KR20140096408A

KR20140096408A - 입자 공급장치 및 공급방법

Info

Publication number: KR20140096408A
Application number: KR1020130007883A
Authority: KR
Inventors: 이병준; 송동주; 이선기; 권수현
Original assignee: 영남대학교 산학협력단
Priority date: 2013-01-24
Filing date: 2013-01-24
Publication date: 2014-08-06
Also published as: KR101431699B1

Abstract

입자 공급장치 및 공급방법이 개시된다. 본 발명의 입자 공급장치는, 내부에 입자가 채워지며 입자가 배출되는 배출구가 마련된 실린더 유닛; 실린더 유닛에 연결되어 입자를 가압 배출시키는 압력을 제공하는 가압 유닛; 및 실린더 유닛의 내부에 유체를 공급하여 가압 유닛과는 별도로 입자에 압력을 제공하되 유체를 미리 결정된 시간의 범위 내에서 단속적으로 공급시키는 유체 공급 유닛을 포함한다.

Description

입자 공급장치 및 공급방법{SOLID PARTICLE FEEDING APPARATUS AND ITS FEEDING METHOD}

본 발명은, 입자 공급장치 및 공급방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 입자를 공급 대상물에 다량으로 공급할 수 있는 입자 공급장치 및 공급방법에 관한 것이다.

산업현장이나 각종 연구소의 실험실에서 취급되는 다양한 종류의 물질이나 물체들에 대해서 정량 공급이 요구되는 경우가 있는데, 액체나 기체상태의 물질에 대한 정량 공급장치는 현재 다양한 구성으로 개시되고 있다.

이와 더불어 고체상태의 물질이나 물체에 대한 정량 공급장치도 다양한 구성으로 현재 안출되어 있다.

그런데, 고체상태의 물질이나 물체의 경우, 특히 물질이나 물체의 크기가 마이크로단위로 작아져 마이크로입자 상태에 이르게 되면 마이크로입자 간의 접촉에 의해 마이크로입자 상호 간에 인력이 발생된다.

그 결과 마이크로입자를 포함한 입자에 종래와 같이 단순히 압력을 가하는 방법만으로는 요구되는 공급량을 만족시킬 수 없으므로 전술한 방법 이외에 요구되는 공급량을 만족시킬 수 있는 새롭고 진보된 타입의 입자 공급장치의 개발이 요구된다.

한국특허등록공보 제10-1056765호(부산대학교 산학협력단) 2011. 08. 08

따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 종래의 입자 공급장치의 가장 큰 문제점인 입자 상호 간에 접촉이 발생되어 원활한 공급이 이루어지지 못하는 문제를 해결하여 충분한 양의 입자를 공급할 수 있는 입자 공급장치 및 공급방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 측면에 따르면, 내부에 입자가 채워지며 상기 입자가 배출되는 배출구가 마련된 실린더 유닛; 상기 실린더 유닛에 연결되어 상기 입자를 가압 배출시키는 압력을 제공하는 가압 유닛; 및 상기 실린더 유닛의 내부에 유체를 공급하여 상기 가압 유닛과는 별도로 상기 입자에 압력을 제공하되 상기 유체를 미리 결정된 시간의 범위 내에서 단속적으로 공급시키는 유체 공급 유닛을 포함하는 입자 공급장치를 포함할 수 있다.

상기 실린더 유닛은, 내부에 상기 입자가 채워지는 공간이 마련된 제1 실린더; 상기 가압 유닛에 연결되어 상기 가압 유닛으로부터 제공되는 압력에 의해 상기 입자를 가압 배출시키며, 상기 입자가 배출되는 배출구가 마련된 제1 피스톤; 및 상기 제1 피스톤에 마련되어 상기 유체 공급 유닛으로부터 공급되는 상기 유체를 상기 실린더 유닛의 내부에서 선회시키는 선회부재를 포함할 수 있다.

상기 선회부재는, 상기 제1 피스톤의 제1 피스톤헤드 상면으로 돌출되는 상측부가 상기 제1 피스톤헤드의 상면 방향으로 굴곡된 튜브(tube)일 수 있다.

상기 선회부재는, 상기 제1 피스톤의 제1 피스톤헤드 테두리에 복수로 마련되되, 상기 선회부재를 통해서 배출되는 상기 유체가 상기 제1 실린더의 내벽 방향으로 향하도록 상호 간에 이격 배치될 수 있다.

상기 유체 공급 유닛은, 상기 유체가 저장되는 제1 탱크; 상기 제1 탱크와 상기 선회부재를 연결하는 제1 라인; 상기 제1 라인에 마련되는 제1 유량조절밸브; 및 상기 제1 라인에 마련되어 상기 제1 유량조절밸브를 통과한 상기 유체를 미리 결정된 시간의 범위 내에서 단속시키는 제1 단속밸브를 포함할 수 있다.

상기 가압 유닛은, 내부로 상기 제1 피스톤을 가압하는 유체가 공급되는 제2 실린더; 상기 제1 피스톤에 연결되며 상기 제2 실린더로 공급되는 유체에 의해 상기 제2 실린더의 내부에서 승강되어 상기 제1 피스톤에 상기 입자를 가압 배출시키는 압력을 제공하는 제2 피스톤; 상기 제2 실린더에 유체를 공급하는 제2 탱크; 및 상기 제2 탱크와 상기 제2 실린더를 연결하는 제2 라인에 마련되는 제2 단속밸브를 포함할 수 있다.

상기 가압 유닛은, 상기 제2 탱크와 상기 제2 단속밸브 사이의 상기 제2 라인에 마련되는 제2 유량조절밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 가압 유닛은, 상기 제2 실린더의 내부에서 상승 된 상기 제2 피스톤이 원위치로 복귀되도록 공급된 상기 유체를 벤트시키는 벤트부를 더 포함할 수 있다.

상기 벤트부는, 상기 제2 단속밸브와 상기 제2 실린더 사이의 상기 제2 라인에서 분기되는 제3 라인; 상기 제3 라인에 마련되어 상기 제2 실린더에서 배출되는 상기 유체를 벤트시키는 벤트 밸브; 상기 제3 라인에 마련되어 상기 제3 라인를 개폐하는 제3 단속밸브; 및 상기 벤트 밸브와 상기 제3 단속밸브 사이의 상기 제3 라인에 마련되는 제2 소닉노즐을 포함할 수 있다.

상기 실린더 유닛의 배출구에 연결되어 상기 입자의 배출 경로가 되는 제4 라인; 및 상기 제4 라인에 연결되어 상기 입자를 분사시키는 분사부재를 더 포함할 수 있다.

상기 분사부재는 노즐일 수 있다.

상기 제4 라인에 마련되어 상기 제4 라인를 개폐하는 제4 단속밸브를 더 포함할 수 있다.

상기 제4 라인에 마련되어 상기 실린더 유닛의 상기 배출구에서의 압력 변동을 완충시키는 댐핑부를 더 포함할 수 있다.

상기 댐핑부는, 상기 배출구 영역의 상기 제4 라인에서 분기되는 제5 라인; 및 상기 제5 라인에 마련되어 상기 배출구에서의 압력 변동을 감소시키는 댐퍼너(pressure pulsation dampener)를 포함할 수 있다.

상기 유체는 질소(N2), 공기 또는 액체를 포함할 수 있다.

상기 실린더 유닛은, 내부에 상기 입자가 채워지는 공간이 마련되고, 상기 입자가 배출되는 배출구가 마련된 제1 실린더; 상기 가압 유닛에 연결되어 상기 가압 유닛으로부터 제공되는 압력에 의해 상기 입자를 가압 배출시키는 제1 피스톤; 및 상기 제1 피스톤에 마련되어 상기 유체 공급 유닛으로부터 공급되는 상기 유체를 상기 실린더 유닛의 내부에서 선회시키는 선회부재를 포함할 수 있다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 한 쌍이 상호 마주보게 배치되되 상호 간에 피스톤에 의해 연결되는 한 쌍의 실린더를 준비하는 단계; 상기 한 쌍의 실린더 중 어느 하나의 실린더에 입자를 채워넣고 다른 하나의 실린더의 내부에 상기 입자를 가압하기 위해 유체를 공급하는 단계; 및 상기 어느 하나의 실린더의 내부에 채워진 입자에 유체를 공급하여 상기 다른 하나의 실린더와는 별도의 압력을 상기 입자에 제공하되, 상기 어느 하나의 실린더 내부에 공급되는 유체를 미리 결정된 시간의 범위내에서 단속적으로 공급시켜 상기 입자를 배출시키는 단계를 포함하는 입자 공급방법이 제공될 수 있다.

본 발명의 실시예들은, 입자 상호 간에 접촉이 발생되어 원활한 공급이 이루어지지 못하는 문제를 해결하여 충분한 양의 입자를 공급할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 공급장치를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 "A" 영역을 확대 도시한 부분 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시된 제1 피스톤 헤드의 정면도이다.
도 4는 도 1에 도시된 입자 공급장치에서 유체 공급 유닛에서 공급되는 유체와 가압 유닛에서 제공되는 압력에 의해 제1 피스톤의 이동되는 과정을 나타낸 그래프이다.
도 5는 도 1에 도시된 입자 공급장치에서 제1 실린더로 공급되는 유체의 흐름을 일정하게 하는 경우(선으로 표시)와 제1 단속밸브를 주기적으로 단속시키는 경우의 분사부재에서 분출되는 입자의 양을 비교한 그래프이다.
도 6은 도 1에 도시된 입자공급장치에서 제1 단속밸브를 주기적으로 단속시키는 것을 전제로 제1 실린더 및 제2 실린더로 공급되는 유체의 압력에 비례하여 입자의 분출량이 증가되는 상태를 나타낸 그래프이다.
도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 공급장치의 사용 상태를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 공급장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

본 실시 예에서 입자는 마이크로 입자, 나노 입자 또는 이보다 큰 입자를 포함하고, 본 실시 예에서 유체는 질소(N2)가스, 공기 또는 액체를 포함한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 공급장치를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 2는 도 1의 "A" 영역을 확대 도시한 부분 사시도이고, 도 3은 도 2에 도시된 제1 피스톤 헤드의 정면도이다.

이들 도면에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 입자 공급장치(1)는, 내부에 입자(P)가 채워지며 채워진 입자(P)가 배출되는 배출구(121b)가 마련된 실린더 유닛(100)과, 실린더 유닛(100)에 채워진 입자(P)에 유체를 공급하여 후술하는 가압 유닛(300)과는 별도의 압력을 제공하되 유체를 미리 결정된 시간의 범위 내에서 단속적으로 공급시키는 유체 공급 유닛(200)과, 실린더 유닛(100)에 연결되어 입자(P)를 가압 배출시키는 압력을 제공하는 가압 유닛(300)을 구비한다.

실린더 유닛(100)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 입자(P)가 채워지는 제1 실린더(110)와, 제1 실린더(110)에 채워진 입자(P)를 유체 공급 유닛(200)에서 공급되는 유체와 가압 유닛(300)에서 제공되는 압력에 의해 배출구(121b)로 배출시키는 제1 피스톤(120)과, 제1 피스톤(120)에 마련되어 유체 공급 유닛(200)에서 공급되는 유체에 의해 유체 공급 유닛(200)으로부터 공급되는 유체를 제1 실린더(110)의 내부에서 선회시키는 선회부재(130)를 포함한다.

실린더 유닛(100)의 제1 피스톤(120)은, 도 2에 도시된 바와 같이, 바닥부로부터 천장부로 관통 마련되는 복수의 홀(121a)과 수용된 입자(P)의 배출통로가 되는 배출구(121b)를 갖는 제1 피스톤헤드(121)와, 일단부는 제1 피스톤헤드(121)의 하측부에 연결되고 타단부는 제1 실린더(110)의 외측으로 돌출되어 후술하는 가압 유닛(300)의 제2 피스톤(320)과 연결되는 제1 피스톤로드(122)를 포함한다.

본 실시 예에서 배출구(121b)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 피스톤 헤드(121)의 중앙부에 마련될 수 있다. 또한 본 실시 예에서 배출구(121b) 영역의 제1 피스톤 헤드(121)의 상면은 입자(P)의 배출을 용이하게 하기 위해 제1 실린더(110)의 천정부 방향으로 돌출될 수 있다.

그리고 본 실시 예에서 배출구(121b)를 통해서 배출되는 입자(P)는 제1 피스톤 로드(122)의 내부를 통해서 분사부재(500)에 공급될 수 있다.(도 7b 참조)

실린더 유닛(100)의 선회부재(130)는, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 피스톤헤드(121)의 테두리에 복수로 마련되되, 선회부재(130)를 통해서 배출되는 유체가 제1 실린더(110)의 내벽 방향으로 향하도록 상호 간에 이격 배치될 수 있다.

따라서 선회부재(130)를 통해서 제1 실린더(110)의 내부로 공급되는 유체는 제1 실린더(110)의 내벽 방향으로 경사지게 배출된다. 그 결과 유체는 제1 실린더(110)의 내부에서 선회(swirl)되어 그 흐름이 더 원활히 되므로 더 많은 입자(P)를 배출구(121b) 방향으로 밀어내어 입자(P)의 배출량을 증가시킬 수 있는 이점이 있다.

또한 본 실시 예에서 선회부재(130)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 피스톤헤드(121)의 홀(121a)을 통해 제1 피스톤헤드(121)의 상면으로 돌출되는 상측부가 피스톤 헤드의 상면으로 굴곡된 튜브(tube)일 수 있다.

한편 본 실시 예는, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 피스톤헤드(121)의 외주면 상측부에서 하측부로 차례로 설치되며, 제1 피스톤헤드(121)와 제1 실린더(110)의 상호 충돌을 방지하여 마모를 방지하는 마모방지링(W)과, 제1 실린더(110)의 내부에 배치된 제1 피스톤헤드(121)의 위치를 판별하는 위치판별 마그네트(M)와, 제1 실린더(110) 내부의 입자(P) 및 유체가 누설되는 것을 방지하는 오링(O)을 포함한다.

유체 공급 유닛(200)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 실린더(110)의 내부에 채워진 입자(P)에 미리 결정된 시간의 범위 내에서 유체를 단속적으로 공급시켜 후술하는 가압 유닛(300)과는 별도의 입자(P) 배출 압력을 제공하는 역할을 한다.

그 결과 본 실시 예는 제1 실린더(110)의 내부로 단속적으로 공급되는 유체가 제1 실린더(110)의 내부에서 배출구(121b) 방향으로 나아가면서 입자(P)를 끌고 가게 되고, 후술하는 가압 유닛(300)에 의해 제1 피스톤(120)이 입자(P)를 가압 배출하므로 입자(P)의 배출량이 크게 증가됨을 알 수 있다.(도 4 및 도 5 참조)

이제 유체 공급 유닛(200)에 대해 상세히 설명하면, 유체 공급 유닛(200)은, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 제1 실린더(110)로 공급되는 유체가 저장되는 제1 탱크(210)와, 제1 탱크(210)와 선회부재(130)를 연결하며 유체의 이동 통로가 되는 제1 라인(220)과, 제1 라인(220)에 마련되어 제1 탱크(210)에서 공급된 유체의 유량을 조절하는 제1 유량조절밸브(230)와, 제1 라인(220)에 마련되어 제1 유량조절밸브(230)을 통과한 유체를 미리 결정된 시간의 범위 내에서 단속시키는 제1 단속밸브(240)와, 제1 라인(220)에 마련되는 적어도 하나의 제1 압력게이지(250)를 포함한다.

본 실시 예에서 유체 공급 유닛(200)의 제1 탱크(210)에 저장되는 유체는 질소(N2), 공기 또는 액체를 포함한다.

유체 공급 유닛(200)의 제1 라인(220)과 선회부재(130)의 연결은, 도 2에 도시된 바와 같이, 커넥터(C)에 의해 연결될 수 있다. 또한 선회부재(130)와 연결되는 제1 라인(220)의 영역은 제1 피스톤헤드(121)와 일체로 상승 또는 하강(승강)되므로 승강시의 제1 라인(220)의 접힘 파손 등을 방지하기 위해 특정 영역을 플렉시블 호스(미도시)로 대체할 수 있다.

유체 공급 유닛(200)의 제1 단속밸브(240)는, 제어부(미도시)에서 인가되는 신호에 의해 주기적으로 제1 라인을(220) 단속시켜 단속 없이 유체를 공급하는 상태에 비해 입자(P)의 분출량을 현저히 증가시키는 역할을 한다.(도 5 참조)

유체 공급 유닛(200)의 제1 유량조절밸브(230)는, 제1 라인(220)을 통해 공급되는 유체의 유량을 조절하여 배출되는 입자(P)의 배출량을 조절하는 역할을 한다. 본 실시 예에서 제1 유량조절밸브(230)가 입자(P)의 배출량에 영향을 미치는 것은 후술하는 제1 단속밸브(240)가 단속적으로 작동되는 것을 전제로 하며, 제1 단속밸브(240)의 단속적인 작동 없이 제1 유량조절밸브(230) 자체의 조절만으로는 입자(P)의 배출량에 영향을 미치지 못한다.(도 5 참조)

본 실시 예에서 제1 단속밸브(240)는 솔레노이드밸브일 수 있다.

또한 제1 단속밸브(240)의 주기적인 단속 작동을 전제로 하는 경우 제1 유량조절밸브(230)의 개방이 적을수록 두 실린더 내부 압력의 차이가 커져서 입자(P)의 배출량이 증가한다.(도 6 참조). 여기서 valve #1에 비하여 valve #2가 제1유량조절밸브(260)를 적게 연 경우이다.

가압 유닛(300)은, 실린더 유닛(100)에 연결되어 입자(P)를 가압 배출시키는 압력을 제공하는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 내부로 제1 피스톤(120)을 가압하는 유체가 공급되는 제2 실린더(310)와, 제1 피스톤(120)에 연결되며 제2 실린더(310)로 공급되는 유체에 의해 제2 실린더(310)의 내부에서 승강되어 제1 피스톤(120)에 입자(P)를 가압 배출시키는 압력을 제공하는 제2 피스톤(320)과, 제2 실린더(310)에 유체를 공급하는 제2 탱크(320)와, 제2 탱크(320)와 제2 실린더(310)를 연결하는 제2 라인(340)에 마련되는 제2 단속밸브(350)와, 제2 탱크(320)와 제2 단속밸브(350) 사이의 제2 라인(340)에 마련되는 제2 유량조절밸브(360)와, 제2 단속밸브(350)의 후방 영역의 제2 라인(340)에 마련되는 제2 압력게이지(370)와, 제2 압력게이지(370)와 제2 실린더(310) 사이의 제2 라인(340)에 마련되어 상승된 제2 피스톤(320)이 원 위치로 복귀되도록 제2 실린더(310)로 공급된 유체를 벤트시키는 벤트부(380)를 포함한다.

본 실시 예에서 제2 탱크(320)에 저장되어 제2 실린더(310)로 공급되는 유체는 질소(N2), 공기 또는 액체를 포함한다.

가압 유닛(300)의 제2 단속밸브(350)는, 전술한 유체 공급 유닛(200)의 제1 단속밸브(240)와 달리 제2 라인(340)을 단순히 개폐하는 역할을 한다.

본 실시 예에서 제2 단속밸브(350)는 솔레노이드밸브일 수 있다.

가압 유닛(300)의 제2 유량조절밸브(360)는, 제2 실린더(310)의 내부로 공급되는 유체의 유량을 조절하여 최종적으로 제1 피스톤(120)으로 전달되는 압력을 조절하는 역할을 한다.

본 실시 예에서 제2 유량조절밸브(360)는 전술한 제1 유량조절밸브(230)와 같이 제2 유량조절밸브(360) 자체의 조절만으로는 입자(P)를 거의 배출할 수 없으므로 제1 단속밸브(240)의 주기적인 단속 작동을 전제로만 의미를 가진다.

가압 유닛(300)의 벤트부(380)는, 제2 실린더(310)의 내부에 공급된 유체를 배출시켜 상승된 제2 피스톤(320)이 원래의 위치로 복귀되도록 하는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 단속밸브(350)와 제2 실린더(310) 사이의 제2 라인(340)에서 분기되는 제3 라인(381)과, 제3 라인(381)에 마련되어 제2 실린더(310)에서 배출되는 유체를 벤트(vent)시키는 벤트 밸브(382)와, 벤트 밸브(382)와 제3 단속밸브(383) 사이의 제3 라인(381)에 마련되는 제3 유량조절밸브(미도시)를 포함한다.

본 실시 예에서 제2 피스톤(320)을 원 위치로 복귀시키는 경우 제2 단속밸브(350)를 잠그고, 제3 단속밸브(383)를 개방시켜 제2 실린더(310) 내부의 유체를 벤트 밸브(382)로 배출시킬 수 있다.

그리고 본 실시 예에서 제3 단속밸브(383)는 솔레노이드밸브일 수 있다.

한편 본 실시 예는 제1 실린더(110)에서 배출되는 입자(P)가 특정 장소로 공급될 수 있도록 제1 실린더(110)의 배출구(121b)에 연결되는 제4 라인(400)과, 제4 라인(400)의 단부에 마련되는 노즐과 같은 분사부재(500)와, 제4 라인(400)에 마련되어 제4 라인(400)을 개폐하는 제4 단속밸브(600)와, 제4 라인(400)에 마련되어 제4 라인(400)의 압력을 표시하는 제3 압력게이지(700)를 더 포함할 수 있다.

그리고 본 실시 예는 제1 실린더(110)의 배출구(121b)에 연결되되 배출구(121b)에 근접한 영역의 제4 라인(400)에서 발생되는 압력 변동을 줄이기 위한 댐핑부(800)를 더 포함한다.

댐핑부(800)는, 도 1에 도시된 바와 같이, 배출구(121b) 영역의 제4 라인(400)에서 분기되는 제5 라인(810)과, 제5 라인(810)에 마련되어 배출구(121b)에서의 압력 변동을 감소시키는 댐퍼너(pressure pulsation dampener, 820)를 포함한다.

댐핑부(800)의 댐퍼너(820)는, 내부에 공간이 마련된 용기의 내부에 유체를 채워놓은 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이, 제4 라인(400)에 수직으로 장착된다.

이하에서 도 1을 참조하여 댐핑부(800)의 사용 상태를 간략히 설명한다.

먼저 제1 실린더(110)의 배출구(121b)에 연결된 제3 라인(381)의 압력이 증가되면 압력이 증가된 유체가 제5 라인(810)을 통해 댐퍼너(820)의 내부로 유입된다. 댐퍼너(820)의 내부로 유입되는 유체는 고압이고 댐퍼너(820)의 내부에 저장된 유체는 상대적으로 저압이므로, 댐퍼너(820)의 내부에 저장된 유체는 수축되어 유입되는 고압의 유체 압력을 줄여준다.

그리고 압력이 감소한 유체가 댐퍼너(820)의 내부로 유입되면 댐퍼너(820)의 내부의 유체가 팽창하면서 댐퍼너(820)의 내부로 유입되는 유체의 압력을 증가시켜 압력의 변동을 줄여준다.

도 4 내지 도 6은 본 실시 예에 따른 입자 공급장치의 실험 데이터를 그래프로 나타낸 것이다. 이하에서 도 4 내지 도 6의 그래프를 순차적으로 간략히 설명한다.

도 4는 도 1에 도시된 입자 공급장치에서 유체 공급 유닛에서 공급되는 유체와 가압 유닛에서 제공되는 압력에 의해 제1 피스톤이 이동되는 과정을 나타낸 그래프이다.

도 4에 나타낸 그래프는 제1 단속밸브(240)에서 제1 실린더(110)의 내부로 공급되는 유체를 300ms 간격으로 주기적으로 단속시키는 것을 전제로 한다. 또한, 제1 실린더(110)의 내부에 채워지는 입자(P)는 직경이 대략 7 마이크로미터인 알루미늄입자이고, 제1 실린더(110) 내부로 공급되는 유체는 질소(N2)이며, 질소는 0.31g/s로 공급된다.

도 4에 나타난 바와 같이 일정 시간 즉 20초 동안 가압한 상태에서 제1 단속밸브(240)를 단속시키면 제1 피스톤(120)의 이동 거리는 시간에 비례함을 알 수 있다. 즉 제1 피스톤(120)이 이동된다는 것은 입자(P)가 제1 실린더(110)의 외부로 배출된다는 것을 의미한다.

도 5는 도 1에 도시된 입자 공급장치에서 제1 실린더로 공급되는 유체의 흐름을 일정하게 하는 경우(선으로 표시)와 제1 단속밸브를 주기적으로 단속시키는 경우의 분사부재에서 분출되는 입자의 양을 비교한 그래프이다.

도 5에 도시된 그래프 중 그래프의 상측 영역에 배치되는 큰 점들은 제1 단속밸브(240)를 주기적으로 단속시키는 경우 분출되는 입자(P)의 양을 나타낸 것이고, 제일 하측 영역의 얇은 선은 제1 단속밸브(240)의 주기적인 단속 작동없이 제1 실린더(110)로 공급되는 유체의 흐름을 일정하게 한 경우의 분출되는 입자(P)의 양을 나타낸 것이다. 이 그래프에 나타난 바와 같이 제1 단속밸브(240)를 주기적으로 단속하지 않는 경우 배출되는 입자의 양은 미미함을 알 수 있다.

도 6은 도 1에 도시된 입자공급장치에서 제1 단속밸브를 주기적으로 단속시키는 것을 전제로 제1 실린더 및 제2 실린더로 공급되는 유체의 압력에 비례하여 입자의 분출량이 증가되는 상태를 나타낸 그래프이다.

도 6의 그래프에 나타난 바와 같이 제1 실린더(110) 및 제2 실린더(310)에 가해지며 제1 탱크(210) 및 제2 탱크(330)에서 공급되는 유체가 증가 될수록 입자(P)의 분출량이 증가됨을 알 수 있다.

도 7과 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 공급장치의 사용 상태를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 7은 본 실시 예가 작동되기 전 즉 제1 실린더(110)에 유체와 가압력을 가하는 초기의 상태를 나타낸 것이고, 도 8은 초기의 상태를 지나 제1 실린더(110) 내부의 입자(P)가 배출되는 상태를 나타낸 것이다.

이하에서 도 7과 도 8을 참조하여 본 실시 예에 따른 입자 공급장치(1)의 사용 상태 즉 입자 공급방법을 간략히 설명한다.

먼저, 제1 실린더(110)의 내부에 입자(P)를 채워넣는 작업이 행해진다. 본 실시 예에서 입자(P)는 분말형태를 갖는 마이크로 고체입자일 수 있고, 이 입자(P)는 추진제로 쓸 수 있는 알루미늄이나 마그네슘, 모래, 밀가루, 금속고체입자 또는 설탕 등을 포함한다.

다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 제1 단속밸브(240) 및 제2 단속밸브(350)를 개방시켜 제1 탱크(210) 및 제2 탱크(320)에 저장된 유체를 제1 실린더(110) 및 제2 실린더(310)로 공급한다. 그 다음으로 제1 탱크(210)에 저장된 유체를 제1 실린더(110)의 내부로 공급한다.

일정 시간이 흘러 제1 피스톤(120)을 가압하는 압력 즉 유체 공급 유닛(200)에서 공급되는 유체에 의한 압력과 가압 유닛(300)에서 가압하는 압력이 생성되면 제1 단속밸브(240)를 주기적으로 단속시킨다. 또한 제4솔레노이드 밸브(600)를 개방하여 입자와 유체를 제 4 라인(400)을 통하여 외부로 배출한다.

제1 단속밸브(240)를 주기적으로 단속시키면 유체가 제1 실린더(110)의 내부에서 배출구(121b) 방향으로 나아가면서 입자(P)를 끌고 감과 더불어 제1 피스톤(120)이 제2 피스톤(320)에 의해 상측 방향으로 가압되어 제1 실린더(110)의 내부에 입는 입자(P)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 배출구(121b)를 통해 배출된다.

제1 실린더(110)의 내부에 있는 입자(P)가 모두 배출되어 제1 피스톤(120)을 원 위치로 복귀시킬 필요가 있는 경우 벤트부(380)의 제3 단속밸브(383)를 개방시켜 제2 실린더(310)의 내부로 공급된 유체를 벤트 밸브(382)로 배출시키면 된다.

그리고 본 실시예는 제1 단속밸브(250)는 열어놓고 제2 단속밸브(350) 및 제3 단속밸브(384)를 주기적으로 단속시켜도 작동될 수 있다. 또한 본 실시예는 미 도시되었지만 제1 라인(240)과 제2 라인(340)을 연결해도 효과가 크지는 않겠지만 작동할 수 있고, 이때는 제2 탱크(330)가 필요 없다.

나아가 본 실시 예는 미 도시되었지만 입자를 수용하는 제1 실린더(110)를 복수로 마련하고, 복수의 제1 실린더(110)를 하나의 제2 실린더(310)로 가압할 수도 있고, 복수의 제1 실린더(110)를 같이 사용하되 하나의 제1 실린더(110) 및 제2 실린더(310) 쌍으로는 입자를 내보내고 그 사이에 다른 실린더 쌍으로는 입자를 채워넣을 수도 있다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 입자 공급장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

본 실시 예에 따른 입자 공급장치(1a)는 입자(P)가 전술한 실시예와 같이 실린더 유닛(100)의 제1 피스톤 헤드(121, 도 1 참조)를 통해서 배출되는 것이 아니라 제1 실린더(110)를 통해서 배출되는 점에서 차이점이 있다.

즉 본 실시 예에서 입자(P)는, 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 실린더(110)의 천장부에 마련된 배출구(110a)를 통해서 배출되며, 본 실시 예는 이러한 구조로 입자(P)의 배출 경로를 전술한 실시예에 비해 단순화시킬 수 있는 이점이 있다.

이와 같이 본 발명은 기재된 실시 예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정 예 또는 변형 예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

1 : 입자 공급장치 100 : 실린더 유닛
110 : 제1 실린더 120 : 제1 피스톤
130 : 선회부재 200 : 유체 공급 유닛
210 : 제1 탱크 220 : 제1 라인
230 : 제1 유량조절밸브 240 : 제1 단속밸브
250 : 제1 압력게이지 300 : 가압 유닛
310 : 제2 실린더 320 : 제2 피스톤
330 : 제2 탱크 340 : 제2 라인
350 : 제2 단속밸브 370 : 제2 압력게이지
380 : 벤트부 400 : 제4 라인
500 : 분사부재 600 : 제4 단속밸브
700 : 제3 압력게이지 800 : 댐핑부
810 : 제5 라인 820 : 댐퍼너(dampener)
C : 커넥터 M : 위치판별 마그네트
O : 오링 P : 입자
W : 마모방지링

Claims

내부에 입자가 채워지며 상기 입자가 배출되는 배출구가 마련된 실린더 유닛;
상기 실린더 유닛에 연결되어 상기 입자를 가압 배출시키는 압력을 제공하는 가압 유닛; 및
상기 실린더 유닛의 내부에 유체를 공급하여 상기 가압 유닛과는 별도로 상기 입자에 압력을 제공하되 상기 유체를 미리 결정된 시간의 범위 내에서 단속적으로 공급시키는 유체 공급 유닛을 포함하는 입자 공급장치.
청구항 1에 있어서,
상기 실린더 유닛은,
내부에 상기 입자가 채워지는 공간이 마련된 제1 실린더;
상기 가압 유닛에 연결되어 상기 가압 유닛으로부터 제공되는 압력에 의해 상기 입자를 가압 배출시키며, 상기 입자가 배출되는 배출구가 마련된 제1 피스톤; 및
상기 제1 피스톤에 마련되어 상기 유체 공급 유닛으로부터 공급되는 상기 유체를 상기 실린더 유닛의 내부에서 선회시키는 선회부재를 포함하는 입자 공급장치.
청구항 2에 있어서,
상기 선회부재는, 상기 제1 피스톤의 제1 피스톤헤드 상면으로 돌출되는 상측부가 상기 제1 피스톤헤드의 상면 방향으로 굴곡된 튜브(tube)인 것을 특징으로 하는 입자 공급장치.
청구항 2에 있어서,
상기 선회부재는,
상기 제1 피스톤의 제1 피스톤헤드 테두리에 복수로 마련되되, 상기 선회부재를 통해서 배출되는 상기 유체가 상기 제1 실린더의 내벽 방향으로 향하도록 상호 간에 이격 배치되는 것을 특징으로 하는 입자 공급장치.
청구항 2에 있어서,
상기 유체 공급 유닛은,
상기 유체가 저장되는 제1 탱크;
상기 제1 탱크와 상기 선회부재를 연결하는 제1 라인;
상기 제1 라인에 마련되는 제1 유량조절밸브; 및
상기 제1 라인에 마련되어 상기 제1 유량조절밸브를 통과한 상기 유체를 미리 결정된 시간의 범위 내에서 단속시키는 제1 단속밸브를 포함하는 입자 공급장치.
청구항 2에 있어서,
상기 가압 유닛은,
내부로 상기 제1 피스톤을 가압하는 유체가 공급되는 제2 실린더;
상기 제1 피스톤에 연결되며 상기 제2 실린더로 공급되는 유체에 의해 상기 제2 실린더의 내부에서 승강되어 상기 제1 피스톤에 상기 입자를 가압 배출시키는 압력을 제공하는 제2 피스톤;
상기 제2 실린더에 유체를 공급하는 제2 탱크; 및
상기 제2 탱크와 상기 제2 실린더를 연결하는 제2 라인에 마련되는 제2 단속밸브를 포함하는 입자 공급장치.
청구항 6에 있어서,
상기 가압 유닛은,
상기 제2 탱크와 상기 제2 단속밸브 사이의 상기 제2 라인에 마련되는 제2 유량조절밸브를 더 포함하는 입자 공급장치.
청구항 6에 있어서,
상기 가압 유닛은,
상기 제2 실린더의 내부에서 상승 된 상기 제2 피스톤이 원위치로 복귀되도록 공급된 상기 유체를 벤트시키는 벤트부를 더 포함하는 입자 공급장치.
청구항 8에 있어서,
상기 벤트부는,
상기 제2 단속밸브와 상기 제2 실린더 사이의 상기 제2 라인에서 분기되는 제3 라인;
상기 제3 라인에 마련되어 상기 제2 실린더에서 배출되는 상기 유체를 벤트시키는 벤트 밸브;
상기 제3 라인에 마련되어 상기 제3 라인를 개폐하는 제3 단속밸브; 및
상기 벤트 밸브와 상기 제3 단속밸브 사이의 상기 제3 라인에 마련되는 제2 소닉노즐을 포함하는 입자 공급장치.
청구항 1에 있어서,
상기 실린더 유닛의 배출구에 연결되어 상기 입자의 배출 경로가 되는 제4 라인; 및
상기 제4 라인에 연결되어 상기 입자를 분사시키는 분사부재를 더 포함하는 입자 공급장치.
청구항 10에 있어서,
상기 분사부재는 노즐인 것을 특징으로 하는 입자 공급장치.
청구항 10에 있어서,
상기 제4 라인에 마련되어 상기 제4 라인를 개폐하는 제4 단속밸브를 더 포함하는 입자 공급장치.
청구항 10에 있어서,
상기 제4 라인에 마련되어 상기 실린더 유닛의 상기 배출구에서의 압력 변동을 완충시키는 댐핑부를 더 포함하는 입자 공급장치.
청구항 13에 있어서,
상기 댐핑부는,
상기 배출구 영역의 상기 제4 라인에서 분기되는 제5 라인; 및
상기 제5 라인에 마련되어 상기 배출구에서의 압력 변동을 감소시키는 댐퍼너(pressure pulsation dampener)를 포함하는 입자 공급장치.
청구항 1에 있어서,
상기 유체는 질소(N2), 공기 또는 액체를 포함하는 것을 특징으로 하는 입자 공급장치.
청구항 1에 있어서,
상기 실린더 유닛은,
내부에 상기 입자가 채워지는 공간이 마련되고, 상기 입자가 배출되는 배출구가 마련된 제1 실린더;
상기 가압 유닛에 연결되어 상기 가압 유닛으로부터 제공되는 압력에 의해 상기 입자를 가압 배출시키는 제1 피스톤; 및
상기 제1 피스톤에 마련되어 상기 유체 공급 유닛으로부터 공급되는 상기 유체를 상기 실린더 유닛의 내부에서 선회시키는 선회부재를 포함하는 입자 공급장치.
한 쌍이 상호 마주보게 배치되되 상호 간에 피스톤에 의해 연결되는 한 쌍의 실린더를 준비하는 단계;
상기 한 쌍의 실린더 중 어느 하나의 실린더에 입자를 채워넣고 다른 하나의 실린더의 내부에 상기 입자를 가압하기 위해 유체를 공급하는 단계; 및
상기 어느 하나의 실린더의 내부에 채워진 입자에 유체를 공급하여 상기 다른 하나의 실린더와는 별도의 압력을 상기 입자에 제공하되, 상기 어느 하나의 실린더 내부에 공급되는 유체를 미리 결정된 시간의 범위내에서 단속적으로 공급시켜 상기 입자를 배출시키는 단계를 포함하는 입자 공급방법.