噴射介質破碎器的制造方法
【專利摘要】一種對次聲流中夾帶的易碎噴射介質進行破碎的破碎器。所述流在到達破碎元件之前會聚，會聚接下來可以是恒定截面面積的區段。緊靠破碎元件的上游和下游可以是擴張區域，以降低水冰積聚的可能性。
【專利說明】
噴射介質破碎器
技術領域
[0001 ] 本申請要求2014年I月16日提交的標題為“Blast Media Fragmenter”的美國臨時專利申請N0.61/928398的優先權。
[0002]本發明涉及一種減小流體流中夾帶的噴射介質的尺寸的方法和裝置，尤其是涉及減小次聲氣體流中夾帶的二氧化碳顆粒的尺寸的方法和裝置。
【背景技術】
[0003]眾所周知各種二氧化碳系統，包括用于形成固體二氧化碳顆粒、用于將顆粒夾帶在輸送氣體中并朝目標引導所夾帶的顆粒的裝置，與其相關的各種組成部分(例如噴嘴)也是眾所周知的，如美國專利4744181、4843770、5018667、5050805、5071289、5188151、5249426、5288028、5301509、5473903、5520572、6024304、6042458、6346035、6695679、6726549、6739529、6824450、7112120和8187057中所示的，以上所述所有專利通過引用整體合并于此。此外，2010年10月19日提交的標題為“Method And Apparatus For FormingCarbon D1xide Particles Into Blocks” 的美國專利臨時申請N0.61/394688、2011年 10月 19 日提交的標題為 “Method And Apparatus For Forming Carbon D1xide ParticlesInto Blocks”的美國專利申請N0.l3/276937、2011年5月19日提交的標題為“Method AndApparatus For Forming Carbon D1xide Particles” 的美國專利臨時申請N0.61/487837、2012年I 月23 日提交的標題為 “Method And Apparatus For Sizing CarbonD1xide Particles”的美國專利臨時申請N0.61/589551、2012年I月30日提交的標題為“Method And Apparatus For Dispensing Carbon D1xide Particles” 的美國專利臨時申請Νο.61/592313、2013年 10月24日提交的標題為“Apparatus Including At Least AnImpeller Or Diverter And For Dispensing Carbon D1xide Particles And MethodOf Use”的美國專利申請N0.14/062118均通過引用整體合并于此。雖然該專利具體參照二氧化碳來解釋所述發明，但是所述發明不局限于二氧化碳，而是可應用于任何適合的低溫材料。因此，本文對二氧化碳的參考不局限于二氧化碳，而是應被解讀為包括任何適合的低溫材料。
[0004]有時希望在將流體流引導至理想位置或實現理想效果之前，例如朝目標(例如，工件)引導流體流離開噴射噴嘴之前，減小流體流中夾帶的噴射介質的尺寸。噴射介質破碎器是眾所周知的用于減小流體流(例如但不限于空氣)中夾帶的噴射介質(例如但不限于二氧化碳顆粒)尺寸的裝置。破碎器限定夾帶有噴射介質的流體流從中流過的內部流動路徑并且包括設置成被至少一部分噴射介質流沖擊以破碎噴射介質的裝置。
【附圖說明】
[0005]附圖示出多種實施例，并且附圖與包括以下【具體實施方式】的說明書一起用來解釋本發明的原理。
[0006]圖1示出顆粒噴射裝置；
[0007]圖2為破碎器的側向截面視圖；
[0008]圖3為圖2所示破碎器的立體視圖；
[0009]圖4為具有示例性可選的上游和下游流動控制幾何結構的圖2所示破碎器的側向截面視圖；
[0010]圖5為破碎元件的平面視圖；
[0011 ]圖6為破碎元件和支撐件的立體視圖；和
[0012]圖7為另一破碎元件的平面視圖；以及
[0013]圖8為與示例性可選的上游和下游流動控制幾何結構連接在一起的兩個破碎器的側向截面視圖。
【具體實施方式】
[0014]在以下描述中，相似的附圖標記在所有各種視圖中表示相似或對應的部件。同樣，在以下描述中，應將諸如前、后、內、外等術語理解為簡便用語，而不應被解讀為限制性術語。本申請中所用術語并不意味著對可以其他取向附接或使用的本文所描述的設備或其部分的限制。更詳細地參照附圖，對根據本發明的教導而構建的實施例進行描述。
[0015]應當理解，據稱以引用方式并入本文的任何專利、公開文獻或其他公開材料，無論是全文或部分，僅在所并入的材料與本發明中所述的現有定義、陳述或者其他公開材料不沖突的程度下并入本文。同樣地并且在必要的程度下，本文明確闡述的公開內容取代以引用方式并入本文的任何沖突材料。據稱以引用方式并入本文但與本文所述的現有定義、陳述或其他公開材料相沖突的任何材料或其部分，僅在所并入的材料和現有的公開材料之間不產生沖突的程度下并入本文。
[0016]參照圖1，示出了由2總體標示的顆粒噴射裝置，其包括推車4、遞送軟管6、手控裝置8、破碎器10以及噴射噴嘴12。推車4內部是噴射介質遞送組件(未示出)，其包括料斗和送料器，送料器被設置成從料斗接收顆粒并將顆粒夾帶入輸送氣體流中。顆粒噴射裝置2能夠連接到輸送流體源，其在描繪的實施例中由軟管14遞送，軟管14以合適的壓強(例如80PSIG)遞送空氣流。由16表示的諸如二氧化碳顆粒的噴射介質通過料斗的頂部18被放入料斗中。二氧化碳顆粒可以是任何適合的尺寸，例如直徑為3_長度為3_。送料器將顆粒夾帶入輸送氣體中，然后以次聲速流過由遞送軟管6限定的內部流動通道。雖然遞送軟管6被描繪為柔性軟管，但是任何適合的結構都可以用來傳遞輸送氣體中夾帶的顆粒。手控裝置8允許操作人員控制顆粒噴射裝置2的操作和被夾帶顆粒的流動。在手控裝置8的下游，所夾帶的顆粒流入由破碎器10限定的內部流動路徑中，然后進入噴射噴嘴12的入口 12a。顆粒從噴射噴嘴12的出口 12b流出并且可以理想方向引導和/或被引導到理想目標，例如工件(未示出)。
[0017]噴射噴嘴12可以是任何適合的構造，例如，噴嘴12可以是超聲噴嘴、次聲噴嘴、或者能夠將噴射介質推送或遞送至理想使用點的任何其他適合結構。
[0018]可以省略手控裝置8，通過推車4上或其他合適位置的控制裝置來控制系統的操作。例如，噴射噴嘴12可以安裝到機械臂上，通過位于推車4遠處的控制裝置來實現噴嘴朝向和流動的控制。
[0019]參照圖2，示出了破碎器10的側向截面視圖。雖然本文描述的破碎器10鄰近噴射噴嘴12設置，但是其可以位于送料器出口和噴射噴嘴入口 12a之間任何適合的位置，包括例如遞送軟管6的中間，諸如兩件遞送軟管6的連接處。破碎器10包括限定至少一部分內部流動路徑22的本體20，被夾帶的噴射介質流通過所述內部流動路徑22流動。內部流動路徑22包括入口 22a和出口 22b。本體20承載破碎元件24，破碎元件24設置成被所夾帶的噴射介質流的至少一部分沖擊。在示出的實施例中，破碎元件24設置在內部流動路徑22中使得全部流都流過破碎元件24，從而大于破碎元件24的開口(下文進行描述)的全部噴射介質沖擊破碎元件24。
[0020]在示出的實施例中，內部流動路徑22包括會聚區段26，會聚區段26使破碎器10上游的夾帶流從較低速度適當地平穩過渡到速度顯著更高的流體流，使可用的壓縮流體能的損失最小化。通過會聚成較小區域，流體靜壓發生相應變化，對于次聲流來說，此流體靜壓變化對應于通過會聚區段26上下游流體連通的壓力脈沖的形成。會聚區段26的下游設置具有適合長度L的恒定截面面積區段28，以允許夾帶流的馬赫數保持足夠高使介質的動能足夠高(考慮到區段28的截面面積的直徑和破碎元件24的開口面積)，從而確保介質一致地沖擊和穿過破碎元件24，以避免堵塞。通過將破碎器10構造成不具有恒定截面面積區段28而會聚區段26具有能夠產生等同結果的會聚角和長度來實現相同結果，這同樣在本申請的教導范圍內。
[0021]在示出的實施例中，在恒定截面面積區段28的下游和破碎元件24的上游，示出了長度相對較短并且角度α較小的具有漸擴或截面面積增加的擴張區段30，考慮到水冰沿內部流動路徑22的壁的積聚，所述擴張區段30可以可選地包括以降低水冰堵塞破碎元件24的可能性。如所示實施例中示出的，內部流動路徑22可包括區段32，區段32在緊接著破碎元件24的下游呈現出稍微增加的截面面積，也降低水冰堵塞的可能性。區段32可以如圖所示稍微會聚。在所示實施例中，本體20由通過緊固件固彼此固定的兩件20a和20b形成，兩件20a和20b之間具有密封件20c。所述兩件式構造允許將破碎元件24在兩件之間組裝在內部流動路徑22中。
[0022]雖然如圖3中所示的內部流動路徑22是圓形的，但是可以采用具有本文所述的合適的截面面積的任何適合的截面形狀。
[0023]在破碎元件24之前會聚夾帶顆粒流的步驟可以替代地在破碎器10的上游實現，或者可以另外通過使破碎器10的截面26會聚。參照圖4，適配器34限定內部流動路徑22的會聚區段36，其將入口 38處夾帶流的較大截面面積減小成會聚區段26的入口 40處的截面面積，從而提供比會聚區段26中所示甚至更大的面積減小。適配器34能夠與緊鄰其上游設置的任何構件互補配合，例如所示實施例中的手控裝置8。如以上所討論的，上游構件可以是任何合適的構件，并且通過具有不同的適配器34構造，單個破碎器10構造可以與一系列上游構件一起使用。適配器34可以以任何合適的方式固定至本體20，例如可以通過緊固件42，并且可以包括密封件44。
[0024]類似地，如圖所示，適配器46可以連接至破碎器10的出口端，被構造成與緊鄰其下游設置的任何構件互補配合。因此，各種不同的適配器構造可設置成具有安裝至破碎器10的公共上游構造和取決于下游構件的構造的各種下游安裝構造。在所示實施例中，適配器46包括漸擴區段48。如以上所述，下游構件包括超聲噴射施用器(applicator)或噴嘴、次聲施用器/噴嘴或適合于夾帶顆粒流的預期用途的任何其他構件。
[0025]參照圖5、6和7，示出了破碎元件的實施例。可以采用任何適合構造的破碎元件。破碎元件24提供多個通道50、52，在本文中也被稱為開口或槽孔(cell)，根據介質離開系統時介質的理想最終尺寸來限定所述多個通道的尺寸。破碎元件24的開口可以具有任何適合的形狀，包括矩形、長形、圓形。
[0026]圖5示出的破碎元件24a被構造成絲網篩。為了對破碎元件例如破碎元件24a的絲網構造提供結構支撐，可以如圖6所示設置支撐件54。破碎元件24a可以任何適合的方式附接至支撐件52，例如通過在圍繞破碎元件24a的外周24b的多個位置處進行焊接。圖7示出破碎元件24c，其具有通過激光切割或沖切而成的通道52。因此破碎元件24c可具有足夠的厚度，不需要額外支撐。開口52可以是底切(undercut)，具有折邊(break edge)或具有喇機口形狀。
[0027]可以采用多個破碎元件，它們也可以被構造成使其相對角取向是外部地可調的，以提供尺寸可變開口，從而對介質的減小尺寸提供可變控制。
[0028]破碎元件24的功能是將諸如所公開的二氧化碳顆粒(也被稱為干冰顆粒)等噴射介質從第一尺寸改變成較小的第二尺寸，所述第一尺寸是所述介質的一般均勻尺寸。因此，全部或一部分所述被夾帶的介質流過破碎元件24的開口，每個介質碰撞并且/或者穿過開口，使它們從初始尺寸減小到第二尺寸，所述第二尺寸取決于槽孔或開口尺寸。可以形成一系列第二尺寸。
[0029]圖8為順序連接的兩個破碎器10a、10b的側向截面視圖。雖然示出了兩個破碎器，但可以順序布置兩個以上的破碎器。破碎器1a和1b共同限定夾帶噴射介質流從中流過的內部流動路徑56的至少一部分。本體58承載破碎元件60a，破碎元件60a設置成被夾帶噴射介質流的至少一部分沖擊。在所示實施例中，破碎元件60a設置在內部流動路徑56中，使得全部所述流流過破碎元件60a，導致所有大于破碎元件60a的開口的噴射介質沖擊破碎元件60a。本體58b承載破碎元件60b，破碎元件60b設置成被夾帶噴射介質流的至少一部分沖擊。在所示實施例中，破碎元件60b設置在內部流動路徑56中，使得之前穿過破碎元件60a的全部所述流流過破碎元件60b，導致所有大于破碎元件60b的開口的噴射介質沖擊破碎元件
60b ο
[0030]在所示實施例中，內部流動路徑56包括會聚區段26a，會聚區段26a使破碎器1a上游的較慢速度的夾帶流適當地平穩過渡到速度顯著更高的流體流，使可用的壓縮流體能的損失最小化。通過會聚成較小區域，流體靜壓發生相應變化，對于次聲流來說，此流體靜壓變化對應于通過會聚區段26a上下游流體連通的壓力脈沖的形成。會聚區段26a的下游設置具有適合長度La的恒定截面面積區段28a，以允許夾帶流的馬赫數保持足夠高使介質的動能足夠高(考慮到區段28a的截面面積的直徑和破碎元件60a的開口面積)，從而確保介質一致地沖擊和穿過破碎元件60a，以避免堵塞。通過將破碎器1b構造成不具有恒定截面面積區段28a而會聚區段26a具有能夠產生等同結果的會聚角和長度來實現相同結果，這同樣在本申請的教導范圍內。
[0031]在所示實施例中，在恒定截面面積區段28a的下游和破碎元件60a的上游，示出了長度相對較短并且角度^較小的具有漸擴或截面面積增加的擴張區段30a，考慮到水冰沿內部流動路徑56的壁的積聚，所述擴張區段30a可以可選地包括以降低水冰堵塞破碎元件60a的可能性。如所示實施例中示出的，內部流動路徑56可包括區段32a，區段32a在緊接著破碎元件60a的下游呈現出稍微增加的截面面積，也降低水冰堵塞的可能性。區段32a可以如圖所示稍微會聚。
[0032]在所示實施例中，內部流動路徑56還包括會聚區段26b，會聚區段26b的下游具有包括適合長度Lb的恒定截面面積區段28b，以允許夾帶流的馬赫數保持足夠高使介質的動能足夠高(考慮到區段28b的截面面積的直徑和破碎元件60b的開口面積)，從而確保介質一致地沖擊和穿過破碎元件60b，以避免堵塞。通過將破碎器1b構造成不具有恒定截面面積區段28b同時使會聚區段26b具有能夠產生等同結果的會聚角和長度來實現相同結果，這同樣在本申請的教導范圍內。
[0033]在所示實施例中，在恒定截面面積區段28b的下游和破碎元件60b的上游，示出了長度相對較短并且角度較小的具有漸擴或截面面積增加的擴張區段30b，考慮到水冰沿內部流動路徑56的壁的積聚，所述擴張區段30b可以可選地包括在內以降低水冰堵塞破碎元件60b的可能性。如所示實施例中示出的，內部流動路徑56可包括區段32b，區段32b在緊接著破碎元件60b的下游呈現出稍微增加的截面面積，也降低水冰堵塞的可能性。區段32b可以如圖所示稍微會聚。
[0034]類似于以上描述，適配器34a限定會聚區段36a，其將入口38a處夾帶流的較大截面面積減小成會聚區段26a的入口 40a處的截面面積，使得截面面積比會聚區段26中減小得更多。類似地，適配器346b可以連接至破碎器1b的出口端，被構造成與緊鄰其下游設置的任何構件互補配合。因此各種不同的適配器構造可設置成具有安裝至破碎器1b的公共上游構造和取決于下游構件的構造的各種下游安裝構造。在所示實施例中，適配器46b包括漸擴區段48b。如以上所述，下游構件包括超聲噴射施用器或噴嘴、次聲施用器/噴嘴或適合于夾帶顆粒流的預期用途的任何其他構件。
[0035]考慮到區段28a和28b的直徑DjPDb、截面面積、以及破碎元件60a和60b的開口面積，長度LjPLb適于一起允許通過流動路徑56的夾帶流的馬赫數保持足夠高以使介質的動能足夠高，以確保介質一致地沖擊和穿過破碎元件60a和60b，從而避免堵塞。當然，破碎器I Oa和I Ob的對應區段可具有相同尺寸，例如，La可以等于Lb，Da可以等于Db。
[0036]破碎元件60a和60b可以是相同或不同的。例如，破碎元件60a的尺寸可以被設計成使顆粒的尺寸減小至第一尺寸，例如直徑約3mm，破碎元件60b的尺寸可以被設計成使顆粒減小至第二尺寸，例如直徑約2mm。由于顆粒被第一破碎元件60a沖擊并且尺寸減小，氣體會逸出，從而在一定程度上補償第一破碎元件60a上的壓降。
[0037]已經出于示出和說明目的對本發明的實施例進行了描述。并不旨在窮盡本發明或將本發明局限為所公開的具體形式。根據以上教導，明顯的修改和變型是可能的。所選擇和描述的實施例是用于充分地示出本發明的原理及其實踐應用，以使本領域普通技術人員能夠最好地利用本發明的各種實施例以及適用于所構想的特定用途的各種改型。雖然只詳細解釋了本發明的有限數量的實施例，但應該理解，本發明的范圍不限于之前所描述的或附圖中所示的構造細節和構件布置。本發明包括其他實施例并且能夠以各種方式實踐或實施。所使用的技術術語也只是為了清楚起見。應該理解的是，每個具體術語包括以類似方式實現類似目的所有技術等同物。本發明的范圍由在此一同提交的權利要求書限定。
【主權項】
1.一種破碎器，包括: a.限定內部流動路徑的本體，所述流動路徑包括: 1.入口； i i.設置在所述入口下游的會聚區段;和 ii1.設置在所述會聚區段下游的出口；以及 b.至少一個破碎元件，其設置在所述會聚區段和所述出口中間。2.根據權利要求1所述的破碎器，包括設置在所述會聚區段和所述至少一個破碎元件中間的恒定截面面積區段。3.根據權利要求2所述的破碎器，包括設置在所述恒定截面面積區段和所述至少一個破碎元件中間的擴張區段。4.根據權利要求3所述的破碎器，其中，緊靠所述至少一個破碎元件的下游，所述內部流動路徑具有比緊靠所述至少一個破碎元件的上游大的截面面積。5.根據權利要求1所述的破碎器，包括設置在所述會聚區段和所述至少一個破碎元件中間的擴張區段。6.根據權利要求5所述的破碎器，其中，緊靠所述至少一個破碎元件的下游，所述內部流動路徑具有比緊靠所述至少一個破碎元件的上游大的截面面積。7.—種改變次聲流體流中夾帶的噴射介質顆粒的尺寸的方法，每個所述噴射介質顆粒具有相應的初始尺寸，所述方法包括: a.將所述次聲流體流從第一速度會聚成第二速度； b.推送多個所述噴射介質顆粒穿過由破碎元件限定的一個或多個開口； c.通過推送多個噴射介質顆粒中的至少一個穿過所述一個或多個開口，將被推送的多個噴射介質顆粒中的所述至少一個從其相應的初始尺寸改變成較小的第二尺寸。8.根據權利要求7所述的方法，包括在推送所述多個噴射介質顆粒穿過所述一個或多個開口之前在第一長度上保持所述第二速度。9.根據權利要求7所述的方法，包括在推送所述多個噴射介質顆粒穿過一個或多個開口之前不在第一長度上會聚所述次聲流。10.根據權利要求9所述的方法，其中，不在第一長度上會聚所述次聲流包括使所述次聲流流過內部通道，所述內部通道沿所述第一長度具有恒定截面面積。11.根據權利要求7所述的方法，包括剛好在推送所述多個噴射介質顆粒穿過一個或多個開口之前擴張次聲流。12.根據權利要求7所述的方法，包括在推送所述多個噴射介質顆粒穿過一個或多個開口之后立即擴張所述次聲流。13.根據權利要求7所述的方法，包括在推送所述多個噴射介質顆粒穿過一個或多個開口之后會聚次聲流。14.一種破碎器，包括: a.內部流動路徑，所述流動路徑包括: 1.入口； i i.設置在所述入口下游的會聚區段;和 ii1.設置在所述會聚區段下游的出口；以及 b.至少一個破碎元件，其設置在所述會聚區段和所述出口中間。15.根據權利要求14所述的破碎器，其中，所述會聚區段緊靠所述入口下游設置。16.根據權利要求14所述的破碎器，還包括本體，所述本體限定所述內部流動路徑。17.根據權利要求14所述的破碎器，其中，所述本體是一體式構造。18.—種能夠傳送低溫噴射介質顆粒的次聲夾帶流的流動路徑，所述噴射介質顆粒具有相應尺寸，所述流動路徑包括: a.會聚區段，其能夠使所述流從第一速度過渡到第二速度，所述第二速度大于所述第一速度；以及 b.至少一個破碎元件，其設置在所述會聚區段下游，所述至少一個破碎元件能夠在噴射介質顆粒流過破碎元件時減小所述噴射介質顆粒的相應尺寸。19.根據權利要求18所述的流動路徑，包括設置在所述會聚區段和所述至少一個破碎元件中間的恒定截面面積區段。20.根據權利要求18所述的流動路徑，其中，所述流動路徑在緊靠所述至少一個破碎元件下游的截面面積大于在緊靠所述至少一個破碎元件上游的截面面積。
【文檔編號】B24C5/02GK105916632SQ201580004646
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2015年1月15日
【發明人】T·R·萊尼格
【申請人】冷噴有限責任公司