JPS6041564A - 液体の微粒子化方法及び内部混合型二流体ノズル - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内部混合型の液体の微粒化方法及びそれに用い
る内部混合型二流体ノズルに関するものである。

液体を微粒化するために、加圧した液体を細孔から噴出
させる方法（液加工法）は知られているが、この方法に
よれば、例えば、１００ｃｐ以上の高粘度液を噴霧微粒
子化させるためには、３００ｋｇ／ｄ以上に流体を加圧
しなければならず、そのために噴出孔の摩耗が大きくな
るなどの欠点がある。

また、回転円板に液を当てて噴霧させる方法（遠心力利
用法）も知られているが、この方法によれば、１００ｃ
ｐ以」二の高粘度液を噴霧微粒子化させるには、普通の
直径の円板では１０００ｒ、ｐ、＋ｎ、以上に回転させ
なければならず、このような高速に回転円板を回転させ
るためには、軸受等の機構などに困難を伴うという欠点
がある。

一方、圧縮気体流に液体を導入し、液体を含む気体を細
孔を通して噴霧させ、これによって液体を微粒子化する
方法（外部混合型二流体法）も知られている。例えば、
ボイラーに供給す４重質油を噴霧微粒子化するために、
■ジェット型ノズルを用いる方法が知られており、Ｃ重
油（粘度１０〜２０ｃｐ）を用いる場合、気液重量比１
ｊａ／１Ｉｅ＝０．４以下に設定されているが、このよ
うな■ジェット型ノズルの場合、流出液量の増加と共に
、噴霧液滴径が粗くなるという欠点がある上、極端に粘
度が大きく、しかも大容量の液体に対しては有効なもの
ではない。

本発明者らは、従来の液体の噴霧微粒子化に見られる前
記欠点を克服すべく種々研究を重ねた結果、本発明を完
成するに到った。

即ち、本発明によれば、圧縮気体を細孔を通して噴出さ
せると共に、該圧縮気体に対し、該気体の流れ方向とは
斜め逆方向から液体、流を導入させ、液体を含んだ圧縮
気体を細孔から噴出させて液体を微粒化させることを特
徴とする液体の微粒子化方法が提供される。

本発明は、水等の低粘度の液体はもちろん、粘度２００
ｃｐ以上の高粘度の液体、さらには粘度５００ｃｐ以」
二の極高粘度の液体に対しても有効に適用することがで
きる。

次に、本発明の原理を図面に従って説明する。

第１図及び第２図は本発明の方法を実施する液体噴霧ノ
ズルの先端部についての説明断面図である。

第１図及び第２図において、１はノズル先端部を示し、
２は圧縮気体室、３は細孔、４は細孔入口、５は細孔出
口、６は液体導入孔、及び７は液体流出口を示す。第２
図に示すものは、第１図のものの改良型であり、細孔出
口５を中心として、外方に向う凹部８を設けたものであ
る。

これらのノズルにおいて、圧縮気体室２内に導入された
圧縮気体は、矢印方向に流れ、細孔３を通って細孔出口
５から外部へ噴出するが、圧縮気体室２の細孔入Ｄ４の
付近には、液体導入孔６の液体流出ロアが配置され、こ
の流出ロアから液体流が圧縮気体流中に導入される。こ
の場合、液体導入孔６は気体流出方向に対して斜め上向
きに配設され、その流出ロアから流出する液体流は、矢
印で示した圧縮気体の流れ方向に対し、斜め逆方向から
導入される（第１図に示す角度αは高粘度液体の場合、
好ましくは４０〜４５度にするのがよい）。

本発明においては、液体流出ロアは、第２図に示すよう
に、圧縮気体室内に突出させるのが好ましい。液体流量
が少ない場合、流出ロアから流出する液流か弱いために
圧縮気体室２を形成する壁面に液のたれが生じ、液体の
微粒化が悪くなる。これを防止するには、液の流速を上
げ、液体流を圧縮気体室の中央部まで到達させることが
必要になる。このためには、液体導入孔６の直径を小さ
くする必要があるが、余り小さくすると、圧損失（△Ｐ
）が大きくなり、また目詰りの原因になるなどの不都合
を生じる。このような不都合を回避するには、第２図に
示したように、液体流出ロアを圧縮気体室内に突出させ
、圧縮気体流の中央部に対する液体流の導入を容易にす
るのが好ましい。この突出した液体流出ロアの形成は、
液体導入孔の出ロアに隆起部を形成させたり、あるいは
液体導入孔内に、パイプを挿入し、その先端を圧縮気体
室内に突出させるようＬ＝シて固定させる等の任意の方
法によって行うことができる。

また１本発明においては、第２図に示すように、細孔出
口５には、この細孔出口５を中心として外方に向う四部
８を設けるのが好ましい。第１図に示したノズルの場合
、細孔３の周壁に付着した液体がその周壁部を流下し、
先端面１０に付着し、その先端面ＪＯから付着液体が滴
下したり、ノズルの噴霧特性を変化させる等の不都合を
生じるが、このような不都合は、第２図に示す凹部８を
設けることによって回避される。即ち、四部８において
は、細孔出口５からの気体の噴出によって、第２図の矢
印で示すような渦流が発生するため、凹部の周壁に付着
した液体は、その渦流によって周壁をはい上り、出口５
の尖端部にて再微粒化され、先端面１０には液体が付着
しない。凹部８の形状は、第２図に示すように、釣鐘状
の他、円筒状、ラッパ状等の種々の形状にすることがで
きる。

第３図に本発明の原理に従って作成したノズルの平面断
面図を示す。

このノズル２１は、先端部の中央に中空の液分配器２０
を有するノズル本体内に、その中央部を軸線方向に延び
前記液分配器２０に至る液体通路２２と、周辺部を軸線
方向に延びる圧縮気体室２を設け、圧縮気体室２の先端
部を第２図に示した構造のものとしたものである。

ノズル本体２１は５細い筒状でその先端には中空の液分
配器２０を配置した内側本体２３と、この内側本体２３
を包囲した筒状でその先端には細孔３と四部８とが１個
ないし周辺部に沿って等間隔で多数個配置された外側本
体２４とからなる。内側本体２３と外側本体２４との間
に軸方向に延びるようにして形成される空間は圧縮気体
室２を形成し、外側本体２４の一部には気体を圧入する
ための気体心人口２５が設けられる。さらに、液分配器
２０と、圧縮気体室２の先端部との間には、放射状に等
間隔でかつ斜め上方に向って設けられた液体導入孔６が
配設されている。内側本体２３の内部には軸方向に液分
配器２０にまで延びる液体通路２２が形成され、内側本
体２３の後端は、加圧液体の導入口２６となっている。

このようなノズルにおいては、気体圧入口２５から気体
を圧入し、液体導入口２６から液体を圧入すると、外側
本体２４の先端の周辺に沿って配設された各四部８から
、液体は、偏流を生じることなく、かつ安定した噴霧角
で、微粒子状で噴霧される。

本発明のノズルは、水等の低粘度の液体の噴霧に対して
もちろん有効に適用し得るものであり、殊に、５００〜
２０００ｃｐの極高粘度の液体に対して有効に適用し得
るものである。このノズルの特徴を示すと次の通りであ
る。

（１）液体と気体とが細孔を通過する以耐に衝突するい
わゆる内部混合型のものであることから、液体と衝突す
るまでのガス速度の減衰がなく、かつ密度減少もない。

従って、液体の噴霧微粒化を効果的に行うことができる
。

（２）内部混合型のため、液体と気体との混合体は、単
孔から噴出させる場合と同様に、広がり角３０°以下で
噴出する。

（３）液体と気体とは相互に逆方向で衝突することから
、相対速度を増加させることができ、また気液の接触面
積を大きくすることができる。

（４）ノズル先端部に四部を設けることにより、高粘性
液でのだれを防止すると共に、渦流による強制的混合を
引起し、均一な噴霧流を生じさせることができる。

（５）本構造では大量の液流量に対しても、操作上圧縮
空気系および液流系の制御場所は１ケ所で済む。

次に、本発明のノズルを用いて、高粘度液体を噴霧微粒
化した場合の実施例を示す。

なお、噴霧液滴の性状を調へるために、噴霧液滴を］０
ＯＯｃｓのシリコンオイルの捕集液に捕集し、これを、
直径２５ｍｍ、深さ５ｍｍのセルに採取し、素早く写真
撮影（約２０倍）した。また、粒径の測定は、撮影した
フィルムをプロゼクターで３００倍に拡大し、デジタル
ノギスを用いて６００〜７００個測定して平均粒径をめ
た。

実施例　１ 液体として粘度５００ｃｐの水飴を用い、気体として空
気を用いた。またノズルとしては第３図に示した構造の
ものを用いた。

液圧を７　ｌａｇ　／　ｃＩｌとし、空気圧を２．３．
４及び５ｋｇ／　ｃＪと変化させて、噴霧液体粒子の性
状を＆１察した。その結果、空気圧２ｋｇ／ＣＪｊ及び
３　ｋｇ　／　ｃｉでは、噴霧の状態は安定しているが
、生成された噴霧液には、わずかであるが粗い液粒子の
領域が存在した。空気圧を４ｋｇ／ｃ♂及び５　ｋｇ　
／　ｃＪに−Ｌげると、噴霧液の粒子は細かく、また噴
霧液は全域にわたって均一であった。なお、噴霧角は自
由噴流よりやや大きく、また空気圧の違いによる噴霧角
の変化は見られなかった。

実施例　２ 実施例１において、液体として、粘度２０００ｃｐの水
飴を用いた以外は同様にして、空気圧２〜５ｋｇ／ｃＩ
Ｉ？、液圧７ｋｇ／ｃＪの条件下で実験を行った。その
結果、この場合にも良好な結果が得られた。なお、この
際、液の吐出量を測定したところ、液体の粘性抵抗が増
加したために、実施例１の場合よりも小さいことが確認
された。従って、粘度が高い割に良好な結果が得られた
理由は、気流重量比１ｉ１ａ／勤が増大したことによる
ものと考えられる。なお、ノズルの出口付近（四部）に
液の付着が見られたが、これは使用した液体が高粘性の
ためと考えられる。

しかしながら、その付着量はＩｌ量であるので、特にノ
ズルの噴霧特性に影響を与えるものではなかった。

実施例　３ 実施例１において、空気圧３　ｋｇ　／　ｃＪ、液圧７
ｋｇ／ｃＪの条件下、液粘度５００．１０００及び２０
００ｃｐの水飴を噴霧し、各場合における粒径分布を調
べた。その結果を第４図に示す。第４図において、曲線
ｌは粘度５００ｃｐ、曲線２は１０σＯｃｐ及び曲線３
は粘度２０００ｃｐについてのものである。第５図は微
粒化滴の算術平均径ｄと気・液流量比（Ｗａ／Ｌｉｅ）
との量系を示したもので、ｄは約２０μで非常に小さい
ことがわかる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第２図は本発明のノズル先端部の説明断面図で
あり、第２図のものは第１図のものの改良型のものを示
す。 第３図はノズルの全体断面樋造図である。 第４図は本発明のノズルを用いて得られる噴鱒液粒子の
粒径分布曲線を示す。 第５図は微粒化滴の算術平均粒径ｄと気・液流量比（ｌ
ｌｌａ／Ｗｅ）との関係を示す図面である。 １・・・ノズル先端部、　２・・・圧縮気体室、３・・
・細孔、　４・・・細孔入口、　５・・・細孔出口、６
・・・液体導入孔、　７・・・液体流出口、　８・・・
凹部、２０・・・液体分配器、　２１・・・ノズル本体
、２２・・・液体通路、　２３・・・内側本体、　２４
・・・外側本体、　２５・・・気体圧入口、　２６・・
・液体圧入口。 特許出願人　大　谷　茂　盛（ばか１名）代理人弁理士
池浦敏明 第１図 第２図 第３図 第４図 〔％〕 直イＬ　ｄｃＰｍ”Ｊ 第５図 帆嵌ＥｌｒｌＸ　ＣＷＱ　／Ｗｅ］

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）圧縮気体を細孔を通して噴出させると共に、該圧
   縮気体に対し、該気体の流れ方向とは斜め逆方向から液
   体流を導入させ、液体を含んだ圧縮気体を細孔から噴出
   させて液体を微粒化させることを特徴とする流体の微粒
   子化方法。
2. （２）ノズル本体の先端部に、圧縮気体室内に連絡する
   細孔と、その細孔出口を中心として外方に向う凹部とを
   設けると共に、圧縮気体室内の細孔入口部付近には、圧
   縮気体の流れ方向とは斜め逆方向に対向する液体流出口
   を配設させたことを特徴とする内部混合型二流体ノズル
   。
3. （３）該液体流出口が圧縮気体室内に突出している特許
   請求の範囲第２項のノズル。