JPS58174260A - 竜巻創成ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （１）発明の目的 従来のスプレーガンによる霧化は、たとい、気流を回転
気流にしても、複源の組合せの吸込みがないから、動作
流体は、高風圧、高風速、大風量による霧吹きの原理型
の直線的気流となり、霧化能力も低く、霧化粒子の飛散
、反射率が、大である。

この発明は、自然の竜巻現象を機械的に創成したもので
、竜巻理論に基づいて開発されたこの竜巻創成ノズルは
、そのノズル口径が、大は７２（ｍｍ）という超大型ノ
ズルを開発したが、これに必要な動作流体は、低風圧、
低風速、小風量で、強力な竜巻現象を創成するから、吸
込みも、噴霧微粒化も、高性能である。

超省エネルギ型を、最高の目的として開発した竜巻創成
ノズルである。

（２）噴霧微粒化の基本原理 （イ）竜巻現象を起す回転気流の創成は、次の理論式に
よる。

自由回転流動の式　Ｖｒ＝Ｃ、＝定数　（ａ）自由回転
流動の等圧面では　ｒ２、＝定数　（ｂ）遠心力による
噴霧微粒化は ｆ＝ｍｒｗ２＝ｍＶ２／ｒ　（ｃ） ただし　Ｖは速度。ｒは曲率半径。

Ｚ１は高さ。Ｃ１は　積分の定数。ｆは　遠心力。

ｍは、質量。ｗは　角度。

（ロ）　竜巻創成ノズルの形状 ノズル溝（３）の両壁面（ｂ）、（ｃ）と、のノズル溝
中心線（ａ）および、ノズル溝の仮想上面と底面とは、
大２図（ア）、大３図（ア）に示すように、それぞれ曲
率半径や曲率中心を異にしながら漸縮してその延長上に
て変わる。

この点を合流点といい、（Ｖ′ｌ）または（Ｖ′ｒ）で
表わす。

ノズル溝は、多数本の溝からなるが、この溝の中心線の
集りを線束と名づける。

第２図（ア）図に示す気流は、左回転系の回転気流型で
ある。

これは、ノズル溝の中心線（ａ）上の一点・合流点（Ｖ
′ｌ）と、（Ｖ′ｌ）点の曲率中心（Ｑｌ）点とを結ぶ
長さ（ＱｌＶ′ｌ）は、（Ｑｌ）とノズルの頂点（Ｖ）
とを結ぶ長さ（ＱｌＶ）より、はるかに長い。

同様に、第３図（ア）図は、右か回転系回転気流型で、
（ＱｒＶ′ｒ）の長さは、（ＱｒＶ）の長さよりはるか
に、短くなることが、原理である。

左回転系、右回転系の両回転気流型は、ともに、それぞ
れ、両線束の最小径が、ノズルの仮想円筒に近似の、ノ
ズル穴の延長上付近にて接することが基本である。

（ハ）　噴霧微粒化の機構 第１図に示す動作流体（１３）は、ガン本体（６）内を
流れながら整流され、チャンバ（１２）に流入すると、
ベルターイの定理に従って、さらに整流された圧力動作
流体（１４）となり、次いで、動作流体通路用のノズル
溝（３）を通過する間に、竜巻の素因が創成され、回転
気流（１５）に成長する。

次いで、回転体の凸の回転面（４）の周囲を一様に流れ
ると、境界層理論の薄層状の速度の増大した回転気流と
なる。

回転体の回転面（４）に、ノズル溝を刻設しなかった利
点は、ノズル溝（３）を通過した回転気流が、次の過程
で、溝数が無限大、すなわち、回転面（４）を流れる間
に、滑かに、連続した回転気流を得るためである。

ノズル溝から流出する回転気流の素線の集合すなわち、
線束の最小の径は、ノズル穴の延長上付近で接しなけれ
ばならない。

回転気流が、ノズル出口から放出すると、ノズル出口の
ノズル軸心に直角な断面では、回転気流の、接線方向の
分速度Ｖにより、 竜巻現象に伴なう強力な遠心力（ｆ＝ｍＶ２／ｒ）作用
を生ずる。

したがって、この付近では、遠心力に比例した負圧を生
ずるから、吸込みの強さを有するため負のヘッドにある
液体を吸引する。ヘッド負の液体は、液体通路管（１１
）を介して、液体の流れ（１７）となり、ノズル穴（５
）に至ると、回転速度Ｖにより、液体は、中空の薄液膜
状の高速回転円筒となり、これが、ノズル穴からリ流出
すると、遠心力作用により、仮想円筒となる。

ノズル穴が、仮想円筒径に近似という理由は、ここにあ
る。

ノズル穴の延長上、すなわち、仮想円筒の液膜に、回転
気流が接すると、液体の液膜の凝集力の結合が破壊され
、高度の霧化が始まる。

回転力を保有する霧化粒子は、球状で高速回転し、粒子
雲は、外乱の影響なく、第４図に示す発散と集束の循環
系の噴霧領域を、大変穏かに安定した渦運動と、前進運
動とを行いながら回転流動するから、飛散などの途中落
下の粒子は、きわめて、少量である。

吸込みを有するポテンシャル運動をなす回転気流とは、
以上の現象を指すものである。

すなわち、竜巻現象を応用すれば、従来の噴霧ノズルに
使用された高圧風、高風速、大風量の動作流体は、必要
が、なくなったということである。その他動作流体は用
途により液体も可。

ノズル溝を対数螺線類似の曲線にしたのは、対数螺線を
基にした溝は、竜巻現象えお創成する最良の条件を備え
ているためである。

類似ということは、本発明の溝は、左回転系と右回転系
とがあり、また、速度ポテンシャルと流れの函数の複素
ポテンシャルを、いくつか、組合すと、目的に近い流れ
を得る式が得られる。

しかし、実際には、気流の流れは、大変複雑で最後には
、実験を重ねて、実験式を得ることが適切な方法である
。

したがって、対数螺線の式も、この式の極の座標も、補
正値が必要である。

このような理由から、対数螺線類似とした。

（二）ノズル穴径について。

霧吹きの原理型の直線的気流でも、この発明の回転気流
でも、ノズル出口付近に生ずる負圧は、区別がない。

すなわち、ノズル穴の大小に拘らず、負圧に比例した吸
込み掲程となる。

従来に噴霧ノズルでは、動作流体が、直線気流であった
り、工夫をして、回転気流にしても、結果的には、直線
的気流では、いかに、高風圧高風速、大風量の動作流体
でも、その運動エネルギは、ノズル穴３（ｍｍ）以上か
ら、噴出する液体を霧化する能力はない。

したがって、従来のノズル穴は、３（ｍｍ）を限度とす
るということである。

本発明にノズル穴は、現在７２（ｍｍ）口径を開発して
いるが、竜巻理論に基ずく噴霧微粒化機構であるから、
ノズル穴の大小に拘らず、低風圧低風速、小風量でも、
噴霧微粒化性能は、強力である。

用途によっては、ノズル穴は、７２（ｍｍ）以上、さら
に、大きくすることが、可能である。

４．この発明の竜巻創成ノズルおよび用途（１）ノズル 従来の噴霧ノズルの穴径は、３（ｍｍ）が限度である。

本発明の竜巻創成ノズルは、次の通りである。

実験例　（　実験用液体は、清水使用　）ノズル穴（ｍ
ｍ）　送風機（ｍＨ２Ｏ）　液面ヘッド（ｃｍ）０・５
〜２０　０．２〜２．０　−１００〜−２ノズル穴（ｍ
ｍ）　圧縮機（ｋｇｆ／ｃｍ２）　液面ヘッド（ｃｍ）
０．５〜２０　０．５〜４　−４５０〜−５２０〜７２
　４〜１０　−５　〜−１ ノズル、穴０．５（ｍｍ）、空気圧２気圧で吸込掲程４
５０（ｃｍ）、ノズル穴７２（ｍｍ）で、空気圧１０気
圧吸込掲程１（ｃｍ）という高性能である。

（２）用途について。

従来のスプレーガンによるノズルでは、同一のノズル、
同一の装置で、液体、泥状物の吹付け塗装、バーナ燃焼
、粉体、粒体の散布などは、不可能であった。

本発明は、これらを容易に達成したもので、わが国をは
じめ、世界でも、例のない開発である。

（イ）　液体燃料の燃焼 燃焼と同時に、燃料に適切な空気の混同比を与えて、高
度の燃焼を行うので、２次空気や過剰空気、また、燃焼
のための通風力用の煙突などは、一切、不明である。

火焔の平均温度は、燈油で、約１４００（℃）燃焼効率
は、最低でも７５℃（％）以上で、大口径ノズルほど、
熱効率は高くなる。

燃焼火焔は、同軸流施回拡散火焔で、前進、回転の燃焼
速度は、大変緩慢で、火焔は、発散、集束系で閉じる。

燃料は、軽油、重油、廃油など、すべて、加圧加熱する
ことなく、燃料油のヘッドは、負でよいから、安全性に
富む。

（ロ）吹付塗装 負のヘッドにある塗装液を吸込み、噴霧微粒化し、安定
した回転と前進運動とを、緩慢に続ける。

回転力を有する粒子は、回転しながら、球状で塗装面に
、吸込むように付着するから、色彩、光沢は鮮かで、凹
凸面、波板面、鋳物の巣なども、一回の吹付けで、一様
に塗装が、てきる。

水性塗料、油性塗料とも、吹付け良好で、その他、透明
塗り、変わり塗り吹付けなど、さらに、ソーダスト、漆
喰、モルタルなどの吹付けも可能である。

塗装吹付け効率は、９５（％）以上、塗料消費量は従来
の２分の１以下、衛生面、公害面でも、弊害は、僅かで
ある。

（ハ）消化水、噴水用 消化水の噴霧は、火焔を包むようにして、空気を遮断す
るので、有効な消火作業ができる。

噴水用では、これも、世間に発表していない新しい現象
であるが、中空の薄液膜状の回転楕円体または、半楕円
体である。

さらに、これが、発散、集束の循環系となると第４図に
示すような回転体の循環を形成する。

（二）　その他 管内の吹付け塗装、管内のバーナ熱処理、農薬液、消毒
薬などの噴霧、紛炭などのサスペンション焚き、メタリ
コン、金属粉末、農薬紛鋳型剤の黒味、白味などの吹付
け散布などである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の正面組立図 第２図は、左回転系の薄層状の回転気流の増速整流用の
回転体付き竜巻創成ノズルで、（ア）図は、正射影で側
面図、（イ）図は、正面で、判断面図。 第３図（ア）は、右回転系竜巻創成ノズルの正射影。　
１字第４図は、本発明の回転気流の回転流動する発散と
集束の流れの循環系。 （１）は、薄層状の回転気流増速整流用の回転体付き竜
巻創成ノズル。 （２）は、回転体台または円錐台ノズル溝部の表面（３
）は、動作流体通路用ノズル溝 （４）は、薄層状の回転気流増速整流用回転体回転面（
５）は、ノズル穴　（６）は、ガン本体（７）は、ノズ
ルの座 （８）は、ノズル固定用のねじ付き液体通路管（９）は
、液体通路管支え　（１０）は、ノズルおおいねじ（１
１）は、液体通路管　（１２）は、チャンバ（１３）は
、動作流体　（１４）は、圧力動作流体（１５）は、ノ
ズル溝を流れる動作流体の回転気流（１６）は、増速整
流された薄層状の回転気流（１７）は、負のヘッドから
吸入される液体の流れ（１８）は、中空の薄液膜状の高
速回転円筒（１９）は、回転気流の流量調節用目盛付き
陳間（ａ）は、ノズル溝の中心線で回転気流の素線（ｂ
）は、ノズル溝の両壁面 （ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、対数螺線類似の曲線で、そ
れぞれ曲率は異なる。 （Ｐｌ）は、左回転系ノズルのノズル溝中心線上の任意
の点 （Ｖ′ｌ）は、ノズル溝中心線（ａ）上の点で、中心線
（ａ）は、ノズル穴（　仮想円筒に近似　）の延長上付
近で、接するから、（Ｖ′ｌ）は、中心線（ａ）と、ノ
ズル穴（５）の延長上の接点ともなる。 また、曲線（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および、ノズル溝の
仮想上面および在面の合流点である。 （Ｖ′ｒ）は、（Ｖ′ｌ）と同様に、左回転系の接点お
よび合流点（Ｐｒ）は、右回転系ノズルの、ノズル溝中
心線　上の任意の点 （Ｑｌ）は、（Ｖ′ｌ）点における曲率中心（Ｑｒ）は
、（Ｖ′ｒ）における曲率中心（Ｕ）は、ノズルの軸心
　（Ｖ）は、ノズルの頂点第４図の説明　（清水にて実
験） （ａ）は、ノズル溝の中心線で、第４図では、中心線の
線束をも示す発散と集束の循環系 （ｇ）は、第１の腹　（ｉ）は　第２の腹（ｈ）は、第
１の節で、回転流動する中心線の薄液膜状の回転体（Ｖ
′ｌ−ｇ−ｈ）の液膜の表面張力に大気圧による圧縮力
が加わって、強く縛られ、さらにエネルギの、 全エネルギが、凝集するとともに、増大する中空の液膜
の最小径。 したがって、（ｈ−ｉ）で循環が終了する場合は大部分
に、第２のノズルを設置したような、新たな現象が起こ
る。（大変、注目すべき現象）（Ｖ′ｌ−ｇ−ｈ）間は
、この現象特有の、エネルギの増大領域。 （ｇ）付近で循環が終了する場合は、中空の薄液膜状に
半回転楕円体。（ｈ）付近では、回転楕円体の噴水とな
る。 （ｈ−ｉ−）間と循環が続く場合は、ポテンシャル運動
をなす回転流動の領域で、安定した領域でもある。 第１図　第３図 第２図　第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 第１図に示す竜巻創成ノズルの一方の、回転体台の回転
   面または、円錐台の円錐面（２）に、多数の竜巻状の、
   動作流体通路用のノズル溝（３）を刻設し、他方には、
   増速整流用の回転体回転面（４）を設け、軸心には、流
   体通路用のノズル穴（５）を設ける。 第２図、第３図の各（ア）図の正射影においては、ノズ
   ル溝の両壁面（ｂ）、（ｃ）および、ノズル溝の中心線
   （ａ）は、竜巻状の対数螺線類似の曲線である。 曲線（ａ）、（ｂ）、（ｃ）および、溝の仮想上面およ
   び底面は、それぞれ、曲率半径や、曲率中心を異にしな
   がら漸縮して、それらの延長上にて交わる合流点を（Ｖ
   ′ｌ）、（Ｖ′ｒ）とし、それらの各集合、すなわち、
   溝の中心線の、各線束の最小径は、ノズル穴（５）の延
   長上付近にて接する。 第２図（ア）図に示すノズル中心線（ａ）上の合流点（
   Ｖ′ｌ）点における曲率中心（Ｑｌ）と、（Ｖ′ｌ）と
   を結ぶ長さ（ＱｌＶ′ｌ）は、（Ｑｌ）点と、ノズルの
   頂点（Ｖ）とを結ぶ長さ（ＱｌＶ）よりも、はるかに長
   い。 同様に、第３図（ア）においては、（ＱｒＶ′ｒ）は、
   （ＱｒＶ）より、はるかに短かい。 第１図の組立図に示すように、ノズル（１）を、ガン本
   体（６）のノズル座（７）に密着するまで、ノズル固定
   ねじ（８）にねじ込み、次いで、ノズルおおい（１０）
   を、ねじ込み、陳間（１９）の目盛により、回転気流を
   調整する。 動作流体（１３）は、ガン本体内を流れて整流されチャ
   ンバ（１２）に流入すると、さらに整流された圧力動作
   流体となり、次いでノズル溝（３）を通過すると竜巻状
   の回転気流となり、この回転気流が次ぎの回転体の凸の
   回転面（４）の周囲を、一様に流れながら増速し、整流
   された刷く薄層状の回転気流となり、ノズル出口から、
   高速で放出される。 その際、生じる負圧により、負のヘッドにある被噴霧流
   体が、吸込み強さにより、吸入されて液体通路管（１１
   ）を介して、流体の流れ（１７）となり、これが、中空
   の薄液膜状の高速回転円筒（１８）となり、ノズル出口
   から、回転気流によって、竜巻状に噴霧されると、気流
   および噴霧雲は、第４図に示す発散、集束の循環系（ｇ
   −ｈ−ｉー）の噴霧領域を、緩かに、回転流動する。 このノズルは、従来のものに比べで、はるかに大口径で
   あり、動作流体は、低風圧、低風速、小風量にて、吸込
   み強さ大きく、液体を吸入して、強力に、噴霧微粒化能
   力を有する優れた特長がある。 被噴霧流体の液体や泥状物さらに、紛体や粒体などを、
   適宜選定すれば、燃料バーナー、塗装装置、散布装置、
   中空の回転楕円体状の噴水装置など、産業界に広く、利
   用できる省エネルギ型竜巻創成ノズルである。