JP4057292B2 - 噴射ノズル - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、高速の気体流や、気体流に液体や研掃用の粉粒体等を混入した高速の噴射流を形成する噴射ノズルに関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の従来の噴射ノズルにおいては、高速の噴射流を得る方法として、噴射ノズル内の流通路の途中の流路面積を絞るという技術手段が採用されていた。因みに、流通路の途中の流路面積を絞ることにより気体流の流速を音速近傍まで上昇させることが可能である。さらに、噴射ノズル内の流路面積を絞った後、その下流側の流路面積を徐々に拡大した中細末広がり状に形成することにより、気体を更に超音速まで加速して噴射することも可能である。すなわち、最小径部の手前に前広がり状の前方テーパ部を形成するとともに最小径部の下流側に末広がり状の後方テーパ部を形成した、いわゆるラバールノズル状に形成した中細末広がり状の気体流通路の場合には、その前方テーパ部の入口部分、最小径部分及び後方テーパ部の出口部分の相対的な圧力関係などの条件が整うと、例えば最小径部における流速を音速近傍まで上昇させ、更に後方テーパ部において超音速に上昇させる増速作用も可能であることは、流体工学等において広く知られているところである（例えば、日本機械学会発行「機械工学便覧」（１９８７年４月１５日）Ａ５−５８頁参照）。そして、このラバールノズルの増速作用を用いて超音速の噴射速度を図った噴射ノズルも提案されている（特開平１０−１５６２２９号公報）。しかしながら、以上のように噴射ノズル内の流通路の途中の流路面積を絞るという技術手段を採用しただけでは、ノズル噴射口の近傍の噴射速度を上げることはできても、ノズル噴射口から離れるにつれて噴射流の流速が減衰して減速してしまうという問題は解決されていなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、以上のような従来の技術的状況に鑑みて発明したもので、噴射口から噴射された後の噴射流の減衰を抑制して、より遠くまで高速の噴射流を維持し得る噴射ノズルを提供することを目的とするものである。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、請求項１の発明では、外側ノズルの内方に、該外側ノズルの内方を流通する加圧気体流を外側気体流と内側気体流に分割する内側ノズルを配設し、それらの外側ノズルと内側ノズルとの間を流通する外側気体流の流速が前記内側ノズルの内方を流通する内側気体流より高速になるように構成し、内側気体流をより高速の外側気体流で包囲した状態で噴射することにより、噴射後の流速に関する減衰を抑制するという技術手段を採用した。以上のように、この請求項１の発明では、外側ノズルの内方を流通する同じ加圧気体流を内側ノズルにより外側気体流と内側気体流とに分割するという基本構成を採用している。請求項２の発明では、前記内側ノズルの内方を流通する内側気体流の流量がその内側ノズルと外側ノズルとの間を流通する外側気体流より大になるように構成した。さらに、請求項３の発明では、前記内側ノズルと外側ノズルとの間に形成される流路面積が最小の最小流路部より下流側の流通路の流路面積を下流側へ向けて徐々に拡大するように形成し、外側気体流の増速を図った。請求項４の発明では、前記外側気体流の噴射方向がノズルの中心線と平行若しくは内側へ指向するように、内側ノズルと外側ノズルとの間の流通路を形成した。請求項５の発明では、前記内側ノズルの下流側端部を外側ノズルの下流側端部より内側に配置した。また、請求項６の発明では、前記内側ノズルの内方に流速調整部材を配設し、請求項７の発明では、その流速調整部材に液体噴射口を設けて、噴射流に適宜の液体を混入し得るように構成した。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本発明に係る噴射ノズルは、エアブロー用として広く適用することができ、建物や車両、航空機などの種々の物体に付着した汚れや水滴、雪などの除去や乾燥用手段等として有効である。また、噴射流に適宜の液剤を混入させることも可能である。さらに、噴射流に研掃材を混入させてブラスト加工用の噴射ノズルとして適用することも可能である。ノズルの具体的な構成に関しては、種々の設定が可能であり、要は外側ノズルと内側ノズルとの間を流通する外側気体流の流速が内側ノズルの内方を流通する内側気体流より高速になり、内側気体流をより高速の外側気体流で包囲した状態で噴射することにより、とりわけ内側気体流の噴射後の減衰を抑制し得るものであればよい。また、その外側ノズルと内側ノズルとの間を流通する外側気体流の供給の仕方に関しては、以下の実施例のように外側ノズルに供給される気体流を内側ノズルにより分割して供給するものであればよい。すなわち、外側ノズルの内方を流通する同じ加圧気体流を内側ノズルによって分割供給するものであればよい。また、外側ノズルと内側ノズルとの間に形成される外側流通路に関しては、その途中の流路面積が最小の最小流路部より下流側の流通路の流路面積を下流側へ向けて徐々に拡大して末広がり状に形成することにより、超音速の外側気体流を形成し得るように構成したものが望ましいが、それに限定されるものではない。同様に、内側ノズルの内方の内側流通路に関しても、中細末広がり状のラバールノズル状に形成したものでもよいが、それに限定されるものではない。さらに、内側気体流の流速を外側気体流の流速との関係において適度の流速に調整するため、内側ノズルの内方の内側流通路に流速調整部材を配設するようにしてもよい。特に、内側流通路をラバールノズル状に形成した場合には、その最小径部の上流側に設けることが好ましい。さらに、前記流速調整部材の適宜部分に液体の噴射口を設けて、噴射流に液剤等を混入させるも可能である。なお、外側ノズルの内方に配設する内側ノズルの設置数を増やして、流通路を更に分割することも可能である。この場合には、最外周の気体流の流速を内側の気体流に比べて最も高速に設定する。最外周の気体流を最も高速に設定すれば、その内側の気体流相互間の流速に関しては制約さない。例えば、外側へ向けて段階的に流速を上げたり、途中に内側より流速の遅い気体流が介在した形態なども可能である。
【０００６】
【実施例】
以下、図面を用いて本発明の実施例に関して説明する。図１は本発明の第１実施例を示した縦断面図、図２はＡ−Ａ拡大断面図、図３は要部拡大図である。図示のように、噴射ノズルは、外側ノズル１とその内側に配設した内側ノズル２から構成される。本実施例では、外側ノズル１を２つの構成部分１ａ，１ｂに分割構成し、これに対応して内側ノズル２を構成部分２ａ，２ｂに分割した場合を例示した。外側ノズル１の内方は、内側ノズル２により上流側の流通路３を外側流通路４と内側流通路５に分割している。なお、外側ノズル１の上流側には気体供給管６が接続され、流通路３に加圧気体を供給する。外側ノズル１の構成部分１ａと内側ノズル２の構成部分２ａとの間に断面積が一定の外側流通路４ａを形成した。また、外側ノズル１の構成部分１ｂと内側ノズル２の構成部分２ｂとの間に外側気体流を増速する外側流通路４ｂを形成した。すなわち、図３に示したように、外側ノズル１の構成部分１ｂの内面は、大径部７と小径部８とそれらの間に位置するテーパ部９から構成した。他方、内側ノズル２の構成部分２ｂの外面は、大径部７に対向する大径部１０と、テーパ部９より傾斜の緩やかなテーパ部１１とから構成し、外側ノズル１の構成部分１ｂとの間に、流路面積が最小の最小流路部１２を挟んで、流路面積を先細状に徐々に縮小した前方テーパ状流通路１３と流路面積を末広がり状に徐々に拡大した後方テーパ状流通路１４を形成している。これにより、外側流通路４を流通する外側気体流に関しては、前方テーパ状通路１３にて増速し、最小流路部１２において例えば音速近傍まで流速を上昇させた後、更に後方テーパ状通路１４にて増速して超音速に流速を上昇させることも可能である。この後方テーパ状通路１４における増速の際に気体流の密度が減少し、内側気体流はより密度の小さい外側気体流によって包囲されることになる。また、後方テーパ状通路１４は、外側ノズル１の構成部分１ｂの内面に形成された一定の内径からなる小径部８と、内側ノズル２の構成部分２ｂの外面に形成された緩やかな先細状のテーパ部１１との間に形成されることから、外側気体流の噴射方向は若干内側へ指向され、内側気体流の減衰抑制にも有効である。なお、外側ノズル１の構成部分１ｂの内面形状を小径部８に替え、内側ノズル２の構成部分２ｂの外面に形成された前記テーパ部１１との関係を勘案しながら先細状ないし末広がり状のテーパ状に形成することも可能である。
【０００７】
なお、図２に示したように、前記内側ノズル２は、本実施例では構成部分２ａの外周部に設けた３つの支持部材１５を介して外側ノズル１の構成部分１ａの内方に同心的に支持した。また、内側ノズル２の下流側端部１６は、図１に示したように外側ノズル１の内側に配置されるように、外側ノズル１の下流側端部である噴射口１７より上流側に位置するように短く設定した。これにより、外側ノズル１の噴射口１７と内側ノズル２の下流側端部１６との間に形成される空間１８において、周囲を外側ノズル１の構成部分１ｂの内周面で規制された状態にて、内側流通路５を経て送られる内側気体流の外周部を外側流通路４ｂを経て送られる高速の外側気体流により包囲した噴射流が形成され、その後に噴射口１７から外部へ噴射されることになるので、噴射流形成時における乱れや拡がりの少ない強力な噴射流が得られる。また、本実施例では、内側ノズル２の内方の前方テーパ部１９と後方テーパ部２０との間に形成された最小径部２１の上流側に流速調整部材２２を配設して、内側流通路５内を流通する内側気体流の流速を外側気体流との関係において適度の流速に調整した。なお、流速調整部材２２は、図２に示したように３つの支持部材２３を介して内側ノズル２の構成部分２ａの内側に支持した。
【０００８】
図４は本発明の第２実施例の要部を拡大して示した縦断面図である。本実施例に係る外側ノズル２４は、内側ノズル２５の内方に配設した流速調整部材２６に液体噴射口２７を設け、その液体噴射口２７に接続した液体供給路２８を経て内側ノズル２５の内方の内側流通路２９を流通する内側気体流に対して適宜の液体を混入できるように構成した点で特徴を有しており、他の点では前記第１実施例と基本的に異なるところはない。なお、図中３０は液体供給用の接続部を示したものである。
【０００９】
【発明の効果】
本発明によれば、高速の外側気体流で内側気体流を包囲した状態で噴射するように構成したので、噴射後の噴射流の減衰を抑制することができ、より遠くまで高速の噴射流を維持することが可能である。しかも、外側ノズルの内方を流通する同じ加圧気体流を内側ノズルにより外側気体流と内側気体流とに分割するように構成したので、噴射の対象である加圧気体の噴射ノズルへの供給は、前記外側ノズルの内方への供給だけで済むとともに、その外側ノズルの内方を流通する加圧気体流を内側ノズルによって分割するだけであるから、前記加圧気体の供給手段やノズルの内部構造が単純化される。さらに、内側ノズルと外側ノズルとの間に形成される流路面積が最小の最小流路部より下流側の流通路の流路面積を下流側へ向けて徐々に拡大するように形成することにより、外側気体流の流速を超音速まで上昇させて減衰抑制作用を向上することも可能である。また、内側ノズルの下流側端部を外側ノズルの下流側端部より内側に配置することにより、噴射流形成時の乱れや拡がりを抑えて強力な噴射流を形成することが可能である。さらに、内側ノズルの内方に流速調整部材を配設することにより、内側気体流の流速を外側気体流との関係において適度の流速に調整することができる。なお、流速調整部材に液体噴射口を設けて適宜の液体を混入した噴射流を形成することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例を示した縦断面図である。
【図２】 図１のＡ−Ａ拡大断面図である。
【図３】 図１の要部拡大図である。
【図４】 本発明の第２実施例の要部を拡大して示した縦断面図である。
【符号の説明】
１…外側ノズル、１ａ，１ｂ…外側ノズルの構成部分、２…内側ノズル、２ａ，２ｂ…内側ノズルの構成部分、３…流通路、４…外側流通路、５…内側流通路、６…気体供給管、７…大径部、８…小径部、９…テーパ部、１０…大径部、１１…テーパ部、１２…最小流路部、１３…前方テーパ状通路、１４…後方テーパ状通路、１５…支持部材、１６…内側ノズルの下流側端部、１７…噴射口、１８…空間、１９…前方テーパ部、２０…後方テーパ部、２１…最小径部、２２…流速調整部材、２３…支持部材、２４…外側ノズル、２５…内側ノズル、２６…流速調整部材、２７…液体噴射口、２８…液体供給路、２９…内側流通路、３０…液体供給用の接続部

Claims (7)

1. 外側ノズルの内方に、該外側ノズルの内方を流通する加圧気体流を外側気体流と内側気体流に分割する内側ノズルを配設し、それらの外側ノズルと内側ノズルとの間を流通する外側気体流の流速が前記内側ノズルの内方を流通する内側気体流より高速になるように構成したことを特徴とする噴射ノズル。
2. 前記内側ノズルの内方を流通する内側気体流の流量がその内側ノズルと外側ノズルとの間を流通する外側気体流の流量より大になるように構成した請求項１に記載の噴射ノズル。
3. 前記内側ノズルと外側ノズルとの間に形成される流路面積が最小の最小流路部より下流側の流通路の流路面積を下流側へ向けて徐々に拡大するように形成した請求項１又は２に記載の噴射ノズル。
4. 前記外側気体流の噴射方向がノズルの中心線と平行若しくは内側へ指向するように、内側ノズルと外側ノズルとの間の流通路を形成した請求項１〜３のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
5. 前記内側ノズルの下流側端部を外側ノズルの下流側端部より内側に配置した請求項１〜４のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
6. 前記内側ノズルの内方に流速調整部材を配設した請求項１〜５のいずれか一項に記載の噴射ノズル。
7. 前記流速調整部材に液体噴射口を設けた請求項６に記載の噴射ノズル。

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