(57)【要約】【課題】気体が流通する主流路の気液混合部に側面より液体を供給して気液を混合する装置において、液体量を低減しても気体が液体流路に逆流しないようにする。【解決手段】気体が供給される主流路と、該主流路に設けられる気液混合部の周面に開口する液体供給路とを備え、該液体供給路より供給される液体を上記主流路を流通する気体に側面衝突で混合させる気液混合装置において、液体供給路は液体供給管と連続させる基端流路と上記気液混合部の周面開口との間に、少なくとも該気液混合部の周面に開口する第１オリフィス、該第１オリフィスの上流に連続する拡径流路、該拡径流路の上流に連続する第２オリフィスを連続して設け、多段オリフィスを有する構成としている。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が供給される主流路と、該主流路に設けられる気液混合部の周面に開口する液体供給路とを備え、該液体供給路より供給される液体を上記主流路を流通する気体に側面衝突で混合させる気液混合装置において、
上記液体供給路は、液体供給管と連続させる基端流路と上記気液混合部の周面開口との間に、少なくとも該気液混合部の周面に開口する第１オリフィス、該第１オリフィスの上流に連続する拡径流路、該拡径流路の上流に連続する第２オリフィスを連続して設け、多段オリフィスを有する構成としていることを特徴とする気液混合装置。
【請求項２】
上記液体供給路は上記主流路に対して直交方向に連通されている請求項１に記載の二流体ノズル。
【請求項３】
上記液体供給路が開口されている上記主流路の周面に凹部を設け、該凹部の底面積は上記第１オリフィスの内径Ｌ１より大とし、該凹部底面の中央に第１オリフィスを開口させている請求項１または請求項２に記載の気液混合装置。
【請求項４】
上記液体供給路の拡径流路の内径Ｌ２は、第１オリフィスの内径Ｌ１に対して１．５倍〜３倍としていると共に、該拡径流路の長さＨ３は拡径流路の内径Ｌ２に対して１．０倍以上に設定している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の気液混合装置。
【請求項５】
上記主流路の気液混合部で混合された気液混合流体は、主流路の先端側に取り付けられる二流体ノズルへと流通され、該二流体ノズルより気液混合液が噴射される構成とされている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の気液混合装置。
【請求項６】
上記気液混合部から二流体ノズルの噴射口に達する気液混合流路にオリフィスを設けている請求項５に記載の気液混合装置。
【請求項７】
上記オリフィスは軸線方向に沿って大径部を挟んだ２段オリフィスとし、下流側のオリフィスは傾斜面を介して下流側の流路に連続させている請求項６に記載の気液混合装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気液混合装置に関し、詳しくは、電気電子等の精密部品の微細洗浄、製鉄工程における鋳片の冷却、製品への塗料の塗布等に好適に用いられる二流体ノズルの流体供給部に設けられ、供給する液体量を減少させても気体が液体供給路に逆流しないようにしているものである。
【０００２】
【従来の技術】
二流体ノズルの流体供給側において、気体（エア）と液体（水）とを混合させる装置としては、従来、特開平５−１５８１６号で、気体が流通する主流路に直交方向に液体流路を開口させ、該液体流路より供給する水をエアに側面衝突させて混合させ、この気液混合流体を噴射口側へと流通させたものが提供されている。  上記液体流路では、主流路に開口する部位は小径なオリフォスとし、該オリフィスから吐出する液圧を上げて、気体との衝突混合を促進する構成とされている。
【０００３】
【特許文献１】
特開平５−１５８１６号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記二流体ノズルにおいては、噴霧対象物の多様化に対応するため、水のターンダウン比（最大供給量と最小供給量の比）を調節可能とし、ターンダウン比を大きくして水量を減少できるようにすることが要望されている。
しかしながら、水量が減少されると、水圧よりエア圧が大となり、上記特許文献１のノズルでは、主流路に供給されるエアが、液体流路のオリフォスを通して逆流し、正常な噴霧が出来ない問題がある。そのため、対象物に合わせた水量調節が行いにくいと共に、節水を図りにくい問題がある。
【０００５】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、水量を調節して減少しても、エアが液体供給路に逆流しない構成とすることを課題としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、気体が供給される主流路と、該主流路に設けられる気液混合部の周面に開口する液体供給路とを備え、該液体供給路より供給される液体を上記主流路を流通する気体に側面衝突で混合させる気液混合装置において、
上記液体供給路は、液体供給管と連続させる基端流路と上記気液混合部の周面開口との間に、少なくとも該気液混合部の周面に開口する第１オリフィス、該第１オリフィスの上流に連続する拡径流路、該拡径流路の上流に連続する第２オリフィスを連続して設け、多段オリフィスを有する構成としていることを特徴とする気液混合装置を提供している。
【０００７】
上記のように、本発明では、気体が流通している主流路の気液混合部に液体を供給する液体供給路を、上記気液混合部の周面に開口する第１オリフィスに拡径流路を介して更に第２オリフィスを設け、液体供給路に多段オリフィスとしているため、第１オリフィスに気体が逆流してきても、拡径流路で気体圧が低下し、第２オリフィスへと逆流しにくくなる一方、液体供給管より供給される液体は第２オリフィスに流入すると液体圧が高まるため、気体を押し戻して、液体供給路への気体の逆流を防止することができる。
なお、上記拡径流路を挟んで第１オリフィスと第２オリフィスの少なくとも２段オリフィスを設けることを必須とするが、上記第１オリフィスにさらに第２拡径流路を介して第３オリフィスを設けてもよく、オリフィスの個数は限定されない。
【０００８】
上記液体供給路は上記主流路に対して直交方向に連通し、液体供給路の上記第１オリフィスより気体に対して直交方向から液体を吐出すると、気体との側面衝突による気液混合を促進することができる。
しかしながら、主流路に対して、傾斜させて液体供給路を連通させても、液体量を減少すると液体供給路に対する気体の逆流は発生しえるため、配管のレイアウト等の関係で、液体供給路を主流路に対して傾斜して連通している場合にも、本発明が好適に適用できる。
【０００９】
上記液体供給路が開口されている上記主流路の周面に凹部を設け、該凹部の底面積は上記第１オリフィスの内径Ｌ１より大とし、該凹部底面の中央に第１オリフィスを開口させてもよい。
上記のように、液体供給路の開口位置に凹部を設けると、液体供給路の第１オリフィスの開口に気体が直接逆流せず、気体は一旦凹部に溜まることになるため、気体の逆流を抑制することができる。
【００１０】
上記液体供給路の拡径流路の内径Ｌ２は、第１オリフィスの内径Ｌ１に対して１．５倍〜３倍としていることが好ましい。
また、拡径流路の長さＨ３は拡径流路の内径Ｌ２の１．０倍以上であればよく、１．０倍以上１０倍以下が好ましい。
第１オリフィスと第２オリフィスとの間に拡径流路の内径および長さを上記設定とすると、気体圧を一定とした状態で液体量をターンダウン比で１：２０としても、液体流路への気体の逆流を阻止することができる。
【００１１】
さらに、上記第１オリフィスと連通する拡径流路の先端、第２オリフィスと連通する基端側流路の先端には、それぞれ周面をテーパ状とした縮径部を設けても良い。
【００１２】
上記主流路の気液混合部で混合された気液混合流体は、主流路の先端側に取り付けられる二流体ノズルへと流通され、該二流体ノズルより気液混合液が噴射される構成とされている。
具体的には、上記気液混合装置を二流体ノズルのアダプタとして設け、あるいは、二流体ノズルに液体と気体とを供給する配管に設けている。
【００１３】
上記気液混合部から二流体ノズルの噴射口に達する気液混合流路にオリフィスを設けることが好ましい。
二流体ノズルでは液体量を低下すると、気液混合部での気液の混合が十分になされず、噴射口から液体と気体が交互に噴射されるハンチング現象が発生しやすくなる。ハンチング現象が生じると気液混合流体に圧力変動を生じさせ、液体と気体との混合部の圧力に影響を与える。そのため、液体と気体との混合部の下流にオリフィスを設け、ハンチング現象による圧力変動を気液混合部に達するまでにオリフィスで低減し、気液混合部に影響を与えないようにして、液体供給量が低下しても気液混合を十分に図り、それに基づいてハンチング現象を迅速に終束させて、噴射精度を上げるようにしている。
【００１４】
上記オリフィスは軸線方向に沿って大径部を挟んだ２段オリフィスとし、下流側のオリフィスは傾斜面を介して下流側の流路に連続させることが好ましい。
上記のように２段オリフィスとすると、ハンチング現象による圧力変動をより低減化でき、かつ、下流側オリフィスからの吐出流体を傾斜部を通して下流へと流通させることにより、気液混合液に乱流が生じるのを防止でき、整流化が図れる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１および図２は第１実施形態を示し、該第１実施形態では、二流体ノズルのアダプタ１１と１５からなる気液混合装置１０を設け、アダプタ１１の先端にノズル本体１２を連結している。
【００１６】
アダプタ１１には軸線に沿って主流路１３を貫通し、該主流路１３の基端は大径の気体供給管連結部１３ａとしている。その内周面にネジを刻設し、気体供給管１４とネジ締めで連結する構成としている。
主流路１３は、気体供給管連結部１３ａに続いて、小径流路からなるオリフィス１３ｂを設け、該オリフィス１３ｂの下流に大径化した気液混合部１３ｃを設け、該気液混合部１３ｃより先端にかけて同径の気液混合流路１３ｄとしている。
【００１７】
アダプタ１１には気液混合部１３ｃの周壁に、主流路１３と直交方向に穴１１ａを外周面にかけて貫通して穿設し、該穴１１ａを主流路１３に開口する小径穴と大径穴から構成し、大径穴に液体供給用のアダプタ１５を螺合していると共に、小径穴を後述する液体供給路の第１オリフィスとしている。
【００１８】
上記液体供給用のアダプタ１５には、軸芯に沿って液体流路を貫通して設け、基端側の下流端に大径の液体供給管連結部１５ａとし、その内周面にネジを刻設して液体供給管１８とネジ締めで連結している。該液体供給管連結部１５ａの内端側はテーパ状に縮径させ、小径とした第２オリフィス１５ｂと連通させ、該第２オリフィス１５ｂに拡径流路１５ｃを連通させている。この拡径流路１５ｃは上記アダプタの穴１１ａの小径穴に連通し、該小径穴を第１オリフィス１５ｄとしている。
【００１９】
上記のように、気体が軸線方向から流入される気液混合部１３ｃに対して軸線方向と直交方向に、液体供給管連結部１５ａ、第２オリフィス１５ｂ、拡径流路１５ｃ、第１オリフィス１５ｄからなる液体流路１６を設け、該液体流路１６を通して気液混合部１３ｃに液体を吐出し、気体に側面衝突で混合させている。
【００２０】
上記第１オリフィス１５ｄの内径Ｌ１は第２オリフィス１５ｂの内径Ｌ３よりも大とし（Ｌ１＞Ｌ３）、Ｌ１はＬ３の１．５倍としている。一方、第１オリフィス１５ｄの長さＨ１は第２オリフィス１５ｂの長さＨ２より小さくし（Ｈ１＜Ｈ２）とし、Ｈ２はＨ１の略３倍としている。
また、拡径流路１５ｃの内径Ｌ２は第１オリフィス１５ｄの内径Ｌ１の略２倍とし、その長さＨ３は第１オリフィス１５ｄの５倍以上としている。
【００２１】
上記アダプタ１１の先端側の外周面にネジ１１ｂを設けると共に、該アダプタ１１の先端に接合するノズル本体１２の基端側外周面にフランジ１２ａを設け、止め具１６のネジ１６ａをネジ１１ｂに螺合して、アダプタ１１の先端にノズル本体１２をはさみ込んで固定している。該ノズル本体１２にはアダプタ１１の主流路１３と連通する気液混合流路１２ｂを設け、該気液混合流路１２ｂの先端を縮径して噴射口１２ｃを設けている。
【００２２】
上記装置では、主流路１３の軸線方向に沿って気体流路１３ｂより流入させるエア（気体）の流量もしくは圧力を略一定に保持した状態で、水（液体）の供給量（ターンダウン比）を調節できる構成としている。
【００２３】
水の供給量を低減した場合、気液混合部１３ｃでは液圧が気液混合流体の圧力より小さくなり、エアが液体流路１６に逆流する恐れがある。其の場合、気体は第１オリフィス１５ｄに流入しても、その上流側に拡径流路１５ｃが存在しているため、気体圧は低下し、第２オリフィス１５ｂへ逆流しにくくなると共に、第２オリフィス１５ｂでは液体圧が高いため、第２オリフィス１５ｂでエアの逆流を確実に阻止することができる。
【００２４】
図３は第２実施形態を示し、気液混合装置をノズルへの流体供給管の配管部分に設けている。
図中、気体供給管１４’をアダプタ１１’介して二流体ノズル（図示せず）に配管する気液混合流体供給管２０と連結している。アダプタ１１’には第１実施形態と同様に液体供給管１８を連結した液体供給用のアダプタ１５’を直交方向に連結している。
【００２５】
上記アダプタ１５’では、液体供給管連結部１５ａ’、第２オリフィス１５ｂ’、拡径流路１５ｃ’、さらに、該拡径流路１５ｃ’の下流端に第１オリフィス１５ｄ’を設けている。この第１オリフィス１５ｄ’を設けた先端部は、アダプタ１１’の気液混合部１３ｃ’の内部に内周面より突出させている。
他の構成および作用効果は第１実施形態と略同様であるため、説明を省略する。
【００２６】
図４は変形例を示し、（Ａ）では第１オリフィス１５ｄの内径Ｌ１を第２オリフィス１５ｂの内径Ｌ３よりも小さく設定している。このように、第１オリフィス１５ｄの内径Ｌ１を小さくすると、気液混合部１３ｃに吐出する液体圧を高めることができる。
（Ｂ）では気液混合部１３ｃの内周面に凹部１３ｅを設け、該凹部１３ｃの底面に第１オリフィス１５ｄを開口している。該構成とすると、気体は一旦凹部１３ｅに溜まることになるため、気体の逆流を抑制することができる。
（Ｃ）では、第３オリフィス１５ｅ’を第２オリフィス１５ｂに第２拡径流路１５ｆ’を介して設け、オリフィスを３段としている。このように、オリフィスの個数を増加すると、気体の逆流防止機能を高めることが出来る。
（Ｄ）は、液体供給用のアダプタ１５”をアダプタ１１”に対して傾斜して取り付けている。配管スペース等によってアダプタ１５”を傾斜して取り付ける必要がある場合に対応するもので、この場合にも、気体が液体流路に逆流するのを防止できる。
【００２７】
図５は第３実施形態を示し、気液混合装置１０”のアダプタ１１”には、気液混合部１３ｃ”の下流端と気液混合供給管２０”との間にオリフィス形成チップ３０を介設している、該オリフィス形成チップ３０は、アダプタ１１”の気液混合流路１３ｄ”に連通する第１オリフィス３１、該第１オリフィス３２に連通する拡径部３２、該拡径部３２に連通する第２オリフィス３３を設け、該第２オリフィス３３の下流側にテーパ部３４を設け、気液混合流体供給管２０”の流路に連通させている。該気液混合流体供給管２０”の先端にノズル本体１２”を連結し、噴射口１２ｃ”より気液混合流体を噴射させている。
アダプタ１１”は第２実施形態と同様で、２段オリフィスを設けた液体供給用のアダプタ１５”を直交方向に接続し、該アダプタ１５”の第１オリフィス１５ｄ”を設けた先端部は、気液混合部１３ｃ”に若干突出させている。
他の構成は、同一符号を付して説明を省略する。
【００２８】
上記のように、アダプタ１１”の気液混合部１３ｃ”の下流とノズル本体１２”の噴射口との間の気液混合流体流路にオリフィス３１、３３を設けると、液体供給量を減少した際に発生するハンチング現象を迅速に解消することができる。
即ち、ハンチング現象が発生し、噴霧ノズル本体１２”の噴射口側から圧力変動がアダプタ１１”側へと伝わる際、まず、第２オリフィス３３で圧力変動が抑制され、さらに第１オリフィス３１で圧力変動が略完全に解消できる。よって、気体に液体が吐出される気液混合部１３ｃ”には圧力変動が伝達されず、気液混合部１３ｃ”で定常に気液を混合することができる。その結果、ハンチング現象は迅速に解消できる。
【００２９】
なお、第４実施形態では気液混合部の下流に設けるオリフィスは２段オリフィスとしているが、オリフィスは１つでもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明によれば、気体が軸線方向に沿って供給される主流路に対して側方より液体を供給し、気体と側面衝突で混合させる気液混合装置において、上記液体流路には、主流路に開口する第１オリフィスの上流に拡径流路を介して第２オリフィスを設け、オリフィスを複数段としているため、第１オリフィスへ気体が逆流しても拡径流路で気体圧が低下すると共に、第２オリフィスで液体圧が高いため、第２オリフィスへは気体が逆流できず、液体流路への気体の逆流を防止することができる。
このように、気体の逆流防止機能を設けているため、液体流量のターンダウン比の制御幅を大きくでき、よって、気液混合液を噴射する対象物に応じて液体流量の調節が容易となり、かつ、エネルギーの節約、節水も容易にできる利点を有するものである。
【００３１】
さらに、気液混合部の下流からノズルの噴射口まで気液混合流体の流路にオリフィスを設けると、ハンチング現象の発生を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す断面図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】第２実施形態を示す断面図である。
【図４】（Ａ）〜（Ｄ）は変形例を示す図面である。
【図５】第３実施形態を示す断面図である。
【符号の説明】
１０        気液混合装置
１１、１５  アダプタ
１２        ノズル本体
１３        主流路
１３ｃ      気液混合部
１４        気体供給管
１５ａ      液体供給管連結部
１５ｂ      第２オリフィス
１５ｃ      拡径流路
１５ｄ      第１オリフィス
１６        液体流路
１８        液体供給管
【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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