JP2015089549A - 気泡噴霧ノズル及び気泡噴霧ノズルの調節方法 - Google Patents

Abstract

【課題】気泡噴霧ノズル及び気泡噴霧ノズルの調節方法を提供する。【解決手段】噴霧円錐角を調節可能な低圧小流量の気泡噴霧単孔ノズルに関し、二層又は多層密閉溝を有するマルチチャンネル空気取入構造又はサイクロン溝空気取入構造の内部部材と、拡散型円錐状噴射孔、スクリューねじ孔及び気液入口クイックジョイントを有する外部部材とを備える。内部部材を直接外部部材に挿入してノズルを組み立てる。両者の間はO字型ゴムリングで密封し、スクリューねじを利用して固定し、両者の間で形成された空間は混合室である。本発明の内部部材は流動抵抗が比較的に小さく、混合室の圧力を比較的に高い範囲内に維持することができ、ノズルの噴霧効率も比較的に高い。混合室内において、気液二相の混合過程で形成された気泡流は均一且つ安定であり、気液質量流量比（0.07-0.1の間）が低い条件下良好且つ安定的な噴霧効果を実現することができる。【選択図】図１

Description

本発明は気泡噴霧ノズル及び気泡噴霧ノズルの調節方法に関し、具体的には圧縮空気と水を作業媒体とする低圧小流量の気泡噴霧単孔ノズルであって、化学工業、動力機械、HVAC等の分野における加湿、冷却過程に応用でき、ガス消耗率が低く、噴霧効果が安定で、微粒化品質が高い低圧気泡噴霧ノズルに応用することができる。

液体微粒化技術は農業、化学工業、エネルギー、交通等の分野で広く応用されている。微粒化後の液体は分散の粒子状を呈し、その表面積が増えるため、気液二相間の熱伝導条件、物質移動条件が改善される。気泡微粒化技術は20世紀末に現れ、その原理は泡状の流動過程で環境圧力の急速な低下に伴う気泡の爆発現象を利用して液体の微粒化品質を向上させることである。1985年から今まで、液体のガス微粒化に関する特許出願は数万件あるが、気泡微粒化を主な微粒化手段とする特許出願は僅か数十件で主に工業燃焼、農業灌漑等の分野で応用されている。例えばCN201110116844.9では気泡微粒化用の農薬噴射ノズルが開示され、CN201210032717.5では自動吸引式の気泡微粒化燃料ノズルが開示され、CN201210189943.4ではSNCR脱硝技術に適応する低ガス消耗気泡微粒化スプレーガン等が開示されている。

上記技術で使用されるノズル出口孔は、水平孔又は環状孔であり、異なる直径の出口孔又はインナーケーシング管を加工することにより異なる流量要求を満たすようになっている。フラッドノズルにより生成される液体微粒子は中実微粒子であり、流量の空間分布は均一であるが、噴霧角が比較的に小さく、液体微粒子の平均流量密度（断面積当たりの液体流量）が比較的に大きい。流量密度を合理的に制御するために、環状型出口を採用することにより中空微粒子を生成させることができる。一方、環状ノズル構造では内部混合部品と外側スリーブの間のネジ接続及び密封方法を採用しているが、加工成形した後ノズルの流量を正確に調整する機能を備えていない。また、リングギャップが1mmを下回ると、内部混合部品と外側スリーブの間のネジ接続においてリングギャップ内外表面の同軸度の要求に満たすのが難しくなり、偏心型スプレーが現れ易く、深刻な場合は所属する工業設備の正常な運行に影響を与える。

要するに、従来技術では、ノズルの出口は混合室の環状内壁と外壁面に分布されている。内部混合室上半部分の断面はリング状で、全体構造は細長いリング円柱形であるため、気液二相流が当該区域を流れる際、流動損失が比較的に大きく、ノズルでの噴霧に係わるエネルギー消費を増加させた。

本発明の目的は気泡噴霧ノズル及び気泡噴霧ノズルの調節方法を提供することである。本願に係るノズルは、噴霧円錐角を調節可能な低圧小流量の気泡噴霧単孔ノズルで、低ガス消費率下（気液質量流量比は0.07−0.1間である）、安定的な噴霧効果を得ることができる噴霧単孔ノズルである。本発明は、多孔で空気を取り入れる混合室、スクリューねじから構成される内部混合部品の固定構造、サイクロン溝とニードル弁から構成されるサイクロン式内部混合部品と調節可能なリング形ノズル出口孔、二層又は多層密閉溝を有する通路と内部混合室の密封構造等からなる。本発明の主な利点は内部混合過程で形成された気泡流が均一且つ安定で、低気液比（0.1位）で良好且つ安定的な微粒化効果を実現することができる。内部混合部品と外側スリーブの同軸度はスクリューねじを通じて調節可能であり、噴霧の均一性を向上した。サイクロン式ノズルは気液二相間の運動量交換を強化することができ、微粒化品質を向上することができる。本発明に係る調節可能な気泡噴霧ノズルは、流量を調節可能で、汎用型であり、ガス消費率が低く、微粒化が安定していて、化学工業、動力、HVAC等の分野で応用可能である。

本願に係る気泡噴霧ノズル、即ち噴霧円錐角を調節可能な低圧小流量の気泡噴霧単孔ノズルは、二層又は多層密閉溝を有するマルチチャンネル空気取入構造又はサイクロン溝空気取入構造の内部部材、拡散型円錐状噴射孔、スクリューねじ孔及び気液入口クイックジョイントを有する外部部材を備える。内部部材を直接外部部材に挿入し、組立ててノズルになり、両者の間はO字型ゴムリングで密封し、スクリューねじを利用して固定し、両者の間で形成された空間は混合室である。

本願に係る気泡噴霧ノズルは、内部部材と外部部材を備える。前記内部部材は円柱型構造で、直流型とサイクロン型といった二種類に分けられ、その内、直流型内部部材の外表面にはO字型ゴムリングを套設するための二本の密封溝があり、密封溝の間にはクロスフローガス通路があり、十字型に交差した二つの水平気孔は柱体を貫通し、軸線と平行する四つの垂直気孔は水平気孔と貫通している。サイクロン型内部構造の表面にはO字型ゴムリングを套設するための密封溝があり、密封溝の下部にはクロスフローガス通路があり、軸線と45°-75°をなす四本のサイクロン溝はクロスフロー通路の下部にある柱体の外表面に均一に分布されている。

前記外部部材は半密封円筒状であり、その内部は上が大きくて下が小さい階段状の空間であり、外部部材の上半部分の空間の内径は内部部材の外径より20ミクロン大きく、下半部分の空間は即ち混合室であって、混合室の内径は上部空間の内径より小さい階段状の空間を構成する。筒体にはそれぞれ二層計六個の均一に分布されたスクリューねじ孔、及びガス継手孔と液体継手孔を有する。ここで、ガス継手孔と液体継手孔もスクリュー孔にすることができる。筒体密封端の中心位置には拡散型円錐状噴射孔が開設され、拡散角は90−120°である。

O字型ゴムリングが套設された内部部材を外部部材に直接挿入し、且つ内部部材の底面を外部部材の階段に押付け、スクリューねじで締め付け、気液入口のクイックジョイント（クイックジョイントは一種の継ぎ手で、その一端は雄ネジ構造で、直接ノズルの外部部材にねじ込まれることができ、他端は一種の圧迫式クイック構造で、液体と気体を輸送するプラスチックホースの直接挿入又は抜き出しに用い、密封性が良好である）を取り付けたことにより、ノズルの組立プロセスが完成する。

前記直流ノズルの内部混合室は、内、外部材により形成された円管状の空間で、液体は液体注入口を介して直接混合室に入る。外部部材のガス入口は内部部材のクロスフロー通路と連通し、圧縮空気はガス入口を介してクロスフロー通路に入り、順次水平気孔、垂直気孔を通って混合室に入る。気、液二相流体は混合室内で二相間の運動量交換を完成し、気液二相の気泡流が形成され、且つ拡散型円錐状噴射孔により噴出することで、均一且つ安定的な液体スプレーが形成される。

前記サイクロンノズルの内部混合室も、内、外部材により形成された円管状の空間であって、液体は液体注入口を介して直接混合室に入る。外部部材のガス入口は内部部材のクロスフロー通路と連通し、圧縮空気はガス入口を介してクロスフロー通路に入り、続いてサイクロン溝を通って混合室に切り込む。気、液二相流体は混合室内で運動量交換を完成して気液二相の気泡流が形成され、且つ拡散型円錐状噴射孔により噴出することで、均一且つ安定的な液体スプレーが形成される。サイクロンノズルの混合室内における気液二相間の運動量交換過程がより強烈であるため、液体微粒子の平均直径がより小さく、噴霧の円錐角がより大きい。

本願に係る低圧小流量の気泡噴霧ノズルの調節方法は下記のステップを含む：
（１）圧縮ガス配管と液体配管にあるスロットルバルブを順次開く。
（２）液体スロットルバルブと圧縮ガススロットルバルブを調節して、スロットル下流圧力を作業圧力付近に安定させる（ゲージ圧0.26−0.3Mpa）。
（３）液体流量を作業パラメータの付近まで調節すると、気液質量流量比は自動的に0.07-0.1範囲内で安定する。
（４）安定的に噴霧し、調整過程を完成する。

本発明に係るノズルの主な長所は、構造が簡単で、ねじ山密封がなく、同軸度が高く、O字型ゴムリングが套設された内部部材を直接外部部材に挿入し、スクリューねじを締付ければ、ノズルの組立過程を完成できる。異なる構造の内部部材を交換することにより、ノズル円錐角の調節を実現することができる。内部部材のガス流路はクロスフロー構造を採用しているため、流動抵抗が比較的に小さく、混合室の圧力を比較的に高い範囲内に維持することができ、ノズルの噴霧効率も比較的に高い。混合室内において、気液二相の混合過程で形成された気泡流は均一且つ安定であり、気液質量流量比（0.07-0.1の間）が低い条件でも、良好且つ安定的な噴霧効果を実現することができる。当該ノズルは作業圧力が低く、液体流量が小さく、気液入口の絶対圧力が0.36-0.40Mpa、液体流量が3.5-6.0kg/hの情況でも、安定的な噴霧を維持することができる。

本発明に係るノズルの特徴は、作業圧力が低く、流量が小さく（このような小さい流量下、安定的に作業を行うノズルはめったにない）、ねじ山密封がなく、内部部材を交換することにより噴霧円錐角を調整することができる。また、単孔で噴霧する時の円錐角は約20度で、サイクロン噴霧する時は約40度に達することができ、流量分布の均一性が大きく改善され、液体微粒子の迅速な蒸発に有利である。本発明は化学工業、動力、HVAC等の分野で応用できる。

本発明に係る直流型気泡噴霧ノズル本体の略図である。 本発明に係るサイクロン型気泡噴霧ノズル本体の略図である。 本発明に係る直流型内部部材の略図である。 本発明に係るサイクロン型内部部材の略図である。 本発明に係る外部部材の略図である。 気液質量流量比が0.1の際、直流型ノズルの噴霧状態を表わす。 気液質量流量比が0.1の際、サイクロン型ノズルの噴霧状態を表わす。 直流型ノズルの流量特性を表わす。 サイクロン型ノズルの流量特性を表わす。 直流型ノズルの噴霧特性を表わす。

以下、図面に合わせて、本発明を詳しく説明する。

図に示されているように、1は密封溝、2はクロスフロー通路、3は水平気孔、4は垂直気孔、5はハンドルネジ孔、6はスクリューねじ孔、7はガス継手孔、8は液体継手孔、9は拡散型円錐状噴射孔、10は混合室、11はO字型ゴムリング、12はサイクロン溝である。

本願に係る噴霧円錐角を調節可能な低圧小流量の気泡噴霧単孔ノズルは二層又は多層密閉溝を有するマルチチャンネル空気取入構造の内部部材101又はサイクロン溝空気取入構造の内部部材102、拡散型円錐状噴射孔9、スクリューねじ孔6及び気液入口クイックジョイントを有する外部部材200を備える。内部部材101、102を直接外部部材200に挿入し、組立ててノズルになり、両者の間はO字型ゴムリング11で密封し、スクリューねじを利用して固定し、両者の間で形成された空間は混合室10である。

本願に係る噴霧円錐角を調節可能な低圧小流量の気泡噴霧単孔ノズルは、内部部材と外部部材を備える。前記内部部材は円柱型構造であって、直流型内部部材101とサイクロン型内部部材102といった二種類に分けることができる。その内、直流型内部部材101の外表面にはO字型ゴムリング11を套設するための二本の密封溝1があり、密封溝の間にはクロスフローガス通路2があり、十字型に交差した二つの水平気孔3は柱体を貫通し、軸線と平行する四つの垂直気孔4は水平気孔3と貫通している。サイクロン型内部構造102の表面にはO字型ゴムリング11を套設するための密封溝1があり、密封溝の下部にはクロスフローガス通路2があり、軸線と45°-75°をなす四本のサイクロン溝12はクロスフロー通路2の下部にある柱体の外表面に均一に分布されている。

外部部材200は半密封円筒状で、その内部構造は上が大きくて下が小さい階段状で、上半部分201の内径は内部部材100の外径より20ミクロン大きく、下半部分10の空間は、即ち混合室10である。混合室10の内径は上半部分201の内径より小さく、階段状の空間を構成する。筒体にはそれぞれ二層計六個の均一に分布されたスクリューねじ孔、及びガス継手孔7と液体継手孔8を有する。筒体密封端の中心位置には拡散型円錐状噴射孔9が開設され、拡散角は90−120°である。

O字型ゴムリング11が套設された内部部材を外部部材に直接挿入し、且つ内部部材の底面を外部部材の階段に押付けさせ、スクリューねじを締付、気液入口のクイックジョイントを取り付けた後、ノズルの組立過程を完成する。

前記直流ノズルの内部混合室は、内、外部材により形成された円管状の空間で、液体は液体注入口を介して直接混合室に入る。外部部材のガス入口は内部部材のクロスフロー通路と連通し、圧縮空気はガス入口を介してクロスフロー通路に入り、次いで水平気孔3、垂直気孔4を通って混合室10に入る。気、液二相流体は混合室内10で二相間の運動量交換を完成して気液二相の気泡流が形成され、且つ拡散型円錐状噴射孔9により噴出することで、均一且つ安定的な液体スプレーが形成される。

前記サイクロンノズルの内部混合室も、内、外部材により形成された円管状の空間で、液体は液体注入口を介して直接混合室に入る。外部部材のガス入口は内部部材のクロスフロー通路2と連通し、圧縮空気はガス入口を介してクロスフロー通路2に入り、次いでサイクロン溝12を通って混合室に切り込む。気、液二相流体は混合室内で運動量交換を完成して気液二相の気泡流が形成され、且つ拡散型円錐状噴射孔9により噴出することで、均一且つ安定的な液体スプレーが形成される。相対的に言えば、サイクロンノズルの混合室内10で気液二相間の運動量交換過程がより強烈であるため、液体微粒子粒子の平均直径がより小さく、噴霧の円錐角がより大きい。

本願に係る低圧小流量の気泡噴霧ノズルの調節方法は下記のステップを含む：
（１）圧縮ガス配管と液体配管にあるスロットルバルブを順次開く。
（２）液体スロットルバルブと圧縮ガススロットルバルブを調節することにより、スロットル下流圧力を作業圧力付近に安定させる（ゲージ圧0.26−0.3Mpa）。
（３）液体流量を作業パラメータの付近まで調節すると、気液質量流量比は自動的に0.07-0.1範囲内で安定する。
（４）安定的に噴霧し、調整過程を完成する。

実験時の測定結果は下記の通りである。気液質量流量比が0.1の時、直流型ノズルの噴霧情況は図６で示され、サイクロン型ノズルの噴霧情況は図７に示されている。上記図６及び図７に示されたように、サイクロン型内部部材を採用すると噴霧円錐角を拡大することができる。

直流型ノズルの流量特性曲線は図８に示され、サイクロン型ノズルの流量特性曲線は図９に示されている。直流型ノズルの噴霧特性は図10に示されている。ここで、噴射孔の直径は1.0mmである。気液入口の圧力が0.3Mpa（ゲージ圧）の場合、二種類のノズルの安定的な作業流量は何れも5-6kg/ｈ前後で、気液質量流量比ALRを調節することにより、ノズルの流量を3-10kg/ｈ範囲内に調整することができる。

本発明に係るノズルの突出した特徴は、作業圧力が低く、流量が小さい。この他、本発明に係る気泡噴霧ノズルはねじ山密封がなく、内部部材を交換することにより噴霧円錐角を調整することができる。直流型ノズルで噴霧する時の円錐角は約20度で、サイクロン噴霧する時は約40度に達することができる。流量分布の均一性が大きく改善され、液体微粒子の迅速な蒸発に有利である。本発明は化学工業、動力、HVAC等の分野で応用できる。

Claims (8)

1. 一種の気泡噴霧ノズルであって、内部部材と外部部材とを備え、
   その特徴は、
   前記内部部材には、二層又は多層密閉溝が設けられ、マルチチャンネル空気取入構造又はサイクロン溝空気取入構造を有し、
   前記外部部材は、拡散型円錐状噴射孔、スクリューねじ孔、ガス継手孔及び液体継手孔を有し、
   前記内部部材の前記密閉溝には密閉用のO字型リングが設けられ、前記内部部材を前記外部部材に直接挿入して組立ててノズルを構成することができ、前記内部部材と前記外部部材とはスクリューねじで固定されており、前記内部部材と前記外部部材との間に形成された空間は混合室である、気泡噴霧ノズル。
2. 前記液体継手孔に供給される液体の供給圧は０．２６−０．３２Ｍｐａである、請求項１に記載の気泡噴霧ノズル。
3. 一種の気泡噴霧ノズルであって、その特徴は、噴霧円錐角を調節可能な低圧小流量の単孔ノズルであり、
   内部部材と外部部材とを備え、
   前記内部部材は直流型円柱形構造であって、直流型内部部材の外表面にはＯ字型リングを套設するための密封溝を有し、密封溝の間にはクロスフローガス通路が設けられ、十字型に交差した二つの水平気孔は柱体を貫通し、軸線と平行する四つの垂直気孔は水平気孔を貫通し、
   前記外部部材は、半密封円筒状であって、前記外部部材の内部は上半部分が大きく下半部分が小さい階段状であり、前記外部部材の前記下半部分の空間は混合室を構成し、前記混合室の内径は前記上半部分の内径より小さく、前記外部部材の筒体にはそれぞれ二層の分けて均一に分布された計６個のスクリューねじ孔と、ガス継手孔と液体継手孔とを有し、前記筒体の密封端の中心位置には拡散型円錐状噴射孔が開設され、
   前記密封溝には前記Ｏ字型リングが套設され、前記内部部材は前記外部部材に挿入され、且つ前記内部部材の底面が前記外部部材の前記階段に抵触された状態でスクリューねじが締め付けられ、前記ガス継手孔と前記液体継手孔とにはそれぞれクイックジョイントを取り付けられた、噴霧円錐角を調節可能な低圧小流量の気泡噴霧単孔ノズル。
4. 前記直流型内部部材の密封溝が二本ある、ことを特徴とする、請求項３に記載の気泡噴霧ノズル。
5. 一種の気泡噴霧ノズルであって、その特徴は、噴霧円錐角を調節可能な低圧小流量の単孔ノズルであり、
   内部部材と外部部材とを備え、
   前記内部部材はサイクロン型円柱形構造であって、サイクロン型内部構造の表面にはO字型リングを套設するための密封溝があり、密封溝の下部にはクロスフローガス通路を有し、軸線と４５°−７５°をなす四本のサイクロン溝はクロスフロー通路の下部にある柱体の外表面に均一に分布され、
   前記外部部材は、半密封円筒状であって、前記外部部材の内部は上半部分が大きく下半部分が小さい階段状であり、前記外部部材の前記下半部分の空間は混合室を構成し、前記混合室の内径は前記上半部分の内径より小さく、前記外部部材の筒体にはそれぞれ二層の分けて均一に分布された計６個のスクリューねじ孔と、ガス継手孔と液体継手孔とを有し、前記筒体の密封端の中心位置には拡散型円錐状噴射孔が開設され、
   前記密封溝には前記Ｏ字型リングが套設され、前記内部部材は前記外部部材に挿入され、且つ前記内部部材の底面は前記外部部材の前記階段に抵触された状態でスクリューねじが締め付けられ、前記ガス継手孔と液体継手孔とにはそれぞれクイックジョイントを取り付けられた、噴霧円錐角を調節可能な低圧小流量の気泡噴霧単孔ノズル。
6. 前記拡散型円錐状噴射孔の拡散角は９０°−１２０°である、請求項１または３または５に記載の気泡噴霧ノズル。
7. 前記外部部材の前記上半部分の内径は前記内部部材の外径より２０ミクロン大きい、請求項３または５に記載の気泡噴霧ノズル。
8. 一種の請求項１または３または５に記載の気泡噴霧ノズルの調節方法であって、その特徴は、
   （１）ガス継手孔と連結された圧縮ガス配管に配置された圧縮ガススロットルバルブと液体継手孔に連結された液体配管に配置された液体スロットルバルブを順次開くステップと；
   （２）液体スロットルバルブと圧縮ガススロットルバルブを調節することにより、スロットル下流圧力を作業圧力であるゲージ圧０．２６−０．３Ｍｐａでに安定させるステップと；
   （３）液体流量を作業パラメータに調節すると、気液質量流量比を０．０７−０．１範囲内で安定するステップと；
   （４）安定的に噴霧し、調整過程を完成するステップと、
   を含む、気泡噴霧ノズルの調節方法。

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