JPH0775688B2

JPH0775688B2 - 圧力損失及び付着物抑制型霧化器

Info

Publication number: JPH0775688B2
Application number: JP11983692A
Authority: JP
Inventors: ラルフ・ティー・ベイリー; マイケル・ジェイ・ホームズ
Original assignee: Babcock and Wilcox Co
Current assignee: Babcock and Wilcox Co
Priority date: 1992-04-15
Filing date: 1992-04-15
Publication date: 1995-08-16
Anticipated expiration: 2010-08-16
Also published as: JPH06170283A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般に、複流体霧化器
に関し、特に、新規な改良されたノズル構造を有する内
部混合型の圧力損失及び付着物抑制型霧化器（圧力損失
が小さく、付着物の少ない霧化器）に関する。

【０００２】

【従来の技術】複流体霧化法とは、圧縮・膨脹可能な流
体（通常は空気又はスチーム）によって与えられる運動
量を用いて液体を微細な液滴に破砕する方法のことをい
う。本発明が対象とする霧化器においては、一般に、液
体と圧縮・膨脹可能な流体とをノズルの内で混合（内部
混合）し、その混合物をノズルの小さなオリフィス
（穴）を通して周囲の気体中へスプレーする。それらの
オリフィスは、通常、その入口端も出口端も、鋭い縁を
有している。

【０００３】複流体霧化器を利用するプロセスは、ダス
トの多い環境へスプレーする操作を伴うことが多いの
で、霧化器のオリフィスの出口端の周りに付着物がつき
易いという問題がある。この問題を処理する現行の方法
としては、霧化器を現場で物理的に清掃する方法、プロ
セスを休止して霧化器を物理的に清掃する方法、通風空
気を使用し（即ち、霧化器の直ぐ近傍に清浄な空気流を
通し）霧化器にダストが付着するのを抑制する方法等が
ある。

【０００４】円錐形の出口を有する単一の放出穴を備え
た２〜３種類のノズル構造が知られている（例えば、米
国特許第４，６２５，９１６号及び米国フロリダ州のロ
バートＥ．クリーガ出版社から刊行されているＪ．Ｍ．
ビア、Ｎ．Ｈ．チギア著「燃焼の空気力学」１９８３
年、１２４〜１２７頁及び１８７頁参照）。しかしなが
ら、これらの文献には、圧縮・膨脹可能な流体の消費量
及び圧力を一定にした状態でスプレーの品質（即ち、液
滴サイズ）を維持するために、あるいは、霧化器の付着
物を抑制するために霧化器のノズルを特殊な形状に付形
することは教示されていない。

【０００５】米国特許第３，４１９，２２０号は、ノズ
ルの耐摩耗性を改善するために入口側にテーパを付した
ノズルを開示している。又、上記米国特許第４，６２
５，９１６号は、出口側にラッパ状に拡開した内孔を有
するノズルを開示している。しかしながら、これらの２
つの特許は、いずれも、両者の特徴を組合せることも、
両者の特徴を組合せたならば、付着物の減少又は回復不
能の（一旦失われれば回復することができない）圧力損
失の減少を達成することができることを示唆していな
い。本発明の技術に関連するその他の文献としては、
Ｇ．Ｍ．ブリス他編「２．５ＭＷスプレードライヤ／織
布フィルタによるＳＯ₂ 除去システムの評価」ＥＰＲＩ
レポート＃ＣＳ−３９５３、１９８５年５月、第９〜１
０頁、及び、Ｍ．バブ他編「ＳＯ₂ 制御のためのダクト
注入法」第１回ＦＧＤ及び乾燥ＳＯ₂ 制御合同シンポジ
ューム論文集ＮＯ．１０−２、１９８８年１０月、第７
３頁がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】環境保護のためにダス
ト含有排ガス又は煙道ガス中へ液体又はスラリーをスプ
レーする応用例において最も多く遭遇する問題の１つ
は、液体又はスラリーをスプレーするための霧化器に付
着物がつき易く、そのような付着物を除去しなければな
らないことである。付着物がつくと、霧化器の性能が劣
化する。即ち、付着物によって霧化器の動作が乱される
ので、霧化器が生成する液滴のサイズが大きくなり、霧
化器の濡れ（湿潤）速度が増大する。従って、霧化器の
付着物を減少させれば、その霧化器を用いて実施される
プロセスの信頼性を高めることができ、かつ、運転コス
トを低減することができる。本発明は、この問題を解決
することを課題とし、スプレーの品質を損なうことな
く、霧化器の付着物を抑制し、かつ、霧化器の回復不能
の圧力損失を小さくするために既存の複流体霧化器の構
造を改変することを企図する。

【０００７】本発明は、ノズルを通る流体の乱流がノズ
ル先端の濡れを助長し、それがノズルへの望ましくない
付着物の付着を増大させる原因であり、又、回復不能な
圧力損失の原因ともなることを認識した上で、そのよう
な乱流を回避する簡単な構造の霧化器を提供することを
目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、第１流体と圧縮・膨脹可能な第２流体の
ジェットを噴出するための霧化器であって、前記第１流
体と第２流体の混合物を受入れるための室を画定するノ
ズルヘッドと、該ノズルヘッドに穿設された、第１流体
と第２流体のジェットを噴出するためのノズル穴と、該
ノズルヘッドに第１流体を供給するために該ノズルヘッ
ドに接続された第１流体供給手段と、該ノズルヘッドに
第２流体を供給するために該ノズルヘッドに接続された
第２流体供給手段とから成り、前記ノズル穴は、前記室
に連通した入口端と、該室から前記ジェットを噴出する
ための出口端を有し、該ノズル穴は、入口端と出口端の
間に最小直径部分を有し、該入口端は出口端の方に向っ
て漸次半径方向内方へテーパし、該出口端は入口端の方
に向って漸次半径方向内方へテーパしており、出口端の
テーパ角は、該ノズル穴の出口における流体の循環を減
少させ、該霧化器の先端の濡れを少なくするためにノズ
ル穴を通してのジェットの流れを流線形化するように選
定されていることを特徴とする霧化器を提供する。

【０００９】本発明によれば、スプレーの品質を損なう
ことなく、霧化器の付着物を抑制し、かつ、霧化器の回
復不能の圧力損失を小さくするために、従来技術におけ
るようにノズル穴の出口に鋭い縁が形成される構成を回
避し、ノズル穴の出口にその外端に向って（即ち流体ジ
ェットの噴出方向に）漸次拡大するテーパを付する。ノ
ズル穴の出口のこのテーパは、霧化器の先端（チップ）
の濡れを抑制し、それによって霧化器に付着物が付着す
るのをできる限り少なくするように設計する。更に、こ
のテーパは、真直ぐなノズル穴に比べて霧化器の回復不
能の圧力損失を小さくする働きをもする。上記のように
テーパを付されたノズル穴の出口端の円錐角は、約１４
°未満とすべきである。なぜなら、ノズル穴の出口端の
円錐角を約１４°、従ってテーパ角を約７°より大きく
すると、ノズル穴を通る流体がノズル穴内で再循環する
可能性があり、その結果本発明が意図する上記利点を低
減させるからである。更に、本発明による上記異形ノズ
ル穴（特殊な形に付形されたノズル穴）は、流体の出口
速度を音速以上に高めることができることが理論的に証
明される。従って、本発明は、流体の流量及び圧力を増
大させる必要なしに、流体ジェットの噴出速度を高める
ことによって液滴サイズを更に小さくすることを可能に
する。

【００１０】本発明によれば、霧化器の回復不能の圧力
損失を更に小さくするために、ノズル穴の入口にも、流
体ジェットの噴出方向に漸次縮小するテーパを付するこ
とができる。あるいは、ノズル穴の入口は、特定の曲率
半径を有する曲線に沿って湾曲した丸み付入口又はラッ
パ型入口とすることもできる。

【００１１】本発明の好ましい実施例として、霧化器へ
の空気通路の入口にも、その出口に向って半径方向内方
へ縮小するテーパを付することができる。あるいは、空
気通路の入口は、特定の曲率半径を有する曲線に沿って
湾曲した丸み付入口とすることができる。これは、霧化
器の回復不能の圧力損失を更に小さくするためであり、
霧化器の付着物及び摩耗を減少させる作用はない。

【００１２】

【作用及び効果】霧化器の付着物を抑制する本発明の作
用は、水と空気の混合物を用いて行った実験テストによ
って立証された。そのテストに使用した霧化器のノズル
は、ノズルを通る流体の流れをより流線形状に維持し、
ノズルの出口における流体ジェットの乱流を抑制するよ
うに本発明に従って付形されたものである。乱流が発生
すると、霧化器先端の濡れを助長し、従って、付着物の
付着を助長する。本発明に従って付形されたノズル穴を
有する霧化器の場合、その先端の濡れが抑制されるの
で、付着物の付着も抑制される。付着物の付着が抑制さ
れれば、上述した霧化器を清掃するための通風空気の所
要量及び又は霧化器の清掃作業の必要性を少なくするこ
とができる。

【００１３】微細な液滴を得るために複流体型霧化器を
使用する場合、その制約要因は空気圧と空気消費量であ
る。これらの要因は、空気の利用の容易性とその使用コ
ストの点で制限される。本発明の効果の１つは、特定の
霧化器においてそれを通す流体の流量を一定とした場合
に、比較的低い空気圧と空気流量でスプレーの品質を維
持することである。本発明によれば、従来の真直ぐなノ
ズル穴を有する霧化器に比べて回復不能の圧力損失を小
さくすることができるのでエネルギーの節約が達成され
る。又、本発明に従って付形されたノズル穴を用いた場
合、霧化器の摩耗を減少させることもできる。これは、
ノズル穴を通る流体の流れが流線形化され、霧化器の内
面に作用する流体の摩擦力が減少されるからである。

【００１４】

【実施例】以下に、添付図を参照して本発明の実施例を
説明する。ここでは本発明は、単一ノズルを有する複流
体型霧化器に適用されたものとして説明されるが、本発
明は、多重ノズルを有する複流体型霧化器又は他の型式
の複流体型霧化器にも適用することができることは明ら
かであろう。図１を参照すると、本発明による霧化器の
一実施例が示される。この霧化器１０は、第１流体（例
えば、水又はその他の液体又はスラリー）と第２流体
（例えば、空気又はその他のガス）の混合物を受入れる
ための連絡室２２を画定する中空ノズルヘッド１２から
成る。第２流体は、一般に、膨脹自在であり、第１流体
の分散を助成し、ノズルヘッド１２を貫通したノズル穴
２０を通して微細霧化流体のジェットを噴出させる働き
をする。

【００１５】水等の第１流体は、液体通路１６から成る
第１流体供給手段を通してノズルヘッド１２内の混合室
２４へ供給される。混合室２４は連絡室２６に連通して
いる。膨脹可能な第２流体（この実施例では空気）は、
第２流体供給手段を構成する空気通路１８を通してノズ
ルヘッド１２内の混合室２４へ供給される。図示の実施
例では、空気通路１８の入口１７は、その出口に向って
半径方向内方へ縮小するテーパを付されている。あるい
は、空気通路１８の入口１７は、特定の曲率半径を有す
る曲線に沿って湾曲した丸み付入口とされている。空気
通路１８の出口は、その入口１７の方に向って漸次半径
方向内方へテーパしている。水及び空気の供給管（図示
せず）は、供給導管１４，１４にそれぞれ接続される。
供給導管１４，１４は、ノズルヘッド１２を機械的に支
持する役割をも果たす。

【００１６】異形ノズル穴２０は、直接該ノズル穴を上
述したように特殊な形状に付形することによって画定し
てもよく、あるいは、図２に明示されているような異形
ノズルインサート３０（特殊な形状に付形されたインサ
ート）を用いることによって画定することができる。異
形ノズル穴２０を画定するノズルインサート（以下、単
に「インサート」とも称する）３０は、ノズルヘッド１
２に固定することができる。ノズル穴２０は、内径Ｑ_１
の小径入口端２１と、内径Ｑ_２の大径出口端２２を有
し、該入口端と出口端の間に最小直径Ｑ_３を有してい
る。入口端２１は、出口端２２の方に向って漸次半径方
向内方へ円錐形又は湾曲表面の形で最小直径Ｑ_３にまで
テーパし、反対に、出口端は、入口端の方に向って漸次
半径方向内方へ円錐形又は湾曲表面の形で最小直径Ｑ_３
にまでテーパしている。本発明の好ましい実施例では、
出口端のテーパ角θは、ほぼ１４°又はそれ以下の円錐
角を画定するようにノズル穴２０の中心軸線に対してほ
ぼ７°又はそれ以下の角度とする。入口端は、曲率半径
Ｒの湾曲線に沿ってテーパさせる。第１流体と第２流体
の混合物に対して十分に円滑な流線形化導入条件を与え
るために、入口端の内径Ｑ_１と入口端の曲率半径Ｒとの
比は、２〜１０とするのが好ましい。

【００１７】流体の流れがノズル穴２０内で流線形化す
るのに十分な時間を与えるために、ノズルインサート３
０は十分な長さとすべきである。その目的のために、ノ
ズルの全長Ｌ_２とノズル穴の入口端の内径Ｑ_１との比を
１〜５の範囲とするのが有利である。出口端のテーパ角
θ（円錐角の１／２）は、１１／２°から７°の範囲
とするのが有利である。

【００１８】ノズルインサート３０は、ノズルヘッドへ
の装着を容易にするために、外径Ｄ₁ を有する小径入口
端部分３２と、該インサートの中位近くに位置する段部
３６と、外径Ｄ ₂を有する大径出口端部分３４を備えて
いる。インサート３０は、通常ノズルヘッド１２及び霧
化器のその他の部分の素材より高価な超硬材料で作られ
るが、図２に示されたこの構造は、インサート３０を製
造するための所要材料を少なくする効果もある。

【００１９】下記の寸法を有するノズルインサートを用
いて実験を行ったところ、本発明の有効性（上述した本
発明の利点が得られること）が確認された。Ｌ₁ ＝３．１７５ｍｍＬ₂ ＝６．３５ｍｍＤ₁ ＝３．９１１６ｍｍＤ₂ ＝４．７４９８ｍｍＱ₁ ＝２．７０５１ｍｍＱ₂ ＝３．９１４１４ｍｍＲ＝０．５９６９ｍｍ θ ＝６°

【００２０】以上、本発明を実施例に関連して説明した
が、本発明は、ここに例示した実施例の構造及び形態に
限定されるものではなく、本発明の精神及び範囲から逸
脱することなく、いろいろな実施形態が可能であり、い
ろいろな変更及び改変を加えることができることを理解
されたい。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、本発明による霧化器の断面図である。

【図２】図２は、図１の霧化器に使用することができる
ノズルインサートの拡大断面図である。

【符号の説明】

１０：霧化器１２：ノズルヘッド１４：供給導管１６：液体通路（第１流体供給手段）１８：空気通路（第２流体供給手段）２０：ノズル穴２４：混合室２６：連絡室３０：ノズルインサート

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭63−97028（ＪＰ，Ａ) 特公昭55−13131（ＪＰ，Ｂ２) 実公昭63−5794（ＪＰ，Ｙ２)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】第１流体と圧縮・膨脹可能な第２流体のジ
ェットを噴出するための霧化器であって、前記第１流体と第２流体の混合物を受入れるための室
（２４，２６）を画定するノズルヘッド（１２）と、該ノズルヘッドに穿設された、第１流体と第２流体のジ
ェットを噴出するためのノズル穴（２０）と、該ノズルヘッドに第１流体を供給するために該ノズルヘ
ッドに接続された第１流体供給手段と、該ノズルヘッドに第２流体を供給するために該ノズルヘ
ッドに接続された第２流体供給手段とから成り、前記ノズル穴は、前記室に近接したところに位置する入
口端（２１）と、該室から前記ジェットを噴出するため
の出口端（２２）を有し、該ノズル穴は、該入口端と出
口端の間に最小直径（Ｑ_３）を有し、該入口端は、出口
端の方に向って漸次半径方向内方へ該最小直径に
（Ｑ _３）までテーパし、該出口端は、入口端の方に向っ
て漸次半径方向内方へ最小直径（Ｑ _３）にまでテーパし
ており、出口端のテーパ角は、該霧化器の先端の濡れを
少なくし、該ジェットによる該ノズル穴の摩耗を減少さ
せ、かつ、該霧化器の回復不能の圧力損失を小さくする
ためにノズル穴を通してのジェットの流れを流線形化す
るように、ほぼ１４°又はそれ以下の円錐角を画定する
ように該ノズル穴の中心軸線に対してほぼ７°又はそれ
以下とされていることを特徴とする霧化器。
【請求項２】前記入口端は、特定の曲率半径を有する曲
線に沿ってテーパしていることを特徴とする請求項１に
記載の霧化器。
【請求項３】前記ノズル穴の最小直径と前記入口端の曲
率半径との比は、約２〜約１０であることを特徴とする
請求項２に記載の霧化器。
【請求項４】前記出口端の円錐角は、３°〜１４°であ
ることを特徴とする請求項３に記載の霧化器。
【請求項５】前記ノズル穴の長さと該ノズル穴の最小直
径との比は、約１〜約５であることを特徴とする請求項
１に記載の霧化器。
【請求項６】前記ノズル穴は、前記ノズルヘッドに装着
されたノズルインサートによって画定されており、該イ
ンサートは、前記入口端を画定する小径部分と、前記出
口端を画定する大径部分を有することを特徴とする請求
項１に記載の霧化器。
【請求項７】前記第２流体供給手段は、入口と出口を有
する流体通路を有し、該流体通路の入口はその出口の方
に向って漸次半径方向内方へテーパし、該流体通路の出
口はその入口の方に向って漸次半径方向内方へテーパし
ていることを特徴とする請求項１に記載の霧化器。
【請求項８】霧化器のためのノズルインサートであっ
て、第１流体と第２流体の混合物を受入れるための入口端
と、該混合物のジェットを噴出するための出口端を有す
る貫通穴を備えており、該穴は、該入口端と出口端の間
に最小直径を有し、該入口端は出口端の方に向って漸次
半径方向内方へ最小直径にまでテーパし、該出口端は入
口端の方に向って漸次半径方向方へ最小直径にまでテー
パしており、該出口端は、該穴の中心軸線に対してほぼ
７°又はそれ以下の角度でテーパしていることを特徴と
するノズルインサート。
【請求項９】前記入口端は、特定の曲率半径を有する曲
線に沿ってテーパしており、前記穴の最小直径と該入口
端の曲率半径との比は、約２〜約１０であることを特徴
とする請求項８に記載のノズルインサート。
【請求項１０】前記出口端の円錐角は、約３°〜１４°
であることを特徴とする請求項８に記載のノズルインサ
ート。