KR20040016786A - 분무 전에 유체의 개선된 혼합 및 분쇄를 하기 위한스프레이 건 - Google Patents

분무 전에 유체의 개선된 혼합 및 분쇄를 하기 위한스프레이 건 Download PDF

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KR20040016786A
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Abstract

본 발명의 기술은 스프레이 코팅 디바이스의 스프레이 형성 섹션에서 분무 하기 전에 원하는 코팅 유체를 내부에서 혼합 및 분쇄함으로써 스프레이 코팅 디바이스에서의 분무를 개선하는 시스템 및 방법을 제공한다. 본 기술의 예시적인 스프레이 코팅 디바이스는 스프레이 형성 출구의 상류에 있는 흐름 장벽에 인접하여 배치된 혼합 유도 밸브를 구비한다. 이 혼합 유도 밸브는 유체의 혼합을 용이하게 하기 위해 여러 가지의 무딘/각이 진 구조 및 내부 통로를 가질 수 있다. 혼합 유도 밸브는 유체의 혼합 및 유체 분쇄를 개선하기 위해 흐름 장벽과 또한 상호 작용할 수 있다. 본 발명의 스프레이 코팅 디바이스의 일 실시예는 혼합 유도 밸브에 인접한, 충돌 분출 섹션과 같은, 내부 유체 분쇄 섹션을 구비한다. 최종 스프레이 코팅은 감소된 얼룩과 같은 정제된 특성을 가진다.

Description

분무 전에 유체의 개선된 혼합 및 분쇄를 하기 위한 스프레이 건{SPRAY GUN WITH IMPROVED PRE-ATOMIZATION FLUID MIXING AND BREAKUP}
본 발명의 기술은 일반적으로 스프레이 시스템에 관한 것이며 보다 상세하게는 산업용 스프레이 코팅 시스템에 관한 것이다. 본 발명의 기술은 구체적으로 스프레이 코팅 디바이스의 스프레이 형성 섹션에서 분무하기 이전에 유체를 내부에서 혼합 및 분쇄시키는 것에 의해 스프레이 코팅 디바이스에서의 분무를 개선시키는 시스템 및 방법을 제공한다.
스프레이 코팅 디바이스는 목재와 금속과 같은 매우 다양한 물질과 제조 타입에 스프레이 코팅을 도포하는데 사용된다. 서로 다른 각 산업 응용에 사용되는 스프레이 코팅 유체는 많은 서로 다른 유체 특성과 원하는 코팅 특성을 가질 수 있다. 예를 들어, 목재 코팅 유체/염료(stain)는 일반적으로 유체/염료를 통해 상당한 미립자/유대(particulate/ligament)를 가질 수 있는 점성 유체이다. 공기 분무 스프레이 건(air atomizing spray gun)과 같은 종래의 스프레이 코팅 디바이스는 앞서 말한 미립자/유대를 종종 분쇄할 수 없다. 최종 스프레이 코팅은, 텍스처(texture), 색채(color), 및 전체 외관에서 얼룩과 여러 가지 다른 불균일로 특징지워질 수 있는 원치 않는 불균일한 외관(appearance)을 가진다. 10 psi 미만과 같은 비교적 낮은 공기 압력에서 동작하는 공기 분무 스프레이 건에서, 전술한 코팅의 불균일은 특히 명백하다.
따라서, 스프레이 코팅 디바이스의 스프레이 형성 섹션에서 분무하기 이전에 원하는 코팅 유체를 혼합 및 분쇄하기 위한 기술이 요구된다.
본 발명의 기술은 스프레이 코팅 디바이스의 스프레이 형성 섹션에서 분무하기 이전에 원하는 코팅 유체를 내부적으로 혼합 및 분쇄시키는 것에 의해 스프레이 코팅 디바이스에서의 분무를 개선시키는 시스템 및 방법을 제공한다. 본 기술의 예시적인 스프레이 코팅 디바이스는 스프레이 형성 출구의 상류에 있는 흐름 장벽에 인접하게 배치된 혼합 유도 밸브를 가진다. 이 혼합 유도 밸브는 유체의 혼합을 용이하게 하기 위하여 여러 가지 무딘/각이 진 구조 및 내부 통로를 가질 수 있다. 혼합 유도 밸브는 유체 혼합 및 유체 분쇄를 개선시키기 위해 흐름 장벽과 또한 상호 작용할 수 있다. 본 발명의 스프레이 코팅 디바이스의 일 실시예는 혼합 유도 밸브에 인접한 충돌 분출 섹션과 같은 내부 유체 분쇄 섹션을 가진다. 최종 스프레이 코팅은 감소된 얼룩과 같은 정제된(refined) 특성을 가진다.
본 발명의 전술한 및 다른 잇점과 특성은 도면을 참조하여 이후 상세한 설명을 판독하면 명료해질 것이다.
도 1 은 본 발명의 기술의 예시적인 스프레이 코팅 시스템을 도시하는 도면.
도 2 는 본 발명의 기술의 예시적인 스프레이 코팅 방법을 도시하는 흐름도.
도 3 은 도 1 및 도 2의 스프레이 코팅 시스템 및 방법에 사용되는 예시적인 스프레이 코팅 디바이스의 측단면도.
도 4 는 도 3의 스프레이 코팅 디바이스의 유체 방출 팁 조립체 내에 있는 예시적인 유체 혼합 및 분쇄 섹션들 및 무딘 팁을 가진 유체 밸브에 대한 부분 측단면도.
도 5 는 유체 분쇄 섹션의 무딘 팁을 가진 유체 밸브, 유체 혼합 섹션, 및 발산 통로 섹션을 더 도시하는 도 4의 유체 방출 팁 조립체에 대한 부분 측단면도.
도 6 은 도 5에 도시된 유체 혼합 섹션의 부분 정단면도.
도 7 은 도 6에 나타나 있는 바와 같이 45도 회전된 무딘 팁을 가진 유체 밸브, 유체 혼합 섹션, 및 발산 통로 섹션을 더 도시하는 도 4 및 도 5의 유체 방출 팁 조립체에 대한 부분 측단면도.
도 8 은 도 4에 도시된 유체 분쇄 섹션의 발산 통로 섹션과 수렴 통로 섹션 사이의 중간 통로에 대한 부분 정단면도.
도 9 는 유체 분쇄 섹션의 유체 충돌 영역을 더 도시하는 도 4의 유체 방출 팁 조립체에 대한 부분 측단면도.
도 10 은 도 9에 도시된 수렴 통로 섹션 없이 발산 통로 섹션을 가지는 도 4의 유체 방출 팁 조립체에 대한 대안적인 실시예의 부분 측단면도.
도 11 은 도 5 및 도 7에 도시된 발산 통로 섹션 없이 수렴 통로 섹션을 가지는 도 4의 유체 방출 팁 조립체에 대한 다른 대안적인 실시예의 부분 측단면도.
도 12 는 유체 혼합 섹션과 유체 분쇄 섹션을 거쳐 이어있는 변경된 유체 밸브를 가지는 도 4의 유체 방출 팁 조립체에 대한 또다른 대안적인 실시예의 부분 측단면도.
도 13 은 유체 혼합 섹션에 인접한 중공 유체 밸브를 가지는 도 4의 유체 방출 팁 조립체에 대한 더 다른 대안적인 실시예의 부분 측단면도.
도 14 는 이동가능하며 교체가능한 팁 섹션을 갖는 대안적인 유체 밸브를 가지는 도 4의 유체 방출 팁 조립체의 부분 측단면도.
도 15 는 대안적인 수렴 통로 섹션과 무딘 팁을 가진 유체 밸브를 가지는 도 4의 유체 방출 팁 조립체의 더 다른 대안적인 실시예의 부분 측단면도.
도 16 은 도 3 내지 도 15에 도시된 스프레이 코팅 디바이스를 사용하여 예시적인 스프레이 코팅 방법을 예시하는 흐름도.
도 17 은 도 3 내지 도 15에 도시된 스프레이 코팅 디바이스를 사용하여 본 기술의 예시적인 유체 분쇄 및 스프레이 형성 방법을 도시하는 흐름도.
<도면 주요 부분에 대한 부호의 설명>
12 : 스프레이 코팅 디바이스 20 : 제어 시스템
34 : 위치 지정 시스템 200 : 스프레이 팁 조립체
204 : 유체 방출 팁 조립체 208 : 스프레이 형성 조립체
220 : 스프레이 쉐이핑 오리피스 226 : 유체 방출 조립체
232 : 유체 밸브 조립체 234 : 니들 밸브
아래에서 상세하게 설명하는 바와 같이, 본 발명의 기술은 스프레이 코팅 디바이스 내에서 유체를 내부적으로 혼합 및 분쇄시키는 것에 의해 코팅 및 다른 스프레이 응용을 위한 정제된 스프레이를 제공한다. 급격한 회전, 급격한 팽창 또는 수축, 또는 다른 혼합 유도 흐름 경로를 포함할 수 있는 하나 이상의 변화하는 모양의 통로를 통해 유체를 통과시키는 것에 의해 이런 내부 혼합 및 분쇄가 달성된다. 예를 들어, 본 기술은 하나 이상의 무딘 에지(blunt edge) 또는 각이 진 에지 (angled edge)를 가지는 변경된 니들 밸브, 내부 흐름 통로, 및 변화하는 모양의 구조를 통해 또는 그 주위로 유체를 흐르게 할 수 있다. 나아가 본 기술은 유체의 혼합 및 미립자의 분쇄를 용이하게 하기 위하여 이어져 있는 하나 이상의 제한된 통로를 가지는 유체 통로에 차단벽과 같은 흐름 장벽을 제공할 수 있다. 예를 들어, 흐름 장벽은 이 흐름 장벽과 변경된 니들 밸브 사이에 혼합 공동에 유체의 혼합을 유도할 수 있다. 또한 흐름 장벽은, 유체 분출이 하나의 면에 충돌하거나 또는 서로 충돌함에 따라 유체 흐름 내의 미립자/유대가 분쇄되도록, 하나 또는 그 이상의 제한된 통로로부터 유체 분출(fluid jet)을 형성할 수 있다. 본 기술은, 유체 분출의 충돌 각과 속도를 변화시키는 것에 의해, 흐름 통로 모양을 변화시키는 것에 의해, 니들 밸브 구조를 변경시키는 것에 의해, 그리고 스프레이를 생성하기 위해 스프레이 형성 메커니즘을 변경시키는 것에 의해 특정 유체 및 스프레이 적용을 위해 내부 혼합 및 분쇄를 또한 최적화할 수 있다.
도 1 은 표적 대상(14)에 원하는 코팅을 도포하기 위한 스프레이 코팅 디바이스(12)를 포함하는 예시적인 스프레이 코팅 시스템(10)을 도시하는 흐름도이다.이 스프레이 코팅 디바이스(12)는 유체 공급기(16), 공기 공급기(18), 및 제어 시스템(20)과 같은 여러 가지 공급 및 제어 시스템에 연결될 수 있다. 이 제어 시스템(20)은 유체 공급기(16) 및 공기 공급기(18)의 제어를 용이하게 하며, 그리고 이 스프레이 코팅 디바이스(12)가 표적 대상(14) 위에 허용가능한 품질의 스프레이 코팅을 제공하는 것을 보장한다. 예를 들면, 제어 시스템(20)은 자동화 시스템(22), 위치 지정 시스템(24), 유체 공급 제어기(26), 공기 공급 제어기(28), 컴퓨터 시스템(30), 및 유저 인터페이스(32)를 포함할 수 있다. 제어 시스템(20)은 또한 위치 지정 시스템(34)에 연결될 수 있으며, 이 위치지정 시스템(34)은 스프레이 코팅 디바이스(12)에 대해 표적 대상(14)의 이동을 용이하게 한다. 따라서, 스프레이 코팅 시스템(10)은 컴퓨터로 제어되는 코팅 유체의 혼합, 유체 및 공기의 흐름 속도, 및 스프레이 패턴을 제공할 수 있다. 나아가, 위치지정 시스템(34)은, 스프레이 코팅 디바이스(12)가 균일하고 효율적으로 표적 대상(14)의 전체 면을 커버할 수 있도록 제어 시스템(20)에 의해 제어되는 로봇 암을 포함할 수 있다.
도 1의 스프레이 코팅 시스템(10)은 스프레이 코팅 디바이스(12)의 매우 다양한 응용, 유체, 표적 대상 및 타입/구성에 적용 가능하다. 예를 들면, 유저는 금속과 목재와 같은 여러 가지 물질에 대한 서로 다른 코팅 타입, 색체, 텍스쳐, 및 특성을 포함할 수 있는 복수의 서로 다른 코팅 유체(42)로부터 원하는 유체(40)를 선택할 수 있다. 유저는 서로다른 물질과 제품의 타입과 같은 여러 가지 서로다른 대상(38)으로부터 원하는 대상(36)을 또한 선택할 수 있다. 아래에 더 상세하게 기술되는 바와 같이, 스프레이 코팅 디바이스(12)는 유저에 의해 선택되는 표적 대상(14)과 유체 공급기(16)를 제공하도록 여러 가지 서로다른 성분과 스프레이 형성 메커니즘을 또한 포함할 수 있다. 예를 들면, 스프레이 코팅 디바이스(12)는 공기 분무기(air atomizer), 회전 분무기(rotary atomizer), 정전 분무기(electrostatic atomizer), 또는 임의의 다른 적절한 스프레이 형성 메커니즘을 포함할 수 있다.
도 2 는 표적 대상(14)에 원하는 스프레이 코팅을 도포하기 위한 예시적인 스프레이 코팅 방법(100)의 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 본 방법(100)은 원하는 유체를 도포하기 위해 표적 대상(14)을 식별함으로써 시작한다(블록 102). 본 방법 (100)은 이후 표적 대상(14)의 스프레이 면에 도포하기 위해 원하는 유체(40)를 선택하는 것으로 진행한다(블록 104). 이후 유저는 식별된 표적 대상(14)과 선택된 유체(40)에 대한 스프레이 코팅 디바이스(12)를 구성하도록 진행한다(블록 106). 유저가 스프레이 코팅 디바이스(12)를 구동(engage)함에 따라, 본 방법(100)은 이후 선택된 유체(40)의 분무 스프레이를 생성하도록 진행한다(블록 108). 유저는 표적 대상(14)의 원하는 면에 걸쳐 분무된 스프레이의 코팅을 도포할 수 있다(블록 110). 본 방법(100)은 이후 원하는 면에 걸쳐 도포된 코팅을 경화/건조하도록 진행한다(블록 112). 만약 선택된 유체(40)의 추가 코팅이 유저에 의해 질문 블록(114)에서 요구되면, 본 방법(100)은 선택된 유체(40)의 또 다른 코팅을 제공하도록 블록(108, 110, 및 112)을 거쳐 진행한다. 만일 유저가 선택된 유체의 추가 코팅을 질문 블록(114)에서 원하지 않는다면, 본 방법(100)은 유저가 새로운 유체의 코팅이 요구하고 있는지를 결정하기 위해 질문 블록(116)으로 진행한다. 유저가 질문 블록(116)에서 새로운 유체의 코팅을 원하면, 본 방법(100)은 스프레이 코팅을 위해 새로이 선택된 유체를 사용하여 블록(104 내지 114)을 거쳐 진행한다. 만일 유저가 새로운 유체의 코팅을 질문 블록(116)에서 요구하지 않는다면, 본 방법(100)은 블록(118)에서 종료된다.
도 3 은 스프레이 코팅 디바이스(12)의 예시적인 실시예를 도시하는 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 스프레이 코팅 디바이스(12)는 바디(202)에 연결된 스프레이 팁 조립체(200)를 포함한다. 스프레이 팁 조립체(200)는 바디(202)의 수용체(206) 내에서 이동가능하게 삽입될 수 있는 유체 방출 팁 조립체(204)를 포함한다. 예를 들면, 복수의 서로다른 타입의 스프레이 코팅 디바이스는 유체 방출 팁 조립체(204)를 수용 및 사용하도록 구성될 수 있다. 스프레이 팁 조립체(200)는 유체 방출 팁 조립체(204)에 연결된 스프레이 형성 조립체(208)를 또한 포함한다. 스프레이 형성 조립체(208)는 공기, 회전, 및 정전 분무 메커니즘과 같은 여러 가지 스프레이 형성 메커니즘을 포함할 수 있다. 하지만, 도시된 스프레이 형성 조립체 (208)는 지지 너트(212)를 통해 바디(202)에 이동가능하게 고정되는 공기 분무 캡 (210)을 포함한다. 공기 분무 캡(210)은 유체 방출 팁 조립체(204)로부터 유체 팁 출구(216) 주위에 배치된 중앙 분무 오피리스(214)와 같은 여러 가지 공기 분무 오리피스를 포함한다. 공기 분무 캡(210)은 스프레이가 원하는 스프레이 패턴{예를 들어, 무광택(flat) 스프레이}을 형성하도록 하는 스프레이 쉐이핑(shaping) 오리피스(218, 220, 222, 및 224)와 같은 하나 이상의 스프레이 쉐이핑 오리피스를 또한 가질 수 있다. 스프레이 형성 조립체(208)는 원하는 스프레이 패턴과 적량 분포 (droplet distribution)를 제공하도록 여러 가지 다른 분무 메커니즘을 또한 포함할 수 있다.
스프레이 코팅 디바이스(12)의 바디(202)는 스프레이 팁 조립체(200)를 위한 여러 가지 제어 및 공급 메커니즘을 포함한다. 도시된 바와 같이, 바디(202)는 유체 입구 연결장치(230)에서부터 유체 방출 팁 조립체(204)로 이어져 있는 유체 통로(228)를 가지는 유체 방출 조립체(226)를 포함한다. 유체 방출 조립체(226)는 유체 통로(228)를 거쳐 유체 방출 팁 조립체(204)로 가는 유체의 흐름을 제어하기 위하여 유체 밸브 조립체(232)를 또한 포함한다. 도시되어 있는 유체 밸브 조립체 (232)는 유체 방출 팁 조립체(204)와 유체 밸브 조절기(236) 사이의 바디(202)를 통해 이동가능하게 이어져 있는 니들 밸브(234)를 가진다. 유체 밸브 조절기(236)는 니들 밸브(234)의 후미부(240)와 유체 밸브 조절기(236)의 내부 부분(242) 사이에 배치된 스프링(238)에 대해 회전가능하게 조절가능하다. 니들 밸브(234)는 트리거(244)에 또한 연결되어 있어, 트리거(244)가 선회점(246)에 대해 반시계 방향으로 회전될 때 니들 밸브(234)가 유체 방출 팁 조립체(204)로부터 내부에서 떨어지게 이동될 수 있도록 한다. 그러나, 임의의 적절한 내부 또는 외부로 개방가능한 밸브 조립체도 본 기술의 범위 내에서 사용될 수 있다. 유체 밸브 조립체(232)는 니들 밸브(234)와 바디(202) 사이에 배치된 팩킹 조립체(248)와 같은 여러 가지 팩킹 및 밀봉 조립체를 또한 포함할 수 있다.
공기 공급 조립체(250)는 스프레이 형성 조립체(208)에서의 분무를 용이하게 하기 위해 바디(202)에 또한 배치된다. 도시된 공기 공급 조립체(250)는 공기 입구 연결장치(252)로부터 공기 통로(254 및 256)를 거쳐 공기 분무 캡(210)으로 이어져있다. 공기 공급 조립체(250)는 스프레이 코팅 디바이스(12)를 통한 공기 압력과 흐름을 유지 및 조절하기 위해 여러 가지 밀봉 조립체, 공기 밸브 조립체, 및 공기 밸브 조절기를 또한 포함한다. 예를 들어, 도시된 공기 공급 조립체(250)는 트리거(244)에 연결된 공기 밸브 조립체(258)를 포함하여, 선회점(246)에 대해 트리거(244)가 회전되면, 공기 밸브 조립체(258)가 개방되어 공기가 공기 통로(254)로부터 공기 통로(256)로 흐를 수 있게 한다. 공기 공급 조립체(250)는, 니들(262)이 공기 분무 캡(210)으로의 공기 흐름을 조절할 수 있도록 공기 밸브 조절기(260)의 회전을 통해 이동가능하도록, 니들(262)에 연결된 공기 밸브 조절기(260)를 또한 포함한다. 도시된 바와 같이, 트리거(244)는, 트리거(244)가 바디(202)의 핸들 (264) 쪽으로 밀릴 때 유체 및 공기가 동시에 스프레이 팁 조립체(200)로 흐르도록, 유체 밸브 조립체(232) 및 공기 밸브 조립체(258) 모두에 연결된다. 일단 구동되면, 스프레이 코팅 디바이스(12)는 원하는 스프레이 패턴과 적량 분포를 갖는 분무 스프레이를 생산한다. 다시, 도시된 스프레이 코팅 디바이스(12)는 본 기술에 대한 단지 예시적인 디바이스이다. 임의의 적절한 타입 또는 구성의 스프레이 디바이스는 본 기술의 고유한 유체 혼합, 미립자 분쇄, 및 정제된 분무 양상으로부터 잇점을 얻을 수 있다.
도 4 는 유체 방출 팁 조립체(204)의 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 유체 방출 팁 조립체(204)는 하우징(272)의 중앙 통로(270) 내에 배치된 유체 분쇄 섹션 (266)과 유체 혼합 섹션(268)을 포함하며, 이들은 바디(202)의 수용부(206) 내에서 이동가능하게 삽입될 수 있다. 유체 분쇄 섹션(266)의 하류에는, 중앙 통로(270)가, 수렴 섹션(276)과, 그 이후에 유체 팁 출구(216)에 인접하여 일정 섹션(278)을 가지는 유체 팁 출구 통로(274)로 이어져 있다. 임의의 다른 적절한 유체 팁 출구 모양도 또한 본 기술의 범위 내에 있다. 유체 분쇄 섹션(266)과 유체 혼합 섹션 (268)의 상류에는, 니들 밸브(234)가 유체 방출 팁 조립체(204) 내의 유체 흐름과 유체 방출 팁 조립체(204)를 통한 유체의 흐름을 제어한다. 도시된 바와 같이, 니들 밸브(234)는 유체 혼합 섹션(268)의 접촉 면(284)에 대해 이동가능하게 밀봉할 수 있는 접촉 면(282)을 가지는 니들 팁(280)을 포함한다. 따라서, 유저가 트리거 (244)를 구동함에 따라, 니들 밸브(234)는 화살표(286)로 표시된 바와 같이 접촉 면(284)으로부터 멀어지게 내부로 이동한다. 그후, 원하는 유체가 유체 방출 팁 조립체(204)를 통해 흘러 유체 팁 출구(216)를 거쳐 빠져나가, 스프레이 형성 조립체(208)를 통해 원하는 스프레이를 형성하게 된다.
아래에서 보다 상세하게 기술되는 바와 같이, 유체 분쇄 및 혼합 섹션들(266 및 268)은 유체 팁 출구(216)를 거쳐 배출되기 전에 원하는 유체 내의 미립자/유대에 대해 유체의 혼합 및 분쇄를 용이하게 하도록 구성된다. 따라서, 본 기술은 스프레이 형성 조립체(208)를 거쳐 외부에 분무하기 전에 유체 방출 팁 조립체(204) 내에서 유체의 혼합과 미립자의 분쇄를 용이하게 하기 위한 여러 가지 구조, 통로, 각도, 및 모양을 사용할 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 유체 혼합 섹션(268)은 니들 팁(280)의 무딘 에지(290)에 인접하게 배치된 혼합 공동(288)을 가져서, 무딘 에지(290)를 지나 흐르는 유체가 혼합 공동(288) 내에서 혼합되도록 유도되게 한다. 유체의 혼합은, 니들 팁(280) 주위에 흐르는 유체와, 혼합 공동 내에서 거의봉쇄된 유체 사이의 속도 차이로 인해 혼합 공동(288) 내에서 비교적 강하다. 나아가, 무딘 에지(290)는 높은 속도의 유체 흐름과 낮은 속도의 유체 흐름 사이에 비교적 급격한 경계를 제공하여, 이에 의해 유체 흐름 내에 소용돌이와 선회 구조 (swirl and vortical structure)를 용이하게 한다. 임의의 다른 적절한 혼합 유도 구조도 또한 본 기술의 범위 내에 있다.
혼합 공동(288)은 하나 이상의 유체 통로를 거쳐 유체 분쇄 섹션(266)으로 그리고 이를 통해 이어 있다. 도시된 바와 같이, 유체 분쇄 섹션(266)은 혼합 공동 (288)에 연결된 발산 통로 섹션(292)과, 발산 통로 섹션(292)에 연결된 수렴 통로 섹션(294), 및 수렴 통로 섹션(294)의 하류에 위치된 유체 충돌 영역(296)을 포함한다. 이 발산 통로 섹션(292)은 혼합 공동(288)으로부터 발산 및 수렴 통로 섹션들(292 및 294) 사이에 배치된 환형 통로(306)를 향해 외부로 발산하는 통로(298, 300, 302, 및 304)를 포함한다. 수렴 통로 섹션(294)은 환형 통로(306)로부터 유체 충돌 영역(296)을 향해 내부로 수렴하는 통로(308, 310, 312, 및 314)를 포함한다. 동작시, 원하는 유체는, 화살표(316, 318, 320, 322, 324, 326, 및 328)로 각각 표시된 바와 같이, 중앙 통로(270)를 거쳐, 혼합 공동(288)을 거쳐, 발산 통로 섹션(292)의 통로(298 내지 304)를 거쳐, 수렴 통로 섹션(294)의 통로(308 내지 314)를 거쳐, 유체가 서로를 향해 수렴하게 분출됨에 따라, 유체 충돌 영역(296)으로 흐른 후, 유체 팁 출구 통로(274)를 거쳐 유체 팁 출구(216)를 거쳐 각각 빠져나온다. 아래에 상세하게 기술되는 바와 같이, 유체 분쇄 섹션(266)은 한 면을 향해 또는 서로를 향해 나아가는 임의의 적절한 구성의 통로를 가질 수 있어, 이로유체가 유체 내의 미립자/유대를 분쇄하게끔 서로 부딪치거나/충돌한다.
도 5 는 니들 밸브(234), 유체 혼합 섹션(268), 및 발산 통로 섹션(292)을 더 도시하는 유체 방출 팁 조립체(204)의 부분 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 원하는 유체는 화살표(316 및 330)로 각각 표시된 바와 같이, 니들 팁(280) 주위에 흐르며 무딘 에지(290)를 지나 소용돌이 친다. 따라서, 니들 팁(280)의 무딘 에지 (290)는 니들 밸브(234)의 하류에서 유체의 혼합을 유도한다. 예를 들어, 무딘 에지(290)는 유체 혼합 섹션(268) 내에서 소용돌이 흐름과 유체의 분쇄를 용이하게 할 수 있다. 유체 혼합 섹션(268)은 임의의 적절한 각이 진 또는 무딘 에지 구조, 급격히 팽창하거나 수축하는 통로, 또는 유체의 혼합을 유도하는 속도 차를 생성하는 임의의 다른 메커니즘에 의해 유체의 혼합을 유도할 수 있다는 것을 알아야 한다. 유체가 유체 혼합 섹션(268) 내로 흐름에 따라, 유체는, 수직 면(336)으로 뻗어 있는 각이 진 면(334)을 가지는 흐름 장벽(332)에 충돌한다. 흐름 장벽(332)은 유체 흐름의 상당한 부분을 유체 혼합 섹션(268) 내로 되반사하여, 유체가 화살표 (338)로 표시된 바와 같이, 유체 혼합 섹션(268) 내에서 소용돌이치며 전체적으로 혼합하도록 한다. 이후 혼합된 유체는 화살표(320)로 표시된 바와 같이, 유체 혼합 섹션(268)으로부터 통로(298, 300, 302, 및 304)를 거쳐 유체 분쇄 섹션(266)으로 흐른다. 도시된 바와 같이, 통로(298 내지 304)는 혼합 공동(288)보다 비교적 더 작은 모양을 가진다. 이 급격히 수축하는 흐름의 모양은 유체 혼합 섹션(268) 내의 흐름을 효과적으로 늦추며 유체가 유체 분쇄 섹션(266)을 통해 앞으로 이동하기 전에 이 유체가 혼합되게 한다. 이 급격히 수축하는 흐름의 모양은 유체 분쇄 섹션(266)을 통한 유체의 흐름을 또한 가속화시켜, 이에 의해 충돌 영역을 향해 나아가는 비교적 높은 속도의 유체 분출을 생성한다.
도 6 은 도 4에 도시된 유체 혼합 섹션(268)의 정단면도이다. 위에서 지적한 바와 같이, 유체는 화살표(318)로 표시된 바와 같이 유체 혼합 섹션(268)으로 흐르며 흐름 장벽(332)과 충돌한다. 유체 중 일부는 통로(300 내지 304)로 바로 나아갈 수 있지만, 유체의 상당한 부분은 통로(300 내지 304)를 둘러싸는 흐름 장벽(332)의 각이 진 면(334)과 수직하는 면(336)에 충돌한다. 따라서, 흐름 장벽(332)은 유체의 흐름을 반사하며 이 유체의 흐름을 느리게 하여, 이 유체가 유체 혼합 섹션 (268) 내에서 혼합되도록 한다. 유체의 혼합은 또한 니들 밸브(234)의 모양에 의해 야기된다. 예를 들어, 무딘 에지(290)는 유체 혼합 섹션(268)에 들어가는 유체와 유체 혼합 섹션(268) 내에서 실질적으로 봉쇄된 유체 사이에서의 유체의 혼합을 용이하게 하는 속도 차를 만든다. 흐름 장벽(332)과 무딘 에지(290)에 의해 야기된 혼합은 유체 내의 미립자를 분쇄하면서 또한 원하는 유체에 대해 보다 균일한 혼합을 제공할 수 있다. 다시, 임의의 적절한 혼합 유도 모양도 본 기술의 범위 내에 있다.
도 7 은 도 6으로 표시된 바와 같이 45°회전된 도 5의 유체 혼합 섹션(268)의 부분 측단면도이다. 흐름 장벽(332)의 도시된 배향에서, 유체의 상당한 부분이 통로(300 내지 304)로 바로 흐르는 것이 아니라, 오히려 이 유체는 화살표(338)로 표시된 바와 같이, 흐름 장벽(332)에 충돌하며 반사한다는 것을 알 수 있다. 따라서, 유체는 유체 혼합 섹션(268) 내에서 보다 균일한 혼합으로 혼합되며 분쇄된다.본 기술은 혼합 공동(288), 흐름 장벽(332), 및 니들 팁(280)에 대한 임의의 적절한 사이즈, 모양, 또는 구조를 가질 수 있다는 것을 또한 주의하여야 한다. 예를 들어, 유체 혼합 섹션(268) 내의 특정 각과 흐름 용량은 특정 유체에 대한 유체의 혼합 및 분쇄와 스프레이 적용을 용이하게 하도록 선택될 수 있다. 유체 미립자의 점성(viscosity)과 분량(degree)과 같은 특정 유체 특성은 스프레이 코팅 디바이스 (12)를 거쳐 최적인 유체의 혼합 및 분쇄를 보장하도록 하는데 특정 흐름 속도, 통로 사이즈, 및 다른 특정 구조를 요구할 수 있다.
도 8 은 발산 통로 섹션(292)을 통해 환형 통로(306)에 들어가는 통로와 수렴 통로 섹션(294)을 통해 환형 통로(306)를 빠져나가는 통로 사이의 유체의 흐름을 도시하는 환형 통로(306)의 정단면도이다. 상술한 바와 같이, 유체는 유체 혼합 섹션(268)으로부터 발산 통로 섹션(292)의 통로(298 내지 304)를 거쳐 환형 통로 (306)로 흐른다. 환형 통로(306)는 통로(300 내지 304)의 제한된 모양에 대한 유체의 흐름을 실질적으로 자유로이 하며/제한하지 않는다. 따라서, 환형 통로(306)는 화살표(340)로 표시된 바와 같이, 유체의 흐름을 통합하며 실질적으로 균일하게 한다. 실질적으로 균일화된 유체 흐름은 이후 수렴 통로 섹션(294)의 통로(308 내지 314)로 들어가며, 여기서 유체 흐름은 유체 충돌 영역(296)을 향해 내부로 나아간다. 본 기술은 발산 통로 섹션(292)과 수렴 통로 섹션(294) 사이의 임의의 적절한 형태의 중간 영역을 가질 수 있다는 것을 알 수 있을 것이다. 따라서, 통로(298 내지 304)는 임의의 적절한 인터페이스를 거쳐 통로(308 내지 314)에 개별적으로 또는 공동으로 연결될 수 있다. 본 기술은 발산 통로 섹션(292)과 수렴 통로섹션(294)을 거쳐 임의의 원하는 수의 통로를 또한 사용할 수 있다. 예를 들어, 단일 통로는 발산 통로 섹션(292)에 걸쳐 연장될 수 있는 한편, 하나 또는 복수의 통로가 수렴 통로 섹션(294)에 걸쳐 연장될 수 있다.
도 9 는 수렴 통로 섹션(294)과 유체 충돌 영역(296)을 도시하는 유체 분쇄 섹션(266)의 부분 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 유체는 수렴 통로 섹션(294)의 통로(308 내지 314)를 통해 유체 충돌 영역(296)을 향해 내부로 흐르며, 이로 인해 유체가 원하는 각으로 충돌한다. 예를 들어, 통로(308 내지 314)는 유체 분쇄 섹션(266)의 중심선(346)에 대해 충돌 각(344)으로 충돌점(342)을 향해 나아갈 수 있다. 충돌 각(344)은 특정 유체, 원하는 스프레이 특성, 원하는 스프레이 적용, 및 여러 가지 다른 요소의 특성에 기초하여 유체 분쇄를 최적화하는데 사용될 수 있다. 선택된 충돌 각(344), 통로(308 내지 314)의 모양, 및 다른 특정 응용 요소가 집합적으로 유체 충돌 영역(296) 내의 유체 미립자/유대의 충돌 및 분쇄를 최적화한다. 예를 들어, 특정 적용에서, 충돌 각(344)은 25-45도 범위 내에 있을 수 있다. 특정 목재 스프레이 적용시에, 그리고 많은 다른 적용시에, 약 37도의 충돌 각은 유체 미립자 분쇄를 최적화하도록 선택될 수 있다. 유체 분출이 도 9에 도시된 바와 같이 서로를 향해 충돌하면, 충돌 각은 통로(308 내지 314)로부터 흐르는 유체 분출 사이에 50-90도 범위 내에 있을 수 있다. 다시, 특정 스프레이 적용은 유체 분출 사이에 약 74도의 충돌 각으로부터 잇점을 얻을 수 있다. 그러나, 본 기술은 유체의 혼합 및 분쇄를 최적화하도록 매우 다양한 충돌각과 흐름 통로 모양을 선택 및 사용할 수 있다. 유체 충돌 영역(296)은 원추 공동(348)과 같은 수렴 통로섹션(294)의 리세스(recess) 내에 또한 배치될 수 있다.
도 10 은 유체 분쇄 섹션(266)의 대안적인 실시예를 도시하는 유체 방출 팁 조립체(204)의 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 유체 분쇄 섹션(266)은 수렴 통로 섹션(294) 없이 환형 스페이서(350)에 인접한 발산 통로 섹션(292)을 포함한다. 따라서, 니들 밸브(234)의 개방 위치에서, 유체는, 화살표(316, 318, 320, 354, 및 326)로 각각 표시된 바와 같이, 니들 팁(280)을 지나, 유체 혼합 섹션(268)을 거쳐, 발산 통로 섹션(292)의 통로(298 내지 304)를 거쳐 흐르며, 충돌 각(352)으로 환형 스페이서(350) 내부에서 충돌하여, 환형 스페이서(350) 내의 중앙 통로(270)를 거쳐, 유체 팁 출구 통로(274)를 통해 빠져나간다. 이 예시적인 실시예에서, 충돌하는 유체 분출은 수렴 통로 섹션(294)의 통로(308 내지 314)로부터가 아닌 발산 통로 섹션(292)의 통로(298 내지 304)로부터 배출된다. 이들 비교적 높은 속도의 유체 분출은 이후 서로 충돌하지 않고 면{즉, 환형 스페이서(350)의 내부}에 충돌한다. 다시, 충돌 각(352)은 유체의 특성과 다른 요소에 기초하여 미립자/유대에 대한 유체 분쇄를 용이하게 하도록 선택된다. 따라서, 충돌 각(352)은 적용에 따라 임의의 적절한 범위 내에 있을 수 있다. 예를 들어, 특정 충돌 각(352)은 목재 염료와 특정 스프레이 적용과 같은 특정 코팅 유체에 대한 유체의 분쇄를 최적화하도록 선택될 수 있다. 상술한 바와 같이, 충돌 각(352)은 특정 적용을 위해 25-45도 범위 또는 약 37도에 있을 수 있다. 본 기술은 도 10에 도시된 것과 같은 임의의 하나 이상의 면 충돌 분출을 사용할 수 있다는 것을 또한 주지해야 한다. 예를 들어, 단일 충돌 분출이 환형 스페이서(350)의 면을 향해 나아갈 수 있다. 유체 분쇄섹션(266)은 서로를 향해 나아가거나 또는 환형 스페이서(350)의 내부 면 상에 있는 하나 이상의 공유 지점을 향해 나아가는 복수의 유체 분출을 또한 가질 수 있다.
상술한 바와 같이, 스프레이 코팅 디바이스(12)는 유체 방출 팁 조립체(204)에서 유체의 혼합 및 분쇄를 용이하게 하기 위하여 여러 가지 서로다른 유체 밸브 조립체(232)를 가질 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 혼합 유도 통로 또는 구조는 유체의 혼합을 유도하기 위해 니들 밸브(234) 상에 또는 그 내부에 형성될 수 있다. 도 11 내지 도 15 는, 유체 혼합 섹션(268)에서 유체의 혼합을 유도할 수 있는 수 개의 예시적인 니들 밸브를 도시한다.
도 11 은 니들 밸브(234)와 유체 분쇄 섹션(266) 및 유체 혼합 섹션(268)의 대안적인 실시예를 도시하는 유체 방출 팁 조립체(204)의 측단면도이다. 도시된 유체 분쇄 섹션(266)은 발산 통로 섹션(292) 없이 수렴 통로 섹션(294)을 가진다. 나아가, 도시된 유체 혼합 섹션(268)은 도 4에 도시된 복수의 각이 진 혼합 공동 (288)을 가지지 않고 환형 혼합 공동(358) 내에 수직 흐름 장벽(356)을 가진다. 환형 공동(358)은 닫힌 위치에서 니들 밸브(234)와 맞물려 밀봉하기 위해 단차 부분(stepped portion)(360)을 또한 가진다. 도시된 니들 밸브(234)는 유체 혼합 섹션(268) 내의 혼합을 용이하게 하기 위하여 무딘 팁(362)을 또한 가진다. 니들 밸브(234)의 개방 위치에서, 유체는, 화살표(364, 366, 322, 및 324)로 각각 표시된 바와 같이, 니들 밸브(234) 주위로, 무딘 팁(362)을 지나, 수렴 통로 섹션(294)의 통로(308 내지 314)로 흐르며, 유체 충돌 영역(296) 내의 충돌 점(342)을 향해수렴하게 내부로 흐른다. 유체 혼합 섹션(268)에서, 니들 밸브(234)의 무딘 팁 (362)은 화살표(366)로 표시된 바와 같이, 유체의 소용돌이와 전체적인 혼합을 용이하게 한다. 흐름 장벽(356)은 니들 밸브(234)의 흐름 장벽(356)과 무딘 팁(362) 사이의 유체 혼합 섹션(268) 내에서 유체의 혼합을 또한 용이하게 한다. 나아가, 흐름 장벽(356)은 통로(308 내지 314)의 제한된 모양 내로 흐르게 하여, 이에 의해 비교적 높은 속도의 유체 분출이 유체 충돌 영역(296) 내로 배출되게 한다. 다시, 이들 유체 분출과 통로(308 내지 314)의 충돌 각(344)은 특정 유체와 적용을 위해 유체 분쇄를 용이하게 하도록 선택된다. 예를 들어, 특정 유체는 중심선(346)에 대해 약 37도의 각과 같은 특정 부딪침/충돌 각 및 속도에서 보다 효과적으로 분쇄될 수 있다.
도 12 는 니들 밸브(234)와 유체 분쇄 섹션(266) 및 유체 혼합 섹션(268)의 다른 대안적인 실시예를 도시하는 유체 방출 팁 조립체(204)의 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 유체 분쇄 섹션(266)은 유체 혼합 섹션(268)으로부터 원추 공동 (372)을 향해 수렴하게 뻗어 있는 통로(370)를 가지는 수렴 통로 섹션(368)을 가진다. 유체 혼합 섹션(268)은 니들 밸브(234)의 무딘 팁(376)과 수렴 통로 세션(368)의 입구 측에 형성된 수직 흐름 장벽(378) 사이에 환형 공동(374)을 포함한다. 이 환형 공동(374)은 닫힌 위치에서 니들 밸브(234)에 대해 밀봉가능한 단차 부분(380)을 가진다. 이 예시적인 실시예에서, 니들 밸브(234)는 수렴 통로 섹션 (368)의 중앙 통로(384)를 거쳐 이동가능하게 뻗어 있는 샤프트(382)를 가진다. 수렴 통로 섹션(368)의 하류 측에, 니들 밸브(234)가 샤프트(382)로부터 이어져 있는웨지 형상 헤드(386)를 가진다. 이 웨지 형상 헤드(386)는 원추 공동(372) 내의 충돌 영역(388) 내에 위치가능하다. 따라서, 니들 밸브(234)의 개방 위치에서, 유체는, 화살표(364,366,390, 및 326)로 각각 표시된 바와 같이, 니들 밸브(234)를 따라 흐르며, 소용돌이 운동으로 무딘 팁(376)을 지나, 웨지 형상 헤드(386)를 향해 충돌 경로 내 통로(370)를 거쳐, 유체 팁 출구 통로(274)를 거쳐 빠져나온다.
동작시, 무딘 팁(376)과 수직 흐름 장벽(378)은 유체 혼합 섹션(268) 내의 유체의 혼합과 분쇄를 용이하게 한다. 더 하류에서는 통로(370)에서 배출되는 유체 분출이 웨지 형상 헤드(386)에 충돌하여 유체 내 유체의 미립자/유대의 분쇄를 용이하게 한다. 다시, 웨지 형상 헤드(386)와 유체 분출이 충돌하는 특정 충돌 각은 유체의 특성과 원하는 스프레이 응용에 기초하여 선택될 수 있다. 더구나, 통로 (370)의 특정 사이즈와 모양은 유체 분출의 원하는 속도를 용이하게 하도록 선택될 수 있다. 샤프트(382)와 헤드(386)의 구성 및 구조는 또한 본 기술의 범위 내에서 변경될 수 있다. 예를 들어, 헤드(386)는, 디스크 형상, 충돌 측에서 웨지 형상, 통로에 걸쳐 이어져 있는 하나 이상의 제한된 통로를 가질 수 있으며, 또는 헤드 (386)는 중공 머플러형 구성을 가질 수 있다. 샤프트(382)는 속이 꽉찬 구조(solid structure), 중공 구조(hollow structure), 복수개의 샤프트 구조, 또는 임의의 다른 적절한 구성을 가질 수 있다.
도 13 은 니들 밸브(234)의 대안적인 실시예를 도시하는 유체 방출 팁 조립체(204)의 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 유체 방출 팁 조립체(204)는 발산 통로 섹션(292) 없이 수렴 통로 섹션(294)에 인접한 유체 분쇄 섹션(266)을 포함한다. 그러나, 도 13에 도시된 대안적인 니들 밸브(234)는 유체 분쇄 섹션(266)과 유체 혼합 섹션(268)의 임의의 구성과 함께 사용될 수 있다. 이 예시적인 실시예에서, 유체 혼합 섹션(268)은 수렴 통로 섹션(294)의 입구 측에서 니들 밸브(234)와 수직 흐름 장벽(394) 사이에 배치된 환형 혼합 공동(392)을 포함한다. 도시된 니들 밸브(234)는 복수의 입구 포트 및 출구 포트와 중앙 통로(398)를 갖는 중공 샤프트 (396)를 포함한다. 예를 들어, 중공 샤프트(396)는 복수의 측면 입구 포트(400)와 중앙 출구 포트(402)를 가지며, 이것은 유체가 입구 포트(400)와 출구 포트(402)를 지나 흐름에 따라 유체의 혼합을 용이하게 한다. 도시된 바와 같이, 포트(400)와 포트(402)는 유체 흐름 경로에서 급격한 수축과 팽창을 만들어, 이로 포트(400)와 포트(402)의 하류에서 고리 모양으로 선회하는 형태와 혼합이 유도되게 한다.
동작시, 니들 밸브(234)는 수직 흐름 장벽(394)에 대해 밸브 팁(404)을 위치지정함으로써 유체 흐름을 차단하여, 유체의 흐름이 통로(308 내지 314)에 들어갈 수 없도록 한다. 니들 밸브(234)는 수직 흐름 장벽(394)으로부터 외부로 중공 샤프트(396)를 이동시켜 유체의 흐름을 개방하는 것에 의해 통로(308 내지 314)를 거쳐 유체가 흐르도록 한다. 따라서, 개방 위치에서, 유체는, 화살표(406, 408, 410, 412, 322, 324, 및 326)로 각각 표시된 바와 같이, 중공 샤프트(396) 주위로 흐르고, 포트(400)를 거쳐 들어가며, 중앙 통로(398)를 지난 다음, 포트(402)를 빠져나와 유체 혼합 섹션(268)으로 들어가서 급격한 팽창 영역에서 포트(402)를 지나며 소용돌이를 만들고, 통로(308 내지 314)를 거쳐, 유체 충돌 영역(296)으로 수렴하며, 유체 팁 출구 통로(274)를 거쳐 빠져 나간다. 전술한 바와 같이, 중공 샤프트(396)를 거쳐 이어져 있는, 급격히 수축되고 팽창된 모양의 통로들 및 포트들은 유체 혼합 섹션(268) 내로 유체의 혼합을 용이하게 하며 이 유체 혼합 섹션(268)은 수렴 통로 섹션(294)으로 들어가기 전에 유체의 흐름을 더 혼합한다. 유체의 흐름 속도는, 유체의 흐름이 통로(308 내지 314)를 거치며 제한됨에 따라 증가하여, 이에 의해 유체 충돌 영역(296)에서 비교적 높은 속도로 유체가 충돌하는 것을 용이하게 한다. 도 13은 특정 흐름의 통로와 모양을 도시하고 있지만, 본 기술은, 분무 전에 유체의 혼합과 유체의 분쇄를 용이하게 하는데 니들 밸브(234)와 유체 분쇄 섹션(266)과 유체 혼합 섹션(268)을 통해 임의의 적절한 흐름의 모양 및 통로를 사용할 수도 있다.
도 14 는 대안적인 복수개의 성분으로 된 니들 밸브(234)를 도시하는 유체 방출 팁 조립체(204)의 측단면도이다. 도시된 니들 밸브(234)는 연결장치(418)를 통해 니들 팁 섹션(416)에 연결된 니들 바디 섹션(414)을 포함하며, 이 연결장치는 외부로 나사 홈이 있는 부재(externally threaded member) 또는 임의의 다른 적절한 잠금 디바이스(fastening device)를 포함할 수 있다. 니들 바디 섹션(414)은 스테인리스 스틸, 알루미늄, 또는 임의의 다른 적절한 물질로 형성될 수 있는 반면, 니들 팁 섹션(416)은 플라스틱, 금속, 세라믹, 델린(Delrin), 또는 임의의 다른 적절한 물질로 형성될 수 있다. 나아가, 니들 팁 섹션(416)은 유체 방출 팁 조립체 (204)의 서로다른 구성을 수용할 수 있도록 또는 상당한 마모 후에 니들 밸브(234)를 다시 닦을 수 있도록 서로다른 니들 팁 섹션으로 대체될 수 있다. 도 14에 도시된 니들 밸브(234)는 유체 분쇄 섹션(266)과 유체 혼합 섹션(268)의 임의의 구성과함께 사용될 수 있다는 것을 또한 주목하여야 할 것이다. 따라서, 도시된 유체 분쇄 섹션(266)은 발산 또는 수렴 통로 섹션(292 및 294) 중 임의의 어느 하나 또는 둘 모두를 포함하거나 또는 임의의 다른 적절한 유체 혼합 및 분쇄 구성을 포함할 수 있다. 다시, 유체 분쇄 섹션(266)에서의 충돌 각은 특정 코팅 유체 및 스프레이 응용을 수용하도록 선택될 수 있다.
도 15 는 니들 밸브(234)와 유체 분쇄 및 혼합 섹션들(266 및 268)의 대안적인 실시예를 도시하는 유체 방출 팁 조립체(204)의 측단면도이다. 도시된 바와 같이, 유체 분쇄 섹션(266)은 수렴 통로 섹션(420)을 포함하는 반면, 유체 혼합 섹션(268)은 수렴 통로 섹션(420)과 니들 밸브(234) 사이에 웨지 형상 혼합 공동 (422)을 가진다. 수렴 통로 섹션(420)은 웨지 형상 혼합 공동(422) 내의 수직 흐름 장벽(426)으로부터 유체 팁 출구 통로(274)에 인접한 유체 충돌 영역(428)을 향해 수렴되게 뻗어 있는 통로(424)를 가진다. 니들 밸브(234)는 니들 팁(280)을 웨지 형상 혼합 공동(422)으로부터 내부로 그리고 외부로 이동시키는 것에 의해 유체 방출 팁 조립체(204)를 통한 유체 흐름을 제어한다.
동작시, 유체는, 화살표(430, 432, 434, 436, 438, 및 326)로 각각 표시된 바와 같이, 니들 팁(280) 주위로 흐르고, 무딘 에지(290)를 지나 혼합되며, 웨지 형상 혼합 공동(422)을 거쳐, 수직 흐름 장벽(426)에 대해 충돌하며, 통로(424)를 통해 지나가며, 유체 충돌 영역(428)에서 서로를 향해 내부로 수렴한 뒤, 유체 팁 출구 통로(274)를 거쳐 빠져 나간다. 무딘 에지(290)는 속도 차에 기초하여 소용돌이/혼합을 유도함으로써 니들 팁(280)을 지나서 유체의 혼합을 용이하게 한다. 혼합은 수직 흐름 장벽(426)과 웨지 형상 혼합 공동(422)에 의해 더 유도되며, 이것은 유체의 흐름을 거의 봉쇄하며 수직 흐름 장벽(426)과 무딘 에지(290) 사이에서 유체의 혼합을 유도한다. 수렴 통로 섹션(420)은 유체의 흐름을 통로(424)로 제한함으로써 유체의 흐름을 더 혼합 및 분쇄하며, 이에 의해 유체의 속도를 증가시키며 유체가 유체 분출로서 배출되게 하며, 이 유체 분출은 이후 유체 충돌 영역 (428)에서 서로 충돌한다. 이후 유체 충돌 영역(428)에서 유체 분출의 충돌은 스프레이 형성 조립체(208)에 의해 분무하기 전에 유체 내의 미립자/유대를 더 미세한 미립자로 분쇄되게 한다. 다시, 본 기술은 본 기술의 범위 내에서 임의의 적절한 충돌 각을 선택할 수 있다.
도 16 은 예시적인 스프레이 코팅 방법(500)을 도시하는 흐름도이다. 도시된 바와 같이, 본 방법(500)은 스프레이 코팅을 도포하기 위한 표적 대상을 식별하는 것에 의해 시작한다(블록 502). 예를 들어, 표적 대상은 목재나 금속 가구, 캐비넷, 자동차, 소비자 제품 등과 같은 여러 가지 물질과 제품을 포함할 수 있다. 본 방법(500)은 표적 대상 위의 스프레이 면을 코팅하기 위해 원하는 유체를 선택하도록 진행한다(블록 504). 예를 들어, 원하는 유체는 프라이머(primer), 페인트 (paint), 염료(stain), 또는 목재, 금속, 또는 표적 대상의 임의의 다른 물질에 적절한 여러 가지 다른 유체를 포함할 수 있다. 이후 본 방법은 표적 대상에 원하는 유체를 도포하기 위해 스프레이 코팅 디바이스를 선택하도록 진행한다(블록 506). 예를 들어, 특정 타입과 구성의 스프레이 코팅 디바이스는 표적 대상에 원하는 유체의 스프레이 코팅을 도포할 때 보다 효과적일 수 있다. 스프레이 코팅 디바이스는, 회전 분무기, 정전 분무기, 공기 분출 분무기, 또는 임의의 다른 적절한 분무 디바이스일 수 있다. 본 방법(500)은 미립자/유대의 분쇄를 용이하게 하기 위해 내부 유체의 혼합/분쇄 섹션을 선택하도록 진행한다(블록 508). 예를 들어, 본 방법 (500)은 도 3 내지 도 15를 참조하여 설명된 밸브 조립체, 발산 통로 섹션, 수렴 통로 섹션, 및 유체 혼합 섹션 중 임의의 하나 또는 이들의 조합을 선택할 수 있다. 이후, 본 방법(500)은 표적 대상에 대해 선택된 하나 이상의 혼합/분쇄 섹션 및 선택된 유체를 가지고 스프레이 코팅 디바이스를 구성하도록 진행한다(블록 510). 예를 들어, 선택된 혼합/분쇄 섹션은 공기 분무 타입의 스프레이 코팅 디바이스나 또는 임의의 다른 적절한 스프레이 코팅 디바이스 내에 배치될 수 있다.
본 방법(500)이 동작을 위해 설정된 후, 본 방법(500)은 표적 대상에 대해 스프레이 코팅 디바이스를 위치지정시키도록 진행한다(블록 512). 본 방법(500)은 도 1을 참조하여 위 설명된 바와 같이, 표적 대상에 대해 스프레이 코팅 디바이스의 이동을 용이하게 하도록 위치지정 시스템을 또한 사용할 수 있다. 이후, 본 방법(500)은 스프레이 코팅 디바이스를 구동(engage)하도록 진행한다(블록 514). 예를 들어, 유저는 트리거(244)를 당길 수 있으며 또는 제어 시스템(20)이 스프레이 코팅 디바이스를 자동적으로 구동할 수도 있다. 스프레이 코팅 디바이스가 블록 514에서 구동되면, 본 방법(500)은 블록 516에서 선택된 유체를 스프레이 코팅 디바이스로 공급하며 블록 518에서 유체 혼합/분쇄 섹션에서 유체의 미립자를 분쇄시킨다. 따라서, 본 방법(500)은 실제 스프레이를 형성하기 전에 스프레이 코팅 디바이스 내에서 선택된 유체를 정제(refine)한다. 블록 520에서, 본 방법은 감소된 미립자/유대를 갖는 정제된 스프레이를 만든다. 본 방법(500)은 표적 대상의 스프레이 면에 정제된 스프레이의 코팅을 도포하도록 진행된다(블록 522). 블록 524에서, 본 방법은 표적 대상의 스프레이 면에 도포된 코팅을 경화/건조한다. 따라서, 스프레이 코팅 방법(500)은 블록 526에서 정제된 스프레이 코팅을 생산한다. 정제된 스프레이 코팅은 스프레이 코팅에 정제된 및 비교적 균일한 텍스쳐와 색채 분포, 감소된 얼룩 효과, 및 여러 가지 다른 정제된 특성에 의해 특징지워질 수 있다.
도 17 은 예시적인 유체 분쇄 및 스프레이 형성 방법(600)을 도시하는 흐름도이다. 본 방법(600)은 유체 밸브의 통로 및/또는 하나 이상의 무딘/각이 진 구조에서 선택된 유체의 혼합을 유도함으로써 시작한다(블록 602). 예를 들어, 본 방법 (600)은 도 3 내지 도 15를 참조하여 전술된 니들 밸브(234) 중 어느 하나의 니들 밸브를 통해 또는 그 주위로 이 선택된 유체를 통과시킬 수 있다. 무딘/각이 진 구조/통로를 가지는 임의의 다른 적절한 중공 또는 속이 꽉찬 유체 밸브는 또한 본 기술의 범위 내에서 사용될 수 있다. 본 방법(600)은 흐름 장벽에서 선택된 유체의 유체의 흐름을 제한하도록 진행한다(블록 604). 예를 들어, 수직 또는 각이 진 면은 스프레이 코팅 디바이스를 거쳐 흐름 통로를 가로질러 부분적으로 또는 전체적으로 연장될 수 있다. 본 방법(600)은 흐름 장벽을 통해 뻗어 있는 제한된 통로를 통해 선택된 유체의 유체 흐름을 가속시키도록 진행한다(블록 606). 블록 608에서, 본 방법은 제한된 통로로부터 하나 이상의 충돌하는 유체 분출을 생성한다. 이후, 본 방법(600)은 충돌하는 유체 분출의 하류에 유체 충돌 영역에서 이 선택된 유체 내의 미립자/유대를 분쇄하도록 진행한다(블록 610). 예를 들어, 하나 이상의 충돌하는 유체 분출은 유체의 미립자/유대의 분쇄를 용이하게 하도록 선택된 각에서 서로를 향해 또는 하나 이상의 면을 향해 나아갈 수 있다. 본 방법(600)은 선택된 유체 내의 미립자/유대를 혼합 및 분쇄한 후, 이 선택된 유체는 블록 612에서 스프레이 코팅 디바이스로부터 배출된다. 본 방법(600)은 스프레이 코팅 디바이스로부터 원하는 스프레이 패턴으로 이 선택된 유체를 분무하도록 진행한다(블록 614). 본 방법(600)은, 회전 분무 메커니즘, 공기 분출 분무 메커니즘, 정전 메커니즘, 및 여러 가지 다른 적절한 스프레이 형성 기술을 포함하여, 선택된 유체를 분무하기 위해 임의의 적절한 스프레이 형성 메커니즘을 사용할 수 있다.
본 발명이 여러 가지 변형과 대안적인 형태로도 변경될 수 있지만, 특정 실시예가 여러 도면의 예를 통해 도시되었으며 여기에서 상세하게 기술되었다. 그러나, 본 발명은 개시된 특정 형태로 제한되는 것으로 한정해서는 아니되는 것을 이해하여야 할 것이다. 오히려 본 발명은 이하 첨부되는 청구범위에 의해 한정된 본 발명의 사상과 범주 내에 있는 모든 변형, 균등물, 및 대안적인 형태도 포함하는 것으로 해야 할 것이다.
전술한 바와 같이, 본 발명은, 스프레이 시스템, 보다 상세하게는 산업용 스프레이 코팅 시스템에 이용가능하며, 스프레이 코팅 디바이스의 스프레이 형성 섹션에서 분무하기 이전에 유체를 내부에서 혼합 및 분쇄시키는 것에 의해 스프레이 코팅 디바이스에서의 분무를 개선시키는 등의 효과를 제공한다.

Claims (10)

  1. 스프레이 코팅 디바이스에서,
    유체 출구의 상류에 유체 분쇄(breakup) 구조에 인접하게 배치된 혼합-유도 밸브 조립체를 포함하는 유체 방출 조립체(fluid delivery assembly)와,
    상기 유체 방출 조립체에 연결된 스프레이 형성 조립체(spray formation assembly)
    를 포함하는, 스프레이 코팅 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합 유도 밸브 조립체는 상기 유체 방출 조립체의 유체 흐름 영역 내에 위치가능한 적어도 하나의 무딘 에지(blunt edge)를 포함하는, 스프레이 코팅 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합 유도 밸브 조립체는 무딘 팁을 가진 구조 (blunt-tipped structure)를 포함하는, 스프레이 코팅 디바이스.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 무딘 팁을 가진 구조는 상기 유체 방출 조립체의 중앙 유체 통로에 걸쳐 뻗어 있는 측면(lateral face)에 인접하게 배치되는, 스프레이 코팅 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합 유도 밸브 조립체는 적어도 하나의 중앙 통로와 적어도 하나의 무딘 에지의 출구를 가지는 중공 구조(hollow structure)를 포함하는, 스프레이 코팅 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합 유도 밸브 조립체는 적어도 하나의 중앙 통로와 적어도 하나의 측면 오리피스를 가지는 중공 구조를 포함하는, 스프레이 코팅 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합 유도 밸브 조립체는 내부로 개방 가능한, 스프레이 코팅 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 혼합 유도 밸브 조립체는 상기 유체 방출 조립체 내에서 외부로 개방 가능한, 스프레이 코팅 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 유체 분쇄 구조는 유체 충돌 구조를 포함하는, 스프레이 코팅 디바이스.
  10. 제 1 항에 있어서, 상기 스프레이 형성 조립체는 적어도 하나의 유체 분무 오리피스를 포함하는, 스프레이 코팅 디바이스.
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