JP3202161U - ２流体ノズル - Google Patents

Abstract

【課題】微粒子の大きさに関係する部品の主要寸法を限定するとともに、気体ノズルの下面と液ノズルの上面間に形成される隙間である気体噴出隙間の高さを所期の値に確保するための実用的手段を備えた２流体ノズルを提供する。【解決手段】２流体ノズル１は、第１液通路１０およびこの第１液通路１０からの液体を噴出する液噴出口１０ａを有する液ノズル５と、この液ノズル５の先端に設けられ、液噴出口１０ａが液ノズル５先端より低くなるように設けられた凹部と、液噴出口１０ａから噴出される液体に、液ノズル５の外周から微粒化用加圧気体を供給する気体噴出隙間と気体噴出孔１４を有する気体ノズル１３とを備え、気体噴出隙間は、液ノズル５と一体にその先端平面に設けられた微小突起と気体ノズル１３を密着させることにより、または気体ノズル１３と一体に、液ノズル５の先端平面に対向する面に設けられた微小突起と液ノズル５を密着させることにより形成されている。【選択図】図１

Description

本考案は、２流体ノズルに関し、更に詳細には、液体と気体の混流による噴霧装置等である２流体ノズルに関する。具体的な利用分野には、塗装装置、燃料燃焼装置、加湿器、アイロン、気化潜熱利用冷却扇/クーラー、工作機械用噴霧潤滑装置などを含む。

２流体から形成される微粒噴霧発生装置は、たとえば図５に示す形態のものが公知となっている。（特開平０５−３３７４０５号公報参照）
図５で、符号５は液ノズルで、中央に液室６が設けられ、ノズルホルダー７にねじ止めされている。符号８はノズルホルダー７に設けられた液通路である。液体は加圧され、ノズルホルダー７後部にねじ止めされた液供給管９から液通路８、フィルター１１を経由して液室６に供給される。液ノズル５先端には微細な液噴出口１０が設けられている。符号１２は液噴出口１０が液ノズル５先端より僅かに低くなるように液噴出口１０を中心とする円状の液ノズル凹部１２である。符号１３は気体ノズルで、液ノズル５を装着したノズルホルダー７は、気体ノズル１３内に装着（装着方法は不明示）される。ノズル１３の先端には気体噴出孔１４が液ノズル５の中心軸に対し軸対称に液ノズル凹部１２より僅かに径大となるように設けられている。気体ノズル１３の側部には気体供給管１５が接続され、気体通路１６から隙間１７を経て微粒化用加圧気体が気体噴出孔１４に供給される。したがって、液噴出口１０から噴出した液体は気体流によってせん断され、微粒化される。さらに、本実施例では、液ノズル凹部１２がある場合、液噴出口近傍で微粒化用気体に渦流を生じ、この渦流が液噴出口から噴出した液体に作用して、液体流に乱流を発生させるとともに、高速気体によるせん断作用を発生させるので、液ノズル凹部１２がない場合に比して、微粒化促進作用があることが示されている。

特開平０５−３３７４０５号公報

しかしながら、上記公知の構成では、微粒子の大きさは、液体、気体の圧力、流量、液ノズル凹部１２の幾何学的形状、液ノズル５と気体ノズルの隙間１７の寸法が複雑に絡んでいるが、それらの関係が明示されていないため、流量の広い範囲で所期の微粒子径を得るための実用上の利用効果については、上記公開公報に記載された情報のみでは、不十分であった。さらに、実験の結果、上記隙間１７の寸法が、微粒子の大きさに最も鋭敏に影響することがわかったが、図５の構成では、隙間１７の実体寸法は、気体ノズル１３とノズルホルダー７の相対的組付け位置、ノズルホルダー７の高さ、気体ノズル１３内側の高さ、液ノズル５の高さの４要素の製造寸法公差の集積が影響するので、その確保は容易ではない。さらに、微小な流路径を有する液ノズル５の清掃のための分解、再組み立てが容易でない課題も存在する。

したがって、本考案は、微粒子の大きさに関係する部品の主要寸法を限定するとともに、隙間１７を所期の値に確保するための実用的手段を備えた２流体ノズルを提供することを目的とする。
本考案はまた、前記隙間１７を確保した上で液漏れを防止する実用的なシーリング手段と液ノズル５の清掃のための分解組み立て手段を備えた２流体ノズルを提供することを目的とする。

前記課題は、下記（１）〜（７）の構成の本考案による２流体ノズルにより達成される。
（１）
第１液通路およびこの第１液通路からの液体を噴出する液噴出口を有する液ノズルと、この液ノズルの先端に設けられ、前記液噴出口が前記液ノズル先端より低くなるように設けられた凹部と、前記液噴出口から噴出される液体に、前記液ノズルの外周から微粒化用加圧気体を供給する気体噴出隙間と気体噴出孔を有する気体ノズルとを備え、前記気体噴出隙間は、前記液ノズルと一体にその先端平面に設けられた微小突起と前記気体ノズルを密着させることにより、または前記気体ノズルと一体に、前記液ノズルの先端平面に対向する面に設けられた微小突起と前記液ノズルを密着させることにより形成されていることを特徴とする２流体ノズル。
（２）
前記液ノズルの下部を収容する液ノズル収容用空間が設けられ、基部と該基部から上方に延びる縮径上部を有するノズルホルダー、前記液ノズルとノズルホルダーが組み合わされた組立体を収容する組立体収容用空間が設けられた外ケースを備え、この外ケースの前記組立体収容用空間の周囲と前記組立体の外周の間に設けられ、前記気体噴出隙間に通じる気体通路、この気体通路に通じる気体供給管、前記ノズルホルダーに設けられ、前記第１液通路に通じる第２液通路、およびこの第２液通路に通じる第３液通路を有する液供給管を備え、前記気体ノズルは、前記外ケースに、外ケースとの間に空隙を生じるように締め付けられ、該空隙内に弾性シール材を介在させることにより、加圧気体が外ケース外に漏れることを防止している前記（１）の２流体ノズル。
（３）
前記液ノズルは前記液ノズル収容用空間に、前記ノズルホルダーは前記組立体収容用空間にそれぞれ遊嵌されている前記（２）の２流体ノズル。
（４）
前記気体噴出孔は円筒形もしくは出口側直径が入口側直径より大きな円錐台形で、前記第１液通路は円筒形で、前記気体噴出孔は、その中心軸と前記第１液通路の中心軸との偏心が、前記第１液通路直径の10％以内となるように設けられ、前記気体供給管は前記液ノズルの中心軸に対して傾斜して、液の噴出方向に向かって配置される前記（１）または（２）の２流体ノズル。
（５）
前記液ノズルの前記液噴出口の直径をφA, 気体噴出孔の直径をφCとするとき、φC/φA＝1.25~1.55である前記（１）の２流体ノズル。
（６）
前記液ノズルの先端に設けられ、前記液噴出口が前記液ノズル先端より低くなるように設けられた凹部の直径をφB, 深さをD、前記気体噴出孔の直径をφCとするとき、φB/φC=1.25〜2、D/φA=0.2~1.0である前記（１）の２流体ノズル。
（７）
前記液ノズルの前記液噴出口の直径をφA、液ノズル上面に設けられた微小突起の高さをδとするとき、δ/φA=0.08~0.15である前記１）前記（１）の２流体ノズル。

本考案による２流体ノズルは、上記した構成を有しているので、以下に示す効果を有する。なお、この発明の効果の項における括弧付きの符号は、考案の実施の形態の項における部品、部材等に付された符号である。
本考案による２流体ノズルにおいては、第１液通路およびこの第１液通路からの液体を噴出する液ノズルと、この液ノズルの先端に液噴出口が液ノズル先端より低くなるように設けられた凹部と、液ノズルの外周にあり、液噴出口から噴出される液体に微粒化用加圧気体を供給する気体ノズルより構成される噴霧発生ノズルで、液噴出口近傍で微粒化用加圧気体に渦流が発生し、この渦流が液噴出口から噴出した液体に作用し、液体流に乱れを生じさせ、さらに高速気体によるせん断力を作用させるので、低圧力、小流量の気体で、噴霧量の広い調節範囲で粒子径の非常に小さな噴霧粒子を得ることができる。

そして、噴霧粒径に最も影響する液ノズルと気体ノズルの間隔（δ）を、単一部品（5）または (13) の加工精度のみに依拠させることにより所期値に確保することを容易とする。さらに、構成部品寸法を互いに関連付けることにより、設計を容易とできる。また、以上の構成により、加圧２流体のシールを実用的に容易な構造で達成できる。図１および図４に示すように、気体供給管は液噴出口の中心軸に対して傾斜し、液噴出方向に向かって配置されているので、気体の流れは図５の公知技術よりも円滑である。

さらに、液または気体に含まれる塵埃、不純物等によるノズル孔、微小隙間のつまりの清掃に関しては、前記公知技術においては、空気ノズルとノズルホルダー間の分解、ノズルホルダーと液ノズル間の分解が容易でないが、本考案では、気体ノズルは、単に外ケースとのねじ止めを外せば分解でき、液ノズルはノズルホルダーに該当する遊隙をもって装着されているだけなので、分解、清掃は容易である。

上記目的を達成するための手段は、液ノズル5の液噴出口側上面の一部に微小隙間17に等しい高さの微小突起を液ノズルと一体に設け、気体ノズル13とノズルホルダー7をねじ締めとし、その内面を前記微小突起に合致させて、液ノズル5と気体ノズル13との微小隙間を、所期値に確保することにある。

本考案の実施形態による2流体ノズルの垂直断面図である。 図１に示した2流体ノズルの主要部を拡大して示す垂直断面図である。 図３（ａ）は、図１に示した２流体ノズルの液ノズルの斜視図であり、（ｂ）はその垂直断面図である。 本考案の他の実施形態による２流体ノズルの垂直断面図である。 2流体から形成される従来の微粒噴霧発生装置の垂直断面図である。

以下、本考案の実施形態による２流体ノズルを、図面を参照しながら説明する。なお、図５に示された公知技術との比較を容易とするため、該公知技術と同じ機能を有する部品、部材には同一名称、同一符号を記してある。
図１は本考案の実施形態による2流体ノズルを示す図、図２はその部分拡大図である。符号5は液ノズルで、その拡大図を図３に示す。

本２流体ノズル１は、液ノズル５、ノズルホルダー７、気体ノズル１３および外ケース２０を備えている。液ノズル５は、上部拡径部５a、下部縮径部５bおよび内部に上下に貫通して形成された第１液通路１０を備えている。ノズルホルダー７は、基部７a、基部７aから上方に延びる縮径上部７b、この縮径上部７bの上方部分に設けられた円筒形状穴である液ノズル収容室７c、および前記基部７aの底部から前記液ノズル収容室７cの底部まで延びる第２液通路８を備えている。前記液ノズル５の上部拡径部５aの径とノズルホルダー７の縮径上部７bの径は同一であることが好ましい。

前記液ノズル５は、その底部縮径部５bが前記ノズルホルダー７の液ノズル収容室７cに僅かな遊隙をもって装着される。前記第１液通路１０の上端は、液噴出口１０aとなっている。図２、図３に示すように、液ノズル５の上平面２２は前記第１液通路１０に直交する平面となっており、この上平面２２の一部には、後に説明する目的の微小高さδの突起２３が設けられている。

前記気体ノズル１３は、円形の上板１３a、およびこの上板１３aの周囲から下方に延びる円筒板材１３bを備えている。前記上板１３aの中央には、気体噴出孔１４が形成され、前記円筒板材１３bの内壁には、雌ねじ１３cが設けられている。前記気体噴出孔１４は、その中心軸と前記第１液通路１０の中心軸との偏心が、前記第１液通路直径の10％以内であれば好ましいが、それらは同軸であることが特に好ましい。

前記外ケース２０には、ノズルホルダー７と液ノズル５の組立体を収納する円筒形状孔である組立体収容空間２１が設けられている。前記ノズルホルダー７の径の大きな基部７aは、前記組立体収容空間２１に僅かな遊隙をもって装着される。また、この外ケース２０の上部外周壁には、前記気体ノズル１３の雌ねじ１３cと螺合する雄ねじ２０aが形成されている。

前記気体ノズル１３が、雌ねじ１３a、雄ねじ２０aを利用して、前記外ケース２０の上部に締め付け装着されたとき、気体ノズル１３の円形の上板１３aの下面は、前記液ノズル５の上平面２２に設けられた微小高さδの突起２３に密着し、この突起２３の無い部分で、液ノズル５の上平面２２と気体ノズル１３の下面との間に高さδの微小隙間である気体噴出隙間１７が形成される。

前記外ケース２０の組立体収容空間２１の内壁と、前記液ノズル５の上部拡径部５aの外周壁およびノズルホルダー７の縮径上部７bの外周壁のあいだには、前記気体噴出隙間１７に連通した気体通路１６が形成されている。外ケース２０の外周には気体供給管１５が、液噴出口の中心軸に対して傾斜し、液噴出方向に向かうように設けられ、この気体供給管１５は、前記気体通路１６に通じている。

外ケース２０の下部には、液供給管９が外ケース２０と一体に設けられていて、その中心に前記第２液通路８に連通する第３液通路２５が設けられている。

図２に最も良く示したように、液ノズル５先端には、液噴出口１０aを中心に、液噴出口１０aが液ノズル５先端より僅かに低くなるように、環状の液ノズル凹部１２が設けられている。前記気体噴出隙間１７を経由して噴出した加圧気体は、液噴出口１０ａより噴出する加圧液体をせん断し、微粒化する。その際、前記公知技術に詳細に述べられているように、気体ノズル１３の気体噴出孔１４より噴出する微粒化用気体の一部は液ノズル凹部１２が負圧となるため、液噴出口１０ａ付近で渦流が生じ、この渦流が液噴出口１０ａから噴出される液流に作用して、乱れを発生させ、主流である液流に作用するので、低圧力、少流量の気体で小粒子径の噴霧を得ることができる。

例えば、液が水、気体が空気で、第１液通路１０（液噴出口１０a）の直径φA＝0.6 mm、水圧100kPa, 気体圧90 kPa, 液ノズル凹部１２の直径φB=1.2mm, 液ノズル凹部１２の深さD=0.6, 気体ノズル１３の直径φC=0.9mm の場合、δ=0.06mm で、空気流量：4.9 l/min, 水流量：7.5 ml/min、粒子径：10~30μの微細噴霧が得られた。

各種実験によれば噴霧粒子の大きさは、加圧液体および加圧気体の圧力、液および気体の通過通路の幾何学的寸法に依拠するので、所期の粒子径を得るためには、主要構成部品の寸法に関連を持たせる必要がある。実験によれば、φC/φA=1.25~1.55が好ましく、φB/φCは1.25~2が好ましく、D/φA=0.2~1.0が好ましい。

最も重要な寸法は、気体噴出隙間１７である隙間を形成するためにノズル５に設けられた微小突起２３の高さδで、δ/φA＝0.08〜0.15が好ましいが、目的に応じてその値が決定される。例示の場合、δ=0.06mmであり、[考案が解決しようとする課題]の項で記述した理由により、その確保は容易ではないが必須である。本考案は格別な製造方法に依らず、ノズルを構成する部品の形状、配置を考案することにより、δの確保を容易としている。すなわち、前記したように、ノズル１３の円形の上板１３aの下面が液ノズル５の突起２３に密着するよう外ケース２０にねじ止めされるので、微小隙間である気体噴出隙間１７の高さδは、液ノズル５の突起２３の高さδの精度にのみ依拠する。液ノズル５上に設けられる微小突起２３は樹脂成形で液ノズル５と一体に形成するか、機械切削で形成することにより、δの精度確保は容易である。前記突起２３は、液ノズル５に設けることが好ましいが、気体ノズル１３の円形の上板１３aの下面に設けてもよい。

さらに、気体ノズル１３の内面が液ノズル５の突起２３に密着するよう組み付け時、外ケース20上面と気体ノズル１３の円形の上板１３aの下面との間に、微小な組立隙間２７を設け、ノズル１３の前記下面と外ケース２０との干渉を避けて、重要な微小隙間δを確保する。

また、外ケース２０の上面であって、前記組立体収容空間２１の周囲に環状凹部２６を設け、その中にO-リング２４を配置し、気体ノズル１３の前記下面と接触させ、O-リングの弾性復元力によって、気体通路１６内の加圧気体をシールしている。

図４は、本考案の他の実施形態による２流体ノズルで、樹脂成形などによりノズルホルダー7が外ケース２０と一体に構成されている以外は、図１〜図３に示した２流体ノズルと同じ構成である。

5; 液ノズル
6; 液室
7;ノズルホルダー
8; 第２液通路
9; 液供給管
10;第１液通路
10ａ; 液噴出口、
11; フィルター
12: 液ノズル凹部
13; 気体ノズル
14; 気体噴出孔
15; 気体供給管
16; 気体通路
17; 気体噴出隙間
20; 外ケース
21;組立体収容空間
22; 上平面
23; 突起
24; O-リング
25; 第３液通路
26; 環状凹部
27; 組立隙間.

Claims (7)

1. 第１液通路およびこの第１液通路からの液体を噴出する液噴出口を有する液ノズルと、この液ノズルの先端に設けられ、前記液噴出口が前記液ノズル先端より低くなるように設けられた凹部と、前記液噴出口から噴出される液体に、前記液ノズルの外周から微粒化用加圧気体を供給する気体噴出隙間と気体噴出孔を有する気体ノズルとを備え、前記気体噴出隙間は、前記液ノズルと一体にその先端平面に設けられた微小突起と前記気体ノズルを密着させることにより、または前記気体ノズルと一体に、前記液ノズルの先端平面に対向する面に設けられた微小突起と前記液ノズルを密着させることにより形成されていることを特徴とする２流体ノズル。
2. 前記液ノズルの下部を収容する液ノズル収容用空間が設けられ、基部と該基部から上方に延びる縮径上部を有するノズルホルダー、前記液ノズルとノズルホルダーが組み合わされた組立体を収容する組立体収容用空間が設けられた外ケースを備え、この外ケースの前記組立体収容用空間の周囲と前記組立体の外周の間に設けられ、前記気体噴出隙間に通じる気体通路、この気体通路に通じる気体供給管、前記ノズルホルダーに設けられ、前記第１液通路に通じる第２液通路、およびこの第２液通路に通じる第３液通路を有する液供給管を備え、前記気体ノズルは、前記外ケースに、外ケースとの間に空隙を生じるように締め付けられ、該空隙内に弾性シール材を介在させることにより、加圧気体が外ケース外に漏れることを防止している請求項１の２流体ノズル。
3. 前記液ノズルは前記液ノズル収容用空間に、前記ノズルホルダーは前記組立体収容用空間にそれぞれ遊嵌されている請求項２の２流体ノズル。
4. 前記気体噴出孔は円筒形もしくは出口側径が入口側径より大きな円錐台形で、前記第１液通路は円筒形で、前記気体噴出孔は、その中心軸と前記第１液通路の中心軸との偏心が、前記第１液通路直径の10％以内となるように設けられ、前記気体供給管は前記液ノズルの中心軸に対して傾斜して、液の噴出方向に向かって配置される請求項1〜３のいずれかの２流体ノズル。
5. 前記液ノズルの前記液噴出口の直径をφA, 気体噴出孔の入口側直径をφCとするとき、φC/φA＝1.25~1.55である請求項１の２流体ノズル。
6. 前記液ノズルの先端に設けられ、前記液噴出口が前記液ノズル先端より低くなるように設けられた凹部の直径をφB, 深さをD、前記気体噴出孔の入口側直径をφCとするとき、φB/φC=1.25〜2、D/φA=0.2~1.0である請求項１の２流体ノズル。
7. 前記液ノズルの前記液噴出口の直径をφA、液ノズル上面に設けられた微小突起の高さをδとするとき、δ/φA=0.08~0.15である請求項１の２流体ノズル。
   

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