JP2011507685A - ノズル用の流体噴射組立体 - Google Patents

Abstract

流体混合装置及び方法は、第１の流体を提供するための少なくとも１つの流体ノズルを有する第１流体組立体と、第２の流体を第１の流体の中へ提供するために少なくとも１つの流体ノズルによって受け入れられる寸法と形状の少なくとも１つの流体混合ノズルを有する第２流体組立体と、設けられている混合領域であって、少なくとも１つの流体ノズルと少なくとも１つの流体混合ノズルが離間関係で協働して第１の流体と前記第２の流体に乱流を提供し、それによりそれらの流体混合物が提供されるようにする混合領域と、流体混合物を異なる相へ膨張させるために混合領域と連通している通路と、を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えばＣＯ_２吹付ノズル組立体の様なノズル組立体に関する。

単点吹付ノズル及び広域吹付ノズルは、複数の区間が溶接されて製作されている。広域吹付ノズルは、オリフィスアレイ管と、複数のノズルを受け入れるように機械加工されている筒体ブロックとから製作されている。広域吹付ノズルアレイの１つ１つのノズルが規格に達しないならば、業界には許容し難いことである。これは、広域吹付ノズルが、製造プロセスによって作製されたノズル内の区域及び領域が原因で、正しく洗浄されるのが無理であるために時々起こる。これらの区域及び領域は、その様なノズルを通って分注されるＣＯ_２の清浄を汚しかねない物質を閉じ込める。よって、ばらばらな個々のノズル又はノズル組立体を一体に溶接することで、業界によって許容不可能と判定されるこれらの区域及び領域が生じることもある。

加えて、表面放電緩和の様な用途に用いられるガス類などの異なる流体の噴射は、既存のノズル及びノズルアレイでは不可能であり、というのも、その様なノズル又はノズルアレイでは、異なる流体をそれらの溶解度のレベルより上で混ぜ合わせることができるようになっておらず、つまりは、混合物はそれらの元のはっきりと区別できる流体へと分かれてゆくか又は十分に混ざり合わず、ユーザーの手元には、配合された又は均質の処理用混合物とは対照的に２つの別々の処理用流体が残される結果になってしまうからである。

本発明の実施形態は、ＣＯ_２流体又はスノー生成場所に流体混合組立体を設置し、これにより、流体の比が、或る流体の別の流体への単なる希釈によって実現し得るものより大きくなるようにすることを含んでいる。実施形態は、静電放電（ＥＳＤ）の緩和と、ＣＯ_２スノーへの共溶媒洗浄剤の添加を提供している。

本発明の実施形態は、単一又は多数のノズルアレイの吹付性能試験をノズルアレイの完全組み立てに先立って執り行うことができる、ノズル組立体を提供している。ノズル及びノズルアレイの完全組み立てに先立つ全構成要素の精密洗浄も、本発明を用いれば容易になる。加えて、ノズル及びノズルアレイを生産するための製造プロセスは、汚染物質を閉じ込めかねない隠れた領域又は範囲を持ちこまない。ノズル及びノズルアレイの全ての構成要素の完全なマイクロ研磨が、本実施形態によって実現されている。更に、表面放電の規制を支援する他の流体（液体又は気体）の吹付ノズル又はノズルアレイへの直接噴射も、本発明によって提供されている。

本発明の実施形態をより完全に理解して頂くために、以下の詳細な説明を図面と併せて参照されたい。

本発明の流体噴射組立体の或る実施形態の諸要素の断面図である。 図１の線２−２に沿う断面図である。 本発明の或るノズルアレイの実施形態の部分断面図である。 本発明のもう１つの実施形態の部分断面図である。 図４に示されている実施形態の一部分の分解組立図である。

図１及び図２を参照すると、ノズルは全体として１０で示されている。ノズルは、中に受け入れチャンバ１４と同受け入れチャンバ１４に通路１８で連通している分配チャンバ１６とが形成されている円筒形のハウジング１２を含んでいる。通路１８は、受け入れチャンバ１４と分配チャンバ１６を相互接続している。通路１８は、受け入れチャンバ１４及び分配チャンバ１６の直径よりも小さい直径を有している。

受け入れチャンバ１４は、ピペット２０又は流体噴射用の管を受け入れるように作られ、配列されている。この配列及び協働は、以下で図５に関連付けて更に詳しく説明してゆく。ピペット２０は、ピペット２０無しの受け入れチャンバ１４内の所定位置へピペット２０を滑り込ませることができる寸法と形状の外部側壁２２を有している。例えば図２に示されているサポート２４（支持手段）又は「スパイダー」が、ピペット２０を受け入れチャンバ１４の内部面１９との接触を避けて又は離間関係に支持している。サポート２４は、ピペット２０を支持するべく離間して配置されている突出部材であってもよいが、チャンバ１４の流体の流れを妨げてはいけない。

図３は、分配マニホールド２６に取り付けられている複数のノズル１０を示しており、マニホールド２６は端２８がＣＯ_２供給源（図示せず）に接続されている。分配マニホールド２６の反対側の端３０は、閉鎖又は密閉されていてもよいし、又は代わりに貯蔵容器（図示せず）又は他の用途のシステム（図示せず）に接続されていてもよい。アレイ内のノズル１０のそれぞれは、マニホールド２６に挿入される前に個別に試験されてもよい。それぞれのノズル１０は、マニホールド２６に挿入され、例えばタクト溶接されている。取り外すには、（単数又は複数の）溶接部を壊してノズル１０を自由にすればよく、その後、ノズルは修復することもできるので、ノズル１０が屑と見なされてしまう必然は回避される。

マニホールド２６は、マニホールド２６の端２８、３０につながるように延びているマニホールド通路３２を含んでいる。通路３２は、少なくとも１つ、必要に応じ複数の、分枝３４がそこから延びている。分枝３４は、図３に示されている様に、複数のノズル１０を分枝３４と位置合わせして取り付けられるようにするため間隔を空けて配置することができる。更に図３に示されている様に、流体１７は、通路３２から分枝３４のそれぞれへ流れてゆくことになる。

図４は、図３の分配マニホールド２６、及びそれと関係付けて使用されている流体噴射マニホールド３６を示している。図４に示されている様に、流体噴射マニホールド３６は、分配マニホールド２６の対応する分枝３４とノズル１０に対する解放可能な係合、永久的取り付け、又は取り外し可能な配置のうちの何れかに合わせた寸法と形状である複数のピペット２０又はノズルを有している。流体噴射マニホールド３６の一端４０は、例えば、洗浄強化のための静電放電流体４１の供給源（図示せず）に接続されており、一方、流体噴射マニホールド３６の反対側の端４２は、閉鎖又は密閉されていてもよいし、又は代わりにその様な流体の回収源（図示せず）又は他の用途のシステム（図示せず）に接続されていてもよい。

図４では、マニホールド２６には、少なくとも１つ、必要に応じて複数の、穴が形成されており、当該穴４８は、それぞれがピペット２０のうちの対応するピペットを受け入れることができる寸法と形状である。穴４８自体は通路３４と位置合わせされており、これにより、ピペット２０を受け入れチャンバ１４まで挿通させることができる。ピペット２０が通路３４及び受け入れチャンバ１４の中へ延ばされる距離は流体１７に提供される流体の粘度によって異なり、ＣＯ_２では僅かな温度変化で大きく変わり得る。距離は、ＣＯ_２に関してノズル１０を開始させ、特定の用途の作動温度まで冷却した後に確定される。

分配マニホールド２６へ提供される気相又は液相の何れかの流体は、ＣＯ_２供給源からの二酸化炭素を含むことができるが、窒素、酸素、フッ素、ネオン、塩素、アルゴン、クリプトン、キセノン、水素、ヘイウム、オゾン、又はそれらの組合せを、それらのための供給部に接続されているマニホールド３６から提供することもできる。これらの流体は、個別に供給されてもよいし、恐らく、組み合わせることがプロセスにとって有害とはならない場合には互いに組み合わせて供給されてもよい。流体噴射マニホールド３６は、水、オゾン水、及び限定するわけではないが、ハロゲン化物、腐蝕剤、酸、塩基、酸化剤、過酸化物を含むように作製された他の種を提供してもよい。噴射される流体の割合又は比率は、構成要素の特定の洗浄又は他の処理プロセスに十分な比率になるように選択される。

その様な流体を噴射マニホールド３６によって導入することにより、ＣＯ_２ガスがノズル１０から洗浄されるべき物体（図示せず）の表面へ提供されたときに起こる可能性のある望まれない表面放電が、無くなるとまでは言えないまでも実質的に低減される。

ピペット２０は、受け入れチャンバ１４に対する取り外し可能な取り付けに合わせて製造されていてもよい。
本発明の実施形態の混合領域が、図４と図５に全体として４４で示されている。図５を参照すると、混合領域４４は、ピペット２０の中の矢印２１で示されている流体が、（単数又は複数の）受け入れ領域１４の中の矢印１７で示されている流体に接触して、３８で全体的に示されている乱流を作り出す領域であり、それにより、両流体１７と２１が混ぜ合わされ、通路１８を通って分配チャンバ１６へ到り、洗浄されるか又は他に処理されるべき物体又は構成要素に利用されることになる。

要求される洗浄用途又は表面処理の必要に応じて、受け入れチャンバ１４では、流体１７、２１は、流体１７が流体２１の単位体積当たり０．００１乃至０．１の割合の濃度となる濃度で混合することができる。表面放電を緩和し、処理されるべき物体又は構成要素の洗浄を強化するために複数の第２の流体１７が同時に添加される用途では、０．１より上の濃度が使用されてもよい。ピペット２０を受け入れチャンバ１４に対して、乱流３８が提供されるように配列したことによって、流体１７、２１がそれらの溶解度レベルを超えて混ざり合うことができるようになる。即ち、混合領域４４に作り出される乱流３８のおかげで、流体１７、２１は、たとえそれらが各自の溶解度レベルを超えて混合されても、満遍なく配合され、又は均質な混合物として提供される。本発明の実施形態の構造の成果としてもたらされる乱流３８により、流体１７、２１を混合する場合に各流体の互いに対して使用できる比率がより大きくなり、なお且つ、配合された又は均質な混合物が、通路１８を通過して分配チャンバ１６から構成要素へ分配されるようになる。実際に、ユーザーは、流体１７と混合させる流体２１の体積パーセントを大きく取る、又は流体２１と混合させる流体１７の体積パーセントを大きく取ることができ、且つ、得られた混合物又は配合物が別々の流体に解離して、混合領域４４で混合される前に出て行ってしまうことはない。本発明の実施形態は、固相混合物、恐らくは流体１７、２１の一部気体を有する固相混合物を提供しており、当該混合物が分配チャンバ１６から現れる。

通路１８の直径がより小さいことによって、乱流３８の中の流体１７、２１が、分配チャンバ１６に進入する前に固相に転換することが防止される。流体１７が例えばＣＯ_２である場合、その様な流体は、まだ流動相である間にチャンバ１４の乱流３８で混合されなくてはならない。混合物中のＣＯ_２は、通路１８を経て膨張し、固相に入ってゆくが、そうなると、流体２１との混合は効果が薄く不十分である。

図５に示されている様に、１つの実施形態では、ノズル１０に対するピペット２０の配置は、両者が互いに同軸に配列される様な配置である。実際に、ピペット２０とノズル１０の長手方向軸は、「Ｘ」で表わされているが、同軸であり、ノズル２０は、チャンバ１４の中に配置されたとき、ピペット２０の出口２３が通路１８と位置が合うように、ノズル１０と位置を合わせて同軸になっている。

流体２１を流体１７と混合させる及びその逆に応じて、得られる混合物の、乱流３８の領域で起こる溶解度限界が決まることになる。例えば、流体１７が二酸化炭素（ＣＯ_２）である場合、その様な流体は、仮にアセトンが使用されている流体２１であるなら、０．０５％より高い比率のアセトンと混ざり合うことができる。分配チャンバ１６から分配するための得られた混合物又は配合物は、洗浄又は処理される物体に利用することができ、その様な混合物は、流体１７、２１のうち少なくとも一方の溶解率が、従来の混合システムで普通に使えるはずの溶解率を超えているであろう。或る特定の実施形態では、流体１７、２１は共に、互いに対する溶解度レベルより上で混合される。ピペット２０が混合チャンバに挿入される深さ及びピペット２０の外表面がノズル１０の混合チャンバ１４の内部側壁から離間される距離も、混合領域４４での混合に向けて合流させる流体１７、２１に応じて選択することができる。

図５のピペット２０の側壁２７の遠位端２５は、最小０．００１インチ（０．００２５４ｃｍ）から最大０．０２５インチ（０．０６３５ｃｍ）までのところで切り詰められているか又は先細になっている。遠位端２５がこの様に先細であることにより、流体１７を乱流３８へ向かわせ易くなり、且つ流体２１が流体１７へ引き込まれ易くなる。遠位端２５の先細は、更に、遠位端２５の付近の圧力が、流体２１が乱流３８に引き込まれて流体１７と混ざり合うことができるほど低くなるようにする。

ピペット２０は、通路１８及び分配チャンバ１６の長手方向軸Ｘと位置がずれるように、長手方向軸Ｘに対して非同心に配列することもできる。ピペット２０のその様な配列は、得られる混合物が混合領域４４内で満遍なく配合されている必要が無い場合に求められるかもしれないが、分配チャンバ１６から排出される流体によって行われるべき処理又は洗浄に応じてであることは言うまでもない。

ここに記載されている実施形態は例示に過ぎず、当業者は本発明の精神及び範囲から逸脱すること無く多くの変更及び修正を加えることができる、ということが理解されるであろう。全てのその様な変更及び修正は、ここに説明され、特許請求の範囲に記載されている発明の範囲に包含されるものとする。なお、以上に記載されている実施形態は、代替に留まらず、組み合わせることもできるものと理解されたい。

１０ ノズル
１２ ハウジング
１４ 受け入れチャンバ
１６ 分配チャンバ
１７、２１ 流体
１８ 通路
１９ 受け入れチャンバの内部面
２０ ピペット
２２ ピペットの外部側壁
２３ ピペットの出口
２４ サポート
２６ 分配マニホールド
２８、３０ マニホールド２６の端
３２ マニホールド通路
３４ 分枝、通路
３６ 流体噴射マニホールド
３８ 乱流
４０、４２ マニホールド３６の端
４４ 混合領域
４１ 静電放電流体
４８ 穴
Ｘ 長手方向軸

Claims (20)

1. 流体を混合するための装置において、
   第１の流体を提供するための第１の直径を有する少なくとも１つの流体ノズルを有する第１流体組立体と、
   第２の直径を有する少なくとも１つの流体混合ノズルを有する第２流体組立体であって、前記少なくとも１つの流体混合ノズルは、第２の流体を前記第１の流体の中へ提供するため前記少なくとも１つの流体ノズルによって受け入れられる寸法と形状である、第２流体組立体と、
   前記少なくとも１つの流体ノズルと前記少なくとも１つの流体混合ノズルとが前記第１の流体及び前記第２の流体に乱流を提供するために離間関係で協働して、それによりそれらの流体混合物を提供するような場所に配置された、混合領域と、
   前記流体混合物を前記装置から分配するために前記混合領域と連通している通路であって、前記第１の直径及び前記第２の直径よりも小さい第３の直径を有し前記混合領域及び前記通路と連通して両者を相互接続している絞られた領域を備えている、通路と、を備えている装置。
2. 前記第１流体組立体は、複数の前記流体ノズルを備え、前記第２流体組立体は、複数の前記流体混合ノズルを備えている、請求項１に記載の装置。
3. 前記第１の流体は、ＣＯ_２を備えている、請求項１に記載の装置。
4. 前記ＣＯ_２は、固相ＣＯ_２、気相ＣＯ_２、液相ＣＯ_２、及びそれらの組合せから選択された組成で提供されている、請求項３に記載の装置。
5. 前記第２の流体は、窒素、酸素、フッ素、ネオン、塩素、アルゴン、クリプトン、キセノン、水素、ヘイウム、オゾン、水、オゾン水、ハロゲン化物、腐蝕剤、酸、塩基、酸化剤、過酸化物、及びそれらの組合せから選択された流体を備えている、請求項１に記載の装置。
6. 前記第１の流体は、前記第２の流体の単位体積当たり０．００１乃至０．１の割合の濃度である、請求項１に記載の装置。
7. 前記少なくとも１つの流体ノズルは、当該少なくとも１つの流体ノズルから離間関係にある前記少なくとも１つの流体混合ノズルを支持するために、当該少なくとも１つの流体ノズルに配置されている支持手段を備えている、請求項１に記載の装置。
8. 前記支持手段は、前記少なくとも１つの流体混合ノズルに接触するために、前記少なくとも１つの流体ノズルの内部から突き出ている少なくとも１つの支持部材を備えている、請求項７に記載の装置。
9. 前記少なくとも１つの流体ノズルと、前記少なくとも１つの流体混合ノズルと、前記通路の前記絞られた領域は同軸である、請求項１に記載の装置。
10. 前記第２流体組立体は、前記第１流体組立体に取り外し可能に取り付けることができる、請求項１に記載の装置。
11. 前記通路の前記絞られた領域は、前記流体混合物が当該絞られた領域を通過して、固相と固気相から選択された相で現れるようになる寸法と形状である、請求項１に記載の装置。
12. 前記少なくとも１つの流体混合ノズルは、前記通路から離間して配置されている遠位端を有する側壁を含んでおり、前記遠位端は前記通路から離れて先細になっている、請求項１に記載の装置。
13. 流体を混合するためのノズルアレイ用のノズルにおいて、
    第１の流体を提供するための第１のノズル部分であって、第１の直径を有する第１チャンバと、第２の直径を有する第２チャンバと、前記第１チャンバと前記第２チャンバを相互接続していて、前記第１の直径及び前記第２の直径より小さい第３の直径を有している第３チャンバと、を有する第１ノズル部分と、
    第２の流体を提供するための貫通している通路を有する第２ノズル部分であって、前記第３チャンバから固相と固気相から選択された相で分配される流体混合物として混合される前記第１の流体と前記第２の流体に乱流を提供するための混合領域を提供するべく、前記第１ノズル部分と離間関係で協働するように前記第１チャンバに受け入れられる寸法と形状である、第２ノズル部分と、を備えているノズル。
14. 流体を混合する方法において、
    第１の量の第１の流体を提供する段階と、
    第２の量の第２の流体を、前記第１の流体に、前記第１の流体及び前記第２の流体を混合する場合の溶解限度より大きいの比で提供する段階と、
    前記第１の流体と前記第２の流体を、前記選択された比で、混合領域で混合する段階と、
    前記混合領域の前記第１の流体と前記第２の流体に乱流を発生させて、前記第１の流体と前記第２の流体をそれぞれの溶解限度より大きい値で均一な流体混合物に混合する段階と、
    前記均一な流体混合物を、固相及び固気相から選択された相で膨張させる段階と、を備えている方法。
15. 前記相混合物を、当該相混合物で処理されるべき物体に適用する段階を更に備えている、請求項１４に記載の方法。
16. 前記第１の流体はＣＯ_２を備えている、請求項１４に記載の方法。
17. 前記ＣＯ_２は、固相ＣＯ_２、気相ＣＯ_２、液相ＣＯ_２、及びそれらの組合せから選択された組成で提供されている、請求項１６に記載の方法。
18. 前記第２の流体は、窒素、酸素、フッ素、ネオン、塩素、アルゴン、クリプトン、キセノン、水素、ヘイウム、オゾン、水、オゾン水、ハロゲン化物、腐蝕剤、酸、塩基、酸化剤、過酸化物、及びそれらの組合せから選択された流体を備えている、請求項１４に記載の方法。
19. 前記第１の流体と前記第２の流体のうち少なくとも一方は、他方に対する自身の溶解度のレベルより上で提供されている、請求項１４に記載の方法。
20. 前記第１の流体は、前記第２の流体の単位体積当たり０．００１乃至０．１の割合の濃度である、請求項１４に記載の方法。

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