KR20120048677A - 액체 분배 노즐용 증기 시스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액체 분배 노즐의 오염을 방지하기 위한 장치를 제공한다. 분배 노즐의 단부는 노즐에 의해 분배되는 동일한 용매를 담지하는 밴드의 중공 내부 내에 배치된다. 밴드 상의 용매는 링과 분배 노즐 사이의 간극 내로 증발하여서, 분배 노즐의 오염을 방지하는 것을 돕는 증기 시스 또는 환경을 제공한다.

Description

액체 분배 노즐용 증기 시스{VAPOR SHEATH FOR LIQUID DISPENSING NOZZLE}

본 발명은 노즐 또는 유사 장치로부터의 유체의 분배를 개선하기 위한 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 노즐의 분배 단부 부근에서 용매 증기의 시스(sheath)를 생성하여 용매 증발의 결과로서 노즐 단부 상에 침착된 물질에 의한 노즐의 오염(fouling) 또는 막힘(clogging)을 방지하는 장치에 관한 것이다.

유체 분배 기술의 분야에서, 캐리어 용매(carrier solvent) 중에 용해되는 물질을 분배하는 것이 종종 요구된다. 캐리어 용매의 증발을 야기할 수 있는 많은 환경적 상황이 있다. 이는 바람직하지 않은 상황을 일으킬 수 있는데, 그 이유는 캐리어 용매가 증발할 때 분배 노즐의 단부에서 고형 물질이 형성될 수 있기 때문이다. 이러한 고형 물질은 노즐을 오염시키거나 막는다. 따라서, 이러한 문제점을 극복하는 장치에 대한 필요성이 있다.

개시내용의 개요

본 발명은 노즐 단부 부근에서 용매의 증발을 방지하거나 최소화하는 유체 분배 노즐용 장치를 제공한다.

본 발명은 분배 노즐의 단부 둘레에 배치될 수 있는 다공성 또는 중실 밴드(band)를 제공한다. 분배 노즐 내의 유체는 목표물에 전달될 성분(예를 들어, 제약 응용에서는 활성제) 및 하나 이상의 캐리어 용매를 포함한다. 노즐을 통해 분배되는 유체 내에 존재하는 동일한 캐리어 용매 또는 캐리어 용매들은 후술되는 방식으로 밴드에 공급된다. 밴드가 분배 노즐 내의 동일한 용매 또는 용매들로 포화되거나 거의 그렇게 되는 상황이 발생하여, 노즐 단부 둘레의 국부적인 환경에서 증기 시스를 생성한다. 증기 시스는 노즐 단부에 있을 수 있고/있거나 노즐의 분배 단부를 둘러쌀 수 있다. 증기 시스는 노즐 단부에서의 용매의 증발을 방지하여서 노즐의 막힘 또는 오염을 방지하는 것으로 밝혀졌다.

따라서, 일 실시양태에서, 본 발명은 유체를 목표물 상으로 분배하기 위한 장치를 제공한다. 이 장치는 유체를 목표물 상으로 방출하기 위한 단부를 갖는 분배 노즐을 포함하며, 여기서 유체는 용매를 포함한다. 이 장치는 중공 내부 및 내부 표면을 갖는 밴드를 추가로 포함한다. 밴드는 분배 노즐의 단부가 중공 내부에 있고 밴드의 내부 표면과 분배 노즐의 단부 사이에 간극이 형성되도록 위치된다. 밴드는 또한 그 위에 존재하는 용매를 갖는다. 밴드 상에 존재하는 용매는 간극 내로 증발하여 분배 노즐의 상기 단부에서의 용매의 증발을 방지하는 것을 돕는다.

도 1은 본 발명의 분배 노즐 장착 조립체의 분해도를 도시한다.
도 2는 완전히 조립된 도 1의 분배 노즐 장착 조립체의 사시도를 도시한다.
도 3은 도 2의 분배 노즐 장착 조립체의 평면도이다.
도 4는 도 3의 선 4-4를 따라 취한 분배 노즐 장착 조립체의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 밴드의 평면도 및 측면도를 도시한다.
도 6은 본 발명의 분배 노즐 장착 조립체를 위한 장착체의 제2 실시양태를 도시한다.
도 7은 도 7의 장착체를 위한 적하 개스킷을 도시한다.

개시내용의 상세한 설명

도면을 참조하면, 분배 노즐 장착 조립체(10)가 도시되어 있다. 조립체(10)는 노즐(12) 및 밴드(20)를 포함한다. 밴드(20)는 중공 내부(21) 및 내부 표면(22)을 갖는다. 이하에서 더 상세히 나타내고 설명되는 바와 같이, 노즐(12)은 장착체(30)를 통해 구멍(36)의 상단부에 배치되고, 밴드(20)는 구멍(36)의 하단부에서 카운터보어(counterbore) 내에 장착되어, 노즐(12)의 단부(14)가 중공 내부(21)에 있게 된다. 따라서, 분배 노즐(12)의 단부(14)와 내부 표면(22) 사이에 간극(25)이 형성된다. 하나 이상의 용매 및 통상적으로 적어도 하나의 다른 성분, 예를 들어 제약 활성제 또는 중합체를 포함하는 유체(도시되지 않음)가 노즐(12)을 통해 및 장착체(30)의 저부(32) 밖으로 목표물(도시되지 않음) 상으로 분배된다.

밴드(20)는 액체 형태로 및 이하에서 논의되는 방식으로 노즐(12)을 통해 분배되는 동일한 용매 또는 용매들로 포화된다. 용매(들)는 밴드(20)를 용매(들)에 의한 요구되는 포화 수준에서 유지하기 위하여 필요한 대로 보충된다. 어떠한 이론에 의해서도 구애됨이 없이, 밴드(20) 상에 또는 그 내부에 존재하는 액체 용매(들)가 노즐(12)의 단부(14)와 내부 표면(22) 사이의 간극(25)으로 증발하여서, 간극(25) 내에서 용매(들)의 더 높은 증기 농도를 유지한다고 여겨진다. 이는 노즐(12) 내부에서의 용매(들)의 증발을 방지하는 것을 도와주며, 이는 위에서 논의된 막힘 또는 오염 문제점을 방지하는 것을 돕는다. 따라서, 매우 간단하고 저렴한 장치에 의해, 본 발명은 분배 노즐의 효율을 개선시켰다.

도 4에 도시된 바와 같이, 노즐(12)의 단부(14)는 바람직하게는 (이하에서 더욱 상세히 논의되는) 적하 개스킷(18)의 상부 표면 아래로 연장되지 않으며, 밴드(20)의 중공 내부(21) 안에 남아 있어야 한다. 이는 간극(25) 내에서의 용매의 증기압이 노즐(12)의 오염을 방지할 것임을 보장하도록 도울 것이다. 그러나, 본 발명은 단부(14)가 적하 개스킷(18)의 구멍(19) 내로 사실상 연장되는 실시양태를 또한 고려한다.

밴드(20)는 요구되는 포화 수준에서 전술된 방식으로 용매를 보유하기에 적합한 임의의 다공성 재료로 제조될 수 있다. 일 실시양태에서, 특히 제약 응용을 위해, 밴드(20)는 폴리프로필렌(PP) 또는 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)과 같은 다공성 플라스틱 재료로 제조된다. 다른 적합한 중합체에는 초고분자량 폴리에틸렌(UHMWPE), 고밀도 폴리에틸렌(HDPE), 및 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 에틸렌 비닐 아세테이트(EVA), 나일론-6, 폴리우레탄(PE) 및 PE/PP 공중합체가 포함된다. 이들 중합체는 포렉스 코포레이션(Porex Corporation) (http://www.porex.com/porous_mat.cfm 참고)으로부터 구입될 수 있다.

특정 응용에 적합한 재료의 유형은 노즐(12)에 의해 분해되는 용매에 좌우될 것이다. 예를 들어, 용매가 알코올 또는 아세톤인 경우, PTFE가 특히 적합할 수 있다. 플라스틱은 다공성이거나 소결될 수 있어, 용매가 이하에서 논의되는 방식으로 밴드(20)의 외부 표면(23) 상에 침착되게 하고 밴드(20) 전체에 걸친 기공(pore)들을 통해 밴드(20)의 내부 표면(21)으로 이동되게 한다. 임의의 주어진 시간에, 용매는 내부 표면(22), 외부 표면(23) 또는 이들의 조합 상에 존재할 수 있다. 플라스틱이 다공성인 경우, 플라스틱은 기공률(porosity)이 20% 내지 80%의 범위, 또는 그 사이의 임의의 하위 범위일 수 있다.

다른 실시양태에서, 밴드(20)의 재료는 요구되는 방식으로, 즉 간극(25)에서 요구되는 증기 농도를 생성함으로써 용매를 보유할 수 있는 한, 조금도 다공성일 필요는 없다. 예를 들어, 적어도 내부 표면(22) 상에서 높은 표면 조도를 갖는 중실(즉, 비-다공성) 재료는 내부 표면(22) 상에서 충분한 용매를 유지할 수 있어, 밴드(20)가 습윤 상태로 남아 있게 할 것이고 용매가 간극(25) 내로 증발하게 할 것이다.

제약 활성제를 수반하는 응용들과 같은 많은 응용에서, 밴드(20)는 종종 플라스틱 재료로 제조될 필요가 있을 것이지만, 본 발명은 밴드(20)를 위한 다른 재료를 고려한다. 예를 들어, 밴드(20)는 또한 다공성이거나 소결될 수 있는 금속 또는 섬유질 재료로 제조될 수 있다.

도시된 실시양태에서, 밴드(20)는 원형의 다공성 환상 링이다. 구체적으로 도 4 및 5를 참조하면, 밴드(20)는 노즐(12)이 관통해 배치되는 장착체(30) 내의 구멍(36)의 직경에 대응할 수 있는 외경(OD)을 가질 수 있다. 일 실시양태에서, 외경(OD)은 약 0.336" 내지 약 0.372" (인치), 또는 정밀하게는 그 범위의 양단에서 +/- 0.005"로 0.336" 내지 0.372"일 수 있다. 밴드(20)는 또한 약 0.217" 내지 약 0.218", 또는 정밀하게는 그 범위의 양단에서 +/- 0.005"로 0.217" 내지 0.218"일 수 있는 내경(ID)을 가질 수 있다. 밴드(20)는 약 0.236" 내지 약 0.32", 또는 정밀하게는 그 범위의 양단에서 +/- 0.01"로 0.236" 내지 약 0.32"일 수 있는 높이(H)를 가질 수 있다. 환상 두께(T)는 약 0.077" 또는 정밀하게는 0.077" +/- 0.005"일 수 있다. 노즐(12)의 단부(14)는 직경 N이 약 0.050" 또는 정밀하게는 0.050" +/- 0.005"일 수 있다. 노즐(12)의 단부(14)는 적하 개스킷(18)의 상부 표면 위로 높이 A에 있을 수 있으며, 이는 적하 개스킷(18)의 상부 표면 위로 약 0.024" 또는 정밀하게는 0.024" +/- 0.005"일 수 있다.

밴드(20)의 내경과 노즐(12) 사이의 간극(25)은, 간극(25) 내의 용매 또는 증기 환경의 증기압이 위에서 논의된 바와 같이 노즐(12) 내에서의 또는 노즐(12)의 단부(14)에서의 용매 증발을 방지하기에 충분하도록 적절하게 크기 설정되어야 한다. 일 실시양태에서, 간극(25)은 노즐(12)의 단부(14)로부터 밴드(20)의 내부 표면까지 측정된 약 0.084" 또는 정밀하게는 0.084" +/- 0.005"의 거리 G일 수 있다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 치수 특징에 대한 용어 "약"은 언급된 숫자를 의미하거나, 측정 허용오차를 주거나 취한다. 위에서 논의된 치수들은 또한 정확한 양일 수 있다 - 예를 들어, 간극(25)이 정확히 0.084"일 수 있거나 밴드(20)가 정확히 0.32"의 높이 H를 가질 수 있음 - .

전술된 치수들이 특정 실시양태들만을 위한 것임이, 또한 밴드(20)의 많은 크기들이 본 발명에서 설명된 기능 및 특징부를 제공할 것임이 강조되어야 한다. 밴드(20) 및 간극(25)과 관련한 적당한 치수들은 다른 요인들 중에서 사용된 용매의 양 및 유형, 및 노즐(12)의 크기에 좌우될 것이다. 게다가, 도시된 실시양태에서 밴드(20)가 일정한 내경(ID), 외경(OD) 및 두께(T)를 갖는 원형의 환상 링이지만, 본 발명은 밴드(20)를 위한 다른 환상 형상, 예를 들어 난형, 정사각형, 직사각형, 타원형, 또는 간극(25) 내에서 요구되는 증기압을 제공할 수 있는 임의의 다른 형상을 고려한다.

도 1, 2 및 4를 다시 참조하면, 조립체(20)는 노즐(12) 및 밴드(20) 아래에서 장착체(30)의 저부(32)에 연결된 적하 개스킷(18)을 가질 수 있다. 적하 개스킷(18)은 밴드(20)로부터 떨어지거나 적하되는 용매의 임의의 넘쳐흐름을 포착할 수 있다. 이는 임의의 과잉 용매가 목표 기재 상으로 떨어지는 것을 방지하는 것을 돕는다. 게다가, 적하 개스킷(18)은 용매를 위한 보다 큰 증발 표면을 제공하여서, 목표물을 과잉 용매가 없게 유지하고 가능하게는 간극(25) 내에서의 용매의 증기압에 기여할 수 있다. 도 1 및 4를 참조하면, 적하 개스킷(18)은 노즐(12)의 단부(14)에 대응하는 구멍(19)이 내부에 배치될 수 있어, 노즐(12)을 떠나 목표 기재로 이동하는 유체가 적하 개스킷(18)을 통과할 수 있게 한다. 일부 실시양태에서, 밴드(20)의 저부 표면과 적하 개스킷(18)의 상부 표면 사이에 소정 간극 또는 거리를 갖는 것이 필요할 수 있다. 이는 적하 개스킷(18)이 밴드(20)로부터 용매를 흡상하는 것을 방지할 것이다. 이 간극을 도 4에서 볼 수 있다.

도 1, 2 및 4를 참조하면, 조립체(10)는 또한 너트(42)와 페룰(44)에 의해 장착체(30)에 연결될 수 있는 용매 공급 튜브(40)를 포함할 수 있다. 튜브(40)는 밴드(20)가 요구되는 양의 용매가 로딩된 상태로 머물러 있는 것을 보장하도록 용매 공급원(도시되지 않음)과 유체 연통할 수 있다. 용매는 연속 유동 과정 또는 간헐 유동 과정에 의하여, 또는 예정된 간격으로 밴드(20)에 용매를 전달하는 장치(도시되지 않음)를 통하여, 튜브(40)에 의해 밴드(20)의 외부 표면(23)으로 공급될 수 있다. 일 실시양태에서, 용매는 10 내지 20 uL/분의 속도로 튜브(40)를 통해 밴드(20)로 공급된다. 다공성 밴드의 경우에 용매를 외부 표면(22)에 부가하는 것이 바람직하고 더 용이하지만, 본 발명은 마찬가지로 용매를 밴드(20)의 내부 표면(21)으로 부가하는 것을 고려한다.

사용 중일 때, 밴드(20)는 도 1에 도시된 구멍(36) 내에서 장착체(30)의 저부(32)에 배치된다. 노즐(12)은 하나 이상의 플런저(28)에 의해 제위치에서 고정될 수 있다. 도 3을 참조하면, 장착체(30)는 하나 이상의 볼트 또는 체결구(37) 및 와셔(38)에 의해 기계의 다른 구성요소에 연결될 수 있다. 그후에, 노즐(12)은 요구되는 응용에서의 사용을 위해 분배 유체 공급원(도시되지 않음)에 연결될 수 있다.

도 6 및 7을 참조하면, 장착체(30)의 대안적인 설계가 도시되어 있으며 도면부호 130에 의해 참조되어 있다. 장착체(130)는 그 상부 표면 상에서 분배 개구(112)를 가지며, 분배 개구를 통해 분배기(12)의 단부(14)가 배치될 수 있다. 밴드(20)는 장착체(130)의 저부 표면에 위치된 리세스(recess)(120) 내에 배치될 수 있다. 장착체(130)는 또한 측면에 위치된 용매 분배 개구(140)를 가지며, 용매 분배 개구를 통해 용매가 밴드(20)로 공급된다. 적하 개스킷(118)은 장착체(130)의 저부의 개스킷 만입부(117)와 정합하는 형상(도 7에 도시된 바와 같이, 이는 정사각형일 수 있음)을 가지며, 이러한 방식으로 장착체(130)에 연결된다. 적하 개스킷(118)은 장착체(30)에 대하여 전술된 바와 같이 개스킷 구멍(119)이 분배 개구(112) 및 밴드(20)의 내경에 대응하도록 장착체(130)에 연결된다. 전술된 특징부들 외에, 장착체(130)를 사용하는 조립체(10)의 실시양태는 장착체(30)에 대하여 전술된 바와 동일한 방식으로 작용한다.

조립체(10)는 유체를 목표물에 적용하는 것이 요구되는 많은 응용들, 예를 들어 제약, 음식 가공 응용, 또는 전자 장치 응용에서 사용될 수 있다. 분배된 유체를 위한 목표물은 금속, 플라스틱, 유리, 목재 또는 음식 제품과 같은 그러나 이로 제한되지 않는 많은 표면일 수 있다. 목표물은 또한 제약 응용에서 사용되는 기재, 예를 들어 정제(tablet), 캐플릿(caplet), 캡슐 또는 바이알 트레이(vial tray)일 수 있다. 목표물은 또한 전자 응용에서 사용되는 재료, 예를 들어 회로 기판일 수 있다. 목표물은 또한 바이알과 같은 개방 용기일 수 있다. 목표물은 또한 진단 또는 의료 장치일 수 있다.

밴드(20)에 공급된 액체 용매에 더하여, 또는 이를 대신하여, 용매 증기 유동이 노즐(12) 둘레의 영역으로 펌핑되거나 달리 전달될 수 있다. 이러한 증기 공급은 밴드(20)로부터 증발하는 증기와 대부분 동일한 방식으로, 즉 노즐(12) 상에서의 또는 그 내부에서의 용매의 증발을 방지하기 위해 노즐(12) 둘레에서 충분한 증기 환경을 제공하도록 기능할 것이다. 임의의 실시양태에서, 적당한 안전 수단이 취해진다면, 용매 증발을 향상시키기 위해 열이 사용될 수 있다.

본 발명이 그의 소정 실시양태들을 특별히 참조하여 이렇게 설명되었지만, 다양한 변경 및 수정이 본 발명 내에서 본 발명의 사상 및 범주로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있음이 자명할 것이다.

Claims (19)

1. 용매를 포함하는 유체를 목표물 상으로 방출하기 위한 단부를 갖는 분배 노즐; 및
   중공 내부 및 내부 표면을 갖는 밴드(band)
   를 포함하며, 상기 밴드는, 상기 분배 노즐의 상기 단부가 상기 중공 내부에 있어 상기 밴드의 상기 내부 표면과 상기 분배 노즐의 상기 단부 사이에 간극이 형성되도록 위치하고, 상기 밴드는 또한 그 위에 존재하는 상기 용매를 가지며,
   상기 밴드 상에 존재하는 상기 용매는 상기 간극 내로 증발하여 상기 분배 노즐의 상기 단부에서의 상기 용매의 증발의 방지를 돕는,
   유체를 목표물 상으로 분배하기 위한 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 밴드가 일정한 내경, 외경 및 환상 두께를 갖는 원형의 환상 밴드인 장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 밴드가 다공성 플라스틱 재료인 장치.
4. 제3항에 있어서, 상기 다공성 플라스틱 재료가 중합체인 장치.
5. 제4항에 있어서, 상기 중합체가 폴리프로필렌, 또는 폴리테트라플루오로에틸렌, 초고분자량 폴리에틸렌, 고밀도 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 에틸렌 비닐 아세테이트, 나일론-6, 폴리우레탄, 폴리에틸렌/폴리프로필렌 공중합체, 및 이들의 임의의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 중합체가 폴리프로필렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 장치.
7. 제1항에 있어서, 상기 밴드가 복수의 기공을 가지며, 상기 용매가 상기 밴드의 상기 내부 표면 상에, 상기 기공 내에, 또는 이들의 조합으로 존재하는 장치.
8. 제1항에 있어서, 상기 밴드가 약 20% 내지 약 80%의 기공률(porosity)을 갖는 것인 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 밴드가 비-다공성 재료이고, 상기 내부 표면이 높은 표면 조도(surface roughness)를 갖는 것인 장치.
10. 제9항에 있어서, 상기 용매가 상기 내부 표면 상에 존재하는 장치.
11. 제1항에 있어서, 상기 분배 노즐 및 상기 밴드를 보유하기 위한 장착체를 추가로 포함하는 장치.
12. 제11항에 있어서, 상기 장착체가 상부 개구 및 저부 개구를 갖는 관통 구멍을 구비하며, 상기 분배 노즐은 상기 구멍의 상기 상부 개구 내에 있고, 상기 밴드는 상기 구멍의 상기 저부 개구 내에 있는 장치.
13. 제12항에 있어서, 상기 장착체가 적하 개스킷(drip gasket)이 연결된 저부 표면을 추가로 포함하며, 상기 적하 개스킷은 상기 밴드로부터의 상기 용매의 넘쳐흐름을 포착하는 장치.
14. 제11항에 있어서, 상기 장착체에 연결된 공급 튜브를 추가로 포함하며, 상기 공급 튜브는 상기 용매를 상기 밴드에 공급하는 장치.
15. 제1항에 있어서, 상기 밴드가 난형, 정사각형, 직사각형 및 타원형으로 이루어진 군으로부터 선택된 형상을 갖는 것인 장치.
16. 제1항에 있어서, 상기 밴드로부터의 상기 용매의 상기 증발을 돕도록 열을 가하는 열원을 추가로 포함하는 장치.
17. 액체가 통과해 목표물 상으로 분배되게 하는 단부를 갖는 분배 노즐내에 액체를 공급하는 단계;
    상기 분배 노즐의 상기 단부를 밴드의 중공 내부 내에 배치시켜서, 상기 단부와 상기 밴드의 내부 표면 사이에 간극을 형성하는 단계;
    추가량의 상기 용매를 상기 밴드에 공급하여, 상기 추가 용매의 적어도 일부가 상기 간극 내로 증발하게 하는 단계
    를 포함하며, 상기 액체는 목표물 상으로 분배되는,
    용매를 포함하는 액체를 목표물 상으로 분배하는 방법.
18. 제17항에 있어서, 상기 용매의 증발을 돕기 위하여 상기 밴드, 상기 간극 또는 둘 모두에 열을 가하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
19. 제17항에 있어서, 상기 추가량의 상기 용매는 상기 밴드의 외부 표면에 가해지는 방법.

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