JP5407354B2 - 流体ノズル及びそれを用いた手乾燥装置 - Google Patents

Description

本発明は、送風装置から供給される空気を噴出する流体ノズルに関するものである。

従来、この種の流体ノズルは、噴流の流れを周期的に変えるように流入口から下流に向かって拡大する吹出口の途中に流路を分岐させて両端面を結ぶループ管を設置し、吹出口の中央に柱状のスプリッターを設置したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

以下、その流体ノズルの一例について図を参照しながら説明する。

図８に示すように、扇状に拡大するディフューザー１０１でスリット状の吹出口１０２を形成し、該ディフューザー１０１の狭部入口１０３に流体を吹き出すフロート吹出口１０４を配設し、さらに該ディフューザー１０１の狭部入口１０３とフロート吹出口１０４の接続部にループ管路１０５の両端開口部１０６、１０７を配設し、ディフューザー１０１の拡大部の途中に円柱又は角柱のスプリッター１０８を備えた構成となっている。

特開平８−１４５４５０号公報

このような従来の流体ノズルでは、噴流を発振させるため、吹出口にスプリッターを設置して噴流の方向変化を促進させ、噴流の流速が遅くても発振するようにした場合に、設置したスプリッターにより風路断面積が狭められて圧力損失が増大するため、送風装置の消費電力が高くなるという課題があり、圧力損失上昇を抑制することで送風装置の消費電力を低減させることが要求されている。本発明は、このような従来の課題を解決するものであり、噴流の流速が遅くても発振させつつ、圧力損失上昇を抑制することで送風装置の消費電力を低減し、省エネ化することができる流体ノズル及び手乾燥装置を提供することを目的としている。

本発明の流体ノズルは、上記目標を達成するために、送風装置から供給される空気を流入する流入口と、この流入口よりも開口面積を大きくして前記空気を外部に向かって吹き出す矩形状の吹出口と、前記流入口から前記吹出口へ連通する主流路を備え、前記主流路から分岐して再度前記主流路へ連通する循環流路と、前記吹出口を形成する内面で且つ発振方向に平行な面の中央に主流路の流れ方向に対して垂直方向の断面を二等辺三角形状とした突起部を備えて前記吹出口から噴出される噴流を発振させる流体ノズルにおいて、前記流入口の開口は、噴流の発振方向を横方向とし、発振方向に垂直な方向を縦方向としたときに、前記縦方向と横方向の比率は主流路の内部を流れる空気を側面に付着しやすくするように縦方向を長くしたものである。この手段により噴流の流速が遅くても発振させつつ、圧力損失上昇を抑制することで送風装置の消費電力を低減し、省エネ化することができる流体ノズルが得られる。

また本発明の流体ノズルは、循環流路は、主流路の側面に対向するように設けられた２つの制御ポートを連通する構成としたものである。

また本発明の手乾燥装置は、壁面に固定された本体に、手を挿入できる空間を有する手乾燥室と、手乾燥室に向かって噴流を吹き出すノズルと、ノズルに空気を送る空気流路と、空気流路に空気を圧送する送風手段を有し、ノズルは請求項１または２に記載の流体ノズルとしたものである。

本発明によれば噴流の流速が遅くても発振させつつ、圧力損失上昇を抑制することで送風装置の消費電力を低減し、省エネ化することができるという効果がある。

本発明の実施の形態１の流体ノズルの構成を示す断面斜視図 同斜視図 同吹出口の形状を示す正面図 同噴流の発振状態を示すグラフ 本発明の実施の形態２の構成を示す断面斜視図 本発明の実施の形態３の手乾燥装置の構成を示す斜視図 同側面断面図 従来技術の一例を示す断面図

本発明の請求項１記載の発明は、送風装置から供給される空気を流入する流入口と、この流入口よりも開口面積を大きくして前記空気を外部に向かって吹き出す矩形状の吹出口と、前記流入口から前記吹出口へ連通する主流路を備え、前記主流路から分岐して再度前記主流路へ連通する循環流路と、前記吹出口を形成する内面で且つ発振方向に平行な面の中央に主流路の流れ方向に対して垂直方向の断面を二等辺三角形状とした突起部を備えて前記吹出口から噴出される噴流を発振させる流体ノズルにおいて、前記流入口の開口は、噴流の発振方向を横方向とし、発振方向に垂直な方向を縦方向としたときに、前記縦方向と横方向の比率は主流路の内部を流れる空気を側面に付着しやすくするように縦方向を長くしたものであり、流入口の開口の縦方向と横方向の比率によって、送風装置から供給される空気にコアンダ効果が働きやすくなり主流路のいずれかの側面に付着しやすくすることにより、噴流の流速が遅くても発振させることができるという作用を有する。

また、本発明の請求項２記載の発明は、循環流路は、主流路の側面に対向するように設けられた２つの制御ポートを連通する構成としたものであり、主流路を流れる空気流がコアンダ効果により吹出口の片方の側面に付着して流れ、空気流が付着した側面に設けられた制御ポート内の圧力が低下し、他方の制御ポートから循環流路に圧力が伝わって圧力が上昇すると、空気流が他方の側面に付着するように切り替えられて噴流が発振させる構成となり、それぞれの制御ポートの圧力が交互に上下して噴流の発振させることができるという作用を有する。

また、本発明の請求項３記載の発明は、壁面に固定された本体に、手を挿入できる空間を有する手乾燥室と、手乾燥室に向かって噴流を吹き出すノズルと、ノズルに空気を送る空気流路と、空気流路に空気を圧送する送風手段を有し、ノズルは請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の流体ノズルとしたものであり、噴流を発振させることにより挿入された手に万遍なく噴流を当てることができるため、風量を少なくでき、送風装置の消費電力を低減できるという作用を有する。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１に本発明の実施の形態１の流体ノズルの構成を示す断面斜視図、図２に本発明の実施の形態１の流体ノズルの外観を示す斜視図、図３に本発明の実施の形態１の吹出口の形状を示す正面図である。

図１に示すように、送風装置として例えば高速ターボブロワから供給される空気を外部に向かって空気を吹き出す流体ノズル１は、空気を吹き出す吹出口２と空気を流入する流入口３を備えており、吹出口２と流入口３は主流路４によって連通されている。吹出口２と流入口３はそれぞれ矩形状をしており、吹出口２は主流路４の途中から出口に向かって両側面を約３０°の角度で拡大させている。これにより、吹出口２は流入口３より開口面積が広くなり、流入口３に流れ込んだ空気を吹出口２から噴流を広角に噴出することができる構成となっている。さらに主流路４の両側面には主流路４から垂直に分岐した制御ポート５が２個備えられ、それぞれの制御ポート５はキャビティ６に連通されている。図２に示すようにキャビティ６の一部には配管接続用の継ぎ手７が設置され、左右それぞれの継ぎ手７をチューブ８で接続することにより循環流路９を形成している。

また、図３に示すように吹出口２の上下面には主流路４の中央を吹出方向に延長した、発振方向に垂直な面に対して断面が対称となるように突起部１０が設置されている。

このとき、突起部１０は吹出口２の最も下流位置となる出口面に接するように設置することにより、主流路４の断面積をできる限り狭くならないようにしている。

上記構成により、送風装置から発生する空気が流入口３から主流路４を通過して吹出口２から噴出される際、コアンダ効果によって主流路４の左右いずれかの側面に付着した流れとなる。

次に一旦主流路４の側面に付着した流れが発生すると、側面の境界における空気の流速が速いために空気が付着した方の側面に設けられた制御ポート５及びキャビティ６内の圧力は低くなるのに対し、空気が付着しない方の側面は空気の流速が遅いために圧力が高くなる。それぞれの制御ポート５及びキャビティ６は循環流路９によって連通されるため、圧力が循環流路９によって反対側の制御ポート５に伝達され、空気が付着した方の制御ポート５及びキャビティ６内の圧力が上昇し、空気が付着しない方の制御ポート５及びキャビティ６内の圧力が低下することにより、一方の側面に付着していた空気の流れが制御ポート５内の圧力による押し出し、誘引の力によって反対側の側面に付着するように切り替わる。この運動が交互に行われることによって噴流が発振する運動となる。

ここで、主流路４の途中から出口に向かって両側面を約３０°の角度で拡大させているため、噴流の方向が約３０°の角度で広がるよう発振するようになっているが、この角度を大きくしすぎるとコアンダ効果による側面への空気の付着が生じにくくなるため、３０°以下にすることが望ましい。

また、この噴流が発振する運動は内部を流れる空気の流速が遅くなると発振しなくなるため、遅い流速であっても発振運動をさせるために従来技術では吹出口２の上下面を繋ぐ柱状のスプリッターを設置していたが、吹出口２の断面積を縮小させるため、圧力損失が上昇してしまう。そこで本発明の実施の形態１では、吹出口２の断面積を極力縮小させないよう望ましくは吹出口２の出口面に接するように突起部１０を設けることにより、吹出口２に設けた突起部１０により主流路４を流れる空気の流れ方向が左右いずれかに偏向され、主流路４の側面との距離が近づくことによってコアンダ効果を高めて付着させやすくなり、遅い流速であっても噴流を発振させつつ、圧力損失上昇を抑制して送風装置の消費電力を低減し、省エネ化できるという効果がある。

また、突起部１０の形状は、主流路４の中央を吹出方向に延長した、発振方向に垂直な面に対して断面を対称とすることで、主流路４を流れる空気がいずれかの側面に付着して流れても通風抵抗が同一となるため、噴流がいずれの側面に付着しても同じ流速で発振することができ、さらに、突起部１０の形状を吹出口２の内部に向かって凸とし、主流路４の流れ方向に対して垂直方向の断面を三角形状とすることで主流路４を流れる空気が突起部１０に衝突した後に左右に流れを分けるため、コアンダ効果を高めつつ吹出口２の断面積の減少を抑制できることとなり、さらに圧力損失の上昇を抑制でき、送風装置の消費電力を低減して省エネ化できるという効果がある。またさらに、突起部１０の主流路４の流れ方向に対して垂直方向の断面積を流入側より吹出側の方を大きくすることで、主流路４の断面積が流れ方向に対して緩やかに変化する構成となり、急な断面積変化による圧力損失を発生させることがなく、圧力損失上昇を抑制できるため、同様の効果がある。

一般的にコアンダ効果は、流れる空気と流路壁面との境界面の面積が広いほど効果が高くなるため、流入口３の開口を噴流の発振方向を横方向とし、発振方向に垂直な方向を縦方向として、制御ポート５を設置している主流路４の側面が広くなるように、流入口３の縦方向の長さを横方向の長さよりも長くすることで、コアンダ効果によって主流路４の内部を流れる空気を効果的に側面に付着しやすくしている。また、実験により、縦方向の長さを横方向の長さの１．２倍以上とすることが好ましいと分かった。

ここで、噴流が発振する速度は１秒間あたりの回数としての発振周波数で表され、図４に流速と発振周波数の関係を示す。図４において、突起部１０を設置しない場合を１点鎖線、突起部１０を吹出口２の片面のみに設置した場合を破線、突起部１０を吹出口２の両面に設置した場合を実線で示している。突起部１０を吹出口２に設置した場合は、突起部１０なしの場合と比較すると突起部１０を設けた方が同一流速であっても発振周波数が高く、且つより遅い流速であっても発振するという効果がある。さらに突起部１０を片面に設置した場合に比べ、両面に設置するとより発振しやすくなり、噴流の流速が遅くても発振させつつ、圧力損失上昇を抑制することで送風装置の消費電力を低減し、省エネ化することができるという効果がある。

一例として、主流路４の断面積を４ｍｍ×１３ｍｍ、循環流路９の長さを７００ｍｍとし、突起部１０を縦５ｍｍ、横５ｍｍ、高さ５ｍｍとした場合、１００ｍ／ｓの流速での発振周波数はそれぞれ突起部１０なし２０Ｈｚ、突起部１０（片面）２５Ｈｚ、突起部１０（両面）３３Ｈｚとなり、突起部１０を両面に設置した方がより効果が高い。

また、発振周波数を変更する方法として循環流路９の長さを長くすると発振周波数は低くなり、循環流路９の長さを短くすると発振周波数は高くなる。本発明の実施の形態１では循環流路９をチューブ８で構成し、継ぎ手７との着脱を自在とすることにより、用途によってチューブ８の長さを変更し、噴流の発振周波数を変えることができる。

（実施の形態２）
図５は本発明の実施の形態２の構成を示す断面斜視図であり、実施の形態１と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

主流路４の途中に主流路４と垂直に分岐した第一の制御ポート１１と、約３０度の角度で下流に向かって拡大する吹出口２の途中に主流路４と分岐するように設けられた第二の制御ポート１２を設け、第一の制御ポート１１と第二の制御ポート１２を連通するように循環流路９を主流路４の左右にそれぞれ１系統づつ、合計２系統備えている。

吹出口２の上下面の中央には内側に向かって凸となる突起部１０を備えている。

上記構成により、主流路４の側面に付着した空気の一部は第二の制御ポート１２に流れ込み、第二の制御ポート１２内の圧力が高くなると、循環流路９内を伝達して第一の制御ポート１１内の圧力が高くなって主流路４の側面に付着していた空気は反対側に押し出され、反対側の側面に付着するように切り替わる。この現象を繰り返すことにより噴流が発振する。

この場合も本発明の実施の形態１と同様に、主流路４を流れる空気が吹出口２に備えた突起部１０に衝突し、左右いずれかに偏向することによりコアンダ効果によって距離の近いほうの側面に付着して流れるため、噴流を発振させることができる。

また、流入口３、主流路４、吹出口２、循環流路９を同一平面上に設けることにより、主流路４及び循環流路９が上下に屈折することなく設けられるため、実施の形態１と比べて内部を空気が流れる際の圧力損失上昇を抑制し、送風装置の消費電力を低減し、省エネ化することができるという効果がある。

（実施の形態３）
本発明の実施の形態３は、実施の形態２と同一部分については同一番号を付し、詳細な説明は省略する。

図６に本発明の実施の形態３の手乾燥装置の構成を示す斜視図を示し、図７に本発明の実施の形態３の手乾燥装置の構成を示す断面図を示す。

図６及び図７に示すように、壁面に固定された本体１３は、手を挿入できる空間を有する手乾燥室１４と、手乾燥室１４内に約７０〜１２０ｍ／ｓの高速噴流を吹き出す本発明の実施の形態１または２のノズル１５を備え、ノズル１５に空気を送風する空気流路１６と、空気流路１６に空気を圧送する送風装置１７と、外気を取り込む吸込口１８を備えている。また、本体１３内には送風装置１７の運転を制御する制御手段１９として例えばマイコンを搭載した回路基板と、手乾燥室１４の中に挿入された手を検知して送風装置１７に通電するための検知手段２０として例えば赤外線センサを備えている。

上記構成において濡れた手を手乾燥室１４に挿入すると、検知手段２０により手の存在を検知して、制御手段１９に信号を送り、制御手段１９により送風装置１７を動作させる。これにより手乾燥室１４に設置された吸込口１８から外部空気を吸込み、送風装置１７により昇圧された空気を空気流路１６を経由してノズル１５より噴出される。このとき、ノズル１５から噴出する噴流が発振することで、差し出した手全体にムラ無く風が当たり、すばやく手を乾燥させることができる。

ここで本発明の実施の形態３では、ノズル１５の吹出口２の開口が下流に向かって広がる角度を３０°とし、噴流の発振方向に吹出口２を５個配置することにより手乾燥室１４に挿入された手全体に風をあてるようにしている。この噴流の広がる角度や吹出口２の配置数は、手乾燥装置の実使用を勘案して適宜設定することが望ましい。

これにより、従来の手乾燥装置では手全体にムラ無く風を当てるために切れ目のないスリット状のノズルが必要であり、必然的に風量が多くなるため、送風装置１７の消費電力が高くなっていたが、本発明の実施の形態３の手乾燥装置では、噴流が発振するため、ノズル１５の数が少なくても手全体に風を当てられることから風量を少なくすることができ、送風装置１７の消費電力を低減し、省エネ化することができるという効果がある。また、流速が約７０〜１２０ｍ／ｓと速いので、前述した従来技術の柱状のスプリッターよりも圧力損失を減少させる効果が顕著である。

また、ノズル１５から噴出する噴流の発振を検知する発振検知手段２１として例えば圧力センサを循環流路９内に設け、噴流が発振する際の圧力変動を検知するようにし、送風装置１７が運転しても噴流が発振しない場合は、本体１３に備えた報知手段２２として例えば表示ランプに異常を報知することにより、使用者に異常を知らせ、使用者が知らずに手乾燥を行うことがないため、使い勝手が良い手乾燥装置を提供することができる。また、発振検知手段２１は噴流が発振する際の脈動音を検知する音感知装置として例えばマイクロホンとしても同様の効果がある。

手に付着した水滴を吹き飛ばす手乾燥装置に適用でき、また、物体に付着した水滴や埃を噴流によって除去する用途にも適用できる。

１ 流体ノズル
２ 吹出口
３ 流入口
４ 主流路
５ 制御ポート
８ チューブ
９ 循環流路
１０ 突起部
１１ 第一の制御ポート
１２ 第二の制御ポート
１３ 本体
１４ 手乾燥室
１５ ノズル
１６ 空気流路
１７ 送風装置
１９ 制御手段
２０ 検知手段
２１ 発振検知手段
２２ 報知手段

Claims (3)

1. 送風装置から供給される空気を流入する流入口と、この流入口よりも開口面積を大きくして前記空気を外部に向かって吹き出す矩形状の吹出口と、前記流入口から前記吹出口へ連通する主流路を備え、前記主流路から分岐して再度前記主流路へ連通する循環流路と、前記吹出口を形成する内面で且つ発振方向に平行な面の中央に主流路の流れ方向に対して垂直方向の断面を二等辺三角形状とした突起部を備えて前記吹出口から噴出される噴流を発振させる流体ノズルにおいて、前記流入口の開口は、噴流の発振方向を横方向とし、発振方向に垂直な方向を縦方向としたときに、前記縦方向と横方向の比率は主流路の内部を流れる空気を側面に付着しやすくするように縦方向を長くした流体ノズル。
2. 循環流路は、前記主流路の側面に対向するように設けられた２つの制御ポートを連通する構成とした請求項１に記載の流体ノズル。
3. 壁面に固定された本体に、手を挿入できる空間を有する手乾燥室と、前記手乾燥室に向かって噴流を吹き出すノズルと、前記ノズルに空気を送る空気流路と、前記空気流路に空気を圧送する送風装置を有し、前記ノズルは請求項１または２に記載の流体ノズルとしたことを特徴とする手乾燥装置。

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