JP3563067B2

JP3563067B2 - Method and apparatus for atomizing liquid

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Publication number: JP3563067B2
Application number: JP2002163858A
Authority: JP
Inventors: 公利間藤
Original assignee: 公利間藤
Priority date: 2002-06-05
Filing date: 2002-06-05
Publication date: 2004-09-08
Anticipated expiration: 2022-06-05
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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液体噴射口を取り囲む気体噴射口から先細り円錐形の高速旋回渦流（気体）を噴射形成し、液体噴射口から噴射した液体（または液体噴射口に自吸された液体）が高速旋回渦流と接触することで、破砕されて微粒子となる高速旋回渦流式の液体微粒化方法および装置の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の液体微粒化装置（微粒化ノズル）としては、出願人が開発した特公平４−２１５１１号や特公平４−４５２１８号が知られている。これらは、図１７（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、液体噴射口２を構成する筒状部１を覆うように、前方に開口する噴板キャップ３がノズルボディ先端部に組み付けられて空気室４が形成され、外周に旋回溝７を形成したスパイラル中子６が空気室４の前端部寄りに収容された構造で、液体噴射口２から噴射された液体（または液体噴射口２に自吸された液体）は、噴板キャップ３の気体噴射口５から前方に噴射形成される先細り円錐形の高速旋回渦流（気体）と接触することで、破砕されて微粒子となるというものである。符号ｆは、高速旋回渦流の焦点である。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来の方法および装置では、確かに液体の微粒化が達成できるが、噴射空気圧５ｋｇ／ｃｍ^２では平均粒径５μｍ（最大粒径が平均粒径の４〜５倍）が限界であり、これ以上の微粒化ができず、さらなる液体の微粒化が希求されていた。
【０００４】
発明者は、前記した従来方法で先細円錐形状の高速旋回渦流（液体を気体で破砕微細化した高速旋回渦流）を２つ作り、これらを衝突させると、衝突のエネルギーにより、液体のさらなる微粒化が達成できると考えた。特に、衝突させる２つの高速旋回渦流（液体を気体で破砕微細化した高速旋回渦流）の旋回方向を互いに逆向きにすれば、衝突のエネルギーも増大して、液体を一層微粒化できるのではないか、と考えて実験を重ねた結果、非常に有効であることが確認されたので、本発明を提案するに至ったものである。
【０００５】
本発明は、前記した発明者の知見および従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、液体を超微粒子化できる液体の微粒化方法および装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に係る液体の微粒化方法においては、液体を気体で破砕混合した噴射方向前方に焦点をもつ第１の高速旋回渦流と、液体を気体で破砕混合した噴射方向前方に焦点をもつ、旋回方向が前記第１の旋回渦流と逆向きの第２の高速旋回渦流を、それぞれの焦点近傍において衝突させるように構成した。
【０００７】
また、請求項３に係る液体微粒化装置においては、液体噴射口と、前記液体噴射口を取り囲んで設けられ、前記液体噴射口の前方に焦点をもつ先細り円錐形の高速旋回渦流を噴射形成する環状の気体噴射口とを備えた第１の液体微粒化ノズルと、
液体噴射口と、前記液体噴射口を取り囲んで設けられ、前記液体噴射口の前方に焦点をもつ先細り円錐形の高速旋回渦流を噴射形成する環状の気体噴射口とを備えた第２の液体微粒化ノズルとを備え、
前記第１のノズルと第２のノズルを、それぞれの高速旋回渦流の旋回方向が逆向きとなるように構成するとともに、それぞれの高速旋回渦流の噴射方向が焦点近傍で交差するように配置した。
（作用）第１のノズルおよび第２のノズルにおいて、液体噴射口から噴射された液体（または液体噴射口に自吸された液体）は、気体噴射口から噴射形成される先細り円錐形の高速旋回渦流（気体）と接触することで、破砕されて微粒子となる。さらに液体微粒子を含み互いに逆向きのベクトルをもつ２つの高速旋回渦流が、それぞれ流速が最も速くなる焦点近傍において衝突することで、液体微粒子はさらに破砕されて超微粒子となる。
【０００８】
請求項２においては、請求項１に係る液体の微粒化方法において、前記第１の高速旋回渦流と第２の高速旋回渦流の衝突角度が略直交するように構成し、請求項４においては、請求項３に記載の液体微粒化装置において、前記第１のノズルと第２のノズルを略直交するように配置した。
（作用）発明者の実験では、第１の高速旋回渦流と第２の高速旋回渦流を略直交するように衝突させると、液体微粒子は効率よく破砕されて超微粒子となるとともに、第１のノズルおよび第２のノズルの前方に向けて噴霧されるので、ノズルとしての機能を発揮させ易い。
【０００９】
請求項５においては、請求項３または４に記載の液体微粒化装置において、前記液体噴射口を、筒型の固定中子の先端開口部で構成し、前記気体噴射口を、前記固定中子を覆う前方に開口するキャップ型噴板によって構成し、前記噴板に覆われた前記固定中子の先端部外周に旋回渦流を形成する旋回溝を設けた構造で、前記第１，第２のノズルの旋回溝の向きが互いに逆向きとなるように構成した。
（作用）例えば先端部にキャップ型噴板を一体に形成した筒型のノズルボディの先端部内側に固定中子を配置することで、ノズルを簡単に構成できる。また、第１のノズルで形成する高速旋回渦流と第２のノズルで形成する高速旋回渦流の旋回方向を互いに逆方向とするには、それぞれのノズル内に配置する固定中子の先端部外周に設ける旋回溝の向きを逆向きにすることで、簡単に構成できる。
【００１０】
請求項６においては、請求項５に記載の液体微粒化装置において、前記第１のノズルと第２のノズルを、それぞれ別体に構成するとともに、同一平面に沿ってそれぞれ回動可能に構成して、第１のノズルと第２のノズルの交差角度を調整できるように構成した。
（作用）第１のノズルと第２のノズルをそれぞれ回動させてノズルの向きを変えると、第１のノズルと第２のノズルの交差角度、即ち２つの高速旋回渦流が交差する位置が前後方向に変化し（渦流の交差する位置が焦点からずれて）、高速旋回渦流の衝突のエネルギーが変わって、微細化される液体の粒径分布特性や噴霧パターンが変化する。
【００１１】
また、例えば、キャップ型噴板を筒型のノズルボディの先端部に一体的に形成した構造にすれば、ノズルを構成する部品点数が減る。
【００１２】
請求項７においては、請求項５に記載の液体微粒化装置において、前記第１のノズルおよび第２のノズルを、単一の平面視Ｌ字型ブロック体として一体化したノズルユニット構造とし、ノズルボディを構成するＬ字型ブロックの略直角の対向内側面にそれぞれ開口する一対の空気室形成孔と、前記空気室形成孔の前面側開口部にそれぞれ固定された噴板と、前記空気室形成孔の背面側開口部にそれぞれ固定されて前記噴板の前方開口部の内側まで延出する固定中子とを備えるように構成した。
（作用）第１のノズルと第２のノズルは単一のブロック体として一体的に構成されているため、取り扱いが容易である。
【００１３】
また、ノズルユニットは、１個のブロック体と２個の噴板および２個の固定中子で構成された簡潔な構造で、ブロック体に設けてある空気室形成孔の前面側開口部と背面側開口部に、噴板と固定中子をそれぞれ固定することで、簡単にノズルユニットを構成できる。
【００１４】
また、請求項８に係る気体の混合方法においては、第１の気体を第２の気体で混合した噴射方向前方に焦点をもつ第１の高速旋回渦流と、第３の気体を第４の気体で混合した噴射方向前方に焦点をもつ、旋回方向が前記第１の旋回渦流と逆向きの第２の高速旋回渦流を、それぞれの焦点近傍において衝突させて混合するように構成した。
【００１５】
また、請求項１０に係る気体混合装置においては、第１の気体噴射口と、前記第１の気体噴射口を取り囲んで設けられ、前記第１の気体噴射口の前方に焦点をもつ先細り円錐形の高速旋回渦流を噴射形成する環状の第２の気体噴射口とを備えた第１の気体混合ノズルと、
第１の気体噴射口と、前記第１の気体噴射口を取り囲んで設けられ、前記第１の気体噴射口の前方に焦点をもつ先細り円錐形の高速旋回渦流を噴射形成する環状の第２の気体噴射口とを備えた第２の気体混合ノズルとを備え、
前記第１のノズルと第２のノズルを、それぞれの高速旋回渦流の旋回方向が逆向きにとなるように構成するとともに、それぞれの高速旋回渦流の噴射方向が焦点近傍で交差するように配置した。
（作用）第１のノズルによって、噴射口から噴射形成された第１の気体（または噴射口に自吸された第１の気体）は、環状の噴射口から噴射形成される先細り円錐形の高速旋回渦流（第２の気体）と接触することで、第２の気体に第１の気体が混合される。一方、第２のノズルによって、噴射口から噴射形成された第３の気体（または噴射口に自吸された第３の気体）は、環状の噴射口２８から噴射形成される先細り円錐形の高速旋回渦流（第４の気体）と接触することで、第４の気体に第３の気体が混合される。さらに第１の気体を混合した第２の気体の高速旋回渦流と、第３の気体を混合した第４の気体の高速旋回渦流が、互いに逆向きのベクトルをもつ形態で、しかも流速が最も速くなる焦点近傍において衝突することで、さらに混合が促進されて、第１，第２，第３，第４の気体が均一に混合された形態となって前方に噴射される。なお、第１の気体と第２の気体、および第３の気体と第４の気体はそれぞれ同一であっても、あるいは異なってもよい。
【００１６】
また、請求項９においては、請求項８に記載の気体の混合方法において、前記第１の高速旋回渦流と第２の高速旋回渦流の衝突角度を略直交するように構成し、請求項１１においては、請求項１０に記載の気体混合装置において、前記第１のノズルと第２のノズルが略直交するように配置した。
（作用）第１の気体と第２の気体の混合高速旋回渦流と、第３の気体と第４の気体の混合高速旋回渦流を、略直交するように衝突させると、第１，第２，第３，第４の気体が効率よく均一に混合されるとともに、第１のノズルおよび第２のノズルの前方に向けて噴射されるので、ノズルとしての機能を発揮させ易い。
【００１７】
【発明の実施の形態】
次に、本発明に係る液体の微粒化方法および液体微粒化装置の好適な実施の形態を実施例に基づいて説明する。
【００１８】
図１〜図７は、本発明に係る液体の微粒化方法および液体微粒化装置の第１の実施例を示し、図１は液体微粒化装置の第１の実施例の要部であるノズルユニットの斜視図、図２は同ノズルユニットの正面図、図３は同ノズルユニットの平面図、図４（ａ）は同ノズルユニットの水平断面図（図２に示す線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図）、（ｂ）はノズル先端部の拡大断面図、図５は第１のノズルに収容されている固定中子の先端部を示し、（ａ）は同固定中子の先端部の斜視図、（ｂ）は同固定中子の先端部の正面図である。図６は第２のノズルに収容されている固定中子の先端部を示し、（ａ）は同固定中子の先端部の斜視図、（ｂ）は同固定中子の先端部の正面図である。図７は本実施例装置で微粒化した液体の粒度分布を示す図表である。
【００１９】
これらの図において、符号Ｕ１は、第１の液体微粒化ノズルＮ１と第２の液体微粒化ノズルＮ２を一体化したノズルユニットで、単一の平面視Ｌ字型矩形状ブロック１０に第１のノズルＮ１と第２のノズルＮ２が一体的に設けられている。
【００２０】
即ち、Ｌ字型矩形状ブロック１０には、その直角対向側面１０ａ，１０ｂにそれぞれ開口する一対の直交配置された空気室形成孔１２，１２（図３参照）が設けられている。空気室形成孔１２の前面側開口部内周縁および背面側開口部内周縁には、それぞれ雌ねじ部１２ａ，１２ｂ（図４参照）が設けられ、気体噴射口２８を構成する噴板キャップ２０の基端部外周および液体噴射口３８を構成する固定中子３０の基端部外周がそれぞれねじ固定されて、ブロック１０内に密閉された空気室１４（図４参照）が形成されている。一対の空気室１４，１４には水平に延びる空気通路１５がそれぞれ連通し、各空気通路１５，１５は、上方に延びてブロック１０の上側面に開口する気体流入口１６に連通している。図４符号１７，１８は、シールパッキンである。符号１９は、ブロック１０を上下に貫通する一対のボルト挿通孔で、ここにはノズルユニットＵ１を所定位置に配置固定するための締結ボルトが配設される。
【００２１】
噴板キャップ２０は、ブロック１０前面側の直角対向側面１０ａ（１０ｂ）より前方に突出し、その先端部には円形状の気体噴射口（開口部）２８が設けられている。
【００２２】
一方、固定中子３０は、液体流入口３３が設けられた後端側の基端部３２から円筒状の延出部３４が前方に真っ直ぐに延びた構造で、噴板キャップ２０の気体噴射口（開口部）２８の内側まで延びた延出部３４の先端部には、縮径された液体噴射口（開口部）３８が設けられている。
【００２３】
また、延出部３４の先端寄りの外周には、図５，６に示すように、周方向等間隔に６本の旋回溝である旋回導孔３６と各旋回導孔３６が連通する環状の整流室３７が設けられた渦流形成用ディスク３５が一体に形成されており、空気室１４と気体噴射口２８は、旋回導孔３６と整流室３７を介して連絡している。旋回導孔３６は、気体の高速旋回渦流を形成するべく作用し、整流室３７は、旋回渦流を整流するべく作用する。
【００２４】
また、噴板キャップ２０の気体噴射口（開口部）２８内周縁の傾斜（テーパ）および固定中子３０の先端部外周との隙（気体噴射口２８の開口面積）が調整されて、液体噴射口３８の前方所定位置に焦点ｆ１，ｆ２をもつ円錐形の高速旋回渦流Ｔ１，Ｔ２が噴射形成されるように構成されている。
【００２５】
以上の基本的な構成は、第１のノズルＮ１と第２のノズルＮ２において共通であるが、ノズルＮ１，Ｎ２のそれぞれに設けられている固定中子３０の旋回導孔３６の方向が互いに反対方向（逆向き）となっている。即ち、第１のノズルＮ１に用いられている固定中子３０Ａに形成されている旋回導孔３６Ａは、図５に示すようにノズルに正対して正面視左回りであり、第２のノズルＮ２に用いられている固定中子３０Ｂに形成されている旋回導孔３６Ｂは、図６に示すようにノズルに正対して正面視右回りである。このため、第１のノズルＮ１によって形成される高速旋回渦流Ｔ１と第２のノズルＮ２によって形成される高速旋回渦流Ｔ２の旋回方向が逆向きとなっている（図４（ｂ）参照）。
【００２６】
また、本実施例では、第１のノズルＮ１の中心軸Ｌ１と第２のノズルＮ２の中心軸Ｌ２が直交するように設けられており、ノズル前方の中心軸Ｌ１，Ｌ２上に焦点ｆ１，ｆ２をもつ円錐形の高速旋回渦流Ｔ１，Ｔ２が噴射形成されるが、焦点ｆ１，ｆ２のわずかに前方の位置において中心軸Ｌ１，Ｌ２が交差するように構成されている。
【００２７】
このため、それぞれの液体噴射口３８（図４（ｂ）参照）から噴射された液体（またはそれぞれの液体噴射口３８に自吸された液体）は、それぞれの気体噴射口２８から噴射形成される先細り円錐形の高速旋回渦流（気体）Ｔ１，Ｔ２と接触することで、破砕されて微粒子となる。さらに液体微粒子を含み互いに逆向きのベクトルをもつ２つの高速旋回渦流Ｔ１，Ｔ２がそれぞれの焦点ｆ１，ｆ２において集束した直後に高速で衝突することで、液体微粒子はさらに破砕されて超微粒子となる。
【００２８】
特に、逆向きのベクトルをもつ２つの高速旋回渦流Ｔ１，Ｔ２が直交するように衝突するので、液体微粒子は効率よく破砕されて超微粒子となるとともに、第１のノズルＮ１および第２のノズルＮ２の前方（図４（ａ）左方向）に向けて噴霧されるので、ノズルとして利用しやすい。
【００２９】
図７は本実施例装置で微粒化した液体の粒度分布を示す図表で、図８は本実施例装置の第１のノズルＮ１単独で微粒化した液体の粒度分布を示す図表、図９は本実施例装置の第２のノズルＮ２単独で微粒化した液体の粒度分布を示す図表、図１０は本実施例装置の第２のノズルＮ２に代えて第１のノズルＮ１を装着し、渦流の旋回方向が同一の第１のノズル２個（渦流の旋回方向が同一のノズル２個）で微粒化した液体の粒度分布を示す図表である。
【００３０】
図７〜図１０に示す実験例では、液体として水を使用し、気体（空気）の噴射圧力は５．０ｋｇ／ｃｍ^２、風量はノズル１個につき９０リットル／分、吐出水量はノズル１個につき１０ミリリットル／分、開口部から測定レーザ光の中心までの距離は５０ｍｍで、測定した。
【００３１】
ノズルユニットＵ１を用いた本実施例装置では、図７に示すように、粒径０〜１．８ミクロンの超微粒子の累積体積が３６．７％、粒径１．０〜１．８ミクロンの超微粒子の累積体積が２７．２％であることから、粒径１ミクロン以下の超微粒子の累積体積は９．５％であり、また５０％粒径は２．２ミクロン以下、最大粒子径は６．４〜７．３ミクロンであった。
【００３２】
本実施例装置の第１のノズルＮ１（左旋回渦流）単独で微粒化した場合は、図８に示すように、粒径０〜１．８ミクロンの超微粒子の累積体積および粒径１．０〜１．８ミクロンの超微粒子の累積体積がいずれも５．０％であることから、粒径１ミクロン以下の超微粒子の累積体積は０％であり、また５０％粒径は５．１ミクロンで、最大粒子径は１５．４〜１７．５ミクロンであった。
【００３３】
本実施例装置の第２のノズル（ノズルに正対して右旋回渦流）単独で微粒化した場合は、図９に示すように、粒径０〜１．８ミクロンの超微粒子の累積体積および粒径１．０〜１．８ミクロンの超微粒子の累積体積がいずれも５．０％であることから、粒径１ミクロン以下の超微粒子の累積体積は０％で、第１のノズルＮ１（左旋回渦流）単独で微粒化した場合と同様（図８参照）であり、また５０％粒径については４．９ミクロンで、最大粒子径は１３．６〜１５．４ミクロンであった。
【００３４】
本実施例装置の第２のノズルＮ２に代えて第１のノズルＮ１を装着し、第１のノズルＮ１（ノズルに正対して左旋回渦流）２個で微粒化した場合は、図１０に示すように、粒径０〜１．８ミクロンの超微粒子の累積体積が１９．２％、粒径１〜１．８ミクロンの超微粒子の累積体積が１２．７％であることから、粒径１ミクロン以下の超微粒子の累積体積は６．５％であり、また５０％粒径は３．８ミクロンで、最大粒子径は１５．４〜１７．５ミクロンであった。
【００３５】
このように、渦流の旋回方向が同一の第１のノズル２個を用いて高速渦流を衝突させた場合（図１０参照）は、ノズル単独で微小化する場合（図８，９参照）に比べて微小化できるものの、高速旋回渦流の向きを互いに逆にした２個のノズルを用いて、高速旋回渦流を衝突させる本実施例装置で微粒化した場合は、図７に示すように、最大粒径が７．３ミクロン以下で、平均粒径２．２ミクロン以下という超微粒化ができた。
【００３６】
図１１および図１２は、本発明に係る液体微粒化装置の第２の実施例を示し、図１１は液体微粒化装置の要部であるノズルユニットの斜視図、図１２はノズルの断面図である。
【００３７】
前記した第１の実施例では、第１のノズルＮ１と第２のノズルＮ２がブロック体１０に一体的に設けられているが、この第２の実施例では、第１のノズルＮ１’と第２のノズルＮ２’がそれぞれ別体に構成されるとともに、ベースプレート４０の上に隣接して設けられて、ノズルユニットＵ２が構成されている。
【００３８】
第１のノズルＮ１’（第２のノズルＮ２’）は、いずれも先端側にキャップ型噴板２０’を一体に形成した筒型のノズルボディ１１内に、固定中子３０が固定配置された構造で、噴板が単独で存在しない分、ノズルの構造が簡潔である。
【００３９】
また、第１のノズルＮ１’には、正面視左回りの旋回導孔３６Ａを形成した固定中子３０Ａが収容され、第２のノズルＮ２’には、正面視右回りの旋回導孔３６Ｂを形成した固定中子３０Ｂが収容されて、第１のノズルＮ１’によって形成される高速旋回渦流Ｔ１’と第２のノズルＮ２によって形成される高速旋回渦流Ｔ２’の旋回方向が逆向きとなっている。
【００４０】
また、第１のノズルＮ１’および第２のノズルＮ２’を支持する垂直支柱部４２の下端部が、締結ボルト４４によってベースプレート４０に固定されており、このボルト４４の締結を緩めることで、ノズルＮ１’，Ｎ２’の水平方向への回動が可能となっている。これにより、第１のノズルＮ１’および第２のノズルＮ２’を、同一水平面に沿ってそれぞれ回動させることで、ノズルＮ１’，Ｎ２’の中心軸Ｌ１’，Ｌ２’の向きを調整できる。具体的には、ノズルＮ１’，Ｎ２’の中心軸Ｌ１’，Ｌ２’が直交する形態になったときに、前記した第１の実施例の場合と同様に、高速旋回渦流Ｔ１’，Ｔ２’のそれぞれの焦点ｆ１，ｆ２のわずかに前方に離れた位置に中心軸Ｌ１’，Ｌ２’の交差点Ｐがくるように構成されている。なお、符号５２は液体供給ホース、符号５４は気体供給ホースである。
【００４１】
その他は、前記した第１の実施例と同一であり、同一の符号を付すことで、その重複した説明は省略する。
【００４２】
なお、この第２の実施例では、第１のノズルＮ１’と第２のノズルＮ２’を水平方向にそれぞれ回動して、高速旋回渦流Ｔ１’，Ｔ２’の噴射方向（ノズルＮ１’，Ｎ２’の中心軸Ｌ１’，Ｌ２’の交差角度）を変えることで噴霧パターンを調整でき、２つの高速旋回渦流Ｔ１’，Ｔ２’の交差する位置（焦点ｆ１，ｆ２の交差点Ｐからのずれ量）を調整できることは勿論、２つの高速旋回渦流Ｔ１’，Ｔ２’が交差しないようにして使用することもできる。
【００４３】
図１３〜図１５は本発明に係る液体微粒化装置の第３の実施例を示し、図１３は液体微粒化装置の要部であるノズルユニットの正面図、図１４は同ノズルユニットの平面図、図１５は第１（第２）のノズルの断面図である。
【００４４】
この第３の実施例では、ベースプレート４０Ａに固定された第１のノズルＮ１”および第２のノズルＮ２”がそれぞれ水平方向に回動可能であるという構成において、前記した第２の実施例と同一であるが、以下の点で相違する。
【００４５】
まず第１に、ノズルＮ１’，Ｎ２’の外形が矩形状に形成されて、ノズルＮ１”，Ｎ２”のベースプレート４０Ａとの取り付け面が平面である。このため、第１のノズルＮ１”および第２のノズルＮ２”は同一平面に沿って正確に回動できる。
【００４６】
第２に、ベースプレート４０Ａのノズル取り付け面には、互いに直交する一対の指標直線５０Ａ，５０Ｂが付されており、この指標直線５０Ａ，５０Ｂに沿ってノズルＮ１’，Ｎ２’を固定することで、簡単にノズルＮ１’，Ｎ２’を直交配置できる。
【００４７】
その他は、前記第２の実施例と同一であり、同一の符号を付すことでその重複した説明は省略する。
【００４８】
なお、前記した実施例では、第１のノズル用の固定中子３０Ａに正面視左周りの旋回導孔３６Ａが形成され、第２のノズル用の固定中子３０Ｂには正面視右周りの旋回導孔３６Ｂが形成されているが、これに限られるものではなく、第１のノズルと第２のノズルにおいて、旋回導孔の向きがそれぞれ逆であればよい。即ち、第１のノズルと第２のノズルにおいて高速旋回渦流の旋回方向がそれぞれ逆であればよい。
【００４９】
また、前記した実施例では、いずれの場合も焦点より先の位置において２つの高速旋回渦流の中心軸が交差するように構成されているが、両焦点位置において交差したり、焦点より手前の位置において交差するように構成してもよい。そして、この高速旋回渦流の焦点ｆの位置を調整するには、例えば、図１６（ａ），（ｂ）に示すように、液体供給口３８の内外周面の形状が異なるものを選択することで調整できる。また、前記第２，３の実施例では、液体供給口３８の内外周面の形状を異ならしめる他、前記したようにノズルの向きを変えることによっても、２つの高速旋回渦流の交差する位置を調整できる。
【００５０】
また、前記した実施例では、固定中子の先端部外周に旋回溝が設けられているが、構成部品点数が増えるというデメリットがあるものの、従来構造（特公平４−４５２１８号）のように、円パイプ状の第１の固定中子の先端部外周に旋回導孔を形成したディスク状の第２の固定中子を組み付けた構造であってもよい。
【００５１】
また、前記した実施例では、第１のノズルと第２のノズルが同一の大きさ寸法として説明したが、大きさや形状が異なるものであってもよい。
【００５２】
また、前記した実施例は、水を空気によって超微粒化して噴霧する方法および装置について説明したが、超微粒化対象は水に限らず、空気その他の気体によって超微粒化して噴霧可能な液体であればよい。例えば、石油や重油などの液体燃料を超微粒化して燃焼させる燃焼装置（バーナ）における燃料の噴霧手段として本発明を適用した場合には、従来にはない優れた燃焼効率が得られる。
【００５３】
また、第１のノズルおよび第２のノズルの液体供給孔３８に供給する液体はそれぞれ異なってもよく、異なる種類の液体を微粒化した高速旋回渦流を衝突させることで、２種類の液体を超微粒化して均一に分散（混合）させることができる。
【００５４】
さらに、前記した実施例では、超微粒化対象が液体として説明されており、即ち、前記した実施例における第１のノズルおよび第２のノズルでは、中央の噴射口３８に液体（例えば水）が供給され、噴射口３８を取り囲む円環状の噴射口２８に気体（例えば空気）が供給されるように構成されて、液体を超微粒化して噴霧する装置として説明されているが、本発明は、気体の均一混合方法および装置としても適用できる。
【００５５】
即ち、気体の混合装置としては、第１のノズルＮ１では、中央の噴射口３８に第１の気体が供給され、噴射口３８を取り囲む円環状の噴射口２８に第２の気体が供給され、第２のノズルＮ２では、中央の噴射口３８に第３の気体が供給され、噴射口３８を取り囲む円環状の噴射口２８に第４の気体が供給されるように構成されている。そして、第１のノズルＮ１によって、噴射口３８から噴射形成された第１の気体（または噴射口３８に自吸された第１の気体）は、噴射口２８から噴射形成される先細り円錐形の高速旋回渦流（第２の気体）と接触することで、第２の気体に第１の気体が混合される。一方、第２のノズルによって、噴射口３８から噴射形成された第３の気体（または噴射口３８に自吸された第３の気体）は、噴射口２８から噴射形成される先細り円錐形の高速旋回渦流（第４の気体）と接触することで、第４の気体に第３の気体が混合される。さらに第１の気体を混合した第２の気体の高速旋回渦流と、第３の気体を混合した第４の気体の高速旋回渦流が、互いに逆向きのベクトルをもつ形態で、しかも流速が最も速くなる焦点近傍において衝突することで、さらに混合が促進されて、第１，第２，第３，第４の気体が均一に混合された形態となって前方に噴射される。
【００５６】
なお、本発明を気体の混合方法および装置として構成する場合は、第１のノズルＮ１および第２のノズルＮ２における中央の噴射口３８にそれぞれ供給する第１の気体および第３の気体、第１のノズルＮ１および第２のノズルＮ２における環状の噴射口２８にそれぞれ供給する第２の気体および第４の気体は、それぞれ同一の気体であっても、あるいは互いに異なる気体であってもよい。
【００５７】
なお、前記した種々の実施例において用いるノズルの素材としては、ステンレスや黄銅その他の金属は勿論、エンジニアリングプラスチックなどの樹脂やセラミックでも構成することができる。
【００５８】
【発明の効果】
本発明に係る液体微粒化方法および装置によれば、従来方法および装置では達成できなかった液体の超微粒化（例えば平均粒径２．２μｍ以下）が可能となる。特に、大粒の粒子径の割合が著しく減少するという、従来方法および装置ではみられない粒度分布特性を示す。
【００５９】
請求項２および４によれば、液体微粒子は効率よく破砕されて超微粒子となるとともに、第１のノズルおよび第２のノズルの前方に向けて噴霧されるので、ノズルとして利用しやすい。
【００６０】
請求項５によれば、ノズルの構成部品点数が少なく、構成も簡潔で、組立も簡単である。例えば先端部にキャップ型噴板を一体に形成した筒型のノズルボディの先端部内側に固定中子を配置することで、ノズルを簡単に構成できる。また、第１のノズルで形成する高速旋回渦流と第２のノズルで形成する高速旋回渦流の旋回方向を互いに逆方向とするには、それぞれのノズル内に配置する固定中子の先端部外周に設ける旋回溝の向きを逆向きにすることで、簡単に構成できる。
【００６１】
請求項６によれば、第１のノズルにより形成される高速旋回渦流と第２のノズルにより形成される高速旋回渦流の交差する位置を調整することで、超微粒化する液体の平均粒子径や粒度分布特性や噴霧パターンを調整できる。
【００６２】
請求項７によれば、第１，第２のノズルを単一のブロック体（ノズルユニット）で構成したので、ノズルを保管したり搬送する際の取り扱いが便利である。
【００６３】
また、ノズルユニットの構成部品点数も少なく、構成も簡潔で、その組立も簡単である。
【００６４】
請求項８および１０によれば、第１，第２，第３，第４の気体を均一に混合でき、請求項９および１１によれば、第１，第２，第３，第４の気体を均一に混合して前方に噴射することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液体微粒化装置の第１の実施例の要部であるノズルユニットの斜視図である。
【図２】同ノズルユニットの正面図である。
【図３】同ノズルユニットの平面図である。
【図４】（ａ）同ノズルユニットの水平断面図（図２に示す線ＩＶ−ＩＶに沿う断面図）である。
（ｂ）ノズル先端部の拡大断面図である。
【図５】（ａ）第１のノズルに収容されている固定中子の先端部の斜視図である。
（ｂ）同固定中子の先端部の正面図である。
【図６】（ａ）第２のノズルに収容されている固定中子の先端部の斜視図である。
（ｂ）同固定中子の先端部の正面図である。
【図７】本実施例装置で微粒化した液体の粒度分布を示す図表である。
【図８】本実施例装置の第１のノズル単独で微粒化した液体の粒度分布を示す図表である。
【図９】本実施例装置の第２のノズル単独で微粒化した液体の粒度分布を示す図表である。
【図１０】本実施例装置の第２のノズルに代えて第１のノズルを装着し、渦流の旋回方向が同一の第１のノズル２個で微粒化した液体の粒度分布を示す図表である。
【図１１】本発明に係る液体微粒化装置の第２の実施例の要部であるノズルユニットの斜視図である。
【図１２】ノズルの断面図である。
【図１３】本発明に係る液体微粒化装置の第３の実施例の要部であるノズルユニットの正面図である。
【図１４】同ノズルユニットの平面図である。
【図１５】ノズルの断面図である。
【図１６】焦点距離の異なる２個のノズルのノズル先端部の拡大断面図である。
【図１７】（ａ）従来の微粒化ノズルの断面図である。
（ｂ）旋回溝が形成された固定中子の断面図である。
（ｃ）同固定中子の側面図である。
【符号の説明】
Ｕ１、Ｕ２、Ｕ３ノズルユニット
１０平面視Ｌ字型矩形状ブロック体
１０ａ、１０ｂＬ字型矩形状ブロックの直角対向側面
１２空気室形成孔
１４空気室
２０、２０’ キャップ型噴板
２８気体噴射口
３０筒型の固定中子
３５、３５Ａ、３５Ｂ渦流形成ディスク
３６、３６Ａ、３６Ｂ旋回導孔
３８液体噴射口
Ｎ１、Ｎ１’、Ｎ” 第１の液体微粒化ノズル
Ｎ２、Ｎ２’、Ｎ２” 第２の液体微粒化ノズル
Ｔ１、Ｔ１’ 第１のノズルにより形成される高速旋回渦流
Ｔ２、Ｔ２’ 第２のノズルにより形成される高速旋回渦流
ｆ１、ｆ２高速渦流の焦点
Ｐ２つの高速旋回渦流の交差位置[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
According to the present invention, a high-speed swirling vortex (gas) having a tapered conical shape is jetted from a gas jet surrounding a liquid jet, and the liquid jetted from the liquid jet (or the liquid sucked by the liquid jet) is swirled at a high speed. The present invention relates to a high-speed swirling vortex-type liquid atomization method and apparatus which are crushed into fine particles by contact with a vortex.
[0002]
[Prior art]
As this type of liquid atomizing device (atomizing nozzle), Japanese Patent Publication No. 4-21511 and Japanese Patent Publication No. 4-45218 developed by the applicant are known. As shown in FIGS. 17A, 17B, and 17C, the injection plate cap 3 that opens forward so as to cover the cylindrical portion 1 that forms the liquid injection port 2 has a tip end portion of the nozzle body. A spiral core 6 having a swirl groove 7 formed on the outer periphery thereof is accommodated near the front end of the air chamber 4, and the liquid (or liquid) injected from the liquid injection port 2 is formed. The liquid (self-primed by the injection port 2) comes into contact with a tapered conical high-speed swirling vortex (gas) formed forward from the gas injection port 5 of the injection plate cap 3, thereby being crushed into fine particles. That is. The symbol f is the focus of the high-speed swirling vortex.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
With the above-described conventional method and apparatus, atomization of the liquid can be certainly achieved, but the jet air pressure is 5 kg / cm. ² In this method, the average particle size is 5 μm (the maximum particle size is 4 to 5 times the average particle size), so that further atomization cannot be performed, and further atomization of the liquid has been desired.
[0004]
The inventor creates two high-speed swirling vortices having a tapered conical shape (a high-speed swirling vortex in which a liquid is crushed and refined with a gas) by the above-described conventional method, and collides the two. Thought that can be achieved. In particular, if the swirling directions of the two high-speed swirling vortices to be collided (the high-speed swirling vortex obtained by crushing and miniaturizing a liquid with a gas) are opposite to each other, the energy of the collision increases and the liquid cannot be further atomized. As a result of repeated experiments, it was confirmed that the method was very effective, and thus the present invention was proposed.
[0005]
The present invention has been made in view of the above-mentioned knowledge of the inventor and problems of the related art, and an object of the present invention is to provide a method and an apparatus for atomizing a liquid, which can make the liquid ultrafine.
[0006]
[Means for Solving the Problems]
In order to achieve the above object, in the liquid atomization method according to claim 1, the liquid is crushed and mixed with a first high-speed swirling vortex having a focal point in front of the injection direction in which the liquid is crushed and mixed with a gas. A second high-speed swirling vortex having a focal point in front of the injection direction and having a swirling direction opposite to the first swirling vortex is configured to collide near each focus.
[0007]
In the liquid atomizing apparatus according to a third aspect, a liquid jet port and a high-speed swirling vortex of a tapered conical shape provided around the liquid jet port and having a focal point in front of the liquid jet port are formed. A first liquid atomization nozzle having an annular gas injection port,
A second liquid fine particle comprising: a liquid ejection port; and an annular gas ejection port provided around the liquid ejection port and configured to eject a high-speed swirling vortex of a tapered conical shape having a focal point in front of the liquid ejection port. Nozzle and
The first nozzle and the second nozzle are configured such that the swirling directions of the respective high-speed swirling vortices are opposite to each other, and are arranged such that the jetting directions of the respective high-speed swirling vortices intersect near the focal point.
(Operation) In the first nozzle and the second nozzle, the liquid ejected from the liquid ejection port (or the liquid sucked by the liquid ejection port) is a high-speed swirling tapered cone that is ejected and formed from the gas ejection port. When it comes into contact with the vortex (gas), it is crushed into fine particles. Further, two high-speed swirling vortices containing liquid fine particles and having opposite vectors to each other collide in the vicinity of the focal point where the flow velocity is the highest, whereby the liquid fine particles are further crushed into ultrafine particles.
[0008]
According to a second aspect, in the liquid atomization method according to the first aspect, the collision angle between the first high-speed swirling vortex and the second high-speed swirling vortex is configured to be substantially orthogonal. In the liquid atomizing device according to claim 3, the first nozzle and the second nozzle are arranged so as to be substantially orthogonal.
(Operation) In the experiment of the inventor, when the first high-speed swirling vortex and the second high-speed swirling vortex collide so as to be substantially orthogonal to each other, the liquid fine particles are efficiently crushed to become ultrafine particles and the first nozzle And since it is sprayed toward the front of the second nozzle, it is easy to exhibit the function as a nozzle.
[0009]
According to a fifth aspect of the present invention, in the liquid atomization apparatus according to the third or fourth aspect, the liquid injection port is configured by a distal end opening of a cylindrical fixed core, and the gas injection port is configured by the fixed core. A structure in which a swirl groove for forming a swirling flow is formed on the outer periphery of the tip of the fixed core covered with the spray plate, the swirl groove being formed on the outer periphery of the fixed core. The swirl grooves of the nozzle were configured to be opposite to each other.
(Operation) For example, the nozzle can be easily configured by disposing a fixed core inside the distal end of a cylindrical nozzle body having a cap-shaped spray plate integrally formed at the distal end. Further, in order to make the high-speed swirling vortex formed by the first nozzle and the high-speed swirling vortex formed by the second nozzle have mutually opposite swirling directions, the outer periphery of the distal end portion of the fixed core disposed in each nozzle is provided. A simple configuration can be achieved by reversing the direction of the provided turning groove.
[0010]
According to a sixth aspect of the present invention, in the liquid atomization apparatus according to the fifth aspect, the first nozzle and the second nozzle are configured separately from each other, and are configured to be rotatable along the same plane. Thus, the configuration is such that the intersection angle between the first nozzle and the second nozzle can be adjusted.
(Operation) When the first nozzle and the second nozzle are respectively rotated to change the direction of the nozzles, the intersection angle between the first nozzle and the second nozzle, that is, the position where the two high-speed swirl vortices intersect, is changed. Direction (the intersection of the vortices deviates from the focal point), the energy of the collision of the high-speed swirling vortex changes, and the particle size distribution characteristics and spray pattern of the liquid to be miniaturized change.
[0011]
In addition, for example, if the cap-type spray plate is formed integrally with the tip of the cylindrical nozzle body, the number of parts constituting the nozzle is reduced.
[0012]
According to a seventh aspect of the present invention, in the liquid atomization apparatus according to the fifth aspect, the first nozzle and the second nozzle have a nozzle unit structure integrated as a single planar L-shaped block body, A pair of air chamber forming holes respectively opened on substantially right opposite inner side surfaces of an L-shaped block constituting a body; a spray plate fixed to a front opening of the air chamber forming hole; A fixed core fixed to each of the openings on the back side of the hole and extending to the inside of the front opening of the spray plate.
(Operation) Since the first nozzle and the second nozzle are integrally formed as a single block body, the handling is easy.
[0013]
The nozzle unit has a simple structure including one block body, two spray plates, and two fixed cores, and has a front opening and a rear surface of an air chamber forming hole provided in the block body. The nozzle unit can be easily configured by fixing the spray plate and the fixed core to the side openings, respectively.
[0014]
Further, in the gas mixing method according to claim 8, the first high-speed swirling vortex having a focal point in front of the injection direction in which the first gas is mixed with the second gas, and the third gas is mixed with the fourth gas. The second high-speed swirling vortex having a focal point in front of the jetting direction and having a swirling direction opposite to the first swirling vortex is made to collide and mix near each focal point.
[0015]
Further, in the gas mixing device according to claim 10, a first gas injection port, and a tapered conical shape provided around the first gas injection port and having a focal point in front of the first gas injection port. A first gas mixing nozzle having an annular second gas injection port for injecting and forming a high-speed swirling vortex;
A first gas injection port and an annular second gas jet surrounding the first gas injection port, the second gas injection port forming a high-speed swirling vortex of a tapered conical shape having a focal point in front of the first gas injection port. A second gas mixing nozzle with a gas injection port,
The first nozzle and the second nozzle are configured so that the swirling directions of the respective high-speed swirling vortices are opposite to each other, and are arranged such that the injection directions of the respective high-speed swirling vortices intersect near the focal point. .
(Function) The first gas (or the first gas self-absorbed by the injection port) formed by the first nozzle from the injection port is a high-speed tapered cone formed by injection from the annular injection port. The first gas is mixed with the second gas by contact with the swirling vortex (second gas). On the other hand, the third gas (or the third gas self-primed by the injection port) formed from the injection port by the second nozzle is formed into a high-speed tapered conical shape formed by injection from the annular injection port 28. The third gas is mixed with the fourth gas by coming into contact with the swirling vortex (the fourth gas). Furthermore, the high-speed swirling vortex of the second gas mixed with the first gas and the high-speed swirling vortex of the fourth gas mixed with the third gas have vectors in opposite directions, and the flow velocity is the fastest. By colliding in the vicinity of the focal point, mixing is further promoted, and the first, second, third, and fourth gases are uniformly mixed and ejected forward. The first gas and the second gas, and the third gas and the fourth gas may be the same or different.
[0016]
In a ninth aspect, in the gas mixing method according to the eighth aspect, the collision angle between the first high-speed swirling vortex and the second high-speed swirling vortex is configured to be substantially orthogonal. In the gas mixing device according to claim 10, the first nozzle and the second nozzle are arranged so as to be substantially orthogonal.
(Function) When the mixed high-speed swirling vortex of the first gas and the second gas and the high-speed swirling vortex of the third gas and the fourth gas collide substantially orthogonally, the first, second, and Since the third and fourth gases are efficiently and uniformly mixed, and are injected toward the front of the first nozzle and the second nozzle, it is easy to exhibit the function as a nozzle.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, preferred embodiments of the liquid atomization method and the liquid atomization device according to the present invention will be described based on examples.
[0018]
1 to 7 show a first embodiment of a liquid atomizing method and a liquid atomizing apparatus according to the present invention, and FIG. 1 shows a nozzle unit which is a main part of the first embodiment of the liquid atomizing apparatus. 2 is a front view of the nozzle unit, FIG. 3 is a plan view of the nozzle unit, and FIG. 4A is a horizontal cross-sectional view of the nozzle unit (a cross-sectional view taken along line IV-IV shown in FIG. 2). ), (B) are enlarged cross-sectional views of the nozzle tip, FIG. 5 shows the tip of the fixed core housed in the first nozzle, (a) is a perspective view of the tip of the fixed core, (B) is a front view of the front-end | tip part of the fixed core. 6A and 6B show the distal end of the fixed core accommodated in the second nozzle, FIG. 6A is a perspective view of the distal end of the fixed core, and FIG. 6B is a front view of the distal end of the fixed core. It is. FIG. 7 is a chart showing the particle size distribution of the liquid atomized by the apparatus of this embodiment.
[0019]
In these figures, reference numeral U1 denotes a nozzle unit in which a first liquid atomization nozzle N1 and a second liquid atomization nozzle N2 are integrated, and a single L-shaped rectangular block 10 in plan view has a first unit U1. The nozzle N1 and the second nozzle N2 are provided integrally.
[0020]
That is, the L-shaped rectangular block 10 is provided with a pair of orthogonally arranged air chamber forming holes 12 and 12 (see FIG. 3) that are opened on the right-angled opposite side surfaces 10a and 10b, respectively. Female screw portions 12a and 12b (see FIG. 4) are provided on the inner peripheral edge of the front opening and the inner peripheral edge of the rear opening of the air chamber forming hole 12, respectively. The outer circumference and the outer circumference of the base end portion of the fixed core 30 constituting the liquid ejection port 38 are fixed by screws, respectively, to form a sealed air chamber 14 (see FIG. 4) in the block 10. Horizontally extending air passages 15 communicate with the pair of air chambers 14, respectively. Each of the air passages 15 communicates with a gas inlet 16 that extends upward and opens on the upper surface of the block 10. Reference numerals 17 and 18 in FIG. 4 denote seal packings. Reference numeral 19 denotes a pair of bolt insertion holes vertically penetrating the block 10, and fastening bolts for arranging and fixing the nozzle unit U1 at a predetermined position are provided here.
[0021]
The injection plate cap 20 protrudes forward from the right-angled opposing side surface 10a (10b) on the front side of the block 10, and has a circular gas injection port (opening) 28 at its tip.
[0022]
On the other hand, the fixed core 30 has a structure in which a cylindrical extension portion 34 extends straight forward from a base end portion 32 on the rear end side where a liquid inlet 33 is provided. At the tip of the extension 34 extending to the inside of the (opening) 28, a liquid ejection opening (opening) 38 having a reduced diameter is provided.
[0023]
As shown in FIGS. 5 and 6, on the outer periphery near the tip of the extension portion 34, there are formed annular guide holes 36, which are six swirl grooves at equal intervals in the circumferential direction, and each of the swivel guide holes 36 communicates with each other. A vortex flow forming disk 35 provided with a rectifying chamber 37 is integrally formed, and the air chamber 14 and the gas injection port 28 communicate with the swirl guide hole 36 via the rectifying chamber 37. The swirling guide hole 36 acts to form a high-speed swirling vortex of gas, and the rectifying chamber 37 acts to rectify the swirling vortex.
[0024]
Further, the inclination (taper) of the inner peripheral edge of the gas injection port (opening) 28 of the injection plate cap 20 and the gap (opening area of the gas injection port 28) between the outer periphery of the tip of the fixed core 30 and the liquid injection are adjusted. Conical high-speed swirling vortices T1 and T2 having focal points f1 and f2 are formed by injection at predetermined positions in front of the opening 38.
[0025]
The above basic configuration is common to the first nozzle N1 and the second nozzle N2, but the directions of the swivel guide holes 36 of the fixed core 30 provided in each of the nozzles N1 and N2 are opposite to each other. Direction (reverse direction). That is, the swirl guide hole 36A formed in the fixed core 30A used for the first nozzle N1 is counterclockwise facing the nozzle as shown in FIG. 5, and the second nozzle N2 The swivel guide hole 36B formed in the fixed core 30B used in the first embodiment is clockwise in front view as opposed to the nozzle as shown in FIG. Therefore, the swirling direction of the high-speed swirling vortex T1 formed by the first nozzle N1 and the high-speed swirling vortex T2 formed by the second nozzle N2 are opposite (see FIG. 4B).
[0026]
In the present embodiment, the center axis L1 of the first nozzle N1 and the center axis L2 of the second nozzle N2 are provided to be orthogonal to each other, and the focal points f1 and f2 are located on the center axes L1 and L2 in front of the nozzles. Are formed, and the central axes L1 and L2 are configured to intersect at a position slightly in front of the focal points f1 and f2.
[0027]
Therefore, the liquid ejected from each of the liquid ejection ports 38 (see FIG. 4B) (or the liquid that has been self-primed by each of the liquid ejection ports 38) is ejected from each of the gas ejection ports 28. When it comes into contact with the tapered conical high-speed swirling vortex (gas) T1, T2, it is crushed into fine particles. Further, the two high-speed swirling vortices T1 and T2 having the vectors opposite to each other and including the liquid fine particles collide at high speed immediately after being focused at the respective focal points f1 and f2, so that the liquid fine particles are further crushed to become ultrafine particles. .
[0028]
In particular, since the two high-speed swirling vortices T1 and T2 having opposite vectors collide at right angles, the liquid fine particles are efficiently crushed into ultrafine particles, and the first nozzle N1 and the second nozzle N2 Is sprayed forward (to the left in FIG. 4A), so that it is easy to use as a nozzle.
[0029]
7 is a chart showing the particle size distribution of the liquid atomized by the apparatus of the present embodiment, FIG. 8 is a chart showing the particle size distribution of the liquid atomized by the first nozzle N1 alone of the apparatus of the present embodiment, and FIG. FIG. 10 is a table showing the particle size distribution of the liquid atomized by the second nozzle N2 alone in the apparatus of the embodiment; FIG. 10 shows the installation of the first nozzle N1 in place of the second nozzle N2 of the apparatus of the embodiment, and the swirling of the vortex; 5 is a table showing the particle size distribution of liquid atomized by two first nozzles having the same direction (two nozzles having the same swirling direction of the vortex).
[0030]
In the experimental examples shown in FIGS. 7 to 10, water is used as the liquid, and the injection pressure of the gas (air) is 5.0 kg / cm. ² The air volume was measured at 90 liters / minute per nozzle, the discharge water amount was measured at 10 milliliters / minute per nozzle, and the distance from the opening to the center of the measurement laser beam was 50 mm.
[0031]
In the apparatus of this embodiment using the nozzle unit U1, as shown in FIG. 7, the cumulative volume of ultrafine particles having a particle size of 0 to 1.8 microns is 36.7%, and the particle size is 1.0 to 1.8 microns. Since the cumulative volume of ultrafine particles is 27.2%, the cumulative volume of ultrafine particles having a particle size of 1 micron or less is 9.5%, the 50% particle size is 2.2 microns or less, and the maximum particle size is 6.4-7.3 microns.
[0032]
When the first nozzle N1 (left swirling vortex) alone of the apparatus of this embodiment is atomized, as shown in FIG. 8, the cumulative volume of ultrafine particles having a particle size of 0 to 1.8 microns and the particle size of 1.0 are used. Since the cumulative volume of the ultrafine particles of ~ 1.8 microns is 5.0%, the cumulative volume of the ultrafine particles having a particle size of 1 micron or less is 0%, and the 50% particle size is 5.1 microns. And the maximum particle size was 15.4 to 17.5 microns.
[0033]
When the second nozzle (the right-handed swirling flow facing the nozzle) of the apparatus of the present embodiment is atomized alone, as shown in FIG. 9, the accumulated volume of ultrafine particles having a particle diameter of 0 to 1.8 microns and Since the cumulative volume of the ultrafine particles having a particle size of 1.0 to 1.8 μm is 5.0%, the cumulative volume of the ultrafine particles having a particle size of 1 μm or less is 0%, and the first nozzle N1 ( This was the same as the case of atomization alone (left swirling vortex) (see FIG. 8). The 50% particle size was 4.9 microns, and the maximum particle size was 13.6 to 15.4 microns.
[0034]
FIG. 10 shows a case where a first nozzle N1 is mounted in place of the second nozzle N2 of the apparatus of the present embodiment, and two first nozzles N1 (a left swirling vortex facing the nozzle) atomize. Thus, the cumulative volume of the ultrafine particles having a particle size of 0 to 1.8 microns is 19.2%, and the cumulative volume of the ultrafine particles having a particle size of 1 to 1.8 microns is 12.7%. The cumulative volume of ultrafine particles of submicron size was 6.5%, the 50% particle size was 3.8 microns, and the maximum particle size was 15.4-17.5 microns.
[0035]
As described above, when the high-speed vortex is caused to collide with the two first nozzles having the same swirling direction (see FIG. 10), compared with the case where the nozzle is miniaturized alone (see FIGS. 8 and 9). In the case of the present embodiment in which the high-speed swirling vortex is made to collide with two nozzles in which the direction of the high-speed swirling vortex is reversed, the maximum particle size is reduced as shown in FIG. Ultrafine particles having a diameter of 7.3 microns or less and an average particle diameter of 2.2 microns or less were obtained.
[0036]
11 and 12 show a second embodiment of the liquid atomization device according to the present invention. FIG. 11 is a perspective view of a nozzle unit which is a main part of the liquid atomization device, and FIG. 12 is a sectional view of the nozzle. is there.
[0037]
In the first embodiment described above, the first nozzle N1 and the second nozzle N2 are provided integrally with the block body 10, but in the second embodiment, the first nozzle N1 'and the second nozzle N1' The two nozzles N2 'are separately formed, and are provided adjacent to the base plate 40 to form a nozzle unit U2.
[0038]
In each of the first nozzles N1 '(the second nozzles N2'), the fixed core 30 is fixedly arranged in a cylindrical nozzle body 11 integrally formed with a cap-shaped spray plate 20 'on the distal end side. The structure of the nozzle is simple because the spray plate does not exist alone.
[0039]
The first nozzle N1 'accommodates a fixed core 30A having a counterclockwise swivel guide hole 36A in a front view, and the second nozzle N2' includes a counterclockwise swivel guide hole 36B formed in a front view. The formed fixed core 30B is housed therein, and the high-speed swirling vortex T1 ′ formed by the first nozzle N1 ′ and the high-speed swirling vortex T2 ′ formed by the second nozzle N2 are turned in opposite directions. I have.
[0040]
Further, the lower end of the vertical support portion 42 supporting the first nozzle N1 'and the second nozzle N2' is fixed to the base plate 40 by fastening bolts 44. By loosening the bolts 44, the nozzles are N1 'and N2' can be rotated in the horizontal direction. Thus, the directions of the central axes L1 'and L2' of the nozzles N1 'and N2' can be adjusted by rotating the first nozzle N1 'and the second nozzle N2' along the same horizontal plane. Specifically, when the central axes L1 'and L2' of the nozzles N1 'and N2' are orthogonal to each other, the high-speed swirling vortex flows T1 'and T2', as in the case of the first embodiment. Are arranged so that the intersection P of the center axes L1 'and L2' is located slightly forward of the respective focal points f1 and f2. Reference numeral 52 denotes a liquid supply hose, and reference numeral 54 denotes a gas supply hose.
[0041]
The other parts are the same as those of the first embodiment described above, and the same reference numerals are given, and the duplicate description will be omitted.
[0042]
In the second embodiment, the first nozzle N1 'and the second nozzle N2' are respectively rotated in the horizontal direction, and the jetting directions of the high-speed swirling vortices T1 'and T2' (the nozzles N1 'and N2 The spray pattern can be adjusted by changing the center angle L1 ', L2' of the '1', and the position where the two high-speed swirling vortices T1 ', T2' intersect (the amount of deviation from the intersection P of the focal points f1 and f2). Can be adjusted so that the two high-speed swirling vortices T1 'and T2' do not cross each other.
[0043]
13 to 15 show a third embodiment of the liquid atomization device according to the present invention, FIG. 13 is a front view of a nozzle unit which is a main part of the liquid atomization device, and FIG. 14 is a plan view of the nozzle unit. FIG. 15 is a sectional view of the first (second) nozzle.
[0044]
In the third embodiment, the first nozzle N1 "and the second nozzle N2" fixed to the base plate 40A are each rotatable in the horizontal direction, and are the same as the second embodiment. However, they differ in the following points.
[0045]
First, the outer shapes of the nozzles N1 'and N2' are formed in a rectangular shape, and the mounting surfaces of the nozzles N1 "and N2" with the base plate 40A are flat. For this reason, the first nozzle N1 "and the second nozzle N2" can rotate accurately along the same plane.
[0046]
Secondly, a pair of index straight lines 50A and 50B orthogonal to each other is provided on the nozzle mounting surface of the base plate 40A, and by fixing the nozzles N1 'and N2' along the index straight lines 50A and 50B, The nozzles N1 'and N2' can be easily arranged orthogonally.
[0047]
The other parts are the same as those of the second embodiment, and the same reference numerals are given to omit redundant description.
[0048]
In the above-described embodiment, a left-handed turning guide hole 36A is formed in the first nozzle fixed core 30A, and the second nozzle fixed core 30B is turned clockwise in frontal view. Although the guide hole 36B is formed, the present invention is not limited to this, and it is sufficient that the direction of the swirl guide hole is opposite in each of the first nozzle and the second nozzle. That is, it is only necessary that the swirling directions of the high-speed swirling vortices in the first nozzle and the second nozzle are opposite to each other.
[0049]
In each of the above-described embodiments, the central axes of the two high-speed swirling vortices intersect at a position before the focal point in any case. May be configured to intersect. In order to adjust the position of the focal point f of the high-speed swirling vortex, for example, as shown in FIGS. 16A and 16B, a liquid supply port 38 having different inner and outer peripheral shapes is selected. Can be adjusted. In the second and third embodiments, in addition to changing the shape of the inner and outer peripheral surfaces of the liquid supply port 38, the position where the two high-speed swirling vortices intersect can also be changed by changing the direction of the nozzle as described above. Can be adjusted.
[0050]
Further, in the above-described embodiment, the turning groove is provided on the outer periphery of the distal end portion of the fixed core. However, although there is a demerit that the number of components is increased, as in the conventional structure (Japanese Patent Publication No. 4-45218), A structure in which a disk-shaped second fixed core in which a turning guide hole is formed on the outer periphery of the distal end portion of the circular pipe-shaped first fixed core may be assembled.
[0051]
In the above-described embodiment, the first nozzle and the second nozzle are described as having the same size. However, the size and shape may be different.
[0052]
Further, in the above-described embodiment, the method and the apparatus for atomizing and spraying water with air have been described, but the object for atomizing is not limited to water, and a liquid that can be atomized and sprayed with air or other gas is used. I just need. For example, when the present invention is applied as a fuel spraying means in a combustion apparatus (burner) that atomizes and burns a liquid fuel such as petroleum or heavy oil, an unprecedented superior combustion efficiency can be obtained.
[0053]
Further, the liquids supplied to the liquid supply holes 38 of the first nozzle and the second nozzle may be different from each other. It can be atomized and uniformly dispersed (mixed).
[0054]
Furthermore, in the above-described embodiment, the ultra-fine atomization target is described as a liquid, that is, in the first nozzle and the second nozzle in the above-described embodiment, the liquid (for example, water) is supplied to the central injection port 38. Although described as a device configured to be supplied with gas (e.g., air) to the annular injection port 28 surrounding the injection port 38 and to atomize and spray the liquid, the present invention provides: The present invention can also be applied as a method and apparatus for uniformly mixing gases.
[0055]
That is, as the gas mixing device, in the first nozzle N1, the first gas is supplied to the central injection port 38, and the second gas is supplied to the annular injection port 28 surrounding the injection port 38, The second nozzle N2 is configured so that the third gas is supplied to the central injection port 38 and the fourth gas is supplied to the annular injection port 28 surrounding the injection port 38. Then, the first gas (or the first gas self-absorbed by the injection port 38) injected from the injection port 38 by the first nozzle N <b> 1 is formed into a tapered conical shape formed by injection from the injection port 28. By contact with the high-speed swirling vortex (second gas), the first gas is mixed with the second gas. On the other hand, the third gas (or the third gas self-absorbed by the injection port 38) spray-formed from the injection port 38 by the second nozzle is a tapered conical high-speed jet formed from the injection port 28. The third gas is mixed with the fourth gas by coming into contact with the swirling vortex (the fourth gas). Furthermore, the high-speed swirling vortex of the second gas mixed with the first gas and the high-speed swirling vortex of the fourth gas mixed with the third gas have vectors in opposite directions, and the flow velocity is the fastest. By colliding in the vicinity of the focal point, mixing is further promoted, and the first, second, third, and fourth gases are uniformly mixed and ejected forward.
[0056]
When the present invention is configured as a gas mixing method and apparatus, the first gas, the third gas, and the first gas supplied to the central injection port 38 of the first nozzle N1 and the second nozzle N2, respectively. The second gas and the fourth gas supplied to the annular injection ports 28 of the nozzle N1 and the second nozzle N2 may be the same gas or different gases.
[0057]
In addition, as a material of the nozzle used in the above-mentioned various embodiments, not only stainless steel, brass and other metals but also resin such as engineering plastic or ceramic can be used.
[0058]
【The invention's effect】
ADVANTAGE OF THE INVENTION According to the liquid atomization method and apparatus which concerns on this invention, the super atomization (for example, average particle diameter of 2.2 micrometers or less) of liquid which cannot be achieved with the conventional method and apparatus is attained. In particular, it shows a particle size distribution characteristic that is not seen in the conventional methods and apparatuses, in which the ratio of the particle size of large particles is significantly reduced.
[0059]
According to the second and fourth aspects, the liquid fine particles are efficiently crushed into ultrafine particles, and are sprayed toward the front of the first nozzle and the second nozzle, so that they can be easily used as nozzles.
[0060]
According to the fifth aspect, the number of components of the nozzle is small, the configuration is simple, and the assembly is simple. For example, the nozzle can be easily configured by disposing a stationary core inside the distal end of a cylindrical nozzle body having a cap-shaped spray plate integrally formed at the distal end. Further, in order to make the high-speed swirling vortex formed by the first nozzle and the high-speed swirling vortex formed by the second nozzle have mutually opposite swirling directions, the outer periphery of the distal end portion of the fixed core disposed in each nozzle is provided. A simple configuration can be achieved by reversing the direction of the provided turning groove.
[0061]
According to the sixth aspect, by adjusting the position at which the high-speed swirling vortex formed by the first nozzle and the high-speed swirling vortex formed by the second nozzle intersect, the average particle diameter of the liquid to be ultra-finely atomized and Particle size distribution characteristics and spray pattern can be adjusted.
[0062]
According to the seventh aspect, since the first and second nozzles are constituted by a single block body (nozzle unit), handling when storing and transporting the nozzles is convenient.
[0063]
Further, the number of components of the nozzle unit is small, the configuration is simple, and the assembly is easy.
[0064]
According to claims 8 and 10, the first, second, third and fourth gases can be uniformly mixed, and according to claims 9 and 11, the first, second, third and fourth gases can be mixed. Can be uniformly mixed and sprayed forward.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a perspective view of a nozzle unit that is a main part of a first embodiment of a liquid atomization device according to the present invention.
FIG. 2 is a front view of the nozzle unit.
FIG. 3 is a plan view of the nozzle unit.
4A is a horizontal sectional view of the nozzle unit (a sectional view taken along line IV-IV shown in FIG. 2).
(B) It is an expanded sectional view of a nozzle tip part.
FIG. 5A is a perspective view of a distal end portion of a fixed core housed in a first nozzle.
(B) It is a front view of the front-end | tip part of the same fixed core.
FIG. 6A is a perspective view of a distal end portion of a fixed core housed in a second nozzle.
(B) It is a front view of the front-end | tip part of the same fixed core.
FIG. 7 is a table showing a particle size distribution of a liquid atomized by the apparatus of the present embodiment.
FIG. 8 is a table showing a particle size distribution of a liquid atomized by a first nozzle alone of the apparatus of the present embodiment.
FIG. 9 is a table showing a particle size distribution of a liquid atomized by a second nozzle alone of the apparatus of the present embodiment.
FIG. 10 is a table showing a particle size distribution of a liquid atomized by two first nozzles having the same swirling direction by mounting a first nozzle in place of the second nozzle of the apparatus of the embodiment. .
FIG. 11 is a perspective view of a nozzle unit which is a main part of a second embodiment of the liquid atomization apparatus according to the present invention.
FIG. 12 is a sectional view of a nozzle.
FIG. 13 is a front view of a nozzle unit which is a main part of a third embodiment of the liquid atomization device according to the present invention.
FIG. 14 is a plan view of the nozzle unit.
FIG. 15 is a sectional view of a nozzle.
FIG. 16 is an enlarged cross-sectional view of nozzle tip portions of two nozzles having different focal lengths.
FIG. 17A is a cross-sectional view of a conventional atomization nozzle.
(B) It is sectional drawing of the fixed core in which the turning groove was formed.
(C) It is a side view of the fixed core.
[Explanation of symbols]
U1, U2, U3 Nozzle unit
10 L-shaped rectangular block in plan view
10a, 10b Opposite right sides of L-shaped rectangular block
12 air chamber forming hole
14 air chamber
20, 20 'cap type spray plate
28 Gas injection port
30 tubular core
35, 35A, 35B Eddy current forming disk
36, 36A, 36B swivel guide hole
38 Liquid injection port
N1, N1 ', N "First liquid atomization nozzle
N2, N2 ', N2 "Second liquid atomization nozzle
T1, T1 'High-speed swirling vortex formed by the first nozzle
T2, T2 'High-speed swirling vortex formed by the second nozzle
f1, f2 Focus of high-speed vortex
P Intersection of two high-speed swirling vortices

Claims

A first high-speed swirling vortex having a focal point in front of the jetting direction in which the liquid is crushed and mixed with the gas, and a first high-speed swirling vortex having a focal point in front of the jetting direction in which the liquid is crushed and mixed with the gas, the turning direction being opposite to the first swirling vortex A method for atomizing a liquid, comprising impinging a second high-speed swirling vortex near each focal point to atomize the liquid.

A method for atomizing liquid, wherein the collision angle between the first high-speed swirling vortex and the second high-speed swirling vortex is substantially orthogonal.

A first liquid fine particle comprising: a liquid ejection port; and an annular gas ejection port provided surrounding the liquid ejection port, and configured to eject a high-speed swirling vortex of a tapered conical shape having a focal point in front of the liquid ejection port. Nozzle and
A second liquid fine particle comprising: a liquid ejection port; and an annular gas ejection port provided around the liquid ejection port and configured to eject a high-speed swirling vortex of a tapered conical shape having a focal point in front of the liquid ejection port. Nozzle and
The first nozzle and the second nozzle are arranged such that the swirling directions of the respective high-speed swirling vortices are opposite to each other, and are arranged such that the jet directions of the respective high-speed swirling vortices intersect near the focal point. Liquid atomizing device characterized.

The liquid atomization device according to claim 3, wherein the first nozzle and the second nozzle are arranged so as to be substantially orthogonal.

The liquid ejection port is constituted by a distal end opening of a cylindrical fixed core, and the gas ejection port is constituted by a cap-type ejection plate that opens forward to cover the fixed core, and is covered by the ejection plate. The fixed core has a structure in which a swirling groove for forming a swirling vortex is provided on an outer periphery of a distal end portion, and the swirling grooves of the first and second nozzles are opposite to each other. The liquid atomization device according to claim 3 or 4.

The first nozzle and the second nozzle are configured separately from each other, and are configured to be rotatable along the same plane, respectively, to adjust an intersection angle between the first nozzle and the second nozzle. The liquid atomization device according to claim 5, wherein the device can be used.

The first nozzle and the second nozzle have a nozzle unit structure integrated as a single plan-view L-shaped block body, and are provided on substantially right-angled opposed inner surfaces of the L-shaped block constituting the nozzle body, respectively. A pair of air chamber forming holes that open, a spray plate fixed to the front opening of the air chamber forming hole, and a front opening of the spray plate fixed to the rear opening of the air chamber forming hole, respectively. The liquid atomizer according to claim 5, further comprising a fixed core extending to the inside of the portion.

A first high-speed swirling vortex having a focus in front of the injection direction in which the first gas is mixed with the second gas, and a swirl direction having a focus in front of the injection direction in which the third gas is mixed with the fourth gas. A gas mixing method, wherein a second high-speed swirling vortex, which is opposite to the first swirling vortex, is collided and mixed near respective focal points.

The gas mixing method according to claim 8, wherein a collision angle between the first high-speed swirling vortex and the second high-speed swirling vortex is substantially orthogonal.

A first gas injection port and an annular second gas jet surrounding the first gas injection port, the second gas injection port forming a high-speed swirling vortex of a tapered conical shape having a focal point in front of the first gas injection port. A first gas mixing nozzle having a gas injection port,
A first gas injection port and an annular second gas jet surrounding the first gas injection port, the second gas injection port forming a high-speed swirling vortex of a tapered conical shape having a focal point in front of the first gas injection port. A second gas mixing nozzle with a gas injection port,
The first nozzle and the second nozzle are arranged such that the swirling directions of the respective high-speed swirling vortices are opposite to each other, and are arranged such that the jet directions of the respective high-speed swirling vortices intersect near the focal point. Characteristic gas mixing device.

The gas mixing device according to claim 10, wherein the first nozzle and the second nozzle are arranged to be substantially orthogonal.