可変オリフィス黒液ノズル
回収ボイラ内で黒液を噴霧するためのノズルは、噴霧の精密調整を可能にするために、ノズル本体全体の交換を必要とすることなく、ノズルのオリフィスのサイズおよび／または形状を変更することによって可変な噴霧パターンを提供するように、取り外し、他のインサートと交換することができる排出オリフィス・インサートを有する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学回収ボイラ内で燃焼される黒液の噴射および霧化のために使用されるノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
黒液は、パルプ化工程の副産物である液体である。この液体は、木のパルプ化の結果生じる有機および無機材料の両方を含んでいる。黒液は、特殊なボイラ内で燃焼され、そのボイラ内では、有機物による熱が蒸気を発生させるために使用され、無機物がパルプ化学物質を抽出するように還元され、次いでそのパルプ化学物質がパルプ化工程へ戻される。適切な燃焼および化学回収を確実にするために、液体は、最適なサイズに霧化されなければならない。このことは、ボイラの幾何形状、ならびに燃焼空気流、液体流速、噴射圧力および温度などの動作パラメータに依存する。
【０００３】
従来技術によれば、黒液は、専用のノズルを通ってボイラ内へ噴霧される。図１は、最も広く使用されているノズル、スプラッシュプレート（ｓｐｌａｓｈ ｐｌａｔｅ）１０の概略図である。使用されている他のノズル・タイプは、図２に示すＶジェット２０であり、ごく最近では、図３に示されている、ビール・カン３０である。後者は、ボイラ燃焼における新しい開発の結果として生まれた。
【０００４】
スプラッシュプレート・ノズルの場合には、黒液が、ノズル本体１３上の取入オリフィス１１に装着されたパイプ１４を通って移送される。液体は、排出オリフィス１２を通ってノズルから出る。取入オリフィス１１および排出オリフィス１２は共に、ノズル本体１３の一体部品である。液体は、オリフィスから出る際、スプラッシュプレート１５にあたり、そこでシート状に広がり、ついには分散し、燃焼する小滴になる。
【０００５】
Ｖジェット・ノズル２０については、液体が、ノズル本体２３上の取入オリフィス２１に装着されたパイプ２４を通って移送される。液体は、排出オリフィス２２を通ってノズルから出る。取入オリフィス２１および排出オリフィス２２は共に、ノズル本体２３の一体部品である。排出オリフィスを通って移動する液体は、収縮して扇のように広がり薄いシートを形成し、ついには分散し、燃焼する小滴になる。
【０００６】
ビール・カン・ノズル３０については、液体は、ノズル本体３３上の取入オリフィス３１に装着されたパイプ３４を通って移送される。液体は、排出オリフィス３２を通ってノズルから出る。取入オリフィス３１および排出オリフィス３２は共に、ノズル本体３３の一体部品である。取入オリフィス３１を通って移動する液体は、小さい移行チャネル３５を移動し、空洞壁に接する一点でノズル本体３３の内部空洞３６へ入る。液体は、空洞の周りを回旋し、ノズル本体の底部の排出オリフィス３２を通って最終的にノズル本体３３から出る。排出オリフィスから出る液体は、円錐のように広がり、ついには分散し、燃焼する小滴になる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、ノズルの排出オリフィスが、ノズル全体を変更する必要なしに容易に変更することができる、回収ボイラ内で黒液を噴霧するためのノズルが提供される。これにより、その時およびその場所で、特定の燃焼セットアップに対して霧化を精密調整することができる。
【０００８】
本発明の主題が、本明細書の結末部分で特に指摘され、明確に特許請求されている。しかし、編成も動作方法も、そのさらなる利点および目的と共に、類似の符号が類似の要素を指す添付の図面に関して以下の説明を参照すれば最も良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来技術のスプラッシュプレート・ノズルの断面図である。
【図２】従来技術のＶジェット・ノズルの断面図である。
【図３】従来技術のビール・カン・ノズルの概略図である。
【図４】可変オリフィス・ビール・カンの断面図である。
【図５】５Ａは可変オリフィス・ビール・カンの排出端部の底面図であり、５Ｂは５Ａからのロール・ピンおよびオリフィス・ディスクの詳細図である。
【図６】可変オリフィスＶジェットの断面図である。
【図７】Ｖジェット・ノズルの別の変形形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
燃焼および化学還元を最適化するために、噴射圧力または流速を変化させるためにオリフィス（ｏｒｉｆｉｃｅ）・サイズを変更することが必要である。上記の従来技術ノズルのすべてについては、排出オリフィスは、ノズル本体の一体部品であり、したがってオリフィスを変更するために、ノズル本体全体を変更することを必要とすることになる。別の例では、流面積の増加および／または形状の変化を引き起こす摩耗により、オリフィスを変更することが必要であることがある。ここに開示された本発明によるノズル構成では、オリフィス・サイズを変更するために排出オリフィス用の開口を支持する単一の部品を変更するだけでよい。
【００１１】
図４および５は、本発明によるビール・カン・タイプ・ノズル４０の構成を示している。図４は、ノズルを通る断面図を示しており、図５Ａは、可変オリフィスについての詳細と共にノズル５０の底端部の図を示している。図５Ｂは、図５Ａの構成の断面の、より詳細な図を示している。ビール・カン・ノズル４０の場合、液体が、ノズル本体４２上の取入オリフィス４５に装着されたパイプ４１を通って移送される。図５Ａによれば、４１を通って入る液体が、通路５１を通って移動し、ノズルの内部空洞４６の上部で本体に入り、その壁に接して移動する。液体が、経路５２によって示すように、内部空洞の周りを旋回し、オリフィス４４を通って最終的に排出される。オリフィスは、オリフィス・ディスク４３上に孔を穿孔することによって作製される。図３の従来技術３０とは違って、このディスクは、ノズル本体４２の一体部品ではない。これは、ノズルの出口端部のくぼみ内に配置された完全に独立した構成部品である。ノズルが使用中であるとき、オリフィス・ディスクは下を向いている。スナップ・リング４８が、オリフィス・ディスクがノズル本体から落ちることを防止する。ノズルの内部の旋回流を達成するために、排出オリフィスは、取入オリフィスから最も遠い四分円内に回転自在にあるべきである。この位置を維持するために、オリフィス板は、その円周の一部分がディスク４３と係合される一方、残りの部分がハウジング４２と係合されているピン４９によって、固定保持されている。ピンの代わりに、平らな面が、ディスクの周縁に切削されてもよい。対応する平らな面が同様にノズル本体内に切削される。いずれの場合も、ピンまたは平らな面とオリフィス孔は、１８０°離れて設置され、取入オリフィス５４の中心線から４５°の角度にあるライン５２に沿っている。ピンは、ハウジング内の孔へ挿入されている。孔の深さは、ピンがディスクの表面の上に突き出さないように選択される。スナップ・リングを正確に着座させるために、ピンをディスクの外部表面と同一平面にすることが、重要である。ディスクの縁部上に雄ねじを切削することによってディスクを保持することが可能であるが、腐食および熱によりねじが劣化するので、それは実用的でない。オリフィス・ディスクを入れ替えることによってオリフィス直径を変更する性能を維持しながら化学回収ボイラの環境内でノズルを操作することを可能にするために、ノズル・ハウジングは、実質上異なる熱膨張係数を有する異なる材料からなる。ディスクの熱膨張係数は、ノズル・ハウジングの熱膨張係数よりも大きい。ディスク直径およびノズル本体内のくぼみの直径は、室温（約２０℃）で、特定の隙間４７がそれら２つの間で維持されるように注意深く制御される。ノズルへ移送される黒液は、１００〜１３０℃の範囲内である。そのため、高い温度では、ディスクは、ハウジングよりも大きく膨張し、したがって隙間４７を閉鎖し、内部チャンバ４６の密封を確実にする。ノズルの使用を中止し、温度が室温まで下げられたとき、ディスクが、その元のサイズに収縮することになり、このことが、これら２つの構成要素の間の隙間をさらに拡大することになり、ディスクを交換し、それによってオリフィス直径を変更することを可能にする。
【００１２】
図６は、本発明による方式で嵌合されたＶジェット・ノズル６０を示している。液体は、本体６２上の取入オリフィス６５に装着されたパイプ６１を通ってノズルに入る。パイプ６１とノズル本体６２の間に、オリフィス・インサート６３が挟置されている。液体は、パイプから内部空洞６６内へ通過し、次に排出オリフィス６４を通って排出される。インサートは、取入オリフィスに対向する端部に配置されたショルダ６８と衝合するショルダ６９を有する。Ｖジェットからの噴霧を特定の向きに保持するために、インサート６３はノズル本体の内部で自由に回転する。オリフィス６４の方向が最終決定された後、ノズル本体が、パイプおよびノズル本体上のねじを合わせることによりパイプに対して締付けられる。オリフィス・インサートとパイプの間の傾斜した接合部６７が、液体がノズル本体から漏出しないことを確実にする。
【００１３】
図７は、Ｖジェット・ノズルの別の変形形態を示している。
【００１４】
このようにして、本発明によれば、本体全体の交換を必要とすることなく、流れおよび噴霧パターンを調節するためのオリフィス特性の変更を可能にするようなノズル構成が提供される。これは、たとえば、より低いコストの動作およびメンテナンス作業を提供することができる。さらに、オリフィス特性が、回収ボイラ内での最適な燃焼のために噴霧内の所望の滴サイズおよび飛沫速度を提供するように変更されてもよい。
【００１５】
本発明の複数の実施形態が示され、説明されたが、多くの変更および修正が、そのより広い態様で本発明から逸脱することなく行われてもよいことを当業者なら理解されよう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲内にあるすべてのこのような変更および修正を網羅するように意図されている。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学回収ボイラ内で燃焼される黒液の噴射および霧化のために使用されるノズルに関する。
【背景技術】
【０００２】
黒液は、パルプ化工程の副産物である液体である。この液体は、木のパルプ化の結果生じる有機および無機材料の両方を含んでいる。黒液は、特殊なボイラ内で燃焼され、そのボイラ内では、有機物による熱が蒸気を発生させるために使用され、無機物がパルプ化学物質を抽出するように還元され、次いでそのパルプ化学物質がパルプ化工程へ戻される。適切な燃焼および化学回収を確実にするために、液体は、最適なサイズに霧化されなければならない。このことは、ボイラの幾何形状、ならびに燃焼空気流、液体流速、噴射圧力および温度などの動作パラメータに依存する。
【０００３】
従来技術によれば、黒液は、専用のノズルを通ってボイラ内へ噴霧される。図１は、最も広く使用されているノズル、スプラッシュプレート（ｓｐｌａｓｈ ｐｌａｔｅ）１０の概略図である。使用されている他のノズル・タイプは、図２に示すＶジェット２０であり、ごく最近では、図３に示されている、ビール・カン３０である。後者は、ボイラ燃焼における新しい開発の結果として生まれた。
【０００４】
スプラッシュプレート・ノズルの場合には、黒液が、ノズル本体１３上の取入オリフィス１１に装着されたパイプ１４を通って移送される。液体は、排出オリフィス１２を通ってノズルから出る。取入オリフィス１１および排出オリフィス１２は共に、ノズル本体１３の一体部品である。液体は、オリフィスから出る際、スプラッシュプレート１５にあたり、そこでシート状に広がり、ついには分散し、燃焼する小滴になる。
【０００５】
Ｖジェット・ノズル２０については、液体が、ノズル本体２３上の取入オリフィス２１に装着されたパイプ２４を通って移送される。液体は、排出オリフィス２２を通ってノズルから出る。取入オリフィス２１および排出オリフィス２２は共に、ノズル本体２３の一体部品である。排出オリフィスを通って移動する液体は、収縮して扇のように広がり薄いシートを形成し、ついには分散し、燃焼する小滴になる。
【０００６】
ビール・カン・ノズル３０については、液体は、ノズル本体３３上の取入オリフィス３１に装着されたパイプ３４を通って移送される。液体は、排出オリフィス３２を通ってノズルから出る。取入オリフィス３１および排出オリフィス３２は共に、ノズル本体３３の一体部品である。取入オリフィス３１を通って移動する液体は、小さい移行チャネル３５を移動し、空洞壁に接する一点でノズル本体３３の内部空洞３６へ入る。液体は、空洞の周りを回旋し、ノズル本体の底部の排出オリフィス３２を通って最終的にノズル本体３３から出る。排出オリフィスから出る液体は、円錐のように広がり、ついには分散し、燃焼する小滴になる。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明によれば、ノズルの排出オリフィスが、ノズル全体を変更する必要なしに容易に変更することができる、回収ボイラ内で黒液を噴霧するためのノズルが提供される。これにより、その時およびその場所で、特定の燃焼セットアップに対して霧化を精密調整することができる。
【０００８】
本発明の主題が、本明細書の結末部分で特に指摘され、明確に特許請求されている。しかし、編成も動作方法も、そのさらなる利点および目的と共に、類似の符号が類似の要素を指す添付の図面に関して以下の説明を参照すれば最も良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】従来技術のスプラッシュプレート・ノズルの断面図である。
【図２】従来技術のＶジェット・ノズルの断面図である。
【図３】従来技術のビール・カン・ノズルの概略図である。
【図４】可変オリフィス・ビール・カンの断面図である。
【図５】５Ａは可変オリフィス・ビール・カンの排出端部の底面図であり、５Ｂは５Ａからのロール・ピンおよびオリフィス・ディスクの詳細図である。
【図６】可変オリフィスＶジェットの断面図である。
【図７】Ｖジェット・ノズルの別の変形形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
燃焼および化学還元を最適化するために、噴射圧力または流速を変化させるためにオリフィス（ｏｒｉｆｉｃｅ）・サイズを変更することが必要である。上記の従来技術ノズルのすべてについては、排出オリフィスは、ノズル本体の一体部品であり、したがってオリフィスを変更するために、ノズル本体全体を変更することを必要とすることになる。別の例では、流面積の増加および／または形状の変化を引き起こす摩耗により、オリフィスを変更することが必要であることがある。ここに開示された本発明によるノズル構成では、オリフィス・サイズを変更するために排出オリフィス用の開口を支持する単一の部品を変更するだけでよい。
【００１１】
図４および５は、本発明によるビール・カン・タイプ・ノズル４０の構成を示している。図４は、ノズルを通る断面図を示しており、図５Ａは、可変オリフィスについての詳細と共にノズル５０の底端部の図を示している。図５Ｂは、図５Ａの構成の断面の、より詳細な図を示している。ビール・カン・ノズル４０の場合、液体が、ノズル本体４２上の取入オリフィス４５に装着されたパイプ４１を通って移送される。図５Ａによれば、４１を通って入る液体が、通路５１を通って移動し、ノズルの内部空洞４６の上部で本体に入り、その壁に接して移動する。液体が、経路５２によって示すように、内部空洞の周りを旋回し、オリフィス４４を通って最終的に排出される。オリフィスは、オリフィス・ディスク４３上に孔を穿孔することによって作製される。図３の従来技術３０とは違って、このディスクは、ノズル本体４２の一体部品ではない。これは、ノズルの出口端部のくぼみ内に配置された完全に独立した構成部品である。ノズルが使用中であるとき、オリフィス・ディスクは下を向いている。スナップ・リング４８が、オリフィス・ディスクがノズル本体から落ちることを防止する。ノズルの内部の旋回流を達成するために、排出オリフィスは、取入オリフィスから最も遠い四分円内に回転自在にあるべきである。この位置を維持するために、オリフィス板は、その円周の一部分がディスク４３と係合される一方、残りの部分がハウジング４２と係合されているピン４９によって、固定保持されている。ピンの代わりに、平らな面が、ディスクの周縁に切削されてもよい。対応する平らな面が同様にノズル本体内に切削される。いずれの場合も、ピンまたは平らな面とオリフィス孔は、１８０°離れて設置され、取入オリフィス５４の中心線から４５°の角度にあるライン５２に沿っている。ピンは、ハウジング内の孔へ挿入されている。孔の深さは、ピンがディスクの表面の上に突き出さないように選択される。スナップ・リングを正確に着座させるために、ピンをディスクの外部表面と同一平面にすることが、重要である。ディスクの縁部上に雄ねじを切削することによってディスクを保持することが可能であるが、腐食および熱によりねじが劣化するので、それは実用的でない。オリフィス・ディスクを入れ替えることによってオリフィス直径を変更する性能を維持しながら化学回収ボイラの環境内でノズルを操作することを可能にするために、ノズル・ハウジングは、実質上異なる熱膨張係数を有する異なる材料からなる。ディスクの熱膨張係数は、ノズル・ハウジングの熱膨張係数よりも大きい。ディスク直径およびノズル本体内のくぼみの直径は、室温（約２０℃）で、特定の隙間４７がそれら２つの間で維持されるように注意深く制御される。ノズルへ移送される黒液は、１００〜１３０℃の範囲内である。そのため、高い温度では、ディスクは、ハウジングよりも大きく膨張し、したがって隙間４７を閉鎖し、内部チャンバ４６の密封を確実にする。ノズルの使用を中止し、温度が室温まで下げられたとき、ディスクが、その元のサイズに収縮することになり、このことが、これら２つの構成要素の間の隙間をさらに拡大することになり、ディスクを交換し、それによってオリフィス直径を変更することを可能にする。
【００１２】
図６は、本発明による方式で嵌合されたＶジェット・ノズル６０を示している。液体は、本体６２上の取入オリフィス６５に装着されたパイプ６１を通ってノズルに入る。パイプ６１とノズル本体６２の間に、オリフィス・インサート６３が挟置されている。液体は、パイプから内部空洞６６内へ通過し、次に排出オリフィス６４を通って排出される。インサートは、取入オリフィスに対向する端部に配置されたショルダ６８と衝合するショルダ６９を有する。Ｖジェットからの噴霧を特定の向きに保持するために、インサート６３はノズル本体の内部で自由に回転する。オリフィス６４の方向が最終決定された後、ノズル本体が、パイプおよびノズル本体上のねじを合わせることによりパイプに対して締付けられる。オリフィス・インサートとパイプの間の傾斜した接合部６７が、液体がノズル本体から漏出しないことを確実にする。
【００１３】
図７は、Ｖジェット・ノズルの別の変形形態を示している。
【００１４】
このようにして、本発明によれば、本体全体の交換を必要とすることなく、流れおよび噴霧パターンを調節するためのオリフィス特性の変更を可能にするようなノズル構成が提供される。これは、たとえば、より低いコストの動作およびメンテナンス作業を提供することができる。さらに、オリフィス特性が、回収ボイラ内での最適な燃焼のために噴霧内の所望の滴サイズおよび飛沫速度を提供するように変更されてもよい。
【００１５】
本発明の複数の実施形態が示され、説明されたが、多くの変更および修正が、そのより広い態様で本発明から逸脱することなく行われてもよいことを当業者なら理解されよう。したがって、添付の特許請求の範囲は、本発明の真の精神および範囲内にあるすべてのこのような変更および修正を網羅するように意図されている。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同じノズル本体を使用しながら複数のオリフィス・サイズおよび形状で動作することが可能な、回収ボイラ内で黒液を噴霧するためのノズル。
【請求項２】
ノズル本体と、
取入オリフィスと、
中に画定されたオリフィスを有する排出オリフィス・インサートと
を備える請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
前記ノズル本体内に取外し可能に挿入するように構成された複数の前記排出オリフィス・インサートを備える請求項２に記載のノズル。
【請求項４】
前記複数の排出オリフィス・インサートのいくつかが、前記排出オリフィス・インサートの他のものとは異なるオリフィス構成を有する請求項３に記載のノズル。
【請求項５】
前記異なるオリフィス構成が、排出オリフィス・インサートを変更することによって異なる噴霧パターンを生成するために、異なる幾何形状を備える請求項４に記載のオリフィス・インサート。
【請求項６】
前記異なるオリフィス構成が、排出オリフィス・インサートを変更することによって異なる噴霧パターンを生成するために、所定の幾何形状に対して異なるサイズを備える請求項４に記載のオリフィス・インサート。
【請求項７】
中にオリフィス・インサート受け部分を有するノズルを提供するステップと、
所望の黒液噴霧特性を提供するオリフィスを有するオリフィス・インサートを選択し、かつその中に挿入するステップと
を含む、調節可能な黒液噴霧を提供する方法。
【請求項８】
前記インサートが、より高温の、動作温度では、前記インサートが、前記ノズル内に固定的に着座するために膨張し、より低温の、非動作温度では前記インサートが、その取外しおよび交換を可能にするために収縮する熱膨張特性を有する請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記インサートを取り外し、かつそれを第１のオリフィスとは異なる構成のオリフィスを有する別のインサートと交換し、それによって動作中に作成される噴霧パターンを変更するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【請求項１】
同じノズル本体を使用しながら複数のオリフィス・サイズおよび形状で動作することが可能な、回収ボイラ内で黒液を噴霧するためのノズル。
【請求項２】
ノズル本体と、
取入オリフィスと、
中に画定されたオリフィスを有する排出オリフィス・インサートと
を備える請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
前記ノズル本体内に取外し可能に挿入するように構成された複数の前記排出オリフィス・インサートを備える請求項２に記載のノズル。
【請求項４】
前記複数の排出オリフィス・インサートのいくつかが、前記排出オリフィス・インサートの他のものとは異なるオリフィス構成を有する請求項３に記載のノズル。
【請求項５】
前記異なるオリフィス構成が、排出オリフィス・インサートを変更することによって異なる噴霧パターンを生成するために、異なる幾何形状を備える請求項４に記載のオリフィス・インサート。
【請求項６】
前記異なるオリフィス構成が、排出オリフィス・インサートを変更することによって異なる噴霧パターンを生成するために、所定の幾何形状に対して異なるサイズを備える請求項４に記載のオリフィス・インサート。
【請求項７】
中にオリフィス・インサート受け部分を有するノズルを提供するステップと、
所望の黒液噴霧特性を提供するオリフィスを有するオリフィス・インサートを選択し、かつその中に挿入するステップと
を含む、調節可能な黒液噴霧を提供する方法。
【請求項８】
前記インサートが、より高温の、動作温度では、前記インサートが、前記ノズル内に固定的に着座するために膨張し、より低温の、非動作温度では前記インサートが、その取外しおよび交換を可能にするために収縮する熱膨張特性を有する請求項６に記載の方法。
【請求項９】
前記インサートを取り外し、かつそれを第１のオリフィスとは異なる構成のオリフィスを有する別のインサートと交換し、それによって動作中に作成される噴霧パターンを変更するステップをさらに含む、請求項６に記載の方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公表番号】特表２００９−５４１７０３（Ｐ２００９−５４１７０３Ａ）
【公表日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−５１６７１０（Ｐ２００９−５１６７１０）
【出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７１７１４
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１４９９５０
【国際公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（５０８３６８１９４）クライド・ベルグマン・インク (1)
【Ｆターム（参考）】
【公表日】平成２１年１１月２６日（２００９．１１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【国際出願番号】ＰＣＴ／ＵＳ２００７／０７１７１４
【国際公開番号】ＷＯ２００７／１４９９５０
【国際公開日】平成１９年１２月２７日（２００７．１２．２７）
【出願人】（５０８３６８１９４）クライド・ベルグマン・インク (1)
【Ｆターム（参考）】
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