TWI466729B - 噴嘴之流體注入總成 - Google Patents

Description

噴嘴之流體注入總成

本發明之技術領域係關於超過不同流體之溶度位準而混合該等不同流體以適於清潔應用的裝置及方法。

單點及寛噴霧嘴係用複數個焊接部分製成。寛噴霧嘴是由一孔陣列管及一用機器製為接受複數個噴嘴的桶塊製成。如果一寛噴霧嘴陣列中一單個噴嘴不按規格執行，對於工業是不可接受的。此有時發生是因為由於藉由製程建立的噴嘴中的面積及區域，寛噴霧嘴不能被完全地清潔。此等面積及區域堵住可污染經由該噴嘴分配的CO₂ 流體之純度的材料。因此，將分離及個別的噴嘴或噴嘴總成焊接在一起可為被工業判定為無法接受的此等面積及區域作配置。

另外，使用現有的噴嘴及噴嘴陣列注射不同流體諸如用於例如表面電荷降低之該等應用的氣體是不可能的，因為該等噴嘴或噴嘴陣列不允許將超過其溶度位準之不同流體混合，也就是，混合物最終分離成其原本不同的流體或無法充分混合，以使使用者留下用於處理的兩個分離流體，而不是用於處理的一摻合物或同質混合物。

本發明涉及噴嘴總成，例如二氧化碳(CO₂ )噴霧嘴總成。

為更完全瞭解本發明之實施例，可能需要結合圖式參考下列詳細描述。

本發明的實施例包含在一CO₂ 流體或雪花產生點放置一流體混合總成，因此允許流體的比率將大於藉由僅僅將一流體稀釋於另一流體中可達成的比率。該等實施例提供降低靜電放電(ESD)及增加共溶清潔劑至CO₂ 雪花。

本發明的實施例提供一噴嘴總成，其中在完全組裝噴嘴陣列之前可進行單個及多重噴嘴陣列的噴霧性能測試。在完全組裝噴嘴及噴嘴陣列之前，藉由本發明亦可促使所有組件的精確清潔。另外，生產噴嘴及噴嘴陣列的製程不提供可堵住污染物材料的隱藏區域或地帶。噴嘴及噴嘴陣列的所有組件之全部微拋光係藉由該等實施例實現。此外，本發明亦提供將其他流體(液體或氣體)直接注入進噴霧嘴或噴嘴陣列以幫助控制表面充電。

參考圖1及2，一噴嘴通常以10顯示。該噴嘴包含一圓筒外殼12，在該圓筒外殼12中形成有一接收室14及一在一過道18與接收室14連通的分配室16。過道18使接收室14及分配室16互連。過道18有一直徑，其小於接收室14及分配室16的一直徑。

接收室14被構造及配置以接收用於注入一流體的一吸液管20或管。此配置及共同作用將在下面參考圖5進一步描述。吸液管20有一外側壁22，該外側壁22經定尺寸及塑形以允許吸液管20滑進接收室14之內的位置，而吸液管20在接收室14中不接觸外殼12的一內表面。例如如圖2中顯示 的支撐件24(支撐機構)或「三腳架」支撐吸液管20遠離接觸接收室14的一內表面19或與其有隔開關係。支撐件24可為隔開以支撐吸液管20的凸出構件，但不阻礙接收室14中流體的流動。

圖3顯示安裝至一分配岐管26的複數個噴嘴10，該岐管26具有連接至一CO₂ 源(未顯示)的一末端28。分配岐管26的一對置末端30可為閉合或密封的，或另一選擇為連接至一儲存器(未顯示)或其他應用系統(未顯示)。在陣列中之每個噴嘴10可在插入岐管26之前被個別地測試。舉例而言，每個噴嘴10被插入岐管26並被定位點焊。為了移除，可使焊接部分斷裂以釋放噴嘴10，其後噴嘴可被修補，因此消除指定噴嘴10作為廢料的必要性。

岐管26包含延伸以連接岐管26的末端28、30的一岐管過道32。過道32包含至少一個及必要時複數個自其延伸的分支34。如圖3所示，分支34可被隔開以允許複數個噴嘴10與分支34對齊安裝。亦如圖3中所示，流體17將自過道32流向每個分支34。

圖4顯示圖3的分配岐管26及與其結合使用的一流體注入岐管36。如圖4中顯示的，流體注入岐管36有複數個吸液管20或噴嘴，其經定尺寸及塑形以適於關於分配岐管26之相應分支34及噴嘴10的任何可釋放接合、永久安裝、或可移除安置。流體注入岐管36的一末端40連接至例如用於增進清潔的一靜電放電流體41的一源(未顯示)，而流體注入岐管36的一對置末端42可為閉合或密封的，或另一選擇為 連接至這種流體的一收集源(未顯示)或其他應用系統(未顯示)。

在圖4中，岐管26係由至少一個及必要時複數個經定尺寸及塑形之鑽孔48形成，使得每一個鑽孔48可於其中接收一相應吸液管20。鑽孔48依次與分支34對齊，因此允許吸液管20一直延伸到接收室14。吸液管20延伸入分支34及接收室14中的距離取決於被提供至流體17之流體的黏度，其在CO₂ 中可隨輕微的溫度變化而極大地改變。該距離是在噴嘴10在CO₂ 上啟動並冷却至用於一特殊應用的操作溫度之後決定。

提供至分配岐管26之氣相或液相的流體可包含來自CO₂ 源的二氧化碳；而氮、氧、氟、氖、氯、氬、氪、氙、氫、氦、臭氧或其組合可自岐管36提供，該岐管36因此被連接至一供應源。此等流體可被個別地供應或可與彼此組合供應，其中該組合對該過程無害。流體注入岐管36也可提供水、臭氧水及產製為包含(但不限於)鹵化物、腐蝕劑、酸、鹼、氧化劑或過氧化物的其他種類。被注入流體的百分比或比例被選擇為足以適於組件的一特殊清潔或其他處理過程的一比例。

若不消除當CO₂ 氣體自噴嘴10提供至將清潔之物體(未顯示)的表面時可發生之非期望表面充電，該等流體藉由注入岐管36的一引入實質上減少。

吸液管20可製成相對於接收室14之可移除安裝。

本發明之實施例的一混合區域通常在圖4及5中44顯示。 參考圖5，混合區域44是一區域，其中藉由吸液管20中之箭頭顯示的流體21接觸藉由接收室14中箭頭顯示的流體17以產生通常在38顯示的紊流，流體17、21藉此混合以經由過道18通過至分配室16以應用於待清潔或其他處理的物體或組件。

在接收室14中，流體17、21可濃縮混合，其中流體17的一濃度係每一單位體積之流體21的千分之一至十分之一，如所需之清潔應用需要的或表面處理必需的。超過0.1的濃度可用於其中複數個第二流體17被同時增加以降低表面充電及增強將處理之一物體或組件的清潔之應用中。吸液管20相對於接收室14的配置以提供紊流38可使流體17、21超過其等溶度位準混合。亦即，因為在混合區域44中產生紊流38，故流體17、21被徹底地摻合或提供為一同質混合物，即使流體17、21係超過其等溶度位準混合。由於本發明之實施例之構造而提供的紊流38使得每個流體17、21可相對於彼此而使用更大的比例以用於混合，並仍提供一摻合物或同質混合物以通過過道18以自分配室16分配至組件。實質上，一使用者可包含一更大體積百分比的流體21以與流體17混合，或一更大體積百分比的流體17以與流體21混合，並所形成之混合物或摻合物不分離出在混合區域44中混合之前存在的分離流體。本發明的實施例提供一固相混合物，或許有流體17、21的某一氣體，其自分配室16出現。

過道18的較小直徑阻止紊流38中的流體17、21在進入分 配室16之前轉變為一固相。例如其中流體17是CO₂ ，該流體必須在接收室14中混合於紊流38而同時仍處於流體相。混合物中之CO₂ 將在過道18之後擴展及進入一固體相，此時與流體21混合是無效且不足夠的。

如圖5中顯示的，在一實施例中吸液管20相對於噴嘴10的安置使得兩者相對於彼此同軸地配置。實質上，吸液管20及噴嘴10的一縱向軸是同軸的，以「X」表示，因此當吸液管20被安置在接收室14中時，其與噴嘴10對齊並同軸，使得吸液管20的一出口23與過道18對齊。

取決於待與流體17混合的流體21，且反之亦然，這樣將決定發生在紊流38的區域所形成之混合物的溶度限制。例如，使用為二氧化碳(CO₂ )的流體17，該流體可與大於0.05%的丙酮混合，若丙酮是被使用的流體21。自分配室16分配之所形成的混合物或摻合物可被應用於待清潔或處理的物體，且該混合物將有流體17、21之至少一者的溶度百分比，超越通常是使用習知之混合系統所得之溶度百分比。在特定實施例中，流體17、21兩者係以超過相對於彼此之其溶度位準混合。吸液管20插入混合室的一深度及吸液管20的一外表面在混合室14中與噴嘴10之一內側壁隔開的一距離也可取決於一起帶來以在混合區域44中混合的流體17、21而選擇。

圖5中吸液管20之一側壁27的一遠端25係以一最小值0.001英寸至一最大值0.025英寸削減或成錐形。遠端25的此種錐形化促進將流體17引導至紊流38，並促進流體21被 吸入流體17中。在遠端25的錐度也提供以足夠低壓緊接遠端25以將流體21吸入紊流38以與流體17混合。

吸液管20亦可相對於縱向軸X非共中心地配置，因此其不與過道18及分配室16的縱向軸X對齊。可於下列情況時需要此種液管20之配置：形成之混合物不須在混合區域44中被徹底地摻合，當然取決於藉由自分配室16排出之流體將發生的處理或清潔而定。

應瞭解本文描述的實施例僅僅是例示性的而且熟悉此項技術人員在不背離本發明的精神及範疇下可做出許多變化及修飾。所有該等變化及修飾都將包含在本文中描述及主張的本發明範疇中。應暸解上述的實施例不僅是可替代的，亦可被組合。

10‧‧‧噴嘴

12‧‧‧外殼

14‧‧‧接收室

16‧‧‧分配室

17‧‧‧流體

18‧‧‧過道

19‧‧‧內表面

20‧‧‧吸液管

21‧‧‧流體

22‧‧‧外側壁

23‧‧‧出口

24‧‧‧支撐件

25‧‧‧遠端

26‧‧‧岐管

27‧‧‧側壁

28‧‧‧末端

30‧‧‧對置末端

32‧‧‧過道

34‧‧‧分支

38‧‧‧紊流

40‧‧‧末端

41‧‧‧靜電放電流體

42‧‧‧對置末端

44‧‧‧混合區域

48‧‧‧鑽孔

圖1係本發明之一流體注入總成的一實施例之元件的一橫截面。

圖2係沿圖1之線2-2的一橫截面。

圖3係本發明之一噴嘴陣列實施例的一局部橫截面。

圖4係本發明之另一實施例的一局部橫截面。

圖5係圖4中顯示的實施例之一部分的一分解圖。

10‧‧‧噴嘴

14‧‧‧接收室

16‧‧‧分配室

17‧‧‧箭頭

18‧‧‧過道

20‧‧‧吸液管

21‧‧‧箭頭

24‧‧‧支撐件

26‧‧‧岐管

28‧‧‧末端

30‧‧‧對置末端

34‧‧‧分支

40‧‧‧末端

41‧‧‧靜電放電流體

42‧‧‧對置末端

44‧‧‧混合區域

48‧‧‧鑽孔

Claims (18)

1. 一種用於混合流體的裝置，其包括：一分配岐管，用於提供一第一流體，該分配岐管包括至少一流體噴嘴，該至少一流體噴嘴包括：一接收室，其流體耦合至該分配岐管；及一分配室，其藉由一流體噴嘴之過道流體耦合至該接收室；及一流體注入岐管，用於提供一第二流體至該第一流體中，該流體注入岐管包括至少一混合噴嘴，其延伸經過該分配岐管而到該至少一流體噴嘴內，該至少一混合噴嘴具有一錐形之遠端，該錐形之遠端設於緊接該流體噴嘴之過道的該至少一流體噴嘴的該接收室內；其中，一紊流混合區域形成於該至少一流體噴嘴及該至少一混合噴嘴以隔開關係共同作用之處，用於在該第一流體及第二流體內產生紊流，藉此提供該第一流體及第二流體之一混合物；及其中，該流體噴嘴之過道的一直徑小於該至少一流體噴嘴的一直徑，且該流體噴嘴之過道的該直徑小於該至少一混合噴嘴的一直徑。
2. 如請求項1之裝置，其中該分配岐管包括複數個該流體噴嘴，及該流體注入岐管包括複數個該流體混合噴嘴。
3. 如請求項1之裝置，其中該第一流體包括CO₂ 。
4. 如請求項3之裝置，其中該CO₂ 係被提供於選自以下的一組合物中：一固相CO₂ 、一氣相CO₂ 、一液相CO₂ 及其組 合。
5. 如請求項1之裝置，其中該第二流體包括一流體，其係從以下選出：氮、氧、氟、氖、氯、氬、氪、氙、氫、氦、臭氧、水、臭氧水、鹵化物、腐蝕劑、酸、鹼、氧化劑、過氧化物及其組合。
6. 如請求項1之裝置，其中該第一流體之一濃度係為每一單位體積之該第二流體的千分之一至十分之一。
7. 如請求項1之裝置，其中該至少一流體噴嘴包括安置在該至少一流體噴嘴中的支撐機構，用於支撐該至少一混合噴嘴使其與該至少一流體噴嘴處於隔開關係。
8. 如請求項7之裝置，其中該支撐機構包括自該至少一流體噴嘴的一內部凸出的至少一支撐構件，用於接觸該至少一混合噴嘴。
9. 如請求項1之裝置，其中該至少一流體噴嘴、該至少一混合噴嘴及該流體噴嘴之過道的一狹縮區域是同軸的。
10. 如請求項1之裝置，其中該流體注入岐管係可移除地安裝至該分配岐管。
11. 如請求項9之裝置，其中該流體噴嘴之過道的該狹縮區域經定尺寸及塑形以適於該流體混合物通過該狹縮區域並以自一固相及一固氣兩相選出的一相出現。
12. 一種混合流體的方法，其包括：提供來自一分配岐管之一第一量一第一流體，該分配岐管包括至少一流體噴嘴，該至少一流體噴嘴包括：一接收室；一過道，其流體耦合至該接收室；及一分配 室，流體耦合至該過道；以一超過一溶度限制之比率將來自一流體注入岐管之一第二量之一第二流體提供至該第一流體，以組合該第一流體及第二流體；該流體注入岐管具有至少一流體混合噴嘴，該流體混合噴嘴延伸經過該分配岐管而到該流體噴嘴內，該流體混合噴嘴具有一錐形之遠端，該錐形之遠端設於緊接該流體噴嘴之過道的該流體噴嘴的該接收室內；以該選定之比率，在一紊流混合區域中組合該第一流體及第二流體，該紊流混合區域形成於該流體噴嘴及該混合噴嘴以隔開關係共同作用之處，以在該混合區域中對該第一流體及第二流體引起紊流，以使該第一流體及第二流體超過其各自溶度限制而混合為一均一流體混合物；及使該均一流體混合物以一固相、或一固相及氣相擴展。
13. 如請求項12之方法，其進一步包括將該相混合物應用至將用該相混合物處理的一物體。
14. 如請求項12之方法，其中該第一流體包括CO₂ 。
15. 如請求項14之方法，其中該CO₂ 係被提供於選自以下的一組合物中：一固相CO₂ 、一氣相CO₂ 、一液相CO₂ 及其組合。
16. 如請求項12之方法，其中該第二流體包括一流體，其係從以下選出：氮、氧、氟、氖、氯、氬、氪、氙、氫、 氦、臭氧、水、臭氧水、鹵化物、腐蝕劑、酸、鹼、氧化劑、過氧化物及其組合。
17. 如請求項12之方法，其中該第一流體及該第二流體之至少一者係相對於另一者以超過其溶度位準提供。
18. 如請求項12之方法，其中該第一流體之一濃度係為每一單位體積之該第二流體的千分之一至十分之一。