JPH04500720A - 液体を霧化する方法およびこの方法を実施するための装置 - Google Patents

Abstract

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Description

【発明の詳細な説明】 液体を霧化する方法およびこの方法を実施するための装置 本発明は、液体を霧化するための方法に関する。

工業上の純度を存する液体をキャリアガス内に噴霧或いは霧化する際、比較的僅 かな質量の流れ（〈２ｋｇ／ｂ）を高い細度（＜１０１００ａで噴霧する場合、 即ち僅かな流通量にあって極めて微細な液体滴粒子を形成しなければならない場 合常に諸種の困難を伴う、この場合、噴霧すべき液体を高い圧力負荷の下にノズ ルにより噴霧する際、達せられる滴細度に当然の限界がある。何故なら必要とす る速度をノズル内において極めて小さい流れ断面で（螺旋ノズルにあって管路内 において）発生させなければならず、幾何学的な断面寸法は重要な使用領域（ｉ ≦２　ｋｇ／　ｈ　）にあっては０．１−０．３ｍｍであり、この状態では実地 にあっては目詰まりが発生し、再生不可能な噴霧度が得られる。更にこの場合、 液体の剥離が不十分であることがら、発生された霧を後に使用する際に不利な作 用を及ぼすような比較的大きな滴が再びノズル自体に形成されることが避けられ ない０例えば、滴集団を含んでいる比較的大きな滴の場合、炎根の領域にあって 縁部霧化領域が形成され、従って炎が比較的長い場合燃焼が不十分になると言う 公知の問題が生む、ノズルによる公知の噴霧方法の他の欠点は比較的固い物質を 使用した場合ノズル開口の領域内に空洞形成現象が生じ、この空洞形成現象が長 い作動時間の後には噴霧結果を悪化させると言う点である。これは時期尚早に行 われれば行われるほど、霧化度が益々高くなり、従ってこれに伴い液体に作用す る予圧が益々高くなる。

これらの欠点を排除するため、液体の霧化を推進ガス（空気）を使用して行う噴 霧−もしくは霧化−装置が公知になっている。この装置として、軸受潤滑のため の油−霧化装置或いは家庭用の暖房用油バ、−すのための圧縮空気−油噴霧装置 或いは工業分野における水蒸気−加圧噴霧装置が挙げられる。これらの装置にあ っては例えば暖房用油は圧縮空気或いは水蒸気によりインジェクタ内に噴霧され るか或いは冷却された案内面に沿って噴霧される。これにより流通量が僅かな場 合は良好が霧化度が達せられる。

欠点なのは、例えば圧縮空気霧化装置の場合圧縮空気を発生させるための装置に 多額の費用がかかることである。　０　、　６〜１　、　２　バー　７Ｌ／と６ ００〜１．２００　ｄａ”　／　ｈの容量流の必要とする圧縮空気を発生させる にはコンプレツサを使用する必要がある。何故なら送風機ではこのような圧力増 大は技術的に不可能であるからである。このような技術的な解決策は単位当たり の効率も僅かであり、また流通量も僅かであり、しかも個数が問題であり、売上 の点がらも効率も国民経済の点で重要である。

本発明の根底をなす課題は、装置を構成するのに極めて僅かな費用をかけるだけ で、液体流の１００μｍ以下の大きさの滴への確実な砕解を可能にし、しかもそ の都度の使用目的に即応して霧の品質を変え得る、液体を霧化する方法を提供す ることである。

この課題は本発明により、液体を開放多孔性の接触体上に供給し、ガスを使用し て加圧下に有孔管路を経て駆出し、発生された霧を接触体表面から導出すること によって解決される。

この場合、本発明おける意味でのｒガス１と言う概念は本来の意味での、例えば 空気のような気体もしくは気体混合物を意味する以外に、付加的に或いは霧化さ れるべき液体自体から発生される蒸気をも意味する０本発明おける意味での「液 体」と言う概念は、異なる液体の混合物、エマルシヨンの形の液体或いは主たる 割合が液体である液体−ガス混合物或いは液体−蒸気−混合物をも意味する。

本発明による方法の利点は、開放多孔性の接触体に供給された液体がガスによっ て接触体の有孔管路を経て駆出され、従って接触体の表面において多数の小さい 気泡が形成されると言うことである。気泡の大きさは本質的に霧化されるべき液 体のその都度の表面張力によって定まる。孔開口が互いに並んで多数存在してい るのでたちまち砕ける小さい気泡のみが形成し、その際多数の極めて微細な清は 砕ける気泡鞘から形成される。接触体の有孔管路を経て駆出される液体は常に再 び接触体の表面から拡がり、あらためて有孔管路のｒ流出開口１を覆う、従って 常に気泡が形成される。液体に著しいエネルギーを付与するには、通常のノズル の場合１０〜１００バールの圧力負荷を必要とするが、本発明による方法にあっ ては僅かな消費エネルギーを必要とするに過ぎない、霧化されるべき液体は実際 に必要とする液体量を接触体に供給するために必要とする励−範囲の圧力で加圧 されるに過ぎない、推進ガス流を発生させるには同様に液体量を接触体を経て駆 出するような圧力水準並びに気泡一層張力によって発生される気泡圧力を克服す るような圧力水準を必要とするに過ぎない、必要とする圧力は例えば暖房用油Ｅ Ｌと推進ガスとしての空気を噴霧する際は２０＋ａｂである。形成する霧は使用 目的に応じて接触体の表面を囲繞している雰囲気の自然の対流或いはわざわざ案 内されるキャリアガス流、例えば空気流によって帯行される０本発明による方法 により液体のこのような微細な霧化を達することが可能なので、推進ガス、液体 量と液体の過熱されたー比較的大きな滴表面積（１７６５ｒｒｆ／ｋｇ）と存在 する分圧勾配とにより形成する一蒸気とから成る霧がキャリアガス流により導管 系を経て、また転向領域を経て案内され、二の場合ただ露点以下になるのを回避 するための、またこれに伴う管路表面での凝縮工程を避けるための通常の条件を 例えばキャリアガスの加熱および／または管路壁の加熱により維持すればよいに 過ぎない。

本発明による方法の優れた構成により、液体は特に接触体の領域において−その 弛緩圧力に相応して一沸騰温度に加熱される。この方法の利点は、霧化に必要な ｒ加圧ガスＪが霧化される液体の一部分の蒸発によって達成されると言うことで ある。この際の特別な利点は、圧力を発生させるために、液体の一部分（約１０ 〜２０％）を蒸発させる熱エネルギーを必要とするに過ぎないことである。何故 なら必要とする圧力形成が蒸発工程によって容量が著しく増大するので自ずと行 われるからである。この際液体の加熱は液体が接触体内に流入する以前に行われ 、従って液体が適当な予圧を有している場合接触体の流出表面の領域内における 孔内で圧力勾配により自然発生的に蒸気形成が行われる。何故なら液体が−弛緩 圧力に依存して一過熱されているからである。

この際この方法を、液体の部分流一方のみを加圧下に沸騰温度にまで加熱し、加 圧ガスを形成するのに使用し、他方の部分流を通常の圧力送り圧力で接触体に供 給するようなやり方に変更することが可能である。

本発明による方法の特別な効果は、霧化される液体が接触体の有孔管路により毛 細管作用により吸収され、これにより実際に自然に接触体の表面から霧として剥 離される液体量が後流出するが可能であるようにすることによって達せられる。

更に、液体の加熱を接触体全体において自然に行うのが特に有利である。

本発明による方法の他の構成により、液体は沸騰点の異なる少なくとも二つの液 体フラクションから成る液体混合物として接触体に与えられ、加圧ガスは液体を 少なくとも沸騰点の低い液体フラクションの沸騰点に加熱することによって発生 される０例えば沸騰点の異なる多数の液体フラクシヨンを含有する暖房用油を霧 化する際沸騰点の低いフラクシヨンが常に一定割合で存在している。しかし、霧 化される液体混合物は特に方法の目的のため特別に造られ、その際沸騰点の低い フラクシヨンの量は正確に方法にとって必要に即応して調整される。Ｂち、例え ば液体混合物をエマルシヨンの形で添加することも可能である。

本発明による他の構成により、を極めて微細に分散した付加的な加圧ガス、特に 空気と共に液体接触体上に供給することが可能である。この加圧ガスは液体圧力 の以下にある。液体−ガス混合物が流過した際気泡が弛緩し、接触体の礼法出面 において既に述べたような霧形成が行われる。しかも、液体を加圧ガスが流過す る接触体上に配置して供給し、接触体内の孔表面が実際に湿潤するようにして行 う変形した方法が特に有利である。比較的粗大な孔を有する接触体を使用するこ とを許容するこの方法にあっては、加圧ガスは接触体の有孔管路を経て加圧され 、その際常に有孔管路の表面上に存在している液体膜の一部分のみが一緒に帯行 される。この方法は特に、接触体が不規則な有孔管路、特に鋭角な表面を有する 有孔管路を備えており、従ってこの場合それぞれ孔体内において液体膜のための 剥離縁部が形成するようにする場合有利である。更にこの際、付加的な加圧ガス を接触体内に導入する以前に加熱するのが有利である。

本発明による方法の有利な構成にあっては、霧化される液体はキャリアガス流内 に滴集団として噴霧され、キャリアガス流を転向させることにより所定の最大大 きさを越える滴がこの滴集団から加熱された接触体に与えばれかつキャリアガス 流内で蒸発される。

更に本発明は、霧化される液体量のための供給部を備え、この供給部が霧化体と 結合されている、特に本発明による方法を実施するための、液体を霧化するため の装置に関する。

霧化体が一つ或いは多数のノズルによって形成されている液体を霧化するための 公知の装置の欠点は既に冒頭に説明した。

公知の霧化体の欠点は本発明により、この霧化体が供給導管と加圧ガスを発生さ せるための手段とに結合されている開放多孔性の接触体として形成されているこ とによって回避される。

この配設の利点は、霧化される液体が最も簡単な場合無圧状態で接触体上に与え ればよく、即ち給送エネルギーとして必要な圧力エネルギーを形成すればよく、 また霧化のためガス圧を発生させるに必要なエネルギーのみを形成すればよいこ とである。この場合、例えば液体霧化体に形成される孔層によっても形成可能な 開放多孔性の接触体は第一に「流出側で１、即ち発生する霧が表面から取去られ る側において、多数の微細な液体気泡の形成を行う機能を有している。最も簡単 な構成では、これは多数の細かい孔、例えばレーザ光線によって形成された孔を 有する篩様の物体によって行われる。この際、これらの孔が接触体の流出側の表 面の領域内において少なくとも部分的に鋭角な突起を有しているのが有利である 。これにより、一方では気泡の形成が軽減され、しかも他方では気泡が迅速に破 壊され、所望の微細に分割された滴の形成が行われる。この際、少なくとも接触 体の霧流出面の領域内において孔開口が不規則な幾何学的形状の孔を有している のが特に有利である０本発明の意味でのこの不規則な幾何学的形状孔とはミ流出 開口の軸線が流出面に対して異なる角度で整向されていることを意味するのみな らず、更に孔開口の輪郭も不均一であることを意味している。

従って、本発明による特に有利な構成により、接触体は焼結処理された開放多孔 性の成形体から成る。

この場合、焼結材料は純粋なセラミック材料でも、或いはいわゆる焼結金属から 成っていてもよい、接触体として焼結工作材料を使用することの利点は、これに より不規則な流出幾何学的形状の優れた特性と鋭角な突起の形成を少なくとも流 出開口の領域内で簡単な方法で形成することが可能となることである。何故なら 、焼結工程に使用される粒状の材料が既に先行して行われる砕解工程の時点から 少な（とも粒子スペクトルの一部分で鋭角の輪郭を有しており、この輪郭が焼結 工程によっても失われないからである。更にこの場合、接触体にとって極めて微 細な毛細管構造が達せられ、接触体内の所定の開放多孔孔度によってｒ長手方向 管路」が形成されるのみならず、ｒ横方向管路Ｊが形成され、従ってこの場合気 泡形成とこの気泡の砕解と関連して接触体の流出表面において常時圧力挙動が交 番するので接触体内での相応する流通が行われる。焼結材料を使用することの他 の利点は、接触体がそれ内での液体および／またはガスの流通に関してそれ自体 大きなｒ流過長さｊを有°している必要がないことではなく、比較的肉薄の焼結 材料層としてを使用することができることである。焼結材料を使用することの他 の利点は、実際に流出側に関して、また流入側に関してもその表面輪郭が任意の どのような構造であっても良（、従って接触体の形態をその都度最適に使用条件 に合わせることが可能であることである０例えば、流動するキャリアガス流によ り発生した霧を導出する際接触体の輪郭は、キャリアガスの流動方向に関して全 流出表面にとって発生する霧のために最適な帯行条件が得られるように形成する ことが可能である。接触体を比較的薄く形成することにより、即ち液体にとって も、加圧ガスにとっても比較的短い流過長さが形成されることにより、微細孔度 にもかかわらず霧が充満している空間に比して比較的僅かな超加圧が必要である に過ぎない。

本発明による構成により、接触体は接触体容量の約３０〜８０％、特に４０〜６ ０％の空域容量（Ｒｏｈｌｒａｕｍｖｏｌｕｓｅｎ）に相当する孔度を有するよ うに形成されている。しかも接触体容量の約４５〜５５％の空域容量を有するの が優れている。更にこの場合、接触体内の等価な平均孔径が約２０〜１５０ｕｍ 、特に４０〜１００μｍであるのが有利である。

本発明による方法により既に説明したように、液体を接触体上に供給、特に接触 体上に滴下し、ガスを加圧下に接触体を経て案内することが根本的に可ｔＨ−ｃ ある一方、本発明による他の構成により接触体は加熱装置と結合されている。こ の配設は特に、沸騰点の低い液体フラクションとの液体混合物を霧化するような 使用例にとって有利である。その際ガスによる負荷の代わりに、推進工程および 気泡形成工程に必要な加圧ガスは霧化される液体の一部分の蒸発によって発生さ れ、この際当該液体量の蒸発に必要な加熱エネルギーが接触体に与えられる。こ の際、加熱装置が接触体の霧流出口とは反対側の面に設けられているのが特に有 利である。この配役の利点は、接触体の内において主流動方向で温度勾配が生じ 、従って最高の温度とこれに伴う最大の蒸発効率とが霧流出面とは反対側におい て生成され、形成する蒸気により適当に大きな液体量が霧流出面において霧化さ れると言うことである。接触体を加熱すると言う利点は特に＠扉を良好に行い得 ると言うことである。何故なら、霧流出面における気泡形成の程度が直接霧化に 必要な蒸発された液体の形の加圧ガスの量に依存しているので、霧化される液体 の量が部分的に加熱エネルギーとしての供給によっても制御されるからである。

制御を適当Ｃ行った際短時間接触体に過剰量の液体が供給されはするが、この過 剰量の液体は接触体の表面を経流出し、捕集される。しかもこの場合この過剰量 の液体はキャリアガスに与えらることがない、この際短時間過剰量となる液体は 同時に制御動作に有利に作用する。何故なら加熱エネルギーの回収と同時に冷却 効果が生じ、これに伴い形成する霧の量が直接低減されるからである。

本発明による装置の有利な構成により、接触体は混合室によって囲繞されており 、この混合室はキャリアガスの流入口と発生した霧と混合されたキャリアガスを 導出するための流出口を備えている。この配設により大きな流過効率を達するの に構造が小さくて済む、何故なら２、発生した霧のキャリアガスによる導出が実 際のそれぞれの使用ケースにあって、霧が添加されたキャリアガス流の土量が混 合室を経て案内されず、部分量のみが混合室を経て案内されるように、また霧が 添加されたキャリアガスの部分量がキャリアガス量が流過する流れ管路内導入さ れる様式で行われるからである。

更に有利な構成により、液体のための供給導管が接触体の上方領域内に開口して おり、接触体の下方領域にあっては導出導管を備えた過剰量液体捕集器が設けら れている。これにより、最大限の大きさ以下の液体の滴粒子のみがキャリアガス によって導出され、従って霧のみが使用場所に案内される。

本発明による他の構成により、接触体は液体供給部と結合している端部で加圧室 の流出口を形成している管路体として形成されている。この配役の場合霧化され る液体は加圧ガスと同様に接触体を経て案内される。この際、接触体は従来の公 知のノズルに類似した様式で使用される。加圧ガスが接触体内において液体の一 部分の蒸発によって自然に発生されない場合、他の構成により、加圧室内に加圧 ガスのための供給導管が開口しているのが有利である。

本発明は更に特に燃焼目的のための暖房用油を霧化するための装置に関する。こ の場合、接触体は本発明により特に管体として形成され、特に垂直方向を指向し て混合室内に設けられており、加熱装置と結合されていて、液体供給部は接触体 の端部領域内で行われる。この構成の利点は、暖房用油が沸騰温度の異なる多数 のフラクシヨンから形成されている液体混合物から成り、霧化に必要な部分フラ クションの蒸発が比較的低い温度のみで行われることである。しかしこの場合生 じる蒸気は一方では形成される霧の一部分である。更に、油が特に良好な湿潤特 性を有しており、従ってこの場合特に焼結材料から成る接触体の孔が暖房用油を 完全に吸収し、暖房用油が実際に接触体の表面にのみ供給されればよいと言う利 点が得られる。Ｎ発されるべき液体の供給は直接霧流出面において行われる。こ れは、本発明による構成にあっては、接触体の上端部において行われ、従って液 体は孔が充満した際接触体の外表面を経て流出することが可能となり、この工程 により接触体が液体で飽和されることはない。何故なら気泡形成が流出口表面に おける閉じられている油膜により阻止されるからである。燃焼目的のため燃焼さ れる油が熱供給により蒸発することは実際に可能である一方、本発明による方法 および装置は著しい出力節約を可能にする。眩当たりの暖房用油から飽和蒸気を 発生させるため約３３０ワツトの正味−加熱出発明による装置により霧化するに は、５０ワツトの総崩熱出力を必要とするに過ぎない、何故なら暖房用油の部分 フラクシヨンのみが、この場合低い沸騰点の部分フラクシヨンのみが蒸発される に過ぎず、残りの霧化は蒸発する部分の容量が増大することおよび機械的な工程 により気泡形成の領域と気泡砕解の領域において行われる。

暖房用油バーナとしての使用のための本発明による他の構成にあっては、発生さ れた暖房用油霧および／または霧−空気一混合物用の流通部は導出導管と結合さ れており、この導出導管の燃焼室内に存在している端部はバーナヘッドとして形 成されている。

発生された霧を導出するためのキャリアガスとして量が一次空気を勘案して決定 される空気が使用されるので、バーナヘッドに最適に拡散する燃料−空気混合物 を供給することが可能となる。この際−次空気の量は燃焼条件に関して化学量論 以下の量であり、従ってバーナヘッドに霧化が微細に配分されて行われるので全 くガスの性質を有する油分が過剰に多い燃料−空気混合物が供給される。バーナ ヘッドはこの際ガスバーナと同様な通常の様式で残渣の無い燃焼のに必要な空気 比率の調節のための二次空気を供給するための制御可能な供給装置で形成されて いる。

バーナとしての使用のための本発明による特に有利な構成にあっては、バーナヘ ッドは炎保持として形成されており、解放多孔性の焼結材料からなる成形体によ って形成されている。

この配設の利点は、炎保持体から流出するガス混合物が点火された後多孔性体内 で既に燃料霧と空気酸素間で酸化還元が生じ、従って燃料−空気比率を適当に調 節した場合、燃焼が騒音なく、またガス炎が見えないような状態で行われること である０本発明による構成の他の特別な利点は、炎保持体がその外形にあって本 来の炎体であり、従って直接的に燃焼室のもしくは燃焼室によって定まる熱交換 器面の幾何学的形状に適合可能であることである。これにより、暖房用油の燃焼 のためにも程度の差こそあれ完全な燃焼を示す大容量の炎の代わりに任意な形状 をもって形成可能なその表面バーナが使用される。

この構成による他の利点は、固体放射による燃焼反応の間の熱がプロセスから搬 出され、従ってプロセス温度はＮｏ−形成の平衡温度以下であり、これにより廃 ガス中のＮＯｘ−割合が極めて低くなる。燃焼プロセスが、ｒ炎保持体１がガス 発生器として働くように行われること、即ち燃焼が空気欠如の下に行われること が明瞭である。

装置の合目的なおよび有利な構成は請求の範囲第２５項から第２７項に記載した 。

以下に添付した図面に図示した実施例につき本発明の詳細な説明する。

第１図〜第５図は方法の異なる実施例、第６図は暖房用油バーナとして形成され た装置、第７図は接触体の他の実施例、 第８図は噴霧霧化および蒸発霧化のための概略図示した配設、 第９図は噴霧蒸発のためのバーナの実施例。

第１図に概略図示した方法にあっては焼結材料から成る解放多孔性接触体によっ て閉じられている加圧室１内に給送ポンプ３を介して液体、例えば暖房用油が、 コンプレッサ４を介してガス、例えば空気が導入される。この際、接触体２の加 圧室１とは反対側、即ち霧流出面５は形成する霧が例えばキャリアガスにより導 出される室に開口している。加圧室１から液体−ガス混合物が接触体２の孔を経 て駆出され、この場合全装置の温度状態は液体の沸騰点以下にある。ここで液体 の噴霧は接触体２の霧流出側５で、この接触体の孔開口においてそれぞれ小さな 気泡が形成されることによって行われ、これらの気泡は絶えず砕解し、気泡表面 に含有れている液体の一部分は極めて微細な滴の形で自由に捕集室内に入り、キ ャリアガスを使用した場合は実際に完全に書法出面５から導出される。キャリア ガスによる比較的大きな滴が取去られるのを回避するため、少なくとも書法出面 ５はその下端部において過剰量の液体のための捕集室６を設けることができるよ うに垂直に整向されている。この場合流れが二相であるので、ポンプ３は専らガ スの圧力に対抗してのみは働く。

しかし、液体の供給が、実際に液体が書法出面を流遇しないように配量されて行 われる。

第２図と第３図を基として説明した方法では付加的な加圧を供給しなくて済む、 この方法の場合、霧化される液体は給送ポンプ３を介して、特に焼結材料から成 る解放多孔性接触体２によって閉じられている加圧室１に圧送される。この加圧 室ｌ内に加熱装置７が設けられており、この加熱装置は霧化されるべき液体を表 面５における圧力に関連して、液体の沸騰点以上の温度に加熱する。解放多孔性 接触体を経て流通が行われた際過熱された液体の接触体内での放圧が行われる。

これは自然の蒸気気泡形成を誘起し、次いでこの蒸気気泡形成は液体の一部分を 液状の形で接触体の毛細管を経て駆出する。従って書法出面から液体の一部分は 蒸気の形で、他の部分が砕解する気泡により滴粒子の形で流出する。この方法は 特に、ｒ−成分液体１の代わりに、例えば通常の暖房用油および水−中一油−エ マルジョンの場合におけるように、少なくとも低沸騰点のフラクションを含有す る液体混合物を霧化しなければならない場合に育利である。従って、このような 液体混合物の加熱はこの低沸騰点のフラクシヨンの沸騰点に、もしくはほぼこの 沸騰点以上に行わなければならない、従って作業は一般に僅かな加熱効率で行う ことが可能である０次いで、接触体内で放圧によりその沸騰点に関して過熱され た液体量のみが蒸発され、従ってこの際発生した蒸気は完全に液体相にある他方 のフラクシヨンを砕解した気泡の形で書法出面に沿って室もしくは導出されるキ ャリアガス内に圧出する。この場合、特に高沸騰点を有する油の場合に適当であ るが水−中一油−エマルジョンの場合水部分は加圧ガスを形成する低沸騰点のフ ラクションの機能を行う。

第３図は上記した方法の変形を図示している。この場合、液体は常温以下で加圧 室１内に導入されるが、其処ではもはや加熱されない、むしろこの加熱は加熱装 置８を備えている接触体を介して直接行われ、従って加圧室１内に含有されてい る全液体容量をもはや過熱温度に過熱する必要がない、ただ、その都度接触体２ の孔容量に含有されている液体量を加熱する量のエネルギーを必要とするに過ぎ ない。

この際更に、焼結体内の孔管路の幾何学的な構造により流過方向に対して不規則 に横および長手方向に走る有孔管路により多数の鋭角な転向部と突起が形成され るので極めて迅速な蒸気形成が行われると言う利点が得られる。このことに加え て更に、その都度接触体自体全体にわたって加熱される液体のｒ液体法組織（Ｆ ｌｕｅｓｓｉｇｋｅｉｔｓｆａｄｅｎ）　Ｊの比表面積が極めて大きくなり、従 ってこのようなｒ液体法組織」の全断面にわたって極めて迅速に低沸騰点の液体 量がその都度完全に薫発し、これにより生じる容量増大によりなお接触体内にお いてこの液体がｒ加圧ガス１としての機能を充足するという利点が得られる。

上記した方法の場合、接触体２はいわゆる管路体として形成されている。即ち、 接触体２を霧化されるべき液体がその全長にわたって流遇し、従ってどんな場合 にあっても加圧室１と書法出面５間に圧力勾配が存在しなければならない。

特別簡単な方法で機能信頼性に冨む装置で実現可能な、かつ特に少なくとも一種 類の低い沸騰点を有するフラクシヨンとの液体混合物を霧化するのに使用される 第４図を基に述べる方法にあっては、保持部９内に特にこの場合も解放多孔性の 焼結材料から成る接触体２が設けられている。この接触体２の書法出面５とは反 対側の面１０は加熱装置、特に電気的な面加熱体と結合されており、従って矢印 １１の方向で接触体２内に温度勾配が形成される。霧化されるべき液体は給送ポ ンプ３を経て接触体２に供給され、この際この供給は後方の面１０の近傍で側方 で或いは軸方向で行われる。この際この液体供給は実際に無圧状態で行われる。

何故なら、給送ポンプによって所定の送り量の場合接触体２内に生じるガス圧に 抗して給送を行うに必要な圧力のみが増成されなればならないからである。この 場合、ポンプの給送効率は接触体の毛細管の吸引作用によって更に支援され、こ の際低い沸騰点のフラクションの気泡形成もまた接触体内の鋭角な孔構造により 極めて迅速に行われ、これに伴い高い沸騰点の部分が接触体から気泡形成の下に 圧出され、これにより形成される霧も書法出面５において導出される。

第５図には上記した方法と異なる方法が図示されている。上記した方法の場合霧 化されるべき液体は、接触体２の孔容量が一形成される蒸気気泡は別として一完 全に充満されており、かつ書法出面において気泡が砕解することにより霧化が行 われるような量で供給されるが、第５図による方法にあっては送風機４を介して ガス、例えば空気が加圧下に加圧室１−この加圧室の流出口はこの場合も特に焼 結材料から成る接触体２により閉じられている−に導入される。加圧ガスはこの 際付加的にさらに加熱される。

これは熱交換器１２で行われる。

霧化される液体は給送ポンプ３を経て接触体上に送られ、これにより接触体２の 内孔表面が湿潤される。

ここでこの液体膜は接触体２の毛細管を経て流れる推進ガスによって帯行される 。この際焼結材料を使用した場合その都度接触体２内の毛細管の鋭角な突起およ び転向部において小さな滴が解離される。

この滴の大きさは毛細管自体よりも決して大きくならず、この滴は次いで書法出 面５において吹出される。

比較的大きな滴は再び書法出面５の孔開口の領域内で気泡を形成し、液体膜と一 緒に流過した際絶対的な霧化が行われる。加圧ガスが加熱されて接触体２を案内 されると、液体膜の純粋な機械的な砕解に加えて更に部分蒸発が行われ、貫流出 側において温度状態に応じて純粋に機械的に発生される霧の代わりにふつり合い の大きな蒸気分を有する霧が流出する。

上に概略図示したすべての実施例にあっては、接触体は極端に拡大して概略図示 されている。しかし、実際の実施例（第７図）にあっては、この接触体は担持板 ２２によって形成されており、この担持板は多数の軸方向の孔２３を有しており 、この担持板に対して流出側でのみ焼結材料からなる相応する寸法の板２４が載 っている。

特に加熱される接触体に関して、この担持板を熱伝導性の良好な材料から、霧化 にとって特別有利な孔の幾何学的な形状を担持体の端部に設けられる孔を備えた 比較的肉薄の焼結板によってのみ形成するようにして、造ることが可能である。

これに伴って担持体の端部における孔は不規則な幾何学的な形状の開口を有して いる。即ち、多数の孔開口はその出口角度が担持体内の孔の軸線から偏倚してい る。開口の輪郭もまた相応して不規則に偏倚しており、また接触体内のおよび書 法出面上における気泡形成にとって望ましい鋭角の縁部も同様に存在している。

このような焼結板が充分な固有強度を有しているので、この焼結板を担持体と固 （結合する必要がなく、使用する材料の延び係数が相違することによる焼結板と 担持体間の相対的なずれは同等影響を及ぼさない。

第６図により暖房用油バーナの様式の装置の実施例を図示した。この装置は本質 的に混合室１３から成り、この混合室内にキャリア空気を導入するための供給導 管１４が開口している０図示した実施例の場合、この混合室１３は円筒形に形成 されている。

棒状に形成された加熱パトローネ１５が混合室１３の内室に軸方向で突出してお り、この加熱パトローネ上には担持体と熱伝導体として真鍮から成る中間スリー ブ１６上には解放多孔性焼結材料から成る管状の接触体２が挿入されている。

混合室１３の上方領域において暖房用油供給導管１７が開口しており、この暖房 用油供給導管の流出口は接触体２に達するように案内されており、従って詳しく 図示しなかったポンプを介して供給された油は毛細管作用の利用の下に接触体２ によって吸収される。混合室１３の上方領域において流出管路１８が設けられて おり、接触体２の外表面から去る暖房用油霧が供給導管１４を介して供給される キャリア空気により混合室から上記の流出管路を経て導出説明した実施例により 行われ、その機能態様は上記の装置に相当する。

導出管路１８はバーナヘッド１９と結合しており、このバーナヘッドは図示した 実施例にあっては炎保持体２０として働く開放多孔性焼結材料から成る突体によ って形成されている。導出管路１８を経て混合室１３から導出される、そのキャ リア空気量が未だ化学量論的な量販下である暖房用油霧は導出管路１８内の供給 導管２１を経て二次空気が混合された後キャリア空気と二次空気とによる圧力で 炎保持体の内側に与えられ、ここで化学量論的な量或いは化学量論的な量販上に 調節された暖房用油霧−空気−混合物が成形体の有孔管路を経て流過する。混合 物が点火された後短い燃焼時間の後炎保持体２０自体が加熱され、従って燃焼工 程、即ち此処では暖房用油と空気の酸素間の酸化反応が生じ、炎保持体の外側に おいて実際に炎を伴わない燃焼が行われる。この場合加熱作用は通常のように先 ず加熱されるべき表面と流過する温かい燃焼ガスとの間の熱交換によって行われ る。炎保持体自体は熱を輻射によりこれを囲繞している燃焼室壁に与える。従っ てこれにより、生じる輻射熱を炎保持体と燃焼室の形状により最適に取出すこと が可能となる。従って混合準備調製部と組合わされたのこのようなバーナヘッド は、暖房用油の燃焼にとってもあらゆる可能な火炎を提供する。これは従来いわ ゆる予備混合炎によるガスの燃焼の際にしか可能でなかった。

暖房用油の熱的な霧化の際は、２５０℃の最高温度を越えてはならない、何故な ら比較的高い温度にあっては蒸発プロセスの沸騰残渣が沈積する危険が生じるか らである。接触体２は図示した実施例にあっては４０μｍの平均孔径を有してい る。これに対して、この実施例の同様に焼結材料から造られた炎保持体は、１０ ０μｍの平均孔径を有するように構成されている。多孔度が全炎保持体の容量の 約５０％の空域割合を占める場合、バーナヘッドには約２０ｒｎｍ水柱の圧力降 下が生じるに過ぎない、この値の圧力の場合、燃焼空気給送は通常のバーナ送風 機で行われる。

第６図に示した装置により、本思想を吟味するために確認試験を行った際、Ｏ， １ｋｇ／ｈの暖房用油の霧化にあっては１９ワツトの電気的な総出力を必要とす るに過ぎないことが分かった。これに対してこの油量の完全な蒸発には正味３４ ワツトの出力を必要とした。

燃焼は炎保持体の面全体にわたって騒音を伴うことなくかつ均一に行われた。炎 は燃焼開始時にはｎ＝０２８の空気数（Ｌｕｆ　ｔｚａｂｌ）で青色を呈して、 即ちガスの炎のように燃えた。炎保持体の最大の熱による面の負荷は約１８Ｗ／ ｄであり、炎保持体は灼熱した（約７００〜７５０℃）。

第８図に図示した実施例の場合、噴射霧化部は上記の蒸発霧化部と組合わされて いる。この場合、混合室２５は例えば環状断面を有している。この混合室２５内 に液体、例えば暖房用油のための噴射ノズル２６が開口しており、この噴射ノズ ルは管導管２７を介して給送ポンプ２８と結合されている。この噴射ノズル２６ と同軸状に混合室２５内にキャリアガス、例えば空気のための二つの供給導管２ ９が開口しており、このキャリアガスは噴射流３０と並流に混合室内に導入され る。

噴射流３０によりキャリアガス一部分流内に導入される滴集団は転向される。こ れは、第８図に概略示したように、キャリアガス−滴−混合物が成る角度の下に キャリアガス−主流３１に供給されることによってか、或いは噴射流３０と同軸 状態で導入されるキャリアガスの全量が流管路の適当な湾曲により転向されるこ とによって行われる。この構成は第８図において混合室２５の側壁３２の鎖線で 示した延長部３３によって示されている。この転向領域は流出口４５を備えた転 向室４６を形成している。

この際、噴射ノズル２６に直接相対している壁部３４は転向面を形成している。

転向により比較的大きな滴に遠心力が作用するので、はぼ同じ方向で発生する力 により支援されて、大きな滴が転向面３４に（矢印３５の方向で）故事され、従 って極めて微細な滴量のみが転向領域においてキャリアガス流により霧として帯 行される。

転向面３４に衝突する大きな滴は集まって還流液体となって流れ、導出部３７を 経て装置から導出される。圧力に依存して供給導管２７内に設けられている圧力 制御装置３９を介して制御される逃し弁は、還流液体のために使用される導出断 面が常に供給される液体量に適合することを保証する。

液体が加熱されたキャリアガス流内に噴霧された場合、還流液体内に含有されて いる熱エネルギーを供給導管２７と結合されている熱交換器４０により回収する のが有利である。

霧化効率を改善するため、図示した実施例にあっては、転向面３４を形成してい る壁部分４１は例えば電気的に加熱可能に形成されている。これは加熱棒４２で 概略示されている。転向面上で集まって液体膜となる液体層は壁部分４１が液体 の沸騰温度に加熱された際少なくとも部分的に蒸発し、従って発生する蒸気（矢 印４３）はキャリアガス流によって帯行される。熱エネルギーの消費は比較的僅 かである。何故なら、薄い液体層のみが蒸発するに過ぎないからである。この際 重要なことは、加熱可能な接触面として働く転向面３４が、妨げられることのな い蒸気形成が達せられるように、大きな滴の衝突領域４４の全体にわたる十分な 長さで延在していることである。

接触面を形成している壁部分４１は、蒸発効率を改善するため、開放多孔性の接 触体として形成されており、従って生じる滴が毛細管作用により唆収され、この 接触体内で再び極めて迅速に蒸発する。この場合、形成する蒸気は液体の一部分 を蒸発させることなく再び表面に駆出し、この際気泡が形成する。

気泡が砕解し、気泡の表皮の一部分が極めて微細な滴の形でキャリアガス流によ り蒸気分と一緒に帯行される。これは特に、暖房用油を使用した場合におけると 同様に、霧化される液体が沸騰点が異なる液体の混合物から形成されている際に 有利である。低沸騰温度の液体層は蒸発し、この際高沸騰温度の液体層を砕解し た気泡から生じる極めて微細な滴粒子としてキャリアガス流内に駆出する。

第９図は特に暖房用油バーナとして使用可能な他の実施例を示している。この実 施例の場合、暖房用油は供給導管２７を介して加圧下に噴射ノズル２６に供給さ れる。この噴射ノズルの噴射流３０は軸方向で管状の混合室２５内に導入される 。この噴射ノズル２６と同軸状に燃焼空気が流入口２９を介して混合室２５内に 導入される。混合室２５は熱伝導性が良好な材料から成る管４７によって形成さ れており、この管の壁部は噴射ノズル２６に面しているその端部において加熱装 置４２を備えている。管内部において噴射ノズル２６の開口から間隔をおいて転 向板４８が設けられている。この転向板により暖房用油滴粒子が添加されたキャ リアガス流が管４７の内壁方向に転向され、従って比較的大きな滴が壁部に対し て故事されか、もしくは転向面４８に突当たる滴が集まって比較的大きな滴とな って流れ、特に装置が水平に設けられている導管４７の底部に集まる。

作動を開始する際、先ず混合室２５の前方部分内の壁部が加熱装置２４により加 熱される。これにより壁部上に生じる液体層の部分が蒸発し、燃焼空気により極 めて微細な滴と共に油−蒸気一空気混合物として管４７を経て案内される。この 導管４７の開口４９は詳しく図示しなかった様式で炎保持体を備えており、従っ て管端部は同時にバーナを形成する。

短時間の作動するだけで管４７が加熱し、この管の材料の熱伝導により混合室２ ５の暖房用油流出領域を囲繞している管壁部の部分も高温に加熱され、従って加 熱装置４２が遮断される。管が加熱されることにより、転向面４８で析出し未だ 燃焼空気の流れにより帯行されている比較的大きな滴も同時に蒸発し、開口４９ から暖房用油分が実際に未だ蒸気としてこの流れによって帯行され、従ってバー ナはガスバーナのように作動することが可能となる。この実施例にあっても混合 室２５の加熱装置を備えた前方の壁部分が開放多孔性の接触体として形成されて おり、従って上記の液体霧化は蒸発と気泡形成とによって行われる。加熱装置４ ２を遮断した後、管４７は熱伝導により開放多孔性の接触体として形成された壁 部分を、液体の低沸騰温度の部分の上記の蒸発が行われる程度に加熱する。

更に、第６図により暖房用油バーナとして使用可能な装置を、バーナヘッド１９ として形成された焼結金属から成る開放多孔性の接触体が燃焼される暖房用油に 接触的に作用する材料を少なくとも部分的に備えていることによって補足するこ とが可能である。この材料は原料の粉末組成物内に含有されているか、および／ または蒸着処理により塗布されている。この接触的に作用する材料には例えばニ ッケルが属している。このような接触的に作用する物質は全く公知であるが、こ れまでこの使用形態では使用されたことがない、この作用の基礎となっているの は、空気酸素と暖房用油間の燃焼温度もしくは反応温度が低下することである。

このことは、暖房の目的で使用される温度勾配が通常の燃焼の際の温度勾配より も僅かであると言う欠点を有している。しかし利点であることは、暖房用油の炎 の通常の燃焼温度にあってもう燃焼空気の空気酸素と結合して酸化窒素を形成す る有機的に結合した窒素分が既に暖房用油内に含有されていることである。接触 的な作用を誘起する燃焼温度の降下により暖房用油内で存機的に結合した酸化窒 素分からの酸化窒素の形成を低減し、従って僅かな温度水準しか適用できないと いう欠点は廃ガス組成がより好都合になる利点で相殺される。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．液体を霧化する方法において、 液体を開放多孔性の接触体上に供給し、ガスにより加圧下に有孔管路を経て搬送 し、発生した霧を接触体の表面から導出することを特徴とする、液体を霧化する 方法。 ２．液体を特に接触体の領域内でその沸騰温度に加熱する、請求の範囲第１項に 記載の方法。 ３．液体の加熱を接触体自体上で行う、請求の範囲第１項或いは第２項に記載の 方法。 ４．液体を加圧下に接触体上に供給する、請求の範囲第１項から第３項までのい ずれか一つに記載の方法。 ５．液体を沸騰点の異なる少なくとも二つの液体フラクションから成る液体混合 物として接触体上に供給し、加圧ガスを液体を少なくとも低沸騰温度の液体フラ クションの沸騰温度に加熱することにより発生させる、請求の範囲第１項から第 ４項までのいずれか一つに記載の方法。 ６．液体を付加的な加圧ガスと共に接触体上に供給する、請求の範囲第１項から 第３項までのいずれか一つに記載の方法。 ７．液体を付加的な加圧ガスが流過する接触体上に、接触体内の孔表面が十分に 湿潤するような量に配量して供給する、請求の範囲第６項に記載の方法。 ８．付加的な加圧ガスを接触体内に導入する以前に加熱する、請求の範囲第６項 或いは第７項に記載の方法。 ９．霧化すべき液体をキャリアガス流内で滴集団として噴霧し、キャリアガス流 を転向することにより所定の最大滴大きさを越える滴を上記滴集団から加熱され た接触体上に供給し、キャリアガス流内に蒸発させる、請求の範囲第１項から第 ３項までのいずれか一つに記載の方法。 １０．霧化される液体量のための供導管を備え、この供給導管が霧化体と結合さ れている様式の、液体を霧化する装置において、霧化体が液体のための供給部（ ３；１７）と加圧ガスを発生させるための手段（４；８）と結合されている開放 多孔性の接触体として形成されていることを特徴とする、液体を霧化する装置。 １１．接触体の流出側の孔表面（霧流出面５）が少なくとも部分的に鋭角な突起 を備えている、請求の範囲第１０項に記載の装置。 １２．接触体（２）の少なくとも霧流出面（４）の領域内において孔開口が不規 則な開口幾何学的形状を有している、請求の範囲第１０項或いは第１１項に記載 の装置。 １３．接触体（２）が接触体容量の約３０〜８０％、特に４０〜６０％の空域容 量に相当する多孔度を有する、請求の範囲第１０項から第１２項までのいずれか 一つに記載の装置。 １４．空域容量が接触体容量の約４５〜５５％に相当する、請求の範囲第１３項 に記載の装置。 １５．接触体内の平均孔径が約２０〜１５０μｍ、特に４０〜１００μｍである 、請求の範囲第１０項から第１４項までのいずれか一つに記載の装置。 １６．接触体（２）が焼結処理された開放多孔性成形体から成る、請求の範囲第 １０項から第１５項までのいずれか一つに記載の装置。 １７．接触体（２）が加熱装置（８）と結合されている、請求の範囲第１０項か ら第１６項までのいずれか一つに記載の装置。 １８．加熱装置（８）が霧流出面（５）とは反対側の接触体（２）の面に設けら れている、請求の範囲第１０項から第１７項までのいずれか一つに記載の装置。 １９．接触体（２）が混合室（１３）によって囲繞されており、この混合室がキ ャリアガスのための流入開口（１４）と発生された霧と混合されるキャリアガス を導出するための流出開口（１８）とを備えている、請求の範囲第１０項から第 １８項までのいずれか一つに記載の装置。 ２０．液体のための供給導管（１７）が接触体（２）の上方領域内で開口してお り、接触体（２）の下方領域内において導出導管を備えた過剰量液体捕集装置（ ６）が設けられている、請求の範囲第１０項から第１９項までのいずれか一つに 記載の装置。 ２１．接触体（２）が管路体として形成されており、この管路体が液体供給部と 結合しているその端部で加圧室（１）の流出開口を形成している、請求の範囲第 １０項から第２０項までのいずれか一つに記載の装置。 ２２．加圧室（１）に加圧ガスのための供給導管が開口している、請求の範囲第 １０項から第２１項までのいずれか一つに記載の装置。 ２３．霧化される液体のための噴射ノズル（２６）とキャリアガスの少なくとも 一部分のための流入口（２９）とを備えた混合室（２５）が設けられており、ノ ズル開口から間隔をおいて加熱装置（４２）と結合されている接触体（４１）が 設けられている、かつ転向部（２４）とこれに続いて液霧が添加されるキャリア ガス流のための流出口（４５）が設けられている、特に暖房用油を霧化するため の請求の範囲第１０項から第２２項までのいずれか一つに記載の装置。 ２４．接触体（２）が特に管状に形成されていて、特に垂直に整向されて混合室 （１３）内に設けられていて加熱装置（１５）と結合されており、液体供給部が 接触体（２）の一端部の領域内に設けられている、暖房用油を燃焼する目的で霧 化するための請求の範囲第１０項から第２３項までのいずれか一つに記載の装置 。 ２５．噴射ノズル（２６）としての液体供給部がその開口部で同軸状にかつ間隔 をおいて管状の接触体（４１）の端部に設けられている、請求の範囲第１０項か ら第２４項までのいずれか一つに記載の装置。 ２６．液体供給部とは反対側の管状の接触体（４１）の端部に液霧が添加される キャリアガス流のための転向部（４８）が設けられている、請求の範囲第１０項 から第２５項までのいずれか一つに記載の装置。 ２７．混合室（２５）内でノズル（２６）に相対している壁部に加熱装置（４２ ）を備えた接触体（４１）が設けられている、請求の範囲第１０項から第２６項 までのいずれか一つに記載の装置。 ２８．発生された暖房用油霧および／または霧／空気混合物のための流出口（４ ５）が導出導管（１４）と結合されており、導出導管（１８）の燃焼室内に存在 している端部がバーナヘッド（１９）として形成されている、暖房用油バーナと して使用するための請求の範囲第１０項から第２７項までのいずれか一つに記載 の装置。 ２９．バーナヘッドが炎保持体（２０）として形成されていて、かつ開放多孔性 焼結材料の成形体から成る、請求の範囲第２８項に記載の装置。 ３０．導出導管（１８）内に燃焼空気を制御の下に供給するための供給導管（２ １）が開口している、請求の範囲第２４項から第２９項までのいずれか一つに記 載の装置。 ３１．焼結金属からバーナヘッド（１９）として形成された成形体が燃焼される 暖房用油に少なくとも部分的に接触的に作用する材料を有している、請求の範囲 第２８項から第３０項までのいずれか一つに記載の装置。