(57)【要約】【課題】気体の運動量を効率的に液体に受け渡すことができ、効率的な昇圧が可能なインジェクタを提供する。【解決手段】本発明に係るインジェクタ１は、先端開口部７に向かうにしたがって縮径して途中に流路断面積が最小となるのど部９を経て拡径する、内部に気体流路を形成する気体ノズル３と、気体ノズル３の内壁との間に所定の隙間を介して配設されてその内部に液体流路を、その外部に気体流路を形成すると共に、のど部９の上流側に液体が噴出される液体噴出口１５が形成された液体ノズル５とを有し、液体噴出口１５の下流側で液体に気体を接触させて気体を液体に溶解又は凝縮させて液体を昇圧させるインジェクタ１であって、液体ノズル５における液体噴出口１５が形成された先端面において、流路径方向を半径方向とした仮想円であって前記気体流路と前記液体流路を交互に横切るものを描くことができるように、液体ノズル５の先端部１１が形成されている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端開口部に向かうにしたがって縮径して途中に流路断面積が最小となるのど部を経て拡径する、内部に気体流路を形成する気体ノズルと、
該気体ノズルの内部に該気体ノズルの内壁との間に所定の隙間を介して配設されてその内部に液体流路を、その外部に気体流路を形成すると共に、前記のど部の上流側に液体が噴出される液体噴出口が形成された液体ノズルとを有し、
前記液体噴出口の下流側で液体に気体を接触させて前記気体を前記液体に溶解又は凝縮させて前記液体を昇圧させるインジェクタであって、
前記液体ノズルにおける前記液体噴出口が形成された先端面において、流路径方向を半径方向とした仮想円であって前記気体流路と前記液体流路を交互に横切るものを描くことができるように、前記液体ノズルの先端部が形成されていることを特徴とするインジェクタ。
【請求項２】
前記液体ノズルにおける少なくとも先端部の周壁は、径方向内側に凹む形状であることを特徴とする請求項１記載のインジェクタ。
【請求項３】
前記液体ノズルにおける少なくとも先端部において、前記液体流路は、平行な複数の流路に分かれ、前記液体ノズルの先端部の外周壁には径方向内側に凹むスリットが形成されていることを特徴とする請求項１記載のインジェクタ。
【請求項４】
前記液体ノズルにおける少なくとも先端部は、複数の細管で形成され、該複数の細管が所定の間隔を離して配置されていることを特徴とする請求項１記載のインジェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体ノズルの内部に液体ノズルを配設し、液体噴出口の下流側で液体に気体を接触させて気体を液体に溶解又は凝縮させて液体を昇圧させるインジェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
蒸気で駆動するインジェクタの昇圧は、蒸気と水の混合部において、蒸気が水に凝縮する際、蒸気の運動量が水に受け渡され、水の速度が増すことによる動圧増加で起こる現象である。
インジェクタの昇圧性能は、水への蒸気の凝縮しやすさによって影響されるため、昇圧性能を向上するには蒸気の水への凝縮を効率よく行う必要がある。
この点、特許文献１において、液体ノズルの先端面に複数の孔を設け、水噴流の表面積を増やすことによって凝縮効率を向上する技術が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６０３２９７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
インジェクタの昇圧において、運動量の授受に関わるのは、水の流れの軸（以下、「水流軸」という）に平行な蒸気の速度成分のみである。この点、特許文献１の気体ノズルでは、水流軸に対して蒸気が斜め方向から流入して接触する構造であるため、流入する蒸気は水流軸に垂直な速度成分を持っている。この水流軸に垂直な速度成分は、インジェクタの昇圧に寄与することなく、水流を挟んで反対側より流入する蒸気の水流軸に垂直な速度成分によって打ち消されるため、損失となっていた。
【０００５】
上記の説明では、気体として蒸気、液体として水を例に挙げたが、上述の課題は液体に気体を接触させて気体を液体に溶解又は凝縮させて液体を昇圧させるインジェクタ全般に共通するものである。
【０００６】
本発明はかかる課題を解決するためになされたものであり、気体の運動量を効率的に液体に受け渡すことができ、効率的な昇圧が可能なインジェクタを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係るインジェクタは、先端開口部に向かうにしたがって縮径して途中に流路断面積が最小となるのど部を経て拡径する、内部に気体流路を形成する気体ノズルと、
該気体ノズルの内部に該気体ノズルの内壁との間に所定の隙間を介して配設されてその内部に液体流路を、その外部に気体流路を形成すると共に、前記のど部の上流側に液体が噴出される液体噴出口が形成された液体ノズルとを有し、
前記液体噴出口の下流側で液体に気体を接触させて前記気体を前記液体に溶解又は凝縮させて前記液体を昇圧させるインジェクタであって、
前記液体ノズルにおける前記液体噴出口が形成された先端面において、流路径方向を半径方向とした仮想円であって前記気体流路と前記液体流路を交互に横切るものを描くことができるように、前記液体ノズルの先端部が形成されていることを特徴とするものである。
【０００８】
（２）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記液体ノズルにおける少なくとも先端部の周壁は、径方向内側に凹む形状であることを特徴とするものである。
【０００９】
（３）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記液体ノズルにおける少なくとも先端部において、前記液体流路は、平行な複数の流路に分かれ、前記液体ノズルの先端部の外周壁は径方向内側に凹むスリットが形成されていることを特徴とするものである。
【００１０】
（４）また、上記（１）に記載のものにおいて、前記液体ノズルにおける少なくとも先端部は、複数の細管で形成され、該複数の細管が所定の間隔を離して配置されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係るインジェクタは、液体ノズルにおける前記液体噴出口が形成された先端面において、流路径方向を半径方向とした仮想円であって気体流路と液体流路を交互に横切るものを描くことができるように、前記液体ノズルの先端部が形成されていることにより、気体の運動量を効率的に液体に受け渡すことができ、効率的な昇圧が可能となっている。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施の形態１に係るインジェクタの説明図である。
【図２】図１に示したインジェクタにおける液体ノズルの先端面の説明図である。
【図３】図１に示したインジェクタの作用の説明図である。
【図４】実施の形態２に係るインジェクタの説明図である。
【図５】図４に示したインジェクタにおける液体ノズルの内部の説明図である。
【図６】図４に示したインジェクタにおける液体ノズルの外部の説明図である。
【図７】図４に示したインジェクタにおける液体ノズルの先端面の説明図である。
【図８】図４に示したインジェクタの作用の説明図である。
【図９】実施の形態３に係るインジェクタの説明図である。
【図１０】図９に示したインジェクタにおける液体ノズルの内部の説明図である。
【図１１】図９に示したインジェクタにおける液体ノズルの先端面の説明図である。
【図１２】図９に示したインジェクタの作用の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
［実施の形態１］
実施の形態１に係るインジェクタを図１〜３に基づいて説明する。
本実施の形態のインジェクタ１は、水等の液体に蒸気等の気体を接触させて気体を液体に溶解又は凝縮させて液体を昇圧させるものであって、図１に示すように、蒸気等の気体（図中、破線の矢印参照）が流通する気体ノズル３と、気体ノズル３の内部に配設されて水等の液体（図中、実線の矢印参照）が流通する液体ノズル５とを有している。
以下、各構成を詳細に説明する。
【００１４】
＜気体ノズル＞
気体ノズル３は、先端開口部７に向かうにしたがって縮径して途中に流路断面積が最小となるのど部９を経て拡径する、蒸気等の気体が流通する気体流路を形成するものである。気体ノズル３の内部には液体ノズル５が配設されており、のど部９の上流側において液体ノズル５から液体が噴出し、液体に気体が凝縮又は溶解するので、気体ノズル３内の下流側は気体が凝縮又は溶解した液体、もしくは、気体が凝縮又は溶解した液体と気体の両方が流通することになる。
上記のように、気体ノズル３の内部には液体ノズル５が配設され、気体ノズル３が先端開口部７に向かうにしたがって縮径しているため、液体ノズル５が配設されている範囲においては、気体ノズル３の内部の気体流路面積は液体ノズル５の最先端部１１ａにおいて最小になる。そのため、液体ノズル５の最先端部１１ａにおいて設計上最大の気体流速を得ることができる。
【００１５】
＜液体ノズル＞
液体ノズル５は、気体ノズル３の内部に気体ノズル３の内壁との間に所定の隙間を介して配設されてその内部は液体が流通する液体流路となっている。液体ノズル５の先端部１１は、上流側よりも小径の細管部１３となっており、細管部１３の先端は気体ノズル３におけるのど部９の上流側に位置している。
【００１６】
細管部１３は、図２、図３に示すように、外周面の５箇所が径方向内側にＶ字状に凹み、軸方向直交断面が星形の凹凸形状になっている。そして、細管部１３の先端には、星形の液体噴出口１５が形成されている。
細管部１３の外面側は気体が流れる気体流路となり、細管部１３の内部は液体が流れる液体流路となる。
したがって、図２に示すように、細管部１３における液体噴出口１５が形成された先端面において、流路径方向を半径方向とした図中の二点鎖線で示すような仮想円を描くと、仮想円が気体流路と液体流路を交互に横切ることができる。仮想円が気体流路と液体流路を交互に横切るということは、液体噴出口１５の近傍において、気体流路と液体流路とが仮想円の同じ半径の位置に隣接して形成されていることになり、気体と液体の接触面積を増大させつつ両者がほぼ平行に流れることができることを意味している。
【００１７】
なお、細管部１３は、液体噴出口１５に向かうにつれて内径が縮小するテーパー形状、または液体噴出口１５に向かうにつれて外径が縮小するテーパー形状、あるいはその両方を備えたテーパー形状であってもよい。
【００１８】
上記のように構成された本実施の形態によれば、気体流路を流れる気体は、図１、図３に示すように、気体ノズル３の内側であって液体ノズル５の外面に沿って流れる。細管部１３の外面が星形に凹凸しているので、気体はこの凹凸に沿って流れる。
他方、液体ノズル５内を流れる液体は液体ノズル５の先端部１１では細管部１３内を流れ、星形の液体噴出口１５から噴出される。液体噴出口１５の下流側では液体と気体が接触するが、気体は細管部１３の凹凸に沿って流れているので、液体の流れの軸に平行な流れになっており、かつ気体と液体との接触面積が大きくなっている。このため、特許文献１に示された従来のものに比較して気体の運動量を効率よく液体に受け渡すことができ、液体の効率的な昇圧が可能となる。
なお、本実施形態では外周面と内周面が５箇所ずつ径方向内側にＶ字状に凹んでいる例を示したが、５箇所に限定されるものではなく、また外周面と内周面で凹みの数が異なっていても構わない。また、凹みの形状もＶ字状に限定されるものでもない。
【００１９】
［実施の形態２］
本実施の形態に係るインジェクタ１７を図４〜図８に基づいて説明する。なお、図４〜図８において、図１〜図３に示した実施の形態１と同一又は対応する部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態のインジェクタ１７が実施の形態１と異なる点は、液体ノズル５の先端部１１の形状であるので、この点について以下詳細に説明する。
【００２０】
本実施の形態の液体ノズル５の先端部１１は、内部の液体流路が平行な複数の流路に分かれており、複数の流路の先端が液体噴出口１５となっている（図７参照）。そして、液体ノズル５の先端部１１の外周壁には径方向内側に凹む断面矩形状のスリット１９が複数形成されている。スリット１９は、液体ノズル５の先端面において、当該断面の径方向には、最外径に位置する液体噴出口１５よりも内径側に延出し、かつ当該断面の周方向に隣り合うスリットは、液体噴出口１５を挟むように形成されている（図７参照）。液体ノズル５の外周壁のスリット１９は気体が流れる気体流路となり、液体ノズル５の内部の複数の流路は液体が流れる液体流路となる。
【００２１】
したがって、図７に示すように、液体ノズル５の先端部１１における液体噴出口１５が形成された先端面において、流路径方向を半径方向とした仮想円を描くと、仮想円が気体流路と液体流路を交互に横切ることができる。仮想円が気体流路と液体流路を交互に横切るということは、実施の形態１において説明したように、液体噴出口１５の近傍において、気体流路と液体流路とが仮想円の同じ半径の位置に隣接して形成されていることを意味し、気体と液体の接触面積を増大させつつ両者がほぼ平行に流れることができることを意味している。
【００２２】
上記のように構成された本実施の形態によれば、気体流路を流れる気体は、図４、図６、図８に示すように、気体ノズル３の内側であって液体ノズル５の外面に沿って流れる。液体ノズル５の先端部１１にはスリット１９が形成されているので、気体はこのスリット１９に沿って流れる。
他方、液体ノズル５内を流れる液体は、液体ノズル５の先端部１１では複数の流路に分かれて流れ、複数の液体噴出口１５から噴出される。液体噴出口１５の下流側では液体と気体が接触するが、気体はスリット１９に沿って流れているので、液体の流れの軸に平行な流れになっている。このため、特許文献１に示された従来のものに比較して気体の運動量を効率よく液体に受け渡すことができ、液体の効率的な昇圧が可能となる。また、気体と液体の接触面積も大きくなっており、効率的に気体が凝縮又は溶解できるので、この点でも、液体の効率的な昇圧が可能となる。
【００２３】
なお、上記の例ではスリット１９を６個形成した例であったが、スリット１９は少なくとも１本あればその効果を得ることができる。
また、上記の例では、液体ノズル５の先端部１１に複数の液体噴出口１５を設けた例を示したが、液体噴出口１５は１つ以上であればよい。また、液体噴出口１５の形状は円形に限らず、例えば星形であってもよく、その場合には、スリット１９を星形の凹凸に合わせて設けるようにするのが好ましい。
【００２４】
［実施の形態３］
本実施の形態に係るインジェクタ２１を図９〜図１２に基づいて説明する。なお、図９〜図１２において、図１〜図３に示した実施の形態１と同一又は対応する部分には同一の符号を付してある。
本実施の形態のインジェクタ２１が実施の形態１と異なる点は、液体ノズル５の先端部１１の形状であるので、この点について以下詳細に説明する。
【００２５】
本実施の形態の液体ノズル５の先端部１１は、複数の細管２３によって形成され、各細管２３の端部が液体噴出口１５となっている。本実施の形態の各細管２３の周壁は、図１０に示すように、先端ほど肉薄となった断面がテーパー状の管によって形成されている。もっとも、各細管２３の周壁はテーパーであることは必須ではなく、図１１、図１２では周壁の肉厚が一定の場合を図示している。
【００２６】
液体ノズル５の先端部１１を複数の細管２３から形成したことで、各細管２３の内部は液体が流れる液体流路となり、各細管２３の外周面は気体が流れる気体流路となる。
したがって、図１１に示すように、液体ノズル５の先端部１１における液体噴出口１５が形成された先端面において、流路径方向を半径方向とした仮想円を描くと、仮想円が気体流路と液体流路を交互に横切ることができる。仮想円が気体流路と液体流路を交互に横切るということは、気体と液体の接触面積を増大させつつ両者がほぼ平行に流れることができることを意味している。
【００２７】
上記のように構成された本実施の形態によれば、気体流路を流れる気体は、図９、図１２に示すように、気体ノズル３の内部であって液体ノズル５の外面に沿って流れる。液体ノズル５の先端部１１には複数の細管２３が形成されているので、気体は細管２３の周面に沿って流れる。
他方、液体ノズル５内を流れる液体は、液体ノズル５の先端部１１では複数の細管２３内に分かれて流れ、複数の液体噴出口１５から噴出される。液体噴出口１５の下流側では液体と気体が接触するが、気体は各細管２３の周面に沿って流れているので、液体の流れの軸に平行な流れになっている。このため、特許文献１に示された従来のものに比較して気体の運動量を効率よく液体に受け渡すことができ、液体の効率的な昇圧が可能となる。
【００２８】
また、液体ノズル５の先端部１１を複数の細管２３で形成したことで、液体噴出口１５において液体を複数の流れで噴出させることができ、気液接触面積が増すため、気体の凝縮又は溶解の効果が高い。
【００２９】
なお、上記の実施の形態１〜３では、液体ノズル５の先端部１１の形状について具体的に特定したが、本発明の液体ノズル５の先端部１１の形状は実施の形態１〜３のものに限られず、液体ノズル５における液体噴出口１５が形成された先端面において、流路径方向を半径方向とした仮想円であって前記気体流路と前記液体流路を交互に横切るものを描くことができるように、前記液体流路の先端部１１が形成されていればよい。
また、気体と液体の流れ方向をできるだけ平行に近づけるために、先端部１１の軸方向長さは、液体ノズル５の最先端部１１ａにおける気体流路断面積と等価面積を有する円の直径の2倍以上とするとなおよい。
【符号の説明】
【００３０】
１  インジェクタ（実施の形態１）
３  気体ノズル
５  液体ノズル
７  先端開口部
９  のど部
１１  先端部
１１ａ  最先端部
１３  細管部
１５  液体噴出口
１７  インジェクタ（実施の形態２）
１９  スリット
２１  インジェクタ（実施の形態３）
２３  細管
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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