JP2004188320A - Mixing apparatus - Google Patents

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JP2004188320A
JP2004188320A JP2002359462A JP2002359462A JP2004188320A JP 2004188320 A JP2004188320 A JP 2004188320A JP 2002359462 A JP2002359462 A JP 2002359462A JP 2002359462 A JP2002359462 A JP 2002359462A JP 2004188320 A JP2004188320 A JP 2004188320A
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gas
mixing
liquid
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mixed
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Withdrawn
Application number
JP2002359462A
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Japanese (ja)
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Atsushi Fujii
篤 藤井
Katsuhiko Yokohama
克彦 横濱
Ryuhei Takashima
竜平 高島
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a mixing apparatus of gas and liquid capable of forming a satisfactory mixed state and an atomized state when mixing the gas and liquid, and constituting a vapor producing apparatus which is easily manufactured at low cost when being applied for the purpose of vapor production. <P>SOLUTION: The liquid to be mixed is allowed to flow into the gas to be mixed at a prescribed angle (α) to the flowing direction of the gas and is mixed with the gas. After mixing, the gas and liquid are allowed to flow to the outside through a path. Therein, the ratio (L/D) of the length L of the path to the diameter D of cross-section of the path is set to be a predetermined value. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体と液体を混合させるための混合装置に関し、特に、混合後に良好な噴霧状態を生成することのできる混合装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、気体と液体を混合する技術が燃焼バーナなどで用いられており、燃焼バーナでは、異なる系統から導かれた燃料油と空気などのガスを混合し、先端から両者を混合した状態で噴出する。噴出された燃料油は、噴流の中で微粒となり、即ち霧化し、着火により燃焼する。そして、この噴出後の噴霧状態が良好であれば、良好な燃焼を実行することができる。
【0003】
一方、従来から、蒸気を発生させるための種々の装置が用いられており、それらの装置は一般的に、燃料を燃やして得られる火気によって容器内の水を加熱し蒸気を発生させるものである。例えば、それらの装置としては、一般的なボイラや下記特許文献に記載されている装置等がある。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−168401号公報(第2−6頁、第1図)
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、気体と液体が混合された時の流体の状態や挙動について十分に解明されていない点も多いことから、従来の燃焼バーナ等の混合装置においては、その寸法や形状等の仕様を経験的に決定する場合が多かった。従って、混合後、良好な混合状態、噴霧状態を生成できない場合や、最適な混合装置の仕様決定に時間を要する場合があった。
【0006】
また、前述した従来の蒸気発生装置においては、通常、その原理上高圧容器を必要とするため、構造が複雑なり、また、法的な基準を満足する装置とする必要があった。従って、蒸気発生装置の設置は容易ではなく、時間とコストを要した。
【0007】
そこで、本発明の目的は、気体と液体を混合させる際に良好な混合状態、噴霧状態を生成でき、また、蒸気発生の目的に応用した場合には、製作が容易かつ安価な蒸気発生装置を構成できる気液の混合装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明の一つの側面は、混合される気体に、当該気体の流れ方向に対して所定の角度で、混合される液体を流入させて混合し、混合後は、長さと断面の直径の割合が所定の値を有する経路を通して、当該気体と液体を外へ流出させることである。従って、本発明によれば、混合装置の出口におけて生成される液膜の厚さを薄くすることができ、かつ、混合装置から噴出後の噴霧粒径を小さくすることができるので、良好な混合状態、噴霧状態を生成できる。
【0009】
上記の目的を達成するために、本発明の別の側面は、流入する気体と液体を混合する混合装置が、前記流入する気体を導き入れる気体ノズルと、前記流入する液体を導き入れる液体ノズルと、前記気体ノズルと前記液体ノズルが開口し、前記気体ノズルと前記液体ノズルから流れ込む前記気体と前記液体を導いて当該混合装置の外へ噴出させる円形断面の経路を有する、混合ノズルとを備え、前記気体ノズル内の前記気体の流れる方向と、前記液体ノズル内の前記液体の流れる方向とのなす角度のうち、小さい方の角度(α)が、50°以上90°以下であり、前記混合ノズル内で前記流れ込む気体と液体が合流する位置から、当該気体と液体を前記混合装置の外へ噴出させる位置までの距離(L)の、前記混合ノズルが有する経路の円形断面の直径(D)に対する割合(L/D)が、1.0以上であることを特徴とすることである。
【0010】
更に、上記の発明において、その好ましい態様は、前記流入する液体が、水であり、前記流入する気体が、当該水の飽和温度以上に過熱されていることを特徴とする。これにより、容易に過熱蒸気を生成することが可能となる。
【0011】
本発明の更なる目的及び、特徴は、以下に説明する発明の実施の形態から明らかになる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態例を説明する。しかしながら、かかる実施の形態例が、本発明の技術的範囲を限定するものではない。なお、図において、同一又は類似のものには同一の参照番号又は参照記号を付して説明する。
【0013】
図1は、本発明を適用した混合装置の実施の形態例に係る構造図である。図1の(a)は、混合される気体と液体の流れる方向に沿った断面を表しており、また、図1の(b)は、図1の(a)のA−A視図を表している。図1に示す本実施の形態例に係る混合装置1は、異なる系統から流入する気体と液体を合流させて混合し、混合状態の気体と液体を外へ噴出させて噴霧状態を生成するものである。
【0014】
図1に示すように、本混合装置1は、気体ノズル2、液体ノズル3、及び混合ノズル4で構成されている。気体ノズル2は、流入する被混合気体を取り入れて、混合ノズル4に導く円形断面の経路であり、流速を高めるために順次断面積が小さくなっている。また、液体ノズル3は、流入する被混合液体を取り入れて、混合ノズル4に導く円形断面の経路であり、図1の(a)に示すように、混合ノズル4の壁面に開口する。ここで、液体ノズル3は、その方向と前記気体ノズル2の方向が所定の角度αをなすように設けられる。この角度αは、混合される前の気体の流れ方向と液体の流れ方向とがなす角度であり、以降、混合角度と称することとする。
【0015】
また、混合ノズル4は、前記気体ノズル2及び液体ノズル3から流入する気体と液体を混合し、混合状態となった気体と液体を外部に噴出する円形断面の経路である。ここで、混合ノズル4は、混合ノズル4の円形断面の内径D(以下、混合ノズル径と称す)と、混合ノズル4の気体と液体が合流する位置から外部に噴出する位置までの距離L(図1の(a)を参照。以下、混合距離と称す)の比が所定の値となるように設けられる。なお、本実施の形態例においては、前記気体ノズル2と混合ノズル4が同一方向となるように構成されている。
【0016】
このような構成を有する本混合装置1では、図1の(a)に示す矢印イの方向から混合される液体が流入し、また、図1の(a)に示す矢印ロの方向から混合される気体が流入し、それぞれが前記液体ノズル3と気体ノズル2に導かれて、両者は混合ノズル4において合流する。合流後は、両者が混合ノズル4内で混合しながら流れ、図1の(a)に示す矢印ハの方向へ噴出する。噴出後は、液体が霧化した状態で流れ、即ち噴霧状態となって混合装置1に続いて設けられた配管5内を流れる。なお、当該配管5を設けない構成としてもよい。
【0017】
以上説明したような構造を有する本実施の形態例に係る混合装置1は、前述した混合角度αが50°以上90°以下になるように、また、前述した混合距離Lと混合ノズル径Dの比L/Dが1.0以上になるように設計されていることを特徴としている。このような特徴は、以下に説明する実験の結果に基づくものであり、このような仕様とすることで、気体と液体の良好な混合状態及び混合後の良好な噴霧状態を生成することが可能となる。
【0018】
図2は、上記実験を説明するために図である。図2の(a)は、実験で使用された混合装置10の構成を示した図であり、また、図2の(b)は、実験で現れる現象を説明するための図である。図2の(a)に示すように、当該実験は、前述した混合装置1と同様の構成を有する混合装置10において行われ、気体ノズル20、液体ノズル30、及び混合ノズル40をそれぞれ透明な材質で作成し、気液の混合状態を外部から視覚的に観察できるようにして行われた。
【0019】
また、実験は、図2の(a)の矢印ニから流入する気体と図2の(a)の矢印ホから流入する液体を混合することで行われたが、混合状態及び噴霧状態に影響を与えるであろうと考えられる前述した混合角度αと混合距離Lと混合ノズル径Dの比L/Dの値を変えて複数回行われている。
【0020】
図2の(b)では、前記実験で気液が混合された際の現象を示している。気体ノズル20及び液体ノズル30からそれぞれ流入した気体と液体は、混合ノズル40内で合流し、互いに混ざり合って混合ノズル40内を流動する。このように気液が混ざり合って流動している領域が、図2の(b)に示す混合域50である。
【0021】
一方、液体ノズル30から混合ノズル40内に流入した液体の一部は、気体と混ざり合わずに、混合ノズル40の壁面に付着し液膜を形成する。かかる液膜が、図2の(b)に示す環状液膜60である。
【0022】
前記混合域50を形成して混ざり合った気液は、図2の(b)に示すように、混合ノズル40から下方に噴出し、噴霧状態を形成する。図2の(b)に示すtは、混合ノズル40の出口における前記環状液膜60の厚さであり(以下、ノズル出口液膜厚さと称する)、dは、噴出後の液体の粒径(以下、平均噴霧粒径と称す)である。そして、このノズル出口液膜厚さtが薄く、平均噴霧粒径dが小さい場合に、良好な混合状態及び噴霧状態であると判断される。従って、各条件における前記実験では、このノズル出口液膜厚さtと平均噴霧粒径dが実験結果として計測されている。
【0023】
図3は、混合角度αのみを変えて行った実験の結果を示した図である。図3のグラフに示すとおり、混合角度αを変えて気体と液体を混合した場合のノズル出口液膜厚さtと平均噴霧粒径dの傾向は同様であり、混合角度αが50°以下になると共に急激に悪い結果となる(図3のヘ参照)。即ち、混合角度αが50°以下では、ノズル出口液膜厚さtが急激に厚くなり、平均噴霧粒径dが急激に大きくなる。従って、この実験結果から、混合角度αが混合状態及び噴霧状態の影響因子であると考えられ、良好な混合状態及び噴霧状態を生成するためには、混合角度αを50°以上にする必要があることが考察される。
【0024】
また、図4は、混合距離Lと混合ノズル径Dの比L/Dのみを変えて行った実験の結果を示した図である。図4のグラフに示すとおり、比L/Dを変えて気体と液体を混合した場合のノズル出口液膜厚さtと平均噴霧粒径dの傾向は同様であり、比L/Dが1.0以下になると共に急激に悪い結果となる(図4のト参照)。即ち、比L/Dが1.0以下では、ノズル出口液膜厚さtが急激に厚くなり、平均噴霧粒径dが急激に大きくなる。従って、この実験結果から、比L/Dが混合状態及び噴霧状態の影響因子であると考えられ、良好な混合状態及び噴霧状態を生成するためには、比L/Dが1.0以上にする必要があることが考察される。
【0025】
以上説明したように、本実施の形態例に係る混合装置1は、上述した実験結果に基づきその混合角度αが50°以上になるように、また、混合距離Lと混合ノズル径Dの比L/Dが1.0以上になるように設計されているので、良好な気体と液体の混合が可能である。具体的には、混合ノズル4出口における液膜(t)を薄くでき、かつ噴出後の液体の粒径(d)を小さくできるので、良好な混合状態及び噴霧状態を生成することが可能である。
【0026】
次に、本混合装置1を蒸気発生装置として応用した場合について説明する。図5は、蒸気発生装置として応用した場合の各装置の構成と流体のフローを示した図である。図5に示す応用例は、混合装置1で混合する液体を温水とし、また、混合装置1で混合する気体を過熱ガスとすることにより、温水を過熱ガス内に噴霧して蒸発させ、蒸気を生成しようとするものである。
【0027】
図5に示す水タンク11は、前記温水として混合装置1に供給される水を蓄えるタンクであり、ポンプ12は、当該水タンク11から混合装置1へ水を供給する装置である。当該ポンプ12から混合装置1に水を導く温水配管13には、その外周にヒータが設けられ、供給する水の温度を上昇させる。これにより水の蒸発がされ易くなる。なお、温水配管13には、ヒータの代わりとして温水を供給するなどの手段を取ることもできる。
【0028】
また、図5に示すガス加熱器14は、前記過熱ガスとして混合装置1に供給されるガスを加熱する装置であり、ガス過熱配管15は、当該ガス加熱器14で加熱されたガスを更に水の飽和温度以上になるまで過熱し、保温しながら混合装置1に導く配管である。従って、ガス過熱配管15にも過熱、保温のためのヒータ等が施される。なお、前記ガスとして使用される気体の種類は限定されないが、例えば、窒素などを用いることができる。また、前記水の飽和温度以上とは、例えば、圧力が大気圧である場合には100℃以上を意味する。
【0029】
また、前記温水と過熱ガスが供給される混合装置1は、前述の通りの構成であり、蒸気配管16は、混合後の流体を導いて過熱蒸気とし、当該蒸気を蒸気の供給先に導く。なお、以上説明した、混合装置1の前後の装置構成は一例であり、他の構成を取ることも可能である。
【0030】
以上説明した応用例における蒸気発生装置では、水タンク11からの水(図5の矢印チ)が、温水配管13によって過熱されて温水となって(例えば80℃で)混合装置1に供給される(図5の矢印ヌ)。一方、ガス(図5の矢印リ)は、前記ガス加熱器14とガス過熱配管15で過熱されて過熱ガスとなって混合装置1に供給される(図5の矢印ル)。そして、温水と過熱ガスが混合装置1において混合し、前述したように良好な混合状態及び噴霧状態が生成されるので、温水は急速に蒸発し、蒸気配管16で過熱蒸気となる(図5の矢印ヲ)。生成された過熱蒸気は、供給先に提供される(図5の矢印ワ)。
【0031】
このように本発明に係る混合装置1を蒸気発生装置として応用することにより、気液の良好な混合が可能であることから、良好な蒸気を容易に発生させることができる。また、従来の蒸気発生装置と比較して構造も簡単であり、安価に装置を設けることができる。
【0032】
本発明の保護範囲は、上記の実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶものである。
【0033】
【発明の効果】
以上、本発明によれば、気体と液体の混合装置において、その出口における液膜の厚さを薄くすることができ、かつ、混合装置から噴出後の噴霧粒径を小さくすることができるので、良好な混合状態、噴霧状態を生成することが可能である。また、本発明に係る混合装置を蒸気発生装置として応用することにより、気液の良好な混合が可能であることから、良好な蒸気を容易に発生させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を適用した混合装置の実施の形態例に係る構造図である。
【図2】気液混合の実験を説明するために図である。
【図3】混合角度αのみを変えて行った実験の結果を示した図である。
【図4】混合距離Lと混合ノズル径Dの比L/Dのみを変えて行った実験の結果を示した図である。
【図5】蒸気発生装置として応用した場合の各装置の構成と流体のフローを示した図である。
【符号の説明】
1 混合装置
2 気体ノズル
3 液体ノズル
4 混合ノズル
5 配管
10 混合装置
11 水タンク
12 ポンプ
13 温水配管
14 ガス加熱器
15 ガス過熱配管
16 蒸気配管
20 気体ノズル
30 液体ノズル
40 混合ノズル
50 混合域
60 環状液膜
α 混合角度
D 混合ノズル径
L 混合距離
d 平均噴霧粒径
t ノズル出口液膜厚さ
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mixing device for mixing a gas and a liquid, and more particularly to a mixing device capable of generating a good spray state after mixing.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, the technology of mixing gas and liquid has been used in combustion burners, etc., where fuel oil and gas such as air introduced from different systems are mixed, and jetted in a state where both are mixed from the tip. I do. The ejected fuel oil becomes fine particles in the jet, that is, atomizes and burns by ignition. If the spray state after the ejection is good, good combustion can be performed.
[0003]
On the other hand, conventionally, various devices for generating steam have been used, and those devices generally generate water vapor by heating water in a container by a fire obtained by burning fuel. . For example, as such apparatuses, there are a general boiler, an apparatus described in the following patent document, and the like.
[0004]
[Patent Document 1]
JP-A-2002-168401 (pages 2-6, FIG. 1)
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
However, there are many points where the state and behavior of fluid when gas and liquid are mixed are not fully understood.Therefore, in the case of a conventional mixing device such as a combustion burner, the specifications such as dimensions and shapes are empirically determined. Often decided. Therefore, after mixing, a good mixing state and a spraying state cannot be generated, or it takes time to determine the specifications of the optimum mixing apparatus.
[0006]
In addition, the above-described conventional steam generator usually requires a high-pressure vessel in principle, so that the structure is complicated and the apparatus must satisfy legal standards. Therefore, installation of the steam generator was not easy, and required time and cost.
[0007]
Therefore, an object of the present invention is to provide a good and inexpensive steam generating device that can generate a good mixing state and a spray state when mixing a gas and a liquid, and when applied to the purpose of generating steam. It is to provide a gas-liquid mixing device that can be configured.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, one aspect of the present invention is to mix a liquid to be mixed by flowing a liquid to be mixed at a predetermined angle with respect to a flow direction of the gas, and after mixing. And flowing the gas and liquid out through a path in which the ratio between the length and the diameter of the cross section has a predetermined value. Therefore, according to the present invention, it is possible to reduce the thickness of the liquid film generated at the outlet of the mixing device and to reduce the spray particle diameter after jetting from the mixing device. It is possible to generate a mixed state and a spray state.
[0009]
In order to achieve the above object, another aspect of the present invention is directed to a mixing device for mixing a flowing gas and a liquid, wherein a gas nozzle for guiding the flowing gas, and a liquid nozzle for guiding the flowing liquid. The gas nozzle and the liquid nozzle are open, having a path of a circular cross section for guiding the gas and the liquid flowing from the gas nozzle and the liquid nozzle and ejecting the liquid to the outside of the mixing device, a mixing nozzle, The smaller angle (α) of the angle between the direction in which the gas flows in the gas nozzle and the direction in which the liquid flows in the liquid nozzle is not less than 50 ° and not more than 90 °; A circular cross section of a path of the mixing nozzle having a distance (L) from a position at which the flowing gas and liquid merge into a position at which the gas and liquid are jetted out of the mixing device. Proportion to the diameter (D) (L / D) is that which is characterized in that at least 1.0.
[0010]
Further, in the above-mentioned invention, a preferred embodiment is characterized in that the inflowing liquid is water, and the inflowing gas is heated to a saturation temperature of the water or higher. This makes it possible to easily generate superheated steam.
[0011]
Further objects and features of the present invention will become apparent from the embodiments of the present invention described below.
[0012]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. However, such embodiments do not limit the technical scope of the present invention. In the drawings, the same or similar components will be described with the same reference numerals or reference symbols.
[0013]
FIG. 1 is a structural diagram according to an embodiment of a mixing apparatus to which the present invention is applied. FIG. 1A shows a cross section along a flowing direction of a gas and a liquid to be mixed, and FIG. 1B shows an AA view of FIG. 1A. ing. The mixing apparatus 1 according to the present embodiment shown in FIG. 1 combines and mixes gas and liquid flowing from different systems, and ejects the mixed gas and liquid to the outside to generate a spray state. is there.
[0014]
As shown in FIG. 1, the mixing apparatus 1 includes a gas nozzle 2, a liquid nozzle 3, and a mixing nozzle 4. The gas nozzle 2 is a path having a circular cross section that takes in the gas to be mixed and guides the gas to the mixing nozzle 4, and has a gradually decreasing cross-sectional area in order to increase the flow velocity. The liquid nozzle 3 is a path having a circular cross section that takes in the liquid to be mixed and guides the liquid to the mixing nozzle 4, and opens on the wall surface of the mixing nozzle 4 as shown in FIG. Here, the liquid nozzle 3 is provided so that its direction and the direction of the gas nozzle 2 form a predetermined angle α. The angle α is an angle between the flow direction of the gas before mixing and the flow direction of the liquid, and is hereinafter referred to as a mixing angle.
[0015]
The mixing nozzle 4 is a path having a circular cross section for mixing the gas and liquid flowing from the gas nozzle 2 and the liquid nozzle 3 and ejecting the mixed gas and liquid to the outside. Here, the mixing nozzle 4 has an inner diameter D (hereinafter, referred to as a mixing nozzle diameter) of a circular cross section of the mixing nozzle 4 and a distance L (a distance from a position where the gas and the liquid of the mixing nozzle 4 merge to a position where the gas and the liquid are ejected to the outside). 1 (a), which is hereinafter referred to as “mixing distance”). In the present embodiment, the gas nozzle 2 and the mixing nozzle 4 are configured to be in the same direction.
[0016]
In the mixing apparatus 1 having such a configuration, the liquid to be mixed flows in the direction of the arrow A shown in FIG. 1A, and is mixed in the direction of the arrow B shown in FIG. Gas flows into the liquid nozzle 3 and the gas nozzle 2, and the two merge at the mixing nozzle 4. After the merging, the two flow while mixing in the mixing nozzle 4, and are ejected in the direction of arrow C shown in FIG. After the ejection, the liquid flows in an atomized state, that is, in a spray state, and flows in a pipe 5 provided following the mixing device 1. Note that a configuration in which the pipe 5 is not provided may be adopted.
[0017]
The mixing apparatus 1 according to the present embodiment having the above-described structure has the mixing angle α of 50 ° or more and 90 ° or less, and the mixing distance L and the mixing nozzle diameter D described above. It is characterized in that the ratio L / D is designed to be 1.0 or more. These characteristics are based on the results of experiments described below, and by using such specifications, it is possible to generate a good mixed state of gas and liquid and a good spray state after mixing. It becomes.
[0018]
FIG. 2 is a diagram for explaining the above experiment. FIG. 2A is a diagram showing a configuration of the mixing device 10 used in the experiment, and FIG. 2B is a diagram for explaining a phenomenon appearing in the experiment. As shown in FIG. 2A, the experiment is performed in a mixing device 10 having a configuration similar to that of the above-described mixing device 1, and the gas nozzle 20, the liquid nozzle 30, and the mixing nozzle 40 are each made of a transparent material. And the mixing state of gas and liquid was visually observed from the outside.
[0019]
The experiment was performed by mixing the gas flowing from the arrow D in FIG. 2A and the liquid flowing from the arrow E in FIG. 2A. The mixing is performed a plurality of times by changing the value of the ratio L / D of the mixing angle α, the mixing distance L, and the mixing nozzle diameter D which is considered to be given.
[0020]
FIG. 2B shows a phenomenon when gas-liquid is mixed in the experiment. The gas and liquid flowing from the gas nozzle 20 and the liquid nozzle 30, respectively, merge in the mixing nozzle 40, mix with each other, and flow in the mixing nozzle 40. The region where the gas and liquid are mixed and flowing as described above is the mixing region 50 shown in FIG.
[0021]
On the other hand, a part of the liquid flowing into the mixing nozzle 40 from the liquid nozzle 30 does not mix with the gas and adheres to the wall surface of the mixing nozzle 40 to form a liquid film. Such a liquid film is the annular liquid film 60 shown in FIG.
[0022]
As shown in FIG. 2B, the gas-liquid mixed by forming the mixing area 50 is ejected downward from the mixing nozzle 40 to form a spray state. In FIG. 2B, t is the thickness of the annular liquid film 60 at the outlet of the mixing nozzle 40 (hereinafter, referred to as the nozzle outlet liquid film thickness), and d is the particle size of the liquid after ejection ( Hereinafter, referred to as an average spray particle size). Then, when the nozzle outlet liquid film thickness t is small and the average spray particle size d is small, it is determined that the mixture state and the spray state are good. Therefore, in the experiment under each condition, the nozzle outlet liquid film thickness t and the average spray particle diameter d are measured as the experimental results.
[0023]
FIG. 3 is a diagram showing the results of an experiment performed by changing only the mixing angle α. As shown in the graph of FIG. 3, the tendency of the nozzle outlet liquid film thickness t and the average spray particle diameter d when the gas and the liquid are mixed while changing the mixing angle α is the same, and the mixing angle α becomes 50 ° or less. And rapidly worsen (see FIG. 3). That is, when the mixing angle α is 50 ° or less, the nozzle outlet liquid film thickness t sharply increases, and the average spray particle diameter d sharply increases. Therefore, from this experimental result, it is considered that the mixing angle α is an influential factor of the mixing state and the spraying state, and it is necessary to set the mixing angle α to 50 ° or more in order to generate a good mixing state and the spraying state. It is considered that there is.
[0024]
FIG. 4 is a diagram showing the results of an experiment conducted by changing only the ratio L / D of the mixing distance L and the mixing nozzle diameter D. As shown in the graph of FIG. 4, the tendency of the nozzle outlet liquid film thickness t and the average spray particle diameter d when the gas and the liquid are mixed while changing the ratio L / D are the same. When the value becomes 0 or less, the result rapidly deteriorates (see FIG. 4G). That is, when the ratio L / D is 1.0 or less, the nozzle outlet liquid film thickness t sharply increases, and the average spray particle diameter d sharply increases. Therefore, from this experimental result, it is considered that the ratio L / D is an influential factor of the mixed state and the spray state, and in order to generate a good mixed state and the spray state, the ratio L / D is 1.0 or more. It is considered necessary to do so.
[0025]
As described above, the mixing device 1 according to the present embodiment is configured such that the mixing angle α is equal to or greater than 50 ° based on the above-described experimental results, and that the ratio L of the mixing distance L and the mixing nozzle diameter D is L. Since / D is designed to be 1.0 or more, good mixing of gas and liquid is possible. Specifically, the liquid film (t) at the outlet of the mixing nozzle 4 can be made thinner, and the particle diameter (d) of the liquid after jetting can be made smaller, so that a good mixing state and a spraying state can be generated. .
[0026]
Next, a case where the present mixing apparatus 1 is applied as a steam generator will be described. FIG. 5 is a diagram showing the configuration of each device and the flow of fluid when applied as a steam generator. In the application example shown in FIG. 5, the liquid to be mixed by the mixing device 1 is hot water, and the gas to be mixed by the mixing device 1 is superheated gas. Is to be generated.
[0027]
A water tank 11 shown in FIG. 5 is a tank that stores water supplied to the mixing device 1 as the hot water, and a pump 12 is a device that supplies water from the water tank 11 to the mixing device 1. A heater is provided on the outer periphery of the hot water pipe 13 for guiding water from the pump 12 to the mixing device 1 to increase the temperature of supplied water. This facilitates evaporation of water. Note that the hot water pipe 13 may be provided with a means such as supplying hot water instead of a heater.
[0028]
The gas heater 14 shown in FIG. 5 is a device that heats the gas supplied to the mixing device 1 as the superheated gas, and the gas superheater pipe 15 further converts the gas heated by the gas heater 14 into water. This is a pipe that is heated to a temperature equal to or higher than the saturation temperature and is guided to the mixing device 1 while keeping the temperature. Accordingly, the gas superheater pipe 15 is also provided with a heater or the like for superheating and keeping heat. The type of gas used as the gas is not limited, and for example, nitrogen can be used. Further, the above-mentioned water saturation temperature or higher means, for example, 100 ° C. or higher when the pressure is atmospheric pressure.
[0029]
Further, the mixing device 1 to which the hot water and the superheated gas are supplied has the above-described configuration, and the steam pipe 16 guides the mixed fluid into superheated steam, and guides the steam to a steam supply destination. It should be noted that the device configuration before and after the mixing device 1 described above is merely an example, and other configurations are possible.
[0030]
In the steam generator according to the application example described above, water (arrow h in FIG. 5) from the water tank 11 is superheated by the hot water pipe 13 to become hot water (for example, at 80 ° C.) and supplied to the mixing device 1. (Arrow n in FIG. 5). On the other hand, the gas (arrow リ in FIG. 5) is superheated by the gas heater 14 and the gas superheating pipe 15 to be supplied as superheated gas to the mixing device 1 (arrow の in FIG. 5). Then, the hot water and the superheated gas are mixed in the mixing device 1, and a good mixing state and a spray state are generated as described above, so that the hot water evaporates rapidly and becomes superheated steam in the steam pipe 16 (FIG. 5). Arrow ヲ). The generated superheated steam is provided to the supply destination (arrow W in FIG. 5).
[0031]
As described above, by applying the mixing device 1 according to the present invention as a steam generating device, good mixing of gas and liquid is possible, so that good steam can be easily generated. Further, the structure is simpler than that of a conventional steam generator, and the device can be provided at low cost.
[0032]
The protection scope of the present invention is not limited to the above embodiments, but extends to the inventions described in the claims and their equivalents.
[0033]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, in the gas and liquid mixing device, the thickness of the liquid film at the outlet thereof can be reduced, and the spray particle diameter after jetting from the mixing device can be reduced. It is possible to produce good mixing and spraying conditions. In addition, by applying the mixing device according to the present invention as a steam generating device, good mixing of gas and liquid is possible, so that good steam can be easily generated.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a structural diagram according to an embodiment of a mixing apparatus to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram for explaining an experiment of gas-liquid mixing.
FIG. 3 is a diagram showing the results of an experiment performed by changing only the mixing angle α.
FIG. 4 is a diagram showing the results of an experiment performed by changing only the ratio L / D of the mixing distance L and the mixing nozzle diameter D.
FIG. 5 is a diagram showing a configuration of each device and a flow of fluid when applied as a steam generator.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Mixing device 2 Gas nozzle 3 Liquid nozzle 4 Mixing nozzle 5 Pipe 10 Mixing device 11 Water tank 12 Pump 13 Hot water pipe 14 Gas heater 15 Gas superheating pipe 16 Steam pipe 20 Gas nozzle 30 Liquid nozzle 40 Mixing nozzle 50 Mixing area 60 Annular Liquid film α Mixing angle D Mixing nozzle diameter L Mixing distance d Average spray particle size t Nozzle outlet liquid film thickness

Claims (2)

流入する気体と液体を混合する混合装置であって、
前記流入する気体を導き入れる気体ノズルと、
前記流入する液体を導き入れる液体ノズルと、
前記気体ノズルと前記液体ノズルが開口し、前記気体ノズルと前記液体ノズルから流れ込む前記気体と前記液体を導いて当該混合装置の外へ噴出させる円形断面の経路を有する、混合ノズルとを備え、
前記気体ノズル内の前記気体の流れる方向と、前記液体ノズル内の前記液体の流れる方向とのなす角度のうち、小さい方の角度(α)が、50°以上90°以下であり、
前記混合ノズル内で前記流れ込む気体と液体が合流する位置から、当該気体と液体を前記混合装置の外へ噴出させる位置までの距離(L)の、前記混合ノズルが有する経路の円形断面の直径(D)に対する割合(L/D)が、1.0以上である
ことを特徴とする混合装置。
A mixing device for mixing the incoming gas and liquid,
A gas nozzle for introducing the flowing gas,
A liquid nozzle for introducing the flowing liquid,
The gas nozzle and the liquid nozzle are open, having a path of a circular cross section for guiding the gas and the liquid flowing from the gas nozzle and the liquid nozzle and ejecting the mixture to the outside of the mixing device, including a mixing nozzle,
A smaller angle (α) among angles formed by a flowing direction of the gas in the gas nozzle and a flowing direction of the liquid in the liquid nozzle is 50 ° or more and 90 ° or less,
The diameter (L) of the circular cross-section of the path of the mixing nozzle, which is a distance (L) from a position where the flowing gas and liquid merge in the mixing nozzle to a position where the gas and liquid are jetted out of the mixing device. A mixing device, wherein the ratio (L / D) to D) is 1.0 or more.
請求項1において、
前記流入する液体が、水であり、
前記流入する気体が、当該水の飽和温度以上に過熱されている
ことを特徴とする混合装置。
In claim 1,
The incoming liquid is water;
The mixing device, wherein the flowing gas is heated to a temperature higher than a saturation temperature of the water.
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CN109908712B (en) * 2019-04-24 2024-04-02 攀钢集团钛业有限责任公司 Gas-liquid mixer for titanium tetrachloride absorption

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