JP2005052754A - 噴霧ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】 液体の微細化に使用される噴霧ノズルにおいて、低圧力においても微細で安定な液滴を噴霧することを目的とする。
【解決手段】 ノズル本体１には流入路４が形成されており、噴射孔３の上流側には旋回室６が形成され、さらに上流には旋回発生部として中子７が嵌合されている。旋回室６は、噴射孔３に近い側ほど縮径するテーパ状に形成されている。また、中子７の下流面には噴射孔３に近づくほど縮径した円錐形状である整流体１０が旋回室６の同心軸上に配置されている。
ここで、中子７から旋回室６内へと液体が流入する際、整流体１０と旋回室６内面により形成された空間である流路は、流れ方向に垂直な面の断面積の変化が少ないため圧力損失が低減し流速が維持されることにより旋回力の低下を防止でき、低圧力でも微細で安定な噴霧が得られる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、噴霧、加湿、空気清浄、塗装、燃焼、洗浄などの分野において、液体の微細化に使用される噴霧ノズルに関する。

従来、液体に圧力をかけて噴霧し、微細な液滴を生成せしめる噴霧ノズルは、様々な分野で用いられている。特に燃焼や塗装、加湿の分野では液滴をできるだけ微細にすることが性能や品質の向上に直接関わる要因であり、これまで微細化を促進する様々な手法が開発されている。微細化を促進する手法において広く用いられているのは、液流に対し外部エネルギーを付与する方法であり、外部エネルギーとして高速の空気流を利用して微細化を促進するニ流体ノズルが最も知られており、これ以外にも超音波振動や音響振動を付加するものや、ノズルに高電圧を印加して液滴を高度に帯電させて分裂を生じさせ微細化する静電霧化など広く開発されている。ところで、上記のような外部エネルギーを付与して微細な液滴を噴霧するノズルは、液体自体の流れのエネルギーのみを用いるノズルと比較して微細な液滴が得られるのではあるが、ノズル単体およびポンプの他に高圧空気発生装置や電気回路、電源など大型かつ複雑な機器が別途必要となり、家庭用など小型、低コストが要求される分野では用いることができない。ここで、液体の圧力だけで微細な液滴を生成するには、小流量の液体をできるだけ高圧力で噴霧する必要があり、この方法として液体に旋回流を発生させて加速して噴霧し、円錐状の皮膜を形成しながら液体を微粒化するいわゆるホロコーンアトマイジングノズルと呼ばれるタイプの噴霧ノズルが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その噴霧ノズルについて図を参照しながら説明する。

図６に示すように、ノズル本体１０１には流入口１０２から噴出孔１０３へと連通する状態で流入路１０４が形成されており、噴射孔１０３の上流側に旋回室１０６が形成され、さらに旋回室１０６の上流には中子１０７が嵌合されている。中子１０７は旋回室１０６に近い側ほど縮径するテーパを持った円錐状に形成され、同じく流入路中の旋回室１０６に近い側ほど縮径するテーパ状に形成された中空部分に嵌合されており、中子１０６のテーパ部分には図６における中子１０７の正面図のように３本の旋回溝１０８が上流側から稜線に添って旋回室１０６と同一の中心円の接線方向に向かうよう等間隔に配置されている。

ここで、流入口１０２から流入した液体は中子１０７に形成された３個所の旋回溝１０８に分流され、溝に添って進み、旋回室１０６内に流入して合流すると共に、旋回室１０６内面に添って旋回流となり噴射孔１０３から加速されて噴出される。このとき噴出孔１０３から噴出された液体は直進方向の速度成分のみならず、旋回により生じた径方向の速度成分も有しており、噴射孔１０３から噴出されると径方向に液膜を形成しながら円錐状に広がり、液膜は一定の距離で微細な液滴へと分裂する。
特開２００２−３０６９９２号公報

このような従来の噴霧ノズルでは、微細な液滴を得ようとする場合０．５ＭＰａ以上の高い圧力が必要であり、例えば０．１ＭＰａ以下の低圧力で使用すると旋回溝１０８および旋回室１０６内における流速が十分に得られず旋回力が不足し、噴射速度および噴霧角度が小さくなって液膜が厚くなり噴霧される液滴の大きさが粗くなるという課題があり、低圧力でも微細な液滴を噴霧できることが要求されている。

また、低圧力で液体の微細化を行うために、ノズル本体１０１のサイズを小型化する場合、複雑な部分の加工が困難になり、コストが上がるという課題があり、構造が簡素かつ低コストな噴霧ノズルが要求されている。

本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、低圧力で微細な液滴を噴霧することができ、また、構造が簡素で低コスト化できる噴霧ノズルを提供することを目的としている。

本発明の噴霧ノズルは上記目的を達成するために、流入路と、前記流入路に流入した液体に対し旋回方向の速度成分を生じさせる旋回発生部と、前記旋回発生部の下流側に配置され、前記旋回発生部から流出した液体が旋回する旋回室と前記旋回室の下流に配置され、旋回した液体を噴出する噴出孔を有する噴霧ノズルにおいて、前記旋回室内を流れる液体の圧力損失を下げる圧力損失低減手段を備えるとしたものである。

これにより、旋回室内の圧力損失を低減することができ、低圧力でも旋回溝および旋回室における高い流速が得られる。

また、他の手段は、旋回室内の流れを整流する整流手段を備えるとしたものである。

これにより、旋回室に流れる液体が整流されることにより、圧力損失を低減することができ、低圧力でも旋回溝および旋回室における高い流速が得られる。

また他の手段は、旋回発生部から旋回室を通り噴射孔に至る流路の断面積変化を緩和する流路断面積変化緩和手段を備えるとしたものである。

これにより、旋回溝から旋回室を通り噴射孔に至る流路の流れ方向に垂直な面の断面積変化が緩和され、旋回室内部の流れが整流されることにより、圧力損失を低減することができ、低圧力でも旋回溝および旋回室における高い流速が得られる。

また他の手段は、旋回室内部の中心同軸上に整流体を配置するとしたものである。

これにより、旋回室内に配置された整流体により旋回溝から旋回室に流入する流路および旋回室内の流路の断面積変化が緩和され、旋回室に流れる液体の圧力損失が低減され、低圧力でも旋回溝および旋回室における高い流速が得られる。

また他の手段は、整流体を円錐形状とするとしたものである。

これにより、整流体が円錐形状を有しており、旋回溝から旋回室に流入する流路および旋回室内の流路の断面積変化が緩和され、旋回室内部の流れが整流されることにより、旋回室に流れる液体の圧力損失が低減され、低圧力でも旋回溝および旋回室における高い流速が得られる。

また他の手段は、整流体を旋回発生部の下流面に一体として備えるとしたものである。

これにより、旋回室内部への整流体の配置が容易となり、中子および旋回室の構成が簡素化され、より低コストで微細な液滴を得ることができる。

また他の手段は、旋回室の断面積を噴射孔に向かって連続的に狭めるとしたものである。

これにより、旋回室内の流路の断面積変化が緩和され、旋回室に流れる液体の圧力損失が低減され、低圧力でも旋回溝および旋回室における高い流速が得られる。

また他の手段は、旋回室の形状を噴射孔に向かって円錐状に狭めるとしたものである。

これにより、旋回室内の流路の断面積変化が緩和され圧力損失が低減され、低圧力でも旋回溝および旋回室における高い流速が得られる。

また他の手段は、旋回室の内部の中心同軸上に整流体を配置し、かつ、旋回室の断面積を噴射孔に向かって連続的に狭めるとしたものである。

これにより、旋回溝から旋回室に流入する流路および旋回室内の流路の断面積変化が緩和され、流れが整流されることにより、旋回室に流れる液体の圧力損失が低減され、低圧力でも旋回溝および旋回室における高い流速が得られる。

また他の手段は、整流体および旋回室の形状を、噴射孔に向かって円錐形状とするとしたものである。

これにより、旋回溝から旋回室に流入する流路および旋回室内の流路の断面積変化が緩和され、流れが整流されることにより、旋回室に流れる液体の圧力損失が低減され、低圧力でも旋回溝および旋回室における高い流速が得られる。

また他の手段は、整流体を旋回発生部の下流面に一体として備えるとしたものである。

これにより、旋回室内部への整流体の配置が容易となり、中子および旋回室の構成が簡素化され、より低コストな噴霧ノズルを得ることができる。

また他の手段は、旋回室の形状を噴射孔に向かって円錐状に狭め、かつ、整流体を円錐形状とし、かつ、整流体の上流側面に旋回発生部を備えるとしたものである。

これにより、旋回発生部と整流体が同じ円錐上に形成され旋回発生部の圧力損失をも低減することにより、さらに低圧力でも旋回溝および旋回室における高い流速が得られ、また、中子および旋回室の構成が簡素化され、低コストな噴霧ノズルを得ることができる。

また他の手段は、旋回室内に液体の旋回を促進させる旋回促進手段を備えるとしたものである。

これにより、旋回室の流れが旋回促進手段により促進され、低圧力でも高い旋回力が得られる。

また他の手段は、旋回室内に回転により旋回を促進する撹拌子を備えるとしたものである。

これにより、旋回室内に配置された撹拌子が旋回流と同じ方向に回転し、旋回室内の液体の旋回を促進することにより、低圧力でも高い旋回力が得られる。

また他の手段は、旋回室の内面が回転するとしたものである。

これにより、旋回室内の内面が旋回流と同じ方法で回転し、旋回室内の液体の旋回を促進することにより、低圧力でも高い旋回力が得られる。

また他の手段は、旋回発生部の上流側に配置された回転子により流入路の流れから回転の駆動力を得る回転駆動手段を備えるとしたものである。

これにより、液体の流れから回転の駆動力を得ることができ、外部にモーター等の駆動手段を備えることなく撹拌子や旋回室内面に回転を与えることができる。

また他の手段は、旋回室の内面と液体との摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減手段を備えるとしたものである。

これにより、旋回室の内面と旋回する液体との摩擦抵抗が低減し、旋回室における圧力損失を低減することができ、旋回室の形状によらず低圧力でも旋回溝および旋回室における高い流速が得られる。

さらに他の手段は、旋回室の内面を平滑にするとしたものである。

これにより、旋回室の内面が平滑であるため旋回する液体との摩擦抵抗を低減することにより、圧力損失を低減することができ、旋回室の形状によらず低圧力でも旋回溝および旋回室における高い流速が得られる。

上記の手段によれば、低圧力においても旋回溝および旋回室内の流速を高い値に維持することにより、旋回力の低下を防止できるので、液膜が厚くならずに微細な液滴を噴霧することができる噴霧ノズルが得られる。

本発明によれば低圧力で微細な液滴を噴霧することができ、そして、構造が簡素で低コスト化ができる効果のある噴霧ノズルを提供できる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に示すように、ノズル本体１には流入口２から噴射孔３へと連通する管状の流入路４が形成されており、流入路４において噴射孔３の上流側には小径管５を通して旋回室６が形成され、さらに旋回室６の上流には旋回発生部として中子７が嵌合されている。中子７は図２に示すように円筒形状となっており、側面には上流側から下流側にかけて円筒正面から見て９０°の角度で方向転換するよう旋回溝８が形成されており、同様の旋回溝８が等間隔に３本配置されている。

ここで、中子７は旋回室６内に進入しないよう旋回室６の上流径よりやや大径となっており段差９で固定されている。旋回室６は圧力損失低減手段として整流手段があり、整流手段として流路断面積緩和手段がある。流路断面積緩和手段として旋回室６が流路の流れ方向に対し噴射孔３に近い側ほど縮径する形状、好ましくはテーパ状に形成され先端をカットした円錐形となっている。また、中子７の下流面には図１および図２に示すように、圧力損失低減手段としての整流手段として流路の流れ方向に対し垂直な面の流路断面積緩和手段としての整流体１０が旋回室６の同心軸上に配置されており、整流体１０の形状は噴射孔３に近づくほど縮径した円筒棒状、好ましくは円錐形状である。整流体１０は中子７の下流面に接着されているか、あるいは一体成形されて旋回室６内に配置されている。なお、整流体１０の旋回室６への配置方法は上記方法に限定するものではなく、他に旋回室６の壁面から棒状の支持部材を出して整流体１０を固定する方法も考えられる。

また、図２に示すように整流体１０は円錐形状をしており、その底円は旋回溝８の溝底面１１を外周とする円と一致しており、旋回溝８から流出した液体の流れに対し整流体１０が抵抗にならないようになっている。

ここで、流入口２から流入した液体は、流入路４を進んでまず中子７の上流面に到達し、中子７の３本の旋回溝８に分流され、旋回溝８に沿って進み、旋回室６内へと流入して旋回流を形成するするとともに合流し、旋回室６内面の縮径に伴い加速され噴射孔３から噴出される。このとき噴出孔３から噴出された液体は直進方向の速度成分のみならず、旋回により生じた径方向の速度成分も有しており、噴射孔３から噴出されると径方向に液膜を形成しながら円錐状に広がり、液膜は一定の距離で微細な液滴へと分裂する。

ここで、中子７から旋回室６内へと液体が流入する際、旋回溝８から旋回室６を通って噴射孔３に至る整流体１０と旋回室６内面により形成された空間である流路は、流れ方向に垂直な面の断面積の変化が少ないため流れの乱れが少なく、断面積変化が大きい場合に比較して、圧力損失が低減し流速が維持されることにより旋回力の低下を防止でき、低圧力でも微細で安定な噴霧が得られる。

さらに、本実施形態において中子７は円筒形状のものを用いて説明したが、図３にあるように中子７を円錐状に形成し、旋回発生部を旋回室６と同一の円錐状空間に配置し、その先端部分を縮径しこの部分を整流体１０とするようにすれば、さらなる低圧損化と小型化できる。

また、旋回室６内において、分流され中子７から出た各旋回流の流れに沿って旋回室６の内面に螺旋状の溝やガイドを形成すればさらなる低圧損化が可能となる。

なお、本実施例においては、旋回発生部を円筒形状の中子７を用いた例で説明したが、旋回流を発生する機能を有するものであれば、本体側に旋回溝８が形成してあるものや、溝ではなく孔を用いるもの、旋回発生部が羽状の部材であっても、同様の効果が得られる。

（実施の形態２）
実施の形態１と同一の部分については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

図４に示すように中子７の中心には棒状の回点軸１２が、上流側の流入口から下流側の旋回室６内部へと、中子７の中心に管状に空けられた軸受け管１３内に差し渡してあり、上流側先端には流入路４の方向の流れを回転方向の駆動力へと変換できるプロペラ状の回転子１４が装着されており、下流側には旋回室６内部に旋回室６内面に向かって縮径した棒状の撹拌子１５が装着されている。旋回室６は撹拌子１５が回転できる充分な空間が形成されている。ここで、回転子１４の羽は回転が旋回室６の旋回の流れと同一方向になるよう形成されている。また、回転軸１２は軸受け管１３内で自由に回転することができ、中子７の上流、下流両面の軸受け管１３の開口部は液体が浸入しないように液密部１６で液密されている。

ここで、流入口２から流入した液体は、まず、回転子１４の羽を押しながら回転軸１２にモーメントを与え、回転軸１２を旋回と同方向へ回転させる。次に、液体は中子７の上流面に到達し、中子７の各旋回溝８に分流され旋回溝８に沿って進み、旋回室６内へと流入して旋回流を形成するするとともに合流し、旋回室６内面の縮径に伴い加速され噴射孔３から噴出される。このとき、回転軸１２が旋回室６内部の撹拌子１５を回転し、撹拌子１５により旋回が加速され旋回力が増大するため低圧力でも旋回力の低下を防止でき微細で安定な噴霧が得られる。

なお、本実施例では回転子１４についてプロペラを用いて説明したが、流れを回転方向に変換できるものであれば形状は自由であり同様の効果が期待できる。

また、撹拌子１５については、様々な形状のものが考えられ、旋回室６内の旋回流を加速できるものであれば、本実施例に記載した形状のものに限定されるものではない。また、撹拌子を用いず、旋回室６そのものをノズル本体１から分離し回転させても同様の効果が得られる。

（実施の形態３）
実施の形態１と同一の部分については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

図５に示すように、旋回室６の内面には液体と壁面との摩擦抵抗低減手段として、内面を平滑に加工してある平滑部１７が形成されている。

ここで、流入口２から所定の圧力で流入した液体は、まず中子７の上流面に到達し、中子７の各旋回溝８に分流され、旋回溝８に沿って進み旋回室６内へと流入して旋回流を形成するするとともに合流し、旋回室６内面の縮径に伴い加速され噴射孔３から噴出される。このとき噴出孔３から噴出された液体は直進方向の速度成分のみならず、旋回により生じた径方向の速度成分を有しており、噴射孔３から噴出されると径方向に液膜を形成しながら円錐状に広がり、液膜は一定の距離で微細な液滴へと分裂する。

ここで、平滑部１６により旋回室６の内面と液体との摩擦抵抗が低く、圧力損失が低減することにより、旋回力の低下を防止でき、低圧力でも微細で安定な噴霧が得られる。ここで、平滑部１６はとしては旋回室６の内面に鏡面加工を施したり、水との摩擦の低い膜を形成する方法が考えられ、旋回室６の形状によらず旋回室内の圧力損失を低減できる。

尚、これまで説明した実施の形態１、２および３はそれぞれを組み合わせて用いることもできる。

本発明にかかる噴霧ノズルは、低圧力で微細な液滴を噴霧することができ、そして、構造が簡素で低コスト化ができる効果を有し、加湿、空気清浄、塗装、燃焼、洗浄等の用途にも適用できる。

本発明の実施例１の構成を示す縦断側面図 同中子の斜視図および正面図 本発明の実施例1における整流体と中子を一体として円錐形状にしたときの側面図および中子の斜視図 本発明の実施例２の構成を示す縦断側面図 本発明の実施例３の構成を示す縦断側面図 従来の噴霧ノズルの構成を示す側面図および正面図

符号の説明

３ 噴射孔
４ 流入路
６ 旋回室
７ 中子
１０ 整流体
１４ 回転子
１５ 撹拌子
１６ 平滑部

Claims (18)

1. 流入路と、前記流入路に流入した液体に対し旋回方向の速度成分を生じさせる旋回発生部と、前記旋回発生部の下流側に配置され、前記旋回発生部から流出した液体が旋回する旋回室と前記旋回室の下流に配置され、旋回した液体を噴出する噴出孔を有する噴霧ノズルにおいて、前記旋回室内を流れる液体の圧力損失を下げる圧力損失低減手段を備える噴霧ノズル。
2. 旋回室内の流れを整流する整流手段を備えることを特徴とする請求項1記載の噴霧ノズル。
3. 旋回発生部から旋回室を通り噴射孔に至る流路の断面積変化を緩和する流路断面積変化緩和手段を備えることを特徴とする請求項2記載の噴霧ノズル。
4. 旋回室の内部の中心同軸上に整流体を配置することを特徴とする請求項3記載の噴霧ノズル。
5. 整流体を円錐形状とすることを特徴とする請求項4記載の噴霧ノズル。
6. 整流体を旋回発生部の下流面に一体として備えることを特徴とする請求項４または５記載の噴霧ノズル。
7. 旋回室の断面積を噴射孔に向かって連続的に狭めることを特徴とする請求項3記載の噴霧ノズル。
8. 旋回室の形状を噴射孔に向かって円錐状に狭めることを特徴とする請求項７記載の噴霧ノズル。
9. 旋回室の内部の中心同軸上に整流体を配置し、かつ、旋回室の断面積を噴射孔に向かって連続的に狭めることを特徴とする請求項３記載の噴霧ノズル。
10. 整流体及び旋回室の形状を、噴射孔に向かって円錐形状とすることを特徴とする請求項９記載の噴霧ノズル。
11. 整流体を旋回発生部の下流面に一体として備えることを特徴とする請求項１０記載の噴霧ノズル。
12. 旋回室の形状を噴射孔に向かって円錐形状とし、かつ、整流体を円錐形状とし、かつ、整流体の上流部位に旋回発生部を備えることを特徴とする請求項１１記載の噴霧ノズル。
13. 旋回室内に液体の旋回を促進させる旋回促進手段を備えることを特徴とする請求項２記載の噴霧ノズル。
14. 旋回室内に回転により旋回を促進する撹拌子を備えることを特徴とする請求項１３記載の噴霧ノズル。
15. 旋回室の内面が回転することを特徴とする請求項１３記載の噴霧ノズル。
16. 旋回発生部の上流側に配置された回転子により流入路の流れから回転の駆動力を得る回転駆動手段を備えることを特徴とする請求項１４または１５記載の噴霧ノズル。
17. 旋回室の内面と液体との摩擦抵抗を低減する摩擦抵抗低減手段を備えることを特徴とする請求項1記載の噴霧ノズル。
18. 旋回室の内面を平滑にすることを特徴とした請求項１７記載の噴霧ノズル。

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