KR102348142B1 - 에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치에 관한 것으로, 내부에 공간이 형성되고 하부에는 공기가 유입되는 개구부가 형성되고, 상부에는 토출구가 형성된 증발챔버; 증발챔버의 내부에 형성되며 상기 개구부에 근접하여 형성되어 발열되는 캐리어 가스 히터 모듈; 증발챔버의 내부에 형성되며 상기 캐리어 가스 히터 모듈의 상부에 형성되며 캐리어 가스를 분산시키는 캐리어 가스 유동가이드; 증발챔버의 토출구에 근접하여 형성되며 액적 상태의 과산화수소를 분사하는 노즐유닛;을 포함한다.
이에 따르면, 뜨거운 공기가 과산화수소 액적들을 감싸서 균일하게 에너지 전달을 하여 증발시키는 에어쿠션을 형성하게 됨으로써 과산화수소 액적들이 에어쿠션 접촉면에서 에너지를 전달받아 증발하게 되어 증발효율이 향상될 수 있다.

Description

에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치{Hydrogen Peroxide Steam Generator Using Air Cushion}

본 발명은 에어쿠션을 형성할 공기가 공급이 되고, 증발될 항균 유체로서 과산화수소 또는 물의 혼합 용액이 생성되도록 하는 에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치에 관한 것이다.

과산화수소는 미생물 수준을 감소 시킬 뿐만 아니라 상처를 깨끗하게 하여 면역계와 다양한 신체 복구 시스템이 감염 및 손상을 해결할 수 있다는 것도 분명 해진 이후로 과산화수소는 강력한 산화제로써 의료 및 기타 살 생물 목적으로 사용 되어 왔다. 초기에 이 살균 및 소독 목적으로 사용 된 이 용액은 피부에 직접 도포하는 방법으로 시작하였다. 하지만 이 방법은 목표로 하는 미생물 등을 산화시키는 동시에 신체에 직접적인 손상을 야기 시켰다. 따라서 이 것의 농도를 조절해 가며 그 용액의 사용 목적과 방법에 따라 그 형태를 정하여 사용 되었다.

전반적으로, 과산화수소의 항균 효과는 물리적 상태 (액체 또는 기체 형태), 사용 된 농도, 과산화물과 함께 전달되는 모든 화학 물질의 효과에 따라 달라지는 것으로 알려져 있다. 또한 과산화수소를 사용하여 세균 및 미생물들을 없앨 공간의 형상적 특성에 따라서 고려해야 할 요인들도 존재 한다.

에어로졸이나 가스 상태의 과산화수소를 공기를 정화하는 용도로 사용하는 것을 1843년에 제안한 Desondalo 등의 활용들이 시작되었고, 현재는 과산화수소의 세균 및 미생물을 처리하는데 사용하려는 시도들이 검토되고 있으며, 임상적으로 평가되어 그 효과가 입증 되었다. 그리하여 현재 병원이나 연구소, 제조공정(약물 및 음식) 등 멸균성이 유지되는 것이 필요한 장소에 멸균 방법으로 과산화수소 증기가 널리 사용 되고 있다.

과산화수소는 가스 형태에서 액체 상태보다 항균제로서 많은 이점을 가진다. 우선 농도가 낮더라도 노출 시간에 따라 매우 효과적이고, 다양한 미생물과 세균에 대해서 효과적이다.

여러 연구에 의해 과산화수소는 마이코박테리아(mycobacteria), 바이러스(virus), 균류(fungus), 포자(spore), 원생동물(protozoan)등에 대해 효과적인 것이 알려져 있다. 하지만 멸균이 필요한 장소의 공간적 특성과 달성해야 할 미생물의 수준, 또한 공간으로 분사한 과산화수소 가스가 응결(Condensation)하는 것을 방지하는 문제, 공간 내부 시설에 과산화물 가스가 손상을 줄 수 있는 등 여러 가지 요인 등 복잡한 다변수의 문제점을 해결할 시스템을 개발하여야 하는 기술적 문제들에 봉착하게 되었고, 이것을 적절히 해결하기 위한 다양한 방법들이 제시되고 있는 실정이다.

그 일예로 과산화수소 용액을 장치 안에서 고온의 열원과 만나 강제적으로 증발시켜 액체 상태의 과산화물을 기체상태로 상변화 시키고, 동시에 이것을 적절히 운반할 캐리어 가스를 이용하여 증발 된 과산화수소를 이동시켜 사용하는 방법이 알려져 있다. 이 경우 대기압 상태, 상온의 과산화수소 혼합액을 뜨겁게 에너지를 가한 증발용 금속판에 직접 접촉시켜 순간적으로 증발시키게 된다.

한편, 최근에는 캐리어 가스 자체의 온도를 높게 하여 과산화수소 혼합액을 증발시키는 방법이 알려져 있다. 위 종래 기술에 따르면, 고체 금속판에 과산화수소 용액을 직접적으로 접촉시켜서 증발하는 방법은 증기를 만들어내는 장치 안에 뜨거운 금속판을 장시간 배치하여야 하기 때문에 절연체가 필수로 필요하게 되어 장비를 제작함에 있어 제한 요인이 된다.

또한 장시간 사용했을 때 뜨거운 금속판이 기기 자체에 손상을 가할 수 있는 문제가 있다. 캐리어 가스 자체의 온도를 높게 하는 장치의 경우 캐리어 가스가 뜨겁고 조밀한 금속판에 둘러싸여 만들어진 유체 이동 채널을 통과할 때, 압력손실이 발생하는 문제가 있다.

많은 과산화수소 증기를 이동시켜야 하는 구조에서는 원하는 유량을 발생시키기 위해서는 캐리어 가스를 이동시키는 펌프에 과도한 압력이 걸리게 되고 이는 소음문제를 야기시키며, 장비 내구성을 저하시킨다. 또한 다량의 과산화수소 가스가 필요한 경우에 소독기 자체가 커져야 하므로 더 큰 제약이 된다.

대한민국 공개특허 10-2017-0141732호

본 발명은 종래 기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 에어쿠션을 형성할 공기가 공급 되고, 증발될 항균 유체로서 과산화수소 또는 물의 혼합 용액이 노즐을 통하여 특정 유동 특성을 가지고 챔버로 공급이 되며, 이 두 개의 유체가 적절한 에너지 교환을 할 수 있는 형태를 가지기 위해 증발챔버 내부의 복잡한 구조들을 단순화하고, 기존 방법 대비 필요한 증발챔버의 체적을 줄여 효율적으로 과산화수소 증기를 생성하는 챔버를 구비하는 과산화수소 증기발생장치를 제공하는데 그 목적이 있다.

상기한 본 발명의 목적은, 내부에 공간이 형성되고 하부에는 공기가 유입되는 개구부가 형성되고, 상부에는 토출구가 형성된 증발챔버; 증발챔버의 내부에 형성되며 상기 개구부에 근접하게 형성되어 발열되는 캐리어 가스 히터 모듈; 상기 캐리어 가스 히터 모듈의 하부에 형성되어 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스공급부; 증발챔버의 토출구에 근접하여 형성되며 액적 상태의 과산화수소를 분사하는 노즐유닛;을 포함하는 에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치에 의해 달성될 수 있다.

상기 캐리어 가스 히터 모듈은 열선이 형성된 히터봉과, 상기 히터봉에 다수 형성되는 방열휜으로 구성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 목적은 상기 증발챔버의 내부에 형성되며 상기 캐리어 가스 히터 모듈의 상부에 형성되며 캐리어 가스를 분산시키는 캐리어 가스 유동가이드;를 더 포함하는 에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치에 의해 달성될 수 있다. 상기 캐리어 가스 유동가이드는 외면에 곡률을 갖는 봉 타입이며, 수평하게 다수개가 이격 배치되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐유닛은 양단이 개구되고, 내부에는 통로가 형성되며, 일측에 과산화수소액이 유입되는 액 공급공이 형성되고, 내부 통로에 공기를 분산하여 배출하는 에어분산부가 형성된 노즐바디; 상기 노즐바디에 결합되며 상기 노즐이 끼워져 결합되는 노즐고정부가 형성된 노즐홀더; 액 공급공에 결합되며 외부의 과산화수소액 저장통에 연결된 호스가 결합되는 액 공급니플;을 포함하고, 상기 노즐바디에는 상기 액 공급공과 통하는 액 토출로가 내부에 형성되며 끝단에는 토출공이 형성되어 노즐바디의 하단에 돌출되게 형성되는 노즐;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐바디의 에어분산부는 통로 내주면에 형성되는 환턱과, 상기 환턱에 방사상으로 형성되는 에어홀이 구비되며, 에어홀과 통하도록 노즐바디의 내부에 형성되어 에어가 이송되는 에어이송로가 구비되고, 상기 에어이송로의 끝단 개구공은 상기 노즐의 주변에 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 에어분산부의 에어이송로의 개구공은 노즐의 토출공 보다 상부에 위치되도록 형성되며, 노즐의 외주연에 원주방향으로 다수의 에어이송로의 개구공이 형성되는 것을 특징으로 한다.

상기 노즐홀더는 노즐바디에 결합되는 개구부가 상부에 형성되고, 내부에는 에어이송로에서 송기된 에어가 채워지는 에어챔버가 형성되며, 상기 노즐고정부는 에어챔버의 저부 중심에 형성되어 노즐의 선단이 결합되는 노즐끼움공과, 노즐끼움공의 주변에 다수 형성되어 에어가 이송되는 에어슬롯과, 상기 에어슬롯의 말단에 통하도록 형성되며 상기 노즐끼움공에 대해 경사지도록 하는 에어토출홀이 다수 형성되어 이루어진 것을 특징으로 한다.

상기 노즐끼움공에 통하면서 노즐고정부의 외측을 향해 직경이 확장되어 나팔 형상으로 된 액적 생성부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 액적 생성부의 경사면에 에어토출홀이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 뜨거운 공기가 과산화수소 액적들을 감싸서 균일하게 에너지 전달을 하여 증발시키는 에어쿠션을 형성하게 됨으로써 과산화수소 액적들이 에어쿠션 접촉면에서 에너지를 전달받아 증발하게 되어 증발효율이 향상될 수 있다.

또한 챔버 내부에서 적절히 뜨거운 공기와 과산화수소 액적이 챔버 내부에서 불규칙하게 혼합되는 것이 아닌 일정한 형태인 에어쿠션을 형성함으로써 제어하기가 쉽고, 챔버 내부의 내구성 효율의 긍정적인 영향을 미치게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 과산화수소 증기발생장치를 나타낸 사시도,
도 2는 본 발명에 따른 과산화수소 증기발생장치를 나타낸 분해사시도,
도 3은 본 발명에 따른 과산화수소 증기발생장치의 내부를 보여주는 단면도,
도 4는 본 발명에 따른 과산화수소 증기발생장치에서 '노즐유닛'에 대한 사시도,
도 5는 상기 도 4의 '노즐유닛'의 분해사시도,
도 6은 상기 도 4의 '노즐유닛'의 단면도,
도 7은 상기 도 4의 '노즐유닛'을 저면에서 본 사시도,
도 8은 본 발명에 따른 과산화수소 증기발생장치에서 증발챔버 내부의 유동을 해석한 것으로, 고온 공기와 과산화수소가 접촉되는 증발챔버 내부의 온도 분포를 예시한 도면대용이미지,
도 9는 에어쿠션에서의 위치 별 온도 분포에 대한 그래프,
도 10은 증발챔버 내부 과산화수소의 농도 분포를 보여주는 도면대용이미지.

이하 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 토대로 상세하게 설명하면 다음과 같다.

후술하는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 것으로서, 이는 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 개념과 당해 기술분야에서 통용 또는 통상적으로 인식되는 의미로 해석되어야 함을 명시한다.

또한, 본 발명과 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

여기서, 첨부된 도면들은 기술의 구성 및 작용에 대한 설명과 이해의 편의 및 명확성을 위해 일부분을 과장하거나 간략화하여 도시한 것으로서, 각 구성요소가 실제의 크기와 정확하게 일치하는 것은 아니다.

첨부된 도 1은 본 발명에 따른 과산화수소 증기발생장치를 나타낸 사시도, 도 2는 본 발명에 따른 과산화수소 증기발생장치를 나타낸 분해사시도, 도 3은 본 발명에 따른 과산화수소 증기발생장치의 내부를 보여주는 단면사시도, 도 4는 본 발명에 따른 과산화수소 증기발생장치에서 '노즐유닛'에 대한 사시도, 도 5는 상기 도 4의 '노즐유닛'의 분해사시도, 도 6은 상기 도 4의 '노즐유닛'의 단면사시도, 도 7은 상기 도 4의 '노즐유닛'을 저면에서 본 사시도, 도 8은 본 발명에 따른 과산화수소 증기발생장치에서 증발챔버 내부의 유동을 해석한 것으로, 고온 공기와 과산화수소가 접촉되는 증발챔버 내부의 온도 분포를 예시한 도면대용이미지, 도 9는 에어쿠션에서의 위치 별 온도 분포에 대한 그래프, 도 10은 증발챔버 내부 과산화수소의 농도 분포를 보여주는 도면대용이미지이다.

본 발명에 따른 과산화수소 증기발생장치는, 내부에 공간(20)이 형성되고 하부에는 공기가 유입되는 개구부가 형성되고, 상부에는 토출구(22)가 형성된 증발챔버(2); 증발챔버(2)의 내부에 형성되며 상기 개구부에 근접하여 형성되어 발열되는 캐리어 가스 히터 모듈(4); 증발챔버(2)의 내부에 형성되며 상기 캐리어 가스 히터 모듈(4)의 상부에 형성되며 캐리어 가스를 분산시키는 캐리어 가스 유동가이드(6); 증발챔버(2)의 토출구(22)에 근접하여 형성되며 액적 상태의 과산화수소를 분사하는 노즐유닛(8);을 포함하여 구성된다.

증발챔버(2)는 육면체로 된 함체이며, 하부의 개구부로부터 공기가 유입되어 가열되면서 상승하여 상부의 토출구(22)를 통해 배출되는 공기 이동경로를 갖는다.

캐리어 가스 히터 모듈(4)은 열선이 내부에 형성되고 외부의 전원공급부와 연결되어 발열이 이루어지는 히터봉(42)과, 상기 히터봉(42)의 외면에 다수 형성되는 방열휜(44)으로 구성된다.

방열휜(44)은 얇은 두께이며 열전도율이 높은 알루미늄이나 구리로 된 금속판이며, 다수의 방열휜(44)이 병렬로 배치된 후 히터봉(42)이 이들 방열휜(44)을 관통하여 결합됨으로써 구성된다.

캐리어 가스 히터 모듈(4)의 하부에 형성되어 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스공급부(5)가 형성된다.

캐리어 가스공급부(5)는 외부 공기(즉, 캐리어 가스)를 캐리어 가스 히터 모듈(4) 및 증발챔버(2) 내부까지 송기하기 위한 것으로, 시로코휀이 적용된다.

상기 캐리어 가스 유동가이드(6)는 외면에 곡률을 갖는 봉 타입이며, 증발챔버(2)의 내부에 수평하게 다수개가 이격 배치되어 구성된다.

캐리어 가스 유동가이드(6)는 캐리어 가스 히터 모듈(4)의 상부에 근접되게 배치됨이 바람직하다.

한편 노즐유닛(8)은 증발챔버(2)의 상부에 장착되되 토출구(22)에 근접하여 장착된다.

노즐유닛(8)은 액적 상태의 과산화수소를 분사하게 된다.

상기 노즐유닛(8)은 노즐바디(82), 노즐홀더(84), 액 공급니플(86)로 구성되고, 노즐바디(82)에 공압 주입부(미도시)가 연결되어 공기가 주입되고, 아울러 과산화수소액이 동시에 투입되어 무화상태로 증발챔버(2)에 분사되도록 한다.

도 4 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 노즐바디(82)는 양단이 개구되고, 내부에는 통로(820)가 형성되며, 일측에 과산화수소액이 유입되는 액 공급공(821)이 형성되고, 내부 통로(820)에 공기를 분산하여 배출하는 에어분산부(83)가 구비된다.

노즐홀더(84)는 상기 노즐바디(82)에 결합되며 노즐(85)이 끼워져 결합되는 노즐고정부(842)가 형성된다.

액 공급공(821)에 액 공급니플(86)이 결합되며, 액 공급니플(86)에는 외부의 과산화수소액 저장통(미도시)에 연결된 호스가 결합된다.

노즐바디(82)에는 상기 액 공급공(821)과 통하는 액 토출로(822)가 내부에 형성되며 끝단에는 토출공(823)이 형성되어 노즐바디(82)의 하단에 돌출되게 형성되는 노즐(85)이 구비된다.

액 토출로(822)는 수직방향으로 형성되며, 액 토출로(822)와 액 공급공(821)은 직각방향으로 통하도록 연결된다.

노즐바디(82)의 상부 개구부에는 노즐공기 공급채널(852)이 형성되고, 노즐공기 공급채널(852)에 통하도록 연결되어 노즐바디(82)에 통하는 노즐공기 이동채널(853)이 형성되어 이 노즐공기 공급채널(852)과 노즐 공기 이동채널(853)을 통해 외부 공기가 유입된다.

상기 노즐바디(82)의 에어분산부(83)는 통로 내주면에 형성되는 환턱(832)과, 상기 환턱(832)에 방사상으로 형성되는 에어홀(833)이 구비되며, 에어홀(833)과 통하도록 노즐바디(82)의 내부에 형성되어 에어가 이송되는 에어이송로(834)가 구비되고, 에어이송로(834)의 끝단 개구공(835)은 노즐(85)의 주변에 형성된다.

에어분산부(83)의 에어이송로(834)의 개구공(835)은 노즐(85)의 토출공(823) 보다 상부에 위치되도록 형성되며, 노즐(85)의 외주연에 원주방향으로 다수의 에어이송로(834)의 개구공(835)이 형성된다.

즉, 다수의 에어이송로(834)는 노즐(85)의 주변에 원주방향으로 배열된다. 본 발명의 실시예에서는 원주의 절반까지만 에어이송로(834)의 개구공(835)이 형성되도록 하였다. 물론 이에 한정되는 것은 아니다. 따라서 다수의 에어이송로(834)를 통해 동시에 배출되는 에어가 노즐(85)의 외주연으로 균등한 분사량으로 분출될 수 있다.

노즐홀더(84)는 노즐바디(82)에 결합되는 개구부가 상부에 형성되고, 내부에는 에어이송로(834)에서 송기된 에어가 채워지는 에어챔버(844)가 형성된다.

노즐고정부(842)는 에어챔버(844)의 저부 중심에 형성되어 노즐(85)의 선단이 결합되는 노즐고정부(842)가 형성된다. 그리고 상기 노즐고정부(842)의 주변에 다수의 에어슬롯(845)이 형성되어 이들 다수의 에어슬롯(845)을 통해 에어가 이송될 수 있다.

에어슬롯(845)의 말단에 에어토출홀(847)이 통하도록 형성되며 상기 노즐고정부(842)에 대해 경사지도록 에어토출홀(847)이 원주방향으로 다수 형성된다.

다수의 에어슬롯(845)을 통해 분출되는 에어가 노즐고정부(842)을 향해 분출되도록 방향이 설정됨이 바람직하다.

또한 노즐고정부(842)에 통하면서 노즐고정부(842)의 외측을 향해 직경이 확장되어 나팔 형상으로 된 액적 생성부(846)가 형성된다.

액적 생성부(846)는 상부에서 하부로 갈수록 확관되는 나팔형상으로 이루어지며, 액적 생성부(846)의 경사면에 에어토출홀(847)이 형성된다.

이하 전술한 본 발명의 실시예에 대한 작용을 설명한다.

캐리어 가스 히터 모듈(4) 하단에 인접해 있는 캐리어 가스공급부(5)에 의해서 증발챔버(2)의 내부로 공기(이를 '캐리어 가스'라 함)가 유입된다.

유입된 공기는 캐리어 가스 히터 모듈(4)을 통과하면서 방열휜(44)들 사이를 통과하는 과정에서 가열되고, 이 가열된 공기는 과산화수소 액적을 충분히 증발 시킬만한 온도가 될 수 있다.

가열이 된 캐리어 가스는 증발챔버(2)의 중간에서 노즐유닛(8)으로부터 분사된 과산화수소 액적과 접촉된다.

노즐(85)에서 분사된 과산화수소 액적들은 고온의 캐리어 가스와 접촉하게 되고, 고온의 캐리어 가스는 과산화수소 액적을 감싸게 된다. 이를 에어쿠션을 형성한다고 용어를 정의한다.

이러한 에어쿠션을 형성한 형태를 가지고 액적과 캐리어가스의 경계면에서 에너지 교환이 일어나게 되며, 이 작용을 통하여 과산화수소 액적에 에너지가 전달이 되며 따라서 증발이 일어나게 된다.

증발이 일어난 후의 증발된 과산화수소 증기는 증발챔버의 토출구(22)를 통하여 외부로 배출된다.

이러한 과산화수소 증기의 배출은 토출구의 형상에 의해 다양한 토출 방향과 토출양이 조절될 수 있다.

캐리어 가스공급부(5)에 의해 증발챔버 내에 공급된 공기는 히터의 방열휜(44) 사이를 통과하면서 과산화수소 액적을 증발 시킬 수 있을 만큼의 충분한 온도로 가열된다.

이렇게 가열되는 유동 가스는 방열휜(44)을 지나면서 온도가 상승이 되고, 이 공기는 주위 공기보다 더 가벼워졌기 때문에, 부력으로 인해 데워진 공기는 방열휜으로부터 상승하게 되는 유동 특성을 보인다. 이후 충분히 가열된 공기는 캐리어 가스 유동 가이드(6)를 통과하면서 분산된다.

공기 유동 분포가 캐리어 가스 유동 가이드(6)와의 마찰로 인해 그 유동량이 고르게 되면서 증발챔버(2) 내부로 진입하게 한다.

이렇게 이동하는 캐리어 가스는 과산화수소 액적과 증발챔버(2)의 내부에서 접촉하게 된다.

액적 형태의 과산화수소 혼합물은 노즐유닛(8)에 의해서 공급되고, 노즐유닛(8)에 의해서 작은 액적 형태로 분사된 과산화수소 혼합물은 증발챔버(2)에서 고온 공기와 접촉되면서 에어쿠션을 형성하는 것이다.

노즐유닛(8)은 과산화수소 혼합액과 고압의 공기가 만나 증발하기 좋은 형태의 작은 액적으로 분사해주는 역할을 하게 된다. 이를 위해 노즐유닛(8)에는 공기와 과산화수소 혼합액이 공급된다.

노즐 공기 공급채널(852)를 통하여 공기가 들어오게 되고, 내부의 노즐 공기 이동채널(853)에 의해서 이동하게 된다.

또한 동시에 과산화수소 혼합액 공급 채널(34)을 통하여 액체상의 과산화수소 혼합액이 노즐유닛(8)으로 주입된다.

과산화수소 액과 공기는 노즐유닛(8)의 하부에서 동시에 분사되면서 혼합된다.

도 5 내지 도 7에 나타낸 바와 같이, 노즐 공기 공급 채널(852)를 통하여 공기가 들어온 후, 공기 이동 채널(385)에 의해서 공기가 이동하게 된다.

이렇게 이동하여 노즐바디(82)의 중단까지 공기가 오게 되면 에어홀(833) 및 에어이송로(834) 및 그 개구공(835)으로 나뉘어져서 공기는 노즐바디(82)의 하단부로 이동 하게 된다.

증발챔버(2) 중앙의 노즐(85)을 통해서 액체상의 과산화수소 혼합액이 분사된다.

그리고 액 공급니플(86)로부터 유입된 과산화수소 혼합액은 액 토출로를 따라 이동한 후 노즐(85)의 토출공(823)을 통해 배출 된다.

이후 노즐홀더(84)의 에어챔버(844)에 도달하게 된 공기는 에어슬롯(845) 및 에어토출홀(847)을 통해 분출된다. 따라서 과산화수소액과 공기가 노즐홀더(84)에 형성된 액적 생성부(846)에서 과산화수소 혼합액이 만나 작은 알갱이 형태로 쪼개지게 된다.

상기 열전달 방정식에 따라 단면적이 넓을수록 총 열전달률이 상승한다. 다시 말해 과산화수소 액적이 잘게 쪼개지면서 캐리어 가스와 닿는 면적이 커지고 열전달률이 상승하여 에너지 교환이 더 잘 이루어 지는 것이다. 이를 통하여 에어쿠션에서 과산화수소 혼합액이 더욱 증발이 잘 일어나게 된다.

결국 작은 액적 형태로 분사된 과산화수소 혼합물은 증발챔버(2)에서 고온 공기와 접촉되면서 에어쿠션을 형성한 상태로 토출구(22)를 통해 증발챔버(2)의 외부로 배출된다. 토출구(22)에는 다양한 형태의 덕트(미도시)가 연결되어 외부 배출 방향과 배출량을 조절할 수 있게 된다.

이하 열전달 방정식에 따라 단면적이 넓을수록 총 열전달률이 상승하는 효과를 통하여 증명하여 에너지 전달이 더욱 잘 이루어지는 것을 설명 할 수 있다.

과산화수소 액적이 잘게 쪼개지면서 캐리어 가스와 닿는 면적이 커지고 열전달률이 상승하여 에너지 교환이 더 잘 이루어지는 것이다. 이를 통하여 에어쿠션에서 과산화수소 혼합액이 더욱 증발이 잘 일어나게 된다.

도 8은 증발챔버 내부의 유동을 해석한 결과이다. 즉 도 8은 본 발명에 따른 과산화수소 증기발생장치에서 증발챔버 내부의 유동을 해석한 것으로, 고온 공기와 과산화수소가 접촉되는 증발챔버 내부의 온도 분포를 예시한 것이다.

이것을 위하여 점성을 가진 유체의 운동을 기술하는 편미분방정식인 나비에-스토크스(Navier-Stokes)방정식을 사용 하였다.

:밀도,

:속도,

:압력,

:응력,

:체적력

:유효전도율,

:종 j의 확산 플럭스, E:총 엔탈피, h:현열 엔탈피,

: 화학반응 or 체적 생성 열

하지만 이러한 형태의 편미분방정식을 실제 모델처럼 복잡한 형상에 적용하여 그 해를 구하는 것은 매우 어려운 일이다. 이를 위하여 모델을 유한 요소화하여 그 근사 값을 구하는 방식인 CFD(Computational Fluid Dynamics)기법을 사용하였다.

증발챔버(2) 하단에서 공급되는 뜨거운 캐리어 가스가 상단 노즐유닛(8)에서 분사된 과산화수소 액적과 만나게 되는데, 이때 캐리어 가스가 과산화수소 액적들을 동그랗게 감싸안는 형태를 발생 한다.

이러한 형태로 과산화수소 액적과 뜨거운 캐리어 가스의 경계면에서 에너지 교환이 효과적으로 일어나게 되면서 증발챔버(2)로 유입된 과산화수소 액적이 충분히 증발이 될 수가 있다.

LINE-3에서 온도가 가장 높았고, LINE-4가 온도가 가장 낮았으며, LINE-2, LINE-1은 온도가 비슷하게 유지되고 있었다.

또한 도 10을 통하여 과산화수소가 에어쿠션을 벗어나서 증발챔버(2) 안에 불규칙하게 머무르지 않게 된다는 것을 확인 할 수가 있다.

본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 안에서 예시되지 않은 여러 가지 변형과 응용이 가능함은 물론 구성요소의 치환 및 균등한 타 실시 예로 변경할 수 있으므로 본 발명의 특징에 대한 변형과 응용에 관계된 내용은 본 발명의 범위 내에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

2 : 증발챔버 4 : 캐리어 가스 히터 모듈
6 : 캐리어 가스 유동가이드 8 : 노즐유닛
42 : 히터봉 44 : 방열휜
82 : 노즐바디 84 : 노즐홀더
85 : 노즐 86 : 액 공급니플
833 : 에어이송로 844 : 에어챔버
842 : 노즐고정부 845 : 에어슬롯
847 : 에어토출홀 846 : 액적 생성부
31 : 노즐 캡

Claims (10)

1. 내부에 공간이 형성되고, 공기가 유입되는 개구부와 배출되는 토출구가 형성된 증발챔버;
   상기 증발챔버의 내부에 형성되며 상기 개구부에 근접하여 형성되어 발열되는 캐리어 가스 히터 모듈;
   상기 캐리어 가스 히터 모듈의 하부에 형성되어 캐리어 가스를 공급하는 캐리어 가스공급부;
   상기 증발챔버의 토출구에 근접하여 형성되며 액적 상태의 과산화수소를 분사하는 노즐유닛;을 포함하고,
   상기 노즐유닛은
   양단이 개구되고, 내부에는 통로가 형성되며, 일측에 액 공급공이 형성되고, 내부 통로에 공기를 분산하여 배출하는 에어분산부가 형성된 노즐바디;
   상기 노즐바디에 결합되며 상기 노즐이 끼워져 결합되는 노즐고정부가 형성된 노즐홀더;
   상기 액 공급공에 결합되며 외부의 과산화수소액 저장통에 연결된 호스가 결합되는 액 공급니플;을 포함하고,
   상기 노즐홀더는
   노즐바디에 결합되는 개구부가 상부에 형성되고, 내부에는 에어이송로에서 송기된 에어가 채워지는 에어챔버가 형성되며,
   상기 노즐고정부는
   상기 에어챔버의 저부 중심에 형성되어 노즐의 선단이 결합되는 노즐끼움공과,
   상기 노즐끼움공의 주변에 다수 형성되어 에어가 이송되는 에어슬롯과,
   상기 에어슬롯의 말단에 통하도록 형성되는 일 이상의 에어토출홀을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치.
2. 삭제
3. 제 1항에 있어서,
   상기 노즐바디에는 상기 액 공급공과 통하는 액 토출로가 내부에 형성되며 끝단에는 토출공이 형성되어 노즐바디의 하단에 돌출되게 형성되는 노즐;이 포함되는 것을 특징으로 하는 에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치.
4. 제 1항에 있어서,
   상기 에어분산부는
   통로 내주면에 형성되는 환턱과, 상기 환턱에 방사상으로 형성되는 에어홀이 형성되며,
   상기 에어홀과 통하도록 노즐바디의 내부에 형성되어 에어가 이송되는 에어이송로가 형성되고, 상기 에어이송로의 끝단 개구공은 상기 노즐의 주변에 형성되는 것을 특징으로 하는 에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치.
5. 제 4항에 있어서,
   상기 에어분산부의 에어이송로의 개구공은 노즐의 토출공 보다 상부에 위치되도록 형성되며, 노즐의 외주연에 원주방향으로 다수의 에어이송로의 개구공이 형성되는 것을 특징으로 하는 에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치.
6. 제 1항에 있어서,
   상기 에어토출홀은
   상기 노즐끼움공에 대해 경사지도록 형성되는 것을 특징으로 하는 에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치.
7. 제 1항에 있어서,
   상기 노즐끼움공에 통하면서 노즐고정부의 외측을 향해 직경이 확장되어 나팔 형상으로 된 액적 생성부;를 포함하고,
   상기 액적 생성부의 경사면에 에어토출홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치.
8. 제 1항에 있어서,
   상기 캐리어 가스 히터 모듈은
   열선이 형성된 히터봉과, 상기 히터봉에 다수 형성되는 방열휜으로 구성되는 것을 특징으로 하는 에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치.
9. 제 1항에 있어서,
   상기 증발챔버의 내부에 형성되며 상기 캐리어 가스 히터 모듈의 상부에 형성되며 캐리어 가스를 분산시키는 캐리어 가스 유동가이드;를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치.
10. 제 9항에 있어서,
    상기 캐리어 가스 유동가이드는
    외면에 곡률을 갖는 봉 타입이며, 수평하게 다수개가 이격 배치되어 구성되는 것을 특징으로 하는 에어쿠션을 이용한 과산화수소 증기발생장치.

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