JPS597811A - 噴霧装置 - 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】 産業上の利用分野 本発明は液体を衝突体に衝突させて微粒化する噴霧装置
に関するものである。

従来例の構成とその問題点 従来の衝突式の噴霧装置はノズルから噴出された燃料を
衝突体に衝突させて微粒化するようになっていた。ノズ
ルより噴出した液体は平滑領域（液が円柱状）のパター
ンを示した後に、振動領域（波状の液流ンを経て、次第
に分裂し滴状領域となる。この滴状領域で衝突させた場
合、衝突体の衝突面の面積はかなり自由度をもつもので
広い面積であっても容易に噴霧を発生させることが可能
であり、かつ発生する粒径はかなり小さいものである。

その反面、液体が衝突面に付着してタレを生じる欠点を
もつものであった。又直線状の液、即ち平滑領域で衝突
させる場合は、タレを生じさせず全量噴霧させることが
可能である反面、粒径が犬であるという欠点をもつもの
であった０発明の目的 液の全量を極めて微細な粒子に分断させることを目的と
している。

発明の構成 上記目的を達成するために本発明では、ノズルからの液
流の平滑流領域に衝突体を設けるとともに、ノズルの液
圧Ｐと衝突体での液膜の外径りとの間にＤ／Ｐ≦００関
係を有するように液圧を設定【７たものである。

実施例の説明 本発明の一実施例を図面とともに以下に説明する０ 第１図に於て、液体はノズル１のノズル孔２より衝突体
３に向って噴出している。ノズル孔２は内径１００μ、
衝突体３は外径５００μである。

又、液体として灯油を用いた。前記ノズル１より流出す
る平滑流領域の長さは約６０ｍｍであったが、この平滑
流領域の長さはノズル１の形状及び外的かく乱条件によ
って変動するものであり、衝突体３は常にこの平滑流領
域内になければならない。

次にノズル１と衝突体３との距離を４０ｗｎで行った実
験についてのべる。

上記条件に於て、前記ノズル１に加圧ポンプ６より液体
を圧送すると、液体は直線状となってノズル孔２より流
出し、十分に研磨し鏡面となっている衝突体３の中心に
衝突する。

衝突後、液体は円板状の薄膜となって広がり、その液膜
の先端で分裂する。又、液圧が極めて低い場合円板状の
液膜の先端は再び中心に向って曲がり球状の液膜を示す
場合もある。このような液膜の径Ｄ（液膜の最大外径）
は噴出液体の速度Ｖが小、即ち液圧Ｐの小なる領域では
、液圧Ｐの増加に従って大きくなるものである（第２図
に液膜径りと液圧Ｐの関係を示す）。この領域での液膜
径りは液体噴流の速度■の２乗に比例して増大する。又
、液圧Ｐの平方根に液膜Ｖは比例するものであるから、
液膜径りは液圧Ｐと比例して増大している。

この場合の液膜は平滑な表面で、膜内の流れにほとんど
乱れをもたない。もし液体に表面張力がないならこの液
膜は無限に（実際はありえないが）広がる。しかし実際
は液体の表面張力が液膜の運動と逆の方向、即ち衝突点
方向に引き戻すべく作用している。

この両者の力が均衡した径が液膜径である。即ち噴流が
拡散する運動量は径が大きくなっても変化しないもので
ある（液体の量は連続流である為に液膜径りに対して一
定であり、又その速度も液膜内では保存され変化してな
い為）が、対する表面張力は、液膜径りが犬となるに従
かい当然、膜面積も拡大し、この表面張力は増加する。

前述の液圧Ｐと液膜径りの関係はこのような２つの力関
係に於て説明される。

この領域、即ちｄＤ／ｄＰ）Ｏである平滑液膜領域では
、液膜の先端に於て速度を失った液は、液膜より分裂し
比較的大きな径を有する粒子を発生する。

この径の大きな粒子の発生メカニズムは観察により次の
ように推察される。液膜の最先端で半径方向への速度を
失った液膜は、周方向に働く表面張力により、液膜先端
で半径方向へ伸びるひも状となって集凍り、前記ひも状
の液体が分断し、上粒を発生するものである。

従来より衝突微粒化方式を用いた例では、この領域を用
いたもので、応用的に液膜を高速空気で粉砕した例も見
られる。

実施例では更に液圧Ｐを上昇させると液膜径りが次第に
変化率ｄＤ／ｄＰを低下させ、ついにはｄＤ／ｃｌＰ　
＝Ｏ、ｆｆ１Ｊ−ち液圧の増加によって液膜径りが変化
しない領域及び更に液圧Ｐを増加してｄＤ／ｄＰ（Ｏ即
ち液膜径が減少する領域を発見し、更にその領域に於て
微粒子の径が最少となることを確認したものである。

この領域では液膜は前述の平滑膜とは異なり、波状の乱
流膜である。

液膜Ｖを増加すれば、比例して液膜の拡散速度も増加す
るが、この速度がある値を超えると液膜は乱流を生じる
為、液膜は前述の２つの力が均衡する以前の小さい半径
」二で分裂を開始する。速度の増加は乱れを更に太きく
する。この為にｄＤ／ｄＰ≦０の領域となるものである
。

この乱流股領域では、液膜の先端はリング状に近い分裂
を行い、このリングは未た半径方向への速度を有しつつ
拡が９続けた後、分断され粒子となる。

この分断直前のリングは、前記平滑先端に発生するひも
状液に比べ径が細い。なぜならば後者は液膜が集まって
ひもを形成したものであるのに対し、前者は液膜自体が
分断して発生したものである為である。この為に乱流股
領域での微粒子径は小となるものである。

又１、前述のリングは完全なリングではなく分裂した円
弧である場合が多い。又、このような現象はｄＤ／ｄＰ
＝ｏ近辺より発生しｄＤ／ｄＰ　＜：Ｏで更に明瞭に観
察される。更にこのようなｄ　Ｄ／ｄ　Ｐ≦０の領域を
得る為には、衝突体３の直径及びノズル孔２の径が大き
な影響を及ぼすものである。この点について次に説明す
る。

捷ずノズル孔２より噴流が衝突体３に向って流れ、衝突
体３上で円周方向に拡がる。この衝突体３の上で液は摩
擦により大巾にその速度を失う。

従って衝突体３の直径は小さい程、液膜の拡散速度は早
い。

前述の如く拡散速度の速さが液膜の乱れを支配する為、
衝突体３の直径が小さい程、低い液膜Ｖで乱流膜領域が
得られる。

実験によれば１００μのノズル孔２径を有するものを用
いてｄ　Ｄ／ｄ　Ｐ　−ｏ　　となる液圧は、衝突体３
直径が１朔で１２〜１５　Ｋｇ　ｆ／ｃｒ；１　、０．
５能で６〜６　Ｋ９　ｆ／ｃｎｉ　、　０．２　ｍｍで
４〜５　Ｋｇ　ｆ／ｃｒｌであった。

このように衝突体３直径が小さい程、液膜Ｖは有効に液
膜拡散速度に変換され、かつ低い液圧で乱流膜を発生で
きることが証明された。又、尚然ノズル孔２径より小さ
な衝突体３は衝突体とならないものである。

又１．ノズル孔２径によっても液圧と衝突体３直径の関
係は異なってくる。ノズル孔２径が小さくなれば液体の
運動量も減少し、液膜の運動量も減少する為、より小径
の衝突体３を選択してｄＤ／ｄＰ≦０の領域を得なけれ
ばならない。

このようにノズル孔２径と液圧と衝突体３直径の３者の
間に一定の関係があるものであるが、希望する噴霧量及
び用いるポンプ６吐出圧によってノズル孔２径と液圧を
定め、それに対してｄＤ／ｄＰ≦Ｏの領域を示す衝突体
３直径を実験的に選択すれば乱流膜を形成し、所定量の
微粒子を噴霧させることが不能である。むろん対象とす
る液体の種別によっても選択は異なるものである。

このようなｄＤ／ｄＰ≦０　とする条件は液圧、ノズル
孔２径、衝突体３径のみならず、液種によっても異なる
為にそれらの関連を数値的に明示できないが、いずれの
液種を用いてもｄ　Ｄ／ｄ　Ｐ≦０なる領域は存在する
とともに、その領域において微粒化特性が良い点は共通
の事実である。

又、本実施する上でノズル１と衝突体３の相対位置関係
を確実にすることは極めて重要である。

その為の手段を以下に説明する。

前述の実施例で説明した如くノズル孔２径に対して衝突
体３の直径はせいぜい１０倍以下である。

しかも噴流はこの衝突体３の中心に当てる必要がある。

なぜならば中心よりずれた点に衝突すれば噴霧は不均一
となるばかりでなく、衝突体３よりの液膜拡散速度にム
ラが生じ、部分的に平滑膜を生じ上粒を発生しやすい為
である。

かかる欠点を除去する為に、本実施例ではノズル１より
直接衝突体３を支持体４を介して取りつけている。

前記支持体４はＵの字形の形状を有し、一端をノズル１
に、他端を衝突体３に固着したもので、Ｕの字形の形状
により液膜との接触を回避している０ 又、前記支持体４は噴流の圧力による振動を避ける為、
衝突体３より剛性を犬とするべく大径の材料を用いてい
る。

又、前記支持体４の一部にはノズル孔２と衝突体３の相
対位置を調節する調節部６を設けている。

かかる構成によってノズル孔２と衝突体３の位置は正確
に調整されるとともに、その位置関係は安定して狂いを
生じにくくすることが可能である〇又、噴霧燃焼機等高
温を発生する装置に用いる場合、前記衝突体３の支持体
４はセラミック或は結晶化ガラスの如く熱膨張率の低い
素材を用いれば、両者の位置関係は安定したものとなる
。

発明の効果 本発明を用いれば微粒子を大量に発生させることが可能
で、かかる噴霧装置は燃焼装置、噴霧乾燥機、加湿装置
及び内燃機関に応用できるもので、それらの機能を大巾
に向上しうるものである。

即ち、微粒化による表面積の増加は液体の気化速度を早
め燃焼又は乾燥を促進するものであり、又、浮遊性の増
加は微粒化液体の搬送を容易にし加湿機等にも有効であ
る。

又、本発明はこのような効果を有する微粒子発生を簡単
な構造をもって実現するとともに、液体の種類を問わず
応用しうる点極めて有用性の高いものである。

又、従来例にあげた液滴流の衝突に比べ、ノズルと衝突
体の距離を短かくすることが可能である為に、相対位置
の調整が容易となる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の断面図、第２図は同一実施
例の特性図である。 １・・・・・ノズル、２・・・ノズル孔、３・　・衝突
体、４・・・・・・支持体、５・・・調整部、６・・　
加圧ポンプ。 代理人の氏名　弁理士　中　尾　敏　男　ほか１名第１
図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. ノズルの先端より直線状の液流を噴出する構成とすると
   ともに、前記液流の平滑流領域に同液流と対向して衝突
   体を設け、前記衝突体によって液流を拡げて液膜を作り
   、前記液膜先端より分裂微粒子を発生させ、前記ノズル
   の液圧Ｐと前記液膜の外径りとの間にＤ／Ｐ≦○　の関
   係を有する範囲に前記液圧を設定した噴霧装置。