KR20100128757A - 믹싱 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 적어도 두 종류의 서로 다른 유체를 잘 혼합할 수 있는, 그리고 소형화 및 저가격화에 적합한 혼합 장치에 관한 것이다. 본 발명의 혼합 장치는 적어도 두 종류의 유체들이 유입되는 적어도 하나의 개구부를 구비한 챔버를 형성하는 하우징과, 하우징의 일면을 관통하는 적어도 한 쌍의 노즐 구멍들과, 노즐 구멍들에서 나오는 유체들이 서로 충돌하도록 하우징의 외표면에서 노즐 구멍들 위로 각각 연장 돌출되는 가이드부들을 포함한다.

믹싱 장치, 노즐 구멍, 가이드부, 충돌, 프레스(press) 가공

Description

믹싱 장치{Mixing device}

본 발명은 다양한 유체를 잘 혼합할 수 있는, 그리고 소형화 및 저가격화에 적합한 믹싱 장치에 관한 것이다.

다양한 유체의 혼합을 위한 믹싱 장치(mixing device or mixing components)는 크게 교반기(agitator)와 스태틱 믹서(static mixer)로 나눌 수 있다. 교반기는 동력에 의해 움직이는 교반익(impeller)을 이용하여 유체들을 혼합한다. 그리고, 스태틱 믹서는 혼합 공간 내부에 설치된 헬리컬 엘리먼트를 통해 유체의 유동분할(flow division), 재순환(rotational circulation), 반경반향 혼합(radial mixing) 등의 작용으로 혼합과정을 수행한다.

전술한 믹싱 장치에 대한 응용의 일례로 연료전지 발전시스템이 있다. 고분자전해질형 연료전지 발전시스템에서는 연료전지의 애노드에 수소가 풍부한 리포메이트를 공급하는 개질기를 구비할 수 있다. 또한, 연료전지 발전시스템은 개질기의 원료로써 연료와 물을 혼합하여 공급할 수 있는 믹싱 장치를 구비할 수 있다.

최근, 청정 에너지원에 대한 요구가 증가하면서, 하이브리드 자동차, 요트 등과 같은 응용 분야에 고분자전해질형 연료전지 발전시스템을 채용하기 위한 연구 가 진행되고 있다. 다시 말해, 고분자전해질형 연료전지 발전시스템의 채용을 위해, 고내구성 및 고효율성을 가지면서 시스템 소형화에 적합한 믹싱 장치가 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 다양한 유체를 잘 혼합할 수 있는, 그리고 고내구성, 저가격화 및 소형화에 적합한 믹싱 장치를 제공하는 데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 측면에 의하면, 내부 공간, 및 상기 내부 공간으로 적어도 두 종류의 유체들의 유입을 위한 적어도 하나의 개구부를 구비하는 하우징; 상기 하우징의 일면을 관통하도록 배치되는 적어도 한 쌍의 노즐 구멍들; 및 상기 적어도 한 쌍의 노즐 구멍들에서 나오는 유체들이 서로 충돌하도록 상기 하우징의 외표면에서 상기 노즐 구멍들 위로 연장 돌출되는 한 쌍의 가이드부를 포함하는 믹싱 장치가 제공된다.

바람직하게, 가이드부는 노즐 구멍에서 나오는 유체의 진행 방향을 45°이상 내지 90°이하의 범위로 전환한다.

한 쌍의 노즐 구멍들에서 나오는 유체들이 서로 만나는 각도(내각)는 90°이상 내지 180°이하의 범위이다.

가이드부는 하우징과 일체로 형성된다. 가이드부는 하우징의 일면에서 외부로 엠보싱 형태로 배치된다. 가이드부의 두께와 하우징의 일면의 두께는 동일하다.

엠보싱 형태로 형성된 가이드부의 일측은 절개되어 노즐 구멍을 형성한다. 가이드부의 일측의 절개된 부분은 직선형, 원호형, 각형 중 적어도 어느 하나의 형태를 구비한다.

하우징은 납작한 판 형태를 구비한다. 적어도 한 쌍의 노즐 구멍들은 납작한 판 형태의 하우징의 일측 주면에 배치된다. 노즐 구멍들은 하우징의 일측 주면의 중심을 기준으로 각 사분면 상에 배열되는 네 쌍의 노즐 구멍들을 포함할 수 있다.

적어도 두 종류의 유체들은 물과 탄화수소계 연료를 포함한다. 적어도 하나의 개구부는 물과 탄화수소계 연료를 각각 유입하는 제1 개구부 및 제2 개구부를 포함할 수 있다. 물은 수증기 상태로 유입되며, 탄화수소계 연료는 기체 상태로 유입된다.

믹싱 장치는 물을 액상에서 기상으로 변환하는 증발부를 더 포함할 수 있다. 증발부는 내부 공간과 격벽을 사이에 두고 하우징 내에 일체로 배치될 수 있다.

내부 공간의 용량은 50㏄ 내지 100cc 범위를 포함할 수 있다.

노즐 구멍의 크기는 원형인 경우 그 직경이 대략 1㎜ 내지 3㎜ 범위를 가질 수 있다.

하우징의 재질은 알루미늄 합금을 포함할 수 있다.

본 발명에 의하면, 서로 다른 노즐 구멍에서 나오는 유체들을 서로 충돌시킴으로써 믹싱 장치가 작은 용량을 가지는 경우에도 서로 다른 적어도 두 종류의 유체들을 효율적으로 혼합할 수 있다. 또한, 별도의 고가의 노즐장치를 설치하지 않고 프레스(press) 가공과 같은 단순한 공정을 통해 노즐-기능-부분(노즐 구멍 또는 노즐 구멍과 가이드부와의 조합)을 형성함으로써 제조 비용을 절감할 수 있다. 그리고, 기존의 고내구성의 금속재료를 실질적으로 그대로 이용할 수 있으므로, 믹싱 장치의 내구성을 확보하거나 용이하게 향상시킬 수 있다. 아울러, 서로 다른 유체들을 균일하게 잘 혼합하여 공급함으로써 믹싱 장치가 채용된 장치(예컨대, 개질기 또는 연료전지 발전시스템)의 전체적인 효율을 향상시킬 수 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

이하의 설명에 있어서, 도면에서 동일하거나 유사한 부분은 동일한 참조부호로 나타낸다. 또한, 도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의성 및 명확성을 위하여 과장될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 믹싱 장치의 단면도이다.

도 1을 참조하면, 믹싱 장치(100)는 제1 유체 및 제1 유체와 다른 제2 유체가 유입되는 내부 공간(1)을 형성하는 하우징(10), 하우징(10)의 일면에 형성된 한 쌍의 노즐 구멍들(20a, 20b), 및 하우징(10)의 일면(11) 외표면에서 각 노즐 구멍(20a; 20b) 위로 각각 연장 돌출되는 한 쌍의 가이드부(30a, 30b)를 포함한다.

하우징(10)은 내부 공간(1)으로 제1 유체 및 제2 유체의 유입을 허용하는 적어도 하나의 개구부(12)를 구비한다. 하우징(10)은 다각형 판형, 원판형 등의 형태로 형성될 수 있다.

한 쌍의 노즐 구멍들(20a, 20b)은 하우징(10)의 일면(11)에 형성되며, 서로 일정 간격(d)을 두고 이격된다. 하우징(10)의 일면(11)은 내부 공간(1)을 형성하는 벽들 중 어느 하나의 벽을 포함한다. 하우징(10)이 납작한 판 형태를 구비할 때, 일면(11)은 가장 넓은 면적을 갖는 두 면 중 어느 하나이다.

한 쌍의 가이드부(30a, 30b)는, 제1 혼합 유체가 내부 공간(1)에서 한 쌍의 노즐 구멍들(20a, 20b)을 통해 외부으로 방출될 때, 제1 혼합 유체가 서로 다른 각도의 두 방향으로 방출되어 서로 충돌하도록 기능한다.

본 실시예에서, 제1 혼합 유체는 제1 유체와 제2 유체가 혼합된 유체를 가리키며, 특히 제1 혼합 유체는 내부 공간(1)의 작은 용량으로 인하여 아직 균일하게 혼합되지 않은 상태를 가진다.

전술한 믹싱 장치(100)에 의하면, 제1 유체와 제2 유체는 내부 공간(1)에서 1차적으로 혼합되고 노즐 구멍을 통해 외부로 방출될 때, 가이드부에 의해 방출 방향을 가이드받아 서로 충돌하여 2차적으로 혼합된다. 따라서, 믹싱 장치(100)에서 방출되는 제1 유체와 제2 유체는 내부 공간(1)의 용량이 작은 경우에도 실질적으로 균일하게 혼합되어 공급될 수 있다.

본 실시예의 하우징(10)의 용량 또는 내부 공간(1)의 크기는 제1 유체 및 제2 유체가 균일하게 혼합되기에 충분하지 않은 용량을 포함한다. 예를 들면, 수증기개질 방식의 개질기에 리포메이트를 공급하는 믹싱 장치로서, 기상의 탄화수소계 연료 600 sccm(standard cubic centimeter per minute)과 물 6 sccm을 혼합하는 믹싱 장치의 경우, 제1 유체와 제2 유체의 초당 공급량과 거의 동일하거나 초당 공급량의 적어도 약 10배의 용량을 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 전술한 경우, 약 10 ㏄ 이상 내지 약 500㏄ 이하의 범위를 갖을 수 있다.

본 실시예에 있어서, 하우징(10)의 용량이 대략 유체들의 초당 공급량 내지 초당 공급량의 약 10배 정도이면, 믹싱 장치(100)의 내부 공간(1)의 용량이 제1 유체 및 제2 유체가 균일하게 혼합되기에 충분하지 않은 용량임에도 불구하고, 제1 유체 및/또는 제2 유체를 공급하는 유체공급장치의 용량을 증가시키지 않으면서, 가이드부(30a, 30b)를 통해 유체들을 잘 혼합하여 배출함으로써, 혼합 효율을 향상시키면서 소형화를 도모할 수 있다.

한편, 하우징(10)의 용량이 유체들의 초당 공급량의 약 10배보다 작으면, 전술한 그리고 아래에서 좀더 상세히 설명할 가이드부(30a, 30b)의 구조 및 배열에도 불구하고 내부 공간(1)에 유입된 유체들을 실질적으로 균일하게 혼합하여 공급하기가 어렵다. 그리고 하우징(10)의 용량이 너무 크면, 믹싱 장치(100) 내의 압력을 일정 크기로 유지하기 위해 유체공급장치의 용량 또는 압력을 증가시켜야 하므로 장치의 효율 및 소형화에 적합하지 않다.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 믹싱 장치의 노즐 구멍 및 가이드부를 설명하기 위한 확대 단면도이다.

도 2a를 참조하면, 본 발명의 일 실시예의 믹싱 장치의 하우징은 일면(11)과, 하우징의 일면(11)에 형성된 노즐 구멍(21a), 및 하우징의 일면(11)의 외표면에서 노즐 구멍(21a) 위로 연장하여 노즐 구멍(21a)을 부분적으로 덮는 가이드부(31a)를 구비한다. 본 실시예의 하우징의 일면(11)과 노즐 구멍(21a)은 도 1의 믹싱 장치의 하우징(10)의 일면(11)과 노즐 구멍(20a)에 각각 대응될 수 있다.

가이드부(31a)는 하우징의 일면(11)이 연장하는 제1 방향(y)과 직교하는 제2 방향(x)에 대하여 일정 각도를 갖고 연장된다. 즉, 가이드부(31a)는 일단(또는 일면)이 하우징의 일면(11)에 고정되고, 타단(또는 타면)이 제2 방향(x)과 일정 각도(θ1)(이하 제1 각도라 함)를 이루며 연장하는 형태를 구비할 수 있다. 제1 각도(θ1)는 가이드부(31a)의 혼합-유체-가이드-각도가 되며, 약 45°이상 내지 약 90°이하의 범위에서 선택된다. 전술한 가이드부(31a)는 하우징의 일면(11)의 일부를 프레스 가공하거나 별도의 부재를 접합하여 구현할 수 있다.

제1 각도(θ1)가 45°보다 작으면, 노즐 구멍(21a), 이 노즐 구멍(21a)과 쌍을 이루는 다른 노즐 구멍에서 나오는 제1 혼합 유체들이 서로 충돌할 수 있도록 제공해야 하는 공간이 커지며, 제1 혼합 유체들의 충돌 지점이 노즐 구멍에서 멀어지므로 충돌력이 약해져 유체혼합의 효과가 현저히 감소하는 단점이 있다.

또한, 제1 각도(θ1)가 90°보다 큰 구조는 제조하기가 어려울 뿐만 아니라 그러한 구조에서는 노즐 구멍(21a)에서 방출되는 제1 혼합 유체가 하우징의 일면(11) 외표면에 충돌되므로 제1 혼합유체들의 충돌에 의한 유체혼합 효과를 얻을 수 없다. 게다가. 그러한 구조에서는 내부 공간 내에서 방출되는 제1 혼합 유체는 아직까지 균일하게 혼합되지 않은 상태이므로, 불균일 혼합 상태 그대로 방출되는 단점이 있다.

한편, 도 2b에 도시된 또 다른 일 실시예와 같이, 전술한 일정 각도가 실질적으로 90°또는 90°에 근접한 각도를 갖도록, 가이드부(32a)는 굴곡부(132)를 구비할 수 있다. 굴곡부(132)를 구비한 가이드부(32a)는 도 1의 가이드부(30a)와 유 사하게, 원호 형태로 굴곡된 형태 (또는 개략적인 원호 형태를 형성하기 위해 많은 굴곡부를 가진 형태)를 포함할 수 있다.

본 실시예에 의하면, 노즐 구멍들을 통해 방출되는 제1 혼합유체들이 하우징의 일면(11)의 외표면에 인접한 위치에서 최대의 충돌력을 갖고 서로 충돌함으로써 유체혼합 효과를 극대화할 수 있다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 믹싱 장치의 가이드부 배열을 설명하기 위한 평면도이다. 도 3a의 평면도는 도 1의 저면도에 대응할 수 있다.

도 3a를 참조하면, 본 실시예의 믹싱 장치(100a)는 내부에 소정 크기의 공간을 구비한 납작한 원통형 하우징(10a), 하우징(10a)의 일면(11a)에 형성된 한 쌍의 노즐 구멍들, 및 하우징(10a)의 일면(11a)의 외표면에서부터 한 쌍의 노즐 구멍들 위로 각각 연장하는 한 쌍의 가이드부(33a, 33b)를 구비한다. 본 실시예에서 한 쌍의 노즐 구멍들과 한 쌍의 가이드부(33a, 33b)의 구조 및 배열은 도 1의 믹싱 장치(100)의 노즐 구멍들(20a, 20b) 및 가이드부(30a, 30b)로 대체될 수 있다.

한 쌍의 가이드부(33a, 33b)는 일면(11a)의 원형 외표면의 중심점(P)을 사이에 두고 서로 마주하는 위치에 배열된다. 즉, 한 쌍의 노즐 구멍을 통해 나오는 제1 혼합유체들이 만나는 각도(θ2)(이하 제2 각도라 함)는 180°이다. 따라서, 한 쌍의 노즐 구멍들을 통해 나오는 제1 혼합유체들은 한 쌍의 가이드부(33a, 33b)에 의해 서로 마주하는 방향으로 방출되어 최대의 충돌력을 갖고 서로 충돌하며 혼합된다.

한편, 또 다른 일 실시예로서, 한 쌍의 가이드부의 배열은, 도 3b에 도시한 바와 같이, 변형될 수 있다. 즉, 한 쌍의 노즐 구멍들을 통해 나오는 제1 혼합유체들이 서로 만나는 각도(θ3)(이하 제3 각도라 함) 또는 그 내각이 180°내지 90°의 범위 내에 있도록 한 쌍의 가이드부들(34a, 34b)을 배치할 수 있다. 본 실시예에 의하면, 한 쌍의 노즐 구멍들을 통해 방출되는 제1 혼합유체들은 가이드부(33a, 33b; 34a, 34b)에 의해 서로 교차하는 방향으로 방출되어 서로 충돌하면서 균일하게 혼합될 수 있다.

제3 각도(θ3)가 90°보다 작으면, 한 쌍의 노즐 구멍들을 통해 방출되는 제1 혼합유체들의 충돌 지점이 노즐 구멍들로부터 멀어지면서 충돌력이 약해져 유체혼합 효과가 현저히 감소된다.

도 4a 및 도 4b는 본 발명의 믹싱 장치의 제조과정을 설명하기 위한 공정 순서도이다. 본 실시예에서는 믹싱 장치의 주요 부분인 노즐 구멍과 가이드부의 제조 공정을 중심으로 믹싱 장치의 제조과정을 설명한다.

먼저, 도 4a에 도시한 바와 같이, 믹싱 장치의 일면으로 사용할 판재(plate member, 111)를 준비한다. 판재(111)의 재료로는 절단 가공 및 성형 가공이 가능한 재료가 이용될 수 있다. 예를 들면, 판재(111)의 재료로는 내구성 및 열전도가 우수한 알루미늄 합금 등이 이용될 수 있다. 다음, 판재(111)에 일정 길이의 절개부(121a, 121b)를 형성한다. 절개부(121a, 121b)는 노즐 구멍 및 가이드부를 형성할 부분에 형성된다.

다음, 하부 금형(die, 210)와 상부 금형(220)으로 이루어진 가압성형기(press tool)를 이용하여 판재(111)를 가압성형한다. 이때, 하부 금형(210)의 일 면에는 절개부(121a, 121b)에 인접한 판재(111)의 일부분을 가압성형하기 위해 제1 요철부(230a, 230b)가 구비되어 있다. 상부 금형(220)의 일면-하부 금형의 일면과 마주하는 일면-에는 제1 요철부(230a, 230b)와 쌍을 이루는 제2 요철부가 구비될 수 있다.

가압성형된 판재(111)에는, 도 4b에 도시한 바와 같이, 판재(111)의 일측 외표면(111a) 상에 엠보싱 형태로 돌출되도록 형성된 가이드부(130a, 130b)와, 가이드부(130a, 130b)와 판재(111) 사이에 형성된 한 쌍의 노즐 구멍들(120b, 120a(도 5 참조))이 구비된다.

위와 같이 가압성형된 판재(111)는 믹싱 장치를 형성하는 하우징의 나머지 부분에 적절한 크기로 절단된 후 용접될 수 있다. 예컨대, 판재(111)는 도 1의 믹싱 장치의 일면으로 이용될 수 있다.

도 5는 도 4b의 판재의 일부분을 V-V'선을 따라 절단한 단면을 보여주는 부분 단면도이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 가이드부(130a)는 하우징의 일면을 형성할 판재(111)의 소성(plasticity), 전연성(malleability, ductility), 유동성(fluidity) 등의 성질에 의해 판재(111)의 두께(t2)와 실질적으로 동일한 두께(t1)로 성형될 수 있다. 본 실시예의 노즐 구멍(120a)과 가이드부(130a)는 도 1의 노즐 구멍과 가이드부에 대응된다.

도 6a 내지 도 6d는 믹싱 장치의 가이드부의 다른 형태를 설명하기 위한 도면이다.

본 실시예의 가이드부는 하우징의 일면을 형성하는 판재(111)의 외표면(111a) 상에 돌출되도록 형성되며, 외표면(111a) 또는 지면을 향하여 들어가는 방향(이하 z-방향이라 함)으로 볼 때, 원 형태에서 그 일부가 직선 모양이나 부등호 모양이나 원호 모양을 갖고 절개된 형태로 형성될 수 있다. 직선 모양의 절개 부분을 가진 가이드부는 도 1 내지 도 5의 가이드부를 참조할 수 있다.

좀더 구체적으로, 일 실시예의 가이드부(131a)는, 도 6a에 도시한 바와 같이, 노즐 구멍을 부분적으로 지붕과 같이 덮으면서 판재(112)에 일체로 연결되는 일측면 또는 일단(111b)과, z-방향으로 볼 때 우변이 큰 부등호(〈)의 형태를 가지며 판재(113)로부터 절개되어 있는 타측면 또는 타단(122a)를 구비할 수 있다. 그 경우, 가이드부(131a)와 함께 판재(112)에 형성되는 노즐 구멍의 크기는 개략적으로 도 6a에서 빗금 친 부분과 같다.

또 다른 일 실시예의 가이드부(132a)는, 도 6b에 도시한 바와 같이, 노즐 구멍을 부분적으로 지붕과 같이 덮으면서 판재(113)에 일체로 연결되는 일단(111b)과, z-방향으로 볼 때 좌변이 큰 부등호(〉)의 형태를 가지며 판재(113)로부터 절개되어 있는 타단(123a)를 구비할 수 있다.(도 5 참조) 그 경우, 가이드부(132a)와 함께 판재(113)에 형성되는 노즐 구멍의 크기는 개략적으로 도 6b에서 빗금 친 부분과 같다.

또 다른 일 실시예의 가이드부(133a)는, 도 6c에 도시한 바와 같이, 노즐 구멍을 부분적으로 지붕과 같이 덮으면서 판재(114)에 일체로 연결되는 일단(111b)과, z-방향으로 볼 때 오목한 원호의 형태를 가지며 판재(114)로부터 절개되어 있 는 타단(124a)를 구비할 수 있다. 그 경우, 가이드부(133a)와 함께 판재(114)에 형성되는 노즐 구멍의 크기는 개략적으로 도 6c에서 빗금 친 부분과 같다.

또 다른 일 실시예의 가이드부(134a)는, 도 6d에 도시한 바와 같이, 노즐 구멍을 부분적으로 지붕과 같이 덮으면서 판재(115)에 일체로 연결되는 일단(111b)과, z-방향에서 볼 때 볼록한 원호의 형태를 가지며 판재(115)로부터 절개되어 있는 타단(125a)를 구비할 수 있다. 그 경우, 가이드부(134a)와 함께 판재(115)에 형성되는 노즐 구멍의 크기는 개략적으로 도 6d에서 빗금 친 부분과 같다.

전술한 실시예에 있어서, 각 가이드부에 의해 부분적으로 덮이는 노즐 구멍의 크기는, 노즐 구멍이 원형인 경우, 그 직경이 약 1㎜ 내지 약 3㎜의 범위를 가지는 것이 바람직하다. 노즐 구멍의 크기가 상기 범위보다 작으면, 믹싱 장치의 내부 공간의 압력이 증가할 수 있고, 노즐 구멍의 크기가 상기 범위보다 크면, 제1 혼합유체를 분사하는 노즐로서 기능하기 어렵다. 한편, 전술한 범위는 믹싱 장치의 내부 공간의 용량이 커질 때 증가하도록 조정될 수 있다.

도 7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 믹싱 장치의 평면도이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예의 믹싱 장치(200)는 하우징(210)과 하우징(210)의 일면(211)에 형성된 제1 쌍의 노즐들, 제2 쌍의 노즐들, 제3 쌍의 노즐들, 및 제4 쌍의 노즐 구멍들과 각 쌍들의 노즐 구멍들에 대응하여 형성된 제1 쌍의 가이드부들(230a, 230b), 제2 쌍의 가이드부들(231a, 231b), 제3 쌍의 가이드부들(232a, 232b), 및 제4 쌍의 가이드부들(233a, 233b)을 구비한다. 각 쌍의 가이드부들은 각 쌍의 대응 노즐들로부터 방출되는 제1 혼합유체들이 서로 충돌하도록 배 열된다.

믹싱 장치(200)는 복수 쌍의 노즐들과 복수 쌍의 가이드부들을 구비할 수 있다. 그것은 믹싱 장치의 설계 및 제조에 있어서, 자유도가 향상될 수 있음을 나타낸다. 아울러, 복수 쌍의 복수 쌍의 노즐들과 복수 쌍의 가이드부들의 크기와 개수를 조절함으로써, 충돌에 의한 유체 혼합 효과를 얻으면서 믹싱 장치 내의 압력을 적절하게 조절하는 것이 가능하다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 믹싱 장치의 사시도이다.

도 8을 참조하면, 본 실시예의 믹싱 장치(300)는 하우징(310), 증발부(301), 및 전술한 한 쌍의 노즐 구멍들과 한 쌍의 가이드부들을 한 쌍 또는 복수 쌍(도 1 및 도 7 참조) 포함한다.

본 실시예에서 증발부(301)는 적어도 두 종류의 유체를 저장하는 내부 공간(1a)과 함께 하우징(310) 내에 배치된다. 하우징(310) 내에서 증발부(301)는 격벽(310a)에 의해 내부 공간(1a)과 분리된다. 증발부(301)는 전술한 적어도 두 종류의 유체 중 적어도 어느 하나를 액상에서 기상으로 전환한다. 증발부(301)는 하우징(310) 내부 및/또는 외부에 결합된 히터(도시안함)를 구비할 수 있다. 히터는 전기 히터를 포함할 수 있다.

적어도 한 쌍의 노즐 구멍들은 하우징(310)의 일면(311)을 관통하도록 배치되며, 적어도 한 쌍의 가이드부들은 적어도 한 쌍의 노즐 구멍들에 각각 대응하여 상기 일면(311)의 외표면에서 노즐 구멍 위로 연장 돌출된다.

본 실시예의 믹싱 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

하우징(310)의 제1 유입구(312a)를 통해 기상의 제1 유체가 내부 공간(1a)으로 유입된다. 그리고, 하우징(310)의 제2 유입구(312b)를 통해 증발부(301)로 액상의 제2 유체가 유입된다. 증발부(301)에서 제2 유체는 액상에서 기상으로 전환된다. 기상의 제2 유체는 격벽(310a)을 관통하는 통로(312c)를 통해 내부 공간(1a)으로 유입된다.

제1 유체와 제2 유체는 내부 공간(1a)에서 1차적으로 혼합된다. 이때, 소형화의 요구에 따라 내부 공간(1a)의 부피 또는 용량이 작게 설계되므로, 내부 공간(1a)에서 제1 유체와 제2 유체는 균일하게 혼합되기 어렵다.

균일하게 혼합되지 않은 제1 혼합유체는 하우징(310)의 일면(311)을 관통하는 노즐 구멍들을 통해 방출된다. 이때, 노즐 구멍을 부분적으로 덮는 가이드부에 의해 노즐 구멍들에서 나오는 제1 혼합유체들은 서로 충돌한다. 충돌에 의해 제1 혼합유체들의 제1 유체와 제2 유체는 2차적으로 혼합된다. 즉, 믹싱 장치(300)에서 방출되는 제1 유체와 제2 유체는 균일하게 혼합되어 공급될 수 있다.

한편, 전술한 실시예들에서는 두 개의 노즐 구멍들이 쌍을 이루고, 두 개의 가이드부들이 쌍을 이루는 것으로 설명하였다. 하지만, 본 발명을 그러한 구성으로 한정되지 않고, 세 개 이상의 노즐 구멍들에서 나오는 제1 혼합유체가 대략 한 지점에서 서로 충돌하도록 배치된다면, 세 개 이상의 노즐 구멍들이 하나의 그룹을 이룰 수도 있다. 그 경우, 세 개 이상의 노즐 구멍들에 대응하는 세 개 이상의 가이드부도 하나의 그룹으로 배치된다.

전술한 발명에 대한 권리범위는 이하의 특허청구범위에서 정해지는 것으로 써, 명세서 본문의 기재에 구속되지 않으며, 청구범위의 균등 범위에 속하는 변형과 변경은 모두 본 발명의 범위에 속할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 믹싱 장치의 단면도.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 믹싱 장치의 노즐 구멍 및 가이드부를 설명하기 위한 부분 확대 단면도.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 믹싱 장치의 가이드부 배열을 설명하기 위한 평면도.

도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 믹싱 장치의 제조과정을 설명하기 위한 공정 순서도.

도 5는 도 4c의 판재의 일부분을 V-V'선에 의해 절단한 부분 단면도.

도 6a 내지 도 6d는 믹싱 장치의 가이드부의 다른 형태를 설명하기 위한 도면.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 믹싱 장치의 평면도.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 믹싱 장치의 사시도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

100, 100a, 100b, 200, 300 : 믹싱 장치

10, 10a, 210, 310 : 하우징

20a, 20b, 21a, 22a, 120a, 120b : 노즐 구멍

30a, 30b, 31a, 32a, 33a, 33b, 34a, 34b, 130a, 130b : 가이드부

131a, 131a 133a, 134a, 230a~233a, 230b~233b : 가이드부

Claims (19)

1. 내부 공간, 및 상기 내부 공간으로 적어도 두 종류의 유체들의 유입을 위한 적어도 하나의 개구부를 구비하는 하우징;

   상기 하우징의 일면을 관통하도록 배치된 적어도 한 쌍의 노즐 구멍들; 및

   상기 적어도 한 쌍의 노즐 구멍들에서 나오는 유체들이 서로 충돌하도록 상기 하우징의 외표면에서 상기 노즐 구멍들 위로 연장 돌출되는 한 쌍의 가이드부를 포함하는 믹싱 장치.
2. 제1항에 있어서,

   상기 가이드부는 상기 노즐 구멍에서 나오는 유체의 진행 방향을 45°이상 내지 90°이하의 범위로 전환하는 믹싱 장치.
3. 제2항에 있어서,

   상기 한 쌍의 노즐 구멍들에서 나오는 유체들이 서로 만나는 각도(내각)는 90°이상 내지 180°이하의 범위인 믹싱 장치.
4. 제1항에 있어서,

   상기 가이드부는 상기 하우징과 일체로 형성되는 믹싱 장치.
5. 제4항에 있어서,

   상기 가이드부는 상기 하우징의 일면에서 외부로 엠보싱 형태로 형성되는 믹싱 장치.
6. 제5항에 있어서,

   상기 가이드부의 두께와 상기 하우징의 일면의 두께는 동일한 믹싱 장치.
7. 제5항에 있어서,

   상기 엠보싱 형태로 형성된 가이드부의 일측은 절개되어 상기 노즐 구멍을 형성하는 믹싱 장치.
8. 제7항에 있어서,

   상기 가이드부의 일측의 절개된 부분은 직선형, 원호형, 각형 중 적어도 어느 하나의 형태를 구비하는 믹싱 장치.
9. 제1항에 있어서,

   상기 하우징은 납작한 판 형태를 구비하는 믹싱 장치.
10. 제9항에 있어서,

    상기 적어도 한 쌍의 노즐 구멍들은 상기 납작한 판 형태의 하우징의 일측 주면에 배치되는 믹싱 장치.
11. 제10항에 있어서,

    상기 노즐 구멍들은 상기 하우징의 일측 주면의 중심을 기준으로 각 사분면 상에 배열되는 네 쌍의 노즐 구멍들을 포함하는 믹싱 장치.
12. 제1항에 있어서,

    상기 적어도 두 종류의 유체들은 물과 탄화수소계 연료를 포함하는 믹싱 장치.
13. 제12항에 있어서,

    상기 적어도 하나의 개구부는 상기 물과 상기 탄화수소계 연료를 각각 유입하는 제1 개구부 및 제2 개구부를 포함하는 믹싱 장치.
14. 제13항에 있어서,

    상기 물은 수증기 상태로 유입되며, 상기 탄화수소계 연료는 기체 상태로 유입되는 믹싱 장치.
15. 제14항에 있어서,

    상기 내부 공간의 용량은 50㏄ 내지 100cc 범위인 믹싱 장치.
16. 제14항에 있어서,

    상기 물을 액상에서 기상으로 변환하는 증발부를 더 구비하는 믹싱 장치.
17. 제16항에 있어서,

    상기 증발부는 상기 내부 공간과 격벽을 사이에 두고 상기 하우징 내에 일체로 배치되는 믹싱 장치.
18. 제1항에 있어서,

    상기 노즐 구멍의 크기는 원형인 경우 그 직경이 1㎜ 내지 3㎜ 범위인 믹싱 장치.
19. 제1항에 있어서,

    상기 하우징의 재질은 알루미늄 합금인 믹싱 장치.

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