KR20080101921A - 유동 통과 장치 및 유동 통과 장치에 부착된 카트리지 - Google Patents

유동 통과 장치 및 유동 통과 장치에 부착된 카트리지 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따르면, 하우징(2) 및 캡(21)을 주요 구성요소로 하고, 상기 하우징은 입구 채널(5) 및 출구 채널(8)을 구비한 헤드(3)와; 이 헤드(3) 상에 마련될 수 있으며 반응성 유동 통과 요소(20)를 내부에 포함하는 카트리지가 마련되는 용기(4)로 제작되고, 상기 캡은 입구 개구(23) 및 출구 개구(24)를 구비한 유동 통과 채널(22)을 형성하며, 유동 통과 채널(22)의 입구 개구(23)는 유동 통과 요소(20)의 축선(B-B')에 대해 편심인 반면, 출구 개구(24)는 중앙에 위치하고, 입구 개구(23)로부터 출구 개구(24)까지 유동 통과 채널(22)의 유동 통과 단면은 처음에는 감소하고 이후에 다시 증가하는 것인 개량된 유체용 유동 통과 장치가 개시된다.

Description

유동 통과 장치 및 유동 통과 장치에 부착된 카트리지{IMPROVED FLOW-THROUGH DEVICE AND CARTRIDGE APPLIED THEREBY}
본 발명은 개량된 유동 통과 장치(flow-through device), 보다 구체적으로는 교체형 카트리지가 마련된 하우징을 주요 구성요소로 하는 유체용 유동 통과 장치에 관한 것이다.
특히, 본 발명은, 입력부 및 출력부를 갖춘 만곡된 입구 채널과 입력부 및 출력부를 갖춘 출구 채널을 구비한 헤드, 및 이러한 헤드 상에 마련될 수 있으며 전술한 교체형 카트리지가 마련되어 있는 용기(pot)로서 하우징이 제작되는 유동 통과 장치에 관한 것이다.
카트리지는, 한편으로는 예컨대 필터 요소, 흡수 요소, 흡착 요소 또는 촉매 요소인 반응성 유동 통과 요소, 및 다른 한편으로는 유동 통과 채널을 형성하는 캡(cap)으로 구성되며, 유동 통과 채널은 한편으로는 장착시에 헤드의 전술한 입구 채널의 출력부에 연결되고 유동 통과 요소의 축방향과 대체로 비스듬하게 지향되는 입구 개구를 구비하며, 다른 한편으로는 전술한 반응성 유동 통과 요소의 내부 공간에 연결된 출구 개구를 구비한다.
결과적으로, 전술한 캡은, 헤드의 입구 채널을 통해 반응성 유동 통과 요소 의 내부 공간으로 유체가 안내되도록 보장한다. 다음으로, 유체는 반응성 유동 통과 요소의 다공성 벽을 통해 이동하며 이후에 출구 채널에 연결된 용기에 도달한다.
이러한 유동 통과 장치는 필터의 형태로 이미 공지되어 있으며, 이때 유동 통과 채널의 출구 개구뿐만 아니라 유동 통과 채널의 입구 개구는 유동 통과 장치에서 중앙에 위치한다.
이러한 필터와 관련하여 발생하는 문제점은, 입구 라인에서 유입되는 유체 유동이 짧은 거리에 걸쳐 90 °의 각도를 형성하고, 그 결과로서 이러한 유체 유동 내에 난류가 유발되어 압력 손실을 초래한다는 점이다.
본 발명은 전술한 단점 및 다른 단점에 대한 한 가지 해법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해, 본 발명은, 하우징을 주요 구성요소로 하고, 상기 하우징은 입력부 및 출력부를 갖춘 만곡된 입구 채널과 입력부 및 출력부를 갖춘 출구 채널을 구비한 헤드와; 이러한 헤드 상에 마련될 수 있으며 관상의 반응성 유동 통과 요소와 캡으로 구성되는 교체형 카트리지가 내부에 마련되는 용기로 제작되고, 캡은 한편으로는 장착시에 헤드의 전술한 입구 채널의 출력부에 연결되며 유동 통과 요소의 축방향에 대체로 비스듬하게 지향되는 입구 개구와, 다른 한편으로는 전술한 반응성 유동 통과 요소의 내부 공간에 연결되는 출구 개구를 구비한 유동 통과 채널을 형성하며, 캡의 유동 통과 채널의 전술한 입구 개구는 반응성 유동 통과 요소의 축선에 대해 편심이 되도록 위치하는 반면, 이러한 유동 통과 채널의 출구 개구는 중앙에 위치하고 이에 따라 캡 내의 전술한 유동 통과 채널은 입구 개구로부터 출구 개구를 향해 처음에는 소정의 길이에 걸쳐 감소하고 이후에 다시 출구 개구까지 증가하는 가변적인 유동 통과 단면을 갖는 것인 개량된 유체용 유동 통과 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따라 개량된 상기 유동 통과 장치의 장점은, 캡의 유동 통과 채널의 입구 개구가 반응성 유동 통과 요소의 축선에 대해 편심이 되도록 위치하는 반면 유동 통과 채널의 출구 개구는 중앙에 위치하기 때문에 유체 유동이 반응성 유동 통과 요소로 더욱 양호한 방식으로 안내되고 그 결과로서 난류가 줄어든다는 점이다.
이러한 개량된 유동 통과 장치의 추가적인 장점은, 시험으로부터 알 수 있는 바와 같이, 유동 통과 채널의 입구 개구로부터 출구 개구까지 유동 통과 단면이 처음에는 감소하여 압력 손실이 상당히 줄어든다는 점이다.
연구를 통해, 유동 통과 채널에서 유동 통과 단면을 줄임으로써 예상외로 압력 손실을 낮출 수 있는 이유는 유동 통과 채널에서 난류가 발생할 수 있는 공간이 줄어든다는 사실 때문임이 입증되었다.
본 발명에 따른 개량된 유동 통과 장치의 바람직한 실시예에 있어서, 유동 통과 채널은 만곡되고, 이에 따라 만곡부의 안쪽에서는 상기 채널은 바람직하게는 타원과 같은 경향을 갖는 오목한 벽에 의해 한정되며, 바깥쪽에서는 오목한 부분 및 오목한 부분에 이어지는 볼록한 부분을 갖춘 벽에 의해 한정된다.
이러한 개량된 유동 통과 장치의 장점은, 오목한 벽이 만곡부의 안쪽에서 유동 통과 단면이 점차적으로 감소하도록 보장하며, 그 결과로서 유입되는 유체 유동에서의 난류 및 재순환이 감소하고 거의 층류인 유동이 얻어진다는 점이다.
본 발명은 또한 전술한 바와 같은 개량된 유동 통과 장치에 부착될 수 있는 카트리지로서 관상의 반응성 유동 통과 요소와, 한편으로는 유동 통과 요소의 축방향에 대체로 비스듬하게 지향되는 입구 개구 및 다른 한편으로는 전술한 반응성 유동 통과 요소의 내부 공간에 연결되는 출구 개구를 갖춘 유동 통과 채널을 형성하는 캡을 포함하는 카트리지에 관한 것이며, 이때 캡의 유동 통과 채널의 전술한 입구 개구는 유동 통과 요소의 축선에 대해 편심이 되도록 위치하는 반면 유동 통과 채널의 출구 개구는 중앙에 위치하고, 이에 따라 캡에서의 전술한 유동 통과 채널은 입구 개구로부터 출구 개구까지 처음에는 소정의 길이에 걸쳐 감소한 후 다시 출구 개구까지 증가하는 가변적인 유동 통과 단면을 갖는다.
본 발명의 특징을 더욱 잘 설명하기 위해, 첨부 도면을 참고하여 어떠한 방식으로도 한정하지 않는 단지 예시로서만 본 발명에 따라 개량된 유동 통과 장치에 대한 다음의 바람직한 실시예가 제시된다.
도 1은 본 발명에 따른 개량된 유동 통과 장치의 단면도이다.
도 2는 도 1에 F2로 표시된 필터 카트리지의 사시도이다.
도 3은 도 2에서 화살표(F3) 방향으로 본 도면이다.
도 4는 도 2에서 화살표(F4) 방향으로 본 도면이다.
도 5는 도 4에서 선(V-V)을 따른 단면도이다.
도 6은 도 5에 나타낸 바와 같은 유동 통과 채널의 유동 통과 단면의 크기를 축방향 유동 통과 위치의 함수로서 나타낸 그래프이다.
도 1 내지 도 5는 개량된 유체용 유동 통과 장치(1)를 나타내며, 이 경우에는 필수적인 것은 아니지만, 상기 유동 통과 장치는 헤드(3) 및 용기(4)로 제작된 하우징(2)을 주요 구성요소로 하는 필터의 형상으로 제작된다.
헤드(3)는 이 경우에 주조로 제작되며, 예컨대 알루미늄으로 제작되고, 헤드에는 입력부(6) 및 출력부(7)를 갖춘 만곡된 입구 채널(5)과, 입력부(9) 및 출력부(10)를 갖춘 출구 채널(8)이 마련된다.
이러한 실시예에 있어서, 입구 채널(5)의 입력부(6)는 출구 채널(8)의 출력부(10)와 정렬되며, 이러한 입력부(6) 및 출력부(10) 양자 모두에는 내측 나사산(11)이 마련된다.
입구 채널(5)의 출력부(7) 및 출구 채널(8)의 입력부(9)는 헤드(3)에서 서로 이웃하게 위치한다.
헤드(3)에는, 입력부(6) 및 출력부(10)에 평행하게 정렬되는 메인 유동 방향(Z)에 대해 횡방향으로 원통형 케이스(12)가 마련되며, 이러한 원통형 케이스는 내부 공간(13)을 한정하고 원통형 케이스의 자유단에서 용기(4)에 대한 연결용 개구(14)를 형성한다.
출구 채널(8)은 내부 공간(13)에 연결되며, 출구 채널은 출구 채널의 자유단 에서 케이스(12)의 축선(A-A')에 평행하게, 또는 대체로 평행하게 지향된다.
입구 채널(5)은 만곡되며, 이에 따라 메인 유동 방향(Z)으로부터 메인 유동 방향에 대해 횡방향이며 전술한 축선(A-A')을 따르는 방향으로의 점진적인 천이가 달성된다.
한편으로 입구 채널(5)의 유동 통과 단면 및 다른 한편으로 출구 채널(8)의 유동 통과 단면은 이러한 경우에 있어서 필수적인 것은 아니지만 동일한 크기이거나 또는 실질적으로 동일한 크기이다.
용기(4)는 관상 본체(15)를 주요 구성요소로 하며, 관상 본체는 하나의 원단부에서 바닥(16)에 의해 밀폐되며 용기의 자유 에지 부근에서 관상 본체에는 내측 나사산(17)이 마련되는데, 이 나사산은 헤드(3)의 연결용 개구(14) 부근에서 외측 나사산(18)과 함께 기능할 수 있다.
용기(4)의 내부에는 관상의 반응성 유동 통과 요소(20) 및 캡(21)을 주요 구성요소로 하는 교체형 카트리지(19)가 마련되며, 상기 유동 통과 요소는 이 경우에 필터 요소의 형태로 제작되고, 상기 캡은 한편으로는 입구 개구(23)를 갖추고 다른 한편으로는 출구 개구(24)를 갖춘 유동 통과 채널(22)를 형성하며, 입구 개구(23)는 장착시에 헤드(3)의 전술한 입구 채널(5)의 출력부(7)와 연결되고 유동 통과 요소(20)의 축방향에 대체로 비스듬하게 지향되며, 출구 개구(24)는 전술한 반응성 유동 통과 요소(20)의 내부 공간에 연결된다.
이러한 경우에, 전술한 출구 개구(24) 부근에는, 용기(4) 내의 반응성 유동 통과 요소(20)가 중앙에 위치하도록 해주는 센트럴라이저(centralizer; 25)가 캡(21)에 마련되며, 이러한 센트럴라이저는 이 경우에 있어서 개구(27)를 갖춘 링(26)의 형상으로 제작되고, 상기 링은 헤드(3)의 전술한 케이스(12)의 내벽과 함께 기능한다. 그러나, 임의의 추가적인 압력 강하를 유발하지 않도록 항상 충분한 통로를 제공하는 것을 고려해야만 한다.
전술한 센트럴라이저는 캡(21) 둘레에 마련되는 링으로 한정되지 않으며, 예컨대 축방향 케이스(12)의 내벽과 함께 기능하며 대체로 반경방향으로 지향되는 핀(fin) 등의 형태와 같이 다수의 다른 방식으로 또한 제작될 수 있다.
본 발명에 따르면, 캡(21)의 유동 통과 채널(22)의 전술한 입구 개구(23)는 유동 통과 요소(20)의 축선(B-B')에 대해 편심이 되도록 위치하며, 상기 축선(B-B')은 이러한 경우에 케이스(12)의 전술한 축선(A-A')과 일치하는 반면, 이러한 유동 통과 채널(22)의 출구 개구(24)는 중앙에 위치한다.
도 3 및 도 5에 분명하게 도시된 바와 같이, 유동 통과 채널(22)은 만곡부를 가지며, 상기 채널(22)은 만곡부의 안쪽에서는 바람직한 실시예에 있어서는 타원형인 오목한 벽(28)에 의해 한정되고, 만곡부의 바깥쪽에서는 오목한 부분 및 오목한 부분에 이어지는 볼록한 부분이 있는 벽(29)에 의해 한정된다.
캡(21) 내부의 전술한 유동 통과 채널(22)은 본 발명에 따라 가변적인 유동 통과 단면을 가지며, 이러한 유동 통과 단면은 도 6에 도시된 바와 같이 입구 개구(23)로부터 출구 개구(24)까지 처음에는 소정의 길이에 걸쳐 감소한 후 다시 출구 개구(24)까지 증가한다.
도 6에서의 수직축은 유동 통과 채널(22)의 유동 통과 단면을 나타내는 반 면, 수평축은 입구 개구(23)로부터 출구 개구(24)까지 이러한 유동 통과 채널의 유동 통과 방향으로의 길이를 나타낸다.
이러한 경우에 있어서, 한정하려는 것은 아니지만, 유동 통과 단면의 크기는 사실상 입구 개구(23)에서의 유동 통과 단면의 80 %까지 감소하며, 이후 유동 통과 단면은 출구 개구(24)까지 다시 점차적으로 증가한다.
본 발명에 따라 개량된 유동 통과 장치(1)의 작동은 간단하며 다음과 같다.
여과될 기체 또는 액체는 예컨대 헤드(3)의 입력부(6)를 통해 공급되며, 입구 채널(5)을 통해 안내되고, 이후에 유동 통과 채널(22)을 통해 반응성 유동 통과 요소(20)의 내부 공간까지 유선(streamline)을 따르는 방식으로 안내된다.
전술한 캡(21)은 이에 따라, 한편으로는 입구 채널(5), 유동 통과 채널(22) 및 반응성 유동 통과 요소(20)의 내부 공간을 포함하는 유동 통과 장치(1)의 입구 부분과, 다른 한편으로는 반응성 유동 통과 요소(20) 둘레에 있는 용기(4) 내부의 공간(30), 캡(21) 둘레에 있는 헤드(3) 내부의 공간 및 출구 채널(8)로 형성되는 출구 부분 사이에 격벽을 형성한다.
전술한 입구 부분과 출구 부분 사이의 압력차 때문에, 유체는 다공성 필터 재료를 통해 유동하게 된다.
이러한 방식으로, 여과된 기체 또는 여과된 액체는 반응성 유동 통과 요소(20) 및 용기(4) 사이의 공간(30)에 도달하게 된다.
이러한 공간(30)은 개구(27)를 통해 헤드(3)의 출구 채널(8)에 연결되며, 출구 채널에서 기체 또는 액체는 출력부(10)까지 운반된다.
유동 통과 채널(22)의 입구 개구(23)로부터 출구 개구(24)까지에서 초기에는 유동 통과 단면이 감소하기 때문에, 본 발명에 따라 압력 손실이 상당히 줄어드는데, 면밀한 연구로부터 알 수 있는 바와 같이, 이는 유동 통과 채널(22)에서 난류가 발생할 수 있는 공간이 줄어들기 때문이다.
또한, 캡(21)의 유동 통과 채널(22)의 입구 개구(23)는 반응성 유동 통과 요소(20)의 축선에 대해 편심이 되도록 위치하는 반면, 유동 통과 채널의 출구 개구(24)는 중앙에 위치하기 때문에, 이는 반응성 유동 통과 요소까지 유체 유동을 보다 양호하게 안내하며, 그 결과로서 난류가 줄어든다.
또 다른 장점은, 오목한 벽(28)의 형태 때문에 캡(21) 둘레에 있는 헤드(3) 내부의 공간에서 처리된 유체의 유동은 공지된 유동 통과 장치보다 더욱 양호한 방식으로 외부로 안내되고, 이에 따라 전술한 부분에서 또한 압력 손실이 적게 발생한다는 점이다.
주어진 예에서의 반응성 유동 통과 요소(20)는 또한 필터 요소 이외에, 예컨대 건조제 또는 다른 흡수 수단 혹은 흡착 수단을 포함할 수 있는 공기 제습기와 같은 다른 반응성 요소일 수 있음은 분명하다.
반응성 유동 통과 요소는 또한 촉매 혹은 예컨대 활성 탄소를 포함할 수 있다.
본 발명은, 예시로서 제시되고 첨부 도면에 도시된 실시예로 절대 한정되지 않으며, 오히려 개량된 유동 통과 장치 및 유동 통과 장치에 부착된 카트리지는 본 발명의 범위 내에 여전히 속하면서도 상이한 형상 및 치수로 제작될 수 있다.

Claims (10)

  1. 하우징(2)을 주요 구성요소로 하고, 상기 하우징은 입력부(6) 및 출력부(7)를 갖춘 만곡된 입구 채널(5)과 입력부(9) 및 출력부(10)를 갖춘 출구 채널(8)을 구비한 헤드(3)와; 이러한 헤드(3) 상에 마련될 수 있으며 관상의 반응성 유동 통과 요소(20)와 캡으로 구성되는 교체형 카트리지가 내부에 마련되는 용기(4)로 제작되고, 상기 캡은 한편으로는 장착시에 헤드(3)의 전술한 입구 채널(5)의 출력부(7)에 연결되며 유동 통과 요소(20)의 축방향에 대체로 비스듬하게 지향되는 입구 개구(23)와, 다른 한편으로는 상기 반응성 유동 통과 요소(20)의 내부 공간에 연결되는 출구 개구(24)를 구비한 유동 통과 채널(22)을 형성하는 것인 개량된 유체용 유동 통과 장치로서,
    캡(21)의 유동 통과 채널(22)의 전술한 입구 개구(23)는 반응성 유동 통과 요소(20)의 축선(B-B')에 대해 편심이 되도록 위치하는 반면, 이러한 유동 통과 채널(22)의 출구 개구(24)는 중앙에 위치한다는 것과,
    캡(21) 내의 전술한 유동 통과 채널(22)은 입구 개구(23)로부터 출구 개구(24)를 향해 처음에는 소정의 길이에 걸쳐 감소하고 이후에 다시 출구 개구(24)까지 증가하는 가변적인 유동 통과 단면을 갖는다는 것을 특징으로 하는 유체용 유동 통과 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유동 통과 채널(22)은 만곡부를 가지며, 이에 따라 만 곡부의 안쪽에서는 상기 유동 통과 채널은 오목한 벽(28)에 의해 한정되고, 바깥쪽에서는 볼록한 부분에 이어지는 오목한 부분을 갖춘 벽(29)에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 유체용 유동 통과 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 오목한 벽(28)은 만곡부의 안쪽에서는 타원과 같은 경향을 갖는 것을 특징으로 하는 유체용 유동 통과 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 캡(21)은, 한편으로는 입구 채널(5), 유동 통과 채널(22) 및 반응성 유동 통과 요소(20)의 내부 공간으로 구성되는 입구 부분과, 다른 한편으로는 반응성 유동 통과 요소(20) 둘레에 있는 용기(4) 내부의 공간(30), 캡(21) 둘레에 있는 헤드(3) 내부의 공간 및 출구 채널(8)로 형성되는 출구 부분 사이에 격벽을 형성하는 것을 특징으로 하는 유체용 유동 통과 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 캡(21)에는 용기(4) 내의 반응성 유동 통과 요소(20)가 중앙에 위치하도록 하기 위해 센트럴라이저(centralizer)가 마련되는 것을 특징으로 하는 유체용 유동 통과 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 센트럴라이저는 상기 헤드(3)의 일부인 축방향 케이스(12)의 내벽과 함께 기능하며 주로 반경방향으로 지향되는 핀(fin)의 형태인 것 을 특징으로 하는 유체용 유동 통과 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 센트럴라이저는 상기 헤드(3)의 일부인 축방향 케이스(12)에 마련되는 개구(27)를 갖춘 링(26)의 형태인 것을 특징으로 하는 유체용 유동 통과 장치.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 하나의 항에 있어서, 상기 용기(4) 내의 반응성 유동 통과 요소(20)가 실질적으로 중앙에 위치하도록 해주는 센트럴라이저가 상기 용기(4)에 마련되는 것을 특징으로 하는 유체용 유동 통과 장치.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 하나의 항에 따른 유체용 유동 통과 장치에 부착될 수 있으며, 관상의 반응성 유동 통과 요소(20)와; 한편으로는 유동 통과 요소(20)의 축방향에 대체로 비스듬하게 지향되는 입구 개구(23) 및 다른 한편으로는 상기 반응성 유동 통과 요소(20)의 내부 공간에 연결되는 출구 개구(24)를 갖춘 유동 통과 채널(22)을 형성하는 캡(21)을 포함하는 카트리지로서,
    캡(21)의 유동 통과 채널(22)의 상기 입구 개구(23)는 유동 통과 요소(20)의 축선(B-B')에 대해 편심이 되도록 위치하는 반면 이러한 유동 통과 채널(22)의 출구 개구(24)는 중앙에 위치한다는 것과,
    캡(21) 내의 상기 유동 통과 채널(20)은 입구 개구(23)로부터 출구 개구(24)까지 처음에는 소정의 길이에 걸쳐 감소한 후 다시 출구 개구(24)까지 증가하는 가 변적인 유동 통과 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 카트리지.
  10. 제9항에 있어서, 상기 유동 통과 채널(22)은 만곡부를 가지고, 상기 유동 통과 채널은 상기 만곡부의 안쪽에서는 오목한 벽(28)에 의해 한정되며, 바깥쪽에서는 오목한 부분 및 오목한 부분에 이어지는 볼록한 부분을 갖춘 벽(29)에 의해 한정되는 것을 특징으로 하는 카트리지.
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