JP6159711B2 - 液体噴射装置及び液体噴射方法 - Google Patents

Description

本発明は液体を微粒子状にして噴射する液体噴射装置と、液体を微粒子状にして噴射する液体噴射方法に関する。

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、固形分を含む溶液や水、添加剤等を加えた超微粒子懸濁液を熱風中にノズルを用いて噴霧させ瞬時に乾燥、固化させる噴霧乾燥方法がある。

本願出願人は、上記のような状況に鑑みて、液体を微粒子に噴射するためのノズル８０を開発した（特許文献１）。このノズル８０は、図１４の断面図に示すように、供給口８５から液体を傾斜面８７に供給している。傾斜面８７に供給された液体は、傾斜面８７に沿って高速流動させる空気流で薄く引き伸ばされて薄膜流８８となる。薄膜流８８は空気流に加速されて傾斜面８７の先端から気体中に噴射されて微粒子の液滴８９となる。このノズル８０によれば、液体を極めて小さい微粒子に噴射できる。

しかしながら、このノズル８０では、ノズル８０から外部に噴射された液体が、傾斜面８７に沿って引き伸ばされて薄膜流８８とされた後、空気流によって破砕されるという方式であるため、薄膜流の膜厚が一定でないと、微粒子の粒径が不均一になるという問題があった。すなわち、傾斜面の行程が長くなる程、また幅が広くなる程、薄膜流の膜厚が不均一になる可能性が高くなる。膜厚が厚くなると、薄膜流を破砕して得られる微粒子の粒径も大きくなる結果、得られる微粒子の粒径が不均一となって、粒径の選別を行う必要が生じるなどの余分な工程が必要となって、好ましくない。

また、上記の方法では、供給された液体を、高速流動する空気流で平滑面に押し付けて薄く引き伸ばして薄膜流とすることから、傾斜面に圧縮空気を常時吹き付ける必要があり、高圧に連続的に晒される結果、傾斜面が摩耗するという問題があった。摩耗が進むと、傾斜面が失われていき、最終的には噴霧ができなくなる状態となってしまう。

加えて、上記の方法では液体流路から供給された液体を平滑な傾斜面に沿って薄く引き伸ばし、薄膜流とした上で平滑な傾斜面先端から噴射している。しかしながら、付着性の強い液体や粘性のある液体を用いた場合は、局所的に非常に薄い薄膜流となった液体が平滑な傾斜面上で乾燥して凝固し、これが次第に堆積して詰まってしまうという問題もあった。特に液体噴射口のスリット幅が薄い程、目詰まりし易くなる。目詰まりが生じると、ノズルを分解して清掃する必要があり、作業の中断を余儀なくされタクトタイムが損なわれる。

さらにまた、加圧気体でもって液体を斜面上で薄膜流とし噴射する円環状ノズルは、小型化することが構造上困難であり、製造が困難になるという問題もあった。

特許第２７９７０８０号公報

本発明は、従来のこのような問題点を解決するためになされたものである。本発明の主な目的は、目詰まりを抑制すると共に、得られる微粒子の粒径を均一にした液体噴射装置及び液体噴射方法を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するために、本発明の第１の側面に係る液体噴射装置によれば、液体を、加圧された気体でもって微粒子化して噴射する液体噴射装置であって、内部に加圧気体を供給するための気体流路と、液体を供給するための液体流路を設けた本体部と、前記本体部に、液体を噴射する液体噴射口をスリット状に開口させたノズル部と、を備えており、前記ノズル部は、前記液体噴射口を中心とする両側側面にノズル傾斜面を備えており、前記ノズル傾斜面と、前記本体部との間で、加圧気体を噴射するための気体噴射口を画定しており、前記液体噴射口が、前記液体流路と連通されており、前記気体噴射口が、前記気体流路と連通されており、前記ノズル傾斜面は、断面視において液体噴射口の延長線上で交差するよう形成されており、前記加圧気体を、ノズル傾斜面に沿って傾斜させて噴射し、液体を放出後に両側から挟み込むようにして交差させ、もって液体を破砕して微粒化させて噴射させることができる。

上記構成により、液体を放出後に薄膜流に引き伸ばすことなく、画定された液体噴射口でもって放出直後に、加圧気体で両側から微粒子に破砕でき、粒径の揃った微粒子を生成することが可能となる。また、傾斜面に圧縮気体を吹き付ける従来の方式に比べて、ノズル傾斜面の摩耗も低減でき、信頼性も向上する利点が得られる。

また、第２の側面に係る液体噴射装置によれば、前記ノズル傾斜面が、液体噴射口を中心として、第一ノズル傾斜面と第二ノズル傾斜面で構成されており、前記気体流路が、前記第一ノズル傾斜面に面した第一気体噴射口に連通された第一気体流路と、前記第二ノズル傾斜面に面した第二気体噴射口に連通された第二気体流路と、で構成できる。

上記構成により、第一気体流路と第二気体流路と液体流路を３本を通して、液体と加圧気体を供給して微粒子化を可能とし、特に液体流路が１本で済むため、従来の４流体ノズルのような、２本以上の液体を用いた噴射装置に比べ構成を簡素化でき、コストダウンを図ることができる。

さらに、第３の側面に係る液体噴射装置によれば、前記液体噴射口を、該液体噴射口から噴射される微粒子が前記本体部の延長方向に対して直交方向を中心に進行するよう形成できる。

上記構成により、液体噴射装置の設置に際しての設計を容易に行える利点が得られる。

さらにまた、第４の側面に係る液体噴射装置によれば、前記ノズル傾斜面の傾斜角度が、２０°〜７０°に形成できる。

上記構成により、ノズル部の先端を鋭利に加工する必要をなくし、製造を容易に行える利点が得られる。

さらにまた、第５の側面に係る液体噴射装置によれば、前記本体部を、円筒状に構成し、前記液体噴射口を円周状に開口して、微粒子をリング状に放出することができる。

上記構成により、本体部を中心として周囲に微粒子を放出できるので、効率よく微粒子を散布可能な液体噴射装置が実現できる。

さらにまた、第６の側面に係る液体噴射装置によれば、前記第一気体流路が、前記本体部内を延長されると共に、前記液体噴射口と対応する領域を通過させた後、折り返されて、前記第一気体噴射口に連通させることができる。

さらにまた、第７の側面に係る液体噴射装置によれば、前記第一気体流路が、前記本体部内の中心軸に沿って、前記液体噴射口と対応する領域を超えて延長されたメイン流路と、前記液体噴射口と対応する領域を超えた部位に開口された開口部と連通させたバッファ室と、を備えており、前記メイン流路に供給され、前記開口部を通じて前記バッファ室に送出された第一気体が、該バッファ室でもって整流されるよう構成できる。

上記構成により、開口部を介して折曲された第一気体流をバッファ室でもって整流した後、第一気体噴射口に送出できるので、第一気体流と第二気体流のバランスを維持しやすくできる。

さらにまた、第８の側面に係る液体噴射装置によれば、前記液体噴射口を直線状のスリットに開口し、前記本体部内に延長された液体流路の延長方向と垂直方向に、該液体噴射口から噴射される微粒子が進行するよう形成できる。

上記構成により、液体噴射口から膜状に放出しつつ、ノズル傾斜面で交差される加圧気体によって破砕して微粒子化でき、膜状に微粒子を放出できる。

さらにまた、第９の側面に係る液体噴射装置によれば、前記液体流路が、複数のサブ液体流路に分岐されており、各サブ液体流路から供給される液体を、前記液体噴射口の前段で統合させることができる。

さらにまた、第１０の側面に係る液体噴射装置によれば、前記液体噴射口のスリット幅ｄ₃を、前記第一気体噴射口のスリット幅ｄ₁又は第二気体噴射口のスリット幅ｄ₂よりも広くすることができる。

さらにまた、第１１の側面に係る液体噴射装置によれば、前記液体噴射口のスリット幅ｄ₃を、前記第一気体噴射口のスリット幅ｄ₁又は第二気体噴射口のスリット幅ｄ₂に対して、ｄ₃≧１．５ｄ₁、又はｄ₃≧１．５ｄ₂とすることができる。

さらにまた、第１２の側面に係る液体噴射方法によれば、液体を、加圧された気体でもって微粒子化して噴射する液体噴射方法であって、液体を液体流路を通して供給し、該液体流路の端縁が平面状に画定された液体噴射口を通じて、該液体を液膜流に形成する工程と、加圧された気体が第一気体と第二気体を含み、第一気体を、前記液体流路と平行に延長された第一気体流路を通して供給し、第二気体を、前記液体流路と平行に延長された第二気体流路を通して供給し、前記液体噴射口の平面を中心として、左右に配置されると共に、前記第一気体流路の端縁が平面状に画定された第一気体噴射口、及び前記第二気体流路の端縁が平面状に画定された第二気体噴射口を通じて、第一気体及び第二気体を、第一高速気体流及び第二高速気体流にそれぞれ形成すると共に、前記第一高速気体流と第二高速気体流の平面が、前記液体噴射口から放出された前記液膜流の平面上の同じ位置で交差するよう噴射され、もって前記液膜流を液体の微粒子状にする工程と、を含むことができる。

これにより、液体を放出後に薄膜流に引き伸ばすことなく、画定された液体噴射口でもって放出直後に、加圧気体で両側から微粒子に破砕でき、粒径の揃った微粒子を生成することが可能となる。また、傾斜面に圧縮空気を吹き付ける従来の方式に比べて、ノズル傾斜面の摩耗も低減でき、信頼性も向上する利点が得られる。

さらにまた、他の液体噴射方法によれば、前記液体噴射口１２を円周状に開口して、微粒子をリング状に放出することができる。これにより、周囲に微粒子を放出できるので、効率よく微粒子を散布可能な液体噴射装置が実現できる。

さらにまた、他の液体噴射方法によれば、前記第一気体流路４が、前記液体流路２と平行に延長されると共に、前記液体噴射口１２と対応する領域を通過させた後、折り返されて、前記第一気体噴射口１４に連通させることができる。これにより、第一気体流路から第一気体噴射口側に折曲されて気体噴射口に導入されるまでの圧力損失を軽減して、第二気体流路とほぼ等しい圧力にて噴射させることが可能となる。

さらにまた、他の液体噴射方法によれば、前記液体噴射口１２を直線状のスリットに開口し、前記延長された液体流路２の延長方向と平行方向に、該液体噴射口１２から噴射される微粒子が進行するよう形成することができる。これにより、液体噴射口から膜状に放出しつつ、ノズル傾斜面で交差される加圧気体によって破砕して微粒子化でき、膜状に微粒子を放出できる。

実施例１に係る液体噴射装置を示す平面図である。 図１の液体噴射装置の垂直断面図である。 図２の液体噴射装置の、ノズル部近傍を示す拡大断面図である。 図３のノズル部近傍の更なる拡大断面図である。 図４をさらに拡大した模式断面図である。 変形例に係る液体噴射装置を示す断面図である。 図７（ａ）は実施例２に係る液体噴射装置を示す断面図、図７（ｂ）は側面図である。 図７（ａ）のノズル部近傍の更なる拡大断面図である。 図９（ａ）は比較例に係る４流体型の液体噴射装置のノズルを示す断面図、図９（ｂ）は側面図である。 実施例２の液体噴射装置で得られた粒度分布を示すグラフである。 比較例の液体噴射装置で得られた粒度分布を示すグラフである。 図１２（ａ）は実施例３に係る液体噴射装置を示す断面図、図１２（ｂ）は側面図、図１２（ｃ）は図１２（ａ）の要部拡大断面図である。 図１３（ａ）は実施例４に係る液体噴射装置を示す断面図、図１３（ｂ）は要部拡大断面図である。 従来の液体噴射装置のノズルを示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術思想を具体化するための液体噴射装置及び液体噴射方法を例示するものであって、本発明は液体噴射装置及び液体噴射方法を以下のものに特定しない。また実施の形態に記載されている構成部材の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、特定的な記載がない限りは、本発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。なお、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするため誇張していることがある。さらに以下の説明において、同一の名称、符号については同一もしくは同質の部材を示しており、詳細説明を適宜省略する。さらに、本発明を構成する各要素は、複数の要素を同一の部材で構成して一の部材で複数の要素を兼用する態様としてもよいし、逆に一の部材の機能を複数の部材で分担して実現することもできる。また、一部の実施例、実施形態において説明された内容は、他の実施例、実施形態等に利用可能なものもある。
（実施例１）

図１〜図３に、本発明の実施例１に係る液体噴射装置１００を示す。これらの図において、図１は実施例１に係る液体噴射装置１００を示す平面図、図２は図１の液体噴射装置１００の垂直断面図、図３は図２の液体噴射装置１００の、ノズル部１０近傍を示す拡大断面図を、それぞれ示している。これらの図に示す液体噴射装置１００は、本体部１の外観を円柱の棒状に形成しており、先端近傍の括れ部分に、ノズル部１０を設けている。ノズル部１０は、円周上にスリット状に開口されており、ここから円環状に微細化された液体の微粒子を放出する。また本体部１の後端側には、液体を供給する液体供給口６と、気体を供給する気体供給口が２つ設けられている。気体供給口は、第一気体供給口７と第二気体供給口８からなり、それぞれに加圧された第一気体、第二気体が供給される。各加圧気体は、個別にコンプレッサーに接続されており、その流量は独立して制御される。第一気体と第二気体は、同じ種類の加圧気体が使用される。加圧気体としては、圧縮空気が好適に利用できる。ただ、空気に代えて不活性ガスなど、他の種類の気体も適宜利用できることはいうまでもない。ここでは、これらの加圧気体は共通の気体源から供給される一方で、中間で分岐させると共に、分岐された第一気体流路４、第二気体流路５にそれぞれ流量すなわち圧力を調整可能な機構を設けて、噴霧の形状や微粒子の発生状態のバランスを調整している。

また、これらの気体及び液体供給口６は、本体部１の延長方向に対して、垂直に突出するように設けられる。各供給口にはパイプを気密、液密に接続して、それぞれ気体コンプレッサーＰ、流体ポンプＦが接続される。図１及び図２の例では、下から第二気体供給口８、液体供給口６、第一気体供給口７の順に配置されている。

これら本体部１及びノズル部１０は、ここではステンレス等の金属製としている。ただ、他の材質、例えばセラミック製等とすることもできる。
（本体部１）

本体部１の内部には、図２及び図３に示すように、加圧気体を供給するための気体流路３と、液体を供給するための液体流路２が設けられる。液体流路２は、液体供給口６に連通される。また気体流路３は、第一気体流路４と、第二気体流路５を備えており、それぞれ第一気体供給口７、第二気体供給口８と連通されている。これら第一気体流路４、第二気体流路５、液体流路２は、互いに平行な姿勢で本体部１の内部に延長されている。この例では、各流路は本体部１の長手方向の中心軸と調芯させた同心円状に配置されており、中心に第一気体流路４、その外側に液体流路２、さらにその外側に第二気体流路５を配置している。このような配置によって、後述するとおり、ノズルの中心から液体を、その左右から第一気体、第二気体を供給して微粒子を生成できる。

液体流路２の先端は、本体部１の中間で約９０°折曲されて、液体噴射口１２と連通される。また第一気体流路４は、図３に示すように本体部１の中心軸に沿って延長されたメイン流路４ａを、液体噴射口１２を設けた領域４ｂを通過して延長させている。さらに領域４ｂを超えた部位の側面から放射状に開口させた開口部４ｃを設けており、この開口部４ｃを通じて第一気体流を約９０°折曲させる。開口部４ｃはバッファ室９に連通されている。このように第一気体流路４は、第一気体をメイン流路４ａから開口部４ｃを通じてバッファ室９に流入させた後、さらに逆向きに折り返させるＵ字状の経路をなしている。さらに第一気体流路４はバッファ室９を経て、液体噴射口１２の側面（図３において上方）まで延長された後、後述するノズル傾斜面に沿って開口された第一気体噴射口１４と連通される。

一方第二気体流路５は、液体噴射口１２の手前でノズル傾斜面に沿って開口された第二気体噴射口１５と連通される。このような配置によって、安定的に第一気体と第二気体とを液体噴射口１２の両側に加圧状態で供給できる。特に第一気体流路４を、折曲後に直ちに噴射するのでなく、一旦領域４ｂを通過させた上で第一気体流を折り返した後、バッファ室９で整流させて均一化している。その後バッファ室９から出た第一気体流は、直線区間を経て第一気体噴射口１４のスリットで流速を上げ噴射させる。このように第一気体流路を折曲させた部位にバッファ室９を設けたことで、第一気体流の流速が第二気体流に比べて極度に低下することを防止し、第一気体と第二気体とのバランスを大きく損ねることなく噴射できる。バッファ室９は、メイン流路４ａから折曲された第一気体流を整流できるよう、開口部４ｃの口径よりも広い容積とする。ここでは開口部４ｃをメイン流路４ａの軸方向にずらして２箇所設けており、これら２箇所の開口部４ｃと連通されたバッファ室９を十分大きくして整流した上で、第一気体噴射口１４に向かう流路に送出する。

その一方で、第一気体流路と第二気体流路とは、個別に圧力を調整できることから、流量のバランスを調整することで、噴霧パターンを変化させることができる。すなわち、ノズルから噴射される液体微粒子の噴霧パターンを、本体部１の中心軸と直交する平面を中心として扇状に噴射されるパターンから、噴霧パターンの中心平面を本体部１の中心軸に対して傾斜させるように調整することができる。
（ノズル部１０）

ノズル部１０は、図３の断面図及び図４の拡大断面図に示すように、中心をスリット状の液体噴射口１２とし、その両側側面にノズル傾斜面を設けている。ここでスリット状とは、端縁が平面状に画定された状態を意味する。また各ノズル傾斜面は平滑面とする。このノズル傾斜面に沿って、第一気体噴射口１４と第二気体噴射口１５が設けられる。またノズル部１０は、本体部１の中間に形成された括れの谷底部分に設けられている。言い換えると、ノズル部１０の両側には、末広がり状に傾斜された本体部１の本体傾斜面が設けられている。そして、本体傾斜部の端縁を、ノズル傾斜面に当接させず、ノズル傾斜面との間に隙間を設けることで、気体を噴射する気体噴射口１３を画定しているのである。

図４は図３のノズル部１０近傍の更なる拡大断面図である。この例では、ノズル部１０の上方を第一ノズル傾斜面１６、下方を第二ノズル傾斜面１７としている。そして本体部１の第一本体傾斜面２１の端縁を第一ノズル傾斜部に近接させて、第一気体噴射口１４を画定し、一方第二本体傾斜面２２の端縁を第二ノズル傾斜部に近接させて、第二気体噴射口１５を画定している。さらに第一気体路から第一気体を供給し、スリット状の第一気体噴射口１４から第一気体を第一高速気体流にして供給する一方、第二気体路から第二気体を供給し、第二気体噴射口１５から第二気体を第二高速気体流にして供給すると共に、スリット状の液体噴射口１２から噴射される層状の液体に対して、斜め方向から交差するように衝突させる。第一気体噴射口１４、第二気体噴射口１５は、それぞれ第一気体流路４、第二気体流路５よりも幅狭のスリット状として、第一気体、第二気体の流速を向上させると共に層状に形成された高速流体とする。ここで、高速流動する第一高速気体流と第二高速気体流の平面が、液膜流の平面上で交差するように配置することで、層状の液膜流を効率よく破砕して、微細な微粒子を得ることができる。

この構成によれば、液体流路２の両面が平面状に画定されているため、この幅で液膜流の厚さが規定され、膜厚が不均一になることが回避され、よって得られる微粒子の粒径を一定に揃えることが可能となって高品質な噴射が得られる。さらに液膜流の両側から気体流が与えられるため、確実に液膜流を破砕でき、極微細な微粒子が得られる。

このように、第一気体流路４と第二気体流路５と液体流路２を３本を通して、液体と加圧気体を供給して微粒子化を可能とし、特に液体流路２が１本で済むため、従来の４流体ノズルのような、２本以上の液体を用いた噴射装置に比べ構成を簡素化できる。特に液体供給のためのポンプや計測機器を１経路分削減でき、保守も容易になることからコストダウンに繋がる。また、液体噴射口１２のスリット幅を気体噴射口１３よりも大きくすることで、液体供給量を増やすことができ、単位時間あたりの液体微粒子の生成量も増大できる。加えて、液体流路２を太くすることで抵抗を低減できる上、懸濁液の目詰まりも抑制できる利点が得られる。

特に液体として、付着性の強い液体や粘性のある液体を用いた場合、斜面上の液体の薄膜流が局所的に非常に薄くなって乾燥し易くなり、懸濁液が蒸発して液体中の微細固体粒子が析出し、次第に堆積してノズルが詰まってしまうという問題があった。これに対して本実施例に係るノズルによれば、図５に示すように、液体を斜面側でなく、幅広のノズルの中心から供給することで、必要以上に薄膜流とせず、この結果蒸発のおそれを低減して目詰まりを回避できる。この結果、ノズル噴射の安定性及び信頼性が高まり、また目詰まり防止のためのノズルの清掃作業の頻度を低減できるようになり、メンテナンス作業を簡素化できる利点が得られる。

なお、従来よりも厚膜化した液体流は、図５に示すように液体噴射口１２から噴射されると、左右の第一ノズル傾斜面１６、第二ノズル傾斜面１７との界面で、それぞれ第一高速気体流、第二高速気体流で、液膜流の端縁から削り取るようにして破砕される。さらに両側で破砕された液体粒子は、左右の傾斜面に沿って斜めに噴射される結果、液体噴射口１２の上方でさらに左右から飛翔してきた液体粒子同士が衝突し、一層の破砕が行われて、粒子の微細化が促進される結果、さらに粒子の微細化と拡散を促進できるという利点も得られる。

液体噴射口１２のスリット幅ｄ₃は、第一気体噴射口１４のスリット幅ｄ₁や第二気体噴射口１５のスリット幅ｄ₂よりも広くしている。好ましくは、ｄ₃≧１．５ｄ₁、ｄ₃≧１．５ｄ₂とし、より好ましくはｄ₃≧ｄ₁＋ｄ₂とする。またｄ₁とｄ₂とは、等しくすることが好ましいが、ｄ₂≧ｄ₁としてもよい。具体的な数値で示すと、第一気体噴射口１４のスリット幅ｄ₁や第二気体噴射口１５のスリット幅ｄ₂を、０．１５ｍｍ〜０．３５ｍｍとする。また液体噴射口１２のスリット幅を、例えば０．３ｍｍ〜１．３ｍｍとする。

また、従来のように液体を放出後に薄膜流に引き伸ばすのでなく、本実施の形態では液体を引き伸ばすための斜面自体を設けず、予め画定された液体噴射口１２でもって放出直後に、加圧気体で両側から微粒子に破砕できる。加えて、この構成であれば液体噴射口１２から気体流との衝突までの距離を短くできるため、より効率を向上できる。さらに、加圧気体を交差させた領域に液膜流を配することで、効率よく微粒子化でき、粒径の揃った微粒子を生成することが可能となる。また、傾斜面に圧縮空気を吹き付ける従来の方式に比べて、ノズル傾斜面の摩耗も低減でき、信頼性も向上する利点が得られる。

第一ノズル傾斜面１６と第二ノズル傾斜面１７は、好ましくは液体噴射口１２を中心としてほぼ左右対称な形状としている。また各ノズル傾斜面の傾斜角度は、２０°〜７０°とする。これによって、ノズル部１０の先端を鋭利に加工する必要をなくし、製造を容易に行える利点が得られる。また、ノズル傾斜面の端縁は面取り加工してもよい。本発明者らが行った試験によれば、液体流路２の供給口部先端が尖鋭でなくとも、得られる粒子径に変化が見られないことを実験によって確認した。さらに平滑なノズル傾斜面の先端角度を大きくしたことで強度も向上できる。加えて、エッジの先端を鋭利にしないことでエッジが破損しないように保護できると共に、鋭利な部分で他の部材を傷付ける事態も回避できる。また図２においてＡで示す部分を大径にすることで、本体部１への挿入やメンテナンス時にエッジ先端を保護できる。

なお以上の例では、第一ノズル傾斜面と第二ノズル傾斜面を左右対称としたが、本発明はこの構成に限らず、非対称な形状とすることもできる。例えば図６に示す例は、第一ノズル傾斜面の傾斜角度α₁を第二ノズル傾斜面の傾斜角度α₂よりも大きくしている。これによって、気体の進入角を異ならせて、噴霧の中心軸となる平面が液体噴射口上の延長線よりも図において右に傾斜するよう、噴霧パターンを調整できる。気体流量を調整する方法で噴霧パターンを変えると粒度分布も変わるため、各々の気体流量を同条件にできるメリットとなる。また、噴霧乾燥機に搭載する場合に乾燥機や乾燥炉の形状・寸法に合わせて調整することが可能となる。
（実施例２）

以上の例では、液体流路をノズル部の近傍で折曲させて円柱状の側面からリング状に放出するホロコーン噴霧型の円環状ノズルについて説明した。ただ本発明はこの形態に限らず、液体流路を本体部の延長方向と平行としてノズル部と接続したストレート型の液体噴射装置にも適用できる。このような例を実施例２に係る液体噴射装置２００として、図７（ａ）、（ｂ）、図８に基づいて説明する。この図に示す液体噴射装置２００は、本体部１Ｂの外形をブロック状として、その上面にノズル部１０Ｂを設けている。また内部には、図７（ａ）の断面図に示すように、液体を供給するための液体流路２Ｂ、第一気体を供給するための第一気体流路４、第二気体を供給するための第二気体流路５が、それぞれ配置される。これらは、各気体、液体の供給源とコンプレッサー等を介して接続される。

さらにノズル部１０Ｂは、図８の拡大断面図に示すように、液体流路２Ｂに連通された液体噴射口１２Ｂを中心に、液体流路２Ｂの内径よりも狭いスリット状に開口し、流速を向上させると共に、液膜流に形成する。また液体噴射口１２Ｂの左右には、それぞれ第一気体流路４と連通された第一気体噴射口１４、第二気体流路５と連通された第二気体噴射口１５とが設けられている。実施例１と同様、液体噴射口１２Ｂの左右でノズル部１０Ｂにノズル傾斜面を設けており、第一ノズル傾斜面１６でもって第一気体噴射口１４を形成し、第二ノズル傾斜面１７でもって第二気体噴射口１５を画定している。このノズル部１０Ｂも、第一気体噴射口１４から噴射される第一高速気体流と、第二気体噴射口１５から噴射される第二高速気体流とを、液体噴射口１２Ｂから噴射される液膜流の出口領域で交差させて、これを微粒子化している。これによって、図７（ｂ）の側面図に示すように、微粒子が膜状に生成されて、粒径の揃った粒度分布のシャープな微粒子を得ることが可能となる。

ここで比較のため、図９（ａ）に示すように液体流路２Ｃを２経路とした４流体型の液体噴射装置７００のノズルを試作し、粒度分布を測定した。この液体噴射装置７００は、ノズル先端の斜面上で液体を薄膜流に引き伸ばして噴射させている。この構成では、図９（ｂ）に示すように、膜状の液体層の端縁で粒径が大きくなり、粒度分布が不均一になる状態が確認された。この原因は、液体の薄膜流が傾斜面で引き伸ばされる段階で膜厚の不均一が生じ、特に液膜流の端部で膜厚が厚くなるため、この部分の粒径が大きくなったためと予想される。これに対して、上記実施例２によれば、液体を傾斜面で液膜流に引き伸ばす工程をなくし、液体を噴射後に速やかに破砕する構成としたことで、効率よくしかも微細な微粒子化が実現できた。

このように、３流体型のストレート型の液体噴射装置は、小型化しつつも粒径の揃った微粒子を得ることができる。従来、実施例１のような円環型又はホロコーンタイプの液体噴射装置では、小型化しようとすると液膜流を生成するノズルの斜面を円環状に製作することが困難であることから、製造が容易なストレート型が利用されてきたが、ストレート型では上述の通り、液膜流を均一な厚さにすることが特に端縁においては困難となり、この結果粗粒子が多くなるという欠点があった。これに対して実施例２に係る３流体型の液体噴射装置によれば、液膜流を従来のように斜面上で薄く引き伸ばす必要がないことから、ストレート型でありながらも粒度分布の揃った高品質な微粒子化が実現できるという優れた利点が得られる。

ここで、図７に示す実施例２に係る３流体ノズル型液体噴射装置２００と、図９（ａ）、図９（ｂ）に示す比較例に係る４流体ノズル型液体噴射装置７００とで、それぞれ所定条件で噴霧を行い、得られた微粒子の粒径分布を測定した結果を表１に、また実施例２と比較例の粒度分布のグラフを図１０と図１１に、それぞれ示す。なお図１０と図１１は、表１の内、実施例２と比較例のそれぞれの最上段の条件で得られた噴霧結果を示している。これらの図に示すように、実施例２の方が粒度分布が狭くシャープな、言い換えると粒径が一定に揃った微粒子が得られていることが確認できた。また表１に示すように、実施例２の方が気体量が少ないにも拘わらず、比較例よりも平均粒径の小さい微粒子が得られることが確認できた。さらにそれぞれの液体の流量を増加させていくと、最大粒径の変化に違いが顕著となり、実施例２の分布がよりシャープになっていることも判る。

（実施例３）

また、上記実施例２に係るストレート型の液体噴射装置では、液体流路を１本としているが、例えば２種類以上の液体を混合して供給するように構成してもよい。この場合も、最終的に液体微粒子が噴射されるノズルの前段においては、液体流路は一本に統合されており、この意味で３流体ノズルと同一である。一例として、液体流路を２本としつつもこれをノズルの直前で統合した３流体ノズルを、実施例３として図１２（ａ）〜（ｃ）に示す。この図に示す液体噴射装置３００は、液体流路を２本のサブ液体流路３２、３３に分岐しており、各サブ液体流路３２、３３の終端側でこれらを統合させて液体を混合させるための液体混合室３０と連通している。各サブ液体流路３２、３３には、混合対象の異なる液体がそれぞれ供給される。また各サブ液体流路３２、３３は、液体混合室３０と連通する部位を幅狭とすることで流速を向上させている。このように、液体混合室３０に導入される前に各液体の流速を高めておき、液体混合室３０内で液体同士を効率よく混合できる。

他の部材、例えば第一気体流路などの構成は、図７等に示した実施例２とほぼ同様である。このような構成でも、上述した実施例２や１と同様に、従来よりも厚膜化した液膜流を効率よく破砕して微粒子化できる。液体を混合する液体混合室３０は、この例ではノズルの直前に配置している。これによって、液体混合後に速やかに微粒子化して噴射できるので、液体同士の反応性が高く、混合状態で長時間維持することが困難な液体の微粒子化に適している。ただ、反応性やその他の条件に応じて、ノズルのさらに前段において２液を混合するようなノズルに構成することも可能であることはいうまでもない。さらに液体の混合数は２液に限らず、３液以上とすることもできる。加えて、異なる液体の混合のみならず、同一種類の液体を混合する構成にも適用できる。
（実施例４）

さらに、液体流路を分岐させる構造は、ストレート型に限らず、上述した実施例１のような円環型の液体噴射装置にも適用できることはいうまでもない。このような例を実施例４として図１３に示す。この図に示す液体噴射装置４００は、２つのサブ液体流路３２Ｂ、３３Ｂからそれぞれ供給される２液を混合する液体混合室３０Ｂを設けると共に、流体の流れを整流するバッフル構造４０を設けている。これによって、混合された液体をスムーズに排出し、微粒子化できる。

以上のように、流体の流れを整流するバッフル構造を用いた混合構造や、複数のサブ液体流路を用いた多重管液体を通過させる経路の出口の穴及びスリット出口を適正な位置に配置することで、液体を無駄なく混合させることができる。

以上のように、ノズルの中心から液体を噴射し、その両側から加圧気体を交差するように噴射させることで、得られる微粒子の粒度分布を均一に近付けた高品質な微粒子の噴射が実現できる。

本発明に係る液体噴射装置及び液体噴射方法は、ファインケミカル分野における微粒子の生成等に好適に利用できる。

１００、２００、３００、４００、７００…液体噴射装置
１、１Ｂ…本体部
２、２Ｂ、２Ｃ…液体流路
３…気体流路
４…第一気体流路；４ａ…メイン流路；４ｂ…液体噴射口を設けた領域；４ｃ…開口部
５…第二気体流路
６…液体供給口
７…第一気体供給口
８…第二気体供給口
９…バッファ室
１０、１０Ｂ…ノズル部
１２、１２Ｂ…液体噴射口
１３…気体噴射口
１４…第一気体噴射口
１５…第二気体噴射口
１６…第一ノズル傾斜面
１７…第二ノズル傾斜面
２１…第一本体傾斜面
２２…第二本体傾斜面
３０、３０Ｂ…液体混合室
３２、３２Ｂ、３３、３３Ｂ…サブ液体流路
４０…バッフル構造
８０…ノズル
８５…供給口
８７…傾斜面
８８…薄膜流
８９…液滴

Claims (12)

1. 液体を、加圧された気体でもって微粒子化して噴射する液体噴射装置であって、
   内部に加圧気体を供給するための気体流路と、液体を供給するための液体流路を設けた本体部と、
   前記本体部に、液体を噴射する液体噴射口をスリット状に開口させたノズル部と、
   を備えており、
   前記ノズル部は、前記液体噴射口を中心とする両側側面にノズル傾斜面を備えており、
   前記ノズル傾斜面と、前記本体部との間で、加圧気体を噴射するための気体噴射口を画定しており、
   前記液体噴射口が、前記液体流路と連通されており、前記気体噴射口が、前記気体流路と連通されており、
   前記ノズル傾斜面は、断面視において液体噴射口の延長線上で交差するよう形成されており、
   前記加圧気体を、ノズル傾斜面に沿って傾斜させて噴射し、液体を放出後に両側から挟み込むようにして交差させ、もって液体を破砕して微粒化させて噴射させてなることを特徴とする液体噴射装置。
2. 請求項１に記載の液体噴射装置であって、
   前記ノズル傾斜面が、液体噴射口を中心として、第一ノズル傾斜面と第二ノズル傾斜面で構成されており、
   前記気体流路が、
   前記第一ノズル傾斜面に面した第一気体噴射口に連通された第一気体流路と、
   前記第二ノズル傾斜面に面した第二気体噴射口に連通された第二気体流路と、
   で構成されてなることを特徴とする液体噴射装置。
3. 請求項１又は２に記載の液体噴射装置であって、
   前記液体噴射口を、該液体噴射口から噴射される微粒子が前記本体部の延長方向に対して直交方向を中心に進行するよう形成してなることを特徴とする液体噴射装置。
4. 請求項１から３のいずれか一に記載の液体噴射装置であって、
   前記ノズル傾斜面の傾斜角度が、２０°〜７０°に形成されてなることを特徴とする液体噴射装置。
5. 請求項１から４のいずれか一に記載の液体噴射装置であって、
   前記本体部を、円筒状に構成し、
   前記液体噴射口を円周状に開口して、微粒子をリング状に放出してなることを特徴とする液体噴射装置。
6. 請求項５に記載の液体噴射装置であって、
   前記第一気体流路が、前記本体部内を延長されると共に、前記液体噴射口と対応する領域を通過させた後、折り返されて、前記第一気体噴射口に連通されてなることを特徴とする液体噴射装置。
7. 請求項５又は６に記載の液体噴射装置であって、
   前記第一気体流路が、前記本体部内の中心軸に沿って、前記液体噴射口と対応する領域を超えて延長されたメイン流路と、
   前記液体噴射口と対応する領域を超えた部位に開口された開口部と連通させたバッファ室と、
   を備えており、
   前記メイン流路に供給され、前記開口部を通じて前記バッファ室に送出された第一気体が、該バッファ室でもって整流されるよう構成されてなることを特徴とする液体噴射装置。
8. 請求項１又は２に記載の液体噴射装置であって、
   前記液体噴射口を直線状のスリットに開口し、前記本体内に延長された液体流路の延長方向と垂直方向に、該液体噴射口から噴射される微粒子が進行するよう形成してなることを特徴とする液体噴射装置。
9. 請求項１から８のいずれか一に記載の液体噴射装置であって、
   前記液体流路が、複数のサブ液体流路を有しており、各サブ液体流路から供給される液体が、前記液体噴射口の前段で統合されてなることを特徴とする液体噴射装置。
10. 請求項１から９のいずれか一に記載の液体噴射装置であって、
    前記液体噴射口のスリット幅ｄ₃を、前記第一気体噴射口のスリット幅ｄ₁又は第二気体噴射口のスリット幅ｄ₂よりも広くしてなることを特徴とする液体噴射装置。
11. 請求項１から１０のいずれか一に記載の液体噴射装置であって、
    前記液体噴射口のスリット幅ｄ₃を、前記第一気体噴射口のスリット幅ｄ₁又は第二気体噴射口のスリット幅ｄ₂に対して、
    ｄ₃≧１．５ｄ₁、又は
    ｄ₃≧１．５ｄ₂
    としてなることを特徴とする液体噴射装置。
12. 液体を、加圧された気体でもって微粒子化して噴射する液体噴射方法であって、
    液体を液体流路を通して供給し、該液体流路の端縁が平面状に画定された液体噴射口を通じて、該液体を液膜流に形成する工程と、
    加圧された気体が第一気体と第二気体を含み、
    第一気体を、前記液体流路と平行に延長された第一気体流路を通して供給し、
    第二気体を、前記液体流路と平行に延長された第二気体流路を通して供給し、
    前記液体噴射口の平面を中心として、左右に配置されると共に、
    前記第一気体流路の端縁が平面状に画定された第一気体噴射口、及び
    前記第二気体流路の端縁が平面状に画定された第二気体噴射口を通じて、第一気体及び第二気体を、第一高速気体流及び第二高速気体流にそれぞれ形成すると共に、
    前記第一高速気体流と第二高速気体流の平面が、前記液体噴射口から放出された前記液膜流の平面上の同じ位置で交差するよう噴射され、もって前記液膜流を液体の微粒子状にする工程と、
    を含むことを特徴とする液体噴射方法。

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