JPS6214343B2 - - Google Patents

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JPS6214343B2
JPS6214343B2 JP53122155A JP12215578A JPS6214343B2 JP S6214343 B2 JPS6214343 B2 JP S6214343B2 JP 53122155 A JP53122155 A JP 53122155A JP 12215578 A JP12215578 A JP 12215578A JP S6214343 B2 JPS6214343 B2 JP S6214343B2
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H Ikeuchi and Co Ltd
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Description

【発明の詳細な説明】 この発明は液体を霧化して噴射する装置、詳し
くは水、燃料油、薬液等の液体をサブミクロンか
ら精々数10ミクロン程度のきわめて微細な粒子
（以下超微霧という）に霧化することにより各種
工業用途に利用できるようにした噴霧発生装置に
関する。
噴霧発生装置としては、古くは１流体式あるい
は２流体式噴霧ノズルがあり、さらに最近では最
も微細な粒子の霧を工業的利用可能量だけ発生す
ることができる超音波ノズル（例、特公昭41−
864号、同43−30394号）として知られたものが用
いられている。ところが、超微霧の各種工業用途
への応用が考えられるようになつてくると従来の
こうした噴霧ノズルでは不都合なことが判明し
た。たとえば超音波ノズルを動かすには１Kg／cm2
から７Kg／cm2という高圧の圧搾空気をかなりの量
必要とするが、このような高圧空気を得るには一
般にピストン式のエア・コンプレツサが用いられ
る。この式のエア・コンプレツサでは消費電力が
大きい割に発生する空気量が非常に少いという難
点があるから、多数のノズルをマルチ方式にして
用いる際にはかなり大型のエア・コンプレツサを
設置せざるを得ないため、高額の設備費用を要し
その上に運転費用が嵩むから勢い広範な採用が阻
まれ勝ちになつていた。ここで超微霧の工業用途
として考えられるものを列挙すると次のようなも
のがある。
(a) 鉄・アルミその他の加熱金属、板ガラス等の
窯業製品類のように均等な強制冷却を必要とす
るものに対して、均等かつ急速に冷却を行なう
目的のため冷却風に超微霧を混用する。一般に
ミスト冷却法と云われている。
(b) 病院や食品加工工場などの滅菌消毒のために
薬液を超微霧化して室内に充満させることによ
り空間内を隅なく、また壁の割れ目とが物品・
調度品の裏面に至るまで完壁な滅菌消毒を可能
にする。
(c) 温室やハウス内に防除剤の超微霧を自動的に
無人散布すると、空中を浮遊する超微霧は作物
の葉の裏側に至るまで付着して完全防除を期す
ことができる。
この場合、ある種の農薬には微細な固形物粉
末が含まれるから、これが従来の超音波ノズル
の使用に支障をきたしていた。この点について
は後述する。また、温室やハウスでは夏期の温
度は40℃にも上がることがあるから作物を枯ら
してしまうことがある。地下水を超微霧化して
内部に充満させ続けながら、一方から排気フア
ンで引き出させると、作物を漏らして腐らせる
ことなしに内部気温を数度（摂氏）降下させる
ことができる。従来の噴霧ノズルでは霧の粒子
が粗大なため周囲の作物を立ち腐れさせ失敗し
ている。
(d) 繊維工場、低温倉庫、きのこ栽培室、その他
の工場や作業場の加湿を行なうに当り、従来の
方法では床・壁面・物品等を漏らすほか、低温
高湿の空中条件を作り出すことができない。
ここに超微霧を用いればこのような困難は容
易に解決することができる。
(e) 消毒液を噴霧する際、霧化性能の悪い在来の
噴霧装置を用いると、発生する粗粒子は空中で
完全に気化して発効することなく周辺を濡らし
て高価な薬液の相当パーセントを無駄にしてし
まう。これを超微霧化すれば、このような無駄
もなく、同時に、より広範な周囲をカバーでき
るわけである。
(f) 重油・白灯油や廃油・廃液などを霧化燃焼す
る場合、これらを超微霧化するのが好ましいこ
とは今更申すまでもない。
以上は超微霧の工業用途として考えられる代表
的なものを例示したに過ぎないが、この発明は、
これら潜在的用途への応用を目指して開発された
ものである。それには先ず上記の各用途において
必要とされる霧の性状・性格・発生の要件などを
十分考察し、かつ実験によりテストを重ねた結
果、次に示す要件を満たす必要があることが判明
した。
(a) 液体の粒子径は最大でも50〜100ミクロンを
越えないこと。
(b) それはできるだけ均等であつて、可能な限り
狭い範囲内に分布するものであり度いこと。
(c) 噴霧発生に要する付帯設備はできる限り簡単
なもので、コストがあまりかからない上、運転
費用も安上がりであること。
このような観点に基づき、本願発明者は既に特
願昭53−17898号に見る噴霧発生方法と装置とを
完成したが、さらにその方法を実施するための新
しい装置として本願に係る装置を完成した。
以下、図面を参照しつつ先ず従来の超音波ノズ
ルについて説明し、次いで図示実施態様につき本
発明に係る噴霧発生装置を説明する。
第１図においてノズル本体３０内に給気孔３２
とその外周に給液孔３１が設けられる。給気孔３
２には圧搾空気が送られる。ノズル本体の噴口か
ら若干の距離を置いて共鳴函３５があり、前記給
気孔を流れた圧搾空気はこの共鳴函の内側に激突
して空間部３４において強い超音波エネルギーの
場を作ることになる。給気孔３２は途中収斂拡散
形の喉部を形成するから、給液孔３１の液体は吸
込孔３３から吸い込まれ超微霧化されて飛翔す
る。しかしこの場合は圧搾空気の圧力が0.5Kg／
cm2ないと満足に作動せず、１〜６Kg／cm2の間で使
用されるのが通例であるから、このような高圧の
圧搾空気を得るためには高圧のエア・コンプレツ
サが必要不可欠となる。しかもノズル１個当りの
噴霧発生量に対し多量の圧搾空気を必要とするた
めかなり大型のエア・コンプレツサを用意しなけ
ればならない。これは当然コスト高を招くし、ま
た騒音問題を起し、そのために特別の防音室を設
けることも必要となる。さらに、この超音波ノズ
ルを廃ガスなどの腐蝕性の高い汚染空気の中で使
用すると共鳴函３５を支持している脚部３６が短
時日の内に腐蝕し、また、噴霧する流体内に粒子
を含んでいる時はさらに摩耗の問題が起り、いず
れの場合も脚部の折損に連るため脚部の絶えざる
監視と取り替え作業が必要となる。このような諸
点が超音波ノズルの大きな欠点となつてその使途
を大きく制限する原因となつている。
さらに、超音波ノズルの場合噴量を増すため多
数個を一連に並べて、すなわち、マルチ方式で用
いることがある。この場合には、それだけ大きな
コンプレツサを必要とするのみならず、各ノズル
から噴出される霧がオーバラツプして粒子が大き
くなりいわゆる「アグロマレーシヨン」を起し、
大きな水滴となつて滴下することになる（ぼた落
ち）、これは周囲を水びたしにするおそれもあ
る。
この発明は以上述べた超音波ノズルの諸欠点に
鑑み、その特性である超微霧発生能力を生かしつ
つ、大掛かりなエア・コンプレツサ設備を要する
ことなく比較的低圧の圧搾空気で効果的な超微霧
を大量に発生することのできる装置を提供せんと
するものである。
第２図において本体２はアダプタ１に支持さ
れ、同本体２の先端部にはノズルチツプ４がその
軸線が本体２の先端部外方の任意の一点２０に集
軸するように塔載される。ノズルチツプ４の塔載
のために本体２にはノズルチツプの塔載本数だけ
の塔載孔１１が貫設される。塔載孔１１内にノズ
ルチツプが螺着されるとプラグ３により塔載孔１
１は密閉される。ノズルチツプ４とプラグ３の間
に空隙１２が形成され、これは後述の導液路１
０，１０′に連通している。
アダプタ１からノズルチツプ４にかけて圧搾空
気と液体を供給するための二種の導通路が設けら
れる。すなわち、圧搾空気はアダプタ１の給気口
６から本体２内部に入り給気路７から各導気路
８，８′に振り分けられてノズルチツプの塔載孔
１１内に供給される。他方、液体は給液口５から
給液路９を通つて各導液路１０，１０′に振り分
けられ塔載孔１１内のノズルチツプ４とプラグ３
の間の空隙１２に供給される。給液路９は第２図
に示すように最初の部分はアダプタの軸線と平行
であるが、アダプタの左方端面で外周面に沿つた
環状路に形成されここから各導液路１０，１０′
に連通している。
第４図に基づいて、ノズルチツプの塔載孔１１
内に入つた圧搾空気と液体の流れを説明すると、
導液路１０はノズルチツプ４とプラグ３との間に
設けられた空隙１２を介してノズルチツプ４の中
心孔１３に入る。他方、圧搾空気は導気路８から
塔載孔１１内に入りそのまま噴射孔１５から噴射
される。この時給液孔１４の出口附近に負圧を生
じるので中心孔１３の液体は吸い出されながら圧
搾空気によつて剪断作用を受け、そのためかなり
小さな粒子となつて噴射孔１５から外部に噴射さ
れる。各ノズルチツプから同様にして噴射された
液体の棒流は第２図上の点２０において激突す
る。この地点において液体の微粒子同志の衝突
と、圧搾空気同志の激突による空気の剪断作用に
よつて液滴はさらに細分され超微霧の霧束となり
前方に放出される。霧束はある程度飛翔すると失
速して空中に浮遊する。実験結果では無風状態で
平均して４ｍ以上の飛翔距離が確認されている。
この発明の目的は冒頭にも述べたように、でき
るだけ低圧の圧搾空気をできるだけ少量用いて、
しかもできるだけ小さい粒径の噴霧を大量に発生
させることである。この目的をより効果的に果た
すため、圧搾空気が噴射孔１５からスピードを速
くして衝突点２０における衝突力を大ならしめ、
かつ、第６図ａに示すように内部に液体粒子２１
を包含する上で強固な空気の外皮層２２を形成す
ることは大切である。なお詳細についての説明は
後掲する。そのため導気路８の出口と噴射孔１５
との間における塔載孔１１とノズルチツプ４で区
画される通路を収斂拡散形の喉部１６に形成して
いる。正確には収斂部分と拡散部分の間に対向壁
面が平行になつた平行部分があるが、便宜上単に
収斂拡散部という。この収斂角度、拡散角度、平
行部分の長さの決定は圧搾空気の棒流の速度、し
たがつて衝突点における衝突力の強さを決める上
で大切な要因となる。
さらに、噴射孔１５の大きさ（内径をＤとす
る）と喉部１６の平行部の隙間Ｗ、給液孔１４の
口径ｄ、給液孔１４の個数などが圧搾空気の消費
量と発生する噴霧量および粒径の大きさを決める
重要な要因となる。
さらに実験の結果、喉部１６に対する給液孔１
４の位置のとり方の如何によつて噴霧量と粒径は
大きく変つてくることが確認された。すなわち、
給液孔１４が喉部１６から離れれば離れる程噴霧
量は殖えるが、粒径は大きくなる。逆に、給液孔
が喉部に接近する程噴霧量は減るが粒径は小さく
なる。しかしこの発明の目的はできるだけ粒径の
小さい液滴をできるだけ多量噴霧することにある
から喉部と給液孔の位置の決定も大切である。
この発明の大きな特徴は既に述べたように複数
個のノズルチツプからの圧搾空気の棒流を一点に
おいて衝突させることにあるが、棒流同志はでき
るだけ正面衝突に近いい角度で衝突するのが効果
的である。同時に装置全体をできるだけコンパク
トなものにするためにもこのノズルチツプ間の間
隔と、ノズルチツプの軸線と本体２の軸線との交
叉角度の決定は重要な意味をもつ。
上記諸点の試作結果を示すと次の通りである。
喉部１６における収斂角度は20゜、拡散角度は
12゜、平行部分の長さは2.85mmであつた。また噴
射孔Ｄ、喉部１６の平行部の隙間Ｗ、給液孔１４
の口径ｄの数値は次の通りであつた。
Ｄ＝2.52mm Ｗ＝0.15mm ｄ＝0.5mm 給液孔の個数＝６個 さらに喉部１６の平行部の終端と給液孔１４の
中心線との距離はd/2、すなわち0.25mmであつ
た。また、ノズルチツプ６個間の間隔は４mm、ノ
ズルチツプ軸線と本体２の軸線の交叉角度θは45
゜であつた。
以上の諸条件の下で使用した圧搾空気の圧力、
消費量、発生した噴霧の発生量、粒径、及び飛翔
距離の関係は次のようであつた。
圧搾空気の圧力 ………0.7Kg／cm2 圧搾空気の消費量 ………120N／min 給水の圧力 ０Kg／cm2 この結果、13／hrという大量の噴霧量を得、
この時の粒径はノズルチツプ先端から２ｍ前方で
捕集したものについて測定したところ80ミクロン
が最高で、ほとんどは１ミクロン以下であつた。
またこの時の飛翔距離は４ｍ以上に達し、その後
は空中に浮遊した。また、床上1.5ｍの位置から
水平方向に噴霧したところ床面を水滴で濡らすこ
とはなかつた。
第５図に示す第２の実施態様について説明する
と、この場合は１つの給気口２６に対し２個の給
液口２５，２５′が設けられている。これにより
二種類の液体を供給することができるので、二液
の混合が可能となり、さらには異種の液体の複合
体を超微霧化することができる。また場合によつ
ては二種類の液を超微霧状態において化学的に反
応させることもできる。
この給液口の数は２個からノズルチツプの数ま
でふやすことができる。しかし給液口の数とノズ
ルチツプの数を一致させる必要はない。この場合
の応用例としては、６個のノズルチツプを備えた
装置においてその内の３個のノズルチツプから廃
油（または廃液）を、他の３個のノズルチツプか
ら助燃剤としての燃料油を同時にまたは個別に噴
霧させて超微霧の形で燃焼して焼却させることが
できる。第２の応用例として燃料油を水と共に霧
化して燃焼するのに用いることが考えられる。こ
れはNOx低減や燃料節約の方法として将来大い
に利用価値があると思われる。
また、ノズルチツプ２個を本体２の軸線をはさ
んで相対して本体に塔載して噴霧すると、断面形
状がひようたん状ないしは繭状の扁平な霧束とな
り、これを目的に応じて水平にまたは多少伏角を
つけた方向に噴霧すると手前から前方にかけて噴
霧量が削減した如き分布となる。これを利用する
と、たとえば広幅のコンベアの上に乗せられた物
体や、製鉄工場の連鋳工程や厚板ロール圧延工程
における鋼板を幅広く均一にミスト冷却すること
ができる。この場合はノズル本体を対象物の一側
方に並べて一方向からのみ噴霧しても、または対
象物の幅によつては両側から噴霧するようにして
もよい。さらに、対象物が静止した物体であると
きには、ノズルの方を移動可能に設置すればよ
い。たとえば農場における畝に薬剤等を均一に噴
霧する場合などである。
以上のようにこの発明による噴霧発生装置は圧
搾空気の通過に伴う負圧によつてノズルチツプの
中心孔内の液体をかなり微細な粒子となるよう剪
断しながら吸い出して圧搾空気と液体粒子との混
合体としての棒流となし、噴射孔から噴射すると
共にこれら棒流をノズルチツプ軸線の集軸点にお
いて激突させ、この結果液体の微粒子同志の衝突
と、圧搾空気同志の衝突による強列な空気の剪断
作用によつて液滴をさらに２次細分し超微霧の霧
束として放出するものである。特にこの発明の特
徴はその構成から明らかなように液体粒子と圧搾
空気とからなる棒流において、液体粒子の外側を
圧搾空気流が包むようになつていることである
（第６図ａ参照）。この点が先に出願の特願昭53−
17898号における装置と異なつている。先の場合
は第６図ｂに示すように圧搾空気流２２を内側に
その外側を液体の粒子２１が流れるように形成さ
れている。そのため時として棒流の衝突に際して
外側の液滴が激突する圧搾空気同志の間の強い剪
断作用を受ける前に衝突の場の外にはじき出さ
れ、大粒のまま落下して床や壁面を濡らすことが
あつた。しかしこの発明では第６図ａに示すよう
に液体を圧搾空気による強い外皮に包むようにし
ているのでその懸念は全くなくなつた。
以上の如くにしてこの発明による噴霧発生装置
は、冒頭に列挙した各種工業的用途に対し従来隘
路となつていた超微霧発生の問題を克服したもの
で、このことによりこれら目的の実用化はきわめ
て容易となつた。その意味でこの装置は画期的な
ものである。
【図面の簡単な説明】
図面は比較のための従来技術とこの発明の実施
態様とを示し、第１図は従来の音波ノズルの断面
図、第２図は一実施態様の断面図、第３図はその
平面図、第４図は要部断面図、第５図は第２の実
施態様の断明図、第６図ａはこの発明装置による
棒流の断面図、同図ｂは特願昭53−17898号装置
による棒流の断面図である。 １……アダプタ、２……本体、３……プラグ、
４……ノズルチツプ、５，２５，２５′……給液
口、６，２６……給気口、７，２７……給気路、
８……導気路、９……給液路、１０，１０′……
導液路、１４……給液孔、１５……噴射孔、１６
……喉部。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 終端部において側面側に分岐開口した中心孔
    を有したノズルチツプの複数個を、液体の流通路
    たる液孔と圧搾空気の流通路たる気孔とを有した
    本体に前記中心孔が前記液孔に液密に連通するよ
    うに、かつ、ノズルチツプの外周壁に沿つて前記
    気孔に気密に連通した圧搾空気の流通路を形成し
    た状態で、かつ、各ノズルチツプの軸線が一点に
    おいて集軸するように前記本体に塔載することに
    より、圧搾空気の前記流通路の通過に伴う負圧に
    よつて前記中心孔の開口部から流体を吸引し圧搾
    空気と液体の混合体としての棒流を噴射しつつ前
    記集軸点においてこれら棒流を衝突させることに
    より液体を微霧化することを特徴とした液体の噴
    霧発生装置。 ２ ノズルチツプ外周壁に沿つた圧搾空気の流通
    路がノズルチツプの中心孔の開口部の手前に収斂
    拡散形の喉部を有することを特徴とした特許請求
    の範囲第１項記載の噴霧発生装置。 ３ ノズルチツプの塔載孔がノズルチツプの塔載
    後に別途形成のプラグによつて気密に密閉された
    ことを特徴とした特許請求の範囲第１項記載の噴
    霧発生装置。 ４ ノズルチツプの本体への塔載が、ノズルチツ
    プの基部に形成したねじによるねじ嵌合であり、
    中心孔の入口部をドライバーを受ける角形状に形
    成したことを特徴とした特許請求の範囲第１項記
    載の噴霧発生装置。 ５ 本体の液孔が２またはそれ以上の異なつた液
    体の供給口に連通して異なつた種類の液体の供給
    を受けられるようにしたことを特徴とした特許請
    求の範囲第１項記載の噴霧発生装置。
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