JP4718811B2 - Method for making liquid into fine particles and nozzle used therefor - Google Patents
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Description
本発明は、液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズルに関する。 The present invention relates to a method for turning liquid into fine particles and a nozzle used therefor.
液体を微粒子にするノズルは種々の用途に使用されている。例えば、微粉末原料に水やバインダ、その他の添加剤を加えて微小粒子懸濁液(泥漿)や溶液又はスラリーとし、ノズルを用いて当該溶液又はスラリーを炉内に噴霧して熱風中に分散させ、瞬時に乾燥固化させる噴霧乾燥方法がある。この方法によれば、他の乾燥法の際に要するろ過、分離、機械的濃縮などの操作が省略でき、多くの場合、球状である10〜500μmの粒子を得ることができる。また、乾燥時間は数秒〜30秒までであり、熱変性を受けることが少ないために、乾燥品形状が粒粉末を要求するもの、熱感受性の大きいもの、濃縮、乾燥の途中で粘稠な状態を経過する材料処理に適している。 Nozzles that make liquid fine particles are used in various applications. For example, water, binder, and other additives are added to the fine powder raw material to form a fine particle suspension (slurry), solution or slurry, and the solution or slurry is sprayed into the furnace using a nozzle and dispersed in hot air. There is a spray-drying method that instantly dries and solidifies. According to this method, operations such as filtration, separation, and mechanical concentration required for other drying methods can be omitted, and in many cases, spherical particles of 10 to 500 μm can be obtained. Also, the drying time is from a few seconds to 30 seconds, and since it is less susceptible to thermal denaturation, the dry product shape requires granular powder, the heat sensitive one, the state that is viscous during concentration and drying Suitable for material processing that passes through.
近年、電子部品材料、電池材料、医薬品、及びファインケミカル材料等、平均粒子径が10μmよりも小さい微粒子を噴霧乾燥により得たいとの要望があり、これには、図8に示すような2流体ノズルが一般的に用いられている。 In recent years, there has been a demand to obtain fine particles having an average particle diameter smaller than 10 μm, such as electronic component materials, battery materials, pharmaceuticals, and fine chemical materials, by spray drying. This includes a two-fluid nozzle as shown in FIG. Is generally used.
また、薄膜化した2種の異なる液体に加圧空気を噴射し、大処理量でより微細な粒子に噴射する方法及びノズルが開示されている(特許文献1参照)。当該ノズル(図6参照)は、主として前述のような噴霧乾燥用の液体を微粒子にするノズルとしての利用に供される。 Further, a method and a nozzle are disclosed in which pressurized air is sprayed onto two different types of thinned liquids and sprayed onto finer particles with a large throughput (see Patent Document 1). The nozzle (see FIG. 6) is mainly used as a nozzle that makes the liquid for spray drying as described above fine particles.
特許文献1に記載のノズルにおける液体を微粒子化する機構は以下のようなものである。即ち、液体流路15から供給された液体は各々引き伸ばされて別々の薄膜流19となり、各々平滑面17上をエッジ35方向へと移動する。薄膜流19はエッジ35を離れると同時に薄膜流19どうしが一度合流し、その後微粒子に変化していく場合でも、気液比を大きくとれば10μm以下にすることができるとしている。しかしながら、所定の薄さまで引き伸ばされた薄膜流は、エッジの先端において合流してしまうために所定以上の厚みとなる。即ち、液体を薄膜流にするために要した工程の一部が無駄であるために、微粒子化する液体の量に比して大量の加圧空気が必要である等の液体を微粒子にする効率の面において問題を有していた。また、2液の混合・反応等により粘度が大きくなる場合等は、微粒化性能の低下が起こるという問題を有していた。
The mechanism for atomizing the liquid in the nozzle described in
さて、液体を微粒子にするノズルとしては、他には図7、図8に示すようなものがある(非特許文献1参照)。図7に示すノズルは、液体を加圧して円筒状の気体流路1に供給し、気体流路1で空気と混合した後、先端から噴射して液滴2とする。噴射された液滴2は、互いに衝突して微粒子3となる仕組みである(非特許文献1参照)。このような構造を有するノズルは、液体を10μm以下の微粒子にすることができるもので、少量の液滴の極微粒子化(10μm以下)では、実用的に最も優れているといわれる。
Now, other nozzles for turning liquid into fine particles include those shown in FIGS. 7 and 8 (see Non-Patent Document 1). The nozzle shown in FIG. 7 pressurizes the liquid and supplies it to the cylindrical
一方、図8に示すノズルは二重管構造であり、中心孔4から液体を、液体の周囲から加圧空気を噴射する。このような構造を有するノズルは、中心から噴射された液体が周囲の空気に削られて小さい液滴となるといった機構を有しており、どちらのノズルにおいても、加圧空気で噴霧される液体を微細な液滴にできるといった特徴を有している。
On the other hand, the nozzle shown in FIG. 8 has a double tube structure, and ejects liquid from the
しかしながら、図7に示すノズルは、比較的付着性の強い液体に使用した場合、数分も使用するとノズル先端に噴霧された液滴が付着・乾燥し、これが次第に堆積してノズルに目詰まりを起こすといった問題点があった。したがって、付着性のある液体、或いは溶質を溶かした状態の液体を微粒子化する目的には使用することができず、水のように比較的付着性が弱く、純粋な溶媒のみの微粒子化に使用が制限されてしまうために、噴霧乾燥用のノズルとしては使用することは不可能であった。 However, when the nozzle shown in FIG. 7 is used for a liquid having a relatively strong adhesion, the droplet sprayed on the nozzle tip adheres and dries when used for several minutes, and this gradually accumulates and clogs the nozzle. There was a problem of waking up. Therefore, it cannot be used for the purpose of atomizing an adherent liquid or a liquid in a state in which a solute is dissolved. It is relatively weakly adhering like water and is used for atomizing only a pure solvent. Therefore, it was impossible to use as a spray drying nozzle.
また、図8に示すノズルにおいては、中心孔4を太くすると、それに伴って噴射される液滴が大きくなる。このため、液滴を微細な粒子とするためには中心孔4を極めて小さくし、液体を極めて細く噴射する必要がある。したがって、液滴を小さくするためには、時間当たりの噴霧量を極めて小さくする必要があり、処理量と液滴の微細化とは互いに相反する特性となり、両特性を同時に満足することができないといった欠点があるとともに、噴霧乾燥用等として採用するには1本当たりの処理能力が小さいといった問題がある。なお、図8に示すノズルと同様の原理で細い液糸を薄い液膜とするのが図6に示す引用文献1に記載の方法及びノズルであると考えられる。
In the nozzle shown in FIG. 8, when the
更には、図8に示すノズルの場合、空気による削りは次第に液の中心部分に進んでいくが、このときの空気のスピードは徐々に低下して液滴が大きくなる中央部に噴射される液体は、周囲の液滴が邪魔をして空気との混合状態が悪くなり、液滴が大きくなってしまうといった問題をも有している。 Further, in the case of the nozzle shown in FIG. 8, the shaving by air gradually proceeds to the central part of the liquid, but the liquid jetted to the central part where the speed of the air gradually decreases and the droplets become larger. Has a problem in that surrounding droplets obstruct the mixing condition with air and the droplets become large.
なお、図7、図8に示すようなノズルは、いずれの場合であっても噴射される液滴がフルコーンで噴射され、ホロコーンで噴射されることはない。液体を極めて小さい微粒子にするノズルは、空気中に噴射された液滴を急速乾燥し、或いは、空気中に気化させる用途に多く使用される。このとき、液体はホロコーンで噴射されるほうが好ましい。フルコーンの液滴は内部全体が液滴で満たされているために、中心部分の液滴を速やかに乾燥したり、空気中に気化したりすることが困難であるからである。 In any case, the nozzles as shown in FIGS. 7 and 8 are ejected with a full cone and never with a holocone. A nozzle that makes liquid a very small fine particle is often used for quick drying of a droplet ejected into the air or vaporizing it into the air. At this time, it is preferable that the liquid is ejected by a holo cone. This is because full cone droplets are filled with droplets, and it is difficult to quickly dry the droplets in the central portion or to vaporize them in the air.
したがって、図7、図8に示すようなノズルは液体を微粒子にする機構としては優れた特徴を有しているが、上述してきた理由により、噴霧乾燥用のノズルとしては使用することができない。また、図6に示すようなノズルは、改良されたものの、噴霧ガス量が多く必要であるために、充分な微粒子化効率を持っているとはいえない。なお、ここでいうフルコーンとは、筒状に噴射される液滴が内部まで充満されている状態のことであり、ホロコーン(円環形)とは、同じく筒状に噴射される液滴が内部まで充満されていない状態のことである。 Therefore, the nozzles as shown in FIGS. 7 and 8 have excellent characteristics as a mechanism for turning liquid into fine particles, but cannot be used as spray drying nozzles for the reasons described above. Further, although the nozzle as shown in FIG. 6 is improved, since it requires a large amount of spray gas, it cannot be said that the nozzle has a sufficient atomization efficiency. In addition, the full cone here is a state in which the liquid droplets ejected in a cylindrical shape are filled up to the inside, and the hollow cone (ring shape) is a liquid droplet ejected in a cylindrical shape up to the inside. It is a state that is not full.
以上の問題点を解消するため、図9又は図10(a)に示すように、液体供給口22と気体供給口18が各々1以上設置され、平滑面を備えた気液流路21、液体供給口22と連通する液体流路15、及び気体供給口18と連通する気体流路21が、各々2つずつ互いに独立して設置され、液体流路15は、気体流路16と平滑面との接点に対して開口されるとともに気液流路21を構成し、各々の平滑面から伸ばした延長線どうしが交叉するように、気液流路21が配置されているノズルが開発されている(特許文献2参照)。
In order to solve the above problems, as shown in FIG. 9 or FIG. 10 (a), one or more
上記に示すノズルは、薄膜状の液体を空気中に噴射する構造を有しているために、ノズルの目詰まり等の不具合が発生し難く、また、液滴を含む2つのジェット流どうしを空気中で対向衝突させて微粒子にするために、加圧気体の使用量を減ずることができ、より効率的な微粒子形成を図ることが可能であり、単位時間当たりの微粒子化量が従来のノズルに比してより多いとともに、複数の液体・気体を独立に供給することも可能であるために、噴霧乾燥に用いられるノズルとして好適な特性を有している。 Since the nozzle shown above has a structure for injecting a thin-film liquid into the air, problems such as clogging of the nozzle hardly occur, and two jet streams containing droplets are separated from each other by air. In order to make the particles collide with each other in the inside, the amount of pressurized gas used can be reduced, more efficient formation of fine particles can be achieved, and the amount of fine particles per unit time is compared with the conventional nozzle. In comparison with the above, it is possible to supply a plurality of liquids / gases independently, so that it has characteristics suitable as a nozzle used for spray drying.
また、上記に示すノズルは、液体流路15、気液流路21、及び気体流路16を環状に形成することにより、ホロコーン状態で液滴を微粒子にすることができる。ホロコーン状態で微粒子化される液滴は、効率良く乾燥、又は気化することができるために、噴霧乾燥用のノズルとして好適に用いることができる。
Moreover, the nozzle shown above can form a liquid droplet into a microparticle in a holographic state by forming the
しかしながら、図9に示すノズルの場合、円形大容量のノズルとして好適であるが、粗大液滴が発生することと、構成部品の点数が多く(例えば、ボルトやパッキンを含めて14点)、ノズル構造も複雑であるだけでなく、シート状パッキンでステンレス鋼の面合わせによるシールを行う必要があり、小型化が困難であった。また、前記ノズルの構成部品は、寸法精度も高精度が要求され、フライス盤により製作するため、コストが高価となり、小処理量用のノズルとしては不向きであった。 However, although the nozzle shown in FIG. 9 is suitable as a circular large-capacity nozzle, coarse droplets are generated, and the number of components is large (for example, 14 points including bolts and packing). Not only is the structure complicated, but it is necessary to seal the surface of stainless steel with a sheet-like packing, making it difficult to reduce the size. Further, the nozzle component parts are required to have high dimensional accuracy, and are manufactured by a milling machine. Therefore, the cost is high and it is not suitable as a nozzle for a small amount of processing.
また、図10(a)〜(c)に示すノズルの場合、液体流路15、気液流路21、及び気体流路16が、ストレート形状の噴霧孔として形成されているため、構造が単純であり、小型化も容易であるが、ストレート形状の噴霧孔であるため、噴霧孔の両端部における噴霧状態が不安定になるため、両端部での境界条件が必要不可欠であった。
本発明は、このような従来技術の有する問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、液滴が円環状に噴霧されるため、液滴の境界条件の設定が不要であり、そのノズル構造も単純で、小型化することも容易であるとともに、液体を微粒子にするための加圧気体の使用量をより少なく、且つ効率的に使用され、単位時間当たりの微粒子化量をより多くすることができる液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズルを提供することにある。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and the object of the present invention is that the droplets are sprayed in an annular shape, so that it is not necessary to set the boundary conditions of the droplets. Yes, its nozzle structure is simple, and it is easy to reduce the size, and the amount of pressurized gas used to make the liquid into fine particles is smaller and more efficiently used. The amount of fine particles per unit time It is an object of the present invention to provide a method for making a liquid into fine particles and a nozzle used therefor.
上述の目的を達成するため、本発明は、以下の液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズルを提供するものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the present invention provides a method for making the following liquid into fine particles and a nozzle used therefor.
[1] 気体及び液体が、ノズル内部の気体流路及び液体流路を通り、前記ノズル先端の二重に配置された円環状スリットへとそれぞれに供給される第1の工程と、前記液体を円環状の第1スリットから、気体を前記第1スリットの外側に配設された円環状の第2スリットから噴射し、高速薄膜流とする第2の工程と、前記第2の工程により生成された前記高速薄膜流が、前記ノズルのガイド面に沿って流れ、前記ノズルの先端から飛び出し、ジェット流となる第3の工程と、前記第3の工程で得られたジェット流を外部衝突点に向けて集束させながら、前記外部衝突点で衝突させ、前記液滴を微粒化する第4の工程と、前記第4の工程で得られた微粒子を前記外部衝突点を頂点とした円環状に噴霧する第5の工程と、を備えた液体を微粒子にする方法。 [1] A first step in which a gas and a liquid pass through a gas flow path and a liquid flow path inside the nozzle and are respectively supplied to a doubly arranged annular slit at the tip of the nozzle, and the liquid The gas is generated from the annular first slit by injecting the gas from the annular second slit disposed outside the first slit to form a high-speed thin film flow, and the second process. The high-speed thin film flow flows along the guide surface of the nozzle, jumps out from the tip of the nozzle, becomes a jet flow, and the jet flow obtained in the third step is used as an external collision point. A fourth step of causing the droplets to atomize by focusing at the external collision point while converging toward the surface, and spraying the fine particles obtained in the fourth step in an annular shape with the external collision point as a vertex. A fifth step of performing a fine particle on the liquid How to.
[2] 前記ジェット流の衝突角が、60〜160゜である[1]に記載の液体を微粒子にする方法。 [2] The method according to [1], wherein the jet stream has a collision angle of 60 to 160 °.
[3] 第1スリットと第2スリットとのなす角度が、90〜160゜である[1]又は[2]に記載の液体を微粒子にする方法。 [3] The method according to [1] or [2], wherein the angle formed between the first slit and the second slit is 90 to 160 °.
[4] 外部衝突点からの微粒子の噴霧角が、30〜150゜である[1]〜[3]のいずれかに記載の液体を微粒子にする方法。 [4] The method according to any one of [1] to [3], wherein the spray angle of the fine particles from the external collision point is 30 to 150 °.
[5] ノズルの外観を形成するアウターキャップと、前記アウターキャップの先端内側面に挿入・配置し、気体に所定の旋回流を付与する、中心に中空部を有する旋回羽根と、
前記旋回羽根の中空部に挿入・配置し、前記アウターキャップの先端内側面との間に円環スリット状の気体流路を形成するとともに、前記アウターキャップの内側面との間に気体供給路を形成する、中心に中空部を有する中子と、前記中子の中空部に挿入・配置し、前記中子の内側面との間に円環スリット状の液体流路を形成する、中心に前記液体流路と連通する液体供給路を内部に有するセンターフレームと、を備えたものであり、前記液体流路及び前記気体流路から液体と気体を円環状に噴射し、気液混合することにより、得られた液滴を含むジェット流を、外部衝突点に向けて集束させながら、前記外部衝突点で衝突させ、前記液滴を微粒子化し、得られた微粒子を、前記外部衝突点を頂点とした円環状に噴霧する液体を微粒子にするノズル。
[5] An outer cap that forms the outer appearance of the nozzle, a swirl vane that is inserted and disposed on the inner surface of the tip of the outer cap, and that imparts a predetermined swirl flow to the gas and has a hollow portion at the center;
Inserted and arranged in the hollow portion of the swirl vane, and formed an annular slit-like gas flow path between the inner end surface of the outer cap and a gas supply path between the inner side surface of the outer cap An annular slit-shaped liquid flow path is formed between the core having a hollow portion at the center and the hollow portion of the core to be inserted and disposed, and the inner surface of the core. A center frame having a liquid supply path communicating with the liquid flow path, and by jetting liquid and gas in an annular shape from the liquid flow path and the gas flow path, The jet stream containing the obtained droplets is focused toward the external collision point, collided at the external collision point, the droplets are made into fine particles, and the obtained fine particles are used with the external collision point as a vertex. The liquid sprayed in a circular shape into fine particles Zur.
[6] 前記ジェット流の衝突角が、60〜160゜である[5]に記載の液体を微粒子にするノズル。 [6] The nozzle which makes the liquid fine particles according to [5], in which the jet stream has a collision angle of 60 to 160 °.
[7] 液体流路と気体流路とのなす角度が、90〜160゜である[5]又は[6]に記載の液体を微粒子にするノズル。 [7] The nozzle according to [5] or [6], wherein the angle formed between the liquid channel and the gas channel is 90 to 160 °.
[8] 外部衝突点からの微粒子の噴霧角が、30〜150゜である[5]〜[7]のいずれかに記載の液体を微粒子にするノズル。 [8] The nozzle for converting the liquid according to any one of [5] to [7], wherein the spray angle of the fine particles from the external collision point is 30 to 150 °.
本発明の液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズルは、液滴が円環状に噴霧されるため、液滴の境界条件の設定が不要であり、そのノズル構造も単純で、小型化することも容易であるとともに、液体を微粒子にするための加圧気体の使用量をより少なく、且つ効率的に使用され、単位時間当たりの微粒子化量をより多くすることができる。 The method of making the liquid into fine particles of the present invention and the nozzle used therefor, since the droplets are sprayed in an annular shape, it is not necessary to set the boundary conditions of the droplets, and the nozzle structure is simple and downsized. In addition, the amount of pressurized gas used to make the liquid into fine particles is smaller and more efficiently used, and the amount of fine particles per unit time can be increased.
本発明に係る液体を微粒子にする方法は、図1(a)に示すように、気体及び液体が、ノズル内部の気体流路47及び液体流路52を通り、ノズル先端の二重に配置された円環状スリット(第1スリット40、第2スリット42)へとそれぞれに供給される第1の工程と、液体を円環状の第1スリット40から、気体を第1スリット40の外側に配設された円環状の第2スリット42から噴射し、高速薄膜流とする第2の工程と、第2の工程により生成された高速薄膜流が、ノズル(センターフレーム56)のガイド面58に沿って流れ、ノズルの先端から飛び出し、ジェット流となる第3の工程と、図1(b)に示すように、第3の工程で得られたジェット流31を外部衝突点60に向けて集束させながら、外部衝突点60で衝突させ、液滴を微粒化する第4の工程と、第4の工程で得られた微粒子32を外部衝突点60を頂点とした円環状に噴霧する第5の工程と、を備えたものである。
As shown in FIG. 1 (a), the liquid and the liquid according to the present invention are arranged so that the gas and the liquid pass through the
本発明の液体を微粒子にする方法の主な特徴は、図1(b)に示すように、液滴を含むジェット流31を、外部衝突点60に向けて円錐状に集束させながら、外部衝突点60で衝突させ、液滴を微粒子化した後、外部衝突点60を頂点とした円環状に微粒子32を噴霧することにある。尚、得られた微粒子32の平均粒径は、具体的には、約5〜15μm、若しくはそれ以下(例えば、5μm以下)で適宜調整することができる。
As shown in FIG. 1 (b), the main feature of the method of turning the liquid into fine particles of the present invention is that the
これにより、本発明の液体を微粒子にする方法は、液滴が円環状に噴霧されるため、図10に示すノズルのように、液滴の境界条件の設定が不要であるだけでなく、粗大液滴の発生を防止することができる。 As a result, in the method of turning the liquid into fine particles according to the present invention, since the droplets are sprayed in an annular shape, setting of the boundary condition of the droplets is not necessary as in the nozzle shown in FIG. Generation of droplets can be prevented.
また、本発明の液体を微粒子にする方法は、ノズルの構造を単純にすることができるため、円形小処理用のノズルの小型化が容易であり、製造コストも安価にすることができる。例えば、図3に示すように、ノズルの部品点数が4点で済み、部品の寸法精度もそれ程高くないため、旋盤で製作することができるとともに、シールもOリングやシールテープだけで行うことができる。 In addition, since the method of making the liquid into fine particles of the present invention can simplify the structure of the nozzle, it is easy to reduce the size of the nozzle for small circular processing, and the manufacturing cost can be reduced. For example, as shown in FIG. 3, since the number of nozzle parts is four and the dimensional accuracy of the parts is not so high, it can be manufactured with a lathe and sealed only with an O-ring or seal tape. it can.
また、本発明の液体を微粒子にする方法は、加圧気体の使用量を減ずることができ、より効率的な微粒子形成を図ることが可能であり、単位時間当たりの微粒子化量が従来のノズルに比してより多いとともに、複数の液体・気体を独立に供給することも可能であるために、噴霧乾燥に用いられるノズルとして好適な特性を有している。 In addition, the method of making the liquid into fine particles of the present invention can reduce the amount of pressurized gas used, can achieve more efficient formation of fine particles, and the amount of fine particles per unit time is a conventional nozzle. In addition to being more than the above, it is also possible to supply a plurality of liquids / gases independently, so that it has characteristics suitable as a nozzle used for spray drying.
尚、本発明の液体を微粒子にする方法は、図1(a)に示すように、ジェット流31の衝突角αが、60〜160゜であることが好ましく、より好ましくは、70〜150゜、更に好ましくは、80〜140゜である。これは、衝突角により、ジェット流の運動エネルギーが衝突エネルギーへと変換される量が決まるからである。
In the method of making the liquid of the present invention fine particles, as shown in FIG. 1A, the collision angle α of the
また、本発明の液体を微粒子にする方法は、図2(b)に示すように、第1スリット(液体スリット)と第2スリット(気体スリット)のなす角度γが、90〜160゜であることが好ましく、より好ましくは、100〜150゜、更に好ましくは、110〜140゜である。これは、液の流れが急激に変わることを避けるためであるからである。 Further, in the method of making the liquid into fine particles of the present invention, as shown in FIG. 2B, the angle γ formed by the first slit (liquid slit) and the second slit (gas slit) is 90 to 160 °. It is preferably 100 to 150 °, more preferably 110 to 140 °. This is to avoid a sudden change in the flow of the liquid.
更に、本発明の液体を微粒子にする方法は、図1(a)に示すように、外部衝突点からの微粒子32の噴霧角βが、30〜150゜であることが好ましい。これは、噴霧角により、SD乾燥塔の塔径及び塔高を決定するからである。
Furthermore, in the method of turning the liquid of the present invention into fine particles, the spray angle β of the
次に、本発明の液体を微粒子にするノズルは、図1(a)に示すように、ノズル先端の液体噴射部が円環状スリット(第1スリット40)になっている。このとき、図2(a)に示すように、第1スリット40のスリット幅aは、0.2〜1.5mmであることが好ましく、より好ましくは、0.3〜1.0mm、更に好ましくは、0.4〜0.8mm(通常、0.5mm)である。このとき、図1(b)に示すように、第1スリット40のスリット長さ(円環スリット径)Lは、ノズルの処理能力に応じて変化させることができる。 Next, as shown in FIG. 1A, in the nozzle that makes the liquid of the present invention fine particles, the liquid ejecting portion at the tip of the nozzle is an annular slit (first slit 40). At this time, as shown to Fig.2 (a), it is preferable that the slit width a of the 1st slit 40 is 0.2-1.5 mm, More preferably, it is 0.3-1.0 mm, More preferably Is 0.4 to 0.8 mm (usually 0.5 mm). At this time, as shown in FIG.1 (b), the slit length (annular slit diameter) L of the 1st slit 40 can be changed according to the processing capability of a nozzle.
尚、本発明の液体を微粒子にするノズルは、図2(a)に示すように、第1のスリット40のスリット幅aが一定で、且つ図1(b)に示すように、第1スリットのスリット長さ(円環スリット径)Lと処理量の割合を一定にすることにより、第1スリット40での膜厚厚さを一定にすることができる。
In the nozzle of the present invention that makes the liquid fine particles, the slit width a of the
また、本発明の気体を微粒子にするノズルは、ノズル先端の気体噴射部が円環状スリット(第2スリット42)になっている。このとき、図2(b)に示すように、第2スリット42のスリット幅bが0.1〜1mmであることが好ましく、より好ましくは、0.2〜0.8mm、更に好ましくは、0.2〜0.5mmである。これは、第2スリット42のスリット幅bが、微粒化空気量や微粒化に大きな影響を与えるからである。
Moreover, the nozzle which makes the gas fine particles of the present invention has an annular slit (second slit 42) at the gas injection portion at the tip of the nozzle. At this time, as shown in FIG. 2B, the slit width b of the
更に、本発明の気体を微粒子にするノズルは、図1(a)に示すように、第1スリット40から噴出された薄膜流をなす液体が、第2スリット42から噴出された気体で加速され、高速薄膜流となり、前記高速薄膜流がガイド面58を通過すると、気体の強い乱れにより、膜状態を維持することができなくなり、粉々にちぎれて表面張力によって液滴を含む高速空気流、即ちジェット流31となる。このとき、図2(b)に示すように、ガイド面の長さcは、0〜5mmであることが好ましく、より好ましくは、1〜4mm、更に好ましくは、2〜3mm(通常、2.8mm)である。
Furthermore, in the nozzle for making the gas fine particles of the present invention, as shown in FIG. 1A, the liquid forming the thin film flow ejected from the
以下、図面を参照して、本発明の液体を微粒子にするノズルについて詳細に説明するが、本発明は、これに限定されて解釈されるものではなく、本発明の範囲を逸脱しない限りにおいて、当業者の知識に基づいて、種々の変更、修正、改良を加え得るものである。 Hereinafter, with reference to the drawings, the nozzle for converting the liquid of the present invention into fine particles will be described in detail, but the present invention should not be construed as being limited thereto, and without departing from the scope of the present invention. Various changes, modifications and improvements can be made based on the knowledge of those skilled in the art.
図3は、本発明の液体を微粒子にするノズルの一例を示す要部断面図、図4は本発明の液体を微粒子にするノズルを構成する部材である旋回羽根の一例を示す正面図、図5は図3のA−A断面図である。 FIG. 3 is a cross-sectional view of an essential part showing an example of a nozzle that makes the liquid of the present invention fine particles, and FIG. 4 is a front view showing an example of a swirl blade that is a member constituting the nozzle that makes the liquid of the present invention fine particles. 5 is a cross-sectional view taken along the line AA in FIG.
本発明に係る液体を微粒子にするノズルは、例えば、図3に示すように、ノズルの外観を形成するアウターキャップ44と、アウターキャップ44の先端内側面に挿入・配置し、気体に所定の旋回流を付与する、中心に中空部を有する旋回羽根46(図4参照)と、旋回羽根46の中空部46に挿入・配置し、アウターキャップ44の先端内側面との間に円環スリット状の気体流路47を形成するとともに、アウターキャップ44の内側面との間に気体供給路48を形成する、中心に中空部を有し、且つ両側方に気体供給路48の一部と連通する第1の気体供給口49を有する中子50と、中子50の中空部に挿入・配置し、中子50の内側面との間に円環スリット状の液体流路52を形成する、中心に液体流路52と液体供給口53で連通する液体供給路54を内部に有し、且つ両側方に第1の気体供給口49と連通する第2の気体供給口55を有するセンターフレーム56(図5参照)と、を備えたものである。
For example, as shown in FIG. 3, the nozzle for turning the liquid into fine particles according to the present invention is inserted and arranged on the inner surface of the
即ち、本発明の液体を微粒子にするノズルは、図1(a)(b)に示すように、液体流路52及び気体流路47から液体と気体を(第1スリット40と第2スリット42から)円環状に噴射し、気液混合することにより、得られた液滴を含むジェット流31を、外部衝突点60に向けて円錐状に集束させながら、外部衝突点60で衝突させ、液滴を微粒子化した後、外部衝突点60を頂点とした円環状に微粒子32を噴霧する方式を採用することにより、例えば、図3に示すように、アウターキャップ44、旋回羽根46、中子50及びセンターフレーム56といった単純構造の部材で形成することができる。
In other words, the nozzle for converting the liquid into fine particles according to the present invention allows liquid and gas to flow from the
これにより、本発明の液体を微粒子にするノズルは、製造コストを軽減するとともに、保守管理や微粒子の噴霧角の調整も容易に行うことができる。 Thereby, the nozzle which makes the liquid of this invention microparticles | fine-particles can reduce manufacturing cost, and can also perform maintenance management and adjustment of the spray angle of microparticles | fine-particles easily.
例えば、本発明の液体を微粒子にするノズルは、微粒子の噴霧角の調整を、それぞれの噴霧角に適したテーパを有するアウターキャップ44の取り替えるだけで実現することができる。
For example, in the nozzle for converting the liquid into fine particles of the present invention, the adjustment of the spray angle of the fine particles can be realized only by replacing the
また、図3に示すように、本発明で用いる旋回羽根46は、気体供給路48から供給された気体に旋回流を与えるものであり、例えば、図4に示すように、気体導入口45の旋回角δが15〜60゜であることが、旋回により、噴霧気体を均一に吹き出すことができる。一方、旋回が強すぎると、微粒化効率が低くなる。
Further, as shown in FIG. 3, the
以下、本発明を実施例に基づいて更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although this invention is demonstrated further in detail based on an Example, this invention is not limited to these Examples.
(実施例1〜3)
図3に示すノズル(ノズル型SJ−10)を表1〜3に示す条件で、それぞれ水噴霧を行い、液滴径をレーザ光散方式粒度分布測定装置(型式:LDSA・1400A[東日コンピュータアプリケーションズ(株)製])を用いて測定した。その結果を表1〜3及び図11に示す。
(Examples 1-3)
The nozzle (nozzle type SJ-10) shown in FIG. 3 is sprayed with water under the conditions shown in Tables 1 to 3, and the droplet diameter is measured by a laser light scattering type particle size distribution measuring apparatus (model: LDSA / 1400A [Tohnichi Computer). Application Co., Ltd.]). The results are shown in Tables 1 to 3 and FIG.
表1〜3及び図11の結果から、実施例1〜3では、処理量を多くする場合(例えば、実施例2及び実施例3)、空気量もそれに対応して供給することにより、液滴の平均粒子径(D50)を10μm以下に制御できることを確認した。 From the results of Tables 1 to 3 and FIG. 11, in Examples 1 to 3, when the amount of processing is increased (for example, Example 2 and Example 3), the amount of air is also supplied correspondingly, whereby droplets are supplied. It was confirmed that the average particle diameter (D50) can be controlled to 10 μm or less.
(実施例4)
図3に示すノズル(ノズル型SJ−10)を表4に示す条件で、固形分濃度50質量%のデキストリン水溶液(パインデックス♯2[松谷科学製])の噴霧乾燥試験を行った。その結果、得られた微粒子は、平均粒子径(D50)で10μm以下であった。
(Example 4)
The nozzle shown in FIG. 3 (nozzle type SJ-10) was subjected to a spray-drying test of a dextrin aqueous solution (Paindex # 2 [manufactured by Matsutani Kagaku]) having a solid content concentration of 50 mass% under the conditions shown in Table 4. As a result, the obtained fine particles had an average particle diameter (D50) of 10 μm or less.
本発明の液体を微粒子にする方法及びこれに用いるノズルは、例えば、噴霧乾燥用の液体を微粒子にするノズルや工業用加湿器に適用することができる。 The method of making the liquid of the present invention fine particles and the nozzle used therefor can be applied to, for example, a nozzle for making a liquid for spray drying fine particles or an industrial humidifier.
1…気体流路、2…液滴、3…微粒子、4…中心孔、10…内側リング、11…中間リング、12…外側リング、13…中心リング、14…先端部材、15…液体流路、16…気体流路、17…平滑面、18…気体供給口、19…薄膜流、20…平滑面端部、21…気液流路、22…液体供給口、25…気体入口、26…気体入口、27…液体入口、30…固定用凸部、31…ジェット流、32…微粒子、35…エッジ、36…中心リング、37…スプレッディングエアー供給路、38…アトマイズエアー供給路、39…内側中間リング、40…第1スリット、42…第2スリット、44…アウターキャップ、45…流体導入口、46…旋回羽根、47…気体流路、48…気体供給路、49…第1の気体供給口、50…中子、52…液体流路、53…液体供給口、54…液体供給路、55…第2の気体供給口、56…センターフレーム、58…ガイド面、60…外部衝突部。
DESCRIPTION OF
Claims (8)
前記液体を円環状の第1スリットから、気体を前記第1スリットの外側に配設された円環状の第2スリットから噴射し、高速薄膜流とする第2の工程と、
前記第2の工程により生成された前記高速薄膜流が、前記ノズルのガイド面に沿って流れ、前記ノズルの先端から飛び出し、ジェット流となる第3の工程と、
前記第3の工程で得られたジェット流を外部衝突点に向けて集束させながら、前記外部衝突点で衝突させ、前記液滴を微粒化する第4の工程と、
前記第4の工程で得られた微粒子を前記外部衝突点を頂点とした円環状に噴霧する第5の工程と、
を備えた液体を微粒子にする方法。 A first step in which a gas and a liquid are supplied to each of the doubly arranged annular slits at the tip of the nozzle through a gas channel and a liquid channel inside the nozzle;
A second step in which the liquid is ejected from the annular first slit and the gas is ejected from the annular second slit disposed outside the first slit to form a high-speed thin film flow;
The high-speed thin film flow generated by the second step flows along the guide surface of the nozzle, jumps out from the tip of the nozzle, and becomes a jet flow;
A fourth step of atomizing the droplets by colliding at the external collision point while converging the jet stream obtained in the third step toward the external collision point;
A fifth step of spraying the fine particles obtained in the fourth step in an annular shape with the external collision point as a vertex;
A method of making a liquid with a fine particle.
前記アウターキャップの先端内側面に挿入・配置し、気体に所定の旋回流を付与する、中心に中空部を有する旋回羽根と、
前記旋回羽根の中空部に挿入・配置し、前記アウターキャップの先端内側面との間に円環スリット状の気体流路を形成するとともに、前記アウターキャップの内側面との間に気体供給路を形成する、中心に中空部を有する中子と、
前記中子の中空部に挿入・配置し、前記中子の内側面との間に円環スリット状の液体流路を形成する、中心に前記液体流路と連通する液体供給路を内部に有するセンターフレームと、
を備えたものであり、
前記液体流路及び前記気体流路から液体と気体を円環状に噴射し、気液混合することにより、得られた液滴を含むジェット流を、外部衝突点に向けて集束させながら、前記外部衝突点で衝突させ、前記液滴を微粒子化し、得られた微粒子を、前記外部衝突点を頂点とした円環状に噴霧する液体を微粒子にするノズル。 An outer cap that forms the appearance of the nozzle;
A swirl vane having a hollow portion at the center, which is inserted and arranged on the inner surface of the tip of the outer cap, and gives a predetermined swirl flow to the gas;
Inserted and arranged in the hollow portion of the swirl vane, and formed an annular slit-like gas flow path between the inner end surface of the outer cap and a gas supply path between the inner side surface of the outer cap Forming a core having a hollow in the center;
Inserted and arranged in the hollow portion of the core, and forming an annular slit-shaped liquid channel between the inner surface of the core and having a liquid supply channel communicating with the liquid channel at the center A center frame,
With
By jetting liquid and gas in an annular shape from the liquid channel and the gas channel, and mixing the gas and liquid, the jet flow including the obtained droplets is focused toward the external collision point, and the external A nozzle that makes liquid droplets sprayed in an annular shape with the external collision point as a vertex by causing the liquid droplets to collide at a collision point to form fine particles.
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