JP2004230228A - 自浄ピントルを具えた渦式二流体ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】自浄ピントルを具えた渦式二流体噴射ノズルの提供。
【解決手段】下流開口が形成された混合チャンバを具えた混合手段と、第１流体を通過させ、該混合チャンバに対しほぼ接線状を呈して該記混合チャンバに連通し、該第１流体が流入する時にそれに渦流を形成させる第１流体入口手段と、第２流体を通過させ、該第１流体入口手段にほぼ軸方向に連通し、該第１流体を該第２流体と該第１流体入口手段中で混合させて混合流体を形成し、該混合流体が該混合チャンバに流入する時に該渦流を形成させる第２流体入口手段と、下流で該混合手段に結合されてノズルからの混合流体を排出させるための排出開口を具えた開口本体と、該混合手段と該開口本体を結合させるロック手段と、を具えた。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は噴霧ノズルに係り、さらに詳しくは、ダブルディップ燃料／気体混合とピントル自浄の機能を有して極めて細かい霧を形成する二流体噴霧器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
液体霧化は農業のスプレー、蒸発冷却、スラリー乾燥、溜まったガソリンのこすり落とし、集塵機及びオイルバーナーの燃焼プロセスのような各種産業用途において全体表面区域に液体を供給するのに最も効果的な方法の一つである。ノズル設計に使用されている霧化の仕組みには二種類があり、即ち、圧力噴霧器（単一流体）と二流体噴霧器がある。圧力噴霧器は単一流体型で、液体の圧力エネルギーの変換により小滴霧化を達成し、高速液体ジェット又はフィルムを形成して噴霧器から射出する。射出される高速液体ジェット又はフィルムは噴霧器の出口に隣接する部分で、包囲するエアフィールドの有する誘発された荒々しいエネルギーにより更に小滴を分断形成する。この噴霧器は低流率用途に広く使用されている。高流率の要求に対しては、圧力噴霧器の射出する高速液体ジェット又はフィルムは厚すぎ、周囲の気体だけで霧化するのは難しい。解決策は二流体ノズルを使用することで、それは加圧気体を導入して射出前に予め液体と混合し、これにより霧化をより高流率とすることができる。操作中、微視的な観点において、気体が加圧されてノズルチャンバに導入されて液体と攪拌及び混合されて液体中に取り込まれた気体の非常に小さい気泡を発生し、これにより液体の粘度と表面張力を大いに減少し（気泡付帯流体）、これにより、更に細かい霧を発生する。
技術的は、この液体ブレークアッププロセスには二つの霧化メカニズムが含まれている。まず、ノズルの出口で液体中に取り込まれた気泡が突然拡張され、気泡が圧力の減少により急速に動く密集した細滴の霧を形成する。次に、周囲の大気の荒々しい分割力により高速の動作小滴が更に細かい霧に分断される。後のプロセスの原理は上述した圧力噴霧器と同じである。通常、二流体ノズルのほうが産業用途に広く使用され、これはそれが、より高い流率キャパシティーとずっと細かい霧を広い操作範囲（ターンダウン率とも称される）上に発生することができるためである。
【０００３】
二流体ノズルに関する非常に効果的な周知の設計が図８に示されている。このノズルは液体小滴の生成を補助するノズルキャップ１０００を具えている。図８において、ノズルキャップ１０００は外部フレーム１００５、ピントル１０１０及びピントル１０１０を支持すると共に外部フレーム１００５にピントル１０１０を結合させる支持スポーク１０１５を具えている。前記ピントル１０１０は入口スプラッシュプレート１０２０、テーパ状シャフト１０２５、及び出口偏向プレート１０４０を具えている（図９参照）。この周知の技術の機能は、液体流を垂直にスプラッシュプレート１０２０に射出して入口スプラッシュプレート１０２０と支持スポーク１０５０のいずれに表面にも液体フィルムを形成させることである。渦を巻く霧化気体が入口スプラッシュプレート１０２０の上流より導入されて（図示せず）、支持スポーク１０５０の間の通路で液体フィルムと混合され、ピントル１０２５の外表面と外部フレーム１００５の内表面１０３５により画定された下流の環状通路でも同様に混合される。別の周知の技術は図１０に示される。この設計は図８に示される技術を修飾したものであり、ダム１０５１がスポーク１０５２の上に位置決めされ、これにより、液体と空気がノズル中で混合される間スポーク上を流れる液流量が減少することにより、ノズル性能が改善されている。
【０００４】
これらの設計は気体と液体の混合及び霧化達成に効果的であるが、以下のようないくつかの制限がある。
１．ノズルが研磨粒子或いは汚濁物を含む液体を射出するとき、スポーク１０１５或いは１０５２の浸食が起こり、その結果、ピントルが損傷してノズルの故障が引き起こされる恐れがある。
２．渦を巻く気体がノズルの混合チャンバに導入されて（図示せず）スプラッシュプレート１０２０とスポーク１０１５の表面で液体と混合される時、これらスポークの下流で空気力学上、ウエークが発生しうる。ノズルチャンバのウエーク領域（スポーク１０１５の下流）において、混合流体の速度と角運動量が量的にかなり減少し、それらの分布は非軸対称となる。ゆがんだフローパターンはノズル出口を通り増殖し、不均一の噴霧を形成する。これは広く使用されているいくつかの用途におけるノズル性能を非常に傷つける結果をもたらす。例えば、工業用オイルバーナーの炉において噴霧の均一性は良好に維持された角運動量と同様にバーナーの安定した炎形成に必要な因子であるという事実がある。
３．偏向プレート１０４０に突き当たった後、噴霧が形成されると、低圧の軸対称再循環領域が偏向器１０３９の偏向プレート１０４０（偏向表面）に隣接する噴霧の中央においても形成される。この低圧再循環ゾーンにおいて、噴霧中の細滴は偏向器の下流表面方向に吸い戻されて表面上に大きな液滴を形成し、これは再付着と称される。このプロセスはいくつかの場合に噴霧品質を非常に損なう。例えば、オイルバーナーの燃焼やスラリー加熱プロセスの用途において、炉中の輻射熱は偏向器の表面温度を上昇させ、偏向器の偏向プレート１０４０（下流表面）上に蓄積された噴霧中の再循環細滴が、乾燥した殻或いはコークス層を形成しうる。時間が経つと、硬いスラリー或いはオイルバーナーケース中のコークス層が形成され、偏向器エッジの上端が丸くなり鋭いエッジが鈍くなり、噴霧角度が減り、このため噴霧中に粗い液滴が形成される。このような制限下にあるノズルはスラリー乾燥プロセスにおける粉生成の品質が損なわれる。或いはバーナーのライナーをひどく損傷して炎を不安定とする。オイルバーナーのピントル表面のコークス層の形成はピントル表面自体にホットスポットをもたらし、このために次第にピントルが損傷してノズルの故障がもたらされる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の設計は二つの新しい特徴を具えた渦式混合モジュールを具えている。
まず、液体と気流は、モジュールの環状混合チャンバに進入する前に、渦型スロットに共に射出されて予混合される。次に、自浄特徴を具えたピントルが中央に固定される。このダブルディップ混合配置により、従来の技術に較べ、液体と気体の混合の有効性は強化され、混合モジュールのサイズは大いに減少され、その結果、大きなターンダウン率の更に均一な細かい噴霧が得られる。中央に固定されたピントルの構想は、図８、９に示される従来の技術に見られるようなスポーク浸食によるピントル損壊の可能性を完全に排除し、不攪乱の環状混合チャンバを提供して十分に混合され高角運動量を具えた流体を生成する。ピントルの自浄特徴は噴霧品質を改善しノズルサービスのライフスパンを増加するために提供され、特に偏向器の熱い表面の冷却が必要とされるバーナー用途に有益である。さらに詳しくは、ピントルの自浄特徴はピントルのステムに沿って偏向プレートの下流へとさん孔された中央の孔を設けることで達成され、洗浄ディスクが偏向器の下流表面に実質的に同心円をなすように取り付けられる。これにより圧力源からの霧化気体の一部が取り分けられる通路が形成されて、この一部の気体が偏向プレートの下流表面に送られる洗浄気体となる。洗浄気体は極めて高速で偏向器のスリットから排出されて、表面を洗浄すると共に再循環液滴が好ましくないハードシェルの蓄積を表面に形成してピントルを損傷したりノズル性能を損なうのを防止する。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明は、液体霧化用のノズルにおいて、
下流開口が形成された混合チャンバを具えた混合手段と、
第１流体を通過させ、前記混合チャンバに対しほぼ接線状を呈して前記混合チャンバに連通し、前記第１流体が流入する時にそれに渦流を形成させる第１流体入口手段と、
第２流体を通過させ、前記第１流体入口手段にほぼ軸方向に連通し、前記第１流体を前記第２流体と前記第１流体入口手段中で混合させて混合流体を形成し、前記混合流体が前記混合チャンバに流入する時に前記渦流を形成させる第２流体入口手段と、
下流で前記混合手段に結合されて前記ノズルから前記混合流体を排出させるための排出開口を具えた開口本体と、
前記混合手段に結合され、ほぼ円筒形のステムとほぼ円盤形の偏向器ヘッドを具え、前記偏向器ヘッドが、混合流体が突き当たる上流表面と気体洗浄手段に結合された下流表面とを具えて前記ステムの中央通路を含む気体通路に固定され、少なくとも一つのスロット連通手段が前記ステムを前記偏向器ヘッドの環状溝に連通させ、偏向器ヘッドの前記下流表面と前記気体洗浄手段の表面の間にギャップが形成された偏向手段と、
所定の通路ギャップ形態とされて、前記混合手段、前記偏向手段及び開口本体が一体に結合された時、前記偏向器ヘッドの前記上流表面と前記開口本体の排出開口の出口エッジとの間に形成される計量手段と、
前記混合手段と前記開口本体を結合させるロック手段と、を具えたことを特徴とする、液体霧化用のノズルとしている。
請求項２の発明は、請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記第１流体入口手段により導入される前記第１流体が液体とされ、前記第２流体入口手段により導入される前記第２流体が気体とされたことを特徴とする液体霧化用のノズルとしている。
請求項３の発明は、請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記混合手段と前記開口本体の間で使用される前記ロック手段が前記混合手段と前記開口本体のいずれにおいても円錐表面を具え、組立時に前記混合手段と前記開口本体の間のセルフアラインメントの能力を提供することを特徴とする、液体霧化用のノズルとしている。
請求項４の発明は、請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記混合手段と前記開口本体の間で使用される前記ロック手段が前記混合手段と前記開口本体のいずれにおいても平坦表面を具えたことを特徴とする液体霧化用のノズルとしている。
請求項５の発明は、請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記第１流体入口手段が複数の、接線状にカットされたスロットとされると共に前記混合手段の軸に垂直とされたことを特徴とする液体霧化用のノズルとしている。
請求項６の発明は、請求項５に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記接線状にカットされたスロットが前記混合手段の円錐表面に平行な組合せ角を具えたことを特徴とする液体霧化用のノズルとしている。
請求項７の発明は、請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記第１流体入口手段が複数の、接線状に削設された複数の孔とされて前記第２流体入口手段が前記第１流体入口手段と交わる軸方向の複数の孔とされたことを特徴とする液体霧化用のノズルとしている。
請求項８の発明は、請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記開口本体の排出開口が前記混合手段の前記混合チャンバの前記下流開口の寸法以下に形成されたことを特徴とする液体霧化用のノズルとしている。
請求項９の発明は、請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記開口本体の前記排出開口の出口ポートの内側壁かぺンチュリ形プロフィルを呈して前記排出開口の通路に沿って寸法が最小まで漸減されて後、漸増されたことを特徴とする液体霧化用のノズルとしている。
請求項１０の発明は、請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記偏向手段の前記偏向器ヘッドの前記上流表面が噴霧角形成のための円錐形状を有することを特徴とする液体霧化用のノズルとしている。
請求項１１の発明は、請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記ロック手段がアダプタとホルダを具えたことを特徴とする、液体霧化用のノズルとしている。
請求項１２の発明は、液体霧化用のノズルにおいて、
下流開口が形成された混合チャンバを具えた混合手段と、
第１流体を通過させ、前記混合チャンバに対しほぼ接線状を呈して前記混合チャンバに連通し第１流体が流入する時にそれに渦流を形成させる第１流体入口手段と、
第２流体を通過させ、前記第１流体入口手段にほぼ軸方向に連通し、前記第１流体を前記第２流体と前記第１流体入口手段中で混合させて混合流体を形成し、前記混合流体が前記混合チャンバに流入する時に前記渦流を形成させる第２流体入口手段と、
下流で前記混合手段に結合され、ノズルからの混合流体を排出させるための排出開口を具えた開口本体と、
前記混合手段と前記開口本体を結合させるロック手段と、を具えたことを特徴とする液体霧化用のノズルとしている。
請求項１３の発明は、液体霧化用のノズルにおいて、
下流開口が形成された混合チャンバを具えた混合手段と、
第１流体を通過させ、前記混合チャンバに対しほぼ接線状を呈して前記記混合チャンバに連通し、前記第１流体が流入する時にそれに渦流を形成させる第１流体入口手段と、
第２流体を通過させ、前記第１流体入口手段にほぼ軸方向に連通し、前記第１流体を前記第２流体と前記第１流体入口手段中で混合させて混合流体を形成し、前記混合流体が前記混合チャンバに流入する時に前記渦流を形成させる第２流体入口手段と、
下流で前記混合手段に結合されてノズルから混合流体を排出させるための排出開口を具えた開口本体と、
前記混合手段に結合され、ほぼ円筒形のステムとほぼ円盤形の偏向器ヘッドを具え、前記偏向器ヘッドが、混合流体が突き当たる上流表面を具えた偏向手段と、
所定の通路ギャップ形態とされて、前記混合手段、前記偏向手段及び開口本体が一体に結合された時、前記偏向器ヘッドの前記上流表面と前記開口本体の排出開口の出口エッジとの間に形成される計量手段と、
前記混合手段と前記開口本体を結合させるロック手段と、を具えたことを特徴とする液体霧化用のノズルとしている。
請求項１４の発明は、請求項１３に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記混合手段と前記開口本体の間で使用される前記ロック手段が前記混合手段と前記開口本体のいずれにおいても円錐表面を具え、組立時に混合手段と開口本体の間のセルフアライメントの能力を提供することを特徴とする、液体霧化用のノズルとしている。
請求項１５の発明は、請求項１３に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記第１流体入口手段が複数の、接線状にカットされたスロットとされると共に前記混合手段の軸に垂直とされたことを特徴とする液体霧化用のノズルとしている。
請求項１６の発明は、請求項１５に記載の液体霧化用のノズルにおいて、接線状にカットされた前記スロットが複合角を具え、それがほぼ前記混合手段の前記円錐表面に平行であることを特徴とする、液体霧化用のノズルとしている。
請求項１７の発明は、請求項１３に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記第１流体入口手段が複数のほぼ接線状の穿孔とされ、前記第２流体入口手段が第１流体入口手段と交差するほぼ軸方向の穿孔とされたことを特徴とする液体霧化用のノズルとしている。
請求項１８の発明は、請求項１３に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記開口本体の前記排出開口が前記混合手段の前記混合チャンバの前記下流開口以下の長さの寸法を具えたことを特徴とする液体霧化用のノズルとしている。
請求項１９の発明は、請求項１３に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記開口本体の前記排出開口の排出ポートの内側の側壁がベンチュリプロフィルを有し、前記排出開口の通路に沿って最小漸次寸法までが縮減されてから徐々に寸法が増加されたことを特徴とする液体霧化用のノズルとしている。
請求項２０の発明は、請求項１３に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記偏向手段の前記偏向器ヘッドの前記上流表面が噴霧角形成のために円錐形を呈することを特徴とする、液体霧化用のノズルとしている。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明のノズルの好ましい実施例は図１に示されるようであり、それは渦式混合モジュール３、モジュールアダプタ１及びホルダ９を具えている。
【０００８】
渦式混合モジュール３は、図２、３、４に示されるように、渦形成ハウジング３０、開口本体５０、ピントル本体６０及びディスク８０を具えている。渦形成ハウジング３０は略円筒形を呈し表面３４から表面３６に掘られた混合チャンバ３２が形成されている。表面３４の一端にあって、円錐形凸面３８が角度を有するように形成され、この角度は９０度から１５０度の範囲とされて、組立中に、開口本体５０の結合表面に接触するセルフアライン表面を提供する。渦形成ハウジング３０の別端にあって、図３に示されるように、バッフルチャンバ４０が表面４２から表面４４まで掘られている。複数の等間隔配置のスロット３５が、混合チャンバ３２の円筒壁に例えばミリングにより形成されている。これらのスロット３５は壁に接して形成され、本体出口からの液体がこれらのスロット３５を通り混合チャンバ３２へと導入され、渦流が引き起こされる。各スロット３５において、気体孔３７が削設等により渦形成ハウジング３０の軸方向に平行にスロット３５の底から渦形成ハウジング３０の表面３６と４４に画定された天井を貫通しバッフルチャンバ４０の壁の所定の高さの表面４６まで形成されている。図２、３に示されるように、気体孔３７の寸法はスロット３５の幅以下であり、該気体孔３７はスロット３５内に位置づけられてそのエッジは混合チャンバ３２のエッジに非常に接近している。気体孔３７はバッフルチャンバ４０側から見ると、一部がバッフルチャンバ４０の壁に、表面４６の高さまで削設されている。表面４６から表面４４までの距離は予め決定されてバッフルチャンバ４０から気体孔３７までの流体通路開口が確実に気体孔３７自体の断面領域より大きくなるものとされる。この配置はバッフルチャンバ４０の気体孔３７の露出した或いは隠された部分を気体を該気体孔３７より該スロット３５の液体に導入するための導入口として使用し、これにより液体が渦流を形成する前に混合が開始され、混合された流体が混合チャンバ３２に進入する。他の状況においては、混合チャンバ３２は表示されているレイアウトより小さく設計されるか、気体孔３７が渦形成ハウジング３０の軸に対して傾斜するように削設されて（図示せず）、気体気体孔３７がバッフルチャンバ４０の壁にまで及ばずに、ただ天井の表面４４まで延伸される。このような設計において、渦式混合モジュール３の機能は本発明の精神範疇内にある。この配置は、両方の流体に同じ接線カットスロットを通過させることにより非常にコンパクトな渦形のダブルディップ液体／気体混合効率の恩恵をもたらす。
【０００９】
図２及び図３において、円筒形の開口本体５０に中央貫通孔５２がその寸法は混合チャンバ３２の内側寸法以下とされる。開口本体５０の上流表面５４は渦形成ハウジング３０の表面３８と同じ角度を有する円錐凸面形態とされ、この角度は９０度から１５０度とされ、これにより組立中に相互に適当にシールされる。
表面５４の反対側には、本体の軸にほぼ垂直なフランジ表面５６が形成されて渦式混合モジュール３がノズルアダプタ１に組み付けられる時の液体シール目的を達成する（図１、４参照）。フランジの外側寸法は、表面５９がノズルの組立におけるアライメント目的のために、モジュールアダプタ１の連結部分と非常に近い寸法に形成される。本発明のある実施例によると、開口本体５０の中央貫通孔５２はベンチュリ形態（図７の開口表面２１０として）形成され、その壁の内側寸法は開口の通路に沿って最小寸法まで減少され、それから徐々に増加される。
この実施例は供給される霧化気体の量が比較的少なく混合流体の均一性が主に液流の配分により決定される場合に適用され、集中し末広がりとなる通路設計のベンチュリはそれらの分配パターンを最大化することができる。
【００１０】
図２及び３に示されるように、ピントル本体６０は、ほぼ円筒形を呈するステム６２と、ほぼ円盤状を呈して貫通する中央孔６５が削設された偏向器ヘッド６４とを具えている。偏向器ヘッド６４において、上流表面６６はほぼピントルの軸に垂直とされ、外側寸法は、偏向器ヘッド６４は開口５２の最小寸法よりやや小さい。この配置は全体の渦式混合モジュール３を組み立てる間に密接に組み立てられ易くするためである。偏向器ヘッド６４の下流側にあって、環状溝６８が表面の中心に形成されて保留された表面を二つの環状表面７０及び７２に分割する。環状表面７０は環状表面７２より所定の量を以て低くなるよう加工される。
所定の深さの複数（図２では四つ）のスロット７４が環状表面７２において形成されて、中央孔６５と環状溝６８の間の放射状溝を提供している。最後に、ディスク８０の偏向器ヘッド６４の寸法以下の寸法に形成された表面８２で、ほぼ同心円をなすように環状表面７２が溶接その他の手段によりシールされる。この配置により、ギャップ７６が図６に示されるように、偏向器ヘッド６４の環状表面７０とディスク８０の表面８２の間に形成される。ピントル本体６０とディスク８０の組合せにおいて、詳しくは、気体通路が形成され、それは中央孔６５、スロット７４、環状溝６８及び環状のギャップ７６を含む。こうして組み合わされたものが、渦形成ハウジング３０の天井の中央孔３９に、ピントル本体６０のステム６２に沿った所定の軸方向位置で組み合わされる。これによりそれらが一体に組み合わされる時、開口本体５０の出口エッジ５８と偏向器ヘッド６４の上流表面６６の間に所定のギャップが形成される。この所定のギャップはノズルの流体を測量して提供する通路とされ、それは気体と液体双方の最大流量を噴霧角度の形成と共に画定する。ピントル本体６０と渦形成ハウジング３０の結合方法は溶接或いは螺合のような他の方法とされるが、これは図示されていない。
【００１１】
ホルダ９は図１、４に示されるように、ドラムスティック形状の棒で形成され、一端に雄ネジ９２が設けられ、もう一端にＯリングシール９４が設けられている。該ホルダ９に中央孔９８が設けられている。Ｏリングシール９４は気体を中央孔９８を通してノズルに導入する外部溝に連結される。本発明に基づく他の用途においては該Ｏリングシール９４は連結目的の雌ネジ或いは雄ネジ（図示せず）に置き換えられ得る。二つの平行平坦面９６が組立中のトルク目的のためにホルダ９の外表面１０４に形成される。所定の幅と深さを有する複数の等間隔配置されたスロット１００が雄ネジ９２を貫通して軸方向に形成されて組立完成したノズル操作時の液体通路を提供する。
【００１２】
モジュールアダプタ１は、図１、４に示されるように、雄ネジ１４と雌ネジ１２を具え、渦式混合モジュール３とホルダ９を受容する。雌ネジ１２の下流に環状溝１６が形成されて雌ネジ１２を表面１８で終了させ、表面１８と表面２０の間に、開口本体５０のフランジ寸法５９に緊密に適合する孔１９が同心円を成すよう形成されている。渦式混合モジュール３はモジュールアダプタ１内に配置され（図１、４）、開口本体５０のフランジ表面５６はモジュールアダプタ１の表面１５に当接しシールする。一方、渦形成ハウジング３０はピントル本体６０と洗浄ディスク８０と統合され、ホルダ９の表面１０２により背面４２より圧迫される。ホルダ９の加圧動作を透過し、渦形成ハウジング３０と開口本体５０のいずれもが緊密に接触し同心円を成すように整合され、これは円錐結合表面が双方に設けられていることによる。この圧力はまた開口本体５０の表面５６とモジュールアダプタ１の表面１５の間の緊密なシールを形成する。
【００１３】
本発明によるある実施例において、モジュールアダプタ１に結合された開口本体５０が統合された部品として使用される（図示せず）。この場合、開口本体５０の特徴である円錐形表面５４と貫通する開口５２はモジュールアダプタ１の一部とされる。この配置は非常に実施しやすく本発明の総部品数を減らせる長所を有している。しかしモジュールアダプタ１と開口本体５０の間の材料種類の可能性を制限する。時として、開口本体５０とモジュールアダプタ１間の材料選択の可能性は、第１実施例に示されるように、あるノズル用途の成功に極めて重要である。
【００１４】
本発明による別の可能な実施例は図７に示され、それは、開口本体２００の貫通孔２１０が集束してから末広がりとなる通路、ベンチュリ型に形成される。この変更により混合流体は、射出器へと排出される前に、より狭い断面区域に集中させられ、噴霧気体消耗率が制限される時に噴霧分配を更に均一とする。
【００１５】
図７に示される本発明の別の実施例では、ピントルのステム３００上の偏向器ヘッド３１０の上流表面３２０が円錐形とされている。この変更により偏向器ヘッド６４の円錐体の噴霧角度の形成の選択可能な方式が提供される。
【００１６】
以上が本発明の全てのパーツの説明であるが、本発明の設計の精神と有利な点は図１と図４に示される組合せ完成後の機能について説明することによりより明らかに提示される。この図において、渦式混合モジュール３はモジュールアダプタ１内に配置され、該モジュールアダプタ１内にあっては、開口本体５０のフランジ表面５６がモジュールアダプタ１の表面１５によりシールされている。ホルダ９はモジュールアダプタ１の雌ネジ１２にねじ込まれ渦形成ハウジング３０の表面４２を表面１０２でシールしている。これにより、開口本体５０のフランジ表面５６もモジュールアダプタ１の表面１５によりシールされる。ノズル操作中、上流の供給源（図示せず）からの液体はモジュールアダプタ１の雌ネジ１２とホルダ９の外表面１０４の間に形成された通路へと吸い上げられる。それからホルダ９のスロット１００を通り雌ネジ１２と渦形成ハウジング３０の外表面の間を通り、モジュールアダプタ１の環状溝１６と渦形成ハウジング３０の外表面により画定さえた環状チャンバへと流入する。液体はそれから渦形成ハウジング３０の外周に接するようカットされたスロット３５内に射出される。
【００１７】
一方、気体供給源（図示せず）からの加圧気体はホルダ９に導入され、ホルダの中央孔９８を通り、渦形成ハウジング３０のバッフルチャンバ４０に至る。気体の大部分は、霧化気体として使用され、渦形成ハウジング３０の天井の気体孔３７へと導入され、スロット３５を通る液体流に突き当たる。スロット３５内で予め混合された液体／気体流体は混合チャンバ３２に射出されて渦流を形成する。このプロセス中、多くの細かい気泡が流体中に形成され捕捉される。混合流体、即ち気泡付帯流体は、それから開口本体５０の開口５２とピントル本体６０のステム６２の外表面により画定された環状通路を通り混合チャンバ３２より出て、開口本体５０のエッジ５８と偏向器ヘッド６４の表面６６の間の距離により画定された渦式混合モジュール３の流体計量区へと流れ落ちる。気泡付帯流体が渦式混合モジュール３の流体計量区を通過する時、圧力減少による流体中の気体の突然の拡張が引き起こされ、その速度を加速し液体を細かい液滴に砕く。流出した高速の液滴はそれを包囲するフローフィールドで誘発された乱流により、第２の霧化に遭遇する。気体の所定部分は、洗浄気体と称され、渦形成ハウジング３０のバッフルチャンバ４０内で、その間に、図６に示されるように、ピントル本体６０の中央孔６５、スロット７４、偏向器ヘッド６４の環状溝６８、ギャップ７６を通り、偏向器ヘッド６４の下流表面７０のエッジを完全に洗浄する。
【００１８】
【発明の効果】
本発明の実施例にかかる精神と機能の説明を通し、本発明のノズル性能及びその操作ライフスパンは以下の理由により非常に改善されたことが分かる。まず、渦式混合モジュールの同一の接線カットスロットへの液体と気体双方の導入により、より簡単な渦形成設計でこれら二つの流体の混合を強化できるほか、低流量条件で、空気力学上、より安定したの渦流を形成できるためターンダウン率を改善できる。第２に、本発明は気体洗浄手段を具えたピントルのステムが直接渦形成ハウジング３０の天井に導入されたことにより、従来の技術における、ピントルスポークに対する浸食で誘発されるノズル損壊の可能性とピントル表面上の硬く積み重なった層による噴霧品質の低下は完全に排除される。さらに、従来の技術における混合チャンバ中のスポークのもたらす低角運動量の非対称噴霧分配の欠点もまた大いに改善されている。
【００１９】
以上の実施例は本発明の実施範囲を限定するものではなく、本発明に基づきなしうる細部の修飾或いは改変は、いずれも本発明の請求範囲に属するものとする。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の自浄ピントルシステムを具えた二流体噴射ノズルの好ましい実施例の分解斜視図である。
【図２】図１中の渦式混合モジュール３の好ましい実施例の正面方向からの分解斜視図である。
【図３】図１中の渦式混合モジュール３の好ましい実施例の背面方向からの分解斜視図である。
【図４】図１の自浄ピントルを具えた二流体ノズルの断面図である。
【図５】図４を得るためのＡ−Ａ切断線を示した渦式混合モジュール３の正面図である。
【図６】図４の点線で囲まれた洗浄気体出口の部分拡大図である。
【図７】本発明の渦式混合モジュールアセンブリーの第２実施例であり、円錐形偏向器ヘッドに連結されたベンチュリ開口が結合されている断面図である。
【図８】従来のノズルキャップの背面方向からの斜視図である。
【図９】従来のノズルキャップの正面方向からの斜視図である。
【図１０】従来の別のノズルキャップの背面方向からの斜視図である。
【符号の説明】
１０００ ノズルキャップ
１００５ 外部フレーム
１０１０ ピントル
１０１５ 支持スポーク
１０２０ 入口スプラッシュプレート
１０２５ テーパ状シャフト
１０４０ 偏向プレート
１０３５ 内表面
１０５１ ダム
１０５２ スポーク
１０３９ 偏向器
３ 渦式混合モジュール
１ モジュールアダプタ
９ ホルダ
３０ 渦形成ハウジング
５０ 開口本体
６０ ピントル本体
８０ ディスク
３４ 表面
３６ 表面
３２ 混合チャンバ
３８ 円錐形凸面
３９ 中央孔
４０ バッフルチャンバ
４２ 表面
４４ 表面
３５ スロット
３７ 気体孔
４６ 表面
５２ 中央貫通孔
５４ 上流表面
５６ フランジ表面
６２ ステム
６５ 中央孔
６４ 偏向器ヘッド
６６ 上流表面
６８ 環状溝
７０、７２ 環状表面
８２ 表面
７６ ギャップ
７４ スロット
５８ 出口エッジ
９２ 雄ネジ
９４ Ｏリングシール
９８ 中央孔
９６ 平行平坦面
１０４ 外表面
１００ スロット
１６ 環状溝
１８ 表面
２０ 表面
９５ フランジ寸法
１９ 孔
１５ 表面
１０２ 表面
４４ 表面
２００ 開口本体
２１０ 貫通孔
３００ ステム
３１０ 偏向器ヘッド
３２０ 上流表面

Claims (20)

1. 液体霧化用のノズルにおいて、
   下流開口が形成された混合チャンバを具えた混合手段と、
   第１流体を通過させ、前記混合チャンバに対しほぼ接線状を呈して前記混合チャンバに連通し、前記第１流体が流入する時にそれに渦流を形成させる第１流体入口手段と、
   第２流体を通過させ、前記第１流体入口手段にほぼ軸方向に連通し、前記第１流体を前記第２流体と前記第１流体入口手段中で混合させて混合流体を形成し、前記混合流体が前記混合チャンバに流入する時に前記渦流を形成させる第２流体入口手段と、
   下流で前記混合手段に結合されて前記ノズルから前記混合流体を排出させるための排出開口を具えた開口本体と、
   前記混合手段に結合され、ほぼ円筒形のステムとほぼ円盤形の偏向器ヘッドを具え、前記偏向器ヘッドが、混合流体が突き当たる上流表面と気体洗浄手段に結合された下流表面とを具えて前記ステムの中央通路を含む気体通路に固定され、少なくとも一つのスロット連通手段が前記ステムを前記偏向器ヘッドの環状溝に連通させ、偏向器ヘッドの前記下流表面と前記気体洗浄手段の表面の間にギャップが形成された、偏向手段と、
   所定の通路ギャップ形態とされて、前記混合手段、前記偏向手段及び開口本体が一体に結合された時、前記偏向器ヘッドの前記上流表面と前記開口本体の排出開口の出口エッジとの間に形成される計量手段と、
   前記混合手段と前記開口本体を結合させるロック手段と、を具えたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
2. 請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記第１流体入口手段により導入される前記第１流体が液体とされ、前記第２流体入口手段により導入される前記第２流体が気体とされたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
3. 請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記混合手段と前記開口本体の間で使用される前記ロック手段が前記混合手段と前記開口本体のいずれにおいても円錐表面を具え、組立時に前記混合手段と前記開口本体の間のセルフアラインメントの能力を提供することを特徴とする液体霧化用のノズル。
4. 請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記混合手段と前記開口本体の間で使用される前記ロック手段が前記混合手段と前記開口本体のいずれにおいても平坦表面を具えたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
5. 請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記第１流体入口手段が複数の、接線状にカットされたスロットとされると共に前記混合手段の軸に垂直とされたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
6. 請求項５に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記接線状にカットされたスロットが前記混合手段の円錐表面に平行な組合せ角を具えたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
7. 請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記第１流体入口手段が複数の、接線状に削設された複数の孔とされて前記第２流体入口手段が前記第１流体入口手段と交わる軸方向の複数の孔とされたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
8. 請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記開口本体の前記排出開口が前記混合手段の前記混合チャンバの前記下流開口の寸法以下に形成されたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
9. 請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記開口本体の前記排出開口の出口ポートの内側壁がベンチュリ形態を呈して前記排出開口の通路に沿って寸法が最小まで漸減されて後、漸増されたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
10. 請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記偏向手段の前記偏向器ヘッドの前記上流表面が噴霧角形成のための円錐形状を有することを特徴とする液体霧化用のノズル。
11. 請求項１に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記ロック手段がアダプタとホルダを具えたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
12. 液体霧化用のノズルにおいて、
    下流開口が形成された混合チャンバを具えた混合手段と、
    第１流体を通過させ、前記混合チャンバに対しほぼ接線状を呈して前記混合チャンバに連通し、前記第１流体が流入する時にそれに渦流を形成させる第１流体入口手段と、
    第２流体を通過させ、前記第１流体入口手段にほぼ軸方向に連通し、前記第１流体を前記第２流体と前記第１流体入口手段中で混合させて混合流体を形成し、前記混合流体が前記混合チャンバに流入する時に前記渦流を形成させる第２流体入口手段と、
    下流で前記混合手段に結合され、ノズルからの混合流体を排出させるための排出開口を具えた開口本体と、
    前記混合手段と前記開口本体を結合させるロック手段と、を具えたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
13. 液体霧化用のノズルにおいて、
    下流開口が形成された混合チャンバを具えた混合手段と、
    第１流体を通過させ、前記混合チャンバに対しほぼ接線状を呈して前記記混合チャンバに連通し第１流体が流入する時にそれに渦流を形成させる、前記第１流体入口手段と、
    第２流体を通過させ、前記第１流体入口手段にほぼ軸方向に連通し、前記第１流体を前記第２流体と前記第１流体入口手段中で混合させて混合流体を形成し、前記混合流体が前記混合チャンバに流入する時に前記渦流を形成させる第２流体入口手段と、
    下流で前記混合手段に結合されてノズルから混合流体を排出させるための排出開口を具えた開口本体と、
    前記混合手段に結合され、ほぼ円筒形のステムとほぼ円盤形の偏向器ヘッドを具え、前記偏向器ヘッドが、混合流体が突き当たる上流表面を具えた偏向手段と、
    所定の通路ギャップ形態とされて、前記混合手段、前記偏向手段及び開口本体が一体に結合された時、前記偏向器ヘッドの前記上流表面と前記開口本体の排出開口の出口エッジとの間に形成される計量手段と、
    前記混合手段と前記開口本体を結合させるロック手段と、を具えたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
14. 請求項１３に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記混合手段と前記開口本体の間で使用される前記ロック手段が前記混合手段と前記開口本体のいずれにおいても円錐表面を具え、組立時に混合手段と開口本体の間のセルフアライメントの能力を提供することを特徴とする、液体霧化用のノズル。
15. 請求項１３に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記第１流体入口手段が複数の、接線状にカットされたスロットとされると共に前記混合手段の軸に垂直とされたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
16. 請求項１５に記載の液体霧化用のノズルにおいて、接線状にカットされた前記スロットが複合角を具え、それがほぼ前記混合手段の前記円錐表面に平行であることを特徴とする液体霧化用のノズル。
17. 請求項１３に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記第１流体入口手段が複数のほぼ接線状の穿孔とされ、前記第２流体入口手段が前記第１流体入口手段と交差するほぼ軸方向の穿孔とされたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
18. 請求項１３に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記開口本体の前記排出開口が前記混合手段の前記混合チャンバの前記下流開口以下の長さの寸法を具えたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
19. 請求項１３に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記開口本体の前記排出開口の排出ポートの内側の側壁かぺンチュリ形プロフィルを有し、前記排出開口の通路に沿って漸次最小寸法までが縮減されてから徐々に寸法が増加されたことを特徴とする液体霧化用のノズル。
20. 請求項１３に記載の液体霧化用のノズルにおいて、前記偏向手段の前記偏向器ヘッドの前記上流表面が噴霧角形成のために円錐形を呈することを特徴とする液体霧化用のノズル。

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