JP6812597B1 - ノズルおよび洗浄装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】流体を噴出させるノズルにおいて複数の流体を一緒に噴出させることのできる技術を提供する。【解決手段】ノズル(10)は、流体が流れる下流に向かって内部(21)が窄まる収束部(20)を備える。また、ノズル(10)は、流体が流れる中途において、収束部(20)の上流端(22)における流通断面(S22)よりも狭くなった流通断面(S30)を有する絞り部(30)を備える。また、ノズル(10)は、絞り部(30)と連通するダクト部(40)を備える。また、ノズル(10)は、収束部(20)の上流端(22)と離して設けられ、収束部(20)の上流端(22)側から下流端(23)側へ向けて収束部(20)の内部(21)に流体を噴出させる流動発生部(50)を備える。【選択図】図1

Description

本発明は、ノズルおよび洗浄装置に関する。
特開2007−73615号公報(以下、特許文献1という)には、ラバールノズルと、この上流側に圧縮気体供給部と、下流側に加速冷却部とが設けられた本体内に、圧縮気体の流れと同方向に洗浄液を吐出する供給管を備えた洗浄ノズルが記載されている。この洗浄ノズルによれば、微細な氷粒子および過冷却液滴を超高速で噴射して、洗浄対象物表面の汚染物質を除去することができる。
特開2007−73615号公報(段落0019、図1)
しかしながら、特許文献1のように洗浄ノズルから微細な氷粒子および過冷却液滴を噴射させなくとも、洗浄対象物によっては汚染物質を除去することができれば差し障りがないものがある。また、特許文献1に記載のような微細な氷粒子(ブラスト材)では、洗浄対象物の表面に衝突するため、表面が損傷してしまうおそれもある。
本発明の一目的は、流体を噴出させるノズルにおいて複数の流体を一緒に噴出させることのできる技術を提供することにある。
一解決手段に係るノズルは、流体を噴出させるものである。前記ノズルは、流体が下流に向かって内部が窄まる収束部を備えている。前記ノズルは、流体が流れる中途において、前記収束部の上流端における流通断面よりも狭くなった流通断面を有する絞り部を備えている。前記ノズルは、前記絞り部と連通するダクト部を備えている。前記ノズルは、前記収束部の上流端と離して設けられ、前記収束部の上流端側から下流端側へ向けて前記収束部の内部に流体を噴出させる流動発生部を備えている。
一解決手段によれば、流体を噴出させるノズルにおいて複数の流体を一緒に噴出させることができる。
本発明の一実施形態に係るノズルの模式図である。 本発明の他の実施形態に係るノズルの模式図である。 本発明の他の実施形態に係るノズルの模式図である。 本発明の他の実施形態に係るノズルの側面図である。 図4に示すノズルの断面図である。 本発明の一実施形態に係る洗浄装置の側面図である。 図6に示す洗浄装置の平面図である。 本発明の他の実施形態に係るノズルの模式図である。
以下の本発明における実施形態では、必要な場合に複数のセクションなどに分けて説明するが、原則、それらはお互いに無関係ではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細などの関係にある。このため、全図において、同一の機能を有する部材には同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。また、構成要素の数(個数、数値、量、範囲などを含む)については、特に明示した場合や原理的に明らかに特定の数に限定される場合などを除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。また、構成要素などの形状に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうではないと考えられる場合などを除き、実質的にその形状などに近似または類似するものなどを含むものとする。
(第1実施形態)
本実施形態では、本発明に係るノズル10について図1を参照して説明する。図1は、ノズル10の模式図である。ノズル10は、噴出口11から流体(例えば、気泡を含む液体)を噴出させるものである。
ノズル10は、収束部20を備えている。収束部20は、中空の内部21を有している。また、収束部20は、流体が流れる方向における上流端22(一方端)および下流端23(他方端)を有している。上流端22および下流端23は、開口しており、内部21を開放することとなる。内部21は、流体が流れる方向における上流端22から下流端23(ノズル10では噴出口11でもある)に向かって窄まって構成されている。すなわち、内部21では流体が通る方向の断面(流通断面)が、上流端22から下流端23に向かって小さくなっている。
また、ノズル10は、絞り部30を備えている。絞り部30は、流体が流れる中途において、収束部20の上流端22における流通断面S22よりも狭くなった流通断面S30を有している。この絞り部30は、中空の内部31を有している。ノズル10では、収束部20の下流端23側の一部が絞り部30として構成されている。このため、収束部20の下流端23の流通断面S23が、絞り部30の流通断面S30よりも狭くなっている。
また、ノズル10は、絞り部30と連通するダクト部40を備えている。ダクト部40は、流体が通る管として設けられ、一端が絞り部30の内部31で開口している。すなわち、ダクト部40から絞り部30の内部31(収束部20の内部21)へ流体が取り込まれる。ダクト部40の流通断面S40は、絞り部30の流通断面S30より狭くなっている。これにより、上流からの流体は、ダクト部40ではなく絞り部30を通過して噴出口11へ向かって流れていくことができる。また、ノズル10では、内部31(内部21)で開口するダクト部40の一端は噴出口11(収束部20の下流端23)よりも上流に位置している。これにより、流体が流れる中途においてダクト部40を設けても、流体が噴出口11から噴出される前に流れを整えることができる。
また、ノズル10は、流動発生部50を備えている。流動発生部50は、収束部20の上流端22と離して設けられている。流動発生部50は、収束部20の上流端22側から下流端23側へ向けて収束部20の内部21に流体を噴出(注入)させるもの(流動発生ノズル)である。流動発生部50の内部51を開放する噴出口52の流通断面S52(開口面積S52でもある)は、収束部20の上流端22の流通面積S22(開口面積S22でもある)よりも小さく構成されている。これにより、流動発生部50は、収束部20の上流端22から内部21へ流体を噴出させやすい。なお、流動発生部50は、例えば、ポンプなどの動力によって流体を噴出させることができる。
例えば、収束部20の上流端22周辺の空間に流体F1が存在している場合、流動発生部50から流体F2が噴出されると流速が増加することになり、その流れが生じている周辺が減圧される。上流端22側から収束部20の内部21へ流体F2が流れているので、流体F1が存在する上流端22側の内部21も減圧される。このため、流体F2の周辺にある流体F1が収束部20の内部21に引き込まれ、流体F1の流れが発生する。また、ノズル10では、流動発生部50の噴出口52が、収束部20の上流端22と向かい合って離れている。このため、向かい合っている空間に存在する流体F1を収束部20の内部21へ引き込み易くすることができる。
そして、ノズル10において、収束部20の内部21を流体が流れると、流通断面が狭くなる絞り部30の内部31において流速が増加し、減圧される。このとき、絞り部30の内部31の圧力がダクト部40の他端側の圧力より低いと、他端側にある流体F3がダクト部40を通って内部31に引き込まれる(あるいはダクト部40の他端側の圧力によって押し込まれる)。これにより、ダクト部40から絞り部30の内部31(収束部20の内部21)へ流体F3を供給することができる。
より具体的には、流体F1および流体F2を液体とし、流体F3を気体とした場合、ノズル10からは気泡を含む液体を噴出することができる。定常状態から収束部20の上流端22周辺での流速増加により、液体(流体F1)と液体(流体F2)とが混ざり合った液体が生成される。そして絞り部30において液体の流速増加に伴って減圧となり、ダクト部40から気体(流体F3)が供給される。このとき、キャビテーションが発生しやすくなり、混合された液体(流体F1および流体F2)と気体(流体F3)とが混ざり合う、すなわち気泡を含む液体が生成される。
このように、ノズル10によれば、複数の流体を一緒に噴出させることができる。そして、例えば、気泡を含む液体を洗浄対象物に向けて噴出させることで、被洗浄対象物への損傷を防止して洗浄することができる。
(第2実施形態)
本実施形態では、本発明に係るノズル10Aについて図2を参照して説明する。図2は、ノズル10Aの模式図である。ノズル10Aは、噴出口11から流体(例えば、気体を含む液体)を噴出させるものである。ノズル10Aは、収束部20と、絞り部30と、ダクト部40と、流動発生部50Aとを備えている。
第1実施形態では、噴出口52を有する流動発生部50の内部51を円筒状とした。これに対して、本実施形態では、噴出口52を有する流動発生部50Aの先端側の内部51が窄まる(先細る)点で相違する。すなわち、流動発生部50Aの内部51では流通断面が、噴出口52に向かって小さくなっている。なお、下流の噴出口52に対する上流からは、例えば、ポンプなどの動力によって流体が供給される。
上流からの供給圧を同じとして、流動発生部50と流動発生部50Aとを比較した場合、流動発生部50Aからは流速がより増加した流体F2が噴出される。このため、収束部20の内部21へ流体F2を噴出(注入)させやすくすることができる。また、収束部20の内部21を通り抜け、ノズル10Bの噴出口11から遠くまで噴出(放出)させやすくすることができる。また、流動発生部50Aからの流体F2の流速が増加することにより、その流体周辺が減圧されるので、収束部20の上流端22の周辺やその離れた位置にある流体F1が収束部20の内部21に引き込まれ易くすることができる。
なお、ダクト部40からは絞り部30の内部31(収束部20の内部21)へ流体F3が供給されやすくなるように、ダクト部40の流通断面S40は、流動発生部50、50Aの噴出口52の流通断面S52よりも広くなっている。
また、第1実施形態では、流動発生部50の噴出口52を収束部20の上流端22と向かい合わせた。これに対して、本実施形態では、流動発生部50Aの噴出口52が収束部20の内部21へ上流端22側から差し入れられている点で相違する。噴出口52が収束部20の内部21へ差し入れられることで、確実に収束部20の内部21へ流体を噴出(注入)させることができる。
他方、噴出口52が収束部20の内部21へ差し入れられると、収束部20の上流端22が内部21の一部を占めることとなり、その周辺から収束部20の内部21へ引き込まれる流体の流れが低下するおそれがある。そこで、流動発生部50Aの先端外形も内部52のように窄まる(先細る)形状とすることで、収束部20の上流端22周辺に存在する流体を引き込み易くすることができる。
このようなノズル10Aによれば、複数の流体を一緒に噴出させることができる。そして、例えば、気泡を含む液体を洗浄対象物に向けて噴出させることで、被洗浄対象物への損傷を防止して洗浄することができる。
(第3実施形態)
本実施形態では、本発明に係るノズル10Bについて図3を参照して説明する。図3はノズル10Bの模式図である。ノズル10Bは、噴出口11から流体(例えば、気体を含む液体)を噴出させるものである。ノズル10Bは、収束部20と、絞り部30と、ダクト部40と、流動発生部50Aと、発散部60とを備えている。
第1実施形態では、ノズル10の収束部20から流体を噴出するものとした。これに対して、本実施形態では、ノズル10Bの発散部60から流体を噴出するものとする点で相違する。発散部60は、収束部20よりも下流側に設けられている。発散部60は、中空の内部61を有している。また、発散部60は、流体が流れる方向における上流端62(一方端)および下流端63(他方端)を有している。上流端62および下流端63は、開口しており、内部61を開放することとなる。この下流端63がノズル10Bの噴出口11となる。
発散部60は、収束部20と連通している。ノズル10Bでは、収束部20の下流端23と発散部60の上流端62とが合わさっており、収束部20の内部21と発散部60の内部61とは連続している。そして、発散部60の内部61は、下流に向かって末広がりに構成されている。すなわち、内部61では流通断面が、上流端62から下流端63に向かって大きくなっている。このため、ノズル10Bの噴出口11から流体を広角に噴出させることができる。
また、絞り部30は、発散部60の下流端63(噴出口11)よりも収束部20の上流端22に近い。すなわち、ダクト部40が連通する絞り部30は、噴出口11から遠ざかっている。これにより、ダクト部40から供給された流体F3を含んでから暫くして流体を噴出口11から噴出させることができる。
より具体的には、流体F1および流体F2を液体とし、流体F3を気体とした場合、ノズル10Bからは気泡を含む液体が噴出することができる。ダクト部40から気体(流体F3)が供給されると、絞り部30でキャビテーションが発生しやすくなる。このとき発生した気泡は、絞り部30から噴出口11までの間において、液体(流体F1)と液体(流体F2)とが混ざり合った液体の流れに乗るようになる。すなわち、気泡を含む液体が生成される。
このようなノズル10Bによれば、複数の流体を一緒に広い範囲に噴出させることができる。そして、例えば、気泡を含む液体を洗浄対象物に向けて噴出させることで、被洗浄対象物への損傷を防止して洗浄することができる。
(実施形態4)
本実施形態では、本発明に係るノズル10Cおよび洗浄装置70について図4〜図7を参照して説明する。図4および図5は、それぞれノズル10Cの模式的な側面図および断面図である。図6および図7は、それぞれ洗浄装置70の模式的な側面図および平面図である。
ノズル10Cは、収束部20と、絞り部30と、ダクト部40と、流動発生部50Aと、発散部60とを備えている。ノズル10Cでは、収束部20と流動発生部50との間に空間Spができるようにブリッジ12によって収束部20と流動発生部50Aとが連結されている。
また、洗浄装置70は、ノズル10Cと、ノズル10Cが浸漬される洗浄槽71とを備えている。洗浄装置70は、浸漬されたノズル10Cから気泡を含む液体を噴出させ、これにより洗浄槽71に入れられた洗浄対象物を洗浄するものである。すなわち、洗浄槽71に水を張った状態で浸漬されたノズル10Cでは、流体F1および流体F2を水とし、流体F3を空気として、気泡を含む水を噴出させることができる。
また、洗浄装置70は、ノズル10Cおよび洗浄槽71の他に、更に、水供給部72と、濾過槽73と、ポンプ74と、篩部75とを備えている。洗浄槽71は、オーバーフロー部76を備えている。洗浄槽71に水供給部72から水が供給され続けると、オーバーフロー部76から水が溢れる。溢れた水は濾過槽73に流れ、濾過槽73では濾過された水は貯留され、その一部はドレイン77から排水される。
ポンプ74は、濾過槽73とノズル10Cの流動発生部50Aとの間に接続されている。ポンプ74の駆動により、濾過槽73で貯留されている水が流動発生部50Aへ供給される。ポンプ74から流動発生部50Aへの供給量(流動発生部50Aからの噴出量)は、バルブ78によって調整することができる。また、洗浄槽71の底部に設けられた篩部75(例えば、パンチングメタル)により、洗浄対象物からの大きな汚染物質が分離される。大きな汚染物質を含む水は、洗浄槽71に設けられたドレイン(不図示)から排水される。
ここで、ノズル10Cは洗浄槽71に浸漬されているので、収束部20、絞り部30、ダクト部40、流動発生部50A、および発散部60が水中に沈んでいる(水面WL下にある)。このため、流動発生部50Aと収束部20との間およびその周辺の空間Spには水が存在する。また、収束部20の内部21、絞り部30の内部31、および発散部60の内部61には水が存在する。また、ノズル10Cの噴出口11の周辺には水が存在する。ところで、ダクト部40の他端にはホース41の一端が接続され、そのホース41の他端が洗浄槽71の水から出た状態となっている(素面WL上にある)。このため、ダクト部40には大気圧がかかった状態で空気が存在する。
ポンプ74が駆動して流動発生部50Aの上流から水が流れると、流動発生部50Aからの噴出により水の流速が増加し、その噴出水の周辺が減圧される。このとき、流動発生部50Aから噴出された水周辺の圧力が、収束部20の上流端22から離れた位置の圧力よりも低いので、その周辺や離れた位置にある洗浄槽71内の水が収束部20の内部21に引き込まれやすくなる。これにより、洗浄槽71からの水(流体F1)と流動発生部50A(ポンプ74)からの水(流体F2)が混ぜ合わさった水の流れが収束部20の内部21に発生する。
ノズル10Cにおいて、収束部20の内部21を水が流れると、流通断面が狭くなる絞り部30の内部31において流速が増加し、その周りの圧力が減圧される。このとき、絞り部30の内部31の圧力がダクト部40の他端側の圧力(大気圧)より低いので、ダクト部40を通って空気(流体F3)が内部31に引き込まれる。これにより、ダクト部40から絞り部30の内部31(収束部20の内部21)へ空気を供給することができる。このとき、キャビテーションが発生しやすくなり、水と気体とが混ざり合う、すなわち気泡を含む液体が生成される。
このように、ノズル10Cによれば、気泡を含む水を洗浄槽71内の洗浄対象物Wに向けて噴出させることで、被洗浄対象物Wへの損傷を防止して洗浄することができる。また、洗浄槽71に浸漬されたノズル10Cによれば、ノズル10Cから噴出された水(流体F1)がノズル10Cの収束部20の上流端22側から吸い込まれることとなるので、旋回流を発生し、洗浄槽71内で水を循環させることができる。
例えば、洗浄対象物Wが根菜や葉菜であり、汚染物質として泥が付着していたとしても、水流と気泡によって優しく洗浄(泥落とし)することができる。また、洗浄対象物Wに気泡が衝突して破裂することでキャビテーション洗浄することができる。また、気泡の浮上による汚れや異物の分離や剥離を行うことができる。また、ノズル10Cでは収束部20の上流端22と流動発生部50Aとの間が離れているため、仮に泥を含む水であっても上流端22での詰まりを防止し、噴出口11から気泡を含む水を噴出することができる。また、ノズル10Cによれば、例えば、水道圧(0.07MPa〜0.1MPa)はもちろん、これよりも低い水圧(例えば、120L/分にて0.05Pa)のポンプ74を用いたとしても、噴出口11から気泡を含む水を噴出することができる。
(第5実施形態)
本実施形態では、本発明に係るノズル10Dについて図8を参照して説明する。図8はノズル10Dの模式図である。ノズル10Dは、噴出口11から流体(例えば、気体を含む液体)を噴出させるものである。ノズル10Bは、収束部20と、絞り部30と、ダクト部40と、流動発生部50Aと、発散部60と、タンク部80とを備えている。
第4実施形態では、ノズル10Cを浸漬して使用するものとした。これに対して、本実施形態では、ノズル10Dを浸漬させずとも使用するものとする点で相違する。タンク部80は、流動発生部50Aと収束部20の上流端22との間の空間を内包する内部81を有するものである。このタンク部80は、外部から流体F1が供給されるよう構成されている。
例えば、流動発生部50Aから流体F2が噴出されると流速が増加することになり、その流れが生じている周辺が減圧される。このとき、外部からタンク部80に流体F1を供給し、タンク部80内を流体F1で満たすようにする。流動発生部50Aにより上流端22側から収束部20の内部21へ流体F2が流れているので、流体F1が存在する上流端22側の内部21も減圧される。このため、流体F2の周辺にある流体F1が収束部20の内部21に引き込まれ、流体F1の流れが発生する。
そして、ノズル10Dにおいて、収束部20の内部21を流体が流れると、流通断面が狭くなる絞り部30の内部31において流速が増加し、減圧される。このとき、絞り部30の内部31の圧力がダクト部40の他端側の圧力より低いと、他端側にある流体F3がダクト部40を通って内部31に引き込まれる。これにより、ダクト部40から絞り部30の内部31(収束部20の内部21)へ流体F3を供給することができる。
すなわち、ノズル10Dによれば、複数の流体を一緒に噴出させることができる。そして、例えば、気泡を含む液体を洗浄対象物に向けて噴出させることで、被洗浄対象物への損傷を防止して洗浄することができる。例えば、流体F1として洗浄液(原液)、流体2として水、流体F3として空気、不活性ガス、炭酸ガス、オゾンガスを用いることができる。
以上、本発明を実施形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
前記実施形態では、収束部の内部は上流端から下流端に向かって窄まる形状であれば、例えば、テーパ状(円錐台状)であっても、ラッパ状であってもよい。
また、前記実施形態では、絞り部が収束部の下流端側の一部として構成された場合について説明したが、内部が連続するように収束部の下流端に絞り部を設けるように構成することもできる。また、収束部の下流端と絞り部とを連通(内部を連続)させた場合において、発散部の上流端側の一部を絞り部として構成することもできる。なお、絞り部にはダクト部が連通される。
10 ノズル; 20 収束部; 21 内部; 22 上流端; 23 下流端; 30 絞り部; 40 ダクト部; 50 流動発生部; S22、S30 流通断面

Claims (6)

  1. 流体を噴出させるノズルであって、
    流体が流れる下流に向かって内部が窄まる収束部と、
    流体が流れる中途において、前記収束部の上流端における流通断面よりも狭くなった流通断面を有する絞り部と、
    前記絞り部と連通するダクト部と、
    前記収束部の上流端と離して設けられ、前記収束部の上流端側から下流端側へ向けて前記収束部の内部に流体を噴出させる流動発生部と、を備え、
    前記ダクト部の一端が前記絞り部の内部に開口しており、
    前記流動発生部から液体が噴出されることで、前記収束部の上流端と前記流動発生部との間の液体が前記収束部の内部へ引き込まれ、前記ダクト部から前記絞り部の内部へ気体が引き込まれ、気泡を含む液体を噴出させる、
    ことを特徴とするノズル。
  2. 流体を噴出させるノズルであって、
    流体が流れる下流に向かって内部が窄まる収束部と、
    流体が流れる中途において、前記収束部の上流端における流通断面よりも狭くなった流通断面を有する絞り部と、
    前記絞り部と連通するダクト部と、
    前記収束部の上流端と離して設けられ、前記収束部の上流端側から下流端側へ向けて前記収束部の内部に流体を噴出させる流動発生部と、を備え、
    前記ダクト部の一端が前記絞り部の内部に開口しており、
    前記流動発生部の噴出口が前記収束部の上流端側から前記収束部の内部へ差し入れられ、前記流動発生部の噴出口を有する先端外形が窄まっている、
    ことを特徴とするノズル。
  3. 流体を噴出させるノズルであって、
    流体が流れる下流に向かって内部が窄まる収束部と、
    流体が流れる中途において、前記収束部の上流端における流通断面よりも狭くなった流通断面を有する絞り部と、
    前記絞り部と連通するダクト部と、
    前記収束部の上流端と離して設けられ、前記収束部の上流端側から下流端側へ向けて前記収束部の内部に流体を噴出させる流動発生部と、
    前記収束部よりも下流側に設けられ、下流に向かって内部が末広がる発散部と、を備え、
    前記ダクト部の一端が前記絞り部の内部に開口しており、
    前記ダクト部の一端が開口された前記絞り部の個所は、前記発散部の下流端よりも前記収束部の上流端に近い、
    ことを特徴とするノズル。
  4. 流体を噴出させるノズルと、
    液体が張られた洗浄槽と、を備え、
    前記ノズルは、
    流体が流れる下流に向かって内部が窄まる収束部と、
    流体が流れる中途において、前記収束部の上流端における流通断面よりも狭くなった流通断面を有する絞り部と、
    前記絞り部と連通するダクト部と、
    前記収束部の上流端と離して設けられ、前記収束部の上流端側から下流端側へ向けて前記収束部の内部に流体を噴出させる流動発生部と、を備え、
    前記ダクト部の一端が前記絞り部の内部に開口しており、
    前記ノズルが前記洗浄槽の液体に浸漬された状態において、前記ダクト部の他端側から前記ダクト部の内部に大気圧によって空気が供給されており、
    前記流動発生部から液体が噴出されることで、前記収束部の上流端と前記流動発生部との間の液体が前記収束部の内部へ引き込まれ、前記ダクト部から前記絞り部の内部へ空気が引き込まれ、気泡を含む液体で洗浄する、
    ことを特徴とする洗浄装置。
  5. 前記収束部の上流端は、前記洗浄槽内に開口しており、
    前記流動発生部の噴出口が、前記収束部の上流端から離れて向かい合っている、
    請求項4記載の洗浄装置。
  6. 前記洗浄槽内の液体を前記流動発生部へ供給するポンプを備えている、
    請求項4または5記載の洗浄装置。
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