KR20080075228A - 충돌분사노즐 - Google Patents

Abstract

본 발명은 두 유체 스트림의 충돌에 의해 하나 이상의 유체들를 미립화 하는 노즐에 관한 것이다. 본 발명에 따른 노즐에서, 유체는 각각의 운동에너지를 갖는 다수의 유체 스트림으로 나뉜다.

유체 스트림에 주어진 운동에너지의 양은 실질적으로 역방향 속도 성분이 존재하는 조건에서 유체 스트림이 충돌할 때, 그 유체 스트림이 작은 물방울 사이즈의 스프레이(분무)로 부서지는 정도 이다.

유체, 미립화

Description

충돌분사노즐 {NOZZLE WITH IMPINGING JETS}

본 발명에서, 유체 미립화 노즐은 많은 여러 요소로 조립되며, 노즐은 특정의 요구에 맞도록 다양한 맞춤 실시예로 결합 될 수 있다. 그것에 의해, 본 발명은 본 발명의 개념하에서, 여러 상황에 대한 많은 해결방안을 제시할 수 있다.

본 발명은 유체의 두 흐름을 “충돌”하게 하여 유체를 미립화 하는 노즐에 관한 것이다. 본 발명에 따른 노즐에서 유체는 각각의 운동에너지를 갖는 유체 스트림으로 나뉜다. 유체 스트림에 주어진 운동에너지의 양은 실질적으로 역방향 속도 성분이 존재하는 조건에서 유체 스트림이 충돌할 때, 작은 물방울 사이즈의 스프레이로 부서지는 정도이다. 이것을 본 발명의 명세서에서는 미립화(atomizing)라 언급한다. 실행 가능한 최고의 미립화를 제공하는 것이 목적이라면, 평면상에서 두 유체 흐름이 서로 중심적으로 충돌하는 것이 미립화 공정 중에서 가장 중요하다. 또한, 한쪽으로 기울어지지 않은 스프레이를 제공하기 위해서 유체 스트림의 질량 유량과 속력 간의 균형이 요구된다.

본 발명의 첫 번째 목적은 유체 충돌의 정확도와 타이밍에 있어서, 더 나은 조절력을 제공하는 유체 미립화 노즐을 제공하는 것이다.

본 발명은 또한 유체 압력을 일반 사용 압력(normal working pressure)보다 더 높게 증가시킴으로써 본 발명의 노즐을 린싱 하는 것에 관한 것이다. 유체와 함께 불순물이 노즐로 옮겨지지 않도록 미립화 공정 전에 유체를 정화 또는 여과하는 것이 바람직하다. 그러나, 주변에 불순물의 침적(예를 들면, 결정체 형성)으로 노즐이 막히기 시작하면, 가압 유체의 압력을 증가시켜 본 발명에 따른 노즐의 세정 또는 린싱 공정을 수행할 수 있다. 압력 증가는 간단히 불순물을 노즐을 통해 밖으로 밀어내거나, 또는 유체가 불순물 및 그 인접 부분에 흘러 넘치게(범람하게) 할 수 있다. 이에 따라, 상기 유체 스트림은 불순물을 씻어 내리거나 배출시키고 또는 상기 범람은 불순물을 유체 이동(fluid flow)으로 제거하여 상기 노즐이 세정 또는 린싱되게 한다. 따라서, 셀프 린싱 공정은 압력 증가로 야기된 역동적인 기능이며, 이것은 노즐이 평상 상태에서 작동할 때는 발생하지 않는다.

그러므로, 본 발명의 다른 목적은 신뢰성이 향상되고, 셀프 린싱과정을 수행할 수 있는 노즐을 제공하는데 있다.

본 발명의 첫 번째 관점은 표면 A, 유입구, 유출구를 갖는 제1 부재; 노즐이 가압될 때, 상기 표면 A 및 제2 부재의 표면 B에 또는 그 사이에 형성된 두 개 이상의 채널; 및 상기 제1 부재 위에 놓여진 제2 부재로 구성된 노즐에 관한 것이다.

상기 노즐은 표면 A를 갖는 제1 부재를 포함한다. 제1 부재는 유출구와 유입구를 갖는다. 유체의 유량을 가이드 하기 위한 두 개 이상의 채널이 제1 부재의 표면 A에 제공된다. 유체 유입구는 하나의 유입 개방부로 구성되는 것이 바람직하며, 유체를 유출구로 안내하는 도관을 갖는 것이 바람직하나, 필요에 따라, 다수의 개방부와 도관이 제공될 수도 있다. 유출구는 두 개 이상의 채널과 유체 연결되며, 다수의 개방된 형상으로 구성될 수도 있다. 제1 부재의 형상은 정해져 있지 않지만 직사각형상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 노즐은 제1 부재 위에 놓여진 표면 B를 갖는 제2 부재를 또한 포함한다. 제2 부재의 형상은 실질적으로 제1 부재에 대응되게 형성되는 것이 바람직하다. 물론, 노즐의 모든 요소는 예를 들어, 기존의 장치에 이를 갱신(추가)하기 위해 맞춤 형태의 형상으로 제공될 수도 있다.

유체 가이드와 관련하여, 최고의 미립화를 이루기 위해 두 유체의 흐름이 같은 평면상에서 서로 정확히 충돌하도록 하는 것은 매우 중요하다. 상기 유체는 두 개 이상의 채널 구성에 의해 도3 에서와 같이 (X,Y)-방향을 향한다. (Z)-방향에서 유체 스트림을 정확하게 제어하기 위해, 제1 및 제 2 요소의 표면 A와 표면 B는 매우 딱딱하고 실질적으로 평면인 것이 중요하다.

특정 실시예 에서, 상기 채널들은 유출구와 유체 연결되고, 채널 개방부에서 속도와 질량 유량이 동일한 각 유체 스트림을 제공하는 적어도 두 개의 컨버징 개방 채널이다.

노즐에 두 개 이상의 채널이 제공된 경우, 이들이 한 점에서 모이는 것과, 또한 다른 점에서는 채널 개방부에서 속도와 질량 유량이 동일한 각 유체 스트림을 제공하도록 구조되는 것이 매우 중요하다. 이것은 채널이 정확히 같은 길이로 이루어지고, 서로 엄밀히 대칭관계로 위치하며/위치하거나 상기 제1 부재의 유출구와 연결되는 경우에 제공될 수 있다. 정확한 타이밍뿐 아니라 서로 충돌을 위해 채널 개구부에서 “운반된” 유체 스트림의 유량 속도 및 질량의 정확성이 최적의 미립화를 만들기 위해서는 필수적이다. 그러므로, 앞서 언급한 조건들을 만족시키면, 형태 및 크기가 다른 채널들을 제공하는 것이 가능하다. 또한, 본 발명에 따른 상기 노즐의 설계에서 채널의 모든 표면 및/또는 그 주변 영역은 유체 스트림의 유량을 제어하기 위해 날카로울 수 있으며, 실질적으로 직각을 이루는 뚜렷한 모서리를 갖는다. 따라서, 유체 스트림의 충돌의 위치와 타이밍은 보다 최적화되며, 이에 따라 유체 스트림의 미립화는 정확하고 정밀하게 조절된다. 그러나, 이러한 기준이 이행되지 않으면, 유체 스트림이 노즐로부터 일정거리에 위치한 동일평면에서 정확히 충돌하는 것이 불가능하며, 이것은 노즐의 나쁜 작동을 야기한다.

제1 부재와 제2 부재는 금속, 플라스틱 또는 세라믹과 같이 단단하고 내구성이 있는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다. 제1 부재와 제2 부재는 노즐의 다른 부재보다 두꺼울 수 있다. 제1 부재의 표면 A의 두 개 이상의 채널을 제외하면, 상기 표면은 실질적으로 끊이지 않는다.

노즐의 다른 부재 또는 요소들뿐만 아니라 제1 부재와 제2 부재의 윤곽 및/또는 형상은 정해져 있지 않다.

노즐의 가장 간단한 형상은 표면 A에 제공된 두 개 이상의 채널을 갖는 제1 부재 그리고 제2 부재로 구성된다. 상기 노즐의 실시예에서 유체 유량에 압력을 가하면, 유체 스트림은 제1 부재의 측면에 있는 채널의 개방부를 통해 흐르며, 앞서 언급된 바와 같이 노즐의 측면으로부터 일정 거리를 두고 충돌한다.

본 발명의 또 다른 실시예에서 두 개 이상의 유체를 위한 채널은 제1 부재(1)의 표면 A와 제2 부재의 표면 B 사이에 위치하는 채널 스페이서에 제공된다. 본 실시예에서, 제1 부재와 제2 부재의 표면 A와 표면 B는 실질적으로 연속하고 평면으로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 채널 스페이서는 금속, 플라스틱, 레진, 패브릭, 세라믹 또는 이들의 조합과 같이 적합한 재질의 개별 시트 맴브레인인 것이 바람직할 수 있다.

바람직한 실시예에서, 노즐은 제1 부재 및 제2 부재의 표면 A와 표면 B 사이에 위치하는 탄력부재를 더 포함한다.

탄력부재는 노즐의 제1 부재와 제2 부재 사이에 제공될 수 있다. 특정 실시예에서, 노즐의 두 개 이상의 채널은 제1 부재의 표면 A에 제공되며 반면 하나 이상의 만입부는 제2 부재의 표면 B에 제공될 수 있다. 유체 유량에 압력을 가하면, 탄력부재는 표면 A로부터 떨어진 거리로 움직일 수 있으며, 제2 부재의 하나 이상의 만입부가 압력에 의해 움직이는 탄력부재를 위한 공간을 허용함에 따라, 유체는 제1 부재의 표면 A와 탄력부재의 표면 사이에서 가이드 된다. 따라서, 탄력부재에 채널이 제공되지 않더라고 노즐은 유체를 미립화할 수 있다. 상기 탄력부재는 금속, 플라스틱, 레진, 패브릭, 세라믹 또는 기타 탄력 있는 재질과 같은 적합한 재질의 개별 시트 맴브레인인 것이 바람직하다.

또 다른 실시예에서, 노즐은 탄력부재와 제2 부재 사이에 놓여진 리텐션(retention) 시트 부재를 더 포함한다. 상기 리텐션 시트는 금속, 플라스틱, 레진, 패브릭, 세라믹 또는 이들의 조합과 같이 적합한 재질의 또다른 개별 시트 멤브레인 또는 층(레이어)인 것이 바람직할 수 있다. 상기 리텐션 시트 부재는 연속하는 표면을 가질 수 있으며, 노즐의 질량 유량, 속도 및/또는 정확도와 같은 성능 특성 또는 세정 공정에서의 범람을 위해 필요한 압력 등에 따라 하나 또는 그 이상의 컷-아웃(cut-outs)을 갖는다. 컷-아웃을 가진 리텐션 시트 부재를 제공함으로써, 유체력(fluid force)에 의해 차례로 체결될 수 있는 리텐션 시트 부재를 향해 일정 크기의 압력이 탄력 부재에 가해질 것이고 이로서 유체가 통과될 것이다. 또한 상기 리텐션 시트 부재는 노즐 조립시 탄성 부재의 표면과 체결 되도록 컷-아웃츠로 정의된 부분들을 구부려 장력(tension)을 가하면 프리-스트레스트(pre-stressed) 될 수도 있다. 일정 크기의 유체 압력이 상기 리텐션 시트의 예비장력을 해소하기 위해 요구되기 때문에, 본 해결책을 이용하여 상기 탄력 부재의 이동을 조절할 수 있다. 이로써, 전달되는 유체의 양, 궁극적으로는 미립화의 정확성은 어느 정도 조절 가능하다.

본 발명의 실시예에서, 적절한 크기와 형상을 가질 수 있는 하나 이상의 만입부는 제2 부재의 표면 B 및/또는 만입 부재에 제공된다. 만입부는 유체 압력에 의해 리텐션 시트 부재 및/또는 탄력 부재의 상승을 위해 제공된다. 상기 만입부의 크기와 형상은 다양하게 이루어질 수 있다. 상기 만입 부재는 금속, 플라스틱, 레진, 패브릭, 세라믹 또는 이의 조합과 같은 적절한 재질로 구성되는 것이 바람직하다.

상기 노즐의 다양한 요소들는 정확하게 정렬된 관계로 요소의 위치를 조절하기 위하여 하나 이상의 가이드를 하우징하는 하나 이상의 홀을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 상기 홀과 가이드는 다양한 형상일 수 있으나 원형으로 이루어지는 것이 바람직할 수 있다. 상기 요소는 단단히 조이는 방법으로 노즐 구조의 요소들을 조립할 수 있도록 스크류 같은 하나 이상의 유지 수단을 하우징 하는 하나 이상의 홀을 갖는 것이 또한 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 적어도 두 개의 채널은 채널을 통과하여 흐르는 유체 스트림이 노즐 외부에서 충돌하도록 배치될 수 있다. 그렇지 않거나 또는 그들의 조합인 경우에는, 채널을 통과하여 흐르는 유체 스트림이 노즐의 상부 단부면 및/또는 그 상부에서 또는 적어도 부분적으로는 노즐의 내부에서 충돌할 수 있도록 상기 적어도 두 개의 채널은 상기 노즐의 상부 단부면 및/또는 그 상부에서 상기 노즐의 내부를 가로지르도록 배치되는 것이 바람직할 수 있다. 상기 채널은 컨버징 채널로 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 실시예에서, 상기 채널은 적어도 두 개의 채널들로부터 방출된 유체 스트림이 30 내지 100°의 각도 사이에서 충돌되도록 배치되는 것이 바람직할 수 있다.

전형적으로 그리고 바람직하게는, 상기 채널들로부터 방출된 각 유체 스트림의 단면적이 0.01 내지 0.03㎟, 바람직하게는 0.01 내지 0.02㎟의 범위와 같이 0.003 내지 0.15㎟, 바람직하게는 0.005 내지 0.05 ㎟의 범위 내인 것이 바람직할 수 있다.

두 번째 관점으로 보면, 본 발명은 하나 이상의 유체를 미립화하기 위한 노즐 시스템에 관한 것으로 이는 본 발명의 첫번째 관점에 따른 두 개 이상의 노즐로 이루어진다.

두 번째 관점에 의하면, 상기 언급된 요소들의 일부 또는 모두로 이루어진 개별 노즐들의 다양한 수 및 구성은 체적 유량을 증가 또는 노즐의 측면으로부터 멀리 떨어진 거리에서 유체 스트림을 충돌을 “종합적으로 판단”하여 이루어질 수 있다. 다른 상황에서는, 두 개 이상의 유체 스트림 사이의 각도를 조절함으로써, 미립화된 스프레이 또는 “클라우드(Cloud)” 의 거동을 조절할 수 있는 것이 바람직할 수 있다. 이 시스템은 또한 필요한 경우 개방될 수 있는 과압 밸브로서 작용할 수 있도록 구성될 수 있다.

세번째 관점에서, 본 발명은 연소기관용 배기 시스템에 관한 것으로, 상기 시스템은 본 발명에 따른 노즐 및/또는 노즐 시스템으로 구성된다.

네번째 관점에서, 본 발명은 유체를 미립화, 바람직하게는 액상 요소화하는 방법에 관한 것으로, 본 방법은 본 발명에 따른 노즐 및/또는 노즐 시스템을 이용한다.

본 발명의 첫번째 및 두번째 관점들에 따른 많은 실행 가능한 구성들로 매우 구체화된 맞춤형 해결책이 고려될 수 있다. 본 발명을 통해 얻어진 노즐 구조의 특별한 장점 및 쉬운 조작법으로 필요한 유량을 정확하고 적절한 시간에 배송할 수 있다.

도1은 제1 부재의 표면A에 하나 이상의 채널을 갖는 제1 부재 및 제2 부재로 구성된 노즐의 사시도 이다.

도2는 제1 부재, 제2 부재 및 그들 사이에 위치하는 채널 스페이서로 구성된 노즐의 사시도 이다.

도3은 제1 부재, 제2 부재 및 그들 사이에 위치하는 탄력부재로 구성되며 제1 부재의 평면 A에 하나 이상의 채널 및 제2 부재의 표면 B에 만입부를 갖는 노즐의 사시도 이다.

도4는 제1 부재, 제2 부재 및 그들 사이에 위치하는 채널 스패이서와 탄력부재로 구성된 노즐의 사시도 이다.

도5는 제1 부재, 제2 부재, 그들 사이에 위치하는 채널 스패이서, 탄력부재 및 리텐션 시트로 구성되며 제2 부재의 표면 B에 만입부를 갖는 노즐의 사시도 이다.

도6은 도5에 대응하는 별도의 만입 부재를 갖는 노즐의 사시도 이다.

도7은 채널은 없지만, 제2 부재의 표면 B에 만입부를 갖는 노즐의 사시도 이다.

도8은 노즐요소가 어떻게 가이드되며 조립되는지를 상세하게 도시한 노즐의 사시도 이다.

도9는 두 개의 채널 스패이서와 결합요소로 이루어지는 본 발명의 제2 관점 에 따른 노즐 시스템의 개략도 이다.

도10은 조립체의 모든 부재에 채널이 제공된 노즐 조립체의 개략도 이다.

도11 및 도12는 본 발명에 따른 채널 스패이서의 개략도 이다. 도11b, 도12b는 각각 도11a, 도12a에서 도시된 채널 스페이서와 그 흐름 패턴이 묘사된 채널 스패이서의 확대도.

도13 및 도14는 본 발명에 따른 채널 스패이서의 개략도 이다.

도1은 유체의 흐름을 가이드하는 채널(10)이 제1 부재(1)에 제공되는 본 발명의 실시예의 사시도 이다. 상기 채널(10)은 상기 제1 부재를 부분적으로 통하여 뻗어있으며, 제1 부재의 유출구(9)와 유체 연결된다. 상기 채널(10)은 개방되며, 채널(10)의 컨버징(converging) 개방부는 제1 부재의 표면(20)에서 끝난다. 상기 표면(20)은 대체로 평평하게 보이지만, 초승달 형상과 같은 적당한 형상을 갖는 하나 이상의 만입부로 이루어질 수도 있다. 본 실시예에서는, 채널(10)을 통과하는 두 유체 스트림이 상기 채널의 개방부로부터 떨어진 거리에서 충돌할 때, 유체를 미립화한다.

도2는 채널 스페이서(2)가 제1 부재(1)와 제2 부재(4) 사이에 제공된 본 발명의 실시예의 사시도 이다. 채널 스패이서(2)에는 유체의 흐름을 가이드하는 채널(10)이 제공된다. 상기 채널(10)은 부분적 또는 전체적으로 상기 제1 부재(1)를 통하여 뻗어있으며, 제1 부재(1)의 유출구(9)와 유체 연결된다. 상기 채널(10)은 개방되며, 채널의 컨버징 개방부는 스페이서 채널(2)의 측면에서 끝난다. 상기 부재들(1,2,4)의 다른 표면들은 대체로 평면으로 보여진다.

도3은 탄력 부재(3)가 제1 부재(1)와 제2 부재(4) 사이에 위치고, 유체의 흐름을 가이드하는 채널(10)은 제1 부재(1)에 제공되는 본 발명의 다른 실시예의 사시도이다. 상기 채널(10)은 상기 제1 부재를 부분적으로 통하여 뻗어있으며, 제1 부재의 유출구(9)와 유체 연결된다. 상기 채널(10)은 개방되며, 채널의 컨버징 개방부는 제1 부재(10)의 표면에서 끝난다. 상기 표면(20)은 대체로 평평하게 보이나, 초승달 형상과 같은 적당한 형상으로 된 하나 이상의 만입부를 또한 포함할 수 있다. 제2 부재(4)의 표면 B에는 필요한 경우 탄력부재(3)를 위한 공간을 주는 만입부(35)가 제공될 수 있다. 탄력 부재(3)의 메인 표면은 대체로 평평하게 보인다.

본 실시예에서, 채널(10)을 통과하여 흐르는 두 유체 스트림이 일반 사용 압력에서 얻어진 개방부로부터 떨어진 거리에서 충돌할 때, 유체가 미립화 된다. 만일 노즐이 주변 환경에 존재하는 침적된 불순물에 의해 막히면, 압유의 압력을 일반 사용 압력보다 높게 상승시킴으로써, 본 실시예와 함께 세정 및 린싱 공정을 진행할 수 있다. 압력이 상승함에 따라, 탄력 부재(3)는 제1 부재(1)의 채널에서 떨어져 제2 부재(4)의 만입부(35)로 밀리게 되고, 이로서 제1 부재의 표면 A와 탄력부재의 표면(21) 사이로 유체의 불순물이 흘러 넘치게 된다. 이런 불순물과 가까운 부분의 범람(흘러 넘침)은 유체 스트림이 불순물을 씻어 내리거나 꺼내게 되고, 이로써 노즐이 세정 또는 린싱 된다. 뒤이어, 압력이 일반 사용 압력으로 되돌아 가면, 상기 노즐은 일반 비율 및 정밀도(normal rate and precision)에서 유체의 미립화를 다시 시작할 것이다. 노즐 요소의 린싱을 수행하기 위한 경우 외에도, 이러한 압력 증가는 필요한 경우 노즐의 유량을 증가시키기 위해서도 이루어질 수 있다.

규칙적인 유지 절차(예정된 시간 간격에 의해 압력이 증가를 수행)에도 불구하고 의도하지 않은 적체(unintentional clogging)가 발생하면, 압력은 감소된 통과성(reduced passage possibility)으로 인해 저절로 상승한다. 이것은 유체가 불순물 또는 및/또는 상기 요소의 인접한 표면을 흘러 넘치게 할 수 있고, 이로서 상기 적체 물질이 제거된다. 불순물이 제거되면 압력은 다시 평상 수준으로 떨어지게 된다.

도4는 제1 부재(1)와 탄력부재(3) 사이에 채널 스페이서(2)가 제공된 본 발명의 또다른 실시예에 따른 사시도 이다. 채널 스패이서(2)에는 유체의 흐름을 가이드하기 위한 채널(10)이 제공된다. 각 요소의 표면은 대체로 평면으로 보여진다. 채널 스패이서(2)에 있는 채널들(10)은 부분적 또는 전체적으로 채널 스패이서(2)를 통해 뻗어있으며 제1 부재의 유출구(9)와 유체 연결된다. 채널(10)은 개방되어 있으며, 채널(10)의 컨버징 단부는 채널 스패이서의 측면에서 끝난다.

채널(10)을 통해 흐르는 두 유체 스트림이 가압되고 채널의 개방부로부터 떨어진 거리에서 충돌할 때 유체는 미립화 된다. 도 3의 실시예와 관련하여 설명한 방법과 같이, 세정 공정 또는 유량 증가는 일반 사용 압력 보다 압력이 상승할 경우 수행될 수 있다. 이것은 탄력 부재(3)가 채널 스페이서(2)에서 제2 부재(4)의 만입부(35)의 공간으로 밀려가게 하고, 이 경우, 앞에서 언급한 바와 같이 유량이 증가하기 때문에, 유체가 채널 스패이서(2)의 표면(26)과 탄력부재의 표면(21) 사이의 있는 불순물을 범람하게 하여 채널은 세정 및 또는 린싱이 이루어진다.

도5는 도 4에서 도시된 것과 유사하지만 탄력 부재(3)와 제2 부재(4) 사이에 리텐션 시트(5)를 추가로 포함하는 본 발명의 또다른 실시예의 사시도이다. 도면에서, 리텐션 시트 부재(5)는 리텐션 시트 부재(5)의 측면(35)의 개방 단부에서 끝나는 두개의 관통 노치 노치(40, through-going notches)를 갖는다. 상기 두 노치(40) 사이에 위치한 상기 리텐션 시트 부재(5)의 파트(41)는 두 노치 사이에 일렬로 정렬된 리텐션 시트(5)의 받침대와 연결된다.

도면에서, 제2 부재(4)는 표면 B에 만입부(35)를 갖는다. 상기 만입부(35)에는 상기 리텐션(retention) 시트 부재(5)의 파트(41)에 공간을 주기 위해 제공된다. 이것은 증가된 압력이 유량에 가해질 때 탄력부재(3)로부터 밀려진다. 압력이 일반 사용 압력보다 상승하면, 유체는 채널(10)과 채널 스패이서(2)의 표면(26) 주 변 부분에 범람하기 시작하고, 차례로 탄력부재(3)를 채널 스페이서로부터 움직이게 한다. 이로서, 리텐션 시트(5)의 파트(41)로 미치는 힘이 리텐션 시트(5)의 파트를 적어도 노치들 간의 라인을 따라 구부러지게 하며 제2 부재(4)의 만입부(35) 공간으로 이동하게 한다.

도6은 만입부를 갖는 제2 부재의 표면B가 대신 별도의 만입부재(50)를 추가로 포함한다는 점을 제외하고는 도 5의 실시예와 일치한다.

도 7은 제1 부재에는 도관을 통해 유입구(15)와 유체 연결되는 유출구(9)가 제공되고, 제2 부재(4)는 표면B에 만입부(35)를 갖는 노즐 실시예의 사시도이다. 유체가 가압되면, 탄력 부재(3)는 제1 부재의 유출구(9)에서 밀려, 유출구 및/또는 만입부(35)의 형상에 실질적으로 대응되는 유체 흐름에 대한 채널들이 형성된다. 도면에서는, 만입부(35)가 컨버징 단부 및 개방 단부를 갖는 초승달 형상이다. 초승달 형상의 만입부(35)는 플래토(6, plateau)를 둘러싸고, 플래토의 표면은 평면 B의 나머지와 동등하다. 본 실시예는 증가된 유체 유량의 체적을 위해 고려한 것으로, 다른 실시예들에 언급된 것과 동일한 정도의 정확한 미립화가 제공되지는 않는다.

도7에서, 가압된 유체 스트림이 유출구(9)의 형상으로 형성된 채널들과 만입부(35)를 통해 흘러 상기 개방 단부들(7)로부터 떨어진 곳에서 충돌할 때 유체가 미립화된다. 다른 실시예에 있어서 설명된 것과 유사한 방법으로, 상기 압력은 노즐을 린싱하기 위해 일반 사용 압력 보다 증가할 수 있다. 이것은 탄력부재(3)를 표면 A로부터 밀어내 유체가 상기 표면에 범람하게 되고 이것은 노즐이 린싱되는 것뿐만 아니라 유체의 유량을 증가시킨다. 뒤이어, 압력이 다시 일반 사용 압력으로 낮아지면, 노즐은 다시 정상 비율로 유체를 미립화 한다. 압력이 유체에 전혀 작용하지 않으면, 탄력 부재(3)는 상기 유출구(9)를 효과적으로 막아 노즐 주위의 불순물로 인한 노즐의 오염을 막는다.

도8은 단단하게 밀봉된 노즐 구조를 제공하기 위한 노즐 요소의 조립 방법에 대한 사시도이다. 노즐의 다양한 요소들은 정확하게 정렬된 관계로 요소의 위치를 조절하기 위하여 하나 이상의 가이드를 하우징하는 하나 이상의 홀을 갖는다. 상기 홀과 가이드는 다양한 형상일 수 있지만, 원형으로 도시되어 있다. 상기 노즐 요소는 또한 유지 수단을 하우징 하기 위한 하나 이상의 홀을 가지며, 도면에서는 그림에서 스크류로 도시되어 있다. 이로써, 상기 노즐의 요소들는 단단한 방법으로 조립될 수 있다.

도9는 본 발명의 첫 번째 관점에 따른 두 개의 채널 스페이서에 결합요소가 제공된 노즐 시스템의 개략도를 도시하고 있다. 이러한 노즐 시스템은 노즐의 제1 부재와 제2 부재 사이에 “공유(shared)”될 수 있는 하나 이상의 결합요소(55) 로 이루어진다. 이러한 결합요소에는, 유체 유입구, 도관 그리고 유출구가 제공될 수 있고, 이들은 유체를 두 “갈래(branch)”로 나누는 하나 이상의 유체 미립화를 유도하며, 두 채널 스패이서 사이에서 제공된 유체 가이드 개방구를 갖는 시트로 이루어진다. 상기 유체 가이드 개방구는 제1 부재의 유출구(9) 형상에 대응되게 이루어질 수 있다. 상기 노즐 시스템은 두 개 이상의 충돌하는 유체 스트림의 공급을 용이하게 하며, 이로서 유체 또다른 미립화를 제공할 수 있다. 다수의 각 노즐 조립체는 노즐 시스템을 완성하기 위해 서로 인접하게 제공될 수 있다 (미도시).

도10은 모든 노즐 부품에 유체의 흐름을 가이드하기 위한 두 개의 채널이 제공된 노즐의 개략도이다. 채널 스패이서(2) 뿐만 아니라 제1 부재(1)와 제2부재(4)도 두 개의 채널을 갖는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 상기 채널들은 제1 부재와 제2 부재 중 하나와 채널 스페이서에 제공되거나 또는 채널 스페이서의 사용 없이 상기 제1 부재와 제2 부재 모두에 제공될 수 있다.

도11a 와 도11b는 도 2에 도시된 것과 유사한 채널 스패이서(2)의 개략도를 도시하고 있다. 상기 채널 스패이서(2)는 채널을 통해 흐르는 두 유체 스트림이 채널(10)의 개방부에 인접해서 충돌하도록 고안된다. 도1에 도시된 실시예 등과 비교할 때, 이는 채널(10) 개방부들 사이의 거리(δ)를 줄임으로써 제공된다. 도 11에 도시된 실시예에서는, 개방부들이 서로 근접하게 위치되고 모서리-형상의 벽 단부(12)에 의해서만 나뉘어지도록 상기 거리(δ)가 줄어들고, 도11a 및 도11b에서 도시된 바와 같이 상기 유량 채널들(10)이 채널 스페이서(2)의 단부면(20) 정도(수 준)에서 교차하는 두 채널로 배열되도록 상기 거리가 정해진다.

도 11의 실시예는 역 스프레이가 발생할 때, 노즐을 향한 및/또는 노즐의 측면 방향에서 물방울의 스프레이로 얻어지는 미립화의 경우에 특히 유용하다. 채널(10)의 일부 구성에서 이러한 역 스프레이는 노즐 위에 침적 물질을 야기할 수 있고, 이런 물질은 채널의 개방부를 막을 수 있다. 도 11에 도시된 실시예에서, 두 개의 채널 개방부(10)는 두 유체의 흐름이 채널(10)의 단부에서 실질적으로 충돌하도록 상기 스페이서(2)에 배치되고 역 스프레이가 발생한다면 도11a 및 도11b에서 화살표 Z로 표시한 것처럼 표면의 단부 상에서 그리고 노즐의 외측에서만 발생할 것이다. 만약 역 스프레이가 채널의 개방부에서 유랑하는 물방울을 만들면, 물방울은 유체에 의해 흡수되고 그들을 통과하여 흐르는 유체에 의해 상기 채널들은 젖은 채 유지된다. 도11에 도시된 실시예에서는 백 스프레이가 거의 일어나지 않는 것을 알 수 있다.

두 개의 채널이 교차하는 실시예에서는 또 다른 이점이 존재한다. 이들 실시예에서는, 채널 밖으로 흐르는 유체 스트림은 두 채널이 동일평면에서 연장되는 것과 관계없이 적어도 어느 정도 연장되게 항상 충돌하며, 두 개의 채널이 교차하지 않는 다른 실시예에서는 유체 스트림의 충돌을 보장하기 위해서 실질적으로 동일 평면상에서 두 개의 채널이 연장되는 것을 요구하므로 이들 실시예에서보다 채널 및 노즐의 형성이 일반적으로 더 수월하다.

도12a 및 도12b는 도 11에 도시된 것과 유사한 채널 스패이서의 개략도를 도시하고 있다. 본 실시예에서, 두 유체 스트림이 충돌하는 위치는 채널 스패이서를 향해 더 이동되고, 두 유체 스트림이 적어도 부분적으로는 채널 스패이서(2)의 내부에서 충돌하도록 연장된다. 이것은 도 12a 및 도12b에 도시된 바와 같이 노즐의 단부면(11) 내부에서 교차하는 두 개의 채널로 유량 채널들(10)이 배치되어 제공된다. 따라서, 본 발명에 따른 실시예들에서 채널 스패이서의 단부면 및 노즐의 단부면이 동일한 수준에 위치하는 것이 바람직하기 때문에, 본 실시예에서의 모서리-형상의 벽 단부(12)는 채널 스패이서(2)의 단부면의 수준 또는 일반적으로 노즐의 단부면 수준에서 측정된 채널 스페이서(2) 내측으로 떨어진 거리(Δ)에 위치한다. 상기 충돌은 적어도 부분적으로 노즐의 내부에서 발생하기 때문에, 상기 노즐에서 떨어지는 물방울은 노즐에 대해 외측으로의 속력만을 가지며 노즐의 단부면에 물질의 증착을 야기하는 백 스프레이는 발생하지 않는다. 이러한 이유로 노즐에서 떨어지는 물방울은 외측을 향한 속력만을 갖는다.

이들 두 실시예에서 상기 채널들(10)은 교차점이 단부면 또는 노즐의 내측에 위치하는 교차 채널로서 배치된다. 노즐에서 떨어지는 물방울은 실질적으로 단부면에 수직하는 노즐의 외측으로의 속력만을 갖기 때문에 백 스프레이는 대체로 노즐의 외측에서는 회피된다. 백 스프레이가 노즐 내부에서 발생하면, 백 스프레이된 물방울은 채널(4a와 4b)을 통해 흐르는 유체내로 스프레이 되고, 백 스프레이된 물 방울의 증착은 피하게 된다.

여기에 묘사된 상기 단부면은 평행한 면(straight plane)으로 되어있다. 그러나 상기 단부면은 테이퍼, 라운드 등과 같은 형상으로 이루어질 수 있다. 도11 과 도12의 실시예와 관련하여, 상기 교차점은 단부면의 평면 및 유출구의 부분에 위치할 수 있다.

도11 과 도12의 실시예에서는 채널 스패이서로 도시되어 있으나, 거리(δ)가 좁아지고/좁아지거나 유체 스트림을 적어도 부분적으로는 노즐의 내측에서 충돌하게 하는 원리는 일반적으로 유체흐름노즐에 적용될 수 있다. 예를 들어 채널(10)은 노즐 블록에 제공될 수도 있다 (채널 스패이서가 불필요한 경우). 이러한 실시예는 노즐에 유체를 공급하는 유입구와 하나 이상의 유출구로부터 배출된 유체 스트림이 서로 충돌하도록 배치되는 하나 이상의 유출구와 충돌하는 다른 하나 이상의 유출구로 이루어진다. 필터는 유체가 노즐 채널에 도달하기 전에 여과하도록 유체를 노즐로 안내하는 유량 라인 내에 배치되는 것이 바람직하다. 유출구는 두 유출구로부터 배출되는 유체가 충돌하도록 배치되며, 각각의 각도는 30 내지 100° 사이이고, 하나 이상의 유출구는 유입부와 연결되는 유출 채널에서 끝난다. 배출구로부터 배출되는 유체 스트림의 단면적은 0.003에서 0.15㎟, 바람직하게는 0.005에서 0.05㎟ 마치 0.001에서 0.003㎟ 바람직하게는 0.02㎟로 이루어진다.

도 13과 도14는 채널 스패이서의 다른 실시예를 보여주며, 노즐에 일반적으로 적용될 수 있으며, 채널의 분기점은 노즐의 표면의 외측(도13) 또는 노즐의 내측(도14)에 위치한다. 도14의 실시예에서, 물방울 유출 채널(11)은 노즐 표면에서 두 채널이 교차되는 지역으로부터 확장되도록 제공된다.

앞서 기술된 도면들은 노즐 요소가 어떻게 구성되는 지에 관한 실시예로만 구성된 것이다. 따라서 첨부된 도면에서 도시되는 것 보다 더 많은 다른 조합이 본 발명의 범위내에서 가능하다. 일 예로 채널 스패이서와 연결된 것으로 도시된 채널(10)의 구성은 도 1에 도시된 노즐 구성에 적용될 수 있다.

본 발명은 유체 미립화가 요구되는 많은 경우에 사용될 수 있다. 그런 경우 중 하나는 디젤 엔진과 같은 내연기관의 배기가스에 요소를 추가하는 위한 것이다. 미립화를 구현하는 시스템은 디젤원리에 따라 바람직하게 작동하는 내연기관, 요소 수용액을 보관하는 탱크 (알려진 상품으로는 adblue din norm 70070), 그리고 배기시스템의 한 부분인 촉매시스템 이루어지는 것이 바람직하다. 엔진의 배기가스는 일반적으로 직경이 120mm인 배기관에 의해 촉매시스템과 연결되고, 상기 배기관은 주어진 요구에 대응하기 위해 요소의 질량을 측정하고 미립화하는 측정 및 미립화 시스템을 통해 요소 수용액을 보관하는 탱크와 연결된다. 따라서, 환경으로 NOx 가스의 방출을 최소화 하기 위해 배기가스와 반응할 수 있도록 상기 배기 시스템으로 요소를 공급하는 미립화 노즐을 가진 측정 유닛을 또한 포함한다. 본 발명에 따른 노즐은 상기 배출 가스가 첨가되기 전에 요소의 미립화에 사용되며, 상기 요소를 배기가스에 보내는 파이프를 따라 위치한 측정 유닛 후에 장착된 별도의 유닛에 구성될 수도 있다. 이것이 배기가스에 더해지기 전에, 상기 노즐은 분기되는 유닛으로 장착되며 그 후에 측정유닛은 요소를 배기가스로 안내하는 배기관을 따라 위치한다. 또 다른 방법으로는 노즐은 측정유닛에 통합될 수도 있다.

상기 유닛은 미립화된 요소가 노즐을 떠난 후 바로 배기가스와 섞이도록 배치되는 것이 바람직하며, 상기 노즐에 존재하는 유체가 배기 가스의 흐름 방향(stream wise) 또는 다른 방향에서 배기 가스 흐름 방향으로 분사되도록 배치된다. 여기서 방향은 흐름방향에 수직하는 배기 가스의 흐름 방향에 반드시 평행하는 것은 아니다. 노즐은 내연기관 또는 가스터빈 배기시스템의 배기관 중심부 그리고/또는 배기시스템의 배기관에 배치될 수 있다. 다수의 노즐은 내연기관 배기시스템의 배기관을 따라 주변에 배치될 수 있다. 하나 이상의 노즐은 본 발명의 범위 내에서 배기 시스템의 배기관에 어느 위치에든 배치될 수 있다.

노즐은 미립화된 유체를 촉매 시스템에 고르게 배포되는 것을 보장하기 위해 상기 배기 가스 내에 미립화된 가스가 고르게 배포되는 방법으로 배기시스템 내에 배치되는 것이 일반적이다. 따라서, 노즐은 배기가스의 흐름방향(반드시 평행할 필요는 없다)에 마주하는 유출구를 갖는 파이프의 중심부에 배치될 수 있다.

미립화된 유체의 균일한 분포를 강화하기 위해, 다수의 노즐이 배기시스템에 배치된다. 이들 다수의 노즐은 둘레를 따라 배치되는 것이 바람직하나 몇몇 경우에는 균일하게 분포된다. 그러나 노즐은 또한 배기가스의 흐름방향을 따라 배치될 수도 있다. 노즐의 유출구는 배기가스의 흐름방향(그러나 평행할 필요는 없다)에 마주하는 유출구와 함께 배치될 수 있다.

흐름 방향에서, 주위에 배치되는 노즐 및/또는 파이프의 중심에 배치된 하나 이상의 노즐의 조합은 본 발명의 범위 내 임을 주지해야 한다.

본 발명에 따른 노즐은 유체의 두 흐름을 “충돌”하게 하여 유체를 미립화하는 노즐에 적합하다.

Claims (14)

1. 표면 A, 유입구 및 유출구를 갖는 제1부재(1); 및

   노즐이 가압될 때 상기 표면 A 및 제2 부재(4)의 표면 B 상에 또는 그들 사이에 형성된 두 개 이상의 채널을 포함하며, 상기 제2 부재(4)는 상기 제1 부재(1) 위에 놓이는 노즐.
2. 제1 항에 있어서,

   상기 채널은 유출구와 유체 연결되고 채널 개방부에서 속도와 질량 유량이 동일한 각 유체 스트림을 제공하는 적어도 두 개의 컨버징(converging) 개방 채널인 노즐.
3. 제 2항에 있어서,

   상기 채널에는 제1 부재(1)의 표면 A와 제2 부재(4)의 표면 B사이에 위치하는 채널 스패이서(2)가 제공되는 노즐.
4. 제 2항 또는 제3항에 있어서,

   제1 부재(1)의 표면A와 제2 부재(4)의 표면B 사이에 위치하는 탄력부재(3)를 더 포함하는 노즐.
5. 제 4항에 있어서,

   탄력부재(3)와 제2 부재(4) 사이에 위치하는 리텐션(retention) 시트(5)를 더 포함하는 노즐.
6. 제 1항 내지 제 5항 중 어느 한 항에 있어서,

   하나 이상의 만입부(8)는 제2 부재(4)의 표면 B 및/또는 만입 부재(50) 상에 제공되는 노즐.
7. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   적어도 두 개의 컨버징 채널은 채널(10)을 통해 흐르는 유체 스트림이 노즐의 외부에서 서로 충돌하도록 배치되는 노즐.
8. 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 채널(10)을 통해 흐르는 유체 스트림이 단부면에서 및/또는 그 위에서 또는 적어도 부분적으로는 노즐의 내부에서 서로 충돌하도록, 채널이 노즐의 단부면에서 및/또는 그 위에서 교차하도록 배치되는 노즐.
9. 제8항에 있어서,

   상기 채널은 적어도 두 개의 채널들로부터 방출된 유체 스트림이 30 내지 100°의 각도에서 서로 충돌되도록 배치되는 노즐.
10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항에 있어서,

    채널들로부터 방출된 각 유체 스트림의 단면적은 0.01 내지 0.03㎟, 바람직하게는 0.01 내지 0.02㎟의 범위와 같이 0.003 내지 0.15㎟, 바람직하게는 0.005 내지 0.05㎟의 범위 내인 것이 바람직한 노즐.
11. 하나 이상의 유체 미립화를 위해 제 1항 내지 제 10항 중 어느 한 항에 따른 두 개 이상의 노즐로 구성된 노즐 시스템.
12. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 노즐 또는 노즐 시스템으로 이루어진 연소기관의 배기시스템.
13. 제 1항 내지 제 11항 중 어느 한 항에 따른 노즐에 첫 번째 압력을 가해서 유체를 공급하는 것으로 이루어지는 유체 미립화, 바람직하게는 액상 요소(urea)의 미립화 방법
14. 제 13항에 있어서,

    노즐 내부의 침전물에 의해 노즐 내에 흐름저항이 생기는 경우, 유체의 압력이 증가하는 단계를 더 포함하는 유체 미립화 방법.

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