(57)【要約】  低い加圧空気要件で動作するようになっている内部混合スプレーノズルアセンブリ。スプレーノズルアセンブリは、液体流ストリームを衝突ピンに対して方向付けるための液体通路を含んでおり、また、衝突面から側方に広がる分散液とぶつかってこれを微粒化させるために液体流ストリームの周囲に環状加圧空気通路を形成する空気ガイドが設けられている。液体の微粒化を促進させるため、空気ガイドは、噴霧空気流を十分に加速させて当該空気流の圧力を増大させるための比較的狭い幅の空気流開口を画成しており、また、衝突ピンには、更なる液体粒子破壊を促し且つ衝突ピンの底部の周囲での液体の蓄積を防止する比較的大きい一次衝突面及び平行な下流側の二次衝突面が形成されている。【選択図】図１
2008510618.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高速液体流ストリームを所定の軸に沿って方向付けるための液体吐出オリフィスを有する液体流通路を備えたノズル本体と、
前記ノズル本体に固定されるとともに、前記液体吐出オリフィスから離間し且つ前記軸に対して垂直に配置される一次衝突面を画成する直立衝突ピンを有し、それにより、前記衝突面へと方向付けられた液体ストリームが前記衝突面に突き当たって前記衝突面から側方に広がる分散液へと分かれるスプレーチップと、
加圧空気を前記ノズル本体を通じて方向付ける空気供給体と、
前記衝突面の上流側で前記軸の周りに配置され且つ環状空気流通路を画成する内面が形成される空気ガイドであり、加圧空気の速度を高めるとともに、液体流ストリームを取り囲み且つ側方に広がる分散液とぶつかるカーテンの状態で空気を方向付けることにより、液体を更に細分して液体粒子へと微粒化する空気ガイドと
を備えるスプレーノズルアセンブリであって、
前記環状空気通路が前記液体吐出オリフィスの面積よりも大きい流通路面積を有し、液体吐出オリフィスの面積に対する環状空気通路の面積の比率が１：２〜１：３であり、前記スプレーチップが、微粒化された液体粒子が互いに混ざり合って大きな粒子へと再形成しないようにするための拡張チャンバを前記衝突面の周囲に画成し、前記スプレーチップが、前記衝突面から下流側に離間する複数の吐出オリフィスを有し、これらの吐出オリフィスを通じて前記微粒化された液体粒子が更に微粒化されつつ前記チャンバから吐き出される、スプレーノズルアセンブリ。
【請求項２】
前記拡張チャンバが前記環状空気通路の流通路面積よりも実質的に大きい横断面積を有し、環状空気流通路の面積とスプレーチップ拡張チャンバの横断面積との間の比率が１：２７〜１：３３である、請求項１に記載のスプレーノズルアセンブリ。
【請求項３】
前記拡張チャンバの横断面積が前記衝突面の面積よりも実質的に大きく、その拡張チャンバの横断面積に対する衝突面の面積の比率が１：３．８〜１：４．４である、請求項２に記載のスプレーノズルアセンブリ。
【請求項４】
前記ノズル本体が、前記液体流通路及び液体吐出オリフィスを画成する液体供給チューブを含み、前記環状空気流通路が、前記空気ガイドの内面と前記液体供給チューブとの間の環状空間によって画成される、請求項１に記載のスプレーノズルアセンブリ。
【請求項５】
前記空気ガイドの内面及び液体供給チューブが、下流側方向に向かって断面積が減少することにより、内側に収束する環状空気通路を画成する、請求項４に記載のスプレーノズルアセンブリ。
【請求項６】
前記空気ガイドが、前記液体供給チューブの下流側端部と略同一の平面上にある下流側端部を有する、請求項４に記載のスプレーノズルアセンブリ。
【請求項７】
前記スプレーチップが、液体粒子を前記スプレーチップの吐出オリフィスを通じて方向付ける前に更に破壊して微粒化するため、前記一次衝突面の下流側にこれと平行に二次衝突面を有する、請求項１に記載のスプレーノズルアセンブリ。
【請求項８】
前記二次衝突面が、前記一次衝突面の下流側で前記衝突ピンから径方向外側に延びる出っ張りにより画成される、請求項７に記載のスプレーノズルアセンブリ。
【請求項９】
高速液体流ストリームを所定の軸に沿って方向付けるための液体吐出オリフィスを有する液体流通路を備えたノズル本体と、
前記ノズル本体に固定されるとともに、前記液体吐出オリフィスから離間し且つ前記軸に対して垂直に配置される一次衝突面を画成する直立衝突ピンを有し、それにより、前記衝突面へと方向付けられた液体ストリームが前記衝突面に突き当たって前記衝突面から側方に広がる分散液へと分かれるスプレーチップと、
加圧空気を前記ノズル本体を通じて方向付ける空気供給体と、
前記衝突面の上流側で前記軸の周りに配置され且つ環状空気流通路を画成する内面が形成される空気ガイドであり、加圧空気の速度を高めるとともに、液体流ストリームを取り囲み且つ側方に広がる分散液とぶつかるカーテンの状態で空気を方向付けることにより、液体を更に細分して液体粒子へと微粒化する空気ガイドと
を備えるスプレーノズルアセンブリであって、
前記スプレーチップが、微粒化された液体粒子が互いに混ざり合って大きな粒子へと再形成しないようにするための拡張チャンバを前記衝突面の周囲に画成し、前記環状空気通路が前記拡張チャンバの横断面積よりも実質的に小さい流通路面積を有し、前記環状空気流通路の面積とスプレーチップ拡張チャンバの横断面積との間の比率が１：２７〜１：３３であり、前記スプレーチップが、前記衝突面から下流側に離間する複数の吐出オリフィスを有し、これらの吐出オリフィスを通じて前記微粒化された液体粒子が更に微粒化されつつ前記チャンバから吐き出される、スプレーノズルアセンブリ。
【請求項１０】
前記拡張チャンバの横断面積が前記衝突面の面積よりも実質的に大きく、その拡張チャンバの横断面積に対する衝突面の面積の比率が１：３．８〜１：４．４である、請求項９に記載のスプレーノズルアセンブリ。
【請求項１１】
前記スプレーチップが、液体粒子を前記スプレーチップの吐出オリフィスを通じて方向付ける前に更に破壊して微粒化するため、前記一次衝突面の下流側にこれと平行に二次衝突面を有する、請求項１０に記載のスプレーノズルアセンブリ。
【請求項１２】
高速液体流ストリームを所定の軸に沿って方向付けるための液体吐出オリフィスを有する液体流通路を備えたノズル本体と、
前記ノズル本体に固定されるとともに、前記液体吐出オリフィスから離間し且つ前記軸に対して垂直に配置される一次衝突面を画成する直立衝突ピンを有し、それにより、前記衝突面へと方向付けられた液体ストリームが前記衝突面に突き当たって前記衝突面から側方に広がる分散液へと分かれるスプレーチップと、
加圧空気を前記ノズル本体を通じて方向付ける空気供給体と、
前記衝突面の上流側で前記軸の周りに配置され且つ環状空気流通路を画成する内面が形成される空気ガイドであり、加圧空気の速度を高めるとともに、液体流ストリームを取り囲み且つ側方に広がる分散液とぶつかるカーテンの状態で空気を方向付けることにより、液体を更に細分して液体粒子へと微粒化する空気ガイドと
を備えるスプレーノズルアセンブリであって、
前記衝突ピンが、液体粒子を前記スプレーチップの吐出オリフィスを通じて方向付ける前に更に破壊して微粒化するため、前記一次衝突面の下流側にこれと平行に二次衝突面を有し、前記スプレーチップが、微粒化された液体粒子が互いに混ざり合って大きな粒子へと再形成しないようにするための拡張チャンバを前記衝突面の周囲に画成し、前記スプレーチップが、前記衝突面から下流側に離間する複数の吐出オリフィスを有し、これらの吐出オリフィスを通じて前記微粒化された液体粒子が更に微粒化されつつ前記チャンバから吐き出される、スプレーノズルアセンブリ。
【請求項１３】
前記二次衝突面が、前記一次衝突面の下流側で前記衝突ピンから径方向外側に延びる出っ張りにより画成される、請求項１２に記載のスプレーノズルアセンブリ。
【請求項１４】
出っ張りを画成する前記二次衝突面が尖った外縁を有する、請求項１３に記載のスプレーノズルアセンブリ。
【請求項１５】
前記二次衝突面が、前記衝突ピンの周囲で外側に延びる環状面である、請求項１２に記載のスプレーノズルアセンブリ。
【請求項１６】
前記一次及び二次衝突面が、前記スプレーチップ内に装着された別個の挿入部材によって画成される、請求項１２に記載のスプレーノズルアセンブリ。
【請求項１７】
出っ張りを画成する前記二次衝突面が、前記衝突ピンの下流側端部の周囲に液体が蓄積することを防止するために、周方向に離間した前記スプレーチップの吐出オリフィスの径方向内側縁部に隣接する外周を有する、請求項１３に記載のスプレーノズルアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【関連特許出願の相互参照】
【０００１】
[0001]本出願は、２００４年８月２３日に提出された米国仮出願第６０／６０３，８４４号の優先権を主張する。
【発明の分野】
【０００２】
[0002]本発明は、一般にスプレーノズルに関し、特に、液体流ストリームが吐出前にノズルの内側で加圧空気により予め微粒化されるタイプの内部混合空気噴霧スプレーノズルアセンブリに関する。
【発明の背景】
【０００３】
[0003]内部混合空気噴霧ノズルは、当分野において既知であり、例えば、その開示内容が参照として本明細書に組み込まれる本発明と同じ譲受人に対して譲渡された米国特許第５，７３２，８８５号に示されている。そのような空気噴霧ノズルは、細かく微粒化された液体スプレーを形成して高流速で吐出するために特に有効である。
【０００４】
[0004]カスタマープラントで利用可能な加圧空気源は、時として、不十分であり、特にそのような空気噴霧ノズルを多数含む噴射システムにおいては、そのようなスプレーノズルを最適な液体噴霧状態で動作させることができない。（１）小型のエアーコンプレッサをより経済的に使用できるようにするため、また、（２）多数の空気アシストスプレーノズルを既存の加圧空気源により作動できるようにするため、低い加圧空気要件で最適に動作できる空気噴霧ノズルの必要性が存在する。また、液体の細かい微粒化を行なうようになっており且つスプレー性能を損なうノズルからの望ましくない滴りを引き起こす可能性があるノズル本体内での液体の蓄積を生じさせないスプレーノズルの必要性が存在する。
【発明の目的及び概要】
【０００５】
[0005]本発明の目的は、より効果的に空気噴霧液体スプレー吐出を形成するようになっている内部混合スプレーノズルアセンブリを提供することである。
【０００６】
[0006]他の目的は、低い加圧空気要件で最適な噴射を行なうように動作できる上記特徴を有するスプレーノズルアセンブリを提供することである。
【０００７】
[0007]更なる目的は、より細かく微粒化された液体スプレーパターンを吐き出すように動作可能な前述した種類のスプレーノズルアセンブリを提供することである。
【０００８】
[0008]更に他の目的は、ハウジング内で液体が蓄積し、その結果として、スプレー動作中にノズルから望ましくない滴りが生じることを防止しつつ、液体を細かく微粒化させるようになっている前述したタイプの内部混合空気噴霧スプレーノズルアセンブリを提供することである。
【０００９】
[0009]更なる目的は、構造が比較的簡単で且つ経済的に製造して動作できる前述した種類のスプレーノズルアセンブリを提供することである。
【００１０】
[0010]本発明の他の目的及び利点は、以下の詳細な説明を読み、添付図面を参照することにより明らかとなる。
【００１１】
[0015]本発明は、様々な変更及び代替の構成を成す余地があるが、その特定の例示的な実施形態を図面に示すとともに、以下、詳細に説明する。しかしながら、本発明を開示された特定の形態に限定しようとするものではないことは言うまでも無く、むしろ、意図としては、本発明の思想及び範囲内に入る全ての変形、他の構成、等価物を網羅しようとするものである。
【実施形態の詳細な説明】
【００１２】
[0016]ここで、特に図面を参照すると、従来の流体供給マニホールド１１に接続された本発明に係る例示的な内部混合空気噴霧スプレーノズルアセンブリ１０が示されている。この場合、流体供給マニホールド１１は、１つの中央加圧液体供給通路１２と、液体供給通路１２の周囲を取り囲む複数の加圧空気供給通路１４とを含んでいる。この場合の空気通路１４は、流体供給マニホールド１１の下流側端部で環状マニホールド空気通路１５と連通している。
【００１３】
[0017]図示のスプレーノズルアセンブリ１０は、基本的に、ノズル本体２０と、下流側スプレーチップ２１と、ノズル本体２０とスプレーチップ２１との間に介挿された空気ガイド２２とを備えている。この場合、ノズル本体２０は、外側環状本体部材２４とこの外側環状本体部材内に固定され且つ液体吐出オリフィス２７を画成する内側軸方向液体供給チューブ２５とを備えるマルチパート流体供給サブアセンブリの形態を成している。外側環状本体部材２４は外面に雄ネジが形成された上流側ステム２６を有しており、この上流側ステム２６は、液体供給チューブ２５が液体通路１２と連通する状態で、流体供給マニホールド１１のネジ付きの軸孔内に締結されている。この場合、環状本体部材２４と流体供給マニホールド１１の下流側端部との間には、環状シールガスケット２８が介挿されている。また、環状本体部材２４には、環状マニホールド空気通路１５と液体供給チューブ２５の周囲の空気チャンバ３０との間を連通させる周方向に離間された複数の軸方向空気通路２９が形成されている。
【００１４】
[0018]スプレーチップ２１は、スプレーチップ２１の上流側端部と外側ノズル本体部材２４の下流側端部にある座ぐり３４との間に保持された空気ガイド２２と共にネジ結合ナット３１によりノズル本体２０に対して固定されている。液体供給チューブ２５の下流側端部及び空気ガイド２２の中心孔３５にはそれぞれ、内側に収束する環状空気通路４０を画成するテーパ面３８，３９が形成されている。環状空気通路４０は、液体が液体供給チューブ２５を通じて方向付けられて液体供給チューブ２５の下流側吐出オリフィス２７から吐出すると同時に、加圧空気を環状空気チャンバ３０からスプレーチップ２１内の拡張チャンバ４２へと方向付ける。吐出する液体は、スプレーチップ２１の直立する衝突ピン又はピンテル４５の一次横方向衝突面４４と衝突し、それにより、液体が衝突面４４の側方に分散される際に液体の機械的な液体粒子破壊及び空気噴霧による液体粒子破壊の両方が促進される。側方の液体分散は、衝突ピン４５を取り囲む状態で配置された複数の周方向に離間する吐出オリフィス４６を通じてスプレーチップ２１から吐出する前に、環状空気流ストリームにより破壊されて微粒化され、それにより、更なる液体粒子破壊及び微粒化が成される。
【００１５】
[0019]本発明において、空気ガイドは、低い加圧空気要件で、より効率的に液体を更に細かい液体粒子へと細分化して破壊するように画成されている。この目的のため、空気ガイド２２と液体供給チューブ２５との間に形成された環状空気通路４０は、スプレーチップへと方向付けられる空気ストリームを加速させて空気ストリームの圧力を大幅に増大させ、それにより、衝突面４４と衝突する液体の微粒化を促進させるために比較的狭い幅ｗを有する。環状空気通路４０のフロー面積と液体供給通路２５ａの液体吐出オリフィス２７の面積との比率は、１：２〜１：３であることが好ましく、約１：２．５であることが最も好ましい。環状空気通路４０のフロー面積と、拡張チャンバ４２の直径“ｄ”によって規定されるスプレーチップ拡張チャンバ４２の横断面積との比率は、１：２７〜１：３３であることが好ましく、約１：３０であることが最も好ましい。図示の実施形態において、空気ガイド２２と液体供給チューブ２５との間の空気通路４０の面積は０．０６平方インチであり、液体供給通路２５ａ及びその吐出オリフィス２７の面積は０．１５平方インチであり、拡張チャンバ４２の面積は１．８３平方インチである。環状空気通路４０から吐出する空気ストリームの結果として得られる圧力及び速度の増大は、より効果的な微粒化のため、衝突面４４からの横方向に衝突する液体と更に積極的に関与して相互に作用する。
【００１６】
[0020]本発明を実行する際、衝突ピン４５は比較的大きな衝突面４４を有しており、この衝突面により、衝突面に突き当たる液体は、衝突ピンの周縁に近づくにつれて比較的薄いシートの状態で横方向外側に進行し、高圧空気ストリームによる微粒化及び相互作用が促進される。拡張チャンバ４２の面積に対する衝突面４４の面積の比率は、約１：３．８〜１：４．４であることが好ましく、約１：４であることが最も好ましい。拡張チャンバ４２は、当該チャンバ内で形成される微粒化された液体粒子が互いに混ざり合ってスプレーノズルから吐出する前に大きな粒子へと再形成することを防止するために十分に広いことは言うまでもない。
【００１７】
[0021]本発明のこの態様の実行に際しては、スプレーチップ内の容積を十分に確保して微粒化の際に液体粒子を拡張させるため、空気ガイド２２が液体供給チューブ２５の下流側端部を実質的に越えて延びていない。図示の実施形態において、空気ガイド２２の下流側端部は液体供給チューブ２５の下流側端部と略同一の平面上にある。
【００１８】
[0022]本発明の更なる特徴において、スプレーチップ２１には、液体粒子をスプレーチップ吐出オリフィス４６を通じて方向付ける前に更に破壊するため、一次衝突面４４の下流側にこれと平行に二次衝突面５０が形成されている。図示の実施形態において、衝突ピン４５は、上側の一次衝突面４４及び下流側の或いは二次的な環状衝突面５０の両方を規定するスプレーチップ内に同心的に装着された別個のピンテルにより画成される。この場合、下流側の環状衝突面５０は、液体粒子がスプレーチップ吐出オリフィス４６に向けて方向付けられる際に液体粒子を更に剪断する外周の尖った角５１を有する小さな径方向の出っ張りの形態を成している。
【００１９】
[0023]本発明の更なる特徴を実行する際には、液体を蓄積してスプレー動作中にノズルから液体を滴らせる可能性がある凹部をスプレーチップの底部に形成しないように、二次衝突面を形成する出っ張りがスプレーチップ拡張チャンバ４２の最下端部を占めている。この場合、凹部又は他の液体蓄積隙間が存在し得ないように、二次衝突面５０の径方向外側縁部５１は、スプレーチップ吐出オリフィス４６の径方向内側縁部と位置合わせされた円筒面５２により画成される。スプレーチップ２１の拡張チャンバ４２内で微粒化されて拡張チャンバ４２を通じて方向付けられた液体粒子は、スプレーチップの任意の液体収容隙間内で凝集及び蓄積することなく、吐出オリフィス４６へと移動し続けて吐出オリフィス４６を通過するように押し進められる。
【００２０】
[0024]以上から分かるように、本発明のスプレーノズルアセンブリは、細かく微粒化された吐出スプレーをより効果的に形成して方向付けるようになっている。対象のスプレーノズルアセンブリは、より細かく微粒化された大容量の吐出液体スプレーを達成しつつ、小型の加圧空気生成器を用いて動作することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明に係る例示的な空気アシストスプレーノズルアセンブリの長手方向断面図である。
【図２】図１に示されるスプレーノズルアセンブリの下流側端面図である。
【図３】図１に示される例示的なスプレーノズルアセンブリの円で囲まれた部分の拡大部分断面図である。
【図４】図１の４−４線に沿うスプレーノズルアセンブリの横断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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