KR100232795B1 - 개량된 분무 노즐 설계 - Google Patents

Abstract

연속가스단계에 있는 미세액 소물방울을 미립자화된 분무로 형성하기 위해 유용한 참신한 군집노즐설계가 설명되어 있다.

복수의 개개의 가스-액 혼합구역은 공통 원액과 공통 가스원과 연통하여 노즐에 있는 개개의 오리피스로부터 분무시키기 우한 가스-액 혼합물을 형성하도록 한다. 분무패턴의 향상된 균열성은 오리피스의 수 또는 보다 큰 크기의 사용을 통하여 노즐로부터의 보다 큰 액 산출을 실행하는 것 뿐만 아니라 한편으로 매우 균일한 분무를 유지하는 것을 개개의 가스-액 혼합구역으로 지나가기전에 가스와 액의 어느정도의 사전혼합을 실행함으로써 얻게된다.

Description

[발명의 명칭]

개량된 분무 노즐 설계

[도면의 간단한 설명]

제1도는 본 발명의 일실시예에 따른 노즐설계에 대한 평면도.

제2도는 제1도의 선(2-2)을 따라 취한 단면도.

제3도는 본 발명의 다른 실시예를 따라 제공된 360°분무노즐의 단면도(제3(a)도) 및 정면도(제3(b)도).

제4도는 본 발명의 또다른 실시예를 따라 형성된 60개의 오리피스 노즐에 대한 단면도(제4(a)도) 및 정면도(제4(b)도).

제5도는 본 발명의 부가적인 실시예를 따라 형성된 58개의 오리피스 노즐에 대한 단면도(제5(a)도) 및 정면도(제5(b)도).

제6도는 본 발명의 또 다른 실시예를 따라 형성된 그리고 제3단계 공기도입을 갖고 있는 노즐에 대한 단면도(제6(a)도) 및 정면도(제6(b)도).

제7도는 제6도에서 도시된 것에 제3공기도입의 다른 형성을 갖고 있는 단면도(제7(a)도) 및 정면도(제7(b)도).

[발명의 상세한 설명]

[발명의 분야]

본 발명은 미립자화된 분무를 형성하는 분무노즐의 개량된 설계에 관한 것이다.

[발명의 배경]

독일특허 제2,627,880호에 있어서, 미립자화된 분무를 형성하는 노즐 설계가 설명되어져 있는데, 여기에서 기체매체와 액체매체는 혼합챔버에서 결합되어 액체와 기체의 상대 비율에 따라 그리고 기체 또는 액체매체로 분무되는지에 따라 미립자화된 액체 또는 아주 작은 기체거품으로서 노즐로부터 분출된다. 미립자화는 2상(phase:相) 혼합물이 노즐로부터 나올 때에 압력의 상당한 강하를 초래한다. 노즐은 알맞게 형성된 2상 혼합물은 2개의 순수한 상의 음속의 단지 일부인 유효음속을 가진다는 원리에 근거하고 있다. 예를들면, 정상상태하에서 세정수의 음속은 1500㎧이고 세정공기의 음속은 대략 330㎧이다. 정의된 2상 혼합물의 음속은 대략 20 내지 30㎧이다. 이러한 노즐설계는 보다 낮은 작동 압력, 보다 낮은 압력강화, 감속된 속도, 감소된 공기소비 및 감소된 오리피스 마멸을 포함하는 많은 특성을 갖고 있다.

그러나 노즐은 많은 결점을 갖고 있는 단일 오리피스로 구성된다. 예를들면, 큰 덕트가 미세액체 분무로 완전히 충만된다면, 단일 오리피스에 의해서 산출된 12°내지 15°분무각도는 목적을 이루도록 복수의 개개의 노즐의 사용 또는 덕트에서 뒤로 수 미터(meter)의 노즐의 이동을 요구할 수 있다.

상기 언급된 독일특허에서 설명된 노즐설계에 있어서, 액체공급은 분무가 분출되는 파이프를 통하여 실행되는 한편 기체는 측면으로부터 오리피스의 바로 상류의 액체공급파이프에 있는 복수의 개구를 통하여 액체공급과 주위를 이루어 연통하는 챔버로 공급되어 2상 혼합물을 형성하도록 한다. 이러한 공급배열은 의도된 목적사용과 이용가능한 공급라인에는 적합하지 않다.

양수인에게 양도된 미합중국 특허 제 4,893,752호는 액체와 기체 양자의 단일원과 연통하는 수 많은 오리피스를 제공함으로써 독일특허 제 2,627,880호의 노즐설계의 결점을 극복하도록 의도된 그리고 노즐로부터 멀리 상이한 방향으로 분무하도록 배열된 몇개의 참신한 노즐설계를 설명하고 있다. 이 노즐설계는 “군집노즐”로 표현될 수 있다.

미합중국 특허 제 4,893,752호의 군집노즐설계는 단일노즐설계로부터 분무되는 액체의 양, 요구된 분무패턴의 각도, 분무패턴내의 분무 밀도, 원하는 분무 미세방울 크기분배, 세정액체 또는 슬러리가 분무되도록 되었는지의 여부, 및 분무가 본 시스템에 도입되도록 되었는지의 여부의 견지에서 노즐에 대한 다양한 적용을 제공하도록 개발되었다.

더 많이 요구하는 요구물들이 이제 군집노즐설계에 맞도록 요구되었다. 이러한 요구물들은 단일노즐로부터 분무되는 액체의 양, 전달되는 분무패턴의 밀도와 각도 그리고 발생되는 미세방울 크기분배에 관한 것이다.

분무되는 액체의 양에 있어서의 증가는 동일크기의 오리피스를 더 부가함으로써 또는 노즐에 있는 오리피스의 크기를 증가시킴으로써 이루어질 수 있다. 단일 오리피스 노즐이 크기(오리피스의 내경)에 있어서 35㎜까지 범위를 이룰 수 있지만 8 또는 9㎜보다 큰 오리피스를 갖춘 표준 9개의 오리피스 군집노즐(미합중국 특허 제4,893,752호의 제3도 및 제4도에서 도시된 바와 같이 설계된)은 8㎜의 유사노즐 또는 보다 작은 오리피스와 같이 실행하지 않는다. 효과에 있어서, 이러한 관찰은 단일노즐로부터 효과적으로 분무될 수 있는 액체의 양에 대한 제한에 관한 것이다. 오리피스가 10㎜인 9개의 오리피스 노즐에 대해 관찰된 주요결점은 오리피스의 각각으로 부터 발산하는 액체가 매우 비균일하게 분배된다는 것이다.

미합중국 특허 제4,893,752호의 군집노즐에 더 많은 오리피스가 사용될 때에, 균일한 분무패턴이 얻어지려면 오리피스가 보다 더 작아야 한다는 것이 또한 관찰되었다. 그래서, 16×6㎜ 군집노즐은 특징적인 적용을 위해 설계되었지만 원하는 분무 균일성의 정도를 산출하지 않는다. 노즐 축선에 대한 3개의 동심링에 설치된 16×6㎜ 오리피스를 갖춘 노즐은 액체가 오리피스의 대향단부에서 분무액체 챔버를 경유하여 혼합구역안으로 도입되는 챔버에 의해 선행된 각각의 오리피스로 구비되어 있으며, 이 혼합구역에는 미립자 기체가 기체원과 연통하는 챔버로부터 공급되는 복수의 오리피스를 통하여 액체유동안으로 방사적으로 도입된다. 기체와 액체는 분무가 산출되는 오리피스를 통하여 분출되는 혼합챔버내에서 2상 혼합물을 형성한다. 이러한 경우에 있어서, 우리는 보다 넓은 분무각도를 산출할 수 있는 한편 분무패턴내의 분무 미세방울 밀도를 크게 증가시킬 수 있다. 그러나 우리는 오리피스로부터 어느정도 가변가능하게 발산하는 것을 발견할 수 있다.

미합중국 특허 제 4,893,752호에 있어서, 단일혼합챔버가 고용되는 2상 노즐이 또한 개시되어 있는데, 여기에서 액체와 기체 스팀은 2상 혼합물을 형성하도록 결합되어 있으며, 상기 혼합물은 노즐의 이송 끝에서 요구되는 바와 같이 위치된 오리피스의 배열을 초래한다(미합중국 특허의 제5도 및 제6도 참조. 이러한 구조물은 미합중국 특허 제 4,893,752호에서 분할된 미합중국 특허 제5,025,989호에 권리화되어 있다). 어떤 한계내에서, 군집노즐의 이러한 실시예는 분무혼합챔버가 각각의 개개의 오리피스의 앞에 설치된 노즐로부터 이송되는 분무에 비교가능한 양질의 분무를 산출하도록 구조되어 있다. 그러나 경험된 한계는 각각의 오리피스로부터 개개의 기체-액체 혼합챔버를 갖춘 표준군집노즐에 대해 발생된 한계와 유사한데, 즉 그 한계는 분무된 액체의 양과 크기가 증가될 때에 각각의 오리피스로부터 발산하는 분무가 덜 완벽하다는 것이다.

[발명의 개요]

본 발명에 따라, 우리는 개개의 기체-액체 혼합 챔버가 각각의 오리피스에 대해 제공되는 타입인 다수 오리피스 노즐이 두드러지게 향상된 실행을 이룰 수 있는 것을 이제 발견하게 되었다. 이렇게 향상된 실행은 기체 및 액체의 사전 혼합을 실행하도록 개개의 혼합챔버로 액체의 분배에 앞서 액체챔버안으로 기체를 도입함으로써 이루어진다. 기체는 2단계로 즉 처음에는 액체챔버에 그리고 그 다음에는 개개의 기체-액체 혼합챔버에 있는 액체에 도입된다.

군집노즐설계에 대한 간단한 구조적 수정은 각각의 오리피스로부터 예외적으로 균일한 분무를 산출하는 것이다. 결과로서, 분무의 양의 손실없이 개개의 오리피스의 수 또는 크기를 증가시킴으로써, 군집노즐로부터 분무되도록 액체의 양을 두드러지게 증가시키는 것은 가능하다.

따라서, 본 발명의 한면에 있어서, 연속적인 기체상(gaseous phase)의 미세액체방울 또는 연속적인 액체상(liquid phase)의 미세기체거품의 미립자화된 분무의 형성을 위해 노즐이 제공되어 있는데, 이것은 액체원과 연통하는 제1챔버수단, 기체원과 연통하는 제2챔버수단, 그리고 기체와 액체의 제1혼합물을 형성하도록 상기 제1챔버수단에 있는 상기 기체와 액체를 사전혼합하기 위한 제1챔버수단과 제2챔버수단 사이에서 확장하는 통로수단으로 구성되어 있다. 복수의 개개의 혼합챔버수단은 노즐로부터의 분사를 위한 개개의 혼합챔버 수단의 각각에 있는 기체와 액체의 평형 제2 챔버수단을 형성하도록 제1챔버수단으로 부터의 제1기체-액체 혼합물과 상기 2상 혼합물으로부터의 기체를 혼합하는 제1 및 제2 챔버수단 양자와 결합한다. 복수의 오리피스 수단은 미립자화된 분무를 형성하도록 개개의 혼합챔버수단의 각각으로부터 2상 혼합물의 분사를 위한 복수의 개개의 혼합챔버수단과 연통하고 혼합챔버수단의 하류에 위치된다.

본 발명은 복수의 단계에 의하여 연속적인 액체상의 미세기체거품 또는 연속적인 기체상의 미세액체방울의 미립자화된 분무를 형성하는 방법을 또다른 면에서 또한 포함하고 있다. 액체와 기체는 제1기체-액체 혼합구역으로 공급되고 기체와 액체의 제1 혼합물은 제1기체-액체 혼합구역에 형성된다. 제1기체-액체 혼합물과 기체는 복수의 개개의 제2기체-액체 혼합구역으로 공급되고 기체와 액체의 평형 2상 혼합물은 개개의 제2기체-액체 혼합구역의 각각에 형성된다. 2상 혼합물은 미립자화된 분무를 형성하도록 오리피스를 통하여 개개의 제2기체-액체 혼합구역의 각각으로부터 분출된다.

액체를 함유한 기체의 단계화된 혼합에 의해 노즐로부터 분무되도록 액체의 양을 증가시키는 능력이외에, 예기치 않게 각각의 오리피스와 결합된 개개의 혼합챔버뿐만아니라 액체 챔버로의 일반 압축된 공기인 부가적인 기체는 노즐마다 소비된 기체의 총량에 큰 영향을 미치지 않게한다. 그러므로 액체 챔버로의 기체도입의 방식이 비위험적인 것으로 간주된다. 따라서 본 발명은 액체의 보다 큰 체적이 단일 다수 오리피스 노즐로부터 분무되도록 될 때 특히 평형 2상 혼합물의 형성을 보장하도록 미립자화 노즐의 부가적인 실시예와 같은 액체의 3단계 도입을 액체에 또한 제공한다.

출원인은 여기에서 제공된 노즐설계에 의해 얻게되는 결과를 설명하도록 어떤 이론에 의해 경계지워지는 것을 원하지 않는 한편 설계효과가 2상 기체/액체 혼합물의 형성의 동역학에 관한 것이라고 생각한다. 상대적으로 큰 액체유동이 적절한 2상 혼합물을 형성하는 한편 상대적으로 작은 직경 파이프의 제한을 통하여 유동하는 곳에서 혼합챔버내의 보존시간이 증가될 필요가 있는 것 같다.

이러한 이론은 여기에 채택된 것에 부가적인 다른 접근들 즉 기체-액체 혼합챔버의 길이를 증가시키는 것 또는 혼합챔버의 길이를 증가시키는것이 또한 제안하여, 이에 의해 올바른 정도의 2상 형성을 이루도록 더 많은 시간을 제공하도록 한다. 그러나 양 접근은 직경 및 /또는 길이의 견지에서 증가된 노즐크기를 요구하여 노즐생산의 비용과 복잡성을 증가시킨다.

대조적으로, 여기에서 제공된 수정은 노즐크기상에는 영향을 미치지 않고 노즐의 비용에 사소한 영향을 주어서 매우 바람직하다.

[바람직한 실시예의 설명]

먼저 제1도 및 제2도를 참조하면, 본 발명을 따른 다수의 오리피스 원통형 노즐(110)에 대한 일 실시예가 예시되어 있다. 도시된 바와 같이, 노즐(110)은 원형으로 배열된 2세트의 오리피스(112, 114)를 가지고 있다. 내측 세트의 오리피스(112)는 노즐(110)의 축선에 수직으로 그려진 선에 대해 α의 각도로 배열된 노즐(110)의 제1테이퍼 외부표면(116)에 형성되어 있다. 외부 세트의 오리피스(114)는 노즐(110)의 축선에 수직으로 그려진 선에 대해 α의 각도보다 큰 β의 각도로 배열된 노즐(110)의 제2테이퍼 외부표면(118)에 형성되어 있다. 상이한 각도로 배열된 2세트의 오리피스를 제공함으로써 노즐(110)에 의해서 발생되는 총 분무각도는 넓게 가변될 수 있는 한편 동시에 효과적으로 분사패턴간섭을 제거할 수 있다.

α각도는 오리피스(112)가 발생되는 총 분무의 중앙을 채우도록 작게되어 있다. β각도는 요망된 전 분무각도를 제공하도록 설계되어 있는데, 이것은 노즐(110)로 약 30°내지 약 180°로 가변시킬 수 있다.

더 크고, 더 농후한 분무가 요구되면, 또다른 세트의 오리피스는 β각도보다 큰 테이퍼 각도로된 테이퍼 표면상에 원형 배열로 9개 내지 12개가 제공될 수 있다. 테이퍼의 증가 각도를 갖고 있는 테이퍼 표면상에 있는 노즐(110)에 오리피스의 부가적인 세트가 더해질 수 있는 정도는 보다 큰 유동률 또는 노즐 (오리피스) 크기를 적당한 (평형) 2상 혼합을 제공하는 능력에 의해 이미 제한된다.

노즐(110)은 노즐(110)의 바닥벽에 있는 액체 유입구(19)를 통하여 액체유동라인에 연결되도록 의도된 내부의 축선챔버(18)를 가지고 있다. 오리피스(112, 114)의 각각은 챔버(18)로부터 각각의 오리피스(112, 114)로의 액체유동을 허용하도록 개개의 파이프(20)에 의해 챔버(18)에 연결된다.

공기 또는 기체유입구(22)는 내부벽(28)에 의해 축선챔버(18)로부터 분리된 내부챔버(26)와 연통하고 있는 측면벽(24)에 제공되어 있는데 이 내부벽(28)은 노즐의 외부벽(24)에 나사식으로 맞물림된 또는 다른 방법으로 이음된 몸체부이다. 챔버(26)는 파이프(20)의 각각의 벽을 통하여 뻗어있는 복수의 개구(30)를 통하여 파이프(22)의 내부와 연통한다. 이러한 이유로 해서 파이프(20)는 공기 또는 기체 분배기로서 또한 간주될 수 있다.

작용에 있어서, 챔버(18)로부터 파이프(20)를 통하여 통과하는 액체는 파이프(20)에서 2상 혼합을 형성하도록 개구(30)를 통하여 챔버(26)로부터 지나가는 기체와 혼합하는데, 이것은 이에의해 기체와 액체를 위한 혼합챔버로서 기능을 한다. 혼합물이 오리피스(112, 114)를 통하여 노즐(10)을 빠져나올 때에, 압력의 급작스런 변화는 미립자화가 2상 혼합물중의 가스와 액체의 상대비율에 따라 연속적인 액체상의 미세기체거품 또는 연속적인 기체상의 미세 액체방울을 형성하도록 한다. 대부분의 적용에 있어서, 기체와 액체의 비율은 액체방울의 불연속상을 형성하도록 제공된다. 미립자화 과정의 또다른 특징은 참조에 의해 설명되고 상기 참조된 독일특허 제 2,627,880호에 개시되어 있다.

본 발명에 따라, 통로(120) 또는 복수의 통로는, 파이프(20)로의 액체와 기체의 예비혼합물의 통과에 앞서, 기체유입구(22)로 공급된 공기가 기체와 액체의 사전혼합을 실행하는 액체챔버(18)로 지나가도록 공기유입구(22)를 액체챔버(18)에 연결시키는데, 여기에서의 액체와 기체의 또다른 혼합은 오리피스(112, 114)로부터 분무되는 평형 2상 기체-액체 혼합물을 형성하기 위해 발생한다.

본 통로(120)의 존재는 특히 액체의 보다 큰 양이 노즐로부터 분무되도록 요구될때, 즉 개개의 오리피스(112, 114)의 수 및 /또는 크기가 증가될 때 노즐로부터 얻게되는 분무질에 있어서의 개량을 제공한다. 분무액체의 보다 큰 부피 또는 큰 노즐을 위해 노즐(120)은 기체와 액체의 사전혼합의 바람직한 정도를 제공하도록 액체챔버(18)와 기체챔버(26) 사이를 연통하는 하나 또는 그 이상의 부가적인 통로에 의해 보충될 수 있다.

제1도 및 제2도에서 예시된 설계는 보다 넓은 분무각도, 보다 높은 밀도 및 보다 균일한 분무패턴을 제공하도록 상기 설명된 단점없이 오리피스의 부가적인 제3 및 제4 링을 통하여 동일수의 오리피스를 복수의 오리피스 노즐설계가 포함하도록 한다. 적절한 오리피스 분배로, 수정된 노즐설계는 고도의 균일한 분무를 갖춘 팬형분무패턴을 산출할 수 있다.

제3도에서는 360°분무노즐(200)이 설명되어 있는데, 여기에서 모든 오리피스는 또다른 본 발명의 실시예에 따라 제공된 노즐 또는 덕트의 축선에 수직으로 위치되어 있다.

노즐(200)은 노즐의 축선에 수직으로 배열되어 등각적으로 이격된 복수의 오리피스(202)를 갖고 있다. 노즐(200)은 액체유입구(206)를 통하여 액체유동라인에 연결되도록 의도된 내부축선챔버(204)를 갖고 있다. 오리피스(202) 각각은 챔버(204)로부터 각각의 오리피스(202)로 액체의 유동을 허락하도록 개개의 파이프(208)에 의해 챔버(204)에 연결되어 있다.

공기 또는 다른 기체유입구(210)는 내부벽(216)에 의해 축선챔버(204)로부터 분리된 제2내부챔버(214)와 연통하고 있는 측면벽(212)에 제공되어 있다.

챔버(214)는 파이프(208) 각각의 벽을 통한 복수의 개구(218)를 통하여 내부파이프(208)와 연통하고 있다. 본 발명에 따라 복수의 통로(220)는 기체유입구(210)로 공급된 공기가 액체챔버(204)뿐만 아니라 파이프(208)의 내부로 지나가도록 공기챔버(214)가 액체챔버(204)에 이음되는 것에 제공되어 있다.

노즐(200)은 제1도 및 제2도에 대해 상술된 노즐(110)과 유사한 방식으로 작용되고 참조는 같은 설명으로 될 수 있다. 따라서 기체와 액체는 챔버(204)에서 사전혼합되고 사전혼합물은 복수의 개개의 파이프(208)로 지나가는데, 여기에서 기체를 함유한 또다른 혼합은 복수의 개개의 오리피스(202)로부터의 미립자화된 분무의 분출전의 압력과 유동 상태하에서 평형 2상 혼합물을 형성하도록 한다.

제3도에서 도시된 구성은 2000℉의 고온기체인 기체스팀에서 기체 및 /또는 미립자를 액화하기 위한 기체 세정기의 유입구에서 향상된 기체냉각을 가능하게 만든다. 분무노즐(200)은 기체 세정기로 고온기체스팀을 나르는 벽돌/세라믹 배관상으로 물을 분무하지 않고 기체유입지점에 매우 근접하게 위치될수 있다.

제4도에서, 제1도 및 제2도에서 예시된 노즐 실시예와 유사한 노즐의 또다른 실시예가 예시되어 있지만 이 경우에 있어서 상당히 증가된 수의 노즐 오리피스가 있는데, 이것은 액체를 함유한 약간의 기체의 사전혼합을 제공함으로써 가능하게 된다.

도시된 바와 같이, 노즐(300)은 개개의 오리피스를 갖춘 원호상으로 배열된 2세트의 오리피스(302, 304)를 갖고 있는데, 각각의 세트는 원호상 등각적으로 이격되어 있다. 노즐(300)은 축선 오리피스(306)를 포함하고 있는 것으로 또한 예시되지만 이 오리피스는 필요하다면 생략될 수 있다. 분무는 근접한 분무를 끌어들이는 축선 오리피스(306)에 의해 형성되어 노즐에 의해 산출된 총 분사각도를 감소하도록 한다. 이러한 영향이 전술한 미합중국 특허 제 4,893,752호에 상술된 바와 같이 작은 수의 오리피스가 갖는 문제로 표현될 수 있지만, 이러한 영향은 본 발명의 개량이 허용하는 바와 같이 큰 수의 오리피수가 보다 높은 분무밀도를 이루는데 고용되는 것에 유익하게 사용될 수있다.

5개의 오리피스(302)의 내부세트는 노즐축선에 제1각도로 배열된 외부표면(308)에서 형성되는 한편 10개의 오리피스(304)의 외부세트는 제1도 및 제2도의 실시예의 표면(116, 118)과 유사한 방식으로 더 경사진 각도로 배열된 외부표면(310)이 형성되어 있다.

노즐(300)은 유입구(314)를 통하여 액체유동라인에 연결되도록 의도된 내부축선챔버(312)를 갖고 있다. 공기 또는 다른 기체유입구(316)는 내부벽(322)에 의해 축선챔버(312)로부터 분리된 제2내부챔버(320)와 연통하고 있는 노즐(300)의 측면벽(318)에 제공되어 있다.

복수의 개구(324)는 내부벽(322)을 통하여 제공되어 축선챔버(312)에 있는 기체와 액체의 제1혼합을 형성하도록 제2내부챔버(320)로부터 축선챔버(312)로 공기가 지나가게 한다.

각각의 오리피스(302, 304, 306)는 개개의 파이프(326)를 통한 축선챔버(312)로부터 여러개의 오리피스(302, 304, 306)로 제1기체-액체 혼합물의 유동을 허용하도록 개개의 내부챔버(326)에 의해 축선챔버(312)의 하류 끝에 연결되어 있다.

복수의 개구(328)는 개개의 파이프(328)의 각각의 내부구역과 공기챔버(330) 사이의 연통을 실시하기 위해 개개의 파이프(326)의 각각의 벽을 통하여 제공되어 있다. 이러한 배열은 축선챔버(312)로부터 수용된 제1기체-액체 혼합물로 오리피스(302, 304, 306)로 부터의 분출을 위한 개개의 파이프(328)의 각각의 평형 2상 혼합물을 형성하기 위해서 챔버(330)내의 공기가 개개의 파이프(326)안으로 지나가도록 한다.

공기챔버(330)는 유입구(316)를 통하여 제2내부챔버(320)로 공급된 공기가 공기챔버(330)로 지나가도록 분할벽(334)을 통한 축선으로 방향잡힌 복수의 통로(332)에 의해 제2 내부챔버(320)와 연통한다. 챔버(320, 330)가 분할벽(334)을 통하여 축선으로 방향잡힌 통로(332)의 링에 의해 연통되도록 하는 이 배열은 제1도 및 제2도에서 예시된 배열과 비교할때에 노즐구조물(300) 내의 압축공기의 유동과 분배를 향상시켜 노즐내의 향상된 공기균형을 초래한다. 더욱이 공기챔버(330)내의 감소된 공기난류는 개개의 파이프(326)로 압축된 공기의 전달을 향상시키도록 그리고 향상된 유체동력으로부터 에너지 손실을 감소시키도록 한다.

노즐내의 공기분배를 위한 이 배열은 미합중국 특허 제 4,893,752호의 복수의 공기분배 노즐구조물로 고용될 수 있고 본 발명의 또다른 면을 구성하고 있다.

제5도는 오리피스의 보다 큰 번호로 본 발명의 원리의 적용을 도시하고 있으며, 이 경우에서 번호 58은 노즐축선에 상이한 각도에서 배열된 5개의 원형 배치에 제공된다. 각각의 배치내에 오리피스는 등각적으로 이격되어 있다. 제4도에 대해 고용된 번호와 공통인 참조번호는 동일요소를 설명하는데 채용된다. 제4도의 경우에서와 같이 축선으로 방향잡힌 오리피스(306)는 생략될 수 있다.

제5도의 실시예에 있어서, 여러개의 오리피스는 예시의 간소화를 위해 노즐로부터 분무의 분출의 상이한 각도를 제공하는 둥근모양의 헤드(336)에 형성되는 바와 같이 예시된다. 그러나 오리피스의 여러 배치들은 오리피스의 각각의 배치들을 위한 증가적으로 경사진 각도로 제공된 편평한 표면상에 제공된다.

제5도에서 오리피스는 3개의 오리피스의 제1배치(302), 6개의 오리피스의 제2배치(30), 12개의 오리피스의 제3배치(338), 12개의 오리피스의 제4배치(340) 및 24개의 오리피스의 제5배치(342)에 배열된다. 선택적인 축선 오리피스(306)로, 예시된 오리피스의 총 수는 58이고 생략된 선택적인 축선 오리피스(306)로 오리피스의 총 수는 57이다.

여러개로 예시된 실시예에서, 오리피스는 이 배열이 균일한 미세방울 크기 분배를 촉진시키고 있기 때문에 모든 것이 동일 직경인 것으로 도시된다. 그러나 어떤 경우에 있어서는 군집의 노즐로부터 보다 크고 보다 작은 액체의 미세방울의 소정 결합을 산출하는 것은 바람직한 것이 될 수 있다.

예를들면, 기체세정에 있어서, 덕트내의 분무의 보다 균일한 분배를 실행하고 잔류시간을 향상시키도록 기체유동의 분무유동의 역류를 도입하는 것은 바람직한 것이다. 그러나 미세분무가 덕트내로 그리고 기체유동의 역류로 도입될 때, 분무는 액체의 50% 내지 70%가 덕트벽상에 부딪치기에 충분히 비껴나갈 정도로 확장하는데 여기에서 미세방울은 덩어리가 되어 덕트의 하부에 모아지도록 합쳐진다. 이러한 상태를 경감시키기 위해서, 노즐의 축선으로부터 가장 멀리 위치된 오리피스로 부터 약간의 보다 큰 미세방울과 노즐의 축선에 가장 근접하게 위치된 오리피스로 부터 보다 미세한 미세방울을 분무하는 것은 바람직할 수 있다.

이러한 효과는 보다 큰 또는 보다 작은 직경에 상응하는 오리피스를 제공함으로써 성취될 수 있는데, 여기에서 외부 오리피스는 내부 오리피스보다 큰 직경인 상태에 있다. 이러한 배열의 반대 배열이 필요하다면 채용될 수 있다. 액체의 보다 큰 유동은 보다 큰 직경이 채용된 오리피스마다 분무된다. 불평등하고 불균일한 유동의 초래는 각각의 레벨상에 사용된 오리피스의 수의 적절한 조절에 의해 보상될 수 있다.

더욱이, 다양한 배치의 오리피스는 오리피스로부터 유출하는 분무의 균일한 분배를 얻기 위해 서로로부터 등각적으로 이격되어 있다. 그러나 특별한 적용을 위해서, 오리피스를 상이하게 이격시킴으로서 어느정도 부족한 그러한 균일성을 제공하는 것은 바람직하다.

이제 제6도 및 제7도를 참조하면, 이 도면들은 본 발명의 또다른 실시예를 따르 2개의 노즐(400)을 예시하고 있는데, 여기에서 액체와 기체의 또다른 사전혼합이 실행되고 있다. 예시된 구조물은 제4도에서 예시된 구조물의 수정된 형태이고 공통참조번호들은 공통 요소를 설명하는데 고용된다.

제6도에 있어서, 제2 내부챔버(320)와 연통하여 이에 의해 파이프(402)의 내부로 압축된 공기의 유동을 제공하기 위해서 벽(322)의 대향부들 사이에서 축선챔버(312)의 횡방향으로 파이프(402)는 확장한다. 파이프(402)는 파이프(402)로부터 압축된 공기가 지나가도록 벽을 통하여 개구(404)로 구비되어 액체가 챔버(312)에 유동하도록 하며 이에의해 노즐(400)내의 기체와 공기의 또다른 사전혼합을 실행하도록 한다.

제7도의 실시예에서, 분리기체공급파이프(406)는 액체가 노즐(400)에 도입되기전에 액체공급파이프(408) 안으로 기체를 공급하는 것에 제공된다.

[개시의 개요]

본 개시의 개요에 있어서, 본 발명은 분무패턴의 향상된 균일성을 제공하는 그리고 매우 균일한 분무를 유지하면서 보다 큰 액체의 산출을 오리피스의 보다 큰 크기와 수의 사용을 통하여 얻게되도록 할 수 있는 참신한 군집노즐설계를 제공하는 것이다. 수정은 본 발명의 범주내에서 가능하다.

Claims (20)

1. 연속적인 기체상의 미세 액체방울 또는 연속적인 액체상의 미세 기체거품의 미립자화된 분무를 형성하는 노즐에 있어서: 액체원과 연통하는 제1챔버수단, 기체원과 연통하는 제2 챔버수단, 기체와 액체의 제1혼합물을 형성하는 상기 제1챔버수단 내에서 기체와 액체를 사전 혼합하기 위한, 상기 제2 챔버수단과 상기 제1 챔버수단 사이에 연장된 통로수단, 상기 제1 및 제2 챔버수단 양자와 연통하는 복수의 개개의 혼합챔버수단으로서, 상기 노즐로부터 분출을 위하여 상기 개개의 혼합챔버 수단의 각각에서 기체와 액체의 평형 2상 혼합물을 형성하도록, 상기 제1챔버수단으로 부터의 제1기체-액체 혼합물과 상기 제2챔버수단으로부터의 상기 기체를 혼합하는 복수의 개개의 혼합챔버수단, 및 상기 미립자화된 분무를 형성하도록 각각의 상기 개개의 혼합챔버수단으로부터 2상 혼합물의 분출를 위하여 상기 복수의 개개의 혼합챔버수단과 연통하고 그리고 상기 혼합챔버수단의 하류에 위치된 복수의 오리피스 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐.
2. 제1항에 있어서, 상기 노즐은 원통형상이고 길이방향 축선을 가지고 있으며, 상기 복수의 오리피스 수단은, 상기 길이방향 축선을 중심으로 하는 원들 상에 배열된 다중의 복수의 오리피스 수단으로 구성되고, 각각 연속적으로 더 넓은 원 상의 오리피스 수단은 상기 길이방향 축선에 대해 연속적으로 더 넓은 각도로 상기 제2의 2상 혼합물을 분출하도록 배열된 것을 특징으로 하는 노즐.
3. 제2항에 있어서, 각각의 원 상의 개개의 오리피스 수단은 서로에 대하여 실질적으로 등각적으로 이격되어 있는 것을 특징으로 하는 노즐.
4. 제3항에 있어서, 각각의 원 상의 개개의 오리피스 수단은 원형인 것을 특징으로 하는 노즐.
5. 제4항에 있어서, 모든 상기 오리피스 수단은 동일 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 노즐.
6. 제4항에 있어서, 외부원들에 위치한 오리피스 수단은 각각 내부원들에 위치한 오리피스 수단보다 큰 직경을 가지는 것을 특징으로 하는 노즐.
7. 제2항에 있어서, 오리피스 수단의 각각은 2상 기체 혼합물의 분출을 실행하도록 서로에 대해 상이한 각도로 배열된 것을 특징으로 하는 노즐.
8. 제7항에 있어서, 상기 길이방향 축선상에 위치된 오리피스 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐.
9. 제2항에 있어서, 상기 제1챔버수단은 액체원과 연통하고 있는 유입구 단부로부터 배출구단부로 상기 노즐 내에서 축선방향으로 연장된 단일 원통형 챔버수단으로 구성되고, 상기 제2챔버수단은 상기 단일 원통형 챔버수단과 동심적으로 상기 노즐내에서 축선방향으로 연장되고, 기체원과 연통하기 위해 외부 측벽에 개구를 가지는 단일 환형 챔버수단으로 구성되고, 그리고 상기 제2쳄버수단과 상기 제1챔버수단 사이에서 연장된 상기 통로수단은, 상기 단일 환형 챔버수단의 내부벽과 상기 단일 원통형 챔버수단의 공통 외부벽을 통하여 형성된 적어도 하나의 개구로 구성된 것을 특징으로 하는 노즐.
10. 제9항에 있어서, 상기 복수의 개개의 혼합챔버수단은, 상기 원통형 챔버수단의 상기 배출구 단부로부터 상기 복수의 오리피스 수단으로 연장되고, 그리고 상기 단일 환형 챔버수단과 연통하는 개개의 파이프의 각각의 벽을 통하여 형성된 복수의 개구를 구비하는 개개의 파이프에 의하여 제공되는 것을 특징으로 하는 노즐.
11. 제10항에 있어서, 상기 개개의 파이프 각각에서의 복수의 개구는 공통 기체 챔버수단과 연통하고, 상기 공통 기체 챔버수단은 내부벽 수단에 의해 상기 단일 환형 챔버수단과 격리되고, 그리고 축선방향으로 설정된 복수의 통로가, 기체가 상기 공통 기체 챔버수단으로 흐르게 하도록, 상기 공통 기체 챔버수단과 상기 단일 환형 챔버수단 사이에서 연장된 상기 내부벽 수단을 통하여 제공되는 것을 특징으로 하는 노즐.
12. 제1항에 있어서, 상기 노즐은 원통형상이고 길이방향 축선을 가지며, 그리고 상기 복수의 오리피스 수단은 상기 길이방향 축에 실질적으로 수직으로 상기 2상 혼합물을 분출시키도록 배열된 것을 특징으로 하는 노즐.
13. 제12항에 있어서, 상기 오리피스 수단의 각각은 서로에 대하여 실질적으로 등각적으로 이격된 것을 특징으로 하는 노즐.
14. 제13항에 있어서, 상기 제1챔버수단은 액체원과 연통하고 있는 유입구 단부로부터 배출구 단부로 상기 노즐 내에서 축선방향으로 연장된 단일 원통형 챔버수단으로 구성되고, 상기 제2챔버수단은 상기 단일 원통형 챔버수단과 동심적으로 상기 노즐내에서 축선방향으로 연장되고, 기체원과 연통하기 위해 외부 측벽에 개구를 가지는 단일 환형 챔버수단으로 구성되고, 그리고 상기 제2챔버수단과, 상기 제1챔버수단 사이에서 연장된 상기 통로수단은, 상기 단일 환형 챔버수단의 내부벽과 상기 단일 원통형 챔버수단의 공통 외부벽을 통하여 형성된 적어도 하나의 개구로 구성된 것을 특징으로 하는 노즐.
15. 제14항에 있어서, 상기 복수의 개개의 혼합챔버수단은 상기 단일 원통형 챔버수단의 상기 배출구 단부로부터 상기 복수의 오리피스 수단으로 연장되고, 그리고 상기 단일 환형 챔버수단과 직접 연통하는 개개의 파이프의 각각의 벽을 통하여 형성된 복수의 개구를 구비하는 개개의 파이프에 의하여 제공되는 것을 특징으로 하는 노즐.
16. 연속적인 기체상의 미세 액체방울 또는 연속적인 액체상의 미세 기체거품의 미립자화된 분무를 형성하는 원통형의 노즐에 있어서 액체원과 연통하는 유입구 단부로부터 배출구 단부로 상기 노즐내에서 축선방향으로 연장된 단일 원통형 챔버수단으로 구성된 제1챔버수단, 상기 단일 원통형 챔버수단과 동심적으로 상기 노즐내에서 축선방향으로 연장되고 그리고 기체원과 연통하기 위해 외부 측벽에 개구를 구비한 단일 환형 챔버수단으로 구성된 제2챔버수단, 환형 내부벽 수단에 의해 상기 제2챔버수단으로부터 격리된 제3챔버수단, 상기 제2 챔버수단으로부터 상기 제3 챔버수단으로부터의 기체의 유동을 위해 상기 제2 및 제3챔버수단 사이에서 상기 내부벽을 통하여 연장된 축선방향으로 설정된 복수의 통로, 액체를 수용하는 상기 제1챔버수단의 배출구 단부 및 기체를 수용하는 상기 제3챔버와 연통하는 복수의 개개의 혼합챔버수단으로서 상기 노즐로부터의 분출을 위한 개개의 혼합챔버수단의 각각에서 기체와 액체의 2상 혼합물을 형성하도록 기체와 액체를 혼합하는 복수의 개개의 혼합챔버수단, 및 미립자화된 분무를 형성하도록 상기 개개의 혼합챔버수단 각각으로부터 2상 혼합물의 분출을 위하여 상기 복수의 개개의 혼합챔버수단과 연통하고 그리고 상기 혼합챔버수단의 하류에 위치된 복수의 오리피스 수단을 포함하는 것을 특징으로 하는 노즐.
17. 제16항에 있어서, 통로수단은, 기체와 액체의 제1의 2상 혼합물을 형성하도록, 상기 제1챔버수단에서 기체와 액체를 사전 혼합하기 위한 제2챔버수단의 내부벽 및 상기 제1챔버수단의 공통 외부벽을 통하여 형성된 적어도 하나의 개구로 구성되고, 상기 제2챔버수단과 상기 제1챔버수단 사이에 연장된 것을 특징으로 하는 노즐.
18. 제16항에 있어서, 상기 복수의 개개의 혼합챔버수단은 상기 제1챔버수단의 상기 배출구 단부로부터 상기 복수의 오리피스 수단으로 연장되고, 그리고 상기 제3 챔버수단과 연통하는 개개의 파이프의 각각의 벽을 통하여 형성된 복수의 개구를 구비하는 개개의 파이프에 의하여 제공되는 것을 특징으로 하는 노즐.
19. 제18항에 있어서, 각각의 상기 오리피스는 상기 복수의 개개의 파이프와 직접 연통하고 그와 동일한 직경이며, 원형인 것을 특징으로 하는 노즐.
20. 연속적인 기체상의 미세 액체방울 또는 연속적인 액체상의 미세 기체거품의 미립자화된 분무를 형성하는 방법에 있어서, 제1기체-액체 혼합구역으로 액체와 기체를 공급하고 상기 제1기체-액체 혼합구역에서 기체와 액체의 제1혼합물을 형성하는 단계, 상기 제1기체-액체 혼합물과 기체를, 복수의 개개의 제2기체-액체 혼합구역으로 공급하고, 상기 개개의 제2기체-액체 혼합구역 각각에서 기체와 액체의 평형 2상 혼합물을 형성하는 단계, 및 상기 미립자화된 분무를 형성하도록 상기 개개의 제2기체-액체 혼합구역의 각각으로부터 오리피스를 통하여 상기 2상 혼합물을 분출하는 단계로 구성된 것을 특징으로 하는 방법.