KR970001787B1 - 분무 발생기 - Google Patents
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Abstract
내용 없음.
Description
제1도는 동축으로 대향된 노즐을 갖는 실시예를 도시한 도면.
제2도는 상기 실시예의 개략도.
제3도는 제1도와 유사한 제2실시예를 도시한 도면.
제4도는 가스 세정기(gas scrubber)로 사용되는 실시예의 도면.
제5도는 증류에 사용되는 실시예의 도면.
제6도는 복수개의 대향 노즐을 갖는 제1도와 유사한 도면.
제7도는 분기 배치된 것을 개략적으로 도시한 도면.
제8도는 제7도의 A-A선을 따라 절취하여 본 도면.
제9도는 또 다른 실시예의 개략도.
제10도는 또 다른 실시예의 개략도.
제11도는 또 다른 실시예의 개략도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1,2 : 노즐 3,4 : 도관
5,6 : 아암 7 : 분류 가감기(diverter)
8,9 : 피드백 루프(feedback loop) 10,11 : 제어 포트
12 : 커패시턴스 13 : 유체 다이오드(fluidic diode)
14 : 유입구 15 : 배출구
16 : 저수조 17 : 파이프
18 : 펌프 28 : 와동 챔버
본 발명은 분무 발생기에 관한 것이다. 액체 분무가 가스 흐름과 접촉되는 가스 흡수 과정에서, 액체 방울의 분무를 발생시키는 노즐 장치가 선택될 수 잇다. 그러나, 노즐 장치는 물방의 치수 스펙트럼(sizespectrum)을 넓게 만든다. 필요한 평균 크기 보다 상당히 작은 물방울은 상호 접촉 영역을 증가시키지만, 용이하게 가스상(gas phase)으로 포획될 수 있는 민감성을 갖는다.
물방울의 치수 스펙트럼을 감소시키는 일은 액체 제트에 균일한 주기적 외란(distubance)을 부과하여 얻어질 수 있다. 이것은 제트 노즐에서 기계적 진동이나 초음파를 가해 성취될 수 있다. 이러한 외란은 제트를 따라 규칙적인 팽창 파동을 일으켜, 제트를 균일한 물방울으로 심하게 분산시킨다.
본 발명에 따르면, 좁은 치수 스펙트럼의 물방울을 분무시키기 위한 분무 발생기는 분출되는 유체 흐름을 충돌 및 상호 작용시켜서 분무를 형성하도록 하는 방식으로 설치된 한쌍의 이격 노즐과, 상기 노즐에서 유체 흐름위에 일정한 주기적 외란을 부과하는 유체 수단(fluidic means)을 구비한다.
본 발명을 첨부된 도면을 참고로 하여 상세히 설명하겠다.
제1도에서, 한쌍의 이격된 동축의 노즐(1,2)은 각각 쌍안정 유체 분류 가감기(bistable fluidic diverter)(7)의 유출구 아암(5,6)에 도관(3,4)을 경유하여 연결되었다. 액체 공급원은 분류 가감기의 유입부(7')에 연결되었다. 피드백 루프(8,9)는 각기 도관(3,4)과 분류 가감기(7)의 제어 포트(10,11) 사이에 연결되었다. 각각의 피드백 루프는 가변 유체 저항기 및 커패시턴스(capacitance)(12)를 포함한다. 다른 방법으로서, 유출구 아암에 위치된 가변 커패시턴스가 진동 주기를 충분히 제어할 수 있다.
액체 분무는 노즐(1,2)로부터 나오는 양 흐름의 상호 작용에 의해 형성된다. 비록 이 노즐이 제1도에는 축방향으로 정렬되어 있으나, 바람직한 유체 흐름의 충돌을 얻기 위해 다른 각도로 상기 노즐을 정렬시킬 수도 있다. 이 노즐은 환형 단면인 동일한 흐름 영역을 갖는다. 2개의 노즐로부터 나온 유체 제트가 동일한 운동량속(momentum flux)을 가지면, 만들어진 액체 커튼(curtain)은 노즐의 축방향에 대해 수직이다. 이러한 액체 커튼은 불안정성이 발전함에 따라 물방울로 분해되고, 이 물방울은 불안정성의 불규칙한 발생 또는 가변성에 기인하여 크기가 변화될 것이다. 물방울의 치수 스펙트럼은 자연적인 불안정성을 일으키는 파형을 제어할 정도가 되어야 한다. 이러한 제어는 액체 커튼에 곡선형의 파형을 발생시켜 얻을 수 있다.
제2도에 있어서, M1과 M2는 각각 노즐(1,2)에서의 운동량속을 나타내며, VA와 VR은 각각 노즐로부터 나온 액체 속도의 축방향 및 방사상 성분을 나타낸다.
M1과 M2에서의 주기적 변화는 VA와 VR을 발생시켜, 부과된 곡선형 파형을 갖는 액체 커튼을 얻게 된다.
M1과 M2에서의 신속한 주기적 변화는 쌍안정 유체 분류 가감기에 의해 발생된 압력 동요에 의해 얻어질 수 있다.
쌍안정 분류 가감기의 유입부(7')에서 나온 흐름은 유입부(7')의 출구에서 흐름 채널의 벽에 부딪쳐서 아암(5 또는 6)중 하나를 따라 흐르게 된다. 만약 흐름이 아암(5)과 도관(3)을 따라 노즐(1)로 가면, 피드백루프(8)에서 압력 증가가 발생되어 이 압력이 포트(10)로 가해질 때 유입부(7')로부터 나오는 흐름을 전환시켜 아암(6)과 도관(4)으로 가게 한다. 그리고 동일한 효과가 피드백 루프(9)에서 발생되면 흐름을 아암(5)으로 돌아가게 한다.
곡선형 파형의 파장은 방사상 속도 성분 (VR)과 압력 또는 운동량 속의 전환 주기의 함수이다.
곡선형 파동에 있어서, 파면(wavefront)의 붕괴로 인해 얻어진 물방울 직경은 속도, 표면장력, 밀도 등의 액체 성질에 의존하는 액체 시트 두께의 변수와 임계 파장을 곱한 것의 제곱 근의 함수이다.
따라서, 액체 성질의 변화는 방사상 속도 성분을 변화시키거나 및/또는 곡선형 파형의 주기 및 진폭을 변화시킴으로써 보정될 수 있다. 이것은 분류 가감기의 하류측 압력을 조정하거나 및/또는 유체 분류 가감기의 피드백 루프(8,9)에서의 변화를 통해 운동량속 변화의 주기와 진폭을 변화시켜 얻을 수 있다. 저항기와 커패시턴스에서의 변화는 피드백 루프의 특징을 변경시키는 주요한 변수이다.
이 결과 공급 액체의 성질 변화에도 불구하고 필요한 치수 스펙트럼의 물방울이 얻어질 수 있다.
본 장치는 연료 오일의 점성 등의 변화에 관계없이 연소 효율 또는 분사 레벨을 유지하기 위해 버너 노즐에서 사용될 수 있다. 또한 분무 드라이어 노즐에 적용하여도, 공급 성질의 변화에 관계없이 좁은 치수의 물방울을 지속적으로 얻을 수 있다.
제3도는 환형 노즐 장치를 보여준다. 이 장치는 오직 단일 챔버 입구를 갖는 버너에 사용될 수 있다.
제4도는 쌍안정 유체 분류 가감기 또는 진동기(26)는 유체 다이오드(fluidic diode)(13)의 와동(vortex)챔버(28)내에 위치된 대향노즐(27)을 갖는다. 이 다이오드는 접선 방향의 유입구(14)와 축방향 배출구(15)를 갖는 장치로서, 유입구(14)에서 유입하는 가스상이 챔버(28)내에서 회선하여 축방향 배출구(15)에서 나오게 되어 있다.
세정 용액용 저수조(16)는 와동 챔버(28) 아래에 편리하게 위치되었다. 이 세정 용액은 파이프(17)를 따라 펌프(18)에 의해 쌍안정 진동기(26)로 공급된다. 그후 균일한 방사상 분무 커튼이 대향 노즐(27)로부터의 용액에 의해 와동 챔버(28)내에서 만들어진다. 이 용액 커튼은 보통 40°의 원추형 각도를 갖는다. 상기 대향 노즐(27)은 잘 분리되는 커다란 제트 예를 들어, 제트 직영의 3배인 큰 제트를 가질 수 있다.
액체 방울은 제트 충돌의 영역에서 진동기(26)에 의해 발생된 진동 흐름으로 얻어진다. 이 장치는 물방울을 얻기 위해 노즐을 압축함으로써 만들어지는 불안정한 흐름에 의존하지 않기 때문에, 좁은 노즐의 막힘을 유발시키는 슬러리나 부유물과 함께 사용하기에 좋다.
유입구(14)를 통해 와동 챔버(28)로 들어가는 가스는 챔버내의 분무 커튼에 의해 세정된다. 물방울은 가스 흐름을 소용돌이쳐서 얻어진 원심력에 의해 벽에 가속된다. 이 장치는 역류 작용에 의해 작동한다. 높은 속도가 액체와 기체 사이에서 발생하여 질량 전달에 대한 기체 저항을 낮추게 된다. 원심분리에 의해 실제로 액체에서 분리된 세정된 가스는 축방향 배출구(15)를 따라 나오고, 분무 액체는 파이프(19)에 의해 저수조(16)로 되돌아온다.
제5도는 제4도에 도시된 각 유닛의 분기를 갖는 증류 장치를 도시하였다. 파이프(20)를 따라 흐르는 가스는 쌍안정 진동기(22)에 의해 얻어진 커튼 액체를 만나기 위해 접선 방향으로 제1와동 챔버(21)로 들어간다. 와동 챔버에서 나오는 액체는 보일러(도시 안됨)로 파이프(23)를 따라 펌프되고, 보일러로부터 나오는 증기 또는 가스는 파이프(20)를 따라 흐른다. 챔버(21)로부터 파이프(24)를 따라 나온 가스는 제2와동 챔버(25)안에서 유입 가스상에 형성한다. 제2와동 챔버(25)로부터 나온 액체는 분기의 제1유닛에서 진동기(22)의 유입구로 펌프된다. 유사한 부가적인 단계가 증류 장치를 만드는데 필요한 대로 부가될 수 있다.
제6도에서, 이격된 다수쌍의 동축의 노즐(30)은 도관(31,32)에 의해 유체 분류 가감기의 유출부 아암(33,34)에 연결되었다. 이 분류 가감기에는 피드백 루프가 제공되었으며, 각 루프는 제1도의 방식과 같이 가변 저항기 및 가변 커패시턴스를 포함한다. 이 저항기는 피드백 루프내의 스로틀 밸브(restrictor)로써 제공될 수 있으며, 커패시턴스는 루프와 통하는 밀폐된 용기로 만들어질 수 있다.
상술하였듯이, 액체 분무는 노즐(30), 또는 제3도의 환형 노즐로부터 나온 2개의 흐름간의 상호 작용으로 형성된다. 이로써 만들어진 액체 커튼은 소화(消火)를 위한 안전한 커튼으로서 사용할 수 있다. 예를 들어, 이 노즐은 항공기내의 도어 또는 격벽을 횡단하여 설치될 수 있다.
제7도 및 제8도는 제4도에서 기술한 것과 유사한 종류의 복수의 유닛을 구비하는 증류 장치가 도시되어 있다. 이 유닛은 콤팩트 컬럼(compact column)을 형성한다.
각 유닛(50)은 접선 방향의 가스 흐름을 위해 측벽(53)에서 복수의 구멍(52, 제8도)을 갖는 와동 챔버(51)를 구비한다. 이 와동 챔버(51)는 가스 흐름을 위해 외부 챔버의 베이스의 중앙부에서 구멍(55)을 갖는 외부 챔버(54)로서 폐쇄되어 있다. 가스는 구멍(55)에서 구멍(52)으로 통과하는 정적 압력 강하를 회복하기 위해 방사상 디퓨저(diffuser)(56)를 통해 흐른다. 챔버(51)내에서 얻어진 와류 가스 흐름은 대향 노즐(57)에 의해 발생된 액체 커튼과 만난다. 컬럼내의 상부 유닛(50)으로부터 나온 가스는 복수기(condenser)(58)로 들어간다. 이 복수기(58)로부터 나온 액체는 칼럼으로 되돌아가 펌프(59)에 의해 최상부 유닛의 와동 챔버내의 대향 노즐과 유체 분류 가감기로 이동된다. 복수기(58)로부터 나온 생산물은 라인(60)을 따라 빠져나오게 된다. 유사하게, 칼럼의 하부 유닛으로부터 나온 액체는 보일러(61)로 이동되고, 보일러로부터 나온 증기 또는 가스는 칼럼 하부로 유입된다. 보일러로부터 나온 생성물은 라인(62)을 따라 흐른다. 공급은 라인(63)에서 수행될 수 있다.
제9도의 또 다른 장치에 있어서, 단일 유체 분류 가감기(65)는 복수쌍의 대향 노즐(66)과 통하며, 각 쌍의 노즐(66)은 각 와동 챔버(67)내에 위치한다. 가스는 칼럼을 통해 상향으로 흐르고, 액체는 펌프(69)가 포함된 라인(68)을 따라 유체 분류 가감기(65)로 돌아간다.
제10도의 복수개의 각 유닛(70)은 유체 다이오드의 와동 챔버내에 위치된 한쌍의 노즐(72)을 구비하며, 제4도에서 기술되었듯이 칼럼으로서 함께 적층된다. 각 노즐쌍은 관련된 유체 분류 가감기(73)와 통한다.
처리해야할 공급 가스는 노즐(72)에서 나오는 충돌 흐름에 의해 각 유닛에서 발생된 액체 분무를 통해 상향으로 흐르도록 칼럼(71)의 하부 유닛으로 유입된다. 이러한 배열에 있어서, 상이한 액체가 각 유닛에 가해질 수 있으며 또한, 상이한 분무 방울 크기가 각 유닛에서 발생될 수 있다. 이유닛은 독립적으로 조정될 수 있다.
와동 슈레더(vortex shredder)를 구비하는 제11도의 실시예는 높은 주파수와 낮은 진폭에서 작동될 수 있다. 실린더와 같은 와동 세더(verlex shedder)(80)는 도관(8)을 따라 액체 흐름 방향을 횡단하여 위치하였다. 액체는 펌프(83)에 의해 폐쇄된 통로(82) 주변에서 펌프되고, 공급 액체는 라인(84)에서 유입된다. 피톳 튜브(pitot tube ; 85,86)는 도관(81)을 따라 흐르는 유동로내로 연장된다. 블라프 몸체를 통과하는 액체 흐름은 저항하는 상태의 와동(87)을 형성하고, 피톳 튜브는 분무 방울을 얻기 위해 노즐에 연결된다.
Claims (14)
- 좁은 치수 스펙트럼의 물방울 분무를 발생시키기 위한 분무 발생기에 있어서, 분무를 형성하기 위하여 유체가 충돌 및 상호 작용하며 나오도록 설치된 한쌍의 이격된 노즐(1,2)과, 상기 노즐에서 유체 흐름에 일정한 주기적 외란을 발생시키도록 정렬된 흐름 동요 장치(flow perturbation device ; 7,80)을 구비하는 것을 특징으로 하는 분무 발생기.
- 제1항에 있어서, 상기 흐름 동요 장치는 각 노즐에 연결된 유출구 아암(5,6)을 갖는 쌍안정 유체 분류 가감기(7)와, 유체 분류 가감기의 관련된 제어 포트(10,11)에 각각의 유출구 아암을 연결시키는 조정가능한 피드백 루프(8,9)를 구비하는 것을 특징으로 하는 분무 발생기.
- 제2항에 있어서, 각각의 피드백 루프는 가변 유체 저항기와 커패시턴스(12)를 포함하는 것을 특징으로 하는 분무 발생기.
- 제1항에 있어서, 상기 흐름 동요 장치는 일정한 와동(87)의 2개 흐름을 발생시키기 위하여 정렬된 와동 세더(80)와, 각각의 와동(87) 흐름과 상호 작용하도록 위치된 2개의 피톳 튜브(pitot tube ; 85 및 86)을 포함하고, 상기 각각의 튜브(85,86)는 대향 노즐(1,2)중 하나에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 분무 발생기.
- 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐(1,2)은 동축으로 있는 것을 특징으로 하는 분무 발생기.
- 제5항에 있어서, 상기 노즐(1,2)은 환형 단면을 갖는 것을 특징으로 하는 분무 발생기.
- 제1항 내지 제4항중 어느 한 항에 있어서, 상기 노즐(1,2)은 동일한 흐름 영역에 있는 것을 특징으로 하는 분무 발생기.
- 제1항에 있어서, 상기 노즐(27)은 유체 다이오드(13)의 와동 챔버(28)내에 위치되는 것을 특징으로 하는 분무 발생기.
- 제8항에 있어서, 다수의 와동 챔버(28)는 하나의 와동 챔버(28)로부터의 배출구(15)가 연속되는 와동 챔버(28)의 유입구(14)와 소통될 수 있도록 연속적으로 정렬되어 있는 것을 특징으로 하는 분무 발생기.
- 제9항에 있어서, 각각의 와동 챔버(28)의 노즐(1,2)쌍은 노즐(1,2)에 대한 액체 흐름에 균일하고 주기적인 외란을 부여하기 위한 공통의 수단과 소통되는 것을 특징으로 하는 분무 발생기.
- 제9항에 있어서, 각각의 와동 챔버(28)의 노즐(1,2)쌍은 노즐(1,2)에 대한 유체 흐름에 균일하고 주기적인 외란을 부여하기 위한 각각의 수단과 소통되는 것을 특징으로 하는 분무 발생기.
- 제8항에 있어서, 하나 이상의 성분을 포함하는 액체를 증발시키고 와동 챔버의 연속부에서 제1와동 챔버에 증기를 공급하기 위한 수단(55,61)과, 와동 챔버의 연속부에서 마지막 와동 챔버(51)로부터 배출구에 연결된 복수기(58)와, 상기 복수기(58)로부터의 응축물을 배출하기 위한 수단 및 상기 복수기(58)로부터 증발기(61)로 액체를 재순환하기 위한 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 분무 발생기.
- 제12항에 있어서, 상기 복수기(58)로부터의 액체는 각각의 와동 챔버(51)와 각각의 와동 챔버와 관련된 저수조(61)에서 노즐(1,2)을 경유하여 증기 흐름에 연속적인 역류로 순환되는 것을 특징으로 하는 분무 발생기.
- 제9항 내지 제13항중 어느 한 항에 있어서, 각각의 와동 챔버(28)로부터의 배출구가 방사형 디퓨저(56)를 경유하여 연속적인 와동 챔버(28)에 대한 유입구(14)와 소통됨으로써, 하나의 와동 챔버(28)의 배출구(15)로부터 다른 와동 챔버의 유입구(14)까지 통과하여 관련되는 가스성 매체의 어느정도 압력 강하를 얻는 것을 특징으로 하는 분무 발생기.
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