KR20220009621A - Ultrasonic atomizer - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to an ultrasonic atomizer capable of improving atomization efficiency, the ultrasonic atomizer comprising: an ultrasonic wave generating unit having a piezoelectric element of a first size; a housing that is equipped with the ultrasonic wave generating unit therein and has an atomizing chamber in which ultrasonic waves by vibration of the piezoelectric element are transmitted; a source inlet tube that is formed at one end of the housing and simultaneously supplies a liquid raw material and a carrier gas through a single tube; and a source discharge tube that is formed at the other end of the housing and discharges a raw material atomized by ultrasonic waves, wherein the source inlet tube has a single tube shape in which a first supply tube by combining a first supply tube to which the liquid raw material is supplied and a second supply tube to which the carrier gas is supplied.

Description

초음파 무화기{ULTRASONIC ATOMIZER}Ultrasonic atomizer {ULTRASONIC ATOMIZER}

본 발명은 무화기에 관한 것으로, 보다 상세하게는 무화 효율을 향상시킬 수 있는 초음파 무화기에 관한 것이다.The present invention relates to an atomizer, and more particularly, to an ultrasonic atomizer capable of improving atomization efficiency.

종래의 무화기(atomizers)는 극성 방향이 반대인 두 개의 압전 소자를 접합하고, 압전 소자에 전압을 인가한 후 압전 소자의 진동에 의해 발생하는 초음파 에너지를 이용하여 액체 소스를 무화한다.Conventional atomizers bond two piezoelectric elements having opposite polarity directions, apply voltage to the piezoelectric element, and then use ultrasonic energy generated by vibration of the piezoelectric element to atomize a liquid source.

한편, 기존의 무화기는 높은 압력을 사용하므로 분사된 액체 원료의 표면적이 불균일하고 분사 입자가 상대적으로 크기 때문에 그 적용에 많은 문제점을 가지고 있다. 즉, 이러한 무화기를 사용하는 기화기나 연소기에서는 불완전 기화나 불완전 연소의 비율은 상대적으로 높아 에너지 효율이 저하되고 성능이 떨어지는 문제점이 있다.On the other hand, since the conventional atomizer uses a high pressure, the surface area of the sprayed liquid raw material is non-uniform and the sprayed particles are relatively large, so there are many problems in its application. That is, in a carburetor or combustor using such an atomizer, the ratio of incomplete vaporization or incomplete combustion is relatively high, and there is a problem in that energy efficiency is lowered and performance is lowered.

특히, 초음파 무화기의 경우, 분무가 발생하는 영역이 제한적이고, 분무 발생 영역을 벗어나면, 노즐 기화기보다 기화 효율이 떨어지는 현상이 발생하는 문제점이 있다.In particular, in the case of an ultrasonic atomizer, there is a problem in that the area in which the spray is generated is limited, and when it is outside the area in which the spray is generated, the vaporization efficiency is lower than that of the nozzle vaporizer.

또한, 초음파 무화기의 경우, 운반 기체에 의해 초음파 분무가 큰 영향을 받는 구조적 특징이 있다. 따라서, 고(high) 유량 영역 예컨대 분당 1g(1g/min) 이상의 조건으로 분무 동작을 수행하는 무화기에서 운반기체 공급(flow) 시 운반기체가 무화기에 조화되지 않아 정상적인 무화가 안되는 경우가 다수 발생하는 문제점이 있다.In addition, in the case of an ultrasonic atomizer, there is a structural feature in which ultrasonic atomization is greatly affected by the carrier gas. Therefore, there are many cases where normal atomization is not possible because the carrier gas is not in harmony with the atomizer when the carrier gas is supplied (flow) in a high flow rate region, for example, in an atomizer that performs a spray operation under conditions of 1 g (1 g/min) or more per minute. There is a problem with

예를 들어, 도 1의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이 무화실을 구비한 하우징(10)의 상부측에 액체 소스를 공급하는 액체소스공급관(2)이 연결되고 하우징(10)의 하부측에 운반기체를 공급하는 운반기체공급관(4)이 연결되는 초음파 무화기 구조에서 무화기 팁(6) 주변이나 사이드(8)로 운반기체를 흐르게 하는 구조의 경우, 운반기체의 공급시 무화 동작이 제대로 수행되지 않는 문제점이 있다.For example, as shown in FIGS. 1 (a) and (b), a liquid source supply pipe 2 for supplying a liquid source is connected to the upper side of the housing 10 having an atomization chamber, and the In the ultrasonic atomizer structure in which the carrier gas supply pipe 4 that supplies the carrier gas is connected to the lower side, in the case of a structure that flows the carrier gas around the atomizer tip 6 or the side 8, atomization when the carrier gas is supplied There is a problem that the operation is not performed properly.

또한, 도 2의 (a) 및 (b)에 나타낸 바와 같이 무화실을 구비한 하우징(10)의 상부측에 액체 소스를 공급하는 액체소스공급관(2)이 연결되고, 하우징(10)의 하부측에 결합된 운반기체공급관(4a)과 운반기체공급관(4a)에 연통되는 플랜지(flange)의 다수의 유입공(4b)과 유입공(4b)에서 유입되는 운반기체를 분배하여 무화된 소스의 유출 경로 상에 공급하는 분배공(9)을 통해 운반기체를 공급하는 초음파 무화기 구조의 경우, 무화 동작 중 운반기체의 공급시 무화 동작이 불안정해지는 문제점이 있다.In addition, as shown in (a) and (b) of Figure 2, a liquid source supply pipe 2 for supplying a liquid source is connected to the upper side of the housing 10 having an atomizing chamber, and the lower part of the housing 10 The source of atomized source by distributing the carrier gas flowing in from the plurality of inlet holes 4b and the inlet hole 4b of the flange communicating with the carrier gas supply pipe 4a coupled to the side and the carrier gas supply pipe 4a In the case of the ultrasonic atomizer structure in which the carrier gas is supplied through the distribution hole 9 supplied on the outflow path, there is a problem in that the atomization operation becomes unstable when the carrier gas is supplied during the atomization operation.

등록특허공보 제10-0696140호(2007.03.12)Registered Patent Publication No. 10-0696140 (2007.03.12)

본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 본 발명의 목적은 무화기 몸체에 액체 소스와 운반기체를 미리 혼합해 두지 않으나 단일 유입구를 통해 동시에 주입함으로써 무화기의 무화 동작을 안정시키고 무화 효율을 향상시킬 수 있는 초음파 무화기를 제공하는데 있다.The present invention was derived to solve the problems of the prior art described above, and an object of the present invention is not to pre-mix a liquid source and a carrier gas in the atomizer body, but to inject the atomizer at the same time through a single inlet port. To provide an ultrasonic atomizer capable of stabilizing and improving atomization efficiency.

본 발명의 다른 목적은 초음파 무화기에서 운반기체에 대한 영향성 문제를 제거할 수 있는 새로운 구조의 초음파 무화기를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an ultrasonic atomizer of a new structure that can eliminate the problem of influence on the carrier gas in the ultrasonic atomizer.

본 발명의 또 다른 목적은 분무가 발생하는 액체 유량 영역을 넓힐 수 있는 초음파 무화기를 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide an ultrasonic atomizer capable of widening a liquid flow area in which atomization occurs.

상기 기술적 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 초음파 무화기는 제1 사이즈의 압전소자를 구비하는 초음파발생부; 초음파발생부를 내장하고 압전소자의 진동에 의한 초음파가 전파되는 무화실을 구비하는 하우징; 하우징의 일단부에 형성되고 액상 원료와 캐리어 가스를 단일 배관을 통해 동시에 공급하는 소스유입관; 및 하우징의 타단부에 형성되고 초음파에 의해 무화된 원료를 방출하는 소스배출관을 포함하며, 소스유입관은 액상 원료가 공급되는 제1 공급관과 캐리어 가스가 공급되는 제2 공급관이 결합한 단일 공급관의 형태를 구비한다.An ultrasonic atomizer according to an aspect of the present invention for solving the above technical problem includes an ultrasonic generator having a piezoelectric element of a first size; a housing having a built-in ultrasonic generator and an atomizing chamber in which ultrasonic waves by vibration of the piezoelectric element are propagated; a source inlet pipe formed at one end of the housing and simultaneously supplying a liquid raw material and a carrier gas through a single pipe; and a source discharge pipe formed at the other end of the housing and discharging a raw material atomized by ultrasonic waves, wherein the source inlet pipe is in the form of a single supply pipe in which a first supply pipe to which a liquid raw material is supplied and a second supply pipe to which a carrier gas is supplied to provide

일실시예에서, 압전소자의 제1 사이즈는, 캐리어 가스를 공급하지 않을 때 최대 제1 용량의 액상 원료를 무화하는데 사용되는 사이즈이다.In one embodiment, the first size of the piezoelectric element is a size used to atomize the liquid raw material of the maximum first capacity when the carrier gas is not supplied.

일실시예에서, 초음파 무화기는, 압전소자의 열 방출을 위한 열교환기를 더 구비할 수 있다.In one embodiment, the ultrasonic atomizer may further include a heat exchanger for dissipating heat from the piezoelectric element.

일실시예에서, 액상 원료의 사용 유량 범위는 0.1g/min ~ 30g/min이다.In one embodiment, the flow rate range of the liquid raw material is 0.1 g/min to 30 g/min.

일실시예에서, 캐리어 가스의 사용 유량 범위는 100sccm ~ 10,000sccm이다.In one embodiment, the used flow rate range of the carrier gas is 100 sccm to 10,000 sccm.

전술한 초음파 무화기를 사용하는 경우에는, 무화기 몸체에 액체 소스와 운반기체를 단일 유입구를 통해 동시에 주입함으로써 무화기의 무화 동작을 안정시키고 그에 의해 무화 효율을 향상시킬 수 있다.In the case of using the ultrasonic atomizer described above, it is possible to stabilize the atomization operation of the atomizer and thereby improve the atomization efficiency by injecting the liquid source and the carrier gas into the atomizer body at the same time through a single inlet.

또한, 본 발명에 의하면, 초음파 무화기에서 운반기체에 대한 영향성 문제를 제거할 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to eliminate the problem of influence on the carrier gas in the ultrasonic atomizer.

또한, 본 발명에 의하면, 운반기체의 영향성을 실질적으로 제거함으로써 초음파 무화기에서 분무가 발생하는 액체 유량 영역을 넓힐 수 있다.In addition, according to the present invention, it is possible to widen the liquid flow area in which the atomization occurs in the ultrasonic atomizer by substantially removing the influence of the carrier gas.

도 1은 종래 기술의 초음파 무화기를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 종래 기술의 초음파 무화기의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 무화기에 대한 사시도이다.
도 4는 도 3의 초음파 무화기의 내부 구성 일부를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 도 3의 초음파 무화기에 채용할 수 있는 제어장치를 설명하기 위한 블록도이다.
도 6은 도 3의 초음파 무화기를 채용한 기화기에 대한 개략적인 블록도이다.
도 7 및 도 8은 본 실시예와 비교예의 초음파 무화기에서 고(high) 유량 영역에서 분무되는 입자들의 양에 기초하여 압력/기화효율을 비교하여 나타낸 도면들이다.1 is a view for explaining the ultrasonic atomizer of the prior art.
2 is a view for explaining another example of the ultrasonic atomizer of the prior art.
3 is a perspective view of an ultrasonic atomizer according to an embodiment of the present invention.
FIG. 4 is a view for explaining a part of the internal configuration of the ultrasonic atomizer of FIG. 3 .
5 is a block diagram for explaining a control device that can be employed in the ultrasonic atomizer of FIG.
6 is a schematic block diagram of a vaporizer employing the ultrasonic atomizer of FIG. 3 .
7 and 8 are views showing a comparison of pressure / vaporization efficiency based on the amount of particles sprayed in a high flow rate region in the ultrasonic atomizer of this Example and Comparative Example.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용한다.Since the present invention can have various changes and can have various embodiments, specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the detailed description. However, this is not intended to limit the present invention to specific embodiments, it should be understood to include all modifications, equivalents, and substitutes included in the spirit and scope of the present invention. In describing each figure, like reference numerals are used for like elements.

본 명세서에서 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 포함한다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 의미와 일치하는 의미로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise herein, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be interpreted in a meaning consistent with the context of the related art, and are not to be interpreted in an ideal or excessively formal sense unless explicitly defined in the present specification.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.Hereinafter, preferred embodiments according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 초음파 무화기에 대한 사시도이고, 도 4는 도 3의 초음파 무화기의 내부 구성 일부를 설명하기 위한 도면이다.3 is a perspective view of an ultrasonic atomizer according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a view for explaining a part of the internal configuration of the ultrasonic atomizer of FIG. 3 .

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 초음파 무화기(100)는 하우징(10), 소스유입관(20), 소스배출관(30), 제1단자(50), 제2단자(60), 헤드(70) 및 초음파발생부(80)를 구비하고, 소스유입관(20)을 통해 공급되는 액체 소스(liquid source, LS)와 운반 기체(carrier gas, CG)를 초음파 진동을 통해 무화시켜 소스배출관(30)으로 배출한다.3 and 4, the ultrasonic atomizer 100 according to this embodiment has a housing 10, a source inlet pipe 20, a source outlet pipe 30, a first terminal 50, a second terminal ( 60), the head 70 and the ultrasonic generator 80 are provided, and the liquid source (LS) and the carrier gas (CG) supplied through the source inlet pipe 20 are subjected to ultrasonic vibrations. Atomized and discharged to the source discharge pipe (30).

하우징(10)은 원통 몸체(11), 원통 몸체(11)의 상부 개구부를 덮는 제1 덮개(12) 및 원통 몸체(11)의 하부 개구부를 덮는 제2 덮개(13)를 갖춘 원통 형태의 외관을 구비할 수 있다.The housing 10 has a cylindrical body 11 , a first cover 12 covering the upper opening of the cylindrical body 11 , and a second cover 13 covering the lower opening of the cylindrical body 11 . can be provided.

원통 몸체(11)는 내부에 무화실을 형성하고, 내부가 보이는 투명도를 가진 재료로 형성될 수 있다. 제1 덮개(12)는 소스유입관(20), 냉각공기배출관(40), 제1 단자(50) 및 제2 단자(60)를 하우징(10)의 내외부를 관통하여 체결하기 위한 다수의 관통홀들이 구비될 수 있다. 제2 덮개(13)는 하우징(10)의 내외부를 관통하여 소스배출관(30)을 체결하기 위한 관통홀이 구비될 수 있다.The cylindrical body 11 forms an atomizing chamber therein, and may be formed of a material having transparency so that the inside can be seen. The first cover 12 has a plurality of penetrations for fastening the source inlet pipe 20 , the cooling air outlet pipe 40 , the first terminal 50 and the second terminal 60 through the inside and outside of the housing 10 . Holes may be provided. The second cover 13 may be provided with a through hole for fastening the source discharge pipe 30 through the inside and outside of the housing 10 .

소스유입관(20)은 제1 유입관(21)과 제2 유입관(22)를 구비한다. 제1 유입관(21)은 액체 소스(LS)를 공급하기 위한 배관이고, 제2 유입관(22)은 운반 기체(CG)를 공급하기 위한 배관이다.The source inlet tube 20 includes a first inlet tube 21 and a second inlet tube 22 . The first inlet pipe 21 is a pipe for supplying the liquid source LS, and the second inflow pipe 22 is a pipe for supplying the carrier gas CG.

본 실시예의 소스유입관(20)에 있어서 제1 유입관(21)과 제2 유입관(22)은 하우징(10)의 내부 무화실에 액체 소스(LS)와 운반 기체(CG)를 실질적으로 동시에 주입하도록 설치된다. 다시 말해서, 무화기 몸체 내에 즉, 무화실 내에 미리 혼합해 두지 않은 액체 소스(LS)와 운반 기체(CG)를 단일 유입구를 통해 동시에 주입하기 위해 제1 유입관(21)의 일단과 제2 유입관(22)의 일단은 하우징(10)의 상부측 관통홀 중 하나인 무화실의 소스유입공에서 혹은 소스유입공 바로 직전에서 단일 유입관 형태로 병합될 수 있다.In the source inlet tube 20 of this embodiment, the first inlet tube 21 and the second inlet tube 22 substantially supply the liquid source LS and the carrier gas CG to the internal atomization chamber of the housing 10 . installed to be injected at the same time. In other words, one end of the first inlet tube 21 and the second inlet in order to simultaneously inject the liquid source LS and the carrier gas CG, which are not previously mixed in the atomizer body, that is, in the atomizer chamber, through a single inlet port. One end of the tube 22 may be merged in the form of a single inlet tube at the source inlet hole of the atomization chamber, which is one of the through holes on the upper side of the housing 10 , or just before the source inlet hole.

이러한 액체 소스(LS)와 운반 기체(CG)의 단일 공급 구조를 채용하면, 초음파 무화기에서 무화기의 무화 동작을 안정시키고 무화 효율을 향상시킬 수 있다. 특히, 초음파 무화기에서 운반기체에 대한 영향성 문제를 제거할 수 있어 분무가 발생하는 액체 유량 영역을 넓힐 수 있는 장점이 있다.If the single supply structure of the liquid source LS and the carrier gas CG is adopted, the atomization operation of the atomizer in the ultrasonic atomizer can be stabilized and the atomization efficiency can be improved. In particular, it is possible to remove the problem of influence on the carrier gas in the ultrasonic atomizer, so there is an advantage in that it is possible to widen the liquid flow area in which the atomization occurs.

특히, 액상 원료의 사용 유량 범위를 0.1g/min ~ 30g/min로 하거나, 캐리어 가스의 사용 유량 범위를 100sccm ~ 10,000sccm로 하는 경우, 혹은 이 범위들을 조합한 경우에 초음파 무화기에서 운반기체에 대한 영향성 문제를 제거할 수 있어 분무가 발생하는 액체 유량 영역을 신뢰성 있게 넓힐 수 있는 장점이 있다.In particular, when the flow rate range of the liquid raw material is 0.1 g/min to 30 g/min, the flow rate range of the carrier gas is 100 sccm to 10,000 sccm, or a combination of these ranges, It has the advantage of reliably widening the liquid flow area where spraying occurs because it can eliminate the problem of the effect of

소스배출관(30)은 하우징(10)의 하부측에 설치된다. 소스배출관(30)은 노즐 형태를 구비할 수 있고, 기화기 등의 하류측 장치에 연결될 수 있다. 노즐 형태의 소스배출관(30)의 적어도 일부분은 상류측에서 하류측으로 폭이 좁아지는 테이퍼(taper) 형태를 구비할 수 있다.The source discharge pipe 30 is installed on the lower side of the housing 10 . The source discharge pipe 30 may have a nozzle shape and may be connected to a downstream device such as a vaporizer. At least a portion of the nozzle-shaped source discharge pipe 30 may have a tapered shape in which the width is narrowed from the upstream side to the downstream side.

제1 단자(50)는 하우징(10) 외부의 제어장치와 초음파 발생부(80)를 전기적으로 연결한다. 제1단자(50)는 제어장치의 전압, 전류 등의 전기적 신호를 초음파 발생부(80)에 인가한다. 이러한 제1 단자(50)는 초음파발생부 연결단자로 지칭될 수 있다.The first terminal 50 electrically connects the control device outside the housing 10 and the ultrasonic generator 80 . The first terminal 50 applies electrical signals such as voltage and current of the control device to the ultrasonic generator 80 . This first terminal 50 may be referred to as an ultrasonic generator connection terminal.

제2단자(60)는 하우징(10) 외부의 제어장치와 하우징(10) 내부 또는 무화실에 설치되는 온도센서를 전기적으로 연결한다. 제2단자(60)는 온도센서에서 검출되는 온도 또는 온도에 상응하는 신호를 제어장치에 전달한다. 이러한 제2 단자(60)는 온도센서 연결단자로 지칭될 수 있다.The second terminal 60 electrically connects the control device outside the housing 10 and a temperature sensor installed inside the housing 10 or in the atomizing chamber. The second terminal 60 transmits the temperature detected by the temperature sensor or a signal corresponding to the temperature to the control device. This second terminal 60 may be referred to as a temperature sensor connection terminal.

헤드(70)는 도 4에 도시한 바와 같이 하우징(10) 내에서 초음파발생부(80)를 지지하고, 제1 단자(50)에 연결되며 초음파발생부(80)에 접촉하는 전극이나 패드를 지지하도록 설치된다. 헤드(70)는 전극이나 패드에 연결되고 외부로 연장되는 배선을 위한 틈, 홀 등을 구비할 수 있다. 또한, 헤드(70)는 액체 소스와 운반 기체가 흐르는 내부배관(23)이 관통하는 관통공을 구비할 수 있다. 내부배관(23)은 액체 소스와 운반 기체가 흐르는 내부유로(25)를 구비한다.As shown in FIG. 4 , the head 70 supports the ultrasonic wave generator 80 in the housing 10 , is connected to the first terminal 50 , and includes electrodes or pads in contact with the ultrasonic wave generator 80 . installed to support The head 70 may be provided with a gap, a hole, etc. for a wiring connected to an electrode or a pad and extending to the outside. In addition, the head 70 may have a through hole through which the internal pipe 23 through which the liquid source and the carrier gas flow. The inner pipe 23 has an inner flow path 25 through which a liquid source and a carrier gas flow.

초음파발생부(80)는 초음파 발진부, 초음파발진부에서 발생되는 주파수와 출력을 초음파 진동에너지로 변환하는 복수의 압전소자, 그리고 초음파 발진부와 복수의 압전소자에 연결되는 전극을 구비할 수 있다.The ultrasonic generator 80 may include an ultrasonic oscillator, a plurality of piezoelectric elements that convert the frequency and output generated by the ultrasonic oscillator into ultrasonic vibration energy, and an electrode connected to the ultrasonic oscillator and the plurality of piezoelectric elements.

초음파발생부(80)는 사각판형, 다각판형 또는 원판형 형태의 복수의 압전소자들을 구비하고, 내부유로(25)를 구비한 내부배관(23)이 초음파 발생부(80)의 중심부를 관통하는 중공 구조를 구비할 수 있다. 전술한 압전소자는 세라믹소자를 포함할 수 있다.The ultrasonic generator 80 is provided with a plurality of piezoelectric elements in the form of a square plate, polygonal plate or disk shape, and an internal pipe 23 having an internal flow path 25 passes through the center of the ultrasonic generator 80 . It may have a hollow structure. The above-described piezoelectric element may include a ceramic element.

초음파발진부를 형성하는 압전소자는 제1 사이즈를 구비할 수 있다. 이러한 제1 사이즈는 캐리어 가스나 운반 기체를 공급하지 않을 때 최대 제1 용량의 액상 원료 또는 액체 소스를 무화하는데 사용되는 사이즈이다.The piezoelectric element forming the ultrasonic oscillator may have a first size. This first size is the size used to atomize the liquid raw material or liquid source of the maximum first capacity when no carrier gas or carrier gas is supplied.

또한, 압전소자는 외경 30㎜, 내경 12㎜, 두께 4㎜로 제작한 링형 세라믹 진동자를 이용할 수 있다. 그 경우, 초음파발진부를 형성하기 위해 한 쌍의 세라믹 진동자 각각은 반대의 분극방향으로 2개를 중첩시킨 형태를 가질 수 있다.In addition, as the piezoelectric element, a ring-type ceramic vibrator manufactured with an outer diameter of 30 mm, an inner diameter of 12 mm, and a thickness of 4 mm may be used. In this case, each of the pair of ceramic vibrators may have a shape in which two are overlapped in opposite polarization directions to form the ultrasonic oscillator.

또한, 초음파발진부는 공진주파수 구동시에 최대 스트레인을 갖도록 설치될 수 있다. 초음파발생부(80)에서 압전소자와 전극은 중공 상태로 적층된 형태를 구비할 수 있다.In addition, the ultrasonic oscillator may be installed to have a maximum strain when the resonance frequency is driven. In the ultrasonic generator 80 , the piezoelectric element and the electrode may be stacked in a hollow state.

전술한 초음파발생부(80)는 초음파 진동을 발생시켜 내부유로(25)를 통해 유동하는 액체 소스를 무화시킨다.The above-described ultrasonic generator 80 generates ultrasonic vibration to atomize the liquid source flowing through the internal flow passage 25 .

도 5는 도 3의 초음파 무화기에 채용할 수 있는 제어장치를 설명하기 위한 블록도이다.5 is a block diagram for explaining a control device that can be employed in the ultrasonic atomizer of FIG.

도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 초음파 무화기의 제어장치(90)는 초음파 무화기의 구동회로로서 제어회로(91), 스위칭회로(93) 및 트랜스포머(95)를 구비하고, 제1단자(50)를 통해 연결되는 초음파발생부(80)의 동작을 제어하고, 제2단자를 통해 수신되는 온도센서의 검출신호를 받는다.Referring to FIG. 5 , the control device 90 of the ultrasonic atomizer according to the present embodiment includes a control circuit 91 , a switching circuit 93 and a transformer 95 as a driving circuit of the ultrasonic atomizer, and the first The operation of the ultrasonic generator 80 connected through the terminal 50 is controlled, and the detection signal of the temperature sensor received through the second terminal is received.

제어장치(90)는 초음파발생부(80) 좀더 구체적으로는, 초음파발진부의 동작을 제어하여 초음파발진부가 일정 주파수와 출력을 생성하도록 기능할 수 있다. 이러한 제어회로(91)를 이용하면, 일정 유량의 액체 소스를 유입시킬 때의 분무 결과를 측정할 수 있다. 분무 결과는 초음파 분무기의 표면온도의 변화, 소비 전류, 소비전력 등에 대한 정보를 포함할 수 있다. 또한, 분무 결과는 구동시험의 전후에 구동회로 2차측에서 무부하시에 얻어지는 출력파형을 측정하여 구동주파수가 어느 정도인지를 확인할 수 있고, 이를 통해 제어목표치와 초음파발생부(80)의 구동주파수가 일치하는지를 확인할 수 있다.The control device 90 may function to control the operation of the ultrasonic generator 80, more specifically, to generate the ultrasonic generator with a predetermined frequency and output. By using such a control circuit 91, it is possible to measure the spraying result when the liquid source of a certain flow rate is introduced. The spraying result may include information about a change in the surface temperature of the ultrasonic atomizer, current consumption, power consumption, and the like. In addition, the spray result can be checked by measuring the output waveform obtained at no-load from the secondary side of the driving circuit before and after the driving test to determine what the driving frequency is, and through this, the control target value and the driving frequency of the ultrasonic generator 80 are You can check if they match.

또한, 제어장치(90)는 온도센서의 검출신호에 기초하여 무화실을 구비한 하우징 내부의 온도, 초음파발생부(80)의 온도를 제어하도록 설치될 수 있다. 이 경우, 초음파발생부(80)에는 열교환기 혹은 냉각부가 설치될 수 있고, 열교환기나 냉각부는 외부의 열교환기 구동부를 통해 공급되는 냉각수, 냉각가스, 냉각공기 등과 같은 냉매가 초음파발진부와 열교환이 가능하도록 설치될 수 있다. 이러한 열교환 구조에서 냉매는 하우징(10) 내부와 외부를 연결하는 배관을 통해 유체유동하도록 구비될 수 있다. 이러한 배관은 냉각공기배출관 등으로 지칭될 수 있다.In addition, the control device 90 may be installed to control the temperature inside the housing having the atomization chamber and the temperature of the ultrasonic generator 80 based on the detection signal of the temperature sensor. In this case, a heat exchanger or a cooling unit may be installed in the ultrasonic generator 80 , and the heat exchanger or cooling unit may exchange heat with the ultrasonic generator with refrigerant such as cooling water, cooling gas, and cooling air supplied through an external heat exchanger driving unit. can be installed to In this heat exchange structure, the refrigerant may be provided to flow through a pipe connecting the inside and the outside of the housing 10 . Such a pipe may be referred to as a cooling air discharge pipe or the like.

도 6은 도 3의 초음파 무화기를 채용한 기화기에 대한 개략적인 블록도이다.6 is a schematic block diagram of a vaporizer employing the ultrasonic atomizer of FIG. 3 .

도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 기화기는 초음파 무화기(100)과 초음파 무화기의 하류측에 연결되는 기화기(200)를 구비한다. 초음파 무화기(100)의 상류측에는 소스유입관(20)이 연결된다. 소스유입관(20)은 액체소스와 운반기체를 실질적으로 단일 포트를 통해 하우징 내 무화실에 공급하기 위한 구조를 구비한다. 본 실시예에서는 이러한 소스유입관(20)의 구조에 의해 초음파 무화 동작에서의 성능을 향상시킨다.Referring to FIG. 6 , the vaporizer according to the present embodiment includes an ultrasonic atomizer 100 and a vaporizer 200 connected to the downstream side of the ultrasonic atomizer. The source inlet pipe 20 is connected to the upstream side of the ultrasonic atomizer 100 . The source inlet pipe 20 has a structure for supplying the liquid source and the carrier gas to the atomization chamber in the housing through a substantially single port. In this embodiment, the structure of the source inlet pipe 20 improves the performance in the ultrasonic atomization operation.

기화기(200)의 하류측에는 배기관(210)이 연결된다. 기화기(200)는 고효율 무화기에 연결되어 기화율을 높이면서 압력 변동성을 적게 할 수 있고, 그에 의해 장치를 소형화하고 신뢰성과 수명을 향상시킬 수 있다.An exhaust pipe 210 is connected to the downstream side of the vaporizer 200 . The vaporizer 200 can be connected to a high-efficiency atomizer to increase the vaporization rate and reduce pressure fluctuations, thereby reducing the size of the device and improving reliability and lifespan.

이를 위해, 초음파무화기(100)과 기화기(200)의 연결부는, 소스배출관(도 3의 30 참조)를 포함하는 구조로서, 전술한 소스배출관의 형태와 달리 특정 조건으로 정해지는 사이즈 또는 규격의 연결 통로에 의해 이어지는 구성을 가질 수 있다. 이러한 연결 통로는 길이가 최소 3㎜ 이상이고, 직경이 2 내지 3㎜인 것을 특징으로 할 수 있다.To this end, the connection part of the ultrasonic atomizer 100 and the vaporizer 200 has a structure including a source discharge pipe (see 30 of FIG. 3 ), and, unlike the shape of the above-described source discharge pipe, has a size or standard determined by specific conditions. It may have a configuration connected by a connecting passage. Such a connecting passage may be characterized in that the length is at least 3 mm and the diameter is 2 to 3 mm.

도 7 및 도 8은 본 실시예와 비교예의 초음파 무화기에서 고(high) 유량 영역에서 분무되는 입자들의 양에 기초하여 압력/기화효율을 비교하여 나타낸 도면들이다.7 and 8 are views showing a comparison of pressure / vaporization efficiency based on the amount of particles sprayed in a high flow rate region in the ultrasonic atomizer of this Example and Comparative Example.

도 7에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 따른 초음파 무화기와 비교예의 초음파 무화기의 압력(torr) 또는 기화효율은 상대적으로 적은 액체소스의 유량(sccm)에서 예컨대 1g/min에서는 크게 차이가 나지 않는 것을 알 수 있다. 운반기체로는 헬륨(He), 질소(N2), 아르곤(Ar) 등의 불활성 기체를 사용할 수 있다.As shown in Figure 7, the pressure (torr) or vaporization efficiency of the ultrasonic atomizer according to the present embodiment and the ultrasonic atomizer of the comparative example is a relatively small flow rate (sccm) of the liquid source, for example, 1 g / min. it can be seen that As the carrier gas, an inert gas such as helium (He), nitrogen (N 2 ), or argon (Ar) may be used.

하지만, 도 8에 도시한 바와 같이, 상대적으로 많은 액체소스의 유량에서 예컨대 3g/min에서는 그 기화효율이 현저한 차이를 나타내는 것을 확인할 수 있다. 즉, 본 실시예의 초음파 무화기는 3g/min 이상의 고(high) 유량 영역에서 분무되는 입자들의 양을 증가시켜 무화실의 내부 압력(torr) 즉, 기화효율이 증가하는 것을 알 수 있다. 본 실시예의 초음파 무화기에 의한 기화효율은 비교예의 초음파 무화기(도 1 또는 도 2 참조)와 비교할 때 약 15% 이상 증가한 것을 확인할 수 있다.However, as shown in FIG. 8 , it can be confirmed that the vaporization efficiency exhibits a significant difference at, for example, 3 g/min at a flow rate of a relatively large liquid source. That is, it can be seen that the ultrasonic atomizer of this embodiment increases the amount of particles sprayed in a high flow rate region of 3 g/min or more to increase the internal pressure (torr) of the atomization chamber, that is, the vaporization efficiency. It can be seen that the vaporization efficiency by the ultrasonic atomizer of this embodiment is increased by about 15% or more when compared with the ultrasonic atomizer of the comparative example (refer to FIG. 1 or FIG. 2).

여기서, 기화효율은 운반기체와 액체 소스의 기화시의 압력에서 운반기체만 흐를 때의 압력을 뺀 값에 대응한다.Here, the vaporization efficiency corresponds to a value obtained by subtracting the pressure when only the carrier gas flows from the pressure at the time of vaporization of the carrier gas and the liquid source.

한편, 액상 원료의 사용 유량 범위는 0.1g/min ~ 30g/min인 것이 바람직하다. 또한, 캐리어 가스의 사용 유량 범위는 100sccm ~ 10,000sccm인 것이 바람직하다. 만일 액상 원료의 사용 유량 범위가 상기의 범위보다 작거나 크면, 또한 캐리어 가스의 사용 유량 범위가 상기의 범위보다 작거나 크면, 의미 있는 기화효율을 얻기가 쉽지 않을 수 있다.On the other hand, it is preferable that the flow rate range of the liquid raw material is 0.1 g/min to 30 g/min. In addition, it is preferable that the flow rate range of the carrier gas is 100 sccm ~ 10,000 sccm. If the flow rate range of the liquid raw material is smaller or larger than the above range, and the flow rate range of the carrier gas is smaller or larger than the above range, it may not be easy to obtain a meaningful vaporization efficiency.

전술한 실시예에 의하면, 초음파 무화기를 사용하는 경우에는, 무화기 몸체에 액체 소스와 운반기체를 단일 유입구를 통해 동시에 주입함으로써 무화기의 무화 동작을 안정시키고 그에 의해 무화 효율을 향상시킬 수 있으며, 운반기체의 영향성을 실질적으로 제거함으로써 초음파 무화기에서 분무가 발생하는 액체 유량 영역을 넓힐 수 있는 장점이 있다. 또한, 운반기체에 대한 영향성 문제를 제거할 수 있는 초음파 무화기를 제공할 수 있다.According to the above-described embodiment, when using the ultrasonic atomizer, by injecting the liquid source and the carrier gas into the atomizer body at the same time through a single inlet, it is possible to stabilize the atomization operation of the atomizer and thereby improve the atomization efficiency, By substantially removing the influence of carrier gas, there is an advantage in that it is possible to widen the liquid flow area in which atomization occurs in the ultrasonic atomizer. In addition, it is possible to provide an ultrasonic atomizer capable of eliminating the problem of influence on the carrier gas.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자가 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.Although the above has been described with reference to the preferred embodiment of the present invention, those skilled in the art can variously modify and change the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention as set forth in the following claims. You will understand that there is

10: 하우징 20: 소스유입관
30: 소스배출관 50: 제1단자
60: 제2단자 70: 헤드
80: 초음파발생부 90: 제어장치
100: 초음파 무화기 200: 기화기10: housing 20: source inlet pipe
30: source discharge pipe 50: first terminal
60: second terminal 70: head
80: ultrasonic generator 90: control device
100: ultrasonic atomizer 200: vaporizer

Claims (5)

제1 사이즈의 압전소자를 구비하는 초음파발생부;
상기 초음파발생부를 내장하고 상기 압전소자의 진동에 의한 초음파가 전파되는 무화실을 구비하는 하우징;
상기 하우징의 일단부에 형성되고 액상 원료와 캐리어 가스를 단일 배관을 통해 동시에 공급하는 소스유입관; 및
상기 하우징의 타단부에 형성되고 상기 초음파에 의해 무화된 원료를 방출하는 소스배출관을 포함하며,
상기 소스유입관은 액상 원료가 공급되는 제1 공급관과 상기 캐리어 가스가 공급되는 제2 공급관이 결합하여 단일 공급관을 형성하는 초음파 무화기.an ultrasonic wave generator having a piezoelectric element of a first size;
a housing having a built-in ultrasonic generator and an atomizing chamber in which ultrasonic waves by vibration of the piezoelectric element are propagated;
a source inlet pipe formed at one end of the housing and simultaneously supplying a liquid raw material and a carrier gas through a single pipe; and
and a source discharge pipe formed at the other end of the housing and discharging the atomized raw material by the ultrasonic wave,
The source inlet pipe is an ultrasonic atomizer in which a first supply pipe to which a liquid raw material is supplied and a second supply pipe to which the carrier gas is supplied are combined to form a single supply pipe. 청구항 1에 있어서,
상기 압전소자의 제1 사이즈는, 상기 캐리어 가스를 공급하지 않을 때 최대 제1 용량의 액상 원료를 무화하는데 사용되는 사이즈인 초음파 무화기.The method according to claim 1,
The first size of the piezoelectric element is an ultrasonic atomizer which is a size used to atomize the liquid raw material of the maximum first capacity when the carrier gas is not supplied. 청구항 1에 있어서,
상기 압전소자의 열 방출을 위한 열교환기를 더 구비하는 초음파 기화기.The method according to claim 1,
Ultrasonic vaporizer further comprising a heat exchanger for dissipating heat from the piezoelectric element. 청구항 1에 있어서,
상기 액상 원료의 사용 유량 범위가 0.1g/min ~ 30g/min인 초음파 기화기.The method according to claim 1,
An ultrasonic vaporizer having a flow rate range of 0.1 g/min to 30 g/min of the liquid raw material. 청구항 1 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,
상기 캐리어 가스의 사용 유량 범위가 100sccm ~ 10,000sccm인 초음파 기화기.5. The method according to any one of claims 1 to 4,
An ultrasonic vaporizer having a flow rate range of 100 sccm to 10,000 sccm of the carrier gas.
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