JP4331836B2 - 複数流体ノズル - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数流体を混合噴射する二流体ノズルで代表される、複数流体ノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者等は、先に特願平１０―１２２７９９号（特開平１１−３０３０３９号公報）（以下、先願という。）として降雪機を提案した。この、降雪機はスノーガン方式で、噴霧する水と空気との気液混合効率を高め、噴霧液滴を微小化すると共に噴射方向を、複雑な乱流として、降雪効率を高めたもので、従来０℃以上のプラスの外気温度では不可能とされていた条件下（例えば外気温４℃程度）でも良質な降雪（造雪）が可能となしたものである。
【０００３】
しかし、先願の降雪機で降雪場所を変えて試験を繰り返したところ、０℃乃至２℃でも雪ができないこともあった。この原因は、主として湿度によるものであることが経験上明らかとなっているが、湿度が高くても造雪したいとの要望から、気液混合効率を可変とする必要性が生じた。
【０００４】
すなわち、混合効率を可変とすると、先願の降雪機の場合は、温度や湿度が高くて造雪しにくい場合は、大きな動力消費を伴っても混合効率を高め、造雪を可能とし、造雪が容易な場合は、混合効率を低めて消費動力を少なくすることが合理的である。なお、一般的に混合効率は高いほどよいとされているが、必ずしもそのようなことは無く、次工程に合わせて混合効率を設定することが望ましかったり、他の条件に対応して混合効率を調整する必要性も生ずるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる実情に鑑み、複数の流体を、混合効率を変更可能と成して噴射できる複数流体ノズルを提供することを課題としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明は、圧送される第一流体と第二流体とを噴射口２０より噴霧するノズル本体１０の、第一流体圧送路部１１と第二流体圧送路部１２との合流部位より下流側に拡径混合室３１を設け、該拡径混合室３１内には略ノズル本体１０の内径に一致する衝突板３２を収納し、この衝突板３２の周縁にはノズル本体１０の上流側に向かう周壁部３３を突設し、上記ノズル本体１０の噴射側先端部１０ａを該ノズル本体１０と略同径となすかまたは拡径し、この噴射側先端部１０ａの先端をエンドプレート２１で閉塞し、このエンドプレート２１には、ノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置に噴射口２０を設け、前記衝突板３２には、拡径混合室３１の上流側段状拡径内面３１ａと該衝突板３２の周壁部３３の先端との間隙を調整する衝突板移動手段４０を設けてなる技術的手段を講じたものである。
【０００７】
それ故本発明は、空気と水が混合され噴射口２０より噴射される際、断熱冷却され、水滴が氷結して造雪できる作用を呈するのは従来のスノーガンと同じ作用である。
【０００８】
そして、本発明は衝突板３２を設けることで、気液混合効率が向上し、噴霧液滴が凍り易い微小液滴とすることが、小さな動力で可能となる作用を呈するのは先願と同じ作用である。
【０００９】
また、本発明は噴射側先端部１０ａの先端をエンドプレート２１で閉塞し、このエンドプレート２１には、ノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置に非円形形状の噴射口２０を設けたので、噴射口２０より噴射される噴射方向が整然とした放射方向に限定されず、場所によって、一部乱れた方向に噴射され、噴射された液滴を撹拌し、一部氷結した水滴を核に別の水滴を付着して雪を成長させる作用を呈するのも先願と同じ作用である。
【００１０】
そして、本発明は、拡径混合室３１の上流側段状拡径内面３１ａと該衝突板３２の周壁部３３の先端との間隙を調整可能となしてあるので、この間隙を広く設定すると圧力損失が少なく、効率的に気液の混合がなされる作用を呈する。そして、上流側段状拡径内面３１ａと周壁部３３の先端との間隙を狭く設定すると、圧力損失は増し、動力はその分多く必要となるが、気液の混合効率はさらに向上し、造雪条件の悪化に対処できる作用を呈する。
【００１１】
なお、水と空気とを混合したものを噴射口２０より噴射すると、圧縮空気圧縮流体の圧力が開放され、ノズル内圧７ｋｇ／ｃｍ２で、−４０℃程度に冷却できるもので、このノズル内圧を保つと共に、気液混合率を高めると、高温・多湿での降雪が可能となる作用を呈するものであった。
【００１２】
次ぎに、「請求項２」の発明は、圧送される水と空気とを噴射口２０より噴霧するノズル本体１０の、水圧送路部１１と空気圧送路部１２との合流部位より下流側に拡径混合室３１を設け、該拡径混合室３１内には略ノズル本体１０の内径に一致する衝突板３２を収納し、この衝突板３２の周縁にはノズル本体１０の上流側に向かう周壁部３３を突設し、上記ノズル本体１０の噴射側先端部１０ａを該ノズル本体１０と略同径となすかまたは拡径し、この噴射側先端部１０ａの先端をエンドプレート２１で閉塞し、このエンドプレート２１には、ノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置に噴射口２０を設け、前記衝突板３２には、拡径混合室３１の上流側段状拡径内面３１ａと該衝突板３２の周壁部３３の先端との間隙を調整する衝突板移動手段４０を設け、さらに、水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とを設けてなる技術的手段を講じたものである。
【００１３】
それ故、本発明は、「請求項１」の作用に加え、水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とで、圧送する空気または水の量を調整できる。空気の量を多くし水の量を控えると造雪効率運転エネルギー量に対する造雪量は低下するも、空気が増えることで断熱冷却が増し、大きな断熱冷却で少ない水滴を冷却するので、高温・多湿条件での造雪が可能となる作用を呈し、水の量を多くし空気の量を控えると、造雪量が多くなり、自然条件よっては、より効率的な降雪が実施できる作用を呈する。
【００１４】
次ぎに、「請求項３」の発明は、圧送される水と空気とを噴射口２０より噴霧するノズル本体１０の、水圧送路部１１と空気圧送路部１２との合流部位より下流側に拡径混合室３１を設け、該拡径混合室３１内には略ノズル本体１０の内径に一致する衝突板３２を収納し、この衝突板３２の周縁にはノズル本体１０の上流側に向かう周壁部３３を突設し、上記ノズル本体１０の噴射側先端部１０ａを該ノズル本体１０と略同径となすかまたは拡径し、この噴射側先端部１０ａの先端をエンドプレート２１で閉塞し、このエンドプレート２１には、ノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置に噴射口２０を設け、前記衝突板３２には、拡径混合室３１の上流側段状拡径内面３１ａと該衝突板３２の周壁部３３の先端との間隙を調整する衝突板移動手段４０を設けて、さらに、水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２と、外気温度計５３と、外気湿度計５４とを設け、さらに、該外気温度計５３と外気湿度計５４との測定値で、衝突板移動手段４０と水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とを制御する制御盤５０を設けてなる技術的手段を講じたものである。
【００１５】
それ故、本発明は、「請求項２」の作用に加えて、外気温度計５３と外気湿度計５４との測定値で、衝突板移動手段４０と水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とを自動制御可能となす作用を呈するものである。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図示例と共に説明する。図中、１０が本発明降雪機の主要部をなすノズル本体である。このノズル本体１０は、一端図右端を水圧送路部１１と空気圧送路部１２との二又に分岐し、水圧送路部１１には圧力水供送ホース１１ａ「図２」参照を、空気圧送路部１２には図示しない空気圧縮装置の吐き出し口に連結する圧力空気供送ホース１２ａ同じく「図２」参照を連結するようになしてあるのは従来のスノーガンと同じである。
【００１７】
なお、本発明では水圧送路部１１と空気圧送路部１２とは、特に区別することは必要なく、水圧送路部１１と空気圧送路部１２とを逆に使用して、水圧送路部１１に圧縮空気を供送し、空気圧送路部１２に水を圧送しても差し支えないものである。
【００１８】
そして、本発明は上記水圧送路部１１と空気圧送路部１２との合流部位より下流側に拡径混合室３１を設け、該拡径混合室３１内には略ノズル本体１０の内径に一致する衝突板３２を収納し、この衝突板３２の周縁にはノズル本体１０の上流側に向かう周壁部３３を突設してある。
【００１９】
元来、本発明の衝突板３２を使用する混合装置は、混合は確実であるが、流体が衝突板３２に衝突する際に大きなエネルギーを消費し、圧力損失が高いとされている。しかし、本発明では、この衝突板３２を拡径混合室３１内に収納することで圧力損失を巧みに低減したものである。
【００２０】
すなわち、衝突板３２に気液混合流体を直交方向に衝突させると、その時の衝突エネルギーは衝突速度にもよるが相当に大きなものとなる。しかし、本発明は、気液混合流体を衝突板３２に衝突させ、衝突による反射飛散で水と空気とを混合するのではなく、この衝突板３２に気液混合流体の流れ方向変換機能図示例では流れ方向反転機能及び流れ方向の変換に伴う乱流による撹拌機能を求めたものである。
【００２１】
したがって、上記衝突板３２をノズル本体１０より拡径した拡径混合室３１内に配することで、流路径をその部位で狭窄することなく、逆に拡径もできることで、円滑で圧力損失の少ない流れ方向の変換による圧力損失の少ない効率的な気液混合をも可能となすものである。
【００２２】
そして、図示例の上記衝突板３２は、円盤状に構成され、外周部位には所定の高さで流れの上流方向に向く「図１」右側に向く周壁３３を突設してある。また、該衝突板３２の流れの上流方向面には多数の凹部３４，３４，３４・・・を設けてある。また、上記衝突板３２は周壁３３の外周面に放射状に連結する連結板３５，３５，３５・・・を設け、この連結板３５，３５，３５・・・の先端が拡径混合室３１の内周面に接するようになし必要に応じ、該拡径混合室３１の内周面に流れ方向のキー溝を設けて、このキー溝に嵌め込んで、該拡径混合室３１内に同心位置に該衝突板３２が気液混合流体の流れと直交状態に位置するようになしてある。
【００２３】
上記周壁３３は気液混合流体の流れ方向を反転し、それに伴う乱流を発生させるためのもので、「図３」に矢印Ｐ１で示した気液混合流体は、衝突板３２に衝突した後、矢印Ｐ２に示す該衝突板３２に沿う放射方向の流れとなり、次に、周壁３３の近くに達するとこの周壁３３を乗り越えるために、その内周面に沿って矢印Ｐ３の向流方向の流れとなり、流れ方向が一時反転するもので、このように流れ方向を変換するとその逆流部位では激しい乱流の発生が伴うものである。
【００２４】
なお、上記衝突板３２は、図示例の平らな円盤に代え、中心側が流れ方向図左側に膨出する曲面形状とすることで、上記衝突板３２と周壁３３とが一体化したものと見做すことも可能である。
【００２５】
また、上記凹部３４，３４，３４・・・は、さらに乱流・渦流を発生させるためのもので、断面半球凹部形状等（凹部であれば特に形状は限定されない。）となしておくことで、その内面に衝突した流れが小さな渦流を局所的に多数発生させて気液混合効率をさらに高めるものである。
【００２６】
周壁３３を乗り越えた気液混合流体は、「図３」の矢印Ｐ４に示すように、周壁３３の外周面と拡径混合室３１の内周面との間を通り、衝突板３２の裏側下流側で矢印Ｐ５で示すように合流する。したがって、拡径混合室３１内では流れ方向が複雑に変化して渦流・乱流が発生して気液が確実に混合されるものである。
【００２７】
そして、上記ノズル本体１０の噴射側先端部１０ａを該ノズル本体１０と略同径となすかまたは拡径し、この噴射側先端部１０ａの先端をエンドプレート２１で閉塞し、このエンドプレート２１には、ノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置に噴射口２０を設けてある。
【００２８】
従来のノズルは噴射口をノズル本体中心軸流路の中心軸と同心の円形とするのが通常であるが、本発明は、上記噴射口２０を単なる噴出口としてでなく、該噴射口２０に付近を衝突板方式と同様な混合装置として利用し、かつ、噴射が噴射口２０より放射方向ではなく該噴射口２０の噴出近傍部位で偏った乱流本願では「偏乱流Ｐ７」という。が発生するようなしたものである。
【００２９】
したがって、圧送される水と空気とは合流して、拡径混合室３１で混合され、次いでエンドプレート２１に衝突することになる。
【００３０】
しかし、上記エンドプレート２１でノズル本体１０の噴射側先端部１０ａを閉塞すると圧送される水と空気とは、無論噴出できないので、該エンドプレート２１には、ノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置に噴射口２０を設けてある。
【００３１】
上記噴射口２０はエンドプレート２１の偏心位置であればその形状、数等は特に問題としないが、エンドプレート２１にシャワーノズルのようにあまりに多くの数の噴射口を設けると、衝突板としての機能、及び大きな偏乱流の発生がなくなるので、１〜数個の噴射口２０にとどめておくことが望ましい。
【００３２】
図示の実施形態では、「図４」に示すように、エンドプレート２１の周部に円弧状の欠部を設け、ノズル本体１０の噴射側先端部１０ａの周部とで正面形状が凸レンズの断面形状となる噴射口２０を設けたが、その他に、該噴射口２０は、「図５」に示すように各種のものが想定できる。「図５」Ａはエンドプレート２１の周部に噴射口２０としてＶ字状の欠部を設けたもの、「図５」Ｂはエンドプレート２１の周部に噴射口２０として逆台形の欠部を設けたもの、「図５」Ｃは噴射口２０としてエンドプレート２１の周部を弦方向に切り取ったもの、「図５」Ｄはエンドプレート２１の周部に噴射口２０として一対の円弧状の欠部を設けたもの、「図５」Ｅは、噴射口２０としてエンドプレート２１の周部に縦長の長円状孔を設けたもので、これらの、実施形態は実験の結果、効率的な造雪が可能となり、使用圧縮空気の量が半減可能であった。
【００３３】
また、「図５」Ｆはエンドプレート２１の偏心部位に円形窓孔の噴射孔２０を、「図５」Ｇはエンドプレート２１の周偏心位置に楕円形窓孔の噴射孔２０を、「図５」Ｈはエンドプレート２１の中心と同心円径部位に沿って複数の円形窓孔の噴射孔２０，２０，２０・・・を設けたもので、これらは、「図５」Ａ〜Ｅのものよりは造雪効率はやや低下するも、従来の降雪機よりは２〜５割程度の圧縮空気の低減が可能であった。
【００３４】
上記エンドプレート２１を設けると、エンドプレート２１に衝突した気液混合流体は該エンドプレート２１の内面に沿って「図３」に矢印Ｐ６に示すように噴射口２０に向かうことになるので、流れ方向を代える際にエンドプレート２１の内面側で乱流が発生し気液の混合がなされる。
【００３５】
そして、上記のエンドプレート２１の内面に沿って噴射口２０に向かう流れは、従来の同心噴出口とは異なり、噴射後も今までの方向性（エンドプレート２１に沿った流れ方向）を維持しようとしているので、他の噴出流と衝突し、前記したように「図３」に矢印で示す偏乱流Ｐ７を発生し、微小液滴どうしの激しい衝突・撹拌を行う。特に、噴出直後に断熱冷却域にあって微小水滴が冷却された微小水滴と衝突すると、相互に付着し氷の粒子が成長する蓋然性が向上することになる。
【００３６】
なお、上記噴射口２０は非円形とすることが望ましい。すなわち、非円形形状の噴射口２０はその各部位で噴出条件に差が生じ、局所的に複雑な条件で噴射が行なわれ混合効率を高めるものである。また、上記噴射口２０の偏心量が大きいほど、エンドプレート２１の内面側で撹拌能力が大きく、また、噴射直後の偏乱流７を起こし易い。そこで、最も偏心量を大きくするため噴射側先端部１０ａの内周に内接して該噴射口２０を設けるのも望ましいものである。
【００３７】
そして、前記衝突板３２には、拡径混合室３１の上流側段状拡径内面３１ａと該衝突板３２の周壁部３３の先端との間隙を調整する衝突板移動手段４０を設けてなる。
【００３８】
この衝突板移動手段４０は、上流側段状拡径内面３１ａと周壁部３３の先端との間隙を調整できるものであれば、適宜な構成を利用すればよいが、「図１」例では、衝突板３２の下流側に操作棒４１を植設し、この操作棒４１の周面には螺子状４２を削成してある。そして、この操作棒４１はエンドプレート２１を貫通し、この貫通に際してエンドプレート２１に螺合させて、操作棒４１を螺進退することで、上記調整ができるようになしてある。
【００３９】
上記上流側段状拡径内面３１ａと周壁部３３の先端との間隙の調整は、１０〜０ｍｍ等とすればよいが、密着は避けるようにするのが望ましい、なお、図示していないが、密着した場合も溝等で多少の流路が確保できるように成しておくことも有益である。上流側段状拡径内面３１ａと周壁部３３の先端との間隙を小さくすると圧力損失は大きくなり水や空気を圧送するための動力はその分余分に必要となるが、水と空気の混合率が向上して、この間隙を小さくすると外気温が比較的高くても雪を降らすことが可能となるものであった。
【００４０】
次ぎに、「請求項２」の発明は、従来経験的に知られていた、外気温が高い場合は、噴射水量を減らし、噴射空気量を増やすことで雪質を維持できるという事実を本発明に応用したもので、「請求項１」の発明に、水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とを設けてなるものである。
【００４１】
すなわち、本発明では、上流側段状拡径内面３１ａと周壁部３３の先端との間隙と、水の圧送量と、空気の圧送量との３者を調整することで降雪地区の雰囲気にあった降雪を行おうというものである。
【００４２】
「図１」では、上記水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とは、便宜上、単にバルブで図示しているが、圧縮機の回転数を上げる等の従来公知な手段で圧送量を調整するのは無論である。
【００４３】
そして、外気温が低く容易に降雪可能な場合は、上流側段状拡径内面３１ａと周壁部３３の先端との間隙を広くし、水の圧送量多く、空気の圧送量を少なく設定すると、この種、スノーガンで最も大きな動力を消費するのは空気の圧送であるので、少ない動力で大量の降雪ができ効率的である。しかし、外気温が高く容易に降雪できない場合は、上位とは逆に調整する。すると、大きな動力が必要となり降雪量は少なくなるが、外気温２〜４℃程度まで降雪が可能となるものである。
【００４４】
次ぎに、「請求項３」の発明は、上記調整を自動化せんとしたもので、外気の湿度が高いと良質な雪が得られ難くなることにも着目し、「請求項２」の発明に、水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２と、外気温度計５３と、外気湿度計５４とを設け、さらに、該外気温度計５３と外気湿度計５４との測定値で、衝突板移動手段４０と水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とを制御する制御盤５０を設けてなるものである。
【００４５】
なお、上記において、衝突板移動手段４０は図示例では操作棒４１を回動駆動する装置を使用し、制御盤５０よりの信号で、衝突板移動手段４０と水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とが駆動されて、最適な降雪を行うようになしてある。なお、制御法は経験則によることが多く、本実施例では過去の多くの経験則を数値化したものを記憶させ、実際の気温と湿度とに近似した過去の例と対比させて最適な条件を探し出す方法を使用したが、調整条件を求める所定の計算式を見出すことも可能である。
【００４６】
尚、本発明の降雪機は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１〜３記載の降雪機によれば、外気の条件に合わせて確実に降雪できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明降雪機の一実施例を要部縦断面図である。
【図２】他の実施例を示す要部断面正面図である。
【図３】作用を説明する要部断面図である。
【図４】本発明に使用されるエンドプレートの正面図である。
【図５】本発明に使用される上記エンドプレートの各種の正面図である。
【符号の説明】
１０ ノズル本体
１０ａ 噴射側先端部
１１ａ 圧力水供送ホース
１１ 水圧送路部
１２ａ 圧力空気供送ホース
１２ 空気圧送路部
２０ 該噴射口
２０ 噴射口
２１ エンドプレート
３１ 拡径混合室
３１ａ 上流側段状拡径内面
３２ 衝突板
３３ 周壁
４０ 衝突板移動手段
４１ 操作棒
４２ 螺子状
５０ 制御盤
５１ 水圧送量調整装置
５２ 空気圧送量調整装置
５３ 外気温度計
５４ 外気湿度計
Ｐ１ 矢印
Ｐ２ 矢印
Ｐ３ 矢印
Ｐ４ 矢印
Ｐ５ 矢印
Ｐ６ 矢印
Ｐ７ 偏乱流
【発明の属する技術分野】
本発明は複数流体を混合噴射する二流体ノズルで代表される、複数流体ノズルに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
本発明者等は、先に特願平１０―１２２７９９号（特開平１１−３０３０３９号公報）（以下、先願という。）として降雪機を提案した。この、降雪機はスノーガン方式で、噴霧する水と空気との気液混合効率を高め、噴霧液滴を微小化すると共に噴射方向を、複雑な乱流として、降雪効率を高めたもので、従来０℃以上のプラスの外気温度では不可能とされていた条件下（例えば外気温４℃程度）でも良質な降雪（造雪）が可能となしたものである。
【０００３】
しかし、先願の降雪機で降雪場所を変えて試験を繰り返したところ、０℃乃至２℃でも雪ができないこともあった。この原因は、主として湿度によるものであることが経験上明らかとなっているが、湿度が高くても造雪したいとの要望から、気液混合効率を可変とする必要性が生じた。
【０００４】
すなわち、混合効率を可変とすると、先願の降雪機の場合は、温度や湿度が高くて造雪しにくい場合は、大きな動力消費を伴っても混合効率を高め、造雪を可能とし、造雪が容易な場合は、混合効率を低めて消費動力を少なくすることが合理的である。なお、一般的に混合効率は高いほどよいとされているが、必ずしもそのようなことは無く、次工程に合わせて混合効率を設定することが望ましかったり、他の条件に対応して混合効率を調整する必要性も生ずるものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、かかる実情に鑑み、複数の流体を、混合効率を変更可能と成して噴射できる複数流体ノズルを提供することを課題としたものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を達成するため、本発明は、圧送される第一流体と第二流体とを噴射口２０より噴霧するノズル本体１０の、第一流体圧送路部１１と第二流体圧送路部１２との合流部位より下流側に拡径混合室３１を設け、該拡径混合室３１内には略ノズル本体１０の内径に一致する衝突板３２を収納し、この衝突板３２の周縁にはノズル本体１０の上流側に向かう周壁部３３を突設し、上記ノズル本体１０の噴射側先端部１０ａを該ノズル本体１０と略同径となすかまたは拡径し、この噴射側先端部１０ａの先端をエンドプレート２１で閉塞し、このエンドプレート２１には、ノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置に噴射口２０を設け、前記衝突板３２には、拡径混合室３１の上流側段状拡径内面３１ａと該衝突板３２の周壁部３３の先端との間隙を調整する衝突板移動手段４０を設けてなる技術的手段を講じたものである。
【０００７】
それ故本発明は、空気と水が混合され噴射口２０より噴射される際、断熱冷却され、水滴が氷結して造雪できる作用を呈するのは従来のスノーガンと同じ作用である。
【０００８】
そして、本発明は衝突板３２を設けることで、気液混合効率が向上し、噴霧液滴が凍り易い微小液滴とすることが、小さな動力で可能となる作用を呈するのは先願と同じ作用である。
【０００９】
また、本発明は噴射側先端部１０ａの先端をエンドプレート２１で閉塞し、このエンドプレート２１には、ノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置に非円形形状の噴射口２０を設けたので、噴射口２０より噴射される噴射方向が整然とした放射方向に限定されず、場所によって、一部乱れた方向に噴射され、噴射された液滴を撹拌し、一部氷結した水滴を核に別の水滴を付着して雪を成長させる作用を呈するのも先願と同じ作用である。
【００１０】
そして、本発明は、拡径混合室３１の上流側段状拡径内面３１ａと該衝突板３２の周壁部３３の先端との間隙を調整可能となしてあるので、この間隙を広く設定すると圧力損失が少なく、効率的に気液の混合がなされる作用を呈する。そして、上流側段状拡径内面３１ａと周壁部３３の先端との間隙を狭く設定すると、圧力損失は増し、動力はその分多く必要となるが、気液の混合効率はさらに向上し、造雪条件の悪化に対処できる作用を呈する。
【００１１】
なお、水と空気とを混合したものを噴射口２０より噴射すると、圧縮空気圧縮流体の圧力が開放され、ノズル内圧７ｋｇ／ｃｍ２で、−４０℃程度に冷却できるもので、このノズル内圧を保つと共に、気液混合率を高めると、高温・多湿での降雪が可能となる作用を呈するものであった。
【００１２】
次ぎに、「請求項２」の発明は、圧送される水と空気とを噴射口２０より噴霧するノズル本体１０の、水圧送路部１１と空気圧送路部１２との合流部位より下流側に拡径混合室３１を設け、該拡径混合室３１内には略ノズル本体１０の内径に一致する衝突板３２を収納し、この衝突板３２の周縁にはノズル本体１０の上流側に向かう周壁部３３を突設し、上記ノズル本体１０の噴射側先端部１０ａを該ノズル本体１０と略同径となすかまたは拡径し、この噴射側先端部１０ａの先端をエンドプレート２１で閉塞し、このエンドプレート２１には、ノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置に噴射口２０を設け、前記衝突板３２には、拡径混合室３１の上流側段状拡径内面３１ａと該衝突板３２の周壁部３３の先端との間隙を調整する衝突板移動手段４０を設け、さらに、水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とを設けてなる技術的手段を講じたものである。
【００１３】
それ故、本発明は、「請求項１」の作用に加え、水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とで、圧送する空気または水の量を調整できる。空気の量を多くし水の量を控えると造雪効率運転エネルギー量に対する造雪量は低下するも、空気が増えることで断熱冷却が増し、大きな断熱冷却で少ない水滴を冷却するので、高温・多湿条件での造雪が可能となる作用を呈し、水の量を多くし空気の量を控えると、造雪量が多くなり、自然条件よっては、より効率的な降雪が実施できる作用を呈する。
【００１４】
次ぎに、「請求項３」の発明は、圧送される水と空気とを噴射口２０より噴霧するノズル本体１０の、水圧送路部１１と空気圧送路部１２との合流部位より下流側に拡径混合室３１を設け、該拡径混合室３１内には略ノズル本体１０の内径に一致する衝突板３２を収納し、この衝突板３２の周縁にはノズル本体１０の上流側に向かう周壁部３３を突設し、上記ノズル本体１０の噴射側先端部１０ａを該ノズル本体１０と略同径となすかまたは拡径し、この噴射側先端部１０ａの先端をエンドプレート２１で閉塞し、このエンドプレート２１には、ノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置に噴射口２０を設け、前記衝突板３２には、拡径混合室３１の上流側段状拡径内面３１ａと該衝突板３２の周壁部３３の先端との間隙を調整する衝突板移動手段４０を設けて、さらに、水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２と、外気温度計５３と、外気湿度計５４とを設け、さらに、該外気温度計５３と外気湿度計５４との測定値で、衝突板移動手段４０と水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とを制御する制御盤５０を設けてなる技術的手段を講じたものである。
【００１５】
それ故、本発明は、「請求項２」の作用に加えて、外気温度計５３と外気湿度計５４との測定値で、衝突板移動手段４０と水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とを自動制御可能となす作用を呈するものである。
【００１６】
【実施例】
以下、本発明の実施例を図示例と共に説明する。図中、１０が本発明降雪機の主要部をなすノズル本体である。このノズル本体１０は、一端図右端を水圧送路部１１と空気圧送路部１２との二又に分岐し、水圧送路部１１には圧力水供送ホース１１ａ「図２」参照を、空気圧送路部１２には図示しない空気圧縮装置の吐き出し口に連結する圧力空気供送ホース１２ａ同じく「図２」参照を連結するようになしてあるのは従来のスノーガンと同じである。
【００１７】
なお、本発明では水圧送路部１１と空気圧送路部１２とは、特に区別することは必要なく、水圧送路部１１と空気圧送路部１２とを逆に使用して、水圧送路部１１に圧縮空気を供送し、空気圧送路部１２に水を圧送しても差し支えないものである。
【００１８】
そして、本発明は上記水圧送路部１１と空気圧送路部１２との合流部位より下流側に拡径混合室３１を設け、該拡径混合室３１内には略ノズル本体１０の内径に一致する衝突板３２を収納し、この衝突板３２の周縁にはノズル本体１０の上流側に向かう周壁部３３を突設してある。
【００１９】
元来、本発明の衝突板３２を使用する混合装置は、混合は確実であるが、流体が衝突板３２に衝突する際に大きなエネルギーを消費し、圧力損失が高いとされている。しかし、本発明では、この衝突板３２を拡径混合室３１内に収納することで圧力損失を巧みに低減したものである。
【００２０】
すなわち、衝突板３２に気液混合流体を直交方向に衝突させると、その時の衝突エネルギーは衝突速度にもよるが相当に大きなものとなる。しかし、本発明は、気液混合流体を衝突板３２に衝突させ、衝突による反射飛散で水と空気とを混合するのではなく、この衝突板３２に気液混合流体の流れ方向変換機能図示例では流れ方向反転機能及び流れ方向の変換に伴う乱流による撹拌機能を求めたものである。
【００２１】
したがって、上記衝突板３２をノズル本体１０より拡径した拡径混合室３１内に配することで、流路径をその部位で狭窄することなく、逆に拡径もできることで、円滑で圧力損失の少ない流れ方向の変換による圧力損失の少ない効率的な気液混合をも可能となすものである。
【００２２】
そして、図示例の上記衝突板３２は、円盤状に構成され、外周部位には所定の高さで流れの上流方向に向く「図１」右側に向く周壁３３を突設してある。また、該衝突板３２の流れの上流方向面には多数の凹部３４，３４，３４・・・を設けてある。また、上記衝突板３２は周壁３３の外周面に放射状に連結する連結板３５，３５，３５・・・を設け、この連結板３５，３５，３５・・・の先端が拡径混合室３１の内周面に接するようになし必要に応じ、該拡径混合室３１の内周面に流れ方向のキー溝を設けて、このキー溝に嵌め込んで、該拡径混合室３１内に同心位置に該衝突板３２が気液混合流体の流れと直交状態に位置するようになしてある。
【００２３】
上記周壁３３は気液混合流体の流れ方向を反転し、それに伴う乱流を発生させるためのもので、「図３」に矢印Ｐ１で示した気液混合流体は、衝突板３２に衝突した後、矢印Ｐ２に示す該衝突板３２に沿う放射方向の流れとなり、次に、周壁３３の近くに達するとこの周壁３３を乗り越えるために、その内周面に沿って矢印Ｐ３の向流方向の流れとなり、流れ方向が一時反転するもので、このように流れ方向を変換するとその逆流部位では激しい乱流の発生が伴うものである。
【００２４】
なお、上記衝突板３２は、図示例の平らな円盤に代え、中心側が流れ方向図左側に膨出する曲面形状とすることで、上記衝突板３２と周壁３３とが一体化したものと見做すことも可能である。
【００２５】
また、上記凹部３４，３４，３４・・・は、さらに乱流・渦流を発生させるためのもので、断面半球凹部形状等（凹部であれば特に形状は限定されない。）となしておくことで、その内面に衝突した流れが小さな渦流を局所的に多数発生させて気液混合効率をさらに高めるものである。
【００２６】
周壁３３を乗り越えた気液混合流体は、「図３」の矢印Ｐ４に示すように、周壁３３の外周面と拡径混合室３１の内周面との間を通り、衝突板３２の裏側下流側で矢印Ｐ５で示すように合流する。したがって、拡径混合室３１内では流れ方向が複雑に変化して渦流・乱流が発生して気液が確実に混合されるものである。
【００２７】
そして、上記ノズル本体１０の噴射側先端部１０ａを該ノズル本体１０と略同径となすかまたは拡径し、この噴射側先端部１０ａの先端をエンドプレート２１で閉塞し、このエンドプレート２１には、ノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置に噴射口２０を設けてある。
【００２８】
従来のノズルは噴射口をノズル本体中心軸流路の中心軸と同心の円形とするのが通常であるが、本発明は、上記噴射口２０を単なる噴出口としてでなく、該噴射口２０に付近を衝突板方式と同様な混合装置として利用し、かつ、噴射が噴射口２０より放射方向ではなく該噴射口２０の噴出近傍部位で偏った乱流本願では「偏乱流Ｐ７」という。が発生するようなしたものである。
【００２９】
したがって、圧送される水と空気とは合流して、拡径混合室３１で混合され、次いでエンドプレート２１に衝突することになる。
【００３０】
しかし、上記エンドプレート２１でノズル本体１０の噴射側先端部１０ａを閉塞すると圧送される水と空気とは、無論噴出できないので、該エンドプレート２１には、ノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置に噴射口２０を設けてある。
【００３１】
上記噴射口２０はエンドプレート２１の偏心位置であればその形状、数等は特に問題としないが、エンドプレート２１にシャワーノズルのようにあまりに多くの数の噴射口を設けると、衝突板としての機能、及び大きな偏乱流の発生がなくなるので、１〜数個の噴射口２０にとどめておくことが望ましい。
【００３２】
図示の実施形態では、「図４」に示すように、エンドプレート２１の周部に円弧状の欠部を設け、ノズル本体１０の噴射側先端部１０ａの周部とで正面形状が凸レンズの断面形状となる噴射口２０を設けたが、その他に、該噴射口２０は、「図５」に示すように各種のものが想定できる。「図５」Ａはエンドプレート２１の周部に噴射口２０としてＶ字状の欠部を設けたもの、「図５」Ｂはエンドプレート２１の周部に噴射口２０として逆台形の欠部を設けたもの、「図５」Ｃは噴射口２０としてエンドプレート２１の周部を弦方向に切り取ったもの、「図５」Ｄはエンドプレート２１の周部に噴射口２０として一対の円弧状の欠部を設けたもの、「図５」Ｅは、噴射口２０としてエンドプレート２１の周部に縦長の長円状孔を設けたもので、これらの、実施形態は実験の結果、効率的な造雪が可能となり、使用圧縮空気の量が半減可能であった。
【００３３】
また、「図５」Ｆはエンドプレート２１の偏心部位に円形窓孔の噴射孔２０を、「図５」Ｇはエンドプレート２１の周偏心位置に楕円形窓孔の噴射孔２０を、「図５」Ｈはエンドプレート２１の中心と同心円径部位に沿って複数の円形窓孔の噴射孔２０，２０，２０・・・を設けたもので、これらは、「図５」Ａ〜Ｅのものよりは造雪効率はやや低下するも、従来の降雪機よりは２〜５割程度の圧縮空気の低減が可能であった。
【００３４】
上記エンドプレート２１を設けると、エンドプレート２１に衝突した気液混合流体は該エンドプレート２１の内面に沿って「図３」に矢印Ｐ６に示すように噴射口２０に向かうことになるので、流れ方向を代える際にエンドプレート２１の内面側で乱流が発生し気液の混合がなされる。
【００３５】
そして、上記のエンドプレート２１の内面に沿って噴射口２０に向かう流れは、従来の同心噴出口とは異なり、噴射後も今までの方向性（エンドプレート２１に沿った流れ方向）を維持しようとしているので、他の噴出流と衝突し、前記したように「図３」に矢印で示す偏乱流Ｐ７を発生し、微小液滴どうしの激しい衝突・撹拌を行う。特に、噴出直後に断熱冷却域にあって微小水滴が冷却された微小水滴と衝突すると、相互に付着し氷の粒子が成長する蓋然性が向上することになる。
【００３６】
なお、上記噴射口２０は非円形とすることが望ましい。すなわち、非円形形状の噴射口２０はその各部位で噴出条件に差が生じ、局所的に複雑な条件で噴射が行なわれ混合効率を高めるものである。また、上記噴射口２０の偏心量が大きいほど、エンドプレート２１の内面側で撹拌能力が大きく、また、噴射直後の偏乱流７を起こし易い。そこで、最も偏心量を大きくするため噴射側先端部１０ａの内周に内接して該噴射口２０を設けるのも望ましいものである。
【００３７】
そして、前記衝突板３２には、拡径混合室３１の上流側段状拡径内面３１ａと該衝突板３２の周壁部３３の先端との間隙を調整する衝突板移動手段４０を設けてなる。
【００３８】
この衝突板移動手段４０は、上流側段状拡径内面３１ａと周壁部３３の先端との間隙を調整できるものであれば、適宜な構成を利用すればよいが、「図１」例では、衝突板３２の下流側に操作棒４１を植設し、この操作棒４１の周面には螺子状４２を削成してある。そして、この操作棒４１はエンドプレート２１を貫通し、この貫通に際してエンドプレート２１に螺合させて、操作棒４１を螺進退することで、上記調整ができるようになしてある。
【００３９】
上記上流側段状拡径内面３１ａと周壁部３３の先端との間隙の調整は、１０〜０ｍｍ等とすればよいが、密着は避けるようにするのが望ましい、なお、図示していないが、密着した場合も溝等で多少の流路が確保できるように成しておくことも有益である。上流側段状拡径内面３１ａと周壁部３３の先端との間隙を小さくすると圧力損失は大きくなり水や空気を圧送するための動力はその分余分に必要となるが、水と空気の混合率が向上して、この間隙を小さくすると外気温が比較的高くても雪を降らすことが可能となるものであった。
【００４０】
次ぎに、「請求項２」の発明は、従来経験的に知られていた、外気温が高い場合は、噴射水量を減らし、噴射空気量を増やすことで雪質を維持できるという事実を本発明に応用したもので、「請求項１」の発明に、水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とを設けてなるものである。
【００４１】
すなわち、本発明では、上流側段状拡径内面３１ａと周壁部３３の先端との間隙と、水の圧送量と、空気の圧送量との３者を調整することで降雪地区の雰囲気にあった降雪を行おうというものである。
【００４２】
「図１」では、上記水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とは、便宜上、単にバルブで図示しているが、圧縮機の回転数を上げる等の従来公知な手段で圧送量を調整するのは無論である。
【００４３】
そして、外気温が低く容易に降雪可能な場合は、上流側段状拡径内面３１ａと周壁部３３の先端との間隙を広くし、水の圧送量多く、空気の圧送量を少なく設定すると、この種、スノーガンで最も大きな動力を消費するのは空気の圧送であるので、少ない動力で大量の降雪ができ効率的である。しかし、外気温が高く容易に降雪できない場合は、上位とは逆に調整する。すると、大きな動力が必要となり降雪量は少なくなるが、外気温２〜４℃程度まで降雪が可能となるものである。
【００４４】
次ぎに、「請求項３」の発明は、上記調整を自動化せんとしたもので、外気の湿度が高いと良質な雪が得られ難くなることにも着目し、「請求項２」の発明に、水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２と、外気温度計５３と、外気湿度計５４とを設け、さらに、該外気温度計５３と外気湿度計５４との測定値で、衝突板移動手段４０と水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とを制御する制御盤５０を設けてなるものである。
【００４５】
なお、上記において、衝突板移動手段４０は図示例では操作棒４１を回動駆動する装置を使用し、制御盤５０よりの信号で、衝突板移動手段４０と水圧送量調整装置５１と空気圧送量調整装置５２とが駆動されて、最適な降雪を行うようになしてある。なお、制御法は経験則によることが多く、本実施例では過去の多くの経験則を数値化したものを記憶させ、実際の気温と湿度とに近似した過去の例と対比させて最適な条件を探し出す方法を使用したが、調整条件を求める所定の計算式を見出すことも可能である。
【００４６】
尚、本発明の降雪機は、上述の図示例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【００４７】
【発明の効果】
以上、説明したように本発明の請求項１〜３記載の降雪機によれば、外気の条件に合わせて確実に降雪できるという優れた効果を奏し得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明降雪機の一実施例を要部縦断面図である。
【図２】他の実施例を示す要部断面正面図である。
【図３】作用を説明する要部断面図である。
【図４】本発明に使用されるエンドプレートの正面図である。
【図５】本発明に使用される上記エンドプレートの各種の正面図である。
【符号の説明】
１０ ノズル本体
１０ａ 噴射側先端部
１１ａ 圧力水供送ホース
１１ 水圧送路部
１２ａ 圧力空気供送ホース
１２ 空気圧送路部
２０ 該噴射口
２０ 噴射口
２１ エンドプレート
３１ 拡径混合室
３１ａ 上流側段状拡径内面
３２ 衝突板
３３ 周壁
４０ 衝突板移動手段
４１ 操作棒
４２ 螺子状
５０ 制御盤
５１ 水圧送量調整装置
５２ 空気圧送量調整装置
５３ 外気温度計
５４ 外気湿度計
Ｐ１ 矢印
Ｐ２ 矢印
Ｐ３ 矢印
Ｐ４ 矢印
Ｐ５ 矢印
Ｐ６ 矢印
Ｐ７ 偏乱流
Claims (3)
- 圧送される第一流体と第二流体とを噴射口（２０）より噴霧するノズル本体（１０）の、第一流体圧送路部（１１）と第二流体圧送路部（１２）との合流部位より下流側に拡径混合室（３１）を設け、該拡径混合室（３１）内には略ノズル本体（１０）の内径に一致する衝突板（３２）を収納し、この衝突板（３２）の周縁にはノズル本体（１０）の上流側に向かう周壁部（３３）を突設し、
上記ノズル本体（１０）の噴射側先端部（１０ａ）を該ノズル本体（１０）と略同径となすかまたは拡径し、この噴射側先端部（１０ａ）の先端をエンドプレート（２１）で閉塞し、このエンドプレート（２１）には、ノズル本体（１０）の流路中心軸より偏心した位置に噴射口（２０）を設け、
前記衝突板（３２）には、拡径混合室（３１）の上流側段状拡径内面（３１ａ）と該衝突板（３２）の周壁部（３３）の先端との間隙を調整する衝突板移動手段（４０）を設けてなる複数流体ノズル。 - 圧送される第一流体と第二流体とを噴射口（２０）より噴霧するノズル本体（１０）の、第一流体圧送路部（１１）と第二流体圧送路部（１２）との合流部位より下流側に拡径混合室（３１）を設け、
上記拡径混合室（３１）内には略ノズル本体（１０）の内径に一致する衝突板（３２）を収納し、この衝突板（３２）の周縁にはノズル本体（１０）の上流側に向かう周壁部（３３）を突設し、この周壁部（３３）外周には先端が拡径混合室（３１）内周面に当接する位置保持板（３５，３５，３５・・・）を放射状に突設し、
上記ノズル本体（１０）の噴射側先端部（１０ａ）を該ノズル本体（１０）と略同径となすかまたは拡径し、この噴射側先端部（１０ａ）の先端をエンドプレート（２１）で閉塞し、このエンドプレート（２１）には、ノズル本体（１０）の流路中心軸より偏心した位置に噴射口（２０）を設け、
前記衝突板（３２）には、拡径混合室（３１）の上流側段状拡径内面（３１ａ）と該衝突板（３２）の周壁部（３３）の先端との間隙を調整する衝突板移動手段（４０）を設けてなる複数流体ノズル。 - 圧送される第一流体と第二流体とを噴射口（２０）より噴霧するノズル本体（１０）の、第一流体圧送路部（１１）と第二流体圧送路部（１２）との合流部位より下流側に拡径混合室（３１）を設け、
上記拡径混合室（３１）内には略ノズル本体（１０）の内径に一致する衝突板（３２）を収納し、この衝突板（３２）の周縁にはノズル本体（１０）の上流側に向かう周壁部（３３）を突設し、この周壁部（３３）外周には先端が拡径混合室（３１）内周面に当接する位置保持板（３５，３５，３５・・・）を放射状に突設し、
上記ノズル本体（１０）の噴射側先端部（１０ａ）を該ノズル本体（１０）と略同径となすかまたは拡径し、この噴射側先端部（１０ａ）の先端をエンドプレート（２１）で閉塞し、このエンドプレート（２１）には、ノズル本体（１０）の流路中心軸より偏心した位置に噴射口（２０）を設け、
前記衝突板（３２）には、拡径混合室（３１）の上流側段状拡径内面（３１ａ）と該衝突板（３２）の周壁部（３３）の先端との間隙を調整する衝突板移動手段（４０）を設け、
さらに、上流側段状拡径内面（３１ａ）に周壁部（３３）の先端が当接した際のこの周壁部（３３）の内外を連通する凹欠部（６１）を設けるか、周壁部（３３）の先端に内周側より外周側に達する溝（６２）を設けてなる複数流体ノズル。
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