JPS6148987B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 互いに連通している、流心と整合した円筒形
上流部分、円筒形下流部分及び円筒形中間部分を
含み、下流部分が流路中に流出口絞りを形成し、
中間部分の断面積が下流部分の断面積よりもはる
かに広く、上流部分の断面積が中間部分の断面積
よりも広い流路と、 流心と整合し、上流部分を完全に貫通し、中間
部分を一部だけ貫通するロツドと、 上流部分に開口し、流心と角度を形成する流入
口軸心と整合する流入口と、 からなることを特徴とする渦発生装置。

２ 流心と流入口軸心とがなす角度が90゜である
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の
装置。

３ 流入口に絞りを形成したことを特徴とする特
許請求の範囲第２項に記載の装置。

４ 中間部分が下流部分を介して接続される凹半
球形流出部をも含むことを特徴とする特許請求の
範囲第３項に記載の装置。

５ 与圧された噴霧ガスの供給源及び与圧された
被噴霧液の供給源をも含み、ガス及び液が一緒に
流入口を通過するように液供給源及びガス供給源
を流入口に接続したことを特徴とする特許請求の
範囲第４項に記載の装置。

６ 流入口に接続した与圧ガス供給源をも含み、
ガス圧が、ガスが音速で流入口を通過するのに充
分な高さであることを特徴とする特許請求の範囲
第１項に記載の装置。

７ 流体流入口と、 周囲圧領域に開口する流体流出口と、 流心を含み、流入口付近に上記流心と整合した
上流部分及び流出口付近に上記流心と整合した下
流部分を有する主要流路と、 ガスが流路を通過するよにうに流入口に接続さ
れ、周囲圧以上に与圧されたガス供給源と、 下流部分の絞りと、 上流部分を絞りにつなぐ少なくとも１本の補助
流路と、 上流部分のガス中において、流心を中心とする
環の形で流心周りを回動しながら流路を流動し、
絞りにおいて合体する複数のトルネード状の渦を
発生させる部材と、 からなることを特徴とする渦発生装置。

８ 上流部分を絞りにつなぐ他の補助流路をも含
み、両補助流路が直径を挾んで反対の方向から絞
りに開口することを特徴とする特許請求の範囲第
７項に記載の装置。

９ ガス圧が、ガスが音速で流入口を通過するの
に充分な周囲圧以上の高さであることを特徴とす
る特許請求の範囲第７項に記載の装置。

１０ 渦発生部材が流心と整合し、一端が絞り内
に位置するロツドを含むことを特徴とする特許請
求の範囲第７項に記載の装置。

１１ ロツド端の一部が補助流路内に位置するこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１０項に記載の
装置。

１２ 補助流路が、流心と交差して直径を挾んで
反対方向から絞りに開口することを特徴とする特
許請求の範囲第８項に記載の装置。

１３ 補助流路が、流心と平行な方向に上流部分
に開口することを特徴とする特許請求の範囲第１
２項に記載の装置。

１４ 絞りが円筒形部分であることと、装置が上
流部分を円錐形部分につなぐ円錐形渦集束部分を
も含むことと、補助流路が円錐形渦集束部分を介
して上流部分に開口することを特徴とする特許請
求の範囲第１３項に記載の装置。

１５ 凹半球形流出口部分をも含み、円筒形部分
によつて円錐形渦集束部分が上記凹半球形流出口
部分に接続されることを特徴とする特許請求の範
囲第１４項に記載の装置。

１６ 流入口が角度を形成して流心と交差する流
入口軸心と整合することを特徴とする特許請求の
範囲第１５項に記載の装置。

１７ 流心と流入口軸心とがなす角度が90゜であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１６項に記
載の装置。

１８ 渦発生部材が流心と整合するロツドを含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第１７項に記載
の装置。

１９ 渦発生部材が、上流側に底面を向けてロツ
ドに取り付けられた円錐台部材をも含むことを特
徴とする特許請求の範囲第１８項に記載の装置。

２０ ロツドが円筒形部分よりも挾い断面積を有
し、半球形流出口部分を越えて流路を貫通し、中
空であることと、装置がロツドの中空内部に接続
された被噴霧供給源をも含み、該供給源から半球
形流出口部分を越える中空ロツドを通つて液が供
給されることを特徴とする特許請求の範囲第１９
項に記載の装置。

２１ ロツドが円錐形渦集束部で終端しているこ
とを特徴とする特許請求の範囲第１８項または第
１９項に記載の装置。

２２ 渦発生部材が流心と整合するロツドを含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第７項に記載の
装置。

２３ 渦発生部材が流心と整合するロツドを含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第１２項に記載
の装置。

２４ 流入口が、90゜の角度で流心と交差する流
入口軸心と整合することを特徴とする特許請求の
範囲第２３項に記載の装置。

２５ ロツド端が絞りの上流に位置することを特
徴とする特許請求の範囲第２４項に記載の装置。

２６ ロツド端が絞り内に位置することを特徴と
する特許請求の範囲第２４項に記載の装置。

２７ ロツド端が絞りの下流に位置することを特
徴とする特許請求の範囲第２４項に記載の装置。

２８ 供給源からのガス圧が、ガスが音速で流入
口を通過するに充分な周囲圧以上の高さであるこ
とを特徴とする特許請求の範囲第２４項に記載の
装置。

２９ 流体流入口と、 周囲圧領域に開口する凹半球形流体流出口と、 流入口から流出口まで達し、流心と整合する上
流部分、下流部分、下流部分に形成した円筒形流
出口絞り、及び下流部分の円筒形絞りと半球形流
出口の間に形成した円錐形発散部分を有する流路
と、 ガスが流路を通過するように流入口に接続した
周囲圧以上に与圧されたガス供給源と、 ガス中に流心を中心とする環状を呈して流心を
中心に回動する複数のトルネード形渦を発生させ
る部材と、 からなることを特徴とする渦発生装置。

３０ 上流部分を円筒形部分につなぐべく下流部
分に設けた円錐形渦収束部分をも含むことを特徴
とする特許請求の範囲第29項に記載の装置。

３１ 流入口が角度を形成して流心と交差する流
入口の軸心と整合することを特徴とする特許請求
の範囲第３０項に記載の装置。

３２ 流心と流入口の軸心とがなす角度が90゜で
あることを特徴とする特許請求の範囲第３１項に
記載の装置。

３３ 渦発生部材が流心と整合するロツドを含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第３２項に記載
の装置。

３４ 渦発生部材が上流部分においてロツドに取
り付けた障壁部材をも含むことを特徴とする特許
請求の範囲第３３項に記載の装置。

３５ 障壁部材が底面を上流に向けた円錐台部材
であることを特徴とする特許請求の範囲第３４項
に記載の装置。

３６ ガス圧が、ガスが音速で流入口を通過する
のに充分な周囲圧以上の高さであることを特徴と
する特許請求の範囲第２９項に記載の装置。

３７ 流路が流入口付近の上流部分、流出口付近
の下流部分、該下流部分の絞り、及び上流部分を
絞りに連通させる少なくとも１本の補助流路をも
流心と整合関係に有することを特徴とする特許請
求の範囲第２９項に記載の装置。

３８ 流入口、周囲圧領域に開口する流出口、流
心、及び流心と整合する側壁を有する流路を限定
する部材と、ガスが流路を通過するように流入口
に接続した周囲圧以上に与圧されたガス供給源
と、流心と整合する側壁上流部分及び流路内に一
端が位置するロツドと、流心と整合する第１所与
寸法の第１環状路を流路内に限定する部材と、流
心と整合し、第１環状路から下流方向に間隔を保
つ第２所与寸法の第２環状路を流路内に限定する
部材と、第２環状路限定部材と流出口の間の流路
内に流心と整合する絞りを限定する部材とから成
り、第１及び第２環状路がガス中に複数のトルネ
ード形渦を発生させ、この渦が先ず流心と中心と
する環状を呈し、流心を中心に回動するように第
１及び第２所与寸法を限定した渦発生装置であつ
て、 ロツド端が絞りを限定する部材内に位置するこ
とを特徴とする渦発生装置。

３９ 流出口が流心と整合し、流入口が角度を形
成して流心と交差する流入口軸心と整合すること
を特徴とする特許請求の範囲第３８項に記載の装
置。

４０ 与圧された噴霧ガス供給源及び与圧された
被噴霧液供給源をも含み、ガスと液が一緒に流入
口を通過するように液供給源及びガス供給源を流
入口に接続したことを特徴とする特許請求の範囲
第３９項に記載の装置。

４１ 流入口に接続さけた与圧ガス供給源をも含
み、ガス圧が、ガスが音速で流入口を通過するの
に充分な周囲圧以上の高さであることを特徴とす
る特許請求の範囲第３８項に記載の装置。

４２ 第２環状路限定部材が側壁と、第１環状路
の下流でロツドに取り付けた障壁部材とから成る
ことを特徴とする特許請求の範囲第３８項に記載
の装置。

４３ 流入口に流入口絞りを形成したことを特徴
とする特許請求の範囲第３８項に記載の装置。

４４ 第２環状路が、下流方向に向つてテーパす
る断面積を有することを特徴とする特許請求の範
囲第３８項に記載の装置。

４５ 側壁の上流部分が円筒形であることを特徴
とする特許請求の範囲第３８項に記載の装置。

４６ 第２環状路限定部材が円筒形の側壁下流部
分とロツドに取り付けた障壁部材とからなり、上
流部分と下流部分の直径が等しいことを特徴とす
る特許請求の範囲第４５項に記載の装置。

４７ 第２環状路限定部材が円筒形である側壁下
流部分とロツドとからなり、下流部分の直径が上
流部分よりも小さいことを特徴とする特許請求の
範囲第４５項に記載の装置。

４８ 第２環状路限定部材が円錐形の側壁下流部
分とロツドとからなることを特徴とする特許請求
の範囲第４５項に記載の装置。

４９ 第２環状路限定部材を絞り限定部材につな
ぐ少なくとも１本の補助流路をも含むことを特徴
とする特許請求の範囲第３８項に記載の装置。

５０ ガス及び液が一緒に流入口を通過するよう
に流入口に接続された与圧噴霧液供給源をも含む
ことを特徴とする特許請求の範囲第３８項に記載
の装置。

５１ 被噴霧液供給源及び液を供給源からロツド
端に供給する部材をも含むことを特徴とする特許
請求の範囲第３８項に記載の装置。

５２ 流心と整合する円筒形上流部分、円筒形下
流部分及び流出口絞りを有し、下流部分の断面積
を上流部分の断面積よりもも小さく設定した流路
と、 流心と整合し、上流部分を完全に、下流部分を
一部分だけ貫通し、端部が下流部分に位置するロ
ツドと、 上流部分に開口し、流心と角度を形成する流入
口軸心と整合する流入口と、 流入口に接続され、ガスが音速で流入口を通過
するのに充分な高圧に与圧されたガス供給源と、 からなることを特徴とする渦発生装置。

５３ ガス圧が、ガスが音速で流入口を通過する
に充分な周囲圧以上の高さであることを特徴とす
る特許請求の範囲第５２項に記載の装置。

５４ 被噴霧液供給源及び液をロツド端に供給す
る部材をも含むことを特徴とする特許請求の範囲
第５２項に記載の装置。

関連出願の引照 本願は1978年８月29日付特許第4109862号とな
つた1977年４月10日付出願第785838号の部分継続
である1978年３月13日付出願第886289号の部分継
続である。これらの関連出願の開示内容はすべて
参考試料として本願に盛り込まれている。

発明の背景 本発明は、流体渦の発生、特に、噴霧器及び／
または音波エネルギーまたは音波流量変換器とし
て利用できる改良型渦発生装置に係わる。

ある種の音速エネルギー変換に於いては、ノズ
ル内でガスを超音速まで加速することによつて音
波を発生させる。超音速流を得るためには、従来
はノズルの入口から出口までに大きい圧力降下を
発生させねばならなかつた。有効な噴霧化などの
目的を達成するに充分な高いエネルギー・レベル
を発生させるため、公知の音波エネルギー変換器
は本願の出願人の1966年１月25日付特許第
3230924号に開示されているように、超音波ノズ
ルの出口に設ける共振器、または本願の出願人の
1977年４月23日付特許第3806029号に開示されて
いるように超音速ノズルの発散部内に設ける球体
のような種々の部材を採用している。

特許第4109862号及び出願第886289号に開示さ
れている発明は、安定した能率的な渦発生によ
り、超音速ノズルを使用する公知装置よりも低い
圧力降下で超音速流及び従来よりも高いエネルギ
ー・レベルを発生させる。状況によつてはエネル
ギー・レベルを増大させるのに共振器や球体を使
用する方が有利であるが、上記発明では高エネル
ギー・レベルを発生させるのにこのような部材を
用いる必要はない。

発明の要約 本発明は流心と整合した流路を流入口と流出口
の間に接続し、流心を中心とする環状流路内に、
これもまた流心を中心に回転する複数のトルネー
ド形ガス渦を発生させるように構成した渦発生装
置の改良に係わる。

本発明の１つの特徴として、流入口に入口側絞
りを形成し、この絞りに於いて音速を発生させる
に充分な程度に与圧されたガスの供給源を流入口
に接続する。その結果、流路中には渦作用を高め
る音速流条件が成立する。

本発明の他の特徴として、主要流路の下流部に
絞りを形成し、一対の補助流路により主要流路下
流部を絞りと接続する。補助流路が装置内の条件
変化を補償して調整の必要をほとんど無くし、補
足的な渦を発生させ、装置が液体の噴霧化に利用
される場合にはフアン状の噴霧パターンを発生さ
せる。

本発明のさらに他の特徴として、流出口が周囲
域に向つて開口する半球形凹面を有する。この半
球形部により、流路と周囲域との間の両方向、即
ち、往復の流れを容易にし、これが渦作用をさら
に促進する。大気中への空気破裂により圧力及び
密度に急激な不連続状態が起こり、これがロツ
ド、円錐台部材、抗力発生部材及び関連の空力抵
抗に於ける同様の効果と相俟つて高速渦帯及び渦
真空を発生させる。装置からの放出を受ける周囲
大気の定常的な大きいエネルギー・ポテンシヤル
がなければ、渦現象は存在することもその可能性
もないであろう。渦発生装置の放出部に周囲域で
発生するガス速度を有効に作用させること及び／
または上記ガス速度を利用することで前記現象が
促進される。

本発明のさらに別の特徴として、流路と整合し
たロツドにより流路内に第１環状路を形成し、前
記ロツド及び流路の断面積縮小により流路内に第
２環状路を形成する。与圧された噴霧ガスの供給
源及び与圧された被噴霧液の供給源を共に流入口
に接続することにより、前記ガス及び前記液が一
緒に流入口を通過できるようにする。その結果、
低いガス圧及び／または小さい液流量で有効に噴
霧を行う装置が得られる。

本発明の要点は、ガス流中の衝激波形成と渦発
生とを組み合わせて液体の例外的な霧化を可能に
することにある。

【図面の簡単な説明】

本発明を実施する最善の態様と考えられる具体
的な実施例の構成を添付図面に図示する。

第１図は本発明の原理に基づく渦発生装置の一
実施例を示す側断面図である。

第２図は第１図の装置の変更態様を示す側断面
図である。

第３図は第１図の装置の他の変更態様を示す側
断面図である。

第４図は第１図の装置のさらに他の変更態様を
示す側断面図である。

第５Ａ図及び第５Ｂ図はそれぞれ本発明の原理
に基づく渦発生装置の他の実施例を示す側断面図
及び端断面図である。

第６図は本発明の原理に基づく渦発生装置のさ
らに他の実施例を示す側断面図である。

第７図は第６図の装置を組み込んだエアゾー
ル・スプレー装置を示す側断面図である。

第８図は第１図の装置を組み込んだ液体気化装
置を示す側断面図である。

第９図は第１図の装置に変更を加えた装置を組
み込んだ噴霧装置を示す側断面図である。

具体的実施例の詳細な説明 添付図面の各図に於いて同じ素子には共通の参
照符号を付してある。また、図面との関連で実際
に説明が加えられる素子にだけ参照符号を付した
が、参照符号のない素子はすでに説明を終えた図
面に示した素子と同じであると考えられたい。

第１図に於いて、円筒孔１０、円筒形端ぐり１
１、これよりも大きい円筒形端ぐり１２が軸心１
４と整合してボデイ部材１３を端から端まで貫通
している。孔１０には円筒形プラグ１５が嵌入さ
れている。一部がプラグ１５の孔２０に嵌入して
いる中空ロツド１６がプラグ１５の一端から軸心
１４と整合して端ぐり１１を完全に貫通し、端ぐ
り１２内に達している。ロツド１６は嵌着、溶接
などの方法によりプラグ１５に固定する。プラグ
１５は、位置が設定されたら固定ねじ、溶接など
の方法によつて孔１０内に固定されるから、ロツ
ド１６は動けない。ロツド１６には円錐台部材１
７を軸心１４と整合させて端ぐり１１内に固定す
る。円錐台部材１７の底は孔１０と対向する。ボ
デイ部材１３には軸心１４と直交する吸気口の軸
心と整合する孔１８を形成し、端ぐり１１内に開
口させる。円筒形流入管部分１９が孔１８に嵌入
して流入口を形成する。円筒形挿入体２５が端ぐ
り１２に嵌入する。挿入体２５は、軸心１４と整
合関係にある円筒孔２６と、孔２６のロツド１６
に向つて開口する側に円錐形凹面２７と、孔２６
のロツド１６とは反対の側に向つて開口する側に
半球形出口凹面２８とを具備する。孔２６は、そ
の直径がロツド１６より大きくしても小さくして
もよい。面２８が流出口を形成する。面２８が孔
２６の縁端と連接する位置に浅い円錐形凹面２９
を形成する。ロツド１６は、孔２６の直ぐ近くに
これに向つて開口する開口端を有する。半径方向
の孔３０，３１が挿入体２５をその周縁から孔２
６まで貫通し、直径を挾んで互いに反対方向に前
記孔２６へ開口する。換言すると、孔３０，３１
の軸心は互いに整合関係にある。軸心１４と平行
に面２７と孔３０，３１との間でそれぞれ孔３
２，３３が挿入体２５を貫通する。

孔１１及び端ぐり１２は流入口から流出口に至
る主要流路を構成し、孔１１はその上流部、端ぐ
り１２はその下流部をそれぞれ構成する。軸心１
４は流路と整合する流心を構成する。孔２６は主
要流路下流部内に絞りを構成する。孔３２，３０
は主要流路上流部から絞りに至る補助流路を構成
し、孔３３，３１は主要流路上流部から絞りに至
る他の補助流路を構成する。円錐台部材１７は障
壁部材を構成する。面２７は主要流路上流部を絞
りに連通させる渦収束部を構成し、面２９は絞り
を面２８に連接する発散部、面２８は半球形出口
部分をそれぞれ構成する。

作動に際しては、空気などのような与圧された
噴霧ガスを流入口に供給する。このガスは主要流
路上流でロツド１６及び円錐台部材１７と衝突
し、参照符号３４で示してあるようにロツド１６
を中心に旋回し、ガスが障壁部材の周縁の周り
を、参照符号３５で示してあるように、主要流路
下流部に向つて流動するに従つて複数の環状トル
ネード形渦を形成する。出願第886289号に記載さ
れているように、円錐台部材１７の周縁で形成さ
れた環状渦は、全体として軸心１４を中心に回動
する。絞りと補助流路との間でロツド１６の周り
に起こる渦形成流の流れ分断は、絞りの直径、ロ
ツドの位置、操作に採用される流量及び圧力に依
存する。この流れは自己調整する傾向がある。多
くの場合、流れの大部分はロツド１６の端部周り
を通過し、軸心に沿つて絞りを通過する。渦形成
ガスの残り部分は補助流路を通り、絞りの中心に
於いて大部分と合流する。渦を含む渦形成ガス成
分は、レンズによる光の集束と同様に絞りの中心
に集中する。参照符号３６で表わすように、出口
から単一の細長い渦が現われる。例えばペイント
のような被噴霧液の供給源をロツド１６の中空内
部に接続する。絞り付近で大気圧以下の圧力が発
生する。場合によつては、液を与圧せず、真空に
より孔２６の近くに位置するロツド１６の開口端
から渦形成ガス中へ前記液を吸引する。液を与圧
する場合もある。ガスは上記装置を移動しながら
液を霧化し、細長い渦３６の形で出口に於いて微
粒スプレーを発生させる。

補助流路は３つの機能を果す。第１に、圧力や
流量のような動作条件の変化を補償することによ
つて、通常は不必要な調整を行う。第２に、装置
内での渦作用を促進し、霧化能力を増大させる。
第３に、出口の補助流路の軸心が位置する平面内
でフアン形のスプレーを形成する。この機能を果
すため、あるいは少なくとも対称フアン形パター
ンを形成し、自己補償制御機能を果すため、図示
のように直径を挾んで対向する一対の補助流路が
好ましい。絞りと２本の補助流路との間で複雑な
渦を形成し、運動量を平衡させ、速度及び圧力を
交換する現象が起こる。

回転現象は、直線流の法則であるニユートン力
学では分析も理解もできない。渦現象及びこの渦
現象と直線流現象との交換関係について、公知技
術ではほとんど解明されていない。本発明で明ら
かになつたことは、絞り及びロツドと交差する供
給路の下流に対して断面積を適当に設定した一対
の互いに平衡を保つ補助流路が渦形成、渦集中
化、自己補償及び渦現象促進（回転速度を高め、
真空度を増大させる）の機能を果し、その結果、
すぐれた噴霧及び／または高い音波エネルギー発
生効果をもたらすことである。

半球形発散状流出口は渦形成プロセスの不可欠
な部分と思われる両側方向、即ち、往復動ガス流
動を容易にする。従つて、このプロセスは上記の
ような流出口を設けることによつて著しく促進さ
れると考えられる。必須条件ではなくても、絞り
から高いガス速度を得るためには渦収束部、即
ち、面２７及び発散部、即ち、面２９を形成する
ことが望ましい。

最も効果的な作動の法則として出願第886289号
に記載した法則は、すべて本発明に応用すること
ができる。広範囲に亘る種々の流れ特性を得るに
は、他の素子の寸法はそのままにして絞りの直径
を変えるだけでよい。典型的な例として、第１図
の装置は下記のような寸法を取ることになる。孔
１０の直径−0.4762センチメートル（0.1875イン
チ）；端ぐり１１の直径−0.792センチメートル
（0.312インチ）；端ぐり１２の直径−0.953セン
チメートル（0.375インチ）；ロツド１６の直径
−0.173センチメートル（0.068インチ）；円錐台
部材１７の上流側、即ち、底の直径−0.711セン
チメートル（0.280インチ）；円錐台部材１７の
厚さ−0.081センチメートル（0.032インチ）；円
錐台部材１７の縁端面と軸心１４とで形成される
角度−15゜；孔１１の長さ−1.031センチメート
ル（0.406インチ）；端ぐり１２の長さ−0.483セ
ンチメートル（0.190インチ）；端ぐり１２への
ロツド１６の進入長−0.102センチメートル
（0.040インチ）；孔２６の直径−0.178センチメ
ートル（0.070インチ）；円錐台部材１７の上流
面からロツド１６の端部までの距離−0.508セン
チメートル（0.200インチ）；流入口軸心から端
ぐり１１，１２の接合部までの距離−0.635セン
チメートル（0.250インチ）；孔２６の長さ−
0.229センチメートル（0.090インチ）；孔３０乃
至３３の直径−0.178センチメートル（0.070イン
チ）；孔２６の上流端から孔３０，３１の中心ま
での距離−0.114センチメートル（0.045イン
チ）；円錐面２７と軸心１４とで形成される角度
−60゜；軸心１４に沿つた面２７の長さ−0.203
センチメートル（0.080インチ）；面２９と軸心
１４とで形成される角度−60゜；軸心１４に沿つ
た面２９の長さ−0.036センチメートル（0.014イ
ンチ）；面２８の半径−1.981センチメートル
（0.780インチ）；軸心１４に沿つた面２８の長さ
−0.069センチメートル（0.027インチ）である。
流入口に供給されるガスの圧力は1.05キログラム
毎平方センチメートル（15psig）となる。

第２図は第１図の装置の変更態様を示す。即
ち、流入管部分１９の代りに円筒形流入口部材４
０を孔１８に嵌入する。部材４０は軸心１４と直
交する流入口軸心と整合する状態で、流入口部材
４０内で絞りとして作用する小孔４１、この孔４
１の一端から端ぐり１１に開口する半球形凹面４
２、及び孔４１の他端を起点とする端ぐり４３を
具備する。孔４１は円筒形上流部分を構成し、面
４２は発散状下流部分を構成する。与圧下のガス
及び液は共に流入口部材４０から装置内に供給さ
れる。第１図に示す装置では流入口に供給される
ガスの圧力と周囲圧との比は臨界圧力比より大き
くても小さくてもよいが、第２図のように流入口
内に絞りを形成する場合、端ぐり４３と端ぐり１
１に於ける圧力の比が臨界圧力比に等しいかまた
はこれよりも大きく、ガスが音速で絞りを流れる
ように供給ガス圧を設定することが好ましい。ガ
ス流入口に於いて、音速に達しないまでも速度が
増大すると、形成される渦の数が増え、最後の収
束された絞りに於ける渦作用が増大する。後述の
ように音速に達すると、衝激波形成によつてさら
に大きいエネルギーが与えられる。衝撃波エネル
ギーと高速渦エネルギーの組み合わせは、噴霧の
ために特に効果的である。以下第５Ａ図及び第５
Ｂ図の実施例と第６図の実施例との関連で主要流
路に於ける音速流条件の好ましい影響を説明す
る。第１図に於けるロツド１６の代りに、孔２６
より直径がやや小さいロツド４４を設ける。孔３
０，３１が孔２６に開口する部分に亘つてロツド
４４が孔２６の一部を貫通する。この変更によ
り、ガス圧が高ければ孔３０，３１からの横断方
向ガス流がロツド１６に衝突するから、極めて効
果的なフアン形スプレー及び極めて大きい渦作用
が生まれる。

典型的な例として、第１図に関連して述べた寸
法をそのまま利用できるとして、その他に第２図
の装置は下記の寸法を取ることになる。孔２６，
４１の直径−0.178センチメートル（0.070イン
チ）；孔４１の長さ−0.102センチメートル
（0.040インチ）；孔４３の直径−0.279センチメ
ートル（0.110インチ）；面４２の半径−1.111セ
ンチメートル（7/16インチ）；流入口軸心に沿つ
た面４２の長さ−0.076センチメートル（0.030イ
ンチ）；ロツド４４の直径−0.175センチメート
ル（0.069インチ）；孔２６へのロツド４４の進
入長−0.152センチメートル（0.060インチ）。流
入口に供給されるガス及び液の圧力は1.4キログ
ラム毎平方センチメートル（20psig）となる。

第３図は第１図の装置の他の変更態様を示す。
ロツド１６の代りに、孔２６よりも直径の小さい
ロツド４５を設ける。ロツド４５は流路を完全に
貫通して装置の流出口を越えた点に達している。
被噴霧液を流出口を越えた装置外側の空気中に位
置するロツド４５の端部に於いてガスにむかつて
供給することによつてすぐれた噴霧効果を得る。
流出口を越えたロツド４５の端部には大きい亜大
気圧、例えば0.07乃至0.11キログラム毎平方セン
チメートル（１乃至１1/2psig）の圧力が存在し
なければならない。巨大な破壊力を持つ自然現象
の最も強力な渦、即ち、トルネードまたはハリケ
ーンでは中心と外側との間に約0.07キログラム毎
平方センチメートル（1psig）の最大圧力差が存
在する。逆にここに開示するような小規模なプロ
セスは0.07乃至0.11キログラム毎平方センチメー
トル（１乃至1/2psig）の圧力差を発生させる。
典型的な例として、第１図との関連で上述した寸
法をそのまま利用できるとして、第３図の装置は
上記寸法のほかに下記の寸法を取ることになる。
ロツド４５の直径−0.173センチメートル（0.068
インチ）；面２８の周縁平面を越えてロツド４５
が進入する長さ−0.076センチメートル（0.030イ
ンチ）；円錐台部材１７の上流面からロツド４５
の端部までの距離−0.762センチメートル（0.300
インチ）；孔２６の直径−0.198センチメートル
（0.078インチ）。この実施例に於いて発生する真
空はこの装置を通過するガスの質量流量が変化す
るに従つて変化する。このことは流量感知及び流
量変換に応用される。これと同じことが本願また
は前記出願に開示されている他の実施例と同様に
真空と質量流量との関係にも利用される。

第４図の実施態様は第３図の実施例と同じであ
るが、流入管部分１９の代りに第２図で使用した
流入口部材４０を採用する。この装置は第２図の
装置と同様にガス圧が高い場合に有用である。第
４図の装置では、ロツド１６を通して液を供給す
ると共に、後述のようにガスと液を一緒に流入口
へ供給することができる。この方法により、２種
類以上の流体を相互に霧化させたり、場合によつ
ては化学的に反応させたり均質化することさえ可
能である。

第５Ａ図及び第５Ｂ図ではボデイ部材５２が軸
心５３と整合する孔５０及び端ぐり５１を具備す
る。部材５２に形成した孔に一端を固定された非
中空ロツド５４が軸心５３と整合して孔５０を貫
通して端ぐり５１内に達している。挿入体５５が
端ぐり５１に嵌入する。軸心５３と整合するよう
に挿入体５５に孔５６、孔５６のロツド５４の端
部と対向する端部の端ぐり５７、及び孔５６のロ
ツド５４とは反対の側に対向する端部の半球形流
出口凹面５８を形成する。面５８が孔５６の縁端
と連接する部分に浅い円錐形凹面６３を形成す
る。また、軸心５３と直交する流入口軸心と整合
する孔５９及び端ぐり６０を部材５２に形成して
孔５０に開口させる。

孔５９及び端ぐり６０は流体流入口を構成す
る。孔５９はまたこの流入口に於ける絞りを構成
する。面５８は周囲大気中に開口する半球形発散
流出口を構成する。面６３は絞りと流出口の間の
発散部分を構成する。孔６０、端ぐり５７、及び
孔５６は流体流入口から流体流出口に至る流路を
構成し、孔５０はその上流部分と、端ぐり５７は
孔５６と共に下流部分を構成する。端ぐり５７は
また流路の断面積を急激に縮小させる。軸心５３
は流路が整合する流心である。孔５６は流路下流
部分の絞りを構成する。孔５０及びロツド５４の
側壁は流路内に第１環状路を構成し、端ぐり５７
及びロツド５４の側壁は流路内に第２環状路を構
成する。

この実施例では、端ぐり５７及びロツド５４の
側壁によつて形成される環状路は、該環状路に於
いて亜大気圧が発生しないことを除けば、円錐台
部材１７によつて形成される第１図の環状路と等
価である。キヤビテーシヨン現象または“コール
ド・ボイリング”によつて霧化される液体が大気
圧に於いて蒸気を同伴し、“コールド・ボイリン
グ”ポテンシヤルが周囲の亜大気圧に依存する場
合に限つて亜大気圧との関連性が認められる。し
かし、被噴霧流体が与圧されている場合（例えば
周囲圧よりも0.35キログラム毎平方センチメート
ル（5psig）以上、または時によつて0.7キログラ
ム毎平方センチメートル（10psig）以上、流体を
これよりも圧力の低い領域へ導入すると、この領
域の圧力が大気圧以上の場合でも、顕著な“コー
ルド・ボイリング”及び／またはその結果として
の噴霧が得られる。従つてこの装置は与圧液の噴
霧だけを行うことになる。与圧された噴霧ガス及
び与圧された被噴霧液を一緒に流入口から装置に
供給すれば、この装置によつて与圧液を噴霧する
ことができる。好ましくはガス圧と周囲圧の比を
臨界圧力比よりも大きく設定する。

作動時には、ガス及び液体が流入口から一緒に
流路へ流入する。高いガス圧及び流入口絞りの作
用で、ガスは流路に流入すると音速をやや超える
速度となる。超音速ガスの前にロツド５４が存在
するため、接続的な衝撃波とおびただしい数の渦
が発生する。第５Ｂ図に於いて、６１は衝撃波、
６２は渦である。流入口に供給されるガスのポテ
ンシヤル・エネルギー、即ち、静圧は、一部が運
動エネルギーに変換され、先ず線形ガス速度の増
大となつて現われ、次いで流路内での渦となつて
現われる。渦は第２環状路を通過し、流出口絞り
を通過しながら互いに結合する。液は孔５９を出
るときにその一部が霧化され、半球形発散流出口
を出るときに完全に霧化されて渦状ガス流とな
る。

主要流路中の超音速条件が渦形成を促進する。
流入口に流入するガスの速度が高ければ高いほど
ガス渦の数も増大する。

典型的な例として、第５Ａ図及び第５Ｂ図の装
置は下記のような寸法を取る。孔５０の直径−
0.561センチメートル（0.221インチ）；孔５０の
長さ−0.508センチメートル（0.200インチ）；端
ぐり５７の直径−0.279センチメートル（0.110イ
ンチ）；端ぐり５７の長さ−0.330センチメート
ル（0.130インチ）；孔５６の直径−0.046センチ
メートル（0.018インチ）；孔５６の長さ−0.102
センチメートル（0.040インチ）；面５８の半径
−1.111センチメートル（7/16インチ）；軸心５
３に沿つた面５８の長さ−0.076センチメートル
（0.030インチ）；ロツド５４の直径−0.178セン
チメートル（0.070インチ）；端ぐり５７へのロ
ツド５４の進入長−0.127センチメートル（0.050
インチ）；孔５９の直径−0.046センチメートル
（0.013インチ）；孔５９の長さ−0.102センチメ
ートル（0.040インチ）；円錐面６３と軸心５３
によつて形成される角度 60゜；軸心１４に沿つ
た面２７の長さ−0.036センチメートル（0.014イ
ンチ）；端ぐり６０の直径−0.400センチメート
ル（0.157インチ）。典型的なガス及び液体供給源
圧力はそれぞれ2.5キログラム毎平方センチメー
トル（36psig）、2.5キログラム毎平方センチメー
トル（36psig）となる。

第６図ではボデイ部材７２が軸心７３と整合す
る孔７０及び端ぐり７１を具備する。挿入体２５
（第１図）が端ぐり７１に嵌入する。部材７２に
軸心７３と直交する流入口軸心と整合する孔７４
を形成する。円筒形流入口部材４０（第２図）が
孔７４に嵌入する。部材７２に形成した孔に一端
を固定された非中空ロツド７５がこの孔から軸心
７３と整合して孔７０を貫通し、端ぐり７１内に
達する。

作動時には、与圧された噴霧ガスと水圧された
被噴霧液とが一緒に流入口部材４０に供給され
る。ガス圧と孔５０内の圧力の比は、孔７０に流
入するガスが超音速で移動するためには、臨界圧
力比に等しいかまたはこれよりも大きいことが好
ましい。半球形凹面４２の存在によつて第５Ａ図
及び第５Ｂ図の実施例よりも高い超音速が得られ
る。超音速ガスの流路内にロツド７５が存在する
ことで、流入口部材４０と対向するロツド７５の
側に持続的な衝撃波７６が発生する。また、流入
口部材４０とは反対の側を向くロツド７５の側に
複数の渦７７が形成される。一部が霧化された液
体を同伴する渦形成ガス７８は孔７０から補助流
路、主要流路及び挿入体２５の絞りを通つて装置
の出口に達し、ここで完全に霧化される。第１図
に関連して述べたように、挿入体２５に形成した
補助流路は条件変化を補償し、フアン形スプレ
ー・パターンに霧化された液及びガス７９を装置
出口で形成する。挿入体２５の発散状の半球形流
出口部分はガスの往復移動を容易にする。尚、第
１図乃至第４図のように円錐台部材を設けず、第
５Ａ図及び第５Ｂ図に示してあるように流路に断
面狭窄部分をも設けなくても、ガス及び液の圧力
が充分に高ければ、すぐれた霧化効果が得られ
る。円錐台部材が存在しないから、もし（ロツド
にむかつて横断方向にガスを供給することで起こ
る）流入口絞りによる効果的な渦及び衝撃波の発
生と、これに伴なう上述した衝撃波エネルギー及
び渦の相乗効果がなければ、有効な噴霧は不可能
となる。また、流出口絞りは補助流路及び横断方
向ロツドの力学と相俟つて障壁部材（円錐台部
材、ロツドなど）及び同心環状路と同様の効果的
な渦形成及び増幅機構を構成する。

典型的な例として、第６図の装置はすでに述べ
た挿入体２５及び流入口部材４０の寸法の他に、
下記の寸法を取る。孔４１，２６の直径−0.010
センチメートル（0.041インチ）；孔７０の直径
−0.792センチメートル（0.312インチ）；孔７０
の長さ−0.792センチメートル（0.312インチ）；
ロツド７５の直径−0.178センチメートル（0.070
インチ）；挿入体２５の円錐部分へのロツド７５
の進入長−0.102センチメートル（0.040イン
チ）。典型的なガス及び液体給源圧力はそれぞれ
1.1キログラム毎平方センチメートル（15psig）
及び1.1キログラム毎平方センチメートル
（15psig）となる。

第７図は第６図の装置８５を組込んだエアーゾ
ル装置を示す。可撓性の成形プラスチツク容器８
６は気密蓋８７及び吸気口８８を具備する。コン
プレツサー８９から可撓ホース９０を介して吸気
口８８に与圧空気が供給される。蓋８７を開放
し、液を注入することによつて容器８６に被噴霧
液を充填する。両端が開口し、液面より上方に蒸
気タツプまたはガス供給孔９２を有する管９１の
上端を、蓋８７を貫通する導管９３を介して装置
８５の流入口に接続する。コンプレツサー８９に
より容器８６内の液面より上方の領域に与圧空気
を供給して液体をも与圧する。空気は孔９２から
装置８５へ、液は管９１の開口底から装置８５へ
それぞれ流入する。圧力調整のためコンプレツサ
ー８９に（図示しない）調整器を組み込んでもよ
く、装置８５によつて霧化される液の流量を制御
するために管９１と導管９３との間に（図示しな
い）公知のエアーゾルON／OFF弁を配置しても
よい。新規の噴霧ノズルを採用するから、動力源
としては空気が極めて効果的である。また、本発
明の装置は、市販のエアゾール缶と異なり、家庭
用または工場用として広く使用されている種々の
物質と共に再充填、再使用が可能である。

コンプレツサー８９を省き、容器８６を金属製
とし、容器８６にブタンなどのような適当なガス
形成物質を充填することによつて内蔵式エアゾー
ル装置を構成しすることも可能である。

第８図は第３図の装置１００を組み込んだ気化
装置を示す。容器１０１には気化すべき液体が充
填されている。容器１０１の側壁を貫通して容器
の底に達する可撓ホース１０２が装置１００の中
空ロツド内部に液を供給する。ガス流入口には
（図示しない）エアーコンプレツサーまたは圧搾
ガス供給源に接続するための取り付け具１０３を
設けてある。容器１０１の頂部には一端が容器１
０１の内部に開口するように垂直線に対して傾斜
させてエルボ１０４を固定する。エルボ１０４の
他端には可撓性の螺旋蒸気供給ホース１０５を取
り付ける。エルボ１０４の側方に、流出口が上記
エルボ１０４内に開口し、ホース１０５の方を向
くようにして装置１００を取り付ける。エルボ１
０４の容器１０１に開口する端部に近い側壁に空
気同伴孔１０６を形成する。

作動時には、装置１００の流入口に供給された
与圧空気が亜大気圧を発生させ、これがホース１
０２を介して装置１００に水を流入させる。空気
と、霧状の、本質的には気化された水とが装置１
００を出てホース１０５を流れる。装置１００の
流出口が囲まれているため、エルボ１０４及びホ
ース１０５の一部に亘る長い亜大気圧域が存在す
る。第３図の装置に於いて、出口平面を越えて
も、すでに霧化されている液体の“コールド・ボ
イリング”現象が付加されることで噴霧が継続す
るのも、上記亜大気圧域の存在によるものであ
る。この亜大気圧は医療、気化器、燃焼などのよ
うな多くの用途に於いて、気化液中に多量の空気
を同伴させるように孔１０６から流量の空気を吸
い込む作用をも果す。この気化装置の目的は、極
めて簡単かつ効率よく“ワン・パス”で極めて細
かい（平均直径１乃至５ミクロン）蒸気または霧
を発生させることにある。本発明の構成要件の１
つはエルボ１０４及び流出管に於いて比較的大き
い蒸気粒子を凝縮させ、容器１０１に戻すことに
ある。この種の公知装置の多くは、本発明装置の
ように低圧、低流量でしかも“ワン・パス”で細
かい蒸気または霧を発生させることはない。ホー
ス１０２から装置１００へ過剰に供給された水
は、エルボ１０４に於いて凝縮し、容器１０１に
戻る。

第９図は第１図の装置１１５を組み込んだ、フ
アン形スプレー発生用の別の噴霧装置を示す。装
置１１５はボデイ部材１３に半径方向の孔１１
６，１１７を別に設け、挿入体２５の孔３２，３
３を省いたことを除けば、第１図の装置と同じで
ある。被噴霧液を充填した容器１１８，１１９
は、ホース１２０，１２１を介してそれぞれ孔１
１６，１１７に接続されている。与圧された噴霧
ガスが流入部１９に供給される。いかなる圧力で
あつても、噴霧ガスだけで挿入体２５の絞りに亜
大気圧を発生させることができ、容器１１８，１
１９内の液を与圧する必要はないが、与圧しても
よい。被噴霧液を第１図のように中空ロツド１６
を通して補足供給してもよい。このようにして２
種類以上の流体を均質化したり、化学反応させた
り、燃焼させたり、混合したりできる。絞りの低
圧域に対しては２個以上の流入口を形成すればよ
い。

すでに述べたように、ここに掲げる装置の寸法
は本発明の最善と思われる動作態様を可能にする
実施例に於ける寸法であり、ガス及び液体の流量
及び圧力に応じて、ここに掲げる寸法をスケール
アツプまたはスケールダウンすればよい。いずれ
の場合にも、流路内の互いに異なる断面積−例え
ば第１環状路、第２環状路、流出口絞り、場合に
よつては補助流路、また場合によつては流入口絞
り、及び第５Ａ図、第５Ｂ図の実施例ならロツド
より下流の流路部分−が互いに倍数関係であるこ
とが好ましい。但し、これは必要条件ではない。

ここに開示した装置は金属から加工してもよい
し、プラスチツクから成形してもよい。部品は容
易に交換でき、低コストで製造できるように設計
する。例えば、プラグ１５、ロツド１６及び円錐
台部材１７は単一部品として成形でき、挿入体２
５，５５はそれぞれを単一部品として成形でき、
流入口部材４０は単一部品として成形でき、部材
５２及びロツド５４も単一部品として成形でき
る。

以上に述べた本発明の実施例は、あくまでも本
発明の趣旨を明らかにするためのものであり、好
ましいと考えられるものでしかなく、本発明の範
囲がこれらの実施例に制約されるものではない。
当業者ならば本発明の趣旨及び範囲を逸脱するこ
となく種々の変更及び数多くの異なる構成を考案
できるであろう。例えば、噴霧でけでなく、流体
駆動及び／またはガス及び／または液体の混合、
及び流量測定及び制御などにも本発明を応用する
ことができる。開示されているように直径を挾ん
で向き合う２本の補助流路を設けることが好まし
いが、１本だけでも、または２本以上であつて
も、列挙した補助流路の効果のうちのいくつかは
ある程度達成される。流入口絞りから主要流路上
流部分に流入するガスの速度が高いほど、発生す
る渦の数が多くなり、霧化能力も増大する。従つ
て、流入口絞りに於いて臨界圧力比に適するよう
に設定することが好ましい。これにより主要流路
上流部分に音速流条件が発生するからである。し
かし、流入口絞りに於ける圧力比が臨界圧力比以
下であれば、流入口絞りのない装置に比較して発
生する渦の数の増加率が低くなる。挿入体２５，
５５は流出口絞りに於いてガスを含む渦を集中さ
せるという点でレンズに似た作用をする。補助流
路も、この挿入体からなる収束部も共に集中作用
に寄与する。第７図に示すシステムでは、装置８
５を液体及びガスの供給源である容器８６から12
メートル（40フイート）以上離し、ホースなどで
接続することにより噴霧能力を著しく低下させる
ことなくガス及び液体供給源から遠隔の点で噴霧
を行うことができる。第８図のシステムでは孔１
０６の代りにスロツトルを採用してもよい。即
ち、ガスと液体との比を制御するために有効断面
積を変えることができる。このような構成はエン
ジンの動作条件に従つて空気／燃料比を変化させ
る目的で内燃機関の気化器に応用できる。