JP5496761B2 - 二流体ノズル - Google Patents

Description

本発明は二流体ノズルに関し、詳しくは、液体を気体と外部で衝突混合して噴霧する二流体ノズルにおいて、液体を空気と均一に混合して広い角度範囲で扇形噴霧できるようにすると共に目詰まりの発生を低減できるようにするものである。

食品製造工程において、食品の表面に味付け液を塗布するためノズルから味付け液を噴射して塗布する場合がある。このような味付け液は充填剤が配合されていたり、粘性の高い油を液体として用いる場合があるため、噴霧範囲を広角とすることは比較的困難である。よって、噴射する液体に圧搾空気を混合して二流体とすると噴霧範囲を広げることができるため、二流体ノズルを用いることが好ましい。
さらに、気体中に液体を均等に混合するには、ノズル内部で液体と気体とを混合するより、外部に噴射した液体と噴射した気体とを外部混合する方が、気体中に液体を均等に混合することができる。
上記した観点から、味付け液を食品に塗布するためのノズルとして外部混合型の二流体ノズルが好適に用いられる。

前記外部混合型の二流体ノズルとして、特開平８−１４１４４８号公報が提供されている。該ノズルは図１１（Ａ）に示す複雑な構造で、概略的には図１１（Ｂ）に示す構造とされている。即ち、軸線に沿った中心に液体流路１００、その外周に気体流路１０１を設けた多重管構造とし、液体Ｑの外周に気体Ａを噴射して外部混合し、さらに、気体流路１０１を分岐させて噴射側外方に突出させた外周気体流路１０２を設け、該外周気体流路１０２の先端側に対向して気体噴射口１０２ａを設け、外部で衝突混合させている。該ノズルでは、液体流路１００から噴射する液体の外周の気体流路１０１から気体を噴射して外部混合した後に、気体噴射口１０２ａから気体を噴射して衝突させることで、噴霧パターンを扇状に変えて、噴霧角度を広角としている。

特開平８−１４１４４８号公報

前記図１１（Ａ）に示す外部衝突混合型の二流体ノズルでは、非常に複雑な構造で部品点数が多いため、ノズルは大型化すると共にコスト高になる。さらに、噴霧角度が比較的狭い等の問題がある。

本発明は前記問題に鑑みてなされたもので、簡単な構造で小型化およびコスト低下が図れると共に、気体中に液体が均一に分布した噴霧を広角な扇状の噴霧パターンで噴霧できる外部混合型の二流体ノズルを提供することを課題としている。

前記課題を解決するため、本発明は、液体流路の先端と気体流路の先端とが仕切壁を挟んで長さ方向の両側に対向して設けられ、前記気体流路の先端側の外周壁に周方向にスリット状に切り込んだ気体噴射口が設けられる一方、前記液体流路の先端側に設けられる液体噴射口は前記気体噴射口から噴射される気体と該液体噴射口から噴射される液体とが外部衝突混合するように設けられ、かつ、該液体噴射口から扇状に噴射される液体噴射幅に対して前記気体噴射口から噴射される気体噴射幅が広い設定とされていることを特徴とする外部混合型の二流体ノズルを提供している。

従来の外部混合型二流体ノズルでは、前記のように、液体流路と気体流路とを内外層に平行に設けた多重管形状とされ、かつ、ノズルの先端側の噴射部では、液体噴射口の外周に気体噴射口を設け、噴射方向を同一方向として噴射して液体と気体を外部混合しているため混合効率が悪い問題、あるいは、噴射部分を対向するようにノズルを屈折させているため構造が複雑になる等の問題があった。
これに対して本発明のノズルは気体流路と液体流路とを内外層に平行に設けず、仕切壁を挟んで気体流路と液体流路を設け、仕切壁を挟む両側に気体噴射口と液体噴射口とを近接して設け、噴射される気体と液体とを外部衝突混合させる構成としているため、ノズルの構造を簡単にでき、そのため、小型化およびコスト低下を図ることができる。
特に、金属加工または樹脂成形で一部品として形成できるため、製造コストを低減できる利点がある。
具体的には筒体の中間部を前記仕切壁で仕切り、其の両側を気体流路と液体流路としている。

また、気体噴射口は周方向にスリット状で延在する形状としているため、気体を広角の扇状噴霧パターンで噴射することができる。
一方、液体噴射口から噴射される液体噴射幅を気体噴射口から噴射される気体噴射幅より小さくし、同一方向に噴射されて衝突させる気体と液体とは、液体が必ず気体の噴射範囲内に噴射されることより、液滴を気体で微細化できる。さらに、広角の気体の噴霧範囲を二流体の噴霧範囲として維持でき、二流体の噴霧範囲を広げることができる。

１つの前記気体噴射口は４５度〜１８０度の範囲にわたって設けられ、かつ、該気体噴射口は周方向に１つ、前後一対、または９０度間隔をあけて前後左右に設けられ、
前記各１つの気体噴射口に対して各１つの前記液体噴射口が周方向の同一側に設けられ、前記気体噴射口から扇状に噴射される気体の噴射方向に対して、前記液体噴射口から噴射される液体が０〜９０度の角度で衝突される設定とされていることが好ましい。

前記のように、一方向にのみ二流体を噴射するノズル、対向する２方向に二流体を噴射するノズル、全周に二流体を噴射するノズルのいずれの形態としても、ノズルの形状は複雑にならず、小型化および低コスト化を維持することができる。

本発明のノズルは、具体的には、例えば、前記仕切壁は軸線方向に延在する厚肉とされ、前記気体噴射口が設けられている外周側と同一側に円弧状切欠が設けられ、
前記円弧状切欠は、前記気体流路との境界面に近接した外面から内方に傾斜して切り欠かれた傾斜切欠面と、該傾斜切欠面の奥端に連続して前記液体流路との境界面側に向けて軸線方向に切り欠かれた軸方向切欠面と、該軸方向切欠面の先端に連続して外周面に向けて切り欠かれた液体流路側径方向切欠面を連続して備えた形状とされ、
該液体噴射口から前記円弧状切欠内部に向けて噴射される液体は前記傾斜切欠面に衝突した後に該傾斜切欠面に誘導されて扇状に拡がって外部に噴霧され、前記気体噴射口から噴射される気体と外部衝突混合される構成とすることが好ましい。

前記円弧状切欠は前記仕切壁の外周面に４５度〜１８０度の範囲で設けられ、該円弧状切欠の液体流路側径方向切欠面に開口する前記液体噴射口は円形とされ、その噴射方向は前記気体噴射口の噴射方向と直交方向とされていることが好ましい。
噴射口は楕円形状とするより円形にする方が目詰まりが発生しにくい。よって、液体に充填物が配合されたり、粘性を有する油が配合されている場合には、目詰まりが発生しやすくなるが、液体噴射口を円形とすることで目詰まり発生の防止、低減を図ることができる。

本発明ノズルは、具体的な構成は、例えば、仕切壁に円弧状切欠を設けずに、仕切壁は薄肉の平板状とし、該仕切壁に近接した前記液体流路の外周壁に、前記気体噴射口と同一側に、周方向のスリット状とした前記液体噴射口が設けられ、該液体噴射口の周方向長さは前記気体噴射口の周方向長さより小さく設定されている構成としてもよい。

前記気体噴射口を設けた外面より液体噴射口を設けた外面を外方へ突出させ、液体噴射口に前記気体噴射口から噴射される圧搾空気の負圧を負荷させてもよい。

前記した本発明の外部混合型の二流体ノズルは、気体流路と液体流路とを仕切壁を挟んで両側に設け、該仕切壁に近接した両側の同一側の位置に気体噴射口と液体噴射口とを噴射される液体と気体とが衝突するように設けた簡単な構造としているため、小型化および低コスト化を図ることができる。
かつ、気体噴射口は周方向にスリット状に延在する形状としているため、気体を広角な扇状の噴霧パターンで噴射できる。この噴射される気体より液体を狭い角度で噴射して外部衝突させるため、噴射される液滴を気体中で確実に微細して均一に混合でき、かつ、広角噴霧の気体中に液滴を混合させているため、二流体を広角に噴射することができる。

第一実施形態のノズルの軸線方向の断面図である。 前記ノズルの要部を示し、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は平面図、（Ｃ）は背面図である。 （Ａ）は前記ノズルの気体噴射口の角度範囲を示す断面図、（Ｂ）は液体噴射口を示す断面図である。 図１の要部拡大断面図である。 第一実施形態の第一変形例の断面図である。 第一実施形態の第二変形例を示す断面図である。 第二実施形態のノズルの断面図である。 図７のＡ−Ａ線断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は第二実施形態の第一〜第三変形例の断面図である。 第三実施形態の断面図である。 （Ａ）（Ｂ）は従来例を示す図面である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４に第一実施形態のノズルを示す。

ノズル１は金属製または樹脂製の略筒体の一部品からなる。筒体１０の長さ方向の一方の側部１０ａの中空部に気体流路２、他方の側部１０ｂの中空部に液体流路３を設け、気体流路２と液体流路３の間に仕切壁４を介在させている。

前記気体流路２の外端面を大径の気体流入口２ａとし、気体供給管（図示せず）と連結し、ブロアまたはコンプレッサーから圧搾空気を導入している。気体流路２には仕切壁４側に中径部２ｂを設けている。該中径部２ｂの先端側を仕切壁４へ若干突出させ、該突出させた中径部２ｂの外周壁部に略１３０度の範囲でスリットに切り込んだ気体噴射口５を設けている。該１３０度の範囲にわたるスリット状の気体噴射口５から圧搾空気Ａを扇状の噴霧パターンで噴射させるようにしている。

一方、筒体１０の他方の側部１０ｂに設ける前記液体流路３の外端面を大径の液体流入口３ａとし、液体供給管（図示せず）と連結している。該液体供給管には充填剤を配合した液体または油を主成分とする粘度を有する液体をポンプを介して所要圧で供給している。
該液体流路３は前記仕切壁４側が平坦な先端閉鎖面３ｂとなり、該先端閉鎖面３ｂの半側部に円錐形状とした縮径流路３ｃを連通して設け、該縮径流路３ｃの先端に断面円形の小径流路３ｄを前記仕切壁４内に突出させて設けている。

仕切壁４には、前記気体噴射口５を設けた側と同一側の半周部分に外周面を切り欠いて円弧状切欠６を設けている。該円弧状切欠６は前記気体噴射口５に隣接する位置の外周面から内方に向けて円弧状に傾斜させた傾斜切欠面６ａを設けている。この傾斜切欠面６ａの奥端からノズル１の中心軸線Ｌ方向に沿って液体流路３側へと切り込んだ軸方向切欠面６ｂが連続し、該軸方向切欠面６ｂの先端から外周面へと径方向に延在する円弧形状の径方向切欠面６ｃが連続した形状としている。

前記径方向切欠面６ｃの奥端で軸方向切欠面６ｂと接する位置に前記液体流路３の小径流路３ｄの先端開口である液体噴射口８を開口している。
前記液体噴射口８はノズル１の中心軸線Ｌに対して平行方向であり、該液体噴射口８と対向位置の前記傾斜切欠面６ａを液体噴射口８に対して１０５゜の角度で傾斜させている。液体噴射口８から噴射する液体Ｑは対向する傾斜切欠面６ａに衝突し、衝突した後に傾斜切欠面６ａに沿って外部へと誘導させることで、扇状の噴霧パターンとなるように設定している。
かつ、前記気体噴射口５から噴射される圧搾空気Ａは軸線Ｌ方向に直交方向に噴射されるため、前記傾斜切欠面６ａに沿って噴射される液体Ｑの噴射方向と１５度で交差させ、扇形噴霧パターンの圧搾空気Ａと液体Ｑとが確実に外部衝突混合されるようにしている。

前記形状からなる外部混合型二流体ノズルからなる前記ノズル１は、図４に示すように、液体噴射口８から液体Ｑは傾斜切欠面６ａに向けて噴射され、該傾斜切欠面６ａに衝突し、衝突した液体は傾斜切欠面６ａに沿って外方に誘導され、扇状の噴霧パターンで噴射される。この傾斜切欠面６ａの外方位置に前記気体噴射口５から圧搾空気Ａが扇状の噴霧パターンで噴射されている。
前記扇状の噴霧パターンで噴射される液体Ｑと、扇状の噴霧パターンで噴射される圧搾空気Ａとが近接した位置から噴霧され、かつ、１５度の角度で交差しているため、外部衝突混合する。このように外部衝突混合することで、扇状に拡がっている圧搾空気Ａ中に液体Ｑが微細化されて均質に混合された状態で拡がり、混合二流体が扇形の拡がりを維持して噴霧されることとなる。

前記のように、本発明のノズル１では、広角な扇状噴霧は、気体噴射口５を約１３０度のスリット状の気体噴射口とすることで達成している。一方、小径な円形の液体噴射口８から液体Ｑを噴射することで、液体Ｑの噴射圧を高めて広範囲に噴射させ、かつ、対向位置の円弧状切欠６に衝突させ、液体Ｑを円弧状切欠６で扇状の噴霧パターンとして、前記圧搾空気と効率よく外部衝突混合させているため、液滴が均等に分散混合した二流体を広範囲に噴霧させることができる。

特に、ノズル１は気体流路２と液体流路とを対向位置に設け、かつ、気体流路２および液体流路３とも簡単な形状としているため、ノズル全体をコンパクトにできると共に安価に製造でき、さらに、メンテナンスを容易にできる。さらに、液体流路３は簡単な形状であると共に、本実施形態では、小径流路３ｄおよび液体噴射口８を断面円形としていることにより目詰まりの発生を低減できる。

図５に第一実施形態の第一変形例のノズル１−Ａを示す。
該第一変形例では、円筒形状の筒体１０の気体流路２を囲む一方側部１０ａの外周面に気体噴射口５Ａ、５Ｂを対向位置に設け、かつ、仕切壁４の外周面に一対の円弧状切欠６Ａ、６Ｂを対向して設け、対向する２方向に二流体混合噴霧を噴射している。
前記一対の気体噴射口５Ａ、５Ｂは例えば、それぞれ４５度以上１６０度以下の範囲とすることが好ましい。他の構成は第一実施形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。

図６に第一実施形態の第二変形例のノズル１−Ｂを示す。
該第二変形例では、全周方向に二流体を噴霧している。気体流路２を囲む筒体１０に略９０度の範囲でスリット状の気体噴射口５Ａ、５Ｂを同一周上に前後方向に対向して設けると共に、軸線方向に間隔をあけた周上に左右方向に対向して略９０度の範囲でスリット状の気体噴射口５Ｃ、５Ｄを設けている。
仕切壁４の外周面から切り込む円弧状切欠６は全周に沿って設け、液体流路３側の径方向切欠面６ｃの奥端に９０度間隔をあけて液体噴射口８Ａ〜８Ｄを設けている。

前記構成としたノズル１−Ｂでは、液体噴射口８Ａ〜８Ｄからそれぞれ噴射する液体を傾斜切欠面６ａに衝突させ、前記気体噴射口５Ａ〜５Ｄから全周に噴射される圧搾空気Ａと外部衝突混合し、全周方向に二流体を噴射している。
他の構成および作用は第一実施形態と同様であるため、同一符号を付して説明を省略する。

図７および図８に第二実施形態のノズル１ーＣを示す。
第二実施形態のノズル１ーＣは仕切壁４は前記円弧状切欠を設けた円柱形状とせず、仕切壁４を平板状の薄肉の仕切壁としている。該仕切壁４を挟む気体流路２に第一実施形態と同様に４５度以上１８０度以下の周方向にわたるスリット状の気体噴射口５を設けると共に、液体流路３の周壁に４５度以上１８０度未満の角度にわたるスリット状の液体噴射口１５を設けている。該液体噴射口１５は気体噴射口５と薄い仕切壁４を挟んだ近接した位置に設けている。

前記液体噴射口１５はノズルの中心軸線Ｌに対して直交方向とし、よって、ノズル中心軸線Ｌと直交方向の気体噴射口５とは平行になり、交差角度は０となる。しかしながら、気体噴射口５から噴射される圧搾空気Ａと液体噴射口１５から噴射される液体Ｑとは厚さ方向にも拡がりを持つため、噴射される気体と液体とは外部衝突混合され、二流体として噴射される。かつ、気体噴射口５の周方向角度を液体噴射口１５よりも広くしているため、広角度で拡がる圧搾空気中に液体が分散混合し、二流体の広角噴霧が達成できる。

図９（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に第二実施形態の第一〜第三変形例のノズル１−Ｄ〜１−Ｆを示す。
図９（Ａ）の第一変形例のノズル１−Ｄでは筒体１０は軸線Ｌに平行な筒体としているが、液体噴射口１５を傾斜させて、気体噴射口５と液体噴射口１５との噴射方向とを交差するように形成してもよい。
図９（Ｂ）の第二変形例のノズル１−Ｅでは筒体１０を仕切壁４を挟んで対称な台形筒体とし、外周壁に設ける気体噴射口５と液体噴射口１５の両方の噴射方向を外部で交わるように傾斜させている。
図９（Ｃ）の第三変形例のノズル１−Ｆでは前後一対の気体噴射口５Ａ、５Ｂを設けると共に、前後一対の液体噴射口１５Ａ、１５Ｂを設け、対向する２方向に二流体混合噴霧を噴射できるようにしている。なお、９０度間隔をあけた４方向に気体噴射口と液体噴射口を設け、全周に二流体噴霧を噴射できるようにしてもよい。

図１０に第三実施形態のノズル１−Ｇを示す。
第三実施形態のノズル１−Ｇは第二実施形態のノズル１−Ｃと同様に、液体噴射口１５を筒体１０の外周壁にスリット状で周方向に延在する形状としている。
液体流路３を囲む筒体１０の側部１０ｂの外周壁は厚肉とし、気体流路２を囲む側部１０ａの肉厚は薄くし、仕切壁４の外周面は傾斜面１０ｄとしている。

前記第二実施形態と同様に、薄肉の外周壁の側部１０ａに１８０度の範囲にわたるスリット状の気体噴射口５を設けるとともに、厚肉の外周壁の側部１０ｂにも１８０度未満の範囲（好適には１２０〜１６０度の範囲）にわたるスリット状の液体噴射口１５を設けている。前記気体噴射口５の位置は液体噴射口１５の位置よりも内径側に位置し、該気体噴射口５から噴射される圧搾空気Ａは液体噴射口１５の開口外面にも流れ、液体噴射口１５に負圧を発生させるようにしている。

前記構成からなるノズル１−Ｇでは、液体噴射口１５に負圧が発生するため、液体Ｑの噴射力を増強でき、かつ、圧搾空気Ａ中に液体Ｑが噴射されるため、液体Ｑの液滴は全て確実に微細化でき、液体と気体とを均一に混合することができる。かつ、圧搾空気を１８０度のスリット状の気体噴射口５から噴射して広角噴霧としているため、二流体も広角の噴霧範囲を維持することができる。

なお、第三実施形態のノズルにおいても、前記第二実施形態の図９（Ｃ）に示す変形例と同様に、２方向あるいは全周に向けて二流体を噴射できるようにしてもよい。

前記第二実施形態及び第三実施形態のノズルは、第一実施形態のノズルのように仕切壁に円弧状切欠を設けておらず、仕切壁４は薄い平板状とし、該仕切壁に接する気体流路２と液体流路３の外周壁にスリット状の気体噴射口５と液体噴射口１５とを隣接して設けているだけである。よって、ノズルの形状がより簡単となり、ノズルの小型化を図れると共に製造コストの低下を図ることができる。

１ ノズル
２ 気体流路
３ 液体流路
４ 仕切壁
６ 円弧状切欠
５ 気体噴射口
８、１５ 液体噴射口

Claims (7)

1. 液体流路の先端と気体流路の先端とが仕切壁を挟んで長さ方向の両側に対向して設けられ、前記気体流路の先端側の外周壁に周方向にスリット状に切り込んだ気体噴射口が設けられる一方、前記液体流路の先端側に設けられる液体噴射口は前記気体噴射口から噴射される気体と該液体噴射口から噴射される液体とが外部衝突混合するように設けられ、かつ、該液体噴射口から扇状に噴射される液体噴射幅に対して前記気体噴射口から噴射される気体噴射幅が広い設定とされていることを特徴とする外部混合型の二流体ノズル。
2. １つの前記気体噴射口は４５度〜１８０度の範囲にわたって設けられ、該気体噴射口は周方向に１つ、前後一対、または９０度間隔をあけて前後左右に設けられ、
   前記各１つの気体噴射口に対して各１つの前記液体噴射口が周方向の同一側に設けられ、前記気体噴射口から扇状に噴射される気体の噴射方向に対して、前記液体噴射口から噴射される液体が０〜９０度の角度で衝突される設定とされている請求項１に記載の外部混合型の二流体ノズル。
3. 前記仕切壁は軸線方向に延在する厚肉とされ、前記気体噴射口が設けられている外周側と同一側に円弧状切欠が設けられ、
   前記円弧状切欠は、前記気体流路との境界面に近接した外面から内方に傾斜して切り欠かれた傾斜切欠面と、該傾斜切欠面の奥端に連続して前記液体流路との境界面側に向けて軸線方向に切り欠かれた軸方向切欠面と、該軸方向切欠面の先端に連続して外周面に向けて切り欠かれた液体流路側径方向切欠面を連続して備えた形状とされ、
   該液体噴射口から前記円弧状切欠内部に向けて噴射される液体は前記傾斜切欠面に衝突した後に該傾斜切欠面に誘導されて扇状に拡がって外部に噴霧され、前記気体噴射口から噴射される気体と外部衝突混合される構成としている請求項１または請求項２に記載の外部混合型の二流体ノズル。
4. 前記円弧状切欠は前記仕切壁の外周面に４５度〜１８０度の範囲で設けられ、該円弧状切欠の液体流路側径方向切欠面に開口する前記液体噴射口は円形とされ、その噴射方向は前記気体噴射口の噴射方向と直交方向とされている請求項３に記載の外部混合型の二流体ノズル。
5. 前記仕切壁は薄肉の平板状とし、該仕切壁に近接した前記液体流路の外周壁に、前記気体噴射口と同一側に、周方向のスリット状とした前記液体噴射口が設けられ、該液体噴射口の周方向長さは前記気体噴射口の周方向長さより小さく設定されている請求項１または請求項２に記載の外部混合型の二流体ノズル。
6. 前記気体噴射口を設けた外面より液体噴射口を設けた外面を外方へ突出させ、液体噴射口に前記気体噴射口から噴射される圧搾空気の負圧を負荷させている請求項５に記載の外部混合型の二流体ノズル。
7. 一部品からなる請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の外部混合型の二流体ノズル。

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