(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一端に複数の流体が流入する流入口（１１）を有したノズル本体（１０）の先端をエンドプレート（１２）で閉塞し、このエンドプレート（１２）のノズル本体（１０）の流路中心軸より偏心した位置にノズル本体（１０）の先端内周に内接して一個または数個の噴射口（１３）を設けてなる混合噴射装置。
【請求項２】
一端に複数の流体が流入する流入口（１１）を有したノズル本体（１０）の先端をエンドプレート（１２）で閉塞し、このエンドプレート（１２）のノズル本体（１０）側の内面に局所的凹部（１４，１４，１４・・・）を設けて非平面となし、
エンドプレート（１２）のノズル本体（１０）の流路中心軸より偏心した位置にノズル本体（１０）の先端内周に内接して非円形の一個または数個の噴射口（１３ａ）を設けてなる混合噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、気体、液体、流動化固体等の複数の流体を混合して噴射する混合噴射装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の混合噴射装置として、二流体ノズル（流体は二種類とは限らず、本願ではそれ以上の流体を混合する場合も、便宜的に二流体ノズルという。）が汎用されている。従来の二流体ノズルは、液滴の噴射に圧縮空気を混合して圧縮空気の圧力開放で液滴を細分断して小さな液滴を噴霧する目的等で使用されている。また、燃焼バーナにおいては、燃料と燃焼用空気とを共に噴射して、燃料と燃焼用空気とが均一に混合する目的でも使用されている。さらに、この種二流体ノズルは、その他に、異なる流体を均一に混合して化学反応し易い雰囲気を確保する目的等にも利用されている。
【０００３】
しかし、従来のこの種二流体ノズルは、混合効率を高めるのに噴射圧力を高める必要があるという間題点を有している。すなわち、この種の二流体ノズルは噴射圧力が低いと混合率が低く、噴射圧力を高めると混合効率は改善されるが、強靭で大型の装置と大きな運転動力とが必要になるという問題点を有している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
そこで、本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、噴射圧力を高めることなく、混合効率を向上できる混合噴射装置を提供することを課題としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、一端に複数の流体が流入する流入口１１を有したノズル本体１０の先端をエンドプレート１２で閉塞し、このエンドプレート１２のノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置にノズル本体１０の先端内周に内接して一個または数個の噴射口１３を設けてなる技術的手段を講じたものである。
【０００６】
本発明に係る混合噴射装置の作用を添付図面に基づいて説明すると、流入口１１よりノズル本体１０内に圧送する複数の流体Ｐ１、Ｐ２の大半は、エンドプレート1２に衝突する。すると、エンドプレート１２に衝突した流体はこのエンドプレート１２の内面に沿って噴射口１３に向かう流れＰ３となる。したがって、エンドプレート１２の内面近くでは衝突する流体Ｐ１、Ｐ２と噴射口１３に向かう流れＰ３とが複合して乱流が発生し撹神作用を呈するものである。
【０００７】
そして、流入口１1より流入した流体は、最終的には噴射口１３より噴射される。通常のノズルではノズル本体１０の流路中心軸上に噴射口があるため、噴射口１３よりは放射方向に噴射されるが、本発明では偏心位置に噴射口１３があるため、同時に流入した流体でも噴射口１３に達するまでに距離の差が生じ、局所的に流速に差を生じて、放射方向の噴射流Ｐ４、Ｐ４、Ｐ４・・・に乱れが生じ噴射直後に撹搾作用を呈する。
【０００８】
また、上記噴射流Ｐ４、Ｐ４、Ｐ４・・・対して、噴射口１３に向かう流れＰ３が作用し、該噴射口１３の先で偏乱流Ｐ５（略放射方向の噴射流Ｐ４、Ｐ４、Ｐ４・・・とは異なる方向の乱流という意味で偏乱流と称する。）が発生し、液滴等の噴射流体どうしが衝突して、さらに混合作用を呈するものである。
【０００９】
【００１０】
【００１１】
次に、「請求項２」の発明は、一端に複数の流体が流入する流入口１１を有したノズル本体１０の先端をエンドプレート１２で閉塞し、このエンドプレート１２のノズル本体１０側の内面に局所的凹部１４、１４，１４・・・を設けて非平面となし、エンドプレート１２のノズル本体の流路中心軸より偏心した位置にノズル本体１０の先端内周に内接して非円形の一個または数個の噴射口１３aを設けてなる技術的手段を講じたものである。
【００１２】
それ故、本発明は、噴射口１３aをノズル本体１０の先端内周に内接することで、噴射口１３aの偏心量を最大となすことができ、前記噴射直後の混合を最大限となす作用を呈する。エンドプレート１２の内面を非平面となしたので、該エンドプレート１２の内面近くでは局所的凹部１４、１４、１４・・・に小さな乱流が発生して、さらに混合効率を高める作用を呈する。
【００１３】
また、噴射口１３aをノズル本体１０の先端内周に内接することで、上記作用に加え、ノズル本体１０の先端内周に沿って軸方向に流れて噴射口１３aより噴出される流速と、その他の部位の流速（エンドプレート１２に一度衝突した流れる流速）とで、顕著な噴出速度の差が生じて、噴射流体が混合される蓋然性をさらに高める作用を呈する。
【００１４】
また、本発明は、噴射口１３aを非円形となすことで、噴射方向を正確な放射方向から複雑に変化することができ、この噴射方向の変化で噴射直後の流体の混合を助長する作用を呈するものである。
【００１５】
【発明の実施の態様】
次に、本発明実施の態様を添付図面に基づいて詳細に説明する。図中、１０が本発明に係る混合噴射装置の主要部をなすノズル本体である。このノズル本体１０は、一端（図右端）に複数の流体が流入する流入口１１を設けてある。
【００１６】
図示実施態様では、上記流入口１１は、二又に分岐した第一流入口１１ａと第二流入口１１ｂとで構成され、例えば、第一流入口１１ａには図示しない圧力水供送ホースを、第二流入口１１ｂには空気圧縮装置の吐き出し口に連結する同じく図示しない圧力空気供送ホースを連結して、水と空気とがノズル本体１０内に圧送されるようになしてある。
【００１７】
なお、上記流入口１１は図示例と異なり、単一または三つ以上でもよく、単一の場合は、異なる二流体を別途混合して圧送するようにすればよく、異なる流体が三種類以上の場合はその数に応じて第一流入口１１ａ、第二流入口１１ｂ、第三流入口・・・を設ければよい。なお、本願で混合する流体は、気体、液体、流動化した固体のいずれでもよく、気液混合を始めとする異質流体の混合であっても無論差し支えない。
【００１８】
そして、上記ノズル本体１０の先端をエンドプレート１２で閉塞してある。このエンドプレート１２は通常ノズル本体１０の流路中心軸と直交方向に設けるが、後記するように斜設してもよいものである。
【００１９】
しかし、上記エンドプレート１２でノズル本体１０の噴射側先端部を閉塞すると圧送される流体は、無論、噴出できないので、該エンドプレート１２には、ノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置に一個または数個の噴射口１３を設けてある。
【００２０】
上記噴射口１３はエンドプレート１２の偏心位置（正確には、エンドプレート１２のノズル本体１０の流路中心軸より偏心した位置）であればその形状、数等は特に問題としないが、エンドプレート１２にシャワーノズルのようにあまりに多くの数の噴射口１３、１３、１３・・・を設けると、本発明がエンドプレート１２を衝突板として利用している機能が消失するので、1〜数個の噴射口１３にとどめてある。
【００２１】
また、上記噴射口１３の形状は適宜形状でよいが、図示の実施態様では、「図４」に示すように、エンドプレート１２の周部に円弧状の欠部を設け、ノズル本体１０の噴射側先端部の周部とで正面形状が凸レンズの断面形状となる噴射口１３ａ（噴射口１３）を設けたが、その他に、該噴射口１３は、「図５」に示すように各種のものが想定できる。
【００２２】
「図５」（Ａ）はエンドプレート１３の周部に噴射口１３ａ（噴射口１３）としてV字状の欠部を設けたもの、「図５」（Ｂ）はエンドプレート１２の周部に噴射口１３ａ（噴射口１３）として逆台形の欠部を設けたもの、「図５」（Ｃ）は噴射口１３ａ（噴射口１３）としてエンドプレート１２の周部を弦方向に切り取ったもの、「図５」（Ｄ）はエンドプレート１２の周部に噴射口１３ａ（噴射口１３）として一対の円弧状の欠部を設けたもので、これらの実施態様は実験の結果、効率的な混合効率が得られた。
【００２３】
また、「図５」（Ｅ）はエンドプレート１２の偏心部位に円形窓孔の噴射孔１３を、「図５」（Ｆ）はエンドプレート１２の周偏心位置に楕円形窓孔の噴射口１３ａ（噴射口１３）を、「図５」（Ｇ）はエンドプレート１２の中心と同心円形部位に沿って複数の円形窓孔の噴射孔１３、１３、１３・・・を設けたもので、これらは、「図５」上段のものよりは混合効率はやや低下するも、従来のノズルよりは混合効率が２〜５割程向上できた。
【００２４】
上記エンドプレート１２を設けることで、該エンドプレート１２に衝突した流体は該エンドプレート１２の内面に沿って「図１」および「図２」に示される噴射口１３に向かう流れＰ３になるので、流れ方向を代える際にエンドプレート１２の内面側で乱流が発生し、しかもこの乱流に新たに衝突する流れが加わるので流体の混合がなされる。すなわち、該エンドプレート１２が衝突板となってノズル内で流体の混合がなされるものである。
【００２５】
さらに、本発明は噴射口１３を偏心位置に設けてあるので、流体が該噴射口１３に達するまでの距離が局所的に変化することになる。この距離の差は噴出速度の差となって現れ噴射流体どうしを噴射直後に混合することになる。また、噴出速度の差は噴射方向を変える要素ともなり、噴射方向が変化することで噴射流体を混合する。
【００２６】
また、前記噴射口１３に向かう流れＰ３のベクトルが噴射流体にも影響を与え噴射流Ｐ４、Ｐ４、Ｐ４・・・の一部を方向転換させ、前記もした偏乱流Ｐ５を発生させ噴射直後に噴射流体を混合することになる。
【００２７】
「図２」実施態様は、上記エンドプレート１２を大きくしたもので、ノズル本体１０の噴射側先端部を拡径して拡径先端部１０ａとなし、この拡径先端部１０ａの先端にエンドプレート１２を設けたもので、このように径の大きいエンドプレート１２を使用することで、前記衝突板としての機能が高まるものである。
【００２８】
また、「図３」例では第一流入口１１ａをノズル本体１０内にそのセンタが望むノズルとなし、第二流入口１１ｂは該第一流入口１１ａの噴射口近くにその先端が開口するようになし、第一流入口１１aと第二流入口１１ｂとの先には流路狭窄部１０Ｃを設けてエジェクターを構成した例で、エジェクターである程度の混合を行なった後に、前記混合がなされるようになしてある。
【００２９】
また、「図８」例は、上記エンドプレート１２をその上方が噴出方向にせり出すように斜設したものである。このように、エンドプレート１２を斜設すると、圧力損失は少なくなると共に、噴射口１３に向かう流れＰ３がより噴射口１３より通常の噴射方向とは異なる方向に噴出し易くなり、上記偏乱流Ｐ５を強めるものである。
【００３０】
また、「図９」例は、エンドプレート１２を同一平面状となしたのではなく、エンドプレート１２の上部で、一部が噴射方向に膨出するように断面「く」の字状に折り曲げた状態となし、その折り曲げ部より直上方には傾斜面の内面に沿った方向の副噴射口１３ｂを設け、この副噴射口１３ｂの上方に前記した主たる噴射口１３ａが設けられている。
【００３１】
したがって、上記の「図９」例では、二つの噴出方向が異なる噴射流が確実に衝突することになり、噴出直後に噴出流体が激しく衝突して混合されることになる。
【００３２】
次に、「請求項２」の発明は、一端に複数の流体が流入する流入口１１を有したノズル本体１０の先端をエンドプレート１２で閉塞してあるのは「請求項１」と同じである。
【００３３】
そして、本発明は上記エンドプレート１２のノズル本体１０側の内面に局所的凹部１４、１４、１４・・・を設けて非平面となしている。
【００３４】
エンドプレート１２の内面に局所的凹部１４、１４、１４・・・を設けて非平面とすると、このエンドプレート１２に沿って流れる流れＰ３およびこのエンドプレート１２に衝突する流れは共にその局所的凹部１４、１４、１４・・・案内されて、局所的に小さな渦流を発生させる。そして、この渦流で流体が混合されるものである。
【００３５】
なお、上記局所的凹部１４、１４、１４・・・は、図示例では、小さい複数の凹部で構成しているが、「図７」に破線で示すように同心状の複数の凹条１４ａ、１４ａ、１４ａ・・・その他図示しない突起等に変更しても差し支えない。
【００３６】
なお、上記エンドプレート１２の流路中心軸より偏心した位置に一個または数個の噴射口１３を設けてなるのは「請求項１」と同じである。
【００３７】
【００３８】
そして、本発明は、上記エンドプレート１２には、ノズル本体１０の先端内周に内接して、非円形の一個または数個の噴射口１３aを設けてなる。
【００３９】
すなわち、本発明は、前記発明の噴射口１３に変えて、非円形の噴射口１３aをもちい、しかもこの非円形の噴射口１３aをノズル本体１０の先端内周に内接して設けたものである。
【００４０】
従来、非円形の噴射口１３aとしては、楕円形の噴射口を有したノズルが猫目ノズルと称して知られている。この猫目ノズルは噴射扇面を広くする目的で開発されたものであるが、混合噴射装置に使用したところ僅かではあるが混合効率が高いものであった。そこで、噴射口の形状を種々変更して実験したところ円形に近似しないほど混合効率が高いことが判明した。すなわち、円形の噴射口のノズルは噴射口より流体が流出する際、流出条件がより均一化されるため、流出部位において非円形の噴射口と比較して乱流が発生しにくいものである。
【００４１】
そして、この非円形の噴射口１３aを本発明に採用したところ、混合高率が飛躍的に向上することが確認できた。そして、この噴射口１３aは偏心量が大きいほど混合効率が高いことも実験の結果確認できた。そこで、本発明では、偏心量の最も大きい位置として非円形の噴射口１３aをノズル本体１０の先端縁に設定した。
【００４２】
「図３」のように、エンドプレート１２の縁に円弧状の欠部を設けて噴射口１３ａを形成した場合、この噴射口１３aの同図上部を通過する流体はノズル本体１０の内面に沿って最も抵抗を受けずに噴射される。しかし、この噴射口１３ａの下部側を通過する流体は一部はエンドプレート１２に衝突し、一部は該エンドプレート１２に案内されて長い距離を通って来るので、大きな抵抗を受けて流速の差が大きくなる。
【００４３】
したがって、単に噴射口１３aを偏心させたことにより、ノズル本体１０の先端内周に内接して設けた方がこの流速の変化が大きく現れ、混合に有利であるものであった。
【００４４】
また、「図１０」例はエンドプレート１２とその偏心位置の非円形形状の噴射口１３aとをボールバルブで実現したもので、回転可能となしたボール２１にはノズル本体１０の内径と同径の通孔２２が開穿してある。したがって、このボール２１を回転することで、開口断面が「図1」と略同じ形状となすことができるものである。また、図示はしていないが、ゲート弁を応用しても同様な混合噴射装置が実現できる。
【００４５】
なお、「図１０」の符号２３は、モータ等の駆動源で、この駆動源２３でボール２１を回動して、噴射口１３の開口断面積を調整するようになすこともできるものである。
【００４６】
【発明の効果】
本発明は上記のごときであるので、流体を噴射圧で飛散混合するのみではなく、同時にエンドプレート１２に衝突させて混合するので、噴射圧をいたずらに高めることなく効率的な混合噴射ができる。
【００４７】
さらに、本発明は、エンドプレート１２の内面に局所的凹部１４、１４、１４・・・を設けて非平面となしたので、衝突部位に渦流が発生してより効率的な混合ができる。
【００４８】
また、本発明は、ノズル本体１０の先端内周に内接して、非円形の一個または数個の噴射口１３aを設けてなる構成を加えたので、効率の高い混合噴射装置を提供できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明混合噴射装置の一実施態様を示す、要部縦断面図である。
【図２】  本発明の別の一実施態様を示す、要部縦断面図である。
【図３】  本発明のさらに別の一実施態様を示す、要部縦断面図である。
【図４】  「図１」の左側面図である。
【図５】  本発明に利用される噴射口例の正面図である。
【図６】  本発明のさらに別の一実施態様を示す、要部縦断面図である。
【図７】  「図6」例の噴射口部位の内面側の正面図である。
【図８】  本発明さらに別の一実施態様を示す、要部縦断面図である。
【図９】  本発明さらに別の一実施態様を示す、要部縦断面図である。
【図１０】  本発明さらに別の一実施態様を示す、要部縦断面図である。
【符号の説明】
１０      ノズル本体
１１      流入口
１２      エンドプレート
１３      噴射口
１３ａ    噴射口
１４      凹部
【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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