低壓霧化噴嘴的制作方法

專利名稱:低壓霧化噴嘴的制作方法
本發明涉及一種利用第一種物質加速第二種物質的噴咀組件，特別是利用氣體來加速膠粘劑而后從中噴出的噴咀組件。
噴咀是用來噴射或霧化液體的，并且通常分為“純液體”噴咀和“液-氣”噴咀“純液體”噴咀利用液體本身的高壓將流體噴出噴霧或霧化，而“液-氣”噴咀用壓力氣體如壓縮空氣，與液流相結合，利用氣體使流體加速和噴射。
現有的“液-氣”噴咀都必須安裝一套閥機構來間歇地隔斷液流。在這種閥機構中，在閥關閉后少量的殘余液體滯留在閥機構上。這些殘留液體經過一段時間之后可以集結起來，并阻塞閥孔和/或反過來影響閥的開閉動作。特別是當被噴霧的液體為膠粘劑時，上述存在的問題是不利的。
眾所周知的液-氣噴咀的另一個缺點是，要獲得液體滿意的霧化得用相當大的氣體流量。與這種大氣體流量相關連的下游湍流將細顆粒帶到大氣中從而引成“過度噴霧”。這種“過度噴霧”會污染噴咀附近的大氣且需要價格昂貴的清潔器和設備保養。
在要求間歇工作狀況的現有噴咀的另一個缺點是，將欲噴射的液體從這種噴咀涂覆到被涂物上由于欲噴射液體霧化程度不恒定而相當的不精確。例如，在某些包裝操作中要涂覆膠粘劑時，就必須擬定一個精確的不連續的膠粘劑噴出流線以免膠粘劑污染附近的表面。然而，人們總希望使膠粘劑涂覆有盡可能寬的表面區域，以具有好的效果。但要同時達到這二個目的是很難的。
現有噴咀的另一缺點是，要求高的霧化壓力。利用高壓霧化所需要大量的壓縮空氣而使價格昂貴。
現有噴咀的另一缺點是，很難將本身就不易于霧化的高粘度流體霧化，如冷態的聚乙烯醇，其粘度可達1500厘泊的數量級或更高。
現有噴咀的另一缺點是，對磨料切削加工就更為特殊，對此曾用過一段時間的陶瓷噴咀，后來因顆粒流與噴孔的撞擊而產生嚴重的磨損就被淘汰了。
現有噴咀的又一缺點是，在空氣溶膠罐中采用這些噴咀時，要達到霧化得有相當高的氣體壓力。從而就將推進劑的選用只能限于那些具有高蒸發壓力的物質上，例如氟氯碳氫化合物。但這種推進劑非常昂貴且至少對周圍環境是有污染問題。
本發明所公開的一種噴咀組件，它有一個第一進口裝置、一個第二進口裝置和一個出口裝置。第一進口裝置朝第二進口裝置的向內方向提供第二種物質，第二進口裝置在基本垂直于第一種物質向內方向提供第二種物質，而位于第一和第二進口裝置下游的出口裝置能使第一種物質和第二種物質同時噴射。
本發明所公開的另一種噴咀組件，包括有朝液體進口孔周圍向內提供氣體的氣體進口裝置、一個位于氣體進口裝置和液體進口孔下游的出口孔，該出口孔能使氣體進口裝置引入的氣體和液體進口孔引入的液體同時排出。
本發明公開的從噴咀組件排放第一種和第二種物質的方法，其步驟為在朝進口孔向內方向為第二種物質提供了第一種物質;在基本上垂直于第一種物質向內方向的方向提供了第二種物質;從位于第二種物質進口孔下游的出口孔出來的第一種物質和第二種物質則同時排出。
本發明所公開的另一種排放氣體和液體的方法是在朝一個液體孔向內方向提供氣體，在提供向內方向氣體的同時將液體孔出來的液體排出，通過位于液體孔和所提供氣體的下游出口孔將氣體和液體同時排出。
現在利用下列附圖只作為例子來敘述本發明的一個具體的實施例。
圖1是本發明噴咀組件的縱剖視圖。
圖2是本發明第二個實施例的縱剖面圖。
圖3是沿圖2線Ⅲ-Ⅲ的噴咀組件的局部橫剖面圖。
圖4是工作狀態下噴咀組件的示意圖。
圖5是沿圖4V方向投視的簡圖。
圖6是本發明噴咀組件的第三個實施例的平面圖。
圖7是本發明噴咀組件供給孔的縱剖視圖，來具體說明針閥組件。
首先參照圖1，其中根據本發明的噴咀組件用標號100表示。
這種在膠粘劑涂覆工藝中采用的噴咀組件100，其中引進的第一種物質是氣體，引進的第二種物質是膠粘劑。
該噴咀組件100有一個膠粘劑進口或供給孔，以標號101表示，一個以標號102表示的空氣進入通道和一個出口孔103穿過出口板104。膠粘劑供給孔101有一個存貯膠粘劑的容納區域110和一個從中排出膠粘劑的圓柱形出口區域111。這可在圖7中更清楚地看出。膠粘劑流量控制是通過一個位于供給孔101中的錐形針閥實現。所述的膠粘劑在圖7所示的氣動缸126和活塞127的作用下直線方向移動。膠粘劑不流動時，針閥125間歇地阻塞排出孔或出口區域111。
空氣進入通道102(圖1所示)通常以向內方向提供空氣流。該空氣流在供給孔101的軸105處聚集。膠粘劑進口孔101的出口區域111或排出位于出口平板104的出口孔103的上游。
現在參照噴咀組件113的第二個實施例的圖2和圖3。在這個實施例中，噴咀組件113有一個穿過出口板120的圓柱形出口孔114，一個位于出口孔114上游的膠粘劑進口孔121及一組空氣進口通道124(圖3所示)?？諝膺M口通道124在具有與膠粘劑進口孔121的軸123徑向范圍相垂直并且以相切的分速度方向提供氣體。該空氣流的法向和切向分速度的比例可借助于如圖3所示的偏心距106加以調整。
申請人:認為下面對本噴咀組件的工作特性所作的說明是正確的，而且認為也是目前最完美的理解，但申請人同時要強調的是，今后的研究可以修改下面給出的說明或甚至可以不同意它，因此，申請人并不希望受今后得到的更完善資料的解釋所束縛。
首先會注意到的是，該噴咀組件113(圖2)主要是用來產生一種噴霧流線，使如說明現有技術部分所定義的那種“過度噴霧”的程度減少到最小，并且得到從噴咀組件100排出的膠粘劑的精確涂覆。決定噴霧流場寬度的因素之一是，要獲得噴咀組件100在切向和法向空氣流量的正確比例在于空氣進口通道124的偏置距離106(圖3)。因此，當空氣向內流入通道124、圍繞膠粘劑進口孔121(圖2)和基本上垂直其向內流動方向并向上折轉到出口孔114時，空氣就產生旋流。針閥125在需要時借助于氣動缸126的作動間歇式打開，膠粘劑在快速流動的空氣加速度下從膠粘劑排出孔111排出，接著空氣和膠粘劑以細絲132形式通過出口孔114(圖4)。細絲132離開出口孔114之后便產生振蕩或“波動”，而且噴絲離開出口孔114的距離愈遠變得愈細。一旦細絲132在離出口孔114到某個距離處，由于表面張力的作用而被破碎成彌散的細小顆?；蜢F滴133。
在這個實施例中，噴咀組件113排出的膠粘劑變成霧滴的決定因素是膠粘劑進口孔121噴出的膠粘劑或其他物質的粘度和表面張力。例如，如果該物質的粘度極低，則會在離噴咀組件113出口孔114很近的距離內就被破碎成霧滴;如果該物質的粘度極高，例為膠粘劑，則就需在離出口孔114很遠的距離才被破碎成霧滴，雖然圖4也預示了一種如圖5那樣徑向空氣噴霧，通過調整被涂覆物離噴咀組件113和出口孔114的距離，可以獲得理想的細絲或彌散霧滴的噴霧流場。
再參照圖4小結一下噴咀一般的工作特性;由膠粘劑進口孔121供給的膠粘劑130依靠向內方向的空氣流131同其周圍緊密接觸，這種動力附著以及圍繞膠粘劑的空氣成90°或垂直方向的改變使膠粘劑形成噴絲132。當噴絲離開出口孔114時，其平均振幅隨著運動增加，直到最終破碎成霧滴133為止。
另一個影響噴絲破碎成霧滴時離出口孔114的距離遠近的因素是供氣量的增減。如果通過空氣進口通道124供給的供氣量增加，則噴絲132(如圖4所示)偏折成一個較寬的噴霧流場，而且噴絲離出口孔114和出口板104的霧化距離會減小。當空氣量增加到某一值和偏置距離在某一位置時，噴咀組件100將達到其最佳的噴霧流場，這種最佳噴霧流場當然有賴于所要噴霧的物質和所要求的被涂覆物的噴霧流場。
影響噴咀效率的另一個因素是離開出口孔114時液流的雷諾數。對于完全層流，細絲之振蕩最小，因為這種液流不利于產生振蕩。當流動是完全湍流時，在流動的邊界處會產生極小的渦旋和振蕩，然而這種流動的混亂對主流本身無實質性影響。但處于過渡區域的流動，其雷諾數通常使液流介于層流和湍流之間，使流動具有稍大的振蕩和渦旋。在這個區域，這種振動和渦旋將影響流動的特性。由于從出口孔114噴出的液流具有雷諾數為10000左右的流速，流動特性為最佳，因為這時雷諾數處于上面提到的完全層流和完全湍流之間的過渡區域。因此，噴咀在這個區域工作最好。
在具體應用中，要獲得最理想的和最有效的流速還將涉及其它各種因素。然而，參照圖4要形成有效的霧滴涂覆以下具體參數證明是滿意的氣/液質量流量之比大于或等于1，在出口孔114中的雷諾數約為10000，膠粘劑供給孔121上方的出口板104的高度約為出口孔114的直徑的1/4，噴絲的振蕩頻率為200～4000赫芝之間，頻率越高，霧化越細。不過應該避免頻率過高，因為這樣噴霧太細，從而沾染出口板120。
到目前為止，對噴咀來說，其具體參數都已取得了令人滿意的值。當希望獲得有效的膠粘劑噴絲涂覆時，上面所列的參數除作如下變動外，其它均可引用氣-液質量流量比約為0.2。
由于空氣進口通道124以一定的偏置距離向內提供空氣，從而使空氣會在膠粘劑進口121處之前產生了一定大小的旋流，該旋流的頻率應該約等于噴咀的實際頻率。該頻率是通過實驗獲得，也可由下列方程進行近似的理論計算F＝ (mN)/(2π(1-N)) Pd2g]]>其中m為空氣質量流量，N為膠粘劑速度與空氣速度之比，P為空氣密度，d為出口平板出口孔直徑，S為空氣通道寬度(長度方向參看圖6所示)，其假定等于d，g為數值因子，其數量級為1，代表孔摩擦系數。
在進行的實驗中，膠粘劑為NACAN1557(商標名稱)，其粘度達到1500厘泊。當膠粘劑流量為0.83克/秒時，獲得了滿意的效果。這時被涂覆物放在離噴咀1英寸遠的地方，并相對噴咀以2英寸/秒的速度移動，供給的空氣量為9.0升/分，偏置距離為0.04英寸(如圖3所示)。
現在參照圖6來說明本發明的另一實施例。在這個實施例中，空氣沿著矩形管136的長度方向流動，并從圍繞膠粘劑供給孔115兩端聚集。膠粘劑供給孔115處于最終出口孔137的上游。空氣撞擊在噴出的膠粘劑上，并在所需方向轉90°，最后從出口孔137噴出。
在涂覆膠粘劑用的噴咀組件的具體實施例中考慮了許多改型。例如，用上述噴咀組件做實驗時發現利用高壓空氣推進成顆粒狀磨料涂覆于被涂覆物上時具有磨削的良好效果。這種研磨顆粒通過粘附或低壓孔121噴出，并可由向內流動方向的空氣控制。這種控制可達到如此的程度以致于研磨顆粒穿過出口板104的出口孔114時，與孔幾乎無實質性的接觸。因此，這就增加了噴咀組件的壽命，其原因是噴出的研磨顆粒使噴咀出口孔與它摩擦時變光，從而減少了磨損。如果不用空氣作推進劑，當然也可用水作為推進劑。
噴咀組件的另一個用途是用于空氣溶膠罐中。在這種情況下，噴咀的高效率使其可以在低氣壓下工作，故在安全和投資方面都帶來顯著的好處。
各種物質需要以各自之壓力供給噴咀，這樣做也是極為有利的。例如，如向噴咀提供兩種物質，則一種以高壓供入，另一種以低壓供入為好。因為這種壓力差特別相對于噴咀內所采用具體物質具有改變噴咀出口特性的潛力，在描述了本發明特定的實施例及某些改進的同時，應認為這種實施例及這種改進僅僅是為了說明本發明實質性技術內容的特征，并非限制本發明的范圍。本技術領域：
的熟練技術人員所能作出的許多改進都應該屬于由權利要求
限定的本發明的構思和范圍之內。
權利要求
1.一種噴咀組件，它有一個第一進口裝置、一個第二進口裝置和一個出口裝置，第一進口裝置朝第二進口裝置的向內方向提供第一種物質，第二進口裝置在基本垂直于第一種物質向內方向提供第二種物質，位于第一和第二進口裝置下游的出口裝置能使第一種物質和第二種物質同時噴射。
2.根據權利要求
1的噴咀組件，其中第一種物質為空氣，第二種物質為膠粘劑。
3.根據權利要求
1的噴咀組件，其中第二種物質為研磨的微粒，第一種物質為空氣。
4.根據權利要求
1的噴咀組件，其中第一種物質是向內基本上圍繞第二進口裝置的周圍。
5.根據權利要求
1的噴咀組件，其中第一種物質是繞第二進口裝置徑向向內方向提供。
6.一種噴咀組件，它有朝液體進口孔周圍向內提供氣體的氣體進口裝置，一個位于氣體進口裝置和液體進口孔下游的出口孔，該出口孔能把氣體進口裝置出來的氣體和液體進口孔出來的液體同時排出。
7.根據權利要求
6的噴咀組件，其中出口孔將氣體和液體在基本上垂直于向內提供氣體的方向排出。
8.根據權利要求
7的噴咀組件，其中氣體進口裝置至少有一個定向的氣體進口孔，以便在與液體進口孔軸偏置的方向提供氣體。
9.根據權利要求
7的噴咀組件，其中液體從出口孔呈間歇式排出。
10.根據權利要求
6的噴咀組件，其中液體為膠粘劑，氣體為空氣。
11.一種從噴咀組件中排出第一種物質和第二種物質的方法，它由下列步驟組成朝第二種物質的進口孔向內方向供給第一種物質;在與第一種物質向內方向基本垂直的方向供給第二種物質;同時將位于第二種物質進口孔下游的出口孔引出的第一和第二種物質排出。
12.根據權利要求
11的方法，其中第一種物質的分速度與從進口孔軸延伸的徑向相切。
13.根據權利要求
12的方法，其中第一種物質為空氣，第二種物質為膠粘劑。
14.一種排放氣體和液的方法，其步驟是朝液體孔向內方向供給氣體;在供給向內方向的氣體的同時從液體孔排出液體;通過位于液體孔和氣體供給孔下游的出口孔將液體和氣體同時排出。
15.根據權利要求
8的方法，其中氣體從出口孔排出之前與液體接觸。
16.根據權利要求
9的方法，其中還包括將具有切向分速度且與徑向向內供給的氣體速度垂直的氣體供到液體孔的周圍。
17.根據權利要求
8的方法，其中氣體從第一方向供給到液體孔的周圍并在基本上垂直于第一方向的第二方向從出口孔排出。
18.根據權利要求
7的方法，其中氣體從第一方向供給到液體孔的周圍并在基本上垂直于第一方向的第二方向從出口孔排出。
19.根據權利要求
1的噴咀組件，其中第一進口裝置處于高壓狀態，第二進口裝置處于低壓狀態。
20.根據權利要求
11的方法，其中第一種物質以高壓狀態供給，第二種物質以低壓狀態供給。
21.根據權利要求
14的方法，其中氣體以高壓狀態供給。
專利摘要
一種具有第一種和第二種物質各自進口孔的低壓霧化噴嘴，第一種物質朝第二種物質進口孔向內供給并其方向改變約90°，第一種物質和第二種物質同時朝位于兩種物質進口孔下游的出口孔向外流動。規定第一種物質圍繞第二種物質進口孔以切向分速度供給。第二種物質以其以進口孔流出的分速度并垂直于第一種物質朝第二種物質供給孔流動時所處的向內的方向。
文檔編號B05B7/00GK87104313SQ87104313
公開日1988年7月20日 申請日期1987年4月28日
發明者彼得·克利夫·斯威爾 申請人:西方包裝系統有限公司