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KR20040073535A - 유체 흐름 제어기 - Google Patents

유체 흐름 제어기 Download PDF

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Publication number
KR20040073535A
KR20040073535A KR10-2004-7010412A KR20047010412A KR20040073535A KR 20040073535 A KR20040073535 A KR 20040073535A KR 20047010412 A KR20047010412 A KR 20047010412A KR 20040073535 A KR20040073535 A KR 20040073535A
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KR
South Korea
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active surface
fluid
fluid passageway
flow controller
golden
Prior art date
Application number
KR10-2004-7010412A
Other languages
English (en)
Inventor
하먼 제이덴데이빗
Original Assignee
팍스 싸이언티픽 인코퍼레이션
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 팍스 싸이언티픽 인코퍼레이션 filed Critical 팍스 싸이언티픽 인코퍼레이션
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Abstract

통로(36)를 통과하는 유체 흐름(34)에 영향을 미칠 수 있는 활성 표면을 구비한 흐름 제어기(37)가 그 길이의 적어도 일부분에 제공된 유체 통로(36)가 개시된다. 활성 표면의 구조는 황금 분할에 부합하는 하나 이상의 대수 곡선에 부합한다.

Description

유체 흐름 제어기{A fluid flow controller}
일반적으로 유체 흐름을 안내하거나 영향을 미치거나 혹은 유체를 운반하려는 기구들은 수도관과 같은 소정 길이를 가지고 단면이 둥글거나 많은 공조 시스템과 같이 단면이 평평한 덕트를 이용한다. 그러나 종래의 설비들에서 발생하는 주요한 어려움은 효율을 저하시키는 유체 흐름내에서 발생하는 교란(turbulence)이었다. 극단적인 상황하에서 액체의 경우 난류는 캐비테이션(cavitation)을 발생하여 덕트의 작동 효율을 저하시킬 뿐만 아니라 비효율, 소음, 가열, 적체된 고체의 침전, 액체의 산화를 통한 가속된 전해나 부식, 및 덕트 구조에 대한 파괴적인 영향을 미칠 수 있다. 직렬형 스텐트와 같은 심장혈관기구에서 유독한 캐비테이션 및/또는 혈소판의 침착이 발생한다. 스팀 혹은 제트 터빈과 같은 단열팽창 기구에서 단열팽창 혹은 수축 비율은 챔버의 외형을 최적화하지 않음으로써 지연될 수 있다. 이로써 심각한 비효율을 초래할 수 있다.
본 발명은 덕트를 통과하면서 유체가 받는 외부로부터의 교란의 정도를 감소시킴으로써 유체 흐름을 촉진할 수 있는 덕트를 제공하는 것을 목적으로 한다. 이러한 목적은 유체 흐름에 대한 저항과 유체 흐름이 받는 교란이 감소되는 운동 패턴으로 유체 흐름을 유도하려고 하는 덕트를 제공하는 것에 의해 달성된다.
이러한 목적을 달성하기 위하여 덕트의 표면 및/또는 형상은 실질적으로 혹은 대부분에서 황금 분할(Golden Section)의 기하학적 비율에 부합하는 대수적 구조의 곡선과 부합하는 유체 통로를 제공하려는 것이다.
자연력하에서 운동하는 모든 유체는 나선(spirals)이나 소용돌이(vortex)로 운동하는 경향이 있다. 이러한 나선 혹은 소용돌이는 일반적으로 황금 분할 혹은 피보나치형 진행(Fibonacci-like Progression)로 알려진 3차원 수학적인 대수적 진행과 부합한다. 본 발명에 의하면 유체는 덕트 표면을 구심적인 소용돌이 회전의 자연적으로 선호하는 방식으로 운동할 수 있게 되어 유체 흐름을 운반하기 위해 통상 사용되는 설비에서 보통 발견되는 교란과 마찰에 의해 발생하는 비효율성을 감소시킨다.
유체 통로가 황금 분할에 더욱 근접하게 부합하도록 구성될수록 덕트는 더욱 효율적으로 된다. 그러나 부분적으로라도 황금 분할에 근접하는 어느 정도의 진전이 있으면 종래기술상의 덕트에 대해 진전을 나타낼 것이다.
본 발명은 유체를 운반하도록 형성된 덕트에 관한 것이다. 본 발명의 특별한 응용예들로서는 최적의 단열 팽창이나 수축이 필요한 배관 시스템, 공조 덕트, 심장혈관(cardiovascular) 스텐트(stent), 먼지 침전기, 소리 감쇠기, 머플러 및 챔버, 배기관, 혹은 덕트를 포함한다.
첨부 도면과 관련하여 설명이 이루어지는 데, 여기에서:
도 1은 황금 분할의 형태를 예시하며,
도 2는 벤드부에서 발생된 유체 흐름의 성질을 보이기 위해 직각 벤드부를 형성한 종래의 덕트에 대한 단면도이며,
도 3은 직각으로 방향이 변화하는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 덕트의 평면도이며,
도 4는 제 1 실시예에 따른 덕트의 측면도이며,
도 5는 제 2 실시예에 따른 덕트의 등척도이며,
도 6은 제 2 실시예에 따른 덕트의 단부 도면이며,
도 7은 제 3 실시예에 따른 덕트 혹은 스텐트의 다이아그램도이며,
도 8은 제 4 실시예에 따른 덕트의 측면도이며,
도 9는 제 4 실시예에 따른 덕트의 단부도이며,
도 10은 제 5 실시예에 따른 덕트의 등척도이며,
도 11은 제 5 실시예에 따른 덕트의 단부도이며,
도 12는 제 6 실시예에 따른 팽창 챔버의 다이아그램 측면도(부분적으로 단면으로 도시한)이며,
도 13은 제 7 실시예의 단면도이며,
도 14는 제 7 실시예에 따른 팽창 챔버의 다이아그램 등척도이며,
도 15는 도 14 도시 제 7 실시예의 단부도이다.
따라서 본 발명은 전체 길이의 적어도 일부에 흐름 제어기를 구비한 유체 통로에 대한 것으로, 여기에서 흐름 제어기는 통로를 흐르는 유체 흐름에 영향을 미칠 수 있는 활성 표면을 구비하며, 이 활성 표면의 구조는 황금 분할에 부합하는 하나 이상의 대수적인 곡선에 부합한다.
본 발명의 다른 태양에 의하면, 본 발명은 유체 흐름에 영향을 미치도록 형성되고 구조가 황금 분할에 부합하는 하나 이상의 대수 곡선에 부합하는 활성 표면을 가지며 유체 통로에 위치하도록 형성된 흐름 제어기에 관한 것이다.
본 발명의 양호한 특징에 따르면, 활성 표면의 곡률은 일차원적이다.
본 발명의 양호한 특징에 따르면, 활성 표면의 곡률은 이차원적이다.
본 발명의 양호한 특징에 따르면, 활성 표면의 곡률은 황금 분할에 따라 변화할 수 있는 깊이를 가진다.
본 발명의 양호한 특징에 따르면, 활성 표면의 곡률은 유체 통로의 중심축에 대해 가로지른다.
본 발명의 또 다른 양호한 특징에 따르면, 활성 표면의 곡률은 중심축에 평행한 방향일 수 있다.
본 발명의 또 다른 양호한 특징에 따르면, 활성 표면의 곡률은 대부분에서 실질적으로 황금 분할에 부합하는 3차원 표면을 형성하도록 중심축에 대해 교차하고 또한 중심축 방향에 대해 평행하다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 유체 통로는 나선 구조를 가진다. 본 발명의 양호한 실시예에서 나선 구조는 대수적인 나선(helix), 소용돌이, 혹은 달팽이관 형상을 가진다.
본 발명의 다른 양호한 특징에 따르면, 덕트의 단면은 대수적으로 실질적으로 혹은 대부분의 경우 황금 분할에 부합하게 변화한다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 활성 표면은 원족류 혹은 두족류 족의 원생동물문의 껍질의 외부 구조에 부합하는 구조를 가진다. 본 발명의 특수한 형태에 따르면, 활성 표면은 고둥류, 아르고노타(Argonauta), 앵무조개속(Notilus), 코니디아(Conidea), 터비니디아(Turbinidea) 속에서 선택된 껍질의 외부 구조에 부합한다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 활성 표면은 원족류 혹은 두족류의 원형동물문의 껍질의 내부 구조를 가진다. 본 발명의 실시예의 특별한 예에서 활성 표면은 고둥류, 코니디아, 터비니디아, 아르고노타, 앵무조개속에서 선택된 일종의 껍질의 내부 구조를 가진다.
본 발명의 양호한 특징에 따르면, 활성 표면은 유체 흐름축 둘레로 유체 통로 내에서 회전운동하도록 형성된다.
본 발명의 다른 태양에 따르면, 본 발명은 유체 통로내에서 유체 흐름축 둘레로 회전 운동을 발생하도록 형성된 활성 표면을 구비하는 흐름 제어기가 그 길이의 일부 이상에서 제공되는 유체 통로에 관한 것이다.
본 발명의 양호한 특징에 따르면, 활성 표면의 구조는 하나 이상의 대수 곡선과 부합한다.
본 발명의 양호한 특징에 따르면, 활성 표면의 구조는 황금 분할에 부합한다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 유체 통로는 심장혈관의 스텐트 형태의덕트를 포함한다.
본 발명의 다른 태양으로서, 본 발명은 가스 흐름속으로 전파하는 소음량을 감소시키도록 형성된 머플러에 관한 것으로, 이 머플러는 대수적인 나선을 가지는 소용돌이를 야기하도록 구성된 팽창 챔버의 형태인 유체 통로를 구비한다.
본 발명의 양호한 특징에 따르면, 대수적인 나선은 황금 분할 비율에 부합한다.
본 발명의 양호한 실시예에 따르면, 챔버는 대수적인 곡선 구조로 형성된다.
본 발명의 양호한 특징에 따르면, 대수적인 곡선 구조는 황금 비율에 부합한다.
본 발명의 양호한 실시예에 따라, 팽창 챔버는 가스 흐름을 감속하도록 형성된 유입부와, 가스 흐름을 가속하도록 형성된 유출부를 구비하며, 이 부분들은 황금 비율에 부합하는 대수적인 곡선에 따라 형성된다.
본 발명은 여러 실시예들에 대한 첨부 도면과 관련한 이하의 설명을 통해 더욱 명확하게 이해될 것이다.
각각의 실시예들은 유체를 운반하는 데 이용될 수 있는 유체 통로를 제공하는 덕트에 관한 것이다.
상기 설명한 바와 같이 모든 유체는 자연력하에서 운동할 대, 나선(spirals)이나 소용돌이(vortex)를 이루어 운동하는 경향이 있다. 이러한 나선이나 소용돌이는 일반적으로 황금 비율이나 피보나치형 진행로 알려진 수학적 순환에 부합한다.
각각의 실시예들은 대부분의 경우 유체가 자연적으로 선호하는 방식으로 운동하도록 도우며, 이로써 통상 유체 흐름을 전파하기 위해서 사용되는 장치속에서 보통 발견되는 교란(turbulence)이나 마찰을 통해 발생되는 비효율성을 감소시킨다. 종래 기술은 일반적으로 자연적인 유체 흐름 경향에 덜 부합하였다.
여기 설명된 각각의 실시예들의 표면들의 대부분은 일반적으로 대체로 황금 분할 혹은 비율에 따라 설계되며, 따라서 나선 구조를 가지고 적어도 대부분에서 황금 분할 혹은 비율의 특징에 부합하는 유체 통로를 덕트가 제공하는 것은 각각의 실시예들의 특징이다. 황금 분할의 특징은 도 1에 도시되고 있는 데, 황금 분할 혹은 비율에 따라 나선 곡선이 겹치지 않는 것을 보이고 있다. 나선이 겹치지 않으므로 등각(equiangular) 반경(예컨대, E, F, G, H, I, 및 J)에서 측정된 곡선 반경의 성장도는 일정하다. 이는 각각의 연속 사이의 각 반경의 삼각 표현으로부터 설명될 수 있는데, 이는 대략 1:0.618의 비에 부합하고 곡선 전체에 걸쳐 일정한 a:b=b:a+b 공식에 상응한다.
덕트를 형성하는 표면의 곡률은 자연적으로 발생하는 소용돌이에서 발견되는 소용돌이선 혹은 줄무늬선과 동일한 2차원 혹은 3차원 형상을 취하며 실질적으로 대부분 황금 분할 혹은 비율의 특징에 부합하여 유체 통로의 단면적의 변화가 발생하면 황금 분할 혹은 비율에 부합하는 것이 각각의 실시예들의 특징이다.
더우기, 황금 분할 혹은 비율의 특징은 자연속에서 두족류 및 구족류의 원형동물문의 껍질의 내부 혹은 외부 구조의 형태로 발견됨이 알려져있으며, 덕트에 의해 형성된 유체 통로는 두족류 혹은 구족류의 원형동물문의 하나 이상의 껍질의 외부 혹은 내부 구조에 상응하는 것은 각각의 실시예들중 적어도 몇의 공통 특징이다.
유체 흐름이 황금 분할 혹은 비율의 곡률과 실질적으로 혹은 대부분이 일치하는 곡률을 가지는 통로를 통해 유동할 때, 표면 위로의 유체 흐름은 실질적으로 교란이 없으며(non-turbulent), 따라서 공동화하는 경향이 감소하는 것은 유체 흐름의 특징임이 발견되었다.
따라서, 통로가 실질적으로 혹은 대부분이 황금 분할에 부합하지 않았던 종래예들에서 얻어지는 것 보다 표면 위로 흐르는 유체 흐름은 더 높은 효율을 가진다.
이러한 통로를 통과하는 중에 유체에서 발생한 교란의 정도가 감소되므로 본 발명의 여러 실시예들에 따른 덕트들은 균등한 크기 특징을 가지는 종래의 덕트들에서 이전에 가능하였던 것 보다 더 큰 효율과 작은 소음, 마모를 발생하면서 유체를 인도하는 데 사용될 수 있다.
도 3 및 도 4에 도시된 제 1 실시예는 수도관이나 공조시스템과 같은 배수 시스템 혹은 배기 시스템내의 유체 혹은 유체 통로의 방향 변화를 촉진하는 덕트부에 관한 것이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 종래의 파이프나 덕트에서 직각으로 굽은 부분(30)은 유체 흐름이 불량하였다. 유선은 저압 영역(31)과 고압 영역(32)을 보여준다. 이로 인해 교란(turbulence), 캐비테이션, 침적, 부식을 발생할 뿐만 아니라 유체 운동(34)의 에너지 손실을 증가시킨다. 이로써 펌핑의 비용이 증가하고 유출부에서 압력이 감소된다.
도 3 및 도 4에 도시된 실시예는 유체(34)가 자연의 법칙에 따라 운동하고 방향을 변화하도록 인도하게 설계된 덕트(36)에 대한 것이다. 이미 설명한 바와 같이, 덕트는 실질적으로 혹은 대부분 황금 분할 혹은 비율에 부합하는 곡률(37)을 가지는 통로를 가지도록 설계된다. 이로써 유체는 대부분이 황금 분할 혹은 비율에 부합하는 소용돌이 흐름으로 유도된다.
본 발명의 제 1 실시예는 전달되는 유체 흐름이 불연속인 상기 설명한 원리에 따라 설계된 덕트로부터 상당한 이점이 발생하는 것을 예시하고 있으나 유체 흐름이 실질적으로 직선적인 경우조차 이점들이 존재한다.
도 5 및 도 6에 도시된 제 2 실시예는 통로가 황금 분할에 부합하는 비틀어진 유체 통로(42)를 제공하는 덕트(41)에 대한 것이다. 유체(43)가 덕트의 내부(44)를 관통하여 흐르 때, 외부의 교란을 최소화하는 자연적인 흐름의 나선 특징에 부합하도록 된다.
제 2 실시예의 적용에 있어서 도 5 및 도 6에 도시된 바와 같은 유체 통로 내에 위치하도록 형성된 유체 흐름 제어기가 제공된다. 이러한 형태에 있어서 유체 흐름은 흐름 제어기의 둘레로 흐른다. 따라서 흐름 제어기의 외표면은 활동적이고 황금 분할에 부합하도록 설계된다. 그러나 이러한 적용예에서 흐름 제어기는 속이 비게 형성되어 그 내부를 통과하여 유체가 흐르도록 되어 있다.
도 7에 도시된 제 3 실시예는 황금 분할 혹은 비율에 부합하는 비틀어진 유체 통로(52)를 제공하는 덕트(51)에 대한 것이다. 덕트의 내측 혹은 외측을 통과하여 유체(53)가 흐름에 따라 외부의 교란을 최소화하는 자연적인 흐름의 나선 특성에 부합하도록 된다. 더우기, 도면은 유체가 흐르면서 나선상의 흐름 통로를 형성하는 것을 보여준다.
제 3 실시예에 따라 제작된 덕트의 예는 심장혈관 스텐트(cardiovascular stent)이다. 통상 스텐트는 원통 형상이었다. 환자 내부에 영원히 설치되도록 시술되나 많은 경우 상당한 시간이 경과하면 스텐트 내에 지방 침착물이 형성되어 교체가 필요하게 된다. 이러한 현상은 스텐트 내에서의 교란에 의해 야기되는 것으로 믿어진다. 본 발명의 제 3 실시예에 따라 제조된 스텐트는 이러한 교란의 흐름을 방지하여 스텐트 내에서의 지방 침착을 방지한다.
도 8 내지 도 11에 도시된 제 4 실시예에서 각각의 실시예는 도 8 내지 도 11에 도시된 바와 같이 두족류의 고둥류속의 원형동물문의 껍질의 형태를 일반적으로 가지는 유체 흐름 제어기(118)를 구비하며, 껍질의 내단부는 껍질의 내부로 들어가는 입구(121)를 제공하도록 도시된 바와 같이 절단된다. 껍질의 입은 제어기(118)의 유출구(125)로 작용한다. 도 10 및 도 11은 한 쌍의 덕트를 도시한다. 제 4 실시예에 따른 제어기는 자연과 부합하는 유체 흐름을 야기하도록 유체 흐름 통로를 따라 배치된다.
또 다른 실시예는 내연기관과 같은 음원의 머플러 혹은 소음기에 대한 것이다. 이것은 내연기관으로부터 배기 가스 배출 및/또는 연료/공기 연소 및/또는 단열 팽창을 통한 최적의 에너지 추출을 최대화하기 위해 불꽃 덕트나 관으로 작용한다.
본 발명은 또한 머플러, 화염 튜브, 및 배기 시스템에 적용된다.
종래의 배기 시스템은 가스의 교란이 최소화되고 조화가 발생되는 내부 영역인 효과적인 화염 튜브를 제공하도록 충분한 거리를 엔진으로부터 연장하는 일정한 길이의 배기 파이프를 가진다. 이 배기 파이프는 보통 유입 파이프와 배출 파이프를 구비한 박스나 챔버 형태인 머플러에 이어진다. 박스내에는 통과하여 흐르는 배기 가스를 감속시키는 배플(baffles) 혹은 장애물이 존재한다. 유입 파이프 보다 넓은 박스 자체는 배기 가스가 팽창할 수 있게 하여 가스를 감속시킨다. 이러한 가스 속도의 감속에 의해 소음이 저감된다.
이러한 형태의 머플러 시스템은 작동상 어려움과 비효율을 초래하며, 즉 배기 가스의 감속 혹은 정체는 이와 같이 가스에 대해 교란과 배압을 발생하여 엔진의 배기측에서 성능과 효율의 저하를 초래한다. 예컨대, 엔진으로부터의 출력을 최대화하기 위하여 경주차와 경주용 자전거는 배기 시스템에 머플러가 없으며, 대신에 배기 가스의 추출기로 작용하는 조정된 화염 튜브 덕트를 사용하여 교란을 줄이고 엔진 출력을 최대화한다. 물론 이들은 소음이 크다.교란을 통과하는 가스 운동의 비효율성은 여러 원인에 기인하지만 머플러를 통과하는 가스의 방향이나 속도의 갑작스럽고 돌발적인 변화에 의해 배가된다.
이러한 목적을 위해 상기 화염 튜브/배기 파이프는 제 2 및 제 3 혹은 제 4 실시예들의 흐름 제어기를 적용하여 시스템의 효율을 향상시킬 수 있다.
본 발명에 따른 머플러는 통과하여 흐르는 가스의 속도의 심한 변화를 감소시켜 시스템의 소음을 저감시키는 팽창 챔버의 구조로 작용하는 머플러를 제공함으로써 이러한 문제를 극복하는 것을 목표로 하고 있다. 이 실시예는 또한 자연에서 대수적인 나선 형상을 가지는 소용돌이를 형성하는 것으로 관찰되는 자연적인 유체 운동의 경향을 이용하려 한다. 본 발명에서 사용된 바와 같은 이러한 나선의 팽창 및 수축의 비율은 가스의 교란이 없는 최대 단열 팽창 통로를 제공하며 따라서 스팀의 팽창 덕트/챔버에서 최대 효율을 제공한다.
일 형태의 실시예에서 챔버나 팽창 튜브로 작용하는 회전형 팽창 챔버가 제공된다. 덕트는 대수적인 곡선 구조로 팽창하도록 형성된다. 대수적인 곡선은 양호하게는 가스 유입이 정밀한 단부에서 이루어지고 챔버의 거친 넓은 단부에서 방출이 이루어지도록 구성된다.
대수적인 곡선 혹은 대수적인 진행이라는 용어가 사용되면, 소위 지수 구조를 포함하는 대수적인 진행을 따르는 일종의 곡선 형태가 이 정의내에 포함된다는 점을 이해해야 한다. 명세서중에 사용된 '대수적인 곡선'이라는 용어에는 등각의 대수적인 곡선에 근접하는 곡선이 포함된다.
배기 덕트용의 많은 대수적인 곡선 형태가 사용되어 캐비테이션의 저감 및 더욱 효과적인 가스의 배출과 소음 완화 및 단열 팽창의 최적화라는 소정의 효과를 달성할 수 있으나 바람직한 대수적인 진행은 대수적인 곡선이 각각 대략 1:0.618의 비율을 가지는 일련의 공동의 직사각형 내에 들어가는 황금 분할로 말해지는 곡선이다.
본 발명의 실시예들은 가스 운동의 자연적인 형태와 조화를 이루는 방식으로 배기 시스템에서 가스를 감속시키고자 하여 이루어졌다. 실시예는 주흐름에 대해서외부적인 최소의 비생산적인 교란을 발생하는 커다란 하나의 소용돌이 흐름을 발생한다. 또한 가스의 최대 연소를 위해 내재적인 화염 튜브/덕트의 특징을 최적화하도록 설계된다. 자연적인 소용돌이는 일반적으로 대수적인 진행을 따르는 형상을 가지는 것이 자연에서 관찰되었다. 실시예는 배기 시스템의 덕트 내 가스를 대수적인 곡선으로 형성된 날개들이나 팽창 챔버를 사용하여 운동시키거나 감속하는 것을 의도하여 가스는 황금 분할의 대수적인 진행에 근접하는 연속적인 방향 변화속에서 감속되거나 점차적으로 속도 변화가 증가하게 된다. 이러한 방식으로 매체에 작용하여 갑작스런 감속이나 급격한 방향 변화 원인이 감소되어 교란의 가능성과 머플러/화염 튜브 덕트의 낮은 성능이 감소된다.
본 실시예에 따라 회전형의 대수적으로 팽창하는 덕트를 사용하는 머플러는 가스의 팽창 및/또는 소음을 위해 공기와 다른 가스의 배출을 위해 적절한 용도로 사용될 수 있으나 통상 내연기관의 배기 시스템에서 예를 발견할 수 있다. 이러한 예에서 가스는 유입구를 통해 덕트 시스템으로 인도되고 대수적인 곡선으로 형성된 날개들 및/또는 챔버들을 사용하여 자연적으로 발생하는 가스 반응과 조화를 이루면서 부드럽게 감속되고 낮은 속도로 배출되어 가스의 감속 및 소음 저감을 달성한다.
이러한 목적으로 머플러는 많은 상이한 구조로 제공될 수 있으며 이는 첨부 도면에 도시된 예들로 분류된다. 도 12에 도시된 실시예에서 각각 수렴형 혹은 확산형 덕트인 유입부(221)와 배출부(225)를 가지는 머플러(218)/팽창 챔버(211)가 도시된다. 머플러는 유입부 근처 영역(221)에서는 미세한 피치를 가지고 배출영역(225)에서는 비교적 거친 피치를 가지는 대수적인 곡선을 따르도록 형성된다. 유입부(221)로 인입한 가스는 자연적인 가스의 운동을 따라 서서히 감속되어 소용돌이 형태로 회전한다.
도 13 내지 15에 도시된 형태의 구조에서 팽창 챔버가 시라우드(shroud) (411) 내에 위치될 수 있다. 챔버는 축(423) 둘레로 향하는 나선형 벽과 대수적인 진행을 따르는 방식으로 그로부터 원추형 벽이 내측으로 선회하는 가장자리부(425)를 구비한다. 인접한 벽들 사이의 공동(cavity)의 단면은 대수적으로 진행하여 외측으로 증가하여 공동 내의 유체를 감속시킨다. 챔버 내에서의 가스의 회전은 시계 방향(도 8에 대해)으로 유입부(415)를 통해 인입되어 임펠러 내의 외측으로 테이퍼진 나선 도관을 통하여 흐르도록 가압되어 배출부(425)를 통해 몰아내진다.
팽창 챔버(418)를 형성하는 나선 튜브는 배출부(425)에서 비교적 넓은 단면을 가지고 유입부(423)에서 작은 단면을 가져서 가스는 높은 속도로 인입되어 배출부(425)에서는 팽창된 감속된 소음 가스로 배출된다.
실시예에 따른 챔버 구조는 도 15에 명확하게 도시되었는데, 이는 챔버를 위에서 본 전형적인 도면으로, 형상이 나선 구조의 대수적인 곡선임을 알 수 있다.
이 곡선을 따라 형성된 챔버, 날개 혹은 덕트에 적용된 대략 1:0.618 비율의 대수적인 곡선 혹은 나선은 자연적인 가스 흐름과 조화로운 방식으로 작동할 수 있어서 이들 유체는 더욱 조화로운 방식으로 종래의 머플러, 팽창 챔버 및 화염 튜브에서 달성된 것 보다 높은 효율로 챔버나 모터를 통해 감속되게 된다.
각각의 실시예가 유입부와 배출부 사이에 교란이 없는 방식으로 유체 흐름을 방생할 수 있거나 동일한 용량의 종래의 덕트들에서 가능한 것 보다 실질적으로 교란이 없고 더욱 효과적인 방식으로 유체를 유입부와 배출부 사이로 흐르게 할 수 있는 덕트로서 사용될 수 있음은 공통적인 특징이다.
더우기 본 발명의 각각의 실시예의 덕트는 유동 매체가 가스상, 액상 혹은 슬러리 형태인 경우에도 적용될 수 잇음은 본 발명의 특징이다.
덕트 표면을 흐르는 유체 흐름이 상당히 작은 마찰과 표면과 덕트에 미치는 작은 충격을 발생하는 것은 본 발명의 또 다른 특징이다. 그 결과 덕트에 의해 발생된 교란이 감소되어 덕트의 작용의 결과 유체에 미치는 열과 소음이 작아진다.
유체의 소용돌이 흐름은 덕트의 벽체상에 정체된 물질의 침착을 감소시키는 것이 본 발명의 또 다른 특징이다.
액체의 캐비테이션이 저하하여 산화를 감소시키고 액체나 덕트 구성 물질의 산화를 감소시킨는 것이 본 발명의 또 다른 특징이다.
유체가 역의 효과를 발생하기 위해 역의 흐름중에서 통과하여 흐를 수 있는 것이 본 발명의 또 다른 특징이다.
더우기 실시예들중에서 유입부는 덕트로 유입하는 유체에 대해 최소의 틈새만을 제공하므로 유입부를 통과할 수 있는 물질이라면 덕트를 통과할 수 있어서 덕트가 막힐 가능성이 줄어든다.
본 발명의 덕트는 가스관 시스템, 냉동의 순환적인 파이프 혹은 덕트 시스템, 고온 가스혹은 냉매 가스의 팽창/수축 시스템, 애프터버너(afterburners), 연기 스택(smoke stacks), 염관(flues), 내연 챔버, 공조 덕트, 먼지 침전기, 소음기 및 머플러와 같은 다른 설비들중에 사용되며, 적어도 유체 흐름이 증가되고 마찰이 감소되며 열 이득이 감소되고 침착이 감소되고 산화가 감소되고 소음이 감소되므로 여러 응용예에서 이점을 가지고 사용될 수 있다.
본 발명의 범위는 상기 설명한 특정의 범위에 제한될 필요는 없는 점이 이해되어야 한다.
또한, 명세서를 일관해서 달리 설명한 바가 없다면, 포함한다(comprise)라는 표현은 설명한 구성요소나 구성요소의 그룹을 포함하는 것을 의미하며 다른 구성요소나 구성요소의 그룹을 배제하는 것을 의미하지는 않는다.

Claims (43)

  1. 통로를 통과하는 유체 흐름에 영향을 미칠 수 있는 활성 표면을 구비한 흐름 제어기가 그 길이의 적어도 일부분에 제공된 유체 통로로서, 활성 표면의 구조는 황금 분할에 부합하는 하나 이상의 대수 곡선에 부합하는 유체 통로.
  2. 제 1항에 있어서, 활성 표면의 곡률은 일차원적인 유체 통로.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 활성 표면의 곡률은 실질적으로 혹은 대부분이 황금 분할에 합치하는 3차원 표면을 형성하기 위하여 2차원적인 유체 통로.
  4. 제 1항 내지 제 3항중 어느 한 항에 있어서, 활성 표면은 황금 분할에 따라 변화할 수 있는 깊이를 가지는 유체 통로.
  5. 제 1항 내지 제 4항중 어느 한 항에 있어서, 활성 표면의 곡률은 유체 통로의 중심축에 교차하는 유체 통로.
  6. 제 1항 내지 제 5항중 어느 한 항에 있어서, 활성 표면의 곡률은 중심축에 평행한 방향일 수 있는 유체 통로.
  7. 제 1항 내지 제 6항중 어느 한 항에 있어서, 활성 표면의 곡률은 실질적으로 혹은 대부분 황금 분할에 부합하는 3차원 표면을 형성하도록 중심축에 교차함과 동시에 중심축 방향에 평행한 유체 통로.
  8. 제 1항 내지 제 7항중 어느 한 항에 있어서, 대수적인 헬릭스 혹은 고둥류(volute) 혹은 달팽이관(whorl)의 형태를 취하는 나선 구조를 가지는 유체 통로.
  9. 제 1항 내지 제 8항중 어느 한 항에 있어서, 덕트의 단면적은 대수적으로 실질적으로 혹은 대부분 황금 분할에 부합하여 변화하는 유체 통로.
  10. 제 1항 내지 제 9항중 어느 한 항에 있어서, 활성 표면은 복족류 혹은 두족류의 원형동물문의 껍질의 외부 구조에 합치하는 구조를 가지는 유체 통로.
  11. 제 10항에 있어서, 활성 표면은 고둥류(Volutidea), 아르고노타(Argonauta), 앵무조개속(Nautilus), 코니디아(Conidea), 터비니디아(Turbinidea)속으로부터 선택된 껍질의 내부 구조에 부합하는 유체 통로.
  12. 제 1항 내지 제 9항중 어느 한 항에 있어서, 활성 표면은 복족류 혹은 두족류의 원형동물문의 껍질의 내부 구조에 부합하는 구조를 가지는 유체 통로.
  13. 제 12항에 있어서, 활성 표면은 고둥류(Volutidea), 아르고노타(Argonauta), 앵무조개속(Nautilus), 코니디아(Conidea), 터비니디아(Turbinidea)속으로부터 선택된 껍질의 내부 구조에 부합하는 유체 통로.
  14. 제 12항에 있어서, 유체 통로의 단면적이 대수적으로 실질적으로 혹은 대부분이 황금 분할에 부합하여 변화하도록 유입부와 배출부 사이에서 단면적이 증가하거나 감소하는 유체 통로.
  15. 제 1항 내지 제 14항중 어느 한 항에 있어서, 활성 표면은 유체 흐름축 둘레로 유체 통로 내에서 유체의 회전 운동을 발생하도록 형성되는 유체 통로.
  16. 유체 통로 내에 위치되도록 형성된 유체 제어기로서, 황금 분할에 부합하는 하나 이상의 대수 곡선에 부합하는 구조이며 유체 흐름에 영향을 미치도록 형성된 활성 표면을 가지는 흐름 제어기.
  17. 제 16항에 있어서, 활성 표면의 곡률은 일차원적인 흐름 제어기.
  18. 제 16항 또는 제 17항에 있어서, 활성 표면의 곡률은 실질적으로 혹은 대부분이 황금 분할에 합치하는 3차원 표면을 형성하기 위하여 2차원적인 흐름 제어기.
  19. 제 16항 내지 제 18항중 어느 한 항에 있어서, 활성 표면은 황금 분할에 따라 변화할 수 있는 깊이를 가지는 흐름 제어기.
  20. 제 16항 내지 제 19항중 어느 한 항에 있어서, 활성 표면의 곡률은 유체 통로의 중심축에 교차하는 흐름 제어기.
  21. 제 16항 내지 제 20항중 어느 한 항에 있어서, 활성 표면의 곡률은 중심축에 평행한 방향일 수 있는 흐름 제어기.
  22. 제 16항 내지 제 21항중 어느 한 항에 있어서, 활성 표면의 곡률은 실질적으로 혹은 대부분 황금 분할에 부합하는 3차원 표면을 형성하도록 중심축에 교차함과 동시에 중심축 방향에 평행한 흐름 제어기.
  23. 제 16항 내지 제 22항중 어느 한 항에 있어서, 유체 통로는 대수적인 헬릭스혹은 고둥류(volute)의 형태를 취하는 나선 구조를 가지는 흐름 제어기.
  24. 제 16항 내지 제 23항중 어느 한 항에 있어서, 덕트의 단면적은 대수적으로 실질적으로 혹은 대부분 황금 분할에 부합하여 변화하는 흐름 제어기.
  25. 제 16항 내지 제 24항중 어느 한 항에 있어서, 활성 표면은 복족류 혹은 두족류의 원형동물문의 껍질의 외부 구조에 합치하는 구조를 가지는 흐름 제어기.
  26. 제 25항에 있어서, 활성 표면은 고둥류(Volutidea), 아르고노타(Argonauta), 앵무조개속(Nautilus), 코니디아(Conidea), 터비니디아(Turbinidea)속으로부터 선택된 껍질의 외부 구조에 부합하는 흐름 제어기.
  27. 제 16항 내지 제 26항중 어느 한 항에 있어서, 활성 표면은 복족류 혹은 두족류의 원형동물문의 껍질의 내부 구조에 부합하는 구조를 가지는 흐름 제어기.
  28. 제 25항에 있어서, 활성 표면은 고둥류(Volutidea), 아르고노타(Argonauta), 앵무조개속(Nautilus), 코니디아(Conidea), 터비니디아(Turbinidea)속으로부터 선택된 껍질의 내부 구조에 부합하는 흐름 제어기.
  29. 제 27항에 있어서, 덕트의 단면적이 대수적으로 실질적으로 혹은 대부분이 황금 분할에 부합하여 변화하도록 유입부와 배출부 사이에서 덕트의 단면적이 증가하거나 감소하는 흐름 제어기.
  30. 유체 흐름축 둘레로 유체 통로 내에서 유체의 회전 운동을 발생하도록 형성되는 활성 표면을 구비하는 흐름 제어기가 길이의 적어도 일부분에 제공된 유체 통로.
  31. 제 30항에 있어서, 활성 표면의 구조는 하나 이상의 대수 곡선에 부합하는 유체 통로.
  32. 제 15항, 제 30항 또는 제 31항에 있어서, 심장혈관의 스텐트 형태인 덕트를 포함하는 유체 통로.
  33. 제 15항, 제 30항 또는 제 31항에 있어서, 화염 튜브 형태의 덕트를 포함하는 유체 통로.
  34. 가스 흐름속에서 전파하는 소음을 감소시키도록 형성된 머플러로서, 가스 흐름속에서 대수적인 나선을 가지는 소용돌이를 발생하도록 형성된 팽창 챔버 형태의 유체 통로를 구비하는 머플러.
  35. 제 34항에 있어서, 상기 대수적인 나선은 황금 분할 비율에 부합하는 머플러.
  36. 제 34항 또는 제 35항에 있어서, 상기 챔버는 대수적인 곡선 구조로 형성된 머플러.
  37. 제 34항 내지 제 36항중 어느 한 항에 있어서, 상기 대수적인 곡선 구조는 황금 분할에 부합하는 머플러.
  38. 제 34항 내지 제 37항중 어느 한 항에 있어서, 상기 팽창 챔버는 각각 황금 비율에 부합하는 대수 곡선에 따라 형성되며 가스 흐름을 감속하도록 형성된 유입부와 가스 흐름을 가속하도록 형성된 배출부를 구비하는 머플러.
  39. 실질적으로 본 명세서중에서 설명된 바와 같은 유체 통로.
  40. 실질적으로 본 명세서중에서 설명된 바와 같은 흐름 제어기.
  41. 실질적으로 본 명세서중에서 설명된 바와 같은 심장 혈관 스텐트.
  42. 실질적으로 본 명세서중에서 설명된 바와 같은 머플러.
  43. 실질적으로 본 명세서중에서 설명된 바와 같은 화염 튜브.
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