JP2014009670A - 二液混合器 - Google Patents

Abstract

【課題】大気側から負圧室への圧洩れを大幅に改善し、エジェクター効果を高める。
【解決手段】大気開放の二液混合器において、大気に開放される大開口部１０の中にあって中間開口部１１の出口からＫの距離に、中間開口部１１の面積に相当する部分的な堰を設ける。その具体的な手段として、大開口部１０の中にあって中間開口部１１出口からＫの距離に直径方向にピン１３を配置し、該ピン１３を堰として構成することで、エジェクター効果が高くそして、長手にコンパクトでハンドリングし易い混合器を提供する。
【選択図】図２

Description

本発明は、主液のエジェクター効果により原液を吸い上げて混合するもので、該混合液を大気に直接放出する二液混合器に関するものである。

現在、実際に使われている二液混合器は、切削油と水を希釈するクーラント希釈液装置や洗剤と水を希釈する洗車ノズルがある。
一般的に、主液が液体の場合は、空気などの気体とは異なり、粘性が大きくなるため絞り部の流速を上げることに限界がある。そのため、エジェクター効果で負圧を大きく取るのが困難で、二液混合器は吸い上げ能力を確保するのが難しいとされている。

また、洗車やクーラントの希釈に使用されるエジェクター混合器は、特許文献１のような構成となっている。つまり、大気に導通する大開口部がなく、その代わりに中間開口部が長く伸びている例である。このような構成の混合器は、中間開口部から一気に大気に放出されるため混合液の流速がかなり速く維持されており、その水圧の強さで車洗浄などの用途に利用されることが多い。
一方、クーラント液希釈装置の場合には、車洗洗浄と異なり、加工機に附設したクーラントタンクに直接混合液を補充しょうとするケースが多く、供給口から飛散しないように穏やかにクーラント混合液をタンクに供給することが望まれる。そのために、図１のように、混合液が中間開口部を通過した後に、徐々に通路を拡大して、大気側の大開口部に混合液を導き入れ、流速を落とす必要があった。
その結果、このようなクーラント液希釈装置は通路を徐々に拡大する等の配慮が必要となり、流路形状が複雑になりがちであった。また、配管長さが短いと、どうしても大気側から負圧室への圧洩れが発生しやすく、エジェクター効果が弱くなる傾向があった。
従って、このような長い配管を持つクーラント液希釈装置は、水道水供給を停止した瞬間に、混合液の配管側の残圧が作用して、主液が原液側に戻るという不都合を起こす。そのために、チェックバルブを配置して液戻りを防止する必要が出てくる。
しかしながら、こうしたチェックバルブには、切削粉などが混入しやすく、チェックバルブが動作不良となり、原液の切削油側に水が多く混入するという不具合を招きやすかった。
こうしたことから、装置全体が長くなり、複雑化し、コスト高になっているのが実情である。下記特許文献１はクーラント液希釈装置の例であり、他の市販の装置例を図1に示す。

そのため、このような大気開放型のクーラント液希釈装置には、装置全体を短くコンパクト化し、ハンドリングし易くそして、チェックバルブがない信頼性の高い、安価な装置が望まれている。

特許公開２００２−２７３６４０

そのためには、中間開口部Ｂの長さＬを短くし、それに続く大開口部も短くコンパクトにしそして、エジェクター効果を損なうことなく、大気へ開放すべく混合液の流速を十分に落として放出しなければならない。
しかしながら、中間開口部Ｌの距離を短くした分に比例して負圧室へ大気側から圧力が洩れる傾向が強くなる。そのため、原液を吸い上げる能力が低下しやすく、特に、吸い上げ原液の粘性が高い場合や吸い上げられる側の管径が細いとエジェクター効果が極端に低下することが、実験の結果判明した。

この原因は、前記中間開口部の極短い流路長Ｌで大気と負圧室と仕切られていることに起因する。そして、該流路長Ｌの長さに反比例して、大気から負圧室への洩れ量が減少することが、実験的に明らかにされた。
また、流体解析の結果、中間開口部を通過し、その出口から噴出する流体は、供給水道水圧が０．４Ｍｐａのケースで最大５０ｍ/ｓの流速に達していることが計算された。そして、該高速流体が中間開口部から先の或る距離Ｋまでは、円筒の水柱形状が保持され、該水柱が分散せずに維持されれば実質的な流路長はＫ+Ｌとなり、大気から負圧室への実質的な圧洩れを軽減できることが実験結果判明した。

そして、混合器の大開口部の中にあって中間開口部の出口からＫの距離に大開口部を全面的に閉塞することが無く、中間開口部の面積に相当する部分的な堰を設けることが、前記水柱を保持し、圧力勾配を保持し、大気から負圧室への圧洩れを抑える上で、極めて重要な解決策であるという結論に達した。その具体的な手段として、大開口部の中にあって中間開口部出口からＫの距離に直径方向にピンを配置し、該ピンを部分的な堰として構成したことにより、エジェクター効果が高い二液混合器とすることが可能となった。

図３に示すように、大開口部の１０中にあって中間開口部１１出口からＫの距離に直径方向にピン１３を配置したケースとピン１３が無いケースでの混合器内の圧力分布を計測比較すると、ピン１３を用いた方が負圧室の負圧を約半分程度低く維持でき、エジェクター効果が大きいことが実験的に確認された。
また、中間開口部１１を有するフランジ部材８を市販のホース二ップル部材９に勘合させたり、絞り管７を市販のユニオン４に接合したり、他の部品は全て市販品で構成することで、全体の長さが短く、コンパクトで且つ、安価な二液混合器が提供できる。
更に、大気と通じる中間開口部の長さＬが短いと水道水供給を停止しても負圧室が直ぐに大気に開放されるために、残圧が残らず、チェックバルブ等がなくとも水が原液側に戻ることがない信頼性の高い混合器となる。

図１は従来型エジェクター混合器を示したものである。 図２は本発明の実施例を示したものである。 図３はピン部材を備えたケースと備えないケースの各部位での圧力分布をグラフで示したものである。

大気開放型の二液混合液装置で噴射せず穏やかに放出することを達成する上で、市販の継ぎ手を組み合わせ、最小の部品で構成することができ結果、ハンドリングがし易く、安価で信頼性の高い二液混合器が実現できる。

図１は、従来型エジェクター混合器の断面を示したものである。１は二液混合器本体を示す。水道水からの高圧の液体は絞り部で高速の流体となり、ベルヌーイの定理により流速に比例して、負圧室の圧力が低下し、大気圧よりも低くなることで、原液を吸い上げるエジェクター効果が出る。負圧室で主液は原液と混合し、該混合液は徐々に拡がる開口部に入り、圧力が次第に大気圧まで上がり、放出される構成となっている。
しかしながら、前記開口部の長さをかなり長く取らないと大気圧が負圧部に洩れて原液の吸い上げ能力が減少する。また、開口部を長くとることで、水道水の供給を停止した直後に開口部に残圧が残り、混合液が原液側に戻るため、チェック弁を介してこれを防止することも要求される。

図２は本発明の実施例の断面を示したものである。
二液混合器の全体のシステムは、混合器本体１、該混合器1の給水ポート６に高圧液を供給する水道水供給源１７、原液の容器１６および、原液の混合器１の吸い上げポート１４への混合量を調整するニードルバルブ２から構成されている。前記混合器本体１は、高圧液の供給ポート６を有するユニオン部材４そして、該ユニオン部材に勘合し、径がＡの絞り部５を有する絞り管７から構成される。また、該絞り管７からクリアランスＣのところに該端面があり、中間開口部１１で径Ｂを有するフランジ部材８および、径Ｄの大開口部１０を有する二ップル部材９で構成され、前記フランジ部材８は該二ップル部材９の内径Ｄ側で軸方向に勘合されている。更に、前記二ップル部材９は前記中間開口部Ｂの終端からＫの距離に直径方向にピン部材１３が配置された構成となっている。尚且つ、混合器の胴体であるチーズ部材３は前記ユニオン部材４および、前記二ップル部材９がネジで結合された構成となっており、該チーズ部材３の内壁側には、前記絞り管７の外周と前記フランジ管８の端面で囲われた負圧室１２が形成されている。

図３はピン部材を備えたケースと備えないケースの各部位での圧力分布をグラフで示したものである。
供給された高圧の水道水は絞り部Ａで高速の流体に変換されるため負圧室１２は大気圧より低い負圧となり、前記原液１６からニードルバルブ２で調整された量の原液１６を吸い上げる原動力となる。吸い上げられた原液１６と前記高速の主液は中間開口部１１で合流し、混合する。混合した原液１６の増加量を吸収するには、中間開口部径Ｂは前述の絞り部径Ａより１．３〜１．５倍のサイズが最適である。この１．５倍の値より大きな径になると、大気から負圧室への圧洩れが増大し、吸い上げ能力が低下する。一方、１．３倍の値より小さいと流体がフランジ部材８の端面に衝突し、エジェクター効果が低下する。前記中間開口部Ｂで合流した混合液は中間開口部の径Ｂを保持しながら、高速で前記ピン部材１３に衝突するが、図で見られるように水撃効果により衝突したところが最も圧力が高い点となりそして、中間開口部出口の圧力が低い点との間で水柱の圧力勾配が保持される。その結果、大気圧が負圧室に洩れにくくなり、吸い上げ能力が大きくなる。一方、ピンが無いケースでは中間開口部Ｂを出るといきなり大気圧になるため、混合液の水柱が直ぐに拡散して、圧力勾配が保持されず、大気圧が負圧室に洩れやすくなる。結果として、エジェクター効果が低くなる。

この構成は、高速洗車用エジェクターには使用できないが、大気に混合液を緩やかに放出する使用目的のエジェクターに適するものである。例えば、クーラント希釈装置、農薬希釈装置および、薬品混合器等である。

１ 混合器本体
２ ニードルバルブ
３ チーズ部材
４ ユニオン部材
５ 絞り部
７ 絞り管
８ フランジ部材
９ 二ップル部材
１０大開口部
１１中間開口部
１２負圧室
１３ピン部材
１６原液

Claims (2)

1. 主液のエジェクター効果により原液を吸い上げ混合し、該混合液を大気に直放出する二液混合器において、同心軸上に絞り部Ａおよび若干大きい中間開口部Bを有し、該絞り部Ａと開口部Ｂの間に負圧室Ｃを有し、そして前記中間開口部の延長上に大気と導通する大開口部を有し、該大開口部の中にあって直径方向にピン部材を配置したことを特徴とする二液混合器。
2. 請求項１の二液混合器に於いて、ホース二ップル部材に形成された大開口部に軸方向で勘合して、中間開口部を形成し、該中間開口部が絞り部の1.3〜1.5倍の直径になっていることを特徴とするフランジ部材で構成される二液混合器。

Images