JP5864705B2 - ミスト発生装置、ミスト発生機構及びミスト発生方法 - Google Patents

Description

本発明は、霧の散布により屋内外の冷却及び加湿を行うミスト発生装置及びこれを利用したミスト発生機構等に関する。

従来より、水を人工的に霧状に散布し、その気化熱の吸収を利用して空気を冷却し或いは加湿することが行われている。
例えば、特許文献１には、図１５に示すように、吸水タンク８０より供給された水をポンプ８２で加圧し、この加圧された水を霧化室８６に形成されたノズル８４に送り、ノズル口８５から噴出された噴流を衝突体８８に衝突させて霧化し、ファン９０により送られる空気を霧化室８６に入れて噴霧口９２へと搬出する噴霧装置の記載がある。

特許文献２には、タンク内の液体をポンプで加圧し、これを単孔ノズルから直線状に噴出し、衝突体の端部から発生する分裂粒子を送風機で遠方に搬送する霧化装置の記載がある。特許文献３には、ポンプにより加圧された液体の断続的な噴出スプレイを面に打ち当て、所望する密度の煙霧体を生成する煙霧体の密度調整方法の記載がある。

また、特許文献４には、清浄装置の水噴射筒に空気取入口からの流入空気が多層状の旋回流を形成し、噴霧ノズルから噴射された水が衝突により微細水滴に分裂し、前記旋回流と接触して高湿度の空気を生成する微細水滴の発生装置の記載がある。

実公昭６３−３１７１５号公報 特公平３−１４５１０号公報 特許第２５９６４５０号公報 特開２００５−１０３４８１号公報

さて、上記特許文献１に記載の噴霧装置は、高圧の水を用いる構成であるため、水を加圧する特別な加圧ポンプを必要とし、装置の規模が大きくなるという問題がある。特許文献２，３に記載の霧化装置、煙霧体の密度調整方法についても同様である。また、上記特許文献４の微細水滴の発生装置は、構造が複雑でありまた特殊な用途向けである等、コスト面から使用範囲が限られるという問題がある。

本発明は上記問題点を解決するためになされたものであり、簡単な構成で粒径の細かいミストを発生させることができて経済効果が高く、また取り扱いが容易で操作性にも優れたミスト発生装置及びミスト発生機構等を提供することを課題とする。

以上の技術的課題を解決するため、本発明に係るミスト発生装置は、図１等に示すように、水が流通する筒部材に取り付けて使用されるミスト発生装置であって、上記筒部材から取り込んだ水を回転させる回転室と、上記回転室に設けられ、この回転室に対して水の回転方向へ偏った方向に上記筒部材からの水を注入し、上記回転室内に回転水流を発生させる１個又は複数個の注入孔と、上記回転室に設けられ、この回転室内を回転する水を噴出する複数個の噴出孔と、上記噴出孔から噴出する水を衝突させ、この水を粉砕してミストを発生させる粉砕板と、を有し、上記回転室の周囲に沿って筒状壁板を配置し、この筒状壁板に上記噴出孔を形成し、上記筒状壁板として板厚０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下のステンレス板を用い、このステンレス板に切り込み加工を行なって上記噴出孔を形成し、上記噴出孔から上記粉砕板までの距離を１５ｍｍ以上とし、上記噴出水流が上記粉砕板に当たる角度を、上記粉砕板の面に対して５０度〜９０度の範囲とした構成である。
上記筒部材としては、可撓性のあるホース４、或いは合成樹脂等からなる硬質のパイプ５などが用いられる。

本発明に係るミスト発生装置は、上記噴出孔の径を０．２ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲とした構成である。

本発明に係るミスト発生装置は、上記噴出孔の噴出角度を、回転室の接線方向から５０度以上の範囲、好ましくは６０度〜７０度の範囲の角度、法線方向に偏らせた構成である。

本発明に係るミスト発生装置は、上記筒部材として可撓性のあるホースを用いた構成である。

本発明に係るミスト発生機構は、上記何れかに記載のミスト発生装置、及び上記ミスト発生装置同士を、ホースに連結し、水を上記ホースに流通させて上記ミスト発生装置を使用する構成である。

本発明に係るミスト発生機構は、上記ホースを水排出調節栓に接続し、この水排出調節栓を通じて上記ミスト発生装置内及び上記ホース内の水及び異物を吸引する構成である。

本発明に係るミスト発生方法は、上記何れかに記載のミスト発生装置をホースに連結し、水を上記ホースに流通させて上記ミスト発生装置に導入し、この水を上記注入孔から上記回転室に注入して回転水流を発生させ、この回転する水を上記噴出孔から噴出して上記粉砕板に衝突させミストを発生させることである。

本発明に係るミスト発生方法は、水が流通する筒部材に、上記筒部材から取り込んだ水を回転させる回転室と、上記回転室に設けられ、この回転室に対して水の回転方向へ偏った方向に上記筒部材からの水を注入し、上記回転室内に回転水流を発生させる１個又は複数個の注入孔と、上記回転室に設けられ、この回転室内を回転する水を噴出する複数個の噴出孔と、上記噴出孔から噴出する水を衝突させ、この水を粉砕してミストを発生させる粉砕板と、からなる装置を取り付け、さらに、上記回転室の周囲に沿って筒状壁板を配置し、この筒状壁板に上記噴出孔を形成し、上記筒状壁板として板厚０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下のステンレス板を用い、このステンレス板に切り込み加工を行なって上記噴出孔を形成し、上記筒部材を流通する水を上記回転室に注入して回転水流を発生させ、この回転する水を上記噴出孔から噴出し、上記噴出孔から噴出する水を、１５ｍｍ以上の距離をおいて配置され、噴出水流を粉砕する板面に対して５０度〜９０度の角度で衝突させミストを発生させることである。

本発明に係るミスト発生装置によれば、水を回転させる回転室、回転室に水を注入する注入孔、水を噴出する噴出孔、及び粉砕板を有し、筒状壁板に噴出孔を形成し、板厚０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下のステンレス板を用い切り込み加工を行なって噴出孔を形成し、噴出孔から粉砕板までの距離を１５ｍｍ以上とし、噴出水流が粉砕板に当たる角度を５０度〜９０度の範囲とした構成を採用したから、孔を通過する水の粘性抵抗の影響が少なく、水を噴出する際の摩擦を最小限に抑えることができ、また噴出水流が水滴へ分離することから、低水圧でも粒径の細かいミストを発生させることができ、さらに装置が簡易に実現できて経済性に優れ、取り扱いが容易なため操作性にも優れ、加えて多岐にわたって利用することができ利便性にも優れるという効果を奏する。

本発明に係るミスト発生装置によれば、噴出孔の径を０．２ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲としたから、水の粘性摩擦による影響もなく、また噴出水流の水滴及びミストの粒径等が大きくならず好適である。

本発明に係るミスト発生装置によれば、筒部材として可撓性のあるホースを用いたから、装置の加工、及び取り扱いが容易であるという効果がある。

本発明に係るミスト発生機構によれば、ミスト発生装置、及びミスト発生装置同士を、ホースに連結してミスト発生装置を使用する構成を採用したから、取り扱いが容易であり、且つ小規模から大規模まで多岐にわたって利用することができて利用価値が高く、広範囲にミストを噴霧することができるという効果がある。

本発明に係るミスト発生機構によれば、ホースを水排出調節栓に接続してミスト発生装置内の異物等を吸引する構成としたから、装置における異物等の目詰まりが簡易かつ効果的に防止できるという効果がある。

本発明に係るミスト発生方法によれば、低水圧でも粒径の細かいミストを発生させることができ、また取り扱いが容易で操作性にも優れるという効果がある。

実施の形態に係るミスト発生装置の分解図である。 実施の形態に係るミスト発生装置を示す図である。 ミスト発生装置の回転室を中心とした水の流れを説明した平面図である。 ミスト発生装置の回転室を中心とした水の流れを説明した図で、（ａ）は正面図、（ｂ）は側面図である。 噴出孔を示す図であり、（ａ）筒状壁板に形成された噴出孔の断面、（ｂ）は長尺状の壁板に形成された噴出孔を示す。 ミスト発生装置を収納した保持具を示す図である。 ミスト発生装置を保持する保持具の分解図（左側面、正面、右側面の各図）である。 ホースに替えてパイプを用いたミスト発生装置及び保持具を示す図である。 実施の形態に係るミスト発生機構を示す図である。 ミスト発生装置におけるミスト発生の状態を示す説明図である。 回転室からの噴出水流の初速度の分布に係り、回転室において水を回転させた場合と回転させない場合とを比較したグラフを示す図である。 回転室内に偏心部材を配置した形態を示すもので、（ａ）は平面図を、（ｂ）は正面図を示す。 他の形態に係るミスト発生装置の回転室及び水の流れを示す図である。 他の形態に係るミスト発生装置の回転室とホースとの接合状態を示す図である。 従来例に係る噴霧装置を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、実施の形態に係るミスト発生装置の分解図を示したものである。このミスト発生装置２は、図２にも示すように、水道水等が流通するホース４に取り付けて使用される。
ミスト発生装置２は、ホース４から供給された水を回転させ噴出させる本体部材６と、この噴出した水を粉砕する粉砕板８とを有する。この本体部材６は、下記筒状壁板２４を除き全体が合成樹脂材により形成され、また粉砕板８も合成樹脂材により形成されている。

ミスト発生装置２の本体部材６は、外形が略円柱軸状であり、この本体部材６の上部側には回転室１２が形成され、また下部側には、軸方向と平行にホース４を装着するための取付凹部１０が形成されている。この取付凹部１０は、ホース４の径と略同様の径の断面円形（但し一部開放）の空間形状である。取付凹部１０の上部側に形成された回転室１２は、本体部材６の軸方向と直交する方向に中心線を有する形状である。

本体部材６の取付凹部１０の上部には、ホース４水流の上流寄りの位置に導入口１４が形成されている。一方、ホース４には、本体部材６の導入口１４と対向する位置に給水孔１６が設けられ、両者が連通する状態で接着等により本体部材６がホース４に取り付けられる。

また、本体部材６には導入口１４から水を取り込む導入水路１８が形成されている。この導入水路１８は、ホース４の給水孔１６から水を回転室１２に導く水路である。
導入水路１８は、導入口１４から上方に向けさらにホース水流の下流向きに屈曲して形成され、導入水路１８の先端には、回転室１２の注入孔２６と対向する箇所に注入口部２２が設けられている。この注入口部２２は、導入水路１８を拡径した形状であり、注入孔２６へ広く水を供給できるようにしている。

上記回転室１２は、本体部材６に断面円形の回転空間部１５が形成された形状であり、回転室１２の周囲には円筒状の筒状壁板２４が固定されている。筒状壁板２４には、一方側に注入孔２６が形成され、また他方側には噴出孔２８が形成されている。ここでは、回転室１２の内径は１３ｍｍであり、また回転軸方向の深さは７ｍｍである。

上記筒状壁板２４は、ステンレス板製（板厚ｔ＝０．１ｍｍ）で回転室１２の周囲に接着剤等で固定されている。このステンレス板の板厚は、０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下の範囲が適当であり、この範囲であればステンレス板に切り込み加工を行なって注入孔２６及び噴出孔２８を形成した場合、形状的に水の粘性抵抗の影響が少なく、水を注入し又は噴出する際の摩擦を最小限に抑えることができる。
回転室１２には、筒状壁板２４の上部に蓋部材２９が配置固定され回転室１２の上部を閉塞している。

上記注入孔２６は、回転室１２の上流側（ホース水流）で、外側には上記注入口部２２が向かい合う位置に配置されている。噴出孔２８は、回転室１２の下流側に配置されている。本体部材６には、噴出孔２８から噴出された噴出水流が通過する噴出口部３０が形成され、この噴出口部３０は本体部材６の外部に通じている。

図３，４に示すように、注入孔２６は水の回転方向に向けて偏心した状態で形成されている。即ち、注入孔２６は、水の注入角度（θ）が回転室１２の接線方向（回転方向）から中心方向に偏った方向に向けて形成され、ここから回転室１２内に水を注入し、また注入された水とともに回転室１２内の水を回転させ回転水流３２を発生させる。

注入孔２６は、筒状壁板２４の該当箇所を切り欠いて上下に拡げ、この切り欠いた前後の板の部位で注入角度（θ）を形成している。注入角度（θ）は、接線方向から４０度以下の範囲、好ましくは１０度（又は２０度）〜３０度の範囲が適当であり、この範囲で水が効果的に回転する。ここでは、注入孔２６の注入角度（θ）を２７度としている。

また、注入孔２６の孔の形状は円形で、その径（注入方向と直交する向きの径）をここでは０．３ｍｍとしている。この注入孔２６の径は、０．２ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲が適当である。注入孔２６の数は、ここでは横（周囲方向）に２列、縦に３列の計６箇所（上段３箇所、下段３箇所）に開設している。各注入孔２６の横の間隔は０．７ｍｍ、縦の間隔は０．４ｍｍである。

ここでは、注入孔２６の数を６個設けているが、この注入孔２６の数は１個以上８個以下が好適であり、これより多いと各注入孔２６から注入された水同士が干渉し合って乱流が発生するおそれがある。また、注入孔２６の数は、噴出孔２８の数と同じかそれ以下とする。ここでは、回転室１２に注入される水量と噴出される水量とのバランスを考慮して噴出孔２８の数と同じとしている。

注入孔２６の形態として、他には短尺のパイプ（小円筒）を上記注入角度と同様の向きに配置する形態等がある。この場合も、筒の内径は０．２ｍｍ〜０．４ｍｍとする。
またここでは、注入孔２６（及び噴出孔２８）には、水が通過する孔近傍の表面に光触媒を塗布している。この光触媒塗布により、孔の表面が親水状態となり表面張力が低下し、注入孔２６における水の流通抵抗が軽減される。

上記噴出孔２８は、回転室１２の下流側に位置し、注入孔２６とは回転室１２の中心対称な位置から、少し回転方向上流寄りの位置に設けられている。
また、噴出孔２８は、水の噴出角度（δ）が回転室１２の接線方向（回転方向）から法線方向に偏った向きに形成され、この方向に回転室１２内の水を噴出させる。
上記筒状壁板２４における噴出孔２８の上記噴出角度（δ）は、接線方向から５０度以上の範囲、好ましくは６０度〜７０度の範囲、法線方向に偏らせるのが適当である。
ここでは、噴出角度（δ）は、装置全体の形状特に噴出水流を当てる粉砕板８の位置に鑑み、接線方向から６３度としている。

図５（ａ）（ｂ）は噴出孔２８を示したものである。噴出孔２８は、図５（ｂ）に示すように、筒状壁板２４を成形する前の長尺状の壁板２３について、該当箇所を長手方向と直交する方向に切り欠き、この切り欠いた両側の板部の近傍を上下に拡げて上流路片２５と下流路片２７とを形成し、これら両流路片に傾き（噴出角度）をつけて噴出水の流路を成形する。上記注入孔２６についても、同様にして成形する。そして、壁板２３を筒状に成形し、端部同士を接合して筒状壁板２４を形成する。

回転室１２の水を上記噴出角度（６３度）で噴出させた場合、噴出孔２８からの噴出水流３４は回転室１２の下流側に配置された粉砕板８の中央部付近に当たる。これにより、回転室１２が設けられた本体部材６と粉砕板８とが、本体部材６の軸方向の位置に配置でき装置がコンパクトに構成できる。

また噴出孔２８の孔の形状は円形で、その径（噴出方向と直交する向きの径）をここでは０．３ｍｍとしている。この噴出孔２８の径は、０．２ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲が適当である。
噴出孔２８の径が、上記範囲より小さいと水の粘性摩擦及び機械工作精度による影響で噴出水流３４の方向が一様な直線状とならず水流同士の干渉等を起こし好ましくない。また、噴出孔の径が上記範囲より大きいと、噴出水流による水滴の直径が大きくなり、粉砕後のミストの粒径も大きくなり好ましくない。

噴出孔２８の数は、ここでは注入孔２６とのバランスを考慮して、横に２列、縦に３列の計６箇所（上段３箇所、下段３箇所）に開設している。各噴出孔２８の横の間隔は０．７ｍｍ、縦の間隔は０．４ｍｍである。
噴出孔２８の数の上限は、物理的に配置できかつ近接する他の噴出孔２８との間に乱流による干渉を生じない範囲が適当である。このため、噴出孔２８の数は、２個〜１６個の範囲が良い。噴出孔２８の数がこれより多いと、噴出水流同士が干渉して好ましくない。
噴出量などに鑑みれば、噴出孔２８の数は４個〜８個の範囲がより好適である。各噴出孔２８は、上下、左右にそれぞれ均等に配置する。

噴出孔２８の形態として、他には短尺のパイプ（小円筒）を上記噴出角度と同様の向きに配置する形態等がある。この場合も、筒の内径は０．２ｍｍ〜０．４ｍｍとする。
またここでは、噴出孔２８には、水が通過する孔近傍の表面に光触媒を塗布している。この光触媒塗布により、表面が親水状態となり表面張力が低下し、噴出孔２８における水噴出の流通抵抗が軽減される。
また、回転室１２の壁面部付近は、摩擦により角速度が多少減衰するが、この減衰を最小にするため（水流抵抗を下げられる）、撥水作用のある塗料（油性塗料）を壁面部、具体的には筒状壁板２４の内周面に塗布することが有効である。
上記本体部材６の成形（回転室１２、導入水路１８等）は、硬質塩化ビニルのインサートモールドによる一体成形により行った。

上記粉砕板８は、硬質の合成樹脂材等の硬質材で形成された板材である。粉砕板８は円板状で、下部にはこの粉砕板８をホース４に取り付けるための取付凹部３１が形成されている。ここでは、粉砕板８の表面を平坦状に形成している。
この粉砕板８は、本体部材６から所定の距離をおいて配置し、噴出孔２８からの噴出水流が当たる状態に位置に配置する。粉砕板８の表面は、他に噴出水流の当たる位置により面の方向を変えるように凹凸状に形成し、ミストを各方向に拡散させるようにしてもよい。
噴出水流が粉砕板８に当たる角度は、粉砕板８の面に対して５０度〜９０度の範囲が良好である。また粉砕板８は、噴出水流を衝突させる面に撥水加工を施しており、これによりミストの発生効率を高めている。

図６に示すように、ミスト発生装置２は合成樹脂製の保持具４０内にホース４の一部とともに収納内装して保持固定する。この保持具４０は筒状のケースであり、中央部には円筒状で複数の窓部４１が開設された噴霧部４２が設けられ、その一方側にミスト発生装置２の本体部材６をホース４とともに固定する本体固定部４４が配置され、他方側には粉砕板８をホース４とともに固定する粉砕板固定部４６が配置されている。

保持具４０への収納に際し、先ずホース４に本体部材６の取付凹部１０を嵌め込み、給水孔１６と本体部材６の導入口１４を合致連通させ、接着剤等を用いてホース４に本体部材６を固定する。一方、本体部材６を取り付けたホース４の下流側に粉砕板８を取り付ける。この粉砕板８は、取付凹部３１をホース４に嵌め込み、接着剤等でホース４に固定する。

そして、２部分に分割可能な形態の採用等により、開いた状態の保持具４０の本体固定部４４及び粉砕板固定部４６に、それぞれ本体部材６及び粉砕板８をホース４とともに保持させる。保持具４０を閉じた状態で、本体部材６、粉砕板８及びホース４は、保持具４０に保持固定される。保持具４０の噴霧部４２の窓部４１から、粉砕板８によって粉砕されたミストが外部に噴霧放出される。
ここでは上記保持具４０は、図７に示すように軸心を通過する面で２分割し、断面半円状の一組の保持具片４３，４３からなる形態としている。

上記各保持具片４３には、それぞれ一方側に本体固定部４４を、また他方側に粉砕板固定部４６を形成し、それぞれミスト発生装置２の本体部材６及び粉砕板８をホース４と共に保持させる。各分割された保持具片４３は、本体部材６、粉砕板８及びホース４等を納めた状態で、両保持具片４３同士の分割箇所を接着或いは溶着により接合固定する。
なお、上記保持具片４３，４３の分割した一方側にはヒンジ部を設けて両保持具片４３，４３同士を開閉可能に形成し、他方側には係止機構等を設け、両保持具片を閉じた状態で係止させ、閉塞固定するようにしてもよい。

ミスト発生装置２は、保持具４０に収納保持された状態でホース４の所定位置に取り付けられ、通常ホース４の複数個所に所定間隔をおいて取り付けて使用する。
なお、上記ホース４としてここでは可撓性のある材料を使用しているが、これに替えて硬質の材料を使用することもできる。ホース４として可撓性のある材料を使用した場合には、取り扱いが容易となる。

図８は、ホース４に替えて合成樹脂製の硬質のパイプ５を用いたミスト発生装置３を示したものである。このミスト発生装置３は、パイプ５及び両端部のニップル部４８を除き、外形、内部構造は上記ミスト発生装置２と同様であり、同一の符号を付してここでの詳細な説明は省略する。
ミスト発生装置３は、各パイプ５の端部にそれぞれニップル部４８が設けられ、ニップル部４８にはゴム等のシール材４９が装着されている。各ニップル部４８には、ホース４等を連結して使用する。

図９は、ミスト発生装置２を用いたミスト発生機構５０を示したものである。このミスト発生機構５０は、ミスト発生装置２、水供給用のホース４（ここでは耐圧ホースを使用）、水供給調節栓５２、水及びゴミ等をホース４などの給水路から排出するための水排出調節栓５４、及びホース４をＴ状に分岐するＴ型分岐具５６を有している。

水供給調節栓５２は、ホース４の上流側の端部に設けられ、公共の水道等に水供給調節栓５２を接続して水をミスト発生装置２に供給する。水の供給は、他にも井戸水や雨水のポンプによる供給等が可能であり、また低水圧で供給される場合であっても適用可能である。
また、水排出調節栓５４は、水供給調節栓５２と接続されるホース４を水供給調節栓５２の近くでＴ型分岐具５６を介して分岐（下方向へ）し、この分岐先に接続されている。この水排出調節栓５４を開栓することにより、重力の作用によりホース４等から水及び異物などが吸引され排出される。従って、水排出調節栓５４は、ホース４の高さ位置が一番低い位置に設ける。
また、設置上の制約により水排出調節栓５４を一番低い位置に設置できない場合は、吸引ポンプ等を用い（水排出調節栓５４に接続）異物等の吸引を行う。

またミスト発生機構５０では、使用する範囲等に応じ、分岐部材等を用いてホース４を分岐或いは延設させて使用する。そして、ホース４の途中の位置或いはホース４の端部に保持具４０に内装されたミスト発生装置２を配置する。ミスト発生装置２は、ホース４を垂直に延ばして使用する垂直配置の形態、或いはホースを水平に延ばして使用する水平配置の形態等がある。
このミスト発生機構によれば、小規模から大規模まで多岐にわたって利用することができて利用価値が高く、広範囲にミストを噴霧することができる。

上記ミスト発生装置２の場合、注入孔２６及び噴出孔２８と同程度以上のゴミ等の異物がホース４内等に侵入することにより目詰まりが発生する可能性がある。この場合、ミスト発生装置２の水上側のホース４の途中に濾過部を設けてここにフィルタ等を配置し外部起因の異物を除去することができる。
また、外部起因の異物及びミスト発生装置２内等で発生したゴミ等の除去には水排出調節栓５４等の操作により異物を除去する。このときは、水供給調節栓５２を閉めた状態で水排出調節栓５４を開ける。すると、ホース４内に負圧が生じ内部に滞留している水が逆流し、その際、水とともにミスト発生装置２の注入孔２６及び噴出孔２８に詰まった異物も取り除かれ、水排出調節栓５４を通じて吸引し外部に排出される。これにより、ミスト発生装置における異物等の目詰まりが簡易かつ効果的に防止できる。

次に、上記ミスト発生装置２の動作について説明する。
ミスト発生装置２を取り付けたホース４の給水孔１６から供給される水は、大気圧以上の水圧が加わっており、ミスト発生装置２の本体部材６の導入水路１８を通過し、回転室１２の壁面部に設けた注入孔２６から回転室１２内に注入される。
この回転室１２では、注入孔２６により中心方向から接線方向へ偏った方向（水の回転方向）に水を注入し、この水圧の勢いにより注入された水とともに回転室１２内の水を回転させる。
なお、ホース４の水流の向きは、ミスト発生装置２におけるミストの発生に直接的な影響はない。

図１０に示すように、注入孔２６から注入された水の水圧により、回転室１２内では壁面に沿った水流を生じさせ回転室１２内を回転する回転水流３２となる。また、注入された水は、その水圧による初速度を有し、回転室１２内を回る回転水流３２の角速度を増加させる。この回転室１２内の水の回転により、回転室１２内の水圧に依存する速度成分に旋回流の角速度に依存する速度成分が加わり、噴出孔２８から噴出される噴出水流３４の初速度を高める。

上記回転室１２内を回転する水は、噴出孔２８から噴出水流３４として噴出される。この噴出孔２８からの噴出水流３４の初速ベクトルは、回転室１２内の水圧に依存する速度成分と、回転流の角速度に依存する速度成分との和と考えられる。
また、上記角速度に関し、回転室が水で満たされ角速度が一定の安定状態では、角運動量は角速度に比例するため、上記噴出量はこの角速度による慣性が作用しているとも考えられる。さらに、回転流により放射方向に働く遠心力による圧力も加わる。
上記噴出孔２８から噴出された高速の噴出水流３４は、その前方の粉砕板８に当てられ粉砕されてミスト３８（霧）を発生させる。

上記噴出水流３４は図１０に示すように、噴出直後は直線的に連続した形状で空中を飛行するが、表面張力により次第に断続的となり、長円形状を経て最終的にはほぼ球形状の水滴３６となる。噴出水流３４の水滴を粉砕板８に衝突させると、この水滴３６は粉砕板８の表面で炸裂し拡散してミスト３８として空中に飛散する。

試験により、ミスト発生装置２による噴出水流のストロボ写真をとったところ、噴出孔２８から噴出後、１５ｍｍ程度の噴出位置から水滴への分離が始まり、３０ｍｍあたりまで水滴間の距離が広がり、３０ｍｍを越えると水滴間の距離が一定となる。なお、この現象は、噴出水流の速度を多少変えてもあまり変化がない。
噴出孔２８から粉砕板８までの距離は、噴出水流の水滴への分離及び水流の勢い等を考慮すれば、２５ｍｍ〜８０ｍｍが好適である。
この実施の形態に係るミスト発生装置２は、装置のコンパクト化等に鑑み、噴出孔２８から粉砕板８までの距離を３０ｍｍとしている。

上記ミストの粒径は水滴の衝突速度に依存し、この速度が高速であるほど粒径が小さくなる。また、ドライミストと呼ばれる粒形１０〜３０ミクロン（μ）を発生させるためには、粉砕板８に水滴状態の噴出水流を当てることが有効であることが確認されている。粉砕板８に衝突した水滴は、粉砕板８で粉砕されミスト（霧）として拡散し空気中に散布される。

上記ミスト発生装置２では、注入孔２６を通じて回転室１２内に注入される水の水圧が水道水の水圧程度と低くても、回転室１２内の回転水流３２の角速度が充分高まり噴出水流３４の初速度が高くなる。この噴出水流３４による水滴３６は、粉砕板８に高速度で衝突しドライミストと呼ばれる直径１０−３０ミクロン程度のミストの生成を可能にしている。

実際に行った試験において、この実施の形態に係るミスト発生装置２を用いて公共水道水の水圧の下でミストを発生させ、これと高圧ポンプを用いた市販のドライミスト発生器（米国True Fog社製、カタログにはミスト径は１０μｍと記載）により発生させたミストと比較したところ、両者のミストは同程度の濡れ方であり、また写真判断においても同程度のミストの発生現象が見られた。これから、上記ミスト発生装置２によれば、通常の水道水の水圧程度の条件下でドライミストの発生が可能である。

次に、ミスト発生装置２において、回転室１２で水を回転させた場合と、回転させない場合について、噴水水流の速度の比較試験を行ったのでその結果について説明する。なお、水を回転させない場合については、回転室の中心位置から半径方向に向けて仕切り板を配置し水の回転を止めた。

この試験条件に係るミスト発生装置２は、回転室の形状は上記回転室１２と同じであり、また注入孔及び噴出孔の大きさ、各形状、配置位置等についても上述した注入孔２６、噴出孔２８と同じである。但し、測定のため注入孔及び噴出孔はそれぞれ１個とした。
また、水圧は２３０（ｋＰａ）であり、回転室１２内の水の回転速度は角速度で約２７００（ｄｅｇ／ｓｅｃ）である。測定件数は、回転有りの場合１１５点、回転無しの場合８９点である。

図１１は、上記試験により噴出水流の初速度（Ｖｅ）とその分布を示したヒストグラム（累積値）である。このヒストグラムは、水を回転させた場合と水を回転させない場合について、それぞれ上記噴出孔２８からの噴出水流の初速度（Ｖｅ）の分布を示している。
上記ヒストグラムから、水を回転させた場合の初速度（Ｖｅ）の平均値は６．２ｍ／ｓｅｃであり、水を回転させない場合の初速度（Ｖｅ）の平均値は３．９ｍ／ｓｅｃである。これから、水を回転させた場合は、水を回転させない場合に比べて初速度（Ｖｅ）が平均値で約１．６倍（＝６．２／３．９）速くなっている。

また、水を回転させない場合は初速度（Ｖｅ）が３〜５ｍ／ｓｅｃの範囲に均等に分散するのに対して、水を回転させた場合は初速度（Ｖｅ）が６．５ｍ／ｓｅｃの付近にピークがある。
これは、水を回転させない場合には、回転室内の水流に乱流が発生しやすいため、その影響により水の速度成分にばらつき（直進方向と垂直な成分の発生）が生じ、この結果、初速度の分布が広がる一方、水を回転させた場合には、回転水流により乱流が発生し難くなり、このため噴出水流の直進性が高まり水の速度成分のばらつきも少なくなり、初速の分布の範囲が狭くなるものと考えられる。
また、回転室内で水を回転させた場合、回転水流は一定の慣性を持つため、その角速度は注入孔の近傍における水圧の変動の影響を受けにくく、噴出水流が安定しドライミストの粒径及び発生量の安定化も図れる。

このように水を回転させた場合には、比較的初速度が均一な噴出水流を生成できると考えられ、またそのピークは初速度の最大値付近にあらわれている。
また上記試験に関し、噴出水流の写真撮影を行ったところ、水を回転させた場合は噴出水流が直線状に噴出されているのに対して、水を回転させない場合は噴出水流が多少広がりをもって噴出されることが確認された。
これらより、回転室において水を回転させた場合には、回転させない場合と比べて、水の回転による噴出水流の初速度を加速し高める効果は得られていると考えられ、また初速度の絶対値のみではなく、その分布におけるピークの出現、さらには放出角度を狭める効果も同時に得られている。

図１２（ａ）（ｂ）は、回転室内に偏心部材１３を設けた形態を示すものである。
この回転室１２は、回転室１２の内部の偏心位置に円柱状の偏心部材１３を配置した形態である。この偏心部材１３の中心は、回転室１２の中心方向と平行に配置する。これにより、回転室１２の回転水流３２の流水路は断面積が変化する。ここでは、回転室１２の注入孔２６付近の流水路の断面積を広くし、噴出孔２８付近の流水路の断面積を狭くしている。

回転室１２内を回転する水の通過量は、流水路の断面積に係わらず一定であることから、断面積の広い箇所から狭い箇所に向う回転水流の流速は加速され、狭い箇所の流速は速くなる。このため、噴出孔２８付近の流速は速く、噴出孔２８からはこの速さをともなって勢いよく高速の水流が噴出される。

このように、回転室１２の流路の断面積を連続的に変化させることで、水流角速度に変化をつけられる。角速度の小さい箇所から水を注入し、角速度の大きい箇所から回転する水を噴出させることで同じ水圧でも噴出水流の運動量を高められ、噴出水流の高速化が図れる。このため、噴出水流の粉砕板８に対する衝突速度が増加し、よりミスト発生の効率を高められ粒径の小さなミストを発生させることができる。

従って、上記実施の形態によれば、回転室を設けることにより低水圧でも粒径の細かいミストを大量に発生することができ、公共の水道水等の水圧で作動することから高圧ポンプ等の水圧の加圧装置を必要としないため装置が簡易となり、経済効果も高い。また装置が簡易で取り扱いが容易なため操作性に優れ、小規模から大規模まで多岐にわたり多面的に利用することができ利便性に優れ、用途も広く利用価値が高い。
また上記実施の形態によれば、井戸水或いは雨水等を使用する場合であっても、高圧の加圧ポンプを用いて加圧する必要がないため、通常の低圧ポンプを利用することができ、加えて低消費電力駆動できることから小規模な太陽電池等、自然エネルギーを容易に利用でき、また、金属パイプや柔軟性の乏しい耐圧用ホースを使わず、柔軟性のある一般的な散水ホースを利用して装置への給水が行えるため、装置の設置や撤去を短時間かつ安価に行える。

図１３は他の形態に係るミスト発生装置６０の回転室６２を示す原理図である。
この回転室６２は、室内をドーナツ状（同心円）に形成し、環状に水を回転させる形態である。粉砕板６４は、回転室６２から所定の距離をおいて配置する。
回転室６２の外周側は径の大きな筒状外壁板６６を形成し、回転室６２の内周側は径の小さい筒状内壁板６７を形成して、これら両筒状壁板間にドーナツ状の流路を形成する。そして、筒状内壁板６７で囲まれた円筒状の中空空間部を水の給水流路６８として使用し、この給水流路６８を直進（中心線に沿う）する状態で水を流通させる。給水流路６８には、ホース４を流通する水を導入する。

筒状内壁板６７には水の注入孔７０を形成し、給水流路６８を流通する水を導入し回転室６２内に注入する。この注入孔７０は、注入孔７０の注入方向を法線方向から水を回転させる方向に傾けて注入を行う。また筒状外壁板６６に噴出孔７２を形成し、回転室内を回転する水を噴出させる。この噴出孔７２は、噴出孔７２の噴出方向を接線方向から法線方向に傾けて水の噴出を行う。

この回転室６２に係り、筒状外壁板６６及び筒状内壁板６７の材質等は、上記回転室１２に係る筒状壁板２４と同様である。また、回転室６２に係る注入孔７０及び噴出孔７２の形状、孔の大きさ、個数等は、上記回転室１２に係る注入孔２６及び噴出孔２８と同様である。但し、ここでの注入孔７０は、筒状内壁板６７の周囲方向（１８０度程度の間をおいて）に分散させて複数設ける形態としている。
また、粉砕板６４は円板状であるが、材質及び配置位置などは上記粉砕板８と同様である。
このドーナツ状の回転室６２では、注入孔７０から回転室６２に水を注入し、回転室６２内の水とともに回転室６２内を回転する回転水流７４を発生させる。一方、回転室６２内を回転する水は噴出孔７２から噴出し、この噴出孔７２から噴出された噴出水流７５は粉砕板６４に当てられ粉砕されミスト３８を発生する。

図１４は、ミスト発生装置６０の回転室６２の配置形態を示したものである。これは、水を流通させるホース４の一部に回転室６２を設けた形状である。
回転室６２として、筒状内壁板６７及び筒状外壁板６６の両側に中空円板状の仕切り板７９を取り付け、ドーナツ状に閉塞された回転室６２を形成する。そして、この状態の回転室６２を、仕切り板７９等がホース４の壁部に密着する状態でホース４の内部に装着し固着する。ホース４の壁部には、噴出孔７２の近傍に噴出口部として外部に通じる孔を設け、噴出水流を通過させる。

なお、筒状内壁板６７の両側に中空円板状の仕切り板７９を取り付けたものをホース４に内装し、筒状外壁板６６として、ホース４の壁部を利用しこの壁部に噴出孔７２を形成するようにしてもよい。また、給水流路６８に給水孔を開設したホース４を設ける形態もある。
ホース４の外側には、粉砕板６４を配置する。ホース４を流通する水は、筒状内壁板６７の給水流路６８を通過し、筒状内壁板６７の注入孔７０から回転室６２内に水を注入する。そして、回転室６２では、ドーナツ状に回転する回転水流を発生させ、噴出孔７２から水を噴出させ粉砕板６４に衝突させて粉砕する。なお、可撓性のホース４に替えて、硬質のパイプを用いることもできる。

この実施の形態においても、上記実施の形態と同様の効果が得られ、低水圧でも粒径の細かいミストを大量に発生することができ、装置が簡易となり経済効果も高く、また操作性に優れ、多岐にわたり多面的に利用することができ利便性に優れ、用途も広く利用価値が高い。

４，５ 筒部材（ホース,パイプ）
６ 本体部材
８，６４ 粉砕板
１２ 回転室
１３ 偏心部材
１６ 給水孔
１８ 導入水路
２４ 筒状壁板
２６，７０ 注入孔
２８，７２ 噴出孔
４０ 保持具
５２ 水供給調節栓
５４ 水排出調節栓
６６ 筒状外壁板
６７ 筒状内壁板
７９ 仕切り板

Claims (7)

1. 水が流通する筒部材に取り付けて使用されるミスト発生装置であって、
   上記筒部材の水を導入する筒状内壁板と、この筒状内壁板の外側に設けられる筒状外壁板と、これら両筒状壁板間に形成されるドーナツ状の回転室と、
   上記筒状内壁板に設けられ、上記回転室に対してその法線方向から偏った方向に上記筒部材からの水を注入し、上記回転室内に回転水流を発生させる複数個の注入孔と、
   上記筒状外壁板に設けられ、上記回転室内を回転する水を噴出する複数個の噴出孔と、
   上記噴出孔から噴出する水を衝突させ、この水を粉砕してミストを発生させる粉砕板と、を有し、
   上記噴出孔の径を０．２ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲とし、
   上記筒状外壁板として用いた板厚０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下のステンレス板に、上記噴出孔が切り込み加工された状態に形成されており、
   上記噴出孔から上記粉砕板までの距離を２５ｍｍ〜８０ｍｍとし、
   上記噴出水流が上記粉砕板に当たる角度を、上記粉砕板の面に対して５０度〜９０度の範囲としたことを特徴とするミスト発生装置。
2. 上記噴出孔の噴出角度を、回転室の接線方向から５０度以上の範囲、好ましくは６０度〜７０度の範囲の角度、法線方向に偏らせたことを特徴とする請求項１に記載のミスト発生装置。
3. 上記筒部材として可撓性のあるホースを用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載のミスト発生装置。
4. 請求項１乃至３の何れかに記載のミスト発生装置、及び上記ミスト発生装置同士を、ホースに連結し、水を上記ホースに流通させて上記ミスト発生装置を使用することを特徴とするミスト発生機構。
5. 上記ホースを水排出調節栓に接続し、この水排出調節栓を通じて上記ミスト発生装置内及び上記ホース内の水及び異物を吸引することを特徴とする請求項４に記載のミスト発生機構。
6. 請求項１乃至３の何れかに記載のミスト発生装置をホースに連結し、水を上記ホースに流通させて上記ミスト発生装置に導入し、この水を上記注入孔から上記回転室に注入して回転水流を発生させ、この回転する水を上記噴出孔から噴出して上記粉砕板に衝突させミストを発生させることを特徴とするミスト発生方法。
7. 水が流通する筒部材に、
   上記筒部材の水を導入する筒状内壁板と、この筒状内壁板の外側に設けられる筒状外壁板と、これら両筒状壁板間に形成されるドーナツ状の回転室と、
   上記筒状内壁板に設けられ、上記回転室に対してその法線方向から偏った方向に上記筒部材からの水を注入し、上記回転室内に回転水流を発生させる複数個の注入孔と、
   上記筒状外壁板に設けられ、上記回転室内を回転する水を噴出する複数個の噴出孔と、からなる装置を取り付け、さらに、
   上記噴出孔の径を０．２ｍｍ〜０．４ｍｍの範囲とし、
   上記筒状外壁板として板厚０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下のステンレス板を用い、このステンレス板に切り込み加工を行なって上記噴出孔を形成し、
   上記筒部材を流通する水を上記回転室に注入して回転水流を発生させ、この回転する水を上記噴出孔から噴出し、
   上記噴出孔から噴出する水を、２５ｍｍ〜８０ｍｍの距離をおいて配置され、噴出水流を粉砕する板面に対して５０度〜９０度の角度で衝突させミストを発生させることを特徴とするミスト発生方法。

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