JP2002235700A - ジェット液流ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 液体に気体を吸入して送り出すジェットノズ
ルでは、従来は大きな馬力を擁するポンプを使用してい
たが、小型軽量化の期待から、小型のポンプでも大型の
ポンプに匹敵する能力を発揮するノズルが期待されてい
た。 【解決手段】 高圧で流入口（１０）から流入する液状
流体（１３）を第１狭窄部（１４）で高速の液状流体
（１３）にし、次に第１狭窄部（１４）に第１吸入管
（１５）を接続し、次に第１狭窄部（１４）の下流に拡
張部（１６）を、そして最下流に第２狭窄部（１７）を
設け、更に拡張部（１６）に流体吸入口（２０）を設け
る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高速流体が狭空間
を通過する箇所で発生する負圧を利用した、気体特に空
気を吸引して高速流体を噴出し、流体中に含有する微細
気泡が破裂する時に超音波を発生させるジェット液流ノ
ズルに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、高速水流が狭空間を通過する箇所
で発生する負圧を利用して外部より空気を吸入し、水と
空気が混合した状態で噴出することで、水に含有された
微細な泡が破裂する際に超音波を発生させるジェットノ
ズルは様々な場所で使用されている。身近な利用面では
図１に示すようなジェットバスがある。これは、ジェッ
ト風呂とも言われ、湯（１）をポンプ（２）で湯船
（３）送る際、ノズル（４）から空気（５）を空気取入
口（６）から取り入れて気泡（７）状態で湯船（３）に
噴出する方法であった。図２はノズル（４）部分の拡大
図であり、湯（１）の噴出口（８）と吸込口（９）が一
体化したノズル（４）である。ジェットバスでは、通常
外部から空気（５）を取り入れる原理は、エアーポンプ
で強制押し込みすることはなく、流入口（１０）からの
温水流（１１）が通過する狭窄部（１２）では負圧を発
生させ、外部より空気（５）を吸引することが出来るよ
うになるからである。これは、ベルヌーイの法則で説明
することが可能で、霧吹きやピトー管の原理でもある。
一般に、この原理に基づくジェットノズルは、ポンプの
能力、流速、流量、通過部の断面積や流体の物性等で、
最高の能力を発揮させるためにはそれぞれのデータを元
に緻密な計算があって達成されるものであった。それで
も、高速水流で十分量の空気（５）を吸引させてジェッ
ト水流を発生させるためには、従来は馬力のある水流ポ
ンプを必要としていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術で述べたよ
うに、一般にジェット水流を発生させるには、十分な馬
力がある水流ポンプが使用されていたが、装置に組込む
際に、占有空間の制限から小型である必要があれば小型
のポンプを使用することになるが、小型のポンプは馬力
が小さいという制約があった。そこで、小型のポンプで
も大型のポンプに匹敵する能力を発揮する手段が必要と
されていた。その手段としてポンプ自体は既成のポンプ
を使用することにすると、配管経路に特徴を出さなけれ
ばならない。すると、最も改良の余地が残るところはノ
ズルであると判断した。こうして、ノズルを工夫するこ
とで、より多くの気泡や水量を噴出し、より多くの超音
波を発生させるジェットノズルが期待されていた。

【０００４】

【課題を解決するための手段】従来は、ノズルに高圧で
流入する液状流体が狭く絞られた場所を通過する時点で
高速流体となる。すると、この場所では圧力が下がり、
この負圧で外部の気体を吸入する現象が起こる。これは
霧吹きやピトー管の原理でもある。この気体は液体中に
混入してノズルの噴射口から勢い良く噴出する。上記の
従来のノズルの液体と気体が混合する場所の下流に、液
体或いは気体のの吸入口を設ける。これは、最初の高圧
で流入する液状流体が気体を吸入した後で、更に液体や
気体を吸入するもので、２段式吸入方式と言える手段で
ある。一方、高圧で流入する液状流体が気体を吸入する
経路に、高圧気体の吸引力を利用して液体を吸入する手
段でもよい。

【０００５】

【発明の実施の形態】本発明を図３で説明する。高圧で
流入口（１０）から流入する液状流体（１３）を、狭く
絞られた第１狭窄部（１４）を通過する時点で高速の液
状流体（１３）にする。次に第１狭窄部（１４）に第１
吸入管（１５）を接続し、次に第１狭窄部（１４）の下
流に拡張部（１６）を、そして最下流に第２狭窄部（１
７）を設ける。液状流体（１３）が高速で第１狭窄部
（１４）を通過すると、負圧が発生して第１吸入管（１
５）から気体（１８）が吸入され、液状流体（１３）と
気体（１８）の高速の混合流体（１９）となる。更に、
第１狭窄部（１４）と第２狭窄部（１７）の間の拡張部
（１６）に流体吸入口（２０）を設ける。高速の混合流
体（１９）は、流体吸入口（２０）から液状流体（１
３）を吸入することで、第１吸入管（１５）から気体
（１８）の吸入量を増加させ、噴出口（８）から液槽
（２１）内に噴射する。混合流体（１９）中の微細な気
泡（７）が弾けると超音波が発生する。

【０００６】

【実施例】本発明の第１実施例を同じく図３で説明す
る。本実施例は液状流体（１３）と気体（１８）が混合
した混合流体（１９）の噴出口（８）と吸込口（９）が
分離する実施例であり、相対位置は一律ではない。配管
（２５）から高圧の液状流体（１３）が流入口（１０）
から流入し、第１狭窄部（１４）を通過する時に高速の
液状流体（１３）となる。この第１狭窄部（１４）に第
１吸入管（１５）を接続する。高速の液状流体（１３）
は、第１狭窄部（１４）を負圧にするので、外部から気
体（１８）が第１吸入管（１５）を通って吸入される。
吸入された気体（１８）は、液状流体（１３）と混合し
て微細な気泡（７）を含有する混合流体（１９）とな
り、液状流体（１３）の勢いが増加し、第１吸入管（１
５）の下流である拡張部（１６）に設けられた流体吸入
口（２０）から液状流体（１３）を吸入する。最後に、
高速の混合流体（１９）は、第２狭窄部（１７）を通過
し、勢い良く噴出口（８）から気泡（７）と共に液槽
（２１）へ噴出される。そして、その後、液槽（２１）
の吸込口（９）からポンプに戻され循環する。

【０００７】本発明の第２実施例を図４で説明する。本
実施例は第１実施例では噴出口（８）と吸込口（９）が
分離していたが、本実施例では一体化している。動作は
第１実施例を同様である。

【０００８】本発明の第３実施例を図５で説明する。高
圧の液状流体（１３）が流入口（１０）から流入し、第
１狭窄部（１４）を通過する時に高速の液状流体（１
３）となる。この第１狭窄部（１４）に第１吸入管（１
５）を接続する。この第１吸入管（１５）の途中に第３
狭窄部（２２）を設け、その箇所に２次液状流体吸入口
（２３）を設ける。高速の液状流体（１３）は、第１狭
窄部（１４）を負圧にするので、外部から気体（１８）
が第１吸入管（１５）を通って吸引されると同時に２次
液状流体吸入口（２３）から液槽（２１）中の液状流体
（１３）を吸入する。吸入された気体（１８）及び液状
流体（１３）は、元の液状流体（１３）と混合して微細
な気泡（７）を含有する混合流体（１９）となり、更に
液状流体（１３）の勢いが増加し、第１吸入管（１５）
の下流である拡張部（１６）に設けられた流体吸入口
（２０）から液状流体（１３）を吸入する。最後に、高
速の混合流体（１９）は、第２狭窄部（１７）を通過
し、勢い良く噴出口（８）から気泡（７）と共に液槽
（２１）へ噴出される。その後、液槽（２１）の吸込口
（９）からポンプに戻され循環する。

【０００９】本発明の第４実施例を図６で説明する。本
実施例は、第３実施例の流体吸入口（２０）を除去した
実施例である。

【００１０】本発明の第５実施例を図７で説明する。本
実施例は、第３実施例の流体吸入口（２０）と第１吸入
管（１５）とを接続した実施例であり、ここからは気体
（１８）が流入するので第２吸入管（２４）とする。配
管（２５）から高圧の液状流体（１３）が流入口（１
０）から流入し、第１狭窄部（１４）を通過する時に高
速の液状流体（１３）となる。この第１狭窄部（１４）
に第１吸入管（１５）を接続すると、高速の液状流体
（１３）は第１狭窄部（１４）を負圧にするので、外部
から気体（１８）を第１吸入管（１５）を通って吸入す
る。吸入された気体（１８）は、液状流体（１３）と混
合して微細な気泡（７）を含有する混合液流（１９）と
なり、更に液状流体（１３）の勢いが増加し、第１吸入
管（１５）の下流である拡張部（１６）に設けられた第
２吸入管（２４）から気体（１８）を吸入する。最後
に、高速の混合流体（１９）は、第２狭窄部（１７）を
通過し、勢い良く噴出口（８）から気泡（７）と共に液
槽（２１）へ噴出される。その後、液槽（２１）の吸込
口（９）からポンプに戻され循環する。ここで、第１吸
入管（１５）と第２吸入管（２４）は接続されている
が、夫々分離してもよい。

【００１１】第３、第４、第５実施例は、噴出口（８）
と吸込口（９）が分離していたが、一体化したノズルで
もよく、動作は同様である。

【００１２】本発明の第６実施例を図８で説明する。本
実施例は、既成の水道配管部品を加工して製作したノズ
ルの実施例である。水道配管の部品のチーズ（２６）や
ソケット（２７）を追加工し、絞り（２８）と第２絞り
（２９）を加工して組み立てたものである。ソケット
（２７）の拡張部（１６）に流体吸入口（２０）として
孔を設ける。

【００１３】

【発明の効果】本発明は上記の通り構成されるので次の
効果を奏する。第６実施例の試験結果を示す。課題は小
型小容量ポンプで十分な吸気を行うノズルの開発であっ
た。そこで、消費電力５０Ｗ（６０Ｈｚ）、ポンプ出力
２０Ｗ、揚程７ｍ、吐出量１１リットル／分のマグネッ
トポンプに第６実施例のノズルを接続して試験した。ポ
ンプの負荷を全能力の１／２程度（０．３ｋｇｆ／ｃｍ
２）にし、チーズ及びソケットは３／８インチを使用
し、ソケットに流体吸入口（２０）としてφ６の孔を設
けた。液槽には水を入れ、ノズルまでの水深を約３００
ｍｍとした。

【００１４】先ず、流体吸入口（２０）としてφ６の孔
を塞いだ状態で試験した。この試験を第１試験とする。
これは、従来のジェットノズルと同じである。水流がチ
ーズの吸入口（第１吸入管に相当）から空気を吸入し、
水槽へ噴出するが、噴出空気量の３回の測定の平均値は
２．７リットル／分であった。その時ポンプからの吐出
水量は５．４リットル／分であり、チーズの吸入口の負
圧は１００ｍｍ／Ｈｇであった。

【００１５】次に、流体吸入口（２０）としてφ６の孔
を開放状態で試験した。この試験を第２試験とする。こ
の第２試験の条件は第１試験と同等とした。すると、噴
出空気量の５回の測定の平均値は５．４リットル／分と
なった。この空気量は、φ６の孔を塞いだ時の２倍の空
気量であり、孔を開放することで吸入する空気量を大幅
に増やすことが出来る結果となった。このように、従来
のジェットノズルに空気の吸入口の下流に水を吸入する
孔を追加するだけで、元の吸い込む空気量を大幅に増加
させ、勢いよく空気と水との混合水流として噴出させる
ことが出来るようになった。

【００１６】第１吸入管（１５）を塞ぐと、空気の流入
はないので噴出口からは気泡の噴出はないが、流体吸入
口（２０）からは水を吸い込むので噴出水量は増加し
た。この時の噴出水量は１０．８リットル／分であっ
た。

【００１７】第１吸入管（１５）を開放して測定する
と、噴出口からの噴出水量の１０．８リットル／分に対
して噴出空気量が５．４リットル／分となった。これ
は、流体吸入口（２０）からの流入水量が５．４リット
ル／分で、流入口（１０）からの流入水量も５．４リッ
トル／分であり、加算水量の１０．８リットル／分が噴
出口から噴出していたことである。この時の第１吸入管
（１５）からの吸入空気量は５．４リットル／分であっ
たので、流体吸入口（２０）からの水の流入が第１吸入
管（１５）からの吸入空気量を増加させたことを証明し
ている。流体吸入口（２０）を塞いだ状態では第１吸入
管（１５）からの吸入空気量は２．７リットル／分であ
ることから、流入水量と吸入空気量との比率（吸入空気
量／流入水量）が、１／２から１へと大きく変化した。
この理由は、ノズルに流入する水が、流体吸入口（２
０）から同量の水を吸入して噴出したので、等価的にノ
ズル内を通過する水量が倍増して第１吸入管（１５）か
らの吸入空気量も倍増したものと考えられる。第１吸入
管（１５）からの吸入空気量と流入口（１０）からの流
入水量とが同量であるという事実は、従来のジェットノ
ズルでは生じない結果であり、素晴らしい発明と言え
る。こうして、省電力の小型ポンプを使用する場合で
も、それ以上の能力のあるポンプに匹敵する噴射能力を
発揮させるジェットノズルを提供することが出来た。こ
の事実は、馬力のあるポンプを使わなくても、ノズルを
本発明に交換するだけで、小型のポンプで十分な吸気効
果を上げることが出来ることを意味している。

【図面の簡単な説明】

【図１】従来のジェットバスを示す図である。

【図２】従来のジェットバスのノズルを示す図である。

【図３】本発明の第１実施例を示す図である。

【図４】本発明の第２実施例を示す図である。

【図５】本発明の第３実施例を示す図である。

【図６】本発明の第４実施例を示す図である。

【図７】本発明の第５実施例を示す図である。

【図８】本発明の第６実施例を示す図である。

【符号の説明】

１ 湯 ２ ポンプ ３ 湯船 ４ ノズル ５ 空気 ６ 空気取入口 ７ 気泡 ８ 噴出口 ９ 吸込口 １０ 流入口 １１ 温水流 １２ 狭窄部 １３ 液状流体 １４ 第１狭窄部 １５ 第１吸入管 １６ 拡張部 １７ 第２狭窄部 １８ 気体 １９ 混合流体 ２０ 流体吸入口 ２１ 液槽 ２２ 第３狭窄部 ２３ ２次液状流体吸入口 ２４ 第２吸入管 ２５ 配管 ２６ チーズ ２７ ソケット ２８ 絞り ２９ 第２絞り

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 松尾 茂 愛媛県越智郡菊間町佐方58 ミネラル鉱石 セラミックス研究所内 (72)発明者 小川 俊雄 高知県高知市鴨部１丁目12番12号 サイエ ンス ラボラトリ インターナショナル内 Ｆターム(参考） 3H079 AA14 AA19 AA23 BB07 CC03 DD02 DD03 DD15 DD16 DD23 DD24

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 高速液体流が狭窄部を通過する箇所で発
   生する負圧を利用して外部気体を吸入し微細気泡を含有
   する高速液体流を噴出するジェット液流ノズルにおい
   て、液体と気体との混合部より下流に、発生する負圧で
   気体或いは液体を吸入する手段を追加し、気体或いは液
   体の噴出量を増加させるジェット液流ノズル。
2. 【請求項２】 高速液体流が狭窄部を通過する箇所で発
   生する負圧を利用して外部気体を吸入し微細気泡を含有
   する高速液体流を噴出するジェット液流ノズルにおい
   て、気体吸入部に高速気流で発生する負圧を利用し外部
   液体を吸入する手段を付加し、元の高速液体流で発生す
   る負圧により液体流を含有する気体を吸入して気体及び
   液体の噴出量を増加させるジェット液流ノズル。
3. 【請求項３】高速液体流を高速気体流に代替し、気体を
   液体に代替してなる請求項１乃至２のジェット液流ノズ
   ル。