(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル排出口を画定するノズル開口部に通じるフロー室を画定するノズル本体と、
前記フロー室に合流する、ガスを供給するためのガス流路と、
前記ガスによって印加されて前記フロー室内に液膜を形成するために液体が前記フロー室へ流出するのに通る、少なくとも１つの流出開口部を備える、液体を供給するための液体流路と
を有する二流体ノズルであって、
前記流出開口部は前記液体流路からの液体の流出方向を確定し、前記流出開口部は前記フロー室内の前記液膜の流れ方向とは逆向きであり、
前記液体流路は、前記フロー室内の液体流を分割するために設置され、かつ前記ノズル開口部へ流れる液体を導くために形作られているガイド体によって形成され、前記ガイド体は、少なくとも部分的に、断面において翼面形状、長く伸びた滴形状または対称的な楔形状を備え、前記ノズル開口部に対向する前記ガイド体の端面は、前記ノズル開口部の近傍にある、前記液膜のための剥離縁部を形成する二流体ノズル。
【請求項２】
前記液体流路および前記液体流路の前記流出開口部は、前記フロー室を横切り且つ液体の流出方向に対して垂直に延在する投影平面に投影されて、少なくとも部分的に湾曲し、巻回し、あるいは蛇行した線を形成するように延伸する、請求項１に記載の二流体ノズル。
【請求項３】
前記液体流路は、少なくとも一部の区間において前記フロー室内部に設けられている、請求項１または請求項２に記載の二流体ノズル。
【請求項４】
前記液体流路は、少なくとも一部の区間において流れ方向を弓状に取り巻いて延伸する、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の二流体ノズル。
【請求項５】
前記液体流路は、渦巻状に形成されている、請求項４に記載の二流体ノズル。
【請求項６】
前記渦巻状の形状は、少なくとも１回転あるいは２回転を超えて延伸する、請求項５に記載の二流体ノズル。
【請求項７】
前記流出開口部は、流出スリットである、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の二流体ノズル。
【請求項８】
前記流出スリットは、少なくとも部分的に弓状である、請求項７に記載の二流体ノズル。
【請求項９】
前記ガス流路は、前記流出開口部に対して逆向きに、前記フロー室に合流する、請求項１〜請求項８のいずれか１項に記載の二流体ノズル。
【請求項１０】
前記フロー室は、前記ノズル排出口の方向に細くなる、請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の二流体ノズル。
【請求項１１】
前記ノズル本体は、流れ方向の周りに湾曲する前記ノズル排出口を備える、請求項１〜請求項１０のいずれか１項に記載の二流体ノズル。
【請求項１２】
前記ノズル本体はほぼ円筒状に形成されており、流れに従って前記ガス流路と接合されているガス接続部と、前記液体流路と流体接続されている液体接続部とを備え、前記ガス接続部と前記液体接続部は、前記ノズル本体の共通の端面に設けられており、前記ノズル排出口は、前記ノズル本体の向かい合う端面に設けられている、請求項１から請求項１１のいずれか１項に記載の二流体ノズル。
【請求項１３】
前記ノズル本体は、前記ガス流路および前記液体流路と一体的に製造されている、請求項１〜請求項１２のいずれか１項に記載の二流体ノズル。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の二流体ノズルと送風機とを有するノズル装置であって、前記送風機は、前記二流体ノズルにガスを供給するために設置されている、ノズル装置。
【請求項１５】
請求項１から請求項１４のいずれか１項に記載の二流体ノズルの運転法であって、以下のステップ、すなわち
‐液体流路を介して液体を供給するステップと、
‐前記液体流路からフロー室へ液体流出方向に液体を噴出させるステップと、
‐前記液体流出方向とは異なるガス流方向が画定されているフロー室へガスを供給するステップと、
‐液体が前記ガイド体の周りで方向転換され、前記液体流出方向とは逆の流れ方向でノズル開口部へ流れる液膜が形成されるように、前記フロー室に流入する液体にガスが印加されるステップと、
‐前記ノズル開口部を通って液体を放出するステップと
を有する方法。
【請求項１６】
前記フロー室へのガスの供給は、送風機によって行われる、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記液体流路から前記フロー室への液体の噴出は、流出スリットを通って、線のように行われる、請求項１５または請求項１６に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二流体ノズルとノズル装置と二流体ノズルの運転法とに関する。
【背景技術】
【０００２】
二流体ノズルは、微細に噴霧される液滴が必要とされる用途において、たとえば塵を払い落とすための装置あるいはガス冷却装置で用いられる。二流体ノズルには、液体あるいは混合液もしくは洗剤などのような添加剤も含まれ得る懸濁液が供給される。以下において液体について説明されるが、混合液も含まれている。液体を微細な液滴にして噴霧するために、加圧ガスが液体とともにチャンバから流れ出て、噴霧を助ける。圧縮空気を用いて噴霧される液体は、噴霧スプレージェットとして、二流体ノズルの少なくとも１つの流出開口部に放出される。
【０００３】
二流体ノズルは、たとえば特許文献１から知られている。二流体ノズルは、液体接続部と空気接続部とを備える。液体接続部は、ノズル軸に沿って同軸に延伸し、且つ混合チャンバに合流する液体流路と、流体的に接合されている。液体流はジェットとして、ノズル軸に沿って混合チャンバに流れ込む。ノズル軸に対して半径方向に、空気接続部と流体的に接合されている複数のインジェクション流路が、混合チャンバに合流する。混合チャンバにおいて、軸方向の液体流は、これに対して横方向に流れる空気を介して噴霧され、ノズル軸に沿って下流へ、流出開口部を通って外部に放出される。
【０００４】
ノズルはたいてい、液体である水と印加媒体である圧縮空気とによって、水を噴霧するために運転される。圧縮空気を生成するためには、調達するのに高くつき且つメンテナンスが必要なコンプレッサが用いられる。しかもコンプレッサを使用場所に運ばなくてはならないか、あるいはそこで利用できなくてはならないが、それが常に保証できるとは限らない。さらに、既知の二流体ノズル内の流路は寸法が小さいので、ノズルが詰まらないように、二流体ノズルにはできる限り汚染粒子がない水を供給しなくてはならない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】欧州特許第０７１４７０６号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
以上のことから、本発明の課題は、二流体ノズルのための改善されたコンセプトを提供することである。
【０００７】
本発明の課題は特に、従来技術の欠点を克服し、且つ必ずしもコンプレッサを必要とすることなく、空気を用いて液体を良好に噴霧でき、且つ好適には充分に汚れにくい二流体ノズルを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は、請求項１に記載の二流体ノズルと、請求項２に記載の二流体ノズルと、請求項１７に記載のノズル装置と、請求項１８に記載の二流体ノズルの運転法とによって解決される。
【０００９】
本発明の第１の態様に従えば、フロー室を画定するノズル本体を備える二流体ノズルが提供されている。ガス流路は、ガスたとえば空気を供給するのに使われ、フロー室に合流する。二流体ノズルの液体流路は、液体たとえば水を供給するために設置されており、少なくとも１つの流出開口部を備える。流出開口部を通って、液体はフロー室へ流出する。フロー室内に液膜を形成するために、フロー室内でガスが液体に突き当たる、印加される。流出開口部は、液体流路からフロー室への液体の流出方向を確定する。流出開口部は、フロー室内の液膜の流れ方向とは逆向きである。
【００１０】
流出開口部の相対的な配置によって、この流出開口部から流出する液体にガス流が突き当たって、液体は方向転換され、それからほぼ逆の流れ方向へ流れる。その際この液体は、薄い液膜に形を変える。これは、ガス、たとえば空気が突き当たった液膜を良好に噴霧するための基礎となる。その際、低いガス圧で作業できるので、場合によってはコンプレッサを使用しなくてよい。
【００１１】
液膜の流れ方向は、ガス流方向によって決定される。液体とガスは、二流体ノズルのノズル開口部から出てくる。ガス給入口とノズル開口部とを設けることによって、フロー室において、ノズル排出口へ向かう液膜の流れ方向が定められる。
【００１２】
本発明の別の一態様に従えば、フロー室を画定するノズル本体と、ガス流路と、液体流路とを備える二流体ノズルが提供されている。ガス流路はフロー室に合流し、ガスをフロー室に供給するために設置されている。液体流路は、液体をフロー室に供給するために設置されている。液体流路は少なくとも１つの流出開口部を備え、当該流出開口部を通って、液体はフロー室へ流出する。フロー室内に液膜を形成するために、フロー室内でガスが液体に突き当たる。流体流路と流出開口部は、フロー室を横切り且つ流出方向に対して垂直に延在する投影平面に投影されて、少なくとも一部の区間において湾曲し、巻回され、あるいは蛇行した線を形成するように延伸する。
【００１３】
延在する流体流路が少なくとも一部の区間において湾曲し、巻回され、あるいは蛇行し、好適には折れ曲がらずに延伸するとともに、流出開口部が開口することによって、流体が流出開口部から流出した後に広がって充分に均一で薄い液膜を形成するのを可能にする充分な長さの液体の流出開口部を形成  できる。これは、ガスによって印加された液膜を良好に噴霧するための基礎となり、且つ低いガス圧で作業できるので、場合によってはコンプレッサを使用しなくてよいという基礎となる。
【００１４】
有利な一実施形態において、流出開口部を有する液体流路は、円筒状のノズル本体の中で、円筒側壁に対して半径方向に距離を置きつつ、当該円筒側壁に沿って弓状に延伸する。しかし液体流路は、流出開口部の曲線をできる限り長くするために、もしくは流出開口部によって定義される流出面をできる限り大きくするために、蛇状、雷文状、あるいはその他の適切なやり方で、１回または複数回巻回してあるいはループして、ノズル本体を横切って延伸してよい。ノズル本体は、正四角柱あるいは四角柱の形状を備えてもよい。
【００１５】
しかも、記述された２つの態様に従った二流体ノズルの特徴を備える二流体ノズルが挙げられる。
【００１６】
液膜を方向転換させ、且つガス流路を横切ってできる限り長くて狭い流出開口部に沿って液膜を放出するように設置されるような配置と形体とによって、フロー室へ低圧で流入するガスを、液膜形成のために特に効率的に利用できる。特に、圧縮空気を使用しなくても、二流体ノズルの後方に微細な液滴が形成されるように、二流体ノズルから液体を噴出させ、噴霧することができる。圧縮空気とは、本願では特に、１バール超の超過圧力を有する圧縮された空気と理解される。
【００１７】
二流体ノズルは、有利なやり方で以下のように発展させてもよい。
【００１８】
好ましくは、液体流路は、少なくとも一部の区間においてフロー室内部に設けられているので、液体流路はフロー室に少なくとも部分的に取り囲まれている。液体流路は好適には、フロー室を通って延伸する。このようにして、液体を特に広範囲でフロー室内に噴出させ、散布して膜を形成することができる。
【００１９】
好適には液体流路は、少なくとも一部の区間において、流れ方向を弓状に取り巻いて延伸する。フロー室内の液体流路の弓形状によって、液体の流出開口部を相対的に大きくできるので、それでもなおコンパクトなノズル本体内で、液膜の大きなガイド面に液体を散布できる。
【００２０】
好適には液体流路は、少なくとも一部の区間においてノズル本体の周に沿って延在する。液体流路の流れ方向は流路によって確定されており、当該流れ方向は、好適には流路外部の液膜の流れ方向に対して横方向に配向されている。それによって、ノズル本体を通る液膜の流れ経路を長くすることができる。
【００２１】
好ましい一実施形態において、液体流路は、渦巻状に形成されている。好適には液体流路は、少なくとも部分的には、渦巻である。渦巻はたとえば、アルキメデスの螺旋であってよいが、しかし必ずしもそうである必要はない。渦巻は１つあるいは三次元であってよく、つまり弦巻線を形成してよい。しかし液体流路は、たとえば円形であってもよい。液体流路は、複数のたとえば同心円状の区間を含んでもよい。本目的にとって充分な長さの液体流路と流出開口部とを保証できるように、液体流路は全体的にあるいは部分的に、半径方向のセグメントと周方向セグメントとを有する任意の軌跡に従って、たとえば雷文状、曲がりくねった形状、ジグザグ線状に、ただし好適には折れ曲がりなしにフロー室に設けられていてもよい。
【００２２】
本発明の一実施形態において、液体流路は、少なくとも１つの第１流路壁と第２流路壁とから形成される。第１流路壁および／または第２流路壁によって、液膜のためのガイド面を有するガイド体が形成されていてよい。ガイド体の輪郭は、第１流路壁の外面および／または第２流路壁の外面によって形成されて、好適には、流出開口部から流出する液体を液膜としてノズル開口部に送るのに適切に形作られている。
【００２３】
ガイド面によって、供給される液量を、供給されるガス量とともに、液膜形成および液膜噴霧に特に効率的に利用できる。好適には第１流路壁の外面と第２流路壁の外面とによって形成されるガイド面によって、液膜上を流れるガスにとって充分な有効長を取ることができる。このようにして、ガス圧が低くても、液体の極めて微細な噴霧を達成できる。
【００２４】
フロー室の周に沿ってガイド体が延伸することによって、二流体ノズルをコンパクトな構造にできるにもかかわらず、液体のためのガイド面を特に広く且つ大面積とすることができる。
【００２５】
ノズル開口部へ流れるガスは、ガイド面の傍を通って流れ、液体もしくは液膜をノズル開口部へ押し流す。液膜の上を流れるガスによって、液膜を振動させることができる。その際膜を、有利には引き延ばすことができ、それによってより薄くすることができる。
【００２６】
好適にはガイド体は、流出開口部からフロー室へ流出した後に液体流を分割でき、その結果液体流はフロー室においてガイド体を好適には２側面で環流するように形成されている。さらにガイド体は、フロー室を通って流出方向に沿った流れ方向に液体を方向転換させ、且つ膜を形成させるのを促進するのに適するように形作られている。
【００２７】
流出開口部は好適には、液体流路もしくはガイド体の端面に設けられているので、液体は方向転換した後に、ガイド面を形成する外側の流路壁面にほぼ均一に散布される。液体流を分割し且つ液体とガスとがガイド体を２側面で環流することによって、ガス流方向もしくは液体流方向に対して横方向に配向するガイド体の２つの面は、液膜をガイドして形成するのに使われる。それによって、液膜の面とひいてはガス流の有効面が大きくなる。
【００２８】
第２流路壁は、好適には円筒状のノズル本体の中心軸もしくは円筒軸を通る断面で見て、好適には第１流路壁に対して鏡像であり、鏡平面は中心軸もしくは円筒軸に対して平行に延在する。好適にはガイド体は、断面において、仮想の接続ラインを通って液体流路の流出開口部からノズル本体のノズル開口部へ至る軸に対して対称的である。
【００２９】
好適にはガイド体は、液体流路の流出開口部に背向する端面への方向に、好適には対称的な楔形状を備える。特に好ましくはガイド体は、断面においてＶ字形状を備える。ガイド体は、断面において、長く伸びた滴形状を備えてもよい。これらの形状は、流出開口部から流出する際に液体を方向転換させるために、且つ薄い液膜を形成してガイドするために、特に適している。ノズル開口部に対向するガイド体の端面は好適には、ノズル開口部の近傍にある、液膜のための剥離縁部を形成する。剥離縁部によって、液体をガイド面から分離し、ノズル開口部を通ってノズル本体から外部へ運び、ガス流によって噴霧することができる。
【００３０】
本発明の好ましい一実施形態において、液体流路の流出開口部は、好適にはつながって形成されている。これによって、液体が障害なくフロー室に流出することが可能になり、できる限りまとまって途切れのない液膜の形成が促進される。
【００３１】
流出開口部は好適には、フロー室を通って延伸する液体流路の部分の形状あるいはカーブの延在に従っている。流出開口部は、たとえば液体流路と同様に渦巻状、円形状、雷文状あるいはその他のやり方で、１回または複数回巻回してあるいはループして、形作られている。流出開口部は、好適にはフロー室の周に沿って延伸する。流出開口部は、たとえば弓状にフロー室の半径方向内側の境界面に沿って延伸してよい。フロー室はたとえば、流出開口部が少なくとも一部の区間において延伸する円筒状の壁によって画定されていてよい。流出開口部は、たとえば弓状にフロー室もしくはノズル本体の周に沿って、直径が縮小する軌跡で延伸してもよい。
【００３２】
渦巻状の流出開口部の特に好ましい一実施形態において、流出開口部の渦巻形状は、ノズル本体の周に沿って好適には少なくとも１回転（少なくとも３６０度）あるいは少なくとも２回転を超えて延伸する。流出開口部は、このようにして「巻かれ」ていてよい。これは、好適には液体流路とガイド面にも当てはまる。流出開口部とガイド面の巻かれた形状によって、液膜は、ノズル本体の断面全体でガス流にさらされ得る。このようにして長い流出開口部と大きなガイド面とを、コンパクトなノズル本体の中に狭い空間で形成できる。ガイド体の表面に形成された大きなガイド面は、ガス流が広範囲で作用できる薄い水膜をもたらす。それで、ガスの超過圧力がたとえば最大３００ミリバールと低い場合でも、液体の微細な噴霧を達成できる。そのような圧力は、通常の通風機あるいは送風機で生成できる。高価なコンプレッサを調達し、運転し且つ保守して使用するのを回避できる。これによって、適用範囲と本発明にかかる二流体ノズルを用いることができる使用場所の多様性とが広がる。
【００３３】
流出開口部は、好適には流出スリットあるいは流出間隙であり、それを通って液体がほとんど直線状に噴出する。好適には流出スリットは、ガス流路に対向するガイド面の端面に設けられている。このようにして、特に薄くて大面積の、好適にはつながっている液膜をガイド面に生成できる。
【００３４】
たとえば弓状にあるいは渦巻状にフロー室の周に沿って延伸することによって、確かに流出開口部を間隙状にできるが、しかしそれでもなお流出開口部は、全体としては、必要な液量をフロー室に流入させる大きな流出面を与える。
【００３５】
ノズル本体を通りそこから出る自由な流れ経路は、流れ方向に対して横方向に、好適には常に少なくとも２ｍｍの寸法を備える。そのように作られた二流体ノズルは、汚染粒子が含まれる水を二流体ノズルに加えても、より詰まりにくい。それによって、二流体ノズルは、ノズル用にきれいな水が利用できない場所でも、信頼性をもって使用できる。
【００３６】
フロー室は、渦巻状の区間を備えてよい。渦巻状の区間は、渦巻状の液体流路を含んでよい。渦巻状のフロー室は、ガス流路がフロー室に合流する箇所である開いた端部を備えてよい。液体流路の流出開口部は好適には、フロー室の渦巻状の部分の開いた端部と同じ方向に配向されている。流出開口部は、端面に対して後方に、ノズル開口部の方向へずらされていてよい。記述された配置によって、ガス流は半径方向で分割され得るが、それでもなおフロー室はつながったままである。このようにして、存在するガス流を特に近くで、長い有効長にわたって液体流路のガイド面の傍を通って誘導できる。
【００３７】
好ましくはガス流路は、流出開口部とは逆向きにフロー室に合流し、合流点はノズル開口部と向かい合っている。ガス流は、このようにして、フロー室を通って流出開口部から流出する際の液体流の方向とは逆の方向へ画定される。したがって、液体は特に効率的に方向転換され、且つガイド面に散布される。
【００３８】
好ましい一実施形態において、フロー室は、ノズル排出口の方向に細くなる。それによってガスの流速が増して、液膜形成とノズル開口部からの液体の噴出とが促進される。
【００３９】
ノズル排出口とも呼ばれ得るノズル開口部は、好適にはスリットあるいは間隙である。ノズル排出間隙は、流れ方向を回って湾曲していてよく、たとえば渦巻状に湾曲していてよい。
【００４０】
好ましい一実施形態において、ノズル本体はほぼ円筒状に形成されており、流れに従ってガス流路と接合されているガス接続部と、流れに従って液体流路と接合されている液体接続部とを備える。ガス接続部と液体接続部は好適には、ノズル本体の共通の第１端面に設けられている。ノズル排出口は好適には、ノズル本体の向かい合う第２端面に設けられている。このようにして、単純で整然として且つ取り扱い容易な、ノズル本体のための形状がもたらされ、特にガスにとって比較的単純な、ノズル本体内での流動条件がもたらされる。
【００４１】
好ましくはノズル本体は、ガス流路および液体流路と全体として一体的に、特に３Ｄプリントによって製造される。３Ｄプリントあるいはその他の付加的な製作法は、ノズル本体を製造するために特に適している。
【００４２】
本発明の別の一態様に従えば、前述の二流体ノズルを少なくとも１つ含むノズル装置が提供され、ノズル装置にはさらに、二流体ノズルにガスを供給するために設置されている送風機が含まれている。好適には送風機は、送風機の吸引側での圧力に対して、ガス流路がフロー室に合流するところのガス圧の圧力比を最大１．３にする。好適には、ガス流路がフロー室に合流するところの圧力は、吸引側での圧力に比べて最大３００ミリバール上昇する。
【００４３】
本発明のさらに別の一態様に従えば、さらに二流体ノズル特に前述の特徴を有する二流体ノズルの、以下のステップを備える運転法が提供される。
【００４４】
二流体ノズルには、液体流路を介して液体が供給される。液体は、液体流路からフロー室へ噴出される。噴出は、流出開口部から液体流出方向に行われる。フロー室には、さらにガスが供給される。フロー室において、特にガス給入口とノズル開口部との相対的な配置によって、ガス流方向が画定される。流出開口部のところにある、フロー室へ液体が流出する場所で、液体は、ガス流方向とは異なる方向に流出する。好適には液体流出方向とガス流方向は、互いに逆である。フロー室に流入する液体は、ガスが印加される。ガスを印加することによって液体は方向転換され、液体流出方向とは逆の流れ方向でノズル排出口へ流れる液膜が形成される。液体は、ノズル排出口を通ってノズル本体から放出される。
【００４５】
ガスは、液膜の表面の傍を通って流される。それによって液膜は、ノズル排出口の方向に運ばれ、しかも振動させられ且つ波を形成させられ得て、ノズル本体外部での噴霧が促進される。
【００４６】
好適には、液体流路からフロー室への液体の噴出は、狭い流出スリットあるいは流出間隙を通って行われる。それによって、直線的に、且つ好適にはガス流と逆に噴出する。直線的な噴出は、周に沿う弓形に沿って行われてよい。特に好ましくは、ガス流方向の周りに湾曲している、湾曲し、蛇行し、且つ少なくとも一部の区間において巻回した、好ましくは渦巻状の間隙あるいはスリットから直線的に噴出するので、スリットの幅もしくは間隙の幅が小さい場合でも、液体に充分な流出面を準備する。
【００４７】
好適には液体の直線的な噴出は、液体流路を含むガイド体の端面で行われる。
【００４８】
運転中に、多量の液体が液体流路に供給されるので、液体流路の断面は好適には、完全に液体で満たされている。それによって液体流路は、絶えず液体で洗浄され、汚染粒子が流路壁に付着するという危険が減少する。
【００４９】
特に好ましい一実施形態において、ガスの供給は、出口が導管を介してフロー室のガス接続部に接続されている送風機を用いて行われる。
【００５０】
本発明の有利な実施形態のさらなる詳細は、従属請求項と図面の図と付属の記述とからもたらされる。図面において、本発明の実施形態は単に例示目的で説明されており、本発明を限定するものではない。図に示されるのは以下である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明にかかる二流体ノズルの簡略化された斜視図である。
【図２】図１の二流体ノズルの簡略化された断面斜視図である。
【図３】図１と図２の二流体ノズルの長手方向の斜視図と縦断面図である。
【図４】図３の縦断面図の部分図である。
【図５】二流体ノズルと送風機とを有するノズル装置の概略図である。
【図６】本発明に従った二流体ノズルの運転法の、大きく簡略化されたフローチャートである。
【図７ａ】本発明の異なる実施形態に従った二流体ノズルの液体流路と流出開口部の例示的な延在部の平面図の大きく概略化された模式図である。
【図７ｂ】本発明の異なる実施形態に従った二流体ノズルの液体流路と流出開口部の例示的な延在部の平面図の大きく概略化された模式図である。
【図７ｃ】本発明の異なる実施形態に従った二流体ノズルの液体流路と流出開口部の例示的な延在部の平面図の大きく概略化された模式図である。
【図７ｄ】本発明の異なる実施形態に従った二流体ノズルの液体流路と流出開口部の例示的な延在部の平面図の大きく概略化された模式図である。
【図７ｅ】本発明の異なる実施形態に従った二流体ノズルの液体流路と流出開口部の例示的な延在部の平面図の大きく概略化された模式図である。
【図７ｆ】本発明の異なる実施形態に従った二流体ノズルの液体流路と流出開口部の例示的な延在部の平面図の大きく概略化された模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
図１に表されている二流体ノズル１０は、ほぼ円筒状のノズル本体１１を備える。ノズル本体１１は、第１端面１２と、好適には平らな第２端面１３とを備える。第１端面１２には、ガス接続部１４と液体接続部１６とが設けられている（図５参照）。ノズル本体１１の第２端面１３には、ノズル開口部即ちノズル排出口１７が設けられている。ノズル排出口１７は、円筒軸Ｚを中心に２回以上全回転して平らな渦巻に巻かれている排出スリット即ち狭い排出間隙である。
【００５３】
図２は、ノズル本体１１の縦断面図を示している。ノズル本体１１の内部では、ガス流路１８が端面１２に接続する。ガス流路１８はほぼ円筒状で、ノズル本体１１の円筒状の壁１９によって画定される。ノズル本体１１は、同様にノズル本体１１の円筒状の壁１９によって画定されているフロー室２１を備える。ガス流路１８は、ノズル本体１１の内部で、軸方向にフロー室２１に合流する。フロー室２１の中に、渦巻壁２２が設けられている。フロー室２１は、渦巻壁２２によって、渦状腕の形状を取る。渦巻の中心軸Ｚは、円筒軸Ｚに対して平行であるか、あるいはこれと一致する。
【００５４】
フロー室２１は、軸方向に開いた平らな流入側面２３で、ガス流路１８に接続する。フロー室２１の流入側面２３は、ガス流路１８がガス接続部１４と接合されている箇所の端面１２に対向する開いた端面を形成する。フロー室２１は、渦巻壁２２によって半径方向に分割されているが、周方向Ｕには開かれて貫通し、分岐していない。図２において１つの渦状腕で形成されているフロー室２１は、少なくとも２つの渦状腕で形成されていてもよい。その代わりに、フロー室２１は、たとえば、半径方向の流れ接続を備え且つガス流を半径方向と周方向Ｕとに分割する、同心の円筒リング状の複数の空間を備えてよい。
【００５５】
フロー室２１は、前方部分２４と後方部分２６とを備える。前方部分２４は流入側面２３に隣接し、円筒軸Ｚに沿って一定の半径方向の渦状腕高さＨを備える。後方部分２６は、前方部分２４に接続する。後方部分２６において、渦状腕高さＨは、ノズル排出口１６の方向に次第に小さくなる。それによってフロー室２１は、全体として半径方向に細くなる。後方部分２６に、渦巻状のノズル排出スリット１７が接続する。
【００５６】
フロー室２１内に、液体流路２７が設けられている。液体流路２７には、ノズル本体１１の壁１９に設けられている供給部分２８が含まれる。供給部分２８は、円筒軸Ｚに対して平行に、ノズル本体１１の第１端部１２から延伸する。供給部分２８は、供給流路壁２９を備える。供給部分２８から、一方では円筒軸Ｚに対して横方向の周方向Ｕに渦巻壁２２が分岐し、他方ではこの渦巻壁２２に対して半径方向に距離を置いて液体流路２７の流出部分３１が分岐する。流出部分３１は、好適には固定箇所を２つだけ備え、第１固定箇所３１ａは供給部分２８に設けられており、第２固定箇所３１ｂはノズル本体１１の中央に設けられ且つ渦巻壁２２の内側端部と接合されている。追加の固定ポイント特に渦巻壁２２と流出部分３１との間のウェブ部はなくてもよいので、流出部分３１に沿った軸方向外側での滞りのないガス流と液体流とが可能になる。軸方向に、流出部分３１が前方部分２４から後方部分２６へ延伸する。
【００５７】
流出部分３１は、フロー室２１を通りノズル本体１１の周に沿って延伸するので、液体流路２７の一部分がフロー室２１によって取り囲まれている。流出部分３１は、第１流路壁３２と第２流路壁３３とを備える。第１流路壁３２は第１壁外面３４を備え、第２流路壁３３は第２壁外面３５を備え、これらの壁外面はそれぞれ、円筒軸Ｚに沿って見ると渦巻状なので、流出部分３１は平らな渦巻の形状を備える。
【００５８】
流出部分３１は、流出側面３７を備える。流出側面３７では、第１流路壁３２と第２流路壁３３とは接合されていないので、第１流路壁３２と第２流路壁３３との間には半径方向に、流出部分３１の延在部に続く、つながった間隙状の流出開口部３８ができる。流出開口部３８は、フロー室２１の流入側面２３に対して距離を置いて設けられており、この流入側面２３に対向する。流出開口部３８は、平らに且つガス流方向Ｓに対して横方向に配向されている。流出開口部３８は、ここでは特に平らな渦巻の形状を備えるが、三次元の螺旋つまり弦巻線として形作られていてもよい。渦巻形状によって、流出開口部３８は、フロー室１７の周に沿って延伸する。流出開口部３８は、特に弓状に渦巻壁２２とノズル本体１１の壁１９とに沿って延伸する。渦巻形状によって、流出開口部３７はさらに、弓状にフロー室２１の周に沿って直径が連続的に縮小する軌跡で延伸する。
【００５９】
流出側面３７とは逆の流出部分３１の側面は、剥脱側面３９を形成する。流出部分３１は、剥脱側面３９もしくはノズル開口部１７に向かって軸方向に楔状に細くなり、ノズル開口部１７の方向に楔状に細くなるフロー室１７の後方部分２６内に設けられている。第１壁外面３４と第２壁外面３５は、流出側面３７から剥脱側面３９に延伸する。第１壁外面３４は半径方向外側へ配向し、第２壁外面３５は半径方向内側へ配向している。第１流路壁３２と第２流路壁３３は、剥脱側面３９で互いに接合されており、その箇所で、流路壁３２、３３に沿って流れる液膜４１の剥離縁部４０を形成する。剥脱側面３９もしくは剥離縁部は、ノズル排出口１７に距離を置いてその近傍に設けられている。
【００６０】
図２から分かるように、縦断面で見ると、流路壁３２、３３はそれによって、翼面プロフィル形状に類似した、円筒軸Ｚに対して平行な長手平面と対称平面に対してほぼ対称的な楔形状あるいは長く伸びた滴形状を一緒に形成する。
【００６１】
図３は、前述の二流体ノズル１０の縦断面図を説明している。流出開口部３８は、フロー室２１内でのその配向によって、第１流路壁３２および第２流路壁３３とともに、流入側面２３のところで、液体の流出方向Ａを画定する。液体の流出方向Ａは、第１端面１２から第２端面１３へ流れるガスの流れ方向Ｓと逆に方向づけられている。
【００６２】
ノズル本体１１とガス流路１８と液体流路２７とを有するこれまでに記述された二流体ノズル１０は、好適には一体的且つ統合された物体として構成されており、たとえば付加製造プロセス、特に３Ｄプリントによって製造され得る。ノズル本体１１は好適には、継合部や嵌合部がなく、単一の材料、好適にはプラスチックあるいは金属から製造される。ノズル本体１１を、別々に作られて嵌合された複数の部品で製造することも可能であるが、しかしこれはとりわけ、余計にかかる費用と、継合部や嵌合部がもたらす欠点とのため、ここではあまり望ましくない。
【００６３】
前述の二流体ノズル１０は、たとえば工業生産時に対象物を湿らせあるいは冷却するために水などをスプレーするような多くの使用法に用いられ得る。特に、塵を払い落とすための装置あるいはガス冷却装置での使用に適している。二流体ノズル１０は以下のように運転され、記述は図１から図５に関連している。
【００６４】
二流体ノズル１０は、送風機によって流動させられるガスたとえば空気が印加される。本発明にかかるノズル装置４２の実施形態を、簡略化されたブロック図で示す図５において、当該装置が二流体ノズル１０と送風機４３とをどのように備えているかが示されているように、送風機４３はそのために、端面１２で二流体ノズル１０のガス流路１８に合流するガス接続部１４に接続されている。端面１２におけるガス接続部１４の相対的な配置により、且つガス流路１８とフロー室２１とノズル排出口１６とを向かい合う端面１３に相対的に設けることによって、フロー室２１内でのガス流方向Ｓが画定される。
【００６５】
ポンプ４４は、ノズル本体１１の第１端面１２において液体接続部１６と接合されており、液体接続部１６は、液体流路２７の供給部分２８と接合されている。ポンプ４４は、液体供給装置４６から水を搬送し、これによって二流体ノズル１０に液体特に水が供給される。ノズル１１内部の流量内寸、特に渦状腕高さＨ、液体流路の断面積、流路壁３２、３３の半径方向の距離によって決定されるような流出間隙３８の幅、あるいはノズル排出口１７の高さなどが充分に見積もられ、好適には少なくとも２ｍｍになるので、汚染物が含まれる水であっても、二流体ノズル１０が詰まる顕著な危険なしに、二流体ノズル１０への供給に用いることができる。
【００６６】
液体はまず、供給部分２８に沿って流出部分３１に流れ込む。流出部分３１の内部で、液体は周方向Ｕに沿って円筒軸Ｚに対して横方向にガス流Ｓの周りに流れる。それに従って流出部分３１は、液体が流出部分３１内で流れる方向であり且つガス流方向Ｓに対して横方向に配向されている流路方向Ｋを確定する。これは図３において、図の平面からの流れあるいは図の平面への流れを記号化する記号「・」と「×」で表示されている。
【００６７】
液体は、流出部分３１の流出側面３７で、渦巻状の流出開口部３８を通って、直線状にフロー室１７の前方部分２４へ、流出方向Ａに噴出される。ガス流路１８がフロー室２１に合流するところの第１端面１２と向かい合って、流出開口部３８が設けられていることによって、流出方向Ａはガス流方向Ｓとは逆になる。
【００６８】
図４において部分図で詳細に表されているように、流出開口部３８から流れ出た液体は、逆向きのガス流Ｓに巻き込まれ、ガス流方向Ｓに１８０度方向転換される。液体はガス流によって、流出部分３１の周りの両側で、流路壁３２、３３の第１壁外面３４と第２壁外面３５に分配されて液膜４１を形成する。壁外面３４、３５は、液膜４１のためのガイド面を形成する。その限りでは流路壁３２、３３は、ノズル本体１１の周に沿って延伸する、液体のためのガイド体３６を形成する。ガイド体３６は、フロー室２１と液体流路２７外部の液体流とを半径方向に分けるので、液体はガイド体３６を２側面で、図においては上部の第１壁外面３４と下部の第２壁外面３５にわたって環流する。半径方向で充分均一な逆のガス流と、ほぼ対称的なガイド体３６とによって、液体流路２７外部の液体流４１は、充分に均一に分割される。液体表面をノズル排出口１７へ流れるガスはそれから、液膜４１をガス流方向Ｓにノズル排出口１７に向かって押し流す。その際液膜４１はガスが印加されて、液膜４１が付加的に振動させられる。その際、液膜４１がガス部分流とともに、壁外面３４、３５にわたってガイド体３６上を剥脱側面３９へ流れる間、液膜４１はすでに予噴霧される。
【００６９】
フロー室２１の幅は、ガイド体３６の壁外面３４、３５と、向かい合う渦巻壁２２の内面との間で測定すると、剥脱側面に向かってますます小さくなるので、壁外面３４、３５にわたって流れる液体部分流４１はますます薄くなり、加速する。液体部分流４１は剥脱側面３９の剥離縁部４０で出会い、剥離縁部４０によってガイド体３６から分離される。液体部分流４１はガス流とともに、ノズル排出開口部１７を通って二流体ノズル１０から外部に噴出し、液体は二流体ノズル１０から外に流出する際に、微細な液滴となって噴霧される。
【００７０】
図６に関連して、特に図１から図５に記載の二流体ノズル１０に適用され得る、本発明に従った二流体ノズルの一般的な運転法５０のフローチャートが説明される。
【００７１】
方法５０は、ステップ５１において説明されるように、液体流路（たとえば２７）を介しての二流体ノズルたとえば二流体ノズル１０への液体の供給で始まる。
【００７２】
ステップ５２において説明されるように、液体はそれから液体流路を通って流れ、液体流路からフロー室（たとえば１７）へ液体流出方向Ａに噴出される。
【００７３】
同時にガスが、フロー室へガス流方向Ｓに供給される（ステップ５３）。ガス流方向Ｓは液体流出方向Ａとは異なっており、好適には液体流出方向Ａと逆である。
【００７４】
フロー室へ流入した液体はガス流が印加されて、液体は方向転換されて液膜（たとえば４１）が形成され、当該液膜は、液体流出方向Ａとは逆の流れ方向Ｓに、ノズル排出口（たとえば１７）へ流れる（ステップ５４）。ガス流によって、液膜はすでにある程度まで予噴霧され得る。
【００７５】
最後に液体は、ノズル排出口を通って二流体ノズルから外部に噴出される。その際液体は、一緒に流れるガスによって互いに粉砕され、微細に噴霧される。流出する液体が容易に円錐台状に外部に拡散するように放出され得、それが噴霧をさらに助ける。
【００７６】
本発明にかかる方法５０の好ましい一実施形態において、フロー室へのガスの供給は、送風機（たとえば４３）によって行われる。高価なコンプレッサは、使用しなくてよい。
【００７７】
方法５０の有利な他の一実施形態において、液体流路からフロー室への液体の噴出は、狭い流出間隙好適には渦巻状に巻かれた流出間隙を通って直線的に行われる。流出間隙は、その他のやり方で、少なくとも部分的に湾曲し巻回しあるいは蛇行して延在してもよい。いずれにしても、それによって流出間隙をできる限り長くし、流出間隙から流出する液体に効果的に印加でき、液体を必要に応じて方向転換させ、および／または薄い液膜に形を変えることができ、それによって噴霧を有利にさらに助ける。
【００７８】
本発明の枠内で、多くの改変が可能である。たとえば図７ａから図７ｆは、本発明の異なる実施形態に従った、流出開口部３８が付随する液体流路２７の例示的な延在部を示している。表されているのは、フロー室２１を横切り且つ流出開口部３８からの液体の流出方向Ａ（図２参照）に対してほぼ垂直に延在する投影平面に、液体流路２７と流出開口部３８とを投影することでもたらされる平面図である。渦巻状の流出開口部３８の限定された幅は、投影平面への投影の際にはベルト状のカーブ形状となっているが、このカーブ形状はここでは、単純且つ明確に説明するために細い線で表されている。
【００７９】
図７ａは、図１から図３に表された好ましい実施形態の流出開口部３８を有する渦巻状の液体流路２７の投影線を示している。渦巻形状は、液体流路２７の平らな渦巻状あるいは弦巻状の延在部からもたらされ得る。
【００８０】
渦巻形状の代わりに、流出開口部３８を有する液体流路２７の延在部は、１つの円の形状あるいは、好適にはすべてが連続して互いに接合されているが、しかし、そうである必要はない複数の同心円を採用してもよい。使用法に応じて場合によっては、好適には角度が少なくとも９０度、より好ましくは１８０度に及ぶ、たとえば円あるいは渦巻の湾曲した弓状部分で充分足りる。特に有利なのは、少なくとも１回転（少なくとも３６０度）あるいは２回転を超えて延伸することである。
【００８１】
図７ｂにおいて、流出開口部３８を有する液体流路２７の蛇行したもしくは巻回した雷文状の延在形状が示されており、当該延在形状は、ここでは９０度の角度でフロー室１７の中央の中心軸を回って曲がり互いに接合されている、複数のここでは４つのループ６１を備える。ループ６１の数と曲がり角は、任意に他にも選択できる。
【００８２】
図７ｃに記載の雷文状の実施形態は、図７ｂに記載の実施形態と類似しているが、ここでは、フロー室２１を横切る方向に互いに並列して設けられて且つ互いに接合されている複数のループ６２、６３が形成されている。
【００８３】
図７ｄから図７ｆはさらに、液体流路２７と流出開口部３８の、渦巻のような延在部、星形の延在部もしくは曲がりくねった延在部が、間に湾曲したあるいは屈曲した接続部分６５が設けられているそれぞれ複数の直線部分６４を備える実施形態を示している。上述の実施形態のように、延在部は二次元あるいは三次元であってよい。
【００８４】
すべての実施形態において、フロー室１７もしくは投影平面の大部分を貫通するか、またはカバーする連続的に延在し、折れ曲がりのない延在形状とすることが有利である。液体流路２７と流出開口部３８の長さを長くすることで、間隙幅が非常に限定されていても、充分な量の液体を広がって均一な薄い液膜の形状で、流出開口部から流出させ、且つ続いて効果的に噴霧することが可能になる。
【００８５】
ノズル１０の排出口を形成するノズル開口部１７は好適には、液体流路２７および流出開口部３８の投影線とほぼ同じ形状を備えるが、それと異なっていてもよい。
【００８６】
しかも、図７ａから図７ｆからも分かるように、フロー室２１は、断面がたとえば円形、楕円形、正方形、長方形のあるいは任意の別の適切な断面の、好適には円筒状あるいはパイプ状の形状を備えてよい。
【００８７】
好適には送風機４３によってガスが印加されて運転できる二流体ノズル１０が提供されている。二流体ノズル１０は、フロー室２１を画定するノズル本体１１を備える。二流体ノズル１０はさらに、流出開口部３８を有する液体流路２７を備える。フロー室２１の内部では液膜４１が形成され、当該液膜４１は、フロー室２１内部のガス流によって、ノズル排出口１７へ運ばれる。液体流路２７の流出開口部３８は、好適には液膜４１の流れ方向Ｓとは逆向きの、フロー室２１への液体の流出方向Ａを画定する。好適には液体流路２７とその流出開口部３８は、少なくとも一部の区間において湾曲し巻回しあるいは蛇行して、ノズル本体１１を横切って延伸する。
【符号の説明】
【００８８】
１０  二流体ノズル
１１  ノズル本体
１２  第１端面
１３  第２端面
１４  ガス接続部
１６  液体接続部
１７  ノズル排出口、ノズル開口部
１８  ガス流路
１９  壁
２１  フロー室
２２  渦巻壁
２３  流入側面
２４  前方部分
２６  後方部分
２７  液体流路
２８  供給部分
２９  供給流路壁
３１  流出部分
３１ａ  第１固定箇所
３１ｂ  第２固定箇所
３２  第１流路壁
３３  第２流路壁
３４  第１壁外面
３５  第２壁外面
３６  ガイド体
３７  流出側面
３８  流出開口部
３９  剥脱側面
４０  剥離縁部
４１  液膜
４２  ノズル装置
４３  送風機
４４  ポンプ
４６  水源、液体供給装置
５０  方法
５１−５５  方法ステップ
６１−６３  ループ
６４  直線部分
６５  接続部分
【図１】
0006442048.tif 000002
【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】
0006442048.tif 000007
【図７ａ】
0006442048.tif 000008
【図７ｂ】
0006442048.tif 000009
【図７ｃ】
0006442048.tif 000010
【図７ｄ】
0006442048.tif 000011
【図７ｅ】
0006442048.tif 000012
【図７ｆ】
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