KR101975619B1 - 압축 공기 보조식 분사 노즐 조립체 - Google Patents

Abstract

압축 공기 보조식 액체 분사 노즐 조립체는 압축 공기 공급원에 연결하기 위한 상류측 단부를 갖는 중앙의 종방향 공기 유동 통로와 복수 개의 압축 공기 스트림을 반경 방향으로 외측을 향해 지향시키는 복수 개의 크로스 통로를 형성하는 공기 지향 부재와, 공기 지향 안내부에 대해 포위 관계로 배치되고 압축 액체 및 공기 스트림를 교차시켜 액체를 예비 무화시키도록 크로스 통로를 가로질러 횡방향으로 연장하는 복수 개의 원주 방향으로 이격된 액체 통로를 갖는 액체 지향 안내부와, 예비 무화된 액체를 수용하기 위한 하류측의 팽창 챔버, 및 예정된 무화 액체 분사 패턴을 방출하도록 상기 팽창 챔버와 중앙에서 연통하는 방출 오리피스를 구비한다.

Description

압축 공기 보조식 분사 노즐 조립체{PRESSURIZED AIR ASSISTED SPRAY NOZZLE ASSEMBLY}

관련 출원들의 상호 참조

본 특허 출원은 2011년 8월 3일자로 출원되고 본 명세서에 참조로 합체되는 미국 가출원 제61/514,713호의 이익을 청구한다.

기술분야

본 발명은 전반적으로 압축 공기 보조식 액체 분사 노즐에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 금속 냉각, 촉매 크래킹(catalytic cracking), 가스 스크러빙(gas scrubbing), 및 기타 산업적 처리에 유용한 압축 공기 보조식 분사 노즐에 관한 것이다.

많은 산업적 용례에 유용한 미세 액체 입자 분사 방출물을 발생시키는 데에 내부 혼합 압축 공기 보조식 액체 분사 노즐이 유용하다. 미세 액체 입자 방출물을 발생시키기 위해, 그러한 분사 노즐은 일반적으로 (1)압축 공기와 노즐 내의 액체 유동 스트림을 상호 작용시키고, (2)액체 또는 예비 무화된 액체 유동 스트림을 노즐 조립체 내에 배치된 충돌 포스트 또는 유사한 충돌 요소에 충돌시킨다. 미국 특허 제4,591,099호에 도시된 바와 같이, 액체 스트림이 초기에 충돌 포스트에 직접 충돌될 때에, 액체 입자는 때때로 분사 노즐로부터의 최종 방출 전에 더 큰 크기의 덩어리로 될 수 있다. 미국 특허 제7,036,753호에 도시된 바와 같이, 예비 무화된 액체 유동 스트림이 하류측의 충돌 포스트에 충돌될 때에, 노즐 내에서 중앙에 장착되는 충돌 포스트는 많은 분사 용례에 필요한 평탄한 분사 패턴 또는 중앙을 향하는 둥근 분사 패턴의 방출을 일어나지 않게 한다. 더욱이, 액체 및 압축 공기 스트림이 그러한 노즐 내에서 상호 작용하는 방식 때문에, 노즐로부터의 미세 입자 액체 방출물의 범위를 정확하게 제어하는 것이 때때로 어려울 수 있다. 또한, 그러한 압축 공기 보조식 분사 노즐은 산업적 분사 시스템에서 흔히 많은 수가 요구되기 때문에, 비교적 큰 압축 공기 요건이 요구되고, 이는 비용이 많이 든다.

본 발명의 목적은 원하는 분사 방출을 방해할 수 있는 하류의 충돌 포스트에 대한 필요성 없이 미세 액체 입자 분사 패턴을 발생 및 방출하도록 된 내부 혼합 압축 공기 보조식 분사 노즐을 제공하는 것이다.

다른 목적은 노즐로부터의 방출 전에 액체와 압축 공기 스트림을 더 효율적으로 상호 작용시키고 예비 무화하도록 된 상기 특징의 분사 노즐 조립체를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 중앙에서 방출되는 평탄하거나 완전 원뿔형 패턴을 분사하기에 효과적인 상기의 종류의 분사 노즐 조립체를 제공하는 것이다.

또 다른 목적은 압축 공기를 보다 효율적으로 이용하여 액체 유동 스트림을 효율적으로 예비 무화하도록 작동할 수 있는 전술한 타입의 분사 노즐 조립체를 제공하는 것이다.

다른 목적은 구조가 비교적 간단하고 경제적인 제조에 적합한, 그러한 분사 노즐 조립체를 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 이하의 상세한 설명을 읽고 도면을 참조하면 명백해질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 예시적인 분사 노즐 조립체의 종단면도이고;
도 2는 도 1의 선 2-2의 평면에서 취한 예시된 분사 노즐 조립체의 횡단면도이며;
도 3은 예시된 분사 노즐 조립체의 액체 지향 안내부의 사시도이고;
도 4는 도 3에 도시된 액체 지향 안내부의 하류측 단부도이며;
도 5는 도 3에 도시된 액체 지향 안내부의 측면도이고;
도 5a는 도 5의 선 5A-5A의 평면에서 취한 액체 지향 안내부의 횡단면도이며;
도 6은 도 3에 도시된 액체 지향 안내부의 상류측 단부도이고;
도 7은 예시된 분사 노즐 조립체의 하류측 단부도이며;
도 8은 도 7의 선 8-8에서 취한 예시된 분사 노즐 조립체의 노즐 팁의 부분 단면도이다.
본 발명은 다양한 변경 및 대안적인 구성의 여지가 있지만, 그 특정한 예시적인 실시예가 도면에 도시되어 있고 아래에서 상세하게 설명될 것이다. 그러나, 본 발명을 개시된 특정한 형태로 제한하려는 의도는 없고, 오히려 본 발명의 사상 및 범주 내에 속하는 모든 변경, 대안적인 구성, 및 균등물을 포함하도록 의도된다.

이하, 도면을 보다 구체적으로 참조하면, 본 발명에 따른 예시적인 압축 공기 보조식 액체 분사 노즐 조립체(10)가 도시되어 있다. 이 경우에, 분사 노즐 조립체(10)는 하류측 단부에 고정된 노즐 팁(12)을 갖고 거의 원통형으로 형성되는 노즐 본체(11)를 포함한다. 당업자라면 노즐 팁(12)이 적절한 클램프 너트 또는 당업계에 공지된 유사한 파스너에 의해 노즐 본체(11)에 대해 접경 관계로 고정될 수 있다는 점이 이해될 것이다.

이 경우에, 노즐 본체(11)는 압축 액체 공급원(17)에 연결된 액체 공급 튜브 또는 도관(16)의 하류측 단부에, 예컨대 용접물에 의해 고정된다. 예시된 노즐 본체(11)는 공급 튜브(15)로부터의 액체를 수신하는 복수 개의 원주 방향으로 이격된 유입 통로(19)가 형성된 액체 공급 튜브(15) 내로 연장하며 직경이 감소된, 환형의 상류측 단부(18)를 갖는다. 이 경우에, 유입 통로(19)는 하류 방향에서 약간 내향으로 수렴하는 관계로 각각 연장된다.

본 발명에 따르면, 분사 노즐 조립체는 예비 무화된 액체가 하류측의 충돌 핀 또는 유사한 충돌 요소에 대한 필요성 없이 노즐 팁으로부터 방출될 수 있도록 압축 공기와 액체 유동 스트림을 더 직접적이고 효율적으로 상호 작용시키도록 작동 가능하다. 이를 위해, 예시된 실시예에서, 분사 노즐 조립체(10)는 노즐 본체(11)의 중앙의 원통형 관통 보어(26) 내에 배치되는 중앙 공기 지향 부재(25)를 갖는다. 공기 지향 부재(25)는 공기 공급 튜브(29)에 고정되어 연통하는 확대된 숫나사식 상류측 단부(28)를 갖는데, 공기 공급 튜브는 액체 공급 튜브(15) 내에 동심으로 연장되고 압축 공기 공급원(30)에 연결된다. 확대된 직경의 상류측 단부(28)는 노즐 본체(11)의 중앙 관통 보어(26)의 카운터 보어(31) 내에 고정식으로 배치되고 유지되는 숄더를 획정한다.

이 경우에, 공기 지향 부재(25)는 내향으로 수렴하는 원추형 입구 섹션(36)을 갖는 중앙의 종방향으로 연장하는 공기 통로(35)를 갖고, 상기 원추형 입구 섹션은 압축 공기가 노즐 본체(11) 내로 지향되는 공기 공급 튜브(29)와 연통한다. 종방향 공기 통로(35)는 종방향 공기 통로(35)의 중앙축에 직교하고 그리고 중앙축과 교차 관계로 연장하는 복수 개의 크로스 통로(40)(이 경우, 4개)와 하류측 공기 오리피스(38)를 통해 연통한다. 대안적으로, 최대의 유동로를 제공하기 위하여, 공기 지향 부재(25)에 비교적 더 큰 직경의 크로스 통로(40)가 단 2개 형성될 수 있다.

공기 지향 부재(25)의 종방향 공기 통로(35)를 통해 가속된 압축 공기는 교차하는 크로스 통로(40)들에 의해 형성되는 챔버의 단부벽(41)에 충돌한다. 압축 공기 스트림이 단부벽(41)에 충돌할 때에, 스트림은 크로스 통로(40)를 통해 반경 방향 외향으로 지향되어 크로스 통로(40)의 90°원주 방향으로 이격된 방출 오리피스(40a)에서 빠져나간다.

일 실시예를 실행할 때에, 분사 노즐 조립체는 액체 입자 파괴를 강화하기 위해 개별적인 유동 스트림들을 직접 상호 작용시키도록, 복수 개의 개별적인 압축 액체 유동 스트림을 반경 방향으로 지향되는 압축 공기 스트림에 갯수가 대응하게 지향시키는 데에 효과적이다. 이를 위해, 분사 노즐 조립체(10)는 노즐 본체(11)의 각각의 유입 통로(19) 사이에서 각각 연통하고 공기 유동 지향 튜브(25)의 각각의 반경 방향 방출 오리피스(40a)를 횡방향으로 가로지르는 복수 개의 원주 방향으로 오프셋되는 축방향 액체 통로(46)가 형성된 환형 액체 지향 안내부(45)를 포함한다. 이 경우에, 환형 액체 지향 안내부(45)는 카운터 보어(49)에 의해 형성되는 위치 결정용 렛지와 맞물리도록 압입되는 단부 중간의 외부 환형 플랜지(50)에 의해 노즐 본체(11) 내에 배치되는 상류측 원통형 부분(48)을 갖는다. 액체 지향 안내부(45)에는 노즐 본체의 카운터 보어(49)의 단부와 맞물릴 수 있는 날카로운 상류측 렛지(52)를 형성하는 원추형 유입 섹션(51)이 형성된다. 액체 지향 안내부는 반경 방향 단부면(56)을 갖고 내측을 향하는 하류측의 원추형 섹션(55)을 구비한다. 액체 지향 안내부의 원주 방향으로 이격된 액체 통로들은 공기 지향 부재의 종방향 공기 유동 통로와 평행한 관계로 그리고 상기 크로스 통로들과 수직 관계로 연장된다. 액체 지향 안내부는 공기 지향 부재를 포위하도록 배치되고, 액체 지향 안내부의 하류측 단부는 공기 지향 부재의 하류측 단부에 인접한다.

예시된 액체 지향 안내부(45)의 축방향 액체 통로(46)는 외측을 향해 반경 방향으로 연장하는 U형 구성을 각각 갖고, 이 U형 구성은 복수 개의 대체로 삼각형 형태의 장착 러그(58)를 축방향 액체 통로들 사이에 형성하며, 이 장착 러그는 공기 지향 부재(25)의 하류측 단부 상에 지지된다. 이 경우에, 축방향 액체 통로(46)는 액체 지향 안내부(45)의 상류측 원추형 섹션(51)으로부터 하류측의 원추형 섹션(55)과 단부면(56) 양자를 통해 연통한다. 액체 지향 안내부(45)의 하류측 단부는 공기 지향 부재(25)의 단부 근처의 지점까지 연장되어, 축방향의 종방향 통로(46)는 액체의 효과적인 상호 작용과 예비 무화를 위해 개별적인 압축 액체와 공기 스트림의 완벽한 상호 작용을 보장하도록 공기 지향 부재(25)의 각각의 반경 방향 방출 오리피스(50a)를 완전히 가로질러 연장된다.

예시된 실시예를 실행할 때에, 예비 무화된 액체 입자는 하류측의 축방향 방출 오리피스(60)를 통해 방출하도록 입사물로서 추가의 파괴 및 무화를 위해 공기 지향 부재(25)의 하류측의 노즐 팁(12)의 팽창 챔버(59) 내로 고속으로 운반된다. 이 경우에, 팽창 챔버(59)는 액체 지향 안내부(45)의 외경보다 직경이 약간 크고 그 직경보다 비교적 짧은 축방향 길이를 갖는다.

이 경우에, 액체 방출 오리피스(60)는 분사 패턴 전반에 걸쳐 균일하게 분포되는 미세 액적을 갖는 대체로 팬 형태의 분사 패턴을 지향시키도록 되어 있다. 본 출원과 동일한 양수인에게 양도되고 개시 내용이 본 명세서에 참조로 합체되는 미국 특허 제4,591,099호에 개시된 것과 유사할 수 있는 예시된 방출 오리피스(60)는 분사 노즐 조립체의 유동 종축에 대해 수직 관계로 노즐 팁(12)을 직경 방향으로 가로질러 연장하는 노즐 팁(12)의 하류측 단부 근처의 원통형 혼합 챔버(62)에 의해 일부가 형성된다. 혼합 챔버(62)는 이 혼합 챔버(62)를 횡방향으로 가로질러 배치되는 방출 오리피스(60)와 연통한다.

팽창 챔버(59) 내로 지향되는 고속의 예비 무화된 액체의 추가적인 액체 입자 파괴 및 혼합을 향상시키기 위하여, 노즐 팁(12)의 팽창 챔버(59)는 팽창 챔버(59)의 종축에 수직인 평면에서 한쌍의 직경 방향으로 대향된 부분 숄더 또는 받침대(64)를 형성하도록 혼합 챔버(62)의 중앙 훨씬 위에서 혼합 챔버(62)와 교차한다. 이 경우에, 숄더들 또는 받침대들 사이의 통로는 횡방향 혼합 챔버(62)와 거의 동일한 직경을 갖는 축방향 보어(65)에 의해 형성된다. 방출 오리피스는 도 7에 도시된 바와 같이, 예컨대 외측을 향해 벌어진 대향 단부를 갖는 크로스 슬롯에 의해 원하는 분사 패턴을 위해 구성될 수 있다.

작동 시에, 분사 노즐 조립체로 중앙에서 도입된 압축 공기는 액체의 효과적이고 효율적인 예비 무화를 위해 각각의 압축 액체 유동 스트림과 직접 상호 작용하도록 복수 개의 고압 반경 방향 유동 스트림으로 지향된다는 점을 알 수 있다. 이어서, 예비 무화된 액체 입자는 추가 파괴 및 분사 노즐 조립체의 중앙에 배치된 방출 오리피스로부터 예정된 분사 패턴의 최종적인 방출을 위해 팽창 챔버 내로 고속으로 강제 지향된다.

전술로부터, 본 발명의 분사 노즐 조립체는 원하는 분사 방출을 방해할 수 있는 하류측의 충돌 포스트에 대한 필요성 없이 미세한 분사 입자를 발생 및 방출하는 데에 효율적이라는 점을 알 수 있다. 개별적인 액체와 압축 공기 스트림의 직접적인 상호 작용에 의해 분사 노즐 조립체는 효율적인 압축 공기 이용을 통해 미세한 액체 입자를 효율적으로 예비 무화하고 지향시킨다.

Claims (20)

1. 압축 공기 보조식 액체 분사 노즐에 있어서,
   하류측 단부에 액체 분사 방출 오리피스를 갖고, 액체 공급원에 연결하기 위한 상류측 단부를 갖는 노즐 본체;
   상기 노즐 본체 내에 배치되고, 압축 공기 공급원에 연결하기 위한 상류측 단부가 있는 종방향 공기 유동 통로를 가지는 공기 지향 부재로서, 상기 공기 지향 부재는 복수 개의 크로스 통로들을 갖고, 상기 크로스 통로들은 복수 개의 압축 공기 스트림을 상기 크로스 통로들의 원주 방향으로 이격된 공기 방출 오리피스들을 통해 반경 방향 외측으로 지향시키도록 상기 종방향 공기 유동 통로에 대해 횡방향으로 교차하는 관계로 연장되는 것인, 공기 지향 부재;
   복수 개의 원주 방향으로 이격된 축방향 액체 통로들을 형성하는 상기 노즐 본체 내의 액체 지향 안내부로서, 상기 액체 통로들은 상기 크로스 통로들과 갯수가 대응하고, 상기 액체 통로들 각각은 압축 액체와 압축 공기 스트림을 교차시켜 액체를 예비 무화시키기 위해 상기 크로스 통로들 각각의 공기 방출 오리피스를 종방향으로 가로지르도록 연장되는 것인, 액체 지향 안내부
   를 포함하고, 상기 노즐 본체는 상기 예비 무화된 액체를 수용하기 위한 팽창 챔버를 가지며,
   상기 액체 분사 방출 오리피스는 상기 분사 노즐로부터 예정된 무화 액체 분사 패턴을 방출하도록 상기 팽창 챔버와 중앙에서 연통하고,
   상기 액체 지향 안내부는 반경 방향 단부면을 갖는 내향으로 테이퍼진 하류측 원추형 섹션을 갖고, 상기 원주 방향으로 이격된 액체 통로들은 상기 하류측 원추형 섹션과 상기 반경 방향 단부면 양자 모두를 통해 연통하는 것인 압축 공기 보조식 액체 분사 노즐.
2. 제1항에 있어서, 상기 공기 지향 부재의 크로스 통로들은 상기 종방향 공기 유동 통로에 관하여 수직 방향으로 외측을 향해 연장되고,
   상기 액체 지향 안내부의 원주 방향으로 이격된 액체 통로들은 공기 지향 부재의 종방향 공기 유동 통로와 평행한 관계로 그리고 상기 크로스 통로들과 수직 관계로 연장되는 것인 압축 공기 보조식 액체 분사 노즐.
3. 제1항에 있어서, 상기 공기 지향 부재에는 크로스 통로들을 통해 지향시키기 전에 공기 지향 부재를 통해 공기를 가속시키도록 직경이 감소된 입구 섹션이 형성되는 것인 압축 공기 보조식 액체 분사 노즐.
4. 제1항에 있어서, 상기 크로스 통로들은 상기 공기 지향 부재를 통해 지향되는 압축 공기가 상기 크로스 통로들을 통과하기 전에 충돌하는 단부벽을 형성하는 것인 압축 공기 보조식 액체 분사 노즐.
5. 제1항에 있어서, 상기 원주 방향으로 이격된 액체 통로들은 각각 u형 형태를 가지고, 복수 개의 원주 방향으로 이격된 장착 러그들이 상기 액체 통로들 사이에 상기 원주 방향으로 형성되어, 상기 공기 지향 부재 상에 상기 액체 지향 안내부를 지지하는 것인 압축 공기 보조식 액체 분사 노즐.
6. 제1항에 있어서, 상기 복수 개의 원주 방향으로 이격된 액체 통로들은 크로스 통로들의 공기 방출 오리피스를 완전히 가로질러 연장되는 것인 압축 공기 보조식 액체 분사 노즐.
7. 압축 공기 보조식 액체 분사 시스템으로서,
   압축 액체 공급원;
   압축 공기 공급원;
   하류측 단부에 액체 분사 방출 오리피스를 갖고, 상기 압축 액체 공급원에 연결하기 위한 상류측 단부를 갖는 분사 노즐;
   상기 분사 노즐 내에 배치되고 압축 공기 공급원에 연결하기 위한 상류측 단부가 있는 종방향 공기 유동 통로를 갖는 공기 지향 부재로서, 상기 공기 지향 부재는 복수 개의 크로스 통로들을 갖고, 상기 크로스 통로들은 복수 개의 압축 공기 스트림을 상기 크로스 통로들의 원주 방향으로 이격된 공기 방출 오리피스들을 통해 반경 방향 외측으로 지향시키도록 상기 종방향 공기 유동 통로에 대해 횡방향으로 교차하는 관계로 연장되는 것인, 공기 지향 부재;
   상기 공기 지향 부재를 포위하도록 배치되고 복수 개의 원주 방향으로 이격된 액체 통로들을 형성하는 액체 지향 안내부로서, 상기 액체 통로들은 상기 크로스 통로들과 갯수가 대응하고, 상기 액체 통로들 각각은 압축 액체와 압축 공기 스트림을 교차시켜 액체를 예비 무화시키기 위해 상기 크로스 통로들 각각의 공기 방출 오리피스를 종방향으로 가로지르도록 연장되는 것인, 액체 지향 안내부
   를 포함하고, 상기 분사 노즐은 상기 예비 무화된 액체를 수용하기 위한 팽창 챔버를 가지며,
   상기 액체 분사 방출 오리피스는 분사 노즐로부터 예정된 무화 액체 분사 패턴을 방출하도록 상기 팽창 챔버와 중앙에서 연통하며,
   상기 액체 지향 안내부는 반경 방향 단부면을 갖는 내향으로 테이퍼진 하류측 원추형 섹션을 갖고, 상기 원주 방향으로 이격된 액체 통로들은 상기 하류측 원추형 섹션과 상기 반경 방향 단부면 양자 모두를 통해 연통하는 것인 압축 공기 보조식 액체 분사 시스템.
8. 제7항에 있어서, 상기 공기 지향 부재의 크로스 통로들은 상기 종방향 공기 유동 통로에 관하여 수직 방향으로 외측을 향해 연장되고,
   상기 액체 지향 안내부의 원주 방향으로 이격된 액체 통로들은 공기 지향 부재의 종방향 공기 유동 통로와 평행한 관계로 그리고 상기 크로스 통로들과 수직 관계로 연장되는 것인 압축 공기 보조식 액체 분사 시스템.
9. 제7항에 있어서, 상기 크로스 통로들은 상기 공기 지향 부재를 통해 지향되는 압축 공기가 상기 크로스 통로들을 통과하기 전에 충돌하는 단부벽을 형성하고,
   상기 액체 지향 안내부의 하류측 단부가 공기 지향 부재의 하류측 단부에 인접한 것인 압축 공기 보조식 액체 분사 시스템.
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