KR20000006212A - 유체충돌장치 - Google Patents

Abstract

충돌부재의 수명이 길고, 유체의 매질미입자화나 유화(乳化)처리를 효율적으로 할 수 있는 유체충돌장치를 제공한다.

챔버본체내의 충돌부재에 향하여 분사노즐로부터의 고압유체를 충돌시키는 유체충돌장치, 충돌부재는, 상기 챔버본체내에서, 고압유체의 분사축선으로부터 편심하여 회전할 수 있도록 지지된 경질구체로 되어있다.

Description

유체충돌장치{APPARATUS FOR CRASHING FLUID}

본 발명은, 고압유체를 경질체에 충돌시킴으로써, 유체를 유화 또는 유체에 수반하는 물질을 미입자화 하기위한 유체충돌장치에 관한 것이다.

종래, 이러한 종류의 유체충돌장치에서는, 분사노즐에서 분사되는 고압유체를 평판형상의 경질체에 충돌시킴으로써 유체내의 물질(매질)을 분쇄하여 미입자화 한다거나, 또는 유체를 유화시키는 평판충돌방식이 사용되고 있다.

이것은 본체 챔버내에 고정설치된 경질평판에 챔버밖의 유로에서 도입되는 유체를 분사노즐로부터 고압분사하여 충돌시키는 것으로, 충돌부재로서의 경질평판에는, 평판형상의 소결다이아몬드 등이 사용되고 있다.

이와같은 유체충돌장치에 의한 유체매질의 미입자화나 유체의 유화는, 식품, 화장품, 도료, 세라믹스, 전자재료등의 광범위한 분야의 소재를 대상으로 하여 이용되고 있다.

예컨대, 화장품에서는 파운데이션용 소재를 미입자화 한다거나 함으로써, 피부피복력이나 분비물의 흡수성을 높이는 등, 화장품으로서 요망되는 특성을 더욱 향상시킨다. 또, 세라믹스 소재에서는 미입자화에 따라서 그 기계적 강도가 향상한다. 그 밖에, 음료를 포함하는 각종식품이 나도료, 화상품의 유액등, 유화(emulsion 化)에 의한 조성물끼리의 친화성의 향상과 매질의 균일 분산화를 필요로함을 대상으로하여 유체충돌장치가 널리 이용된다.

그러나, 상기와 같은 종래의 평판충돌방식의 유체충돌장치에서는, 평판표면상의 고압유체의 충돌부위만이 국소적으로 마모하여, 경우에 따라서는 수시간으로관통하여 버린다. 이와 같이, 충돌부재로서의 경질평판의 수명이 대단히 짧기때문에, 비교적 대량의 유체를 대상으로하는 경우에는, 평판의 빈번한 교환이 필요하게 되어, 노력에 관계되는 번잡한 공정이 될 뿐만 아니라 코스트가 비싸져 버린다.

본 발명은, 상기 문제점에 비추어, 충돌부재의 수명을 종래보다도 연장할 수 있어, 효율적으로 유체의 매질미입자화나 유화처리를 할 수 있는 유체충돌장치를 제공하려 한다.

상기 과제를 해결하기위하여, 청구항 1에 기재의 발명에 관한 유체충돌장치는 챔버본체내에 배치된 경질체에 분사노즐로부터 고압유체를 충돌시키는 유체충돌장치에 있어서, 상기 경질체는, 상기 챔버본체내에서, 고압유체의 분사축선으로부터 편심하여 회전할 수 있도록 지지된 구체로 되어 있다.

또, 청구항 2에 기재의 발명에 관한 유체충돌장치는, 청구항 1에 기재된 유체충돌장치에 있어서, 상기 구체구를 고압유체의 분사축선에 대하여 교차하는 방향으로 변위하여 위치결정하는 편심량 조절기구를 구비하였다.

또, 청구항 3에 기재의 발명에 관한 유체충돌장치는, 청구항 1에 기재의 유체충돌장치에 있어서, 상기 고압유체의 충돌력에 대하여 상기 구체를 직접점 접촉상태에서 지지하는 회전이 자유로운 제2구체를 새로이 구비하였다.

본 발명에 있어서는 경질체를 구체로하여, 이 경질구체를 챔버본체내의 분사노즐에서 분사되는 고압유체의 분사축선으로부터 편심한 상태에서 회전할 수 있도록 지지한 것이므로, 고압유체는, 경질구체 표면상에 입사각의 여각(余角)이 90도 미만에서 충돌하게 되어, 충돌력의 분력(分力)에 의하여 경질구체에 회전이 발생한다.

따라서, 본 발명에 관한 유체충돌장치에서는, 경질구체가 고압유체의 충돌을 받고 있는 동안은 항상 회전하게 된다. 그 때문에 경질구체 표면상의 충돌위치는 항상 변화하여, 종래와 같이 충돌부재표면의 국소적인 마모를 회피할 수 있다.

본 발명에 있어서 경질구체라도 사용시간의 경과에 따라서 표면은 서서히 마모되어 가지만, 구체의 회전에 따라서 고압유체의 충돌위치가 항상 변화하기 때문에, 마모도 구체표면상에서 분산하게 되어, 사용함에 견딜 수 없게 될만큼 작아지기까지 내용수명이 연장된다. 따라서, 이 경질구체는, 종래의 평판형상 충돌부재에 비하여 장기간의 사용에 견디고, 부재의 교환빈도도 크게 감소하여, 그만큼, 교환을 위한 노력도 코스트로 절약하여, 대량의 유체를 대상으로 하였을 경우에도 작업효율의 향상을 도모하게 된다.

그위에, 경질구체의 재질로서는, 세라막이나 소결다이어몬드 등의 종래로부터 사용되고 있는 소재를 사용할 수 있다.

경질구체의 고압유체 분사축선에 대한 편심량은, 분사축선에 교차하는 방향의 경질구체의 배치위치에 의하여 결정한다. 따라서, 경질구체를 상기 분사축선에 대하여 교차하는 방향으로 변위시켜서 임의의 배치위치에 위치결정할 수 있는 조절기구를 설치한다면 그 위치조절을 함으로서 임의의 편심량을 얻을 수 있다. 구체적으로는, 챔버본체내에서 경질구체를 지지하는 지지부재마다 분사축선과 교차하는 방향으로 변위하여 고정할 수 있는 구성으로 하는 것이 좋다.

또, 고압유체의 충돌력에 대하여 경질구체를 점접촉상태에서 직접 지지하는회전이 자유로운 제2구체를 설치함으로써, 경질구체 자신의 회전이 보다 원활하게 되고, 마모위치의 분산도 보다 균일하게 되어, 경질구체의 충돌부재로서의 수명의 연장에 기여한다.

그위에, 제2구체는, 경질구체의 저면(유체충돌표면에 대향하는 표면)부를 지지하는 1개의 구체, 또는, 여러개의 구체는 구성하여도 좋고, 경질구체를 회전할 수 있도록 지지하는 고정지지 대신으로 제2구체에 의한 회전지지를 증가할수록 경질구체의 회전은 원활하게 된다. 예컨대, 경질구체에 대하여 3점 이상의 회전지지라하면, 모든 지지를 제2구체에 의한 회전지지로 구성하여, 고정지지를 일체 포함하지 않는 구성으로 할 수도 있다.

또, 통상, 충돌장치의 챔버본체내에는, 경질구체에 충돌한 다음의 유체를 챔버본체밖으로 도출하기 위한 유로가 형성되는 것이나, 본 발명에 있어서 충돌장치에 있어서도, 경질구체의 주위의 부재의 분사노즐측 표면에, 충돌후의 유체를 흘러내리게 하기위한 홈을 설치하여 두는 것은 바람직한 일이다.

그위에, 유체의 충돌에 의한 미입자화 효과는, 경질구체 표면에 대하여 직교방향으로 충돌하는 경우, 즉 경질구체에 대한 분사축선의 편심량이 0이고 충돌충격이 최대일경우에 가장크며, 편심량이 커짐에 따라서 유체의 충돌시의 충격이 저하하고, 미입자화 효과도 저하한다. 또한, 편심량에 의하여 보올의 회전속도도 바뀌며, 회전이 과속할 경우에도 또 유체매질의 미입자화효과 또는 유화효과를 충분히 얻을 수 있는 충돌각도 및 회전수로 되는 범위내에 조정하도록 한다.

또, 유체분사노즐과 경질구체표면과 사이의 거리는 작을수록 미입자화효과는커지나 경질구체의 마모속도도 빨라진다. 따라서, 상기 거리는 미입자화의 대상물 및 그 처리량에 따라서 적당히 설정할 필요가 있다.

그렇지 않으면, 경질구체의 회전이 지나치게 빠를 경우에 그 회전을 억제한다거나, 유체충돌작업도중에 있어서 1차정지가 필요한 경우, 구체의 회전이 타성에 빠져있음을 신속하게 정지시킨다거나 하기위한 수단으로서, 구체에 대한 브레이크기구를 설치하여 두는 것도 생략할 수 있다.

도 1은 본 발명의 한실시형태에 의한 유체충돌장치의 주요부분의 구성을 도시한 개략단면도.

도 2는 도 1의 챔버본체의 분해조립도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 챔버본체 2 : 경질구체

3 : 편심량 조절나사 10 : 후방벽부재

11 : 배출구 12 : 보유부(保有部)

13 : 요부 14 : 저면지지구체

15 : 측면지지구체 16 : 유로(流路)

20 : 커버부재 21 : 개구

22 : 홈 30 : 원통부재

40 : 전방벽부재 41 : 분사노즐

42 : 플러그(plug) 50 : 충돌공간

다음에, 본 발명에 의한 유체충돌장치의 한실시형태를 나타내고 있다. 도 1은, 본 실시형태에 의한 충돌장치의 주요부분의 구성을 나타낸 개략단면도이며, 도 2는 주요부분의 분해조립도이다.

도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 본 실시형태에 있어서의 챔버본체(1)는 주로 3개의 부재가 O-링등의 밀봉부재를 개재하여 서로 조합하여서 되있고, 중심축상의 유체도입플러그 및 배출구 이외는 밀폐된 고압유체 충돌공간(50)내부에 형성하고 있다. 즉, 챔버본체(1)는, 세라믹제의 경질구체(2)를 위한 보유부(12)를 구비한 후방벽부재(10)와, 이 후방벽부재(10)의 주연부에 끼워맞춤하고, 경질구체 보유부(12)를 둘러싼 원통부재(30)와, 이 원통부재(30)의 전방측 주연부에 끼워맞추고, 챔버안쪽으로 향한 분출노즐(41)을 구비한 전방벽부재(40)등을 구비하고 있다.

보유부(12)는, 후방벽부재(10)의 내면측에서 충돌공간(50)으로 돌출하는 원통을 비스듬히 자른것과 같은 오목형상을 갖는다. 이 오목부(13)내에 경질구체(2)를 넣고, 이것을 가리우도록 커버부재(20)를 전방측에서 보유부(12)로 나사로 고정하고, 오목부(13)내에서 구체(2)를 회전이 자유롭도록 한다. 본 실시형태에 있어서는, 경질구체(2)를 직경 15mm∼20mm이라 하고, 보유부(12)는, 이 사이즈의 경질구체(2)를 회전할 수 있도록 수납할 수 있는 사이즈로 설정되어 있다.

보유부(12)에는, 오목부(13)내의 저면(후방측) 및 내주측면에, 경질구체(2)를 회전이 자유롭도록 지지하기위한 제2구체로서, 각기 저면지지구체(14), 측면지지구체(15)가 회전할 수 있도록 부착되어 있다. 한편, 커버부재(20)에는 경질구체(2)의 나중에 설명하는 충돌부위로 된 일부표면이 노출하는 개구(21)가 설치되어 있으며, 상기 양 지지구체(14, 15)에 의한 경질구체(2)의 표면점접촉에서의 지지상태가 유지되도록, 개구(21)의 가장자리부분을 경질구체(2)의 노출부주변에 미끄럼 접합할 수 있도록 맞닿게된 상태에서 커버부재(20)를 보유부(12)에 고정하고 있으므로, 경질구체(2)는 보유부(12)의 오목부(13)내에서 회전이 자유롭도록 보유하게 된다.

또, 보유부(12)는, 원통부재(30)의 축중심, 즉, 챔버본체(1)의 축중심에 대하여 직교하는 방향으로, 후방벽부재(10) 내벽면상에서 변위할 수 있고, 이 변위에 의하여 위치결정이 가능하다. 이 보유부(12)의 변위량은, 원통부재(30)에 나사맞춤관통하며, 나아가서 보유부(12)에 회전할 수 있도록 연결된 편심량 조절나사(3)의 회전운동조작으로 조절할 수 있게 되어 있다. 본 실시형태에 있어서는, 이 변위방향은, 상기 축중심에 대하여 도 1의 지면에 평행한 상하직교방향으로 하였다.

또, 전방벽부재(40)의 분사노즐(41)은, 그 유체분사축선이 상기 축중심과 합치하도록 부착되어 있다. 따라서, 편심량 조절나사(3)의 회전운동에 의하여보유부(12)가 축중심과 직교하는 방향으로 변위하면, 이에 따라서 오목부(13)내에 보유되어 있는 경질구체(2)도 같은방향으로 변위하기 때문에, 경질구체(2)를 분사노즐(41)의 분사축선에 대하여 소정의 편심량으로 위치결정할 수 있다. 즉, 본 실시형태에서는 조절나사(3)가 경질구체(2)의 편심위치 결정을 위한 편심량 조절기구를 구성한다.

또한, 본 실시형태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 보유부(12)가 원통을 그 축중심에 대하여 비스듬한 평면에서 커트(도 1에서 상부측이 하부측 보다도 길게)한 것과 같은 특수한 형상때문에, 커버부재(20)를 나사고정하였을 때, 커버부재(20)의 대략 중앙의 분사노즐(41)측에 설치되어 있는 개구(21)에는, 경질구체(2)의 표면이 노즐의 분사축선에 대하여 하방으로 기울인 상태에서 노출하게 된다.

이와같이 분사축선에서 하방으로 기울인 위치에 노출한 경질구체(2)의 표면으로 향하여, 분사노즐(41)에서 분사되는 고압유체를 어떤 편심량으로 입사각의 여각이 90도 미만에서 충돌시키면, 충돌후의 유체가, 주로 경질구체(2)의 곡면에 잇따라서 하방 및 후방으로 흐름과 동시에, 경질구체(2)에 대하여 충돌력의 분력이 아래후방으로 작용하여, 이 분력의 작용에 의하여 경질구체(2)가 화살표(A)로 도시한 바와 같이 자전한다.

이 경질구체(2)의 자전에 대하여, 경질구체(2)를 서로 표면점 접촉상태에서 지지하는 저면지지구체(14) 및 측면지지구체(15)도 회전하고, 이것들 지지구체에 의하여 지지위치를 충돌점에 대하여 적당히 정하므로서 경질구체(2)의 자전축을 자연스럽게 요동시키고, 고압유체의 충돌점이 경질구체의 대략 전체표면에 분산되는 구성으로 되어있다.

또한, 후방벽부재(10)에는, 충돌후의 유체를 도출하기위한 배출구(11)가 형성되어 있으나, 보유부(12)의 하방에는 이 배출구(11)에 연통하는 유체유로(16)가 형성되어 있으며, 또 커버부재(20)의 표면측에도, 충돌후의 유체를 챔버하방으로 안내하는 홈(22)이 형성되어 있다.

본 실시형태에 의한 유체충돌장치의 사용에 있어서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 후방벽부재(10), 보유부(12), 경질구체(2), 커버부재(20), 원통부재(30) 및 전방벽부재(40)로 된 본체챔버(1)를 조립하여 두어, 조절나사(3)로, 경질구체(2)를 분사노즐(41)의 분사축선에 대하여 소정의 편심량이 되도록 위치결정하여 둔다. 본 실시형태에 있어서는, 직경 15mm∼20mm의 경질구체(2)의 편심량이 0∼5mm범위내로 되도록 조절한다. 이 범위내의 편심량이라면, 유체매질의 미입자화 효과를 결정하는 충돌시의 충격의 저하는 작다.

한편, 충돌에 의한 미입자화를 목적으로 하는 매질을 함유하는 유체의 공급원(도해없음)으로부터 가압된 유체를 안내하는 고압유체공급관(도해없음)을 챔버본체(1)의 전방측 플러그(42)에 연결하고, 또, 배출구(11)에는 처리완료의 유체를 회수하기 위한 용기(도해없음)를 배관하여 둔다.

이와같은 작업준비가 정돈되면, 상기 공급원으로부터 분사노즐(41)에의 고압유체의 공급을 개시한다. 분사노즐(41)에서 고압유체가 분출되면, 그 분사축선에 대하여 편심하는 경질구체(2)의 하방에 기울인 표면으로 분사유체가 충돌하기 시작함과 동시에 경질구체(2)가 그 충돌을 받아서 자전을 개시한다.

이 고압유체의 연속적인 분사충돌이 진행되는 동안, 경질구체(2)의 회전도 저속한다. 따라서, 경질구체(2)의 표면상에 있어서의 고압유체의 충돌위치는, 경질구체(2)의 회전에 의하여 항상 변화하고 있어, 충돌에 의한 마모가 경질구체(2)의 표면상에서 분산하여 나아가므로, 종래와 같이 특정한 1개소만의 국부마모가 진행하여 충돌부재에 관통구멍이 발생하는 것은 피할 수 있다.

이 경질구체(2)에 있어서는, 전체적인 마모가 진행하여, 보유부(12)내에 있어서의 회전할 수 있는 보유상태의 유지가 곤란하게 되기까지 사용할 수 있으며, 종래의 고정적인 충돌평판에 비하여 충돌부재로서의 수명은 크게 길어진다. 따라서, 충돌대상 유체가 대량으로 장시간 처리의 경우에도, 경질구체(2)의 교환빈도는 적고, 교환에 요하는 노력이나 시간을 절약하여, 작업효율이 향상한다.

그위에, 상기의 실시형태에 있어서는, 경질구체(2)의 편심량조절은, 챔버본체(1)의 축중심과 같은축의 분사노즐(41)의 분사축선에 대하여 조절나사(3)에 의하여 수직상하방향으로의 보유부(12)의 위치결정 변위에 의하여 실시하는 구성을 나타내었으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 또한 도 1의 저면상에서의 표리방향과 상당하는 수평방향, 또는 그 밖의 교차방향으로의 변위에 의한 편심조절을 가능하게 한 구성으로 하여도 좋다.

또, 상기 실시형태에서는, 제2구체로서 저면지지구체(14)와 측면지지구체(13)의 2개의 구체를 구비한 구성을 나타내있으나, 물론, 3개이상의 구체로 경질구체(2)의 다점접촉 지지를 하는 구성으로 하여도 좋고, 이 경우는 경질구체(2)의 커버부재(20)에 대하여 실질적으로 비접촉의 상태에서 장치를 작동시키는 것도 가능하게 된다.

또, 상기 실시형태에 있어서는 경질구체의 편심방향을 챔버본체의 축중심에 대하여 도 1의 지면에 평행한 상하직교방향으로 하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니고, 고압유체의 분사축선에 대하여 교차하는 방향이라면 어느방향이라도 좋다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 유체충돌장치에 의하면, 충돌부재의 내용수명을 길게할 수 있으며, 유체의 매질미입자화나 유화처리를 효율적으로 할 수 있다고 하는 효과가 있다.

Claims (3)

1. 챔버본체내에 배치된 경질체에 분사노즐로부터의 고압유체를 충돌시키는 유체충돌장치에 있어서, 상기 경질체는, 상기 챔버본체내에서 고압유체의 분사축선으로부터 편심하여 회전할 수 있도록 지지된 구체로 되있음을 특징으로 하는 유체충돌장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 구체를 고압유체의 분사축선에 대하여 교차하는 방향으로 변위하여 위치결정하는 편심량 조절기구를 구비하였음을 특징으로 하는 유체충돌장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 고압유체의 충돌력에 대하여 상기 구체를 직접점 접촉상태에서 지지하는 회전이 자유로운 제2구체를 새로이 구비한 것을 특징으로 하는 유체충돌장치.