(57)【要約】リウェットシャワーあるいはスチームボックスと共に使用するための噴霧用ノズルが提供される。噴霧用ノズルは、第１オリフィス及び第２オリフィスと、これら第１オリフィスと第２オリフィスとの間の圧力を測定可能とする圧力ポートとを有する。噴霧用ノズルは、噴霧ユニットに取り付けたアクチュエータからの調節された水圧を測定可能とする、前記第１オリフィス及び第２オリフィスの上流側の圧力ポートをも有する。測定された圧力は、第１オリフィス及び第２オリフィスの何れかが完全にあるいは部分的に閉塞していることを判定するために使用することができる。
2004525760.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給源からの流体の流れを制御するためのアクチュエータユニットであって、
（ａ）噴霧ノズルと、
（ｂ）空気制御圧力の供給源に結合するための空気ポートを有するアクチュエータと、
を含み、
前記噴霧ノズルが、
（ｉ）水供給源に結合するための水ポートにして、前記アクチュエータが前記空気制御圧力を使用して該水供給源から噴霧ノズルに制御された水圧を提供する水ポートと、
（ii）該水ポートに結合した第１オリフィスと、
（iii）第１オリフィスの下流側の第２オリフィスと、
（iv）第１オリフィスの上流側に位置付けられ、アクチュエータからの調節された水圧を監視する第１圧力ポートと、
（ｖ）第１オリフィスと第２オリフィスとの間に位置付けられ、該第１オリフィスと第２オリフィスとの間の圧力を監視する第２圧力ポートと、
を含むアクチュエータユニット。
【請求項２】
第１オリフィスと第２オリフィスとが同一直径を有する請求項１のアクチュエータユニット。
【請求項３】
噴霧ノズルが、空気供給源から加圧された噴霧用空気を該噴霧ノズルに提供するための噴霧用空気入口を更に含む請求項１のアクチュエータユニット。
【請求項４】
噴霧ノズルが、水供給源に結合するための水ポートを含むノズル胴部と、該ノズル胴部に結合したエアキャップと、前記ノズル胴部及びエアキャップにより形成され、空気供給源からの加圧された噴霧用空気を受ける空気チャンバと、を含む請求項３のアクチュエータユニット。
【請求項５】
噴霧ノズルが、ノズル胴部内の水ノズル管と、該水ノズル管及びエアキャップにより形成される環状部分を更に含み、該環状部分が、加圧された噴霧用空気を空気チャンバから噴出可能とする請求項４のアクチュエータユニット。
【請求項６】
噴霧ノズルがノズル胴部を更に含み、該ノズル胴部が、水供給源に結合するための水ポートと、前記ノズル胴部内の水管とを更に含む請求項１のアクチュエータユニット。
【請求項７】
噴霧ノズルの水ノズル管が、ノズルオリフィスを含む請求項６のアクチュエータユニット。
【請求項８】
ノズルオリフィスが、第１オリフィス及び第２オリフィスの直径よりも大きい直径を有する請求項７のアクチュエータユニット。
【請求項９】
噴霧ノズルであって、
（ａ）水供給源からの調節された水圧を噴霧ノズルに提供するための水入り口と、
（ｂ）該水入口に結合された第１オリフィスと、
（ｃ）第１オリフィスの下流側の第２オリフィスと、
（ｄ）アクチュエータユニットからの調節された水圧を監視するための、第１オリフィスの上流側の第１圧力ポートと、
（ｅ）第１オリフィスと第２オリフィスとの間の圧力を監視するための、第１オリフィスと第２オリフィスとの間に位置付けられた第２圧力ポートと、
を含む噴霧ノズル。
【請求項１０】
空気供給源からの加圧された噴霧用空気を噴霧ノズルに提供するための噴霧用空気入口を更に含む請求項９の噴霧ノズル。
【請求項１１】
水入り口と、ノズル胴部に結合したエアキャップと、ノズル胴部及びエアキャップにより形成される噴霧用空気供給源からの加圧された噴霧用空気を受けるための空気チャンバと、を含むノズル胴部を更に含む請求項１０の噴霧ノズル。
【請求項１２】
ノズル胴部内の水ノズル管と、該水ノズル管及びエアキャップにより形成される環状部分と、を更に含み、該環状部分が、加圧された噴霧用空気を空気チャンバから噴出可能とする請求項１１の噴霧ノズル。
【請求項１３】
水入り口を含むノズル胴部と、該ノズル胴部内の水管とを更に含む請求項９の噴霧ノズル。
【請求項１４】
水ノズル管がノズルオリフィスを含む請求項１３の噴霧ノズル。
【請求項１５】
ノズルオリフィスが、第１オリフィス及び第２オリフィスの各直径よりも大きい直径を有する請求項１４の噴霧ノズル。
【請求項１６】
第１オリフィス及び第２オリフィスの直径が同じである請求項９の噴霧ノズル。
【請求項１７】
噴霧ノズルであって、
（ａ）水供給源から噴霧ノズルに調節された水圧を提供するための水入り口を有するノズル胴部と、
（ｂ）水入り口に結合した第１オリフィスと、
（ｃ）第１オリフィスの下流側の第２オリフィスと、
（ｄ）ノズル胴部内の水ノズル管と、
（ｅ）ノズル胴部と、第１オリフィス及び第２オリフィスとにより形成される第１チャンバにして、水供給源からの調節された水圧を受けるための第１チャンバと、
（ｆ）第１チャンバの下流側で第１オリフィスと第２オリフィスとの間に形成される第２チャンバと、
（ｇ）水供給源からの調節された水圧を監視するために第１チャンバに結合した第１圧力ポートと、
（ｈ）第１オリフィスと第２オリフィスとの間の圧力を監視するために第２チャンバに結合した第２圧力ポートと、
を含む噴霧ノズル。
【請求項１８】
水ノズル管と、第１オリフィス及び第２オリフィスとにより形成され、第２チャンバの下流側の第３チャンバを更に含む請求項１７の噴霧ノズル。
【請求項１９】
空気供給源からの加圧された噴霧用空気を噴霧ノズルに提供するための噴霧用空気入口を更に含む請求項１７の噴霧ノズル。
【請求項２０】
ノズル胴部に結合したエアキャップと、加圧された空気供給源からの加圧された噴霧用空気を受けるための、ノズル胴部と該エアキャップとにより形成される空気チャンバとを更に含む請求項１９の噴霧ノズル。
【請求項２１】
水ノズル管とエアキャップとにより形成され、加圧された噴霧用空気を空気チャンバから吹き出せるようにする環状部分を更に含む請求項２０の噴霧ノズル。
【請求項２２】
水ノズル管がノズルオリフィスを含む請求項１７の噴霧ノズル。
【請求項２３】
第１オリフィスと第２オリフィスとの直径が同じである請求項１７の噴霧ノズル。
【請求項２４】
ノズルオリフィスが、第１オリフィス及び第２オリフィスの各直径よりも大きな直径を有する請求項２２の噴霧ノズル。
【請求項２５】
（ａ）水供給源からの調節された水圧を噴霧ノズルに提供するための水入り口を有するノズル胴部と、
（ｂ）水入り口に結合した第１オリフィスと、
（ｃ）該第１オリフィスの下流側の第２オリフィスと、
（ｄ）第１オリフィスの上流側に位置付けた第１圧力ポートと、
（ｅ）第１オリフィスと第２オリフィスとの間に位置付けた第２圧力ポートと、
を有する噴霧ノズルにおける前記第１オリフィスと第２オリフィスとの状態を判定するための方法であって、
（ｉ）第１圧力ポート位置において、第１オリフィスと第２オリフィスとの上流側の圧力にして、該第１オリフィスと第２オリフィスとの間の圧力を前決定するところの上流側の圧力を測定すること、
（ii）第２圧力ポート位置において、前記第１オリフィスと第２オリフィスとの間の圧力を測定すること、
（iii）前記第１圧力ポート位置での圧力測定値と、第２圧力ポート位置での圧力測定値とから、第１オリフィス或いは第２オリフィスが部分的あるいは全体的に閉塞していることを判定すること、
を含む方法。
【請求項２６】
前記第１圧力ポート位置での圧力測定値と、第２圧力ポート位置での圧力測定値とから、第１オリフィス或いは第２オリフィスが部分的あるいは全体的に閉塞していることを判定することが、第２圧力ポート位置での圧力測定値が予め決定された圧力以下である場合は、第１オリフィスが部分的に閉塞していることか、あるいは第２オリフィスが損耗していることを判定することである請求項２５の方法。
【請求項２７】
前記第１圧力ポート位置での圧力測定値と、第２圧力ポート位置での圧力測定値とから、第１オリフィス或いは第２オリフィスが部分的あるいは全体的に閉塞していることを判定することが、前記第２圧力ポート位置での圧力測定値がゼロである場合には第１オリフィスが完全に閉塞されていることを判定することである請求項２５の方法。
【請求項２８】
前記第１圧力ポート位置での圧力測定値と、第２圧力ポート位置での圧力測定値とから、第１オリフィス或いは第２オリフィスが部分的あるいは全体的に閉塞していることを判定することが、前記第２圧力ポート位置での圧力測定値が予め決定された圧力よりも大きい場合は、第１オリフィスが損耗しているか、あるいは第２オリフィスが部分的に閉塞していることを判定することである請求項２５の方法。
【請求項２９】
前記第１圧力ポート位置での圧力測定値と、第２圧力ポート位置での圧力測定値とから、第１オリフィス或いは第２オリフィスが部分的あるいは全体的に閉塞していることを判定することが、前記第２圧力ポート位置での圧力測定値が上流側の圧力と等しい場合には第２オリフィスが完全に閉塞していることを判定することである請求項２５の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオリフィスあるいはノズルを通過する流量を監視するための装置及び方法に関し、詳しくは、製紙工業におけるリウェットシャワーあるいはスチームボックスと共に使用することを意図した装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の製紙装置では紙は水と繊維の混合物であるパルプから連続プロセスを経て製造される。製紙では、製紙装置の形成セクション、加圧セクション、そして乾燥セクションが最も重要である。ヘッドボックス位置の通常のパルプには約１％の繊維と９９％の水分とが含まれる。
【０００３】
製紙装置の形成セクションでは、重力と真空吸引とを用いてパルプから水分を除去し、板紙を形成する。板紙は加圧セクションの一連のプレス機を通して運ばれることで水分が更に除去され、繊維ウェブが連結される。加圧セクションを経た板紙の水分濃度は約４０％に低下する。板紙が、乾燥セクション内で蒸気加熱された一連のシリンダと接触するに従い板紙の残留水分は更に蒸発し、繊維どうしが結合するようになる。乾燥セクション後の板紙の水分レベルは約５〜１０％に低下する。
【０００４】
紙製品の重要な特性の１つは絶対水分レベルである。この絶対水分レベル以上に重要なのは、製紙機方向及び製紙機横断方向での紙製品の含水量が何れも一様なことである。板紙のこの含水量に変動があると、紙の品質はしばしば絶対水分レベルにおけると同じかそれ以上の影響を受ける。製紙機には、板紙の、特に装置横断方向での含水量を変化させ得る数多くの作用がある。製紙機が製造する板紙ではウェットエッジや特有の水分プロファイルが生じる。かくして、製紙中の水分プロファイルをコントロールするために市販入手することのできる数多くのアクチュエータシステムが開発されてきている。
【０００５】
そうしたアクチュエータシステムの１つはリウェットシャワーである。リウェットシャワーでは、製紙機横断方向に連続するセグメント（あるいは帯域）に取り付けたアクチュエータノズルユニットが使用される。水量は各アクチュエータノズルユニットを通して個別に制御される。従って、このリウェットシャワーを用いれば板紙の水分プロファイルを調節することができる。こうしたリウェットシャワーでは通常、リウェット効果を創出するための十分小さな液滴を発生させるための空気噴霧ノズルが使用される。
【０００６】
リウェットシャワーのアクチュエータノズルユニットの各ノズルは通常、板紙から数インチ離して位置決めされるが、製紙機周囲の繊維によってノズルのオリフィスが部分的あるいは完全に閉塞される恐れがある。その他に、製紙機が、従って噴霧システムが時計回りに作動することが原因となってノズルのオリフィスが時間と共に損耗する恐れもある。ノズルオリフィスに変動があるとノズルの流れ特性に影響が生じ、結局、噴霧システムの性能に影響が生じる。
【０００７】
水分プロファイルをコントロールするための別のそうしたアクチュエータシステムは、製紙機において紙の水分制御及び脱水のために用いるスチームボックスである。スチームボックスは紙の表面に水分と熱とを加える。製紙機の最終目的は紙の含水量を代表的には５〜１０％と言う比較的低いレベルにコントロールすることである点から見て、紙に水分を加えるのは逆効果のようであるが、スチームボックスにより加えられる熱が、そうした低レベルの含水量を実現するのである。実験によると、紙を蒸気で加熱した場合、加圧プロセス中に蒸気の凝縮による追加分よりもずっと多い水分量を除去することができる。
【０００８】
大抵のプラントでは蒸気は容易に且つ安価に入手することができるため、蒸気を使用する装置の方が、その他の熱源を使用する装置よりも数が多い。スチームボックスには水噴霧システムにおけると同じような問題がある。スチームボックスの外側の繊維が蒸気流れオリフィスを閉塞し、スチームボックスの性能を低下させる恐れがある。世界にはスチームボックス製造業者は数多くあるが、スチームボックスのオリフィスの状況を監視することのできる装置あるいは方法を備えたスチームボックスはない。
【０００９】
リウェットシャワーあるいはスチームボックスの各セグメント（あるいは各帯域）を通過する流量は各セグメントあるいは帯域に位置付けたアクチュエータを介して調節される。アクチュエータは、入力信号を出力動作に変換する装置である。この出力動作を制御機構に用いることができる。リウェットシャワーあるいはスチームボックスでは水あるいは蒸気が被制御媒体である。
【００１０】
リウェットシャワーあるいはスチームボックスで使用することのできるアクチュエータ形式には２つある。一方の形式のものは制御信号を直線移動に変換するものである。この直線移動が、弁機構の開放面積を比例調節するために使用される。従って、弁の上流側の流れ圧力を一定に保つことでこの弁を通過する流量を直線様式下に制御可能であり、また、弁位置での弁開放面積を変化させることで流量を決定することができる。
他の形式のものは、レギュレータタイプと称されるものである。レギュレータタイプのアクチュエータは制御用の参照空気圧に基いて流れ圧力の送りを調節し、弁を一定開放させる。圧力送りが変動すると一定オリフィスが流量を決定する。
【００１１】
レギュレータタイプのアクチュエータは小幅の流量調節が必要な用途のために特に有用である。小さいオリフィスの開放を精密に調節するのは非常に難しいので、そうした小さいオリフィスへの流れ圧力の送りの調節は、このオリフィスには触れないで行うほうがずっと簡単である。
【００１２】
リウェットシャワーの他の重要な部品はノズルである。水噴霧用には液体及び空気噴霧用の２種類のノズルが広汎に用いられる。液体ノズルでは高圧源からのエネルギーを使用してノズル位置で水を液滴に破壊する。液体ノズルを通過する流量は高圧源の関数である。噴霧角や噴霧速度プロファイルといった噴霧模様は圧力によっても影響を受ける。液滴寸法は流量に関連することから、液体ノズルは設計固定位置での作動用に理想的なものである。
【００１３】
空気噴霧ノズルは加圧空気のエネルギーを用いて水を小さな液滴に破壊する。噴霧模様は空気圧のみによって影響され、ノズルを通して所定位置に送る水量とは無関係である。空気噴霧用ノズルを出る液滴の寸法は、水量よりはむしろ空気圧による影響のほうがずっと大きい。液滴寸法の制御を水量制御から分離させることにより、噴霧用システムのストラテジーは実質的に簡略化される。
【００１４】
水噴霧用のリウェットシャワー及びスチームボックスは何れも製紙機周囲の埃の多い環境下で作動する。先に説明したように、これらのシステムの流れオリフィスは流れ通路を部分的にあるいは完全に閉塞する恐れのある繊維を受ける。加えて、流れオリフィスは、システムが通常、長時間にわたり時計回りに動作することが原因となって損耗する。既存のリウェットシャワーあるいはスチームボックスには、流れオリフィスの状況を有効に監視することのできるフィードバック機構を持つものはない。
【００１５】
伝統的に、単一のオリフィス開口を通しての圧力降下が、流量を算出するために測定される。この技法は、オリフィスの開口面積がそうした閉塞あるいは損耗によって変化するとうまく作用しない。
【００１６】
【特許文献１】
米国特許出願公開番号第０９／７１２，４１７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
供給源からの流体の流れを制御するためのアクチュエータユニットを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明によれば、噴霧ノズルと、制御空気圧源に接続するための空気ポートを有するアクチュエータとを有するアクチュエータユニットであって、
（ｉ）水供給源にして、前記アクチュエータが前記制御空気圧源を使用して該水供給源からの調節された水圧を噴霧ノズルに提供させる水供給源に接続するための水ポートと、
（ii）水ポートに結合した第１オリフィスと、
（iii）第１オリフィスの下流側の第２オリフィスと、
（iv）アクチュエータからの調節された水圧を監視するための、第１オリフィスの上流側の第１圧力ポートと、
（ｖ）第１オリフィスと第２オリフィスとの間に位置付けられ、該第１オリフィスと第２オリフィスとの間の圧力を監視するための第２圧力ポートと、
を含むアクチュエータユニットが提供される。
【００１９】
本発明の他の様相によれば、
噴霧ノズルであって、
（ａ）水供給源からの調節された水圧を噴霧ノズルに提供するための水入り口と、
（ｂ）水入り口に結合した第１オリフィスと、
（ｃ）第１オリフィスの下流側の第２オリフィスと、
（ｄ）アクチュエータからの調節された水圧を監視するための、第１オリフィスの上流側の第１圧力ポートと、
（ｅ）第１オリフィスと第２オリフィスとの間の圧力を監視するための、第１オリフィスと第２オリフィスとの間に位置付けられた第２圧力ポートと、
を含む噴霧ノズルが提供される。
【００２０】
本発明の他の様相によれば、
（ａ）水供給源からの調節された水圧を噴霧ノズルに提供するための水入り口を有するノズル胴部と、
（ｂ）水入り口に結合した第１オリフィスと、
（ｃ）第１オリフィスの下流側の第２オリフィスと、
（ｄ）ノズル胴部内の水ノズル管と、
（ｅ）ノズル胴部と、第１オリフィスと、第２オリフィスとにより形成され、水供給源からの調節された水圧を受けるための第１チャンバと、
（ｆ）第１チャンバの下流側で第１オリフィスと第２オリフィスとの間に形成された第２チャンバと、
（ｇ）水供給源からの調節された水圧を監視するための、第１チャンバに結合された第１圧力ポートと、
（ｈ）第１オリフィスと第２オリフィスとの間の圧力を監視するための、第２オリフィスに結合された第２圧力ポートと、
を含む噴霧ノズルが提供される。
【００２１】
本発明の他の様相によれば、
（ａ）水供給源からの調節された水圧を噴霧ノズルに提供するための水入り口を有するノズル胴部と、
（ｂ）水入り口に結合した第１オリフィスと、
（ｃ）第１オリフィスの下流側の第２オリフィスと、
（ｄ）第１オリフィスの上流側に位置付けた第１圧力ポートと、
（ｅ）第１オリフィスと第２オリフィスとの間に位置付けた第２圧力ポートと、
を含む噴霧ノズルが提供される。
【００２２】
本発明の他の様相によれば、
第１オリフィス及び第２オリフィスの状況を判定するための方法であって、
（ｉ）第１圧力ポート位置において第１オリフィス及び第２オリフィスの上流側での圧力を測定すること、
（ii）第２圧力ポート位置で第１オリフィスと第２オリフィスとの間の圧力を測定すること、
（iii）第１圧力ポート位置及び第２圧力ポート位置で測定した各前記圧力から、第１オリフィスあるいは第２オリフィスの部分的なあるいは完全な閉塞を判定すること、
を含み、
第１圧力ポート位置で測定した前記第１オリフィス及び第２オリフィスの上流側での圧力が、第１オリフィスと第２オリフィスとの間の圧力を予め決定する前記方法が提供される。
【発明の効果】
【００２３】
供給源からの流体の流れを制御するためのアクチュエータユニットが提供される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明では、圧力を測定するために二重オリフィス技術が使用される。二重オリフィス形態は図１のアクチュエータノズルユニット（以下、ノズルユニット）１０において示されている。ノズルユニット１０に含まれる噴霧ノズル２２内で２つのオリフィス、即ち上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４との間の圧力が測定され、この圧力の変化が、上流側圧力が一定である状態下に、ある時間に渡り監視される。
【００２５】
図１に示されるように、上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４との間には第１圧力ポート１６が位置付けられる。上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４の上流側には、ノズルユニット１０に含まれるアクチュエータ２０からの調節された水圧を監視するための別の、即ち第２圧力ポート１８も位置付けられる。第２圧力ポート１８により測定された上流側での水圧が、ポート２４を通してアクチュエータ２０に送られる制御空気圧と比較される。この比較による結果がアクチュエータ２０の性能診断に示される。上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４との間で測定された圧力が第２圧力ポートで測定した圧力と組み合わされ、上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４の状況を監視するために使用される。
【００２６】
本発明の技術は、移動する流体がオリフィスを通過する際には常に圧力が降下するという事実に基づくものである。上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４との間の圧力は上流側圧力の一部分であり、各オリフィス位置での圧力比は、流れ通路に幾何学的変動がなければ一定である。二重オリフィスの上流側オリフィス１２が部分的に閉塞されると、上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４との間の測定圧力値は通常よりも低くなる。上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４との間の測定圧力値がゼロであると、通常作動中は上流側オリフィスは完全に閉塞されている。上流側のオリフィスが損耗すると、上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４との間の圧力測定値は大きくなるはずである。同様に、下流側オリフィス１４が閉塞すると流れ抵抗が大きくなり、結局、上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４との間の圧力測定値が大きくなる。下流側オリフィス１４が完全に閉塞すると、上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４との間の圧力測定値は上流側での圧力と等しくなる。下流側オリフィス１４が損耗すると上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４との間の圧力測定値は低下する。
【００２７】
要するに、上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４との間の圧力測定値が降下することにより、上流側オリフィス１２の閉塞か、もしくは下流側オリフィス１４の損耗が示されることになる。上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４との間の圧力測定値が増大する場合は上流側オリフィス１２の損耗か、若しくは下流側の第２オリフィスの閉塞が示される。上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４のどちらが原因で測定圧力値が変動したかを知ることはできないが、本発明の流れモニタの使用者は各オリフィスが交換時期にあると結論づけることができる。上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４とは、交換を容易化するために１つの部品として設計することができる。
【００２８】
上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４とは図１に示すような一体のアクチュエータノズルユニット１０において使用される。ユニット１０は、上部位置のレギュレータタイプのアクチュエータ２０と、底部位置の空気噴霧ノズル２２とから構成される。アクチュエータ２０の上部には、入力空気制御信号に接続されたポート２４が位置付けられる。レギュレータタイプのアクチュエータに送られる空気圧が、上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４とへの水圧送りを制御する。上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４との各直径が本ユニット１０からの最大流れ容量を決定する。用途毎の流れ基準に基づき、使用する上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４の各直径を異ならせることができる。
先に説明したように、ユニット１０の図で左側には、何れも圧力を監視するための２つのポート、即ち第１圧力ポート１６と第２圧力ポート１８とが位置付けられる。第２圧力ポート１８はアクチュエータ性能を監視する。第１圧力ポート１６位置での圧力測定値は第２圧力ポート１８位置での圧力測定値と組み合わされ、上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４と、もっと下流側のノズルオリフィス２６との状態を監視するために用いられる。
【００２９】
空気噴霧ノズル２２は、図１には示されない水供給源に結合した水ポート２８と、図１にはやはり図示されない加圧噴霧空気源に結合した空気ポート３０とを有する。噴霧空気圧力が、図１に示すような伝統的な同軸の空気／水ノズルを通る水滴寸法を制御する。上流側オリフィス１２と下流側オリフィス１４とを連続して通過した水は、ノズルの中央オリフィス２６に流入し、ノズルからの水ジェットを形成する。加圧噴霧用空気はこの水ジェットの周囲の環状部分を通して流れて噴霧用エアジェットとなる。噴霧用エアジェットは、内側の水ジェットよりもずっと速い速度で移動する。水ジェットとエアジェットとの間の境界位置に生じる急な速度勾配により発生する剪断力により、水が小さな液滴に破壊される。ノズルを出る水粒子の直径は５０ミクロン未満になるであろう。ユニット１０は、単独で、あるいはリウェットシャワーのような用途のための配列構成における共通マニホルドに取り付けて用いることができる。
【００３０】
アクチュエータノズルユニット１０を備えた実際のリウェットシャワーでは、リウェットシステムの初期設定中に各ユニット１０のデータが記録されるべきである。このデータには、ポート２４位置で生じ得る各空気制御信号に対する第１圧力ポート１６及び第２圧力ポート１８位置での圧力読み取り値が含まれる。このデータは、以後の通常運転中に上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４あるいはノズルオリフィス２６の状況の検査や、レギュレータタイプのアクチュエータ２０の性能を検査するためにも使用することができる。
【００３１】
ポート２４位置の制御信号並びに第１圧力ポート１６及び第２圧力ポート１８からの相当する圧力読み取り値が、通常運転中の任意の時間に取得され、記録データと比較される。第２圧力ポート１８からの圧力読み取り値が通常値と合致しない場合はレギュレータタイプのアクチュエータは故障している。第１圧力ポート１６からの圧力読み取り値と記録された通常圧力値とが一致しない場合は、上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４位置あるいはノズルオリフィス２６位置に問題があることが分かる。
【００３２】
図２を参照するに、レギュレータタイプのアクチュエータ２０の実施例が示される。本実施例では“Ｂｅｌｌｏｗｓ  Ａｃｔｕａｔｏｒ  Ｆｏｒ  Ｐｒｅｓｓｕｒｅ  Ａｎｄ  Ｆｌｏｗ  Ｃｏｎｔｒｏｌ”と題し２０００年１１月１４日に出願された米国特許出願番号第０９／７１２，４１７号に記述される事項が示される。図２の実施例では特定のアクチュエータ２０が示されるが、アクチュエータ２０は上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４に送る水の圧力を制御するための、当業者に周知の任意の様式下において具体化し得るものとする。
【００３３】
アクチュエータ２０は、内側チャンバ３２と、可撓性の金属ベローズ３６により分離された外側チャンバ３４とから成り、外側チャンバ３４は、空気入口封入キャップ４０と、ベローズ３６と、水入り口端部ピース４２と、ピストン４４とから形成される。制御空気入口２４が外側チャンバ３４内に空気を送り込む。内側チャンバ３２は、水入り口端部ピース４２と、ベローズ３６と、ピストン４４とから形成される。供給水入口５０が内側チャンバ３２に水を送り込む。ピストン３３に弁ステム４６が取り付けられ、弁座４８が供給水入口５０位置で弁を形成する。噴霧水出口５２が、上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４、そしてノズルオリフィス２６に水を送る。
【００３４】
アクチュエータ２０の初期設定には、金属ベローズ３６を所定量圧縮し、弁ステム４６を、弁オリフィス５４がこうした予じめ圧縮された状態下に閉じるようにして取り付けることが含まれる。更に、水入り口端部ピース４２とピストン４４とは、相対移動するに際して相互に直径位置で案内されるのみならず、金属ベローズ３６のための捩れないガイドとして作用するべく設計される。
【００３５】
アクチュエータ２０は、上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４、そしてノズルオリフィス２６への圧力送りを、制御空気圧を参照圧力として使用することにより制御する。水供給源が、噴霧ノズル２２のために所望される最大圧力を上回る圧力下に供給水入口５０に水を供給する。制御空気は空気入口封入キャップ４０を通して金属ベローズ３６に送られる。
【００３６】
外側チャンバ３４内の空気圧力はベローズ３６の有効面積に作用し、対向する３つの反力、即ち、予備圧縮された金属製のベローズ３６のバネ力と、水供給源から弁オリフィス５４の比較的小さい開口面積に作用する水圧と、内側チャンバ３２内の噴霧水からベローズ３６の有効面積に作用する噴霧圧力と、による抵抗を受ける力を発生させる。ベローズのバネ力及び水供給源の水圧は実質的に小さいあるいは一定であるため、制御空気圧を変更する際の、上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４、そしてノズルオリフィス２６に送られる水圧への影響を予測することができる。アクチュエータ２０は残りの反力、即ち噴霧水の噴霧圧力に作用する。
【００３７】
ベローズ３６の予備圧縮量により、制御空気圧が開始圧力未満であると判断されると、弁ステム４６は弁座４８に座着し続けるので水は弁を通過せず、下流側の上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４、そしてノズルオリフィス２６には水圧は加わらない。
【００３８】
制御空気圧がアクチュエータ２０の開始圧力を超えると弁ステム４６がピストンに押し下げられ、水が弁オリフィス５４を通して内側チャンバ３２に入り、上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４、そしてノズルオリフィス２６を通して出る。下流側の上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４、そしてノズルオリフィス２６は水を通すが、そうした水流れに抵抗も与え、かくして内側チャンバ３２内には圧力が蓄積される。内側チャンバ３２内の圧力が増大するに従い、前記３つの合計反力が外側チャンバ３４内の制御空気圧と一致するまでに増大する。制御空気圧と３つの合計反力とが均衡すると、上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４、そしてノズルオリフィス２６を通して所定の流量が流れる。
【００３９】
図３には、アクチュエータノズルユニットのノズル部分の実施例が示される。ノズル部分は、ノズル胴部５６と、上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４と、水ノズル管５８と、エアキャップ６０とから構成される。ノズル胴部５６はアクチュエータ２０の取り付けベースとしても作用する。ノズル胴部５６の供給水入口２８はアクチュエータ２０への供給水入口５０に結合される。アクチュエータ２０からの噴霧水出口５２はノズル胴部５６の調節水入口６２と整合される。
【００４０】
ノズル胴部５６内の水流路に沿って３つのチャンバが配置される。ノズル胴部５６と、上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４とにより形成される上流側チャンバ６４には圧力ポート１８が結合される。上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４との間でノズル胴部５６により包囲された中央チャンバ６６には圧力ポート１６が結合される。上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４と、水ノズル管５８とにより、下流側チャンバ６８が形成される。噴霧空気入口３０を通して噴霧用空気が、ノズル胴部５６とエアキャップ６０とにより形成される空気チャンバ７０に入る。空気チャンバ７内の加圧空気が、水ノズル管５８とエアキャップ６０との間に形成される環状部を通して吹き出される。
【００４１】
アクチュエータ２０からの水が上流側チャンバ６４に入り、上流側オリフィス１２を通して中央チャンバ６６に噴入され、下流側オリフィス１４を通して下流側チャンバ６８に入り、最後に、水ノズル管５８のノズルオリフィス２６を通してノズル２２を出る。上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４、そしてノズルオリフィス２６に送られる加圧水の圧力ヘッドは、上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４、そしてノズルオリフィス２６位置での水頭損失により減少する。次いで残余の水頭が、水ノズル管５８を出る運動エネルギー（速度）に変換される。上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４、そしてノズルオリフィス２６の夫々を水が通過すると、上流側チャンバ６４位置での圧力降下量は３倍となる。水圧は結局、ノズル２２の外側の周囲圧力となる。
【００４２】
水ノズル管５８のノズルオリフィス２６はノズル２２を出る液滴寸法に影響を与えるが、全ての用途において同一である。上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４のオリフィス径が、各用途のための最大水流れ容量を決定する。大抵の用途のためには、ノズルオリフィス２６の直径は流れオリフィスの直径よりもずっと大きい。従って、水ノズル管５８を通しての圧力降下量は、第２オリフィス１２及び下流側オリフィス１４の何れかを通しての圧力降下量よりも実質的に小さい。中央チャンバ６６内の圧力は比較的大きいので、この中央チャンバの圧力を容易に精密測定することができる。それ故、本発明では設計上、単一のオリフィスに代えて２つの、即ち上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４が使用される。実際は、これら上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４の各直径は同じかあるいは異ならせることができる。
【００４３】
第２圧力ポート１８位置での圧力読み取り値と、ポート２４位置でのアクチュエータの制御信号の入力値との比較値を、アクチュエータの性能を診断するための情報として使用することができる。中央チャンバ６６位置での圧力は圧力ポート１６位置で読み取られる。中央チャンバの圧力を第２圧力ポート１８位置での圧力読み取り値と組み合わせた値が、上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４、そして水ノズル管５８の状況を監視するための重要な情報となる。上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４、あるいはノズルオリフィス２６位置での材料損耗あるいは汚染物の詰まりは、この中央チャンバ６６位置での圧力変動となって反映される。上流側の圧力が一定である場合、中央チャンバ６６内の圧力は、流路、特に上流側オリフィス１２及び下流側オリフィス１４、そして水ノズル管５８の値での流路に沿った幾何学が変化しなければ一定値となる。先に説明したように、中央チャンバ６６内の圧力が増大すると、上流側オリフィス１２位置での損耗が生じ、もしくは下流側オリフィス１４あるいはノズルオリフィス２６位置に閉塞が生じる。この中央チャンバ６６内の圧力が減少することにより、下流側オリフィス１４あるいはノズルオリフィス２６位置での損耗、もしくは上流側オリフィス１２位置での閉塞が示唆される。
【００４４】
本発明のアクチュエータノズルユニットは、水量を連続的に、しかしヒステリシスの無い状態下に入力制御に応答させる設計形状を有する。更に、本アクチュエータノズルユニットの設計形状によれば、このアクチュエータノズルユニットを制御するための空気圧制御信号、参照圧力、を遠隔発生させることが可能である。空気圧信号を用いることで、アクチュエータノズルユニットを製紙工場のような苛酷な環境下に配置した場合の信頼性が提供される。ストロークが極めて短いことから、アクチュエータノズルユニットの寸法形状を小型化することが可能であり且つ実用寿命が非常に長くなる。
【００４５】
二重のオリフィスを用いる本発明を、オリフィスの閉塞あるいは損耗が問題となる場合に流れオリフィスの状況を監視する要のあるその他の用途に使用することができる。本発明の二重のオリフィスは１つの部品としての設計形状を有するが、各オリフィスを、１つの部品として設計した、先に説明した２つのオリフィスと同じように作動する２つの別個の部品に設計することができる。
以上、本発明を実施例を参照して説明したが、本発明の内で種々の変更をなし得ることを理解されたい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の二重型オリフィス形態を含むアクチュエータノズルユニットの断面図である。
【図２】図１のアクチュエータノズルの一部であるところのレギュレータタイプのアクチュエータの１実施例図である。
【図３】図１のアクチュエータノズルのノズル部分の１実施例図である。
【符号の説明】
【００４７】
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  第１圧力ポート
１８  第２圧力ポート
２０  アクチュエータ
２２  空気噴霧ノズル
２４  ポート
２６  中央オリフィス
２８  水ポート
３０  空気ポート
３２  内側チャンバ
３４  外側チャンバ
３６  金属ベローズ
４０  空気入口封入キャップ
４２  水入り口端部ピース
４４  ピストン
４６  弁ステム
４８  弁座
５０  供給水入口
５２  噴霧水出口
５４  弁オリフィス
５６  ノズル胴部
５８  水ノズル管
６０  エアキャップ
６２  調節水入口
６６  中央チャンバ
６８  下流側チャンバ
７０  空気チャンバ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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【国際調査報告】
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