JPS61141950A - 均一な分散量分布をもつ液体噴霧方法およびその装置 - Google Patents

均一な分散量分布をもつ液体噴霧方法およびその装置

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JPS61141950A
JPS61141950A JP59263018A JP26301884A JPS61141950A JP S61141950 A JPS61141950 A JP S61141950A JP 59263018 A JP59263018 A JP 59263018A JP 26301884 A JP26301884 A JP 26301884A JP S61141950 A JPS61141950 A JP S61141950A
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    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05BSPRAYING APPARATUS; ATOMISING APPARATUS; NOZZLES
    • B05B1/00Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/34Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl
    • B05B1/3405Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl
    • B05B1/341Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl before discharging the liquid or other fluent material, e.g. in a swirl chamber upstream the spray outlet
    • B05B1/3421Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl before discharging the liquid or other fluent material, e.g. in a swirl chamber upstream the spray outlet with channels emerging substantially tangentially in the swirl chamber
    • B05B1/3431Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl before discharging the liquid or other fluent material, e.g. in a swirl chamber upstream the spray outlet with channels emerging substantially tangentially in the swirl chamber the channels being formed at the interface of cooperating elements, e.g. by means of grooves
    • B05B1/3447Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl to produce swirl before discharging the liquid or other fluent material, e.g. in a swirl chamber upstream the spray outlet with channels emerging substantially tangentially in the swirl chamber the channels being formed at the interface of cooperating elements, e.g. by means of grooves the interface being a cylinder having the same axis as the outlet

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 本発明は液体を微粒化して均一な分散量分布が得られる
ように噴霧することを特徴とする液体噴霧方法およびそ
の装置に関し9例えば各種の燃焼装置をはじめ、気液の
反応、乾燥、塗装、調湿。
洗浄あるいは液体散布などの装置に利用するものである
従来の技術 従来、液体を微粒化する場合には、被噴霧液体を、流路
を通しぞ斜めあるいは接続方向に円筒状の渦巻室に流入
させ、室内を旋回させた後、渦巻室の底面中心に設けた
ノズルから大気中に噴出させることによって液体を微粒
化する構造の旋回形噴霧ノズルが多く用いられている。
発明が解決しようとする問題点 旋回形噴霧ノズルは構造が簡単であるにもかかわらず、
比較的低い噴射圧力の下で微細な液滴が得られる等の優
れた特徴を有しているが、構造」二渦巻室内の旋回流を
ノズルから噴出させて液体を微粒化するため、その噴霧
は中空の円錐状に広がり、中心軸付近の分散量分布が極
端に低下する欠点があり、噴霧ノズルを固定して使用す
る場合にはとくに不都合を生ずる。
問題を解決するための手段 本発明は前記の欠点を除去し、噴霧ノズル本体内に複雑
な構造物を設ける代りに被噴霧液体のもつ運動エネルギ
の交換作用を利用することによって、液体を均一な分散
量分布が得られるように噴霧する新しい液体噴霧方法お
よびその装置を提供するものである。
第1の発明の均一な分散量分布をもつ液体噴霧方法は、
第1図に示すように流入口10より本体1内に流入する
被噴霧液体を、流路素子2により旋回流とその中心部に
流入するジ−ノド流とに分流し、流出室6内において該
旋回流と該ジーノド流とを接触させることによって1周
速度および軸速度のエネルギ交換作用を行わせた後にノ
ズル7から大気中に噴出させる。
また第2の発明の均一な分散量分布をもつ液体の噴霧装
置は、第1の発明を実施するための装置であって2本体
1内に流路素子2を設け、流路素子2により本体1内を
流入室3と流出室6とに2分し、流路素子2には、その
外周側に、被噴霧液体の一部を通過させることにより、
流出室6内に旋回流を形成する旋回流形成流路4を設け
るとともに、中心部に、被噴霧液体の他の部分を通過さ
せることにより前記旋回流の中心部にそれと接触するジ
ーノド流を形成するオリフィス5を設け。
本体1のオリフィス5に対向する位置に流出室6と連通
するノズル7を設けることにより、被噴霧液体を均一な
分散量分布をもつ噴霧として大気中に流出させる構造を
有する。
作  用 第1図〜第4図に例示するところに従って2本発明の均
一な分散量分布をもつ液体噴霧方法およびその装置の作
用を説明する。
第1図に示すように流入口を通って本体1内の流入室3
に流入した液体の一部は、流路素子2の外周側に設けら
れた旋回流形成流路4を通って流出室6内に流入し、前
記流出室6内を旋回しながら中心部に至る。このとき該
旋回流の前記流出室6内A−A断面上半径方向の周速度
分布は第3図に示すように中心O付近を除いた領域では
自由渦の法則に従い、流れが中心寄りに移動するに従っ
て周速度が増加する。同時に前記流入室3に流入した液
体の他の一部は、前記流路素子2の中心部に設けられた
オリフィス5を経て、前記流出室6内を旋回する前記旋
回流の中心部にジェット流として流入する。このとき該
シェフ)流は周速度をもたず、前記旋回流と接触する境
界面を通して。
前記旋回流のもつ増加した周速度による回転のエネルギ
が前記ジェット流に与えられ2周速度エネルギの交換作
用が行われる。他方前記流出室6内A−A断面上の軸速
度分布は第4図に示すごとく。
中心O付近の前記ジーノド流とその周囲を旋回する前記
旋回流との間に軸速度の差があり、該ジ=ント流と該旋
回流がノズル7の方向に移動する間に軸速度エネルギの
交換作用を生ずる。したがって前記流出室6内で行われ
るこれら周速度エネルギおよび軸速度エネルギの交換作
用によって、前記ノズル7から流出する液体はノズル断
面上の半径位置に対応した周速度および軸速度をもち、
該周速度および該軸速度を合成した速度で運動を続けよ
うとする。このとき前記合成した速度のエネルギが液体
の凝集力より大きい場合には該液体は連続した状態を保
つことができなくなり、液滴に分裂して噴霧を形成する
。したがって本発明の均一な分散量分布をもつ液体噴霧
方法および噴霧装置は液自身のもつ運動エネルギを有効
に利用して連続的に効率よくしかも安定した噴霧を生成
する噴霧方法および噴霧装置であって、比較的粘度の低
い液を微粒化する場合には他に類をみない優れた特性を
もっている。
実施例 以下第1図〜第2図に例示するところにしたがって本発
明の均一な分散量分布をもつ液体の噴務方法および装置
の実施例を説明する。第1図1本発明の噴霧装置の1例
で、噴霧装置の断面図を示し、第2図に流路素子2の斜
視図を示す。
噴霧装置の本体1は1Aと1Bの2つの部分から成り、
流路素子2にはその外周側に旋回流形成流路4を設ける
とともに中心部にオリフィス5を設け、該流路素子2を
本体1Bの肩部9にはめ込んだ後ねじ部8により本体1
AおよびIBを結合することによって本体1内に流入室
3と流出室6を形成し1本体1Bのオリフィス5に対向
する位置に流出室6と連通するノズル7が設けられてい
る。
本発明の均一な分散量分布をもつ液体噴霧装置の各部寸
法は1例えば理論的には次のようにして定めることがで
きる。すなわち、流入口10を経て本体1内の流入室3
に流入した液の一部を流路素子2の外周に設けた旋回流
形成流路4を経て流出室6内に旋回流として流入させる
と、該旋回流は前記流出室内を旋回しながら中心方向に
移動し。
前記流出室中心(o)+1近で流れを軸方向に変えノズ
ル7を経て大気中に流出し、前記流出室内を旋回する前
記旋回流の中心部には空洞を生ずる。これと同時に前記
本体内の流入室3に流入した液の他の一部を前記流路素
子2の中心に設けたオリフィス5を経て前記流出室内に
ジ=ノド流として流入させると、前記旋回流と該ジーノ
ド流の接触する境界面を通して行われる前記旋回流およ
び該ジ−ノド流の有する運動エネルギの交換作用により
旋回流とジーノド流の混合流が形成され、該混合流は前
記流出室6に連通するノズル7より大気中に流出し噴霧
を形成する。したがって9本噴霧方法および噴霧装置を
用いて均一な分散量分布をもつ噴霧を生成するためには
、前記のごとく流出室6内に流入する旋商流によって生
ずる空洞の直径を十分に考慮して前記流路素子のオリフ
ィス5.の直径を前記空洞の直径にほぼ等しく定めると
同時に前記ジ−ノド流の運動量と前記旋回流の運動量と
をほぼ等しくすることが必要である。
前記空洞の直径は前記流路素子に設けた旋回流形成流路
断面積、ノズル断面積およびノズル半径と流出室6に流
入する旋回流の流入半径とに関係し1次式で表わされる
。すなわち。
ただし。
Km = (1/ cosの(As/A ) (re/
rm )ξ−l;石;配y Km:流出室の形状係数 θ:旋回流形成流路の傾斜角(0) A8:旋回流形成流路断面積(mつ A:ノズル断面積=πre2(mつ re:ノズル半径価) rm:旋回流流入半径(m) ka:旋回流の変曲点半径比 kc:空洞係数−re/re rc:空洞半径(m) 前記(+)式中の変曲点半径比kaの値は実験的に次式
で表わされ。
ka ’−1,,25に 1−記にと流出室の形状係数■(mとの関係は理論的に
次式で表わされる。
Km−±A了マーkin±(1+f璽刀k      
      k したがって上記(1)式を用いて流出室の形状から前記
空洞の直径を求め、流路素子中心に設けるオリフィスの
直径を定めることができる。
また本発明の噴霧方法および噴霧装置におけるジーノド
流の運動量と旋回流の運動量との関係は次式で表わされ
る。すなわち Mj/Ms −(C4/C5)2(D/d )2Km 
        (2)ただし。
Mj°ジーシ!・流の運動量(kg−m/s)Ms:旋
回流の運動量(kg −m/s )Cjニジ−ノド流の
流]−係数 C5:旋回流の流量係数 D:ノズルの直径(m) d:流路素子に設けたオリフィスの直径(m)Km:流
出室の形状係数 前記(2)式中のジーツト流の流量係数C3は実験的に
次式で表わされ。
Cj中(062〜060)(D/d)まただし。
D:ノズルの直径(m) d、流路素子に設けたオリフィスのW、 径(m)また
旋回流の流量係数Csは理論的に次式で表わされる。す
なわち Cs −(kaM四で) Km ただし。
k8=変曲点半径比 ξ=l−石フ■7 kc:空洞係数 本発明の噴霧方法による噴霧装置を設計する場合には前
記流路素子に設けるオリフィスの直径dを、(I)式か
ら計算した空洞係数k。を用いて求めた空洞の直径kc
Dにほぼ等しく定めるとともに、しかも(2)式から計
算したジェット流と旋回流の運動量の比M;/Msがほ
ぼ1に等しくなるように定める。
上述のように設計された噴霧装置に対して、流量は次式
で表わされ。
Q −(Cs +C) ) : D”ヤG冒iただし。
Q:流量(m7s ) C8:旋回流の流量係数 C,ニジエツト流の流]゛係 数=ノズルの直径(m) △I(゛噴射圧力と大気圧との差圧ヘッド(m)g:重
力加速度(m/s2) 前記噴霧装置に対して噴霧角は次式で与えられる。
すなわち。
α−2tan−’(kc/J【■Z) ただし。
α゛噴霧角(0) kc:空洞係数 第5図は第1図に示す本発明の噴霧装置を用いて実際に
水の微粒化を行い、噴霧装置の直下1mの水平面」二で
測定した噴霧の分散量分布を従来形の噴霧装置について
の測定結果と比較したもので。
各部寸法を適正に定めた本発明の噴霧装置によって生成
される噴霧は中心軸イ」近で分散量分布の良好な均一化
がみられることを示している。
また、第6図は前記分散量分布を測定した位置において
噴霧液滴の平均粒径を測定した結果を示したもので、水
の微粒化に各部寸法を適正に定めた本発明の噴霧装置を
用いた場合1分散量分布が均一になるばかりでなく、液
滴の平均粒径も平均化され良好な噴霧が得られることを
示している。
発明の効果 本発明の均一な分散量分布をもつ液体噴霧方法およびそ
の装置は従来の噴霧方法およびその装置と異なり、流体
力学の原理に基づき本体内に流入した被噴霧液体を、た
とえば流路素子を経て一部を旋回流として、他の一部を
ジーノド流として流出室内に流入させ、旋回流およびジ
ーノド流の運動エネルギの交換作用を利用して前記旋回
流と前記ジーソト流とを混合させた後ノズルから大気中
に噴出する構造を有し、前記のごとく噴霧装置の各部寸
法を定めることによって、微粒化された液体の分散量分
布および粒径分布が均一な噴霧を生成することができる
。したがって噴霧装置を固定して使用する場合の分散]
:分布の不均一を解消することができるばかりでなく2
粒径分布の不均一も同時に解消することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の噴霧方法による噴霧装置の立面図。第
2図は流路素子の斜視図。第3図は流出室内第1図A−
A断面」−の流れの周速度分布説明図。第4図は前記A
−A断面上の軸速度分布説明図。第5図は本噴霧装置に
よる噴霧の分散量分布測定結果の1例を示す図。第6図
は噴霧液滴の平均粒径測定結果の1例を示す図である。 に本体、2:流路素子、3:流入室、4:旋回流形成流
路、5°オリフイス、6:流出室。 7:ノズル

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)被噴霧液体を旋回流とその中心部に流入するジェ
    ット流とに分流し、該旋回流と該ジェット流とを接触さ
    せて、周速度および軸速度のエネルギ交換作用を行わせ
    た後にノズルから噴出させることにより、微粒化された
    液体を均一な分散量分布が得られるように噴霧すること
    を特徴とする液体噴霧方法。
  2. (2)本体(1)内に流路素子(2)を設け、流路素子
    (2)により本体(1)内を流入室(3)と流出室(6
    )とに2分し、流路素子(2)には、その外周側に、被
    噴霧液体の一部を通過させることにより、流出室(6)
    内に旋回流を形成する旋回流形成流路(4)を設けると
    ともに、中心部に、被噴霧液体の他の部分を通過させる
    ことにより前記旋回流の中心部にそれと接触するジェッ
    ト流を形成するオリフィス(5)を設け、本体(1)の
    オリフィス(5)に対向する位置に流出室(6)と連通
    するノズル(7)を設けることにより、微粒化された液
    体の均一な分散量分布をもつ噴霧を得られるようにした
    液体噴霧装置。
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