気液混合ノズル装置
【課題】液体が気液混合凹部に入る流量を減少するスロット素子を有する気液混合ノズル装置を提供する。
【解決手段】第１〜第３の側面を有するベース１０２、密閉素子１０４、スロットル素子、ノズル１０８を含む気液混合ノズル装置。ベースは、第１の側面に凹設される気体通路２００と液体通路３００と、それぞれに第２の側面及び第３の側面に凹設される液体収容凹部４００及び気液混合凹部５００とを含む。液体通路が第１の側面から液体収容凹部に貫通し、気体通路と液体収容凹部がそれぞれに第１の側面及び第２の側面から気液混合凹部に貫通し、なお、液体収容凹部が第１の部分で気液混合凹部と連通する。密閉素子が液体収容凹部の開口部に設けられ、スロットル素子が密閉素子から前記第１の部分に突き出して、その横断面積を縮減する。また、ノズルが気液混合凹部の開口部に接合される。
【解決手段】第１〜第３の側面を有するベース１０２、密閉素子１０４、スロットル素子、ノズル１０８を含む気液混合ノズル装置。ベースは、第１の側面に凹設される気体通路２００と液体通路３００と、それぞれに第２の側面及び第３の側面に凹設される液体収容凹部４００及び気液混合凹部５００とを含む。液体通路が第１の側面から液体収容凹部に貫通し、気体通路と液体収容凹部がそれぞれに第１の側面及び第２の側面から気液混合凹部に貫通し、なお、液体収容凹部が第１の部分で気液混合凹部と連通する。密閉素子が液体収容凹部の開口部に設けられ、スロットル素子が密閉素子から前記第１の部分に突き出して、その横断面積を縮減する。また、ノズルが気液混合凹部の開口部に接合される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル装置に関し、特に、液体が気液混合凹部に入る流量を減少するスロットル素子を有する気液混合ノズル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
普通のノズル装置では、その中にある流体を加速し、速い速度でノズルから放出することを主な機能とし、ノズルに採用される流体は、気体又は液体であってよい。
【０００３】
また、普通のノズル装置は、一般的にノズルを固定するためのベースを含み、その内部において流体に必要な流路を提供して、流体供給源に提供された流体をベースにおける流路を介してノズルに到着させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ノズル装置に採用された流体が液体である場合に、液体には、一定量の不純物を含むため、長い間使用した後、堆積物が生じさらに詰まる状況がよく発生する。なお、前記堆積物は、一般的にノズルの出口に沈積する。従って、詰まる状況を解決するために、ノズルを取り外して洗浄する必要がある。ノズルの内部空間が狭いため、ノズルの洗浄作業が難しくなった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本発明は、液体が気液混合凹部に入る流量を減少できるスロットル素子を有するため、液体における不純物が気液混合凹部に入る確率を下げることができ、さらに液体における不純物がノズルを詰める状況を低下させることができる気液混合ノズル装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の一実施例によって、気液混合ノズル装置を提供する。前記気液混合ノズル装置は、ベース、密閉素子、スロットル素子、ノズルを含む。前記ベースは、第１の側面、第２の側面、第３の側面を含み、第１の側面に凹設された気体通路と液体通路、第２の側面に凹設された液体収容凹部、第３の側面に凹設された気液混合凹部を更に含む。前記気体通路と液体通路がそれぞれに気体と液体を伝送し、液体収容凹部はお互いに連通する第１の部分と第２の部分を有し、なお、第２の部分は前記第２の側面に隣設され、前記液体通路は第１の側面から主に前記液体を収容する前記液体収容凹部に貫通する。また、前記気体通路と液体収容凹部はそれぞれに第１の側面及び第２の側面から気液混合凹部に貫通し、なお、液体収容凹部は前記第１の部分で気液混合凹部と連通する。前記密閉素子は液体収容凹部の第２の部分の開口部に設けられ、スロットル素子に関しては、前記密閉素子に接合され、前記液体収容凹部の第１の部分に突き出すことにより、第１の部分の横断面積を縮減する。なお、前記ノズルは、気液混合凹部における液体と気体がノズルの内部空間に入れるように、気液混合凹部の開口部に接合されている。
【０００７】
本発明は、スロットル素子を利用して液体における不純物が気液混合凹部に入る確率を下げ、さらに液体における不純物による堆積物を主にスロットル素子に付着させることを長所とする。従って、詰まった場合に、スロットル素子を取り外して洗浄するだけでよく、ノズル洗浄に比べて、スロットル素子の構造が比較的に簡単であるため、気液混合ノズル装置の洗浄保護のプロセスを縮減でき、さらにかなりの時間及びコストを節約する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の観点を好ましく理解するように、対応する図面に合わせて下記詳細な説明を参照してください。工業の標準慣例によると、図面中の各種の特徴は比例によって示したものではないことに注意すべきである。実際に、下記実施例を明確に説明するために、各種の特徴のサイズを任意に拡大又は縮小することができる。関連する図面内容を下記のように説明する。
【０００９】
【図１Ａ】本発明の一実施例による気液混合ノズル装置を示す断面略図である
【図１Ｂ】本発明の一実施例による気液混合ノズル装置の、図１Ａにおける切断線１Ｂ−１Ｂに沿って切断した断面を示す断面略図である。
【図２Ａ】本発明の他の実施例による気液混合ノズル装置を示す断面略図である
【図２Ｂ】本発明の他の実施例による気液混合ノズル装置の、図２Ａにおける切断線２Ｂ−２Ｂに沿って切断した断面を示す断面略図である。
【図３】本発明の比較例による複数の気液混合ノズル装置の、異なる液体総流量に対応する水流量の分布均一性を示す曲線図である。
【図４】本発明の実施例１による複数の気液混合ノズル装置の、異なる液体総流量に対応する水流量の分布均一性を示す曲線図である。
【図５】本発明の実施例２による複数の気液混合ノズル装置の、異なる液体総流量に対応する水流量の分布均一性を示す曲線図である。
【図６】本発明の実施例３による複数の気液混合ノズル装置の、異なる液体総流量に対応する水流量の分布均一性を示す曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１Ａは、本発明の一実施例による気液混合ノズル装置を示す断面略図である。気液混合ノズル装置１００は、ベース１０２、密閉素子１０４、スロットル素子１０６、ノズル１０８を含む。本実施例において、ベース１０２は、第１の側面１０２ａ、第２の側面１０２ｂ、第３の側面１０２ｃを含み、なお、ベース１０２が、本質上、正規な立方体であり、具体的に言うと、ベース１０２の各側面がすべて平面であり、その隣接する任意の二つの側面がすべてお互いに垂直する。しかしながら、その他の実施例において、ベースは、その他の幾何構造を有してよく、本実施例に限られず、例えば、ベースは、アーチ形の曲面を含んでよい。なお、適宜な強度を提供して、ノズル１０８を固定するために、ベース１０２は、金属の材質を選んでよい。さびによる腐蝕を避けるように、ベース１０２は、更にステンレスのような材質を選んでよい。
【００１１】
図１Ａに示すベース１０２には、気体通路２００、液体通路３００、液体収容凹部４００、気液混合凹部５００を更に含む。前記気体通路２００と液体通路３００がベース１０２の第１の側面１０２ａに凹設され、なお、気体通路２００と液体通路３００がそれぞれに気体と液体を伝送する。特定の実施例において、気体通路２００と液体通路３００は、一つ又は複数の配管を利用して、それぞれに気体供給源と液体供給源に接合されてよく、気体と液体をノズル１０８に伝送する。また、気体通路２００と液体通路３００は、いかなる従来の方式を利用しても製造することができ、例えば、ドリルを用いてベース１０２の第１の側面１０２ａで穿孔して気体通路２００と液体通路３００を製造することができる。
【００１２】
液体収容凹部４００は、ベース１０２の第２の側面１０２ｂに凹設され、図１Ａに示すようにお互いに連通する第１の部分４０２と第２の部分４０４を有する。なお、前記第２の部分４０４が第２の側面１０２ｂに隣設され、第１の部分４０２が第２の側面１０２ｂから比較的離れる。なお、前記液体通路３００がベース１０２の第１の側面１０２ａから当該液体収容凹部４００に貫通する。より具体的に言うと、液体通路３００が第１の側面１０２ａから液体収容凹部４００の第２の部分４０４に貫通する。しかしながら、その他の実施例において、液体通路３００が第１の側面１０２ａから液体収容凹部４００の第１の部分４０２に貫通してもよい。図１Ａに示す実施例において、液体収容凹部４００は、主に、液体通路３００に提供された液体を収容することに用いる。特定の実施例において、液体収容凹部４００は、前記穿孔等のようないかなる従来の方式を利用しても製造することができる。
【００１３】
前記気液混合凹部５００に関しては、ベース１０２の第３の側面１０２ｃに凹設される。前記気体通路２００と液体収容凹部４００が、それぞれにベース１０２の第１の側面１０２ａと第２の側面１０２ｂから当該気液混合凹部５００に貫通し、なお、液体収容凹部４００が第１の部分４０２で当該気液混合凹部５００と連通する。図１Ａに示す実施例において、気体通路２００からの気体と液体通路３００からの液体は、当該気液混合凹部５００で充分に混合された後で、ノズル１０８に入る。
【００１４】
前記密閉素子１０４が前記液体収容凹部４００の第２の部分４０４の開口部４０４ａに設けられる。なお、密閉素子１０４は、主にスロットル素子１０６に堆積した堆積物を洗浄しやすくするように設けられる。特定の実施例において、密閉素子１０４は、螺合又は係合の方式によって、液体収容凹部４００の第２の部分４０４の開口部４０４ａに設けられてよい。前記密閉素子１０４の設置方式（螺合又は係合）が当業者に熟知されていることを考慮して、ここで更に説明しない。
【００１５】
図１Ａに示す実施例において、スロットル素子１０６が密閉素子１０４に接合され、なお、スロットル素子１０６が更に液体収容凹部４００の第１の部分４０２に突き出すことによって、当該第１の部分４０２の横断面積を縮減する。また、図１Ａと図１Ｂを共に参照すれば、図１Ｂは図１Ａにおける切断線１Ｂ−１Ｂに沿って切断した断面を示す断面略図である。この実施例において、スロットル素子１０６が柱状体であり、この柱状体と液体収容凹部４００の第１の部分４０２の壁面が、図１Ｂに示すような流路を形成し、しかも液体収容凹部４００に収容された液体が、この流路を介して気液混合凹部５００に入る。本実施例において、スロットル素子１０６が溶接方式で密閉素子１０４に接合される。しかしながら、特定の実施例において、前記スロットル素子１０６が螺合方式又は係合方式によって密閉素子１０４に接合されてもよい。
【００１６】
図１Ａに示す実施例におけるノズル１０８に関しては、気液混合凹部５００の開口部５００ａに接合され、つまりベース１０２の第３の側面１０２ｃに接合され、これによって、気液混合凹部５００における液体と気体がノズル１０８の内部空間１０８ａに入ることができる。
【００１７】
また、図１Ａに示す実施例において、液体収容凹部４００の第１の部分４０２は、第１の部分４０２の口径を第２の部分４０４から離れる方向（矢印Ａに示すように）に沿って次第に縮減させる傾斜面４０２ａを更に含む。なお、気体通路２００は、第３の部分２０２と、前記ベース１０２の第１の側面１０２ａに隣設された第４の部分２０４とを更に有し、第３の部分２０２で気液混合凹部５００と連通する。前記気体通路２００の第３の部分２０２は、第３の部分２０２の口径を第４の部分２０４から離れる方向（矢印Ｂに示すように）に沿って次第に縮減させる傾斜面２０２ａを更に含む。なお、前記傾斜面４０２ａと傾斜面２０２ａは、主に液体収容凹部４００の第１の部分４０２を流れる液体と気体通路２００の第３の部分２０２を流れる気体を速めるように設けられ、それにより気液混合凹部５００に入った液体と気体をより迅速に混合させる。
【００１８】
図２Ａは、本発明の他の実施例による気液混合ノズル装置を示す断面略図であり、図２Ｂは、本発明の他の実施例による気液混合ノズル装置の、図２Ａにおける切断線２Ｂ−２Ｂに沿って切断した断面を示す断面略図である。図２Ａと図２Ｂの実施例において、気液混合ノズル装置１００ａにおける各構造の変化及び各構造の間の相対的な関係は、すべて図１Ａと図１Ｂに示す気液混合ノズル装置１００と似ているため、ここで詳しく述べず、以下、異なる部分だけについて説明する。
【００１９】
気液混合ノズル装置１００ａでは、スロットル素子１１０で前記気液混合ノズル装置１００において柱状体となるスロットル素子１０６を置き換える。このスロットル素子１１０は、端部１１０ａ、第１の通路１１０ｂ、第２の通路１１０ｃを有するチョーク・ライン（ｃｈｏｋｅ ｌｉｎｅ）である。前記第１の通路１１０ｂが端部１１０ａに凹設され、第２の通路１１０ｃがこのチョーク・ラインの側面に凹設され、この第１の通路１１０ｂと第２の通路１１０ｃが図２Ａに示すように流路を形成する。また、前記チョーク・ラインの側面が液体収容凹部４００の第１の部分４０２の壁面と接触するため、図２Ｂに示すような断面構造を形成し、それにより液体収容凹部４００からの液体は第１の通路１１０ｂを介して気液混合凹部５００に入る。より具体的に言うと、液体収容凹部４００に収容された液体は、先ず、第２の通路１１０ｃを介して第１の通路１１０ｂに入り、次に、第１の通路１１０ｂを介して気液混合凹部５００に入り、つまり液体収容凹部４００における液体が第１の通路１１０ｂと第２の通路１１０ｃが形成した流路を介して気液混合凹部５００に入る。
【００２０】
また、複数の前記気液混合ノズル装置１００又は気液混合ノズル装置１００ａを垂直に排列し、且つこれらの気液混合ノズル装置１００又は気液混合ノズル装置１００ａを同一の気体供給源及び同一の液体供給源に並列連結すると、静水圧差によって液体流量の分配が不均一になる現象を有効に抑制でき、その原理は、下記のように説明される。
【００２１】
液体が口径の小さい流路（図１Ａと図２Ａに示すような第１の部分４０２と気液混合凹部５００が接合する口径の小さい流路）を通過する場合を考えると、液体がこの口径の小さい流路を通過する前後は、エネルギー保存となり、数学公式で以下のように表示する。
【００２２】
【数１】
【００２３】
なお、
【数２】
が内部エネルギーであり、
【数３】
が圧力エネルギーであり、
【数４】
が運動エネルギーであり、
【数５】
が位置エネルギーであり、
【数６】
がシステム（つまり口径の小さい流路）仕事量であり、
【数７】
が熱量入力であり、かつ
【数８】
が定数である。
【００２４】
前記システムを簡略化して、その中の位置エネルギー、システム仕事量、熱量入力、摩擦力による内部エネルギーの損失を考慮しないと、以上の式（１）は、下記のように簡略化された。
【００２５】
【数９】
【００２６】
【数１０】
とし、仮に流体が前記口径の小さい流路に入る前の流路の断面積は、口径の小さい流路の断面積よりはるかに大きいとすれば、つまり仮に
【数１１】
とすることができるため、以上の式（２）は、下記のように簡略化された。
【００２７】
【数１２】
【００２８】
また、
【数１３】
であり、なお、
【数１４】
が液体流量であり、
【数１５】
が口径の小さい流路の断面積である。従って、以上の式（３）は、下記のように調整することができる。
【００２９】
【数１６】
【００３０】
以上の式（４）から分かるように、口径の小さい流路の断面積が小さければ小さいほど、同様な流量を維持するために、システムに必要な圧力差
【数１７】
が大きい。なお、口径の小さい流路の断面積が小さければ小さいほど、圧力差
【数１８】
の変動による流量の変化
【数１９】
も小さい。
【００３１】
上述した原理によれば、以上のように複数の気液混合ノズル装置１００又は気液混合ノズル装置１００ａを垂直に排列した場合に、その内のスロットル素子１０６又はスロットル素子１１０によって、第１の部分４０２の横断面積を縮小して、複数の気液混合ノズル装置１００又は気液混合ノズル装置１００ａの間における静水圧差による流量変異を下げることができる。従って、複数の気液混合ノズル装置１００又は気液混合ノズル装置１００ａからなるシステムの流量分布変異の全体を許容範囲に抑えることができる。
【実施例】
【００３２】
以下、実際の実施例を比較例と比較することにより、前記原理を応用した後で発生した効果をより具体的に説明する。
【００３３】
（比較例）
まず、１２本の気液混合ノズル装置を垂直に排列し、かつ番号をつけ、この１２本の気液混合ノズル装置の配置高さ及び対応する静水圧差は、以下の表に示した。なお、高さ及び静水圧差がすべて番号１２の気液混合ノズル装置を基準とした。
【表１】
【００３４】
この比較例において、気液混合ノズルは、その構造が図１Ａ及び図１Ｂに示す構造に似ているが、スロットル素子１０６を含まず、なお、図１Ａに示す第１の部分４０２と気液混合凹部５００が接合する口径の小さい流路が口径６．６ｍｍであることで異なる。
【００３５】
この１２本の気液混合ノズルを同一の気体供給源及び同一の液体供給源に並列連結し、次に、この１２本の気液混合ノズルに、６種類の異なる液体総流量を与え、なお、液体総流量がそれぞれに２５リットル/分（ｌ/ｍｉｎ）、３７ｌ/ｍｉｎ、５０ｌ/ｍｉｎ、７５ｌ/ｍｉｎ、１００ｌ/ｍｉｎ、１２５ｌ/ｍｉｎである。異なる液体総流量を与える場合に、各気液混合ノズル装置に対応する水流量を図３のよに記録した。
【００３６】
図３から分かるように、気液混合ノズル装置が上方に近づけば近づくほど、水流量が小さい。また、総流量が低ければ低いほど、複数の気液混合ノズル装置の間の相対的異なりも大きい。なお、総流量を２５ｌ/ｍｉｎ及び３７ｌ/ｍｉｎに下げた場合に、それぞれ４本及び２本の気液混合ノズル装置が液体を噴き出せないようになった。
【００３７】
（実施例１）
実施例１において、採用された関連実験条件は、前記比較例と同様であるが、実施例１の気液混合ノズル装置が図１Ａ及び図１Ｂに示すような構造を採用し、つまりスロットル素子１０６を含むことで比較例と異なる。また、スロットル素子１０６が直経５ｍｍの柱状体である。
【００３８】
実験結果を図４に記録する。図４から分かるように、複数の気液混合ノズル装置の水流量の分布均一性は、前記スロットル素子１０６が取り付けていない比較例よりかなり優れている。しかしながら、総流量を２５ｌ/ｍｉｎに下げた場合に、まだ２本の気液混合ノズル装置が液体を噴き出せない。
【００３９】
（実施例２）
実施例２において、採用された関連実験条件は、前記比較例と同様であるが、実施例２の気液混合ノズル装置が図２Ａ及び図２Ｂに示すような構造を採用し、つまりチョーク・ラインであるスロットル素子１１０を含み、このチョーク・ラインの第１の通路１１０ｂの口径が４ｍｍであることで比較例と異なる。
【００４０】
実験結果を図５に記録する。図４及び図５から分かるように、その内、複数の気液混合ノズル装置の水流量の分布均一性が前記実施例１に似ている。
【００４１】
（実施例３）
実施例３において、採用された関連実験条件は、前記比較例と同様であるが、実施例３の気液混合ノズル装置が図２Ａ及び図２Ｂに示すような構造を採用し、つまりチョーク・ラインであるスロットル素子１１０を含み、このチョーク・ラインの第１の通路１１０ｂの口径が３ｍｍであることで比較例と異なる。
【００４２】
実験結果を図６に記録する。図４、図５及び図６から分かるように、図４及び図５に示す複数の気液混合ノズル装置の水流量の分布均一性に比べて、実施例３は、更に向上した。総流量が２５ｌ/ｍｉｎに下がっても、上方に位置する番号１及び２の気液混合ノズル装置は、依然として液体を噴き出すことができる。
【００４３】
本発明では、実施形態を前述の通り開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と領域から逸脱しない限り、多様の変動や修正を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、後の特許請求の範囲の記載によって限定される。
【符号の説明】
【００４４】
１００…気液混合ノズル装置、 １０２…ベース、 １０２ｂ…第２の側面、 １０４…密閉素子、 １０８…ノズル、 １１０…スロットル素子、 １１０ｂ…第１の通路、 ２００…気体通路、 ２０２ａ…傾斜面、 ３００…液体通路、 ４０２…第１の部分、 ４０４…第２の部分、 ５００…気液混合凹部、 １Ｂ-１Ｂ…切断線、 Ａ…矢印、 １００ａ…気液混合ノズル装置、 １０２ａ…第１の側面、 １０２ｃ…第３の側面、 １０６…スロットル素子、 １０８ａ…内部空間、 １１０ａ…端部、 １１０ｃ…第２の通路、 ２０２…第３の部分、 ２０４…第４の部分、 ４００…液体収容凹部、 ４０２ａ…傾斜面、 ４０４ａ…開口部、 ５００ａ…開口部、 ２Ｂ-２Ｂ…切断線、 Ｂ…矢印
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル装置に関し、特に、液体が気液混合凹部に入る流量を減少するスロットル素子を有する気液混合ノズル装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
普通のノズル装置では、その中にある流体を加速し、速い速度でノズルから放出することを主な機能とし、ノズルに採用される流体は、気体又は液体であってよい。
【０００３】
また、普通のノズル装置は、一般的にノズルを固定するためのベースを含み、その内部において流体に必要な流路を提供して、流体供給源に提供された流体をベースにおける流路を介してノズルに到着させる。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、ノズル装置に採用された流体が液体である場合に、液体には、一定量の不純物を含むため、長い間使用した後、堆積物が生じさらに詰まる状況がよく発生する。なお、前記堆積物は、一般的にノズルの出口に沈積する。従って、詰まる状況を解決するために、ノズルを取り外して洗浄する必要がある。ノズルの内部空間が狭いため、ノズルの洗浄作業が難しくなった。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
従って、本発明は、液体が気液混合凹部に入る流量を減少できるスロットル素子を有するため、液体における不純物が気液混合凹部に入る確率を下げることができ、さらに液体における不純物がノズルを詰める状況を低下させることができる気液混合ノズル装置を提供することを目的とする。
【０００６】
本発明の一実施例によって、気液混合ノズル装置を提供する。前記気液混合ノズル装置は、ベース、密閉素子、スロットル素子、ノズルを含む。前記ベースは、第１の側面、第２の側面、第３の側面を含み、第１の側面に凹設された気体通路と液体通路、第２の側面に凹設された液体収容凹部、第３の側面に凹設された気液混合凹部を更に含む。前記気体通路と液体通路がそれぞれに気体と液体を伝送し、液体収容凹部はお互いに連通する第１の部分と第２の部分を有し、なお、第２の部分は前記第２の側面に隣設され、前記液体通路は第１の側面から主に前記液体を収容する前記液体収容凹部に貫通する。また、前記気体通路と液体収容凹部はそれぞれに第１の側面及び第２の側面から気液混合凹部に貫通し、なお、液体収容凹部は前記第１の部分で気液混合凹部と連通する。前記密閉素子は液体収容凹部の第２の部分の開口部に設けられ、スロットル素子に関しては、前記密閉素子に接合され、前記液体収容凹部の第１の部分に突き出すことにより、第１の部分の横断面積を縮減する。なお、前記ノズルは、気液混合凹部における液体と気体がノズルの内部空間に入れるように、気液混合凹部の開口部に接合されている。
【０００７】
本発明は、スロットル素子を利用して液体における不純物が気液混合凹部に入る確率を下げ、さらに液体における不純物による堆積物を主にスロットル素子に付着させることを長所とする。従って、詰まった場合に、スロットル素子を取り外して洗浄するだけでよく、ノズル洗浄に比べて、スロットル素子の構造が比較的に簡単であるため、気液混合ノズル装置の洗浄保護のプロセスを縮減でき、さらにかなりの時間及びコストを節約する。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
本発明の観点を好ましく理解するように、対応する図面に合わせて下記詳細な説明を参照してください。工業の標準慣例によると、図面中の各種の特徴は比例によって示したものではないことに注意すべきである。実際に、下記実施例を明確に説明するために、各種の特徴のサイズを任意に拡大又は縮小することができる。関連する図面内容を下記のように説明する。
【０００９】
【図１Ａ】本発明の一実施例による気液混合ノズル装置を示す断面略図である
【図１Ｂ】本発明の一実施例による気液混合ノズル装置の、図１Ａにおける切断線１Ｂ−１Ｂに沿って切断した断面を示す断面略図である。
【図２Ａ】本発明の他の実施例による気液混合ノズル装置を示す断面略図である
【図２Ｂ】本発明の他の実施例による気液混合ノズル装置の、図２Ａにおける切断線２Ｂ−２Ｂに沿って切断した断面を示す断面略図である。
【図３】本発明の比較例による複数の気液混合ノズル装置の、異なる液体総流量に対応する水流量の分布均一性を示す曲線図である。
【図４】本発明の実施例１による複数の気液混合ノズル装置の、異なる液体総流量に対応する水流量の分布均一性を示す曲線図である。
【図５】本発明の実施例２による複数の気液混合ノズル装置の、異なる液体総流量に対応する水流量の分布均一性を示す曲線図である。
【図６】本発明の実施例３による複数の気液混合ノズル装置の、異なる液体総流量に対応する水流量の分布均一性を示す曲線図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１Ａは、本発明の一実施例による気液混合ノズル装置を示す断面略図である。気液混合ノズル装置１００は、ベース１０２、密閉素子１０４、スロットル素子１０６、ノズル１０８を含む。本実施例において、ベース１０２は、第１の側面１０２ａ、第２の側面１０２ｂ、第３の側面１０２ｃを含み、なお、ベース１０２が、本質上、正規な立方体であり、具体的に言うと、ベース１０２の各側面がすべて平面であり、その隣接する任意の二つの側面がすべてお互いに垂直する。しかしながら、その他の実施例において、ベースは、その他の幾何構造を有してよく、本実施例に限られず、例えば、ベースは、アーチ形の曲面を含んでよい。なお、適宜な強度を提供して、ノズル１０８を固定するために、ベース１０２は、金属の材質を選んでよい。さびによる腐蝕を避けるように、ベース１０２は、更にステンレスのような材質を選んでよい。
【００１１】
図１Ａに示すベース１０２には、気体通路２００、液体通路３００、液体収容凹部４００、気液混合凹部５００を更に含む。前記気体通路２００と液体通路３００がベース１０２の第１の側面１０２ａに凹設され、なお、気体通路２００と液体通路３００がそれぞれに気体と液体を伝送する。特定の実施例において、気体通路２００と液体通路３００は、一つ又は複数の配管を利用して、それぞれに気体供給源と液体供給源に接合されてよく、気体と液体をノズル１０８に伝送する。また、気体通路２００と液体通路３００は、いかなる従来の方式を利用しても製造することができ、例えば、ドリルを用いてベース１０２の第１の側面１０２ａで穿孔して気体通路２００と液体通路３００を製造することができる。
【００１２】
液体収容凹部４００は、ベース１０２の第２の側面１０２ｂに凹設され、図１Ａに示すようにお互いに連通する第１の部分４０２と第２の部分４０４を有する。なお、前記第２の部分４０４が第２の側面１０２ｂに隣設され、第１の部分４０２が第２の側面１０２ｂから比較的離れる。なお、前記液体通路３００がベース１０２の第１の側面１０２ａから当該液体収容凹部４００に貫通する。より具体的に言うと、液体通路３００が第１の側面１０２ａから液体収容凹部４００の第２の部分４０４に貫通する。しかしながら、その他の実施例において、液体通路３００が第１の側面１０２ａから液体収容凹部４００の第１の部分４０２に貫通してもよい。図１Ａに示す実施例において、液体収容凹部４００は、主に、液体通路３００に提供された液体を収容することに用いる。特定の実施例において、液体収容凹部４００は、前記穿孔等のようないかなる従来の方式を利用しても製造することができる。
【００１３】
前記気液混合凹部５００に関しては、ベース１０２の第３の側面１０２ｃに凹設される。前記気体通路２００と液体収容凹部４００が、それぞれにベース１０２の第１の側面１０２ａと第２の側面１０２ｂから当該気液混合凹部５００に貫通し、なお、液体収容凹部４００が第１の部分４０２で当該気液混合凹部５００と連通する。図１Ａに示す実施例において、気体通路２００からの気体と液体通路３００からの液体は、当該気液混合凹部５００で充分に混合された後で、ノズル１０８に入る。
【００１４】
前記密閉素子１０４が前記液体収容凹部４００の第２の部分４０４の開口部４０４ａに設けられる。なお、密閉素子１０４は、主にスロットル素子１０６に堆積した堆積物を洗浄しやすくするように設けられる。特定の実施例において、密閉素子１０４は、螺合又は係合の方式によって、液体収容凹部４００の第２の部分４０４の開口部４０４ａに設けられてよい。前記密閉素子１０４の設置方式（螺合又は係合）が当業者に熟知されていることを考慮して、ここで更に説明しない。
【００１５】
図１Ａに示す実施例において、スロットル素子１０６が密閉素子１０４に接合され、なお、スロットル素子１０６が更に液体収容凹部４００の第１の部分４０２に突き出すことによって、当該第１の部分４０２の横断面積を縮減する。また、図１Ａと図１Ｂを共に参照すれば、図１Ｂは図１Ａにおける切断線１Ｂ−１Ｂに沿って切断した断面を示す断面略図である。この実施例において、スロットル素子１０６が柱状体であり、この柱状体と液体収容凹部４００の第１の部分４０２の壁面が、図１Ｂに示すような流路を形成し、しかも液体収容凹部４００に収容された液体が、この流路を介して気液混合凹部５００に入る。本実施例において、スロットル素子１０６が溶接方式で密閉素子１０４に接合される。しかしながら、特定の実施例において、前記スロットル素子１０６が螺合方式又は係合方式によって密閉素子１０４に接合されてもよい。
【００１６】
図１Ａに示す実施例におけるノズル１０８に関しては、気液混合凹部５００の開口部５００ａに接合され、つまりベース１０２の第３の側面１０２ｃに接合され、これによって、気液混合凹部５００における液体と気体がノズル１０８の内部空間１０８ａに入ることができる。
【００１７】
また、図１Ａに示す実施例において、液体収容凹部４００の第１の部分４０２は、第１の部分４０２の口径を第２の部分４０４から離れる方向（矢印Ａに示すように）に沿って次第に縮減させる傾斜面４０２ａを更に含む。なお、気体通路２００は、第３の部分２０２と、前記ベース１０２の第１の側面１０２ａに隣設された第４の部分２０４とを更に有し、第３の部分２０２で気液混合凹部５００と連通する。前記気体通路２００の第３の部分２０２は、第３の部分２０２の口径を第４の部分２０４から離れる方向（矢印Ｂに示すように）に沿って次第に縮減させる傾斜面２０２ａを更に含む。なお、前記傾斜面４０２ａと傾斜面２０２ａは、主に液体収容凹部４００の第１の部分４０２を流れる液体と気体通路２００の第３の部分２０２を流れる気体を速めるように設けられ、それにより気液混合凹部５００に入った液体と気体をより迅速に混合させる。
【００１８】
図２Ａは、本発明の他の実施例による気液混合ノズル装置を示す断面略図であり、図２Ｂは、本発明の他の実施例による気液混合ノズル装置の、図２Ａにおける切断線２Ｂ−２Ｂに沿って切断した断面を示す断面略図である。図２Ａと図２Ｂの実施例において、気液混合ノズル装置１００ａにおける各構造の変化及び各構造の間の相対的な関係は、すべて図１Ａと図１Ｂに示す気液混合ノズル装置１００と似ているため、ここで詳しく述べず、以下、異なる部分だけについて説明する。
【００１９】
気液混合ノズル装置１００ａでは、スロットル素子１１０で前記気液混合ノズル装置１００において柱状体となるスロットル素子１０６を置き換える。このスロットル素子１１０は、端部１１０ａ、第１の通路１１０ｂ、第２の通路１１０ｃを有するチョーク・ライン（ｃｈｏｋｅ ｌｉｎｅ）である。前記第１の通路１１０ｂが端部１１０ａに凹設され、第２の通路１１０ｃがこのチョーク・ラインの側面に凹設され、この第１の通路１１０ｂと第２の通路１１０ｃが図２Ａに示すように流路を形成する。また、前記チョーク・ラインの側面が液体収容凹部４００の第１の部分４０２の壁面と接触するため、図２Ｂに示すような断面構造を形成し、それにより液体収容凹部４００からの液体は第１の通路１１０ｂを介して気液混合凹部５００に入る。より具体的に言うと、液体収容凹部４００に収容された液体は、先ず、第２の通路１１０ｃを介して第１の通路１１０ｂに入り、次に、第１の通路１１０ｂを介して気液混合凹部５００に入り、つまり液体収容凹部４００における液体が第１の通路１１０ｂと第２の通路１１０ｃが形成した流路を介して気液混合凹部５００に入る。
【００２０】
また、複数の前記気液混合ノズル装置１００又は気液混合ノズル装置１００ａを垂直に排列し、且つこれらの気液混合ノズル装置１００又は気液混合ノズル装置１００ａを同一の気体供給源及び同一の液体供給源に並列連結すると、静水圧差によって液体流量の分配が不均一になる現象を有効に抑制でき、その原理は、下記のように説明される。
【００２１】
液体が口径の小さい流路（図１Ａと図２Ａに示すような第１の部分４０２と気液混合凹部５００が接合する口径の小さい流路）を通過する場合を考えると、液体がこの口径の小さい流路を通過する前後は、エネルギー保存となり、数学公式で以下のように表示する。
【００２２】
【数１】
【００２３】
なお、
【数２】
が内部エネルギーであり、
【数３】
が圧力エネルギーであり、
【数４】
が運動エネルギーであり、
【数５】
が位置エネルギーであり、
【数６】
がシステム（つまり口径の小さい流路）仕事量であり、
【数７】
が熱量入力であり、かつ
【数８】
が定数である。
【００２４】
前記システムを簡略化して、その中の位置エネルギー、システム仕事量、熱量入力、摩擦力による内部エネルギーの損失を考慮しないと、以上の式（１）は、下記のように簡略化された。
【００２５】
【数９】
【００２６】
【数１０】
とし、仮に流体が前記口径の小さい流路に入る前の流路の断面積は、口径の小さい流路の断面積よりはるかに大きいとすれば、つまり仮に
【数１１】
とすることができるため、以上の式（２）は、下記のように簡略化された。
【００２７】
【数１２】
【００２８】
また、
【数１３】
であり、なお、
【数１４】
が液体流量であり、
【数１５】
が口径の小さい流路の断面積である。従って、以上の式（３）は、下記のように調整することができる。
【００２９】
【数１６】
【００３０】
以上の式（４）から分かるように、口径の小さい流路の断面積が小さければ小さいほど、同様な流量を維持するために、システムに必要な圧力差
【数１７】
が大きい。なお、口径の小さい流路の断面積が小さければ小さいほど、圧力差
【数１８】
の変動による流量の変化
【数１９】
も小さい。
【００３１】
上述した原理によれば、以上のように複数の気液混合ノズル装置１００又は気液混合ノズル装置１００ａを垂直に排列した場合に、その内のスロットル素子１０６又はスロットル素子１１０によって、第１の部分４０２の横断面積を縮小して、複数の気液混合ノズル装置１００又は気液混合ノズル装置１００ａの間における静水圧差による流量変異を下げることができる。従って、複数の気液混合ノズル装置１００又は気液混合ノズル装置１００ａからなるシステムの流量分布変異の全体を許容範囲に抑えることができる。
【実施例】
【００３２】
以下、実際の実施例を比較例と比較することにより、前記原理を応用した後で発生した効果をより具体的に説明する。
【００３３】
（比較例）
まず、１２本の気液混合ノズル装置を垂直に排列し、かつ番号をつけ、この１２本の気液混合ノズル装置の配置高さ及び対応する静水圧差は、以下の表に示した。なお、高さ及び静水圧差がすべて番号１２の気液混合ノズル装置を基準とした。
【表１】
【００３４】
この比較例において、気液混合ノズルは、その構造が図１Ａ及び図１Ｂに示す構造に似ているが、スロットル素子１０６を含まず、なお、図１Ａに示す第１の部分４０２と気液混合凹部５００が接合する口径の小さい流路が口径６．６ｍｍであることで異なる。
【００３５】
この１２本の気液混合ノズルを同一の気体供給源及び同一の液体供給源に並列連結し、次に、この１２本の気液混合ノズルに、６種類の異なる液体総流量を与え、なお、液体総流量がそれぞれに２５リットル/分（ｌ/ｍｉｎ）、３７ｌ/ｍｉｎ、５０ｌ/ｍｉｎ、７５ｌ/ｍｉｎ、１００ｌ/ｍｉｎ、１２５ｌ/ｍｉｎである。異なる液体総流量を与える場合に、各気液混合ノズル装置に対応する水流量を図３のよに記録した。
【００３６】
図３から分かるように、気液混合ノズル装置が上方に近づけば近づくほど、水流量が小さい。また、総流量が低ければ低いほど、複数の気液混合ノズル装置の間の相対的異なりも大きい。なお、総流量を２５ｌ/ｍｉｎ及び３７ｌ/ｍｉｎに下げた場合に、それぞれ４本及び２本の気液混合ノズル装置が液体を噴き出せないようになった。
【００３７】
（実施例１）
実施例１において、採用された関連実験条件は、前記比較例と同様であるが、実施例１の気液混合ノズル装置が図１Ａ及び図１Ｂに示すような構造を採用し、つまりスロットル素子１０６を含むことで比較例と異なる。また、スロットル素子１０６が直経５ｍｍの柱状体である。
【００３８】
実験結果を図４に記録する。図４から分かるように、複数の気液混合ノズル装置の水流量の分布均一性は、前記スロットル素子１０６が取り付けていない比較例よりかなり優れている。しかしながら、総流量を２５ｌ/ｍｉｎに下げた場合に、まだ２本の気液混合ノズル装置が液体を噴き出せない。
【００３９】
（実施例２）
実施例２において、採用された関連実験条件は、前記比較例と同様であるが、実施例２の気液混合ノズル装置が図２Ａ及び図２Ｂに示すような構造を採用し、つまりチョーク・ラインであるスロットル素子１１０を含み、このチョーク・ラインの第１の通路１１０ｂの口径が４ｍｍであることで比較例と異なる。
【００４０】
実験結果を図５に記録する。図４及び図５から分かるように、その内、複数の気液混合ノズル装置の水流量の分布均一性が前記実施例１に似ている。
【００４１】
（実施例３）
実施例３において、採用された関連実験条件は、前記比較例と同様であるが、実施例３の気液混合ノズル装置が図２Ａ及び図２Ｂに示すような構造を採用し、つまりチョーク・ラインであるスロットル素子１１０を含み、このチョーク・ラインの第１の通路１１０ｂの口径が３ｍｍであることで比較例と異なる。
【００４２】
実験結果を図６に記録する。図４、図５及び図６から分かるように、図４及び図５に示す複数の気液混合ノズル装置の水流量の分布均一性に比べて、実施例３は、更に向上した。総流量が２５ｌ/ｍｉｎに下がっても、上方に位置する番号１及び２の気液混合ノズル装置は、依然として液体を噴き出すことができる。
【００４３】
本発明では、実施形態を前述の通り開示したが、これは本発明を限定するものではなく、当業者であれば、本発明の精神と領域から逸脱しない限り、多様の変動や修正を加えることができ、従って本発明の保護範囲は、後の特許請求の範囲の記載によって限定される。
【符号の説明】
【００４４】
１００…気液混合ノズル装置、 １０２…ベース、 １０２ｂ…第２の側面、 １０４…密閉素子、 １０８…ノズル、 １１０…スロットル素子、 １１０ｂ…第１の通路、 ２００…気体通路、 ２０２ａ…傾斜面、 ３００…液体通路、 ４０２…第１の部分、 ４０４…第２の部分、 ５００…気液混合凹部、 １Ｂ-１Ｂ…切断線、 Ａ…矢印、 １００ａ…気液混合ノズル装置、 １０２ａ…第１の側面、 １０２ｃ…第３の側面、 １０６…スロットル素子、 １０８ａ…内部空間、 １１０ａ…端部、 １１０ｃ…第２の通路、 ２０２…第３の部分、 ２０４…第４の部分、 ４００…液体収容凹部、 ４０２ａ…傾斜面、 ４０４ａ…開口部、 ５００ａ…開口部、 ２Ｂ-２Ｂ…切断線、 Ｂ…矢印
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１の側面、第２の側面、第３の側面を含み、前記第１の側面に凹設され、気体を伝送する気体通路と、前記第１の側面に凹設され、液体を伝送する液体通路と、前記第２の側面に凹設され、お互いに連通する第１の部分と第２の部分を有し、前記第２の部分が前記第２の側面に隣設され、前記液体通路が前記第１の側面から貫通し、前記液体を収容する液体収容凹部と、前記第３の側面に凹設され、前記気体通路と前記液体収容凹部がそれぞれに前記第１の側面及び前記第２の側面から貫通し、前記液体収容凹部が前記第１の部分で前記気液混合凹部と連通する気液混合凹部と、を更に含むベースと、
前記液体収容凹部の前記第２の部分の開口部に設けられる密閉素子と、
前記密閉素子に接合され、前記液体収容凹部の前記第１の部分に突き出すことにより、前記第１の部分の横断面積を縮減するスロットル素子と
前記気液混合凹部における前記液体と前記気体をその内部空間に入れるように、前記気液混合凹部の開口部に接合されているノズルと
を備える気液混合ノズル装置。
【請求項２】
前記スロットル素子が柱状体であり、前記柱状体と前記液体収容凹部の前記第１の部分の壁面が流路を形成し、前記液体収容凹部に収容された前記液体が前記流路を介して前記気液混合凹部に入る請求項１に記載の気液混合ノズル装置。
【請求項３】
前記スロットル素子は、端部と、前記端部に凹設される第１の通路と、チョーク・ラインの側面に凹設される第２の通路とを有するチョーク・ラインであり、前記第１の通路と前記第２の通路が流路を形成し、前記チョーク・ラインの側面が前記液体収容凹部の前記第１の部分の壁面と接触し、
前記液体収容凹部に収容された前記液体が前記流路を介して前記気液混合凹部に入る請求項１に記載の気液混合ノズル装置。
【請求項４】
前記スロットル素子が溶接方式、螺合方式、係合方式からなる群から選ばれる方式で前記密閉素子に接合される請求項１に記載の気液混合ノズル装置。
【請求項５】
前記密閉素子が、螺合方式及び係合方式からなる群から選ばれる方式で前記液体収容凹部の前記第２の部分の開口部に設けられる請求項１に記載の気液混合ノズル装置。
【請求項６】
前記液体収容凹部の前記第１の部分が、前記第１の部分の口径を前記第２の部分から離れる方向に沿って次第に縮減させる傾斜面を更に含む請求項１に記載の気液混合ノズル装置。
【請求項７】
前記気体通路が、第３の部分と、前記第１の側面に隣設される第４の部分とを更に有し、前記第３の部分で前記気液混合凹部と連通し、
前記第３の部分が、前記第３の部分の口径を前記第４の部分から離れる方向に沿って次第に縮減させる傾斜面を更に含む請求項１に記載の気液混合ノズル装置。
【請求項１】
第１の側面、第２の側面、第３の側面を含み、前記第１の側面に凹設され、気体を伝送する気体通路と、前記第１の側面に凹設され、液体を伝送する液体通路と、前記第２の側面に凹設され、お互いに連通する第１の部分と第２の部分を有し、前記第２の部分が前記第２の側面に隣設され、前記液体通路が前記第１の側面から貫通し、前記液体を収容する液体収容凹部と、前記第３の側面に凹設され、前記気体通路と前記液体収容凹部がそれぞれに前記第１の側面及び前記第２の側面から貫通し、前記液体収容凹部が前記第１の部分で前記気液混合凹部と連通する気液混合凹部と、を更に含むベースと、
前記液体収容凹部の前記第２の部分の開口部に設けられる密閉素子と、
前記密閉素子に接合され、前記液体収容凹部の前記第１の部分に突き出すことにより、前記第１の部分の横断面積を縮減するスロットル素子と
前記気液混合凹部における前記液体と前記気体をその内部空間に入れるように、前記気液混合凹部の開口部に接合されているノズルと
を備える気液混合ノズル装置。
【請求項２】
前記スロットル素子が柱状体であり、前記柱状体と前記液体収容凹部の前記第１の部分の壁面が流路を形成し、前記液体収容凹部に収容された前記液体が前記流路を介して前記気液混合凹部に入る請求項１に記載の気液混合ノズル装置。
【請求項３】
前記スロットル素子は、端部と、前記端部に凹設される第１の通路と、チョーク・ラインの側面に凹設される第２の通路とを有するチョーク・ラインであり、前記第１の通路と前記第２の通路が流路を形成し、前記チョーク・ラインの側面が前記液体収容凹部の前記第１の部分の壁面と接触し、
前記液体収容凹部に収容された前記液体が前記流路を介して前記気液混合凹部に入る請求項１に記載の気液混合ノズル装置。
【請求項４】
前記スロットル素子が溶接方式、螺合方式、係合方式からなる群から選ばれる方式で前記密閉素子に接合される請求項１に記載の気液混合ノズル装置。
【請求項５】
前記密閉素子が、螺合方式及び係合方式からなる群から選ばれる方式で前記液体収容凹部の前記第２の部分の開口部に設けられる請求項１に記載の気液混合ノズル装置。
【請求項６】
前記液体収容凹部の前記第１の部分が、前記第１の部分の口径を前記第２の部分から離れる方向に沿って次第に縮減させる傾斜面を更に含む請求項１に記載の気液混合ノズル装置。
【請求項７】
前記気体通路が、第３の部分と、前記第１の側面に隣設される第４の部分とを更に有し、前記第３の部分で前記気液混合凹部と連通し、
前記第３の部分が、前記第３の部分の口径を前記第４の部分から離れる方向に沿って次第に縮減させる傾斜面を更に含む請求項１に記載の気液混合ノズル装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図１Ｂ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−１６６１８５（Ｐ２０１２−１６６１８５Ａ）
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−８８８２５（Ｐ２０１１−８８８２５）
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（３９１０３０８７１）中國鋼鐵股▲ふん▼有限公司 (5)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月６日（２０１２．９．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１３日（２０１１．４．１３）
【出願人】（３９１０３０８７１）中國鋼鐵股▲ふん▼有限公司 (5)
【Ｆターム（参考）】
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