KR102078183B1 - 역류 방지 기능이 구비된 2유체 슬릿 노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기체와 액체가 혼합되어 길이 방향으로 분사되는 2유체 슬릿 노즐에 관한 것이다. 본 발명은 기체와 기체 유입구가 형성된 한 쌍의 제1, 제2플레이트 사이에 충돌바가 형성된 내부 플레이트가 결합되고, 내부 플레이트 양측에 기체와 기체 공급 유로가 형성되어 혼합유체가 분사 슬릿을 통해 분사된다. 분사 슬릿의 간격을 조절하기 위해 제1, 제2플레이트 사이에 가스켓이 결합되고, 분사 슬릿 간격의 미세 조절을 위하여 제2플레이트와 내부 플레이트 사이의 간격을 조절하는 간격 조절나사를 구비하고, 충돌바를 내부 플레이트에 구비한다. 충돌바에 의하여 혼합유체의 역류를 방지할 수 있으며, 고온 환경에서도 분사 슬릿을 간격을 일정하게 유지하면서도 혼합유체를 균일하게 분사할 수 있는 효과가 있다.

Description

역류 방지 기능이 구비된 2유체 슬릿 노즐{TWO-FLUID SLIT NOZZLE CAPABLE OF PREVENTING BACKWARD FLOW}

본 발명은 기체와 액체를 혼합하여 길이 방향으로 분사하는 2유체 슬릿 노즐에 관한 것으로, 보다 상세하게는 외부에서 공급된 기체와 액체를 노즐 내부에서 혼합한 후 슬릿을 통해 길이 방향으로 분사하는 노즐에 관한 것이다.

통상적으로 2류체 슬릿 노즐은 기체와 액체의 혼합유체를 막형상으로 분사함으로써 대상물 표면을 혼합유체로 처리하는데 이용되는데, 특히 대상물 표면을 세정하는 노즐로 많이 이용된다.

막형상 분사 미스트를 형성하기 위해서는 복수의 2유체 노즐을 일렬로 나란히 설치하여 사용하고 있었는데, 인접하는 각 노즐로부터 분사되는 스프레이간의 중첩 부분에서의 미립 분무의 분포가 균일해지지 않아, 세정 효과에 얼룩이 발생한다는 문제점이 있었다.

종래의 2유체 슬릿 노즐(일본 공개특허 2006-192360)은 적합한 막형상 분사 미스트의 형성을 위해서, 복수의 긴 플레이트를 중첩시켜 슬릿 형상의 노즐을 구성한다. 구체적으로 기체 공급측의 제1플레이트와 액체 공급측의 제2플레이트 사이에 중간 스페이서를 끼우고, 양 플레이트의 길이 방향의 일단면을 따라 슬릿형상 분사 구멍을 설치하고, 중간 스페이서의 일면에 설치한 기체유로와 타면에 설치한 액체유로를, 슬릿형상 분사 구멍으로 통하는 기액 충돌 혼합부에서 45°내지 90°의 각도로 합류시킨다. 그러나 이 노즐은 제1, 제2플레이트와 중간 스페이서를 결합하는 나사가 액체 유로 상에 형성되어 슬릿을 통해 분사되는 혼합유체의 유량이나 압력이 불균일하다는 문제점이 있었다.

한편, 다른 종래의 2유체 슬릿 노즐(일본 공개특허 2007-098310)은, 중첩시킨 한 쌍의 긴 판 형상체의 대향면 사이에, 판형상으로 펼쳐지는 혼합 공간을 설치하고, 판형상체를 통과하여 공급되는 기체와 액체는 각각 챔버와, 공급 플레이트의 다수의 분사 구멍을 통하여 서로 90°의 관계로 합류하여 혼합 공간으로 보내져서 혼합된 후, 혼합 공간에 연통하여 양 판형상체의 길이 방향 일단면에 설치한 슬릿형상 토출구로부터 토출된다. 그러나 이 노즐의 경우 2유체는 혼합 공간에서 액적 중 일부가 합쳐지게 되어 액적의 크기가 불균일한 상태로 분사된다는 문제점이 있었다. 또한

또 다른 종래의 2유체 슬릿 노즐(한국 등록특허 10-1010032)은, 긴 판형상의 액체 공급 플레이트와 기체 공급 플레이트 사이에 믹싱 플레이트를 협지하고, 공기 공급 플레이트로부터 공기 오리피스를 통하여 믹싱 플레이트의 타면으로 보내지는 공기와, 믹싱 플레이트를 직각으로 관통하는 액체 오리피스를 통하여 액체 공급 플레이트로부터 보내지는 액체를, 혼합 공간에서 충돌 혼합시킨다. 기액 혼합체는 혼합 공간의 하류단에서 믹싱 플레이트를 관통하는 1차 오리피스, 액체 공급 플레이트측의 충돌 챔버, 분사 슬릿의 상류단에서 믹싱 플레이트를 관통하는 2차 오리피스 및 분사 슬릿을 통과하는 사이에, 충돌, 확장 및 압축에 의해 균질화 및 미립화되고, 가속되어 분사 슬릿으로부터 분사된다. 그러나 이 노즐의 경우 'U'자 형상의 혼합챔버가 복수개 형성되어 각 플레이트를 체결하는 나사를 우회함으로써 액적의 균질화는 향상되지만, 복수개의 혼합챔버 각각에 연결되는 1차 오리피스, 2차 오리피스, 최종 챔버 등으로 이루어진 복잡한 유로를 통과함으로써 혼합유체의 분사압력을 높이는데 있어 제한이 따른다는 문제점이 있었다.

또 다른 종래의 2유체 슬릿 노즐(한국 등록특허 10-1363186)은, 한 쌍의 긴 블록 사이의 수용 공간 내에 수용된 혼합 블록과, 혼합 블록의 혼합 공간을 향하는 기체 분사구 및 액체 분사구와, 한 쌍의 블록 사이에 형성되고, 또한 혼합 미스트를 토출하기 위한 슬릿형 토출구와, 분사구에 인접하는 상류측에 형성된 챔버와, 각 챔버에 연속되어 있는 기체 공급로 및 액체 공급로와, 블록 사이를 밀봉하기 위한 밀봉 수단과, 블록을 고정하기 위한 고정 수단을 구비한다. 그라나 이 노즐은 고온의 환경에서 사용하거나, 고압의 유체를 장시간 분사하는 경우 블록의 형상 변형으로 인하여 슬릿 간격이 불균일해진다는 문제점이 있어, 슬릿 간격을 유지하기 위한 별도의 기구적 수단이 요구된다.

상술한 종래의 2유체 슬릿 노즐들은 혼합유체의 유량이나 압력의 불균일로 인하여, 경우에 따라 혼합유체가 기체 공급 유로로 역류하는 문제점이 있었다.

한편, 상술한 2유체 슬릿 노즐들은 설정된 분사 압력, 분사 유량, 액적의 크기 등에 맞도록 블록, 플레이트 등을 개별적으로 설계, 가공하여야 하는데, 이는 원가 상승의 큰 요인이 되어 왔다.

상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위한 본 발명은, 혼합유체가 분사되는 길이 방향의 분사 슬릿 간격을 균일하게 유지하는 기구적 구성을 포함하면서, 이러한 기구적 구성으로 인해 분사 슬릿으로 공급되는 유체의 불균일성을 해소할 수 있는 2유체 슬릿 노즐을 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 기체 공급 유로가 절곡 형성되도록 충돌바를 구비함으로써 공급 유체의 압력이 불안정하더라도 혼합유체가 역류하는 것을 방지하는 2유체 슬릿 노즐을 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 한 쌍의 플레이트를 공용으로 하면서, 나머지 부품의 치수를 조절함으로써 수요자가 원하는 분사 압력, 분사 유량, 액적의 크기 등을 조절할 수 있는 2유체 슬릿 노즐을 제공함에 그 목적이 있다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 역류 방지 기능이 구비된 2유체 슬릿 노즐은, 액체 유입구(11)를 구비하며 길이 방향으로 형성되는 제1플레이트(10); 기체 유입구(21)를 구비하며 상기 제1플레이트(10)와 대향하여 결합되는 제2플레이트(20); 상기 제1, 제2플레이트(10, 20) 중 어느 하나의 내측에 결합되어, 상기 제1플레이트(10) 측에는 상기 액체 유입구(11)와 연통되는 제1챔버(12)와 이에 연통되는 액체 공급 유로(13)를 형성함과 동시에 상기 제2플레이트(20) 측에는 상기 기체 유입구(21)와 연통되는 제2챔버(22)와 이에 연통되는 기체 공급 유로(23)를 형성하는 내부 플레이트(30); 상기 제1, 제2플레이트(10, 20)의 결합면 사이에 삽입되어 상기 제1, 제2플레이트(10, 20)가 결합된 하단 사이에 상기 액체 공급 유로(13)와 상기 기체 공급 유로(23)가 합류되어 혼합유체를 하방으로 분사하는 길이 방향의 분사 슬릿(S)을 형성하는 가스켓(40); 상기 분사 슬릿(S)의 간격을 일정하게 유지하도록 상기 제1, 제2플레이트(10, 20)의 길이 방향으로 따라 결합되는 복수개의 간격 조절나사(61); 및 상기 간격 조절나사(61)가 결합되는 위치 하부에 해당하는 상기 제2플레이트(20) 내측에 길이 방향의 충돌바 삽입홈(24)이 형성되고, 상기 충돌바 삽입홈(24)에 삽입되어 상기 내부 플레이트(30) 하부에 결합되는 충돌바(50); 를 포함하고,

상기 충돌바(50)는 상기 제2챔버(22) 하부에 상부 수평면(50a), 중간 수직면(50b) 및 하부 수평면(50c)이 순차적으로 절곡 형성되어, 상기 혼합유체가 상기 기체 공급 유로(23)로 역류하는 것을 방지하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 제1, 제2플레이트(10, 20) 중 어느 하나에 상기 내부 플레이트(30)를 체결하는 내부 체결나사(62, 63); 상기 내부 체결나사(62, 63)가 체결된 상태에서, 상기 제1, 제2플레이트(10, 20)의 결합면 사이에 가스켓(40)을 삽입한 후 상기 제1, 제2플레이트(10, 20)를 체결하는 외부 체결나사(60);를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 역류 방지 기능이 구비된 2유체 슬릿 노즐에 의하면, 분사 슬릿의 간격을 일정하게 유지하는 간격 조절나사의 간섭에 의하여 불균일해진 유체가 수평 유로 및 경사 유로를 통과하면서 균일한 상태를 유지함으로써 최종 분사되는 혼합유체의 압력과 유량을 일정하게 유지할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 간격 조절나사 하부의 충돌바에 의하여 공급 유체의 압력이 불안정하더라도 혼합유체가 기체 공급 유로로 역류하는 것을 방지할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 동일한 제1, 제2플레이트를 사용하면서 가스켓의 두께와 내부 플레이트의 치수를 조정함으로써 수요자가 원하는 분사 압력과 분사 유량의 조정이 가능하므로 생산 원가를 크게 절감할 수 있다.

또한 본 발명에 의하면, 고압 또는 고온의 환경에서 압력변형이나 열변형에 의한 분사 슬릿 간격의 변형에 대응할 수 있도록 간격 조절나사를 사용 환경에 따라 조절하여 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 2유체 슬릿 노즐의 사시도.
도 2는 도 1에서 제2플레이트를 나타내는 정면도.
도 3은 도 1의 분해 상태를 나타내는 분해도.
도 4는 도 2의 A-A 단면도.
도 5는 도2의 B-B 단면도..

이하에서는 첨부된 도 1 내지 5을 참고하여 본 발명의 실시예에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 구성은 기본적으로, 도 3과 같이, 한 쌍으로 결합되어 하단에 분사 슬릿(S)이 형성되는 제1, 제2플레이트(10, 20)와, 이들의 내부에 결합되어 기체와 액체의 유로를 형성하는 내부 플레이트(30)와, 이들의 결합면에 결합되어 분사 슬릿(S)의 간격을 형성하는 가스켓(40)으로 이루어진다.

제1플레이트(10)는 길이 방향으로 형성되며 복수개의 액체 유입구(11)를 구비한다. 액체 유입구(10)는 도 1과 같이 제1플레이트(10)의 상단에 등간격으로 설치되는데, 필요에 따라 제1플레이트(10)의 외측면에 형성할 수도 있다.

제2플레이트(20)는 제1플레이트(10)와 대향하여 결합되며, 복수개의 기체 유입구(21)를 구비한다. 기체 유입구는 도 1과 같이 제2플레이트(20)의 외측면에 등간격으로 설치되는데, 필요에 따라 제2플레이트(20)의 상단에 형성할 수도 있다.

본 발명의 노즐이 반도체 또는 디스플레이 기판의 세정에 사용되는 경우, 액체 유입구(11)를 통해 초순수(DI WATER)의 액체를 공급하고, 기체 유입구(21)를 통해 기체를 공급할 수 있는데, 필요에 따라 기체 또는 액체의 종류는 변경이 가능하다.

내부 플레이트(30)는 제1, 제2플레이트(10, 20) 중 어느 하나의 내측에 결합될 수 있다. 도 4는 제1플레이트(10)의 내측에 결합된 실시예를 나타낸다. 내부 플레이트(30)를 기준으로 제1플레이트(10) 측에는 액체 유입구(11)와 연통되는 제1챔버(12)와, 이와 연통되는 액체 공급 유로(13)가 형성된다. 그리고 제2플레이트(20) 측에는 기체 유입구(21)와 연통되는 제2챔버(22)와, 이에 연통되는 기체 공급 유로(23)를 형성된다.

제1챔버(12)는, 도 5와 같이, 제1플레이트(10)의 내측면에 형성된 홈과, 내부 플레이트(30)의 일측면에 형성된 홈의 개구부가 맞대어져 내부공간이 형성되며, 액체 유입구(11)와 연결하는 연결 유로를 구비할 수 있다.

제2챔버(22)는, 도 5와 같이, 제2플레이트(20)의 내측면에 홈으로 형성된 공간이며, 기체 유입구(21)와 직접 연결할 수 있다.

가스켓(40)은, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1, 제2플레이트(10, 20)의 결합면에 해당하는 하부를 제외한 테두리부에 삽입된다. 이 가스켓(40)은 제1, 제2플레이트(10, 20)가 결합된 하단 사이에 액체 공급 유로(13)와 기체 공급 유로(23)가 합류되어 혼합유체를 하방으로 분사하는 길이 방향의 분사 슬릿(S)을 형성하게 된다. 이러한 구성상 특징으로 인하여 가스켓(40)의 두께에 따라 분사 슬릿(S)의 간격 조절이 가능함에 따라, 동일한 제1, 제2플레이트 및 내부 플레이트(30)를 이용하여 분사 압력, 분사 유량 등의 조절이 가능하다.

그리고 고압 유체 공급시에도 분사 슬릿(S)의 간격이 일정하게 유지되도록, 제1, 제2플레이트(10, 20)의 길이 방향으로 따라 복수개의 간격 조절나사(61)가 설치된다. 이 간격 조절나사(61)는 제1, 제2플레이트(10, 20) 중 어느 하나의 외측으로부터 다른 하나의 내측을 관통하여 체결되는데, 본 발명의 실시예는 도 4와 같이 제2플레이트(20)의 외측을 관통하여 제1플레이트(10)의 내측에 체결되며, 그 반대로 체결하는 것도 가능하다.

따라서 노즐 제작시 분사 슬릿(S)의 간격에 부합하는 두께의 가스켓(40)을 선택하고, 간격 조절나사(61)를 이용하여 분사 슬릿(S) 간격을 정밀하게 조절할 수 있다. 이러한 기술적인 특징은, 열팽창으로 인하여 분사 슬릿(S)의 간격 변동이 발생하는 고온 환경에서 열팽창율에 대응하여 간격 조절나사(61)의 미세 조절이 가능하여 매우 유용하다.

그런데 상술한 간격 조절나사(61)는 유로를 측방에서 관통함에 따라 해당 부분에서 유체 유동을 간섭하게 되므로, 분사되는 혼합유체가 분사되는 길이 방향을 따라 압력이 불균일해질 수 있으며, 심한 경우 혼합 유체가 기체 공급 유로(23)를 역류하는 문제가 발생할 수 있다. 이러한 단점을 해소하기 위한 구성으로서 본 발명은 충돌바(31)를 구비한다.

구체적으로, 간격 조절나사(61)가 결합되는 위치 하부에 해당하는 상기 제2플레이트(20) 내측에 길이 방향의 충돌바 삽입홈(24)이 형성하고, 내부 플레이트(30) 하부에 상기 충돌바 삽입홈(24)에 삽입되는 충돌바(50)를 결합한다. 이에 의해 기체 공급 유로(23)는 충돌바(50)와 충돌바 삽입홈(24) 사이의 공간을 따라 형성된다.

충돌바(50)는 상기 제2챔버(22) 하부에 상부 수평면(50a), 중간 수직면(50b) 및 하부 수평면(50c)이 순차적으로 절곡 형성된다.

충돌바(50)의 두께는 노즐의 분사 특성에 따라 결정되며, 내부 플레이트(30) 내측 하부에 길이 방향으로 형성된 충돌바 결합홈(31)에 결합된다. 노즐 제작시에는 내부 플레이트(30)의 표면을 연마한 후 충돌바(50)를 충돌바 결합홈(31)에 용접하여 결합한다.

따라서 제2챔버(20)를 통해 수직 하방으로 공급되는 기체는 도 5와 같이, 충돌바(50)의 상부 수평면(50a)에 1차 충돌한 후, 측면의 중간 수직면(50b)과 하부 수평면(50c)을 따라 이동하면서 기체의 압력과 유량이 균일해진 후 수직 하방으로 공급되어, 액체 공급 유로(13)를 통해 이동하는 액체와 합류하게 된다.

만약 공급되는 유체의 압력이 불안정하여 기체 공급 유로(23) 방향으로 역압이 발생하는 경우, 상술한 충돌바(53)의 하부 수평면(50c), 중간 수직면(50b) 및 상부 수평면(50a)가 순차적으로 혼합유체의 역류를 방지하는 기능을 수행한다.

액체 공급 유로(13)는 제1챔버(12) 수직 하방으로 연결된 수직 유로(13a)와, 내측으로 절곡된 수평 유로(13b) 및 내측 하방으로 경사진 경사 유로(13c)로 이루어진다. 따라서 제1챔버(12)를 통해 공급된 기체는 수직 유로(13a)에서 1차 충돌한 후, 수평 유로(13b)를 거쳐 유로의 폭이 좁은 경사 유로(13c)를 통해 유속이 증가한 상태에서 상술한 충돌바(50) 둘레 공간을 따라 이동한 액체와 충돌하면서 균일한 크기를 갖는 액적의 혼합유체를 생성하고, 생성된 혼합유체는 분사 슬릿(S)을 통해 분사된다.

상술한 본 발명의 2유체 슬릿 노즐의 조립 과정을 도 3을 참조하여 설명하면, 먼저 제1플레이트(10)와 충돌바(50)가 결합된 내부 플레이트(30)의 상, 하부를 복수의 내부 체결나사(62, 63)를 이용하여 체결한다. 그 후 제1, 제2플레이트(10, 20)의 결합면 사이에 가스켓(40)을 삽입한 상태에서 복수개의 외부 체결나사(60)를 이용하여 제1, 제2플레이트(10, 20)를 체결한다. 마지막으로, 제2플레이트(20)와 내부 플레이트(30)에 복수개의 간격 조절나사(61)를 결합하면서 분사 슬릿(S)의 간격을 미세 조절한다.

이상에서는 본 발명의 구체적인 실시예를 중심으로 설명하였으나, 본 발명의 권리범위는 그 실시예에 기재된 개개의 구성에 의하여 한정되는 것은 아니며 본 발명의 기술적 사상을 중심으로 그 변형 내지 균등의 구성에 미칠 것이다.

10 : 제1플레이트 11 : 액체 유입구
12 : 제1챔버 13 : 액체 공급 유로
20 : 제2플레이트 21 : 기체 유입구
22 : 제2챔버 23 : 기체 공급 유로
24 : 충돌바 삽입홈 30 : 내부 플레이트
31 : 충돌바 결합홈 40 : 가스켓
50 : 충돌바 S : 분사 슬릿
60 : 외부 체결나사 61 : 간격 조절나사
62, 63 : 내부 체결나사

Claims (2)

1. 액체 유입구(11)를 구비하며 길이 방향으로 형성되는 제1플레이트(10);
   기체 유입구(21)를 구비하며 상기 제1플레이트(10)와 대향하여 결합되는 제2플레이트(20);
   상기 제1, 제2플레이트(10, 20) 중 어느 하나의 내측에 결합되어, 상기 제1플레이트(10) 측에는 상기 액체 유입구(11)와 연통되는 제1챔버(12)와 이에 연통되는 액체 공급 유로(13)를 형성함과 동시에 상기 제2플레이트(20) 측에는 상기 기체 유입구(21)와 연통되는 제2챔버(22)와 이에 연통되는 기체 공급 유로(23)를 형성하는 내부 플레이트(30);
   상기 제1, 제2플레이트(10, 20)의 결합면 사이에 삽입되어 상기 제1, 제2플레이트(10, 20)가 결합된 하단 사이에 상기 액체 공급 유로(13)와 상기 기체 공급 유로(23)가 합류되어 혼합유체를 하방으로 분사하는 길이 방향의 분사 슬릿(S)을 형성하는 가스켓(40);
   상기 분사 슬릿(S)의 간격을 일정하게 유지하도록 상기 제1, 제2플레이트(10, 20)의 길이 방향으로 따라 결합되는 복수개의 간격 조절나사(61); 및
   상기 간격 조절나사(61)가 결합되는 위치 하부에 해당하는 상기 제2플레이트(20) 내측에 길이 방향의 충돌바 삽입홈(24)이 형성되고, 상기 충돌바 삽입홈(24)에 삽입되어 상기 내부 플레이트(30) 하부에 결합되는 충돌바(50); 를 포함하고,
   상기 충돌바(50)는 상기 제2챔버(22) 하부에 상부 수평면(50a), 중간 수직면(50b) 및 하부 수평면(50c)이 순차적으로 절곡 형성되어, 상기 혼합유체가 상기 기체 공급 유로(23)로 역류하는 것을 방지하되,
   상기 가스켓(40)의 두께에 의해 상기 분사 슬릿(S)의 간격이 형성되고,
   상기 액체 공급 유로(13)는,
   상기 제1챔버(12)와 수직 하방으로 연결되는 수직 유로(13a);
   상기 수직 유로(13a)와 수평 방향으로 연결되는 수평 유로(13b); 및
   상기 수평 유로(13b)와 연결되며, 상기 기체 공급 유로(23)로 공급되는 기체가 역류하는 것을 방지하도록, 상기 충돌바(50) 하부의 기체 공급 유로(23)와 경사지게 합류되는 경사 유로(13c);로 이루어지는 것을 특징으로 하는 2유체 슬릿 노즐.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1, 제2플레이트(10, 20) 중 어느 하나에 상기 내부 플레이트(30)를 체결하는 내부 체결나사(62, 63);
   상기 내부 체결나사(62, 63)가 체결된 상태에서, 상기 제1, 제2플레이트(10, 20)의 결합면 사이에 가스켓(40)을 삽입한 후 상기 제1, 제2플레이트(10, 20)를 체결하는 외부 체결나사(60);를 포함하는 것을 특징으로 하는 역류 방지 기능이 구비된 2유체 슬릿 노즐.

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