에 연결되어 제1 토출구를 형성하고, 상기 제1 토출구 외측의 제1 와류홈으로 상기 제2 통로에 연결되는 제1 와류자, 상기 제1 와류홈에 접촉되어 상기 제1 와류자를 수용하여 상기 매니폴드에 결합되어 내측으로 상기 제2 통로에 연결되어 제2 토출구를 형성하고, 상기 제2 토출구 외측의 제2 와류홈으로 상기 제3 통로에 연결되는 제2 와류자, 및 상기 제2 와류홈에 접촉되어 상기 제2 와류자를 수용하여 상기 매니폴드에 결합되어 내측으로 상기 제3 통로에 연결되어 제3 토출구를 형성하는 토출캡을 포함한다.

Description

분사 노즐 {SPRAY NOZZLE}
본 발명은 저압력에서 생성한 미립자를 확산 분산되지 않은 상태로 도착영역까지 이송하는 분사 노즐에 관한 것이다.
최근 친환경(Environment Friendly), 고품질(High Quality based), 고효율(Transfer Efficiency) 및 저비용(Cost Effective) 등의 도장 및 코팅 분사기술(Spraying Technology)의 중요성이 점차 증가되고 있다.
일례를 들면, 물을 미립화시키는 경우, 분사 노즐은 가압 공기로 3kg/cm2 이상의 높은 압력을 사용하여, 입자의 크기가 50~80㎛ 범위의 거친 상태의 입자를 생성하여 토출하므로 입자의 외부 비산량 과다, 오버스프레이 및 되튀김 현상을 발생시킨다. 따라서 분사 노즐은 액체의 많은 손실을 유발한다. 또한, 입자가 거칠기 때문에 도포면의 품질이 떨어진다. 따라서 이러한 분사 노즐은 고품질의 정밀 도포방식에 부적합하다.
다른 예를 들면, 미립자 분사장치에는 직접 액체를 가압하여 노즐헤드 선단의 좁은 배출구로 분출시켜 액체를 무화시키는 1유체 액압형, 또는 가압된 액체를 공급하면서 압축공기를 별도로 사용하여 토즐 선단에서 액체를 혼합 분쇄하여 미립화 및 분사 패턴을 형성하는 2유체 혼합형 등이 주로 사용되고 있다.
그러나 이와 같은 미립자 분사장치는 입자의 크기를 30㎛ 이하로 만들기 어려운 노즐 구조로 인하여, 좁은 유체통로로 유체를 이동 및 분출시킨다. 따라서 미립자 분사장치는 가압을 위한 고압 장치를 필요로 하고, 고점도 유체에서 사용하기 어렵다. 또한 유체통로가 좁고 유체의 흐름이 불균일하므로 미립자 분사장치의 토출부에서 막힘 현상이 일어난다.
최근에는 마이크로 분사장치로 초음파 노즐이 개발되어 물을 기준으로 할 때 입자직경이 18㎛까지 생성되지만, 점도가 50cp 이하의 액체에서만 사용 가능하다. 또한 분사 범위는 생성입자가 갖고 있는 운동량에 비례하는 데, 초음파에 의해 생성된 입자는 운동량이 적으므로 제한된 분사범위를 가진다. 따라서 분사범위를 크게 하기 위해서는 입자에 가압을 주기 위한 별도의 송풍 시스템 등이 추가로 필요하다. 즉 시스템이 복잡해지고 고가의 설비 비용이 요구된다.
또한, 2 종류 이상의 액체를 동시에 미립화 하는 경우, 미립화 분사장치는 별도의 저장 탱크에서 각각의 액체를 교반하여 만든 혼합 액체를 공급하여 미립화 한다. 따라서 저장 탱크의 교반 효율에 따라 혼합액의 점도 및 균일도 등이 변하고, 경시 변화에 따른 침전 현상이 나타나서 균질한 미립화를 안정적으로 구현하기가 어렵다.
본 발명의 일 실시예는 저압력에서 생성된 미립자를 저비산 이송하는 분사 노즐을 제공하는 것이다. 본 발명의 일 실시예는 저압력에서 생성된 미립자 주위에 에어커튼 형태의 공기층을 형성하여, 미립자가 확산 분산되지 않은 상태로 도착영역까지 저비산으로 되튀김이 없이 이송되는 분사 노즐을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예는 저점도 및 고점도에 이르는 2유체 이상의 다유체를 1.5kgf/cm2 이하의 공기압력에서 10~30㎛ 정도의 액상 미립자를 실시간으로 균질하게 생성하고, 생성된 미립자를 균질한 공기압력으로 저비산 이동(air carrying)시키며, 도포면에 미립자 충돌시 도포면에서 되튀김이 발생되지 않도록 도포면에 안착(air brushing)시키는 에어커튼을 융합하여, 저에너지 미립화 및 도착효율 향상으로 에너지를 절감하고, 재료효율을 증가하며, 고품질의 도포면을 형성하는 분사 노즐을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 분사 노즐은, 제1 유체를 공급하는 제1 통로와 제2 유체를 공급하는 제2 통로 및 제3 유체를 공급하는 제3 통로를 가지는 매니폴드, 상기 매니폴드에 결합되어 내측으로 상기 제1 통로에 연결되어 제1 토출구를 형성하고, 상기 제1 토출구 외측의 제1 와류홈으로 상기 제2 통로에 연결되는 제1 와류자, 상기 제1 와류홈에 접촉되어 상기 제1 와류자를 수용하여 상기 매니폴드에 결합되어 내측으로 상기 제2 통로에 연결되어 제2 토출구를 형성하고, 상기 제2 토출구 외측의 제2 와류홈으로 상기 제3 통로에 연결되는 제2 와류자, 및 상기 제2 와류홈에 접촉되어 상기 제2 와류자를 수용하여 상기 매니폴드에 결합되어 내측으로 상기 제3 통로에 연결되어 제3 토출구를 형성하는 토출캡을 포함한다.
상기 매니폴드는, 상기 제1 통로를 중심에 형성하여 돌출되는 제1 단부, 상기 제1 통로의 외곽에 상기 제2 통로를 형성하여 상기 제1 단부에서 후퇴되는 제2 단부, 및 상기 제2 통로의 외곽에 상기 제3 통로를 형성하여 상기 제2 단부에서 후퇴되는 제3 단부를 포함할 수 있다.
상기 제1 단부와 상기 제1 와류자는 나사 결합되고, 상기 제2 단부와 상기 제2 와류자는 나사 결합되며, 상기 제3 단부와 상기 토출캡은 나사 결합될 수 있다.
상기 제1 와류자는, 상기 제1 단부에 결합되고 상기 제1 통로를 상기 제1 토출구에 연결하는 제11 통로를 가지며 원통부와 원추대부를 연결하여 형성되고, 나선형으로 형성되는 상기 제1 와류홈을 상기 제1 토출구의 외측 원추대부에 원주 방향을 따라 배치하며, 상기 제1 와류홈을 상기 원통부 및 상기 원추대부의 외측에서 직경 방향으로 형성하여 상기 제1 와류홈과 상기 제2 와류자의 내면을 이격하고, 상기 원추대부에서 상기 제1 와류홈과 상기 제1 토출구 사이에 제1 와류실을 형성할 수 있다.
상기 제2 와류자는, 상기 제2 단부에 결합되고 상기 제2 통로를 상기 제2 토출구에 연결하는 제21 통로를 가지며 원통부와 상기 원통부보다 큰 직경의 원추대부를 연결하여 형성되고, 나선형으로 형성되는 상기 제2 와류홈을 상기 제2 토출구의 외측 원추대부에 원주 방향을 따라 배치하며, 상기 제2 와류홈을 상기 원추대부의 외측에서 길이 방향으로 형성하여 상기 제2 와류홈과 상기 토출캡의 내면을 이격하고, 상기 원추대부에서 상기 제2 와류홈과 상기 제2 토출구 사이에 제2 와류실을 형성할 수 있다.
상기 토출캡은, 상기 제3 단부에 결합되고 상기 제3 통로를 상기 제3 토출구에 연결하는 제31 통로를 가지며 원통부와 상기 원통부보다 작은 직경의 원추대부를 연결하여 형성되고, 상기 제31 통로로 공급되는 제3 유체로 상기 제2 토출구의 전방에 에어 커튼을 형성할 수 있다.
상기 제1 와류자는, 상기 제1 단부에 결합되고 상기 제1 통로를 상기 제1 토출구에 연결하는 제11 통로를 가지며 원통부와 상기 원통부보다 큰 직경의 원추대부를 연결하여 형성되고, 나선형으로 형성되는 상기 제1 와류홈을 상기 제1 토출구의 외측 원추대부에 원주 방향을 따라 배치하며, 상기 제1 와류홈을 상기 원추대부의 외측에서 길이 방향에 경사지게 형성하여 상기 제1 와류홈과 상기 제2 와류자의 내면을 이격하고, 상기 원추대부에서 상기 제1 와류홈과 상기 제1 토출구 사이에 제1 와류실을 형성할 수 있다.
상기 제1 와류자는, 상기 제1 단부에 결합되고 상기 제1 통로를 상기 제1 토출구에 연결하는 제11 통로를 가지며 원통부와 원추대부를 연결하여 형성되고, 나선형으로 형성되는 상기 제1 와류홈을 상기 제1 토출구의 외측 원추대부에 원주 방향을 따라 배치하며, 상기 제1 와류홈을 상기 원추대부의 외표면에 상기 외표면의 기울기로 경사지게 형성하여 직경 방향에서 상기 제1 와류홈과 상기 제2 와류자의 내면을 이격할 수 있다.
상기 제1 와류자는, 상기 제1 단부에 결합되고 상기 제1 통로를 상기 제1 토출구에 연결하는 제11 통로를 가지며 원통부와 상기 원통부보다 큰 직경의 원추대부를 연결하여 형성되고, 나선형으로 형성되는 상기 제1 와류홈을 상기 제1 토출구의 전방 원추대부에 원주 방향을 따라 배치하며, 상기 제1 와류홈을 상기 원추대부의 외측에서 길이 방향에 경사지게 형성하여 상기 제1 와류홈과 상기 제2 와류자의 내면을 이격하고, 상기 원추대부에서 상기 제1 와류홈의 내측과 상기 제1 토출구의 전방에 제1 와류실을 형성할 수 있다.
상기 제1 와류자는, 상기 제1 단부에 결합되고 상기 제1 통로를 상기 제1 토출구에 연결하는 제11 통로를 가지며 제1 원통부와 상기 제1 원통부보다 큰 직경의 원추대부, 상기 원추대부에 제2 원통부를 연결하여 형성되고, 나선형으로 형성되는 상기 제1 와류홈을 상기 제1 토출구의 외측 원추대부에 원주 방향을 따라 배치하며, 상기 제1 와류홈을 상기 제1 원통부와 상기 제2 원통부 사이에서 상기 원추대부의 내측에서 길이 방향에 경사지게 형성하고, 상기 원추대부에서 상기 제1 와류홈의 내측과 상기 제1 토출구 사이에 제1 와류실을 형성할 수 있다.
이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1, 제2 와류자 및 토출캡을 구비하므로 저압력에서 미립자를 생성하고 저비산 에어커튼 분사 기능을 가지는 효과가 있다. 제1, 제2 와류자가 저압력에서 제1, 제2 유체를 미립자로 생성하고, 제2 와류자와 토출캡이 제3 유체(공기)로 생성된 미립자 주위에 에어커튼(공기층)을 형성하는 효과가 있다. 따라서 제1, 제2 유체로 생성된 미립자는 확산 분산되지 않은 상태로 이송되고 도포면에서의 되튀김 없이 도착될 수 있다. 즉 종래의 고압분사방식의 노즐에 비하여, 에너지를 줄이고, 재료 낭비를 방지하며, 환경 오염을 방지하고, 도장 효율 및 도장 품질을 향상하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분사 노즐의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다.
도 3은 도 1에 사용되는 제1 와류자의 정면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 분사 노즐의 단면도이다.
도 5는 도 4에 사용되는 제1 와류자의 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 분사 노즐의 단면도이다.
도 7은 도 6에 사용되는 제1 와류자의 정면도이다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 분사 노즐의 단면도이다.
도 9는 도 8에 사용되는 제1 와류자의 단면 사시도이다.
도 10은 도 8에 사용되는 제1 와류자의 정면도이다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 분사 노즐의 단면도이다.
도 12는 도 11에 사용되는 제1 와류자의 단면 사시도이다.
도 13은 도 11에 사용되는 제1 와류자의 정면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 분사 노즐의 분해 사시도이고, 도 2는 도 1의 Ⅱ-Ⅱ 선을 따라 자른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 실시예의 분사 노즐(100)은 제1 와류자(10), 제2 와류자(20), 매니폴드(30) 및 토출캡(40)을 포함한다.
제1, 제2 와류자(10, 20)는 미립화부를 형성하여, 미립화의 대상이 되는 저점도(예를 들면, 10cp)에서 고점도(예를 들면, 2000cp)에 이르는 액체 및 입자성 분체를 포함하는 액체 등 적어도 2유체 이상의 다유체를 동시에 흡입하여 유체에 가압된 와류 기체를 충돌시킴으로써 마이크로(예를 들면, 10~900㎛) 크기를 갖는 미세 미립자를 생성한다.
예를 들면, 제1 와류자(10)의 내측으로 액체 또는 입자성 분체를 포함하는 액체의 유체(제1 유체)가 유입되어 토출되고, 여기에 제1 와류자(10)의 외측과 제2 와류자(20)의 내측 사이로 공급되는 가압된 공기(제2 유체)를 와류 충돌시키므로 미세 미립자가 생성될 수 있다.
제2 와류자(20) 및 토출캡(40)은 에어커튼 분사부를 형성하여, 미립화부에서토출되는 미립자의 주변에 에어커튼(공기층)을 형성하여, 분출되는 미립자의 확산을 방지하고, 미립자의 도착 효율을 향상시킨다.
예를 들면, 제1, 제2 와류자(10, 20)에 의하여 생성된 미세 미립자에 제2 와류자(20)의 외측과 토출캡(40)의 내측 사이로 공급되는 가압된 공기(제3 유체)를 분사하므로 미립자의 확산을 방지하는 에어커튼이 형성될 수 있다.
즉 미립화 분사부는 저압에서 미립자의 크기 및 양을 정밀하게 제어할 수 있다. 따라서 에어커튼 분사부에 의하여 저비산 제어효율이 높아진다. 분사 노즐(100)의 설계구조가 간단하여 가공 설치가 용이하고, 저에너지로 인하여 운전 비용이 적게 소요된다. 따라서 분사 노즐(100)은 미립자의 저비산 3유체 용으로 광범위한 분야에서 사용될 수 있다.
구체적으로 설명하면, 매니폴드(30)는 제1 유체를 공급하는 제1 통로(31)와 제2 유체를 공급하는 제2 통로(32) 및 제3 유체를 공급하는 제3 통로(33)를 가진다. 예를 들면, 제1 통로(31)가 매니폴드(30)의 중심에 형성되고, 제1 통로(31)의 외곽에 제2 통로(32) 및 제3 통로(33)가 순차적으로 형성될 수 있다.
또한, 매니폴드(30)는 제1 통로(31)를 형성하여 돌출되는 제1 단부(34), 제2 통로(32)를 형성하여 제1 단부(34)에서 후퇴하여 형성되는 제2 단부(35), 및 제3 통로(33)를 형성하여 제2 단부(35)에서 후퇴하여 형성되는 제3 단부(36)를 포함한다.
즉 제1, 제2, 제3 단부(34, 35, 36)는 매니폴드(30)에 제1, 제2 와류자(10, 20) 및 토출캡(40)의 순차적인 설치를 가능하게 한다. 예를 들면, 제1 와류자(10)는 제1 단부(34)에 나사 결합되고, 제2 와류자(20)는 제2 단부(35)에 나사 결합되며, 토출캡(40)은 제3 단부(36)에 나사 결합된다.
제1 와류자(10)는 매니폴드(30)의 제1 단부(34)에 결합되어 내측으로 제1 통로(31)에 연결되어 제1 토출구(11)를 형성하고, 제1 토출구(11)의 외측에 형성되는 제1 와류홈(12)으로 제2 통로(32)에 연결된다.
즉 제1 와류자(10)의 내측으로 제1 유체를 가압 공급하고, 제1 와류자(10)의 외측 및 제2 와류자(20)의 내측 사이로 공급되는 제2 유체를 제1 와류자(10)의 외측에서 회전 공급하므로, 제1 유체를 제2 유체의 회전 전단력으로 미립화시킨다(atomization).
예를 들면, 제1 유체는 액체이고, 제2 유체는 공기일 수 있다. 제1 통로(31)로 가압된 액체를 공급하고 제2 통로(32)로 가압된 공기를 공급하면, 제1 토출구(11)의 끝에서 액체와 공기가 혼합되어 미립화 되어 분출된다. 가압된 공기는 토출 전에 제1 와류자(10, vortex generator)를 통하여 고속으로 회전하면서 공급되어, 제1 토출구(11)로 토출되는 액체를 회전 전단력으로 미립화(atomization)시킨다.
공기의 회전 전단력으로 액체를 미립화 방식은 일반 노즐의 동축 전단력 미립화 방식과 비교하여 1.5kgf/cm2 이하(저압력)의 압력에서도 10~30㎛ 정도의 미립자를 생성할 수 있으므로 일반 노즐에 비하여, 50% 이하의 낮은 압력으로 액체의 미세 미립화를 구현할 수 있다. 또한, 제1 와류자(10)에 의한 공기의 고회전력에 의하여 점도 1000~2000cp 이상의 액체도 저압에서 미세 미립화 될 수 있다.
제2 와류자(20)는 제1 와류홈(12)의 외면에 접촉되는 상태로 제1 와류자(10)를 수용하여 매니폴드(30)의 제2 단부(35)에 결합되어 내측으로 제2 통로(32)에 연결되어 제2 토출구(21)를 형성하고, 제2 토출구(21) 외측에 형성되는 제2 와류홈(22)으로 제3 통로(33)에 연결된다. 즉 제2 통로(32)는 제1 와류자(10)의 외측과 제2 와류자(20)의 내측 사이로 연결되어 제2 토출구(21)에 연결된다.
토출캡(40)은 제2 와류홈(22)에 접촉되어 제2 와류자(20)를 수용하여 매니폴드(30)의 제3 단부(36)에 결합되어 내측으로 제3 통로(33)에 연결되어 제3 토출구(301)를 형성한다. 즉 제3 통로(33)는 제2 와류자(20)의 외측과 토출캡(40)의 내측 사이로 연결되어 제3 토출구(301)에 연결된다.
제1, 제2 와류자(10, 20)에서 저압으로 생성되는 미세 미립자가 저속도로 분사될 때, 제1 실시예의 분사 노즐(100)의 에어커튼 분사부는 제2 와류자(20)와 토출캡(40)에서 제3 유체(예를 들면, 공기)를 분사하여 발생되는 미립자를 균일한 압력으로 이동(air carrying)시키고, 미립자가 도포면에 충돌시 재비산되지 않도록 도포면에 안착(air brushing)시켜 미립자의 도착효율을 증가시킨다. 따라서 재료의 사용 효율이 향상되고, 도포면의 품질이 향상될 수 있다.
예를 들면, 제1 실시예의 분사 노즐(100)은 제1 유체인 물의 사용 압력이 0.2kgf/cm2이고, 제3 토출구(301)로 분사되는 제3 유체인 공기의 풍량이 200cmh 조건에서 평균 물의 미립자가 30㎛ 이하 크기로 생성되어, 종래의 일반 스프레이 장치에서 30%이하의 도착효율 대비 70% 이상의 도착효율을 달성할 수 있다.
즉 제1 실시예의 분사 노즐(100)에서 제1, 제2 와류자(10, 20)의 미립화부는 제2 유체(가압 공기)를 와류시켜 고속의 회전 전단력을 가지게 하여 제1 유체(액체)에 충돌시켜 제1 유체를 미립화하며, 2유체 분사를 구현하여 압력 2kgf/㎠ 이하에서 30㎛이하의 미립자를 생성할 수 있다.
또한 제2 와류자(20)와 토출캡(40)의 에어커튼 분사부는 저압에서 미세 미립화된 입자 발생과 동시에 제3 토출구(301) 주변에서 미립자 외주변으로 제3 유체인 공기를 분사하여 에어커튼(공기층)을 형성시켜 미립자의 공기 이송 및 도착면에 대한 공기 브러싱으로 토출 분사시 발생되는 비산을 적게 하고 도포면에서 되튀김을 줄일 수 있다. 따라서 재료 소모가 절감되고, 고품질 도포면이 구현된다.
일반 스프레이 장치에 비하여, 제1 실시예의 분사 노즐(100)에서 2kg/cm2 이하의 저에너지가 사용되므로 미립화가 용이하여 2배 이상 에너지 효율이 향상된다. 70% 이상의 도착효율 및 저비산 분사하므로 재료소모가 저감되고 친환경적이다. 또한 입자의 크기 30μm 이하인 미립자의 특성으로 인하여, 제1 실시예의 분사 노즐(100)은 고품질 도장장치, 박막코팅 및 초정밀 세정 분야에 적용될 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 제1 와류자(10)는 내측에 제11 통로(13)를 형성하고, 제1 와류홈(12)과 제1 토출구(11) 사이에 제1 와류실(14)을 구비하며, 외부 형상으로 구분하면 원통 형상의 원통부(A1)와 원추대 형상의 원추대부(B1)를 연결하여 형성된다. 제11 통로(13)는 원통부(A1) 및 원추대부(B1)의 내측에 형성되어, 제1 와류자(10)가 제1 단부(34)에 나사 결합될 때, 제1 통로(31)를 제1 토출구(11)에 연결한다.
도 3은 도 1에 사용되는 제1 와류자의 정면도이다. 도 3을 참조하면, 제1 와류홈(12)은 회전 나선형으로 형성되어 제1 토출구(11)의 외측 원추대부(B1)에 원주 방향을 따라 배치된다. 또한 제1 와류홈(12)은 원통부(A1) 및 원추대부(B1)의 외측에서 직경 방향으로 형성되어 제2 와류자(20)의 내면으로부터 이격된다. 제1 와류실(14)은 원추대부(B1)에서 제1 와류홈(12)과 제1 토출구(11) 사이에 형성된다.
제1 유체(액체)가 제11 통로(13)를 통하여 제1 토출구(11)로 분사될 때, 제2 유체(가압 공기)가 제1 와류홈(12)을 통하여 공급되면서, 와류실(14)에서 회전하여 제1 토출구(11)의 외측으로 토출되면서 제1 토출구(11)로 토출되는 액체에 회전 전단력을 가하여 미립화시킨다. 이때, 제2 유체의 회전 전단력에 의하여 제2 유체가 저압인 경우에도 제1 유체를 효과적으로 미립화시킬 수 있다.
다시 도 1 및 도 2를 참조하면, 제2 와류자(20)는 내측에 제21 통로(23)를 가지며, 제2 와류홈(22)과 제2 토출구(21) 사이에 제2 와류실(24)을 구비하며, 원통부(A2)와 원통부(A2)보다 큰 직경의 원추대부(B2)를 연결하여 형성된다. 제21 통로(23)는 원통부(A2) 및 원추대부(B2)의 내측에 형성되어, 제2 와류자(20)가 제2 단부(35)에 나사 결합될 때, 제2 통로(32)를 제2 토출구(21)에 연결한다.
제2 와류홈(22)은 회전 나선형으로 형성되어 제2 토출구(21)의 외측 원추대부(B2)에 원주 방향을 따라 배치된다. 또한 제2 와류홈(22)은 원추대부(B2)의 외측에서 길이 방향으로 형성되어 토출캡(40)의 내면으로부터 이격된다. 제2 와류실(24)은 원추대부(B2)에서 제2 와류홈(22)과 제2 토출구(21) 사이에 형성된다.
토출캡(40)은 내측에 제31 통로(303)를 가지며, 원통부(A3)와 원통부(A3) 보다 작은 직경의 원추대부(B3)를 연결하여 형성된다. 제31 통로(303)는 원통부(A3) 및 원추대부(B3)의 내측에 형성되어 토출캡(40)이 제3 단부(36)에 나사 결합될 때, 제3 통로(33)를 제3 토출구(301)에 연결한다.
토출캡(40)은 제31 통로(303)로 공급되는 제3 유체를 분사하여, 제2 토출구(21)의 전방 측면에 에어 커튼을 형성하여, 제1, 제2 토출구(11, 21)를 경유하면서 생성되는 미립자를 제3 토출구(301)로 토출될 때 비산, 확산 및 되튀김을 방지할 수 있다.
이하에서 본 발명의 다양한 실시예를 설명한다. 제1 실시예 및 기 설명된 실시예와 동일한 구성에 대한 설명을 생략하고 서로 다른 구성에 대하여 설명한다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 분사 노즐의 단면도이고, 도 5는 도 4에 사용되는 제1 와류자의 정면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 제2 실시예의 분사 노즐(200)에서 제1 와류자(210)는 내측에 제11 통로(213)를 가지고, 제1 와류홈(212)과 제1 토출구(211) 사이에 제1 와류실(214)를 구비하며, 원통부(A12)와 원통부(A12)보다 큰 직경의 원추대부(B12)를 연결하여 형성된다. 제11 통로(213)는 원통부(A12)와 원추대부(B12)의 내측에 형성되어, 제1 와류자(210)가 제1 단부(34)에 나사 결합될 때, 제1 통로(31)를 제1 토출구(211)에 연결한다.
제1 와류홈(212)은 회전 나선형으로 형성되어 제1 토출구(211)의 외측 원추대부(B12)에 원주 방향을 따라 배치된다. 또한 제1 와류홈(212)은 원통부(A12) 및 원추대부(B12)의 외측에서 길이 방향으로 경사지게 형성되어 제2 와류자(20)의 내면으로부터 이격된다. 제1 와류실(214)은 원추대부(B12)에서 제1 와류홈(212)과 제1 토출구(211) 사이에 형성된다.
원통부(A12)보다 큰 직경으로 형성되는 원추대부(B12)는 제2 통로(32)에 연결되는 제1 와류홈(212)의 후방에 유체실(s)을 형성하여 제2 유체를 저류하여 안정적으로 공급하며, 제1 와류홈(212)의 길이 방향으로 경사진 구조를 가능하게 한다.
제1 와류홈(212)이 제11 통로(213)의 길이 방향에 대하여 경사지게 형성되므로 제11 통로(213)로 공급되는 제1 유체에 대하여 제2 유체인 가압 공급가 제1 와류홈(212)으로 회전 유입되면서 제1 와류실(214)의 접선방향으로 회전력을 가질 수 있게 한다. 제1 와류실(214)에 접선 방향으로 유입되는 제2 유체는 안정적으로 정류작용하며, 경사면을 갖는 제1 와류실(214)의 측벽을 따라 제1 토출구(211) 중심 방향으로 고속 회전력을 가지고 분출한다. 따라서 제2 유체는 고속 전단 회전력을 가지면서 제1 토출구(211)의 외측으로 토출되면서 제1 유체를 미립화 하여 제2 토출구(21)로 토출시킨다.
도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 분사 노즐의 단면도이고, 도 7은 도 6에 사용되는 제1 와류자의 정면도이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 제3 실시예의 분사 노즐(300)에서 제1 와류자(310)는 내측에 제11 통로(313)를 가지고, 원통부(A13)와 원추대부(B13)를 연결하여 형성된다. 제11 통로(313)는 원통부(A13)와 원추대부(B13)의 내측에 형성되어, 제1 와류자(310)가 제1 단부(34)에 나사 결합될 때, 제1 통로(31)를 제1 토출구(311)에 연결한다.
제1 와류홈(312)은 회전 나선형으로 형성되어 제1 토출구(311)의 외측 원추대부(B13)에 원주 방향을 따라 배치된다. 또한 제1 와류홈(312)은 원추대부(B13)의 외표면에 외표면의 기울기로 경사지게 형성하여 직경 방향에서 제2 와류자(20)의 내면으로부터 이격된다. 원통부(A13)와 제2 와류자(20) 사이의 유체실(s)은 제2 통로(32)에 연결되는 제1 와류홈(312)의 후방에 제2 유체를 저류하여 안정적으로 공급한다.
제1 와류자(310)는 제1 와류실이 없고 원추대부(B13)의 외표면에 경사진 구조로 제1 와류홈(312)을 형성한다. 따라서 제11 통로(313)로 제1 유체(액체)가 공급될 때, 제2 유체(가압 공기)는 제1 와류홈(312)을 지나면서 접선방향의 회전력을 가질 수 있게 한다.
제2 유체는 안정적으로 정류작용하며, 제1 토출구(311) 중심 방향으로 고속 회전력을 가지고 분출한다. 따라서 제2 유체는 고속 전단 회전력을 가지면서 제1 토출구(311)의 외측으로 토출되면서 제1 유체를 미립화 하여 제2 토출구(21)로 토출시킨다. 제1 와류자(310)에 와류실이 없으므로 가공이 용이하다.
도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 분사 노즐의 단면도이고, 도 9는 도 8에 사용되는 제1 와류자의 단면 사시도이며, 도 10은 도 8에 사용되는 제1 와류자의 정면도이다.
도 8 내지 도 10을 참조하면, 제4 실시예의 분사 노즐(400)에서 제1 와류자(410)는 내측에 제11 통로(413)를 가지고, 제1 와류홈(412)과 제1 토출구(411) 사이에 제1 와류실(414)를 구비하며, 원통부(A14)와 원통부(A14)보다 큰 직경의 원추대부(B14)를 연결하여 형성된다. 제11 통로(413)는 원통부(A14)와 원추대부(B14)의 내측에 형성되어, 제1 와류자(410)가 제1 단부(34)에 나사 결합될 때, 제1 통로(31)를 제1 토출구(411)에 연결한다.
제1 와류홈(412)은 회전 나선형으로 형성되어 제1 토출구(411)의 전방 원추대부(B14)에 원주 방향을 따라 배치된다. 또한 제1 와류홈(412)은 원통부(A14) 및 원추대부(B14)의 외측에서 길이 방향으로 경사지게 형성되어 제2 와류자(20)의 내면으로부터 이격된다. 제1 와류실(414)은 원추대부(B14)에서 제1 와류홈(412)과 제1 토출구(411) 사이에 형성된다. 제1 완류실(414)는 원추대부(B14)에서 제1 와류홈(412)의 내측과 제1 토출구(411)의 전방에 형성된다.
제1 와류홈(412)이 제1 토출구(411)의 선단에 바로 경사지게 연결되므로 제11 통로(413)로 제1 유체가 공급되는 순간 제1 와류홈(412)으로 공급되는 제2 유체의 고속 회전 전단력에 의하여 제1 와류실(414)에서 제1 유체가 미립화 될 수 있다. 제1 유체가 제2 유체의 회전 전단력에 의하여 노출되는 시간이 길어지므로 제1유체의 미립화 효율이 높아질 수 있다.
도 11은 본 발명의 제5 실시예에 따른 분사 노즐의 단면도이고, 도 12는 도 11에 사용되는 제1 와류자의 단면 사시도이며, 도 13은 도 11에 사용되는 제1 와류자의 정면도이다.
도 11 내지 도 13을 참조하면, 제5 실시예의 분사 노즐(500)에서 제1 와류자(510)는 내측에 제11 통로(513)를 가지고, 제1 와류홈(512)과 제1 토출구(511) 사이에 제1 와류실(514)를 구비하며, 제1 원통부(A15)와 제1 원통부(A15)보다 큰 직경의 원추대부(B15), 및 원추대부(B14)에 제2 원통부(A16)를 연결하여 형성된다. 제11 통로(513)는 제1 원통부(A15)와 원추대부(B15)의 내측에 형성되어, 제1 와류자(510)가 제1 단부(34)에 나사 결합될 때, 제1 통로(31)를 제1 토출구(511)에 연결한다.
제1 와류홈(512)은 회전 나선형으로 형성되어 제1 토출구(511)의 외측 원추대부(B15)에 원주 방향을 따라 배치된다. 또한 제1 와류홈(512)은 제1 원통부(A15)와 제2 원통부(A16) 사이에서 원추대부(B15)의 내측에서 길이 방향으로 경사지게 형성된다. 제1 와류실(514)은 원추대부(B15)에서 제1 와류홈(512)과 제1 토출구(511) 사이에 형성된다. 제1 와류홈(512)은 제1 와류자(510) 내에 파이프 또는 튜브와 같은 관으로 형성될 수 있고, 이로 인하여 가공이 용이하다.
한편, 제1 내지 제5 실시예에서 제1 와류자 및 제2 와류자, 매니폴드 및 토출캡은 각각 일체로 구성되어 있으나, 원활한 가공을 위하여, 복수의 조각으로 분리 가공하여 조립하는 구조로 사용될 수도 있다.
이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.
10, 210, 310, 410, 510: 제1 와류자
11, 211, 311, 411, 511: 제1 토출구
12, 212, 312, 412, 512: 제1 와류홈
13, 213, 313, 413, 513: 제11 통로
14, 214, 414, 514: 제1 와류실
20: 제2 와류자 21: 제2 토출구
22: 제2 와류홈 23: 제21 통로
24: 제2 와류실 30: 매니폴드
31: 제1 통로 32: 제2 통로
33: 제3 통로 34: 제1 단부
35: 제2 단부 36: 제3 단부
40: 토출캡 100, 200, 300, 400, 500: 분사 노즐
301: 제3 토출구 303: 제31 통로
A1, A12, A13, A14: 원통부 A15, A16: 제1, 제2 원통부
B1, B12, B13, B14, B15: 원추대부

Claims (10)

  1. 제1 유체를 공급하는 제1 통로와 제2 유체를 공급하는 제2 통로 및 제3 유체를 공급하는 제3 통로를 가지는 매니폴드;
    상기 매니폴드에 결합되어 내측으로 상기 제1 통로에 연결되어 제1 토출구를 형성하고, 상기 제1 토출구 외측의 제1 와류홈으로 상기 제2 통로에 연결되는 제1 와류자;
    상기 제1 와류홈에 접촉되어 상기 제1 와류자를 수용하여 상기 매니폴드에 결합되어 내측으로 상기 제2 통로에 연결되어 제2 토출구를 형성하고, 상기 제2 토출구 외측의 제2 와류홈으로 상기 제3 통로에 연결되는 제2 와류자; 및
    상기 제2 와류홈에 접촉되어 상기 제2 와류자를 수용하여 상기 매니폴드에 결합되어 내측으로 상기 제3 통로에 연결되어 제3 토출구를 형성하는 토출캡
    을 포함하며,
    상기 매니폴드는,
    상기 제1 통로를 중심에 형성하여 돌출되는 제1 단부,
    상기 제1 통로의 외곽에 상기 제2 통로를 형성하여 상기 제1 단부에서 후퇴되는 제2 단부, 및
    상기 제2 통로의 외곽에 상기 제3 통로를 형성하여 상기 제2 단부에서 후퇴되는 제3 단부
    를 포함하고,
    상기 제1 와류자는
    나선형으로 형성되는 상기 제1 와류홈을 상기 제1 토출구의 외측 원추대부에 원주 방향을 따라 배치하며,
    상기 제1 와류홈은
    상기 원추대부의 내측에 관통 형성되고,
    상기 원추대부와 상기 제1 토출구 사이에 상기 제1 와류홈과 연결되는 제1 와류실을 형성하는 분사 노즐.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 단부와 상기 제1 와류자는 나사 결합되고,
    상기 제2 단부와 상기 제2 와류자는 나사 결합되며,
    상기 제3 단부와 상기 토출캡은 나사 결합되는 분사 노즐.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 와류자는,
    상기 제2 단부에 결합되고 상기 제2 통로를 상기 제2 토출구에 연결하는 제21 통로를 가지며 원통부와 상기 원통부보다 큰 직경의 원추대부를 연결하여 형성되고,
    나선형으로 형성되는 상기 제2 와류홈을 상기 제2 토출구의 외측 원추대부에 원주 방향을 따라 배치하며,
    상기 제2 와류홈을 상기 원추대부의 외측에서 길이 방향으로 형성하여 상기 제2 와류홈과 상기 토출캡의 내면을 이격하고,
    상기 원추대부에서 상기 제2 와류홈과 상기 제2 토출구 사이에 제2 와류실을 형성하는 분사 노즐.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 토출캡은,
    상기 제3 단부에 결합되고 상기 제3 통로를 상기 제3 토출구에 연결하는 제31 통로를 가지며 원통부와 상기 원통부보다 작은 직경의 원추대부를 연결하여 형성되고,
    상기 제31 통로로 공급되는 제3 유체로 상기 제2 토출구의 전방에 에어 커튼을 형성하는 분사 노즐.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 와류자는,
    상기 제1 단부에 결합되고 상기 제1 통로를 상기 제1 토출구에 연결하는 제11 통로를 가지며 원통부와 상기 원통부보다 큰 직경의 원추대부를 연결하여 형성되고,
    상기 제1 와류홈을 상기 원추대부의 외측에서 길이 방향에 경사지게 형성하여 상기 제1 와류홈과 상기 제2 와류자의 내면을 이격하는 분사 노즐.
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 와류자는,
    상기 제1 단부에 결합되고 상기 제1 통로를 상기 제1 토출구에 연결하는 제11 통로를 가지며 제1 원통부와 상기 제1 원통부보다 큰 직경의 원추대부, 상기 원추대부에 제2 원통부를 연결하여 형성되고,
    상기 제1 와류홈을 상기 제1 원통부와 상기 제2 원통부 사이에서 상기 원추대부의 길이 방향에 경사지게 형성하는 분사 노즐.
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