(57)【要約】本発明は、再加湿用シャワーで使用するための、三つの流れタイプのアトマイズ・ノズルに係る。ノズル（２２）は、供給源からのアトマイズ用エアを三つの流れに分轄するエア流れ用デバイダを有する。第一の流れは、直線的なエア流れであって、アトマイズされた水ジェットの最も近くに且つその回りにある。第二の流れ、第一の直線的な流れの周りを回る回転流れである。第三の流れは、直線的な流れであって、第一の直線的な流れ及び第二の回転流れの周りを包む。ノズル（２２）は、混合室（７４）を有し、その中で、前記三つのエア流れがアトマイジングの目的で一緒に混合される。ノズル（２２）は、前記三つのエア流れの組合せから、紙の再加湿用シャワーに適した微細な水滴を作り出すことが可能であり、より重要な点は、適応性を有する水のマス・プロファイルを作り出すことが可能である。このマス・プロファイルは、四角形に近い形に調整することが可能であり、四角形のプロファイルは、互いに隣接するゾーンとの間での最小の重なり合いを作り出すので、その形は、再加湿用シャワーとして好都合である。
2005506468.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
紙または他の吸湿性材料のウェブの加湿方法であって、下記ステップを有する：
（ａ）  下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出す：
所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻くもう一つのガス流れ；
（ｂ）  液体の流れを前記形成されたガス流れの中に供給し、それによって、前記液体の流れが、前記形成されたガス流れによってアトマイズされるようにする；
（ｃ）  吸湿性材料のウェブを、前記アトマイズされた液体の流れを横切る位置に前進させる。
【請求項２】
アトマイズ用ノズルを使用する、紙または他の吸湿性材料のウェブの加湿方法であって、下記ステップを有する：
（ａ）  前記ノズルの中に、下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出す：
所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻くもう一つのガス流れ；
（ｂ）  液体の流れを前記形成されたガス流れの中に供給し、それによって、前記液体の流れが、前記形成されたガス流れによってアトマイズされるようにする；
（ｃ）  吸湿性材料のウェブを、前記アトマイズされた液体の流れを横切る位置に前進させる。
【請求項３】
下記特徴を有する請求項２に記載の方法：
前記供給するステップは、液体注入チューブを前記形成されたガス流れの経路の中に装入し、それによって、前記形成されたガス流れが前記チューブの周りを取り囲むようにするステップを含む。
【請求項４】
下記特徴を有する請求項２に記載の方法：
前記アトマイズ用ノズルは、前記アトマイズ用ノズルのアレイの中の一つのノズルであって、このアレイの中で、前記アトマイズ用ノズルのそれぞれの中の前記回転ガス流れは、同一方向に回転する。
【請求項５】
下記特徴を有する請求項２に記載の方法：
前記アトマイズ用ノズルは、前記アトマイズ用ノズルのアレイの中の一つのノズルであって、このアレイの中で互いに隣接する前記アトマイズ用ノズルのそれぞれ二つの中の前記回転ガス流れは、反対方向に回転する。
【請求項６】
紙または他の吸湿性材料のウェブの加湿方法であって、下記ステップを有する：
（ａ）  少なくとも第一及び第二のアトマイズ用ノズルをアレイの中に、前記少なくとも第一及び第二のノズルを互いに隣接させて配置し；
（ｂ）  前記少なくとも第一及び第二のノズルのそれぞれの中に、下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出す：
所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻くもう一つのガス流れ；
（ｃ）  液体の流れを前記形成されたガス流れの中に供給し、それによって、前記液体の流れが、前記形成されたガス流れによってアトマイズされるようにする；
（ｄ）  吸湿性材料のウェブを、前記アトマイズされた液体の流れを横切る位置に前進させる。
【請求項７】
下記特徴を有する請求項６に記載の方法：
前記第一のノズルの回転流れと前記第二のノズルの回転流れは、同一方向に回転する。
【請求項８】
下記特徴を有する請求項６に記載の方法：
前記第一のノズルの回転流れと前記第二のノズルの回転流れは、反対方向に回転する。
【請求項９】
アトマイズ用ノズルを使用する、紙または他の吸湿性材料のウェブの加湿方法であって、下記ステップを有する：
（ａ）  前記アトマイズ用ノズルのアレイを作り出し；
（ｂ）  前記ノズルのそれぞれの中に、下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出す：
所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻くもう一つのガス流れ；
（ｃ）  液体の流れを前記形成されたガス流れの中に供給し、それによって、前記液体の流れが、前記形成されたガス流れによってアトマイズされるようにする；
（ｄ）  吸湿性材料のウェブを、前記アトマイズされた液体の流れを横切る位置に前進させる。
【請求項１０】
下記特徴を有する請求項９に記載の方法：
前記アレイの中で、前記アトマイズ用ノズルのそれぞれの中の前記回転ガス流れは、同一方向に回転する。
【請求項１１】
下記特徴を有する請求項９に記載の方法：
前記アレイの中で互いに隣接する前記アトマイズ用ノズルのそれぞれ二つの中の前記回転ガス流れは、反対方向に回転する。
【請求項１２】
液体をガスを用いてアトマイズするための装置であって、下記構成を備える：
（ａ）  互いに同一高さに位置合わせされたガスの放出用出口及び液体の放出用出口を有するハウジング；
（ｂ）  前記ハウジングの中にあり、前記ガスの放出用出口に、且つ所定の軸に沿って、下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出すための第一のノズル：
前記所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する第一のガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記第一の直線的なガス流れの周りを取り巻く第二のガス流れ；
（ｃ）  前記第一のノズルの中に配置され、前記液体の放出用出口に、コントロールされた液体の流れを作り出すための第二のノズル；
（ｄ）  前記第一のノズルの中、且つ前記第二のノズルの外側に配置され、前記混合ガスの流れと前記コントロールされた液体の流れの同軸性を維持するためのガス流れデバイダ。
【請求項１３】
下記特徴を有する請求項１２に記載の装置：
前記回転流れ、前記第一及び前記第二の直線的な流れを混合して、前記混合ガスの流れを作り出すためのためのチャンバを有する。
【請求項１４】
下記特徴を有する請求項１２に記載の装置：
前記ガス流れデバイダは、前記第一のノズルの中に入るガス流れを、前記回転ガス流れ、前記第一及び前記第二の流れに分轄する。
【請求項１５】
液体をガスを用いてアトマイズするための装置であって、下記構成を備える：
（ａ）  前記装置の中に、且つ所定の軸に沿って、下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出すための第一のノズル：
前記所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する第一のガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記第一のガス流れの周りを取り巻く、第二のガス流れ；
（ｂ）  前記第一のノズルの中に配置され、前記装置の中に、コントロールされた液体の流れを作り出すための第二のノズル；
（ｃ）  前記第一のノズルの中、且つ前記第二のノズルの外側に配置され、前記混合ガスの流れと前記コントロールされた液体の流れの同軸性を維持するためのガス流れデバイダ。
【請求項１６】
下記特徴を有する請求項１５に記載の装置：
前記回転流れ、前記第一及び前記第二の直線的な流れを混合して、前記混合ガスの流れを作り出すためのためのチャンバを有する。
【請求項１７】
下記特徴を有する請求項１５に記載の装置：
前記ガス流れデバイダは、前記第一のノズルの中に入るガス流れを、前記回転ガス流れ、前記第一及び前記第二の流れに分轄する。
【請求項１８】
下記特徴を有する請求項１５に記載の装置：
互いに同一高さに位置合わせされたガスの放出用出口及び液体の放出用出口を有するハウジングを備え、
前記混合ガスの流れは、前記ガスの放出用出口に作り出され、且つ、
前記液体の流れは、前記液体放出用出口に作り出される。
【請求項１９】
ノズルの中で、液体をガスを用いてアトマイズするための方法であって、下記ステップを有する：
（ａ）  下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出す：
所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻くもう一つのガス流れ；
（ｂ）  液体の流れを、前記形成されたガス流れの中に供給し、それによって、前記液体の流れが、前記混合ガスの流れによってアトマイズされるようにする。
【請求項２０】
下記特徴を有する請求項１９に記載の方法：
前記形成されたガス流れによってアトマイズされた前記液体を、前記ノズルから放出する。
【請求項２１】
下記特徴を有する請求項２０に記載の方法：
前記形成されたガス流れによってアトマイズされた前記液体は、前記アトマイズされた放出され液体を横切る位置に前進する吸湿性材料のウェブによって受けられる。
【請求項２２】
液体をガスを用いてアトマイズするための方法であって、下記ステップを有する：
（ａ）  下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出す：
所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻くもう一つのガス流れ；
（ｂ）  液体の流れを前記形成されたガス流れでアトマイズして、前記液体の微細な液滴を作り出す；
（ｃ）  前記混合ガスの流れの中の、前記回転ガス流れ、前記一つのガス流れ及び前記もう一つのガス流れの内の少なくとも一つを調整し、それによって、前記液滴が所定のマス分布プロファイルを有するようにする。
【請求項２３】
液体をガスを用いてアトマイズするためのノズルであって、
前記ノズルは出口を有し、
前記ノズルは、下記構成を備える：
（ａ）  前記ノズルの中に入るガス流れを下記三つの流れに分轄するためガス流れデバイダ：
所定の軸の周りの回転運動を有する回転ガス流れ、
前記回転流れの内側部分を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動するもう一つのガス流れ；
（ｂ）  前記回転流れ、前記一つの直線的な流れ及び前記もう一つの直線的な流れを混合して、前記ノズルの中に、混合ガスの流れを作り出すためのチャンバ、
ここで、当該混合ガスは、前記回転流れ、前記一つの直線的なガス流れ及び前記もう一つの直線的なガス流れの組合せからなり、
前記もう一つの直線的なガス流れは、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻く。
【請求項２４】
下記特徴を有する請求項２３に記載のノズル：
前記ガス流れデバイダは、前記ノズル出口で、前記ノズルの中の液体の流れと前記混合ガスの流れの同軸性を維持する。
【請求項２５】
液体をガスを用いてアトマイズするためのノズルのアレイを備えた装置であって：
前記ノズルのそれぞれは、出口を有し、且つ、
前記ノズルのそれぞれは、下記構成を備える：
（i）  前記ノズルの中に入るガス流れを下記三つの流れに分轄するためガス流れデバイダ：
所定の軸の周りの回転運動を有する回転ガス流れ、
前記回転流れの内側部分を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び
同様に、前記軸の方向に直線的に移動するもう一つのガス流れ；
（ii）  前記回転流れ、前記一つの直線的な流れ及び前記もう一つの直線的な流れを混合して、前記ノズルの中に、混合ガスの流れを作り出すためのチャンバ、
ここで、当該混合ガスは、前記回転流れ、前記一つの直線的なガス流れ及び前記もう一つの直線的なガス流れの組合せからなり、
前記もう一つの直線的なガス流れは、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻く。
【請求項２６】
下記特徴を有する請求項２５に記載の装置：
前記アレイの中の前記ノズルのそれぞれの中の前記回転ガス流れは、同一方向に回転する。
【請求項２７】
下記特徴を有する請求項２５に記載の装置：
前記アレイの中で互いに隣接する前記ノズルのそれぞれ二つの中の前記回転ガス流れは、反対方向に回転する。
【請求項２８】
下記特徴を有する請求項２５に記載の装置：
前記アレイの中の前記ノズルのそれぞれの中で、前記ガス流れデバイダは、前記ノズル出口で、前記ノズルの中の液体の流れと前記混合ガスの流れの同軸性を維持する。
【請求項２９】
下記特徴を有する請求項２５に記載の装置：
前記ノズルのアレイは、吸湿性材料のウェブを加湿するために使用される。
【請求項３０】
下記特徴を有する請求項２５に記載の装置：
前記ノズルのそれぞれの中で、液体の流れが、前記混合ガスの流れの中に供給され、それによって、前記液体のフローが前記混合ガスの流れによってアトマイズされるようにする。
【請求項３１】
下記特徴を有する請求項３０に記載の装置：
前記アトマイズされた液体の流れが、前記ノズルのそれぞれから放出される。
【請求項３２】
下記特徴を有する請求項３１に記載の装置：
前記ノズルのそれぞれから放出された前記アトマイズされた液体の流れは、前記ノズルのアレイを横切る位置に前進する吸湿性材料のウェブによって受けられる。
【請求項３３】
液体をガスを用いてアトマイズするためのノズルのアレイを備える装置であって、
前記ノズルのそれぞれは、出口を有し、且つ、
前記ノズルのそれぞれは、下記構成を備える：
（i）  前記ノズルの中に入るガス流れを下記三つの流れに分轄するためガス流れデバイダ：
所定の軸の周りの回転運動を有する回転ガス流れ、
前記回転流れの内側部分を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動するもう一つのガス流れ；
（ii）  前記回転流れ、前記一つの直線的な流れ及び前記もう一つの直線的な流れを混合して、前記ノズルの中に、混合ガスの流れを作り出すためのチャンバ、
ここで、当該混合ガスは、前記回転流れ、前記一つの直線的なガス流れ及び前記もう一つの直線的なガス流れの組合せからなり、
前記もう一つの直線的なガス流れは、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻く。
（iii）  前記混合ガスの流れによってアトマイズされた液体の流れ；及び、
前記ノズルのアレイを横切る位置に前進する吸湿性材料のウェブ。
【請求項３４】
下記特徴を有する請求項２に記載の方法：
前記混合ガスの流れの中の前記回転ガス流れ、前記一つのガス流れ及び前記もう一つのガス流れの内の少なくとも一つを調整し、それによって、前記アトマイズされた液体の流れが所定のマス分布プロファイルを持つようにする。
【請求項３５】
下記特徴を有する請求項２に記載の方法：
前記アトマイズ用ノズルは、前記アトマイズ用ノズルのアレイの中の一つのノズルであって、且つ、
前記方法は、前記アレイの中の前記アトマイズ用ノズルのそれぞれの中で、前記混合ガスの流れの中の前記回転ガス流れ、前記一つのガス流れ及び前記もう一つのガス流れの内の少なくとも一つを調整し、
それによって、前記アトマイズ用ノズルのそれぞれからの前記アトマイズされた液体の流れが所定のマス分布プロファイルを持つようにするステップを、更に有する。
【請求項３６】
下記特徴を有する請求項６に記載の方法：
前記第一及び第二のアトマイズ用ノズルの内の少なくとも一つの中で、
前記混合ガスの流れの中の前記回転ガス流れ、前記一つのガス流れ及び前記もう一つのガス流れの内の少なくとも一つを調整し、
それによって、前記アトマイズされた液体の流れが、所定のマス分布プロファイルを持つようにするステップを、更に有する。
【請求項３７】
下記特徴を有する請求項９に記載の方法：
前記アレイの中の前記アトマイズ用ノズルの内の少なくとも一つの中で、
前記混合ガスの流れの中の前記回転ガス流れ、前記一つのガス流れ及び前記もう一つのガス流れを調整して、
それによって、前記アトマイズされた液体の流れが、所定のマス分布プロファイルを持つようにするステップを、更に有する。
【請求項３８】
下記特徴を有する請求項１９に記載の方法：
前記混合ガスの流れの中の、前記回転ガス流れ、前記一つのガス流れ及び前記もう一つのガス流れの内の少なくとも一つを調整して、
それによって、前記アトマイズされた液体の流れが、所定のマス分布プロファイルを持つようにするステップを、更に有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、紙の製造の際に、再加湿シャワー（rewet shower）として使用されるエア・アトマイズ用ノズルに係る。
【背景技術】
【０００２】
現代の抄紙機では、水と繊維の混合物から連続プロセスを経て紙を製造している。紙の製造において、成形、プレス及び乾燥と呼ばれる三つのマシン・セクションが、主要な役割を担っている。パルプは、抄紙機のヘッド・ボックスにおいて、通常、約１％の繊維及び９９％の水からなる。
【０００３】
抄紙機の成形セクションは、パルプから水を重力及び真空サクションによって取り除いて、シートを形成する。プレス・セクションで、シートは、一連のプレシング・ニップを通って移送され、それによって、余分な水が除去され、繊維ウェブ（fiber web）に固められる。プレスの後で、水の含有量は約４０％まで減少する。残っている水は、乾燥セクションの中で、一連の蒸気加熱式シリンダに紙が接触することによって、更に気化され、繊維の結合が進行する。乾燥セクションの後で、湿分レベルは、約５〜１０％まで減少する。
【０００４】
紙製品の重要な特性の一つは、湿分レベルである。しかしながら、紙製品中での、マシン方向及びマシンを横切る方向の双方についての湿分の均一性は、湿分レベルの絶対量よりも、更に重要である。抄紙機において、湿分量の変動、特にマシンを横切る方向の変動を生じさせる可能性を有する多くの要因がある。ウエット・エッ及び特有の湿分のプロファイルは、抄紙機によって製造される紙のシートにおいて、共通の現象である。そのため、湿分のプロファイルのコントロールを実現すべく、数多くのアクチュエータ・システムが、開発されている。
【０００５】
その様なアクチュエータ・システムの一つは、水再加湿用シャワーであり、それは、紙の表面に小さな水滴を選択的に添加する。商業的に入手可能な再加湿用シャワーは、アクチュエータ・ノズル・ユニットを採用し、それらは、抄紙機を横切る方向に連続しているセグメント（または、ゾーン）の中に装着されている。水の流速は、各アクチュエータ・ノズル・ユニット毎に、独立にコントロールされる。このようにして、紙のシート内の湿分のプロファイルを、再加湿・システムを用いて調整することができる。スプレイノズルは、通常、これらの再加湿用シャワーの中で効果的な再加湿を実現するために十分な程度の、細かいサイズの液滴を作り出すために使用される。
【０００６】
再加湿用シャワーにおいて、一つの重要なコンポーネントはノズルである。ノズル・ジェットの横方向についての液滴のサイズ及び水のマスのプロファイルは、再加湿用シャワーで使用される特定のノズルの可能性を評価するために最も重要なパラメータである。水のパーティクルが小さ過ぎる場合、それらが紙のシートに到達する前に、蒸発してしまう可能性がある。水のパーティクルが大き過ぎる場合、紙のシート上での均一性を確保することが困難になり、極端なケースでは、ウェブ上に帯状の跡を生じさせることがある。紙の再加湿用シャワーのために、単一のノズルによって形成される理想的なマス・プロファイルは、四角形である。
【０００７】
四角形の幅は、再加湿用シャワーのゾーンのサイズを決定する。四角形の高さは、この単一のノズルによって添加される湿分を表わす。理想的なケースにおいて、互いに隣接するノズル・ジェットの間での重なり合いが最小になる。
【０００８】
二種類のノズル、即ち、水圧式及びエア・アトマイズ式が水噴射のために広く使用されている。水圧式ノズルは、高圧の供給源からのエネルギーを、ノズルで水を液滴に変えるために使用する。水圧式ノズルを通過する流速は、供給源の圧力の関数である。噴射パターン、例えば、噴射角度や速度プロファイルなども、圧力に影響される。液滴のサイズが流速に関係すると言う事実は、ある決められたデザイン・ポイントでの実施に対して、水圧式ノズルを理想的なものにする。
【０００９】
エア−アトマイズ用ノズルは、昇圧されたエアからのエネルギーを、水を小さな液滴に変えるために使用する。二つのタイプのアトマイズ用ノズルが、広い用途で使用されている。内部混合タイプのノズルは、液滴を放出する前に、混合室の中でアトマイズ用エアを水に混合する。アトマイズ用エアの圧力に対する水の流量の依存性は、このタイプのノズルを再加湿用シャワーに使用することを不適切にする。
【００１０】
外部混合タイプのノズルは、ノズルの外の開放領域で、水をアトマイズ用エアに混合する。外部混合タイプのノズルの水の流量は、アトマイズ用エアの圧力に対して独立している。外部混合タイプのノズルの噴射パターンは、主として、エアの圧力の影響を受ける。外部混合タイプのノズルからの液滴のサイズは、水の流速よりもエアの圧力の影響を強く受ける。液滴のサイズ及びプロファイルのコントロールを水の流量のコントロールから分けることは、噴射・システムのコントロールの方法を大きく簡略化する。外部混合タイプのノズルの特性は、この種のノズルを、紙の再加湿での使用に最も適したものにする。
【００１１】
外部混合タイプのノズルのシンプルな例は、環状部で取り囲まれたチューブにより構成されるものであり、例えば、 M. Zaller と M. D. Klem による、"Coaxial Injector Spray Characterization Using Water/Air as Simulants", 28th JANNAF Combustion Subcommittee Meeting, CPIA Publication 573, vol. 2, pp151-160（以下、"Zaller et al." と記す）の中に記載されている。
【００１２】
水がチューブの中を流れ、アトマイズ用エアが、チューブを取り囲む環状部の中を、水の流れに対して平行な方向に流れる。Zaller et al. の中に記載されているように、このノズルの形状により、５０ミクロン以下の水滴を作ることができる。しかしながら、このシンプルなノズルの欠点は、マス・プロファイルにおいて、ノズル・ジェットの中心に比較的急勾配のピークが現れることである。その様子は、図１の中に、“シングル・ストリーム”と表示されたプロファイルによって示されている。このパルス状の単一の流れのプロファイルは、再加湿用シャワーのゾーンのサイズを制約することになる。
【００１３】
Zaller et al. に記載されている同一のノズルの形状を用いて、水のチューブを取り囲む環状部の中に回転流れを作ることも可能である。その場合、アトマイズ用エアは、水の流れに対して実質的に垂直な方向に移動する。
【００１４】
独国特許第９５２，７６５号には、水を液滴に変えるために回転流れ（swirl）を使用する“シングル・ストリーム”ノズルの一つが記載されている。この回転流れは、同一のエアの圧力を使用すると仮定した場合、直線的な流れと比べて、やや大きなパーティクルを作り出す。独国特許第９５２，７６５号の“シングル・スワール”ノズルの欠点は、マス・プロファイルの中心（ノズルの中心に対応）にへこみがあり、そのへこみの両側に二つのピークがあることである。その様子は、図１の中に、“シングル・スワール”と表示されたプロファイルによって示されている。
【００１５】
米国特許第４，９４６，１０１号は、先の独国特許第９５２，７６５号と同じ所有者によって所有されているが、その中に、直線的な流れと回転流れを、水のチューブを取り囲む環状部の中で組み合わせる装置が記載されている。四角のヘッドを備えた回転運動部材が、要求される回転流れを作り出すために使用されている。直線的な流れと回転流れの組合せは、水を小さな液滴に変える。回転流れから発生した遠心力は、水滴に作用し、それらの液滴をジェットの中心から押し出す。直線的な流れから与えられるピークは、回転流れからのへこみを補償する。その結果、得られるマス・プロファイルは、ジェットの中心に比較的フラットな部分を有し、両方のエッジに二つの比較的急勾配の傾きを有している。その様子は、図１の中に、“ストリーム−スワールの組合せ”と表示されたプロファイルによって示されている。
【特許文献１】
独国特許第９５２，７６５号明細書
【特許文献１】
米国特許第４，９４６，１０１号明細書
【非特許文献１】
M. Zaller et. al "Coaxial Injector Spray Characterization Using Water/Air as Simulants", 28th JANNAF Combustion Subcommittee Meeting, CPIA Publication 573, vol. 2, pp151-160
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、直線的な流れ及び回転流れの組合せに、この回転流れを外側から取り囲むもう一つの直線的な流れを追加したものである。もう一つの直線的な流れを追加する目的の一つは、回転流れの外側の領域のパーティクルに軸方向の運動量を与えることにあり、これによって、エッジでの傾きをより急勾配に変える。その結果得られる水のプロファイルは、図１の中に、“ストリーム−スワール−ストリームの組合せ”と表示されたプロファイルによって示されている。このプロファイルは、三つのアトマイズ用エアの流れの組合せによって作られ、直線的な流れと回転流れの組合せによって作られるものと比べて、形状が四角形により近い。
【００１７】
本発明のアトマイズ用ノズルにおいて、三つのエア流れの組合せは、水を小さな液滴に変えるために用いられる。比較的低い速度の水の流れが、ノズル・ジェットの中心に位置する。
【００１８】
水の流れと同一の方向に直線状に移動する主なるエア・流れは、上記の水の流れの周囲に位置している。この主なるエア・流れは、水の流れの中の水の流速と比べて、遥かに速く移動する。二つの流れの境界における大きな速度勾配によって生ずる剪断力は、水を小さなパーティクルに変える主なる力である。Zaller et al. の中に記載されているように、主なるエアの流れは、５０ミクロン以下の液滴を放出し、それは、紙の再加湿での使用に適している。しかしながら、この単一のエア・流れから作られた水滴の大部分は、ジェットの中心の近くに分布している。水のマスの分布が集中していることは、再加湿用シャワーのゾーンのサイズを、大きく制約することになる。
【００１９】
水のマス・プロファイルを広げるために、水の流れと主なるエアの流れの双方の軸の周りを動くエアの回転流れを追加することができる。良く知られているように、エアの回転運動を維持するためには、回転流れの外側の圧力は、回転流れの内側の圧力と比べて大きくなければならない。圧力勾配によって生じ、小さな体積のエアに作用する力は、回転流れの中心の方向に向かい、同一の体積に作用する回転流れの中心から外側に向かう遠心力とバランスする。水滴が回転流れ状態のエアに従おうとし、且つ、水がエアの約１０００倍重いので、水滴に作用する遠心力は、液滴と同一の体積を占めるエアに作用する遠心力の、約１０００倍である。
【００２０】
その間、回転流れの中での水滴の存在は、回転流れの中での圧力分布に対してほとんど影響を与えない。圧力による力と遠心力との間でのバランスのズレは、特定の液滴に作用し、その結果、パーティクルを回転流れの中心から押し出す方向の力が生ずる。回転流れを追加することによって、水のマス分布の形状を作り直すことができる。主なるエア・流れ及び回転流れの双方によって作られた水のマスの分布は、単一の主なるエア・流れによって作られた分布と比べて遥かに広い。その様子は、図１の中に、“ストリーム−スワールの組合せ”と表示されたプロファイルによって示されている。二つの流れタイプのノズルは、紙の再加湿での使用において有用ではあるが、欠点を持っている。二つの流れタイプのノズルによって作られる水滴のマス・プロファイルは、特に、プロファイルの外側のエッジにおいて、その形状を調整することができない。
【００２１】
紙の再加湿での使用のために使用されるノズル・ジェットの理想的な水滴のマス・プロファイルは、四角形のプロファイルである。回転流れの性質上、軸方向の運動量は、接線方向の運動量と比べて弱い。従って、内側の領域に主なるエア・流れがあることを考慮すると、回転流れの外側の領域での軸方向の運動量は、回転流れの内側の領域でのそれと比べて小さい。このような、回転流れの周りでの弱い軸方向の運動量は、水滴を回転流れの周りへ浮遊させ、加湿すべき紙に水滴が到達する機会が失われる。
【００２２】
私は、この水滴の挙動は、回転流れの外側且つ周りにもう一つの直線的な流れを追加することによって、解決できることを発見した。第三のエアの流れは、回転流れの外側の領域にあるより多くの水滴を、紙のシートの方向に、基本的に押し出し、回転流れとその他の直線的な流れの組合せの中で、水のマス分布を、より四角形に近い形状にする。その様子は、図１の中に、“ストリーム−スワール−スワールの組合せ”と表示されたプロファイルによって示されている。
【００２３】
本発明の三つの流れタイプのノズルの優位性の一つは、ユーザーに、ノズルで作られるマス・プロファイルの形状を調整することを可能にすることにある。アトマイジング目的の使用のために使用される三つの流れの組合せは、結果として得ようとするマス・プロファイルの形状に対する特定の要求に応じて、準備し且つ調整することができる。回転流れの強さは、結果として得られるマス・プロファイルの幅に、主として影響を与える。内側の直線的な流れは、回転流れにより形成されるマス・プロファイルの中央のへこみを補償する。外側の直線的な流れは、結果として得られるマス・プロファイルのエッジの形状を、要求に応じて、作り直すために使用することができる。
【００２４】
本発明は、紙または他の吸湿性材料のウェブ（web）の加湿方法であって、下記ステップを有する：
（ａ）  下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出す：
所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れ（swirling stream）の内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ；及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻くもう一つのガス流れ；
（ｂ）  液体の流れを前記形成されたガス流れの中に供給し、それによって、前記液体の流れが、前記形成されたガス流れによってアトマイズされるようにする；
（ｃ）  吸湿性材料のウェブを、前記アトマイズされた液体の流れを横切る位置に前進させる。
【００２５】
本発明は、アトマイズ用ノズルを使用する、紙または他の吸湿性材料のウェブの加湿方法であって、下記ステップを有する：
（ａ）  前記ノズルの中に、下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出す：
所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻くもう一つのガス流れ；
（ｂ）  液体の流れを前記形成されたガス流れの中に供給し、それによって、前記液体の流れが、前記形成されたガス流れによってアトマイズされるようにする；
（ｃ）  吸湿性材料のウェブを、前記アトマイズされた液体の流れを横切る位置に前進させる。
【００２６】
本発明は、紙または他の吸湿性材料のウェブの加湿方法であって、下記ステップを有する：
（ａ）  少なくとも第一及び第二のアトマイズ用ノズルを、アレイの中に、前記少なくとも第一及び第二のノズルを互いに隣接させて配置し；
（ｂ）  前記少なくとも第一及び第二のノズルのそれぞれの中に、下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出す：
所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻くもう一つのガス流れ；
（ｃ）  液体の流れを前記形成されたガス流れの中に供給し、それによって、前記液体の流れが、前記形成されたガス流れによってアトマイズされるようにする；
（ｄ）  吸湿性材料のウェブを、前記アトマイズされた液体の流れを横切る位置に前進させる。
【００２７】
本発明は、アトマイズ用ノズルを使用する、紙または他の吸湿性材料のウェブの加湿方法であって、下記ステップを有する：
（ａ）  前記アトマイズ用ノズルのアレイを作り出し；
（ｂ）  前記ノズルのそれぞれの中に、下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出す：
所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻くもう一つのガス流れ；
（ｃ）  液体の流れを前記形成されたガス流れの中に供給し、それによって、前記液体の流れが、前記形成されたガス流れによってアトマイズされるようにする；
（ｄ）  吸湿性材料のウェブを、前記アトマイズされた液体の流れを横切る位置に前進させる。
【００２８】
本発明は、液体をガスを用いてアトマイズするための装置であって、下記構成を備える：
（ａ）  互いに同一高さに位置合わせされたガスの放出用出口及び液体の放出用出口を有するハウジング；
（ｂ）  前記ハウジングの中にあり、前記ガスの放出用出口に、且つ所定の軸に沿って、下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出すための第一のノズル：
前記所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する第一のガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記第一の直線的なガス流れの周りを取り巻く、第二のガス流れ；
（ｃ）  前記第一のノズルの中に配置され、前記液体の放出用出口に、コントロールされた液体の流れを作り出すための第二のノズル；
（ｄ）  前記第一のノズルの中、且つ前記第二のノズルの外側に配置され、前記混合ガスの流れと前記コントロールされた液体の流れの同軸性を維持するためのガス流れデバイダ。
【００２９】
本発明は、液体をガスを用いてアトマイズするための装置であって、下記構成を備える：
（ａ）  前記装置の中に、且つ所定の軸に沿って、下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出すための第一のノズル：
前記所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する第一ガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記第一ガス流れの周りを取り巻く、第二ガス流れ；
（ｂ）  前記第一のノズルの中に配置され、前記装置の中に、コントロールされた液体の流れを作り出すための第二のノズル；
（ｃ）  前記第一のノズルの中、且つ前記第二のノズルの外側に配置され、前記混合ガスの流れと前記コントロールされた液体の流れの同軸性を維持するためのガス流れデバイダ。
【００３０】
本発明は、ノズルの中で、液体をガスを用いてアトマイズするための方法であって、下記ステップを有する：
（ａ）  下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出す：
所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻くもう一つのガス流れ；
（ｂ）  液体の流れを、前記形成されたガス流れの中に供給し、それによって、
前記液体の流れが、前記混合ガスの流れによってアトマイズされるようにする。
【００３１】
本発明は、液体をガスを用いてアトマイズするための方法であって、下記ステップを有する：
（ａ）  下記三つの流れの組合せからなる混合ガスの流れを作り出す：
所定の軸の周りの回転運動を有するガス流れ、
前記回転流れの内側部分の中を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動し、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻くもう一つのガス流れ；
（ｂ）  液体の流れを前記形成されたガス流れでアトマイズして、前記液体の微細な液滴を作り出す；
（ｃ）  前記混合ガスの流れの中の、前記回転ガス流れ、前記一つのガス流れ及び前記もう一つのガス流れ  の内の少なくとも一つを調整し、それによって、前記液滴が  所定のマス分布プロファイルを有するようにする。
【００３２】
本発明は、液体をガスを用いてアトマイズするためのノズルであって、
前記ノズルは出口を有し、
前記ノズルは、下記構成を備える：
（ａ）  前記ノズルの中に入るガス流れを下記三つの流れに分轄するためガス流れデバイダ：
所定の軸の周りの回転運動を有する回転ガス流れ、
前記回転流れの内側部分を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動するもう一つのガス流れ；
（ｂ）  前記回転流れ、前記一つの直線的な流れ及び前記もう一つの直線的な流れを混合して、前記ノズルの中に、混合ガスの流れを作り出すためのチャンバ、
ここで、当該混合ガスは、前記回転流れ、前記一つの直線的なガス流れ及び前記もう一つの直線的なガス流れの組合せからなり、
前記もう一つの直線的なガス流れは、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻く。
【００３３】
本発明は、液体をガスを用いてアトマイズするためのノズルのアレイ
を備えた装置であって：
前記ノズルのそれぞれは、出口を有し、且つ、
前記ノズルのそれぞれは、下記構成を備える：
（i）  前記ノズルの中に入るガス流れを下記三つの流れに分轄するためガス流れデバイダ：
所定の軸の周りの回転運動を有する回転ガス流れ、
前記回転流れの内側部分を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び、
同様に、前記軸の方向に直線的に移動するもう一つのガス流れ；
（ii）  前記回転流れ、前記一つの直線的な流れ及び前記もう一つの直線的な流れを混合して、前記ノズルの中に、混合ガスの流れを作り出すためのチャンバ、
ここで、当該混合ガスは、前記回転流れ、前記一つの直線的なガス流れ及び前記もう一つの直線的なガス流れの組合せからなり、
前記もう一つの直線的なガス流れは、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻く。
【００３４】
本発明は、液体をガスを用いてアトマイズするためのノズルのアレイを備える装置であって、
前記ノズルのそれぞれは、出口を有し、且つ、
前記ノズルのそれぞれは、下記構成を備える：
（i）  前記ノズルの中に入るガス流れを下記三つの流れに分轄するためガス流れデバイダ：
所定の軸の周りの回転運動を有する回転ガス流れ、
前記回転流れの内側部分を、前記軸の方向に直線的に移動する一つのガス流れ、及び
同様に、前記軸の方向に直線的に移動するもう一つのガス流れ；
（ii）  前記回転流れ、前記一つの直線的な流れ及び前記もう一つの直線的な流れを混合して、前記ノズルの中に、混合ガスの流れを作り出すためのチャンバ、
ここで、当該混合ガスは、前記回転流れ、前記一つの直線的なガス流れ及び前記もう一つの直線的なガス流れの組合せからなり、
前記もう一つの直線的なガス流れは、前記回転流れ及び前記一つの直線的なガス流れの周りを取り巻く。
【００３５】
（iii）  前記混合ガスの流れによってアトマイズされた液体の流れ；及び、
前記ノズルのアレイを横切る位置に前進する吸湿性材料のウェブ。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
本発明は、アトマイズ用ノズルの中で三つのエア流れの組合せを使用し、それによって、水を小さな液滴に分断し、且つ、再加湿での使用に適したほぼ四角形のマス・プロファイルを形成する。このノズル形状は、図２のアクチュエータ・ノズル・ユニット１０の中に示されている。
【００３７】
ノズル２２は、水の供給源（図示せず）に接続される一つのポート２８、及び昇圧されたアトマイズ用エアの供給源（図示せず）に接続されるもう一つのポート３０を有している。ポート２８からの水は、レギュレータ・タイプのアクチュエータ２０によって、ポート２４でのニューマチック制御信号に基づき調整される。調整された水は、直列に配置された二つのオリフィス１２及び１４を通過し、ノズル・オリフィス２６に流れ込み、ジェットを形成する。
【００３８】
チャネル７０内のアトマイズ用エアは、三つの流れに分割される。エア・流れの一つは、間隙７２の間を通過し、ノズル・オリフィス２６から放出される水の流れの近く且つ回りを流れ、主なるエアの流れを形成する。もう一つのエアの流れは、混合チャンバ７４の中に、接線方向から流れ込み、主なる直線的なエア流れの外側の回転流れを形成する。第三のエアの流れは、ギャップ７６の間を通過し、ソリッド・ウォール９０（図４）に接して流れる。
【００３９】
これら三つの流れは、混合チャンバ７４の中で混合され、水オリフィス（ノズルオリフィス）２６の周りの環状部７８から噴出する。ここで、アトマイズ用エアの複数の流れは、内側の水のジェットよりも遥かに早い速度で動く。二つの流れの間の、この大きな速度勾配によって生ずる剪断力が、水を小さな液滴に分断する。直径５０ミクロン以下のサイズの水のパーティクルを、ノズル２２から発生させることができる。アクチュエータ・ノズル・ユニット１０は、単独で使用することも可能であるが、再加湿用シャワーでの使用のため、共通のマニフォールド・アレイの中に装着して使用することも可能である。
【００４０】
このアクチュエータ・ノズル・ユニット１０で使用されている新規なアトマイズ用ノズルに加えて、このアクチュエータ・ノズル・ユニットには、二つの技術が含まれている。ここで、このアクチュエータ・ノズル・ユニット１０がどのように動作するのかについて理解するためには、若干の説明が必要である。
【００４１】
一つの技術は、米国特許出願第０９／７１２，４１７号（２０００年１１月１４日出願）に記載されている、“圧力及び流量コントロールのためのベローズ・アクチュエータ”のためのレギュラー・タイプのベローズ型アクチュエータであり、その開示内容は、リファレンスとしてここに組み込まれる。このアクチュエータは、アクチュエータ・ノズル・ユニット１０を通る水の流量をコントロールするために使用される。
【００４２】
もう一つの技術は、米国特許出願第０９／８２４，１１３号（２００１年４月２日出願）に記載されている、“再加湿シャワーのためのフロー・モニター”のためのダブル・オリフィスであり、その開示内容は、リファレンスとしてここに組み込まれる。このダブル・オリフィスは、フロー・コントロール・オリフィス及びノズル・オリフィスの状態をモニターするために使用される。
【００４３】
以下で、これらの各技術について説明する
図３に、図１のレギュレータ・タイプのアクチュエータ２０のための一つの実施形態を示す。アクチュエータ２０は、フレキシブルな金属ベローズ３６によって分割された内側チャンバ３２及び外側チャンバ３４から構成される。外側チャンバ３４は、エアの入口収容カップ４０、ベローズ３６、水の入口端ピース４２、及びピストン４４によって構成されている。コントロール用エアの入口２４は、外側チャンバ３４の中に通じている。内側チャンバ３２は、水の入口端ピース４２、ベローズ３６、及びピストン４４によって構成されている。供給水の入口５０は、内側チャンバ３２の中に収容されている。バルブステム４６は、バルブシート４８でピストン４４に取り付けられ、供給水の入口５０でバルブを構成している。スプレイ水の出口５２は、水を、ダブル・オリフィス１２、１４及びノズル・オリフィス２６に送り出す。なお、これらのオリフィス１２、１４、２６は、図２に示されており、装置１０のノズル部分の一部である。
【００４４】
アクチュエータ２０の最初のセットアップでは、金属ベローズ３６を所定量圧縮し、このプレ圧縮された設定でバルブ・オリフィス５４が閉じられるように、バルブステム４６を取り付ける。それに加えて、水の入口端ピース４２及びピストン４４は、ベローズ３６のための回転防止ガイドとして機能すると同時に、それらの相対運動の際に、直径に沿って互いにガイドするように、デザインされている。
【００４５】
アクチュエータ２０は、ダブル・オリフィス１２、１４及びノズル・オリフィス２６に供給される圧力を、ニューマチック・コントロール・エアの圧力をリファレンス信号として使用して、コントロールするために機能する。供給水は、スプレイノズル２２に対する最大の要求圧力を超える圧力で、供給される。コントロール用エアは、金属ベローズ３６の中に、エアの入口収容カップ４０を通って供給される。
【００４６】
外側チャンバ３４内のエアの圧力は、ベローズ３６の有効エリアに作用して、駆動力を発生し、その駆動力は、三つの反対方向の力による抵抗を受ける。第一の反対方向の力は、プレ圧縮された金属ベローズ３６のスプリング動作によって、形成される。第二の反対方向の力は、バルブ・オリフィス５４の開口の比較的小さな領域に対して作用する供給源の水の圧力によって、形成される。第三の反対方向の力は、ベローズ３６の有効エリアに対して作用する内側チャンバ３２内の噴射水の圧力によって、形成される。最初の二つのリアクティブな力は、かなり、小さいかまたは一定であり、コントロール・エアの圧力を、ダブル・オリフィス１２及び１４及びノズル・オリフィス２６に供給される水の圧力に予想可能な影響を及ぼすように、変化させることを可能にする。アクチュエータ２０は、これらの力のバランスの上に立って動作する。
【００４７】
もしコントロール・エアの圧力が、キック・オフ圧力（ベローズ３６のプレ圧縮の量によって決定される）よりも小さい場合、バルブステム４６は、バルブシート４８に接触したまま止まり、水はバルブ・オリフィス５４を通過しない。下流のダブル・オリフィス１２、１４、及びノズル・オリフィス２６は、そこに供給される水の圧力を受けない。コントロール・エアの圧力が、アクチュエータ２０のキック・オフ圧力を超えたときには、バルブステム４６がピストンによって押し下げられ、水がバルブ・オリフィス５４を通って、内側チャンバ３２の中に流れ込み、次いで、ダブル・オリフィス１２、１４、及びノズル・オリフィス２６に流れる。下流のダブル・オリフィス１２、１４、及びノズル・オリフィス２６は、水の流れをその中を通過させるが、そのような流れに対して抵抗として作用する。
【００４８】
このようにして、内側チャンバ３２内の圧力が形成される。内側チャンバ３２内の圧力が増加して行くと、外側チャンバ３４内のコントロール・エアの圧力の力に釣り合うまで、反対方向の力の合計が増加する。コントロールの力とリアクティブな反対方向の力のバランス・ポイント、がダブル・オリフィス１２、１４、及びノズル・オリフィス２６を通過する流速を決定することになる。
【００４９】
このアクチュエータ・ノズル・ユニット１０のモニタリングは、二つの圧力ポートでの圧力測定によって可能になる。図２に示す様に、二つのオリフィス１２と１４の中間に、圧力ポート１６が設けられている。二つのオリフィス１２及び１４の上流にももう一つの圧力ポート１８があり、この圧力ポート１８は、装置１０に含まれているアクチュエータ２０からの調整された水の圧力をモニターする。この測定された上流の圧力は、ポート２４を介してアクチュエータ２０に送られるニューマチック・コントロール圧力と比較される。この比較が、結局、アクチュエータ２０の診断のパフォーマンスになる。
【００５０】
二つのオリフィス１２と１４の間で測定された圧力は、上流で測定された圧力との組合せで、ダブル・オリフィス１２、１４、及び水オリフィス２６の状態をモニターするために使用することができる。オリフィスのモニタリングは、ダブル・オリフィス技術を使用することによって実現される。ダブル・オリフィス技術は、移動している流体がオリフィスを通過する際に、常に圧力低下が生ずると言う事実に基づいている。オリフィス１２と１４の間のポート１６での圧力変化は、ポート１８での一定の上流の圧力の下、常時、モニターされる。ダブル・オリフィス１２と１４の間の圧力は、上流の圧力の一部であり、もし、流れ経路の途中に形状的な変化がなければ、二つの圧力の間の比率は、一定である。
【００５１】
もし、ダブル・オリフィスの上流側オリフィス１２が、部分的に閉塞された場合には、ダブル・オリフィス１２と１４の間で測定された圧力は、正常よりも大きくなる。オリフィス１２と１４の間の圧力測定がゼロになることは、通常運転の間に、上流側オリフィス１２が完全に閉塞されたことを示している。上流側オリフィス１２に摩耗が生じたときには、ダブル・オリフィス１２と１４の間で圧力の増大が発生する。同様に、下流側オリフィス１４または水ノズル２６が閉塞されると、流れに対する抵抗が増え、その結果、オリフィス１２及び１４の間により高い圧力が発生する。下流側オリフィス１４が完全に閉塞されたときには、二つのオリフィス１２と１４の間の圧力が上流の圧力に等しくなる。上流側オリフィス１２に摩耗が生じたときには、圧力の低下が生ずる。
【００５２】
即ち、オリフィス１２及び１４の間の圧力低下は、上流側オリフィス１２の閉塞か、あるいは、下流オリフィス１４の摩耗のいずれかを示している。オリフィス１２と１４の間での圧力増加は、上流側オリフィス１２の摩耗か、あるいは、下流オリフィス１４の閉塞のいずれかを示唆している。どちらのオリフィスが測定された圧力変動の原因となっているかは分からないが、それで、オリフィスの交換時期になったと判断することができる。ダブル・オリフィス１２及び１４は、交換を容易にするために、一つのコンポーネントとして、デザインすることができる。
【００５３】
以上において説明したアクチュエータ・ノズル・ユニット１０のアレイを備えた再加湿用シャワーの実際の使用に当っては、再加湿・システムの最初のセットアップの間に、各アクチュエータ・ノズル・ユニット１０のデータを記録しておく必要がある。そのデータは、ポート２４でのそれぞれ可能なニューマチック制御信号に対するポート１６及び１８での圧力の読みを含む。このデータは、後日、通常運転の際に、ダブル・オリフィス１２及び１４、またはノズル・オリフィス２６の状態、及びレギュレータ・タイプのアクチュエータ２０のパフォーマンスをチェックするために、リファレンス信号としてとして使用することができる。
【００５４】
通常運転の際には、常時、ポート２４での制御信号、及びポート１６及びポート１８からの対応する圧力の読みを得て、それらを記録されたデータと比較することができる。
【００５５】
もし、ポート１８からの圧力の読みが、正常の値から外れている場合には、レギュレータ・タイプのアクチュエータに異常が発生している。ポート１６での圧力の読みと記録された正常の値との間の乖離は、ダブル・オリフィス１２及び１４、またはノズル・オリフィス２６での問題の発生を示唆している。
【００５６】
ノズル・オリフィス２６は、ノズル２２からの液滴のサイズに影響を与えるので、全てのアプリケーションに対して影響を与える。ダブル・オリフィス１２及び１４のオリフィスの直径は、各個別のアプリケーションに対する最大の水の流量を決定する。アプリケーションの大半において、ノズル・オリフィス２６は、フロー・オリフィスの直径よりもはるかに大きい。そのため、水オリフィス２６の前後での圧力低下は、二つのオリフィス１２及び１４の内のいずれの前後における圧力低下よりも、かなり小さい。圧力ポート１６での比較的大きな圧力の値は、正確な圧力測定を容易にする。このことが、モニタリング技術が、このデザインの中で、一つのオリフィスを使用する代わりに二つのオリフィス１２及び１４を使用する理由である。実用上、二つのオリフィス１２及び１４の直径は、同一でも良いし、あるいは異なっていても良い。
【００５７】
図４に、アクチュエータ・ノズル・ユニット１０のノズル部分ための実施形態を示す。ノズル部分は、ノズル・ボディ５６、ダブル・オリフィス１２及び１４、水ノズル・チューブ５８、エア・流れデバイダ８２、及びエア・キャップ６０から構成される。ノズル・ボディ５６は、アクチュエータ２０（図２）のためのマウンティング・ベースとしても用いられる。ノズル・ボディ５６上の供給水の入口２８は、アクチュエータ２０への供給水の入口５０に接続されている。アクチュエータ２０からのスプレイ水の出口５２は、ノズル・ボディ５６上の調整された水の入口６２に対して位置合わせされている。
【００５８】
ノズル・ボディ５６の中には、水の流れ経路に沿って、三つのチャンバ６４，６６，６８が設けられている。圧力ポート１８は、ノズル・ボディ５６、ダブル・オリフィス１２及び１４によって形成された上流側チャンバ６４に接続されている。圧力ポート１６は、ダブル・オリフィス１２と１４の間の中間チャンバ６６に接続され、ノズル・ボディ５６によって取り囲まれている。ダブル・オリフィス１２及び１４及び水ノズル・チューブ５８は、第三のまたは下流側チャンバ６８を形成する。
【００５９】
アクチュエータ２０からの水は、上流側チャンバ６４に導入され、上流側オリフィス１２を通過することによって、中間チャンバ６６の中に流れ込み、最終的に、水ノズル・チューブ５８のノズル・オリフィス２６を通って流れる。
【００６０】
アトマイズ用エアは、アトマイジング・エア入口３０から、ノズル・ボディ５６、水チューブ５８、流れデバイダ８２、及びエア・キャップ６０により形成されたエア・チャンバ７０に導入される。エア・チャンバ７０の中のアトマイズ用エアは、それから、エア・デバイダ８２を使用することによって、三つの異なる流れに分割される。円筒形のエア・デバイダ８２の中心軸の方向に開けられた穴９８（図５）を通過する流れの内の一つは、水チューブ５８及びエア・デバイダ８２によって形成されたチャンバ８０の中に入る。この流れは、それから、エア・デバイダ８２と水チューブ５８の間の間隙７２に流れ、次いで、混合チャンバ７４に入って、水チューブ５８の周りの主なるエアの流れを形成する。
【００６１】
エア・デバイダ８２の円筒形の外表面には、三つのフラットな表面９６（図５中に示されている）が加工され、デバイダ８２の一方の端部に位置している。これらの三つのフラットな表面は、互いに１２０°づつ離れて配置されている。三つのエア・チャネル８４が、エア・デバイダ８２上の三つのフラットな表面９６とエア・キャップ６０の内表面の間に形成されている。三つのチャネル８４の全ては、エア・チャンバ７０に接続されている。チャネル８４内のアトマイズ用エアは、第二の及び第三の流れのために使用される。
【００６２】
第二の流れは、エア・デバイダ８２の三つのフラットな表面９６上にオフ・センターに開けられた三つの穴８６を通過し、混合チャンバ７４に接線方向から流入する。これら三つのオフ・センター・ホール８６は、混合チャンバ７４の中で、主なるエア・流れの周りに、回転流れを作り出すように配置されている。三つの穴８６のオリフィス・サイズ及びチャンバ７０内のエアの圧力は、混合チャンバ７４内の回転流れの強さを決定する。この回転流れは、最終ジェットの噴射パターン、特に、最終ジェットの幅を決定する。三つのオフ・センター・ホール８６は、ここでは、例示目的のためのみに開示されている。３以外のいかなる数の穴８６も、混合チャンバ７４の中で回転流れが作り出される限り、使用することが可能である。
【００６３】
第三の流れは、三つのエア・チャネル８４の中の、エア・キャップ６０とエア・デバイダ８２の間に形成されたギャップ７６を通過するアトマイズ用エアによって作り出される。溝８８が加工され、それによって、三つのエア・チャネル８４が一緒に接続され、ギャップ７６の周り全体に均一な流れを作り出す。第三の流れは、ギャップ７６を通過し、コアンダ効果（Coanda effect）のため、エア・キャップ６０の上の面取りされた表面９０の方に曲がる。このコアンダ効果は、流れが固体表面に付着しやすいことを示している。第三の流れは、混合チャンバ７４の中で、回転流れ及び主なる流れを、その内側に包み込む。これらの三つの流れの組合せは、ノズル・オリフィス２６から放出される水のジェットの周りの環状部７８から噴出する。
【００６４】
本発明の第三の流れに関係して、幾つかの利点がある。
【００６５】
その一つは、アトマイズ用ノズルの効率である。第三の流れが、エア・キャップ６０のチャンファ９０で曲がるとき、コアンダ効果のために、エア・キャップ６０のチャンファ９０の近傍に、低い圧力の領域が作り出される。第三の流れによって作り出されたチャンバ７４のこの低い圧力は、主なる流れ及び回転運動をする第二の流れの双方で、抵抗を減少させる。この抵抗の減少は、正確に同一な噴射パターン（パーティクル・サイズ及びマス・プロファイル）が、比較的低いアトマイズ用の供給源の圧力を用いて実現されることを示唆している。このノズル・デザインによりもたらされる効率の増大は、圧縮されたアトマイズ用エアを供給するファンまたはコンプレッサの負荷を減少させる。この負荷の減少は、単一の再加湿用シャワーが１００個あるいはそれ以上のノズルを使用することを考慮すると、重要である。
【００６６】
第三の流れによってもたらされるもう一つの利点は、それによって追加されるパラメータである。このパラメータは、ノズルによって作り出される水のマス・プロファイルの二つの傾きをコントロールすることを可能にする。第三の流れは、回転流れの外側の領域に、軸方向の運動量を付け加える。この軸方向の運動量は、プロファイルの外側のエッジの二つの傾きを急峻にする。そのようなプロファイルは、図１中において“ストリーム・スワール・ストリーム”と表示されたプロファイルによって示されている。
【００６７】
第三の流れの更にもう一つの利点は、混合されたアトマイズ用エアに加えられる更なる剪断力によってもたらされる。
【００６８】
回転流れの中で、より大きな水のパーティクルは、より大きな遠心力のために、ジェットの中心からより速く離れる。第三の流れと回転流れの混合領域の中で作り出された剪断力は、これらのパーティクルを分断し、一層より小さなパーティクルに変える。その結果得られるスプレイは、第三の流れの寄与のために、パーティクル・サイズのより一様な分布を、全体のプロファイルに渡って有する。
【００６９】
第三の流れの更にもう一つの利点もまた、効率に関係している。混合チャンバ７４の中で、三つのオフ・センター・ホール８６によって生成された回転流れは、エア・キャップ６０の上チャンファ９０によって形成される収束領域の中で圧縮され、回転流れの接線方向速度が、圧縮の間に大幅に増大する。エア・キャップ６０のチャンファ９０は、チャンファーの表面の上で、接線方向速度をゼロに引き下げる。チャンファー表面上での摩擦は、回転流れの強さを失わせ、ノズルの効率を低下させる要因となる。回転流れとチャンファーの表面の間に位置する第三の流れは、回転流れに対するエア・クッションとして働き、回転流れの旋回強さを維持する。
【００７０】
エア・デバイダ８２はまた、水の流れと三つのエア流れの同軸性を保つためにも使用される。水チューブ５８は、水チューブ５８とエア・デバイダ８２の間の間隙７２の幅が、全ての方向で同一になるように、エア・デバイダ８２の内径に対して装着される。三つの円筒形表面１００は、エア・デバイダ８２上の三つのフラットな表面９６によって分割され、エア・キャップ６０の内径の中に摺動可能に装着されている。環状部７８を水オリフィス２６の周りで正確に保つために、水チューブ５８、エア・デバイダ８２及びエア・キャップ６０の間の取付け部に、比較的厳しい許容差が要求される。三つのアトマイズ用エアの流れ、及び全てのエア・流れと水の流れとの同軸性の組合せを用いて、噴射パターンが作り出される。水のパーティクル・サイズは、噴射内のどこにおいても、ほとんど同一である。より重要なことは、水のマス・プロファイルを調整することができることである。
【００７１】
本発明の三つの流れタイプのノズルは、重要且つ有用な特徴を有している。このノズルによって作り出されるマス・プロファイルは、特定のアプリケーションに最も適した形状に調整することが可能である。
【００７２】
紙のメーカーは、そのシステムのトータルコストを削減するため、エア−水噴射システムの中で、より大きなゾーンのサイズを要求することがある。より大きなゾーンのサイズを得るためには、単一のノズルから、より広いマス・プロファイルあるいはより大きな噴射角度を実現することが要求される。三つの流れタイプのノズルは、ノズルの中により強い回転流れを加えることによって、より広い噴射を作り出すことができる。
【００７３】
基本的には、より強い回転流れは、ノズル出口７８での一定の軸方向速度と比べて、ノズル出口７８でのより強い接線方向速度を意味する。接線方向速度の軸方向速度に対する比率を高めるためには、幾つかの方法がある。最も容易な方法は、オフ・センター・ホール８６のサイズ、または、オフ・センター オリフィスの合計数を減らすことである。
【００７４】
三つの流れタイプのノズルの中の回転流れが強過ぎる場合、回転流れによって大半の液滴が、噴射の中心から投げ出されることによって、マス・プロファイルの中央にへこみが現れる。回転流れの内側部分の中の軸方向（あるいは、直線的な）流れを強めるために、水チューブ５８とエア・デバイダ８２の間に形成された間隙７２を広げることができる。間隙７２を広げることは、噴射の中心の近傍での接線方向速度の軸方向速度に対する比率を減少させ、その結果、中心の周りでの液滴の径方向の広がりを減少させる。その結果、得られるマス・プロファイルでは、中央部分を平坦にすることができる。
【００７５】
紙のメーカーは、再加湿用シャワーの分解能を増大させるため、より小さなゾーンのサイズを要求することもある。このアプリケーションは、混合されたアトマイジング流れの中で比較的弱い回転流れを有するアトマイズ用ノズルを要求する。回転流れを弱める最も簡単な方法は、オフ・センター・ホール８６のサイズを大きくすることである。回転流れが弱い場合、中間部分にピークがあるマス・プロファイルが得られる可能性がある。マス・プロファイルの中間部分を平坦にするためには、間隙７２を狭くする必要がある。極端なケースでは、間隙７２がゼロまで減らされ、それが、混合されたアトマイジング流れと水の流れの間の同軸性を保つことを助けるため、追加のサポートとなる。
【００７６】
紙のメーカーのもう一つの関心は、隣接するゾーンの間のゾーン・重なり合いである。ゾーン・重なり合いの量は、単一のノズルで作り出されるマス・プロファイルの傾きの関数である。緩い傾きは、大きなゾーン・重なり合いを作り出し、これに対して、急峻な傾きは、隣接するゾーンの間の重なり合いを小さくする。もし、マス・プロファイルが完全な四角形であれば、ゾーン・重なり合いはゼロである。本発明の三つの流れタイプを使用した場合、混合されたアトマイジングガス流れの中の第三の流れを調整することによって、ゾーン・重なり合いの量を調整することが可能になる。ノズル・キャップ６０とエア・デバイダ８２の間に形成されるギャップ７６を増やすことは、その結果得られるマス・プロファイルの傾きを急峻にし、その結果、ゾーン・重なり合いの量を減少させる。その反対に、ギャップ７６を減らすことは、その結果得られるマス・プロファイルの傾きを緩やかにし、その結果、ゾーン・重なり合いの量を増大させる。
【００７７】
当該技術分野で通常のスキルを有する者であれば、本発明の三つの流れタイプのアトマイズ・ノズルが、パーティクル・サイズ及びマス・プロファイルの双方について制御可能な水噴射に対するニーズがある他の用途に対しても、適用することが可能であることが分かる。選択されている実施形態の説明は、単に例示のためのものに過ぎず、本発明の範囲を制限するものではないと理解すべきである。
【００７８】
通常のスキルを有する者であれば、添付されたクレームによって規定される本発明の精神あるいは技術的範囲から逸脱することなく、開示された対象の実施形態に対して、追加、削除、および／または、変更を行うことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００７９】
【図１】紙のシートが受ける水のマス・プロファイルを示し、これらは、本発明のノズルを含む各種のアトマイズ用ノズルによって作り出されるものである。
【図２】本発明のエア・アトマイズ用ノズルを含むアクチュエータ・ノズル・ユニットを示す。
【図３】レギュレータ・タイプのアクチュエータの一つの実施形態を示し、これは、図２のアクチュエータ・ノズル・ユニットの一部である。
【図４】図２のアクチュエータ・ノズル・ユニットのノズル部分の一つの実施形態を示す。
【図５】図４の流れデバイダ８２の拡大図である。
【符号の説明】
【００８０】
１０・・・アクチュエータ・ノズル・ユニット、１２・・・上流側オリフィス、１４・・・下流側オリフィス、１６・・・圧力ポート、１８・・・圧力ポート、２０・・・アクチュエータ、２２・・・スプレイノズル、２４・・・ポート（コントロール用エアの入口）、２６・・・ノズル・オリフィス（水オリフィス、水ノズル）、２８・・・ポート（ソース水の入口）、３０・・・ポート（アトマイジング・エア入口）、３２・・・内側チャンバ、３４・・・外側チャンバ、３６・・・ベローズ、４０・・・エアの入口収容カップ、４２・・・水の入口端ピース、４４・・・ピストン、４６・・・バルブステム、４８・・・バルブシート、５０・・・供給水の入口、５２・・・スプレイ水の出口、５４・・・バルブ・オリフィス、５６・・・ノズル・ボディ、５８・・・水ノズル・チューブ、６０・・・ノズル・キャップ、６２・・・調整された水の入口、６４・・・上流側チャンバ、６６・・・中間チャンバ、６８・・・下流側チャンバ、７０・・・エア・チャンバ（チャネル）、７２・・・間隙、７４・・・混合チャンバ、７６・・・ギャップ、７８・・・環状部／（ノズル出口）、８０・・・チャンバ、８２・・・エア・デバイダ（流れデバイダ）、８４・・・三つのエア・チャネル、８６・・・オフ・センター・ホール、８８・・・溝、９０・・・チャンファ（ソリッド・ウォール）、９６・・・三つのフラットな表面、９８・・・穴、１００・・・三つの円筒形表面。
【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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【国際公開パンフレット】
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【国際調査報告】
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