KR20100088473A - 와류형 유체 분사를 위한 노즐과 이를 구비한 분사장치 - Google Patents

와류형 유체 분사를 위한 노즐과 이를 구비한 분사장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 노즐을 통해 분사되는 유체에 와류특성을 부가할 수 있는 분무장치 및 분무장치용 노즐에 관한 것으로서, 본 발명의 노즐은 유체가 분사되기 위한 직선형태의 제1유로와 절두형 원뿔형태의 제1경사면을 갖는 제1부재; 및 상기 제1몸체의 외측에 결합되고, 내측에 상기 제1경사면과 면 접촉하는 제2경사면을 갖는 제2부재를 포함하고, 상기 제1경사면 또는 상기 제2경사면에는 나선 또는 곡선형태의 제2유로가 형성되어 상기 유로에서 분사되는 유체와 합류되어 와류형태로 분사되는 유체의 흐름을 형성하는 것을 특징으로 한다.
노즐, 와류

Description

와류형 유체 분사를 위한 노즐과 이를 구비한 분사장치{A Vortex Type Fluid Injection Nozzle and Injection Device Using the Same}
본 발명은 유체분사용 노즐 및 분사장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 나노 유체를 와류형태로 분사할 수 있는 노즐 및 분사장치에 관한 것이다.
분무장치는 반도체 또는 기타 정밀부품의 세정 또는 코팅을 위해 많이 사용되며, 유체의 고속분사와 극소크기의 분사를 위해 노즐을 구비한다.
일반적으로 분무장치에 사용되는 노즐은 돌연축소되는 단면을 갖는 형태로서, 분사되는 유체의 유속을 증대시키는 것이 주된 기능이었다. 그러나, 최근 들어, 반도체 또는 기타 전자부품의 급진적인 소형화에 따라 보다 다양한 기능을 수행하는 분무장치 및 분무장치용 노즐의 개발이 필요해지고 있다.
도 1 및 도 2는 종래 분무장치의 노즐을 나타낸 확대 단면도와 노즐의 정면도이다. 최근 정밀 분야에서 사용되는 노즐(200)은 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 제1부재(210)와 제2부재(220)로 이루어지며, 분리된 2개의 유로(212, 214)를 갖는다. 제1유로(212)는 제1부재(210)에 형성되며, 제2유로(214)는 제1부재(210)와 제2부재(220)의 사이에 형성된다.
이와 같은 형태의 종래 노즐(200)은 제1유로(212)를 통해 세정제 또는 코팅제용 제1유체가 분사되고, 제2유로(214)를 통해 제1유체의 분사 또는 분무를 조력하는 제2유체(제1유체와 동종일 수도 있다) 또는 기체가 분사된다. 따라서 이러한 형태의 종래 노즐(200)은 제2유로(212)와 제2유로(214)를 통해 각각 분사되는 2종(또는 단일 종류)의 유체 또는 유체와 기체가 혼류함에 따라 발생하는 일반 노즐과 다른 독특한 효과(예를 들어 제1유체와 제2유체(또는 기체)의 혼합밀도 향상, 제1유체의 분사범위 조절 등)를 얻거나 얻을 것으로 예상되었다.
그러나, 전술된 종래 노즐(200)은 제2유로(214)를 통해 분사되는 제2유체(또는 기체)가 제1유로(212)를 통해 분사되는 제1유체에 일정한 각도를 가지고 합류하는 형태이므로, 제1유로(212)와 제2유로(214)를 통해 각각 분사되는 유체 또는 기체들 간의 원활한 혼합효과를 얻을 수 있다는 장점 외에는 특별한 부가 효과를 얻지 못했다.
아울러, 종래 노즐(200)은 제2유로(214)를 통해 분사되는 유체(또는 기체)가 제1유로(212)를 통해 분사되는 유체의 흐름을 다소 방해하여, 제1유로(212)를 통해 분사되는 유체의 유속을 떨어뜨리므로, 노즐(200)을 통한 세정 또는 코팅 효과를 저감시킬 수 있다.
본 발명은 위와 같은 종래 노즐의 문제점을 해소하고, 관련기술의 급진적인 발전에 따라 요청되는 제반사항을 충족시키기 위해 개발된 것으로서, 와류형 유체 분사를 위한 노즐과 이를 구비한 분사장치를 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 실시예에 따르면, 유체가 분사되기 위한 직선형태의 제1유로와 절두형 원뿔형태의 제1경사면을 갖는 제1부재; 및 상기 제1몸체의 외측에 결합되고, 내측에 상기 제1경사면과 면 접촉하는 제2경사면을 갖는 제2부재를 포함하고, 상기 제1경사면 또는 상기 제2경사면에는 나선 또는 곡선형태의 제2유로가 형성되어 상기 유로에서 분사되는 유체와 합류되어 와류형태로 분사되는 유체의 흐름을 형성하는 것을 특징으로 하는 와류형 유체 분사를 위한 노즐이 제공된다.
바람직하게는, 상기 제1유로는 복수인 것이 좋다.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명의 노즐을 포함하는 분사장치가 제공된다.
바람직하게는, 분사장치는 이종(異種)의 유체가 상기 제1유로와 상기 제2유로를 통해 분사될 수 있도록 이종의 유체를 각각 저장하는 복수의 유체저장탱크를 갖는 것이 좋다.
본 발명의 분사장치는 유체를 와류형태로 분사시켜 분사되는 유체의 속도와 압력을 증대시키므로, 유체 분사를 통한 미세부품의 세정 및 미세부분의 코팅효과를 극대화시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 서로 다른 유로를 통해 분사되는 유체들이 서로 와류형태로 분사되면서 잘 혼합되므로, 나노 유체와 같은 매우 미세한 이종의 유체를 효과적으로 혼합하여 분사시켜 분사효과를 극대화시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 예시도면에 의거하여 상세히 설명한다.
아래에서 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 구성요소를 지칭하는 용어들은 각각의 구성요소들의 기능을 고려하여 명명된 것이므로, 본 발명의 기술적 구성요소를 한정하는 의미로 이해되어서는 안 될 것이다.
(제1실시예)
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 와류형 유체분사를 위한 분무장치의 개략적인 구성도이고, 도 4는 도 3에 도시된 분무장치의 노즐을 나타낸 분리도와 결합도이고, 도 5는 도 4에 도시된 제1부재의 정면도와 배면도이고, 도 6은 도 5에 도시된 노즐을 통해 분사되는 유체의 흐름을 표현한 사용 상태도이다.
본 발명의 제1실시예에 따른 분무장치(100)는 도 3에 도시된 바와 같이 복수의 탱크(10, 12), 복수의 펌프(20), 가열기(30), 및 노즐(40)을 포함한다.
복수의 탱크(10, 12)는 분무장치(100)를 통해 분사될 액체 또는 기체들을 저 장한다. 노즐(40)을 통해 한 가지 유체 또는 한 가지 기체만을 분사하는 경우에는, 하나의 탱크(10 또는 12)만을 구비해도 좋다. 각각의 탱크(10, 12)는 배관(50, 52)을 통해 노즐(40)과 연결된다.
펌프(20)는 배관(50, 52)에 각각 설치된다. 펌프(20)는 탱크(10, 12)에 저장된 유체 또는 기체를 노즐(40)로 공급하여, 노즐(40)을 통해 분사시킨다.
가열기(30)는 배관(50, 52) 중 어느 하나에 설치된다. 가열기(30)는 배관(50, 52)을 통해 노즐(40)로 공급되는 유체 또는 기체를 가열하여 유체 또는 기체의 분자운동을 활발하게 한다. 따라서 가열기(30)를 설치하면, 노즐(40)을 통해 유체 또는 기체의 분사력을 향상시킬 수 있다. 다만, 가열기(30)는 분사되는 유체 또는 기체 종류에 따라 생략되거나, 배관(50, 52) 모두에 다 설치될 수 있다.
노즐(40)은 도 4에 도시된 바와 같이 제1부재(42)와 제2부재(44)를 포함한다. 제1부재(42)는 대체로 절두 원뿔형태의 전방 부분과 원통형태의 후방 부분으로 이루어지며, 제1경사면(422)과 제1유로(424) 그리고 제2유로(46)를 갖는다. 제1경사면(422)은 절두 원뿔형태의 전방 부분에 형성되고, 제1유로(424)는 제1부재(42)의 중앙에 제1부재(42)의 길이방향을 따라 길게 형성된다. 그리고 제2유로(46)는 제1경사면(422)에 도 5에 도시된 바와 같이 곡선형태로 형성된다. 한편, 본 실시예에서는, 제1부재(42)의 후방 부분의 둘레를 따라 흐르는 유체 또는 기체가 제2유로(46)로 유입될 수 있도록, 제1부재(42)의 전방 부분의 최대 지름(D1)이 제1부재(42)의 후방 부분의 지름(D2)보다 크게 형성된다.
제2부재(44)는 내부에 제1부재(42)를 수용할 수 있는 공간을 가지며, 제1부 재(42)의 전면과 배면을 제외한 부분을 감싸는 형태로 이루어진다. 그리고 제2부재(44)는 전방 부분의 안쪽에 제1부재(42)의 제1경사면(422)와 맞닿는 제2경사면(442)을 갖는다. 제2경사면(442)은 제1부재(42)의 제1경사면(422)와 동일한 경사각도를 가지며, 제2유로(46)의 외측이 밀폐될 수 있도록 제1경사면(422)와 완전히 밀착한다.
한편, 제1부재(42)와 제2부재(44)는 억지끼움방식, 나사체결 등과 같이 본 발명이 속하는 기술분야에서 널리 알려진 방법으로 결합된다. 따라서, 이들 부재간의 결합방식 및 이러한 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다.
다음에서는 이와 같이 이루어진 노즐(40)의 사용상태를 도 4와 도 6을 참조하여 설명한다.
도 4의 (b)에 도시된 바와 같이 펌프(20)를 통해 탱크(10, 12)의 유체 또는 기체가 노즐(40)로 공급되면, 각각의 탱크(10, 12)에 저장된 유체 또는 기체는 제1유로(424)와 제2유로(46)를 통해 분사된다. 예를 들어, 도면부호 10의 탱크에 저장된 유체 또는 기체(이하 제1유체 또는 제2기체라 함)는 제1유로(424)를 통해 분사되고, 도면부호 12의 탱크에 저장된 유체 또는 기체(이하 제2유체 또는 제2기체라 함)는 제2유로(46)를 통해 분사된다.
여기서, 직선형태의 제1유로(424)를 통해 분사되는 제1유체 또는 제1기체는 그대로 분사되지만, 곡선형태(특히, 제1부재(42)의 최대 지름(D1)에서 최소 지름(D3)을 연결하는 곡선형태)의 제2유로(46)를 통해 분사되는 제2유체 또는 제2기 체는 곡선유로를 이동하던 관성에 의해 와류형태로 분사된다.
즉, 제2유로(46)를 통해 분사되는 제2유체 또는 제2기체는 도 6에 도시된 바와 같이 제1유로(424)를 통해 분사되는 제1유체 또는 제1기체를 중심으로, 와류형태로 혼류되거나 와류형태의 단독흐름을 구성하며 분사된다(참고로 혼류여부는 경사면(422)에 따라 달라질 수 있다).
한편, 제1유체 또는 제1기체를 중심으로 하는 제2유체 또는 제2기체의 와류형성 정도는 제1경사면(422)에 형성되는 제2유로(46)의 수를 변경함으로써 조절될 수 있다.
이러한 본 발명의 노즐(40)은 제2유체 또는 제2기체가 제1유체 또는 제1기체를 감싸는 형태로 분사되므로, 제1유체 또는 제1기체가 분사 중 주변으로 비산되지 않으며, 분사된 유체가 세정 또는 코팅되는 대상물의 표면에 분사될 때에도 크게 튀지 않는다.
(제2실시예)
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 와류형 유체분사를 위한 분무장치의 노즐을 나타낸 분리도와 결합도이다. 참고로, 제1실시예와 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 사용하며, 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.
본 발명의 제2실시예는 제2유로(46)의 형성위치에 있어서 제1실시예와 다르다. 즉, 제2실시예의 노즐(40a)에서는 제2유로(46)가 제2부재(44)의 안쪽 경사면, 즉 제2경사면(442)에 형성된다. 그리고, 제2부재(44)의 안쪽면에는 제2경사면(442) 의 제2유로(46)로 제2유체 또는 제2기체가 유동될 수 있도록, 제2경사면(442)의 시작부분에서 단차가 형성된다.
이와 같이 이루어지는 제2실시예의 노즐(40a)은 제2부재(44)에 제2유로(46)가 형성되어 있으므로, 제2유로(46)의 마모 또는 손상 시 제2부재(44)만을 교체하여 본 발명의 효과를 그대로 유지시킬 수 있다. 따라서, 제2실시예는 노즐(40a)의 수리교환에 따른 비용을 절감할 수 있는 장점이 있다.
(제3실시예)
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 와류형 유체분사를 위한 분무장치의 노즐을 나타낸 분리도와 결합도이고, 도 9는 도 8에 도시된 제1부재의 정면도와 배면도이다. 참고로, 전술된 실시예들과 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 사용하며, 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제3실시예의 노즐(40b)은 제2유로(46)의 형태에 있어서 전술된 실시예들과 다르다. 즉, 본 실시예에 따른 노즐(40b)은 도 9에 도시된 바와 같이 제1부재(42)의 경사면(422)을 따라 나선형태로 형성된 제2유로(46)를 갖는다.
이와 같은 형태의 노즐(40b)은 전술된 실시예에 비해 제2유로(46)의 휘어짐이 크므로, 더욱더 강력하게 유체 또는 기체를 와류형태로 분사시킬 수 있다. 한편, 본 실시예에서는 경사면(422)에 하나의 나선형 제2유로(46)가 형성되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 필요에 따라 경사면(422)의 공간이 허용하는 범위에서 증가될 수 있다.
(제4실시예)
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 와류형 유체분사를 위한 분무장치의 노즐을 나타낸 분리도와 결합도이다. 참고로, 전술된 실시예들과 동일한 구성요소는 동일한 도면부호를 사용하며, 이들 구성요소에 대한 상세한 설명은 생략한다.
제4실시예에 따른 노즐(40c)은 제2유로(46)의 형성위치에 있어서 제3실시예와 다르다. 이와 같은 형태는 제2실시예에서 설명한 바와 같이, 제2유로(46)의 마모 또는 손상 시 제2부재(44)만을 교체하여 노즐(40c)의 효과를 그대로 유지시킬 수 있는 장점이 있다.
즉, 제1부재(42)를 제2부재(44)에 비해 강도가 높은 재질로 제작하여, 사용에 따른 마모 또는 손상이 제2부재(44)에 국한되게 함으로써, 노즐(40c)의 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명은 이상에서 설명되는 실시예에만 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이하의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 얼마든지 다양하게 변경하여 실시할 수 있을 것이다.
도 1은 종래 분무장치의 노즐을 나타낸 확대 단면도이고,
도 2는 도 1에 도시된 노즐의 정면도이고,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 와류형 유체분사를 위한 분무장치의 개략적인 구성도이고,
도 4는 도 3에 도시된 분무장치의 노즐을 나타낸 분리도와 결합도이고,
도 5는 도 4에 도시된 제1부재의 정면도와 배면도이고,
도 6은 도 5에 도시된 노즐을 통해 분사되는 유체의 흐름을 표현한 사용 상태도이고,
도 7은 본 발명의 제2실시예에 따른 와류형 유체분사를 위한 분무장치의 노즐을 나타낸 분리도와 결합도이고,
도 8은 본 발명의 제3실시예에 따른 와류형 유체분사를 위한 분무장치의 노즐을 나타낸 분리도와 결합도이고,
도 9는 도 8에 도시된 제1부재의 정면도와 배면도이고,
도 10은 본 발명의 제4실시예에 따른 와류형 유체분사를 위한 분무장치의 노즐을 나타낸 분리도와 결합도이다.
< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >
100: 분무장치 10, 12: 탱크
20: 펌프 30: 가열기
40: 노즐 42: 제1부재
44: 제2부재 422: 제1경사면
424: 제1유로 442: 제2경사면

Claims (4)

  1. 유체가 분사되기 위한 직선형태의 제1유로와 절두형 원뿔형태의 제1경사면을 갖는 제1부재; 및
    상기 제1몸체의 외측에 결합되고, 내측에 상기 제1경사면과 면 접촉하는 제2경사면을 갖는 제2부재를 포함하고,
    상기 제1경사면 또는 상기 제2경사면에는 나선 또는 곡선형태의 제2유로가 형성되어 상기 유로에서 분사되는 유체와 합류되어 와류형태로 분사되는 유체의 흐름을 형성하는 것을 특징으로 하는 와류형 유체 분사를 위한 노즐.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제1유로는 복수인 것을 특징으로 하는 와류형 유체 분사를 위한 노즐.
  3. 청구항 1 또는 2에 기재된 노즐을 포함하는 분사장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    이종(異種)의 유체가 상기 제1유로와 상기 제2유로를 통해 분사될 수 있도록 이종의 유체를 각각 저장하는 복수의 유체저장탱크를 갖는 것을 특징으로 하는 분사장치.
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