JPH1128390A - ロータリーアトマイザー - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 圧力噴霧ノズルでは微粒化の困難な高粘性液
状物質の微粒化に適し、圧力ノズルに近い噴霧角度を得
られるロータリーアトマイザーを提供する。 【解決手段】 垂直方向に回転軸２を有する駆動用高速
回転体１、駆動用高速回転体１の下端部に接続され中心
部を駆動用高速回転体の回転軸が貫通しており、下部に
下記回転体（ローター）７との連通口４を有する固定さ
れた中空円筒状ケーシング３、該ケーシングの中空部に
液を送入するための液供給口５、該ケーシングの中空部
に加圧空気を送入するための空気供給口６、及び中空円
筒状ケーシングの下部に接続され、且つ駆動用高速回転
体の回転軸２に取り付けられている上部が中空、下部が
中実円柱体で該中実円柱体内部を上面から下面に貫通し
ている小径貫通孔８を複数個有する回転体（ローター）
７を構成要素とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は噴霧乾燥分野で使用
される液体微粒化装置、特に高粘性液状物質の微粒化に
適した液体微粒化装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液状物質の噴霧乾燥分野では圧力噴霧ノ
ズルとロータリーアトマイザーが広く使われている。近
年、大容量の噴霧乾燥機では扱いが容易で噴霧液滴の広
がり範囲の狭い圧力噴霧ノズルが主流となってきている
が、小容量機ではロータリーアトマイザーが今なお多く
使われている。圧力噴霧ノズルは扱いが容易で、粒子径
分布も良好である反面、高粘性液の微粒化には適してい
ない。一方ロータリーアトマイザーは高粘性液の微粒化
特性に優れている。ロータリーアトマイザーは円筒形ロ
ーターの回転径方向に複数の小径孔を設けた構造で、液
状物質は高速回転するローターの遠心力のみにより小径
孔から微細粒子に分割され水平方向に飛散する。噴霧乾
燥機の液状物質微粒化装置として使用する場合、ロータ
リーアトマイザーは円筒形噴霧乾燥チャンバー頂部の熱
風吹き出し口の中心軸線上に取り付けられるが、熱風が
チャンバー中心軸方向に吹き出されるのに対して、ロー
タリーアトマイザーから放出される噴霧粒子は熱風吹き
出し流と直交した水平方向の速度成分しか持たないた
め、熱風との熱交換率が低い欠点がある。また大径粒子
の場合は軸方向に吹き出す熱風の影響を受け難く、上部
チャンバー壁に未乾燥付着を生じ易い欠点がある。通
常、チャンバー径を大きくして有効乾燥領域を増やすた
めに、熱風吹き出し部に旋回翼板を取り付け熱風に旋回
成分を与える構造としているが、この旋回熱風により、
チャンバー壁全体に粉付着が生じたり、熱風吹き出し口
周辺の天井部に付着粉が生じ、これが焦粉化し製品に混
入するため、長時間運転が困難であるなどの欠点があ
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は圧力噴霧ノズ
ルでは微粒化の困難な高粘性液状物質の微粒化に適し、
圧力噴霧ノズルに近い噴霧角度が得られ、しかも圧力噴
霧ノズルを使用している噴霧乾燥機の噴霧ノズル挿入管
に挿入可能な小径のロータリーアトマイザーを提供する
ことを目的とする。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に関わるロータリ
ーアトマイザーは、垂直方向に回転軸を有する駆動用高
速回転体、駆動用高速回転体の下端部に接続され、中心
部を駆動用高速回転体の回転軸が貫通しており、下部に
下記回転体との連通口を有する固定された中空円筒状ケ
ーシング、該ケーシングの中空部に液を送入するための
液供給口、該ケーシングの中空部に加圧空気を送入する
ための空気供給口、及び中空円筒状ケーシングの下部に
接続され、且つ駆動用高速回転体の回転軸に取り付けら
れている上部が中空、下部が中実円柱体で該中実円柱体
内部を上面から下面に貫通している小径貫通孔を複数個
有する回転体（ローター）を構成要素とすることを特徴
とする。

【０００５】本発明のロータリーアトマイザーを添付図
面により説明すると、図１は駆動用高速回転体としてモ
ーターを使用した場合で、垂直方向に回転軸２を有する
駆動用高速回転体（モーター）１、駆動用高速回転体１
の下端部に接続され中心部を駆動用高速回転体の回転軸
２が貫通しており、下部に下記回転体（ローター）７と
の連通口４を有する固定された中空円筒状ケーシング
３、該ケーシングの中空部に液を送入するための液供給
口５、該ケーシングの中空部に加圧空気を送入するため
の空気供給口６、及び中空円筒状ケーシングの下部に接
続され、且つ駆動用高速回転体の回転軸２に取り付けら
れている上部が中空、下部が中実円柱体で該中実円柱体
内部を上面から下面に貫通している小径貫通孔を複数個
有する回転体（ローター）を構成要素とする。回転体
（ローター）下部の中実円柱体内部を上面から下面に貫
通している小径貫通孔は、中心軸からの距離が次第に大
きくなるように斜めに開けられている方が良い。符合９
は液溜り部分、符合１０は駆動用高速回転体の回転軸２
と固定された中空円筒状ケーシング３との接続部の密封
機構、符合１１は固定された中空円筒状ケーシング３と
回転体（ローター）７との接続部の密封機構である。密
封機構１０、１１としては、“０”リング、リップシー
ル及びストップリングなど、公知の手段を用いれば良
い。

【０００６】図１に基づき本発明のロータリーアトマイ
ザーの作用機構を説明する。駆動用高速回転体１を高速
回転させると、その回転軸２に直結した回転体（ロータ
ー）７も高速回転する。中空円筒状ケーシング３に液供
給口５から供給された液体及び空気供給口６から供給さ
れた空気は、連通口４を通って回転体（ローター）７に
入り、ローターの下部に設けられた小径貫通孔８から噴
出する。空気を同伴しない場合は従来のロータリーアト
マイザーと同様で、噴出した液滴は、ローターの高速回
転による強力な遠心力の作用によりほぼ水平方向に飛散
するが、空気を同伴している場合は、液状物質は小径貫
通孔８を通過中高速となり、垂直軸方向の速度成分が与
えられる。ローターの回転速度と同伴空気量（圧力制
御）を調節することにより、任意の噴霧角を有するスプ
レーパターンを得ることができる。駆動用高速回転体と
してモーターを使用するこの態様は特に処理液量が大容
量の場合に適している。

【０００７】図２は駆動用高速回転体１として加圧空気
駆動式回転体を用いる場合の実施態様で、駆動用空気供
給管１２から供給された加圧空気は、回転体を回転駆動
させる動力源として利用された後、加圧空気駆動式回転
体下端部１３から排気され、中空円筒状ケーシング３に
供給される。この場合は中空円筒状ケーシング３への空
気供給口（図１の符合６）を別個に設ける必要はない。
作用機構は図１の場合と同様であるが、加圧空気駆動式
回転体の動力効率が低いこと、及び回転体（ローター）
の回転制御と切り放して加圧空気供給圧を制御すること
ができず噴霧角の調節範囲が限定されると言う欠点があ
る。従って、この実施態様は処理液量が比較的少ない場
合に適している。

【０００８】回転体（ローター）中実部を貫通する小径
貫通孔の長さ、数、傾斜角度等の最適値は液状物質の粘
性により異なる。一般的に、低粘性液状物質は小径貫通
孔の通過抵抗が少ないため、小径貫通孔の長さを長く
（螺旋小径貫通孔により加速微粒化効果を高める）し、
小径貫通孔の断面積を小さく（小径貫通孔数×断面積）
することが好ましく、高粘性液状物質の場合は逆の構成
にするのが好ましい。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明のロータリーアトマイザー
は、ローターの回転による円周方向速度成分と、加圧空
気加速による垂直軸方向速度成分を液状物質に与えるこ
とにより、任意の噴霧角を持つ傘状噴霧パターンを得る
ことができる。噴霧角度の調整は小径貫通孔の傾斜角度
を調整することによっても可能である。

【００１０】例えば小容量ロータリーアトマイザーの場
合、φ４０ｍｍ径のローターを１２０００ｒｐｍで回転
させると周速度は僅か２５ｍ／ｓに過ぎない。加圧空気
を供給しない場合、液滴に与えられる速度成分は周速度
のみであるため、水などの低粘性液状物質でも噴霧乾燥
可能なほどに微粒化することは到底不可能である。しか
し中空ケーシングに２ｋｇ／ｃｍ² の加圧空気を供給す
ると、小径貫通孔で２５％の圧力損失を生じた場合でも
孔から噴出する空気速度は５００ｍ／ｓ程度になる。液
状物質の粘性と液／空気比により液状物質が小径貫通孔
を通過する間に与えられる速度は変化するが、仮に空気
速度の０．３倍に加速されたとすると１５０ｍ／ｓ前後
の吹き出し速度が得られる。この結果、粒子に与えられ
る合成速度は１５２ｍ／ｓとなり、従来型ロータリーア
トマイザーでローター径φ２４０ｍｍ／１２０００ｒｐ
ｍのものとほぼ同じ程度に微粒化することができる。上
記小容量ロータリーアトマイザーの場合、周速度が小さ
いため軸方向の貫通孔では噴霧角度は僅か１９度に過ぎ
ないが、小径貫通孔の傾斜角度を調整することにより所
要の噴霧角に調整できる。駆動用高速回転体径もφ４０
ｍｍ以下に納まるため、φ６０ｍｍ程度のノズル挿入管
に容易に取りつけることが可能である。

【００１１】またφ１００ｍｍ径のローターを１２００
０ｒｐｍで回転させた場合、周速度は６２．８ｍ／ｓ
で、中空ケーシングに３ｋｇ／ｃｍ² の加圧空気を供給
し、液状物質の加速が空気噴出速度の０．２倍とする
と、液状物質の噴出速度は１４０ｍ／ｓ程度となる。こ
の場合の液滴の合成速度は１５３．４ｍ／ｓとなり、合
成噴霧角度は４８度である。小径貫通孔の傾斜角度を調
整することにより噴霧角度を更に大きくすることも可能
である。

【００１２】従来型ロータリーアトマイザーは高速回転
で且つ雰囲気温度も高いため、耐久性が問題となってい
る。また大容量機になると駆動用モーターと加速機の重
量も数百ｋｇとなり、メンテナンスも非常に困難であ
る。本発明のロータリーアトマイザーでは３０００Ｌ／
ｈｒ程度の大容量の場合でも、ローター径をφ１００ｍ
ｍ以下に抑えることが可能である。大容量機の場合はむ
しろその駆動用モーター径が制約条件となる。既存の高
速回転モーターではφ１００ｍｍ以下では３．７ｋｗ程
度の出力が限度である。一方、同容量の従来型ロータリ
ーアトマイザーの駆動用モーターは３７ｋｗ程度が必要
である。従って、大容量になる程、駆動用モーターによ
る旋回加速に比べて、加圧空気供給用コンプレッサーの
動力が支配的になる。エネルギー効率面からすれば、従
来型ロータリーアトマイザーの方が分があるものの、操
作性、メンテナンス性では遥かに勝っており、圧力噴霧
ノズルと互換可能である利点を生かして、圧力噴霧ノズ
ルでは微粒化の困難な高粘性液状物質の場合にのみ使用
すれば、エネルギー効率がやや劣ることもそれ程障害に
はならない。

【００１３】同じ供給空気圧力でも、液状物質の粘性の
違いにより液滴の垂直軸方向速度成分が変化する。粘性
が高くなる程、小径貫通孔の壁面抵抗により加速され難
い。また粘性が極端に低い液状物質の場合、小径貫通孔
の長さが短過ぎると、円周方向速度成分が十分与えられ
ないまま噴射される傾向がある。この場合には、図２に
示すように回転体下部の中実円柱体を中実裁頭円錐体７
Ａとその他の部分７Ｂとに分割し、中実裁頭円錐体７Ａ
の外面に複数の螺旋溝を設けて前記その他の部確７Ｂと
の間に螺旋状の小径貫通孔を形成する。これにより小径
貫通孔の長さを確保すると同時に噴射液滴の水平方向速
度成分を増加させることが可能である。この手法を用い
ることにより、回転体（ローター）径が小さく回転数が
低い場合でも広い噴霧角が得られる。このことから、本
発明のロータリーアトマイザーは２流体噴霧ノズルの特
性と従来型ロータリーアトマイザーの特性を兼ね備えて
おり、大径のローターを高速回転させ空気圧力を低くす
れば、従来型ロータリーアトマイザーに近い特性が得ら
れる。また、小径のローターを低速回転させ空気圧力を
高くすれば、２流体噴霧ノズルに近い特性が得られる。
この場合でも、断面積の小さい複数の小径貫通孔が使
え、ローターが回転するため、従来型２流体噴霧ノズル
と比較すると、低い空気圧力でも大径粒子が発生し難
く、噴霧角が小さいながらも均一な傘状噴霧パターンが
得られ、しかも、シャープな粒子径分布が得られる点で
従来型２流体噴霧ノズルと比較すると、噴霧乾燥機用微
粒化装置として格段に有利である。なお、直線状の斜め
小径貫通孔を形成する手段として、回転体下部の中実円
柱体を中実裁頭円錐体７Ａとその他の部分７Ｂとに分割
し、中実裁頭円錐体７Ａの外面に複数の直線溝を設けて
前記その他の部分７Ｂとの間に直線状の小径貫通孔を形
成させることも自由である。

【００１４】

【発明の効果】圧力噴霧ノズルでは微粒化の困難な高粘
性液状物質の微粒化に適し、噴霧角調整が可能で、圧力
噴霧ノズルに近い噴霧角度を得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施態様の一例を示す図である。

【図２】本発明の実施態様の他の例を示す図である。

【符号の説明】

１ 駆動用高速回転体 ２ 回転軸 ３ 中空円筒状ケーシング ４ 連通口 ５ 液供給口 ６ 空気供給口 ７ 回転体（ローター） ８ 小径貫通孔 ９ 液溜り １０ 密封機構 １１ 密封機構 １２ 駆動用空気供給管 １３ 加圧空気駆動式回転体下端

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 垂直方向に回転軸を有する駆動用高速回
   転体、駆動用高速回転体の下端部に接続され、中心部を
   駆動用高速回転体の回転軸が貫通しており、下部に下記
   回転体との連通口を有する固定された中空円筒状ケーシ
   ング、該ケーシングの中空部に液を送入するための液供
   給口、該ケーシングの中空部に加圧空気を送入するため
   の空気供給口、及び中空円筒状ケーシングの下部に接続
   され、且つ駆動用高速回転体の回転軸に取り付けられて
   いる上部が中空、下部が中実円柱体で該中実円柱体内部
   を上面から下面に貫通している小径貫通孔を複数個有す
   る回転体（ローター）を構成要素とすることを特徴とす
   るロータリーアトマイザー。
2. 【請求項２】 回転体（ローター）下部の中実円柱体内
   部を上面から下面に貫通している小径貫通孔が、中心軸
   からの距離が次第に大きくなるように斜めに開けられて
   いる請求項１に記載のロータリーアトマイザー。
3. 【請求項３】 駆動用高速回転体が加圧空気を動力源と
   するもので、その排気を駆動用高速回転体下端部より排
   気し、この排気を中空円筒状ケーシングに供給する構造
   である請求項１又は請求項２に記載のロータリーアトマ
   イザー。
4. 【請求項４】 回転体下部の中実円柱体が中実裁頭円錐
   体とその他の部分とに分割されており、中実裁頭円錐体
   外面に複数の直線溝又は螺旋溝が設けられて前記その他
   の部分との間に斜めの小径貫通孔を形成している請求項
   ２又は請求項３に記載のロータリーアトマイザー。