KR20220107815A - 노즐 구조체 - Google Patents

Abstract

본 발명은 끝단에서 분사되는 유체가 와류를 포함하는 강한 난류 특성을 가져 다른 유체와 높은 혼합 특성을 제공하는 노즐 구조체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 혼합 특성이 높은 유동 특성을 갖는 유체를 분출하는 노즐 구조체에 있어서, 내부에 공간이 형성되어 유체가 연속하여 유동하는 유동관; 상기 유동관의 끝단에 형성되어 유동관 내부를 밀폐하는 말단부; 상기 말단부에 형성되어 상기 유동관 내부에서 유동된 유체가 외부로 분출되는 배출홀; 및 상기 말단부 내부에 배치되어 상기 배출홀을 통하여 고속으로 유체가 배출되도록 안내하는 안내부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

노즐 구조체{Nozzle structure}

본 발명은 노즐 구조체에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 난류 특성이 우수한 노즐 구조체에 관한 것이다.

일반적으로 노즐은 액체 또는 기체를 고속으로 자유공간에 분출시키기 위해 유로 끝에 다는 가는 관을 의미한다. 통상 유체가 분출되는 관의 단면적을 작게 하여 유로 내부의 압력 에너지가 속도 에너지로 변환되도록 하며, 많은 제품들에 적용되고 있다.

예를 들면 공개특허 제2005-0094689호에 개시된, 2차에 걸친 물 분사작용과 3차에 걸친 충돌작용을 이용하여 음이온 및 습기의 발생효율을 향상시키고, 2차 충돌시에는 분사되는 물을 구체에 충돌시킴으로써 비교적 큰 물방울 입자가 비산되어 배출될 습기에 혼합되는 것을 방지하는 동시에 충돌에 의한 소음을 저감시킬 수 있도있는 공기청정기용 노즐을 들 수 있다.

또한, 공개특허 제2007-0011781호에 개시된, 노즐 선단의 토출구를 슬릿형상으로 형성하여서 세정효율을 향상시키고 세정작업시간을 단축시킬 수 있도록 한 표면세정용 노즐구조체를 들 수 있으며, 추가하여 공개특허 제1999-0043996호에 개시된, 분무용 노즐 구조체를 들 수 있다.

상기한 바와 같이, 노즐 또는 노즐 구조체는 다양한 용도로 활용되고 있으며, 상기 용도로 활용되는 노즐은 고압의 유체가 분사되기 위하여 단면적으로 길이 방향으로 조절하여 끝단에서 고속의 유체가 일정한 각도로 분사되는 형태로 설계되는 것이 일반적이다.

하지만 공기 또는 유체 내부에 분사하여 유체를 혼합하는 혼합용으로 노즐을 활용하는 경우, 노즐 끝단에서 각도 조절만으로는 혼합 특성을 향상시키는 것에는 다소 무리가 있어, 혼합용으로 높은 특성을 나타내는 새로운 형태의 노즐 구조체가 필요한 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 필요에 의하여 안출된 것으로, 끝단에서 분사되는 유체가 와류를 포함하는 강한 난류 특성을 가져 다른 유체와 높은 혼합 특성을 제공하는 노즐 구조체를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은, 혼합 특성이 높은 유동 특성을 갖는 유체를 분출하는 노즐 구조체에 있어서, 내부에 공간이 형성되어 유체가 연속하여 유동하는 유동관; 상기 유동관의 끝단에 형성되어 유동관 내부를 밀폐하는 말단부; 상기 말단부에 형성되어 상기 유동관 내부에서 유동된 유체가 외부로 분출되는 배출홀; 및 상기 말단부 내부에 배치되어 상기 배출홀을 통하여 고속으로 유체가 배출되도록 안내하는 안내부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 배출홀은 직사각형 형상이며, 상기 안내부는 정면에서 상기 배출홀을 포함하는 직사각형 형상인 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 안내부는 양 측면에 측면부가 형성되어 상기 유동관의 유체가 상기 측면부를 통과하여 상기 배출홀로 분출되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 유동관의 내부 공간은 원형 단면인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 안내부의 단면은 원호, 삼각형 또는 사각형인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 배출홀은 직사각형 형상인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 안내부의 전면의 형상은 직사각형이며, 상기 전면의 길이는 상기 배출홀의 길이보다 크게 형성하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 유동관과 안내부 및 말단부는 별개의 부재로 구성되고, 상기 안내부와 말단부는 고정부에 의하여 상기 유동관에 고정되는 것을 특징으로 한다.

더욱 바람직하게는, 상기 안내부는 상기 유동관에 삽입되는 연장부를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 안내부의 장변의 길이는 2.8mm 내지 3.6mm이고, 상기 안내부의 단변의 길이는 0.35mm 내지 0.75mm이고, 배출홀의 폭은 0.5mm 내지 2.1mm인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명은, 혼합 특성이 높은 유동 특성을 갖는 유체를 분출하는 노즐 구조체에 있어서, 내부에 유체를 포함하고, 압력이 형성되는 용기; 상기 용기의 일면에 형성되어 상기 용기 내부의 유체가 외부로 분출되는 복수의 배출홀; 및 상기 각 배출홀이 형성된 용기의 일면 내부에 배치되어 상기 배출홀을 통하여 고속으로 유체가 배출되도록 안내하는 안내부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 노즐 구조체는 유동관, 말단부, 말단부에 형성되는 배출홀, 상기 배출홀을 커버하면서 상기 말단부 내부에 부착되는 안내부를 포함하여 구성되어, 상기 유동관을 유동하는 유체가 상기 안내부에 의하여 연속적으로 방향이 전환되면서 서로 충돌하여 와류를 포함하는 급격한 유동으로 상기 배출홀에서 분사되어 높은 혼합 특성을 나타내는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 노즐 구조체의 구성도이며,
도 2는 도 1의 측면 단면도이며,
도 3은 도 1에 도시된 안내부의 정면도이며,
도 4는 도 1에 도시된 안내부의 다른 실시예들의 단면도이며,
도 5는 도 1에서 유체의 유동을 설명하는 설명도이며,
도 6은 물 분무액 직경에 따른 증발율을 나타내는 그래프이며,
도 7는 도 1의 다른 실시예이며,
도 8은 도 1의 단면도이며,
도 9는 도 1의 다른 실시예이다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예를 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 실시예에 대한 이해를 방해한다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 본 발명의 실시예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 “연결”, “결합” 또는 “접속”된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 “연결”, “결합” 또는 “접속”될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

본 발명에 따른 노즐 구조체(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 내부에 유체가 흘러가는 유동관(10), 상기 유동관(10) 끝단에 형성되는 말단부(20), 상기 말단부(20)에 형성되는 배출홀(30) 및 상기 말단부(20) 내면에 부착되어 유동관(10) 내부의 유체의 흐름을 상기 배출홀(30)로 안내하는 안내부(40)를 포함하여 구성된다.

먼저 상기 유동관(10)은 내부에 액체 또는 기체 형태의 유체를 흐르게 하는 역할을 하는 것으로 통상의 배관과 동일한 역할을 한다.

상기 유동관(10)은 도 1에 도시된 바와 같이, 원형 단면 형태로 구성할 수 있으나, 필요한 경우, 삼각형, 사각형, 오각형 등과 같이 다른 형태로도 구성될 수 있다. 물론 추가적으로 상기 유동관(10)의 단면은 오각형 이상의 다각형 형태로도 구성될 수 있다.

또한, 단면 형상은 길이 방향으로 동일하게 형성될 수 있으나, 필요한 경우, 길이에 따라 단면의 면적이 변경되는 형태로도 구성될 수 있다.

또한, 상기 유동관(10)은 내부 유체의 압력을 충분히 견딜수 있는 강도로 구현되고, 외면에는 다른 부품들과 연결 또는 고정을 위한 연결 부재들이 형성될 수 있으며, 추가하여 단열을 위한 단열재 등이 감싸는 형태로도 구현될 수 있다.

한편, 상기 유동관(10)의 끝단에는 단면을 막는 말단부(20)가 형성된다.

상기 말단부(20)는 도 1에 도시된 바와 같이, 평면 형태로 구성되나, 필요한 경우, 외부로 돌출되는 컨벡스 형태로 구성될 수 있으며, 또는 내부로 함몰되는 컨케이브 형태로도 구성될 수 있다.

또는, 복수의 단 형태로 구성될 수 있으며, 컨벡스 또는 컨케이브 그리고 단이 결합된 복합 형태로도 구성될 수 있다.

한편, 상기 말단부(20)에는 배출홀(30)이 형성된다. 상기 배출홀(30)은 도 1에 도시된 바와 같이, 직사각형 형태로 구성되는 것이 바람직하나, 필요한 경우, 원형, 또는 다른 다각형 형태로 구성될 수 있다.

또한, 상기 배출홀(30)은 상기 말단부(20)의 중앙에 형성되는 것이 바람직하나, 필요한 경우, 중앙에서 일정한 거리 이격된 위치에 형성될 수 있으나, 안내부(40)가 설치될 수 있는 부분에 형성하는 것이 바람직하다.

한편, 상기 말단부(20)에는 상기 배출홀(30)을 상기 유동관(10) 내부에서 전면을 덮을 수 있는 안내부(40)가 부착된다.

상기 안내부(40)는 원호 형태의 단면이 일정한 길이로 형성되는 형태로 구성되며, 원호의 끝단부가 상기 말단부(20)의 표면에 부착된다.

이때 도 2에 도시된 바와 같이, 안내부(40)와 말단부(20) 사이의 면적인 측면부(41)가 형성되고, 유체는 상기 측면부(41)를 통과하여 상기 배출홀(30)로 흘러간다.

또한, 상기 안내부(40)는 도 3에 도시된 바와 같이, 정면도에서 사각형 형상으로 구성하는 것이 바람직하며, 안내부(40)의 전면 길이는 상기 배출홀(30)의 길이를 수용하는 크기로 구성하는 것이 바람직하고, 또한, 배출홀(30)은 안내부(40)의 전면 중앙에 배치되도록 설치되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 안내부(40)의 단면은 필요한 경우, 도 4에 도시된 바와 같이, 삼각형 또는 사각형 형태로 구성할 수 있으며, 추가하여 타원형과 다각형 형태로도 구성될 수 있다.

본 발명에 따른 노즐 구조체(100)는 상기와 같은 구조적 특성에 따라 상기 유동관(10)을 통하여 유동된 유체는 상기 안내부(40)와 말단부(20) 사이에 형성된 양 측면부(41)로 흐른다.

이때 상기 유체는 유동 방향이 90도로 전환되고, 이후 다시 90도로 전환되어 상기 배출홀(30)을 통하여 배출된다. 더구나, 상기 측면부(41)는 양측에 형성되어 있으므로, 두개의 유체 흐름이 반복적으로 90도 방향이 전환되어 서로 충돌하므로, 도 5에 도시된 바와 같이, 유체는 상기 배출홀(30)을 통하여 강하게 분사된다.

여기서, 상기 배출홀(30)과 안내부(40)는 다양한 크기로 설정되어 사용될 수 있다.

한편, 도 6은 분무되는 물의 평균 입자 직경에 따른 공기중 증발율을 나타낸 그래프이다. 상기 도면에서 분문되는 물의 평균 입자의 직경이 10㎛ 내지 16㎛범위에서 높은 증발율을 나타내고, 특히 13㎛에서 가장 높은 증발율을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 이때 물의 내부 압력은 2 내지 10bar이다.

한편, 상기 안내부(40)의 장변의 길이를 a, 단변의 길이를 b라 하면, 배출홀(30)의 높이는 상기 b와 동일하고, 배출홀(30)의 폭을 c라 할 경우, 물의 증발율을 고려하여 다음의 수치 범위로 형성하는 것이 바람직하다.

a=2.8mm 내지 3.6mm

b=0.35mm 내지 0.75mm

c=0.5mm 내지 2.1mm

실제 시험 결과 유동관(10)의 내부 압력을 2 내지 10bar로 설정한 경우 상기와 같은 기하학적 조건에서 분무되는 분무액의 평균 직경이 10㎛ 내지 16㎛범위로 형성되어 높은 증발율을 나타내었다.

한편, 본 발명에 따른 노즐 구조체(100)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 개별적으로 구성되는 유동관(10), 안내부(40), 말단부(20) 및 고정용 고정부(60)가 조립되어 제작되는 형태로도 구성될 수 있다.

여기서 상기 유동관(10)은 필요한 경우 외면 끝단에서 일정한 길이로 형성되는 단(11)을 포함할 수 있다.

또한 상기 안내부(40) 주변으로 상기 유동관(10)에 결합되기 위한 연장부(45)가 형성되며, 상기 연장부(45)에 전면에는 관통부(46)가 형성되어 있어, 상기 안내부(40)의 측면부(41)를 통하여 유입되는 유체를 통과시킨다.

따라서, 상기 안내부(40)는 상기 연장부(45)에 의하여 상기 유동관(10)의 단(11)에 안착된다.

상기 말단부(20)는 상기 안내부(40) 전면에 안착되며, 상기 유동관(10)의 끝단의 형상과 동일한 원형 형상으로 구성될 수 있다.

이때 상기 말단부(20)는 상기 배출홀(30)이 상기 안내부(40)와 일치될 수 있도록 그 자세를 조정하여 안착된다.

필요한 경우 상기 안내부(40)에는 별도의 수용홈을 형성하고, 상기 말단부(20)는 상기 수용홈에 안착되는 돌기부를 형성하여 정화한 자세로 결합하도록 구성할 수 있다.

한편, 상기 말단부(20)와 상기 안내부(40)는 별도로 구비되는 고정부(60)에 의하여 상기 유동관(10)에 고정될 수 있다.

상기 고정부(60)는 환형으로 구성되며, 상기 유동관(10)과 억지 끼움에 의하여 결합될 수 있으며, 필요한 경우 나사 방식으로 결합할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 노즐 구조체(100)는 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이, 유동관(10)의 끝단에 적용되는 것으로 설명하였으나, 유동관(10)의 측면, 압력용기의 일면, 저장 탱크의 일면 등에 적용될 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 노즐 구조체(100)는 도 9에 도시된 바와 같이, 내부에 압력이 형성되는 용기 등의 일면에 다수의 안내부(40)와 배출홀(30)이 형성되는 형태로 구성되어 다수의 배출홀(30)을 통하여 유체가 분사되도록 할 수 있다.

이상에서 설명한 것은 본 발명에 따른 노즐 구조체를 실시하기 위한 실시예에 불과한 것으로서, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 않고, 이하 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양하게 변경하여 실시가능한 범위까지 본 발명의 기술적 정신이 있다고 할 것이다.

10: 유동관 11: 단
20: 말단부 30: 배출홀
40: 안내부 41: 측면부
45: 연장부 46: 관통부
100: 노즐 구조체

Claims (11)

1. 혼합 특성이 높은 유동 특성을 갖는 유체를 분출하는 노즐 구조체에 있어서,
   내부에 공간이 형성되어 유체가 연속하여 유동하는 유동관;
   상기 유동관의 끝단에 형성되어 유동관 내부를 밀폐하는 말단부;
   상기 말단부에 형성되어 상기 유동관 내부에서 유동된 유체가 외부로 분출되는 배출홀; 및
   상기 말단부 내부에 배치되어 상기 배출홀을 통하여 고속으로 유체가 배출되도록 안내하는 안내부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 구조체.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 배출홀은 직사각형 형상이며, 상기 안내부는 정면에서 상기 배출홀을 포함하는 직사각형 형상인 것을 특징으로 하는 노즐 구조체.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 안내부는 양 측면에 측면부가 형성되어 상기 유동관의 유체가 상기 측면부를 통과하여 상기 배출홀로 분출되는 것을 특징으로 하는 노즐 구조체.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 유동관의 내부 공간은 원형 단면인 것을 특징으로 하는 노즐 구조체.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 안내부의 단면은 원호, 삼각형 또는 사각형인 것을 특징으로 하는 노즐 구조체.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 배출홀은 직사각형 형상인 것을 특징으로 하는 노즐 구조체.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 안내부의 전면의 형상은 직사각형이며, 상기 전면의 길이는 상기 배출홀의 길이보다 크게 형성하는 것을 특징으로 하는 노즐 구조체.
   
8. 청구항 1에 있어서, 유동관과 안내부 및 말단부는 별개의 부재로 구성되고, 상기 안내부와 말단부는 고정부에 의하여 상기 유동관에 고정되는 것을 특징으로 하는 노즐 구조체.
   
9. 청구항 8에 있어서, 상기 안내부는 상기 유동관에 삽입되는 연장부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 구조체.
   
10. 청구항 1 내지 청구항 9에 있어서, 상기 안내부의 장변의 길이는 2.8mm 내지 3.6mm이고, 상기 안내부의 단변의 길이는 0.35mm 내지 0.75mm이고, 배출홀의 폭은 0.5mm 내지 2.1mm인 것을 특징으로 하는 노즐 구조체.
    
11. 혼합 특성이 높은 유동 특성을 갖는 유체를 분출하는 노즐 구조체에 있어서,
    내부에 유체를 포함하고, 압력이 형성되는 용기;
    상기 용기의 일면에 형성되어 상기 용기 내부의 유체가 외부로 분출되는 복수의 배출홀; 및
    상기 각 배출홀이 형성된 용기의 일면 내부에 배치되어 상기 배출홀을 통하여 고속으로 유체를 두방향으로 안내하고 재결합시키는 안내부를 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐 구조체.
    

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