(57)【要約】  上流端に液体流入口（３）、下流端に噴霧口（４）が設けられたノズルボディ（１）と、ノズルボディ（１）の内部の中間位置に、外周面がノズルボディ（１）に内接して配置された、軸線方向の長さ（Ｗ）、直径（Ｄ）のベーン（２）とを備え、上記ベーン（２）は、幅（Ｔ）、深さ（Ｈ）の流路溝（６）を該ベーン（２）の外周面に複数備え、上記ベーン（２）の上流側に、ノズルボディ（１）の軸線方向の長さ（Ｕ）の上流側突起部（８）を備え、上記ベーン（２）の下流側に、ノズルボディ（１）の軸線方向の長さ（Ｐ）の下流側突起部（９）を備え、さらに、上記ノズルボディ（１）の内壁面、上記ベーン（２）、及び上記噴霧口（４）により形成された空間である、軸線方向の長さ（Ｌ）の旋回流室（５）を備え、０．２５≦Ｔ／Ｄ≦０．３０、０．２５≦Ｈ／Ｄ≦０．３０、１．５≦Ｌ／Ｗ≦３．５を満たすことを特徴とする、フルコーンスプレーノズル。
2014102909.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流端に液体流入口、下流端に噴霧口が設けられたノズルボディと、
ノズルボディの内部の中間位置に、外周面がノズルボディに内接して配置された、軸線方向の長さＷ、直径Ｄのベーンと
を備えたフルコーンスプレーノズルであって、
上記ベーンは、幅Ｔ、深さＨの流路溝を該ベーンの外周面に複数備え、
上記ベーンの下流側に下流側突起部を備え、
さらに、上記ノズルボディの内壁面、上記ベーン、及び上記噴霧口により形成された空間である、軸線方向の長さＬの旋回流室を備え、
０．２５≦Ｔ／Ｄ≦０．３０
０．２５≦Ｈ／Ｄ≦０．３０
１．５≦Ｌ／Ｗ≦３．５
を満たすことを特徴とするフルコーンスプレーノズル。
【請求項２】
前記旋回流室は、前記ベーンから軸線方向の長さＬ１の円柱状の領域と、その下流側の、軸線方向の長さＬ２、頂角δの円錐台状の領域からなり、
前記下流側突起部は、前記ベーンから軸線方向の長さＰ１の円柱状の領域と、その下流側の、軸線方向の長さＰ２、頂角δＰの円錐状の領域からなり、
δＰ／δ≧０．５
０．２≦Ｌ１／Ｄ≦０．９
を満たすことを特徴とする請求項１に記載のフルコーンスプレーノズル。
【請求項３】
前記下流側突起部の軸線方向の長さＰ、前記下流側突起部の円錐状の領域の軸線方向の長さＰ２、前記旋回流室の軸線方向の長さＬ、前記旋回流室の円錐台状の領域の軸線方向の長さＬ２が
０．３≦Ｐ／Ｌ≦０．９
０．２≦Ｐ２／Ｌ２≦０．９
を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載のフルコーンスプレーノズル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば鋼板の製造工程で冷却や洗浄等に使用される、液体を充円錐状に噴霧するフルコーンスプレーノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
フルコーンスプレーノズルとは、ノズルから吐出される液体の形状が円錐（コーン）状のスプレーを噴出するノズルであって、フルコーンとは、吐出される液体の粒滴がコーンの中まで充填されていることを意味する。【０００３】
フルコーンスプレーノズルは、一般に、筒状のノズルボディの内部に、旋回流発生手段を有するベーンを有する。ベーンの形状はさまざまであるが、ノズルボディの上流端から供給された液体は、ベーンを通ってノズルボディの下流端へ流れる際にベーンの旋回流発生手段により旋回して、渦流を生成する。【０００４】
このようにしてノズルボディの下流側へ流れた液体が、ノズルボディの下流端からフルコーン状になって噴霧される。【０００５】
特許文献１には、ベーンの中央部に孔を有し、旋回流発生手段として、ベーンの外周面に、斜め方向に形成した複数の旋回路を設けたフルコーンスプレーノズルが開示されている。このフルコーンスプレーノズルは、広角（６５〜７５度）で流量分布が均一なスプレーパターンを生成することを指向している。【０００６】
特許文献２では、ベーンの中央孔が無く、ベーン全体をＸ型としたフルコーンスプレーノズルが開示されている。このフルコーンスプレーノズルによれば、狭い噴霧角度（約３０°以下）の噴霧領域の中心の流量を最大とした、山型の流量分布を有するスプレーパターンを生成することができる。【０００７】
特許文献３には、ベーンの外周部に斜め方向の流路溝を有し、ベーンの下流側が円錐形に形成され、ホローコーン（空円錐）状のスプレーを噴出するノズルが開示されている。ホローコーン状のスプレーとは、外形はコーン状であるが、吐出される液体の粒滴がコーンの中まで充填されていないスプレーのことである。したがって、このノズルによれば、低圧の液体に旋回力を与え、微細で安定したホローコーンスプレーを生成することができるが、フルコーンスプレーは生成されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特表２００５−５０８７４１号公報
【特許文献２】特開２００５−０５８８９９号公報
【特許文献３】特開２００５−０５２７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
鋼板の製造工程では、たとえば、熱間圧延後の鋼板の冷却の際に、スプレーノズルを用いて、冷却水を鋼板に噴霧する。【００１０】
スプレーノズルを鋼板の冷却に用いるためには、噴霧する領域の全面にわたって、強く均一なスプレーインパクトで、かつ、均一な水流量分布を得ることができることが求められる。スプレーインパクトが弱いと、冷却能力に劣る。スプレーインパクトや流量分布が均一でないと、鋼板の一部の領域で過冷却等が生じ、その結果、鋼板の特性に悪影響を及ぼす。【００１１】
ここで水流量分布とは、スプレーを平面に投射した際の平面上での噴霧領域における流体の単位面積あたりの流量密度の分布のことをいう。また、スプレーインパクトとは、スプレーを平面に投射した際の平面に当たる流体の圧力をいう。【００１２】
従来のスプレーノズルを用いても、スプレーの流入口からの液体の流入圧力を高くすれば、強く均一なスプレーインパクト、及び均一な流量分布を得ることはできる。しかしながら、流入圧力を高くするためにはポンプを増やす必要があり、コスト面から好ましくない。【００１３】
特許文献１のフルコーンスプレーノズルは、広角の噴霧領域で均一な水流量分布を得るためにベーンの中心孔による軸線流が必須である。しかしながら、実際には寸法公差や液体の圧力変動の影響で均一な水流量分布を得ることは難しく、噴霧領域の中央部の流量が多くなりやすい。しかし、広角用のスプレーノズルにおいて中央部の流量を減じるために、単に中心孔を持たないベーンを用いれば、逆に中央部付近の流量が減り、均一なスプレーパターンが得られなくなる（図５Ｃ参照）。【００１４】
特許文献２のフルコーンスプレーノズルは、山型のスプレーパターンを得るためのものであり、中央から離れるにつれてスプレーインパクトは弱くなる。したがって、鋼板の冷却に使用した場合、良好な冷却を行うことができない。【００１５】
特許文献３のノズルは、低圧の液体に旋回力を与え、スプレーインパクトが弱く、液滴が微細なホローコーン型のスプレーパターンを生成するものであり、スプレーインパクトが強い高圧の液体によるフルコーンスプレーの生成には適用できない。【００１６】
本発明の目的は、たとえば、鋼板の製造工程における鋼板の冷却に好適な、流入圧力を大きくしなくとも、噴霧する領域の全面にわたって、強く均一なスプレーインパクトを有するフルコーンスプレーノズルを提供することにある。【００１７】
すなわち、液体が対象物（本発明の場合には冷却される平面）上に達する単位時間当たりの単位面積あたりの量が、コーンの底面としての円内でほぼ一定である特徴を持つノズルを実現することである。さらに、本発明のノズルでは対象物に流体が衝突する速度を従来のノズルよりも強くし、スプレーインパクトを強くして、同じ流入圧力で冷却能力を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明者らは、特に、鋼板を冷却するために必要な噴霧領域で、流入圧力を高くすることなく、必要なスプレーインパクトが得られ、さらに、均一な水流量分布を達成するためのフルコーンスプレーノズルの構造について鋭意検討した。【００１９】
ノズル内のベーンの中央部に孔のある構造とした場合、前述のとおり、流量分布の均一性が良くないので、本発明者らは、ベーンの中央部に孔のない構造について詳細に検討した。ここでいうベーンとは、図１又は図３に示す旋回路７を形成するノズル内部の旋回を与える部分２のことである。【００２０】
ノズル内のベーンの中央部に孔のない構造とした場合、前述のとおり、流量分布は凹型となりやすい。しかし、本発明者らの検討の結果、ベーンの中央部に孔のない構造であっても、ベーンの周囲の特に下流側に適切な幅と深さの流路を設けることによって、鋼板の冷却等に好適な噴霧角度を有するフルコーンスプレーノズルが得られることが分かった。【００２１】
しかしながら、単に、ノズルをベーンの中央部に孔のない構造とし、ベーンの周囲の流路を適切な大きさにしても、ノズル内での圧力損失が大きく、強いスプレーインパクトは得られない。【００２２】
本発明者らは、さらに検討を進めた。その結果、ベーンの下流側に突起部を設け、さらに、ベーンの下流側の旋回流室を適切な大きさにすることによって、ノズル内での圧力損失を小さくすることができ、流入圧力を上げることなく、噴霧領域の広範囲に強いスプレーインパクトを有するスプレーパターンを形成できるフルコーンスプレーノズルが得られることが分かった。【００２３】
さらに、下流側の突起を円柱状と円錐状の形状を組合せた形状にすることで、旋回流室の大きさをより適正にすることができ、その結果、よりノズル内での圧力損失を小さくすることができ、さらに噴霧領域の広範囲に強いスプレーインパクトを有するスプレーパターンを形成できるフルコーンスプレーノズルが得られることを見出した。【００２４】
なお、ベーンの上流側に上流側突起を設ける場合と設けない場合があるが、流量の安定化の観点からは、ベーンの上流側に上流側突起を設けてもよいことが分かった。【００２５】
本発明は、上記の知見に基づきなされたものであって、その要旨は以下のとおりである。【００２６】
（１）上流端に液体流入口、下流端に噴霧口が設けられたノズルボディと、
ノズルボディの内部の中間位置に、外周面がノズルボディに内接して配置された、軸線方向の長さＷ、直径Ｄのベーンと
を備えたフルコーンスプレーノズルであって、
上記ベーンは、幅Ｔ、深さＨの流路溝を該ベーンの外周面に複数備え、
上記ベーンの下流側に下流側突起部を備え、
さらに、上記ノズルボディの内壁面、上記ベーン、及び上記噴霧口により形成された空間である、軸線方向の長さＬの旋回流室を備え、
０．２５≦Ｔ／Ｄ≦０．３０
０．２５≦Ｈ／Ｄ≦０．３０
１．５≦Ｌ／Ｗ≦３．５
を満たすことを特徴とするフルコーンスプレーノズル。【００２７】
（２）前記旋回流室は、前記ベーンから軸線方向の長さＬ１の円柱状の領域と、その下流側の、軸線方向の長さＬ２、頂角δの円錐台状の領域からなり、
前記下流側突起部は、前記ベーンから軸線方向の長さＰ１の円柱状の領域と、その下流側の、軸線方向の長さＰ２、頂角δＰの円錐状の領域からなり、
δＰ／δ≧０．５
０．２≦Ｌ１／Ｄ≦０．９
を満たすことを特徴とする前記（１）のフルコーンスプレーノズル。【００２８】
（３）前記下流側突起部の軸線方向の長さＰ、前記下流側突起部の円錐状の領域の軸線方向の長さＰ２、前記旋回流室の軸線方向の長さＬ、前記旋回流室の円錐台状の領域の軸線方向の長さＬ２が
０．３≦Ｐ／Ｌ≦０．９
０．２≦Ｐ２／Ｌ２≦０．９
を満たすことを特徴とする前記（１）又は（２）のフルコーンスプレーノズル。
【発明の効果】
【００２９】
本発明によれば、ノズルボディ内での液体の圧力損失を低減し、効率良く強く均一なスプレーインパクトで、均一に液体を噴霧することができるスプレーノズルを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明のフルコーンスプレーノズルの概略を示す図であり、（ａ）はベーンの下流側にのみ突起が設けられた例、（ｂ）はベーンの下流側及び上流側に突起が設けられた例である。
【図２】本発明のフルコーンスプレーノズルの、下流側及び上流側に突起が設けられたベーンの概略を示す図であり、（ａ）は下流側の平面図、（ｂ）は側面図である。
【図３】本発明のフルコーンスプレーノズルの他の実施形態の概略を示す図である。
【図４】本発明のフルコーンスプレーノズルの実施例におけるノズル内の乱流強度とスプレーインパクトの関係を示す図である。
【図５】噴霧領域の径方向における流量分布の概略を示す図であり、（ａ）は本発明のフルコーンスプレーノズルによる理想的な分布、（ｂ）は中央部付近の流量が多い分布、（ｃ）は中央部付近の流量が少ない分布を示す。
【図６】フルコーンスプレーノズルの水量分布測定の概略を示す図である。
【図７】フルコーンスプレーノズルのスプレーインパクト測定の概略を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、本発明の実施の形態を、図を参照して説明する。なお、実質的に同一の機能構成を有する要素においては、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。
【００３２】
図１及び図２は、本発明のフルコーンスプレーノズルの基本構成を示す。図１は、本発明のフルコーンスプレーノズル全体の概略である。ベーンの下流側には突起が設けられており、ベーンの上流側は（ａ）のように突起がなくても、（ｂ）のように突起があってもよい。図２は、上流側、下流側にそれぞれ突起が設けられたベーンの概略を示している。
【００３３】
本発明のフルコーンスプレーノズルは、ほぼ筒状のノズルボディ１と、ノズルボディ１の内部のほぼ中間位置に設けられた、液流を形成するための、軸線方向の長さＷ、直径Ｄのベーン２からなる。
【００３４】
ノズルボディ１の上流端には液体流入口３、下流端には軸線方向の長さＪ、口径Ｅの噴霧口４が、互いに同軸線上に配置されている。
【００３５】
ノズルボディ１は、ベーン２により、上流側と下流側に区分される。ベーン２は、ノズルボディ１に内接し、上流側に軸線方向の長さＵの上流側突起部８、下流側に軸線方向の長さＰの下流側突起部９を備える。
【００３６】
上流側突起部８、及び下流側突起部９の形状は、たとえば、円錐形状若しくは切頭円錐形状、又はこれらと円柱形状を組合せた形状とすることができる。
【００３７】
図１、図２に示す例は、下流側突起部９の形状が、長さＰ１の円柱形状とＰ２の円錐形状を組合せた形状である。突起部の形状はこれらに限定されるものではないが、これらの形状が、本発明が目的とする流量分布を得るためには好適である。
【００３８】
ベーン２の外周面には、幅Ｔ、深さＨの複数の流路溝６が設けられており、ベーン２の外周面を塞ぐノズルボディ１の軸孔内周壁面とで区画される旋回路７を形成する。
【００３９】
ベーン２、ノズルボディ１の内壁面、及び噴霧口４に囲まれた、軸線方向の長さＬの空間は、旋回流室５であり、ノズルボディ１の液体流入口３から流入した液体は、旋回路７を通り、旋回流室５に流入する。
【００４０】
噴霧口４の径は、ノズルボディ１の内径よりも小さいので、旋回流室は噴霧口４に向かって縮径する。旋回流室５の形状の例としては、円錐形状若しくは切頭円錐形状、又はこれらと円柱形状を組合せた形状があげられる。
【００４１】
図１に示す例は、旋回流室５の形状が、長さＬ１の円柱形状と長さＬ２の円錐形状を組合せた形状である。旋回流室５の形状は、これに限定されるものではないが、この形状が、本発明が目的とする流量分布を得るためには好適である。
【００４２】
旋回流室５で旋回した液体は、噴霧口４を通り、噴霧される。噴霧口４は、下流側に向かって拡径してもよく、全体が同じ径であってもよい。
【００４３】
旋回路７としての流路溝６は、ベーン２の外周部に間隔をあけて複数形成されている。この流路溝６は、ノズルの中心軸と平行でなく、円周方向に対して傾斜角θの傾きを有する。そのため、旋回路７を通り旋回流室５に流入した液体は旋回流となる。
【００４４】
流路溝６の数は、特に限定するものではないが、３〜６程度とすることができる。傾斜角θは、特に規定するものではなく、必要なスプレーインパクト、流量等によって適宜変更できる。θが小さいほど噴霧角αは広角となり、噴霧角αを鋼板の冷却に好適な２０〜４０°とする場合、おおむね６０〜８９°、好ましくは７０〜８５°である。
【００４５】
ベーン２の上流側には上流側突起部８が設けられている。これにより、液体流入口から流入した液体が整流され、圧力損失を低減することが可能になる。
【００４６】
噴霧口４から噴霧角αで噴霧された液体は、フルコーン状のスプレーパターン１Ａを形成する。
【００４７】
図３は、本発明のフルコーンスプレーノズルの他の実施例の概略を示す図であり、下流側突起部９の形状を円錐状としたものである。図３のフルコーンスプレーノズルでも、スプレーパターンの均一性及びインパクトは従来のノズルと比べ改善できるが、その効果は、下流側の突起に円柱状の部分が有るノズルに比べると小さい。
【００４８】
鋼板の製造における冷却工程でフルコーンスプレーノズルを使用する場合、スプレーインパクトが大きいほど、冷却効果が大きい。また、鋼板の一部のみに過冷却が生じると、鋼板の特性の劣化につながるので、噴霧面における流量分布は均一（±５％以内のことをいうものとする）であることが求められる。
【００４９】
鋼板の冷却においては、通常、直径φ１〜１０ｍｍ程度の噴霧口を有するスプレーノズルを用いて、噴出角５〜５０°程度で、噴霧口から５０〜１０００ｍｍ程度前方の鋼板に冷却水を噴霧し、冷却する。
【００５０】
強いスプレーインパクトで、均一な流量分布を得るためには、流入圧力を高くする方法も考えられる。しかしながら、流入圧力を高くするためには、液体を圧送するためのポンプを増やす必要があり、コスト面から好ましくない。
【００５１】
コストの増加を抑えるためには、流入圧力を高くすることなく、所定の流量で、所望のスプレーインパクトを有する均一な流量分布を得る必要がある。そのためには、ノズル内での圧力損失を低く抑えることが重要である。
【００５２】
本発明者らは、ノズル内流れの適正化を図ることによって圧力損失の低下を図るべく、ノズル内形状について検討した結果、ベーンに設けた流路溝の幅や深さ、旋回流室の大きさを適切に設定することにより、圧力損失を低く抑え、強いスプレーインパクトを有する均一な流量分布が得られることを見出した。
【００５３】
すなわち、流路幅Ｔと深さＨの比を適切に設定することによって、圧損を少なくして、かつ、渦流を強くすることができることを、本発明者らは見出した。具体的には、広くて浅い溝や狭くて深い溝を用いると流体が壁から受ける抵抗が大きくなり圧損が大きくなるので、流体の速度が弱まり、その結果、渦流が弱くなる。
【００５４】
本発明者らは、まず旋回室に流入する液体の旋回力に着目し、流路溝の幅Ｔ、深さＨを、ベーンの直径Ｄに対して、０．２５〜０．３０倍とすることによって、均一な流量分布が得られることを見出した。幅Ｔ又は深さＨが直径Ｄの０．２５倍未満となると、噴霧面の中央部の流量が減少し、円環状の流量分布となり、たとえば鋼板の冷却に用いる場合、均一な冷却ができなくなる。
【００５５】
幅Ｔ又は深さＨが直径Ｄの０．３０倍を超えると、中央部の流量が極端に大きくなり、この場合も均一な冷却ができなくなる。これに対して、本発明のように、幅Ｔ及び深さＨを直径Ｄの０．２５〜０．３０倍とすると、噴霧面全域にわたって均一な流量分布が得られる。
【００５６】
さらに、本発明者らは、ノズル内での圧力損失を低減し、スプレーインパクトを向上させるために、旋回流室の軸線方向の長さＬの、ベーンの軸線方向の長さＷに対する割合Ｌ／Ｗを、１．５〜３．５とする必要があることを見出した。これにより、ベーン後の流れの旋回状態を十分に発達させることができ、均一な水流量分布を得ることができた。
【００５７】
Ｌ／Ｗが１．５未満では、旋回流室での整流効果が小さくなり、旋回状態が不足し、山型の水流量分布になる。Ｌ／Ｗが３．５を超えると、ベーンを通過した後の液体の進行距離が長くなるので、ノズル内の圧力損失が増加し、スプレーインパクトが低下する。より好ましいＬ／Ｗの範囲は、１．９〜３．１である。
【００５８】
圧力損失を低減するために、より好ましくは、旋回流室は、ベーンから軸線方向の長さＬ１の内径の変化しない円柱状の領域と、その下流側に、軸線方向の長さＬ２、頂角δの円錐台状の領域を備える形状とするのがよい。さらに、下流側突起部は、前記ベーンから軸線方向の長さＰ１の直径の変化しない円柱状の領域と、その下流側に、軸線方向の長さＰ２、頂角δＰの円錐状の領域を備えた形状とするのがよい。
【００５９】
この円柱状の領域はベーンにより旋回させられた流体の流れを撹乱することなく、いわば流れを整流化した状態にして、ひき続く円錐状の領域に流体を移動させることができるので圧損を減少できる。特に円柱状の領域がない場合に、ベーンの下流側中央部に発生する流動を防ぐことができ、この流動による圧損を低減できる。この円柱状の領域では、旋回室の壁と円柱状の突起が並行であることが好ましい。
【００６０】
そして、δＰ／δ≧０．５、０．２≦Ｌ１／Ｄ≦０．９を満たす形状とすることにより、より効果的に圧力損失を低減し、強いスプレーインパクトを得ることができる。δＰ／Ｐが小さくなると旋回流れが弱くなり、水流量分布が山型になりやすい。Ｌ１／Ｄが０．２未満では、旋回流室での整流効果が小さくなり、旋回状態が不足し、山型の水流量分布になる。Ｌ１／Ｄが０．９を超えると、ベーンを通過した後の液体の進行距離が長くなるので、ノズル内の圧力損失が増加し、スプレーインパクトが低下する。
【００６１】
さらに好ましくは、下流側突起部の長さＰ、下流側突起部の円錐状の領域の長さＰ２、旋回流室の長さＬ、旋回流室の円錐台状の領域の長さＬ２が、０．３≦Ｐ／Ｌ≦０．９、０．２≦Ｐ２／Ｌ２≦０．９を満たすような形状とするのがよい。Ｐ／Ｌが０．３未満では、Ｐ２部周辺で流れの剥離による流動が発生してノズル内の圧力損失が増加し、スプレーインパクトが低下する。Ｐ／Ｌが０．９を超えると、旋回流れが過剰になり、凹型の水流量分布になる。Ｐ２／Ｌ２が０．２未満では、Ｐ２部周辺で流れの剥離による流動が発生してノズル内の圧力損失が増加し、スプレーインパクトが低下する。Ｐ２／Ｌ２が０．９を超えると、旋回流れが過剰になり、凹型の水流量分布になる。これにより、さらに効果的に圧力損失を低減し、均一な水流量分布と強いスプレーインパクトを得ることができる。
【００６２】
本発明のスプレーノズルは、鋼板冷却用スプレーノズルとして、冷却水を用いた鋼板の冷却に用いると特に好適であるが、この用途に限定されることなく、例えば、エレクトロニクス部品や機械部品の洗浄等にも好適に用いることができる。
【実施例】
【００６３】
（実施例１）
本発明のフルコーンスプレーノズルの効果を確認するために、流体解析を行った。計算に用いたノズルのパラメータを表１に示す。Ｎｏ．１１〜１４、及び１６は、ベーンの下流側に突起が設けられた本発明のフルコーンスプレーノズル、Ｎｏ．１５は、従来型の、ベーンに突起が設けられていないフルコーンスプレーノズルである。Ｎｏ．１６は、さらに、ベーンの上流側にも突起が設けられている。【００６４】
【表１】
2014102909.tif 000003
【００６５】
スプレー圧力を一定として解析した各フルコーンスプレーノズルの噴霧口でのスプレーインパクトと乱流強度の関係を図４に示す。図中の番号は、表１のＮｏ．と対応している。なお、Ｎｏ．１１のベーンの上流側に突起を設けたＮｏ．１６も、流量特性とスプレーインパクトの特性はＮｏ．１１と同様であった。【００６６】
ここで、スプレーインパクトは、スプレー圧力１４．７ＭＰａ、スプレー高さ３００ｍｍ、スプレー流量１１０Ｌ／ｍｉｎとしたときの、ノズル直下のインパクトとした。【００６７】
図４に示すように、ノズルの噴霧口の径を同じとした場合には、乱流強度（図４中のＴｕｒｂｕｌｅｎｔ  Ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ）が１１０％以下（すなわち、従来型のフルコーンスプレーノズルの約８０％以下）になると、スプレーインパクト（図４中のＩｍｐａｃｔ  Ｍａｘ）が、従来ノズルの１．２倍以上になることが分かる。ここで、従来型のフルコーンスプレーノズルとは、ベーンの下流側に突起が無いノズルのことをいう。【００６８】
乱流強度は、熱線流速計等で速度変動の時系列データを取得して平均速度を算出し、次に、時系列データから平均値を差し引き、その値を２乗した後、２乗値の平均値、及びその平方根を求めることで算出される値である。【００６９】
乱流強度の値としては、ノズルの噴霧口４の大気側に接する部分での乱流強度の平均値を用いた。乱流強度の計算は、有限体積法をベースとしたＣＦＤ（Ｃｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌ  Ｆｌｕｉｄ  Ｄｙｎａｍｉｃｓ）ソフトウェア「ＡＮＳＹＳ  Ｆｌｕｅｎｔ」（ＡＮＳＹＳ社製）を利用した流体解析結果を用いた。【００７０】
以上の結果から、本発明のフルコーンスプレーノズルによれば、スプレー内で乱流が生じず、圧力損失が小さいので、スプレー圧力を高くしなくても、従来型のフルコーンスプレーノズルと比べ２５％以上強いスプレーインパクトが得られることが確認できた。【００７１】
一方、従来型のフルコーンスプレーノズルは、本発明のフルコーンスプレーノズルと比べ、ノズル内乱流強度が大きく、噴霧口におけるスプレーインパクトが小さいという結果となった。【００７２】
なお、本発明のスプレーノズルの寸法は、表１に示したものに限定されるわけではなく、本発明で規定するＴ／Ｄ、Ｈ／Ｄ、Ｌ／Ｗの条件を満たせばよい。たとえば、表２のように噴出口の径Ｅが異なるものであってもよい。【００７３】
【表２】
2014102909.tif 000004
【００７４】
（実施例２）
表１のＮｏ．１１のノズルをベースに、ベーンの外周の流路溝の幅Ｔと深さＨのベーンの直径Ｄに対する比率、Ｔ／Ｄ、Ｈ／Ｄを種々に変え、噴霧角度を３０°と一定にしたときの流量分布度を評価した。ここで、流量分布度とは、噴霧角度３０°の範囲の噴霧面において、流量が最大となるポイントを１００％としたときの、流量が５０％になる部分の直径と幾何学上、ノズル高さと噴霧街道により決まる噴霧面の直径との割合をいうものとする。【００７５】
流量分布は、スプレー高さ３００ｍｍ、スプレー圧力０．３ＭＰａ、水量１３．１Ｌ／ｍｉｎとし、径方向を２５ｍｍ毎に区切った計量枡を連結した測定装置を用いて測定した。図６は、流量分布測定の概略を示す図である。なお、２５ｍｍ毎に区切った場合、両側の１枡〜数枡の部分は流量分布の肩に当たる領域になるので、この部分は流量分布の均一性を評価する領域から除いた。【００７６】
本実施例の評価は、直径比率が８０％以上のものをＡ、７０％以上８０％未満のものをＢ、５０％以上７０％未満のものをＣ、５０％未満のものをＤとした。流量分布度は７０％以上であれば、スプレーインパクトの均一性の面から好ましく、８０％以上がさらに好ましい。【００７７】
表３に示すとおり、Ｔ／Ｄ及びＨ／Ｄが０．２５〜０．３０のときに良好な流量分布度が得られ、特に、０．２７〜０．２８のときに非常に良好な結果が得られた。【００７８】
【表３】
2014102909.tif 000005
【００７９】
（実施例３）
表１のＮｏ．１１のノズルをベースに、旋回流室の長さＬのベーンの軸線方向の長さＷに対する比率Ｌ／Ｗを種々に変え、噴霧角度を３０°と一定にしたときのスプレーインパクトを評価した。【００８０】
ここで、スプレーインパクトの測定は、スプレー圧力１４．７ＭＰａ、スプレー出口高さ３００ｍｍ、スプレー流量１１０Ｌ／ｍｉｎとし、ノズル直下で１０ｍｍ角の感圧部を有するインパクトセンサーを用いて行った。図７にスプレーインパクト測定の概略を示す。ここで、スプレーインパクトは、コーンの中心部を通る線に沿って感圧部を移動させて衝突圧を測定することで求めた。スプレーインパクト値は、一点だけ突出するようなことはないので、最大値を代表値とした。【００８１】
スプレーインパクトの評価は、表１のＮｏ．１５に示した従来型のフルコーンノズルスプレーの値を１として、それに対する比率が１．３以上のものをＡ、１．２以上１．３未満のものをＢ、１．０５以上１．２未満のものをＣ、１．０５未満のものをＤとした。【００８２】
表４に示すとおり、Ｌ／Ｗが１．５〜３．５のときに強いスプレーインパクトが得られ、特に、１．９〜３．１のときに非常に良好な結果が得られた。【００８３】
【表４】
2014102909.tif 000006
【００８４】
（実施例４）
表１のＮｏ．１１のノズルをベースに、旋回流室の頂角δと突起の頂角δＰ、及び旋回流室の円柱状の領域の長さＬ１のベーンの直径Ｄに対する比率を種々に変え、噴霧角度を３０°と一定にしたときのスプレーインパクトを評価した。スプレーインパクトの測定方法は、実施例３と同様とした。【００８５】
スプレーインパクトの評価は、表１のＮｏ．１５に示した従来型のフルコーンノズルスプレーの値を１として、それに対する比率が１．２以上のものをＡ、１．２以下のものをＢ、１．０５以上１．２未満のものをＣ、１．０５未満のものをＤとした。【００８６】
表５に示すとおり、δＰ／δが０．５以上、かつ、Ｌ１／Ｄが０．２〜０．９のときに特に良好な結果が得られた。【００８７】
【表５】
2014102909.tif 000007
【００８８】
（実施例５）
表１のＮｏ．１１のノズルをベースに、下流側突起部の長さＰの旋回流室の長さＬに対する比率Ｐ／Ｌ、下流側突起部の円錐状の領域の長さＰ２の旋回流室の円錐台状の領域の長さＬ２に対する比率Ｐ２／Ｌ２を種々に変え、噴霧角度を３０°と一定にしたときのスプレーインパクトを評価した。スプレーインパクトの測定方法は、実施例３と同様とした。【００８９】
スプレーインパクトの評価は、表１のＮｏ．１５に示した従来型のフルコーンノズルスプレーの値を１として、それに対する比率が１．２以上のものをＡ、１．２以下のものをＢとした３以上のものをＡ、１．２以上１．３未満のものをＢ、１．０５以上１．２未満のものをＣ、１．０５未満のものをＤとした。【００９０】
表６に示すとおり、Ｐ／Ｌが０．３〜０．９、かつ、Ｐ２／Ｌ２が０．２〜０．９のときに特に良好な結果が得られた。【００９１】
【表６】
2014102909.tif 000008
【産業上の利用可能性】
【００９２】
本発明によれば、圧力損失が小さく、液体を、効率良く、均一な流量分布を有する充円錐状に噴霧するフルコーンスプレーノズルが得られる。本発明のフルコーンスプレーノズルは、鋼板の製造工程における冷却に好適であり、産業上の利用可能性は大きい。
【符号の説明】
【００９３】
１    ノズルボディ
１Ａ    スプレーパターン
２    ベーン
３    液体流入口
４    噴霧口
５    旋回流室
６    流路溝
７    旋回路
８    上流側突起部
９    下流側突起部
６１    計量枡
６２    噴霧角度
６３    噴霧面
７１    インパクトセンサー
Ｄ    ベーンの直径
Ｈ    流路溝の深さ
Ｔ    流路溝の幅
α    噴霧角
θ    流路溝の傾斜角
【図１】
2014102909.tif 000009
【図２】
2014102909.tif 000010
【図３】
2014102909.tif 000011
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2014102909.tif 000015
【手続補正書】
【提出日】平成27年10月9日(2015.10.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５０
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００５１
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６０】
そして、δＰ／δ≧０．５、０．２≦Ｌ１／Ｄ≦０．９を満たす形状とすることにより、より効果的に圧力損失を低減し、強いスプレーインパクトを得ることができる。δＰ／δが小さくなると旋回流れが弱くなり、水流量分布が山型になりやすい。Ｌ１／Ｄが０．２未満では、旋回流室での整流効果が小さくなり、旋回状態が不足し、山型の水流量分布になる。Ｌ１／Ｄが０．９を超えると、ベーンを通過した後の液体の進行距離が長くなるので、ノズル内の圧力損失が増加し、スプレーインパクトが低下する。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６６】
ここで、スプレーインパクトは、スプレー高さ３００ｍｍとしたときの、ノズル直下のインパクトとした。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００８０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００８０】
ここで、スプレーインパクトの測定は、スプレー出口高さ３００ｍｍとし、ノズル直下で１０ｍｍ角の感圧部を有するインパクトセンサーを用いて行った。図７にスプレーインパクト測定の概略を示す。ここで、スプレーインパクトは、コーンの中心部を通る線に沿って感圧部を移動させて衝突圧を測定することで求めた。スプレーインパクト値は、一点だけ突出するようなことはないので、最大値を代表値とした。
【手続補正７】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
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【国際調査報告】
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