洗浄ノズル及びこれを用いた洗浄装置
【課題】被洗浄物の洗浄に好適な洗浄ノズル及び洗浄装置を提供する。
【解決手段】内部が洗浄水の圧送通路２０とされ、圧送通路２０の基端部１０ａ側から圧送する洗浄水にキャビテーション気泡を発生させて先端開口部１０ｂから噴出させる洗浄ノズル８であって、圧送通路内には、軸線方向に直交する方向に隣接配置された第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂを備え、第１の絞り部材２１Ａは、先端開口部側へ向けて圧送通路の断面積を漸次狭める第１の傾斜面２６Ａを有し、第２の絞り部材２１Ｂは、先端開口部側へ向けて圧送通路の断面積を漸次拡げる第２の傾斜面２６Ｂを有し、第１、第２の絞り部材は、第１、第２の傾斜面２６Ａ、２６Ｂがその中間部で交叉し、圧送通路が前記交叉する部分の上方において連通し、前記中間部の下流側には、洗浄水の圧送方向に突出し先端に向かって漸次縮径した外形を有する突起１００が備えられていることを特徴とする。
【解決手段】内部が洗浄水の圧送通路２０とされ、圧送通路２０の基端部１０ａ側から圧送する洗浄水にキャビテーション気泡を発生させて先端開口部１０ｂから噴出させる洗浄ノズル８であって、圧送通路内には、軸線方向に直交する方向に隣接配置された第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂを備え、第１の絞り部材２１Ａは、先端開口部側へ向けて圧送通路の断面積を漸次狭める第１の傾斜面２６Ａを有し、第２の絞り部材２１Ｂは、先端開口部側へ向けて圧送通路の断面積を漸次拡げる第２の傾斜面２６Ｂを有し、第１、第２の絞り部材は、第１、第２の傾斜面２６Ａ、２６Ｂがその中間部で交叉し、圧送通路が前記交叉する部分の上方において連通し、前記中間部の下流側には、洗浄水の圧送方向に突出し先端に向かって漸次縮径した外形を有する突起１００が備えられていることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、配管やタンクの内外壁面等、機械その他の物の洗浄に用いることのできる洗浄ノズル及びこれを用いた洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品製造業において、飲食料、特に乳製品等を製造する装置は、飲食料を貯蔵させるタンクや工程中の配管内に、油成分、蛋白質やカルシウム等の塩類を含んだ残留物が付着することから、定期的に洗浄し、タンク内や配管内を清潔に維持して飲食品の品質を確保することが必要とされている。
これら配管等の内部の洗浄においては、飲食品の各種成分を分解する洗浄剤を順次投入して洗浄するとともに、各洗浄剤を投入する前後に、その都度温水で配管等内をリンスする方法が採用されているが、洗浄に大量の水を使用することによる用水費、水処理コスト、環境への負荷、及び洗浄に長時間掛かるという問題から、効率的な被洗浄物の洗浄として、従来より、例えばキャビテーション噴流を利用して被洗浄物を洗浄する例えば下記特許文献１に開示された装置が提案されている。
【０００３】
この洗浄装置のノズルは、水を低圧で噴出する低圧ノズルの中心部に水を高圧で噴出する高圧ノズルを設け、これら低圧ノズルと高圧ノズルのそれぞれから水を噴出することによりキャビテーション噴流を噴射させる構成となっている。
このノズルによると、高圧ノズルの先端から噴出したキャビテーション噴流を被洗浄面に至るまで低圧ノズルから噴出させた水で包み込むようになっており、キャビテーション噴流の流速が衰えてキャビテーション気泡が消滅するのを防ぐとともに、被洗浄面においてキャビテーション噴流を集中させ、圧潰衝撃力による洗浄効果を増大させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６２４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の洗浄装置のノズルでは、水を低圧で噴出する低圧ノズルの中心部に水を高圧で噴出する高圧ノズルを設け、これら低圧ノズルと高圧ノズルのそれぞれから水を噴出することによりキャビテーションを発生させているため、キャビテーションの発生に限界があり、洗浄効果を飛躍的に向上させ得るものではなかった。
【０００６】
また、前記洗浄装置のノズルでは、キャビテーション噴流を被洗浄物に噴射する際に、該キャビテーション噴流を包み込み、かつ被洗浄面において噴流が拡散しないように一定の範囲に閉じ込められるだけの水圧を発生させる大量の水が必要となり、洗浄コストが嵩むとともに、環境への負荷が大きいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するべく、以下の手段を提供している。
すなわち、本願の請求項１に係る洗浄ノズルは、内部が洗浄水の圧送通路とされ、該圧送通路の基端部側から圧送する洗浄水にキャビテーション気泡を発生させて先端開口部から噴出させる洗浄ノズルであって、前記圧送通路内には、該圧送通路の軸線方向に直交する方向に互いに隣接配置された第１及び第２の絞り部材を備え、前記第１の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次狭める第１の傾斜面を有し、前記第２の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次拡げる第２の傾斜面を有し、これら第１及び第２の絞り部材は、これらをその側方から視たときに、前記第１及び第２の傾斜面がこれら各傾斜面の中間部で交叉し、該第１及び第２の傾斜面上の前記圧送通路が前記交叉する部分の上方において互いに連通し、前記中間部の下流側には、洗浄水の圧送方向に突出するとともに先端に向かって漸次縮径した外形を有する突起が備えられていることを特徴とする。
【０００８】
本願の請求項２に係る洗浄ノズルは、請求項１に記載の洗浄ノズルにおいて、前記第１の絞り部材は、前記第１の傾斜面の前記先端開口部側の端部に隣接して、前記先端開口部側を向く第１の平坦面を備え、前記第２の絞り部材は、前記第２の傾斜面の前記基端部側の端部に隣接して、前記基端部側を向く第２の平坦面を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本願の請求項３に係る洗浄ノズルは、請求項１に記載の洗浄ノズルにおいて、前記第１および第２の絞り部材は、それぞれ板状に形成されるとともに、これら各々の板面が前記第１および第２の傾斜面とされていることを特徴とする。
【００１０】
本願の請求項４に係る洗浄装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載の洗浄ノズルと、洗浄水を貯留する洗浄水槽と、該洗浄水槽内の洗浄水を前記洗浄ノズルに圧送するポンプおよび配管と、前記洗浄ノズルへの洗浄水の圧送を調整する調整機構とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る洗浄ノズル、これを用いた洗浄装置、および洗浄方法によれば、上記した解決手段によって下記の効果を奏する。
すなわち、本願の請求項１に係る洗浄ノズルによれば、第１及び第２の絞り部材によりキャビテーション気泡を発生させるとともに、洗浄水を旋回流とすることができるため、洗浄水の流速を維持するとともに洗浄水を低圧に維持することにより、キャビテーション気泡をより遠くまで噴射させることができる。また、洗浄水の流速を維持して該洗浄水を低圧に維持することにより、キャビテーション気泡の成長する低圧以下に維持される期間が長くなり、キャビテーション気泡をより大きく成長させることができる。これにより、キャビテーション気泡の総量を増やし、又は被洗浄物の内壁面に到達するまでにキャビテーション気泡の量が減ることを抑制することができ、被洗浄物の壁面における洗浄力を向上させることができる。
また、本願の請求項１に係る洗浄ノズルは、先端に向かって外形が漸次縮径する突起を有しているため、第１および第２の絞り部材によって旋回した洗浄水の流速を高めて洗浄水の圧力をさらに低下させ、この圧力が飽和蒸気圧未満に達することにより旋回流にキャビテーション気泡を発生させる。すなわち、本発明の洗浄ノズルは、第１及び第２の絞り部材と突起とによって、キャビテーション気泡の発生量を増加させることができる。
また、第１及び第２の絞り部材及び突起において発生したキャビテーション気泡は、突起の先端よりも下流の旋回流にトラップされる。一旦発生した渦は消滅しにくいので、突起の先端よりも下流の旋回流に含まれるキャビテーション気泡は消滅し難くなり、キャビテーション気泡が発生してから被洗浄物に到達するまでの間に消滅することが抑制され、結果として、被洗浄物に到達するキャビテーション気泡の総量を増加させることができる。
したがって、本願発明の洗浄ノズルによれば、被洗浄物に到達させるキャビテーション気泡の発生を増加させることにより、被洗浄物においてキャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や圧力変動が増加し、衝撃力や圧力変動による洗浄力が向上するという効果を奏する。
また、第１及び第２の絞り部材及び突起によりキャビテーション気泡を効果的に発生させ洗浄力を高められるため、洗剤の使用を抑えられることで大量の水を使用することを回避し、用水費、水処理コスト、環境への負荷を大幅に抑制することができるという効果を奏する。
【００１２】
また、請求項２に係る洗浄ノズルによれば、第２の絞り部材の基端部側を向く第２の平坦面が、第２の絞り部材側へ流動した洗浄水を第１の絞り部材の第１の傾斜面に集水させるため、第１の絞り部材を流動する洗浄水の水圧を容易に高めることができ、キャビテーション噴流をより効率よく発生させることができるという効果を奏する。
【００１３】
また、請求項３に係る洗浄ノズルによれば、第１及び第２の絞り部材が板状に形成され、これら第１及び第２の絞り部材を側面視した際に各々の板面が互いにそれぞれの中間部で交叉するよう配置されているため、洗浄水が第１の絞り部材から第２の絞り部材に流れる際に生じるキャビテーション気泡と、洗浄水が第２の絞り部材から第１の絞り部材に流れるキャビテーション気泡とを発生させるとともに、２つの旋回流を発生させることができるため、強力でかつキャビテーション気泡の多い洗浄水を発生させることができるという効果を奏する。
【００１４】
また、請求項４に係る洗浄装置によれば、洗浄ノズルの第１及び第２の絞り部材及び突起によりキャビテーション気泡の発生が促進されるため、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や圧力変動が増加し、衝撃力や圧力変動による洗浄力が向上できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の構成を模式的に示した図である。
【図２】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを内部を透視させて示した斜視図である。
【図３】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを示した図であって、（ａ）は、該洗浄ノズルを示した平面図であり、（ｂ）は、洗浄ノズルを一部断面視して示した側面図であり、（ｃ）は、図（ｂ）を洗浄ノズルの先端から軸線方向に視た正面図である。
【図４】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを構成する第１又は第２の絞り部材を示した斜視図である。
【図５】は、本発明の第２の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを内部を透視して示した斜視図である。
【図６】は、本発明の第２の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを構成する第１又は第２の絞り部材を示した斜視図である。
【図７】は、本発明の第２の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを一部断面視して示した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る洗浄装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、本発明を適用した洗浄装置は、洗浄を要するものであれば機械その他の物品について広く適用可能であるが、本実施形態においては、液体又は半液体の飲料品等を流動させるパイプの内壁面を洗浄する洗浄装置を一例として説明する。
【００１７】
図１から図３は、本発明の第１の実施形態を示したものであり、図１は、洗浄装置１の基本的な構成を模式的に示したもので、図２、図３はこの洗浄装置に用いられる洗浄ノズルを示した図である。
【００１８】
図１に示すように、洗浄装置１は、飲料品等を流動させるパイプＴの内壁面を洗浄する装置であり、原水等からなる洗浄水２を貯留した洗浄水槽３、水中ポンプ４、流量の調整バルブ５、配管６、流量計７、洗浄ノズル８、及び分岐管９を備えている。
【００１９】
水中ポンプ４は、モータにより吸排水可能とされたものが用いられ、洗浄水槽３内に配置され、所定の圧で洗浄水２を吸い上げて配管６に洗浄水２を送水するようになっている。
【００２０】
配管６は、フレキシブル管により構成されており、水中ポンプ４から洗浄ノズル８へ洗浄水２を流動させるようになっている。
配管６の水中ポンプ４の近傍には、調整バルブ５が具備された分岐管９が設けられており、調整バルブ５によって分岐管９を開口するとその開口面積に応じて、分岐管９に洗浄水２が流動して再び洗浄水槽３に洗浄水２が回帰するようになっている。かくして、調整バルブ５及び分岐管９は、配管６を流動する洗浄水２の量を調整する調整機構を構成している。また、配管６に送水される洗浄水２の流量は流量計７により確認できるようになっている。
【００２１】
図２に示すように、洗浄ノズル８は、細長の筒体１０と、該筒体１０の長手方向の中間部、詳細には中央部先端寄りに配置された第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂと、第１及び第２の絞り部材２１Ａ，２１Ｂに設けられた突起１００を備えて構成され、キャビテーション気泡を発生させるようになっている。
【００２２】
洗浄ノズル８の筒体１０は、断面略Ｕ字形状に形成された本体１０Ａと、この本体１０Ａの上面を塞ぐ蓋体１０Ｂとから構成されている。本体１０Ａは、底壁部１０ｐと、該底壁部１０ｐの側縁から立ち上がり、上端部に図３に示す螺子穴１１、１１、・・が形成された側壁部１０ｑ、１０ｑとからなっている。
蓋体１０Ｂは、側壁部１０ｑ、１０ｑ間に跨って配され、これら側壁部１０ｑ、１０ｑに螺子留めにより固定される。
本体１０Ａの基端部１０ａにはフランジ１２が形成され、このフランジ１２の中央部に基端開口部１２ａが形成されている。本体１０Ａと蓋体１０Ｂとの間に形成された空間は洗浄水２を圧送する圧送通路２０となっており、その先端は先端開口部１０ｂとされている。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、筒体１０の長手方向の中間部には、該筒体１０内においてキャビテーション気泡を発生させる第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂが設置可能なように、筒体１０の底壁部１０ｐの位置に、螺子等の固定具を底壁部１０ｐの下方から水密に挿通可能な貫通孔２２が形成されている。
【００２４】
図４に示すように、第１の絞り部材２１Ａは矩形の底面２４と、該底面２４の短手方向の一方の縁部２４ａから垂直に立ち上がる第１の平坦面２５Ａと、該第１の平坦面２５Ａの上端２５ａから底面２４の短手方向の他方の縁部２４ｂに向かって傾斜してなる第１の傾斜面２６Ａと、底面２４の長手方向の縁部２４ｃ、２４ｄから垂直に立ち上がる側面２７、２７とにより囲まれてなる三角柱に形成された部材である。
【００２５】
図２及び図３（ｂ），（ｃ）に示すように、第１の絞り部材２１Ａは、その第１の傾斜面２６Ａが圧送通路２０の断面積を漸次狭めるように筒体１０の基端部１０ａ側を向くとともに該第１の傾斜面２６Ａに連接する第１の平坦面２５Ａが先端開口部１０ｂ側を向くように配置されており、かつ、筒体１０の内部を基端部１０ａに向かって軸線Ｌ方向に視たときに該筒体１０の内部の左側半部を占めるように筒体１０内の一方の側壁部１０ｑ側に寄せて配置されている。
【００２６】
第２の絞り部材２１Ｂは、第１の絞り部材２１Ａと同形状であり、第２の平坦面２５Ｂが圧送通路２０を塞いだ後、先端開口部１０ｂに向かって該圧送通路２０の断面積を漸次拡げるように第２の傾斜面２６Ｂが先端開口部１０ｂ側を向き、筒体１０の内部の前記左半部に隣接する右半部を占めるように、第１の絞り部材２１Ａに隣接配置されている。
【００２７】
上記の構成において、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂは、筒体１０の延在する方向の略中央部において洗浄水２が流動する流路を絞る絞り部２９を形成し、図３（ａ）に示すように、第１の傾斜面２６Ａの下端縁２４ｂ上方の領域は、絞り部２９における洗浄水２の導入口２９Ｅとなり、同図（ｂ）に示すように、第１及び第２の傾斜面２６Ａ、２６Ｂは、筒体１０を側面視する方向から見た場合、それぞれの傾斜面２６Ａ、２６Ｂの略中央部において互いに交叉し、該交叉する部分の上部（すなわち第１の傾斜面２６Ａの前記交叉部よりも先端開口部１０ｂ側の面上部と、第２の傾斜面２６Ｂの前記交叉部よりも基端部１０ａ側の面上部）において互いに連通する空間部２８を形成し、更に同図（ａ）に示すように、第２の傾斜面２６Ｂの下端縁２４ｂの上方空間は絞り部２９における洗浄水２の導出口２９Ｆとなっている。
図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、圧送通路２０における絞り部２９は、前記空間部２８を除いて略封鎖され、キャビテーション気泡を発生させ得るようになっている。
【００２８】
図２，図３（ｃ）に示すように、第１の絞り部材２１Ａ及び第２の絞り部材２１Ｂには、前記交叉部近傍から先端開口部１０ｂに向けて洗浄水の旋回流の中心軸に略沿って突出する突起１００が設けられている。
突起１００の外形は、基端から先端に向かって漸次縮径するように先端が先鋭な円筒形状に形成されているとともに、基端部の半部が第１の絞り部材２１Ａの内側の側面２７及び第１の平坦面２５Ａに沿って嵌着する切欠部となっている。
【００２９】
次に、上記洗浄装置１の使用方法及びキャビテーション気泡の発生の作用について説明する。
まず、図１に示すように、洗浄水２を満たした洗浄水槽３内に水中ポンプ４を配置し、洗浄ノズル８を洗浄したいパイプＴ内に挿入する。
水中ポンプ４を駆動すると、洗浄水２は、配管６を経由して筒体１０の基端部１０ａから洗浄ノズル８内に進入する。
【００３０】
図２、図３（ｂ）示すように、筒体１０内に進入した洗浄水２は、第２の絞り部材２１Ｂの第２の平坦面２５Ｂに流動を阻まれるため第１の絞り部材２１Ａの第１の傾斜面２６Ａ側に流入し、かつ、該第１の傾斜面２６Ａが筒体１０の基端部１０ａから先端開口部１０ｂ方向に圧送通路２０の断面積を漸次狭めるように配置されているため、第１の傾斜面２６Ａ上で洗浄水２の水圧が徐々に高まり、第１の傾斜面２６Ａと第２の傾斜面２６Ｂとの交叉部よりも上部、すなわち空間部２８に到った時点で洗浄水２が第２の傾斜面２６Ｂ側に流入する。
【００３１】
この際、第２の傾斜面２６Ｂが筒体１０の圧送通路２０の断面積を漸次拡げるように配置されているため、洗浄水２が空間部２８の第２の絞り部材２１Ｂの側に高速で一気に流れて低圧になり、キャビテーション気泡が発生する。
【００３２】
キャビテーション気泡を含んだ洗浄水２は、図２において矢印Ｘ、Ｙで示すように、筒体１０内の絞り部２９において、第１の傾斜面２６Ａの上部に集水された後、第２の傾斜面２６Ｂ側に進路を変えるとともに、第２の絞り部材２１Ｂの第２の傾斜面２６Ｂにより圧送通路２０を漸次下方に拡げる流れとなるため、第２の傾斜面２６Ｂを通過した時点で旋回流となる。
【００３３】
この旋回流は、第２の傾斜面２６Ｂの交叉部付近から先端開口部１０ｂに向かって突出する突起１００の外周面に沿って流れる。突起１００は、先端に向かって外径が漸次小さくなっているので、上記の旋回流は、圧送通路２０の下流に向かって、回転半径が漸次小さくなり流速が上昇する。そして、旋回する洗浄水の流速が上昇することによって、圧力が低下し、該圧力が飽和蒸気圧未満になった際に、旋回流にキャビテーション気泡が発生する。すなわち、洗浄ノズル８は、突起１００が設けられていることによって、キャビテーション気泡の発生量を増加させることができる。
【００３４】
また、第１及び第２の絞り部材２１Ａ，２１Ｂ及び突起１００による旋回流において生じたキャビテーション気泡は、突起１００の先端よりも下流の旋回流にトラップされる。一旦発生した渦は消滅し難いので、突起１００の先端よりも下流の旋回流に含まれるキャビテーション気泡は消滅が抑制される。すなわち、本実施形態の洗浄ノズルは、突起１００が設けられていることによって、キャビテーション気泡が発生してから被洗浄物のパイプＴの内壁面Ｔ１に到達するまでの間にキャビテーション気泡が消滅することが抑制され、結果として、パイプＴの内壁面Ｔ１に到達するキャビテーション気泡の総量を増加させる。
したがって、パイプＴの内壁面Ｔ１に到達するキャビテーションの量を増すことができ、パイプＴの内壁面Ｔ１の洗浄力を向上する。
【００３５】
以上のように、本発明の洗浄装置１によれば、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂ及び突起１００により、キャビテーション気泡を発生させることができるとともに、洗浄水を旋回流にするため、洗浄水の流速を維持しキャビテーション気泡をより遠くまで噴射させることができる。また、突起１００により発生するキャビテーション気泡の総量（体積）を増加させることによって、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や圧力変動が増加し、衝撃力や圧力変動による洗浄力を向上させて、洗浄効果を飛躍的に向上させることが可能となるという効果が得られる。
【００３６】
また、その結果、洗剤を用いずにパイプＴの内壁面Ｔ１を効率よく洗浄することができることとなるため、大量の水を使用することを回避し、用水費、水処理コスト、環境への負荷を大幅に抑制し、洗浄作業の効率も高めることが可能となる。
【００３７】
また、第２の絞り部材２１Ｂの基端部１０ａ側を向く第２の平坦面２５Ｂが、洗浄水２の第２の絞り部材２１Ｂ側へ流動した洗浄水を第１の絞り部材２１Ａの第１の傾斜面２６Ａに集水させるため、第１の絞り部材２１Ａを流動する洗浄水２の水圧を容易に高めることができ、キャビテーション気泡をより効率よく発生させることができるという効果を奏する。
【００３８】
本実施形態において、突起１００は、第１の絞り部材２１Ａの外形に沿う切欠部を有しているが、かかる切欠部を突起１００に設ける代わりに、突起１００の基端部を完全な円筒形状とし、第１の絞り部材２１Ａの内側の側面２７側において突起１００を嵌合させる切欠部を設けたものであってもよい。
【００３９】
なお、本実施形態において、図３（ａ）に示すように、第２の平坦面２５Ｂは、筒体１０を平面（蓋体１０Ｂ側）から視た際に、側面２７と直交するように形成されているため、筒体１０内に配置された際に軸線Ｌに直交する面とされているが、かかる形状に代えて、筒体１０内に配置された際に絞り部２９における洗浄水２の導入口２９Ｅに向かって漸次流路を狭める傾斜面（すなわち側面２７と鋭角に連設する面）２５１となるように形成されたものであってもよい。
かかる形状とすることにより、水中ポンプ４から圧送された洗浄水２の水勢を第２の平坦面２５Ｂによって減衰させることを抑制して洗浄水２の水勢を極力保った状態で円滑に第１の絞り部材２１Ａ側に流動させることが可能となって、キャビテーション気泡を効率よく生成することが可能となるという効果が得られる。
【００４０】
また、図３（ｂ）に示すように、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂのそれぞれの傾斜面２６Ａ、２６Ｂの上端２５ａと筒体１０の蓋体１０Ｂの内壁面との間には略隙間がないように形成されているが、絞り部２９の圧力損失が大きすぎるような場合には、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂは、筒体１０の蓋体１０Ｂの内壁面との間にわずかな隙間が形成されるような寸法としたものであってもよい。要は、絞り部２９においてキャビテーション気泡を発生させるための水圧が第１の絞り部材２１Ａに掛けられるものであればよい。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施形態について図５から図７を用いて説明する。本実施形態の洗浄装置は、第１の実施形態と洗浄ノズルにおいて構成が相違するものであるため、主として洗浄ノズルの構成について説明することとし、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付しその説明を省略する。
【００４２】
図５に示すように、洗浄ノズル３０は、円筒形の筒体３１と、該筒体３１の長手方向の中間部、詳細には中央部の先端開口部３１ｂ寄りに配置された第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂとを備えて構成され、キャビテーション気泡を発生するようになっている。
【００４３】
洗浄ノズル３０の筒体３１の基端部３１ａにはフランジ３３が設けられ、このフランジ３３の中央部に基端開口部３３ａが形成されている。
筒体３１の内部空間は洗浄水２を圧送する圧送通路４６となっており、その先端は先端開口部３１ｂとされている。
【００４４】
図６に示すように、第１の絞り部材３２Ａは、楕円形状の平板を長軸ｍに沿って分割し、半楕円形状の板面３５、３６と、長軸ｍを通り板面３５に垂直に形成された肉厚面３７と、半楕円形の円周を巡る周面３８とに囲まれて形成されている。
【００４５】
図５、図７に示すように、第１の絞り部材３２Ａは、基端部３１ａ側を向く板面３５が第１の傾斜面として圧送通路４６の断面積を先端開口部３１ｂに向かって漸次狭めるように、傾きをもって配置され、かつ、筒体３１の内部を基端部３１ａに向かって軸線Ｌ２方向に視たときに該筒体３１の内部の半部を略塞ぐ傾斜角度をもって、筒体３１の内壁に周面３８を略当接させて配置されている。
この配置の下に、第１の絞り部材３２Ａの板面３５の裏面となっている板面３６は、第２の傾斜面として圧送通路４６の断面積を先端開口部３１ｂに向かって漸次拡げている。
【００４６】
第２の絞り部材３２Ｂは、第１の絞り部材３２Ａと同形状であり、先端開口部３１ｂを向く板面３９が第２の傾斜面として圧送通路４６の断面積を先端開口部３１ｂに向かって漸次拡げるように配置され、筒体３１内の第１の絞り部材３２Ａの反対側の半部を略塞ぐ傾斜角度をもって筒体３１の内壁に周面４２を略当接させて配置されている。
この配置の下に、第２の絞り部材３２Ｂの板面３９の裏面となっている板面４０は、第１の傾斜面として圧送通路４６の断面積を先端開口部３１ｂに向かって漸次狭めている。
【００４７】
この際、図７に示すように、第１及び第２の傾斜面３５、３９は、筒体３１を側面視する方向から見た場合、それぞれの傾斜面３５、３９の略中央部において互いに交叉し、該交叉する部分の上部（すなわち、第１の傾斜面３５の中央部（交叉部）よりも先端開口部３１ｂ側の面上部と第２の傾斜面３９の中央部（交叉部）よりも基端部３１ａ側の面上部）において互いに連通する空間部４３を形成し、第１の傾斜面４０と第２の傾斜面３６とは、空間部４３と反対側において互いに連通する空間部４４を形成している。
この第１の絞り部材３２Ａと第２の絞り部材３２Ｂとの交差角度、すなわち板面３５と板面３９との成す角度は２０度〜４５度であることが好ましく、２０度〜３０度であることが更に好ましい。
【００４８】
上記の構成の下に、第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂは、筒体３１の延在する方向の中央部先端寄りにおいて洗浄水が流動する流路を絞る絞り部４５を形成し、該絞り部４５における圧送通路４６は、前記空間部４３、４４を除いて略封鎖され、キャビテーション気泡を発生させ得るようになっている。
【００４９】
第１の絞り部材３２Ａ及び第２の絞り部材３２Ｂには、これらの交叉部から先端開口部３１ｂに向けて洗浄水の旋回流の中心軸に略沿って突出する突起１００が設けられている。
突起１００の形状は、第１の実施形態の突起１００と同様に、基端から先端に向かって漸次縮径するように形成されているとともに、基端部の半部が第１の絞り部材３２Ａの肉厚面３７及び板面３６に嵌着する切欠部となっている。
【００５０】
次に、上記洗浄ノズル３０に洗浄水２を圧送した際の作用について説明する。
水中ポンプ４を駆動して、洗浄水２を配管６を経由して筒体３１の基端部３１ａから洗浄ノズル３０内に進入させると、図５、図７に示すように、洗浄水２は、第１の絞り部材３２Ａの板面３５と第２の絞り部材３２Ｂの板面４０（板面３９の裏面）のそれぞれの面上下部（矢印Ｘ、Ｗ方向）に流入し、これら板面３５と板面４０とは先端開口部３１ｂに向かって圧送通路４６の断面積を漸次狭めるように配置されているため、板面３５、４０のそれぞれの先端開口部３１ｂ側で洗浄水２の水圧が徐々に高まり、空間部４３、４４に到った時点で洗浄水２が互いに他方の絞り部材３２Ｂ、３２Ａの側（矢印Ｙ、Ｚ方向）に流入する。
【００５１】
この際、他方の絞り部材３２Ａ、３２Ｂの板面３６、３９は、筒体３１の圧送通路４６の断面積を漸次拡げるように傾斜しているため、空間部４３、４４内に進入した洗浄水２が第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂから互いに他方の絞り部材３２Ｂ、３２Ａに高速で一気に流れて低圧になり、キャビテーション気泡が発生する。
【００５２】
また、洗浄水２は、図５において矢印Ｘ、Ｙ、Ｗ、Ｚで示すように、筒体３１内の絞り部４５において、板面３５、４０のそれぞれの先端開口部３１ｂ側に集水された後、他方の板面３９、３６側に進路を変え圧送通路４６の上方又は下方に流路を広げる流れとなるため、絞り部４５を通過した時点で二方向の流れにより作られた旋回流となる。
【００５３】
この旋回流は、第１の傾斜面３５と第２の傾斜面３９との交叉部付近から先端開口部３１ｂに向かって突出する突起１００の外周面に沿って流れる。突起１００は、先端に向かって外径が漸次小さくなっているので、上記の旋回流は、圧送通路４６の下流に向かって、回転半径が漸次小さくなり流速が上昇する。そして、旋回する洗浄水２の流速が上昇することによって、圧力が低下し、該圧力が飽和蒸気圧未満になった際に、旋回流にキャビテーション気泡が発生する。すなわち、洗浄ノズル３０は、突起１００が設けられていることによって、キャビテーション気泡の発生量を更に増すことができる。
【００５４】
また、第１及び第２の絞り部材３２Ａ，３２Ｂ及び突起１００による旋回流において生じたキャビテーション気泡は、突起１００の先端よりも下流の旋回流にトラップされる。一旦発生した渦は消滅し難いので、突起１００の先端よりも下流の旋回流に含まれるキャビテーション気泡は、消滅が抑制される。すなわち、本実施形態の洗浄ノズルは、突起１００が設けられていることによって、キャビテーション気泡が発生してからパイプＴの内壁面Ｔ１に到達するまでの間に消滅することが抑制され、結果として、パイプＴの内壁面Ｔ１に到達するキャビテーション気泡の総量を増加させる。
【００５５】
したがって、被洗浄物のパイプＴの内壁面Ｔ１に到達するキャビテーション気泡の総量を増加することができ、被洗浄物のパイプＴの内壁面Ｔ１における洗浄力を向上する。
【００５６】
以上のように、本実施形態の洗浄ノズル３０によれば、第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂによりキャビテーション気泡を発生させることができるとともに、洗浄水を旋回させるため、キャビテーション気泡を含んだ洗浄水がその流速を維持しキャビテーション気泡をより遠くまで噴射させることができる。また、突起１００により、キャビテーション気泡を更に発生させて、発生するキャビテーション気泡の総量（体積）が増加させることによって、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や圧力変動が増加し、衝撃力や圧力変動による洗浄力が向上し、洗浄効果を飛躍的に向上させることが可能となるという効果が得られる。
【００５７】
特に本実施の形態の洗浄ノズル３０によれば、絞り部４５により二方向の旋回流によってキャビテーション気泡を効果的に発生させることができるため、水中ポンプ４の圧送水量を高めることで、より洗浄能力の高い洗浄水を生成することが可能となるという効果が得られる。また、この２方向の旋回流により、渦がより強力なものとなるため突起１００においてより一層多くのキャビテーション気泡を発生させるとともに、流速の衰えが抑えられるためキャビテーション気泡の消滅を抑制することができる。したがって、パイプＴの内壁面Ｔ１に到達するキャビテーション気泡の総量を増加させることにより、気泡が崩壊する際のエネルギーによって洗浄水２の洗浄能力を一層高めることができるという効果が得られる。
また、その結果、洗剤を用いずに被洗浄物を洗浄することができることとなるため、大量の水を使用することを回避し、用水費、水処理コスト、環境への負荷を大幅に抑制し、洗浄作業の効率も高めることが可能となる。
【００５８】
本実施形態において、突起１００は、第１の絞り部材３２Ａの外形に沿う切欠部を有しているが、かかる切欠部を突起１００に設ける代わりに、突起１００の基端部を完全な円筒形状とし、第１の絞り部材３２Ａの肉厚面３７側において突起１００を嵌合させる切欠部を設けたものであってもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 洗浄装置
２ 洗浄水
３ 洗浄水槽
４ 水中ポンプ（ポンプ）
６ 配管
１０ａ 基端部
２１Ａ 第１の絞り部材
２１Ｂ 第２の絞り部材
２５Ａ 第１の平坦面
２５Ｂ 第２の平坦面
２６Ａ 第１の傾斜面
２６Ｂ 第２の傾斜面
２８ 空間部（交叉する部分の上方）
３２Ａ 第１の絞り部材
３２Ｂ 第２の絞り部材
３５、４０ 第１の傾斜面
３６、３９ 第２の傾斜面
４３、４４ 空間部
１００ 突起
【技術分野】
【０００１】
この発明は、配管やタンクの内外壁面等、機械その他の物の洗浄に用いることのできる洗浄ノズル及びこれを用いた洗浄装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
食品製造業において、飲食料、特に乳製品等を製造する装置は、飲食料を貯蔵させるタンクや工程中の配管内に、油成分、蛋白質やカルシウム等の塩類を含んだ残留物が付着することから、定期的に洗浄し、タンク内や配管内を清潔に維持して飲食品の品質を確保することが必要とされている。
これら配管等の内部の洗浄においては、飲食品の各種成分を分解する洗浄剤を順次投入して洗浄するとともに、各洗浄剤を投入する前後に、その都度温水で配管等内をリンスする方法が採用されているが、洗浄に大量の水を使用することによる用水費、水処理コスト、環境への負荷、及び洗浄に長時間掛かるという問題から、効率的な被洗浄物の洗浄として、従来より、例えばキャビテーション噴流を利用して被洗浄物を洗浄する例えば下記特許文献１に開示された装置が提案されている。
【０００３】
この洗浄装置のノズルは、水を低圧で噴出する低圧ノズルの中心部に水を高圧で噴出する高圧ノズルを設け、これら低圧ノズルと高圧ノズルのそれぞれから水を噴出することによりキャビテーション噴流を噴射させる構成となっている。
このノズルによると、高圧ノズルの先端から噴出したキャビテーション噴流を被洗浄面に至るまで低圧ノズルから噴出させた水で包み込むようになっており、キャビテーション噴流の流速が衰えてキャビテーション気泡が消滅するのを防ぐとともに、被洗浄面においてキャビテーション噴流を集中させ、圧潰衝撃力による洗浄効果を増大させることができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−６２４９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上記従来の洗浄装置のノズルでは、水を低圧で噴出する低圧ノズルの中心部に水を高圧で噴出する高圧ノズルを設け、これら低圧ノズルと高圧ノズルのそれぞれから水を噴出することによりキャビテーションを発生させているため、キャビテーションの発生に限界があり、洗浄効果を飛躍的に向上させ得るものではなかった。
【０００６】
また、前記洗浄装置のノズルでは、キャビテーション噴流を被洗浄物に噴射する際に、該キャビテーション噴流を包み込み、かつ被洗浄面において噴流が拡散しないように一定の範囲に閉じ込められるだけの水圧を発生させる大量の水が必要となり、洗浄コストが嵩むとともに、環境への負荷が大きいという問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、上記課題を解決するべく、以下の手段を提供している。
すなわち、本願の請求項１に係る洗浄ノズルは、内部が洗浄水の圧送通路とされ、該圧送通路の基端部側から圧送する洗浄水にキャビテーション気泡を発生させて先端開口部から噴出させる洗浄ノズルであって、前記圧送通路内には、該圧送通路の軸線方向に直交する方向に互いに隣接配置された第１及び第２の絞り部材を備え、前記第１の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次狭める第１の傾斜面を有し、前記第２の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次拡げる第２の傾斜面を有し、これら第１及び第２の絞り部材は、これらをその側方から視たときに、前記第１及び第２の傾斜面がこれら各傾斜面の中間部で交叉し、該第１及び第２の傾斜面上の前記圧送通路が前記交叉する部分の上方において互いに連通し、前記中間部の下流側には、洗浄水の圧送方向に突出するとともに先端に向かって漸次縮径した外形を有する突起が備えられていることを特徴とする。
【０００８】
本願の請求項２に係る洗浄ノズルは、請求項１に記載の洗浄ノズルにおいて、前記第１の絞り部材は、前記第１の傾斜面の前記先端開口部側の端部に隣接して、前記先端開口部側を向く第１の平坦面を備え、前記第２の絞り部材は、前記第２の傾斜面の前記基端部側の端部に隣接して、前記基端部側を向く第２の平坦面を備えていることを特徴とする。
【０００９】
本願の請求項３に係る洗浄ノズルは、請求項１に記載の洗浄ノズルにおいて、前記第１および第２の絞り部材は、それぞれ板状に形成されるとともに、これら各々の板面が前記第１および第２の傾斜面とされていることを特徴とする。
【００１０】
本願の請求項４に係る洗浄装置は、請求項１から３のいずれか１項に記載の洗浄ノズルと、洗浄水を貯留する洗浄水槽と、該洗浄水槽内の洗浄水を前記洗浄ノズルに圧送するポンプおよび配管と、前記洗浄ノズルへの洗浄水の圧送を調整する調整機構とを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る洗浄ノズル、これを用いた洗浄装置、および洗浄方法によれば、上記した解決手段によって下記の効果を奏する。
すなわち、本願の請求項１に係る洗浄ノズルによれば、第１及び第２の絞り部材によりキャビテーション気泡を発生させるとともに、洗浄水を旋回流とすることができるため、洗浄水の流速を維持するとともに洗浄水を低圧に維持することにより、キャビテーション気泡をより遠くまで噴射させることができる。また、洗浄水の流速を維持して該洗浄水を低圧に維持することにより、キャビテーション気泡の成長する低圧以下に維持される期間が長くなり、キャビテーション気泡をより大きく成長させることができる。これにより、キャビテーション気泡の総量を増やし、又は被洗浄物の内壁面に到達するまでにキャビテーション気泡の量が減ることを抑制することができ、被洗浄物の壁面における洗浄力を向上させることができる。
また、本願の請求項１に係る洗浄ノズルは、先端に向かって外形が漸次縮径する突起を有しているため、第１および第２の絞り部材によって旋回した洗浄水の流速を高めて洗浄水の圧力をさらに低下させ、この圧力が飽和蒸気圧未満に達することにより旋回流にキャビテーション気泡を発生させる。すなわち、本発明の洗浄ノズルは、第１及び第２の絞り部材と突起とによって、キャビテーション気泡の発生量を増加させることができる。
また、第１及び第２の絞り部材及び突起において発生したキャビテーション気泡は、突起の先端よりも下流の旋回流にトラップされる。一旦発生した渦は消滅しにくいので、突起の先端よりも下流の旋回流に含まれるキャビテーション気泡は消滅し難くなり、キャビテーション気泡が発生してから被洗浄物に到達するまでの間に消滅することが抑制され、結果として、被洗浄物に到達するキャビテーション気泡の総量を増加させることができる。
したがって、本願発明の洗浄ノズルによれば、被洗浄物に到達させるキャビテーション気泡の発生を増加させることにより、被洗浄物においてキャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や圧力変動が増加し、衝撃力や圧力変動による洗浄力が向上するという効果を奏する。
また、第１及び第２の絞り部材及び突起によりキャビテーション気泡を効果的に発生させ洗浄力を高められるため、洗剤の使用を抑えられることで大量の水を使用することを回避し、用水費、水処理コスト、環境への負荷を大幅に抑制することができるという効果を奏する。
【００１２】
また、請求項２に係る洗浄ノズルによれば、第２の絞り部材の基端部側を向く第２の平坦面が、第２の絞り部材側へ流動した洗浄水を第１の絞り部材の第１の傾斜面に集水させるため、第１の絞り部材を流動する洗浄水の水圧を容易に高めることができ、キャビテーション噴流をより効率よく発生させることができるという効果を奏する。
【００１３】
また、請求項３に係る洗浄ノズルによれば、第１及び第２の絞り部材が板状に形成され、これら第１及び第２の絞り部材を側面視した際に各々の板面が互いにそれぞれの中間部で交叉するよう配置されているため、洗浄水が第１の絞り部材から第２の絞り部材に流れる際に生じるキャビテーション気泡と、洗浄水が第２の絞り部材から第１の絞り部材に流れるキャビテーション気泡とを発生させるとともに、２つの旋回流を発生させることができるため、強力でかつキャビテーション気泡の多い洗浄水を発生させることができるという効果を奏する。
【００１４】
また、請求項４に係る洗浄装置によれば、洗浄ノズルの第１及び第２の絞り部材及び突起によりキャビテーション気泡の発生が促進されるため、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や圧力変動が増加し、衝撃力や圧力変動による洗浄力が向上できるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の構成を模式的に示した図である。
【図２】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを内部を透視させて示した斜視図である。
【図３】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを示した図であって、（ａ）は、該洗浄ノズルを示した平面図であり、（ｂ）は、洗浄ノズルを一部断面視して示した側面図であり、（ｃ）は、図（ｂ）を洗浄ノズルの先端から軸線方向に視た正面図である。
【図４】は、本発明の第１の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを構成する第１又は第２の絞り部材を示した斜視図である。
【図５】は、本発明の第２の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを内部を透視して示した斜視図である。
【図６】は、本発明の第２の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを構成する第１又は第２の絞り部材を示した斜視図である。
【図７】は、本発明の第２の実施形態である洗浄装置の洗浄ノズルを一部断面視して示した側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る洗浄装置の実施形態について、図面を参照して説明する。
なお、本発明を適用した洗浄装置は、洗浄を要するものであれば機械その他の物品について広く適用可能であるが、本実施形態においては、液体又は半液体の飲料品等を流動させるパイプの内壁面を洗浄する洗浄装置を一例として説明する。
【００１７】
図１から図３は、本発明の第１の実施形態を示したものであり、図１は、洗浄装置１の基本的な構成を模式的に示したもので、図２、図３はこの洗浄装置に用いられる洗浄ノズルを示した図である。
【００１８】
図１に示すように、洗浄装置１は、飲料品等を流動させるパイプＴの内壁面を洗浄する装置であり、原水等からなる洗浄水２を貯留した洗浄水槽３、水中ポンプ４、流量の調整バルブ５、配管６、流量計７、洗浄ノズル８、及び分岐管９を備えている。
【００１９】
水中ポンプ４は、モータにより吸排水可能とされたものが用いられ、洗浄水槽３内に配置され、所定の圧で洗浄水２を吸い上げて配管６に洗浄水２を送水するようになっている。
【００２０】
配管６は、フレキシブル管により構成されており、水中ポンプ４から洗浄ノズル８へ洗浄水２を流動させるようになっている。
配管６の水中ポンプ４の近傍には、調整バルブ５が具備された分岐管９が設けられており、調整バルブ５によって分岐管９を開口するとその開口面積に応じて、分岐管９に洗浄水２が流動して再び洗浄水槽３に洗浄水２が回帰するようになっている。かくして、調整バルブ５及び分岐管９は、配管６を流動する洗浄水２の量を調整する調整機構を構成している。また、配管６に送水される洗浄水２の流量は流量計７により確認できるようになっている。
【００２１】
図２に示すように、洗浄ノズル８は、細長の筒体１０と、該筒体１０の長手方向の中間部、詳細には中央部先端寄りに配置された第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂと、第１及び第２の絞り部材２１Ａ，２１Ｂに設けられた突起１００を備えて構成され、キャビテーション気泡を発生させるようになっている。
【００２２】
洗浄ノズル８の筒体１０は、断面略Ｕ字形状に形成された本体１０Ａと、この本体１０Ａの上面を塞ぐ蓋体１０Ｂとから構成されている。本体１０Ａは、底壁部１０ｐと、該底壁部１０ｐの側縁から立ち上がり、上端部に図３に示す螺子穴１１、１１、・・が形成された側壁部１０ｑ、１０ｑとからなっている。
蓋体１０Ｂは、側壁部１０ｑ、１０ｑ間に跨って配され、これら側壁部１０ｑ、１０ｑに螺子留めにより固定される。
本体１０Ａの基端部１０ａにはフランジ１２が形成され、このフランジ１２の中央部に基端開口部１２ａが形成されている。本体１０Ａと蓋体１０Ｂとの間に形成された空間は洗浄水２を圧送する圧送通路２０となっており、その先端は先端開口部１０ｂとされている。
【００２３】
図３（ａ）に示すように、筒体１０の長手方向の中間部には、該筒体１０内においてキャビテーション気泡を発生させる第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂが設置可能なように、筒体１０の底壁部１０ｐの位置に、螺子等の固定具を底壁部１０ｐの下方から水密に挿通可能な貫通孔２２が形成されている。
【００２４】
図４に示すように、第１の絞り部材２１Ａは矩形の底面２４と、該底面２４の短手方向の一方の縁部２４ａから垂直に立ち上がる第１の平坦面２５Ａと、該第１の平坦面２５Ａの上端２５ａから底面２４の短手方向の他方の縁部２４ｂに向かって傾斜してなる第１の傾斜面２６Ａと、底面２４の長手方向の縁部２４ｃ、２４ｄから垂直に立ち上がる側面２７、２７とにより囲まれてなる三角柱に形成された部材である。
【００２５】
図２及び図３（ｂ），（ｃ）に示すように、第１の絞り部材２１Ａは、その第１の傾斜面２６Ａが圧送通路２０の断面積を漸次狭めるように筒体１０の基端部１０ａ側を向くとともに該第１の傾斜面２６Ａに連接する第１の平坦面２５Ａが先端開口部１０ｂ側を向くように配置されており、かつ、筒体１０の内部を基端部１０ａに向かって軸線Ｌ方向に視たときに該筒体１０の内部の左側半部を占めるように筒体１０内の一方の側壁部１０ｑ側に寄せて配置されている。
【００２６】
第２の絞り部材２１Ｂは、第１の絞り部材２１Ａと同形状であり、第２の平坦面２５Ｂが圧送通路２０を塞いだ後、先端開口部１０ｂに向かって該圧送通路２０の断面積を漸次拡げるように第２の傾斜面２６Ｂが先端開口部１０ｂ側を向き、筒体１０の内部の前記左半部に隣接する右半部を占めるように、第１の絞り部材２１Ａに隣接配置されている。
【００２７】
上記の構成において、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂは、筒体１０の延在する方向の略中央部において洗浄水２が流動する流路を絞る絞り部２９を形成し、図３（ａ）に示すように、第１の傾斜面２６Ａの下端縁２４ｂ上方の領域は、絞り部２９における洗浄水２の導入口２９Ｅとなり、同図（ｂ）に示すように、第１及び第２の傾斜面２６Ａ、２６Ｂは、筒体１０を側面視する方向から見た場合、それぞれの傾斜面２６Ａ、２６Ｂの略中央部において互いに交叉し、該交叉する部分の上部（すなわち第１の傾斜面２６Ａの前記交叉部よりも先端開口部１０ｂ側の面上部と、第２の傾斜面２６Ｂの前記交叉部よりも基端部１０ａ側の面上部）において互いに連通する空間部２８を形成し、更に同図（ａ）に示すように、第２の傾斜面２６Ｂの下端縁２４ｂの上方空間は絞り部２９における洗浄水２の導出口２９Ｆとなっている。
図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、圧送通路２０における絞り部２９は、前記空間部２８を除いて略封鎖され、キャビテーション気泡を発生させ得るようになっている。
【００２８】
図２，図３（ｃ）に示すように、第１の絞り部材２１Ａ及び第２の絞り部材２１Ｂには、前記交叉部近傍から先端開口部１０ｂに向けて洗浄水の旋回流の中心軸に略沿って突出する突起１００が設けられている。
突起１００の外形は、基端から先端に向かって漸次縮径するように先端が先鋭な円筒形状に形成されているとともに、基端部の半部が第１の絞り部材２１Ａの内側の側面２７及び第１の平坦面２５Ａに沿って嵌着する切欠部となっている。
【００２９】
次に、上記洗浄装置１の使用方法及びキャビテーション気泡の発生の作用について説明する。
まず、図１に示すように、洗浄水２を満たした洗浄水槽３内に水中ポンプ４を配置し、洗浄ノズル８を洗浄したいパイプＴ内に挿入する。
水中ポンプ４を駆動すると、洗浄水２は、配管６を経由して筒体１０の基端部１０ａから洗浄ノズル８内に進入する。
【００３０】
図２、図３（ｂ）示すように、筒体１０内に進入した洗浄水２は、第２の絞り部材２１Ｂの第２の平坦面２５Ｂに流動を阻まれるため第１の絞り部材２１Ａの第１の傾斜面２６Ａ側に流入し、かつ、該第１の傾斜面２６Ａが筒体１０の基端部１０ａから先端開口部１０ｂ方向に圧送通路２０の断面積を漸次狭めるように配置されているため、第１の傾斜面２６Ａ上で洗浄水２の水圧が徐々に高まり、第１の傾斜面２６Ａと第２の傾斜面２６Ｂとの交叉部よりも上部、すなわち空間部２８に到った時点で洗浄水２が第２の傾斜面２６Ｂ側に流入する。
【００３１】
この際、第２の傾斜面２６Ｂが筒体１０の圧送通路２０の断面積を漸次拡げるように配置されているため、洗浄水２が空間部２８の第２の絞り部材２１Ｂの側に高速で一気に流れて低圧になり、キャビテーション気泡が発生する。
【００３２】
キャビテーション気泡を含んだ洗浄水２は、図２において矢印Ｘ、Ｙで示すように、筒体１０内の絞り部２９において、第１の傾斜面２６Ａの上部に集水された後、第２の傾斜面２６Ｂ側に進路を変えるとともに、第２の絞り部材２１Ｂの第２の傾斜面２６Ｂにより圧送通路２０を漸次下方に拡げる流れとなるため、第２の傾斜面２６Ｂを通過した時点で旋回流となる。
【００３３】
この旋回流は、第２の傾斜面２６Ｂの交叉部付近から先端開口部１０ｂに向かって突出する突起１００の外周面に沿って流れる。突起１００は、先端に向かって外径が漸次小さくなっているので、上記の旋回流は、圧送通路２０の下流に向かって、回転半径が漸次小さくなり流速が上昇する。そして、旋回する洗浄水の流速が上昇することによって、圧力が低下し、該圧力が飽和蒸気圧未満になった際に、旋回流にキャビテーション気泡が発生する。すなわち、洗浄ノズル８は、突起１００が設けられていることによって、キャビテーション気泡の発生量を増加させることができる。
【００３４】
また、第１及び第２の絞り部材２１Ａ，２１Ｂ及び突起１００による旋回流において生じたキャビテーション気泡は、突起１００の先端よりも下流の旋回流にトラップされる。一旦発生した渦は消滅し難いので、突起１００の先端よりも下流の旋回流に含まれるキャビテーション気泡は消滅が抑制される。すなわち、本実施形態の洗浄ノズルは、突起１００が設けられていることによって、キャビテーション気泡が発生してから被洗浄物のパイプＴの内壁面Ｔ１に到達するまでの間にキャビテーション気泡が消滅することが抑制され、結果として、パイプＴの内壁面Ｔ１に到達するキャビテーション気泡の総量を増加させる。
したがって、パイプＴの内壁面Ｔ１に到達するキャビテーションの量を増すことができ、パイプＴの内壁面Ｔ１の洗浄力を向上する。
【００３５】
以上のように、本発明の洗浄装置１によれば、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂ及び突起１００により、キャビテーション気泡を発生させることができるとともに、洗浄水を旋回流にするため、洗浄水の流速を維持しキャビテーション気泡をより遠くまで噴射させることができる。また、突起１００により発生するキャビテーション気泡の総量（体積）を増加させることによって、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や圧力変動が増加し、衝撃力や圧力変動による洗浄力を向上させて、洗浄効果を飛躍的に向上させることが可能となるという効果が得られる。
【００３６】
また、その結果、洗剤を用いずにパイプＴの内壁面Ｔ１を効率よく洗浄することができることとなるため、大量の水を使用することを回避し、用水費、水処理コスト、環境への負荷を大幅に抑制し、洗浄作業の効率も高めることが可能となる。
【００３７】
また、第２の絞り部材２１Ｂの基端部１０ａ側を向く第２の平坦面２５Ｂが、洗浄水２の第２の絞り部材２１Ｂ側へ流動した洗浄水を第１の絞り部材２１Ａの第１の傾斜面２６Ａに集水させるため、第１の絞り部材２１Ａを流動する洗浄水２の水圧を容易に高めることができ、キャビテーション気泡をより効率よく発生させることができるという効果を奏する。
【００３８】
本実施形態において、突起１００は、第１の絞り部材２１Ａの外形に沿う切欠部を有しているが、かかる切欠部を突起１００に設ける代わりに、突起１００の基端部を完全な円筒形状とし、第１の絞り部材２１Ａの内側の側面２７側において突起１００を嵌合させる切欠部を設けたものであってもよい。
【００３９】
なお、本実施形態において、図３（ａ）に示すように、第２の平坦面２５Ｂは、筒体１０を平面（蓋体１０Ｂ側）から視た際に、側面２７と直交するように形成されているため、筒体１０内に配置された際に軸線Ｌに直交する面とされているが、かかる形状に代えて、筒体１０内に配置された際に絞り部２９における洗浄水２の導入口２９Ｅに向かって漸次流路を狭める傾斜面（すなわち側面２７と鋭角に連設する面）２５１となるように形成されたものであってもよい。
かかる形状とすることにより、水中ポンプ４から圧送された洗浄水２の水勢を第２の平坦面２５Ｂによって減衰させることを抑制して洗浄水２の水勢を極力保った状態で円滑に第１の絞り部材２１Ａ側に流動させることが可能となって、キャビテーション気泡を効率よく生成することが可能となるという効果が得られる。
【００４０】
また、図３（ｂ）に示すように、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂのそれぞれの傾斜面２６Ａ、２６Ｂの上端２５ａと筒体１０の蓋体１０Ｂの内壁面との間には略隙間がないように形成されているが、絞り部２９の圧力損失が大きすぎるような場合には、第１及び第２の絞り部材２１Ａ、２１Ｂは、筒体１０の蓋体１０Ｂの内壁面との間にわずかな隙間が形成されるような寸法としたものであってもよい。要は、絞り部２９においてキャビテーション気泡を発生させるための水圧が第１の絞り部材２１Ａに掛けられるものであればよい。
【００４１】
次に、本発明の第２の実施形態について図５から図７を用いて説明する。本実施形態の洗浄装置は、第１の実施形態と洗浄ノズルにおいて構成が相違するものであるため、主として洗浄ノズルの構成について説明することとし、第１の実施形態と同様の構成については同一の符号を付しその説明を省略する。
【００４２】
図５に示すように、洗浄ノズル３０は、円筒形の筒体３１と、該筒体３１の長手方向の中間部、詳細には中央部の先端開口部３１ｂ寄りに配置された第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂとを備えて構成され、キャビテーション気泡を発生するようになっている。
【００４３】
洗浄ノズル３０の筒体３１の基端部３１ａにはフランジ３３が設けられ、このフランジ３３の中央部に基端開口部３３ａが形成されている。
筒体３１の内部空間は洗浄水２を圧送する圧送通路４６となっており、その先端は先端開口部３１ｂとされている。
【００４４】
図６に示すように、第１の絞り部材３２Ａは、楕円形状の平板を長軸ｍに沿って分割し、半楕円形状の板面３５、３６と、長軸ｍを通り板面３５に垂直に形成された肉厚面３７と、半楕円形の円周を巡る周面３８とに囲まれて形成されている。
【００４５】
図５、図７に示すように、第１の絞り部材３２Ａは、基端部３１ａ側を向く板面３５が第１の傾斜面として圧送通路４６の断面積を先端開口部３１ｂに向かって漸次狭めるように、傾きをもって配置され、かつ、筒体３１の内部を基端部３１ａに向かって軸線Ｌ２方向に視たときに該筒体３１の内部の半部を略塞ぐ傾斜角度をもって、筒体３１の内壁に周面３８を略当接させて配置されている。
この配置の下に、第１の絞り部材３２Ａの板面３５の裏面となっている板面３６は、第２の傾斜面として圧送通路４６の断面積を先端開口部３１ｂに向かって漸次拡げている。
【００４６】
第２の絞り部材３２Ｂは、第１の絞り部材３２Ａと同形状であり、先端開口部３１ｂを向く板面３９が第２の傾斜面として圧送通路４６の断面積を先端開口部３１ｂに向かって漸次拡げるように配置され、筒体３１内の第１の絞り部材３２Ａの反対側の半部を略塞ぐ傾斜角度をもって筒体３１の内壁に周面４２を略当接させて配置されている。
この配置の下に、第２の絞り部材３２Ｂの板面３９の裏面となっている板面４０は、第１の傾斜面として圧送通路４６の断面積を先端開口部３１ｂに向かって漸次狭めている。
【００４７】
この際、図７に示すように、第１及び第２の傾斜面３５、３９は、筒体３１を側面視する方向から見た場合、それぞれの傾斜面３５、３９の略中央部において互いに交叉し、該交叉する部分の上部（すなわち、第１の傾斜面３５の中央部（交叉部）よりも先端開口部３１ｂ側の面上部と第２の傾斜面３９の中央部（交叉部）よりも基端部３１ａ側の面上部）において互いに連通する空間部４３を形成し、第１の傾斜面４０と第２の傾斜面３６とは、空間部４３と反対側において互いに連通する空間部４４を形成している。
この第１の絞り部材３２Ａと第２の絞り部材３２Ｂとの交差角度、すなわち板面３５と板面３９との成す角度は２０度〜４５度であることが好ましく、２０度〜３０度であることが更に好ましい。
【００４８】
上記の構成の下に、第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂは、筒体３１の延在する方向の中央部先端寄りにおいて洗浄水が流動する流路を絞る絞り部４５を形成し、該絞り部４５における圧送通路４６は、前記空間部４３、４４を除いて略封鎖され、キャビテーション気泡を発生させ得るようになっている。
【００４９】
第１の絞り部材３２Ａ及び第２の絞り部材３２Ｂには、これらの交叉部から先端開口部３１ｂに向けて洗浄水の旋回流の中心軸に略沿って突出する突起１００が設けられている。
突起１００の形状は、第１の実施形態の突起１００と同様に、基端から先端に向かって漸次縮径するように形成されているとともに、基端部の半部が第１の絞り部材３２Ａの肉厚面３７及び板面３６に嵌着する切欠部となっている。
【００５０】
次に、上記洗浄ノズル３０に洗浄水２を圧送した際の作用について説明する。
水中ポンプ４を駆動して、洗浄水２を配管６を経由して筒体３１の基端部３１ａから洗浄ノズル３０内に進入させると、図５、図７に示すように、洗浄水２は、第１の絞り部材３２Ａの板面３５と第２の絞り部材３２Ｂの板面４０（板面３９の裏面）のそれぞれの面上下部（矢印Ｘ、Ｗ方向）に流入し、これら板面３５と板面４０とは先端開口部３１ｂに向かって圧送通路４６の断面積を漸次狭めるように配置されているため、板面３５、４０のそれぞれの先端開口部３１ｂ側で洗浄水２の水圧が徐々に高まり、空間部４３、４４に到った時点で洗浄水２が互いに他方の絞り部材３２Ｂ、３２Ａの側（矢印Ｙ、Ｚ方向）に流入する。
【００５１】
この際、他方の絞り部材３２Ａ、３２Ｂの板面３６、３９は、筒体３１の圧送通路４６の断面積を漸次拡げるように傾斜しているため、空間部４３、４４内に進入した洗浄水２が第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂから互いに他方の絞り部材３２Ｂ、３２Ａに高速で一気に流れて低圧になり、キャビテーション気泡が発生する。
【００５２】
また、洗浄水２は、図５において矢印Ｘ、Ｙ、Ｗ、Ｚで示すように、筒体３１内の絞り部４５において、板面３５、４０のそれぞれの先端開口部３１ｂ側に集水された後、他方の板面３９、３６側に進路を変え圧送通路４６の上方又は下方に流路を広げる流れとなるため、絞り部４５を通過した時点で二方向の流れにより作られた旋回流となる。
【００５３】
この旋回流は、第１の傾斜面３５と第２の傾斜面３９との交叉部付近から先端開口部３１ｂに向かって突出する突起１００の外周面に沿って流れる。突起１００は、先端に向かって外径が漸次小さくなっているので、上記の旋回流は、圧送通路４６の下流に向かって、回転半径が漸次小さくなり流速が上昇する。そして、旋回する洗浄水２の流速が上昇することによって、圧力が低下し、該圧力が飽和蒸気圧未満になった際に、旋回流にキャビテーション気泡が発生する。すなわち、洗浄ノズル３０は、突起１００が設けられていることによって、キャビテーション気泡の発生量を更に増すことができる。
【００５４】
また、第１及び第２の絞り部材３２Ａ，３２Ｂ及び突起１００による旋回流において生じたキャビテーション気泡は、突起１００の先端よりも下流の旋回流にトラップされる。一旦発生した渦は消滅し難いので、突起１００の先端よりも下流の旋回流に含まれるキャビテーション気泡は、消滅が抑制される。すなわち、本実施形態の洗浄ノズルは、突起１００が設けられていることによって、キャビテーション気泡が発生してからパイプＴの内壁面Ｔ１に到達するまでの間に消滅することが抑制され、結果として、パイプＴの内壁面Ｔ１に到達するキャビテーション気泡の総量を増加させる。
【００５５】
したがって、被洗浄物のパイプＴの内壁面Ｔ１に到達するキャビテーション気泡の総量を増加することができ、被洗浄物のパイプＴの内壁面Ｔ１における洗浄力を向上する。
【００５６】
以上のように、本実施形態の洗浄ノズル３０によれば、第１及び第２の絞り部材３２Ａ、３２Ｂによりキャビテーション気泡を発生させることができるとともに、洗浄水を旋回させるため、キャビテーション気泡を含んだ洗浄水がその流速を維持しキャビテーション気泡をより遠くまで噴射させることができる。また、突起１００により、キャビテーション気泡を更に発生させて、発生するキャビテーション気泡の総量（体積）が増加させることによって、キャビテーション気泡が崩壊するときに発生する衝撃力や圧力変動が増加し、衝撃力や圧力変動による洗浄力が向上し、洗浄効果を飛躍的に向上させることが可能となるという効果が得られる。
【００５７】
特に本実施の形態の洗浄ノズル３０によれば、絞り部４５により二方向の旋回流によってキャビテーション気泡を効果的に発生させることができるため、水中ポンプ４の圧送水量を高めることで、より洗浄能力の高い洗浄水を生成することが可能となるという効果が得られる。また、この２方向の旋回流により、渦がより強力なものとなるため突起１００においてより一層多くのキャビテーション気泡を発生させるとともに、流速の衰えが抑えられるためキャビテーション気泡の消滅を抑制することができる。したがって、パイプＴの内壁面Ｔ１に到達するキャビテーション気泡の総量を増加させることにより、気泡が崩壊する際のエネルギーによって洗浄水２の洗浄能力を一層高めることができるという効果が得られる。
また、その結果、洗剤を用いずに被洗浄物を洗浄することができることとなるため、大量の水を使用することを回避し、用水費、水処理コスト、環境への負荷を大幅に抑制し、洗浄作業の効率も高めることが可能となる。
【００５８】
本実施形態において、突起１００は、第１の絞り部材３２Ａの外形に沿う切欠部を有しているが、かかる切欠部を突起１００に設ける代わりに、突起１００の基端部を完全な円筒形状とし、第１の絞り部材３２Ａの肉厚面３７側において突起１００を嵌合させる切欠部を設けたものであってもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１ 洗浄装置
２ 洗浄水
３ 洗浄水槽
４ 水中ポンプ（ポンプ）
６ 配管
１０ａ 基端部
２１Ａ 第１の絞り部材
２１Ｂ 第２の絞り部材
２５Ａ 第１の平坦面
２５Ｂ 第２の平坦面
２６Ａ 第１の傾斜面
２６Ｂ 第２の傾斜面
２８ 空間部（交叉する部分の上方）
３２Ａ 第１の絞り部材
３２Ｂ 第２の絞り部材
３５、４０ 第１の傾斜面
３６、３９ 第２の傾斜面
４３、４４ 空間部
１００ 突起
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部が洗浄水の圧送通路とされ、該圧送通路の基端部側から圧送する洗浄水にキャビテーション気泡を発生させて先端開口部から噴出させる洗浄ノズルであって、
前記圧送通路内には、該圧送通路の軸線方向に直交する方向に互いに隣接配置された第１及び第２の絞り部材を備え、
前記第１の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次狭める第１の傾斜面を有し、
前記第２の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次拡げる第２の傾斜面を有し、
これら第１及び第２の絞り部材は、これらをその側方から視たときに、前記第１及び第２の傾斜面がこれら各傾斜面の中間部で交叉し、
該第１及び第２の傾斜面上の前記圧送通路が前記交叉する部分の上方において互いに連通し、
前記中間部の下流側には、洗浄水の圧送方向に突出するとともに先端に向かって漸次縮径した外形を有する突起が備えられていることを特徴とする洗浄ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載の洗浄ノズルにおいて、
前記第１の絞り部材は、前記第１の傾斜面の前記先端開口部側の端部に隣接して、前記先端開口部側を向く第１の平坦面を備え、
前記第２の絞り部材は、前記第２の傾斜面の前記基端部側の端部に隣接して、前記基端部側を向く第２の平坦面を備えていることを特徴とする洗浄ノズル。
【請求項３】
請求項１に記載の洗浄ノズルにおいて、
前記第１および第２の絞り部材は、それぞれ板状に形成されるとともに、これら各々の板面が前記第１および第２の傾斜面とされていることを特徴とする洗浄ノズル。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の洗浄ノズルと、
洗浄水を貯留する洗浄水槽と、
該洗浄水槽内の洗浄水を前記洗浄ノズルに圧送するポンプおよび配管と、
前記洗浄ノズルへの洗浄水の圧送を調整する調整機構とを備えたことを特徴とする洗浄装置。
【請求項１】
内部が洗浄水の圧送通路とされ、該圧送通路の基端部側から圧送する洗浄水にキャビテーション気泡を発生させて先端開口部から噴出させる洗浄ノズルであって、
前記圧送通路内には、該圧送通路の軸線方向に直交する方向に互いに隣接配置された第１及び第２の絞り部材を備え、
前記第１の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次狭める第１の傾斜面を有し、
前記第２の絞り部材は、前記基端部側から前記先端開口部側へ向けて前記圧送通路の断面積を漸次拡げる第２の傾斜面を有し、
これら第１及び第２の絞り部材は、これらをその側方から視たときに、前記第１及び第２の傾斜面がこれら各傾斜面の中間部で交叉し、
該第１及び第２の傾斜面上の前記圧送通路が前記交叉する部分の上方において互いに連通し、
前記中間部の下流側には、洗浄水の圧送方向に突出するとともに先端に向かって漸次縮径した外形を有する突起が備えられていることを特徴とする洗浄ノズル。
【請求項２】
請求項１に記載の洗浄ノズルにおいて、
前記第１の絞り部材は、前記第１の傾斜面の前記先端開口部側の端部に隣接して、前記先端開口部側を向く第１の平坦面を備え、
前記第２の絞り部材は、前記第２の傾斜面の前記基端部側の端部に隣接して、前記基端部側を向く第２の平坦面を備えていることを特徴とする洗浄ノズル。
【請求項３】
請求項１に記載の洗浄ノズルにおいて、
前記第１および第２の絞り部材は、それぞれ板状に形成されるとともに、これら各々の板面が前記第１および第２の傾斜面とされていることを特徴とする洗浄ノズル。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１項に記載の洗浄ノズルと、
洗浄水を貯留する洗浄水槽と、
該洗浄水槽内の洗浄水を前記洗浄ノズルに圧送するポンプおよび配管と、
前記洗浄ノズルへの洗浄水の圧送を調整する調整機構とを備えたことを特徴とする洗浄装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１３−２２５３８（Ｐ２０１３−２２５３８Ａ）
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１６１２７９（Ｐ２０１１−１６１２７９）
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（５９２０８１４２７）
【出願人】（０００００６１２７）森永乳業株式会社 (269)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年２月４日（２０１３．２．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月２２日（２０１１．７．２２）
【出願人】（５９２０８１４２７）
【出願人】（０００００６１２７）森永乳業株式会社 (269)
【Ｆターム（参考）】
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