KR20240003122A

KR20240003122A - 다중물질 혼합분사를 위한 노즐

Info

Publication number: KR20240003122A
Application number: KR1020220080220A
Authority: KR
Inventors: 김남진; 강명보; 김민균; 고민혁
Original assignee: 제주대학교 산학협력단
Priority date: 2022-06-30
Filing date: 2022-06-30
Publication date: 2024-01-08

Abstract

본 발명의 일실시예에 따른 적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐은,
제1유체가 주입되는 제1유입구, 제2유체가 주입되는 제2유입구, 및 내부에 중공을 포함하며, 하단부는 개방되어 있도록 형성된 노즐 바디 유닛;
상기 노즐 바디 유닛의 내부에 결합되고, 상기 제1 유입구와 연결되어 내부에 제1유체가 이동하는 제1유로를 형성하고 외부측면은 상기 노즐 바디 유닛의 중공과 함께 제2 유체가 이동하는 제2유로의 상부 유로를 형성하며 하단부에는 제1유체의 내부 분사구를 포함하고 및 상기 상부 유로로부터 제2유체가 유입되는 하나 이상의 홀을 포함하는 중간 유닛;
상기 노즐 바디 유닛의 하부 및 상기 중간 유닛의 하부에 결합되고, 상기 중간 유닛의 단부의 내부 분사구로부터 분사된 제1유체와 상기 홀로부터 유입된 제2 유체가 혼합되고 상기 혼합 유체를 분사하는, 혼합 분사 유닛을 포함할 수 있다.
이러한 구성에 따르면 노즐의 조립 분해가 용이하고 세척이 용이하며, 다수의 유체를 혼합하여도 균일한 혼합 분사를 수행할 수 있으며, 다양한 유형의 유체들 간의 혼합 분사가 가능하여 적용성이 높다.

Description

다중물질 혼합분사를 위한 노즐 {Nozzle for mixing and dispensing multiple substances}

본 발명은 2 이상의 물질을 혼합하여 분사하기 위한 노즐에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 3개 이상의 탈착가능한 부품을 결합하여 형성됨으로서 조립 분해가 단순하고 노즐 내부를 쉽게 세척가능하여 적용성이 다양한 혼합 분사 노즐에 관한 것이다.

2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 노즐은 다양한 반도체 공정뿐 아니라 기타 전자 및 화학 장치의 제조시에도 다양하게 적용되고 있다. 그러나, 통상적으로는 유체가 외부로 도포 직후 혼합 되거나 두 종류의 유체를 동시에 분사하는 경우가 많으며, 하나의 노즐에서 2 이상의 유체를 완전히 혼합 후 유체를 분사하는 경우에는 노즐 내부의 구조가 복잡하여 내부를 완전하고 용이하게 세척하기 어렵다는 단점이 있다. 뿐만 아니라, 나노유체와 유체, 모래와 같은 입자와 접착 유체 등과 같이 고체입자 유체, 액체 유체, 기체 유체와 같은 다양한 유체 종류 간의 균일한 혼합과 분사를 가능하게 할 수 있는 장치가 충분히 개발되어 있지 않다.

이와 관련하여 미국특허공개공보 제2004-0235308호는 효율적으로 질소가스를 처리액과 섞어 처리액의 액적을 생성하는 기판 처리 장치에 제공된 이중 유동성 노즐의 구성을 개시하고 있다. 구체적으로 이중 유동성 노즐은 외부 혼합형으로서, 케이스 외부의 개방된 공간에서 처리액과 가스를 충돌시켜 처리액의 액적을 생성하며, 공통 중심축을 붕심으로 내부실린더와 그 내부 실린더 주위에 끼워지고 케이싱 역할을 하는 외부 실린더를 포함하고, 내통의 내부는 액체공급 구멍이 되고 내부 실린더와 외부 실린더 사이의 중심축 주위에는 가스 공급 구멍으로서 기능하는 환형의 공간이 형성되도록 구성되어 있어 액체 배출구로부터 배출된 탈이온수는 직선으로 흐르고 가스배출구로부터 환상형으로 배출된 질소 가스가 케이싱 외부 즉, 외부 실린더의 외부인 수렴점에서 질소가스와 탈이온수가 충돌하여 혼합되고 탈 이온수 방울의 제트류를 발생시킬 수 있도록 구성되어 있다. 이러한 구성에서는 다양한 유체 간의 균일한 혼합은 가능하나 여전히 혼합이 노즐 외부에서 이루어져 외부 조건의 영향을 받기 쉽고 내부 혼합이 이루어지기 어렵다.

또한, 한국특허 제1091088호는 노즐을 통해 분사되는 약액 액체에 세정기체를 분사하여 1차 충돌 및 2차 충돌을 일으키게 함으로서 분사되는 액체 입자의 크기를 미세하게 하고 조절할 수 있고 약액의 분사 속도를 조절할 수 있는 기술을 개시하고 있으나, 이러한 기술은 노즐 내부에서의 혼합이 충분히 이루어지지 않으며, 노즐의 내부를 용이하게 세척하기 어렵다는 문제점이 여전히 존재한다.

미국특허공개공보 제2004-0235308호 한국특허 제1091088호

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 조립 분해가 단순하고 노즐 내부를 쉽게 세척가능한 내부 혼합 분사 노즐을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또다른 기술적 과제는 액체와 고체 미립자, 액체와 기체 등의 다양한 유체 유형 간의 균일한 혼합에 적용할 수 있는 내부 혼합 분사 노즐을 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 적어도 2이상의 유체를 내부에서 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐은:

제1유체가 주입되는 제1유입구, 제2유체가 주입되는 제2유입구, 및 내부에 중공을 포함하며, 하단부는 개방되어 있도록 형성된 노즐 바디 유닛;

상기 노즐 바디 유닛의 내부에 결합되고, 상기 제1 유입구와 연결되어 내부에 제1유체가 이동하는 제1유로를 형성하고 외부측면은 상기 노즐 바디 유닛의 중공과 함께 제2 유체가 이동하는 제2유로의 상부 유로를 형성하며 하단부에는 제1유체의 내부 분사구를 포함하고 및 상기 상부 유로로부터 제2유체가 유입되는 하나 이상의 홀을 포함하는 중간 유닛;

상기 노즐 바디 유닛의 하부 및 상기 중간 유닛의 하부에 결합되고, 상기 중간 유닛의 단부의 내부 분사구로부터 분사된 제1유체와 상기 홀로부터 유입된 제2 유체가 혼합되고 상기 혼합 유체를 분사하는, 혼합 분사 유닛을 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 제1유입구는 상기 노즐 바디 유닛의 상단부에 형성되고, 상기 제2유입구는 상기 노즐 바디 유닛의 측면에 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 중간 유닛은, 그 상단부가 상기 제1 유입구와 연결되어 내부에 제1유체가 이동하는 제1유로를 형성하고 외부측면은 상기 노즐 바디 유닛의 중공과 함께 제2 유체가 이동하는 제2유로의 상부 유로를 형성하며 하단부에는 제1유체의 내부 분사구를 포함하는 코어부, 및 상기 코어부 외부 측면에서 방사상으로 연장되도록 형성되고 상기 상부유로로부터 제2유체가 유입되는 하나 이상의 홀을 포함하는 연장부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 혼합 분사 유닛은, 상기 중간 유닛의 코어부 단부로부터 분사된 제1유체와 상기 홀로부터 유입된 제2 유체가 혼합되는 혼합 영역, 및 상기 혼합영역으로부터 수신된 혼합 유체를 분사하는 외부 분사구를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 노즐 바디 유닛, 중간 유닛, 및 혼합 분사 유닛은 서로 탈착가능하게 결합될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 중간 유닛은 상기 노즐 바디 유닛과 결합하기 위해 내향하는 암 요철부를 포함하고, 기 중간 유닛을 상기 노즐 바디 유닛과 결합시, 상기 암 요철부에 오링 또는 고무패킹이 삽입되어 상기 중간 유닛을 상기 노즐 바디 유닛에 밀착 결합시킬 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 코어부는 하부로 갈수록 제1유로에 수직인 반경이 좁아지도록 형성된 실린더 형태로 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 코어부는 제1유로에 수직인 반경이 상이한 2단계 이상의 유로 구간들을 포함하며, 상기 유로 구간들은 하부로 갈수록 상기 제1유로에 수직인 반경이 작아질 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 연장부는, 상기 코어부의 측면에서 방사상으로 연장되고 상기 제2상부 유로로부터 제2 유체가 유입되는 하나 이상의 홀을 포함하는 제1 연장부, 및 상기 제1연장부의 외측 단부에서 상기 제1연장부에 수직이 되도록 연장되며 상기 노즐 바디 유닛 및 상기 혼합 분사 유닛과 결합되는 제2 연장부를 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 혼합 분사 유닛은 상기 중간 유닛의 연장부와 함께 상기 홀로부터 유입된 제2유체의 하부 유로를 형성하며, 상기 하부 유로는, 상기 홀 아래에 위치된 상기 하부 유로의 상부에는 와류가 발생되고 상기 하부 유로의 하단부는 상기 혼합 영역에 연결되도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 혼합 분사 유닛은 그 상부 중심에 개방된 역 원뿔형 공간을 포함하고, 상기 코어부의 하부는 상기 혼합 분사 유닛의 역 원뿔형 공간보다 같은 높이에서 반경이 더 작은 역 원뿔형으로 형성되며, 상기 혼합 분사 유닛의 역 원뿔형 공간에 상기 코어부의 역 원뿔형 하부가 미리정해진 간격을 두고 결합되며, 상기 혼합 분사 유닛의 역 원뿔형 공간의 하부에 상기 혼합 영역이 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 혼합 영역은 하단부로 갈수록 상기 제1유로에 수직인 반경이 작아지도록 형성되고, 상기 혼합 영역에서 상기 외부 분사구까지는 미리정해진 길이의 혼합 유로가 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 노즐 바디 유닛의 하부 외측면에는 수 요철부가 형성되며, 상기 혼합 분사 유닛의 외벽 내측에는 암 요철부가 형성되고, 상기 노즐 바디 유닛과 상기 혼합 분사 유닛의 결합시 상기 수 요철부와 암 요철부가 체결될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 혼합 분사 유닛은, 상기 혼합 영역의 하단부에 연결되고 상기 제2유체의 유로에 수직인 반경에 관하여 상기 혼합 영역의 하단부보다 더 크도록 형성된 제2 혼합 영역, 및 상기 제2 혼합 영역에 연결되는 복수의 외부 분사구를 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예의 다중 혼합 분사 노즐에 따르면, 2 이상의 상기 혼합 분사 노즐을 결합하여 3개 이상의 유체를 혼합하여 분사할 수 있도록 형성되고, 상기 둘 이상의 혼합 분사 노즐 중 제1 혼합 분사 노즐의 외부 분사구가 상기 둘 이상의 혼합 분사 노즐 중 제2 혼합 분사 노즐의 코어부의 제1유로의 상부 내벽에 체결될 수 있도록 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 혼합 분사 노즐 및 다중 혼합 분사 노즐 중 적어도 하나 이상이 장착된 다중 물질 혼합 분사 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 혼합 분사 노즐을 복수의 탈착가능하도록 구성된 유닛들의 결합하여 형성하도록 하여 조립 분해가 단순하고 노즐 내부를 저비용으로 효율적으로 세척할 수 있는 내부 혼합 분사 노즐을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 혼합 분사 노즐 내에 와류를 형성하도록 구성하여 노즐 내부에 형성되는 복수의 유체들의 혼합영역에서 물리적인 혼합력을 증가시킴으로서 액체와 고체 미립자, 액체와 기체 등의 다양한 유체 유형 간에도 균일한 혼합시킬 수 있도록 적용할 수 있는 내부 혼합 분사 노즐을 제공할 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 2이상의 유체를 내부에서 혼합하여 분사할 수 있는 혼합 분사 노즐의 내부 단면 구조의 투시도를 도시한다.
도 2a는 도 1의 본 발명의 일실시예에 따른 혼합 분사 노즐을 구성하는 유닛들의 분해도를 도시한다.
도 2b는 도 1의 본 발명의 일실시예에 따른 혼합 분사 노즐의 외부 정면도를 도시한다.
도 2c는 도 1의 본 발명의 일실시예 따른 혼합 분사 노즐을 D-D 방향으로 절개한 단면도로서 제1 유체와 제2유체 각각의 이동 경로와 혼합 경로 및 혼합된 유체의 분사 경로를 나타내는 단면도를 도시한다.
도 2d는 도 1의 본 발명의 일실시예에 따른 혼합 분사 노즐에 있어서, 혼합 영역을 확대 도시한 단면 투시도를 도시한다.
도 2e는 도 1의 본 발명의 일실시예에 따른 혼합 분사 노즐에 있어서 와류가 발생하는 영역과 유체들이 혼합하는 영역을 나타내는 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2 이상의 유체를 내부에서 혼합하여 분사할 수 있는 혼합 분사 노즐의 내부 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2 이상의 유체를 내부에서 혼합하여 분사할 수 있는 혼합 분사 노즐의 내부 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 분사 노즐을 복수로 결합하여 3 이상의 유체를 내부에서 혼합하여 분사할 수 있는 다중 혼합 분사 노즐의 결합 전과 후를 나타내는 내부 단면도를 도시한다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명의 일 실시예를 도면을 참조하여 이하에서 설명한다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른, 2이상의 유체를 내부에서 혼합하여 분사할 수 있는 혼합 분사 노즐(100)의 내부 단면 구조의 투시도를 도시한다. 도 1에서, 상기 혼합 분사 노즐(100)은 노즐 바디 유닛(110), 중간 유닛(120), 및 혼합 분사 유닛(130)을 포함할 수 있다. 상기 노즐 바디 유닛(110), 중간 유닛(120), 및 혼합 분사 유닛(130)은 서로 탈착가능하게 결합될 수 있다. 상기 유체는 액체, 기체, 또는 복수의 미립자 형태의 고체 중 적어도 하나일 수 있으며, 2이상의 유체는 나노유체와 유체, 모래와 같은 미립자와 접착 유체일 수도 있으나 이제 한정되지는 않는다.

도 2a는 도 1의 본 발명의 일실시예에 따른 혼합 분사 노즐을 구성하는 유닛들의 분해도를 도시한다.

상기 도 2a를 참조하면, 상기 노즐 바디 유닛(110)은 그 내부에 중공이 형성된 메인 바디부(111), 메인 바디부(111)의 최상단부에 형성되는 제1유체가 주입되는 제1유입구(112), 메인 바디부(111)의 측면에 형성되는 제2유체가 주입되는 제2유입구(113)를 포함하며, 하단부가 개방되어 있도록 형성된 실린더 형태로 이루어질 수 있다. 상기 노즐 바디 유닛(110)은 혼합 분사 유닛(130)과 결합하기 위해 외향하는 하나 이상의 돌출부(114)를 포함할 수 있다. 상기 하나 이상의 결합부(114)는 수 요철 형태, 암 요철 형태, 또는 나사 형태의 요철을 포함할 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

상기 중간 유닛(120)은 상기 노즐 바디 유닛(110)의 하단부의 개방부에서 상기 노즐 바디 유닛(110)의 내부로 결합되고, 실린더 형태의 코어부(121), 및 상기 코어부(121)의 외부 측면으로부터 방사상으로 연장되도록 형성되는 연장부(122, 125)를 포함할 수 있다. 상기 코어부(121)는 그 상단부가 상기 제1 유입구(112)와 밀착되어 연결될 수 있으며, 상기 중간 유닛(120)의 내부에 제1유체가 이동하는 제1유로를 형성하고 상기 중간 유닛(120)의 외부 측면은 상기 노즐 바디 유닛(110) 내부의 중공과 함께 제2 유체가 이동하는 제2유로의 상부 유로를 형성할 수 있다. 상기 중간 유닛(120)의 하단부에는 제1유체의 내부 분사구(123)를 포함할 수 있다. 상기 코어부(121)는 하부로 갈수록 제1유로에 수직인 반경이 좁아지도록 형성된 실린더 형태로 형성될 수도 있다. 상기 연장부는 상기 코어부(121)의 외부 측면으로부터 방사상으로 연장되도록 형성되는 제1 연장부(122)와 상기 상기 연장부(122)의 외측 단부에서 상기 연장부(122)에 수직 하방으로 연장되며 상기 노즐 바디 유닛 및 상기 혼합 분사 유닛과 결합되는 제2 연장부(124)를 포함할 수 있다. 상기 제1 연장부(122)는 상기 상부 유로로부터 제2유체가 유입되는 하나 이상의 홀(125)을 포함할 수 있다. 상기 중간 유닛(120)의 코어부(121)는 그 상부 외측에 공간(126)을 형성하도록 암 요철을 포함할 수 있으며, 이 공간(126)은 상기 중간 유닛(120)이 상기 노즐 바디 유닛(110)의 하단부의 개방부에서 상기 노즐 바디 유닛(110)의 내부로 결합시 오링 또는 고무패킹 등의 요소가 삽입되어 상기 노즐 바디 유닛(110)과 중간 유닛(120)이 밀착 결합됨으로서 밀봉부를 형성할 수 있다.

상기 혼합 분사 유닛(130)은 상기 노즐 바디 유닛(110)의 하부 및 상기 중간 유닛(120)의 하부에 결합되고, 상기 중간 유닛(120)의 코어부(121) 단부로부터 분사된 제1유체와 상기 홀(125)로부터 유입된 제2 유체가 혼합되는 혼합 영역(132), 및 상기 혼합영역(132)으로부터 수신된 혼합 유체를 분사하는 분사구(133)를 포함할 수 있다. 상기 혼합 분사 유닛(130)은 상기 중간 유닛(120)의 연장부(122, 125)와 함께 상기 홀(124)로부터 유입된 제2유체의 하부 유로를 형성하며, 상기 하부 유로는, 상기 홀(124) 아래에 위치된 상기 하부 유로의 상부에 와류가 발생되고 상기 하부 유로의 하단부는 상기 혼합 영역(132)에 연결되도록 형성될 수 있다.

상기 혼합 분사 유닛(130)은 그 상부 중심에 개방된 역 원뿔형 공간을 포함하고, 상기 코어부(121)의 하부는 상기 혼합 분사 유닛(130)의 역 원뿔형 공간보다 같은 높이에서 반경이 더 작은 역 원뿔형으로 형성되며, 상기 혼합 분사 유닛(130)의 역 원뿔형 공간에 상기 코어부(121)의 역 원뿔형 하부가 미리정해진 간격을 두고 결합될 수 있으며, 상기 미리정해진 간격은 제2유체의 하부 유로를 형성할 수 있다. 상기 혼합 분사 유닛의 역 원뿔형 공간의 하부에 상기 혼합 영역(132)이 형성될 수 있다. 상기 혼합 영역(132)은 하단부로 갈수록 상기 제1유로에 수직인 반경이 점점 작아지도록 형성되고, 상기 혼합 영역(132)에서 상기 외부 분사구(133)까지는 미리정해진 길이의 혼합 유로가 형성될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 노즐 바디 유닛(110)의 하부 외측면에는 수 요철부(114)가 형성되고 상기 혼합 분사 유닛(130)의 외벽 내측에는 암 요철부(134)가 형성될 수 있으며, 상기 노즐 바디 유닛(110)과 상기 혼합 분사 유닛(130)의 결합시 상기 수 요철부(114)와 암 요철부(134)가 체결될 수 있다.

도 2b는 도 1의 본 발명의 일실시예에 따른 혼합 분사 노즐(100)의 외부 정면도를 도시한다. 외부 상에서는 상기 혼합 분사 노즐(100)의 노즐 바디 유닛(110)과 혼합 분사 유닛(130)이 결합된 형태로 보이며, 상기 노즐 바디 유닛(110)의 외부 측면에는 제2유입구(113)가 형성되어 제2유체가 도입될 수 있다.

도 2c는 도 1의 본 발명의 일실시예 따른 혼합 분사 노즐을 D-D 방향으로 절개한 단면도로서 제1 유체와 제2유체 각각의 이동 경로와 혼합 경로 및 혼합된 유체의 분사 경로를 나타내는 단면도를 도시한다.

상기 혼합 분사 노즐(100)의 전체 높이(a)와 상기 노즐 바디 유닛(110)의 직경(b)와 상기 혼합 분사 유닛(130)의 직경(c)의 비율이 미리정해진 비율로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 비율은 a:b:c =45.95:27:36 로 설정될 수도 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 상기 중간유닛(120)의 연장부(125) 상에 형성되는 홀은 2개 이상의 홀일 수도 있으며, 홀의 개수와 각도 변경을 통해 혼합 영역(132)까지 와류를 발생시킬 수도 있다.

도 2c를 참조하면, 상기 제1유체(A)는 제1유입구(112)로 유입되고 상기 중간 유닛(120)의 코어부(121)의 제1유로를 따라 이동하여 내부 분사구(123)를 통해 혼합 영역(132)으로 분사되어 제2유체와 혼합될 수 있다. 상기 제2유체는 제2유입구(113)로부터 상기 노즐 바디 유닛(110)의 중공과 상기 코어부(121)의 외부 측면이 함께 형성하는 제2유로의 상부 유로로 유입되고, 상기 중간 유닛(120)의 연장부(122, 124)에 형성된 홀(125)을 통과하여 상기 연장부와 상기 혼합 분사 유닛(130)이 함께 형성하는 제2유로의 하부 유로로 이동할 수 있다. 상기 홀(124)의 바로 아래에 위치된 상기 제2유로의 하부 유로 상부는 홀(124)을 통과하여 하방으로 제2유체가 빠른 유속으로 도입되는 바, 외측에서 내측으로 수평이동하는 제2유체의 이동경로에 와류를 발생시킬 수 있다. 이 때 홀(124)의 개수와 각도 변경을 통해서 상기 혼합 영역(132)까지 와류를 발생시키도록 조절할 수 있다. 또한, 상기 혼합 분사 유닛(130)은 혼합 영역(132)의 크기와 형태를 결정하며 분사로 직경 및 분사각의 변경을 통해 외부 분사구(133)에서의 분사 범위를 조절할 수 있다. 본 발명의 일실시예에 따르면, 제2유입구(113)를 통하여 제2유체(B)를 혼합영역(132)까지 와류를 발생시키며 이송할 수 있도록 하여 생성된 와류와 함께 제1유체(A)와 완전히 혼합되도록 형성될 수 있다.

상기 중간 유닛(120)의 코어부(121)는 그 상부 외측에 공간(126)을 형성하도록 암 요철을 포함할 수 있으며, 이 공간(126)은 상기 중간 유닛(120)이 상기 노즐 바디 유닛(110)의 하단부의 개방부에서 상기 노즐 바디 유닛(110)의 내부로 결합시 오링, 또는 고무패킹과 같은 마찰력 높은 이종 물질로 이루어진 씰링요소가 삽입되어 상기 노즐 바디 유닛(110)과 중간 유닛(120)이 밀착 결합됨으로서 제1 밀봉부를 형성할 수 있다. 또한, 중간 유닛(120)이 연장부(122, 124)는 그 상부 외측에 공간(127)을 형성하도록 암 요철을 포함할 수 있으며, 이 공간(127)은 상기 중간 유닛(120)이 상기 노즐 바디 유닛(110)의 내부 측면에 결합시 오링, 또는 고무패킹과 같은 마찰력 높은 이종 물질로 이루어진 씰링요소가 삽입되어 상기 노즐 바디 유닛(110)과 중간 유닛(120)이 밀착 결합되는 데 기여하는 제2밀봉부를 형성할 수 있다. 이러한 구성에 따르면, 상기 중간 유닛(120)은 상기 노즐 바디 유닛(110)과 혼합 분사 유닛(130) 사이에서 두 종류의 유체가 섞이지 않고 오직 혼합 영역(132)에서만 혼합이 되도록 할 수 있다.

도 2d는 도 1의 본 발명의 일실시예에 따른 혼합 분사 노즐에 있어서, 혼합 영역 E를 확대 도시한 단면 투시도를 도시하고, 도 2e는 도 1의 본 발명의 일실시예에 따른 혼합 분사 노즐에 있어서 유체들이 혼합되는 영역 E와 와류가 발생하는 영역 F을 나타내는 단면도를 도시한다.

도 2d 및 2e를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 상기 혼합 분사 유닛(130)은 상기 중간 유닛(120)과 함께 와류 발생 구역(F)과 혼합영역(E)의 형상과 크기를 결정할 수 있으며, 분사되는 직전 물질의 최종 경로를 구성한다. 도 2a, 2d, 및 2e를 참조하면, 상기 코어부(121)는 제1유로에 수직이 되는 반경이 상이한 적어도 2단계 이상의 유로 구간들을 포함할 수 있으며, 상기 유로 구간들은 하부로 갈수록 상기 제1유로에 수직인 반경이 작아지도록 형성될 수 있다. 이러한 구성은 내부 분사구(123)에서 혼합영역(E)로 분출되는 제1유체의 분사력을 높이고 그 분사력에 의해 혼합영역(E)에서 와류가 형성되어 제1유체와 제2유체의 혼합이 보다 원활하게 이루어지도록 할 수 있다. 또한, 내부 분사구(123)에서 제1유체가 강한 분사력으로 분사되어 제2유체의 하부 유로에 다시 와류를 발생시킬 수도 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2 이상의 유체를 내부에서 혼합하여 분사할 수 있는 혼합 분사 노즐의 내부 단면도를 도시한다. 도 3을 참조하면, 상기 혼합 분사 유닛(130)과 상기 중간 유닛(120)의 변경을 통해 혼합 물질의 분사 방식을 설정할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서 상기 혼합 영역(132)의 하단부에 제2 혼합 영역이 추가로 연결되고 상기 제2혼합 영역은 상기 제2유체의 유로에 수직인 반경에 관하여 상기 혼합 영역의 하단부보다 더 크도록 형성될 수도 있다. 또한, 상기 제2 혼합 영역에 복수의 외부 분사구가 방사상으로 연결되어 혼합 유체를 분사할 수 있도록 형성될 수 있다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 2 이상의 유체를 내부에서 혼합하여 분사할 수 있는 혼합 분사 노즐의 내부 단면도를 도시한다. 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 혼합 분사 노즐을 복수로 결합하여 3 이상의 유체를 내부에서 혼합하여 분사할 수 있는 다중 혼합 분사 노즐의 결합 전과 후를 나타내는 내부 단면도를 도시한다.

상기 혼합 분사 노즐은 2 종류의 유체뿐 아니라 혼합하고자 하는 물질의 종류를 추가하여 혼합 분사시킬 수도 있다. 도 4를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따라 2 이상의 혼합 분사 노즐을 결합하여 다중 혼합 분사 노즐을 형성하는 경우, 상대적으로 상부에 위치되는 제1혼합 분사 노즐(400)은 외부 분사구(432)를 좁은 실린더 형태로 구성하여 하부에 위치되는 제2의 혼합 분사 노즐의 코어부 상부 내벽에 체결할 수 있도록 구성할 수 있다.

도 5를 참조하면, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 혼합 분사 노즐은, 2 이상의 혼합 분사 노즐(100, 500)을 결합하여 3개 이상의 유체를 혼합하여 분사할 수 있도록 형성되고, 상기 2 이상의 혼합 분사 노즐(100, 500) 중 제1 혼합 분사 노즐(500)의 외부 분사구가 제2 혼합 분사 노즐(100)의 코어부의 제1유로의 상부 내벽에 체결될 수 있도록 형성될 수 있다. 이와 같은 구성에 따라 2 이상의 혼합 분사 노즐의 결합을 통해 혼합하고자 하는 물질의 종류를 추가하여도 단계별로 균일하게 혼합하여 분사시킬 수 있도록 할 수 있는 동시에 조립 분해가 용이하고 세척이 효율적인 다중 혼합 분사 노즐을 제조할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따른 다중 물질 혼합 분사 장치는, 상기 혼합 분사 노즐 및 상기 다중 혼합 분사 노즐 중 적어도 하나 이상이 장착될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 혼합 분사 노즐
110: 노즐 바디 유닛
111: 노즐 바디 유닛의 메인 바디부
112: 제1 유입구
113: 제2 유입구
114: 결합부
120: 중간 유닛
121: 코어부
122: 제1연장부
123: 내부 분사구
124: 제2연장부
125: 홀
126: 제1밀봉부
127: 제2밀봉부
130: 혼합 분사 유닛
131: 혼합 분사 유닛의 외부 측면
132: 혼합 영역
133: 외부 분사구
134: 암 요철부
135: 돌출부

Claims

제1유체가 주입되는 제1유입구, 제2유체가 주입되는 제2유입구, 및 내부에 중공을 포함하며, 하단부는 개방되어 있도록 형성된 노즐 바디 유닛;
상기 노즐 바디 유닛의 내부에 결합되고, 상기 제1 유입구와 연결되어 내부에 제1유체가 이동하는 제1유로를 형성하고 외부측면은 상기 노즐 바디 유닛의 중공과 함께 제2 유체가 이동하는 제2유로의 상부 유로를 형성하며 하단부에는 제1유체의 내부 분사구를 포함하고 및 상기 상부 유로로부터 제2유체가 유입되는 하나 이상의 홀을 포함하는 중간 유닛;
상기 노즐 바디 유닛의 하부 및 상기 중간 유닛의 하부에 결합되고, 상기 중간 유닛의 단부의 내부 분사구로부터 분사된 제1유체와 상기 홀로부터 유입된 제2 유체가 혼합되고 상기 혼합 유체를 분사하는, 혼합 분사 유닛을 포함하는,
적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐.
제1항에 있어서, 상기 제1유입구는 상기 노즐 바디 유닛의 상단부에 형성되고, 상기 제2유입구는 상기 노즐 바디 유닛의 측면에 형성되는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐.
제2항 있어서, 상기 중간 유닛은,
그 상단부가 상기 제1 유입구와 연결되어 내부에 제1유체가 이동하는 제1유로를 형성하고 외부측면은 상기 노즐 바디 유닛의 중공과 함께 제2 유체가 이동하는 제2유로의 상부 유로를 형성하며 하단부에는 제1유체의 내부 분사구를 포함하는 코어부, 및
상기 코어부 외부 측면에서 방사상으로 연장되도록 형성되고 상기 상부유로로부터 제2유체가 유입되는 하나 이상의 홀을 포함하는 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐.
제3항에 있어서, 상기 혼합 분사 유닛은,
상기 중간 유닛의 코어부 단부로부터 분사된 제1유체와 상기 홀로부터 유입된 제2 유체가 혼합되는 혼합 영역, 및
상기 혼합영역으로부터 수신된 혼합 유체를 분사하는 외부 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐.
제1항에 있어서, 상기 노즐 바디 유닛, 중간 유닛, 및 혼합 분사 유닛은 서로 탈착가능하게 결합되는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐.
제1항에 있어서,
상기 중간 유닛은 상기 노즐 바디 유닛과 결합하기 위해 내향하는 암 요철부를 포함하고,
상기 중간 유닛을 상기 노즐 바디 유닛과 결합시, 상기 암 요철부에 오링 또는 고무패킹이 삽입되어 상기 중간 유닛을 상기 노즐 바디 유닛에 밀착 결합시키는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐.
제1항에 있어서, 상기 코어부는 하부로 갈수록 제1유로에 수직인 반경이 좁아지도록 형성된 실린더 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐.
제1항에 있어서, 상기 코어부는 제1유로에 수직인 반경이 상이한 2단계 이상의 유로 구간들을 포함하며, 상기 유로 구간들은 하부로 갈수록 상기 제1유로에 수직인 반경이 작아지는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐.
제1항에 있어서, 상기 연장부는,
상기 코어부의 측면에서 방사상으로 연장되고 상기 제2상부 유로로부터 제2 유체가 유입되는 하나 이상의 홀을 포함하는 제1 연장부, 및
상기 제1연장부의 외측 단부에서 상기 제1연장부에 수직이 되도록 연장되며 상기 노즐 바디 유닛 및 상기 혼합 분사 유닛과 결합되는 제2 연장부를 포함하는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐.
제 1항에 있어서,
상기 혼합 분사 유닛은 상기 중간 유닛의 연장부와 함께 상기 홀로부터 유입된 제2유체의 하부 유로를 형성하며,
상기 하부 유로는, 상기 홀 아래에 위치된 상기 하부 유로의 상부에는 와류가 발생되고 상기 하부 유로의 하단부는 상기 혼합 영역에 연결되도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐.
제7항에 있어서,
상기 혼합 분사 유닛은 그 상부 중심에 개방된 역 원뿔형 공간을 포함하고, 상기 코어부의 하부는 상기 혼합 분사 유닛의 역 원뿔형 공간보다 같은 높이에서 반경이 더 작은 역 원뿔형으로 형성되며, 상기 혼합 분사 유닛의 역 원뿔형 공간에 상기 코어부의 역 원뿔형 하부가 미리정해진 간격을 두고 결합되며,
상기 혼합 분사 유닛의 역 원뿔형 공간의 하부에 상기 혼합 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐.
제1항에 있어서,
상기 혼합 영역은 하단부로 갈수록 상기 제1유로에 수직인 반경이 작아지도록 형성되고,
상기 혼합 영역에서 상기 외부 분사구까지는 미리정해진 길이의 혼합 유로가 형성되는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐.
제1항에 있어서,
상기 노즐 바디 유닛의 하부 외측면에는 수 요철부가 형성되며,
상기 혼합 분사 유닛의 외벽 내측에는 암 요철부가 형성되고,
상기 노즐 바디 유닛과 상기 혼합 분사 유닛의 결합시 상기 수 요철부와 암 요철부가 체결되는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐.
제4항에 있어서, 상기 혼합 분사 유닛은,
상기 혼합 영역의 하단부에 연결되고 상기 제2유체의 유로에 수직인 반경에 관하여 상기 혼합 영역의 하단부보다 더 크도록 형성된 제2 혼합 영역, 및
상기 제2 혼합 영역에 연결되는 복수의 외부 분사구를 포함하는 것을 특징으로 하는, 적어도 2 이상의 유체를 혼합하여 분사하기 위한 혼합 분사 노즐.
2 이상의 제1항의 혼합 분사 노즐을 결합하여 3개 이상의 유체를 혼합하여 분사할 수 있도록 형성되고,
상기 둘 이상의 제1항의 혼합 분사 노즐 중 제1 혼합 분사 노즐의 외부 분사구가 상기 둘 이상의 제1항의 혼합 분사 노즐 중 제2 혼합 분사 노즐의 코어부의 제1유로의 상부 내벽에 체결될 수 있도록 형성되는 것을 특징으로 하는, 다중 혼합 분사 노즐.
제1항의 혼합 분사 노즐 및 제15항의 다중 혼합 분사 노즐 중 적어도 하나 이상이 장착된 다중 물질 혼합 분사 장치.