KR102453447B1 - 통로 개구의 테이퍼된 유입 영역을 구비한 유체 분사용 분사기 - Google Patents

Abstract

본 발명은 유체 분사용 분사기에 관한 것이며, 상기 분사기는 밀봉 영역이 배치되는 밸브 시트(3); 및 분사기 중심 축(X-X) 상에 배치되며 밸브 시트(3)에서 적어도 하나의 통로 개구(30)를 개폐하는 폐쇄 요소(5)를 포함하고, 상기 적어도 하나의 통로 개구(30)는 상기 분사기 중심 축(X-X)에 대한 설정 각도(β)로 주축(300)을 포함하며, 상기 적어도 하나의 통로 개구(30)는 유입 영역(41)을 포함하고, 상기 유입 영역(41)은 테이퍼된다.

Description

통로 개구의 테이퍼된 유입 영역을 구비한 유체 분사용 분사기

본 발명은 감소된 압력 강하 및 밸브 시트의 셀프 센터링 폐쇄 요소를 갖는 유체 분사용, 특히 연료 분사용 분사기에 관한 것이다.

체적 공간, 예컨대 내연 기관 내로 액체, 예컨대 연료를 분사하는 분사기는 알려져 있다. 종래의 설계는, 예를 들어 압전 액추에이터 또는 솔레노이드 밸브와 같은 전자석에 의해 제어되는, 각각의 밸브 시트에 적합하게 형성되어 분사기를 개폐하는 가동 폐쇄 요소, 예를 들어 밸브 니들을 구비한 하우징을 포함한다.

분사의 종래 기술에는, 유체가 내향 개방 밸브 니들에 의해 개방되는 통상 다수의 통로 개구를 통해 연소실 내로 분사되는 것이 포함된다. 연소실 내에, 점화 가능한 공기-연료 혼합물이 형성되어 점화된다.

이 경우, 제조 기술상의 이유로, 통로 개구들이 통상적으로 분사기의 외부 면으로부터 내부 면으로 제조, 예를 들어 레이저 드릴링되어야 하거나, 부식되어야 한다. 이로 인해, 통로 구멍의, 제조로 인한 날카로운 에지의 내부 면이 형성됨으로써, 높은 압력 강하와 더불어 높은 유동 손실이 나타난다. 또한, 이는, 특히 고압 분사의 경우, 가동 폐쇄 요소의 이상적인 중심 동작으로부터의 편차 및 폐쇄 요소의 중심 이탈, 특히 드리프트로 이어진다. 이 경우, 분사기의 사소한 편차 또는 기울임조차도 변동 거동을 유발할 수 있으며, 분사된 유체의 최적의 스프레이 이미지로 이어질 수 없게 한다. 이것은 예를 들어 연료의 경우, 배출 가스 및 연비에 악영향을 미친다.

또한, 가동 폐쇄 요소의 중심 이탈, 특히 드리프트가 분사기의 마모 거동에 부정적인 영향을 미치는 것으로 밝혀졌다.

본 발명의 과제는 압력 강하의 감소, 폐쇄 요소의 셀프 센터링 폐쇄 거동, 및 유동 손실의 감소가 달성되는 유체 분사용 분사기를 제공하는 것이다.

청구항 제 1 항의 특징들을 갖는 유체 분사용, 특히 연료 분사용 본 발명에 따른 분사기는 압력 강하의 감소, 밸브 시트의 폐쇄 요소의 셀프 센터링 폐쇄 거동, 및 유동 손실의 감소가 달성된다는 장점을 갖는다. 이로 인해, 폐쇄 요소의 과도한 마모가 방지될 수 있다. 또한, 체적 공간, 특히 연소실 내로 분사된 유체의 스프레이 이미지는 액적 크기 분포 및 궤적에 관련한 설정 거동과의 상당히 더 큰 그리고 더 작은 편차로 유지될 수 있다. 따라서, 본 발명은, 밸브 시트의 하류에서 분사되는 유체의 유입 거동 및/또는 분무를 최적화하기 위해, 분사 영역에서의 유체 역학적 조건에 유리한 영향을 준다는 장점을 갖는다.

바람직한 연료 분사기의 경우, 이는 또한 내연 기관의 작동 거동 및 배출 가스의 현저한 감소에 바람직한 영향을 미친다. 또한, 유지 보수 간격과 서비스 수명이 매우 긍정적으로 연장된다.

이러한 모든 장점들은 밀봉 영역이 배치된 밸브 시트와 폐쇄 요소를 포함하는 유체 분사용 본 발명에 따른 분사기에 의해 달성된다. 이 경우, 폐쇄 요소, 예를 들어 선형으로 이동 가능한 밸브 니들이 분사기 중심축 상에 배치되고, 밸브 시트에서 적어도 하나의 통로 개구, 종종 다수의 통로 개구의 기하학적 배치를 개방하고 다시 폐쇄하기 위해 이동된다. 이 경우, 적어도 하나의 통로 개구는 분사기 중심축에 대해 설정 각도로 주축을 포함한다. 또한, 적어도 하나의 통로 개구는 유입 영역을 포함하며, 상기 유입 영역은 테이퍼된다.

종속 청구 항들은 본 발명의 바람직한 실시 예들을 제시한다.

바람직한 실시 예에서, 주축에 대해 횡으로 놓인, 유입 영역의 유동 단면은 유동 방향으로 연속적으로 감소한다. 또한, 유동 방향으로 볼 때 전방으로부터 후방으로 테이퍼된 유입 영역 내에, 유동 단면이 일정하게 유지되는 적어도 하나의 섹션이 있어서, 상기 각각의 섹션에서, 전체적으로 테이퍼된 유입 영역의 원통형 원주 형상이 나타나는 것이 바람직할 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 유동 방향으로 테이퍼된 유입 영역이 프로파일화된, 예를 들어 파형 및/또는 계단형인 내주 면을 포함할 수 있다.

바람직하게는, 유입 영역이, 깔때기에서와 같이, 원추 중심축에 대한 내벽의 원추 각도(α)를 갖는 내부 중공 원뿔로서 설계될 수 있다. 이러한 경우에도, 이러한 내부 중공 원뿔의 내주면은 매끄럽게 설계될 수 있을 뿐만 아니라 프로파일화되어 설계될 수 있다.

또한, 원추 중심축이 통로 개구의 주축을 경사 각도(δ)로 교차하는 것이 바람직하다.

본 발명을 제한하는 것으로 봐서는 안 되는, 기하학적으로 가장 단순한 경우에, 바람직하게는 원추 중심축과 통로 개구의 주축이 일치한다. 이는 제로로 선택된 경사 각도(δ)에 상응한다. 이러한 가능한 실시 예에서는, 본 발명의 범위에서 정의에 따르면 유입 영역의 유입 유동 단면에 의해 형성되는 평면(E1)을 갖는 단면에서, 상기 동일한 평면(E1) 내에 원형 유입 원주 윤곽이 형성된다.

따라서, 원형 유입 원주 윤곽의 원 중심점은 원추 중심축 또는 주축과 평면(E1)의 교점에 놓인다.

이로부터, 하류에서 이루어지는, 특히 유체 역학 프로세스 및/또는 열 프로세스 및/또는 기계 프로세스에서 분사기 자체의 작동 거동의 다양한 측면에서 다른 많은 장점이 주어진다.

또한, 평면(E1)을 규정하는 유입 영역의 유입 유동 단면은 상기 동일한 평면, 바람직하게는 비원형인 평면(E1)에서 유입 원주 윤곽을 가질 수 있다. 원칙적으로 모든 유형의 비원형 유입 원주 윤곽이 설계될 수 있다. 왜냐하면, 현대의 3D 제어 기계 제조 기계에서는 윤곽을 구현하는 공구의 몇 가지 자유도가 별도로 제어될 수 있기 때문이다. 본 발명의 범위에서, 윤곽 구현 공구는 종래 기술에 공지된 절삭 공구, 예를 들어 밀링 헤드 외에, 부식 펀치, 방전 가공 및/또는 레이저 처리이다.

3D 자유도의 이용에 의해, 볼록한 부분 영역과 오목한 부분 영역을 특징으로 하는 비원형 원주 윤곽이 형성될 수 있다.

비원형 유입 원주 윤곽의 특히 바람직한 실시 예에서, 상기 윤곽은 평면(E1)에서 타원형으로 설계된다. 이는 바람직한 실시 예에서, 회전 대칭의 내부 중공 원뿔이 기하학적으로 통로 개구의 주축에 대해 경사 각도(δ)로 배치됨으로써 이루어진다. 따라서, 타원형 수신 윤곽이 평면(E1)에서 단면 이미지에 상응한다.

그러나 다른 실시 예에서, 대안으로서, 내부 중공 원뿔이 원추 중심축에 대해 회전 대칭이 아니고 비대칭이며 내벽의 일정한 원추 각도(α)로 설계되지 않는 것이 바람직할 수도 있다.

다른 한편, 내부 중공 원뿔은 다양한 원추 각도(α)를 갖는 내벽의 상이한 부분 섹션을 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 내벽의 이러한 부분 섹션들은 원형 각도에 따라 다음과 같이 정의될 수 있다.

먼저, 평면(E1)의 유입 원주 윤곽에서, 통로 개구의 주축에 가장 가까운 제 1 원주점(A), 즉 주축을 중심으로 평면(E1)에서 원형 각도(γ)가 0인 원주점(A)이 결정된다. 따라서, 제 1 원주점(A)은 예를 들어 주축을 중심으로 시계 방향으로 원형 각도(γ)에 대한 초기 좌표로서 사용된다.

바람직한 실시 예에서, 원추 각도(α)는 원형 각도(γ)에 따라 가변적이다.

비원형 유입 원주 윤곽의 경우에, 또한 통로 개구의 주축으로부터 가장 멀리 떨어진 적어도 하나의 제 2 원주점(B)이 주어져야 한다. 이는 실시 예에 따라, 평면(E1)에서 제 1 원주점(A)에 대해 임의의 원형 각도(γ)로 배치될 수 있다. 특히 바람직한 실시 예에서, 제 2 원주점(B)은 제 1 원주점(A)에 대해 180°의 원형 각도(γ)로 있다.

또한, 바람직하게는 유입 영역이 비대칭으로 왜곡된 내부 중공 원뿔의 형태로 설계된다.

이는 다른 바람직한 실시 예에서, 볼록하게, 즉 증가하는 원추 각도(α)로 설계된 적어도 하나의 제 1 부분 섹션에는, 예를 들어 제 1 원주점(A)과 제 2 원주점(B) 사이의 원형 각도 세그먼트에서, 오목하게, 즉 감소하는 원추 각도(α)로 설계된 적어도 하나의 추가 부분 섹션이 이어짐으로써 주어진다.

추가 부분 섹션은 예를 들어, 제 2 원주점(B)과 제 1 원주점(A) 사이의 단일 추가 부분 섹션으로서, 원주를 폐쇄하여 완전한 원을 형성할 수 있다. 대안으로서, 제 2 원주점(B)에서 시작하는 추가 부분 섹션에는 추가 볼록한 또는 오목한 부분 섹션이 이어질 수 있다.

원형 각도(γ)에 따라, 평면(E1)에서의 유입 영역의 변하는 유입 원주 윤곽에 대한 바람직한 실시 예가 설명된다.

바람직한 개선 예에 따라, 통로 개구는 상이한 유동 단면을 특징으로 하는 개별 영역들로 분할된다. 이로 인해, 테이퍼된 유입 영역의 하류에서, 전체의 통로 개구를 통한 유동에 대한 의도된 형태로, 종래 기술의 단점들이 더 많이 제거될 수 있다.

통로 개구는 유동 방향으로 볼 때 유입 영역의 하류에 중간 유동 단면을 갖는 중간 유동 영역을 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 통로 개구는 바람직하게는 중간 유동 영역의 하류에 배출 유동 단면을 갖는 배출 유동 영역을 포함한다.

이 경우, 통로 개구의 가장 좁은 유동 단면이 중간 유동 단면의 영역에 놓이는 것이 특히 바람직하다.

바람직하게는, 중간 유동 영역 및/또는 배출 유동 영역은 주축에 대해 원통형으로 설계된다. 원통형 디자인의 장점은 예를 들면 회전하는 드릴링 헤드 또는 밀링 헤드에 의한 간단한 제조에 있다.

그러나 이것이 본 발명을 제한하는 것으로 봐서는 안 된다. 왜냐하면, 특히 분사될 유체의 레올로지에 따라, 중간 유동 영역 및/또는 배출 유동 영역이 가변 유동 단면으로, 특히 테이퍼되거나 반대로 다시 확대되어, 설계되는 것이 바람직할 수 있기 때문이다.

또한, 상이한 유동 단면을 갖는 영역들의 치수가 서로 관련되어 다양하게, 그러나 의도적으로, 설계될 수 있다.

따라서, 유입 영역은 유입 길이를, 중간 유동 영역은 중간 길이를, 그리고 배출 유동 영역은 배출 길이를 규정하는 것이 바람직하다. 유입 길이와 중간 길이가 서로 유사하거나 동일한 길이인 것이 특히 바람직할 수 있다. 추가로 또는 대안으로서, 배출 길이가 유입 길이 및/또는 중간 길이보다 더 클 수 있다. 이 경우, 배출 길이와 적어도 하나의 상기 마지막에 언급된 길이의 관계는 약 팩터 1.3 내지 2.3, 더 바람직하게는 1.4 내지 1.7만큼 차이나게 선택 될 수있다.

본 발명에 따른 분사기는 연료 분사용, 특히 액체 연료 분사용 연료 분사기인 것이 특히 바람직하다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예가 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명될 것이다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분사기의 개략적인 단면도.
도 2는 통로 개구를 포함하는 도 1의 분사기의 밸브 시트의 개략적인 확대 단면도.
도 3은 도 2의 통로 개구의 개략적인 확대 단면도.
도 4는 도 3의 통로 개구의 유입 영역을 유동 방향으로 바라본 개략적인 평면도.

상이한 도면에서, 동일한 도면 부호는 각각 동일한 요소를 나타낸다.

도 1 및 도 2에 나타나는 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 분사기(1)는 밸브 하우징(2)과 밸브 시트(3)를 포함한다. 밸브 시트(3)는 예를 들어 형상 끼워맞춤 연결부에 의해 밸브 하우징(2)에 고정된다.

분사기는 상기 바람직한 실시 예에서 분사기의 축 방향으로 분사기 중심축(X-X)을 따라 선형 이동 가능한 밸브 니들의 형태인 폐쇄 요소(5)를 더 포함한다. 또한, 분사기(1)는 상기 실시 예에서 기계적 스프링의 형태인 복원 요소(6)를 포함하고, 상기 복원 요소(6)는 폐쇄 요소(5)를 도 1에 도시된 폐쇄 위치로 유지한다.

폐쇄 요소(5)는 액추에이터(7), 상기 실시 예에서 자기 액추에이터에 의해 작동된다. 도면 번호 8은 전기 접속부를 나타낸다.

연료는 분사기(1)의 내부에서 밸브 시트(3) 상의 폐쇄 요소(5)의 단부까지 안내된다.

도 1 또는 도 2에서, 밸브 시트(3)는 예를 들어 연소실을 향한 (여기에 완전히 도시되지 않은) 자유 분사 체적의 전방에 배치되고, 연료와 같은 분사될 유체가 폐쇄되지 않은 밸브 상태에서 상기 연소실 내로 분사된다.

특히, 도 2에 나타나는 바와 같이, 밸브 시트(3)는 밀봉 시트(50) 상의 폐쇄 요소(5)에 의해 개방 및 폐쇄될 수 있는 다수의 통로 개구(30)를 구비한다. 도 1과 마찬가지로, 도 2도 분사기의 폐쇄 상태를 도시한다.

또한, 도 2에 나타나는 바와 같이, 이 실시 예에서, 밸브 시트(3) 내의 밀봉 시트(50)는 폐쇄 요소(5)의 분사 측, 여기서는 밸브 볼로서 구현된 단부에, 작은 체적의 유체 저장기 영역(40)을 추가로 포함한다. 이 경우, 유체 저장기 영역(40)은 밀봉 시트(50) 내로 편평하게 함몰된 영역으로서 설계된다

선택적으로 제공되는 유체 저장기 영역(40)은 주로 얇은 유체 필름이 계속 흐르게 하는 역할을 한다. 이로 인해, 특히 연속적인 습윤 및 더 균일한 국소 압력 거동이 보장된다.

여기에 도시된 상기 단면에서, 2 개의 통로 개구(30)는 단면도의 도시된 절단면에 나타나는데, 이는 기본적으로 가능한 실시 예에 상응한다.

이 경우, 2 개의 통로 개구(30)는 각각의 주축(300)을 갖는다.

통로 개구(30)의 주축(300)은 분사기 중심축(X-X)에 대해 설정 각도(β)를 형성한다. 여기에 도시된 실시 예에서, 2 개의 통로 개구(30)에 대한 설정 각도(β)는 동일하게 30°이다.

그러나 원칙적으로, 상기 통로 개구들(30) 중 적어도 하나 또는 각각이 상이한 설정 각도(β)로 정렬될 수 있다.

통로 개구들(30)은 분사될 유체에 의해 각각의 유동 방향(200)으로 관류된다(도 2 및 도 3 참조).

통로 개구(30)마다 발생하는 액체의 (여기에 도시되지 않은) 개별 제트는 일반적으로 그 유동 배출 동안 각각의 원주 방향 내벽과 배출 에지에 의한 유동 파괴로 인한 부서짐 효과에 의해 가장 미세한 1 차 및 2 차 드롭들로 이루어진 소위 분무 돌출부로서 형성된다.

도 3은 도 2의 상세도로서 통로 개구(30)의 단면도를 도시한다. 도 3에 관련된 도 4는 유동 방향(200)으로 볼 때, 밀봉 시트(50)에 배치된 통로 개구(30)의 상응하는 평면도를 도시한다.

특히 각각의 설정 각도(β)에 관련한 기하학적 배치 및 통로 개구(30)의 내부 디자인은 통로 개구(30)를 통한 유체의 유동 거동 및 하류에서 그 분사 거동에 유체 역학적으로 영향을 미친다.

특히 도 3에 도시된, 통로 개구(30)의 바람직한 실시 예에 의해 알 수 있는 바와 같이, 각각의 내부 유동 단면(550)은 유동 방향(200)을 따라 가변적이다.

이 경우, 상이한 유동 단면을 특징으로 하는 총 4개의 개별 유동 영역(40, 41, 42, 43)이 구별된다.

한편으로, 통로 개구(30)는 바람직하게 존재하는 유체 저장기 영역(40) 내에 배치된다.

이 경우, 유체 저장기 영역(40)은 편평한 볼록한 통의 형태로 밀봉 시트(50) 내로 함몰되고, 그로부터 통로 개구(30)의 주축(300)을 따라 통 깊이에 상응하는 유체 저장기 길이(L0)가 주어진다.

주축(300)에 대해 수직으로, 유체 저장기 영역(40)의 평면(E2)으로서 표시된 절단면은 유체 저장기 유동 단면(500)이 있는 밀봉 시트(50) 내에 나타난다.

유체 저장기 유동 단면(500)은 그 원주에서 평면(E2) 내에 유체 저장기 원주 윤곽(600)을 표시한다.

또한, 도 3에 나타나는 바와 같이, 통로 개구(30)는 자신의 3개의 유동 영역(41, 42, 43)으로 세분된다.

따라서, 도 3에 도시된 통로 개구(30)는 유동 방향(200)으로 볼 때 유체 저장기 영역(40)의 하류에 유입 유동 단면(501)을 갖는 유입 영역(41)을 포함한다.

정의에 따르면, 유입 영역(41)의 유입 유동 단면(501)은 평면(E1)으로서 표시된 밸브 시트(3)의 절단면 내에 놓이게 된다. 평면(E1)은 평면(E2)에 대해 평행하게 오프셋된 평면이므로, 주축(300)에 대해 수직이다.

평면(E1)에서, 유입 유동 단면(501)은 그 원주에 유입 영역(41)의 유입 원주 윤곽(601)을 나타낸다.

여기서 주의할 점은 통로 개구(30)의 적어도 하나의 내부 몸체 에지, 특히 유입 영역(41) 및/또는 유체 저장기 영역(40) 내에 배치된, 특히 적어도 하나의 원주 윤곽(600, 601, 602)이 작은 반경 및/또는 45°챔퍼를 포함할 수 있다는 것이다. 따라서, 라운딩된 유동 통과 영역은 유동 파괴 및/또는 공동화와 같은 유체 역학적으로 바람직하지 않은 효과를 감소시키는 역할을 한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바람직한 실시 예에서, 유입 영역(41)의 유입 유동 단면(501)은 유체 저장기 영역(40)의 유체 저장기 유동 단면(500)보다 작다. 또한, 주축(300)에 대한 투영 방향에서, 유입 유동 단면(501)이 더 큰 유체 저장기 유동 단면(500) 내로 완전히 빠지므로, 원주 윤곽들(600, 601)은 교차하지 않는다.

여기서 주의할 점은 이러한 기하학적 배치가 본 발명을 제한하는 것으로 봐서는 안 된다는 것이다. 다른 바람직한 실시 예에서, 유입 유동 단면(501)이 적어도 대부분의 면적 비율로, 바람직하게는 90% 이상으로, 더 큰 유체 저장기 유동 단면(500) 내로 빠진다.

또한, 통로 개구(30)는 유동 방향(200)으로 볼 때 유입 영역(41)의 하류에 중간 유동 단면(502)을 갖는 중간 유동 영역(42)을 포함한다.

또한, 통로 개구(30)는 유동 방향(200)으로 볼 때 중간 유동 영역(42)의 하류에 배출 유동 단면(503)을 갖는 배출 유동 영역(43)을 포함한다.

또한, 도 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 유입 영역(41)에 대해 유입 길이(L1), 중간 유동 영역(42)에 대해 중간 길이(L2), 및 배출 유동 영역(43)에 대해 배출 길이(L3)가 주어진다.

이 경우, 총 중간 길이(L2)를 따른 중간 유동 영역(42) 및 총 배출 길이(L3)를 따른 배출 유동 영역(43)은 주축에 대해 원통형으로 설계된다.

여기서, 통로 개구(30)의 가장 좁은 유동 단면(550)은 중간 유동 영역(42) 내에 놓이므로, 중간 유동 단면(502)에 의해 결정된다.

이와 관련하여, 도 3으로부터 특히 잘 알 수 있는 바와 같이, 상기 바람직한 실시 예에서, 통로 개구(30)는 유입 유동 영역(41)의 하류에 배치된 그 유동 영역에서, 내부 숄더에 의해 유동 방향(200)으로 확대된 단면을 갖는 전형적인 원형 보어로서 설계된다.

바람직한 실시 예에서, 유입 길이(L1)와 중간 길이(L2)는 서로 유사하거나 동일한 크기이다. 또한, 배출 길이(L3)는 크기 면에서 유입 길이(L1)와 중간 길이(L2)의 총 길이와 대략 동일하거나 동일하다.

본 발명에 따르면, 적어도 하나의 통로 개구(30)의 유입 영역(41)의 테이퍼된 디자인이 특히 바람직한 것으로 나타났다. 따라서, 도 1 내지 도 3에 동일하게 도시된 통로 개구(30)에서 나타나는 바와 같이, 유입 유동 단면(501)은 중간 유동 단면(502)보다 크게 선택된다.

또한, 여기에 도시된 바람직한 실시 예에서, 유동 단면(550)은 길이(L1)에 걸쳐, 즉 유입 유동 단면(501)으로부터 중간 유동 단면(502)으로, 선형 구배로 연속적으로 감소하는 것을 알 수 있다.

따라서, 특히 도 3에 나타나는 바와 같이, 깔때기 형태로 테이퍼된 유입 영역(41)은 특히 원추 중심축(800)에 대한 내벽의 원추 각(α)에 의해 정의되는 내부 중공 원뿔로서 나타날 수 있다.

특히, 도 3에 나타나는 바와 같이, 전술한 선형 구배는 콘 각도(α)에 의해서만 결정되지 않고, 추가로 경사 각도(δ)에 의해서도 결정된다.

왜냐하면, 경사 각도(δ)가 원추 중심축(800)과 통로 개구(30)의 주축(300) 사이의 교차 각도를 나타내기 때문이다. 따라서, 경사 각도(δ)는 통로 개구(30)의 주축(300)에 대해 도 3에서 깔때기 형태인 테이퍼된 유입 영역(41)의 내부 중공 원뿔의 배치에 대한 척도에 관련된다.

특히, 원추 각도(α) 및 경사 각도(δ)는 통로 개구(30)의 테이퍼된 유입 영역(41)의 기하학적 구조 및 그에 따라 분사되는 유체의 유입 거동에 결정적이다.

이 경우 주의할 점은 여기에 도시되지 않은 대안적 실시 예에서, 경사 각도(δ)는 0으로 선택될 수 있어서, 원추 중심축(800)과 통로 개구(30)의 주축(300)이 일치한다는 것이다. 이러한 대안적 실시 예에서는, 유입 유동 단면(501)에 의해 형성되는 평면(E1)을 갖는 섹션에, 유입 영역(41)의 원형 유입 원주 윤곽(601)이 나타난다. 이 경우, 원형 유입 원주 윤곽(601)의 원 중심(M)이 원추 중심축(800) 또는 주축(300)과 평면(E1)과의 교점에 놓인다.

그러나 도 4의 관련 도면과 함께, 도 3에는, 통로 개구의 주축에 대해 약 10 도의 경사 각도(δ)로 배치된 회전 대칭의 내부 중공 원뿔의 기하학적 배치가 도시된 바람직한 실시 예가 있다.

유입 유동 단면(501)의 평면(E1)을 가진 비스듬히 배치된 내부 중공 원뿔의 단면으로부터, 타원형의 유입 원주 윤곽(601)이 기하학적으로 형성된다.

상기 타원형 유입 원주 윤곽(601)은 도 4에 특히 잘 나타난다.

또한, 도 4에는, 타원형을 형성하는 유입 원주 윤곽(601)을 따른 2 개의 마킹 점(A, B)의 정의에 따른 위치가 표시되어 있다. 제 1 원주 점(A)은 통로 개구(30)의 주축(300)에 대해 가장 가까운 점이다. 제 2 원주 점(B)은 통로 개구의 주축에 대해 가장 먼 점이다.

도 4에 나타나는 바와 같이, 평면(E1)에서 원형 각도(γ)로 표시된 주축(300)을 중심으로 하는 각도 좌표는 영점으로 설정된 제 1 원주점(A)에서 떨어져 연장한다.

따라서, 바람직한 실시 예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 제 2 원주점(B)은 제 1 원주점(A)에 대해 180°의 원형 각도(γ)로 놓인다.

여기서, 원형 각도(γ)의 회전 방향은 주축(300)을 나타내는 중심(M)을 중심으로 하는 시계 방향이다.

실시 예 설명과 관련해서, 원추 각도(α)가 원형 각도(γ)에 따라 가변되도록 설계되는 다른 실시 예가 제공된다는 것을 알아야 한다. 이로 인해, 테이퍼된 유입 영역은 비스듬한 내부 중공 원뿔로서 설계된다.

3: 밸브 시트
5: 폐쇄 요소
30: 통로 개구
41: 유입 영역
42: 중간 유동 영역
43: 배출 유동 영역
70: 내부 중공 원뿔
200: 유동 방향
300: 주축
501: 유입 유동 단면
502: 중간 유동 단면
503: 배출 유동 단면
601: 유입 원주 윤곽
800: 원추 중심축

Claims (10)

1. 유체 분사용 분사기로서,
   - 밀봉 영역이 배치된 밸브 시트(3)로서, 상기 밀봉 영역은 볼록한 리세스의 형상이며, 상기 리세스의 가장자리의 일부가 융기된, 상기 밸브 시트(3), 및
   - 분사기 중심축(X-X) 상에 배치되며, 상기 밸브 시트(3)에서 적어도 하나의 통로 개구(30)를 개폐하는 폐쇄 요소(5)를 포함하고,
   - 상기 적어도 하나의 통로 개구(30)는 상기 분사기 중심축(X-X)에 대한 설정 각도(β)로 주축(300)을 포함하며,
   - 상기 적어도 하나의 통로 개구(30)는 유입 영역(41)을 포함하고,
   - 상기 유입 영역(41)은 테이퍼지고,
   상기 폐쇄 요소(5)는 상기 리세스의 융기된 가장자리와 접촉하여 상기 적어도 하나의 통로 개구를 폐쇄하고, 상기 적어도 하나의 통로 개구(30)는 유체의 유동 방향에서 상기 밀봉 영역의 하류에 있는, 분사기.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 주축(300)에 대해 횡으로 놓인 상기 유입 영역(41)의 유동 단면(501)은 유동 방향(200)으로 연속적으로 감소하는, 분사기.
3. 제 2 항에 있어서, 상기 유입 영역(41)은 원추 중심축(800)에 대한 내벽의 원추 각도(α)를 갖는 내부 중공 원뿔(70)로서 설계되는, 분사기.
4. 제 3 항에 있어서, 상기 원추 중심축(800)은 상기 통로 개구(30)의 주축(300)과 경사 각도(δ)로 교차하는, 분사기.
5. 제 3 항에 있어서, 평면(E1)을 규정하는, 상기 유입 영역(41)의 유입 유동 단면(501)은 상기 평면(E1) 내에 비원형 유입 원주 윤곽(601)을 갖는, 분사기.
6. 제 5 항에 있어서, 상기 유입 원주 윤곽(601)은 상기 평면(E1)에서 타원형으로 설계되는, 분사기.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 유입 원주 윤곽(601)은 상기 평면(E1)에서 상기 통로 개구(30)의 주축(300)에 가장 가까운 제 1 원주점(A)을 포함하고, 상기 제 1 원주점(A)은 상기 주축(300)을 중심으로 상기 평면(E1)에서 제로의 원형 각도(γ)를 규정하며, 상기 유입 원주 윤곽(601)은 상기 통로 개구(30)의 주축(300)에 가장 먼 제 2 원주점(B)을 포함하고, 상기 제 2 원주점(B)은 180°의 원형 각도(γ)로 배치되며, 상기 원추 각도(α)는 상기 원형 각도(γ)에 따라 가변하도록 설계되는, 분사기.
8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 통로 개구(30)는 유동 방향(200)으로 볼 때 상기 유입 영역(41)의 하류에 중간 유동 단면(502)을 갖는 중간 유동 영역(42)을 그리고 상기 중간 유동 영역(42)의 하류에 배출 유동 단면(503)을 갖는 배출 유동 영역(43)을 포함하고, 상기 중간 유동 단면(502)은 상기 통로 개구(30)의 가장 좁은 유동 단면인, 분사기.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 중간 유동 영역(42) 및/또는 상기 배출 유동 영역(43)은 상기 주축(300)에 대해 원통형으로 설계되는, 분사기.
10. 제 8 항에 있어서, 상기 유입 영역(41)은 유입 길이(L1)를, 상기 중간 유동 영역(42)은 중간 길이(L2)를, 그리고 상기 배출 유동 영역(43)은 배출 길이(L3)를 규정하고, 상기 유입 길이(L1) 및 상기 중간 길이(L2)는 서로 유사하거나 동일한 크기이고, 및/또는 상기 배출 길이(L3)는 상기 유입 길이(L1) 및/또는 상기 중간 길이(L2)보다 1.3 내지 2.3배 크기인, 분사기.

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