液体霧化装置
【解決課題】従来技術の微細化原理とは異なる新規原理を用いて、かつ簡単な装置構成で液体を霧化可能な液体霧化装置を提供することを目的とする。
【課題解決手段】本発明の液体霧化装置は、液体流を噴射させるための液体噴射部と、前記液体流に2つの気体流を衝突させるために気体流を噴射するための第1気体噴射部および第2気体噴射部と、前記液体噴射部から噴射した液体に対し前記第1気体噴射部から噴射された気体流と前記第2気体噴射部から噴射された気体流とを衝突させて2本の液柱を形成し、かつ当該液体を霧化させるエリアである気液混合エリア部と、前記気液混合エリア部が内部に形成された噴霧出口部と、を有し、前記噴霧出口部から、前記2本の液柱および前記霧化した霧を噴霧する。
【課題解決手段】本発明の液体霧化装置は、液体流を噴射させるための液体噴射部と、前記液体流に2つの気体流を衝突させるために気体流を噴射するための第1気体噴射部および第2気体噴射部と、前記液体噴射部から噴射した液体に対し前記第1気体噴射部から噴射された気体流と前記第2気体噴射部から噴射された気体流とを衝突させて2本の液柱を形成し、かつ当該液体を霧化させるエリアである気液混合エリア部と、前記気液混合エリア部が内部に形成された噴霧出口部と、を有し、前記噴霧出口部から、前記2本の液柱および前記霧化した霧を噴霧する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液体を霧化するための液体霧化装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の霧化技術として、気液混合式(二流体式)、超音波式、超高圧式(100MPa〜300MPa)、蒸発式等がある。一般的な二流体ノズルは、気体と液体とを同一噴射方向で噴射させて気液の随伴流によるせん断効果で液体を微細化する。ところで、半導体ウエハ等への蒸着コーティング、医療機器(例えば、吸入機)、美容用薬液噴霧器、保湿用薬液噴霧器等の分野では、低速噴霧、装置本体の小型化、低エネルギー化等の要求がある。
【0003】
また、気液混合式二流体ノズルの一例として、微粒子ミストを生成するための噴霧ノズル装置が知られている(特許文献1)。この噴霧ノズル装置は、第1ノズル部と第2ノズル部を有し、第1ノズル部からの噴霧液と第2ノズル部からの噴霧液とを衝突させて、微粒子ミストを形成することができる。しかしながら、2流体ノズル部を2つ備えるため、コスト高であり、かつ低速噴霧、低エネルギーでの噴霧ではなく、さらに小型化には適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2002−126587号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上述の従来技術の微細化原理とは異なる新規原理を用いて、低速噴霧、低エネルギー、簡単な装置構成で液体を霧化可能な液体霧化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の液体霧化装置は、液体流を噴射させるための液体噴射部と、
前記液体流に2つの気体流を衝突させるために気体流を噴射するための第1気体噴射部および第2気体噴射部と、
前記液体噴射部から噴射した液体に対し前記第1気体噴射部から噴射された気体流と前記第2気体噴射部から噴射された気体流とを衝突させて2本の液柱を形成し、かつ当該液体を霧化させるエリアである気液混合エリア部と、
前記気液混合エリア部が内部に形成された噴霧出口部と、を有し、
前記噴霧出口部から、前記2本の液柱および前記霧化した霧を噴霧することを特徴とする。
【0007】
この構成の作用効果を図1A〜1Fを参照しながら説明する。液体噴射部6から噴射された液体流61に対し、第1、第2気体噴射部1、2から噴射した気体流11、21を衝突させることで、2本の液柱63、64が形成され、かる霧62が発生する(図1A、1B)。この液柱が形成されるメカニズムは以下の通りである。図1Cに、液体流61のみを噴射した状態の1本の液柱を示す。この状態において、互いに衝突しあう2本の気体流を液柱に衝突させる。このとき、2本の気体流の衝突の衝撃により、1本の液柱がセパレート(縦割り)されて2本の液柱が形成され、かつ液柱中央部分の液体が微細化されて霧62となる(図1A、1D)。これは、1本の液柱を2本の気体流が挟んで、液柱をスプリット(分裂)し、液柱の中央部に液膜を発生させる。しかしこの液膜は破れて微細化される。そして、1本の液柱を小径とすれば、液膜も薄くなり、液膜破断後の粒子も微細になる。
【0008】
本発明の新たな霧化原理によれば、従来技術の高速空気流のせん断力による微細化原理とは異なり、低エネルギー(低圧、低流量)の気体流で、薄膜形成でき、薄膜の微細粒子化をアシストし、大気中に霧を低速噴霧させられる。
【0009】
本発明において、気体流11、21がそれぞれ衝突する液体流61の幅d1が、気体流の幅d2より小さいことが好ましい。例えば、気体流と衝突しない部分(図1Eでは2つのはみ出し部分61b、61c)がある。液体流の幅d1(あるいは直径)に対し、気体流の幅d2(あるいは直径)(d2/d1)は、例えば、0.1〜0.9の範囲であり、好ましくは、0.3〜0.8であり、より好ましくは、0.4〜0.7である。また、液体流の幅d1が小さいほど、液膜が薄くなるため、微細化効果が高くなる。
【0010】
また、本発明において、2つの気体流の圧力Pa(MPa)に対し、液体流の圧力Pw(MPa)(Pw/Pa)は、0.1〜1.5の範囲(気液の圧力バランス領域)であり、好ましくは0.3〜1.0であり、より好ましくは0.4〜0.8である。0.1〜1.5の範囲以外では、2本の液柱が形成されないか、あるいは2本の液柱が形成されたとしても霧の微細化状態が悪い傾向である。
【0011】
また、気体流の圧力Pa(MPa)は、例えば、0.005〜0.05の範囲が例示され、好ましくは0.008〜0.040、より好ましくは0.010〜0.035である。従来技術であれば、気体圧(気体流量)を大きくすれば微粒化する傾向であるが、本発明では、気液の圧力バランス領域を超えて気体圧(気体流量)を高めれば、逆に霧が粗粒子化する傾向になる。
【0012】
2本の気体流の圧力は、同じまたは略同じに設定することが好ましく、その流量も、同じまたは略同じに設定することが好ましい。また、気体噴射部から噴射される気体流の断面形状は、特に制限されず、例えば、円状、楕円状、矩形状、多角形状が挙げられる。気体流の断面形状は、気体噴射部のオリフィス断面に依存する。
【0013】
液体噴射部から噴射される液体(液体流)の圧力、流量は、特に制限されないが、本発明の霧化原理によって、低圧力、低流量の液体を好適に霧化できる。また、液体噴射部の圧力は、一般的な水道配管の水圧でもよく、液体噴出部は、液体を自然落下させる装置であってもよい。本発明において、「液体噴射部から噴射した液体」には、自然落下速度で落下する液体も含まれる。液体流の断面形状は、液体噴射部のオリフィス断面に依存する。
【0014】
また、図1Aにおいて、霧62および2本の液柱63、64が発生するエリアを気液混合エリア部120として破線で示す。霧62は、その周囲を囲む噴霧出口部30によって噴霧方向が規制される。噴霧出口部30は、気体オリフィスを形成するための部材(気体噴射部1、2)と一体に形成されていてもよく、別部材で形成していてもよい。図2は、噴霧出口部30を正面視した図である。気液混合エリア120の中に液体噴射部の先端6a(先端オリフィス)があり、このオリフィス径よりも小さい幅の気体オリフィス1a、2aが破線として示されている。
【0015】
また、霧の噴霧パターンとして、例えば、幅広の扇状に形成され、その断面形状は楕円状または長円状となる。気体流同士が衝突した衝突面に平行に(衝突面が拡張する方向に)、衝突した(衝突後の)気体が拡散し、この方向に霧62が扇状に広がって噴出される。本発明において、霧62の噴霧角γは、例えば20°〜90°である(図1B)。
【0016】
上記発明の一実施形態として、前記第1気体噴射部の噴射方向軸と前記第2気体噴射部の噴射方向軸との交差角度が90°〜180°の範囲であることが好ましい。第1気体噴射部1および第2気体噴射部2のそれぞれの噴射方向軸が交差する角度範囲は、第1気体噴射部1から噴射された気体と第2気体噴射部2から噴射された気体の衝突角に相当する。例えば、「衝突角α」は、90°〜220°であり、好ましくは90°〜180°であり、より好ましくは110°〜180°である。図3に衝突角αを示す。衝突角の角度が小さいほど、噴射された液体の逆流が抑えられる傾向である。また、180°より大きい衝突角を形成している衝突部に対して液体を噴射させた場合に、衝突角の角度が大きいほど、噴射された気体および衝突して広がった気体が、噴射された液体を押し戻すように作用して液体を逆流させてしまう傾向である。
【0017】
上記発明の一実施形態として、第1気体噴射部の噴射方向と第2気体噴射部の噴射方向とが対向し、第1気体噴射部の噴射方向軸と第2気体噴射部の噴射方向軸とが一致している形態がある。これは、第1気体噴射部から噴射された気体と第2気体噴射部から噴射された気体の衝突角αが180°であって、噴射方向軸が一致していることを意味する。
【0018】
上記発明の一実施形態として、前記液体噴射部の噴射軸方向に沿って、前記噴霧出口部から噴霧された霧を誘導しつつ微細化するためのカバー本体とを備え、前記カバー本体は、カバー本体内外の空気の流通を可能とする吸気部と、前記カバー本体の断面円状の内径よりも小さく、かつ開口内部を通じて前記霧を上方へ導く開口部と、前記開口部を通過した霧を外部へ導く噴口部と、前記カバー本体内に残った液体を受けるための受け皿部とを有する。2つの液柱の液体は、前記開口部を通じて装置外部へ出ない構造である。
【0019】
この構成では、2つの液柱を霧から切り離して受け皿に貯め置くことができ、かつ霧をさらに微細化して装置外部へ低速に噴射させることができる。低速噴霧が可能なことで、カバー部内部の壁面に霧が付着して液滴化することも減少する。また、さらなる微細化を促進するとともに、液の再利用も可能になる。また、カバー本体内壁面への霧の付着量を減少させるため、その噴霧角γを20°〜40°にすることが好ましい。
【0020】
上記実施形態として、前記カバー本体は、前記噴霧出口部に近い側から、第1カバー部と、前記吸気部を有する第2カバー部と、前記開口部および前記噴口部とを有する第3カバー部とを有することが好ましい。これによって、小型で量産可能な簡単な部品でかつ少ない部品点数でカバー本体を構成できる。この実施形態として、第1カバー部と第2カバー部とを単一部材で構成してもよく、別部材で構成して連結してもよい。第2カバー部と第3カバー部とを単一部材で構成してもよく、別部材で構成して連結してもよい。第1カバー部、第2カバー部および第3カバー部を単一部材で構成してもよい。
【0021】
また、上記実施形態として、前記噴口部が、前記液体噴射部の噴射軸方向に対し、所定の角度で傾斜して形成されており、前記噴口部と、前記液体噴射部の噴射軸を間に挟んで対向し、当該噴口部方向を照らすように設けられた照明部とをさらに有することが好ましい。この構成では、噴霧される霧の噴霧方向の後方側から前方に向かって霧を照明することで、霧の状態を簡単に確認できる。上記「所定の角度」は、例えば30°〜150°であり、例えば、図4は90°の場合を示す。
【0022】
上記気体としては、特に制限されないが、例えば、空気、清浄空気(クリーンエア)、窒素、不活性ガス、燃料混合エア、酸素等が挙げられ、使用目的に応じて適宜設定可能である。
【0023】
上記液体としては、特に制限されないが、例えば、水、イオン化水、保湿液、美用水、化粧水等の化粧薬液、医薬液、殺菌液、除菌液等の薬液、塗料、燃料油、コーティング剤、溶剤、樹脂等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1A】液体霧化装置の噴霧出口部周辺の断面の一例を説明するための模式図である。
【図1B】図1Aの側面からみた模式図である。
【図1C】霧化メカニズムを説明するための説明図である。
【図1D】霧化メカニズムを説明するための説明図である。
【図1E】液体流の幅d1と気体流の幅d2について説明するための説明図である。
【図2】噴霧出口部を正面視した図である
【図3】2つの気体噴射軸で形成される交差角度を説明するための模式図である。
【図4】実施形態1の液体霧化装置の側面からみた図(断面図)である。
【図5A】液体オリフィス部の側面図である。
【図5B】図5Aの正面図である。
【図5C】図5Aの断面図である。
【図6A】噴霧出口部を説明する断面、正面、背面図である。
【図6B】図6AのA部詳細拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
(実施形態1)
本実施形態の液体霧化装置を図4を参照しながら説明する。図5A〜5Cは、液体オリフィス部について説明する図であり、図6A〜6Bは、噴霧出口部について説明する図である。液体霧化装置は、液体から霧および2つの液柱を発生するノズル部と、微細化を促進するカバー本体とを有して構成されている。まず、ノズル部について説明する。
【0026】
液体供給路47および気体供給路48と接続されるアダプター42と、当該アダプター42と連結(例えばねじ式で連結)されるキャップ53と、当該キャップ53がアダプター42に連結されることで、液体オリフィス部51と、気体オリフィス部52が前記アダプター42に接続される。ここで、適宜パッキンなどのシール部材を介在させてもよい。
【0027】
気体オリフィス部52は、アダプター42の気体供給経路と通じて気体供給路48と接続される。液体オリフィス部51は、アダプター42の液体供給経路を通じて液体供給路47と接続される。液体供給路47は、不図示の液体タンクに通じ、不図示のポンプによって、液体が送給される。気体供給路48は、不図示のエアポンプに接続され、気体が送給される。アダプター42には、カバー本体内部の液体(例えば、液柱の液体)を一時的に貯める受け皿部421が形成されている。この受け皿部421に溜まった液体は、リサイクル経路49を通じて、液体タンクに送られ、再び液体供給用に提供可能となる。アダプター42の下部に気体供給路48、液体供給路47、リサイクル路49を収納し、かつ装置外部に導くための底カバー41が設けられている。
【0028】
図5A〜5Cに示すように、液体オリフィス部51には、液体オリフィス511(液体噴射部に相当する)と、2本の凹溝512が形成されている。この凹溝512を、気体オリフィス部52の内壁面52aが蓋として覆うことで、気体オリフィス(気体噴射部に相当する)が形成される。液体オリフィスの直径よりも凹溝の矩形断面幅のほうが小さい。
【0029】
液体オリフィス511の先端方向と2本の凹溝512との先端方向のクロスする部分が気液混合エリア120である。この気液混合エリア120で、液体オリフィス511から噴射された液体流が、2つの気体オリフィス(512)から噴射された気体流で挟まれることで、液体流がスプリットして2本の液柱が形成され、かつ液体流の中央部分が霧化され、低速流の霧が発生する。
【0030】
図6A〜6Bに示すように、気体オリフィス部52は、既述したとおり、凹溝512の蓋の役目となる内壁面52aが形成されている。また、気体オリフィス部52は、その先端中央に噴霧出口部521を形成している。図6Bでは、噴霧出口部521が、噴霧方向に沿って拡張する形状であるが、特にこれに制限されない。
【0031】
2つの凹溝512同士の衝突角(α)は110°であり、オリフィス断面が四角形であるが、特にこれに制限されない。また、液体オリフィス部51の外壁面に形成された凹溝512は、気体オリフィス部52の内壁面に形成してもよく、両方に形成していてもよい。気体オリフィスの断面形状が矩形に限定されず、他の多角形状でもよく、半円状でもよい。液体オリフィスの断面形状も特に制限されないが、加工面から円状が好ましい。また、気液混合エリア120の形状は、噴霧軸方向に円筒状でもよく、円錐状、多角錘状でもよい。また、気体流同士の衝突角αは、110°に限定されず、例えば、90°〜180°の範囲で任意に設定できる。
【0032】
次にカバー本体を説明する。図1において、本体カバー部は、噴霧出口部521に近い側から、アダプター42と連結される筒状の第1カバー部43を有している。この第1カバー部43と連結される第2カバー部44は、複数の吸気部441を有する。この第2カバー部44と連結される第3カバー部45は、噴霧方向に対向配置され、カバー本体の断面円状の内径よりも小さく、かつ開口内部を通じて前記霧を上方へ導く開口部451を有する。この開口部451の開口サイズ(直径)および開口部下端から噴霧出口部521までの距離は、噴霧角γおよび2つ液柱との関係で設定される。この開口部451を通じて霧は、噴口部452へ流れ、装置外部へ低速噴霧される。2つの液柱の液体は、受け皿部421へ流れる。
【0033】
噴口部452は、装置本体の長手軸(液体オリフィスの噴射軸の延長)に対して、横に突出している。この噴口部451と装置本体の長手軸(液体オリフィスの噴射軸の延長)を間に挟んでLED照明70が第3カバー45に組み込まれている。LED照明70は、噴口部452方向に向かって低速噴霧する霧を照らす。このLED照明70は、第3カバー45から取り外し可能であり、取り外した開口部からも霧が噴霧されてもよく(2方向噴霧)、透明部材等で霧を遮断していてもよい。LED照明70のかわりにキャップを取り付けられるようにしていてもよい。
【0034】
また、各部材の連結(取付)方法は、ねじ式の連結に制限されず、他の連結手段を用いることができ、また、各部材間の隙間には不図示のシール部材(例えばOリング等)が適宜組み込まれていてもよい。
【0035】
(噴霧特性の評価)
上記実施形態1に示す構成の液体霧化装置を用いて噴霧特性を評価した。液体オリフィス511の断面直径(d1)がφ0.25mm、第1・第2気体オリフィス矩形断面は、幅(d2)0.16mm×深さ0.29mmとした(d2/d1=0.64)。気体に空気を用い、液体に水を用いた。実施例1〜4は、気体噴射の空気量Qaを0.5(NL/min)、空気圧Pa(MPa)を0.027で一定として、水圧Pwを変えていったときの、水全噴霧量Qw(噴霧出口部からの霧および液柱の量)、有効フォッグ量Qf(噴口部からの霧の噴霧量)、噴霧出口部から噴霧された霧および噴口部から噴霧された霧のそれぞれの平均粒子径(SMD)を評価した。評価結果を表1に示す。平均粒子径(SMD)はレーザー回折法の計測装置により測定した。測定位置は、噴霧方向軸上で、噴霧出口部から20mmの位置、噴口部の先端から20mmの位置とした。
【0036】
【表1】
【0037】
次いで、実施例5〜7は、水圧Pwを0.015(MPa)とし、水全噴霧量Qwが略一定になるようにして、空気圧Paを変えて、気体噴射の空気量Qa、有効フォッグ量Qf、各平均粒子径(SMD)を評価した。評価結果を表2に示す。他の条件は実施例1と同じである。
【0038】
【表2】
【0039】
実施例1〜7は、いずれも2本の液柱と霧化を実現したが、空気圧Paが0.01(MPa)より小さく、かつ水圧Pwが0.005(MPa)より小さい条件では、2つの液柱は形成されなかった。また、空気圧Paが0.032(MPa)より大きく、かつ水圧Pwが0.018(MPa)より大きい条件では、2つの液柱は形成されなかった。以上のことから、水圧と空気圧の圧力バランスに応じて、2本の液柱が形成されかつ霧化状態もよい低速噴霧が得られることを確認した。
【符号の説明】
【0040】
1 第1気体噴射部(第1気体オリフィス)
2 第2気体噴射部(第2気体オリフィス)
6 液体流出部(液体オリフィス)
51 液体オリフィス部
52 気体オリフィス部
62 霧
63、64 液柱
512 気体オリフィス(凹溝)
511 液体オリフィス
521 噴霧出口部
120 気液混合エリア
【技術分野】
【0001】
本発明は、液体を霧化するための液体霧化装置に関する。
【背景技術】
【0002】
従来の霧化技術として、気液混合式(二流体式)、超音波式、超高圧式(100MPa〜300MPa)、蒸発式等がある。一般的な二流体ノズルは、気体と液体とを同一噴射方向で噴射させて気液の随伴流によるせん断効果で液体を微細化する。ところで、半導体ウエハ等への蒸着コーティング、医療機器(例えば、吸入機)、美容用薬液噴霧器、保湿用薬液噴霧器等の分野では、低速噴霧、装置本体の小型化、低エネルギー化等の要求がある。
【0003】
また、気液混合式二流体ノズルの一例として、微粒子ミストを生成するための噴霧ノズル装置が知られている(特許文献1)。この噴霧ノズル装置は、第1ノズル部と第2ノズル部を有し、第1ノズル部からの噴霧液と第2ノズル部からの噴霧液とを衝突させて、微粒子ミストを形成することができる。しかしながら、2流体ノズル部を2つ備えるため、コスト高であり、かつ低速噴霧、低エネルギーでの噴霧ではなく、さらに小型化には適していない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開2002−126587号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、上述の従来技術の微細化原理とは異なる新規原理を用いて、低速噴霧、低エネルギー、簡単な装置構成で液体を霧化可能な液体霧化装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
本発明の液体霧化装置は、液体流を噴射させるための液体噴射部と、
前記液体流に2つの気体流を衝突させるために気体流を噴射するための第1気体噴射部および第2気体噴射部と、
前記液体噴射部から噴射した液体に対し前記第1気体噴射部から噴射された気体流と前記第2気体噴射部から噴射された気体流とを衝突させて2本の液柱を形成し、かつ当該液体を霧化させるエリアである気液混合エリア部と、
前記気液混合エリア部が内部に形成された噴霧出口部と、を有し、
前記噴霧出口部から、前記2本の液柱および前記霧化した霧を噴霧することを特徴とする。
【0007】
この構成の作用効果を図1A〜1Fを参照しながら説明する。液体噴射部6から噴射された液体流61に対し、第1、第2気体噴射部1、2から噴射した気体流11、21を衝突させることで、2本の液柱63、64が形成され、かる霧62が発生する(図1A、1B)。この液柱が形成されるメカニズムは以下の通りである。図1Cに、液体流61のみを噴射した状態の1本の液柱を示す。この状態において、互いに衝突しあう2本の気体流を液柱に衝突させる。このとき、2本の気体流の衝突の衝撃により、1本の液柱がセパレート(縦割り)されて2本の液柱が形成され、かつ液柱中央部分の液体が微細化されて霧62となる(図1A、1D)。これは、1本の液柱を2本の気体流が挟んで、液柱をスプリット(分裂)し、液柱の中央部に液膜を発生させる。しかしこの液膜は破れて微細化される。そして、1本の液柱を小径とすれば、液膜も薄くなり、液膜破断後の粒子も微細になる。
【0008】
本発明の新たな霧化原理によれば、従来技術の高速空気流のせん断力による微細化原理とは異なり、低エネルギー(低圧、低流量)の気体流で、薄膜形成でき、薄膜の微細粒子化をアシストし、大気中に霧を低速噴霧させられる。
【0009】
本発明において、気体流11、21がそれぞれ衝突する液体流61の幅d1が、気体流の幅d2より小さいことが好ましい。例えば、気体流と衝突しない部分(図1Eでは2つのはみ出し部分61b、61c)がある。液体流の幅d1(あるいは直径)に対し、気体流の幅d2(あるいは直径)(d2/d1)は、例えば、0.1〜0.9の範囲であり、好ましくは、0.3〜0.8であり、より好ましくは、0.4〜0.7である。また、液体流の幅d1が小さいほど、液膜が薄くなるため、微細化効果が高くなる。
【0010】
また、本発明において、2つの気体流の圧力Pa(MPa)に対し、液体流の圧力Pw(MPa)(Pw/Pa)は、0.1〜1.5の範囲(気液の圧力バランス領域)であり、好ましくは0.3〜1.0であり、より好ましくは0.4〜0.8である。0.1〜1.5の範囲以外では、2本の液柱が形成されないか、あるいは2本の液柱が形成されたとしても霧の微細化状態が悪い傾向である。
【0011】
また、気体流の圧力Pa(MPa)は、例えば、0.005〜0.05の範囲が例示され、好ましくは0.008〜0.040、より好ましくは0.010〜0.035である。従来技術であれば、気体圧(気体流量)を大きくすれば微粒化する傾向であるが、本発明では、気液の圧力バランス領域を超えて気体圧(気体流量)を高めれば、逆に霧が粗粒子化する傾向になる。
【0012】
2本の気体流の圧力は、同じまたは略同じに設定することが好ましく、その流量も、同じまたは略同じに設定することが好ましい。また、気体噴射部から噴射される気体流の断面形状は、特に制限されず、例えば、円状、楕円状、矩形状、多角形状が挙げられる。気体流の断面形状は、気体噴射部のオリフィス断面に依存する。
【0013】
液体噴射部から噴射される液体(液体流)の圧力、流量は、特に制限されないが、本発明の霧化原理によって、低圧力、低流量の液体を好適に霧化できる。また、液体噴射部の圧力は、一般的な水道配管の水圧でもよく、液体噴出部は、液体を自然落下させる装置であってもよい。本発明において、「液体噴射部から噴射した液体」には、自然落下速度で落下する液体も含まれる。液体流の断面形状は、液体噴射部のオリフィス断面に依存する。
【0014】
また、図1Aにおいて、霧62および2本の液柱63、64が発生するエリアを気液混合エリア部120として破線で示す。霧62は、その周囲を囲む噴霧出口部30によって噴霧方向が規制される。噴霧出口部30は、気体オリフィスを形成するための部材(気体噴射部1、2)と一体に形成されていてもよく、別部材で形成していてもよい。図2は、噴霧出口部30を正面視した図である。気液混合エリア120の中に液体噴射部の先端6a(先端オリフィス)があり、このオリフィス径よりも小さい幅の気体オリフィス1a、2aが破線として示されている。
【0015】
また、霧の噴霧パターンとして、例えば、幅広の扇状に形成され、その断面形状は楕円状または長円状となる。気体流同士が衝突した衝突面に平行に(衝突面が拡張する方向に)、衝突した(衝突後の)気体が拡散し、この方向に霧62が扇状に広がって噴出される。本発明において、霧62の噴霧角γは、例えば20°〜90°である(図1B)。
【0016】
上記発明の一実施形態として、前記第1気体噴射部の噴射方向軸と前記第2気体噴射部の噴射方向軸との交差角度が90°〜180°の範囲であることが好ましい。第1気体噴射部1および第2気体噴射部2のそれぞれの噴射方向軸が交差する角度範囲は、第1気体噴射部1から噴射された気体と第2気体噴射部2から噴射された気体の衝突角に相当する。例えば、「衝突角α」は、90°〜220°であり、好ましくは90°〜180°であり、より好ましくは110°〜180°である。図3に衝突角αを示す。衝突角の角度が小さいほど、噴射された液体の逆流が抑えられる傾向である。また、180°より大きい衝突角を形成している衝突部に対して液体を噴射させた場合に、衝突角の角度が大きいほど、噴射された気体および衝突して広がった気体が、噴射された液体を押し戻すように作用して液体を逆流させてしまう傾向である。
【0017】
上記発明の一実施形態として、第1気体噴射部の噴射方向と第2気体噴射部の噴射方向とが対向し、第1気体噴射部の噴射方向軸と第2気体噴射部の噴射方向軸とが一致している形態がある。これは、第1気体噴射部から噴射された気体と第2気体噴射部から噴射された気体の衝突角αが180°であって、噴射方向軸が一致していることを意味する。
【0018】
上記発明の一実施形態として、前記液体噴射部の噴射軸方向に沿って、前記噴霧出口部から噴霧された霧を誘導しつつ微細化するためのカバー本体とを備え、前記カバー本体は、カバー本体内外の空気の流通を可能とする吸気部と、前記カバー本体の断面円状の内径よりも小さく、かつ開口内部を通じて前記霧を上方へ導く開口部と、前記開口部を通過した霧を外部へ導く噴口部と、前記カバー本体内に残った液体を受けるための受け皿部とを有する。2つの液柱の液体は、前記開口部を通じて装置外部へ出ない構造である。
【0019】
この構成では、2つの液柱を霧から切り離して受け皿に貯め置くことができ、かつ霧をさらに微細化して装置外部へ低速に噴射させることができる。低速噴霧が可能なことで、カバー部内部の壁面に霧が付着して液滴化することも減少する。また、さらなる微細化を促進するとともに、液の再利用も可能になる。また、カバー本体内壁面への霧の付着量を減少させるため、その噴霧角γを20°〜40°にすることが好ましい。
【0020】
上記実施形態として、前記カバー本体は、前記噴霧出口部に近い側から、第1カバー部と、前記吸気部を有する第2カバー部と、前記開口部および前記噴口部とを有する第3カバー部とを有することが好ましい。これによって、小型で量産可能な簡単な部品でかつ少ない部品点数でカバー本体を構成できる。この実施形態として、第1カバー部と第2カバー部とを単一部材で構成してもよく、別部材で構成して連結してもよい。第2カバー部と第3カバー部とを単一部材で構成してもよく、別部材で構成して連結してもよい。第1カバー部、第2カバー部および第3カバー部を単一部材で構成してもよい。
【0021】
また、上記実施形態として、前記噴口部が、前記液体噴射部の噴射軸方向に対し、所定の角度で傾斜して形成されており、前記噴口部と、前記液体噴射部の噴射軸を間に挟んで対向し、当該噴口部方向を照らすように設けられた照明部とをさらに有することが好ましい。この構成では、噴霧される霧の噴霧方向の後方側から前方に向かって霧を照明することで、霧の状態を簡単に確認できる。上記「所定の角度」は、例えば30°〜150°であり、例えば、図4は90°の場合を示す。
【0022】
上記気体としては、特に制限されないが、例えば、空気、清浄空気(クリーンエア)、窒素、不活性ガス、燃料混合エア、酸素等が挙げられ、使用目的に応じて適宜設定可能である。
【0023】
上記液体としては、特に制限されないが、例えば、水、イオン化水、保湿液、美用水、化粧水等の化粧薬液、医薬液、殺菌液、除菌液等の薬液、塗料、燃料油、コーティング剤、溶剤、樹脂等が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【図1A】液体霧化装置の噴霧出口部周辺の断面の一例を説明するための模式図である。
【図1B】図1Aの側面からみた模式図である。
【図1C】霧化メカニズムを説明するための説明図である。
【図1D】霧化メカニズムを説明するための説明図である。
【図1E】液体流の幅d1と気体流の幅d2について説明するための説明図である。
【図2】噴霧出口部を正面視した図である
【図3】2つの気体噴射軸で形成される交差角度を説明するための模式図である。
【図4】実施形態1の液体霧化装置の側面からみた図(断面図)である。
【図5A】液体オリフィス部の側面図である。
【図5B】図5Aの正面図である。
【図5C】図5Aの断面図である。
【図6A】噴霧出口部を説明する断面、正面、背面図である。
【図6B】図6AのA部詳細拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0025】
(実施形態1)
本実施形態の液体霧化装置を図4を参照しながら説明する。図5A〜5Cは、液体オリフィス部について説明する図であり、図6A〜6Bは、噴霧出口部について説明する図である。液体霧化装置は、液体から霧および2つの液柱を発生するノズル部と、微細化を促進するカバー本体とを有して構成されている。まず、ノズル部について説明する。
【0026】
液体供給路47および気体供給路48と接続されるアダプター42と、当該アダプター42と連結(例えばねじ式で連結)されるキャップ53と、当該キャップ53がアダプター42に連結されることで、液体オリフィス部51と、気体オリフィス部52が前記アダプター42に接続される。ここで、適宜パッキンなどのシール部材を介在させてもよい。
【0027】
気体オリフィス部52は、アダプター42の気体供給経路と通じて気体供給路48と接続される。液体オリフィス部51は、アダプター42の液体供給経路を通じて液体供給路47と接続される。液体供給路47は、不図示の液体タンクに通じ、不図示のポンプによって、液体が送給される。気体供給路48は、不図示のエアポンプに接続され、気体が送給される。アダプター42には、カバー本体内部の液体(例えば、液柱の液体)を一時的に貯める受け皿部421が形成されている。この受け皿部421に溜まった液体は、リサイクル経路49を通じて、液体タンクに送られ、再び液体供給用に提供可能となる。アダプター42の下部に気体供給路48、液体供給路47、リサイクル路49を収納し、かつ装置外部に導くための底カバー41が設けられている。
【0028】
図5A〜5Cに示すように、液体オリフィス部51には、液体オリフィス511(液体噴射部に相当する)と、2本の凹溝512が形成されている。この凹溝512を、気体オリフィス部52の内壁面52aが蓋として覆うことで、気体オリフィス(気体噴射部に相当する)が形成される。液体オリフィスの直径よりも凹溝の矩形断面幅のほうが小さい。
【0029】
液体オリフィス511の先端方向と2本の凹溝512との先端方向のクロスする部分が気液混合エリア120である。この気液混合エリア120で、液体オリフィス511から噴射された液体流が、2つの気体オリフィス(512)から噴射された気体流で挟まれることで、液体流がスプリットして2本の液柱が形成され、かつ液体流の中央部分が霧化され、低速流の霧が発生する。
【0030】
図6A〜6Bに示すように、気体オリフィス部52は、既述したとおり、凹溝512の蓋の役目となる内壁面52aが形成されている。また、気体オリフィス部52は、その先端中央に噴霧出口部521を形成している。図6Bでは、噴霧出口部521が、噴霧方向に沿って拡張する形状であるが、特にこれに制限されない。
【0031】
2つの凹溝512同士の衝突角(α)は110°であり、オリフィス断面が四角形であるが、特にこれに制限されない。また、液体オリフィス部51の外壁面に形成された凹溝512は、気体オリフィス部52の内壁面に形成してもよく、両方に形成していてもよい。気体オリフィスの断面形状が矩形に限定されず、他の多角形状でもよく、半円状でもよい。液体オリフィスの断面形状も特に制限されないが、加工面から円状が好ましい。また、気液混合エリア120の形状は、噴霧軸方向に円筒状でもよく、円錐状、多角錘状でもよい。また、気体流同士の衝突角αは、110°に限定されず、例えば、90°〜180°の範囲で任意に設定できる。
【0032】
次にカバー本体を説明する。図1において、本体カバー部は、噴霧出口部521に近い側から、アダプター42と連結される筒状の第1カバー部43を有している。この第1カバー部43と連結される第2カバー部44は、複数の吸気部441を有する。この第2カバー部44と連結される第3カバー部45は、噴霧方向に対向配置され、カバー本体の断面円状の内径よりも小さく、かつ開口内部を通じて前記霧を上方へ導く開口部451を有する。この開口部451の開口サイズ(直径)および開口部下端から噴霧出口部521までの距離は、噴霧角γおよび2つ液柱との関係で設定される。この開口部451を通じて霧は、噴口部452へ流れ、装置外部へ低速噴霧される。2つの液柱の液体は、受け皿部421へ流れる。
【0033】
噴口部452は、装置本体の長手軸(液体オリフィスの噴射軸の延長)に対して、横に突出している。この噴口部451と装置本体の長手軸(液体オリフィスの噴射軸の延長)を間に挟んでLED照明70が第3カバー45に組み込まれている。LED照明70は、噴口部452方向に向かって低速噴霧する霧を照らす。このLED照明70は、第3カバー45から取り外し可能であり、取り外した開口部からも霧が噴霧されてもよく(2方向噴霧)、透明部材等で霧を遮断していてもよい。LED照明70のかわりにキャップを取り付けられるようにしていてもよい。
【0034】
また、各部材の連結(取付)方法は、ねじ式の連結に制限されず、他の連結手段を用いることができ、また、各部材間の隙間には不図示のシール部材(例えばOリング等)が適宜組み込まれていてもよい。
【0035】
(噴霧特性の評価)
上記実施形態1に示す構成の液体霧化装置を用いて噴霧特性を評価した。液体オリフィス511の断面直径(d1)がφ0.25mm、第1・第2気体オリフィス矩形断面は、幅(d2)0.16mm×深さ0.29mmとした(d2/d1=0.64)。気体に空気を用い、液体に水を用いた。実施例1〜4は、気体噴射の空気量Qaを0.5(NL/min)、空気圧Pa(MPa)を0.027で一定として、水圧Pwを変えていったときの、水全噴霧量Qw(噴霧出口部からの霧および液柱の量)、有効フォッグ量Qf(噴口部からの霧の噴霧量)、噴霧出口部から噴霧された霧および噴口部から噴霧された霧のそれぞれの平均粒子径(SMD)を評価した。評価結果を表1に示す。平均粒子径(SMD)はレーザー回折法の計測装置により測定した。測定位置は、噴霧方向軸上で、噴霧出口部から20mmの位置、噴口部の先端から20mmの位置とした。
【0036】
【表1】
【0037】
次いで、実施例5〜7は、水圧Pwを0.015(MPa)とし、水全噴霧量Qwが略一定になるようにして、空気圧Paを変えて、気体噴射の空気量Qa、有効フォッグ量Qf、各平均粒子径(SMD)を評価した。評価結果を表2に示す。他の条件は実施例1と同じである。
【0038】
【表2】
【0039】
実施例1〜7は、いずれも2本の液柱と霧化を実現したが、空気圧Paが0.01(MPa)より小さく、かつ水圧Pwが0.005(MPa)より小さい条件では、2つの液柱は形成されなかった。また、空気圧Paが0.032(MPa)より大きく、かつ水圧Pwが0.018(MPa)より大きい条件では、2つの液柱は形成されなかった。以上のことから、水圧と空気圧の圧力バランスに応じて、2本の液柱が形成されかつ霧化状態もよい低速噴霧が得られることを確認した。
【符号の説明】
【0040】
1 第1気体噴射部(第1気体オリフィス)
2 第2気体噴射部(第2気体オリフィス)
6 液体流出部(液体オリフィス)
51 液体オリフィス部
52 気体オリフィス部
62 霧
63、64 液柱
512 気体オリフィス(凹溝)
511 液体オリフィス
521 噴霧出口部
120 気液混合エリア
【特許請求の範囲】
【請求項1】
液体流を噴射させるための液体噴射部と、
前記液体流に2つの気体流を衝突させるために気体流を噴射するための第1気体噴射部および第2気体噴射部と、
前記液体噴射部から噴射した液体に対し前記第1気体噴射部から噴射された気体流と前記第2気体噴射部から噴射された気体流とを衝突させて2本の液柱を形成し、かつ当該液体を霧化させるエリアである気液混合エリア部と、
前記気液混合エリア部が内部に形成された噴霧出口部と、を有し、
前記噴霧出口部から、前記2本の液柱および前記霧化した霧を噴霧することを特徴とする液体霧化装置。
【請求項2】
前記第1気体噴射部の噴射方向軸と前記第2気体噴射部の噴射方向軸との交差角度が90°〜180°の範囲である、請求項1に記載の液体霧化装置。
【請求項3】
前記液体噴射部の噴射軸方向に沿って、前記噴霧出口部から噴霧された霧を誘導しつつ微細化するためのカバー本体とを備え、
前記カバー本体は、
カバー本体内外の空気の流通を可能とする吸気部と、
前記カバー本体の断面円状の内径よりも小さく、かつ開口内部を通じて前記霧を上方へ導く開口部と、
前記開口部を通過した霧を外部へ導く噴口部と、
前記カバー本体内に残った液体を受けるための受け皿部と、を有する請求項1または2に記載の液体霧化装置。
【請求項4】
前記カバー本体は、
前記噴霧出口部に近い側から、第1カバー部と、前記吸気部を有する第2カバー部と、前記開口部および前記噴口部とを有する第3カバー部とを有する請求項3に記載の液体霧化装置。
【請求項5】
前記噴口部が、前記液体噴射部の噴射軸方向に対し、所定の角度で傾斜して形成されており、
前記噴口部と、前記液体噴射部の噴射軸を間に挟んで対向し、当該噴口部方向を照らすように設けられた照明部とをさらに有する請求項4に記載の液体霧化装置。
【請求項1】
液体流を噴射させるための液体噴射部と、
前記液体流に2つの気体流を衝突させるために気体流を噴射するための第1気体噴射部および第2気体噴射部と、
前記液体噴射部から噴射した液体に対し前記第1気体噴射部から噴射された気体流と前記第2気体噴射部から噴射された気体流とを衝突させて2本の液柱を形成し、かつ当該液体を霧化させるエリアである気液混合エリア部と、
前記気液混合エリア部が内部に形成された噴霧出口部と、を有し、
前記噴霧出口部から、前記2本の液柱および前記霧化した霧を噴霧することを特徴とする液体霧化装置。
【請求項2】
前記第1気体噴射部の噴射方向軸と前記第2気体噴射部の噴射方向軸との交差角度が90°〜180°の範囲である、請求項1に記載の液体霧化装置。
【請求項3】
前記液体噴射部の噴射軸方向に沿って、前記噴霧出口部から噴霧された霧を誘導しつつ微細化するためのカバー本体とを備え、
前記カバー本体は、
カバー本体内外の空気の流通を可能とする吸気部と、
前記カバー本体の断面円状の内径よりも小さく、かつ開口内部を通じて前記霧を上方へ導く開口部と、
前記開口部を通過した霧を外部へ導く噴口部と、
前記カバー本体内に残った液体を受けるための受け皿部と、を有する請求項1または2に記載の液体霧化装置。
【請求項4】
前記カバー本体は、
前記噴霧出口部に近い側から、第1カバー部と、前記吸気部を有する第2カバー部と、前記開口部および前記噴口部とを有する第3カバー部とを有する請求項3に記載の液体霧化装置。
【請求項5】
前記噴口部が、前記液体噴射部の噴射軸方向に対し、所定の角度で傾斜して形成されており、
前記噴口部と、前記液体噴射部の噴射軸を間に挟んで対向し、当該噴口部方向を照らすように設けられた照明部とをさらに有する請求項4に記載の液体霧化装置。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図1B】
【図1C】
【図1D】
【図1E】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【公開番号】特開2013−103175(P2013−103175A)
【公開日】平成25年5月30日(2013.5.30)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2011−248886(P2011−248886)
【出願日】平成23年11月14日(2011.11.14)
【出願人】(503045038)ノズルネットワーク株式会社 (18)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成25年5月30日(2013.5.30)
【国際特許分類】
【出願日】平成23年11月14日(2011.11.14)
【出願人】(503045038)ノズルネットワーク株式会社 (18)
【Fターム(参考)】
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