JP2010064029A

JP2010064029A - 流体吐出装置

Info

Publication number: JP2010064029A
Application number: JP2008234076A
Authority: JP
Inventors: Shih-Chang Chang; 世昌張
Original assignee: UNITED BENEFIT Inc
Current assignee: UNITED BENEFIT Inc
Priority date: 2008-09-12
Filing date: 2008-09-12
Publication date: 2010-03-25

Abstract

【課題】空気の消費量が少なく、吐出する液滴粒径が小さく、衝突力が大きい流体吐出装置を提供する。
【解決手段】流体が進入して混合されるチャンバと、前記チャンバ内に設置されるか、或いは前記チャンバと接続され、前記チャンバ内の流体の加速に使用される少なくとも一つの加速ユニットと、前記加速ユニットの一端と接続される流体出口部分と、を備えることを特徴とする流体吐出装置。
【選択図】図２

Description

本発明は流体吐出装置に関し、特に、装置内部に通過断面積が縮小された加速ユニットが設置され、吐出させたい流体を加速させ、加速ユニットは更に二流体を均等に吐出させる機能を有する二流体噴霧装置に関する。

ノズル装置は液体霧化原理を応用したものであり、液体霧化原理は一流体および二流体の二種類に分類される。一流体ノズルは液体加圧式ノズルと称し、ポンプを利用して液体を必要な圧力まで加圧し、その後、ノズル内部の特殊機構に流し、最後に出口から分散させる。この種のノズルは平均噴霧粒径が大きいので、噴霧粒径を小さくさせたい場合、使用圧力を高めるか、或いは孔径を縮小させる必要があり、ポンプの選択に関する問題およびノズルが詰まる問題が発生する。二流体ノズルは気体補助式ノズルと称し、高圧気体（一般に空気）を液体に衝突させ、液体の表面張力を破壊して液体を微小な霧にし、出口から分散させる。一流体ノズルと比較して二流体ノズルは微細な粒径を生成することができ、ノズルの孔径も大きいので異物が詰まることも少なく、流量の調整範囲も大きい。

二流体ノズルの霧化機構は、内部霧化（ｉｎｔｅｒｎａｌａｔｏｍｉｚｉｎｇ）および外部霧化（ｅｘｔｅｒｎａｌａｔｏｍｉｚｉｎｇ）に分類することができる。外部霧化は液体がシステムを離れた後、外部において直接気体を液体に衝突させ、気体と液体を混合させて霧化し、作用区域が外部に位置するので、その圧力を再利用することができない。内部霧化はノズル本体内で気体が供給され、気体を液体に衝突させ、混合チャンバによって液体と気体が混合され、各種形式の出口孔（円形または長尺状開口など）によって必要な散布形式および効果が指定された表面上に形成される。外部霧化は通常高湿度または低気温環境で使用され、内部霧化は出口孔の設計によって、通常、物体の洗浄、液体散布または鋼片冷却に使用される。従来技術による二流体ノズルにおいては空気の消費量が少なく、液滴粒径が小さく、衝突力が大きいという三つの条件を同時に満足することは難しく、空気消費量が少ないほど、衝突力が小さく、液滴粒径が大きい。反対に、粒径が小さいほど、必要な衝突力が大きくなり、空気消費量も多くなり、多量の空気は気流から大きな比率の液滴を奪う。孔径を縮小することによって液滴速度を高めて衝突力を増加させる場合、気体速度は音速を限界点とするので孔径を縮小させることによって上述の三つの条件を同時に満足させることができない。
特開２００８−９３５６４号公報

本発明の第１の目的は、流体吐出装置の主体内に一つまたは多段式の加速ユニットを設置して流体速度を高める流体吐出装置を提供することにあり、流体吐出装置は二流体噴霧システムとすることができ、従来技術による二流体噴霧システムにおいては加圧空気は一度しか利用できず、大部分の加圧空気は一度の加速の後、大気中に消失するが、本発明においては、一つまたは多段式の加速ユニットが設置されることによって空気が複数回回収されて利用でき、液滴を複数回加速させることができ、必要な液滴速度に達成させることができ、液滴速度または粒径が必要とする水準に達した場合、空気圧力を低下させることができるので、加速ユニットが設置されたノズル装置によって、圧力を増加させない状況で液滴速度を高めることができ、空気消費量を低減させることができる。
本発明の第２の目的は、加速ユニットが設置されることによって更に大きな衝突力および更に小さな液滴粒径を達成することができる流体吐出装置を提供することにあり、高速な水滴であればあるほど、微細な粒径になり、速度が速ければ速いほど、粒径が小さな水滴となり、作業効率を高めることができ、鋼片の冷却、ＬＣＤガラス基板の洗浄、環境の加湿または消毒などに応用することができる。

上述の目的を解決するために、請求項１の発明は、流体が進入して混合されるチャンバと、チャンバ内に設置されるか、或いはチャンバと接続され、チャンバ内の流体の加速に使用される少なくとも一つの加速ユニットと、加速ユニットの一端と接続される流体出口部分と、を備えることを特徴とする流体吐出装置である。

請求項２の発明は、流体吐出装置は、二流体噴霧システムであることを特徴とする請求項１記載の流体吐出装置である。

請求項３の発明は、流体吐出装置は、ノズルであることを特徴とする請求項２記載の流体吐出装置である。

請求項４の発明は、流体吐出装置は、エアナイフ霧化システムであることを特徴とする請求項２記載の流体吐出装置である。

請求項５の発明は、加速ユニットは、少なくとも一つのベンチュリ管であることを特徴とする請求項１記載の流体吐出装置である。

請求項６の発明は、加速ユニットは、少なくとも一つのオリフィスであることを特徴とする請求項１記載の流体吐出装置である。

本発明は加速ユニットが設置された流体吐出装置を提供するものである。流体吐出装置は内部霧化の二流体噴霧装置とすることができ、加速ユニットが設置されたノズルはノズル本体内で使用することができ、気体を液体に衝突させる混合チャンバ内に少なくとも一つの加速ユニットを設置することができ、加速ユニットは図８に示すベンチュリ管または図９に示すオリフィスとすることができる。加速ユニットは空気圧力を高めない状況の下、液滴速度を高めることができ、空気を回収して再利用することができ、霧化に必要な空気圧力および消費量を低減させ、高効率に圧力を応用ことができる。図６、７に示すように、加速ユニットが設置された流体吐出装置はエアナイフ霧化システムとすることができる。エアナイフの構造において、霧化機構以外に、少なくとも一つの加速ユニットが設置され、このようにして二流体の流動は加速ユニットによる加速によって均一化され、ほぼ完全に噴霧したい表面に均一で垂直に散布を行うことができ、従来技術の複数の扇形の二流体ノズルにおける散布が不均一である問題を解決できる。

本発明の目的、特徴および効果を示す実施例を図に沿って詳細に説明する。

本発明は流体吐出装置に関し、特に、二流体噴霧装置に関する。

本発明の二流体噴霧装置は内部霧化の装置に属し、気体を液体に衝突させる混合チャンバ上に少なくとも一つの断面積が縮小された加速ユニットが設置される。気体および液体が混合チャンバに進入し、混合チャンバ内で均一に混合された後、加速ユニットを通過する。加速ユニットは一端の内壁が縮小し、一端の内壁が徐々に拡大した構造のベンチュリ管７０２、７０４を有する（図８を参照）。加速ユニットの内壁が収縮した一端は混合チャンバの出口と接続され、液体または気体が収縮した内壁を流れるとき、断面積が小さくなるので、二流体の速度が増加する。加速ユニットは図９に示すような断面積が縮小されたオリフィス８０２、８０４とすることができ、それによっても二流体の速度を高めることができる。以下の実施例は加速ユニットが設置されたノズル装置と加速装置が設置されていないノズル装置を比較したものであり、出口部分の液滴速度を示したものである。液体は気体が衝突した後、微細液滴を形成して非連続相となるので、液滴が出口孔に到達したとき、運動量保存則（ｍ_１ｖ_１＝ｍ_２ｖ_２：ｍは液滴質量、ｖは液滴速度）によって直接液滴の速度を計算できず、運動量保存則、質量保存則およびエネルギー保存則によって計算される。以下の実施例によって本発明の概念およびその効果を証明する。

本発明の実施例一はベンチュリ管が設置された二流体ノズル２００である（図２を参照）。

以下に従来技術による加速ユニットが設置されていない二流体ノズルと本実施例による加速ユニットが設置された二流体ノズルの出口部分の液滴速度の比較を示す。

図１は従来技術による加速ユニットが設置されていない二流体ノズル１００を示し、その構造は左から右に混合チャンバ１０１および出口孔１０２が設けられる。

以下に加速ユニットが設置されていない二流体ノズル１００の各条件を示す。

ａ．混合チャンバ１０１内
空気速度：１５ｍ／ｓ
水滴速度７．５ｍ／ｓ
水滴粒径：３０μｍ
温度：２５℃
圧力：３ｋｇ／cm2Ｇ
インナーチャンバ直径Ｄ１１：６ｍ／ｍ
ｂ．ＰＴ１１からＰＴ１２までの長さｄ１１：５ｍｍ
ｃ．出口孔１０２部分
出口孔径Ｄ１２：１．８ｍ／ｍ
ｄ．ＰＴ１２からＰＴ１３までの長さｄ１２：５ｍｍ

図２は一つの加速ユニットが設置された二流体ノズル２００を示し、その構造は左から右に混合チャンバ２０１、ベンチュリ管２０２、回収部２０３および出口孔２０４が設けられる。

以下に一つの加速ユニットが設置された二流体ノズル２００の各条件を示す。

ａ．混合チャンバ２０１内
空気速度：１５ｍ／ｓ
水滴速度７．５ｍ／ｓ
水滴粒径：３０μｍ
温度：２５℃
圧力：３ｋｇ／cm2Ｇ
インナーチャンバ直径Ｄ２１：６ｍ／ｍ
ｂ．ＰＴ２１からＰＴ２２までの長さｄ２１：５ｍｍ
ｃ．ベンチュリ管２０２
最小直径Ｄ２２：１．８ｍ／ｍ
ｄ．ＰＴ２２からＰＴ２３までの長さｄ２２：５ｍｍ
ｅ．回収部２０３
インナーチャンバ直径Ｄ２３：６ｍ／ｍ
ｆ．ＰＴ２３からＰＴ２４までの長さｄ２３：５ｍｍ
ｇ．出口孔２０４部分
出口孔径Ｄ２４：１．８ｍ／ｍ
ｈ．ＰＴ２４からＰＴ２５までの長さｄ２４：５ｍｍ

上述の二つの例は、加速ユニット以外、その他の条件は全て同一であり、上述の二つの例において、粒径の大きさが３０μｍの水滴が加速過程において粒径が変更しないと仮定し、１次元を計算の基礎として数値回析法による計算によって取得された結果を表１‐１〜１‐２および表２‐１〜２‐４に示す。

表２‐４における最終行の数値は二流体ノズル２００のＰＴ２５部分のデータであり、そのデータを下記に示す。
空気速度：５１．８１２３ｍ／ｓ
空気温度：２９７．８９Ｋ
圧力：０．２６８４*１０^６Ｐａ
水滴速度：６８．８０６７ｍ／ｓ

表１‐２の最終行の数値は二流体ノズル１００のＰＴ１３部分（出口孔から５ｍｍの部分）のデータであり、そのデータを下記に示す。

空気速度：４３．６３０８ｍ／ｓ
空気温度：２９７．８１Ｋ
圧力：０．３１８６*１０^６Ｐａ
水滴速度：５０．２８４５ｍ／ｓ

以上の数値から分かるように、ベンチュリ管が設置された二流体ノズル２００の出口から５ｍｍ部分の水滴速度は６８．８０６７ｍ／ｓであり、加速ユニットが設置されていない二流体ノズル１００の出口から５ｍｍ部分の水滴速度は５０．２８４５ｍ／ｓであり、両者の速度差は１８．５２２２ｍ／ｓである。即ち、加速ユニットの水滴に対する加速効果は３６．８％に達する。しかし、二流体ノズル２００において、加速ユニットを通過してＰＴ２３に到達する圧損は１０．８％であるので、再利用可能な圧力が残っており、複数の加速ユニットが設置されたノズル装置を設計することができる。従って、以下の実施例２においては二流体ノズル３００内に二つのベンチュリ管３０２、３０４が設置されて加速ユニットとされる。

本発明の実施例２は二つのベンチュリ管が設置された二流体ノズル３００である（図３を参照）。

以下は従来技術による加速ユニットが設置されていない二流体ノズル１００と本実施例による二つの加速ユニットが設置された二流体ノズル３００の出口部分の液滴速度の比較を示す。

図３は二流体ノズル３００内に二つのベンチュリ管３０２、３０４が設置されて加速ユニットとされ、その構造は左から右に混合チャンバ３０１、ベンチュリ管３０２、回収部３０３、ベンチュリ管３０４、回収部３０５および出口孔３０６が設けられる。

以下に二流体ノズル３００の各条件を示す。

ａ．混合チャンバ３０１内
空気速度：１５ｍ／ｓ
水滴速度７．５ｍ／ｓ
水滴粒径：３０μｍ
温度：２５℃
圧力：３ｋｇ／cm2Ｇ
インナーチャンバ直径Ｄ３１：６ｍ／ｍ
ｂ．ＰＴ３１からＰＴ３２までの長さｄ３１：５ｍｍ
ｃ．ベンチュリ管３０２
直径Ｄ３２：１．８ｍ／ｍ
ｄ．ＰＴ３２からＰＴ３３までの長さｄ３２：５ｍｍ
ｅ．回収部３０３
直径Ｄ３：６ｍ／ｍ
ｆ．ＰＴ３３からＰＴ３４までの長さｄ３３：５ｍｍ
ｇ．ベンチュリ管３０４
直径Ｄ３４：１．８ｍ／ｍ
ｈ．ＰＴ３４からＰＴ３５までの長さｄ３４：５ｍｍ
ｉ．回収部３０５
直径Ｄ３５：６ｍ／ｍ
ｊ．ＰＴ３５からＰＴ３６までの長さｄ３５：５ｍｍ
ｋ．出口孔３０６
出口孔径Ｄ３６：２．０ｍ／ｍ
ｌ．ＰＴ３６からＰＴ３７までの長さｄ３６：５ｍｍ

上述の二つの例において、粒径の大きさが３０μｍの水滴が加速過程において粒径が変更しないと仮定し、１次元を計算の基礎として数値回析法による計算によって取得された結果を表３‐１、３‐２、３‐３、３‐４、３‐５、３‐６に示す。

表３‐６における最終行の数値は二流体ノズル３００のＰＴ３７（出口から５ｍｍ）部分のデータであり、そのデータを下記に示す。
空気速度：４６．８０８２ｍ／ｓ
空気温度：２９８．４１Ｋ
圧力：０．２８２９Ｅ＋６Ｐａ
水滴速度：７２．６３０６ｍ／ｓ

以上の数値から分かるように、二つの加速ユニットが設置された二流体ノズル３００の出口から５ｍｍ部分の水滴速度は７２．６３０６ｍ／ｓであり、加速ユニットが設置されていない二流体ノズル１００の出口から５ｍｍ部分の水滴速度は５０．２８４５ｍ／ｓであり、両者の速度差は２２．３４６１ｍ／ｓであり、二つの加速ユニットの水滴に対する加速効果は４４．４％に達する。

以上の二つの実施例から分かるように、空気圧力が増加されず、加速ユニットが設置された二流体ノズル２００、３００の出口孔径（２ｍ／ｍ）が加速ユニットが設置されていない二流体ノズル１００の出口孔径（１．８ｍ／ｍ）より小さくない状況の下、加速ユニットを通過する水滴は確実に加速される。

図４は本発明の他の実施例を示し、一つのオリフィスを加速ユニットとした二流体ノズル装置の簡略図である。

図５は本発明の他の実施例を示し、二つのオリフィスを加速ユニットとした二流体ノズル装置の簡略図である。

図６は上述のベンチュリ管をエアナイフ霧化システムに応用した状態の簡略図である。上述のベンチュリ管５０２はエアナイフ霧化システム５００に応用され、ベンチュリ管５０２が吐出する二流体は均一且つ液滴速度が高められた状況の下、噴霧したい物体の表面に噴霧することができる。

図７は本発明の他の実施例を示し、オリフィスをエアナイフ霧化システムに応用した状態の簡略図である。

以上の実施例から分かるように、本発明の加速ユニットが設置された流体吐出装置は確実に流体を加速させる効果を有する。上述の詳細な説明は本発明の好適な実施例を示したものであり、本発明の実施範囲を制限するものではない。本発明の特許請求の範囲に基づく同等効果の変更および修飾等は全て本発明の特許請求の範囲に含まれる。

加速ユニットが設置されていない二流体ノズルの構造を示す簡略図である。一つのベンチュリ管が設置されて加速ユニットとされた二流体ノズルの構造を示す簡略図である。二つのベンチュリ管が設置されて加速ユニットとされた二流体ノズルの構造を示す簡略図である。本発明の他の実施例を示し、一つのオリフィスが設置されて加速ユニットとされた二流体ノズル装置を示す簡略図である。本発明の他の実施例を示し、二つのオリフィスが設置されて加速ユニットとされた二流体ノズル装置を示す簡略図である。ベンチュリ管が設置されて加速ユニットとされたエアナイフ装置を示す簡略図である。オリフィスが設置された加速ユニットとされたエアナイフ装置を示す簡略図である。ベンチュリ管の構造を示す簡略図である。オリフィスの構造を示す簡略図である。

符号の説明

２００一つの加速ユニットが設置された二流体ノズル
２０１、３０１混合チャンバ
２０２、３０２、３０４、５０２、７０２、７０４ベンチュリ管
２０３、３０３、３０４、３０５回収部
２０４、３０６出口孔
３００二つの加速ユニットが設置された二流体ノズル
４０２、４０４、４０６、６０２、８０２、８０４オリフィス
５００、６００エアナイフ霧化システム

Claims

流体が進入して混合されるチャンバと、
前記チャンバ内に設置されるか、或いは前記チャンバと接続され、前記チャンバ内の流体の加速に使用される少なくとも一つの加速ユニットと、
前記加速ユニットの一端と接続される流体出口部分と、を備えることを特徴とする流体吐出装置。
前記流体吐出装置は、二流体噴霧システムであることを特徴とする請求項１記載の流体吐出装置。
前記流体吐出装置は、ノズルであることを特徴とする請求項２記載の流体吐出装置。
前記流体吐出装置は、エアナイフ霧化システムであることを特徴とする請求項２記載の流体吐出装置。
前記加速ユニットは、少なくとも一つのベンチュリ管であることを特徴とする請求項１記載の流体吐出装置。
前記加速ユニットは、少なくとも一つのオリフィスであることを特徴とする請求項１記載の流体吐出装置。