WO2023228634A1

WO2023228634A1 - 噴霧装置

Info

Publication number: WO2023228634A1
Application number: PCT/JP2023/015609
Authority: WO
Inventors: 大助田端; 翔悟藤本; 亨岡崎; 直文日野
Original assignee: パナソニックＩｐマネジメント株式会社
Priority date: 2022-05-25
Filing date: 2023-04-19
Publication date: 2023-11-30

Abstract

気液噴出部（５０）に微粒化空間（５１）を備え、液体流路（２１）の下流側の流路（３１）は微粒化空間（５１）の上流側の端面の中心部に接続され、気体流路（２２）の下流側の流路（４０）は微粒化空間（５１）の上流側の端面の中心部の周りの円周上に接続され、気体流路（２２）の下流側の流路（４０）の中心軸（４２）は液体流路（２１）の下流側の流路（３１）の中心軸（１１）に対して傾斜している。

Description

噴霧装置

　本発明は、気体により液体を微粒化する二流体ノズル型式の噴霧装置に関するものである。

　液体を微粒化するノズルは、空間又は物質の冷却、加湿、除菌又は芳香などの薬液噴霧、空間演出、燃焼、又は、粉塵対策等に広く用いられている。この微粒化ノズルを大別すると、液体をより微細な孔より噴出して微粒化する一流体ノズルと、空気、窒素、又は蒸気等の気体を用い、液体を微粒化する二流体ノズルとに分類される。これらの一流体ノズルと二流体ノズルとでは、一般的に、二流体ノズルの方が、気体の持つエネルギーを用いて液体を微粒化するため、一流体ノズルよりも微粒化性能に優れるという特徴がある。

　この二流体ノズルは液体の供給方式で分類される。一つは液体を加圧してノズルへ送液する液加圧型二流体ノズル、もう一方はノズル内部を通過する圧縮空気により負圧を生じさせ液体を吸引するサクション型二流体ノズルである。

　サクション型二流体ノズルの例としては、例えば、特許文献１に記載されたサクション型二流体ノズルがある。

　特許文献１に記載された二流体ノズルは、図８に示すように、第二噴口８１及び第三噴口８２のそれぞれの中心から噴射する水８３を外周から噴射する圧縮空気８４により吸引し、圧縮空気８４の剪断作用により微霧化して噴射する一方、第一噴口８５から圧縮空気８４を噴射している。このように３方向から噴射する流体を外部の衝突点（Ｐ）で衝突して液滴をさらに微粒化している。

特開２０１０－１２７６０３号公報

　本発明の一の態様にかかる噴霧装置は、液体を供給する液体流路と、気体を供給する気体流路と、前記液体流路の下流側の流路と前記気体流路の下流側の流路とが上流側に接続された円柱状の微粒化空間とを備えて、前記微粒化空間で前記液体と前記気体とを混合して微粒化した液滴を前記微粒化空間の下流側から噴霧する噴霧装置であって、
　前記液体流路の前記下流側の流路は前記微粒化空間の前記上流側の端面の中心部に接続され、前記気体流路の前記下流側の流路は前記微粒化空間の前記上流側の端面の前記中心部の周りの円周上に接続され、前記気体流路の前記下流側の流路の中心軸は前記液体流路の前記下流側の流路の中心軸に対して傾斜している。

本発明の実施形態における噴霧装置の概略切断部端面図本発明の実施形態における噴霧装置の概略切断部端面図の拡大図本発明の実施形態における噴霧装置の外観斜視図液体流入路３１の直径（ｄ１）と微粒化特性との相関図微粒化空間５１の直径（ｄ２）と微粒化特性との相関図液体流入路３１の直径（ｄ１）及び微粒化空間５１の直径（ｄ２）と微粒化特性との相関図微粒化空間５１の直径（ｄ２）と微粒化特性との相関図気体流入路４０の微粒化空間５１に対する流入角度と微粒化特性の相関図従来噴霧装置の概略図

　特許文献１に記載された前記従来のサクション型二流体ノズルの構成では、粒径が１０μｍ以下に微粒化された液体を生成する際に必要な圧縮空気の圧力が高いという問題がある。そこで、液体の粒径を１０μｍ以下にでき、必要な圧縮空気の圧力を低圧化することができれば、省エネルギーで微粒化でき、圧縮空気を生成するコンプレッサのサイズ及び消費電力も小さくなり、インフラのサイズも小さくなるため、屋内での空間演出、加湿、又は、除菌又は芳香などの薬液噴霧に使用することが可能となる。

　故に、従来技術ではノズルの利用場所又は用途が限定されるという問題を有している。

　本発明は、前記課題を解決するものであり、サクション型二流体ノズルで粒径の小さい液体を噴霧し、圧縮空気の圧力を低圧化できる噴霧装置を提供することを目的とする。

　以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

　本発明の実施の形態は、気体を用いて液体を微粒化噴霧する噴霧装置１０に関するものであり、前記気体としては、例えば、空気、窒素、酸素、又は、不活性ガス等が挙げられ、使用の目的に応じて適宜選定可能である。また、前記液体としては、例えば、水、オゾン水、殺菌及び除菌機能を有する薬液、塗料、又は、燃料油等が挙げられ、使用の目的に応じて適宜選定可能である。

　（実施の形態）
　本発明の実施の形態を説明するにあたり、先に噴霧装置１０の構成について説明する。図１Ａは、本発明の実施の形態における噴霧装置１０の断面図である。

　噴霧装置１０は、少なくとも、液体を供給する液体流路２１と、気体を供給する気体流路２２と、液体流路２１の下流側の流路３１と気体流路２２の下流側の流路４０とが後端部すなわち上流側の部分に接続された円柱状の微粒化空間５１とを備えて、微粒化空間５１で液体と気体とを混合して微粒化した液滴を微粒化空間５１の下流側から噴霧する。

　より詳しくは、噴霧装置１０は、液体流路２１と気体流路２２とを有する噴霧装置本体部２０と、液体流路２１の下流側の流路である液体流入路３１を有する液体導入部３０と、気液噴出部５０と、液体導入部３０と気液噴出部５０との間に構成されかつ気体流路２２の下流側の流路である気体流入路４０とを少なくとも備えている。気液噴出部５０は円柱状の微粒化空間５１を備えている。噴霧装置１０は、さらに噴霧装置固定部７０を備えている。

　噴霧装置本体部２０は、円柱状部材の中心部に中心軸１１の方向沿いに配置された液体流路２１と、液体流路２１の周囲に間隔をおいて中心軸１１の方向沿いに配置された円筒状の気体流路２２とがそれぞれ形成されている。それぞれ下流側の流路３１，４０を除く液体流路２１と気体流路２２とは、噴霧装置本体部２０の一部として中央部に位置しかつ噴霧装置本体部２０の中心軸１１上に位置する円筒部２３で区切られている。液体流路２１は、先端近傍すなわち下流側及び下流側の近傍部分のみを図示しており、後端すなわち上流端の図示しない液体供給口は、例えば、水供給管を介して、液槽などに接続されたポンプなどに接続されているか、又は、水道管に直接接続されている。気体流路２２も、先端近傍すなわち下流側及び下流側の近傍部分のみを図示しており、後端すなわち上流端の図示しない気体供給口は、例えば、気体供給管を介して、空気圧縮機からなる空圧源などに接続されている。

　円筒部２３の下流側は、円筒部２３以外の噴霧装置本体部２０より先端側すなわち下流側に少し突出し、その先端に液体導入部３０が固定されている。

　液体導入部３０は、大略円錐台状の部材で噴霧装置本体部２０の先端に配置され、液体流路２１の先端開口を覆っている。液体流路２１の下流側に配置されかつ液体導入部３０の中心軸１１上の方向に貫通する液体流入路３１が形成され、液体流入路３１の下流端に液体流入口３１ａが形成されて微粒化空間５１に連通している。

　液体流入路３１は、液体導入部３０の中心軸１１上に貫通した穴で構成され、液体流路２１を流れる液体流６１は、液体流入路３１の穴及び液体流入口３１ａを通過して円柱状の微粒化空間５１に流入させる。

　気体流入路４０は、微粒化空間５１の上流側で、液体導入部３０の外面と気液噴出部５０の内面との間の隙間で構成され、気体流入路４０の下流端に気体流入口４０ａが形成されて微粒化空間５１に連通している。

　この気体流入路４０は少なくとも１個配置され、一例としては、１８０度の間隔をあけて２個配置される。これらの気体流入路４０を流れる気体流６２は、液体導入部３０内の液体流入路３１と液体流入口３１ａと微粒化空間５１を通り液体流路２１を流れる液体流６１を、微粒化空間５１にて微粒化する。

　気液噴出部５０は、噴霧装置本体部２０の先端に配置され、噴霧装置本体部２０と液体導入部３０とを覆うとともに、液体流路２１と気体流路２２とを覆うことにより、液体導入部３０との間に気体流入路４０を形成している。液体流路２１の先端側（すなわち下流側）の液体流入路３１の液体流入口３１ａは微粒化空間５１の後端側（すなわち上流側）の端面の中心部に接続されている。気体流路２２の先端側（すなわち下流側）の気体流入路４０の気体流入口４０ａは微粒化空間５１の後端側（すなわち上流側）の端面の中心部の周りの円周上に接続されている。気体流路２２の気体流入路４０の中心軸４２は、液体流路２１の液体流入路３１の中心軸１１に対して傾斜している。

　なお、気液噴出部５０と液体導入部３０とは、別部材として説明しているが、これに限られるものではなく、１つの部材として一体的に構成されていてもよい。

　噴霧装置固定部７０は、円筒状部材であり、気液噴出部５０の上流側の端部のフランジ部を噴霧装置本体部２０の下流側の端面との間に挟持して固定している。なお、噴霧装置固定部７０を無くして、気液噴出部５０が、直接、噴霧装置本体部２０の端面に固定されるようにしてもよい。

　このような構成において、図１Ａに示すように、噴霧装置１０に供給された気体は、噴霧装置本体部２０に対して、図示しない気体供給口から装置先端側に気体流路２２を流れて気体流６２となる。その気体流６２は、気体流入路４０及び気体流入口４０ａを通って、微粒化空間５１に供給され、噴出口５２から噴出される。この際、気体流６２の流れによって、微粒化空間５１には負圧が生じる。この微粒化空間５１内に生じた負圧により、噴霧装置本体部２０に対して、図示しない液体供給口から液体流６１が液体流路２１を通り、さらに液体導入部３０内の液体流入路３１及び液体流入口３１ａを通り、微粒化空間５１に供給される。微粒化空間５１に対して気体流６２と液体流６１とが供給されると、微粒化空間５１内で互いに混合され、液体が微粒化された後に、気液噴出部５０に設けられかつ微粒化空間５１の先端開口である噴出口５２から混合されて微粒化された液体を外側に噴出する。また、図１Ｂは図１Ａの拡大図であり、気体流入路４０の中心軸４２が微粒化空間５１の中心軸１１に対して、気体流入路角度４１（すなわちα）の角度で、気体流入路４０から微粒化空間５１に気体が流入する。

　図２は、１つの液体流入路３１と等間隔に配置された複数の例えば６つの気体流入路４０と１つの微粒化空間５１との一つの配置例であり、噴霧装置１０の一部の外観斜視図である。

　本実施の形態における噴霧装置１０の特性の一つを図３に示す。気体の例として圧縮空気を、液体の例として水を用いた。微粒化空間５１の直径（ｄ２）を１．２５ｍｍ、微粒化空間５１の軸方向の長さ（Ｌ）を１．５ｍｍ、空気の供給圧力を０．２ＭＰａとし、液体流入路３１の直径（ｄ１）をそれぞれ、０．３、０．４、０．５、０．６、０．７、０．８ｍｍとしたときのザウター平均粒径を計測した。微粒化した水のザウター平均粒径はレーザー回折法にて評価を行っており、レーザー回折法の測定距離は噴霧装置１０の先端から１００ｍｍの位置とした。

　なお、ザウター平均粒径とは、全粒子の全表面積に対する全粒子の全体積と同じ表面積対体積率を有する粒子径を指す。直径ｄ_iの粒子がｎ_i個ある場合、ザウター平均粒径（Ｄ_３２と表記される場合が多い）は、次式で与えられる。

　　　Ｄ_３２＝Σｎ_iｄ_i ^３／Σｎ_iｄ_i ^２
　液体流入路３１の直径（ｄ１）が０．３ｍｍ、０．４ｍｍの場合、液体流入路３１の圧力損失が大きく水を吸引することができず、噴霧することができなかった。液体流入路３１の直径（ｄ１）が０．５ｍｍ、０．６ｍｍ、０．７ｍｍ、０．８ｍｍの場合は水を吸引し噴霧することができた。液体流入路３１の直径が大きい場合、太い液柱が微粒化空間５１に供給されるため微粒化に不利になる。下記の結果となった。

　　　０．５ｍｍ＞ｄ１　・・・　液体流入路３１の圧力損失が大きく、水を吸引できない。

　　　０．５ｍｍ≦ｄ１　・・・　微粒化空間５１に負圧が形成でき、水を吸引、噴霧が可能である。

　　　０．５ｍｍ≦ｄ１＜０．８ｍｍ　・・・　微粒化空間５１内で負圧が形成でき、水を吸引、噴霧が可能であり、さらにザウター平均粒径１０μｍの微粒化も可能である。液。体流の直径（ｄ１）が０．８ｍｍ以上の場合、ザウター平均粒径は１０μｍを超えてしまい、十分な微粒化ができない。

　以上の結果より、液体流入路３１の直径（ｄ１）は０．５ｍｍ≦ｄ１＜０．８ｍｍの範囲において、微粒化空間５１内で負圧を形成でき、水を吸引、噴霧が可能であり、かつザウター平均粒径１０μｍの微粒化可能である。

　本実施の形態における噴霧装置１０の特性の一つを図４に示す。気体の例として圧縮空気を、液体の例として水を用いた。液体流入路３１の直径（ｄ１）０．５ｍｍ、微粒化空間５１の長さ（Ｌ）を１．５ｍｍ、空気の供給圧力を０．２ＭＰａとし、微粒化空間５１の直径（ｄ２）をそれぞれ０．５ｍｍ、０．７５ｍｍ、１．０ｍｍ、１．２５ｍｍ、１．６ｍｍ、２．０ｍｍ、２．５ｍｍとしたときのザウター平均粒径を計測した。結果は下記のとおりである。

　　　１．０ｍｍ＞ｄ２・・・微粒化空間５１の直径（ｄ２）が細い場合、圧縮空気の圧力損失が大きくなり、微粒化空間５１内に負圧が形成できず水を吸引できない。

　　　１．０ｍｍ≦ｄ２＜２．０ｍｍ・・・微粒化空間５１内で負圧が形成でき、水を吸引、噴霧が可能である。

　　　２．０ｍｍ≦ｄ２・・・微粒化空間５１の直径（ｄ２）が大きすぎると、圧縮空気が拡散するため微粒化空間５１内に負圧が形成できず、水を吸引できない。

　以上の結果より、微粒化空間５１の直径（ｄ２）は１．０ｍｍ≦ｄ２＜２．０ｍｍの範囲において、微粒化空間５１内で負圧を形成でき、水を吸引、噴霧が可能であり、かつザウター平均粒径１０μｍの微粒化可能である。

　本実施の形態における噴霧装置１０の特性の一つを図５に示す。気体の例として圧縮空気を、液体の例として水を用いた。微粒化空間５１の長さ（Ｌ）を１．５ｍｍ、空気の供給圧力を０．２ＭＰａとし、液体流入路３１の直径（ｄ１）と微粒化空間５１の直径（ｄ２）の値を図５のように変化させ、ザウター平均粒径を計測した。結果は下記のとおりである。

　　　１．４＜ｄ２／ｄ１＜５・・・液体流入路３１の直径（ｄ１）と微粒化空間５１の直径（ｄ２）の比率により、微粒化空間５１での負圧が形成可能である。

　以上の結果より、液体流入路３１の直径（ｄ１）と微粒化空間５１の直径（ｄ２）の比率は１．４＜ｄ２／ｄ１＜５の範囲において、微粒化空間５１内で負圧を形成でき、水を吸引、噴霧が可能であり、かつザウター平均粒径１０μｍの微粒化可能である。

　本実施の形態における噴霧装置１０の特性の一つを図６に示す。気体の例として圧縮空気を、液体の例として水を用いた。液体流入路３１の直径（ｄ１）を０．５ｍｍ、微粒化空間５１の直径（ｄ２）を１．２５ｍｍ、空気の供給圧力を０．２ＭＰａとし、微粒化空間５１の長さ（Ｌ）の値を図６のように変化させ、ザウター平均粒径を計測した。結果は下記のとおりである。

　　　１．０ｍｍ＞Ｌ・・・微粒化空間５１の長さ（Ｌ）が１．０ｍｍ未満と短い場合、圧縮空気がすぐに拡散し、微粒化空間５１内に負圧を形成できず、水を吸引できず噴霧できない。

　　　１．０ｍｍ≦Ｌ≦６．０ｍｍ・・・微粒化空間５１に負圧が形成でき、水を吸引、噴霧が可能、かつ微粒化も可能である。

　　　６．０ｍｍ＜Ｌ・・・微粒化空間５１の圧損が増加し、微粒化空間５１で負圧を形成できず、水を吸引できない。

　以上の結果より、微粒化空間５１の長さ（Ｌ）の値は１．０ｍｍ以上でかつ６．０ｍｍ以下の範囲において、微粒化空間５１内で負圧を形成でき、水を吸引、噴霧が可能であり、かつザウター平均粒径１０μｍの微粒化可能である。

　また、本実施の形態における噴霧装置１０の特性の一つを図７に示す。気体の例として圧縮空気を、液体の例として水を用いた。液体流入路３１の直径（ｄ１）を０．５ｍｍ、微粒化空間５１の直径（ｄ２）を１．２５ｍｍ、微粒化空間５１の長さ（Ｌ）を１．５ｍｍ、空気の供給圧力を０．２ＭＰａとし、気体流入路４０の微粒化空間５１に対する気体流入路角度４１の流入角度（α）を図７のように変化させ、ザウター平均粒径を計測した。結果は下記のとおりである。

　　　０°＜α≦２０°・・・微粒化空間５１内で負圧が形成でき、水を吸引、噴霧が可能であるが、ザウター平均粒径は１０μｍを超えてしまい、十分な微粒化ができない。

　　　２０°＜α＜７５°・・・微粒化空間５１内で負圧が形成でき、水を吸引、噴霧が可能であり、さらにザウター平均粒径１０μｍの微粒化も可能である。

　　　７５°≦α≦９０°・・・微粒化空間５１で負圧を形成できず、水を吸引できない。

　以上の結果より、微粒化空間５１に対する、気体流入路角度４１の角度は２０°越えて７５°未満の範囲において、微粒化空間５１内で負圧を形成でき、水を吸引、噴霧が可能であり、かつザウター平均粒径１０μｍの微粒化可能である。

　以上のように、本実施の形態にかかる噴霧装置１０によれば、液体流路２１の下流側の流路３１は微粒化空間５１の上流側の端面の中心部に接続され、気体流路２２の下流側の流路４０は微粒化空間５１の上流側の端面の中心部の周りの円周上に接続され、気体流路２２の下流側の流路４０の中心軸４２は液体流路２１の下流側の流路３１の中心軸１１に対して傾斜しているように構成している。この結果、サクション型二流体ノズルで粒径の小さい（例えば粒径が１０μｍ以下の）液体を噴霧し、圧縮空気の圧力を低圧化することができる。

　なお、前記様々な実施の形態又は変形例のうちの任意の実施の形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施の形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施の形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施の形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

　以上のように、本発明の前記態様にかかる噴霧装置によれば、液体流路の下流側の流路は微粒化空間の上流側の端面の中心部に接続され、気体流路の下流側の流路は微粒化空間の上流側の端面の中心部の周りの円周上に接続され、気体流路の下流側の流路の中心軸は液体流路の下流側の流路の中心軸に対して傾斜しているように構成している。この結果、サクション型二流体ノズルで粒径の小さい（例えば粒径が１０μｍ以下の）液体を噴霧し、圧縮空気の圧力を低圧化することができる。

　本発明の前記態様にかかる噴霧装置は、液体を加圧すること無く微粒化しかつ低圧の圧縮空気で噴霧可能な噴霧装置であり、この噴霧装置は、空間又は物質の冷却、加湿、除菌や芳香などの薬液噴霧、空間演出、燃焼、又は、粉塵対策等に広く用いることができる。

１０　噴霧装置
１１　中心軸
２０　噴霧装置本体部
２１　液体流路
２２　気体流路
２３　円筒部
３０　液体導入部
３１　液体流入路
３１ａ　液体流入口
４０　気体流入路
４０ａ　気体流入口
４１　気体流入路角度
４２　気体流入路の中心軸
５０　気液噴出部
５１　微粒化空間
５２　噴出口
６１　液体流
６２　気体流
７０　噴霧装置固定部
８１　第二噴口
８２　第三噴口
８３　水
８４　圧縮空気
８５　第一噴口

Claims

　液体を供給する液体流路と、気体を供給する気体流路と、前記液体流路の下流側の流路と前記気体流路の下流側の流路とが上流側に接続された円柱状の微粒化空間とを備えて、前記微粒化空間で前記液体と前記気体とを混合して微粒化した液滴を前記微粒化空間の下流側から噴霧する噴霧装置であって、
　前記液体流路の前記下流側の流路は前記微粒化空間の前記上流側の端面の中心部に接続され、前記気体流路の前記下流側の流路は前記微粒化空間の前記上流側の端面の前記中心部の周りの円周上に接続され、前記気体流路の前記下流側の流路の中心軸は前記液体流路の前記下流側の流路の中心軸に対して傾斜している噴霧装置。
　前記液体流路の前記下流側の流路の直径ｄ１が、０．５ｍｍ≦ｄ１＜０．８ｍｍとなり、前記液体流路の前記下流側の流路の直径ｄ１と前記微粒化空間の直径ｄ２との関係が、１．４＜ｄ２／ｄ１＜５となり、
前記微粒化空間の長さＬが、１．０ｍｍ≦Ｌ≦６．０ｍｍとなる請求項１に記載の噴霧装置。
　前記気体流路の前記下流側の流路の前記中心軸の前記液体流路の前記下流側の流路の中心軸である前記微粒化空間の中心軸に対する流入角度αが、２０°＜α＜７５°となる請求項２に記載の噴霧装置。