JP4246550B2

JP4246550B2 - 噴射ノズル

Info

Publication number: JP4246550B2
Application number: JP2003156052A
Authority: JP
Inventors: 真一原
Original assignee: Shibuya Machinery Co Ltd
Current assignee: Shibuya Corp
Priority date: 2003-05-30
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2009-04-02
Anticipated expiration: 2023-05-30
Also published as: JP2004358285A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、研掃材等の適宜の粉粒体を混入した加圧気体流を噴射する噴射ノズルに関する。より詳しくは、加圧気体流に混入された粉粒体の飛散を防止するとともに、その加圧気体流の有するエネルギの減衰をより効果的に抑制して噴流速度の低下を回避し得るように改良した噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の研掃材等の粉粒体を混入した加圧気体流を噴射する噴射ノズルに関しては、その粉粒体の飛散による粉塵を抑制するために、粉粒体を含んだ噴射流を囲むように液体噴射流を形成する湿式の噴射ノズルが従来から知られている。この湿式の噴射ノズルにおいて、特に炭酸水素ナトリウム等の水溶性の粉粒体を使用した場合には、液体噴射流形成用の液体がノズル内の粉粒体の流通路に侵入して該流通路を閉塞してしまうという問題があった。このため、ノズル内の粉粒体の流通路と液体の流通路との間に両端部が外部へ連通した空隙部を設け、噴射流の負圧作用により他端側の外部から空気を吸引して粉粒体を含んだ噴射流と液体噴射流との間に空気層を介在させ、ノズルの外部において粉粒体と液体とが混合するように構成することによりノズル内への液体の侵入を防ぐという技術も開示されている（特許文献１）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００１−２７７１２０号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記従来技術は、噴射媒体として粉粒体を使用する噴射ノズルの問題点である粉粒体の飛散による粉塵を抑制し得る点と、液体のノズル内の侵入による粉粒体流通路の閉塞を防止し得る点できわめて有効であるが、ノズルの噴射口から外部へ噴射された後、粉粒体の噴射流が周囲の液体噴射流と接触して混合することにより減衰し、粉粒体の噴流速度が低下して被処理面に吹付けられた際の物理的作用が低下するという技術的問題があった。本発明は、以上のような従来技術の技術的問題に鑑みて発明したもので、粉粒体の飛散による粉塵を抑制し得るとともに、ノズルの噴射口から噴射された粉粒体を混入した気体噴射流の有するエネルギの減衰を抑制して、より遠くまで高速の噴射流を維持し得る噴射ノズルを提供することを目的とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１の発明では、粉粒体を混入した加圧気体流を噴射する噴射ノズルにおいて、外側ノズルの内方に内側ノズルを配設して、外側ノズルの内方を流通する加圧気体流を前記内側ノズルにより外側気体流と内側気体流に分割し、前記外側気体流の流速が前記内側気体流の流速より高速になるように構成するとともに、前記外側ノズルを囲むように液体噴射ノズルを配設するという技術手段を採用した。本発明によれば、外側ノズルと内側ノズルとの間を流通する外側気体流の流速が内側ノズルの内方を流通する内側気体流の流速より高速になるように構成するとともに、前記外側ノズルを囲むように液体噴射ノズルを配設したので、液体噴射流によって気体噴射流の拡がりを抑制するとともに、内側気体流はより高速の外側気体流によって包囲され、その高速の外側気体流によって内側気体流がより遠くまで液体噴射流との接触を回避し得る。その結果、内側気体流の減衰が抑制され、より遠くまで内側気体流の流速を維持することが可能となり、しかも内側気体流及び外側気体流が液体噴射流に包囲されることから、それらの噴射流が被処理面に当る前も当った後においても、粉粒体の飛散による粉塵を抑制することが可能である。以上の請求項１の発明の技術手段に加えて、請求項２の発明では、前記内側ノズルの内方を流通する内側気体流の流量がその内側ノズルと外側ノズルとの間を流通する外側気体流の流量より大になるように構成するという技術手段を採用した。請求項３の発明では、前記内側ノズルと外側ノズルとの間に形成される流路断面積が最小の流路部より下流側の流通路の流路断面積を下流側へ向けて徐々に拡大するように形成して、外側気体流の増速を図るという技術手段を採用した。請求項４の発明では、前記内側ノズルの内方に流速調整部材を配設するという技術手段を採用した。
【０００６】
【発明の実施の形態】
本発明に係る噴射ノズルは、建物や車両、航空機などの種々の物に付着した汚れの除去手段として有効である。また、ブラスト加工用の噴射ノズルとして適用することも可能である。ノズルの具体的な構成に関しては、種々の設定が可能であり、要は、外側ノズルと内側ノズルとの間を流通する外側気体流の流速が内側ノズルの内方を流通する内側気体流より高速になるとともに、前記外側気体流の外側を包囲する液体噴射流を形成し得るものであればよく、内側気体流をより高速の外側気体流で包囲した状態で噴射して液体噴射流との接触を回避することにより、内側気体流の噴射後のエネルギの減衰を抑制し得るとともに、粉粒体の飛散による粉塵を抑制し得るものであればよい。外側ノズルと内側ノズルとの間を流通する外側気体流の供給の仕方に関しては、以下の実施例のようにノズル内に供給される気体流を内側ノズルの上流側端部により内側気体流と外側気体流に分割して供給するように構成する。さらに、その分割供給形態に外側ノズルと内側ノズルとの間の外側流通路に気体供給管を接続して外部から供給する供給形態を組合わせたものでもよい。因みに、外側気体流自体は、粉粒体が混入したものでも、混入しないものでもよい。液体噴射ノズルに供給する液体の圧力に関しては、高い方が気体噴射流の減衰が少ないことから望ましいが、液体噴射流が被処理面までの間、ほぼ直進し得るものであればよい。液体噴射流の噴射形態自体は、末広がり状に噴射するものでもよい。
【０００７】
また、外側ノズルと内側ノズルとの間に形成される外側流通路に関しては、その途中の流路断面積が最小の最小流路部より下流側の流通路の流路断面積を下流側へ向けて徐々に拡大して末広がり状に形成することにより、超音速の外側気体流を形成するように構成することも可能であるが、それに限定されるものではない。同様に、内側ノズルの内方の内側流通路に関しても、中細末広がり状のラバールノズル状に形成してもよいが、それに限定されるものではない。さらに、内側気体流の流速を外側気体流の流速との関係において適度の流速に調整するため、内側ノズルの内方の内側流通路に流速調整部材を配設してもよい。特に、内側流通路をラバールノズル状に形成した場合には、その最小径部の上流側に設けることが好ましい。さらに、前記流速調整部材の適宜部分に液体の噴射口を設けて、粉粒体を混入した内側気体流に更に液剤等を混入させることも可能である。因みに、外側ノズルの内方に配設する内側ノズルの設置数を同軸的に増やすことも可能である。この場合には、最外周の気体流の流速を内側の気体流に比べて最も高速に設定する。最外周の気体流を最も高速に設定すれば、その内側の内側気体流相互間の流速に関しては特に制約されない。例えば、外側へ向けて段階的に流速を上げたり、途中に内側より流速の遅い気体流が介在した形態なども可能である。さらに、内側ノズル内の流通路や内側ノズルと外側ノズルとの間の流通路を更に放射状に仕切ることも可能である。同様に、液体噴射ノズルを更に放射状に仕切ったり、複数の液体噴射ノズルを用いて外側ノズルを囲むように配設することも可能である。なお、内側ノズル、外側ノズル及び液体噴射ノズルの断面形状に関しては特に限定されず、円形状のものでも偏平状ものでもよい。すなわち、円形状の噴射流でも、フラットな噴射流でもよい。
【０００８】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例に関して説明する。図１は本発明の第１実施例を示した縦断面図、図２はその要部拡大縦断面図、図３は噴射口部分を示した拡大側面図である。図示のように、噴射ノズルは、外側ノズル１と、その内側に配設した内側ノズル２と、さらに外側ノズル１を囲むように外側に配設した液体噴射ノズル３から構成される。本実施例では、外側ノズル１の内方を内側ノズル２により二分割し、その内側ノズル２の上流側端部により、外側ノズル１の上流側に接続される粉粒体を混入した加圧気体供給管に連なる気体流通路４を内側流通路５と外側流通路６に分割している。図示のように、内側ノズル２は、その先端部が外側ノズル１の先端部より若干内側に引込んだ位置になるように短く設定した。これにより、図２に示したように、気体噴射口７と内側ノズル２の下流側端部８との間に形成される空間９において、周囲を外側ノズル１の内周面で規制された状態にて、内側流通路５を経て送られる内側気体流の外周部を外側流通路６を経て送られる高速の外側気体流により包囲した気体流が形成され、その後に気体噴射口７から外部へ噴射されることになるので、噴射流形成時における乱れや拡がりの少ない強力な噴射流を形成することができる。また、本実施例の液体噴射ノズル３は、図１に示したように、外側ノズル１の外周部の途中から下流側に形成した小径部分に配設し、その液体噴射ノズル３の外周部には外部からの加圧水供給管を接続する接続口１０を設けた。接続口１０を経て供給される加圧水は、外側ノズル１の外周部と液体噴射ノズル３の内周部との間に形成される液体供給路１１を介して、図３に示したように液体噴射ノズル３の先端部に気体噴射口７を囲むように形成した多数の液体噴射孔１２から噴射され、内側気体流の外周部をより高速の外側気体流により包囲した気体噴射流の外側を更に液体噴射流で包囲するように構成した。
【０００９】
なお、図１に示したように、本実施例の液体噴射ノズル３は、その下流側端部を外側ノズル１の外周部に形成した雄ねじ部１３に螺着することにより、外側ノズル１に対して固定するように構成した。また、液体噴射ノズル３の先端外周部に形成した雄ねじ１４に対してリング状部材１５を螺着するように構成した。このリング状部材１５には、図２に示したように外側ノズル１の外周部と液体噴射ノズル３の内周部との間に形成される液体供給路１１に連なるリング状溝部１６を形成し、そのリング状溝部１６に対して前記多数の液体噴射孔１２を連通するように穿設した。なお、図中、１７〜１９はシール用のＯリングである。因みに、以上の実施例では、多数の液体噴射孔１２を気体噴射口７を囲むように設け、全体で気体噴射口７を包囲する液体噴射口を形成するように構成したが、図４の液体噴射口に関する変形例の要部拡大縦断面図に示したように、リング状部材２０の内周面と外側ノズル１の外周面との間に隙間を設けてリング状の液体噴射口２１を形成するように構成してもよい。
【００１０】
図５は前記第１実施例の他の要部を示した要部拡大縦断面図である。図示のように、外側ノズル１と内側ノズル２との間に形成される加圧気体の外側流通路６の上流側は、流路断面積が一定の外側流通路６ａとした。その外側流通路６ａの下流側は、外側ノズル１の内面に形成されたテーパ面２２と内側ノズル２の外面に形成されたテーパ面２３との間に形成される流路断面積が徐々に縮小する外側流通路６ｂとした。さらに、外側流通路６ｂの下流側は、その外側流通路６ｂの下流側端部を最小の流路断面積からなる最小流路部２４とし、該最小流路部２４を境に少なくとも外側ノズル１の内面あるいは内側ノズル２の外面を緩やかなテーパ状に形成して流路断面積が徐々に増える外側流通路６ｃとした。すなわち、流路断面積が最小の最小流路部２４を挟んで、流路断面積を先細状に徐々に縮小した外側流通路６ｂと流路断面積を末広がり状に徐々に拡大した外側流通路６ｃを形成した。これにより、外側流通路６ａを通過する外側気体流は、外側流通路６ｂにて増速し、最小流路部２４において例えば音速近傍まで流速を上昇させた後、外側流通路６ｃにて更に増速して噴射速度を超音速に上昇させることも可能である。この外側流通路６ｃにおける増速の際に気体流の密度が減少し、内側気体流はより密度の小さい外側気体流によって包囲されることになる。なお、流路断面積が末広がり状に徐々に拡大する外側流通路６ｃは、外側ノズル１の内面に形成された一定の内径からなる同径面と、内側ノズル２の外面に形成された緩やかな先細状のテーパ面との間に形成するようにすれば、外側気体流の噴射方向が若干内側へ指向され、内側気体流の有するエネルギの減衰の抑制にも有効である。さらに、外側流通路６ｃを形成する外側ノズル１の内面形状を同径とせず、内側ノズル２の外面に形成されたテーパとの関係を勘案しながら先細状ないし末広がり状のテーパ状に形成することも可能である。
【００１１】
図１及び図５に示したように、前記内側ノズル２は、図示しない適宜の支持部材を介して外側気体流の流通を阻害しないように外側ノズル１の内側に同軸的に支持した。また、本実施例の内側ノズル２の内面は、最小径部２５を挟んで、上流側は大きいテーパ面からなる前方テーパ部２６と揺るやかなテーパ面からなる後方テーパ部２７により先細状に２段に絞り、下流側は緩やかなテーパ部２８により末広がり状に形成した。さらに、後方テーパ部２７の上流側に流速調整部材２９を配設して、内側流通路５内の流路断面積を絞ることにより、内側気体流の流速を外側気体流との関係において適度の流速に調整した。なお、流速調整部材２９は、図示しない適宜の支持部材を介して内側気体流の流通を阻害しないように内側ノズル２の内側に支持した。
【００１２】
図６は本発明の第２実施例の要部を拡大して示した要部拡大縦断面図である。本実施例に係る外側ノズル３０は、内側ノズル３１の内方に配設した流速調整部材３２に液体噴射口３３を設け、その液体噴射口３３に接続した液体供給路３４を経て内側ノズル３１の内方の内側流通路３５を流通する内側気体流に対して適宜の液体を混入できるように構成した点で特徴を有しており、他の点では前記第１実施例と基本的に異なるところはない。なお、図中３６は液体供給用の接続部を示したものである。
【００１３】
【発明の効果】
本発明によれば、外側ノズルと内側ノズルとの間を流通する外側気体流の流速が、内側ノズルの内方を流通する内側気体流の流速より高速になるように構成するとともに、前記外側ノズルを囲むように液体噴射ノズルを配設したので、液体噴射流によって気体噴射流の拡がりを抑制し得るとともに、内側気体流はより高速の外側気体流によって包囲されることから、その高速の外側気体流によって内側気体流がより遠くまで液体噴射流との接触を回避し得る。その結果、内側気体流の減衰が抑制され、より遠くまで内側気体流の流速を維持することが可能となり、しかも内側気体流及び外側気体流が液体噴射流に包囲されることから、それらの噴射流が被処理面に当る前も当った後においても、粉粒体の飛散による粉塵を的確に抑制することが可能になる。したがって、本発明に係る噴射ノズルによれば、高速でエネルギの減衰がきわめて少なく、しかも粉粒体の飛散による粉塵が抑制された、粉粒体を混入した気体噴射流が得られ、その吹付けの際の大きな物理的作用によって、洗浄あるいは剥離作用やブラスト加工等において資する効果も大きい。なお、内側ノズルと外側ノズルとの間に形成される流路断面積が最小の最小流路部より下流側の流通路の流路断面積を下流側へ向けて徐々に拡大するように形成することにより、外側気体流の流速を超音速まで上昇させてエネルギの減衰の抑制作用を更に向上することも可能である。また、内側ノズルの内方に流速調整部材を配設することにより、内側気体流の流速を外側気体流との関係において適度の流速に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例を示した縦断面図である。
【図２】同実施例の要部拡大縦断面図である。
【図３】同実施例の噴射口部分を示した拡大側面図である。
【図４】液体噴射口に関する変形例を示した要部拡大縦断面図である。
【図５】前記第１実施例の他の要部を示した要部拡大縦断面図である。
【図６】本発明の第２実施例の要部拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１…外側ノズル、２…内側ノズル、３…液体噴射ノズル、４…気体流通路、５…内側流通路、６…外側流通路、７…気体噴射口、８…下流側端部、９…空間、１０…接続口、１１…液体供給路、１２…液体噴射孔、１３，１４…雄ねじ部、１５…リング状部材、１６…リング状溝部、１７〜１９…Ｏリング、２０…リング状部材、２１…液体噴射口、２２，２３…テーパ面、２４…最小流路部、２５…最小径部、２６…前方テーパ部、２７…後方テーパ部、２８…テーパ部、２９…流速調整部材、３０…外側ノズル、３１…内側ノズル、３２…流速調整部材、３３…液体噴射口、３４…液体供給路、３５…内側流通路、３６…接続部

Claims

粉粒体を混入した加圧気体流を噴射する噴射ノズルにおいて、外側ノズルの内方に内側ノズルを配設して、外側ノズルの内方を流通する加圧気体流を前記内側ノズルにより外側気体流と内側気体流に分割し、前記外側気体流の流速が前記内側気体流の流速より高速になるように構成するとともに、前記外側ノズルを囲むように液体噴射ノズルを配設したことを特徴とする噴射ノズル。
前記内側ノズルの内方を流通する内側気体流の流量がその内側ノズルと外側ノズルとの間を流通する外側気体流の流量より大になるように構成した請求項１に記載の噴射ノズル。
前記内側ノズルと外側ノズルとの間に形成される流路断面積が最小の流路部より下流側の流通路の流路断面積を下流側へ向けて徐々に拡大するように形成した請求項１又は２に記載の噴射ノズル。
前記内側ノズルの内方に流速調整部材を配設した請求項１〜３のいずれか一項に記載の噴射ノズル。