KR101814096B1 - 인라인형 유체 혼합 장치 - Google Patents

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아사히 유키자이 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 제 1 입구부(20)에서 제 1 통로부(16)에 걸쳐서 제 1 입구 유로(3)를 형성하는 제 1 유로 형성 수단(2)과, 제 2 입구부(21)에서 제 2 통로부(19)에 걸쳐서 제 2 입구 유로(4)를 형성하는 제 2 유로 형성 수단(1, 2)과, 좁은 직경부(8)에서 확대 직경부(9) 및 출구부(22)에 걸쳐서 유로 면적이 확대되면서, 좁은 직경부(8)의 단부에 있어서 제 1 입구 유로(3) 및 제 2 입구 유로(4)에 각각 연통하는 출구 유로(5)를 형성하는 제 3 유로 형성 수단(1)과, 제 1 입구 유로(3) 및 제 2 입구 유로(4) 중 적어도 한쪽에 있어서 선회류를 발생시키는 선회류 발생 수단(12)을 구비하는 인라인형 유체 혼합 장치를 제공하는 것이다.

Description

인라인형 유체 혼합 장치{In-line Fluid Mixing Device}
본 발명은 화학 공장, 반도체 제조 분야, 식품 분야, 의료 분야, 바이오 분야 등의 각종 산업에서의 유체 수송 배관에 이용되는 유체 혼합 장치에 관한 것이다. 특히, 배관 라인 내에서 복수의 유체를 혼합하여 균일하게 교반할 수 있는 인라인형 유체 혼합 장치에 관한 것이다.
종래, 복수의 유체를 인라인으로 혼합하는 방법으로는 도 13에 나타내는 바와 같은 축소 직경부(104), 슬롯부(105), 확대 직경부(106)가 연속하여 형성된 조임 유로를 가지는 벤투리관(Venturi tube)을 사용한 방법이 이용되고 있다. 도 13에서는 입구 유로(101)로부터 유입된 메인 유체는, 축소 직경부(104), 슬롯부(105), 확대 직경부(106)의 순서로 통과하여 출구 유로(103)로 유출된다. 이러한 경우, 슬롯부(105)의 단면적은 입구 유로(101) 및 출구 유로(103)의 단면적보다 작게 설계되어 있다. 이 때문에, 슬롯부(105)를 흐를 때에 유속이 증대되고, 이에 따라 슬롯부(105) 부분에서 부압이 발생한다. 그 결과, 슬롯부(105) 부근에 연통되어 있는 흡인 유로(102)로부터 부압에 의하여 서브 유체가 흡인되고, 메인 유체와 혼합되어 출구 유로(103)로부터 유출된다. 이와 같은 인라인형 유체 혼합 장치의 이점은, 서브 유체를 주입하기 위한 특별한 장치, 예를 들어 펌프 등이 불필요하게 되는 것이다.
하지만, 이와 같은 유체 혼합 장치에서는, 흡인되는 유체가 슬롯부(105)의 내주에 연통한 흡인 유로(102)보다 둘레 방향으로 치우친 방향에서 합류하므로, 유로 내에서 혼합 얼룩이 발생하기 쉽다. 이러한 혼합 얼룩을 회피하고, 보다 균일하게 혼합 교반하기 위해서는 인라인형 유체 혼합 장치의 하류측에 정지형 믹서 등을 더 설치할 필요가 있다.
상기 문제점을 해결하기 위하여, 도 14에 나타내는 바와 같은 제트 노즐을 이용한 액체 혼합 장치(일본공개특허공보 2009-154049호를 참조)가 제안되어 있다. 이러한 액체 혼합 장치는, 원수(原水) 통로(107)에 약액 도입 펌프(108)에 의하여 토출되는 약액의 이젝터(ejector)(109)와 이젝터(109)의 하류측에 설치된 믹서(110)를 구비하고, 이젝터(109)의 노즐 부재(111) 바로 하류측에 노즐 부재(111)의 제트(112)보다 단면적이 큰 부압 발생 공간(113)이 형성된다. 노즐 부재(111)의 내부 통로(114)에는 원수 통로(107)로부터 원수가 도입되고, 도입된 원수가 제트(112)로부터 분사됨에 따라 부압 발생 공간(113)에 부압이 발생하여, 도입 연락 통로(115)로부터 약액이 도입된다.
이와 같은 이젝터(109)를 이용하면, 도입 연락 통로(115)로부터 유입되는 약액은 노즐 부재(111)의 외벽(116)을 따라서 모든 둘레 방향에서 원수로 혼입된다. 이 때문에, 종래의 벤투리관을 이용한 혼합 방법에 비하여 약액을 보다 균일하게 혼합할 수 있게 된다.
하지만, 상술한 종래의 액체 혼합 장치에 있어서는, 도입 연락 통로(115)로부터 유입되는 약액은 노즐 부재(111)의 외벽(116)의 외주에서의 가장 짧은 루트의 유로를 통하여 부압 발생 공간(113)으로 치우쳐서 흐르기 쉽다. 즉, 도 14의 아래쪽에서 부압 발생 공간(113)으로는 약액이 흐르기 어렵다. 이 때문에, 원수와 약액의 충분한 혼합이 불가능하여 혼합 얼룩이 발생하기 쉽다. 이러한 혼합 얼룩을 회피하기 위해서는, 이젝터(109)의 하류측에 정지형 믹서 등을 설치할 필요가 있으며, 이러한 경우에는 장치 전체가 복잡하게 되어서 장치의 제조 비용이 증대된다.
한편, 노즐 부재(111)의 제트(112)의 단면적을 더욱 작게 하여 원수가 분사되는 속도를 증가시킴으로써 혼합 효과를 높이는 것이 가능하다. 하지만, 원수의 유속이 일정 이상이 되면, 공동현상(cavitation)이 발생하고, 발생한 공동현상에 의하여 이젝터(109)의 하류측에 위치하는 배관의 내벽이 손상될 우려가 있다.
본 발명의 목적은, 복수의 유체를 균일하게 혼합할 수 있으며, 공동현상이 발생하는 조건에서도 배관 내벽의 손상을 방지할 수 있는 인라인형 유체 혼합 장치를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 인라인형 유체 혼합 장치는, 제 1 입구부와, 길이 방향으로 연장 설치된 제 1 통로부를 가지고, 제 1 입구부에서 제 1 통로부에 걸쳐서 제 1 입구 유로를 형성하는 제 1 유로 형성 수단과, 제 2 입구부와, 제 1 통로부의 주위를 포위하는 테이퍼면을 따라서 연장 설치된 제 2 통로부를 가지며, 제 2 입구부에서 제 2 통로부에 걸쳐서 제 2 입구 유로를 형성하는 제 2 유로 형성 수단과, 좁은 직경부와, 확대 직경부와, 출구부를 가지고, 좁은 직경부에서 확대 직경부 및 출구부에 걸쳐서 유로 면적이 확대되면서, 좁은 직경부의 단부에 있어서 제 1 입구 유로 및 제 2 입구 유로에 각각 연통하는 출구 유로를 형성하는 제 3 유로 형성 수단과, 제 1 입구 유로 및 제 2 입구 유로 중 적어도 한쪽에 있어서 선회류를 발생시키는 선회류 발생 수단을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 명세서 중에 포함되어 있음.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태의 인라인형 유체 혼합 장치를 나타내는 종단면도이다.
도 2는 도 1의 주요부 확대도이다.
도 3은 도 1의 인라인형 유체 혼합 장치의 본체에 형성된 홈부를 나타내는 정면도이다.
도 4는 도 1의 인라인형 유체 혼합 장치의 본체에 형성된 홈부의 다른 변형예를 나타내는 정면도이다.
도 5는 비교 시험용 인라인형 유체 혼합 장치의 본체에 형성된 홈부를 나타내는 정면도이다.
도 6은 본 발명의 제 1 실시형태의 인라인형 유체 혼합 장치의 성능을 나타내는 그래프이다.
도 7은 본 발명의 제 2 실시형태의 인라인형 유체 혼합 장치의 노즐에 형성된 홈부를 나타내는 정면도이다.
도 8은 도 7의 노즐에 형성된 홈부의 다른 변형예를 나타내는 정면도이다.
도 9의 (a)는 본 발명의 제 3 실시형태의 인라인형 유체 혼합 장치의 본체를 나타내는 종단면도이다.
도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 변형예를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시형태의 인라인형 유체 혼합 장치의 노즐을 나타내는 측면도이다.
도 11의 (a)는 본 발명의 제 5 실시형태의 인라인형 유체 혼합 장치를 나타내는 단면도이다.
도 11의 (b)는 도 11의 (a)의 노즐을 나타내는 사시도이다.
도 12는 본 발명의 제 6 실시형태의 인라인형 유체 혼합 장치를 나타내는 종단면도이다.
도 13은 종래의 벤투리관을 나타내는 종단면도이다.
도 14는 종래의 액체 혼합 장치를 나타내는 종단면도이다.
- 제 1 실시형태 -
이하, 도 1 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 인라인형 유체 혼합 장치에 대하여 설명한다. 도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 인라인형 유체 혼합 장치의 구성을 나타내는 종단면도이고, 도 2는 도 1의 주요부 확대도이다. 이러한 유체 혼합 장치는 외형이 대략 원주 형상의 본체(1)와, 본체(1)에 끼워 맞추어지는 외형이 대략 원주 형상의 노즐 부재(2)를 가진다.
본체(1)의 일단면에는 노즐 부재(2)가 끼워진 수용부(6)가 설치되고, 타단면에는 출구 유로(5)를 형성하는 출구 개구부(22)가 설치되어 있다. 수용부(6)의 내주면의 개구측에는 암나사부(11)가 설치되어 있다. 수용부(6)의 바닥면(23)에는 둥근 고리 형상 홈부(10)가 형성되고, 둥근 고리 형상 홈부(10)의 외주면은 암나사부(11)의 대략 연장선 상에 위치하고 있다. 본체(1)의 내부에는, 수용부(6)의 바닥면 중심부에 형성되고, 출구 개구부(22)를 향하여 원추 사다리꼴 형상으로 직경이 축소되는 축소 직경부(7)와, 축소 직경부(7)에 연결 설치되며, 원통면을 이루는 슬롯부(좁은 직경부)(8)와, 슬롯부(7)에 연결 설치되어, 출구 개구부(22)를 향하여 원추 사다리꼴 형상으로 직경이 확대되는 확대 직경부(9)가 각각 본체(1)의 중심축(원주의 중심축)과 같은 축 상에 형성되어 있다. 이들 축소 직경부(7)와 슬롯부(8)와 확대 직경부(9)에 의하여, 축소 직경부(7)에서 출구 개구부(22)에 걸쳐서 벤투리 효과를 가지는 출구 유로(5)가 형성되어 있다. 또한, 확대 직경부(9)의 단부로부터 출구 개구부(22)까지는 원통면에 의하여 유로가 형성되어 있다.
도 3은 본체(1)의 수용부(6)의 바닥면(23)의 정면도(도 1의 Ⅲ-Ⅲ선 단면도)이다. 도 3에 나타내는 바와 같이, 본체(1)의 외주면에는 둘레 방향의 소정 위치(도 3에서는 꼭대기부)에 제 2 입구 개구부(21)가 설치되고, 제 2 입구 개구부(21)는 둥근 고리 형상 홈부(10)에 연통하고 있다. 수용부(6)의 바닥면(23)에는 둥근 고리 형상 홈부(10)로부터 축소 직경부(7)의 둘레에 걸쳐서 복수의 방사 곡선 형상의 홈부(12)가 둘레 방향에 등간격으로 형성되어 있다.
도 1에 나타내는 바와 같이, 노즐 부재(2)는 외주면에 수나사부(15)가 설치된 원주부(13)와, 원주부(13)의 일단면에 원주부(13)와 같은 축 상이면서 원추 사다리꼴 형상으로 돌출 설치된 돌출부(14)를 가진다. 원주부(13)의 타단면에는 제 1 입구 개구부(20)가 설치되고, 돌출부(14)의 끝면에는 토출구(16)가 설치되어 있다. 노즐 부재(2)의 내부에는 유로의 도중에서 토출구(16)를 향하여 직경이 축소된 원추 사다리꼴 형상의 테이퍼부(17)가 노즐 부재(2)의 중심축과 같은 축 상에 설치되고, 제 1 입구 개구부(20)로부터 토출구(16)에 걸쳐서 출구측에서 좁아지는 제 1 입구 유로(3)가 형성되어 있다. 또한, 제 1 입구 개구부(20)로부터 테이퍼부(17)의 일단부 및 테이퍼부(17)의 타단부에서 토출구(16)까지는 원통면에 의하여 유로가 형성되어 있다.
노즐 부재(2)의 수나사부(15)는 원주부(13)의 끝면(24)이 본체(1)의 수용부(6)의 바닥면(23)에 맞닿을 때까지 본체(1)의 수용부(6)의 암나사부(11)에 밀봉 상태로 나사 결합되고, 노즐 부재(2)가 본체(1)의 수용부(6)에 끼워져 삽입되어 있다. 이때, 본체(1)의 축소 직경부(오목부)(7) 내에 돌출부(볼록부)(14)가 수용되며, 본체(1)의 수용부(6)의 바닥면(23)에 설치된 홈부(12)와 노즐 부재(2)의 돌출부(14)측의 끝면(24)에 의하여 연통 유로(18)가 형성되어 있다. 더욱이, 본체(1)의 축소 직경부(7)의 내주면(테이퍼면)과 노즐 부재(2)의 돌출부(14)의 외주면(테이퍼면) 사이에는 클리어런스(clearance)가 형성되며, 이러한 클리어런스에 의하여 테이퍼면을 따라서 고리 형상 유로(19)가 형성되어 있다.
이에 따라, 제 2 입구 개구부(21)로부터 둥근 고리 형상 홈부(10), 연통 유로(18) 및 고리 형상 유로(19)를 통하여 본체(1)의 슬롯부(8)에 연통하고, 출구측에서 좁아지는 제 2 입구 유로(4)가 형성되어 있다. 또한, 본체(1)의 수용부(6)의 바닥면(23)과 노즐 부재(2)의 돌출부(14)측의 끝면(24)이 맞닿지 않고, 양자 사이에 적절한 클리어런스가 형성되어도 좋다. 클리어런스가 형성되는 경우, 그러한 클리어런스 부분과 홈부(12) 부분이 둥근 고리 형상 홈부(10)와 고리 형상 유로(19)를 연통하는 연통 유로(18)를 형성한다.
홈부(12)의 형상은 도 3에 나타내는 것으로 한정되지 않으며, 예를 들어 도 4에 나타내는 바와 같이, 노즐 부재(2) 내의 제 1 입구 유로(3)의 중앙축선에 대하여 편심(偏芯)하여 직선 형상으로 복수의 홈부(12b)를 설치하여도 좋다. 즉, 노즐 부재(2) 내의 유로 중앙축선과는 교차하지 않고 직경 방향 바깥쪽으로 연장되는 직선을 따라서 홈부(12b)를 설치하여도 좋으며, 선회류를 발생시키기 위하여 축소 직경부(7)의 둘레부의 원주에 대하여 맞닿아 연통하고 있다면, 홈부(12)의 형상은 특별히 한정되지 않는다. 홈부(12)의 단면 형상 및 홈부(12)의 개수에 대하여도 특별히 한정되지 않는다.
또한, 본체(1) 및 노즐 부재(2)의 재질은, 사용하는 유체에 의하여 잠기지 않는 재질이라면 특별히 한정되지 않고, 폴리염화비닐, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 등 어느 것이라도 좋다. 특히 유체로서 부식성 유체를 이용하는 경우에는, 폴리테트라플루오르에틸렌, 폴리비닐리덴플루오르라이드, 테트라플루오르에틸렌·퍼플루오르알킬비닐에테르 공중합 수지 등의 불소 수지인 것이 바람직하다. 불소 수지제라면 부식성 유체에 이용할 수 있으며, 부식성 가스가 투과하여도 배관 부재의 부식의 우려가 없으므로 적합하다. 본체(1) 또는 노즐 부재(2)의 구성재를 투명 또는 반투명한 부재로 하여도 좋으며, 이러한 경우에는 유체의 혼합 상태를 눈으로 보아 확인할 수 있으므로 적합하다. 유체 혼합기에 흐르는 물질에 따라서는 각 부품의 재질은 철, 구리, 구리 합금, 놋쇠, 알루미늄, 스테인리스, 티탄 등의 금속이나 합금이어도 좋다. 특히 유체가 식품인 경우, 위생적으로 수명이 긴 스테인리스가 바람직하다. 본체와 노즐의 조립 방법은 나사 결합, 용접, 용착, 접착, 핀 고정, 끼워 맞춤 등의 내부 유체의 밀폐성이 유지되는 방법이라면 어떤 방법이라도 좋다. 제 1 입구 개구부(20), 제 2 입구 개구부(21) 및 출구 개구부(22)에는 각각 유체를 도입 및 배출하기 위한 배관(미도시)이 접속되는데, 그 접속 방법은 특별히 한정되지 않는다.
이하, 본 발명의 제 1 실시형태의 동작에 대하여 설명한다. 본 발명의 제 1 실시형태에 따른 인라인형 유체 혼합 장치에 있어서는, 제 1 입구 개구부(20)로부터 메인 유체를 도입하여 발생한 부압에 의하여 제 2 입구 개구부(21)로부터 서브 유체가 흡인되는 경우와, 제 2 입구 개구부(21)로부터 메인 유체를 도입하여 조임 유로에 발생한 부압에 의하여 제 1 입구 개구부(20)로부터 서브 유체가 흡인되는 경우 중 어떤 것을 선택할 수 있다.
우선, 보다 효과적으로 양 유체의 혼합을 할 수 있는 제 2 입구 개구부(21)로부터 메인 유체를 도입하는 경우에 대하여 설명한다.
도 1에 있어서, 제 2 입구 개구부(21)로부터 펌프 등의 압송 수단에 의하여 도입된 메인 유체는, 제 2 입구 유로(4)를 통과하여 흐른다. 즉, 둥근 고리 형상 홈부(10)로부터 연통 유로(18) 및 고리 형상 유로(19)를 거쳐서 본체(1)의 슬롯부(8)로 유입된다. 둥근 고리 형상 홈부(10)로부터 연통 유로(18)로 메인 유체가 흐를 때, 유로의 개구 면적이 축소되므로, 둥근 고리 형상 홈부(10) 내에서 일시적으로 메인 유체가 넘친다. 이러한 상태에서 메인 유체는 연통 유로(18)를 통하여 고리 형상 유로(19)로 흐르므로, 슬롯부(8)에 유로의 전체 둘레에서 균일하게 메인 유체가 흘러들어간다. 이때, 연통 유로(18)는 고리 형상 유로(19)에 대하여 메인 유체의 흐름이 방사 곡선 형상이 되도록 형성되어 있으므로, 둥근 고리 형상 홈부(10)에 도입된 메인 유체는 고리 형상 유로(19) 내를 선회하면서 고리 형상 유로(19)의 전체 둘레에서 균일하게 슬롯부(8)로 흐른다. 슬롯부(8)로 유입된 메인 유체는 선회류가 되어서 출구 유로(5)를 흐른다. 즉, 확대 직경부(9)를 통하여 출구 개구부(22)로 향하는데, 선회류는 확대 직경부(9)의 내주면을 따라서 흐르므로, 선회류의 회전 반경이 서서히 커진다.
제 2 입구 개구부(21)로부터 고리 형상 유로(19)를 거쳐서 슬롯부(8)로 유입된 메인 유체는, 조임 유로인 축소 직경부(7), 슬롯부(8), 확대 직경부(9)를 순서대로 흘러가고, 이에 따라 벤투리 효과에 의하여 슬롯부(8)에서 부압이 발생한다. 슬롯부(8)에 부압이 발생함으로써, 슬롯부(8)에는 노즐 부재(2)의 제 1 입구 개구부(20), 제 1 입구 유로(3) 및 돌출부(14) 선단의 토출구(16)를 통하여 서브 유체가 흡인되고, 슬롯부(8)에서 메인 유체에 합류한다. 슬롯부(8)에는 고리 형상 유로(19)를 통하여 모든 둘레에서 치우치지 않고 메인 유체가 선회류로서 흘러들어가고 있으며, 이러한 선회류에 의하여 발생하는 메인 유체의 교반 작용에 의하여 메인 유체와 서브 유체가 얼룩 없이 균일하게 혼합된다.
이때, 혼합된 유체의 유속이 빨라지면, 슬롯부(8)로부터 확대 직경부(9)로 흐를 때에 공동현상이 발생한다. 하지만, 본 실시형태에서는, 고리 형상 유로(19)로부터 슬롯부(8)로 유입된 메인 유체는 선회류가 되어서 확대 직경부(9)의 내주면을 따라서 흐르므로, 공동현상에 의하여 발생한 기포는 관로의 축심 부근에 모인다. 이 때문에, 관벽이 공동현상에 의하여 손상되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 공동현상 작용에 의하여 메인 유체와 서브 유체가 다시 교반되어, 한층 얼룩 없이 균일하게 혼합된다.
일반적으로 배관 내를 흐르는 유체의 유속이 빨라지면 유체의 정압은 저하된다. 하지만, 배관 내를 흐르는 유체에서는, 같은 유량이어도 통상의 축 방향 흐름보다 선회류 쪽이 회전에 의한 흐름이 더해지므로, 절대적인 유속이 빨라져서 정압의 저하가 보다 심하다. 따라서, 본 실시형태와 같이, 고리 형상 유로(19)로부터 슬롯부(8)로 메인 유체를 흐름으로써 조임 유로에 부압을 발생시키고, 제 1 입구 유로(3)로부터 도입되는 서브 유체를 흡인하는 경우에는, 선회류를 발생시켜서 혼합하는 편이 부압이 커져서, 보다 많은 서브 유체를 제 1 입구 유로(3)로부터 흡인할 수 있다. 이에 따라 서브 유체를 흡인하는 능력이 높아져서, 메인 유체와 서브 유체의 혼합 비율의 조정 범위를 확대할 수 있다. 이와 같이 선회류를 발생시킴으로써, 광범위한 혼합 비율로 조절할 수 있는 인라인형 유체 혼합 장치를 얻을 수 있다.
여기에서, 고리 형상 유로(19)로부터 메인 유체가 선회류로서 유입된 경우(실험예 1)와, 선회하지 않고 유입된 경우(비교예 1)의 유량 측정 시험의 시험 결과에 대하여 설명한다. 이러한 유량 측정 시험에서의 인라인형 유체 혼합 장치의 슬롯부(8)의 내부 직경은 6㎜이고, 노즐 부재(2)의 토출구(16)의 내부 직경은 3㎜이다. 시험에 이용한 장치의 제 2 입구 개구부(21)에는 펌프에 의하여 메인 유체(물)를 도입하고, 제 1 입구 개구부(20)에는 압송 수단을 이용하지 않고 서브 유체(물)를 도입하여, 각 개구부(20, 21) 부근에 설치한 유량계로 유량을 측정하였다.
[실험예 1]
실험예 1에서는, 도 3에 나타내는 바와 같이 본체(1)의 홈부(12)를 방사 곡선 형상으로 형성하고, 선회류가 발생하도록 장치를 구성한다. 이러한 장치를 이용하여 장치 내에 흐르는 메인 유체의 유량을 바꿀 때의 제 2 입구 유로(4)에 도입한 메인 유체(물)의 유량과, 제 1 입구 유로(3)로부터 흡인된 서브 유체(물)의 유량을 측정하였다.
[비교예 1]
비교예 1에서는, 도 5에 나타내는 바와 같이 본체(1)의 홈부(25)를 중심축에서 방사 형상으로 형성하고, 선회류가 발생하지 않도록 장치를 구성한다. 이러한 장치를 이용하여 장치 내에 흐르는 메인 유체의 유량을 바꿀 때의 제 2 입구 유로(4)에 도입한 메인 유체(물)의 유량과, 제 1 입구 유로(3)로부터 흡인된 서브 유체(물)의 유량을 측정하였다.
도 6은 상기 실험예 1 및 비교예 1에서의 시험 결과를 나타내는 특성도이다. 도면 안에서 가로축은 제 2 입구 개구부(21)에 도입한 메인 유체(물)의 유량, 세로축은 제 1 입구 개구부(20)로부터 흡인된 서브 유체(물)의 유량이다. 도 6으로부터 같은 유량에서도 선회류를 발생시키는 쪽(실험예 1)이 선회류를 발생시키지 않는 경우(비교예 1)보다 서브 유체의 흡인량이 많다는 것을 알 수 있다.
다음으로, 제 1 입구 개구부(20)로부터 메인 유체를 도입하는 경우에 대하여 설명한다.
제 1 입구 개구부(20)로부터 펌프 등의 압송 수단에 의하여 도입된 메인 유체는 제 1 입구 유로(3)를 통과하여 흐른다. 즉, 테이퍼부(17)를 거쳐서 토출구(16)로부터 슬롯부(8)로 유입된다. 이때, 테이퍼부(17)에서 유로가 좁아짐으로써 메인 유체의 유속이 증가하고, 증속된 메인 유체는 토출구(16)로부터 슬롯부(8)로 흘러, 슬롯부(8)에서 부압이 발생한다. 슬롯부(8)에서 부압이 발생함으로써, 제 2 입구 개구부(21)로부터 고리 형상 유로(19)를 통하여 서브 유체가 흡인된다. 흡인된 서브 유체는 방사 곡선 형상의 연통 유로(18)를 통과함으로써 선회류가 되어, 슬롯부(8)로 유입된다. 메인 유체와 서브 유체가 혼합되는 작용은, 제 2 입구 개구부(21)로부터 메인 유체를 도입하였을 때와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
이상과 같이 본 실시형태에 따른 인라인형 유체 혼합 장치에 의하면, 제 1 입구 개구부(20)와 제 2 입구 개구부(21) 중 어느 곳으로부터 메인 유체를 도입하여도 슬롯부(8)에서 발생한 부압에 의하여 서브 유체를 흡인할 수 있다. 이 때문에, 서브 유체를 흐르는 유로 측에 펌프 등의 압송 수단을 설치할 필요가 없어, 부품수를 저감할 수 있다. 또한, 선회류를 발생시킴으로써 교반 효과가 얻어지는 동시에, 서브 유체의 흡인량을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 실시형태에서는, 메인 유체를 제 1 입구 개구부(20) 및 제 2 입구 개구부(21) 중 어느 한쪽으로부터 도입하고, 유로에 부압을 발생시켜서 다른 쪽의 입구 유로로부터 서브 유체를 흡인하도록 하였는데, 펌프 등의 압송 수단을 보조적으로 이용하여 서브 유체를 인라인형 유체 혼합 장치 내로 도입하여도 좋다. 이때, 압송 수단에 의한 토출 압력이 저압이어도, 양호한 유체 혼합 효과가 얻어진다. 이러한 경우에도 선회류에 의한 교반 효과와 공동현상에 의한 배관 내벽의 손상을 방지하는 효과가 얻어진다.
상기 실시형태에서는, 노즐 부재(2)의 돌출부(14)의 형상을 원추 사다리꼴 형상으로 하였는데, 원주 형상으로 하여도 좋다. 돌출부(14)의 길이는 축소 직경부(7)의 축선 길이와 거의 같던지 약간 짧게 하는 것이 바람직하다. 노즐 부재(2)의 토출구(16)의 내부 직경은 본체(1)의 슬롯부(8)의 내부 직경보다 작은 편이 바람직하고, 예를 들어 슬롯부(8)의 내부 직경에 대한 비율(α)은 0.5~0.9배인 것이 바람직하다. 즉, 토출구(16)의 내부 직경을 슬롯부(8)의 내부 직경보다 작게 하여 슬롯부(8)에서의 유체 혼합을 높이기 위해서는, 토출구(16)로부터 슬롯부(8)로 유입되는 유속이 빠른 편이 좋으며, α는 0.9배 이하인 것이 바람직하다. 또한, 토출구(16)를 통하여 흐르는 유체의 유량을 확보하기 위해서는, α는 0.5배 이상인 것이 바람직하다. 한편, 돌출부(14)의 출구 개구부(22)측의 끝면에 둘레부 외부 직경은 슬롯부(8)의 내부 직경보다 조금 작은 것이 바람직하고, 슬롯부(8)의 내부 직경에 대한 비율(β)은 0.7~0.95배인 것이 바람직하다. 즉, 둘레부 외부 직경을 슬롯부(8)의 내부 직경보다 작게 하여 고리 형상 유로(19)로부터 슬롯부(8)로 유입되는 나선류를 슬롯부(8)의 유로 내주면을 따라서 흐르기 쉽게 하기 위해서는, β는 0.7배 이상인 것이 바람직하다. 또한, 축소 직경부(7)의 내주면에 대하여 클리어런스를 형성하여 고리 형상 유로(19)를 형성하기 위해서는, β는 0.95배 이하인 것이 바람직하다.
인라인형 유체 혼합 장치에 의하여 혼합되는 이종 유체로는, 기체, 액체 등의 물질의 상이 다른 유체, 물질의 온도, 농도, 점도 등이 다른 유체, 물질 자체의 종류가 다른 유체 등 어떠한 것이어도 좋다. 예를 들어, 한쪽을 액체, 다른 쪽을 기체로 하고, 액체에 기체를 혼합하여 용해시킨 경우에도 적용할 수 있다. 이러한 경우, 액체를 공동현상이 발생하는 조건으로 유체 혼합 장치 내에 한쪽 유로로부터 도입하면, 공동현상에 의하여 액체에 용존하고 있는 기체가 기포가 되어서 액체로부터 탈기되므로, 다른 쪽 유로로부터 도입되는 다른 기체(예를 들어, 오존가스 등)를 효과적으로 용해시킬 수 있게 된다.
- 제 2 실시형태 -
도 7, 도 8을 참조하여 본 발명의 제 2 실시형태에 대하여 설명한다. 제 2 실시형태가 제 1 실시형태와 다른 점은 연통 유로(18)의 구성이다. 즉, 제 1 실시형태에서는 본체(1)의 수용부(6)의 바닥면(23)에 홈부(12)를 설치하여 연통 유로(18)를 형성하였는데, 제 2 실시형태에서는 노즐 부재(2)의 돌출부(14)측의 끝면(24)에 홈부를 설치한다. 도 7은 제 2 실시형태에 따른 인라인형 유체 혼합 장치의 주요부 구성을 나타내는 도면이고, 노즐 부재(2)를 도 1의 출구 개구부(22)측에서 봤을 때의 정면도이다. 또한, 도 1, 도 2와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 다음에서는 제 1 실시형태와의 상이점을 주로 설명한다.
도 7에 나타내는 바와 같이, 노즐 부재(2)의 끝면(24)에는 연통 유로(18)를 형성하는 복수의 홈부(26)가 둘레 방향으로 균등하게 설치되어 있다. 또한, 도시는 생략하였지만, 본체(1)의 수용부(6)의 바닥면(23)에 홈부를 형성하지 않는다. 홈부(26)는 노즐 부재(2)의 끝면의 외주로부터 돌출부(14)의 밑부분 둘레에 설치된 외주 홈부(27)의 원주에 대하여 맞닿아서 연통하도록 방사 곡선 형상으로 설치되고, 본체(1)에 노즐 부재(2)를 나사 결합하였을 때에 노즐 부재(2)의 홈부(26)와 본체(1)의 수용부(6)의 바닥면(23)에 의하여 연통 유로(18)가 형성된다. 이에 따라, 제 2 입구 개구부(21)로부터 둥근 고리 형상 홈부(10), 연통 유로(18), 고리 형상 유로(19)를 통하여 본체(1)의 슬롯부(8)에 연통하는 제 2 입구 유로(4)가 형성된다. 이러한 경우, 연통 유로(18)를 흐른 유체는, 돌출부(14)의 외주면을 따른 선회류가 된다. 본 실시형태의 다른 구성 및 동작은 제 1 실시형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
또한, 홈부(26)는 도 7에 나타내는 바와 같은 방사 곡선 형상으로 한정되지 않고, 도 8에 나타내는 바와 같은 유로의 중앙축선에 대하여 편심하여 직선 형상으로 형성된 홈부(26b)여도 좋으며, 외주 홈부(27)의 원주에 대하여 맞닿아서 연통하고 있으면 그 형상은 특별히 한정되지 않는다. 그리고, 홈의 단면 형상 및 홈의 개수에 대해서도 특별히 한정되지 않는다.
본 실시형태와 같이 노즐 부재(2)측에 홈부(26)를 설치함으로써, 분해시의 홈부(26)의 청소가 쉬워진다. 또한, 노즐 부재(2)를 홈부(26)의 구성을 바꾼 다른 노즐 부재(2)로 교환함으로써, 메인 유체의 도입 조건이나 서브 유체의 흡인 조건을 쉽게 변경할 수 있다.
- 제 3 실시형태 -
도 9의 (a), 도 9의 (b)를 참조하여 본 발명의 제 3 실시형태에 대하여 설명한다. 제 3 실시형태가 제 1 실시형태와 다른 점은 연통 유로(18)의 구성이다. 즉, 제 1 실시형태에서는 본체(1)와 노즐 부재(2)가 끼워지는 테이퍼면의 직경 방향 바깥쪽의 수용부 바닥면(23)에 홈부(12)를 설치하여 연통 유로(18)를 형성하였는데, 제 3 실시형태에서는 테이퍼면에 홈부를 설치한다. 도 9의 (a)는 제 3 실시형태에 따른 인라인형 유체 혼합 장치를 구성하는 본체(1)의 구성을 나타내는 종단면도이다. 또한, 도 1, 도 2와 같은 부분에는 같은 부호를 붙이고, 다음에서는 제 1 실시형태와의 상이점을 주로 설명한다.
도 9의 (a)에 나타내는 바와 같이, 본체(1)의 축소 직경부(7)의 내주면에는 나선 형상의 홈부(나선 홈부)(28)가 형성되어 있다. 노즐 부재(2)는 본체(1)의 수용부(6)의 바닥면(23)과 노즐 부재(2)의 돌출부(14)측의 끝면(24) 사이에 적합한 클리어런스를 보유하도록 본체(1)에 나사 결합되고, 이러한 클리어런스에 의하여 연통 유로(18)가 형성되는 동시에, 노즐 부재(2)의 돌출부(14)의 외주면과 본체(1)의 축소 직경부(7)의 나선 홈부(28)에 의하여 고리 형상 유로(19)가 형성된다. 이에 따라, 제 2 입구 개구부(21)로부터 둥근 고리 형상 홈부(10), 연통 유로(18), 고리 형상 유로(19)를 통하여 본체(1)의 슬롯부(8)에 연통되는 제 2 입구 유로(4)가 형성된다. 이러한 경우, 고리 형상 유로(19)를 흐르는 유체는, 돌출부(14)의 외주면을 따른 선회류가 된다. 본 실시형태의 다른 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
다음으로, 제 3 실시형태의 동작에 대하여 설명한다. 제 2 입구 개구부(21)로부터 연통 유로(18)를 거쳐서 고리 형상 유로(19)로 유입된 메인 유체는, 나선 홈부(28)에 의하여 형성된 나선 형상의 고리 형상 유로를 흐름으로써 고리 형상 유로(19) 내를 선회하면서 슬롯부(8)로 유입된다. 슬롯부(8)로 유입된 메인 유체는, 선회류 그대로 출구 유로(5)의 확대 직경부(9)를 통하여 출구 개구부(22)로 향한다. 본 실시형태의 다른 동작은 제 1 실시형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
또한, 나선 홈부(28)의 개수 및 홈의 단면 형상에 대해서는 특별히 한정되지 않는다. 축소 직경부(7)의 내주면과 노즐 부재(2)의 돌출부(14)의 외주면은 맞닿아도 좋고, 적절한 클리어런스를 보유하여도 좋다. 축소 직경부(7)의 내주면과 돌출부(14)의 외주면을 맞닿게 함으로써, 축소 직경부(7)와 돌출부(14)의 유로 축선을 합칠 수 있다. 축소 직경부(7)와 돌출부(14)의 유로 축선을 합치는 것은, 특히 작은 입구 직경인 경우에 중요하다. 또한, 축소 직경부(7)의 내주면과 돌출부(14)의 외주면 사이의 클리어런스를 조정함으로써, 메인 유체의 도입 조건이나 서브 유체의 흡인 조건을 조정할 수 있다.
축소 직경부(7)의 내주면의 전역에 걸쳐서 나선 홈부(28)를 형성하는 것이 아니라, 도 9의 (b)에 나타내는 바와 같이 축소 직경부(7)의 상류측 단부에서 중간부에 걸쳐서만 나선 홈부(28)를 형성하여, 중간부보다 하류측을 평탄하게 형성하여도 좋다. 이러한 구성에 따르면, 축소 직경부(7)와 돌출부(14) 사이의 고리 형상 유로(19)는 나선 홈부(28)를 포함하는 선회부(37)와, 선회 홈부(28)의 하류측에 단순한 클리어런스가 형성된 평탄부(38)를 가진다. 선회부(37)의 길이는, 선회류를 발생시킬 수 있다면 특별히 한정되지 않고, 평탄부(38)의 길이는 선회류(37)에서 발생한 선회류를 고리 형상 유로(19)의 전체 둘레에서 균일하게 슬롯부(8)에 도입할 수 있다면 특별히 한정되지 않는다.
- 제 4 실시형태 -
도 10을 참조하여 본 발명의 제 4 실시형태에 대하여 설명한다. 제 3 실시형태에서는 본체(1)의 축소 직경부(7)의 내주면에 나선 홈부(28)를 형성하였는데, 제 4 실시형태에서는 노즐 부재(2)의 돌출부(14)의 외주면에 나선 홈부를 형성한다. 도 10은 제 4 실시형태에 따른 인라인형 유체 혼합 장치를 구성하는 노즐 부재(2)의 구성을 나타내는 측면도이다. 또한, 도 1, 도 2와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 다음에서는 제 1 실시형태와의 상이점을 주로 설명한다.
도 10에 나타내는 바와 같이, 노즐 부재(2)의 돌출부(14)의 외주면에는 나선 홈부(29)가 형성되어 있다. 노즐 부재(2)는 본체(1)의 수용부(6)의 바닥면(23)과 노즐 부재(2)의 돌출부(14)측의 끝면(24) 사이에 적절한 클리어런스를 보유하도록 본체(1)에 나사 결합되고, 이러한 클리어런스에 의하여 연통 유로(18)가 형성되는 동시에, 노즐 부재(2)의 돌출부(14)의 나선 홈부(29)와 본체(1)의 축소 직경부(7)의 내주면에 의하여 고리 형상 유로(19)가 형성된다. 이에 따라, 제 2 입구 개구부(21)에서 둥근 고리 형상 홈부(10), 연통 유로(18), 고리 형상 유로(19)를 통하여 본체(1)의 슬롯부(8)에 연통하는 제 2 입구 유로(4)가 형성된다. 이러한 경우, 고리 형상 유로(19)를 흐르는 유체는 돌출부(14)의 외주면을 따른 선회류가 된다. 본 실시형태의 다른 구성 및 동작에 대해서는 제 3 실시형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
- 제 5 실시형태 -
도 11의 (a), 도 11의 (b)를 참조하여 본 발명의 제 5 실시형태에 대하여 설명한다. 제 5 실시형태가 상술한 다른 실시형태와 다른 점은 주로 노즐 부재(2)의 형상이다. 즉, 제 5 실시형태에서는 원주부(13)와 돌출부(14) 사이에 외형이 좁은 직경의 중간부(31)를 설치한다. 도 11의 (a)는 제 5 실시형태에 따른 인라인형 유체 혼합 장치의 구성을 나타내는 종단면도이고, 도 11의 (b)는 도 11의 (a)의 노즐 부재(2)의 구성을 나타내는 사시도이다. 또한, 도 1, 도 2와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 다음에서는 제 1 실시형태와의 상이점을 주로 설명한다.
도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이, 본체(1)는 원통부(32a)와 원통부(32a)의 중간부 측면으로부터 돌출 설치된 접속부(32b)를 가지는 대략 T자 형상의 통 형상 케이싱부(34)와, 케이싱부(34) 내에 끼워진 유로부(36)에 의하여 구성되어 있다. 접속부(32b)의 단부에는 제 2 입구 개구부(21)가 설치되어 있다. 원통부(32a)의 양단부 내주면에는 각각 암나사부(33)가 설치되어 있다.
유로부(36)는 일단부측에 외형이 대략 원주 형상의 작은 직경부(36a)를 가지고, 타단부측에 외형이 대략 원주 형상이며 작은 직경부(36a)보다 큰 직경의 큰 직경부(36b)를 가진다. 큰 직경부(36b)의 단부 외주면에는 수나사부(35a)가 설치되고, 수나사부(35a)는 케이싱부(34)의 암나사부(33)에 나사 결합하며, 유로부(36)가 케이싱부(34)에 끼워져 있다. 이러한 끼워진 상태에서는, 케이싱부(34)와 작은 직경부(36a) 사이에 둥근 고리 형상 홈부(10)가 형성되고, 둥근 고리 형상 홈부(10)는 접속부(32a) 내의 유로에 연통하고 있다. 유로부(34)의 내부에는 축소 직경부(7)와 슬롯부(8)와 확대 직경부(9)가 연결 설치되고, 출구 유로(5)가 형성되어 있다.
노즐 부재(2)는 원주부(13)와 돌출부(14) 사이에 노즐 부재(2)의 중심축과 같은 축 상에 외형이 대략 원주 형상인 중간부(31)를 가진다. 중간부(31)의 외부 직경은 중간부(31)에 인접하는 원주부(13)의 외부 직경 및 돌출부(14)의 외부 직경보다 작고, 노즐 부재(2)의 외주면에는 중간부(31)에 의하여 오목부가 형성되어 있다. 도 11의 (b)에 나타내는 바와 같이, 돌출부(14)의 외주면에는 큰 직경측에 나선 홈부(29a)가 설치되고, 작은 직경측에 나선 홈부(29)의 바닥면과 늘어서도록 원추면(29b)이 형성되어 있다. 나선 홈부(29a)의 외주면의 경사 각도(테이퍼 각도)와 축소 직경부(7)의 내주면의 경사 각도(테이퍼 각도)는 서로 같다. 원주부(13)의 단부 외주면에는 수나사부(35b)가 설치되어 있다. 도 11의 (a)에 나타내는 바와 같이 수나사부(35b)는 케이싱부(34)의 암나사부(33)에 나사 결합하고, 노즐 부재(2)는 케이싱부(34) 내에 끼워져 있다.
이렇게 끼워진 상태에서는 돌출부(14)의 나선 홈부(29a)에서의 외주면이 유로부(36)의 축소 직경부(7)의 내주면에 맞닿고, 나선 홈부(29a)의 주위 및 원추면(29b)의 주위에는, 각각 선회부(37) 및 평탄부(38)로 이루어지는 고리 형상 유로(19)가 형성되어 있다. 또한, 중간부(31)의 주위에는, 유로부(36)의 상류측 끝면과, 원주부(13)의 하류측 끝면과, 중간부(31)의 외주면과, 돌출부(14)의 상류측 끝면에 의하여 연통 유로(18)가 형성되어 있다. 이에 따라, 제 2 입구 개구부(21)에서 둥근 고리 형상 홈부(10), 연통 유로(18), 고리 형상 유로(19)를 통하여 슬롯부(8)에 연통하는 제 2 입구 유로(4)가 형성된다.
이와 같은 구성에 의하여, 제 2 입구 개구부(21)를 통하여 도입된 메인 유체는 연통 유로(18)를 흘러서, 돌출부(14)의 상류측의 끝면으로부터 선회부(37)로 유입된다. 선회부(37)에 유입된 메인 유체는 선회류가 되고, 그 후에 평탄부(38)를 흐름으로써 고리 형상 유로(19)의 모든 둘레에서 균일하게 슬롯부(8)로 유입된다.
본 실시형태에 있어서, 고리 형상 유로(19)의 평탄부(37)의 상류측과 하류측의 유로 단면적은 대략 동일한 것이 바람직하다. 이에 따라, 메인 유체가 평탄부(37)를 흐를 때에 메인 유체의 유속이나 유량, 선회류의 흐름의 변동이 억제되어, 양호한 흐름을 유지할 수 있다. 이 때문에, 제 2 입구 유로(4)로부터 유입된 메인 유체의 흐름에 의하여, 슬롯부(8)로 안정적이며 효과적으로 서브 유체를 빨아 들일 수 있다.
본 실시형태에 있어서, 돌출부(14)의 하류측 끝면과 축소 직경부(7)의 하류측 둘레부(축소 직경부(7)와 슬롯부(8)의 접속부)는, 노즐 부재(2)의 중심축선에 수직인 서로 동일한 면 위, 혹은 돌출부(14)의 끝면이 축소 직경부(7)의 둘레부보다 조금 상류측에 위치하는 것이 바람직하다. 즉, 오목부(축소 직경부(7))의 하류측 둘레부와 볼록부(돌출부(14))의 하류측 끝면이 대략 동일한 면 위에 설치되는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 메인 유체가 고리 형상 유로(19)를 통과하면, 고리 형상 유로(19)의 출구 부근에서 유로 단면적이 확대됨으로써 공동현상이 발생한다고 생각된다. 따라서, 공동현상이 발생하기 쉬운 부분에서 메인 유체와 서브 유체가 합류함으로써 메인 유체와 서브 유체를 보다 균일하게 혼합할 수 있다.
또한, 축소 직경부(7)의 하류측 둘레부와 돌출부(14)의 하류측 끝면의 위치관계에 있어서는, 이들을 동일한 면 위에 설치하도록 하여도, 각 부품의 치수 공차나 조립 오차 등에 의하여 돌출부(14)의 끝면이 축소 직경부(7)의 둘레부의 상류측 또는 하류측으로 어긋나는 경우가 있다. 이와 같이 돌출부(14)의 끝면과 축소 직경부(7)의 둘레부가 완전히 동일한 면 위에 없고, 한쪽이 다른 쪽의 상류측 또는 하류측으로 어긋나 있는 경우에도, 실질적으로는 동일한 면 위에 있는 것으로서, 본 명세서에서는 동일한 면 위라고 한다. 즉, 동일한 면 위란, 완전히 동일한 면이 아니라, 거의 동일한 면 위에 있는 경우도 포함한다.
본 실시형태에서는, 케이싱부(34)와 유로부(36)에 의하여 본체(1)가 구성되고, 케이싱부(34)에 유로부(36)와 노즐 부재(2)가 나사 결합된다. 이와 같은 구성에 의하여, 연통 유로(18)나 고리 형상 유로(19)의 형상을 쉽게 변경할 수 있어, 메인 유체와 서브 유체의 흐름을 적절히 수정할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 다른 구성 및 동작은 제 4 실시형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다. 선회부(37)와 평탄부(38)를 돌출부(14)로 바꾸어 축소 직경부(7)에 설치하여도 좋다.
- 제 6 실시형태 -
도 12를 참조하여 본 발명의 제 6 실시형태에 대하여 설명한다. 제 1 실시형태에서는 본체(1)와 노즐 부재(2)의 대향면 사이에 형성되는 제 2 입구 유로(4)에 있어서 선회류를 발생시키도록 하였는데, 제 6 실시형태에서는 노즐 부재(2)의 내부의 제 1 입구 유로(3)에 있어서 선회류를 발생시키도록 구성한다. 도 12는 제 6 실시형태에 따른 인라인형 유체 혼합 장치의 구성을 나타내는 종단면도이다. 또한, 도 1, 도 2와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고, 다음에서는 제 1 실시형태와의 상이점을 주로 설명한다.
도 12에 나타내는 바와 같이, 본체(1)의 제 1 입구 유로(3) 내에는 외부 직경이 테이퍼부(17)의 상류의 제 1 입구 유로(3)의 내부 직경과 거의 같게 형성된 비틀린 날개 형상의 선회자(30)가 삽입되어 배치되어 있다. 또한, 도시는 생략하였지만, 본체(1)와 노즐 부재(2)에는 홈부(도 3의 홈부(12) 등)가 형성되어 있지 않다. 노즐 부재(2)는 본체(1)의 수용부(6)의 바닥면(23)과 노즐 부재(2)의 돌출부(14)측의 끝면(24) 사이에 적절한 클리어런스를 보유하도록 본체(1)에 나사 결합되고, 이러한 클리어런스에 의하여 연통 유로(18)가 형성되는 동시에, 노즐 부재(2)의 돌출부(14)의 외주면과 본체(1)의 축소 직경부(7)의 내주면에 의하여 고리 형상 유로(19)가 형성된다. 제 1 입구 유로(3)에서는 선회자(30)의 비틀림에 의하여 선회류가 발생하고, 이러한 선회류는 토출구(16)로부터 슬롯부(8)로 유입된다. 또한, 선회류를 발생시키는 것이라면 선회자(30)의 형상은 비틀린 날개 형상으로 한정되지 않는다. 본 실시형태의 다른 구성은 제 1 실시형태와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
다음으로, 제 6 실시형태의 동작에 대하여 설명한다. 도 12에 있어서 제 1 입구 개구부(20)로부터 펌프 등의 압송 수단에 의하여 제 1 입구 유로(3)로 도입된 메인 유체는, 선회자(30)의 작용에 의하여 제 1 입구 유로(3) 내에서 선회류가 되고, 테이퍼부(17)를 거쳐서 돌출부(14) 선단의 토출구(16)로부터 본체(1)의 슬롯부(8)로 유입된다. 테이퍼부(17)에서 유로가 좁아짐으로써 슬롯부(8)에서 부압이 발생하는데, 선회류는 유로의 외주측만큼 절대적인 유속이 빨라지므로, 발생하는 부압도 외주부 쪽이 커진다. 따라서, 슬롯부(8)의 내주면과 연속하여 형성된 고리 형상 유로(19)의 개구부 부근에는 큰 부압이 발생하게 되어, 제 2 입구 개구부(21)로부터 서브 유체가 효과적으로 흡인된다. 이때, 슬롯부(8)에서 메인 유체와 서브 유체가 혼합되는데, 혼합된 메인 유체와 서브 유체는 슬롯부(8)의 유로 전체 둘레에서 선회류로서 유입되는 메인 유체의 교반 작용에 의하여 얼룩 없이 균일하게 혼합된다.
한편, 제 2 입구 개구부(21)로부터 펌프 등의 압송 수단에 의하여 메인 유체를 도입한 경우에는, 제 2 입구 개구부(21)에서 고리 형상 유로(19)를 거쳐서 슬롯부(8)로 유입된 메인 유체는, 조임 유로인 축소 직경부(7), 슬롯부(8), 확대 직경부(9)를 통과함으로써 벤투리 효과에 의하여 슬롯부(8)에서 부압이 발생한다. 이에 따라, 노즐 부재(2)의 돌출부 선단에 설치된 토출구(16)로부터는, 제 1 입구 개구부(20)에서 제 1 입구 유로(3)에 서브 유체가 흡인된다. 흡인된 서브 유체는 선회자(30)를 통과함으로써 선회류가 되어 슬롯부(8)로 유입된다. 메인 유체와 서브 유체가 혼합되는 작용은 제 1 입구 개구부(20)에서 메인 유체를 도입하였을 때와 마찬가지이므로 설명을 생략한다.
또한, 상기 제 1 실시형태 내지 제 5 실시형태에서는 제 2 입구 개구부(21)에서 유입되는 유체가 선회류가 되도록 구성하고, 상기 제 6 실시형태에서는 제 1 입구 개구부(20)에서 유입되는 유체가 선회류가 되도록 구성하였는데, 제 1 입구 개구부(20) 및 제 2 입구 개구부(21)에서 유입되는 유체가 모두 선회류가 되도록 구성하여도 좋다. 즉, 제 1 실시형태 내지 제 6 실시형태를 임의로 조합하여 인라인형 유체 혼합 장치를 구성하여도 좋다. 제 1 입구 개구부(20) 및 제 2 입구 개구부(21)에서 유입되는 유체가 모두 선회류가 되도록 구성하는 경우에는, 토출구(16)에서 슬롯부(8)로 유입되는 선회류와 고리 형상 유로(19)에서 슬롯부(8)로 유입되는 선회류가 서로 간섭함으로써, 교반 효과를 높인 혼합을 할 수 있다. 보다 교반 효과를 높이기 위해서는, 각각의 선회류가 서로 역방향으로 회전하도록 구성하는 것이 바람직하다.
상기 실시형태에서는, 노즐 본체(2)에 제 1 입구 개구부(20)(제 1 입구부)를 설치하는 동시에, 테이퍼부(17) 및 토출구(16)(제 1 통로부)를 길이 방향으로 연장 설치하고, 제 1 입구 개구부(20)에서 토출구(16)에 걸쳐서 제 1 입구 유로(3)를 형성하였는데, 제 1 유로 형성 수단의 구성은 상술한 것으로 한정되지 않는다. 본체(1)에 제 2 입구 개구부(21)(제 2 입구부)를 설치하는 동시에, 본체(1)와 노즐 부재(2)의 대향면(제 2 통로부)에 있어서 연통 유로(18) 및 고리 형상 유로(19)를 형성하고, 제 2 입구 개구부(21)에서 고리 형상 유로(19)에 걸쳐서 제 2 입구 유로(4)를 형성하였는데, 적어도 토출구(16)의 주위를 포위하는 테이퍼면을 따라서 통로를 형성하는 것이라면, 제 2 유로 형성 수단의 구성은 상술한 것으로 한정되지 않는다. 본체(1)에 축소 직경부(7)와 슬롯부(8)(좁은 직경부)와 확대 직경부(9)와 출구 개구부(22)(출구부)를 설치하고, 축소 직경부(7)에서 출구 개구부(22)에 걸쳐서 출구 유로(5)를 형성하였는데, 제 3 유로 형성 수단의 구성은 상술한 것으로 한정되지 않는다. 즉, 본체(1)와 노즐 부재(2)에 의하여 제 1 입구 유로(3), 제 2 입구 유로(4) 및 출구 유로(5)를 형성하였는데, 다른 부재를 이용하여 이들 유로(3~5)를 형성하여도 좋다. 본체(1)에 테이퍼 형상으로 직경이 축소되는 축소 직경부(7)를 노즐 부재(2)에 테이퍼 형상으로 돌출되는 돌출부(14)를 설치하여 양자를 끼우도록 하였는데, 본체(1)와 노즐 부재(2)의 구성도 이것으로 한정되지 않는다.
상기 실시형태에서는, 본체(1)와 노즐 부재(2)의 대향면에 둘레 방향으로 복수의 홈부(12, 25~29, 12b, 26b)를 설치하고, 또는 노즐 부재(2)의 제 1 입구 유로(3)에 선회자(30)를 배치하여 선회류를 발생시키도록 하였는데, 선회류 발생 수단의 구성은 이것으로 한정되지 않는다. 본체(1)의 축소 직경부(7)(오목부)의 내주면과 노즐 부재(2)의 돌출부(14)(볼록부)의 외주면의 양쪽에 홈부를 설치하여도 좋고, 본체(1)의 끝면(23)과 노즐 부재(2)의 끝면(24)의 양쪽에 복수의 홈부를 설치하여도 좋다. 또한, 축소 직경부(7) 내주면과 돌출부(14) 외주면의 양쪽 및 끝면(23, 24)의 양쪽에 복수의 홈부를 설치하여도 좋다. 즉, 본 발명의 특징, 기능을 실현할 수 있다면 본 발명은 실시형태의 인라인형 유체 혼합 장치로 한정되지 않는다.
본 발명의 인라인형 유체 혼합 장치에 따르면, 다음과 같은 효과가 얻어진다.
(1) 제 1 입구 유로 혹은 제 2 입구 유로에서 도입되는 유체 중 어느 한쪽이 선회류가 됨으로써, 합류한 유체끼리를 효과적으로 혼합·교반할 수 있다. 이 때문에, 하류측에 별도로 정지형 믹서를 설치할 필요가 없어, 콤팩트하고 낮은 비용의 구성을 실현할 수 있다.
(2) 선회류는 벤투리관의 내벽면 및 그 하류측 배관 내벽을 따라서 흐른다. 이러한 흐름이 공동현상 발생 조건 하에서 보호층으로서 기능하는 동시에, 공동현상에 의하여 생성한 기포는 배관 중앙으로 집중되므로, 배관 내벽의 손상을 방지할 수 있다.
1: 본체 2: 노즐 부재
3: 제 1 입구 유로 4: 제 2 입구 유로
5: 출구 유로 6: 수용부
7: 축소 직경부 8: 슬롯부
9: 확대 직경부 10: 둥근 고리 형상 홈부
11: 암나사부 12, 12b: 홈부
13: 원주부 14: 돌출부
15: 수나사부 16: 토출구
17: 테이퍼부 18: 연통 유로
19: 고리 형상 유로 20: 제 1 입구 개구부
21: 제 2 입구 개구부 22: 출구 개구부
23: 바닥면 24: 끝면
25: 홈부 26, 26b: 홈부
27: 외주 홈부 28: 나선 홈부
29: 나선 홈부 30: 선회자
31: 중간부 32a: 원통부
32b: 접속부 34: 케이싱부
36: 유로부 37: 선회부
38: 평탄부

Claims (14)

  1. 제 1 입구부와, 길이 방향으로 연장 설치된 제 1 통로부를 가지고, 상기 제 1 입구부에서 상기 제 1 통로부에 걸쳐서 제 1 입구 유로가 형성된 노즐 부재와,
    제 2 입구부와, 상기 노즐 부재의 상기 제 1 입구 유로의 상기 제 1 입구부에 대향하는 측의 단부의 주변부의 주위를 포위하는 축소 직경부를 따라서 연장 설치된 제 2 통로부를 가지고, 상기 제 2 입구부에서 상기 제 2 통로부에 걸쳐서 제 2 입구 유로를 형성함과 함께,
    좁은 직경부와, 확대 직경부와, 출구부를 가지고, 상기 좁은 직경부에서 상기 확대 직경부 및 상기 출구부에 걸쳐서 유로 면적이 확대되면서, 상기 좁은 직경부의 단부에 있어서 상기 제 1 입구 유로 및 상기 제 2 입구 유로에 각각 연통하는 출구 유로를 형성하는 본체를 가지고 있으며,
    상기 노즐 부재는, 상기 제 1 입구 유로의 일단부에 형성된 원추 사다리꼴 형상의 돌출부와, 상기 제 1 입구 유로의 반대측의 타단부에 형성된 원주부와, 상기 돌출부와 상기 원주부의 사이에 형성되며, 상기 원주부의 외부 직경 및 상기 돌출부의 상류측의 단부의 외부 직경 보다 작은 외부 직경을 가지는 원주 형상의 중간부를 가지고 있으며,
    상기 본체는, 원통부와 상기 원통부의 측면에서 돌출 설치되고, 단부에 상기 제 2 입구부가 설치된 접속부를 가지는 케이싱부와, 상기 노즐 부재 측의 단부에 원추 사다리꼴 형상의 상기 축소 직경부가 형성되며, 내부에 상기 출구 유로가 형성된 유로부를 가지고 있으며,
    상기 제 2 입구 유로는, 상기 축소 직경부에 상기 돌출부가 끼워진 상태로 서로 대향하는 상기 본체와 상기 노즐 부재의 사이, 및 상기 원주부와 상기 돌출부의 사이에 형성되는 상기 중간부의 주위에 형성되는 유로를 가지고 있으며,
    상기 축소 직경부의 내주면과 상기 돌출부의 외주면의 적어도 한쪽에는, 선회류를 발생시키는 선회류 발생 수단이 되는 복수의 홈부가 둘레 방향으로 형성되어 있으며,
    상기 홈부는, 상기 축소 직경부 및 상기 돌출부의 적어도 한쪽의 상류측의 단부에서 중간부에 걸쳐서 형성되며, 상기 홈부의 하류측에는, 상기 축소 직경부의 내주면과 상기 돌출부의 외주면의 사이에 고리 형상이면서 평탄한 유로가 형성되어 있으며,
    상기 축소 직경부 및 상기 돌출부는, 상기 축소 직경부에 상기 돌출부를 끼웠을 때에, 상기 축소 직경부의 상기 홈부 또는 상기 홈부에 대향하는 부분의 내주면과 상기 돌출부의 상기 홈부 또는 상기 홈부에 대향하는 부분의 외주면이 서로 동일한 경사각이 되면서, 서로 맞닿도록 형성되어 있으며,
    상기 축소 직경부의 상류측 끝면과 상기 돌출부의 상류측 끝면이, 동일면 상에 설치되어 있으며,
    상기 축소 직경부의 하류측 둘레부와 상기 돌출부의 하류측 끝면이, 동일면 상에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 인라인형 유체 혼합 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈부는, 상기 축소 직경부의 내주면과 상기 돌출부의 외주면의 적어도 한쪽에 직경 방향 바깥쪽에 걸쳐서 방사 곡선 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인라인형 유체 혼합 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈부는, 상기 축소 직경부의 내주면과 상기 돌출부의 외주면의 적어도 한쪽에, 상기 제 1 입구 유로의 중앙축선과 교차하지 않고 직경 방향 바깥쪽으로 연장되는 직선을 따라서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인라인형 유체 혼합 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 홈부는, 상기 축소 직경부의 내주면과 상기 돌출부의 외주면의 적어도 한쪽에 나선 형상으로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 인라인형 유체 혼합 장치.
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