KR101404421B1 - 초음파 액체 처리 및 전달 시스템 및 방법 - Google Patents

Abstract

액체를 초음파적으로 처리하고 액체 액적의 분무로서 액체를 전달하는 시스템 및 방법에 있어서, 액체는 제1 초음파 도파관을 넘어 흐름 통로를 따라 흐르게 되는데, 제1 초음파 도파관은 그로부터 외측으로 흐름 통로 내로 연장하는 적어도 하나의 교란 부재를 구비한다. 제1 초음파 도파관과 교란 부재는 액체가 흐름 통로를 따라 흐를 때 액체를 교란하도록 여기된다. 액체는 제2 도파관을 넘어 흐름 통로를 따라 흐르게 되는데, 제2 도파관은 흐름 통로의 출구 근방에 말단을 갖는다. 제2 초음파 도파관은 적어도 그 말단에서 초음파적으로 여기되어, 흐름 통로를 빠져나가는 액체 바로 전의 액체를 초음파적으로 활성화하여, 액체는 액체 액적의 분무로 흐름 통로를 빠져나간다.

Description

초음파 액체 처리 및 전달 시스템 및 방법{ULTRASONIC LIQUID TREATMENT AND DELIVERY SYSTEM AND PROCESS}

본 발명은 액체를 처리하고, 그 다음 액체의 미분화된 분무를 전달하기 위한 액체 처리 및 전달 시스템에 관한 것으로, 더 상세하게는 시스템을 빠져나가는 액체 이전에 초음파 에너지가 시스템에 의해 액체에 인가되는 초음파 액체 처리 및 전달 시스템에 관한 것이다.

초음파 액체 전달 장치는 액체의 미세한 분무 또는 스프레이를 제공하도록 액체를 미분화하는 목적으로 액체를 활성화하는 다양한 분야에서 사용된다. 예컨대, 이러한 장치는 흡입기와 다른 약품 전달 장치, 몰딩 장치, 가습기, 엔진용 연료 주입 시스템, 페인트 분무 시스템, 잉크 전달 시스템, 혼합 시스템, 균질 시스템 등으로 사용된다. 이러한 전달 장치는 일반적으로 액체가 압축된 상태로 하우징의 적어도 하나의, 때로는 복수의 배출 포트 또는 오리피스로 흐르는 흐름 통로를 갖는 하우징을 구비한다. 압축된 액체는 배출 포트에서 하우징을 빠져나가도록 압박된다. 소정의 구성에서, 장치는 장치로부터의 액체의 흐름을 제어하도록 밸브 부재를 구비할 수 있다.

소정의 종래의 초음파 액체 전달 장치에서는, 장치에 초음파 여기 부재가 일 반적으로 포함되고, 더 상세하게는 배출 포트를 형성하는 하우징의 일부를 형성한다. 빠져나가는 액체에 초음파 에너지를 부여하여 활성화하기 위해 액체가 배출 포트를 빠져나갈 때 여기 부재가 초음파적으로 진동한다. 액체 액적의 분무가 배출 포트로부터 전달되도록, 초음파 에너지가 액체를 미분화한다. 예컨대, 미국 특허 제5,330,100호(말리노브스키)는, 연료 인젝터의 노즐(예컨대, 하우징의 일부) 그 자체가 초음파적으로 진동하도록 구성되어 연료가 인젝터의 출구 오리피스를 통해 흘러나갈 때 초음파 에너지가 연료에 부여되는 연료 주입 시스템을 개시한다. 이러한 구성에서는, 노즐 자체의 진동이 출구 오리피스에서 노즐의 공동 침식(cavitation erosion)을 유발할 수 있다(예컨대, 출구 오리피스 내에서 연료의 공동 현상으로 인해).

다른 초음파 액체 전달 장치에서는, 액체가 배출 포트의 상류의 하우징 내에서 흐르는 흐름 통로에 초음파 여기 부재가 배치될 수 있다. 이러한 장치의 예는 관련 미국 특허 제5,803,106호(코헨 등), 제5,868,153호(코헨 등), 제6,053,424호(깁슨 등) 및 제6,380,264호(제임슨 등)에 개시되어 있고, 이 각각의 개시 내용은 참조로서 여기에 포함된다. 이들 참조 문헌은 압축된 액체에 초음파 에너지를 인가함으로써 오리피스를 통하는 압축된 액체의 유동율을 증가하는 장치를 대체로 개시하고 있다. 특히, 압축된 액체는, 압축된 액체가 챔버를 빠져나가는 출구 오리피스(또는 출구 오리피스들)를 포함하는 다이 팁을 갖는 하우징의 챔버 내로 전달된다.

초음파 호른(horn)이 챔버 내에서 일부, 챔버 외측으로 일부가 길이 방향으 로 연장하고, 출구 오리피스 근방에 배치된 팁을 향하여 감소하는 직경을 가져서, 팁에서 호른의 초음파 진동을 증폭한다. 호른을 초음파적으로 진동하도록 호른의 외측 단부에 변환기가 부착된다. 이러한 장치의 하나의 잠재적인 단점은 고압 챔버 환경으로의 각종 구성 요소의 노출이 구성 요소에 대해 실질적인 응력을 인가한다는 것이다. 특히, 초음파 호른의 일부는 챔버에 잠기고 다른 부분은 잠기지 않기 때문에, 호른의 상이한 부분에 부여되는 실질적인 압력 편차가 존재하여, 호른에 추가적인 응력을 유발한다. 또한, 이러한 장치는 장치로부터 액체의 전달을 제어하기 위해 소정의 초음파 액체 전달 장치에 공통되는 작동 밸브 부재를 수용할 수 없다.

다른 액체 전달 장치, 특히 장치로부터 액체 흐름을 제어하기 위한 작동 밸브 부재를 포함하는 것에서는, 액체가 장치를 빠져나갈 때 밸브 부재 자체를 초음파적으로 여기하는 것으로 알려져 있다. 예컨대, 그 개시 내용이 여기에 참조로 포함되는 미국 특허 제6,543,700호(제임슨 등)는 인젝터의 밸브 니들이 초음파 주파수에서 변화하는 자기장에 응답하는 자기 변형 물질로 적어도 일부가 형성된 연료 인젝터를 개시한다. 밸브 니들이 연료가 밸브 몸체(즉, 하우징)로부터 배출되도록 배치된 때, 초음파 주파수에서 변화하는 자기장은 밸브 니들의 자기 변형부에 인가된다. 따라서, 출구 오리피스를 통해 인젝터를 빠져나갈 때 연료에 초음파 에너지를 부여하도록 밸브 니들은 초음파적으로 여기된다.

상기한 바와 같이, 초음파 액체 전달 장치는 각종 액체를 활성화하도록 각종 분야에서 사용된다. 이들 액체 중 일부는 바람직하지 않게 분리될 수 있는 다상 또는 다요소 액체(예컨대, 수용액)이다. 하나의 예에서, 연료 오일이 연소 챔버에 전달되기 전에 분리될 수 있는데, 이것은 챔버의 효율을 심각하게 떨어뜨릴 수 있다. 따라서, 연소 챔버에 전달되기 바로 전에 연료 오일을 혼합하는 것이 바람직하다. 연료 오일의 전달 외에 다른 장치도 동일한 결점을 갖는다. 또한, 어떤 장치들은 출구 오리피스를 적당한 위치에 배치하도록 초음파 액체 전달 장치가 소정의 거리에 걸치는 것을 요구한다. 그 결과, 비교적 긴 길이를 수용할 수 있는 초음파 도파관을 갖는 것이 바람직하다.

일 실시예에서, 초음파 액체 처리 및 전달 시스템은, 내부 챔버, 및 하우징의 내부 챔버와 유체 연통하는 입구를 갖는 하우징을 구비하는 초음파 처리 장치를 포함하여, 내부 챔버 및 액체가 초음파 처리 장치를 빠져나가는 하우징의 내부 챔버와 유체 연통하는 출구로 액체가 들어간다. 초음파 도파관은 하우징의 내부 챔버 내에 적어도 일부가 배치되어, 출구를 통하여 하우징으로부터 배출되는 액체 전에 내부 챔버 내에서 액체를 초음파적으로 활성화한다. 초음파 도파관은 입구와 출구 사이의 하우징의 내부 챔버 내에서 초음파 도파관으로부터 외측으로 연장하는 교란 부재를 갖는다. 교란 부재와 초음파 도파관은, 초음파 도파관의 초음파 진동시 초음파 도파관에 대해 교란 부재가 동적으로 움직이도록 구성되고 배열된다. 여기 장치가 초음파 도파관과 교란 부재를 초음파적으로 여기하도록 작동 가능하다.

또한, 시스템은 상기 처리 장치에 의해 액체를 처리한 후에 초음파 처리 장치로부터 액체를 수용하도록 초음파 처리 장치와 유체 연통하는 초음파 전달 장치를 구비한다. 초음파 전달 장치는 내부 챔버, 전달 장치 하우징의 내부 챔버 내로 처리 장치로부터의 액체를 수용하는 입구, 및 전달 장치 하우징의 내부 챔버와 유체 연통하는 적어도 하나의 배출 포트를 갖는 하우징을 구비하여, 상기 내부 챔버 내의 액체가 상기 적어도 하나의 배출 포트에서 전달 장치 하우징을 빠져나간다. 초음파 도파관은 전달 장치 하우징과 별도로, 전달 장치 하우징의 내부 챔버 내에 적어도 일부가 배치되어, 적어도 하나의 배출 포트를 통해 하우징으로부터 배출되는 액체 전에 내부 챔버 내의 액체를 초음파적으로 활성화한다. 여기 장치가 전달 장치의 초음파 도파관을 초음파적으로 여기하도록 작동 가능하다.

다른 실시예에서, 초음파 액체 처리 및 전달 장치는, 하우징 내로 액체를 수용하는 입구, 액체가 처리 장치 하우징을 빠져나가는 출구, 및 상기 입구에서 상기 출구로 하우징 내에서 액체의 흐름의 방향을 정하도록 입구 및 출구와 유체 연통하는 내부 흐름 통로를 갖는 하우징을 구비하는 초음파 처리 장치를 포함한다. 초음파 도파관은 하우징과 별도로, 흐름 통로 내에서 액체를 초음파적으로 활성화하기 위해 흐름 통로 내에 적어도 일부가 배치된다. 초음파 도파관은 흐름 통로 내에서 초음파 도파관으로부터 외측으로 연장하는 교란 부재를 갖고, 교란 부재와 초음파 도파관은 초음파 도파관의 초음파 진동시 초음파 도파관에 대해 교란 부재가 동적으로 움직이도록 구성되고 배열된다. 여기 장치가 초음파 도파관과 교란 부재를 초음파적으로 여기하도록 작동 가능하다.

또한, 시스템은 처리 장치에 의해 액체를 처리한 후 초음파 처리 장치로부터 액체를 수용하도록 초음파 처리 장치와 유체 연통하는 초음파 전달 장치를 구비한다. 초음파 전달 장치는, 내부 챔버, 처리 장치로부터 전달 장치 하우징의 내부 챔버 내로 액체를 수용하는 입구, 및 전달 장치 하우징의 내부 챔버와 유체 연통하는 적어도 하나의 배출 포트를 갖는 하우징을 포함하여, 내부 챔버 내의 액체가 적어도 하나의 배출 포트에서 전달 장치 하우징을 빠져나간다. 초음파 도파관이 전달 장치 하우징과 별개로, 전달 장치 하우징의 내부 챔버 내에 적어도 일부가 배치되어, 적어도 하나의 배출 포트를 통해 하우징으로부터 배출되는 액체 전에 내부 챔버 내의 액체를 초음파적으로 활성화한다. 여기 장치가 전달 장치의 초음파 도파관을 초음파적으로 여기하도록 작동 가능하다.

일 실시예에서, 액체를 초음파적으로 처리하고 액체 액적의 분무로서 액체를 전달하기 위한 방법은, 액체가 제1 초음파 도파관을 넘어 흐름 통로를 따라 흐르도록 하는 것을 포함하고, 제1 초음파 도파관은 그로부터 외측으로 연장하고 흐름 통로를 따라 흐르는 액체와 접촉하도록 흐름 통로 내로 연장하는 적어도 하나의 교란 부재를 갖는다. 제1 초음파 도파관과 적어도 하나의 교란 부재는 액체가 초음파 도파관과 교란 부재를 넘어 흐를 때 액체를 교란하도록 여기된다. 액체는 제2 도파관을 넘어 흐름 통로를 따라 흐르게 되고, 제2 도파관은 흐름 통로의 출구 근방의 말단을 구비하여, 흐름 통로를 따라서 흐르는 액체가 흐름 통로를 빠져나가는 액체 전에 제2 도파관의 말단을 넘어 흐른다. 제2 초음파 도파관은 적어도 그 말단에서 초음파적으로 여기되어, 흐름 통로를 빠져나가는 액체 바로 전에 액체를 초음파적으로 활성화하여, 액체가 액체 액적의 분무로서 흐름 통로를 빠져나간다.

도 1은 내연 엔진에 연료를 공급하는 연료 인젝터의 형태로 도시된 본 발명의 초음파 액체 전달 장치의 일 실시예의 길이 방향 단면도이다.

도 2는 도 1이 도시된 단면과는 다른 각도 위치에서 도시된 도 1의 연료 인젝터의 길이 방향 단면도이다.

도 3은 도 1의 단면도의 제1 부분의 확대도이다.

도 4는 도 1의 단면도의 제2 부분의 확대도이다.

도 5는 도 2의 단면도의 제3 부분의 확대도이다.

도 6은 도 1의 단면도의 제4 부분의 확대도이다.

도 6a는 도 1의 단면도의 중심 부분의 확대도이다.

도 7은 도 1의 단면도의 제5 부분의 확대도이다.

도 8은 도 1의 단면도의 부분 확대도이다.

도 9는 도 1의 연료 인젝터의 도파관 조립체와 다른 내부 구성 요소의 사시도이다.

도 10은 도 1의 연료 인젝터의 연료 인젝터 하우징의 일부의 부분 단면도로서, 하우징의 구조를 생략하고 연료 인젝턱의 내부 구성 요소를 도시한 것이다.

도 11은 본 발명의 제2 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치의 길이 방향 단면도이다.

도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치의 길이 방향 단면도이다.

도 13은 본 발명의 제4 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치의 길이 방향 단면도이다.

도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치의 길이 방향 단면도이다.

도 15는 초음파 액체 처리 및 전달 장치의 일 실시예의 개략도이다.

도면에서 동일한 참조 부호는 동일한 부분을 가리킨다.

도면들, 특히 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 초음파 액체 전달 장치가 내연 엔진(미도시)에 사용되는 초음파 연료 인젝터의 형태로 도시되어 있고, 통상 도면부호 21로 표시되어 있다. 그러나, 연료 인젝터(21)와 연관된 여기서 개시된 개념은 흡입기와 다른 약품 전달 장치, 몰딩 장비, 가습기, 페인트 분무 시스템, 잉크 전달 시스템, 혼합 시스템, 균질 시스템 등을 제한 없이 포함하는 다른 초음파 액체 전달 장치에 적용될 수 있다.

여기에서 사용되는 액체라는 용어는 기체와 고체 사이의 중간물의 무정형(비결정)의 형태로서, 분자들이 기체보다는 훨씬 많이 집중되고 고체보다는 훨씬 덜 집중되는 것을 말한다. 액체는 단일 구성 요소 또는 다중 구성 요소로 이루어질 수 있다. 예컨대, 액체의 특성은 인가된 힘의 결과로서 흐를 수 있는 능력이다. 힘이 인가되는 즉시 흐르고, 유속이 인가되는 힘에 직접 비례하는 액체를 통상적으로 뉴턴 액체라고 한다. 다른 적당한 액체는 힘이 인가되는 때에 비정상 흐름 응답을 가지고, 비 뉴턴 흐름 특성을 보인다.

예로서, 본 발명의 초음파 액체 전달 장치는 용융 역청, 점성 페인트, 고온 용융 접착제, 열에 노출되면 유동성 형태로 부드러워지고 냉각되면 비교적 고정 또는 단단한 상태로 돌아오는 열가소성 재료(예컨대, 생고무, 왁스, 폴리올레핀 등), 시럽, 중유, 잉크, 연료, 액체 약물, 에멀션, 슬러리, 서스펜션 및 그 조합 등의 액체를 제한 없이 전달하는데 사용될 수 있다.

도 1에 도시된 연료 인젝터(21)는 지상, 공중, 해양 운송 수단, 전력 발전기 및 연료 작동 엔진을 채용하는 다른 장치에 사용될 수 있다. 특히, 연료 인젝터(21)는 디젤 연료를 사용하는 엔진에의 사용을 위해 적합할 수 있다. 그러나, 연료 인젝터는 다른 종류의 연료를 사용하는 엔진에도 사용될 수 있다. 따라서, 여기서 사용되는 연료라는 용어는 엔진의 작동에 사용되는 어떠한 연소 가능한 연료도 의미하도록 의도된 것이고 디젤 연료에 제한되는 것은 아니다.

연료 인젝터(21)는 연료 공급원(미도시)으로부터 압축 연료를 수용하고 엔진의 연소 챔버 등 엔진에 연료 액적의 미분화된(atomized) 분무를 전달하기 위한, 통상 도면부호 23으로 표기된 하우징을 포함한다. 도시된 실시예에서, 하우징(23)은 긴 본체(25), 노즐(27)(밸브 몸체로 참조되기도 한다), 및 본체, 노즐, 상호 조립용 너트를 유지하는 유지 부재(29)(예컨대, 너트)를 구비한다. 특히, 본체(25)의 하단(31)은 노즐(27)의 상단(33)에 대하여 안착한다. 유지 부재(29)는 본체의 맞물림 단부(31, 33)와 노즐(27)을 함께 압박하도록 본체(25)의 외면에 적절하게 체결한다(예컨대, 나사 체결).

"상부", "하부" 라는 용어는 다양한 도면에 도시된 연료 인젝터(21)의 수직 방향에 따라 사용되는 것이고, 사용중인 연료 인젝터의 필요한 방향을 설명하도록 의도된 것은 아니다. 즉, 연료 인젝터(21)는 도면에 도시된 수직 방향과 다르게 방향이 설정될 수 있고, 이것은 본 발명의 범위 내에 포함된다. 축, 길이 라는 용어는 연료 인젝터의 길이 방향으로(예컨대, 도시된 실시예에서 수직 방향) 방향이 참조되어 진다. 횡단, 측방 및 반경 이라는 용어는 축방향(예컨대, 길이)에 직교하는 방향으로 참조된다. 내측, 외측 이라는 용어는 연료 인젝터의 축방향에 대해 횡단하는 방향으로 또한 참조되는 것으로서, 내측 이라는 용어는 연료 인젝터의 내부를 향하는 방향이고, 외측 이라는 용어는 인젝터의 외부를 향하는 방향이다.

본체(25)는 그 길이를 따라 길이 방향으로 연장하는 축방향 보어(35)를 구비한다. 보어(35)의 횡방향, 또는 단면 치수는(예컨대, 도 1에 도시된 원형 보어의 직경) 분명해질 목적을 위해 보어의 구별되는 길이 방향 부분에 따라 변화한다. 특히, 도 3을 참조하면, 본체(25)의 상단(37)에서 보어(35)의 단면 치수는, 본체 상에 종래의 솔레노이드 밸브(미도시)를 안착시켜서 솔레노이드 밸브의 일부가 본체의 중심 보어 내에 하방으로 연장하도록 하기 위한 시트(39)를 형성하도록 단차진다. 연료 인젝터(21)와 솔레노이드 밸브는 적당한 커넥터(미도시)에 의해 함께 조립되어 유지된다. 적당한 솔레노이드 밸브의 구성과 작동은 이 기술 분야의 당업자에게 공지되어 있으므로, 여기서는 필요한 범위까지를 제외하고는 설명하지 않는다. 적당한 솔레노이드 밸브의 예는 명칭이 "내연 엔진의 연료 인젝터를 제어하기 위한 솔레노이드 밸브"인 미국 특허 제6,688,579호, 명칭이 "솔레노이드 밸브"인 미국 특허 제6,827,332호, 및 명칭이 "플러그인/회전 연결을 포함하는 솔레노이 드 밸브"인 미국 특허 제6,874,706호에 개시되어 있다. 다른 적당한 솔레노이드 밸브도 물론 사용될 수 있다.

중심 보어(35)의 단면 치수는 그것이 솔레노이드 밸브 시트의 하방으로 연장할 때 내측으로 단차져서, 중심 보어 내에서 길이 방향으로(도시된 실시예에서 동축 방향) 연장하는 핀 홀더(47)를 안착하는 숄더(45)를 형성한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 본체(25)의 보어(35)는 핀 홀더(47)가 연장하는 보어의 부분 하방에 길이 방향으로 연장하면서 단면이 좁아지고, 인젝터(21)의 저압 챔버(49)를 적어도 부분적으로 형성한다.

저압 챔버(49) 하방의 길이 방향으로, 본체(25)의 중심 보어(35)는 더 좁아져서, 후술하는 바와 같이 보어 내에 인젝터(21)의 밸브 니들(53)(넓게는 밸브 부재)을 적어도 부분적으로 적당히 위치시키기 위한 보어의 가이드 채널(및 고압 밀봉) 부분(51)(도 4 및 도 5)을 형성한다. 도 8을 참조하면, 보어가 본체(25)의 개방 하단(31)까지 가이드 채널 부분(51)의 하방의 길이 방향으로 연장할 때 보어(35)의 단면 치수가 증가하여, 인젝터 하우징(23)의 고압 챔버(55)(넓게는 내부 연료 챔버 및 더 넓게는 내부 액체 챔버)를 부분적으로(예컨대, 후술하는 노즐(27)과 함께) 형성한다.

연료 입구(57)(도 1 및 도 4)는 상단과 하단(37, 31)의 사이에서 본체(25)의 측면에 형성되고, 본체 내에서 연장하며 분기하는 상하 분배 채널(59, 61)과 연통한다. 특히, 상부 분배 채널(59)은 본체(25) 내에서 연료 입구(57)로부터 상방으로 연장하고, 보어 내에 고정되는 핀 홀더(47)의 대략 근방, 더 상세하게는 핀 홀 더가 안착되는 숄더(45) 바로 아래의 보어(35) 내로 개구한다. 하부 분배 채널(61)은 연료 입구(57)로부터 본체(25) 내의 하방으로 연장하고, 대략 고압 챔버(55)에서 중심 보어(35) 내로 개구한다. 전달 관(63)이 연료 입구(57)에서 본체(25)를 통하여 내부로 연장하고, 적절한 슬리브(65)와 나사 기구(67)에 의해 본체에 조립되어 유지된다. 연료 입구(57)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도 1 및 도 4에 도시된 것과 다르게 배치될 수 있다. 또한, 연료는 하우징(23)의 고압 챔버(55)에 단독으로 전달될 수 있고, 이것도 본 발명의 범위 안에 포함되는 것이다.

또한, 본체(25)는 적절한 연료 복귀 시스템(미도시)으로의 전달을 위해 저압 연료가 인젝터(21)로부터 배출되는 측에 형성되는 출구(69)(도 1 및 도 4)를 구비한다. 제1 복귀 채널(71)이 본체(25)에 형성되고, 본체의 중심 보어(35)의 저압 챔버(49)와 출구(69) 사이의 유체 연통을 제공한다. 제2 복귀 채널(73)이 본체의 개방 상단(37)과 출구(69) 사이의 유체 연통을 제공하도록 본체(25) 내에 형성된다. 그러나, 복귀 채널(71, 73)의 어느 하나 또는 둘 다는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 연료 인젝터(21)로부터 생략될 수 있다.

도 6 내지 도 8을 특히 참조하면, 도시된 노즐(27)은 대략적으로 길고 연료 인젝터 하우징(23)의 본체(25)와 동축으로 정렬된다. 특히, 노즐(27)은, 본체의 하단(31)에서 본체(25)의 축방향 보어(35)와 동축으로 정렬된 축방향 보어(75)를 구비하여, 본체와 노즐이 함께 연료 인젝터 하우징(23)의 고압 챔버(55)를 형성한다. 노즐 보어(75)의 단면 치수는 노즐(27)의 상단(33)에서 외측으로 단차져서, 연료 인젝터 하우징(23) 내에 장착 부재(79)를 안착하기 위한 숄더(77)를 형성한다. 노즐(27)의 하단(팁(81)으로도 참조된다)은 대략 원뿔 형상이다.

팁(81)과 상단(33)의 사이에서 노즐 보어(75)의 단면 치수(예컨대, 도시된 실시예에서 직경)는 도 8에 도시된 바와 같이 노즐의 길이를 따라 대략적으로 균일하다. 하나 또는 그 이상의 배출 포트(83)(도 7의 단면에서는 두 개가 보이지만, 도 10의 단면에서는 추가의 포트가 보인다)가 노즐(27), 도시된 실시예에서 노즐의 팁(81) 등에서 형성되어, 고압 연료가 하우징(23)으로부터 엔진으로의 전달을 위해 배출된다. 예로서, 하나의 적절한 실시예에서 노즐(27)은 각각이 약 0.006 인치(0.15 mm)의 직경을 갖는 8개의 배출 포트(83)를 가질 수 있다. 그러나, 배출 포트의 개수와 직경은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 변경될 수 있다. 하부 분배 채널(61)과 고압 챔버(55)는, 고압 연료가 연료 입구(57)로부터 노즐(27)의 배출 포트(83)로 흐르는 하우징(23) 내의 흐름 통로를 대체로 형성한다.

이제 도 1 및 도 3을 참조하면, 핀 홀더(47)는 긴 관형 몸체(85)와 헤드(87)를 포함하는데, 헤드(87)는 관형 몸체의 상단과 일체로 형성되고 중심 보어(35) 내에서 본체(25)의 숄더(45) 상에 핀 홀더를 배치할 수 있도록 관형 몸체보다 횡단 단면이 크다. 도시된 실시예에서, 핀 홀더(47)는 본체(25)의 축방향 보어(35)와 동축으로 정렬되고, 핀 홀더의 관형 몸체(85)는 본체의 축방향 보어 내에서 본체와 대략 밀봉하는 맞물림이 되는 크기이다. 핀 홀더(47)의 관형 몸체(85)는, 핀 홀더의 내부로 긴 핀(93)을 슬라이딩 가능하게 수용하도록 핀 홀더의 길이 방향으로 연장하는 내부 채널(91)을 형성한다.

핀 홀더(47)의 헤드(87)는 그 상면의 중심에 형성된 대략 오목하거나 접시 형상의 오목부(95)와, 이 오목부의 중심으로부터 핀 홀더의 내부 채널(91)까지 길이 방향으로 연장하는 보어(97)를 구비한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 본체의 보어(35)의 상부에서 본체(25)의 내면과 핀 홀더(47)의 측벽 사이에 환형 갭(99)이 형성된다. 공급 채널(101)이 핀 홀더(47)의 관형 몸체(85)의 측벽을 통하여 내부 채널(91)로 대략 그 채널의 상단에서 가로질러 연장하고, 이 공급 채널(101)은 그 가로지르는 외측 단부에서 환형 갭(99)에 개방된다. 공급 채널(101)은, 공급 채널, 핀(93) 상부의 관형 몸체(85)의 내부 채널, 및 핀 홀더(47)의 헤드(87) 내에서 길이 방향으로 연장하는 보어(97)의 내부로 고압 연료를 수용하기 위해 환형 갭(99)을 통하여 본체(25)의 상부 분배 채널(59)과 유체 연통한다.

핀(93)은 핀 홀더 채널(91)과 본체(25)의 축방향 보어(35) 내에서 동축으로 길게 적절하게 연장한다. 핀(93)의 상측부는 밀접하게 이격되는 관계로 핀 홀더(47)의 내부 채널(91) 내로 슬라이딩 가능하게 수용되고, 핀의 나머지는 핀 홀더로부터 외측 길이 방향으로 본체(25)의 보어(35)의 저압 챔버(49)의 내부 하방으로 연장한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 핀(93)의 상단(103)(예컨대, 핀 홀더(47)의 내부 채널(101)의 상부에서)은 고압 연료가 핀의 상단 위에서 핀 홀더의 내부 채널 내에 수용되도록 테이퍼져 있다.

본체 보어(35)의 저압 챔버(49) 내에는, 핀 홀더(47) 바로 아래의 핀(93)을 둘러싸고(예컨대, 핀 홀더의 저부에 대하여 위로 인접하는) 스프링 시트를 형성하는 관형 슬리브(107)(도 4), 대향하는 스프링 시트를 형성하는 상단을 가지며 핀과 동축 관계로 핀의 하단에 대하여 인접하는 해머(109), 및 핀이 스프링을 통하여 길이 방향으로 통하면서 해머와 스프링 슬리브 사이에 유지되는 코일 스프링(111)이 배치된다.

밸브 니들(53)(넓게는, 밸브 부재)은 길고, 해머(109)의 저부에 인접하여, 본체 보어의 가이드 채널 부분(51)(도 8)을 통하여 하방으로, 고압 챔버 내에서 노즐(27)의 팁(81)에 근접하여 배치된 밸브 니들의 말단(115)까지 고압 챔버(55)를 통하여 더욱 하방으로, 밸브 니들의 상단(113)(도 2)으로부터 본체(25)의 보어(35) 내에서 동축으로 연장한다. 도 4 및 도 8에 가장 잘 도시된 바와 같이, 밸브 니들(53)은 노즐(27)에 대한 밸브 니들의 적당한 정렬을 유지하도록 축방향 보어(35)의 가이드 채널 부분(51)에서 본체(25)와 밀접하게 이격된 관계로 횡단면의 크기가 형성된다.

도 7을 특히 참조하면, 도시된 밸브 니들(53)의 말단(115)은 대체로 노즐(27)의 팁(81)의 원뿔 형상과 일치하는 원뿔 형상이고, 밸브 니들의 폐쇄 위치에서(미도시) 대체로 노즐 팁의 내면에 대하여 밀봉하도록 채용된 폐쇄면(117)을 형성한다. 특히, 밸브 니들(53)의 폐쇄 위치에서 밸브 니들의 폐쇄면(117)은 배출 포트(83)를 지나 노즐 팁(81)의 내면에 대하여 밀봉하여, 배출 포트를 통해 노즐로부터 배출되는 연료에 대하여 노즐(더 넓게는 연료 인젝터 하우징(23))을 밀봉한다. 밸브 니들의 개방 위치에서(도 7에 도시), 밸브 니들(53)의 폐쇄면(117)은 노즐 팁(81)의 내면으로부터 이격되어, 고압 챔버(55) 내의 연료가 밸브 니들(53)과 노즐 팁(81) 사이로 연료 인젝터(21)로부터의 배출을 위한 배출 포트(83)까지 흐르 도록 한다.

일반적으로, 밸브 니들의 개방 위치에서 밸브 니들 말단(115)의 폐쇄면(117)과 노즐 팁(81)의 반대면 사이의 간격은 약 0.002 인치(0.051 mm) 내지 약 0.025 인치(0.64 mm)의 범위에서 적합하다. 그러나, 간격은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 더 크거나 작을 수 있다.

노즐(27), 특히 팁(81)은, 밸브 니들의 폐쇄 위치에서 배출 포트(83)가 밸브 니들(53)의 폐쇄면(117)을 안착시키는 노즐 내면 이외의 곳에 배치되도록 형성될 수 있다. 예컨대, 배출 포트(83)는 밸브 니들(53)의 폐쇄면(117)을 안착시키는 노즐면의 하류에(연료가 배출 포트를 향해 흐르는 방향) 배치될 수 있고, 이것은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 이러한 밸브 니들, 노즐 팁, 및 배출 포트 배열의 적합한 예는 미국 특허 제6,543,700호에 개시되어 있으며, 그 개시 내용은 그것과 일치하는 범위까지 여기에 참조로 포함된다.

따라서, 핀(93), 해머(109), 및 밸브 니들(53)은 밸브 니들의 폐쇄 위치와 개방 위치 사이에서 연료 인젝터 하우징(23) 내의 공통 축 상에서 길이 방향으로 함께 이동할 수 있다. 슬리브(107)와 해머(109) 사이에 배치되는 스프링(111)은 해머, 즉 밸브 니들(53)을 밸브 니들의 폐쇄 위치 쪽으로 적당히 편향한다. 인젝터로부터 엔진으로 전달하는 연료의 흐름을 제어하기 위한 다른 적당한 밸브 구성이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 가능할 수 있다. 예컨대, 노즐(27)(넓게는, 하우징(23))은, 밸브 니들(53)이 노즐의 외측으로 연장하고 연료가 엔진으로의 전달을 위한 노즐을 빠져나가는 개구를 가질 수 있다. 이러한 실시예에서는, 밸브 니들(53)의 말단(115)이 밸브 니들의 폐쇄 위치에서 그 외측의 노즐(27)에 대하여 밀봉할 것이다. 밸브 니들(53)의 작동은 솔레노이드 밸브에 의하지 않고 제어될 수 있으며, 본 발명의 범위 내에 포함된다. 밸브 니들(53) 또는 다른 밸브 장치는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 연료 인젝터(21)로부터 함께 생략될 수 있다.

이제 도 8 및 도 9를 특히 참조하면, 초음파 도파관(121)이 밸브 니들(53)과 연료 인젝터 하우징(23)으로부터 별개로 형성되고, 하우징의 고압 챔버(55) 내에서 노즐(27)의 팁(81) 바로 위에 배치된 도파관의 말단(123)까지 길이 방향으로 연장하여, 연료가 노즐 내에 형성된 배출 포트(83)를 통하여 인젝터(21)를 빠져나가기 바로 전에 연료 챔버 내의 연료를 초음파적으로 활성화(energize)한다. 도시된 도파관(121)은 적당히 길고 관형이며, 도파관의 길이 방향으로 대향하는 상하단(상단은 129로 표시됨) 사이를 그 길이를 따라 연장하는 내부 통로(127)를 형성하는 측벽(125)을 갖는다. 도파관(121)의 하단은 도파관의 말단(123)을 형성한다. 도시된 도파관(121)은 대체로 환형(즉, 원형) 단면을 갖는다. 그러나, 도파관은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 환형 이외의 단면으로 형성될 수도 있다. 또한, 도파관(121)은 그 전체 길이 보다 작은 길이를 따라 관형일 수 있고, 심지어는 길이를 따라 대체로 속이 찬 것일 수도 있다. 다른 실시예에서, 밸브 니들은 대체로 관형일 수 있고, 도파관은 밸브 니들의 내부에 적어도 부분적으로 배치될 수 있다.

통상적으로 도파관은 적당한 음파 및 역학적 특성을 갖는 금속으로 구성될 수 있다. 도파관의 구성을 위한 적당한 금속의 예는 알루미늄, 모넬메탈, 티타늄, 및 소정의 합금을 제한 없이 포함한다. 도파관의 전부 또는 일부는 다른 금속으로 코팅될 수 있다. 초음파 도파관(121)은 연료 인젝터 하우징(23) 내에, 더 적절하게는 도시된 실시예와 같이 고압 챔버(55) 내에 장착 부재(79)로 고정된다. 도파관(121)의 단부(123, 129) 사이에 길이 방향으로 배치된 장착 부재(79)는, 장착 부재(79)로부터 도파관의 상단(129)까지 길이 방향으로 상방으로(도시된 실시예에서) 연장하는 도파관의 상측부(131)와 장착 부재로부터 도파관의 말단(123)까지 길이 방향으로 하방으로 연장하는 하측부(133)를 일반적으로 형성한다.

도시된 실시예에서 도파관(121)(즉, 상측부와 하측부)은 하우징의 고압 챔버(55) 내에 전부 배치되었지만, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도파관의 일부만 고압 챔버 내에 배치될 수 있다. 예컨대, 말단(123)을 포함하는 도파관(121)의 하부(133)만 고압 챔버(55) 내에 배치되고, 도파관의 상부(131)는 고압 챔버의 외부에 배치되어, 인젝터 하우징(23) 내의 고압 연료에 영향을 받거나 영향을 받지 않을 수도 있다.

도파관(121)(예컨대, 내부 통로(127)의 단면 치수)의 내부 단면 치수(예컨대, 도시된 실시예에서 내부 직경)는 도파관의 길이를 따라 대체로 균일하고, 도파관의 전체 길이를 따라 도파관의 내부 통로 내에(및 도시된 실시예에서 해머(109)에 인접하는 도파관의 위) 동축으로 연장하는 밸브 니들(53)을 수용하도록 적합한 크기가 된다. 그러나, 밸브 니들(53)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도파관(121)의 내부 통로(127)의 일부를 따라서만 연장할 수도 있다. 또한, 도파관(121)의 내부 단면 치수는 도파관의 길이를 따라 균일하지 않을 수도 있다. 도시된 실시예에서, 밸브 니들(53)의 말단(115), 더 적합하게는 밸브 니들의 폐쇄 면(117)은, 밸브 니들의 개방 및 폐쇄 위치에서 도파관(121)의 말단(123) 외측에 길이 방향으로 배치된다. 그러나, 밸브 니들(53)의 말단(115)의 폐쇄면(117)은 밸브 니들의 폐쇄 위치에서 도파관(121)의 말단(123)의 외측으로 연장하고, 밸브 니들의 개방 위치에서는 도파관의 내부 통로(127) 내에 전부 또는 일부가 배치될 수 있다.

도 7에 가장 잘 도시된 바와 같이, 도파관(121)의 내부 통로(127) 내에서 연장하는 밸브 니들(53)의 부분의 단면 치수(예컨대, 도시된 실시예에서 직경)는 도파관의 내부 통로의 단면 치수보다 약간 작은 크기로 되어, 하우징 내에서 고압 연료의 흐름 통로를 부분적으로 형성하고, 더 적합하게는 밸브 니들의 길이를 따라 도파관 측벽(125)의 내면과 밸브 니들 사이에 연장하는 흐름 통로의 일부를 형성한다. 예컨대, 일 실시예에서, 밸브 니들(53)은 도파관의 내부 통로(127) 내에서 도파관 측벽(125)의 내면으로부터, 약 0.0005 인치(0.013 mm) 내지 약 0.0025 인치(0.064 mm)의 범위로 횡방향으로 이격된다(예컨대, 도시된 실시예에서 반경 방향으로 이격된다).

통로(127) 내에서 밸브 니들(53)의 한 쌍의 길이 방향으로 이격된 부분(하나의 부분(137)(도 7)은 도파관(121)의 말단(123)에 인접하고, 다른 부분(139)(도 6a)은 장착 부재(79)의 바로 위에 인접한다)을 따라, 밸브 니들(53)의 단면 치수가 증가하여, 통로 내에서 밸브 니들의 횡방향 이동을 억제하고 적절한 배열을 용이하게 하도록 밸브 니들은 더욱 밀접하게 이격되거나 심지어 통로 내에서 도파관과 슬라이딩 접촉한다. 이들 부분에서 밸브 니들(53)의 외면은 도파관(121)의 내부 통 로(127) 내에서 연장하는 흐름 통로의 일부를 부분적으로 형성하도록 형성된 하나 또는 그 이상의 평면(미도시)을 구비한다. 또는, 밸브 니들(53) 외면은 이들 부분에서 길이 방향으로 홈이 형성되어, 연료가 그러한 부분을 지나 도파관(121)의 내부 통로(127) 내부에서 흐르도록 할 수도 있다.

도 7을 특히 참조하면, 도파관 측벽(125)의 외면은 본체(25)와 노즐(27)로부터 횡방향으로 이격되어, 고압 연료가 연료 입구(57)에서 배출 포트(83)로 흐르는 흐름 통로를 형성하고, 더 적절하게는 흐름 통로 외부 또는 도파관(121)의 외측의 부분을 형성한다. 통상적으로, 도파관 측벽(125)의 외부 단면 치수(예컨대, 도시된 실시예에서 외부 직경)는 도파관(121)의 말단(123)에서 및/또는 그 근방에서 길이 방향으로 배치된 도파관의 확대부(195)와, 도파관의 상단(129) 근방에 길이 방향으로 배치된 다른 확대부(153) 사이에서 길이를 따라 균일하다. 예로서, 도파관의 말단(123)의 상류(예컨대, 연료가 노즐의 상단(33)에서 배출 포트(83)로 흐르는 방향에 대하여)에서 도파관 측벽(125)과 노즐(27) 사이의 횡단(예컨대, 도시된 실시예에서 반경) 간격은 적절하게 약 0.001 인치(0.025 mm) 내지 약 0.021 인치(0.533 mm)의 범위이다. 그러나, 간격은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 더 크거나 작을 수 있다.

도파관(121)의 하부(133)의 일부(195)의 외부 단면 치수는 적절하게 증가하고, 더 적절하게는 도파관의 말단(123)에서 또는 그에 인접하여 외측으로 횡단하는 방향으로 테이퍼지거나 벌어진다. 예컨대, 도파관(121)의 하부(133)의 이 확대부(195)의 단면 치수는 중심 보어(75) 내에서 노즐(27)과 밀접하게 이격되거나 슬 라이딩 접촉하기 위한 크기로 되어, 고압 챔버(55) 내에서 도파관(따라서 밸브 니들(53))의 적절한 축방향 배열을 유지한다.

그 결과, 도파관(121)과 노즐(27) 사이의 흐름 통로의 일부는 도파관의 말단의 바로 상류측의 흐름 통로에 비하여 도파관의 말단(123)에서 또는 그에 인접하여 대체로 좁아서, 배출 포트(83)로 도파관의 말단을 지나는 연료 흐름을 대체로 제한한다. 또한, 도파관(121)의 하부(133)의 확대부(195)는 도파관의 말단(123)을 지나는 연료 흐름이 노출되는 증가된 초음파적으로 여기된(excited) 표면 영역을 제공한다. 하나 또는 그 이상의 평면(197)(도 9)이 하측부(133)의 확대부(195)의 외면에 형성되어, 노즐(27)의 배출 포트(83)로의 흐름을 위해 도파관(121)의 말단(123)을 지나는 흐름 통로를 따라 연료의 흐름을 용이하게 한다. 도파관 측벽(115)의 확대부(195)는 테이퍼 또는 벌어지는 것 대신에 외측으로 단차질 수도 있다. 또한, 확대부(195)의 상하면은 직선 대신의 윤곽이 될 수 있고, 이것은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.

예컨대, 도파관의 말단(123) 및/또는 그 근방에서 도파관 하부(133)의 확대부(195)는 약 0.2105 인치(5.35 mm)의 최대 외부 단면 치수(예컨대, 도시된 예에서 외부 직경)를 갖지만, 이 확대부의 바로 상류측의 도파관의 최대 외부 단면 치수는 약 0.16 인치(4.06 mm) 내지 약 0.2105 인치(5.35 mm) 보다 약간 작은 범위일 수 있다.

도파관(121)의 말단(123)과 노즐(27) 사이의 횡방향 간격은 연료가 도파관의 말단을 지나는 흐름 통로를 따라 흐르는 개방 영역을 형성한다. 하나 또는 그 이 상의 배출 포트(83)는 연료가 하우징(23)을 빠져나가는 개방 영역을 형성한다. 예컨대, 하나의 배출 포트가 제공되면 연료가 하우징(23)을 빠져나가는 개방 영역은 배출 포트의 단면 영역으로 형성되고(예컨대, 연료가 배출 포트로 들어가는 곳), 다수의 배출 포트(83)가 존재하면 연료가 하우징을 빠져나가는 개방 영역은 각 배출 포트의 단면 영역의 합으로 형성된다. 일 실시예에서, 도파관(121)의 말단(123)과 노즐(27)에서의 개방 영역과 연료가 하우징(23)(예컨대, 배출 포트(83)에서)을 빠져나가는 개방 영역의 비는 적절하게 약 4:1 내지 약 20:1의 범위이다.

다른 적절한 실시예에서, 도파관(121)의 하측부(133)는 그 전체 길이를 따라 대체로 균일한 외부 단면 치수를 가지거나(예컨대, 확대부(195)가 형성되지 않도록), 외부 단면 치수가 감소할 수 있는데(예컨대, 그 말단(123)을 향해 대체로 좁아지는), 이것은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.

도 8 및 도 9를 다시 참조하면, 도파관(121)을 초음파적으로 기계적으로 진동시키도록 활성화하도록 적용되는 여기 장치가 도파관과 함께 고압 챔버(55) 내에 적절하게 완전히 배치되고, 통상 145로 표시하였다. 일 실시예에서, 여기 장치(145)는 고주파수(예컨대, 초음파 주파수) 전류에 적절하게 반응하여 도파관을 초음파적으로 진동시킨다. 예로서, 여기 장치(145)는 고주파수 교류를 여기 장치에 전달하도록 작동가능한 적절한 발전 시스템(미도시)으로부터 고주파수 전류를 적절하게 수용할 수 있다. 여기에서 사용되는 용어 "초음파"는 약 15 kHz 내지 약 100 kHz의 범위의 주파수를 갖는 것을 의미한다. 예컨대, 일 실시예에서 발전 시스템은 약 15 kHz 내지 약 100 kHz의 범위, 더 적절하게는 약 15 kHz 내지 약 60 kHz의 범위, 더욱 적절하게는 약 20 kHz 내지 약 40 kHz의 범위의 초음파 주파수로 여기 장치에 교류를 적절하게 전달할 수 있다. 그러한 발전 시스템은 이 기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 것이므로, 여기서 더 설명할 필요가 없다.

도시된 실시예에서 여기 장치(145)는 압전 장치, 더 적절하게는 도파관(121)의 상부(131)를 둘러싸고 장착 부재(79)에 의해 형성된 숄더(149) 상에 안착되는 복수의 적층된 압전기 링(147)(적어도 2개, 도시된 실시예에서는 4개)을 구비한다. 환형 칼라(151)가 압전기 링(147) 위에서 도파관(121)의 상부(131)를 둘러싸고, 최상부 링에 대하여 하방으로 유지한다. 적절하게, 칼라(151)는 고밀도 재료로 구성된다. 예컨대, 칼라(151)가 제조되는 하나의 적절한 재료는 텅스텐이다. 그러나, 칼라(151)는 다른 적절한 재료로 이루어질 수 있으며, 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 도파관(121)의 상단(129) 근방의 확대부(153)는 증가된 외부 단면 치수(예컨대, 도시된 실시예에서 증가된 외부 직경)를 갖고, 이 부분을 따라 나사가 형성된다. 칼라(151)는 도파관(121) 상에 칼라를 나사 체결하도록 내부에 나사가 형성된다. 칼라(151)는 압전기 링(147)의 적층에 대해 하방으로 적절하게 조여져서, 장착 부재(79)의 숄더(149)와 칼라 사이에 링을 압축한다.

도시된 실시예의 도파관(121)과 여기 장치(145)는 함께 대략 도파관 조립체를 형성하여 고압 챔버(55) 내의 연료를 초음파적으로 활성화하며, 이는 대체로 150으로 표시하였다. 따라서, 전체 도파관 조립체(150)는 연료 인젝터(21)의 고압 연료 챔버(55) 내에 완전히 배치되어, 연료 인젝터 내에서 고압 환경에 대체로 균일하게 노출된다. 예로서, 도시된 도파관 조립체는 초음파 호른(horn)을 초음파적 으로 진동시키는 초음파 호른 및 변환기로서 작동하도록 특히 구성된다. 특히, 도 8에 도시된 바와 같이 도파관(121)의 하측부(133)는 대체로 초음파 호른의 방식으로 작동하지만, 도파관의 상측부(131), 더 적절하게는 장착 부재(79)로부터 칼라(151)가 여기 장치(예컨대, 압전기 링)와 함께 도파관의 상부에 체결되는 위치까지 대체로 연장하는 상측부의 일부는 변환기의 방식으로 작동한다.

전류(예컨대, 초음파 주파수로 전달되는 교류)를 도시된 실시예의 압전기 링(147)으로 전달할 때, 압전기 링은 전류가 링에 전달되는 초음파 주파수에서 확장하고 수축한다(특히, 연료 인젝터(21)의 길이 방향으로). 링(147)이 (도파관(21)의 상측부(131)에 체결되는) 칼라(151)와 장착 부재(79) 사이에서 압축되기 때문에, 링의 확장과 수축은 도파관의 상부가 변환기의 방식과 같이 초음파적으로 신장하거나 수축하게 한다(예컨대, 대체로 압전기 링이 확장 및 수축하는 주파수에서). 이러한 방식의 도파관(121)의 상측부(131)의 신장과 수축은 도파관, 특히 도파관의 하측부(133)를 따라 공진 주파수를 일으켜서, 예컨대 초음파 호른의 방식으로 하측부를 따라 도파관의 초음파 진동이 이루어진다.

예로서, 일 실시예에서, 초음파 여기로 인한 도파관(121)의 하측부(133)의 변위는 도파관의 상측부와 압전기 링의 변위의 약 6배까지 일 수 있다. 그러나, 하측부(133)의 변위는 6배 이상으로 증폭될 수 있고, 또는 전혀 증폭되지 않을 수 있는데, 이것은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.

도파관(121)의 일부(예컨대, 도파관의 상측부(131)의 일부)는 초음파 주파수에서 변동하는 자기장에 응답하는 자기 변형 재료로 구성될 수 있다. 그러한 실시 예(미도시)에서, 여기 장치는 하우징(23) 내에 전체 또는 부분 배치되어 자기 변형 재료에 자기장을 인가하도록 전류를 수용하는 것에 응답하여 작동 가능한 자기장 발생기를 구비할 수 있으며, 자기장은 초음파 주파수에서 변동한다(예컨대, 온(on)에서 오프(off), 하나의 크기에서 다른 크기, 및/또는 방향의 변화).

예컨대, 적절한 발생기는 초음파 주파수에서 코일에 전류를 전달하는 발전 시스템에 연결된 전기 코일을 구비할 수 있다. 그러한 실시예의 자기장 발생기와 도파관의 자기 변형 부분은 변환기로서 함께 작동하고, 도파관(121)의 하측부(133)는 다시 초음파 호른으로서 작동한다. 적절한 자기 변형 재료와 자기장 발생기의 하나의 예는 미국 특허 제6,543,700호에 개시되어 있고, 그 개시 내용은 그것이 일치하는 범위까지 참조로서 여기에 포함된다.

전체 도파관 조립체(150)가 연료 인젝터 하우징(23)의 고압 챔버(55) 내에 배치된 것으로 도시되었지만, 도파관 조립체의 하나 또는 그 이상의 구성 요소는 고압 챔버의 외부에 전체 또는 일부가 배치될 수 있고, 하우징의 외부에도 배치될 수 있으며, 이것은 본 발명의 범위를 벗어나는 것이 아니다. 예컨대, 자기 변형 재료가 사용되면, 자기장 발생기(넓게는 여기 장치)는 본체(25) 또는 연료 인젝터 하우징(23)의 다른 구성 요소 내에 배치될 수 있고, 고압 챔버(55)로부터 완전히 밀봉되거나 부분적으로만 노출될 수 있다. 다른 실시예에서, 도파관의 말단(123)이 고압 챔버 내에 배치되는 한, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도파관(121)의 상측부(131)와 압전기 링(147)(및 칼라(151))은 고압 챔버(55)의 외부에 함께 배치될 수 있다.

압전기 링(147)과 칼라(151)를 도파관(121)의 상측부(131) 주위에 배치함으로써, 전체 도파관 조립체(150)는 도파관 그 자체 보다 길 필요가 없다(예컨대, 변환기와 초음파 호른이 종래의 단부와 단부를 잇거나, 또는 적층 배열로 배치되는 조립체의 길이에 대항하여). 예로써, 전체의 도파관 조립체(150)는 도파관의 공진하는 파장의 약 절반(혹은 통상적으로 반파장으로 참조된다)에 해당하는 길이를 적절하게 가질 수 있다. 특히, 도파관 조립체(150)는 약 15 kHz 내지 약 100 kHz의 범위, 더 적절하게는 약 15 kHz 내지 약 60 kHz의 범위, 더욱 적절하게는 20 kHz 내지 약 40 kHz의 범위의 초음파 주파수에서 공진하도록 적절하게 구성된다. 그러한 주파수에서 공진하는 반파장 도파관 조립체(150)는 약 133 mm 내지 약 20 mm의 범위, 더 적절하게는 약 133 mm 내지 약 37.5 mm의 범위, 더욱 적절하게는 100 mm 내지 50 mm의 범위 내에서 (반파장에 상응하는) 각각 전체 길이를 갖는다. 더 구체적인 예로써, 도 8 및 도 9에 도시된 도파관 조립체(150)는 약 40 kHz의 주파수에서 작동되도록 구성되고, 약 50 mm의 전체 길이를 갖는다. 그러나, 하우징(23)은 전체 파장을 갖는 도파관 조립체가 그 안에 배치되도록 충분한 크기가 될 수 있다. 또한, 그러한 배열에서 도파관 조립체는 초음파 호른과 변환기를 적층 형상으로 구비할 수 있다.

(도시된 실시예에서 원통형이지만 다른 형상도 될 수 있는) 전기적으로 비전도성인 슬리브(155)가 칼라(151)의 상단에 안착되고, 칼라로부터 고압 챔버(55)의 상단까지 연장한다. 또한, 슬리브(155)는 대체로 가요성 재료로 적절하게 구성된다. 예로서, 슬리브(155)가 제조되는 하나의 적절한 재료는 제너럴 일렉트 릭(General Electric Company)에서 상표명 "ULTEM"으로 사용 가능한 비결정질의 열가소성 폴리에테르이미드 물질일 수 있다. 그러나, 세라믹 물질과 같이 다른 적절한 전기적 비전도성 물질이 슬리브(155)를 구성하는데 사용될 수 있고, 이는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 슬리브(155)의 상단은 그로부터 외측으로 반경 방향으로 연장하는 일체로 형성된 환형 플랜지(157)와, 슬리브의 상단에서 4개의 대체로 가요성인 텝(161)을 형성하는 4개의 길이 방향으로 연장하는 슬롯(159)의 세트를 가진다. 제2 환형 플랜지(163)는 슬리브(155)와 일체로 형성되고, 길이 방향으로 연장하는 슬롯(159)의 바로 밑의 슬리브로부터 반경 방향 외측으로 연장한다(즉, 슬리브의 상단에 배치된 환형 플랜지(157)와 길이 방향으로 이격된 관계로).

전기적 전도성 물질로 이루어진 컨택트 링(165)이 슬리브의 길이 방향으로 이격된 환형 플랜지(157, 163) 사이에서 슬리브(155)를 둘러싼다. 일 실시예에서, 컨택트 링(165)은 황동으로 적절하게 구성된다. 그러나, 컨택트 링(165)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 적절한 전기적 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 단일 점 접촉 장치, 가요성 및/또는 스프링 부하 탭 또는 다른 적절한 전기 전도성 장치와 같이 링 이외의 컨텍트 장치가 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 사용될 수 있다. 도시된 실시예에서, 컨택트 링(165)의 내부 단면 치수(예컨대, 직경)는 환형 플랜지(157, 163) 사이에 연장하는 슬리브(155)의 길이 방향 부분의 외부 단면 치수보다 약간 작은 크기가 된다.

컨택트 링(165)은 슬리브의 상단 위에서 컨택트 링을 하방으로 포개어 끼우는 방식으로 가압함으로써 슬리브(155) 상에 삽입된다. 슬리브(155)의 상단에서 환형 플랜지(157)에 대한 링(165)의 힘은 텝(161)을 반경 방향 내측으로 굽혀서(예컨대, 휘어서), 링이 슬리브의 상단에 형성된 환형 플랜지를 지나 하방으로 슬라이드하게 하여, 제2 환형 플랜지(163) 상에 링을 안착시킨다. 텝(161)은 다시 처음 위치로 탄력있게 외측으로 움직이면서, 컨택트 링(165)과 슬리브(155) 사이에 마찰 맞물림을 제공하고, 슬리브의 환형 플랜지(157, 163) 사이에 컨택트 링을 유지한다.

전기적 비전도성 물질로 이루어진 가이드 링(167)은 컨택트 링(165)을 둘러싸고 전기적으로 절연한다. 예로서, 가이드 링(167)은 (반드시 그럴 필요는 없지만) 슬리브(163)와 같은 물질로 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 가이드 링(167)은 슬리브 상에, 더 적절하게는 컨택트 링(165) 상에 클램핑에 의해 또는 컨택트 링 상의 가이드 링의 마찰 끼움에 의해 적절하게 유지된다. 예컨대, 가이드 링(167)은 도 9에 도시된 바와 같이 슬롯을 따라 절단된 불연속 링일 수 있다. 따라서, 가이드 링(167)은 슬롯에서 둘레가 팽창 가능하여, 가이드 링을 컨택트 링(165)의 위, 및 컨택트 링의 둘레에 탄성적이고 안정되게 다음의 배출 마감 상에 끼운다.

하나의 특히 적절한 실시예에서, 환형으로 배치되는 너브(169)는 가이드 링(167)으로부터 반경 방향 내측으로 연장하고, 컨택트 링 상에 가이드 링을 적절히 배치하도록 컨택트 링(165)에 형성된 환형 홈(171)에 수용 가능하다. 그러나, 컨택트 링(165)과 가이드 링(167)은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도 8 및 도 9에 도시된 것과 다르게 슬리브(155)에 장착될 수 있다. 적어도 하나 및 그 이상의 적절한 복수의 테이퍼지거나 또는 절두(frusto) 원뿔형 개구(173)가 가이드 링(167)을 통해 반경 방향으로 형성되어, 전류를 컨택트 링에 전달하도록 컨택트 링(165)으로의 접근을 허용한다.

도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이, 적절한 전기적 비전도성 물질로 이루어진 절연 슬리브(175)가 본체(25)의 일측의 개구를 통해 연장하고, 가이드 링(167)의 개구(173) 중 하나 내에 안착하도록 형성된 대체로 원뿔 형상의 말단(177)을 갖는다. 절연 슬리브(175)는 개구(173) 내에서 본체(25)에 나사 조여지는 적절한 피팅(179)에 의해 제자리에 유지되고, 절연 슬리브가 연장하는 중심 개구를 갖는다. 적절한 전기 배선(181)이 와이어의 일단에서 절연 슬리브(175)를 통하여 연장하여 컨택트 링(165)과 전기적으로 접촉하고, 전류의 전원(미도시)과 대향하는 단부(미도시)에서 전기적으로 접속한다.

부가의 전기 배선(183)이 고압 챔버(55) 내에서 슬리브(155)의 외측을 따라 하방으로 컨택트 링(165)으로부터 연장하고, 최상부의 압전기 링(147)과 그 다음으로 낮은 압전기 링 사이에 배치된 전극(미도시)과 전기적으로 접속한다. 별도의 와이어(184)가 그 전극을 최저부의 압전기 링(147)과 그 바로 위의 링 사이에 배치된 다른 전극(미도시)에 전기적으로 접속한다. 장착 부재(79) 및/또는 도파관(121)이 압전기 링(147)으로 전달되는 전류를 위한 그라운드(ground)를 제공한다. 특히, 그라운드 와이어(185)는 장착 부재(79)에 연결되고, 중간의 2개의 압전기 링(147) 사이까지 연장하여 그 사이에 배치된 전극(미도시)에 접촉한다. 선택적으로, 제2 그라운드 와이어(미도시)가 중간의 2개의 압전기 링(147) 사이로부터 연장하여 최상부 압전기 링과 칼라(151) 사이의 또 다른 전극(미도시)에 접촉할 수 있다.

이제 도 6, 6a, 8 및 9를 특히 참조하면, 장착 부재(79)는 도파관의 단부(123, 129)의 사이에서 도파관(121)에 적절하게 연결된다. 더 적절하게, 장착 부재(79)는 도파관의 노드(node) 영역에서 도파관(121)에 연결된다. 여기에서 사용되는 도파관(121)의 "노드 영역"은 도파관의 초음파 진동시 길이 방향의 변위가 거의 발생하지 않고(또는 완전히 발생하지 않고) 횡방향(예컨대, 도시된 실시예에서 반경 방향) 변위가 대체로 최대가 되는 도파관의 길이 방향 영역 또는 부분을 말한다. 도파관(121)의 횡방향 변위는 도파관의 횡방향 팽창을 포함하는 것이지만, 도파관의 횡방향 이동(예컨대, 굽힘)도 포함할 수 있다.

도시된 실시예에서, 도파관(121)의 구성은 노드 평면(즉, 횡방향 변위가 대체로 최대가 될 때 길이 방향 변위가 발생하지 않는 도파관에 대해 횡단하는 면)이 존재하지 않도록 된다. 오히려, 도파관의 주 변위가 횡방향 변위일 때 노드 영역 내의 어떤 길이 방향 위치에서도 약간의 길이 방향 변위가 존재하도록, 도시된 도파관(121)의 노드 영역은 대체로 돔(dome) 형상이 된다.

그러나, 도파관(121)은 노드 평면(또는 노드 점일 수도 있다)을 갖도록 적절하게 구성될 수 있고, 그러한 도파관의 노드 평면은 여기서 정의한 데로 노드 영역의 의미에 포함되는 것으로 해석된다. 또한, 장착 부재(79)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도파관(121)의 노드 영역의 위나 아래에 길이 방향으로 배치될 수 있다.

장착 부재(79)는 연료 인젝터 하우징(23)으로부터 도파관(121)을 진동 고립하도록 연료 인젝터(21) 내에 적절하게 구성 및 배치된다. 즉, 고압 챔버(55) 내에 도파관의 소정의 횡방향 위치를 유지하고 연료 인젝터 하우징 내에 도파관의 길이 방향 변위를 허용하는 동안, 장착 부재(25)는 도파관(121)의 길이 방향 및 횡방향(예컨대, 반경 방향)의 기계 진동이 연료 인젝터 하우징(23)에 전달되는 것을 차단한다. 하나의 예로써, 도시된 실시예의 장착 부재(79)는 일반적으로 도파관(121)으로부터 횡방향(예컨대, 도시된 실시예에서 반경 방향) 외측으로 연장하는 환형 내측부(187)와, 내측부와 횡방향으로 이격된 상태로 도파관에 횡방향으로 연장하는 환형 외측부(189)와, 내측부와 외측부를 상호 연결하며 그 사이에서 횡방향으로 연장하는 환형 상호 연결 웹(191)을 구비한다. 내측부와 외측부(187, 189) 및 상호 연결 웹(191)은 도파관(121)의 둘레에 연속적으로 연장하지만, 이들 부재 중 하나 또는 그 이상은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 휠 스포크의 방식과 같이 도파관에 대하여 불연속적일 수 있다.

도 6a에 도시된 실시예에서, 장착 부재(79)의 내측부(187)는 여기 장치(145), 예컨대 압전기 링(147)이 안착되는 숄더(149)를 형성하는 대체로 평평한 상면을 갖는다. 내측부(187)의 하면(193)은 도파관(121)의 근방으로부터 상호 연결 웹(191)과의 연결부까지 연장하면서 적절히 윤곽이 형성되고, 더 적절하게는 혼합 반경 윤곽을 갖는다. 특히, 장착 부재(79)의 내측부(187)와 웹(191)의 접속 부분에서 하면(193)의 윤곽은, 도파관(121)의 진동시 웹의 뒤틀림을 용이하게 하도록 적절히 더 작은 반경(예컨대, 가늘고, 덜 테이퍼지거나 더 코너 형상의) 윤곽이다. 장착 부재(79)의 내측부(187)와 도파관(121)의 접속 부분에서 하면(193)의 윤곽은, 도파관의 진동시 상호 연결 웹(191)의 뒤틀림에 대해 장착 부재의 내측부의 응력을 저감하도록 적절히 비교적 더 큰 반경(예컨대, 더 테이퍼지거나 매끄러운) 윤곽이다.

장착 부재(79)의 외측부(189)는 노즐의 상단(33)에 대체로 근접한 노즐(27)에 의해 형성된 숄더에 대하여 하방으로 안착하도록 형성된다. 도 6에 가장 잘 도시된 바와 같이, 노즐(27)의 내부 단면 치수(예컨대, 내부 직경)는 노즐의 상단(33)에 근접하여 내측으로 단차져서(예컨대, 장착 부재(79) 하방의 길이 방향으로), 노즐이 내측면(187)의 윤곽 하면(193)과 장착 부재의 상호 연결 웹(191)으로부터 길이 방향으로 이격되어 도파관(121)의 초음파 진동시 장착 부재의 변위를 허용한다. 외측부(189)의 적어도 외측 에지 가장자리가 연료 인젝터 하우징(23)의 본체(25)의 하단(31)(즉, 노즐의 상단(33)에 대하여 안착하는 본체의 면)과 노즐(27)의 숄더 사이에 길이 방향으로 배치되도록, 장착 부재(79)가 적절히 횡단면의 크기를 갖는다. 연료 인젝터(21)의 유지 부재(29)는 노즐(27)과 본체(25)가 함께 그 사이의 장착 부재 외측부(189)의 에지 가장자리를 고정하도록 한다.

상호 연결 웹(191)은 장착 부재(79)의 내측부 및 외측부(187, 189) 보다 비교적 가늘도록 구성되어, 도파관(121)의 초음파 진동에 응답하여 웹의 휨 및/또는 굽힘을 용이하게 한다. 예로써, 일 실시예에서 장착 부재(79)의 상호 연결 웹(191)의 두께는 약 0.2 mm 내지 약 1 mm 범위, 더 적절하게는 약 0.4 mm일 수 있다. 장착 부재(79)의 상호 연결 웹(191)은 적어도 하나의 축방향 구성 요소(192) 와 적어도 하나의 횡방향(예컨대, 도시된 실시예에서 반경 방향) 구성 요소(194)를 적절히 구비한다. 도시된 실시예에서, 상호 연결 웹(191)은 횡방향 구성 요소(194)에 의해 연결된 한 쌍의 횡방향으로 이격된 축방향 구성 요소(192)를 구비하여, 웹이 대체로 U자형 단면이 된다.

그러나, L형, H형, I형, 뒤집힌 U형, 뒤집힌 L형 등 적어도 하나의 축방향 구성 요소(192)와 적어도 하나의 횡방향 구성 요소(194)를 갖는 다른 구성도 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 가능하다. 적절한 상호 연결 웹(191) 형상의 추가의 예가 미국 특허 제6,676,003호에 도시 및 설명되어 있고, 그 개시 내용은 그것과 일치하는 범위까지 참조로서 여기에 포함된다.

웹(191)의 축방향 구성 요소(192)는 장착 부재의 각각의 내측부와 외측부(187, 189)에 종속되어, 횡방향 구성 요소(194)에 대체로 외팔보가 된다. 따라서, 축방향 구성 요소(192)는 장착 부재의 내측부(187)의 횡방향 진동 변위에 응답하여 장착 부재의 외측부(189)에 대하여 동적으로 휘거나 및/또는 굽혀질 수 있으며, 이로 인해 도파관의 횡방향 변위로부터 하우징(23)을 분리시킬 수 있다. 웹(191)의 횡방향 구성 요소(194)는 축방향 구성 요소(192)에 외팔보로 형성되어, 횡방향 구성 요소는 내측부(187)의 축방향 진동 변위에 응답하여 축방향 구성 요소에 대해(따라서 장착 부재의 외측부(189)에 대해) 동적으로 휘거나 및/또는 굽혀질 수 있어서, 도파관의 축방향 변위로부터 하우징(23)을 분리시킨다.

도시된 실시예에서, 도파관(121)은 도파관의 초음파 여기시에 노드 영역에서(장착 부재(79)가 도파관에 연결되는 곳) 축방향으로 약간 변위할 뿐만 아니라 반경 방향으로도 확장한다. 이에 따라, U자형 상호 연결 부재(191)(예컨대, 축방향 및 횡방향 구성 요소(192, 194))는 대체로 휘고 굽혀지며, 특히 예컨대, 토일렛 플런저 헤드가 플런저 핸들의 축방향 변위에 대해 구르는 방식과 유사하게, 장착 부재(79)의 고정된 외측부(189)에 대해 구른다. 따라서, 상호 연결 웹(79)은 도파관(121)의 초음파 진동으로부터 연료 인젝터 하우징(23)을 분리하고, 도시된 실시예에서 내측부(187)의 진동 변위로부터 장착 부재의 외측부(189)를 더욱 특히 분리한다. 이러한 장착 부재(79)는 또한 정상 작동시에 일어날 수 있는 노드 영역 이동을 보상하기 위해 충분한 대역폭을 제공한다. 특히, 장착 부재(79)는 도파관(121)을 통해 초음파 에너지의 실제 전달시에 발생하는 노드 영역의 실제 시간 위치의 변화를 보상할 수 있다. 이러한 변화나 이동은, 예컨대 고압 챔버(55) 내에서 온도 및/또는 다른 환경 조건의 변화로 인해 발생할 수 있다.

도시된 실시예에서 장착 부재(79)의 내외측부(187, 189)가 도파관에 대해 동일한 길이 방향 위치에 대체로 배치되지만, 내외측부는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 길이 방향으로 서로 오프셋될 수 있다. 또한, 상호 연결 웹(191)은 하나 또는 그 이상의 축방향 구성 요소(192)만을 구비할 수 있고(예컨대, 횡방향 구성 요소(194)는 생략될 수 있다), 이것은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 예컨대, 도파관(121)이 노드 평면을 갖고 장착 부재(79)가 노드 평면에 배치되면, 장착 부재는 도파관의 횡방향 변위를 격리하도록만 구성될 필요가 있다. 변형예(미도시)에서는, 장착 부재는 도파관의 대향하는 단부(123, 129) 중 하나에서와 같이, 도파관의 안티(anti) 노드 영역 또는 그 근방에 배치될 수도 있다. 그러한 실시예에 서, 상호 연결 웹(191)은 도파관의 축방향 변위를 격리하기 위해(즉, 안티 노드 영역에서는 횡방향 변위가 발생하지 않거나 거의 발생하지 않는다) 하나 또는 그 이상의 횡방향 구성 요소(194)만을 구비할 수 있다.

하나의 특히 적절한 실시예에서, 장착 부재(79)는 단일 편 구성으로 된다. 더 적절하게는 장착 부재(79)는 도 6에 도시된 바와 같이 도파관(121)과 일체로 형성될 수 있다. 그러나, 장착 부재(79)는 도파관(121)과 별도로 제작될 수 있으며, 이것은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 또한, 장착 부재(79)의 하나 또는 그 이상의 구성 요소가 별도로 제작되어 적절히 연결되거나, 그렇지 않으면 함께 조립될 수 있다.

하나의 적절한 실시예에서, 장착 부재(79)는 고압 챔버(55) 내에서 적절한 배열로 도파관(121)(및 밸브 니들(53))을 유지하도록 대체로 강고하게(예컨대, 부하 상태에서 정적인 변위에 저항하는) 구성된다. 예컨대, 일 실시예에서 강고한 장착 부재는 비-엘라스토머 물질, 더 적절하게는 금속, 더욱 적절하게는 도파관이 제조되는 것과 동일한 금속으로 구성될 수 있다. 그러나, "강고한"이란 용어는 장착 부재가 도파관의 초음파 진동에 응답하여 동적으로 굽혀지거나 및/또는 휠 수 없는 것을 의미하는 것은 아니다. 다른 실시예에서, 강고한 장착 부재는 부하 상태에서 정적인 변위에 충분히 저항하지만, 도파관의 초음파 진동에 응답하여 동적으로 굽혀지거나 및/또는 휠 수 있는 엘라스토머 물질로 구성될 수 있다. 도 6에 도시된 장착 부재(79)는 금속, 더 적절하게는 도파관(121)과 동일한 물질로 구성되지만, 장착 부재는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다른 적절한 대체로 강고한 물 질로 구성될 수 있다.

다시 도 6 및 도 8을 참조하면, 연료 인젝터 하우징(23)의 고압 챔버(55) 내에서 연료가 흐르는 흐름 통로가, 도파관(121)의 하측부(133)의 외면과 노즐(27)의 내면 사이(예컨대, 장착 부재(79)의 하방), 및 본체(25)의 내면과 여기 장치(145), 칼라(151) 및 슬리브(155)의 외면의 사이(예컨대, 장착 부재의 상방)의 횡방향 간격에 의해 일부가 형성된다. 연료 흐름 통로는 대체로 슬리브(155)에서 인젝터 하우징(23)의 본체(25)의 연료 입구(57)와 유제 연통하여, 연료 입구로부터 흐름 통로로 들어가는 고압 연료가 노즐(27)로부터 배출 포트(83)를 통해 배출되도록 노즐 팁(81)을 향하는 흐름 통로를 따라 하방으로 흐른다(도시된 실시예에서). 앞서 언급한 바와 같이, 추가의 고압 연료가 도파관과 밸브 니들(53) 사이의 도파관(121)의 내부 통로(127) 내에서 흐른다.

장착 부재(79)가 고압 챔버(55) 내에서 도파관(121)에 대해 횡단하는 방향으로 연장하기 때문에, 본체(25)의 하단(31)과 노즐(27)의 상단(33)은, 연료가 고압 챔버 내에 흐를 때 연료 흐름 통로가 대체로 장착 부재의 둘레에 전환하도록 적절하게 형성된다. 예컨대, 도 10에 가장 잘 도시된 바와 같이, 적절한 채널(199)이 장착 부재(79)의 흐름 통로 상류측과 유체 연통하는 본체(25)의 하단(31)에 형성되고, 장착 부재의 흐름 통로 하류측과 유체 연통하는 노즐(27)의 상단(33)에 형성된 각각의 채널(201)과 정렬한다. 따라서, 연료 입구(57)로부터 장착 부재(79)의 흐름 통로 상류측을 따라(예컨대, 본체(25)와 슬리브(155)/칼라(151)/압전기 링(147)의 사이) 하방으로 흐르는 고압 연료가, 장착 부재의 흐름 통로 하류측으로 노 즐(27)의 채널(201)을 통하고(예컨대, 노즐과 도파관(121)의 사이), 또한 장착 부재 둘레에서 본체의 채널(199)을 통한다.

일 실시예에서, 연료 인젝터는 솔레노이드 밸브의 작동과 여기 장치(145)의 작동을 제어하는 적절한 제어 시스템(미도시)에 의해 작동된다. 그러한 제어 시스템은 본 기술 분야의 당업자에게 알려진 것이므로, 필요한 범위까지를 제외하고는 여기에서 설명할 필요는 없다. 인젝션 작동이 발생하지 않으면, 밸브 니들(53)은 배출 포트(83)를 폐쇄하도록 노즐 팁(81)과 밀봉 접촉할 때 밸브 니들의 말단(115)과 폐쇄 위치까지 본체(25)의 보어(35) 내의 스프링(111)에 의해 편향된다. 솔레노이드 밸브는 핀 홀더(47)의 헤드(87)에 형성된 오목부(95)에서 폐쇄를 제공하여, 핀 홀더를 통해 길이 방향으로 연장하는 보어(97)를 폐쇄한다. 밸브 니들(53)의 폐쇄 위치에서 어떤 흐름도 도파관 조립체에 제어 시스템에 의해 공급되지 않는다.

고압 연료는 하우징(23)의 연료 입구(57)에서 연료 공급원(미도시)으로부터 연료 인젝터(21) 내로 흐른다. 연료 공급원으로부터 연료 인젝터(21)로 압축된 연료를 전달하기 위한 적절한 연료 전달 시스템은 기술 분야에서 잘 알려진 것이므로, 여기서 더 설명할 필요는 없다. 일 실시예에서, 고압 연료는 약 8,000 psi(550 bar) 내지 약 30,000 psi(2070 bar)의 범위의 압력에서 연료 인젝터(21)로 전달될 수 있다. 고압 연료는 본체와 핀 홀더(47) 사이의 환형 갭(99)으로 본체(25)의 상부 분배 채널(59)을 통해, 또한 핀(93) 상부에서 핀 홀더의 내부 채널(91) 내로 핀 홀더의 공급 채널(101)을 통하고, 핀 홀더의 보어(97)를 통해 상방으로 흐른다. 고압 연료는 또한 고압 흐름 통로, 즉 본체(25)의 하부 분배 채 널(61)을 통해 고압 챔버(55)로 흘러 도파관(121)의 외측 및 도파관의 내부 통로(127)의 양측에서 고압 챔버를 채운다. 이 상태에서 핀(93) 상부의 고압 연료는 스프링(111)의 편향과 함께 고압 챔버(55) 내의 고압 연료가 밸브 니들(53)을 그 개방 위치로 가압하지 못하게 한다.

인젝터 제어 시스템이 연소 엔진으로의 연료 주입이 필요한지를 결정하면, 솔레노이드 밸브가 핀 홀더 보어(97)를 개방하도록 제어 시스템에 의해 활성화되어, 고압 연료가 저압 연료처럼 본체(25)의 상단(37)에서 핀 홀더로부터 연료 복귀 채널(71)로 흘러서, 핀 홀더 내의 핀(93) 후방의(예컨대, 상방) 연료 압력을 저감한다. 따라서, 이제는 고압 챔버(55) 내의 고압 연료가 밸브 니들의 개방 위치로 스프링(111)의 편향에 대항하여 밸브 니들(53)을 압박할 수 있다. 밸브 니들(53)의 개방 위치에서, 밸브 니들의 말단(115)은 배출 포트(83)에서 노즐 팁(81)으로부터 충분히 이격되어, 고압 챔버(55) 내의 연료가 배출 포트를 통해 배출되도록 한다.

대략 동시에 솔레노이드 밸브를 활성화하여 밸브 니들(53)이 그 개방 위치로 이동하도록 할 때, 제어 시스템은 고주파 전류 발생기가 컨택트 링(165)과 컨택트 링 및 압전기 링을 전기적으로 연결하는 적절한 배선(183)을 통해 여기 장치(145)에 전류를 전달하게 한다. 앞서 언급한 바와 같이, 압전기 링(147)은 전류가 여기 장치(145)에 전달되는 대략 초음파 주파수에서 팽창 및 수축하도록 된다(특히, 연료 인젝터(21)의 길이 방향으로).

링(147)의 팽창과 수축은 도파관(121)의 상측부(131)가 초음파적으로(예컨 대, 압전기 링이 팽창 및 수축하는 대체로 동일한 주파수에서) 신장 및 수축하도록 한다. 이러한 방식의 도파관(121)의 상측부(131)의 신장과 수축은 도파관, 특히 도파관의 하측부(133)를 따라 여기하고(예컨대, 도파관의 공진 주파수에서 적절하게), 그 결과 하측부를 따라, 특히 그 말단(123)에서 하측부의 확대부(195)에서 도파관의 초음파 진동이 이루어진다.

밸브 니들(53)이 그 개방 위치에 있는 상태에서, 고압 챔버(55) 내의 고압 연료는 흐름 통로를 따라, 특히 도파관(121)의 초음파적으로 진동하는 말단(123)을 지나, 노즐 팁(81)의 배출 포트(83)로 흐른다. 초음파 에너지가 도파관(121)의 말단(123)에 의해 배출 포트(83)의 바로 상류측의(흐름 통로를 따라) 고압 연료에 인가되어, 연료를 대체로 미분화한다(예컨대, 인젝터(21)를 빠져나가는 연료의 액적 크기를 줄이거나 액적 크기 분배를 좁게 하는 것). 배출 포트(83)를 빠져나가기 전에 연료의 초음파 활성화는 연료 인젝터(21)에 의해 제공되는 연소 챔버 내로 전달되는 미분화된 액체 연료의 진동하는 대략 원뿔 형상의 분무를 생성한다.

도 1 내지 도 10의 도시된 실시예 및 앞선 설명한 바와 같이, 핀(93) 및 밸브 니들(53)의 작동은 솔레노이드 밸브(미도시)에 의해 제어된다. 그러나, 캠 가동 장치, 압전 또는 자기 변형 작동 장치, 유압 작동 장치, 또는 다른 적절한 기계 장치 등의 다른 장치가 유체 증폭 밸브와 함께 또는 그 밸브 없이, 제한없이 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 밸브 니들의 작동을 제어하도록 사용될 수 있다.

도 11은 본 발명의 초음파 유체 전달 장치의 제2 실시예를 도시하며, 대체로 421로 표시하였다. 제2 실시예의 장치(421)는 액체의 압축 분사가 초음파 에너지 를 액체에 인가한 후에 장치로부터 배출되는 어떤 초음파적으로 구동되는 장치에도 여기에 넓게 기술되는데, 그러한 장치는 흡입기, 다른 약품 전달 장치, 몰딩 장치, 가습기, 엔진의 연료 주입기, 페인트 분무 시스템, 잉크 전달 시스템, 혼합 시스템, 균질 시스템, 분무 건조 시스템, 냉각 시스템, 및 초음파적으로 발생되는 액체 분무가 이용되는 다른 장치 등 제한 없이 적용 분야를 가질 수 있다.

도시된 장치(421)는 하우징 내로 액체를 수용하기 위한 입구(457)을 갖는, 대체로 423으로 표시한 하우징을 구비한다. 액체는 0.0 psi(0.0 bar) 보다 약간 큰 압력 내지 약 50,000 psi(3,450 bar)의 범위로 적절히 압축된다. 도시된 실시예에서, 하우징(423)은 상부(도 11에 도시된 장치(421)의 수직 방향에 대하여) 하우징 부재(425)와 하부 하우징 부재의 적어도 일부로 이루어진다. 상부 하우징 부재(425)의 하단(431)은 하부 하우징 부재(427)의 상단(433)에 대해 안착하고, 하우징 부재들은 적절한 나사 커넥터(429)에 의해 함께 고정된다. 상부 및 하부 하우징 부재(425, 427)는 함께 입구(457)와 유체 연통하는 내부 챔버(455)를 형성한다. 하부 하우징 부재(427)는 인서트(482)를 나사 결합 가능하게 수용하기 위해 그 저부에 형성된 축방향으로 연장하는 나사 형성된 보어(480)를 구비하여, 인서트가 장치(421)의 하우징(423)을 형성한다. 배출 포트(483)는 인서트(482)를 통해 축방향으로 연장하여, 액체가 하우징으로부터 배출되는 하우징(423)의 배출 포트를 넓게 형성한다.

도 11에 도시된 인서트(482)는 단일의 배출 포트(483)이지만, 인서트는 하나의 배출 포트 이상을 포함할 수 있다. 또한, 인서트(482)가 모두 생략되고, 하부 하우징 부재(427)의 저부가 그 안에 형성된 하나 또는 그 이상의 배출 포트로 대체로 폐쇄될 수 있다. 도시된 실시예의 하우징(423)은 대체로 원통형이지만, 전달 전에 하우징 내에 배치되는 액체의 소정의 양, 배출 포트의 수와 크기, 및 장치가 작동하는 작동 주파수에 따라 적어도 부분적으로 적절하게 형상과 크기가 결정될 수 있다. 또한, 하부 하우징 부재(427)는 노즐의 팁(81)에 형성된 하나 또는 그 이상의 배출 포트(83)를 가진 도 1 내지 도 10의 실시예의 노즐(27)과 유사하게 구성될 수 있다.

액체 입구(457)는 하부 하우징 부재(427)의 측벽(552)을 통해 횡단 방향으로 연장하여 하우징(423)의 내부 챔버(455)와 유체 연통하게 된다. 그러나, 액체 입구(457)는 하부 하우징 부재(427)의 측면을 따른 어느 곳이나, 또는 상부 하우징 부재(425)의 측면을 따라 대체로 배치될 수 있고, 또는 상부 하우징 부재의 상부를 통해 축방향으로 연장할 수도 있으며, 이는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 따라서, 도 11에 도시된 내부 챔버(455)는 액체가 하우징으로부터 액체를 배출하기 위한 배출 포트(483)로 하우징(423) 내에서 흐르는 액체 흐름 통로를 넓게 형성한다.

도 11에 도시된 장치(423)는 밸브 부재(예컨대, 도 1 내지 도 10의 실시예의 밸브 니들(53)과 유사한 밸브 부재) 또는 배출 포트(483)로 액체의 흐름을 제어하기 위해 하우징 내에 배치되는 다른 구성 요소가 결여되어 있다. 그러나, 제2 실시예에서는 액체가 내부 챔버(455) 내에서 배출 포트(483)로 연속적으로 흐를 수 있다. 그러나, 하우징(423)의 외부의 적절한 제어 시스템(미도시)이 하우징 입 구(457)로의 액체 흐름을 제어하여, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 배출 포트(483)로 액체의 전달을 제어한다.

대체로 550으로 표시한 긴 초음파 도파관 조립체는 하우징(423)의 축방향으로 연장하고(도 11에 도시된 하우징의 길이 방향 또는 수직 방향으로), 하우징의 내부 챔버(455) 내에 전부 배치된다. 특히, 도파관 조립체(550)는 도 1 내지 도 10의 실시예의 연료 인젝터(21)의 도파관 조립체(150)와 실질적으로 동일한 방식으로 적절하게 구성될 수 있다. 조립체(550)의 도파관(521)의 말단(523)은 배출 포트(483)에 가깝게 적절히 배치된다. "가깝게"라는 용어는 액체가 배출 포트(483)로 들어가기 바로 전에 내부 챔버(455)의 액체로 초음파 에너지가 도파관(521)의 말단(523)에 의해 전해지는 것만을 의미하는 성질적인 의미로 사용된 것이고, 배출 포트와 도파관의 말단 사이의 특정한 간격을 가리키도록 의도된 것은 아니다.

도 11에 도시된 바와 같이, 하부 하우징 부재(427)의 측벽(552)의 내부 단면 치수는 하부 하우징 부재의 하단(481)을 향해 감소한다. 도파관(521)의 말단(523) 및/또는 그 근방에서는 확대부(695)가 하부 하우징 부재(427)의 하단(481)을 향해, 예컨대 배출 포트의 바로 상류측(압축된 액체가 내부 챔버(455) 내에서 배출 포트(483)로 흐르는 방향에 대해)으로 측벽(552)과 밀접하게 이격되거나 슬라이딩 접촉하여, 하우징 내의 액체의 흐름 통로가 도파관의 말단 및/또는 그 근방에서 좁아진다.

그러나, 본 발명의 범위에 포함되기 위해, 도파관(521)의 말단(523)(또는 다른 부분)이 하부 하우징 부재(427)의 측벽(552)과 밀접하게 이격된 관계가 될 필요 는 없다. 예컨대, 도파관(521)의 외부 단면 치수가 확대부(695)를 갖는 것 대신에 그 길이를 따라 대체로 균일하거나, 또는 도파관의 말단(523)을 향해 좁아질 수 있다. 선택적으로, 또는 부가적으로, 하부 하우징 부재(427)의 측벽(552)의 내부 단면 치수는 하부 하우징 부재의 하단(481)을 향해 감소되지 않아도 된다.

도 1 내지 도 10의 실시예의 장착 부재(79)와 대체로 유사하게 구성된 횡방향으로 연장하는 장착 부재(479)에 의해, 도파관(521)은 내부 챔버(455) 내에서 하우징(423)에 적절하게 상호 연결된다. 따라서, 장착 부재(479)는 도파관(521)의 기계적 진동으로부터 하우징(423)을 진동적으로 격리한다. 장착 부재(479)의 외측부(689)는 상부 하우징 부재(425)의 하단(431)과 하부 하우징 부재(427)의 상단(433) 사이에 고정된다. 적절한 포트(도시되지는 않았지만 도 1 내지 도 10의 실시예에 도시된 포트(199, 201)와 유사하다)가 상부 및 하부 하우징 부재(425, 427)에 형성될 수 있고, 장착 부재(479)의 외측부(689)가 그 사이에 고정되어 액체가 장착 부재를 지나 내부 챔버 내에서 길이 방향으로 흐르게 한다.

도파관 조립체(550)는 또한, 도파관(521)의 상측부(531)에 나사 체결되는 칼라(551)에 의해 장착 부재(479)에 대항하여 압축되는 여기 장치(545)(예컨대, 도시된 실시예에서 압전기 링(547))를 포함한다. 하우징(423)의 측면을 통해 연장하고 내부 챔버(455) 내에서 컨택트 링(683)에 전기적으로 접속되는 적절한 배선에 의해(도시되지 않았지만 도 1 내지 도 10의 실시예의 배선(181, 183)과 유사하다) 전류가 여기 장치(545)에 공급된다.

작동시, 예컨대 내부 챔버(455) 내에서 배출 포트(483)로의 흐름 통로를 따 르는 흐름을 위해 액체가 하우징(423)의 액체 입구(457)로 전달된다. 압축된 액체가 도파관(521)의 말단(523)을 지나 배출 포트(483)로 흐를 때, 도파관 조립체(450)는 도 1 내지 도 10의 연료 인젝터(21)의 도파관 조립체(150)와 거의 동일한 방식으로 작동되어, 초음파 호른의 방식에서와 같이 도파관의 말단을 초음파적으로 진동한다. 따라서, 배출 포트(483)에 들어가는 액체의 바로 전에 초음파 에너지가 도파관(521)의 말단(523)에 의해 액체로 전해져, 액체를 대체로 미분화한다(예컨대, 장치(421)를 빠져나가는 액체의 액적 크기를 줄이거나 액적 크기 분배를 좁힌다). 배출 포트(483)를 빠져나가기 전에 액체의 초음파 활성화는 장치(421)에서 전달되는 미분화된 액체의 진동하는, 대체로 원뿔 형상의 분무를 발생시킨다.

도 12는 본 발명의 제3 실시예에 따른, 대체로 821로 표시한 초음파 액체 전달 장치를 도시한다. 이 제3 실시예의 장치(821)는, 제3 실시예의 도파관 조립체(950)가 하우징(823)의 내부 챔버(855) 내에 부분적으로만 배치된 상태로 도시된 것을 제외하고는 제2 실시예와 유사하다. 제3 실시예의 하우징(823)은 내부 챔버(855)를 형성하는 하우징 부재(825)와, 하우징 부재의 개방 상단(837) 위에 나사 체결되는 폐쇄부(826)(예컨대, 도시된 실시예에서 환형 폐쇄부)를 구비하여, 하우징을 형성하고 장착 부재(따라서 도파관 조립체(850))를 제자리에 고정하기 위해 폐쇄부와 하우징 부재 사이에 장착 부재(879)의 외측부(1089)를 고정한다. 따라서, 제1 및 제2 실시예와 관련하여 앞서 설명한 바와 같이, 장착 부재(879)는 도파관(921)의 기계적 진동으로부터 하우징(823)을 진동적으로 격리한다. 제3 실시예 의 인서트(882)는 복수의 배출 포트(883)를 갖는 것으로 도시되었다.

도 12에 도시된 실시예에서, 도파관(921)의 하측부(933)는 내부 챔버(855) 내에서 전체가 연장하고, 도파관의 상측부(931)는 하우징(823)의 축방향 외측의 장착 부재(879)로부터 상방으로 연장한다. 따라서, 여기 장치(945), 예컨대 압전기 링(947)은 장착 부재(879)의 상면에 대해 링을 압축하는 칼라(951)와 함께 하우징(823)의 외측에 배치된다. 도 1 내지 도 10에 도시된 연료 인젝터(21)와 연관된 슬리브(155), 컨택트 링(165) 및 가이드 링(167)의 필요 없이 적절한 배선(미도시)에 의해 전류가 여기 장치(945)에 전달될 수 있다. 그러나, 그러한 슬리브, 컨택트 링 및 가이드 링은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도 12에 도시된 장치(821)에 포함될 수 있다.

도 13은 대체로 1021로 표시한 초음파 액체 전달 장치의 제4 실시예를 도시한다. 제4 실시예의 장치(1021)는 액체의 압축 분사가 초음파 에너지를 액체에 인가한 후에 장치로부터 배출되는 어떤 초음파적으로 구동되는 장치에도 여기에 넓게 기술되는데, 그러한 장치는 흡입기, 다른 약품 전달 장치, 몰딩 장치, 가습기, 엔진의 연료 주입기, 페인트 분무 시스템, 잉크 전달 시스템, 혼합 시스템, 균질 시스템, 분무 건조 시스템, 냉각 시스템, 및 초음파적으로 발생되는 액체 분무가 이용되는 다른 장치 등 제한 없이 적용 분야를 가질 수 있다.

도시된 장치(1021)는 상부 하우징 부재(1025)(도 13에 도시된 장치의 수직 방향에 대해)를 가지는 대체로 1023로 표시된 긴 하우징과, 중간 하우징 부재(1026)와, 하부 하우징 부재(1027)를 구비한다. 상부 하우징 부재(1025)는 폐쇄 상단(1025A)과 개방 하단(1025B)을 구비한다. 중간 하우징 부재(1026)는 그 길이 방향 단부(1026A, 1026B)에서 개방된다. 하부 하우징 부재(1027)는 개방 상단(1027A)과 하단(1027B)을 구비한다. 상부 하우징 부재(1025)의 하단(1025B)은 중간 하우징 부재(1026)의 상단(1026A)에 대하여 안착하고, 하우징 부재는 적절하게 나사 형성된 커넥터(1029)에 의해 함께 고정된다. 중간 하우징 부재(1026)의 하단(1026B)은 하부 하우징 부재(1027)의 상단(1027A)에 연결한다(예컨대, 나사 연결, 스냅 피트(snap-fit), 또는 다른 적절한 연결). 그 결과, 상부, 중간, 및 하부 하우징 부재(1025, 1026, 1027)는 함께 하우징(1023)의 내부 챔버(1055)를 형성한다. 하우징은 본 발명의 범위 내에서 3개 미만의 편, 또는 3개 초과의 편으로도 구성될 수 있다.

도 13에 도시된 장치(1021)의 실시예에서, 중간 하우징 부재(1026)는 상하부 하우징 부재(1025, 1027)의 길이 보다 훨씬 긴 길이를 갖는다. 그러나, 이들 하우징 부재의 각각의 상대적 길이는 변경될 수 있다. 예컨대, 상부, 중간, 및 하부 하우징 부재(1025, 1026, 1027)는 길이가 동일거나, 상부 부재가 중간 및 하부 하우징 부재보다 긴 길이를 가지거나, 또는 하부 하우징 부재가 상부 및 중간 하우징 부재보다 긴 길이를 가질 수 있다.

상단(1026A) 근방의 중간 하우징 부재(1026)의 측벽(1152)의 개구(1057)는 하우징(1023)의 내부 챔버(1055) 내로 액체를 수용하기 위한 입구(1057)를 형성한다. 그러나, 입구(1057)는 하부 하우징 부재(1027)의 측면을 따르거나, 중간 하우징 부재(1026)의 측면을 따르거나, 상부 하우징 부재(1025)의 측면을 따라서 어디 에나 실질적으로 배치될 수 있고, 또는 상부 하우징 부재의 폐쇄단(1025A)을 통해 연장할 수 있으며, 이는 본 발명의 범위 내에 속한다.

하부 하우징 부재(1027)의 하단(1027B)은 그 안에 인서트(1082)를 나사 결합 가능하게 수용하기 위해 축방향으로 연장하는 나사 형성된 보어(1080)를 구비하여, 인서트가 장치(1021)의 하우징(1023)을 형성한다. 배출 포트(1083)는 액체가 하우징으로부터 배출되는 하우징(1023)의 배출 포트(또는 출구)를 대체로 형성하는 인서트(1082)를 통해 축방향으로 연장한다. 도 13에 도시된 인서트(1082)는 단일의 배출 포트(1083)를 가지지만, 인서트는 하나 이상의 배출 포트를 가질 수 있다. 또한, 인서트(1082)는 모두 생략되고, 하부 하우징 부재(1027)의 하단(1027B)은 하나 또는 그 이상의 배출 포트(1083)가 형성될 수 있다.

하우징(1023)의 내부 챔버(1055)는 입구(1057)로부터 하우징의 내부 챔버로부터 액체를 배출하기 위한 배출 포트(1083)로 액체가 하우징(1023) 내에서 흐를 수 있는 액체 흐름 통로를 대체로 형성한다. 도 13에 도시된 장치(1021)는 단일의 입구(1057)와 단일의 배출 포트(1083)를 가지지만, 장치는 하나 이상의 입구 및/또는 하나 이상의 배출 포트를 구비할 수 있다. 도시된 실시예의 하우징(1023)은 대체로 원통형이지만, 적절하게 어떤 형상으로도 될 수 있으며, 전달 전에 하우징 내에 배치되는 소정의 액체의 양, 입구 및 배출 포트의 개수와 크기, 장치가 작동하는 작동 주파수 중 적어도 일부에 따라 크기가 정해질 수 있다.

대체로 1150으로 표시된 긴 초음파 도파관 조립체가 하우징(1123)의 축방향으로 연장한다(예컨대, 도 13에 도시된 하우징의 길이 방향 또는 수직 방향으로). 초음파 도파관 조립체는 초음파 도파관(1121)과, 도 1 내지 도 10의 실시예와 연관하여 앞서 설명한 방식으로 조립체에 유지되는 여기 장치(1145)를 구비한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 도파관(1121)의 적어도 일부가 하우징(1023)의 내부 챔버(1055) 내에, 보다 상세하게는 입구로부터 배출 포트로의 액체 흐름 통로 내에 배치되어, 입구(1057)로부터 배출 포트(1083)로 흐르는 액체가 도파관과 직접 유체 접촉한다.

하나의 적절한 실시예에서, 전체 초음파 도파관 조립체(1150)가 하우징(1023)의 내부 챔버(1055) 내에 배치된다. 도 13에 도시된 바와 같이, 하나의 배열로서, 여기 장치(1145)는 내부 챔버(1055) 내에 배치되지만 유체 흐름 통로로부터 격리된다. 그 결과, 하우징(1023)의 내부 챔버(1055)를 통하는 유체가 여기 장치(1145)에 접촉하지 않는다. 그러나, 예컨대, 입구(1057)가 상부 하우징 부재(1025)의 상단(1025A)에 배치되면, 여기 장치(1145)는 액체 흐름 통로 내에 있을 수 있다.

본 실시예의 초음파 도파관(1121)은 외면(1122)을 갖는 대체로 긴 원통형 몸체를 구비한다. 초음파 도파관(1121)은 복수의 축방향으로 정렬된 반파장 부분을 구비하여, 도파관은 하나 또는 그 이상의 노드 영역과 둘 또는 그 이상의 안티 노드 영역을 가진다. 도시된 도파관(1121)은, 예컨대 5개의 노드 영역과 6개의 안티 노드 영역을 형성하는 5개의 반파장 부분을 가진다. 그러나, 초음파 도파관(1121)은 단일의 반파장 부분을 포함하여, 5개 보다 많거나 적은 반파장 부분을 가질 수 있다. 단일 반파장 부분은 하나의 노드 영역과 2개의 안티 노드 영역을 가질 수 있다. 일 실시예에서, 반파장 부분은 상호 별도로 형성되고, 도파관을 형성하도록 단부와 단부를 이어 연결된다(예컨대, 나사 연결이나 다른 적절한 연결). 그러나, 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도파관은 단일 편 구성일 수 있다.

여기에서 초음파 도파관(1121)의 "안티 노드 영역"은, 초음파 도파관의 초음파 진동시 횡방향 변위가 거의(또는 전혀) 발생하지 않고 초음파 도파관의 길이 방향(예컨대, 도시된 실시예에서 축방향) 변위가 대체로 최대가 되는 초음파 도파관의 길이 방향 영역 또는 부분을 가리킨다. 도시된 실시예에서, 초음파 도파관(1121)은 안티 노드 평면(즉, 길이 방향 변위가 대체로 최대가 될 때 어떠한 횡방향 변위도 발생하지 않는 초음파 도파관에 횡단하는 평면)에 의해 특히 형성되는 안티 노드 영역이 존재하도록 된다. 또한, 이 평면은 때때로 안티 노드 점으로 참조된다.

여기 장치(1145)(예컨대, 도시된 실시예에서 압전기 링(1147))는 초음파 도파관(1121)의 상측부(1031)와 직접 접촉한다. 하우징(1023)의 측면을 통해 연장하고 내부 챔버(1055) 내부에서 컨택트 링(도 1 내지 도 10의 실시예의 컨택트 링(165)과 유사)에 전기적으로 접속되는 적절한 배선(도시되지 않았지만 도 1 내지 도 10의 실시예의 배선(181, 183)과 유사)에 의해 전류가 여기 장치(1145)에 공급된다.

도 13에 도시된 바와 같이, 적어도 하나의 교란 부재(1124)가 초음파 도파관(1121)의 외면(1122)으로부터 외측의 횡방향으로 적어도 일부가 연장한다. 도시된 실시예에서, 복수의 교란 부재(1124)는, 상호 길이 방향으로 이격된 관계로 초 음파 도파관(1121)의 둘레에 관해 연속적이고 초음파 도파관의 외면(1122)으로부터 외측의 횡방향으로(예컨대, 도시된 실시예에서 반경 방향) 연장하는 4개의 와셔 형상 링의 상태로 도시되었다. 이러한 방식으로, 초음파 도파관(1121)에 대해 각각의 링의 진동 변위는 초음파 도파관의 둘레에 관해 비교적 균일하다. 각각의 교란 부재(1124)는 하우징(1023)의 내부 챔버(1055), 구체적으로는 입구(1057)와 배출 포트(1083) 사이의 액체 흐름 통로 내에 배치된다. 그 결과, 입구(1057)로부터 배출 포트(1083)로의 흐름 통로를 통해 흐르는 액체는 각각의 교란 부재(1124)를 통과한다.

그러나, 교란 부재(1124)는 각각 초음파 도파관(1122)의 둘레에 관해 연속적일 필요는 없다. 예컨대, 교란 부재(1124)는 스포크, 블레이드, 핀 또는 초음파 도파관(1122)의 외면(1122)으로부터 횡방향 외측으로 연장하는 다른 불연속적인 구조의 부재의 형태일 수 있다. 교란 부재(1124)(예컨대, 도시된 실시예에서 링)의 개수는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 4개 보다 적거나 많을 수 있다. 또한, 교란 부재(1124) 사이의 길이 방향 간격은 도 13에 도시된 것과 다를 수 있다(예컨대, 더 가깝거나 더 이격된). 도 13에 도시된 교란 부재(1124)는 길이 방향으로 상호 이격되어 있지만, 2개 이상의 교란 부재가 존재하는 경우 길이 방향으로 연속되는 교란 부재 사이의 간격은 균일할 필요는 없고, 본 발명의 범위 내에 속한다.

초음파 도파관(1121) 상의 교란 부재(1124)의 위치들은 적어도 부분적으로 초음파 도파관의 진동시 교란 부재의 의도된 진동 변위의 함수이다. 하나의 적절한 실시예에서, 각각의 교란 부재(1124)는 횡방향 이동을 최소화하면서 흐름 통로 를 따라 교란 부재의 길이 방향 이동을 최대화하도록 초음파 도파관(1121)의 각각의 안티 노드 영역에 배치된다. 교란 부재(1124)는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 초음파 도파관(1121)의 안티 노드 영역으로부터 이격될 수 있다. 2개 또는 그 이상의 교란 부재(1124)를 구비하는 실시예에서는, 교란 부재(1124)가 초음파 도파관의 안티 노드 영역 및 노드 영역 둘 다에 배치될 수 있다.

교란 부재(1124)는 동적인 이동, 특히 초음파 도파관의 초음파 진동에 응답하여 교란 부재(1124)의 동적인 구부러짐/휨을 용이하게 하도록 충분히 구성된다(예컨대, 물질 및/또는 교란 부재가 초음파 도파관(1121)의 외면(1122)으로부터 횡방향 외측으로 연장하는 거리인 횡방향 길이, 두께와 같은 치수). 도 13에 도시된 교란 부재(1124)(예컨대, 링)는 비교적 평평하지만(즉, 단면이 비교적 직사각형), 링은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 직사각형이 아닌 단면을 가질 수도 있다. 단면이라는 용어는 초음파 도파관(1121)의 외면(1122)에 대한 하나의 횡단하는 방향(예컨대, 도시된 실시예에서 반경 방향)을 따르는 단면을 가리키는 것으로 이 예에서 사용되었다. 또한, 도 13에 도시된 교란 부재(1124)(예컨대, 링)는 횡방향 구성 요소를 갖는 것으로만 구성되었지만, 하나 또는 그 이상의 교란 부재가 초음파 도파관 조립체(1150)의 초음파 진동시 초음파 도파관(1121)의 횡방향 진동 변위(예컨대, 도 13에 도시된 초음파 도파관의 노드 영역 및 그 근처에서)를 이용하는 적어도 하나의 길이 방향(예컨대, 축방향) 구성 요소를 가질 수 있다. 예컨대, 하나 또는 그 이상의 교란 부재(1124)는 대체로 T형 단면, L형 단면, 플러스형 단면, 또는 다른 적절한 단면으로 형성될 수 있다.

도파관 조립체(1150)는, 도 1 내지 도 10의 실시예의 장착 부재(79)와 거의 유사하게 구성되는 횡방향으로 연장하는 장착 부재(1079A)(대체로 "제1 격리 부재")에 의해 내부 챔버(1055) 내에서 하우징(1023)에 적절하게 상호 연결된다. 장착 부재는 도파관(1121)의 기계적 진동으로부터 하우징(1023)을 진동적으로 격리한다. 하나 이상의 장착 부재가 제공될 수 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 장착 부재(1079A)는 도파관 조립체(1150)와 단편으로 형성되었지만, 장착 부재는 별도의 편으로 형성될 수도 있다.

도시된 실시예에서, 장착 부재(1079A)는 초음파 도파관(1121)의 노드 영역 중 하나와 정렬되는 상부 및 중간 하우징 부재(1025, 1026)의 접합부에서 하우징(1023)에 부착된다. 그 결과, 장착 부재(1079)는 도파관 조립체(1150)의 횡방향 이동을 제한한다. 장착 부재(1079A)는 안티 노드 영역에서 포함하는 초음파 도파관(1121)의 길이를 따라 상이한 위치를 가질 수 있고, 이는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.

도파관 조립체(1150)는 장착 부재로부터 길이 방향으로 이격된 안정 부재(1079B)(대체로 "제2 격리 부재")에 의해 하우징(1023)의 내부 챔버(1055) 내에 축방향으로 지지된다. 안정 부재(1079B)는 미국 특허 제6,676,003호에 개시된 바와 같이 반경 방향 구성 요소(1088A)와 축방향 구성 요소(1088B)를 포함하고, 그 개시 내용은 그것이 일치하는 범위까지 참조로서 여기에 포함된다. 안정 부재(1079B)는 도파관(1121)의 기계적 진동으로부터 하우징(1023)을 진동적으로 격리하도록 장착 부재(1079A)와 함께 작동한다.

하나의 적절한 실시예에서, 안정 부재(1079B)는 도파관 조립체(1150)의 횡방향 이동을 제한하도록 초음파 도파관(1121)의 노드 영역에 위치한다. 안정 부재(1079B)는 안티 노드 영역에서 포함하는 초음파 도파관(1121)의 길이를 따라 상이한 위치를 가질 수 있고, 이는 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다. 도 13에 도시된 바와 같이, 안정 부재(1079B)는 입구(1057)와 배출 포트(1083) 사이에서 하우징(1023)의 내부 챔버(1055) 내에 배치되어, 안정 부재는 흐름 통로 내에 배치된다. 그 결과, 안정 부재(1079B)는 유체가 입구(1057)에서 배출 포트(1083)로 흐를 때 안정 부재를 통과하도록 하기 위한 개구(미도시)를 구비한다.

안정 부재(1079B)는 하우징과 마찰 끼움을 갖도록 하우징(1023)에 대한 크기와 형상을 갖는다. 더 상세하게는, 안정 부재(1079B)의 반경 방향 구성 요소(1088A)는 충분한 마찰 저항으로 하우징(1023)의 내면과 접촉하여, 초음파 도파관(1121)의 동적인 변위시 반경 방향 구성 요소(1088A)는 하우징에 대해 정지해 있다. 안정 부재(1079B)의 축방향 구성 요소(1088B)는 초음파 도파관(1121)의 동적인 변위시 휘고/구부러져, 초음파 도파관은 반경 방향 구성 요소(1088A)의 이동 없이 이동할 수 있다. 그러나, 안정 부재(1079B)는 축방향(길이 방향)으로 하우징(1023)에 대해 슬라이딩 이동할 수 있어서, 초음파 도파관은 하우징(1023)의 내부 챔버(1055)로 삽입되고 그로부터 제거될 수 있다. 하나 이상의 안정 부재가 제공될 수도 있다. 도 13에 도시된 바와 같이, 안정 부재(1079B)는 도파관 조립체(1150)와 단편으로 형성되었지만, 안정 부재는 별도의 편으로 형성될 수도 있다.

작동시, 액체는, 예컨대 내부 챔버(1055)의 내부에서 배출 포트(1083)로의 흐름 통로를 따르는 흐름을 위해 하우징(1023)의 액체 입구(1057)에 전달된다. 압축된 액체가 배출 포트(1083)를 향해 도파관(1121)을 따라 흐를 때, 도파관 조립체(1050)는 도파관을 초음파적으로 진동시키는 도 1 내지 도 10의 연료 인젝터(21)의 도파관 조립체(150)와 실질적으로 동일한 방식으로 작동된다. 따라서, 배출 포트(1083)를 통해 흐름 통로를 빠져나가는 액체 전의 액체에 초음파 에너지가 초음파 도파관(1121)에 의해 전해져서, 액체를 대체로 미분화한다(예컨대, 액적 크기를 줄이고, 장치(1021)를 빠져나가는 액체의 액적 크기 분배를 좁히는 것). 배출 포트(1083)를 빠져나가기 전의 액체의 초음파 활성화는 장치(1021)로부터 전달되는 미분화된 액체의 진동하는 대체로 원뿔 형상의 분무를 발생시킨다. 또한, 액체가 흐름 통로를 흐를 때 교란 부재(1124)가 액체를 혼합한다. 어떤 액체(예컨대, 용액)는 다양한 상으로 원하지 않게 분리될 수 있다. 액체가 교란 부재를 통과할 때 교란 부재(1124)가 초음파 도파관(1121)의 작동시 액체를 교란하여, 혼합된 상태로 액체를 유지한다. 더 상세하게는, 초음파 도파관(1121)의 안티 노드 영역에서의 위치로 인해 액체 흐름 통로 내에서 교란 부재(1124)는 하우징(1023)에 대해 길이 방향으로 동적으로 변위된다.

도 14는 본 발명의 제5 실시예에 따라, 대체로 1221로 표시한 초음파 액체 전달 장치를 도시한다. 제5 실시예의 장치(1221)는, 제5 실시예의 도파관 조립체(1350)가 하우징(1223)의 내부 챔버(1255) 내에 부분적으로만 도시된 것을 제외하고는 제4 실시예와 유사하다. 제5 실시예의 하우징(1223)은 내부 챔버(1255)와, 내부 챔버를 형성하기 위해 상부 하우징 부재(1226)의 개방된 상단(1226A)을 폐쇄 하는 폐쇄부(예컨대, 도시된 실시예에서 제1 장착 부재(1226A))를 구비한다. 도 14에 도시된 실시예에서, 초음파 도파관(1321)의 하측부는 내부 챔버(1255) 내에서 전체가 연장하고, 초음파 도파관의 상측부는 하우징(1223)의 축방향 외측의 제1 장착 부재(1279A)로부터 상방으로 연장한다. 따라서, 여기 장치(1345)는 하우징(1223)의 외측에 배치된다. 도 1 내지 도 10에 도시된 연료 인젝터(21)와 연관된 슬리브, 컨택트 링 및 가이드 링의 필요 없이 적절한 배선(미도시)에 의해, 전류가 여기 장치(1345)에 전달될 수 있다. 그러나, 그러한 슬리브, 컨택트 링 및 가이드 링은 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 도 14에 도시된 장치(1221) 내에 포함될 수 있다. 도 14에 도시된 실시예는 여기 장치(1345)에 대해서 너무 뜨거운 액체를 갖는 사용을 위해 맞춰진 것이다. 이 실시예는 하우징(1223)의 내부 챔버(1255)를 통해 흐르는 액체로부터 여기 장치(1345)를 격리할 뿐만 아니라, 냉각 공기가 여기 장치에 공급되게 하여 수용가능한 범위에서 여기 장치를 유지한다.

도 13 및 도 14에서 설명한 각각의 실시예는, 액체를 교란 또는 섞은 다음 시스템을 빠져나가기 바로 전에 초음파적으로 활성화하여 시스템으로부터 액체 분무를 생성하도록, 액체가 초음파적으로 처리되는 초음파 액체 처리 및 전달 시스템의 각각의 실시예를 대체로 형성한다. 예컨대, 도 12의 실시예를 참조하면, 초음파 도파관(1121)은 제1 초음파 도파관(예컨대, 교란 부재(1124)를 포함하는 도파관(1121)의 부분)과, 상호 단부와 단부가 연결된 제2 초음파 도파관(예컨대, 도파관의 말단까지 최하 교란 부재(1124)의 하방으로 연장하는 도파관(1121)의 부분)을 대체로 구비한다.

이러한 시스템으로부터 액체(예컨대, 연료)를 초음파적으로 처리 및 전달하는 하나의 공정에 따라(예컨대, 액체가 연료인 경우, 연료 액적의 분무의 형태로 내연 엔진에 연료를 전달하는), 액체는 하우징(1023)의 입구(1057)에서 출구, 또는 배출 포트(1083)까지 시스템의 흐름 통로를 따라 흐른다. 따라서, 액체는 제1 초음파 도파관(예컨대, 적어도 하나 및 도시된 실시예에서 복수의 교란 부재(1124)를 구비하는 도파관(1121)의 일부)을 넘어 흐름 통로를 따라 흐르도록 된다. 여기 장치(1145)는 제1 초음파 도파관과 교란 부재(1124)를 자극하여 액체가 흐름 통로를 흐를 때 액체를 교란 또는 혼합한다. 예컨대, 액체가 연료인 경우, 연료는 교란 부재에 의해 교란되어 연료 구성 요소의 상 분리를 제한한다(및/또는 균질화를 용이하게 한다).

액체는 배출 포트(1083)를 향해 제2 초음파 도파관(즉, 최하 교란 부재(1124)로부터 도파관의 말단까지 도파관(1121)의 부분)을 넘어 흐르도록 흐름 통로를 따르게 된다. 제2 초음파 도파관은 예컨대, 여기 장치(1145)에 의해 초음파적으로 여기되어, 처리를 위해 배출 포트(1083)를 통해 시스템을 빠져나가는(예컨대, 액체가 연료라면, 액적의 분무 형태로 엔진에 전달하기 위해) 액체 바로 전의 액체를 초음파적으로 활성화한다(예컨대, 액적 크기를 미분화하거나 줄이고, 액체의 액적 분배를 좁히기 위해).

도 15는 제1 및 제2 초음파 도파관(1503, 121)이 각각 서로 분리된, 대체로 1501로 표시된 초음파 액체 처리 및 전달 시스템의 다른 실시예를 도시한다. 특히, 도 15의 시스템(1501)은 대체로 1521로 표시된 초음파 처리 장치와, 대체로 21 로 표시된 별도의 초음파 전달 장치를 구비한다. 초음파 처리 장치(1521)는 공동 양수되어 2006년 9월 8일에 출원된 미국 특허 출원 제11/530,311호에 개시된 것과 실질적으로 유사하고, 그 전체 개시 내용은 참조로서 여기에 포함된다.

특히, 처리 장치(1521)는 내부 챔버(1527)와, 하나 또는 그 이상의 액체와 다른 구성 요소를 챔버 내로 수용하기 위한 내부 챔버와 유체 연통하는 입구(1529)와, 내부 챔버와 유체 연통하고 액체가 하우징을 빠져나가는 출구(1531)를 포함한다. 대체로 1533으로 표시된 초음파 도파관 조립체는 내부 챔버를 통해 흐르는 액체(및 어떤 다른 구성 요소)를 초음파적으로 활성화하기 위해 내부 챔버(1527) 내에서 적어도 부분적으로 길이 방향으로 연장한다. 특히, 도시된 실시예의 초음파 도파관 조립체(1533)는 챔버(1527)의 하부 또는 입구(1529) 단부로부터 챔버의 출구(1531) 단부를 향하여 위로 도파관 조립체의 말단(1535)까지 길이 방향으로 연장한다. 더 적절하게, 도파관 조립체(1533)는 직접 또는 간접으로 하우징(1525)에 장착된다.

초음파 도파관 조립체(1535)는, 챔버 내에서 처리되는 액체 내에 완전히 잠기도록 하우징(1525)의 내부 챔버(1527)와 함께 전체가 배치되는 초음파 도파관(1503)(예컨대, 대체로 제1 초음파 도파관을 형성하는 초음파 호른)을 적절하게 구비하고, 더 적절하게는 챔버 측벽(1537)과 동축으로 정렬한다. 초음파 도파관(1503)은 액체와 다른 구성 요소가 챔버 내에서 도파관을 지나 흐르는 내부 챔버(1527) 내에 흐름 통로를 측벽(1537)의 내면과 함께 형성하는 외면을 갖는다. 또한, 도시된 실시예의 도파관 조립체(1535)는 그 상단에서 도파관(1503)의 하단과 동축으로 정렬되어 연결되는 부스터(1539)를 구비한다. 그러나, 도파관 조립체(1535)는 도파관(1503)만을 구비할 수 있고, 이것은 본 발명의 범위에 속한다. 또한, 부스터(1539)는 하우징(1525)의 외측에 전체가 배치되고, 도파관(1503)은 하우징 상에 장착될 수 있는데, 이것은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는다.

초음파 도파관 조립체(1535), 더 상세하게는 도 15의 실시예에서의 부스터(1539)는, 초음파 처리 장치 하우징(1525)으로부터 (진동시 초음파적으로 진동하는) 도파관 조립체를 진동적으로 격리하도록 형성된 장착 부재(미도시)에 의해 하우징(1527)에 적절하게 장착된다. 즉, 장착 부재는 도파관 조립체(1535)의 길이 방향 및 횡방향 기계 진동의 하우징(1525)으로의 전달을 제한하면서, 내부 챔버(1527) 내에서 도파관 조립체(특히 도파관(1503))의 소정의 횡방향 위치를 유지하고, 하우징 내에서 도파관의 길이 방향 및 횡방향 변위를 허용한다.

적어도 하나의 여기 장치(미도시)와 전원(미도시)을 포함하는 적절한 초음파 구동 시스템(1541)(도 15에 개략적으로 도시되었으며 넓게 여기 장치를 형성한다)은 하우징(1525)의 외측에 배치되고 부스터(1539)(더 넓게는 도파관 조립체(1535))에 작동적으로 연결되어, 기계적으로 초음파적으로 진동하도록 도파관 조립체를 활성화한다. 적절한 초음파 구동 시스템(1541)의 예는 일리노이주 성 찰스의 더케인 울트라소닉(Dukane Ultrasonics)에서 이용 가능한 모델 20A3000 시스템과, 일리노이주 샤움버그(Schaumberg)의 헤르만 울트라소닉(Herrman Ultrasonics)에서 이용 가능한 모델 2000CS 시스템을 구비한다. 일 실시예에서, 구동 시스템(1539)은 약 15 kHZ 내지 약 100 kHz, 더 적절하게는 약 15 kHz 내지 60 kHz, 더욱 적절하게는 약 20 kHz 내지 약 40 kHZ의 범위의 주파수에서 도파관 조립체(1535)를 작동할 수 있다. 이러한 초음파 구동 시스템(1539)은 본 기술 분야의 당업자에게 잘 알려진 것이므로, 여기서 더 설명할 필요가 없다.

적어도 하나, 그 이상의 적절한 복수의 교란 부재(1543)가 초음파 도파관(1503)에 연결되고, 길이 방향으로 상호 이격된 관계로 도파관의 외면으로부터 횡방향 외측으로 적어도 부분적으로 연장한다. 하나 또는 그 이상의 교란 부재(1543)의 크기, 구성, 형상, 배열 및 작동은 도 13 및 도 14, 이전에 출원된 미국 특허 출원 제11/530,311호에 도시되고 설명된 교란 부재(1124, 1324)에 적절하게 일치한다.

도 15에 도시된 초음파 전달 장치(21)는, 내연 챔버(55)를 갖는 하우징(23), 입구(57), 출구 또는 배출 포트(도 15에 도시되지 않았지만 도 7의 배출 포트(83)와 동일하다), 초음파 도파관(121)(넓게는, 제2 초음파 도파관), 밸브 부재(53) 및 여기 장치(145)를 구비하는 도 1의 전달 장치와 거의 유사하다. 초음파 전달 장치 하우징(23)으로의 입구(57)는 적절한 도관(1551) 등에 의해 처리 장치 하우징(1525)의 출구(1531)와 유체 또는 흐름 연통하여, 처리 장치를 빠져나가는 액체가 전달 장치 하우징의 입구를 통해 초음파 전달 장치의 내부 챔버(55) 내로 흐른다.

다른 적절한 실시예에서, 초음파 전달 장치는 도 11 및 도 12의 실시예에 도시된 것과 같은 연속 흐름 장치일 수 있다.

연료 등의 액체를 초음파적으로 처리하고 전달하는 공정에 따른 작동에 있어 서, 액체는 초음파 처리 장치(1521)의 하우징(1525) 내로 흐르고, 도파관(1503)과 교란 부재(1543)를 넘어 흐름 통로를 따라 흐르도록 된다. 구동 시스템(1541)은 도파관(1503)과 교란 부재(1543)를 초음파적으로 여기하여 액체를 교란 또는 혼합한다. 그 다음 액체는 출구(1531)를 통해 처리 장치(1521) 밖으로 흐르고, 도관(1551)을 통해 초음파 전달 장치(21)의 입구(57)로 흐름 통로를 따라 흐른다. 그 다음 액체는 하우징 내의 초음파 도파관(121)의 말단을 넘어 전달 장치 하우징(23) 내의 흐름 통로를 따라 흐른다.

여기 장치(145)는, 전달 장치 하우징을 빠져나가는 액체 바로 전의 액체를 초음파적으로 활성화하기 위해 전달 장치 하우징(23) 내에서 도파관(121)을 초음파적으로 여기하도록 작동한다. 예컨대, 액체가 연료이면, 연료가 도파관(121)의 말단을 넘어 배출 포트로 흐를 때 연료를 대체로 미분화도록(예컨대, 장치를 빠져나가는 연료의 액적 크기를 줄이고 연료의 액적 크기 분배를 좁히도록) 연료가 활성화된다. 도 15에 도시된 실시예에서, 장치(21)가 밸브 부재(53)를 포함하면, 여기 장치(145)는 전달 장치 도파관(121)을 초음파적으로 여기하도록 밸브 부재의 개방 위치에서 적절하게 작동 가능하다.

연료 이외의 다른 액체도 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 상기 설명한 시스템을 사용하여 처리되고 전달될 수 있다. 예컨대, 용융 역청, 점성 페인트, 고온 용융 접착제, 열에 노출되면 유동성 형태로 부드러워지고 냉각되면 비교적 고정 또는 단단한 상태로 돌아오는 열가소성 재료(예컨대, 생고무, 왁스, 폴리올레핀 등), 시럽, 중유, 잉크, 액체 약물, 에멀션, 슬러리, 서스펜션 및 그 조합이 제한 없이 상기한 시스템에 의해 취급되고 전달될 수 있다.

본 발명 또는 그 바람직한 실시예의 부재를 도입할 때, "이", "어떤", "그", "상기" 등의 관사는 하나 또는 그 이상의 부재가 있음을 의미하도록 의도된 것이다. "포함하는", "구비하는", "갖는" 등의 용어는 나열된 부재 이외의 추가적인 부재가 있을 수 있음을 의미하고 포괄적이도록 의도된 것이다.

상기한 구성 및 방법에 있어서 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변화가 이루어질 수 있기 때문에, 상기의 설명에 포함되고 첨부된 도면에 도시된 모든 대상물은 예시적인 것이고 제한하는 것은 아닌 것으로 해석되어야 한다.

Claims (18)

1. 내부 챔버, 하우징의 내부 챔버와 유체 연통하여 액체가 상기 내부 챔버로 들어가는 입구, 및 액체가 초음파 처리 장치를 빠져나가는 상기 하우징의 내부 챔버와 유체 연통하는 출구를 갖는, 상기 하우징;

   상기 출구를 통해 상기 하우징으로부터 배출되는 상기 액체 이전의 상기 내부 챔버 내의 액체를 초음파적으로 활성화(energize)하기 위해 상기 하우징의 내부 챔버 내에 적어도 일부가 배치되는 초음파 도파관으로서, 상기 초음파 도파관은 상기 입구과 출구 사이의 상기 하우징의 내부 챔버 내에서 상기 초음파 도파관으로부터 외측으로 연장하는 교란 부재를 구비하고, 상기 교란 부재와 상기 초음파 도파관은 상기 초음파 도파관의 초음파 진동시에 상기 초음파 도파관에 대해서 상기 교란 부재가 동적으로 움직이도록 구성되고 배열된, 상기 초음파 도파관; 및

   상기 초음파 도파관과 상기 교란 부재를 초음파적으로 여기(excite)하도록 작동 가능한 여기 장치;

   를 구비하는 초음파 처리 장치와;

   상기 처리 장치로 상기 액체를 처리한 후, 상기 초음파 처리 장치로부터 액체를 수용하기 위해 상기 초음파 처리 장치와 유체 연통하는 초음파 전달 장치로서,

   내부 챔버, 전달 장치 하우징의 내부 챔버 내로 상기 처리 장치로부터의 액 체를 수용하기 위한 입구, 및 상기 전달 장치 하우징의 내부 챔버와 유체 연통하는 적어도 하나의 배출 포트를 구비하여, 상기 내부 챔버 내의 액체가 상기 적어도 하나의 배출 포트에서 상기 전달 장치 하우징을 빠져나가는, 상기 하우징;

   상기 전달 장치 하우징과 분리된 초음파 도파관으로서, 상기 도파관은 상기 적어도 하나의 배출 포트를 통하여 상기 하우징으로부터 배출되는 상기 액체 이전의 상기 내부 챔버 내의 액체를 초음파적으로 활성화하기 위해 상기 전달 장치 하우징의 내부 챔버 내에 적어도 일부가 배치되는, 상기 초음파 도파관;

   을 구비하는 초음파 전달 장치와;

   상기 전달 장치의 초음파 도파관을 초음파적으로 여기하도록 작동 가능한 여기 장치;

   를 포함하는 초음파 액체 처리 및 전달 시스템.
2. 청구항 1에 있어서,

   상기 초음파 전달 장치는, 상기 장치의 내부 챔버 내의 액체가 상기 적어도 하나의 배출 포트를 통하여 상기 전달 장치 하우징으로부터의 배출에 대하여 제한되는 폐쇄 위치와, 액체가 상기 적어도 하나의 배출 포트를 통하여 상기 전달 장치 하우징으로부터 배출 가능한 개방 위치 사이에서, 상기 하우징에 대해 이동 가능한 밸브 부재를 더 구비하고,

   상기 여기 장치는 상기 전달 장치의 초음파 도파관을 초음파적으로 여기하도록 상기 밸브 부재의 개방 위치에서 작동 가능한,

   초음파 액체 처리 및 전달 시스템.
3. 청구항 1에 있어서,

   복수의 교란 부재가, 상기 처리 장치 하우징의 내부 챔버 내에서 길이 방향으로 서로 이격된 관계로 상기 처리 장치의 초음파 도파관으로부터 외측으로 연장하는,

   초음파 액체 처리 및 전달 시스템.
4. 청구항 1에 있어서,

   상기 초음파 처리 장치의 초음파 도파관과 교란 부재는, 상기 초음파 도파관의 초음파 진동시 상기 처리 장치의 초음파 도파관의 변위에 대해 상기 교란 부재의 변위를 증폭하도록 구성되고 배열된,

   초음파 액체 처리 및 전달 시스템.
5. 청구항 4에 있어서,

   상기 처리 장치의 초음파 도파관은 노드 영역과 안티 노드 영역을 갖고, 상기 교란 부재는 상기 안티 노드 영역에서 상기 초음파 도파관으로부터 횡방향 외측으로 연장하는,

   초음파 액체 처리 및 전달 시스템.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 교란 부재는 상기 초음파 도파관의 둘레에 연장하는 링을 구비하는,

   초음파 액체 처리 및 전달 시스템.
7. 청구항 1에 있어서,

   상기 초음파 전달 장치의 초음파 도파관은 적어도 그의 관형부를 갖고, 상기 관형부는 상기 전달 장치의 하우징의 내부 챔버 내에 배치되는 말단을 갖는,

   초음파 액체 처리 및 전달 시스템.
8. 하우징 내로 유체를 수용하는 입구, 유체가 처리 장치 하우징을 빠져나가는 출구, 및 상기 입구에서 상기 출구로 상기 하우징 내에서 유체의 흐름을 안내하도록 상기 입구 및 상기 출구와 유체 연통하는 내부 흐름 통로를 갖는, 상기 하우징;

   상기 하우징으로부터 분리된 초음파 도파관으로서, 상기 초음파 도파관은 길고 상기 흐름 통로 내에서 액체를 초음파적으로 활성화하기 위해 상기 흐름 통로 내에 적어도 일부가 배치되고, 상기 초음파 도파관은 상기 흐름 통로 내에서 상기 초음파 도파관으로부터 외측으로 연장하는 교란 부재를 갖고, 상기 교란 부재와 상기 초음파 도파관은 상기 초음파 도파관의 초음파 진동시에 상기 초음파 도파관에 대해 상기 교란 부재를 동적으로 움직이도록 구성되고 배열된, 상기 초음파 도파관; 및

   상기 초음파 도파관과 교란 부재를 초음파적으로 여기하도록 작동 가능한 여기 장치;

   를 구비하는 초음파 처리 장치와;

   상기 처리 장치로 상기 액체를 처리한 후, 상기 초음파 처리 장치로부터 액체를 수용하기 위해 상기 초음파 처리 장치와 유체 연통하는 초음파 전달 장치로서,

   내부 챔버, 전달 장치 하우징의 내부 챔버 내로 상기 처리 장치로부터의 액체를 수용하기 위한 입구, 및 상기 전달 장치 하우징의 내부 챔버와 유체 연통하는 적어도 하나의 배출 포트를 구비하여, 상기 내부 챔버 내의 액체가 상기 적어도 하나의 배출 포트에서 상기 전달 장치 하우징을 빠져나가는, 상기 하우징;

   상기 전달 장치 하우징과 분리된 초음파 도파관으로서, 상기 도파관은 상기 적어도 하나의 배출 포트를 통하여 상기 하우징으로부터 배출되는 상기 액체 이전의 상기 내부 챔버 내의 액체를 초음파적으로 활성화하기 위해 상기 전달 장치 하우징의 내부 챔버 내에 적어도 일부가 배치되는, 상기 초음파 도파관;

   을 구비하는 초음파 전달 장치와;

   상기 전달 장치의 초음파 도파관을 초음파적으로 여기하도록 작동 가능한 여 기 장치;

   를 포함하는 초음파 액체 처리 및 전달 시스템.
9. 청구항 8에 있어서,

   상기 초음파 전달 장치는, 상기 장치의 내부 챔버 내의 액체가 상기 적어도 하나의 배출 포트를 통하여 상기 전달 장치 하우징으로부터의 배출에 대하여 제한되는 폐쇄 위치와, 액체가 상기 적어도 하나의 배출 포트를 통하여 상기 전달 장치 하우징으로부터 배출 가능한 개방 위치 사이에서, 상기 하우징에 대해 이동 가능한 밸브 부재를 더 구비하고,

   상기 전달 장치의 여기 장치는 상기 전달 장치의 초음파 도파관을 초음파적으로 여기하도록 상기 밸브 부재의 개방 위치에서 작동 가능한,

   초음파 액체 처리 및 전달 시스템.
10. 청구항 8에 있어서,

    복수의 교란 부재가, 상기 처리 장치 하우징의 내부 챔버 내에서 길이 방향으로 서로 이격된 관계로 상기 처리 장치의 초음파 도파관으로부터 외측으로 연장하는,

    초음파 액체 처리 및 전달 시스템.
11. 청구항 8에 있어서,

    상기 초음파 처리 장치의 초음파 도파관과 교란 부재는, 상기 초음파 도파관의 초음파 진동시 상기 처리 장치의 초음파 도파관의 변위에 대해 상기 교란 부재의 변위를 증폭하도록 구성되고 배열된,

    초음파 액체 처리 및 전달 시스템.
12. 청구항 11에 있어서,

    상기 처리 장치의 초음파 도파관은 노드 영역과 안티 노드 영역을 갖고, 상기 교란 부재는 상기 안티 노드 영역에서 상기 초음파 도파관으로부터 횡방향 외측으로 연장하는,

    초음파 액체 처리 및 전달 시스템.
13. 청구항 12에 있어서,

    상기 교란 부재는 상기 초음파 도파관의 둘레로 연장하는 링을 구비하는,

    초음파 액체 처리 및 전달 시스템.
14. 청구항 8에 있어서,

    상기 초음파 전달 장치의 초음파 도파관은 적어도 그의 관형부를 갖고, 상기 관형부는 상기 전달 장치의 하우징의 내부 챔버 내에 배치되는 말단을 갖는,

    초음파 액체 처리 및 전달 시스템.
15. 액체를 초음파적으로 처리하고, 액체 액적의 분무로 액체를 전달하는 방법으로서,

    상기 액체가 제1 초음파 도파관을 넘어 흐름 통로를 따라 흐르게 하는 단계로서, 상기 제1 초음파 도파관은 그로부터 외측으로 연장하고 상기 흐름 통로를 따라 흐르는 액체와 접촉하도록 상기 흐름 통로 내로 연장하는 적어도 하나의 교란 부재를 갖는 것인, 단계;

    상기 액체가 상기 초음파 도파관과 교란 부재를 넘어 흐를 때 상기 액체를 교란시키도록 상기 제1 초음파 도파관과 교란 부재를 초음파적으로 여기하는 단계;

    상기 액체가 제2 도파관을 넘어 상기 흐름 통로를 따라 흐르게 하는 단계로서, 상기 흐름 통로를 따라 흐르는 액체가 상기 흐름 통로를 빠져나가는 액체 이전에 상기 제2 도파관의 말단을 넘어 흐르도록, 상기 제2 도파관은 상기 흐름 통로의 출구 근방에 말단을 갖는 것인, 단계;

    상기 흐름 통로를 빠져나가는 액체의 바로 전의 액체를 초음파적으로 활성화하여 상기 액체가 액체 액적의 분무로서 상기 흐름 통로를 빠져나가도록, 적어도 상기 말단에서 상기 제2 초음파 도파관을 초음파적으로 여기하는 단계;

    를 포함하는 초음파 액체 처리 및 전달 방법.
16. 청구항 15에 있어서,

    상기 제1 및 제2 초음파 도파관은, 입구, 출구, 및 상기 출구가 흐름 통로 출구를 형성하도록 상기 입구에서 상기 출구로 연장하는 흐름 통로를 갖는 공통의 하우징 내에 배치되고, 상기 제2 초음파 도파관의 말단은 상기 제1 초음파 도파관으로부터 외측으로 연장하는 상기 적어도 하나의 교란 부재보다 상기 출구에 더 가깝게 배치되는,

    초음파 액체 처리 및 전달 방법.
17. 청구항 16에 있어서,

    액체가 제1 초음파 도파관을 넘어 흐름 통로를 따라 흐르게 하는 단계는, 상기 흐름 통로를 따라 흐르는 액체와 접촉하도록 상기 흐름 통로를 따라 이격된 관계로 외측으로 연장하는 복수의 교란 부재를 갖는 제1 초음파 도파관을 넘어 상기 흐름 통로를 따라 흐르게 하는 것을 포함하는,

    초음파 액체 처리 및 전달 방법.
18. 청구항 15에 있어서,

    상기 제1 초음파 도파관은 내부 챔버, 상기 챔버로의 입구, 및 상기 챔버로부터의 출구를 갖는 제1 하우징 내에 배치되고, 상기 내부 챔버는 상기 입구로부터 상기 출구로의 상기 흐름 통로의 일부를 형성하고, 상기 제2 초음파 도파관은 상기 제1 하우징에서 분리되며, 내부 챔버, 상기 제1 하우징의 출구와 유체 연통하는 입구, 및 출구를 갖는 제2 하우징 내에 배치되고, 상기 제2 하우징의 내부 챔버는 상 기 제2 하우징의 출구가 상기 흐름 통로 출구를 형성하도록 상기 흐름 통로를 형성하고, 액체가 제2 도파관을 넘어 상기 흐름 통로를 따라 흐르게 하는 단계는 상기 제2 하우징의 내부 챔버를 통하는 흐름을 위해 액체가 상기 제1 하우징의 출구를 빠져나가 상기 제2 하우징의 입구로 향하게 하는 것을 포함하는,

    초음파 액체 처리 및 전달 방법.

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