KR100709619B1 - 분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체, 및 재 순환 유체 공급 시스템 - Google Patents

분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체, 및 재 순환 유체 공급 시스템 Download PDF

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제리 버호븐
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일리노이즈 툴 워크스 인코포레이티드
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Abstract

유체 공급 시스템에 사용되는 분사 노즐로 공급되는 유체를 제어하는 분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체(spray nozzle fluid regulator and restrictor combination)는 압력 조절기 부분과 유체 제한기 부분을 포함한다. 압력 조절기 부분은 분사 노즐로 공급되는 유체의 유체 압력을 제어한다. 유체 제한기 부분은 분사 노즐로 공급되는 유체의 유동율(flow rate)을 제어한다. 압력 조절기 부분 및 유체 제한기 부분은 압력 제한기 부분의 전체 응답성을 증가시키도록 유체 제한기 부분이 실질적으로 압력 조절기 부분에 인접하게 위치되는 단일 조립체로서 형성된다.

Description

분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체, 및 재 순환 유체 공급 시스템{SPRAY NOZZLE FLUID REGULATOR AND RESTRICTOR COMBINATION, AND RECIRCULATING FLUID SUPPLY SYSTEM}
도 1은 본 발명의 선호되는 실시예를 이용하는 재 순환 페인트 공급 시스템의 다수 개의 분사 스테이션 구성을 도시하는 개략도.
도 2는 본 발명의 선호되는 실시예를 이용하는 전형적인 공기 분무 타입 분사 건을 도시하는 측면도.
도 3은 본 발명의 선호되는 실시예의 가르침에 따른 분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체를 도시하는 사시도.
도 4는 분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체를 도시하는 분해 사시도.
도 5는 도 3의 5-5 라인을 따라 취해진 분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체의 유동 제한기 부분을 도시하는 횡 단면도.
도 6은 도 5의 6-6 라인을 따라 취해진 분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체의 유동 제한기 부분을 도시하는 상부에서 본 횡 단면도.
도 7은 분사 노즐 유동 조절기와 제한기 결합체의 유동 제한기 부분에 사용되는 니들 밸브를 도시하는 측면도.
도 8은 도 3의 8-8 라인을 따라 취해진 분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체를 도시하는 측방향에서 본 횡 단면도.
도 9는 유체 경로를 노출하는 제거 부분을 갖는 분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체를 도시하는 상부 절단 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 공급 시스템 12 : 공급 탱크
14 : 혼합실 16 : 공급 펌프
18 : 공급 헤더 22, 42 : 차단 밸브(shut-off valve)
24 : 공급 도관(conduit) 26 : 제 2 차단 밸브
28 : 공급 호스 30 : 분사 건
32 : 유체 조절기와 제한기 결합체
34 : 스위블 조립체 36 : 필터 조립체
40 : 리턴 호스 44 : 리턴 도관
46 : 제 2 리턴 차단 밸브 54 : 공급 포트
56 : 리턴 포트 58 : 출구 포트
59 : 압력 조절기 부분 66 : 니들 밸브
63 : 유체 제한기 부분 또는 유동 제한기 부분
72 : 다이어프램 92 : 밸브 개구부 또는 입력 개구부
94 : 공급 실 96 : 재 순환 실
110 : 축 실 112 : 나사 측벽 부분
114 : 나사 측벽 116 : 출구 개구부
118 : 테이퍼 니들부 130 : 트리거
본 발명은 일반적으로 재 순환 페인트 공급 시스템(recirculating paint supply system)에 관한 것으로, 더 상세하게는, 재 순환 또는 재 순환되지 않는(non-recirculating) 페인트 공급 시스템용 분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체(spray nozzle fluid regulator and restrict combination)에 관한 것이다.
재 순환 페인트 공급 시스템은, 종래에 균일하게 혼합되는 액상 코팅 혼합물(liquid coating composition)을 유지시키는데 적합한 교반기(agitation)를 갖추는 혼합 탱크, 및 요구되는 압력 하의 액상 코팅 혼합물을 공급 라인을 통해 분사 건(spray gun)으로 이송시키기 위한 펌프를 포함한다. 이러한 재 순환 타입 페인트 시스템은, 짙은 농도의 안료(heavily-bodily pigment)를 액상 코팅 혼합물에 균일하게 현탁되게(suspended) 유지하며, 자동차와 같이, 표면 기판(substrate)에 적용되는 페인트 층의 색깔 및 질에 있어서 균일한 부합(conformity)을 보장하도록, 널리 상업적으로 이용되고 있다. 액상 코팅 혼합물의 초과량을 다시 재 순환용 혼합 탱크로 보내며 페인트를 현탁액(suspension)으로 유지시키도록 적합한 리턴 호스가 또한 제공된다. 전형적인 재 순환 페인트 공급 시스템이 본 명세서에 참조로 병합된 미국 특허(제 US 5,060,861호)에 도시되어 있다.
이와 같은 몇몇 페인트 공급 시스템은 공급 호스와 분사 건의 분사 노즐 사이의 접합부에 유동 제어 장치 또는 페인트 제한기를 또한 구비할 것이다. 이러한 타입의 유동 제어 장치는 상기 장치의 오리피스(orifice)를 통하여 압력 강하를 발생함으로써 유체 유동을 조절한다. 이와 같은 유동 제어 장치의 예시적인 실시예가 본 명세서에 참조로 병합된 미국 특허(제 US 4,106,699호)에 기술되어 있다. 이러한 타입의 유동 제어 장치가 분사 노즐에 대해 액상 코팅 혼합물의 실질적으로 일정한 유동율을 유지시키도록 잘 작동하지만, 이러한 타입의 유동 제어 장치는 또한 몇 가지의 결함을 드러낸다. 예를 들면, 공급 라인 압력은 아마도 재 순환 피스톤 타입의 펌프를 사용함으로 인해, 변화하거나 맥동(pulsating)할 수 있으면, 분사 노즐의 배출 유동율 변동(fluctuation)이 발생할 수 있어서, 이를 통해 아마도 페인트 마무리의 질(the quality of the paint finish)에 영향을 줄 것이다. 게다가, 이러한 타입의 장치는 폐쇄 밸브가 없기 때문에, 이러한 장치와 분사 건 사이에서 압력이 발생할 것이다. 이러한 경우에, 분사 건이 작동될 경우, 비분무(non-atomized) 페인트의 스트림 또는 스핏(spit)은 분사 건을 빠져나가게 될 것이다.
다른 페인트 공급 시스템은 직접 다이어프램 타입(diaphragm-type) 압력 조절기의 이용을 통하여 공급 라인 내의 유체 압력을 제어할 수 있다. 이러한 조절기는 내부 다이어프램의 조절로 인해 어떠한 맥동이라도 일반적으로 보정할 수 있다. 그러나, 페인트 산업에서 현재 이용되는 용매(solvent)의 부식 성질로 인해, 고무/마일라(rubber/mylar) 타입 다이어프램은 더 이상 선택적이 아니어서, 테플론(teflon) 타입 다이어프램 사용이 요구된다. 이러한 다이어프램은 일반적으로 전형적인 고무/마일라 다이어프램보다 더 잘 굳어지고 응답성이 떨어진다. 이와 같은 이유로, 분사 노즐이 차단될 경우, 다이어프램은 분사 건으로의 공급을 폐쇄하도록 충분하게 신속히 반응하지 못하며, 이로써 조절기와 분사 건 사이에 압력을 발생시킬 수 있다. 분사 건이 다시 작동될 경우, 액상 코팅 혼합물은 더 높은 압력, 때로는 라인 압력과 같은 압력상태로 분사 노즐을 빠져나가게 되며, 상기의 압력은 액상 코팅 혼합물이 분사 노즐을 초기에 빠져나가게 될 때 액상 코팅 혼합물을 분무되지 못하게 한다. 이러한 비분무 페인트는 일반적으로 페인트 마무리의 전체 품질에 다시 영향을 끼칠 것이다.
다른 페인트 공급 시스템은 분사 스테이션(spray station)의 벌크 헤드(bulk head)나 연결부에 있는, 일반적으로 매우 큰 고가의 압력 조절기와, 분사 건에 결합되는 유동 제어 장치를 또한 사용해 오고 있다. 여기에 다시, 이러한 구성은 또한 몇 가지 결점이 있다. 이 점에 있어서, 일반적으로 이용되는 압력 조절기는 매우 비용이 많이 들고 크다. 부가하여, 조절기는 벌크 헤드에 인접해 있으며, 조절기와 분사 노즐 사이에는 일반적으로 다수의 공급 도관 또는 호스가 있다. 이 때문에, 분사 건이 차단될 경우, 조절기가 완전히 폐쇄되기 전에 조절기와 분사 노즐 사이에서 압력이 발생될 것이다. 이것은 일반적으로 조절기와 분사 건 사이에 있는 다량의 페인트가 비분무 상태로 분사 노즐을 빠져나가도록 한다.
따라서, 위에 언급된 결점을 겪지 않은 분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체가 요구된다. 상기 결합체는 차례로, 일정한 유동 및 압력 제어를 제공하는데 비용을 감소시킬 것이며, 압력 조절기와 분사 건 사이의 압력 발생을 감소시킬 것이며, 초기 작동 시 분사 노즐을 빠져나가는 비분무 페인트의 양을 감소시키거나 제거할 것이며, 변하는 공급 라인 압력이나 맥동하는 공급 라인 압력에서 실질적으로 균일한 유동율을 제공할 것이며, 전체 균일성과 페인트 마무리 품질을 증가시킬 것이며, 유동율과 분사 압력을 제어하도록 시스템의 전체 성능과 응답성을 개선할 것이다. 그러므로, 본 발명의 목적은 재 순환 페인트 공급 시스템용 분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체를 제공하는 것이다.
본 발명의 가르침에 따라, 유체 공급 시스템에 사용되는 분사 노즐로 공급되는 유체를 제어하는 유체 조절기와 제한기 결합체가 개시되어 있다. 유체 조절기와 제한기 결합체는 실질적으로 서로 인접하게 위치되는 압력 조절기 부분과 유체 제한기 부분을 구비한다. 이로 인해, 유체 제한기 부분이 압력 조절기 부분의 전체 응답성을 증가시키도록, 압력 조절기 부분은 압력 조절기 부분이 유체 압력을 제어 가능하게 하고, 유체 제한기 부분은 유동율을 제어 가능하게 한다.
선호되는 일 실시예에서, 유체 공급 시스템에 사용되는 분사 노즐에 공급되는 유체를 제어하는 유체 조절기와 제한기 결합체는 압력 조절기 부분과 유체 제한기 부분을 구비한다. 압력 조절기 부분은 분사 노즐로 제공되는 유체의 유체 압력을 제어한다. 유체 제한기 부분은 분사 노즐로 공급되는 유체의 유동율을 제어한다. 압력 조절기 부분과 유체 제한기 부분은 실질적으로 압력 조절기 부분에 인접하게 위치되는 유체 제한기 부분을 갖는 단일 조립체로서 형성되어, 유체 제한기 부분이 압력 조절기 부분의 전체 응답성을 증가시킨다.
바람직한 다른 선호되는 실시예에서, 유체 공급 시스템에 사용되는 분사 노즐로 공급되는 유체를 제어하는 유체 조절기와 제한기 결합체는 압력 조절기 부분과 유체 제한기 부분을 또한 포함한다. 여기서 다시, 압력 조절기 부분은 분사 노즐로 공급되는 유체의 유체 압력을 제어한다. 유체 제한기 부분은 분사 노즐로 공급되는 유체의 유동율을 제어한다. 압력 조절기 부분과 유체 제한기 부분은 단일 조립체로서 형성되고, 상기 유체 제한기 부분은 압력 조절기 부분의 하측부(downstream)에 위치되고 압력 조절기 부분에 실질적으로 인접한다. 유체 제한기는 압력 조절기 부분의 전체 응답성을 증가시키도록 압력 조절기 부분의 하측부에 역압력(back pressure)을 발생시킨다.
다른 선호되는 실시예에서, 분사 노즐로 유체를 공급하는 재 순환 유체 공급 시스템은 공급 라인, 리턴 라인, 및 유체 조절기와 제한기 결합체를 구비한다. 공급 라인은 유체를 공급 노즐로 공급하고, 리턴 라인은 분사 노즐로 공급되는 초과 유체를 리턴시킨다. 유체 조절기와 제한기 결합체는 공급 라인과 연결되는 공급 포트, 리턴 라인과 연결되는 리턴 포트, 및 분사 노즐과 연결되는 출구 포트를 포함한다. 공급 포트는 분사 노즐로 공급되는 초과 유체를 수용하는 것이 가능하다. 리턴 포트는 분사 노즐로 공급되는 초과 유체를 리턴하는 것이 가능하며, 출구 포트는 유체를 분사 노즐로 공급하는 것이 가능하다. 압력 조절기 부분은 공급 포트 및 리턴 포트와 연결되며, 분사 노즐로 공급되는 유체의 유체 압력을 제어하는 것이 가능하다. 유체 제한기 부분은 압력 조절기 부분과 출구 포트에 연결된다. 유체 제한기 부분은 분사 노즐로 공급되는 유체의 유동율을 제어하는 것이 가능하다. 압력 조절기 부분과 유체 제한기 부분은 단일 조립체로서 형성되고, 상기 유체 제한기 부분은 상기 압력 조절기 부분의 하측부에 위치되며, 상기 압력 조절기 부분에 실질적으로 인접한다. 유체 제한기 부분은 압력 조절기 부분과 압력 조절기 부분의 전체 응답성을 증가시키는 유체 제한기 부분 사이에서 역압력을 발생시킨다.
본 발명의 사용은 유체 공급 시스템에 사용되는 분사 노즐로 공급되는 유체를 제어하는 유체 조절기와 제한기 결합체를 제공한다. 결과적으로, 유체 공급 시스템에 사용되는 현재 구입 가능한 개별 압력 및 유체 제어 장치와 관련되는 앞서 언급된 결함은 실질적으로 감소되거나 제거되고 있다.
본 발명의 다른 이점은 다음의 상세한 설명과 도면을 참조로 하여 이해할 때 당업자에게 자명해질 것이다.
재 순환 페인트 공급 시스템용 분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체에 관련한 선호되는 실시예에 대한 다음의 설명은 사실상 단지 예시적인 것이며, 상기 결합체의 응용이나 이용을 제한하려고 하는 것은 아니다. 게다가, 당업자는 이러한 장치가 수동 또는 자동 조절 메커니즘으로 조절될 수 있으며, 어떠한 유체 타입이라도 운송하도록 재 순환 또는 재 순환하지 않은 유체 공급 시스템과 함께 이용될 수 있다는 것을 인식할 것이다.
본 발명의 선호되는 실시예를 이용하는 다수의 스테이션 재 순환 페인트 공급 시스템(multiple station recirculating paint supply system)(10)이 도 1에 도시되어 있다. 재 순환 페인트 공급 시스템(10)은 4 개의 독립된 스테이션을 구비하도록 도시되며, 각 스테이션에는 가압된 페인트 공급 라인 및 가압된 페인트 리턴 라인이 제공된다. 페인트 공급 시스템(10)은 단지 4 개의 스테이션으로 제한되지 않으며, 다수의 다른 코팅 혼합물 및/또는 다수의 다른 색깔을 제공하도록 여러 번 중복될 수 있다는 것을 더 인식하게 될 것이며, 상기 각 분사 스테이션은 예를 들면, 요구되는 액상 코팅 혼합물의 12 가지의 다른 색깔을 공급하도록 12 가지의 다른 시스템을 구비할 수 있다는 것이 추가로 인식될 것이다. 그러나, 도 1에 도시된 재 순환 페인트 공급 시스템은 예시적인 목적만을 위해 각 스테이션에 대해서 하나의 재 순환 페인트 공급부만을 도시한다.
재 순환 페인트 공급 시스템(10)은 혼합실(mixing room)(14) 내에 위치되는 공급 탱크(12)를 포함한다. 혼합실(14)은, 일정한 압력 하의 공급 탱크(12) 내에 저장된 액상 코팅 혼합물을 주 공급 헤더(18)로 공급하는데 이용되는 공급 펌프(16)를 더 포함한다. 공급 분기 라인(20)은 각 분사 스테이션에 위치되고, 공급 헤더(18)에 연결되며, 상기 공급 헤더(18)는 차례로, 각 분사 스테이션 입구 앞에 위치되는 주 차단 밸브(main shut-off valve)(22)에 연결된다. 상기 차단 밸브(22)는 본 명세서에 참조로 병합된 미국 특허(제 US 5,857,622 호)에 개시된 것과 같은 회전 가능 볼 밸브인 것이 바람직하다. 각 차단 밸브(22)는 액상 코팅 혼합물을 각 분사 스테이션의 내측에 제공하는 공급 도관 또는 라인(24)에 더 연결되거나 결합된다. 공급 도관 라인(24)이 분사 스테이션에 끼워짐으로서 공급 도관(24)은 분사 스테이션 벽의 내측에 위치하는 제 2 차단 밸브(26)와 연결되거나 통해있다. 제 2 차단 밸브(26)로부터, 공급 호스(28)는 몇 피트 길이로 연결되는데 예를 들면, 공급 호스는 일반적으로 길이가 대략 25 피트(7.5m)이다. 공급 호스(28)는 도 2에 더 명백하게 도시된 다양한 커플링 장치를 통하여 분사 건(30)의 분사 노즐에 이어진다.
공급 호스(28)는 유체의 유동율과 공급 압력을 여기에 더 논의되어질, 분사 건(30)에 대해 제어 가능하게 하는 유체 조절기와 제한기 결합체(32)에 연결된다. 재 순환 페인트 공급 시스템(10)은 분사 건(30)을 공급 호스(28)에 대하여 회전 가능하게 하는 유체 조절기 및 제한기 결합체(32)와 직렬로 배치되는 스위블 연결 조립체(swivel connector assembly)(34)를 더 포함하는 것이 바람직하다. 필터 조립체(36)와 신속 연결 해제 조립체(quick disconnect assembly)(38)는 스위블 연결 조립체(34)에 결합된다. 스위블 연결 조립체(34), 필터 조립체(36) 및 신속 연결 해제 조립체(38)는 본 명세서에 참조로 병합된 미국 특허(제 US 5,857,622호)에 상술된 해당 조립체 또는 어떤 다른 적당한 스위블, 필터 및 신속 연결 해제 조립체와 유사한 것이 바람직하다. 유체 코팅 혼합물은 신속 연결 해제 조립체(38)로부터, 종래의 공기 분무 분사 노즐 또는 분사 건(30)에 공급된다.
공급 헤더(18), 공급 분기 라인(20), 공급 도관(24) 및 공급 호스(28)를 통해 공급되는 액상 코팅 혼합물 또는 페인트의 양은 분사 건(30)에 요구되는 양을 초과한다. 따라서, 나머지 초과량은 차단 밸브(42)와 연결되고 분사 스테이션 벽에 또한 위치되는 리턴 호스(40)를 통하여, 혼합실(14) 내의 공급 탱크(12)로 보내진다. 본 명세서에 참조로 병합된 미국 특허(제 US 5,857,622호)에 상술된 바와 같이, 차단 밸브(26)와 차단 밸브(42)가 H-연결 조립체(H-connector assembly)로 대체될 수 있다는 것을 더 유의해야 한다. 리턴 도관(44)은 밸브(42)로부터 리턴 분기 라인(48)에 연결되는 제 2 리턴 차단 밸브(46)로 이어진다. 각 리턴 분기 라인(48)은 저압 리턴 헤더(49)에 연결된다. 주 공급 헤더(18)를 통해 공급되는 페인트 양도 다수 개의 분사 스테이션에 요구되는 양을 초과하는데, 나머지 초과량은 고압 리턴 헤더(50)를 통과하여 혼합실(14) 내의 공급 탱크(12)로 또한 보내진다. 고압 리턴 헤더(50)와 저압 리턴 헤더(49)에는 선택적으로 역압력 조절기(back pressure regulator)(52)가 구비된다. 여기에 개시된 재 순환 페인트 공급 시스템(10)에 따라서, 실질적으로 균일하게 혼합된 페인트의 액상 코팅 혼합물의 연속적인 공급은 각 분사 건(30)에 요구되는 양을 초과하여 각 분사 스테이션에 공급된다. 따라서, 초과되는 양은 각 분사 스테이션으로부터 저압 리턴 헤더 또는 라인(49)을 통해, 및 고압 리턴 헤더 또는 라인(50)으로 연속적으로 리턴된다. 후속적으로 리턴되는 액상 코팅 혼합물은 재혼합 및 다시 뒤섞이도록 공급 탱크(12)로 재 순환되며, 그 다음으로 시스템(10)을 통하여 다시 재 순환된다.
이제 도 3 및 도 4를 보면, 본 발명의 선호되는 실시예의 가르침에 따른 유체 조절기와 제한기 결합체(32)가 더 상세히 도시되어 있다. 유체 조절기와 제한기 결합체(32)는 공급 포트(54), 리턴 포트(56) 및 출구 포트(58)를 구비한다. 공급 포트(54)는 공급 호스(28)와 연결되며, 리턴 포트(56)는 리턴 호스(40)와 연결되며, 출구 포트(58)는 분사 건(30)에 연결된다. 다시 말하면, 액상 코팅 혼합물은 공급 및 리턴 포트(54 및 56)를 통하여 재 순환되며, 또한 출구 포트(58)를 통하여 분사 건(30)에 공급된다. 유체 조절기와 제한기 결합체(32)는 두 개의 부분으로 구성되는데, 제 1 부분은 보닛(bonnet)(60) 및 조절기 몸체(62)로 형성되는 압력 조절기 부분(59)이며, 제 2 부분은 제한기 몸체(64) 및 니들 밸브(66)로 형성되는 유동 제한기 부분(63)이다. 보닛(60)은 개스킷(70) 및 테플론 다이어프램(72)을 따라 다수 개의 캡나사(68)로 조절기 몸체(62)에 밀봉되게 고정된다.
약 50 psi(3.5㎏/㎠) 내지 약 300 psi(21㎏/㎠)의 범위를 이루는 공급 헤더(18)로부터의 유체 입구 압력 또는 라인 압력을 공급 건(30)에서 약 2 psi(140g/㎠) 내지 약 100 psi(7㎏/㎠)의 범위를 이루는 조절된 유체 압력까지 감소시키기 위해, 압력 조절기 부분(59)은 압력 조절 메커니즘(74)을 구비한다. 여기에 도시된 압력 조절 메커니즘(74)은 수동 조절 메커니즘이지만, 종래 기술에서 공지된 바와 같이, 간섭방지 조절 메커니즘(tamper proof adjustment mechanism) 또는 자동 공기 제어 조절 메커니즘이 마찬가지로 이용될 수 있다. 압력 조절 메커니즘(74)은 캡 너트(76), 잠금 너트(78) 및 조절 나사(80)를 구비한다. 조절 나사(80)는 조절기 스프링(84)의 인장력을 조절하는 조절 시트(seat)(82)에 압력을 가한다. 이는 다이어프램(72)에 놓인 상부판(upper plate)(86)을 통하여 하향 압력을 제공한다. 조절 나사(80)를 회전시킴으로서, 다이어프램(72)에 가해지는 하향 힘은 출력 포트(58)에서 조절되는 압력을 조절하도록 제어된다. 유체 압력을 조절하기 위해, 캡 너트(76)는 제거되고, 잠금 너트(78)는 조절 나사(80)가 6각 헤드 드라이브(hex head drive)를 통해 회전될 때 풀어진다. 시계방향으로 세트 나사(set screw)(80)가 회전할 때, 출구 유체 압력은 증가된다. 반시계방향으로 세트 나사(80)가 회전할 때, 출구 유체 압력은 감소된다.
테플론 다이어프램(72)과 조절기 몸체(62) 사이에 각각 위치되는 테플론 와셔(88) 및 플래트 와셔(90)는 조절기 부분(59)의 유체 면에 위치된다. 조절기 몸체(62)는 밸브 개구부(92)를 한정하는 분리 벽(separating wall)(97)에 의해 공급 실(supply chamber)(94) 및 재 순환 실(recirculating chamber)(96)로 분리된다. 테플론 밸브 시트(98) 및 밸브 스템(valve stem)(100)으로 형성된 밸브 메커니즘은 재 순환 실(96) 내에 위치된다. 재 순환 실(96)은 O 링(o-ring)(102) 및 나사 플러그(104)에 의해 밀봉된다. 밸브 스템(100)은 6각 너트(106)를 통과하여, 유연한 다이어프램(72)에 결합된다. 유연한 다이어프램(72)이 압력의 변화에 따라 조절되거나 구부러지면, 밸브 스템(100)은 입력 개구부(92)에 대하여 축방향으로 이동하여, 출력 포트(58)에서 유체 압력을 제어한다. 또한 공급 호스(28) 및 리턴 호스(40)가 공급 포트(54) 및 리턴 포트(56)에 각각 나사 방식으로 결합되는 나사 커넥터(108)가 재 순환 실(96)에 결합된다.
유체 제한기 몸체(64)에 의해 한정되는 유체 제한기 부분(63)은 나사 측벽 부분(112)을 갖는 연장된 축 실(110)을 한정한다. 나사 측벽 부분(112)은 니들 밸브(66)의 나사 측벽(114)이 출구 개구부(116)를 통하는 유체의 유체 유동율을 조절 가능하게 제어되도록 나사 방식으로 맞물린다. 니들 밸브(66)는, 도 6 및 도 7에 상세히 도시된 바와 같이, 니들 밸브(66)의 축방향 길이를 따라 확장되는 나사 측벽부(114) 및 출구 개구부(116)에 대하여 조절 가능한 유동 차단 관계로 테이퍼 단부로 배치되는데 적응된 테이퍼 니들부(118)를 포함한다. 니들 밸브(66)의 테이퍼 니들부(118)의 축은 출구 개구부(116)의 축과 실질적으로 축에 일직선을 이루도록 배치되며, 니들 밸브(66)의 안쪽 또는 바깥쪽으로의 나사 조절은 출구 포트(58)의 바깥으로 통과하는 액상 코팅 혼합물의 양에 상당하는 양을 조절하게 한다. 예를 들면, 니들 밸브(66)는, 조절된 출구 또는 분사 압력이 약 2 psi(140g/㎠) 내지 약 100 psi(7㎏/㎠)가 될 경우, 분당 약 1 온스(약 29cc)내지 약 60 온스(약 154cc)(ounces per minute)의 범위에서 액상 코팅 혼합물 또는 페인트의 유동율을 제어 가능하게 한다.
횡 슬롯(transverse slot)(120)은 스크류드라이버 또는 다른 적당한 장치로 축 실(110) 내의 축 조절을 가능하게 하도록 맞물린다. 나사 측벽(112)에 대하여 니들 밸브(66)의 의도하지 않은 이동은, 나사 드래그(thread drag)를 제공하도록 나사 측벽(112)과 나사 측벽(114)의 사이에서 간섭하는 관계로 배치되는, 나일론 플라스틱과 같은 변형 가능 슬러그(deforming slug)(122)에 의해 제한된다. 이와 같은 슬러그(122)는 니들 밸브(66)의 몸체 내에 형성되는 적당한 보어(bore)(123) 내에 접착되거나 기계적으로 결합된다. 유동 통로를 제공하도록, 니들 밸브(66)의 대향 측부에 해당하는 축방향으로 이어지는 평면 형태의 리세스(recess) 면(126)은 도 6에 상세히 도시된 바와 같이, 서로 평행하게 위치된다. 리세스 면(126)과 내측 나사 측벽(112) 사이에 제공되는 해당 틈새(clearance)는 액상 코팅 혼합물을 출구 포트(58)로 통과시키는 채널을 제공한다. 또한, 나머지 분사 조립체에 나사 방식으로 결합되는 회전 가능 너트(128)는 출구 포트(58)로부터 이어져 있다. 제한기 몸체(64)와 니들 밸브(66)의 내부 부분은 여기에 참조로 병합된 미국 특허(제 US 4,106,699호)에 개시된 부분과 실질적으로 유사한 것이 바람직하다.
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작동 및 사용 중, 유체 조절기와 제한기 조립체(32)는 분사 건(30)에 실질적으로 인접하게 배치되는 단일 단위의 장치 또는 조립체에서 압력 제어 및 유동율 제어를 가능하게 한다. 유체 조절기와 제한기 조립체(32)에 의해 측정되는 전형적인 공급 헤더(18) 라인 압력은 요구되는 조절 출력이 약 50 psi(3.5㎏/㎠) 내지 약 300 psi(21㎏/㎠) 사이의 범위이거나, 분사 압력 범위가 분당 약 1 온스(약 29cc)내지 60 온스(154cc)의 요구된 출력 유동율 일 때 약 2 psi(140g/㎠) 내지 약 100 psi(7㎏/㎠) 이다. 요구된 압력을 조절하도록, 조절 니들(80)은 조절된 유체 압력율을 증가 또는 감소시키기 위해 시계방향 또는 반시계방향으로 각각 회전된다. 마찬가지로, 유동율을 조절하도록, 니들 밸브(66)는 유동율을 감소시키기 위해 시계방향으로 회전되고, 유동율을 증가시키기 위해 반시계방향으로 회전된다.
니들 밸브(66)는, 출구 개구부(116)가 분사 건(30)의 분사 노즐보다 더 좁은 통로를 가지도록 조절되는 것이 바람직하다. 이것은 조절기 부분(59)과 제한기 부분(63) 사이에 역압력의 발생 또는 원인이 된다. 특히, 역압력은 윗방향 힘 또는 스프링 대항 힘을 유연한 다이어프램(72)에 가하도록 공급 실(94)에서 발생된다. 이것은 분사 건(30)의 트리거(130)가 온 및 오프(on and off)될 때, 다이어프램(72)이 더 안정된 방식으로 작동되게 한다. 다시 말해서, 다이어프램(72)은 실질적으로 민감하지 않는 테플론으로 형성되기 때문에, 다이어프램(72)과 벽(97) 사이에 이와 같이 부가된 역압력은 트리거(130)의 해제 시, 입구 개구부(92)를 신속히 폐쇄하도록, 다이어프램(72)이 분사 건(30)에 대해 훨씬 더 신속히 작동될 수 있게 한다. 이와 같이 증가된 폐쇄율은 조절기 및 제한기 결합체(32)와 분사 건(30) 사이의 라인 내(in-line) 압력 형성을 실질적으로 감소시키거나 제거하여, 트리거(130)가 분사 건(30)을 다시 작동시킬 때 분사 건(30)에 존재하는 실질적인 모든 초기 페인트가 알맞게 분무되도록 한다.
대조적으로, 종래의 압력 조절기가 사용되는 경우, 분사 건(30)의 트리거(130)를 해제할 때, 실질적으로 민감하지 않은 테플론 다이어플램(72)은 조절기의 바깥 면(outbound side)이나 공급 실(94) 내에서 생성된 역압력이 없기 때문에 신속히 반응하지 않을 것이다. 이것은 압력 조절기가 신속히 차단되지 않게 하며, 일반적으로, 압력 조절기는 얼마간 열려진 채로 유지될 수 있으며, 압력 조절기와 분사 건(30) 사이의 압력은 높은 공급 라인 압력이 될 때까지 증가 될 수 있다. 이 경우에, 분사 건(30)의 트리거(130)가 작동될 때, 다이어프램(72)이 라인 압력을 원하는 조절 압력까지 감소시키도록 작동하고 안정 될 수 있을 때까지 한 칼럼(column)의 비분무 페인트가 분사 건(30)을 빠져나갈 것이다.
종래의 유동 제한기는 분사 건(30)에 인접하게 사용되는 경우, 유사한 문제점이 또한 나타날 것이다. 이 점에 있어서, 종래의 유동 제한기는 어떤 폐쇄 메커니즘도 구비하지 않기 때문에, 분사 건(30)의 트리거(130)를 해제할 때, 유동 제한기와 분사 건(50) 사이의 유체 압력은 높은 공급 라인 압력까지 본질적으로 상승할 것이다. 트리거(130)를 초기에 작동시킬 경우에, 비분무 페인트의 스트림 또는 스핏(stream or spit)은 분사 건(30)을 빠져나갈 것이다.
대안적으로, 개별의 압력 조절기가 분사 건(30)에 인접하게 사용되는 개별의 유동 제한기를 갖는 분사 스테이션의 벌크 헤드에 사용되는 경우, 분사 건(30)의 트리거(130)를 해제할 때, 유동 제한기가, 일반적으로 약 25 피트(7.5m)의 범위 내에서 압력 조절기로부터 실질적으로 떨어져 배치되어, 이러한 신속한 다이어프램 반응을 제공하도록 필요한 역압력을 제공하지 못하기 때문에, 압력 조절기는 신속하게 반응할 수 없다. 따라서, 압력 조절기는 일반적으로 신속히 그리고 완전히 다시 폐쇄되지 않을 것이므로, 길이가 거의 25 피트(7.5m)일 수 있는, 압력 조절기와 분사 건 사이의 페인트는 높은 공급 라인 압력 상태로 있게 될 것이다. 일단 트리거(130)가 다시 작동되는 경우, 이와 같이 큰 칼럼의 페인트는 비분무 방식으로 분사 건(30)을 빠져나가게 되어, 페인트 낭비가 있을 뿐만 아니라 페인트 표면의 질도 떨어뜨린다. 그러므로, 분사 건(30)에 실질적으로 인접하게 장착되는 단일 유니트나 조립체 내의 제한기 조절기를 실질적으로 인접하게 설치함으로서, 종래의 시스템과 관련한 결함이 제거된다.
앞서의 논의는 단지 본 발명의 예시적인 실시예를 개시하고 기술한 것이다. 당업자에게는 이러한 논의, 첨부 도면 및 청구항으로부터, 다양한 변경, 수정 및 변화가 다음의 청구항에 한정된 본 발명의 사상과 범주를 벗어남이 없이 이루어 질 수 있다는 것을 손쉽게 인식할 것이다.
본 발명은 일반적으로 재 순환 페인트 공급 시스템(recirculating paint supply system)에 관한 것으로, 재 순환 또는 재 순환되지 않는(non-recirculating) 페인트 공급 시스템용 분사 노즐 유체 조절기와 제한기 결합체(spray nozzle fluid regulator and restrict combination) 등에 효과적이다.

Claims (20)

  1. 유체 공급 시스템에 사용되는 분사 노즐로 공급되는 유체를 제어하는 유체 조절기와 제한기 결합체(fluid regulator and restrictor combination)로서,
    상기 유체 공급 시스템의 공급 호스와 연결되는 공급 포트와,
    상기 유체 공급 시스템의 리턴 호스와 연결되는 리턴 포트와,
    상기 분사 노즐과 연결되는 출구 포트와,
    상기 분사 노즐로 공급되는 유체의 유체 압력을 제어 가능하게 하는 압력 조절기 부분으로서, 공급 실과 재 순환 실을 연결하는 밸브 개구부를 한정하는 분리 벽에 의해 상기 공급 실과 상기 재 순환 실로 분리되는 조절기 몸체를 포함하는 압력 조절기 부분과, 및
    상기 분사 노즐에 공급되는 유체의 유동율을 제어 가능하게 하는 유체 제한기 부분으로서, 상기 출구 포트와 연결된 출구 개구부를 통과하는 유체의 유동율을 적절하게 제어하도록 배치된 니들 밸브를 포함하는, 유체 제한기 부분을 포함하고,
    상기 압력 조절기 부분은 유연한 다이어프램(diaphragm)과, 상기 유연한 다이어프램에 연결되고 상기 유연한 다이어프램의 운동에 의존하는, 밸브 개구부에 대해 축상으로 밸브 스템(100)을 이동시키는 것에 의해 상기 출구 포트에서의 유체 압력을 제어하기 위한 상기 공급 실과 상기 재 순환 실 사이에 배치된 테플론 밸브 시트(98)와 밸브 스템(100)인 밸브 메커니즘과, 상기 유연한 다이어프램 상에 조절가능한 스프링력을 가하는, 조절 나사와 조절기 스프링을 구비한 조절 메커니즘을 포함하는, 유체 조절기와 제한기 결합체에 있어서,
    상기 유체 제한기 부분은 상기 밸브 니들의 조절에 의존하여 상기 조절기 스프링에 의해 가해진 스프링력에 대향하는 상향력을 가하기 위해, 공급 실 내에 후방 압력을 생성하도록 순응되고, 이를 통해 상기 압력 조절기 부분의 전체 응답 속도를 향상시키는 것을 특징으로 하는, 유체 조절기와 제한기 결합체.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 니들 밸브는 상기 공급 실에 후방 압력을 생성하기 위해 출구 개구부가 분사건의 분사 노즐보다 더 좁은 통로를 갖도록 조절되는, 공급 유체 조절기와 제한기 결합체.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 압력 조절기 부분과 상기 유체 제한기 부분은, 상기 유체 제한기 부분이 상기 압력 조절기에 인접하게 위치되는 단일 조립체로 형성되는, 유체 조절기와 제한기 결합체.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 유체 제한기 부분은 출구 개구부, 및 상기 출구 개구부에 인접하여 조절 가능하게 유지되는 니들 밸브를 한정하는 제한기 몸체를 포함하는 유체 조절기와 제한기 결합체.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 압력 조절기 부분은 공급 포트, 및 리턴 포트를 포함하며, 상기 공급 포트는 유체를 수용 가능하게 하며, 상기 리턴 포트는 상기 공급 포트에 공급되는 초과 유체를 리턴 가능하게 하는 유체 조절기와 제한기 결합체.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 유체 제한기 부분은 유체를 상기 분사 노즐로 공급 가능하게 하는 출구 포트를 포함하며, 상기 유체 제한기 부분은 상기 압력 조절기 부분의 하측부(downstream)에 위치되는 유체 조절기와 제한기 결합체.
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  15. 유체를 분사 노즐로 공급하는 재 순환 유체 공급 시스템에 있어서,
    유체를 상기 공급 노즐로 공급 가능하게 하는 공급라인과,
    상기 분사 노즐로 공급되는 초과 유체를 리턴 가능하게 하는 리턴 라인, 및
    유체 조절기와 제한기 결합체를 포함하는데, 상기 유체 조절기와 제한기 결합체는,
    상기 공급 라인과 통해있으며 상기 분사 노즐로 공급되는 초과 유체를 수용 가능하게 하는 공급 포트와,
    상기 리턴 라인과 통해있으며 상기 분사 노즐로 공급되는 초과 유체를 리턴 가능하게 하는 리턴 포트와,
    상기 분사 노즐과 통해있으며 유체를 상기 분사 노즐로 공급 가능하게 하는 출구 포트와,
    상기 공급 포트 및 상기 리턴 포트와 통해있으며 상기 분사 노즐로 공급되는 유체의 유체 압력을 제어 가능하게 하는 압력 조절기 부분으로서, 공급 실과 재 순환 실을 연결하는 밸브 개구부를 한정하는 분리 벽에 의해 상기 공급 실과 상기 재 순환 실로 분리되는 조절기 몸체를 포함하는 압력 조절기 부분과, 및
    상기 분사 노즐에 공급되는 유체의 유동율을 제어 가능하게 하는 유체 제한기 부분으로서, 상기 출구 포트와 연결된 출구 개구부를 통과하는 유체의 유동률을 적절하게 제어하도록 배치된 니들 밸브를 포함하는, 유체 제한기 부분을 포함하고,
    상기 압력 조절기 부분은 유연한 다이어프램(diaphragm)과, 상기 유연한 다이어프램에 연결되고 상기 유연한 다이어프램의 운동에 의존하는, 밸브 개구부에 대해 축상으로 밸브 스템(100)을 이동시키는 것에 의해 상기 출구 포트에서의 유체 압력을 제어하기 위한 상기 공급 실과 상기 재 순환 실 사이에 배치된 테플론 밸브 시트(98)와 밸브 스템(100)인 밸브 메커니즘과, 상기 유연한 다이어프램 상에 조절가능한 스프링력을 가하는, 조절 나사와 조절기 스프링을 구비한 조절 메커니즘을 포함하는, 유체 조절기와 제한기 결합체에 있어서,
    상기 유체 제한기 부분은 상기 밸브 니들의 조절에 의존하여 상기 조절기 스프링에 의해 가해진 스프링력에 대향하는 상향력을 가하기 위해, 공급 실 내에 후방 압력을 생성하도록 순응되고, 이를 통해 상기 압력 조절기 부분의 전체 응답 속도를 향상시키는 것을 특징으로 하는, 재 순환 유체 공급 시스템.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 출구 포트와 통해있는 스위블 연결 조립체(swivel connector assembly)를 더 포함하는 재 순환 유체 공급 시스템.
  17. 제 15항에 있어서, 상기 출구 포트와 통해있는 신속한 연결 해제 조립체(quick disconnect assembly)를 더 포함하는 재 순환 유체 공급 시스템.
  18. 제 15항에 있어서, 상기 출구 포트와 통해있는 필터 조립체를 더 포함하는 재 순환 유체 공급 시스템.
  19. 제 15항에 있어서, 공급 라인, 리턴 라인, 및 분사 노즐을 각각 포함하는 다수 개의 유체 공급 스테이션(fluid supply station)을 더 포함하는 재 순환 유체 공급 시스템.
  20. 삭제
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