KR20230108373A - 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치 - Google Patents

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KR20230108373A
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Abstract

본 발명은, 액체 이산화탄소를 단열팽창시켜 형성된 미세 결정을 응집시켜 드라이아이스 입자를 만들고, 이를 가속시켜, 깊은 홈 또는 구멍의 벽면이나 내부 부품에 직접 충돌시켜 건식으로 클리닝할 수 있는 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치를 제공하는 것을 목적으로 하며, 이를 위한 본 발명에 따른 충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치는, 드라이아이스 결정들이 성장 및 응집되어 드라이아이스 응집 입자들이 만들어지는 제2 노즐부를 포함하는 드라이아이스 노즐; 및 상기 드라이아이스 노즐의 둘레에 가속 가스 이송 유로를 형성하는 노즐 하우징을 포함하며, 상기 가속 가스 이송 유로는 상기 드라이아이스 노즐의 배출구와 소정의 각도로 교차하는 방향으로 형성된 토출구를 포함하며, 상기 토출구로 흐르는 가속 가스에 의해 상기 배출구와 마주하는 노즐 하우징의 내외 벽면에 결로 형성이 억제된다.

Description

고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치{high impact dry ice spray nozzle apparatus}
본 발명은, 이산화탄소(CO2) 드라이아이스를 이용한 세정기술에 관한 것으로서, 더 상세하게는, 깊은 홈 또는 깊은 구멍의 내부 벽면 또는 그 내부에 존재하는 부품(단일 부품 또는 조립 부품)을 세정하는데 적합한 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치 관한 것이다.
보이스코일, 제조용 몰드, 홈이 있는 정밀 지그, 장비의 가공된 홀, 틈새나 홀이 있는 내부 조립 제품 등을 포함 또는 이용하는 카메라 모듈 또는 반도체 장비 등의 제조 공정 등에 있어서, 홈 또는 홀의 내부 벽면에 부착되거나 조립 제품에 함께 내포되어진 파티클 또는 유기물질 등의 이물질들이 자체적으로 오염을 유발하거나 또는 탈락에 의하여 렌즈 등의 표면에 부착되는 등의 전이를 통하여, 중요 부위를 오염시키는 경우가 많다. 이러한 오염물의 원치 않는 부착은 제품 성능을 저하시키거나 기계적 결함이나 오차를 발생시킨다. 예컨대, 카메라 모듈에 있어서는, 공정 중 부착된 오염물이 카메라 모듈의 픽셀에 심각한 악영향을 주며, 심각한 기계적 결함 및 오차를 야기한다. 또한, 몰드 금형을 이용하는 공정에 있어서는 몰드 금형의 조합시 누적 오염물에 의한 조합 불량 및 몰드를 이용한 제품 자체에 대하여 오염물에 의한 불량을 유발한다.
이에 대하여, 종래에는 공압을 이용한 압축 공기의 고압 분사에 의한 소극적 대응이나 또는 접근이 가능한 경우에 한하여, 브러쉬를 이용하여 크리닝을 하여 왔다. 그러나, 압축 공기를 불어 세정하는 방식은 상대적으로 강한 부착력으로 부착된 오염물을 세정하기 어렵고, 브러쉬를 이용하는 경우에는 물리적인 힘을 직접 가하기 때문에 대상물을 손상시킬 수 있으며. 심지어는 홀 또는 홈 내부로 접근조차 허용되지 않아 세정이 불가능한 경우가 많다.
또한, 종래에는 드라이아이스 결정을 생성하여 이를 포함한 미세 드라이아이스를 물체 표면에 분사하여 이물질을 제거하는 건식 세정 기술이 제안되었다. 그러나, 종래기술은 드라이아이스가 충분히 성장하지 못한 상태로 물체 표면에 적용되므로, 물체 표면에 대한 충격력이 매우 작아, 액체 이산화탄소 소모량 대비 드라이아이스의 충격력에 의한 세정 효과는 거의 기대하기 어려웠다. 또한, 종래기술은 드라이이이스가 토출되는 노즐 단부에서 결로 현상이 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 당해 기술 분야에는, 제품은 분해하거나 손상시키거나 또는 분리시키지 않고도, 제품 내부의 부품, 깊은 홈 또는 구멍 내부의 벽면에 부착된 파티클 또는 유기 오염물을 분리하여 배출시킬 수 있는 기술의 필요성이 존재한다. 이를 위해서는 오염원에 접근이 가능 하여야 하고, 적당한 힘에 의하여 오염물을 탈락시키고 배출시키는 것이 필요하다.
국내 등록 제10-0751041호 미국 특허 제5125979호 국내 등록 제10-0756640호
본 발명은, 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 액체 이산화탄소를 단열팽창시켜 형성된 미세 결정을 응집시켜 드라이아이스 입자를 만들고, 이를 가속시켜, 깊은 홈 또는 구멍의 벽면이나 내부 부품에 직접 충돌시켜 건식으로 클리닝할 수 있는 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일측면에 따른 고충력 드라이아이스 스프레이 노즐 장치는 액체 이산화탄소를 단열팽창시켜 드라이아이스 결정들을 형성하는 제1 노즐부와 드라이아이스 결정들이 성장 및 응집되어 드라이아이스 응집 입자들이 만들어지는 제2 노즐부를 포함하는 드라이아이스 노즐; 및 상기 드라이아이스 노즐의 둘레에 가속 가스 이송 유로를 형성하는 노즐 하우징을 포함하며, 상기 가속 가스 이송 유로는 상기 드라이아이스 노즐의 배출구와 소정의 각도로 교차하는 방향으로 형성된 토출구를 포함하며, 상기 토출구로 흐르는 가속 가스에 의해 상기 배출구와 마주하는 노즐 하우징의 내외 벽면에 결로 형성이 억제된다.
상기 노즐 하우징은 내부 구조물을 더 포함하고, 상기 내부 구조물에 의해 상기 가속 가스 이송 유로에서 분기되어 상기 제2 노즐부 둘레를 감싸는 결로 방지 가스 이송 유로가 형성되며, 상기 결로 방지 가스 이송 유로는 상기 토출구 가까이에서 합류한다.
상기 토출구는 상기 드라이아이스 노즐의 드라이아이스 배출 방향과 직각으로 교차한다.
상기 토출구는 상기 드라이아이스 노즐의 드라이아이스 배출 방향과 둔각의 각도로 교차한다.
상기 노즐 하우징은, 가속 가스 주입구 및 액채 이산화탄소 주입구가 형성되고 상기 드라아이스 노즐의 후방부 둘레를 둘러싸는 노즐 하우징 바디부와, 베어링에 의해 상기 노즐 하우징 바디부에 회전 가능하게 결합되며, 상기 드라이아이스 노즐의 연장 방향과 직교 또는 둔각으로 교차하는 토출구가 형성된 노즐 하우징 헤드부를 포함한다.
상기 드라이아이스 노즐은, 상기 노즐 하우징의 액체 이산화탄소 주입구와 연결되어 액체 이산화탄소 이송하는 이송관을 더 포함하고, 상기 제1 노즐부는 상기 이송관의 내부 중간에서 상기 이송관의 전단을 지나 밖으로 연장되며, 막음부가 상기 제1 노즐부의 외주와 상기 이송관의 내주 사이의 틈을 막는다.
상기 제2 노즐부는, 상기 제1 노즐부의 전단을 수용하도록 배치되며, 드라이아이스 결정들이 성장 및 응집되어 드라이아이스 응집 입자들이 형성되는 내부 노즐 튜브와, 상기 내부 노즐 튜브를 통과하면서 형성된 드라이아이스 응집 입자들을 상기 토출구로 배출하는 외부 노즐 튜브를 포함한다.
본 발명에 따른 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치는 액체 이산화탄소를 단열팽창시켜 형성된 미세 결정을 응집시켜 드라이아이스 입자를 만들고, 이를 가속시켜, 깊은 홈 또는 구멍의 벽면이나 내부 부품에 직접 충돌시켜 건식으로 클리닝할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치를 설명하기 위한 단면도이고,
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치를 설명하기 위한 단면도이고,
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 다른 변형 실시예들에 따라 결로 방지 가스 이송 유로를 겸하는 가속 가스 이송 유로의 단면이 타원형인 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치를 설명하기 위한 단면도들이고,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 다른 변형 실시예들에 따라 결로 방지 가스 이송 유로를 겸하는 가속 가스 이송 유로의 단면이 원형인 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치를 설명하기 위한 단면도들이고,
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치를 설명하기 위한 단면도이며,
도 6은 도 1 내지 도 5에 도시된 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치에 적용될 수 있는 드라이아이스 노즐의 바람직한 한 예를 도시한 단면도이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 설명한다. 본 명세서에 개시된 모든 실시예에 있어서의, 임의의 구조, 재료, 단계 또는 특징이 본 발명의 일부인 기타 실시예의 임의의 구조, 재료, 단계 또는 다른 특징과 함께 다른 실시예를 구성할 수 있다는 것에 유의한다. 상세한 설명 및 관련 도면이 본 발명의 보호 범위를 제한하거나 정의하는 것은 아님에 유의한다. 본 발명의 보호 범위는 특허청구범위에 의해 정의된다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치는 깊은 홈 또는 구멍의 내부 벽면 또는 제품 내부에 있는 부품에 대한 건식 세정에 적합하도록 구성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 드라이아이스 스프레이 노즐 장치는 드라이아이스 노즐(100)과, 드라이아이스 노즐(100)을 내부에 수용하는 노즐 하우징(200)을 포함한다.
상기 노즐 하우징(200)은 액체 이산화탄소 주입부(203)와 가속가스 주입부(202)를 후방에 구비한다. 또한, 상기 노즐 하우징(200)은 상기 드라이아이스 노즐(100)의 둘레에 가속 가스 이송 유로(207) 및 상기 가속 가스 이송 유로(207)에서 분기된 채 상기 드라이아이스 노즐(100)의 전방 일부를 둘러싸는 결로 방지 가스 이송 유로(206)를 내부에 포함한다. 이하에서 더 자세히 설명되는 바와 같이, 노즐 하우징(200)의 내부 구조물(211)에 의해 결로 방지 가스 이송 유로(206)가 가속 가스 이송 유로(207)에서 분기된다. 그리고, 결로 방지 가스 이송 유로(206)는 토출구(207a)에 도달하기 전에 가속 가스 이송 유로(207)와 다시 합류한다.
상기 드라이아이스 노즐(1)은, 상기 액체 이산화탄소 주입부(3)에 접속되어 상기 액체 이산화탄소 주입부(3)를 통하여 주입된 액체 이산화탄소를 전단을 통해 배출시킴으로써 액체 이산화탄소를 단열팽창시켜, 미세한 드라이아이스 결정들을 생성하는 제1 노즐부(104)와, 상기 제1 노즐부(104)의 전단을 수용하도록 배치되며, 상기 드라이아이스 결정들이 성장 및 응집되어 드라이아이스 응집 입자들이 형성되는 제2 노즐부(105)를 포함한다.
상기 제1 노즐부(104)는 예컨대 중공 니들 구조로 이루어질 수 있다. 상기 제2 노즐부(105)는 상기 제1 노즐부(104)의 전단을 수용하도록 상기 제1 노즐부(104)의 전단 직경보다 큰 직경을 갖는 튜브 구조로 형성될 수 있다. 상기 제1 노즐부(104)와 상기 액체 이산화탄소 주입부(3) 사이의 접속을 위해 액체 이산화탄소 이송관이 제공될 수 있다. 액체 이산화탄소가 제1 노즐부(104)의 전단을 통해 더 넓은 내경을 갖는 제2 노즐부(105) 내로 배출되며, 이에 의해, 액체 이산화탄소가 단열팽창되어 미세한 드라이아이스 결정들이 생성된다. 생성된 드라이아이스 결정들은 상기 제2 노즐부(105)를 통해 전방으로 진행되면서 충분한 크기 및 밀도를 갖는 드라이아이스 응집 입자들로 만들어지며, 이 드라이아이스 응집 입자들은 상기 제2 노즐부(105)의 전단에 형성된 배출구를 통해 배출된다.
여기에서, 배출구를 통해 배출되는 드라이아이스 응집 입자들이 -78 ℃의 초저온 상태이므로, 노즐 하우징(200)의 토출구(207a) 주변 내벽면(209)에 바로 접촉할 경우, 상기 내벽면 및 그것의 외면과 및 드라이아이스 노즐 장치(100)의 전단 부근에 결로 및 물발울이 생기는 심각한 상황이 발생될 수 있다. 이에 대처하기 위해, 본 실시예에 따른 드라이아이스 노즐 장치(100)는 노즐 하우징(200)에 형성되는 가속 가스 이송 유로(207a)를 흐르는 가속 가스가 토출되는 드라이아이스 응집 입자들의 방향 및 토출 각도를 변화시켜 그 드라이아이스 응집 입자들이 노즐 하우징(200)의 내벽면에 바로 접촉하는 것을 억제하도록 구성된다. 이는 가속 가스 이송 유로(7)을 통하여 흐르는 가속 가스로 드라이아이스 응집 입자들을 노즐 하우징(200)의 내벽면에 최대한 접촉되지 않도록 하는 것에 의해 구현되는데, 본 실시예에서는, 드라이아이스 노즐(100)의 배출구 방향과 직각을 이루는 방향으로 가속 가스 이송 유로(207)의 토출구(207a)가 형성됨으로써 구현될 수 있다.
상기 노즐 하우징(200)은 상기 드라이아이스 노즐(100)의 둘레에 후방의 가속 가스 주입구(202)와 접속되는 가속 가스 이송 유로(207)를 형성한다. 이때, 상기 가속 가스 이송 유로(207)는, 결로가 드라이아이스 노즐(100)의 배출구 부근 내벽면(209)에 생기는 것을 억제하도록, 상기 드라이아이스 노즐(100)의 배출구와 직각으로 교차하는 토출구(207a)를 포함한다. 상기 토출구(207a)로 토출되는 가속 가스에 의해 상기 배출구와 마주하는 노즐 하우징(100)의 내벽면(209)에 결로 형성이 억제된다. 또한, 충분히 성장된 크기의 드라이아이스 응집 입자들이 상기 토출구(207a)를 통해 세정 대상물의 표면에 분사된다.
본 실시예에 따르면, 드라이아이스 노즐(100)로부터 배출된 드라이아이스 응집 입자가 노즐 하우징(200)의 내벽면에 머무르거나 부딪히지 않고, 직각 방향으로 방향성을 가지고 가속되어 토출됨으로써, 노즐 하우징(200)의 온도 저하를 최소화 하여 결로 발생을 방지할 수 있다. 또한, 본 실시예 따르면, 드라이아이스 노즐(100)의 배출구로부터 토출구(207a)에 이르는 거리가 거의 0으로 매우 짧고 토출구(207a) 자체의 길이도 짧게 할 수 있다. 이는 드라이아이스 응집 입자와 이에 의해 초저온으로 냉각되는 저온 가스가 최대한 빨리 외부로 배출되게 해주어, 토출구(207a)의 결로를 방지하는데 기여한다.
한편, 제2 노즐부(105)를 통해 ??78도의 초저온 드라이아이스의 결정들이 성장하면서 전방으로 진행하므로, 제2 노즐부(105)의 표면과 더 나아가 그와 부분에 결로가 발생할 수 있는데, 본 실시예에서는, 제2 노즐부(105)의 표면과 더 나아가 그와 마주하는 부분에 결로가 발생하는 것을 막도록, 상기 제2 노즐부(105)의 둘레에 결로 방지 가스 이송 유로(206)가 형성된다. 결로 방지 가스 이송 유로(206)는 상기 노즐 하우징(200)의 내부 구조물(211)에 형성되는 것으로서, 상기 가속 가스 이송 유로(207)에서 분기되어 상기 제2 노즐부(105)의 둘레를 감싸도록 형성된다. 그리고, 상기 결로 방지 가스 이송 유로(206)는 상기 토출구(207a) 가까이에서 상기 가속 가스 이송 유로(207)와 합류한다.
도 2는 본 발명의 다른 실시예에 따른 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치를 보여준다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치는, 앞선 실시예와 마찬가지로, 액체 이산화탄소를 단열팽창시켜 드라이아이스 결정들을 형성하는 제1 노즐부(104)와 드라이아이스 결정들이 성장 및 응집되어 드라이아이스 응집 입자들이 만들어지는 제2 노즐부(105)를 포함하는 드라이아이스 노즐(100)과, 상기 드라이아이스 노즐(100)의 둘레에 가속 가스 이송 유로(207)를 형성하는 노즐 하우징(200)을 포함한다. 또한, 앞선 실시예와 마찬가지로, 상기 노즐 하우징(200)은 상기 가속 가스 이송 유로(207)에서 분기되어 상기 제2 노즐부(105)의 둘레를 감싸는 결로 방지 가스 이송 유로(206)를 내부에 더 포함하며, 이 결로 방지 가스 이송 유로(206)는 상기 노즐 하우징(20)에 형성된 내부 구조물(211)에 의해 형성된다.
앞선 실시예의 경우, 드라이아이스 노즐(100)의 배출구와 마주하는 노즐 하우징(200)의 말단 내벽면(209) 및 토출구(207a)가 가속 가스 이송 유로(2078)의 끝에서 드라이아이스 노즐(100)의 드라이아이스 배출 방향, 즉, 드라이아이스 노즐(100)의 연장 방향과 직각을 이루도록 형성된 것과 달리, 본 실시예에 있어서는, 드라이아이스 노즐(100)의 배출구와 마주하는 노즐 하우징(200)의 말단 내벽면(209) 및 토출구(207a)가 가속 가스 이송 유로(207)의 끝에서 드라이아이스 노즐(100)의 드라이아이스 배출 방향, 즉, 드라이아이스 노즐(100)의 연장 방향과 소정의 경사진 각도로 교차하도록 형성된다. 이때, 토출구(207a)가 드라이아이스 노즐(100)의 연장선(또는, 연장방향)과 교차하는 각도는 둔각, 바람직하게는, 대략 130도 내지 140도, 가장 바람직하게는 135도인 것이 바람직하다.
또한, 결로 방지 가스 이송 유로(26)는 앞선 실시예와 마찬가지로 토출구(207a) 부근에서 가속 가스 이송 유로(207)와 합류한다.
도 1 및 도 2에 나타낸 실시예에 따르면, 가스 가속 이송 유로(207)의 토출구(207a) 방향이 드라이아이스 노즐(100)의 드라이아이스 배출 방향 또는 드라이아이스 노즐(100)의 연장 방향과 직각 또는 임의의 둔각(예컨대, 135도)으로 교차하여, 토출구(207a) 주변 내벽면(209)에서의 결로 현상을 막을 수 있고, 또한, 가속 가스 이송 유로(207)로에서 분기된 결로 방지 가스 이송 유로(206)가 드라이아이스 노즐(100)의 제2 노즐부(105) 둘레를 둘러싸서 제2 노즐부(105) 주변에 결로 현상을 막을 수 있으며, 특히, 결로 방지 가스 이송 유로(106)가 가속 가스 이송 유로(207)에서 분기된 후 토출구(207a) 부근에서 합류되는 구성에 의해 가속 가스 이송 유로(207)의 단면 크기가 결로 방지 가스 이송 유로(206)의 단면 크기가 제외된 만큼 감소되어, 충분한 가속 효과를 얻을 수 있으며, 따라서, 드라아이스 응집 입자들을 충분한 충격력을 갖도록 하여 분사할 수 있다.
도 3a 도 3b와 도 4a 도 4b는 본 발명의 다른 변형 실시예들을 나타낸다.
도 3a 및 도 3b와 도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치는, 일반적인 충격력으로 세정해도 무방할 경우에 적용될 수 있는 것으로, 결로 방지 가스 이송 유로를 겸하는 타원형(도 3a 및 도 3b) 또는 원형(도 4a 및 도 4b) 단면의 가속 가스 이송 유로(207)를 포함한다. 가속 가스 이송 유로(207)는, 결로가 드라이아이스 노즐(100)의 배출구 부근 내벽면(109)에 생기는 것을 억제하도록, 상기 드라이아이스 노즐(100)의 배출구와 소정의 각도로 교차하는 토출구(207a)를 포함한다. 상기 토출구(207a)로 토출되는 가속 가스에 의해 상기 배출구와 마주하는 노즐 하우징(200)의 내벽면(209)에 결로 형성이 억제된다. 또한, 충분히 성장된 크기의 드라이아이스 응집 입자들이 상기 토출구(207a)를 통해 세정 대상물의 표면에 분사된다.
도 3a 및 도 4a에 나타낸 실시예들은 토출구(207a)가 드라이아이스 노즐(100)의 응집 입자 배출 방향과 직각인 경우를 나타내고, 도 3b 및 도 4b에 나타낸 실시에들은 토출구(207a)가 드라이아이스 노즐(100)의 응집 입자 배출 방향과 둔각을 이루는 겻우를를 나타낸다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치는, 도 1에 나타낸 실시예와 마찬가지로, 액체 이산화탄소를 단열팽창시켜 드라이아이스 결정들을 형성하는 제1 노즐부(104)와 드라이아이스 결정들이 성장 및 응집되어 드라이아이스 응집 입자들이 만들어지는 제2 노즐부(105)를 포함하는 드라이아이스 노즐(100)과, 상기 드라이아이스 노즐(100)의 둘레에 가속 가스 이송 유로(7)를 형성하는 노즐 하우징(200)을 포함한다. 또한, 상기 노즐 하우징(200)은 상기 가속 가스 이송 유로(207)에서 분기되어 상기 제2 노즐부(105)의 둘레를 감싸는 결로 방지 가스 이송 유로(206)를 내부에 더 포함하며, 이 결로 방지 가스 이송 유로(206)는 상기 노즐 하우징(200)에 형성된 내부 구조물(211)에 의해 형성된다.
또한, 상기 드라이아이스 노즐(100)의 배출구와 마주하는 노즐 하우징(200)의 말단 내벽면(209) 및 토출구(270a)는 가속 가스 이송 유로(207)의 끝에 드라이아이스 노즐(100)의 드라이아이스 배출 방향, 즉, 드라이아이스 노즐(100)의 연장 방향과 직각을 이루도록 형성된다.
이에 더하여, 본 실시예의 노즐 하우징(200)은, 깊은 홈 또는 구멍 내부의 벽면 또는 내부 부품 모두를 세정하기 위하여, 드라이아이스 응집 입자들의 배출 방향과 직각으로 교차하는 방향으로 형성된 토출구를 드라이아이스 노즐(100)의 중심축선에 대하여 회전시키면서 드라이아이스 응집 입자들을 분사할 수 있도록 구성된다. 본 실시예에서는, 수동 조작에 의해 회전이 이루어지지만, 회전 동력 전달기구 및 모터의 추가함으로써 자동 조작에 의한 회전도 고려될 수 있다.
이를 위해, 상기 노즐 하우징(200)이 전술한 드라이아이스 노즐(100)의 둘레에 가속 가스 이송 유로(207) 및 결로 방지 가스 이송 유로(206)를 형성하도록 구성되되, 상기 노즐 하우징(200)은 가속 가스 주입구(202) 및 액채 이산화탄소 주입구(203)가 형성되고 드라이아이스 노즐(100)의 후방부 둘레를 둘러싸는 노즐 하우징 바디부(210)와, 베어링(220)에 의해 상기 노즐 하우징 바디부(210)에 회전 가능하게 결합되며, 드라이아이스 노즐(100)의 연장 방향과 직교하는 토출구(207a)가 형성된 노즐 하우징 헤드부(240)를 포함한다. 노즐 하우징 헤드부(240)를 회전시킴으로써, 제품의 홀 또는 홈 내부에 대한 드라이아이스 응집 입자의 분사 방향을 변화시키면서 드라이아이스 응집 입자를 분사하는 것이 가능하다. 또한, 노즐 하우징 바디부(210)와 노즐 하우징 헤드부(240) 사이에는 노즐 하우징 헤드부(240)의 회전을 허용하면서 노즐 하우징 헤드부(240)와 노즐 하우징 바디부(210) 사이로 가속 가스의 누설을 막는 씰링(230)이 설치된다.
본 실시예의 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치는, 토출구(207a)가 형성된 노즐 하우징 헤드부(200b)만 클리닝 하고자 하는 부위에 투입하고 분사하면서 회전시킴으로써, 장치 전체를 회전 시키지 않고, 홀 또는 홈 전체에 대한 세정이 가능하다.
드라이아이스 노즐(100)의 바람직한 한 예를 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 도 6에 도시된 드라이아이스 노즐은 전술한 드라이아이스 노즐 장치에 적용 가능한 것이다.
드라이아이스 노즐(100)은 액체 이산화탄소(CO2)가 이송되는 이송관(110)과, 상기 이송관(110)의 내부 중간에서 상기 이송관(110)의 전단을 지나 밖으로 연장되며, 액체 이산화탄소를 단열팽창시키면서 분사하여 드라이아이스 결정을 생성하는 중공 니들 구조의 제1 노즐부(1044)와, 상기 제1 노즐부(104)의 외주와 상기 이송관(110)의 내주 사이의 틈을 막는 막음부(130)와, 상기 제1 노즐부(104)의 전단을 수용하며 전단에는 성장 및 응집된 드라이아이스 응집입자들이 배출되는 배출구가 형성된 제2 노즐부(105)를 포함한다. 제2 노즐부(105)는 드라이아이스 결정들이 성장 및 응집되어 드라이아이스 응집 입자들이 형성되는 내부 노즐 튜브(140)와, 상기 내부 노즐 튜브(140)를 통과하면서 형성된 드라이아이스 응집 입자들을 외부로 토출하는 외부 노즐 튜브(150)를 포함할 수 있다.
상기 이송관(110)은 전술한 액체 이산화탄소 주입부(203; 도 1 내지 도 5와 참조)와 접속되는 것으로서, 일정한 내경과 일정한 외경을 갖는다. 상기 이송관(110)은 유연성을 갖는 재료로 형성될 수 있다.
상기 제1 노즐부(104)는 상기 이송관(110)의 내경보다 작은 외경을 갖도록 구성된다. 또한, 상기 제1 노즐부(104)는 양단이 개방된 200 ㎛ 미만의 내경의 중공을 갖는다. 상기 제1 노즐부(104)의 후단은 상기 이송관(110) 내의 중간에 위치하고 상기 제1 노즐부(104)의 전단은 상기 이송관(110)의 전단을 지나 외부에 위치한다. 상기 제1 노즐부(104)는 상기 이송관(110)을 통해 소정 이상 압력 이상의 압력으로 이송된 액체 이산화탄소를 외부로 배출하며, 상기 제1 노즐부(104)의 전단을 통해 배출된 액체 이산화탄소는 단열팽창하여 드라이아이스 결정 또는 시드(seed)들을 생성한다. 상기 제1 노즐부(104)는 금속, 더 바람직하게는, SUS 스틸 재료로 형성된다. 또한, 상기 제1 노즐부(104)의 전단에는 액체 이산화탄소 또는 액체 이산화탄소의 단열팽창에 의해 생성되는 드라이아이스 결정을 제2 노즐부(105)의 내벽면, 더 구체적으로는, 상기 내부 노즐 튜브(140)의 내벽면에 충돌시키는 방향으로 유도하는 경사면(122)이 형성된다.
상기 막음부(130)는 상기 제1 노즐부(104)의 외주면과 상기 이송관(110)의 내주 사이의 틈을 막도록 설치된다. 본 실시예에서, 상기 막음부(130)는 상기 제1 노즐부(104)의 외주에 꼭 맞게 삽입되는 점탄성 재질의 튜브, 바람직하게는, 우레탄 튜브로 이루어진다. 상기 우레탄 튜브를 상기 제1 노즐부(104)의 외주면에 끼워 결합한 상태에서 예컨대 에폭시와 같은 본딩재료(131)로 우레탄 튜브를 상기 제1 노즐부(104)의 외주면에 결합하여 전술한 막음부(130)가 형성될 수 있다.
제2 노즐부(105)는 위에서 언급한 바와 같이 내부 노즐 튜브(140)와 외부 노즐 튜브(150)로 이루어지는 것이 바람직하다. 하지만 하나의 일체형 노즐 튜브로 이루어진 제2 노즐부(105))가 이하 설명되는 내부 노즐 튜브의 기능과 외부 노즐 튜브의 기능을 모두 하는 구성도 고려될 수 있다.
본 실시예에서, 상기 내부 노즐 튜브(140)는 외부 노즐 튜브(150)를 액체 이산화탄소 및 그로부터 생성된 드라이아이스 결정으로부터 보호하는 역할을 함과 동시에, 생성 후 전방으로 진행하는 드라이아이스 결정들의 성장을 촉진시키는 성장 튜브로서 역할을 한다. 드라이아이스 결정들의 뭉침 및 성장을 촉진하기 위해 그리고 외부 노즐 튜브(150)를 보호하기 위해, 상기 내부 노즐 튜브(140)는 금속 또는 세라믹 재료로 형성된다. 바람직하게는, 상기 내부 노즐 튜브(140)가 SUS 스틸 재료로 형성될 수 있다. 상기 제1 노즐부(104)의 전단, 더 구체적으로는, 경사면(122)을 갖는 전단은 상기 내부 노즐 튜브(140)의 중공 내 중간에 위치한다. 제1 노즐부(104)의 전단에서부터 내부 노즐 튜브(140)의 전단에 이르는 거리를 증가시킴으로써 드라이아이스의 성장 및 응집(뭉침)을 촉진시키는데 기여할 수 있다.
상기 외부 노즐 튜브(150)는 상기 내부 노즐 튜브(140)를 구성하는 금속에 비해 열전달계수가 현저히 작은 합성수지, 더 바람직하게는, PEEK(Poly Ether Ether Kelton) 재료로 형성되며, 중간에 상기 내부 노즐 튜브(140)의 전단이 위치하도록 상기 내부 노즐 튜브(140)를 수용한다. 이때, 전술한 제1 노즐부(104)의 후단이 상기 내부 노즐 튜브(140)의 후단 후방으로 나와 있고 내부 노즐 튜브(140)의 후단은 상기 외부 노즐 튜브(150)의 후단 후방으로 나와 있다. 이에 따라, 상기 외부 노즐 튜브(150)의 중공 내부는 상기 내부 노즐 튜브(140)를 수용하는 후방 구간과 상기 내부 노즐 튜브(140)를 수용하지 않는 전방 구간을 포함한다. 그리고, 상기 내부 노즐 튜브(140)는 상기 외부 노즐 튜브(150) 내에 고정된다. 상기 외부 노즐 튜브(150)의 내경은 일정한 것이 바람직하다.
상기 제1 노즐부(104)의 전단을 통해 내부 노즐 튜브(140) 내로 노출되는 액체 이산화탄소는 갑작스러운 유로 단면적 증가 및 압력 감소에 의해 단열팽창하여 승화성 드라이아이스 결정을 형성한다. 특히, 액체 이산화탄소가 제1 노즐부(104)의 전단 경사면(122)에 의해 주로 내부 노즐 튜브(140)의 내벽면 측으로 유도되어 충돌하면서 드라이아이스 결정들을 생성한다. 드라이아이스 결정들이 내부 노즐 튜브(140)를 진행하면서 충분히 성장하고 응집되며, 외부 노즐 튜브(150)에서는 추가의 응집이 더 일어난다. 그리고, 외부 노출 튜브(150)의 전단을 통해 부피와 밀도가 커진 드라이아이스 응집 입자(또는, 뭉치)들이 외부로 토출된다. 외부 노즐 튜브(150)는 일정 압력 이상의 기체가 흐르는 가속 노즐(200)에 의해 둘러싸이므로, 외부 노즐 튜브(150)를 통해 배출된 드라이아이스 응집 입자들은 가속 가스 이송 유로를 흐르는 기체의 압력에 의해 일정 속도 이상으로 가속되어 외부의 세정 대상물을 향해 분사된다.
이에 더하여, 상기 드라이아이스 노즐(100)은 상기 이송관(110)의 전단에서 상기 제1 노즐부(104)의 외주면을 덮도록 형성되어 상기 제1 노즐부(104)를 상기 이송관(110)에 고정하는 제1 본딩부(161)와, 상기 내부 노즐 튜브(140)의 후단에서 상기 내부 노즐 튜브(140)와 상기 제1 노즐부(104) 사이를 고정하는 제2 본딩부(162)를 더 포함한다. 상기 외부 노즐 튜브(150)는 상기 내부 노즐 튜브(140)의 후단이 후방을 통해 외부로 나와 있는 상태로 상기 내부 노즐 튜브(140)를 내부에 수용하도록 배치된다. 또한, 상기 외부 노즐 튜브(150)를 상기 내부 노즐 튜브(140) 및 상기 이송관(110)에 고정하기 위한 고정부(170)가 더 제공된다. 이때 상기 고정부(170)는 상기 제1 본딩부(161) 및 상기 제2 본딩부(162)와 상기 이송관(110)의 전방부 일부와 상기 외부 노즐 튜브(150)의 후방 일부를 덮도록 적용된 제3 본딩부(171)와, 상기 제3 본딩부(171)와 상기 이송관(110)의 전방부 일부 및 상기 외부 노즐 튜브(150)의 후방부 일부를 덮도록 삽입되어, 압입에 의해 형성된 요철 구조에 의해, 상기 이송관(110) 및 상기 외부 노즐 튜브(150)에 맞물려, 상기 이송관(110) 및 상기 외부 노즐 튜브(150)의 이탈을 막는 고정 튜브(172)를 포함한다.
한편, 상기 이송관(110) 내에서 액체 이산화탄소는 상온에서 50 bar 내지 70 bar의 압력으로 유지되고, 상기 이송관의 내경은 500 ㎛ 이상이고, 상기 제1 노즐부(104)의 내경은 200 ㎛ 이하이고, 상기 내부 노즐 튜브(140)는 드라이아이스 결정들이 충돌되고 드라이아이스 결정들이 성장하면서 뭉치도록 금속 튜브로 이루어지며, 이 금속 튜브는 대략 5mm 이상 길이를 갖는 것이 바람직하다.
100: 드라이아이스 노즐 104: 제1 노즐부
105: 제2 노즐부 200: 노즐 하우징
206: 결로 방지 가스 이송 유로 207: 가속 가스 이송 유로
207a: 토출구

Claims (8)

  1. 액체 이산화탄소를 단열팽창시켜 드라이아이스 결정들을 형성하는 제1 노즐부와 드라이아이스 결정들이 성장 및 응집되어 드라이아이스 응집 입자들이 만들어지는 제2 노즐부를 포함하는 드라이아이스 노즐; 및
    상기 드라이아이스 노즐의 둘레에 가속 가스 이송 유로를 형성하는 노즐 하우징을 포함하며,
    상기 가속 가스 이송 유로는 상기 드라이아이스 노즐의 배출구와 소정의 각도로 교차하는 방향으로 형성된 토출구를 포함하며,
    상기 토출구로 흐르는 가속 가스에 의해 상기 배출구와 마주하는 노즐 하우징의 내외 벽면에 결로 형성이 억제되는 것을 특징으로 하는 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 하우징은 내부 구조물을 더 포함하고,
    상기 내부 구조물에 의해 상기 가속 가스 이송 유로에서 분기되어 상기 제2 노즐부 둘레를 감싸는 결로 방지 가스 이송 유로가 형성되며,
    상기 결로 방지 가스 이송 유로는 상기 토출구 가까이에서 합류하는 것을 특징으로 하는 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 토출구는 상기 드라이아이스 노즐의 드라이아이스 배출 방향과 직각으로 교차하는 것을 특징으로 하는 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 토출구는 상기 드라이아이스 노즐의 드라이아이스 배출 방향과 둔각의 각도로 교차하는 것을 특징으로 하는 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 노즐 하우징은,
    가속 가스 주입구 및 액채 이산화탄소 주입구가 형성되고 상기 드라아이스 노즐의 후방부 둘레를 둘러싸는 노즐 하우징 바디부와,
    베어링에 의해 상기 노즐 하우징 바디부에 회전 가능하게 결합되며, 상기 드라이아이스 노즐의 연장 방향과 직교 또는 둔각으로 교차하는 토출구가 형성된 노즐 하우징 헤드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 드라이아이스 노즐은,
    상기 노즐 하우징의 액체 이산화탄소 주입구와 연결되어 액체 이산화탄소 이송하는 이송관을 더 포함하고,
    상기 제1 노즐부는 상기 이송관의 내부 중간에서 상기 이송관의 전단을 지나 밖으로 연장되며,
    막음부가 상기 제1 노즐부의 외주와 상기 이송관의 내주 사이의 틈을 막는 것을 특징으로 하는 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 노즐부는,
    상기 제1 노즐부의 전단을 수용하도록 배치되며, 드라이아이스 결정들이 성장 및 응집되어 드라이아이스 응집 입자들이 형성되는 내부 노즐 튜브와,
    상기 내부 노즐 튜브를 통과하면서 형성된 드라이아이스 응집 입자들을 상기 토출구로 배출하는 외부 노즐 튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치.
  8. 액체 이산화탄소를 단열팽창시켜 드라이아이스 결정들을 형성하는 제1 노즐부와 드라이아이스 결정들이 성장 및 응집되어 드라이아이스 응집 입자들이 만들어지는 제2 노즐부를 포함하는 드라이아이스 노즐; 및
    상기 드라이아이스 노즐의 둘레에 가속 가스 이송 유로를 형성하는 노즐 하우징을 포함하며,
    상기 노즐 하우징은,
    가속 가스 주입구 및 액채 이산화탄소 주입구가 형성되고 상기 드라아이스 노즐의 후방부 둘레를 둘러싸는 노즐 하우징 바디부와,
    베어링에 의해 상기 노즐 하우징 바디부에 회전 가능하게 결합되고 토출구가 형성된 노즐 하우징 헤드부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고충격 드라이아이스 스프레이 노즐 장치.

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