JP5685468B2 - 流体微粒化装置 - Google Patents

Description

本発明は、気体と液体の供給を受けて液体を気体によって微粒化する流体微粒化装置に関する。

液体を微粒化する流体微粒化装置の例としては、特許文献１に開示された二流体微粒化ノズルがある。
特許文献１に開示された二流体微粒化ノズルは、「液体供給器、液膜形成器、気体供給器、気流旋回器、外筒とからなり、前記液膜形成器は、基部から先端の第１の円形開口に延びる回転対称の内周壁面を有し、前記気流旋回器は半径流方式で、前記外筒は、その先端部壁に前記第１の円形開口と同心に第２の円形開口が開口し、気流の一部が気流旋回器を経て前記液膜形成器の内周壁面で囲まれた空間に旋回流となって流入して前記第１の円形開口から噴出する第１の流路と、気流の他の一部が、前記第２の円形開口の内周壁と前記第１の円形開口の外周壁との間の環状開口から噴出する第２の流路を備えるものとし、液体は前記液体供給器の内部に配設された液体溜まりに連通する液体噴出孔から噴出して前記液膜形成器の内周壁面上を流れ、前記第１の円形開口において円筒状液膜となって、内周を前記第１の流路の気流により、外周を前記第２の流路の気流により挟まれて流出して微粒化されるようにした。」というものである。

特開2009-297589号公報

特許文献１に記載された二流体微粒化ノズルのように、ノズル内に気体と液体を導入して液体を微粒化するものの場合、ノズル内に気体を導入するための気体導入路及び液体を導入するための液体導入路が設けられている。そして、気体導入路及び液体導入路に外部から気体及び液体を供給するための気体供給管や液体供給管を接続する。このため、気体供給管や液体供給管の先端部の位置を二流体微粒化ノズル側の気体導入路及び液体導入路の接続部に正確に合わせて配管しなければならない。

しかしながら、一般に気体供給管や液体供給管は剛体であるため、二流体微粒化ノズル側の気体導入路及び液体導入路に正確に合わせるのは難しい。特に、二流体微粒化ノズルを密閉された空間や狭い場所に設置する場合にはなおさらである。例えばパイプライン中に二流体微粒化ノズルを設置する場合、気体供給管および液体供給管はパイプを貫通させる必要がある。この貫通部分は耐圧・気密性を持たせる必要があるため、例えばパイプ貫通面で溶接する。この溶接部から二流体微粒化ノズルまでの距離は通常短く、溶接部で拘束されている気体供給管および液体供給管の自由度はほとんど無いといってよい。このため、気体供給管および液体供給管の先端を二流体微粒化ノズル側の気体導入路及び液体導入路のそれぞれの接続部に合わせるのは非常に困難なものとなる。
そのため、液体配管又は気体配管のいずれか一方に自由度を持たせる、すなわちフレキシブルな構造にして配管することが行われる。しかし、フレキシブルな構造、例えば蛇腹のような構造にした場合には、圧損が大きくなるし、また振動しやすいために振動防止の対策を別途施す必要がある。

本発明はかかる従来例の有する課題を解決するためになされたものであり、密閉された空間や狭い場所に設置する場合においても外部からの気体配管や液体配管の接続を容易に行うことができる流体微粒化装置を得ることを目的としている。

従来の二流体微粒化ノズルにおいては、一つの剛体であるノズルに二本の配管、すなわち液体配管と気体配管を直接連結するというものであった。ノズル内部には気体流路と液体流路が予め設けられており、各流路の入口側の位置も固定化され、それ故に固定化された位置に気体配管と液体配管を正確に接続しなければならないものであった。
そこで、発明者は、ノズル部と、気体配管もしくは液体配管の少なくとも一方を空間を介して相対するように設置する非結合配管とし、さらにノズル部と非結合配管を設置した時にその相対位置が決まるようにすることで、ノズル部とそれに接続する配管の自由度が増し、配管が容易になると考えた。
本発明は係る考えに基づくものであり、具体的には以下の構成からなるものである。

（１）本発明に係る流体微粒化装置は、気体が通流する主流管内に配置され、気体供給部に供給された気体と液体供給部に供給された液体が接触して液体が微粒化されるノズル部と、前記主流管を貫通して設けられ前記ノズル部の前記液体供給部に液体を供給する液体供給管と、前記主流管を貫通して設けられ前記ノズル部の前記気体供給部に気体を供給する気体供給管とを有し、
前記ノズル部の上流端側が前記気体供給部となっており、前記気体供給管は、気体を吐出する吐出部が前記気体供給部との間に間隙を設けて配置されると共に、該気体供給管の吐出部が縮径しており、縮径した吐出部が前記気体供給部内に配置されていることを特徴とするものである。

（２）また、気体が通流する主流管内に配置され、気体供給部に供給された気体と液体供給部に供給された液体が接触して液体が微粒化されるノズル部と、前記主流管を貫通して設けられ前記ノズル部の前記液体供給部に液体を供給する液体供給管と、前記主流管を貫通して設けられ前記ノズル部の前記気体供給部に気体を供給する気体供給管とを有し、
前記気体供給管は、気体を吐出する吐出部が前記気体供給部に隙間を設けることなく連結されており、
前記液体供給管は、その先端部を縮径して前記液体供給部の受給口に隙間を介して配置されていることを特徴とするものである。

（３）また、上記（１）又は（２）に記載のものにおいて、前記ノズル部は液体供給管によって液体が供給される内筒と、該内筒を収容し、その上流端が気体供給部となる外筒とを備えた二重管構造であることを特徴とするものである。

本発明の流体微粒化装置は、供給された気体と液体が接触して液体が微粒化されるノズル部と、該ノズル部の液体供給部に液体を供給する液体供給管と、前記ノズル部の気体供給部に気体を供給する気体供給管とを有し、前記気体供給管もしくは液体供給管の少なくとも一方は前記ノズル部と間隙を介して相対するように設置されているようにしたので、気体供給管又は液体配管のうちのノズル部と間隙を設けて配置される側の配管は間隙があることで位置ずれが許容され、それ故に配管時における厳格な位置合わせの必要がなく、配管作業を容易に行うことができる。

本発明の一実施の形態に係る流体微粒化装置の説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る流体微粒化装置の説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る流体微粒化装置の説明図である。 本発明の他の実施の形態に係る流体微粒化装置の説明図である。

［実施の形態１］
本実施の形態に係る流体微粒化装置１は、外筒３の内部に内筒５を有する二重管構造のノズル部７と、内筒５に液体を供給する液体供給管９と、外筒３に気体を供給する気体供給管１１とを有している。
以下詳細に説明する。

＜ノズル部７＞
ノズル部７は、外筒３と内筒５との二重管構造になっており、内筒５の外面と外筒３の内面との間は所定の隙間が形成されている。この隙間は上流側からの気体が流れるリング状流路１５となる。
内筒５には、内筒５の内壁に形成された供給口１７に液体を供給する液体供給部７ａが設けられ、液体供給部７ａに液体供給管９の先端が接続されている。
外筒３における上流端側すなわち気体供給管１１が配置される側は気体供給部７ｂとなっている。
なお、ノズル部７は主流管２１などにステーを取るなどして支持するようにすればよい。

＜液体供給管９＞
液体供給管９は、液体供給部７ａに接続されて液体供給部７ａに液体を供給する。液体供給管９は、液体供給部７ａに固定されていてもよいし、着脱可能に取り付けられるものでもよい。

＜気体供給管１１＞
気体供給管１１は、ノズル部７の上流側に配置されて気体供給部７ｂに気体を供給するものである。気体供給管１１における気体の吐出部１９は気体供給部７ｂとの間に間隙１３を設けるように配置されている。
本実施の形態の気体供給管１１の吐出部１９は縮径しており、前記外筒３より小口径の吐出部１９が気体供給部７ｂである外筒３基端部に概略同軸状に相対するように配置されている。吐出部１９を縮径することで、吐出部１９から吐出される気体が高速かつ低圧になることによって周囲から流体を吸引する作用を生じるエジェクタ効果によって供給される気体およびノズル部７の内部の流体が間隙１３から主流管２１側に漏れるのを防止する効果がある。

上記のように構成された流体微粒化装置１の設置の際の手順の一例を、流体微粒化装置１を気体が流れる主流管２１内に設置する場合を例に挙げて説明する。
主流管２１内に液体供給管９と気体供給管１１をそれぞれ所定の位置に設置する。この状態でノズル部７を設置するが、上記構成の流体微粒化装置１の場合、ノズル部７の液体供給部７ａを液体供給管９先端に接続する。この際、気体供給管１１の吐出部１９とノズル部７の気体供給部７ｂである外筒３基端部は、間隙１３を介して相対する位置に開口する非結合流路を形成することになる。すなわち気体供給管１１は非結合配管となる。間隙１３により、気体供給管１１の吐出部１９と気体供給部７ｂの配置について多少のずれが許容される。そのため、厳格な位置合わせの必要がなく、各構成機器、すなわち、ノズル部７、気体供給管１１、および液体供給管９の設置が容易に行える。
このように各構成機器を所定位置に設置することで非結合流路の相対位置が決まり、流体微粒化装置１が完成状態になる。
この状態で、主流管２１の外部において、液体供給管９に液体配管２３、気体供給管１１に気体配管２５をそれぞれ接続すればよい。

次に、上記のように主流管２１内に設置された流体微粒化装置１の作用を説明する。
液体供給管９から液体供給部７ａを介して内筒５に供給された液体は、上流側から供給される気体によって管状噴霧流となって内筒５内の壁面に液膜を形成しながら流れる。内筒５の外周側にもリング状流路１５が形成されており、このリング状流路１５にも気体が流れている。内筒５の出口側において、内筒５内壁面に形成されている液膜は、内筒５の管軸方向に液膜状態を保ったまま噴出する。その液膜の内側には内筒５内を流れてきた気体流れが存在し、液膜の外側にはリング状流路１５を流れてきた気体流れが存在する。すなわち、液膜はこれらの気体流れで挟まれる状況となり、液膜は微細な液滴に微粒化されることになる。

以上のように、本実施の形態の流体微粒化装置１においては、気体供給管１１の吐出部１９とノズル部７の気体供給部７ｂである外筒３の基端部を、間隙１３を介して配置するようにしたので、この間隙１３により、気体供給管１１の吐出部１９と気体供給部７ｂの配置について多少のずれが許容され、厳格な位置合わせの必要がなく、各構成機器、すなわち、ノズル部７、気体供給管１１、および液体供給管９の設置が容易に行える。

［実施の形態２］
本実施の形態２を図２に基づいて説明する。図２において、図１と同一部分には同一の符号が付してある。
本実施の形態の流体微粒化装置３１は、ノズル部７を実施の形態１と同様の外筒３と内筒５を備えた二重管構造にすると共に、内筒５側の液体供給部７ａの受給口３５に液体供給管９の先端部を、間隙３７を介して配置したものである。
なお、気体供給管１１とノズル部７の気体供給部７ｂとは間隙を設けることなく連結されている。気体供給管１１は、気体供給部７ｂに固定されていてもよいし、着脱可能に取り付けられるものでもよい。

本実施の形態の流体微粒化装置３１においては、液体供給部７ａの受給口３５に液体供給管９を、間隙３７を設けた状態で設置すればよく、配管時における厳格な位置合わせの必要がなく、ノズル部７、液体供給管９及び気体供給管１１の設置が容易に行える。
なお、この場合も液体供給管９の先端部を縮径してエジェクタ効果をもたせることも可能である。

［実施の形態３］
本実施の形態３を図３に基づいて説明する。図３において、図２と同一部分には同一の符号が付してある。
本実施の形態の流体微粒化装置４１は、ノズル部７を実施の形態１と同様の外筒３と内筒５を備えた二重管構造にすると共に、気体供給管１１と気体供給部７ｂとの間に間隙１３を介して配置し、実施の形態２と同様に、液体供給部７ａの受給口３５に液体供給管９の先端部を、間隙３７を介して配置したものである。

本実施の形態の流体微粒化装置においては、実施の形態１、２で説明したように、各構成機器、すなわち、ノズル部７、気体供給管１１、および液体供給管９の設置が容易に行える。

［実施の形態４］
本実施の形態４を図４に基づいて説明する。図４において、図１と同一部分には同一の符号が付してある。
本実施の形態の流体微粒化装置５１は、ノズル部５３を二重管構造ではなく、単管５５によって構成し、単管５５に液体供給部５３ａを設けると共に単管５５の上流端側を気体供給部５３ｂとしたものである。そして、気体供給管１１は、実施の形態１と同様に、気体の吐出部１９を気体供給部５３ｂとの間に間隙１３を設けて配置したものである。

本実施の形態においても、実施の形態１と同様に、各構成機器、すなわち、ノズル部５３、気体供給管１１、および液体供給管９の設置が容易に行える。

１ 流体微粒化装置
３ 外筒
５ 内筒
７ ノズル部
７ａ 液体供給部
７ｂ 気体供給部
９ 液体供給管
１１ 気体供給管
１３ 間隙
１５ リング状流路
１７ 供給口
１９ 吐出部
２１ 主流管
２３ 液体配管
２５ 気体配管
３１ 流体微粒化装置
３５ 受給口
３７ 間隙
４１ 流体微粒化装置
５１ 流体微粒化装置
５３ ノズル部
５３ａ 液体供給部
５３ｂ 気体供給部
５５ 単管

Claims (3)

1. 気体が通流する主流管内に配置され、気体供給部に供給された気体と液体供給部に供給された液体が接触して液体が微粒化されるノズル部と、前記主流管を貫通して設けられ前記ノズル部の前記液体供給部に液体を供給する液体供給管と、前記主流管を貫通して設けられ前記ノズル部の前記気体供給部に気体を供給する気体供給管とを有し、
   前記ノズル部の上流端側が前記気体供給部となっており、前記気体供給管は、気体を吐出する吐出部が前記気体供給部との間に間隙を設けて配置されると共に、該気体供給管の吐出部が縮径しており、縮径した吐出部が前記気体供給部内に配置されていることを特徴とする流体微粒化装置。
2. 気体が通流する主流管内に配置され、気体供給部に供給された気体と液体供給部に供給された液体が接触して液体が微粒化されるノズル部と、前記主流管を貫通して設けられ前記ノズル部の前記液体供給部に液体を供給する液体供給管と、前記主流管を貫通して設けられ前記ノズル部の前記気体供給部に気体を供給する気体供給管とを有し、
   前記気体供給管は、気体を吐出する吐出部が前記気体供給部に隙間を設けることなく連結されており、
   前記液体供給管は、その先端部を縮径して前記液体供給部の受給口に隙間を介して配置されていることを特徴とする流体微粒化装置。
3. 前記ノズル部は液体供給管によって液体が供給される内筒と、該内筒を収容し、その上流端が気体供給部となる外筒とを備えた二重管構造であることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体微粒化装置。
   

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