JPH09509363A - 液体散布器の改良 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本スプレ発生器は、供給端末の形状に従って、種々な形態を持つガス流を噴出するガスダクト（１、６、１０、１４、１６、２１）を有する。液体は、ノズル（３、１１）又は他の手段（１３、１８、２２）によりガス流を横切るように導かれるが、しかしそれは渦を作り出す成分及び或いは当該流れと共の方向成分を持つ。ガスと液体の相対速度と量は液体を小滴（９、２４）へと破壊し、それらは緊密なスプレパターンである別々なクラスタ（５、８）を形成する。更に、第２のガス流（１７、２３）がスプレパターンを形づくるように与えられる。

Description

【発明の詳細な説明】 液体散布器の改良 本発明は液体散布器に係り、主にスプレ発生器に関する。 現在までの実験において空気や水が利用されているため、本明細書では空気や 水がしばしば参照される。しかし、空気は最も一般的な媒体ではあるが、それを 他のガスで置換したり、それらを混合したり、また水の場合は表面活性剤の材料 を含む他の媒体で置き換えたり、他の液体を溶かし込むこと等のことも考えられ るべきである。 液体スプレは、多くの分野で使われており、また本発明は当初農業用スプレを 意図して進められていたが、当然他の多くの分野にも適応されうるものであり、 その中の幾つかは後で紹介される。 また、多くのスプレを使って、微小な小滴をできる限り均一に散布することを 望む人もいる。しかし、小滴が微小であればあるほど、それらは遠くへと飛散し 易くなる。農業用スプレの場合、特に注意深く条件設定されねばならないが、例 えそのような条件下でも散布媒体の約３０％が目標物体上に留まるだけであると 推量されている。このことは単に大量な浪費を意味するばかりでなく、残り７０ ％の内のある量は、人間の肺の中や皮膚に留まったり、あるいは植生や土壌に留 まったりするため、スプレ液体により助けられるというよりもむしろ危険である という点で、大変有害となっている。 スプレ噴流を集中させておく方法は、高速でそれを噴射させることである。こ の方法はある幾つかの使用目的において は適応可能であるが、穀物用スプレや他のほとんどの使用目的においては適応不 能である。それは単に相当に余分なエネルギが要求されるばかりでなく、高速で 飛翔している小滴は柔らかな穀物にダメージを与えたりまたは穀物に留まらずに 跳ね返ってしまうかもしれないからである。 本発明の目的は、ゆっくりしたスピードを有するスプレを供給することであり 、その際スプレは、相当の遠距離まで一緒にまとまった状態にある大変微小な小 滴より構成される。 従って、本発明によるスプレは現行のスプレよりもより良く制御や方向付けが 可能である。しかし、実験中に、液体分布において他のパターンが可能となるこ とが判明した。 本発明では、供給端末を有するガスダクト及び液体パターンを導き出し、再形 成するように当該ダクトからガス流と一緒に十分連続な液体流を発射させるため の手段とから成る液体散布器が提供される。 空気と水が適当な相対速度で流れ通過する空隙の寸法及び形状を取ることによ って、水を極微小な小滴へと破壊でき、それら水滴を非常に限られた空間内おい て空気流方向に相当な距離まで噴射させることができる。 噴射手段はガス流に対称な液体流を形成する。噴射手段は、液体流がガス流を 横切るような方向成分、ガス流に平行な方向成分及び或いは渦巻きを作り出すよ うにガス流に対して斜め方向の方向成分を有する様に配置される。 好ましい１実施例の場合、供給端末はガスカーテンを作り出すようなスロット である。これは実質上円形形状を成しており、液体流は少なくとも主にガス流に 向かって放射状に内 向きである。 もう１つの有用な実施例では、供給端末は閉ループ状のガス流を形成し、そし て少なくとも幾らかの液体流は主に当該ループに向かって内方を向くことになろ う。しかし、当該ループ内からは放射状に外向きの１液体流成分がありうる。 ガスダクトは、リング状の第１ガス流内で同軸上にあるもう１つの異なった速 度を持つガス流を有しており、その異なった速度は第１ガス流の速度よりも速い ことが望まれる。 更にもう１つの構成では、第１のガス流と液体流により形成された液体パター ンを覆うような形態を持つもう１つのガス流を噴出する手段がある。 噴射手段が液体流をある一定の速度でそしてガス流が液体流を小滴へと破壊で きるだけの量をもって噴出するようにスプレ発生器が形成されることが望ましい 。 更に、流れの間の関係は小滴がクラスタに結合するようなものであるとする。 たとえ、両方の流れが均一であっても、両方が合成されるとき、パルス特性が発 生し、スプレは一連の緊密に結合した小滴より成るクラスタを構成し、そしてそ れらクラスタは、空気ダクトから遠ざかる場合多少分散、拡張されて行き、更に それらクラスタはまた低い密度の小滴ゾーンによって隔てられることが実証され ている。クラスタとなるこの緊密に結合した小滴がスプレを境界内に留めておく と信じられている。 スプレ発生を助成するため、液体噴射手段は液体流として噴出する前及び噴出 している間に水を破壊するために用いられる。例えば、水が流れる筈のところに リブがあるかもしれ ない。これらリブは、乱流を生じさせるよう流れに対して横切るように存在する かもしれないし、又は異なった厚さとなるよう水に「櫛」を入れるように流れと 同方向に在るかもしれない。そしたまた、当該ダクトから噴出する以前に液体を ガス流に導入する手段及び或いは空気流に噴射する前に液体をガスと混合させる 手段があるかもしれない。 非スプレの適用例では、ガス流は下方向を向いていることもあり、そして噴射 手段はある一定速度及びガス流が相当距離を液体流をカーテンとして保持しうる 様な量で液体流を放出する。 もう１つの実施例においては、ガス流は下方向を向いており、また当該ガス流 は下方向が支配的な液体流の内側にあり、また流れの間には中空の滴が形成され そして液体流からは離れていくような関係がある。 少なくとも１方の流速を調節するための手段があるだろうが、ガス流と液体流 とはほぼ同一速度であるかもしれない。あるいはまた、少なくとも一つの流れを 脈動させるための手段があるかもしれない。これは、例えばダクトの中のピエゾ 電気振動により生じさせられるだろう。又は、ダクトの中に共振用の空洞によっ て達成される手段があるかもしれない。また、静電荷も与えられるかもしれない 。 よりよく発明を理解する上で、図を参照しながら、以下に実施例を示す。全図 は略図で表されており、それらの図で： 図１は一般的な平坦なスプレカーテンを作り出すためのスプレ発生器の底面図 、 図２は図１に示されているスプレ発生器の端面図、 図３は幅狭の円錐形のスプレーパターンを作り出すためのスプレ発生器の側面 図、 図４は混合スプレーパターンを作り出すための底面図、 図５は、スプレよりもむしろ薄壁液体円筒を作り出すための発生器の側面図、 図６は異なった寸法の滴を使ってスプレ円錐を作り出すためのスプレ発生器の 側面図、 図７は合成ノズルの側面図、 図８は霧状化を描写した図７の詳細図であり、そして 図９は中空液体小滴を作り出すための発生器の側面図である。 図１と図２には、空気ダクトは均一幅の細長いスロットにある下端で終了する 。このスロットの両側に沿い、その真下には、スロットの長手方向を横切るよう に水平方向に向かって平坦なファンノズル３がある。本例では、それぞれの側に ３本づつ配置され、それぞれが対向した組となるように置かれている。圧力下に ある水がノズル３へ供給されるとき、平坦なファン４が作られ、またノズル間隔 は、隣接したファンがスロット２の下の通過以前に出会う様な間隔とする。 スロット２を通過し下方向に導かれた空気は、図２に示しているように対向す る水シートを下方向へ変える。その相互作用は水を微小な小滴へと分解するが、 しかしそれらは緊密にパックされたクラスタ５を作り出す傾向にあり、またそれ らクラスタは等間隔を保ち、垂直中心面の両面では非対称を成す。これらクラス タの周期は一般に１００から１０００Ｈｚの範囲にある。スプレカーテンが作ら れるとき、これらク ラスタは大きくなるが相当の距離まで結合状態にある。それらの間で分散して行 く小滴はあるが、それほどの緊密な物ではない。高速で移動している中心の空気 流を使うことで、スロット２から相当距離の間、スプレー幕は鋭角その典型とし て（１０°−２０°）以内に拘束された状態にある。 図３では、空気は、細長いスロットの代わりにシリンダーダクト６から供給さ れる。その供給端末では、水は円周に沿い等間隔の点において当該供給端末の中 へ注入されるか又は連続なリング状シートの中へ注入される。ここに図示されて いるように、水は、ダクトの軸とは直角方向の代わりに、空気流と共に進行する 小さな成分を有する傾斜を持って注入される。これにより、等間隔をおいて進展 中のリング状クラスタ８及びそれらの間の相当拡散した滴９によって狭い角の円 錐スプレパターン７が生み出される。 図４はすでに記載した物を合成したスプレ発生器を示す。スロットは、リング 状空気ジェットを生み出すリング状開口となる。この回りには等しく分散した平 坦なファンノズル１１があり、またそれぞれは中心に向かっている。４本のノズ ルが図示されてはいるが、内側へ向かって噴射された水の連続したリング状シー トを有しうるところの極限までそれらの本数を増やしうる。液体シート１２は、 リング状空気流の外側で衝突し、下降して行き、パルス特性を持つ軸対称スプレ パターンへと進展して行く。 図５は多くの点で図３に似ているが、ここでは液体は１３においてもっと目立 つほどの角度で円筒ダクト１４の供給端末へ噴射される。その主な速度成分は空 気流と平行してい る。これによっては、小滴は生み出されないが、長い薄壁状の液体円筒１５が生 み出される。この事はスプレの実施に適していないことは明確であるが、それは 他の球の場合は有用でありうる。例えば、液体が、１メートルか２メートル下降 中に、液体相から固体相に変化させることが可能なプラスチック材料であるかも しれない。従って、安価なパイプ押しだし成型が可能となる。他の利用法として は、水又は他の液体のチューブに、イルミネーションが施されそして外的撹乱に さらされる場合、魅力ある特色を持つ装飾品として使用可能ともなる。図６にお いては一方が中に入っている同軸な２本の空気ダクト１６、１７がある。内部ダ クトの１６の空気流は外部ダクト１７の空気流より早い。水は図示する様に内部 ダクト１６の供給端末の上流に水平乃至は若干角度をつけて外部ダクト１７内へ と１８から入る。内部ダクト１６にぶつかる水は振動を生じ、外部スプレコーン １９に比較的粗い小滴、内部スプレコーン１８に細かく霧化された小滴が出来る 。この広がり角度は半角で５度乃至１５度で、スプレ周期作動器（図示せず）の 作動は１０００乃至２０００Ｈｚである。 他の実施例を図７に示すが、ここには３本の同軸ダクト２１、２２、２３がこ れらの下端で内方へ収斂し流れを集中する。内部ダクト２１は空気あるいは予め 水と混ざった空気を供給し、中間ダクト２２も恐らくは予め水と混ざった空気を 供給し、外部ダクト２３には空気のみを流す。最終的に霧化されたスプレは２４ で示される。これら３本の流体流の相互作用は図８に示され、対称軸は２５で示 される。早い流れ の内部空気流は広がり中間流内の水を外部空気流へと押しやりこれが霧化を行う ことになる。 ここに述べた実施例では水は半径方向に向けられ、空気流に対し接線方向の成 分がある様に調節され得、然して渦を生ずる。 図９について説明すると、空気ダクト２６は液体貯槽２７の真ん中を貫通し、 その下端において供給端末が液体用の環状出口２８を形成する。この液体が出口 ２８から出るとダクト２６から放出される空気が、これをドロップ菓子２９の様 に成型し、これは周期的に切り離されて中空球体或はバブル３０を形成する。こ の切り離しが生ずるとダクト２６の流体が合体し次のドロップ菓子を作りはじめ る。 上述スプレノズル及び同じような理論に従う他のノズルは農業用散布器以外に 種々の使用目的がある。例えば次の様なものに適用出来る。 ペイント塗布／スプレ塗装 火器 人工雪生成 燃料噴射器 フオーム生成 スプレ冷却 金属粉生成 曝気 ガス洗浄 粒子コーテイング及び被覆 エマルジョン生成 工業洗浄 スプレ乾燥 スプレ反応 空気及び水の最適な速度及び質量流速を決めるのに更に実験が続けられている が、１０m/s程度の入手可能のファンノズルから及びそれより若干少なめ程度の 環状ノズルからの水の速度で、また一方、空気速度は２０乃至５０m/sで満足な 結果がえられた。 空気の体積流量は液体シートを十分破壊するに足り、一方スプレされるものへ の何らかの悪影響を避けることを勘案して小さくすべき（狭いスロットを用いる ）である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＫＥ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ)， ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，Ｃ Ｈ，ＣＮ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ ，ＧＥ，ＨＵ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ， ＬＫ，ＬＲ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＮ，Ｍ Ｗ，ＭＸ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＩ，ＳＫ，ＴＪ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＳ， ＵＺ，ＶＮ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．ガス供給端末（２、１０）を持ったガスダクト（１、６、１０、１６、１７ 、２１）と液体の実質上連続な流れ（４、１２、１８）を上記ダクトからでてく るガス流と協働して対称的に対向するように噴射する手段（３、１１、２２）と を具備し、このガス噴出の速度及び量はガス流が液体シートをガス流の方向に従 って破壊して小滴スプレ（７、１９、２０、２４）にする程度であり、然して上 記液体流はシート状であって、上記ガスと液体シートとの出会いが小滴を作りこ れがクラスタ（５、８）へと結合しようとすることを特徴とするスプレ発生器。 ２．上記噴出手段は、液体流がガス流に平行な方向成分を有するように構成され ることを特徴とする請求の範囲１に記載のスプレ発生器。 ３．上記噴出手段は、液体流がガス流に斜めの方向成分を有して渦を発生するよ うに構成されることを特徴とする請求の範囲１或いは２に記載のスプレ発生器。 ４．上記ガス供給端末（１０）が、閉ループ状のガス流を形成し、上記液体流の 少なくとも１部が該ループに向かって主として内方に向いていることを特徴とす る請求の範囲１、２或いは３に記載のスプレ発生器。 ５．ガスダクト（１６、１７）が第１のガス流内に同軸で異なった速度の別なガ ス流を設けることを特徴とする請求の範囲４に記載のスプレ発生器。 ６．上記第１のガス流と液体流とにより形成されたスプレを 包むような形態に他のガス流を噴出する手段（２３）があることを特徴とする前 記請求の範囲の何れかに記載のスプレ発生器。 ７．ガスがダクトから噴出される前にガス流に液体を導入する手段があることを 特徴とする前記請求の範囲の何れかに記載のスプレ発生器。 ８．空気流の中に液体が噴出される前にガスを液体に混ぜる手段があることを特 徴とする前記請求の範囲の何れかに記載のスプレ発生器。 ９．ガス流と液体流とが十分等しい速度であることを特徴とする前記請求の範囲 の何れかに記載のスプレ発生器。 １０．少なくても一方の流れの速度を調節する手段があることを特徴とする前記 請求の範囲の何れかに記載のスプレ発生器。 １１．少なくても一方の流れを脈動させる手段があることを特徴とする前記請求 の範囲の何れかに記載のスプレ発生器。 １２．上記スプレパターンに対し静電荷を与える手段があることを特徴とする前 記請求の範囲の何れかに記載のスプレ発生器。