(57)【要約】【課題】流動性物質が粉体である場合にはその分散を良くし、液体である場合には微細化し、またスラリーである場合にはそれが高濃度・高粘度であっても安定噴霧と分散微粒化が可能となる物質の噴霧方法と噴霧装置を提供する。【解決手段】粉体、液体又はスラリーからなる流動性物質に、旋回気流同士の複合気流を衝突させ、微細化しながら噴霧することを特徴とする物質の噴霧方法。粉体、液体又はスラリーからなる流動性物質の流通する内筒と、その内筒を包含し、気体の流通する外筒とからなり、上記内筒が直管内筒（２）であり、上記外筒が多重外筒（３ａ、３ｂ）で、しかも気体の流通路には旋回羽根（４ａ、４ｂ）が設けられてなるものであって特徴とする物質の噴霧装置。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
粉体、液体又はスラリーからなる流動性物質に、旋回気流同士の複合気流を衝突させ、微細化しながら噴霧することを特徴とする物質の噴霧方法。
【請求項２】
粉体、液体又はスラリーからなる流動性物質の流通する内筒と、その内筒を包含し、気体の流通する外筒とからなり、上記内筒が直管内筒（２）であり、上記外筒が多重外筒（３ａ、３ｂ）で、しかも気体の流通路には旋回羽根（４ａ、４ｂ）が設けられてなるものであることを特徴とする物質の噴霧装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、粉体、液体又はスラリーからなる流動性物質と気体とを衝突混合させ、流動性物質を微粒化して噴霧する方法及び装置に関するものであり、ダスト混合廃液スラリー等の噴霧乾燥等に用いるものである。
【０００２】
【従来の技術】
現在、多くの産業において、液体の微粒化を二流体ノズルを用いて行っている。その微粒化する液体の処理量や、液滴の粒子径は非常に広範囲に及んでいる。その中でも、ダスト混合廃液スラリー等の噴霧乾燥では、高温炉内に廃液を圧縮気体により分散させる二流体ノズルで噴霧させ、スラリー中の水分を蒸発させ、廃液中のダストを乾燥回収させている。
【０００３】
従来、用いられる二流体ノズルは、気体と液体とを衝突混合させて液滴を微粒化させている。その方式にはノズル内部で気液を衝突混合させる内部混合方式（特許文献１）と、液体吐出口外部で気液を衝突混合する外部混合方式とがある。内部混合方式のノズルでは、液体と気体とをノズル内部に設けた混合室で衝突させた後、整流室、噴射室を通過させ、吐出口から噴射する構造となっている。混合流体は、その流路において形成されている多段の壁面に衝突し、液滴の微粒化が図られる。
【０００４】
このような内部混合方式のノズルは、液滴の微粒化を図るため、気液の流路に衝突壁が設けられ、更には吐出口が小さく絞られ、吐出速度を上げているので、ダスト濃度の高い高粘性かつ高沈降性のスラリーを噴霧すると、衝突壁や液体流路の曲がり部に溶解物が付着し、それが積層され流路が閉塞したり、粒径の大きい溶解物が吐出口に詰まったりする問題が生じる。
【０００５】
【特許文献１】第２７１０３９８号特許公報
【０００６】
これに対し、外部混合方式の二流体ノズルは、図５に例示するように、ノズル本体１０１の中心に作られた液体供給路１０２を介し液体吐出口１０３より液体を噴射すると共に、気体供給口１０５から気体供給路１０６を介し外周に設けた気体吐出口１０７よりエアーを噴射し、液体吐出口の外部でエアーと液体とを衝突混合させている。
【０００７】
このような外部混合方式のノズルにおいては、液滴の微粒化を図るため、液体供給路の径を絞り吐出速度を上げ分散を高めるように設計される。更には、気体と液体の衝突を促進するため、すり鉢状に形成された液体供給口１０４の最深部から液体が噴射され、その側面に形成された気体吐出口１０７から噴射した気体と衝突させる構造となっている。このため、ダスト濃度の高いスラリーを噴霧すると、液体供給路の絞りにより、スラリーの圧送に抵抗が働き流路が閉塞したり、気体の流量・流速が十分でないとスラリーの分散が不十分となり、十分に小さい液滴とすることができず、不完全乾燥となる問題があった。また、スラリーの分散が十分であっても、ノズル先端１０８などにスラリーがぶつかり、その部分で乾燥してスラリー溶解物が固着し、この固着物が成長し、スラリーの吐出・分散を阻害してしまう問題があった。
【０００８】
そこで、これらのノズルを用いる場合、スラリーを希釈し、ダスト濃度を低減することでスラリーの噴霧を可能とすることができるが、スラリー処理量の増大や、希釈液分を蒸発させるための過剰な熱量が必要となり、大幅なコストアップとなってしまうので好ましくない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その目的は、高濃度・高粘度のスラリーであっても液滴を微粒化し供給することができる、粉体、液体又はスラリーからなる流動性物質の噴霧方法と噴霧装置を提供するものである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明は、粉体、液体又はスラリーからなる流動性物質に、旋回気流同士の複合気流を衝突させ、微細化しながら噴霧することを特徴とする物質の噴霧方法である。また、本発明は、粉体、液体又はスラリーからなる流動性物質の流通する内筒と、その内筒を包含し、気体の流通する外筒とからなり、上記内筒が直管内筒（２）であり、上記外筒が多重外筒（３ａ、３ｂ）で、しかも気体の流通路には旋回羽根（４ａ、４ｂ）が設けられてなるものであることを特徴とする物質の噴霧装置である。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、更に詳しく本発明について説明する。
【００１２】
本発明においては、粉体、液体又はスラリーからなる流動性物質に、旋回気流同士の複合気流を衝突させる点において、従来の単一の旋回気流を衝突させ方式とは異なっている。複合気流は、分散させる流動性物質を供給する内筒の外側に複数本の単管を配置し、それぞれの単管の一方から他方に気体を圧送することによりそれぞれの気流を合流させ旋回流を形成させる方法、あるいは後述のように、例えば分散させる流動性物質を供給する内筒の外側に多重の外筒を同軸となるように設置し、筒同士の空間部に旋回羽根を設けてなる多重外筒の一方から他方に気体を圧送することによって各隔壁によって形成された単一の旋回気流を合流する方法によって行うことができる。これによって、流動性物質が粉体の場合にはその分散を良くし、液体の場合には微細化し、スラリーの場合にはそれが高濃度・高粘度であっても液滴を微粒化し噴霧することが可能となる。
【００１３】
複合気流は、２又は２以上の旋回気流を複合させることで形成されるが、特に、外側の旋回気流が内側の旋回気流に合成されるように形成させることが好ましい。この気流の調整は旋回羽根の角度を調整することで可能である。また、複合気流を形成させる気体は圧搾気体で噴霧装置に供給することが好ましく、その供給気体の圧力は０．１ＭＰａ未満であると、旋回流の形成が不完全となる場合があるため０．１ＭＰａ以上であることが好ましい。その気体は、噴霧後に流動性物性と反応したり、圧搾することで爆発性が発生するものでなければ、特に指定されるものではなく、酸素、窒素、希ガスなどが挙げられるが、処理コストの面から空気であることが好ましい。
【００１４】
本発明の噴霧装置は、本発明の噴霧方法を実施する装置である。これを図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の噴霧装置の概略横断面図、図２はその概略左側面図、図３は旋回羽根を取り付けた状態の斜視図、図４は図３の概略正面図である。なお、図５は、従来の外部混合方式の二流体ノズルの概略横断面図である。また、図６は、本発明の噴霧装置を用いたスラリーの噴霧乾燥試験装置の説明図である。
【００１５】
本発明の噴霧装置１は、直管内筒２と、その周囲に位置した多重外筒３ａ、３ｂからなり、多重外筒の気体の流通路には旋回羽根４ａ、４ｂが設けられている。図には二重構造の多重外筒が示されているが、これを三重構造以上の多重外筒としてもよい。符号の５は、粉体、液体又はスラリーからなる流動性物質の供給口、６はその流通路であり、７ａ、７ｂは気体の供給口、８ａ、８ｂはその流通路である。
【００１６】
本発明において、内筒２は、従来方式のように流動性物質の供給中にその抵抗を大きくしないように、流動性物質の供給口から吐出口までの間には、曲がり部や、分岐部、絞り部が存在しない直管で構成されることが好ましい。このような部分が存在すると、その部分でスラリー等の流動性物の抵抗が大きくなり、溶解物の沈降、閉塞を引き起こすことがある。
【００１７】
本発明における外筒は、多重管構造からなる多重外筒であり、壁間で形成された気体の流通路のそれぞれには、その吐出口手前の管外壁に、旋回羽根の適宜数が設けられており、気体を供給したときに旋回気流同士の複合気流が形成するようになっている。旋回羽根は、気体の旋回力を維持するために、気体吐出口のすぐ手前に取り付けることが好ましいが、気体吐出口に接するような形を取ると、流動物質の吐出直後の旋回流にムラができるため、気体吐出口より僅かに内側に取り付けることが好ましい。また、各旋回羽根の取付角度は、流動性物質の供給方向に対し１０°〜７５°とすることが好ましい。更には、内筒に隣接する気体の流通路に設ける旋回羽根の取付角度は、この気体の流通路の外周に隣接する気体の流通路に設ける旋回羽根の取付角度と同等以下の角度にすることが好ましい。
【００１８】
複合気流による流動性物質の分散性をより高めるためには、多重で形成した旋回気流の外側の気体供給量を内側のそれよりも１．５〜１０倍量とする（多くする）ことが好ましい。外側の気体供給量を多くすることで、複合気流がより効果的に流動性物質に影響を与えることができ、分散性が向上される。更に多重管で形成される気体流通路の断面積は、気体の圧力損失が大きくならない程度であれば任意の広さで構わないが、外側の気体供給量を大きくする場合は、外側の気体流通路の断面積をを内側の気体流通路の断面積に対し、設計流量比で広くすることが好ましい。
【００１９】
このようにして旋回気流同士を合流させて複合することによって、各旋回気流は互いに干渉し、乱流を発生させて流動性物質に衝突するので、分散効果を大幅に高めることが可能となり、高濃度、高粘度のスラリーにおいても液滴の微粒化が可能となる。
【００２０】
本発明の噴霧装置においては、単管内筒と同軸多重外筒の吐出面、すなわち流動性物質と各旋回気流の吐出口は、同一平面になるようにしておくことが好ましい。従来の外部混合式のノズルでは、気体を効率よく液体に衝突させるため、流動性物質吐出口が気体吐出口よりも内側に入った形状のものが多い。このような構造であっては、流動性物質の種類によっては、噴霧した流動性物質が気体吐出口付近に接触し、液滴径が大きくなってしまうことがあるが、本発明ではこれを阻止することができる。
【００２１】
【実施例】
以下、実施例、比較例をあげて更に説明する。
【００２２】
図１〜４に示される噴霧装置１を製作した。直管内筒２は、ＳＵＳ製、内径８ｍｍ、外径１０ｍｍ×長さ２００ｍｍである。多重外筒３ａ、３ｂは、二重管構造でありそれぞれＳＵＳ製で、３ａが内径１４ｍｍ、外径１６ｍｍ×長さ１５０ｍｍ、３ｂが内径２０ｍｍ、外径２２ｍｍ×長さ１５０ｍｍである。この二重管の内管内に直管内筒２が吐出口が同一平面となるように収容されており、また直管内筒２の外周面と、多重外筒の二重管の内管３ａの外周面とには、旋回羽根４ａ、４ｂが、いずれも吐出口の内側５ｍｍの所に４ａが６個、４ｂが１２個設けられている。ノズル後部のプラグ９には配管を取り付け、流動性物質供給源と接続し、ノズル後部の供給口５から流動性物質を流通路６に導入するようにしている。流通路６を通過した流動性物質は吐出口７から吐出される。
【００２３】
プラグ１０ａ、１０ｂに配管を取り付け、圧搾エアー源と接続し、気体供給口７ａ、７ｂから高圧気体を流通路８ａ、８ｂに導入するようにしている。流通路８ａ、８ｂ中を通過した気体は旋回羽根４ａと４ｂにて旋回流となり気体吐出口１１ａ、１１ｂから吐出される。なお、旋回羽根４ａは直管内筒２の外周に、また旋回羽根４ｂは気体流通路８ａと８ｂを分ける多重外筒３ａの外周に設置されている。旋回羽根４ａ、４ｂの取付角度は、流動性物質流通路６の直線方向に対し、４ａが４５°、４ｂが６０°である。
【００２４】
実施例１
図６に示されるスラリーの噴霧乾燥試験装置を用いてスラリーの乾燥試験を行った。噴霧装置１（図６では符号２０１）のプラグ９にソケットを取り付け、そこからチューブホース２０２にて流動性物質を供給するラインを形成した。プラグ１０ａ、１０ｂにもそれぞれ２０５ａ、２０５ｂで示した配管を取り付け、圧搾エアー供給装置２０６と接続した。噴霧装置１は約４００℃保温された電気炉２０７の炉頂部に炉内に向かって取り付けた。この電気炉２０７は炉体下部に設置したダンパー２０８より粉体が回収できる構造になっている。また炉体下部の横からは排気配管２０９が接続されており排気ができる構造となっている。流動性物質として、平均粒径３０μｍの破砕状の溶融シリカ粉と水とを６：４で攪拌混合したスラリーを調整し、このスラリーをチューブポンプ２０３にて噴霧装置に１００Ｌ／ｈの量で電気炉内に２０４から供給した。また旋回気体には内側吐出口から２０ｍ３  ／ｈ、外側吐出口から４０ｍ３  ／ｈになるように配管に設置した流量計で調整し供給した。スラリー噴霧後、炉体下から得られた粉を回収し、粉の水分含有量を測定した結果、回収粉の水分含有率は０．２％であることを確認した。
【００２５】
実施例２
実施例１で調整したスラリーを用い、噴霧装置の旋回羽根４ａ、４ｂの枚数を４ａが８個、４ｂが１２個設け、旋回羽根４ａの取付角度を３０°、４ｂのそれは４５°に変更した以外は実施例１と同様の条件で電気炉内にスラリーを噴霧した。スラリー噴霧後、炉体下から得られた粉を回収し、粉の水分含有量を測定した結果、回収粉の水分含有率は０．１％以下であることを確認した。
【００２６】
比較例１
実施例１のスラリーを用い、噴霧装置における旋回気体を内側供給口からのみ２０ｍ３  ／ｈで供給した以外は実施例１と同様の条件で電気炉内にスラリーを噴霧した。スラリー噴霧後、炉体下から得られた粉を回収し、粉の水分含有量を測定した結果、回収粉の水分含有率は１３％であり、十分な乾燥が行われなかった。
【００２７】
【発明の効果】
本発明によれば、流動性物質が粉体である場合にはその分散を良くし、液体である場合には微細化し、またスラリーである場合にはそれが高濃度・高粘度であっても安定噴霧と分散微粒化が可能となる。従って、ダスト混合廃液スラリー等の噴霧乾燥作業において、付帯設備の増強をせずに操業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の噴霧装置の概略横断面図
【図２】本発明の噴霧装置の概略左側面図
【図３】旋回羽根を取り付けた状態の斜視図
【図４】図３の概略正面図
【図５】従来の外部混合方式の二流体ノズルの概略横断面図
【図６】スラリーの噴霧乾燥試験装置の説明図
【符号の説明】
１  本発明の噴霧装置
２  直管内筒
３ａ、３ｂ  多重外筒
４ａ、４ｂ  旋回羽根
５  流動性物質供給口
６  流動性物質流通路
７ａ、７ｂ  気体供給口
８ａ、８ｂ  気体流通路
９  流動性物質供給口プラグ
１０ａ、１０ｂ  気体供給口プラグ
１１ａ、１１ｂ  気体吐出口
１２  流動性物質吐出口
１０１  外部混合方式の二流体ノズル本体
１０２  液体供給路
１０３  液体吐出口
１０４  液体供給口
１０５  気体供給口
１０６  気体供給路
１０７  気体吐出口
１０８  ノズル先端
２０１  本発明の噴霧装置
２０２  チューブホース
２０３  チューブポンプ
２０４  スラリー供給
２０５ａ、２０５ｂ  気体供給配管
２０６  圧搾エアー源
２０７  電気炉
２０８  炉体下排出ダンパー
２０９  排気配管
【図１】
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【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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