JP2015192956A - 二流体噴霧器及びこれを備えた空気調和装置の室外機 - Google Patents

Abstract

【課題】水滴を少ない圧縮空気の量で効率よく微粒化することができる二流体噴霧器及びこれを備えた空気調和装置の室外機を提供する。【解決手段】二流体噴霧器は、水と空気とを混合した気液混合水が流れる第１流路１０と、第１流路１０から気液混合水が流入する第２流路２０と、第２流路２０から流入する気液混合水を噴出する１つ又は複数の噴出孔３０とが設けられたノズル３を備える。ノズル３は、第２流路２０を流れる気液混合水が衝突する先端面を有する。第２流路２０は、第１流路１０の内径よりも大きな内径を有する大径部２１を含む。第１流路１０の軸方向の長さＬ１は、第２流路２０の軸方向の長さＬ２よりも大きい。【選択図】図４

Description

本発明は、二流体噴霧器及びこれを備えた空気調和装置の室外機に関する。

従来、熱交換器に向かう空気に水を噴霧して熱交換器を補助的に冷却する二流体噴霧器を備えた空気調和装置の室外機が知られている。この室外機では、噴霧された水により熱交換器に向かう空気が冷却されるので、空気調和装置に必要とされる動力（消費電力）を低減することができる。このような室外機では、二流体噴霧器から噴霧される水滴が熱交換器の表面に付着すると、熱交換器が腐食する場合があるので、二流体噴霧器から噴霧される水滴は、熱交換器に到達する前に蒸発するように微粒化されていることが望ましい。

特許文献１には、二流体ノズルが空気と水を同時に噴射することによって微細ミストを発生させるので、蒸発するまでの時間が短く、壁面などに水滴をつくりにくいことが記載されている。

特許文献２には、二流体混合ノズル装置によると、気体用口体からノズル本体に供給された所定の圧力の気体と、液体用口体からノズル本体に供給された所定の圧力の液体とは、混合室で混合されてノズルチップの円筒部内に流入し、そこでさらに混合されて円筒部の先端壁に穿設されたそれぞれ一対の第１の噴出孔と第２の噴出孔から図示しない基板に向けて噴射する、と記載されている。

特開２００８−１２８５００号公報 特開２００６−６１７８６号公報

ところで、二流体噴霧器において、噴出孔から噴霧する水滴を少ない圧縮空気量で微粒化するためには、二流体噴霧器内の流路を通って噴出孔に導かれる気液混合水は、微細な気泡が水中に分散した状態であることが望ましい。これにより、噴出孔又はその近傍において気泡が破裂する力によって水滴が微粒化されるため、圧縮空気の塊で水滴を微粒化する場合に比べて、少ない圧縮空気量での微粒化が可能となると考えられる。

しかしながら、二流体噴霧器内で気泡を水中に混入しても、二流体噴霧器内の流路を噴出孔に向かって流れる間には水中に分散している気泡同士の合体が進み、気液混合水の流動様式が変動することがある。例えば、気泡が水中に混入された初期段階においては気液混合水の流動様式が例えば気泡流（ｂｕｂｂｌｙ ｆｌｏｗ）であったとしても、気液混合水が流路を噴出孔に向かって流れるうちに気泡同士の合体が進んでスラグ流（ｓｌｕｇ ｆｌｏｗ）に変化し、さらに、環状流（ａｎｎｕｌａｒ ｆｌｏｗ）又はこれに近い流動様式に変化することがある。このような流動様式の変動が生じると、特許文献１の二流体ノズル及び特許文献２の二流体混合ノズル装置では、水滴の微粒化は、水中に分散していた気泡によってなされるのではなく、圧縮空気の塊（例えば環状流のときの液膜の内側にある大きな空気の塊）によってなされることになり、微粒化効果を得るために多くの圧縮空気を必要としてしまう。このような場合には、噴出孔から噴霧する水滴を効率よく微粒化することができない。

本発明の目的は、水滴を少ない圧縮空気の量で効率よく微粒化することができる二流体噴霧器及びこれを備えた空気調和装置の室外機を提供することである。

本発明の二流体噴霧器は、水と空気とを混合した気液混合水が流れる第１流路（１０）と、前記第１流路（１０）から前記気液混合水が流入する第２流路（２０）と、前記第２流路（２０）から流入する前記気液混合水を噴出する１つ又は複数の噴出孔（３０）とが設けられたノズル（３）を備える。前記ノズル（３）は、前記第２流路（２０）を流れる前記気液混合水が衝突する先端面（４０）を有する。前記第２流路（２０）は、前記第１流路（１０）の内径よりも大きな内径を有する大径部（２１）を含む。前記第１流路（１０）の軸方向の長さ（Ｌ１）は、前記第２流路（２０）の軸方向の長さ（Ｌ２）よりも大きい。

一般に、二流体噴霧器はコスト低減、輸送費低減などの目的のために小型化が求められており、したがって、必然的にノズルの全長（ノズルの軸方向の長さ）は極力小さくするのが望ましい。このようなサイズの制約がある中で、本発明では、第１流路（１０）の軸方向の長さ（Ｌ１）を第２流路（２０）の軸方向の長さ（Ｌ２）よりも大きくし、第２流路（２０）における大径部（２１）の内径を第１流路（１０）の内径よりも大きくしている。これにより、水滴を少ない圧縮空気の量で効率よく微粒化することができる。その理由は次の通りである。

まず、従来の二流体噴霧器について説明する。上述したように、二流体噴霧器では、気泡を水中に混入しても、二流体噴霧器内の流路を流れるうちに気泡同士の合体が進んで流動様式が変化することがある。例えば特許文献２における二流体混合ノズル装置では、気体と液体とは混合室において混合され、その下流側の円筒部内に流入し、先端に設けられた噴出孔から噴出される。この特許文献２における二流体混合ノズル装置は、混合室の軸方向の長さが円筒部の軸方向の長さに比べて小さい構造（すなわち、円筒部の軸方向の長さが混合室の軸方向の長さに比べて大きい構造）を備えている。このような構造では、気液混合水は、混合室において流動様式が安定する前に円筒部に流入してしまうため、円筒部の先端壁に設けられた噴出孔からの噴霧状態が脈動して不安定になる。また、特許文献２のように円筒部の軸方向の長さが大きい構造では、混合室から円筒部に流入した気液混合水が円筒部の先端壁（先端面）に到達するまでに移動する距離が大きくなる。したがって、円筒部に流入した気液混合水は、円筒部の先端壁に衝突する前に流速が低下して勢いを失うので、円筒部の先端壁に衝突することによる空気塊の分解が生じにくくなる。その結果、噴出孔に導かれる気液混合水は、微細な気泡が水中に分散した状態になり難く、よって、水滴の微粒化を微細な気泡によって行うことができず、空気塊（例えば環状流のときの液膜の内側にある大きな空気の塊）により行うことになり、水滴の微粒化に多くの圧縮空気を必要としてしまう。

一方、本発明の二流体噴霧器では、第２流路（２０）よりも軸方向の長さが大きい第１流路（１０）において安定した流動状態の気液混合水の流れが形成される。具体的には、軸方向に長い第１流路（１０）では、気液混合水が環状流又はこれに近い流動様式にまで変化して第１流路（１０）の内側面に沿って安定した液膜が形成される。これにより、気液混合水が第２流路（２０）に流入するときの流動様式のばらつきが生じるのを抑制できるので、噴出孔からの噴霧状態が脈動して不安定になるという不具合が生じるのを抑制できる。

また、本発明の二流体噴霧器では、第２流路（２０）の大径部（２１）よりも内径が小さい第１流路（１０）において流速の大きな気液混合水の流れが形成され、この流速の大きな気液混合水が第２流路（２０）に流入する。そして、第１流路（１０）よりも長さを小さくしている第２流路（２０）では、第１流路（１０）から第２流路（２０）に流入した気液混合水が先端面（４０）に到達するまでに移動する距離が小さい。したがって、第２流路（２０）に流入した気液混合水は、流速があまり低下していない勢いのあるうちに第２流路（２０）の先端面（４０）に衝突する。

しかも、第２流路（２０）は大径部（２１）を含んでいるので、気液混合水が流れる流路の内径が一定である場合に比べて、気液混合水が衝突する先端面（４０）を大きくすることができるとともに、先端面（４０）に衝突した気液混合水が第２流路（２０）内において例えば渦状に流動するための径方向に大きな空間を形成することができる。

したがって、本発明の二流体噴霧器では、第１流路（１０）から第２流路（２０）に流入した気液混合水は、大径部（２１）において径方向外側に広がりながら先端面（４０）に向かって流れ、先端面（４０）に勢いよく衝突し、このときの衝撃によって第２流路（２０）内において例えば渦状に激しく流動する。これにより、第２流路（２０）内において水中の大きな空気塊が微細な多数の気泡に分解されるので、第２流路（２０）内の気液混合水は、例えば気泡流又はこれに近い流動状態となる。このようにノズル（３）の噴出孔（３０）から噴出する直前の段階で、第２流路（２０）において微細な多数の気泡が分散した気液混合水を安定して形成することができる。

以上のことから、本発明の二流体噴霧器では、微粒化された水滴をノズル（３）の噴出孔（３０）から安定して噴霧することができ、しかも、水滴を少ない圧縮空気の量で効率よく微粒化することができる。

前記二流体噴霧器において、前記第１流路（１０）の前記長さ（Ｌ１）と前記第２流路（２０）の前記長さ（Ｌ２）の比（Ｌ１／Ｌ２）は、１．０よりも大きく４．５よりも小さいことが好ましい。この構成では、例えば後述する図６のグラフに示すように、平均粒子径６０μｍ以下に微粒化された水滴を噴霧することができる。

前記二流体噴霧器において、前記大径部（２１）の前記内径の最大値（Ｄ２）と前記第１流路（１０）の前記内径の最大値（Ｄ１）の比（Ｄ２／Ｄ１）は、例えば１．１よりも大きく２０よりも小さくすることができる。

本発明の空気調和装置の室外機は、熱交換器（４）と、前記熱交換器（４）に向かう空気に水を噴霧する前記二流体噴霧器（２）とを備える。この構成では、二流体噴霧器（２）は、少ない圧縮空気の量で効率よく微粒化することができるので、空気調和装置の室外機の運転に必要な入力を低減することができる。

本発明によれば、水滴を少ない圧縮空気の量で効率よく微粒化することができる。

本発明の実施形態に係る二流体噴霧器を備えた空気調和装置の室外機を示す概略図である。 前記室外機における二流体噴霧器、熱交換器及び吹出口の配置例を示す斜視図である。 前記二流体噴霧器を示す断面図である。 前記二流体噴霧器のノズルを示す断面図である。 上図は図４におけるＶＡ−ＶＡ線断面図であり、下図は図４におけるＶＢ−ＶＢ線断面図である。 前記二流体噴霧器において、第１流路の軸方向の長さと第２流路の軸方向の長さとの比（Ｌ１／Ｌ２）と、噴霧される水滴の平均粒子径との関係の一例を示すグラフである。 図６のグラフに示す実験で用いられた第１流路の長さＬ１、第２流路の長さＬ２、第１流路の内径の最大値Ｄ１及び第２流路の内径の最大値Ｄ２を示す表である。 前記ノズルの変形例１を示す断面図である。 前記ノズルの変形例２を示す断面図である。 前記ノズルの変形例３を示す断面図である。 前記ノズルの変形例４を示す断面図である。 前記ノズルの変形例５を示す断面図である。 前記室外機の変形例１を示す概略図である。 前記室外機の変形例２を示す概略図である。 前記室外機の変形例３を示す概略図である。

以下、本発明の実施形態に係る二流体噴霧器２及びこれを備えた空気調和装置の室外機１００について図面を参照して説明する。空気調和装置は、図１に示す室外機１００と、図略の室内機と、これらを接続する図略の連絡配管（冷媒配管）とを備えている。空気調和装置は、蒸気圧縮冷凍サイクルを行う冷媒回路を備えている。

［空気調和装置の室外機］
図１に示すように、室外機１００は、噴霧機構１、熱交換器４、送風機５、圧縮機６、制御部７、外気温度センサ８などを備えている。熱交換器４、送風機５、圧縮機６及び制御部７は、室外機１００のケース９内に収容されている。制御部７は、噴霧機構１、送風機５、圧縮機６などの運転を制御する。熱交換器４及び圧縮機６は、前記冷媒回路に設けられている。

噴霧機構１は、冷房運転時において熱交換器４に向かう外気を冷却することができる。噴霧機構１は、熱交換器４に向かう外気の温度を低下させることにより、熱交換器４の伝熱管及び冷媒を冷却する効果を高めることができる。このように噴霧機構１は、熱交換器４及び冷媒を補助的に冷却して空気調和装置の冷房能力を高めることができる。噴霧機構１の詳細については後述する。

熱交換器４としては、例えばクロスフィンコイル式の熱交換器が挙げられるが、これに限定されない。クロスフィンコイル式の熱交換器は、伝熱管と、伝熱管が貫通する多数のプレートフィンとを備えており、伝熱管の内部を冷媒が流れ、プレートフィン同士の間を外気が流れる。図２に示す具体例では、熱交換器４は、室外機１００の設置面（水平面）に対して上方に立設されており、平面視で略Ｕ字形状を有している。ただし、熱交換器４の配置はこれに限られない。ケース９の４つの側板のうち、熱交換器４に対向する３つの側板９ａ，９ｂ，９ｃには、外気をケース９内に吸い込むために図略の吸込口が設けられている。また、ケース９の天板９ｄにはケース９内の空気を外部に吹き出すための吹出口９ｅが設けられている。

送風機５としては、例えば軸流送風機、遠心送風機、斜流送風機などを用いることができる。図１に示すように、送風機５は、羽根車５ａと、この羽根車５ａを回転させる図略のモータとを備えている。本実施形態では、送風機５は、ケース９内の上部に設けられており、図２に示す吹出口９ｅの直下に配置されている。ただし、送風機５の配置はこれに限られない。送風機５は、熱交換器４よりも空気の流れ方向の下流側に位置している。

空気調和装置の運転時には、圧縮機６が運転されることにより冷媒が室外機１００と室内機との間を循環するとともに、送風機５のモータが運転されることにより羽根車５ａが回転し、外気がケース９の吸込口からケース９の内部に吸い込まれる。ケース９の内部に吸い込まれた外気は、熱交換器４において冷媒と熱交換した後、吹出口９ｅを通じてケース９の外部に吹き出される。

例えば冷房運転時には、ケース９の内部に吸い込まれた外気は、凝縮器として機能する熱交換器４における伝熱管を介して、この伝熱管内を流れる高温高圧の冷媒と熱交換する。すなわち、外気は、熱交換器４の伝熱管及び冷媒を冷却する。これにより、熱交換器４の伝熱管を流れる冷媒は冷却されて凝縮する。外気温度センサ８は、外気温度を検知することができる。

［噴霧機構］
次に、噴霧機構１について説明する。図１に示すように、噴霧機構１は、１つ又は複数の二流体噴霧器２と、液体供給機構６０と、気体供給機構７０とを備えている。以下では、噴霧機構１が複数の二流体噴霧器２を備えている場合を例に挙げて説明するが、噴霧機構１は１つの二流体噴霧器２のみを備えていてもよい。

複数の二流体噴霧器２の配置は、特に限定されないが、例えば図２に示すような配置例を挙げることができる。図２に示す配置例では、複数の二流体噴霧器２は、熱交換器４に対向する位置に配列されている。各二流体噴霧器２は、送風機５の羽根車５ａが回転することにより形成される気流の方向において、熱交換器４よりも上流側に位置している。本実施形態では、複数の二流体噴霧器２は、熱交換器４の側方に配置されている。具体的に、熱交換器４に沿った３つの側板９ａ，９ｂ，９ｃのそれぞれに、１つ又は複数の二流体噴霧器２が対向するように配置されている。

複数の二流体噴霧器２は、二流体噴霧器２による冷却効果が熱交換器４のほぼ全体にわたって及ぼされるように、熱交換器４に対向する３つの側板９ａ、９ｂ、９ｃにおいて互いに間隔を空けて配置されている。各二流体噴霧器２は、ケース９の側板、天板、又はケース９に別途設けられた図略の支持部材によって支持されている。

各二流体噴霧器２は、熱交換器４に向かう空気に水を噴霧する。図１に示す実施形態では、二流体噴霧器２における水滴の噴霧方向が熱交換器４とは反対側（熱交換器４から遠ざかる方向）に向いているが、これに限られない。例えば、図１４に示す変形例２のように二流体噴霧器２における水滴の噴霧方向は熱交換器４側に向いていてもよく、図１５に示す変形例３のように二流体噴霧器２における水滴の噴霧方向は熱交換器４に沿った方向（図１４では下方）に向いていてもよい。

図１に示す実施形態では、二流体噴霧器２から噴霧された水滴は、図１において一点鎖線の矢印で示すように、熱交換器４とは反対側に向かう空気中を放射状に拡散しながら、次第に熱交換器４側に向きを変え、熱交換器４に向かって移動する。水滴の全部又はその大半は、熱交換器４に到達する前に気化する。

液体供給機構６０は、液送配管６１と、液送ポンプ６２とを含む。液送配管６１は、例えば水道などの水供給源Ｔと二流体噴霧器２とを接続している。液送ポンプ６２は、液送配管６１を通じて水を二流体噴霧器２に送る。

気体供給機構７０は、気送配管７１と、例えばコンプレッサーなどの気送ポンプ７２とを含む。気送配管７１は、気送ポンプ７２と二流体噴霧器２とを接続している。気送ポンプ７２は、気送配管７１を通じて空気を二流体噴霧器２に送る。

図１では、１つの二流体噴霧器２に対して液体供給機構６０及び気体供給機構７０が接続されている状態を示しており、他の二流体噴霧器２の図示を省略しているが、液体供給機構６０及び気体供給機構７０は、他の二流体噴霧器２に対しても図１に示す接続状態と同様に接続される。具体的には、例えば、液体供給機構６０の液送配管６１は、途中で分岐して複数の二流体噴霧器２に接続され、気体供給機構７０の気送配管７１は、途中で分岐して複数の二流体噴霧器２に接続される。

［二流体噴霧器］
次に、二流体噴霧器２について詳細に説明する。図３は、二流体噴霧器２を示す断面図である。図４は、二流体噴霧器２のノズル３を示す断面図である。図３及び図４に示すように、二流体噴霧器２は、気液混合部５０と、ノズル３とを備える。図３に示すように、ノズル３は、気液混合部５０の下流側端部（具体的には、後述する第２胴体５６の下流側端部）に連結されている。これにより、ノズル３は、気液混合部５０において生成された気液混合水を受け入れることができる。

ノズル３は、例えば図３に示すような支持部材５７によって支持されることが可能であるが、このような支持構造に限られない。支持部材５７は、例えば気液混合部５０に固定されている。ノズル３と第２胴体５６の下流側端部とは、支持部材５７に設けられた貫通孔５７ａに挿入されている。この貫通孔５７ａは、ノズル３及び第２胴体５６の形状に沿った内側面を有する。支持部材５７には、ボルト挿通孔５７ｂが設けられており、第１胴体５５には、ボルト挿通孔５７ｂに対応する位置にボルト挿通孔５５ｂが設けられている。これらのボルト挿通孔５５ｂ，５７ｂに挿通される図略のボルトとナットによって支持部材５７は第１胴体５５に固定される。

［気液混合部］
気液混合部５０は、二流体噴霧器２に供給される水と二流体噴霧器２に供給される空気とが混合された気液混合水を生成する機能と、生成された気液混合水をノズル３に案内する機能とを有する。

気液混合部５０は、流路が形成された胴体を備えている。図３に示す具体例では、前記胴体は、第１胴体５５と、第２胴体５６とを含み、気液混合部５０の前記流路は、液体流路５１と、気体流路５２と、気液混合流路５３と、連絡流路５４とを含む。液体流路５１、気体流路５２及び気液混合流路５３は、第１胴体５５に設けられており、連絡流路５４は、第２胴体５６に設けられている。第２胴体５６の上流側端部は、第１胴体５５に設けられた凹部５５ａに嵌まり込んでいる。なお、図３に示す具体例では、第１胴体５５と第２胴体５６は、別々の部材で形成されているが、これに限られず、１つの部材によって形成されていてもよい。また、連絡流路５４は省略することもできる。

液体流路５１の上流側端部５１ａは液体供給機構６０の液送配管６１に接続されており、これにより、液送配管６１によって送られる水は液体流路５１に流入する。気体流路５２の上流側端部５２ａは気体供給機構７０の気送配管７１に接続されており、これにより、気送配管７１によって送られる空気は気体流路５２に流入する。液体流路５１を流れる水と気体流路５２を流れる空気が気液混合流路５３において合流すると、気液混合流路５３において水と空気が混合された気液混合水が生成される。生成された気液混合水は、連絡流路５４を通ってノズル３に送られる。

なお、気液混合部５０は、水と空気とが混合された気液混合水を生成する機能と、生成された気液混合水をノズル３に案内する機能とを有していればよいので、図３に示す構造に限られず、他の構造を採用することもできる。また、図３に示す具体例では、気液混合流路５３及び連絡流路５４の内径は、後述するノズル３の第１流路１０の内径よりも大きく、連絡流路５４の内径は、気液混合流路５３の内径よりも大きいが、これに限られない。

また、図３に示す具体例では、気液混合部５０において水が流れる流路（すなわち液体流路５１、気液混合流路５３及び連絡流路５４）の中心線Ａは、ノズル３の中心線Ａと一致しているが、これに限られない。液体流路５１、気液混合流路５３及び連絡流路５４の中心線は、ノズル３の中心線Ａに対してずれた位置に設けられていてもよい。また、図３に示す具体例では、気体流路５２は、気液混合流路５３に対して気液混合流路５３の側部に接続されているが、これに限られない。

［ノズル］
図５の上図は、図４におけるＶＡ−ＶＡ線断面図であり、図５の下図は、図４におけるＶＢ−ＶＢ線断面図である。図４及び図５に示すように、ノズル３は、流入口１１と、第１流路１０と、第２流路２０と、１つ又は複数の噴出孔３０とを有する。

流入口１１は、気液混合部５０において生成された気液混合水がノズル３に流入する上流側端部の開口である。噴出孔３０は、ノズル３から気液混合水が噴出する孔である。図５に示す具体例では、ノズル３は、周方向に互いに間隔をあけて設けられた４つの噴出孔３０を有するが、これに限られない。第１流路１０と第２流路２０は、ノズル３において流入口１１から噴出孔３０までの流路を構成している。第１流路１０と第２流路２０は、流入口１１と噴出孔３０とをつなぐ流路である。第１流路１０は、第２流路２０の大径部２１に直接接続されている流路である。

ノズル３は、微細な気泡が水中に分散した状態の気液混合水を噴出孔３０に安定して供給するとともに、噴出孔３０から微細化された水滴を安定して噴霧する機能を有する。ノズル３の第１流路１０には、気液混合部５０において生成された気液混合水が流入する。第１流路１０に流入した気液混合水は、第１流路１０に案内されて第２流路２０に流入する。第２流路２０に流入した気液混合水は、噴出孔３０に案内されて噴出孔３０から噴出される。

本実施形態では、第１流路１０の中心線Ａと第２流路２０の中心線Ａは一致しているが、これに限られず、これらの中心線は例えば互いに径方向にずれていてもよい。ノズル３の軸方向は、第１流路１０の中心線Ａの方向（第２流路２０の中心線Ａの方向）である。

ノズル３は、第１流路１０、第２流路２０及び噴出孔３０が形成された胴体を備えている。図４に示す具体例では、ノズル３の前記胴体は、第１胴体３Ａと、第２胴体３Ｂとを含む。ただし、ノズル３は、単一の部材によって形成されていてもよい。第１胴体３Ａの下流側端部は、第２胴体３Ｂの上流側に設けられた凹部に嵌合されており、これにより、第１胴体３Ａと第２胴体３Ｂが一体化されている。本実施形態では、図５に示すように、軸方向に直交する平面で切断したときの断面において、第１胴体３Ａ及び第２胴体３Ｂ、並びに第１流路１０及び第２流路２０は、円形状であるが、これに限られない。

図４に示すように、第１流路１０は、ノズル３の第１胴体３Ａに設けられた貫通孔の内周面４４によって区画されている。本実施形態では、第１流路１０は、一方向（ノズル３の軸方向）に平行に延びている。第１流路１０は、軸方向において内径が一定の部位である。第１流路１０は、後述する第２流路２０の大径部２１よりも内径が小さい部位である。このように第１流路１０は、一方向（ノズル３の軸方向）に平行に延びており、軸方向において内径が一定であり、第２流路２０の大径部２１よりも内径が小さい部位であるので、第１流路１０においては、気液混合部５０を流れるときに比べて、気液混合水は、流速が高められ、且つ、流動様式が安定しやすくなる。

第２流路２０は、ノズル３の第１胴体３Ａの端面４５と、ノズル３の第２胴体３Ｂに設けられた凹部の内周面４６と、凹部の先端面４０とによって区画されている。図４に示す具体例では、第２流路２０は、内径が軸方向において一定の上流側部分２０Ａと、内径が先端側（噴出孔３０側）に向かうにつれて小さくなる下流側部分２０Ｂ（収束部分２０Ｂ）とを有する。すなわち、下流側部分２０Ｂは、先端側に向かうにつれて流路が先細りしている。

先端面４０は、図４に一点鎖線の曲線の矢印で示すように第２流路２０に流入した気液混合水が第２流路２０の先端側において衝突する面である。先端面４０は、ノズル３の軸方向（第１流路１０の中心線Ａ）に対して交わる方向に延びる面である。図４に示すように、ノズル３の先端面４０は、先端に向かうにつれて先細りするテーパー面４１と、テーパー面４１の先端に接続されている平面４２とによって構成されている。平面４２は、ノズル３の軸方向（第１流路１０の中心線Ａ）に対して直交する方向に延びる面である。

図４及び図５に示すように、平面４２は、テーパー面４１の円形の先端を塞ぐように第２流路２０の先端の位置に設けられている。噴霧孔３０は、平面４２に隣接する位置に設けられている。ただし、先端面４０は、図４及び図５に示す構成に限られず、例えば後述する変形例１〜４のようにテーパー面４１のみによって構成されていてもよく、変形例５のようにノズル３の軸方向（第１流路１０の中心線Ａ）に対して直交する方向に延びる平面のみによって構成されていてもよい。

第２流路２０は、第１流路１０の内径よりも大きな内径を有する大径部２１を含む。図４及び図５に示す本実施形態では、第２流路２０は、大径部２１と、第１流路１０の内径よりも小さな内径を有する小径部２２とを含むが、これに限られず、例えば後述する図１２に示す変形例５のように第２流路２０が大径部２１のみによって構成されていてもよい。

小径部２２は、図５の下図に示す二点鎖線の円よりも軸方向先端側の部分である。大径部２１は、上流側部分２０Ａの全体と下流側部分２０Ｂの一部によって構成されており、小径部２２は、下流側部分２０Ｂの残部（すなわち下流側部分２０Ｂの先端部）によって構成されている。したがって、第１流路１０を流出した気液混合水は、まず、大径部２１に流入し、大径部２１において径方向外側に広がりながら先端面４０に向かって流れ、先端面４０に勢いよく衝突し、このときの衝撃によって第２流路２０（主に大径部２１）において例えば渦状に激しく流動する。これにより、第２流路２０内において水中の大きな空気塊が微細な多数の気泡に分解されるので、第２流路２０内の気液混合水は、例えば気泡流又はこれに近い流動状態となる。

噴出孔３０は、ノズル３の先端部に設けられている。噴出孔３０は、第２流路２０とノズル３の外部（二流体噴霧器２の外部）とを連通するようにノズル３の先端部を貫通する貫通孔によって構成されている。図４及び図５に示す具体例では、噴出孔３０は、小径部２２に設けられているが、これに限られず、大径部２１に設けられていてもよい。

図４に示す具体例では、ノズル３の噴出孔３０から気液混合水が噴出される噴出方向は、図４において一点鎖線の直線の矢印で示すように、ノズル３の軸方向（中心線Ａ）に対して外側に傾斜した方向に向いている。噴出方向は、例えば後述する図１０に示す変形例３のようにノズル３の軸方向に平行な方向に向いていてもよい。なお、噴出方向を示す一点鎖線の矢印は、代表的な（平均的な）水の進行方向であって、実際に噴出孔３０から噴霧される水滴は、一点鎖線の矢印を中心として略円錐形状に周囲に広がりながら空気中を移動する。

次に、ノズル３の第１流路１０の長さ及び内径と、第２流路２０の長さ及び内径との関係について説明する。

図４に示すように、第１流路１０の軸方向の長さＬ１は、第２流路２０の軸方向の長さＬ２よりも大きい。第１流路１０の長さＬ１と第２流路２０の長さＬ２の比（Ｌ１／Ｌ２）は、１．０よりも大きく４．５よりも小さいことが好ましい。長さの比（Ｌ１／Ｌ２）が１．０よりも大きく４．５よりも小さいときには、例えば図６のグラフに示すように平均粒子径６０μｍ以下に微粒化された水滴を噴霧することができる。また、長さの比（Ｌ１／Ｌ２）は、１．２７以上３．４５以下の範囲にあるのがより好ましく、この場合には図６のグラフに示すように平均粒子径をさらに小さくすることができる。

大径部２１の内径の最大値Ｄ２と第１流路１０の内径の最大値Ｄ１の比（Ｄ２／Ｄ１）は、例えば１．１よりも大きく２０よりも小さくすることができる。内径の比（Ｄ２／Ｄ１）は、例えば１．５以上１０．７以下の範囲にあるのがより好ましい。

なお、図６に示すデータは、第１流路の長さＬ１、第２流路の長さＬ２、第１流路１０の内径の最大値Ｄ１及び第２流路２０の大径部２１の内径の最大値Ｄ２（図４における上流側部分２０Ａの内径）を図７に示す表のように種々の値に変えて試験を行うことによって得られたデータである。すなわち、図６に示すデータは、第１流路の長さＬ１を５．０ｍｍ〜３８．８ｍｍの範囲、第２流路の長さＬ２を２．９ｍｍ〜１２．９ｍｍの範囲、第１流路の内径の最大値Ｄ１を０．６ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲、第２流路の内径の最大値Ｄ２を３．０ｍｍ〜６．４ｍｍの範囲で種々変えて実験を行って得られたものである。

これらの範囲のうち、微粒化された水滴を噴霧するという観点では、次のような数値範囲であるのがより好ましい。

第１流路１０の長さＬ１の下限は、５．０ｍｍ以上であるのが好ましく、１０．０ｍｍ以上であるのがより好ましい。第１流路１０の長さＬ１の上限は、３８．８ｍｍ以下であるのが好ましく、３６．０ｍｍ以下であるのがより好ましい。

第２流路２０の長さＬ２の下限は、２．９ｍｍ以上であるのが好ましく、５．５ｍｍ以上であるのがより好ましい。第２流路２０の長さＬ２の上限は、１２．９ｍｍ以下であるのが好ましく、７．９ｍｍ以下であるのがより好ましい。

第１流路１０の内径の最大値Ｄ１の下限は、０．６ｍｍ以上であるのが好ましく、０．８ｍｍ以上であるのがより好ましい。第１流路１０の内径の最大値Ｄ１の上限は、４．０ｍｍ以下であるのが好ましく、２．０ｍｍ以下であるのがより好ましい。

第２流路２０の大径部２１の内径の最大値Ｄ２の下限は、１．０ｍｍ以上であるのが好ましく、３．０ｍｍ以上であるのがより好ましい。第２流路２０の大径部２１の内径の最大値Ｄ２の上限は、６．４ｍｍ以下であるのが好ましく、５．８ｍｍ以下であるのがより好ましい。

また、噴出孔３０の内径の下限は、０．４ｍｍ以上であるのが好ましく、０．６ｍｍ以上であるのがより好ましい。噴出孔３０の内径の上限は、２．０ｍｍ以下であるのが好ましく、１．６ｍｍ以下であるのがより好ましい。

二流体噴霧器２に流入する水流量の下限は、０．０２０Ｌ／分以上であるのが好ましく、０．０３０Ｌ／分以上であるのがより好ましい。二流体噴霧器２に流入する水流量の上限は、２．０Ｌ／分以下であるのが好ましく、１．０Ｌ／分以下であるのがより好ましい。具体例として、二流体噴霧器２に流入する水流量は０．０４０Ｌ／分〜０．０８０Ｌ／分とすることができるが、これに限られない。

二流体噴霧器２に流入する空気流量の下限は、１．０Ｌ／分以上であるのが好ましく、１．５Ｌ／分以上であるのがより好ましい。二流体噴霧器２に流入する空気流量の上限は、５０Ｌ／分以下であるのが好ましく、３０Ｌ／分以下であるのがより好ましい。具体例として、二流体噴霧器２に流入する空気流量は３Ｌ／分〜１３Ｌ／分とすることができるが、これに限られない。

二流体噴霧器２の噴霧圧力の下限は、０．０３ＭＰａ以上であるのが好ましく、０．０４ＭＰａ以上であるのがより好ましい。二流体噴霧器２の噴霧圧力の上限は、０．５ＭＰａ以下であるのが好ましく、０．４ＭＰａ以下であるのがより好ましい。具体例として、二流体噴霧器２の噴霧圧力は０．０４ＭＰａ〜０．１９ＭＰａとすることができるが、これに限られない。

［動作］
次に、室外機１００の動作の一例について説明するが、室外機１００の動作は、以下に説明する内容に限定されるものではない。

制御部７は、外気温度センサ８によって外気温度が所定の温度以上に達したことを検知すると、冷房運転の負荷が所定のレベルを超えたと判断し、液送ポンプ６２及び気送ポンプ７２を制御して複数の二流体噴霧器２から水の噴霧を開始する。例えば、制御部７は、所定時間の間、各二流体噴霧器２から連続的に又は間欠的に水が噴霧されるように液送ポンプ６２及び気送ポンプ７２を制御する。

液送ポンプ６２及び気送ポンプ７２が運転されると、液送配管６１を通じて二流体噴霧器２の気液混合部５０に水が供給されるとともに、気送配管７１の第１気送配管７１ａを通じて気液混合部５０にガス（空気）が供給される。これにより、気液混合部５０において気液混合水が生成される。生成された気液混合水は、ノズル３に案内される。

ノズル３に案内された気液混合水は、第１流路１０において流速が高められるとともに流動様式が例えば環状流又はこれに近い流動様式に変化し、第２流路２０に流入する。第２流路２０に流入した気液混合水は、大径部２１において径方向外側に広がりながら先端面４０に向かって流れ、流速があまり減少していない勢いのあるうちに先端面４０に衝突する。このときの衝撃によって第２流路２０内において気液混合水は渦状に激しく流動する。これにより、第２流路２０内において水中の大きな空気塊が微細な多数の気泡に分解されるので、第２流路２０内の気液混合水は、例えば気泡流又はこれに近い流動状態となる。

このようにノズル３の噴出孔３０から噴出する直前に、第２流路２０において微細な多数の気泡が分散した気液混合水を安定して形成することができる。噴出孔３０に到達した気液混合水は、多数の微細な気泡を含んでおり、これらの気泡とともに二流体噴霧器２の外部に噴霧される。多数の気泡を含む水が噴出孔３０から噴霧されるとき又は噴出孔３０から噴霧された後、気泡が膨張し、はじけることによって水滴が微細化される。

［二流体噴霧器の変形例］
図８は、二流体噴霧器２のノズル３の変形例１を示す断面図である。図９は、ノズル３の変形例２を示す断面図である。図１０は、ノズル３の変形例３を示す断面図である。図１１は、ノズル３の変形例４を示す断面図である。図１２は、ノズル３の変形例５を示す断面図である。

変形例１〜５のノズル３は、先端面４０の形状が図４に示すノズル３と異なっている。変形例１〜４では、先端面４０は、先端に向かうにつれて先細りするテーパー面４１のみによって構成されている。また、図１１に示す変形例４のノズル３では、テーパー面４１は、断面が略円弧状の曲線である点で変形例１〜３と異なっている。図１２に示す変形例５では、先端面４０は、ノズル３の軸方向（第１流路１０の中心線Ａ）に対して直交する方向に延びる平面４２のみによって構成されている。

図８に示す変形例１及び図１０に示す変形例３のノズル３では、大径部２１の内径の最大値Ｄ２と第１流路１０の内径の最大値Ｄ１の比（Ｄ２／Ｄ１）が図４に示すノズル３に比べて小さい値に設定されている。

図９に示す変形例２のノズル３では、第２流路２０は、内径が先端側（噴出孔３０側）に向かうにつれて小さくなる部分２０Ｂ（収束部分２０Ｂ）を有する一方で、図４に示すノズル３のような上流側部分２０Ａ（内径が軸方向において一定の部分）を有していない。この変形例２では、図４に示すノズル３に比べて、第２流路２０の軸方向の長さＬ２をさらに小さくすることが容易である。これにより、第２流路２０に流入した気液混合水が先端面４０に衝突するときの流速の低下をさらに抑制できる。

図１０に示す変形例３のノズル３では、１つの噴出孔３０のみが設けられている。変形例３では、噴出孔３０は、第１流路１０の中心線Ａ（第２流路２０の中心線Ａ）上に設けられている。

図１２に示す変形例５のノズル３では、第２流路２０は、内径が軸方向において一定の部分２０Ａを有する一方で、図４に示すノズル３のような下流側部分２０Ｂ（収束部分２０Ｂ）を有していない。この変形例５のノズル３では、複数の噴出孔３０のそれぞれは、ノズル３の先端の角部に設けられている。

［室外機の変形例］
図１３は、室外機１００の変形例１を示す概略図である。図１４は、室外機１００の変形例２を示す概略図である。図１５は、室外機１００の変形例３を示す概略図である。

二流体噴霧器２、熱交換器４及び送風機５は、図１３に示す変形例１のように配置されていてもよい。図１３に示す配置例では、送風機５が熱交換器４に水平方向に対向する位置に設けられている。このような形態は、例えば家庭用の小型の室外機などで採用されているが、それに限定されるものではない。

また、図１４に示す変形例２のように、二流体噴霧器２は水滴を熱交換器４に向けて噴霧するにように配置されていてもよい。

また、図１５に示す変形例３のように、二流体噴霧器２は水滴を下方に向けて噴霧するように配置されていてもよい。

［実施形態のまとめ］
以上説明したように、本実施形態では、第１流路１０の軸方向の長さＬ１を第２流路２０の軸方向の長さＬ２よりも大きくし、第２流路２０における大径部２１の内径を第１流路１０の内径よりも大きくしている。これにより、微粒化された水滴をノズル３の噴出孔３０から安定して噴霧することができる。

本実施形態では、第２流路２０よりも軸方向の長さが大きい第１流路１０において安定した流動状態の気液混合水の流れが形成される。具体的には、軸方向に長い第１流路１０では、気液混合水が環状流又はこれに近い流動様式にまで変化して第１流路１０の内側面に沿って安定した液膜が形成される。これにより、気液混合水が第２流路２０に流入するときの流動様式のばらつきが生じるのを抑制できるので、噴出孔からの噴霧状態が脈動して不安定になるという不具合が生じるのを抑制できる。

また、本実施形態では、第２流路２０の大径部２１よりも内径が小さい第１流路１０において流速の大きな気液混合水の流れが形成され、この流速の大きな気液混合水が第２流路２０に流入する。そして、第１流路１０よりも長さを小さくしている第２流路２０では、第１流路１０から第２流路２０に流入した気液混合水が先端面４０に到達するまでに移動する距離が小さい。したがって、第２流路２０に流入した気液混合水は、流速があまり低下していない勢いのあるうちに第２流路２０の先端面４０に衝突する。

しかも、第２流路２０は大径部２１を含んでいるので、気液混合水が流れる流路の内径が一定である場合に比べて、気液混合水が衝突する先端面４０を大きくすることができるとともに、先端面４０に衝突した気液混合水が第２流路２０内において例えば渦状に流動するための径方向に大きな空間を形成することができる。

したがって、本実施形態では、第１流路１０から第２流路２０に流入した気液混合水は、大径部２１において径方向外側に広がりながら先端面４０に向かって流れ、先端面４０に勢いよく衝突し、このときの衝撃によって第２流路２０内において例えば渦状に激しく流動する。これにより、第２流路２０内において水中の大きな空気塊が微細な多数の気泡に分解されるので、第２流路２０内の気液混合水は、例えば気泡流又はこれに近い流動状態となる。このようにノズル３の噴出孔３０から噴出する直前の段階で、第２流路２０において微細な多数の気泡が分散した気液混合水を安定して形成することができる。

また、二流体噴霧器２において、第１流路１０の長さＬ１と第２流路２０の長さＬ２の比（Ｌ１／Ｌ２）は、１．０よりも大きく４．５よりも小さいことが好ましい。この構成では、例えば後述する図６のグラフに示すように、平均粒子径６０μｍ以下に微粒化された水滴を噴霧することができる。

また、二流体噴霧器２において、大径部２１の内径の最大値Ｄ２と第１流路１０の内径の最大値Ｄ１の比（Ｄ２／Ｄ１）は、例えば１．１よりも大きく２０よりも小さくすることができる。

第１流路の内径が第２流路の内径に近づきすぎると、第２流路２０において微細な気泡の発生量が減少する傾向にあると考えられる。また、内径の比（Ｄ２／Ｄ１）の下限を上記のように設定することにより、大径部２１に流入した気液混合水が、大径部２１内を径方向外側に広がるスペースが十分に確保できる。また、内径の比（Ｄ２／Ｄ１）の上限を上記のように設定することにより、大径部２１の大きさが過度に大きくなって気液混合水が長い時間、大径部２１に滞留するのを抑制できる。

以上のように、本実施形態では、第１流路１０の内径と第２流路２０の内径を上記のように組合せることによって、噴出孔３０の直前の第２流路２０において気泡流を形成することができ、低い動力で安定して微細な水滴を噴霧させることができる。これにより、噴霧圧力が例えば０．３ＭＰａ以下の領域でこれまで以上に微粒化効果が得られる噴霧を実現できる。また、上述したように第２流路２０において気泡流を生成することができるので、水流量を下げることも可能になる。具体例を挙げると、例えば２８Ｌ／時の水を噴霧するために必要な圧縮機動力を１００Ｗ程度で所望の水滴の平均粒子径を得ることができる。

［その他の変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で種々変更、改良等が可能である。

例えば、前記実施形態では、室外機１００が複数の二流体噴霧器２を備える場合を例示したが、これに限られず、室外機１００は１つの二流体噴霧器２のみを備えていてもよい。

前記実施形態では、二流体噴霧器２を空気調和装置の室外機１００に適用する場合を例示したが、これに限られない。二流体噴霧器２は、室外機以外の他の用途にも適用することができる。具体的には、二流体噴霧器２は、例えば室内を加湿する用途（例えば植物工場内を加湿する用途）などに適用することもできる。

１ 噴霧機構
２ 二流体噴霧器
３ ノズル
４ 熱交換器
７ 制御部
１０ 第１流路
２０ 第２流路
２１ 大径部
３０ 噴出孔
４０ 先端面
５０ 気液混合部
６０ 液体供給機構
７０ 気体供給機構
１００ 空気調和装置の室外機
Ａ ノズルの中心線
Ｄ１ 第１流路の内径の最大値
Ｄ２ 第２流路の大径部の内径の最大値
Ｌ１ 第１流路の軸方向の長さ
Ｌ２ 第２流路の軸方向の長さ

Claims (4)

1. 水と空気とを混合した気液混合水が流れる第１流路（１０）と、前記第１流路（１０）から前記気液混合水が流入する第２流路（２０）と、前記第２流路（２０）から流入する前記気液混合水を噴出する１つ又は複数の噴出孔（３０）とが設けられ、前記第２流路（２０）を流れる前記気液混合水が衝突する先端面（４０）を有するノズル（３）を備え、
   前記第２流路（２０）は、前記第１流路（１０）の内径よりも大きな内径を有する大径部（２１）を含み、
   前記第１流路（１０）の軸方向の長さ（Ｌ１）は、前記第２流路（２０）の軸方向の長さ（Ｌ２）よりも大きい二流体噴霧器。
2. 前記第１流路（１０）の前記長さ（Ｌ１）と前記第２流路（２０）の前記長さ（Ｌ２）の比（Ｌ１／Ｌ２）は、１．０よりも大きく４．５よりも小さい、請求項１に記載の二流体噴霧器。
3. 前記大径部（２１）の前記内径の最大値（Ｄ２）と前記第１流路（１０）の前記内径の最大値（Ｄ１）の比（Ｄ２／Ｄ１）は、１．１よりも大きく２０よりも小さい、請求項１又は２に記載の二流体噴霧器。
4. 熱交換器（４）と、
   前記熱交換器（４）に向かう空気に水を噴霧する請求項１〜３の何れか１項に記載の二流体噴霧器（２）と、を備える空気調和装置の室外機。

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