KR20160130364A

KR20160130364A - 토출 특성의 제어가 가능한 노즐 모듈

Info

Publication number: KR20160130364A
Application number: KR1020160144545A
Authority: KR
Inventors: 최장수
Original assignee: 이노비스 주식회사
Priority date: 2016-11-01
Filing date: 2016-11-01
Publication date: 2016-11-11

Abstract

본 발명은 토출 특성의 제어가 가능한 노즐 모듈에 관한 것이고, 구체적으로 노즐의 길이 또는 직경의 조절을 통한 유량 제어 또는 토출 압력의 제어가 가능한 노즐 모듈에 관한 것이다. 노즐 모듈(10)은 제1 유체의 유도를 위한 토출 유로(211)가 형성된 토출 유닛(21)과 제2 유체의 유도를 위한 유동 경로(221)가 형성된 유도 캡(22)으로 이루어진 토출 모듈(2); 및 토출 유로(211)의 개폐 수준을 제어하기 위한 니들 피스톤(12)과 상기 제2 유체의 공급을 위한 유체 공급 유닛(11)으로 이루어진 제어 모듈(1)을 포함한다.

Description

토출 특성의 제어가 가능한 노즐 모듈{Nozzle Module Capable of Controlling Characteristics of Discharging}

본 발명은 토출 특성의 제어가 가능한 노즐 모듈에 관한 것이고, 구체적으로 노즐의 길이 또는 직경의 조절을 통한 유량 제어 또는 토출 압력의 제어가 가능한 노즐 모듈에 관한 것이다.

일반적으로 액체 또는 기체를 고속으로 자유 공간에 분출되도록 유로의 끝에 형성되는 관을 노즐이라고 한다. 노즐은 고체, 액체 및 기체를 정해진 양으로 특정 부위에 도달되도록 설계가 되고 다양한 구조를 가지는 노즐이 이 분야에서 공지되어 있다. 예를 들어 반도체, 디스플레이 또는 모바일 제품의 생산 공정에서 표면 코팅을 위하여 노즐이 적용될 수 있다. 반도체, 디스플레이 또는 모바일 제품은 진화하는 소재 분야의 기술과 융합되어 비-평면, 비구면 또는 3차원 형상으로 점차적으로 변화하고 있다. 이와 같은 제품의 표면 코팅 과정에서 요구되는 수준의 코팅 면을 얻기 위하여 분출 압력 또는 분출 액량이 정확하게 제어될 필요가 있다. 또한 코팅 과정에서 미립자의 크기가 코팅 품질에 영향을 미치는 주요한 인자가 될 수 있다. 예를 들어 20 ㎛ 이하의 미립자의 형성을 위하여 노즐 직경이 이에 대응되도록 조절될 필요가 있다. 그러나 노즐 직경이 작아지면 토출 압력이 작아질 수 있고 그리고 노즐 길이가 제한될 수 있다. 이와 같은 문제의 해결을 위하여 요구되는 품질을 가지면서 구조적 안정성을 가진 노즐이 요구된다.

노즐과 관련된 선행기술로 노즐과 관련된 선행기술로 공개특허번호 제2005-0117416호 ‘2유체 분사 노즐’이 있다. 상기 선행기술은 미세하고 균일한 크기의 분무를 위하여 액체가 고정 벽면과 마찰에 의한 속도 구배를 이루지 않도록 액체와 고정 벽과 접촉을 회피할 수 있도록 하는 구조를 가진 2유체 분사 노즐에 관하여 개시한다. 상기 선행기술은 2유체 분사 노즐에 있어서, 하단부에 다수의 혼합구가 형성된 몸체를 이루는 하우징; 및 상기 하우징의 중심부에 내삽되어 하우징과 사이에 스페이서를 형성하고, 상기 스페이서에 압축 기체를 공급하는 기체 주입구와 상기 혼합구와 동일 축에 있고, 상기 혼합구로 액체를 공급하는 액체 주입구를 가지는 내부 구조체를 포함하는 2유체 분사 노즐에 대하여 개시한다. 제시된 선행기술은 분사 노즐에 이격 공간(spacer)이 형성되는 것에 의하여 분무 입자의 불균일성이 해소될 수 있지만 분사 범위가 작아질 수 있고 분사 노즐의 막힘 현상이 발생될 수 있다는 단점을 가진다.

노즐과 관련된 다른 선행기술로 등록특허번호 제1363021호 ‘분사 노즐’이 있다. 상기 선행기술은 저압력에서 미립자를 생성하고 저비산 에어커튼 분사 기능을 가지는 분사 노즐을 제공하기 위한 것으로 제1 유체를 공급하는 제1 통로와 제2 유체를 공급하는 제2 통로 및 제3 유체를 공급하는 제3 통로를 가지는 매니폴드, 상기 매니폴드에 결합되어 내측으로 상기 제1 통로에 연결되어 제1 토출구를 형성하고, 상기 제1 토출구 외측으로 제1 와류 홈으로 제2 통로에 연결되는 제1 와류자, 상기 제1 와류자를 수용하여 상기 매니폴드에 결합되어 내측으로 상기 제2 통로에 연결되어 제2 토출구를 형성하고, 상기 제2 토출구 외측으로 제2 와류 홈으로 상기 제3 통로에 연결되는 제2 와류자 및 상기 제2 와류 홈에 접촉되어 상기 제2 와류자를 수용하여 상기 매니폴드에 결합되어 내측으로 상기 제3 통로에 연결되어 제3 토출구를 형성하는 토출 캡을 포함하는 분사 노즐에 대하여 개시한다. 제시된 선행기술은 분사 노즐의 막힘 현상 해소, 분사 미립자의 균일성 및 낮은 압력의 분사 구조를 가지지만 노즐의 직경 또는 노즐 길이가 제한될 수 있다는 단점을 가진다.

상기 선행기술에서 개시된 노즐은 토출 직경 또는 토출 관의 길이가 제한되고 이로 인하여 토출 압력 또는 토출 액량의 조절이 제한될 수 있다는 단점을 가진다. 다양한 코팅 표면 특성 또는 공급 특성에 대응되도록 노즐 구조의 설계의 선택성이 커지는 것이 유리하다. 그러나 상기 선행기술은 노즐 직경 또는 노즐 길이가 제한된 범위 내에서 노즐 구조가 설계되어야 한다는 단점을 가진다.

본 발명은 공지된 노즐이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

선행문헌1: 공개특허번호 제2005-0117416호(한국 에너지 기술연구원, 2005년12월14일 공개) 2유체 분사 노즐 선행문헌2: 등록특허번호 제1363021호(이노비스 주식회사, 2014년02월14일 공개) 분사 노즐

본 발명의 목적은 토출 압력 또는 토출 액량의 조절이 가능한 토출 특성의 제어가 가능한 노즐 모듈을 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 노즐 모듈은 제1 유체의 유도를 위한 토출 유로가 형성된 토출 유닛과 제2 유체의 유도를 위한 유동 경로가 형성된 유도 캡으로 이루어진 토출 모듈; 및 토출 유로의 개폐 수준을 제어하기 위한 니들 피스톤과 상기 제1 유체의 공급을 위한 유체 공급 유닛으로 이루어진 제어 모듈을 포함한다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 유도 캡에 형성된 유체 주입구를 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 토출 유로의 둘레에 배치되고 그리고 제2 유체의 유동을 제어하기 위한 유동 제어 유닛을 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 니들 피스톤의 작동을 제어하기 위한 에어 주입구 및 탄성 수단을 더 포함한다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 상기 토출 모듈 및 제어 모듈은 분리 가능하다.

본 발명에 따른 노즐은 분리 가능한 2개의 모듈 구조로 이루어지는 것에 의하여 서로 다른 토출 특성이 요구되는 상황에 쉽게 적용될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 유동 제어 유닛에 의하여 토출 경로의 직경이 토출 압력에 따라 적절하게 선택될 수 있도록 한다는 장점을 가진다. 또한 토출 경로의 길이를 임의로 선택될 수 있도록 하는 것에 의하여 분사 노즐의 막힘 현상이 방지되도록 하면서 노즐의 설계가 간단해지도록 하면서 노즐의 제조가 단순해지도록 한다는 장점을 가진다. 추가로 본 발명에 따른 노즐은 유동 제어 유닛에 의하여 토출 유체의 물리적 특성이 향상되도록 하는 것에 의하여 미립자의 직경이 적절하게 조절되도록 하면서 이와 동시에 미립자의 분포 특성이 향상되도록 한다는 이점을 가진다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 노즐 모듈의 실시 예에 대한 단면도 및 외부 구조도를 각각 도시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 노즐 모듈에 적용될 수 있는 유동 제어 유닛의 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 노즐 모듈의 실시 예에 대한 단면도 및 외부 구조도를 각각 도시한 것이다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면 본 발명에 따른 노즐 모듈(10)은 제1 유체의 유도를 위한 토출 유로(211)가 형성된 토출 유닛(21)과 제2 유체의 유도를 위한 유동 경로(221)가 형성된 유도 캡(22)으로 이루어진 토출 모듈(2); 및 토출 유로(211)의 개폐 수준을 제어하기 위한 니들 피스톤(12)과 상기 제1 유체의 공급을 위한 유체 공급 유닛(11)으로 이루어진 제어 모듈(1)을 포함한다.

본 발명에 따른 노즐 모듈(10)은 적어도 2개의 유체를 유입시켜 토출시키는 임의의 분사 장치에 적용될 수 있다. 적어도 2개는 동일하거나 서로 다른 종류의 유체가 될 수 있고 예를 들어 하나의 유체는 액체가 되고 다른 하나의 유체는 기체가 될 수 있지만 이에 제한되지 않는다. 서로 다른 종류의 유체는 서로 다른 경로를 통하여 토출이 될 수 있고 하나의 유체는 다른 유체가 토출되는 과정에서 물리적 특성이 향상되도록 하는 기능을 가질 수 있다. 예를 들어 기체와 액체가 서로 다른 경로로 토출이 되는 경우 기체는 액체의 미립자의 크기, 분포 특성, 토출 범위 또는 토출 거리를 향상시키는 기능을 가질 수 있다.

본 발명에 따른 노즐 모듈(10)은 토출되는 유체의 종류 또는 토출되는 유체의 수에 의하여 제한되지 않는다.

노즐 모듈(10)은 유체의 토출을 유도하는 토출 모듈(2) 및 토출 모듈(2)에서 토출되는 유체의 종류, 유체의 양 또는 압력을 조절하기 위한 제어 모듈(1)로 이루어질 수 있다. 제어 모듈(1)과 토출 모듈(2)은 일체형이 될 수 있지만 바람직하게 분리 가능하도록 구조가 될 수 있다. 예를 들어 토출 모듈(2)은 나사 결합 방식 또는 끼움 구조로 제어 모듈(1)에 결합되어 필요한 경우 새로운 토출 모듈(2)로 교환이 될 수 있다. 이와 같은 분리 가능한 구조는 서로 다른 토출 경로의 길이 또는 직경을 가진 토출 모듈(2)의 적용이 가능하도록 하면서 토출 모듈(2)의 세척 또는 수리가 용이하도록 한다는 이점을 가진다. 또한 동일한 토출 모듈(2)에 대하여 서로 다른 토출 조건이 적용되는 것이 가능하도록 한다는 이점을 가진다.

아래에서 본 발명은 명확한 이해를 위하여 액체 및 기체의 유입 및 토출을 실시 예로 제시하여 설명이 되지만 이에 제한되지 않는다.

제어 모듈(1)은 제1 유체의 공급을 위한 유체 공급 유닛(11), 제1 유체의 공급 수준을 제어하기 니들 피스톤(12), 니들 피스톤(12)의 작동을 조절하기 위한 공기의 주입이 가능한 에어 주입구(13) 및 니들 피스톤(12)의 이동을 제한하면서 복원력을 제공하는 스프링과 같은 탄성 수단(14)을 포함한다.

유체 공급 유닛(11)은 전체적으로 원통 형상이 될 수 있고 제1 유체의 공급을 위한 공급 관에 연결될 수 있는 커넥터(111, 112)를 가질 수 있다. 커넥터(111, 112)는 적어도 하나가 될 수 있고 도 1a에 도시된 것처럼 양쪽으로 2개가 될 수 있지만 이에 제한되지 않고 다양한 개수가 될 수 있다. 커넥터(111, 112)가 다수 개가 되고 그리고 이로 인하여 제1 유체의 공급 경로가 다수가 되는 것은 어느 하나의 공급 경로에 대한 장애 또는 서로 다른 유체의 공급이 가능하도록 한다는 장점을 가진다. 유체 공급 유닛(11)의 적절한 위치에 연결 홀(115)이 형성될 수 있고 연결 홀(115)을 통하여 니들 피스톤(12)의 끝 부분이 토출 유로(211)의 위쪽 부분에 위치될 수 있다.

니들 피스톤(12)은 중간 몸체(121), 중간 몸체(121)로부터 상부로 연장되어 탄성 수단(14)에 결합되는 결합 부분(123) 및 중간 몸체(121)로부터 아래쪽으로 연장되는 제어 니들(122)로 이루어질 수 있다. 제어 니들(122)은 고정 실린더(17)의 내부에 이동 가능하도록 배치될 수 있고 그리고 아래쪽 부분은 테이퍼가 진 형상으로 이루어질 수 있다. 중간 몸체(121)는 고정 실린더(17)의 위쪽에 덮개 형태로 배치될 수 있고 그리고 적절한 밀폐 수단을 가질 수 있다. 그리고 결합 부분(123)은 고정 하우징(15)에 배치된 스프링과 같은 탄성 수단(14)에 결합될 수 있다. 이와 같은 구조에서 니들 피스톤(12)은 압력이 가해지면 위쪽으로 이동이 될 수 있고 그리고 탄성 수단(14)에 의하여 정해진 위치로 복원이 될 수 있다. 구체적으로 고정 실린더(17)로 연결되어 외부로부터 공기의 주입이 가능하도록 형성된 에어 주입구(13)를 통하여 공기가 주입되면 니들 피스톤(12)은 위쪽으로 이동이 되고 그리고 다시 공기가 배출이 되면 니들 피스톤(12)은 원래의 위치로 복원이 되어 탄성 수단(14)에 의하여 정해진 위치에 고정이 될 수 있다. 고정 실린더(17)는 제어 니들(122)의 이동을 위한 실린더 몸체(171), 유체 공급 유닛(11)과 연결되는 연결 통로(172)로 이루어질 수 있고 실린더 몸체(171)의 아래쪽 부분은 연결 통로(172)로부터 밀폐 수단에 의하여 밀폐가 될 수 있다. 또한 실린더 몸체(171)의 위쪽 부분에 에어 주입구(13)와 연결되는 저장 몸체(173)가 형성될 수 있다. 에어 주입구(13)로 주입된 공기는 저장 몸체(173)로 유입되어 실린더 몸체(171)에 위쪽으로 향하는 압력을 가하게 되고 이로 인하여 니들 피스톤(12)이 위쪽으로 이동이 될 수 있다. 그리고 저장 몸체(173)의 공기가 배출이 되면 니들 피스톤(12)이 탄성 수단(14)에 의하여 원래의 위치로 이동되어 고정될 수 있다.

니들 피스톤(12)의 아래쪽에 형성되는 제어 니들(122)은 고정 실린더(17)에서 상하로 이동이 되면서 유체 공급 유닛(11)으로부터 공급되는 제1 유체의 양 또는 토출 유로(211)로 유입되는 제1 유체의 양을 조절하는 기능을 가질 수 있다. 제어 니들(122)의 끝 부분에 테이퍼가 진 제어 팁(122a)이 형성될 수 있고 제어 팁(122a)은 토출 유로(211)에 삽입될 수 있는 형상을 가질 수 있다. 에어 주입구(13)를 통하여 유입되는 공기의 양에 의하여 니들 피스톤(12)의 이동 수준이 결정될 수 있고 그리고 그에 따라 제어 팁(122a)의 토출 유로(211)에 대한 삽입 깊이가 결정될 수 있다. 그리고 이와 같은 삽입 깊이에 따라 토출 유로(211)에 유입되는 제1 유체의 양의 제어될 수 있다. 또한 실린더 몸체(171)의 아래쪽에 연결 홀(115)을 통하여 유체 공급 유닛(11)의 상하로 연결되는 연결 통로(172)가 형성되고 그리고 연결 통로(172)를 통하여 제어 팁(122a)의 테이퍼가 진 부분의 일부가 유체 공급 유닛(11)의 내부에 위치하게 된다. 그리고 테이프가 진 부분의 유체 공급 유닛(11) 내부에서 상하 이동에 의하여 토출 유로(211)와 유체 공급 유닛(11)이 연결되는 공간 크기가 제어될 수 있다. 그리고 공간 크기의 제어에 의하여 토출 유로(211)로 유입되는 제1 유체의 양이 제어될 수 있다. 이와 같이 테이퍼가 진 형상을 가지는 제어 팁(122a)은 연결 공간 크기를 제어하면서 이와 동시에 토출 유로(211)의 위쪽 부분의 유입 입구(211a)의 단면적을 제어하는 것에 의하여 토출 유로(211)로 유입되는 제1 유체의 양을 제어할 수 있다.

토출 유로(211)로 유입되는 제1 유체의 양은 다양한 방법으로 제어될 수 있고 그리고 니들피스톤(12)의 상하 이동은 다양한 가압 수단에 의하여 조절될 수 있다. 예를 들어 니들 피스톤(12)의 상하 이동은 모터의 의하여 작동되는 기계적 이동 기기에 의하여 제어될 수 있다. 그러므로 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

유체 공급 유닛(11) 및 고정 실린더(17)는 제어 하우징(16)의 내부에 배치될 수 있고 그리고 제어 하우징(16)의 상부에 고정 하우징(15)이 고정 너트와 같은 적절한 고정 수단(152)에 의하여 고정될 수 있다. 고정 하우징(15)에 탄성 수단(14)의 탄성력을 조절하기 위한 조정 수단(151)이 설치될 수 있다. 예를 들어 조정 수단(15)의 상하 이동에 의하여 탄성 수단(14)의 탄성력이 조절되고 이에 따라 에어 주입구(13)를 통하여 공급되는 정해진 공기 양에 대한 니들 피스톤(12)의 이동 수준이 조절될 수 있다. 이와 같은 조절 구조는 토출 유로(211)를 통하여 유입되는 제1 유체의 양이 이중으로 조절될 수 있도록 한다. 고정 실린더(17)의 위쪽에 밀폐 갭(153)이 형성되고 그리고 고정 수단(152)이 밀폐 갭(153)에 결합되는 것에 의하여 고정 하우징(15)과 고정 실린더(17)가 결합될 수 있다. 고정 실린더(17)와 고정 하우징(15)은 다양한 방법으로 체결될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

위에서 설명이 된 것처럼, 제어 모듈(1)은 제1 유체를 공급하면서 이와 동시에 토출 모듈(2)로 공급되는 제1 유체의 양을 제어할 수 있다. 제1 유체는 액체가 될 수 있고 다양한 범위의 점도를 가진 액체가 될 수 있다. 제1 유체가 반드시 제어 모듈(1)을 통하여 공급이 되어야 하는 것은 아니다. 예를 들어 제어 모듈(1)은 별도의 공급 경로로 공급되는 제1 유체의 양을 제어하는 기능을 가질 수 있다. 또한 아래에서 제2 유체는 토출 모듈(2)을 통하여 공급이 되는 것으로 설명이 되지만 필요에 따라 제2 유체는 제어 모듈(1)을 통하여 공급될 수 있다.

도 1a 및 도 1b를 참조하면, 토출 모듈(2)은 제1 유체의 이송 및 토출을 위한 토출 유로(211)와 제어 모듈(1)에 결합되는 체결 부위(212)로 이루어진 토출 유닛(21), 체결 너트와 같은 체결 수단(26)에 의하여 토출 유닛(21)의 아래쪽에 결합되는 유도 캡(22) 및 토출 유로(211)의 아래쪽에 배치되고 그리고 유도 캡(22)의 의하여 고정되는 유동 제어 유닛(24)을 포함할 수 있다.

토출 유로(211)의 위쪽에 제어 팁(122a)이 삽입되도록 형성된 유입 입구(211a)가 형성될 수 있고 그리고 토출 유로(211)는 토출 유닛(21)을 관통하면서 끝 부분에 외부와 연결되는 토출 팁(211b)이 형성된 구조를 가질 수 있다. 본 발명에 따른 노즐 모듈(10)에서, 토출 유로(211)의 직경은 분출되는 미립자의 크기에 관계없이 설계 편의에 따라 적절하게 선택될 수 있고 그리고 토출 유로(211)의 길이도 또한 동일하다. 이와 같은 토출 유로(211) 구조의 자유도의 향상은 위에서 설명된 토출 유로(211)로 유입되는 제1 유체의 양의 제어 구조, 아래에서 설명되는 유동 제어 유닛(24)에 의하여 가능하다. 토출 유로(211) 구조의 이와 같은 자유도의 증가는 노즐 모듈(10)이 다양한 종류의 유체의 토출에 적용될 수 있도록 하면서 이와 동시에 낮은 압력으로 토출이 되도록 한다는 장점을 가진다. 토출 유로(211)는 동일한 직경으로 연장되거나 또는 서로 다른 직경으로 연장될 수 있다. 또한 유입 입구(211a)는 토출 유로(211)와 별도로 형성되거나 일체로 형성될 수 있다. 토출 팁(211b)도 또한 동일하다.

유도 캡(22)은 토출 몸체(21)와 일체로 형성되거나 또는 분리 가능하도록 결합될 수 있다. 그리고 분리 가능한 유도 캡(22)의 구조는 유동 제어 유닛(24)이 교환 가능하도록 한다. 유도 캡(22)의 내부에 유체 공급 통로(23)와 연결되는 유동 경로(221)가 형성될 수 있고 유동 경로(221)는 유도 캡(22)의 끝 부분에 형성된 에어 홀 또는 에어 갭(222)과 연결될 수 있다. 구체적으로 기체와 같은 제2 유체가 유체 공급 통로(23)를 통하여 유입되어 유동 경로(221)로 공급되어 유동 제어 유닛(24)을 경유하여 에어 갭(222)으로 토출될 수 있다.

유동 제어 유닛(24)은 유동 경로(221)를 통하여 전달된 제2 유체의 유동학적 특성을 변경시키는 기능을 가질 수 있고 예를 들어 제2 유체가 와류를 형성하면서 에어 갭(222)을 통하여 외부로 배출되도록 한다. 유동 제어 유닛(24)은 예를 들어 유동 제한 유닛(25)에 의하여 유체의 이동 또는 공급 조건의 변화에 관계없이 정해진 위치에 고정될 수 있다.

유체 공급 통로(23)는 기체와 같은 유체의 공급이 가능한 다양한 공급 유닛과 연결될 수 있는 구조를 가질 수 있고 적어도 하나가 될 수 있고 제2 유체의 공급이 제어될 수 있는 구조를 가질 수 있다. 또한 유체 공급 통로(23)가 반드시 토출 모듈(2)에 형성되어야 하는 것은 아니다. 다만 유체 공급 통로(23)가 토출 모듈(2)에 형성되면 노즐 모듈(10)의 구조가 간단해지면 제2 유체의 토출 압력의 조절이 용이하도록 한다는 장점을 가진다.

유동 제어 유닛(24)은 제2 유체에 유동학적 특성이 변경되도록 하는 것에 의하여 예를 들어 제1 유체의 미립자의 직경의 조절, 미립자의 균일 분포 또는 토출 범위의 조절이 가능하도록 한다.

유동 제어 유닛(24)은 토출 유로(211)의 둘레 면에 배치되어 제2 유체가 에어 갭(222)을 통하여 배출되도록 하는 한편 위쪽 부분은 유동 제한 유닛(25)에 의하여 정해진 위치에 고정될 수 있다.

유동 제한 유닛(25)은 예를 들어 탄성 스프링 또는 오-링과 같이 신축성 또는 탄성을 가지는 소재로 만들어질 수 있고 그리고 유동 제어 유닛(24)도 또한 탄성을 가진 소재로 만들어질 수 있다. 이와 같은 소재의 특성으로 인하여 유체의 압력 또는 온도 변화에 따른 유동 제어 유닛(24)의 변형에 관계없이 유동 제한 유닛(25)에 의하여 유동 제어 유닛(24)이 정해진 위치에 고정될 수 있도록 한다.

아래에서 이와 같은 특성을 가지는 유동 제어 유닛(24)에 대하여 설명된다.

도 2는 본 발명에 따른 노즐 모듈에 적용될 수 있는 유동 제어 유닛(24)의 실시 예를 도시한 것이다.

도 2를 참조하면, 유동 제어 유닛(24)은 회전자 구조를 가질 수 있다. 회전자 구조란 유체가 고속으로 회전이 되도록 하는 구조로 위에서 설명된 제2 유체가 회전력 및 분출압력을 동시에 가지도록 만드는 구조를 말한다. 회전력의 발생을 위하여 유동 제어 유닛(24)에 스파이럴 또는 나선 구조의 와류 홈(241)이 형성될 수 있다. 그리고 유동 제한 유닛(25)은 링 형상을 가지면서 유동 제어 유닛(24)의 위쪽 면에 배치될 수 있다.

유동 제어 유닛(24)은 전체적으로 속이 빈 원통 형상이 될 수 있고 중앙 부분에 토출 유로가 관통될 수 있도록 하는 관통 홀(242)이 형성될 수 있다. 전면 또는 둘레 면을 따라 적어도 하나의 와류 홈(241)이 형성될 수 있다. 도 2에 도시된 것처럼, 관통 홀(242)을 중심으로 원형의 환형 테(243)가 형성될 수 있고 환형 테(243)를 연결하는 형상으로 와류 홈(241)이 둘레 면의 방향으로 연장될 수 있다. 구체적으로 환형 테(243)의 한 지점으로부터 접선 또는 접선 유사 방향으로 와류 홈(241)이 연장될 수 있다. 와류 홈(241)은 적어도 하나가 될 수 있고 다수 개의 와류 홈(241)은 일정 간격으로 배치되거나 또는 서로 다른 간격으로 배치될 수 있다. 전면에서 접선 또는 접선 유사 방향으로 연장된 와류 홈(241)은 둘레 면에서 길이 방향을 따라 연장될 수 있지만 이에 제한되지 않고 와류 홈(241)은 다양한 형상으로 연장될 수 있다. 환형 테(243) 또는 와류 홈(241)의 간격은 특별히 제한되지 않으며 예를 들어 와류 홈(241)은 둘레 면으로부터 관통 홀(242)을 향하는 방향으로 점차적으로 폭이 좁아지도록 형성될 수 있다.

도 2에 도시된 것처럼, 회전자 구조를 가지는 유동 제어 유닛(24)의 속이 빈 내부는 안정 공간(245)을 형성하게 된다. 또한 유동 제어 유닛(24)은 안정 공간(245)을 형성하면서 일정 길이로 연장되는 둘레 면 및 둘레 면으로부터 점차로 직경이 작아지면서 관통 홀(242)과 연결되는 경사면으로 이루어질 수 있다. 그리고 경사면의 중간 부분에 환형 테(243)가 형성될 수 있다. 다만 필요에 따라 안정 공간(245) 또는 환형 테(243)는 형성되지 않을 수 있다.

제시된 구조에서 제1 유체는 제어 모듈로부터 공급되어 토출 유로(211)를 통하여 분출된다. 그리고 제2 유체는 유체 공급 통로(23)를 통하여 유입되어 유동 경로(221)를 경유하여 유동 제어 유닛(24)으로 이송된다. 제1 유체는 액체 그리고 제2 유체는 기체가 될 수 있다.

제2 유체는 유동 제어 유닛(24)에 형성된 와류 홈(241)을 통과하면서 고속의 회전력 및 분출 압력을 가지게 되고 그리고 안정 공간(245)에서 안정화가 될 수 있다. 그리고 유도 캡(22)과 토출 유로(211) 사이에 형성된 에어 갭(222)을 통하여 고속으로 회전 전단력을 가지면서 분출된다. 이와 같이 분출되는 제2 유체는 제1 유체와 충돌하여 제1 유체를 미세 미립자 형태로 토출 팁(211b)을 통하여 토출되도록 한다. 이와 같은 과정에서 발생되는 반발력 또는 다른 요인으로 인하여 발생될 수 있는 유동 제어 유닛(24)의 변형은 유동 제한 유닛(25)에 의하여 방지될 수 있다. 다양한 구조를 가지는 유동 제어 유닛(24)이 본 발명에 따른 노즐 모듈에 적용될 수 있고 본 발명은 제시된 실시 예에 제한되지 않는다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

1: 제어 모듈 2: 토출 모듈
10: 토출 모듈 11: 유체 공급 유닛
12: 니들 피스톤 13: 에어 주입구
14: 탄성 수단 15: 고정 하우징
16: 제어 하우징 17: 고정 실린더
21: 토출 유닛 22: 유도 캡
23: 유체 공급 통로 24: 유동 제어 유닛
25: 유동 제한 유닛 26: 체결 수단
111, 112: 커넥터 115: 연결 홀
121: 중간 몸체 122: 제어 니들
122a: 제어 팁 123: 결합 부분
151: 조정 수단 152: 고정 수단
153: 밀폐 캡 171: 실린더 몸체
172: 연결 통로 173: 저장 몸체
211: 토출 유로 211a: 유입 입구
212: 체결 부위 221: 유동 경로
222: 에어 갭 241:와류 홈
242: 관통 홀 243: 환형 테
245: 안정 공간

Claims

제1 유체의 유도를 위한 토출 유로(211)가 형성된 토출 유닛(21)과 제2 유체의 유도를 위한 유동 경로(221)가 형성된 유도 캡(22)으로 이루어진 토출 모듈(2);
토출 유로(211)의 개폐 수준을 제어하기 위한 니들 피스톤(12)과 상기 제1 유체의 공급을 위한 유체 공급 유닛(11)으로 이루어진 제어 모듈(1);
니들 피스톤(12)의 작동을 조절하기 위한 에어 주입구(13)와 니들 피스톤(12)의 이동을 제한하면서 복원력을 제공하는 탄성 수단(14);
유도 캡(22)에 형성되어 제2 유체를 공급하는 유체 공급 통로(23); 및
유도 캡(22)에 의하여 고정되어 유체 공급 통로(23)를 통하여 유입되는 제2 유체가 회전되도록 하고, 속이 빈 원통 형상으로 중앙 부분에 토출 유로(211)가 관통되도록 형성된 관통 홀(242) 및 둘레 면에 와류 홈(241)이 형성된 유동 제어 유닛(24); 및
유체의 압력 또는 온도 변화에 따른 유동 제어 유닛(24)의 변형에 관계없이 유동 제어 유닛(24)을 정해진 위치에 고정하는 링 형상의 신축성 또는 탄성 소재로 이루어진 유동 제한 유닛(25)을 포함하고,
상기 토출 유로(211)에 토출 유로(211)를 관통하면서 끝 부분에 외부와 연결되는 토출 팁(211b)이 형성되고, 제어 니들(122)의 이동을 위한 실린더 몸체(171)의 아래쪽에 연결 홀(115)을 통하여 유체 공급 유닛(11)의 상하로 연결되는 연결 통로(172)가 형성되어 제어 팁(122a)의 테이퍼가 진 부분의 일부가 유체 공급 유닛(11)의 내부에 위치하고, 니들 피스톤(12)의 끝 부분에 토출 유로(211)에 삽입될 수 있는 테이퍼가 진 제어 팁(122a)이 형성되어 에어 주입구(13)를 통하여 주입되는 공기 양에 의하여 제어 니들의 이동 수준(122) 및 제어 팁(122a)의 토출 유로(211)에 대한 삽입 깊이가 결정되어 상기 1 유체의 양이 제어되는 것을 특징으로 하는 노즐 모듈.