KR20130126454A - 포함된 와류 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 포함된 와류 장치의 내부와 외부로의 공기 또는 가스의 유동을 허용하는 포함된 와류 장치에 관한 것이다. 가스들이 장치를 통과하여 이동하는 과정에서, 와류가 더 무거운 물질들의 분리, 임의의 미립자들의 크기의 감소, 및 장치로 도입된 것보다 상당히 더 작은 크기의 미립자들의 방출을 허용하는 장치 내에서 생성된다.

Description

포함된 와류 장치{CONTAINED VORTICES DEVICE}

본 발명은, 포함된 와류 장치에 관한 것이다.

본 출원은 2010년 6월 3일에 출원된 미국 특허 출원 번호 제12/802,273호의 우선권을 청구한다.

본 발명은 내부 또는 외부로의 공기 또는 가스의 유동을 허용하는 용기 장치에 관한 것이다. 가스가 용기 장치를 통해 이동하는 과정에서, 더 무거운 물질들의 분리, 임의의 미립자들의 크기의 감소, 및 용기 장치에 도입된 것들보다 상당히 더 작은 크기의 미립자들의 방출을 허용하는 와류가 용기 장치 내에서 생성된다.

챔버 내에서 와류를 야기하는 대부분의 선행 기술의 장치들은 와류를 생성하기 위해 프로펠러 또는 임펠러를 사용한다. 2008년 6월 3일에 Arlasky에게 허여된 미국 특허 제7,380,639호는 프로펠러를 사용하는 주요 예이다.

본 발명은 공기 또는 가스의 유입을 수용하고, 1 대 3의 비인, 하우징의 직경에 대한 하우징의 벽 내의 입구 길이의 관계 때문에 와류를 그 자체가 야기할 것이다. 하우징의 내부 베이스는 회송 와류를 돕는 탄환 형상의 돌출부를 구비하며, 이는 유입 와류를 반전시키고 출구를 통해 공기 또는 가스가 나가게 한다. 탄환부의 길이는 원통형 하우징의 전체 길이와 관계가 있으며, 이 비도 또한 1:3이다. 탄환부의 정점의 영역은 낮은 압력의 영역을 생성하며, 탄환부의 주위의 영역은 입자들이 하우징으로 들어 가는 것들보다 더 미세한 입자 크기로 감소될 때까지 탄환부 주위의 루프에서 더 무거운 물질을 붙잡아 재순환시키며, 유출 와류로 출구를 통해 배출되도록 허용한다.

미국 특허 제7,380,639호

본 발명은, 포함된 와류 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 라이브 단부(live end) 및 데드 단부(dead end), 내부 측면, 데드 단부 내부면, 및 라이브 단부 내부면을 가지는 밀폐된 원통형 하우징을 포함하는 포함된 와류 장치이다. 이 장치는 또한 입구, 출구 및 탄환 형상의 돌출부로 이루어진다.

입구 파이프는 라이브 단부의 근처에서 원통형 하우징의 측면으로부터 제1 개구부를 통해 들어 간다. 출구 파이프는 원통형 하우징의 라이브 단부의 중앙 개구부로부터 나온다. 탄환 형상의 돌출부는 데드 단부의 내부면의 중앙에 위치되고 이 내부면에 부착된다. 와류는 약 1:3의 내부 라이브 단부 면으로부터 출구 파이프의 길이에 대한 내부 측벽 면으로부터 입구 파이프의 길이의 비에 의해 생성되며, 밀폐된 원통형 하우징의 전체 길이에 대한 데드 단부 내부면의 내부면으로부터 탄환 형상의 돌출부의 길이의 비는 약 1:3이다.

도 1은 장치의 내부도이다.
도 2는 탄환부 또는 돌출부를 통과하는 공기 유동 개구부 및 입자 수집기를 가지는 머플러로서의 장치의 내부도이다.
도 3은 탄환부 또는 돌출부를 통과하는 공기 유동 개구부 및 입자 수집기를 가지는 머플러로서의 장치의 내부도이다.
도 4는 머플러로서의 장치의 부분 외부도이다.
도 5는 다른 머플러 실시예의 내부도이다.
도 6은 입구를 위한 디플렉터를 특징으로 하는 출구의 다른 실시예이다.
도 7은 가스 흐름을 나타내는 도면이다.
도 8은 사용되지 않은 연료를 재활용하기 위한 회수 출구를 특징으로 하는 장치의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 9는 사용되지 않은 연료를 재활용하기 위한 회수 출구를 특징으로 하는 장치의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.

도 1은 장치(2)의 내부도이다. 예로서, 장치(2)가 차량 배기 시스템에 부착되는 경우, 배기 가스가 말단 단부(6)에 있는 입구(8)를 통해 유입될 수 있다. 가스가 장치(2)로 유입되어서, 돌출부 또는 탄환부(12)에 도달할 때까지 내부 벽(16)을 따라 유동하는 와류로 즉시 회전하기 시작한다. 와류로 유동하는 가스가 돌출부(12)와 접촉하게 되면, 이는 상향 방식으로 와류의 코스를 변경시키는 역 벤츄리 효과를 생성하고, 와류는 출구(10)를 향해 그리고 장치(2)의 외부로 더 가벼운 가스의 유동을 유도한다. 가스가 돌출부(12)와 접촉하게 되면, 저압 영역(18)이 돌출부(12)의 단부에서 조금 떨어져서 발생된다. 가스는 내부 벽(16)을 향해 외측으로 유도되어 내부 벽(16)으로 가속되도록 가스에 힘을 가하는 토로이드 와류(42)를 생성한다. 더 가벼운 입자들이 가스를 방출하는 와류 내로 이동되고 더 무거운 입자들은 낙하한다. 이 영역 아래에서 그리고 탄환부(12)의 측면을 따라서, 더 크고 더 무거운 입자들을 붙잡는 순환이 생성되고 이 입자들은 더 작은 입자 크기로 감소될 때까지 운반되는 상태로 남아 있다. 이 영역은 순환 루프(20)로 지칭된다. 여기에 있는 입자들이 탄환부를 따라 위로 이동되고 여기서 입자들이 다시 벽으로 보내진다. 입자들은 외부로 이동될 정도로 충분히 작아질 때까지 이 루프에 남아 있을 것이다. 입자들이 순환 루프(20)를 떠나도록 충분히 작아질 때, 즉, 충분히 가벼워질 때, 이들은 저압 영역(18)을 통과하여 장치(2)로부터 입자들을 제거하는 와류 내에 포획된다.

입자들은 장치(2)의 내부 벽(16)으로 반복적으로 몰림으로써 순환 루프(20) 내에서 크기가 감소된다. 이 반복적인 충돌은 시간이 지남에 따라 입자 크기를 감소시키고, 그 다음에 이들을 저압 영역(18)을 통과하여 출구(10)를 통한 가스의 방출을 위해 와류 내로 배출하는 능력을 가진다.

도 2는 입자 수집기(22), 및 탄환부 또는 돌출부(12)를 통과하는 공기 유동 개구부(14)를 가지는 머플러로서의 장치의 내부도이다. 장치(2)는 차량 배기 장치에 부착되어서, 배기 가스가 말단 단부(6)에 있는 입구(8)를 통해 유입되도록 허용한다. 가스가 장치(2)로 유입되어서, 돌출부 또는 탄환부(12)에 도달할 때까지 내부 벽(16)을 따라 유동하는 와류로 즉시 회전하기 시작한다. 장치(2) 내를 흐르는 가스가 돌출부(12)와 접촉하게 되면, 이는 상향 방식으로 와류의 코스를 변경시키는 역 벤츄리 효과를 생성하며, 와류는 출구(10)를 향해 그리고 장치(2)의 외부로 더 가벼운 가스의 유동을 유도한다. 가스가 돌출부(12)와 접촉하게 되면, 저압 영역(18)이 돌출부(12)의 단부에서 조금 떨어져서 생성된다. 가스는 외측으로 유도되어 내부 벽(16)으로 가속되도록 가스에 힘을 가하는 토로이드 와류(42)를 생성한다. 더 가벼운 입자들이 가스를 방출하는 와류 내로 이동되고 더 무거운 입자들은 낙하한다. 이 영역 아래에서 그리고 탄환부(12)의 측면을 따라서, 더 크고 더 무거운 입자들을 붙잡는 순환이 생성되고, 여기서 이 입자들은 더 작은 입자 크기로 감소될 때까지 운반되는 상태로 남아 있다. 이 영역은 순환 루프(20)로 지칭된다. 여기에 있는 입자들이 탄환부를 따라 위로 이동되고, 여기서 입자들이 다시 벽으로 보내진다. 입자들은 외부로 이동될 정도로 충분히 작아질 때까지 이 루프에 남아 있을 것이다. 입자들이 순환 루프(20)를 떠나기에 충분히 작아질 때, 이들은 저압 영역(18)을 통과하여 장치(2)로부터 입자들을 제거하는 와류에 포획된다.

이 실시예는 근접 단부(4)를 통과하고 수집기(22)와 그의 근접 단부(32)를 통과하고 그 다음에 탄환부(14)를 통과하여 들어가는 개구부(14)를 가진다. 이 개구부(14)는 저압 영역(18)으로 그리고 장치(2)의 와류 내로 다양한 물질들의 도입을 허용한다. 장치 내로 도입되는 물질의 일 예는 엔진 배기로부터 발생하는 열을 감소시키기 위한 찬 공기일 것이다.

게다가, 수집기(22)가 존재할 수 있다. 수집기(22)는 크고 순환 루프(20)에 남아 있는 입자들을 수집하는 역할을 한다. 이 입자들은 결국 수집기(22)의 말단 단부(30)에서 개구부들(28)을 통과해 수집기(22)내로 낙하할 것이다. 다른 실시예들에서, 수집기(22)는 제거 가능하며 필터로서 작용한다. 다른 실시예들에서, 수집기(22)는 공진 효과를 생성하기 위해 배플이 형성되며, 단순히 공진기(24)로서 사용된다. 개구부들(28)이 없이, 입자들은 저압 영역(18)을 통과해서 와류로 그리고 출구(10)로 가기에 충분히 크기가 감소될 때까지 순환 루프(20)에 남아 있을 것이다라는 것이 또한 주목되어야 한다.

도 3은 입자 수집기(22), 및 탄환부 또는 돌출부(12)를 통과하는 공기 유동 개구부(14)를 가지는 머플러로서의 장치(2)의 내부도이다. 이 도면에서는 수집기(22)의 말단 단부(30)를 더 잘 살펴볼 수 있다. 수집기(22)에 있는 개구부들(28)은 더 크고 더 무거운 입자들이 이를 통과해 수집기(22) 내로 낙하하거나 떨어지도록 허용한다.

도 4는 머플러로서의 장치(2)의 부분 외부도이다. 입구(8)와 출구(10) 모두는 외부 면(34)을 통과한다. 둘 모두는 장치(2)의 말단 단부(6) 근처에 위치된다. 장치(2)는 장치(2)의 내부에서 실행되는 모든 작동들을 위해 전체적으로 모든 부품들이 포함되어 있다. 탄환부(12)의 단부 및 이를 통과하는 개구부(14)는 또한 가시적이다. 이 도면에서는 탄환부(12)의 주위의 영역을 더 잘 이해할 수 있다. 탄환부를 둘러싸는 이 영역은 순환 루프(20)가 존재하는 곳이다. 더 무거운 입자들이 여기에서 붙잡히고 운반된다. 이들은 크기가 감소될 때까지 여기에서 재순환되거나, 수집기(22)로 낙하될 것이다.

도 5는 다른 머플러 실시예의 내부도이다. 이 실시예에서, 장치(2)는 외부 하우징(26)에 의해 둘러싸인다. 이 외부 하우징은 심미적인 가치를 위해 존재할 수 있거나 더 큰 공진 캐비티로서 포함될 수 있다.

도 6은 입구(8)를 위한 디플렉터(38)를 특징으로 하는 출구(10)의 다른 실시예이다. 이 실시예는 장치(2) 내에 더 빠른 와류를 야기한다. 이 디플렉터는 와류를 생성하기 위해 필요하지 않지만 이를 더 빠르게 시작하게 할 것이다. 디플렉터(38)는 입구(8)에 인접한 출구(10)에 부착된다. 유입 가스는 디플렉터에 부딪치고 즉시 와류 내로 회전될 것이다.

도 7은 가스 흐름을 나타내는 도면이다. 배기가 내부 벽(16) 안으로 들어와서 이의 주위로 아래를 향해 순환된다. 배기가 탄환부(12)의 끝에 도달할 때에, 저압 영역(18)이 생성된다. 더 가벼운 입자들이 와류를 따라 위로 이동하고 더 무거운 입자들은 토로이드 와류(42)에 의해 외측으로 힘을 받는다. 이 무거운 입자들은 내부 벽(16)에 부딪쳐서 이들의 크기를 감소시킨다. 더 무거운 입자들은 순환 루프(20) 내에서 운반되고 내부 벽(16)을 따라 아래로 이동되고 바닥을 따라 이동되고 그 다음에 토로이드 와류(42)로 재도입되도록 탄환부(12)의 외부 벽(46)을 따라 위로 이동되거나, 이들은 더 작은 입자들로서 떠난다. 너무 큰 입자들은 저압 영역(18)을 통과하여 장치(2)의 외부로 나가기에 충분히 크기가 작아질 때까지 루프(20)에 남아 있다.

도 8은 사용되지 않은 연료 또는 탄화 수소를 재순환시키기 위한 회수 출구(44)를 특징으로 하는 장치(2)의 다른 실시예이다. 이 실시예는 재순환 루프(40)를 가지기 때문에 디젤 자동차를 위한 머플러로서 사용하기에 이상적이다. 순환 루프(20) 내에 있는 더 무거운 입자들은 인출되어 재연소되도록 연소 사이클로 재도입된다. 이는 배기 가스를 개선하고 주행 거리를 증가시킬 것이다.

도 9는 사용되지 않은 연료를 재순환시키기 위한 회수 출구(44)를 특징으로 하는 장치의 다른 실시예이다. 이 실시예에서, 회수 출구는 돌출부(12)의 개구부(14)이다. 더 무거운 입자들이 탄환부(12)의 개구부(14)를 통해 인출되고 연소 사이클로 재도입된다.

장치는 또한 배기를 생성하는 과정 또는 임의의 모터와 함께 다른 적용들에서 사용될 수 있다. 장치는 과정에 의해 생성된 배기에 부착될 때 석탄 연료 발전 과정에서 사용되며, 가스는 말단 단부(6)의 입구(8)로 유입되어 배기 가스가 말단 단부(6)의 입구(8)를 통해 유입되도록 허용할 것이다. 가스가 장치(2)로 유입되고 와류로 즉시 회전되기 시작하며, 와류는 돌출부 또는 탄환부(12)에 도달할 때까지 내부 벽(16)을 따라 흐른다. 장치(2)로 유입되는 가스가 돌출부(12)와 접촉하게 될 때, 이는 역 벤츄리 효과를 생성하여 더 가벼운 가스의 유동을 출구(10)를 향해 그리고 장치(2)의 외부로 유도하는 상향 방식으로 와류의 코스를 변경시킨다. 가스가 돌출부(12)와 접촉될 때, 저압 영역(18)이 돌출부(12)의 단부로부터 조금 떨어져서 형성된다. 가스가 외측으로 유도되어 내부 벽(16)으로 가속되도록 가스에 힘을 가하는 토로이드 와류를 생성한다. 더 가벼운 입자들이 가스를 방출하는 와류 내로 이동되고, 더 무거운 입자들은 낙하한다. 이 영역 아래에서 그리고 탄환부(12)의 측면을 따라서, 더 크고 더 무거운 입자들을 붙잡는 순환이 생성되고, 여기에서 이 입자들은 더 작은 입자 크기로 감소될 때까지 운반되고 있다. 이 영역은 순환 루프(20)로 지칭된다. 여기에 있는 입자들은 탄환부를 따라 위로 이동되고, 여기에서 이들은 다시 벽으로 보내진다. 입자들은 외부로 이동되도록 충분히 작게 될 때까지 이 루프에 남아 있게 될 것이다. 입자들이 순환 루프(20)를 떠나기에 충분히 작게 될 때, 이들은 저압 영역(18)을 통과하여 장치(2)로부터 입자들을 제거하는 와류 내에 포획된다. 그러므로, 더 무거운 입자들이 이전에 설명된 방식으로 감소되거나 제거되므로, 배기가 정화된다. 장치(2)는 또한 소각 과정에서 사용되도록 구성된다. 장치가 소각로의 배기에 부착될 때, 배기는 말단 단부(6)의 입구(8)을 통해 유입될 것이다. 가스가 장치(2)로 유입되어 와류로 즉시 회전되기 시작하며, 와류는 돌출부 또는 탄환부(12)에 도달할 때까지 내부 벽(16)을 따라 흐른다. 장치(2)로 유입되는 가스가 돌출부(12)와 접촉하게 될 때, 이는 역 벤츄리 효과를 생성하여 더 가벼운 가스의 유동을 출구(10)를 향해 그리고 장치(2)의 외부로 유도하는 상향 방식으로 와류의 코스를 변경시킨다. 가스가 돌출부(12)와 접촉될 때, 저압 영역(18)이 돌출부(12)의 단부로부터 조금 떨어져서 형성된다. 가스가 외측으로 유도되어 내부 벽(16)으로 가속되도록 가스에 힘을 가하는 토로이드 와류를 생성한다. 더 가벼운 입자들이 가스를 방출하는 와류 내로 이동되고, 더 무거운 입자들은 낙하한다. 이 영역 아래에서 그리고 탄환부(12)의 측면을 따라서, 더 크고 더 무거운 입자들을 붙잡는 순환이 생성되고, 여기에서 이 입자들은 더 작은 입자 크기로 감소될 때까지 운반되고 있다. 이 영역은 순환 루프(20)로 지칭된다. 여기에 있는 입자들은 탄환부를 따라 위로 이동되고, 여기에서 이들은 다시 벽으로 보내진다. 입자들은 외부로 이동되도록 충분히 작게 될 때까지 이 루프에 남아 있게 될 것이다. 입자들이 순환 루프(20)를 떠나기에 충분히 작게 될 때, 이들은 저압 영역(18)을 통과하여 장치(2)로부터 입자들을 제거하는 와류 내에 포획된다. 그러므로, 더 무거운 입자들이 이전에 설명된 방식으로 감소되거나 제거되므로, 배기가 정화된다. 다시 말하면, 수집되거나, 감소되거나, 재순환되고 이에 의해 배출물을 제거 또는 감소시키다. 이는 유해 페기물의 소각에서 특히 중요하다.

장치(2) 내의 와류의 발생을 허용하는 관계가 있다. 입구 파이프는 원통형 하우징의 측면으로부터 그리고 라이브 단부 근처에서 제1 개구부를 통과해 들어간다. 출구 파이프는 원통형 하우징의 라이브 단부의 중앙 개구부로부터 나온다. 탄환 형상의 돌출부는 데드 단부의 내부면의 중앙에 있고 이에 부착된다. 와류는 약 1:3인 내부 라이브 단부 면으로부터 출구 파이프의 길이에 대한 내부 측 벽 면으로부터 입구 파이프의 길이의 비에 의해 생성되며, 밀폐된 원통형 하우징의 전체 길이에 대한 데드 단부 내부면의 내부면으로부터 탄환 형상의 돌출부의 길이의 비는 약 1:3이다.

Claims (19)

1. a. 라이브 단부(live end) 및 데드 단부(dead end), 내부 측면, 데드 단부 내부면, 및 라이브 단부 내부면을 가지는 밀폐된 원통형 하우징;
   b. 입구 파이프;
   c. 출구 파이프; 및
   d. 탄환 형상의 돌출부를 가지는 포함된 와류 장치로서,
   상기 입구 파이프는 상기 원통형 하우징의 상기 측면으로부터 그리고 상기
   라이브 단부 근처에서 제1 개구부를 통해 들어가고,
   상기 출구 파이프는 상기 원통형 하우징의 상기 라이브 단부의 중앙 개구부로부터 나오고,
   상기 탄환 형상의 돌출부는 상기 데드 단부의 상기 내부면의 중앙에 있고 이에 부착되며.
   상기 내부 라이브 단부 면으로부터 상기 출구 파이프의 길이에 대한 상기 내부 측 벽 면으로부터 상기 입구 파이프의 길이의 비는 약 1:3이고, 상기 밀폐된 원통형 하우징의 전체 길이에 대한 상기 데드 단부 내부면의 내부면으로부터 상기 탄환 형상의 돌출부의 길이의 비는 약 1:3인, 포함된 와류 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 장치는 머플러인, 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 장치는 입자 분리기인, 장치
4. 제1항에 있어서,
   상기 장치는 믹서인, 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 장치는 상기 입구의 상기 출구 근처의 디플렉터 마운트를 가지는, 장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 돌출부는 중공인, 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 장치는 상기 돌출부 아래에 수집 영역을 가지는, 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 장치는 배기 가스의 냉각을 위해 상기 돌출부를 통해 분사되는 찬 공기를 가지는, 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 장치는 공진 챔버 내에 수용되는, 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 외부 챔버 내에 수용되는, 장치.
11. 제1항에 있어서,
    순환 루프는 상기 연소 사이클로 탄화수소를 재순환시키기 위해 인출되는, 장치.
12. 제1항에 있어서,
    순환 루프는 상기 연소 사이클로 미립자를 재순환시키기 위해 인출되는, 장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 연소 과정에 부착되는, 장치.
14. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 석탄 연소 발전로들로부터의 배기물질을 여과하기 위해 사용되는, 장치.
15. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 소각로들로부터의 물질을 여과하기 위해 사용되는, 장치.
16. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 소각로들로부터 유해 물질을 여과하기 위해 사용되는, 장치.
17. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 연소 챔버로서 사용되는, 장치.
18. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 진공 하에서 사용되는, 장치.
19. 제1항에 있어서,
    상기 장치는 정압 하에서 사용되는, 장치.

Images