JP2014151250A

JP2014151250A - 二流体混合器

Info

Publication number: JP2014151250A
Application number: JP2013021621A
Authority: JP
Inventors: Yutaka Momose; 豊百瀬
Original assignee: Momose Kikai Sekkei KK
Current assignee: Momose Kikai Sekkei KK
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2013-02-06
Publication date: 2014-08-25

Abstract

【課題】エジェクター部の負圧の低下をきたすことなく、強力なエジェクター効果を維持し、二流体の広い範囲の混合濃度の調整を可能とし、混合液の高速噴射を可能とする二液体混合器の提供。
【解決手段】主ノズル３の内径４とフランジ部材５の内径６の間に主負圧室７が形成された混合器において、該混合器の下流側の位置で且つ、フランジ部材５と噴射ノズル９の幅狭い間隔で比較的大きい内径ｄ５の中間負圧室１１を新設し、該噴射ノズル９の内径１０（ｄ３）は、フランジ部材５の内径６（ｄ２）よりほぼ同じか若干大きくし、噴射ノズル９（ｄ３）から開口部８（ｄ４）をへて大気へと混合液が次第に拡大しつつ高速で放出されるように構成した。
【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或いは、空気等の気体を吸い上げて混合するもので、該混合液を大気へ直接高速で放出する二流体混合器に関するものである。

現在、実際に使われている二流体混合器は、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等がある。
クーラント希釈装置でタンクに混合液を放出する場合は比較的低速で放出することが望まれる（特許文献２参照）。一方、洗車ノズルや散水や放水目的のノズルでは混合液を高速で強く、或いは、遠くに放出することが望まれる。
一般的に、このような二流体混合器は主液が水道水で原液は水よりも粘性大きい液体が使用される場合が多いため強力なエジェクター効果が必要である。

この中で、洗車の希釈やクーラント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は速いが、大気に直接放出される場合は大気圧の侵入を防ぎきれず、負圧が低下し、エジェクター効果が低下するという問題を生じる。
また、特許文献２のような二液混合器を考案したが、高速で混合液を大気に放出する用途には適せず、緩やかに放出するクーラント希釈液装置に供するようにしたものである。
特に、洗車用や散水用や放水用の混合器では高速で混合液或いは、水を強く噴出させるため、図１のように大気開口部に径の小さい噴射ノズルを配置するのが一般的である。しかしながら、このような噴射ノズルを配置することや中間開口部を長くとることで、開口部通路の流動損失が増加し、混合器内部圧力が高くなり、結果として、エジェクター効果の減少を招き、原液の吸い上げ能力を低下させることとなる。

そのため、エジェクター部の負圧の低下をきたすことなく、強力なエジェクター効果を維持し、二流体の広い範囲の混合濃度の調整を可能とし、しかも、相反する特性である混合液の高速噴射を可能とする二流体混合器が望まれる。
現状は、予め混合された混合液を電動水ポンプやエンジン水ポンプ等で加圧して、洗浄や散布や放水するのが一般的である。

特許公開２００２−２７３６４０特願２０１２−１４９０３４

そのためには、高速噴射を可能とする開口径の小さな噴射ノズルを設けても、原液を吸い上げる主負圧室へ直接圧力の影響が及ばない構成とし、エジェクター効果が保持できる混合器を提供することである。

上記課題を達成するために、主ノズル３の内径４とフランジ部材５の内径６の間に主負圧室７が形成された混合器において、該混合器の下流側の位置で且つ、フランジ部材５と噴射ノズル９の幅狭い間隔で比較的大きい内径ｄ５の中間負圧室１１を新設する。そして、該噴射ノズル９の内径１０（ｄ３）は、フランジ部材５の内径６（ｄ２）よりほぼ同じか若干大きくし、噴射ノズル９（ｄ３）から開口部８（ｄ４）をへて大気へと混合液が次第に拡大しつつ高速で放出されるように構成する。

前記中間負圧室１１が介在し、ここでエジェクター効果による適度な負圧が保持されているため、主負圧室７への直接的な大気圧および噴射ノズルの圧損による増圧の影響を受けず、主負圧室７のエジェクター効果が保持される。図３で示したような良好な高速放出速度と低い負圧の保持が得られる。
これにより、洗剤による高速洗車や研削盤の砥石のドレッシング（目立て洗浄）等の新たな用途への展開が可能となった。
また、二流体混合器の原液の代わりに空気等の気体では、その効果が大きく、主液と気体が混合することで混合液の体積膨張が大きく、噴出流速の増加が液ー液の場合より更に上がることが実験的に確認された。これにより、高速洗浄や消火放水用等の新たな用途への展開も可能となった。

図１は従来型エジェクター混合器並びに、混合器内の流速分布および圧力分布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は本発明の実施例の混合器内の流速分布および圧力分布を示したものである。

大気開放型の二流体混合液装置で主液に対する原液の濃度調整範囲が大きくなり且つ、高速放出が可能となった。また、空気等の気体を混合させることで更なる高速放出が可能となったことで消火放水等の新たな市場への展開が可能となった。

図１は、従来型エジェクター混合器並びに、混合器内の流速分布および圧力分布を示したものである。１は二流体混合器本体を示す。水道水からの高圧の液体は絞り部４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７の圧力が低下し、大気圧よりも低くなることで、原液１３を吸い上げるエジェクター効果が出る。負圧室７で液は原液と混合し、該混合液はフランジ部材に形成された開口部６に入り、更に、大きな開口部８から噴射ノズル９の開口部１０（ｄ５）で絞られる。結果として、混合液が高速で放出される（流速分布参照）が、開口部８の圧力は大気圧より高く上がる（圧力分布参照）。その影響で、負圧室７の負圧が低下し、エジェクター効果が減少する傾向が出る。

図２は本発明の実施例の断面を示したものである。
前記混合器本体１は、高圧液の供給ポートに接続される絞り部材３そして、該絞り部材３は、径がｄ１の絞り部４および端面４aを有している。フランジ部材５は径がｄ２の中間開口部６および端面５aを有している。そして、該端面５aと前記絞り部４に形成された端面４aがｓ１の間隔で周囲に主負圧室７を形成している。該主負圧室７は水道水が高速で絞り部４から中間開口部６に至る過程で、ベルヌーイの定理で負圧となる。該負圧によりポート１２および３方向バルブ１３を介して調整された所定量の原液１４が主負圧室７に吸い上げられ主液と混合される。或いは、３方向バルブで気体が選択され主液と混合される。
また、フランジ部材５の下流側には端面５ｂを有し、噴射ノズル９は内径がｄ３の開口部１０と端面９aを有している。そして、該端面９aと前記フランジ部材５の端面５bの間隔に外径ｄ５の中間負圧室１１を形成している。該混合液はフランジ部材５に形成された中間開口部６から噴射ノズル９の噴射開口部１０へと高速で通過するがやはり、ベルヌーイの定理に従い中間負圧室には負圧が保持される。該混合液はその後、開口部８から大気へ高速で放出される。

図３は本発明の実施例の混合器内の流速分布および圧力分布を示したものである。a,b,c,e,f,gは圧力の測定点を示す。
まず、改良された二流体混合器内の流速分布を図１の流速分布と比較する。０．６Mpaの水道水は絞り部４（内径ｄ１）で平均流速２０ｍ/ｓで流れ、エジェクター効果で吸い上げた原液と主液が混合して中間開口部径ｄ２を通過する。混合流体の容積が増す関係でｄ１＜ｄ２でなければならない。中間開口部ｄ２を通過した混合液は噴出ノズルｄ３に入るが、途中に形成された中間負圧室ｄ５を高速で通過する。この間の流れの容積変化は殆どないがｄ２≦ｄ３の関係が必要である。また、この時の中間負圧室ｄ５の圧力は適度な負圧が維持されているが、大気開口部ｄ４からの大気圧が中間負圧室ｄ５に侵入しているため-０．６Mpaよりは若干高い圧になっている。
したがって、エジェクターで吸い上げられるのが原液であれば、噴出される混合液の平均流速は１０ｍ/ｓとなる。一方、吸い上げられるのが空気のような気体であれば、気体と主液の混合液は容積が大きくなるため、放出される混合液の流速は１２ｍ/ｓと増加する。これは、放出距離の実験で明らかにされている。
尚、ここで述べられた流速値や圧力値は、或るノズル、中間開口部および噴射ノズルの径での値であり、比較値として、参照すべきである。

この高速型の二流体混合器は、洗剤を使用する高速洗車用や研削盤の砥石のドレッシング用（目立て洗浄）等の用途には最適と考えられる。一般的には、これらの用途では高圧ポンプを用いて例が多いが、動力を使用しないこれらのエジェクター式が安価でハンドリングしやすいというメリットがある。
また、空気等を混合する場合は放出速度が高速化され、放出距離も格段に伸びることから、水道水での消火用や高速洗浄に手軽に使用できる。
更に、３方向バルブの切り替えで洗剤等の原液を選択したり、空気等を選択できるため、洗剤による洗浄と水だけによる洗浄をバルブのみの切り替えで行えるという利便性もでてくる。

１混合器本体
２混合器ボディ
３絞り部材
４絞り部
５フランジ部材
６中間開口部
７主負圧室
８開口部
９噴出ノズル
１１中間負圧室

Claims

主液のエジェクター効果により原液或いは、気体を吸い上げ混合し、該混合液を大気に直高速で放出するエジェクター混合器において、主負圧室の下流側に位置し、噴射ノズルと中間開口部の間に中間負圧室を形成し、該中間負圧室を混合液のエジェクター効果により常時適度な負圧を保持せしめ、大気圧および噴出ノズルの流動抵抗による増圧の影響を直接主負圧室に及ぼさない構成としたことを特徴とする二流体混合器。
請求項１の二流体混合器において、絞り部の径ｄ１＜中間開口部の径ｄ２≦噴射ノズルｄ３＜大気開口部ｄ４となっている二流体混合器。
請求項１の二流体混合器において、単一のバルブ操作で原液と気体の選択或いは、原液のオン-オフの選択が可能な二流体混合器。