KR20000062335A - 에어로졸 생성장치 - Google Patents

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마에다 시게루
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Abstract

특히 공구 또는 공정물용 냉각, 윤활장치에 있어서의 에어로졸 생성장치는 운반기체 및 유체가 제공될 분사장치를 포함한다. 분사장치의 배출구(23)에서, 그 배출구(23)를 빠져나온, 그 안에 유체방울을 구비한 가스제트(25)는 구조화된 표면을 구비한 굴절몸체(13)로 향하고 구조화된 표면을 따라 흐른다. 예를 들어 굴절몸체는 계단형상의 쉘(코팅표면)을 구비한 원추 또는 절두형 원추에 의해 형성된다. 입자의 크기를 변경시킬 수 있기 위해, 굴절몸체 및 분사장치의 배출구 사이의 거리는 변할수 있다.

Description

에어로졸 생성장치{APPARATUS FOR AEROSOL CREATION}
에어로졸은 많은 기술분야에서 응용되는데, 예를 들면 의학분야에서 흡입기, 가정분야에서 가습기, 청정제 및 보호제등에 응용된다. 다음 설명의 예시적인 기초가 되는 공구 또는 공정물 냉각 또는 윤활에 에어로졸을 사용하는 것은 더욱 알려져 있다.
공구 및 공정물은 가공동안 대량의 열발생을 수반하는 큰 마찰력을 받기 마련이다. 따라서, 냉각윤활 매개물(제)에 의해 상술된 공구 또는 공정물의 마찰을 감소시켜주는 것이 필요하고, 이를 통해 공구 또는 공정물은 동시에 냉각된다. 먼저, 한동안은 완전제트냉각(full jet cooling)을 사용하는게 일반적이었고, 완전 제트냉각동안에는 다소 많은 양의 냉각윤활제가 냉각될 표면에 도포된다. 하지만 이 경우에 있어서, 한편으로는 냉각윤활제가 아주 많이 소모되어 냉각윤활장치의 작동비용이 비싸고, 다른 한편으로는 생태학적인 이유로 사용된 냉각윤활제를 생태학적으로 안전하게 처분하는 것이 필요하지만, 이것 또한 복잡하고 비싸다.
최근 개발된 일명 최소윤활기술에 있어서, 유체 냉각윤활제는 공기 스트림(air stream)내 노즐에서 무화된다. 이러한 목적으로, 냉각윤활제 및 공기가 분리도관(파이프, 라인)내 노즐로 유입되고, 상대적으로 고속으로 노즐을 빠져나오는 공기 스트림은 냉각윤활제가 노즐을 빠져나온 후 냉각 윤활제와 혼합된다. 이 시스템은 공지되어 있고, 이 시스템내에서의 혼합 미스트(mixed mist)의 생성은 노즐내에서 수행된다. 냉각윤활제-공기 혼합 미스트는 처리될 표면에 직접적으로 뿌려져, 공구 및 공정물의 양호한 냉각 및 윤활효과가 달성된다. 이에 의하면 냉각 윤활제의 소비량은 상당히 감소되고, 처분의 문제점 또한 줄어드는 장점이 있다. 하지만, 상술된 방법으로 생성된 냉각윤활제 미스트는 방울의 크기가 상대적으로 균일하지 않다. 비록 이러한 사항이 냉각윤활제가 외부로부터 처리될 부분에 도포되는 일명 외부냉각에 대해서는 상대적으로 문제되지 않지만, 냉각윤활제 미스트가 공구를 관통하여 연장하는 내부통로를 통해 공구 및 공정물 사이의 접촉면으로 운반되는 일명 내부냉각동안에는 문제가 된다. 공구가 회전하면, 냉각윤활제 미스트의 큰 방울 또한 회전되고 반지름 바깥쪽으로 가속되어 통로의 벽에 모이게 된다. 이는 냉각윤활제의 비균일한 운반을 초래하고, 특히 냉각 윤활제를 주변에 튀긴다는 문제를 초래한다. 냉각윤활제 미스트가 상대적으로 긴 도관을 통해 운반되야 할때에도 이와 유사한 문제점이 발생한다.
DE 3034941A1으로부터, 청구범위 제 1항의 전문에 기초하여, 종래의 오일윤활에 추가하여 회전하는 부분의 냉각 및 윤활을 위해 공기 스트림 내에서 뜨는 아주 미세한 오일입자를 포함하는 에어로졸을 추가적으로 사용하는 것이 개시된다. 이러한 목적을 달성하기 위해, 오일은 분사노즐을 통해 흐르는 공기 스트림에 의해 오일공급원으로부터 흡입되고, 에어로졸 챔버내에서 공기와 함께 무화되어, 에어로졸 챔버의 벽 및 바닥상에 응결하는 무거운 오일입자는 공급원내로 다시 흘러들어간다. 하지만, 무거운 오일입자의 응결에도 불구하고, 다양한 크기의 입자가 여전히 에어로졸에 남아 있어, DE 3034941A1에 따라서는 입자혼합 및 크기가 변경될 수 없다. 따라서, 재료의 형태 및 공정에 따라 달라질 수 있는 특수한 요구에 응하는 냉각 및 윤활의 조절이 제공되지 않는다.
본 발명은 특히 운반가스 및 유체가 공급가능하고 그 안에 유체방울이 포함된 가스제트를 배출구에서 방출하는 분사장치를 구비한 공구 및 공정물용 냉각윤활장치의 에어로졸 생성기에 관한 것이다.
도 1은 몇 개의 연관된 도구들이 부분적으로 절단되어 도시된 냉각,윤활장치 용기의 사시도,
도 2는 에어로졸 생성장치의 단면도,
도 3은 도 2의 Ⅲ부분의 상세도,
도 4는 도 3의 계단의 제 1 대안적인 실시예를 도시하는 도, 및
도 5는 도 3의 계단의 제 2 대안적인 실시예를 도시하는 도.
본 발명의 목적은 작은 입자크기를 갖는 에어로졸이 신뢰성있게 생성될 수 있는 에어로졸 생성장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따라, 이 목적은 가스제트가 구조화된 표면 및 스트림을 따라 굴절몸체로 향하는 에어로졸 생성장치에 의해 달성된다.
본 발명에 따른 장치에 있어서, 윤활유체는 부압에 의한 공지된 방법으로 흡입되고, 운반가스의 제트내에서 무화된다. 운반가스는 압력하에서 분사장치의 챔버로 유입되어, 단면의 확장으로 인해, 부압은 챔버내로도 개방된 도관으로 부터 윤활유체를 운반하고 운반가스에 고속의 속도를 부여하는 작용을 한다. 윤활유체는 운반가스 스트림을 따라 분열되고 정교하게 분배되어 굴절몸체의 구조화된 표면상에 응결된다. 운반가스 스트림은 굴절몸체의 구조화된 표면위를 고속으로 흐르기 때문에, 구조화된 표면상에 형성된 윤할 유체막을 작은 입자크기의 에어로졸로 무화시킨다. 특히 계단구조를 포함하는 구조화된 표면의 대응하는 구조(설계)를 통해, 작은 입자직경을 위한 매우 높은 에어로졸의 응축이 달성될 수 있다.
운반가스의 공급 뿐만 아니라 윤활유체의 공급도 밸브를 통해 분리되어 제어될 수 있는 본발명에 따른 에어로졸 생성장치에서는 에어로졸의 양 뿐만 아니라 입자의 크기도 바람직하게 변경될 수 있다.
굴절몸체는 분사장치의 배출구의 전면에 배치되고, 바람직하게는 구조화된 쉘(코팅표면)을 구비하는 회전적으로 대칭인 몸체로서 형성된다. 바람직하게는 굴절몸체가 가스제트와 마주보는 끝에 원추형으로 붙은 테이퍼진 형상을 포함하면 특히 적합하다. 절두형 원추(truncated cone) 뿐만 아니라 원추도 굴절몸체로서 사용될 수 있다.
원추의 선단 또는 절두형 원추의 좁은 단부는 바람직하게는 분사장치의 배출구에 직접적으로 위치되어 가스제트는 원추 또는 절두형 원추상의 이 위치에 충돌한다.
본 발명의 다른 실시예는 분사장치의 배출구가 가스제트의 흐름방향으로 원추형으로 확장되는 것이다. 이러한 방법에 있어서, 원추형으로 또는 절두-원추형으로 형성된 굴절몸체는 부분적으로 배출구내로 돌출할 수 있어, 흐름통로는 배출구의 내벽 및 굴절몸체의 외벽 사이에 형성된다.
특히, 가스제트를 위한 분사장치의 배출구와 굴절몸체 사이의 거리가 변화할수 있도록 한다. 이러한 방식으로, 전술된 흐름통로의 치수 또한 변할 수 있다. 이러한 방식으로 가스제트의 속도 또한 변하기 때문에, 거리의 변화를 통해 입자크기도 변할 수 있다. 가스제트의 속도가 높게 설정될수록, 생성된 에어로졸의 입자크기는 미세해진다.
가스제트내의 에어로졸의 응축은 굴절몸체의 구조화된 표면의 형상(예를 들어 계단구조)에 따라 달라진다. 특히, 윤활유체 방울이 가스제트에 의해 매우 작은 크기로 분열되기 때문에, 각 계단이 예각의 난류 가장자리(turbulence edge)를 포함할때 더 장점이 있다. 이러한 관점에서, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 계단은 특히 예리한 난류 가장자리를 달성하기 위해 난류 가장자리 아래에 컷백(cut back)을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예는 난류 가장자리를 따라 바람직하게는 가스제트의 흐름에 대항하는 방향으로 향하는 뾰족하게 형성된 돌출부를 포함한다.
거의 균일한 입자크기를 갖는 에어로졸을 생성하기 위해, 에어로졸을 포함하는 가스 스트림 용기는 바람직하게는 굴절몸체위를 흐른후 한번 또는 여러번 여과된다. 이러한 관점에서, 무거운 그래서 큰 입자가 떨어져 나가는 결과에 의해, 가스 스트림의 급속한 굴절은 여과기로서 볼 수 있다. 이러한 질량 또는 중량분리에 추가하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 특히 공기의 감싸는 가스제트에 의해 둘러싸이는 구조화된 표면을 따르는 가스 스트림의 흐름을 제공한다. 종래에 공지된 것과 같은 링노즐로 생성될 수 있는 감싸는 가스제트는 에어로졸을 가속시켜, 미세한 입자는 감싸는 가스제트를 관통할 수 있는 반면 큰 입자의 분리를 촉진한다.
대안적으로 체여과기(sieve filter) 및/또는 사이클론(cyclone)이 여과장치로서 제공될 수 있다. 사이클론은 또한 추가적으로 소비에 있어서의 변화를 보상할 수 있도록 하기 위해 에어로졸용 중간 저장고로서 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 장치에 있어서, 에어로졸의 생성은 부품들의 이동을 전혀 요구하지 않기 때문에, 높은 공정보증이 보장된다. 생성된 에어로졸의 양은 소비기에 의해 추출된 (소비된)양에 달려있다. 만약 많은 양의 에어로졸이 소비(추출)된다면, 대응하는 공기량이 에어로졸 챔버내로 흘러들어가 챔버의 내부압력은 일정하게 유지되고, 챔버보다 앞서는 감압밸브에 설정된 작동압력과 일치된다. 따라서, 생성가능한 에어로졸의 양은 시스템내로 유입되는 공기량에 달려있다.
본 발명의 더 상세한 설명 및 특징이 도면을 참고로 다음의 실시예의 설명으로 부터 명확해진다.
도 1에 따르면, 냉각윤활장치(30)는 하부에 유체냉각윤활제, 즉 오일의 공급원을 담고있는 용기(31)를 포함한다. 용기(31)는 커버(33)에 의해 밀폐되고, 압력용기로서 형성된다. 오일공급원(32) 위에 형성된 용기(31)의 공간에, 제어밸브(18)가 위치한 도관(35) 및 분사장치(16)의 유도도관(17)을 경유하여 가압된 공기스트림이 유입되는 곳에 에어로졸이 형성되어 위치한다. 분사장치(16)를 통한 공기스트림의 흐름때문에 부압이 발생하여, 오일은 공급원(32)으로부터 진공도관(34), 제어밸브(37b) 및 신속한 스위치 오프용 오프 스위치 장치(37a)를 포함하는 조절장치(37), 및 유도도관(36)을 경유하여 분사장치(16) 내로 흡입된다. 조절장치(37)의 도움으로 진공도관(34) 내로의 오일의 체적흐름(질량유량)은 매우 다양하게 제어될 수 있다.
연결도관(38)은 용기(31)의 커버(33)에 제공되어, 에어로졸이 예를 들어 냉각에 사용되기 위해 연결도관(38)을 통해 용기(31)로부터 이동될 수 있다. 연결도관(38)을 통한 에어로졸의 운반은 용기(31)내의 내부압력을 통해 수행될 수 있다. 도 1에 따르면, 흡입제트(39)는 추가적으로 제공되어 도관(도시안됨)에 가압된 공기를 제공한다. 공기는 운반방향으로 흡입제트(39)내로 유입되어, 공기의 흐름이 에어로졸을 빨아올려, 오일입자는 다시 뒤섞이고 가속된다.
도 1에 도시되듯이, 흐르는 에어로졸(A)은 몇개의 분기도관(27)으로 분배되고, 이 분기도관(27)을 통해 대응하는 공구(29)를 구비한 다양한 절삭기계(28)에 공급된다. 비록 도 1은 에어로졸이 공구(29)를 관통해 연장하는 통로를 통해 운반되는 예로서 내부냉각을 도시하지만, 종래에 알려진 외부냉각 또한 대안적으로 또는 추가적으로 사용될 수 있다.
에어로졸 생성용 장치(10)가 도 2에 자세하게 도시된다. 에어로졸 생성용 장치(10)는 내부공간에 분사실(22)이 형성된 분사구 블록(11)을 구비하는 분사장치(16)를 포함한다. 가압된 공기(G)는 도관(35) 및 제어밸브(18) 뿐만 아니라 유도도관(17)을 경유하여 분사실(22)로 공급될 수 있다. 가압된 공기(G)가 분사실(22)로 들어갈 때 단면의 확장으로 인하여 부압이 발생하여, 오일(F)이 흡입도관(34), 조절장치(37) 및 유도도관(36)을 경유하여 분사실(22)로 흡입된다.
분사실(22)은 유체방울이 그안에 포함된 가스제트(25)로서 가압된 공기가 빠져 나가는 배출구(23)에서 원추형으로 확장된다.
배출구(23) 아래에 원추형 굴절몸체(13)가 위치하고, 그 쉘(코팅표면)(13a)은 다수의 연속계단(13c)을 구비한 계단구조를 포함한다. 원추는 그 끝(13b)이 분사장치(16)의 배출구(23) 쪽을 향하고, 부분적으로 원추형으로 확장된 배출구(23)내로 돌출한다.
원추형 굴절몸체(13)는 고정로드(12)에 의해 용기(31)의 커버(33)상에 지지된다. 분사블럭(11)은 그 상부에 용기(31)의 커버(33)를 관통하는 조절장치(15)를 포함하고, 이를 통해 굴절몸체(13)에 대한 분사블럭(11)의 길이는 (↔ V로 도시되듯이)변경될 수 있다. 조절이동동안, 분사블럭(11)은 분사블럭(11)의 각 컷아웃(24)에 치환가능하게 맞물리는 굴절몸체(13)상의 몇개의 가이드 페그(14)(guide peg)를 따라 유도된다.
링 제트(ring jet)(21)는 가스제트(25)를 둘러싸는 분사블럭(11)의 원주상에 위치하고, 상기 링 제트(21)는 아래쪽으로 향하는 감싸는 공기제트(26)를 방출한다. 분사실(22)내에 형성된 가스제트(25) 및 그 안에 포함된 유체방울은 굴절몸체의 단계진 표면(13a)상에 충돌하여, 유체방울은 먼저 계단표면상에 응결된다. 이어지는 가스제트(25)의 흐르는 공기는 계단(13c)의 난류 가장자리(13d)로부터 미세한 오일방울만을 갖도록 분리되어, 대체로 매우 미세한 오일입자를 구비한 에어로졸이 된다.
굴절몸체(13)의 하단부상에서, 에어로졸 흐름은 측면에서 바깥쪽으로 편향되어, 무거운 오일입자는 미세한 오일입자를 구비한 에어로졸을 따르지 못하고 오일공급원(32)내로 떨어지는 강한 편향을 받는다. 이는 또한 큰 입자만을 분리시키고 그 입자들을 오일공급원(32)으로 되돌리는 외부의 감싸는 공기제트(26)에 의해 도움을 받는다. 미세한 입자는 감싸는 공기제트(26)을 관통할 수 있고, 오일 공급원(32) 위의 공간에 모인다.
오일입자의 크기를 변경하기 위해, 분사블럭(11)은 굴절몸체(13)에 대해 이동될 수 있다. 굴절몸체(13)의 끝(13b) 및 원추형 배출구(23) 사이에 형성된 흐름통로의 단면이 분사블럭(11)과 굴절몸체(13)의 서로 향하는 방향으로의 이동을 통해 작아졌을때, 가스제트(25)의 흐름속도는 증가되어, 작은 입자를 구비한 에어로졸이 된다.
비록 본 발명의 바람직한 실시예가 도시되고 상세하게 설명되었지만, 다음의 청구범위의 범위에서 벗어나지 않는 다양한 변화 및 변경이 있을 수 있다.
본 발명은 운반기체 및 유체가 공급 가능하고, 배출구에서 그 안에 유체방울이 포함된 가스제트를 방출하는 분사장치를 구비한 공구 및 공정물용 냉각 윤활장치에 사용하기 적합하다.

Claims (14)

  1. 운반기체 및 유체가 공급가능하고 그 안에 유체방울이 포함된 가스제트를 배출구에서 방출하는 분사장치를 구비한, 공구 및 공정물용 냉각윤활장치의 에어로졸 생성기에 있어서, 상기 가스제트(25)는 구조화된 표면(13a)을 구비한 굴절몸체(13)를 향하고 구조화된 표면(13a)을 따라 흐르는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 굴절몸체(13)는 계단구조(13c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
  3. 제 1 또는 2항에 있어서,
    상기 굴절몸체(13)는 구조화된 쉘(코팅표면)을 구비하는 회전적으로 대칭인 몸체인 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
  4. 제 1 내지 3항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 굴절몸체(13)는 상기 가스제트(25)와 마주보는 방향으로 테이퍼진 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 굴절몸체(13)는 원추 또는 절두형 원추인것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 가스제트는 상기 원추의 선단 및 상기 절두형 원추의 좁은 단부에 충돌하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
  7. 제 1 내지 6항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 굴절몸체(13) 및 분사장치(16)의 배출구(23) 사이의 거리는 가변적인것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
  8. 제 1 내지 7항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출구(23)는 상기 가스제트(25)의 흐름방향으로 원추형으로 확장되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
  9. 제 1 내지 8항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 계단(13c)은 예각의 난류 가장자리를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 계단(13c)은 상기 난류 가장자리(13d) 아래에 언더컷(undercut)(13e)을 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
  11. 제 9 또는 10항에 있어서,
    상기 계단(13c)은 상기 난류 가장자리(13d)를 따라 뾰족하게 형성된 돌출부(13f)를 포함하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 돌출부(13f)는 상기 가스제트(25)의 흐름에 대항하는 방향으로 향하는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
  13. 제 1 내지 12항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구조화된 표면(13a)을 따라 흐르는 상기 가스제트(25)는 감싸는 가스제트(26)에 의해 둘러싸이는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
  14. 제 1 내지 13항중 어느 한 항에 있어서,
    상기 가스제트(25)는 상기 굴절몸체(13) 위로 흐른후 급격히 굴절되는 것을 특징으로 하는 에어로졸 생성장치.
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