JP2002102809A - キャビテーションジェットノズル - Google Patents
キャビテーションジェットノズルInfo
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- JP2002102809A JP2002102809A JP2000296222A JP2000296222A JP2002102809A JP 2002102809 A JP2002102809 A JP 2002102809A JP 2000296222 A JP2000296222 A JP 2000296222A JP 2000296222 A JP2000296222 A JP 2000296222A JP 2002102809 A JP2002102809 A JP 2002102809A
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- cavitation
- pressure water
- jet
- cavitation jet
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 旋回をさせながら水中に広がるキャビテーシ
ョンジェットを作り出すためのノズル構造を提供する。 【解決手段】 ノズル本体（１）の先端に設けられた細
孔形の噴出孔（７）と、この噴出孔（７）の上流側に設
けられた、前記噴出孔（７）より径大の軸方向高圧水流
路（４）とを有するキャビテーションジェットノズルで
あって、前記噴出孔（７）と軸方向高圧水流路（４）の
間に、旋回室（５）および該旋回室の内周接線方向に開
口する接線方向高圧水流路（９）とを設けたことを特徴
とするキャビテーションジェットノズル。
ョンジェットを作り出すためのノズル構造を提供する。 【解決手段】 ノズル本体（１）の先端に設けられた細
孔形の噴出孔（７）と、この噴出孔（７）の上流側に設
けられた、前記噴出孔（７）より径大の軸方向高圧水流
路（４）とを有するキャビテーションジェットノズルで
あって、前記噴出孔（７）と軸方向高圧水流路（４）の
間に、旋回室（５）および該旋回室の内周接線方向に開
口する接線方向高圧水流路（９）とを設けたことを特徴
とするキャビテーションジェットノズル。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、キャビテーション
を伴うウォータージェット（キャビテーションジェッ
ト）を利用する洗浄技術に係り、特にキャビテーション
ジェットに旋回を与えるノズル構造に関するものであ
る。
を伴うウォータージェット（キャビテーションジェッ
ト）を利用する洗浄技術に係り、特にキャビテーション
ジェットに旋回を与えるノズル構造に関するものであ
る。
【０００２】
【従来の技術】水中において、水中に設置したノズルか
ら高速でウォータージェットを吹き出すと、このウォー
タージェットには激しいキャビテーションが発生する。
このようなウォータージェットは、キャビテーションジ
ェット（ＣａｖｉｔａｔｉｎｇＪｅｔ）と呼ばれる。気
相中における通常のウォータージェットであれば、ジェ
ットが衝突する際の最大衝撃圧力は、原理的にノズルに
おけるジェットの噴射圧力を超えることがない。したが
って、気相中のウォータージェットの威力を強めようと
すれば、高圧ポンプの吐出圧力を高めねばならず、エネ
ルギーコスト的なメリットは消滅する。これに対して水
中で高速のウオータージェットを吹き出すキャビテーシ
ョンジェットの場合には、ジェットの衝突圧力に加えて
気泡崩壊時に生じる衝撃圧を活用することができる。こ
の衝撃圧力は２００ＭＰａ（およそ２００kgｆ／cm2 ）
を超えるものであって、ノズルにおけるウォータージェ
ットの噴射圧力の数倍にも達する。このキャビテーショ
ンの衝撃圧力とジェット水量の洗い流し作用で洗浄効果
が高まるため、キャビテーションジェットは、さまざま
な分野の洗浄に最適である。
ら高速でウォータージェットを吹き出すと、このウォー
タージェットには激しいキャビテーションが発生する。
このようなウォータージェットは、キャビテーションジ
ェット（ＣａｖｉｔａｔｉｎｇＪｅｔ）と呼ばれる。気
相中における通常のウォータージェットであれば、ジェ
ットが衝突する際の最大衝撃圧力は、原理的にノズルに
おけるジェットの噴射圧力を超えることがない。したが
って、気相中のウォータージェットの威力を強めようと
すれば、高圧ポンプの吐出圧力を高めねばならず、エネ
ルギーコスト的なメリットは消滅する。これに対して水
中で高速のウオータージェットを吹き出すキャビテーシ
ョンジェットの場合には、ジェットの衝突圧力に加えて
気泡崩壊時に生じる衝撃圧を活用することができる。こ
の衝撃圧力は２００ＭＰａ（およそ２００kgｆ／cm2 ）
を超えるものであって、ノズルにおけるウォータージェ
ットの噴射圧力の数倍にも達する。このキャビテーショ
ンの衝撃圧力とジェット水量の洗い流し作用で洗浄効果
が高まるため、キャビテーションジェットは、さまざま
な分野の洗浄に最適である。
【０００３】通常の気相中ウォータージェットと比較し
た場合、キャビテーションジェット法の特徴は、上記し
たキャビテーションの衝撃圧利用のほかに以下の２点で
ある。 （１）キャビテーションジェットからは線香花火のよう
に四方八方に衝撃圧が放射されるので、洗浄対象物に直
角に衝突させなくてもキャビテーションジェットの側面
を用いることでも洗浄が可能である。 （２）上記（１）とも関係するが、洗浄対象物の側面や
背面までも洗浄が可能である。特に、細い円柱体などが
洗浄対象の場合、１方向からのジェット衝突によって円
柱体の全側面が洗浄になる。従ってさまざまな方向から
ジェットを当てるようなノズルやワーク（被洗浄物）の
複雑な動きの操作が不要になる。
た場合、キャビテーションジェット法の特徴は、上記し
たキャビテーションの衝撃圧利用のほかに以下の２点で
ある。 （１）キャビテーションジェットからは線香花火のよう
に四方八方に衝撃圧が放射されるので、洗浄対象物に直
角に衝突させなくてもキャビテーションジェットの側面
を用いることでも洗浄が可能である。 （２）上記（１）とも関係するが、洗浄対象物の側面や
背面までも洗浄が可能である。特に、細い円柱体などが
洗浄対象の場合、１方向からのジェット衝突によって円
柱体の全側面が洗浄になる。従ってさまざまな方向から
ジェットを当てるようなノズルやワーク（被洗浄物）の
複雑な動きの操作が不要になる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来、図１１に示すよ
うなキャビテーション促進型のノズル１を用いて、細い
円錐型のキャビテーションジェット３をノズルから吹き
出させ、洗浄に利用していた。図中、２は高圧水、４は
周囲水、５は噴出孔、６は高圧水供給流路、７はしぼり
部（径収縮部）である。しかし、このようなノズルで
は、キャビテーションジェット３の領域が狭く、局部的
な洗浄には適しているが、広い領域の洗浄や、比較的マ
イルドなキャビテーションが必要とされる場合には、そ
の適用に限界があった。例えば繊維質の洗浄などでは、
マイルドなキャビテーションが要求されるが、過度にパ
ワフルなキャビテーションでは母材を傷めてしまうし、
またエネルギーコスト的に不利になる場合がある。
うなキャビテーション促進型のノズル１を用いて、細い
円錐型のキャビテーションジェット３をノズルから吹き
出させ、洗浄に利用していた。図中、２は高圧水、４は
周囲水、５は噴出孔、６は高圧水供給流路、７はしぼり
部（径収縮部）である。しかし、このようなノズルで
は、キャビテーションジェット３の領域が狭く、局部的
な洗浄には適しているが、広い領域の洗浄や、比較的マ
イルドなキャビテーションが必要とされる場合には、そ
の適用に限界があった。例えば繊維質の洗浄などでは、
マイルドなキャビテーションが要求されるが、過度にパ
ワフルなキャビテーションでは母材を傷めてしまうし、
またエネルギーコスト的に不利になる場合がある。
【０００５】一般にジェットを広げる手段として旋回法
があるが、通常の旋回式ノズルでは圧力損失が大きく、
ノズル内の減圧部でキャビテーションが生じると気泡が
ノズルを閉塞させたり、キャビテーションがノズルに損
傷を与えたりする。圧力損失が大きいということは、旋
回ノズルから吹き出すジェットの勢いが低下することで
あって、キャビテーションを促進するという観点からは
不利である。本発明の課題は、上記のような問題を解決
し、旋回をさせながら水中に広がるキャビテーションジ
ェットを作り出すためのノズル構造を提供することであ
る。
があるが、通常の旋回式ノズルでは圧力損失が大きく、
ノズル内の減圧部でキャビテーションが生じると気泡が
ノズルを閉塞させたり、キャビテーションがノズルに損
傷を与えたりする。圧力損失が大きいということは、旋
回ノズルから吹き出すジェットの勢いが低下することで
あって、キャビテーションを促進するという観点からは
不利である。本発明の課題は、上記のような問題を解決
し、旋回をさせながら水中に広がるキャビテーションジ
ェットを作り出すためのノズル構造を提供することであ
る。
【０００６】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本願で特許請求される発明は下記のとおりである （１）ノズル本体と、該ノズル本体の先端に設けられた
細孔形の噴出孔と、該ノズル本体内の噴出孔の上流側に
設けられた、前記噴出孔より径大の軸方向高圧水流路と
を有するキャビテーションジェットノズルであって、前
記噴出孔と軸方向高圧水流路の間に、旋回室および該旋
回室の内周接線方向に開口する接線方向高圧水流路とを
設けたことを特徴とするキャビテーションジェットノズ
ル。 （２）前記噴出孔と前記軸方向高圧水流路の間に勾配を
有する径収縮部を設け、該径収縮部と該軸方向高圧水流
路の間に前記旋回室を設けたことを特徴とする（１）記
載のキャビテーションジェットノズル。
に、本願で特許請求される発明は下記のとおりである （１）ノズル本体と、該ノズル本体の先端に設けられた
細孔形の噴出孔と、該ノズル本体内の噴出孔の上流側に
設けられた、前記噴出孔より径大の軸方向高圧水流路と
を有するキャビテーションジェットノズルであって、前
記噴出孔と軸方向高圧水流路の間に、旋回室および該旋
回室の内周接線方向に開口する接線方向高圧水流路とを
設けたことを特徴とするキャビテーションジェットノズ
ル。 （２）前記噴出孔と前記軸方向高圧水流路の間に勾配を
有する径収縮部を設け、該径収縮部と該軸方向高圧水流
路の間に前記旋回室を設けたことを特徴とする（１）記
載のキャビテーションジェットノズル。
【０００７】（３）前記噴出孔の出口周囲に環状のくぼ
みを設け、該噴出孔を吹き出た旋回キャビテーションジ
ェットがノズル本体に直接接触しないようにしたことを
特徴とする（１）または（２）記載のキャビテーション
ジェットノズル。 （４）前記軸方向高圧水流路と旋回方向高圧水流路にそ
れぞれ供給する高圧水は、同じポンプから噴出した高圧
水を途中で分岐したものであることを特徴とする（１）
または（２）記載のキャビテーションジェットノズル。
みを設け、該噴出孔を吹き出た旋回キャビテーションジ
ェットがノズル本体に直接接触しないようにしたことを
特徴とする（１）または（２）記載のキャビテーション
ジェットノズル。 （４）前記軸方向高圧水流路と旋回方向高圧水流路にそ
れぞれ供給する高圧水は、同じポンプから噴出した高圧
水を途中で分岐したものであることを特徴とする（１）
または（２）記載のキャビテーションジェットノズル。
【０００８】
【発明の実施の形態】以下、本発明を図面に示す実施例
により詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例を示
すキャビテーションジェットノズルの軸方向断面図、図
２は図１のII-II 線から見た矢視方向の正面図である。
このノズルは、ノズル本体１と、該ノズル本体１の先端
に設けられた細孔形の噴出孔７と、該ノズル本体１内の
噴出孔７の上流方向に順次設けられた径収縮部（しぼり
部）６および旋回室５と、該旋回室５の内周接線方向に
開口する接線方向高圧水流路１０と、該旋回室の上流方
向に同軸に設けられた軸方向高圧水流路４と、前記噴出
孔出口の周囲に設けられた環状のくぼみ８と、前記接線
方向および軸方向高圧水流路にそれぞれ高圧水を供給す
る手段（図示せず）とを有する。
により詳細に説明する。図１は、本発明の一実施例を示
すキャビテーションジェットノズルの軸方向断面図、図
２は図１のII-II 線から見た矢視方向の正面図である。
このノズルは、ノズル本体１と、該ノズル本体１の先端
に設けられた細孔形の噴出孔７と、該ノズル本体１内の
噴出孔７の上流方向に順次設けられた径収縮部（しぼり
部）６および旋回室５と、該旋回室５の内周接線方向に
開口する接線方向高圧水流路１０と、該旋回室の上流方
向に同軸に設けられた軸方向高圧水流路４と、前記噴出
孔出口の周囲に設けられた環状のくぼみ８と、前記接線
方向および軸方向高圧水流路にそれぞれ高圧水を供給す
る手段（図示せず）とを有する。
【０００９】上記ノズルは水中に沈められ、ノズル本体
１内の旋回室５には、まずその接線方向に開口する接線
方向高圧水流路９から同開口部１０を通して高圧水が供
給される。一方、旋回室５の上流に同軸に設けられた高
圧水供給流路４を通じて高圧水３が旋回室５の中心軸上
から供給される。このノズルにおいては、旋回室５にお
いて軸方向高圧水３と旋回方向高圧水２が合流混合し、
先端の噴出孔７から水中へ噴射する。噴射する水中水噴
流は旋回成分と直進成分を有していて、両成分の相乗作
用によって激しいキャビテーションを伴いながら水中の
広い領域に広がっていく。その際、噴出孔７の出口に
は、噴出孔の周囲に凹形のくぼみ８が設けられているの
で、旋回して広がるキャビテーションジェットがノズル
本体１の表面に直接接触しないようにしてエロージョン
（壊食）の発生を防ぐ。本実施例では、できるだけ構造
を簡略化するために旋回室５において旋回方向高圧水は
１個所のみから供給されるようにしているが、複数の個
所から供給してもよい。また径収縮部６は、後述するよ
うに（図１０）、噴出孔７の軸方向の長さを延長し、噴
出孔７の入口部分で縮流を生じるようにすれば、勾配を
有するしぼり部６は設けなくてもよい。また旋回室５
は、軸方向高圧水供給流路４を延長または兼用した形で
設けてもよい。
１内の旋回室５には、まずその接線方向に開口する接線
方向高圧水流路９から同開口部１０を通して高圧水が供
給される。一方、旋回室５の上流に同軸に設けられた高
圧水供給流路４を通じて高圧水３が旋回室５の中心軸上
から供給される。このノズルにおいては、旋回室５にお
いて軸方向高圧水３と旋回方向高圧水２が合流混合し、
先端の噴出孔７から水中へ噴射する。噴射する水中水噴
流は旋回成分と直進成分を有していて、両成分の相乗作
用によって激しいキャビテーションを伴いながら水中の
広い領域に広がっていく。その際、噴出孔７の出口に
は、噴出孔の周囲に凹形のくぼみ８が設けられているの
で、旋回して広がるキャビテーションジェットがノズル
本体１の表面に直接接触しないようにしてエロージョン
（壊食）の発生を防ぐ。本実施例では、できるだけ構造
を簡略化するために旋回室５において旋回方向高圧水は
１個所のみから供給されるようにしているが、複数の個
所から供給してもよい。また径収縮部６は、後述するよ
うに（図１０）、噴出孔７の軸方向の長さを延長し、噴
出孔７の入口部分で縮流を生じるようにすれば、勾配を
有するしぼり部６は設けなくてもよい。また旋回室５
は、軸方向高圧水供給流路４を延長または兼用した形で
設けてもよい。
【００１０】
【作用】ノズルの噴出孔７から吹き出すキャビテーショ
ンジェットは、中心が「中抜け」になった円錐形、すな
わちホローコン状になる。中心軸上にジェットがないた
め、通常のノズルからのキャビテーションジェット（図
１１）に生じるような後述する「第１ピーク」（図６）
に相当する現象は生じない。したがって、本発明におけ
る旋回キャビテーションジェットには、その全域におい
て壊食性の強い領域は存在せず、洗浄に対しても母材の
健全性が確保される。また、ホローコン状に広がるため
周囲水との接触が多く、周囲水中から気泡核（Ｃａｖｉ
ｔａｔｉｏｎ ｎｕｃｌｅｉ）がジェット中に供給され
てキャビテーションを促進する。また、この旋回キャビ
テーションジェットは、周囲水との間に剪断層を作り出
す面積も多いので、キャビテーションの界面に由来する
キャビテーションが発達する。以上のような作用によっ
て、発達したキャビテーションを伴う旋回水流が水中に
広がる。この水流を利用すれば、洗浄の効果を充分に高
めることができる。
ンジェットは、中心が「中抜け」になった円錐形、すな
わちホローコン状になる。中心軸上にジェットがないた
め、通常のノズルからのキャビテーションジェット（図
１１）に生じるような後述する「第１ピーク」（図６）
に相当する現象は生じない。したがって、本発明におけ
る旋回キャビテーションジェットには、その全域におい
て壊食性の強い領域は存在せず、洗浄に対しても母材の
健全性が確保される。また、ホローコン状に広がるため
周囲水との接触が多く、周囲水中から気泡核（Ｃａｖｉ
ｔａｔｉｏｎ ｎｕｃｌｅｉ）がジェット中に供給され
てキャビテーションを促進する。また、この旋回キャビ
テーションジェットは、周囲水との間に剪断層を作り出
す面積も多いので、キャビテーションの界面に由来する
キャビテーションが発達する。以上のような作用によっ
て、発達したキャビテーションを伴う旋回水流が水中に
広がる。この水流を利用すれば、洗浄の効果を充分に高
めることができる。
【００１１】図３は、本発明のキャビテーションジェッ
トノズルを水中洗浄に適用した場合の装置系統図であ
る。洗浄水３１０は高圧ポンプ３０６へ送られて、所定
の圧力（例えば７００kgｆ／cm2 ）まで加圧される。こ
の加圧された洗浄水は、高圧ホース３０７を通じて送給
され、途中で旋回用高圧水３０８と直進用高圧水３０９
とに分岐する。これらの高圧水は、水槽３０５内に設置
したノズル３０１の旋回室で混合しながら噴出孔から吹
き出し、旋回しながら大きく広がる旋回キャビテーショ
ン・ジェット３０２となる。この旋回キャビテーション
ジェット３０２は、被洗浄物３０３に衝突し汚れを除去
する。水槽３０５内の水（周囲水３０４）は汲み上げポ
ンプ３１１で汲み上げられ、フィルタ３１２で異物を除
去した後、再び洗浄水３１０となって循環使用される。
トノズルを水中洗浄に適用した場合の装置系統図であ
る。洗浄水３１０は高圧ポンプ３０６へ送られて、所定
の圧力（例えば７００kgｆ／cm2 ）まで加圧される。こ
の加圧された洗浄水は、高圧ホース３０７を通じて送給
され、途中で旋回用高圧水３０８と直進用高圧水３０９
とに分岐する。これらの高圧水は、水槽３０５内に設置
したノズル３０１の旋回室で混合しながら噴出孔から吹
き出し、旋回しながら大きく広がる旋回キャビテーショ
ン・ジェット３０２となる。この旋回キャビテーション
ジェット３０２は、被洗浄物３０３に衝突し汚れを除去
する。水槽３０５内の水（周囲水３０４）は汲み上げポ
ンプ３１１で汲み上げられ、フィルタ３１２で異物を除
去した後、再び洗浄水３１０となって循環使用される。
【００１２】図４は、本発明のキャビテーションジェッ
トノズルにおいて生じる現象を模式的に描いた説明図で
ある。旋回キャビテーションジェット５０３は、ホロー
コン（Ｈｏｌｌｏｗ ｃｏｎｅ、中抜けの円錐）状に広
がり旋回（α）する。断面で見ると、ジェット自体は薄
く周囲水５０２がジェット中に流入するのに伴い、周囲
水５０２中の気泡核（Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｎｕｃｌ
ｅｉ）もジェット中に供給されるようになる。このジェ
ットにはパワフルな渦キャビテーション５０５が生成す
る。また、旋回キャビテーションジェット５０３の中心
には大規模循環渦５０６が生じて、キャビテーションが
旋回キャビテーションジェット５０３中に巻き込まれる
ので、ジェット全体が激しいキャビテーションで覆われ
るようになる。
トノズルにおいて生じる現象を模式的に描いた説明図で
ある。旋回キャビテーションジェット５０３は、ホロー
コン（Ｈｏｌｌｏｗ ｃｏｎｅ、中抜けの円錐）状に広
がり旋回（α）する。断面で見ると、ジェット自体は薄
く周囲水５０２がジェット中に流入するのに伴い、周囲
水５０２中の気泡核（Ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ ｎｕｃｌ
ｅｉ）もジェット中に供給されるようになる。このジェ
ットにはパワフルな渦キャビテーション５０５が生成す
る。また、旋回キャビテーションジェット５０３の中心
には大規模循環渦５０６が生じて、キャビテーションが
旋回キャビテーションジェット５０３中に巻き込まれる
ので、ジェット全体が激しいキャビテーションで覆われ
るようになる。
【００１３】図５は、本発明の実施例によるキャビテー
ションジェットノズル（図１〜３）と従来からある非旋
回ジェット（図１１）において、各キャビテーションジ
ェットにおけるジェット幅方向衝撃圧分布を比較した図
である。
ションジェットノズル（図１〜３）と従来からある非旋
回ジェット（図１１）において、各キャビテーションジ
ェットにおけるジェット幅方向衝撃圧分布を比較した図
である。
【００１４】従来の非旋回ジェット（図１１）では、図
５に示すように、壊食性が強く、母材に損傷の生じるお
それのある「第１ピーク」が現れるのに対し、本発明の
ノズルでは、このような「第１ピーク」は発現せず、緩
やかな丘陵形状のピークが現れ、このピークはむしろ図
１１の非旋回ジェットで現れる第２ピークと似ている。
本発明のノズルにおけるこのようなピークは、エネルギ
ーが広い領域に分散するため、壊食性がないものの、非
旋回ジェット（図１１）におけるピークに較べてノズル
に近く、ピークのレベルは高い（衝撃圧が大きい）とい
う特徴がある。壊食性がなく、また衝撃圧のレベルが高
いことは、旋回キャビテーションジェットが洗浄にとっ
て極めて好ましい特徴を有するということである。
５に示すように、壊食性が強く、母材に損傷の生じるお
それのある「第１ピーク」が現れるのに対し、本発明の
ノズルでは、このような「第１ピーク」は発現せず、緩
やかな丘陵形状のピークが現れ、このピークはむしろ図
１１の非旋回ジェットで現れる第２ピークと似ている。
本発明のノズルにおけるこのようなピークは、エネルギ
ーが広い領域に分散するため、壊食性がないものの、非
旋回ジェット（図１１）におけるピークに較べてノズル
に近く、ピークのレベルは高い（衝撃圧が大きい）とい
う特徴がある。壊食性がなく、また衝撃圧のレベルが高
いことは、旋回キャビテーションジェットが洗浄にとっ
て極めて好ましい特徴を有するということである。
【００１５】本発明になるノズルでは、ジェットの貫通
力の確保とノズルにおける圧力損失を低減するために旋
回流と直進流を組合わせているが、図６は、本発明のノ
ズルにおいて旋回のみの場合と本発明実施例（図１〜
３）の場合における圧力損失を比較したものである。縦
軸における圧力損失△Ｐは、旋回のみの場合の圧力損失
△Ｐ* で割ることにより無次元化している。本発明のノ
ズルは、旋回のみの場合と比較して、△Ｐ／△Ｐ* ＝
０．５９であり、約４割の圧力損失低減の効果が実証さ
れた。
力の確保とノズルにおける圧力損失を低減するために旋
回流と直進流を組合わせているが、図６は、本発明のノ
ズルにおいて旋回のみの場合と本発明実施例（図１〜
３）の場合における圧力損失を比較したものである。縦
軸における圧力損失△Ｐは、旋回のみの場合の圧力損失
△Ｐ* で割ることにより無次元化している。本発明のノ
ズルは、旋回のみの場合と比較して、△Ｐ／△Ｐ* ＝
０．５９であり、約４割の圧力損失低減の効果が実証さ
れた。
【００１６】図７は、従来技術（図１１）と本発明実施
例になる旋回キャビテーションジェットノズルにおい
て、洗浄に要する時間ｔを比較したものである。縦軸に
おける洗浄時間ｔは、従来技術（図１１）における洗浄
時間ｔ* で割ることにより無次元化した。従来技術にお
いてｔ／ｔ* ＝１．０となる。これに対して、本発明実
施例ではｔ／ｔ* ＝０．６２であって、大幅な時間短縮
が実現した。これは本発明になるノズルにおける旋回キ
ャビテーションジェットの広がりと、高い衝撃圧力発生
の効果が反映されたものである。
例になる旋回キャビテーションジェットノズルにおい
て、洗浄に要する時間ｔを比較したものである。縦軸に
おける洗浄時間ｔは、従来技術（図１１）における洗浄
時間ｔ* で割ることにより無次元化した。従来技術にお
いてｔ／ｔ* ＝１．０となる。これに対して、本発明実
施例ではｔ／ｔ* ＝０．６２であって、大幅な時間短縮
が実現した。これは本発明になるノズルにおける旋回キ
ャビテーションジェットの広がりと、高い衝撃圧力発生
の効果が反映されたものである。
【００１７】洗浄時間が短ければ水洗の流量が少なくて
済むし、排水量も低減できる。図８は、水洗流量Ｑｗを
従来技術（図１１）における水洗流量Ｑｗ* と比較した
ものである。縦軸は無次元化した水洗流量Ｑｗ／Ｑｗ*
を示し、したがって、従来技術においてはＱｗ／Ｑｗ*
＝１．０となる。これに対して、本発明実施例ではＱｗ
／Ｑｗ* ＝０．７２となり、洗浄促進の効果によって３
割ほど水洗流量を減らせることがわかる。
済むし、排水量も低減できる。図８は、水洗流量Ｑｗを
従来技術（図１１）における水洗流量Ｑｗ* と比較した
ものである。縦軸は無次元化した水洗流量Ｑｗ／Ｑｗ*
を示し、したがって、従来技術においてはＱｗ／Ｑｗ*
＝１．０となる。これに対して、本発明実施例ではＱｗ
／Ｑｗ* ＝０．７２となり、洗浄促進の効果によって３
割ほど水洗流量を減らせることがわかる。
【００１８】図９は、従来技術（図１１）と本発明実施
例（図１〜３）に対して、洗浄に適用する際のエネルギ
ーコストを比較したものである。縦軸におけるエネルギ
ーコストＥは、従来技術（図１１）におけるエネルギー
コストＥ* で割ることにより無次元化した。したがっ
て、従来技術においては、Ｅ／Ｅ* ＝１．０となる。こ
れに対して、本発明実施例ではＥ／Ｅ* ＝０．８１であ
る。以上から、本発明になる旋回キャビテーションジェ
ットを洗浄へ適用したときにはエネルギーコストをおよ
そ２割低減できることが実証された。
例（図１〜３）に対して、洗浄に適用する際のエネルギ
ーコストを比較したものである。縦軸におけるエネルギ
ーコストＥは、従来技術（図１１）におけるエネルギー
コストＥ* で割ることにより無次元化した。したがっ
て、従来技術においては、Ｅ／Ｅ* ＝１．０となる。こ
れに対して、本発明実施例ではＥ／Ｅ* ＝０．８１であ
る。以上から、本発明になる旋回キャビテーションジェ
ットを洗浄へ適用したときにはエネルギーコストをおよ
そ２割低減できることが実証された。
【００１９】図１０は、本発明のノズルの他の実施例を
示すノズル軸方向断面図である。基本的には図１に示し
たノズルと同じであるが、噴出孔４０７の入口に収縮流
４０８が発生するように、噴出孔の軸方向の距離を長く
し、勾配を有するしぼり部をなくしたものである。本ノ
ズルでは、高圧水供給流路４０４が旋回室を兼ねる。こ
の縮流４０８を起点に、微細な気泡が気泡核（Ｃａｖｉ
ｔａｔｉｏｎ ｎｕｃｌｅｉ）として旋回キャビテーシ
ョンジェット４１１の内部に流入する。したがって、こ
のような微細気泡は流入核（Ｉｎｆｌｏｗ ｎｕｃｌｅ
ｉ）と呼ばれる。
示すノズル軸方向断面図である。基本的には図１に示し
たノズルと同じであるが、噴出孔４０７の入口に収縮流
４０８が発生するように、噴出孔の軸方向の距離を長く
し、勾配を有するしぼり部をなくしたものである。本ノ
ズルでは、高圧水供給流路４０４が旋回室を兼ねる。こ
の縮流４０８を起点に、微細な気泡が気泡核（Ｃａｖｉ
ｔａｔｉｏｎ ｎｕｃｌｅｉ）として旋回キャビテーシ
ョンジェット４１１の内部に流入する。したがって、こ
のような微細気泡は流入核（Ｉｎｆｌｏｗ ｎｕｃｌｅ
ｉ）と呼ばれる。
【００２０】旋回キャビテーションジェット４１１に流
入した気泡核は、このジェット４１１中において強い圧
力変動を受けて励起され、爆発的に成長して激しいキャ
ビテーションとなる。このようにしてキャビテーション
が促進されるため、洗浄に用いる場合には本発明になる
ノズルで作り出す旋回キャビテーションジェットの洗浄
能力が高まる。
入した気泡核は、このジェット４１１中において強い圧
力変動を受けて励起され、爆発的に成長して激しいキャ
ビテーションとなる。このようにしてキャビテーション
が促進されるため、洗浄に用いる場合には本発明になる
ノズルで作り出す旋回キャビテーションジェットの洗浄
能力が高まる。
【００２１】
【発明の効果】請求項１ないし３記載の発明によれば下
記の効果が得られる。 （１）キャビテーションジェットが水中の広い領域に拡
大するため、広い面積の洗浄を短時間で効率よく実施で
きるようになる。また、エネルギーコストも低減する。 （２）上記（１）の効果によって洗浄に用いた排水量も
削減することが可能になる。 （３）エロージョンの原因となる衝撃圧分布の第１ピー
クが消滅する。したがって、洗浄対象物の健全性を維持
できるようになる。 （４）旋回流のみならず、直進流を並用するため、ノズ
ルにおける圧力損失が小さくなる。
記の効果が得られる。 （１）キャビテーションジェットが水中の広い領域に拡
大するため、広い面積の洗浄を短時間で効率よく実施で
きるようになる。また、エネルギーコストも低減する。 （２）上記（１）の効果によって洗浄に用いた排水量も
削減することが可能になる。 （３）エロージョンの原因となる衝撃圧分布の第１ピー
クが消滅する。したがって、洗浄対象物の健全性を維持
できるようになる。 （４）旋回流のみならず、直進流を並用するため、ノズ
ルにおける圧力損失が小さくなる。
【００２２】請求項２に記載の発明によれば，前記効果
に加えてノズル表面の損傷を防止することができる。
に加えてノズル表面の損傷を防止することができる。
【図１】本発明のキャビテーションジェットノズルの一
実施例を示す軸方向の断面図。
実施例を示す軸方向の断面図。
【図２】図１のII-II 線から見た矢視方向の正面図。
【図３】本発明のキャビテーションジェットノズルルを
用いた洗浄装置の系統図。
用いた洗浄装置の系統図。
【図４】本発明のキャビテーションジェットノズルにお
ける旋回キャビテーション現象を模式的に説明する図。
ける旋回キャビテーション現象を模式的に説明する図。
【図５】本発明のキャビテーションジェットノズルの特
性を、従来技術と比較した説明図。
性を、従来技術と比較した説明図。
【図６】本発明のキャビテーションジェットノズルの特
性を、従来技術と比較した説明図。
性を、従来技術と比較した説明図。
【図７】本発明のキャビテーションジェットノズルの特
性を、従来技術と比較した説明図。
性を、従来技術と比較した説明図。
【図８】本発明のキャビテーションジェットノズルの特
性を、従来技術と比較した説明図。
性を、従来技術と比較した説明図。
【図９】本発明のキャビテーションジェットノズルの特
性を、従来技術と比較した説明図。
性を、従来技術と比較した説明図。
【図１０】本発明の他の実施例を示すキャビテーション
ジェットノズルの軸方向断面図。
ジェットノズルの軸方向断面図。
【図１１】従来のノズルから吹き出すキャビテーション
ジェットを模式的に描いた説明図。
ジェットを模式的に描いた説明図。
１…ノズル、２…旋回方向高圧水、３…軸方向高圧水、
４…軸方向高圧水供給流路、５…旋回室、６…径収縮部
（しぼり部）、７…噴出孔、８…くぼみ、９…接線方向
高圧水流路、１０…接線方向流路開口部。
４…軸方向高圧水供給流路、５…旋回室、６…径収縮部
（しぼり部）、７…噴出孔、８…くぼみ、９…接線方向
高圧水流路、１０…接線方向流路開口部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 展博 宮城県仙台市青葉区片平二丁目１番１号 東北大学 流体科学研究所 (72)発明者 佐藤 一教 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 (72)発明者 溝口 忠昭 広島県呉市宝町３番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 Ｆターム(参考） 3B201 AB01 BB22 BB36 BB43 BB62 BB72 BB75 BB90 BB98 4F033 AA04 BA04 CA01 DA01 EA01 KA03 NA01
Claims (4)
- 【請求項１】 ノズル本体と、該ノズル本体の先端に設
けられた細孔形の噴出孔と、該ノズル本体内の噴出孔の
上流側に設けられた、前記噴出孔より径大の軸方向高圧
水流路とを有するキャビテーションジェットノズルであ
って、前記噴出孔と軸方向高圧水流路の間に、旋回室お
よび該旋回室の内周接線方向に開口する接線方向高圧水
流路とを設けたことを特徴とするキャビテーションジェ
ットノズル。 - 【請求項２】 前記噴出孔と前記軸方向高圧水流路の間
に勾配を有する径収縮部を設け、該径収縮部と該軸方向
高圧水流路の間に前記旋回室を設けたことを特徴とする
請求項１記載のキャビテーションジェットノズル。 - 【請求項３】 前記噴出孔の出口周囲に環状のくぼみを
設け、該噴出孔を吹き出た旋回キャビテーションジェッ
トがノズル本体に直接接触しないようにしたことを特徴
とする請求項１または２記載のキャビテーションジェッ
トノズル。 - 【請求項４】 前記軸方向高圧水流路と旋回方向高圧水
流路にそれぞれ供給する高圧水は、同じポンプから噴出
した高圧水を途中で分岐したものであることを特徴とす
る請求項１または２記載のキャビテーションジェットノ
ズル。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000296222A JP2002102809A (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | キャビテーションジェットノズル |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2000296222A JP2002102809A (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | キャビテーションジェットノズル |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002102809A true JP2002102809A (ja) | 2002-04-09 |
Family
ID=18778528
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000296222A Pending JP2002102809A (ja) | 2000-09-28 | 2000-09-28 | キャビテーションジェットノズル |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2002102809A (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2007253150A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-10-04 | Toray Ind Inc | 塗布ノズル、塗布ノズルユニットおよび塗布ノズルの洗浄方法 |
| US8495770B2 (en) | 2003-04-28 | 2013-07-30 | Panasonic Corporation | Nozzle device and hygienic washing device |
| JP2022066455A (ja) * | 2016-07-25 | 2022-04-28 | 株式会社シバタ | 気泡発生装置 |
-
2000
- 2000-09-28 JP JP2000296222A patent/JP2002102809A/ja active Pending
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8495770B2 (en) | 2003-04-28 | 2013-07-30 | Panasonic Corporation | Nozzle device and hygienic washing device |
| JP2007253150A (ja) * | 2006-02-27 | 2007-10-04 | Toray Ind Inc | 塗布ノズル、塗布ノズルユニットおよび塗布ノズルの洗浄方法 |
| JP2022066455A (ja) * | 2016-07-25 | 2022-04-28 | 株式会社シバタ | 気泡発生装置 |
| US11794152B2 (en) | 2016-07-25 | 2023-10-24 | Shibata Corporation | Bubble generating device |
| US12076696B2 (en) | 2016-07-25 | 2024-09-03 | Shibata Corporation | Bubble generating device |
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