JP6741959B1 - スプレーノズル - Google Patents

Abstract

【課題】異方形状の領域に対して噴射する液体の微粒化性能を向上できるスプレーノズルを提供する。【解決手段】楕円形状の吐出口１と、この吐出口から楕円形状の長軸長さが減少する方向に傾斜して延び、かつ円形状に収束する第１のテーパ状流路２と、この第１のテーパ状流路に連なる第１の円筒状流路３と、この第１の円筒状流路から流路径が増大する方向に傾斜して延びる第２のテーパ状流路４と、この第２のテーパ状流路に連なる第２の円筒状流路５と、この第２の円筒状流路の上流側に流路を横断して配設され、かつ複数の液体導入孔６ａを有する円板状隔壁部６と、この円板状隔壁部の上流側に延びる第３の円筒状流路７とを組み合わせ、前記複数の液体導入孔を、ノズル軸心の同心円上に間隔をおいて形成し、かつ前記同心円の周方向に同一の向きで傾斜してノズルの軸心方向に貫通させることにより、断面楕円形状のホロコーン状パターンで液体を噴射できるスプレーノズル１０を作製する。【選択図】図１

Description

本発明は、液体を断面が楕円形状の中空楕円錐（ホロコーン）状パターンで噴射または噴霧するためのスプレーノズルに関する。

発電用のボイラー、ガスタービン、エンジン等において、化石燃料の噴霧用にスプレーノズルが使用されている。これらのスプレーノズルでは、燃焼効率を向上させるために、微粒化性能が求められる。噴霧形状としては、例えば、ガスタービンの燃料混合室への噴霧では、微粒化性能に有利な中空円錐（ホロコーン）状パターンのスプレー形状が利用されている。

例えば、特許第５６７９３２６号公報（特許文献１）には、ガスタービン燃焼装置において、燃料と空気との混合気を燃焼させる燃焼筒に燃料を供給するための燃料供給手段として、燃料を空洞状の円錐形に噴射することにより液体燃料を高度に微粒化するホロコーンパターンの圧力噴射ノズルが開示されている。

一方、エンジン内部や燃焼器の制約により、より扁平で、楕円形状の燃料噴霧パターンが要求されるケースがある。

特許第５６８１４２０号公報（特許文献２）には、エンジンの燃料噴射装置において、スロットル弁の弁軸の軸方向に広がる扁平な燃料噴射フォームが形成できる燃料ノズル筒部を備えた燃料噴射弁が開示されている。

特許第５４１７２５８号公報（特許文献３）には、化石燃料を燃焼させる燃焼装置において、先端部に火炉内に噴霧する還元剤の噴霧粒子の拡散形状が火炉の壁面に対して水平方向に拡大したそれぞれ扁平な扇状を形成できるように噴霧させる噴霧孔を複数個設け、前記複数個の噴射孔は噴霧される噴霧粒子の拡散形状である扁平な扇状の広がり角度がそれぞれ異なるように構成された噴射ノズルが開示されている。

特許第５６７９３２６号公報（特許請求の範囲、段落［００２４］） 特許第５６８１４２０号公報（請求項５） 特許第５４１７２５８号公報（請求項２）

特許文献１のスプレーノズルでは、噴射パターンであるホロコーンの断面形状が円形であるため、扁平状などの異方形状の領域に噴射することができず、用途が制約される一方で、特許文献２および３のスプレーノズルでは、断面扁平状である噴射パターンがフルコーンであるため、噴射する液体の微粒化が困難であった。

本発明の目的は、異方形状の領域に対して噴射する液体の微粒化性能を向上できるスプレーノズルを提供することにある。

本発明者らは、前記課題を達成するため鋭意検討した結果、従来のスプレーノズルでは、扁平形状などの異方形状のパターンにおいて微粒化性能を向上できないため、噴射パターンが断面楕円形状のホロコーン（ノズルの軸心方向に垂直な断面形状が楕円形状である中空円錐形）状パターンであるスプレーノズルを作製することにより、断面が異方形状のパターンで微粒化性能を向上することに成功した。しかし、ある程度の微粒化には成功したものの、等方形状である断面円形状とは異なり、異方形状である断面楕円形状では、噴霧量を調整するために、噴霧圧力を調整すると楕円の噴霧パターンの形状が変化し、ガスタービンの燃焼器において化石燃料を噴霧する場合など、燃焼効率に悪い影響を与えていた。そこで、本発明者らは、さらに鋭意検討した結果、ノズルの構造を工夫することにより、断面楕円形状のホロコーンであっても、幅広い噴射圧力に対して楕円の噴霧パターンが変化せずに、しかも微粒化できることに成功した。

すなわち、本発明のスプレーノズルは、断面楕円形状のホロコーン状パターンで液体を噴射するためのスプレーノズルであって、楕円形状の吐出口と、この吐出口から楕円形状の長軸長さが減少する方向に延び、かつ円形状に収束する第１のテーパ状流路と、この第１のテーパ状流路に連なる第１の円筒状流路と、この第１の円筒状流路から流路径（円径）が増大する方向に傾斜して延びる第２のテーパ状流路と、この第２のテーパ状流路に連なる第２の円筒状流路と、この第２の円筒状流路の上流側に流路を横断して（または厚み方向をノズル軸心に沿って）配設され、かつ複数の液体導入孔を有する円板状隔壁部と、この円板状隔壁部の上流側に延びる第３の円筒状流路とを備え、前記複数の液体導入孔が、ノズル軸心の同心円上に間隔をおいて形成され、かつ前記同心円の周方向に同一の向きで傾斜してノズルの軸心方向に延びる。前記円板状隔壁部は、３〜１０個の液体導入孔を有していてもよい。前記液体導入孔は、ノズルの軸心方向に対して１０〜６０°で傾斜していてもよい。前記液体導入孔（特に、その中心）は第１の円筒状流路の外周に対応する位置に等間隔で形成されていてもよい。前記楕円形状の吐出口において、長径が短径の１．２倍以上であってもよい。前記第１の円筒状流路の流路口の面積は、液体導入孔の導入口の総面積に対して２〜５倍であってもよい。前記第１のテーパ状流路において、吐出口の短軸における縦断面形状のテーパ角が３０°以下であり、かつ吐出口の長軸における縦断面形状のテーパ角が３０〜９０°であってもよい。また、第１のテーパ状流路において、吐出口の長軸における縦断面形状は、第１の円筒状流路の下流端から下流方向に向かうにつれて湾曲して拡大する曲線部と、この曲線部から下流方向に向かうにつれて直線的に拡大して吐出口に至る直線部とからなる形状であってもよい。前記第１のテーパ状流路および第１の円筒状流路の総流路長は、前記第１の円筒状流路の流路径に対して０．２〜２倍であってもよい。

本発明では、楕円形状の吐出口と、この吐出口から楕円形状の長軸長さが減少する方向に傾斜して延び、かつ円形状に収束する第１のテーパ状流路と、この第１のテーパ状流路に連なる第１の円筒状流路と、この第１の円筒状流路から流路径が増大する方向に傾斜して延びる第２のテーパ状流路と、この第２のテーパ状流路に連なる第２の円筒状流路と、この第２の円筒状流路の上流側に流路を横断して配設され、かつ複数の液体導入孔を有する円板状隔壁部と、この円板状隔壁部の上流側に延びる第３の円筒状流路とを組み合わせ、かつ前記液体導入孔を、ノズル軸心の同心円上に間隔をおいて形成し、かつ前記同心円の周方向に同一の向きで傾斜してノズルの軸心方向に貫通させることにより、断面楕円形状のホロコーン状パターンで液体を噴射できるスプレーノズルを提供できるため、異方形状の領域に対して噴射する液体の微粒化性能を向上できる。さらに、３〜１０個の液体導入孔を円板状隔壁部に形成することにより、断面楕円形状のホロコーンであっても、幅広い噴射圧力に対して楕円ホロコーン噴霧形状が維持できる。

図１は、本発明のスプレーノズルの一例を示す概略部分透視斜視図である。 図２は、図１のスプレーノズルの正面図およびスプレーパターンを示す図である。 図３は、図２のI-I線概略断面図である。 図４は、図２のII-II線概略断面図である。 図５は、図４の部分拡大図である。 図６は、図１の円板状隔壁部の概略正面図である。 図７は、図６の円板状隔壁部の液体導入孔の流路形状を示すための部分切欠斜視図である。 図８は、図１のスプレーノズルの使用状態を示す概略斜視図である。 図９は、実施例１で得られたスプレーノズルにおける水量密度の分布状態を示すグラフである。

以下に、必要に応じて添付図面を参照しつつ本発明を詳細に説明する。

図１は本発明のスプレーノズルの一例を示す概略部分透視斜視図であり、図２は図１のスプレーノズルの正面図およびスプレーパターンを示す図であり、図３は図２のI-I線概略断面図であり、図４は図２のII-II線概略断面図であり、図５は、図４の部分拡大図であり、図６は図１の円板状隔壁部の概略正面図であり、図７は図６の円板状隔壁部の液体導入孔の流路形状を示すための部分切欠斜視図である。

このスプレーノズル１０は、ノズル内部に軸心に沿って延びる流路を有しており、この流路を通過した液体を断面楕円形状のホロコーンパターン（空洞の楕円錐形状）で吐出または噴射（噴霧）できる。詳しくは、この流路は、最も下流側に位置する楕円形状の吐出口１と、この吐出口１から楕円形状の長軸長さが減少する方向に傾斜して延び、かつ円形状に収束する第１のテーパ状流路２と、この第１のテーパ状流路２に連なる第１の円筒状流路３と、この第１の円筒状流路３から流路径（円径）が増大する方向に傾斜して延びる第２のテーパ状流路４と、この第２のテーパ状流路４に連なる第２の円筒状流路５と、この第２の円筒状流路５に連なり、かつ円板状隔壁部６に形成された複数の液体導入孔６ａと、前記円板状隔壁部６に連なる第３の円筒状流路７とで形成されている。このスプレーノズル１０では、上流側である第３の円筒状流路７から液体が流入され、前記液体導入孔６ａおよびそれに続く流路を通過して、図８に示されるように、吐出口１から断面楕円形状のホロコーンパターンの液流が吐出される。

第３の円筒状流路７は、ノズル軸心に対して垂直な断面が円形状（真円形状または略真円形状）である流路であり、液体を安定して通過させるための容積および長さを有した中空円筒状に形成されている。

このスプレーノズル１０では、断面楕円形状のホロコーンパターンを形成するために、第３の円筒状流路７に導入された液体は、第３の円筒状流路７を通過した後、第３の円筒状流路７の下流側に配設された円板状隔壁部（中子）６によって流動状態が変化（乱流化）する。

詳しくは、第３の円筒状流路７を通過した液体は、液体導入孔６ａを通過することによって流路の外周側に集束されるとともに、液体導入孔６ａの傾斜によって旋回流に変化する。

このスプレーノズル１０では、図６および７に示されるように、液体導入孔６ａは、開口形状が円形であり、ノズルの軸心方向に対してその同心円の周方向（または接線方向）に傾斜した流路（上流から下流に向かって前記周方向に傾斜する流路）を有しており、その中心が第１の円筒状流路３の外周に対応する位置（円上）に間隔をおいて、等間隔で５個形成されている。図７に示されるように、各液体導入孔６ａは、旋回流を発生させるために、いずれもノズル軸心方向に対して傾斜角θ_１で同一の向き（通過する液体が上流から下流に向かって右螺旋方向に旋回できる方向）に傾斜させている。この例では傾斜角θ_１は約２５°である。なお、図６において、破線で示した液体導入孔は裏面（上流側）における液体導入孔を示す。

第２の円筒状流路５は、ノズル軸心に対して垂直な断面が円形状（真円形状または略真円形状）の流路であり、第３の円筒状流路７よりも小さい流路径を有しており、第３の円筒状流路７との間に段差を設けることにより、簡便な方法で、前記円板状隔壁部６を流路内に固定できる。

第２のテーパ状流路４は、円板状隔壁部６によって流路の壁面を旋回しながら通過する液体の噴射圧力を向上させるために形成されており、約９０°のテーパ角（ノズル軸心に対して約４５°）で形成されている。第２のテーパ状流路４によって集束された液体は、圧力を高めた状態で第１の円筒状流路（円形オリフィス）３に送られる。

第１の円筒状流路３は、ノズル軸心に対して垂直な断面が円形状（真円形状または略真円形状）である流路であり、その流路径（ノズル軸心に垂直な断面の直径）は、第２の円筒状流路５の流路径に対して約６０％である。第１の円筒状流路３の流路口の面積（ノズル軸心に対して垂直な断面の面積）は、液体導入孔６ａの導入口の総面積に対して約３倍である。

第１のテーパ状流路２は、第１の円筒状流路３の下流端から流路が拡がって延びる壁面を有する流路であり、第１の円筒状流路３の壁面を旋回して流動する液体を断面楕円形状で流動するように変化させるために形成されている。

第１のテーパ状流路２は、下流側の吐出口１の形状が楕円形状となるように傾斜されており、楕円形状の吐出口１の長軸における縦断面形状（流れ方向または軸心方向の断面形状）は、図５の第１のテーパ状流路２の部分拡大図に示されるように、第１の円筒状流路３の下流端から下流方向に向かうにつれて湾曲して拡大する曲線部（湾曲状拡大部）２ａと、この曲線部の下流端から下流方向に向かうにつれて直線的に拡大して吐出口に至る直線部（直線状拡大部）２ｂとからなる形状であるのに対して、短軸における縦断面形状は、上流から下流（下流方向）に向かって緩やかに軸心から離れる方向に傾斜する直線形状である。さらに、第１のテーパ状流路２において、吐出口１の長軸における縦断面形状のテーパ角（図５のθ_４ａ×２）が約５５°であるのに対して、短軸における縦断面形状のテーパ角は約１°である。

前記曲線部２ａの曲率半径は２．３ｍｍ程度であり、この曲率半径を有する仮想円において、前記曲線部を弧とする扇形状（部分円）の角度（中心角）θ_５は３５°程度である。

第１のテーパ状流路２および第１の円筒状流路３の総流路長（吐出口１から第１の円筒状流路３の上流端との最短距離）は、第１の円筒状流路３の流路径に対して０．８倍である。

前記吐出口１の形状は、長径が短径の約１．５倍である楕円形状であり、前述の通り、このノズルでは、吐出口１を楕円形状に形成することにより、吐出口１から噴射するホロコーン状パターンの液体の流れを空洞（中空）の楕円錐形状に制御できる。

このスプレーノズル１０の外部形状は略円柱状であり、円柱の上流端部の外側面には半径方向に延びるフランジ部８が形成されている。このフランジ部８には吐出口１の短軸方向で対向する基準面８ａ,８ｂが形成されており、この基準面８ａ,８ｂを目印にしてホロコーン状パターンの噴射位置を容易に決定できる。

図８は、スプレーノズル１０の使用状態を示す概略斜視図であり、被噴射物１２に対して、スプレーノズル１０から液体が断面楕円形状であるホロコーン状パターン１１で噴射されているが、被噴射物１２に対するスプレーノズル１０の角度を調整することによりホロコーン状パターンの形状を調整できる。さらに、前述のように、円板状隔壁部６を通過した液体は旋回するため、図２に示すように、吐出口１から噴射される液体における楕円形状のスプレーパターン９の長径は、吐出口１の長径に対して約１８°交差した形状で噴射される。なお、図２では、スプレーパターン９は外延の形状のみ示している。

本発明のスプレーノズルにおいて、円筒状流路は、ノズル軸心に対して垂直な断面が同一の円形状（真円形状または略真円形状）である流路を意味する。第３の円筒状流路の流路径（ノズル軸心方向に対して垂直な断面の直径）は、第２の円筒状流路の流路径と同一であってもよく、小さくてもよいが、円板状隔壁部を容易に固定でき、かつ液体を旋回させ易い点から、大きいのが好ましい。第３の円筒状流路の流路径は、第２の円筒状流路の流路径に対して、例えば１．０１〜１．２倍、好ましくは１．０５〜１．１５倍、さらに好ましくは１．０８〜１．１２倍である。第３の円筒状流路の流路径が大きすぎると、液体の噴射圧の調整が困難となる虞がある。

円板状隔壁部（中子）に形成されている液体導入孔の数は、５個に限定されず、通過する液体を旋回できればよいが、複数が好ましく、例えば３〜１０個、好ましくは４〜８個、さらに好ましくは５〜７個である。液体導入孔の数が少なすぎると、ホロコーン状パターンで噴射するのが困難となる虞があり、逆に多すぎると、旋回流を生成させるのが困難となる虞がある。

液体導入孔の開口形状は、円形状（真円形状または略真円形状）に限定されず、楕円形状や多角形状（六角形状など）などであってもよい。液体導入孔の開口形状が長方形状や楕円形状などの異方形状である場合、長軸がノズル軸心の同心円上の接線に平行となるように形成してもよい。

液体導入孔を形成する位置は、第１の円筒状流路の外周に対応する位置に限定されず、ノズル軸心の同心円上に間隔をおいて形成され、液体の流れを第２の円筒状流路の壁面に集束できればよく、微粒化性能が高い断面楕円形状のホロコーンを噴射できる点から、第１の円筒状流路の外周に対応する位置に形成されているのが好ましく、液体導入孔の中心が第１の円筒状流路の外周に対応する位置に形成されているのが特に好ましい。また、複数の液体導入孔には、断面楕円形状のホロコーンを噴射できる範囲であれば、同心円上から少し逸脱した位置に形成された液体導入孔が含まれていてもよい。

複数の液体導入孔の間隔は、異なる間隔であってもよいが、幅広い噴射圧力に対して均一に微粒化できる点から、等間隔が好ましい。

複数の液体導入孔を傾斜させる方向は、ノズル軸心の同心円における周方向に傾斜していればよい。本明細書および特許請求の範囲において、液体導入孔の傾斜方向としての「周方向」とは、厳密には、前記同心円における各液体導入孔での略接線方向を意味する。また、この略接線方向は、ホロコーン状パターンで液体を噴射できれば、前記接線方向に対して所定の角度で交差した方向であってもよいことを意味する。ホロコーン状パターンで液体を噴射できる交差角度としては、例えば±２０°以下、好ましくは±１０°以下、さらに好ましくは±５°以下程度である。

また、複数の液体導入孔における各傾斜方向は、通過する液体を同一の向きに旋回できるように同方向（ノズル軸心から見て同方向）に統一されていればよく、通過させる液体を上流から下流に向かって右螺旋方向（右巻き方向またはＺ巻き方向）に旋回できる方向に限定されず、左螺旋方向（左巻き方向またはＳ巻き方向）に旋回できる方向であってもよい。

各液体導入孔の傾斜角度θ_１は、ノズルの軸心方向に対して約２５°に限定されず、１０〜６０°程度の範囲から選択でき、例えば１５〜５０°、好ましくは２０〜４０°、さらに好ましくは２３〜３０°である。傾斜角度が小さすぎると、液体を旋回させるのが困難となる虞があり、逆に大きすぎると、噴射圧力が低下する虞がある。

複数の液体導入孔の傾斜角度θ_１は、同一の傾斜角度に限定されず、液体を旋回できればよく、例えば、傾斜角度が±２０°、好ましくは±１０°、さらに好ましくは±５°程度異なる液体導入孔が含まれていてもよい。そのため、本明細書および特許請求の範囲において、液体導入孔の周方向における「同一の向き」とは、傾斜角度が完全に同一である態様に限定されず、液体に目的の旋回流を付与できればよく、傾斜角度の差が前記範囲内にあり、ノズル軸心から見て略同一の向きである態様も含む。

すなわち、本発明のスプレーノズルでは、液体導入孔の傾斜方向が通過する液体を右螺旋方向および左螺旋方向のいずれかに旋回できるように、複数の液体導入孔が略同方向に（略同一の向きで）略同一の傾斜角度で形成されていればよく、同方向に同一の傾斜角度で形成されているのが好ましい。

円板状隔壁部の厚みは、第２の円筒状流路の流路長（ノズル軸心方向の長さ）に対して０．１倍以上であってもよく、例えば０．１〜１倍、好ましくは０．２〜０．８倍、さらに好ましくは０．３〜０．６倍、最も好ましくは０．４〜０．５倍である。円板状隔壁部の厚みが薄すぎると、液体を旋回させるのが困難となる虞がある。

本発明では、円板状隔壁部の厚み、液体導入孔の数や位置、傾斜角度θ_１に加えて、後述する第１のテーパ状流路および第２のテーパ状流路の形状を制御することにより、断面楕円形状のホロコーンの形状を調整できるともに、前記好ましい範囲に調整することにより、幅広い噴射圧力に対して均一に微粒化できる。

第２のテーパ状流路のテーパ角θ_２は、９０°付近に限定されず、流路の直径（円径）が上流側に向かって増大する方向に傾斜していればよく、３０〜１５０°程度の範囲から選択でき、例えば４０〜１３０°、好ましくは５０〜１２０°、さらに好ましくは６０〜１１０°、最も好ましくは８０〜１００°である。テーパ角θ_２が小さすぎると、噴射圧力が低下する虞があり、逆に大きすぎると、旋回が乱れて均一なホロコーンパターンの噴射が困難となる虞がある。

第１の円筒状流路（円形オリフィス）の流路径（ノズル軸心に垂直な直径）は、第２の円筒状流路の流路径に対して約６０％に限定されず、１０〜９０％程度の範囲から選択でき、例えば２０〜８０％、好ましくは３０〜７５％、さらに好ましくは５０〜７０％、最も好ましくは５５〜６５％である。第１の円筒状流路の流路径が小さすぎると、ホロコーンパターンの噴射が困難となる虞があり、逆に大きすぎると、噴射圧力が低下する虞がある。

第１の円筒状流路の流路口の面積（ノズル軸心に対して垂直方向の流路の断面積）は、液体導入孔の導入口の総面積（複数の液体導入孔の導入口の面積の合計）に対して約３倍に限定されず、１．５〜１０倍程度の範囲から選択でき、例えば２〜５倍、好ましくは２．５〜４倍、さらに好ましくは２．８〜３．５倍である。第１の円筒状流路の流路口の面積が小さすぎると、ホロコーンパターンの噴射が困難となる虞があり、逆に大きすぎると、噴射圧力が低下する虞がある。

第１のテーパ状流路および第１の円筒状流路の総流路長（吐出口から第１の円筒状流路の上流端との最短距離）は、第１の円筒状流路の流路径に対して、例えば０．２〜２倍、好ましくは０．３〜１．５倍、さらに好ましくは０．４〜１．３倍（例えば０．５〜１．１倍）、より好ましくは０．６〜１倍、最も好ましくは０．７〜０．９倍である。この比率が小さすぎると、断面楕円形状のパターンを形成できない虞があり、逆に大きすぎると、ホロコーンパターンで噴射するのが困難となる虞がある。

第１のテーパ状流路は、吐出口が楕円形状（特に、第１の円筒状流路の円形状よりも大きい楕円形状）となるように形成されていればよい。さらに、第１のテーパ状流路は、吐出口の長軸および短軸における縦断面形状のいずれにおいても上流から下流に向かって外方向に拡がる壁面を有する流路に限定されず、少なくとも長軸における縦断面形状が上流から下流に向かって外方向に拡がる壁面を有する流路であればよい。

吐出口の短軸における縦断面形状は、下流方向に向かって軸心から離れる方向に直線状に傾斜した形状に限定されず、ノズル軸心に平行な直線形状であってもよく、下流方向に向かうにつれて軸心に対する角度が大きくなるように湾曲した曲線形状（下流方向に向かうにつれて湾曲して拡大する曲線形状）であってもよいが、簡便性などの点から、直線形状が好ましく、前記直線状に傾斜した形状が特に好ましい。

短軸における縦断面形状のテーパ角θ_３は、ノズル軸心に対して３０°以下の範囲から選択でき、例えば２０°以下、好ましくは１０°以下、さらに好ましくは５°以下、最も好ましくは３°以下である。テーパ角θ_３が大きすぎると、ホロコーンパターンの断面楕円形状に調整するのが困難となる虞がある。

吐出口の長軸における縦断面形状は、前記曲線部（湾曲状拡大部）と前記直線部（直線状拡大部）とからなる形状に限定されず、第一の円筒状流路の下流端から下流方向に向かうにつれて湾曲しながら拡大して吐出口に至る曲線形状や、第一の円筒状流路の下流端から下流方向に向かうにつれて直線的に拡大して吐出口に至る直線形状であってもよいが、幅広い噴射圧力に対して楕円のホロコーンパターン形状を変化させず、ホロコーンパターンを維持できる点から、前記曲線部と前記直線部とからなる形状が好ましい。

前記曲線部の曲率半径は、例えば０．５〜５．０ｍｍ、好ましくは０．８〜４．０ｍｍ、さらに好ましくは１．０〜３．５ｍｍである。

前記曲率半径を有する仮想円において、前記曲線部を弧とする扇形状（部分円）の角度（中心角）θ_５は、例えば５〜８０°、好ましくは１０〜６０°、さらに好ましくは２０〜５０°、最も好ましくは３０〜４０°である。

軸心に対する前記直線部の傾斜角θ_６は、例えば１０〜６０°、好ましくは２０〜５０°、さらに好ましくは２５〜４０°である。

長軸における縦断面形状のテーパ角θ_４（θ_４ａ×２）は、ノズル軸心に対して２０〜１２０°程度の範囲から選択でき、例えば５〜１００°、好ましくは３０〜８０°、さらに好ましくは４０〜７０°である。テーパ角θ_４が小さすぎると、ホロコーン状パターンの断面を楕円形状に調整するのが困難となる虞があり、逆に大きすぎると、ホロコーン状パターンの噴射が困難となる虞がある。

なお、本明細書および特許請求の範囲では、第１のテーパ状流路において、吐出口の短軸および長軸における縦断面形状のテーパ角は、縦断面形状が湾曲形状を含む場合、吐出口における短軸または長軸との交点と、第１の円筒状流路の下流端（前記交点との最短距離に位置する下流端）とを結ぶ直線同士の角度を意味する。

第１のテーパ状流路の長軸における縦断面形状が前記曲線部と前記直線部とからなる形状である場合、前記縦断面形状が曲線部である領域の流路長（上流側の流路長）と、前記縦断面形状が直線部である領域の流路長（下流側の流路長）との比率は、前者／後者＝３／１〜１／３、好ましくは２／１〜１／２、さらに好ましくは１．５／１〜１／１．５、最も好ましくは１．２／１〜１／１．２であり、両流路長が略同一長さであってもよい。

吐出口の形状は、楕円形状であれば特に限定されず、長径が短径の１．２倍以上程度であればよいが、断面楕円形状のホロコーン状パターンで噴射し易い点から、長径が短径の１．２倍以上であるのが好ましく、例えば１．２〜３倍、好ましくは１．３〜２．５倍、さらに好ましくは１．３５〜２倍、最も好ましくは１．４〜１．６５倍である。短径に対して長径が小さすぎると、ホロコーン状パターンの断面を楕円形状に調整するのが困難となる虞があり、逆に大きすぎると、ホロコーン状パターンの噴射が困難となる虞がある。

本発明のスプレーノズルは、内部に前述の吐出口から延びる流路が形成され、かつ円板状隔壁部を有していればよく、外部形状は、特に限定されず、用途に応じて適宜選択できる。外部形状は、円柱状に限定されず、断面四角形や六角形などの角柱状であってもよい。また、外部形状は、フランジ部を有さない形状であってもよく、螺合部を有する形状などであってもよい。

本発明のスプレーノズルは、ノズル本体と円板状隔壁部とは独立した別個の部材である態様に限定されず、ノズル本体と円板状隔壁部とが一体化した態様であってもよい。

本発明のスプレーノズルから噴射される液体は断面が楕円形状であるホロコーン状パターンで噴射または噴霧される。

本発明では、前述のように、流路径、流路長、テーパ部のテーパ角、液体導入孔の形状および傾斜角度θ_１を調整することにより、この噴射パターンを調整できる。

以下に、実施例に基づいて本発明をより詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例によって限定されるものではない。

実施例１
図１〜７に示すスプレーノズルを用いた。詳細な形状は、以下の通りである。

吐出口の短軸径および第１の円筒状流路の流路径：４．３５ｍｍ
吐出口の長軸径：６．６ｍｍ
第１のテーパ状流路のテーパ角：５５°
第１のテーパ状流路の曲率半径：２．３ｍｍ
第１の円筒状流路の流路長：１．２ｍｍ
第２のテーパ状流路のテーパ角：９０°
第１のテーパ状流路、第１の円筒状流路および第２のテーパ状流路の合計流路長：５．０ｍｍ
第２の円筒状流路の流路長：４．５ｍｍ
円板状隔壁部の厚み：２．０ｍｍ
円形液体導入孔の開口径：１．１ｍｍ
円形液体導入孔の傾斜角度：２６°
第１の円筒状流路の流路口の面積／液体導入孔の導入口の総面積：３．１／１
第３の円筒状流路の流路長：９．８ｍｍ
第１の円筒状流路の流路径／第１のテーパ状流路のおよび第１の円筒状流路の総流路長：１．２４／１。

このノズルを用いて、低圧０．３ＭＰａ、高圧３ＭＰａで噴霧を行ったところ、低圧水量３．９（Ｌ／ｍｉｎ）、高圧水量１１．５（Ｌ／ｍｉｎ）であり、楕円噴霧パターンの短径と長径との比を噴霧距離５０ｍｍで測定したところ、低圧側で２．５であり、高圧側では、いずれの測定でも、意外なことに大きくばらつくことなく、２．５に対して±２％以内の変化にとどまった。

また、前記低圧条件（０．３ＭＰａ、３．９Ｌ／ｍｉｎ、５０ｍｍ）で噴霧した水量について、楕円噴霧パターンの短軸方向（前後方向）、長軸方向（左右方向）のそれぞれの分布状態を測定した結果を図９に示す。図９は、ノズルセンター（噴霧パターンの中心であり、かつノズル軸心に対応する位置）からの距離に対する水量密度（％）を示しており、水量が最大となる距離での水量（１００％）に対する相対値でと示している。実線のグラフが長軸方向の水量分布を示し、ノズルセンターからの距離が右方向５０ｍｍの位置で水量が最大となっており、左方向でも５０ｍｍの距離がピークとなっている。同様に、破線のグラフが短軸方向の水量分布を示し、前後方向ともに、ノズルセンターからの距離が１０ｍｍの位置でピークとなっている。なお、水量は、開口径が１０ｍｍの容器に対する充填量を比較することにより求めた。詳しくは、ノズルの吐出口から５０ｍｍ離れた位置に、開口部が前記吐出口と対向するように、複数の容器を楕円噴霧パターンの短軸方向および長軸方向に十字状に並べ、ノズルから水を噴霧して前記容器に充填される水量を比較した。

微粒化性能を調べるために、圧力０．３ＭＰａ、水量３．９（Ｌ／ｍｉｎ）の楕円噴霧パターンの短軸方向（前後方向）、長軸方向（左右方向）の４箇所において、位相ドップラー法（ＰＤＰＡ法）により、水量分布ピーク位置±５ｍｍでの平均粒径を測定した。平均粒径は測定液滴１００００個のザウター平均粒径（Ｄ３２）を用いた。測定結果を表１に示す。

参考例１
吐出口の形状が開口径４．３５ｍｍの円形状であり、第１のテーパ状流路の傾斜面が第１の円筒状流路から延びる平坦面である以外は実施例１と同一のスプレーノズルを使用し、実施例１と同圧、同水量の平均粒径を測定した結果を表２に示す。

表１および２の結果から、断面楕円形状のホロコーン状パターンの表１では、前後方向、左右方向がそれぞれ対称である噴霧パターンが形成され、円形ホロコーンの表２では左右、前後対称に噴霧される。円形ホロコーンと同測定位置となる断面楕円形状のホロコーン状パターンの左右方向の平均粒径は、円形ホロコーン噴霧と同等程度であるものの、楕円短径方向である前後方向の平均粒径は、明らかに微粒化された結果が得られた。この結果、同圧、同流量のスプレートータルを平均すると、楕円ホロコーン平均粒径は、円形フルコーン噴霧より７７％程度に微粒化することができた。

本発明のスプレーノズルは、楕円形状のホロコーン状パターンで液体を噴射させる用途であれば特に限定されず、幅広い用途に使用でき、例えば、発電用のボイラー、ガスタービン、エンジン等において、化石燃料を噴霧するためのスプレーノズルの他、加湿用ノズル、消毒殺菌用ノズル、塗油用ノズルなどにも利用できる。

１…吐出口
２…第１のテーパ状流路
３…第１の円筒状流路
４…第２のテーパ状流路
５…第２の円筒状流路
６…円板状隔壁部
６ａ…液体導入孔
７…第３の円筒状流路
８…フランジ部
８ａ…基準面
９…スプレーパターン
１０…スプレーノズル
１１…ホロコーンパターン
１２…被噴射物

Claims (10)

1. 断面楕円形状のホロコーン状パターンで液体を噴射するためのスプレーノズルであって、楕円形状の吐出口と、この吐出口から楕円形状の長軸長さが減少する方向に延び、かつ円形状に収束する第１のテーパ状流路と、この第１のテーパ状流路に連なる第１の円筒状流路と、この第１の円筒状流路から流路径が増大する方向に傾斜して延びる第２のテーパ状流路と、この第２のテーパ状流路に連なる第２の円筒状流路と、この第２の円筒状流路の上流側に流路を横断して配設され、かつ複数の液体導入孔を有する円板状隔壁部と、この円板状隔壁部の上流側に延びる第３の円筒状流路とを備え、前記複数の液体導入孔が、ノズル軸心の同心円上に間隔をおいて形成され、かつ前記同心円の周方向に同一の向きで傾斜してノズルの軸心方向に延びるスプレーノズル。
2. 円板状隔壁部が３〜１０個の液体導入孔を有する請求項１記載のスプレーノズル。
3. 液体導入孔が、ノズルの軸心方向に対して１０〜６０°で傾斜している請求項１または２記載のスプレーノズル。
4. 液体導入孔が第１の円筒状流路の外周に対応する位置に等間隔で形成されている請求項１〜３のいずれか一項に記載のスプレーノズル。
5. 液体導入孔の中心が第１の円筒状流路の外周に対応する位置に等間隔で形成されている請求項１〜４のいずれか一項に記載のスプレーノズル。
6. 楕円形状の吐出口において、長径が短径の１．２倍以上である請求項１〜５のいずれか一項に記載のスプレーノズル。
7. 第１の円筒状流路の流路口の面積が、液体導入孔の導入口の総面積に対して２〜５倍である請求項１〜６のいずれか一項に記載のスプレーノズル。
8. 第１のテーパ状流路において、吐出口の短軸における縦断面形状のテーパ角が３０°以下であり、かつ吐出口の長軸における縦断面形状のテーパ角が３０〜９０°である請求項１〜７のいずれか一項に記載のスプレーノズル。
9. 第１のテーパ状流路において、吐出口の長軸における縦断面形状が、第１の円筒状流路の下流端から下流方向に向かうにつれて湾曲して拡大する曲線部と、この曲線部から下流方向に向かうにつれて直線的に拡大して吐出口に至る直線部とからなる形状である請求項８記載のスプレーノズル。
10. 第１のテーパ状流路および第１の円筒状流路の総流路長が、第１の円筒状流路の流路径に対して０．２〜２倍である請求項１〜８のいずれか一項に記載のスプレーノズル。

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