気液混合ノズル、およびこの気液混合ノズルを用いたエマルジョン燃料燃焼システムならびに環境浄化液体噴霧システム
【課題】気体と液体とを効率よく混合することができ、液体のしずくの発生を抑えてより微細な粒子を生成することができる気液混合ノズルを実現する。
【解決手段】気液混合ノズル１０は、ノズル吐出口１８の中心部に向けて空気を吐出させる内方側空気吐出経路Ａと、ノズル吐出口１８の外縁部から空気を吐出させる外方側空気吐出経路Ｄと、内方側空気吐出経路Ａと外方側空気吐出経路Ｄとの間に配置され水および／又は燃料を主成分とする液体をノズル吐出口１８に導入するための少なくとも１つの液体導入経路Ｂ，Ｃと、内方側空気吐出経路Ａ及び液体導入経路Ｂ，Ｃの出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材２２とを備える。内方側空気吐出経路Ａの出口及び液体導入経路の出口は、ノズル吐出口１８よりもノズルの内側に配置される。衝撃部材２２は、内方側空気吐出経路Ａ及び液体導入経路Ｂ，Ｃの出口とノズル吐出口１８との間に配置されている。
【解決手段】気液混合ノズル１０は、ノズル吐出口１８の中心部に向けて空気を吐出させる内方側空気吐出経路Ａと、ノズル吐出口１８の外縁部から空気を吐出させる外方側空気吐出経路Ｄと、内方側空気吐出経路Ａと外方側空気吐出経路Ｄとの間に配置され水および／又は燃料を主成分とする液体をノズル吐出口１８に導入するための少なくとも１つの液体導入経路Ｂ，Ｃと、内方側空気吐出経路Ａ及び液体導入経路Ｂ，Ｃの出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材２２とを備える。内方側空気吐出経路Ａの出口及び液体導入経路の出口は、ノズル吐出口１８よりもノズルの内側に配置される。衝撃部材２２は、内方側空気吐出経路Ａ及び液体導入経路Ｂ，Ｃの出口とノズル吐出口１８との間に配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気体と液体とを効率よく混合することができる気液混合ノズルに関するものであり、さらに、この気液混合ノズルを用いたエマルジョン燃料燃焼システムならびに環境浄化液体噴霧システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題についての関心の高まりから、例えばディーゼル機関の排気ガスの浄化を実現するための技術等が種々提案されている。この種の排気ガス浄化技術におけるアプローチは、例えばエンジン燃焼の改良や後処理技術の改良、あるいは燃料の改良等といった観点から行われている。
【０００３】
このうち、上記エンジン燃焼の改良については、燃料噴射系の改良が最も重視されており、例えばディーゼル乗用車の燃料噴射系として主力になりつつあるコモンレールシステムを用いた高圧噴射と多段噴射を実現・改良するための技術が提案されてきている（例えば、下記非特許文献１参照）。
【０００４】
また、上記燃料の改良については、エマルジョン燃料を用いた技術が開発されており、一定の成果が得られている。さらに、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する方法として、燃料中に水を混入する方法、燃料とは別に燃焼室に水を噴射させる方法等が有効であることが、従来から知られている。このような方法は、燃料に水を混入することにより燃焼温度が下がってＮＯｘを低減すること、および水蒸気に含まれる酸素によって燃焼効率が上がることを利用しようとするものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】伊藤昇平、中村兼二、「コモンレールによるディーゼル排気ガスの浄化」、デンソーテクニカルレビュー、株式会社デンソー、２００２年５月、Ｖｏｌ．７、Ｎｏ．１、ｐ．２０−２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、ディーゼルエンジンの技術分野では、燃料の完全燃焼を確立することを目的として、燃料の噴射圧を極度に向上させ、その噴出粒子を極細にしてガス化を行うという思想に基づき排気ガス浄化を実現することが行われている。しかしながら、ディーゼルエンジンの燃焼室内での空気（酸素）と燃料の混合については、従来技術では物理的に完全な混合を実現することは不可能である。
【０００７】
また、上述したエマルジョン燃料については、別途燃料製造装置が必要であり、安定的なエマルジョンを形成するために乳化剤（ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒ）を用意したり、エマルジョン燃料の最適な状態を確保するための維持・管理技術が必要となったりするなど、コストや管理の面での問題を有している。
【０００８】
さらに、上述した水の混合については、例えば燃焼室に水を噴射するためには、燃料噴射とは別に水噴射装置が必要となる。そして、この水噴射装置の性能によっては、ＮＯｘ低減効果が十分に得られなかったり、水がノズルの先端に付着してしずくが発生したり、排出黒煙の増加や燃料消費率の悪化をもたらしたりするため、水噴射装置の設計の最適化は容易ではない。
【０００９】
この発明は、上述した課題の存在に鑑みてなされたものであり、その目的は、気体と液体とを効率よく混合することができ、液体のしずくの発生を抑えてより微細な粒子を生成することができる気液混合ノズルを実現するとともに、さらにこの気液混合ノズルを利用したエマルジョン燃料燃焼システムならびに環境浄化液体噴霧システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る第１の気液混合ノズルは、ノズル吐出口の中心部に向けて空気を吐出させる内方側空気吐出経路と、ノズル吐出口の外縁部から空気を吐出させる外方側空気吐出経路と、前記内方側空気吐出経路と前記外方側空気吐出経路との間に配置され水および／又は燃料を主成分とする液体をノズル吐出口に導入するための少なくとも１つの液体導入経路と、前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材とを備え、前記内方側空気吐出経路の出口及び液体導入経路の出口は前記ノズル吐出口よりもノズルの内側に配置され、前記衝撃部材は、前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口と前記ノズル吐出口との間に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
また、この発明に係る第２の気液混合ノズルは、ノズル吐出口の中心部に向けて空気を吐出させる内方側空気吐出経路と、ノズル吐出口の外縁部から空気を吐出させる外方側空気吐出経路と、前記内方側空気吐出経路と前記外方側空気吐出経路との間に配置され水および／又は燃料を主成分とする液体をノズル吐出口に導入するための少なくとも１つの液体導入経路と、前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材とを備え、前記衝撃部材は、前記内方側空気吐出経路の出口側から前記衝撃部材の先端部にかけて貫通する貫通孔を有することを特徴とする。
【００１２】
さらに、この発明に係る第３の気液混合ノズルは、ノズル吐出口の中心部に向けて空気を吐出させる内方側空気吐出経路と、ノズル吐出口の外縁部から空気を吐出させる外方側空気吐出経路と、前記内方側空気吐出経路と前記外方側空気吐出経路との間に配置され水および／又は燃料を主成分とする液体をノズル吐出口に導入するための少なくとも１つの液体導入経路と、前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材とを備え、前記衝撃部材は、前記空気及び液体の混合体の風力によってノズル中心軸を中心として回転することを特徴とする。
【００１３】
この発明に係る第１の気液混合ノズルにおいて、前記衝撃部材は、前記内方側空気吐出経路の出口に対向する端部が前記出口側を頂点とする円錐形状であり、側面に前記内方側空気吐出経路および液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体を導入し回転力を付与するように中心軸に対して傾斜した誘導溝が形成されるように構成することができる。
【００１４】
この発明に係る第２の気液混合ノズルにおいて、前記衝撃部材は、前記ノズル吐出口に向けてテーパ状に狭くなる側面と、この側面にノズルの中心軸方向に延びる誘導溝を有し、前記内方側空気吐出経路および液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体が、前記側面の誘導溝に沿って流れるように構成することができる。
【００１５】
この発明に係る第３の気液混合ノズルにおいて、前記衝撃部材は、前記ノズル吐出口に向けてテーパ状に狭くなる側面と、この側面にノズルの中心軸に対して傾斜する方向に延びる誘導溝を有し、前記内方側空気吐出経路および液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体を前記誘導溝に導入することにより前記混合体から回転力を付与されるように構成することができる。
【００１６】
この発明に係るエマルジョン燃料燃焼システムは、空気を供給する空気供給源と、燃料を供給する燃料供給源と、水を主成分とする燃焼温度低減のための液体を供給する燃焼温度低減液体供給源と、上記したこの発明に係る気液混合ノズルとを備え、前記気液混合ノズルが、バーナー装置本体に組み込まれることで構成されることを特徴とする。
【００１７】
この発明に係る別のエマルジョン燃料燃焼システムは、空気を供給する空気供給源と、燃料を供給する燃料供給源と、水を主成分とする燃焼温度低減のための液体を供給する燃焼温度低減液体供給源と、上記したこの発明に係る気液混合ノズルとを備え、前記気液混合ノズルが、内燃機関の燃料噴射装置に組み込まれ、前記空気供給源、前記燃料供給源および前記燃焼温度低減液体供給源から前記空気、前記燃料および前記液体がそれぞれ導入され、前記内燃機関の燃焼室内で完全燃焼可能な混合気を形成するための前記空気、前記燃料および前記液体を吐出することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る環境浄化液体噴霧システムは、空気を供給する空気供給源と、水を主成分とする環境浄化のための液体を供給する環境浄化液体供給源と、上記したこの発明に係る気液混合ノズルと、前記気液混合ノズルからの噴霧物に紫外線を照射するための紫外線照射手段と、前記紫外線照射手段により紫外線が照射された噴霧物を大気中に拡散するための拡散手段と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
この発明に係る環境浄化液体噴霧システムにおいて、好ましくは、前記液体には、炭素、カテキン、テアニン、セルフィール（登録商標：ニチリンケミカル株式会社）、桑の葉乳液、除虫菊のナノ粒子を含む殺虫殺菌効果を有する分子・元素を含有させている。
【００２０】
また、この発明に係る環境浄化液体噴霧システムにおいて、好ましくは、前記空気には、オゾン（Ｏ３）を含有させている。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、気体と液体とを効率よく混合することができ、且つ液体のしずくの発生を抑えてより微細な粒子を生成することができる気液混合ノズルを提供することができる。また、この発明に係る気液混合ノズルを利用することで、従来にない新たなエマルジョン燃料燃焼システムならびに環境浄化液体噴霧システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る気液混合ノズルを断面で示した、バーナー装置として構成されるエマルジョン燃料燃焼システムを示す図である。
【図２】同気液混合ノズルの衝撃部材を示す図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は正面図である。
【図３】同気液混合ノズルの衝撃部材の外観斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る気液混合ノズルの断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る気液混合ノズルの断面図である。
【図６】同気液混合ノズルの衝撃部材を示す図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る環境浄化液体噴霧システムを示す図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、添付の図面を参照して、この発明に係る気液混合ノズル、およびこの気液混合ノズルを用いたエマルジョン燃料燃焼システムならびに環境浄化液体噴霧システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る気液混合ノズルを用いたエマルジョン燃料燃焼システムを示す図である。
【００２５】
この気液混合ノズル１０は、例えばバーナー装置としてのエマルジョン燃料燃焼システム１００にて利用されている。具体的には、エマルジョン燃料燃焼システム１００は、図示しない公知のバーナー装置の本体に組み込まれた気液混合ノズル１０と、この気液混合ノズル１０に対して空気、燃料、および水を供給する手段とを備えている。
【００２６】
気液混合ノズル１０は、図１に断面で示すように、外径がほぼ等しく、内径がそれぞれ異なる円筒状の前方部材１１、中間部材１２及び後方部材１３を有して構成されている。これらの部材１１〜１３は、鉄系、あるいは鉄−銅系などの金属材料にて構成されて、互いの接続箇所に設けられた雄ねじと雌ねじとを螺合することで相互に接続されている。
【００２７】
前方部材１１は、先端部に、前方に広がるすり鉢状のノズル吐出口１８が形成され、内側空間２１ａに円筒状の衝撃部材支持筒２０を同軸的に収容している。前方部材１１のノズル吐出口１８の後方側は、後方に広がるすり鉢状に形成され、衝撃部材支持筒２０の円錐状の先端が所定の隙間を介して対向している。衝撃部材支持筒２０の内側には、中筒１９が同軸配置されている。この中筒１９の後端は、中間部材１２の先端側にＯリング１９ｄを介して液密に螺合固定されている。中筒１９の先端は衝撃部材支持筒２０の先端部まで延び、中筒１９及び衝撃部材支持筒２０の先端部に、後述する衝撃部材２２が装着されている。前方部材１１の対向する２つの側面には、内側空間２１ａに連通する前方エア継手２１が装着されている。中筒１９の内側空間１９ａには、パイプ１６ｂが同軸的に配置されている。パイプ１６ｂは、先端側が衝撃部材２２の近傍まで延び、後端側は中間部材１２に圧入されている。このパイプ１６ｂの内側に、更にパイプ１６ａが同軸配置されている。このパイプ１６ａは、先端側がパイプ１６ｂの先端部近傍まで延び、後端側が後方部材１３の内部まで延びている。
【００２８】
中間部材１２は、先端側に、その内径がパイプ１６ｂの外径よりも大きい内側空間１２ｄが形成され、この内側空間１２ｄが中筒１９の内側空間１９ａと連通している。中間部材１２の側面に形成された水導入孔１２ｃには、内側空間１２ｄと連通する水ノズル継手１２ｅが装着されている。
【００２９】
後方部材１３は、側面に形成された燃料導入孔１３ｂに、内側空間１３ｃと連通する燃料ノズル継手１３ｄを装着し、後端部に、Ｏリング１４ｄ及び継手ジョイント部１４ｂを介して後方エア継手１４を装着してなる。後方エア継手１４は、内部にパイプ１４ｃを圧入している。このパイプ１４ｃの先端側は、パイプ１６ａの後端側と連結されている。
【００３０】
そして、後方エア継手１４、パイプ１４ｃの内側空間１４ａ及びパイプ１６ａの内側空間１８ａで内方側空気吐出経路Ａが形成され、燃料ノズル継手１３ｄ、燃料導入孔１３ｂ、内側空間１３ｃ、パイプ１６ａ，１６ｂの間の空間１２ｂによって燃料導入経路Ｂが形成され、水ノズル継手１２ｅ、水導入孔１２ｃ、内側空間１２ｄ及び内側空間１９ａで水導入経路Ｃが形成され、前方エア継手２１、内側空間２１ａ及び衝撃部材支持筒２０と前方部材１１の間の隙間によって外方側空気吐出経路Ｄが形成されている。
【００３１】
次に衝撃部材２２について説明する。図２は、衝撃部材２２の断面図（ａ）及び正面図（ｂ）、図３は、外観斜視図である。これらの図に示すように、衝撃部材２２は、中筒１９に圧入されるため後端側が小径に形成された円柱形からなり、側面に中心軸に対して僅かに傾斜した方向若しくは螺旋状に延びる複数の誘導溝２２ａを周方向に所定間隔で形成し、円錐状の後端部２２ｂを有している。誘導溝２２ａは、後端側から衝突する混合気体を導入する過程で、混合気体に回転力を付与するためのものである。
【００３２】
以上のように構成された気液混合ノズル１０に対し、コントローラ５５の制御のもと、空気を供給する空気供給源としてのエアポンプ５２ａ，５２ｂによって供給された空気が前方エア継手２１及び後方エア継手１４をそれぞれ介して内方側空気導入経路Ａ及び外方側空気導入経路Ｄに空気を導入すると共に、燃料供給源としての燃料タンク５３からポンプ５３ａによって供給されるガソリンやディーゼル燃料、石油などの燃料が、燃料ノズル継手１３ｄを介して燃料導入経路Ｂに導入され、更に水供給源としての水タンク５４からポンプ５４ａによって供給される水が水ノズル継手１２ｅを介して水導入経路Ｃに導入されるようになっている。
【００３３】
以上の構成のエマルジョン燃料燃焼システムによれば、内方側空気吐出経路Ａに導入された空気は、パイプ１６ａの先端で、その外側の燃料導入経路Ｂを通流する燃料と混合されて霧状になり、更に、その混合体が水導入経路Ｃと合流する部分で水と混合される。これとほぼ同時に、水、燃料及び空気の混合体は、衝撃部材２２に衝突して更に微細な粒子からなる霧状となる。衝撃部材２２に衝突した混合体は、衝撃部材２２の誘導溝２２ａを通過して、回転力を付与され、更に、外方側空気吐出経路Ｄから吐出された空気と混合される。前方部材１１と衝撃部材支持筒２０の先端との間の４５°の角度の円錐状の吐出口を有する外方側空気吐出経路Ｄから吐出される空気は、ノズル吐出口１８のすり鉢状の側面に沿って約４５°の角度で円錐状に回転しながら拡がって吐出される。このように、本実施形態に係る気液混合ノズル１０によれば、空気、燃料および水の混合体が衝撃部材２２に衝突することにより、極めて細かな粒子のエマルジョン燃料が生成される。
【００３４】
なお、各ポンプ５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５４ａは、ＣＰＵ等を備えたコントローラ５５によりその動作が制御されているため、気液混合ノズル１０から最適な混合比や吐出量を考慮して空気、燃料、水を吐出することができるようになっている。また、水タンク５４には、図示しないマグネシウムタンクからマグネシウム（Ｍｇ）を混合可能とするようにしても良い。
【００３５】
さらに、燃料タンク５３から供給される燃料やエアポンプ５２ａ，５２ｂから供給される空気には、図示しない炭素タンクから炭素を混合可能としても良い。燃料には、上述したものを含めて、灯油や軽油、Ａ重油、食用油などを使用することができる。水については、水道水を使用することができるが、例えばフィルタを通過させることで塩素除去などを施したものを使用することが好ましい。
【００３６】
空気については、空気圧が最高１ｋｇｆ／ｃｍ２の圧搾空気を用いればよく、流量については、例えばエマルジョン燃料燃焼システム１００においては７０ｌ／ｍｉｎ〜１００ｌ／ｍｉｎとした。ただし、この空気量については、バーナーの排気量や熱量等によって、任意に変更すればよい。
【００３７】
また、気液混合ノズル１０から吐出される空気、すなわち内方側空気吐出経路Ａおよび外方側空気吐出経路Ｄから吐出される空気には、例えばミクロンオーダーもしくはナノオーダーの径を有するように形成された炭素を含有させることもできる。このように炭素を空気に混合して吐出させることにより、化石燃料の消費をできる限り低減することができるので、高い熱量を確保することが可能となる。
【００３８】
さらに、エアポンプ５２ａ，５２ｂに図示しないオゾン発生器を隣接配置して、供給する空気にオゾン（Ｏ３）を混合することにより、燃焼効率の向上に寄与することも可能となる。また、水タンク５４から気液混合ノズル１０に対して供給される水に対しては、より効率的な燃焼と爆発力を維持するために、マグネシウムを混合することとした。
【００３９】
このマグネシウムは、海水から製造することができ、しかも化石燃料の使用量を低減させることに寄与するので、環境にとっては好ましい材料である。ただし、水に混合する元素材料については、マグネシウムに限定されるものではなく、酸化促進効果を有する他の元素を混合することも可能である。
【００４０】
ここで、燃料と水の消費割合については、灯油の場合が灯油五割に対して水五割、もしくは灯油四割に対して水六割の配分にて実施することが好適であった。ただし、この燃料と水の混合比率についても、使用条件などに応じて任意に決定することができるので、これに限定されるものではない。
【００４１】
以上の実施条件にて図１に示すエマルジョン燃料燃焼システム１００を稼働したところ、従来のバーナー装置と比較して約１５％程度の燃料削減効果が得られた。また、ＣＯ２の排出量についても、約１５％程度の削減効果が得られた。このことから、第１の実施形態にかかる気液混合ノズル１０を用いたバーナー装置を有するエマルジョン燃料燃焼システム１００によれば、環境面に良好な燃料燃焼システムを構築することが可能となる。
【００４２】
そして、第１の実施形態に係る気液混合ノズル１０は、以上説明した構成により形成されているので、ノズルの内部であらかじめ空気と燃料と水とが混合され、吐出方向に対して所定の角度を持って円錐状に拡がりながら前方へとこれらを吐出することとなる。つまり、ノズル吐出口１８にて初めてこれらが混合されるのではなく、ノズルの内部において最適な状態でのエマルジョン燃料が生成されることとなる。
【００４３】
さらに、衝撃部材２２がノズル吐出口１８の内側に配置されており、外方側空気吐出経路Ｄによって混合体をさらに吐出する構造を有しているため、衝撃部材２２の先端面に混合体のしずくが付着することがなく、しずくの発生が無いという効果を有する。
【００４４】
したがって、第１の実施形態に係る気液混合ノズル１０によれば、従来技術では困難であった燃料と空気と水の完全な混合、およびこれらの吐出が可能となり、また、エマルジョン燃料の最適な状態を確保するための維持・管理技術は不要となる。さらに、第１の実施形態にかかる気液混合ノズル１０では、水を混合する際に従来技術で必要であった水噴射装置が不要となり、安価且つ簡単な構成の気液混合ノズルを実現することができる。
【００４５】
なお、第１の実施形態に係る気液混合ノズル１０を用いて空気と燃料、水を最適に混合する場合の条件としては、例えば内方側空気吐出経路Ａから吐出される空気の空気圧をＰ１、外方側空気吐出経路Ｄから吐出される空気の空気圧をＰ２、としたときに、Ｐ１≧Ｐ２なる不等式が成り立つように構成されていることが好適である。
【００４６】
基本的に、内方側空気吐出経路Ａから吐出される空気は、前方に向かって直進方向に吐出されるので、燃料と十分混合されてさらに水と混合され、かつこれらを前方に運ぶキャリアとしても機能することとなる。一方、外方側空気吐出経路Ｄから吐出される空気は、所定の角度方向で円錐形状を描きながら吐出されるので、混合体を好適に吐出させる機能を発揮することになる。これらそれぞれの機能を好適に発揮させる空気圧条件を発明者が研究した結果、Ｐ１≧Ｐ２なる不等式が成り立つようにすることが望ましいことを確認している。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記第１の実施形態に記載の範囲には限定されない。上記第１の実施形態には、多様な変更または改良を加えることが可能である。例えば、内方側空気吐出経路Ａと外方側空気吐出経路Ｄとの間に吐出されて導入される燃料と水は、上記第１の実施形態ではそれぞれ一層ずつとしていたが、燃料や水の導入経路を複雑化し、多重層構造にて吐出することにより、より高い混合比率を実現することも可能である。
【００４８】
また、気液混合ノズル１０の内部において、空気、燃料、水の順番に混合される構成としたが、空気、水、燃料の順番に混合されるように構成したり、その他の順番にて混合されるように構成することもできる。この場合は、ノズル内部に導入される空気、燃料、水の経路を変更すれば容易に対応することができる。
【００４９】
さらに、混合される空気、燃料、水のノズル吐出口１８の内部での距離、および吐出される空気、燃料、水の混合体と空気とのノズル吐出口１８での距離については、任意の変更が可能であり、理論的にはこれらの間隔が近ければ近いほど混合効率を高めることができる。このような気体と液体のノズル吐出口１８での距離などは、使用条件に応じて任意に変更が可能である。
【００５０】
さらに、上記第１の実施形態では、衝撃部材２２の誘導溝２２ａを斜めに配置した場合は、ノズル吐出口１８の端部から吐出される混合体が誘導溝２２ａの作用によって回転力を有して吐出されるとしたが、誘導溝２２ａをノズル中心軸方向と平行に配置したり、また、例えば外方側空気吐出経路Ｄの経路内に旋回状の溝構造を設けることにより、空気にさらに回転力を付与することもできる。
【００５１】
このような場合は、空気、燃料、水などの液体の混合をさらに効率化することができ、より効果的な気液混合を実現することが可能となる。また、さらに、混合体や空気の吐出角度については任意に変更することができ、気液混合ノズル１０の使用条件等に応じて最適な角度に変更することが可能である。
【００５２】
なお、上記第１の実施形態では、ノズル吐出口１８よりも内側の内方側空気吐出経路Ａのノズル吐出口１８側の端部近傍に、頂点がこの端部に向けられた円錐形状を含む衝撃部材２２がノズル吐出口１８の内部に設置されている場合を例示して説明した。しかし、この衝撃部材２２については、高速の圧力でと吐出される空気や液体が衝突することによって衝撃力を与え、これら空気や液体が混ざり合う際により細かな混合状態にすることができる衝撃部材であればよい。
【００５３】
そして、この衝撃部材の取り得る形状については、円錐形状を含むものには限られず、上記の衝撃付与・混合といった作用効果を発揮できる条件として、あらゆる形状を採用することができる。また、空気の空気圧については、高圧であればある程、燃料や水との混合効率が向上して微細にガス化し、燃焼効率の向上を図ることが可能となる。
【００５４】
なお、これらの条件値の制御は、空燃比制御と同時にマイコン制御などを行うことによって可能となり、本発明の気液混合ノズルによって、エマルジョン燃料の完全燃焼技術を確立することが可能となった。ここで、第１の実施形態に係る気液混合ノズル１０を用いたエマルジョン燃料燃焼システム１００は、上述したようにバーナー装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、このエマルジョン燃料燃焼システム１００は、バーナー装置のようなオープンな開放系で用いられるものばかりではなく、内燃機関のようなクローズな閉鎖系でも適用することが可能である。
【００５５】
すなわち、第１の実施形態に係る気液混合ノズル１０を公知の内燃機関の燃料噴射装置に組み込み、空気供給源、燃料供給源および燃焼温度低減液体供給源から空気、燃料および液体をそれぞれ導入し、内燃機関の燃焼室内で完全燃焼可能な混合気を形成するための空気、燃料および液体を吐出するように構成すればよい。
【００５６】
なお、内燃機関の運転条件については、内燃機関の使用条件や仕様等によって任意に設定すればよい。本発明に係る気液混合ノズル１０を用いた内燃機関としてのエマルジョン燃料燃焼システムが有する優位な点としては、水を霧状で吐出し、しずくの発生を抑えることができるので燃焼温度を確実に抑制でき、特に水量の調整を行うことによって燃焼室内（エンジン室内）の浄化を行うことができるところである。
【００５７】
この効果は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の抑制にも作用し、排気ガス中のＮＯｘ量を削減することに寄与する。さらに、エンジン室内に水を導入することによるエンジンの劣化を防止することについては、水の吐出をエンジン停止の数秒間前に停止させることにより解決することができる。この制御については、マイコン制御を行うことで容易に実施することが可能である。
【００５８】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る気液混合ノズルの一例を示す断面図である。
気液混合ノズル６０は、図４に示すように、外径がほぼ等しく、内径がそれぞれ異なる円筒状の前方部材６１、中間部材６２及び後方部材６３を有して構成されている。これらの部材６１〜６３は、鉄系、あるいは鉄−銅系などの金属材料にて構成されて、互いの接続箇所に設けられた雄ねじと雌ねじとを螺合することでＯリング６２ｃ，６３ａ及び７０ａを介して相互に接続されている。
【００５９】
前方部材６１は、先端部に、前方に広がるすり鉢状のノズル吐出口６８が形成され、内側空間６１ａに円筒状の中筒７０を同軸的に収容している。前方部材６１のノズル吐出口６８の後方側は、後方に広がるすり鉢状に形成され、中筒７０の円錐状の先端が所定の隙間を介して対向している。中筒７０の内側には、中筒６９が同軸配置されている。この中筒６９の後端は、中間部材６２の先端側に螺合固定されている。中筒６９の先端は中筒７０の先端部まで延びている。前方部材６１の側面には、内側空間６１ａに連通する前方エア継手７３が装着されている。中筒６９の内側空間６９ａには、パイプ６６が同軸的に配置されている。パイプ６６は、先端側が中筒６９及び７０の先端部まで延び、先端部に後述する衝撃部材７２を支持している。パイプ６６の後端側は後方部材６３の先端部に螺合結合されている。
【００６０】
中間部材６２は、先端側に、その内径がパイプ６６の外径よりも大きい内側空間６７ａが形成され、この内側空間６７ａが中筒６９の内側空間６９ａと連通している。中間部材６２の側面には、内側空間６７ａと連通する燃料ノズル継手６７がＯリング６７ｂを介して装着されている。
【００６１】
後方部材６３は、側面に形成された後方空気導入孔６４ａに、パイプ６６の内側空間６８ａと連通する後方エア継手６４がＯリング６４ｂを介して装着され、後端部に、水ノズル継手６３ａを装着してなる。
【００６２】
ノズル先端に装着される衝撃部材７２は、円錐状の先端面７２ｄと、この先端面７２ｄと連続し、先端面７２ｄと逆向きに頂点を有する円錐状の衝撃面７２ｃと、側面に形成された中心軸方向に延びる複数本の誘導溝７２ｂと、中心軸に沿って形成された中心孔７２ａとにより構成されている。中心孔７２ａは、その後端がパイプ６６の内側空間６８ａと連通している。
【００６３】
そして、後方エア継手６４、後方空気導入孔６４ａ、パイプ６６の内側空間６８ａ及び衝撃部材７２の誘導溝７２ｂで内方側空気吐出経路Ａが形成され、燃料ノズル継手６７及び内側空間６７ａ，６９ａによって燃料導入経路Ｂが形成され、水ノズル継手６３ａ及び内側空間６３ｂ，６２ｂ，７０ｂで水導入経路Ｃが形成され、前方エア継手７３及び内側空間６１ａによって外方側空気吐出経路Ｄが形成されている。
【００６４】
このように構成された気液混合ノズル６０によれば、内方側空気吐出経路Ａに導入された空気と、その外側の燃料導入路Ｂに導入された燃料と、水導入経路Ｃに導入された水と、外方側空気吐出経路Ｄに導入された空気とが、衝撃部材７２の衝撃面７２ｃの手前で混合された後、衝撃面７２ｃに衝突する。このとき、外方側空気吐出経路Ｄからは、ほぼ４５°のテーパをなす衝撃面７２ｃに対して垂直に衝突する角度で空気が吐出されるので、混合体はより微細な粒子となる。
【００６５】
また、内方側空気吐出経路Ａに導入された空気は、衝撃部材７２の中心孔７２ａを介してノズル先端側に吐出されるので、衝撃部材７２の先端にしずくが残留することがなく、しずくの発生を防止することができる。
【００６６】
したがって、第２の実施形態に係る気液混合ノズル６０によっても、従来技術では困難であった燃料と空気と水の完全な混合が可能となり、また、エマルジョン燃料の最適な状態を確保するための維持・管理技術は不要となる。さらに、第２の実施形態に係る気液混合ノズル６０においても、従来の水噴射装置は不要となるため、安価且つ簡単な構成の気液混合ノズルを実現することができる。
【００６７】
なお、第２の実施形態に係る気液混合ノズル６０を用いて空気と燃料、水を最適に混合する場合の空気圧の条件としては、内方側空気吐出経路Ａから吐出される空気の空気圧をＰ１、外方側空気吐出経路Ｄから吐出される空気の空気圧をＰ２、としたときに、上述した気液混合ノズル１０と同様にＰ１≧Ｐ２なる不等式が成り立つように構成されていることが好適である。
【００６８】
基本的に、内方側空気吐出経路Ａから吐出される空気は、前方斜め４５°の角度方向で円錐形状を描きながら直進方向に吐出されるので、混合された燃料と水を前方に運ぶキャリアとして機能することとなる。一方、外方側空気吐出経路Ｄから吐出される空気は、前方斜め４５°の角度方向で円錐形状を描きながら吐出しつつも、螺旋状の溝が形成されていれば、回転しながら吐出されるので、燃料と水を好適に混合させる機能を更に発揮することになる。
【００６９】
なお、本発明の技術的範囲は上記第２の実施形態に記載の範囲には限定されない。上記第２の実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。例えば、内方側空気吐出経路Ａと外方側空気吐出経路Ｄから並行方向に吐出される空気層の間に導入される燃料と水は、上記第２の実施形態ではそれぞれ一層ずつとしていたが、燃料や水の導入経路を複雑化し、多重層構造にて吐出することにより、より高い混合効率を実現することも可能である。
【００７０】
また、気液混合ノズル６０において、中心部から空気、燃料、水の順番に混合される構成としたが、空気、水、燃料の順番に混合されるように構成したり、その他の順番にて混合されるように構成することもできる。この場合は、ノズル内部に導入される空気、燃料、水の経路を変更すれば容易に対応することができる。
【００７１】
さらに、吐出される空気と燃料、空気と水のノズル吐出口での距離については、任意に変更が可能であり、論理的にはこれらの間隔が近ければ近いほど混合効率を高めることができる。このような気体と液体のノズル吐出口での距離については、使用条件等に応じて任意に変更が可能である。
【００７２】
また、上記第２の実施形態では、外方側空気吐出経路Ｄから吐出される空気が誘導溝の作用によって回転力を有して吐出されていたが、例えば外方側空気吐出経路Ｄの経路内に旋回状の溝構造を設けることにより、空気に回転力を付与することができる。かかる構造を付加することによって、燃料と液体の混合をさらに効率化することができ、より効果的な気液混合を実現することが可能となる。
【００７３】
またさらに、上記第２の実施形態では、吐出される空気が前方斜め４５°の角度方向で円錐形状を描きながら吐出するように形成した。ただし、この吐出角度については任意に変更が可能であり、気液混合ノズル６０の使用条件等に応じて最適な角度に変更することが可能である。
【００７４】
なお、上記第２の実施形態では、内方側空気吐出経路Ａのノズル吐出口６８の端部における空気吐出方向に、衝撃面７２ｃがノズル吐出口６８に向けてテーパ状に狭くなる衝撃部材７２が設置されている場合を例示して説明した。しかし、この衝撃部材７２については、高速の強い圧力で吐出される空気や液体が衝突することによって衝撃力を与え、これら空気や液体が飛散する際により微小の霧状体にすることができる衝撃部材であればよい。
【００７５】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る気液混合ノズルの一例を示す断面図である。また、図６は、同気液混合ノズルの衝撃部材の一例を説明するための説明図であり、同図（ａ）は側面図を、同図（ｂ）は断面図を示している。なお、この第３の実施形態に係る気液混合ノズルは、上記第２の実施形態に係る気液混合ノズル６０と重複する構成で形成することができるので、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を附して説明を省略する。
【００７６】
第３の実施形態に係る気液混合ノズル６０Ａは、図５に示すように、上記第２の実施形態に係る気液混合ノズル６０と同様に前方部材６１、中間部材６２、後方部材６３という三つの部材を有して構成され、これら各部材６１〜６３に形成された経路などの構成や、接続される継手などの部品、あるいはノズルの作用効果や適用範囲などは共通しているため、ここでは説明を省略する。
【００７７】
一方、気液混合ノズル６０Ａは、内方側空気吐出経路Ａのノズル吐出口６８の端部における空気吐出方向に設置された衝撃部材７２Ａの構造が、先の例の気液混合ノズル６０の衝撃部材７２と相違している。すなわち、図６（ａ）に示すように、気液混合ノズル６０Ａに取り付けられる衝撃部材７２Ａは、回転部７５と、軸支部７４と、留め部７６とから構成されている。
【００７８】
この衝撃部材７２Ａは、後端側の軸支部７４の断面十字状に形成された取付部７４ａが中央エアパイプ６６の先端側の内側に圧入嵌合されるとともに、軸支部７４の軸部７４ｂに回転自在なコマ状の回転部７５が取り付けられ、さらに軸部７４ｂの先端側に回転部７５の脱落を防止する留め部７６が圧入されて、ノズル吐出口６８の端部に取り付けられている。
【００７９】
回転部７５は、ノズル吐出口６８に向けてこの衝撃部材７２Ａに衝突した空気および燃料、水の混合体を空気吐出方向に円錐状でかつ回転させながら吐出するような誘導溝７５ａを側面に有している。回転部７５は、側面７２Ａｄがノズル吐出口６８に向けてテーパ状に狭くなり、側面７２Ａｅが先端側に向けてテーパ状に狭くなる（すなわち、後端側および先端側が先細となる）コマ状の外形を有し、ノズル吐出口６８の中心部を回転軸としている。
【００８０】
誘導溝７５ａは、図６（ａ），（ｂ）に示すように、ノズル吐出口６８の近傍で螺旋状に例えば３０°程度の角度を有してよじれた状態で形成されている。また、軸支部７４の取付部７４ａの十字部分の厚みは、それぞれ異なるように形成されている。これにより、内方側空気吐出経路Ａから吐出される空気の流速に変化をつけ、回転部７５の旋回力を向上させるとともに、液体と液体、気体と液体、気体と気体などの混合を促進して霧状化を向上させることができる。
【００８１】
軸支部７４は、回転部７５を回転可能に軸支するとともに、内方側空気吐出経路Ａと連通して空気を回転部７５の先端側に吐出させるための第１衝撃部材側空気吐出経路７２Ａａを中心部に有している。また、軸支部７４は、取付部７４ａとパイプ６６との嵌合時に、これらの間に形成されて内方側空気吐出経路Ａと連通する十字部分間の扇状の空間からなる第２衝撃部材側空気吐出経路７２Ａｂをその周囲に有している。この第２衝撃部材側空気吐出経路７２Ａｂにより、内方側空気吐出経路Ａからの空気が回転部７５の誘導溝７５ａ側に吐出される。
【００８２】
留め部７６は、軸支部７４の軸部７４ｂの先端側にて、回転部７５をノズル吐出口６８の端部側で回動自在に固定し、第１衝撃部材側空気吐出経路７２Ａａと連通する第３衝撃部材側空気吐出経路７２Ａｃをその中心部に有している。したがって、衝撃部材７２Ａに衝突して側面７２Ａｄ，７２Ａｅや誘導溝７５ａに沿って混合体のしずくが先端側に溜まったとしても、回転部７５が回転することによって、このしずくを外部に吹き飛ばすことができる。このように、第３の実施形態に係る気液混合ノズル６０Ａにおいても、上述した気液混合ノズル１０，６０と同様に、しずくによる問題が発生することはない。
【００８３】
（第１〜第３の実施形態に係る気液混合ノズルを用いた環境浄化液体噴霧システムの実施例）
以上説明した第１〜第３の実施形態に関連する気液混合ノズル１０，６０，６０Ａは、エマルジョン燃料を効率よく生成し燃焼させるために用いられるものであった。これらの気液混合ノズル１０，６０，６０Ａは、その他にも、環境浄化のための液体を供給する環境浄化液体噴霧システムに好適に用いることもできる。図７は、環境浄化液体噴霧システムに用いられる環境浄化液体噴霧装置の一例を説明するための説明図であり、同図（ａ）は側面図を、同図（ｂ）は正面図を示している。
【００８４】
上述した第１〜第３の実施形態に係る気液混合ノズル１０，６０，６０Ａは、空気と燃料および水の三種類の物質を混合するものであったが、環境浄化液体噴霧システムに適用する場合は、環境浄化のために用いられる液体と空気とを混合するために用いられるように構成される。
【００８５】
例えば、上記気液混合ノズル１０，６０，６０Ａの燃料に関する構成を廃止し、あるいはこの燃料に関する構成を環境浄化のための液体を導通・吐出する構成に変換すれば、環境浄化液体噴霧システムに適用することが可能となる。そして、これらの気液混合ノズル１０，６０，６０Ａを環境浄化液体噴霧システムに適用した場合も、上述した作用効果と同様の作用効果を有し、最適な状態で環境浄化物質を生成し、噴霧することが可能となる。
【００８６】
具体的には、図７に示すように、環境浄化液体噴霧システムを構成する環境浄化液体噴霧装置２００は、水を貯留する水タンク２０１と、この水タンク２０１に貯留された水に浸されて、ミネラル成分を供給するための第１ミネラル容器２０２と、水タンク２０１からのミネラル水溶液を第２ミネラル容器２０９に供給するための電磁弁２０３ａと、同じく水タンク２０１からのミネラル水溶液を気液混合ノズル１０，６０，６０Ａに供給するための電磁弁２０３ｂとを備える。
【００８７】
また、環境浄化液体噴霧装置２００は、第２ミネラル容器２０９に供給されたミネラル水溶液を空気中に放出するためのファン２０５と、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａに空気を圧力を加えて供給するためのエアポンプ２０６とを備える。さらに、環境浄化液体噴霧装置２００は、環境浄化液体噴霧装置２００の全体の制御を司るとともに、電磁弁２０３ａ，２０３ｂや各部の動作を制御する制御装置２０７と、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａおよびファン２０５によりそれぞれ放出される霧状体に紫外線を照射するための紫外線ランプ２０８とを備える。
【００８８】
また、環境浄化液体噴霧装置２００は、フィルタ２１１を介して外部から空気を内部に取り入れるためのファン２１０と、エアポンプ２０６から気液混合ノズル１０，６０，６０Ａに供給される空気の少なくとも一部にオゾン（Ｏ３）を付与するオゾン発生装置２１２とを備える。なお、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａ、エアポンプ２０６、オゾン発生装置２１２等の各部は、配管２１３によって互いに接続されている。
【００８９】
第１ミネラル容器２０２に蓄えられる環境浄化物質としては、炭、カテキン、テアニン、セルフィール（登録商標：ニチリンケミカル株式会社）、桑の葉乳液などが挙げられる。炭は、大地から養分を水分とともに吸い上げて原木から成長する樹木等を炭焼き（炭化処理）することにより得られ、成長過程で吸い上げられる養分はミネラル成分を有し、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｋ（カリウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｆｅ（鉄）、Ｍｎ（マンガン）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｐ（リン）などが含まれている。カテキンは、水溶液（溶出液）を直接空気中に放出することによりウィルスを不活性化する。
【００９０】
このミネラル成分中のナトリウム、カリウムはアルカリ金属であり、カルシウムは土類金属であって、比較的含有比率が高く、水タンク２０１の水に溶出しやすい性質を有している。この第１ミネラル容器２０２からのミネラル成分により、水タンク２０１内の水はアルカリ水溶液となり、アルカリイオン水となる。
【００９１】
なお、カリウム、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウムの順番にイオン化傾向の強い金属であり、水への溶出反応の強い金属が含有されているアルカリ水溶液は、例えば炭を水に浸すことにより生成することができる。すなわち、水であるＨ２Ｏは、Ｈ＋＋ＯＨ−⇔Ｈ２Ｏであり、酸から出る水素イオンと塩基（アルカリ）から出る水酸化物イオンとが結びついてＨ２Ｏという水になることは知られており、これは酸と塩基との中和であるといえる。
【００９２】
そして、上述した炭から水に溶出するアルカリ金属のミネラルは塩基（アルカリ）であるので、水酸化物イオンＯＨ−となる。環境浄化液体噴霧装置２００は、この水酸化物イオンＯＨ−によるマイナスイオン水を水タンク２０１から気液混合ノズル１０，６０，６０Ａに供給して空気中に噴霧するので、細かい水分子の粒子の集まりであるその霧状体は、マイナスイオンの性質を有することとなる。
【００９３】
このように、上述した環境浄化物質を水に混ぜて噴霧することにより、殺虫効果や有機物質の分解効果を良好に得ることができる。また、これらの環境浄化物質は、分解を終えると水や酸素などの環境中に戻る特性を有しており、非常に環境に優しい物質となっている。
【００９４】
さらに、これらの環境浄化物質には、例えば緑茶のカテキンやテアニン等の水溶性食物繊維を、また害虫を退治するニームの木の実や葉の溶出液エキスを含めることもでき、これらを水タンク２０１内の水に混ぜて噴霧することにより、人体に対して毒性・有害性なく空気清浄効果を得ることができる。またさらに、除虫菊のナノ粒子には殺虫効果があり、このナノ粒子を用いることで環境浄化液体噴霧装置２００を有する環境浄化液体噴霧システムを殺虫システムとして利用することもできる。
【００９５】
また、エアポンプ２０６に隣接配置したオゾン発生装置２１２によって、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａに供給する空気にオゾンを含有させて、ノズル内でこのオゾンと水を混合させることもできる。ここで、水にオゾンを含有させる従来技術では、含有効率が極めて悪く、オゾンが霧散してしまうという問題を抱えていた。
【００９６】
しかしながら、第１〜第３の実施形態にかかる気液混合ノズル１０，６０，６０Ａによれば、水がクラスター状の霧となってオゾンを安定的に吸着し、長時間にわたって搬送することが可能であることが確認できている。これは、吐出する水に強い圧力で空気を吹き付けることでクラスター状の水が細分化され、その際にマイナスイオンが発生し、オゾンを安定的に吸着することができる効果によるものだと考えられる。
【００９７】
このように、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａからオゾンを圧力のかかった空気と含有させて同時に噴霧することにより、マイナスイオンの霧状体の粒にオゾンが付着した状態で空気中に放出することができる。なお、紫外線ランプ２０８は、１８４．９ｎｍの波長と、２５３．７ｎｍの波長の二種類の波長の紫外線を照射することができる構造となっている。
【００９８】
そして、環境浄化液体噴霧装置２００は、紫外線ランプ２０８によって、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａから空気中に噴霧されるオゾンを含むマイナスイオン水と、ファン２０５により空気中に噴霧されるマイナスイオン水とを含む空気の流れに上述した紫外線を照射することができる構造となっている。
【００９９】
具体的には、１８４．９ｎｍの波長の紫外線は、空気中の酸素の一部を酸素原子に解離し、オゾンを生成させる効果があることが分かっている。したがって、このオゾンを生成させる紫外線を、紫外線ランプ２０８により照射して、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａから噴霧するマイナスイオン水の霧状体にのせて空気中に放出することにより、空気中でヒドロキシラジカル（ＯＨ）を生成し、ウィルス細胞を酸化して破壊することができる。
【０１００】
ヒドロキシラジカルは、水分子があるためにオゾンが分解して発生した酸素原子との反応により発生する。水タンク２０１内の水溶液には、カリウムなどヒドロキシラジカル生成に有効なミネラルが溶出されていることから、オゾンの濃度を安全な０．１ｐｐｍ以内にしても、十分にヒドロキシラジカルを生成させることができる。マイナス電荷を有するこの霧状体は、空気中のゴミやホコリ等の物質に取り付きやすく吸い寄せられる性質を有するので、空気中の細菌などにも取り付く。そして、細菌等の細胞壁の周囲でヒドロキシラジカルが作られることにもなり、これにより細胞壁を破壊することができる。
【０１０１】
水タンク２０１内のアルカリイオン水を気液混合ノズル１０，６０，６０Ａにより噴霧してなる霧状体は、マイナスイオンの霧であり、プラス電位のものに吸い寄せられ付着する性質を有している。例えばｐＨ１１程度の濃アルカリは、特性として殺虫や除虫効果があるだけでなく、オゾンの酸化力やさらに酸化力の強いヒドロキシラジカルの効力も得ることができるので、これらの相乗効果を得ることが可能となる。
【０１０２】
また、２５３．７ｎｍの波長の紫外線は、ファン２０５により放出される霧状体に紫外線ランプ２０８によって照射することにより、細菌の細胞内にエネルギーの大きい紫外線が吸収され、核タンパク構造に変化をもたらし、細胞を死滅させることが判明している。このような殺菌効果のある紫外線の波長特性は、菌種によってほぼ同一の波長であり、２５０ｎｍ〜２６０ｎｍの波長が最も殺菌効果が高いとされている。このような紫外線を、環境浄化液体噴霧装置２００から噴霧されるマイナスイオン水の霧状体に照射して空気中に放出することにより、昼夜を問わず高い殺菌効果を得ることができる。
【０１０３】
また、水タンク２０１内のマイナスイオン水中に比較的含有率の高いカリウムは、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａからの噴霧の際に水分子に働きかけ、ヒドロキシラジカルと過酸化水素を生成することが知られている。なお、マイナスイオン水中の遷移元素である鉄（Ｆｅ）やマンガン（Ｍｎ）などによる反応によっても、ヒドロキシラジカルが生成される。
【０１０４】
このように、環境浄化液体噴霧装置２００を用いた環境浄化液体噴霧システムによれば、第１〜第３の実施形態にかかる気液混合ノズル１０，６０，６０Ａを用いた環境浄化物質の散布、紫外線ランプ２０８による紫外線の照射等により、従来では困難であった殺菌、殺虫、空気中の病原菌の浄化、脱臭、鮮度保持等の効果を安定的に得ることが可能となった。
【０１０５】
すなわち、環境浄化液体噴霧装置２００によれば、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａにより、木炭や竹炭などの炭に含まれる天然ミネラルの恵みであり、有害物質を分解・酸化する酸化力の強いヒドロキシラジカル分子をオゾンの濃度を高くすることなく生成する仕組みを実現している。また、ミネラル成分を有する圧力のかかった水溶液（水道水などの浄水）と圧縮空気とを空気中に噴霧し、この水溶液をオゾン含有空気と同時に空気中に噴霧することにより、脱臭、殺虫、殺菌を行う仕組みを実現している。
【０１０６】
なお、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａに供給する空気中に、例えば殺虫力の強い桑の葉粉末、除虫菊粉末、ニームの葉粉末等を含有させることにより、薬剤を使わない殺虫を行うことや、これらの粉末の成分を溶出させた水溶液を霧状体として噴霧することにより殺虫を行うことなどもできる。これらの成分を溶出した水溶液は、人体には無害である。
【０１０７】
また、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａへ供給する水へのミネラル成分の溶出方法は、上述したものの他、例えば第１および第２ミネラル容器２０２，２０９内に水タンク２０１から水を供給してミネラル成分を溶出させた水を得るようにしてもよい。その他、環境浄化液体噴霧装置２００は、上述した気液混合ノズル１０，６０，６０Ａによらず、従来から採用されている気液混合方式のノズルを用いたとしても、十分に上述したような殺菌・殺虫効果を得ることができるように形成されている。
【０１０８】
なお、オゾンの濃度や紫外線の波長、あるいは霧状体の噴霧条件等については、上述したものに限定されず、使用環境や使用目的によって任意に設定することが可能である。さらに、上述したマイナスイオンの発生を利用して、あらかじめ水に香料を混入させておくことにより、芳香による癒し効果と消臭効果を高次元で両立させて発揮させることも可能である。
【０１０９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記各実施形態に記載の範囲には限定されない。上記各実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
【０１１０】
例えば、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａにおいては、水をオゾンナノバブル水に置き換えることが可能である。このオゾンナノバブル水を使うことで、混合させる炭素やマグネシウムなどの酸化燃焼効果が促進されることとなる。このことは、炭素やマグネシウムなどの燃焼爆発力の強い元素・分子の水に対する混合率を増加させることで、従来使用していた燃料を低減する効果を発揮できることを示している。
【０１１１】
また、環境浄化液体噴霧装置２００に適用する気液混合ノズル１０，６０，６０Ａにおいて、噴霧する水をオゾンナノバブル水とすることにより、殺菌効果を発揮させることができる。マイクロバブルは水中で消滅するが、ナノバブルは持続し、塩素の数倍の殺菌効果を持つ。このようなオゾンナノバブル水を利用することにより、殺菌、殺虫、消毒、消臭などの多方面にわたる効果を得ることが可能となる。
【０１１２】
以上のような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【０１１３】
１０，６０，６０Ａ…気液混合ノズル、１１，６１…前方部材、１２，６２…中間部材、１２ｅ，６３ａ…水ノズル継手、１３，６３…後方部材、１３ｄ，６７…燃料ノズル継手、１４，６４…後方エア継手、２１，７３…前方エア継手、２２，７２，７２Ａ…衝撃部材、２００…環境浄化液体噴霧装置、２０１…水タンク、２０２…第１ミネラル容器、２０５…ファン、２０６…エアポンプ、２０７…制御装置、２０８…紫外線ランプ、２０９…第２ミネラル容器、２１０…ファン、２１１…フィルタ、２１２…オゾン発生装置。
【技術分野】
【０００１】
この発明は、気体と液体とを効率よく混合することができる気液混合ノズルに関するものであり、さらに、この気液混合ノズルを用いたエマルジョン燃料燃焼システムならびに環境浄化液体噴霧システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、環境問題についての関心の高まりから、例えばディーゼル機関の排気ガスの浄化を実現するための技術等が種々提案されている。この種の排気ガス浄化技術におけるアプローチは、例えばエンジン燃焼の改良や後処理技術の改良、あるいは燃料の改良等といった観点から行われている。
【０００３】
このうち、上記エンジン燃焼の改良については、燃料噴射系の改良が最も重視されており、例えばディーゼル乗用車の燃料噴射系として主力になりつつあるコモンレールシステムを用いた高圧噴射と多段噴射を実現・改良するための技術が提案されてきている（例えば、下記非特許文献１参照）。
【０００４】
また、上記燃料の改良については、エマルジョン燃料を用いた技術が開発されており、一定の成果が得られている。さらに、ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する方法として、燃料中に水を混入する方法、燃料とは別に燃焼室に水を噴射させる方法等が有効であることが、従来から知られている。このような方法は、燃料に水を混入することにより燃焼温度が下がってＮＯｘを低減すること、および水蒸気に含まれる酸素によって燃焼効率が上がることを利用しようとするものである。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】伊藤昇平、中村兼二、「コモンレールによるディーゼル排気ガスの浄化」、デンソーテクニカルレビュー、株式会社デンソー、２００２年５月、Ｖｏｌ．７、Ｎｏ．１、ｐ．２０−２８
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上述したように、ディーゼルエンジンの技術分野では、燃料の完全燃焼を確立することを目的として、燃料の噴射圧を極度に向上させ、その噴出粒子を極細にしてガス化を行うという思想に基づき排気ガス浄化を実現することが行われている。しかしながら、ディーゼルエンジンの燃焼室内での空気（酸素）と燃料の混合については、従来技術では物理的に完全な混合を実現することは不可能である。
【０００７】
また、上述したエマルジョン燃料については、別途燃料製造装置が必要であり、安定的なエマルジョンを形成するために乳化剤（ｅｍｕｌｓｉｆｉｅｒ）を用意したり、エマルジョン燃料の最適な状態を確保するための維持・管理技術が必要となったりするなど、コストや管理の面での問題を有している。
【０００８】
さらに、上述した水の混合については、例えば燃焼室に水を噴射するためには、燃料噴射とは別に水噴射装置が必要となる。そして、この水噴射装置の性能によっては、ＮＯｘ低減効果が十分に得られなかったり、水がノズルの先端に付着してしずくが発生したり、排出黒煙の増加や燃料消費率の悪化をもたらしたりするため、水噴射装置の設計の最適化は容易ではない。
【０００９】
この発明は、上述した課題の存在に鑑みてなされたものであり、その目的は、気体と液体とを効率よく混合することができ、液体のしずくの発生を抑えてより微細な粒子を生成することができる気液混合ノズルを実現するとともに、さらにこの気液混合ノズルを利用したエマルジョン燃料燃焼システムならびに環境浄化液体噴霧システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この発明に係る第１の気液混合ノズルは、ノズル吐出口の中心部に向けて空気を吐出させる内方側空気吐出経路と、ノズル吐出口の外縁部から空気を吐出させる外方側空気吐出経路と、前記内方側空気吐出経路と前記外方側空気吐出経路との間に配置され水および／又は燃料を主成分とする液体をノズル吐出口に導入するための少なくとも１つの液体導入経路と、前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材とを備え、前記内方側空気吐出経路の出口及び液体導入経路の出口は前記ノズル吐出口よりもノズルの内側に配置され、前記衝撃部材は、前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口と前記ノズル吐出口との間に配置されていることを特徴とする。
【００１１】
また、この発明に係る第２の気液混合ノズルは、ノズル吐出口の中心部に向けて空気を吐出させる内方側空気吐出経路と、ノズル吐出口の外縁部から空気を吐出させる外方側空気吐出経路と、前記内方側空気吐出経路と前記外方側空気吐出経路との間に配置され水および／又は燃料を主成分とする液体をノズル吐出口に導入するための少なくとも１つの液体導入経路と、前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材とを備え、前記衝撃部材は、前記内方側空気吐出経路の出口側から前記衝撃部材の先端部にかけて貫通する貫通孔を有することを特徴とする。
【００１２】
さらに、この発明に係る第３の気液混合ノズルは、ノズル吐出口の中心部に向けて空気を吐出させる内方側空気吐出経路と、ノズル吐出口の外縁部から空気を吐出させる外方側空気吐出経路と、前記内方側空気吐出経路と前記外方側空気吐出経路との間に配置され水および／又は燃料を主成分とする液体をノズル吐出口に導入するための少なくとも１つの液体導入経路と、前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材とを備え、前記衝撃部材は、前記空気及び液体の混合体の風力によってノズル中心軸を中心として回転することを特徴とする。
【００１３】
この発明に係る第１の気液混合ノズルにおいて、前記衝撃部材は、前記内方側空気吐出経路の出口に対向する端部が前記出口側を頂点とする円錐形状であり、側面に前記内方側空気吐出経路および液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体を導入し回転力を付与するように中心軸に対して傾斜した誘導溝が形成されるように構成することができる。
【００１４】
この発明に係る第２の気液混合ノズルにおいて、前記衝撃部材は、前記ノズル吐出口に向けてテーパ状に狭くなる側面と、この側面にノズルの中心軸方向に延びる誘導溝を有し、前記内方側空気吐出経路および液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体が、前記側面の誘導溝に沿って流れるように構成することができる。
【００１５】
この発明に係る第３の気液混合ノズルにおいて、前記衝撃部材は、前記ノズル吐出口に向けてテーパ状に狭くなる側面と、この側面にノズルの中心軸に対して傾斜する方向に延びる誘導溝を有し、前記内方側空気吐出経路および液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体を前記誘導溝に導入することにより前記混合体から回転力を付与されるように構成することができる。
【００１６】
この発明に係るエマルジョン燃料燃焼システムは、空気を供給する空気供給源と、燃料を供給する燃料供給源と、水を主成分とする燃焼温度低減のための液体を供給する燃焼温度低減液体供給源と、上記したこの発明に係る気液混合ノズルとを備え、前記気液混合ノズルが、バーナー装置本体に組み込まれることで構成されることを特徴とする。
【００１７】
この発明に係る別のエマルジョン燃料燃焼システムは、空気を供給する空気供給源と、燃料を供給する燃料供給源と、水を主成分とする燃焼温度低減のための液体を供給する燃焼温度低減液体供給源と、上記したこの発明に係る気液混合ノズルとを備え、前記気液混合ノズルが、内燃機関の燃料噴射装置に組み込まれ、前記空気供給源、前記燃料供給源および前記燃焼温度低減液体供給源から前記空気、前記燃料および前記液体がそれぞれ導入され、前記内燃機関の燃焼室内で完全燃焼可能な混合気を形成するための前記空気、前記燃料および前記液体を吐出することを特徴とする。
【００１８】
本発明に係る環境浄化液体噴霧システムは、空気を供給する空気供給源と、水を主成分とする環境浄化のための液体を供給する環境浄化液体供給源と、上記したこの発明に係る気液混合ノズルと、前記気液混合ノズルからの噴霧物に紫外線を照射するための紫外線照射手段と、前記紫外線照射手段により紫外線が照射された噴霧物を大気中に拡散するための拡散手段と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
この発明に係る環境浄化液体噴霧システムにおいて、好ましくは、前記液体には、炭素、カテキン、テアニン、セルフィール（登録商標：ニチリンケミカル株式会社）、桑の葉乳液、除虫菊のナノ粒子を含む殺虫殺菌効果を有する分子・元素を含有させている。
【００２０】
また、この発明に係る環境浄化液体噴霧システムにおいて、好ましくは、前記空気には、オゾン（Ｏ３）を含有させている。
【発明の効果】
【００２１】
この発明によれば、気体と液体とを効率よく混合することができ、且つ液体のしずくの発生を抑えてより微細な粒子を生成することができる気液混合ノズルを提供することができる。また、この発明に係る気液混合ノズルを利用することで、従来にない新たなエマルジョン燃料燃焼システムならびに環境浄化液体噴霧システムを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の第１の実施形態に係る気液混合ノズルを断面で示した、バーナー装置として構成されるエマルジョン燃料燃焼システムを示す図である。
【図２】同気液混合ノズルの衝撃部材を示す図で、同図（ａ）は断面図、同図（ｂ）は正面図である。
【図３】同気液混合ノズルの衝撃部材の外観斜視図である。
【図４】本発明の第２の実施形態に係る気液混合ノズルの断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態に係る気液混合ノズルの断面図である。
【図６】同気液混合ノズルの衝撃部材を示す図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は断面図である。
【図７】本発明の他の実施形態に係る環境浄化液体噴霧システムを示す図であり、同図（ａ）は側面図、同図（ｂ）は正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下に、添付の図面を参照して、この発明に係る気液混合ノズル、およびこの気液混合ノズルを用いたエマルジョン燃料燃焼システムならびに環境浄化液体噴霧システムの好適な実施の形態を詳細に説明する。
【００２４】
（第１の実施形態）
図１は、第１の実施形態に係る気液混合ノズルを用いたエマルジョン燃料燃焼システムを示す図である。
【００２５】
この気液混合ノズル１０は、例えばバーナー装置としてのエマルジョン燃料燃焼システム１００にて利用されている。具体的には、エマルジョン燃料燃焼システム１００は、図示しない公知のバーナー装置の本体に組み込まれた気液混合ノズル１０と、この気液混合ノズル１０に対して空気、燃料、および水を供給する手段とを備えている。
【００２６】
気液混合ノズル１０は、図１に断面で示すように、外径がほぼ等しく、内径がそれぞれ異なる円筒状の前方部材１１、中間部材１２及び後方部材１３を有して構成されている。これらの部材１１〜１３は、鉄系、あるいは鉄−銅系などの金属材料にて構成されて、互いの接続箇所に設けられた雄ねじと雌ねじとを螺合することで相互に接続されている。
【００２７】
前方部材１１は、先端部に、前方に広がるすり鉢状のノズル吐出口１８が形成され、内側空間２１ａに円筒状の衝撃部材支持筒２０を同軸的に収容している。前方部材１１のノズル吐出口１８の後方側は、後方に広がるすり鉢状に形成され、衝撃部材支持筒２０の円錐状の先端が所定の隙間を介して対向している。衝撃部材支持筒２０の内側には、中筒１９が同軸配置されている。この中筒１９の後端は、中間部材１２の先端側にＯリング１９ｄを介して液密に螺合固定されている。中筒１９の先端は衝撃部材支持筒２０の先端部まで延び、中筒１９及び衝撃部材支持筒２０の先端部に、後述する衝撃部材２２が装着されている。前方部材１１の対向する２つの側面には、内側空間２１ａに連通する前方エア継手２１が装着されている。中筒１９の内側空間１９ａには、パイプ１６ｂが同軸的に配置されている。パイプ１６ｂは、先端側が衝撃部材２２の近傍まで延び、後端側は中間部材１２に圧入されている。このパイプ１６ｂの内側に、更にパイプ１６ａが同軸配置されている。このパイプ１６ａは、先端側がパイプ１６ｂの先端部近傍まで延び、後端側が後方部材１３の内部まで延びている。
【００２８】
中間部材１２は、先端側に、その内径がパイプ１６ｂの外径よりも大きい内側空間１２ｄが形成され、この内側空間１２ｄが中筒１９の内側空間１９ａと連通している。中間部材１２の側面に形成された水導入孔１２ｃには、内側空間１２ｄと連通する水ノズル継手１２ｅが装着されている。
【００２９】
後方部材１３は、側面に形成された燃料導入孔１３ｂに、内側空間１３ｃと連通する燃料ノズル継手１３ｄを装着し、後端部に、Ｏリング１４ｄ及び継手ジョイント部１４ｂを介して後方エア継手１４を装着してなる。後方エア継手１４は、内部にパイプ１４ｃを圧入している。このパイプ１４ｃの先端側は、パイプ１６ａの後端側と連結されている。
【００３０】
そして、後方エア継手１４、パイプ１４ｃの内側空間１４ａ及びパイプ１６ａの内側空間１８ａで内方側空気吐出経路Ａが形成され、燃料ノズル継手１３ｄ、燃料導入孔１３ｂ、内側空間１３ｃ、パイプ１６ａ，１６ｂの間の空間１２ｂによって燃料導入経路Ｂが形成され、水ノズル継手１２ｅ、水導入孔１２ｃ、内側空間１２ｄ及び内側空間１９ａで水導入経路Ｃが形成され、前方エア継手２１、内側空間２１ａ及び衝撃部材支持筒２０と前方部材１１の間の隙間によって外方側空気吐出経路Ｄが形成されている。
【００３１】
次に衝撃部材２２について説明する。図２は、衝撃部材２２の断面図（ａ）及び正面図（ｂ）、図３は、外観斜視図である。これらの図に示すように、衝撃部材２２は、中筒１９に圧入されるため後端側が小径に形成された円柱形からなり、側面に中心軸に対して僅かに傾斜した方向若しくは螺旋状に延びる複数の誘導溝２２ａを周方向に所定間隔で形成し、円錐状の後端部２２ｂを有している。誘導溝２２ａは、後端側から衝突する混合気体を導入する過程で、混合気体に回転力を付与するためのものである。
【００３２】
以上のように構成された気液混合ノズル１０に対し、コントローラ５５の制御のもと、空気を供給する空気供給源としてのエアポンプ５２ａ，５２ｂによって供給された空気が前方エア継手２１及び後方エア継手１４をそれぞれ介して内方側空気導入経路Ａ及び外方側空気導入経路Ｄに空気を導入すると共に、燃料供給源としての燃料タンク５３からポンプ５３ａによって供給されるガソリンやディーゼル燃料、石油などの燃料が、燃料ノズル継手１３ｄを介して燃料導入経路Ｂに導入され、更に水供給源としての水タンク５４からポンプ５４ａによって供給される水が水ノズル継手１２ｅを介して水導入経路Ｃに導入されるようになっている。
【００３３】
以上の構成のエマルジョン燃料燃焼システムによれば、内方側空気吐出経路Ａに導入された空気は、パイプ１６ａの先端で、その外側の燃料導入経路Ｂを通流する燃料と混合されて霧状になり、更に、その混合体が水導入経路Ｃと合流する部分で水と混合される。これとほぼ同時に、水、燃料及び空気の混合体は、衝撃部材２２に衝突して更に微細な粒子からなる霧状となる。衝撃部材２２に衝突した混合体は、衝撃部材２２の誘導溝２２ａを通過して、回転力を付与され、更に、外方側空気吐出経路Ｄから吐出された空気と混合される。前方部材１１と衝撃部材支持筒２０の先端との間の４５°の角度の円錐状の吐出口を有する外方側空気吐出経路Ｄから吐出される空気は、ノズル吐出口１８のすり鉢状の側面に沿って約４５°の角度で円錐状に回転しながら拡がって吐出される。このように、本実施形態に係る気液混合ノズル１０によれば、空気、燃料および水の混合体が衝撃部材２２に衝突することにより、極めて細かな粒子のエマルジョン燃料が生成される。
【００３４】
なお、各ポンプ５２ａ，５２ｂ，５３ａ，５４ａは、ＣＰＵ等を備えたコントローラ５５によりその動作が制御されているため、気液混合ノズル１０から最適な混合比や吐出量を考慮して空気、燃料、水を吐出することができるようになっている。また、水タンク５４には、図示しないマグネシウムタンクからマグネシウム（Ｍｇ）を混合可能とするようにしても良い。
【００３５】
さらに、燃料タンク５３から供給される燃料やエアポンプ５２ａ，５２ｂから供給される空気には、図示しない炭素タンクから炭素を混合可能としても良い。燃料には、上述したものを含めて、灯油や軽油、Ａ重油、食用油などを使用することができる。水については、水道水を使用することができるが、例えばフィルタを通過させることで塩素除去などを施したものを使用することが好ましい。
【００３６】
空気については、空気圧が最高１ｋｇｆ／ｃｍ２の圧搾空気を用いればよく、流量については、例えばエマルジョン燃料燃焼システム１００においては７０ｌ／ｍｉｎ〜１００ｌ／ｍｉｎとした。ただし、この空気量については、バーナーの排気量や熱量等によって、任意に変更すればよい。
【００３７】
また、気液混合ノズル１０から吐出される空気、すなわち内方側空気吐出経路Ａおよび外方側空気吐出経路Ｄから吐出される空気には、例えばミクロンオーダーもしくはナノオーダーの径を有するように形成された炭素を含有させることもできる。このように炭素を空気に混合して吐出させることにより、化石燃料の消費をできる限り低減することができるので、高い熱量を確保することが可能となる。
【００３８】
さらに、エアポンプ５２ａ，５２ｂに図示しないオゾン発生器を隣接配置して、供給する空気にオゾン（Ｏ３）を混合することにより、燃焼効率の向上に寄与することも可能となる。また、水タンク５４から気液混合ノズル１０に対して供給される水に対しては、より効率的な燃焼と爆発力を維持するために、マグネシウムを混合することとした。
【００３９】
このマグネシウムは、海水から製造することができ、しかも化石燃料の使用量を低減させることに寄与するので、環境にとっては好ましい材料である。ただし、水に混合する元素材料については、マグネシウムに限定されるものではなく、酸化促進効果を有する他の元素を混合することも可能である。
【００４０】
ここで、燃料と水の消費割合については、灯油の場合が灯油五割に対して水五割、もしくは灯油四割に対して水六割の配分にて実施することが好適であった。ただし、この燃料と水の混合比率についても、使用条件などに応じて任意に決定することができるので、これに限定されるものではない。
【００４１】
以上の実施条件にて図１に示すエマルジョン燃料燃焼システム１００を稼働したところ、従来のバーナー装置と比較して約１５％程度の燃料削減効果が得られた。また、ＣＯ２の排出量についても、約１５％程度の削減効果が得られた。このことから、第１の実施形態にかかる気液混合ノズル１０を用いたバーナー装置を有するエマルジョン燃料燃焼システム１００によれば、環境面に良好な燃料燃焼システムを構築することが可能となる。
【００４２】
そして、第１の実施形態に係る気液混合ノズル１０は、以上説明した構成により形成されているので、ノズルの内部であらかじめ空気と燃料と水とが混合され、吐出方向に対して所定の角度を持って円錐状に拡がりながら前方へとこれらを吐出することとなる。つまり、ノズル吐出口１８にて初めてこれらが混合されるのではなく、ノズルの内部において最適な状態でのエマルジョン燃料が生成されることとなる。
【００４３】
さらに、衝撃部材２２がノズル吐出口１８の内側に配置されており、外方側空気吐出経路Ｄによって混合体をさらに吐出する構造を有しているため、衝撃部材２２の先端面に混合体のしずくが付着することがなく、しずくの発生が無いという効果を有する。
【００４４】
したがって、第１の実施形態に係る気液混合ノズル１０によれば、従来技術では困難であった燃料と空気と水の完全な混合、およびこれらの吐出が可能となり、また、エマルジョン燃料の最適な状態を確保するための維持・管理技術は不要となる。さらに、第１の実施形態にかかる気液混合ノズル１０では、水を混合する際に従来技術で必要であった水噴射装置が不要となり、安価且つ簡単な構成の気液混合ノズルを実現することができる。
【００４５】
なお、第１の実施形態に係る気液混合ノズル１０を用いて空気と燃料、水を最適に混合する場合の条件としては、例えば内方側空気吐出経路Ａから吐出される空気の空気圧をＰ１、外方側空気吐出経路Ｄから吐出される空気の空気圧をＰ２、としたときに、Ｐ１≧Ｐ２なる不等式が成り立つように構成されていることが好適である。
【００４６】
基本的に、内方側空気吐出経路Ａから吐出される空気は、前方に向かって直進方向に吐出されるので、燃料と十分混合されてさらに水と混合され、かつこれらを前方に運ぶキャリアとしても機能することとなる。一方、外方側空気吐出経路Ｄから吐出される空気は、所定の角度方向で円錐形状を描きながら吐出されるので、混合体を好適に吐出させる機能を発揮することになる。これらそれぞれの機能を好適に発揮させる空気圧条件を発明者が研究した結果、Ｐ１≧Ｐ２なる不等式が成り立つようにすることが望ましいことを確認している。
【００４７】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記第１の実施形態に記載の範囲には限定されない。上記第１の実施形態には、多様な変更または改良を加えることが可能である。例えば、内方側空気吐出経路Ａと外方側空気吐出経路Ｄとの間に吐出されて導入される燃料と水は、上記第１の実施形態ではそれぞれ一層ずつとしていたが、燃料や水の導入経路を複雑化し、多重層構造にて吐出することにより、より高い混合比率を実現することも可能である。
【００４８】
また、気液混合ノズル１０の内部において、空気、燃料、水の順番に混合される構成としたが、空気、水、燃料の順番に混合されるように構成したり、その他の順番にて混合されるように構成することもできる。この場合は、ノズル内部に導入される空気、燃料、水の経路を変更すれば容易に対応することができる。
【００４９】
さらに、混合される空気、燃料、水のノズル吐出口１８の内部での距離、および吐出される空気、燃料、水の混合体と空気とのノズル吐出口１８での距離については、任意の変更が可能であり、理論的にはこれらの間隔が近ければ近いほど混合効率を高めることができる。このような気体と液体のノズル吐出口１８での距離などは、使用条件に応じて任意に変更が可能である。
【００５０】
さらに、上記第１の実施形態では、衝撃部材２２の誘導溝２２ａを斜めに配置した場合は、ノズル吐出口１８の端部から吐出される混合体が誘導溝２２ａの作用によって回転力を有して吐出されるとしたが、誘導溝２２ａをノズル中心軸方向と平行に配置したり、また、例えば外方側空気吐出経路Ｄの経路内に旋回状の溝構造を設けることにより、空気にさらに回転力を付与することもできる。
【００５１】
このような場合は、空気、燃料、水などの液体の混合をさらに効率化することができ、より効果的な気液混合を実現することが可能となる。また、さらに、混合体や空気の吐出角度については任意に変更することができ、気液混合ノズル１０の使用条件等に応じて最適な角度に変更することが可能である。
【００５２】
なお、上記第１の実施形態では、ノズル吐出口１８よりも内側の内方側空気吐出経路Ａのノズル吐出口１８側の端部近傍に、頂点がこの端部に向けられた円錐形状を含む衝撃部材２２がノズル吐出口１８の内部に設置されている場合を例示して説明した。しかし、この衝撃部材２２については、高速の圧力でと吐出される空気や液体が衝突することによって衝撃力を与え、これら空気や液体が混ざり合う際により細かな混合状態にすることができる衝撃部材であればよい。
【００５３】
そして、この衝撃部材の取り得る形状については、円錐形状を含むものには限られず、上記の衝撃付与・混合といった作用効果を発揮できる条件として、あらゆる形状を採用することができる。また、空気の空気圧については、高圧であればある程、燃料や水との混合効率が向上して微細にガス化し、燃焼効率の向上を図ることが可能となる。
【００５４】
なお、これらの条件値の制御は、空燃比制御と同時にマイコン制御などを行うことによって可能となり、本発明の気液混合ノズルによって、エマルジョン燃料の完全燃焼技術を確立することが可能となった。ここで、第１の実施形態に係る気液混合ノズル１０を用いたエマルジョン燃料燃焼システム１００は、上述したようにバーナー装置に適用した場合を例に挙げて説明したが、このエマルジョン燃料燃焼システム１００は、バーナー装置のようなオープンな開放系で用いられるものばかりではなく、内燃機関のようなクローズな閉鎖系でも適用することが可能である。
【００５５】
すなわち、第１の実施形態に係る気液混合ノズル１０を公知の内燃機関の燃料噴射装置に組み込み、空気供給源、燃料供給源および燃焼温度低減液体供給源から空気、燃料および液体をそれぞれ導入し、内燃機関の燃焼室内で完全燃焼可能な混合気を形成するための空気、燃料および液体を吐出するように構成すればよい。
【００５６】
なお、内燃機関の運転条件については、内燃機関の使用条件や仕様等によって任意に設定すればよい。本発明に係る気液混合ノズル１０を用いた内燃機関としてのエマルジョン燃料燃焼システムが有する優位な点としては、水を霧状で吐出し、しずくの発生を抑えることができるので燃焼温度を確実に抑制でき、特に水量の調整を行うことによって燃焼室内（エンジン室内）の浄化を行うことができるところである。
【００５７】
この効果は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の抑制にも作用し、排気ガス中のＮＯｘ量を削減することに寄与する。さらに、エンジン室内に水を導入することによるエンジンの劣化を防止することについては、水の吐出をエンジン停止の数秒間前に停止させることにより解決することができる。この制御については、マイコン制御を行うことで容易に実施することが可能である。
【００５８】
（第２の実施形態）
図４は、本発明の第２の実施形態に係る気液混合ノズルの一例を示す断面図である。
気液混合ノズル６０は、図４に示すように、外径がほぼ等しく、内径がそれぞれ異なる円筒状の前方部材６１、中間部材６２及び後方部材６３を有して構成されている。これらの部材６１〜６３は、鉄系、あるいは鉄−銅系などの金属材料にて構成されて、互いの接続箇所に設けられた雄ねじと雌ねじとを螺合することでＯリング６２ｃ，６３ａ及び７０ａを介して相互に接続されている。
【００５９】
前方部材６１は、先端部に、前方に広がるすり鉢状のノズル吐出口６８が形成され、内側空間６１ａに円筒状の中筒７０を同軸的に収容している。前方部材６１のノズル吐出口６８の後方側は、後方に広がるすり鉢状に形成され、中筒７０の円錐状の先端が所定の隙間を介して対向している。中筒７０の内側には、中筒６９が同軸配置されている。この中筒６９の後端は、中間部材６２の先端側に螺合固定されている。中筒６９の先端は中筒７０の先端部まで延びている。前方部材６１の側面には、内側空間６１ａに連通する前方エア継手７３が装着されている。中筒６９の内側空間６９ａには、パイプ６６が同軸的に配置されている。パイプ６６は、先端側が中筒６９及び７０の先端部まで延び、先端部に後述する衝撃部材７２を支持している。パイプ６６の後端側は後方部材６３の先端部に螺合結合されている。
【００６０】
中間部材６２は、先端側に、その内径がパイプ６６の外径よりも大きい内側空間６７ａが形成され、この内側空間６７ａが中筒６９の内側空間６９ａと連通している。中間部材６２の側面には、内側空間６７ａと連通する燃料ノズル継手６７がＯリング６７ｂを介して装着されている。
【００６１】
後方部材６３は、側面に形成された後方空気導入孔６４ａに、パイプ６６の内側空間６８ａと連通する後方エア継手６４がＯリング６４ｂを介して装着され、後端部に、水ノズル継手６３ａを装着してなる。
【００６２】
ノズル先端に装着される衝撃部材７２は、円錐状の先端面７２ｄと、この先端面７２ｄと連続し、先端面７２ｄと逆向きに頂点を有する円錐状の衝撃面７２ｃと、側面に形成された中心軸方向に延びる複数本の誘導溝７２ｂと、中心軸に沿って形成された中心孔７２ａとにより構成されている。中心孔７２ａは、その後端がパイプ６６の内側空間６８ａと連通している。
【００６３】
そして、後方エア継手６４、後方空気導入孔６４ａ、パイプ６６の内側空間６８ａ及び衝撃部材７２の誘導溝７２ｂで内方側空気吐出経路Ａが形成され、燃料ノズル継手６７及び内側空間６７ａ，６９ａによって燃料導入経路Ｂが形成され、水ノズル継手６３ａ及び内側空間６３ｂ，６２ｂ，７０ｂで水導入経路Ｃが形成され、前方エア継手７３及び内側空間６１ａによって外方側空気吐出経路Ｄが形成されている。
【００６４】
このように構成された気液混合ノズル６０によれば、内方側空気吐出経路Ａに導入された空気と、その外側の燃料導入路Ｂに導入された燃料と、水導入経路Ｃに導入された水と、外方側空気吐出経路Ｄに導入された空気とが、衝撃部材７２の衝撃面７２ｃの手前で混合された後、衝撃面７２ｃに衝突する。このとき、外方側空気吐出経路Ｄからは、ほぼ４５°のテーパをなす衝撃面７２ｃに対して垂直に衝突する角度で空気が吐出されるので、混合体はより微細な粒子となる。
【００６５】
また、内方側空気吐出経路Ａに導入された空気は、衝撃部材７２の中心孔７２ａを介してノズル先端側に吐出されるので、衝撃部材７２の先端にしずくが残留することがなく、しずくの発生を防止することができる。
【００６６】
したがって、第２の実施形態に係る気液混合ノズル６０によっても、従来技術では困難であった燃料と空気と水の完全な混合が可能となり、また、エマルジョン燃料の最適な状態を確保するための維持・管理技術は不要となる。さらに、第２の実施形態に係る気液混合ノズル６０においても、従来の水噴射装置は不要となるため、安価且つ簡単な構成の気液混合ノズルを実現することができる。
【００６７】
なお、第２の実施形態に係る気液混合ノズル６０を用いて空気と燃料、水を最適に混合する場合の空気圧の条件としては、内方側空気吐出経路Ａから吐出される空気の空気圧をＰ１、外方側空気吐出経路Ｄから吐出される空気の空気圧をＰ２、としたときに、上述した気液混合ノズル１０と同様にＰ１≧Ｐ２なる不等式が成り立つように構成されていることが好適である。
【００６８】
基本的に、内方側空気吐出経路Ａから吐出される空気は、前方斜め４５°の角度方向で円錐形状を描きながら直進方向に吐出されるので、混合された燃料と水を前方に運ぶキャリアとして機能することとなる。一方、外方側空気吐出経路Ｄから吐出される空気は、前方斜め４５°の角度方向で円錐形状を描きながら吐出しつつも、螺旋状の溝が形成されていれば、回転しながら吐出されるので、燃料と水を好適に混合させる機能を更に発揮することになる。
【００６９】
なお、本発明の技術的範囲は上記第２の実施形態に記載の範囲には限定されない。上記第２の実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。例えば、内方側空気吐出経路Ａと外方側空気吐出経路Ｄから並行方向に吐出される空気層の間に導入される燃料と水は、上記第２の実施形態ではそれぞれ一層ずつとしていたが、燃料や水の導入経路を複雑化し、多重層構造にて吐出することにより、より高い混合効率を実現することも可能である。
【００７０】
また、気液混合ノズル６０において、中心部から空気、燃料、水の順番に混合される構成としたが、空気、水、燃料の順番に混合されるように構成したり、その他の順番にて混合されるように構成することもできる。この場合は、ノズル内部に導入される空気、燃料、水の経路を変更すれば容易に対応することができる。
【００７１】
さらに、吐出される空気と燃料、空気と水のノズル吐出口での距離については、任意に変更が可能であり、論理的にはこれらの間隔が近ければ近いほど混合効率を高めることができる。このような気体と液体のノズル吐出口での距離については、使用条件等に応じて任意に変更が可能である。
【００７２】
また、上記第２の実施形態では、外方側空気吐出経路Ｄから吐出される空気が誘導溝の作用によって回転力を有して吐出されていたが、例えば外方側空気吐出経路Ｄの経路内に旋回状の溝構造を設けることにより、空気に回転力を付与することができる。かかる構造を付加することによって、燃料と液体の混合をさらに効率化することができ、より効果的な気液混合を実現することが可能となる。
【００７３】
またさらに、上記第２の実施形態では、吐出される空気が前方斜め４５°の角度方向で円錐形状を描きながら吐出するように形成した。ただし、この吐出角度については任意に変更が可能であり、気液混合ノズル６０の使用条件等に応じて最適な角度に変更することが可能である。
【００７４】
なお、上記第２の実施形態では、内方側空気吐出経路Ａのノズル吐出口６８の端部における空気吐出方向に、衝撃面７２ｃがノズル吐出口６８に向けてテーパ状に狭くなる衝撃部材７２が設置されている場合を例示して説明した。しかし、この衝撃部材７２については、高速の強い圧力で吐出される空気や液体が衝突することによって衝撃力を与え、これら空気や液体が飛散する際により微小の霧状体にすることができる衝撃部材であればよい。
【００７５】
（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態に係る気液混合ノズルの一例を示す断面図である。また、図６は、同気液混合ノズルの衝撃部材の一例を説明するための説明図であり、同図（ａ）は側面図を、同図（ｂ）は断面図を示している。なお、この第３の実施形態に係る気液混合ノズルは、上記第２の実施形態に係る気液混合ノズル６０と重複する構成で形成することができるので、既に説明した部分と重複する箇所には同一の符号を附して説明を省略する。
【００７６】
第３の実施形態に係る気液混合ノズル６０Ａは、図５に示すように、上記第２の実施形態に係る気液混合ノズル６０と同様に前方部材６１、中間部材６２、後方部材６３という三つの部材を有して構成され、これら各部材６１〜６３に形成された経路などの構成や、接続される継手などの部品、あるいはノズルの作用効果や適用範囲などは共通しているため、ここでは説明を省略する。
【００７７】
一方、気液混合ノズル６０Ａは、内方側空気吐出経路Ａのノズル吐出口６８の端部における空気吐出方向に設置された衝撃部材７２Ａの構造が、先の例の気液混合ノズル６０の衝撃部材７２と相違している。すなわち、図６（ａ）に示すように、気液混合ノズル６０Ａに取り付けられる衝撃部材７２Ａは、回転部７５と、軸支部７４と、留め部７６とから構成されている。
【００７８】
この衝撃部材７２Ａは、後端側の軸支部７４の断面十字状に形成された取付部７４ａが中央エアパイプ６６の先端側の内側に圧入嵌合されるとともに、軸支部７４の軸部７４ｂに回転自在なコマ状の回転部７５が取り付けられ、さらに軸部７４ｂの先端側に回転部７５の脱落を防止する留め部７６が圧入されて、ノズル吐出口６８の端部に取り付けられている。
【００７９】
回転部７５は、ノズル吐出口６８に向けてこの衝撃部材７２Ａに衝突した空気および燃料、水の混合体を空気吐出方向に円錐状でかつ回転させながら吐出するような誘導溝７５ａを側面に有している。回転部７５は、側面７２Ａｄがノズル吐出口６８に向けてテーパ状に狭くなり、側面７２Ａｅが先端側に向けてテーパ状に狭くなる（すなわち、後端側および先端側が先細となる）コマ状の外形を有し、ノズル吐出口６８の中心部を回転軸としている。
【００８０】
誘導溝７５ａは、図６（ａ），（ｂ）に示すように、ノズル吐出口６８の近傍で螺旋状に例えば３０°程度の角度を有してよじれた状態で形成されている。また、軸支部７４の取付部７４ａの十字部分の厚みは、それぞれ異なるように形成されている。これにより、内方側空気吐出経路Ａから吐出される空気の流速に変化をつけ、回転部７５の旋回力を向上させるとともに、液体と液体、気体と液体、気体と気体などの混合を促進して霧状化を向上させることができる。
【００８１】
軸支部７４は、回転部７５を回転可能に軸支するとともに、内方側空気吐出経路Ａと連通して空気を回転部７５の先端側に吐出させるための第１衝撃部材側空気吐出経路７２Ａａを中心部に有している。また、軸支部７４は、取付部７４ａとパイプ６６との嵌合時に、これらの間に形成されて内方側空気吐出経路Ａと連通する十字部分間の扇状の空間からなる第２衝撃部材側空気吐出経路７２Ａｂをその周囲に有している。この第２衝撃部材側空気吐出経路７２Ａｂにより、内方側空気吐出経路Ａからの空気が回転部７５の誘導溝７５ａ側に吐出される。
【００８２】
留め部７６は、軸支部７４の軸部７４ｂの先端側にて、回転部７５をノズル吐出口６８の端部側で回動自在に固定し、第１衝撃部材側空気吐出経路７２Ａａと連通する第３衝撃部材側空気吐出経路７２Ａｃをその中心部に有している。したがって、衝撃部材７２Ａに衝突して側面７２Ａｄ，７２Ａｅや誘導溝７５ａに沿って混合体のしずくが先端側に溜まったとしても、回転部７５が回転することによって、このしずくを外部に吹き飛ばすことができる。このように、第３の実施形態に係る気液混合ノズル６０Ａにおいても、上述した気液混合ノズル１０，６０と同様に、しずくによる問題が発生することはない。
【００８３】
（第１〜第３の実施形態に係る気液混合ノズルを用いた環境浄化液体噴霧システムの実施例）
以上説明した第１〜第３の実施形態に関連する気液混合ノズル１０，６０，６０Ａは、エマルジョン燃料を効率よく生成し燃焼させるために用いられるものであった。これらの気液混合ノズル１０，６０，６０Ａは、その他にも、環境浄化のための液体を供給する環境浄化液体噴霧システムに好適に用いることもできる。図７は、環境浄化液体噴霧システムに用いられる環境浄化液体噴霧装置の一例を説明するための説明図であり、同図（ａ）は側面図を、同図（ｂ）は正面図を示している。
【００８４】
上述した第１〜第３の実施形態に係る気液混合ノズル１０，６０，６０Ａは、空気と燃料および水の三種類の物質を混合するものであったが、環境浄化液体噴霧システムに適用する場合は、環境浄化のために用いられる液体と空気とを混合するために用いられるように構成される。
【００８５】
例えば、上記気液混合ノズル１０，６０，６０Ａの燃料に関する構成を廃止し、あるいはこの燃料に関する構成を環境浄化のための液体を導通・吐出する構成に変換すれば、環境浄化液体噴霧システムに適用することが可能となる。そして、これらの気液混合ノズル１０，６０，６０Ａを環境浄化液体噴霧システムに適用した場合も、上述した作用効果と同様の作用効果を有し、最適な状態で環境浄化物質を生成し、噴霧することが可能となる。
【００８６】
具体的には、図７に示すように、環境浄化液体噴霧システムを構成する環境浄化液体噴霧装置２００は、水を貯留する水タンク２０１と、この水タンク２０１に貯留された水に浸されて、ミネラル成分を供給するための第１ミネラル容器２０２と、水タンク２０１からのミネラル水溶液を第２ミネラル容器２０９に供給するための電磁弁２０３ａと、同じく水タンク２０１からのミネラル水溶液を気液混合ノズル１０，６０，６０Ａに供給するための電磁弁２０３ｂとを備える。
【００８７】
また、環境浄化液体噴霧装置２００は、第２ミネラル容器２０９に供給されたミネラル水溶液を空気中に放出するためのファン２０５と、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａに空気を圧力を加えて供給するためのエアポンプ２０６とを備える。さらに、環境浄化液体噴霧装置２００は、環境浄化液体噴霧装置２００の全体の制御を司るとともに、電磁弁２０３ａ，２０３ｂや各部の動作を制御する制御装置２０７と、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａおよびファン２０５によりそれぞれ放出される霧状体に紫外線を照射するための紫外線ランプ２０８とを備える。
【００８８】
また、環境浄化液体噴霧装置２００は、フィルタ２１１を介して外部から空気を内部に取り入れるためのファン２１０と、エアポンプ２０６から気液混合ノズル１０，６０，６０Ａに供給される空気の少なくとも一部にオゾン（Ｏ３）を付与するオゾン発生装置２１２とを備える。なお、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａ、エアポンプ２０６、オゾン発生装置２１２等の各部は、配管２１３によって互いに接続されている。
【００８９】
第１ミネラル容器２０２に蓄えられる環境浄化物質としては、炭、カテキン、テアニン、セルフィール（登録商標：ニチリンケミカル株式会社）、桑の葉乳液などが挙げられる。炭は、大地から養分を水分とともに吸い上げて原木から成長する樹木等を炭焼き（炭化処理）することにより得られ、成長過程で吸い上げられる養分はミネラル成分を有し、Ｍｇ（マグネシウム）、Ｎａ（ナトリウム）、Ｇｅ（ゲルマニウム）、Ｋ（カリウム）、Ｃａ（カルシウム）、Ｚｒ（ジルコニウム）、Ｆｅ（鉄）、Ｍｎ（マンガン）、Ｓｉ（ケイ素）、Ｐ（リン）などが含まれている。カテキンは、水溶液（溶出液）を直接空気中に放出することによりウィルスを不活性化する。
【００９０】
このミネラル成分中のナトリウム、カリウムはアルカリ金属であり、カルシウムは土類金属であって、比較的含有比率が高く、水タンク２０１の水に溶出しやすい性質を有している。この第１ミネラル容器２０２からのミネラル成分により、水タンク２０１内の水はアルカリ水溶液となり、アルカリイオン水となる。
【００９１】
なお、カリウム、カルシウム、ナトリウム、マグネシウム、アルミニウムの順番にイオン化傾向の強い金属であり、水への溶出反応の強い金属が含有されているアルカリ水溶液は、例えば炭を水に浸すことにより生成することができる。すなわち、水であるＨ２Ｏは、Ｈ＋＋ＯＨ−⇔Ｈ２Ｏであり、酸から出る水素イオンと塩基（アルカリ）から出る水酸化物イオンとが結びついてＨ２Ｏという水になることは知られており、これは酸と塩基との中和であるといえる。
【００９２】
そして、上述した炭から水に溶出するアルカリ金属のミネラルは塩基（アルカリ）であるので、水酸化物イオンＯＨ−となる。環境浄化液体噴霧装置２００は、この水酸化物イオンＯＨ−によるマイナスイオン水を水タンク２０１から気液混合ノズル１０，６０，６０Ａに供給して空気中に噴霧するので、細かい水分子の粒子の集まりであるその霧状体は、マイナスイオンの性質を有することとなる。
【００９３】
このように、上述した環境浄化物質を水に混ぜて噴霧することにより、殺虫効果や有機物質の分解効果を良好に得ることができる。また、これらの環境浄化物質は、分解を終えると水や酸素などの環境中に戻る特性を有しており、非常に環境に優しい物質となっている。
【００９４】
さらに、これらの環境浄化物質には、例えば緑茶のカテキンやテアニン等の水溶性食物繊維を、また害虫を退治するニームの木の実や葉の溶出液エキスを含めることもでき、これらを水タンク２０１内の水に混ぜて噴霧することにより、人体に対して毒性・有害性なく空気清浄効果を得ることができる。またさらに、除虫菊のナノ粒子には殺虫効果があり、このナノ粒子を用いることで環境浄化液体噴霧装置２００を有する環境浄化液体噴霧システムを殺虫システムとして利用することもできる。
【００９５】
また、エアポンプ２０６に隣接配置したオゾン発生装置２１２によって、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａに供給する空気にオゾンを含有させて、ノズル内でこのオゾンと水を混合させることもできる。ここで、水にオゾンを含有させる従来技術では、含有効率が極めて悪く、オゾンが霧散してしまうという問題を抱えていた。
【００９６】
しかしながら、第１〜第３の実施形態にかかる気液混合ノズル１０，６０，６０Ａによれば、水がクラスター状の霧となってオゾンを安定的に吸着し、長時間にわたって搬送することが可能であることが確認できている。これは、吐出する水に強い圧力で空気を吹き付けることでクラスター状の水が細分化され、その際にマイナスイオンが発生し、オゾンを安定的に吸着することができる効果によるものだと考えられる。
【００９７】
このように、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａからオゾンを圧力のかかった空気と含有させて同時に噴霧することにより、マイナスイオンの霧状体の粒にオゾンが付着した状態で空気中に放出することができる。なお、紫外線ランプ２０８は、１８４．９ｎｍの波長と、２５３．７ｎｍの波長の二種類の波長の紫外線を照射することができる構造となっている。
【００９８】
そして、環境浄化液体噴霧装置２００は、紫外線ランプ２０８によって、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａから空気中に噴霧されるオゾンを含むマイナスイオン水と、ファン２０５により空気中に噴霧されるマイナスイオン水とを含む空気の流れに上述した紫外線を照射することができる構造となっている。
【００９９】
具体的には、１８４．９ｎｍの波長の紫外線は、空気中の酸素の一部を酸素原子に解離し、オゾンを生成させる効果があることが分かっている。したがって、このオゾンを生成させる紫外線を、紫外線ランプ２０８により照射して、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａから噴霧するマイナスイオン水の霧状体にのせて空気中に放出することにより、空気中でヒドロキシラジカル（ＯＨ）を生成し、ウィルス細胞を酸化して破壊することができる。
【０１００】
ヒドロキシラジカルは、水分子があるためにオゾンが分解して発生した酸素原子との反応により発生する。水タンク２０１内の水溶液には、カリウムなどヒドロキシラジカル生成に有効なミネラルが溶出されていることから、オゾンの濃度を安全な０．１ｐｐｍ以内にしても、十分にヒドロキシラジカルを生成させることができる。マイナス電荷を有するこの霧状体は、空気中のゴミやホコリ等の物質に取り付きやすく吸い寄せられる性質を有するので、空気中の細菌などにも取り付く。そして、細菌等の細胞壁の周囲でヒドロキシラジカルが作られることにもなり、これにより細胞壁を破壊することができる。
【０１０１】
水タンク２０１内のアルカリイオン水を気液混合ノズル１０，６０，６０Ａにより噴霧してなる霧状体は、マイナスイオンの霧であり、プラス電位のものに吸い寄せられ付着する性質を有している。例えばｐＨ１１程度の濃アルカリは、特性として殺虫や除虫効果があるだけでなく、オゾンの酸化力やさらに酸化力の強いヒドロキシラジカルの効力も得ることができるので、これらの相乗効果を得ることが可能となる。
【０１０２】
また、２５３．７ｎｍの波長の紫外線は、ファン２０５により放出される霧状体に紫外線ランプ２０８によって照射することにより、細菌の細胞内にエネルギーの大きい紫外線が吸収され、核タンパク構造に変化をもたらし、細胞を死滅させることが判明している。このような殺菌効果のある紫外線の波長特性は、菌種によってほぼ同一の波長であり、２５０ｎｍ〜２６０ｎｍの波長が最も殺菌効果が高いとされている。このような紫外線を、環境浄化液体噴霧装置２００から噴霧されるマイナスイオン水の霧状体に照射して空気中に放出することにより、昼夜を問わず高い殺菌効果を得ることができる。
【０１０３】
また、水タンク２０１内のマイナスイオン水中に比較的含有率の高いカリウムは、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａからの噴霧の際に水分子に働きかけ、ヒドロキシラジカルと過酸化水素を生成することが知られている。なお、マイナスイオン水中の遷移元素である鉄（Ｆｅ）やマンガン（Ｍｎ）などによる反応によっても、ヒドロキシラジカルが生成される。
【０１０４】
このように、環境浄化液体噴霧装置２００を用いた環境浄化液体噴霧システムによれば、第１〜第３の実施形態にかかる気液混合ノズル１０，６０，６０Ａを用いた環境浄化物質の散布、紫外線ランプ２０８による紫外線の照射等により、従来では困難であった殺菌、殺虫、空気中の病原菌の浄化、脱臭、鮮度保持等の効果を安定的に得ることが可能となった。
【０１０５】
すなわち、環境浄化液体噴霧装置２００によれば、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａにより、木炭や竹炭などの炭に含まれる天然ミネラルの恵みであり、有害物質を分解・酸化する酸化力の強いヒドロキシラジカル分子をオゾンの濃度を高くすることなく生成する仕組みを実現している。また、ミネラル成分を有する圧力のかかった水溶液（水道水などの浄水）と圧縮空気とを空気中に噴霧し、この水溶液をオゾン含有空気と同時に空気中に噴霧することにより、脱臭、殺虫、殺菌を行う仕組みを実現している。
【０１０６】
なお、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａに供給する空気中に、例えば殺虫力の強い桑の葉粉末、除虫菊粉末、ニームの葉粉末等を含有させることにより、薬剤を使わない殺虫を行うことや、これらの粉末の成分を溶出させた水溶液を霧状体として噴霧することにより殺虫を行うことなどもできる。これらの成分を溶出した水溶液は、人体には無害である。
【０１０７】
また、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａへ供給する水へのミネラル成分の溶出方法は、上述したものの他、例えば第１および第２ミネラル容器２０２，２０９内に水タンク２０１から水を供給してミネラル成分を溶出させた水を得るようにしてもよい。その他、環境浄化液体噴霧装置２００は、上述した気液混合ノズル１０，６０，６０Ａによらず、従来から採用されている気液混合方式のノズルを用いたとしても、十分に上述したような殺菌・殺虫効果を得ることができるように形成されている。
【０１０８】
なお、オゾンの濃度や紫外線の波長、あるいは霧状体の噴霧条件等については、上述したものに限定されず、使用環境や使用目的によって任意に設定することが可能である。さらに、上述したマイナスイオンの発生を利用して、あらかじめ水に香料を混入させておくことにより、芳香による癒し効果と消臭効果を高次元で両立させて発揮させることも可能である。
【０１０９】
以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明の技術的範囲は上記各実施形態に記載の範囲には限定されない。上記各実施形態には、多様な変更又は改良を加えることが可能である。
【０１１０】
例えば、気液混合ノズル１０，６０，６０Ａにおいては、水をオゾンナノバブル水に置き換えることが可能である。このオゾンナノバブル水を使うことで、混合させる炭素やマグネシウムなどの酸化燃焼効果が促進されることとなる。このことは、炭素やマグネシウムなどの燃焼爆発力の強い元素・分子の水に対する混合率を増加させることで、従来使用していた燃料を低減する効果を発揮できることを示している。
【０１１１】
また、環境浄化液体噴霧装置２００に適用する気液混合ノズル１０，６０，６０Ａにおいて、噴霧する水をオゾンナノバブル水とすることにより、殺菌効果を発揮させることができる。マイクロバブルは水中で消滅するが、ナノバブルは持続し、塩素の数倍の殺菌効果を持つ。このようなオゾンナノバブル水を利用することにより、殺菌、殺虫、消毒、消臭などの多方面にわたる効果を得ることが可能となる。
【０１１２】
以上のような変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
【符号の説明】
【０１１３】
１０，６０，６０Ａ…気液混合ノズル、１１，６１…前方部材、１２，６２…中間部材、１２ｅ，６３ａ…水ノズル継手、１３，６３…後方部材、１３ｄ，６７…燃料ノズル継手、１４，６４…後方エア継手、２１，７３…前方エア継手、２２，７２，７２Ａ…衝撃部材、２００…環境浄化液体噴霧装置、２０１…水タンク、２０２…第１ミネラル容器、２０５…ファン、２０６…エアポンプ、２０７…制御装置、２０８…紫外線ランプ、２０９…第２ミネラル容器、２１０…ファン、２１１…フィルタ、２１２…オゾン発生装置。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル吐出口の中心部に向けて空気を吐出させる内方側空気吐出経路と、
ノズル吐出口の外縁部から空気を吐出させる外方側空気吐出経路と、
前記内方側空気吐出経路と前記外方側空気吐出経路との間に配置され水および／又は燃料を主成分とする液体をノズル吐出口に導入するための少なくとも１つの液体導入経路と、
前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材と
を備え、
前記内方側空気吐出経路の出口及び液体導入経路の出口は前記ノズル吐出口よりもノズルの内側に配置され、
前記衝撃部材は、前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口と前記ノズル吐出口との間に配置されている
ことを特徴とする気液混合ノズル。
【請求項２】
ノズル吐出口の中心部に向けて空気を吐出させる内方側空気吐出経路と、
ノズル吐出口の外縁部から空気を吐出させる外方側空気吐出経路と、
前記内方側空気吐出経路と前記外方側空気吐出経路との間に配置され水および／又は燃料を主成分とする液体をノズル吐出口に導入するための少なくとも１つの液体導入経路と、
前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材と
を備え、
前記衝撃部材は、前記内方側空気吐出経路の出口側から前記衝撃部材の先端部にかけて貫通する貫通孔を有する
ことを特徴とする気液混合ノズル。
【請求項３】
ノズル吐出口の中心部に向けて空気を吐出させる内方側空気吐出経路と、
ノズル吐出口の外縁部から空気を吐出させる外方側空気吐出経路と、
前記内方側空気吐出経路と前記外方側空気吐出経路との間に配置され水および／又は燃料を主成分とする液体をノズル吐出口に導入するための少なくとも１つの液体導入経路と、
前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材と
を備え、
前記衝撃部材は、前記空気及び液体の混合体の風力によってノズル中心軸を中心として回転する
ことを特徴とする気液混合ノズル。
【請求項４】
空気を供給する空気供給源と、
燃料を供給する燃料供給源と、
水を主成分とする燃焼温度低減のための液体を供給する燃焼温度低減液体供給源と、
請求項１〜３のいずれか１項記載の気液混合ノズルと、
を備え、
前記気液混合ノズルが、バーナー装置本体に組み込まれることで構成されることを特徴とするエマルジョン燃料燃焼システム。
【請求項５】
空気を供給する空気供給源と、
燃料を供給する燃料供給源と、
水を主成分とする燃焼温度低減のための液体を供給する燃焼温度低減液体供給源と、
請求項１〜３のいずれか１項記載の気液混合ノズルと、
を備え、
前記気液混合ノズルが、
内燃機関の燃料噴射装置に組み込まれ、前記空気供給源、前記燃料供給源および前記燃焼温度低減液体供給源から前記空気、前記燃料および前記液体がそれぞれ導入され、前記内燃機関の燃焼室内で完全燃焼可能な混合気を形成するための前記空気、前記燃料および前記液体を吐出することを特徴とするエマルジョン燃料燃焼システム。
【請求項６】
空気を供給する空気供給源と、
水を主成分とする環境浄化のための液体を供給する環境浄化液体供給源と、
請求項１〜３のいずれか１項記載の気液混合ノズルと、
前記気液混合ノズルからの噴霧物に紫外線を照射するための紫外線照射手段と、
前記紫外線照射手段により紫外線が照射された噴霧物を大気中に拡散するための拡散手段と、
を備えることを特徴とする環境浄化液体噴霧システム。
【請求項１】
ノズル吐出口の中心部に向けて空気を吐出させる内方側空気吐出経路と、
ノズル吐出口の外縁部から空気を吐出させる外方側空気吐出経路と、
前記内方側空気吐出経路と前記外方側空気吐出経路との間に配置され水および／又は燃料を主成分とする液体をノズル吐出口に導入するための少なくとも１つの液体導入経路と、
前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材と
を備え、
前記内方側空気吐出経路の出口及び液体導入経路の出口は前記ノズル吐出口よりもノズルの内側に配置され、
前記衝撃部材は、前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口と前記ノズル吐出口との間に配置されている
ことを特徴とする気液混合ノズル。
【請求項２】
ノズル吐出口の中心部に向けて空気を吐出させる内方側空気吐出経路と、
ノズル吐出口の外縁部から空気を吐出させる外方側空気吐出経路と、
前記内方側空気吐出経路と前記外方側空気吐出経路との間に配置され水および／又は燃料を主成分とする液体をノズル吐出口に導入するための少なくとも１つの液体導入経路と、
前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材と
を備え、
前記衝撃部材は、前記内方側空気吐出経路の出口側から前記衝撃部材の先端部にかけて貫通する貫通孔を有する
ことを特徴とする気液混合ノズル。
【請求項３】
ノズル吐出口の中心部に向けて空気を吐出させる内方側空気吐出経路と、
ノズル吐出口の外縁部から空気を吐出させる外方側空気吐出経路と、
前記内方側空気吐出経路と前記外方側空気吐出経路との間に配置され水および／又は燃料を主成分とする液体をノズル吐出口に導入するための少なくとも１つの液体導入経路と、
前記内方側空気吐出経路及び液体導入経路の出口で混合された空気及び液体の混合体が衝突する衝撃部材と
を備え、
前記衝撃部材は、前記空気及び液体の混合体の風力によってノズル中心軸を中心として回転する
ことを特徴とする気液混合ノズル。
【請求項４】
空気を供給する空気供給源と、
燃料を供給する燃料供給源と、
水を主成分とする燃焼温度低減のための液体を供給する燃焼温度低減液体供給源と、
請求項１〜３のいずれか１項記載の気液混合ノズルと、
を備え、
前記気液混合ノズルが、バーナー装置本体に組み込まれることで構成されることを特徴とするエマルジョン燃料燃焼システム。
【請求項５】
空気を供給する空気供給源と、
燃料を供給する燃料供給源と、
水を主成分とする燃焼温度低減のための液体を供給する燃焼温度低減液体供給源と、
請求項１〜３のいずれか１項記載の気液混合ノズルと、
を備え、
前記気液混合ノズルが、
内燃機関の燃料噴射装置に組み込まれ、前記空気供給源、前記燃料供給源および前記燃焼温度低減液体供給源から前記空気、前記燃料および前記液体がそれぞれ導入され、前記内燃機関の燃焼室内で完全燃焼可能な混合気を形成するための前記空気、前記燃料および前記液体を吐出することを特徴とするエマルジョン燃料燃焼システム。
【請求項６】
空気を供給する空気供給源と、
水を主成分とする環境浄化のための液体を供給する環境浄化液体供給源と、
請求項１〜３のいずれか１項記載の気液混合ノズルと、
前記気液混合ノズルからの噴霧物に紫外線を照射するための紫外線照射手段と、
前記紫外線照射手段により紫外線が照射された噴霧物を大気中に拡散するための拡散手段と、
を備えることを特徴とする環境浄化液体噴霧システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１１−９２８８９（Ｐ２０１１−９２８８９Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５０３５５（Ｐ２００９−２５０３５５）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（５９５０６５８３９）リード工業株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（５９５０６５８３９）リード工業株式会社 (3)
【Ｆターム（参考）】
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