JP5872694B2 - 電磁軸受および永久磁石回転子を有する回転式噴霧器 - Google Patents

Description

本発明は、概して、スプレー乾燥機または凝固機（ｃｏｎｇｅａｌｅｒ）において使用するための回転円盤型噴霧器に関し、より具体的には、電磁軸受および／または永久磁石回転子を有する回転式噴霧器に関する。本発明はまた、噴霧器使用中、ガス流速度を調節するためのシステム、方法、および装置に関し、より具体的には、ガス流速度を動的に調節するためのシステム、方法、および装置に関する。

スプレー乾燥は、高温ガス流によって、液体を急速に乾燥させることによって、スラリーまたは溶液液体から乾燥粉末／粒子を産生する方法である。スプレー乾燥は、食品および医薬品等の多くの熱的に敏感な材料を乾燥させる好ましい方法である。一貫した粒子サイズ分布は、触媒および他の化学物質等のいくつかの産業生成物をスプレー乾燥するための理由の１つである。典型的には、空気が、加熱乾燥媒体である。しかしながら、噴霧される液体が、可燃性溶媒（例えば、エタノール）である場合、または生成物が、酸素に敏感である場合、窒素が、使用され得る。

概して、スプレー乾燥機は、噴霧器またはスプレーノズルを使用して、液体を制御された液滴サイズのスプレーに分散させる。スプレー乾燥において使用される一般的タイプのノズルとして、回転円盤型および単一流体圧力旋回ノズルが挙げられる。代替として、いくつかの用途に対しては、２流体または超音波ノズルが、使用され得る。プロセスおよび／または生成物のニーズに応じて、１０〜５００マイクロメートルの液滴サイズが、適切な選択肢によって達成され得る。しかしながら、一般的用途は、多くの場合、１００〜２００マイクロメートル径範囲である。

高温の乾燥ガス流（例えば、空気、窒素等）は、噴霧器方向に、並流または対向流として通過され得る。並流方法は、粒子が、システム内でより少ない滞留時間を有するようにし、粒子分離器（典型的には、サイクロンデバイス）は、より効率的に動作する。対向流方法は、粒子が、チャンバ内でより長い滞留時間を有するようにし、通常、流動床システムと対にされる。

ナノスプレー乾燥機は、スプレー乾燥の分野に新しい可能性を提案する。狭サイズ分布を伴う、３００ｎｍ〜５μｍの範囲内における粒子の生産を可能にする。高収率が、産生され（最大９０％）、最小サンプル量は、１ｍｌである。過去において、スプレー乾燥の限界は、粒子サイズ（最小２マイクロメートル）、収率（最大約７０％）、およびサンプル体積（実験室規模におけるデバイスに対して最小５０ｍｌ）であった。最近、最小粒子サイズは、３００ｎｍまで縮小され、収率最大９０％が、可能であり、サンプル量は、１ｍｌ程度であり得る。これらの拡張された限界は、スプレーヘッド、加熱システム、および静電粒子コレクタに対する新しい技術開発により可能となっている。この新しい技術によって可能な小粒子サイズを強調するために、「ナノ」スプレー乾燥として説明されている。しかしながら、産生される最小粒子は、典型的には、超微粒子のナノメートルスケールではなく、微粒子に一般的なサブマイクロメートル範囲である。ナノスプレー乾燥に関するさらなる情報については、例えば、ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｌａｂｍａｔｅ−ｏｎｌｉｎｅ．ｃｏｍ／ｎｅｗｓ／ｌａｂｏｒａｔｏｒｙ−ｐｒｏｄｕｃｔｓ／３／ｂｕｃｈｉ＿ｌａｂｏｒｔｅｃｈｉｋ＿ａｇ／ｎａｎｏ＿ｓｐｒａｙ＿ｄｒｙｅｒ＿−＿ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ＿ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ＿ｓｐｒａｙ＿ｄｒｙｉｎｇ／１４００５／において入手可能な「Ｎａｎｏ Ｓｐｒａｙ Ｄｒｙｅｒ − Ｅｘｐｅｒｉｅｎｃｅ Ｓｕｂｍｉｃｒｏｎ Ｓｐｒａｙ Ｄｒｙｉｎｇ」と題された２０１１年３月３１日の記事を参照されたい。

回転式噴霧器性能を改善するために、何年にもわたって、多数の試みがなされてきた。例えば、「Ａｐｐａｒａｔｕｓ ａｎｄ Ｍｅｔｈｏｄ ｆｏｒ ａ Ｒｏｔａｒｙ Ａｔｏｍｉｚｅｒ ｗｉｔｈ Ｉｍｐｒｏｖｅｄ Ｐａｔｔｅｒｎ Ｃｏｎｔｒｏｌ」と題されたＣｌｉｆｆｏｒｄ，他の特許文献１は、ベルカップの回転方向に傾斜され、カップ縁近傍のカップ表面上に空気を向ける成形空気ノズルを伴う、空気成形リングを有する回転式噴霧器スプレーヘッドを使用して、流体で表面にスプレーするためのパターンを形成および制御するための装置および方法を開示している。「Ｒｏｔａｒｙ Ａｔｏｍｉｚｅｒ， Ａｎｄ Ａｉｒ Ｂｅａｒｉｎｇ Ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ Ｆｏｒ Ｒｏｔａｒｙ Ａｔｏｍｉｚｅｒ」と題されたＫｉｍの特許文献２は、製造コストを削減するための回転式噴霧器および回転式噴霧器のための空気軸受保護システムを開示している。Ｋｉｍは、高速回転が、連続動作中、多くの熱および負荷を噴霧器に発生させることを認識している。この熱を除去するために、注油機器が、一般に、使用されるが、これは、システム構造内の複雑性につながり、その結果、保守の困難性および製造コストの増加につながる。

「Ｒｏｔａｒｙ Ａｔｏｍｉｚｅｒ」と題されたＲｅｎｙｅｒ，他の特許文献３は、液体ベースの物質を粒子に適用するための回転式噴霧器を利用するシステムを開示している。Ｒｅｎｙｅｒは、回転式噴霧器が、典型的には、移動粒子の近傍内において、高速回転力を必要とし（連続流プロセスと同様）、回転式噴霧器を利用する機械類が、幾分、複雑となり得、頻繁な故障を被り得るいくつかの可動部品を必要とすることを認識している。

既存の数々の噴霧器および噴霧システムにおける種々の進歩にもかかわらず、現在の技術は、依然として、定期的保守および修理を必要とし、不必要な修理コストおよび稼働停止につながる。したがって、最小保守を必要とする一方、増加した毎分回転数（「ＲＰＭ」）を生み出し、ガス流速度を方向付けかつ調節するための能力を提供する、改良された回転式噴霧器および噴霧システムの必要性が存在する。

米国特許第７，６１１，０６９号明細書 米国特許第７，３４４，０９２号明細書 米国特許第６，５５１，４０２号明細書

本願は、回転式噴霧器信頼性を改善する一方、増加したＲＰＭを産生し、増加した円盤速度を生み出すためのシステムおよび方法を開示する。本願はまた、ガス流速度を動的に方向付けかつ調節する能力を提供するためのシステムを開示する。

本発明の第１の側面によると、回転式噴霧器は、回転力を出力するように可能にされる、固定子および永久磁石回転子を有する電気モータと、垂直に設置され、所望の長さを有するシャフトであって、回転力によって回転されることが可能なシャフトと、シャフトの無摩擦の半径方向および軸方向支持を可能にする１つ以上の磁気軸受と、微粒子の形態で液体をスプレーするために、シャフトの下側端に設置された回転円盤とを備えている。

本発明のいくつかの側面では、回転式噴霧器はさらに、送風機から固定子にわたって冷気を向け、固定子によって放熱される熱を奪うための冷却フィンを備え得る。冷気は、回転式噴霧器から、回転円盤と送給分配器との間の環状間隙を通して排出され得る。さらに、回転式噴霧器の電気モータは、９００フィート／秒（「ｆｔ／ｓ」）を超える円盤周辺先端速度を可能にする速度において、シャフトを回転させるように可能にされ得る。例えば、１２インチ径円盤は、約１８，０００ＲＰＭで回転され、約９４０ｆｔ／ｓの速度を生み出し得る。回転式噴霧器はさらに、シャフトと１つ以上の磁気軸受との間の間隙の中へ、および／または過剰電気熱を固定子から除去するための液体冷却ジャケットに流されるべき圧縮空気を受け取るための圧縮空気コネクタを備え得る。回転式噴霧器はさらに、磁気浮上の喪失の場合、シャフトの回転を妨害するように可能にされる、摩擦バックアップ軸受を備え得る。

本発明の第２の側面によると、噴霧器システムは、調節可能外側コーンと、噴霧器を受け取るように構成されている固定された内側コーンと、チャンバと、調節可能外側コーンを動的に調節するために、１つ以上の高さアクチュエータに連結されている１つ以上の調節可能垂直部材とを備えている。いくつかの側面では、噴霧器システムはさらに、１つ以上の半径方向旋回羽根を備え得る。

本発明の第３の側面によると、スラリー材料を噴霧する方法は、スラリー材料を回転式噴霧器に送給することであって、回転式噴霧器は、シャフトをある速度（これは、円盤のサイズに依存する。小型の８インチ径円盤は、２６，０００ＲＰＭで回転する必要があるであろう）で回転させるように可能にされる、電気モータを備えている、ことと、回転式噴霧器を使用して、液体材料を噴霧される液滴の形態で出力することと、噴霧される液滴をプロセスガスを用いて循環させ、実質的に乾燥している粒子を産生することとを含む。いくつかの側面では、本方法はさらに、アクチュエータに連結された少なくとも１つの垂直部材を使用して、ガス流速度を動的に調節することを含み得る。

本発明のある側面では、調節可能外側コーンは、動的に調節され、第１の速度を有する第１のガス流と、第１の速度を上回る第２の速度を有する第２のガス蒸気とを生み出し得る。１つ以上の高さアクチュエータは、（ｉ）電気アクチュエータ、（ｉｉ）油圧アクチュエータ、（ｉｉｉ）空気圧アクチュエータ、（ｉｖ）手動アクチュエータ、および（ｖ）それらの組み合わせから成る群から選定されるアクチュエータを備え得る。噴霧器は、シャフトの無摩擦の半径方向および軸方向支持を提供するように可能にされる永久磁石回転子および／または１つ以上の電磁軸受を備えている、回転式噴霧器であり得る。
本発明は、例えば、以下を提供する。
（項目１）
回転式噴霧器であって、
固定子および永久磁石回転子を有する電気モータであって、前記電気モータは、回転力を出力するように可能にされる、電気モータと、
垂直に設置され、所望の長さを有するシャフトであって、前記シャフトは、前記回転力によって回転されることが可能である、シャフトと、
前記シャフトの無摩擦の半径方向および軸方向支持を可能にする１つ以上の磁気軸受と、
液体を微粒子の形態にスプレーするために、前記シャフトの下側端に設置された回転円盤と
を備えている、回転式噴霧器。
（項目２）
送風機から前記固定子にわたって冷気を向け、前記固定子によって放熱される熱を奪うための冷却フィンをさらに備えている、項目１に記載の回転式噴霧器。
（項目３）
前記冷気は、前記回転円盤と送給分配器との間の環状間隙を通して、前記回転式噴霧器の外部に排出される、項目２に記載の回転式噴霧器。
（項目４）
前記電気モータは、前記シャフトを回転させ、８００〜１１２５ｆｔ／秒の円盤周辺先端速度を生み出すように可能にされる、項目１に記載の回転式噴霧器。
（項目５）
前記シャフトと前記１つ以上の磁気軸受との間の間隙の中へ流されるべき空気を受け取るための空気コネクタをさらに備えている、項目１に記載の回転式噴霧器。
（項目６）
過剰電気熱を前記固定子から除去するための液体冷却ジャケットをさらに備えている、項目１に記載の回転式噴霧器。
（項目７）
前記シャフトの回転を妨害するように可能にされる摩擦バックアップ軸受をさらに備えている、項目１に記載の回転式噴霧器。
（項目８）
噴霧器システムであって、
調節可能外側コーンと、
噴霧器を受け取るように構成されている固定された内側コーンと、
チャンバと、
前記調節可能外側コーンを動的に調節するために、１つ以上の高さアクチュエータに連結されている１つ以上の調節可能垂直部材と
を備えている、噴霧器システム。
（項目９）
前記調節可能外側コーンは、第１の速度を有する第１のガス流と、前記第１の速度を上回る第２の速度を有する第２のガス蒸気とを生み出すように動的に調節されることが可能である、項目８に記載の噴霧器システム。
（項目１０）
前記１つ以上の高さアクチュエータは、（ｉ）電気アクチュエータ、（ｉｉ）油圧アクチュエータ、（ｉｉｉ）空気圧アクチュエータ、（ｉｖ）手動アクチュエータ、および（ｖ）それらの組み合わせから成る群から選定されるアクチュエータを備えている、項目８に記載の噴霧器システム。
（項目１１）
前記噴霧器は、永久磁石回転子を備えている回転式噴霧器である、項目８に記載の噴霧器システム。
（項目１２）
前記噴霧器は、シャフトと、前記シャフトの無摩擦の半径方向および軸方向支持を提供するように可能にされる１つ以上の電磁軸受とを備えている回転式噴霧器である、項目８に記載の噴霧器システム。
（項目１３）
１つ以上の半径方向旋回羽根をさらに備えている、項目８に記載の噴霧器システム。
（項目１４）
液体材料を噴霧する方法であって、
液体材料を回転式噴霧器に送給することであって、前記回転式噴霧器は、シャフトを回転させ、８００〜１１２５ｆｔ／秒の円盤周辺先端速度を生み出すように可能にされる電気モータを備えている、ことと、
前記回転式噴霧器を使用して、前記液体材料を噴霧される液滴の形態で出力することと、
前記噴霧される液滴をプロセスガスを用いて循環させ、実質的に乾燥している粒子を産生することと
を含む、方法。
（項目１５）
アクチュエータに連結された少なくとも１つの垂直部材を使用して、ガス流速度を動的に調節するステップをさらに含む、項目１４に記載の方法。
（項目１６）
前記回転式噴霧器は、前記シャフトの無摩擦の半径方向および軸方向支持を提供するように可能にされる１つ以上の電磁軸受を備えている、項目１４に記載の方法。
（項目１７）
前記回転式噴霧器は、永久磁石回転子を備えている、項目１４に記載の方法。

本発明のこれらおよび他の利点は、以下の明細書および添付の図面を参照して、容易に理解されるであろう。
図１は、本発明による、回転式噴霧器の切り取り側面図である。 図２は、本発明による、回転式噴霧器を利用する、例示的装置の切り取り側面図である。

本発明の好ましい実施形態が、付随の図面を参照して、本明細書に後述される。以下の説明では、公知の機能または構造は、不必要に詳細に本発明を曖昧化し得るため、詳細に説明されない。本願は、回転式噴霧器信頼性を改善する一方、より高いＲＰＭを生み出し、増加した円盤速度を生み出すためのシステム、方法、および装置を開示する。本願はまた、ガス流速度を動的に方向付けかつ調節する能力を提供するためのシステムおよび方法を開示する。

図１は、改良された信頼性を有し、増加したＲＰＭおよび円盤速度を生み出すことを可能にした例示的回転式噴霧器システム１００を図示する。既存の回転式噴霧器システムにおいて使用されるもの等の誘導回転子を採用するのではなく、回転式噴霧器システム１００は、永久磁石回転子１０４を有する電気モータを使用し、永久磁石回転子１０４は、所与の電力出力に対して、より少ない物理的空間を必要とする、より効率的モータをもたらす。電力電気レセプタクル１１０を介して電力を受け取る電気モータは、概して、モータ筐体１０２と、永久磁石回転子１０４と、固定子１０６と、シャフト１０８とを備えている。より小型のモータサイズは、典型的には、下側モータ軸受への円盤のより近い近接性を可能にする。例えば、本発明のモータは、好ましくは、約１０インチ×１０インチ〜約７２インチ×７２インチである。より好ましくは、モータは、約２５インチ×２５インチ〜約４５インチ×４５インチであり得る。最も好ましくは、モータは、約３０インチ×３６インチであり得る。好ましい実施形態では、モータは、約３０インチ×３６インチであり、約３３０馬力の動力を有し、約１６，０００ＲＰＭでスピン可能な内部円盤を有する。モータは、好ましくは、耐浸食性かつ熱の良好な放熱体であるアルミニウムで構築される。ステンレス鋼、あるいは他の金属またはプラスチック等の他の材料も、想定される。より近い近接性を有する能力の結果、モータは、シャフトの第１の臨界速度より下を維持しながら、その速度範囲全体を通して動作することができる。回転シャフトは、外部負荷がなくとも、回転中、偏向可能である。シャフトおよび円盤の組み合わせられた重量は、多くの場合、ある速度（臨界速度として知られる）より上で共振振動を生成する偏向を生じさせることができる。したがって、適切に機能するために、モータは、臨界速度未満の速度で動作されるべきである。また、このモータ構成は、概して、あまりコストがかからず、操作がより容易であり、液体送給管の配置のために、モータの周囲に十分な余地を残す、より小型の円盤直径の使用も可能にする。

永久磁石回転子は、そのＡＣ均等物（例えば、誘導または非同期モータ）に優る多数の利点を提供する。例えば、永久磁石回転子は、概して、より高い速度およびより高いトルク出力を生み出す一方、そうでなければ、従来の誘導モータの回転子巻線を通って流れるであろう不必要な電流の必要性を排除することによって、電力効率を増加させる。永久磁石回転子の使用に帰する別の利点は、増加した電力密度（すなわち、所与の空間から抽出され得る電力）である。概して、永久磁石モータは、典型的には、従来および類似サイズのＡＣ非同期モータより３０％〜４０％以上もの電力密度を産生する。電力密度の増加は、より大型のモータのための追加の空間を必要とせずに性能を増加させるか、または代替として、元々の性能を維持しながらモータサイズおよび重量を低減させる機会を提供する。モータ電力サイズおよび消費の低下は、より低い動作温度につながり、したがって、モータおよび／またはモータシステムを冷却するために必要とされる労力を削減することができる。

電気モータシステムは、１つ以上の上側／下側軸受筐体１１６ａ、１１６ｂによって支持され、シャフト１０８、回転子１０４、および円盤１１４の無摩擦支持をもたらし得る１つ以上の電磁軸受１１２ａ、１１２ｂをさらに採用し得る。しかしながら、ある実施形態では、軸受筐体が必要ではないこともある。例えば、単一筐体が、軸受および固定子の両方を包囲し得る。磁気軸受１１２ａ、１１２ｂの利点は、無接触であり、したがって、電気モータに対する注油または速度制限を必要としないことである。磁気軸受１１２ａ、１１２ｂはまた、シャフト１０８、回転子１０４、および円盤１１４のための主要な半径方向および軸方向支持の両方を提供し得る。したがって、本発明の噴霧器システムは、より高いＲＰＭで安全に動作し、増加した円盤速度を生み出すことが可能である。

噴霧器１００は、通常動作中、軸受１１８ａ、１１８ｂの内側表面とシャフト１０８との間に間隙を伴う、一式の摩擦バックアップ軸受１１８ａ、１１８ｂをさらに備え得る。磁気軸受１１２ａ、１１２ｂ動作の喪失の場合、シャフト１０８は、内側軸受１１８ａ、１１８ｂ表面に接触し、回転子１０４を安全停止させるであろう。

永久磁石回転子１０４と無摩擦磁気軸受１１２ａ、１１２ｂとの使用は、噴霧器が、より速く、かつより好ましい動作ＲＰＭ速度に到達することを可能にし、それによって、スプレー乾燥効率を増加させる一方、また、保守を低減させる。好ましい動作速度（ＲＰＭ）は、円盤のサイズに応じて、変動するであろう。故に、円盤は、複数のサイズで利用可能である。しかしながら、より小型の円盤サイズは、概して、より安価かつ操作がより容易であるので、好ましくあり得る。したがって、本明細書に開示される噴霧器は、約１２．７５インチの円盤直径を有するとして説明されるであろう。しかしながら、異なる直径を伴う円盤の設置も、当業者には明白であろう。例えば、より小型の電力噴霧器は、８インチ径円盤を有し得、より大型のユニットは、１６インチ径またはより大型の円盤を有し得る。

前述のように、標的周辺円盤先端速度に到達するために必要なＲＰＭは、使用されている円盤のサイズに応じて、変動するであろう。例えば、９００ｆｔ／ｓの周辺円盤先端速度を維持するために、より小型の８インチ径円盤は、２６，０００ＲＰＭで回転される必要があるであろう一方、より大型の１２インチ径円盤は、１８，０００ＲＰＭで回転される必要があるであろう。モータおよび摩擦損失の制限のため、現在の噴霧器は、典型的には、最大８００ｆｔ／ｓの円盤周辺先端速度しか生み出さない。しかしながら、本発明の噴霧器は、より大型の円盤サイズを採用する必要なく、より好ましい速度を産生することが可能であるという点において有利である（例えば、８００ｆｔ／ｓを上回る、より好ましくは、９００ｆｔ／ｓを上回る、さらにより好ましくは、９００〜１，１２５ｆｔ／ｓの速度）。例えば、１，０００ｆｔ／ｓの周辺円盤先端速度は、１２．７５インチ円盤を速度約１８，０００ＲＰＭで回転させることによって、本発明のシステムを使用して、容易に確認され得る。同様に、１，１００ｆｔ／ｓの周辺円盤先端速度は、１２．７５インチ円盤を約１９，８００ＲＰＭの速度で回転させることによって、または代替として、１６インチ径円盤を約１５，７５０ＲＰＭで回転させることによって、達成され得る。これらのより高い回転速度は、所与の直径円盤に対して、より高い処理量を可能にし、チャンバ壁に衝突および／または堆積されないより小さい粒子サイズを達成する。円盤サイズおよびＲＰＭを調節することによって、設計者は、事実上、以下の式を使用して、任意の所望の周辺円盤先端速度を達成し得る（式中、ＴｉｐＳｐｅｅｄは、周辺円盤先端速度（ｆｔ／ｓ）であり、Ｄは、円盤の直径（インチ）であり、ｓは、円盤のＲＰＭである）。

モータ固定子１０６からの電気熱損失は、冷気１２０を使用して、除去および／または調整され得る。温度調整を促進するために、固定子筐体１０２は、その周縁に沿って均一に分布される冷却フィン１２２を有し得る。フィン１２２は、好ましくは、均一に分布されるが、ある区域が、追加の冷却を必要とする場合、特定の区域にまたはそこから空気を流すように調節され得る。フィン１２２の上方には、各フィン空洞と整列した孔を伴う分配器がある。送風機からの冷気は、分配器に流入し、孔を通して流出し、次いで、放熱される熱を奪うように固定子筐体フィン１２２の中へ進む。現時点で加熱されている、その冷気１０２は、送給分配器１２４と回転円盤１１４との間の環状間隙を通して、噴霧器円錐形筐体の外側に向けられて、排出され得る。スラリー（例えば、粒子および流体）であり得る、送給材料は、送給管１３２を経由して、円盤１１４に送給され得る。送給管１３２は、送給管支持プレート１３４によって支持され得る。

回転円盤１１４は、ポンプインペラとして機能し、したがって、その中心環状開口部において、吸引圧力を生成することができる。この現象は、プロセスガスを部分的に乾燥された噴霧される送給液滴とともに周囲から取り込む傾向を有する。これのマイナス効果は、送給生成物を円盤上部表面に堆積および蓄積させ、円盤不均衡および円盤上部表面と送給分配器底部表面との間の可能性として考えられる遮断をもたらし、円盤が適切に回転することを妨害する。

したがって、冷気１２０は、円盤１１４の吸引圧力と噴霧される液滴との間の清浄ガス障壁として作用する第２の機能を果たし、したがって、回転円盤１１４に清浄空気を供給しながら、粒子の侵入を防止し得る。

代替または補助的モータ冷却方法は、固定子１０６を囲繞する、冷却剤通過ジャケット１３０を有することであり得、冷却剤は、貫流または再循環ループのいずれかとして、熱交換器を用いて供給され、過剰電気熱を固定子から除去し得る。

モータのさらなる冷却は、冷却された圧縮空気（または、高圧送風機からの空気）をシャフト１０８と磁気軸受１１２ａ、１１２ｂとの間、および回転子１０４と固定子１０６との間の間隙内に供給することによって、達成され得る。この空気は、空気コネクタ１２６を介して、モータアセンブリの上部に導入され得、底部において、ラビリンスシャフトシール１２８を通して、円盤１１４内に排出され得る。この時点で加圧されているこの非接触シャフトシール１２８は、円盤１１４からモータ空洞内への液体送給材料の侵入を防止する。

次に、図２のシステム２００を参照すると、図１の噴霧器１００は、ガス分配器２０２の中心に固定された内側コーン２１２内に位置付けられ、加熱または冷却されたいずれかのプロセスガスを回転円盤によって産生された噴霧される液滴２０４の周囲に均一に分配し得る。図１の噴霧器１００は、より従来の噴霧器と同一のサイズおよび寸法であるように構築され得るので、噴霧器１００は、既存のガス分配器２０２に連結され、それによって、ユーザが、修正を行なう必要なく、既存の噴霧器システムを容易にアップグレードすることをもたらし得る。図２のこの分配器２０２の一部として含まれるのは、旋回パターンをプロセスガス２０８ａ、２０８ｂに与えることができる、一連の半径方向羽根２０６である。旋回パターンは、スプレーチャンバを通るガスおよび液滴の適切な流動パターンを保証するために使用され得る。図２の空気分配器システムにおける着目すべき設計パラメータは、ガス流が、半径方向羽根２０６から流出し、噴霧される液滴２０４と出合う速度を動的に調節する能力である。例えば、低ガス速度２０８ａは、より大きい液滴が、より水平軌道で進行し、壁に衝突することを可能にし得る一方、高ガス速度２０８ｂは、下向き軌道において、ガスとともに液滴を押し付ける反対効果を有し、壁を清浄に維持するが、チャンバ２１０内の滞留時間（すなわち、粒子が浮遊する時間）を大幅に短縮させ得る。

適切なガス速度の決定は、送給材料の性質および要求される液滴のサイズに依存する。以前のシステムでは、ガス速度の変更は、ガス分配器内の構成要素の物理的除去および交換を必要とした。しかしながら、本明細書に開示されるように、プロセスガス速度は、スプレー乾燥機／凝固機（ｃｏｎｇｅａｌｅｒ）が動作中、動的に調節され、機器の稼働停止を伴わずに、即時フィードバックを可能にし得る。例えば、理想的ガス速度は、典型的には、所望の粒子サイズに対して、壁に衝突せずに、チャンバ内に粒子を分散させるために必要とされる最小速度であるであろう。動的調節は、ユーザ（例えば、システム監視者）によって手動でトリガされるか、または１つ以上のシステムパラメータを測定し、コンピュータアルゴリズムに従って、ガス速度を調節することによって応答するコンピュータシステムによって制御されるかのいずれかであり得る。

半径方向羽根２０６は、その通常の円錐形放出区画から、上方の円筒形区画に再位置付けされ、したがって、プロセスガスが、２つの同心コーンを通して流出することを可能にし得る。内側コーンは、固定され２１２、噴霧器１００を支持するために使用され得、典型的には、多くの場合、高温のガスが、噴霧器ケーシングに影響を及ぼすことを防止するために、断熱される。外側コーン２１４は、プロセスガスを含み、２つのコーン間の断面積によって、その速度を画定する役割を果たす。この外側コーンは、高さ（すなわち、縦方向）が変動され得る、一連の垂直部材２１６によって支持され、それによって、固定された内側コーン２１２に対して、外側コーン２１４の垂直位置を変化させ得る。これは、ひいては、２つのコーン間の断面積を変動させ、最終的には、プロセスガスの速度を変動させるであろう。断面積が小さいほど、典型的には、より高いガス速度２０８ｂを産生するであろう一方、より大型の面積が大きいほど、より低いガス速度２０８ａをもたらすであろう。

垂直部材２１６は、１つ以上の高さアクチュエータ２１８を使用して調節され得る。アクチュエータ２１８は、例えば、電流、油圧流体圧力、または空気圧力を使用して、動作され得、あるいは手動で動作され得る。調節精度が必要である用途では、位置フィードバック要素が、特定の生成物のために、垂直部材２１６を所定の所望の位置に作動させるために使用され得る。

種々の実施形態が、部品、特徴、および同等物の特定の配列を参照して説明されたが、これらは、全可能性として考えられる配列または特徴を網羅することを意図するものではなく、実際、多くの他の実施形態、修正、および変形例が、当業者にとって究明可能となるであろう。したがって、本発明は、特に上述されたもの以外にも実践され得ることを理解されたい。前述の特許および特許刊行物は、本願に関連すると見なされ得る、追加の背景情報を提供するため、参照することによって、その全体として本明細書に組み込まれる。

Claims (16)

1. 回転式噴霧器であって、前記回転式噴霧器は、
   電気モータであって、前記電気モータは、固定子および永久磁石回転子を有し、前記永久磁石回転子は、回転力を出力するように構成されている、電気モータと、
   垂直に設置されたシャフトであって、前記シャフトは、前記回転力によって回転させられるように構成されている、シャフトと、
   １つ以上の磁気軸受であって、前記１つ以上の磁気軸受は、前記シャフトに無摩擦の半径方向および軸方向支持を提供するように構成されている、１つ以上の磁気軸受と、
   前記シャフトの下側端に設置された回転円盤であって、前記回転円盤は、液体を微粒子の形態でスプレーするように構成されている、回転円盤と、
   空気コネクタであって、前記空気コネクタは、前記シャフトと前記１つ以上の磁気軸受との間の１つ以上の間隙内へ流されるべき空気を受け取る、空気コネクタと
   を備えている、回転式噴霧器。
2. １つ以上の冷却フィンをさらに備え、前記１つ以上の冷却フィンは、送風機から前記固定子にわたって冷気を向ける、請求項１に記載の回転式噴霧器。
3. 前記冷気は、前記回転円盤と送給分配器との間で前記回転式噴霧器の遠位端に位置する環状間隙を通して前記回転式噴霧器から排出され、前記送給分配器は、１つ以上の送給管を介して前記回転円盤に送給材料を導入するように構成されている、請求項２に記載の回転式噴霧器。
4. 前記電気モータは、８００〜１１２５ｆｔ／秒の円盤周辺先端速度を生み出すように前記シャフトを回転させるように構成されている、請求項１に記載の回転式噴霧器。
5. 前記空気コネクタは、圧縮空気を受け取る、請求項１に記載の回転式噴霧器。
6. 前記固定子と熱連通している液体冷却ジャケットをさらに備えている、請求項１に記載の回転式噴霧器。
7. １つ以上の摩擦バックアップ軸受をさらに備えており、前記１つ以上の摩擦バックアップ軸受は、前記回転式噴霧器の通常動作中に前記シャフトの外面から離間されるように構成されており、かつ、前記１つ以上の磁気軸受のうちの少なくとも１つが故障すると前記シャフトの回転を妨げるように構成されている、請求項１に記載の回転式噴霧器。
8. 請求項１に記載の回転式噴霧器を備えている噴霧器システムであって、前記噴霧器システムは、さらに、
   調節可能外側コーンと、
   固定された内側コーンであって、前記固定された内側コーンは、前記回転式噴霧器を受け取るように構成されている、固定された内側コーンと、
   チャンバと、
   １つ以上の調節可能垂直部材であって、前記１つ以上の調節可能垂直部材の各々は、１つ以上の高さアクチュエータに連結され、前記１つ以上の高さアクチュエータは、前記固定された内側コーンから前記調節可能外側コーンまでの距離を動的に調節するように構成されている、１つ以上の調節可能垂直部材と
   を備え、
   前記調節可能外側コーンは、動的に調節されると、前記固定された内側コーンと前記調節可能外側コーンとの間に画定される空間から前記チャンバに向かって流れる第１のガス流または第２のガス流を生み出し、前記第１のガス流は、第１の速度を有し、前記第２のガス流は、第２の速度を有し、前記第２の速度は、前記第１の速度と異なっている、噴霧器システム。
9. 前記１つ以上の高さアクチュエータのうちの少なくとも１つは、（ｉ）電気アクチュエータ、（ｉｉ）油圧アクチュエータ、（ｉｉｉ）空気圧アクチュエータ、および（ｉｖ）手動アクチュエータから成る群から選定されるアクチュエータである、請求項８に記載の噴霧器システム。
10. 前記１つ以上の磁気軸受は、１つ以上の電磁軸受である、請求項８に記載の噴霧器システム。
11. 前記第１または第２のガス流の旋回を引き起こすように構成された１つ以上の半径方向旋回羽根をさらに備えている、請求項８に記載の噴霧器システム。
12. 請求項１に記載の回転式噴霧器を使用して液体材料を噴霧する方法であって、前記方法は、
    液体材料を前記回転式噴霧器に送給することと、
    前記回転式噴霧器を使用して、前記液体材料を噴霧される液滴の形態で出力することと、
    加熱されたプロセスガス流を前記噴霧される液滴の周囲で循環させ、実質的に乾燥している粒子を産生することと、
    調節可能外側コーンと固定された内側コーンとの間の距離を、前記調節可能外側コーンと動作可能に連結されたアクチュエータを使用して調節することにより、前記プロセスガス流の速度を動的に調節することであって、前記プロセスガス流は、前記固定された内側コーンと前記調節可能外側コーンとの間に画定される空間からチャンバに向かって流れる、ことと
    を含む、方法。
13. 前記電気モータは、８００〜１１２５ｆｔ／秒の円盤周辺先端速度を生み出すように前記シャフトを回転させるように構成されている、請求項１２に記載の方法。
14. 前記１つ以上の磁気軸受のうちの少なくとも１つは、電磁軸受である、請求項１に記載の回転式噴霧器。
15. 前記圧縮空気は、冷却された圧縮空気である、請求項５に記載の回転式噴霧器。
16. 前記１つ以上の磁気軸受のうちの少なくとも１つは、電磁軸受である、請求項１２に記載の方法。

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