JP2007144396A

JP2007144396A - 二流体ノズルを用いる噴霧システム

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Publication number: JP2007144396A
Application number: JP2006259321A
Authority: JP
Inventors: Norihiko Hirano; 徳彦平野; Toshihiro Hayashi; 俊弘林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-11-07
Filing date: 2006-09-25
Publication date: 2007-06-14

Abstract

【課題】二流体ノズルからの液体単独噴出や液ダレを確実に防止できる噴霧システムと噴霧方法を提供すること。
【解決手段】液体Ｌと圧縮空気Ａを衝突させることによって微細霧を形成する二流体ノズルＮからの液体単独吐出を防止するシステムである。一つは、システム稼働中に前記圧縮空気Ａの圧力が、諸理由によって所定レベルを満たさなくなったときに、前記二流体ノズルＮに対する液体Ｌの送り込みを緊急停止する。また、噴霧を停止又は終了する時に、ノズル近傍の液体流路１ａに大気圧を導入した上で、該液体流路１ａ中に存在する残液を前記二流体ノズルＮから霧状態で吐出させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、液体と圧縮空気を衝突させることで微細霧を形成する二流体ノズルを用いる噴霧システムに関する。より詳しくは、前記二流体ノズルからの液体単独吐出（液ダレ含む。）を確実に防止できる噴霧システムに関する。

まず、液体を微細霧状に噴霧するノズル（以下、「噴霧ノズル」と称する。）として、いわゆる「二流体ノズル」が知られている。この二流体ノズルは、圧縮空気と共に液体を噴射する液体噴射口と、この液体噴射口の周囲に形成されて前記液体噴射口の前方に高速渦流を形成する気体噴射口と、を一般に備えており、前記液体噴射口から噴射される液体を、前記気体噴射口からの高速渦流等の気流によって粉砕して超微細霧を形成し、これを遠方にまで飛ばすことができるという特徴を備えている。この種のいわゆる外部混合方式の噴霧ノズルは、ドライミストを噴霧できることから、例えば、室内外環境における温度制御技術、薬剤噴霧技術、脱臭技術、除菌技術、精密加工技術などの様々な分野での利用が期待されている。

この種の二流体ノズルは、例えば、特許文献１、２、３、４，５に開示されており、二流体噴霧システムは、例えば、特許文献６に開示されている。その他に、加圧状態で送り込まれる液体に圧縮空気を衝突させてからノズルから吐出する、いわゆる内部混合方式の二流体ノズルも知られている。

特開平０７−１２４５０２号公報。特開平０９−１６４３４６号公報。特開２０００−１０７６５１号公報。特開２０００−２５４５５４号公報。特開２００１−１３７７４７号公報。特開平０７−１９８１２７号公報。

しかしながら、従来の二流体ノズルを用いた噴霧システムにおいては、システム稼働中に、何らかの理由によって圧縮空気の圧力が所定圧力以下になる不測の事態が発生すると、液体が霧化不充分の状態で二流体ノズルから噴出してしまう場合があった。また、噴霧稼働を停止又は終了する場合、二流体ノズルに連通する液体流路中に存在している残液が霧化されることなく吐出し、いわゆる液ダレをしてしまう場合があった。いずれの場合も、噴霧システムを利用する現場に液体を直接吐出することになるので、問題になっていた。

そこで、本発明は、二流体ノズルからの液体単独噴出や液ダレを確実に防止できる噴霧システムと噴霧方法を提供することを主な目的とする。

本発明では、液体と圧縮空気を衝突させることによって微細霧を形成する二流体ノズルからの液体単独吐出を防止するシステムを提供する。なお、本発明における二流体ノズルは、外部混合方式、内部混合方式の両方を含み、狭く解釈されない。

第一には、システム稼働中に前記圧縮空気の圧力が、諸理由によって所定レベルを満たさないときに、前記二流体ノズルに対する液体の送り込みを緊急停止する手段を備える噴霧システムを提供する。なお、「諸理由」とは、特に限定されないが、例えば、緊急停電、不測の人的誤操作、圧縮空気を形成するコンプレッサーのエア漏れなどの異常（故障）、同コンプレッサーの自動停止機能の作動などが代表的なものであろう。

第二には、噴霧を停止又は終了する時に、液体流路に大気圧を導入した上で、該液体流路中に存在する残液を前記二流体ノズルから霧状態で吐出させる手段を備える噴霧システムを提供する。

第三には、前記第一、第二の各システムが有する各手段を両方兼ね備える噴霧システムを提供する。このシステムでは、圧縮空気圧低下時の送液緊急停止による液体噴出防止と液体流路中の残液による液ダレ防止の両方を達成できる。

第四には、上記噴霧システムが有する各手段に加えて、噴霧開始時に、前記二流体ノズルに対する前記圧縮空気の送り込みを開始した後に、前記液体を前記二流体ノズルへ送り込むことができる手段と、噴霧を停止又は終了する時に、前記二流体ノズルに対する前記液体の送り込みを停止した後に、前記圧縮空気の送り込みを停止できる手段と、を備える噴霧システムを提供する。

この噴霧システムによれば、二流体ノズルに対する液体のみが送り込まれることがないように、液体及び圧縮空気の停止又は送り込み開始の相互のタイミングを操作することによって、噴霧開始時と噴霧終了時における二流体ノズルからの液ダレをより確実に防止することができる。

本発明に係る噴霧システムによれば、システム稼働中に前記圧縮空気の圧力が、諸理由によって所定レベル以下となったときの二流体ノズルからの液体単独噴出を確実に防止できる。また、噴霧停止又は終了時における液ダレを確実に防止することができる。

本発明に係る噴霧システムの好適な実施形態の構成、本発明に係る噴霧方法の手順を添付図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係る噴霧システムの全体構成を簡略に示すシステム経路図である。

まず、図１中に示された符号Ｎは、二流体ノズルを簡略に示している。この二流体ノズルＮの好適例の一つは、液体噴射口から噴射される液体を気体噴射口からの高速渦流等の気流によって粉砕して超微細霧を形成するノズル構成のものである。このため、本発明に係る噴霧システムにおいては、該二流体ノズルＮへ液体Ｌを送り込むための液体経路１と、エア（圧縮空気）Ａを送り込むための空気経路２と、が設けられている（図１参照）。

なお、液体経路１を介して二流体ノズルＮへ送り込まれる液体Ｌは、加湿、消臭、脱臭、除菌、殺菌、滅菌、リラクゼーション、温度制御（例、周辺空気や噴霧対象物の冷却又は加温）、湿度制御、沈塵、静電気防止などの様々な用途に適する液体や水を、目的に応じて適宜選択することができ、液体の温度も目的に応じて選定できる。また、ノズルＮは、一個のノズルに限定されず、複数のノズルを所定角度で対向配置した構成のものも含む。

液体経路１は、液体用減圧弁１１によって所定圧力に調整された液体Ｌ（図示しない液体槽から送り込まれる。）を後続の経路途中に配置された液体切換用エアオペレート弁１３を介してノズルＮに送り込むための経路である。この液体切換用エアオペレート弁１３には、エア（圧縮空気）Ａによって前記液体切換用エアオペレート弁１３の切換えを行うメーターインタイプのスピードコントローラ１４が付設されている。なお、符号１２は、減圧弁１１に付設された圧力計を示している。

この「メーターインタイプのスピードコントローラ」とは、液体Ｌの流れがイン（ＩＮ）のときに流量弁によって液体Ｌの流れを制御し、逆にアウト（ＯＵＴ）のときは液体Ｌの流れを制御しない構成を備える流体制御手段（コントローラ）を意味する。

一方の空気経路２は、図示しないエアーポンプから送り込まれるエア（圧縮空気）Ａを、減圧弁２１によって圧力調整を行った上で後続の二流体ノズルＮへ送り込むための経路である。

この空気経路２の減圧弁２１の後続の経路には、圧縮空気切換用の５ポート電磁弁２２が設けられている。この５ポート電磁弁２２の後続位置には、圧縮空気切換用エアオペレート弁２３が設けられている。そして、この圧縮空気切換用エアオペレート弁２３にはエア（圧縮空気）Ａによって前記圧縮空気切換換用エアオペレート弁２３の切換えを行うためのメーターアウトタイプのスピードコントローラ２４が付設されている。なお、符号２５は、減圧弁２１に付設された圧力計を示している。

この「メーターアウトタイプのスピードコントローラ」とは、液体Ｌの流れがイン（ＩＮ）のときは液体Ｌの流れを制御せず、逆にアウト（ＯＵＴ）のときは流量弁によって液体Ｌの流れが制御する構成を備える流体制御手段（コントローラ）を意味する。

加えて、本システムでは、システム稼働中に、エア（圧縮空気）Ａの圧力が、諸理由によって所定レベルを満たさなくなった不測の事態を想定して、このような事態における二流体ノズルＮからの液体単独噴出を防止する対策が講じられている。

具体的には、液体用の減圧弁１１と液体切換用エアオペレート弁１３の間の液体経路１の箇所に、直動式２ポートのエアオペレート弁１５を設けている。このオペレート弁１５は、エア（圧縮空気）Ａが所定圧力を満たしているときには開いた状態を維持して液体Ｌを二流体ノズルＮへ送り込み、一方、エア（圧縮空気）Ａが所定圧力を満たさなくなったときには、スプリングの作用によって閉じた状態に切換えて、二流体ノズルＮへの液体Ｌの送り込みを緊急停止する役割を担う。

システム稼動中に何らかの理由でエア（圧縮空気）Ａの圧力が低下してしまう場合が想定される。例えば、緊急停電、不測の人的誤操作、圧縮空気を形成するコンプレッサーのエア漏れなどの異常（故障）、同コンプレッサーの自動停止機能の作動（サーマルコンプレッションの作動）などを挙げることができる。

このような緊急事態が生じたときに、上記エアオペレート弁１５は液体経路１を緊急遮断して、二流体ノズルＮへの液体Ｌの送り込みを緊急停止し、二流体ノズルＮからの液体単独吐出を有効に防止する。

設定の一例を示すと、エア（圧縮空気）Ａの圧力が０．２ＭＰａ以下になった場合においてエアオペレート弁１５は、液体経路１を遮断し、二流体ノズルＮへの送液を緊急停止する。なお、本システムでは、通常、０．２ＭＰａを超える所定圧力（例えば、０．３ＭＰａ）を投入することで稼動するように設定されているため、このエアオペレート弁１５はシステム稼働時のエア（圧縮空気）Ａによって開いた状態となっている。

次に、本実施形態では、システム稼働終了時における液ダレ発生防止対策が講じられている。システム稼働中においてエア（圧縮空気）Ａは、圧縮空気切換用の５ポート電磁弁２２を通過して圧縮空気経路２ａを経由し（図１参照）、さらに圧縮空気切換用エアオペレート弁２３を通過した後に、空気経路２ｂを通過して二流体ノズルＮへ導入される（図１参照）。

これに対してシステム稼働停止時においては、エア（圧縮空気）Ａの一部（図１中のＡｘ参照）が、５ポート電磁弁２２を介して空気経路２ｃ（図１参照）を経て、直動式２ポートエアオペレート弁２６へ向けて排出される。このエアオペレート弁２６は、通常の稼働状態ではスプリングによって閉じた状態となっているが、圧縮空気Ａ（Ａｘ）が５ポート電磁弁２２から送られてくると開いた状態に切り替わる。

エアオペレート弁２６が開いた状態となると、インラインインスピードコントローラ２７を介して、二流体ノズルＮ直前の液体経路１ａに大気圧を徐々に同通し、該液体経路１ａに空気Ａｙが入り込むようになる（図１参照）。

この空気Ａｙが液体経路１ａに入り込むことによって、本来二流体ノズルＮが持っている自吸作用により、エアオペレート弁１３と二流体ノズルＮとの間の液体経路１ａに存在する残液のすべてが、霧化された状態でノズルＮから排出される。したがって、前記残液による液ダレの発生の心配がなくなる。

このようなエアオペレート弁２６及びインラインインスピードコントローラ２７を利用して液ダレ発生を防止する構成を採用した場合は、二流体ノズルの自吸作用を有効に活用することによって実施できることから、主に外部混合方式の二流体ノズルを採用した噴霧システムのときに好適である。

以下、図１、図２、並びに図３、図４を参照して、「噴霧開始時のシステム経路」の構成及び噴霧開始手順について説明する。

なお、図２は、同システムを構成する部品である圧縮空気切換用の５ポート電磁弁（２２）の通電時の回路図、図３は、同システムを構成する部品であるメーターアウトタイプのスピードコントローラ（２４）の回路図、図４は、同システムを構成する部品であるメーターインタイプのスピードコントローラ（１４）の回路図である。

まず、二流体ノズルＮからの噴霧作業を開始するに当たって、まず、５ポート電磁弁２３に通電を行う。５ポート電磁弁２３に通電を行うと、減圧弁２１を通過してきたエア（圧縮空気）Ａは、図２に示されているように該５ポート電磁弁２２のポートａから空気経路２ａを経由し、さらにスピードコントローラ２４を介して圧縮空気切換用エアオペレート弁２３へ流れるとともに、スピードコントローラ１４を介して液体切換用エアオペレート弁１３へ流れる（図２の通電時回路部分Ｘ参照）。

ここで圧縮空気切換用オペレート弁２３の弁の切り替えは、上記したように、メーターアウトタイプのスピードコントローラ２４（図３の回路図参照）によって制御されているため、エア（圧縮空気）Ａは、該スピードコントローラ２４によってすばやく当該エアオペレート弁２３を切り換え、（噴霧用の）エア（圧縮空気）Ａを二流体ノズルＮに送りこむ。

一方の液体切換用オペレート弁１３の弁の切り替えは、上記したように、メーターインタイプのスピードコントローラ１４（図１及び図４の回路図参照）によって制御されているので、圧縮空気Ａはニードル弁１４１（図４参照）によって流量が制限され、該液体切換用エアオペレート弁１３をゆっくり切り換える。このため、液体Ｌは、圧縮空気Ａよりも遅れて二流体ノズルＮに送られるようになる（図２参照）。

なお、前記スピードコントローラ１４は、エアオペレート弁２６及びインラインインスピードコントローラ２７（図１参照）によって二流体ノズルＮ直前の液体経路１ａに大気圧を同通させる手段を設けた場合には、省略してもかまわない。その理由は、エアオペレート弁２６及びインラインインスピードコントローラ２７によって、液体Ｌを圧縮空気Ａよりも遅れて二流体ノズルＮへ送りこむことが可能となるからである。

これにより本噴霧システムでは、噴霧開始時においては、液体Ｌがエア（圧縮空気）Ａよりも先に二流体ノズルＮから吐出することがなくなる。これにより、いわゆる「液ダレ」を有効に防止できる構成となっている。

以下、図５、図６を参照して、「噴霧終了時のシステム経路」の構成及び噴霧終了手順について説明する。なお、図５は、非通電時のシステム経路の例を示す図、図６は、同システムを構成する部品である圧縮空気切換用の５ポート電磁弁（２２）の非通電時の回路図、である。

二流体ノズルＮからの噴霧作業を終了するに当たって、５ポート電磁弁２２への通電を停止した時には、エア（圧縮空気）Ａは、５ポート電磁弁２２のポートｂから液体切換用エアオペレート弁１３に流れ（図５参照）、当該液体切換用オペレート弁１３の弁を切り換える（図５と図６の非通電時回路部分Ｙ参照）。

この際、圧縮空気切換用エアオペレート弁２３と液体切換用エアオペレート弁１３及びその近傍に残存している残存圧縮空気Ａ_１は、５ポート電磁弁２２へ流れ込みポートａから排気ポートへ排出される（図６の非通電時回路部分Ｙ参照）。

その時、液体切換用エアオペレート弁１３等の残存圧縮空気Ａ_１は、スピードコントローラ１４を経由する。このスピードコントローラ１４は、メーターインタイプであるため（図４の回路図再参照）、前記残存圧縮空気Ａ_１は迅速に排出され、液体Ｌを瞬時に遮断する。

これに対して、圧縮空気切換用エアオペレート弁２３には、上記したように、メーターアウトタイプのスピードコントローラ２４（図３の回路図参照）が付設されている。このため、残存圧縮空気Ａ_１はニードル弁２４１で流量を制限されることになり、このエアオペレート弁２３をゆっくり切り換えることになる。

これにより、二流体ノズルＮへ送り込まれていた噴霧用のエア（圧縮空気）Ａは、液体Ｌよりも遅れて停止するようになるので、噴霧終了時の二流体ノズルＮからの液ダレを有効に防止することができる。

なお、本実施形態に係る噴霧システムにおいて、噴霧と停止を頻繁に繰り返した時では、液体切換用エアオペレート弁１３の切換用スプリングの寿命がシステムの寿命を決める事になると考えられる。一般に、通常のバルブの製造者が保証する範囲は２００万〜３００万回とされており、この限界を超えると切換動作の不良による液の噴出、あるいは液ダレが起こることになる。

そこで、圧縮空気切換用エアオペレート弁２３は、エアリターン方式を採用し、液体切換用エアオペレート弁１３にはエアによる複動式の弁を採用するのが好適である。これによって、スプリングによる弁の切換を完全に排除することができる。これによって弁の寿命を大幅に伸ばすことになり、特殊な外的要因による損傷が無い限り、システムは従来の数倍の寿命を確保できる。

次に、図７は、本発明に係る噴霧システムの別の実施形態例（電磁弁オペレートシステム）の構成を示す図である。

この図７に示された実施形態の特徴は、システム経路内に、電磁弁（直動式２ポート電磁弁）１６、１７、２８をそれぞれ所定に配置したことである。このシステム形態について以下に詳しく説明する。

まず、直動式２ポートのエアオペレート弁１５が、液体経路１の水用減圧弁１１の後続位置に配置されている。このエアオペレート弁１５は、空気圧低下時に液体経路を緊急遮断する役割を担う。このエアオペレート弁１５は通常、該弁１５のスプリングの作用によって閉じた状態にあり、空気経路Ａから分岐する経路Ａａからのエア信号が来たときに、矢印１５１方向に開いた状態となる。なお、その作動圧力は、例えば、０．２ＭＰａ程度に設定されており、通常は、０．２ＭＰａ以上のエア（圧縮空気）が投入されているので、エアオペレート弁１５は開いた状態となっている。

しかし、何らの理由により、運転中に突然所定の圧力（例えば、０．２ＭＰａ）のエアが来なくなった場合、送液を制御している電磁弁（直動式２ポート）１６は開いた状態がそのまま維持されるので、液体Ｌを後続の経路に送り込み続けるが、所定圧力以上のエア（圧縮空気）ＡがノズルＮに供給されないために霧化することができず、液体ＬをノズルＮから垂れ流すことになってしまう。

しかし、本実施形態例では、エア（圧縮空気）Ａが所定圧力（例えば、０．２ＭＰａ）以下になった時点でスプリングの力によってエアオペレート弁１５が閉じた状態に切り替わって液体Ｒを遮断する。これにより、ノズルＮからの液体Ｌの垂れ流しを緊急停止することができる。

次に、空気経路２には、減圧弁２１に続いて直動式２ポートの電磁弁２８が配置されている（図７参照）。運転停止時には、エア（圧縮空気）ＡはノズルＮに向けて送り込まれ続けて液体Ｌを霧化できる状態を維持する。これにより、液体ＬだけがノズルＮから噴出する事態を回避する。

図７中の符号１７も直動式２ポートの電磁弁を示している。この電磁弁１７は、運転停止時においてノズルＮから残液が霧化されないで排出されてしまうことを防止する役割を担う。

この電磁弁１７は、通常はスプリングによって閉じた状態となっており、所定の電気信号がきたときに矢印１７１の方向に開いた状態になる。この状態になることによって大気と同通することになり、本来液体Ｌが通過する経路１ａにエア（外気）Ａｂが入るようになる。これにより、本来的にノズルＮが保有している自吸能力によって、液体経路１中に存在する残液がすべて霧化された状態で排出されることになり、いわゆる液体ダレを確実に回避することができる。なお、符号１８は空気流入のスピードコントローラである。

以上のように、図７に示す実施形態例では、液体Ｌの緊急停止機能と運転停止時の残液の液ダレ防止機能の両方を兼ね備えている。

本発明に係る噴霧システムは、システム稼働中に前記圧縮空気の圧力が、諸理由によって所定レベル以下となったときの二流体ノズルからの液体単独噴出や噴霧停止又は終了時における液ダレや霧化されない液体の噴出が発生しない。このため、本噴霧システムは、室内外環境における温度制御技術（例えば、対象の周辺空気や物の冷却又は加温技術）、室内外環境における湿度制御技術、静電気発生防止技術、薬剤噴霧技術、脱臭技術、除菌技術、除ウイルス技術、リラクゼーション空間形成技術、きのこ・花卉その他の植物などの栽培環境の制御技術、沈塵技術、精密加工技術、コンクリート養生技術（コンクリートに噴霧して養生を促進する技術）、作業現場（例えば、鉄道保守現場、土木建築現場、鉄鋼・鋳造・造船などの作業に係わる現場）における作業現場環境の改善技術、スポーツ施設・空港・駅構内含む鉄道施設・イベント施設・アミューズメント施設・病院・集会場その他の野外施設の冷暖房技術などにおいて採用される様々な噴霧技術分野において、ノズルからの液ダレの発生や霧化されない液体の噴出の発生を心配することなく利用することができる。

本発明に係る噴霧システムの全体構成を簡略に示すシステム経路図である。同システムを構成する部品である圧縮空気切換用の５ポート電磁弁（２２）の通電時の回路図である。同システムを構成する部品であるメーターアウトタイプのスピードコントローラ（２４）の回路図である。同システムを構成する部品であるメーターインタイプのスピードコントローラ（１４）の回路図である。非通電時のシステム経路の例を示す図である。同システムを構成する部品である圧縮空気切換用の５ポート電磁弁（２２）の非通電時の回路図、である。本発明に係る噴霧システムの別の実施形態例の構成を示す図である。

符号の説明

１液体経路
２空気経路
１１液体経路の減圧弁
１３液体切換用エアオペレート弁
１４メーターインタイプのスピードコントローラ
１５直動式２ポートエアオペレート弁
１６直動式２ポート電磁弁（液体送り込み制御用）
１７直動式２ポート電磁弁（残液排出用）
２１圧縮空気経路の減圧弁
２２圧縮空気切換用の５ポート電磁弁
２３圧縮空気切換用エアオペレート弁
２４メーターアウトタイプのスピードコントローラ
２６直動式２ポートエアオペレート弁
２８直動式２ポート電磁弁（エア送り込み制御用）
Ａエア（圧縮空気）
Ｎ二流体ノズル
Ｌ液体

Claims

液体と圧縮空気を衝突させることによって微細霧を形成する二流体ノズルからの液体単独吐出を防止するシステムであって、
システム稼働中に前記圧縮空気の圧力が、諸理由によって所定レベルを満たさないときに、前記二流体ノズルに対する液体の送り込みを緊急停止する手段を備える噴霧システム。
液体と圧縮空気を衝突させることによって微細霧を形成する二流体ノズルからの液体単独吐出を防止するシステムであって、
噴霧を停止又は終了する時に、液体流路に大気圧を導入した上で、該液体流路中に存在する残液を前記二流体ノズルから霧状態で吐出させる手段を備える噴霧システム。
液体と圧縮空気を衝突させることによって微細霧を形成する二流体ノズルからの液体単独吐出を防止するシステムであって、
システム稼働中に前記圧縮空気の圧力が、諸理由によって所定レベルを満たさないときに、前記二流体ノズルに対する液体の送り込みを緊急停止する手段と、
噴霧を停止又は終了する時に、液体流路に大気圧を導入して、該液体流路中に存在する残液を前記二流体ノズルから霧状態で吐出させる手段と、
を備える噴霧システム。
噴霧開始時に、前記二流体ノズルに対する前記圧縮空気の送り込みを開始した後に、前記液体を前記二流体ノズルへ送り込むことができる手段と、
噴霧を停止又は終了する時に、前記二流体ノズルに対する前記液体の送り込みを停止した後に、前記圧縮空気の送り込みを停止できる手段と、
を備えることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の噴霧システム。