JP6291321B2 - 二流体ノズルユニット - Google Patents

Description

本発明は、液体と気体の二流体を混合してこれを複数の噴射ノズルから噴射する二流体ノズルユニット(ノズル装置)に関するものである。

従来、液体と気体の混合流体（二流体）を複数の噴射ノズルから噴射するノズルユニットとしては、二重管として二流体の各々の流通通路を構成し、混合流体を複数の噴射ノズル部において混合して噴射するものがある。

特許文献１に記載されたものは、外側に位置するガス供給管１１の内側に水供給管１０を同心状に配置した二重管とし、水供給管１０とガス供給管１１の間隔（外側通路）に空気を供給し、水供給管１０内に水を供給する。さらにガス供給管１１を貫通して水供給管１０内に開口する複数のスプレーノズル１３を設け、水供給管１０とガス供給管１１の間隔に位置するスプレーノズル１３の側面にガス供給孔１５を設けてここから空気を供給して混合し、スプレーノズル１３の出口から混合流体を噴射するものである。

また、特許文献２に記載されたものは、噴射ノズルを用いる煤吹き器であり、この煤吹き器２０は、内外二重のパイプ２１、２２の両端部をそれぞれ鏡板２３、２４で閉塞して、内側のパイプ２１の内部に一次側蒸気室２５を、内外両パイプ２１、２２の間に二次側空気室２６をそれぞれ形成し、内側のパイプ２１の周壁に複数の噴射ノズルの各一次側ノズル１を、外側のパイプ２２の周壁に二次側ノズル２をそれぞれ支持させている。二次側ノズル２の肉壁部には二次側空気室２６と高圧噴出口８とを連通させる空気通路２７が形成されている（図３参照）。

すなわち、前記特許文献１、２に記載されたものは、外管と内管とを同心状に配置して二重管を構成するとともに、内管に液体（水）を供給し、内管と外管の間隔に気体（空気）の流通通路を構成して供給するものである。
また、外管の管長方向に複数の噴射ノズルを配置し、内管から液体（水）を各々の噴射ノズルに導出させ、前記噴射ノズル部の側面に形成した孔から気体(空気)を導出させて気液の混合流体（二流体）として噴出させるものである。さらに、噴射ノズルは外管を貫通するとともに、その先端を内管にまで延長させてこの内管を貫通または当接させるものである。
実開昭５６−５９１６８号公報 特開平７−１１６５６１号公報

しかしながら、前記特許文献１、２に記載されたものは、内管と外管の間隔に気体（空気）の流通通路を構成し、小さい直径の内管に液体(水)を供給しているため、気体に比べてより流量の多い液体の流通抵抗が大きくなり高い供給圧力を必要とするとともに、内管中の液体の流通速度が速くなり複数の噴射ノズルから均一量の噴射が困難になりやすい。

また、噴射ノズルは外管を貫通させるとともに、噴射ノズル先端を内管にまで延長させてこの内管を貫通または当接させて固定する構成であるため、内管、外管、複数の噴射ノズルを一体となるように各々を加工し、組立を行う複雑な構造となるとともに、加工、組み立てに高い寸法精度を必要とする課題を有している。

また、前記したように内管、外管、複数の噴射ノズルを一体的に組立加工し、さらに噴射ノズル部の側面に孔を形成させるものであるため、噴射ノズルは汎用性のあるものを自由に選択して用いることができず、専用のものを用いる必要がありその着脱も困難となる。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、構造を簡素化するとともに複数の噴射ノズルにおいて液体と気体の混合比を均一にして噴射させることができる二流体ノズルユニットを得ることを目的とするものである。

前記従来の課題を解決するために本発明の二流体ノズルユニットは、液体流動路内を流動する液体と気体流動路内を流動する気体とを混合し、液体の流動方向と略直交する方向に混合流体として噴射する二流体ノズルユニットであって、
前記液体流動路を形成するヘッダーと、
前記気体流動路を形成するヘッダーと、
前記液体流動路を形成するヘッダーに、前記気体流動路を形成するヘッダーを固定し一体化する締結手段と、
前記液体流動路を形成するヘッダーに設けられ、液体の流動方向と略直交する方向に液体を噴射する複数の液体噴射ノズルと、
前記気体流動路を形成するヘッダーに設けられ、前記締結手段により前記２つのヘッダーを固定したとき、前記液体噴射ノズルと略対向して配置され、前記液体流動路を形成するヘッダー内に、前記液体の流動方向と略直交する方向に気体を噴射する複数の気体噴射ノズルと、を備え、
前記締結手段により前記２つのヘッダーを固定し、前記複数の気体噴射ノズルから液体流動路内を上流側から下流側に流動する液体中に気体を噴射させ、前記液体に気体を混合した混合流体を液体の流動方向と略直交する方向に前記複数の液体噴射ノズルから噴射させ、
前記締結手段により一体化した２つのヘッダーの固定を外すことにより、前記液体流動路を形成するヘッダーに対して前記気体流動路を形成するヘッダーの相対位置を調節し、前記液体噴射ノズルの中心位置に対して前記気体噴射ノズルの中心位置を所定範囲調節可能としたことを特徴とするものである。

本発明の二流体ノズルユニットによれば、構造を簡素化するとともに複数の液体噴射ノズルにおいて液体と気体の混合比を均一にして噴射させることができる。

本発明の一実施形態の二流体ノズルユニットの基本構成を示す正面外観構成図。 図１における上面外観構成図。 図１における右側面外観構成図。 図１におけるＡ−Ａ線における側断面図。 図３におけるＢ−Ｂ線における側断面図。 図３におけるＢ−Ｂ線における側断面図。 図６における一部拡大断面図。 図７における一部拡大断面図。 図１における他の構成の一部拡大断面図。 液体噴射ノズル内の圧力状態の比較を示す図。

第１の発明は、液体流動路内を流動する液体と気体流動路内を流動する気体とを混合し、液体の流動方向と略直交する方向に混合流体として噴射する二流体ノズルユニットであって、
前記液体流動路を形成するヘッダーと、
前記気体流動路を形成するヘッダーと、
前記液体流動路を形成するヘッダーに、前記気体流動路を形成するヘッダーを固定し一体化する締結手段と、
前記液体流動路を形成するヘッダーに設けられ、液体の流動方向と略直交する方向に液体を噴射する複数の液体噴射ノズルと、
前記気体流動路を形成するヘッダーに設けられ、前記締結手段により前記２つのヘッダーを固定したとき、前記液体噴射ノズルと略対向して配置され、前記液体流動路を形成するヘッダー内に、前記液体の流動方向と略直交する方向に気体を噴射する複数の気体噴射ノズルと、を備え、
前記締結手段により前記２つのヘッダーを固定し、前記複数の気体噴射ノズルから液体流動路内を上流側から下流側に流動する液体中に気体を噴射させ、前記液体に気体を混合した混合流体を液体の流動方向と略直交する方向に前記複数の液体噴射ノズルから噴射させ、
前記締結手段により一体化した２つのヘッダーの固定を外すことにより、前記液体流動路を形成するヘッダーに対して前記気体流動路を形成するヘッダーの相対位置を調節し、前記液体噴射ノズルの中心位置に対して前記気体噴射ノズルの中心位置を所定範囲調節可能としたことを特徴とする二流体ノズルユニットとしたものである。
本発明の二流体ノズルユニットによれば、構造を簡素化するとともに複数の液体噴射ノズルにおいて液体と気体の混合比を均一にして噴射させることができる。

第２の発明は、第１の発明において、液体噴射ノズルの中心位置に対して、気体噴射ノズルの中心位置が液体流動路内を流動する液体の上流側となるように、締結手段により、前記液体流動路を形成するヘッダーと気体流動路を形成するヘッダーとを固定したことを特徴とする二流体ノズルユニットとしたものである。
これにより、気体噴射ノズルからの気体は液体噴射ノズルに対して液体流動路内を流動する液体の上流側に噴出することになり、噴出した気体は液体通路内を流動する液体によって下流側に移動しながら流れて、スムーズに液体噴射ノズルに入ることとなる。そして、二流体ノズルユニットに有する複数の液体噴射ノズルの個々で液体と気体の混合比は一定となり、安定した噴出パターンを得ることができる。

第３の発明は、第１の発明または第２の発明において、気体流動路を形成するヘッダーと、液体流動路を形成するヘッダーとを隣接させ、
前記気体流動路を形成するヘッダーの一部で前記液体流動路の一部を形成したことを特徴とする二流体ノズルユニットとしたものである。
これにより、液体流動路を形成するヘッダーの構造を簡素化することができる。

第４の発明は、第１〜３の発明において、液体流動路を形成するヘッダーと、気体流動路を形成するヘッダーとにそれぞれフランジを形成し、
締結手段により、前記液体流動路を形成するヘッダーのフランジに、前記気体流動路を形成するヘッダーのフランジを重ね合わせて固定することを特徴とする二流体ノズルユニットとしたものである。
これにより、二流体ノズルユニットの組立てを容易とすることができる。

以下、本発明の一実施形態においては、二流体を液体（水）と気体（空気）として図１〜図９を参照しながら説明する。

二流体ノズルユニット１の基本構成を、図１〜図９に示す。なお、実線矢印が液体の流動方向を、破線矢印は気体の流動方向を示す。

ヘッダー２は細長の形状とし、内部に気体流動路３を構成している。この気体流動路３に開口し気体を噴出する複数の気体噴射ノズル（小孔）４ａ〜４ｄが細長状のヘッダー２の下面部（仕切壁）２ａでヘッダー２の長手方向に所定間隔を有して形成されている。

なお、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄをヘッダー２の下面２ａに形成して設けたが、別体のノズルを下面２ａに固定してもよい。

ヘッダー２と一体化して全周にフランジ５を形成し、このフランジ５には孔６を長手方向の両サイドの各々に複数設けている。また、気体流動路３に開口して流入管７が設けられている。

ヘッダー８は細長状で断面Ｕ字状の形状とし、ヘッダー２の下面部２ａとによって内部に液体流動路９を構成している。この液体流動路９に開口し液体を噴出する複数の液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄを細長状のヘッダー８の長手方向に所定間隔を有して配置されている。

また、図４に示すように、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄには、液体と気体の混合流体を噴射する吐出口１２、吐出口１２の上流側に導入通路１３、液体流動路９内に突出させた導入筒１４を備えている。導入筒１４は液体流動路９内に所定長さＨ２分突出させている。

ヘッダー８と一体化して全周にフランジ１５を形成し、このフランジ１５には孔１６が長手方向の両サイドの各々に複数設けている。また、液体流動路９に開口して流入管２０が設けられている。

気体噴射ノズル４ａ〜４ｄと液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄは、各々略対向した位置に配置している。ヘッダー２の下面部２ａに形成した気体噴射ノズル４ａ〜４ｄの液体流動路９への開口端部面（気体吐出端面）と液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの導入筒１４の導入先端面１４ａとは所定の間隙１０（Ｈ１）を有して対向配置し、このＨ１に相当する間隙１０を設けている。このＨ１は、例えば１〜２ミリメートルとしている。

また、図８に示すように、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの導入筒１４の導入先端面１４ａにおいて、所定の間隙１０（Ｈ１）に液体流動路９内を長手方向に流動する液体から液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの導入通路１３、吐出口１２に向かう液体の分流束Ｗが形成される。

また、前記Ｈ１に相当する微小な間隙１０は、液体流動路９の中央部ではなく、液体流動路９を構成する壁面側（気体噴射ノズル４ａ〜４ｄ側）に寄せた位置に設けている。

ヘッダー２のフランジ５とヘッダー８のフランジ１５とを重ね合わせ、さらに、孔６、１６内にワッシャ１９を介してボルト１７を通してナット１８により締め付け、ヘッダー２とヘッダー８とを一体化させている。

また、ヘッダー２とヘッダー８とを一体化させる締結手段は、ボルト１７、ナット１８に限定するものではない。

なお、ヘッダー２のフランジ５とヘッダー８のフランジ１５とを重ね合わせ面にシール部材（図示なし）を介在させ、液体流動路９からの液体の漏れを防止してもよい。

ヘッダー２のフランジ５に形成した孔６の内径は、ボルト１７の外径よりも所定寸法大きくして、ヘッダー８に対するヘッダー２の固定位置を所定範囲調節可能としてある。

これによって、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄと液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄを同心状に配置した状態を基準として、ヘッダー８に設けた液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄに対するヘッダー２に設けた気体噴射ノズル４ａ〜４ｄの相対位置を調節することができるようになっている。

図４、図５に示す構成は、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄと液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄを同心状に配置した状態を示す。

また、図６、図７、図８に示す構成は、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄに対して気体噴射ノズル４ａ〜４ｄの位置が、ヘッダー２、ヘッダー８の長手方向であって、液体流動路９内を流動する液体の上流側（流入口２０側）に所定距離ずらした状態を示す。この図６、図７、図８に示す構成では、図４に示すようにヘッダー２とヘッダー８の長手方向と直交方向においては、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄと噴射ノズル１１ａ〜１１ｄを略同心状に配置したものである。

なお、図７、図８に示す構成、配置に限らず、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの全周方向に亘って気体噴射ノズル４ａ〜４ｄの位置を所定範囲ずらした状態とすることができる。これによって、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄと液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの相対位置を液体および/または気体の流動方向、噴射速度、噴射量、等の諸条件によって最適に調節することができる。

なお、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄの直径は例えば、０．５〜１．０ミリメートル、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの吐出口１２の直径は例えば、１〜３ミリメートル、吐出口１２の上流側に備える導入通路１３の直径は例えば、３〜６ミリメートルとしている。
気体噴射ノズル４ａ〜４ｄの直径は、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの吐出口１２の直径よりも小さく設定することが好ましい。

液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの全周方向に亘って気体噴射ノズル４ａ〜４ｄの相対位置を所定範囲ずらした状態とすることができるが、このずらす寸法は、例えば同心配置を基準として最大３ミリメートルのずらし距離（相対位置の変更距離）を可能としている。

なお、前記した気体噴射ノズル４ａ〜４ｄ、これと対となる液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの数、各寸法等は、一例であってこれに限定するものではない。

また、ヘッダー２、ヘッダー８の長手方向に各々配置した気体噴射ノズル４ａ〜４ｄの直径、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの吐出口１２等の直径は、これらのヘッダー２、ヘッダー８の長手方向において異なるようにしてもよい。

また、前記間隙Ｈ１は、例えばヘッダー２、ヘッダー８の長手方向に各々配置した気体噴射ノズル４ａ〜４ｄの、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの液体流動路９の流動方向において変えてもよい。例えば、液体流動路９内を流動する液体の上流側の間隙Ｈ１を下流側よりもより小さく設定することによって、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄへの液体の流入量、および気体の混入量をより均一化することができる。

なお、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄと液体噴射ノズル１１ａ〜１１との各々を対向配置しながら、ヘッダー２、ヘッダー８の長手方向に千鳥状、ヘッダー２、ヘッダー８の長手方向と直交する方向に複数列、また、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄと液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの配置のピッチ（間隔）を異なるようにしてもよい。

なお、ヘッダー８は細長状で断面Ｕ字状の形状とし、ヘッダー２の下面部２ａを仕切壁として内部に液体流動路９を構成しているが、ヘッダー８自体をヘッダー２と同様の形状として、ヘッダー２とヘッダー８同士を重ねあわせて構成してもよい。

また、本実施形態においては、液体流動路９の上方に気体流動路３を併設し、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄから液体と気体の混合流体を下方に向けて、被洗浄物または被冷却物等（図示なし）に噴射するようにしたが、この構成を上下反転させ、気体流動路３の上方に液体流動路９を併設し、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄから液体と気体の混合流体を上方に向けて噴射するようにすることもができ、基本構成を同一として、様々な方向に混合流体を噴射することができる。さらに、２対を対向して配置し、対向する方向から内側に向かって混合流体を噴射することができる。

また、ヘッダー２の下面部２ａに気体噴射ノズル４ａ〜４ｄを形成したが、各々の気体噴射ノズル４ａ〜４ｄの位置に別体の気体を噴出するノズルを設け、この各々のノズルに配管（ホース）を接続し、液体流動路９内に気体を噴出させるようにしてもよい（図示なし）。この場合には、気体を噴出させるノズルごとに気体の噴射量、噴射速度を変えて最適な条件に設定することができる。さらに、気体を噴出させるノズルごとに液体を噴射する液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄに対する相対位置を変えられるようにしてもよい。

なお、図示していないが、気体の流入口７を介して空気ポンプ、コンプレッサー等（気体供給手段）の気体供給源から所定圧力を有して気体を気体流動路３内に供給する。さらに、流入口７と前記気体供給源との気体供給経路に逆止弁を設けて気体供給源への液体の逆流を防止することが好ましい。

また、図示していないが、液体の流入口２０を介してポンプ、コンプレッサー、水道管等（液体供給手段）の液体供給源から所定圧力を有して液体を液体流動路９内に供給する。

本実施形態においては、液体流動路９内における液体の流動方向と気体流動路３内の気体の流動方向は逆向き（対向流）となっているものである。なお、これに限定するものではない。

また、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄ、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの孔の形状は丸形状としたが、多角形状であってもよい。

次に、図９に示す構成を説明する。
図９において、図４に示す構成と異なるところは、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄを別体の気体噴射ノズル２０ａ〜２０ｄとしたものである。気体噴射ノズル２０ａ〜２０ｄは、吐出口２１、導入通路２２、導入筒２３、吐出先端面（気体吐出先端面）２４を構成し、液体流動路９への気体の吐出先端面２４と液体噴射ノズル２５ａ〜２５ｄの液体流動路９の液体の導入端面２６とは微小の間隙２７（Ｈ１）を有して対向配置している。このＨ１は、例えば１〜２ミリメートルとしている。

また、図９に示すように、所定の間隙２７（Ｈ１）に、液体噴射ノズル２５ａ〜２５ｄの吐出口２１に向かう液体の分流束Ｗが形成される。

また、微小な間隙２７（Ｈ１）は、液体流動路９の中央部ではなく、液体流動路９を構成する壁面側（液体噴射ノズル２５ａ〜２５ｄ側）に寄せた位置に設けている。

次に、本実施形態における液体と気体の二流体の噴射動作を説明する。

流入口７から気体流動路３内に気体を、流入口２０から液体流動通路９内に液体を各々所定の圧力で供給する。

この圧力は例えば、液体の供給圧力を略０．０２ＭＰａ、気体の供給圧力を略０．０３５ＭＰａとし、両者を前記圧力で供給した場合の合算圧力は略０．０５ＭＰａとしている。液体の供給圧力と気体の供給圧力を設定によって、液体量と気体量の混合比を変えることができるが、安定噴射、洗浄能力、液体の使用量等から最適値に設定するものである。液体の供給圧力に対して、気体の供給圧力をより高く設定することによって、液体の使用量を最少必要量とし、かつ両者に多少の圧力バラツキがあっても液体へ空気の混入を安定して容易に行うことができる。なお、この圧力設定は一例であってこれに限定するものではない。

流入口７から気体流動路３内に供給した気体は、流入口７側から気体流動路３の長手方向に流動し、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄの各々に分流して下面部（仕切壁）２ａから液体導入通路９内を長手方向に流動する液体中に噴出する。

流入口２０から液体流動通９内に供給した液体は、流入口２０側から液体流動通路９の長手方向に流動し、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの各々に分流して、導入先端面１４ａ、導入通路１３に入り、さらに吐出口１２から噴射する。

前記したように、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの導入筒１４の導入先端面１４ａ上に設けた所定の間隙１０（Ｈ１）に液体流動路９内を長手方向に流動する液体から液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの導入通路１３、吐出口１２へ向かう液体の分流束Ｗが筒状（柱状）に形成される。液体の分流束Ｗの液体の各々の液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄに流動する速度は、液体流動路９内を長手方向に流動する液体の流動速度より早くなる。

気体噴射ノズル４ａ〜４ｄから噴出した気体は、液体流動路９を流動する液体を介して、導入先端面１４ａ、導入通路１３、吐出口１２へ向かって流動する液体の分流束Ｗ（分流経路）に引き込まれる作用を生じる。

これによって、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄと、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの導入先端面１４ａとは所定の間隙１０（Ｈ１）分離れて設置されていても、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄから噴出した気体流（気泡流）は液体の分流束Ｗ中に全周に亘って捕捉される。さらに、導入通路１３に入った液体に気体の気泡同士が結合して大径化することなく小径のままの気体を確実に混入させることができ、かつ液体と空気が均一に混合し、この均一な混合流体を液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの吐出口１２から噴出させることができる。

気体を気体噴射ノズル４ａ〜４ｄから液体流動路９を流動する液体水中に噴出させるが、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄから噴出した気体は、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの導入通路１３に達するまでに液体の流動方向（下流側）に流されやすく、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄから噴出した気体の一部または大半が導入通路１３内に入らない現象を生じることがある。

気体噴射ノズル４ａ〜４ｄから噴出した気体がこの気体噴射ノズル４ａ〜４ｄと略対向する液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄに入らなかった場合には、この入らなかった分の気体は液体流動路９内を流動する液体に混入して下流側に流動することになる。これによって、この部分における液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄへの気体の混入量が減少してしまうとともに、下流側に流動した分は例えば、下流側の液体噴射ノズル１１ｂ〜１１ｄに不安定に混入し、複数の液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの個々で液体と気体の混合比にバラツキを生じ、個々のおよび全体の液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄにおいて安定した噴出パターンが得られ難くなる。

また、本実施形態においては、図６、図７、図８において説明したように、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの中心位置に対して気体噴射ノズル４ａ〜４ｄの中心位置を、ヘッダー２、ヘッダー８の長手方向であって、液体流動路９内を流動する液体の上流側（流入口２０側）に所定距離ずらした状態にしている。

これによって、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄからの気体は、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄに対して液体流動路９内を流動する液体のやや上流側に噴出することになる。

これによって、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄから噴出した気体は、液体流動路９内を流動する液体によって、図７、図８中のＬで示すずらしの距離分、上流側から下流側に移動する流れパターンとなる。

したがって、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄからの気体はその全量が液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの導入通路１３に入ることとなり、複数の液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの個々で液体と気体の混合比が一定となり、個々のおよび全体の液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄにおいて安定した噴出パターンを得ることができる。

なお、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの中心位置に対する気体噴射ノズル４ａ〜４ｄの中心位置のずれ幅であるＬの距離は、液体流動路９内を流動する液体の流速、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄからの気体の噴出速度、間隙１０（Ｈ１）の距離等によって、各々対向した気体噴射ノズル４ａ〜４ｄからの気体の全量が液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの導入通路１３に入るように最適値に調節して設定するものである。

なお、本実施形態においては、前記液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの中心位置に対する気体噴射ノズル４ａ〜４ｄの中心位置のずれ幅であるＬの距離は、例えば最大３ミリメートル範囲に亘って調節可能とすることによって、諸条件の変更によっても常に液体と気体の混合比を一定とすることができる。

さらに、図１０は液体への気体（空気）の混合の有無による液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄでの混合流体の圧力状態の比較を示す図であり、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄからの気体（空気）の噴出がなく液体のみの噴射状態時と液体に空気を混合させた場合の噴射状態時の圧力状態を示す。

気体（空気）を混合させない場合に比べ、気体を混合させた場合の液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄ内の圧力が増すとともに、圧力が細かく変動する。これは、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの吐出口１２からの空気成分の微小な吐出量変化による吐出抵抗の変化によって生じるものである。

気体を混合させた場合の液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄ内の圧力が増すとともに、圧力が細かく変動することによって、この液体を洗浄水とした場合、被洗浄物（図示なし）への衝突力（打力）が増すとともに、絶えず変化し、被洗浄物に付着した汚れ、および洗剤成分の剥離、除去を促進させることができる。

また、液体を冷却水とした場合、被冷却物（図示なし）への衝突力（打力）が増すとともに、絶えず変化し、被冷却物の冷却作用を促進させることができる。

さらに、液体に気体を混合させた場合、液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄの吐出口１２からの液体の噴霧角度が大きくなり、より幅広い範囲に隙間なく噴霧することができる。

なお、気体を混合させないで液体（洗浄水、冷却水）の供給圧力をアップしてもよいが、洗浄水の使用量が大幅に増えることになり好ましくない。特に、洗浄、冷却に使用した洗浄水、冷却水を再利用せずそのまま排水、廃棄する場合には節水とならず一層好ましくない。

次に、図９に示す構成における動作を説明する。図９に示す構成は前記したように、気体噴射ノズル２０ａ〜２０ｄは、吐出口２１、導入通路２２、導入筒２３、吐出先端面（気体吐出先端面）２４を構成し、液体流動路９への気体の吐出先端面２４と液体噴射ノズル２５ａ〜２５ｄの液体流動路９の液体の導入端面２６とは所定の間隙２７（Ｈ１）を有して対向配置している。また、所定の間隙２７（Ｈ１）に、液体噴射ノズル２５ａ〜２５ｄの吐出口２１に向かう液体の分流束Ｗが形成される。液体の分流束Ｗの液体の各々の液体噴射ノズル２５ａ〜２５ｄに流動する速度は、液体流動路９内を長手方向に流動する液体の流動速度より早くなる。

また、所定の間隙２７（Ｈ１）は、液体流動路９の中央部ではなく、液体流動路９を構成する壁面側（液体噴射ノズル２５ａ〜２５ｄ側）に寄せた位置に設けている。

気体噴射ノズル２０ａ〜２０ｄから噴出した気体は、液体流動路９を流動する液体を介して、液体噴射ノズル２５ａ〜２５ｄへ向かって流動する液体の分流束Ｗ（分流経路）に引き込まれる作用を生じる。

これによって、気体噴射ノズル２０ａ〜２０ｄの吐出先端面２４と、液体噴射ノズル２５ａ〜５ｄの導入端面２６とは所定の間隙１０（Ｈ１）分離れて設置されていても、気体噴射ノズル２０ａ〜２０ｄから噴出した気体流（気泡流）は液体の分流束Ｗ中に全周に亘って捕捉される。さらに、液体噴射ノズル２５ａ〜５ｄに入った液体に気体の気泡同士が結合して大径化することなく小径のままの気体を確実に混入させることができ、かつ液体と空気が均一に混合し、この均一な混合流体を液体噴射ノズル２５ａ〜２５ｄから噴出させることができる。

また、図４〜図８に示す構成においては、微小な間隙１０（Ｈ１）は、液体流動路９の中央部ではなく、液体流動路９を構成する壁面側（気体噴射ノズル４ａ〜４ｄ側）に寄せた位置に設けている。また、図９においては、微小な間隙２７（Ｈ１）は、液体流動路９の中央部ではなく、液体流動路９を構成する壁面側（液体噴射ノズル２５ａ〜２５ｄ側）に寄せた位置に設けている。

液体流動路９内を流動する液体の流速分布は、液体流動路９の中央部よりも壁面側の流速がより遅くなる。前記微小な間隙１０、微小な間隙２７（Ｈ１）を、液体流動路９の中央部ではなく、液体流動路９を構成する壁面側に寄せた位置に設けることによって、気体噴射ノズル４ａ〜４ｄ、または２０ａ〜２０ｄから噴出した気体が、液体流動路９内を下流側に流動する液体に流されにくく、液体に気体を確実に混入させることができ、かつ液体と空気が均一に混合し、この均一な混合流体を液体噴射ノズル１１ａ〜１１ｄ、または２５ａ〜２５ｄから噴出させることができる。

本発明の一実施形態においては、気体流動路３と液体流動路９を併設し、液体流動路９に設けた複数の液体噴射ノズルの各々と対向する位置に気体流動路３に設けた複数の気体噴射ノズルを配置し、かつ、液体噴射ノズルと気体噴射ノズルとに微小な間隙を設け、液体の流動方向と略直交する方向から液体流動路９内を長手方向に流動する液体中に、気体を直接噴出させ、複数の液体噴射ノズルの各々に導入して液体と気体の混合流体として噴射するものである。

これによって、液体流動路９に設けた複数の液体噴射ノズルの各々と対向する位置に、気体噴射ノズルの両者を一体部材として構成する必要がなく、さらに気体流動路３と液体流動路９を貫通する一体的な組立加工を行う必要がないことから二流体ノズルユニット全体の構造を簡素することができるとともに、加工、組み立ても簡素化でき、高い寸法精度を必要としない。

また、前記したように従来は、内管（ヘッダー）、外管（ヘッダー）、複数の噴射ノズルを一体的に組立加工し、さらに噴射ノズル部の側面に孔を形成させるものであるが、本発明の二流体ノズルユニットにおいては、噴射ノズルは汎用のものを自由に選択して用いることができ、その着脱も簡単に行うことができる。

そして、本発明の二流体ノズルユニットによれば、構造を簡素化するとともに複数の液体噴射ノズルにおいて液体と気体の混合比を均一にして噴射させることができる。

各種の液体、気体にも適用できる。さらに被洗浄物の洗浄用途、被冷却物の冷却にも適用できる。

１ 二流体ノズルユニット
２ ヘッダー
２ａ 下面部（仕切壁）
３ 気体流動路
４ａ〜４ｄ 気体噴射ノズル（小孔）
５ フランジ
６ 孔
７ 流入口（流入管）
８ ヘッダー
９ 液体流動路
１０ 間隙（Ｈ１）
１１ａ〜１１ｄ 液体噴射ノズル
１２ 吐出口（噴射口）
１３ 導入通路
１４ 導入筒
１４ａ 導入先端面
１５ フランジ
１６ 孔
１７ ボルト
１８ ナット
１９ ワッシャ
２０ 流入口（流入管）
２０ａ〜２０ｄ 気体噴射ノズル
２１ 吐出口
２２ 導入通路
２３ 導入筒
２４ 吐出先端面
２５ａ〜２５ｄ 液体噴射ノズル
２６ 導入端面
２７ 間隙（Ｈ１）
Ｗ 液体の分流束

Claims (4)

1. 液体流動路内を流動する液体と気体流動路内を流動する気体とを混合し、液体の流動方向と略直交する方向に混合流体として噴射する二流体ノズルユニットであって、
   前記液体流動路を形成するヘッダーと、
   前記気体流動路を形成するヘッダーと、
   前記液体流動路を形成するヘッダーに、前記気体流動路を形成するヘッダーを固定し一体化する締結手段と、
   前記液体流動路を形成するヘッダーに設けられ、液体の流動方向と略直交する方向に液体を噴射する複数の液体噴射ノズルと、
   前記気体流動路を形成するヘッダーに設けられ、前記締結手段により前記２つのヘッダーを固定したとき、前記液体噴射ノズルと略対向して配置され、前記液体流動路を形成するヘッダー内に、前記液体の流動方向と略直交する方向に気体を噴射する複数の気体噴射ノズルと、を備え、
   前記締結手段により前記２つのヘッダーを固定し、前記複数の気体噴射ノズルから液体流動路内を上流側から下流側に流動する液体中に気体を噴射させ、前記液体に気体を混合した混合流体を液体の流動方向と略直交する方向に前記複数の液体噴射ノズルから噴射させ、
   前記締結手段により一体化した２つのヘッダーの固定を外すことにより、前記液体流動路を形成するヘッダーに対して前記気体流動路を形成するヘッダーの相対位置を調節し、前記液体噴射ノズルの中心位置に対して前記気体噴射ノズルの中心位置を所定範囲調節可能としたことを特徴とする二流体ノズルユニット。
2. 液体噴射ノズルの中心位置に対して、気体噴射ノズルの中心位置が液体流動路内を流動する液体の上流側となるように、締結手段により、前記液体流動路を形成するヘッダーと気体流動路を形成するヘッダーとを固定したことを特徴とする請求項１に記載の二流体ノズルユニット。
3. 気体流動路を形成するヘッダーと、液体流動路を形成するヘッダーとを隣接させ、
   前記気体流動路を形成するヘッダーの一部で前記液体流動路の一部を形成したことを特徴とする請求項１または請求項２に記載の二流体ノズルユニット。
4. 液体流動路を形成するヘッダーと、気体流動路を形成するヘッダーとにそれぞれフランジを形成し、
   締結手段により、前記液体流動路を形成するヘッダーのフランジに、前記気体流動路を形成するヘッダーのフランジを重ね合わせて固定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の二流体ノズルユニット。