JPH0634836Y2 - コアンダ式流体噴射装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は流体噴射装置に係り、例えば圧縮空気を用いて
液体を霧化して噴射する装置などに利用できる。

〔従来の技術〕

従来より、寒冷地で運用される航空機においては、空港
での待機中に機体等に多量の積雪することがあり、その
ままでは重量が増加して離陸時に不都合があるほか、積
雪が再凍結して氷状に固着した場合など見掛け上の主翼
断面形状が変化して離陸時に充分な揚力を発生できない
という問題がある。また、このような機体に付着した氷
等が滑走中に剥離して機体に衝突した場合、機体表面あ
るいは装備等に損傷を与える恐れがあるほか、補助翼等
の操舵機構が凍結した場合、離陸した際に操縦が困難と
なって極めて危険である。

このような問題に対し、寒冷地の空港では機体除雪設備
もしくは装置を設けて、離陸前に機体に付着した氷雪の
除去が行われている。この機体除雪設備としては、大型
のものでは機体や主翼等の表面を損傷しないように所定
間隔でこれらに沿って移動可能な門型あるいはジブクレ
ーン型の支持体を設け、この支持体の機体側に多数の流
体噴射装置を配置しておき、加熱した不凍液等を噴射し
て機体表面に固着した氷雪等を融解ないし剥離して除去
するものがある。また、簡易型として、高所作業第を備
えた車両に放水銃を設け、同様に加熱不凍液を機体に噴
射する形式がある。

〔考案が解決しようとする問題点〕

ところで、乾燥した積雪の場合は、圧縮空気等の気体を
噴射して雪を飛散させ、その後残留水分の凍結を防止す
る目的で不凍液を散布するが、高償な不凍液を節約し、
また不凍液の供給設備、回収設備、公害防止設備等の付
属設備も小型化することができる。

しかし、このような方法を前述のような機体除雪設備に
おいて採用すると、圧縮空気と不凍液といった２種類の
流体を扱う必要があり、圧縮空気等の供給噴射用と不凍
液等の供給噴射用との２系統を重複して設ける必要があ
る。しかし、例えば、各系統の噴射ノズル等を支持体に
交互に配置したのでは各系統毎のノズル間隔が広くなっ
て噴射密度が低下し、また、両系統のノズルを２連装式
とした噴射装置では構造が複雑化して大型化するという
問題がある。

さらに、流体噴射装置に一般的な絞りノズルを用いて不
凍液等を噴射する場合、各噴流を充分な流速および流量
とするためにその系統に不凍液等を加圧供給する高圧か
つ大容量の加圧ポンプ等の周辺設備が必要である。

さらに、絞りノズルで不凍液等の液体を噴射した際には
機体表面に不都合な衝撃を与えるとともに、絞りを強く
して霧状にスプレーした場合には充分な流速および流量
を得ることは困難である。このため、例えば、微細に霧
化された不凍液を空気噴流によって噴射するような流体
噴射装置の開発は、除雪設備として性能的、経済的およ
び環境保全面で極めて有効である。

本考案の目的は、構造が簡単かつ小型で、流速および流
量の大きな噴流が得られるとともに、単一の噴射器によ
り気体および液体を噴射でき、気体のみの噴射と気体お
よび霧化した液体の同時噴射とを選択可能な流体噴射装
置を提供することにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本考案は、それぞれ外気に連通された吸入口および吐出
口を有する導流管と、この導流管の吸入口側の周囲に開
口されて外部から供給される圧縮性の駆動流体を径方向
内向きに噴射可能な駆動流体供給口と、この駆動流体供
給口の導流管側の内壁面から連続して管軸方向に滑らか
に湾曲されて導流管の内壁面に連続する駆動流体偏向面
と、この駆動流体偏向面部の導流管中心近傍に開口され
て外部から供給される添加流体を導流管内に供給可能な
添加流体供給管とを設けるとともに、前記導流管の吐出
口側を吸入口側よりも拡開させてコアンダ式流体噴射装
置を構成したものである。

〔作用〕

このように構成された本考案においては、駆動流体偏向
面におけるコアンダ効果（壁効果とも呼ばれ、直線噴流
の片側に壁面などがあると、その側が周辺圧力に対し負
圧となって噴流が偏向される現象をいう）により、駆動
流体供給口からの空気等の圧縮性の噴流を駆動流体偏向
面において膨張加速させるとともに偏向させ、かつ駆動
流体偏向面に沿って流れる前記噴流に接触する外気を吸
引して導流管内へ導入し、これにより導流管内に吸入口
から吐出口へ向かう高速で流量の大きな噴流を形成す
る。従って、この気体噴流により乾燥した雪等の粉体を
飛散させることができる。また、この噴流によって添加
流体供給管から液体を供給すれば、これを吸い出して霧
状に飛散させるとともに、吐出口側が拡開した導流管内
により通過する噴流を減速して、導流管から前記噴流と
この噴流に含まれる霧状の添加流体とを同時に拡散して
噴射することを可能とし、以上により前記目的を達成す
る。

〔実施例〕

以下、本考案の一実施例を図面に基づいて説明する。

第１図において、本実施例のコアンダ式流体噴射装置10
は、駆動流体として圧縮空気を用いて外部流体である外
気を吸い込んで高速で流量の大きな空気噴流を噴射する
ものである。

このコアンダ式流体噴射装置10は、図中上端にいわゆる
ベルマウス型のインテークフード16と、これに接続する
吸入口11Aおよび吐出口11Bを有する導流管11とを備え、
この導流管11は吸入口11Aから吐出口11Bへ向かってやや
拡開され、中心軸に対する内側の母線の傾き角度θが約
２度となるような緩い円錐台形の筒体として形成されて
いる。

また、吐出口11Bの周囲には導流管11表面と所定間隔を
おいて筒状のカラー12が設けられており、このカラー12
と導流管11との間隔部分12Aには吐出口11Bからの高速の
噴流の周囲に生じる吸引力によって外部の空気が導入さ
れ、噴射の際の圧力変化に伴って噴流中に含まれた水分
等が吐出口11B周辺に凝集することを防止し、あるいは
凝集して付着した水滴等を飛散させて除去するように構
成されている。

さらに、吸入口11Aの周囲には、周方向に連続しかつ外
周に向かって直線的に延長された略スリット状の駆動流
体供給口13が設けられ、この駆動流体供給口13の外周に
は略ドーナツ状の圧力調整室14が設けられている。この
圧力調整室14は、図示しない圧縮空気供給源から供給さ
れる圧縮空気を均圧化したのち駆動流体供給口13に供給
するものであり、内部には駆動流体供給口13に沿って所
定間隔で均圧堰14Aを備え、供給された圧縮空気を均圧
堰14Aと圧力調整室14内壁との間隔における流路抵抗に
より周方向の圧力分布を均一化したうえで駆動流体供給
口13に供給し、流れを導流管11の径方向中心向きに均し
て噴射するように構成されている。

また、駆動流体供給口13の内周には導流管11に連なる駆
動流体偏向面15が設けられ、この駆動流体偏向面15は、
駆動流体供給口13の内壁面から連続して導流管11内に膨
出され、その断面が吸入口11Aの開口半径Ｒと略等しい
曲率半径ｒの略円弧状となるように滑らかに湾曲されて
吸入口11Aの内壁面に連続されており、駆動流体供給口1
3からの圧縮空気の噴流はコアンダ効果により駆動流体
偏向面15に沿って偏向されるように構成されている。

さらに、駆動流体供給口13の導流管11と反対側は、いわ
ゆるベルマウス型のインテークフード16を介して外気に
開放され、このインテークフード16からは外気すなわち
周辺の空気が吸入され、駆動流体偏向面15に沿って流れ
る噴流に吸引されて合流し、ともに導流管11内へ導入さ
れるように構成されている。

このインテークフード16の内部には、基端側を図示しな
い添加流体供給源に接続された添加流体供給管17が配置
され、その先端の開口17Aは導流管11側に向けられてお
り、いわゆるエジェクタ効果によってインテークフード
16から導流管11に向かう高速で流量の大きな空気噴流の
負圧により添加流体供給源から供給される液状の添加流
体が吸い出され、霧状に飛散されて前記噴流とともに導
流管11内へ導入されるように構成されている。

なお、添加流体供給管17先端の開口17Aは、前記中心軸
線上の駆動流体供給口13の導流管11側内壁面位置を基準
として、導流管11の吸入口11A側開口半径をＲとして距
離Ａ＝0.7Rだけ下流の導流管11側へ寄った位置とされ、
ここでは駆動流体偏向面15に沿った噴流によって生じる
負圧が最大になる位置とされている。

このように構成された本実施例においては、駆動流体供
給口13に圧縮空気を供給し、駆動流体供給口13から噴射
される圧縮空気の噴流を駆動流体偏向面15に沿って偏向
される。ここで、駆動流体偏向面15に沿った噴流は偏向
に伴って膨出減圧され、この負圧によってインテークフ
ード16から外気が吸引され、駆動流体偏向面15からの噴
流と合流される。このため、コアンダ式流体噴射装置10
からは元の圧縮空気噴流と外気とを併せた高速で多量の
空気噴流が噴射される。また、コアンダ式流体噴射装置
10内に生じる空気噴流のエジェクタ効果によって、添加
流体供給管17に液体を供給すれば開口17Aから添加流体
が吸い出され、霧状に飛散されて空気噴流とともに導流
管11内に導入される。ここで、空気噴流あるいは霧状液
体と空気との混合噴流は導流管11内において、導流管11
の拡開形状によって減速され、拡散されて吐出口11Bよ
り噴射される。

このような本実施例によれば、駆動流体供給口13から供
給する圧縮空気の流量に比べてインテークフード16から
導流管11内に導入される空気の流量を大きくでき、ある
いは圧縮空気供給源からの圧縮空気の流量が少なくても
充分な噴流が得られるため、圧縮空気供給源のコンプレ
ッサ等の容量が小さくてもよく、周辺装置を小型化で
き、かつ運転に伴う動力を減らして作業コストを低減で
きる。

また、前記高速で多量の空気噴流により霧状の添加流体
を同時に噴射できるとともに、添加流体の霧化にあたっ
ては、内部の空気噴流によるエジェクタ効果を利用して
添加流体を吸い出しかつ負圧により効果的に微細な霧状
とすることができ、添加流体供給管17に添加流体を加圧
供給するポンプ等を省略しかつ開口17Aを絞りノズルと
する必要がなく、構造および周辺設備を簡略化できる。

さらに、導流管11の吐出口11Bの周囲にカラー12を設
け、吐出口11Bの周囲に外気を導入して不凍液が凝集、
付着ないしは滴下することを防止でき、とくに不凍液中
から分離した水分が凍結することを未然に防止できる。

ここで、第２図および第３図には前記実施例のコアンダ
式流体噴射装置10の応用例として、寒冷地の空港等に設
置される機体除雪設備１を示す。

この機体除雪設備１は、積雪時に航空機２の離陸の際の
操縦機能や上昇性能が阻害されないように、航空機２の
機体や主翼等の表面に付着した氷雪等を離陸前に除去す
るためのものであり、前述のコアンダ式流体噴射装置10
からの高速で多量の空気噴流により機体表面に積もった
雪等を吹き飛ばし、あるいは約70℃程度に加熱された不
凍結性のエチレングリコール30〜50％水溶液からなる不
凍液を添加流体として用い、前記空気噴流とともに霧化
した加熱不凍液を噴射して機体表面の氷雪等を融解し除
去するものである。この際、不凍液を用いるのは、融解
した氷雪等が機体から滴下する前に再び凍結し、機体表
面に固着することを防止するためである。

第２図および第３図に示すように、機体除雪設備１は、
航空機２を滑走路に誘導するために設けられた誘導路３
の一部を利用して構成され、誘導路３の両脇には多数の
コアンダ式流体噴射装置10を備えた一対のジブクレーン
型の支持体20が設けられている。

この支持体20は、誘導路３の両脇に航空機２の進入方向
に平行配置されたレール21上に設置され、基台22上に立
設された支柱23によって水平方向に延びる梁体24を支持
して構成され、この梁体24の下面および先端に所定間隔
で配置された多数のコアンダ式流体噴射装置10は、各々
誘導路３の作業領域3Aに停止された航空機２の機体表面
に向けて噴射するように構成されている。

第２図に示すように、梁体24は、支柱23の上端において
航空機２の進入方向から誘導路３の中央向きに所定角度
回動可能とされ、図示しないモータあるいは油圧機構等
によって自由に旋回俯仰可能とされている。また、基台
22は油圧機構等によってレール21上を移動可能とされて
おり、これにより梁体24は誘導路３上の作業領域3Aの略
全体をカバーできるように構成されている。さらに、梁
体24は支柱23に沿って昇降自在とされ、除雪作業時には
作業領域3A内に進入した航空機２の機体や主翼等の表面
から約1m程度まで接近可能である。なお、非作業時には
梁体24は支柱23の下端位置に移動され、地表に沿って保
持可能に構成されている。

また、梁体24がカバーする作業領域3Aの路面は断面略Ｗ
字型に形成され、各々の２_カ所の凹部にはスリット４が
開口され、その地下には不凍液回収タンク５が埋設され
ており、航空機２から滴下した不凍液をスリット４から
回収したのち濾過および再生処理して不凍液回収タンク
５に貯蔵し、適宜コアンダ式流体噴射装置10に再循環さ
せるように構成されている。

このように構成された機体除雪装置１においては、除雪
する航空機２を誘導路３を通って作業領域3A内に進入さ
せ、第１図中P₁に示す位置に停止させておき、支持体20
を図中S₁位置に移動させてコアンダ式流体噴射装置10か
らの噴流を前部導体ないし主翼に吹きつけ、次いで支持
体20を図中S₂位置に移動させて後部導体ないし尾翼に前
記噴流を吹きつける。

このとき、機体表面の付着物が乾燥した積雪である場
合、コアンダ式流体噴射装置10からは空気噴流のみを噴
射して前記積雪を吹き飛ばし、この後、残留水分の凍結
を防止するために霧状の不凍液を噴射する。一方、積雪
が湿っており、あるいは再凍結して氷状に固着している
等、空気噴流だけでは除去できない場合、コアンダ式流
体噴射装置10から空気噴流とともに加熱不凍液を噴射
し、機体表面に付着した氷雪等を融解ないし剥離させて
除去する。

このような機体除雪装置１によれば次に示すような効果
がある。

すなわち、コアンダ式流体噴射装置10を用いることによ
り同一の噴射系統で空気噴流と不凍液を含む噴流を噴射
できるため、航空機２の除雪作業効率を向上できるとと
もに、設備の簡素化によるコスト低減や空間利用効率の
向上が可能である。

また、コアンダ式流体噴射装置10を用いることにより、
駆動用の圧縮空気の利用効率が高くかつ不凍液をエジェ
クタ効果により吸い出すため、圧縮空気供給用のコンプ
レッサ等や不凍液の送出用ポンプを小容量にでき、周辺
設備を簡素化できるとともに運転に伴う動力コストを低
減できる。

さらに、コアンダ式流体噴射装置10自体が強力な噴流に
より充分な除雪効果が得られるため小型化でき、支持体
20の小型軽量化あるいは構造部材の簡略化が可能であ
り、機体除雪設備１全体の建設、保守および取扱いを容
易にしかつ設備コストの低減が可能である。

さらに、支持体20は、コアンダ式流体噴射装置10を支持
する梁体24を片持ち式としたため旋回動作が可能であ
り、かつ基台22をレール21に沿って移動させるととも
に、支柱23に沿って昇降させることにより、作業領域3A
の略全域をカバーでき、航空機２の大きさや停止位置等
に容易に対応できる。

また、支持体20の姿勢調整および噴射装置10に旋回俯仰
装置を取付けることにより、梁体24およびコアンダ式流
体噴射装置10を航空機２の機体に接近させて除雪作業を
迅速かつ確実にでき、作業効率を高めて作業コストを低
減できる。

なお、本考案は前記実施例あるいは応用例に示した実施
態様に限定されるものではなく、以下に示すような変形
をも含むものである。

すなわち、導流管11を拡開するにあたっては、導流管11
の中心軸に対する内壁面の母線の傾き角度θは前記実施
例の約２度に限らないが、角度θを15度以上にした場
合、内部の流れが剥離して流速が著しく低下するととも
に、流れが不安定になる。一方、角度θを０度より小さ
くすると吸入口11Aから吐出口11Bに向かって絞られるこ
とになり、背圧が上昇して充分なエジェクタ効果が得ら
れなくなり、内部の流れ中の不凍液のさらなる霧化ない
し気化の効果は期待できなくなる。従って、前記傾き角
度θは０度≦θ＜15度の範囲内とすることが望ましい。

また、導流管11は吸入口11Aから吐出口11Bへ向かって全
体が一様に拡開するものに限らず、いわゆるベル形状な
ど拡開率が漸次変化するものであってもよく、あるいは
吐出口11B側のみ拡開して吸入口11A側に直管部分を設け
てもよい。

さらに、駆動流体偏向面15の形状は断面略円弧状の曲面
に限らず、他の形状の曲面であってもよく、要するに駆
動流体供給口13の内壁面から連続的に膨出して導流管11
の内壁面に連続する曲面であれば効率よくコアンダ効果
を生じ、かつ円滑な駆動流体の偏向が可能であり、例え
ば、３次元超音速ノズル曲面を用いることによりさらに
高い導流効果および加速が得られるが、前記実施例のよ
うに略円弧状断面とすれば製造が容易である。

さらに、前記実施例においては、添加流体供給管17の開
口17Aを、コアンダ式流体噴射装置10の中心軸上の駆動
流体供給口13の導流管11側内壁面位置より下流側へ0.7R
（Ｒは吸入口21Bの開口半径）の位置としたが、これは
駆動流体供給口13近傍の他の位置に変更してもよい。

第４図に示すように、駆動流体供給口13の導流管11側内
壁面位置を基準位置として流れの上流側すなわちインテ
ークフード16側を（−）、下流側すなわち導流管11側を
（＋）とした場合の添加流体供給管17の開口17Aのコア
ンダ式流体噴射装置10中心軸方向の開口位置Ａは、駆動
流体偏向面15に連続する導流管11の吸入口11Aの開口半
径Ｒとの比率の実験を行った結果、駆動流体供給口13に
加えられる圧縮空気に拘らず基準位置の手前−0.6R付近
から負圧が大きくなり、駆動流体供給口13から導流管に
向かって0.7R付近で最大負圧となり、この後漸減してい
くことが解かる。従って、開口17Aは0.7R近傍に配置す
れば、強力な負圧により不凍液の吸い出し効率を最も高
めることができる。

この他、コアンダ式流体噴射装置10においてカラー12や
圧力調整室14および均圧堰14Aを設けることは本考案に
必須ではなく適宜省略可能である。

ここで、前記応用例では駆動流体としての圧縮空気によ
り外部流体としての周囲の空気を吸い込み、これらによ
る空気噴流によって添加流体としての不凍液を噴霧して
航空機２の除雪および氷等の除去を行うとしたが、コア
ンダ式流体噴射装置10は、駆動流体および添加流体を変
更することにより機体除雪設備１以外の多様な用途にも
適用可能であり、例えば、航空機２に替えて自動車や列
車等の除雪作業に利用してもよく、あるいは建造物等の
除雪作業にも利用可能である。

また、添加流体として洗浄液や塗料を用いれば、前述の
自動車や列車等、あるいは建造物等の洗浄作業や塗装作
業い利用することも可能であり、このほか添加流体とし
て散布用薬剤などを用いれば農場における農薬散布や輸
出入時の農作物の大量防疫処理等にも利用できるととも
に、添加流体として水等の液体とともに植物の種子等を
供給すれば種蒔き作業にも利用できる。

さらに、添加流体として消火剤を用いればビルディング
等の消火設備に利用できる。このとき駆動流体は空気に
限らず、加圧した窒素やハロン等の不燃性ガスや消火性
ガスを用いることにより、通常の圧縮空気を駆動流体と
した場合のような酸素の混入を防止して優れた消火効果
を得ることができる。

このように、本考案のコアンダ式流体噴射装置10は駆動
流体、添加流体および外部流体の種類に拘らず利用で
き、かつこれらを適宜選択することにより様々な用途に
適用でき、その適用される対象物、支持手段あるいは動
作手順等は実施にあたって適宜選択すればよい。

〔考案の効果〕

以上に述べたように、本考案のコアンダ式流体噴射装置
によれば、小型で簡単な構造によって高速で流量の大き
な噴流が得られるとともに、種類の異なる流体を同時に
噴射することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例を示す断面図、第２図は前記
実施例の応用例を示す上面図、第３図は前記実施例の応
用例を示す正面図、第４図は前記実施例の変形例の実験
データを示すグラフである。 １…機体除雪設備、２…航空機、10…コアンダ式流体噴
射装置、11…導流管、11A…吸入口、11B…吐出口、12…
カラー、13…駆動流体供給口、15…駆動流体偏向面、16
…ベルマウス型のインテークフード、17,17A…添加流体
供給管および開口、20…支持体。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】それぞれ外気に連通された吸入口および吐
   出口を有する導流管と、この導流管の吸入口側の周囲に
   開口されて外部から供給される圧縮性の駆動流体を径方
   向内向に噴射可能な駆動流体供給口と、この駆動流体供
   給口の導流管側の内壁面から連続して内向に膨出されか
   つ滑らかに湾曲されて導流管の内壁面に連続してコアン
   ダ効果を発生可能な駆動流体偏向面と、この駆動流体偏
   向面の中心近傍に開口されて外部から供給される添加流
   体を導流管内に供給可能な添加流体供給管とを備えると
   ともに、前記導流管は吐出口側が吸入口側よりも拡開さ
   れていることを特徴とするコアンダ式流体噴射装置。