(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エアアシスト式噴射ノズルアセンブリであって、
液入口通路及びガス入口通路を有するノズル本体と、該ノズル本体の下流に配置されるエアキャップとを備え、
前記噴射ノズルアセンブリは、前記エアキャップを軸方向に通る液の流れを排出するため前記液入口通路と連通する液吐出オリフィスを有し、
前記エアキャップは、前記液吐出オリフィスの両側にあって直径方向に対峙すると共に長手方向に延びる１対の空気通路を有し、
該空気通路の各々は、該空気通路の軸方向端のところに軸心横断方向の偏向フランジを有し、前記偏向フランジは、前記空気通路の軸心に対して直交する半径方向面に向けられ、
前記エアキャップは、内方にテーパが付けられた一対の偏向面を含み、
前記テーパが付けられた偏向面の各々は、それぞれの軸心横断方向の偏向フランジと対峙し、前記空気通路の各々の長手方向の軸心の一部に対して前記偏向面から鋭角で延びており、
前記軸心横断方向の偏向フランジは、内側半径方向に端部を有し、
前記端部は、前記長手方向の空気通路の軸心間の直径方向の間隔よりも小さく前記空気通路の内側半径方向の端部間の直径方向の間隔より大きい距離だけ直径方向に離間しており、
前記テーパが付けられた偏向面と前記偏向フランジの前記端部は、それぞれ直径方向に対峙する空気吐出オリフィスを画成し、
前記液の流れを霧化して該液の流れを所定の噴射パターンにするため、前記空気通路を通って送られる空気流のかなりの部分が、前記軸心横断方向の偏向フランジに衝突すると共に、排出する前記液の流れの両側との衝突関係に向けて送り出される、エアアシスト式噴射ノズルアセンブリ。
【請求項２】
前記偏向フランジは、前記偏向面間の直径方向間隔に対応する曲率半径をもつ対峙した湾曲端部を有している、請求項１に記載の噴射ノズルアセンブリ。
【請求項３】
前記テーパが付けられた偏向面の各々は、前記エアキャップの切頭円錐形下流延長部の外側湾曲辺により画成されている、請求項１に記載の噴射ノズルアセンブリ。
【請求項４】
前記ノズル本体は、予霧化部を含んでおり、該予霧化部内で、前記液入口通路及び前記ガス入口通路内に導入された液及び空気の加圧流が強く混合されて液を予霧化し、前記液吐出オリフィスは、前記予霧化部と連通していて、前記予霧化された液の流れを前記エアキャップから排出する、請求項１に記載の噴射ノズルアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【関連出願の相互参照】
本出願は、１９９９年６月１１日に出願された米国特許願第０９／３３０，７４６号の一部継続出願であり、その開示内容は参照によりこの明細書に組み入れられる。
【０００２】
【発明の分野】
本発明は、総括的にはエアアシスト式噴射ノズルに関し、特に、液体粒子の細分化を強化すると共に噴射分布の制御を改善するための、エアアシスト式噴射ノズルで使用する改良型エアキャップに関するものである。
【０００３】
【発明の背景】
加湿や蒸発冷却のような大抵の噴霧適用例においては、雰囲気中における分布の表面積を最大にするように、比較的に微細の噴射粒子を発生することが望ましい。そのため、空気のような加圧ガスを用いて液体流量を細分化もしくは霧化して非常に微細の液体粒子にするエアアシスト式噴射ノズルアセンブリを使用することが知られている。例えば、あるエアアシスト式噴射ノズルアセンブリにおいては、液体は、排出噴射パターンを形成するのに役立つノズルチップもしくはエアキャップから上流側で該ノズルアセンブリ中に配置された噴霧室において主として機械的に細分化される。或いは、液粒子の細分化はエアキャップ自体内で行うことができる。
【０００４】
効率的及び経済的な作動の観点からは、このような粒子の細分化は、比較的に低い空気流量及び圧力を使用して行うのが望ましい。今までは、このようにすると問題が起きていた。特に、効率的及び経済的な作動を可能にするノズルチップ及びエアキャップは、一般に設計が複雑であり、従って、製造に比較的に費用がかかる。更に、非常に微細の噴射粒子が発生され排出されるときであっても、これらの粒子を、はっきりした輪郭の比較的に広い扁平噴射パターンのように所望の制御をして指向させることは難しい。
【０００５】
【発明の目的及び概要】
本発明の目的は、液体粒子の細分化を強化すると共に噴射分布及びパターンの制御を改善するのに効果的な改良型エアキャップを有するエアアシスト式噴射ノズルを提供することである。
【０００６】
本発明の別の目的は、空気流量及び圧力が低く、圧縮機とは異なって比較的にかさの小さい低圧力のファンにより発生させるのに十分である、上述した特徴のエアアシスト式噴射ノズルを提供することである。
【０００７】
本発明の更なる目的は、液体粒子の制御が改善されていて、幅の広い扁平噴射パターンを発生させるのに効果的なエアキャップのある上述した種類の噴射ノズルアセンブリを提供することである。関連した目的は、吐き出す扁平噴射パターンを所望幅にするように容易に設計を変更できる上述のようなエアキャップを提供することである。
【０００８】
本発明の更に別の目的は、設計が単純であり経済的な製造に向いている上述した種類のエアキャップを提供することである。関連した目的は、２種ほどの少ない加工作業で効率的に形成することができる精密な空気通路及び液流れ通路並びに偏向面を有する上述したようなエアキャップを提供することである。
【０００９】
本発明のこれらの目的及び利点並びにその他の目的及び利点は、本発明の好適な例証実施例についての以下の記載を読むと共に、添付図面を参照することにより、一層容易に明らかとなろう。
【００１０】
【好適な実施例の詳細な説明】
本発明は、種々の変形及び代替構造が可能であるが、その例証となる実施例を図面に示し以下に詳細に説明する。しかし、本発明を開示した特定の形態に限定することを企図しているのではなく、反対に、本発明は、その精神及び範囲内に入る全ての変形例，代替構造及び均等物に及ぶものであることを理解されたい。
【００１１】
特に図１を参照すると、本発明を実施するエアアシスト式噴射ノズルアセンブリ１０が例示されている。この噴射ノズルアセンブリ１０は、空気のような加圧ガスを使用して、表面積を最大にするように液流量を霧化して非常に微細の粒子にする。本発明は特定の図示噴射ノズルアセンブリに関連して説明されるが、容易に分かるように、本発明は、異なる構造を有する噴射ノズルに同様に適用しうる。
【００１２】
図示の噴射ノズルアセンブリ１０は、中央に液入口通路１４を備えて形成されたノズル本体１２を含んでおり、この液入口通路１４は、前方に向かって内側に延びる複数のガス入口通路１６に上流端で連通する環状ガス入口通路１５により囲まれている。この場合、ノズル本体１２は、雄ねじが切られたその円筒形の後方延長部１８を介して噴射ノズルアセンブリ１０の基台部２０に接続されている。ノズル本体の後方延長部１８は、該ノズル本体が液及びガス入口通路１４，１５を基台部２０にある対応の液及びガス入口通路２２，２４と連通させて支持されるように、該基台部２０にある雌ねじ付き凹所に螺合している。液及びガス入口通路２２，２４とそれぞれ連通する液及びガス入口ポート（図示せず）は、基台部２０に設けられている。適当な供給管路をこれらの液及びガス入口ポートに既知の方法で取り付けて、噴射ノズルアセンブリ１０に加圧された液及びガス流を供給することができる。
【００１３】
図１に例示した本発明の実施例において、噴射ノズルアセンブリ１０は、大部分がノズル本体１２の下流端により画成された予霧化部２６を含んでいる。予霧化部２６は、この場合、液入口通路１４及び限流オリフィス３０の間に連通する内方にテーパ付き中央入口通路２８を有しており、該限流オリフィス３０は、円筒形の膨張室３２と連通している。ガス入口通路１６にある加圧ガスは、複数の半径方向空気通路３４を介して膨張室３２と連通する環状室３３に送られる。従って、当業者にとって明らかなように、液入口通路１４を介して導入された加圧液は、限流オリフィス３０を通って加速されて膨張室３２に入り、そこで、半径方向空気通路３４を経て送られてくる複数の加圧空気流によって、細分され霧化される。予霧化部２６の更なる詳細は米国特許第５,８９９,３８７号に記載されており、その開示内容は参照によりこの明細書に組み込まれる。勿論、当業者なら分かるように、液体を予霧化するためにその他の構造及び方法を採用してもよい。
【００１４】
霧化を促進すると共に、液体粒子を所望の噴射パターンにするために、エアキャップ３５が予霧化部２６の直ぐ下流に設けられている。図示のエアキャップ３５は、上流室３８を備えて形成された円筒形の胴部もしくは本体部３６からなる一体構造であり、この上流室３８がノズル本体１２の下流端を受け入れる。エアキャップにある上流室３８は、上流側の円筒形部分３９と、中央の流体流路４１に連通する内方にテーパ付き部分即ち円錐形の中央部分４０とにより画成されている。
【００１５】
エアキャップ３５は、中央の流体流路４１を膨張室３２と連通させると共に該エアキャップの上流端でノズル本体１２の下流端周りに環状空気室３３を画成して、ノズル本体１２に装着されている。ノズル本体１２の下流端は、エアキャップ３５のテーパ付き部分４０と接続係合するため内方にテーパが付けれらている。ノズル本体１２の下流端を取り巻く環状溝内に支持されたＯ−リングシール４４は、ノズル本体１２とエアキャップのテーパ付き部分４０との間に介在して、中央の流体流路４１を周囲の環状空気室３３から封止している。エアキャップ３５をノズル本体１２に固定するため、エアキャップ３５は外方に延びる環状保持フランジ４５を有し、この環状保持フランジ４５が、ノズル本体１２の雄ねじ付き環状部に螺着する環状保持リング４６に係合されている。
【００１６】
エアキャップ３５の中央の流体流路４１は、扁平噴射パターンを発生させるためエアキャップ３５の円錐形下流端部分５０を貫通する斜交（cross)スロットにより画成された細長い吐出オリフィス４８と連通している。エアキャップ３５から邪魔されることなく扁平噴射パターンを吐出可能とするため、このエアキャップ３５は、細長い吐出オリフィス４８の両端にあって後方にテーパ付き側面５１を有している。
【００１７】
エアキャップ３５は、更に、外側の環状空気室３３から下流側に連絡する一対の直径方向に対峙する空気通路５５を備えて形成されているので、ガス入口通路１６を通り環状空気室３３に送られる空気の一部は予霧化部２６をバイパスする。図示の実施例における各空気通路５５は、エアキャップ３５の前方延長部５６の中に延びて入り、それぞれ吐出オリフィス（空気通路吐出オリフィス）６０と連通する。
【００１８】
本発明によると、エアキャップは、所要の空気流量及び圧力を最小にしながら、予霧化された流れの霧化を更に促進すると共に、扁平噴射パターンの幅を制御された仕方で広くする態様で、空気通路の吐出オリフィスから加圧空気流を出すように設計されている。この目的で、図５に示すように、エアキャップ３５は軸心横断方向もしくは半径方向の偏向面６１を有しており、これが、内方にテーパ付き偏向面６２と組み合わさって、中央の吐出オリフィス４８に比較的に近接した部位で、加圧空気流を内方に指向させて排出する予霧化された流体の流れの両側に衝突させる。この実施例における軸心横断方向の偏向面６１は、各空気通路５５の端部で軸心横断方向に延びる内向きの半径方向フランジ（軸心横断方向の偏向フランジ）６４によって画成されている。この半径方向フランジ６４は、図５に示すように、エアキャップの胴部３６の直径に対応する外側湾曲辺と、直径方向間隔「ｄ」を有する内側湾曲辺６５とを有している。空気流の少なくとも一部が内方にテーパ付き偏向面６２に衝突して案内されるように軸方向の空気通路５５を通る空気流を十分に軸心横断方向に偏向させるため、同様に図５に示すように、半径方向フランジ６４の内側湾曲辺６５間の直径方向間隔「ｄ」は、両空気通路５５の長手方向軸心の直径方向間隔「ｆ」よりも小さいことが好ましい。
【００１９】
本発明に基づいて、この実施例におけるテーパ付き偏向面６２は、各空気通路吐出オリフィス６０の内側辺から下流方向に内方へ延びている。この場合のテーパ付き偏向面６２は、平らな端６９をもって終了するエアキャップ３５の軸方向延長部６８の切頭円錐面によって画成されている。図から分かるように、エアキャップの空気通路５５を通り抜ける加圧空気流は、軸心横断方向の偏向面６１に衝突し、そしてテーパ付き偏向面６２の案内下に半径方向内向きに流される。空気通路の吐出オリフィス６０の好ましい大きさは、軸心横断方向の偏向面６１及びテーパ付き偏向面６２の複合効果により空気を力強く、しかし制御された方法で中央の吐出オリフィス４８近傍で吐出流体の流れの両側に対して向けるように、十分に小さいことである。
【００２０】
最適の噴射パターンは、３つの重要な設計変数，即ち直径方向の間隔「ｄ」により決まる半径方向フランジであるデフレクタの半径方向長さ，偏向面６２の軸方向端６９と軸心横断方向の偏向面６１との間の距離「ｌ」，及びエアキャップ３５の長手方向軸心に関する偏向面６２の角度αを制御することにより実現しうることが分かった。上述したように、デフレクタである半径方向フランジ６４の端と端の直径方向間隔「ｄ」は空気通路５５の軸心と軸心の直径方向間隔「ｆ」よりも小さいことが好ましい。空気通路の軸心に関する半径方向フランジのこのような関係により、半径方向フランジ６４が、空気通路５５を通り送られる空気流のかなりの部分を偏向させるように、少なくとも幾分かの距離だけ空気通路５５の軸心を越えて半径方向の内方に延びることを確実にしている。偏向面６２の軸方向端と軸心横断方向の偏向面６１との間の距離「ｌ」は、好ましくは、空気通路５５の直径「ａ」の１／２程度或いはそれ以下のように、比較的に小さい値に維持すべきである。これらの設計変数もしくはパラメータに続いて、偏向面６２の角度αは扁平噴射パターンに望まれる幅に応じて変更しうることが分かった。角度αを大きくすると、加圧空気流が中央の吐出オリフィス４８の近傍で予霧化された流れに衝突し、それにより扁平噴射パターンの幅を広げるのにより大きな効果がある。内方にテーパの付いた偏向面６２の角度αを小さくすることにより、空気流は、中央の吐出オリフィス４８からより離れたところで予霧化された排出流れに衝突し、従って、扁平噴射パターンの幅が比例的に減少する。しかし、軸心横断方向の偏向面６１のため、偏向面６２の全角度αについて、空気流の衝突が霧化を促進し排出噴射パターンの幅に影響を与える。ここで、エアキャップ３５の設計は、内方にテーパの付いた偏向面６２の角度の変更を通じて、特定の噴射適用例に対して容易にカスタマイズしうることが分かる。
【００２１】
特に、本発明によるエアキャップ３５を備えた噴射ノズルアセンブリは比較的に低い空気圧力及び流量で効率的に作動できることが更に分かった。効果的な霧化及び扁平噴射パターンの制御は、１７ｍ３／時（１０ psi）未満の空気圧力及び５．１ｍ３／時（３s.c.f.m.）ほどの少量の空気流量で達成することができる。このような作動条件下で、工業的用途において典型的に必要な高価な圧縮機とは対照的に、空気発生のため比較的に低コストのファンを使用することが可能である。
【００２２】
更に、当業者なら分かるように、本発明のエアキャップ３５は、エアアシスト式噴射ノズルアセンブリにおける非常に効率的な使用に向いていると同時に、非常に経済的な製造にも向いている。実際に、エアキャップ３５は、その上流側から平底ドリル（flat bottom drill)により機械加工することができ、一方、同エアキャップの下流端は通常のトレパン工具により効率的に機械加工して偏向面及び吐出オリフィスを形成することができる。従って、精密な吐出オリフィス及び偏向面は、２種ほどの少ない加工作業で形成されることができる。或いは、このエアキャップ設計は、型を軸方向に引っ張り離すのを可能とすることによって、経済的なプラズマ射出成形をするのに向いている。
【００２３】
図６〜図９を参照すると、上述した部材に類似するものについて識別のために添字「ａ」を付した参照符号が与えられて本発明の別の実施例が示されている。噴射ノズルアセンブリ１０ａは、予霧化部の替わりに、液方向付け部材（液供給部材）７５を有するノズル本体を含んでおり、従って、液の流れは、上述した方法でのエアキャップ３５ａの外部における対峙する加圧空気流による相互作用のため、先行技術の空気噴霧なしにエアキャップ中に直接排出される。図示の液供給もしくは方向付け部材７５は、主本体部材７８に螺着された環状の前方ノズル本体部材７６内に支持されており、この主本体部材７８には空気及び液供給管路を取り付けることができる。液供給部材７５は、液供給通路８２に連通する上流端７９と、エアキャップ３５ａの中心開口内に嵌合する小径の下流端８０とを有している。また、液供給部材７５は、空気供給通路８３に連通するノズル本体部材７６の上流室８１内に支持される。この液供給部材７５は、半径方向に置かれた複数のフィン８８によって上流室８１内に支持されている。該複数のフィン８８は、それらの間を経てエアキャップ３５ａに向かう空気の軸方向流れを可能にしている。
【００２４】
この実施例におけるエアキャップ３５ａは、ノズル本体部材７６の環状フランジ８９とエアキャップ保持フランジ４５ａの間にＯ−リングシール９０を介在させて、液供給部材７５のフィン８８と該環状フランジ８９との間でノズル本体部材７６に固定される。前述の実施例と同様に、エアキャップ３５ａは、吐出オリフィス６０ａとそれぞれ連通する１対の直径方向に対峙する空気通路５５ａを有しており、該吐出オリフィス６０ａが加圧空気の流れを吐出液流れの両側に向けてそこに衝突接触させる。前の実施例と同様に、エアキャップ３５ａは軸心横断方向の偏向面及びテーパ付き偏向面６１ａ，６２ａを有しており、該偏向面が制御された仕方で空気流を内方に向けて液の流れに当て、液体の霧化を向上させると共に、扁平噴射パターンを吐き出す幅を大きくする。
【００２５】
これまでの説明から分かるように、本発明のエアアシスト式噴射ノズルアセンブリは、低コストのファン及びブロワーにより発生させることができる比較的に低い空気圧力及び流量を必要としながら、液粒子の細分を促進すると共に噴射分布及びパターンの制御を改善するのに効果的な改良型エアキャップを有している。このエアキャップは更に、制御と液粒子の方向とを改善する、より幅広の扁平噴射パターンを発生させるのに効果的である。エアキャップは、精密な吐出オリフィス及び空気偏向面を有しているが、機械加工及び／又はプラズマ射出成形による経済的な製造に向いている。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に従った例示的なエアアシスト式噴射ノズルアセンブリの長手方向断面図である。
【図２】  図１に示した噴射ノズルアセンブリのエアキャップの側面図である。
【図３】  比較的に幅広く排出する扁平噴射パターンについて説明する、図１に示した噴射ノズルアセンブリのエアキャップの上部平面図である。
【図４】  図３の４−４線に沿って見た噴射ノズルアセンブリのエアキャップの下流端端面図である。
【図５】  空気流及び液体流の相互作用について説明する、例示したエアキャップの長手方向の拡大部分断面図である。
【図６】  本発明による噴射ノズルアセンブリの代替実施例の長手方向断面図である。
【図７】  図６における線７−７の平面上で得た断片的な断面図である。
【図８】  排出する噴射パターンを示す、図６に示した噴射ノズルアセンブリのエアキャップの上部平面図である。
【図９】  図８に示したエアキャップの下流端の端面図である。
【符号の説明】
１０，１０ａ…エアアシスト式噴射ノズルアセンブリ、１２…ノズル本体、１４…液入口通路、１６…ガス入口通路、２６…予霧化部、３５，３５ａ…エアキャップ、４８…液吐出オリフィス、５５，５５ａ…空気通路、６０，６０ａ…空気通路吐出オリフィス、６１，６１ａ…偏向面，６２，６２ａ…テーパ付き偏向面，６３…エアキャップの軸方向延長部、６４…半径方向フランジ，６５…内側湾曲面、７５…液方向付け部材（液供給部材）、７６…ノズル本体部材、７９…液供給部材の上流端、８０…液供給部材の下流端、ａ…空気通路の直径、ｄ…短い距離，ｆ…軸心間の直径方向距離。
【図２】
0004942875.tif 000002
【図３】
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【図４】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１】
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【図５】
0004942875.tif 000009
【図６】
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