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】２つの気体流同士を衝突させるための第１気体噴射部および第２気体噴射部と、液体を流出させるための液体流出部と、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前記液体流出部から流出した液体とを衝突させて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、前記第１気体噴射部と前記第２気体噴射部に沿って装置外側に断面凸状に突出して形成され、内部に前記気液混合エリア部が形成される突出部と、前記突出部に、前記気液混合エリア部で生成された霧の広角噴霧方向に沿って形成される噴出用スリット部と、前記噴出用スリット部の底部近傍に霧の広角噴霧方向に沿って形成される規制部と、を備える。
【課題解決手段】２つの気体流同士を衝突させるための第１気体噴射部および第２気体噴射部と、液体を流出させるための液体流出部と、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前記液体流出部から流出した液体とを衝突させて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、前記第１気体噴射部と前記第２気体噴射部に沿って装置外側に断面凸状に突出して形成され、内部に前記気液混合エリア部が形成される突出部と、前記突出部に、前記気液混合エリア部で生成された霧の広角噴霧方向に沿って形成される噴出用スリット部と、前記噴出用スリット部の底部近傍に霧の広角噴霧方向に沿って形成される規制部と、を備える。
【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。
【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、また小型化には適していない。
【０００４】
また、従来のノズル構造の場合、噴霧角が広角（例えば８０°以上）であれば、その噴霧流が噴霧出口部に付着し、しずくとなりボタ落ちするので、周辺を濡らしてしまい問題となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
本発明は、上述の従来技術の微細化原理とは異なる原理を用いて、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液体霧化装置は、２つの気体流同士を衝突させるための第１気体噴射部および第２気体噴射部と、
液体を流出させるための液体流出部と、
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前記液体流出部から流出した液体とを衝突させて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、
装置外側に断面凸状に突出して形成され、内部に前記気液混合エリア部が形成される突出部と、
前記突出部に、前記気液混合エリア部で生成された霧の広角噴霧方向に沿って形成される噴出用スリット部と、
前記噴出用スリット部の底部近傍に、前記霧の広角噴霧方向に向かって傾斜して形成される規制部と、を備える。
【０００８】
この構成の作用効果を図１Ａ〜図１Ｃ（霧化エリア部の断面模式図）を参照しながら説明する。第１、第２気体噴射部１、２から噴射した気体流同士１１、２１が衝突して、衝突部１００が形成される。この衝突部１００を含む部分を衝突壁と呼ぶ（図１Ｂ）。液体流出部６から流出された液体６１は、この衝突壁（衝突部１００を含む）に衝突する（図１Ｂ）。衝突壁に液体６１が衝突することで、液体６１が粉砕（霧化）され霧６２となる。霧６２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、突出部３０に形成された噴出用スリット部３１の隙間から広角に広がって（扇状に広がって）噴霧される（図２Ａ，図２Ｂ参照）。このとき、噴出用スリット部３１の底部近傍に霧の広角噴霧方向に向かって規制部３２ａ、３２ｂが形成されている（図１Ｃ）。この規制部３２ａ、３２ｂによって、噴霧される霧がノズル先端面に付着せずに前方へ噴出されやすくなり、広角噴霧でもノズル先端部にしずくが発生しにくく、噴霧パターン長径方向の平均粒子径がほぼ均等になる。
【０００９】
上記規制部３２ａ、３２ｂは、噴出用スリット部３１の凹溝断面の端部よりも外側（噴霧方向）に、その先端部あるいはその傾斜面が突出して形成されていてもよい。また、上記規制部３２ａ、３２ｂは、噴出用スリット部３１の凹溝内部(あるいは突出部３０)よりも外側（噴霧方向）に形成されていてもよい。
【００１０】
本発明において、突出部は、気体オリフィスを形成するための部材と一体に形成されていてもよく、別部材で形成されていてもよい。
【００１１】
本発明の液体霧化装置によれば、気体流同士の衝突部あるいは衝突壁（衝突部を含む）と、液体とを衝突させて衝突粉砕することで、低圧力（低気体圧、低液体圧）、低流量（低気体流量、低液体流量）、低エネルギーで効率的に霧化することができる。また、従来の二流体ノズルに比べ、低気液体積比（または低気液比）で霧化することができる。また、従来の二流体ノズルに比べ、本発明の液体霧化装置は低騒音である。また、本発明の液体霧化装置の構造をシンプルにできる。
【００１２】
気体噴射部から噴射される気体（気体流）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、低気体圧力、低気体流量で、液体を好適に霧化できる。また、衝突部および衝突壁を構成することになる気体流同士の圧力は、同じまたは略同じに設定することが好ましく、衝突部および衝突壁を構成することになる気体流同士の流量も、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。また、衝突部および衝突壁を構成する気体流同士の断面形状は、同一または略同一であることが好ましい。衝突部が変形、サイズ縮小等することを抑制することで、一定の形状、一定サイズの衝突部を維持して、安定した噴霧量で粒子径変動の少ない霧化体を生成するのに好ましい。
【００１３】
液体流出部から流出される液体（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、液体流出部の圧力は、一般的は水道配管の水圧でもよく、液体流出部は、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、「液体流出部から流出した液体」には、自然落下速度で落下する液体も含まれる。
【００１４】
液体流出部と気体噴射部の相対的配置例を図３Ａ〜図３Ｆを参照して説明する。この相対的配置によって、気液衝突位置が規定される。図３Ａの配置は、第１、第２気体噴射部１、２が対向配置され、液体流出部６のノズル先端が第１、第２気体噴射部１，２の両ノズル先端外側面部分に接触している。図３Ｂの配置は、第１、第２気体噴射部１、２が対向配置され、第１、第２気体噴射部１，２の両ノズル先端と液体流出部６のノズル先端部とが接触している。図３Ｂの配置は図３Ａの配置よりも、流出される液体流量が多く、かつ逆流も小さい傾向となる。図３Ｃの配置は、第１、第２気体噴射部１、２の両ノズル先端間に、液体流出部６のノズルが入り込んだ配置である。図３Ｄの配置は、図３Ｂの配置と比較して、第１、第２気体噴射部１，２の両ノズルの間隔が、図３Ｂのそれよりも大きい配置である。図３Ｅの配置は、図３Ｂの配置と比較して、液体流出部６が衝突壁から遠ざかった配置である。また、液体流出部は１つを例示しているが、液体流出部は２つ以上であってもよく、図３Ｆでは、液体流出部は２つ配置されている。なお、図３Ａ〜３Ｆは、突出部等の他の部材を省略して示している。
【００１５】
上記生成される霧は、気体流同士の衝突部から排出される排出気体流とともに噴霧される。この排出気体流によって噴霧パターンが形成される。噴霧パターンは、例えば、２つの噴射された気体流の衝突で形成された衝突部と液体（液体流）とが衝突した場合には、噴出用スリット部３１の開放方向に、液体流出方向軸を中心にして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（図２Ａ、図２Ｂ）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）気体が拡散しており、この方向に霧６２が扇状に広がって噴出されることになる。本発明において、霧６２の広角噴霧角γは、８０°以上であり、１００°〜１８０°の広角噴霧角も可能となる。
【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４に衝突角αを示す。１８０°より小さい衝突角を形成している衝突部に液体（液体流）を衝突させた場合に、この衝突角の角度が小さいほど、従来の二流体ノズルの原理（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）に類似するため、本発明の上記微細化原理の効果が低くなる傾向になるが、一方で、衝突角の角度が小さいほど、流出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液体を衝突させた場合に、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、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。なお、図４において、液体流出部６のノズル先端が、第１、第２気体噴射部１，２の両ノズル先端と接触しているが、これに制限されず、液体流出部６のノズル先端位置が、第１、第２気体噴射部１，２の両ノズル間に配置させていてもよく、図４の配置よりも第１、第２気体噴射部１，２から距離を置いて配置されていてもよい。
【００１７】
上記発明の実施形態例として、図５に示すように、衝突部１００の衝突面１００ａに対して液体の流出方向軸が傾いている例を示す。この傾き角βとしては、０°（直交位置）から±８０°の範囲、好ましくは０°から±４５°、より好ましくは０°から±３０°、さらに好ましくは０°から±１５°の範囲である。傾き角βが小さくなるほど、霧の生成効率（霧化効率）が高い傾向となる。
【００１８】
上記発明の前記規制部の傾斜角度は、１８０°より小さい傾斜角であればよく、例えば、噴霧方向に開くように、１０°〜１６０°の角度範囲が挙げられる。好ましい実施形態としては、２０°〜１５０°の角度範囲で傾斜して形成されていることが好ましい。図１Ｄは、規制部３２ａ、３２ｂの傾斜角度θを示す。傾斜角度θとしては、２０°〜１５０°の範囲が好ましく、より好ましくは、４０°〜１２０°であり、さらに好ましくは、６０°〜９０°である。θが小さくなるほど、噴霧が直進的になり、噴霧出口周辺に霧がより付着しにくくなるが、噴霧パターンの長径が短くなり広角噴霧パターンでなくなる。一方、θが大きくなるほど噴霧出口周辺に霧が付着しやく、しずくになりやすくなる。θが６０°〜９０°の範囲では、しずく発生の抑制効果が高く、広角噴霧パターンを維持できる。また、本発明の規制部によって、傾斜角度θ（＝θ１＋θ２）をコントロールすることで、噴霧パターンの長径の長さ、噴霧パターンを可変にコントロールできる。図１Ｄに示すように、規制部３２ａ、規制部３２ｂは、噴霧方向中心軸から、同じ傾斜角（θ／２ずつ）であることが必ずしも必要ではなく、得たい噴霧パターンに応じて、θ１とθ２の角度が異なっていてもよい。
【００１９】
上記発明の一実施形態として、前記気液混合エリアが、前記噴出用スリット部の底部よりも噴霧方向側に形成されていることが好ましい。
【００２０】
この構成では、図１Ｅに示すように、気液混合エリア１２０（気体流同士および液体流との衝突部エリア）が、噴出用スリット部３１の底部（底面）３１ａよりも噴霧方向側に形成される。従来の二流体ノズルでは最大噴霧角が１００°未満であり、かつ噴霧距離が遠くなれば先細りパターンになっていたが（１００°以上の噴霧角で使用すると実用性が著しく低下していたが）、本発明によれば、先細りが少なく、かつ最大噴霧角（広角噴霧角度γ）が１８０°の噴霧パターンを簡単に得ることができる。さらに、本発明の霧化原理による高い霧化効果と広角噴霧による噴霧パターン断面の低密度により、従来の二流体ノズルよりも大幅な低気水比で微粒化ができる。
【００２１】
上記発明の一実施形態として、前記突出部の装置外部に突出している先端部断面が、半円形状または半楕円形状であることが好ましい。
【００２２】
この構成では、図１Ｃ、図１Ｆ、図２Ｃに示すように、突出部３０の先端部３０ａの断面が、Ｒ形状を有する半円形状または半楕円形状である。これによって、噴霧パターンの長径方向の粒子の密度分布を略均一にでき、Ｒ形状にすることで、噴霧パターンの長径方向の霧粒子の密度分布を制御できる。一方、図２Ｄに示すように、先端部３０ｂが角ばっていると、そこを通過する霧が膨張するときに、霧粒子が引っかかり（接触可能面積が大きいため引っかかりやすい）、噴霧パターンにスジや粗粒子が発生しやすく、また噴霧パターンの中央部分の霧粒子が他エリアよりも高密度になりやすい。
【００２３】
本発明の一実施形態として、前記第１気体噴射部のスリット幅（ｄ１）および前記第２気体噴射部のスリット幅（ｄ２）が、前記液体流出部の出口オリフィス直径（ｄ３）の１倍〜１．５倍であることが好ましい。流出された液体と、気体流同士の衝突部または衝突壁とを衝突させる場合に、衝突部または衝突壁より液体の衝突断面積が小さいことが好ましいからである。気体流同士の衝突部または衝突壁よりも流出した液体の衝突断面が大きいと、液体の一部が衝突部または衝突壁に衝突せずに霧化されない傾向にあり、微粒化が悪い。
【００２４】
この構成では、図１Ｆに示すように、第１気体噴射部１のスリット幅がｄ１であり、不図示の第２気体噴射部２のスリット幅がｄ２であり、ｄ１＝ｄ２の寸法設定である。そして、液体流出部６の出口オリフィス直径がｄ３であるとき、ｄ３＝ｄ１〜１．５×ｄ１の範囲である。これによって、均等な粒子径と拡散分布が得られる。気体噴射部のスリット幅ｄ１が、液体流出部の出口オリフィス直径ｄ３より過大であれば、噴霧パターン中央部の微粒化が低下し、粗粒子が発生しやすい。一方、気体噴射部のスリット幅ｄ１が、液体流出部の出口オリフィス直径ｄ３より過小であれば、噴霧パターンの長径方向の両サイドに粗粒子が多く発生しやすい。
【００２５】
また、第１、第２気体噴射部のオリフィス径（断面円の直径）が、液体流出部のオリフィス径（断面円の直径）の１倍から１．５倍であることが好ましい。上記と同様の理由である。
【００２６】
本発明の一実施形態として、突出部の幅（ｄ４）が、第１気体噴射部のスリット幅（ｄ１）および第２気体噴射部のスリット幅（ｄ２）の１倍より大きく６倍以下であることが好ましく、より好ましくは１．５倍以上４倍以下であり、さらに好ましくは２倍以上３倍以下である。幅ｄ４が大きくなるほど、霧と接触する面積が大きくなりしずく発生がしやすくなる。
【００２７】
また、図１Ｅに示すように、突出部に形成された噴出用スリット部の幅（ｄ５）とスリット深さ（ｄ６）は、特に制限されないが、気液混合エリア１２を噴出用スリット部内部に配置できる程度の空間を有していることが好ましい。
【００２８】
上記発明の一実施形態として、前記液体が連続流、間欠流またはインパルス流の液体であることが好ましい。連続流は、例えば、柱状の液体流である。間欠流は、例えば、所定間隔で流出する液体流である。インパルス流は、例えば、所定のタイミングで瞬間的に流出する液体流である。液体供給装置等で、液体の流出方法を自在に制御することで、霧化タイミング、生成される霧の噴霧量を自在に制御することができる。
【００２９】
上記発明の一実施形態として、前記液体が微細化された液体である。液体流出部から流出される液体として、微細化された液微粒子を用いることができ、液微粒子としては、例えば、二流体ノズル装置、超音波装置、超高圧噴霧装置、蒸発式噴霧装置等で微細化された液微粒子が挙げられる。
【００３０】
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、酸素等が単独で、あるいはそれら複数種類の混合気体が挙げられ、使用目的に応じて適宜設定可能である。
【００３１】
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、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、樹脂等が単独で、あるいはそれら複数種類の混合液体が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】液体霧化装置の一例を説明するための模式図である。
【図１Ｂ】液体霧化装置の一例を説明するための模式図である。
【図１Ｃ】液体霧化装置の一例を説明するための模式図である。
【図１Ｄ】液体霧化装置の一例を説明するための模式図である。
【図１Ｅ】液体霧化装置の一例を説明するための模式図である。
【図１Ｆ】液体霧化装置の一例を説明するための模式図である。
【図２Ａ】液体霧化装置の噴霧出口部を上方から見た模式図である。
【図２Ｂ】液体霧化装置の側面から見た模式図である。
【図２Ｃ】噴霧パターン例を説明するための模式図である。
【図２Ｄ】噴霧パターン例を説明するための模式図である。
【図３Ａ】液体流出部と気体噴射部の相対的配置例の模式図である。
【図３Ｂ】液体流出部と気体噴射部の相対的配置例の模式図である。
【図３Ｃ】液体流出部と気体噴射部の相対的配置例の模式図である。
【図３Ｄ】液体流出部と気体噴射部の相対的配置例の模式図である。
【図３Ｅ】液体流出部と気体噴射部の相対的配置例の模式図である。
【図３Ｆ】液体流出部と気体噴射部の相対的配置例の模式図である。
【図４】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５】液体流出方向の傾きを説明するための模式図である。
【図６Ａ】実施形態１の液体霧化装置の外観斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａの液体霧化装置の一部断面模式図である。
【図６Ｃ】図６Ｂの液体霧化装置の正面模式図である。
【図６Ｄ】図６Ａの液体霧化装置のＡ部拡大図である。
【図７Ａ】図６Ａの気体オリフィスを構成する外キャップ部の一部断面模式図である。
【図７Ｂ】図７Ａの外キャップ部の正面模式図である。
【図７Ｃ】図７Ａの外キャップ部の背面模式図である。
【図７Ｄ】図７Ｂの外キャップ部のＸ−Ｘ断面模式図である。
【図７Ｅ】図７Ａの外キャップ部のＡ部拡大図である。
【図７Ｆ】図７Ｄの外キャップ部のＣ部拡大図である。
【図７Ｇ】図７Ｅの外キャップ部のＢ−Ｂ断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（実施形態１）
本実施形態の液体霧化装置を図６Ａ〜６Ｄを参照しながら説明する。図６Ａ〜６Ｄに示す液体霧化装置は、ノズル装置として構成されている。図７Ａ〜７Ｇは、外キャップ部を説明するための図である。第１気体噴射部を構成する第１気体オリフィス８１と、第２気体噴射部を構成する第２気体オリフィス（不図示）とが、衝突角（α）＝１１０°で気体流同士を衝突させるように配置されている。それぞれのオリフィス断面が四角形である。
【００３４】
図６Ｂに示すように、気体通路部８０から気体が供給される。気体通路部８０が不図示のコンプレッサー等に接続されて、コンプレッサーを制御することで気体の噴射量、噴射速度等を設定できる。気体通路部８０は第１気体オリフィス８１および第２気体オリフィスの両方に通じており、第１気体オリフィス８１および第２気体オリフィスから噴射されるそれぞれの気体の噴射量および噴射速度（流速）は同じ（あるいは略同じ）に設定される。
【００３５】
また、液体通路部９０から液体が供給される。液体通路部９０が不図示の液体供給部に接続され、液体供給部が液体を加圧して液体通路部９０に液送する。液体供給部は、液体の液送量、液送速度を設定する。なお、液体通路部９０は、ノズル内本体９９に形成される。気体通路部８０は、ノズル内本体９９の外壁部にネジ固定で組み込んだノズル外本体８９で形成されている。
【００３６】
ノズル内本体９９の先端に内キャップ部９５が組み込まれ、この内部キャップ部９５によって、液体通路部９０からの供給される液体を流出するための液体オリフィス９１が形成されている。液体オリフィス９１の断面形状は円であることが好ましい。本実施形態では、液体オリフィス９１がその長軸方向にストレートに延び、その先端部９１１は、他のオリフィス径よりも小さい径である。
【００３７】
ノズル外本体８９の先端に外キャップ部８５が組み込まれる。ネジ止部８６がノズル外本体８９にネジ固定されることで、このネジ止部８６に直接に接する外キャップ部８５および外キャップ部８５に押圧される内キャップ部９５をそれぞれ固定する。第１気体オリフィス８１、第２気体オリフィス（不図示）は、外キャップ部８５の内壁面に断面矩形の凹溝を形成し（図７Ｅ、７ＧのＢ−Ｂ断面参照）、この凹溝が内キャップ部９５で密閉されることで断面矩形の第１気体オリフィス８１、第２気体オリフィス（不図示）を形成している。凹溝８１は、スリット幅ｄ１、スリット深さｄ１１で示される。また、各部材の固定方法はネジ固定に限定されず、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。
【００３８】
図７Ａ〜７Ｄに示すように、外キャップ部８５には、装置外側に断面凸状に突出した突出部８５１が形成されている。この突出部８５１の内部に気液混合エリア部（不図示）が形成される。この突出部８５１に、噴出用スリット部８５１ａが形成されている。さらに、図７Ｆに示すように、噴出用スリット部８５１ａの底部近傍に霧の広角噴霧方向に沿って規制部８５２ａ、８５２ｂが形成される。本実施形態において、この規制部８５２ａ、８５２ｂで形成される傾斜角度（θ）は、６０°である。この規制部８５２ａ、８５２ｂによって、噴霧される霧がノズル先端面に付着せずに前方へ噴出されやすくなり、広角噴霧でもノズル先端部にしずくが発生しにくく、噴霧パターン長径方向の平均粒子径がほぼ均等になる。なお、傾斜角度θは６０°に制限されない。
【００３９】
また、図７Ｆに示すように、突出部８５１の先端断面８５１ｂは、半円形状である。これによって、噴霧パターンの長径方向の粒子の密度分布を略均一にでき、先端断面をＲ形状にすることで、噴霧パターンの長径方向の霧粒子の密度分布を好適に制御できる。
【００４０】
また、２本の気体流同士と１本の液体流が衝突するエリアである気液混合エリア（不図示）が、噴出用スリット部８５１ａの底部よりも噴霧方向側に形成されている。これによって、先細りが少なく、かつ最大噴霧角（広角噴霧角度γ）が１８０°の噴霧パターンを簡単に得ることができる。
【００４１】
上記実施形態１では、外キャップ部８５と内キャップ部９５とで、第１、第２気体オリフィスを形成しているが、一部材で第１、第２気体オリフィスを形成してもよい。また、第１、２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、円状でもよい。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°の範囲で設定できる。
【００４２】
（実施例１）
上記実施形態１に示す構成の液体霧化装置を用いて、しずく発生の有無を評価した。実施例１の突出部８５１の噴出用スリット部８５１ａは、幅（ｄ４）が１ｍｍ、スリット深さ（ｄ６）が０．９５ｍｍ、スリット間隔（ｄ５）が０．３ｍｍとし、規制部８５２ａ、８５２ｂの傾斜角度θが６０°、第１、第２気体オリフィスの矩形断面がスリット幅（ｄ１）が０．４７ｍｍ、スリット深さ（ｄ１１）が０．５７ｍｍ、液体オリフィス先端部の断面直径がφ０．３５ｍｍとした。気体に空気を用い、液体に水を用いた。気体噴射の空気量Ｑａを１０．０（ＮＬ／ｍｉｎ）、噴霧（水）量Ｑｗを２５．０（ｍｌ／ｍｉｎ）とした場合、および気体噴射の空気量Ｑａを１０．０（ＮＬ／ｍｉｎ）、噴霧（水）量Ｑｗを５０．０（ｍｌ／ｍｉｎ）とした場合のそれぞれの空気圧Ｐａ、水圧Ｐｗ、噴霧角、平均粒子径（ＳＭＤ）、しずく量を評価した。その結果を表１に示す。いずれの場合もしずくが発生しないことを確認できた。一方、この実施例１において、比較例１として規制部８５２ａ、８５２ｂを無くしたもので同じ評価を行ったところ、しずくが発生したことを確認した。
【００４３】
【表１】
【００４４】
（実施例２）
上記実施例１において、規制部８５２ａ、８５２ｂの傾斜角度を９０°とし、気体噴射の空気量Ｑａを１０．０（ＮＬ／ｍｉｎ）、噴霧（水）量Ｑｗを５０．０（ｍｌ／ｍｉｎ）とした場合の空気圧Ｐａ、水圧Ｐｗ、スプレーパターンの長径方向の中央部および両端部の平均粒子径（ＳＭＤ）を評価した。この比較として、規制部８５２ａ、８５２ｂを無くしたもので同じ評価をした（比較例２）。その結果を表２に示す。実施例２では、スプレーパターンの長径方向の中央部と両端部とで霧が略同じ平均粒子径であった。一方、比較例２ではスプレーパターンの長径方向の両端部の方の霧の平均粒子径が明らかに大きかった、規制部８５２ａ、８５２ｂがあることで、スプレーパターンの長径方向における霧の平均粒子径分布が略均一になることを確認できた。
【００４５】
【表２】
【００４６】
（実施例３：スプレーパターンの密度分布の評価）
実施例１は、突出部８５１の先端面８５１ｂが半円状になっている（実施例３として表３に記載した）。この比較として、その先端が角張っている断面矩形状の突出部について評価した（比較例３）。その結果を表３に示す。実施例３では、スプレーパターンの長径方向において、霧粒子の密度分布が略均一になっていたことを確認できた。一方、比較例３では、スプレーパターンの長径方向において、図２Ｄのように霧粒子の高密度のエリアと低密度のエリアとが分かれて確認できた。
【００４７】
【表３】
【００４８】
（実施例４）
次に、液体オリフィス先端直径をφ＝０．３５ｍｍに固定し、気体オリフィスの矩形断面サイズを変えて、気体噴射の空気量Ｑａを１０．０（ＮＬ／ｍｉｎ）、噴霧（水）量Ｑｗを５０．０（ｍｌ／ｍｉｎ）とした場合の空気圧Ｐａ、水圧Ｐｗ、スプレーパターンの長径方向の中央部および両端部Ａ，Ｂの平均粒子径（ＳＭＤ）を評価した（比較例４，５）。その結果を表４に示す。実施例４（スリット幅が液体オリフィス先端直径の１．３５倍）では、スプレーパターンの長径方向において、中央部、両端部Ａ，Ｂが略均一の粒子径であり、略均一の微細化であった。一方、比較例４（気体オリフィスの矩形断面サイズが過大、スリット幅が液体オリフィス先端直径の２．２４倍）では、スプレーパターンの長径方向において、中央部の平均粒子径が両端部のそれよりも２倍以上であり、液体の微細化効果が低くかった。これは、空気量と噴霧量とを一定条件にして行ったため、２つの気体流の衝突壁における空気密度が実施例４よりも低く、液体の微細化が進む前に前方へ噴霧されてしまったと推測される。また、比較例５（気体オリフィスの矩形断面サイズが過小、スリット幅が液体オリフィス先端直径の０．８５倍）では、スプレーパターンの長径方向において、中央部の平均粒子径が両端部のそれよりも２倍程度小さく、液体の微細化効果が低くかった。これは、２つの気体流の衝突壁よりもこれと衝突する液体の断面積が大きいため、液体流の径方向にいく程、気体流との衝突が少なかったものと推測される。
【００４９】
【表４】
【００５０】
なお、上記において、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、ノズル先端から１５０ｍｍの位置とした。
【符号の説明】
【００５１】
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）
３０ 突出部
３１ 噴出用スリット部
３２ａ、３２ｂ 規制部
６２ 霧
８１ 第１気体オリフィス
８５ 外側キャップ部
８５１ 突出部
８５１ａ 噴出用スリット部
８５１ｂ 先端断面
８５２ａ、８５２ｂ 規制部
９１ 液体オリフィス
１００ 衝突部
１００ａ 衝突面
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。
【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、また小型化には適していない。
【０００４】
また、従来のノズル構造の場合、噴霧角が広角（例えば８０°以上）であれば、その噴霧流が噴霧出口部に付着し、しずくとなりボタ落ちするので、周辺を濡らしてしまい問題となっていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【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】
【０００６】
本発明は、上述の従来技術の微細化原理とは異なる原理を用いて、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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の液体霧化装置は、２つの気体流同士を衝突させるための第１気体噴射部および第２気体噴射部と、
液体を流出させるための液体流出部と、
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前記液体流出部から流出した液体とを衝突させて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、
装置外側に断面凸状に突出して形成され、内部に前記気液混合エリア部が形成される突出部と、
前記突出部に、前記気液混合エリア部で生成された霧の広角噴霧方向に沿って形成される噴出用スリット部と、
前記噴出用スリット部の底部近傍に、前記霧の広角噴霧方向に向かって傾斜して形成される規制部と、を備える。
【０００８】
この構成の作用効果を図１Ａ〜図１Ｃ（霧化エリア部の断面模式図）を参照しながら説明する。第１、第２気体噴射部１、２から噴射した気体流同士１１、２１が衝突して、衝突部１００が形成される。この衝突部１００を含む部分を衝突壁と呼ぶ（図１Ｂ）。液体流出部６から流出された液体６１は、この衝突壁（衝突部１００を含む）に衝突する（図１Ｂ）。衝突壁に液体６１が衝突することで、液体６１が粉砕（霧化）され霧６２となる。霧６２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、突出部３０に形成された噴出用スリット部３１の隙間から広角に広がって（扇状に広がって）噴霧される（図２Ａ，図２Ｂ参照）。このとき、噴出用スリット部３１の底部近傍に霧の広角噴霧方向に向かって規制部３２ａ、３２ｂが形成されている（図１Ｃ）。この規制部３２ａ、３２ｂによって、噴霧される霧がノズル先端面に付着せずに前方へ噴出されやすくなり、広角噴霧でもノズル先端部にしずくが発生しにくく、噴霧パターン長径方向の平均粒子径がほぼ均等になる。
【０００９】
上記規制部３２ａ、３２ｂは、噴出用スリット部３１の凹溝断面の端部よりも外側（噴霧方向）に、その先端部あるいはその傾斜面が突出して形成されていてもよい。また、上記規制部３２ａ、３２ｂは、噴出用スリット部３１の凹溝内部(あるいは突出部３０)よりも外側（噴霧方向）に形成されていてもよい。
【００１０】
本発明において、突出部は、気体オリフィスを形成するための部材と一体に形成されていてもよく、別部材で形成されていてもよい。
【００１１】
本発明の液体霧化装置によれば、気体流同士の衝突部あるいは衝突壁（衝突部を含む）と、液体とを衝突させて衝突粉砕することで、低圧力（低気体圧、低液体圧）、低流量（低気体流量、低液体流量）、低エネルギーで効率的に霧化することができる。また、従来の二流体ノズルに比べ、低気液体積比（または低気液比）で霧化することができる。また、従来の二流体ノズルに比べ、本発明の液体霧化装置は低騒音である。また、本発明の液体霧化装置の構造をシンプルにできる。
【００１２】
気体噴射部から噴射される気体（気体流）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、低気体圧力、低気体流量で、液体を好適に霧化できる。また、衝突部および衝突壁を構成することになる気体流同士の圧力は、同じまたは略同じに設定することが好ましく、衝突部および衝突壁を構成することになる気体流同士の流量も、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。また、衝突部および衝突壁を構成する気体流同士の断面形状は、同一または略同一であることが好ましい。衝突部が変形、サイズ縮小等することを抑制することで、一定の形状、一定サイズの衝突部を維持して、安定した噴霧量で粒子径変動の少ない霧化体を生成するのに好ましい。
【００１３】
液体流出部から流出される液体（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、液体流出部の圧力は、一般的は水道配管の水圧でもよく、液体流出部は、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、「液体流出部から流出した液体」には、自然落下速度で落下する液体も含まれる。
【００１４】
液体流出部と気体噴射部の相対的配置例を図３Ａ〜図３Ｆを参照して説明する。この相対的配置によって、気液衝突位置が規定される。図３Ａの配置は、第１、第２気体噴射部１、２が対向配置され、液体流出部６のノズル先端が第１、第２気体噴射部１，２の両ノズル先端外側面部分に接触している。図３Ｂの配置は、第１、第２気体噴射部１、２が対向配置され、第１、第２気体噴射部１，２の両ノズル先端と液体流出部６のノズル先端部とが接触している。図３Ｂの配置は図３Ａの配置よりも、流出される液体流量が多く、かつ逆流も小さい傾向となる。図３Ｃの配置は、第１、第２気体噴射部１、２の両ノズル先端間に、液体流出部６のノズルが入り込んだ配置である。図３Ｄの配置は、図３Ｂの配置と比較して、第１、第２気体噴射部１，２の両ノズルの間隔が、図３Ｂのそれよりも大きい配置である。図３Ｅの配置は、図３Ｂの配置と比較して、液体流出部６が衝突壁から遠ざかった配置である。また、液体流出部は１つを例示しているが、液体流出部は２つ以上であってもよく、図３Ｆでは、液体流出部は２つ配置されている。なお、図３Ａ〜３Ｆは、突出部等の他の部材を省略して示している。
【００１５】
上記生成される霧は、気体流同士の衝突部から排出される排出気体流とともに噴霧される。この排出気体流によって噴霧パターンが形成される。噴霧パターンは、例えば、２つの噴射された気体流の衝突で形成された衝突部と液体（液体流）とが衝突した場合には、噴出用スリット部３１の開放方向に、液体流出方向軸を中心にして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（図２Ａ、図２Ｂ）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）気体が拡散しており、この方向に霧６２が扇状に広がって噴出されることになる。本発明において、霧６２の広角噴霧角γは、８０°以上であり、１００°〜１８０°の広角噴霧角も可能となる。
【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４に衝突角αを示す。１８０°より小さい衝突角を形成している衝突部に液体（液体流）を衝突させた場合に、この衝突角の角度が小さいほど、従来の二流体ノズルの原理（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）に類似するため、本発明の上記微細化原理の効果が低くなる傾向になるが、一方で、衝突角の角度が小さいほど、流出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液体を衝突させた場合に、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、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。なお、図４において、液体流出部６のノズル先端が、第１、第２気体噴射部１，２の両ノズル先端と接触しているが、これに制限されず、液体流出部６のノズル先端位置が、第１、第２気体噴射部１，２の両ノズル間に配置させていてもよく、図４の配置よりも第１、第２気体噴射部１，２から距離を置いて配置されていてもよい。
【００１７】
上記発明の実施形態例として、図５に示すように、衝突部１００の衝突面１００ａに対して液体の流出方向軸が傾いている例を示す。この傾き角βとしては、０°（直交位置）から±８０°の範囲、好ましくは０°から±４５°、より好ましくは０°から±３０°、さらに好ましくは０°から±１５°の範囲である。傾き角βが小さくなるほど、霧の生成効率（霧化効率）が高い傾向となる。
【００１８】
上記発明の前記規制部の傾斜角度は、１８０°より小さい傾斜角であればよく、例えば、噴霧方向に開くように、１０°〜１６０°の角度範囲が挙げられる。好ましい実施形態としては、２０°〜１５０°の角度範囲で傾斜して形成されていることが好ましい。図１Ｄは、規制部３２ａ、３２ｂの傾斜角度θを示す。傾斜角度θとしては、２０°〜１５０°の範囲が好ましく、より好ましくは、４０°〜１２０°であり、さらに好ましくは、６０°〜９０°である。θが小さくなるほど、噴霧が直進的になり、噴霧出口周辺に霧がより付着しにくくなるが、噴霧パターンの長径が短くなり広角噴霧パターンでなくなる。一方、θが大きくなるほど噴霧出口周辺に霧が付着しやく、しずくになりやすくなる。θが６０°〜９０°の範囲では、しずく発生の抑制効果が高く、広角噴霧パターンを維持できる。また、本発明の規制部によって、傾斜角度θ（＝θ１＋θ２）をコントロールすることで、噴霧パターンの長径の長さ、噴霧パターンを可変にコントロールできる。図１Ｄに示すように、規制部３２ａ、規制部３２ｂは、噴霧方向中心軸から、同じ傾斜角（θ／２ずつ）であることが必ずしも必要ではなく、得たい噴霧パターンに応じて、θ１とθ２の角度が異なっていてもよい。
【００１９】
上記発明の一実施形態として、前記気液混合エリアが、前記噴出用スリット部の底部よりも噴霧方向側に形成されていることが好ましい。
【００２０】
この構成では、図１Ｅに示すように、気液混合エリア１２０（気体流同士および液体流との衝突部エリア）が、噴出用スリット部３１の底部（底面）３１ａよりも噴霧方向側に形成される。従来の二流体ノズルでは最大噴霧角が１００°未満であり、かつ噴霧距離が遠くなれば先細りパターンになっていたが（１００°以上の噴霧角で使用すると実用性が著しく低下していたが）、本発明によれば、先細りが少なく、かつ最大噴霧角（広角噴霧角度γ）が１８０°の噴霧パターンを簡単に得ることができる。さらに、本発明の霧化原理による高い霧化効果と広角噴霧による噴霧パターン断面の低密度により、従来の二流体ノズルよりも大幅な低気水比で微粒化ができる。
【００２１】
上記発明の一実施形態として、前記突出部の装置外部に突出している先端部断面が、半円形状または半楕円形状であることが好ましい。
【００２２】
この構成では、図１Ｃ、図１Ｆ、図２Ｃに示すように、突出部３０の先端部３０ａの断面が、Ｒ形状を有する半円形状または半楕円形状である。これによって、噴霧パターンの長径方向の粒子の密度分布を略均一にでき、Ｒ形状にすることで、噴霧パターンの長径方向の霧粒子の密度分布を制御できる。一方、図２Ｄに示すように、先端部３０ｂが角ばっていると、そこを通過する霧が膨張するときに、霧粒子が引っかかり（接触可能面積が大きいため引っかかりやすい）、噴霧パターンにスジや粗粒子が発生しやすく、また噴霧パターンの中央部分の霧粒子が他エリアよりも高密度になりやすい。
【００２３】
本発明の一実施形態として、前記第１気体噴射部のスリット幅（ｄ１）および前記第２気体噴射部のスリット幅（ｄ２）が、前記液体流出部の出口オリフィス直径（ｄ３）の１倍〜１．５倍であることが好ましい。流出された液体と、気体流同士の衝突部または衝突壁とを衝突させる場合に、衝突部または衝突壁より液体の衝突断面積が小さいことが好ましいからである。気体流同士の衝突部または衝突壁よりも流出した液体の衝突断面が大きいと、液体の一部が衝突部または衝突壁に衝突せずに霧化されない傾向にあり、微粒化が悪い。
【００２４】
この構成では、図１Ｆに示すように、第１気体噴射部１のスリット幅がｄ１であり、不図示の第２気体噴射部２のスリット幅がｄ２であり、ｄ１＝ｄ２の寸法設定である。そして、液体流出部６の出口オリフィス直径がｄ３であるとき、ｄ３＝ｄ１〜１．５×ｄ１の範囲である。これによって、均等な粒子径と拡散分布が得られる。気体噴射部のスリット幅ｄ１が、液体流出部の出口オリフィス直径ｄ３より過大であれば、噴霧パターン中央部の微粒化が低下し、粗粒子が発生しやすい。一方、気体噴射部のスリット幅ｄ１が、液体流出部の出口オリフィス直径ｄ３より過小であれば、噴霧パターンの長径方向の両サイドに粗粒子が多く発生しやすい。
【００２５】
また、第１、第２気体噴射部のオリフィス径（断面円の直径）が、液体流出部のオリフィス径（断面円の直径）の１倍から１．５倍であることが好ましい。上記と同様の理由である。
【００２６】
本発明の一実施形態として、突出部の幅（ｄ４）が、第１気体噴射部のスリット幅（ｄ１）および第２気体噴射部のスリット幅（ｄ２）の１倍より大きく６倍以下であることが好ましく、より好ましくは１．５倍以上４倍以下であり、さらに好ましくは２倍以上３倍以下である。幅ｄ４が大きくなるほど、霧と接触する面積が大きくなりしずく発生がしやすくなる。
【００２７】
また、図１Ｅに示すように、突出部に形成された噴出用スリット部の幅（ｄ５）とスリット深さ（ｄ６）は、特に制限されないが、気液混合エリア１２を噴出用スリット部内部に配置できる程度の空間を有していることが好ましい。
【００２８】
上記発明の一実施形態として、前記液体が連続流、間欠流またはインパルス流の液体であることが好ましい。連続流は、例えば、柱状の液体流である。間欠流は、例えば、所定間隔で流出する液体流である。インパルス流は、例えば、所定のタイミングで瞬間的に流出する液体流である。液体供給装置等で、液体の流出方法を自在に制御することで、霧化タイミング、生成される霧の噴霧量を自在に制御することができる。
【００２９】
上記発明の一実施形態として、前記液体が微細化された液体である。液体流出部から流出される液体として、微細化された液微粒子を用いることができ、液微粒子としては、例えば、二流体ノズル装置、超音波装置、超高圧噴霧装置、蒸発式噴霧装置等で微細化された液微粒子が挙げられる。
【００３０】
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、酸素等が単独で、あるいはそれら複数種類の混合気体が挙げられ、使用目的に応じて適宜設定可能である。
【００３１】
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、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、樹脂等が単独で、あるいはそれら複数種類の混合液体が挙げられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１Ａ】液体霧化装置の一例を説明するための模式図である。
【図１Ｂ】液体霧化装置の一例を説明するための模式図である。
【図１Ｃ】液体霧化装置の一例を説明するための模式図である。
【図１Ｄ】液体霧化装置の一例を説明するための模式図である。
【図１Ｅ】液体霧化装置の一例を説明するための模式図である。
【図１Ｆ】液体霧化装置の一例を説明するための模式図である。
【図２Ａ】液体霧化装置の噴霧出口部を上方から見た模式図である。
【図２Ｂ】液体霧化装置の側面から見た模式図である。
【図２Ｃ】噴霧パターン例を説明するための模式図である。
【図２Ｄ】噴霧パターン例を説明するための模式図である。
【図３Ａ】液体流出部と気体噴射部の相対的配置例の模式図である。
【図３Ｂ】液体流出部と気体噴射部の相対的配置例の模式図である。
【図３Ｃ】液体流出部と気体噴射部の相対的配置例の模式図である。
【図３Ｄ】液体流出部と気体噴射部の相対的配置例の模式図である。
【図３Ｅ】液体流出部と気体噴射部の相対的配置例の模式図である。
【図３Ｆ】液体流出部と気体噴射部の相対的配置例の模式図である。
【図４】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５】液体流出方向の傾きを説明するための模式図である。
【図６Ａ】実施形態１の液体霧化装置の外観斜視図である。
【図６Ｂ】図６Ａの液体霧化装置の一部断面模式図である。
【図６Ｃ】図６Ｂの液体霧化装置の正面模式図である。
【図６Ｄ】図６Ａの液体霧化装置のＡ部拡大図である。
【図７Ａ】図６Ａの気体オリフィスを構成する外キャップ部の一部断面模式図である。
【図７Ｂ】図７Ａの外キャップ部の正面模式図である。
【図７Ｃ】図７Ａの外キャップ部の背面模式図である。
【図７Ｄ】図７Ｂの外キャップ部のＸ−Ｘ断面模式図である。
【図７Ｅ】図７Ａの外キャップ部のＡ部拡大図である。
【図７Ｆ】図７Ｄの外キャップ部のＣ部拡大図である。
【図７Ｇ】図７Ｅの外キャップ部のＢ−Ｂ断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
（実施形態１）
本実施形態の液体霧化装置を図６Ａ〜６Ｄを参照しながら説明する。図６Ａ〜６Ｄに示す液体霧化装置は、ノズル装置として構成されている。図７Ａ〜７Ｇは、外キャップ部を説明するための図である。第１気体噴射部を構成する第１気体オリフィス８１と、第２気体噴射部を構成する第２気体オリフィス（不図示）とが、衝突角（α）＝１１０°で気体流同士を衝突させるように配置されている。それぞれのオリフィス断面が四角形である。
【００３４】
図６Ｂに示すように、気体通路部８０から気体が供給される。気体通路部８０が不図示のコンプレッサー等に接続されて、コンプレッサーを制御することで気体の噴射量、噴射速度等を設定できる。気体通路部８０は第１気体オリフィス８１および第２気体オリフィスの両方に通じており、第１気体オリフィス８１および第２気体オリフィスから噴射されるそれぞれの気体の噴射量および噴射速度（流速）は同じ（あるいは略同じ）に設定される。
【００３５】
また、液体通路部９０から液体が供給される。液体通路部９０が不図示の液体供給部に接続され、液体供給部が液体を加圧して液体通路部９０に液送する。液体供給部は、液体の液送量、液送速度を設定する。なお、液体通路部９０は、ノズル内本体９９に形成される。気体通路部８０は、ノズル内本体９９の外壁部にネジ固定で組み込んだノズル外本体８９で形成されている。
【００３６】
ノズル内本体９９の先端に内キャップ部９５が組み込まれ、この内部キャップ部９５によって、液体通路部９０からの供給される液体を流出するための液体オリフィス９１が形成されている。液体オリフィス９１の断面形状は円であることが好ましい。本実施形態では、液体オリフィス９１がその長軸方向にストレートに延び、その先端部９１１は、他のオリフィス径よりも小さい径である。
【００３７】
ノズル外本体８９の先端に外キャップ部８５が組み込まれる。ネジ止部８６がノズル外本体８９にネジ固定されることで、このネジ止部８６に直接に接する外キャップ部８５および外キャップ部８５に押圧される内キャップ部９５をそれぞれ固定する。第１気体オリフィス８１、第２気体オリフィス（不図示）は、外キャップ部８５の内壁面に断面矩形の凹溝を形成し（図７Ｅ、７ＧのＢ−Ｂ断面参照）、この凹溝が内キャップ部９５で密閉されることで断面矩形の第１気体オリフィス８１、第２気体オリフィス（不図示）を形成している。凹溝８１は、スリット幅ｄ１、スリット深さｄ１１で示される。また、各部材の固定方法はネジ固定に限定されず、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。
【００３８】
図７Ａ〜７Ｄに示すように、外キャップ部８５には、装置外側に断面凸状に突出した突出部８５１が形成されている。この突出部８５１の内部に気液混合エリア部（不図示）が形成される。この突出部８５１に、噴出用スリット部８５１ａが形成されている。さらに、図７Ｆに示すように、噴出用スリット部８５１ａの底部近傍に霧の広角噴霧方向に沿って規制部８５２ａ、８５２ｂが形成される。本実施形態において、この規制部８５２ａ、８５２ｂで形成される傾斜角度（θ）は、６０°である。この規制部８５２ａ、８５２ｂによって、噴霧される霧がノズル先端面に付着せずに前方へ噴出されやすくなり、広角噴霧でもノズル先端部にしずくが発生しにくく、噴霧パターン長径方向の平均粒子径がほぼ均等になる。なお、傾斜角度θは６０°に制限されない。
【００３９】
また、図７Ｆに示すように、突出部８５１の先端断面８５１ｂは、半円形状である。これによって、噴霧パターンの長径方向の粒子の密度分布を略均一にでき、先端断面をＲ形状にすることで、噴霧パターンの長径方向の霧粒子の密度分布を好適に制御できる。
【００４０】
また、２本の気体流同士と１本の液体流が衝突するエリアである気液混合エリア（不図示）が、噴出用スリット部８５１ａの底部よりも噴霧方向側に形成されている。これによって、先細りが少なく、かつ最大噴霧角（広角噴霧角度γ）が１８０°の噴霧パターンを簡単に得ることができる。
【００４１】
上記実施形態１では、外キャップ部８５と内キャップ部９５とで、第１、第２気体オリフィスを形成しているが、一部材で第１、第２気体オリフィスを形成してもよい。また、第１、２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、円状でもよい。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°の範囲で設定できる。
【００４２】
（実施例１）
上記実施形態１に示す構成の液体霧化装置を用いて、しずく発生の有無を評価した。実施例１の突出部８５１の噴出用スリット部８５１ａは、幅（ｄ４）が１ｍｍ、スリット深さ（ｄ６）が０．９５ｍｍ、スリット間隔（ｄ５）が０．３ｍｍとし、規制部８５２ａ、８５２ｂの傾斜角度θが６０°、第１、第２気体オリフィスの矩形断面がスリット幅（ｄ１）が０．４７ｍｍ、スリット深さ（ｄ１１）が０．５７ｍｍ、液体オリフィス先端部の断面直径がφ０．３５ｍｍとした。気体に空気を用い、液体に水を用いた。気体噴射の空気量Ｑａを１０．０（ＮＬ／ｍｉｎ）、噴霧（水）量Ｑｗを２５．０（ｍｌ／ｍｉｎ）とした場合、および気体噴射の空気量Ｑａを１０．０（ＮＬ／ｍｉｎ）、噴霧（水）量Ｑｗを５０．０（ｍｌ／ｍｉｎ）とした場合のそれぞれの空気圧Ｐａ、水圧Ｐｗ、噴霧角、平均粒子径（ＳＭＤ）、しずく量を評価した。その結果を表１に示す。いずれの場合もしずくが発生しないことを確認できた。一方、この実施例１において、比較例１として規制部８５２ａ、８５２ｂを無くしたもので同じ評価を行ったところ、しずくが発生したことを確認した。
【００４３】
【表１】
【００４４】
（実施例２）
上記実施例１において、規制部８５２ａ、８５２ｂの傾斜角度を９０°とし、気体噴射の空気量Ｑａを１０．０（ＮＬ／ｍｉｎ）、噴霧（水）量Ｑｗを５０．０（ｍｌ／ｍｉｎ）とした場合の空気圧Ｐａ、水圧Ｐｗ、スプレーパターンの長径方向の中央部および両端部の平均粒子径（ＳＭＤ）を評価した。この比較として、規制部８５２ａ、８５２ｂを無くしたもので同じ評価をした（比較例２）。その結果を表２に示す。実施例２では、スプレーパターンの長径方向の中央部と両端部とで霧が略同じ平均粒子径であった。一方、比較例２ではスプレーパターンの長径方向の両端部の方の霧の平均粒子径が明らかに大きかった、規制部８５２ａ、８５２ｂがあることで、スプレーパターンの長径方向における霧の平均粒子径分布が略均一になることを確認できた。
【００４５】
【表２】
【００４６】
（実施例３：スプレーパターンの密度分布の評価）
実施例１は、突出部８５１の先端面８５１ｂが半円状になっている（実施例３として表３に記載した）。この比較として、その先端が角張っている断面矩形状の突出部について評価した（比較例３）。その結果を表３に示す。実施例３では、スプレーパターンの長径方向において、霧粒子の密度分布が略均一になっていたことを確認できた。一方、比較例３では、スプレーパターンの長径方向において、図２Ｄのように霧粒子の高密度のエリアと低密度のエリアとが分かれて確認できた。
【００４７】
【表３】
【００４８】
（実施例４）
次に、液体オリフィス先端直径をφ＝０．３５ｍｍに固定し、気体オリフィスの矩形断面サイズを変えて、気体噴射の空気量Ｑａを１０．０（ＮＬ／ｍｉｎ）、噴霧（水）量Ｑｗを５０．０（ｍｌ／ｍｉｎ）とした場合の空気圧Ｐａ、水圧Ｐｗ、スプレーパターンの長径方向の中央部および両端部Ａ，Ｂの平均粒子径（ＳＭＤ）を評価した（比較例４，５）。その結果を表４に示す。実施例４（スリット幅が液体オリフィス先端直径の１．３５倍）では、スプレーパターンの長径方向において、中央部、両端部Ａ，Ｂが略均一の粒子径であり、略均一の微細化であった。一方、比較例４（気体オリフィスの矩形断面サイズが過大、スリット幅が液体オリフィス先端直径の２．２４倍）では、スプレーパターンの長径方向において、中央部の平均粒子径が両端部のそれよりも２倍以上であり、液体の微細化効果が低くかった。これは、空気量と噴霧量とを一定条件にして行ったため、２つの気体流の衝突壁における空気密度が実施例４よりも低く、液体の微細化が進む前に前方へ噴霧されてしまったと推測される。また、比較例５（気体オリフィスの矩形断面サイズが過小、スリット幅が液体オリフィス先端直径の０．８５倍）では、スプレーパターンの長径方向において、中央部の平均粒子径が両端部のそれよりも２倍程度小さく、液体の微細化効果が低くかった。これは、２つの気体流の衝突壁よりもこれと衝突する液体の断面積が大きいため、液体流の径方向にいく程、気体流との衝突が少なかったものと推測される。
【００４９】
【表４】
【００５０】
なお、上記において、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、ノズル先端から１５０ｍｍの位置とした。
【符号の説明】
【００５１】
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）
３０ 突出部
３１ 噴出用スリット部
３２ａ、３２ｂ 規制部
６２ 霧
８１ 第１気体オリフィス
８５ 外側キャップ部
８５１ 突出部
８５１ａ 噴出用スリット部
８５１ｂ 先端断面
８５２ａ、８５２ｂ 規制部
９１ 液体オリフィス
１００ 衝突部
１００ａ 衝突面
１２０ 気液混合エリア
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの気体流同士を衝突させるための第１気体噴射部および第２気体噴射部と、
液体を流出させるための液体流出部と、
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前記液体流出部から流出した液体とを衝突させて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、
装置外側に断面凸状に突出して形成され、内部に前記気液混合エリア部が形成される突出部と、
前記突出部に、前記気液混合エリア部で生成された霧の広角噴霧方向に沿って形成される噴出用スリット部と、
前記噴出用スリット部の底部近傍に、前記霧の広角噴霧方向に向かって傾斜して形成される規制部と、を備える液体霧化装置。
【請求項２】
前記規制部は、２０°〜１５０°の角度範囲で傾斜して形成される、請求項１に記載の液体霧化装置。
【請求項３】
前記気液混合エリアが、前記噴出用スリット部の底部よりも噴霧方向側に形成される、請求項１または２に記載の液体霧化装置。
【請求項４】
前記突出部の装置外部に突出している先端部断面が、半円形状または半楕円形状である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体霧化装置。
【請求項５】
前記第１気体噴射部のスリット幅（ｄ１）および前記第２気体噴射部のスリット幅（ｄ２）が、前記液体流出部の出口オリフィス直径（ｄ３）の１倍〜１．５倍である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体霧化装置。
【請求項１】
２つの気体流同士を衝突させるための第１気体噴射部および第２気体噴射部と、
液体を流出させるための液体流出部と、
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前記液体流出部から流出した液体とを衝突させて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、
装置外側に断面凸状に突出して形成され、内部に前記気液混合エリア部が形成される突出部と、
前記突出部に、前記気液混合エリア部で生成された霧の広角噴霧方向に沿って形成される噴出用スリット部と、
前記噴出用スリット部の底部近傍に、前記霧の広角噴霧方向に向かって傾斜して形成される規制部と、を備える液体霧化装置。
【請求項２】
前記規制部は、２０°〜１５０°の角度範囲で傾斜して形成される、請求項１に記載の液体霧化装置。
【請求項３】
前記気液混合エリアが、前記噴出用スリット部の底部よりも噴霧方向側に形成される、請求項１または２に記載の液体霧化装置。
【請求項４】
前記突出部の装置外部に突出している先端部断面が、半円形状または半楕円形状である、請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体霧化装置。
【請求項５】
前記第１気体噴射部のスリット幅（ｄ１）および前記第２気体噴射部のスリット幅（ｄ２）が、前記液体流出部の出口オリフィス直径（ｄ３）の１倍〜１．５倍である、請求項１〜４のいずれか１項に記載の液体霧化装置。
【図１Ａ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【図７Ｇ】
【図１Ｂ】
【図１Ｃ】
【図１Ｄ】
【図１Ｅ】
【図１Ｆ】
【図２Ａ】
【図２Ｂ】
【図２Ｃ】
【図２Ｄ】
【図３Ａ】
【図３Ｂ】
【図３Ｃ】
【図３Ｄ】
【図３Ｅ】
【図３Ｆ】
【図４】
【図５】
【図６Ａ】
【図６Ｂ】
【図６Ｃ】
【図６Ｄ】
【図７Ａ】
【図７Ｂ】
【図７Ｃ】
【図７Ｄ】
【図７Ｅ】
【図７Ｆ】
【図７Ｇ】
【公開番号】特開２０１３−９４７４９（Ｐ２０１３−９４７４９Ａ）
【公開日】平成２５年５月２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２４１３３０（Ｐ２０１１−２４１３３０）
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【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２０日（２０１３．５．２０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１１月２日（２０１１．１１．２）
【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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