(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転アトマイザー用ノズルであって、フローチャネルの流れ方向に垂直な断面形状の角を均一に丸くされた垂直スロット形状のフローチャネルを備え、該フローチャネルは曲率半径が付与された入口を有し、かつ水平方向の該曲率半径の方が垂直方向の該曲率半径より大きい、上記のノズル。
【請求項２】
外方向に向けられた肩が備えられている、請求項１に記載のノズル。
【請求項３】
該フローチャネルは耐摩耗性焼結物で裏打ちされている請求項１に記載のノズル。
【請求項４】
耐摩耗性焼結物で作られた１つの部分から成るアセンブリーである、請求項１に記載のノズル。
【請求項５】
均一に角を丸くされた垂直スロット形状のフローチャネルを有する、耐摩耗性焼結物のライニングで裏打ちされた鋼製ブッシングを含む請求項１に記載のノズル。
【請求項６】
研磨性の高い物質のスラリーを微粒化するためのアトマイザーホイールであって、ホイールハブおよび該ハブを同軸的に取り囲む実質的に鉢様の断面形状の環状チャンバーを規定する主に円柱形の外壁、該外壁の周にわたって分布した多数の実質的に水平かつ放射状の噴出口、該外壁に関して緩くフィットして該噴出口の各々内に配置された、耐摩耗性焼結物から成るノズルを含み、該ノズルは、該環状チャンバー内に突き出ており、かつフローチャネルの流れ方向に垂直な断面形状の角を均一に丸くされた垂直スロット形状のフローチャネルを有し、該フローチャネルは曲率半径が付与された入口を備え、かつ水平方向の該曲率半径の方が垂直方向の該曲率半径より大きい、上記アトマイザーホイール。
【請求項７】
該ノズルが、アトマイザーホイールの噴出口において、対応した形状の反対方向に向けられた肩に対向して接する、外方向に向けられた肩を備えている、請求項６に記載のアトマイザーホイール。
【請求項８】
該ノズルが、耐摩耗性焼結物のライニングで裏打ちされた金属ブッシングを含む、請求項６に記載のアトマイザーホイール。
【請求項９】
比較的小さな粒径分布の微小球形固体粒子を得る方法であって、回転アトマイザーの少なくとも１つの噴射ノズルを通して固体物質のスラリーを乾燥したチャンバー内に噴射することによって該回転アトマイザーの中で該スラリーをアトマイジングすること、該チャンバー内では該アトマイジングによって形成された固体物質の粒子が乾燥、収集せられ、該噴射ノズルはフローチャネルの流れ方向に垂直な断面形状の角を均一に丸くされた垂直スロット形状のフローチャネルを有し、該フローチャネルは曲率半径が付与された入口を備え、かつ水平方向の該曲率半径の方が垂直方向の該曲率半径より大きい、上記の方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、耐摩耗性回転アトマイザーで使用するための改善されたノズルおよび該改善されたノズルを含むアトマイザーホイールに関する。該耐摩耗性回転アトマイザーは、米国特許第3,454,226号、同第4,121,770号および同第4,684,065号（以上、Niro特許）に記載されている。
【０００２】
【従来の技術】
該特許は、研磨性の高い物質のスラリーを微粒化するためのアトマイザーホイールを記載しており、該アトマイザーホイールは、ホイールハブおよび該ハブを同軸的に取り囲む実質的に鉢様の断面形状の環状チャンバーを規定する主に円柱形の外壁、該外壁の周にわたって分布した多数の実質的に水平かつ放射状の噴出口を含む。操作中、供給されたスラリーは、微粒化された状態で該噴出口を通って外へ噴出され、周囲の乾燥室へ入る。乾燥室では、微粒化によって形成された微粒子が、その固形分が微粉末として乾燥室の底部に落下するように乾燥される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
米国特許第3,454,226号は、該外壁に関して緩くフィットして該噴出口の各々に配置される、耐摩耗性焼結物のノズルを記載しており、ノズルは該環状チャンバー内に突出している。ノズルのための耐摩耗性焼結物の使用は、硬質物質の固体粒子を含む懸濁物を微粒化するときに遠心力によって引き起こされるアトマイザーホイールからの非常に高い放出速度のために起こる非常に激しい摩耗の故に必要であると記載された。米国特許第4,684,065号では、米国特許第3,454,226号のノズルが、該外壁に関して緩くフィットする入れ換え可能な鋼製ブッシングによって該噴出口に配置される、耐摩耗性焼結物のライニングを含むノズルアセンブリーによって置き換えられている。ノズルアセンブリーは、可撓性シーリング環によって所定の位置に保持される。該シーリング環はまた、開口壁とノズルアセンブリーとの間の空間に液体が浸透するのを防止する。ブッシングの中に配置されたライニングと向かい合うブッシングの内側には、平らなくぼみが形成される。該平らなくぼみは、どちらの側でもブッシングの軸方向に延びる。この設計の主張された利点は、回転中にアトマイザー壁が必然的に曲がるとき、ブッシングが、その中に配置された脆いセラミックライナーを破砕することなく変形し得るということである。上記特許に記載されたノズルおよび市販のノズルは、本質的に円柱形のフローチャネルを有するが、米国特許第3,454,226号の図４には、正方形の断面を有するノズルも描かれている。公知文献に記載された特定の設計は、高い耐摩耗性および長い寿命を有するアトマイザーホイールおよびノズルを提供する。本発明は、Niro特許に記載されたものと同じかそれより更に良好な摩耗耐性を有するアトマイザーホイールおよびノズルを提供するが、同時にノズルは、より狭い粒径分布を有する微小球状粒子を提供するように改善されている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明のノズルは、耐摩耗性焼結物を含み、かつ垂直スロット形状のフローチャネルを有する。これらの改善されたノズルを噴霧乾燥懸濁物のために使用すると、円柱形のフローチャネルを有するノズルを使用する場合と比べて、より狭い粒径分布を有する微小球状粒子が得られることが分かった。
【０００５】
【発明の実施の形態】
本明細書の文脈内において、言葉「耐摩耗性焼結物」は、粒状物の表面を共に融合することによるか、あるいは粒状物を或る基礎物質（例えば、炭化タングステン物の製造で使用されているような物質）に埋め込むことによって相互連結が行われているかに拘らず、硬質粒状物が安定して相互連結されている物質を意味する。言葉「垂直スロット」は、水平軸の方が垂直軸よりも短いスロットを意味する。
【０００６】
フロー安定性を確実にするために、ノズルのフローチャネルは均一に角を丸くされた形状を有するのが好ましい。言葉「均一に角を丸くされた」は、流れ方向に垂直のスロット断面が、丸くされた角を有することを意味する。フロー安定性を確実にするために、フローチャネルの入口で曲率半径が大きいことが好ましい。フローチャネルは、先細であってもよい。
【０００７】
入口の曲率半径に関しては、水平方向の曲率半径が垂直方向の曲率半径より大きいと、ノズルが、フローチャネルの壁に沿った最適な液体広がり（これは均一な微粒化を生じる）と最適な流れ容量（これは粘性抵抗および入口の乱れを少なくする）の組み合わせを提供することが分かった。本明細書では、水平方向の曲率半径および垂直方向の曲率半径は、次のように定義される。ｘをスロットの小さい方の軸に沿った方向とすると、ｙはフローチャネルを下り、zは垂直、すなわちスロットの主軸に沿っている。水平方向の曲率半径を有する表面を生じるためには、半径ｒｈを有する９０°の弧がｘｙ（水平）面に取られなければならず、そしてそれは、z方向に延ばされなければならない。垂直方向の曲率半径を有する回転表面を生じるためには、半径ｒｖを有する９０°の弧がｙｚ（垂直）面に置かれなければならない。しかし、スロットの両端は丸くされているので、この弧はｘに沿って延ばされるのではなく、むしろ、スロットの両端において、丸くされた半円の中心線の周りで回転される。
【０００８】
スロットの高さ（垂直軸）の最適の大きさは、望ましい粒径分布改善およびアトマイザーホイールのサイズ制限によって決定される。最適のスロット幅（水平軸）は、フローチャネルの断面積が、Niro特許に記載されたような従来のノズルに典型的に見られるのとほぼ同じであるように選択され得る。
【０００９】
本発明のノズルを使用すると、金属ブッシングを有する、２つの部分から成るノズルアセンブリーを使用する必要がないことが分かった。全体が耐摩耗性焼結物で作られた１つの部分から成るノズルは、ノズルと噴出口との間に可撓性シーリング環が使用される限り、回転力および壁の屈曲に耐えることができる。該シーリング環は、米国特許第4,684,065号に記載されている。さらに詳細には、この特許が参照される。
【００１０】
もちろん、本発明に係るノズルは、好ましくは均一に角を丸くされた垂直スロット形状のフローチャネルを有して、耐摩耗性焼結物のライニングで裏打ちされた金属ブッシングを含む、２つの部分から成るノズルアセンブリーであってもよい。ブッシングに適する金属としては、（ステンレス）鋼、ハステロイなどのニッケル合金、チタン、タンタル、ジルコニウムなどが挙げられる。該鋼製ブッシングは、高い回転力による鋼ブッシングの変形時に耐摩耗性焼結ライニング物質の破壊を回避するように平らなくぼみをさらに備えていてもよい。この実施態様でも可撓性シーリング環を使用することができる。
【００１１】
本発明のさらに別の実施態様では、ノズルが、アトマイザーホイールの噴出口において、対応した形状の、反対方向に向けられた肩に対向して接する、外方向に向けられた肩を備えている。スラリーの微粒化中、ノズルは、時々非常に激しくすらあり得る摩耗にさらされる。しかし、この摩耗は、或る明確に規定された領域に制限される。この実施態様では、ノズルの寿命を長くするために、ノズルが次第に摩耗するにつれて、ノズルをフローチャネルの軸の周りに回転させることができる。
【００１２】
本発明は、さらに、研磨性の高い物質のスラリーを微粒化するためのアトマイザーホイールに関する。該アトマイザーホイールは、ホイールハブおよび該ハブを同軸的に取り囲む実質的に鉢様の断面形状の環状チャンバーを規定する主に円柱形の外壁、該外壁の周にわたって分布した多数の実質的に水平かつ放射状の噴出口を含み、耐摩耗性焼結物から成るノズルが該外壁に関して緩くフィットして該口の各々に配置され、該ノズルは、該環状チャンバーに突き出ており、かつ垂直スロット形状のフローチャネルを有する。フロー安定性を確実にするために、ノズルのフローチャネルは均一に角を丸くされた垂直スロットの形状を有するのが好ましい。
【００１３】
該アトマイザーホイールは、全体が耐摩耗性焼結物で作られた１つの部分から成るノズル、または耐摩耗性焼結ライニングで裏打ちされた金属ブッシングを含む、２つの部分から成るノズルを備えることができる。さらに、ノズルは、アトマイザーホイールの噴出口において、対応した形状の反対方向に向けられた肩に対向して接する、外方向に向けられた肩を備えていてもよい。
【００１４】
本発明を図面によってさらに説明する。
【００１５】
図１に示したアトマイザーホイールは、中央ハブ１、実質的に円柱形の外壁３、およびカバー５を備えた、実質的に鉢様の断面形状を有する環状チャンバー２を含む。カバー５には、開き口６がハブ１の周りに同軸的に備えられており、そこを通って、微粒化されるべきスラリーがアトマイザーホイールに供給される。
【００１６】
アトマイザーホイールの外壁3の周に沿って、多数の噴出口が備えられており、操作中は、供給されたスラリーが、そこを通って微粒化形状で外側に噴出されて周囲の乾燥室に入り、乾燥室では、微粒化によって形成された微粒子が、その固形分が微粉末として乾燥室の底部に落下するように乾燥される。アトマイザーホイール自体への摩耗を防ぐために、耐摩耗性焼結物のノズル７が個々の噴出口に挿入される。
【００１７】
図２に示したアトマイザーホイールは、中央ハブ１、実質的に円柱形の外壁３、底部４およびカバー５を備えた、実質的に鉢様の断面形状を有する環状チャンバー２を含む。カバー５には、開き口６がハブ１の周りに同軸的に備えられており、そこを通って、微粒化されるべきスラリーがアトマイザーホイールに供給される。
【００１８】
アトマイザーホイールの外壁3の周に沿って、多数の噴出口が備えられており、操作中は、供給されたスラリーが、そこを通って微粒化形状で外側に噴出されて周囲の乾燥室に入り、乾燥室では、微粒化によって形成された微粒子が、その固形分が微粉末として乾燥室の底部に落下するように乾燥される。アトマイザーホイール自体への摩耗を防ぐために、摩耗耐性ライニング９を有するブッシング８を含むノズル７が個々の噴出口に挿入される。ブッシング８は鋼で作られ、噴出口において、対応した形状の反対方向に向けられた肩11に対向して接する、外方向に向けられた肩10を備えている。前記したように、ブッシング８は開口に緩くフィットしており、かつ、こうして付与された隙間に粒子が入り込むのを防ぐために、壁３の内表面近くに配置されたシーリング環１２によって外壁３に対して密閉される。
【００１９】
過剰の応力がセラミックライニング９に移されることなくブッシングの弾力的変形を可能にするために、ブッシング８は、ライニングと向かい合うその内表面に平らなくぼみ13を備えられる。示した実施態様では、くぼみ１３が、シーリング環１２のくぼみの下およびブッシング８の内部端近くから延びている。すなわち、最悪の場合には、直接セラミックライニングに移されると損傷を与え得る応力にさらされるところのブッシングの部分の実質的に全体にわたって延びている。
【００２０】
図３には、従来技術に係るノズルに存在するフローチャネルの三次元的図解を示す。該従来のノズルは、本質的に円柱形状を有する。
【００２１】
図４には、本発明に係るノズルに存在するフローチャネルの三次元的図解を示す。本発明に係るノズルは、均一に角を丸くされた垂直スロット形状のフローチャネルを有する。
【００２２】
図５には、本発明に係るアトマイザーホイールおよびノズルを使用してスラリーを噴霧乾燥すると、より小さい粒径分布が得られることを示すグラフが示されている。グラフは、１５０ミクロンより大きい製品の一定割合において、３８ミクロン未満の粒径を有する製品が絶対量で約２％減少することを示す。これは、粒径分布が１０〜２０％狭くなることと等しい。
【００２３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係るノズルを有するアトマイザーホイールの部分断面図である。
【図２】本発明の別の実施態様に係るノズルを有するアトマイザーホイールの部分断面図である。
【図３】従来技術に係るノズルに存在するフローチャネルの三次元的図解である。
【図４】本発明に係るノズルに存在するフローチャネルの三次元的図解である。
【図５】得られた製品の３８ミクロン未満の直径を有する割合を、１５０ミクロンより大きい直径を有する製品の割合に対してプロットしたグラフを示す。
【００２４】
【符号の説明】
１   ハブ
２   環状チャンバー
３   外壁
４   底部
５   カバー
６   開き口
７   ノズル
８   ブッシング
９   ライニング
10外方向に向けられた肩
11反対方向に向けられた肩
12シーリング環
13くぼみ
【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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