JPH0117000B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は水、ヘドロ等の液体や土砂、岩石等の
固形物を水との混合状態で吸上搬送したり、また
は水中、水上で船体等を推進する推力発生装置等
に用いられるジエツトノズルに関する。

従来、前記推力発生装置等の駆動源として用い
られているジエツトノズルは主として高圧液体を
駆動力としている。

しかしながら、かゝるジエツトノズルを推力発
生装置等の駆動源として用いる場合、駆動力を液
体のみに求めているために該駆動液体自体の大量
消費という問題が生じると共に該液体が駆動力を
伴なつてノズルより噴射されたのち、例えば液体
の被搬送物と混合する際減圧、乱流化、渦流の発
生等により急激にその運動エネルギーを失なうた
め、この質量の増大した被搬送物のうち駆動液体
に相当する分だけ余分な駆動力を必要とするとい
う悪循環の度合いも大きい。また、キヤビテーシ
ヨンの発生により駆動力の推力への充分な変換が
不満足であると共に、噴射ノズル及びその周辺の
管壁を侵食され、装置の耐久力にも問題が生じて
いる。さらに、前記推力発生装置等に駆動液とし
て高圧液体のみを用いる場合は、通例搬送管のよ
うな被搬送物を送る管内にジエツト流が噴射さ
れ、液体の粘性から被搬送物と混合する際スムー
スな混合が得られず、又噴射後拡散した高圧液体
が管内壁との摩擦で大きな抵抗を受けるという欠
点も無視できない。

そこで本発明の目的はかゝる欠点を除去し、簡
単な構造で推力効率に優れたジエツトノズルを提
供するにある。

そこで本発明の特徴とするところは高圧液体用
噴射口と、その外側に同心状に高圧気体用噴射口
とをその噴射方向が互いに平行となるように設
け、該高圧液体用噴射口をノズル右端開口から一
定距離後退した位置に開口させ、かつ高圧液体用
噴射口の中心軸線上の後方にさらにもう１つの小
径の高圧気体用噴射口を設けて高圧気体を導入し
た点にある。

以下添付図を参照して本発明の実施例について
説明する。

第１図に本発明によるジエツトノズルの第一実
施例を示す。図において、１は高圧液体用の噴射
口であり、その外側に同心円状に高圧気体用の噴
射口２を設ける。この場合、該噴射口２はノズル
外筒４とノズル内筒４′の間に形成した二重円筒
の環状部からなる。噴射口２の左後方で一定の距
離Ａのところに高圧気体を導入するための環状連
通部５を設け、その開口２′を介して高圧気体の
噴射方向を軸方向と平行となるようにする。噴射
口１，２の右前方一定の距離Ｂまでノズル外筒４
を延長してノズル先端３を形成する。環状連通部
５に高圧気体を送り込むためノズル外筒４の半径
方向に複数の接続管６を設ける。接続管６の数は
高圧液体と高圧気体の流量及び圧力によつて適当
数設ければよい。高圧液体用の噴射口１の左後方
にノズル外筒４と一体に形成された保護筒７を設
ける。該保護筒７には高圧液体をノズル中心軸線
と直角の方向から導入するためにその一側部に導
入口７′を設ける。

さらに、保護筒７の左端からもう１つの高圧気
体を導入するため小径の高圧気体用の噴射管８を
ノズル中心軸線上で高圧液体の噴射方向に向けて
設ける。噴射管８の径及び長さは可変形のものと
すれば都合がよく、特に取付長さはその前端から
開口２′までの距離Ｃを一定の長さとし、側部の
導入口からの高圧液体の流れを阻害しない程度と
する。

高圧気体を接続管６及び噴射管８へ供給する方
法は、図示の配管経路のように、同一の高圧気体
供給源１０から制御弁９を介して分枝して配管し
てもよく、あるいは別々の供給源から独立にそれ
ぞれ配管してもよい。

第２図は第１図の矢印Ｘ−Ｘ線から見た噴射口
１，２の断面図である。ノズル内筒４を長くする
ときはこのノズル内筒４を安定して固定するため
に適当なブラケツトを外筒４との間に備えてもよ
い。

このように構成した前記ジエツトノズルの作用
効果について説明すると、高圧液体の供給源（図
示省略）から供給される駆動液は保護筒７の一側
部に設けた導入口７から流入し、そこで方向転換
して高圧液体用の噴射口１へ向つて流れる。高圧
気体は接続管６を介して環状連通部５に流入し、
開口２を通り高圧気体用の噴射口２から噴射され
る。この場合、距離Ａ間ではそれぞれの流体の流
れはノズル中心軸線と平行に流れ、距離Ａ間の
内、外筒４，４′の管がそれぞれの流体の流れを
整えるから、噴射口１，２から噴射された後もそ
れぞれの流体は噴射されたときそのまゝの気液平
行二層流を保持しつゝ突走する。距離Ｂは噴射後
の気液平行二層流に対する一定の距離を与え、従
つて該二層流に対する管内摩擦抵抗が、直接噴射
口から液体のみを噴射する従来のノズルに比較し
て非常に小さくなる。これは液体に比して気体の
粘性（動粘性）が一般に小さいからであり、液流
は高圧気流に囲繞されたまゝで突走するのみなら
ず、噴射口２から噴射される高圧気体により形成
される完全な円筒状の噴射流層が存在するため、
上記高圧液体はその噴射方向に高速で走行する円
筒内に噴射されることになり、従つて気流が停止
した円筒内において生ずるような摩擦抵抗は何ら
存在しないばかりか、上記高圧気体の突走により
生じた負圧力（吸上力）の作用により上記高圧液
体の噴射流は噴射時の初速度をむしろ加速気味に
維持してノズル先端開口３に向つて突走すること
となるのである。

さらにこの駆動液体に強力な駆動力を与えるた
め高圧液体の流れ方向（噴射方向）に噴射管８か
ら高圧気体を追加して噴射せしめたから、噴射後
の流れを気液気の準三層流として形成し、液流の
みの場合に比してさらに駆動力を増大させる。即
ち、保護筒７内に流入した高圧液体がノズル内筒
４′内に移動しやすいように保護筒からノズル内
筒４′への入口をテーパ状に形成すると共に、液
体自体の粘性による移動流出の場合の競合抵抗
（動粘性）を緩和するため加圧された液体の鋼性
（金属性）を損わぬ程度のわずかな気体を最も効
果的な液体流出の中心軸に注入することにより液
体移動の潤滑油として作用させるからである。
又、極めて高い加圧（600〜700Kg／cm²）（この場
合は水）を液体に行う場合の駆動液体の凍結を防
止することもこれによつて行える。一般に流体の
圧力、流量を増大させると流れが必然的に乱流化
し、何らかの流れを阻害するものに当ると渦流の
発生により運動エネルギーは急激に低下するのに
対して、本ジエツトノズルでは駆動液体が平行し
て走行するジエツト気流に囲繞されて突走するた
め被搬送物と衝突する際に発生する渦流は駆動液
体の粘性を緩和するジエツト気流の作用により大
幅に改善され、駆動液に与えられた運動エネルギ
ーは効率よく被搬送物等に伝達される。

第３図のジエツトノズルの構成は第一実施例の
ものと原則として同じであるが、高圧液体の導入
方向が第一実施例と異なつている。従つて、高圧
気体用の噴射管８の構造も図示の如くＬ字状とし
ている。駆動用液流の流れが直線状に導入できる
から、取付方法によつてはこの実施例の方が都合
がよい場合もある。

以上詳述した通り、高圧液体と高圧気体はそれ
ぞれの噴射口から平行に噴射され、噴射されるま
での過程においてはそれぞれの流体の導入口から
噴射口までの間一定の距離を与えられており、さ
らに噴射後もノズル先端まで一定の距離を与えら
れているから、気液の流れは噴射後もそのまゝの
層流状態を保持しつゝ突走し、かつ気液の平行噴
射による相乗効果により駆動液体の加速が行わ
れ、しかも高圧液体用噴射口の中心軸線上の後方
にさらにもう１つの高圧気体用噴射口を設けてい
るから、流体は気液気の準三層流として規則流れ
をなす。従つて本ジエツトノズルによるジエツト
流は非常に大きな駆動力を被搬送物に効率よく与
えることができ、従来公知のジエツトノズルに比
して駆動力の損失が非常に小さくなる。従つて、
駆動液体の消費量は駆動気体との相乗効果から、
大幅に節約することができ、駆動流体と被搬送物
との悪循環を改善する。

本発明によるジエツトノズルを、例えば液体等
の吸上搬送用ジエツトポンプの駆動源として用い
る場合は、その駆動流体の最外層が高圧気体であ
るため、被搬送物と混合する際に比較的抵抗が小
さくスムースな混合が得られることはいうまでも
ない。

また、本発明によるジエツトノズルでは駆動流
体として高圧液体に加えて高圧気体を用いている
ので、従来のジエツトノズルのようにその内部の
局部に低圧部分が生じるためのキヤビテーシヨン
（空洞化現象）が発生するという虞れは全くない。

勿論本発明は上述した実施例に限定されるもの
ではなく、各種の推力発生装置あるいは液体や固
形物等の搬送装置等の駆動源として用いることが
できることは言うまでもない。例えば、高圧気体
の接続管６や噴射管８等の形状、配設位置、個数
等は気液流体の圧力、流量のバランスによつて本
発明の範囲内で任意に変更させることができる。

さらに、使用する気体及び液体は各々空気及び
水に限らず、同一機能を有し高圧による爆発の虞
れのない不活性のものであればどんなものでも使
用できる。

以上のように非常に簡単な構成で高い噴射効率
とより大きな駆動力を与えることのできる本発明
によるジエツトノズルはその応用範囲が非常に広
く、極めて汎用性に富む。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のジエツトノズルの一実施例を
示す縦断面図、第２図は矢印Ｘ−Ｘから見た噴射
口の断面図、第３図は高圧液体導入部の構造が若
干異なる第二実施例を示す図、第４図はその矢印
Ｙ−Ｙから見た断面図である。 １……高圧液体用の噴射口、２……高圧気体用
の噴射口、２′……開口、３……ノズル先端、４
……ノズル外筒、４′……ノズル内筒、５……環
状連通部、６……接続管、７……保護筒、７′…
…導入口、８……噴射管、Ａ，Ｂ，Ｃ……距離。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 高圧液体用噴射口と、その外側に同心状に高
   圧気体用噴射口とをその噴射方向が互いに平行と
   なるように設け、該高圧液体用噴射口をノズル先
   端開口から一定距離後退した位置に開口させ、か
   つ高圧液体用噴射口の中心軸線上の後方にさらに
   もう１つの小径の高圧気体用噴射口を設けて高圧
   気体を導入したことを特徴とするジエツトノズ
   ル。 ２ ノズル先端３を高圧気・液両噴射口１，２か
   ら一定の距離に延長して設け、これによつて気液
   気の流体の流れを加速整流することを特徴とする
   特許請求の範囲第１項に記載のジエツトノズル。 ３ ノズル外筒４と内筒４′とを平行な二重円筒
   として形成し、環状連通部５の開口２′から高圧
   液体用の噴出口２までの距離を一定の距離Ａとし
   て与え、これにより気液気の流れを平行にかつ整
   流させることを特徴とする特許請求の範囲第２項
   に記載のジエツトノズル。 ４ 噴射管８の口径を調節自在としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第３項に記載のジエツトノ
   ズル。 ５ 噴射管８の長さを調節自在としたことを特徴
   とする特許請求の範囲第４項に記載のジエツトノ
   ズル。