JP6095174B2 - 加圧空気アシストスプレーノズルアセンブリ - Google Patents

Description

関連出願の相互参照

[0001]この特許出願は、参照することにより本願に組み入れられる米国仮特許出願第６１／５１４，７１３号の利益を主張する。

[0002]本発明は、一般に、加圧空気アシスト液体スプレーノズルに関し、特に、金属冷却、接触分解、ガス洗浄、および、他の工業的処理において有用な加圧空気アシスト液体スプレーノズルに関する。

[0003]内部混合式加圧空気アシスト液体スプレーノズルは、多くの工業用途で有用な液体微粒子スプレー放出物を発生させるのに役立つ。液体微粒子放出物を発生させるために、そのようなスプレーノズルは、一般に、（１）加圧空気流ストリームと液体流ストリームとをノズル内で相互作用させ、（２）液体流ストリームまたは事前に霧化された液体流ストリームをノズルアセンブリ内に配置される衝突ポストまたは同様の衝突要素に衝突させる。液体ストリームが最初に衝突ポストに直接衝突すると、例えば米国特許第４，５９１，０９９号明細書に示されるように、液体粒子は、時として、スプレーノズルから最終的に放出される前に、大きなサイズへと凝集する可能性がある。事前に霧化された液体流ストリームが下流側の衝突ポストに衝突すると、例えば米国特許第７，０３６，７５３号明細書に示されるように、ノズル内の中心に装着される衝突ポストは、多くのスプレー用途において必要とされる平坦なスプレーパターンまたは中心に方向付けられる円形のスプレーパターンの放出を妨げる。また、そのようなノズル内で液体流ストリームと加圧空気流ストリームとが相互作用する態様に起因して、時として、ノズルからの微粒子液体の放出範囲を正確に制御することが困難となり得る。また、多数のそのような加圧空気アシストスプレーノズルがしばしば工業用スプレーシステムにおいて必要とされるため、比較的多量の加圧空気が必要とされ、それにより、コストが高くなる。

[0004]本発明の目的は、所望のスプレー放出を妨げる可能性がある下流側衝突ポストを必要とせずに液体微粒子スプレーパターンを発生させて放出するようになっている内部混合式加圧空気アシスト霧化ノズルを提供することである。

[0005]他の目的は、液体流ストリームと加圧空気流ストリームとをノズルから放出する前により効果的に相互作用させて事前霧化するようになっている先に特徴付けられるスプレーノズルアセンブリを提供することである。

[0006]更なる目的は、中心に放出される平坦なスプレーパターンまたは全円錐スプレーパターンを噴射するのに有効な前述した類のスプレーノズルアセンブリを提供することである。

[0007]更なる他の目的は、より効率的な加圧空気の利用を伴って液体流ストリームを効果的に事前霧化するようになっている前述したタイプのスプレーノズルアセンブリを提供することである。

[0008]他の目的は、構造が比較的簡単で経済的な製造に役立つそのようなスプレーノズルアセンブリを提供することである。

[0009]本発明の他の目的および利点は、以下の詳細な説明を読んで図面を参照することで明らかになる。

[0010]
本発明に係る例示的なスプレーノズルアセンブリの縦断面図である。 図１の線２−２の平面内でとられる例示的なスプレーノズルアセンブリの横断面図である。 例示的なスプレーノズルアセンブリの液体方向付けガイドの斜視図である。 図３に示される液体方向付けガイドの下流側端面図である。 図３に示される液体方向付けガイドの側面図である。 図５の線５Ａ−５Ａの平面内でとられる液体方向付けガイドの横断面図である。 図３に示される液体方向付けガイドの上流側端面図である。 例示的なスプレーノズルアセンブリの下流側端面図である。 図７の８−８の線でとられる例示的なスプレーノズルアセンブリのノズルチップの部分断面図である。

[0019]本発明は様々な変更および代わりの構成を受け入れる余地があるが、本発明の特定の例示的な実施形態が、図面に示されており、以下で詳しく説明される。しかしながら、言うまでもなく、本発明を開示される特定の形態に限定しようとする意図はなく、それどころか、本発明の思想および範囲に入る全ての変更、代わりの構成、および、等価物を網羅することが意図される。

[0020]ここで、特に図面を参照すると、本発明に係る例示的な加圧空気アシスト液体スプレーノズルアセンブリ１０が示される。この場合のスプレーノズルアセンブリ１０は、一般に、ノズルチップ１２が下流側端部に固定される円筒状に構成されるノズル本体１１を備える。当業者であれば分かるように、ノズルチップ１２は、適切なクランプナットまたは同様の締結具により当該技術分野において知られる態様でノズル本体１１に当接するように固定されてもよい。

[0021]この場合のノズル本体１１は、例えば溶接部１５などにより、加圧液体供給源１７に接続される液体供給チューブまたは導管１６の下流側端部に固定される。図示のノズル本体１１は、液体供給チューブ１６内へと延びるとともに供給チューブ１６から液体を受けるように周方向に離間された複数の入口通路１９が形成される小径環状上流側端部１８を有する。この場合の入口通路１９はそれぞれ、内側に僅かに収束するように下流側方向に延びる。

[0022]本発明によれば、スプレーノズルアセンブリは、下流側衝突ピンまたは同様の衝突要素を必要とすることなく事前に霧化された液体をノズルチップから放出できるように加圧空気流ストリームと液体流ストリームとをより直接的に且つ効果的に相互作用させるようになっている。このため、図示の実施形態において、スプレーノズルアセンブリ１０は、ノズル本体１１の中心円筒貫通孔２６内に配置される中心空気方向付けチューブ２５を有する。空気方向付けチューブ２５は、液体供給チューブ１６内で同心状に延びて加圧空気供給源３０に結合される空気供給チューブ２９に固定されるとともに該空気供給チューブ２９と連通する拡大雄ネジ付き上流側端部２８を有する。大径上流側端部２８は、ノズル本体１１の中心貫通孔２６の対向孔３１内に保持されて配置固定される肩部を形成する。

[0023]この場合の空気方向付けチューブ２５は長手方向に延びる中心空気通路３５を有し、該中心空気通路３５は空気供給チューブ２９と連通する内側に収束する円錐入口部分３６を有し、この円錐入口部分３６を通じて加圧空気がノズル本体１１内へと方向付けられる。長手方向通路３５は、下流側空気オリフィス３８を介して、長手方向空気通路３５の中心軸線と垂直に該中心軸線と交差するように延びる複数の交差穴４０、この場合には４つの交差穴４０と連通する。あるいは、最大流通路を与えるために、空気方向付けチューブ２５に２つの比較的大径の交差穴４０のみが形成されてもよい。

[0024]空気方向付けチューブ２５の長手方向空気通路３５によって加速される加圧空気は、交わる交差穴４０によって形成されるチャンバの端壁４１に衝突する。加圧空気ストリームが端壁４１にぶつかると、加圧空気は、交差穴４０を通じて径方向外側に方向付けられて、周方向に９０°の間隔を隔てて離間される交差穴４０の放出オリフィス４０ａから抜け出る。

[0025]１つの実施形態を実施する際、スプレーノズルアセンブリは、径方向に向けられる加圧空気流ストリームに対応する数の個々の加圧液体流ストリームを方向付けて個々の流れを直接に相互作用させることにより液体粒子の微細化を促すのに有効である。このため、スプレーノズルアセンブリ１０は、周方向にオフセットされた複数の軸方向通路４６が形成される環状液体方向付けガイド４５を含み、軸方向通路４６のそれぞれは、ノズル本体１１のそれぞれの入口通路１９と空気流方向付けチューブ２５の短手方向で交差するそれぞれの径方向放出オリフィス４０ａとの間で連通する。この場合の環状液体方向付けガイド４５は、ノズル本体１１の対向孔４９内に配置される上流側円筒部４８を有し、その場合、環状液体方向付けガイドの端部間の中間にある外側環状フランジ５０が、対向孔４９により形成される位置決め張出部に係合状態で圧入される。液体方向付けガイド４５には、ノズル本体の対向孔４９の端部と係合可能な鋭利な上流側張出部５２を形成する円錐入口部分５１が形成される。液体方向付けガイドは、径方向端面５６を伴う内側に向けられる下流側円錐部分５５を有する。

[0026]図示の液体方向付けガイド４５の軸方向液体通路４６はそれぞれ径方向外側に延びるＵ形状形態を有し、軸方向液体通路４６は、それらの間に、空気方向付けチューブ２５の下流側端部上に支持される複数の略三角形形態の装着張出部５８を形成する。この場合の軸方向液体通路４６は、液体方向付けガイド４５の上流側円錐部分５１から下流側の円錐面および端面５５，５６の両方へと通じる。個々の加圧液体流ストリームと空気流ストリームとの完全な相互作用を確保して、液体の効果的な相互作用および事前霧化を行なうために、液体方向付けガイド４５の下流側端部は、長手方向の軸方向通路４６が空気方向付けチューブ２５のそれぞれの径方向放出オリフィス４０ａを完全に横切って延びるように、空気方向付けチューブ２５の端部に隣接するポイントまで延びる。

[0027]図示の実施形態を実施する際、事前に霧化された液体粒子は、下流側軸方向放出オリフィス６０を通じて放出されるべく、更なる微細化および霧化のために、入射として、空気方向付けチューブ２５の下流側のノズルチップ１２の拡大チャンバ５９内へと高速で方向付けられる。この場合の拡大チャンバ５９は、直径が液体方向付けガイド４５の外径よりも僅かに大きく、その直径よりも小さい比較的短い軸方向長さを有する。

[0028]この場合の液体放出オリフィス６０は、細かい液滴がスプレーパターンの全体にわたって均一に分散される状態で略扇形状のスプレーパターンを方向付けるようになっている。図示の放出オリフィス６０は、その開示内容が参照することにより本願に組み入れられる本願と同じ譲受人に譲渡された米国特許第４，５９１，０９９号明細書に開示される放出オリフィスと同様であってもよく、スプレーノズルアセンブリの長手方向流軸線と垂直を成してノズルチップ１２を径方向で横切って延びノズルチップ１２の下流側端部に隣接する円筒状の混合チャンバ６２によってその一部が形成される。混合チャンバ６２は、該混合チャンバ６２を横切って配置される放出オリフィス６０と連通する。

[0029]更なる液体粒子の微細化を促して、拡大チャンバ５９内へと方向付けられる高速事前霧化液体を混合させるために、ノズルチップ１２の拡大チャンバ５９は、混合チャンバ６２の中心よりも十分に上側で混合チャンバ６２と交差して、拡大チャンバ５９の長手方向軸線と垂直な面内に、直径方向で反対側に位置する一対の部分的な肩部または当接部６４を形成する。この場合の肩部または当接部６４同士の間の通路は、短手方向の混合チャンバ６２とほぼ同じ直径を有する軸方向孔６５によって形成される。放出オリフィスは、図７に描かれるように、外側に向かって広がる両端を有する交差スロットなどにより、所望のスプレーパターンが得られるように形成されてもよい。

[0030]動作時、スプレーノズルアセンブリの中心に導入される加圧空気は、それぞれの加圧液体流ストリームと直接的に相互作用して効果的で且つ効率的な液体の事前霧化を行なうために、複数の高圧径方向流ストリームの状態へと方向付けられるのが分かる。その後、事前に霧化された液体粒子は、更なる微細化のため、および、スプレーノズルアセンブリの中心に配置される放出オリフィスからの所定のスプレーパターンでの最終的な放出のために、拡大チャンバ内へと高速で強制的に方向付けられる。

[0031]以上から分かるように、本発明のスプレーノズルアセンブリは、所望のスプレー放出を妨げる可能性がある下流側の衝突ポストを必要とせずに液体スプレー微粒子を発生させて放出するのに有効である。スプレーノズルアセンブリは、個々の液体流ストリームと加圧空気流ストリームとの直接的な相互作用により、加圧空気の効率的な利用を伴って、液体微粒子を効果的に事前霧化して方向付ける。

Claims (9)

1. 下流側端部に液体スプレー放出オリフィスを有するノズル本体であって、液体供給源に結合するための上流側端部
   を有するノズル本体と、
   前記ノズル本体内に配置されており、加圧空気供給源に結合するための上流側端部を有する長手方向空気流通路を有する空気方向付け部材であって、前記長手方向空気流通路と短手方向で交差するように延びる複数の交差通路を有し、それにより、周方向に離間される前記交差通路の空気放出オリフィスによって複数の加圧空気ストリームを径方向外側に方向付ける空気方向付け部材と、
   前記交差通路に対応する数で周方向に離間される複数の液体通路を形成する前記ノズル本体内の液体方向付けガイドであって、前記液体通路のそれぞれが、加圧液体ストリームと加圧空気ストリームとを交差させて液体を事前に霧化するように、前記交差通路のそれぞれの空気放出オリフィスを横切って延びている、液体方向付けガイドと、を備え、
   前記液体方向付けガイドが、径方向端面を有し内側へ向けて先細る下流側円錐端部分を有し、周方向に離間される前記液体通路が、前記下流側円錐端部分および前記径方向端面の両方に通じ、
   前記ノズル本体が、前記事前に霧化された液体を受け入れるための拡大チャンバを有し、前記液体スプレー放出オリフィスが、霧化された所定の液体スプレーパターンをスプレーノズルから放射するように中心で前記拡大チャンバと連通している、加圧空気アシスト液体スプレーノズル。
2. 前記空気方向付け部材の前記交差通路が、前記長手方向空気流通路と垂直に外側へと延びており、
   前記液体方向付けガイドの周方向に離間される前記液体通路が、前記空気方向付け部材の前記長手方向空気流通路と平行を成すように且つ前記交差通路と垂直を成すように延びている、請求項１に記載の加圧空気アシスト液体スプレーノズル。
3. 前記空気方向付け部材には、空気を前記交差通路によって方向付ける前に前記空気方向付け部材によって加速させるための小径通路部分が形成されている、請求項１に記載の加圧空気アシスト液体スプレーノズル。
4. 前記交差通路が、前記空気方向付け部材によって方向付けられる加圧空気が前記交差通路を通過する前に衝突する端壁を形成している、請求項１に記載の加圧空気アシスト液体スプレーノズル。
5. 前記液体方向付けガイドには、周方向に離間される複数の装着突起が形成されており、当該液体方向付けガイドを前記空気方向付け部材上に支持することにより、周方向に離間される前記液体通路がそれぞれＵ字形状形態を有する、請求項１に記載の加圧空気アシスト液体スプレーノズル。
6. 周方向に離間される複数の前記液体通路が、前記交差通路の前記空気放出オリフィスを完全に横切って延びている、請求項１に記載の加圧空気アシスト液体スプレーノズル。
7. 加圧液体供給源と、
   加圧空気供給源と、
   下流側端部に液体スプレー放出オリフィスを有するスプレーノズルであって、前記加圧液体供給源に結合するための上流側端部を有するスプレーノズルと、
   前記スプレーノズル内に配置されており、前記加圧空気供給源に結合するための上流側端部を有する長手方向空気流通路を有する空気方向付け部材であって、前記長手方向空気流通路と短手方向で交差するように延びる複数の交差通路を有し、それにより、周方向に離間される前記交差通路の空気放出オリフィスによって複数の加圧空気ストリームを径方向外側に方向付ける空気方向付け部材と、
   前記空気方向付け部材を取り囲むように配置されているとともに、前記交差通路に対応する数で周方向に離間される複数の液体通路を形成する液体方向付けガイドであって、前記液体通路のそれぞれが、加圧液体ストリームと加圧空気ストリームとを交差させて液体を事前に霧化するように、前記交差通路のそれぞれの空気放出オリフィスを横切って延びる液体方向付けガイドと、を備え、
   前記空気方向付け部材の前記複数の交差通路が、前記空気方向付け部材によって方向付けられる加圧空気が前記交差通路を通過する前に衝突する端壁を前記空気方向付け部材内に形成しており、
   前記液体方向付けガイドが、前記空気方向付け部材の前記空気放出オリフィスに対して完全に覆い被さる位置に配置され、
   前記スプレーノズルが、前記事前に霧化された液体を受け入れるための拡大チャンバを有し、前記液体スプレー放出オリフィスが、霧化された所定の液体スプレーパターンをスプレーノズルから放射するように中心で前記拡大チャンバと連通している、加圧空気アシスト液体スプレーシステム。
8. 前記空気方向付け部材の前記交差通路が、前記長手方向空気流通路と垂直に外側へと延びており、
   前記液体方向付けガイドの周方向に離間される前記液体通路が、前記空気方向付け部材の前記長手方向空気流通路と平行を成すように且つ前記交差通路と垂直を成すように延びている、請求項７に記載の加圧空気アシスト液体スプレーシステム。
9. 前記交差通路が、前記空気方向付け部材によって方向付けられる加圧空気が前記交差通路を通過する前に衝突する端壁を形成しており、前記液体方向付けガイドが、該液体方向付けガイドの下流側端部が前記空気方向付け部材の下流側端部に隣接する状態で前記空気方向付け部材を取り囲むように配置されている、請求項７に記載の加圧空気アシスト液体スプレーシステム。

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