JPS59245B2 - 液体の微粒化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は液体の微粒化装置に関するものである。

従来たとえば噴霧塗装、燃焼機具、内燃機関の気化器、
化学反応装置において液体と気体を混合して噴霧せしめ
ることは知られている。しかしこのような装置において
は気体、液体などの噴霧に至る過程において充分な流速
が与えられていないため、たとえば液体の微粒化が充分
に行なわれず所期の目台を達成できない憾みがあつた。
たとえば燃焼器具においては燃料の微粒化が完全でない
ため、完全燃焼ができなかつたり、塗装器具において塗
料粒子が粗であるため、均一平坦な塗膜が得られないと
いう結果を生ずる。また化学反応装置においては液体気
体相互の均一な混合が行なわれないため化学反応の完全
な遂行が困難である。本発明はこのような液体の微粒化
装置における課題を解決することを目的とするものであ
る。本発明は以下詳述するように液体、気体の流れを圧
搾、拡散を繰返すことにより、高速流体化し、この液体
、気体を衝突せしめることにより均一に混合する方法お
よび装置に関するものである。液体は微粒化されコロイ
ドと称する微粒子となるが、本発明方法によればこのコ
ロイドは肉眼では見ることのできない微粒子で直径０．
１〜０．００１ミクロンに容易に微細化することができ
る。本発明方法および装置は次のように各種産業分野に
用いられる。

なお以下の説明中の６マイクロ．スプレー．チツプ７と
は液体を微粒化してコロイド化するための噴霧式気液混
合装置で後述する実施例の装置はそのま′＞０マイクロ
．スプレー．チツプ７として使用することができる。

農業機具 （イ）液薬剤散布機器 （ロ）加湿機器 従来（ト）の場合、手動による散布剤の噴霧あるいは発
動機によるもので高圧を発生させ霧化させるが、粒子が
粗くかつまた高価な機器を必要とする。

本発明を機器に構成すれば低圧で微粒子の霧化ができ、
かつまたある種の触媒を使用すれば、手動圧縮、発動機
、ポンプが省けよりよい霧化が得られる。従来！）の場
合、灯油を燃料として、これを燃焼させ水を沸謄させて
電動モーターでフアンを回転し、水蒸気を分散させる複
雑な機器であり、燃料や電力の消費が大であり機器も高
額である。

また超音波を利用した機器や、コンプレツサ一を動力と
した配管式加湿機などがある。本発明の機構は触媒ボン
ベとマイクロ．スプレー．チツプとの両者を連絡するパ
イプラインを主要部とし、これに水槽あるいは水道蛇口
を連結し、その他調整器を取付ければ蒸気と同様な微粒
子が得られ、なおかつ広範囲に使用する場合、配管式加
湿機として使用でき、コンプレツサ一などの動力は不要
となる特徴を有している。

塗装機器 （ハ）エアレス塗装機 （ニ）エアースプレー塗装機 従来（ハ）の場合、塗料の付着効率は（ニ）に比較して
数倍の能力を有するが（ハ）の装置及びその関連機器は
高額であり、必要な霧化を得るために超高圧で塗料を圧
送するので、使用者の取扱い不備が重大な事故につなが
る危険性がある。

従来（ニ）の場合、仕上塗装などに使用されているが、
ある程度の粗粒子しか得られない現状にある。

本発明の噴射マイクロ．スプレー．チツプを使用する場
合、高圧から低圧に至るまで使用でき、微粒子の大小が
調節でき（ハ），（ニ）の関連構成機器たるコンプレツ
サ一、圧縮ポンプ、エアーモーターなどの設備が不要で
あり、塗料によつては、２０マイクロの超微粒子が連続
的に得られる特徴を有している。関連設備を兼用する場
合、低圧で制御できる利点がある。燃焼機具 （ホ）工業用ボイラー （へ）暖房器 （ト）白熱マントルランプ （ト）コンロ （り）温風機 （９）湯沸し器 ＱＯバーナー （ヲ）乾燥器 θ） トーチランプ 従来（ホ）〜θ）の場合、比較的取扱いが安全な燃料と
して、重油、軽油、灯油が利用されている。

これらの燃料から、より良好な火炎を発生するには予熱
気化した状態で燃焼させると同時に、燃焼装置も予熱気
化した燃料を噴出し、かつ燃焼させるノズル構造に構成
されている。しかし上記燃料は常温に於ては比較的気化
しにくい。従つて燃焼装置の始動には、電気ヒーターや
アルコール類の助燃剤を用いた加熱装置であらかじめ燃
料の一部を加熱し、それを気化して燃焼装置へ供給しな
ければならずそのため始動にあたつて常に数分間の予熱
操作を必要とするという不便があるのみならず電気ヒー
ター或は助燃斉痔の予熱装置を必要とししかもそのため
に常に電源或はアルコール類を準備しておかなければな
らないという不便さと浪費がある。本発明のマイクロ．
スプレー．チツプの使用する場合、燃料は何らの予熱装
置及び予熱時間を必要とせず、直ちに気化燃焼と同等の
燃焼をもたらす。

もちろん、か＼る本発明装置を構成するマイクロ，スプ
レー．チツプを用いた場合にも燃焼開始後はその発生す
る火炎により燃料を予熱する如く気化管を構成しておく
ことが好ましく、これによつて燃焼開始後は予熱された
燃料による、より良好な燃料の気化が達成され一層効果
的な完全燃焼が行なわれる。内燃機関 （有）一般原動機 従来０３）の場合、多種多様の方式により、その燃焼効
果を向上さすことが研究開発されているが、その主要構
成部として気化器（キヤブレータ一）が重要な位置にあ
る空気と燃料の混合比が火炎発生にとつて最適値に近か
い程燃焼効率は向上するし、有害ガスの発生も低下する
。

本発明のマイクロ．スプレー．チツプを使用する場合、
従来（有）の機能をそこなうことなしに、燃料の気化能
力を向上させるものである。

例えばポンプによる燃料と空気の混合比をガバナーで調
整することができ、一定値（燃料供給量、圧力）を得る
こともできる。また触媒を利用した場合、空気及び圧縮
作用を兼ねることができる。本発明のマイクロ．スプレ
ー．チツプを使用する場合燃料をガス状態にすることが
でき、燃料は気化状になり渦流状態を起こしてシリンダ
ーに吸入されて爆発する。燃料をガス状態にする為に本
発明マイクロ．スプレー．チツプを気化器として構成し
、空気と燃料を微妙に混合させた後、超微粒子状態にす
れば、ほとんどガス状の気化状態として供給することに
なる。食品加工機器 （ヨ）乾燥機 従来（ヨ）は瞬間乾燥が多く用いられている。

食品加工のみならず薬剤の製造にも適用されている。本
発明装置として使用するマイクロ．スプレー．チツプは
ハウジングが二重構造であり、一方の気孔穴より材料を
供給し、他方の気孔穴より熱風を送風することにより、
材料と高熱風が微妙に混合し、マイクロ．スプレー．チ
ツプより噴霧噴出される超微粒子となつて噴出された材
料は完全な微粉末となり、材料の商品価値は高いものと
なる。また材料により熱に弱いものは逆に冷気体を一方
の気孔穴より噴出することで解決される。化学反応装置
及び防災装置 汐）反応装置 （０スプリンクラ一 従来（夕）は、そのあつかう材料（液体．気体）の特性
に応じて、温度、圧力、濃度、滞留時間を適切に選ぶ時
に有利に行なわれる。

反応装置は、各反応に応じ、それに適した条件を与える
機構が必要とされている。本発明装置（マイクロ．スプ
レー．チツプ）は下記の如き反応に対して最適の装置と
して使用できる。（１）均一気相反応 （２）均一液相反応 （３）不均一液相反応 （４）気．液相反応 その機構は、圧送ポンプと本発明スプレー．チツプとの
両者を連結するパイプラインを主要部と′ し、これに
液槽とその他調整装置．取付装置などが付属する。

なお利用目的を選択すれば、ポンプは不要となり、触媒
方式を使用すれば好結果が得られ、動力さえも省力化で
きる。従来（Ｏの場合、一般的に一定の温度になると自
動的に作動する噴１水器で室温が摂氏七十二度に達する
と始動し、夜間人のいない時でも、自動的に火災を感知
、作動すると同時に警報するもので特にビル防災に適し
ている。しかし、火炎を感知作動するには自動リレー装
置が働きポンプを回転さし圧送した水がノつ ズルを通
して噴出するのに数分間を要し防災が遅れる。また長時
間設置放置していると配電（電源装置）の腐食がおこり
作動しないし、地震発生時に総電源が切断された場合動
作せず、設備装置は長時間放置した場合、災害時に動作
しない。一般家庭や小規模商店では、手動式の化学消火
器等が使用されているが、化学防炎剤は時間がたてば効
力を失い、たびたび交換しないと効果がない。従来（財
）の設置には配管工事を含め巨大な設備費を要し、大規
模建築物はもとより、一般家庭及び商店内に設置するこ
とは、経費面からも不可能に近かくたとえ設置したとし
ても効果に限度があり確実とはいえない。本発明（マイ
タロ．スプレー．チツプ）を前記目的に使用する場合下
記の二方式が応用される。

１電磁ポンプとマイクロ．スプレー．チツプで構成した
方式２触媒方式 １の場合、一般家庭及び商店の電源を利用し、各部屋に
簡単な配管工事をほどこし、マイクロ．スプレー．チツ
プを設置する。

配管口は水道蛇口に連結するだけで非常時バルブの操作
だけで作動する。この設備はきわめて安価である。大規
模建築物の場合各階に分割配管をほどこし、初期火災に
対処する。また、倉庫などに設置する場合、油類の備蓄
などがある場所には水でなく薬剤用のタンクから直接圧
送することもできる。２の場合 ２の方式では、触媒を使用するだけで、電源．高圧ポン
プ．コンプレツサ一等の設備は不要となる。

２の特徴とじＣの触媒は液化炭酸ガスで圧送ポンプの役
目を兼ねると同時に消火を助ける消火剤ともなり得る。

この触媒は水や池の消火剤をも圧送することができ１の
如き配管方式をとれば簡単であり、設備費は減少し、地
震などで電源設備などが破かいされても関係なく正常に
作動し目的を達する。１，２に述べた如く建築物の大小
により、その場所に適応する消火剤の使用量、その圧力
、吐出量を低圧から高圧までマイクロ．スプレー．チツ
プを取付けることによつて自由に調整でき、あらかじめ
設定した条件（圧力、量）にセツトすることも可能であ
る。

１，２の方式はほとんど従来の装置に比較して設備がい
らず、安価でしかも従来の装置の欠点をカバーすること
ができるし、地震時の電源切断があつても完全に装置は
作動し火災時の混乱に於て、より大きな効果をあげるこ
とができる。

本発明は以上のように各種産業分野に用いられるもので
あるが以下図面に記載された液体と気体を混合する場合
の実施例について説明する。

１当初オリフイスキヤツプ３はテーパータツプ１３の頂
部に間隙Ｓをふさいで点線の位置まで下降しておりアウ
ト．オリフイス１１は閉鎖されている。

一方容器１４内の気体１６は液体１５を始動圧として一
定圧力Ｐで押圧している。２いまオリフイスキヤツプ３
を廻して第６図実線位置まで上昇したとすると、アウト
．オリフイス１１は自由空間ｄに連通しているので容器
１４中の気体１６および液体１５は前記圧力Ｐに押され
てアウｉ・．オリフイス１１に向つて進入する。

まづ液体１５はリユーブ．チユーブ１下端のサクシヨン
クリーナ一４から自由空間ｄに噴出し、ある程度の初速
を与えられ自由空間ｄ中を上昇する。

そして自由空間ｄからイン．オリフイス９を経て混合自
由空間ｃに向つて噴出する。液体の流れはサクシヨンク
リーナ一４から噴出するときある程度の初速が与えられ
、さらにイン．オリフイス９より噴出するとき前記初速
はさらに増巾される１７はイン．オリフイス９の誘導溝
である。この理論は流体力学でいうラバル．ノズルの理
論に近いが液体が狭搾孔であるサクシヨンクリーナ一４
イン．オリフイス９自由空間ｄを通過することにより、
圧搾、膨脹、圧搾、膨脹を繰返し、狭搾孔を通過すると
自由空間において拡散し、液体の流速が増大されるもの
である。しかも液体１５は自由空間ｄで初速を与えられ
、混合自由空間ｃに入るときその流速は増巾されるので
相当程度高速となり、液体は霧状になり混合自由空間Ｃ
に噴出されることになる。液体は必要に応じ触媒を添加
し、その粘性の増大を図る。◇ 一方気体１６は液体１
５と同様ねじ１９に穿設された気体溝１２を経て自由空
間ａに入りこの気体溝１２からの噴出時初速が与えられ
る。

自由空間ａに噴出して初速を与えられた気体１６はつぎ
に横型気孔Ｔを経てパツキング２０により閉塞された自
由空間ｂに入る。気体１６は気孔７で絞られて自由空間
ｂに噴出するときその流速はさらに増大される。自由空
間ｂから気体はオリフイスキヤツプ固定ねぢ１８に穿設
された気体溝８を経て混合自由空間Ｃに噴出する。混合
自由空間ｃにおいては気体の流速はさらに増大される。
すなわち気体は自由空間ａ自由空間Ｂ，混合自由空間ｃ
を経由する間に逐次増速されるもので殊にラバルの法則
に示されるように流体は高速になればなる程流速が加速
度 ！的に増加するので混合自由空間ｃに噴出されたと
きの加速は自由空間ｂ自由空間ａに噴出されたときの流
速に比べて飛躍的に増大することになる。なお、気体溝
１２、横型気孔７気体溝８の内径は気体の流速の増大に
ともない逐次小に １してゆく必要がある。そうでない
と高速流体に対する狭搾効果が期待できない。４かくし
て混合自由空間ｃにおいて気体と液体は互い流速を増巾
された状態で衝突し合つて液体は乱気流となり、このと
き液体は微粒化され ノて噴霧化されて完全な気液混合
流体となり、アウト．オリフイス１１より噴出される。

この気液混合流体はアウト．オリフフイス１１で再び圧
搾されて外部に噴出されるため、気液混合流体はさらに
高速化されて外部に噴出し、液体の ２微粒化は最終的
に促進される。なお混合自由空間Ｃはテーパータツプ１
３の頂部ｔが第１１図に示すように截頭円錐形をなして
いるので、イン．オリフイス９より噴出する液体と気体
溝８より噴出する気体とが頂部ｔのまわりを旋回し 》
て渦巻流を起し易いように形成する。誘導溝１７はこの
旋回流を起すように渦巻状に形成されることが望ましい
。またイン．オリフイス９より噴出する液体１５の噴出
方向と気体溝８より噴出する気体１６の噴出方向とはほ
マ直交す ５るように設定することが望ましい。このよ
うに気体、液体の噴出方向を設定することにより液体の
微粒化（コロイド化）はより促進される。いま第１２図
に示すように自由空間Ａ，ｂ，ｃと狭搾孔１２，７，１
８，１１と始動圧Ｐ＜１５．′による流速の増幅の原理
について説明する。本発明は流体力学のラバル．ノズル
の理論に基づくものである。すなわち、気体１６には始
動圧Ｐが与えられて、流速Ｖ，で第１の自由空間ａに入
る。

すると、流体は拡散され、流体抵抗が減するので前記速
度Ｖ，より大きいＶ，となる。すなわち Ｖ，〉Ｖ，
である。

つぎに自由空間ａを通過し、横型気孔７に達すると、流
体抵抗は増大し、一旦流速は３に低下する。

すなわち、である。

しかし、Ｖ２〉Ｖ，であるから の関係は保持されている。

同様自由空間ｂ内の流速Ｖ４は 径５−ｔ の関係にある。

同様狭搾孔１８の流速５は である。

つぎに自由空間Ｃでの流速Ｖ６は である。

またアウト．オリフイス１１での流体の流速７およびア
ウト．オリフイス１１よりの噴出流速Ｖ８は同様となる
。

このように流体は狭搾、拡散を繰り返し、ラバルの法則
に準じて逐次流速を増幅してゆく。

ただし、始動圧Ｐは上記流体の流速の増幅を続けるだけ
の充分のエネルギーを保持するように設定しなければな
らない。１ねぢ１８の締付けを加減することにより、ア
ウト．オリフイス１１とテーパータツプ１３との間隙Ｓ
が調節される。

間隙Ｓはオリフイスキヤツプ３のポリウームゲージ１０
に表示される。間隙Ｓは本発明方法の使用目的により随
時調節される。また初期圧力Ｐは大気圧に対して４０．
３気圧以上であれば充分に流体を高速化できる。普通狭
搾孔の内径は気体の場合、気体溝１２、横型気孔７、気
体孔８が１．５〜，０．５〜，０．１♂のように相乗的
に小さくなる比率をとることが必要である。また狭搾孔
１２，７，１８の長さは機体の設計の許す範囲内で短か
くでき得れば一点に最小径を有するように狭搾すること
が望ましい。自由空間Ａ，ｂ，ｃ，ｄは要は噴出する流
体の流速に抵抗にならない自由度を有する広さであれば
よい。

また気体と液体の容量比は３：１以上であることが望ま
しい。また始動圧Ｐは気体、液体別々に与えてもよく、
この場合気体の流量始動圧を大きくすることにより、よ
り液体の微粒化は促進できる。本発明の作用効果を要約
すれば次の通りである。

５始動圧Ｐが小さくても気体、液体が狭搾孔より自由空
間に噴出することを繰り返すことにより流体の流速は加
速度的に増大する。

そしてこの増大した速度で気体、液体が衝突するので、
液体の微粒化が完全に行なわれる。また、このとき、液
体をテーパータツプ１３の頂部ｔから旋回流として混合
自由空間Ｃに噴出させれば液体の微粒化はさらに促進さ
れる。

５ねぢ１８の締め付けを加減することにより、アウトオ
リフイス１１とテーパータツプ１３の間隙Ｓが調整され
、液体の微粒化の程度が容易に調整される。

【図面の簡単な説明】

第１図；全体断面図、第２図；スケルトン式断面図、第
３図；テーパータツプ正面図、第４図；テーパータツプ
平面図、第５図；テーパータツプ断面図、第６図；リユ
ーブチユーブ正面図、第７図；リユーブチユーブ断面図
、第８図；リユーブチユーブ平面図、第９図；オリフイ
スキヤツプ正面図、第１０図：第２自由空間部分斜視図
、第１１図；オリフイスキヤツプの斜視図、第１２図；
本発明における流体の流速増幅の原理説明図。 １・・・・・・リユーブ．チユーブ、２・・・・・・固
定ねぢ、３・・・・・・オリフイスキヤツプ、４・・・
・・・サクシヨンクリーナ一 ５・・・・・・アジアス
トポイント、６・・・・・・パッキン、７・・・・・・
横型気子１−８・・・・・・気体溝、９・・・・・・イ
ン．オリフイス、１０・・・・・・ポリユームゲージ、
１１・・・・・・アウト．オリフイス、１２・・・・・
・気体溝、１３・・・・・・テーパータツプ、１４・・
・・・・容器、１５・・・・・・液体、１６・・・・・
・気体、１７・・・・・・誘導溝、１８・・・・・・ね
じ、１９・・・・・・ねぢ、２０・・・・・・パツキン
グ、ａ・・・・・・自由空間、ｂ・・・・・・自由空間
、ｃ・・・・・・混合自由空間、ｄ・・・・・・自由空
間。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 液体、気体を狭搾孔より自由空間に噴出せしめるこ
   とを繰り返すことにより流速を逐次増幅せしめ、かくし
   て高速化された液体、気体を混合自由空間において衝突
   せしめ、液体を微粒化し、この微粒化した液体を気体と
   ともに混合自由空間の狭搾孔より高速度にて噴出せしめ
   る液体の微粒化装置において、中央に狭搾孔を形成する
   サクションクリーナー４、自由空間ｄ、狭搾孔を形成す
   るイン・オリフィス９とからなる液体流路と、液体流路
   の外周に狭搾孔を形成する気体溝１２、自由空間ａ、狭
   搾孔を形成する横型気孔７、自由空間ｂ、狭搾孔を形成
   する気体溝８とからなる気体流路と、オリフィスキャッ
   プ３で覆われ、液体流路と気体流路を合流する混合自由
   空間ｃとからなり、前記液体流路の先端は截頭円錐状の
   テーパータップ１３として混合自由空間ｃに突出してお
   り、その中腹部にイン・オリフィス９が開口されて、該
   イン・オリフィス９から噴出する液体が気体流路の混合
   自由空間ｃに臨む前記気体溝８より噴出する気体とほぼ
   直角に交叉するように構成され、混合自由空間ｃで微粒
   化された液体は気体とともにオリフィスキャップ３のア
   ウトオリフィス１１より噴出する、ことを特徴とする液
   体の微粒化装置。 ２ 中央に狭搾孔を形成するサクションクリーナー４、
   自由空間ｄ、狭搾孔を形成するイン・オリフィス９とか
   らなる液体流路と、液体流路の外周に狭搾孔を形成する
   気体溝１２、自由空間ａ、狭搾孔を形成する横型気孔７
   、自由空間ｂ、狭搾孔を形成する気体溝８とからなる気
   体流路と、オリフィスキャップ３で覆われ、液体流路と
   気体流路を合流する混合自由空間ｃとからなり、前記液
   体流路の先端は截頭円錐状のテーパータップとして混合
   自由空間ｃに突出しており、その中腹部にインオリフィ
   ス９が開口されて、該イン・オリフィス９から噴出する
   液体が気体流路の混合自由空間ｃに臨む前記気体溝８よ
   り噴出する気体とほぼ直角に交叉するように構成され、
   混合自由空間ｃで微粒化された液体は気体とともにオリ
   フィス・キャップ３のアウトオリフィス１１より噴出す
   る液体の微粒化装置において、テーパータップ１３とオ
   リフィスキャップ３とはねぢ結合されており、かつ、気
   体流路の気体溝８が前記ねぢ１８を貫通して穿設されて
   おり、ねぢ１８を回動することによりアウトオリフィス
   １１とテーパータップ１３の頂部ｔとの間隙Ｓが調整で
   きる、ことを特徴とする液体の微粒化装置。 ３ テーパータップ１３の頂部ｔにはイン・オリフィス
   ９を含む渦巻状の誘導溝１７が形成され、インオリフィ
   ス９より噴出する液体は旋回流となつて混合自由空間ｃ
   に流入する、特許請求の範囲第１項記載の液体の微粒化
   装置。