JP2710398B2

JP2710398B2 - 二流体ノズル

Info

Publication number: JP2710398B2
Application number: JP1096081A
Authority: JP
Inventors: 博池内; 憲男大西
Original assignee: H Ikeuchi and Co Ltd
Current assignee: H Ikeuchi and Co Ltd
Priority date: 1989-04-14
Filing date: 1989-04-14
Publication date: 1998-02-10
Anticipated expiration: 2013-02-10
Also published as: JPH02273565A; US5046668A; DE69000951D1; DE69000951T2; EP0392553B1; EP0392553A1

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、二流体ノズルに関し、詳しくは、高温物体
の冷却用等に用いる気液混合方式で広角扇形噴霧を行う
もので、特に、スプレーパターン全域にわたり粒径、液
量および空気量が均等な噴霧を行うと共に、目詰まり等
が発生し難い高性能の二流体ノズルに関するものであ
る。

従来の技術従来、この種の二流体ノズルとして、対象物の表面上
に比較的広い範囲にわたって気水混合ミストを噴霧でき
るノズルとして、例えば、第10図に示す如き、ノズルが
提供されている。該ノズルは、液体流入口１と気体流入
口２とを形成したノズルボデイ３、液体用ノズル４、気
体用ノズル５、上記液体用ノズル４と気体用ノズル５と
を組み付けた状態でノズルボデイ３に取り付けられるリ
テーナリング６、およびノズルボデイ３と液体用ノズル
４との間に介在するゴム製のＯリング７から構成されて
いる。

上記ノズルでは、ノズルボデイ３より液体用ノズル４
を通してノズルの軸心部に液体を供給する一方、気体は
液体用ノズル４の外周部の流路８を通り、該液体用ノズ
ル４に形成したオリフィス９を経て気体用ノズル５内に
導入され、該気体用ノズル５の気液混合室10で液体の外
周部に気体を混合した状態で、円弧状ノズル頂面部11に
すり割り形成した吐出口12より気水混合ミストを噴霧し
ている。

また、上記と略同様な構造のノズルとして、第11図に
示すような、中心部に液体を供給し、その外周部に気体
を供給して、吐出口12近傍の気液混合室10で混合して、
前記吐出口12と同一形状の吐出口12より噴射している気
液混合ノズルも提供されている。尚、図中、前記従来例
と同様な部分は同一の符号を付している。

発明が解決しようとする課題上記した構造からなるノズルにおいては、液体を軸心
部に供給し、その液体の外周に気体を混合させる方式で
あるため、噴霧された粒径は第12図に示すように、中心
部が大きく、外周部は小さくなり、粒径が均等でない欠
点があった。

また、ノズル内で気体が流通するオリフィス９が狭い
ため、気体中に含まれている塵埃等の異物がオリフィス
９で詰まり、目詰まりが発生しやすく、流量が減少や圧
損が発生しすやすくなる。さらに、該オリフィス９から
噴射した空気が気体用ノズル５の内壁コーナ部5aに衝突
するため、乱流が発生し、かつ、該コーナ部5aにも気体
中の異物が堆積しやすい。特に、前記第10図に示す従来
例では、上記欠点が大きく、かつ、上記構造のノズルは
液体の流路に屈折部が多く、このことも圧損が生じる原
因となる。このように、気体の流量低下および圧損の発
生により、液体用ノズル４の噴出口4aに作用する気体の
負圧が低下し、液体の吸い上げ能力が低下する欠点があ
る。

さらに、ゴム製のＯリングを使用しているため、耐久
性が低下すると共に、部品点数も多い欠点がある。

さらにまた、上記した従来のノズルにおいては、ノズ
ル頂面部11の吐出口12の形状を、図示のように、ノズル
軸線Ｘ−Ｘ方向に沿ってすり割りし、その側面部12aの
切り込み端部12bを、側面部12aに対して直角に屈折し、
直交するＹ−Ｙ方向の直線状（フラット状）としてい
る。切り込み部端部12bを図示の形状とすると、気体、
液体の分布が不均一になると共に粒径も均等とならない
不具合がある。このことは、本発明との比較において後
述するように、実験によって証明されている。

この吐出口の形状に関して、例えば、第８図（Ｂ）に
示すような、ノズル頂面部11の先端位置より側面側にか
けてＹ字状にすり割りを入れて形成した吐出口12′が提
供されている（例えば、特開昭56−100663号）。

しかしながら、上記したＹ字状のすり割りをいれる
と、均一な分布がえられる噴霧範囲が狭くなる不具合が
ある。このことも、本発明との比較において後述するよ
うに、実験によって証明されている。また、この吐出口
12′を備えたノズルにおいても、ノズル内における流体
の経路が複雑で異物の堆積や圧損が発生しやすく、か
つ、２流体の混合が吐出口の直前でなされるため、混合
が十分になされず、粒径が均等とならない等の不具合を
有している。

従って、本発明は、上記した従来のノズルの欠点を解
消し、特に、粒径、液量および空気量が、広い範囲にわ
たって均等とでき、広範囲に均一な噴霧を可能とする二
流体ノズルを提供せんとするものである。

課題を解決するための手段本発明は、上記した従来の問題を解決するため、特
に、吐出口の形状を改良したことに特徴を有するもの
で、即ち、吐出口を形成するノズル・チップの頂面外壁
部を、中心の頂点に向かって漸次小径とした軸方向断面
が円弧状となると共に、該頂面外壁部に連続して円筒状
の外周側壁部が連続するように形成し、上記頂面外壁部
の頂点より外周側壁部にかけて一定幅ですり割りを行っ
て、頂面部の中心より対向する外周部にかけて一定幅の
吐出口を形成すると共に、対向する外周部の吐出口の切
り込み先端部を円弧状あるいはＶ字状に形成しているこ
とを特徴とする二流体ノズルを提供するものである。

また、ノズル内での気体と液体との混合方式を、気体
はノズルの軸心部に供給すると共に、ノズル内において
軸心線に沿って流通させる上記気体の外周方向より供給
端の近傍で液体を混合させる方式を用いたことを特徴と
している。

具体的には、本発明においては、ノズル本体の基端側
において軸心線に沿って供給する気体の外周に液体を供
給して混合する第１混合室を設けると共に、該第１混合
室に連通して上記混合流体を軸心線によって先端側へ流
通させる整流室を設け、該整流室の先端側に大径とした
第２混合室を設け、この第２混合室の先端側に整流室よ
り第２混合室内に噴出した混合流体の外周部の流体が衝
突する壁面を形成し、該第２混合室の先端側に連通した
噴射室を通して吐出口より噴霧する構成としていること
を特徴とする二流体ノズルを提供するものである。

作用本発明においては、上記したように、すり割り形成す
る吐出口の形状を、その切り込み先端部を円弧状あるい
はＶ字状としていることにより、均一に分布される噴霧
範囲を広げるようにすることが出来る。さらに、気体を
軸心線に沿って供給すると共にその外周部に液体を供給
する方式を採用すると共に、第１混合室で混合した気液
混合流体を整流室を流通させた後に第２混合室で拡散さ
せ、上記気液混合流体の外周部分を壁面に強制的に衝突
させているため、外周部分の粒径の大きな水滴が小径化
され、粒径の均一化を図ることが出来る。従って、上記
した作用により、広い範囲にわたって粒径、空気量およ
び液量がほぼ均一な噴霧を得ることが出来る。

実施例以下、本発明に係わる二流体ノズルを図面に示す実施
例により詳細に説明する。

図中、20はノズル本体、21はコア、22はチップ、23は
キャップであり、この４つの部品より組み立てている。

ノズル本体20は、略円筒形状で、その左右両端部に夫
々気体供給管および液体供給管（図示せず）と接続する
大径の開口部25、26を形成すると共に、軸方向中央部に
図中上面が開口した凹部27を設け、該凹部27の内周面に
キャップ23を螺着するためのメネジ部27aを形成してい
る。さらに、上記気体供給管と接続する開口部25には、
ノズル本体20の軸芯線ｌ−ｌより下方位置で且つ軸芯線
ｌ−ｌと平行に穿設した小径の気体流入通路28を連通し
ている。該気体流入通路28はノズル本体20の中央部にお
いて凹部27側へ屈折させて凹部底面中央に開口すると共
に、該開口の外周に沿って凹部内に仕切壁部29を突設し
てオリフィス30を形成している。一方、液体供給管と接
続する開口部26には、軸芯線ｌ−ｌに沿って、即ち、気
体流入通路28より上部側で、凹部27の外周面の一部に開
口する小径の液体流入通路31を穿設している。

上記凹部27内には、コア21を嵌め込み、該コア21の先
端部にチップ22を嵌合し、これらコア21とチップ22にキ
ャップ23を嵌合した状態で、キャップ23をノズル本体20
に螺着することにより、ノズルを組み立てている。

ノズル本体20の凹部27内に嵌合するコア21は、上端よ
り軸芯に沿って穿設した小径孔32の下部に下向き円錐状
に拡大するテーパ孔33を形成しており、該テーパ孔33は
上記仕切壁部29と空隙をあけて囲繞して配置している。
該空隙では仕切壁部29の上端部外壁とテーパ孔33の内壁
との間の間隔が狭くなり、この狭い空隙をオリフィス43
として作用させるようにしている。該構成とすることに
より、オリフィス30より気体をテーパ孔33の中心部に噴
出させると共に、オリフィス43より液体を気体の外周部
に噴出し、よって、テーパ孔33の内部に構成される第１
混合室Ａにおいて、気体の外周部に液体を供給して混合
している。テーパ孔33と連通する上記小径孔32は比較的
長く設定して、長尺な整流室Ｂを構成し、第１混合室Ａ
で混合された混合流体の整流作用が十分に為されるよう
にしている。

上記コア21の先端側に連接するチップ22には、図示の
ように、整流室Ｂと連通する基端側に、整流室Ｂの径よ
り大きな大径孔36を形成して第２混合室Ｃを設けてい
る。チップ22の先端側には、図示のように、頂端側に向
かって漸次小径とした軸方向の断面が円弧状となる頂面
外壁部38を形成すると共に、該頂面外壁部38に円筒状の
外周壁部41を連続させ、このチップ22の内部に円弧状の
先端部を有する中径孔39を形成している。該中径孔39を
上記大径孔36の先端側に連通させて噴射室Ｅを設けると
共に、大径孔36と中径孔39の連通部において、中径孔39
の外周部に壁面40を形成している。このように、第２混
合室Ｃの先端面の外周部に壁面40を形成することによ
り、整流室Ｂより第２混合室Ｃに噴射された混合流体の
外周部の流体、上記壁面40に衝突させるようにしてい
る。そのため、整流室Ｂの直径をD₁、第２混合室Ｃの直
径をD₂、噴射室Ｅの直径をD₃とすると、D₁≦D₂、D₃≦D₂
に設定している。また、第２混合室Ｃの長さＬを、整流
室Ｂより第２混合室Ｃに噴射する混合流体の外周部の流
体を上記壁面40に強制的に衝突させるように設定してい
る。

上記チップ22の円弧状の頂面壁部38には、ノズルの中
心線上の頂点部より両側の外周側壁部41にかけてすり割
りで吐出口42を形成している。該吐出口42は第４図に示
すように、頂点部42aおよび対向する側面部42b、42bを
同一幅に設定し、かつ、側面部42b、42bの切り込み先端
部42c、42cを円弧状に形成している。

尚、上記吐出口42の切り込み先端部42cの形状は円弧
状に限定されず、第５図（Ｂ）に示すように、Ｖ字状の
鋭角に切り込んだ形状としても良い。

次に、上記構造の二流体ノズルの作用を説明する。

気体流入口25より流入した気体（本実施例では空気）
はノズルの中心軸心部において、オリフィス30より第１
混合室Ａ内に噴出され、該空気の外周部に液体流入口26
より流入した液体（本実施例では水）がオリフィス43よ
り噴出されて、空気の外周部より水が混合された状態と
なる。

この第１混合室Ａにおける混合により空気と水とはほ
ぼ全体的に混合状態となるが、比較的外周部は水滴が大
きく、中心部は水滴が小さい状態となり、該状態で、次
に整流室Ｂへ流入する。よって、整流室Ｂでは内壁に沿
って水滴が大きい気水混合液が流通し、中心部には水滴
が小さい気水混合液が流通する。

整流室Ｂの先端より大径の第２混合室Ｃに噴出する気
水混合液は第４図に示すように拡散し、主として外周部
の混合液が前面の壁面40に衝突する。よって、外周部の
粒径の大きい水滴は小さい粒径の水滴となり、中心部の
水滴と略均等な粒径となる。この粒径が均等となった気
水混合液は小径とした噴射室Ｅに流入し、吐出口42より
噴射する。噴射された気水混合ミストは吐出口42の形状
により、広角扇形のスプレーパターンとなり、かつ、ス
プレーパターン全域にわたり、後述する実験例に示すよ
うに、粒径が均等で、かつ、空気量および液量とも略均
等となる。

尚、本発明のように、ノズルの中心部に空気を供給
し、その外周部に水を供給して混合する方式の気水混合
ノズルにおいては、混合液の外周部の水滴の粒径が大き
くなるのは、必然的なことである。よって、この外周部
の大きな水滴を、本発明のように強制的に壁面に衝突さ
せて小径化させる手段を用いない場合には、第13図に示
すように、スプレーパターンの周縁部の粒径が大きくな
る。本発明では、上記したように、壁面に衝突させて小
径化しているため、第13図に一点鎖線で示す粒径より大
きな粒径のものが無くなり、粒径の小径均等化が図られ
る。

「実験例１」上記した本発明に係わるノズルと、前記した第12図に
示すノズルの性能を比較実験したところ、その結果は第
６図、第７図に示す通りであった。即ち、第５図（Ａ）
に示す吐出口42の形状を切り込み先端部42cを円弧状と
した本発明に係わるノズルでは、第６図（Ａ）に示すよ
うに、スプレーパターンの中心部より広範囲で粒径、液
量および空気量が均等である。尚、第５図（Ｂ）に示す
ように吐出口42の切り込み先端部42cをＶ字状のカット
とした場合も第６図（Ａ）と略同様で、スプレーパター
ンの全域にわたり分布が均等していた。

それに対して、第５図（Ｃ）に示す従来例の吐出口12
の切り込み先端部12bを側面部に対して直角に屈折した
フラット状にすると共に、ノズルの中心部に水を供給
し、その外周部に空気を供給するノズルでは、粒径はス
プレーパターンの中心部は大きく、外周部は小さく、均
等ではない。液量も中心部は多く、外周部は少ない一
方、空気量は逆に中心部は少なく、外周部は多く、分布
状態が均等となっていない。

「実験例２」上記第５図（Ａ）（Ｂ）に示す本発明に係わるノズル
と、第５図（Ｃ）に示す従来例のノズルの最大粒子径を
測定したところ、その結果は第７図に示す通りであっ
た。すなわち、本発明の（Ａ），（Ｂ）はスプレーパタ
ーンの全域にわたり略均等であったが、従来例（Ｃ）で
は中心部の粒子径が大きく、周縁部では小さく、粒子径
が均等となっていない。

「実験例３」ノズルの吐出口のすり割り形状と噴霧の拡がりを比較
実験した。すなわち、第８図（Ａ）に示すように、断面
円弧状の頂面壁部より側面壁部にかけて一定幅のすり割
りで形成すると共に、切り込み先端部のみをＶ字状に形
成した本発明に係わるノズルの場合は、第９図（Ａ）に
示すように、均等な分布が得られる噴霧の範囲は広い
（240mm）。これに対して、第８図（Ｂ）に示すよう
に、頂端点より側面にかけて全体をＶ字状にすり割りし
た吐出口12′を備えたノズルでは、第９図（Ｂ）に示す
ように、均等な分布が得られる噴霧の範囲は狭い（150m
m）。

尚、本実施例では、すり割り形状のみを相違させて、
他の条件は同一とし、本発明に係わる上記実施例のノズ
ルに上記すり割り形状を相違させたチップを取り付けて
実験した。

第８図（Ｂ）に示すように、全体的にＶ字状のすり割
りをする場合、切り込みを深くすると均等な分布が得ら
れなくなり、均等な分布を得ようとした場合には、噴霧
範囲は上記したように狭くなった。

発明の効果以上の説明より明らかなように、本発明に係わる二流
体ノズルにおいては、下記に列挙する効果を有する。

すり割りで形成する吐出口の形状を、頂面部より側面
部にかけて一定幅とすると共に、切り込み先端部を円弧
あるいはＶ字状としているため、広い範囲で均一の分布
のスプレーパターンを得ることが出来る。

第１混合室で、中心部に供給する気体の外周に、液体
を供給して混合した気液混合流体を、長い整流室を通し
て、大径とした第２混合室に噴出させ、該第２混合室に
おいて、先端側の壁面に上記気液混合流体の外周部をよ
り衝突させる構造としているため、外周部の大きな水滴
の粒径がつぶされて小径化される。よって、スプレーパ
ターンの全域において、粒径を均等化させることが出来
る。

気体流入口および液体流入口に近接した第１混合室に
おいて、気体および液体を混合し、この混合流体をノズ
ルの軸心線に沿って真っすぐに吐出口まで流通させる機
構としているため、液体および気体ともに流路が単純
で、目詰まりや渦流を発生させる部位がなく、また、圧
損も発生しない。

本発明のノズルは４つの部品で構成しており、従来の
ノズルに比較して部品点数を減少できるため、コストの
低下を図ることが出来る。

従来のノズルのように、ゴム製のＯリングを使用して
いなため、耐久性の大幅な向上を図ることが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係わる二流体ノズルの実施例を示す断
面図、第２図は第１図に示すノズルの正面図、第３図は
分解斜視図、第４図は要部の概略拡大断面図、第５図
（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）は吐出口のすり割り形状を示す図
面、第６図（Ａ）（Ｂ）は第５図に示す吐出口の形状を
備えた本発明のノズルと従来のノズルとのスプレーパタ
ーンにおける粒径、液量および空気量を比較した実験例
１の結果を示すパターン図、第７図は同じく最大粒子径
を比較した実験例２の結果を示す線図、第８図（Ａ）
（Ｂ）は吐出口の形状を示した図面、第９図（Ａ）
（Ｂ）は第８図（Ａ）（Ｂ）に示した吐出口を有するノ
ズルの噴霧の拡りを比較した実験例３の結果を示すパタ
ーン図、第10図は従来例を示す断面図、第11図は別の従
来例を示す断面図、第12図は液体をノズル中心部に供給
すると共に気体を液体の外周部に供給して混合する場合
のノズルにおけるスプレーパターンの粒子径を示すパタ
ーン図、第13図は気体をノズル中心部に供給すると共に
該気体の外周に液体を混合する場合の粒子径を示すパタ
ーン図である。 20……ノズル本体、21……コア、22……チップ、23……
キャップ、25……気体流入口、26……液体流入口、30…
…オリフィス、38……頂面壁部、42……吐出口、42b…
…側面部、42……切り込み先端部、Ａ……第１混合室、
Ｂ……整流室、Ｃ……第２混合室、Ｅ……噴射室。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】ノズル本体に形成した気体流入口と液体流
入口とから夫々気体と液体とを供給し、ノズル本体内で
混合して吐出口より気水混合ミストを噴霧する二流体ノ
ズルにおいて、吐出口を形成するノズル・チップの頂面外壁部を、中心
の頂点に向かって漸次小径とした軸方向断面が円弧状と
なると共に、該頂面外壁部に連続して円筒状の外周側壁
部が連続するように形成し、上記頂面外壁部の頂点より
外周側壁部にかけて一定幅ですり割りを行って、頂面部
の中心より対向する外周部にかけて一定幅の吐出口を形
成すると共に、対向する外周部の吐出口の切り込み先端
部を円弧状あるいはＶ字状に形成し、かつ、ノズル本体の軸心部に気体を供給すると共に、この軸心
線に沿って流通させる気体の外周方向より、気体の供給
端の近傍で液体を混合させる構成としていることを特徴
とする二流体ノズル。
【請求項２】ノズル本体の基端側において軸心線に沿っ
て供給する気体の外周に液体を供給して混合する第１混
合室を設けると共に、該第１混合室に連通して上記混合
流体を軸心線にそって先端側へ流通させる整流室を設
け、該整流室の先端側に大径とした第２混合室を設け、
この第２混合室の先端側に整流室より第２混合室内に噴
出した混合流体の外周部の流体が衝突する壁面を形成
し、該第２混合室の先端側に連通した噴射室を通して吐
出口より噴霧する構成としていることを特徴とする二流
体ノズル。
【請求項３】請求項２記載のノズルにおいて、上記噴射
室は、頂面外壁部を、中心の頂点に向かって漸次小径と
した軸方向断面が円弧状となると共に、該頂面外壁部に
連続して円筒状の外周側壁部が連続するようにしたチッ
プより形成し、上記頂面外壁部の頂点より外周側壁部に
かけて一定幅ですり割りを行って、頂面部の中心より対
向する外周部にかけて一定幅の吐出口を形成すると共
に、対向する外周部の吐出口の切り込み先端部を円弧状
あるいはＶ字状に形成していることを特徴とする二流体
ノズル。