KR20100104099A - 워터 제트 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 워터 제트 장치에 관한 것으로, 연마재 및 내부 고압수를 혼합하여 혼합수를 생성하고, 하단에 상기 혼합수를 배출하기 위한 내부노즐을 구비한 믹싱챔버, 및 상기 믹싱챔버와 동일한 형상으로 그 외면에 형성되고, 하단에 분사노즐을 구비하며, 내부에 외부 고압수가 이동하는 내부 통로가 형성된 외부노즐을 포함하는 것을 특징으로 하며, 혼합수의 집중도 및 직진도가 향상됨으로써, 가공 정밀도 및 가공속도를 향상시킬 수 있게 되며, 혼합수의 퍼짐으로 인해 대상물의 표면 거칠기가 불량해지는 문제를 방지되며, 분사노즐의 마모를 감소시킬 수 있게 된다.

연마재, 고압수, 믹싱챔버, 내부노즐, 외부노즐, 분사노즐, 오리피스, 내외부 연통공간

Description

워터 제트 장치{WATER JET DEVICE}

본 발명은 워트 제트 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 연마재를 포함한 혼합수의 분산 집중도를 향상시킬 수 있는 워트 제트 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 워트 제트 장치는 물 등의 액체를 피가공물에 대하여 고압으로 분사하여 피가공물을 가공하는 장치이다.

최근에는 규사 또는 주철 그리드와 같은 연마재를 혼합시킨 연마액을 고압으로 분출하여 연마액을 고속으로 피가공물에 충돌시킴으로써 FRP, 판유리, 및 금속판과 같은 피가공물을 절단하는 워트 제트 장치가 많이 사용되고 있다.

도 1은 종래의 일예에 따른 워터 제트 장치의 개략적인 단면도이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 일예에 따른 워터 제트 장치(10)는 소정의 내부 공간을 구비하며, 하부로 갈수록 직경이 감소하도록 형성되고 하단에 분사노즐(14)을 구비한 믹싱챔버(12)에 고압수 공급관(16) 및 연마재 공급관(18)이 연결된 구조를 갖는다.

여기서, 고압수 공급관(16)은 믹싱챔버(12)의 상부와 연결되어 그 내부로 고 압수를 공급하며, 연마재 공급관(18)은 믹싱챔버(12)의 측면에 배치되어 그 내부로 연마재를 공급한다. 믹싱챔버(12)의 유입된 고압수 및 연마재는 내부에서 혼합되어 혼합수를 생성하며, 이 혼합수는 하부로 갈수록 직경이 감소하는 분사노즐(14)을 통고하면서 고속으로 피가공물(W)에 분사된다.

그러나, 이러한 구조를 채용하는 종래의 일 예에 따른 워트 제트 장치(10)는 분산노즐(14)의 끝단에서 혼합수의 분사 집중도(분사 직진도)가 저하되어 혼합수가 방사상으로 분사되는 문제점이 있었다. 이에 따라, 피가공물(W)에 대한 가공정밀도가 저하되고, 방사상으로 분사되는 연마재 및 고압수로 인해 피가공물(W)의 표면이 거칠어지거나, 분사노즐(14)의 끝단이 마모되는 문제점이 있었다.

이러한 문제점을 해결하기 위해, 혼합수의 분사 집중도를 향상시키기 위한 집중 분산노즐(24)을 채용하는 종래의 다른 예에 따른 워트 제트 장치(20)가 제안되었으며, 도 2에는 종래의 다른 예에 따른 워터 제트 장치의 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

도 2에 도시한 바와 같이, 종래의 다른 예에 따른 워트 제트 장치(20)는 믹싱챔버(22)로부터 고압수 및 연마재가 혼합된 혼합수가 집중 분사노즐(24)을 통해 분사되는 구조를 갖는다.

여기서, 집중 배출노즐(24)은 중공 원통형 형상으로, 양 측벽에 그 내부로 연장되게 형성되되, 중앙부에 혼합수의 분출통로를 정의하는 하나 이상의 내벽(26)이 형성된 구조를 가지며 하단에 혼합수의 분사를 위한 분사노즐(30)이 형성된 구 조를 갖는다.

이때, 상기 내벽(26)은 양 측벽과의 사이에서 하나 이상의 챔버(28)를 형성하며, 하나 이상의 내벽(26)이 형성하는 분출통로와 분사노즐(30)이 동일한 축상에 형성되어 혼합수가 분사되는 것을 특징으로 한다.

이러한 구조를 갖는 집중 분사노즐(30)은 주흐름으로부터 벗어난 혼합수가 탄동현상에 의해 챔버(28) 내에서 내벽(26)에 인접한 위치에 와류를 형성하고, 상기 와류가 주흐름으로부터 벗어난 연마재를 주흐름 쪽으로 집중시킴으로써 혼합수의 분사 집중도가 향상된 상태로 분사되게 한다.

그러나, 종래의 다른 예에 따른 워트 제트 장치(20)는 복잡한 구조의 집중 분사노즐(24)을 가공하는데 가공시간 및 가공비용이 증가하는 문제점이 있었다. 특히, 집중 분사노즐(24)의 내부 구조물을 고압수를 견디기에 충분한 강도를 갖는 재료로 형성되어야 하기 때문에, 더더욱 가공에 어려움이 있었다.

또한, 집중 분사노즐(24)에는 혼합수의 주흐름방향과 직교하는 방향으로 내벽(26)이 형성되기 때문에, 혼합수와의 마찰에 의해 마모가 많이 발생하고, 이에 따라 그 수명이 단축되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명은 목적은 간단한 구조에 의해 연마재를 포함한 혼합수의 분사 집중도를 높여 가공 정밀도를 향상시킬 수 있는 워터 제트 장치를 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따른 워트 제트 장치는,

연마재 및 내부 고압수를 혼합하여 혼합수를 생성하고, 하단에 상기 혼합수를 배출하기 위한 내부노즐을 구비한 믹싱챔버, 및

상기 믹싱챔버와 동일한 형상으로 그 외면에 형성되고, 하단에 분사노즐을 구비하며, 내부에 외부 고압수가 이동하는 내부 통로가 형성된 외부노즐을 포함한다.

여기서, 상기 외부노즐에 형성된 내부 통로는 나선형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부노즐의 분사노즐은 상기 내부노즐과 동축으로 설치된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부노즐은 상기 믹싱챔버와 이격되게 형성되어, 상기 내부노즐과 상기 분사노즐 사이에 역류 발생을 방지하기 위한 내외부 연통공간을 형성하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 외부 고압수는 외부 고압수 공급관에 의해 상기 외부노즐에 공급 되며, 상기 외부 고압수 공급관에는 공급되는 외부 고압수의 압력을 조절하기 위한 압력 조절 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 믹싱챔버의 상부는 내부 고압수 공급관과 연결되어 있고, 상기 믹싱챔버의 측면에는 연마재 공급관이 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 믹싱챔버의 내부에는 상기 내부 고압수 공급관으로부터 유입되는 상기 내부 고압수의 유량을 조절하는 오리피스가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 연마재 공급관은 상기 연마재를 저장하는 연마재 저장 탱크와 연결되어 있는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따르면, 하부로 갈수록 직경이 감소하도록 형성하는 외부노즐을 통해 외부 고압수가 내부노즐을 통해 분사되는 혼합수의 주흐름방향으로 전달됨으로써 혼합수의 분사 집중도가 향상됨으로써, 가공 정밀도 및 가공속도를 향상시킬 수 있게 되며, 혼합수의 퍼짐으로 인해 대상물의 표면 거칠기가 불량해지는 문제를 방지되며, 분사노즐의 마모를 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 외부 고압수를 공급하는 외부노즐이 나선형의 내부통로가 형성됨으로써 외부고압수가 나선형으로 유동하여 혼합수의 집중도 및 직진도를 더욱 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 외부 고압수의 압력을 조절함으로써 혼합수의 집중정도를 변화시켜 연마재의 밀도를 조절할 수 있게 된다.

또한, 본 발명에 따르면, 내외부 연통공간을 구비하여 내부노즐을 통해 배출되는 혼합수의 역류를 방지할 수 있게 된다.

본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 워트 제트 장치의 개략적인 단면도이다. 이하, 이를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 워트 제트 장치(100)에 대해 설명하면 다음과 같다.

도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 워트 제트 장치(100a)는 혼합수를 생성하기 위한 믹싱챔버(120) 및 혼합수의 분사 집중도를 향상시키기 위해 외부 고압수를 전달하는 외부노즐(140)을 포함하여 구성된다.

믹싱챔버(120)는 연마재를 포함하는 혼합수를 생성하고, 이 혼합수를 배출하기 위한 것으로서, 연마재 및 내부 고압수를 혼합하여 혼합수를 생성하기 위한 소정의 내부 공간을 구비하며, 하부로 갈수록 직경이 감소하는 형상으로 형성되며, 예를 들어 원통형 구조를 갖는다.

여기서, 믹싱챔버(120)의 상부에는 내부 고압수를 믹싱챔버(120)의 내부로 공급하는 내부 고압수 공급관(122)이 연결되어 있다. 이때, 내부 고압수 공급관(122)에는 압력 조절 장치가 구비되며, 내부 고압수는 믹싱챔버(120) 내부에 압력이 조절된 상태로 공급된다.

또한, 믹싱챔버(120)의 상단 내벽에는 내부 고압수 공급관(122)에 의해 공급되는 내부 고압수의 유량을 조절하기 위한 오리피스(orifice; 124)가 형성된다. 즉, 후술하는 연마재 공급관(126)에 의해 공급되는 연마재의 양에 따라 공급되는 내부 고압수의 유량을 제어하는데 사용된다.

또한, 믹싱챔버(120)의 측면에는 연마재를 믹싱챔버(120)의 내부로 공급하기 위한 연마재 공급관(126)이 연결되어 있다. 이때, 연마재가 믹싱챔버(120)의 내부로 공급되면 상부에서 오리피스(124)에 의해 유량이 제어되어 공급되는 내부 고압수와 혼합되어 연마재를 포함한 혼합수가 형성된다. 여기서, 연마재 공급관(126)은 연마재 저장 탱크와 연결되어 저장된 연마재를 믹싱챔버(120) 내부로 공급하게 된다. 연마재로는 규사, 주철 그리드, 탄산수소나트륨 등이 사용가능하며, 탄산수소나트륨은 경도가 낮아 피가공물을 세척하는데 주로 사용된다. 이때, 연마재는 연마재 저장 탱크(미도시)에 에어 컴프레셔 등을 연결하여 연마재 저장 탱크 내부를 고압상태로 하여 압력차에 의해 믹싱챔버(120) 내부로 공급되거나, 연마재 공급관(126)을 하향 경사지게 설치하여 연마재 저장 탱크에 공급밸브를 설치하여 그 개폐에 의해 중력에 의해 믹싱챔버(120) 내부로 공급될 수 있다.

또한, 믹싱챔버(120)는 하부로 갈수록 직경이 감소하는 형상을 가지며, 그 하단에는 혼합수를 배출하기 위한 내부노즐(128)이 형성되어 있다. 이때, 믹싱챔버(120) 내부의 혼합수는 폭이 좁은 내부노즐(128)을 통과하면서 배출속도가 증가된 상태로 배출되게 된다.

외부노즐(140)은 혼합수의 집중도 및 직진도를 향상시키기 위해 외부 고압수를 공급하기 위한 것으로서, 믹싱챔버(120)의 외면에 하부로 갈수록 직경이 감소하도록 형성되되 그 하단에는 피가공물(W)로 집중도 및 직진도가 향상된 혼합수 및 외부 고압수를 배출하기 위한 분사노즐(144)이 형성된 구조를 갖는다.

여기서, 외부노즐(140)은 혼합수의 분사집중도를 향상시키기 위해 그 내부에 외부 고압수가 유동하는 내부 통로가 형성된 구조를 가짐으로써, 외부 고압수가 나선형태의 유동을 하여 혼합수가 주흐름방향으로 집중되도록 구성된다. 이에 대한 구체적 형상은 도 4a 및 도 4b에 대한 부분에서 더 상세히 설명하기로 한다.

또한, 외부노즐(140)의 상부에는 외부 고압수를 공급하는 외부 고압수 공급관(142)이 연결되어 있다. 이때, 외부 고압수 공급관(142)에는 압력 조절 장치가 구비되며, 외부 고압수의 압력이 조절된 상태로 외부노즐(140)로 외부 고압수를 전달한다.

이때, 외부노즐(140)은 믹싱챔버(120)와 동일한 형상을 가진 상태로 믹싱챔버(120)의 외면에 형성되되, 하부로 갈수록 직경이 감소하도록 형성되어 모든 방향에서 외부 고압수가 혼합수가 배출되는 방향으로 집중되도록 전달됨으로써 내부노즐(128)을 통해 배출되는 혼합수가 방사상으로 분사되지 않도록 한다. 즉, 내부노즐(128)을 통과한 혼합수에 모든 방향으로 외부 고압수를 전달함으로써, 혼합수가 주흐름방향 그대로 분사되게 한다.

또한, 외부노즐(140)의 하단에는 혼합수 및 외부 고압수를 피가공물(W)로 배출하기 위한 분사노즐(144)이 형성되어 있다. 이때, 분사노즐(144)은 혼합수의 주흐름방향과 일치하도록 내부노즐(128)과 동축으로 형성된다.

여기서, 외부노즐(140)의 분사노즐(144)과 내부노즐(128)은 소정간격으로 이격되어 그 사이에 내외부 연통공간(130)을 구비하며, 고속/고압으로 분사되는 혼합수 및 외부 고압수의 합류에 의해 유동저항이 증가하여 분사노즐(144)으로 바로 빠 지지 않고 역류하는 현상을 방지하도록 한다.

도 4a 및 도 4b는 각각 도 3에 도시된 워트 제트 장치에서 외부노즐을 구체적으로 도시한 단면도 및 사시도이다.

도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 외부노즐(140)은 혼합수의 분사 집중도 및 직진도를 더욱 향상시키기 위해 그 내부에 외부 고압수가 유동되는 내부 통로를 갖는다. 여기서, 외부 고압수는 내부 통로를 따라 믹생챔버(120)의 하단을 회전하면서 유동하게 된다.

또한, 내부 통로는 외부 고압수가 나선형으로 유동함으로써 분사노즐(144)을 통해 분사되는 혼합수가 주흐름방향으로 더욱 집중할 수 있도록 나선형으로 형성되는 것이 바람직하다.

즉, 믹싱챔버(120)의 내부통로를 통해 회전하면서 유동하는 외부 고압수는 유동 회전반경을 형성하면서, 혼합수가 주흐름방향으로부터 이탈하는 것을 방지하여 내부노즐(128)로부터 직직하여 분사노즐(144)을 통해 배출되게 한다.

이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 워터 제트 장치는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.

도 1은 종래의 일 예에 따른 워트 제트 장치의 개략적인 단면도이다.

도 2는 종래의 다른 예에 따른 워트 제트 장치의 개략적인 단면도이다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 워트 제트 장치의 단면도이다.

도 4a 및 도 4b는 각각 도 3에 도시된 워트 제트 장치에서 외부노즐을 구체적으로 도시한 단면도 및 사시도이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

120 : 믹싱챔버 122 : 내부 고압수 공급관

124 : 오리피스 126 : 연마재 공급관

128 : 내부노즐 130 : 내외부 연통 공간

140 : 외부노즐 142 : 외부 고압수 공급관

144 : 분사노즐 W : 피가공물

Claims (8)

1. 연마재 및 내부 고압수를 혼합하여 혼합수를 생성하고, 하단에 상기 혼합수를 배출하기 위한 내부노즐을 구비한 믹싱챔버; 및

   상기 믹싱챔버와 동일한 형상으로 그 외면에 형성되고, 하단에 분사노즐을 구비하며, 내부에 외부 고압수가 이동하는 내부 통로가 형성된 외부노즐

   을 포함하는 워트 제트 장치.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 외부노즐에 형성된 내부 통로는 나선형으로 형성된 것을 특징으로 하는 워트 제트 장치.
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 외부노즐의 분사노즐은 상기 내부노즐과 동축으로 설치된 것을 특징으로 하는 워트 제트 장치.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 외부노즐은 상기 믹싱챔버와 이격되게 형성되어, 상기 내부노즐과 상기 분사노즐 사이에 역류 발생을 방지하기 위한 내외부 연통공간을 형성하는 것을 특징으로 하는 워트 제트 장치.
5. 청구항 1에 있어서,

   상기 외부 고압수는 외부 고압수 공급관에 의해 상기 외부노즐에 공급되며, 상기 외부 고압수 공급관에는 공급되는 외부 고압수의 압력을 조절하기 위한 압력 조절 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 워트 제트 장치.
6. 청구항 1에 있어서,

   상기 믹싱챔버의 상부는 내부 고압수 공급관과 연결되어 있고, 상기 믹싱챔버의 측면에는 연마재 공급관이 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 워터 제트 장치.
7. 청구항 6에 있어서,

   상기 믹싱챔버의 내부에는 상기 내부 고압수 공급관으로부터 유입되는 상기 내부 고압수의 유량을 조절하는 오리피스가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 워트 제트 장치.
8. 청구항 6에 있어서,

   상기 연마재 공급관은 상기 연마재를 저장하는 연마재 저장 탱크와 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 워트 제트 장치.

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