JP2003181333A - 噴射ノズル - Google Patents

噴射ノズル

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JP2003181333A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】噴射口から噴射された後の噴射流の減衰を抑制
して、より遠くまで高速の噴射流を維持し得る噴射ノズ
ルを提供する。 【解決手段】加圧気体の流通路3内に気体流を内側と外
側に分割する内部ノズル2を配設し、その内部ノズル2
と外側ノズル1との間を流通する外側気体流の流速が内
側ノズル2の内方を流通する内側気体流より高速になる
ように構成して、内側気体流をより高速の外側気体流で
包囲した状態で噴射することにより、噴射後の噴射流の
減衰を抑制する。外側ノズル1と内側ノズル2との間に
形成される流路面積が最小の最小流路部より下流側の流
通路の流路面積を下流側へ向けて徐々に拡大するように
形成して外側気体流の高速化を図ることも可能である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、高速の気体流や、
気体流に液体や研掃用の粉粒体等を混入した高速の噴射
流を形成する噴射ノズルに関する。
【0002】
【従来の技術】この種の従来の噴射ノズルにおいては、
高速の噴射流を得る方法として、噴射ノズル内の流通路
の途中の流路面積を絞るという技術手段が採用されてい
た。因みに、流通路の途中の流路面積を絞ることにより
気体流の流速を音速近傍まで上昇させることが可能であ
る。さらに、噴射ノズル内の流路面積を絞った後、その
下流側の流路面積を徐々に拡大した中細末広がり状に形
成することにより、気体を更に超音速まで加速して噴射
することも可能である。すなわち、最小径部の手前に前
広がり状の前方テーパ部を形成するとともに最小径部の
下流側に末広がり状の後方テーパ部を形成した、いわゆ
るラバールノズル状に形成した中細末広がり状の気体流
通路の場合には、その前方テーパ部の入口部分、最小径
部分及び後方テーパ部の出口部分の相対的な圧力関係な
どの条件が整うと、例えば最小径部における流速を音速
近傍まで上昇させ、更に後方テーパ部において超音速に
上昇させる増速作用も可能であることは、流体工学等に
おいて広く知られているところである(例えば、日本機
械学会発行「機械工学便覧」(1987年4月15日)
A5−58頁参照)。そして、このラバールノズルの増
速作用を用いて超音速の噴射速度を図った噴射ノズルも
提案されている(特開平10−156229号公報)。
しかしながら、以上のように噴射ノズル内の流通路の途
中の流路面積を絞るという技術手段を採用しただけで
は、ノズル噴射口の近傍の噴射速度を上げることはでき
ても、ノズル噴射口から離れるにつれて噴射流の流速が
減衰して減速してしまうという問題は解決されていなか
った。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な従来の技術的状況に鑑みて発明したもので、噴射口か
ら噴射された後の噴射流の減衰を抑制して、より遠くま
で高速の噴射流を維持し得る噴射ノズルを提供すること
を目的とするものである。
【0004】
【課題を解決するための手段】前記課題を解決するた
め、請求項1の発明では、外側ノズルの内方に内側ノズ
ルを配設し、それらの外側ノズルと内側ノズルとの間を
流通する外側気体流の流速が前記内側ノズルの内方を流
通する内側気体流より高速になるように構成し、内側気
体流をより高速の外側気体流で包囲した状態で噴射する
ことにより、噴射後の流速に関する減衰を抑制するとい
う技術手段を採用した。請求項2の発明では、前記外側
ノズルの内方を流通する加圧気体流を前記内側ノズルに
より外側気体流と内側気体流に分割するという技術手段
を採用した。請求項3の発明では、前記内側ノズルの内
方を流通する内側気体流の流量がその内側ノズルと外側
ノズルとの間を流通する外側気体流より大になるように
構成した。さらに、請求項4の発明では、前記内側ノズ
ルと外側ノズルとの間に形成される流路面積が最小の最
小流路部より下流側の流通路の流路面積を下流側へ向け
て徐々に拡大するように形成し、外側気体流の増速を図
った。請求項5の発明では、前記外側気体流の噴射方向
がノズルの中心線と平行若しくは内側へ指向するよう
に、内側ノズルと外側ノズルとの間の流通路を形成し
た。請求項6の発明では、前記内側ノズルの下流側端部
を外側ノズルの下流側端部より内側に配置した。また、
請求項7の発明では、前記内側ノズルの内方に流速調整
部材を配設し、請求項8の発明では、その流速調整部材
に液体噴射口を設けて、噴射流に適宜の液体を混入し得
るように構成した。
【0005】
【発明の実施の形態】本発明に係る噴射ノズルは、エア
ブロー用として広く適用することができ、建物や車両、
航空機などの種々の物体に付着した汚れや水滴、雪など
の除去や乾燥用手段等として有効である。また、噴射流
に適宜の液剤を混入させることも可能である。さらに、
噴射流に研掃材を混入させてブラスト加工用の噴射ノズ
ルとして適用することも可能である。ノズルの具体的な
構成に関しては、種々の設定が可能であり、要は外側ノ
ズルと内側ノズルとの間を流通する外側気体流の流速が
内側ノズルの内方を流通する内側気体流より高速にな
り、内側気体流をより高速の外側気体流で包囲した状態
で噴射することにより、とりわけ内側気体流の噴射後の
減衰を抑制し得るものであればよい。例えば、外側ノズ
ルと内側ノズルとの間を流通する外側気体流の供給の仕
方に関しては、以下の実施例のように外側ノズルに供給
される気体流を内側ノズルにより分割して供給するもの
でもよいし、それらの外側ノズルと内側ノズルとの間の
外側流通路に気体供給管を接続して外部から供給するも
のでもよいし、それらの形態を組合わせたものでもよ
い。なお、内側ノズルによりノズル内の気体流を分割し
た場合、外側気体流を内側気体流より高速にすると、内
側気体流は外側気体流より必然的に圧力の高い気体流と
なる。内側ノズルの内側と外側に対して別々の供給源か
ら加圧気体を供給する場合には、外側気体流の圧力を高
くすることも可能である。また、外側ノズルと内側ノズ
ルとの間に形成される外側流通路に関しては、その途中
の流路面積が最小の最小流路部より下流側の流通路の流
路面積を下流側へ向けて徐々に拡大して末広がり状に形
成することにより、超音速の外側気体流を形成し得るよ
うに構成したものが望ましいが、それに限定されるもの
ではない。同様に、内側ノズルの内方の内側流通路に関
しても、中細末広がり状のラバールノズル状に形成した
ものでもよいが、それに限定されるものではない。さら
に、内側気体流の流速を外側気体流の流速との関係にお
いて適度の流速に調整するため、内側ノズルの内方の内
側流通路に流速調整部材を配設するようにしてもよい。
特に、内側流通路をラバールノズル状に形成した場合に
は、その最小径部の上流側に設けることが好ましい。さ
らに、前記流速調整部材の適宜部分に液体の噴射口を設
けて、噴射流に液剤等を混入させるも可能である。な
お、外側ノズルの内方に配設する内側ノズルの設置数を
増やして、流通路を更に分割することも可能である。こ
の場合には、最外周の気体流の流速を内側の気体流に比
べて最も高速に設定する。最外周の気体流を最も高速に
設定すれば、その内側の気体流相互間の流速に関しては
制約さない。例えば、外側へ向けて段階的に流速を上げ
たり、途中に内側より流速の遅い気体流が介在した形態
なども可能である。
【0006】
【実施例】以下、図面を用いて本発明の実施例に関して
説明する。図1は本発明の第1実施例を示した縦断面
図、図2はA−A拡大断面図、図3は要部拡大図であ
る。図示のように、噴射ノズルは、外側ノズル1とその
内側に配設した内側ノズル2から構成される。本実施例
では、外側ノズル1を2つの構成部分1a,1bに分割
構成し、これに対応して内側ノズル2を構成部分2a,
2bに分割した場合を例示した。外側ノズル1の内方
は、内側ノズル2により上流側の流通路3を外側流通路
4と内側流通路5に分割している。なお、外側ノズル1
の上流側には気体供給管6が接続され、流通路3に加圧
気体を供給する。外側ノズル1の構成部分1aと内側ノ
ズル2の構成部分2aとの間に断面積が一定の外側流通
路4aを形成した。また、外側ノズル1の構成部分1b
と内側ノズル2の構成部分2bとの間に外側気体流を増
速する外側流通路4bを形成した。すなわち、図3に示
したように、外側ノズル1の構成部分1bの内面は、大
径部7と小径部8とそれらの間に位置するテーパ部9か
ら構成した。他方、内側ノズル2の構成部分2bの外面
は、大径部7に対向する大径部10と、テーパ部9より
傾斜の緩やかなテーパ部11とから構成し、外側ノズル
1の構成部分1bとの間に、流路面積が最小の最小流路
部12を挟んで、流路面積を先細状に徐々に縮小した前
方テーパ状流通路13と流路面積を末広がり状に徐々に
拡大した後方テーパ状流通路14を形成している。これ
により、外側流通路4を流通する外側気体流に関して
は、前方テーパ状通路13にて増速し、最小流路部12
において例えば音速近傍まで流速を上昇させた後、更に
後方テーパ状通路14にて増速して超音速に流速を上昇
させることも可能である。この後方テーパ状通路14に
おける増速の際に気体流の密度が減少し、内側気体流は
より密度の小さい外側気体流によって包囲されることに
なる。また、後方テーパ状通路14は、外側ノズル1の
構成部分1bの内面に形成された一定の内径からなる小
径部8と、内側ノズル2の構成部分2bの外面に形成さ
れた緩やかな先細状のテーパ部11との間に形成される
ことから、外側気体流の噴射方向は若干内側へ指向さ
れ、内側気体流の減衰抑制にも有効である。なお、外側
ノズル1の構成部分1bの内面形状を小径部8に替え、
内側ノズル2の構成部分2bの外面に形成された前記テ
ーパ部11との関係を勘案しながら先細状ないし末広が
り状のテーパ状に形成することも可能である。
【0007】なお、図2に示したように、前記内側ノズ
ル2は、本実施例では構成部分2aの外周部に設けた3
つの支持部材15を介して外側ノズル1の構成部分1a
の内方に同心的に支持した。また、内側ノズル2の下流
側端部16は、図1に示したように外側ノズル1の内側
に配置されるように、外側ノズル1の下流側端部である
噴射口17より上流側に位置するように短く設定した。
これにより、外側ノズル1の噴射口17と内側ノズル2
の下流側端部16との間に形成される空間18におい
て、周囲を外側ノズル1の構成部分1bの内周面で規制
された状態にて、内側流通路5を経て送られる内側気体
流の外周部を外側流通路4bを経て送られる高速の外側
気体流により包囲した噴射流が形成され、その後に噴射
口17から外部へ噴射されることになるので、噴射流形
成時における乱れや拡がりの少ない強力な噴射流が得ら
れる。また、本実施例では、内側ノズル2の内方の前方
テーパ部19と後方テーパ部20との間に形成された最
小径部21の上流側に流速調整部材22を配設して、内
側流通路5内を流通する内側気体流の流速を外側気体流
との関係において適度の流速に調整した。なお、流速調
整部材22は、図2に示したように3つの支持部材23
を介して内側ノズル2の構成部分2aの内側に支持し
た。
【0008】図4は本発明の第2実施例の要部を拡大し
て示した縦断面図である。本実施例に係る外側ノズル2
4は、内側ノズル25の内方に配設した流速調整部材2
6に液体噴射口27を設け、その液体噴射口27に接続
した液体供給路28を経て内側ノズル25の内方の内側
流通路29を流通する内側気体流に対して適宜の液体を
混入できるように構成した点で特徴を有しており、他の
点では前記第1実施例と基本的に異なるところはない。
なお、図中30は液体供給用の接続部を示したものであ
る。
【0009】
【発明の効果】本発明によれば、高速の外側気体流で内
側気体流を包囲した状態で噴射するように構成したの
で、噴射後の噴射流の減衰を抑制することができ、より
遠くまで高速の噴射流を維持することが可能である。内
側ノズルと外側ノズルとの間に形成される流路面積が最
小の最小流路部より下流側の流通路の流路面積を下流側
へ向けて徐々に拡大するように形成することにより、外
側気体流の流速を超音速まで上昇させて減衰抑制作用を
向上することも可能である。また、内側ノズルの下流側
端部を外側ノズルの下流側端部より内側に配置すること
により、噴射流形成時の乱れや拡がりを抑えて強力な噴
射流を形成することが可能である。さらに、内側ノズル
の内方に流速調整部材を配設することにより、内側気体
流の流速を外側気体流との関係において適度の流速に調
整することができる。なお、流速調整部材に液体噴射口
を設けて適宜の液体を混入した噴射流を形成することも
可能である。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明の第1実施例を示した縦断面図であ
る。
【図2】 図1のA−A拡大断面図である。
【図3】 図1の要部拡大図である。
【図4】 本発明の第2実施例の要部を拡大して示した
縦断面図である。
【符号の説明】
1…外側ノズル、1a,1b…外側ノズルの構成部分、
2…内側ノズル、2a,2b…内側ノズルの構成部分、
3…流通路、4…外側流通路、5…内側流通路、6…気
体供給管、7…大径部、8…小径部、9…テーパ部、1
0…大径部、11…テーパ部、12…最小流路部、13
…前方テーパ状通路、14…後方テーパ状通路、15…
支持部材、16…内側ノズルの下流側端部、17…噴射
口、18…空間、19…前方テーパ部、20…後方テー
パ部、21…最小径部、22…流速調整部材、23…支
持部材、24…外側ノズル、25…内側ノズル、26…
流速調整部材、27…液体噴射口、28…液体供給路、
29…内側流通路、30…液体供給用の接続部

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 外側ノズルの内方に内側ノズルを配設
    し、それらの外側ノズルと内側ノズルとの間を流通する
    外側気体流の流速が前記内側ノズルの内方を流通する内
    側気体流より高速になるように構成したことを特徴とす
    る噴射ノズル。
  2. 【請求項2】 前記外側ノズルの内方を流通する加圧気
    体流を前記内側ノズルにより外側気体流と内側気体流に
    分割した請求項1に記載の噴射ノズル。
  3. 【請求項3】 前記内側ノズルの内方を流通する内側気
    体流の流量がその内側ノズルと外側ノズルとの間を流通
    する外側気体流の流量より大になるように構成した請求
    項1又は2に記載の噴射ノズル。
  4. 【請求項4】 前記内側ノズルと外側ノズルとの間に形
    成される流路面積が最小の最小流路部より下流側の流通
    路の流路面積を下流側へ向けて徐々に拡大するように形
    成した請求項1〜3のいずれか一項に記載の噴射ノズ
    ル。
  5. 【請求項5】 前記外側気体流の噴射方向がノズルの中
    心線と平行若しくは内側へ指向するように、内側ノズル
    と外側ノズルとの間の流通路を形成した請求項1〜4の
    いずれか一項に記載の噴射ノズル。
  6. 【請求項6】 前記内側ノズルの下流側端部を外側ノズ
    ルの下流側端部より内側に配置した請求項1〜5のいず
    れか一項に記載の噴射ノズル。
  7. 【請求項7】 前記内側ノズルの内方に流速調整部材を
    配設した請求項1〜6のいずれか一項に記載の噴射ノズ
    ル。
  8. 【請求項8】 前記流速調整部材に液体噴射口を設けた
    請求項7に記載の噴射ノズル。
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