JP2005238019A - 二流体ノズル構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノズル内で第１流体と第２流体とが混合することのない二流体ノズルを提供する。
【解決手段】 対象空間又は対象物に対し第１流体と第２流体とを混合状態で噴射する二流体ノズル構造であって、ノズル基部に、第１流体注入口に連通する状態で内管の基端部が接続される第１接続孔と、第２流体注入口に連通する状態で外管の基端部が接続される第２接続孔とが連通形成されているとともに、内管の基端部側の外周面と第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間に、第１流体の第２流路側への進入を防止するための第１シール部材と第２流体の第１流路側への進入を防止するための第２シール部材とが設けられ、それら第１シール部材と第２シール部材との間に、内管の外周面と第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間を外部に開放する連通路を形成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ガス処理装置や塗装装置等の装置において、二つの流体を外部混合させて噴射するための二流体ノズル構造に関し、詳しくは、対象空間又は対象物に対し第１流体を噴射する第１噴射口と、その第１噴射口の周囲において、噴射された第１流体と混合させる第２流体を噴射する第２噴射口とを備えたノズル先端部と、前記第１噴射口に連通する第１流路を形成してある内管と、これの外周面との間に前記第２噴射口に連通する第２流路を形成する外管とを備えたノズル中間部と、前記第１流路に第１流体を供給するための第１流体注入口と、前記第２流路に第２流体を供給するための第２流体注入口とを備えたノズル基部とからなる二流体ノズル構造に関する。

従来の二流体ノズル構造は、内管の基端部側の外周面と第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間において、複数箇所にＯリングによるシール箇所を設けて、ノズル基部の第１流体注入口から供給されて第１流路を通過する第１流体が、内管の基端部側の外周面と第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間に現出する隙間を通じて第２流路側に漏洩することを防止していた。

しかし、従来の二流体ノズル構造だと、第１流体の第２流路への漏洩防止手段が複数箇所に設けられたＯリングによるものであるため、これら全てのＯリングが老朽化又は破損等によりシール性が低下してしまったとき、嵌通孔の内周面と内管の外周面との接当領域に現出する隙間を通じて第１流体が第２流路に漏洩することを防ぐことができず、例えば、この従来の二流体ノズル構造のノズルを燃焼装置の排気管における排ガスの脱硝装置に用いた場合では、脱硝還元剤である尿素水が第１流体、尿素水を微粒化する空気が第２流体として、それぞれ第１流路、第２流路を通じてノズル先端部から噴射される構成となり、この構成においては、Ｏリングが老朽化等により破損してシール性が低下してしまうことで現出した隙間から、尿素水が第２流路に漏洩してしまうと、第２流路内で尿素水中の尿素が析出して、第２流路が目詰まりしてしまう恐れがあった。
そして更に、この第２流路の目詰まりにより、ノズル先端部の第２噴射口より空気が十分に噴射されない状態となると、尿素水が十分に微粒化されずに第１噴射口から流れ出してしまい、燃焼装置からの高温の排ガスにより排気管に流れ出た尿素水が昇温し、それによって発生する熱応力により排気管が破損する恐れもあった。
この実情に鑑み、本発明の主たる課題は、合理的な改良をもって上記問題を効果的に解消する点にある。

本発明の第１特徴構成は、二流体ノズル構造に係り、その構造は、
対象空間又は対象物に対し第１流体を噴射する第１噴射口と、その第１噴射口の周囲において、噴射された第１流体と混合させる第２流体を噴射する第２噴射口とを備えたノズル先端部と、
前記第１噴射口に連通する第１流路を形成してある内管と、これの外周面との間に前記第２噴射口に連通する第２流路を形成する外管とを備えたノズル中間部と、
前記第１流路に第１流体を供給するための第１流体注入口と、前記第２流路に第２流体を供給するための第２流体注入口とを備えたノズル基部とからなる二流体ノズル構造において、
前記ノズル基部に、第１流体注入口に連通する状態で内管の基端部が接続される第１接続孔と、第２流体注入口に連通する状態で外管の基端部が接続される第２接続孔とが連通形成されているとともに、
内管の基端部側の外周面と第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間に、第１流体の前記第２流路側への進入を防止するための第１シール部材と第２流体の前記第１流路側への進入を防止するための第２シール部材とが設けられ、それら第１シール部材と第２シール部材との間に、内管の外周面と前記第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間を外部に開放する連通路が形成されてある点にある。

つまり、この構成であれば、ノズル先端部の噴射口から噴射するために加圧された状態でそれぞれ第１流路及び第２流路に注入される第１流体及び第２流体において、内管の基端部側の外周面と第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間に設けた第１シール部材と第２シール部材との間に、内管の外周面と第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間を外部に開放する連通路が形成することで、シール部材が老朽化等の破損によるシール性の低下により、第１流体又は第２流体が内管の基端部側の外周面と第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間に進入してしまっても、それら第１流体又は第２流体が加圧された状態にある第２流路又は第１流路に漏洩することなく、連通路を通じて外部に排出されるので、第１流路及び第２流路内において、第１流体と第２流体とが混合されることなく、これによって、この二流体ノズル構造であれば、例えば、燃焼装置の排気管における排ガスの脱硝装置に用いても、第２流体である空気が通じる第２流路内で第１流体である尿素水中の尿素が析出して目詰まりしたりすることなく、十分に微粒化した状態の尿素水を噴射することができるとともに、これによって、第２流路の目詰まりを原因とする排気管の破損（すなわち、ノズル先端部の第２噴射口より空気が十分に噴射されない状態となり、空気により尿素水が十分に微粒化されずに第１噴射口から噴射されるので、燃焼装置からの高温の排ガスにより高温になっている排気管に霧状に微粒化されていない尿素水がかかることが原因となって発生する熱応力により、排気管１に歪みが起きて破損すること）も防止することができる。

本発明の第２特徴構成は、
前記連通路が、第１接続孔に臨むノズル基部の内周面から径方向外方でノズル基部の外面に達するように形成されてある点にある。

つまり、この構成であれば、連通路が第１接続孔に臨むノズル基部の内周面から最短距離でノズル基部の外面に達するので、内管の基端部側の外周面と第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間に進入した第１流体又は第２流体をより迅速に外部に流出させることができるので、より効果的に第１流体又は第２流体が第２流路又は第１流路に漏洩することを防止することができる。

本発明の第３特徴構成は、
少なくとも第１流体注入口を備えた第１ノズル基材と第２流体注入口を備えた第２ノズル基材との２部材から構成されるノズル基部において、第１ノズル基材側に第１シール部材が装着され、第２ノズル基材側に第２シール部材が装着されているとともに、
第１ノズル基材と第２ノズル基材との接当端面の少なくとも一方側に、前記連通路となる溝が形成されている点にある。

つまり、この構成であれば、構造上少なくとも２部材で構成されるノズル基部において、第１ノズル基材に第１シール部材を装着すると共に、第２ノズル基材に第２シール部材を装着し、それら第１ノズル基材と第２ノズル基材との接当端面の少なくとも一方側に連通路となる溝を形成することで、連通路をノズル基材に穿孔することに比べ、容易に連通路を設けることができる。
また、連通路の洗浄作業においても、ノズル基部を第１ノズル基材と第２ノズル基材とに分割して、溝を洗浄するだけで済むので、作業効率が向上し、作業全体を容易かつ迅速に行うことができる。

本発明の第４特徴構成は、
前記第１シール部材又は第２シール部材が、第１ノズル基材と第２ノズル基材との接当端面に配設されてある点にある。

つまり、この構成であれば、内管の基端部側の外周面と第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間に設けられる第１又は第２シール部材が、ノズル基部を構成する第１ノズル基材と第２ノズル基材との接当端面に配設されているので、シール部材の配設作業やシール部材の交換作業等のメンテナンス作業を容易に行うことができる。

本発明の第５特徴構成は、
前記第１シール部材及び第２シール部材が、Ｏリングである点にある。

つまり、この構成であれば、内管の基端部を接続する第１接続孔に設けられた第１及び第２シール部材がＯリングであるので、第１接続孔に内管の基端部を接続する際、内管を基端部側から第１接続孔に挿入するだけで第１及び第２シール部材でシールされた状態にすることができ、よって、二流体ノズルの製造工程において、内管の基端部を第１接続孔に挿入し、内管の基端部側の外周面と第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間における２箇所をシールするといった複雑な工程を省くことができるので、製造効率を向上させることができる。
また、Ｏリングであると、内管を容易に脱着することができるので、メンテナンス等においても内管の着脱作業の効率を向上させることができるとともに、破損等によりＯリングのシール性が低下しても、Ｏリングは容易に交換することもできるので、メンテナンス作業においても作業効率を向上させることができる。

本発明の第６特徴構成は、
前記第１流体及び前記第２流体のいずれか一方を液体とし、他方を気体にすることで、液体を気体により微粒化された霧化状態で噴射可能に構成されている点にある。

つまり、この構成であれば、液体を、気体により微粒化させて霧化状態に噴射する場合において、圧力変動が起こりやすい非圧縮性の液体が、一時的に高圧になっても、内管の基端部側の外周面と第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間に進入した液体を連通路を介して外部に流出させて、比較的圧力が安定する圧縮性の気体が流れる流路側への漏洩することを防止することができる。

〔実施形態〕
図１〜図５は、本発明の実施形態として燃焼装置の排気管における二流体ノズルを示し、Ｅは燃焼装置であるエンジン、１はエンジンＥから排出される排ガスＧをケーシングＣの外部に導く排気管、Ｒは排ガスＧ中の窒素酸化物ＮＯｘを窒素ガスＮ₂と水Ｈ₂Ｏとに還元するための脱硝装置で、脱硝装置Ｒは、対象空間である排気管１の途中部分において、排気管１内を通過する排ガスＧに対して脱硝還元剤を噴霧するためのノズル２を貫装して設けられている。

ノズル２は、内管３と外管４とから形成される第１流路５及び第２流路６を通じて、第１流体及び第２流体の二流体を噴射可能な二流体ノズル構造になっていて、ノズル先端部７とノズル中間部８とノズル基部９との３部構成になっている。

ノズル先端部７には、第１流体としての脱硝還元剤である高圧の尿素水（ＣＨ₄Ｎ₂Ｏ）１０を噴射する第１噴射口１２と、第１噴射口１２の周囲に、第１噴射口１２から噴射される尿素水１０を霧状に微粒化させるために高圧空気１１を噴射する第２噴射口とが形成されていて、第１噴射口１２は第１流路５と連通する状態で内管３の先端に開口形成されているとともに、第２噴射口１３は、第２流路６と連通する状態で、外管４と螺合連結されるノズル先端部カバー１４の先端側開口の内周面と、第１噴射口１２を形成する内管３の先端部３ａの外周面との間に設けられている。

内管３の先端部３ａは、外管４とノズル先端部カバー１４との間に挟持された状態で、かつ、ノズル先端部カバー１４の内周面と接当する形態で固定されており、内管の先端部３ａには、第２流路６の一部として高圧空気１１を連通させる複数の連通孔Ｈが周方向に所定のピッチで形成されている。

ノズル中間部８は、内管３内の空間を第１流体である尿素水１０が流れる第１流路５とし、内管３の外周面と外管４の内周面との間の空間を第２流体である高圧空気１１が流れる第２流路６とするとともに、ノズル中間部８において内管３の外径形状を内管３の基端部３ｂから先端部３ａに向かって変更させて、第２流路６を拡張し、再び、縮小することで、第２流路６に注入された高圧空気１１の圧力を一度、低下させて第２流路６内で高圧空気１１を均等化し、そして、再び圧力上昇させて、第２流路６と連通してあるノズル先端部７の第２噴射口１３から高圧空気１１を噴射可能な構成にしてある。

また、内管３は、その内径形状が内管３の先端部３ａにおいて段階的に先細り形成されていて、第１噴射口１２から高圧状態で尿素水１０を噴射可能な構成にしてある。

第１流路５に尿素水１０を注入するための尿素水（第１流体）注入口１５を備えた基端部側の第１ノズル基材９Ａと、第２流路６に高圧空気１１を注入するための高圧空気（第２流体）注入口１６を備えた先端部側の第２ノズル基材９Ｂとから構成されるノズル基部９において、内管３はその基端部３ｂにおいて第１ノズル基材９Ａ及び第２ノズル基材９Ｂに亘って貫通する第１接続孔１７に嵌合接続されているとともに、尿素水注入口１５が第１接続孔１７と一体的に形成されているので、内管３の基端部３ｂを第１接続孔１７に嵌合接続することで、第１流路５と尿素水注入口１５とが連通した状態となる。
そして、外管４はその基端部４ａにおいて第２ノズル基材９Ｂに形成された第２接続孔１８に螺合接続されているとともに、第２ノズル基材９Ｂの外周面から第２接続孔１８に臨む第２ノズル基材９Ｂの内周面に貫通する高圧空気注入口１６が形成されているので、内管３の基端部３ｂを第１接続孔１７に嵌合接続し、かつ、外管４の基端部４ａを第２接続孔１８に螺合接続することで、高圧空気注入口１６と第２流路６とが連通した状態となる。

内管３の基端部３ｂの外周面と第１接続孔１７に臨む第１ノズル基材９Ａの内周面との間に、第１シール部材である第１Ｏリング１９が２箇所に設けられ、内管３の基端部３ｂの外周面と第１接続孔１７に臨む第２ノズル基材９Ｂの内周面との間で、かつ、第２ノズル基材９Ｂの第１ノズル基材９Ａとの接当端面に、第２シール部材である第２Ｏリング２０が設けられていて、これら両Ｏリング１９，２０により、尿素水注入口１５から第１流路５に注入される尿素水１０が、第１流路５を形成する内管３の基端部３ｂの外周面と第１接続孔１７に臨むノズル基部９の内周面との間に現出する隙間を通じて、内管３の外周面と外管４の内周面との間に形成される第２流路６に浸入することを防止している。

そして、このように内管３の基端部３ｂと第１接続孔１７に臨む第１ノズル基材９Ａ及び第２ノズル基材９Ｂの内周面との間に、第１Ｏリング１９及び第２Ｏリング２０を設けることで、尿素水注入口１５と第２流路６とを密閉状態で区画しながら内管３の基端部３ｂを保持することができるとともに、第１シール部材及び第２シール部材がＯリング１９，２０であるので、第１接続孔１７に内管３の基端部３ｂを嵌合接続するのに、内管３を基端部側から第１接続孔１７に挿入するだけでよく、また、メンテナンス等における内管３の脱着も引き抜くだけで済む。

ノズル基部９を構成する第１ノズル基材９Ａと第２ノズル基材９Ｂとの接当端面において、第２ノズル基材９Ｂに、第１接続孔１７に臨む第２ノズル基材９Ｂの内周面から第２ノズル基材９Ｂの外周面に達する２つの溝２１が径方向に形成されていて、第１ノズル基材９Ａと第２ノズル基材９Ｂとを接当させたとき、これら溝２１が内管３の外周面と第１接続孔１７を臨むノズル基部９の内周面との間を外部に開放する連通路Ｐとなる。

第１ノズル基材９Ａと第２ノズル基材９Ｂは、接当させた状態で２本のボルト２２によって連結固定されて、ノズル基部９を構成している。

このように構成したノズル２において、第１Ｏリング１９又は第２Ｏリング２０が老朽化等により破損してそのシール性が低下したときに、特に両流体１０，１１の流れ方向において注入口１５が上流側にある尿素水１０が、その内管３の外周面と第１接続孔１７を臨むノズル基部９の内周面との間の隙間Ｓに漏洩してしまう畏れがあるが、連通路Ｐが形成されているため、尿素水１０は抵抗の大きい高圧の第２流路６側に浸入することなく、抵抗の小さい連通路Ｐを通じて外部に排出される。

排ガスＧに対する尿素水１０の噴射において、尿素水１０を霧化されていない状態で噴射すると、エンジンＥから排出される排ガスＧにより高温になっている排気管１に、霧化されていない尿素水１０がかかることで排気管１に熱応力が生じ、この熱応力によって排気管１に歪みが起きて 破損してしまう畏れがあるため、排ガスＧ中の窒素化合物と容易に化学反応を起こさせるために、尿素水１０は十分に霧化された状態で噴射されなければならない。
しかし、連通路Ｐを設けることで、尿素水１０が、第１Ｏリング１９又は第２Ｏリング２０におけるシール性の低下により、その内管３の外周面と第１接続孔１７を臨むノズル基部９の内周面との間の隙間Ｓを介して高圧空気１１が流れる第２流路６に浸入することを防止できるので、尿素水１０の尿素が第２流路６内において析出することを防ぎ、析出尿素による目詰まりで第２流路６の高圧空気１１の流れの妨げを回避することができる。
そして、第２流路６において析出尿素による目詰まりが生じないので、第１噴射口１２から噴射される尿素水１０を、第１噴射口１２の周囲に形成された第２噴射口１３から噴射される高圧空気１１で十分に微粒化させた霧化状態で排ガスＧに対して噴射することができ、これによって、排気管１の破損も効果的に防止することができる。

また、連通路Ｐを第２ノズル基材９Ｂの第１ノズル基材９Ａとの接当端面に溝２１を設けて形成してあるので、連通路Ｐにおいて尿素水１０の尿素が析出して溜まっても、ノズル基部９を第１ノズル基材９Ａ及び第２ノズル基材９Ｂに分割して、溝２１に溜まった析出尿素を掻き出し洗浄することができるので、ノズル２の洗浄作業を容易かつ迅速に行うことができる。

２３はノズル先端部７の第１噴射口１２から噴射する尿素水１０を、ノズル基部９の第１ノズル基材９Ａに形成された尿素水注入口１５に加圧した状態で注入する尿素水注入装置で、２４はノズル先端部７の第２噴射口１３から噴射する高圧空気１１を、ノズル基部９の第２ノズル基材９Ｂに形成された高圧空気注入口１６に注入する高圧空気注入装置である。

〔別実施形態〕
次に別実施形態を列記する。

上記実施形態では、本発明の二流体ノズル構造に構成されたノズル２をエンジンＥから排出される排ガスＧ中の窒素化合物を還元するための脱硝還元剤を噴射するのに使用したが、本発明の二流体ノズル構造はこれに限らず、種々の装置に使用することができる。

そして、第1流体を脱硝還元剤である尿素水１０とし、第２流体を高圧空気１１としたが、第１流体及び第２流体はこれらに限るものではなく、また、流体としては種々の液体、気体、粉体（微粒状固体）、固液混合体、気液混合体、固気混合体、固気液混合体のいずれのものであってもよい。

上記実施形態では、第１噴射口１２と内管３とが一体的に形成されている構成であったが、これに限るものではなく、これらが別体で形成されていても構わない。

上記実施形態では、ノズル基部９を第１ノズル基材９Ａと第２ノズル基材９Ｂとの２分割構成にしていたが、ノズル基部９は１部材から構成されたものであってもよく、また、３部材や４部材の多数の部材から構成されるものであってもよい。

上記実施形態では、第２ノズル基材９Ｂの第１ノズル基材９Ａとの接当端面に溝２１を形成することで連通路Ｐを形成していたが、連通路Ｐは、第１シール部材と第２シール部材との間に形成されるものであれば、どのように形成しても構わない。

本発明の二流体ノズル構造は、エンジン等の燃焼装置から排出される窒素化合物を含有する排ガスのガス洗浄に使用するほか、塗装、コーティング、表面処理、加湿、湿潤、殺菌・消毒、消臭、冷却、防塵、静電気防止等、二つの流体を外部混合させて噴射する必要がある用途に使用することができる。

本発明の二流体ノズル構造のノズルを利用した燃焼装置の構造図 ノズルの縦端面図 ノズルの縦端面図 第２ノズル基材の第１ノズル基材との接当端面における横断面図 ノズル先端部の拡大横断面図 ノズルの外観図

符号の説明

１ 対象空間又は対象物
３ 内管
３ｂ 内管の基端部
４ 外管
４ａ 外管の基端部
５ 第１流路
６ 第２流路
７ ノズル先端部
８ ノズル中間部
９ ノズル基部
９Ａ 第１ノズル基材
９Ｂ 第２ノズル基材
１０ 第１流体
１１ 第２流体
１２ 第１噴射口
１３ 第２噴射口
１５ 第１流体注入口
１６ 第２流体注入口
１７ 第１接続孔
１８ 第２接続孔
１９ 第１シール部材
２０ 第２シール部材
２１ 溝
Ｐ 連通路

Claims (6)

1. 対象空間又は対象物に対し第１流体を噴射する第１噴射口と、その第１噴射口の周囲において、噴射された第１流体と混合させる第２流体を噴射する第２噴射口とを備えたノズル先端部と、
   前記第１噴射口に連通する第１流路を形成してある内管と、これの外周面との間に前記第２噴射口に連通する第２流路を形成する外管とを備えたノズル中間部と、
   前記第１流路に第１流体を供給するための第１流体注入口と、前記第２流路に第２流体を供給するための第２流体注入口とを備えたノズル基部とからなる二流体ノズル構造であって、
   前記ノズル基部に、第１流体注入口に連通する状態で内管の基端部が接続される第１接続孔と、第２流体注入口に連通する状態で外管の基端部が接続される第２接続孔とが連通形成されているとともに、
   内管の基端部側の外周面と第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間に、第１流体の前記第２流路側への進入を防止するための第１シール部材と第２流体の前記第１流路側への進入を防止するための第２シール部材とが設けられ、それら第１シール部材と第２シール部材との間に、内管の外周面と前記第１接続孔に臨むノズル基部の内周面との間を外部に開放する連通路が形成されてある二流体ノズル構造。
2. 前記連通路が、第１接続孔に臨むノズル基部の内周面から径方向外方でノズル基部の外面に達するように形成されてある請求項１記載の二流体ノズル構造。
3. 少なくとも第１流体注入口を備えた第１ノズル基材と第２流体注入口を備えた第２ノズル基材との２部材から構成されるノズル基部において、第１ノズル基材側に第１シール部材が装着され、第２ノズル基材側に第２シール部材が装着されているとともに、
   第１ノズル基材と第２ノズル基材との接当端面の少なくとも一方側に、前記連通路となる溝が形成されている請求項１又は２記載の二流体ノズル構造。
4. 前記第１シール部材又は第２シール部材が、第１ノズル基材と第２ノズル基材との接当端面に配設されてある請求項３記載の二流体ノズル構造。
5. 前記第１シール部材及び第２シール部材が、Ｏリングである請求項１〜４のいずれか１項に記載の二流体ノズル構造。
6. 前記第１流体及び前記第２流体のいずれか一方を液体とし、他方を気体にすることで、液体を気体により微粒化された霧化状態で噴射可能に構成されている請求項１〜５のいずれか１項に記載の二流体ノズル構造。
   
   

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