JP5562601B2 - 微細化促進用器具および微細化促進用器具の気液混合ノズル装置 - Google Patents

Description

本発明は、液微粒子を微細化することができる微細化促進用器具、および、この微細化促進用器具と、気液混合（または２流体）ノズルを備えた、微細化促進用の気液混合ノズル装置に関する。

医療機器（例えば、吸入機）、半導体（成膜技術）、スプレードライヤー（セラミック新素材）、燃焼用バーナー等の分野で液滴径がサブミクロン（１〜１０μｍ）またはナノ（１μｍ未満）粒子のニーズが普及しつつある。現状の霧化技術は、気液混合式（２流体式）、超音波式、超高圧式（１００〜３００ＭＰａ）、蒸発式等があるが、いずれも装置コストが高く、小型化が困難である。さらに、６μｍ以下のサブミクロンサイズ、ナノサイズの液滴平均粒子径が得られる装置は少ない。

また、微粒子ミストを生成するための噴霧ノズル装置が知られている（特許文献１）。この噴霧ノズル装置は、第１ノズル部と第２ノズル部を有し、第１ノズル部からの噴射液と第２ノズル部からの噴射液とを衝突させて、微粒子ミストを形成することができる。しかしながら、２流体ノズル部を２つ備えるため、コスト高であり、小型化にも適していない。また、２流体のそれぞれを高圧の空気圧（３ｋｇ／ｃｍ^２）と水道水（水圧、５０ｃｃ／ｍｉｎ）とした場合に、この噴霧ノズル装置で形成された微粒子の平均粒径は８．８μｍ程度であり（特許文献１、段落番号００２４）、６μｍ以下のサブミクロンサイズの噴霧粒子を得ることができない。

また、他の２流体ノズルとして特許文献２が知られている。特許文献２の２流体ノズルは、中心軸線に沿って液体流路２０Ｂを設け、外周に環状の外側気体流路２１Ｂを設け、液体流路の途中に液体分岐流路２３を介設し、液体分岐流路の再合流位置に旋回手段２８を配置して液体を一次微粒化させ、かつ、液体分岐流路で囲まれた中央部位に中央気体流入部２５を形成し、中央気体流入部に外側気体流路より気体を導入して、旋回して環状膜となった液体の中央に気体を衝突混合で導入して、二次微粒化させながら第１混合を行わせ、さらに、再合流されて気液混合流路３０となる流路周面に、外側気体流路を連通する気体流入孔１５ｄを設けて、気液混合流路の混合流体に対して外周面より気体を衝突混合で流入して三次微粒化しながら第２混合を行わせて、噴射口１６ｇより気液混合ミストとして噴射させている。しかしながら、ノズル内部の構造が複雑であり、コスト高である。また、噴霧流量を２３０〜７００Ｌ／時間とした条件下において気水比１００とすると、得られた噴霧液の平均粒子径が５０μｍ程度であり、サブミクロンサイズの噴霧粒子を得ることができない。

特開２００２−１２６５８７号公報 特開２００２−１５９８８９号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであって、気液混合ノズルから噴射された液微粒子（霧化体）を微細化させることができる微細化促進用器具、および微細化促進用の気液混合ノズル装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための本発明は、液微粒子の微細化促進用の器具であって、
液微粒子が入射される第１の微細化室と、
液微粒子の入射軸上と所定の角度で傾斜する方向に、第２の微細化室を有し、
前記第１の微細化室は、その入口空間部の横断面積より大きい横断面積の空間部を少なくとも１以上有して構成される。

この構成によれば、第１の微細化室に入射された液微粒子が、第１の微細化室の入口空間部の横断面積より大きい横断面積の空間部によって効果的に微細化される。例えば、第１の微細化室を同一半径の円筒形状、台錐形状、ラッパ形状等に形成した場合よりも、液微粒子を効果的に微細化でき、さらに長さ方向の寸法を小さくでき、コンパクトな形状を実現できる。

第１の微細化室の形状は、例えば、円筒状、楕円筒状、断面多角形状が例示され、ハンドリング性、加工性の観点から円筒状、楕円筒状が好ましく、円筒状がより好ましい。

「第１の微細化室の入口空間部の横断面積より大きい横断面積の空間部」は、例えば、第１の微細化室が円筒状の場合、入口空間部の円状の横断面積よりも大きい、円状、楕円状、または多角形状等の横断面積の空間部が第１の微細化室に設けられることが挙げられる。また、他の表現で言えば、第１の微細化室の内部空間の形状は、横断面積の小さい円筒状、楕円筒状、または多角柱状（内部が空洞である。以下同様。）の空間の中間部分に、それよりも大きい横断面積の円筒状、楕円筒状、または多角柱状の空間が１つ以上組み込まれた形状である。例えば、横断面積の小さい円筒状、楕円筒状、または多角柱状の入口空間部（例えば液微粒子の入口空間部）と、それより大きい横断面積の円筒状、楕円筒状、または多角柱状の中間空間部との段差間は、所定角度の傾斜面で連結することができる。横断面積の小さい円筒状、楕円筒状、または多角柱状の入口空間部と、それより大きい横断面積の円筒状、楕円筒状、または多角柱状の中間空間部のそれぞれの中心軸が、一致または実質的に一致していることが好ましい。この中間空間部は、第１の微細化室の長さ方向のサイズをコンパクトにするために、１つ以上形成されることが好ましい。複数の中間空間部が配置される場合に、各々の中間空間部の形状は、同一でもよく、異なる形状の組み合わせも可能である。

また、「第１の微細化室の入口空間部の横断面積より大きい横断面積の空間部」は、例えば、第１の微細化室が瓢箪形状、ダルマ形状のように、入口空間部の横断面積より大きい横断面積の空間部を有する形状にできる。図１４に第１の微細化室の内部空間形状の例を示す。図１４（ａ）〜（ｅ）は、第１の微細化室の全体形状の噴射軸縦断面の例であり、図１４（ｆ）は、中間空間部（３２、３３）の噴射軸横断面の例である。図１４において、符号３１は入口空間部、３２、３３は中間空間部、３４は出口空間部である。

第１の微細化室を構成する材料としては、例えば、金属、プラスチック、紙、不織布、ゴム、ガラス、これらの複合材料等が挙げられ、加工性、ディスポーザブル性、洗浄性等の製品仕様を考慮して選択できる。

例えば、市販の多種の気液混合ノズルにおいて、空気圧力２０〜５００ｋＰａ、噴霧流量１〜１０００ｍＬ／ｍｉｎの条件下で、気液混合ノズルから噴霧された液微粒子（第１霧化体）の平均粒子径が１０〜２００μｍの広範囲であった。そして、気液混合ノズルから噴霧された液微粒子（第１霧化体）中の粒子径の大きい霧（例えば、湿った霧）は、気液混合ノズルからの噴霧方向に対し大きな角度で広がる傾向にある（図１、「飛沫」参照）。粒子径の小さい霧（例えば、乾いた霧、煙霧）は、気液混合ノズルからの噴霧方向軸上に噴出する傾向にある（図１、霧化体参照）。例えば、図１の気液混合ノズルのスプレー半角が１５°の場合に飛沫の噴出半角は約５５°であって、飛沫粒子の平均粒子径が５０〜１００μｍであり、スプレー半角１５°部分の粒子の平均粒子径が１０〜２０μｍであった。

そして、第１の微細化室に流入された液微粒子中の粒子径の大きい霧（例えば、湿った霧）は、第１の微細化室壁面（入口空間部、中間の空間部）に衝突（または接触）し、第１の微細化室壁面に付着し、大きな液滴に成長すると推察される。また、第１の微細化室に流入した粒子径の小さい霧（例えば、乾いた霧）は、第１の微細化室流入の際に微細化すると推察される。また、第１の微細化室に流入した粒子径のより小さい霧（例えば、乾いた霧、煙霧）は、第１の微細化室壁面に接触または衝突しても付着することなく空気中に浮遊する傾向にある。したがって、第１の微細化室の機能によって、液微粒子中の大きい粒子径の霧（例えば、湿った霧）は、液滴に成長し、また粒子径の小さい霧（例えば、乾いた霧、その中でも粒子径の大きい霧）は、微細化されるため、流入された液微粒子よりも平均粒子径が小さい液微粒子を好適に生成することができる。

また、上記構成の一実施形態として、第１の微細化室が、液微粒子の入射軸上の入口近位に設けられる構成がある。この構成によれば、液微粒子の入射軸上に第１の微細化室が配置されているため、液微粒子を第１の微細化室にストレートにスムーズに送りこめる。

第２の微細化室は、第１の微細化室の出口空間部と連結され、液微粒子の入射軸上と所定の角度で傾斜する方向に延設するように形成される。例えば、第１微細化室に、その入口空間部の横断面積よりも小さい横断面積の出口空間部が形成され、この出口空間部と、第２の微細化室の前段空間部が連結される。連結機構は特に制限されず、嵌合、ネジ構造等の着脱可能な連結構造が可能であり、液漏れのないように連結されるのが好ましい。また、この連結部に弾性リングを介在させて連結することもできる。

「所定の角度」としては、例えば、１°以上９０°以下が例示される。例えば、第２の微細化室は、上記の前段空間部と、この前段空間部の中心軸方向と直行する方向に後段空間部とを有して形成される。前段空間部への流入によって液微粒子の２段階目の微細化が促進される。後段空間部の横断面積は、前段空間部のそれと同程度が好ましい。前段空間部と後段空間部を９０°Ｌ型エルボの形状に構成でき、このＬ型の角部を円弧状または直角に構成でき、直角に構成したほうが、微細化の点で好ましい。直角に構成した角部に、液微粒子が接触する際に、乱流が生じ、液微粒子の微細化や大径微粒子の液滴成長が促進されると推察される。後段微細化室の出口に開口部を設け、開口面積を変動可能に構成することができる。

また、「液微粒子の入射軸上と所定の角度（９０°を除く）で傾斜する方向に第２の微細化室を形成する」場合として、例えば、第１の微細化室の入口空間部の横断面積よりも小さい横断面積の出口空間部が形成され、この出口空間部と、第２の微細化室の前段空間部が連結される。連結機構は特に制限されず、嵌合、ネジ構造等の着脱可能な連結構造が可能であり、液漏れのないように連結されるのが好ましい。また、この連結部に弾性リングを介在させて連結することができる。

第２の微細化室は、上記の前段空間部は液微粒子の入射軸上と所定の角度で傾斜する方向に延設された形状である。ここで「所定の角度」は、入射軸上に対し０°および９０°（直行する）方向を除いた角度であり、例えば、０°を超えて９０°未満、９０°を超えて１８０°未満である。また、第２の微細化室は、この前段空間部と連結される後段空間部を有して構成することができる。例えば、後段空間部の入口空間部は、前段空間部の出口の横断面積よりも小さい横断面積とし、この入口空間部に、この横断面積よりも大きい横断面積の出口空間部を後段空間部に形成することができる。

第２の微細化室の前段空間部と後段空間部を一体に形成することができ、前段空間部と後段空間部を別部材として連結構成することもでき、これらを別部材にした場合、例えば洗浄性、加工性の点で好ましい。

第２の微細化室の形状は、特に制限されず、例えば、筒状、錐状（円錐、円錐台、多角錘、錐台も含む概念であって以下同じ。）、ラッパ状、多角柱、球状、多面体、これらの組み合わせ形状等が挙げられ、第１の微細化室の形状に応じた形状が加工性、コンパクト性、デザイン性の観点で好ましく、第１の微細化室が筒状であれば、第２の微細化室の形状も筒状で構成できる。

第２の微細化室を構成する材料としては、例えば、金属、プラスチック、紙、不織布、ゴム、ガラス、これらの複合材料等が挙げられ、加工性、ディスポーザブル性、洗浄性等の製品仕様を考慮して選択できる。

また、上記構成の一実施形態として、第２の微細化室の前段空間部の横断面積が、第１の微細化室の出口空間部の横断面積よりも大きい構成がある。上述したように、前段空間部への流入によって液微粒子の２段階目の微細化が促進される。

また、上記構成の実施形態として、第２の微細化室の後段空間部の延長方向に、第３の微細化室を設ける構成がある。

第３の微細化室の形状は、特に制限されず、例えば、筒状、錐状（円錐、円錐台、多角錘、錐台も含む概念であって以下同じ。）、ラッパ状、多角柱、球状、多面体、これらの組み合わせ形状等が挙げられ、第２の微細化室の形状に応じた形状が加工性、コンパクト性、デザイン性の観点で好ましく、第２の微細化室が筒状であれば、第３の微細化室の形状も筒状で構成できる。第３の微細化室と第２の微細化室は、例えば、ネジ式、嵌合式等の連結部で連結することができる。

第３の微細化室を構成する材料としては、例えば、金属、プラスチック、紙、不織布、ゴム、ガラス、これらの複合材料等が挙げられ、加工性、ディスポーザブル性、洗浄性等の製品仕様を考慮して選択できる。

また、上記構成の実施形態として、第１の微細化室の入口空間部内に、またはこの入口空間部とノズル先端部との間に、噴射された液微粒子のスプレー半角が３０°以内、より好ましくは２０°以内、さらに好ましく１０°以内の液微粒子を入射可能とする開口を有する絞り部を設ける構成がある。

この構成によれば、スプレー半角が３０°を超える液微粒子中の飛沫（粒子径の大きい液微粒子）を効果的に取り除くことができる。

また、本発明の微細化促進用の気液混合ノズル装置は、
上記の微細化促進用器具と、
この微細化促進用器具の第１の微細化室に液微粒子を噴射する気液混合ノズルとを備える構成である。

気液混合ノズルとしては、公知の気液混合ノズル（２流体ノズル）を用いることができ、これに上記の微細化促進用器具を備えることで、微細化促進用の気液混合ノズル装置を好適に構成できるため、低コスト、かつ小型化が可能である。気液混合ノズルは、例えば、金属製、プラスチック製、ゴム製、それらが混在したもの等が挙げられる。気液混合ノズル装置に供給される「気体」は、特に制限されず、例えば、空気、清浄空気、高酸素濃度空気、不活性ガス等の気体が挙げられる。また、気液混合ノズル装置に供給される「液体」は、特に制限されないが、水、イオン化水、化粧水等の化粧薬液、医薬液、殺菌液、除菌液等の薬液、塗料、燃料油、コーティング剤、溶剤、樹脂等が挙げられる。

微細化促進用器具の各部材のサイズは、小型の気液混合ノズルと同程度に設計することができ、よって気液混合ノズル装置を小型にできる。第１の微細化室と気液混合ノズルとの連結構造は、特に制限されず、例えば、第１の微細化室の入口空間部をノズル先端部に直接固定する構造、第１の微細化室とノズル先端部との間に連結部を介在させる構造等が挙げられる。連結部は、例えばフレキシブルチューブ、管、ノズル筐体等が挙げられる。

一般的に、気液混合ノズルで形成され噴出される液微粒子（第１霧化体）の平均粒子径は大きく（例えば、６μｍより大きく）、粒度分布において粒子径が大きくなる方向に分布が広くなる傾向であるが、この構成によれば、微細化促進用器具で微細化された液微粒子（第２霧化体）の平均粒子径は小さく（例えば、６μｍ以下）、粒度分布の分布幅も小さく、粒子径が略そろった霧となる。

上記構成の一実施形態として、気液混合ノズルは、気体供給圧が低圧であって、液体供給圧力がフリーである構成がある。

気液混合ノズル装置に供給される気体の供給圧力は、例えば、５ｋＰａ〜１００ｋＰａ以下、好ましくは、５ｋＰａ〜８０ｋＰａ以下、より好ましくは５ｋＰａ〜５０ｋＰａ以下、さらに好ましくは５ｋＰａ〜４０ｋＰａ以下の低圧条件である。液体の供給圧力は、フリー、例えば、液体の供給圧力等の外的作用がない状態である。この条件において、ノズルを上方に向けて、気体の噴射作用で液体を吸い上げて、気液混合し、液微粒子を発生させ、微細化促進用器具の微細化室に噴射させることができる。装置外部に放出された液微粒子の平均粒子径としては、１．０μｍ以上６．０μｍ以下に、より好ましくは１．０μｍ以上５．０μｍ以下に、さらに好ましくは１．０μｍ以上４．０μｍ以下に構成できる。そして、気体供給圧力を小さくできるため、気液混合ノズル装置の気体送給に必要な駆動源（例えば、エアポンプ、電源、圧縮空気ボンベ、手動の空気送給機構）を小型化できる。

上記構成の一実施形態として、第１の微細化室の入口部と連結されるノズル筐体部を備え、
ノズル筐体部は、外気が吸引される外気口と、
液微粒子の成長液が流通される液流通部と、
液の供給用および液微粒子の成長液を貯留する液貯部と、を備える構成がある。

ノズル筐体部の外気口によって、第１の微細化室に外気を流入することができ、微細化室内部の気圧バランスを調節できるため、ノズルから噴射される液微粒子（第１霧化体）の噴射速度や噴射量を微調整できて微細化作用を調整し、第１または第２の微細化室から流出される液微粒子（第２霧化体）の流出速度を調整できるため好ましい。この外気口は、１以上の孔、または１以上のスリットで構成できる。外気口は、気液混合ノズル先端部の高さ位置と略同じ位置またはその近位に形成されるのが好ましい。また、外気口を開閉可能に構成したり、外気口の開口面積を調整することで、微細化室に流入される気体量を調節できる。ここでの「気体」は、特に制限されず、例えば、空気、清浄空気、高酸素濃度空気、不活性ガス等の気体が挙げられる。

微細化室の壁面や液粒子同士の衝突等で液滴に成長した、成長液は、自重によって落下し、液流通部を流通して液貯部に溜まる。この液貯部は、供給用の液が予め供給されており、液供給源としても機能する。これによって、落下してきた成長液は、再利用可能となっている。また、液貯部に、液体を供給するための注入部をさらに設けて、液体を連続的または間欠的に注入可能に構成できる。また、液貯部をノズル筐体から着脱可能に構成し、液貯部をディスポーザブルに構成することもできる。

また、上記の第１および／または第２の微細化室は、液微粒子（霧化体）の液体に応じて、微細化室内壁の濡れ性（固体面と液体との付着性）を考慮した材料設計をすることが好ましい。また、微細化室内面にコーティング剤をコーティング、あるいは、租面化し、微細化を促進させることができる。液微粒子（第１霧化体）中の大きい粒子径の霧（例えば、湿った霧、乾いた霧中の大きい粒子径の霧）を微細化室の壁面に付着させて液滴に成長させることで、液微粒子（第１霧化体）全体の微細化を行って、平均粒子径の小さい液微粒子（第２霧化体）を形成することができる。また、飛沫として噴出するような大きい粒子径の霧を微細化室壁面に接触または衝突するように微細化室（液微粒子の入射軸方向の壁面を凹凸にするような上記の中間の空間部）を構成して、大きい霧を液滴に成長させることが好ましい。

気液混合ノズルから噴出された霧化体の一例の写真を示す図である。 実施形態１の微細化促進用の気液混合ノズル装置の例を示す断面模式図および外観模式図である。 実施形態２の微細化促進用の気液混合ノズル装置の例を示す断面模式図である。 実施形態３の微細化促進用の気液混合ノズル装置の例を示す断面模式図である。 実施形態４の微細化促進用の気液混合ノズル装置の例を示す模式図である。 その他の気液混合ノズル装置の例を示す断面模式図である。 気液混合ノズル先端部分の例を示す断面模式図である。 気液混合ノズル先端部分の例を示す断面模式図である。 気液混合ノズル先端部分の例を示す断面模式図である。 水オリフィス、空気オリフィスの断面を示す図である。 液微粒子の粒度分布の一例を示す図である。 液微粒子の粒度分布の一例を示す図である。 液微粒子の粒度分布の一例を示す図である。 第１の微細化室の内部空間形状の例を示す図である。 実施形態５の微細化促進用の気液混合ノズル装置の例を示す模式図である。 実施形態５の微細化促進用の気液混合ノズル装置の例を示す模式図である。 実施形態５の微細化促進用の気液混合ノズル装置の例を示す模式図である。

（実施形態１）
以下に、実施形態１の微細化促進用の気液混合ノズル装置について図２を用いて説明する。図２（ａ）は断面模式図であり、（ｂ）は外観模式図である。気液混合ノズル装置１は、気液混合ノズル１０と、気液混合ノズルを収納するノズル筐体部２０と、このノズル筐体部２０と連結される第１の微細化室３０と、この第１の微細化室３０と連結され、液微粒子の噴射軸方向と直交する方向に延設される第２の微細化室４０（前段空間部４２，後段空間部４３）とを有して構成される。ノズル筐体部２０と第１の微細化室３０の入口空間部３１は、着脱自在に連結される。

ノズル筐体部２０には、外気が吸引される外気口２１と、液微粒子の成長液が自重落下して流通される液流通部２２と、液の供給用および液微粒子の成長液を貯留する液貯部２３とを有して構成される。

気液混合ノズル１０は、気体供給部１１から気体を気体オリフィスに流通する気体流通部１２と、液貯部２３の液体を液体オリフィスに流通する液体流通部１３が形成される。図７にノズル先端１４の断面を示し、ノズル先端１４は、気体オリフィス１０１内に、液体オリフィス１０２が配置される構成である。ここでの気液混合ノズル１０は一般的な構造である。

図８、９に示すノズル先端１４では、気体オリフィス１０１先端よりも、液体オリフィス１０２先端が、内部方向にずれて配置される構成例である。噴射量を増加するための好ましい実施形態として、気体オリフィス１０１内に液体オリフィス１０２が配置される際に、気体オリフィス１０１のストレート部の始端部Ｃから、そのストレート長さの８０％の距離までに液体オリフィス１０２の先端が配置されることが好ましく、始端部Ｃから、そのストレート長さの５０％の距離までに液体オリフィス１０２の先端が配置される（図８参照）ことがより好ましく、始端部Ｃから、そのストレート長さの２０％の距離までに液体オリフィス１０２の先端が配置されることがさらに好ましく、始端部Ｃの近傍に液体オリフィス１０２の先端が配置される（図９参照）ことが特に好ましい。始端部Ｃの近傍は、始端部Ｃから、気体オリフィス１０１のストレート長さの１％の距離から１５％の距離である。あるいは、始端部Ｃからの液体オリフィス先端までの距離が、０．０１ｍｍ以上０．１ｍｍ以下が好ましく、０．０１ｍｍ以上０．０８ｍｍ以下がより好ましく、０．０２ｍｍ以上０．０８ｍｍ以下がさらに好ましい。

図２（ａ）の第１の微細化室３０は、ノズル先端１４からの液噴射軸方向にノズル筐体１０と着脱自在に連結され、液微粒子（第１霧化体）を受け入れる。第１の微細化室３０は、その外観が円筒状であり、その内部空間において、入口空間部３１の円状の横断面積よりも大きい円状の横断面積の中間空間部３２、３３が２つ連接され、さらに出口空間部３４が連接して形成される。各空間部間の段差は、所定角度の傾斜面で連接されている。また、入口空間部３１、中間空間部３２、３３、出口空間部３４のそれぞれの中心軸は一致または実質的に一致している。ここでは中間空間部３２、３３を２つ連接した構成としているが、１つでもよく２つ以上連接する構成もできる。なお、横断面は、液微粒子の噴射軸方向と直交する方向の断面である。

出口空間部３４の円状横断面積は、入口空間部３１の円状横断面積よりも小さく構成し、中間空間部３２、３３の円状横断面積が、入口空間部３１の円状横断面積より大きく構成している。図２において、中間空間部３２、３３のそれぞれの円状横断面積は同一に構成されているが、異なるように構成することもできる。

出口空間部３４の壁面と第２の微細化室の入口連結部４１が着脱自在に連結（例えば、ネジ式、嵌合式等）される。第２の微細化室４０は、前段空間部４２と、この前段空間部４２の中心軸方向と直行する方向に後段空間部４３とを有し、前段空間部４２と後段空間部４３がＬ型エルボの形状である。このＬ型の内壁角部４３ａは直角に構成される。直角に構成したほうが、微細化の点で好ましい。内壁角部４３ａに、液微粒子が接触する際に、乱流が生じ、液微粒子の微細化や大径微粒子の液滴成長が促進される。後段微細化室４３の出口に開口部４４が設けられ、開口面積を変動可能に構成している。

上記のように、ノズル筐体２０、第１の微細化室３０、第２の微細化質４０とを別体で構成し、着脱可能な構造（例えば、ネジ式、嵌合式等）で取り付けることで、それら部材の清掃、メンテナンスを容易に行なえ、さらにはそれら部材をそれぞれ使い捨てにすることもできる（以下の実施形態においても同様である）。また、別実施形態として、第１の微細化室３０と、第２の微細化室４０とを一体構造に構成することもできる。

また、ノズル筐体１０に外気を流入するための外気口２１を複数形成して、第１の微細化室３０内の気圧を調節して、微細化作用を微調整し、微細化された液微粒子の放出速度を調節することができる。

以上の実施形態１によれば、第１の微細化室３０および第２の微細化室４０で、液微粒子を効果的に微細化することができる。そして微細化されず、液滴に成長した液は、液流通部２２を流通して液貯部２３に貯まり、供給液として再利用可能に構成される。

（実施例１）
図２の気液混合ノズル装置を用いて、水オリフィス径（φｄｗ［ｍｍ］）、空気オリフィス外径（φｄａ［ｍｍ］）を変化させた場合における空気圧（Ｐａ［ｋＰａ］）、空気流量（Ｑａ［ＮＬ／ｍｉｎ］、水全噴射量（Ｑｗ［ｍｌ／ｍｉｎ］）、粒子径（目視確認）について測定した結果を表１に示す。気液混合ノズル装置を図２に示すように上方に向けて静置させ、液貯部での液面高さが水オリフィス先端から−２５ｍｍとなるように水を予め供給しておき、噴射開始から１分間測定した。装置の各部材の寸法は、以下の通りであり、円筒状のノズル筐体部の外径がφ４０ｍｍ、円筒状の第１の微細化室の外径がφ５０ｍｍ、第１の微細化室の入口空間部の内径がφ３０ｍｍ、その出口空間部の内径がφ２０ｍｍ、円筒状の第２の微細化室の内径が３４ｍｍ、第２の微細化室の出口の開口部の内径が２５ｍｍ、装置の横幅が７３ｍｍ、装置全長が１８５ｍｍである。空気オリフィス先端と水オリフィス先端の位置は、図７に示すように一致している。空気供給駆動源にコンプレッサーを用いた。空気オリフィス内径（φｄｂ）は、０．５ｍｍで一定とした（図１０参照）。

次に、図８に示すように、空気オリフィス先端よりも水オリフィス先端を内部に０．２５ｍｍ引っ込めて配置した構成と、図９に示すように、空気オリフィス先端よりも水オリフィス先端を内部に０．５ｍｍ引っ込めて配置した構成について実施した。いずれの場合も、図７の構成の場合よりも、低圧の空気圧下で全噴射量が高い傾向をしめした。図９の構成の結果を表２に示す。なお、空気オリフィスのストレート長さ寸法は、０．５１ｍｍである。

表１と表２の結果から、気液混合ノズル装置は、液微粒子を好適に微細化していることが確認できた。また、水オリフィス先端位置を空気オリフィス先端位置よりも内部に配置したほうが、より低圧の空気圧条件で、水全噴射量（Ｑｗ）を大きくできる傾向にあることが分かった。また、より好ましくは空気オリフィスの始端部の近傍に水オリフィス先端を配置した方が、より低圧条件で、水全噴射量（Ｑｗ）を大きくできる傾向にあることが分かった。

（実施例２）
図２の気液混合ノズル装置において、水オリフィス径（φｄｗ）を０．３８ｍｍ、空気オリフィス外径（φｄａ）を０．６６ｍｍ、空気オリフィス内径（φｄｂ）を０．５ｍｍとした。微粒化促進用器具は、実施例１と同様である。図７に示すように、空気オリフィス先端と水オリフィス先端の位置は一致させてある。この気液混合ノズル装置を図２に示すように上方に向けて静置させ、液貯部での液面高さが水オリフィス先端から−２５ｍｍとなるように水を予め供給しておき、噴射を開始した。この時の空気圧（Ｐａ）３２ｋＰａ、３８ｋＰａ、６３ｋＰａのそれぞれにおける、空気流量（Ｑａ［ＮＬ／ｍｉｎ］）、水全噴射量（Ｑｗ［ｍｌ／ｍｉｎ］）、算術平均粒子径（μｍ）の測定結果を表３に示し、それぞれの粒度分布（粒子径ヒストグラム（個数分布））を図１１（３２ｋＰａ）、図１２（３８ｋＰａ）、図１３（６３ｋＰａ）に示す。測定として、液微粒子の噴出位置（開口部）から距離７ｍｍの位置でレーザー測定した結果である。レーザー測定の方法として、位相差ドップラー式レーザー粒子解析（ＰＤＩ）方法を用いた。また、微細化促進用器具を取り付けていない状態の気液混合ノズルのみから噴射された液微粒子の算術平均粒子径は、空気圧３２ｋＰａで１２．３μｍ、空気圧３８ｋＰａで１２．１μｍ、空気圧６３ｋＰａで１１．４μｍであった。

表３の結果から分かるように、微細化促進用器具を取り付けた気液混合ノズル装置は、ノズルから噴射された液微粒子を効果的に微細化（算術平均粒子径として約１／２に微細化）していることが確認できた。

（実施形態２）
以下に、実施形態２の微細化促進用の気液混合ノズル装置について図３を用いて説明する。実施形態２の気液混合ノズル装置１において、実施形態１と同様の構成については説明を省略し、異なる構成について説明する。

第２の微細化室２４０の入口連結部２４１は、第１の微細化室３０の出口空間部壁面と着脱可能に連結される。第２の微細化室２４０の前段空間部２４２は、液微粒子の入射軸上と４５度の角度で傾斜する方向に延設された形状である。前段空間部２４２の出口壁面と、後段空間部２４３の入口壁面が着脱自在に連結される。後段空間部２４３の入口空間部２４３ａは、前段空間部２４２の出口の横断面積よりも小さい横断面積とし、この入口空間部２４３ａに、この横断面積よりも大きい横断面積の出口空間部２４３ｂが連接されて、後段空間部２４３が形成されている。

以上の実施形態２によれば、第１の微細化室３０および第２の微細化室２４０で、液微粒子を効果的に微細化することができる。そして微細化されず、液滴に成長した液は、液流通部２２を流通して液貯部２３に貯まり、供給液として再利用可能に構成される。

（実施例）
図３の気液混合ノズル装置を用いて、実施形態１の実施例と同様の測定を行った。結果として、気液混合ノズル装置は、液微粒子を好適に微細化していることを確認できた。

（実施形態３）
以下に、実施形態３の微細化促進用の気液混合ノズル装置について図４を用いて説明する。実施形態３の気液混合ノズル装置１において、実施形態１と同様の構成については説明を省略し、異なる構成について説明する。

第２の微細化室３４０の入口連結部３４１は、第１の微細化室３０の出口空間部壁面と着脱可能に連結される。第２の微細化室３４０の前段空間部３４２は、液微粒子の噴射軸上にストレートに延設された形状である。

以上の実施形態３によれば、第１の微細化室３０および第２の微細化室３４０で、液微粒子を効果的に微細化することができる。そして微細化されず、液滴に成長した液は、液流通部２２を流通して液貯部２３に貯まり、供給液として再利用可能に構成される。

（実施例）
図４の気液混合ノズル装置を用いて、実施形態１の実施例と同様の測定を行った。結果として、気液混合ノズル装置は、液微粒子を好適に微細化していることを確認できた。

（実施形態４）
以下に、実施形態４の微細化促進用の気液混合ノズル装置について図５を用いて説明する。実施形態１および２と異なる構成について説明し、その他の構成については説明を省略する。

第１の微細化室３０の入口空間部３１内に、噴射中心軸上に所定サイズの開口部３５ａが形成された遮蔽面３５（絞り部に相当する）が形成される。液微粒子は、開口部３５ａを通じて後段の微細化室空間に流入する構成である。開口部３５ａを設けることで、噴射中心部の液微粒子のみを選択的に後段の微細化室空間に流入することができ、図１の大きい微粒子や飛沫を好適に遮蔽面に衝突させて、液貯部２３に流通させることができる。また、ノズル先端部１４の位置と略水平の位置で第１の微細化室３０にスリットまたは孔３６、および、その位置に応じたスリットまたは孔２５をノズル筐体部２０に形成することが好ましい。これによって気体を流入させて、噴射された液微粒子の微細化を調整することができる。

以上の実施形態４によれば、遮蔽面３５で飛沫等の粒子径の大きいものを効率よく除去でき、微細化されず、液滴に成長した液は、液流通部２２を流通して液貯部２３に貯まり、供給液として再利用可能に構成される。

（実施例）
図５の気液混合ノズル装置を用いて、実施形態１の実施例と同様の測定を行った。結果として、気液混合ノズル装置は、液微粒子を好適に微細化していることを確認できた。

（実施形態５）
以下に、実施形態５の微細化促進用の気液混合ノズル装置について図１５、１６を用いて説明する。実施形態１と異なる構成について説明し、その他の構成については説明を省略する。

第３の微細化室５０は、第２の微細化室４０の後段空間部３０の延長方向に設けられる。第３の微細化室５０は、長さ方向の断面が円錐台形状である。

図１６に示すように、第３の微細化室５０の入口側端部５１は、第２の微細化室４０の後段空間部４３の内部に配置され、この入口側端部５１が前段空間部４２の内壁面（Ａ）と一致する位置からこの前段空間部４２の長手方向中心軸（Ｂ）の位置までに配置されることが好ましい。また、入口側端部５１がＡからＢの位置を自在に移動可能に連結されることが好ましい。これによって、使用目的に応じて、第３の微細化室５０の見かけの長さを変化させて、液微粒子の噴射量、平均粒子径を微調整することができる。この第３の微細化室５０によって、さらに微細化が促進される。

また、図１７に示すように、第１の微細化室の入口空間部３１とノズル先端部１４との間に、噴射された液微粒子のスプレー半角（α）が３０°以内、より好ましくは２０°以内、さらに好ましく１０°以内の液微粒子を入射可能とする開口６１を有する絞り部６０が設けられる。この絞り部６０は、上記実施形態４の遮蔽面３５と同様の機能を発揮する。

（実施例３）
図１５の気液混合ノズル装置を用いて、水オリフィス径０．３５（φｄｗ［ｍｍ］）、空気オリフィス外径０．６６（φｄａ［ｍｍ］）、空気オリフィス内径０．５（φｄｂ［ｍｍ］）における空気圧（Ｐａ［ｋＰａ］）、空気流量（Ｑａ［ＮＬ／ｍｉｎ］、水全噴射量（Ｑｗ［ｍｌ／ｍｉｎ］）、粒子径（目視）について測定した結果を表４に示す。気液混合ノズル装置を図２に示すように上方に向けて静置させ、液貯部での液面高さが水オリフィス先端から−２５ｍｍとなるように水を予め供給しておき、噴射開始から１分間測定した。装置の各部材の寸法は、以下の通りであり、円筒状のノズル筐体部の外径がφ４０ｍｍ、円筒状の第１の微細化室の外径がφ５０ｍｍ、第１の微細化室の入口空間部の内径がφ３０ｍｍ、出口空間部の内径がφ２０ｍｍ、円筒状の第２の微細化室の内径が３４ｍｍ、円筒状の第３の微細化室の出口開口部の外径が４０ｍｍ、装置の横幅が１５３ｍｍ、装置全長が２０３ｍｍである。絞り部の開口直径は、φ１５ｍｍ、この開口位置は、スプレー半角が３０°に相当するように設置した。空気オリフィス先端と水オリフィス先端の位置は、図７に示すように一致している。空気供給駆動源にコンプレッサーを用いた。

（別実施形態）
図６に他の気液混合ノズル装置の一例を示す。第１および第２の微細化室５４０が一体形成されて、液微粒子の入射軸に対しストレートに配置され、後段部分において４５度の傾斜で延設されている。この構成の場合には、液微粒子の微細化がなされるものの、長さ方向のサイズが、図２から５の実施形態よりも大きくなる。

１ 微細化促進用の気液混合ノズル装置
１０ 気液混合ノズル
２０ ノズル筐体
３０ 第１の微細化室
４０ 第２の微細化室
５０ 第３の微細化室

Claims (8)

1. 液微粒子の微細化促進用の器具であって、
   液微粒子が入射される第１の微細化室と、
   液微粒子の入射軸上と所定の角度で傾斜する方向に、第２の微細化室を有し、
   前記第１の微細化室は、その入口空間部の横断面積より大きい横断面積の空間部を少なくとも１以上有して構成される、微細化促進用器具。
2. 前記第１の微細化室が、液微粒子の入射軸上の入口近位に設けられる請求項１に記載の微細化促進用器具。
3. 第２の微細化室の前段空間部の横断面積が、第１の微細化室の出口空間部の横断面積よりも大きい、請求項１または２に記載の微細化促進用器具。
4. 第２の微細化室の後段空間部の延長方向に、第３の微細化室を設ける請求項１から３のいずれか１項に記載の微細化促進用器具。
5. 第１の微細化室の入口空間部内に、またはこの入口空間部とノズル先端部との間に、噴射された液微粒子のスプレー半角が３０°以内の液微粒子を入射可能とする開口を有する絞り部を設ける請求項１から４のいずれか１項に記載の微細化促進用器具。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載の微細化促進用器具と、
   微細化促進用器具の第１の微細化室に液微粒子を噴射する気液混合ノズルと、を備える微細化促進用の気液混合ノズル装置。
7. 気液混合ノズルは、気体供給圧が５ｋＰａ〜１００ｋＰａである、請求項６に記載の気液混合ノズル装置。
8. 第１の微細化室の入口部と連結されるノズル筐体部を備え、
   ノズル筐体部は、外気が吸引される外気口と、液微粒子の成長液が流通される液流通部と、液の供給用および液微粒子の成長液を貯留する液貯部と、を備える請求項６または７に記載の気液混合ノズル装置。