JPH0739953U - Two-fluid spray nozzle - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 アトマイズガスの使用量を低減し、噴霧のた
めのエネルギー消費が少なくてすむ二流体内部混合型単
孔ノズルで、ガスの使用量が少なくても、微細で均一な
噴霧を可能とするものである。別の目的としては、ノズ
ルの基本的な設計基準を提示し、規格化することを可能
とするものである。
【構成】 ノズルの噴出孔断面積をアトマイズ用ガスの
通過線速度で１６０〜２４０Ｎｍ／ｓｅｃとし、かつ噴
出孔断面積がノズル全系のガス・液流路断面積中で最も
小さくなる構造で、偏心溝を有するスパイラルチップを
備え、偏心溝の溝底長さの総和がスパイラルチップ直径
の２．３倍以上であり、噴出孔への流路縮流角が１００
〜１２４°で、噴出孔と噴出孔につながるノズル先端部
の形状が内外面とも噴出孔を頂部とする截頭円錐形であ
る二流体内部混合型単孔ノズル。
(57) [Abstract] [Purpose] A two-fluid internal mixing single-hole nozzle that reduces the amount of atomized gas used and consumes less energy for atomization. Even if the amount of gas used is small, it is fine and uniform. It enables a simple spray. Another purpose is to be able to present and standardize the basic design criteria for a nozzle. [Structure] The nozzle has a cross-sectional area of the ejection hole of 160 to 240 Nm / sec at the atomizing gas passing linear velocity, and the cross-sectional area of the ejection hole is the smallest in the gas / liquid flow passage cross-sectional area of the entire nozzle system. Equipped with a spiral tip having an eccentric groove, the sum of the groove bottom lengths of the eccentric groove is 2.3 times or more the diameter of the spiral tip, and the flow channel contraction angle to the ejection hole is 100.
A two-fluid internal mixing type single-hole nozzle in which the shape of the ejection hole and the nozzle tip portion connected to the ejection hole is a truncated cone shape with the ejection hole as the apex at both the inner and outer surfaces at ˜124 °.
Description
【０００１】[0001]
本考案は、溶液類を噴霧して蒸発、乾燥、焙焼等により微細粉体を製造したり 、廃液、廃水等を噴霧焼却して無害化処理する装置において、使用する二流体噴 霧ノズルに関するものである。 The present invention relates to a two-fluid atomizing nozzle used in a device for spraying solutions to produce fine powder by evaporation, drying, roasting, etc., or for incinerating waste liquid, waste water, etc. by spray burning. It is a thing.
【０００２】[0002]
一般に、流体を噴霧して蒸発、乾燥、焙焼、焼却等を行なう工業プロセスにお いては、噴霧液滴径を微細化することが必要である。液体を微細に噴霧するノズ ルとしては、液体に高速ガス流を作用させて微粒化する、いわゆるアトマイズガ スを使用する二流体噴霧ノズルが高性能であり、広く使われている。 Generally, in an industrial process in which a fluid is sprayed to evaporate, dry, roast, incinerate, etc., it is necessary to make the spray droplet diameter smaller. As a nozzle for atomizing liquid finely, a two-fluid atomizing nozzle that uses a so-called atomized gas, which atomizes a liquid by applying a high-speed gas flow, has high performance and is widely used.
【０００３】 この二流体噴霧ノズルには、構造的に外部混合型と内部混合型があり、前者は アトマイズガスと被噴霧液体をノズル先端の別々の噴出孔から噴出させて、噴出 ガス流と液流を衝突させることで微細化するものであり、後者はノズル内部にガ スと液の混合室があり、予め混合霧化してからノズル先端の噴出孔より噴出させ るものである。This two-fluid spray nozzle is structurally classified into an external mixing type and an internal mixing type. In the former, the atomized gas and the liquid to be sprayed are ejected from different ejection holes at the tip of the nozzle to eject the ejected gas flow and the liquid. The latter is made into fine particles by colliding the flow, and the latter has a mixing chamber of gas and liquid inside the nozzle, which is mixed and atomized in advance and then ejected from the ejection hole at the tip of the nozzle.
【０００４】 後者の内部混合型ノズルが、ガス・液の混合に効率的であり、かつ液の物性値 や噴霧量の変化に適応する柔軟性を持つので、微細噴霧用ノズルとして重用され ている。さらに、内部混合型ノズルには噴出孔が単一の単孔ノズルと、複数の通 常６〜２０個程度の噴出孔を持つ多孔ノズルとがある。後者は一本のノズルで大 液量を噴霧する場合に適している。The latter internal mixing type nozzle is efficiently used for mixing gas and liquid, and has the flexibility to adapt to changes in the physical properties of the liquid and the spray amount, and is therefore heavily used as a fine spray nozzle. . Further, the internal mixing type nozzle includes a single-hole nozzle having a single ejection hole and a multi-hole nozzle having a plurality of ejection holes, which is usually about 6 to 20. The latter is suitable for spraying a large amount of liquid with one nozzle.
【０００５】[0005]
二流体噴霧ノズルの性能としては、いかにしてアトマイズガスの使用量を少な くして、要求される微細噴霧が出来るかが最大の問題点である。この特性を表す 指標としては、通常、目的とする噴霧液滴粒径を得るに必要なガス・液の流量比 Ｇ／Ｌ（単位は、Ｎｍ３／リットルあるいはＫｇ−ガス／ｋｇ−液を使用する） が使われる。The biggest problem with the performance of a two-fluid spray nozzle is how to reduce the amount of atomized gas used to achieve the required fine spray. As an index showing this characteristic, a gas / liquid flow rate ratio G / L (unit is Nm 3 / liter or Kg-gas / kg-liquid is usually used to obtain a target spray droplet diameter. Is used.
【０００６】 本来、微粒化噴霧のためには、ノズル噴出孔を小さくし、Ｇ／Ｌを大きくすれ ばよいことは定性的にも理解されるが、噴出孔を小さくすると噴霧液量を大きく 出来ないし、Ｇ／Ｌを大きくすることは噴霧のためのエネルギー消費を増大させ ることになる。Originally, for atomization spray, it is qualitatively understood that it is sufficient to reduce the nozzle ejection hole and increase G / L. However, if the ejection hole is decreased, the amount of spray liquid can be increased. Or, increasing G / L increases energy consumption for atomization.
【０００７】 噴霧液量を大きくするために、多孔ノズルが考案されているが、この場合多数 の噴出孔からの噴出状態を均一にして、噴霧液滴平均径を体表面積平均径ｄ３２ で１００μｍ以下にするには、経験的にＧ／Ｌ０．３Ｎｍ３／リットル以上が必 要であるとされている。A multi-hole nozzle has been devised in order to increase the amount of spray liquid. In this case, the spray state from a large number of spray holes is made uniform, and the spray droplet average diameter is 100 μm in terms of body surface area average diameter d 32 . In order to achieve the following, it is empirically said that G / L of 0.3 Nm 3 / liter or more is required.
【０００８】 本考案は、アトマイズガスの使用量を低減し、噴霧のためのエネルギー消費が 少なくてすむ二流体内部混合型単孔ノズルを提供するものである。The present invention provides a two-fluid internal mixing single-hole nozzle that uses less atomizing gas and consumes less energy for atomization.
【０００９】 さらには、アトマイズガスの使用量を少なくしても、微細で均一な噴霧を可能 とするものである。Furthermore, even if the amount of atomized gas used is reduced, fine and uniform atomization is possible.
【００１０】 そして別の目的としては、二流体内部混合型単孔ノズルの基本的な設計基準を 提示し、規格化することで、噴霧液量が変化した場合にも対応出来るようにする ものである。Another object is to present and standardize the basic design standard of the two-fluid internal mixing type single-hole nozzle so that even when the spray liquid amount changes, it can be dealt with. is there.
【００１１】 より具体的に本考案の目標を例示するならば、単孔の二流体噴霧ノズルによっ て、広範囲の噴霧液量にわたって、Ｇ／Ｌが０．１Ｎｍ３／リットル程度であっ てもｄ３が１００μｍ以下を実現せんとするものである。As a more specific example of the target of the present invention, even if the G / L is about 0.1 Nm 3 / liter over a wide range of spray liquid amount by the single-hole two-fluid spray nozzle. It is intended to realize d 3 of 100 μm or less.
【００１２】 そして本考案の設計基準に基づいた単孔の二流体噴霧ノズルを規格化し、噴霧 液量に応じた対応を可能にするものである。Then, the single-hole two-fluid spray nozzle based on the design standard of the present invention is standardized, and it is possible to respond to the spray liquid amount.
【００１３】[0013]
本考案は、二流体内部混合型単孔ノズルにおいて、単孔ノズルの噴出孔断面積 をアトマイズ用ガスの通過線速度で１６０〜２４０Ｎｍ／ｓｅｃとし、かつ前記 の噴出孔断面積がノズル全系のガス・液流路断面積中で最も小さくなる構造で、 内部混合室に導入される噴霧液体に旋回流ベクトルを与えるための偏心溝を有す るスパイラルチップを備え、前記の偏心溝の溝底長さの総和が該スパイラルチッ プの直径の少なくとも２．３倍以上であり、噴出孔への流路縮流角が１００〜１ ２４°で、噴出孔と噴出孔につながるノズル先端部の形状が内外面とも噴出孔を 頂部とする截頭円錐形でることを特徴とする二流体噴霧ノズルである。 According to the present invention, in a two-fluid internal mixing type single-hole nozzle, the jet hole cross-sectional area of the single-hole nozzle is 160 to 240 Nm / sec at the atomizing gas passing linear velocity, and the jet hole cross-sectional area is the whole system of the nozzle. It has the smallest structure in the cross-sectional area of the gas / liquid flow path and is equipped with a spiral tip with an eccentric groove for giving a swirling flow vector to the spray liquid introduced into the internal mixing chamber. The total length is at least 2.3 times the diameter of the spiral tip, the constriction angle of the flow path to the ejection hole is 100 to 124 °, and the shape of the nozzle tip connected to the ejection hole Is a two-fluid spray nozzle characterized in that both the inner and outer surfaces are frustoconical with the ejection holes at the top.
【００１４】[0014]
本考案者らは、噴霧の際に噴霧液滴を小さなＧ／Ｌにおいて微細化するには アトマイズガスの運動エネルギーを効率よく液側に伝達することが必要であり、 このためには、ノズル噴出孔を出るガス線速度を極力大きくして、液流との速度 差を大きくすること、ノズル噴出孔を出る前のガス・液流に旋回流ベクトルを与 えるとともに、噴出ジェット流れの拡散角を極力大きくしてやること等を着想し 、この視点から、単孔式二流体噴霧ノズルの構造・形状について、各種の工夫と 噴霧テストを行ない上記の考案を完成させたものである。 The present inventors need to efficiently transfer the kinetic energy of atomized gas to the liquid side in order to atomize the atomized liquid droplets at a small G / L during atomization. The linear velocity of the gas exiting the hole is maximized to increase the velocity difference with the liquid flow, and the swirling flow vector is applied to the gas / liquid flow before exiting the nozzle jet hole, and the diffusion angle of the jet jet flow is increased. Based on the idea of making it as large as possible, from this point of view, we have completed various ideas and spray tests on the structure and shape of the single-hole two-fluid spray nozzle to complete the above idea.
【００１５】 本考案の二流体噴霧ノズルは、溶液類を噴霧して蒸発、乾燥、焙焼等により微 細粉体を製造したり、廃液、廃水等を噴霧焼却する際に適用することができる。 特に、アトマイズガスの使用量が少なく、微細かつ均一な噴霧が可能なため、経 済性に優れており、産業廃棄物である溶液類の噴霧焼却もしくは噴霧焙焼等の用 途に適している。The two-fluid spray nozzle of the present invention can be applied when spraying solutions to produce fine powder by evaporation, drying, roasting, or the like, or when spraying waste liquid, waste water, etc. . In particular, since the amount of atomized gas used is small and fine and uniform spraying is possible, it has excellent economic efficiency and is suitable for applications such as spray incineration or spray roasting of industrial waste solutions. .
【００１６】 ノズルの噴出孔を出るアトマイズガスの線速度は極力速いことが望ましいが、 極端に速くするのはエネルギー消費面で不経済であり、本考案では適切な値とし てガスの標準状態基準の線速度で１６０Ｎｍ／ｓｅｃ〜２４０Ｎｍ／ｓｅｃ、好 ましくは１８０Ｎｍ／ｓｅｃ〜２２０Ｎｍ／ｓｅｃになるように噴出孔断面積を 決め、かつこの断面積がノズル全系のガス・液流路断面積中で最も小さくなる構 造とした。目安としては、噴出孔で失われるアトマイズガスの圧損失が、ノズル 全系での圧損失の少なくとも８０％以上になるようにすることがよい。It is desirable that the linear velocity of the atomized gas that exits the ejection hole of the nozzle be as fast as possible, but it is uneconomical in terms of energy consumption to make it extremely fast. The jet hole cross-sectional area is determined so that the linear velocity is 160 Nm / sec to 240 Nm / sec, preferably 180 Nm / sec to 220 Nm / sec, and this cross-sectional area is the gas / liquid flow passage cross-sectional area of the entire nozzle system. The structure is the smallest of all. As a guide, it is preferable that the pressure loss of the atomized gas lost in the ejection holes is at least 80% or more of the pressure loss in the entire nozzle system.
【００１７】 本考案でノズル噴出孔を出るアトマイズガスの線速度を１６０Ｎｍ／ｓｅｃ〜 ２４０Ｎｍ／ｓｅｃとしたのは、前記の線速度を下回る場合には噴霧状態が不安 定となり、微細噴霧が難しくなる。また、上限を超えた場合には、アトマイズガ スを供給するための設備が大型化するとともに、エネルギー消費が大となり当初 の目的に反するためである。In the present invention, the linear velocity of the atomized gas that exits the nozzle ejection hole is set to 160 Nm / sec to 240 Nm / sec. When the linear velocity is lower than the above-mentioned linear velocity, the atomized state becomes unstable and fine atomization becomes difficult. . Also, if the upper limit is exceeded, the equipment for supplying atomized gas will increase in size and energy consumption will increase, defeating the original purpose.
【００１８】 図１に本考案のノズルを説明するための図面を示す。図１Ａは、ノズルを噴出 孔２の方向から見た正面図で、１は噴霧ノズルである。FIG. 1 shows a drawing for explaining the nozzle of the present invention. FIG. 1A is a front view of the nozzle seen from the direction of the ejection hole 2, and 1 is a spray nozzle.
【００１９】 図１Ｂは、噴出孔２の中心軸を含む縦断面図であり、噴霧する液体は中央の液 流路４を通り液流路孔５より出たところで、ガス流路３を通って圧送されてくる アトマイズガスによって微細な液滴となった状態で、スパイラルチップ６の偏心 溝７を通過して旋回流となってノズル先端部の内部混合室８に導びかれ、最終的 に噴出孔２から外部に噴出される。噴出した高速気液混合ジェット流１１は、周 囲のガス１０を巻き込みながら旋回ベクトルによりその流路を拡大させ微粒化し た噴霧流体を形成する。FIG. 1B is a vertical cross-sectional view including the central axis of the ejection hole 2, where the liquid to be sprayed passes through the central liquid flow path 4 and out of the liquid flow path hole 5, and then passes through the gas flow path 3. The atomized gas sent under pressure forms fine liquid droplets, passes through the eccentric groove 7 of the spiral tip 6 and becomes a swirling flow, which is guided to the internal mixing chamber 8 at the tip of the nozzle and finally ejected. It is ejected from the hole 2 to the outside. The jetted high-speed gas-liquid mixed jet stream 11 expands its flow path by a swirl vector while entraining the surrounding gas 10 to form atomized spray fluid.
【００２０】 噴霧ノズル１の外郭を構成する部材は、これまでのノズルと同様にスパイラル チップをカバーする程度の部分で分割可能になっているが、これは噴霧ノズルの 清掃や、交換、修理等に適応するためであり、この点は公知の噴霧ノズルと変わ りはない。The member that constitutes the outer shell of the spray nozzle 1 can be divided into parts that cover the spiral tip, similar to the conventional nozzles, but this is for cleaning, replacement, repair, etc. of the spray nozzle. This is the same as the known spray nozzle.
【００２１】 本考案の単孔ノズルにおいて、噴出孔断面積がノズル全系のガス・液流路断面 積中で最も小さくなる構造というのは、図１Ｂを基にして説明すると、ノズルの 中心軸と直角なノズル断面を想定した場合に、その断面部において開口している ガス・液流路の面積に比べて、噴出孔断面積が最小となっていることを意味して いる。これは、ノズル内部でのアトマイズガスの運動エネルギーの消耗をできる だけ少なくし、その運動エネルギーを液体の微細噴霧に振り向けるためである。In the single-hole nozzle of the present invention, the structure in which the cross-sectional area of the ejection hole is the smallest in the cross-sectional area of the gas / liquid flow path of the entire nozzle system is explained by referring to FIG. 1B. When a nozzle cross section perpendicular to is assumed, it means that the cross-sectional area of the ejection hole is the smallest compared to the area of the gas / liquid flow passage that is open at that cross-section. This is to reduce the consumption of kinetic energy of atomized gas inside the nozzle as much as possible and to direct the kinetic energy to the fine atomization of the liquid.
【００２２】 ノズルの噴出孔を出るアトマイズガスの線速度を定め、被処理対象物の単位時 間当りの処理量が判れば、アトマイズガスの流量や、噴出孔径、ノズルの内径、 ガス・液の流路径等のノズル自体の諸元は当業者が容易に決定することができる 。If the linear velocity of the atomizing gas that exits the nozzle orifice is determined and the throughput of the object to be treated per unit time is known, the flow rate of the atomizing gas, the orifice diameter, the nozzle inner diameter, the gas / liquid Those skilled in the art can easily determine the specifications of the nozzle itself, such as the flow path diameter.
【００２３】 本考案では、さらに噴出孔を出るガス・液ジェット流の拡散角を大きくするた めに、混合室内に導入されるガス・液流に旋回流ベクトルを与えるための偏心溝 を持つスパイラルチップを備えるが、前記の偏心溝の溝底長さの総和がスパイラ ルチップの直径の少なくとも２．３倍以上であり、かつ噴出孔への流路縮流角を １００〜１２４°とするとともに、噴出孔と噴出孔につながるノズル先端部の形 状が内外面とも噴出孔を頂部とする截頭円錐形を形作るようにすることが必要で ある。In the present invention, in order to further increase the diffusion angle of the gas / liquid jet flow exiting the ejection hole, a spiral having an eccentric groove for giving a swirling flow vector to the gas / liquid flow introduced into the mixing chamber. Although the tip is provided, the sum of the groove bottom lengths of the eccentric grooves is at least 2.3 times the diameter of the spiral tip, and the flow channel constriction angle to the ejection hole is 100 to 124 °, and It is necessary that the ejection holes and the tip of the nozzle connected to the ejection holes have a truncated cone shape with the ejection holes as the top on both the inner and outer surfaces.
【００２４】 スパイラルチップ６は、図１Ｂに示したようにノズルの噴出孔２の裏側に置か れて、ノズル先端部の内壁面とともに内部混合室８を形成しており、図２に示す ような形状である。図２のＡは、偏心溝を加工する前のスパイラルチップの外形 を示し、Ｂがスパイラルチップ６を上から見た図面、Ｃが側面図である。As shown in FIG. 2, the spiral tip 6 is placed on the back side of the ejection hole 2 of the nozzle to form an internal mixing chamber 8 together with the inner wall surface of the nozzle tip, as shown in FIG. The shape. 2A shows the outer shape of the spiral chip before processing the eccentric groove, B is a drawing of the spiral chip 6 seen from above, and C is a side view.
【００２５】 チップの先端にガス・液流に旋回流ベクトルを与えるための偏心溝７は、均一 化させるように中心軸を中心とする軸対称に普通４〜８条程度、好ましくは６〜 ８条設けられており、上面の中央部９は円錐形に加工されている。規格化に際し ては、処理すべき液量に応じて、偏心溝の幅、傾斜角度や条数を変えればよい。The eccentric groove 7 for imparting a swirling flow vector to the gas / liquid flow at the tip of the tip is usually about 4 to 8, preferably 6 to 8 in axial symmetry about the central axis so as to make it uniform. The center portion 9 of the upper surface is formed into a conical shape. In normalization, the width of the eccentric groove, the inclination angle and the number of threads may be changed according to the amount of liquid to be treated.
【００２６】 本考案で特に重要な点は、スパイラルチップの偏心溝の溝底長さの総和を、ス パイラルチップの直径の少なくとも２．３倍以上、好ましくは２．５倍以上、よ り好ましくは２．８倍以上とすることである。これは、内部混合室８に送りこま れるガス・液流に確実に旋回流ベクトルを付与し、微細な噴霧を行なうためであ る。A particularly important point in the present invention is that the total length of the eccentric grooves of the spiral tip is at least 2.3 times or more, preferably 2.5 times or more, more preferably the diameter of the spiral tip. Is to be 2.8 times or more. This is because the swirling flow vector is surely imparted to the gas / liquid flow sent to the internal mixing chamber 8 to perform fine atomization.
【００２７】 偏心溝７は図２Ｂ，Ｃのように中心より偏心し、数十度傾けて設けることが望 ましいため、偏心溝の溝底長さとしては、溝底の角部の一番長い部分を基準とし た。尚、偏心溝の溝底長さの総和の上限としては、加工費と加工上の制限ととも に、旋回流ベクトルを与え均一化する効果も実質的に飽和してくるため、スパイ ラルチップの直径の４．０倍程度とすることが望ましい。As shown in FIGS. 2B and 2C, the eccentric groove 7 is preferably eccentric from the center and inclined at several tens of degrees. Therefore, the eccentric groove has the longest groove bottom length at the corner of the groove bottom. Based on the part. The upper limit of the total groove bottom length of the eccentric groove is not limited to the machining cost and machining restrictions, but the effect of uniformizing the swirling flow vector is also substantially saturated, so the diameter of the spiral tip is reduced. It is desirable to set it to about 4.0 times.
【００２８】 噴出孔への流路縮流角（α）を１００〜１２４°とし、噴出孔と噴出孔につな がるノズル先端部の形状を内外面とも噴出孔を頂部とする截頭円錐形としたのは 、前述のようにアトマイズガスの運動エネルギーを効率よく液側に伝達し、噴出 ジェット流れの拡散角を極力大きくするためである。ここでいう噴出孔への流路 縮流角αとは、図１のように噴出孔につながる内部混合室８の内壁面がなす角度 である。当然スパイラルチップ６の上面の肩部も同じ角度に加工されている。The constriction angle (α) of the flow path to the ejection hole is 100 to 124 °, and the shape of the ejection hole and the tip of the nozzle connected to the ejection hole is a truncated cone whose inner and outer surfaces have the ejection hole as the apex. The shape is used to efficiently transfer the kinetic energy of the atomized gas to the liquid side and maximize the diffusion angle of the jet flow as described above. The flow path contraction angle α to the ejection hole is an angle formed by the inner wall surface of the internal mixing chamber 8 connected to the ejection hole as shown in FIG. 1. Naturally, the shoulder portion on the upper surface of the spiral tip 6 is also processed to have the same angle.
【００２９】 噴出孔への流路縮流角が１００゜未満では、噴霧した液滴の粒径が不均一とな り、ガスと液の流れが分離する傾向が認められた。一方１２４°を超えると、ア トマイズガスの運動エネルギーの損失が大きくなり、アトマイズガスの使用量を 低減することが困難で、微細かつ均一な噴霧状態にはなりにくい。When the contraction angle of the flow path to the ejection hole was less than 100 °, it was observed that the sprayed liquid droplets had a non-uniform particle diameter, and the gas and liquid flows tended to separate. On the other hand, when it exceeds 124 °, the loss of kinetic energy of atomized gas becomes large, it is difficult to reduce the amount of atomized gas used, and it is difficult to obtain a fine and uniform atomized state.
【００３０】 また、これまで燃料噴射用に用いられている二流体内部混合型単孔ノズルのよ うに、噴出孔をノズル先端の平面部の中央に設け、外形が平面形状をしている場 合には、やはりアトマイズガスの運動のエネルギーの損失が大きいために、本考 案では、噴出孔を噴出孔につながるノズル先端部の形状を内外面とも噴出孔を頂 部とする截頭円錐形にすることで、抵抗を少なくし、噴出孔を出るガス線速度を 極力大きくすることができる。Further, in the case where the ejection hole is provided in the center of the flat portion of the nozzle tip and the outer shape is a flat shape, as in a two-fluid internal mixing single-hole nozzle that has been used for fuel injection so far. Since the loss of kinetic energy of atomized gas is still large, in this proposal, the shape of the nozzle tip that connects the ejection hole to the ejection hole is a frusto-conical shape with the ejection hole as the top on both the inner and outer surfaces. By doing so, the resistance can be reduced and the linear velocity of the gas exiting the ejection hole can be maximized.
【００３１】 また、上記のような従来の単孔ノズルでは、ノズル先端の平面部に液濡れが生 じて、その一部が粗液滴となって飛散することがあった。これは、噴出孔から噴 出した高速ジェットが周囲のガスを引き込んで噴霧流体を形成する際に、ノズル 先端の平面部の中央に噴出孔が設けられている場合には、噴出孔の周辺で反転渦 流が発生し、その渦流に随伴した液滴が平面部に付着して液濡れとなり、その液 が高速ジェットに吹き飛ばされて、上記の現象が生起するものと考えられる。粗 液滴が混入すると、熱分解、酸化反応が不完全になったり、生成する粉体の不均 一等の不都合が生ずるおそれがある。Further, in the conventional single-hole nozzle as described above, liquid wetness may occur in the flat surface portion of the nozzle tip, and a part thereof may be scattered as coarse droplets. This is because when the high-speed jet ejected from the ejection hole draws in the surrounding gas and forms a spray fluid, if the ejection hole is provided in the center of the flat surface of the nozzle tip, It is considered that the reverse vortex flow is generated, and the liquid droplets accompanying the vortex flow adhere to the flat surface and become liquid wet, and the liquid is blown off by the high-speed jet, and the above phenomenon occurs. If coarse droplets are mixed in, the thermal decomposition and the oxidation reaction may be incomplete, and inconvenience such as non-uniformity of the generated powder may occur.
【００３２】 従来の燃料用噴霧ノズルでは、噴霧液量が少ないうえに、噴霧する対象液が燃 料で、燃焼してしまえば全量がガス化してしまうためにこのような配慮が不要で あったものと考えられる。実際に従来の燃料用噴霧ノズルをそのままスケールア ップした場合には、噴霧液量（定格流量）が２５０リットル／ｈ程度でも、噴出 孔からスパイラルチップに設けた偏心溝の数に応じた吹き抜け状態の噴霧が観察 された。In the conventional fuel spray nozzle, the amount of spray liquid is small, and the target liquid to be sprayed is a fuel, and if burned, the entire amount will be gasified, so such consideration is unnecessary. It is considered to be a thing. If the conventional fuel spray nozzle is actually scaled up as it is, even if the spray liquid amount (rated flow rate) is about 250 liters / h, blow-through will occur according to the number of eccentric grooves provided in the spiral tip from the injection hole. A spray of conditions was observed.
【００３３】 これに対し本考案では、図１のように外形も円錐状にしているため、噴出孔の 周辺のガスの流れがスムーズになり、ノズル先端の液濡れを生ずることが少なく なり、均一な噴霧が可能となる。On the other hand, in the present invention, since the outer shape is also conical as shown in FIG. 1, the flow of gas around the ejection holes becomes smooth, liquid wetting at the nozzle tip is less likely to occur, and it is uniform. Spraying is possible.
【００３４】 本考案の設計基準に従うならば、単孔ノズルであっても３０リットル／ｈ程度 の小液量から比較的大きな噴霧液量である２０００リットル／ｈ程度まで、Ｇ／ Ｌ０．１Ｎｍ３／リットル以下で噴霧液滴平均径ｄ３２を１００μｍ以下にする ことが出来る。特に、これまでの単孔ノズルで困難である噴霧液量（定格流量） が２５０リットル／ｈ以上においても、微細かつ均一な噴霧ができその効果が優 れている。According to the design criteria of the present invention, even with a single-hole nozzle, from a small liquid amount of about 30 liters / h to a relatively large spray liquid amount of about 2000 liters / h, G / L of 0.1 Nm 3 / Liter or less, the average diameter d 32 of sprayed droplets can be 100 μm or less. In particular, even if the spray liquid amount (rated flow rate), which is difficult with the conventional single-hole nozzle, is 250 liters / h or more, fine and uniform spray can be achieved, and the effect is excellent.
【００３５】 本考案の内容を具体的にイメージするために、本設計基準に従ったノズル構造 ・寸法の一例を次に示す。全体の構造は図１のようになっており、単孔ノズルの 噴出孔断面積をアトマイズ用ガスの通過線速度で２００Ｎｍ／ｓｅｃとし、標準 噴霧液量（定格流量）は６００リットル／ｈのもので、基本寸法は噴出孔径Ｄｎ ７．０ｍｍ、ノズル本体外径Ｄ０４５ｍｍ、ノズル本体内径Ｄ１３５ｍｍ、円錐 部長さＬ９．０ｍｍ、縮流角α１２０°である。In order to give a concrete image of the contents of the present invention, an example of the nozzle structure and dimensions according to the present design criteria will be shown below. The overall structure is as shown in Fig. 1. The spray hole cross-sectional area of the single-hole nozzle is 200 Nm / sec at the atomizing gas passing linear velocity, and the standard spray liquid amount (rated flow rate) is 600 liters / h. The basic dimensions are an ejection hole diameter Dn 7.0 mm, a nozzle body outer diameter D 0 45 mm, a nozzle body inner diameter D 1 35 mm, a conical portion length L 9.0 mm, and a contraction angle α 120 °.
【００３６】[0036]
本考案の設計基準に基づいて定格流量の異なる５種類のサイズの単孔ノズルを 製作して、水・空気による一連の噴霧テストを行ない、噴霧液量１３０リットル ／ｈ〜１５００リットル／ｈの範囲において、Ｇ／Ｌと噴霧液滴平均径の関係を 求めた。 Based on the design criteria of the present invention, five kinds of single-hole nozzles with different rated flow rates were manufactured, and a series of spray tests with water and air were conducted, and the spray liquid amount ranged from 130 liters / h to 1500 liters / h. In, the relationship between G / L and the average diameter of spray droplets was determined.
【００３７】 ５種類のノズルとも、単孔ノズルの噴出孔断面積をアトマイズ用ガスの通過線 速度で２００Ｎｍ／ｓｅｃとし、他の基本寸法は次の範囲とした。 噴出孔径Ｄｎ＝３．４，５．３，７．０，９．０，１１．０ｍｍの５種類、ノ ズル本体外径Ｄ０＝２８〜６５ｍｍ、ノズル本体内径Ｄ１＝１８〜５５ｍｍ、円 錐部長さＬ＝６〜１３ｍｍ、縮流角度α＝１２０°である。そして、噴出孔断面 積がノズル全系のガス・液流路断面積中で最も小さくなるようにし、スパイラル チップとしては、噴霧液量に応じて溝幅＝２．３〜７．５ｍｍの偏心溝６条を設 けたものを使用し、偏心溝の溝底長さの総和を、噴出孔径に対応して各々スパイ ラルチップの直径の２．３倍，２．８倍，３．０倍，２．７倍，２．５倍とした 。In all of the five types of nozzles, the ejection hole cross-sectional area of the single-hole nozzle was set to 200 Nm / sec at the atomizing gas passing linear velocity, and the other basic dimensions were set to the following ranges. Five kinds of ejection hole diameter Dn = 3.4, 5.3, 7.0, 9.0, 11.0 mm, nozzle body outer diameter D 0 = 28 to 65 mm, nozzle body inner diameter D 1 = 18 to 55 mm, circle The conical portion length L = 6 to 13 mm and the contraction angle α = 120 °. The jet hole cross-sectional area is set to be the smallest in the gas / liquid flow path cross-sectional area of the entire nozzle system, and the spiral tip is an eccentric groove with a groove width of 2.3 to 7.5 mm depending on the spray liquid amount. Using 6 pieces, the total sum of the groove bottom lengths of the eccentric groove is 2.3 times, 2.8 times, 3.0 times, and 2. times the diameter of the spiral tip corresponding to the diameter of the ejection hole. 7 times and 2.5 times.
【００３８】 噴霧液滴径の測定にはレーザー回折法による粒径測定装置（東日コンピュータ ーアプリケーション社製）を使用し、液滴粒度分布はロジン・ラムラー式で近似 して解析した。測定結果から、噴霧液滴の体表面積平均径ｄ３２と９９重量％径 ｄ９９を図３に示した。A particle size measuring device by a laser diffraction method (manufactured by Tohnichi Computer Application Co., Ltd.) was used to measure the sprayed droplet size, and the droplet size distribution was approximated and analyzed by the Rosin-Rammler formula. From the measurement results, the body surface area average diameter d 32 and the 99 wt% diameter d 99 of the sprayed droplets are shown in FIG.
【００３９】 尚、測定した噴霧液滴径の分布をロジン・ラムラー式で近似して体表面積平均 径を求めたものがｄ３２であり、小粒径側からの重量積算累積値で９９ｗｔ％に 相当する粒径がｄ９９である。The distribution of the measured sprayed droplet diameters was approximated by the Rosin-Rammler equation to determine the average body surface area diameter, which was d 32 , and the cumulative weight cumulative value from the small particle side was 99 wt%. The corresponding particle size is d 99 .
【００４０】 図３には比較例として、従来の二流体内部混合型の単孔ノズルと多孔ノズルに よる測定結果も併せて記載した。使用した単孔ノズルは、構造は先に説明したこ れまでの燃料用噴霧ノズルをそのままスケールアップしたものであり、噴出孔径 ＝１２ｍｍ、ノズル本体外径＝３２ｍｍ、ノズル本体内径＝２０ｍｍ、定格流量 １０００リットル／ｈで、噴出孔断面積をアトマイズ用ガスの通過線速度で表わ せばこの場合は１２２Ｎｍ／ｓｅｃである。また、スパイラルチップは、偏心溝 が６条で、偏心溝の溝底長さの総和がスパイラルチップの直径の約１．４倍であ る。FIG. 3 also shows, as a comparative example, the measurement results of a conventional two-fluid internal mixing type single-hole nozzle and a multi-hole nozzle. The structure of the single-hole nozzle used is a scale-up of the fuel spray nozzles up to this point, which has been explained above. The injection hole diameter = 12 mm, the nozzle body outer diameter = 32 mm, the nozzle body inner diameter = 20 mm, and the rated flow rate. If the cross-sectional area of the ejection hole is expressed by the passing linear velocity of the atomizing gas at 1000 liter / h, it is 122 Nm / sec in this case. The spiral tip has six eccentric grooves, and the sum of the groove bottom lengths of the eccentric groove is about 1.4 times the diameter of the spiral tip.
【００４１】 多孔ノズルとしては、図４のような構造の２０孔の内部混合型の二流体ノズル であり、定格流量６００リットル／ｈである。The multi-hole nozzle is an internal mixing type two-fluid nozzle having 20 holes and having a structure as shown in FIG. 4, and the rated flow rate is 600 liter / h.
【００４２】 図３から、本考案の単孔ノズルの場合には、全体的にやや斜め下側にシフトし ていることが認められる。例えば、多孔式二流体噴霧ノズルではＧ／Ｌ＝０．３ Ｎｍ３／リットルの場合、ｄ３２が６８μｍ、ｄ９９２２４μｍであるのに対し 、本考案の単孔ノズルで同様の噴霧特性を得るためには、図３の横軸に平行移動 させてみると Ｇ／Ｌが０．０８〜０．１Ｎｍ３／リットルであることが判る。It can be seen from FIG. 3 that in the case of the single-hole nozzle of the present invention, it is slightly shifted to the lower side as a whole. For example, in the case of G / L = 0.3 Nm 3 / liter in the case of G / L = 0.3 Nm 3 / liter in the porous two-fluid spray nozzle, the same spray characteristics are obtained in the single hole nozzle of the present invention, while d 32 is 68 μm and d 99 224 μm. In order to do so, it is found that G / L is 0.08 to 0.1 Nm 3 / liter by parallel translation with the horizontal axis in FIG.
【００４３】 このことは、同一噴霧粒径を得るのに本考案のノズルによるとかなり低Ｇ／Ｌ 値でよいことを表している。すなわち、同一液量を噴霧するのにアトマイズガス 量を大幅に節減出来ることと、同一Ｇ／Ｌで微細な噴霧が出来ることが明らかで ある。This means that a fairly low G / L value is required with the nozzle of the present invention to obtain the same spray particle size. That is, it is clear that the atomizing gas amount can be greatly reduced for spraying the same liquid amount, and that fine atomizing can be performed with the same G / L.
【００４４】 これらの結果を踏まえて、本考案の二流体内部混合型単孔ノズルを、定格流量 ３０〜２０００リットル／ｈの範囲で各流量に相当する１５型式に分けて規格化 することができた。そして、これらの二流体内部混合型単孔ノズルの噴霧も良好 なものであった。Based on these results, the two-fluid internal mixing type single-hole nozzle of the present invention can be standardized by dividing it into 15 types corresponding to each flow rate in the rated flow rate range of 30 to 2000 liters / hour. It was The spray of these two-fluid internal mixing type single-hole nozzles was also good.
【００４５】[0045]
本考案の二流体内部混合型単孔ノズルによると、噴霧液量３０リットル／ｈ〜 ２０００リットル／ｈの範囲において、噴霧液滴の体面積平均径ｄ３２１００μ ｍ以下を、極めて少量のアトマイズガスで実現することが出来る。According to the two-fluid internal mixing type single-hole nozzle of the present invention, in the range of spray liquid amount of 30 liter / h to 2000 liter / h, the body area average diameter d 32 of the spray droplet is 100 μm or less, and an extremely small amount of atomized gas. Can be achieved with.
【００４６】 これは液体類を噴霧して蒸発、乾燥、焙焼、焼却、等を行なう工業プロセスに おいて、物質移動、ないし化学反応の進行ならびに省エネルギーの点で極めて優 れた効果を発揮するものである。In an industrial process in which liquids are sprayed to evaporate, dry, roast, incinerate, etc., this exerts an extremely excellent effect in terms of mass transfer, progress of chemical reaction and energy saving. It is a thing.
【図１】本考案による二流体内部混合型単孔噴霧ノズル
の構造の説明図FIG. 1 is an explanatory view of the structure of a two-fluid internal mixing type single-hole spray nozzle according to the present invention.
【図２】スパイラルチップの説明図FIG. 2 is an explanatory diagram of a spiral chip.
【図３】各種ノズルの噴霧液滴径の測定結果[Fig. 3] Measurement results of spray droplet diameters of various nozzles
【図４】二流体内部混合型多孔噴霧ノズルの構造の説明
図FIG. 4 is an explanatory view of the structure of a two-fluid internal mixing type porous spray nozzle.
１ 噴霧ノズル ２ 噴出孔 ３ ガス流路 ４ 液流路 ５ 液流路孔 ６ スパイラルチップ ７ 偏心溝 ８ 内部混合室 Ｄ０ ノズル本体外径 Ｄ１ ノズル本体内径 α 縮流角1 Spray Nozzle 2 Jet Hole 3 Gas Flow Path 4 Liquid Flow Path 5 Liquid Flow Path Hole 6 Spiral Tip 7 Eccentric Groove 8 Internal Mixing Chamber D 0 Nozzle Body Outer Diameter D 1 Nozzle Body Inner Diameter α Contraction Angle
Claims (1)
単孔ノズルの噴出孔断面積をアトマイズ用ガスの通過線
速度で１６０〜２４０Ｎｍ／ｓｅｃとし、かつ前記の噴
出孔断面積がノズル全系のガス・液流路断面積中で最も
小さくなる構造で、内部混合室に導入される噴霧流体に
旋回流ベクトルを与えるための偏心溝を有するスパイラ
ルチップを備え、前記の偏心溝の溝底長さの総和が該ス
パイラルチップの直径の少なくとも２．３倍以上であ
り、噴出孔への流路縮流角が１００〜１２４°で、噴出
孔と噴出孔につながるノズル先端部の形状が内外面とも
噴出孔を頂部とする截頭円錐形であることを特徴とする
二流体噴霧ノズル。1. In a two-fluid internal mixing type single-hole nozzle,
The jet hole cross-sectional area of the single-hole nozzle is 160 to 240 Nm / sec at the atomizing gas passage linear velocity, and the jet hole cross-sectional area is the smallest in the gas / liquid flow passage cross-sectional area of the entire nozzle system. A spiral tip having an eccentric groove for giving a swirl flow vector to the spray fluid introduced into the internal mixing chamber, wherein the sum of the groove bottom lengths of the eccentric groove is at least 2.3 times the diameter of the spiral tip. As described above, the contraction angle of the flow path to the ejection hole is 100 to 124 °, and the shape of the ejection hole and the tip of the nozzle connected to the ejection hole is a frustoconical shape with the ejection hole at the top. A characteristic two-fluid spray nozzle.
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