JP3498988B2 - 噴霧装置および噴霧方法 - Google Patents
噴霧装置および噴霧方法Info
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Description
に関する。
られている。例えば米国特許第3,908,903号、
第3,980,233号、第4,335,677号、第
4,341,530号、第4,406,404号、第
4,595,143号、第4,773,596号、第
4,834,343号、第4,943,704号、第
4,946,101号、第5,044,559号、第
5,059,357号、第5,181,661号等が本
発明の先行技術と考えることができる。上記米国特許第
4,341,530号が開示するスラリ噴霧装置では、
液体通路が噴霧装置の軸方向に設けられ、その軸まわり
を加圧蒸気流が螺旋状に送られる。そしてその螺旋状蒸
気流が液体通路に衝突することによりその液体通路から
液体が引き出され、その結果生ずる軸方向の液体流を飛
散させ、霧状の小滴とする。
な噴霧装置および噴霧方法を提供することである。特
に、本発明の課題は、液体の出口付近に超音速の気体流
を生じさせることにより、その気体流を衝撃波として液
体流に衝突させて、液体を効率良く霧化する噴霧装置お
よび噴霧方法を提供することである。
に、本発明は、 (a)液体入口と、 (b)加圧気体を受ける
気体入口と、 (c)前記液体入口から液体出口へ延びた液
体通路と、 (d)前記気体入口から前記液体出口付近へ延
び、その液体出口付近に超音速流れ域を含む気体流通路
とを含み、前記液体出口付近における超音速気体流によ
り発生する衝撃波が、その液体出口から流れ出る液体流
に衝突し、霧化流通路領域において液体流の霧化を促進
する噴霧装置において、前記気体流通路を、前記気体入
口から前記液体出口付近へ延びる概して螺旋状の気体流
通路と、前記超音波流れ域とを含むものとしたことを要
旨とするものである。
れることが望ましい。螺旋状通路はさらに、上記超音速
流れ域の上流側に隣接する円錐台状の亜音速流れ域を含
むことが望ましい。さらに、上記液体通路は噴霧装置の
軸方向に延びることが望ましい。
口へ延びる液体通路を設ける工程と、 (2)気体入口から
気体通路を通る加圧気体の流れを生じさせる工程と、
(3)その加圧気体の流れを前記液体出口付近の超音速流
れ域において超音速気体流とし、前記液体出口から流れ
出る液体流に衝突する衝撃波を発生させて、その液体流
を霧化させる工程とを含む噴霧方法において、前記加圧
気体の流れを概して螺旋状の通路に発生させることを要
旨とするものである。
ことが望ましく、その液体通路は噴霧装置の軸方向に延
びるものとすることが望ましい。上記加圧気体を、上記
超音速流れ域の上流側に隣接する円錐台状の亜音速流れ
域を通すことが望ましい。また、液体の流れは加圧気体
の流れによる吸引によって生じさせることが望ましい。
は、液体通路の出口付近に設けられた超音速流れ域にお
いて気体流が超音速気体流となり、液体出口から流れ出
る液体流に対して衝撃波として作用することにより、液
体を効率良く霧化させる。
め、気体流が螺旋状流となり、液体流に効果的に作用し
て霧化を促進する。特に、螺旋状の通路が液体通路のま
わりに設けられる場合には、気体の螺旋状流が柱状の液
体流のまわりを旋回して液体流を乱し、その結果液体流
から外方に飛び出した液滴に気体流が衝突してさらに細
かい液滴に分散させる。気体通路が超音速流れ域の上流
側に隣接して円錐台状の亜音速流れ域を含む場合には、
超音速気体流が液体流と交差する方向の速度成分を有す
ることとなり、液体流に対する衝撃波の作用が一層効果
的に生じて霧化が促進される。液体通路が噴霧装置の軸
方向に延びる場合には、液体通路自体の形成は勿論、気
体通路の形成も容易となり、かつ、噴霧が噴霧装置の軸
方向に行われるととなる。
噴霧装置および噴霧方法においては、螺旋状の超音速気
体流の衝撃波が液体流に作用して霧化するため、噴霧を
効率的に行うことができる。螺旋状の通路が液体通路の
まわりに形成される望ましい態様、あるいは気体通路が
円錐台状の亜音速流れ域を含むさらに望ましい態様等に
おいては、噴霧を一層効率的に行うことができる。
る望ましい態様においては、装置の製造が容易となる効
果が得られる。さらに、液体の流れを加圧気体の流れに
よる吸引によって生じさせる望ましい態様においては、
液体を加圧する装置を必要とせず、装置の構造が簡単と
なる効果が得られる上、噴霧装置の諸元を適切に決定し
ておけば、気体の流量が多少変動してもそれに見合って
液体の流量も変わることとなるため、霧化が常に最適の
状態で行われる効果が得られる。
細に説明する。図1〜図5は、本発明の一実施例であ
り、かつ、本発明の一実施例としての噴霧方法を実施す
るための装置でもある噴霧装置を示している。
ジング10は加圧気体用開口12と液体用開口14とを
有している。加圧気体用開口12には雌ねじが切られ、
その雌ねじに対応した雄ねじを有する加圧ガス供給用継
手装置16が気密に螺合されている。この継手装置16
から、5.5〜6.5気圧の範囲で加圧された空気等の
加圧気体がハウジング10内に供給される。もっとも、
この加圧ガス供給部の構成は他の態様とすることも可能
である。
じ、多段軸方向孔18は加圧気体用開口12に通じてい
る。図3に示すように、多段軸方向孔18は、液体用開
口14に隣接する雌ねじ部20と、その雌ねじ部20に
続く第一中間狭小部22とを含む。第一中間狭小部22
に続いてさらに狭い第二中間狭小部24があり、この第
二中間狭小部24において加圧気体用開口12に通じて
いる。第二中間狭小部24は第一テーパ状部26へ続
き、第一テーパ状部26はさらに狭い第三中間狭小部2
8へ続いている。第三中間狭小部28に続いて第二テー
パ状部30があり、第二テーパ状部30は軸方向に延び
る噴出孔32へ続いている。
に螺合される。その螺合状態で、液体通路形成部材34
の液体入口部38は液体用開口14に隣接する。図3に
示すように、液体通路形成部材34は、液体入口部38
に加えて、雄ねじ部40を有する。この雄ねじ部40が
多段軸方向孔18の雌ねじ部20に螺合される。雄ねじ
部40は第一中径42へ続いている。第一中径部42に
は切り欠き44が形成され、切り欠き44にはシールリ
ング46が収容されている。第一中径部42はさらに細
い第二中径部48へ続き、第二中径部48は螺旋状の溝
が形成された螺旋状通路規定部50へ続いている。螺旋
状通路規定部50は加圧気体用開口12に対向する。螺
旋状通路規定部50は緩やかに細くなるテーパ状部52
へ続き、テーパ状部52は小径部53を経て、急激に細
くなるテーパ状端部54へ続いていて、ここが液体通路
形成部材34の端になっている。
が螺合された状態では、ハウジング10と液体通路形成
部材34との間に、加圧気体用開口12を入口とし、噴
出孔32を出口とする気体通路が形成される。この気体
通路は、図2〜図5から明らかなように、第二中間狭小
部24と螺旋状通路規定部50(図3)とにより規定さ
れる螺旋状通路を含み、その螺旋状通路の先に、第一テ
ーパ状部26とテーパ状部52(図3)とにより先端側
に向かうに従って断面積が漸減しながら直径も緩やかに
漸減するテーパ筒状あるいは円錐台状の第一テーパ状通
路が形成される。そして、さらにその先に、第三中間狭
小部28と小径部53(図5)とによって円筒状通路が
形成され、その円筒状通路が、直径が第一テーパ状通路
より急激に漸減する第二テーパ状通路(30,54)へ
続き、この第二テーパ状通路がストレートの噴出孔32
とへ続く状態となる。第一テーパ状通路において加速さ
れた加圧気体の流れが第二テーパ状通路(30,54)
でさらに加速され、噴出孔32へ噴出されるのである。
材34の急激に細くなるテーパ状端部54は、ハウジン
グ10の第二テーパ状部30とストレートの噴出孔32
との境界を越えて前方へ延び出しており、このテーパ状
端部54と噴出孔32の内面との間に気体通路の断面積
が急激に増大する面積拡大部が形成されている。第二テ
ーパ状部30とストレートの噴出孔32との境界が断面
積が最も狭いネック部を規定しているのであり、加圧気
体の流速はこのネック部(縮流を考慮すればネック部の
僅か下流側、すなわち面積拡大部内)で最大となる。こ
のように断面積が漸減してきた気体通路がネック部を境
に増大に転ずることにより、加圧気体の流速が最大にな
る部分が正確に規定され、その位置が液体通路形成部材
34の先端(すなわち、その内部に形成される液体通路
の出口)の僅か手前になることが保証される。
2には、図1に示すように、継手装置16を介して圧力
制御弁82をおよび加圧気体供給装置84が接続されて
おり、加圧気体用開口12に供給される加圧気体の圧力
が気体圧力制御弁82により調節されることにより、上
記ネック部に気体の超音速流が発生させられる。第二テ
ーパ状部30と噴出孔32との境界部が、図5にマッハ
1の線で示されている亜音速気体流れ域と音速気体流れ
域との境界を規定することになるのである。
螺合される雌ねじを有する液体入口60から、液体通路
形成部材34の徐々に狭くなっていく液体通路58内を
流れて、上記ネック部よりやや前方の出口に達する。そ
の際、液体流と接触する気体流の接線方向成分(軸方向
成分)によって、たとえ加圧が加えられていなくとも、
液体流は図1に示す液体供給源86から液体通路58を
通じて引き出される。液体は噴出孔32内に広がって液
滴70を形成する。この液体の流れの芯の部分は破線7
2によって示されている。液体通路形成部材34のテー
パ状端部54とハウジング10の噴出孔32の間の領域
で生じた超音速気体流は衝撃波74として液体流に斜め
に衝突して、液体を霧化する。テーパ状に広がる線76
は気体の流れと液体の流れとの境界を示しており、短い
線78は両流れの再混合効果(recirculating effect
s )を表している。このようにして形成されるエアロゾ
ル80は図1に示すよにテーパ状に広がりつつ噴出孔3
2から噴出される。
方向(軸方向)の気体流が高い真空状態を作り出す結果
として液体が引き出され、その液体に気体が超音速で接
触して霧化させることが本実施例の特徴の一つである。
本発明によって実現される比較的高い真空状態は、特に
それによって生じる高いレベルの蒸発によって、液体の
霧化の効率を著しく高めると考えられる。
て実際に得られた結果を以下に掲げる。気体流量:50
〜60リットル/分(1.76〜2.12cfm)気体
入口圧:6バール(Bar )液体流量:5.5〜6リット
ル/時噴出液滴サイズ(平均値):2〜10ミクロン真
空レベル:6〜7m水柱(WG)蒸発:水の約10%
何ら限定されないことを容易に理解するであろう。
項7の発明の一実施例としての噴霧方法を実施するため
の装置でもある噴霧装置を示す斜視図である。
る。
る断面図である。
よび図3に対応する断面図である。
図2および図3に対応する断面図である。
Claims (11)
- 【請求項1】 液体入口と、 加圧気体を受ける気体入口と、 前記液体入口から液体出口へ延びた液体通路と、 前記気体入口から前記液体出口付近へ延び、その液体出
口付近に超音速流れ域を含む気体流通路とを含み、前記
液体出口付近における超音速気体流により発生する衝撃
波が、その液体出口から流れ出る液体流に衝突し、霧化
流通路領域において液体流の霧化を促進する噴霧装置で
あって、 前記気体流通路が、前記気体入口から前記液体出口付近
へ延びる概して螺旋状の通路と、前記超音波流れ域とを
含むことを特徴とする噴霧装置。 - 【請求項2】 前記霧化流通路領域が、前記超音速流れ
域の下流に霧化出口へ延びる長手の概して円形の孔部を
含み、前記超音速気体流が、前記円形の孔部内の前記超
音波流れ域において、前記液体出口を通って流れる液体
流に斜めに衝突してその液体流を霧化する前記衝撃波を
発生させる請求項1に記載の霧化装置。 - 【請求項3】 前記螺旋状の通路が前記液体通路のまわ
りに設けられた請求項1または2に記載の噴霧装置。 - 【請求項4】 前記液体通路が当該噴霧装置の軸方向に
延びた請求項1〜3の何れか1つに記載の噴霧装置。 - 【請求項5】 前記気体通路が、前記超音速流れ域の上
流側に隣接する円錐台状の亜音速流れ域を含む請求項1
〜4の何れか1つに記載の噴霧装置。 - 【請求項6】 前記液体流が、その液体流に対して接線
方向に流れる前記加圧気体により発生させられる負圧に
よって、前記液体入口から前記液体通路に沿って前記液
体出口へ引き出される請求項1〜5の何れか1つに記載
の噴霧装置。 - 【請求項7】 液体入口から液体出口へ延びる液体通路
を設ける工程と、 気体入口から気体通路を通る加圧気体の流れを生じさせ
る工程と、 その加圧気体の流れを前記液体出口付近の超音速流れ域
において超音速気体流とし、前記液体出口から流れ出る
液体流に衝突する衝撃波を発生させて、その液体流を霧
化させる工程とを含む噴霧方法であって、 前記加圧気体の流れを概して螺旋状の通路に発生させる
ことを特徴とする噴霧方法。 - 【請求項8】 前記超音速流れ域を前記液体出口に隣接
した位置に生じさせ、それによって、その超音波流れ域
の下流において前記液体出口から前記霧化出口へ延びる
長手の概して円形の孔部内に前記衝撃波を発生させ、前
記液体出口を通って流れる液体流に斜めに衝突させてそ
の液体流を霧化する請求項7に記載の霧化方法。 - 【請求項9】 前記液体通路が当該噴霧装置の軸方向に
設けられ、 前記螺旋状の通路がその液体通路のまわりに
設けられる請求項7または8に記載の噴霧方法。 - 【請求項10】 前記加圧気体が、前記超音速流れ域の
上流側に隣接する円錐台状の亜音速流れ域を通る請求項
7〜9の何れかに記載の噴霧方法。 - 【請求項11】 前記液体流が、その液体流に対して接
線方向に流れる前記加圧気体により発生させられる負圧
によって、前記液体入口から前記液体通路に沿って前記
液体出口へ引き出される請求項7〜10の何れか1つに
記載の噴霧方法。
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