JP2000512903A - スプレーノズル及びその使用方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 広域流れ領域をスプレーする、内側スプレー・ノズル及び外側スプレー・ノズルを有するコンパクト・ノズルの本体中において、同軸に収容された２つのスプレー・ノズルを備えたことを特徴とするデュアル・フィード・インジェクター、並びに、前記デュアル・フィード・インジェクターから放出された流体を物質と接触させる方法を開示する。

Description

【発明の詳細な説明】 スプレーノズル及びその使用方法 発明の背景 本発明は、コンパクト・ノズルの本体中において同軸に収容された２つのスプ レー・ノズル、すなわち、完全な幅広の円錐形スプレーを提供する内側スプレー ・ノズル及び中空の幅広又は先細の円錐形スプレーを提供する外側スプレー・ノ ズルを備えたデュアル・フィード・インジェクターに関する。より具体的には、 本発明は、デュアル・フィード・インジェクターから放出された広域流れ領域の 流体と物質とを接触させる方法に関する。 スプレー・ノズルは、圧力ノズル、回転ノズル、及び、ガス霧状化ノズルに分 類される。スプレー・ノズルは液体を飛沫へと霧状化するのに用いられ、種々の 用途において広く知られている。例えば、米国特許第3,717,306号は、発泡樹脂 材料を混合しスプレーするためのノズルを開示するものであり、中心経路及びこ の中心経路と軸を同じくする円筒形の経路を有する２つの同軸のスプレー・ノズ ル部材からなるものである。そこでは、ノズル内の物質が渦巻き運動によってよ く混ぜられ、その後、混合物が単一のスプレー・コーンにおいて放出されるよう に、連通通路が配置されている。 単一のスプレー・ノズルは制限流れ領域をスプレーするのに効果的である。制 限空間において効果的にスプレーするために、広域流れ領域をスプレーする必要 がある。本発明は、このような必要に応えるものである。 本発明の要約 本発明は、 （ａ）約１０度から約９０度の噴射角を決定する手段と連通する、外側流体供給 ラインを有する外側スプレー・ノズルであって、中空の幅広又は先細の円錐形ス プレーを提供する環状オリフィスを終端とする外側スプレー・ノズルと、 （ｂ）約１０度から約９０度の噴射角を決定する手段と連通する、内側流体供給 ラインを有する内側スプレー・ノズルであって、完全な幅広の円錐形スプレーを 提供する中心オリフィスを終端とする内側スプレー・ノズルと、 （ｃ）互いに同軸となるように、コンパクト・ノズルの本体中に収容される外側 ノズル及び内側ノズルの終端付近において流体を霧状化するための手段と を備えたことを特徴とするデュアル・フィード・インジェクターを提供する。 図面の簡単な説明 図１Ａ及び図１Ｃは、それぞれ、本発明のデュアル・フィード・インジェクタ ーの側面図及び上面図である。 図１Ｂは、本発明のデュアル・フィード・インジェクターの端面図である。 図２は、本発明のデュアル・フィード・インジェクターの縦断面図である。 発明の詳細な説明 本発明のデュアル・フィード・インジェクターは、デュアル・フィード・イン ジェクターから放出される流体と管やパイプ等の中の流体とがよく接触するため に、広域流れ領域の中において、２つの霧状化された流体の流れを提供すること ができる独特のものである。本発明のデュアル・フィード・インジェクターは、 制限空間において流出するガスの流れを急速に約８００℃〜１５００℃から約２ ００℃〜５５０℃へと冷却するのにとりわけ応用できる。急速冷却は、約９００ ℃〜１０００℃から約４５０℃〜５５０℃へと下げることが好ましい。 米国特許第3,261,664号及び米国特許第4,066,424号により詳細に開示されてい るような、フェロチタン鉄（ferrotitaniferous）物質を塩素化し、四塩化チタ ンを分離することが、そのような工程の実例となる。これらの教示は、参照とし てここに組み込まれている。反応によって生じた熱い塩素化ガスは、主に、四塩 化チタン、塩化第二鉄、及び、塩化第一鉄である。これらのガスは輸送管へと通 り、そこでは、単一のスプレー・インジェクション・ノズルにより、冷却液、例 えば、液体の四塩化チタンが投入され、塩素化ガスを約４５０℃〜約５５０℃へ と接触により冷却するという重要なステップを実行する。本発明のデュアル・フ ィード・インジェクターは、この単一のスプレー・インジェクション・ノズルを 改良したものである。 次に、図１Ｂを参照するに、デュアル・フィード・インジェクターの端面図は 、外側ノズル１０に供給する、正接する流体入口３０を示している。特定の用途 に応じて、この入口は正接するものであっても同軸となるものであってもよいこ とが、当業者には理解されるであろう。次に、図２を参照するに、内側スプレー ・ノズル２０は、完全な幅広の円錐形スプレーを放出する中心オリフィス８を終 端とする。完全な幅広の円錐形スプレーとは、ここでは、外側に吹き付ける、実 質的に円錐形全体の領域を形成する小さな粒子又は飛沫をいうものと定義する。 外側スプレー・ノズル１０は、中空の幅広又は先細の円錐形スプレーを放出する 環状オリフィス９を終端とする。中空の幅広又は先細の円錐形スプレーとは、こ こでは、外側に吹き付ける、又は、該完全な幅広の円錐形スプレーに向かって合 流する、円の円周の廻りのリング形を形成する小さな粒子又は飛沫をいうものと 定義する。内側ノズル・フィード１及び外側ノズル・フィード２は、典型的には 、同じ液体の異なるソースから供給される。この供給は、同時にされるものであ っても、順次にされるものであってもよい。代替の実施態様においては、内側ノ ズル・フィード１及び外側ノズル・フィード２は、同じソースから供給され、又 は、異なる流体が供給される。さらに、２つの液体は、第３の液体と接触する場 合もあり得るし、スラリー又はペーストが他の流体との接触又は処理のために外 側スプレー・ノズルから突き出る場合もあり得る。本発明のデュアル・フィード ・インジェクターは、霧状化、冷却、加熱、化学反応、混合、蒸発、スプレード ライ、接触、又は処理を含む、−しかし、これらに限定されない−くの工程及び 多くの目的のために、用いることができる。 取付用のフランジ５の上流において、流体は、外側ノズル・フィード２から供 給されて同軸の又は正接する外側流体供給ライン３に入り、内側ノズル・フィー ド１から供給されて同軸の又は正接する内側流体供給ライン４に入る。産業上の 用途又は工程のためには、流体流れ領域及び圧力レンジを、所望の用途又は工程 のために決定することは容易である。例えば、流出するガスの流れを冷却する場 合、内側ノズルにおける流体流れ領域は高流れ領域(high flow range)、例えば 、約１から約９０ｐｓｉｇの圧力において、約１００から約６００ガロン毎分で あり得る。一方、外側ノズルは低流れ領域(low flow range)、例えば、約１から 約６０ｐｓｉｇの圧力において、約２０から約２００ガロン毎分であり得る。外 側流体供給ライン３及び内側流体供給ライン４は、噴射角を決定する手段6a、6b 、7a及び7bと連通する。例えば、固定された旋回ノズル羽根6a及び6bは、渦巻き 運動を与える。こうして得られた流体の渦は、内側ノズル及び外側ノズルの終端 付近において減少する直径7a、7bと相なって、噴射角を決定する。噴射角は、約 １０度から約９０度であり得るが、１５、３０、及び、６０度を通常選択される 大きさとして、特定の用途に応じて選択される。制限空間が比較的に狭いパイプ である場合において、パイプの壁にスプレーが衝突するのを実質的に避けること が望ましいときは、噴射角は最小限にするべきである。噴射の方向は、ガス状の 混合物の流れの方向に関して、どのような角をなすものであってもよく、例えば 、逆方向の流れでも、順方向の流れでもよい。逆方向の流れは、急速な冷却を促 進し、冷却液の蒸発を完全にするので、流出するガスを冷却する場合においては 、逆方向の流れが好ましい。終端付近においては、内側ノズルの直径7a及び外側 ノズルの直径7bは減少し、流体流れのために利用可能な体積もまた減少する。利 用可能な体積の変化はまた、流体を霧状にする、すなわち、流体を多くの小さな 粒子又は飛沫に砕くのに必要なエネルギを与えることになる。流出するガスを冷 却する場合においては、粒子又は飛沫が小さいほど、接触がよりよいものとなる ということが観察された。デュアル・フィード・インジェクターは、どのような 飛沫の大きさを得るためにも設計できる。流出するガスの流れを冷却する工程に おいては、液体のスプレーの飛沫の平均直径は、０．２から２ ０ｍｍの範囲であることが望ましい。デュアル・フィード・インジェクターのモ デルを組立て、そして、所望の流れ領域及びスプレーの様式を得るために、動作 パラメーター、ノズル羽根の形状、及び、寸法を試験することにより、種々の産 業上の用途又はデュアル・フィード・インジェクターから供給される流体に応じ て、動作パラメーター、ノズル羽根の形状、及び、寸法が容易に決定できるとい うことは、当業者には理解されるであろう。限定するものとしてではなく例示と してあげると、流出するガスを冷却するのに適した寸法は、全体の長さで約２６ インチであり得る。全体の高さは、約１５．２５インチであり得る。外側ノズル の上流における内直径は、約５．７５インチであり得、内側ノズルの上流におけ る内直径は、約２．９インチであり得る。この直径は、終端付近において減少し 、内側ノズルの減少した直径7aは、約１．５インチであり得る。外側ノズルの減 少したノズル7bの直径は、約２．２インチであり得る。環状オリフィスの幅は約 ０．３インチであり得る。 デュアル・フィード・インジェクターは、それから供給される流体に適してい る限り、どのような材質によっても組立てることができる。典型的には、ステン レス合金が多くの用途において適しているが、Hastelloy（登録商標）などのよ り耐腐蝕性を有する材質を用いることもできる。 本発明は、従来のスプレー・ノズルと比べて、より効率的であり、かつ、工程 の自由度を高め、広い用途を有する。デュアル・フィード・インジェクターは、 コンパクト性と従来のノズルよりもかなり大きい流量の領域に渡って優れたスプ レーの様式を与える能力とを結合させるものであるといえる。 ここで用いられる文言及び表現は開示のための文言として用いられるのであっ て、限定のために用いるのではない。そのような文言及び表現の使用には、開示 された特徴又はその部分のいかなる均等物をも排除する意図はなく、一方、請求 の範囲を逸脱することなく、種々の改良が可能であることが認識される。

【手続補正書】特許法第１８４条の８第１項 【提出日】平成１０年６月２５日（１９９８．６．２５） 【補正内容】 請求の範囲 １．（ａ）デュアル・フィード・インジェクターの外側スプレー・ノズルから冷 却用流体を、流量約２０から約２００ガロン毎分及び約１から約６０ｐｓｉｇの 圧力で噴出させて、塩素化ガスと接触させるステップであって、該外側スプレー ノズルは、噴射角を与える手段と連通する外側流体供給ラインを有し、流体を霧 状化するために外側流体供給ラインよりも小さい直径を有する環状オリフィスを 終端とするステップと、 （ｂ）デュアル・フィード・インジェクターの内側スプレー・ノズルから冷 却用流体を、流量約１００から約６００ガロン毎分及び約１から約９０ｐｓｉｇ の圧力で噴出させて、塩素化ガスと接触させるステップであって、該内側スプレ ー・ノズルは、噴射角を与える手段と連通する内側流体供給ラインを有し、流体 を霧状化するために内側流体供給ラインよりも小さい直径を有する中心オリフィ スを終端とし、また、該内側スプレー・ノズルと前記外側ノズルは互いに同軸に なるようにコンパクト・ノズルの本体中に収容されているステップとを 備えることを特徴とするフェロチタン鉄（ferrotitaniferous）物質を塩素と反 応させることによって生じる塩素化ガスを冷却する方法。 ２．前記冷却用流体が飛沫の平均直径が約０．２から約２０ｎｍの範囲であるこ とを特徴とする請求項１に記載の方法。 ３．前記冷却用流体が塩素化ガスを８００℃から１５００℃の範囲にある温度か ら２００℃から５５０℃の範囲にある温度に冷却することを特徴とする請求項１ に記載の方法。 ４．前記冷却用流体が四塩化チタンであることを特徴とする請求項１に記載の方 法。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ （ａ）約１０度から約９０度の噴射角を決定する手段と連通する、外側流体 供給ラインを有する外側スプレー・ノズルであって、中空の幅広又は先細の円錐 形スプレーを提供する環状オリフィスを終端とする外側スプレー・ノズルと、 （ｂ）約１０度から約９０度の噴射角を決定する手段と連通する、内側流体 供給ラインを有する内側スプレー・ノズルであって、完全な幅広の円錐形スプレ ーを提供する中心オリフィスを終端とする内側スプレー・ノズルと、 （ｃ）互いに同軸となるように、コンパクト・ノズルの本体中に収容されて いる外側ノズル及び内側ノズルの終端付近において流体を霧状化するための手段 と を備えたことを特徴とするデュアル・フィード・インジェクター。 ２．請求項１に記載されたデュアル・フィード・インジェクターにおいて、 内側ノズルにおける流体流れ領域が、約１から約９０ｐｓｉｇの圧力におい て約１００から約６００ガロン毎分であり、外側ノズルにおける流体流れ領域が 、約１から約６０ｐｓｉｇの圧力において約２０から約２００ガロン毎分である ことを特徴とするデュアル・フィード・インジェクター。 ３．請求項１に記載のデュアル・フィード・インジェクターにおいて、 液体スプレー飛沫の平均直径が約０．２から約２０ｍｍの範囲であることを 特徴とするデュアル・フィード・インジェクター。 ４．請求項１乃至請求項３のいずれかに記載のデュアル・フィード・インジェク ターを使用する方法において、 霧状化、冷却、加熱、化学反応、混合、蒸発、スプレードライ、及び、処理 からなる群から選ばれた流体の接触を備えることを特徴とする方法。 ５．請求項４に記載の方法において、 流出するガスは、約１から約９０ｐｓｉｇの圧力において約２０から約６０ ０ガロン毎分である流れ領域からの少なくとも１つの液体の流れと接触し、流出 するガスは約２００℃〜約５５０℃へと急速冷却されることを特徴とする方法。