液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズル
【課題】ノズル構造も単純で、小型化することも容易であるとともに、液体を微粒子にするための加圧気体の使用量をより少なく、且つ効率的に使用され、単位時間当たりの微粒子化量をより多くすることができる液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズルを提供する。
【解決手段】気体及び液体が、ノズル内部の気体流路４７及び液体流路５２を通り、液体を円環状の第１スリット４０から、気体を第１スリット４０の外側に配設された円環状の第２スリット４２から高速薄膜流として噴射し、ノズル（センターフレーム５６）のガイド面５８に沿って流れ、ノズルの先端から飛び出したジェット流３１を外部衝突点６０に向けて集束させながら、外部衝突点６０で衝突させ、液滴を微粒化して得られた微粒子３２を外部衝突点６０を頂点とした円環状に噴霧する。
【解決手段】気体及び液体が、ノズル内部の気体流路４７及び液体流路５２を通り、液体を円環状の第１スリット４０から、気体を第１スリット４０の外側に配設された円環状の第２スリット４２から高速薄膜流として噴射し、ノズル（センターフレーム５６）のガイド面５８に沿って流れ、ノズルの先端から飛び出したジェット流３１を外部衝突点６０に向けて集束させながら、外部衝突点６０で衝突させ、液滴を微粒化して得られた微粒子３２を外部衝突点６０を頂点とした円環状に噴霧する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズルに関する。
【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８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６参照）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。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。
【０００６】
さて、液体を微粒子にするノズルとしては、他には図７、図８に示すようなものがある（非特許文献１参照）。図７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。
【０００７】
一方、図８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。
【０００８】
しかしながら、図７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。
【０００９】
また、図８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８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６に示す引用文献１に記載の方法及びノズルであると考えられる。
【００１０】
更には、図８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。
【００１１】
なお、図７、図８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。
【００１２】
したがって、図７、図８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６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。
【００１３】
以上の問題点を解消するため、図９又は図１０（ａ）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）。
【００１４】
上記に示すノズルは、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。
【００１５】
また、上記に示すノズルは、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。
【００１６】
しかしながら、図９に示すノズルの場合、円形大容量のノズルとして好適であるが、粗大液滴が発生することと、構成部品の点数が多く（例えば、ボルトやパッキンを含めて１４点）、ノズル構造も複雑であるだけでなく、シート状パッキンでステンレス鋼の面合わせによるシールを行う必要があり、小型化が困難であった。また、前記ノズルの構成部品は、寸法精度も高精度が要求され、フライス盤により製作するため、コストが高価となり、小処理量用のノズルとしては不向きであった。
【００１７】
また、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すノズルの場合、液体流路１５、気液流路２１、及び気体流路１６が、ストレート形状の噴霧孔として形成されているため、構造が単純であり、小型化も容易であるが、ストレート形状の噴霧孔であるため、噴霧孔の両端部における噴霧状態が不安定になるため、両端部での境界条件が必要不可欠であった。
【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、液滴が円環状に噴霧されるため、液滴の境界条件の設定が不要であり、そのノズル構造も単純で、小型化することも容易であるとともに、液体を微粒子にするための加圧気体の使用量をより少なく、且つ効率的に使用され、単位時間当たりの微粒子化量をより多くすることができる液体を微粒子にする方法及びこれに用いる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、以下の液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズルを提供するものである。
【００２０】
［１］ 気体及び液体が、ノズル内部の気体流路及び液体流路を通り、前記ノズル先端の二重に配置された円環状スリットへとそれぞれに供給される第１の工程と、前記液体を円環状の第１スリットから、気体を前記第１スリットの外側に配設された円環状の第２スリットから噴射し、高速薄膜流とする第２の工程と、前記第２の工程により生成された前記高速薄膜流が、前記ノズルのガイド面に沿って流れ、前記ノズルの先端から飛び出し、ジェット流となる第３の工程と、前記第３の工程で得られたジェット流を外部衝突点に向けて集束させながら、前記外部衝突点で衝突させ、前記液滴を微粒化する第４の工程と、前記第４の工程で得られた微粒子を前記外部衝突点を頂点とした円環状に噴霧する第５の工程と、を備えた液体を微粒子にする方法。
【００２１】
［２］ 前記ジェット流の衝突角が、６０〜１６０゜である［１］に記載の液体を微粒子にする方法。
【００２２】
［３］ 第１スリットと第２スリットとのなす角度が、９０〜１６０゜である［１］又は［２］に記載の液体を微粒子にする方法。
【００２３】
［４］ 外部衝突点からの微粒子の噴霧角が、３０〜１５０゜である［１］〜［３］のいずれかに記載の液体を微粒子にする方法。
【００２４】
［５］ ノズルの外観を形成するアウターキャップと、前記アウターキャップの先端内側面に挿入・配置し、気体に所定の旋回流を付与する、中心に中空部を有する旋回羽根と、
前記旋回羽根の中空部に挿入・配置し、前記アウターキャップの先端内側面との間に円環スリット状の気体流路を形成するとともに、前記アウターキャップの内側面との間に気体供給路を形成する、中心に中空部を有する中子と、前記中子の中空部に挿入・配置し、前記中子の内側面との間に円環スリット状の液体流路を形成する、中心に前記液体流路と連通する液体供給路を内部に有するセンターフレームと、を備えたものであり、前記液体流路及び前記気体流路から液体と気体を円環状に噴射し、気液混合することにより、得られた液滴を含むジェット流を、外部衝突点に向けて集束させながら、前記外部衝突点で衝突させ、前記液滴を微粒子化し、得られた微粒子を、前記外部衝突点を頂点とした円環状に噴霧する液体を微粒子にするノズル。
【００２５】
［６］ 前記ジェット流の衝突角が、６０〜１６０゜である［５］に記載の液体を微粒子にするノズル。
【００２６】
［７］ 液体流路と気体流路とのなす角度が、９０〜１６０゜である［５］又は［６］に記載の液体を微粒子にするノズル。
【００２７】
［８］ 外部衝突点からの微粒子の噴霧角が、３０〜１５０゜である［５］〜［７］のいずれかに記載の液体を微粒子にするノズル。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズルは、液滴が円環状に噴霧されるため、液滴の境界条件の設定が不要であり、そのノズル構造も単純で、小型化することも容易であるとともに、液体を微粒子にするための加圧気体の使用量をより少なく、且つ効率的に使用され、単位時間当たりの微粒子化量をより多くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明に係る液体を微粒子にする方法は、図１（ａ）に示すように、気体及び液体が、ノズル内部の気体流路４７及び液体流路５２を通り、ノズル先端の二重に配置された円環状スリット（第１スリット４０、第２スリット４２）へとそれぞれに供給される第１の工程と、液体を円環状の第１スリット４０から、気体を第１スリット４０の外側に配設された円環状の第２スリット４２から噴射し、高速薄膜流とする第２の工程と、第２の工程により生成された高速薄膜流が、ノズル（センターフレーム５６）のガイド面５８に沿って流れ、ノズルの先端から飛び出し、ジェット流となる第３の工程と、図１（ｂ）に示すように、第３の工程で得られたジェット流３１を外部衝突点６０に向けて集束させながら、外部衝突点６０で衝突させ、液滴を微粒化する第４の工程と、第４の工程で得られた微粒子３２を外部衝突点６０を頂点とした円環状に噴霧する第５の工程と、を備えたものである。
【００３０】
本発明の液体を微粒子にする方法の主な特徴は、図１（ｂ）に示すように、液滴を含むジェット流３１を、外部衝突点６０に向けて円錐状に集束させながら、外部衝突点６０で衝突させ、液滴を微粒子化した後、外部衝突点６０を頂点とした円環状に微粒子３２を噴霧することにある。尚、得られた微粒子３２の平均粒径は、具体的には、約５〜１５μｍ、若しくはそれ以下（例えば、５μｍ以下）で適宜調整することができる。
【００３１】
これにより、本発明の液体を微粒子にする方法は、液滴が円環状に噴霧されるため、図１０に示すノズルのように、液滴の境界条件の設定が不要であるだけでなく、粗大液滴の発生を防止することができる。
【００３２】
また、本発明の液体を微粒子にする方法は、ノズルの構造を単純にすることができるため、円形小処理用のノズルの小型化が容易であり、製造コストも安価にすることができる。例えば、図３に示すように、ノズルの部品点数が４点で済み、部品の寸法精度もそれ程高くないため、旋盤で製作することができるとともに、シールもＯリングやシールテープだけで行うことができる。
【００３３】
また、本発明の液体を微粒子にする方法は、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。
【００３４】
尚、本発明の液体を微粒子にする方法は、図１（ａ）に示すように、ジェット流３１の衝突角αが、６０〜１６０゜であることが好ましく、より好ましくは、７０〜１５０゜、更に好ましくは、８０〜１４０゜である。これは、衝突角により、ジェット流の運動エネルギーが衝突エネルギーへと変換される量が決まるからである。
【００３５】
また、本発明の液体を微粒子にする方法は、図２（ｂ）に示すように、第１スリット（液体スリット）と第２スリット（気体スリット）のなす角度γが、９０〜１６０゜であることが好ましく、より好ましくは、１００〜１５０゜、更に好ましくは、１１０〜１４０゜である。これは、液の流れが急激に変わることを避けるためであるからである。
【００３６】
更に、本発明の液体を微粒子にする方法は、図１（ａ）に示すように、外部衝突点からの微粒子３２の噴霧角βが、３０〜１５０゜であることが好ましい。これは、噴霧角により、ＳＤ乾燥塔の塔径及び塔高を決定するからである。
【００３７】
次に、本発明の液体を微粒子にするノズルは、図１（ａ）に示すように、ノズル先端の液体噴射部が円環状スリット（第１スリット４０）になっている。このとき、図２（ａ）に示すように、第１スリット４０のスリット幅ａは、０．２〜１．５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは、０．３〜１．０ｍｍ、更に好ましくは、０．４〜０．８ｍｍ（通常、０．５ｍｍ）である。このとき、図１（ｂ）に示すように、第１スリット４０のスリット長さ（円環スリット径）Ｌは、ノズルの処理能力に応じて変化させることができる。
【００３８】
尚、本発明の液体を微粒子にするノズルは、図２（ａ）に示すように、第１のスリット４０のスリット幅ａが一定で、且つ図１（ｂ）に示すように、第１スリットのスリット長さ（円環スリット径）Ｌと処理量の割合を一定にすることにより、第１スリット４０での膜厚厚さを一定にすることができる。
【００３９】
また、本発明の気体を微粒子にするノズルは、ノズル先端の気体噴射部が円環状スリット（第２スリット４２）になっている。このとき、図２（ｂ）に示すように、第２スリット４２のスリット幅ｂが０．１〜１ｍｍであることが好ましく、より好ましくは、０．２〜０．８ｍｍ、更に好ましくは、０．２〜０．５ｍｍである。これは、第２スリット４２のスリット幅ｂが、微粒化空気量や微粒化に大きな影響を与えるからである。
【００４０】
更に、本発明の気体を微粒子にするノズルは、図１（ａ）に示すように、第１スリット４０から噴出された薄膜流をなす液体が、第２スリット４２から噴出された気体で加速され、高速薄膜流となり、前記高速薄膜流がガイド面５８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。このとき、図２（ｂ）に示すように、ガイド面の長さｃは、０〜５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは、１〜４ｍｍ、更に好ましくは、２〜３ｍｍ（通常、２．８ｍｍ）である。
【００４１】
以下、図面を参照して、本発明の液体を微粒子にするノズルについて詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００４２】
図３は、本発明の液体を微粒子にするノズルの一例を示す要部断面図、図４は本発明の液体を微粒子にするノズルを構成する部材である旋回羽根の一例を示す正面図、図５は図３のＡ−Ａ断面図である。
【００４３】
本発明に係る液体を微粒子にするノズルは、例えば、図３に示すように、ノズルの外観を形成するアウターキャップ４４と、アウターキャップ４４の先端内側面に挿入・配置し、気体に所定の旋回流を付与する、中心に中空部を有する旋回羽根４６（図４参照）と、旋回羽根４６の中空部４６に挿入・配置し、アウターキャップ４４の先端内側面との間に円環スリット状の気体流路４７を形成するとともに、アウターキャップ４４の内側面との間に気体供給路４８を形成する、中心に中空部を有し、且つ両側方に気体供給路４８の一部と連通する第１の気体供給口４９を有する中子５０と、中子５０の中空部に挿入・配置し、中子５０の内側面との間に円環スリット状の液体流路５２を形成する、中心に液体流路５２と液体供給口５３で連通する液体供給路５４を内部に有し、且つ両側方に第１の気体供給口４９と連通する第２の気体供給口５５を有するセンターフレーム５６（図５参照）と、を備えたものである。
【００４４】
即ち、本発明の液体を微粒子にするノズルは、図１（ａ）（ｂ）に示すように、液体流路５２及び気体流路４７から液体と気体を（第１スリット４０と第２スリット４２から）円環状に噴射し、気液混合することにより、得られた液滴を含むジェット流３１を、外部衝突点６０に向けて円錐状に集束させながら、外部衝突点６０で衝突させ、液滴を微粒子化した後、外部衝突点６０を頂点とした円環状に微粒子３２を噴霧する方式を採用することにより、例えば、図３に示すように、アウターキャップ４４、旋回羽根４６、中子５０及びセンターフレーム５６といった単純構造の部材で形成することができる。
【００４５】
これにより、本発明の液体を微粒子にするノズルは、製造コストを軽減するとともに、保守管理や微粒子の噴霧角の調整も容易に行うことができる。
【００４６】
例えば、本発明の液体を微粒子にするノズルは、微粒子の噴霧角の調整を、それぞれの噴霧角に適したテーパを有するアウターキャップ４４の取り替えるだけで実現することができる。
【００４７】
また、図３に示すように、本発明で用いる旋回羽根４６は、気体供給路４８から供給された気体に旋回流を与えるものであり、例えば、図４に示すように、気体導入口４５の旋回角δが１５〜６０゜であることが、旋回により、噴霧気体を均一に吹き出すことができる。一方、旋回が強すぎると、微粒化効率が低くなる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１〜３）
図３に示すノズル（ノズル型ＳＪ−１０）を表１〜３に示す条件で、それぞれ水噴霧を行い、液滴径をレーザ光散方式粒度分布測定装置（型式：ＬＤＳＡ・１４００Ａ［東日コンピュータアプリケーションズ（株）製］）を用いて測定した。その結果を表１〜３及び図１１に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
【表３】
【００５３】
表１〜３及び図１１の結果から、実施例１〜３では、処理量を多くする場合（例えば、実施例２及び実施例３）、空気量もそれに対応して供給することにより、液滴の平均粒子径（Ｄ５０）を１０μｍ以下に制御できることを確認した。
【００５４】
（実施例４）
図３に示すノズル（ノズル型ＳＪ−１０）を表４に示す条件で、固形分濃度５０質量％のデキストリン水溶液（パインデックス♯２［松谷科学製］）の噴霧乾燥試験を行った。その結果、得られた微粒子は、平均粒子径（Ｄ５０）で１０μｍ以下であった。
【００５５】
【表４】
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズルは、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】
【００５７】
【図１】本発明の液体を微粒子にする方法を示すものであり、（ａ）は要部断面説明図、（ｂ）は液滴を含むジェット流と、外部衝突点及び噴霧された微粒子の状態を示す説明図である。
【図２】本発明の液体を微粒子にする方法を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は図１（ａ）の部分拡大説明図である。
【図３】本発明の液体を微粒子にするノズルの一例を示す要部断面図である。
【図４】本発明の液体を微粒子にするノズルを構成する部材である旋回羽根の一例を示す正面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図６】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７】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概略断面図である。
【図８】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９】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。
【図１０】従来の液体を微粒子にするノズルの更に別の実施態様の先端部分を示す拡大図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図１１】実施例１〜３のそれぞれの処理量における微粒子の平均粒子径と空気量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
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…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…第１スリット、４２…第２スリット、４４…アウターキャップ、４５…流体導入口、４６…旋回羽根、４７…気体流路、４８…気体供給路、４９…第１の気体供給口、５０…中子、５２…液体流路、５３…液体供給口、５４…液体供給路、５５…第２の気体供給口、５６…センターフレーム、５８…ガイド面、６０…外部衝突部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズルに関する。
【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８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６参照）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。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。
【０００６】
さて、液体を微粒子にするノズルとしては、他には図７、図８に示すようなものがある（非特許文献１参照）。図７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。
【０００７】
一方、図８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。
【０００８】
しかしながら、図７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。
【０００９】
また、図８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８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６に示す引用文献１に記載の方法及びノズルであると考えられる。
【００１０】
更には、図８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。
【００１１】
なお、図７、図８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。
【００１２】
したがって、図７、図８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６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。
【００１３】
以上の問題点を解消するため、図９又は図１０（ａ）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）。
【００１４】
上記に示すノズルは、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。
【００１５】
また、上記に示すノズルは、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。
【００１６】
しかしながら、図９に示すノズルの場合、円形大容量のノズルとして好適であるが、粗大液滴が発生することと、構成部品の点数が多く（例えば、ボルトやパッキンを含めて１４点）、ノズル構造も複雑であるだけでなく、シート状パッキンでステンレス鋼の面合わせによるシールを行う必要があり、小型化が困難であった。また、前記ノズルの構成部品は、寸法精度も高精度が要求され、フライス盤により製作するため、コストが高価となり、小処理量用のノズルとしては不向きであった。
【００１７】
また、図１０（ａ）〜（ｃ）に示すノズルの場合、液体流路１５、気液流路２１、及び気体流路１６が、ストレート形状の噴霧孔として形成されているため、構造が単純であり、小型化も容易であるが、ストレート形状の噴霧孔であるため、噴霧孔の両端部における噴霧状態が不安定になるため、両端部での境界条件が必要不可欠であった。
【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、液滴が円環状に噴霧されるため、液滴の境界条件の設定が不要であり、そのノズル構造も単純で、小型化することも容易であるとともに、液体を微粒子にするための加圧気体の使用量をより少なく、且つ効率的に使用され、単位時間当たりの微粒子化量をより多くすることができる液体を微粒子にする方法及びこれに用いる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、以下の液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズルを提供するものである。
【００２０】
［１］ 気体及び液体が、ノズル内部の気体流路及び液体流路を通り、前記ノズル先端の二重に配置された円環状スリットへとそれぞれに供給される第１の工程と、前記液体を円環状の第１スリットから、気体を前記第１スリットの外側に配設された円環状の第２スリットから噴射し、高速薄膜流とする第２の工程と、前記第２の工程により生成された前記高速薄膜流が、前記ノズルのガイド面に沿って流れ、前記ノズルの先端から飛び出し、ジェット流となる第３の工程と、前記第３の工程で得られたジェット流を外部衝突点に向けて集束させながら、前記外部衝突点で衝突させ、前記液滴を微粒化する第４の工程と、前記第４の工程で得られた微粒子を前記外部衝突点を頂点とした円環状に噴霧する第５の工程と、を備えた液体を微粒子にする方法。
【００２１】
［２］ 前記ジェット流の衝突角が、６０〜１６０゜である［１］に記載の液体を微粒子にする方法。
【００２２】
［３］ 第１スリットと第２スリットとのなす角度が、９０〜１６０゜である［１］又は［２］に記載の液体を微粒子にする方法。
【００２３】
［４］ 外部衝突点からの微粒子の噴霧角が、３０〜１５０゜である［１］〜［３］のいずれかに記載の液体を微粒子にする方法。
【００２４】
［５］ ノズルの外観を形成するアウターキャップと、前記アウターキャップの先端内側面に挿入・配置し、気体に所定の旋回流を付与する、中心に中空部を有する旋回羽根と、
前記旋回羽根の中空部に挿入・配置し、前記アウターキャップの先端内側面との間に円環スリット状の気体流路を形成するとともに、前記アウターキャップの内側面との間に気体供給路を形成する、中心に中空部を有する中子と、前記中子の中空部に挿入・配置し、前記中子の内側面との間に円環スリット状の液体流路を形成する、中心に前記液体流路と連通する液体供給路を内部に有するセンターフレームと、を備えたものであり、前記液体流路及び前記気体流路から液体と気体を円環状に噴射し、気液混合することにより、得られた液滴を含むジェット流を、外部衝突点に向けて集束させながら、前記外部衝突点で衝突させ、前記液滴を微粒子化し、得られた微粒子を、前記外部衝突点を頂点とした円環状に噴霧する液体を微粒子にするノズル。
【００２５】
［６］ 前記ジェット流の衝突角が、６０〜１６０゜である［５］に記載の液体を微粒子にするノズル。
【００２６】
［７］ 液体流路と気体流路とのなす角度が、９０〜１６０゜である［５］又は［６］に記載の液体を微粒子にするノズル。
【００２７】
［８］ 外部衝突点からの微粒子の噴霧角が、３０〜１５０゜である［５］〜［７］のいずれかに記載の液体を微粒子にするノズル。
【発明の効果】
【００２８】
本発明の液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズルは、液滴が円環状に噴霧されるため、液滴の境界条件の設定が不要であり、そのノズル構造も単純で、小型化することも容易であるとともに、液体を微粒子にするための加圧気体の使用量をより少なく、且つ効率的に使用され、単位時間当たりの微粒子化量をより多くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本発明に係る液体を微粒子にする方法は、図１（ａ）に示すように、気体及び液体が、ノズル内部の気体流路４７及び液体流路５２を通り、ノズル先端の二重に配置された円環状スリット（第１スリット４０、第２スリット４２）へとそれぞれに供給される第１の工程と、液体を円環状の第１スリット４０から、気体を第１スリット４０の外側に配設された円環状の第２スリット４２から噴射し、高速薄膜流とする第２の工程と、第２の工程により生成された高速薄膜流が、ノズル（センターフレーム５６）のガイド面５８に沿って流れ、ノズルの先端から飛び出し、ジェット流となる第３の工程と、図１（ｂ）に示すように、第３の工程で得られたジェット流３１を外部衝突点６０に向けて集束させながら、外部衝突点６０で衝突させ、液滴を微粒化する第４の工程と、第４の工程で得られた微粒子３２を外部衝突点６０を頂点とした円環状に噴霧する第５の工程と、を備えたものである。
【００３０】
本発明の液体を微粒子にする方法の主な特徴は、図１（ｂ）に示すように、液滴を含むジェット流３１を、外部衝突点６０に向けて円錐状に集束させながら、外部衝突点６０で衝突させ、液滴を微粒子化した後、外部衝突点６０を頂点とした円環状に微粒子３２を噴霧することにある。尚、得られた微粒子３２の平均粒径は、具体的には、約５〜１５μｍ、若しくはそれ以下（例えば、５μｍ以下）で適宜調整することができる。
【００３１】
これにより、本発明の液体を微粒子にする方法は、液滴が円環状に噴霧されるため、図１０に示すノズルのように、液滴の境界条件の設定が不要であるだけでなく、粗大液滴の発生を防止することができる。
【００３２】
また、本発明の液体を微粒子にする方法は、ノズルの構造を単純にすることができるため、円形小処理用のノズルの小型化が容易であり、製造コストも安価にすることができる。例えば、図３に示すように、ノズルの部品点数が４点で済み、部品の寸法精度もそれ程高くないため、旋盤で製作することができるとともに、シールもＯリングやシールテープだけで行うことができる。
【００３３】
また、本発明の液体を微粒子にする方法は、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。
【００３４】
尚、本発明の液体を微粒子にする方法は、図１（ａ）に示すように、ジェット流３１の衝突角αが、６０〜１６０゜であることが好ましく、より好ましくは、７０〜１５０゜、更に好ましくは、８０〜１４０゜である。これは、衝突角により、ジェット流の運動エネルギーが衝突エネルギーへと変換される量が決まるからである。
【００３５】
また、本発明の液体を微粒子にする方法は、図２（ｂ）に示すように、第１スリット（液体スリット）と第２スリット（気体スリット）のなす角度γが、９０〜１６０゜であることが好ましく、より好ましくは、１００〜１５０゜、更に好ましくは、１１０〜１４０゜である。これは、液の流れが急激に変わることを避けるためであるからである。
【００３６】
更に、本発明の液体を微粒子にする方法は、図１（ａ）に示すように、外部衝突点からの微粒子３２の噴霧角βが、３０〜１５０゜であることが好ましい。これは、噴霧角により、ＳＤ乾燥塔の塔径及び塔高を決定するからである。
【００３７】
次に、本発明の液体を微粒子にするノズルは、図１（ａ）に示すように、ノズル先端の液体噴射部が円環状スリット（第１スリット４０）になっている。このとき、図２（ａ）に示すように、第１スリット４０のスリット幅ａは、０．２〜１．５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは、０．３〜１．０ｍｍ、更に好ましくは、０．４〜０．８ｍｍ（通常、０．５ｍｍ）である。このとき、図１（ｂ）に示すように、第１スリット４０のスリット長さ（円環スリット径）Ｌは、ノズルの処理能力に応じて変化させることができる。
【００３８】
尚、本発明の液体を微粒子にするノズルは、図２（ａ）に示すように、第１のスリット４０のスリット幅ａが一定で、且つ図１（ｂ）に示すように、第１スリットのスリット長さ（円環スリット径）Ｌと処理量の割合を一定にすることにより、第１スリット４０での膜厚厚さを一定にすることができる。
【００３９】
また、本発明の気体を微粒子にするノズルは、ノズル先端の気体噴射部が円環状スリット（第２スリット４２）になっている。このとき、図２（ｂ）に示すように、第２スリット４２のスリット幅ｂが０．１〜１ｍｍであることが好ましく、より好ましくは、０．２〜０．８ｍｍ、更に好ましくは、０．２〜０．５ｍｍである。これは、第２スリット４２のスリット幅ｂが、微粒化空気量や微粒化に大きな影響を与えるからである。
【００４０】
更に、本発明の気体を微粒子にするノズルは、図１（ａ）に示すように、第１スリット４０から噴出された薄膜流をなす液体が、第２スリット４２から噴出された気体で加速され、高速薄膜流となり、前記高速薄膜流がガイド面５８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。このとき、図２（ｂ）に示すように、ガイド面の長さｃは、０〜５ｍｍであることが好ましく、より好ましくは、１〜４ｍｍ、更に好ましくは、２〜３ｍｍ（通常、２．８ｍｍ）である。
【００４１】
以下、図面を参照して、本発明の液体を微粒子にするノズルについて詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。
【００４２】
図３は、本発明の液体を微粒子にするノズルの一例を示す要部断面図、図４は本発明の液体を微粒子にするノズルを構成する部材である旋回羽根の一例を示す正面図、図５は図３のＡ−Ａ断面図である。
【００４３】
本発明に係る液体を微粒子にするノズルは、例えば、図３に示すように、ノズルの外観を形成するアウターキャップ４４と、アウターキャップ４４の先端内側面に挿入・配置し、気体に所定の旋回流を付与する、中心に中空部を有する旋回羽根４６（図４参照）と、旋回羽根４６の中空部４６に挿入・配置し、アウターキャップ４４の先端内側面との間に円環スリット状の気体流路４７を形成するとともに、アウターキャップ４４の内側面との間に気体供給路４８を形成する、中心に中空部を有し、且つ両側方に気体供給路４８の一部と連通する第１の気体供給口４９を有する中子５０と、中子５０の中空部に挿入・配置し、中子５０の内側面との間に円環スリット状の液体流路５２を形成する、中心に液体流路５２と液体供給口５３で連通する液体供給路５４を内部に有し、且つ両側方に第１の気体供給口４９と連通する第２の気体供給口５５を有するセンターフレーム５６（図５参照）と、を備えたものである。
【００４４】
即ち、本発明の液体を微粒子にするノズルは、図１（ａ）（ｂ）に示すように、液体流路５２及び気体流路４７から液体と気体を（第１スリット４０と第２スリット４２から）円環状に噴射し、気液混合することにより、得られた液滴を含むジェット流３１を、外部衝突点６０に向けて円錐状に集束させながら、外部衝突点６０で衝突させ、液滴を微粒子化した後、外部衝突点６０を頂点とした円環状に微粒子３２を噴霧する方式を採用することにより、例えば、図３に示すように、アウターキャップ４４、旋回羽根４６、中子５０及びセンターフレーム５６といった単純構造の部材で形成することができる。
【００４５】
これにより、本発明の液体を微粒子にするノズルは、製造コストを軽減するとともに、保守管理や微粒子の噴霧角の調整も容易に行うことができる。
【００４６】
例えば、本発明の液体を微粒子にするノズルは、微粒子の噴霧角の調整を、それぞれの噴霧角に適したテーパを有するアウターキャップ４４の取り替えるだけで実現することができる。
【００４７】
また、図３に示すように、本発明で用いる旋回羽根４６は、気体供給路４８から供給された気体に旋回流を与えるものであり、例えば、図４に示すように、気体導入口４５の旋回角δが１５〜６０゜であることが、旋回により、噴霧気体を均一に吹き出すことができる。一方、旋回が強すぎると、微粒化効率が低くなる。
【実施例】
【００４８】
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。
【００４９】
（実施例１〜３）
図３に示すノズル（ノズル型ＳＪ−１０）を表１〜３に示す条件で、それぞれ水噴霧を行い、液滴径をレーザ光散方式粒度分布測定装置（型式：ＬＤＳＡ・１４００Ａ［東日コンピュータアプリケーションズ（株）製］）を用いて測定した。その結果を表１〜３及び図１１に示す。
【００５０】
【表１】
【００５１】
【表２】
【００５２】
【表３】
【００５３】
表１〜３及び図１１の結果から、実施例１〜３では、処理量を多くする場合（例えば、実施例２及び実施例３）、空気量もそれに対応して供給することにより、液滴の平均粒子径（Ｄ５０）を１０μｍ以下に制御できることを確認した。
【００５４】
（実施例４）
図３に示すノズル（ノズル型ＳＪ−１０）を表４に示す条件で、固形分濃度５０質量％のデキストリン水溶液（パインデックス♯２［松谷科学製］）の噴霧乾燥試験を行った。その結果、得られた微粒子は、平均粒子径（Ｄ５０）で１０μｍ以下であった。
【００５５】
【表４】
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明の液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズルは、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】
【００５７】
【図１】本発明の液体を微粒子にする方法を示すものであり、（ａ）は要部断面説明図、（ｂ）は液滴を含むジェット流と、外部衝突点及び噴霧された微粒子の状態を示す説明図である。
【図２】本発明の液体を微粒子にする方法を示すものであり、（ａ）及び（ｂ）は図１（ａ）の部分拡大説明図である。
【図３】本発明の液体を微粒子にするノズルの一例を示す要部断面図である。
【図４】本発明の液体を微粒子にするノズルを構成する部材である旋回羽根の一例を示す正面図である。
【図５】図３のＡ−Ａ断面図である。
【図６】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７】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概略断面図である。
【図８】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９】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。
【図１０】従来の液体を微粒子にするノズルの更に別の実施態様の先端部分を示す拡大図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は正面図、（ｃ）は側面図である。
【図１１】実施例１〜３のそれぞれの処理量における微粒子の平均粒子径と空気量との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５８】
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…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…第１スリット、４２…第２スリット、４４…アウターキャップ、４５…流体導入口、４６…旋回羽根、４７…気体流路、４８…気体供給路、４９…第１の気体供給口、５０…中子、５２…液体流路、５３…液体供給口、５４…液体供給路、５５…第２の気体供給口、５６…センターフレーム、５８…ガイド面、６０…外部衝突部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体及び液体が、ノズル内部の気体流路及び液体流路を通り、前記ノズル先端の二重に配置された円環状スリットへとそれぞれに供給される第１の工程と、
前記液体を円環状の第１スリットから、気体を前記第１スリットの外側に配設された円環状の第２スリットから噴射し、高速薄膜流とする第２の工程と、
前記第２の工程により生成された前記高速薄膜流が、前記ノズルのガイド面に沿って流れ、前記ノズルの先端から飛び出し、ジェット流となる第３の工程と、
前記第３の工程で得られたジェット流を外部衝突点に向けて集束させながら、前記外部衝突点で衝突させ、前記液滴を微粒化する第４の工程と、
前記第４の工程で得られた微粒子を前記外部衝突点を頂点とした円環状に噴霧する第５の工程と、
を備えた液体を微粒子にする方法。
【請求項２】
前記ジェット流の衝突角が、６０〜１６０゜である請求項１に記載の液体を微粒子にする方法。
【請求項３】
前記第１スリットと前記第２スリットとのなす角度が、９０〜１６０゜である請求項１又は２に記載の液体を微粒子にする方法。
【請求項４】
前記外部衝突点からの微粒子の噴霧角が、３０〜１５０゜である請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体を微粒子にする方法。
【請求項５】
ノズルの外観を形成するアウターキャップと、
前記アウターキャップの先端内側面に挿入・配置し、気体に所定の旋回流を付与する、中心に中空部を有する旋回羽根と、
前記旋回羽根の中空部に挿入・配置し、前記アウターキャップの先端内側面との間に円環スリット状の気体流路を形成するとともに、前記アウターキャップの内側面との間に気体供給路を形成する、中心に中空部を有する中子と、
前記中子の中空部に挿入・配置し、前記中子の内側面との間に円環スリット状の液体流路を形成する、中心に前記液体流路と連通する液体供給路を内部に有するセンターフレームと、
を備えたものであり、
前記液体流路及び前記気体流路から液体と気体を円環状に噴射し、気液混合することにより、得られた液滴を含むジェット流を、外部衝突点に向けて集束させながら、前記外部衝突点で衝突させ、前記液滴を微粒子化し、得られた微粒子を、前記外部衝突点を頂点とした円環状に噴霧する液体を微粒子にするノズル。
【請求項６】
前記ジェット流の衝突角が、６０〜１６０゜である請求項５に記載の液体を微粒子にするノズル。
【請求項７】
前記液体流路と前記気体流路とのなす角度が、９０〜１６０゜である請求項５又は６に記載の液体を微粒子にするノズル。
【請求項８】
前記外部衝突点からの微粒子の噴霧角が、３０〜１５０゜である請求項５〜７のいずれか１項に記載の液体を微粒子にするノズル。
【請求項１】
気体及び液体が、ノズル内部の気体流路及び液体流路を通り、前記ノズル先端の二重に配置された円環状スリットへとそれぞれに供給される第１の工程と、
前記液体を円環状の第１スリットから、気体を前記第１スリットの外側に配設された円環状の第２スリットから噴射し、高速薄膜流とする第２の工程と、
前記第２の工程により生成された前記高速薄膜流が、前記ノズルのガイド面に沿って流れ、前記ノズルの先端から飛び出し、ジェット流となる第３の工程と、
前記第３の工程で得られたジェット流を外部衝突点に向けて集束させながら、前記外部衝突点で衝突させ、前記液滴を微粒化する第４の工程と、
前記第４の工程で得られた微粒子を前記外部衝突点を頂点とした円環状に噴霧する第５の工程と、
を備えた液体を微粒子にする方法。
【請求項２】
前記ジェット流の衝突角が、６０〜１６０゜である請求項１に記載の液体を微粒子にする方法。
【請求項３】
前記第１スリットと前記第２スリットとのなす角度が、９０〜１６０゜である請求項１又は２に記載の液体を微粒子にする方法。
【請求項４】
前記外部衝突点からの微粒子の噴霧角が、３０〜１５０゜である請求項１〜３のいずれか１項に記載の液体を微粒子にする方法。
【請求項５】
ノズルの外観を形成するアウターキャップと、
前記アウターキャップの先端内側面に挿入・配置し、気体に所定の旋回流を付与する、中心に中空部を有する旋回羽根と、
前記旋回羽根の中空部に挿入・配置し、前記アウターキャップの先端内側面との間に円環スリット状の気体流路を形成するとともに、前記アウターキャップの内側面との間に気体供給路を形成する、中心に中空部を有する中子と、
前記中子の中空部に挿入・配置し、前記中子の内側面との間に円環スリット状の液体流路を形成する、中心に前記液体流路と連通する液体供給路を内部に有するセンターフレームと、
を備えたものであり、
前記液体流路及び前記気体流路から液体と気体を円環状に噴射し、気液混合することにより、得られた液滴を含むジェット流を、外部衝突点に向けて集束させながら、前記外部衝突点で衝突させ、前記液滴を微粒子化し、得られた微粒子を、前記外部衝突点を頂点とした円環状に噴霧する液体を微粒子にするノズル。
【請求項６】
前記ジェット流の衝突角が、６０〜１６０゜である請求項５に記載の液体を微粒子にするノズル。
【請求項７】
前記液体流路と前記気体流路とのなす角度が、９０〜１６０゜である請求項５又は６に記載の液体を微粒子にするノズル。
【請求項８】
前記外部衝突点からの微粒子の噴霧角が、３０〜１５０゜である請求項５〜７のいずれか１項に記載の液体を微粒子にするノズル。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００６−６８６６０（Ｐ２００６−６８６６０Ａ）
【公開日】平成１８年３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２５６６０７（Ｐ２００４−２５６６０７）
【出願日】平成１６年９月３日（２００４．９．３）
【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３月１６日（２００６．３．１６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年９月３日（２００４．９．３）
【出願人】（０００２０６４３９）大川原化工機株式会社 (10)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]