JP4417245B2 - 内部混合空気式霧化スプレーノズル組立体 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

[0001]本発明は、米国仮特許出願６０／３７８，３３７号の利益を主張する。

発明の分野

[0002]本発明は、概して、スプレーノズル組立体に関し、特に、液体をノズルから放出する前に加圧空気により霧化するスプレーノズル組立体に関する。

発明の背景

[0003]加圧空気を用いて液体を比較的小さい粒子寸法に分解するスプレーノズル組立体が知られている。このようなノズル組立体は、特に、ガススクラビング（ガス浄化）、すなわち、アンモニア又は尿素を燃焼ガスの放出流に噴霧して一酸化窒素又はその他の燃焼副生成物を除去する用途に用いられる。このような先行技術のスプレーノズルに関する問題は、液体粒子の十分な分解及び霧化を達成するために比較的高圧の空気を必要とし、これが資本費及び動作コストを増大させることである。

発明の概要

[0004]本発明の目的は、液体スプレーを効率的に噴霧するために、より低い空気圧で動作させることができるスプレーノズル組立体であって、放出されるスプレーが微細な液体粒子の分布を有さなければならないガススクラビング又はその他の用途に用いられるスプレーノズル組立体を提供することにある。

[0005]このために、液体を霧化及び噴霧するためのノズルを提供する。ノズルは、液体の流れを予め決められた軸に沿って方向付けるための、液体オリフィスを終端とする長手方向の液体流路を含む。複数の交差する横断通路が、前記予め決められた軸に対して垂直に延在し、且つ前記軸と交差する。横断通路の各々は、その両端にて出口を終端とする。横断通路は、液体オリフィスの下流に、液体の流れを衝突させて破断するための第１の衝突面を画成し、破断された液体流は、横方向に拡散する分散物となり、横断通路を通って分散する。エアアニュラス(air annulus)が、横断通路の出口を取り囲むように配置され、エアアニュラスは、横断通路の出口を通って分散された流体に空気を衝突させるように空気を下流方向に放出するように向けられている。膨張チャンバが、横断通路及びエアアニュラスの下流に配置されている。膨張チャンバはノズルの放出オリフィスと連通している。

好適な実施形態の説明

[0008]ここで図面の図１をより詳しく参照すると、本発明に従うマルチステージ（多段階式）スプレーノズル組立体１０が示されている。スプレーノズル組立体１０は、本出願と同一の譲受人に譲渡された米国特許第５，３７２，８８５号に示されたマルチステージ空気式霧化スプレーノズル組立体に対して改良されているが、幾つかの点にてこのスプレーノズル組立体に類似しており、この特許の開示を援用して本文の記載の一部とする。例示された実施形態において、ノズルは、本体主要部を含む、複数部品から成る本体を含み、本体主要部は、上方に延在する、外ねじ付きのネックを有し、ネックは、加圧流体をノズルに配送するためのラインに取り付けられようになっている入口を画成している。ノズル先端が本体主要部の下に配置され、且つその位置に、連結ナットにより着脱可能に取り付けられている。以下により詳細に説明するように、ノズルの１以上の放出オリフィスがノズル先端に形成されている。

[0009]スプレーノズル組立体１０の本体は、長手方向に延在する中央液体流路１２を有する液流管１１を含み、流路１２は、ノズル内に向けられた液体を、ノズル入口を通し、より小さい直径を有する長手方向流路１４に流入させるように導く。より小さい直径を有する長手方向流路は、流体オリフィス１７を介して、等間隔に配置された、互いに交差する複数の横断通路又はクロスホール１５と連通している。この場合、クロスホール１５の各々が、液流管の長手方向流路１２，１４の中心線に対して垂直に、且つ中心線と交差して延在している。液体流路１２に導入される液体流は、低減された直径を有する通路１２を通って加速され、交差クロスホール１５により形成されたチャンバの端壁１６に衝突する。加速している液体が端壁１６に衝突するため、液体は、霧化された液体粒子の半円形の扇又はシートの形状を成して外部に向けられ、流路１２，１４の長手方向軸に対してほぼ垂直に放出される。低減された直径を有する液体流路１４が、クロスホール１５の直径より大きくなく、好ましくは、クロスホール１５の直径よりも小さいことが重要である。

[0010]液体粒子の分解をさらに高めるために、スプレーノズル組立体は、複数の入口通路２１から流入する加圧空気を受ける内側チャンバ２０と、内側にて広がった丸み付き通路、すなわちエアアニュラス（環状開口部）２４を画成するエアガイド２２とを含む第２のステージを含む。エアアニュラス２４は、ノズル組立体の長手方向軸に対して平行な高速の環状エアカーテンを形成し且つ方向付けるように空気流を流通させる。この環状の加圧空気流が、第１ステージのクロスホール１５から放出された、霧化された扇状の液体スプレーに衝突して、液体粒子をさらに微細に霧化する。

[0011]本発明に従えば、スプレーノズル組立体１０は、内側に向って先細にされたファンネル（漏斗状部）２５を画成する混合物ガイド２４を含む第３のステージを有する。ファンネル２５は、第２ステージによる霧化された粒子を中央の高速流のストリームに方向付けるためにある。このストリームは、ノズル先端の下端から上方に突出する衝突ピン２８の平坦な端面２６に向って方向付けられ、端面２６に衝突する。衝突ピンは、霧化された混合物の粒子寸法を、さらに分解して低減する。次いで、混合物は、膨張チャンバ２９内にて衝突ピン２８の周囲で膨張することが可能にされ、それにより、霧化された混合物中の液体粒子が混ざり合って、より大きい粒子を再形成することが防止される。

[0012]最後に、ノズル組立体は、スプレー先端の多数の放出オリフィス３０を含む第４のステージを含み、オリフィス３０は、衝突ピン２８に対して周方向に間隔をあけて配置され、膨張チャンバからの出口となっている。例示された実施形態において、放出オリフィス３０は、ノズル組立体の長手方向軸に対して外向きに角度付けられている。空気流との混合物が、複数のオリフィス３０を通して大気中に放出されるとき、液体粒子は、解放圧力により、なおさらに霧化される。

[0013]上記の４ステージ式スプレーノズル組立体は、液体スプレー、特にアンモニア及び尿素の液体スプレーを、燃焼ガス流中に、より低圧の加圧空気を用いる条件で効率的に噴霧することが分かった。特定の例として、図１に示した構造を有し、且つ６つの放出オリフィス及び４つのクロスホールを含むノズルが、以下の相対寸法を有して良好な動作結果をもたらした。

[0014]表中に記載した面積は、放出オリフィス３０の各々及びクロスホール１５の各々のためのものである。

[0015]ここで、図２をより詳細に参照すると、本発明に従うスプレーノズル組立体の別の実施形態である組立体３５が示されており、組立体３５は、図１に示したスプレーノズル組立体とほぼ類似の第１の混合ステージ及び第２の混合ステージを含むが、多数の放出オリフィスが設けられたスプレー先端及び衝突ピンは有さない。その代わりに、スプレーノズル組立体３５は、中央放出オリフィス３９と、内側に収束したエアガイドチャンバ４０とを有するスプレー先端３８を有する。エアガイドチャンバ４０は、霧化された液体を方向付け且つ加速させて中央放出オリフィス３０に通す。

[0016]図１の実施形態に示したような衝突ピンがなくとも、複数の混合ステージを有するノズル組立体３５は、クロスホール１５を備えたスプレー管１１、内側に拡がった形状のエアガイド２２及びエアアニュラス２４、並びに、内向きに先細状にされた混合チャンバ４０を含んで、比較的低い空気圧で尿素を効率的に、ガススクラビングにて有効に用いられるように霧化することが分かった。実際、図２のスプレーノズル組立体３５は、尿素の噴霧に有利に用いられることが分かった。なぜなら、内向きに先細状にされた混合チャンバ４０が放出オリフィス３９と直接連通し、液体の迅速なスプレー放出を、尿素を結晶化させる傾向を全く有さずに可能にするからである。

[0017]特定の例として、図２に示した構造を有するノズルが、以下の相対寸法を有して良好な動作結果をもたらした。

[0018]０．５ＧＰＭのノズルは３つのクロスホール１５を有し、その他のノズルの各々は、４つのクロスホール１５を有する。記載されている寸法はクロスホール１５の各々のためのものである。

[0019]本文中に記載した公開公報、特許出願及び特許を含む全ての参考文献を援用して本文の記載の一部とし、これは、各参考文献を個々に且つ特定的に示して援用し、本文の記載の一部とする場合と同程度に、且つ、本文中にその全てを説明する場合と同程度に行われる。

[0020]本発明の記載に関する（特に、特許請求の範囲に関する）用語「或る」("a"，an")及び「その」("the")、並びに類似の用語の使用は、特に指示がなく、また文脈と明確に矛盾しなければ、単数及び複数の両方を包含するとみなされるものとする。用語「含む」("comprising")、「有する」("having")、「含む」("including")及び「含有する」("containing")は、特に言及していなければ、制限のない用語（すなわち、「含む」を意味するがそれに限定されない）とみなすものとする。本文中に詳細に記載した値の範囲は、特に指示がなければ、範囲内にある独立した各々の値を個々に言及する簡単な方法としての機能を意図されているに過ぎず、独立した各々の値は明細書中に、個別に記載されているかのように組み込まれる。本文中に記載された全ての方法は、本文中に特に指示がなく、また文中の前後関係と明確に矛盾しなければ、任意の適切な順序で実行されることができる。本文中に示された、任意の及び全ての例、又は例示のための言語（例えば、「例えば」("such as")）の使用は、本発明を明瞭化するためのものに過ぎず、特許請求の範囲に特に記載されていなければ、本発明の範囲を限定しない。明細書中のいずれの言語も、特許請求の範囲内にない任意の要素を本発明の実施に必須であるように示していると解釈されてはならない。

[0021]本発明を実行するために最良であると発明者が考える形態を含む本発明の好ましい実施形態を本文に記載した。上記の詳細な説明を読めば、これらの好ましい実施形態の変型例が当業者に明らかになろう。発明者は、このような変型例を当業者が適切に用いることを期待し、また、発明者は、本発明が、本文に詳細に記載した以外のやり方で実施されることを意図している。従って、本発明は添付の特許請求の範囲に記載された主題の修正物及び均等物の全てを、適用法令により許容されるように含む。さらに、上記の要素の、それらの可能な変型の全てにおける任意の組合せが、本文中に特に指示がなく、また文脈と明確に矛盾しなければ、本発明に包含される。

本発明に従う例示的なスプレーノズル組立体の縦方向断面図である。 本発明に従うスプレーノズル組立体の別の実施形態の縦方向断面図である。

Claims (3)

1. 液体を霧化及び噴霧するためのノズルであって、
   下流側に向かうにつれて縮径する部分を有し、液体の流れを第１の軸に沿って方向付けるための、長手の液体流路と、
   前記縮径する部分と接続され、前記縮径する部分によって下流側に向かうにつれて速度が高められた液体が流れ込む液体オリフィスと、
   前記液体オリフィスの出口と対向する第１の衝突面を有し、前記液体オリフィスの出口と離れた位置に配置された端壁と、
   前記液体オリフィスの出口と前記第１の衝突面との間に位置しており、前記第１の軸に対して垂直に交差する第２の軸に沿って延びる、複数の交差横断通路と、
   前記複数の交差横断通路の出口を取り囲むように配置された環状空気流路と、
   前記複数の交差横断通路及び前記環状空気流路の下流に配置された膨張チャンバと、
   前記複数の交差横断通路及び前記環状空気流路の下流に画成された第２の衝突面を有し、前記膨張チャンバ内に配置された衝突要素と、
   前記衝突要素を囲むと共に前記衝突要素の下流に位置するように前記膨張チャンバの底部に設けられた、外部と前記膨張チャンバの内部とを連通する複数の放出オリフィスとを備え、
   前記液体オリフィスを通って流れる液体は、前記第１の衝突面に衝突して細分化されて横方向に拡散し、前記複数の交差横断通路の出口を通って分散して、前記環状空気流路を流れる空気と衝突して前記膨張チャンバに向けて放出され、前記第２の衝突面に衝突して再び横方向に拡散した後、前記複数の放出オリフィスを通じて外部に噴霧されるノズル。
2. 前記環状空気流路は、下流側に向かうにつれて縮径するエアガイドを有しており、
   前記環状空気流路を通る空気は、前記エアガイドによって下流側に向かうにつれて速度が高められる、請求項１に記載のノズル。
3. 前記エアガイドは、丸みを帯びつつ内側に向けて突出している、請求項２に記載のノズル。

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