JPH0147231B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 液をガスによつて霧化するためのガス霧化ノ
ズルを用いた下記の(a)〜(i)の工程を含んで成る、 霧化度；液とガスの流量；及び液のスプレーに
ガスを引き込み同伴させることにより、迅速に流
れる当該スプレーに同伴するガスがスプレー自体
を希釈してスプレー液粒子の再集塊化を阻止する
ように一層液粒子を相互に離間させる、斯ゝるガ
ス同伴の結果として生じるスプレー希釈の度合を
制御並びに変動させる方法： (a) ノズルの機素に何ら支承されていないシート
状の液流である非支承液シートを生成するよう
に液流を形成すること； (b) 下記条件のシート状のガス流であるガスシー
トを生成するように霧化ガス流を形成するこ
と：該ガス流は下記霧化領域において前記非支
承液シートに隣接して且つ実質的に同じ方向に
流れるようにしたものであり、当該霧化領域と
は該ガスシートがその片１方の面において該液
シートによつてその片１方の面に支承されるよ
うになつているところの気液接触領域内に生成
されるものであること； (c) 該霧化領域がガス流の断面積当り最大のガス
質量流になるところの領域に隣接するように該
ガスシートと該液シートを並置状に接触させる
こと； (d) 該霧化領域における該非支承液シートの最大
肉厚を調整制御し、そしてそれによつてスプレ
ーの液滴サイズを制御すること； (e) 該霧化ガスシートの肉厚を制御し、そしてそ
れにより霧化ガス量を制御して所望度合の霧化
と所定液流量につき所望量の同伴によるスプレ
ー希釈とを生み出すこと； (f) 該ガス流の供給圧を制御して、該霧化領域に
おいてガス流を所定速度に維持するようにした
こと； (g) 該液流供給圧の最大値を制御して、該非支承
液シートが該霧化領域における前記所定速度の
15％より小さい速度で流れるようにすること； (h) 二次ガスを流して、該二次ガス流が該霧化領
域でスプレー中に同伴されるようにし、それに
より液滴の再循環を最小に抑えたスプレーの円
滑な且つ即座の希釈が得られるようにするこ
と； (i) 一定霧化度での液容量とガス使用量を該非支
承液シートの横断寸法に比例させて決めるこ
と。 ２ ガス霧化ノズルを用いて更に以下の工程を含
む「請求の範囲」第１項に記載の方法： (a) 該非支承液シートの他面に隣接して、前記一
次ガスシートと類似の肉厚と速度のシートとし
て流れる二次の高速ガス流を形成すること； (b) 該二次ガス流を該非支承液シートと実質的に
同じ方向に指向け、その間に該液シートと相互
に作用させそして該液シートの霧化を助成させ
ること。 ３ 該所定速度が実質的に音速である、ガス霧化
ノズルを用いた「請求の範囲」第１項又は第２項
に記載の方法。 ４ ガス霧化ノズルを用いて更に以下の工程を含
む「請求の範囲」第１項に記載の方法： (a) 該一次液シートと類似の肉厚と速度の非支承
シートとして該ガスシートの他側に隣接してそ
の面上で流れる二次の液シートを形成するこ
と； (b) 該二次液流を該霧化領域において該ガスシー
トと実質的に同じ方向に指向けること。 ５ 該ガスシートと該液シートが実質的に環状で
あり、且つガス霧化ノズルを用いて更に次の工程
を含む「請求の範囲」第１項〜第４項のいづれか
１項に記載の方法： 該両シートと同じ方向に動く二次ガス流を該両
シートの中心軸を通る中央流路に導入し、該二次
ガス流が該霧化領域にて該両シートと混合しそれ
により霧化された液滴の再循環を最小に抑えたス
プレーの円滑な且つ即座の希釈が得られるように
したこと。 ６ ガス霧化ノズルを用いて更に次の工程を含む
「請求の範囲」第１項〜第５項のいづれか１項に
記載の方法： 放射状に流れ方向を拡げる機素により流れの質
量保存の結果として該液シートの形成点の下流に
おいて該液シートが肉薄になるように該液シート
を指向けること。 ７ 以下の要素を含んで成るガス霧化ノズル： (a) 霧化領域に流出して来て初期肉厚が所望のス
プレー滴サイズに釣合う非支承シートに成る斯
かる液流を形成するように成形された少くとも
１つの収斂壁液供給チヤネル； (b) 液シート形成チヤネルに隣り合う配置にある
がこれから仕切壁により分離されており、且つ
流出して来て所望度合の霧化とガス同伴による
スプレー希釈を生み出すに充分な肉厚のシート
に成る斯かるガス流を形成するように成形され
た、少なくとも１つの収斂壁霧化ガス供給チヤ
ネル； (c) 以下の条件の収斂壁共通チヤネル：その上流
端において該液供給チヤネルと該ガス供給チヤ
ネルの下流端が合流していて該液供給チヤネル
中の液と該ガス供給チヤネル中の液が合流して
該共通チヤネルにおいて円滑にシート形状の隣
接流になるようにしたものであり、且つ断面積
当り最大のガス質量流の領域が霧化領域と隣接
するように成形されたもの； (d) 該液供給チヤネルと該ガス供給チヤネルがチ
ヤネル壁間の空〓を調節して霧化領域において
そこを流れる液シートとガスシートの肉厚を変
えるための手段を有していること； (e) 該共通チヤネルが幅広い流れ方向を横断する
寸法の複数の壁を有していて、該幅広寸法が該
共通チヤネルの終端における該壁間の空〓の50
〜1000倍の範囲にあること。 ８ 該液供給チヤネル、該ガス供給チヤネル及び
該共通チヤネルが環状であり、これらが中心ノズ
ル軸と同心であり、更に次の要素を含んで成る
「請求の範囲」第７項に記載のガス霧化ノズル： 二次ガス流を該ノズル軸に沿つて流れるように
して該二次ガス流が該霧化領域において該共通チ
ヤネルから出て来たスプレーに同伴され且つその
スプレーと混合されるように成形された該ノズル
軸に沿つてノズルを貫通している中央流路。 ９ 該非支承液シートの形成点で、２〜20cmの範
囲にある環状チヤネル半径を有している、「請求
の範囲」第８項に記載のガス霧化ノズル。 １０ 該液供給チヤネル、該ガス供給チヤネル及
び該共通チヤネルが円錐状の流れ方向を生み出し
それにより該共通チヤネル中を流れる間に液シー
トの肉薄化をもたらすように成形されそして指向
けられている、「請求の範囲」第７項〜第９項の
いづれか１項に記載のガス霧化ノズル。 １１ 該液供給チヤネル、該ガス供給チヤネル及
び該共通チヤネルが流れ方向を横断して線形に延
長していて、且つ隣り合う液とガスの供給チヤネ
ルが肉薄可撓性プレート形式の仕切壁によつて分
離されていて、該仕切壁が片持ち梁として取付け
られ且つ隣り合うチヤネル中に形成されるガスシ
ートと液シートの肉厚が該仕切壁の偏向により相
対的に変化できるように指向けられている「請求
の範囲」第７項に記載のガス霧化ノズル。 １２ １つの液供給チヤネルと１つのガス供給チ
ヤネルを含んでいて、該液供給チヤネル、該ガス
供給チヤネル及び該共通チヤネルの夫々の壁が中
心ノズル軸に同心であつて該中心ノズル軸に対し
て放射状のスプレーパターンを生成するように指
向けられており、該液供給チヤネルと該ガス供給
チヤネルが片持ち梁として取付けられ且つ該ノズ
ル軸に垂直な平面に位置している肉薄な可撓性平
坦板リングの形式になる仕切壁によつて分離さ
れ、それによつて該チヤネルに形成されるガスシ
ートと液シートの肉厚を該仕切壁の偏向によつて
相対的に変化させ得るようにした、「請求の範囲」
第７項に記載のガス霧化ノズル。 １３ 該共通チヤネルが断面積当り最大のガス質
量流の該領域を終端とする、「請求の範囲」第７
項に記載のガス霧化ノズル。 発明の背景 本発明はガス霧化ノズル及び霧化の度合、ノズ
ル容量及びスプレー希釈を広範囲に亘つて変え、
制御するための方法と装置に関する。 先行技術の説明 霧化（アトミゼーシヨン）は液を破断してこれ
を周囲の雰囲気に霧、ミスト、微細スプレー又は
粗い液滴の形式で以つて散布する方法と考えられ
る。 ガス霧化は、高速度ガス流、典型的には圧縮空
気やスチームと接触させることにより液流を破断
することを含む。産業上ではガス霧化ノズルは、
比較的微細なスプレーが要求される場合に、一般
に採用される。代表的なものとしては、ガス霧化
ノズルを用いた場合に、霧化度は結果のスプレー
の特有の液滴サイズ（質量平均径即ちMMDによ
つて多分に表現される）が10〜100ミクロンの範
囲にあるものであり、そして個々のノズル容量が
通常は４／min以下のものである。 多くの技術が、液容量を顕著に増大させるため
の努力及びガス霧化ノズルを100ミクロンより大
なるMMDが許される方法へ経済的に適用させる
ための努力の中から考案されて来た。 これらの技術の幾つかの簡単な概略は以下の通
りである。：特定角で以つて液ジエツトにセツト
された多数ガスジエツトがジエツト衝撃を生み出
すために使用されている。液オリフイスの上流に
配置した渦巻導入又は接線方向液導入が発散する
液シートを生み出すために使用されている。対向
した接線方向速度要素がガス流に加えられてい
る。液はシートとして半径内方向要素で以つて中
央に位置するガスノズルに流入するように、発散
環状ノズルを通じて供給される。混合室、これは
通常ノズルの中に終端があり、液と一次ガスの接
触領域の下流に加設される。発散−収斂ガスノズ
ルは、超音速流や衝撃波効果により霧化を促進さ
せる努力の下で使用されている。ガス霧化容量を
高める先行の努力に伴つて生じた問題は、スプレ
ー液滴サイズが流量とノズルサイズの増大に従つ
て、増大することであり、そしてガス消費が過大
なものとなることである。ガス霧化器のスケール
アツプで直面する困難のために、加圧ノズル、ス
ピニングデスクアトマイザー或いは多重のガス霧
化器が高流量が要求される場合に一般的に採用さ
れている。 １つの例外は、スキースロープでの製雪の分野
である。この場合には、可成り大きな圧縮空気ノ
ズルが水を霧化するのに採用されている。この適
用においては、圧縮空気が、水滴を冷凍するのに
必要な冷い大量の周囲空気を同伴することにより
スプレープルームを希釈するという追加の目的に
役立つている。低い温度では可成り大きな水滴と
可成り小さい量の圧縮空気を採用することがで
き、その場合、400／minを超えるノズル容量
が達成される結果となる。球湿周囲温度が上昇す
ると、液滴サイズの要求と液容量とが急速に減じ
られ、空気の要求は高まり、従つて製雪操作は−
７℃を超える場合には不経済になる。 多くの霧化適用は大量の２次ガス又は周囲ガス
との急速で徹底的な混合を要求している。これら
は、水のスプレー冷却、スプレー乾燥、燃焼及び
スプレー洗滌を含む。強制ドラフトブロアーはス
プレーと大気を混合するのによく利用される。ガ
ス霧化により生じる大気同伴のため、大液流量が
液滴サイズの広範囲に亘る霧化度合の制御、充分
なスプレー希釈及び経済的電力消費で以つて得ら
れるならば、その適用の見込みは魅力的なものと
なる。 発明の要約 本発明によれば、ガスと霧化すべき液が圧力下
で隣り合う流れシートに形成されるようになつて
いるガス霧化方法と装置が提供される。このシー
トの長さ、幅及び厚さの制御は、スプレー滴サイ
ズ、大気スプレー希釈及び流量の制御のために使
用される。

【図面の簡単な説明】

第１図は背後から見た、即ちスプレー方向に見
た、部分的に切欠いたジンバル型パイプスタンド
と組合された環状制雪ノズルを示している。 第２図は前面又はスプレー面から見た第１図の
ノズル部分の拡大正面図である。 第３図は90゜回転させた第１図のノズル部分の
拡大平面図である。 第４図は２倍に拡大した第３図の断面部分４−
４を示す。 第５ａ図は拡大した第２図の断面部分５ａ−５
ａを示す。 第５ｂ図は拡大した第２図の断面部分５ｂ−５
ｂを示す。 第６図は６−６としての第５図の部分の拡大図
である。 第７図は粘性液やスラリーの霧化のために考案
された環状ノズルの平面図である。 第８図は第７図のノズルの背面図である。 第９図は第７図のノズルの正面（又はスプレー
出口）図である。 第１０図は２倍に拡大した第９図の断面部分１
０−１０を示す。 第１１図は１１−１１としての第１０図の部分
の拡大図である。 第１２図は発電プラントコンデンサ廃水のスプ
レー冷却のために考案された４個の線形シート形
成ノズルのアツセンブリを示す。 第１３図は４倍に拡大した第１２図の１つのノ
ズルの平面図である。 第１４図は４倍に拡大した第１２図の１つのノ
ズルの側面図である。 第１５図は４倍に拡大した第１２図における第
１のノズルの左側面図、即ち左端におけるノズル
アツセンブリの左側面図である。 第１６図は４倍に拡大した第１２図における第
１ノズルの右側面図、第２又は第３のノズルの左
側面図或いは第４のノズルの左側面図である。 第１７図は４倍に拡大した第１２図の第４ノズ
ルの右側面図である。 第１８図は、８倍に拡大した第１３図と第１６
図に示す断面部分１８−１８を示す。 第１９図は４倍に拡大した第１４図の断面部分
１９−１９を示す。 第２０図は８倍に拡大した２０−２０としての
第１９図の部分を示している。 第２１図は10倍に拡大した２１−２１としての
第２０図の部分を示している。 好ましい実施態様の説明 環状製雪ノズル 第１図〜第６図は本発明の霧化制御方法に係る
雪製造のための環状ノズルを参照番号１００で以
つて示している。第１図は環状ノズル１００をそ
の背後から、即ちスプレーの方向から見て描かれ
ており、又スキー斜面でソリや自動車に搭載して
製雪作業をするためのジンバル型パイプスタンド
１０１と組合せて示してある。慣習的に行われて
いる通り、圧縮空気Ｇがジンバルスタンド１０１
にホースカツプリング１０２と閉鎖弁１０３を通
じて供給される。この空気は次に外側のコラムパ
イプ１０４と外側のコラム回り継手１０５を環状
流で以つて通過し、次いでヨークアーム１０６、
回り継手１０７を通過してノズル１００にフラン
ジ１０８から侵入する。同様に、水Ｌはホースカ
ツプリング１０９、絞り弁１１０、内側立ち上り
パイプ１１１、内側コラム回り継手１１２を通
り、次いでヨークアーム１１３、回り継手１１４
を通つて、ノズル１００にフランジ１１５から供
給される。環状ノズル１００は内側の管状ノズル
壁１１７で形成された中心流路１１６を有してい
て、両端で開口している。環状ノズル要素は内側
ノズル壁１１７と内側のハウジング壁１１８の間
に同軸状に配位している。このハウジン壁１１８
は逆に、水ジヤケツト付ハウジング１１９に収容
されて、ノズル１００の外面を温ため、それによ
つて氷や雪の堆積を防ぐようにしてある。 第２図は環状ノズル１００の拡大正面図である
が、これは環状出口１２０の位置を示している。
水は膨張した圧縮空気と共にこの開口１２０を霧
状に通過する。 第３図はノズル１００の拡大平面図であるが、
これは空気と水滴の膨張した環状形の混合体の吸
出し効果（アスピレーシヨン効果）、即ちノズル
の前面から流出するスプレープルームＦを示して
いる。同伴空気Ｅは拡大するプルームＦの中にノ
ズルの外側のまわりから引き込まれるだけでな
く、ノズルの背後から中央流路１１６へ引き込ま
れ、プルームＦとその中央軸に沿つて混合され、
ノズル軸に沿つて戻るエアロゾルの再循環量を最
少におさえるようにスプレーを希釈しようとする
ものである。 第４図と第５図は夫々第３図と第２図の拡大断
面図である。第４図と第５ａ図において、圧縮空
気Ｇは、入口フランジ１０８から外側のエアマニ
ホールド１２１に入り、次いで12個のポート１２
２を通つて内側のエアマニホールド１２３に入
り、それから外側のノズル壁部材１２５とノズル
分割壁部材１２６によつて形成された収斂空気ア
ニユラス１２４に入り、外側ノズル壁部材１２５
と内側のノズル壁部材１１７によつて形成された
収斂共通アニユラス１２７に至る。第４図と第５
ｂ図において水Ｌは入口フランジ１１５から５個
のポート１２８を通つて環状水ジヤケツト付マニ
ホールド１２９に入り、次いで12個の等間隔のポ
ート１３０を内方半径方向に通つて外側ノズル壁
マニホールド１３１に入り、外側ノズル壁部材１
２５の表面を温ため、それから12個のポート１３
２を通つて前面水ジヤケツト１３３に至る。次い
で、この水は18個のポート１３４（便宜上第５ｂ
図で真の位置上に点線で略示）を通つて背面の水
ジヤケツト１３５に入り、それから12個のポート
１３６を通つて外側の分割壁マニホールド１３７
に入り、次いで６個のポート１３８を通つて内側
の分割壁マニホールド１３９に入り、それから環
状水供給チヤネル１４０次いで分割壁部材１２６
と内側壁部材１１７とで形成された収斂水アニユ
ラス１４１を通り、共通の収斂アニユラス１２７
に至る。水は環状供給チヤネル１４０を流れる間
に、流れの均一性を高めるように作用する環状絞
りオリフイス１４２を通り、そして中央流路１１
６の壁を温ためて氷の累積するのを阻止してい
る。 第５ｂ図において、外側の壁部材１２５と分割
壁部材１２６は内側のハウジング壁１１８の機械
仕上内面１４３によつて半径方向に位置付けられ
ており、そして４個のＯ−リング１４４によつて
シールされている。 内側ノズル壁部材１１７は分割壁部材１２６の
機械仕上内面１４５によつて半径方向に位置付け
られ、そしてＯ−リング１４６によつてシールさ
れている。外側ノズル壁部材１２５はネジ１４７
により軸方向の位置にロツクされている。分割壁
部材１２６は背後のネジ切リング１４８に、ドリ
ル、タツプ穴１５０にネジ止めした６個の等間隔
配置のネジ１４９により取付けられている。背後
のリング１４８は内側ハウジング壁１１８に対し
ネジ１５１によつて軸線上に位置付けられてい
る。背後リング１４８を内側ノズル壁部材１１７
に対してではなく内側ハウジング壁１１８に対
し、相対的に回動させると、分割壁部材１２６と
内側壁部材１１７は外側壁部材１２５に対し相対
的に軸線上で位置を変化させられる。内側壁部材
１１７を背後のリング１４８と内側ハウジング壁
１１８とに対し相対的に回動させると、内側壁部
材１１７は分割壁部材１２６と外側壁部材１２５
の位置に対し相対的に軸線上で位置を変化させら
れる。３個のノズル壁部材１１７，１２５，１２
６の相対位置は内側と外側の調節長ＩとＯによつ
て示される。 背後リング１４８の回動は適宜のスパナーレン
チを６個の追加のネジ穴１５０に付けることによ
つて容易にできる。12個のネジ穴１５０はノズル
１００（第１図）を裏側から見た場合に示され
る。内側壁部材１１７の回動は、ノツチ１５３Ａ
又は１５３Ｂに適宜のスパナーレンチを取付ける
ことにより行うことができる。 一般に行われているように（Perry's
Chemical Engineer's Handbook；4th Ed.
pgs.18−59〜18〜68、Mc Graw−Hill、1963参
照）、ガス霧化は次の工程を含む方法として特定
し得る。 １ 適宜のノズル又はオリフイスの手段によつ
て、分離されるようになる即ち、如何なる包囲
壁にも支承されていない液フイラメント或いは
シートを形成して、これを相対的に低速度で以
つて相対的に高速のガス流と接触させた状態で
流動させる。 ２ フイラメント或いはシートの固有の不安定性
とガス流との接触との組合せの結果として、フ
イラメント或いはシートを破壊する、即ち霧状
に粉砕する。 ３ ガス流によつて液滴を加速させる。 ４ ガス流による包囲雰囲気の同伴によりスプレ
ー（水煙）を希釈する。（op.cit.pg.5−18） スプレー水滴サイズ、ガス使用量及び液流速の
個別の制御と変化を環状ノズル１００によつて達
成させるための方法と手段はノズルやオリフイス
の機素に何ら支承されていない液シートとこれに
隣接する霧化用のガスシートを収斂共通アニユラ
ス１２７の領域に形成しそして変化させる態様に
関係する。ここで用いている用語、液シートとガ
スシートは夫々の流体上の長さと幅に較べて肉薄
の流体部分を表すものである。 第６図は、第５図上で６−６で示す部分の拡大
図であるが、これは霧化制御の方法と手段を示す
ために提示されたものである。 第５ａ図と第６図において、分割壁部材１２６
の内側の放射状面１５４は中央流路１１６の軸１
５５（第４図に示す位置）に平行になつている。
角度A1、A2、A3は面１５４に対する、夫々ノズ
ル壁部材１１７，１２５，１２６の面１５６，１
５７，１５８の収斂角である。角A4は面１５４
に対する外側壁部材１２５の面１５９の発散角で
ある。寸法B1は内側ノズル壁部材１１７の終端
における軸１５５からの半径である。寸法B2は
角A2、A4の交差点における外側壁部材１２５の
対応する半径である。寸法B3、B4は分割壁部材
１２６の終端における対応する外側と内側の半径
である。長さC1、C2、C3、C4は第５図に示すよ
うに固定された軸方向のノズル寸法である。寸法
S1は収斂水アニユラス１４１の、分割壁部材１
２６の終端における、半径方向の幅である。寸法
S2は収斂空気アニユラス１２４の半径方向の最
小幅である。寸法S3は収斂共通アニユラス１２
７の中の空気の流体シートの半径方向の最小幅で
ある。寸法S4は内側ノズル壁部材１１７の終端
における水シートの半径方向の幅である。 ノズル１００の場合にあつては、ガスと液の流
れ方向が共に中央流路１１６の軸１５５に共に殆
んど平行であるとき、S4はS1に略等しく、しか
もＳ４における非支承水シート形成点での水シー
トの厚さに略等しい（即ち、cosA4≒１）。 ノズル１００中の液Ｌの霧化（粉砕）は第６図
の環状領域N1内で実質的に起き、これはノズル
壁部材１１７の終端近くから始まり、液とガスの
シート厚、流れ条件及び物理的特性で以つて変化
する特定の距離だけ下流に延長している。同伴空
気Ｅは中央流路１１６から環状プルームＦに入
り、これは液流を貫通して膨脹ガス流に侵入する
ことが可能になるに充分な液シート分裂が起きた
直後に始まり、環状プルームが軸１５５にまで膨
脹してしまうまで下流において引き続いている。
同伴空気Ｅは又、ノズルの外側のまわりから引き
込まれて霧化領域近くで膨脹する空気Ｇと混合す
る。ここで使用する「同伴空気Ｅ」とは周囲の大
気からの新鮮な空気であつて、二次空気と命名さ
れているものである。この二次空気は充分な量の
再循環スプレー滴を含有していない。非支承液シ
ートは領域N1で分裂されるにつれて、これは又
膨脹空気P_Gの圧力と同伴空気P_Eの圧力との差P_G
−P_Eによつて半径方向から内側にそれて軸１５
５の方へ偏向させられる。 数学的分析の便宜上、変数Ｈ、Ｊ、Ｋを表の
方程式１、２、３によつて定義する。変数Ｈは
C2、C4、Ｉ及びＯの値に依存して、B2がB1より
大ならば正、負両方の値を持ち得る。同様に、変
数ＪはB2がB3より大ならば、正、負両方の値を
持ち得る。変数Ｋは、B1がB4より大ならば、正
の値に限定される。表の方程式４〜10はＫが正
で、S1＝S4の場合におけるC1、Ｈ、Ｊ、Ｋ、
S1、S2及びS3の間の関係を表わしている。 ノズル１００の代表的な操作範囲での霧化度に
影響する基本変数は水シート厚S1であり、これ
は方程式４に従つてＫと共に変化し、所望のスプ
レー滴サイズと同じオーダの大きさの肉厚に意図
的にしてある。 水Ｌの流量は水供給圧と水シート幅S1によつ
て決まる。圧縮空気の供給量は空気圧とS2、S3
のいずれか小さい方に略等しい空気アニユラスの
最小幅とによつて決まる。S3がS2より小さく、
ＨがC1より小さいとき、環状ノズル１００の即
ち、空気ノズルスロートの、単位断面積当りの圧
縮空気の質流量の最大点（最大質量速度）は非支
承水シートの形成点と略同じ軸線上の位置で即
ち、S4で起きる。方程式７と８が適合し、空気
流量はＩとＯの両者の関数である。もしも、液シ
ートの著しい肉薄化が、液ガス界面での波化作用
による液シートの加速度化又は霧化の結果とし
て、収斂共通アニユラス１２７内で起きるなら
ば、実際のスロートは収斂共通アニユラス１２７
の終端の幾分下流に位置することができる。又、
液とガスの流れが内側と外側の収斂ノズル壁面１
５６，１５９によつて指向させられた通りに収斂
を続ける場合に、或いは液シート偏向が内側壁１
１７の終端の幾分下流で始まる場合に、実際のス
ロートは幾分下流で起きる。実際のスロートが幾
分不確かな位置にあるので、これをここで下記の
領域として定義された有効スロート領域N_gと称
すことにする。有効スロート領域とはガス流の質
量速度が最大限度の90％内にある領域、又はその
最大値において有効な領域である。方程式５、
６、９又は10が最小の圧縮空気シート幅を決めた
場合、非支承水シートはノズルスロートの下流点
で、且つ単位断面積当りの圧縮空気の質流量が減
少する領域において形成される。圧縮空気流量は
次にＯと共に変化し、ＩとS1から独立している。
ノズル１００の製雪に使用するものとしての代表
的な寸法は、空気流量Q_a、水速度V_w及び水流量
Q_wを音速とノズルの無視できる流抵抗を用いて
算出する概算方程式と共に表に示されている。

【表】

【表】

【表】 製雪分野の試験データにより支持されているよ
うに、空気−水比R_f（Q_a／Q_w）の著しい変化は一
定直径Ｄにおいて達成できる。空気と水の流量は
空気と水の圧力を変化させることにより独立に変
え得る。ノズル調節と流体圧Ｑの変動の組合せに
より、一定の空気流量と一定の水流量においての
Ｄの独立した変動を達成し得る。幾つかの二次的
効果と制限が認識されている。一定空気圧での
Q_aの変動は水滴サイズに或る程度影響する。し
かしながら試験は不充分なガスエネルギーしか霧
化に使用できない場合とか水滴の衝突と成長が著
しいときのR_fの値が小さい場合を除き、上記効
果が小さいことを示している。実際の製雪に適用
できるR_fの値は概略R_f＝５〜R_f＝30の範囲にあ
る。ノズルスロートでの空気密度の変化、これは
空気圧の変化から生じるものであるが、これも又
水滴の径に影響する。しかしながら、空気圧
（P_a）の3.5Kg／cm²から7.0Kg／cm²までの変化は、
結果の雪乾燥度の観測によつて示される通り、水
滴径の大きな変化を生ぜしめるようには見えな
い。一般に、霧化度への速度の影響は液ガス流間
の速度差の関数である。高水速度は水滴サイズを
増加させる。低水速度は水滴サイズの或る程度の
減小を、多分に収斂共通アニユラス１２７中の面
波作用により液シートが肉薄化しそして霧化した
結果として、生ぜしめている。空気速度が領域
N_gで音速になつたとき、空気速度の５〜15％の
範囲内での水速度の変化が水滴サイズに著しくは
影響しなかつた。収斂−発散ガスノズルの中で、
空気の超音速度の範囲（角A4が角A1より大きく
且つＨが正のとき）での非支承水シートの形成が
有益であるとは判定されていない。液シートによ
り生じた不連続の出現は衝撃波の発生とガス速度
の準音速への急激な低下の原因となる。衝撃波は
又、望ましくない騒音を助長する。領域N_gでの
霧化が最適であると判定されているので、ノズル
１００の好ましい形態と調節は式(7)と(8)が適合す
るものであつて、領域N_gは領域N₁で起きる。 水滴サイズのデータがノズル１００のために得
られていないとはいえ、質量と熱の移動計算は製
雪用の有用な水滴サイズが温暖気候条件下での約
100〜400ミクロンから厳寒条件下の約800ミクロ
ンまでの範囲にあることを示した。有用な水滴サ
イズは、風に吹き飛ばされないだけの大きなもの
であり、そして着地前に氷結するだけの小さいも
のであると考えられていた。上限は着地速度とプ
リユームＦのスプレー軌道の高さによつて一次的
に決められる。ノズル１００でのS1調節の適用
可能範囲は約0.01cm〜0.1cmであると考えられる。 半径B1を変化させることは、ノズル１００の
サイズを増大したり、減小させたりするのに利用
可能である。しかしながら、B1が減小するに従
つて中央流路１１６を通過する同伴空気Ｅの流れ
はB1の二乗に比例して減小する。中央流路１１
６をふさいで行くと領域N₁での液シート偏向を
大きくし、製造される雪質を悪化させた。製雪の
ためのノズルサイズの上限は水の凍結の際の大き
な移動熱量を受ける周囲空間体積の関数であり、
これは逆に風速とスプレー軌道（プルームＦの長
さ）及び周囲温度と湿度によつて制限される。実
際的制限として、半径B1で以つて表されたノズ
ル１００のサイズ範囲は約２〜20cmと考えられ
る。 第７図〜第１１図は本発明の霧化制御方法によ
り重油と石炭−オイル混合物の燃焼のような粘性
液やスラリー（即ち、懸濁固体を含む液）の霧化
のために考案された、二つの円錐形状に流れるガ
スシートと１つの円錐状に流れる液シートを生み
出す環状ノズルを示し、これは番号２００で以つ
て示してある。 第７，８及び９図の夫々ノズル２００の平面
図、背面図及び正面図において、圧縮空気Ｇはハ
ウジング部材２０１の頂点からネジ切パイプ連結
具２０２を通つて供給される。液Ｌは液原兼圧縮
手段から背後壁と支持部材２０３をパイプタツプ
２０４Ａの個所から通つて供給される。 追加のパイプタツプ２０４Ｂは、液加熱と流れ
の制御のために望まれる場合に、液源へ液Ｌを再
循環させ得るようにするために設けてある。ノズ
ル２００は内側のノズル壁部材２０６によつて形
成された中央流路を有しており、これを通つて同
伴空気Ｅがネジ切り端２０７においてブロアーの
ような一次的低圧源から供給され、ノズル２００
の中を流れて円錐形状に噴出するプルームＦと直
ちに混合する。 第９図の断面図である第１０図において、圧縮
空気Ｇは、外側の空気マニホールド２０８によつ
てハウジング部材２０１の内部に供給され、その
１部分は６個のポート２０９を通つて半径方向を
内方へ内側マニホールド２１０まで流れ、次いで
更に６個のポート２１１を通つて内側空気供給チ
ヤネル２１２に流入し、そして内側ノズル壁部材
２０６と内側の分割壁部材２１４とによつて形成
された収斂空気アニユラス２１３を通つて収斂共
通アニユラス２１５へ流れる。残りの圧縮空気Ｇ
は６個の半径方向のポート２１６を通つて前面の
内側マニホールド２１７に入り、次いで外側空気
供給チヤネル２１８を通り、それから外側分割壁
部材２２０と外側ノズル壁部材２２１により形成
された外側収斂空気アニユラス２１９を通つて収
斂共通アニユラス２１５へ流れる。液Ｌの再循環
が望まれる場合には、第２供給ポート（２２２Ａ
と同じ）を追加し、液マニホールド２２３からパ
イプタツプ２０４Ｂに通じさせる。 外側のノズル部材２２１はネジ山２２７により
ハウジング２０１に連結されていて、Ｏ−リング
２２８でシールされている。背後壁兼支持部材２
０３はネジ山２２９によりハウジング２０１に連
結され、Ｏ−リング２３０でシールされている。
背後の支持部材２３１は背後壁兼支持部材２０３
にネジ山２３２により連結され、Ｏ−リング２３
３でシールされている。外側の分割壁部材２２０
はセツトネジ２３４により背後の管状支持部材２
３１にロツクされており、Ｏ−リング２３５Ａと
２３５Ｂによりシールされている。内側の分割壁
部材２１４は背後の管状支持部材２３１にセツト
ネジ２３６によりロツクされ、Ｏ−リング２３７
Ａと２３７Ｂによりシールされている。内側のノ
ズル壁部材２０６は背後の管状支持部材２３１に
ネジ山２３８により連結されＯ−リング２３９に
よりシールされている。 第１０図及び収斂アニユラス２１３，２１５，
２１９，２２６を示す第１０図の部分を３倍に拡
大した第１１図において、液Ｌは肉厚S5の円錐
形状に流れる非支承シートとして収斂共通アニユ
ラス２１５に入る。これが外方へ流れるに従つて
液シートの肉厚は収斂共通アニユラス２１５の終
端におけるノズル端から出現するまで最大値S6
から減小して行く。圧縮空気Ｇは肉厚S7とS8の
二つの収斂する空気シートの形態で収斂共通アニ
ユラス２１５に入り、非支承液シートの両対面側
に隣接して流れる。内側と外側の空気供給チヤネ
ル２１２と２１８は、両者の流動摩擦と圧力降下
が略等しくなるように寸法設計される。ノズル２
００は二つの空気シートが略等しいシート幅S7
とS8で以つて収斂共通アニユラス２１５に入る。
収斂共通アニユラス２１５の対向面は円錐形液シ
ートの発散角A6に対し相対的に小さい角度A5で
収斂する。内側と外側の分割壁部材２１４と２２
０の端壁厚、共にT1で表しているが、これらは
流れの分裂を実際上最小化するように小さくさ
れ、そして両者は等しくしてあり、従つて内側と
外側のノズル壁部材２０６と２２１の終端におけ
る空気シートの肉厚S9とS10はS7＝S8のとき略等
しくなる。ノズル２００は、液の流れないときに
は、ガスノズルスロートが共通アニユラス２１５
の終端で生じるように調節される、即ちこの場合
（B5）・（S7＋S8）が（B6）・（S9＋S10）より大
で、且つS6＝０となる。 背後壁兼支持部材２０３をハウジング２０１に
対し相対的に回動させると空気シート厚S7とS9
が変化する。背後の管状支持部材２０３に対し、
相対的に回動させると、非支承液シートの肉厚
S5が変化する。内側のノズル壁部材２０６の背
後の管状支持部材２３１に対し相対的に回動させ
ると空気シート厚S8とS10が変化する。要素２０
３，２０６，２３１の回動は、穴２４０，２４
１，２４２に夫々係合させたスパナレンチを使用
することにより行うことができる。この回動は、
パイプタツプ２０４Ａ，２０４Ｂに取付ける液供
給と戻り用のフレキシブルチユーブを使用するこ
とにより、そしてネジ切端２０７の所に回り継手
或いはユニオンを加えることにより容易になり得
る。 円錐形流ノズル２００を用いた霧化制御の方法
は、ノズル１００のそれと概略類似している。し
かしながら、ノズル２００の場合には、非支承液
シートの初期厚S5が、固体粒子が液中にある場
合にこの粒子を通過させるために所望スプレー滴
サイズに較べて相対的に大きくしてある。例え
ば、石炭−オイル混合体の場合には、約0.25cmま
での固体粒子サイズが予想される。層流条件下で
流れ始める粘性液又は混合体の場合には、非支承
液シートは破断する前に相当長い距離に亘つて持
続する。液シート厚の比、S6／S5はS5における
ノズル半径B5とS6におけるノズル半径B6の比に
依存する、即ち円錐形流の期間中の質量保存から
肉薄になるシートの量に依存し、そして隣り合う
二つの高速空気流Ｇの作用と液シートの不安定性
の結果として収斂共通アニユラス２１５の中で起
きる、液の加速と破断滴化の量に依存する。上限
として、液加速又は破断がないものと仮定する
と、S6＝（S5）（B5）／（B6）。もしも完全な破
断が起きると、出口でのシート厚S6＝０。収斂
共通アニユラス２１５中の円錐シート流は破断前
に非支承液シートを肉薄化するのに役立つ。 小さい収斂角A5を採用することにより、空気
シートの流れ方向は本質的に液シートのそれに平
行であり、空気速度は液の速度に較べ、収斂共通
アニユラス２１５の全長に亘り相対的に高速度に
維持される。非支承液シートの破断に至る前の長
さと破断の結果の液滴サイズとは、液の物理的特
性、液と空気の初期シート厚S5、S7、S8、液と
空気の速度、並びに空気圧と共に変化する。有効
最大質量速度の領域N_gの長さも、S5、S7、S8及
び霧化領域N₁の長さに依存して著しく変化する。
霧化は領域N_gの上流で始まり、この領域を幾分
超えたところまで続く。N_gとN₁の変動の概略の
範囲は第１１図に示される。収斂共通アニユラス
２１５の壁への液滴衝突の発生は、結果として壁
に沿つた液シート流とアニユラス２１５の終端で
の非支承液形成からの再霧化とを生ぜしめる。収
斂共通アニユラス２１５の長さは粘性流体の霧化
が領域N_g中で実質的に起きるように選定される。 第１２図〜第２１図は、本発明の霧化制御方法
による発電プラントコンデンサ用水のスプレー冷
却のために考案された二つの平坦な液シート及び
１つの平坦なガスシートと共に線形に延長した形
態のノズルを示しており、総体的に番号３００で
以つて表している。第１２図は３００Ａ，３００
Ｂ，３００Ｃ及び３００Ｄで以つて個別に表した
４個の線形ノズルのアツセンブリを示す側面図で
あり、このアツセンブリは代表的には冷却水を発
電プラントに引き込むべき川、大洋その他の水Ｗ
に向けて噴霧することにより加温されたコンデン
サ廃水Ｌを冷却するために設けられたものであ
る。圧縮空気Ｇは垂直なスタンドパイプアセンブ
リ３０２を付けた水に潜められている空気主管３
０１を通じてノズルに供給される。廃水Ｌは発電
プラントからノズル３００に、潜水された水主管
３０３から垂直スタンドパイプアツセンブリ３０
４を通して供給される。追加のスタンドパイプア
ツセンブリ３０２，３０４は、発電プラント容量
に見合うだけの必要な追加のノズル３００アツセ
ンブリを提供するために、配給主管３０１，３０
３に沿つて適当な間隔で以つて付けられる。 第１３図〜第１７図はノズル３００の外部特徴
を示している。第１３図と第１４図は第１２図に
示すノズル３００の４倍に拡大した平面図と側面
図である。ノズル３００は、溶接ネツクフランジ
３０６を各端部に有していて更に外側のパイプ壁
３０５の１部分に溶接された面板３０７を有して
いる外側パイプ壁３０５を含んでいる。面板３０
７は開口３０８を含んでおり、この開口は、ここ
ではノズル３００のＸ軸と称している長手方向の
長さX1とＸ軸に直角で且つここではノズル３０
０のＺ軸と称している上向のスプレー方向に直角
な方向の幅S11を有するスリツト形状であり、面
板の外面をその終端としている。ノズル３００の
各端部には閉鎖板３０９が付けてある。この閉鎖
板には、個々に３０９Ａ，３０９Ｂ，３０９Ｃ，
３０９Ｄで以つて表している４つの変形がある。
ノズル３００Ａは閉鎖板３０９Ａと３０９Ｂを含
んでいる。ノズル３００Ｂと３００Ｃは閉鎖板３
０９Ｂと３０９Ｃを含んでいる。ノズル３００Ｄ
は閉鎖板３０９Ｃと３０９Ｄを含んでいる。第１
５図は、閉鎖板３０９Ａを示す圧縮空気スタンド
パイプ３０２とのフランジ接合個所から見たノズ
ル３００Ａの端側面図であり、閉鎖板３０９Ａを
示している。この板は圧縮空気Ｇを通すための単
一中央開口３１０を有している。第１６図はノズ
ル３００Ａの対向端の端側面図であり、閉鎖板３
０９Ｂを示している。この板は中央開口３１０に
加えて、廃水Ｌを中央開口３１０に環状に流通さ
せるための多数の開口３１１を含んでいる。閉鎖
板３０９Ｃは、これが開口３１０と３１１を含ん
でいる点で３０９Ｂに類似している。 第１７図は、廃水スタンドパイプ３０４とのフ
ランジ接合個所から見たノズル３００Ｄの端側面
図であり、開口３１１を含むが、中央開口３１０
を含まない閉鎖板３０９Ｄを示している。 第１８図〜第２１図はノズル３００の内部構造
を示している。第１８図は第１３図と第１６図に
おいて１８−１８で示すノズル部分を８倍に拡大
した断面図である。閉鎖板３０９を伴うアツセン
ブリを示すために、隣接するノズル３００の端部
は第１８図に含まれている。第１９図は第１４図
の断面１９−１９を４倍に拡大した断面図であ
る。第２０図は第１９図の２０−２０で示す部分
を90゜回転させて、８倍に拡大して示す。第２１
図は第２０図の２１−２１で示す部分を10倍に拡
大して示している。 これら４つの図面に示されている通り、開口３
１０はノズル３００を軸方向に貫通していて円筒
パイプ壁３１３に包囲された中央流路３１２に通
じている。圧縮空気Ｇは中央流路３１２から円形
パイプ壁開口３１４を半径方向に貫通して流出す
る。構造的剛度のために、Ｘ軸方向に面板３０７
の全長に亘つて延長して空気パイプ壁３１３に溶
接されている空気マニホールド３１５は１対１で
パイプ壁開口３１４に対応する個室３１６を含ん
でいる。個室３１６は各々、空気Ｇを単一空気チ
ヤネル３１９に流入させるための出口開口３１８
と二つの平坦面３１７を備えたトルケートシリン
ダー形式のものであり、このチヤネルは半径方向
に収斂し、そして二つのフレキシブルな仕切壁板
によつて形成されている。仕切壁板３２０はＸ軸
方向にマニホールド３１５の全長に亘つて延長し
ていて、空気マニホールド３１５の外面３２２に
片持ち梁としてネジ３２１で以つて取付けられて
いる。外面３２２は各々、Ｘ軸に平行であり、ノ
ズル３００のＹ軸とここでは称している半径方向
の空気流方向に対し角度A7で傾斜している。面
板開口３０８はＹ−Ｚ平面上の断面において台形
であり、円錐形状端を有している。開口３０８の
二つの平坦面３２３は各々Ｙ軸に対しA8の角度
を形成している。面板３０７は操作中に内圧でス
リツト幅S11の著しい変形が生じないように充分
な肉厚と幅のものである。各仕切壁板３２０は距
離Y1だけ片持ち梁状で開口３０８の中に延入し
ていて、面板３０７の外面から上流へ相対的に小
さい距離Y2だけ戻つた所で終端になつており、
そしてこの板３２０は片持ち梁端を除き厚さT2
を有している。この片持ち梁端は角度A9で傾斜
してエツヂ厚T3になつている。仕切壁板３２０
はその長手方向の端部で傾斜していて開口３０８
の円錐形端面に略一致しており、そして最小の隙
間X2を提供している。 開口３１１は外側パイプ壁３０５と内側パイプ
壁３１３によつて形成された環状供給路３２４に
続いている。廃水Ｌは環状供給路３２４から、仕
切壁板３２０と面３２３とにより開口３０８中に
形成されているここの収斂壁チヤネル３２５に流
入する。長さY2は液とガスのシートがスリツト
幅S11の開口３０８の出口に流れるための収斂共
通チヤネル３２６を形成している。このチヤネル
において、長さX1と略厚S12の二つの非支承液シ
ートが、断面積当り最大空気流の領域である領域
N_g中に略厚S13の中央に位置する空気シートに隣
接して形成されている。同伴空気Ｅは開口３０８
の終端にある霧化領域N₁で膨脹するプルームＦ
に引き込まれる。 第１８図に示すように、内側パイプ３１３、マ
ニホールド３１５及び仕切壁板３２０から成る内
側の要素のアツセンブリは二つの端タブ３２７と
ネジ３２８により面板３０７に位置付けられて且
つ固定されている。閉鎖板３０９はＯ−リング３
２９，３３０，３３１及び３３２と共に空気と廃
水のチヤネル３１２，３２４をシールして漏れを
防ぐように作用する。これらはピン３３３によつ
て位置付けられており且つネジ３３４によつてフ
ランジ３０６に固定されている。Ｏ−リング３３
０と３３２は閉鎖板３０９Ｃと共に取り除かれる
しＯ−リング３３０は閉鎖板３０９Ａと３０９Ｄ
と共に取り除かれる。ノズル３００とスタンドパ
イプ３０２と３０４はフランジボルト３３５で以
つて組合されている。 水圧が空気圧に対し相対的に増加するに従い、
片持ち梁仕切壁板３２０は量ｄだけ偏位し、二つ
の非支承水シートの肉厚S12を増加させ、且つ空
気シートの最小厚S13を減小させる。ｄを変化さ
せることにより、肉厚S12は所望のスプレー滴サ
イズと同じオーダの値に意図的にされる。水流量
と最小空気シート厚S13は液シート厚S12から独
立して変化する。しかしながら空気対水の比の顕
著な変化は空気と水の圧力を変えることにより実
現できる。 空気の昇流中に帯留するスプレー滴を冷却する
間の熱と質量の移動についての理論的分析によれ
ば、発電プラント廃水を40〓（22℃）に40〜60フ
イート（12−18ｍ）の液滴帯留長さで以つて冷却
するのに要する液滴のサイズが周囲空気温度と湿
度及び貯蔵器温度によつて変化するが約400〜
1200ミクロンの範囲であることを示している。液
滴サイズと広範囲の可能な操作条件のためとガス
霧化により生じた大気同伴量が大きいことのため
に、線形ノズル３００は発電プラントコンデンサ
廃水に現在採用されている冷却タワーや他のスプ
レー法に実用上代り得るものを提供する。 ノズル１００，２００，３００の、固定開口を
採用している他のガス霧化ノズルに較べて云える
追加の特長は、空気壁要素：１１７，１２６，２
０６，２１４，２２０及び３２０の機械的な運動
を液流又はガス流に担持された外部固体粒子の通
過と除去とが出来るように使用することができる
ことである。 本発明のガス霧化制御と変更の方法は三つの特
定の実施例との関係において説明されて来たが、
技術の業の範囲においての変形は意図されてい
る。 その例として下記のものが挙げられる。 １ １つの液シートと１つのガスシートをノズル
１００においてのように利用するが、円錐形シ
ート流がノズル２００のように提供されるよう
にした斯る環状ノズル。 ２ １つの液シートと２つのガスシートをノズル
２００においてのように利用するが、角度A6
が一層軸方向に指向したスプレープルームを生
み出すように減じられている斯かる環状ノズ
ル。この場合、収斂共通アニユラス２１５内の
液シートの肉薄化は犠牲になる。 ３ ノズル２００に類似であつて、仕切壁２１４
が仕切壁２２０の半径より大なる半径になるよ
うに延長していて、その円錐形流の１部分のた
めの液シート支承体を提供し、肉厚を減じるよ
うにした、斯かるノズル。この種のノズルは液
に対して或いは中間の流動性を有するスラリー
に対して特に適用可能である。 ４ ノズル１００、ノズル２００のいずれかに類
似であつて、固定された又は限定されたガスと
液の流量と液滴サイズ範囲が許容される斯かる
ノズル。この手のノズルでは、要素１１７，１
２６，２０６，２１４及び２２０の相対的軸方
向運動のための設備を所要のノズル寸法が設定
された後で製造コストを減少させることの利益
の観点から取り除くことができる。 ５ ノズル２００に類似するが、液流Ｌとガス流
Ｇが入れ替る斯かるノズル。 ６ ノズル３００に類似するが、可撓性の仕切壁
３２０を採用して１つの液シートと１つのガス
シートを形成させるようにした斯かるノズル。 ７ ノズル３００に類似するが、液流Ｌとガス流
Ｇが入れ替るようにした斯かるノズル。 ８ ノズル１００と２００に類似しているが、ガ
スと液のシートが中央ノズル軸に対して半径方
向に配向している斯かるノズル。ノズル２００
の場合には角度A6が90゜に等しくなる。 ９ ノズル１００におけるように１つのガスシー
トと１つの液シートを利用していて、スプレー
プルームＦが半径方向に配向し、仕切壁１２６
がノズル軸に垂直な片持ち梁として設けられた
肉薄、平坦且つフレキシブルなリング形状であ
り、そして液シート厚S1が相対的なガスと液
の圧力によつて生み出されるリングの偏向によ
つて決められるようにした斯かるノズル。 上記のもの及びこの種の他の変形は、当業者に
は容易であるであろうが、これらは明記した制約
のある場合を除き、添附の請求の範囲の精神と範
囲の内にあるものとみなされる。