(57)【要約】【課題】ミスト噴射弁への供給水圧が給湯栓からの動水圧程度である場合にも、正常なスプレー・パターンを得ることができ、微細なミストを噴霧することが可能なミスト噴射弁を提供する。【解決手段】断面円形の旋回流発生室１４と、旋回流発生室１４にほぼ接線方向に連通している１乃至複数の流入口１５と、旋回流発生室１４の一端に開口し、旋回流発生室１４の中心軸と同軸にオリフィス形状に形成された噴射口１６を備えたミスト噴射弁１において、旋回流発生室１４から噴射口１６の出口にかけての内壁面の曲折部分をすべて滑らかな曲面で形成する。これにより、旋回流発生室の内部で渦巻流を乱す乱流の発生が抑えられ、入水圧が低い場合であっても、噴射される薄水膜はよく広がり、ホロコーンの乱れが少なくなる。そして、膜状分裂が良好となり、噴射圧が低くても、細かい噴霧を得ることが可能となる。【選択図】        図１
2006150149.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
断面円形の旋回流発生室と、
前記旋回流発生室にほぼ接線方向に連通している１乃至複数の流入口と、
前記旋回流発生室の一端に開口し、前記旋回流発生室の中心軸と同軸にオリフィス形状に形成された噴射口と、
を備えたミスト噴射弁において、
前記旋回流発生室から前記噴射口の出口にかけての内壁面の曲折部分がすべて滑らかな曲面に形成されていることを特徴とするミスト噴射弁。
【請求項２】
前記噴射口の最狭部の断面積Ｓ２と、すべての前記流入口の総断面積Ｓ１との比率が、Ｓ２：Ｓ１＝１：１．８〜１：２．４であることを特徴とする請求項１記載のミスト噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ミスト・サウナ装置等でミストを発生するノズルとして使用されるミスト噴射弁に係るもので、特に、低水圧で供給される水又は温水を旋回流（渦巻流：swirl）として空円錐（hollow-cone）状に噴射するミスト噴射弁に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、浴室内の暖房や、家庭の浴室でサウナを楽しむための装置としてミスト・サウナ装置が普及している。ミスト・サウナ装置は、給湯器や太陽熱温水器などから供給される温水を、温水ミストとして浴室内に噴霧し、浴室内の暖房を行う装置である。このようなミスト・サウナ装置では、温水をミストとして噴霧するミスト噴射弁が使用される。
【０００３】
流体を微粒子化（ミスト化）するミスト噴射弁としては、従来から圧力式微粒子化弁として様々なノズルが考案されている。主要な圧力式微粒子化弁は、図９に示したように、単一噴孔ノズル、単純渦巻噴射弁、重複渦巻噴射弁、２重噴孔噴射弁、ファンスプレーノズル、還流噴射弁などに分類される（非特許文献１参照）。ミスト・サウナ装置のように入水圧が比較的低いような装置では、通常は、低い入水圧でも細かい噴霧が得られる渦巻噴射弁（swirl nozzle）が使用される。
【０００４】
図１０に、典型的な渦巻噴射弁（単純渦巻噴射弁）の動作原理図を示す。渦巻噴射弁は、渦巻流を利用して液体を膜状分裂により微粒子化するノズルである。上水道や給湯器から供給される水は流入口１０１から旋回流発生室１０２に流入される。流入口１０１は、旋回流発生室１０２の側壁に、接線方向に開けられている。旋回流発生室１０２に流入された水は、入水圧によって旋回流発生室１０２内で旋回する。そして、旋回流発生室１０２の一端側壁に、旋回流発生室１０２の中心軸と同軸に開口形成された噴射口１０３から噴射される。このとき、旋回流発生室１０２内には、噴射口１０３から旋回流発生室１０２内にかけて中心軸上に空気芯１０８が生じる（図１０（ｂ）参照）。噴射された水は、旋回速度と軸方向速度とを持っている。従って、図１０に示されたように、空円錐状の薄水膜（空円錐水膜１０４）を形成する。空円錐水膜１０４は、運動方向に沿った波を持つ振動が発生するため、ついには進行に直角な方向に並んで孔１０５があき、表面張力のためこれがたちまち拡大して、孔と孔の境は紐状となり、次いで小さな紐状１０６となり、最終的に微粒子化してミスト１０７となる。このような微粒子化過程は「膜状分裂」と呼ばれている。
【０００５】
従来公知の単純渦巻噴射弁としては、例えば、特許文献１〜３に記載のものがある。ここでは、代表的に特許文献１記載の単純渦巻噴射弁を説明することとし、その構成を図１１に示す。
【０００６】
単純渦巻噴射弁１２０のノズル・ボディ１２１は、収容部１２２、区画部１２３、及びノズル口体１２４の３つの部分からなる。収容部１２２は、一端に水が流入する導入口１２２ａが形成され、他端が拡径した円筒管状体である。区画部１２３は、開口端側にフランジ状のスカート部１２３ａが形成された有底円筒状に形成されている。区画部１２３は、収容部１２２の拡径部分の管内に挿入され、スカート部１２３ａによって収容部１２２の端部を閉蓋している。区画部１２３の内部の空洞が旋回流発生室１２５となっている。旋回流発生室１２５の円筒状の側壁の一カ所に、円筒のほぼ接線方向に流入口１２６が穿孔されている。導入口１２２ａと旋回流発生室１２５とは、流入口１２６により連通されている。
【０００７】
区画部１２３のスカート部１２３ａ側には、中心軸に沿って噴射口１２７が穿孔された筒状のノズル口体１２４が嵌合されている。噴射口１２７は、その中央部１２４ａが縮径したオリフィス状に形成されている。噴射口１２７は、旋回流発生室１２５側の流入部１２４ｂの管壁が円錐台筒状に形成され、中央部１２４ａに向かって一定角度で縮径している。中央部１２４ａの内壁面は、直円筒状に形成されている。そして、流出部１２４ｃは徐々に開口面積が拡径するように形成されている。中央部１２４ａから流出部１２４ｃにかけての噴射口１２７内壁面は、滑らかに連続的な曲面（以下、「付着面」という。）に形成されている。
【０００８】
尚、ノズル口体１２４は旋回流発生室１２５の筒内に螺合されており、噴射口１２７の流入部１２４ｂの最大内径は、旋回流発生室１２５の内径よりも一定長さだけ小さく、流入部１２４ｂと旋回流発生室１２５との境界は、ノズル口体１２４の外側ねじ加工を確実にするため、段差状に縮径している。
【０００９】
この構成により、以下のような噴霧過程によりミストの噴霧が行われる。まず、導入口１２２ａから水又は温水（以下、「湯水」という。）が流入される。流入した湯水は、収容部１２２内を通って区画部１２３の周縁に回り込み、流入口１２６から旋回流発生室１２５に流入する。旋回流発生室１２５内に流入した湯水は、渦巻流となり、噴射口１２７を通って噴射される。噴射された湯水は、空円錐状に広がり、上述のように膜状分裂により微粒子化する。その結果、ミストの噴霧が行われる。
【００１０】
ここで、噴射口１２７の中央部１２４ａから流出部１２４ｃにかけては滑らかな曲面状に形成されているため、噴射口１２７から水が噴射される際、噴出される湯水は付着面に付着しながら噴出される。そのため、湯水の供給水圧が小さい場合でも噴霧角度を大きくすることができる。すなわち、低供給水圧でも膜状分裂を効率的に発生させ、ミストの噴霧を行うことができる。
【特許文献１】特開２０００−２５４５５６号公報
【特許文献２】特開平７−８８５３１号公報
【特許文献３】特開平１１−１５１４５７号公報
【非特許文献１】柳田博明監修，「微粒子工学大系  第１巻  基本技術」，初版，フジ・テクノシステム，２００１年１０月３１日，ｐ．２６９
【非特許文献２】小林清志，荒木信幸，牧野敦，「機械工学基礎講座  燃焼工学−基礎と応用−」，第１版，理工学社，１９８８年８月３１日，ｐｐ．７７−８６
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、ミスト・サウナ装置を通常の上水道や給湯栓に直接接続して使用する場合、上水道や給湯栓から送水される水や温水の供給水圧が非常に低くなる。具体的には、通常の上水道の供給水圧は０．３〜０．８ＭＰａ程度であるが、減圧弁、給湯器を経た実際の給湯栓の蛇口での動水圧（解放圧）は、０．０３５〜０．０４０ＭＰａ程度となる。
【００１２】
一方、上記従来の渦巻噴射弁を使用した場合、実験結果によれば、ノズル１個当たりの水量を０．３リットル／ｍｉｎとした場合、０．０５ＭＰａを下回る供給水圧では空円錐状のスプレー・パターンを維持することができない。また、同時に、斯かる低供給水圧の領域においては、薄水膜が十分に広がらないため、膜状分裂が十分に生じない。そのため、噴霧粒子が大きくなる。噴霧粒子の粒径（粒体積）が大きいと、渦巻噴射弁から温水が噴射された後も、温水の水滴の温度が下がりにくくなる。このとき温水の設定温度が高いと、高温の水滴が噴射されるおそれがあり、安全上の問題が生じる。
【００１３】
そこで、本発明の目的は、供給水量を０．２〜０．３リットル／ｍｉｎの場合に、供給水圧が０．０３５〜０．０４０ＭＰａ程度である場合にも、正常なスプレー・パターンを得ることができ、微細なミストを噴霧することが可能なミスト噴射弁を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記課題の解決をするために、本発明者は従来の単純渦巻噴射弁に対して、種々の改良を試みると共に、低供給水圧の領域においては、薄水膜が十分に広がらなくなる原因の究明を行った。その結果、低供給水圧では旋回流発生室と噴射口との間の内壁面が曲折した不連続面の部分において大きな乱流が生じ、これが旋回流発生室内を乱すことを突き止めた。この乱れによって、噴射口から噴射される空円錐水膜が乱され、その結果、膜状分裂が不完全となり正常なスプレー・パターンが得られないことが分かった。本発明は、以上のようにして得られた知見に基づいてなされたものである。
【００１５】
すなわち、本発明に係るミスト噴射弁は、断面円形の旋回流発生室と、前記旋回流発生室にほぼ接線方向に連通している１乃至複数の流入口と、前記旋回流発生室の一端に開口し、前記旋回流発生室の中心軸と同軸にオリフィス形状に形成された噴射口と、を備えたミスト噴射弁において、前記旋回流発生室から前記噴射口の出口にかけての内壁面の曲折部分がすべて滑らかな曲面に形成されていることを特徴とする。
【００１６】
このように、旋回流発生室から噴射口の出口にかけての内壁面の曲折部分をすべて滑らかな曲面に形成することによって、旋回流発生室の内部で渦巻流を乱す乱流の発生が抑えられる。そのため、噴射口から噴射される水に旋回力が良好に伝わる。従って、入水圧が低い場合であっても、噴射される薄水膜はよく広がり、空円錐（ホロコーン）の乱れが少なくなる。そして、噴射圧が低くても、細かい噴霧を得ることが可能となる。
【００１７】
また、本発明において、前記噴射口の最狭部の断面積Ｓ２と、すべての前記流入口の総断面積Ｓ１との比率が、Ｓ２：Ｓ１＝１：１．８〜１：２．４とすることができる。
【００１８】
この面積比とすることで、もっとも良好なスプレー・パターンを得ることが可能となる。
【発明の効果】
【００１９】
以上のように、本発明に係るミスト噴射弁によれば、旋回流発生室から噴射口の出口にかけての内壁面の曲折部分をすべて曲面に形成することによって、旋回流発生室から噴射口の出口まで水の旋回運動が良好に維持される。その結果、入水圧（動圧）が０．０３５ＭＰａと低いときに、噴射量が０．２６リットル／ｍｉｎの場合であっても、正常なスプレー・パターンが得られ、小さく均一な噴霧粒子を噴射させることが可能となる。
【００２０】
また、このミスト噴射弁を、ミスト・サウナ装置に使用すれば、出水圧が低圧の給湯器を使用することが可能となる。給湯器の出水圧が低圧であっても、噴霧粒子が小さいので、ミスト噴射弁の噴射口に近寄って火傷をするといった危険性を低くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例１に係るミスト噴射弁の構成を表す図である。図１（ａ）が噴射口の側から見たミスト噴射弁の正面図、図１（ｂ）がミスト噴射弁の側面図、図１（ｃ）がその断面図である。図２は、図１のミスト噴射弁のノズル口体の構成を表す図である。図２（ａ）はノズル口体の断面図、図２（ｂ）は、ノズル口体の背面図である。
【００２３】
ミスト噴射弁１は、中空筒状のノズル・ボディ２を備えている。ノズル・ボディ２の後端部２ａは、水又は湯（以下「湯水」という。）が流入される導入口３が開口している。また、ノズル・ボディ２の前端部２ｂには、内フランジ４が形成されている。
【００２４】
ノズル・ボディ２の筒内部には、導入口３の側から、押止コア５及びノズル口体６が設けられている。押止コア５は、導入口３の側から、螺合部７、連結部８、及び閉蓋部９の３つの部分から構成されている。螺合部７は、筒状で中心軸に沿って中央孔１０が穿孔されている。螺合部７の外側側壁には雄ネジ１１ａが刻設されている。この雄ネジ１１ａが、ノズル・ボディ２の筒内に刻設された雌ネジ１１ｂと螺合して、押止コア５をノズル・ボディ２の筒内に固定するとともに、ノズル口体６を内フランジ４に内側から押止している。
【００２５】
連結部８は、螺合部７と閉蓋部９とを連結する括れ部分である。連結部８は中心軸部分は中空であり、中心軸に沿って左右２本の部材で構成されている。左右２本の部材の間は横穴１２であり、導入口３から流入する温水は、中央孔１０を通って、横穴１２から閉蓋部９とノズル・ボディ２の筒内壁との間の流入路１３に流入することができる。
【００２６】
閉蓋部９は円柱ブロック状であり、ノズル口体６に圧接している。
【００２７】
ノズル口体６は、外周面が大径部６ａと小径部６ｂとの段差円筒形状に形成されている。小径部６ｂが内フランジ４に嵌合し、大径部６ａと小径部６ｂとの間の段差部６ｃが内フランジ４の内側に当接して押止コア５により押圧された状態で固定されている。ノズル口体６は、中心軸に沿って噴射口１６が穿孔されている。
【００２８】
大径部６ａの内側には断面円形の旋回流発生室１４が形成されている。旋回流発生室１４は、大径部６ａの端面側に形成された円形凹部１４ａを閉蓋部９が閉蓋することによって構成されている。
【００２９】
また、大径部６ａの端面側には、回転流発生室１４にほぼ接線方向に連通している２つの流入口１５，１５が形成されている。流入口１５，１５は、ノズル口体６の大径部６ａの端面側に形成された流入溝１５ａ，１５ａを閉蓋部９が閉蓋することによって構成されている。
【００３０】
旋回流発生室１４から小径部６ｂを貫通して、オリフィス状に噴射口１６が形成されている。噴射口１６は、旋回流発生室１４の側から噴射口１６中央にかけて徐々に縮径し、噴射口１６中央の径が最も小さく、噴射口１６中央から噴射口１６の出口にかけて徐々に拡径する流路形状に形成されている。また、旋回流発生室１４から噴射口１６の出口にかけての内壁面の曲折部分２０，２１，２２がすべて滑らかな曲面に形成されている。
【００３１】
更に、噴射口１６中央の最小径部分の流路面積（以下「噴射流路面積」という。）をＳ２、各流入口１５の流路面積の和（以下「流入流路面積」という。）をＳ１とすると、面積比はＳ２：Ｓ１＝１：１．８〜１：２．４となるように形成されている。
【００３２】
以上のような構成の本実施例のミスト噴射弁について、以下その動作を説明する。まず、導入口３に水道栓や給湯栓から水又は温水（以下まとめて「水」という。）が流入される。導入口３に流入した水は、押止コア１０の中央孔１０から横穴１２を通り、流入路１３へ流入する。そして、２つの流入口１５，１５から旋回流発生室１４に流入する。流入口１５は、旋回流発生室１４の接線方向に向けて開口しているので、旋回流発生室１４に流入した水は、旋回流発生室１４の壁面に沿って旋回し渦流を形成する。そして、旋回しながらノズル口体６の軸方向に進み、噴射口１６を通ってミスト噴射弁１の先端から噴射される。噴射された水は、旋回速度と軸方向速度を持ったまま噴射され、空円錐（ホロコーン）状の薄水膜を形成する。そして、薄水膜は膜状分裂により微粒子化しミストとなる。これにより、ミストが噴霧される。
【００３３】
ここで、旋回流発生室１４から噴射口１６の出口にかけての内壁面の曲折部分２０，２１，２２は、すべて滑らかな曲面に形成されているので乱流が生じにくい。従って、旋回流発生室１４から噴射口１６の出口に旋回しながら移動する水流は、大きな乱流を生じることなく噴射口１６から噴射されるため、旋回力のロスが小さい。従って、給湯栓のように流入口１５からの供給水圧が低い場合でも噴射口１６の出口まで水の旋回運動が保たれ、噴射口１６から噴射される水は空円錐状の正常な薄水膜を形成する。従って、正常なスプレー・パターンが得られ、また、膜状分裂により粒径が小さく均一なミストが噴霧される。
【００３４】
最後に、噴射流路面積Ｓ２と流入流路面積Ｓ１との面積比とスプレー・パターンとの関係についての実験結果について説明する。
【００３５】
使用したミスト噴射弁の寸法は、噴射口１６の最小直径が１．４ｍｍφ、噴射口１６の長さが２ｍｍ、旋回流発生室１４の直径が４．７８ｍｍφ、旋回流発生室１４の高さが２ｍｍとした。
【００３６】
図３〜図１０は、噴射流路面積Ｓ２と流入流路面積Ｓ１との面積比Ｒ＝Ｓ２：Ｓ１を変化させたときのスプレー・パターンの変化を表す図である。何れの場合においても、導入口３へ供給する水の供給水圧は０．０４ＭＰａとしている。
【００３７】
供給水圧０．０４ＭＰａにおいて、面積比Ｒ＝１：２のときには、図３に示したように、正常な空円錐状の薄水膜が形成され、良好なスプレー・パターンが得られる。そこで、面積比Ｒ＝１：２を基準として、その上下に面積比Ｒを変化させた実験結果を（表１）に示す。
【００３８】
【表１】
2006150149.tif 000003
【００３９】
以上の実験結果から、供給水圧は０．０４ＭＰａにおける面積比Ｒの許容範囲は、およそＲ＝１：１．１７〜１：２．６５、面積比Ｒの最適値は、およそＲ＝１：１．６〜１：２．４であると結論づけられる。
【００４０】
実際にミスト噴射弁１を給湯栓に接続して使用した場合、水道の供給水圧は０．３〜０．８ＭＰａ程度である。貯湯式給湯器から給湯栓等の減圧弁を通した動水圧は０．０４ＭＰａ程度である。そこで、ミスト噴射弁１の使用条件としては、導水口３への供給水圧が０．０３５〜０．０５ＭＰａの範囲としておけばよい。そうすると、上記実験結果を参照すれば、面積比Ｒの最適値はＲ＝１：１．８〜１：２．４であると結論づけられる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の実施例１に係るミスト噴射弁の構成を表す図である。
【図２】図１のミスト噴射弁のノズル口体の構成を表す図である。
【図３】噴射流路面積Ｓ２：流入流路面積Ｓ１＝１：２，供給水圧０．０４ＭＰａの場合のスプレー・パターンを示す図である。
【図４】噴射流路面積Ｓ２：流入流路面積Ｓ１＝１：１．１７，供給水圧０．０４ＭＰａの場合のスプレー・パターンを示す図である。
【図５】噴射流路面積Ｓ２：流入流路面積Ｓ１＝１：１．５５，供給水圧０．０４ＭＰａの場合のスプレー・パターンを示す図である。
【図６】噴射流路面積Ｓ２：流入流路面積Ｓ１＝１：２．３３，供給水圧０．０４ＭＰａの場合のスプレー・パターンを示す図である。
【図７】噴射流路面積Ｓ２：流入流路面積Ｓ１＝１：２．４９，供給水圧０．０４ＭＰａの場合のスプレー・パターンを示す図である。
【図８】噴射流路面積Ｓ２：流入流路面積Ｓ１＝１：２．６５，供給水圧０．０４ＭＰａの場合のスプレー・パターンを示す図である。
【図９】主要な圧力式微粒子化弁の模式断面図である。
【図１０】典型的な渦巻噴射弁（単純渦巻噴射弁）の動作原理図である。
【図１１】特許文献１に記載の単純渦巻噴射弁の断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１  ミスト噴射弁
２  ノズル・ボディ
２ａ  後端部
２ｂ  前端部
３  導入口
４  内フランジ
５  押止コア
６  ノズル口体
６ａ  大径部
６ｂ  小径部
６ｃ  段差部
７  螺合部
８  連結部
９  閉蓋部
１０  中央孔
１１ａ  雄ネジ
１１ｂ  雌ネジ
１２  横穴
１３  流入路
１４  旋回流発生室
１４ａ  円形凹部
１５  流入口
１５ａ  流入溝
１６  噴射口
２０，２１，２２  曲折部分
【図１】
2006150149.tif 000004
【図２】
2006150149.tif 000005
【図３】
2006150149.tif 000006
【図４】
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【図５】
2006150149.tif 000008
【図６】
2006150149.tif 000009
【図７】
2006150149.tif 000010
【図８】
2006150149.tif 000011
【図９】
2006150149.tif 000012
【図１０】
2006150149.tif 000013
【図１１】
2006150149.tif 000014