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KR20250017544A - 미세기포 발생장치 - Google Patents

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KR20250017544A
KR20250017544A KR1020230098414A KR20230098414A KR20250017544A KR 20250017544 A KR20250017544 A KR 20250017544A KR 1020230098414 A KR1020230098414 A KR 1020230098414A KR 20230098414 A KR20230098414 A KR 20230098414A KR 20250017544 A KR20250017544 A KR 20250017544A
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generating device
segments
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KR1020230098414A
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주현노
Original Assignee
주현노
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Abstract

본 발명은 미세기포를 발생시키는 돌기가 형성된 축체를 복수의 세그먼트로 분할하여 서로 조립할 수 있도록 하여 돌기의 배열 구조를 용이하게 변화시켜 제작할 수 있는 미세기포 발생장치에 관한 것으로, 본 발명에 따른 미세기포 발생장치는, 후방에 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 전방에 유체가 토출되는 토출부가 개방되게 형성된 케이스와, 상기 케이스 내부에 설치되어 유체에 기포를 발생시키는 기포발생모듈을 포함하는 미세기포 발생장치에 있어서, 상기 기포발생모듈은, 중심부에 유체가 유동하는 중공부가 축방향을 따라 관통되게 형성되어 있는 축체; 상기 축체의 외주면에 소정의 간격을 두고 배열되어 유체가 통과하면서 미세기포를 발생시키는 복수의 외부돌기; 및, 상기 중공부 내주면에 일체로 형성되며, 소정의 간격을 두고 배열되어 중공부 내부를 유동하는 유체가 통과하면서 미세기포를 발생시키는 복수의 내부돌기;를 포함할 수 있다.

Description

미세기포 발생장치{Microbubbles Generator for Fluid Supply Apparatus}
본 발명은 유체 공급장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 선반이나 밀링머신 또는 연삭기계 등의 공작기계나 장치를 이용하여 공작물을 가공 또는 절삭할 때 가공의 효율을 높이기 위해 공작기계 또는 공구에 절삭유나 냉각유 등을 분사하는 노즐과 연결되어, 외부에서 공급되는 냉각유 등에 캐비테이션 및 코안다 효과를 유도하여 미세기포를 발생시킴으로써 절삭 또는 냉각 성능을 향상시킬 수 있는 유체 공급용 미세기포 발생장치에 관한 것이다.
공작기계나 절삭기계 등을 이용하여 공작물을 가공하거나 절단할 때에는 공구와의 마찰로 인해 많은 열이 발생하게 되는데, 이러한 열은 공작물로부터 발생된 칩을 공구 끝단에 용착되거나 연삭숫돌의 표면에 용착되어 눈막음을 발생시켜 공구 등의 수명을 단축하기 때문에 통상 공작물을 절단하거나 가공할 때에는 공구의 날끝이나 공작물에 절삭유를 공급함으로써 마찰열에 의한 공구의 열화 등을 방지한다.
또한 이러한 공구나 공작물에 대한 냉각성능을 확보함과 동시에 공구의 수명을 더욱 높임으로써 운전비용을 줄이고, 아울러 칩의 용착을 최소화함으로써 더욱 정확한 치수로 공작물을 가공할 수 있도록 하는 절삭유 장치에 대한 요구가 증가하고 있으며, 이러한 이유로 절삭유 공급라인에 미세기포 발생장치를 설치하여 미세기포를 만들어서 절삭유에 공급하고 있다.
대한민국 등록특허 제10-1350135호에는 절삭유의 압력손실을 줄일 수 있고, 미세기포의 발생 효율이 높으며, 마모 및 소음 발생을 방지하기 위한 구조의 절삭유용 미세기포 발생장치가 개시되어 있다.
상기한 등록특허의 미세기포 발생장치는, 원통 형상의 본체(케이스) 내부에 형성된 유로에 설치되는 축체의 외주면에 마름모 형상으로 이루어진 다수 개의 돌기가 형성되고, 상기 돌기가 일정 간격을 두고 본체의 길이방향을 따라 나선 방향으로 형성되어, 본체에 공급된 절삭유가 다수 개의 돌기에 의해 나선형상으로 안내되면서 돌기와 접촉되고, 그 결과 절삭유의 내부에 무수한 미세기포가 형성될 수 있게 한 것이다.
그러나, 상기한 등록특허의 미세기포 발생장치를 비롯한 종래의 미세기포 발생장치는, 축체의 외면에만 돌기가 형성되어 미세기포 발생량을 증가시키는데 한계가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 것으로 일본 공개특허 제2018-111197호에 외면에 복수의 기포 발생 돌기가 배열되는 제2축체의 중공부에 외면에 복수의 기포 발생 돌기가 배열된 제1축체를 삽입하여 미세기포 발생량을 증가시킬 수 있는 2중 축체 구조의 미세기포 발생장치가 개시되어 있다.
그러나, 이러한 2중 축체 구조의 미세기포 발생장치는 서로 다른 직경을 갖는 2개의 내부 구조체를 제작하여 동심상으로 조립해야 하므로 제작 비용이 증가하는 문제가 있다.
또한 종래의 미세기포 발생장치는 축체의 외면에 배열되는 기포 발생 돌기의 배열이 정해져 있기 때문에 미세기포 발생장치에서 발생하는 유체의 유동 특성을 변화시킬 수 없는 문제가 있다.
예를 들어 돌기와 돌기 사이의 축방향 간격이나 배열 형태를 변화시켜 미세기포 발생장치에서 발생하는 미세기포의 발생량을 변화시키거나 유압, 유속 등을 변화시킬 필요가 있을 경우 새로운 미세기포 발생장치를 절삭 가공하여 사용해야 하지만, 이 경우 절삭 가공에 많은 시간과 노력이 소요되며, 제작된 미세기포 발생장치가 원하는 유체 유동 특성을 발휘하지 못하면 다시 그 구조를 설계하여 제작해야 하는 문제가 있다.
대한민국 등록특허 제10-2220498호 대한민국 등록특허 제10-1350135호 일본 공개특허 제2018-111197호 일본 공개특허 제2004-033962호 일본 등록특허 제6393441호
본 발명은 상기한 문제를 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 축체의 외주면과 축체의 중공부의 내주면에 미세기포를 발생시키는 돌기를 형성하여, 축체의 외면을 따라 유동하는 유체와 축체의 중공부 내를 유동하는 유체 모두에서 미세 기포가 발생하도록 함으로써 미세기포 발생량을 증가시킬 수 있는 미세기포 발생장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 미세기포를 발생시키는 돌기가 형성된 축체를 복수의 세그먼트로 분할하고 축체를 통해 조립할 수 있도록 하여 돌기의 배열 구조를 용이하게 변화시켜 제작할 수 있는 미세기포 발생장치를 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 한 형태에 따른 미세기포 발생장치는, 후방에 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 전방에 유체가 토출되는 토출부가 개방되게 형성된 케이스와, 상기 케이스 내부에 설치되어 유체에 기포를 발생시키는 기포발생모듈을 포함하는 미세기포 발생장치에 있어서, 상기 기포발생모듈은, 중심부에 유체가 유동하는 중공부가 축방향을 따라 관통되게 형성되어 있는 축체; 상기 축체의 외주면에 소정의 간격을 두고 배열되어 유체가 통과하면서 미세기포를 발생시키는 복수의 외부돌기; 및, 상기 중공부 내주면에 일체로 형성되며, 소정의 간격을 두고 배열되어 중공부 내부를 유동하는 유체가 통과하면서 미세기포를 발생시키는 복수의 내부돌기;를 포함할 수 있다.
상기 축체의 전단부 외면은 전방으로 갈수록 두께가 작아지면서 테이퍼진 형태를 가질 수 있다.
본 발명의 다른 한 형태에 따른 미세기포 발생장치는, 상기 축체의 후단부에 배치되며 중심부에 케이스의 유입구 및 축체의 중공부와 연통되는 내부유입구가 전후방향으로 관통되게 형성되고, 외주면에 축방향을 따라 나선형으로 비틀린 날개가 형성되어 케이스 내부로 유입되는 유체에 회전력을 부여하는 회전유도부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 형태에 따른 미세기포 발생장치는, 후방에 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 전방에 유체가 토출되는 토출부가 개방되게 형성된 케이스와, 상기 케이스 내부에 설치되어 유체에 기포를 발생시키는 기포발생모듈을 포함하는 미세기포 발생장치에 있어서, 상기 기포발생모듈은, 축방향을 따라 중공부가 형성된 중공관 형태를 가지며, 외주면에 원주방향을 따라 배열되는 외부요철이 축방향을 따라 연장되고, 상기 중공부의 내주면에 원주방향을 따라 배열되는 내부요철이 축방향을 따라 연장되어 있는 축체; 중앙에 상기 축체에 끼워지는 중심홀이 관통되게 형성되어 있는 링 형태의 외부 몸체부, 상기 외부 몸체부의 중심홀의 내주면에 원주방향을 따라 연속적으로 배열되어 상기 외부요철에 맞물리는 세그먼트 내부요철, 및 상기 외부 몸체부의 외주면에 원주방향을 따라 배열되어 유체에 미세기포를 발생시키는 복수의 외부돌기를 포함하여, 상기 축체의 외면에 축방향으로 슬라이딩하면서 결합되어 축방향으로 연이어서 배열되는 복수의 외부 세그먼트; 및, 상기 축체의 중공 내측으로 삽입되는 링 형태의 내부 몸체부, 상기 내부 몸체부의 외주면에 원주방향을 따라 연속적으로 배열되어 상기 축체의 내부요철과 맞물리는 세그먼트 외부요철, 및 상기 내부 몸체부의 내주면에 원주방향을 따라 배열되어 유체에 미세기포를 발생시키는 복수의 내부돌기를 포함하여, 상기 축체의 중공부에 축방향으로 슬라이딩하면서 결합되어 축방향으로 연이어서 배열되는 복수의 복수의 내부 세그먼트;를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 한 형태에 따른 미세기포 발생장치는, 전방을 향해 뾰족한 원추형으로 이루어지며 후방면이 가장 전단부에 배치된 외부 세그먼트 및 내부 세그먼트와 밀착되면서 축체의 전단부에 결합되며, 상기 복수의 내부 세그먼트의 중심에 의해 형성된 유로를 통과한 유체가 배출되는 내부토출유로가 후방에서 전방으로 관통되게 형성되어 있는 토출가이드;를 더 포함할 수 있다.
또한 본 발명의 또 다른 한 형태에 따른 미세기포 발생장치는, 상기 축체의 후단부에 배치되면서 가장 후단부에 배치된 외부 세그먼트 및 내부 세그먼트와 밀착되고, 외주면에 나선형으로 비틀린 날개가 형성되어 케이스 내부로 유입되는 유체에 회전력을 부여하며, 상기 복수의 내부 세그먼트의 중심에 의해 형성된 유로와 연통되는 내부유입구가 중심부에 전후방향으로 관통되게 형성되어 있는 회전유도부;를 더 포함할 수 있다.
상기 회전유도부의 전단부는 상기 축체의 가장 후단부에 배치된 외부 세그먼트 및 내부 세그먼트와 밀착되면서 지지할 수 있다.
상기 외부요철은 상기 축체의 외주면에 원주방향을 따라 연속적으로 배열되는 톱니(serration) 형태로 이루어지고, 상기 내부요철은 상기 중공부의 내주면에 원주방향을 따라 연속적으로 배열되는 톱니 형태로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 축체(110)의 외주면을 따라 유동하는 유체가 외부돌기(112)와 부딪히면서 미세기포가 발생됨과 동시에, 축체(110)의 중공부(111) 내부를 유동하는 유체가 내부돌기(112)와 부딪히면서 미세기포가 발생하게 되므로 외면에만 돌기가 형성된 기존의 미세기포 발생장치에 비하여 미세기포 발생량을 현저하게 증가시킬 수 있게 된다.
또한 단일한 축체(110)의 내,외부 모두에서 미세기포를 발생하게 되므로 미세기포 발생장치의 전체 구성이 복잡해지지 않으며, 제작 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
기포발생모듈이 축방향을 따라 연속적으로 배열되는 복수의 외부 세그먼트로 분할되어 구성되며, 외부 세그먼트의 내주면에 톱니 형태로 형성된 세그먼트 내부요철을 축체의 외면에 톱니 형태로 형성된 외부요철에 맞추어 결합시킬 수 있다.
따라서 복수의 외부 세그먼트들의 돌기들의 배열 구조(또는 간격)를 원하는 배열 구조(또는 간격)로 조정하여 원하는 유체 유동 특성을 얻는 기포발생모듈을 용이하게 제작할 수 있다.
도 1은 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 분해하여 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 미세기포 발생장치를 구성하는 기포발생모듈의 사시도이다.
도 3은 도 2에 도시한 기포발생모듈의 정면도이다.
도 4는 도 2에 도시한 기포발생모듈의 종단면도이다.
도 5는 본 발명의 두번째 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 두번째 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 측면에서 본 단면도이다.
도 7은 본 발명의 두번째 실시예에 따른 미세기포 발생장치의 정면에서 본 단면도이다.
첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 유체 공급용 미세기포 발생장치에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.
또한 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
본 발명에 따른 미세기포 발생장치의 구성 및 작동에 대한 이해를 돕기 위하여, 유체의 흐름 방향을 기준으로 상류측은 장치의 후방으로, 하류측은 장치의 전방으로 규정하여 설명한다.
도 1 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 미세기포 발생장치는, 원통형의 케이스(10)와, 케이스(10) 내부에 배치되어 유체에 기포를 발생시키는 기포발생모듈(100)을 포함한다.
케이스(10)는 직경이 일정한 원통관 형태의 메인케이스부(11)를 포함하며, 메인케이스부(11)의 후단부에 절삭유와 같은 유체를 공급하는 공급원과 연결되는 유입측 소켓(12)이 결합되고, 메인케이스부(11)의 전단부에 미세기포가 발생된 유체를 토출하는 토출측 소켓(13)이 결합된다.
유입측 소켓(12) 또는 토출측 소켓(13)은 케이스(10)와 개별체로 제작된 후 케이스(10)의 양단부에 결합될 수 있지만, 케이스(10)에 일체로 형성될 수도 있을 것이다.
유입측 소켓(12)의 내부 통로는 유체가 유입되는 유입구(12a)로서, 유입구(121a)의 전방부는 후방에서 전방으로 갈수록 직경이 증가하는 테이퍼진 형태를 가질 수 있다. 유입측 소켓(12)의 외주면 또는 내주면에는 케이스(10)의 전단부의 내주면 또는 외주면에 형성되는 나사산과 나선 결합하는 나사산이 형성되어 유입측 소켓(12)을 케이스(10)의 메인케이스부(11)에 대해 돌려서 결합하거나 분리할 수 있다. 물론 이외에도 공지의 다양한 결합 방식으로 유입측 소켓(12)을 메인케이스부(11)에 대해 결합시킬 수 있다.
토출측 소켓(13)은 케이스(10)의 전단부에 나선 결합될 수 있다. 토출측 소켓(13)의 내측에는 전방으로 갈수록 직경이 줄어들도록 테이퍼진 형태의 토출구가 형성될 수 있다. 토출측 소켓(13)은 케이스(10)의 메인케이스부(11) 전단부에 일체로 형성될 수 있지만, 유입측 소켓(12)과 마찬가지로 메인케이스부(11)와 개별체로 제작된 후 메인케이스부(11)의 전단부에 나선 결합 방식 등으로 결합되어 사용될 수 있다.
기포발생모듈(100)의 후방부에는 유입측 소켓(12)의 유입구(12a)를 통해 유입되는 유체에 회전력을 부여하여 캐비테이션 현상을 유도하는 회전유도부(130)가 구비될 수 있다. 회전유도부(130)는 원통형으로 되어 기포발생모듈(100)의 축체(110) 후단부에 결합되는 허브(131)와, 허브(131)의 둘레를 따라 나선형으로 비틀린 프로펠러 형태로 되어 유체에 회전력을 부여하는 복수의 날개(132)를 포함한다.
상기 허브(131)의 중심부에는 유입측 소켓(12)의 유입구(12a)를 통해 유입된 유체의 일부가 기포발생모듈(100)의 축체(110)의 중심부에 형성된 중공부(111) 내측으로 흘러갈 수 있도록 하기 위한 내부유입구(133)가 전후방향으로 관통되게 형성되어 있다.
또한 캐비테이션 현상에 의한 미세기포 발생량을 증가시키기 위하여 상기 회전유도부(130)의 허브(131)의 전방면은 후방으로 오목한 홈 형태로 형성될 수 있다. 허브(131)는 기포발생모듈(100)의 축체(110)와 개별체로 제작된 후 용접 또는 나사(135) 등의 체결수단에 의해 축체(110)의 후단부에 결합될 수 있지만, 이와 다르게 케이스(10) 내부에서 유입측 소켓(12)과 기포발생모듈(100) 사이에 밀착되어 지지되거나, 축체(110)에 일체로 성형되어 제작될 수도 있을 것이다.
상기 날개(132)는 원통형의 허브(131)의 둘레를 따라 프로펠러 형태로 형성되며, 날개(132)에 의해 유체에 회전력이 부여되고, 날개(132)의 후단부에서 캐비테이션(bubble cavitation) 현상에 의한 미세 기포가 발생하게 된다. 캐비테이션 현상을 통해 발생된 미세 기포는 가공 대상물 표면으로 공급되어 가공 대상물 표면에 미세 진동을 발생하여 가공 대상물 표면에 생성되는 이물질을 제거하도록 하며 가공 대상물의 윤활성을 향상시킨다.
경우에 따라 상기 회전유도부(130)는 생략될 수 있다.
이 실시예에서 기포발생모듈(100)은 케이스(10) 내부에 배치되어 회전유도부(130)를 통과하면서 회전력이 부여된 유체에 다량의 미세기포가 발생할 수 있도록 외주면에 복수의 외부돌기(122)가 배열된 원통체 형태를 갖도록 된 것으로, 중심에 중공부(111)가 형성된 대략 원통형의 축체(110)와, 축체(110)의 외주면에 소정의 간격을 두고 배열되어 유체가 통과하면서 미세기포를 발생시키는 복수의 외부돌기(112), 상기 중공부(111) 내주면에 일체로 형성되는 복수의 내부돌기(113)를 포함한다.
축체(110)는 전후방향으로 긴 원통체 형태를 가지며, 중심에 축방향으로, 즉 전후방향으로 중공부(111)가 관통되게 형성되어 있다. 상기 축체(110)의 전단부 외면은 전방으로 갈수록 두께가 작아지면서 테이퍼진 형태를 가질 수 있다. 이 때 축체(110)의 전단부 외면은 상기 토출측 소켓(13)의 테이퍼진 토출구와 대체로 일정한 간격을 이루도록 토출구와 동일한 경사각도로 경사지게 형성됨이 바람직하다.
축체(110)의 외주면에는 메인케이스부(11)의 내주면과 축체(110)의 외주면 사이를 따라 유동하는 유체에서 미세기포가 발생할 수 있도록 하기 위한 복수의 외부돌기(112)가 반경방향으로 돌출되게 형성된다. 상기 외부돌기(112)는 메인케이스부(11)의 내주면과 축체(110)의 외주면 사이를 따라 유동하는 유체가 부딪히면서 미세기포를 발생시킴과 동시에 하류측(전방부)으로 갈수록 유속이 빨라져 코안다 효과를 극대화함으로써 미세기포 발생량을 증가시키고, 이로써 가공 대상물의 온도 저감 및 윤활성 등의 효과를 극대화할 수 있는 형태 및 배열 구조를 갖는다.
예를 들어 외부돌기(112)는 대체로 마름모 형상을 가질 수 있으며, 그 크기 또한 일정하게 형성될 수 있지만, 이외에도 다양한 형태와 크기로 형성될 수 있다. 이러한 복수의 외부돌기(112)는 기포발생모듈(100) 전체에 걸쳐 축방향을 따라 나선형으로 배열될 수 있지만, 이와 다른 배열 구조를 가질 수 있다.
내부돌기(112)는 축체(110)의 중공부(111) 내주면에 일체로 형성되며, 각각의 내부돌기(112)들이 서로 소정의 간격을 두고 배열되어 중공부(111) 내부를 유동하는 유체가 통과하면서 내부돌기(112)들에 부딪혀 미세기포를 발생시키게 된다. 상기 내부돌기(112) 역시 대체로 마름모 형상을 가질 수 있으며, 중공부(111)의 내주면에 축방향을 따라 나선형으로 배열될 수 있다.
이와 같이 축체(110)의 외주면과 축체(110)의 중공부(111)의 내주면에 각각 외부돌기(112)와 내부돌기(112)가 형성되면, 축체(110)의 외주면을 따라 유동하는 유체가 외부돌기(112)와 부딪히면서 미세기포가 발생됨과 동시에, 축체(110)의 중공부(111) 내부를 유동하는 유체가 내부돌기(112)와 부딪히면서 미세기포가 발생하게 되므로 외면에만 돌기가 형성된 기존의 미세기포 발생장치에 비하여 미세기포 발생량을 현저하게 증가시킬 수 있게 된다.
또한 단일한 축체(110)의 내,외부 모두에서 미세기포를 발생하게 되므로 미세기포 발생장치의 전체 구성이 복잡해지지 않으며, 제작 비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.
전술한 첫번째 실시예의 미세기포 발생장치는 기포발생모듈(100)의 축체(110)의 내부와 외부 모두에서 유체가 유동하면서 미세기포가 발생하는 이점을 갖지만, 기포발생모듈(100)을 구성하는 축체(110)와 외부돌기(112) 및 내부돌기(112)가 일체로 이루어지기 때문에 외부돌기(112) 및 내부돌기(112)의 배열 구조를 임의로 변경하여 사용할 수는 없다.
이에 도 5 내지 도 7에 도시한 두번째 실시예와 같이 기포발생모듈(200)을 복수의 세그먼트로 분할하여 조립식으로 구성함으로써 내,외부의 돌기의 배열 구조를 변경하여 사용할 수 있게 할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 도 5 내지 도 7에 도시한 두번째 실시예의 기포발생모듈(200)은 축방향을 따라 중공부(212)가 관통되게 형성된 중공관 형태의 축체(210)와, 축체(210)의 외면에 끼워지면서 축방향으로 연이어서 배열되는 복수의 외부 세그먼트(220), 축체(210)의 중공부(212) 내측에 끼워지면서 축방향으로 연이어서 배열되는 복수의 복수의 내부 세그먼트(250), 축체(210)의 후단부에 결합되어 유입되는 유체에 회전력을 부여하는 회전유도부(230), 및 축체(210)의 전단부에 결합되는 대략 원추형으로 된 토출가이드(240)를 포함할 수 있다.
상기 축체(210)는 외주면에 원주방향을 따라 연속적으로 배열되는 톱니(serration) 형태의 외부요철(211)이 축방향을 따라 연장되고, 중공부(212)의 내주면에 원주방향을 따라 연속적으로 배열되는 톱니 형태의 내부요철(213)이 축방향을 따라 연장되어 있는 중공관 형태를 갖는다.
복수의 외부 세그먼트(220)는 축체(210)에 축방향으로 연속하여 배열되면서 서로 밀착 결합되어 전체적으로 원통체를 이루게 된다. 외부 세그먼트(220)는 원형 링 형태의 외부 몸체부(221), 외부 몸체부(221)의 중심홀(224)의 내주면에 원주방향을 따라 연속적으로 배열되어 상기 축체(210) 외면의 외부요철(211)에 맞물리는 톱니 형태의 세그먼트 내부요철(223), 및 외부 몸체부(221)의 외주면에 원주방향을 따라 배열되어 유체에 미세기포를 발생시키는 복수의 외부돌기(222)를 포함한 구성으로 이루어져, 축체(210)의 외면에 결합된다.
외부 몸체부(221)는 소정의 두께를 갖는 원형 링 또는 원반형으로 이루어지며, 그 재질은 금속, 플라스틱과 같이 단단한 수지, 세라믹 재질 등 다양한 재질로 이루어질 수 있다. 외부 몸체부(221)의 중심부에 전후방향으로 관통되게 형성되는 원형의 중심홀(224)은 축체(210)의 직경보다 미세하게 큰 직경을 갖도록 되어 축체(210)의 외면을 따라 슬라이딩하면서 결합될 수 있다.
외부 몸체부(221)의 중심홀(224)의 내주면에 형성된 세그먼트 내부요철(223)은 축체(210) 외면의 외부요철(211)과 대응하는 형태로 되어 외부요철(211)과 맞물리면서 슬라이딩하게 된다. 상기 세그먼트 내부요철(223)과 외부요철(211)은 톱니(serration) 형태로 되어 있기 때문에 복수의 외부 세그먼트(220)들을 원하는 다양한 각도에서 축체(210)에 결합할 수 있다. 다시 말해서 외부 세그먼트(220)가 톱니 형태의 세그먼트 내부요철(223)과 축체(210)의 외부요철(211) 간의 치합에 의해 결합되므로 축체(210)에 대한 외부 세그먼트(220)의 결합 각도를 조정함으로써 복수의 외부 세그먼트(220)의 외면에 형성된 외부돌기(222)들의 위치를 원하는 대로 조정하여 조립할 수 있다.
외부 몸체부(221)의 외주면에 배열되는 복수의 외부돌기(222)는 케이스(10)(도 1 참조)의 내주면과 기포발생모듈(200) 사이를 따라 흐르는 유체가 부딪히면서 미세기포를 발생시킴과 동시에 하류측(전방부)으로 갈수록 유속이 빨라져 코안다 효과를 극대화함으로써 미세기포 발생량을 증가시키고, 가공 대상물의 온도 저감 및 윤활성 등의 효과를 극대화할 수 있는 형태 및 배열 구조를 갖는다.
예를 들어 외부돌기(222)는 대체로 마름모 형상을 가질 수 있으며, 그 크기 또한 일정하게 형성될 수 있지만, 이외에도 다양한 형태와 크기로 형성될 수 있다. 이러한 복수의 외부돌기(222)는 기포발생모듈(200) 전체에 걸쳐 축방향을 따라 나선형으로 배열될 수 있지만, 이와 다른 배열 구조를 가질 수 있다. 이러한 외부돌기(222)의 배열 구조는 전술한 것과 같이 복수의 외부 세그먼트(220)의 결합 위치(각도)를 조정함으로써 원하는 배열 구조로 조정될 수 있다.
즉, 축체(210)에 결합되어 있는 어느 한 외부 세그먼트(220)의 측방에서 결합되는 다른 한 외부 세그먼트(220)의 결합 각도를 적절하게 조정하여 축체(210)에 결합시킴으로써 복수의 외부 세그먼트(220)의 외부돌기(222)들의 상대 위치를 원하는 대로 가변시켜 배열할 수 있다.
그리고, 내부 세그먼트(250)는 축체(210)의 중공부(212) 내측으로 삽입되는 링 형태의 내부 몸체부(251), 상기 내부 몸체부(251)의 외주면에 원주방향을 따라 연속적으로 배열되어 상기 축체(210)의 내부요철(213)과 맞물리는 톱니 형태의 세그먼트 외부요철(253), 및 상기 내부 몸체부(251)의 내주면에 원주방향을 따라 배열되어 유체에 미세기포를 발생시키는 복수의 내부돌기(252)를 포함할 수 있다.
내부 세그먼트(250)는 세그먼트 외부요철(253)을 축체(210)의 내부요철(213)과 치합하여 축방향으로 슬라이딩시킴으로써 축체(210)의 중공부(212) 내측에 결합될 수 있다.
이와 같이 내부 세그먼트(250) 또한 톱니 형태의 세그먼트 외부요철(253)과 내부요철(213) 간의 결합에 의해 축체(210)에 결합될 수 있으므로 축체(210)에 대한 내부 세그먼트(250)의 결합 각도를 조정하여 복수의 내부 세그먼트(250)들의 내부돌기(252)의 배열 구조를 원하는 대로 용이하게 조정하여 조립할 수 있다.
이 두번째 실시예의 기포발생모듈(200)은 축체(210)의 외면에 결합된 외부 세그먼트(220)의 외부돌기(222)에 의해 유체에 미세기포를 발생시킴과 동시에 축체(210)의 중공부(212)에 결합된 내부 세그먼트(250)의 중심 유로를 통해서 유체가 유동하면서 내부돌기(252)들에 의해 미세기포가 발생하게 되므로 다량의 미세기포를 발생시켜 외부로 분사할 수 있다.
상기 내부 세그먼트(250)의 중심 유로를 통해서 유동하는 유체가 전방의 토출가이드(240)를 통해서 토출될 수 있도록 하기 위하여, 토출가이드(240)의 중심부에 내부 세그먼트(250)의 중심 유로와 연통되는 내부토출유로(242)가 후방에서 전방으로 관통되게 형성된다.
한편 이 두번째 실시예의 기포발생모듈(200) 또한 후방에 케이스(10) 내부로 유입된 유체에 회전력을 부여하여 캐비테이션 현상을 유도하는 회전유도부(230)가 배치될 수 있다. 회전유도부(230)는 중심부에 내부유입구(233)가 전후방향으로 관통되게 형성된 허브(231)와, 허브(231)의 둘레를 따라 나선형으로 비틀린 프로펠러 형태로 되어 유체에 회전력을 부여하는 복수의 날개(232)를 포함할 수 있다.
상술한 구성으로 이루어진 기포발생모듈(200)은 다음과 같이 조립될 수 있다.
축체(210)의 후단부에 회전유도부(230)를 끼우고 나사(235)를 축체(210) 후단부의 체결공(216)에 결합하여 회전유도부(230)를 결합한다. 그런 다음, 축체(210)의 전단부를 통해서 복수의 외부 세그먼트(220)를 순차적으로 끼워 넣어 결합시킨다. 이 때, 각각의 외부 세그먼트(220)들의 결합 각도를 사용자가 원하는 대로 적절하게 조정한 다음 외부 세그먼트(220)들의 세그먼트 내부요철(223)과 축체(210)의 외부요철(211)을 맞추어 슬라이딩시키면서 복수의 외부 세그먼트(220)들을 축체(210)에 결합한다.
그리고 축체(210)의 중공부(212) 내측으로 복수의 내부 세그먼트(250)를 삽입하여 슬라이딩시켜 결합한다. 이 때 내부 세그먼트(250)의 외면에 형성된 세그먼트 외부요철(253)을 축체(210)의 중공부(212)의 내부요철(213)과 치합하여 축방향으로 슬라이딩시킴으로써 내부 세그먼트(250)를 축체(210)의 중공부(212) 내측에 결합시킨다.
내부 세그먼트(250)를 축체(210)에 결합할 때에도 축체(210)에 대한 내부 세그먼트(250)의 결합 각도를 조정하여 복수의 내부 세그먼트(250)들의 내부돌기(252)의 배열 구조를 원하는 대로 용이하게 조정하여 조립할 수 있다.
복수의 내부 세그먼트(250)들을 축체(210)의 중공부(212) 내에 모두 결합하면, 축체(210)의 전단부 외주면에 형성된 나사산부(215)에 토출가이드(240)의 탭홀(241)을 나선 결합하여 축체(210)의 가장 전방에 배치된 외부 세그먼트(220) 및내부 세그먼트(250)를 지지하여 위치를 고정한다.
물론 이와 반대로 복수의 외부 세그먼트(220)들과 내부 세그먼트(250)들을 축체(210)에 끼우기 전에 토출가이드(240)를 축체(210)의 전단부에 먼저 결합하고, 축체(210)의 후단부에서부터 복수의 외부 세그먼트(220)들과 내부 세그먼트(250)들을 순차적으로 끼워서 조립한 다음, 축체(210)의 후단부에 회전유도부(230)를 끼우고 나사(235)를 축체(210) 후단부의 체결공(216)에 체결함으로써 기포발생모듈(200)를 조립할 수도 있을 것이다.
또한 축체(210)에 토출가이드(240)와 회전유도부(230) 중 어느 하나가 일체로 형성되어 있는 경우에는 토출가이드(240) 또는 회전유도부(230)의 반대편 끝단부에서 축체(210)에 복수의 외부 세그먼트(220)들과 내부 세그먼트(250)들을 순차적으로 끼워 기포발생모듈(200)를 조립할 수 있다.
상술한 것과 같은 두번째 실시예의 미세기포 발생장치는, 외부돌기(222)가 형성된 복수의 외부 세그먼트(220)들을 축체(210)에 슬라이딩시켜 배열하고, 내부돌기(252)가 형성된 복수의 내부 세그먼트(250)들을 축체(210)의 중공부(212) 내측에 슬라이딩시켜 배열할 수 있으므로, 복수의 외부 세그먼트(220)들의 외부돌기(222)들의 배열 구조(또는 간격)와 내부 세그먼트(250)들의 내부돌기(252)의 배열 구조(또는 간격)을 원하는 배열 구조(또는 간격)로 조정하여 조립할 수 있다.
앞서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
10 : 케이스 11 : 메인케이스부
12 : 유입측 소켓 12a : 유입구
14 : 토출부 100, 200 : 기포발생모듈
110 : 축체 111 : 중공부
112 : 외부돌기 113 : 내부돌기
130 : 회전유도부 131 : 허브
132 : 날개 133 : 내부유입구
210 : 축체 211 : 외부요철
212 : 중공부 213 : 내부요철
215 : 나사산부 216 : 체결공
220 : 외부 세그먼트 221 : 외부 몸체부
222 : 외부돌기 223 : 세그먼트 내부요철
224 : 중심홀 230 : 회전유도부
231 : 허브 232 : 날개
235 : 나사 236 : 내부유입구
240 : 토출가이드 241 : 탭홀
242 : 내부토출유로 250 : 내부 세그먼트
251 : 내부 몸체부 252 : 내부돌기
253 : 세그먼트 외부요철

Claims (8)

  1. 후방에 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 전방에 유체가 토출되는 토출부가 개방되게 형성된 케이스와, 상기 케이스 내부에 설치되어 유체에 기포를 발생시키는 기포발생모듈을 포함하는 미세기포 발생장치에 있어서,
    상기 기포발생모듈은,
    중심부에 유체가 유동하는 중공부가 축방향을 따라 관통되게 형성되어 있는 축체;
    상기 축체의 외주면에 소정의 간격을 두고 배열되어 유체가 통과하면서 미세기포를 발생시키는 복수의 외부돌기; 및,
    상기 중공부 내주면에 일체로 형성되며, 소정의 간격을 두고 배열되어 중공부 내부를 유동하는 유체가 통과하면서 미세기포를 발생시키는 복수의 내부돌기;
    를 포함하는 미세기포 발생장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 축체의 전단부 외면은 전방으로 갈수록 두께가 작아지면서 테이퍼진 형태를 갖는 미세기포 발생장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 축체의 후단부에 배치되며 중심부에 케이스의 유입구 및 축체의 중공부와 연통되는 내부유입구가 전후방향으로 관통되게 형성되고, 외주면에 축방향을 따라 나선형으로 비틀린 날개가 형성되어 케이스 내부로 유입되는 유체에 회전력을 부여하는 회전유도부를 더 포함하는 미세기포 발생장치.
  4. 후방에 유체가 유입되는 유입구가 형성되고 전방에 유체가 토출되는 토출부가 개방되게 형성된 케이스와, 상기 케이스 내부에 설치되어 유체에 기포를 발생시키는 기포발생모듈을 포함하는 미세기포 발생장치에 있어서,
    상기 기포발생모듈은,
    축방향을 따라 중공부가 형성된 중공관 형태를 가지며, 외주면에 원주방향을 따라 배열되는 외부요철이 축방향을 따라 연장되고, 상기 중공부의 내주면에 원주방향을 따라 배열되는 내부요철이 축방향을 따라 연장되어 있는 축체;
    중앙에 상기 축체에 끼워지는 중심홀이 관통되게 형성되어 있는 링 형태의 외부 몸체부, 상기 외부 몸체부의 중심홀의 내주면에 원주방향을 따라 연속적으로 배열되어 상기 외부요철에 맞물리는 세그먼트 내부요철, 및 상기 외부 몸체부의 외주면에 원주방향을 따라 배열되어 유체에 미세기포를 발생시키는 복수의 외부돌기를 포함하여, 상기 축체의 외면에 축방향으로 슬라이딩하면서 결합되어 축방향으로 연이어서 배열되는 복수의 외부 세그먼트; 및,
    상기 축체의 중공 내측으로 삽입되는 링 형태의 내부 몸체부, 상기 내부 몸체부의 외주면에 원주방향을 따라 연속적으로 배열되어 상기 축체의 내부요철과 맞물리는 세그먼트 외부요철, 및 상기 내부 몸체부의 내주면에 원주방향을 따라 배열되어 유체에 미세기포를 발생시키는 복수의 내부돌기를 포함하여, 상기 축체의 중공부에 축방향으로 슬라이딩하면서 결합되어 축방향으로 연이어서 배열되는 복수의 복수의 내부 세그먼트;
    를 포함하는 미세기포 발생장치.
  5. 제4항에 있어서, 전방을 향해 뾰족한 원추형으로 이루어지며 후방면이 가장 전단부에 배치된 외부 세그먼트 및 내부 세그먼트와 밀착되면서 축체의 전단부에 결합되며, 상기 복수의 내부 세그먼트의 중심에 의해 형성된 유로를 통과한 유체가 배출되는 내부토출유로가 후방에서 전방으로 관통되게 형성되어 있는 토출가이드;
    를 더 포함하는 미세기포 발생장치.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서, 상기 축체의 후단부에 배치되면서 가장 후단부에 배치된 외부 세그먼트 및 내부 세그먼트와 밀착되고, 외주면에 나선형으로 비틀린 날개가 형성되어 케이스 내부로 유입되는 유체에 회전력을 부여하며, 상기 복수의 내부 세그먼트의 중심에 의해 형성된 유로와 연통되는 내부유입구가 중심부에 전후방향으로 관통되게 형성되어 있는 회전유도부;
    를 더 포함하는 미세기포 발생장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 회전유도부의 전단부는 상기 축체의 가장 후단부에 배치된 외부 세그먼트 및 내부 세그먼트와 밀착되면서 지지하는 미세기포 발생장치.
  8. 제4항에 있어서, 상기 외부요철은 상기 축체의 외주면에 원주방향을 따라 연속적으로 배열되는 톱니(serration) 형태로 이루어지고, 상기 내부요철은 상기 중공부의 내주면에 원주방향을 따라 연속적으로 배열되는 톱니 형태로 이루어진 미세기포 발생장치.
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