KR101541953B1 - 유체 흐름 와류 형성 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체의 흐름을 변환시키기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체가 흐르는 관로에서의 유체의 선형 흐름을 빠르고 효율적으로 흐르도록 와류 형태로 흐르도록 하고, 나아가 저항 손실을 최소화하여 흐름 효율을 극대화할 수 있는 유체 흐름 와류 형성 장치를 제공하는데 그 목적이 있다. 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 일단에서 타단까지 소정 각도로 트위스트(twist)된 둘 이상의 판형 트위스트부를 갖는 트위스트 부재로 이루어지며, 상기 둘 이상의 판형 트위스트부는 선행 트위스트부의 선형 단과 이에 연속하는 후행 트위스트부의 선형 단이 서로 교차하는 관계로 이어지는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 와류 형성 장치를 제공한다.

Description

유체 흐름 와류 형성 장치{EDDY FLOW FORMING DEVICE FOR FLUID}

본 발명은 유체의 흐름을 변환시키기 위한 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유체가 흐르는 관로에서의 유체의 선형 흐름을 빠르고 효율적으로 흐르도록 와류 형태로 흐르도록 하고, 나아가 저항 손실을 최소화하여 흐름 효율을 극대화할 수 있는 유체 흐름 와류 형성 장치에 관한 것이다.

일반적으로 여러 산업 분야나 기계 장비 대부분에서 액상 또는 기상의 연료 공급 계통이나 가스 배기 계통에는 유체가 흐르는 관로가 많이 적용되어 있다.

예를 들면, 자동차의 경우, 엔진의 팽창 행정이 이루어지는 과정에서는 일정량의 배기가스가 발생되고, 발생된 배기가스는 배기행정에 의해 배출되어지는 바, 이러한, 배기가스를 외부로 배출하기 위한 장치로는 촉매 컨버터와 머플러가 사용된다.

차량의 머플러에서는 배기가스가 배출되는 과정에서 배기 매니폴드와 촉매 컨버터를 통과한 후, 머플러를 통과함에 있어, 배기가스의 압력과 배기력 즉, 유속이 떨어지게 되어 배출저항으로 작용하게 되며, 이로 인해 전체적인 엔진의 출력이 감소되게 된다.

상기와 같은 머플러와 같이 배기 가스의 유속을 증가시키기 위하여 구조 개선 등 다양한 방안이 제안되어 있으며, 그 일 예로는 배기 가스의 유속을 증가시키기 위한 흐름 전환 장치들이 많이 제안되어 있다.

그러나 종래에는 유체가 흐르는 배관에서의 흐름의 변환에서 특히 선형 흐름을 다른 흐름으로 변환하는데 있어서 그 흐름 저항 손실을 크게 개선하지 못하는 한계가 있었다.

따라서, 본 발명은 종래의 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 본 출원의 발명자는 거듭 연구한 결과, 유체가 흐르는 배관에서의 선형 흐름을 와류 흐름으로 변환함으로써 유체의 흐름을 신속하고 효율적으로 유체를 진행시킬 수 있는 관점에 근거하여 와류 흐름을 형성하는데 있어서의 새로운 구조적 형상을 통해 흐름 저항을 최소화할 수 있음을 발견하였고, 이러한 특징적인 구조적 형상을 갖는 유체 흐름 와류 형성 장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한, 본 발명은 매우 효율적인 유체 흐름을 제공함으로써 다양한 산업 분야 및 기계 장비에 적용되어 최적의 효율을 도모할 수 있는 유체 흐름 와류 형성 장치를 제공하는데 다른 목적이 있다.

본 발명의 해결과제는 이상에서 언급한 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

상기 목적들 및 다른 특징들을 달성하기 위한 본 발명의 일 관점에 따르면, 일단에서 타단까지 소정 각도로 트위스트(twist)된 둘 이상의 판형 트위스트부를 갖는 트위스트 부재로 이루어지며, 상기 둘 이상의 판형 트위스트부는 선행 트위스트부의 선형 단과 이에 연속하는 후행 트위스트부의 선형 단이 서로 교차하는 관계로 이어지는 것을 특징으로 하는 유체 흐름 와류 형성 장치를 제공한다.

본 발명의 다른 관점에 따르면, 일단에서 타단까지 소정 각도로 트위스트(twist)된 둘 이상의 판형 트위스트부를 갖는 트위스트 부재로 이루어지며, 상기 둘 이상의 판형 트위스트부는 선행 트위스트부의 일면과 타면을 통해 흐르는 흐름이 후행 트위스트부의 일면과 타면에서 합류되어 흐르도록 형성되는 유체 흐름 와류 형성 장치를 제공한다.

상기 둘 이상의 판형 트위스트부는 별개로 형성되고, 상기 판형 트위스트 중 적어도 하나에는 서로가 끼움 결합될 수 있는 끼움 결합공이 형성될 수 있다.

상기 판형 트위스트부의 트위스트 각은 85°내지 95°의 범위로 되는 것이 바람직하다.

이웃하는 상기 선행 트위스트부의 선형 단과 후행 트위스트부의 선형 단이 교차하는 교차 각은 85°내지 95°의 범위로 되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 트위스트 부재의 판형 트위스트부 중 최후방 측에 위치되는 판형 트위스트부의 말단에는 유체의 와류 형태 흐름을 직선 흐름으로 전환하기 위한 기류 변환수단을 구비할 수 있다.

상기 기류 변환수단은 상기 최후방 판형 트위스트부의 말단에서 선형으로 연장되어 형성되는 판형 부재로 이루어지며, 상기 판형 부재에는 배압 관통공이 형성되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치는 배관에서의 유체 흐름을 흐름 저항을 최소화하여 최적의 흐름을 갖도록 제공할 수 있어 신속하고 효율적으로 유체의 진행을 도모할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 매우 효율적인 유체 흐름을 제공함으로써 다양한 산업 분야 및 기계 장비에 적용되어 장비의 효율을 증대시키는 효과가 있다.

특히 본 발명은 가스 흐름 계통 즉 차량의 배기 계통에 적용될 경우, 엔진으로부터 발생된 배기가스를 외부로 배출함에 있어 유속을 증가시켜 배기력을 향상시킴과 동시에, 발생된 배기가스가 엔진 내부에 정체되는 것을 방지하여 전체적인 엔진 출력을 높일 수 있고, 배출가스의 배기 저항을 감소시킬 뿐만 아니라, 진동과 소음도 현저히 감소시킬 수 있으며, 장치의 신뢰성을 높이고 수명을 연장할 수 있는 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어 질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 2는 본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치의 구성을 나타내는 정면도이다.
도 3은 본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치에서의 유체 흐름을 화살표로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치의 제작 실시 예를 설명하기 위한 분해 구성도이다.
도 5는 본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치가 배관에 설치되는 예를 설명하기 위한 사시도이다.

본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 다음의 상세한 설명 및 첨부도면으로부터 보다 명료하게 이해될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에 앞서, 본 발명은 다양한 변경을 도모할 수 있고, 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 아래에서 설명되고 도면에 도시된 예시들은 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도는 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

또한, 명세서에 기재된 "...부", "...유닛", "...모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.

또한, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 도면 부호에 관계없이 동일한 구성 요소는 동일한 참조부호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

이하 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 도 1은 본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치의 구성을 나타내는 사시도이고, 도 2는 본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치의 구성을 나타내는 정면도이다.

도 1 및 도 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치는 일단에서 타단까지 소정 각도로 트위스트(twist)된 둘 이상의 판형 트위스트부(110, 120)를 갖는 트위스트 부재(100)로 이루어지며, 선행 트위스트부(제1 트위스트부)(110)의 선형 단과 이에 연속하는 후행 트위스트부(제2 트위스트부)(120)의 선형 단은 서로 교차하는 관계로 이어지는 것을 특징으로 한다.

상기 트위스트 부재(100)의 판형 트위스트부(110, 120)에서, 선행 트위스트부(110)의 선형 단과 후행 트위스트부(120)의 선형 단이 교차하는 교차 각(a)은 0°초과 180°미만의 범위로 될 수 있으며, 바람직하게는 85°내지 95°인 것이 바람직하며, 특히 바람직하게는 90°인 것이 바람직하다.

또한, 본 발명에서 상기 트위스트 부재(100)를 구성하는 판형 트위스트부(110, 120)는 일단에서 타단까지 소정 각도로 트위스트된 트위스트 각(b)(도 2 참조)은 45°이상 180°미만의 범위로 될 수 있으며, 바람직하게는 85°내지 95°인 것이 바람직하며, 특히 바람직하게는 90°인 것이 바람직하다.

이러한 두 트위스트부(110, 120)의 교차 각(a)과 트위스트 각(b)은 본 출원의 발명자가 차량용 배기 계통의 머플러에 적용시켜 거듭한 실험 결과를 통하여 도출한 결과이다.

도 3은 본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치에서의 유체 흐름을 화살표로 나타내는 도면이다.

구체적으로, 본 발명자는 교차 각(a)이나 트위스트 각(b)이 180°인 경우 그 와류 형성 부재(100)에 의해 선형의 유체 흐름을 와류 흐름으로 전환함에 있어서 입구 지점으로부터 그 180°트위스트된 지점까지 와류 형성 부재를 타고 가는 유체는 방향이 전환되는 지점(대략 90°)에서 와류 저항 손실이 발생하는 것으로 판단되었던 바, 와류 유체 흐름의 방향이 전환되는 지점을 고려하여 해당 지점에서 방향을 전환시키지 않고 후속 트위스트부(120)의 전단에서 합류하여 다시 와류 흐름을 새로이 생성하도록 한 것이다.

구체적으로, 도 3에 나타낸 바와 같이 상기 트위스트 부재(100)에 흐르는 흐름은 선행 트위스트부(110)의 일면을 타고 흐르는 와류(이하, '일면 와류'라 함)(실선으로 나타냄)와 타면을 타고 흐르는 와류(이하, '타면 와류'라 함)(점선으로 나타냄)로 나눠져 해당 트위스트 각만큼 트위스트 되면서 진행하고, 교차 형성되는 후행 트위스트부(120)의 전단에서 합류되어 선행 트위스트부(110)의 일면 와류는 후행 트위스트부(120)의 일면 및 타면으로 흐르고, 선행 트위스트부(110)의 타면 와류도 후행 트위스트부(120)의 일면 및 타면으로 흐른다.

즉, 후행 트위스트부(120)의 일면 및 타면에는 선행 트위스트부(110)의 일면 및 타면을 흐르는 와류가 각각 합류되어 그 후행 트위스트각 만큼 트위스트 되면서 진행하게 된다.

이와 같이 본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치는 그 전체 길이에 따라 와류 형태의 흐름을 형성하는데, 그 선행 트위스트부(110)와 후행 트위스트부(120)가 서로 이어지는 교차부에서는 트위스트 흐름이 합류되어 새로운 흐름(합류 연속 흐름)을 형성하게 되고, 그 후행 트위스트부(120)의 트위스트 각만큼 트위스트 되면서 진행하게 된다. 물론, 후행 트위스트부(120)의 이후 후행 트위스트부에서도 동일한 형태의 흐름을 갖게 된다.

이러한 특징적인 구성 형태를 토대로, 차량의 머플러 장치에 적용시킨바, 배기 저항이 감소되어 배기 가스의 유속이 증가되고, 진동과 소음도 현저히 감소 됨을 알았다.

상기한 설명 및 도면에서는 판형 트위스트부(110, 120)가 2개로 형성된 것을 도시 예로 나타내고 있는 것으로, 앞서 설명한 바와 같이 판형 트위스트부는 셋 이상으로 이루어질 수 있으며, 적용되는 기관이나 장치의 특성에 따라 그 개수는 적절히 선택될 수 있다.

본 발명의 유체 흐름 와류 형성 장치에서 선단이 서로 교차하는 둘 이상의 판형 트위스트부를 갖는 트위스트 부재(100)는 판형 트위스트부가 일체로 형성될 수 있으며, 제작 공정 및 용이한 적용성을 고려하여 별개로 구성하여 조립할 수 있다.

한편, 본 발명은 트위스트 부재(100)의 판형 트위스트부(110, 120) 중 최후방 측에 위치되는 판형 트위스트부(120)의 말단에는 유체(예를 들면, 가스)의 와류 형태 흐름을 직선 흐름으로 전환시키기 위한 기류 변환수단(200)을 포함한다(도 1 참조).

상기 기류 변환수단(220)은 판형 트위스트부(110, 120)에 의해 유체의 흐름이 와류 형태로 진행되는 것을 최하류 측에서 직선 형태로 흐르도록 변환시켜 주기 위한 수단이다.

상기 기류 변환수단(200)은 판형 트위스트부(120)의 선형 말단에서 선형으로 연장되어 형성되는 판형 부재로 이루어진다.

상기 판형 부재는 판형 트위스트부(120)의 제작 시 일체로 형성될 수 있으며, 별개로 형성시켜 그 판형 트위스트부(120)의 하류 측 선단에 설치되도록 구성할 수 있다. 상기 판형 부재에는 배압 관통공(210)이 형성된다. 이러한 배압 관통공(210)을 통해 그 상하부 측의 압력을 균압으로 할 수 있다.

이와 같이 형성되는 기류 변환수단(200)은 판형 트위스트부(110, 120)에 의해 그 말단부에서 유체 흐름의 회전이 끝날 때, 유체 압력이 배관(300)(도 5 참조) 내벽 쪽으로 받는 것을 직선 판형 부재 쪽으로 분산시켜 배기가스 방향을 직선 방향으로 바꾸어 준다.

이에 따라 트위스트 부재(100)의 말단부에서 배관 내벽 쪽으로 작용하는 배기압을 분산시킴으로써 그 트위스트 부재(100)가 배관(300)으로부터 떨어지는 것을 방지함과 동시에, 배관 진동 및 소음을 감소시키고 유체를 원활하게 배출할 수 있도록 한다.

도 4는 본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치의 제작 실시 예를 설명하기 위한 분해 구성도이고, 도 5는 본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치가 배관에 설치되는 예를 설명하기 위한 사시도이다.

도 4는 본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치에서 트위스트 부재를 구성하는 판형 트위스트부(110, 120)가 각각 별개로 구성되는 경우를 나타낸 것으로서, 일단에서 타단까지 소정 각도로 트위스트(twist)된 둘 이상의 판형 트위스트부를 각각 별개로 형성하고, 상기 판형 트위스트 중 적어도 하나에는 서로가 끼움 결합될 수 있는 끼움 결합공(111, 121, 131)이 형성된다.

상기 끼움 결합공(111, 121, 131)은 그 판형 트위스트부의 두께와 동일한 폭을 가짐으로써 억지 끼워맞춤을 통해 서로 연결될 수 있다.

도 4에서 끼움 결합공(111, 121, 131)은 판형 트위스트부에 모두 형성되는 경우를 나타내고 있지만, 어느 이웃하는 어느 하나의 판형 트위스트부에만 형성할 수도 있음은 명백한 것이다.

상기와 같은 본 발명에 따른 유체 흐름 와류 형성 장치는 배관에서의 유체 흐름을 흐름 저항을 최소화하여 최적의 흐름을 갖도록 제공할 수 있어 신속하고 효율적으로 유체의 진행을 도모할 수 있고, 적용 장비의 효율을 증대시킬 수 있다.

특히 본 발명은 가스 흐름 계통 즉 차량의 배기 계통에 적용될 경우, 엔진으로부터 발생된 배기가스를 외부로 배출함에 있어 유속을 증가시켜 배기력을 향상시킴과 동시에, 발생된 배기가스가 엔진 내부에 정체되는 것을 방지하여 전체적인 엔진 출력을 높일 수 있고, 배출가스의 배기 저항을 감소시킬 뿐만 아니라, 진동과 소음도 현저히 감소시킬 수 있으며, 장치의 신뢰성을 높이고 및 수명을 연장할 수 있다.

본 명세서에서 설명되는 실시 예와 첨부된 도면은 본 발명에 포함되는 기술적 사상의 일부를 예시적으로 설명하는 것에 불과하다. 따라서, 본 명세서에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술적 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이므로, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아님은 자명하다. 본 발명의 명세서 및 도면에 포함된 기술적 사상의 범위 내에서 당업자가 용이하게 유추할 수 있는 변형 예와 구체적인 실시 예는 모두 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 트위스트 부재
110, 120: 판형 트위스트부
111, 121: 끼움 결합공
a: 교차 각
b: 트위스트 각

Claims (8)

1. 일단에서 타단까지 소정 각도로 트위스트(twist)된 둘 이상의 판형 트위스트부를 갖는 트위스트 부재로 이루어지며,
   상기 둘 이상의 판형 트위스트부는 선행 트위스트부의 선형 단과 이에 연속하는 후행 트위스트부의 선형 단이 서로 교차하는 관계로 이어지는 것을 특징으로 하며,
   상기 트위스트 부재의 판형 트위스트부 중 유체의 흐름에서 하류 측인 최후방 측에 위치되는 판형 트위스트부의 말단에는 유체의 와류 형태 흐름을 직선 흐름으로 전환하기 위한 기류 변환수단을 구비하고,
   상기 기류 변환수단은 상기 최후방 판형 트위스트부의 말단에서 선형으로 연장되어 형성되는 판형 부재로 이루어지고,
   상기 판형 부재에는 배압 관통공이 형성되고,
   상기 둘 이상의 판형 트위스트부는 별개로 형성되며,
   상기 판형 트위스트 중 적어도 하나에는 서로가 끼움 결합될 수 있는 끼움 결합공이 형성되는
   유체 흐름 와류 형성 장치.
   
2. 삭제
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 판형 트위스트부의 트위스트 각은 85°내지 95°의 범위로 되는
   유체 흐름 와류 형성 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   이웃하는 상기 선행 트위스트부의 선형 단과 후행 트위스트부의 선형 단이 교차하는 교차 각은 85°내지 95°의 범위로 되는
   유체 흐름 와류 형성 장치.
   
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제

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