(57)【要約】本発明は、流体の二つの流れを衝突させることによって、一つまたは複数の流体を霧状化するためのノズルに関する。本発明によるノズルでは、流体は、それぞれ運動エネルギを与えられた多くの流れに分割される。流れに与えられる運動エネルギの量は、流れの実質的に反対方向の速度成分が存在する状態で流れが衝突する場合に流れが小滴の大きさの噴霧に分裂するような量である。2009519119.tif 000003
2009519119.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面Aならびに流体入口および流体出口を有する第一部材(1)と、少なくともノズルが加圧される場合に表面Aと第二部材(4)の表面Bにまたはそれらの間に形成される二つまたはそれ以上のチャネルとを含み、
該第二部材(4)が第一部材(1)に重なる、
ノズル。
【請求項２】
チャネルが、流体出口と流体連通しチャネル開口において各流体流れの等しい速度および流量を促進する少なくとも二つの合流する開放されたチャネルである、請求項1記載のノズル。
【請求項３】
チャネルが、第一部材(1)の表面Aと第二部材(4)の表面Bとの間に位置決めされたチャネルスペーサ(2)に設けられる、請求項2記載のノズル。
【請求項４】
第一(1)および第二(4)の部材の表面AとBとの間に位置決めされる弾性部材(3)をさらに含む、請求項2または3記載のノズル。
【請求項５】
弾性部材(3)と第二部材(4)との間に位置決めされる保持シート部材(5)をさらに含む、請求項4記載のノズル。
【請求項６】
一つまたは複数のくぼみ(8)が、第二部材(4)の表面Bにおよび／またはくぼみ部材(50)に設けられる、前記請求項のいずれか一項記載のノズル。
【請求項７】
チャネル(10)を通って流れる流体流れがノズルの外側で互いに衝突するように、少なくとも二つの合流するチャネルが配設される、前記請求項1〜6のいずれか一項記載のノズル。
【請求項８】
チャネル(10)を通って流れる流体流れが端面におよび／もしくはその上で、またはノズルの内側の少なくとも一部で互いに衝突するように、少なくとも二つのチャネルが、ノズルの内側で、ノズルの端面でおよび／またはその上で交差するチャネルとして配設される、前記請求項1〜6のいずれか一項記載のノズル。
【請求項９】
少なくとも二つのチャネルから放出された流体流れが30°〜100°の間の角度で互いに衝突するように、チャネルが配設される、請求項8記載のノズル。
【請求項１０】
チャネルから放出された流体流れのそれぞれの断面積が、0.003〜0.15mm2の範囲、好ましくは0.005〜0.05mm2の範囲、たとえば0.01〜0.03mm2の範囲、好ましくは0.02mm2である、前記請求項のいずれか一項記載のノズル。
【請求項１１】
請求項1〜10のいずれか一項記載の二つまたはそれ以上のノズルを含む、一つまたは複数の流体を霧状化するためのノズルシステム。
【請求項１２】
前記請求項のいずれか一項記載のノズルまたはノズルシステムを含む、燃焼機関のための排気システム。
【請求項１３】
前記請求項1〜11のいずれか一項記載のノズルに第一の圧力で流体を供給する段階を含む、好ましくは液化された尿素である流体を霧状化する方法。
【請求項１４】
ノズルにおける付着の結果としてノズルの流動抵抗が増加する場合に流体の圧力を増加させる段階をさらに含む、請求項13記載の流体を霧状化する方法。
【発明の詳細な説明】
【発明の開示】
【０００１】
本発明において、一つまたは複数の流体を霧状化するためのノズルは、特定の要望に適合させるために、様々な特別仕様の態様において組み合わせることができる多くの異なる要素から組み立てられる。それによって、本発明はまた、やはり同じ発明概念に属しながら異なる局面に対する多くの解決策を提案する。
【０００２】
本発明は、流体の二つの流れを衝突させることによって、一つまたは複数の流体を霧状化するためのノズルに関する。本発明によるノズルでは、流体は、それぞれ運動エネルギが与えられた多くの流れに分割される。流れに与えられる運動エネルギの量は、実質的に流れと反対向きの速度成分が存在する状態で流れが衝突する場合に流れが小滴の大きさを有する噴霧に分裂するような量である。これは、このような場合、霧状化と呼ばれる。可能である最良の霧状化を提供することを意図とする場合、流体の流れがそれぞれ互いに中心で「ぶつかる」こと、たとえば流体の二つの流れが平面内にあることが、霧状化プロセスにとって不可欠である。さらに、流れの流体質量と速度との間のバランスが、不均等でない噴霧を提供するために存在すべきである。
【０００３】
本発明の第一の目的は、衝突する流体の精度およびタイミングの点から、より良好な制御を提示する一つまたは複数の流体を霧状化するためのノズルを提供することである。
【０００４】
また、本発明は、流体圧力を通常の作動圧力より高いレベルまで高めることによって、本発明によるノズルをすすぐことに関する。流体は、好ましくは、霧状化プロセスの前に浄化またはろ過されて、不純物が流体自体とともにノズルに運ばれないようにする。しかし、周囲に存在する不純物のたとえば結晶の生成による付着が原因で、ノズルが詰まり始めた場合、加圧された流体の圧力を高めることによって、本発明によるノズルの清浄またはすすぎ処理を行うことが可能である。圧力上昇は、単に不純物をノズルに押し通して押し出す場合があるか、または、流体が不純物およびそれに最も近い領域をオーバーフローさせる場合がある。それによって、流体流れが、任意の不純物を一掃するか取り去るかする場合があるか、またはオーバーフローによって流体が不純物を流体流れに溶解させ、ノズルの洗浄またはすすぎにつながる場合がある。よって、自動すすぎ処理は、ノズルが通常の状態で作動している場合には生じない、起こり得る圧力上昇に起因する動的な機能である。
【０００５】
したがって、本発明の別の目的は、改善された信頼性を備え、自動すすぎ処理を実行することができるノズルを提供することである。
【０００６】
このように、第一局面において、本発明は、表面Aならびに流体入口および流体出口を有する第一部材と、少なくともノズルが加圧される場合に表面Aおよび第二部材の表面Bにまたはその間に形成された二つまたはそれ以上のチャネルと、第一部材に重なる第二部材を含むノズルに関する。
【０００７】
ノズルは、表面Aを備えた第一部材を有する。また、第一部材は、流体入口および流体出口を有する。二つまたはそれ以上のチャネルが、流体の流れを案内するために、第一部材の表面Aに提供されてもよい。流体入口は、好ましくは一つの入口開口からなり、また好ましくは、流体を流体出口ヘ導くための、それと接続する導管を有するが、必要性に応じて、任意の数の開口および／または導管が設けられてもよい。流体出口は、二つまたはそれ以上のチャネルと流体連通し、任意の数および形状の開口からなることができる。第一部材は、任意の種類の周辺形状を有してもよいが、好ましくは長方形である。また、ノズルは、第一部材に重なる表面Bを備えた第二部材を有する。第二部材の形状は、好ましくは第一部材のものに実質上対応する。また当然ながら、ノズルのすべての要素は、たとえば既存の装置に後付けするための、特化された形状プロフィールを有してもよい。
【０００８】
流体の案内については、二つの流体流れが全く同じ平面で互いに「ぶつかる」ことが、最良の霧状化を達成するために非常に重要である。流れは、二つまたはそれ以上のチャネルの構成によって、(x、y)方向(図3参照)に方向付けられる。流体流れを(z)方向に正確に制御することを可能にするために、第一および第二要素の表面AおよびBがきわめて硬く/剛性であり、かつ実質的に平らであることが不可欠である。
【０００９】
特定の態様において、チャネルは、流体出口と流体連通しチャネル開口における流体流れそれぞれの等しい速度および流量を促進する少なくとも二つの合流する開いたチャネルである。
【００１０】
ノズルが二つまたはそれ以上のチャネルを備える場合、これらが合流するか、そうでなければ、それらがチャネル開口における流体流れそれぞれの等しい速度および流量を促進するように構築されることが非常に重要である。このことは、たとえばチャネルが、全く同じ長さであり、第一部材の出口の周囲におよび／またはそれに接続して、正確に対称な関係に位置決めされる場合に提供され得る。互いに衝突するためにチャネル開口で「吐出された」流体流れの流れ速度および量の精度に加え、適切なタイミングが、最適の霧状化を生成するために不可欠である。したがって、前述の基準に合う限り、形状および大きさが異なるチャネルを提供することもまた可能である。さらに、本発明によるノズルの設計には、チャネルのすべての表面および／または周辺領域が、流体流れの流動に対する必要な制御を得るために、はっきりした、すなわち実質的に直角な個別のエッジを有することが不可欠である。それによって、流体流れの衝突の位置決めおよびタイミングがさらに最適化され、それがひいては、流体流れの適切で最適化された霧状化につながる。しかし、これらの基準が満たされない場合、たとえばノズルから離れた全く同じ平面で、流体流れを衝突させることが可能でなく、ノズルの性能劣化につながる。
【００１１】
第一および第二部材は、好ましくは、固体および耐久性材料、たとえば金属、プラスチックまたはセラミックからなることができる。第一および第二部材は、ノズルのその他の部材の厚さを超える厚さを有していてもよい。第一部材の表面Aにおける可能性のある二つまたはそれ以上のチャネルは別として、この表面は実質的に途切れがない。
【００１２】
第一および第二部材の他の表面は、ノズルの任意の他の部材または要素と同様に、任意の適切なプロフィールおよび／または形状を有してもよい。
【００１３】
その最も平易な形態において、ノズルは、表面Aに設けられた二つまたはそれ以上のチャネルを備えた第一および第二部材から成る。ノズルの本態様において、流体の流動に圧力を加えることによって、流体流れは、第一部材の側面のチャネルの開口を通って流入し、前記に示したように、たとえばノズルの側面からある距離を置いて衝突する。
【００１４】
別の好ましい態様において、流体のための二つまたはそれ以上のチャネルは、第一部材の表面Aと第二部材の表面Bとの間に位置決めされたチャネルスペーサに設けられる。この態様において、第一および第二部材の表面AおよびBは、好ましくは実質上途切れがなく平らである。チャネルスペーサは、好ましくは、任意の好適な材料、たとえばプラスチック、樹脂、織物、セラミックまたはそれらの任意の組み合わせの個別のシート薄膜である。
【００１５】
好ましい態様において、ノズルは、第一および第二部材の表面AとBとの間に位置決めされた弾性部材をさらに含む。 
【００１６】
弾性部材は、ノズルの第一および第二部材の間に設けられる。特定の態様において、ノズルの二つまたはそれ以上のチャネルが第一部材の表面Aに設けられてもよく、一方、一つまたは複数のくぼみが、第二部材の表面Bに設けられてもよい。弾性材料が圧力によって動かされる場合に、第二部材の一つまたは複数のくぼみは、弾性部材のためのスペースを与えるので、流体流動に圧力を加えることによって、弾性部材が表面Aからある距離を置いて動かされることにより、第一部材の表面Aと弾性部材の表面との間に流体を案内することができる。それによって、たとえ弾性部材にチャネルが設けられなくても、ノズルは、流体を霧状化することができる。弾性部材は、好ましくは任意の好適な材料、たとえば金属、プラスチック、樹脂、織物または好適な弾性を有する他の素材、またはそれらの任意の組み合せの個別のシート薄膜である。
【００１７】
また別の好ましい態様において、ノズルは、弾性部材と第二部材との間に配置された保持シート部材をさらに含む。保持シート部材は、好ましくは任意の好適な材料、たとえば金属、プラスチック、樹脂、織物、セラミックまたはそれらの任意の組み合せの、別の個別のシート薄膜または層であってもよい。保持シート部材は、途切れがない表面を有していてもよいか、または、それは、流量および速さのような性能特性および／もしくはノズルの精度に依存する、もしくは洗浄処理に関するオーバーフローのために必要な圧力に依存する一つまたは複数のカットアウトを設けてもよい。保持シート部材にカットアウトを設けることによって、一定の規模の圧力で、弾性部材が保持シート部材に向かって押され、次にそれらが流体力によって係合されて、それによって流体の通過を可能にする場合がある。また、保持シート部材は、それに張力を与えることによって、たとえばカットアウトによって画定された部分を曲げ、ノズルを組み立てる場合に弾性部材の表面と係合することによって、あらかじめストレスを与えられてもよい。保持シートの要求を克服するために、一定の規模の液圧が必要になるので、本解決策を適用することによって、弾性部材の動きを制御することが可能である。送られる流体の量、およびその結果の霧状化の精度は、それによってある程度制御可能である。
【００１８】
本発明の態様において、任意の好適な形状およびサイズを有することができる一つまたは複数のくぼみが、第二部材の表面Bにおよび／またはくぼみ部材に設けられてもよい。くぼみは、液圧によって保持シート部材および／または弾性部材を持ち上げるための通路を提供するために設けられる。くぼみは、任意の好適な形状および大きさを有する。くぼみ部材は、好ましくは任意の好適な素材、たとえば金属、プラスチック、樹脂、織物、セラミックまたはそれらの任意の組み合せからなることができる。
【００１９】
また、ノズルの異なる要素は、好ましくは、要素の位置決めを適切に整列した関係に制御することが意図された一つまたは複数のガイドを収容するための一つまたは複数の穴を有していてもよい。穴およびガイドは任意の好適な形状を有してもよいが、好ましくは円形である。また、本要素は、ノズル構造の要素を堅固かつ緊密なように組み立てることができるように、好ましくは、一つまたは複数の適切な維持手段、たとえばねじを収容する一つまたは複数の穴を有する。
【００２０】
本発明の好ましい態様において、チャネルを通って流れる流体流れがノズルの外側で互いに衝突するように、少なくとも二つのチャネルが配設されてもよい。または、もしくはその組み合せにおいて、少なくとも二つのチャネルは、好ましくは、ノズルの内側で、ノズルの端面でおよび／またはその上で、チャネルが交差するように配設されてもよく、これによりチャネルを通って流れる流体流れは、ノズル端面でおよび／もしくはその上で、またはノズル内側の少なくとも一部で、互いに衝突するようになる。チャネルは、好ましくは合流するチャネルである。
【００２１】
本発明の好ましい態様において、少なくとも二つのチャネルから放出された流体流れが30〜100°の間の角度で互いに衝突するように、チャネルは好ましくは配設されてもよい。
【００２２】
典型的にかつ好ましくは、チャネルから放出された流体流れの各々の断面積は、好ましくは0.003〜0.15mm2の範囲内、好ましくは0.005〜0.05 mm2の範囲内、たとえば0.01〜0.03mm2の範囲内、好ましくは0.02mm2にすることができる。
【００２３】
第二の局面において、本発明は、本発明の第一局面による、二つまたはそれ以上のノズルを含む、一つまたは複数の流体を霧状化するためのノズルシステムに関する。
【００２４】
第二の局面によれば、上記に言及された要素のいくつかまたはすべてを含む任意の数および／または構成の個別のノズルが、たとえば流量を増加させるために、または流体の流れがたとえばノズルの側面からより遠く離れて衝突するように、「統合され」てもよい。他の状況においては、二つまたはそれ以上の流体流れの間の角度を変更することによって、霧状化された噴霧または「雲」の挙動を調節することができることが望ましい場合がある。また、本システムは、必要に応じてかつ必要な場合に動作可能な過剰圧力バルブの役割を果たして、改善された動的な柔軟性を生じるように構成することもできる。
【００２５】
第三の局面において、本発明は、燃焼機関のための排気システムに関し、このシステムは、本発明によるノズルおよび／またはノズルシステムを含む。
【００２６】
第四の局面において、本発明は、好ましくは液状化された尿素である流体を霧状化する方法に関し、この方法は、本発明によるノズルおよび／またはノズルシステムを利用する。
【００２７】
本発明の第一および第二の局面に従う多数の可能な構成が、かなり特定され特化された形状の解決策を可能にさせる。ノズルの外形についての特定の有利で容易な制御が得られ、このことは、必要とされる流体の量の正確かつ適切なタイミングでの送出を考慮している。
【００２８】
好ましい態様の詳細な記述
図1は、本発明の態様の透視図であり、第一部材(1)に、流体流動を案内するためのチャネル(10)が設けられる。チャネル(10)は、第一部材(1)を部分的に通って伸び、第一部材の流体出口(9)と流体連通する。チャネル(10)は開放しており、すなわちそれらの合流する開口が、第一部材(1)の表面(20)で終端するということを意味で開放されている。表面(20)は、実質的に平らに示されているが、任意の好適な形状、たとえば弦状形の一つまたは複数のくぼみを含むこともまたできる。この態様において、チャネル(10)を通って流動する二つの流体流れがチャネルの開口からある距離をおいて衝突する場合、流体が霧状化する。
【００２９】
図2は、一つの態様の透視図であり、チャネルスペーサ(2)は、第一(1)および第二(4)部材の間に設けられる。チャネルスペーサ(2)は、流体流動を案内するためのチャネル(10)を備える。チャネル(10)は、チャネルスペーサ(2)を、部分的または全体的に通って (図示されている)伸び、第一部材(1)の流体出口(9)に流体連通している。チャネル(10)は開放しており、それらの合流する開口は、チャネルスペーサ(2)の側面で終端する。部材(1、2、4)のその他の表面は、実質的に平らに示されている。
【００３０】
図3は、本発明の別の態様の透視図であり、弾性部材(3)が第一(1)および第二部材(4)の間に位置決めされ、第一部材(1)に、流体流動を案内するためのチャネル(10)が設けられる。チャネル(10)は第一部材(1)を部分的に通って伸び、第一部材の流体出口と流体連通する。チャネル(10)は開放しており、それらの合流する開口は、第一部材(1)の表面(20)で終端する。表面(20)は、実質的に平らに示されているが、任意の好適な形状、たとえば弦状形の一つまたは複数のくぼみを含むこともまたできる。第二部材(4)の表面Bは、必要な場合には弾性部材(3)のためのスペースを与えるくぼみ(35)を備えて示される。弾力(3)部材の主表面は、実質的に平らに示される。
【００３１】
この態様において、チャネル(10)を通って流動する二つの流体流れの、通常の作動圧力で達成される、チャネルの開口からある距離をおいての衝突時に、流体が霧状化する。周囲に存在する不純物の付着によってノズルチャネルが詰まった場合、加圧された流体の圧力を、通常の作動圧力より高い高圧力まで増加させることによって、本態様による洗浄またはすすぎ処理を実行することが可能である。そのような高圧力によって、弾性部材(3)は、第一部材(1)のチャネル(10)から離されて、第二部材(4)のくぼみ(35)のスペース内に追い込まれそれによって、流体が、第一部材の表面Aと弾性部材の表面(21)との間で、不純物をオーバーフローさせることを可能にする。不純物およびそれに最も近い領域をこのようにオーバーフローさせることによって、流体流れが任意の不純物を一掃して取り去り、それによってノズルを洗浄するかまたはすすぐ。続いて、圧力が通常の作動圧力に戻ると、ノズルは、通常の比率および精度で流体を霧状化することを再開する。ノズル要素のすすぎを実行することとは別に、圧力のそのような増加は、必要な場合にノズルの流量を増加させることを提供することができる。
【００３２】
定期的なメンテナンス処理(たとえば、所定の時間間隔で圧力上昇を実行すること)にもかかわらず、ノズル要素が意図的でなく詰まる場合には、通過可能性が減少することに起因して、圧力はひとりでに増すことがある。これによって、流体が、不純物および／または要素に近接した表面をオーバーフローさせ、それによって詰まっている対象物を除去することができる。一旦不純物が除去されれば、圧力は再びその通常レベルに降下する。
【００３３】
図4は、本発明の別の態様の透視図であり、チャネルスペーサ(2)が、第一部材(1)と弾性部材(3)との間に設けられる。チャネルスペーサ(2)は、流体流動を案内するためのチャネル(10)を備える。個別の要素の表面は、実質的に平らに示される。チャネルスペーサ(2)におけるチャネル(10)は、チャネルスペーサ(2)を部分的または全体的に通って伸び、第一部材(1)の流体出口(9)と流体連通する。チャネル(10)は開放しており、それらの合流端は、チャネルスペーサの側面で終端する。
【００３４】
チャネル(10)を通って流動する二つの流体流れが加圧され、チャネルの開口からある距離をおいて衝突する場合、流体が霧状化する。図3の態様に関して記述されたものと類似した方法で、圧力を通常の作動圧力以上の高圧力に増加させることによって、洗浄処理または流量増加をすることができる。これにより、弾性部材(3)がチャネルスペーサ(2)から離されて、第二部材(4)のくぼみ(35)のスペースに追い込まれ、それによって、流体が、チャネルスペーサ(2)の表面(26)と弾性部材(3)の表面(21)との間で不純物をオーバーフローさせ、それによって上記のようにチャネルを洗浄またはすすぎ、および／または流量を増加させる。
【００３５】
図5は、本発明のさらに別の態様の透視図であり、弾性部材(3)と第二部材(4)との間に保持シート部材(5)をさらに有するという点を除いて図4に示されたものと類似している。図中で、保持シート部材(5)は、保持シート部材(5)の側面35の開放端で終端する二つの貫通ノッチ(40)を有する。保持シート部材(5)の二つのノッチ(40)間の部分(41)は、二つのノッチ間を通るラインに沿って、保持シート(5)の残部につながる。
【００３６】
図中で、第二部材(4)は、その表面Bにくぼみ(35)を有する。くぼみ(35)は、保持シート部材(5)の部分(41)に空間を与えるために設けられる。これによって、上昇した圧力が流体流動に印加される場合、部分(41)が弾性部材(3)から遠ざけられることが可能になる。圧力が通常の作動圧力を上回る高圧力に上昇した場合、流体は、チャネル(10) およびチャネルスペーサ(2)の表面(26)の周辺領域をオーバーフローさせ、これがひいては弾性部材(3)を押してチャネルスペーサ(2)から遠ざけ、それによって保持シート部材(5)の部分(41)上で力を働かせて、それを、少なくともノッチ間のラインに沿って曲げ、第二部材(4)のくぼみ(35)のスペースに移動させる。 
【００３７】
図6は、第二部材(4)の表面Bにくぼみを設けることに代え、別個のくぼみ部材(50)を含むという点を除いて、図5に示された態様に対応する。
【００３８】
図7は、ノズルの一つの態様の透視図であり、第一部材(1)が、導管を通して流体入口(15)と連通している流体のための出口(9)を備え、第二部材(4)が、表面Bにくぼみ(35)を有する。流体が加圧されると、弾性部材(3)は、第一部材の出口(9)から遠ざけられ、それによって出口(9) および／またはくぼみ(35)の形状に実質的に対応する流体流動のためのチャネルを形成する。図中では、くぼみ(35)は、二つの合流する開放端(7)を備えた弦形である。弦形のくぼみ(35)は プラトー(6)を囲み、その表面は、表面Bの残部と同じ高さである。この態様は、流体流動量の増加を可能にさせるが、その他の記述された態様と同程度の霧状化のための精度を提供しない場合がある。
【００３９】
図7では、加圧された流体流れが、出口(9)の形状およびくぼみ(35)によって形成されたチャネルを通って流れ、開放端(7)からある距離を置いて衝突すると、流体が霧状化する。他の態様に関して記述されたものと類似した方法で、圧力を、たとえばノズルをすすぐために、通常の作動圧力よりも高い高圧力まで上昇させることができる。これによって、弾性部材(3)が表面Aから遠ざけられ、それによって流体が表面をオーバーフローさせ、これがひいてはノズルのすすぎの可能性だけでなく、流体流動量の増加を促進する。続いて、圧力が通常の作動圧力に再び低下すると、ノズルは、通常の比率で流体を霧状化することを再開する。圧力が流体に全く印加されない場合、弾性部材(3)は、出口(9)を事実上閉じることによって、ノズルの周囲からの不純物によるノズルのあらゆる汚染を防止する。
【００４０】
図8は、緊密かつ十分に封止されたノズル構造を提供するために、ノズル要素を組み立てることができる方法の透視図である。ノズルの異なる要素は、要素の位置決めを適切かつ整列した関係に制御するための一つまたは複数のガイドを収容するための一つまたは複数の穴を有する。穴およびガイドは、任意の好適な形状を有することができるが、円形で示される。また、ノズル要素は、ハウジング維持手段のための一つまたは複数の穴を有し、図中ではねじとして示される。それによって、ノズルの要素は堅固で緊密に組み立てることができる。
【００４１】
図9は、ノズルシステムの略図を示し、本発明の第一局面による二つのチャネルスペーサは、組み合せ要素を備える。そのようなノズルシステムは、たとえばノズルの第一および第二部材間で「共有」されてもよい、一つまたは複数の組み合せ要素(55)を含む場合がある。そのような組み合せ要素において、流体を複数の流体霧状化に導く、すなわち二つの「支流」に分割する流体入口、導管および出口が提供されてもよいか、または、たとえば二つのチャネルスペーサ間に設けられる流体ガイド開口を備えたシートを含んでもよい。流体ガイド開口は、第一部材の出口(9)の形状に対応させることができる。ノズルシステムは、二つまたはそれ以上の衝突する流体流れを提供することを促進し、結果として流体の代替の霧状化を提供することができる。また、多くの個別のノズルアセンブリを、ノズルシステムを設置するために、互いに近接して設けることができる(図示せず)。
【００４２】
図10は、ノズルシステムの略図を示し、すべてのノズル部が、流体流動を案内するための二つのチャネルを備える。第一(1)および第二(4)部材に加え、チャネルスペーサ(2)は、二つのチャネルを備えて示される。しかし、チャネルは、第一および第二部材の一方だけに、およびチャネルスペーサに、またはチャネルスペーサを使用せずに第一および第二部材の両方に、提供することもできる。
【００４３】
図11aおよび11bは、図2に示されたものに類似するチャネルスペーサ(2)の略図を示す。チャネル(10)を通って流れる二つの流体流れがチャネル(10)の開口により近づいて衝突するように、チャネルスペーサ(2)は設計される。これは、たとえば図1に示された態様と比較すると、チャネル(10)の開口間の距離δを減少させることにより提供される。図11に示される態様では、距離δは、開口が互いに近接近して位置され、刃形壁の端部(12)によってのみ分割される程度まで減少されており、図11aおよび11bに示されるように、流動チャネル(10)をチャネルスペーサ(2)の端面(20)の高さで、結果的にはノズルの高さで交差する二つのチャネルとして配設することによって提供される。
【００４４】
図11の態様は、霧状化が結果としてノズルに向かうおよび／またはその横の方向に小滴の噴霧となる場合、つまり逆噴霧が生じる場合に特に有用である。そのような逆噴霧は、チャネル(10)のいくつかの構成では、結果としてノズル上に材料を付着させ、その材料がチャネル(10)の開口を詰まらせる場合がある。図11に示される態様では、チャネル(10)の二つの開口は、流体の二つの流れが実質的にチャネル(10)の開口で衝突するように、スペーサ(2)に配設され、逆噴霧が生じた場合、図11aおよび11bの矢印Zで示されるように、付着は、ノズルの端面(20) および外側で生じる。逆噴霧が、結果としてチャネル(10)の開口内に進行する小滴となる場合、これらのチャネルは、それらを通って流れる流体によって濡れたままに保たれ、結果としてそのような小滴は流体に吸収される。図11に示される態様では、小さな逆噴霧のみが生じることが分かる。
【００４５】
二つのチャネル(10)が交差する態様には、さらなる利点が存在する。これらの態様において、チャネル(10)から流出する流れは、二つのチャネル(10)が共通の平面に伸びているかに関係なく、少なくともある程度は常に衝突するので、チャネルおよび、結果として、ノズルの製造は、二つのチャネルが交差しない態様、たとえば二つのチャネルが、実質的に共通の平面に伸びて、流体流れの衝突を保証することを必要とする態様におけるよりも、全体として容易である。
【００４６】
図12aおよび12bは、図11に示されるものに類似するチャネルスペーサ(2)の略図を示す。この態様では、二つの流体流れが衝突する位置は、チャネルスペーサに向かって、かつ二つの流体流れがチャネルスペーサ(2)の内側の少なくとも一部で衝突する程度まで、さらに動かされている。図12aおよび12bに示されるように、これは、流動チャネル(10)をノズルの端面(11)の内側で交差する二つのチャネルとして配設することにより提供される。したがって、この態様において、刃形壁の端部(12)は、チャネルスペーサ(2)の端面(20)の高さから、または、これらの二つの面が本発明による複数の態様において同じ高さにあることが好ましい場合は、全体としてノズルの端面の高さから測定されたチャネルスペーサ(2)の内側の距離Δに、位置決めされる。ノズルの内側の少なくとも一部で衝突が起こる場合、ノズルを離れる小滴はノズルに対して外向きの速度のみを有し、ノズルの端面における材料の付着をもたらす逆噴霧は生じないことが分かる。したがって、その理由は、ノズルを離れる小滴が外向き指向の速度のみを有しているためと考えられる。
【００４７】
これらの二つの態様において、チャネル(10)は、交差がノズルの端面または内側に位置決めされる交差するチャネルとして配設される。ノズルを離れる小滴が、実質的に、ノズルの端面に垂直で外向きの速度のみを有しているので、ノズルの外側での逆噴霧が、実質的に回避される。たとえば図12の態様に関連して、ノズルの内側で逆噴霧が生じた場合、逆噴霧の小滴は、チャネル4aおよび4bを通って流れる流体内に噴霧され、それによって逆噴霧された小滴の付着が回避される。
【００４８】
ここで描写される端面は、直平面として描写される。しかし、端面は、別の形状、たとえば先細り形、円形等を有していてもよい。図11および12の態様については、交差が、端面の平面および出口領域に位置決めされた場合である。
【００４９】
図11および12の態様はチャネルスペーサとして示されるが、距離δを減少させる、および／または流体流れをノズルの内側の少なくとも一部で衝突させる原理は、衝突する流体流れを備えたノズルに、全体として適用されてもよい。たとえばチャネル(10)は、たとえばノズルブロックに設けられてもよい(この場合、チャネルスペーサは結果として必要ない)。そのような態様は、流体をノズルに供給するための入口と、一つまたは複数の出口から放出された流体流れが互いに衝突するように配設される一つまたは複数の出口とを含んでもよい。ノズルのチャネルに到達する前に流体をろ過するように、フィルタは、好ましくは、流体をノズルヘ導く流れのラインで配設される。二つの出口から放出された流体流れが、30°〜100°の間の角度で互いに衝突し、一つまたは複数の出口が好ましくは入口チャネルと連通する出口流動チャネルを画定するボアの終端によって画定されるように、出口は好ましくは配設される。出口から放出されたそれぞれの流体流れの断面積は、0.003〜0.15mm2の範囲、好ましくは0.005〜0.05mm2の範囲、たとえば0.01〜0.03mm2の範囲、好ましくは0.02 mm2である。
【００５０】
図13および14は、チャネルスペーサ(2)の態様をさらに示し、この態様はノズルに全体として適用され、チャネル(10)は、ノズルの表面(20)の外側(図13)またはノズルの内側(図14)で交差する。図14に示される態様では、小滴の出口チャネル(11)は、二つのチャネルがノズルの表面(20)と交差する領域から伸びて設けられる。
【００５１】
上記の図は、ノズル要素をどのように構成することができるかに関する可能な態様の例としてのみ解釈されるべきである。添付された図に示された以外の要素の他の組み合せは、本発明の範囲を変更することなく可能である。一つの実施例として、チャネルスペーサに接続されて示されたチャネル(10)の構成が、図1に示されるノズル構成に適用されてもよい。
【００５２】
本発明は、流体の霧状化が望まれる多くの用途での使用を見出すことができる。そのような用途の一つは、燃焼機関、たとえばディーゼル機関の排気ガスに尿素を添加するためのものである。そのような霧状化を具体化するシステムは、好ましくはディーゼル機関原理によって作動する燃焼機関と、たとえば尿素の液体溶液を保持するタンク(たとえばAdBlue Din標準70070（商標）という名で公知である)と、排気システムの一部としての触媒システムとを含む。エンジンの排気装置は、典型的には120mmの直径を有し、所与の要求に対応して多量の尿素を計測および霧状化するための計測および霧状化システムを介して、尿素の液体溶液を収納するタンクに接続される排気管によって触媒システムに接続される。このように、システムは、尿素を排気システムへ供給するための霧状化ノズルを含む計測ユニットをさらに含み、環境への NOxガスの放出を最小化するため、排気ガスと反応することができるようにする。本発明によるノズルを使用して、尿素を排気ガスに添加される前に霧状化する場合、尿素を排気ガスに導くパイプに沿った任意の位置において、計測ユニットの後で搭載される別個のユニットで、ノズルは含まれてもよい。あるいは、それは計測ユニットに組み込まれてもよい。
【００５３】
本ユニットは、好ましくは、霧状化した尿素がノズルを離れた直後に排気ガスと混合されるように配置され、かつ排気ガスの流れ方向または任意の他の方向でノズルに存在する流体が排気ガスの流れの中に噴霧されるように、ノズルは典型的には配設され、その方向は、排気ガスの流れ方向と必ずしも平行ではなく、たとえば流れ方向に対して垂直である。ノズルは、燃焼機関またはガスタービンの排気システムの管の中央に、および／または排気システムの配管の壁に配設されてもよい。複数のノズルを、燃焼機関の排気システムの管の壁に沿って環状に分散させてもよい。本発明の範囲内で、一つまたは複数のノズルを、排気システムの管に対して任意の位置に設置してもよい。
【００５４】
霧状化した流体が触媒システム内で均一に分散されることを保証するために、排気ガス内に霧状化ガスを均一に分散させるような様式で、ノズルは、典型的には、排気システム内に配置される。したがって、ノズルは、排気ガスの流れ方向(しかし必ずしも排気ガスに平行でない)に面してその出口を備えた配管の中央に配設されてもよい。
【００５５】
霧状化した流体の均一な分散を向上させるために、排気システムに複数のノズルを配設することができる。そのような複数のノズルは、好ましくは環状に配設され、いくつかの場合、均一に分散される。しかし、ノズルはまた、排気ガスの流れ方向に沿って分散されてもよい。そのようなノズルの出口は、好ましくは、排気ガスの流れ方向(しかし必ずしも排気ガスと平行でない)に面する出口に配設される。
【００５６】
環状で流れ方向に配設されるノズルの組み合せ、および／または、配管の中央に配設される一つまたは複数のノズルは、本発明の範囲内であることに注目するべきである。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】第一部材の表面Aの一つまたは複数のチャネルを示す、第一および第二部材を備えるノズルの透視図である。
【図２】第一および第二部材を備え、それらの間に位置決めされたチャネルスペーサを備えたノズルの透視図である。
【図３】第一部材の表面Aの一つまたは複数のチャネルおよび第二部材の表面Bのくぼみを示す、第一および第二部材と、それらの間に位置決めされた弾性部材とを備えるチャネルノズルの透視図である。
【図４】第一および第二部材を備え、チャネルスペーサおよびその間に位置決めされた弾性部材の両方を備えたノズルの透視図である。
【図５】第一および第二部材を備え、チャネルスペーサおよび弾性部材の両方、ならびに第一および第二部材の間に位置決めされ、第二部材の表面Bにくぼみを有する保持シート部材を備えたノズルの透視図である。
【図６】別個のくぼみ部材を含む、図5のものに対応するノズルの透視図である。
【図７】チャネルを備えないが、第二部材の表面Bにくぼみを備えたノズルの透視図である。
【図８】ノズル要素がどのように案内されて組み立てられるかをより詳細に図示する、ノズルの透視図である。
【図９】二つのチャネルスペーサおよび組み合せ部材を含む、本発明の第二局面によるノズルシステムの略図である。
【図１０】チャネルがアセンブリのすべての部材に設けられる、ノズルアセンブリの略図である。
【図１１】本発明によるチャネルスペーサの略図である。図11bおよび12bはそれぞれ、示された流れパターンを詳細にした図11aおよび12aに示されたチャネルスペーサの拡大図である。
【図１２】本発明によるチャネルスペーサの略図である。図11bおよび12bはそれぞれ、示された流れパターンを詳細にした図11aおよび12aに示されたチャネルスペーサの拡大図である。
【図１３】本発明によるチャネルスペーサの略図である。
【図１４】本発明によるチャネルスペーサの略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【手続補正書】
【提出日】平成20年1月28日(2008.1.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面Aならびに流体入口および流体出口を有する第一部材(1)と、
第一部材(1)に重なり、表面Bを有する第二部材(4)と、
表面Aと表面Bとの間に位置決めされ、少なくともノズルが加圧される場合に、流体出口と流体連通する二つまたはそれ以上の合流する開放されたチャネルがチャネル開口において各流体流れの等しい速度および流量を促進するために形成される、チャネルスペーサー(2)とを含み、
該チャネルがチャネルスペーサーの厚さを貫いて伸びる、
ノズル。
【請求項２】
第一(1)および第二(4)の部材の表面AとBとの間に位置決めされる弾性部材(3)をさらに含む、請求項1記載のノズル。
【請求項３】
弾性部材(3)と第二部材(4)との間に位置決めされる保持シート部材(5)をさらに含む、請求項2記載のノズル。
【請求項４】
一つまたは複数のくぼみ(35)が、第二部材(4)の表面Bにおよび／またはくぼみ部材(50)に設けられる、前記請求項のいずれか一項記載のノズル。
【請求項５】
チャネル(10)を通って流れる流体流れがノズルの外側で互いに衝突するように、少なくとも二つの合流するチャネルが配設される、前記請求項1〜4のいずれか一項記載のノズル。
【請求項６】
チャネル(10)を通って流れる流体流れが端面におよび／もしくはその上で、またはノズルの内側の少なくとも一部で互いに衝突するように、少なくとも二つの合流するチャネルが、ノズルの内側で、ノズルの端面でおよび／またはその上で交差するチャネルとして配設される、前記請求項1〜5のいずれか一項記載のノズル。
【請求項７】
少なくとも二つのチャネルから放出された流体流れが30°〜100°の間の角度で互いに衝突するように、チャネルが配設される、請求項6記載のノズル。
【請求項８】
チャネルから放出された流体流れのそれぞれの断面積が、0.003〜0.15mm2の範囲、好ましくは0.005〜0.05mm2の範囲、たとえば0.01〜0.03mm2の範囲、好ましくは0.02mm2である、前記請求項のいずれか一項記載のノズル。
【請求項９】
請求項1〜8のいずれか一項記載の二つまたはそれ以上のノズルを含む、一つまたは複数の流体を霧状化するためのノズルシステム。
【請求項１０】
前記請求項のいずれか一項記載のノズルまたはノズルシステムを含む、燃焼機関のための排気システム。
【請求項１１】
前記請求項1〜9のいずれか一項記載のノズルに第一の圧力で流体を供給する段階を含む、好ましくは液化された尿素である流体を霧状化する方法。
【請求項１２】
ノズルにおける付着の結果としてノズルの流動抵抗が増加する場合に流体の圧力を増加させる段階をさらに含む、請求項11記載の流体を霧状化する方法。
【国際調査報告】
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