ノズルへの付着物防止方法及びノズル
【課題】ノズル先端部における付着物の付着を軽減し、ノズルの噴霧の乱れや粗大液滴の生成を防止し、連続運転におけるトラブルの軽減に寄与するノズルへの付着物防止方法及びノズルを提供する。
【解決手段】液体供給口１５と気体供給口１８が各々１以上設置され、液体流路１５は、気体流路１６と平滑面１７との接点に対して開口されるとともに気液流路２１を構成し、各々の平滑面１７から伸ばした延長線どうしが交叉するように、気液流路２１が配置されたノズルを用いる。ノズルのノズル先端部１４の外縁に、液体流路１５、気液流路２１及び気体流路１６が、円環状に形成されており、且つノズル先端部１４の中央からその周囲にかけて少なくとも１つ以上の気体噴出口４２から気体を噴出する。
【解決手段】液体供給口１５と気体供給口１８が各々１以上設置され、液体流路１５は、気体流路１６と平滑面１７との接点に対して開口されるとともに気液流路２１を構成し、各々の平滑面１７から伸ばした延長線どうしが交叉するように、気液流路２１が配置されたノズルを用いる。ノズルのノズル先端部１４の外縁に、液体流路１５、気液流路２１及び気体流路１６が、円環状に形成されており、且つノズル先端部１４の中央からその周囲にかけて少なくとも１つ以上の気体噴出口４２から気体を噴出する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルへの付着物防止方法及びノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を微粒子にするノズルは種々の用途に使用されている。例えば、微粉末原料に水やバインダ、その他の添加剤を加えて微小粒子懸濁液（泥漿）や溶液又はスラリーとし、ノズルを用いて当該溶液又はスラリーを炉内に噴霧して熱風中に分散させ、瞬時に乾燥固化させる噴霧乾燥方法がある。この方法によれば、他の乾燥法の際に要するろ過、分離、機械的濃縮などの操作が省略でき、多くの場合、球状である１０〜５００μｍの粒子を得ることができる。また、乾燥時間は数秒〜３０秒までであり、熱変性を受けることが少ないために、乾燥品形状が粒粉末を要求するもの、熱感受性の大きいもの、濃縮、乾燥の途中で粘稠な状態を経過する材料処理に適している。
【０００３】
近年、電子部品材料、電池材料、医薬品、及びファインケミカル材料等、平均粒子径が１０μｍよりも小さい微粒子を噴霧乾燥により得たいとの要望があり、これには、図９に示すような２流体ノズルが一般的に用いられている。
【０００４】
また、薄膜化した２種の異なる液体に加圧空気を噴射し、大処理量でより微細な粒子に噴射する方法及びノズルが開示されている（特許文献１参照）。当該ノズル（図７参照）は、主として前述のような噴霧乾燥用の液体を微粒子にするノズルとしての利用に供される。
【０００５】
特許文献１に記載のノズルにおける液体を微粒子化する機構は以下のようなものである。即ち、液体流路１５から供給された液体は各々引き伸ばされて別々の薄膜流１９となり、各々平滑面１７上をエッジ３５方向へと移動する。薄膜流１９はエッジ３５を離れると同時に薄膜流１９どうしが一度合流し、その後微粒子に変化していく場合でも、気液比を大きくとれば１０μｍ以下にすることができるとしている（図７参照）。
【０００６】
しかしながら、所定の薄さまで引き伸ばされた薄膜流は、エッジの先端において合流してしまうために所定以上の厚みとなる。即ち、液体を薄膜流にするために要した工程の一部が無駄であるために、微粒子化する液体の量に比して大量の加圧空気が必要である等の液体を微粒子にする効率の面において問題を有していた。また、２液の混合・反応等により粘度が大きくなる場合等は、微粒化性能の低下が起こるという問題を有していた。
【０００７】
さて、液体を微粒子にするノズルとしては、他には図８、図９に示すようなものがある（非特許文献１参照）。図８に示すノズルは、液体を加圧して円筒状の気体流路１に供給し、気体流路１で空気と混合した後、先端から噴射して液滴２とする。噴射された液滴２は、互いに衝突して微粒子３となる仕組みである（非特許文献１参照）。このような構造を有するノズルは、液体を１０μｍ以下の微粒子にすることができるもので、少量の液滴の極微粒子化（１０μｍ以下）では、実用的に最も優れているといわれる。
【０００８】
一方、図９に示すノズルは二重管構造であり、中心孔４から液体を、液体の周囲から加圧空気を噴射する。このような構造を有するノズルは、中心から噴射された液体が周囲の空気に削られて小さい液滴となるといった機構を有しており、どちらのノズルにおいても、加圧空気で噴霧される液体を微細な液滴にできるといった特徴を有している。
【０００９】
しかしながら、図８に示すノズルは、比較的付着性の強い液体に使用した場合、数分も使用するとノズル先端に噴霧された液滴が付着・乾燥し、これが次第に堆積してノズルに目詰まりを起こすといった問題点があった。したがって、付着性のある液体、或いは溶質を溶かした状態の液体を微粒子化する目的には使用することができず、水のように比較的付着性が弱く、純粋な溶媒のみの微粒子化に使用が制限されてしまうために、噴霧乾燥用のノズルとしては使用することは不可能であった。
【００１０】
また、図９に示すノズルにおいては、中心孔４を太くすると、それに伴って噴射される液滴が大きくなる。このため、液滴を微細な粒子とするためには中心孔４を極めて小さくし、液体を極めて細く噴射する必要がある。したがって、液滴を小さくするためには、時間当たりの噴霧量を極めて小さくする必要があり、処理量と液滴の微細化とは互いに相反する特性となり、両特性を同時に満足することができないといった欠点があるとともに、噴霧乾燥用等として採用するには１本当たりの処理能力が小さいといった問題がある。なお、図９に示すノズルと同様の原理で細い液糸を薄い液膜とするのが図７に示す方法及びノズル（特許文献１参照）であると考えられる。
【００１１】
更には、図９に示すノズルの場合、空気による削りは次第に液の中心部分に進んでいくが、このときの空気のスピードは徐々に低下して液滴が大きくなる中央部に噴射される液体は、周囲の液滴が邪魔をして空気との混合状態が悪くなり、液滴が大きくなってしまうといった問題をも有している。
【００１２】
なお、図８、図９に示すようなノズルは、いずれの場合であっても噴射される液滴がフルコーンで噴射され、ホロコーンで噴射されることはない。液体を極めて小さい微粒子にするノズルは、空気中に噴射された液滴を急速乾燥し、或いは、空気中に気化させる用途に多く使用される。このとき、液体はホロコーンで噴射されるほうが好ましい。フルコーンの液滴は内部全体が液滴で満たされているために、中心部分の液滴を速やかに乾燥したり、空気中に気化したりすることが困難であるからである。
【００１３】
したがって、図８、図９に示すようなノズルは液体を微粒子にする機構としては優れた特徴を有しているが、上述してきた理由により、噴霧乾燥用のノズルとしては使用することができない。また、図９に示すようなノズルは、改良されたものの、噴霧ガス量が多く必要であるために、充分な微粒子化効率を持っているとはいえない。なお、ここでいうフルコーンとは、筒状に噴射される液滴が内部まで充満されている状態のことであり、ホロコーン（円環形）とは、同じく筒状に噴射される液滴が内部まで充満されていない状態のことである。
【００１４】
以上の問題点を解消するため、図１０に示すように、液体供給口２２と気体供給口１８が各々１以上設置され、平滑面を備えた気液流路２１、液体供給口２２と連通する液体流路１５、及び気体供給口１８と連通する気体流路２１が、各々２つずつ互いに独立して設置され、液体流路１５は、気体流路１６と平滑面との接点に対して開口されるとともに気液流路２１を構成し、各々の平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉するように、気液流路２１が配置されているノズルが開発されている（特許文献２参照）。
【００１５】
図１０に示すノズルは、薄膜状の液体を空気中に噴射する構造を有しているために、ノズルの目詰まり等の不具合が発生し難く、また、液滴を含む２つのジェット流どうしを空気中で対向衝突させて微粒子にするために、加圧気体の使用量を減ずることができ、より効率的な微粒子形成を図ることが可能であり、単位時間当たりの微粒子化量が従来のノズルに比してより多いとともに、複数の液体・気体を独立に供給することも可能であるために、噴霧乾燥に用いられるノズルとして好適な特性を有している。
【００１６】
また、図１０に示すノズルは、液体流路１５、気液流路２１、及び気体流路１６を環状に形成することにより、ホロコーン状態で液滴を微粒子にすることができる。ホロコーン状態で微粒子化される液滴は、効率良く乾燥、又は気化することができるために、噴霧乾燥用のノズルとして好適に用いることができる。
【００１７】
しかしながら、図１０に示すノズルは、ホロコーン状態で液滴を微粒子にする場合、ノズル先端部１４が負圧になりやすいため、液滴や微粒子が付着しやすく、これらが付着・乾燥し、ノズルの噴霧の乱れや粗大液滴が生成され、連続運転時における平均液滴径を細かく維持することが困難であった。
【特許文献１】特開平８−２８１１５５号公報
【特許文献２】特開２００３−１１７４４２号公報
【非特許文献１】Ｎ．Ｏｈｎｉｓｈｉ ｅｔ．ａｌ． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｔｈｅ ４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｌｉｑｕｉｄ Ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｐｒａｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ， ５７， ＴＨＥ ＦＵＥＬ ＳＯＣＩＥＴＹ ＯＦ ＪＡＰＡＮ （１９８８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ノズル先端部における付着物の付着を軽減することができるため、ノズルの噴霧の乱れや粗大液滴の生成を防止し、平均液滴径を細かくすることができるとともに、連続運転におけるトラブルの軽減に寄与することができるノズルへの付着物防止方法及びノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下のノズルへの付着物防止方法及びノズルを提供するものである。
【００２０】
［１］ 液体供給口と気体供給口が各々１以上設置され、平滑面を備えた気液流路、前記液体供給口と連通する液体流路、及び前記気体供給口と連通する気体流路が、各々２つずつ互いに独立して設置され、前記液体流路は、前記気体流路と前記平滑面との接点に対して開口されるとともに前記気液流路を構成し、各々の前記平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉するように、前記気液流路が配置されたノズルを用いた液体を微粒子にする方法であって、前記ノズルのノズル先端部の外縁に、前記液体流路、前記気液流路及び前記気体流路が、円環状に形成されており、且つ前記ノズル先端部の中央及び／又は前記ノズル先端部の中央からその周囲にかけて気体を噴出するノズルへの付着物防止方法。
【００２１】
［２］ 各々の平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉する角度が４５〜１５０°に設定されている［１］に記載のノズルへの付着物防止方法。
【００２２】
［３］ 液体供給口と気体供給口が各々１以上設置され、平滑面を備えた気液流路、前記液体供給口と連通する液体流路、及び前記気体供給口と連通する気体流路が、各々２つずつ互いに独立して設置され、 前記液体流路は、前記気体流路と前記平滑面との接点に対して開口されるとともに前記気液流路を構成し、各々の前記平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉するように、前記気液流路が配置されている液体を微粒子にするノズルであって、前記ノズルのノズル先端部の外縁に、前記液体流路、前記気液流路及び前記気体流路が、円環状に形成されており、且つ前記ノズル先端部の中央及び／又は前記ノズル先端部の中央からその周囲にかけて気体を噴出する気体噴出口が少なくとも１つ以上配設されたノズル。
【００２３】
［４］ 気体噴出口が、ノズル先端部の気体供給口と連通し、且つノズル先端部と着脱自在のアタッチメントにより構成される［３］に記載のノズル。
【００２４】
［５］ 各々の平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉する角度が４５〜１５０°に設定されている［３］又は［４］に記載のノズル。
【００２５】
［６］ 液体流路が所定幅を有し、かつ、液体流路の平滑面に対する角度が鈍角に設定されている［３］〜［５］のいずれかに記載のノズル。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のノズルへの付着物防止方法及びノズルは、ノズル先端部における付着物の付着を軽減することができるため、ノズルの噴霧の乱れや粗大液滴の生成を防止し、平均液滴径を細かくすることができるとともに、連続運転におけるトラブルの軽減に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜、設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２８】
本発明に係るノズルへの付着物防止方法は、例えば、図２に示すように、液体供給口１５と気体供給口１８が各々１以上設置され、平滑面１７を備えた気液流路２１、液体供給口２２と連通する液体流路１５、及び気体供給口１８と連通する気体流路１６が、各々２つずつ互いに独立して設置され、液体流路１５は、気体流路１６と平滑面１７との接点に対して開口されるとともに気液流路２１を構成し、各々の平滑面１７から伸ばした延長線どうしが交叉するように、気液流路２１が配置されたノズルを用いたものであり、ノズルのノズル先端部１４の外縁に、液体流路１５、気液流路２１及び気体流路１６が、円環状に形成されており、且つノズル先端部１４の中央及び／又はノズル先端部１４の中央からその周囲にかけて少なくとも１つ以上の気体噴出口４２から気体を噴出するものである。
【００２９】
本発明のノズルへの付着物防止方法及びノズルの主な特徴は、例えば、図２に示すように、ノズル先端部１４の中央及び／又はノズル先端部１４の中央からその周囲にかけて少なくとも１つ以上（１つ又は複数）の気体噴出口から気体を噴出することにある。
【００３０】
このとき、上記気体噴出口４２は、例えば、図６に示すように、直接、ノズル先端部１４に配設されていても良いが、汎用性を高めるため、図１及び図２に示すように、ノズル先端部の気体供給口１８と連通し、且つノズル先端部と着脱自在のアタッチメント４０により構成されていることが好ましい。これにより、ホロコーン状態で液滴を微粒子にする場合、ノズル先端部１４が負圧になることを抑制することができるので、液滴や微粒子がノズル先端部１４に付着し難くし、これらが付着・乾燥し、ノズルの噴霧の乱れや粗大液滴の生成を防止することができるため、連続運転時における平均液滴径を細かく維持することでき、連続運転におけるトラブルの軽減に寄与することができる。
【００３１】
ここで、本発明で用いるアタッチメントは、その形状及び配置が、特に限定されることはなく、用途に応じて適宜変更することができる。本発明で用いるアタッチメントは、例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に示す縦断面形状を有するアタッチメントを好適に用いることができる。尚、上記アタッチメント４０は、アタッチメント挿入部４５とアタッチメント先端部４６とから構成されており、アタッチメント挿入部４５がノズル先端部１４に挿入・固定されることにより、アタッチメント先端部４６とノズル先端部１４とが固定される。
【００３２】
このとき、気体噴出口の入口４３は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、直径換算で、ｔ1：０．１〜２．０ｍｍであることが好ましく、また、気体噴出口の出口４４は、直径換算で、ｔ2：０．１〜５．０ｍｍであることが好ましい。
【００３３】
これは、ノズル先端部における付着の原因であるマイナス圧の発生が、ジェット流３１の吹き出しスピード及びジェット流３１の角度に影響を受けるからである（図１及び図２参照）。また、ノズルの特性として吹き出しスピードや噴霧パターンが異なる場合、気体の供給量、噴出速度及び噴出角度を制御しなければならないため、気体供給口の寸法や形状を変更しなければならない。
【００３４】
尚、気体噴出口の入口及び／又は出口の断面形状は、円形状のものに限定されるものでなく、スリット状、すり鉢状等の形状を適宜適用することができる。
【００３５】
また、本発明で用いるアタッチメントは、例えば、図５に示すように、アタッチメント先端部４６にテーパー形状を有し、且つ複数の気体噴出口の出口４４がその側面に所定の間隔で配設されたものであってもよい。
【００３６】
尚、上記気体噴出口の出口４４から噴出される気体量は、ノズル先端部１４における負圧を解消するため、微粒化用気体の３〜２０％であることが好ましく、５〜１５％であることが更に好ましく、８〜１３％であることが特に好ましい。これは、ノズル先端部における付着防止には、気体量が多い方が効果も大きいが、気体量を必要最小限する方がコスト削減に寄与することができるからである。
【００３７】
また、本発明に係るノズルへの付着物防止方法は、図２に示すように、ホロコーン状態で液滴を微粒化した場合、噴出された微粒子の噴出角度βを水平方向に近くする方法を併用することで、ノズルへの付着物の付着を軽減することもできる。一方、上記噴出角度βを０゜に近い垂直方向に近い方（例えば、４５〜９０゜）にすると、ノズルの噴霧における直進性が増加し、スプレードライヤ本体の塔径を小さくすることができる。以上の点を考慮することにより、様々な実使用時におけるノズルの最適化を適宜行うことができる。更に、上記噴出角度βが小さい場合、気体噴出口４２を大きくしたり、上記噴出角度βが大きい場合、気体噴出口４２を小さくしたりしてもよい。
【００３８】
以上のことから、本発明のノズルへの付着物防止方法及びノズルは、ノズル先端部に配設された気体噴出口の寸法、形状及び配置（図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）（ｂ）参照）と、図２に示す微粒子の噴出角度βとを組み合わせることにより、より効果的にノズル先端部における付着物の付着を防止することができる。
【００３９】
更に、本発明に係るノズルは、液体供給口と気体供給口が各々１以上設置され、平滑面を備えた気液流路、液体供給口と連通する液体流路、及び前記気体供給口と連通する気体流路が、各々２つずつ互いに独立して設置され、液体流路は、気体流路と平滑面との接点に対して開口されるとともに気液流路を構成し、各々の前記平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉するように、気液流路が配置されている液体を微粒子にするノズルであって、
ノズルのノズル先端部の外縁に、液体流路、気液流路及び気体流路が、円環状に形成されており、且つノズル先端部の中央及び／又はノズル先端部の中央からその周囲にかけて気体を噴出する気体噴出口が少なくとも１つ以上配設されたものである。
【００４０】
以下、更にその詳細について説明する。
【００４１】
図１は、本発明に係るノズルの一実施態様の全体を示す断面図であり、図２はノズルの先端部分を示す拡大断面図である。このように、内側リング１０、中間リング１１、外側リング１２、及び中心リング１３を備えており、中心リング１３にはノズル先端部（先端部材）１４が嵌め込まれている。また、内側リング１０と中間リング１１、並びに内側リング１０と中心リング１３の間には、環状であるとともに所定幅を有するスリット状に形成された液体流路１５が設けられており、さらには、外側リング１２と中間リング１１との間、並びに中心リング１３の内側には、スリット状の気液流路２１内に設けられた平滑面１７に対して加圧気体が噴射されるような位置関係で、スリット状の気体流路１６が設けられている。
【００４２】
気体流路１６内を流れる加圧気体が中間リング１１と内側リング１０の境界、及び中心リング１３と内側リング１０の境界で乱流とならないように、各々は同一平面状に形成されている。なお、平滑面１７は、スリット状の気液流路２１の内部を流動する液体が薄膜状に流れるように、また、一部気液混相流となっても抵抗なく流れるように、液体の流動方向に沿って平滑となっているものである。
【００４３】
例えば、液体流路１５から平滑面１７に供給された低粘度の液体は、平滑面１７に沿って高速流動する加圧気体によって薄く引き伸ばされ、薄膜流１９となる。平滑面１７に沿って加圧気体をマッハ１．０の流速で流動させた状態で液体流路１５に液体を送り出した場合に、薄膜流１９の平滑面端部２０における流速が加圧気体の流速の１／５０であるとすれば、その流速は６．８ｍ／ｓとなる。平滑面端部２０の直径が５０ｍｍであるとすれば、液体を２リットル／ｍｉｎで供給した場合、薄膜流１９の厚さは約３０μｍとなる。
【００４４】
約３０μｍの膜厚を有する薄膜流１９は、平滑面端部２０を通過すると気体の強い乱れにより膜状態を維持することができなくなり、粉々にちぎれて表面張力によって液滴を含む高速空気流、即ちジェット流３１となる。ここまでの現象が、別々の気液流路２１内部における平滑面１７上とその端部２０において引き起こされる。各々の気液流路２１は互いに独立して設置されているために、平滑面１７は互いに接点を有することなく独立した面を構成しており、また、各々の平滑面１７から伸ばした延長線どうしが交叉するように気液流路２１が配置されているために、各々の液滴を含む高速空気流どうしは空気中において高速で対向衝突する。このとき、ジェット流３１に含まれる液滴は、空気中における対向衝突時の衝撃によりはじけて更に微細な微粒子３２を形成し、微粒子化される。このときの微粒子の平均粒子径は、具体的には約５〜１５μｍ、若しくはそれ以下となる。
【００４５】
尚、本発明においては、平滑面上において加圧気体により薄く引き伸ばされた液体は前述の如く薄膜流となる場合の他、気相と液相が混合した状態である気液混相流となっている場合もありうる。
【００４６】
本発明のノズルは、液滴を含む２つのジェット流３１どうしを４５〜１５０°の衝突角度（ω）で対向衝突させることが好ましく、６０〜１２０°の衝突角度（ω）で対向衝突させることが更に好ましい（図２参照）。衝突角度（ω）４５°未満で対向衝突させた場合においては、角度が薄過ぎであるために、液滴をより微細な微粒子３２とすることが困難であり、また、衝突角度（ω）１５０°超で対向衝突させた場合においては、対向衝突時の衝撃が大きくなり過ぎ、形成された微粒子３２が周囲に飛び散り易くなるために好ましくない。
【００４７】
また、本発明のノズルは、各々の平滑面１７から、ジェット流３１が噴出される方向へと伸ばした延長線どうしが交叉する角度（ω）が４５〜１５０°に設定されていることが好ましく、６０〜１２０℃に設定されていることが更に好ましい（図２）。前述の如く、液滴を含む２つのジェット流３１どうしを好適な衝突角度（ω）で対向衝突させることが可能であり、形成された微粒子３２が周囲に飛び散ることなく、微細な微粒子３２を効率的に形成することができる。
【００４８】
更に、本発明のノズルは、その液体流路１５、気液流路２１、及び気体流路１６を環状に形成してもよく（図２）、このような構造とすることにより、液体を環状の薄膜流又は気液混相流とした後に対向衝突させてジェット流３１とし、更に微粒子化させた微粒子３２を環状に噴射することが可能となる。
【００４９】
即ち、本発明のノズルは液体流路１５、気液流路２１、及び気体流路１６を環状に形成することにより、ホロコーン状態で液滴を微粒子にすることができる。ホロコーン状態で微粒子化される液滴は、効率良く乾燥、又は気化することができるために、噴霧乾燥用のノズルとして好適に用いることができる。このとき、ホロコーンのコーン角度は各々の加圧気体の噴射圧力によっても調整することができるため、ノズルと組み合わせて使用する乾燥機や乾燥炉の形状・寸法に合わせて適宜調整すればよい。
【００５０】
尚、本発明においては平滑面が独立して形成されているために、従来技術である特開平８−２８１１５５号公報（図７）において示すように、薄膜流１９がエッジ３５において合流することがなく、また、液膜からの微粒子化ではなく、図９に示すノズルと原理的には近く、加圧気体がジェット流となり対向衝突することによって効率的に液体の微粒子化に用いられるといった効果を有している。したがって、より少ない加圧気体を用いることにより、液体を微粒子にすることが可能である。具体的には、液体と気体の使用比率（気液比）：Ｇ／Ｌ（ｖｏｌ比）＝１０００以上で１０μｍ以下の微粒子を作ることができるとともに、単位時間当たりに液体を微粒子化することのできる量、即ち処理量は約１００リットル／ｈｒ以上可能である。
【００５１】
図１及び図２に代表される構造的特徴を有するノズルを用いれば、液体の状態では混合することができない２種類の液体を同時に噴射して、両者を均一に分散させることができる。また、同種類の液体を２分して、２つの液体供給口から噴射することも可能である。このようにすることにより、２液が反応して粘度が上がったり、固形化するような液体でも噴霧することが可能となる。なお、このような効果を奏する本発明のノズルは、図１及び図２に示される構造のノズルに限定されるものでないことはいうまでもない。
【００５２】
更に、本発明のノズルにおいては、液体流路１５の平滑面１７に対する角度（θ）が鈍角となるようにすることが好ましい（図２）。例えば、具体的には角度θが１００〜１７０°であることが好ましく、１１０〜１６０°であることが更に好ましく、１２５〜１５０°であることが特に好ましい。角度θは大きいほうが液体の流出が安定するが、液体流路１５のスリット幅の値によって角度θは最適値が変動する。角度θは、平滑面１７における液体流路１５のスリット幅が２ｍｍを超えない値に設計されることが好ましい。
【００５３】
また、本発明のノズルの液体流路は、所定幅を有するスリット状に形成されていることが好ましい。図２に示すように、液体は平滑面１７において薄膜状に引き伸ばされるために、液体流路１５の時点で液体を薄膜状にして送り出す必要はないが、可能な限り一定の供給量が保持されることが好ましい。そこで、液体流路をスリット状に形成することによって一定の流量を規則正しく平滑面へと供給することが可能となる。なお、液体流路１５のスリット幅は、送り出される液体の流量、平滑面１７の長さ、平滑面１７に噴射される加圧気体の流速、液体流路１５の内径、及び液体が詰まらないこと等を考慮に入れ最適値に設定される。例えば、液体流路１５のスリット幅は、０．２〜１．５ｍｍが好ましく、０．３〜１ｍｍが更に好ましく、０．４〜０．８ｍｍが特に好ましい。
【００５４】
図１及び図２において、気体流路１６に気体を供給するために連通する１以上の気体供給口１８はそれぞれ気体入口２５を通じて加圧気体源（図示せず）に連結されており、当該気体は同一であっても、異なっていてもよく、液体を微粒子化する目的に応じて適宜選択することができる。加圧気体源から気体流路１６方向へと供給される加圧気体は、適当な圧力に加圧されていることが好ましい。例えば、具体的には０．２〜２ＭＰａ（ゲージ圧）が好ましく、０．２５〜１．５ＭＰａが更に好ましく、０．３〜０．９ＭＰａが特に好ましい。圧力を高く設定すると、平滑面１７に沿って高速流動する加圧気体の流速が速くなるために、液滴を含むジェット流の衝突力を強めて、より小さい微粒子である液滴とすることができる。しかし、圧力を２ＭＰａ超に設定するためには特殊なコンプレッサが必要であるとともに、消費エネルギーも増大してしまう。また、圧力を０．２ＭＰａ未満に設定すると、微粒子化エネルギーを持つ高速のガス流を形成することができない。したがって、上記数値範囲内において、要求される液滴の粒子径と、消費エネルギーとの関係を考慮して適当な圧力値に設定することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のノズルへの付着物防止方法及びノズルは、例えば、噴霧乾燥用の液体を微粒子にするノズルや工業用加湿器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明のノズルへの付着物防止方法の一実施態様の全体を示す断面図である。
【図２】本発明のノズルへの付着物防止方法の一実施態様の先端部分を示す拡大断面図である。
【図３】本発明で用いるアタッチメントの各例を示すものであり、（ａ）〜（ｃ）は縦断面図である。
【図４】本発明で用いるアタッチメントの各例を示すものであり、（ａ）は図３（ａ）の正面図、（ｂ）は図３（ｂ）の正面図である。
【図５】本発明で用いるアタッチメントの他の例を示す概略説明図である。
【図６】本発明のノズルへの付着物防止方法の他の実施態様の先端部分を示す拡大断面図である。
【図７】従来の液体を微粒子にするノズルの一実施態様を示す断面図である。
【図８】従来の液体を微粒子にするノズルの他の実施態様を示す断面図である。
【図９】従来の液体を微粒子にするノズルの更に他の実施態様を示す断面図である。
【図１０】従来の液体を微粒子にするノズルの別の実施態様を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…気体流路、２…液滴、３…微粒子、４…中心孔、１０…内側リング、１１…中間リング、１２…外側リング、１３…中心リング、１４…ノズル先端部（先端部材）、１５…液体流路、１６…気体流路、１７…平滑面、１８…気体供給口、１９…薄膜流、２０…平滑面端部、２１…気液流路、２２…液体供給口、２５…気体入口、２６…気体入口、２７…液体入口、３０…固定用凸部、３１…ジェット流、３２…微粒子、３５…エッジ、３６…中心リング、３７…スプレッディングエアー供給路、３８…アトマイズエアー供給路、３９…内側中間リング、４０…アタッチメント、４２…気体噴出口、４３…気体噴出口の入口、４４…気体噴出口の出口、４５…アタッチメント挿入部、４６…アタッチメント先端部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズルへの付着物防止方法及びノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
液体を微粒子にするノズルは種々の用途に使用されている。例えば、微粉末原料に水やバインダ、その他の添加剤を加えて微小粒子懸濁液（泥漿）や溶液又はスラリーとし、ノズルを用いて当該溶液又はスラリーを炉内に噴霧して熱風中に分散させ、瞬時に乾燥固化させる噴霧乾燥方法がある。この方法によれば、他の乾燥法の際に要するろ過、分離、機械的濃縮などの操作が省略でき、多くの場合、球状である１０〜５００μｍの粒子を得ることができる。また、乾燥時間は数秒〜３０秒までであり、熱変性を受けることが少ないために、乾燥品形状が粒粉末を要求するもの、熱感受性の大きいもの、濃縮、乾燥の途中で粘稠な状態を経過する材料処理に適している。
【０００３】
近年、電子部品材料、電池材料、医薬品、及びファインケミカル材料等、平均粒子径が１０μｍよりも小さい微粒子を噴霧乾燥により得たいとの要望があり、これには、図９に示すような２流体ノズルが一般的に用いられている。
【０００４】
また、薄膜化した２種の異なる液体に加圧空気を噴射し、大処理量でより微細な粒子に噴射する方法及びノズルが開示されている（特許文献１参照）。当該ノズル（図７参照）は、主として前述のような噴霧乾燥用の液体を微粒子にするノズルとしての利用に供される。
【０００５】
特許文献１に記載のノズルにおける液体を微粒子化する機構は以下のようなものである。即ち、液体流路１５から供給された液体は各々引き伸ばされて別々の薄膜流１９となり、各々平滑面１７上をエッジ３５方向へと移動する。薄膜流１９はエッジ３５を離れると同時に薄膜流１９どうしが一度合流し、その後微粒子に変化していく場合でも、気液比を大きくとれば１０μｍ以下にすることができるとしている（図７参照）。
【０００６】
しかしながら、所定の薄さまで引き伸ばされた薄膜流は、エッジの先端において合流してしまうために所定以上の厚みとなる。即ち、液体を薄膜流にするために要した工程の一部が無駄であるために、微粒子化する液体の量に比して大量の加圧空気が必要である等の液体を微粒子にする効率の面において問題を有していた。また、２液の混合・反応等により粘度が大きくなる場合等は、微粒化性能の低下が起こるという問題を有していた。
【０００７】
さて、液体を微粒子にするノズルとしては、他には図８、図９に示すようなものがある（非特許文献１参照）。図８に示すノズルは、液体を加圧して円筒状の気体流路１に供給し、気体流路１で空気と混合した後、先端から噴射して液滴２とする。噴射された液滴２は、互いに衝突して微粒子３となる仕組みである（非特許文献１参照）。このような構造を有するノズルは、液体を１０μｍ以下の微粒子にすることができるもので、少量の液滴の極微粒子化（１０μｍ以下）では、実用的に最も優れているといわれる。
【０００８】
一方、図９に示すノズルは二重管構造であり、中心孔４から液体を、液体の周囲から加圧空気を噴射する。このような構造を有するノズルは、中心から噴射された液体が周囲の空気に削られて小さい液滴となるといった機構を有しており、どちらのノズルにおいても、加圧空気で噴霧される液体を微細な液滴にできるといった特徴を有している。
【０００９】
しかしながら、図８に示すノズルは、比較的付着性の強い液体に使用した場合、数分も使用するとノズル先端に噴霧された液滴が付着・乾燥し、これが次第に堆積してノズルに目詰まりを起こすといった問題点があった。したがって、付着性のある液体、或いは溶質を溶かした状態の液体を微粒子化する目的には使用することができず、水のように比較的付着性が弱く、純粋な溶媒のみの微粒子化に使用が制限されてしまうために、噴霧乾燥用のノズルとしては使用することは不可能であった。
【００１０】
また、図９に示すノズルにおいては、中心孔４を太くすると、それに伴って噴射される液滴が大きくなる。このため、液滴を微細な粒子とするためには中心孔４を極めて小さくし、液体を極めて細く噴射する必要がある。したがって、液滴を小さくするためには、時間当たりの噴霧量を極めて小さくする必要があり、処理量と液滴の微細化とは互いに相反する特性となり、両特性を同時に満足することができないといった欠点があるとともに、噴霧乾燥用等として採用するには１本当たりの処理能力が小さいといった問題がある。なお、図９に示すノズルと同様の原理で細い液糸を薄い液膜とするのが図７に示す方法及びノズル（特許文献１参照）であると考えられる。
【００１１】
更には、図９に示すノズルの場合、空気による削りは次第に液の中心部分に進んでいくが、このときの空気のスピードは徐々に低下して液滴が大きくなる中央部に噴射される液体は、周囲の液滴が邪魔をして空気との混合状態が悪くなり、液滴が大きくなってしまうといった問題をも有している。
【００１２】
なお、図８、図９に示すようなノズルは、いずれの場合であっても噴射される液滴がフルコーンで噴射され、ホロコーンで噴射されることはない。液体を極めて小さい微粒子にするノズルは、空気中に噴射された液滴を急速乾燥し、或いは、空気中に気化させる用途に多く使用される。このとき、液体はホロコーンで噴射されるほうが好ましい。フルコーンの液滴は内部全体が液滴で満たされているために、中心部分の液滴を速やかに乾燥したり、空気中に気化したりすることが困難であるからである。
【００１３】
したがって、図８、図９に示すようなノズルは液体を微粒子にする機構としては優れた特徴を有しているが、上述してきた理由により、噴霧乾燥用のノズルとしては使用することができない。また、図９に示すようなノズルは、改良されたものの、噴霧ガス量が多く必要であるために、充分な微粒子化効率を持っているとはいえない。なお、ここでいうフルコーンとは、筒状に噴射される液滴が内部まで充満されている状態のことであり、ホロコーン（円環形）とは、同じく筒状に噴射される液滴が内部まで充満されていない状態のことである。
【００１４】
以上の問題点を解消するため、図１０に示すように、液体供給口２２と気体供給口１８が各々１以上設置され、平滑面を備えた気液流路２１、液体供給口２２と連通する液体流路１５、及び気体供給口１８と連通する気体流路２１が、各々２つずつ互いに独立して設置され、液体流路１５は、気体流路１６と平滑面との接点に対して開口されるとともに気液流路２１を構成し、各々の平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉するように、気液流路２１が配置されているノズルが開発されている（特許文献２参照）。
【００１５】
図１０に示すノズルは、薄膜状の液体を空気中に噴射する構造を有しているために、ノズルの目詰まり等の不具合が発生し難く、また、液滴を含む２つのジェット流どうしを空気中で対向衝突させて微粒子にするために、加圧気体の使用量を減ずることができ、より効率的な微粒子形成を図ることが可能であり、単位時間当たりの微粒子化量が従来のノズルに比してより多いとともに、複数の液体・気体を独立に供給することも可能であるために、噴霧乾燥に用いられるノズルとして好適な特性を有している。
【００１６】
また、図１０に示すノズルは、液体流路１５、気液流路２１、及び気体流路１６を環状に形成することにより、ホロコーン状態で液滴を微粒子にすることができる。ホロコーン状態で微粒子化される液滴は、効率良く乾燥、又は気化することができるために、噴霧乾燥用のノズルとして好適に用いることができる。
【００１７】
しかしながら、図１０に示すノズルは、ホロコーン状態で液滴を微粒子にする場合、ノズル先端部１４が負圧になりやすいため、液滴や微粒子が付着しやすく、これらが付着・乾燥し、ノズルの噴霧の乱れや粗大液滴が生成され、連続運転時における平均液滴径を細かく維持することが困難であった。
【特許文献１】特開平８−２８１１５５号公報
【特許文献２】特開２００３−１１７４４２号公報
【非特許文献１】Ｎ．Ｏｈｎｉｓｈｉ ｅｔ．ａｌ． Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ Ｔｈｅ ４ｔｈ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ Ｌｉｑｕｉｄ Ａｔｏｍｉｚａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｐｒａｙ Ｓｙｓｔｅｍｓ， ５７， ＴＨＥ ＦＵＥＬ ＳＯＣＩＥＴＹ ＯＦ ＪＡＰＡＮ （１９８８）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ノズル先端部における付着物の付着を軽減することができるため、ノズルの噴霧の乱れや粗大液滴の生成を防止し、平均液滴径を細かくすることができるとともに、連続運転におけるトラブルの軽減に寄与することができるノズルへの付着物防止方法及びノズルを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
上述の目的を達成するため、本発明は、以下のノズルへの付着物防止方法及びノズルを提供するものである。
【００２０】
［１］ 液体供給口と気体供給口が各々１以上設置され、平滑面を備えた気液流路、前記液体供給口と連通する液体流路、及び前記気体供給口と連通する気体流路が、各々２つずつ互いに独立して設置され、前記液体流路は、前記気体流路と前記平滑面との接点に対して開口されるとともに前記気液流路を構成し、各々の前記平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉するように、前記気液流路が配置されたノズルを用いた液体を微粒子にする方法であって、前記ノズルのノズル先端部の外縁に、前記液体流路、前記気液流路及び前記気体流路が、円環状に形成されており、且つ前記ノズル先端部の中央及び／又は前記ノズル先端部の中央からその周囲にかけて気体を噴出するノズルへの付着物防止方法。
【００２１】
［２］ 各々の平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉する角度が４５〜１５０°に設定されている［１］に記載のノズルへの付着物防止方法。
【００２２】
［３］ 液体供給口と気体供給口が各々１以上設置され、平滑面を備えた気液流路、前記液体供給口と連通する液体流路、及び前記気体供給口と連通する気体流路が、各々２つずつ互いに独立して設置され、 前記液体流路は、前記気体流路と前記平滑面との接点に対して開口されるとともに前記気液流路を構成し、各々の前記平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉するように、前記気液流路が配置されている液体を微粒子にするノズルであって、前記ノズルのノズル先端部の外縁に、前記液体流路、前記気液流路及び前記気体流路が、円環状に形成されており、且つ前記ノズル先端部の中央及び／又は前記ノズル先端部の中央からその周囲にかけて気体を噴出する気体噴出口が少なくとも１つ以上配設されたノズル。
【００２３】
［４］ 気体噴出口が、ノズル先端部の気体供給口と連通し、且つノズル先端部と着脱自在のアタッチメントにより構成される［３］に記載のノズル。
【００２４】
［５］ 各々の平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉する角度が４５〜１５０°に設定されている［３］又は［４］に記載のノズル。
【００２５】
［６］ 液体流路が所定幅を有し、かつ、液体流路の平滑面に対する角度が鈍角に設定されている［３］〜［５］のいずれかに記載のノズル。
【発明の効果】
【００２６】
本発明のノズルへの付着物防止方法及びノズルは、ノズル先端部における付着物の付着を軽減することができるため、ノズルの噴霧の乱れや粗大液滴の生成を防止し、平均液滴径を細かくすることができるとともに、連続運転におけるトラブルの軽減に寄与することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施の形態について説明するが、本発明は以下の実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、当業者の通常の知識に基づいて、適宜、設計の変更、改良等が加えられることが理解されるべきである。
【００２８】
本発明に係るノズルへの付着物防止方法は、例えば、図２に示すように、液体供給口１５と気体供給口１８が各々１以上設置され、平滑面１７を備えた気液流路２１、液体供給口２２と連通する液体流路１５、及び気体供給口１８と連通する気体流路１６が、各々２つずつ互いに独立して設置され、液体流路１５は、気体流路１６と平滑面１７との接点に対して開口されるとともに気液流路２１を構成し、各々の平滑面１７から伸ばした延長線どうしが交叉するように、気液流路２１が配置されたノズルを用いたものであり、ノズルのノズル先端部１４の外縁に、液体流路１５、気液流路２１及び気体流路１６が、円環状に形成されており、且つノズル先端部１４の中央及び／又はノズル先端部１４の中央からその周囲にかけて少なくとも１つ以上の気体噴出口４２から気体を噴出するものである。
【００２９】
本発明のノズルへの付着物防止方法及びノズルの主な特徴は、例えば、図２に示すように、ノズル先端部１４の中央及び／又はノズル先端部１４の中央からその周囲にかけて少なくとも１つ以上（１つ又は複数）の気体噴出口から気体を噴出することにある。
【００３０】
このとき、上記気体噴出口４２は、例えば、図６に示すように、直接、ノズル先端部１４に配設されていても良いが、汎用性を高めるため、図１及び図２に示すように、ノズル先端部の気体供給口１８と連通し、且つノズル先端部と着脱自在のアタッチメント４０により構成されていることが好ましい。これにより、ホロコーン状態で液滴を微粒子にする場合、ノズル先端部１４が負圧になることを抑制することができるので、液滴や微粒子がノズル先端部１４に付着し難くし、これらが付着・乾燥し、ノズルの噴霧の乱れや粗大液滴の生成を防止することができるため、連続運転時における平均液滴径を細かく維持することでき、連続運転におけるトラブルの軽減に寄与することができる。
【００３１】
ここで、本発明で用いるアタッチメントは、その形状及び配置が、特に限定されることはなく、用途に応じて適宜変更することができる。本発明で用いるアタッチメントは、例えば、図３（ａ）〜（ｃ）に示す縦断面形状を有するアタッチメントを好適に用いることができる。尚、上記アタッチメント４０は、アタッチメント挿入部４５とアタッチメント先端部４６とから構成されており、アタッチメント挿入部４５がノズル先端部１４に挿入・固定されることにより、アタッチメント先端部４６とノズル先端部１４とが固定される。
【００３２】
このとき、気体噴出口の入口４３は、図３（ａ）〜（ｃ）に示すように、直径換算で、ｔ1：０．１〜２．０ｍｍであることが好ましく、また、気体噴出口の出口４４は、直径換算で、ｔ2：０．１〜５．０ｍｍであることが好ましい。
【００３３】
これは、ノズル先端部における付着の原因であるマイナス圧の発生が、ジェット流３１の吹き出しスピード及びジェット流３１の角度に影響を受けるからである（図１及び図２参照）。また、ノズルの特性として吹き出しスピードや噴霧パターンが異なる場合、気体の供給量、噴出速度及び噴出角度を制御しなければならないため、気体供給口の寸法や形状を変更しなければならない。
【００３４】
尚、気体噴出口の入口及び／又は出口の断面形状は、円形状のものに限定されるものでなく、スリット状、すり鉢状等の形状を適宜適用することができる。
【００３５】
また、本発明で用いるアタッチメントは、例えば、図５に示すように、アタッチメント先端部４６にテーパー形状を有し、且つ複数の気体噴出口の出口４４がその側面に所定の間隔で配設されたものであってもよい。
【００３６】
尚、上記気体噴出口の出口４４から噴出される気体量は、ノズル先端部１４における負圧を解消するため、微粒化用気体の３〜２０％であることが好ましく、５〜１５％であることが更に好ましく、８〜１３％であることが特に好ましい。これは、ノズル先端部における付着防止には、気体量が多い方が効果も大きいが、気体量を必要最小限する方がコスト削減に寄与することができるからである。
【００３７】
また、本発明に係るノズルへの付着物防止方法は、図２に示すように、ホロコーン状態で液滴を微粒化した場合、噴出された微粒子の噴出角度βを水平方向に近くする方法を併用することで、ノズルへの付着物の付着を軽減することもできる。一方、上記噴出角度βを０゜に近い垂直方向に近い方（例えば、４５〜９０゜）にすると、ノズルの噴霧における直進性が増加し、スプレードライヤ本体の塔径を小さくすることができる。以上の点を考慮することにより、様々な実使用時におけるノズルの最適化を適宜行うことができる。更に、上記噴出角度βが小さい場合、気体噴出口４２を大きくしたり、上記噴出角度βが大きい場合、気体噴出口４２を小さくしたりしてもよい。
【００３８】
以上のことから、本発明のノズルへの付着物防止方法及びノズルは、ノズル先端部に配設された気体噴出口の寸法、形状及び配置（図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）（ｂ）参照）と、図２に示す微粒子の噴出角度βとを組み合わせることにより、より効果的にノズル先端部における付着物の付着を防止することができる。
【００３９】
更に、本発明に係るノズルは、液体供給口と気体供給口が各々１以上設置され、平滑面を備えた気液流路、液体供給口と連通する液体流路、及び前記気体供給口と連通する気体流路が、各々２つずつ互いに独立して設置され、液体流路は、気体流路と平滑面との接点に対して開口されるとともに気液流路を構成し、各々の前記平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉するように、気液流路が配置されている液体を微粒子にするノズルであって、
ノズルのノズル先端部の外縁に、液体流路、気液流路及び気体流路が、円環状に形成されており、且つノズル先端部の中央及び／又はノズル先端部の中央からその周囲にかけて気体を噴出する気体噴出口が少なくとも１つ以上配設されたものである。
【００４０】
以下、更にその詳細について説明する。
【００４１】
図１は、本発明に係るノズルの一実施態様の全体を示す断面図であり、図２はノズルの先端部分を示す拡大断面図である。このように、内側リング１０、中間リング１１、外側リング１２、及び中心リング１３を備えており、中心リング１３にはノズル先端部（先端部材）１４が嵌め込まれている。また、内側リング１０と中間リング１１、並びに内側リング１０と中心リング１３の間には、環状であるとともに所定幅を有するスリット状に形成された液体流路１５が設けられており、さらには、外側リング１２と中間リング１１との間、並びに中心リング１３の内側には、スリット状の気液流路２１内に設けられた平滑面１７に対して加圧気体が噴射されるような位置関係で、スリット状の気体流路１６が設けられている。
【００４２】
気体流路１６内を流れる加圧気体が中間リング１１と内側リング１０の境界、及び中心リング１３と内側リング１０の境界で乱流とならないように、各々は同一平面状に形成されている。なお、平滑面１７は、スリット状の気液流路２１の内部を流動する液体が薄膜状に流れるように、また、一部気液混相流となっても抵抗なく流れるように、液体の流動方向に沿って平滑となっているものである。
【００４３】
例えば、液体流路１５から平滑面１７に供給された低粘度の液体は、平滑面１７に沿って高速流動する加圧気体によって薄く引き伸ばされ、薄膜流１９となる。平滑面１７に沿って加圧気体をマッハ１．０の流速で流動させた状態で液体流路１５に液体を送り出した場合に、薄膜流１９の平滑面端部２０における流速が加圧気体の流速の１／５０であるとすれば、その流速は６．８ｍ／ｓとなる。平滑面端部２０の直径が５０ｍｍであるとすれば、液体を２リットル／ｍｉｎで供給した場合、薄膜流１９の厚さは約３０μｍとなる。
【００４４】
約３０μｍの膜厚を有する薄膜流１９は、平滑面端部２０を通過すると気体の強い乱れにより膜状態を維持することができなくなり、粉々にちぎれて表面張力によって液滴を含む高速空気流、即ちジェット流３１となる。ここまでの現象が、別々の気液流路２１内部における平滑面１７上とその端部２０において引き起こされる。各々の気液流路２１は互いに独立して設置されているために、平滑面１７は互いに接点を有することなく独立した面を構成しており、また、各々の平滑面１７から伸ばした延長線どうしが交叉するように気液流路２１が配置されているために、各々の液滴を含む高速空気流どうしは空気中において高速で対向衝突する。このとき、ジェット流３１に含まれる液滴は、空気中における対向衝突時の衝撃によりはじけて更に微細な微粒子３２を形成し、微粒子化される。このときの微粒子の平均粒子径は、具体的には約５〜１５μｍ、若しくはそれ以下となる。
【００４５】
尚、本発明においては、平滑面上において加圧気体により薄く引き伸ばされた液体は前述の如く薄膜流となる場合の他、気相と液相が混合した状態である気液混相流となっている場合もありうる。
【００４６】
本発明のノズルは、液滴を含む２つのジェット流３１どうしを４５〜１５０°の衝突角度（ω）で対向衝突させることが好ましく、６０〜１２０°の衝突角度（ω）で対向衝突させることが更に好ましい（図２参照）。衝突角度（ω）４５°未満で対向衝突させた場合においては、角度が薄過ぎであるために、液滴をより微細な微粒子３２とすることが困難であり、また、衝突角度（ω）１５０°超で対向衝突させた場合においては、対向衝突時の衝撃が大きくなり過ぎ、形成された微粒子３２が周囲に飛び散り易くなるために好ましくない。
【００４７】
また、本発明のノズルは、各々の平滑面１７から、ジェット流３１が噴出される方向へと伸ばした延長線どうしが交叉する角度（ω）が４５〜１５０°に設定されていることが好ましく、６０〜１２０℃に設定されていることが更に好ましい（図２）。前述の如く、液滴を含む２つのジェット流３１どうしを好適な衝突角度（ω）で対向衝突させることが可能であり、形成された微粒子３２が周囲に飛び散ることなく、微細な微粒子３２を効率的に形成することができる。
【００４８】
更に、本発明のノズルは、その液体流路１５、気液流路２１、及び気体流路１６を環状に形成してもよく（図２）、このような構造とすることにより、液体を環状の薄膜流又は気液混相流とした後に対向衝突させてジェット流３１とし、更に微粒子化させた微粒子３２を環状に噴射することが可能となる。
【００４９】
即ち、本発明のノズルは液体流路１５、気液流路２１、及び気体流路１６を環状に形成することにより、ホロコーン状態で液滴を微粒子にすることができる。ホロコーン状態で微粒子化される液滴は、効率良く乾燥、又は気化することができるために、噴霧乾燥用のノズルとして好適に用いることができる。このとき、ホロコーンのコーン角度は各々の加圧気体の噴射圧力によっても調整することができるため、ノズルと組み合わせて使用する乾燥機や乾燥炉の形状・寸法に合わせて適宜調整すればよい。
【００５０】
尚、本発明においては平滑面が独立して形成されているために、従来技術である特開平８−２８１１５５号公報（図７）において示すように、薄膜流１９がエッジ３５において合流することがなく、また、液膜からの微粒子化ではなく、図９に示すノズルと原理的には近く、加圧気体がジェット流となり対向衝突することによって効率的に液体の微粒子化に用いられるといった効果を有している。したがって、より少ない加圧気体を用いることにより、液体を微粒子にすることが可能である。具体的には、液体と気体の使用比率（気液比）：Ｇ／Ｌ（ｖｏｌ比）＝１０００以上で１０μｍ以下の微粒子を作ることができるとともに、単位時間当たりに液体を微粒子化することのできる量、即ち処理量は約１００リットル／ｈｒ以上可能である。
【００５１】
図１及び図２に代表される構造的特徴を有するノズルを用いれば、液体の状態では混合することができない２種類の液体を同時に噴射して、両者を均一に分散させることができる。また、同種類の液体を２分して、２つの液体供給口から噴射することも可能である。このようにすることにより、２液が反応して粘度が上がったり、固形化するような液体でも噴霧することが可能となる。なお、このような効果を奏する本発明のノズルは、図１及び図２に示される構造のノズルに限定されるものでないことはいうまでもない。
【００５２】
更に、本発明のノズルにおいては、液体流路１５の平滑面１７に対する角度（θ）が鈍角となるようにすることが好ましい（図２）。例えば、具体的には角度θが１００〜１７０°であることが好ましく、１１０〜１６０°であることが更に好ましく、１２５〜１５０°であることが特に好ましい。角度θは大きいほうが液体の流出が安定するが、液体流路１５のスリット幅の値によって角度θは最適値が変動する。角度θは、平滑面１７における液体流路１５のスリット幅が２ｍｍを超えない値に設計されることが好ましい。
【００５３】
また、本発明のノズルの液体流路は、所定幅を有するスリット状に形成されていることが好ましい。図２に示すように、液体は平滑面１７において薄膜状に引き伸ばされるために、液体流路１５の時点で液体を薄膜状にして送り出す必要はないが、可能な限り一定の供給量が保持されることが好ましい。そこで、液体流路をスリット状に形成することによって一定の流量を規則正しく平滑面へと供給することが可能となる。なお、液体流路１５のスリット幅は、送り出される液体の流量、平滑面１７の長さ、平滑面１７に噴射される加圧気体の流速、液体流路１５の内径、及び液体が詰まらないこと等を考慮に入れ最適値に設定される。例えば、液体流路１５のスリット幅は、０．２〜１．５ｍｍが好ましく、０．３〜１ｍｍが更に好ましく、０．４〜０．８ｍｍが特に好ましい。
【００５４】
図１及び図２において、気体流路１６に気体を供給するために連通する１以上の気体供給口１８はそれぞれ気体入口２５を通じて加圧気体源（図示せず）に連結されており、当該気体は同一であっても、異なっていてもよく、液体を微粒子化する目的に応じて適宜選択することができる。加圧気体源から気体流路１６方向へと供給される加圧気体は、適当な圧力に加圧されていることが好ましい。例えば、具体的には０．２〜２ＭＰａ（ゲージ圧）が好ましく、０．２５〜１．５ＭＰａが更に好ましく、０．３〜０．９ＭＰａが特に好ましい。圧力を高く設定すると、平滑面１７に沿って高速流動する加圧気体の流速が速くなるために、液滴を含むジェット流の衝突力を強めて、より小さい微粒子である液滴とすることができる。しかし、圧力を２ＭＰａ超に設定するためには特殊なコンプレッサが必要であるとともに、消費エネルギーも増大してしまう。また、圧力を０．２ＭＰａ未満に設定すると、微粒子化エネルギーを持つ高速のガス流を形成することができない。したがって、上記数値範囲内において、要求される液滴の粒子径と、消費エネルギーとの関係を考慮して適当な圧力値に設定することが好ましい。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明のノズルへの付着物防止方法及びノズルは、例えば、噴霧乾燥用の液体を微粒子にするノズルや工業用加湿器に適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５６】
【図１】本発明のノズルへの付着物防止方法の一実施態様の全体を示す断面図である。
【図２】本発明のノズルへの付着物防止方法の一実施態様の先端部分を示す拡大断面図である。
【図３】本発明で用いるアタッチメントの各例を示すものであり、（ａ）〜（ｃ）は縦断面図である。
【図４】本発明で用いるアタッチメントの各例を示すものであり、（ａ）は図３（ａ）の正面図、（ｂ）は図３（ｂ）の正面図である。
【図５】本発明で用いるアタッチメントの他の例を示す概略説明図である。
【図６】本発明のノズルへの付着物防止方法の他の実施態様の先端部分を示す拡大断面図である。
【図７】従来の液体を微粒子にするノズルの一実施態様を示す断面図である。
【図８】従来の液体を微粒子にするノズルの他の実施態様を示す断面図である。
【図９】従来の液体を微粒子にするノズルの更に他の実施態様を示す断面図である。
【図１０】従来の液体を微粒子にするノズルの別の実施態様を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５７】
１…気体流路、２…液滴、３…微粒子、４…中心孔、１０…内側リング、１１…中間リング、１２…外側リング、１３…中心リング、１４…ノズル先端部（先端部材）、１５…液体流路、１６…気体流路、１７…平滑面、１８…気体供給口、１９…薄膜流、２０…平滑面端部、２１…気液流路、２２…液体供給口、２５…気体入口、２６…気体入口、２７…液体入口、３０…固定用凸部、３１…ジェット流、３２…微粒子、３５…エッジ、３６…中心リング、３７…スプレッディングエアー供給路、３８…アトマイズエアー供給路、３９…内側中間リング、４０…アタッチメント、４２…気体噴出口、４３…気体噴出口の入口、４４…気体噴出口の出口、４５…アタッチメント挿入部、４６…アタッチメント先端部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体供給口と気体供給口が各々１以上設置され、
平滑面を備えた気液流路、前記液体供給口と連通する液体流路、及び前記気体供給口と連通する気体流路が、各々２つずつ互いに独立して設置され、
前記液体流路は、前記気体流路と前記平滑面との接点に対して開口されるとともに前記気液流路を構成し、
各々の前記平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉するように、前記気液流路が配置されたノズルを用いた液体を微粒子にする方法であって、
前記ノズルのノズル先端部の外縁に、前記液体流路、前記気液流路及び前記気体流路が、円環状に形成されており、且つ前記ノズル先端部の中央及び／又は前記ノズル先端部の中央からその周囲にかけて気体を噴出するノズルへの付着物防止方法。
【請求項２】
各々の平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉する角度が４５〜１５０°に設定されている請求項１に記載のノズルへの付着物防止方法。
【請求項３】
液体供給口と気体供給口が各々１以上設置され、
平滑面を備えた気液流路、前記液体供給口と連通する液体流路、及び前記気体供給口と連通する気体流路が、各々２つずつ互いに独立して設置され、
前記液体流路は、前記気体流路と前記平滑面との接点に対して開口されるとともに前記気液流路を構成し、
各々の前記平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉するように、前記気液流路が配置されている液体を微粒子にするノズルであって、
前記ノズルのノズル先端部の外縁に、前記液体流路、前記気液流路及び前記気体流路が、円環状に形成されており、且つ前記ノズル先端部の中央及び／又は前記ノズル先端部の中央からその周囲にかけて気体を噴出する気体噴出口が少なくとも１つ以上配設されたノズル。
【請求項４】
前記気体噴出口が、前記ノズル先端部の気体供給口と連通し、且つ前記ノズル先端部と着脱自在のアタッチメントにより構成される請求項３に記載のノズル。
【請求項５】
各々の平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉する角度が４５〜１５０°に設定されている請求項３又は４に記載のノズル。
【請求項６】
液体流路が所定幅を有し、かつ、液体流路の平滑面に対する角度が鈍角に設定されている請求項３〜５のいずれか１項に記載のノズル。
【請求項１】
液体供給口と気体供給口が各々１以上設置され、
平滑面を備えた気液流路、前記液体供給口と連通する液体流路、及び前記気体供給口と連通する気体流路が、各々２つずつ互いに独立して設置され、
前記液体流路は、前記気体流路と前記平滑面との接点に対して開口されるとともに前記気液流路を構成し、
各々の前記平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉するように、前記気液流路が配置されたノズルを用いた液体を微粒子にする方法であって、
前記ノズルのノズル先端部の外縁に、前記液体流路、前記気液流路及び前記気体流路が、円環状に形成されており、且つ前記ノズル先端部の中央及び／又は前記ノズル先端部の中央からその周囲にかけて気体を噴出するノズルへの付着物防止方法。
【請求項２】
各々の平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉する角度が４５〜１５０°に設定されている請求項１に記載のノズルへの付着物防止方法。
【請求項３】
液体供給口と気体供給口が各々１以上設置され、
平滑面を備えた気液流路、前記液体供給口と連通する液体流路、及び前記気体供給口と連通する気体流路が、各々２つずつ互いに独立して設置され、
前記液体流路は、前記気体流路と前記平滑面との接点に対して開口されるとともに前記気液流路を構成し、
各々の前記平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉するように、前記気液流路が配置されている液体を微粒子にするノズルであって、
前記ノズルのノズル先端部の外縁に、前記液体流路、前記気液流路及び前記気体流路が、円環状に形成されており、且つ前記ノズル先端部の中央及び／又は前記ノズル先端部の中央からその周囲にかけて気体を噴出する気体噴出口が少なくとも１つ以上配設されたノズル。
【請求項４】
前記気体噴出口が、前記ノズル先端部の気体供給口と連通し、且つ前記ノズル先端部と着脱自在のアタッチメントにより構成される請求項３に記載のノズル。
【請求項５】
各々の平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉する角度が４５〜１５０°に設定されている請求項３又は４に記載のノズル。
【請求項６】
液体流路が所定幅を有し、かつ、液体流路の平滑面に対する角度が鈍角に設定されている請求項３〜５のいずれか１項に記載のノズル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−１６７５０５（Ｐ２００６−１６７５０５Ａ）
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−３５９４９８（Ｐ２００４−３５９４９８）
【出願日】平成１６年１２月１３日（２００４．１２．１３）
【出願人】（０００２０６４３９）大川原化工機株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年６月２９日（２００６．６．２９）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年１２月１３日（２００４．１２．１３）
【出願人】（０００２０６４３９）大川原化工機株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
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