JPH11267555A

JPH11267555A - 混合噴射装置

Info

Publication number: JPH11267555A
Application number: JP9659998A
Authority: JP
Inventors: Hikoroku Sugiura; 彦六杉浦
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1998-03-25
Filing date: 1998-03-25
Publication date: 1999-10-05
Anticipated expiration: 2018-03-25
Also published as: JP4102474B2

Abstract

(57)【要約】【課題】噴射圧力を高めることなく、混合効率を向上
できる混合噴射装置を提供する。【解決手段】一端に複数の流体が流入する流入口（１
１）を有したノズル本体（１０）の先端をエンドプレ−
ト（１２）で閉塞し、このエンドプレ−ト（１２）のノ
ズル本体（１０）の流路中心軸より偏心した位置に一個
または数個の噴射口（１３）を設けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】本発明は、気体、液体、流動化固体等の複
数の流体を混合して噴射する混合噴射装置に関するもの
である。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種の混合噴射装置として、二
流体ノズル（流体は二種類とは限らず、本願ではそれ以
上の流体を混合する場合も、便宜的に二流体ノズルとい
う。）が汎用されている。従来の二流体ノズルは、液滴
の噴射に圧縮空気を混合して圧縮空気の圧力開放で液滴
を細分断して小さな液滴を噴霧する目的等で使用されて
いる。また、燃焼バーナにおいては、燃料と燃焼用空気
とを共に噴射して、燃料と燃焼用空気とが均一に混合す
る目的でも使用されている。さらに、この種二流体ノズ
ルはその他に、異なる流体を均一に混合して化学反応し
易い雰囲気を確保する目的等にも利用されている。

【０００３】しかし、従来のこの種二流体ノズルは、混
合効率を高めるのには噴射圧力を高める必要があるとい
う問題点を有している。すなわち、この種の二流体ノズ
ルは噴射圧力が低いと混合率が低く、噴射圧力を高める
と混合効率は改善されるが、強靭で大型の装置と大きな
運転動力とが必要になるという問題点を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は上記
問題点に鑑みなされたもので、噴射圧力を高めることな
く、混合効率を向上できる混合噴射装置を提供すること
を課題としたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、一端に複数の流体が流入する流入口１１
を有したノズル本体１０の先端をエンドプレ−ト１２で
閉塞し、このエンドプレ−ト１２のノズル本体１０の流
路中心軸より偏心した位置に一個または数個の噴射口１
３を設けてなる技術的手段を講じたものである。

【０００６】本発明混合噴射装置の作用を添付図面に基
づいて説明すると、流入口１１よりノズル本体１０内に
圧送する複数の流体Ｐ１，Ｐ２の大半は、エンドプレ−
ト１２に衝突する。すると、エンドプレ−ト１２に衝突
した流体はこのエンドプレ−ト１２の内面に沿って噴射
口１３に向かう流れＰ３となる。したがって、エンドプ
レ−ト１２の内面近くでは衝突する流体Ｐ１，Ｐ２と噴
射口１３に向かう流れＰ３とが複合して乱流が発生し撹
拌作用を呈するものである。

【０００７】そして、流入口１１より流入した流体は最
終的には噴射口１３より噴射される。通常のノズルでは
ノズル本体１０の流路中心軸中上に噴射口があるため、
噴射口１３よりは放射方向に噴射されるが、本発明では
偏心位置に噴射口１３があるため、同時に流入した流体
でも噴射口１３に達するまでに距離の差が生じ、局所的
に流速に差を生じて、放射方向の噴射流Ｐ４，Ｐ４，Ｐ
４・・・に乱れが生じ、噴射直後に撹拌作用を呈する。

【０００８】また、上記噴射流Ｐ４，Ｐ４，Ｐ４・・・
に対して、噴射口１３に向かう流れＰ３が作用して、該
噴射口１３の先で偏乱流Ｐ５（略放射方向の噴射流Ｐ
４，Ｐ４，Ｐ４・・・とは異なる方向の乱流という意味
で偏乱流と称する。）が発生し、液滴等の噴射流体どう
しが衝突して、さらに混合作用を呈するものである。

【０００９】次に、「請求項２」の発明は、一端に複数
の流体が流入する流入口１１を有したノズル本体１０の
先端をエンドプレ−ト１２で閉塞し、このエンドプレ−
ト１２のノズル本体１０側の内面に局所的凹部１４，１
４，１４・・・を設けて非平面となし、さらに、上記エ
ンドプレ−ト１２の流路中心軸より偏心した位置に一個
または数個の噴射口１３を設けてなる技術的手段を講じ
たものである。

【００１０】それ故、本発明は、前記「請求項１」の発
明の作用に加え、エンドプレ−ト１２の内面を非平面と
なしたので、該エンドプレ−ト１２の内面近くでは局所
的凹部１４，１４，１４・・・で小さな乱流が発生し
て、さらに混合効率を高める作用を呈するものである。

【００１１】次に、「請求項３」の発明は、一端に複数
の流体が流入する流入口１１を有したノズル本体１０の
先端をエンドプレ−ト１２で閉塞し、このエンドプレ−
ト１２のノズル本体１０側の内面に局所的凹部１４，１
４，１４・・・を設けて非平面となし、さらに、上記エ
ンドプレ−ト１２には、ノズル本体１０の先端内周に内
接して、非円形の一個または数個の噴射口１３ａを設け
てなる技術的手段を講じたものである。

【００１２】それ故、本発明は、前記「請求項２」の発
明の作用に加え、噴射口１３ａをノズル本体１０の先端
内周に内接することで、噴射口１３ａの偏心量を最大と
なすことができ、前記噴射直後の混合を最大限となす作
用を呈する。

【００１３】また、噴射口１３ａをノズル本体１０の先
端内周に内接することで、上記作用に加え、ノズル本体
１０の先端内周に沿って軸方向に流れて噴射口１３ａよ
り噴出される流速と、その他の部位の流速（エンドプレ
−ト１２に一度衝突した流れる流速）とで、顕著な噴出
速度の差が生じて、噴射流体が混合される蓋然性をさら
に高める作用を呈する。

【００１４】また、本発明は、噴射口１３ａを非円形と
なすことで、噴射方向を正確な放射方向から複雑に変化
することができ、この噴射方向の変化で噴射直後の流体
の混合を助長する作用を呈するものである。

【００１５】

【発明の実施の態様】次に、本発明の実施の態様を添付
図面に基づいて詳細に説明する。図中、１０が本発明混
合噴射装置の主要部をなすノズル本体である。このノズ
ル本体１０は、一端（図右端）に複数の流体が流入する
流入口１１を設けてある。

【００１６】図示実施態様では、上記流入口１１は、二
又に分岐した第一流入口１１ａと第二流入口１１ｂとで
構成され、例えば、第一流入口１１ａには図示しない圧
力水供送ホースを、第二流入口１１ｂには空気圧縮装置
の吐き出し口に連結する同じく図示しない圧力空気供送
ホースを連結して、水と空気とがノズル本体１０内に圧
送されるようになしてある。

【００１７】なお、上記流入口１１は、図示例とは異な
り、単一または三つ以上でもよく、単一の場合は、異な
る二流体を別途混合して圧送するようになせばよく、異
なる流体が三種類以上の場合はその数に応じて第一流入
口１１ａ，第二流入口１１ｂ，第三流入口１１ｃ・・・
を設ければよい。なお、本願で混合する流体は、気体、
液体、流動化した固体のいずれでもよく、気液混合を始
めとする異質流体の混合であっても無論差し支えない。

【００１８】そして、上記ノズル本体１０の先端をエン
ドプレ−ト１２で閉塞してある。このエンドプレート１
２は通常ノズル本体１０の流路中心軸と直交方向に設け
るが、後記するように斜設してもよいものである。

【００１９】しかし、上記エンドプレート１２でノズル
本体１０の噴射側先端部を閉塞すると圧送される流体
は、無論、噴出できないので、該エンドプレート１２に
は、ノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置に一
個または数個の噴射口１３を設けてある。

【００２０】上記噴射口１３はエンドプレート１２の偏
心位置（正確には、エンドプレ−ト１２のノズル本体１
０の流路中心軸より偏心した位置）であればその形状、
数等は特に問題としないが、エンドプレート１２にシャ
ワーノズルのようにあまりに多くの数の噴射口１３，１
３，１３・・・を設けると、本発明がエンドプレート１
２を衝突板として利用している機能が消失するので、１
〜数個の噴射口１３にとどめてある。

【００２１】また、上記噴射口１３の形状は適宜形状で
よいが、図示の実施態様では、「図４」に示すように、
エンドプレート１２の周部に円弧状の欠部を設け、ノズ
ル本体１０の噴射側先端部の周部とで正面形状が凸レン
ズの断面形状となる噴射口１３ａ（噴射口１３）を設け
たが、その他に、該噴射口１３は、「図５」に示すよう
に各種のものが想定できる。

【００２２】「図５」（Ａ）はエンドプレート１３の周
部に噴射口１３ａ（噴射口１３）としてＶ字状の欠部を
設けたもの、「図５」（Ｂ）はエンドプレート１２の周
部に噴射口１３ａ（噴射口１３）として逆台形の欠部を
設けたもの、「図５」（Ｃ）は噴射口１３ａ（噴射口１
３）としてエンドプレート１２の周部を弦方向に切り取
ったもの、「図５」（Ｄ）はエンドプレート１２の周部
に噴射口１３ａ（噴射口１３）として一対の円弧状の欠
部を設けたもので、これらの、実施態様は実験の結果、
効率的な混合効率が得られた。

【００２３】また、「図５」（Ｅ）はエンドプレート１
２の偏心部位に円形窓孔の噴射孔１３を、「図５」
（Ｆ）はエンドプレート１２の周偏心位置に楕円形窓孔
の噴射口１３ａ（噴射口１３）を、「図５」（Ｇ）はエ
ンドプレート１２の中心と同心円形部位に沿って複数の
円形窓孔の噴射孔１３，１３，１３・・・を設けたもの
で、これらは、「図５」上段のものよりは混合効率はや
や低下するも、従来のノズルよりは混合効率が２〜５割
程向上できた。

【００２４】上記エンドプレート１２を設けることで、
該エンドプレート１２に衝突した流体は該エンドプレー
ト１２の内面に沿って「図１」および「図２」に示され
る噴射口１３に向かう流れＰ３になるので、流れ方向を
代える際にエンドプレート１２の内面側で乱流が発生
し、しかもこの乱流に新たに衝突する流れが加わるので
流体の混合がなされる。すなわち、該エンドプレート１
２が衝突板となってノズル内で流体の混合がなされるも
のである。

【００２５】さらに、本発明は噴射口１３を偏心位置に
設けてあるので、流体が該噴射口１３に達するまでの距
離が局所的に変化することになる。この距離の差は噴出
速度の差となって現れ噴射流体どうしを噴射直後に混合
することになる。また、噴出速度の差は噴射方向を変え
る要素ともなり、噴射方向が変化することで噴射流体を
混合する。

【００２６】また、前記噴射口１３に向かう流れＰ３の
ベクトルが噴射流体にも影響を与え、噴射流Ｐ４，Ｐ
４，Ｐ４・・・の一部を方向転換させ、前記もした偏乱
流Ｐ５を発生させ噴射直後に噴射流体を混合することに
なる。

【００２７】「図２」実施態様は、上記エンドプレート
１２を大きくしたもので、ノズル本体１０の噴射側先端
部を拡径して拡径先端部１０ａとなし、この拡径先端部
１０ａの先端にエンドプレート１２を設けたもので、こ
のように径の大きいエンドプレート１２を使用すること
で、前記衝突板としての機能が高まるものである。

【００２８】また、「図３」例では第一流入口１１ａを
ノズル本体１０内にそのセンタが臨むノズルとなし、第
二流入口１１ｂは該第一流入口１１ａの噴射口近くにそ
の先端が開口するようになし、第一流入口１１ａと第二
流入口１１ｂとの先には流路狭窄部１１ｃを設けてエジ
ェクターを構成した例で、エジェクターである程度の混
合を行なった後に、前記混合がなされるようになしてあ
る。

【００２９】また、「図８」例は、上記エンドプレート
１２をその上方が噴出方向にせり出すように斜設したも
のである。このように、エンドプレート１２を斜設する
と、圧力損失は少なくなると共に、噴射口１３に向かう
流れＰ３がより噴射口１３より通常の噴射方向とは異な
る方向に噴出し易くなり、上記偏乱流Ｐ５を強めるもの
である。

【００３０】また、「図９」例は、エンドプレート１２
を同一平面状となしたのではなく、エンドプレート１２
の上部で、一部が噴射方向に膨出するように断面「く」
の字状に折り曲げた状態となし、その折り曲げ部より直
上方には傾斜面の内面に沿った方向の副噴射口１３ｂを
設け、この副噴射口１３ｂの上方に前記した主たる噴射
口１３ａが設けられている。

【００３１】したがって、上記の「図９」例では、二つ
の噴出方向が異なる噴射流が確実に衝突することにな
り、噴出直後に噴出流体が激しく衝突して混合されるこ
とになる。

【００３２】次に、「請求項２」の発明は、一端に複数
の流体が流入する流入口１１を有したノズル本体１０の
先端をエンドプレ−ト１２で閉塞してあるのは「請求項
１」と同じである。

【００３３】そして、本発明は上記エンドプレ−ト１２
のノズル本体１０側の内面に局所的凹部１４，１４，１
４・・・を設けて非平面となしている。

【００３４】エンドプレ−ト１２の内面に局所的凹部１
４，１４，１４・・・を設けて非平面とすると、このエ
ンドプレ−ト１２に沿って流れる流れＰ３およびこのエ
ンドプレ−ト１２に衝突する流れは共にその局所的凹部
１４，１４，１４・・・に案内されて、局所的に小さな
渦流を発生させる。そして、この渦流で流体が混合され
るものである。

【００３５】なお、上記局所的凹部１４，１４，１４・
・・は、図示例では、小さい複数の凹部で構成している
が、「図７」に破線で示すように同心状の複数の凹条１
４ａ，１４ａ．１４ａ・・・その他図示しない突起等に
変更しても差し支えない。

【００３６】なお、上記エンドプレ−ト１２の流路中心
軸より偏心した位置に一個または数個の噴射口１３を設
けてなるのは「請求項１」と同じである。

【００３７】次に、「請求項３」の発明は、一端に複数
の流体が流入する流入口１１を有したノズル本体１０の
先端をエンドプレ−ト１２で閉塞し、このエンドプレ−
ト１２のノズル本体１０側の内面に局所的凹部１４，１
４，１４・・・を設けて非平面となしてあるのは「請求
項２」と同じである。

【００３８】そして、本発明は、上記エンドプレ−ト１
２には、ノズル本体１０の先端内周に内接して、非円形
の一個または数個の噴射口１３ａを設けてなる。

【００３９】すなわち、本発明は、「請求項２」の発明
の噴射口１３に変えて、非円形の噴射口１３ａをもち
い、しかもこの非円形の噴射口１３ａをノズル本体１０
の先端内周に内接して設けたものである。

【００４０】従来、非円形の噴射口１３ａとしては、楕
円形の噴射口を有したノズルが猫目ノズルと称して知ら
れている。この猫目ノズルは噴射扇面を広くする目的で
開発されたものであるが、混合噴射装置に使用したとこ
ろ僅かではあるが混合効率が高いものであった。そこ
で、噴射口の形状を種々変更して実験したところ円形に
近似しないほど混合効率が高いことが判明した。すなわ
ち、円形の噴射口のノズルは噴射口より流体が流出する
際、流出条件がより均一化されるため、流出部位におい
て非円形の噴射口と比較して乱流が発生しにくいもので
ある。

【００４１】そして、この非円形の噴射口１３ａを「請
求項２」の発明に採用したところ、混合高率が飛躍的に
向上することが確認できた。そして、この噴射口１３ａ
は偏心量が大きいほど混合効率が高いことも実験の結果
確認できた。そこで、本発明では、偏心量の最も大きい
位置として非円形の噴射口１３ａをノズル本体１０の先
端縁に設定した。

【００４２】「図３」のように、エンドプレ−ト１２の
縁に円弧状の欠部を設けて噴射口１３ａを形成した場
合、この噴射口１３ａの同図上部を通過する流体はノズ
ル本体１０の内面に沿って最も抵抗を受けずに噴射され
る。しかし、この噴射口１３ａの下部側を通過する流体
は一部はエンドプレ−ト１２に衝突し、一部は該エンド
プレ−ト１２に案内されて長い距離を通って来るので、
大きな抵抗を受けて流速の差が大きくなる。

【００４３】したがって、単に噴射口１３ａを偏心させ
たことにより、ノズル本体１０の先端内周に内接して設
けた方がこの流速の変化が大きく現れ、混合に有利であ
るものであった。

【００４４】また、「図１０」例はエンドプレート１２
とその偏心位置の非円形形状の噴射口１３ａとをボール
バルブで実現したもので、回転可能となしたボール２１
にはノズル本体１０の内径と同径の通孔２２が開穿して
ある。したがって、このボール２１を回転することで、
開口断面が「図１」と略同じ形状となすことができるも
のである。また、図示はしていないが、ゲート弁を応用
しても同様な混合噴射装置が実現できる。

【００４５】なお、「図１０」の符号２３は、モータ等
の駆動源で、この駆動源２３でボール２１を回動して、
噴射口１３の開口断面積を調整するようになすこともで
きるものである。

【００４６】

【発明の効果】本発明は上記のごときであるので、流体
を噴射圧で飛散混合するのみではなく、同時にエンドプ
レ−ト１２に衝突させて混合するので、噴射圧をいたず
らに高めることなく効率的な混合噴射ができる混合噴射
装置を提供できるものである。

【００４７】特に、「請求項２」の発明は、エンドプレ
−ト１２の内面に局所的凹部１４，１４，１４・・・を
設けて非平面となしたので、衝突部位に渦流が発生して
より効率的な混合ができる混合噴射装置を提供できるも
のである。

【００４８】また、「請求項３」の発明は、さらに、ノ
ズル本体１０の先端内周に内接して、非円形の一個また
は数個の噴射口１３ａを設けてなる構成を加えたので、
効率の高い混合噴射装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明混合噴射装置の一実施態様を示す、要部
縦断面図である。

【図２】本発明の別の一実施態様を示す、要部縦断面図
である。

【図３】本発明のさらに別の一実施態様を示す、要部縦
断面図である。

【図４】「図１」の左側面図である。

【図５】本発明に利用される噴射口例の正面図である。

【図６】本発明のさらに別の一実施態様を示す、要部縦
断面図である。

【図７】「図６」例の噴射口部位の内面側の正面図であ
る。

【図８】本発明さらに別の一実施態様を示す、要部縦断
面図である。

【図９】本発明さらに別の一実施態様を示す、要部縦断
面図である。

【図１０】本発明さらに別の一実施態様を示す、要部縦
断面図である。

【符号の説明】

１０ノズル本体１１流入口１２エンドプレ−ト１３噴射口１３ａ噴射口１４凹部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一端に複数の流体が流入する流入口（１
１）を有したノズル本体（１０）の先端をエンドプレ−
ト（１２）で閉塞し、このエンドプレ−ト（１２）のノ
ズル本体（１０）側の流路中心軸より偏心した位置に一
個または数個の噴射口（１３）を設けてなる混合噴射装
置。
【請求項２】一端に複数の流体が流入する流入口（１
１）を有したノズル本体（１０）の先端をエンドプレ−
ト（１２）で閉塞し、このエンドプレ−ト（１２）のノ
ズル本体（１０）側の内面に局所的凹部（１４，１４，
１４・・・）を設けて非平面となし、さらに、上記エンドプレ−ト（１２）の流路中心軸より
偏心した位置に一個または数個の噴射口（１３）を設け
てなる混合噴射装置。
【請求項３】一端に複数の流体が流入する流入口（１
１）を有したノズル本体（１０）の先端をエンドプレ−
ト（１２）で閉塞し、このエンドプレ−ト（１２）のノ
ズル本体（１０）側の内面に局所的凹部（１４，１４，
１４・・・）を設けて非平面となし、さらに、上記エンドプレ−ト（１２）には、ノズル本体
（１０）の先端内周に内接して、非円形の一個または数
個の噴射口（１３ａ）を設けてなる混合噴射装置。