(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズル本体の基端側より先端の噴射孔側にかけて軸線に沿って流路を形成し、該流路の流入口に液体供給管を接続すると共に、該流路にワーラーとオリフィスとを介設し、これらワーラーとオリフィスとの配置位置より噴射側の流路の周壁に、周方向に間隔をあけて気体流入孔を設けると共にこれら気体流入孔の外端と連通する気体環状流路を設け、かつ、該気体環状流路をノズル本体に形成した気体流入通路と連通させ、軸線に沿って流入する液体をワーラーで旋回させると共にオリフィスで絞った後に、外周より流入する気体と衝突混合させ、かつ、
上記気体流入孔を設けた位置から先端噴射孔までの流路の間に拡径した気液混合室を設け、該気液混合室の先端側に段差を設けて縮径室を連続させ、該縮径室の先端に円錐形状とした噴口部を設け、該噴口部外壁のノズルヘッドに上記噴射孔を設け、上記混合流体を上記噴射孔より噴霧する構成としている二流体ノズル。
【請求項２】
上記ワーラーは流入口側に配置すると共に、上記オリフィスはワーラーよりも噴射孔側に配置し、かつ、オリフィスの出口側の流路内壁に上記気体流入孔を設けている請求項１に記載の二流体ノズル。
【請求項３】
上記ノズルヘッドに設ける噴射孔は多孔としている請求項１または請求項２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、特に、空気と水とを混合した気液混合ミストの微粒化を図るもので、ゴミ焼却炉内において発生する高温ガスの冷却用に好適に用いられるものである。
【０００２】
【従来の技術】
ゴミ焼却炉においては、焼却温度は８００℃以上、さらに、１２００℃〜１３００℃まで高めることが好ましいとされている。よって、焼却時に発生するガスも非常に高温となり、焼却後に略１５０℃程度まで冷却する必要があり、そのため、ゴミ焼却炉にノズルを設置して、冷却用噴霧をガスに噴射している。この冷却用噴霧は、焼却灰や集塵機の濡れを防止すると共に、ガスの冷却効率を高めてランニングコストを増大させないためには、噴霧を微粒化する必要があり、よって、水に空気を混合した気液混合ミストを噴射する二流体ノズルが用いられている。
【０００３】
この種の二流体ノズルとしては、従来、特開昭６０−４１５６５号公報において図８に示すノズルが提供されている。該ノズルは、ノズル本体１の軸線に沿って液流路２が設けられると共に、液流路２の気液混合室２ａの周壁３の外側に環状の空気流路４が設けられ、周壁３に螺旋ラインに沿って間隔をあけて孔３ａが設けられ、これら孔３ａから気液混合室２ａに空気を流入させることにより気液を混合して、噴射口５より気液混合ミストが噴射されるようにしている。
【０００４】
上記ノズルでは、孔３ａを螺旋状に配置することにより、全周にわたって均一に孔３ａを配置し、内部の液に対して全周より空気を流入して混合させることを特徴としている。混合気液の微粒化は、気液混合室２ａ内において、液に対して外周より流入させる空気を一度衝突させて行われているだけで、混合気液の微粒化程度は低い。
【０００５】
これに対して、混合気液をより微粒化するために、本出願人は先に特開平７−１２４５０２号公報において図９に示すノズルを提供している。このノズルはノズル本体６の供給端側の中心の空気供給路７より供給される空気の外周に、液供給路８より液体を衝突させて供給し、この混合部９から噴射口１０に至るまでの流路に混合流体が衝突する壁面１１ａ、１１ｂを設けている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記ノズルは、供給端側の混合部９で混合されて混合流体が噴射口１０から噴霧されるまでの間で、多段の壁面に衝突して、衝突を複数回繰り返すため、上記図８に示すノズルより水滴をより微粒化することができる。
【０００７】
しかしながら、このように衝突回数を増加して微粒化を図るだけでは、最大粒径を２００μよりも小さくするには、気水比（空気量／水量）を２００以上にする必要があり、また、水滴は１５０μ以下とすることが好ましいが、１５０μ以下とするには、気水比を５００以上とする必要がある。このように、気水比を大きくするために、圧力空気の使用量を増大させる必要があり、ランニングコストがかかる問題がある。
【０００８】
さらに、噴霧流量を増大させると水滴が大きくなり、図９に示すノズルでは、例えば、気水比を１５０に設定した場合、最大粒子径を１５０μとするには２００リットル／時間とする必要がある。近時、ゴミ焼却炉は大型化しているため、噴霧流量を増大させなければ所要温度まで冷却することが出来ないが、上記のように、噴霧流量を増加させると粒子径が大きくなり、濡れ等が発生する問題がある。
【０００９】
本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、気水比を大きくすることなく微粒化が図れると共に、噴霧流量を増加しても微粒化を保持できるノズルを提供することを課題としている。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明は、ノズル本体の基端側より先端の噴射孔側にかけて軸線に沿って流路を形成し、該流路の流入口に液体供給管を接続すると共に、該流路にワーラーとオリフィスとを介設し、これらワーラーとオリフィスとの配置位置より噴射側の流路の周壁に、周方向に間隔をあけて気体流入孔を設けると共にこれら気体流入孔の外端と連通する気体環状流路を設け、かつ、該気体環状流路をノズル本体に形成した気体流入通路と連通させ、軸線に沿って流入する液体をワーラーで旋回させると共にオリフィスで絞った後に、外周より流入する気体と衝突混合させ、かつ、
上記気体流入孔を設けた位置から先端噴射孔までの流路の間に拡径した気液混合室を設け、該気液混合室の先端側に段差を設けて縮径室を連続させ、該縮径室の先端に円錐形状とした噴口部を設け、該噴口部外壁のノズルヘッドに上記噴射孔を設け、上記混合流体を上記噴射孔より噴霧する構成としている二流体ノズルを提供している。
【００１１】
上記流路に介設するワーラーとオリフィスとの配置順序は限定されず、オリフィスを流入口側、ワーラーを噴射口側として、流入液体をオリフィスで絞った後にワーラーで旋回させ、その後、外周より流入する気体と衝突混合させてもよい。また、ワーラーとオリフィスとは夫々１個でも良いが、複数段に設けても良い。さらに、流路外周に設ける気体流入孔は、その流路に接する開口を流路と接線方向に連通するようにしても良いし、流路と直交させて連通してもよい。また、この気体流入孔は周方向に一定ピッチで形成すれば、その個数は限定されず、流路が大径の場合は気体流入孔の個数を増加することが好ましい。さらに、この流路外周に設ける気体流入穴は、流路の軸線方向に対しても多段に設けてもよい。
【００１２】
上記ワーラーとは流路に横断的に配置されるもので、軸心部から複数枚の羽根が突出し、これら羽根の先端が流路内周面と当接し、羽根の間を通って流体が流れるこのとにより、強制的に旋回流を発生させるものである。このワーラーとしては、従来、Ｘ型ワーラー、卍型ワーラー等が用いられているが、いずれの形状でもよい。
【００１３】
上記のように、ノズル本体の流路に流入する液体をワーラーを通し、液体に旋回流を発生させ、ワーラーの羽根や流路内壁に衝突させることにより、まず、水滴を微粒化できる。さらに、オリフィスを通すことにより、オリフィスの入口で液体が壁に衝突して微粒化し、かつ、オリフィスから出た液体が高圧力で出口側の内壁に衝突することにより微粒化する。このワーラーとオリフィスを通して微粒化した液体に外周より気体を流入させて液体と衝突させることにより微粒化が促進されると共に粒子径の均一化が図られる。このように、液体に気体を衝突混合させるだけでなく、その前にワーラーとオリフィスを通すことにより、従来のノズルよりも微粒化が図れ、気水比を低下しても、また、噴霧流量を増加しても、濡れを発生させない最大粒子径１５０μ以下に保持することができる。
【００１４】
上記ノズル本体の軸線に沿った流路には、流入口側から噴射口側にかけて、ワーラーとオリフィスを順次配置し、オリフィスの出口側の流路内壁に気体流入孔を設けることが好ましい。即ち、オリフィスを出て拡散した液体に対して、外周より気体を供給して混合すると、気液の混合を均一化できると共に、水滴をより微粒化することができる。
【００１５】
また、上記気体流入孔を設けた位置から先端噴射孔までの流路の間に拡径した気液混合室を設け、該気液混合室の先端側に段差を設けて縮径室を連続させ、該縮径室の先端に円錐形状とした噴口部を設け、該噴口部の外壁に単孔の噴射孔あるいは多孔の噴射孔を設けている。
【００１６】
上記のように、気体流入孔の配置位置より噴射孔側に気液混合室を設けて、混合気液を拡径した気液混合室に通すと、該気液混合室で気体と液体とを均一に混合させることができる。さらに、この気液混合室より縮径室に通す時に、段差部に混合気液を再度衝突させて微粒化を図ることができる。上記のように、噴口部に設ける噴射孔は多孔に限定されず、単孔でも良いが、多孔とすると微粒化が図れ、かつ、ガス冷却用として用いる場合には、噴霧範囲が広げられる点から多孔とすることが好ましい。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の二流体ノズルの実施形態を図面を参照して説明する。
図１に示すように、ノズル本体２０は基部２１、コア２２、チップ２３からなり、基部２１の先端にコア２２を連接した状態で、チップ２３の基部側筒部２３ａを外嵌して螺着し、基部２１、コア２２、チップ２３を一体的に固定している。これら基部２１、コア２２、チップ２３からなるノズル本体２０には、基端側（Ｘ）より先端噴射側（Ｙ）にかけて軸線Ｌに沿って流路２５を形成し、該流路２５の流入口２５ａを液体供給管４０に接続するようにしている。
【００１８】
上記基部２１に形成される流路２５ｂは一定径の長尺な流路で供給される液体の整流作用を行うようにしている。上記流路２５ｂと連通してコア２２に形成される流路２５ｃは、その流入端側に、流路２５ｂと略同径のワーラー収容部２６を設けている。このワーラー収容部２６内には、図２（Ａ）（Ｂ）に示すＸ型ワーラー２７を収容している。なお、図３および図４に示す卍型ワーラーを用いてもよい。なお、ワーラーを基部と別体とせず、基部と一体的に設けてもよい。
【００１９】
上記ワーラー収容部２６より噴射口側に向かって順次縮径させて小径のオリフィス２８を設け、該オリフィス２８の出口側に拡径した気体流入室２９を設けている。この気体流入室２９の周壁には周方向に一定ピッチで気体流入孔３０を水平方向に貫通して設け、コア２２とチップ２３との間に形成する気体環状流路３１に連通させている。また、コア２２には、気体環状流路３１と連通する気体流入路３２Ａを軸芯方向に貫通して形成し、基部２１に連通して形成した気体流入路３２Ｂと連続させている。この気体流入路３２Ｂは圧搾空気供給管４１を連通し、よって、気体流入室２９には所要圧力の空気が外周より均一に気体が流入されるようにしている。
【００２０】
コア２２とチップ２３に、上記気体流入室２９と連通した気液混合室３３を拡径して形成している。さらに、チップ２３には、気液混合室３３の噴射口側に段差３４を介して縮径室３５を設け、該縮径室３５の先端に円錐形状とした噴口部３６を設け、噴口部３６の外壁３７に多孔の噴射孔３８を設けている。
【００２１】
次に、上記構成のノズルの作用を説明する。
流路２５ａの軸線に沿って供給される液体（本実施形態では水）は、基部２１の流路２５ａを通ってワーラー２７に達する。ワーラー２７の羽根２７ａに液体が衝突して、羽根２７ａにより旋回され、液体は旋回流となる。また、羽根２７ａに液体が衝突すると共に流路内周面に衝突して、液体の水滴は微粒化される。
【００２２】
上記ワーラー２７により旋回流となった液体はオリフィス２８へと縮径されて流れ込み、オリフィス２８の出口から気体流入室２９側に拡径して噴出される。このオリフィス２８を通過することによって、水滴は微粒化されて噴出される。
【００２３】
気体流入室２９に噴出された液体に対して、外周の気体流入孔３０より流入する圧搾空気が衝突混合する。この衝突混合により、主として外周部の粒径の大きな水滴は小さい粒径の水滴となり、中心部の水滴と略均等な水滴となる。ここで気液混合液となって、気液混合室３３へと流入し、拡径した気液混合室３３内で気体と液体との混合が加速され、気液が均一に混合する。
【００２４】
気液混合室３３より縮径室３５へと流入するが、其の際、段部３４に混合気液が衝突して、再度、特に外周部の水滴が微粒化される。縮径室３５より噴口部３６へと流入して、噴射孔３８より微粒化された気液混合ミズトが噴霧される。
【００２５】
上記のように、ノズル本体２０の軸線に沿った流路２５に供給された液体は、噴射孔３８より噴射されるまでに、まず、ワーラー２７に衝突して旋回されて微粒化されると共に中心流と外周流の水滴が均一化される。この旋回流がオリフィス２８を通ることにより絞られてオリフィス２８の出口側で水滴が微粒化して噴出される。このように、気体と混合されるまでに、液体はワーラーとオリフィスとにより微粒化されている。ついで、オリフィス２８から噴射された液体に対して、外周より気体が流入して衝突混合されて、さらに、水滴が微粒化される。ついで、気液混合室３３で気液の混合の均一化が図られ、縮径室３５へ流入する時に段部３４と衝突して再度微粒化が図られ、さらに、噴口部３６で多孔の噴射孔３８より噴射される時にも最終的に微粒化されて噴射される。このように、液体に対して気体を衝突混合して微粒化しているだけでなく、微粒化を図るための多数の手段を併用しているため、従来提供されているノズルと比較して、水滴の微粒化を達成でき、超微粒子を噴霧することができる。
【００２６】
上記実施形態の二流体ノズルと、従来の図９に示す二流体ノズルとを用いて、最大粒子径と気水比との関係を実験した。粒子径の測定はノズルの噴射口より１０００ｍｍ離れた位置で測定した。其の結果は、図５に示す通りであり、本実施形態のノズルでは、気水比を１５０とすると最大粒子径を１５０μとすることが出来たが、従来のノズルでは気水比を１５０とすると、最大粒子径は２２０μであった。従来のノズルでは最大粒子径を１５０μとするには、気水比を５００以上にする必要があると認められた。
【００２７】
上記実験結果より、本発明のノズルを用いると、圧搾空気量を増加させることなく最大粒子径を所要の１５０μ以下とすることができ、従来のノズルより圧搾空気使用量を減少でき、それだけ、ランニングコストを低下できることが立証された。
【００２８】
また、上記実施形態のノズルと従来の図９に示すノズルとを用いて、最大粒子径と噴霧流量との関係を実験した。粒子径の測定はノズルの噴射口より１０００ｍｍ離れた位置で測定した。その結果は図６に示す通りであり、本発明のノズルでは噴霧流量を９００リットル／時間としても最大粒子径を１５０μとすることが出来たが、従来のノズルでは最大粒子径を１５０μとするには噴霧流量を３００リットル／時間以下とする必要があることが確認できた。
【００２９】
上記実験結果より、本発明のノズルを用いると、噴霧流量を従来のノズルの３倍としても最大粒子径を１５０μとすることができ、粒子径を増大させることなく噴霧流量を増加でき、冷却効率を高めることができることが立証された。
【００３０】
図７は他の実施形態を示し、気体流入室２９の外周に設ける気体流入孔を流路の軸線方向に２段に設け、気体流入孔３０Ａ、３０Ｂを設けている。これら二段の気体流入孔３０Ａ、３０Ｂは前記実施形態と同様に、それぞれ周方向に一定のピッチで複数設けている。このように、気体流入孔を周方向に一定ピッチで複数個設けるとともに、軸線方向にも複数段設けて、気体を液体へと流入させると、気体と液体との衝突混合をより促進して、気液の混合が促進できる。
【００３１】
【発明の効果】
以上の説明より明らかなように、本発明の二流体ノズルによれば、液体を気体と混合するまでに、ワーラーとオリフィスとに通して二段階で水滴を微粒化しており、その後、気体と衝突混合させているため、従来の衝突混合だけで水滴を微粒化する場合と比較して、より微粒化を促進できる。
【００３２】
さらに、気体を液体に衝突混合して生成した混合気液を流路段部に衝突混合させることにより、再度、水滴の微粒化を図ることができる。
【００３３】
このように、従来のノズルに比して水滴の微粒化が図れるため、高温ガスの冷却用として噴霧した場合、焼却灰に濡れを発生させず、かつ、空気集塵機の濡れに伴う交換回数を減少でき、メンテナンスコストを低下させることができる。
【００３４】
さらに、混合する圧搾空気量を増加させることなく、所要の超微粒子を得ることが出来き、よって、空気使用量を減少してランニングコストの低下を図ることができる。さらにまた、噴霧流量を増加しても所要の超微粒子を得ることができるために、噴霧流量を増加して冷却効率を高めることができる。即ち、高温ガスの冷却用として用いた場合に、急激に所要温度まで低下させることができ、蒸発時間を短くできるため、結果的に冷却塔の高さを低くでき、イニシャルコストも低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の二流体ノズルの実施形態を示す断面図である。
【図２】  （Ａ）（Ｂ）は上記ノズルに用いているワーラーの図面である。
【図３】  （Ａ）（Ｂ）は他のワーラーを示す図面である。
【図４】  （Ａ）（Ｂ）は他のワーラーを示す図面である。
【図５】  本発明のノズルと従来例のノズルとにおいて、気水比と粒子径との関係を比較実験した結果を示す線図である。
【図６】  本発明のノズルと従来例のノズルとにおいて、噴霧流量と粒子径との関係を比較実験した結果を示す線図である。
【図７】  本発明の他の実施形態を示す要部断面図である。
【図８】  従来例のノズルの断面図である。
【図９】  他の従来例のノズルの断面図である。
【符号の説明】
２０  ノズル本体
２１  基部
２２  コア
２３  チップ
２５  流路
２７  ワーラー
２８  オリフィス
２９  気体流入室
３０  気体流入孔
３１  気体流入路
３３  気液混合室
３４  段部
３５  縮径室
３６  噴口部
３８  噴射孔
４０  液体供給管
４１  圧搾空気供給管
【図１】
0004276311.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】
0004276311.tif 000008
【図８】
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【図９】
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