(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル内部に、液体供給路と、その外周位置に気体供給路を設け、ノズル先端の噴射口の内部側で、上記液体供給路の先端に設けた液体流出穴より噴出する液体に対して交差して衝突するように、上記気体供給通路より上記噴射口へと連通する気体流路を対向して設け、噴射口近傍で対向させた気液混合物を衝突させ、かつ、
上記ノズル先端の噴射口を囲む先端閉鎖壁を、上記液体流出穴より噴出する液体の遮蔽部として、液体が衝突する構成としている二流体ノズル。
【請求項２】
上記液体供給路を設けるノズルチップの閉鎖端壁を、上記噴射口を設けた先端閉鎖壁の内部側に間隔をあけて配置し、上記閉鎖端壁より小径筒部を突設して噴射口の周縁の先端閉鎖壁内面に当接させ、該小径筒部の周壁に対向した溝を設け、上記気体流路は上記溝を通るようにすると共に上記液体流出穴を溝内面に開口させ、上記液体流出穴から噴出される液体を上記遮蔽部に衝突させると共に上記溝を通る気体と交差させて衝突させ、かつ、噴射口近傍で対向させた気液混合物を衝突させる構成としている請求項１に記載の二流体ノズル。
【請求項３】
ノズル内部に、液体供給路と、その外周位置に気体供給路を設け、ノズル先端の噴射口の内部側で、上記液体供給路の先端に設けた液体流出穴より噴出する液体に対して交差して衝突するように、上記気体供給通路より上記噴射口へと連通する気体流路を対向して設け、噴射口近傍で対向させた気液混合物を衝突させ、
上記液体供給路を設けるノズルチップの閉鎖端壁の中央部に上記噴射口を設けると共に該噴射口の周壁に対向させて貫通穴を設け、上記気体流路は上記貫通穴を通るように構成すると共に上記液体流出穴を貫通穴の内面に開口させ、該液体流出穴から噴出する液体を上記貫通穴の対向面を遮蔽部として衝突させると共に貫通穴を通る気体に交差させて衝突させ、かつ、噴射口近傍で対向させた気液混合物を衝突させる構成としている二流体ノズル。
【請求項４】
上記外周位置の気体供給路と噴射口とを連通する遮蔽部に沿った気体流路は、対向させて２以上形成し、かつ、対向させた気体流路がなす角度を１８０度〜３０度に設定している請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の二流体ノズル。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は二流体ノズルに関し、詳しくは、気体と液体、あるいは気液混合気体と液体とを衝突混合させて微粒化した気液を噴射させるもので、高温物体または気体（ガス）冷却用等、重油等の燃焼用等に用いるものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の二流体ノズルとしては、ノズル内部で衝突混合させる内部混合方式と、噴口より外部に出た位置で衝突混合させる外部混合方式とがある。
【０００３】
外部混合方式としては、図１１に概略的に示す二流体ノズルがあり、該二流体ノズルでは、ノズル本体１の中心穴１ａより液体を供給するとともに、外周に設けた穴１ｂよりエアを供給し、噴射口１ｃの外部でエアＡと液体Ｌとを衝突混合させている。
【０００４】
内部混合方式としては、図１２に示す二流体ノズルがあり、ノズル本体４の中心穴４ａにエアＡを供給すると共に外周面に開口した穴４ｂより液体Ｌを供給し、ノズル本体の内部室４ｃでエアと液体とを衝突混合させ、気液を混合した状態で、ノズル本体４に連結したノズルチップ５の噴射口５ａより噴射している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記図１１に示す外部混合方式では、設計通りのエアと液体が供給されている場合は、気液を衝突混合させると所要の微粒化を図ることができるが、エア側にトラブルが発生し、エア量が減少あるいはエア圧が減少し、さらに、液体のみが噴射される場合には、液体が噴射口から棒流となって噴射され、被噴射体に当たることとなる。その場合、液体圧は１ｋｇ／ｃｍ2〜８ｋｇ／ｃｍ2であるため、被噴射体が３ｍ程度離れていても損傷を受ける場合がある。この点、内部混合方式では、液体のみとなっても噴射口より所要角度に拡散されて噴射されるため、棒流が被噴射体に直接当たることはなく、上記問題は発生しない。
【０００６】
しかしながら、内部混合方式では、気水比（気体／液体）を小さくし、供給エア量を少なくすると、粒子径が大きくなる問題がある。即ち、気水比と粒子径との関係は、図１３のグラフに示す通りであり、低エネルギー化を図り、気水比を小さくした場合には、粒子径が大きくなる問題がある。
【０００７】
本発明は上記した問題に鑑みて、エア側にトラブルが発生して液体のみが噴射されても棒流とならず、被噴射体に損傷を発生させず、しかも、気水比が低下しても、粒子径を内部混合方式のノズルほど低下させず、言わば、外部混合方式と内部混合方式の両方の問題を解消した二流体ノズルを提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、本発明は、ノズル内部に、液体供給路と、その外周位置に気体供給路を設け、ノズル先端の噴射口の内部側で、上記液体供給路の先端に設けた液体流出穴より噴出する液体に対して交差して衝突するように、上記気体供給通路より上記噴射口へと連通する気体流路を対向して設け、噴射口近傍で対向させた気液混合物を衝突させ、かつ、
上記ノズル先端の噴射口を囲む先端閉鎖壁を、上記液体流出穴より噴出する液体の遮蔽部として、液体が衝突する構成としている二流体ノズルを提供している。
【０００９】
噴射口近傍のノズル内部で、液体流出口より噴射する液体に対して、外周より気体を略直交する方向で衝突させ、液体流路と気体流路とを交差させて液体と気体とを衝突させているため、粒子径を微細化することができる。このように、液体と気体とを噴射口の直前で衝突混合させているため、気水比を低下させても粒子径を小さくできる。さらに、噴射口の近傍で先に気体と衝突混合させた気液混合物同士を衝突させているため、さらに液体の微粒化を図ることができる。
【００１１】
上記構成のノズルでは、液体供給路より噴射口へと導出する液体は、噴射口の周縁の遮蔽部へ衝突して拡散するため、仮に、気体流通路より供給される気体が少ない場合あるいは気体がない場合にも、液体が棒流として噴射口より噴射される恐れはない。また、液体として粘性のあるものを用いた場合も、遮蔽部に衝突させているため、粒子径の微粒化を図ることができる。さらに、遮蔽部に向かって導出する液体あるいは遮蔽部に当たって拡散した液体に対して、外周より気体を略直交する方向で衝突させ、かつ、気体流路を対向して設け、噴射口近傍で対向させた気液混合物を衝突させているため、粒子径を微細化することができる。
【００１２】
上記液体供給路を設けるノズルチップの閉鎖端壁を、上記噴射口を設けた先端閉鎖壁の内部側に間隔をあけて配置し、上記閉鎖端壁より小径筒部を突設して噴射口の周縁の先端閉鎖壁内面に当接させ、該小径筒部の周壁に対向した溝を設け、上記気体流路は上記溝を通るようにすると共に上記液体流出穴を溝内面に開口させ、上記液体流出穴から噴出される液体を上記遮蔽部に衝突させると共に上記溝を通る気体と交差させて衝突させ、かつ、噴射口近傍で対向させた気液混合物を衝突させる構成としている。
【００１３】
また、本発明では、ノズル内部に、液体供給路と、その外周位置に気体供給路を設け、ノズル先端の噴射口の内部側で、上記液体供給路の先端に設けた液体流出穴より噴出する液体に対して交差して衝突するように、上記気体供給通路より上記噴射口へと連通する気体流路を対向して設け、噴射口近傍で対向させた気液混合物を衝突させ、
上記液体供給路を設けるノズルチップの閉鎖端壁の中央部に上記噴射口を設けると共に該噴射口の周壁に対向させて貫通穴を設け、上記気体流路は上記貫通穴を通るように構成すると共に上記液体流出穴を貫通穴の内面に開口させ、該液体流出穴から噴出する液体を上記貫通穴の対向面を遮蔽部として衝突させると共に貫通穴を通る気体に交差させて衝突させ、かつ、噴射口近傍で対向させた気液混合物を衝突させる構成としている二流体ノズルを提供している。
【００１４】
上記外周位置の気体供給路と噴射口とを連通する遮蔽部に沿った気体流路は、対向させて２以上形成し、かつ、対向させた気体流路がなす角度を１８０度〜３０度に設定している。
上記対向する気体流路がなす角度が１８０度の場合、対向する気体が衝突する位置は噴射口の内部位置であり、６０度〜３０度の場合は、対向する気体が衝突する位置は噴射口の外部位置である。いずれの場合も、噴射口の周壁内面に沿った気体流路で、気体と液体とを衝突混合させるため、気体と液体とは噴射口近傍のノズル内部で衝突混合される。なお、３０度より小さい角度とすると、衝突混合させる気体同士が同一方向に向かって流れる層流状態となり、粒子が合体して微細化とは逆に粗大化する恐れがある。また、１８０度より大きいと気体が噴射口より前方へと噴出されにくい。
【００１５】
上記のように、外周位置から供給する気体を噴射口近傍の内部あるいは外部で衝突させ、しかも、これら噴射口へと流出する気体には既に液体と交差させて液体と衝突混合させているため、衝突による粒子径の微粒化を確実に図ることができる。よって、気水比を低下させて低エネルギー化を図った場合にも、粒子径が粗大化することを抑制、防止できる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１乃至図４は第１実施形態を示す。二流体ノズル１０は全体として長尺な円筒形状のシンプルな形状である。円筒形状の外筒１１の内部に所要空間をあけて円筒形状の内筒１２を収容しており、これら外筒１１と内筒１２との後端側にはプラグ１３を内筒１２に外嵌すると共に、外筒１１に内嵌して取り付け、プラグ１３に配管（図示せず）を介して液体供給源（図示せず）と接続し、内筒１２の軸穴からなる液体供給路１４に液体を導入するようにしている。また、外筒１１の周壁の一部に開口１１ａを設け、該開口１１ａにプラグ１５を取り付け、該プラグ１５を配管（図示せず）を介して圧搾エア源（図示せず）に接続し、外筒１１と内筒１２との間の環状空間からなる気体供給路１６に高圧エアを導入するようにしている。
【００１７】
上記内筒１２の前端は外筒１１の前端より突出し、外筒１１の前端に内筒１２を気体供給路１６をあけて囲繞する円筒状のアダプター１７を取り付け、該アダプター１７の前部にノズルボデイ１８を取り付けている。一方  内筒１２の前端にはノズルチップ１９を取り付けており、該ノズルチップ１９は前部はアダプター１７の前端より前方に位置させている。
【００１８】
上記ノズルボデイ１８は、アダプター１７に外嵌する円筒形状の周壁１８ａの前端に、９０度に屈折した先端壁１８ｂを連続させ、該先端壁１８ｂの中央部に噴射口２０を設けている。噴射口２０は前方に向かって外周側へ傾斜した外開き形状で、かつ、噴射口２０と間隔をあけた位置に前端面に断面Ｖ字形状の水切溝１８ｃを環状に設けている。
【００１９】
上記ノズルチップ１９は図３および図４（Ａ）（Ｂ）に示す形状で、小径部１９ａ、中径部１９ｂ、大径部１９ｃ、小径筒部１９ｄを後端より前端にかけて連続させた構成で、小径部１９ａより中径部１９ｂにかけて内部を中空として、内筒１２の液体供給路１４と連続する液体供給路１９ｅを設けている。大径部１９ｃは内部を中空とせずに閉鎖端壁とし、対向する２つの位置に上記液体供給路１９ｅと連通する液体流出穴１９ｆ、１９ｇを設けている。さらに、大径部１９ｃおよび中径部１９ｂの外周面には対向した位置に連続した切欠１９ｈ、１９ｉを設けている。閉鎖壁を構成する大径部１９ｃの前端中央から上記小径筒部１９ｄを突出させており、その周壁に対向して２つの溝１９ｊ、１９ｋを設け、これら溝１９ｊと１９ｋの溝の底面に上記液体流出穴１９ｆと１９ｇを開口させている。
【００２０】
上記ノズルチップ１９は図１および図２に示すようにノズル内部にセットしており、後端の小径部１９ａを内筒１２の前端部に外嵌固定し、小径部１９ａの外周面とアダプター１７の内周面との間に気体供給路１６と同一断面積の気体流路を連続して形成し、かつ、中径部１９ｂの外周面とアダプター１７の内周面との間に断面積が小さい気体流路２１を形成している。その前部の大径部１９ｃでは、その突出した一対の円弧形状の外周部１９ｍ、１９ｎがノズルボデイ１８の周壁１８ａの内周面に当接する一方、切欠１９ｈ、１９ｉの部分では周壁１８ａとの間に図２に示すように気体流路２２を形成している。また、大径部１９ｃの前端面はノズルボデイ１８の先端閉鎖壁１８ｂとの間に隙間をあけているため、上記気体流路２２は図２に示すように、先端閉鎖面１８ｂに突き当たった後に、先端閉鎖面１８ｂの内面と大径部１９ｃの前端閉鎖面の間の気体流路２３へと屈折して噴射口２０側へと導出されるようにしている。
【００２１】
ノズルチップ１９の前端の小径筒部１９ｄは、ノズルボデイ１８の先端閉鎖壁１８ｂの中央に設けた噴射口２０を囲むように突出し、先端閉鎖壁１８ｂの内面に当接している。小径筒部１９ｄに設けた一対の溝１９ｊと１９ｋとは上記気体流路２３と連通し、溝１９ｊ、１９ｋを通して気体が噴射口２０へと噴射されるようにしている。かつ、溝１９ｊと１９ｋの底壁に開口した液体流出穴１９ｆ、１９ｇから流出する液体は溝１９ｊ、１９ｋを通してノズルボデイ１９の先端閉鎖壁１８ｂの内面に当たり、該先端閉鎖壁１８ｂが遮蔽部としての作用をする。
さらに、溝１９ｊ、１９ｋを流れる気体と液体流出穴１９ｆ、１９ｇから流出する液体は気体と略直角方向に交差して、衝突混合するようにしている。
【００２２】
上記溝１９ｊ、１９ｉを通して噴射口２０へと流出する気液混合物は、噴射口２０の開口中央位置の内部側で両側より正面衝突して混合し、この状態で、噴射口２０より外部へと噴射されるようにしている。
【００２３】
上記構成の二流体ノズル１０は、ゴミ焼却場において高温ガス冷却用、製鉄所において高炉、炉頂冷却用、あるいは、重油燃焼用、脱硝用として用いられ、２００℃〜１３００℃程度の高温雰囲気中に設置される場合が多い。よって、二流体ノズル１０では、その内部に液体（冷却用の場合は水、重油燃焼用の場合は粘性のある重油、脱硝用の場合はアンモニア）を流通させ、外周部にエアを流通させているため、エアで断熱させて、内部の液体の高温化を抑制できる。
【００２４】
上記二流体ノスル１０においては、内筒１２の中心の液体供給路１４に供給される液体は、ノズルチップ１９の液体供給路１９ｅを通って一対の液体流出穴１９ｆ、１９ｇより溝１９ｊ、１９ｋへと流出し、ノズルボデイ１８の先端閉鎖壁１８ｂに突き当たって微粒化する。一方、液体供給路１４の外周に位置する気体供給路１６に供給される高圧エアはノズルチップ１９の中径部１９ｂとアダプター１７との間の流路断面積が小さい気体供給路２１をへて気体供給路２２へと流れ、ノズルボデイ１８の先端閉鎖壁１８ｂに突き当たった後に直角方向に屈折して気体供給路２３へと流れ、ここでノズルチップ１９の溝１９ｊ、１９ｋを通り、噴射口２０へと流出する。溝１９ｊ、１９ｋを通過する時に、液体流出穴１９ｆ、１９ｇより流出する液体および先端閉鎖壁１８ｂに当たって跳ね返った液体と直交するように衝突し、液体を微粒化する。この微粒化した気液混合物が噴射口２０の内部側中心位置で、両側より言わば正面衝突し、さらに粒子径が小径となるように微粒化する。この微粒霧が噴射口２０より噴射される。
【００２５】
上記ノズルにおいて、仮に、エア側にトラブルが生じて、エアが供給されない場合、あるいは、エア量が少ない場合が発生しても、液体はノズルボデイ１８の先端閉鎖壁１８ｂからなる遮蔽部に衝突して微粒化した後、噴射口２０より噴射されるため、棒流となることはない。また、液体が粘性を有する場合、粘性のある液体を遮蔽部に衝突させて微粒化できる利点もある。
【００２６】
さらにまた、液体およびエアは、夫々曲がりのない直線状の供給路を通して流通するため、曲がり部分で発生しやすい目詰まりや、異物の堆積が発生しにくく、メンテナンスフリーで、スムーズに液体および気体を流通させることができる。
【００２７】
図５および図６は第２実施形態を示し、第１実施形態との相違点は、ノズルチップ１９の小径筒部１９ｄに９０度間隔をあけて溝１９ｊ、１９ｋ、１９ｐ、１９ｑを設け、かつ、これら溝底面にそれぞれ液体流出穴１９ｆ、１９ｇ、１９ｒ、１９ｓを設けた点である。
【００２８】
上記第２実施形態では、噴射口２０に向かって４方より液体と既に衝突混合した気液が流出して、噴射口２０の中央部内部側で衝突混合し、さらに液体を微粒化した後、噴射口２０より噴射される。
【００２９】
図７は第３実施形態を示し、第１実施形態との相違点は、ノズルチップ１９’の小径筒部１９’ｄに設けた一対の溝１９’ｊと１９’ｋの底面を傾斜させると共に、該溝１９’ｊと１９’ｋとに対向するノズルボデイ１８’の先端閉鎖壁１８’ｂの内面を上記溝底面と平行となるように傾斜させている。よって、溝底面と先端閉鎖壁１８’ｂとの間に形成される気体流路２３’を傾斜させ、対向する気体流路２３’のなす角度θを１２０度としている。
【００３０】
上記対向する気体流路２３’のなす角度を１２０度とすると、対向する気体流路２３’より流出する微粒化した液体を含む気液混合物が、噴射口２０の丁度内部で衝突混合することとなる。
【００３１】
図８に示す第４実施形態では、対向する気体流路２３”のなす角度θを６０度としており、この場合には、対向する気体流路２３”から流出する微粒化した液体を含む気液混合物が噴射口２０の外部で衝突混合することとなる。
【００３２】
このように、先に液体と衝突混合させて微粒化した液体を含む気体同士を衝突混合させる位置は、噴射口２０よりノズル内部側、あるいは、噴射口の丁度内部、噴射口よりノズル外部側のいずれの位置でもよく、噴射口近傍であればよい。
ただし、噴射口の近傍で衝突混合させる前に、液体が噴射口の周縁の先端閉鎖壁に衝突して、この衝突する液体と交差するように気体を流して、液体と気体とを衝突混合させておくことは必須である。
【００３３】
図９に示す第５実施形態は、液体供給路を形成する内筒に連結するノズルチップ３０の閉鎖端壁３０ａの中央部に噴射口４０を設け、該噴射口４０の周壁３０ｂに対向させて一対の貫通穴３０ｃを設け、ノズルチップ３０とノズルボデイ３５との間の気体流路３６は上記貫通穴３０ｃを通るように構成している。上記ノズルボデイ３５の先端壁３５ａには大径開口部３５ｂを設け、該大径開口部３５ｂの内周縁にノズルチップ３０の閉鎖端壁３０ａの先端面周縁を当接し、該当接部より噴射口４０の周縁壁３０ｄを外部へ突出させている。
【００３４】
上記貫通穴３０ｃの内面に液体流出穴３０ｅを開口し、該液体流出穴３０ｅと対向する位置では、貫通穴３０ｃは噴射口４０と連通した状態で、液体流出穴３０ｅから噴射した液体は貫通穴３０ｃを通る気体と交差するように衝突混合し、かつ、対向した位置から噴出する気液混合物同士が噴射口４０の内部位置で正面衝突する。
【００３５】
上記第５実施形態では、液体流出穴３０ｅから噴出した液体は壁面からなる遮蔽物に当接しないが、気体と交差して衝突混合すると共に、噴射口で対向して噴出する気液混合物同士が衝突混合することにより、液体の微粒化を確実に図ることができる。よって、気水比を低下しても、粒径が粗大化することを防止できる。
【００３６】
図１０は第６実施形態を示し、第５実施形態との相違点は、液体流出穴３０ｅの位置を貫通穴３０ｃの内面と対向する位置に設定し、貫通穴３０ｃの対向する内面３０ｇを遮蔽部としている。よって、液体流出穴３０ｅから貫通穴３０ｃに噴出した液体は遮蔽部となる貫通穴内面３０ｇに衝突し、液体は微粒化して反射拡散する。この遮蔽部に衝突して微粒化した液体に貫通穴３０ｃを通る気体が交差して衝突混合するため、微粒化は更に効率よくなされる。また、気体側のトラブルにより、気体が供給されない場合あるいは気体の供給量が減少した場合にも、液体は遮蔽部に衝突して拡散すると共に微粒化するため、液体が棒流となって噴出され、被噴射体に損傷を与えることを防止できる。
他の箇所は第５実施形態と同様であるため、説明を省略する。
【００３７】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明に係わる二流体ノズルによれば、噴射口の内部側で気体と液体とを交差させて衝突混合し、かつ、噴射口の近傍（噴射口よりノズル内部側、ノズル外部側、あるいは噴射口の丁度内部）で対向させた気液混合物を衝突させているため、液体の微粒化を確実に図ることができる。よって、気水比を小さくして低エネルギー化を図った場合にも、粒子径を粗大化させず、微粒噴霧を噴射させることができ、その結果、低エネルギー化によるコスト低下を図ることができる。
【００３８】
また、本発明の二流体ノズルによれば、噴射口の周縁の先端閉鎖壁を遮蔽部として、液体を噴射口より噴射する前に、遮蔽部に衝突させて微粒化させると共に拡散させるため、気体側にトラブルが発生して液体のみが噴射される場合においても、液体が棒流となって噴射口より噴射されることはなく、棒流となる場合に発生する液体圧による被噴射体の損傷を防止できる。
さらに、この遮蔽部に向かって噴出する液体と交差するように気体を流し、遮蔽部への衝突で微粒化した液体を気体と交差させて衝突混合させ、かつ、噴射口の近傍で対向させた気液混合物を衝突させているため、より微粒化を図ることができる。
【００３９】
さらに、上記のように、液体を遮蔽部に衝突させて微粒化しているため、液体として重油などの粘性体を用いる場合も、微粒化を図ることができる。かつ、液体流路は曲がりのない直線状であるため、曲がり部分で粘性体が目詰まりしたり堆積することがない。よって、高粘度の液体噴霧用として好適に用いることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１実施形態のノズル全体の断面図である。
【図２】  第１実施形態の要部拡大断面図である。
【図３】  第１実施形態で用いているノズルチップの斜視図である。
【図４】  （Ａ）が図３のノズルチップの断面図、（Ｂ）は右側面図である。
【図５】  第２実施形態のノズルの要部断面図である。
【図６】  第２実施形態で用いるノズルチップの斜視図である。
【図７】  第３実施形態のノズルの要部断面図である。
【図８】  第４実施形態のノズルの要部断面図である。
【図９】  第５実施形態のノズルの要部断面図である。
【図１０】  第６実施形態のノズルの要部断面図である。
【図１１】  従来の外部混合方式のノズルの断面図である。
【図１２】  従来の内部混合方式のノズルの断面図である。
【図１３】  気水比と粒子径との関係を示すグラフである。
【符号の説明】
１０  二流体ノズル
１１  外筒
１２  内筒
１４  液体供給路
１６  気体供給路
１７  アダプター
１８  ノズルボデイ
１８ｂ  先端閉鎖壁（遮蔽部）
１９  ノズルチップ
１９ｆ、１９ｇ  液体流出穴
１９ｊ、１９ｋ  溝
２０  噴射口
２１、２２、２３  気体流路
【図１】
0003695551.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003695551.tif 000009
【図９】
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【図１０】
0003695551.tif 000011
【図１１】
0003695551.tif 000012
【図１２】
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【図１３】
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