KR20190086521A - 에어로졸 증발기 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 캐리어 가스 유동 내에서 운반된, 특히 에어로졸 또는 서스펜션의 액체 또는 고체 입자들의 증발에 의해 생성된 증기를 제공하기 위한 장치에 관한 것이며, 상기 장치는, 가열된 열 전달 표면들을 포함하는 증발 몸체(17)의 정면(17') 앞에서 간격(a)을 두고 하우징(1)에서 개방되는, 공급 라인(2)의 개구(5)의 축(A) 방향으로 상기 에어로졸 또는 상기 서스펜션의 유동을 공급하기 위한 하나 이상의 공급 라인(2)을 구비한다. 효율을 높이기 위해, 상기 개구(5)와 상기 정면(17) 사이에 배치된, 하나 또는 복수의 충돌 표면(11, 12, 24)을 구비한 충돌 몸체(15)가 제공되어 있고, 이때 상기 회전 대칭적인 충돌 표면들(11, 12, 24)은 상기 축(A)에 대해 10 도보다 크고 80 도보다 작은 각도(α, β)로 비스듬하게 조정되어 있다.
Description
본 발명은 캐리어 가스 유동 내에서 운반된 증기를 제공하기 위한 장치에 관한 것이며, 이때 상기 증기는 에어로졸의 액체 또는 고체 입자들의 증발에 의해 생성된다. 하우징 내에는, 가열된 열 전달 표면들을 포함하는 증발 몸체가 위치한다. 에어로졸 유동을 운반하기 위한 공급 라인이 상기 하우징에서 개방된다. 상기 공급 라인의 개구(5)는 상기 증발 몸체의 정면에 대해 간격을 갖는다. 상기 개구를 관통하는 축은 실질적으로 상기 정면상에서 수직으로 놓인다. 에어로졸 대신에 서스펜션이 상기 공급 라인을 통해 상기 증발 몸체 내로 제공될 수도 있다.
독일 특허 출원서 DE 10 2014 109 194 A1호는, 실질적으로 정사각형의 횡단면을 갖는 하우징을 구비한 유사한 종류의 장치를 기술한다. 상기 하우징의 덮개에서 상기 하우징 내로 에어로졸을 공급하기 위한 공급 라인이 개방되고, 이때 상기 공급 라인의 개구는 전기적으로 가열 가능한 예비 가열 몸체 내에 삽입되어 있다. 상기 예비 가열 몸체의 상류에 있는 분배 챔버에는 퍼지 가스 유동(purge gas stream)이 유입되고, 상기 퍼지 가스 유동은 상기 기공성 예비 가열 몸체를 통해 상기 예비 가열 몸체의 하류에 배치되어 있는 이격 공간 내로 흐른다. 상기 하나 또는 복수의 공급 라인도 마찬가지로 상기 이격 공간에서 개방된다. 상기 예비 가열 몸체의 유동 배출 표면으로부터 간격을 두고 증발 몸체가 위치하고, 상기 증발 몸체의 열 전달 표면들은 전기적으로 증발 온도로 가열된다. 상기 공급 라인의 개구로부터 외부로 운반된 에어로졸은 입자 빔(particle beam)을 형성하고, 상기 입자 빔은, 그 바닥 표면이 상기 증발 몸체의 정면의 표면보다 현저히 더 작은 빔 원뿔(beam cone)로 상기 증발 몸체에 부딪친다. 그에 따라 에어로졸 입자들의 증발은 실질적으로 단지 상기 빔 원뿔의 영역 내에서만 이루어진다. 그곳에서 상기 증발 몸체로부터 증발 열이 제거됨으로써, 결과적으로 상기 증발 몸체는 그곳에서 현저히 냉각된다. 유동 방향으로 연속적으로 배치된 복수의 증발 몸체가 제공되어 있다.
선행 기술, 그리고 특히 독일 특허 출원서 DE 10 2010 000 388 A1호로부터, 가스들을 균일하게 분배하기 위한 가스 유입 부재 내에서 충돌 몸체를 사용하는 것이 공지되어 있다.
국제 특허 출원서 WO 2012/175124 A1호도 마찬가지로, 에어로졸을 이송하는 캐리어 가스 빔이 증발 몸체의 전면상으로 조정되어 있는 유사한 종류의 장치를 기술한다.
미국 특허 출원서 US 2002/0020767 A1호로부터, 공급 튜브에 의해 가스가 가스 분배 챔버 내로 공급되는 가스 분배기가 공지되어 있다. 상기 튜브의 개구 앞에는 배플판(baffle plate)이 놓인다. 상기 배플판은, 망 형태로 배치되어 있는 복수의 개구를 포함하는 분리판으로부터 간격을 두고 있다.
독일 특허 출원서 DE 10 2011 051 261 A1호는 기판상에 유기층들을 증착하기 위한 장치를 기술한다.
독일 특허 출원서 DE 196 54 321 A1호는 에어로졸이 배플판-어레인지먼트를 향해 흐르는 에어로졸 발생기를 기술한다.
본 발명의 과제는, 유사한 종류의 장치를 사용에 바람직하게 개선하고, 특히 상기 장치의 증발 능력을 개선하는 것이다.
상기 과제는 청구항들에 제시된 본 발명에 의해 해결되며, 이때 종속 청구항들은 단지 주 청구항에 제시된 본 발명의 바람직한 개선예들만을 나타내는 것이 아니라, 상기 과제의 독립적인 해결책들도 나타낸다.
우선적으로 그리고 실질적으로, 축 내에서 공급 라인의 개구와 증발 몸체의 정면 사이에 배치되어 있는 충돌 몸체가 제안된다. 상기 증발 몸체는 에어로졸 유동의 빔 원뿔 내에, 다시 말해 상기 개구의 축 내에 놓여 있는 하나 또는 복수의 충돌 표면을 구비한다. 일반적으로 10 ㎛ 내지 500 ㎛의 범위 내에서, 예를 들어 대략 50 ㎛의 지름을 갖는 에어로졸 입자들은, 실질적으로 상기 축에 대해 평행하게 조정된 운동량(momentum)에 의해 상기 공급 라인의 개구로부터 배출된다. 유동 방향으로 다음에 배치된 상기 증발 몸체 내에서 증발되기 위해, 상기 공급 라인의 개구로부터 에어로졸뿐만 아니라 서스펜션도 배출될 수 있다. 캐리어 가스가 수력학적 법칙들에 따라 특히 와류를 형성하면서 개구와 정면 사이의 이격 공간 내에서 분배되는 동안, 상기 에어로졸 입자들은 실질적으로 탄도 궤도(ballistic trajectory)상에서 이동하여 충돌 표면들 상에 부딪친다. 상기 에어로졸 입자들은 상기 충돌 표면들에서 반사되고, 이때 반사각은 대략 입사각에 상응한다. 특히 상기 충돌 표면들은 상기 축에 대해 비스듬한 각도로 조정되어 있고, 이때 상기 축에 대해 서로 다른 각도들로 기울어진 복수의 충돌 표면은 방사 방향으로 서로 나란히, 그리고/또는 축 방향으로 연속적으로 배치될 수 있다. 상기 입자들이 반사에 의해, 그리고 특히 정면으로부터 멀어지는 방향으로 속도 성분 또는 이동 성분을 갖는 반사에 의해 상기 전체 정면에 걸쳐서 분배되는 방식으로, 상기 충돌 표면들은 바람직하게 배치되어 있고 그리고 상기 축에 대한 상기 충돌 표면들의 각도가 선택된다. 이 경우, 반사된 입자들은 바람직하게, 개구와 정면 사이의 상기 이격 공간을 관류하는 캐리어 가스 유동에 의해 적어도 함께 영향을 받는 아크 궤도상에서 이동하고, 이때 상기 캐리어 가스 유동은 바람직하게 하나 이상의 공급 라인의 하나 이상의 개구를 둘러싸는 균일한 유동이다. 바람직하게 상기 충돌 몸체는 회전 대칭적인 형상을 갖고, 이때 상기 충돌 몸체의 회전 축이 상기 공급 라인 개구의 축 내에 놓이는 방식으로, 상기 충돌 몸체는 바람직하게 상기 이격 공간 내에 배치되어 있다. 상기 충돌 몸체는 상기 증발 몸체의 정면상에 놓일 수 있다. 그러나 상기 충돌 몸체는 상기 정면으로부터 간격을 둘 수도 있다. 상기 하나 또는 복수의 충돌 표면은 원뿔 표면 또는 원뿔대 표면의 형태를 가질 수 있다. 상기 충돌 몸체의 수평 단면은 바람직하게 상기 개구의 수평 단면보다 더 크다. 바람직하게 상기 축에 대해 횡 방향으로 진행하는 평면 내에 있는 상기 충돌 몸체의 수평 단면은 상기 축에 대해 횡 방향으로 진행하는 상기 공급 라인의 개구의 수평 단면보다 적어도 2배, 바람직하게 적어도 5배 더 크다. 특히 바람직한 하나의 형성예에서 충돌 몸체는 축 방향으로 연속적으로 배치된 2개의 동축 원뿔 표면 또는 원뿔대 표면에 의해 형성된다. 제 1 충돌 표면은 원뿔 재킷 표면을 따라서 진행하고, 이때 상기 원뿔 재킷 표면은 상기 축에 대해 20 내지 30 도의 범위 내에서 각도를 갖는다. 링 형태의 경계선 또는 경계 구역을 형성하면서 상기 제 1 충돌 표면에 제 2 충돌 표면이 연결되고, 상기 제 2 충돌 표면은 상기 제 1 충돌 표면의 외부에서 방사 방향으로 연장되고 상기 축에 대해 60 내지 85 도의 각도를 갖는다. 상기 장치는, 그 개구들이 공동 평면 내에 놓여 있는 복수의 공급 라인을 포함할 수 있다. 상기 하나 또는 복수의 공급 라인의 하나 또는 복수의 개구가 연장되는 상기 평면 내에 예비 가열 몸체가 배치될 수 있고, 상기 예비 가열 몸체는 캐리어 가스가 관류할 수 있는 고체 폼으로 구성된다. 전류가 관류함으로써 전기 전도성의 상기 고체 폼은 가열되고, 그 결과 상기 고체 폼을 통과하는 캐리어 가스는 상승한 온도를 갖게 되고, 상기 캐리어 가스는 상기 상승한 온도로 상기 공급 라인의 개구의 주변에서 상기 이격 공간 내로 유입된다. 상기 개구로부터 상기 축 방향으로 상기 이격 공간 내로 유입되는 입자들은 상기 2개의 충돌 표면상으로 부딪치고 서로 다른 반사각으로 반사되며, 이때 상기 제 1 충돌 표면으로부터 반사되는 입자들은 재차 상기 제 2 충돌 표면으로부터 반사될 수 있다. 상기 충돌 표면들에서 반사된 에어로졸 입자들이 실질적으로 균일한 표면 분포로 상기 증발 몸체의 정면상으로 부딪치는 방식으로 상기 충돌 몸체의 배치 및 상기 충돌 표면들의 프로파일이 선택됨으로써, 결과적으로 상기 열 전달 표면에 의한 열 전달이 빔 원뿔의 영역 내에서만이 아니라, 실질적으로 상기 증발 몸체의 전체 횡단면 상에서 이루어진다. 그뿐 아니라, 에어로졸 입자들이 다시 상기 공급 라인 내로 반사될 수 없는 방식으로 상기 충돌 몸체의 적어도 축에 가까운 중앙부가 형성되어 있다. 증발될 입자들을 실질적으로 상기 증발 몸체의 전체 표면에 걸쳐서 바람직하게 균일하게 분배하기 위해, 본 발명에 따른 조치들은, 상기 개구로부터 대량으로 배출되는 입자들, 특히 높은 속도의 입자들이 상기 증발 몸체 또는 유동 방향으로 연속적으로 배치된 복수의 증발 몸체를 증발되지 않은 상태로 통과할 수 있는 상황을 방지한다. 본 발명의 하나의 개선예에서 충돌 몸체는 능동적 또는 수동적으로 가열된다. 이는 충돌 표면들 상에서 증기가 응축되는 상황을 방지한다. 그에 따라 상기 충돌 표면들은 바람직하게 서스펜션 또는 에어로졸의 입자들의 증발 온도보다 더 높은 온도를 갖는다.
상기 이격 공간은 상기 공급 라인의 개구 또는 상기 예비 가열 몸체의 가스 배출 표면과 상기 증발 몸체의 정면 사이에서 10 내지 30 ㎜의 간격을 규정할 수 있다. 상기 증발 몸체의 정면으로부터 상기 공급 라인의 개구 또는 상기 개구를 둘러싸는 상기 예비 가열 몸체의 간격은 상기 충돌 몸체의 지름보다 더 크다. 그러나 바람직하게 상기 간격은 상기 충돌 몸체의 지름의 2배보다는 더 작다. 상기 공급 라인의 개구 단부는, 상기 예비 가열 몸체의 개구 내에 삽입되어 있는 절연 슬리브 내에 배치될 수 있다. 상기 공급 라인의 개구부는 상기 증발 몸체를 향해 있는 상기 예비 가열 몸체의 전면과 같은 높이로 진행할 수 있다. 그러나 상기 개구는 상기 전면 위로 돌출하거나, 또는 요형으로(re-entrant) 배치될 수 있음으로써, 결과적으로 리세스가 형성된다.
대안적인 하나의 형성예에서, 위에서 기술된 것처럼 사용되고 배치되어 있는 충돌 몸체는 회전 비대칭적인 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 대상과 같은 회전 대칭적인 충돌 몸체는 도면 축의 축 방향으로 연속적으로 놓여 있는 충돌 표면들을 구비하고, 이때 상기 충돌 표면들은 서로 직접적으로 인접할 수 있지만, 축 방향으로 서로 간격을 둘 수도 있다. 2개의 충돌 표면의 축 방향 간격을 위해, 상기 충돌 몸체는 원통 재킷 표면을 구비한 원통 섹션을 포함할 수 있다. 특히 제 2 충돌 표면과 동일한 경사각을 가질 수 있는 제 3 충돌 표면이 상기 제 2 충돌 표면으로부터 축 방향으로 간격을 두고 있다. 상기 기울어진 충돌 표면은 증발 몸체의 정면에 직접 인접할 수 있다. 그러나 원통형 바닥이 상기 증발 몸체의 정면에 인접할 수도 있는데, 상기 원통형 바닥은 꺾임부 또는 만곡부를 형성하면서 제 2 또는 제 3 충돌 표면으로 이어지고, 상기 제 2 또는 제 3 충돌 표면에는 마찬가지로 꺾임부 또는 만곡부를 형성하면서 추가 충돌 표면들 또는 원통 재킷 표면들이 연결될 수 있다. 회전 비대칭적으로 설계된 충돌 몸체는 근본적으로 동일한 구조를 가질 수 있다. 그러나 이 경우, 원뿔 표면들 또는 원뿔대 표면들은 원형의 바닥 표면을 갖지 않고, 타원형 또는 계란형 또는 다각형의 바닥 표면을 갖는다. 상기 충돌 몸체의 도면 축은 이와 같은 바닥 표면을 수직으로 가로지를 수 있다. 그러나 상기 충돌 몸체의 도면 축이 각도를 형성하면서 상기 원형, 타원형 또는 계란형 또는 다각형의 바닥 표면을 가로지를 수도 있다. 충돌 몸체가 상기 유형의 형상을 갖는 경우, 상기 충돌 몸체의 도면 축은 공급 라인의 개구의 축에 대해 각도를 갖는다. 상기 충돌 몸체의 도면 축은 상기 공급 라인의 개구의 중심축과 일치한다. 그러나 상기 공급 라인에 대한 상기 충돌 몸체의 이와 같은 중심 배치와 다르게, 충돌 몸체는 공급 라인에 대해 편심으로 배치될 수도 있다. 이 경우, 상기 충돌 몸체의 도면 축은 개구의 중심축에 대해 방사 방향으로 변위되어 있다. 본 발명의 하나의 개선예에서 에어로졸의 각각 하나의 공급 라인의 복수의 개구가 증발 몸체의 정면 방향으로 이격 공간에서 개방되고, 이때 각각의 개구에 하나의 충돌 몸체가 할당되어 있으며, 상기 충돌 몸체는 상기 개구로부터 배출되는 에어로졸을 충돌 표면들에 의해 운동 편형시킨다. 상기 충돌 몸체들은 이 경우에서도 상기 개구의 중심축을 기준으로 중심 또는 편심 배치될 수 있다. 상기 충돌 몸체들은 이 경우에서도 회전 대칭적인 또는 회전 비대칭적인 형상을 가질 수 있다. 본 발명의 하나의 개선예에서 증발 몸체의 전면은 동일한 크기를 갖고 동일하게 설계된 복수의, 특히 4개의 부분 표면을 형성하고, 이때 각각의 부분 표면에 하나의 공급 라인이 할당되어 있다. 바람직하게 충돌 몸체들은 상기 부분 표면들의 각각 하나의 중심을 기준으로 축 방향으로 변위되어 배치되어 있다. 그러나 상기 충돌 몸체들은 개구들에 대해 축 방향으로 변위되어 배치될 수도 있다. 정면의 중점을 기준으로 축 방향 변위는 상기 중점으로부터 멀어지는 방향으로, 그리고 상기 중점 쪽 방향으로 이루어질 수 있다. 바람직하게 상기 정면의 중점을 기준으로 모든 충돌 몸체들이 대칭적으로 변위되어 설계 또는 배치되어 있다.
다음에서 본 발명은 실시예들에 의해 더 상세하게 설명된다.
도 1은 캐리어 가스 유동 내에서 운반된, 에어로졸의 액체 또는 고체 입자들의 증발에 의해 생성된 증기를 제공하기 위한 소스 어레인지먼트(source arrangement)의 개략적인 횡단면도이고,
도 2는 소스 어레인지먼트의 하우징 내에 배치되어 있는 충돌 몸체의 확대된 횡단면도이며,
도 3은 도 2에 따른 도면의 제 2 실시예이고,
도 4는 도 2에 따른 도면의 제 3 실시예이며,
도 5는 공급 라인(2)을 기준으로, 충돌 몸체(10)의 편심 배치를 보여주는 개략도이고,
도 6은 공급 라인의 축(A)에 대해 기울어진 축(B)을 구비한 충돌 몸체(10)의 배치를 보여주는 개략도이며,
도 7은 도 6의 화살표(7)에 따른 평면도이고, 그리고
도 8은 동일한 크기를 갖고 동일하게 설계된 부분 표면들(t, u, v, w) 내에 배치되어 있고, 각각 에어로졸의 유동 방향으로 공급 라인들(2)의 하부에 배치되어 있는 4개의 충돌 몸체(10)를 구비한 증발 몸체(17)의 정면(17')의 평면도이다.
도 1은 캐리어 가스 유동 내에서 운반된, 에어로졸의 액체 또는 고체 입자들의 증발에 의해 생성된 증기를 제공하기 위한 소스 어레인지먼트(source arrangement)의 개략적인 횡단면도이고,
도 2는 소스 어레인지먼트의 하우징 내에 배치되어 있는 충돌 몸체의 확대된 횡단면도이며,
도 3은 도 2에 따른 도면의 제 2 실시예이고,
도 4는 도 2에 따른 도면의 제 3 실시예이며,
도 5는 공급 라인(2)을 기준으로, 충돌 몸체(10)의 편심 배치를 보여주는 개략도이고,
도 6은 공급 라인의 축(A)에 대해 기울어진 축(B)을 구비한 충돌 몸체(10)의 배치를 보여주는 개략도이며,
도 7은 도 6의 화살표(7)에 따른 평면도이고, 그리고
도 8은 동일한 크기를 갖고 동일하게 설계된 부분 표면들(t, u, v, w) 내에 배치되어 있고, 각각 에어로졸의 유동 방향으로 공급 라인들(2)의 하부에 배치되어 있는 4개의 충돌 몸체(10)를 구비한 증발 몸체(17)의 정면(17')의 평면도이다.
본 발명에 따른 소스 어레인지먼트는 코팅 장치 내에서 사용되며, 상기 코팅 장치에 의해서는 OLED-디스플레이들을 제조하기 위해 기판들, 특히 유리 기판들이 유기 분자들에 의해 코팅된다. 도면들에 도시되지 않은 에어로졸 발생기에서는 액체 또는 고체 출발 물질들로부터 에어로졸 흐름(21)이 생성되고, 상기 에어로졸 흐름은 공급 라인(2)을 관류한다. 에어로졸 입자들은 대략 50 ㎛의 평균 지름을 갖고 감소한 압력에서 상기 공급 라인을 통해 운반되며, 이때 상기 압력은 1 내지 10 mbar일 수 있다.
상기 소스 어레인지먼트의 하우징(1)은 대략 원통형 형상의 공동부를 둘러싸고, 이때 상기 공동부는 바람직하게 직사각형의 횡단면을 갖는다. 상기 하우징(1)의 상부 영역 내에서 상기 공급 라인(2)이 상기 하우징 내로 안내되고 중공 랜스를 형성하며, 상기 중공 랜스의 단부는 상기 하우징의 공동의 전체 횡단면을 채우는 예비 가열 몸체(8)의 개구 내에 삽입되어 있다. 실시예에는 단 하나의 공급 라인(2)만이 도시되어 있다. 그러나 서로 평행하게 배치된 복수의 공급 라인이 제공될 수 있다.
퍼지 가스 공급 라인(3)을 통해 퍼지 가스(purge gas)(22)가 예비 챔버(4) 내로 공급되고, 상기 예비 챔버는 상기 예비 가열 몸체(8)의 상류에서 연장된다. 상기 예비 가열 몸체(8)는, 예를 들어 국제 특허 출원서 WO 2012/175124 A1호에 기술되는 것과 같은 전기 전도성 폼으로 구성된다. 전류가 관류함으로써 상기 예비 가열 몸체(8)는 가열되고, 그 결과 상기 예비 가열 몸체(8)를 통과하는 퍼지 가스(22)가 가열된다. 상기 공급 라인(2)의 개구 단부는 전기 절연성 슬리브(6) 내에 삽입되어 있다.
실시예에서는 상기 공급 라인(2)이 5 ㎜의 내경(D0)을 갖는다. 상기 개구 단부(2)는 하류에 있는 상기 예비 가열 몸체(8)의 평면 전면에 대하여 요형으로 개방됨으로써, 결과적으로 이격 공간(9) 내로 유입되는 상기 에어로졸 흐름(21)이 관류하는 개구(5)는 리세스(7) 내에 놓인다.
상기 개구(5)의 가스 배출 표면에 대해 수직 방향으로 축(A)이 연장되고, 상기 축은 상기 공급 라인(2)의 중심을 통해 진행하고 대략 22 ㎜의 간격(a)에 걸쳐서 상기 이격 공간(9)을 통해 연장된다.
유동 방향 또는 상기 축(A)의 방향으로, 하류에 있는 상기 예비 가열 몸체(8) 또는 상기 개구(5)의 정면에 대하여 제 1 증발 몸체(17)의 정면(17')이 마주 놓인다. 상기 증발 몸체(17)는 유동 방향으로 상기 제 1 증발 몸체(17) 다음에 배치된 추가 증발 몸체들(18, 19)과 마찬가지로 전기 전도성의 가스가 통과하는 기공성 재료, 예를 들어 국제 특허 출원서 WO 2012/175124에 기술된 것과 같은 폼으로부터 제조되었다. 상기 증발 몸체들(17, 18, 19)의 폼의 셀 벽들은 열 전달 표면들을 형성하고, 상기 열 전달 표면들은 증발 열을 에어로졸 입자들에 전달할 수 있으며, 상기 증발 열에 의해 상기 에어로졸 입자들은 증기 형태로 증발된다. 이를 위해, 상기 축(A)의 방향으로 서로 약간 간격을 둘 수도 있는 상기 증발 몸체들(17, 18, 19)은 전기적으로 가열된다. 이 경우, 상기 서로 다른 증발 몸체들 내에서의 전기적 가열은 독립적으로 조정될 수 있다.
바람직하게 상기 축(A)에 대해 횡 방향으로 연장되는 평면 내에서 진행하는, 상기 개구(5)를 향해 있는 상기 정면(17')상에는 충돌 몸체(10)가 배치되어 있다. 상기 충돌 몸체는 도면 축을 구비한다. 상기 충돌 몸체는 회전 대칭적으로 설계되어 있다. 상기 도면 축은 상기 축(A) 내에 놓여 있다. 상기 장치가 각각 하나의 개구(5)를 구비한 복수의 공급 라인(2)을 가지면, 도면들에 도시되어 있는 것처럼 각각의 개구(5)의 하류에 하나의 충돌 몸체(10)가 배치되어 있다.
상기 충돌 몸체는, 원뿔 표면상에서 연장되는 제 1 충돌 표면(11)을 갖는다. 상기 원뿔 표면을 규정하는 원뿔의 팁(13)은 상기 축(A) 내에 놓여 있다. 상기 원뿔 표면(11)은 상기 축에 대해, 20 내지 30 도의 범위 내에 놓여 있는 각도(α)를 갖는다. 바람직하게 상기 각도(α)는 대략 25 내지 27 도에 놓인다.
상기 제 1 충돌 표면(11)은, 링 구역을 형성하면서 제 2 충돌 표면(12)으로 이어지는 방사 방향 내부 충돌 표면을 형성한다. 상기 제 1 충돌 표면(11)보다 상기 개구(5)로부터 더 멀리 간격을 두고 있는 상기 방사 방향 외부의 제 2 충돌 표면(12)은 원뿔대 재킷 표면상에서 진행한다. 상기 원뿔대 재킷 표면을 규정하는 원뿔대는 상기 축(A)과 일치하는 중심선을 갖는다. 상기 원뿔대 재킷 표면(12)은 상기 축(A)에 대해, 60 내지 85 도의 범위 내에, 바람직하게 대략 78 내지 79 도의 범위 내에 놓여 있는 각도(β)를 갖는다. 상기 방사 방향 내부에 놓인 상기 제 1 충돌 표면(11)이 상기 방사 방향 외부의 제 2 충돌 표면(12)보다 상기 축(A)에 대해 더 뾰족한 경사각(α)을 갖는 경우가 바람직하다. 도시되지 않은 하나의 실시예에서 각도(α)는 더 뾰족하고 그리고/또는 각도(β)는 더 뭉툭할 수 있다. 특히 상기 각도(α)는 0보다 크고 45 도 이하인 값을 갖는다. 특히 상기 각도(β)는 45 도 이상이고 90 도보다 작다.
상기 제 1 충돌 표면을 규정하는 원뿔의 높이(H1)는 대략 6 ㎜이다. 원뿔 바닥 표면은 대략 6 ㎜의 지름(D1)을 갖는다. 상기 제 2 충돌 표면(12)을 규정하는 원뿔대의 높이(H2)는 대략 1.5 ㎜이다. 상기 제 2 충돌 표면(12)의 원뿔대의 바닥 표면은 대략 15 ㎜의 지름(D2)을 갖는다.
상기 제 1 충돌 표면(11)의 바닥 표면의 지름(D1)이 대략 상기 개구(5)의 지름(D0)에 상응하는 경우가 바람직하다. 특히 바람직하게 상기 지름(D1)은 상기 지름(D0)보다 약간 더 크다.
상기 장치의 기능 방식은 다음과 같다: 공급 라인(2)을 통해 비활성 가스를 구비한 에어로졸이 축(A) 방향으로 운반된다. 상기 공급 라인(2)은, 퍼지 가스(22)에 의해 씻기는 예비 챔버(4)를 통해 연장된다. 에어로졸 흐름(21)은 개구(5)를 통해 이격 공간(9) 내로 유입된다. 상기 퍼지 가스(22)는 예비 가열 몸체(8)에 의해 예비 가열되어 상기 이격 공간(9) 내로 안내되고 상기 에어로졸 흐름을 둘러싸는 퍼지 가스 흐름을 형성하며, 이때 상기 퍼지 가스 및 캐리어 가스는 동일한 가스일 수 있다. 상기 캐리어 가스에 의해 운반된 에어로졸 입자들은 대략 직선의 궤도들(15, 15') 상에서 이동하여 실질적으로 상기 축(A) 방향으로 상기 이격 공간(9)을 통과하고 충돌 몸체(10)의 제 1 및 제 2 충돌 표면(11, 12)상으로 부딪치고 그곳에서 반사되며, 이때 반사각은 대략 입사각에 상응한다. 상기 궤도(15)상에서 상기 축에 대해 각도(β)만큼 강하게 기울어진 상기 제 2 충돌 표면(12)상으로 유입되는 입자는 정면(17')으로부터 멀어지는 방향으로 반사되고, 상기 충돌 몸체(10)에 대해 방사 방향 간격을 두고 상기 정면(17')상으로 부딪치고 그곳에서 퍼지 가스 유동에 의해 이송되어 증발 몸체(17) 내로 운반되고 그곳에서 증발하기 위해, 상기 축(A)으로부터 멀어지는 방사 방향으로 아크 궤도(16)를 그린다.
상기 궤도(15')를 따라서 이동하는 입자는 우선 상기 축(A)에 대해 급격하게 기울어진 상기 제 1 충돌 표면(11)에 부딪치고 그곳에서 편향된다. 그런 다음 상기 충돌 표면(11)에서 편향된 입자는 상기 증발 몸체(17)의 정면(17')에 직접 충돌할 수 있거나, 또는 상기 제 2 충돌 표면(12)에 부딪치는 경우, 재차 반사될 수 있다. 이 경우, 2번 반사된 입자의 아크 형태의 운동 궤도(16')는 상기 제 1 충돌 표면에서 단 한번 반사된 입자의 궤도(16)보다 더 평평하게 진행한다.
입자들의 반사가 상기 공급 라인 내부로 불가능한 방식으로 상기 충돌 표면들이 기울어져 있다. 그 밖에, 상기 충돌 표면들 상에서 증기의 응축이 이루어지지 않는 온도로 상기 충돌 표면들을 가열하기 위한 조치들이 제공되어 있다.
또한, 입자들이 상기 하우징(1)의 하우징 벽에 부딪치는 방식으로 상기 입자들은 상기 충돌 표면들(11, 12)에서 반사된다.
도면들에서 파선으로 도시된 궤도들은 상기 입자들의 물리적인 운동 궤도들을 단지 상징적으로만 재현한다. 상기 입자들의 지름 및 상기 이격 공간(9) 내부의 전체 압력에 따라서, 상기 입자들의 운동 궤도들은 경우에 따라 결정적으로 상기 퍼지 가스 또는 캐리어 가스의 유동 프로파일에 의해 함께 결정된다.
도 3에 도시된 실시예는 충돌 몸체(10)의 도면 축(B)을 중심으로 회전 대칭적으로 연장되는 충돌 표면들(11, 12, 24)을 구비한 충돌 몸체(10)를 보여준다. 제 1 충돌 표면(11)은 원뿔 표면상에서 원뿔 각(α)으로 연장되고 팁(13)을 갖는다. 만곡부 또는 꺾임선을 형성하면서 상기 제 1 충돌 표면(11)은 제 2 충돌 표면(12)으로 이어지고, 상기 제 2 충돌 표면은 제 3 충돌 표면(24)으로부터 간격을 두고 있다. 상기 도면 축(B)에 대한 상기 제 2 충돌 표면(12)의 경사각(β)은 대략 상기 도면 축(B)에 대한 상기 제 3 충돌 표면(24)의 경사각(γ)에 상응한다. 제 2 충돌 표면(12)과 제 3 충돌 표면(24) 사이에 배치되어 있는 원통 표면(20)의 높이(H3)는 상기 제 2 충돌 표면(12)의 높이(H2) 및 상기 제 3 충돌 표면(24)의 높이(H4)보다 더 크다. 증발 몸체(17)의 정면(17')상에 놓이는 상기 충돌 몸체(10)의 바닥 표면은 본 도면에서, 그 원통 표면(20')이 상기 제 3 충돌 표면(24)에 연결되는 추가 원통 섹션의 바닥 표면에 의해 형성된다. 상기 원통 표면(20')의 높이(H5)는 상기 제 3 충돌 표면(24)의 높이(H4)보다 더 크다. 상기 제 3 충돌 표면(24)의 바닥 표면의 지름에 상응하는 상기 충돌 몸체(10)의 바닥 표면의 지름(D3)은 상기 원통 표면(20)의 지름(D2)보다 더 크다.
제 2 충돌 몸체(12)가 증발 몸체(17)의 정면(17')에 직접적으로 인접하지 않고, 상기 제 2 충돌 몸체(12)에 원통 표면(20)을 구비한 원통 섹션이 연결됨으로써, 결과적으로 도 3에 도시된 실시예에서와 같이 가장 큰 지름의 충돌 표면이 축(B) 또는 축(A)을 기준으로 상기 정면(17)에 대해 축 방향으로 변위되어 배치되어 있다는 사실만으로, 도 4에 도시된 실시예는 도 2에 도시된 실시예와 실질적으로 다르다.
도 5는 도 1에 도시된 실시예에서와 다르게, 충돌 몸체(10)의 도면 축(B)이 개구(5)의 중심축(A) 내에 놓여 있지 않은 하나의 실시예를 보여준다. 상기 축(A)에 대해 평행하게 진행하는 상기 도면 축(B)은 상기 축(A)에 대해 방사 방향으로 변위되어 있다.
도 6은 충돌 몸체(10)가 회전 대칭적인 형상을 갖지 않는 하나의 추가 실시예를 보여준다. 개구(5)를 통해 진행하는 축(A)에 대해 기울어져서 진행하고 제 1 충돌 표면(11)의 팁(13)을 통해 진행하는 구조 축(B)을 기준으로, 상기 제 1 충돌 표면(11)은 회전 대칭성을 가질 수 있다. 상기 축(A)에 대해 평행하게 진행하는, 도 6에는 도시되지 않은 축을 기준으로, 상기 제 1 충돌 표면(11)은 회전 비대칭적으로 진행한다. 상기 제 1 충돌 표면(11)의 바닥 표면은 타원형 또는 계란형 표면일 수 있다. 상기 바닥 표면에서 상기 제 1 충돌 표면(11)은 꺾임선 또는 만곡부를 형성하면서 중간 충돌 표면(12')으로 이어지고, 상기 중간 충돌 표면은 상기 제 1 충돌 표면(11)과 마찬가지로 원뿔 표면 또는 원뿔과 유사한 표면상에서 연장될 수 있다. 상기 중간 충돌 표면(12')에 제 2 충돌 표면(12)이 연결되고, 상기 제 2 충돌 표면도 마찬가지로 회전 비대칭적으로 진행한다. 상기 충돌 표면들은 원통 재킷 표면들 또는 원뿔 재킷 표면들에 의해 형성될 수 있고, 이때 상기 원뿔 또는 원통의 축들은 서로 기울어져서 진행한다.
도 8은 증발 몸체(17)의 정면(17')의 평면도를 보여준다. 상기 정면(17')의 전면은 정사각형이고 동일한 크기를 갖고 동일하게 설계된 4개의 부분 표면(t, u, v, w)으로 분할된다. 상기 부분 표면들(t, u, v, w) 사이의 파선으로 도시된 경계선들은 상기 정면(17')의 중점에서 교차한다. 이와 같은 중점을 기준으로 4개의 대칭부 내에 공급 라인들(2)의 4개의 개구(5)가 배치되어 있고, 이때 각각의 개구(5)에 하나의 충돌 몸체(10)가 할당되어 있다. 상기 충돌 몸체(10)는 비대칭적인 형상을 가질 수 있고 상기 개구(5)에 대해 비대칭적으로, 특히 편심으로 배치될 수 있다. 바람직하게, 상기 정면(17')의 중점을 기준으로 대칭적인 방식으로 배치되어 있는 동일하게 설계된 충돌 몸체(10)들이 고려된다.
상기 실시예들은 본 출원서에 의해 전체적으로 기술된 발명들을 설명하기 위해 이용되며, 상기 발명들은 적어도 다음 특징 조합들에 의해 선행 기술을 각각 독립적으로도 개선한다:
개구(5)와 정면(17) 사이에 배치된, 하나 또는 복수의 충돌 표면(11, 12, 24)을 구비한 충돌 몸체(15)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
상기 충돌 표면들(11, 12, 24)은, 특히 10 도보다 크고 80 도보다 작은 각도(α, β)로 축(A)에 대해 비스듬하게 조정되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
상기 하나 또는 복수의 충돌 표면(11, 12, 24)은 상기 축(A)에 대해 회전 대칭적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
상기 충돌 몸체(10)는, 상기 축(A)에 대해 서로 다른 각도(α, β)로 기울어져서 진행하는 2개 또는 복수의 충돌 표면(11, 12)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
상기 하나 또는 복수의 충돌 표면(11, 12, 24)은 원뿔 표면 또는 원뿔대 표면을 따라서 연장되고, 원뿔 바닥 표면은 원형 표면, 계란형 표면 또는 타원형 표면인 것을 특징으로 하는, 장치.
상기 축(A)에 대해 횡 방향으로 연장되는 상기 충돌 몸체(10)의 수평 단면은 상기 축(A)에 대해 횡 방향으로 연장되는 상기 개구(5)의 표면보다 적어도 2배, 바람직하게 적어도 5배 더 큰 것을 특징으로 하는, 장치.
상기 충돌 몸체(10)는 원뿔 표면상에서 연장되는, 방사 방향 내부에 놓인 제 1 충돌 표면(11)을 포함하고, 원뿔의 팁(13)은 상기 축(A) 내에 놓여 있고, 상기 원뿔 표면은 상기 축(A)에 대해 20 내지 30 도의 각도(α)만큼 기울어져 있으며, 상기 충돌 몸체는 방사 방향 외부에 놓인 제 2 충돌 표면(12)을 포함하고, 상기 제 2 충돌 표면은 타원형 또는 원형 꺾임선을 형성하면서 상기 제 1 충돌 표면(11)에 연결되며 상기 축(A)에 대해 60 내지 85 도의 각도(β)를 갖는 원뿔대 재킷 표면상에서 진행하는 것을 특징으로 하는, 장치.
상기 개구(5)를 포함하는 상기 공급 라인(2)의 단부는 가열된 예비 가열 몸체(8)의 개구 내에 삽입되어 있고, 상기 예비 가열 몸체(8)는 퍼지 가스(22)에 의해 씻길 수 있으며, 상기 퍼지 가스는 예비 가열 몸체(8)와 증발 몸체(17) 사이의 이격 공간(9) 내로 유입되는 것을 특징으로 하는, 장치.
상기 개구(5)의 간격(a)은 상기 충돌 몸체(10)의 지름(D2)의 1배 내지 2배의 범위 내에 놓여 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
상기 충돌 몸체(10)의 구조 축 또는 도면 축(B)은 상기 개구(5)의 중심을 통해 진행하는 상기 축(A)에 대해 방사 방향으로 변위되어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
상기 충돌 몸체(10)의 구조 축 또는 도면 축(B)은 상기 축(A)에 대해 각도 변위되어 진행하는 것을 특징으로 하는, 장치.
2개의 충돌 표면(12, 24)은 원통 표면(20)에 의해 서로 간격을 두고 있는 것을 특징으로 하는, 장치.
특히 서로 평행하게 진행하는 복수의 공급 라인(20)이 제공되어 있고, 상기 공급 라인들은 증발 몸체(17)의 정면(17')의 부분 표면들(t, u, v, w)의 중심에 대해 변위되어 배치되어 있으며, 각각의 개구(5)에 하나의 충돌 몸체(10)가 할당되어 있고, 상기 충돌 몸체(10)는 특히 회전 비대칭적인 형상 및/또는 상기 공급 라인(2)의 개구(5)의 중심축(A)에 대해 편심 배치를 갖는 것을 특징으로 하는, 장치.
공지된 모든 특징들은 (그 자체로, 그러나 서로 조합된 상태로도) 본 발명에 있어서 중요하다. 그에 따라, 우선권 서류의 특징들을 본 출원서의 청구 범위 내에 함께 수용할 목적으로도, 본 출원서의 공개 내용에는 해당하는/첨부된 우선권 서류(예비 출원서의 사본)의 공개 내용도 전체적으로 함께 포함된다. 특히 종속 청구항들을 기초로 부분 출원을 진행하기 위해, 종속 청구항들의 특징들은 선행 기술의 독립적이고 진보적인 개선예들을 특징 짓는다.
1 하우징
2 공급 라인, 에어로졸
3 공급 라인, 퍼지 가스
4 예비 챔버
5 개구
6 슬리브
7 리세스
8 예비 가열 몸체
9 이격 공간
10 충돌 몸체
11 제 1 충돌 표면
12 제 2 충돌 표면
12' 중간 충돌 표면
13 팁
14 바닥
15 궤도
15' 궤도
16 궤도
16' 운동 궤도
17 증발 몸체
17' 정면
18 증발 몸체
19 증발 몸체
20 원통 표면
20' 원통 표면
21 에어로졸 흐름
22 퍼지 가스 흐름
23 증기 유동
24 제 3 충돌 표면
a 간격
t 부분 표면
u 부분 표면
v 부분 표면
w 부분 표면
A 축
B 축
D0 지름
D1 지름
D2 지름
D3 지름
H1 높이
H2 높이
H3 높이
H4 높이
H5 높이
α 경사각
β 각도
γ 각도
2 공급 라인, 에어로졸
3 공급 라인, 퍼지 가스
4 예비 챔버
5 개구
6 슬리브
7 리세스
8 예비 가열 몸체
9 이격 공간
10 충돌 몸체
11 제 1 충돌 표면
12 제 2 충돌 표면
12' 중간 충돌 표면
13 팁
14 바닥
15 궤도
15' 궤도
16 궤도
16' 운동 궤도
17 증발 몸체
17' 정면
18 증발 몸체
19 증발 몸체
20 원통 표면
20' 원통 표면
21 에어로졸 흐름
22 퍼지 가스 흐름
23 증기 유동
24 제 3 충돌 표면
a 간격
t 부분 표면
u 부분 표면
v 부분 표면
w 부분 표면
A 축
B 축
D0 지름
D1 지름
D2 지름
D3 지름
H1 높이
H2 높이
H3 높이
H4 높이
H5 높이
α 경사각
β 각도
γ 각도
Claims (15)
- 액체 또는 고체 입자들을 포함하는 에어로졸을 생성하기 위한 에어로졸 발생기에 의해 증기를 생성하기 위한 장치로서,
상기 장치는, 하우징(1) 내에 배치된, 가열된 열 전달 표면들을 포함하는 증발 몸체(17) 및 캐리어 가스 유동에 의해 상기 에어로졸 발생기로부터 상기 증발 몸체(17)로 상기 입자들을 운반하기 위한 공급 라인(2)을 구비하고, 상기 공급 라인(2)의 개구(5)는 상기 증발 몸체(17)의 정면(17')으로부터 간격을 두고 있고 상기 개구(5)의 축(A) 방향으로 상기 정면(17')상으로 조정된 입자 유동을 생성하는 상기 장치에 있어서,
상기 축 방향으로 개구(5)와 정면(17') 사이에 배치된, 하나 또는 복수의 충돌 표면(11, 12, 24)을 구비한 충돌 몸체(10)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제 1 항에 있어서,
하나 이상의 충돌 표면(11, 12, 24)은, 특히 10 도보다 크고 80 도보다 작은, 0과 다른 각도(α, β)로 상기 축(A)에 대해 비스듬하게 기울어져 있는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
하나 이상의 충돌 표면(11, 12, 24)은 상기 축(A)에 대해 회전 대칭적으로 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충돌 몸체(10)는, 상기 축(A)에 대해 서로 다른 각도(α, β)로 기울어져서 진행하는 2개 또는 복수의 충돌 표면(11, 12)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하나 또는 복수의 충돌 표면(11, 12, 24)은 원뿔 표면 또는 원뿔대 표면을 따라서 연장되고, 원뿔 바닥 표면은 원형 표면, 계란형 표면 또는 타원형 표면인 것을 특징으로 하는, 장치. - 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 축(A)에 대해 횡 방향으로 연장되는 상기 충돌 몸체(10)의 수평 단면은 상기 축(A)에 대해 횡 방향으로 연장되는 상기 개구(5)의 표면보다 적어도 2배, 바람직하게 적어도 5배 더 큰 것을 특징으로 하는, 장치. - 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충돌 몸체(10)는 원뿔 표면상에서 연장되는, 방사 방향 내부에 놓인 제 1 충돌 표면(11)을 포함하고, 원뿔의 팁(13)은 상기 축(A) 내에 놓여 있고, 상기 원뿔 표면은 상기 축(A)에 대해 20 내지 30 도의 각도(α)만큼 기울어져 있으며, 상기 충돌 몸체는 방사 방향 외부에 놓인 제 2 충돌 표면(12)을 포함하고, 상기 제 2 충돌 표면은 타원형 또는 원형 꺾임선을 형성하면서 상기 제 1 충돌 표면(11)에 연결되며 상기 축(A)에 대해 60 내지 85 도의 각도(β)를 갖는 원뿔대 재킷 표면상에서 진행하는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개구(5)를 포함하는 상기 공급 라인(2)의 단부는 가열된 예비 가열 몸체(8)의 개구 내에 삽입되어 있고, 상기 예비 가열 몸체(8)는 퍼지 가스(purge gas)(22)에 의해 씻길 수 있으며, 상기 퍼지 가스는 예비 가열 몸체(8)와 증발 몸체(17) 사이의 이격 공간(9) 내로 유입되는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 개구(5)의 간격(a)은 상기 충돌 몸체(10)의 지름(D2, D3)의 1배 내지 2배의 범위 내에 놓여 있는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충돌 몸체(10)의 구조 축 또는 도면 축(B)은 상기 개구(5)의 중심을 통해 진행하는 상기 축(A)에 대해 방사 방향으로 변위되어 배치되어 있는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충돌 몸체(10)의 구조 축 또는 도면 축(B)은 상기 축(A)에 대해 각도 변위되어 진행하는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
2개의 충돌 표면(12, 24)은 원통 표면(20)에 의해 서로 간격을 두고 있는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
특히 서로 평행하게 진행하는 복수의 공급 라인(20)이 제공되어 있고, 상기 공급 라인들은 증발 몸체(17)의 정면(17')의 부분 표면들(t, u, v, w)의 중심(z)에 대해 변위되어 배치되어 있으며, 각각의 개구(5)에 하나의 충돌 몸체(10)가 할당되어 있고, 상기 충돌 몸체(10)는 특히 회전 비대칭적인 형상 및/또는 상기 공급 라인(2)의 개구(5)의 중심축(A)에 대해 편심 배치를 갖는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제 1 항 내지 제 13 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 충돌 몸체(10)는 상기 증발 몸체(17)의 정면(17')상에 놓여 있는 것을 특징으로 하는, 장치. - 제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 있어서,
제 1 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항의 하나 또는 복수의 특징을 포함하는 것을 특징으로 하는, 장치.
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|---|---|---|---|
| DE102016123022 | 2016-11-29 | ||
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