KR20220097481A

KR20220097481A - 균일한 저온 성능 반전 머쉬룸

Info

Publication number: KR20220097481A
Application number: KR1020227019091A
Authority: KR
Inventors: 춘링 차오
Original assignee: 디엘에이치보울스, 아이엔씨.
Priority date: 2019-11-07
Filing date: 2020-11-09
Publication date: 2022-07-07
Also published as: JP2022553915A; CN114555236B; DE112020005453T5; CN114555236A; WO2021092557A1; US11712707B2; US20210138493A1

Abstract

콤팩트한 크기의 낮은 유량 유체 노즐 인서트가 제공된다. 이 유체 노즐 인서트는 평평한 상부 상호작용 영역을 갖는 전방 표면 상의 유체 진동기 칩, 및 유체를 수용하기 위해 전방 표면 반대편에 위치한 후방 표면 상의 매니폴드를 포함할 수 있다. 유체 노즐 인서트는 매니폴드로부터의 유체의 이송을 위해 전방 표면과 후방 표면을 연결하는, U 자형을 갖는 적어도 하나의 공급부, 적어도 하나의 공급부로부터 유체 진동기 칩의 상호 작용 영역에 유체를 지향시키기 위해 전방 표면을 향해 배향된 적어도 하나의 파워 노즐, 및 상호 작용 영역으로부터 유체 노즐 인서트의 외부로 부채꼴 패턴의 유체 통과를 위해 두 개의 평평한 벽으로 구획된 상호 작용 영역 바닥의 v 자형 유출구를 더 포함할 수 있다. 생성된 스프레이 부채꼴 패턴은 균일할 수 있으며, 유체 노즐은 고점도 유체에 대하여 잘 작동할 수 있다.

Description

균일한 저온 성능 반전 머쉬룸

관련 출원

본 출원은 2019년 11월 7일에 출원되고 "균일한 저온 성능 반전 머쉬룸(Uniform Cold Performance Reverse Mushroom)"이라는 명칭으로 출원된 미국 가특허 출원 번호 62/931,835의 이익 및 우선권을 주장하며, 이는 공동 소유로서, 그 전체 개시 내용이 배경 및 실시가능성(enablement)에 대해 본 명세서에 참고 문헌으로 통합되는, 2011년 3월 10일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/451,492호 및 2014년 4월 11일에 출원된 미국 가특허 출원 번호 61/978,775호; 2012년 3월 10일에 출원된 PCT 출원PCT/US12/28828호; 2013년 11월 21일에 출원된 미국 특허 출원 14/086,746호; 미국 특허 6,253,782호; 2017년 6월 5일에 출원된 미국 가특허 출원 62/515,358호;및 2018년 6월 5일에 출원된 PCT/US18/35983호에 관련된다.

본 발명은 광범위한 분무 및 클리닝 용도에 유용한 반전 버섯 형상의 버섯 인서트 지오메트리(a reverse mushroom-shaped mushroom insert geometry)를 갖는 다양한 낮은 유량 유체 노즐 인서트에 관한 것이다. 하나의 실시예에서, 본 발명은 기하학적 및 치수적 제한을 가지고 낮은 유량으로 수행할 수 있는 유체 노즐 인서트에 관한 것이다. 다른 실시예에서, 본 발명은 낮은 유량으로 소규모 용도를 위한 유체 노즐 어셈블리에서 원하는 수준의 성능을 달성하는 방식을 제공하는 콤팩트 유체 노즐 인서트에 관한 것이다.

많은 현대 응용 분야가 기하학적 및 치수 제한이 있는 낮은 유량으로 작동할 수 있는 유체 노즐이 필요로 한다. 예를 들어, 자동차 센서 및 카메라 세척 애플리케이션은 원하는 사양에서 작동하면서 유체 노즐의 지오메트리를 제한하는 다양한 요인을 고려해야 한다. 대부분의 유체 노즐은 소규모 운용에서 작동하도록 설계되지 않았다. 소규모 설계에서는 스프레이 프로파일의 불안정성, 스프레이 부채꼴의 붕괴, 고점도 조건에서의 열악한 성능을 포함하여 작동하지 않는 정도까지 유체 노즐 성능이 저하된다. 낮은 유량의 소규모 응용에서 원하는 성능 사양을 달성하는 방식으로 기능하는 소형 노즐을 제공할 필요가 있는 것이다.

저온이 발생할 때, 고점도 유체를 사용하는, 공지된 유체 진동기 노즐을 통한 유체의 분무 패턴은, 타겟 표면을 효율적으로 세척하지 않고 과도한 유체 낭비를 초래하는 바람직하지 않은 결과를 포함하는 것으로 확인되었다.

이전 실시예에서, 출원인의 콤팩트 유체 노즐 인서트는 스프레이 분포 및 고점도 조건 모두에서 성능을 개선하는 특정 특징부를 갖도록 설계되었다. 유체 노즐 인서트의 상호 작용 영역(interaction region, "IR")은 콤팩트 유체 노즐 어셈블리의 더 작은 크기로 인해 스프레이 프로파일에서 볼 수 있는 원치 않는 편각(yaw angles) 및 롤(roll)의 양을 최소화하는 데 중요하다. 출원인의 이전 연구(work)에서 상호 작용 영역은 돔 형상이다. 또한, 출원인에 의한 이전 실시예는 매니폴드가 상호작용 영역과 벽을 공유하고, 유출구 위의 바닥 벽이 곡선 지오메트리를 가지며, 파워 노즐에 대한 공급 라인이 칩의 측벽을 향해 배향되는 설계를 포함한다. 이러한 실시예는 점도가 높은 유체를 사용하는 저온에서 사용하기에 이상적이지 않다.

따라서, 본 발명의 목적은, 유체 노즐이 기하학적 및 치수 제한(geometrical and dimensional limitations)이 있는 낮은 유량으로 작동하도록 요구되는 경우 및 고점도의 유체가 낮은 온도에서 사용되는 경우를 포함하지만 이에 국한되지 않는, 축적된 오염물(debris)(예를 들어, 축적된 때, 먼지, 진흙, 도로 염분 또는 기타 축적된 잔해)을 저온에서 제거하기 위해 외부 대물 렌즈 또는 광각 센서의 외부 표면과 같은 표면을 청소하기 위한 효과적이고 시각적으로 눈에 거슬리지 않는 장치, 시스템 및 방법을 제공하는 것이다.

본 발명은 광범위한 분무 및 클리닝 용도에 유용한 반전 버섯형 인서트 지오메트리를 갖는 다양한 낮은 유량 유체 노즐 인서트에 관한 것이다. 하나의 실시예에서, 본 발명은 저온에서 높은 점도를 갖는 유체로 수행할 수 있는 유체 노즐 인서트에 관한 것이다. 하나의 실시예에서, 상호작용 영역을 갖는 유체 진동기 지오메트리를 포함하여 구성되는 제1 표면을 포함하여 구성되는 유체 노즐 인서트가 제공된다. 유체 공급원로부터 유체를 받아들이기 위한 매니폴드를 갖는 제1 표면 반대편의 제2 표면. 매니폴드로부터 상호작용 영역으로 유체를 이송하기 위해 제1 표면과 제2 표면을 연결하는 적어도 하나의 공급부. 상기 적어도 하나의 공급부로부터 상호작용 영역으로 유체를 지향시키기(direct) 위해 제1 표면을 따라 위치된 적어도 하나의 파워 노즐. 진동하는 유체 부채꼴 스프레이를 분배하기 위해 상호작용 영역으로부터 유체의 통과를 위해 상호작용 영역과 연통하는 제1 에지를 따르는 유출구. 파워 노즐은 약 0.4mm의 폭을 가질 수 있고, 상호작용 영역은 약 3mm의 폭을 가질 수 있고, 상호작용 영역은 약 2.2mm의 길이를 가질 수 있다. 유체 노즐 인서트는, 제1 공급부로부터 직접 받아들인 유체를 지향시키기 위한 제1 파워 노즐 및 제2 공급부로부터 직접 받아들인 유체를 지향시키기 위한 제2 파워 노즐을 더 포함할 수 있다. 제1 공급부와 제2 공급부 사이의 제2 표면을 따라 배리어가 위치될 수 있다. 매니폴드는 상호 작용 영역 반대편에 있을 수 있으며 상호 작용 영역과 주변 벽을 공유하지 않는다. 유체 진동기 지오메트리는 일반적으로 중심축을 따라 대체로 대칭일 수 있는 것이다. 공급부는 상기 제1 에지로부터 제1 거리에 배치될 수 있고, 여기서 목부(throat)는 제2 거리가 제1 거리보다 더 크도록 제1 에지로부터 제2 거리에 배치된다. 제1 공급부 및 제2 공급부는 유체를 매니폴드로부터 상호작용 영역으로 이송하기 위해 사용될 수 있고, 제1 파워 노즐 및 제2 파워 노즐은 제1 표면을 따라 위치될 수 있고, 제1 파워 노즐은 제1 공급부와 직접 연통하고, 제2 파워 노즐은 제2 공급부와 직접 연통한다. 제1 변곡점 및 제2 변곡점이 각각 제1 및 제2 파워 노즐을 따라 존재할 수 있고, 여기서 제1 및 제2 변곡점은 중심축을 향해 상호작용 영역의 둘레에 대해 내측으로 돌출한다. 또한, 제1 포인트는 제1 파워 노즐의 제1 변곡점의 반대쪽을 따라 위치될 수 있고, 제2 포인트는 제2 파워 노즐의 제2 변곡점의 반대쪽을 따라 위치될 수 있으며, 여기서 제1 포인트와 제2 포인트는 제1 및 제2 변곡점보다 중심축에서 더 먼 위치에 있는 것이다. 제1 공급부는, 하나의 구멍에서 제1 파워 노즐까지 약간 가늘어지거나 좁아지는 통로를 갖는 제1 및 제2 대향 벽에 의해 구획될 수 있으며 제2 공급부는 하나의 구멍에서 제1 파워 노즐까지 약간 가늘어지거나 좁아지는 통로를 갖는 제1 및 제2 대향 벽에 의해 구획되어, 각각 제1 표면을 따라 직접 통로를 구획한다.

다른 실시예에서, 상호작용 영역을 갖는 유체 진동기 지오메트리를 갖는 제1 표면을 포함하여 구성되는 유체 노즐 인서트가 제공된다. 유체 공급원으로부터 유체를 받아들이기 위해 반대쪽 제2 표면을 따라 형성되는 매니폴드 영역. 제 1 표면과 그에 대향하는 제 2 표면 사이의 유체 연통을 위한 적어도 하나의 공급부. 상기 적어도 하나의 공급부로부터 상기 유체 잔동가 지오메트리의 상기 상호 작용 영으로 유체를 지향시키기 위한 적어도 하나의 파워 노즐. 여기서 상기 적어도 하나의 공급부는 매니폴드로부터 유체를 이송하기 위해 제1 표면 상의 상기 적어도 하나의 파워 노즐과 직접 연통하는 수직 공급부이다. 상기 적어도 하나의 공급부로부터 유체를 유체 진동기 지오메트리의 상호작용 영역으로 지향시키기 위한 적어도 하나의 파워 노즐. 상호 작용 영역에서 진동하는 유체 부채꼴 스프레이를 분배하기 위해 상호 작용 영역과 연통하는 v자형 유출구. 상기 유체 노즐 인서트는 매니폴드로부터 상호작용 영역으로 유체를 이송하기 위한 제1 공급부와 제2 공급부, 및 제1 표면을 따라 위치된 제1 파워 노즐 및 제2 파워 노즐을 더 포함하여 구성될 수 있고, 제1 파워 노즐은 제1 파워 노즐과 직접 연통하며, 제2 파워 노즐은 제2 공급부와 직접 연통한다. 제1 변곡점 및 제2 변곡점이 각각 제1 및 제2 파워 노즐을 따라 위치될 수 있고, 여기서 제1 및 제2 변곡점은 중심 축을 향해 상호작용 영역의 둘레에 대해 내측으로 돌출한다. 또한, 제1 포인트는 제1 파워 노즐의 제1 변곡점의 반대쪽을 따라 위치될 수 있고, 제2 포인트는 제2 파워 노즐의 제2 변곡점의 반대쪽을 따라 위치될 수 있으며, 여기서 제1 포인트와 제2 포인트는 제1 및 제2 변곡점보다 중심축에서 더 멀리 위치한다. 제1 공급부는 하나의 구멍에서 제1 파워 노즐까지 약간 테이퍼지거나 좁아지는 통로를 갖는 제1 및 제2 대향 벽으로 구획될 수 있고, 제2 공급부는 하나의 구멍에서 제2 파워 노즐까지 약간 테이퍼지거나 좁아지는 통로를 갖는 제1 및 제2 대향 벽에 의해 구획될 수 있다. 제1 공급부 및 제2 공급부는 상기 제1 에지로부터 제1 거리만큼 배치될 수 있고, 여기서 목부는 제2 거리가 제1 거리보다 더 크도록 제1 에지로부터 제2 거리에 배치된다.

도 1은 PCT/US18/35983의 유체 노즐용 인서트의 평면도이고;
도 2A는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 유체 노즐의 평면도이며;
도 2B는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 유체 노즐의 저면도이고
도 2C는 본 발명의 하나의 실시예에 따른 유체 노즐의 평면도이며;
도 3은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 유체 노즐의 평면도이고;
도 4는 본 발명에 따른 유체 노즐 인서트의 사시도이며;
도 5는 본 발명에 따른 유체 노즐 인서트의 측단면도이고;
도 6은 본 발명에 따른 유체 노즐 인서트의 측단면도이며;
도 7은 본 발명에 따른 유체 노즐 인서트의 측면도이고;
도 8은 본 발명에 따른 유체 노즐 인서트의 측단면도이며;
도 9A는 도 1의 이전 실시예의 유체 분포도이고;
도 9B는 본 발명의 유체 분포도이며;
도 10은 상이한 온도에서 50% 메탄올 및 50% 에탄올의 점도를 비교하는 그래프이고;
도 11A는 유체 노즐 인서트가 내부에 위치되지 않은 노즐 하우징의 사시도이며; 그리고
도 11B는 유체 노즐 인서트가 내부에 위치된 노즐 하우징의 사시도이다.

개시된 것은 광범위한 분무 및 클리닝 용도에 유용한 반전 버섯 형상의 버섯형 인서트 지오메트리를 갖는 다양한 낮은 유량 유체 노즐 인서트에 관한 것이다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 근사 표현(approximating language)이, 관련된 기본 기능의 변경을 초래하지 않고 변할 수 있는 임의의 정량적 표현을 수정하기 위해 적용될 수 있다. 따라서, "약", "실질적으로"와 같은 용어에 의해 수식된 값은 경우에 따라 그 명시된, 정확한 값(precise value)으로 제한되지 않을 수 있다.

콤팩트한 크기의 낮은 유량 유체 노즐 회로 또는 인서트가 제공된다. 유체 노즐 회로 또는 인서트는, 평평한 상부 상호작용 영역을 갖는 제1 표면 또는 전방 표면 상의 유체 진동기 칩, 및 유체가 내부에서 흐를 수 있도록 전방 표면 반대편에 위치한 제2 또는 후방 표면 상의 매니폴드를 포함할 수 있다. 유체 노즐 회로는 매니폴드로부터의 유체의 이송을 위한 전방 표면과 후방 표면을 연결하는 적어도 하나의 공급부, 적어도 하나의 공급부로부터 전방 표면에 구획된 상호작용 영역으로 유체를 지향시키기 위한 적어도 하나의 파워 노즐, 상호작용 영역으로부터 유체 노즐 인서트 외부의 환경으로의 유체의 통과를 위한 두 개의 평평한 벽에 의해 구획된 상호작용 영역을 따른 V자형 유출구를 더 포함할 수 있다.. 생성된 스프레이 부채꼴 패턴은 균일할 수 있으며, 유체 노즐은 고점도 유체에서 잘 작동할 수 있다.

도면들을 참조하면, 도 1은 광범위한 분무 및 클리닝 용도에 유용한 반전 버섯형 인서트의 이전 실시예의 단면도이다. 도 1은 출원인의 이전 실시예와 본 발명의 실시예 사이의 지오메트리 차이를 예시하기 위해 포함된다. 이 실시예에서, 매니폴드 부분(218)은 인서트(200)의 공통 측면을 따라 하나의 벽을 공유하는 상호작용 영역(202)에 인접하게 위치된다. 유체는, 상호작용 영역 위의 매니폴드(218)로부터 흘러나와, 노즐 하우징의 벽과 상호 작용 영역의 주변벽 사이에 구획된 통로(218)를 거치고, 파워 노즐(204,206)을 거쳐서, 상호 작용 영역(202)으로 흘러들어간다. 이들 유체 통로들은 각각 인서트(200)의 공통 측면을 따라 위치된다. 또한, 상호작용 영역(202)의 저면 벽은, 인서트의 기능적 작동에서 부채꼴 스프레이를 만들어 내는, 만곡 표면(Wc)을 포함한다. 이 실시예는 또한, 유체가 상호작용 영역(202)을 유출구(208)에서 나갈 때 생성된 부채꼴 스프레이 패턴의 지오메트리를 촉진하는 에지 블록 특징부(220)를 더 포함한다.

도 2 내지 도 8은 본 발명 실시예의 유체 진동기 인서트(300)의 도시이다. 도 2A 내지 도 2C는 유체 인서트(300)의 정면도 및 배면도를 도시한다. 유체 진동기 회로(300)는, 원하는 유체 부채꼴 스프레이 패턴을 형성하도록 유체를 조절하기 위해 제1 및 제2 표면 내에 구획된, 패턴화 지오메트리를 포함한다. 인서트(300)는 노즐 어셈블리(400, 410) 내의 루멘(lumen, 內腔)을 통해 공급원으로부터 유체를 도입하는 노즐 어셈블리와 함께 사용되도록 구성된다 (도 11A 및 11B 참조). 인서트(300)는, 상호작용 영역(302)의 주변 벽 둘레에서 제1 파워 노즐(310) 및 제2 파워 노즐(312)이 교차하고 있는, 상호작용 영역(302)을 갖는 제1 표면을 포함한다. 유출구(308)는 상호작용 영역(302)으로부터 연장되며, 제 1 파워 노즐(310)과 제 2 파워 노즐(312) 사이에 위치될 수 있다. 제 1 공급부(304)는 인서트(300) 내에 형성되고, 상호작용 영역(302)의 둘레를 따라 제 1 파워 노즐(310)과 유체 연통한다. 제 2 공급부(306)는 인서트(300) 내에 형성되고, 상호작용 영역(302)의 둘레를 따라 제2 파워 노즐(312)과 유체 연통한다. 제1 공급부(304)는, 제1 브랜치(branch)(362)와 제1 파워 노즐(310) 사이의 수직 공급부로서 설명될 수 있는 반면, 제2 공급부(306)는 제2 브랜치(364)와 제2 파워 노즐(312) 사이의 수직 공급부로서 설명될 수 있다.

매니폴드 부분(318)은 상호작용 영역(302)의 반대쪽 제2 측면을 따라 형성된다. 매니폴드(318)는 인서트(300)의 제2 표면 내에 구획된 패턴화(patterned) 지오메트리를 포함하며, 공급원(source)으로부터 유체를 받아들이도록 구성된다. 매니폴드 부분(318)은 유체를 제1 공급부(304)로 지향시키기 위한 제1 브랜치(362) 및 유체를 제2 공급부(306)로 지향시키기 위한 제2 브랜치(364)와 연통하는 수용 부분(receiving portion)을 갖는 둘레(perimeter)를 포함한다. 매니폴드 부분(318)은 제1 브랜치(362) 및 제2 브랜치(364)의 사이에 위치된 매니폴드 블록(380)을 포함할 수 있다. 매니폴드 블록(380)은 일반적으로 직사각형 형상일 수 있으며, 매니폴드 블록(380)의 양 측면을 따라 브랜치(362, 364)로서 구획된 유체 통로를 구획하는 데 도움이 될 수 있다. 그러나, 매니폴드 블록(380)은 일반적으로 임의의 형상을 가질 수 있다. 매니폴드 블록(380)은 유체의 용량을 최소화하고 흐름 순환의 가능성(chances of flow circulation)을 감소시킬 수 있다. 인서트(300)는 노즐 하우징(미도시) 내에 배치되고, 노즐 하우징 내의 루멘을 통해 공급원으로부터 유체를 받아들이도록 구성된다. 유체는 초기에 매니폴드(318)로부터 제1 및 제2 공급부(304, 306)을 통해 그리고 제1 및 제2 파워 노즐(310, 312)을 통해 상호작용 영역(302)으로 흐른 다음, 그렇게 만들어진 부채꼴 스프레이 패턴으로 출구(308)를 통해 상호작용 영역(302)을 빠져나간다. 특히, 유체는 그 흐름이 공급부(304, 306)쪽으로 지향될 수 있는 한, 매니폴드 블록(380) 없는 또는 매니폴드 부분(318)의 대안적인 형상으로 매니폴드 부분(318)을 통해 여전히 흐를 수 있다. 상술한 특징들은 아래에 설명된 대로 도 2-8에 도시되어 있다.

도 2A는 약 5.00mm 이하의 폭(W) 및 약 5.50mm 이하의 길이(L)를 갖는 반전 버섯형 디자인(reverse mushroom design)을 갖는 상호작용 영역(302)을 도시한다. 이 실시예는 매니폴드(318)(도 2B 참조)로부터의 유체와 연통하며(communicate), 유체 노즐 인서트(300)의 상호작용 영역(302)으로 지향시키도록 구성된 제1 및 제2 공급부(304, 306)를 각각 포함한다. 하나의 실시예에서, 유체 인서트(300)의 매니폴드(318)는 또한 배리어(barrier)(390)를 포함할 수 있다(도 2B 및 도 2C 참조). 매니폴드(318)의 위치는 상호작용 영역(302)이 아닌 유체 노즐 인서트(300)의 대향 측면을 따라 위치되며, 이 특징부들 사이에 위치된 바닥(floor) 이외에는 상호작용 영역(302)을 갖는 어떠한 주변 벽도 공유하지 않는다. 유체는 매니폴드(318)로부터 공급부(304, 306)를 통해 상호작용 영역(302)으로 흐르는 경로를 따를 수 있으며, 여기서 유체는 공급부(304 및 306)로 들어가서 파워 노즐(310 및 312)을 통해 흐르도록 구성된다. 유체는, 파워 노즐과 공급부의 경계를 이루는 벽인, 제1 및 제2 전향부(deflector)(314, 316)에 의해 방향이 정해질 수 있다. 전향부(314, 316)는 상호작용 영역(302)에 대한 공급부(304, 306) 또는 파워 노즐(310, 312)의 상대적인 소정 각도로 연장될 수 있다. 상호작용 영역과 유출구는 매우 콤팩트한 공간에서 원하는 유체 흐름을 제공하도록 되어 있다. 그 기하학적 구조은 인서트(300)의 개선된 제조용이성 및 개선된 점성 저온 유체 성능을 허용한다.

하나의 실시예에서, 도 2A 및 3에 의해 도시된 바와 같이, 공급부(304)는 제1 및 제2 대향 벽(332A, 332B)에 의해 구획된 통로이다. 유사하게, 공급부(306)는 제1 및 제2 대향 벽(334A, 334B)에 의해 구획된 통로이다. 제1 벽(332A)은 공급부(304, 306)로부터 각각의 파워 노즐(310, 312)로 연장하고, 각각 제1 표면을 따른 통로를 구획하고 공급부(304, 306)로부터 각각의 파워 노즐까지 약간 테이퍼지거나 좁아지는 통로를 갖는다.

상호작용 영역(302)은 유출구(308) 반대편에 대체로 평평한 상부 벽(340)을 갖는 주변 벽에 의해 구획될 수 있으며, 여기서 상부 벽(340)의 에지는 대체로 둥글고 각각의 파워 노즐(310, 312)로 연장된다. 제1 파워 노즐(310)의 제1 전향부(314)는 변곡점(352A)에서 상호작용 영역(302)의 주변 벽과 교차한다. 제2 파워 노즐(312)의 제2 전향부(316)는 제2 변곡점(354A)에서 상호작용 영역(302)의 주변 벽과 교차한다. 제1 내벽(320)은 벽(332B)이 지점(352B)에서 상호작용 영역(302)과 교차하도록 유출구(308)와 제1 파워 노즐(310) 사이에 위치될 수 있다. 제2 내벽(322)은 벽(334B)이 지점(354B)에서 상호작용 영역(302)과 교차하도록 유출구(308)와 제2 파워 노즐(312) 사이에 위치될 수 있다. 제 1 내벽(320) 및 제 2 내벽(322)은 서로에 대해 대체로 직선 및 각진 관계(a generally straight and angled relationship)를 가질 수 있어서, 그 각진 벽들(the angled walls)은 중심 축(342)을 따라 정렬될 수 있는 유출구(308)쪽으로 이어진다.

제1 및 제2 변곡점(352A, 354A)은 축(342)을 향해 내측으로 돌출되어 있는 반면, 제1 및 제2 파워 노즐의 대향 측면을 따르는 변곡점(452B 및 354B)은 중심축(342)으로부터 더 멀리 떨어진 곳에 위치된다. 여기서, 변곡점(352B, 354B)은 상호작용 영역(302)의 둘레로부터 뒤로 물러서 있고(withdrawn from the perimeter), 변곡점(352A, 354A)은 상호작용 영역의 둘레 내로 돌출한다.

유체 노즐은 도 2A에 도시된 바와 같이 이 중심축(342)을 따라 대칭일 수 있거나, 파워 노즐, 유체 흐름, 벽 등이 서로의 거울상이 되도록 적어도 하나의 축을 따라 대칭일 수 있다는 것이 주목된다. 하나의 실시예에서, 제1 파워 노즐(310), 제1 공급부(304), 제1 전향부(314), 및 제1 내벽(320)은, 제2 파워 노즐(312), 제2 공급부(306), 제2 전향부(316), 및 제2 내벽(322)에 대해 대체로 대칭적인 구성을 가질 수 있다.

유출구(308)는 2개의 대향하는 각진 벽(324, 326)에 의해 구획될 수 있다. 제1 각진 벽(324)은 유출구(308)의 목부(346)에서 제1 내벽(320)과 교차할 수 있는 한 편, 제2 각진 벽(326)은 유출구(308)의 목부(346)에서 제2 내벽(322)과 교차하고 그로부터 연장될 수 있다. 제1 및 제2 각진 벽(324, 326)은 길게 늘어나고(elongated) 일반적으로 제1 및 제2 내벽(320, 322)보다 길며, 이는 인서트(300)의 콤팩트한 구성을 허용한다. 보다 구체적으로, 제 1 공급부(304) 및 제 2 공급부(306)는 일반적으로 대칭일 수 있는 인서트(300)의 제 1 에지(350)로부터 제 1 거리(Fd)에 배치될 수 있다. 목부(346)는 제2 거리(Sd)가 제1 거리보다 크도록 인서트(300)의 제1 에지(350)로부터 제2 거리(Sd)에 배치될 수 있다.

이러한 지오메트리는 원하는 유체 압력 및 온도에서 결과적인 부채꼴 스프레이 패턴에서 콤팩트한 구성, 효율적인 제조 가능성, 및 개선된 유체의 균일한 분포를 허용한다. 부채꼴 스프레이의 이러한 개선은, 앞의 실시예의 도 9A에 비교되는, 도 9B에 도시되어 있다.

도 2C에 도시된 바와 같이. 유체 인서트(300)는 또한 2개의 공급부(304, 306) 사이에 배리어(390)를 포함할 수 있다. 그 배리어(390)는 2개의 공급부(304, 306)가 서로 영향을 미쳐서, 한 쪽 스프레이가 다른 쪽 스프레이 보다 무거운(heavier), 부채꼴 바이아스를 유발하는 것을 방지할 수 있다. 배리어(390)는 예를 들어 필터 포스트(392)를 포함할 수 있다. 배리어(390)는 공급 슬롯에서 순환 와류를 감소시킬 수 있고, 불안정한 저온 스프레이 부채꼴(unstable cold spray fan)을 방지할 수 있는 것이다.

도 3은 유체 노즐 인서트의 전술한 특징부의 다양한 치수를 도시하는 인서트(300)의 전방 표면의 평면도이다. 현재 실시예의 치수는 이 규모(this scale)의 유체 노즐 인서트에 저온에서 고점도의 유체를 사용할 때 원하는 부채꼴 패턴을 얻는 데 이상적일 수 있지만, 본 발명은 균일한 부채꼴 스프레이 결과를 얻기 위해 이러한 치수로 제한되지 않는다. 유체는 처음에 매니폴드(318)(도 2B)로부터 제1 및 제2 공급부(304, 306)를 통해 흐른 다음, 제1 및 제2 파워 노즐(310, 312)을 통해 상호작용 영역(302)으로 흐른 다음, 목부(346)와 유출구(308)를 통해 부채꼴 스프레이 패턴으로 상호작용 영역(302)을 빠져나간다. 이 분야의 통상의 기술자는, 이 유체 지오메트리가 콤팩트한 구성을 포함하는 특징부들의 놀라운 조합으로부터 향상된 성능을 제공한다는 것을 인식할 것이며, 여기서 "콤팩트한"이라는 말은 약 4.5-5.5 mm, 이상적으로는 약 5.00 mm 이하의 폭(W)(일부 실시예에서 폭은 아래에 언급된 바와 같이 더 클 수 있음)과, 약 5.50 mm 이하일 수 있는, 약 4-7 mm의 길이(L)(일부 실시예에서 길이는 아래에 언급된 대로 크거나 작을 수 있음)를 갖는 것을 의미한다. 상호작용 영역의 폭(Iw)은 파워 노즐의 폭(Pw)의 7-8 배일 수 있고, 파워 노즐 폭(Pw)의 약 7.8 배일 수 있으며, 이는 약 0.4 mm일 수 있다. 상호작용 영역의 높이((Interaction Height - IH)는 파워 노즐 폭(Pw)의 5-6 배일 수 있으며, 이는 파워 노즐 폭(Pw)의 약 5.7 배일 수 있으며, 목부 오프셋(T_O)은 파워 노즐 폭(Pw)의 1 내지 1.5 배일 수 있으며, 이는 파워 노즐 폭(Pw)의 약 1.2 배일 수 있다.

도 3의 실시예에 도시된 치수는; 현 실시예에서, 약 0.4mm의 파워 노즐 폭(Pw); 약 5mm의 유체 노즐 인서트 구조의 폭(W); 파워 노즐 폭(Pw)의 약 7.8 배일 수 있는 상호작용 영역의 폭(Iw); 약 0.440 mm 이하의 목부 폭(Tw); 파워 노즐 폭(Pw)의 약 5.7 배일 수 있는 상호작용 영역의 높이(I_H); 및 파워 노즐 폭(Pw)의 높이의 약 1.2 배일 수 있는 목부 오프셋(T_O)을 포함한다.

도 4는 위의 2A, 도 2B 및 도 3에 설명된 유체 노즐 인서트(300)의 사시도를 도시한다. 이 도면은 상호작용 영역(302)과 공급부(304, 306) 사이의 관계를 도시한다. 상호작용 영역(302)의 상부 영역의 지오메트리는 일반적으로 평평할 수 있고, 인서트는 노즐 하우징(미도시) 내부에 인서트(300)를 위치시키는 것을 돕기 위해 모따기의 리드(lead, 선두부)(360)를 포함할 수 있다. 도 4는, 매니폴드(318)에 의해 인서트(300)의 제1 및 제2 표면 사이에서 유체를 파워 노즐(310 및 312)로 전달하는 공급부(304 및 306)의 배향(orientation)을 추가로 도시한다. 파워 노즐(310, 312)은 서로에 대해 대칭적으로 위치될 수 있고, 그리고 유출구(308)의 좁은 부분보다 인서트의 전방 면에 더 가까운 일반적인 위치를 가질 수 있는다. 파워 노즐은, 일반적으로 균일한 스프레이를 갖는 진동 부채꼴 스프레이 패턴으로 유출구(308)를 통해 빠져나가기 전에 상호작용 영역(302)에서 대향 와류 흐름(opposing vortex flows)을 생성하도록 유체를 지향시킨다. 유출구(308)는, 와류 유체를 유출구(308)로 쏟아보내고, 뒤따를 유체에 대하여 부채꼴 패턴을 구획하는 부채꼴 또는 V자 형을 만들어 내는, 직선 및 각진 대칭 구성(a straight and angled symmetrical configuration)을 갖는 내벽(320 및 322)에 의해 구획될 수 있다.

도 5는, 인서트(300)의 상호작용 폭(I_W) 및 상호작용 높이(I_H)를 도시하는, 도 2A 및 도 2B의 측단면도(cross-sectional top side view)이다. 도 5는 상호작용 영역(302)과 매니폴드(318) 사이의 공간 관계를 추가로 도시하고, 여기서 공급부들(304, 306)은, 유체를 상호작용 영역(302)으로 가져오기 위해 매니폴드(318)가 있는 제2 표면과 제1 표면 사이에 걸쳐 있다.

도 6은 도 2A 및 도 2B의 다른 측단면도(cross-sectional side view)로서, 인서트(300)의 목부 오프셋(T_O) 뿐만 아니라, 도 3에 도시된 바와 같이 유출구(308)와 제1 공급부(304) 사이의 관계를 도시한다. 이 실시예에서, 인서트(300)의 외부 에지는 테이퍼진 에지(360) 또는 경사면(bevel)을 포함하는데, 그러나, 본 발명의 모든 실시예에 경사면이 존재하는 것은 아닐 수도 있다.

도 7은 하나의 실시예에 의한 인서트의 길이(L) 및 두께(Th) 치수들을 도시하는, 인서트(300)의 측면도이다. 이 실시예에서, 길이(L)는 대략 4.65 mm 이하이다. 그 치수들 다양할 수 있지만, 이 특정 실시예에서 이상적이라는 것을 이해해야 한다.

도 8은 유출구(308), 공급부(304, 306), 및 내벽(320, 322)을 포함하는 상호작용 영역(302) 내의 다양한 구성요소의 관계를 보여주는 인서트(300)의 하나의 실시예의 단면도이다. 이 실시예에서, 유체 노즐 인서트 구조의 폭는 5.02 mm이다. 그 치수들은 다양할 수 있지만, 이 특정 실시예에서 이상적이라는 것을 이해해야 한다.

도 9A 및 도 9B는, 도 1의 인서트가 있는 노즐 헤드의 원래의 반전 버섯형 디자인에서 스프레이 분포(왼쪽)를, 인서트(300)가 있는 노즐 헤드의 새로운 반전 버섯형 디자인(오른쪽)과 비교한, 비교도이다. 도 9A는 육중 말단형(heavy ended) 스프레이 패턴을 보여주는 반면, 도 9B의 스프레이 패턴은, 도 2 내지 도 8에 도시된 지오메트리로 인해 보다 균일하고, 균등한 분포를 나타낸다.

개시된 본 출원의 회로 지오메트리는, 결과적인 저온 부채꼴 스프레이의 다음에 설명하는 특징들을 포함한다. 그 디자인은, 도 1의 회로에 비해 향상된 기능성을 나타내는, 고 점도 유체의 저온에서 사용을 위한 요구 사항을 충족하도록 맞추어져 있다(tailored). 예를 들어, 50% 메탄올 기반 유체 혼합물이, 도 1의 유체 진동기를 가지는 노즐 어셈블리에 도입되는 경우, 그렇게 생성된 저온 부체꼴 스프레이는 특정 압력 범위에서 안정적이지 않다. 예를 들어, 0 ℉ 온도에서, 그렇게 생성된 저온 부채꼴 스프레이는, 약 4-6 psi의 유체 압력에서 유출구로부터 약 25°의 부채꼴 각도를 가지며, 7-9 psi에서 두텁고 불안정한 제트 분출물(thick shaky jet)이 된다. 생성된 저온 부채꼴 스프레이는, 그 다음에, 약 10 psi보다 큰 압력에서 출구로부터 약 25-30°의 부채꼴 각도로 안정화될 수 있다. 대조적으로, 50% 메탄올 기반 유체 혼합물이, 약 0℉ 온도에서 본 발명의 도 2-8의 유체 진동기 인서트(300)를 갖는 노즐 어셈블리 내로 도입되는 경우, 저온 냉각 부채꼴 스프레이는, 이러한 모든 압력 범위에서 안정적이고,균일하다.

50% 에탄올 기반 유체 혼합물이, 도 1의 유체 진동기 인서트를 갖는 노즐 어셈블리 내로 도입될 때, 생성된 저온 부채꼴 스프레이는 또한 바람직하지 않은 특징을 갖는다. 예를 들어, 0℉ 온도에서, 그렇게 생성된 저온 부채꼴 스프레이는, 유출구에서 약 30°의 부채꼴 각도를 갖는, 육중 말단형 구조(도 9A 참조)를 갖는다. 대조적으로, 50% 에탄올 기반 유체 혼합물이, 약 0℉의 온도에서 본 발명의 도 2-8의 유체 진동기 인서트(300)를 갖는 노즐 어셈블리 내로 도입될 때, 그렇게 생성된 냉각 부채꼴 스프레이는 유출구로부터 약 20-25의 부채꼴 각도를 가지며, 실질적으로 안정적이고 균일한 구조를 가지고 있다(도 9B 참조).

도 1의 디자인 및 본 출원의 디자인의 경우의 유량은 모두, 25 psi에서 280 ml/분으로 되어 있어 비교를 할 수 있음이 주목된다. 또한, 도 10에 도시된 바와 같이, 0℉에서 50% 메탄올의 점도는 약 10 cP이고, 0℉에서 50% 에탄올의 점도는 약 25 cP인 것이 주목된다.

도 11A는 유체 노즐 인서트(200)가 내부에 위치되지 않은 노즐 하우징(400)의 사시도이다. 도 11B는 유체 노즐 인서트(200)의 제1 및 제2 표면의 유체 지오메트리가 노즐 하우징 내에 위치되지만 연속 구조로 제조되는 적층제조/3D 프린팅 기술로 제조된 노즐 하우징(410)의 사시도이다. 이와 같이, 본 발명은 인서트(200)로부터 별도의 수단에 의해 형성된 노즐 하우징(400)에 유체 칩을 삽입함으로써 형성된 노즐 어셈블리를 제공하는 것을 상정하고(contemplate), 그리고 또한 전체 노즐 어셈블리(하우징 및 인서트)가 연속 재료(continuous material)로 형성되도록 허용하는 3D 프린팅 또는 어디티브 매뉴팩처링 공정을 상정한다. 도 11A 및 도 11B는 유체 공급원(도시되지 않음)으로부터 유체를 받아들이기 위한 유입구를 갖는 하우징을 도시한다. 본 명세서에 개시된 유체 지오메트리로부터의 매니폴드는, 본 명세서에 기재된 바와 같이 공급부 및 파워 노즐을 통해 분배되도록 노즐 하우징의 유입구로부터 유체를 받아들이도록 구성된다.

새로운 콤팩트형 유체 노즐 어셈블리, 유체 인서트 지오메트리 및 개선된 방법의 바람직한 실시예를 설명했지만, 다른 수정, 변형 및 변경이 여기에 설명된 교시에 비추어 이 분야의 통상의 기술자에게 제안될 것이라고 믿어진다. 따라서, 이러한 모든 변형, 수정 및 변경은 본 발명의 범위 내에 속하는 것으로 여겨진다는 것을 이해해야 한다.

본 발명을 본 명세서에 상세히 설명된 특정 실시예를 참조하여 설명했지만, 다른 실시예가 동일하거나 유사한 결과를 달성할 수 있다. 본 발명의 변형 및 수정이 이 분야의 통상의 기술자에게 명백할 것이며, 본 발명은 이러한 모든 수정 및 균등물을 포괄하도록 의도된 것이다.

Claims

상호작용 영역을 갖는 유체 진동기 지오메트리를 포함하여 구성되는 제1 표면;
유체 공급원으로부터 유체를 받이들이도록 구성된 매니폴드를 갖는 제1 표면에 대향하는 제2 표면;
상기 매니폴드로부터 상기 상호작용 영역으로 유체를 이송하기 위해 상기 제1 표면과 제2 표면 사이에서 유체 연통하는 적어도 하나의 공급부;
상기 적어도 하나의 공급부로부터 상기 상호작용 영역으로 유체를 지향시키기 위해 상기 제1 표면을 따라 위치된 적어도 하나의 파워 노즐; 및
진동하는 유체 부채꼴 스프레이를 분배하기 위해 상기 상호작용 영역으로부터의 유체의 통과를 위해 상기 상호작용 영역과 연통하는 제1 에지를 따른 유출구;를 포함하여 구성되는, 유체 노즐 인서트.
제1항에 있어서, 상기 유체 노즐 인서트의 길이가 대략 4.65 mm 이하이고, 상기 유체 노즐 인서트 구조의 폭이 대략 5.02 mm 이하인, 유체 노즐 인서트.
제1항에 있어서, 제1 공급부로부터 직접 받아들여진 유체를 전달하기 위한 제1 파워 노즐 및 제2 공급부로부터 직접 받아들여진 유체를 전달하기 위한 제2 파워 노즐을 더 포함하여 구성되는, 유체 노즐 인서트.
제1항에 있어서, 상기 제2 표면 상의 상기 매니폴드를 따라 위치된 배리어를 더 포함하여 구성되고, 상기 배리어가 상기 제1 공급부와 제2 공급부 사이에 위치되는, 유체 노즐 인서트.
제1항에 있어서, 상기 매니폴드가, 상기 상호작용 영역에 대향하고, 상기 상호작용 영역과 여하한 주변 벽도 공유하지 않는, 유체 노즐 인서트.
제1항에 있어서, 상기 유체 진동기 지오메트리가 중심축을 따라 대칭인, 유체 노즐 인서트.
제1항에 있어서, 상기 공급부가 상기 제1 에지로부터 제1 거리만큼 배치되고, 그리고 상기 목부가 상기 제1 에지로부터 제2 거리에 배치되며, 상기 제2 거리가 상기 제1 거리보다 더 큰, 유체 노즐 인서트.
제1항에 있어서, 유체를 상기 매니폴드로부터 상기 상호작용 영역으로 이송하기 위한 제1 공급부 및 제2 공급부; 그리고
상기 제1 표면을 따라 위치된 제1 파워 노즐 및 제2 파워 노즐;을 더 포함하여 구성되고,
상기 제1 파워 노즐이 상기 제1 공급부와 직접 연통하고, 상기 제2 파워 노즐이 상기 제2 공급부와 직접 연통하는, 유체 노즐 인서트.
제8항에 있어서, 각각 상기 제1 및 제2 파워 노즐을 따른 제1 변곡점 및 제2 변곡점을 더 포함하여 구성되고, 상기 1 및 제2 변곡점이 상기 중심축을 향해 상기 상호작용 영역의 둘레에 대해 내측으로 돌출하는, 유체 노즐 인서트.
제9항에 있어서, 상기 제1 파워 노즐의 상기 제1 변곡점의 반대쪽을 따른 제1 지점 및 상기 제2 파워 노즐의 상기 제2 변곡점의 반대쪽을 따른 제2 지점을 더 포함하여 구성되고, 여기서 상기 제1 지점 및 제2 지점이 상기 제1 및 제2 변곡점보다 중심축에서 더 멀리 떨어진 곳에 위치된, 유체 노즐 인서트.
제8항에 있어서, 상기 제1 공급부가 개구(an aperture)로부터 상기 제1 파워 노즐까지 약간 테이퍼지거나 좁아지는 통로를 갖는 제1 및 제2 대향 벽에 의해 구획되고, 상기 제2 공급부가 개구로부터 상기 제2 파워 노즐까지 약간 테이퍼지거나 좁아지는 통로를 갖는 제1 및 제2 대향 벽에 의해 구획되어, 각각 상기 제1 표면을 따라 직접 통로를 구획하는, 유체 노즐 인서트.
상호작용 영역을 갖는 유체 진동기 지오메트리를 갖는 제1 표면;
유체 공급원으로부터 유체를 받아들이기 위해 대향하는 제2 표면을 따라 형성된 매니폴드 영역;
상기 제1 표면과 그에 대향하는 제2 표면 사이에서 유체 연통을 위한 적어도 하나의 공급부;
상기 적어도 하나의 공급부로부터 유체를 유체 진동기 지오메트리의 상기 상호작용 영역으로 지향시키기 위한 적어도 하나의 파워 노즐; 및
상기 상호작용 영역으로부터 진동하는 유체 부채꼴 스프레이를 분배하기 위해 2개의 대향하는 평평한 벽에 의해 구획된 상기 상호작용 영역과 연통하는 v자형 유출구;를 포함하여 구성되고,
여기서 상기 적어도 하나의 공급부가, 상기 매니폴드로부터 유체를 이송하기 위해 상기 제1 표면 상의 상기 적어도 하나의 파워 노즐과 직접 연통하는 수직 공급부인, 유체 노즐 인서트.
제12항에 있어서, 상기 파워 노즐이 약 0.4 mm의 폭을 갖고, 상기 상호작용 영역이 약 3 mm의 폭을 가지며, 상기 상호작용 영역이 약 2 mm의 높이를 갖는, 유체 노즐 인서트.
제12항에 있어서, 상기 제2 표면을 따라 상기 제1 공급부와 제2 공급부 사이에 위치된 배리어를 더 포함하여 구성되는, 유체 노즐 인서트.
제12항에 있어서, 상기 유체 지오메트리가 중심축을 따라 대칭인, 유체 노즐 인서트.
제12항에 있어서, 유체를 상기 매니폴드로부터 상기 상호작용 영역으로 이송하기 위한 제1 공급부와 제2 공급부; 및 상기 제1 표면을 따라 위치된 제1 파워 노즐과 제2 파워 노즐;을 더 포함하여 구성되고,
상기 제1 파워 노즐이 상기 제1 공급부와 직접 연통하고, 상기 제2 파워 노즐이 상기 제2 공급부와 직접 연통하는, 유체 노즐 인서트.
제16항에 있어서, 각각 상기 제1 및 제2 파워 노즐을 따른 제1 변곡점 및 제2 변곡점을 더 포함하여 구성되고, 상기 제1 및 제2 변곡점이 상기 중심축을 향해 상기 상호작용 영역의 둘레에 대해 내측으로 돌출하는, 유체 노즐 인서트.
제17항에 있어서, 상기 제1 파워 노즐의 상기 제1 변곡점의 반대쪽을 따른 제1 지점 및 상기 제2 파워 노즐의 상기 제2 변곡점의 반대쪽을 따른 제2 지점을 더 포함하여 구성되고, 여기서 상기 제1 지점 및 제2 지점이 상기 제1 및 제2 변곡점보다 중심축에서 더 멀리 떨어진 곳에 위치된, 유체 노즐 인서트.
제16항에 있어서, 상기 제1 공급부가 하나의 개구로부터 상기 제1 파워 노즐까지 약간 테이퍼지거나 좁아지는 통로를 갖는 제1 및 제2 대향 벽에 의해 구획되고, 상기 제2 공급부가 하나의 개구로부터 상기 제2 파워 노즐까지 약간 테이퍼지거나 좁아지는 통로를 갖는 제1 및 제2 대향 벽에 의해 구획되어, 각각 상기 제1 표면을 따라 직접 통로를 구획하는, 유체 노즐 인서트.
제16항에 있어서, 상기 공급부가 상기 제1 에지로부터 제1 거리만큼 배치되고, 그리고 상기 목부가 상기 제1 에지로부터 제2 거리에 배치되며, 상기 제2 거리가 상기 제1 거리보다 더 큰, 유체 노즐 인서트.