KR20070054674A - 개선된 내부 혼합 공기 분무 노즐 어셈블리 - Google Patents

Abstract

내부 혼합 분사 노즐 어셈블리는 더 적은 압축 공기 요구 조건 하에서의 작동에 적합하다. 분사 노즐 어셈블리는 충돌 핀에 충돌하도록 액체 흐름을 유도하는 액체 통로를 포함하고, 공기 가이드는 충돌면 측방향으로 분산된 액체 입자의 충돌과 무화를 위한 환형 압축 공기 통로를 구성한다. 액체 분무를 향상시키기 위해, 공기 가이드는 공기 우동의 압력을 실질적으로 증가 및 가속화하도록 상대적으로 좁은 너비의 공기 유동 입구를 가지고, 충돌 핀은 액체 입자를 더욱 미세화하고 충돌 핀 바닥부에서의 액체 축적을 막기 위하여 상대적으로 넓은 1차 충돌면과 이와 평행한 하류의 2차 충돌면으로 형성된다.

분사 노즐, 충돌핀, 압축공기, 오리피스.

Description

개선된 내부 혼합 공기 분무 노즐 어셈블리{IMPROVED INTERNAL MIX AIR ATOMIZING NOZZLE ASSEMBLY}

본 출원은 2004년 8월 23일 출원된 미국 가출원 제 60/603,844호를 기초로 하는 우선권 주장을 수반하고 있다.

본 발명은 일반적으로 분사 노즐에 대한 것으로, 보다 구체적으로는 액체 흐름을 방출하기 전에 압축 공기에 의해 노즐 내에서 내부적으로 먼저 무화되도록 하는 형태의 내부 혼합 공기 분무 분사 노즐에 대한 것이다.

내부 혼합 공기 분무 노즐은 본 출원의 출원인에게 양도된 미국특허 제5,732,885호에서 공지된바 있으며, 상기 미국특허는 본 출원에 참조로서 통합되어 있다. 이 공기 분무 노즐은 미세하게 무화된 액체 비말을 높은 유량으로 생성 및 방출하는데 특히 유용하다.

그러한 분사 노즐을 최적의 분무량으로 작동시키는 데 있어, 플랜트에서 이용 가능한 압축 공기의 공급원은 종종 부적합하며, 특히 많은 수의 분무 노즐을 가진 분사 시스템에서 그러하다. (1) 더 작은 공기 압축기를 경제적으로 사용하기 위하여, 그리고 (2) 주어진 압축 공기의 공급원으로부터 더 많은 수의 공기 보존형 분사 노즐이 작동되도록 하기 위하여, 공기 분무 노즐은 더 적은 압축 공기로 최적 작동될 필요가 있다. 또한, 분사 노즐이 액체를 더 미세하게 무화하도록 하고, 또 노즐 본체 내에서 액체를 축적하지 않도록 할 필요가 있다. 상기 액체 축적은 바람직하지 않은 노즐로부터의 액체 적하를 일으킬 수 있으며, 이는 분사 성능을 떨어뜨린다.

본 발명의 목적은 보다 효과적으로 공기 무화된 액체 비말을 방출하는 내부 혼합 분사 노즐 어셈블리를 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 전술한 특징을 가지며, 적은 압축 공기로 최적의 분사가 일어나도록 작동할 수 있는 분사 노즐 어셈블리를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 보다 미세하게 무화된 액체 분사 입자로 방출할 수 있는 전술한 종류의 분사 노즐 어셈블리를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 액체를 미세하게 무화하면서도, 분사 과정에서 바람직하지 않은 노즐로부터의 액체 적하를 일으키는 하우징 내 액체 축적을 막는, 전술한 형태의 내부 혼합 공기 분무 분사 노즐 어셈블리를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 비교적 구조가 간단하고, 제조와 작동이 경제적인 전술한 형태의 분사 노즐 어셈블리를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적 및 이점은 이하 실시예의 기재 및 도면을 참조하면 명확해 질 것이다.

도 1은 본 발명에 따른 예시적인 공기 보조형 분사 노즐 어셈블리의 종단면 도이다.

도 2는 도 1에 도시된 분사 노즐 어셈블리의 저면도이다.

도 3은 도 1에 표시된 분사 노즐 어셈블리에서 타원으로 둘러싸인 부분의 확대 단면도이다.

도 4는 도 1의 4-4선을 따라 절단한 분사 노즐 어셈블리의 횡단면도이다.

본 발명은 다양하게 변형가능하고 대안적인 구조를 가질 수 있으나, 그 일실시예를 도면에 도시하였는 바 이하 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 개시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니며, 오히려 본 발명의 사상과 범위에 속하는 모든 변형, 대안적인 형상 및 균등물을 포함한다.

도면에 대해 보다 구체적으로 기술한다. 전형적인 유체 공급 매니폴드(11)와 연결된 내부 혼합 공기 분무 분사 노즐 어셈블리(10)가 예시되어 있다. 이 유체 공급 매니폴드(11)는 중심 가압 액체 공급 통로(12)와 중심 가압 액체 공급 통로(12)의 주변부에 위치한 다수의 압축 공기 공급 통로(14)를 포함한다. 이 압축 공기 공급 통로(14)는 유체 공급 매니폴드(11)의 하류 단부에서 환형 매니폴드 공기 통로(15)와 연결된다.

예시된 분사 노즐 어셈블리(10)는 기본적으로 노즐 본체(20), 하류 방향 분사 첨단부(21), 그리고 노즐 본체(20)와 분사 첨단부(21) 사이에 개재한 공기 가이드(22)를 포함한다. 이 노즐 본체(20)는 외측 환형 본체 부재(24)와 이 환형 본체 부재(24)내에 부착되어 액체 방출 오리피스(27)를 형성하는 내측 축선방향 액체 공 급 튜브(25)를 포함하는 다중부품 유체 공급 서브 어셈블리 형태이다. 외측 환형 본체 부재(24)는 외측에 나사산이 형성된 상류 스템(26)을 구비하는데, 이 상류 스템(26)은 유체 공급 매니폴드(11)의 나사식 축선방향 보어에 고정되며, 이로써 액체 공급 튜브(25)는 액체 공급 통로(12)와 유체 연동한다. 환형 밀봉 개스킷(28)은 환형 본체 부재(24)와 유체 공급 매니폴드(11)의 하류 단부 사이에 삽입된다. 환형 본체 부재(24)는 액체 공급 튜브(25)의 주변에서 환형 매니폴드 공기 통로(15)와 공기 챔버(30)을 연결하는 다수의 원주방향으로 이격된 축선방향 공기 통로(29)를 포함한다.

분사 첨단부(21)는 나사식 결합 너트(31)에 의해 고정되며, 이로써 공기 가이드(22)는 분사 첨단부(21) 상류 단부와 외측 노즐 본체 부재(24) 하류 단부의 대응 보어(34) 사이에 유지된다. 액체 공급 튜브(25)의 하류 단부와 환형 공기 통로(22)의 중심 보어(35)는 각각 테이퍼진 표면(38, 39)을 형성하는데, 이들은 내측으로 수렴하는 환형 공기 통로(40)를 이룬다. 환형 공기 통로(40)는 환형 공기 챔버(30)에서 분사 첨단부(21) 내의 확장 챔버(42)로 압축 공기를 유도하고, 동시에 액체는 액체 공급 튜브(25)의 하류 방출 오리피스(27)를 통과하여 이로부터 방출된다. 방출되는 액체는 분사 첨단부(21)의 직립형 충돌 핀(45)의 1차 측방향 충돌면(44)에 충돌하는데, 기계적으로 공기 무화된 액체 입자가 충돌면(44)에서 측방향으로 분산되기 때문에, 액적의 미세화가 촉진된다. 측방향으로 분산된 액체는, 분사 첨단부(21)에서 방출되기 전에, 충돌 핀(45)의 주위에 배치되며 원주방향으로 이격된 다수의 방출 오리피스(46)를 통과하며 환형 공기 흐름에 의해 더욱 미세화 하여 무화되어, 방출 오리피스(46)는 액체 입자의 미세화 및 무화 정도를 향상시킨다.

본 발명에 있어서, 공기 가이드는 적은 압축 공기를 사용하여 효과적으로 액체를 더욱 미세한 액체 입자로 분산 및 무화시키도록 고안되었다. 이와 같은 이유로, 분사 첨단부로 유도되는 공기 유동의 압력을 실질적으로 증가 및 가속화하여 충돌면(44)에 충돌하는 액체의 분무를 향상시키기 위해, 공기 가이드(22)와 액체 공급 튜브(25)사이에 형성된 환형 공기 통로(40)는 상대적으로 좁은 너비(w)를 가진다. 환형 공기 통로(40)의 유동 면적과 액체 공급 통로(25a)의 액체 방출 오리피스(27)의 면적 비율은 바람직하게는 1:2~1:3, 가장 바람직하게는 약 1:2.5이다. 환형 공기 통로(40)의 유동 면적과, 확장 챔버(42)에서 직경 "d"로 정의된 분사 첨단부 확장 챔버(42)의 횡단 면적 비율은 바람직하게는 1:27~1:33, 가장 바람직하게는 약 1:30이다. 도시된 실시예에서, 공기 가이드(22)와 액체 공급 튜브(25) 사이의 환형 공기 통로(40)의 면적은 0.06 평방 인치, 액체 공급 통로(25a)와 그 방출 오리피스(27)의 면적은 0.15 평방 인치, 그리고 확장 챔버(42)의 면적은 1.83 평방 인치이다. 환형 공기 통로(40)에서 방출되는 공기 유동(흐름)의 압력과 속도 증가로 인해 충돌면(44)에 측방향으로 충돌하는 액체와 더욱 양호하게 상호작용하여, 분무가 효과적으로 이루어진다.

본 발명의 실시에 있어, 충돌 핀(45)은 상대적으로 넓은 충돌면(44)을 가진다. 이는 충돌면에 충돌한 액체가 충돌 핀 주변 에지에 접근하면서 비교적 얇은 층을 형성하며 측방향 바깥쪽으로 나아가도록 하여, 고압 공기 유동에 의한 분무 및 상호작용을 향상시킨다. 충돌면(44)의 면적과 확장 챔버(42)의 면적 비율은 바람직하게는 1:3.8~1:4.4, 가장 바람직하게는 약 1:4이다. 확장 챔버(42) 내에서 생성되어 무화된 액체 입자가 분사 노즐에서 방출되기 전에 응집하여 큰 입자를 이루는 것을 방지하도록, 확장 챔버(42)가 충분히 큰 것이 바람직하다.

본 발명의 실시예에 있어, 분무 과정에서 액체 입자의 확장을 위한 충분한 공간을 분사 첨단부 내에 제공하기 위해, 공기 가이드(22)는 액체 공급 튜브(25) 하류 단부 밑으로 실질적으로 돌출되지 않는다. 도시된 실시예에서, 공기 가이드(22)의 하류 단부와 액체 공급 튜브(25)의 하류 단부는 실질적으로 동일 평면을 이룬다.

본 발명의 추가적인 특징으로서, 분사 첨단부(21)는 분사 첨단부 방출 오리피스(46)로 방출되기 앞서 액체 입자를 더 분산시키기 위하여 1차 충돌면(44)의 하류에 1차 충돌면(44)과 평행한 2차 충돌면(50)을 형성한다. 도시된 실시예에서, 충돌 핀(45)은 분사 첨단부 내에서 이 분사 첨단부와 동심원 상으로 장착되는 별개의 핀으로 정의된다. 이 충돌핀(45)은 상부의 1차 충돌면(44)가 하류의 2차 환형 충돌면(50)을 모두 형성한다. 여기서 하류의 환형 충돌면(50)은 예리한 외측 반경 방향 에지(51)를 가진 반경이 작은 돌출부(ledge)를 이룬다.

본 발명의 추가적인 특징으로서, 2차 충돌면을 형성하는 돌출부가 분사 첨단부 확장 챔버(42) 바닥부의 대부분을 차지함으로써, 분사시 액체가 축적되어 노즐로부터의 액체 적하를 야기하는 오목부가 분사 첨단부의 바닥부에 형성되는 것을 방지한다. 본 실시예에서, 액체가 축적될 만한 틈이나 오목부가 생기지 않도록, 2 차 충돌면(50)의 외측 반경 방향 에지(51)는 분사 첨단부 방출 오리피스(46)의 내측 반경 방향 에지와 정렬한 원통 표면(52)으로 형성된다. 분사 첨단부(21)의 확장 챔버(42) 내에서 무화되고 이 확장 챔버(42)를 통과하도록 유도되는 액체 입자는, 분사 첨단부의 틈에서 액체가 응집 및 결합되지 않은 상태로, 계속해서 방출 오리피스(46) 측으로 이동하여, 이 오리피스(46)를 통과하게 된다.

전술한 바로부터, 본 발명의 분사 노즐 어셈블리는 미세하게 무화된 방출 비말을 보다 효과적으로 생성 및 유도할 수 있음을 알 수 있다. 본 분사 노즐 어셈블리는 더 작은 압축 공기 발생 장치를 쓰면서도, 보다 미세하게 무화된 방출 액체 비말이 많은 양이 되도록 작동할 수 있다.

Claims (17)

1. 소정의 축선을 따라 고속 액체 유동을 유도하는 액체 방출 오리피스를 가진 액체 유동 통로를 구비하는 노즐 본체와,

   상기 본체에 고정된 분사 첨단부로서, 상기 분사 첨단부는 1차 충돌면을 형성하는 직립형 충돌 핀을 구비하며, 상기 1차 충돌면은 상기 액체 방출 오리피스로부터 이격하여 상기 축선을 횡단하여 배치됨으로써, 상기 1차 충돌면으로 유도된 액체 유동이 상기 1차 충돌면에 충돌하여 분산되어 상기 1차 충돌면으로부터 측방향으로 퍼지는 액체 비말로 되도록 하는 것인 분사 첨단부와,

   상기 본체를 통해 압축 공기를 유도하는 공기 공급부와,

   상기 충돌면의 상류에서 상기 축선 주위에 배치된 공기 가이드로서, 상기 공기 가이드는 환형 공기 유동 통로를 형성하는 내측 표면을 구비하도록 형성됨으로써, 상기 압축 공기의 속도를 향상시키고, 또한 상기 압축 공기를 상기 액체 유동 주위의 막 내로 유도하여, 측방향으로 분산된 액체 비말에 충돌하도록 함에 의해, 액체가 더욱 분산되어 액체 입자로 무화되도록 하는 것인 공기 가이드를 포함하는 분사 노즐 어셈블리로서,

   상기 환형 공기 통로가 상기 액체 방출 오리피스의 면적보다 더 큰 유동 통로 면적을 가지며, 상기 액체 방출 오리피스의 면적에 대한 상기 환형 공기 통로의 면적 비율이 1:2~1:3이고,

   상기 분사 첨단부는 상기 1차 충돌면 주위에 확장 챔버를 형성하여, 무화된 액체 입자들이 응집되어 더 큰 입자로 재구성되는 것을 방지하며,

   상기 분사 첨단부는 상기 1차 충돌면으로부터 이격되어 그 하류에 위치하는 다수의 방출 오리피스를 구비하며, 상기 방출 오리피스를 통과하여 상기 무화된 액체 입자들이 더욱 무화되면서 상기 확장 챔버로부터 방출되도록 되어있는 것인, 분사 노즐 어셈블리.
2. 제1항에 있어서, 상기 확장 챔버의 횡단 면적이 상기 환형 공기 통로의 유동 통로 면적보다 실질적으로 더 크고, 상기 환형 공기 유동 통로의 면적과 상기 분사 첨단부 확장 챔버의 횡단 면적의 비율이 1:27~1:33인, 분사 노즐 어셈블리.
3. 제2항에 있어서, 상기 확장 챔버의 횡단 면적이 상기 1차 충돌면의 면적보다 실질적으로 더 크고, 상기 확장 챔버의 횡단 면적에 대한 상기 1차 충돌면의 면적 비율이 1:3.8~1:4.4인 분사 노즐 어셈블리.
4. 제1항에 있어서, 상기 노즐 본체는 상기 액체 유동 통로 및 액체 방출 오리피스를 형성하는 액체 공급 튜브를 포함하고, 상기 환형 공기 유동 통로는 상기 공기 가이드 내측 표면과 상기 액체 공급 튜브 사이의 환형 공간에 의해 형성되는 것인, 분사 노즐 어셈블리.
5. 제4항에 있어서, 상기 공기 가이드 내측 표면과 상기 액체 공급 튜브의 단면 은 하류 방향으로 좁아져서 내부로 수렴하는 환형 공기 통로를 형성하는 것인, 분사 노즐 어셈블리.
6. 제4항에 있어서, 상기 공기 가이드는 상기 액체 공급 튜브의 하류 단부와 실질적으로 동일 평면을 이루는 하류 단부를 구비하는 것인, 분사 노즐 어셈블리.
7. 제1항에 있어서, 상기 분사 첨단부는 상기 1차 충돌면의 하류에 상기 1차 충돌면과 평행한 2차 충돌면을 구비하여, 상기 분사 첨단부 방출 오리피스로 유도되기 전에 상기 액체 입자를 추가적으로 분산 및 무화시키는 것인, 분사 노즐 어셈블리.
8. 제7항에 있어서, 상기 2차 충돌면은 상기 1차 충돌면의 하류에서 상기 충돌 핀으로부터 외측 반경 방향으로 연장되는 돌출부로 형성되는 것인, 분사 노즐 어셈블리.
9. 소정의 축선을 따라 고속 액체 유동을 유도하는 액체 방출 오리피스를 가진 액체 유동 통로를 구비하는 노즐 본체와,

   상기 본체에 고정된 분사 첨단부로서, 상기 분사 첨단부는 1차 충돌면을 형성하는 직립형 충돌 핀을 구비하며, 상기 1차 충돌면은 상기 액체 방출 오리피스로부터 이격하여 상기 축선을 횡단하여 배치됨으로써, 상기 1차 충돌면으로 유도된 액체 유동이 상기 1차 충돌면에 충돌하여 분산되어 상기 1차 충돌면으로부터 측방향으로 퍼지는 액체 비말로 되도록 하는 것인 분사 첨단부와,

   상기 본체를 통해 압축 공기를 유도하는 공기 공급부와,

   상기 충돌면의 상류에서 상기 축선 주위에 배치된 공기 가이드로서, 상기 공기 가이드는 환형 공기 유동 통로를 형성하는 내측 표면을 구비하도록 형성됨으로써, 상기 압축 공기의 속도를 향상시키고, 또한 상기 압축 공기를 상기 액체 유동 주위의 막 내로 유도하여, 측방향으로 분산된 액체 비말에 충돌하도록 함에 의해, 액체가 더욱 분산되어 액체 입자로 무화되도록 하는 것인 공기 가이드를 포함하는 분사 노즐 어셈블리로서,

   상기 분사 첨단부는 상기 1차 충돌면 주위에 확장 챔버를 형성하여, 무화된 액체 입자들이 응집되고 더 큰 입자로 재구성되는 것을 방지하며,

   상기 확장 챔버의 횡단 면적이 상기 환형 공기 통로의 유동 통로 면적보다 실질적으로 더 크며, 상기 환형 공기 유동 통로의 면적과 상기 분사 첨단부 확장 챔버의 횡단 면적의 비율이 1:27~1:33이고,

   상기 분사 첨단부는 상기 1차 충돌면으로부터 이격되어 그 하류에 위치하는 다수의 방출 오리피스를 구비하며, 상기 방출 오리피스를 통과하여 상기 무화된 액체 입자들이 더욱 무화되면서 상기 확장 챔버로부터 방출되도록 되어있는 것인, 분사 노즐 어셈블리.
10. 제9항에 있어서, 상기 확장 챔버의 횡단 면적이 상기 1차 충돌면의 면적보다 실질적으로 더 크고, 상기 확장 챔버의 횡단 면적에 대한 상기 1차 충돌면의 면적 비율이 1:3.8~1:4.4인, 분사 노즐 어셈블리.
11. 제10항에 있어서, 상기 분사 첨단부는 상기 1차 충돌면의 하류에 상기 1차 충돌면과 평행한 2차 충돌면을 구비하여, 상기 분사 첨단부 방출 오리피스로 유도되기 전에 상기 액체 입자를 추가적으로 분산 및 무화시키는 것인, 분사 노즐 어셈블리.
12. 소정의 축선을 따라 고속 액체 유동을 유도하는 액체 방출 오리피스를 가진 액체 유동 통로를 구비하는 노즐 본체와,

    상기 본체에 고정된 분사 첨단부로서, 상기 분사 첨단부는 1차 충돌면을 형성하는 직립형 충돌 핀을 구비하며, 상기 1차 충돌면은 상기 액체 방출 오리피스로부터 이격하여 상기 축선을 횡단하여 배치됨으로써, 상기 1차 충돌면으로 유도된 액체 유동이 상기 1차 충돌면에 충돌하여 분산되어 상기 1차 충돌면으로부터 측방향으로 퍼지는 액체 비말로 되도록 하는 것인 분사 첨단부와,

    상기 본체를 통해 압축 공기를 유도하는 공기 공급부와,

    상기 충돌면의 상류에서 상기 축선 주위에 배치된 공기 가이드로서, 상기 공기 가이드는 환형 공기 유동 통로를 형성하는 내측 표면을 구비하도록 형성됨으로써, 상기 압축 공기의 속도를 향상시키고, 또한 상기 압축 공기를 상기 액체 유동 주위의 막 내로 유도하여, 측방향으로 분산된 액체 비말에 충돌하도록 함에 의해, 액체가 더욱 분산되어 액체 입자로 무화되도록 하는 것인 공기 가이드를 포함하는 분사 노즐 어셈블리로서,

    상기 충돌 핀은 상기 1차 충돌면의 하류에 상기 1차 충돌면과 평행한 2차 충돌면을 구비하여, 상기 분사 첨단부 방출 오리피스로 유도되기 전에 상기 액체 입자를 추가적으로 분산 및 무화시키며,

    상기 분사 첨단부는 상기 1차 충돌면 주위에 확장 챔버를 형성하여, 무화된 액체 입자들이 응집되어 더 큰 입자로 재구성되는 것을 방지하며,

    상기 분사 첨단부는 상기 1차 충돌면으로부터 이격되어 그 하류에 위치하는 다수의 방출 오리피스를 구비하며, 상기 방출 오리피스를 통과하여 상기 무화된 액체 입자들이 더욱 무화되면서 상기 확장 챔버로부터 방출되도록 되어있는 것인, 분사 노즐 어셈블리.
13. 제12항에 있어서, 상기 2차 충돌면은 상기 1차 충돌면의 하류에서 상기 충돌 핀으로부터 외측 반경 방향으로 연장되는 돌출부로 형성되는 것인, 분사 노즐 어셈블리.
14. 제13항에 있어서, 상기 2차 충돌면을 형성하는 돌출부는 예리한 외측 에지를 구비하는 것인, 분사 노즐 어셈블리.
15. 제12항에 있어서, 상기 2차 충돌면은 상기 충돌 핀의 주위에서 외측으로 연 장된 환형 표면인 것인, 분사 노즐 어셈블리.
16. 제12항에 있어서, 상기 1차 충돌면과 2차 충돌면은 상기 분사 첨단부 내에 장착되는 별개의 삽입 부재로 형성되는 것인, 분사 노즐 어셈블리.
17. 제13항에 있어서, 상기 2차 충돌면을 형성하는 돌출부는 원주방향으로 이격된 상기 분사 첨단부 방출 오리피스의 내측 반경 방향 에지에 인접한 바깥쪽 경계를 가짐으로써 상기 충돌 핀의 하류 단부 주위에서의 액체 축적을 막는 것인, 분사 노즐 어셈블리.

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