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JPWO2008004407A1 - Crushing and drying method and crushing and drying apparatus - Google Patents

Crushing and drying method and crushing and drying apparatus Download PDF

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JPWO2008004407A1
JPWO2008004407A1 JP2008523629A JP2008523629A JPWO2008004407A1 JP WO2008004407 A1 JPWO2008004407 A1 JP WO2008004407A1 JP 2008523629 A JP2008523629 A JP 2008523629A JP 2008523629 A JP2008523629 A JP 2008523629A JP WO2008004407 A1 JPWO2008004407 A1 JP WO2008004407A1
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JP
Japan
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pulse
droplets
jet
combustion
outlet
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JP2008523629A
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Japanese (ja)
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隆次 石井
隆次 石井
吉邦 梅田
吉邦 梅田
篤芳 窪谷
篤芳 窪谷
稔 米原
稔 米原
敏昭 木村
敏昭 木村
和田 誠
誠 和田
Original Assignee
パルテック株式会社
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    • F26DRYING
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    • F26B23/00Heating arrangements
    • F26B23/02Heating arrangements using combustion heating
    • F26B23/026Heating arrangements using combustion heating with pulse combustion, e.g. pulse jet combustion drying of particulate materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23CMETHODS OR APPARATUS FOR COMBUSTION USING FLUID FUEL OR SOLID FUEL SUSPENDED IN  A CARRIER GAS OR AIR 
    • F23C15/00Apparatus in which combustion takes place in pulses influenced by acoustic resonance in a gas mass

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Abstract

【課題】 パルス燃焼器を用いて原料等を適切に粉砕乾燥等するための方法、およびその方法に使用する装置を提供する。【解決手段】 粉砕乾燥装置10では、パルス燃焼器(パルスエンジン)1を設けるとともに、その排気管1bの出口付近に原料投入管2を設けている。パルス燃焼器1によってその出口付近に、周波数が60〜1000Hz、音圧が140〜180dB、温度が50〜600℃のパルス燃焼ジェットを形成し、そのパルス燃焼ジェットの中に、処理対象である原料を含む液滴を原料投入管2により供給する。【選択図】 図1PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for appropriately pulverizing and drying a raw material or the like using a pulse combustor and an apparatus used for the method. In a pulverizing and drying apparatus 10, a pulse combustor (pulse engine) 1 is provided, and a raw material input pipe 2 is provided in the vicinity of an outlet of the exhaust pipe 1b. A pulse combustion jet having a frequency of 60 to 1000 Hz, a sound pressure of 140 to 180 dB, and a temperature of 50 to 600 ° C. is formed in the vicinity of the outlet by the pulse combustor 1, and the raw material to be processed is included in the pulse combustion jet Are supplied through the raw material input tube 2. [Selection] Figure 1

Description

請求項に係る発明は、食品や薬品、化学工業製品等を原料とし、それらを液滴とともに供給したうえ粉砕し脱水・乾燥させること、およびその技術を応用して水系エマルジョン等を低水分率で塗膜形成に使用すること等を目的とする粉砕乾燥方法および粉砕乾燥装置に関するものである。   The claimed invention uses food, medicine, chemical industrial products, etc. as raw materials, feeds them together with droplets, crushes them, dehydrates and dries them, and applies that technology to water-based emulsions with a low moisture content. The present invention relates to a pulverization drying method and a pulverization drying apparatus intended to be used for forming a coating film.

パルス燃焼器(パルスエンジン)を用いて種々の原料の脱水や乾燥を行えることは、下記の特許文献1などに示されている。また特許文献2には、溶液やスラリーの状態にある原料をパルス燃焼器の排気管の出口付近に供給することにより、その原料を粉砕し乾燥できることが記載されている。   The following Patent Document 1 shows that various raw materials can be dehydrated and dried using a pulse combustor (pulse engine). Patent Document 2 describes that a raw material in a solution or slurry state is supplied to the vicinity of an outlet of an exhaust pipe of a pulse combustor so that the raw material can be pulverized and dried.

パルス燃焼器は、図1に示すように燃焼室1aと排気管1bとを含むもので、つぎのように機能する。まず燃焼室1aに対して空気(1次空気)および燃料をそれぞれ供給管1c・1dより供給し、起動時にはスパークプラグ(図示省略)により燃焼室1a内の混合気に点火する(爆発燃焼行程)。燃焼によって燃焼ガスは圧力上昇して排気管1bから高速で噴出し、燃焼終了後も慣性の作用で噴出をつづける(膨張・排気行程)。燃焼ガスの噴出によって負圧になった燃焼室1a内に再び空気と燃料とが吸入されるとともに、排気管1b内の高温の燃焼ガスも逆流して燃焼室1a内に入る(吸気・混合行程)。運転の継続によってパルス燃焼器1が温度上昇するとともに燃焼ガスの温度も十分に高くなると、燃焼室1a内において混合気は、逆流する燃焼ガスにより自己着火するようになり、パルス燃焼器1は、スパークプラグ1eを使用しなくとも、毎秒百数十回から数百回だけ爆発を繰り返すいわゆるパルス燃焼を継続するようになる。
そうした燃焼により、パルス燃焼器の出口付近には、高エネルギーの非線形波動をともなうパルス燃焼ジェットが発せられるため、そこに溶液等の状態で原料(被乾燥物)を供給すれば、その原料は当該ジェットの作用により粉砕されるとともに、固液分離を引き起こして短時間に乾燥するのである。
特公平6−33939号公報 特開2006−90571号公報
As shown in FIG. 1, the pulse combustor includes a combustion chamber 1a and an exhaust pipe 1b, and functions as follows. First, air (primary air) and fuel are supplied to the combustion chamber 1a from the supply pipes 1c and 1d, respectively, and at startup, the air-fuel mixture in the combustion chamber 1a is ignited by a spark plug (not shown) (explosion combustion process). . The combustion gas rises in pressure due to combustion and is ejected from the exhaust pipe 1b at a high speed, and continues to be ejected by the inertial action even after the end of combustion (expansion / exhaust stroke). Air and fuel are again sucked into the combustion chamber 1a, which has become negative pressure due to the ejection of the combustion gas, and the high-temperature combustion gas in the exhaust pipe 1b also flows back into the combustion chamber 1a (intake and mixing stroke). ). When the pulse combustor 1 rises in temperature as the operation continues and the temperature of the combustion gas becomes sufficiently high, the air-fuel mixture is self-ignited by the backflowing combustion gas in the combustion chamber 1a, and the pulse combustor 1 Even if the spark plug 1e is not used, so-called pulse combustion that repeats explosion only hundreds to hundreds of times per second is continued.
By such combustion, a pulse combustion jet with a high-energy nonlinear wave is emitted near the exit of the pulse combustor. If a raw material (substance to be dried) is supplied in a solution or the like there, the raw material While being pulverized by the action of the jet, it causes solid-liquid separation and dries in a short time.
Japanese Examined Patent Publication No. 6-33939 JP 2006-90571 A

上記の各特許文献の記載を含め、従来は、溶液等および原料を適切に粉砕・乾燥するためのパルス燃焼ジェットの状態や溶液等の供給態様について、明らかにされてはいなかった。たとえば、燃焼ジェットにどの程度の波動エネルギーを与えれば溶液等を粉砕・乾燥できるのか明らかではなかった。また、原料を短時間で乾燥できることが分かってはいても、パルス燃焼ジェットの温度等との関係で原料がどの程度の熱影響を受け得るのか、不適当な化学変化(熱変性)を起こしてしまう可能性がないのか、といった点は十分把握されているとはいえなかった。   Conventionally, including the description of each of the above patent documents, the state of the pulse combustion jet and the supply mode of the solution and the like for appropriately pulverizing and drying the solution and the raw material have not been clarified. For example, it was not clear how much wave energy was given to the combustion jet to pulverize and dry the solution. In addition, even if it is known that the raw material can be dried in a short period of time, an inappropriate chemical change (thermal denaturation) is caused by how much the raw material can be affected by the temperature of the pulse combustion jet. It could not be said that the point of whether or not there is a possibility of being lost is well understood.

請求項に係る発明は、上記の点を考慮し、パルス燃焼器を用いて原料等を適切に粉砕乾燥等するための方法、およびその方法に使用する装置を提供しようとするものである。   In view of the above points, the claimed invention intends to provide a method for appropriately pulverizing and drying raw materials using a pulse combustor, and an apparatus used for the method.

請求項に係る発明の粉砕乾燥方法は、処理対象である原料(粉砕および乾燥の対象物)を含む液滴を粉砕し当該原料を乾燥させる方法であり、パルス燃焼器によってその出口付近(排気管の出口付近。たとえば、出口である開口端の正面であって当該開口端から10mm程度離れた箇所)に、
周波数が60Hz以上・1000Hz以下、
音圧が140dB以上・180dB以下、
温度が50℃以上・600℃以下
のパルス燃焼ジェット(非線形波動をともなう燃焼排気)を形成し、そのパルス燃焼ジェットの中に上記液滴を供給することを特徴とする。
The pulverization drying method according to the present invention is a method of pulverizing droplets containing a raw material (object to be pulverized and dried) to be processed and drying the raw material, and the vicinity of the outlet (exhaust pipe) by a pulse combustor. In the vicinity of the outlet, for example, in front of the opening end that is the outlet and at a distance of about 10 mm from the opening end)
The frequency is 60Hz or more and 1000Hz or less,
Sound pressure is 140dB or more and 180dB or less,
A pulse combustion jet (combustion exhaust with non-linear wave) having a temperature of 50 ° C. or higher and 600 ° C. or lower is formed, and the droplets are supplied into the pulse combustion jet.

パルス燃焼器では、通常のバーナーと同様に音波に相当する線形波動を発しながら燃焼(非パルス燃焼)させることもできるが、燃料や空気の供給量等を調整することにより、強い衝撃性をもつ非線形波動(パルス衝撃波)を発生させながら燃焼(パルス燃焼)させることが可能である。パルス燃焼にともなう波動は高い音圧をともなうため、この波動によって原料は微細な粒子に分散され、同時に、表面の空気境界層が破壊されたり表面付近の水分がはぎ取られたりすることによって瞬時に乾燥させられる。
発明の粉砕乾燥方法は、パルス燃焼器にパルス燃焼をさせる場合、燃料供給量や空気供給量(燃焼用空気もしくは冷却用空気の量)、原料投入量または原料投入態様を操作すること等により上記のように60〜1000Hz、140〜180dBの波動と50〜600℃の温度をともなうパルス燃焼ジェットを噴射させ、そのジェットの中に液滴を供給するのである。こうしたパルス燃焼ジェットは、高い波動エネルギーを有する一方でその熱エネルギーが比較的小さく低温度である(バーナーのように非パルス燃焼する際には最高温度は700℃を超えるのと対照的である)。そのためこの方法では、原料を含む液滴を適切に粉砕・乾燥させ得るとともに当該原料に与える熱影響が抑制される。したがって、きわめて短時間での乾燥が実現するとともに、原料の温度上昇が少なくて焼けこげや劣化・変質といった熱変性が生じにくい、というメリットがある。
A pulse combustor can be burned (non-pulsed combustion) while emitting a linear wave equivalent to a sound wave in the same way as a normal burner, but it has a strong impact by adjusting the supply amount of fuel and air. It is possible to perform combustion (pulse combustion) while generating non-linear waves (pulse shock waves). Since the wave generated by pulse combustion has a high sound pressure, the raw material is dispersed into fine particles by this wave, and at the same time, the air boundary layer on the surface is destroyed and moisture near the surface is stripped off instantly. Dried.
In the pulverization drying method of the invention, when pulse combustion is performed in the pulse combustor, the fuel supply amount, the air supply amount (the amount of combustion air or cooling air), the raw material input amount, or the raw material input mode is manipulated. In this way, a pulse combustion jet with a wave of 60 to 1000 Hz, a wave of 140 to 180 dB and a temperature of 50 to 600 ° C. is injected, and droplets are supplied into the jet. These pulse combustion jets have high wave energy while their thermal energy is relatively small and low temperature (in contrast to the maximum temperature exceeding 700 ° C when burning non-pulse like a burner) . Therefore, in this method, the droplets containing the raw material can be appropriately pulverized and dried, and the thermal effect on the raw material is suppressed. Therefore, there is an advantage that drying in an extremely short time is realized, and the temperature rise of the raw material is small, so that heat denaturation such as burning, deterioration, and alteration is unlikely to occur.

発明の粉砕乾燥方法についてはとくに、パルス燃焼器によってその出口付近に、
周波数が700Hz以上・800Hz以下、
音圧が140dB以上・160dB以下、
温度が50℃以上・350℃以下
のパルス燃焼ジェットを形成し、そのパルス燃焼ジェットの中に、上記液滴を
直径3mm程度以下(たとえば1〜3mm)
にして供給するのが好ましい。
発明者らは、このような条件のもとで実験を行った結果、液滴が適切に粉砕・乾燥させられることを確認した。燃焼ジェットの温度がかなり低いため、同ジェット中に液滴の滞在する時間をとくに長くするのでなければ、たとえば60℃以下での乾燥微粉末の製造が可能であり、液滴中の原料に焼けこげや劣化・変質等の化学変化が生じることもない。
Especially for the pulverization drying method of the invention, in the vicinity of its outlet by a pulse combustor,
The frequency is 700Hz or more and 800Hz or less,
Sound pressure is 140dB or more and 160dB or less,
A pulse combustion jet having a temperature of 50 ° C. or higher and 350 ° C. or lower is formed, and the droplets are about 3 mm or less in diameter (for example, 1 to 3 mm) in the pulse combustion jet.
It is preferable to supply it as follows.
The inventors conducted experiments under such conditions, and as a result, confirmed that the droplets were appropriately crushed and dried. Since the temperature of the combustion jet is quite low, it is possible to produce a dry fine powder at, for example, 60 ° C. or lower unless the time for which the droplet stays in the jet is particularly long. There are no chemical changes such as burns, deterioration or alteration.

上記液滴の供給箇所は、パルス燃焼器の出口の正面であって、出口からその出口の内径の3倍(望ましくは1.5倍)の距離までの間とするのが有利である。
発明者らの実験によれば、パルス衝撃波を発してパルス燃焼器が燃焼するとき、波動が強くて強い振動渦流をともなう範囲(したがって液滴を粉砕する作用が強い範囲)は、出口径の約3倍までという限定された領域に限られている。そのため、上記のようにパルス燃焼器の出口からその出口径の3倍の距離までの間に液滴を供給するのが、粉砕乾燥を効率滴に行ううえで有利である。
The droplet supply point is advantageously located in front of the outlet of the pulse combustor and between the outlet and a distance of three times (preferably 1.5 times) the inner diameter of the outlet.
According to the experiments by the inventors, when the pulse combustor burns by emitting a pulse shock wave, the range where the vibration is strong and accompanied by a strong oscillating vortex (the range where the action of crushing the droplet is strong) is about the outlet diameter. It is limited to a limited area of up to 3 times. Therefore, supplying droplets from the outlet of the pulse combustor to a distance three times as large as the outlet diameter as described above is advantageous for performing efficient crushing and drying.

上記の粉砕乾燥方法ではとくに、パルス燃焼器の出口を共鳴室(共鳴管)に臨ませるとともに、その共鳴室の内部で上記液滴の供給を行うとよい。
パルス燃焼器の出口を共鳴室に臨ませることにより、共鳴室内にパルス衝撃波の定在波を形成することができる。そうした共鳴室の内部で液滴の供給を行うなら、その液滴は非線形の波動に長時間さらされて分散および乾燥の作用を強く受け、とくに効率的に粉砕・乾燥させられることになる。粒子の周囲に渦流が発生する場合にも、それによる作用はとくに顕著になる。なお、周波数が1000Hz以下であるため、強い波動エネルギーが共鳴室内に長時間存在できるという点でも有利である。
In the above pulverization drying method, in particular, the outlet of the pulse combustor may face the resonance chamber (resonance tube), and the droplets may be supplied inside the resonance chamber.
By making the outlet of the pulse combustor face the resonance chamber, a standing wave of a pulse shock wave can be formed in the resonance chamber. If droplets are supplied inside such a resonance chamber, the droplets are exposed to non-linear waves for a long time to be strongly dispersed and dried, and particularly efficiently crushed and dried. Even when eddy currents are generated around the particles, the effect is particularly remarkable. In addition, since the frequency is 1000 Hz or less, it is advantageous in that strong wave energy can exist in the resonance chamber for a long time.

また、上記液滴の供給は、パルス燃焼器の出口付近を液滴が移動する間に、
a) パルス燃焼ジェットによる衝撃を複数回(好ましくは5回以上)受けるとともに、
b) 上記原料に化学変化(焼けこげや劣化・変質等)が生じないように
行うのがよい。
つまり、上記a)を満たすだけの十分な時間にわたって液滴がパルス燃焼ジェット内にあり、かつ、上記b)を満たすほど短時間内に液滴がパルス燃焼ジェット内から出ていくようにするのである。パルス燃焼ジェット内の液滴の滞在時間を長くするには、液滴の移動速度を小さくするか燃焼ジェットの径(パルス燃焼器の出口の口径)等を大きくする。逆にその滞在時間を短くするには、液滴の移動速度を高めるか燃焼ジェットの径等を小さくする。たとえば、液滴の移動速度が3m/sでパルス燃焼ジェットの直径が30mm、同ジェットの周波数が700Hzなら、液滴は同ジェット内に最大約0.01秒だけ滞在し、その間に同ジェットの衝撃を7回程度受けることとなる。
発明者らの実験では、パルス燃焼ジェットによる衝撃を1回受けただけでは液滴は必ずしも粉砕されるものではない。しかし上記のように複数回にわたってその衝撃を受けるなら、各液滴は高い確率で粉砕・乾燥させられる。上に例示したように液滴が同ジェット内に0.01秒程度滞在してその間に同ジェットの衝撃を7回程度受けるなら、液滴はほとんど確実に粉砕され、効果的に乾燥させられる。同ジェットの温度が50〜350℃であれば、0.01秒程度の滞在時間内に液滴が化学変化を受ける可能性はきわめて低い。
In addition, the supply of the liquid droplets is performed while the liquid droplets move around the exit of the pulse combustor.
a) While being impacted by the pulse combustion jet multiple times (preferably 5 times or more),
b) It is better to prevent chemical changes (burnt, deterioration, alteration, etc.) from occurring in the above raw materials.
In other words, the droplets are in the pulse combustion jet for a sufficient time to satisfy the above a), and the droplets exit from the pulse combustion jet within a short time enough to satisfy the above b). is there. In order to increase the staying time of the droplets in the pulse combustion jet, the moving speed of the droplets is decreased or the diameter of the combustion jet (the diameter of the outlet of the pulse combustor) is increased. Conversely, in order to shorten the staying time, the moving speed of the droplet is increased or the diameter of the combustion jet is decreased. For example, if the droplet movement speed is 3 m / s, the pulse combustion jet diameter is 30 mm, and the jet frequency is 700 Hz, the droplet stays in the jet for up to about 0.01 seconds, while the jet The impact will be received about 7 times.
In the experiments of the inventors, the droplets are not necessarily pulverized only by being struck once by the pulse combustion jet. However, if the impact is applied several times as described above, each droplet is crushed and dried with a high probability. As exemplified above, if the droplet stays in the jet for about 0.01 seconds and receives the impact of the jet for about seven times during that time, the droplet is almost certainly crushed and effectively dried. If the temperature of the jet is 50 to 350 ° C., it is very unlikely that the droplet will undergo a chemical change within a residence time of about 0.01 seconds.

上記の粉砕乾燥方法の応用として、パルス燃焼器の出口(パルス燃焼ジェットの噴射先)を塗膜形成面に向けるとともに、塗膜材料である液滴をパルス燃焼ジェットの中に供給することも好ましい。
そのようにすれば、当該塗膜形成面に有意義な塗膜形成が行えるからである。つまり、上記した粉砕乾燥の作用により、液滴として供給される塗膜材料を、水分を減じるとともに細かく分散させて塗膜形成面に付着させることができ、同面上に好ましいコーティングが行えるのである。樹脂エマルジョンや樹脂ディスパージョン等の塗膜材料は、溶液の保存性の点から固形分量が20〜30%であるため、ブレードコーター等を用いてコーティングを行う場合、十分な厚みの皮膜を形成するためには、毎回乾燥させながら2〜3回の塗り重ねを行う必要がある。しかし上記の方法によれば、厚めのコーティングが可能な固形分濃度にまで塗膜材料の水分量が瞬間的に低下させられたうえ塗布されるので、1回(または少数回)の吹付けコーティングにて目的の皮膜厚さを得ることが可能になる。水分量を低下させたうえで塗膜を形成するので、その後の乾燥もきわめて短時間で行える。塗膜材料における水分量の低下は、上記のように瞬間的に、しかも低温度で行われるため、同材料が変質等するおそれはきわめて低い。また、上の方法によると同材料の液滴が細かく分散されることから、均質で美しい塗膜が形成されるという効果もある。
As an application of the above-mentioned pulverization drying method, it is also preferable that the outlet of the pulse combustor (the injection destination of the pulse combustion jet) is directed to the coating film forming surface and the droplets that are the coating material are supplied into the pulse combustion jet. .
This is because meaningful coating can be formed on the coating surface. In other words, the above-described pulverization and drying action allows the coating material supplied as droplets to be reduced in moisture and finely dispersed to adhere to the coating film forming surface, and preferable coating can be performed on the same surface. . Coating film materials such as resin emulsions and resin dispersions have a solid content of 20 to 30% from the viewpoint of the storage stability of the solution. Therefore, when coating is performed using a blade coater or the like, a sufficiently thick film is formed. In order to achieve this, it is necessary to perform coating 2-3 times while drying each time. However, according to the above method, since the water content of the coating material is instantaneously reduced to a solid content concentration capable of thick coating, the coating material is applied once. It becomes possible to obtain the desired film thickness. Since the coating film is formed after the water content is reduced, the subsequent drying can be performed in a very short time. Since the reduction of the moisture content in the coating material is performed instantaneously and at a low temperature as described above, there is very little possibility that the material will be altered. Further, according to the above method, since the droplets of the same material are finely dispersed, there is an effect that a uniform and beautiful coating film is formed.

パルス燃焼ジェットの周囲には、不活性ガスを供給するとさらに好ましい。
パルス燃焼器には、燃焼器自体を冷却し温度コントロールすること、および乾燥により原料から分離された水分を系外に運び出すこと等を目的として、燃焼ガス中または燃焼ガスの回りに空気(二次空気)を吹き付けることがある。そうした二次空気に代えて不活性ガスを供給するのである。そうすれば、不活性ガスの作用によって、パルス燃焼ジェット内での原料の化学変化がさらに抑制されることとなる。
More preferably, an inert gas is supplied around the pulse combustion jet.
The pulse combustor has air (secondary) in or around the combustion gas for the purpose of cooling and controlling the temperature of the combustor itself and transporting water separated from the raw material by drying. Air). Instead of such secondary air, an inert gas is supplied. If it does so, the chemical change of the raw material in a pulse combustion jet will be further suppressed by the effect | action of an inert gas.

パルス燃焼器の燃料として、水素を供給するのがとくに好ましい。
燃料が水素である場合、燃焼によって水が発生するのみであることから、まず環境保護の観点で好ましい。また、原料との間に不適切な反応を起こしにくいことも、原料の化学変化を抑制するうえで好ましいといえる。
It is particularly preferable to supply hydrogen as the fuel for the pulse combustor.
When the fuel is hydrogen, it is preferable from the viewpoint of environmental protection because water is only generated by combustion. In addition, it is preferable to prevent an inappropriate reaction with the raw material from suppressing chemical changes in the raw material.

処理対象の原料を含む上記の液滴として有機溶剤を供給するのも好ましい。有機溶剤としては、低沸点のメタノール、エタノール、アセトン、酢酸エチル等のほか、高沸点のDSMO(ジメチルスルホキシド)、DMF(ジメチルホルムアミド)、トルエン等を取り扱うことができる。とくに、液滴として供給する有機溶剤は、パルス燃焼ジェットによって、燃焼させることなく粉砕し蒸発させるのがよい。
有機溶剤の液滴を供給するとき、パルス燃焼器にバーナーのような非パルス燃焼をさせるとすれば高温の火炎によって溶剤が燃焼してしまうが、同燃焼器によって上述のようなパルス燃焼ジェットを形成している際には、その液滴を燃焼させずに粉砕し蒸発させることができる。そうすれば、液滴中の有機溶剤を回収することが可能になるほか、液滴中の原料に与える熱影響を抑制し、それが焼けこげたり劣化・変質等することを避けることもできる。
したがって、パルス燃焼器の出口を塗膜形成面に向け、パルス燃焼ジェット(たとえば周波数700〜800Hz、音圧140〜160dB、温度50〜350℃)の中に有機溶剤とともに塗膜材料を含む液滴を供給することとすれば、塗膜材料を、溶剤分を減じるとともに細かく分散させて塗膜形成面に付着させることが可能になる。1回または少数回の吹付けによって十分な厚みのある皮膜を形成することができ、均質で美しい塗膜の形成が可能なので、布、紙、金属等の面上に好ましいコーティングが行える。
It is also preferable to supply the organic solvent as the droplets containing the raw material to be treated. Examples of the organic solvent include low boiling point methanol, ethanol, acetone, ethyl acetate, and high boiling point DSMO (dimethyl sulfoxide), DMF (dimethylformamide), toluene, and the like. In particular, the organic solvent supplied as droplets is preferably pulverized and evaporated without being burned by a pulse combustion jet.
When supplying organic solvent droplets, if the pulse combustor is non-pulsed, such as a burner, the solvent will be burned by a high-temperature flame. When forming, the droplets can be crushed and evaporated without burning. By doing so, it is possible to recover the organic solvent in the droplets, and to suppress the thermal effect on the raw material in the droplets, thereby avoiding burning, deterioration, or alteration.
Accordingly, the droplet containing the coating material together with the organic solvent in a pulse combustion jet (for example, frequency 700 to 800 Hz, sound pressure 140 to 160 dB, temperature 50 to 350 ° C.) with the outlet of the pulse combustor directed to the coating surface. If the coating material is supplied, it is possible to reduce the solvent content and finely disperse the coating material to adhere to the coating surface. A coating having a sufficient thickness can be formed by spraying once or a small number of times, and a uniform and beautiful coating can be formed. Therefore, a preferable coating can be formed on a surface of cloth, paper, metal or the like.

上記によって有機溶剤を蒸発させるとき、蒸発した有機溶剤を吸着材(活性炭等)に吸着させ、その後その吸着材を加熱することにより、有機溶剤を吸着材から分離し回収することとするのも好ましい。
蒸発した有機溶剤は燃焼による化学変化を生じていないので、そのまま活性炭等の吸着材に吸着させて集めることができる。吸着ずみの吸着材をその後に加熱すれば、その有機溶剤が分離されて取り出されるので、回収して再利用に供することが可能である。このようにすれば、有機溶剤の消費量と大気中への放出量を削減できることとなる。
When evaporating the organic solvent by the above, it is also preferable to separate the organic solvent from the adsorbent and collect it by adsorbing the evaporated organic solvent to the adsorbent (activated carbon or the like) and then heating the adsorbent. .
Since the evaporated organic solvent does not cause a chemical change due to combustion, it can be collected as it is adsorbed on an adsorbent such as activated carbon. If the adsorbed adsorbent is heated thereafter, the organic solvent is separated and taken out, and can be recovered and reused. In this way, the consumption amount of organic solvent and the release amount to the atmosphere can be reduced.

請求項に係る粉砕乾燥装置は、パルス燃焼器と液滴の供給器とを有し、上記いずれかの粉砕乾燥方法を実施できるよう構成されたことを特徴とするものである。
こうした粉砕乾燥装置なら、上記の粉砕乾燥方法を実施してそれぞれ好ましい作用効果をもたらすことが可能である。
The pulverization / drying apparatus according to the claims has a pulse combustor and a droplet feeder, and is configured to perform any one of the pulverization / drying methods.
With such a pulverizing and drying apparatus, it is possible to implement the above pulverizing and drying methods to bring about preferable effects.

発明の実施の形態を示すもので、パルス燃焼器1と原料投入口2とを含む粉砕乾燥装置10の主要部を示す概念図である。1, showing an embodiment of the present invention, is a conceptual diagram showing a main part of a crushing and drying apparatus 10 including a pulse combustor 1 and a raw material charging port 2. FIG. パルス燃焼器1を含む乾燥塔11と他の関連機器とによって構成した粉砕乾燥装置10の全体概要図である。1 is an overall schematic diagram of a crushing and drying apparatus 10 constituted by a drying tower 11 including a pulse combustor 1 and other related equipment. ウェブ状基材のコーティング装置20を示す概略の縦断面図である。It is a schematic longitudinal cross-sectional view which shows the coating apparatus 20 of a web-like base material. 粉砕し蒸発させた有機溶剤を回収するための装置を示す系統図である。It is a systematic diagram which shows the apparatus for collect | recovering the organic solvent grind | pulverized and evaporated. 実験で用いたパルス燃焼器と計測機器とを示す概念図である。It is a conceptual diagram which shows the pulse combustor and measuring instrument which were used in experiment. パルス燃焼器におけるパルス燃焼時(図6(a))と非パルス燃焼時(図6(b))とについて、ジェットの圧力のスペクトルを測定した結果を示す図である。It is a figure which shows the result of having measured the spectrum of the pressure of a jet about the time of pulse combustion (FIG. 6 (a)) and the time of non-pulse combustion (FIG. 6 (b)) in a pulse combustor. パルス燃焼器のノズル出口の位置で、動径(直径)方向に沿った各点で測定した圧力(図7(a))と温度(図7(b))の変化の様子を示す図である。It is a figure which shows the mode of the change of the pressure (FIG. 7 (a)) and temperature (FIG. 7 (b)) measured at each point along a moving radius (diameter) direction in the position of the nozzle exit of a pulse combustor. . パルス燃焼器のノズル出口の中心軸に沿った位置で測定した圧力(図8(a))と温度(図8(b))の測定結果を示す図であるIt is a figure which shows the measurement result of the pressure (FIG. 8 (a)) and temperature (FIG. 8 (b)) measured in the position along the center axis | shaft of the nozzle exit of a pulse combustor. 図9(1)〜(6)は、パルス燃焼ジェット中に液滴を自由落下させた時の液滴の振舞いを撮影した画像を示すシリーズ写真である。9 (1) to (6) are series photographs showing images obtained by photographing the behavior of a droplet when the droplet is freely dropped in a pulse combustion jet. 図10(1)〜(4)は、パルス燃焼ジェット中に液滴(エタノール)を供給した時の液滴の振舞いを撮影した画像を示すシリーズ写真である。FIGS. 10 (1) to 10 (4) are series photographs showing images obtained by photographing the behavior of droplets when droplets (ethanol) are supplied into a pulse combustion jet.

符号の説明Explanation of symbols

1 パルス燃焼器
1a 燃焼室
1b 排気管
2 原料投入管(液滴供給器)
10 粉砕乾燥装置
20 コーティング装置
1 Pulse Combustor 1a Combustion Chamber 1b Exhaust Pipe 2 Raw Material Input Pipe (Droplet Feeder)
10 Crushing and drying equipment 20 Coating equipment

発明の実施の形態に関して図1〜図10を示す。図1は、パルス燃焼器1と原料投入管2とを含む粉砕乾燥装置10につき主要部を示す概念図、図2は、パルス燃焼器1を含む乾燥塔(粉砕乾燥室)11と他の関連機器とによって構成した粉砕乾燥装置10の全体概要図である。図3は、ウェブ状基材に対するコーティング装置20を示す概略の縦断面図で、図4は、粉砕し蒸発させた有機溶剤を回収するための装置を示す系統図である。また図5〜図10は、後述する実験に使用した機器および実験結果について示す図である。   1 to 10 show an embodiment of the invention. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a main part of a pulverizing and drying apparatus 10 including a pulse combustor 1 and a raw material charging pipe 2. FIG. 2 is a drying tower (pulverizing and drying chamber) 11 including a pulse combustor 1 and other related matters. 1 is an overall schematic diagram of a pulverization / drying apparatus 10 constituted by devices. FIG. 3 is a schematic longitudinal sectional view showing a coating apparatus 20 for a web-like substrate, and FIG. 4 is a system diagram showing an apparatus for recovering an organic solvent pulverized and evaporated. 5-10 is a figure shown about the apparatus and experiment result which were used for the experiment mentioned later.

粉砕乾燥装置10は、その全体を図2のように構成したものである。乾燥塔11は、内部に設けたパルス燃焼器1とそれに接続して設けた粉砕乾燥室13とから構成している。パルス燃焼器1と粉砕乾燥室13との接続は図1のとおりであって、パルス燃焼器1の燃焼室1aにつづく排気管1bの出口部分に粉砕乾燥室13の隔壁を連結している。排気管1bの出口につづくすぐ下流側に原料の投入管(液滴供給器)2を設け、スラリー状または溶液状の原料をこれより粉砕乾燥室13内に供給することとしている。図2のように粉砕乾燥室13はその下部のホッパーをバグフィルター15に接続したうえ、排気をブロワ16にて吸引・排出している。上記の原料は、ポンプ14によって送り出し、投入口2から粉砕乾燥室13内に液滴として供給する。パルス燃焼器1の作用でその液滴を粉砕・乾燥して生成する粉体粒子は、粉砕乾燥室13の下部に落下し、バグフィルター15で捕集されたうえ回収容器15a内に回収される。   The pulverizing / drying apparatus 10 is configured as shown in FIG. The drying tower 11 includes a pulse combustor 1 provided inside and a pulverization drying chamber 13 provided in connection therewith. The connection between the pulse combustor 1 and the pulverization / drying chamber 13 is as shown in FIG. 1, and the partition wall of the pulverization / drying chamber 13 is connected to the outlet portion of the exhaust pipe 1 b connected to the combustion chamber 1 a of the pulse combustor 1. A raw material input pipe (droplet feeder) 2 is provided immediately downstream from the outlet of the exhaust pipe 1b, and a slurry or solution raw material is supplied into the pulverization drying chamber 13 from this. As shown in FIG. 2, the pulverization / drying chamber 13 is connected to the bag filter 15 at the lower hopper, and the exhaust is sucked and discharged by the blower 16. The above raw materials are sent out by the pump 14 and supplied as droplets from the charging port 2 into the pulverizing and drying chamber 13. The powder particles generated by pulverizing and drying the droplets by the action of the pulse combustor 1 fall to the lower part of the pulverization / drying chamber 13, and are collected by the bag filter 15 and then collected in the collection container 15a. .

パルス燃焼器(パルスエンジン)1は図1のように構成しており、パルス燃焼を起こさせるために空気(1次空気)の供給管1cと燃料の供給管1dをそれぞれ外部から接続している。燃料としては、都市ガス・プロパン・プロピレン・水素等の気体燃料、または灯油・軽油・重油等の液体燃料を使用できる。またパルス燃焼器1では、2次空気の供給管1fを排気管1bの周囲に接続している。2次空気は、パルス燃焼器1を冷却して、粉砕乾燥室13の温度をコントロールをすることと、乾燥によって原料から分離された水分を系外に運び出すこととを目的として供給する。2次空気とともに、または2次空気に代えて、窒素やアルゴン等の不活性ガスを供給することもできる。   A pulse combustor (pulse engine) 1 is configured as shown in FIG. 1, and an air (primary air) supply pipe 1c and a fuel supply pipe 1d are connected from the outside in order to cause pulse combustion. . As the fuel, gas fuel such as city gas, propane, propylene, and hydrogen, or liquid fuel such as kerosene, light oil, and heavy oil can be used. In the pulse combustor 1, a secondary air supply pipe 1f is connected around the exhaust pipe 1b. The secondary air is supplied for the purpose of cooling the pulse combustor 1 to control the temperature of the pulverizing and drying chamber 13 and carrying out moisture separated from the raw material by drying. An inert gas such as nitrogen or argon can be supplied together with the secondary air or instead of the secondary air.

また図1のパルス燃焼器1では、空気(1次空気)の供給管1c、燃料の供給管1d、2次空気の供給管1fおよび原料投入管2について、それぞれ供給量の調節機器(流量調整弁など。図示省略)を設けている。原料投入管2については、原料の投入態様すなわち液滴の大きさや供給速度等を変更できるようにもしている。それぞれの供給量または原料投入態様を手動または制御機器にて調節すると、各調節機器はいわばガス調整手段として機能し、原料投入管2の付近における排気ガスの粒子レイノルズ数や温度、投入原料の一次粒子径を適宜変更することができる。これらの調節機器のいずれかを操作して上記ガスの粒子レイノルズ数を変更すれば、粉砕乾燥室13内のパルス燃焼ジェットについて波動エネルギー(周波数・音圧)や熱エネルギー(温度)等を適宜に変更することができる。また、そうした波動の周波数と粉砕乾燥室13の寸法等との関係によっては、同室13内に定在波を生成することが可能である。
パルス燃焼器1における燃焼室1aの脇(排気管1bに至る部分)には、波動検知のために圧力センサー(たとえば半導体圧力センサー)3をさらに取り付けている。
Further, in the pulse combustor 1 of FIG. 1, supply amount adjusting devices (flow rate adjustments) for an air (primary air) supply pipe 1 c, a fuel supply pipe 1 d, a secondary air supply pipe 1 f and a raw material input pipe 2. Valves, etc. (not shown). For the raw material input tube 2, the raw material input mode, that is, the droplet size, the supply speed, and the like can be changed. When each supply amount or raw material charging mode is adjusted manually or with a control device, each adjusting device functions as a gas adjusting means, and the particle Reynolds number and temperature of exhaust gas in the vicinity of the raw material input pipe 2 and the primary of the input raw material. The particle diameter can be changed as appropriate. If any of these control devices is operated to change the particle Reynolds number of the gas, wave energy (frequency / sound pressure), thermal energy (temperature), etc. are appropriately set for the pulse combustion jet in the crushing and drying chamber 13. Can be changed. Further, a standing wave can be generated in the chamber 13 depending on the relationship between the frequency of the wave and the dimensions of the crushing and drying chamber 13.
A pressure sensor (for example, a semiconductor pressure sensor) 3 is further attached to the side of the combustion chamber 1a in the pulse combustor 1 (a portion reaching the exhaust pipe 1b) for wave detection.

図1・図2に示す粉砕乾燥装置10では、上記の調節機器を適宜に設定することによって粉砕乾燥室13内に衝撃性の強い非線形波動(パルス衝撃波)を発生させ定在させる。そのような非線形波動をともなうパルス燃焼ジェット中に、上記の投入管2によって原料の液滴(食品や薬品、化学工業製品等を原料として含む液滴)を投入すると、衝撃作用により1/100秒程度以下の短い時間内に当該原料を効果的に粉砕し乾燥させることができる。衝撃作用にて液滴が微小化するとともに、非線形波動の定在波の流れ場に取り込まれた液滴の周囲に渦流が発生して液滴回りの水分を蒸気として取り去るからである。粉砕乾燥室13ではパルス燃焼器1の発生熱により室内温度がたとえば60℃程度に上昇しており、また前記した2次空気が水分を系外に運び出すため、粒子の脱水乾燥がさらに促進される。   In the pulverizing / drying apparatus 10 shown in FIGS. 1 and 2, a nonlinear wave (pulse shock wave) having a strong impact is generated in the pulverizing / drying chamber 13 by appropriately setting the above-described adjusting device and is made to remain. When raw material droplets (droplets containing foods, chemicals, chemical industrial products, etc. as raw materials) are introduced into the pulse combustion jet with such non-linear waves by the above-mentioned injection tube 2, 1/100 second is produced by impact action. The raw material can be effectively pulverized and dried within a short period of time. This is because the droplets are miniaturized by the impact action, and eddy currents are generated around the droplets taken into the standing wave flow field of the nonlinear wave to remove moisture around the droplets as vapor. In the pulverization / drying chamber 13, the room temperature rises to, for example, about 60 ° C. due to the heat generated by the pulse combustor 1, and the secondary air transports moisture out of the system, thereby further promoting dehydration drying of the particles. .

図3は、上記のような粉砕乾燥の原理を応用したウェブ状基材(布・紙・金属帯など)のコーティング装置20を示す概略図である。巻出機21と巻取機22、およびそれらの間に配置された複数のローラ23によってウェブ状基材xを延べ広げ、そうした基材xの表面に出口を向けた状態でパルス燃焼器1を取り付けている。そして、塗膜材料とする樹脂エマルジョンまたは樹脂ディスパージョンを、供給手段2aとそれに続く投入管2とによって、当該燃焼器1の出口付近に液滴で供給できるようにしている。また、投入管2と巻取機22との間には、基材xを最終的に乾燥させるための加熱式乾燥機24を配置している。   FIG. 3 is a schematic view showing a coating apparatus 20 for a web-like substrate (cloth, paper, metal band, etc.) applying the principle of pulverization and drying as described above. The web-shaped substrate x is spread and spread by the unwinder 21 and the winder 22 and a plurality of rollers 23 arranged therebetween, and the pulse combustor 1 is used with the outlet facing the surface of the substrate x. It is attached. The resin emulsion or resin dispersion as a coating material can be supplied as droplets in the vicinity of the outlet of the combustor 1 by the supply means 2a and the input pipe 2 subsequent thereto. Further, a heating type dryer 24 for finally drying the base material x is disposed between the charging tube 2 and the winder 22.

パルス燃焼器1を運転してパルス燃焼させながら投入管2より塗膜材料の液滴を供給すると、当該液滴は、非線形波動をともなうパルス燃焼ジェットの作用で水分量が瞬間的に低下させられ、固形分濃度が高い状態で基材xの表面上に厚目に付着する。供給手段2aおよび投入管2における塗膜材料の固形分濃度は通常20〜30%であるが、燃焼ジェットで水分量を低下させると固形分濃度が70〜90%のゲル状のものとなる。そのため、基材xがたとえば金属のように浸透性のないものであって、塗膜材料が水系のものであっても、必要な塗膜厚さがその基材xの表面上に1回(または少数回)で形成される。塗膜材料の水分量が低下させられるので、各回の塗布後の乾燥時間もきわめて短縮される。コーティング装置20によると、基材x上にこうして効率的にコーティングが行えることとなる。   When the pulse combustor 1 is operated to supply the droplets of the coating material from the charging tube 2 while performing pulse combustion, the water content of the droplets is instantaneously reduced by the action of the pulse combustion jet accompanied by nonlinear waves. , It adheres thickly on the surface of the substrate x in a state where the solid content concentration is high. The solid content concentration of the coating material in the supply means 2a and the charging pipe 2 is usually 20 to 30%, but when the water content is reduced by a combustion jet, the solid content concentration becomes a gel-like material having a solid content concentration of 70 to 90%. Therefore, even if the base material x is not permeable like metal, for example, and the coating material is water-based, the required coating thickness is once on the surface of the base material x ( Or a few times). Since the moisture content of the coating material is reduced, the drying time after each application is also greatly reduced. According to the coating apparatus 20, the substrate x can be efficiently coated in this way.

図3に示すコーティング装置20を使用して、有機溶剤とともに塗膜材料を基材xにコーティングすることも可能である。すなわち、パルス燃焼器1においてパルス燃焼させながら、投入管2より塗膜材料(有機溶剤に溶けたもの)の液滴を燃焼器1の出口付近に供給すると、パルス燃焼ジェットの作用で液滴中の有機溶剤が燃えずに瞬間的に粉砕・蒸発し、それによって固形分濃度の高くなった塗膜材料が厚めに基材xの表面上に付着する。こうすることによっても、基材x上に好ましいコーティングが実施できる。   It is also possible to coat the base material x with the organic solvent using the coating apparatus 20 shown in FIG. That is, when pulse droplets of the coating material (dissolved in an organic solvent) are supplied from the charging tube 2 to the vicinity of the outlet of the combustor 1 while being pulse-combusted in the pulse combustor 1, The organic solvent is pulverized and evaporated instantaneously without burning, whereby the coating material having a high solid content is deposited on the surface of the base material x thickly. By doing so, a preferable coating can be performed on the substrate x.

有機溶剤の液滴をパルス燃焼ジェット中に供給する場合、図4のような構成の回収装置によって当該溶剤を回収することが可能である。図4の装置は、粉砕乾燥装置(図1・図2の符号10)からの排ガス管31に活性炭内蔵の吸着器32A・32Bを並列に接続したものである。各吸着器32A・32Bの出口はそれぞれ空気排出管33に接続し、それによって清浄空気を大気中に排出する。また、各吸着器32A・32Bにはヒーターを付設するとともに入り口側に給水器34を接続し、出口側には回収管35を接続したうえ、コンデンサ36・セパレータ37によって溶剤を回収し、または電気炉38によって溶剤を処理するようにしている。吸着器32A・32Bの前後に配置したバルブを適切に開閉することにより、一方の吸着器32では、粉砕乾燥装置からの排ガス中に含まれる有機溶剤を活性炭に吸着させ、他方の吸着器32では、活性炭を加熱するとともに給水することにより、吸着ずみの有機溶剤を分離し回収する。そして2台の吸着器32を交互に切り替えて使用することにより、溶剤の吸着と回収とを連続して同時に行えるのである。   When supplying a droplet of an organic solvent into a pulse combustion jet, the solvent can be recovered by a recovery device configured as shown in FIG. The apparatus of FIG. 4 is one in which adsorbers 32A and 32B with built-in activated carbon are connected in parallel to an exhaust gas pipe 31 from a crushing and drying apparatus (reference numeral 10 in FIGS. 1 and 2). The outlets of the adsorbers 32A and 32B are respectively connected to the air exhaust pipe 33, thereby exhausting clean air into the atmosphere. Each adsorber 32A / 32B is provided with a heater, and a water supply 34 is connected to the inlet side, a recovery pipe 35 is connected to the outlet side, and the solvent is recovered by a capacitor 36 / separator 37, or an electric The furnace 38 is adapted to treat the solvent. By properly opening and closing the valves disposed before and after the adsorbers 32A and 32B, one adsorber 32 adsorbs the organic solvent contained in the exhaust gas from the pulverization drying device to the activated carbon, and the other adsorber 32 The activated organic solvent is heated and supplied with water to separate and recover the adsorbed organic solvent. Then, by alternately switching and using the two adsorbers 32, the adsorption and recovery of the solvent can be performed simultaneously and continuously.

発明者らは、パルス衝撃波による粉砕乾燥の技術を確立するため、パルス燃焼器の出口付近での液滴の挙動等について実験を行い、種々の計測・観察を行った。その要領および結果を以下に示す。   The inventors conducted experiments on the behavior of droplets near the outlet of the pulse combustor in order to establish a technique for pulverization and drying using pulse shock waves, and performed various measurements and observations. The procedure and results are shown below.

<実験装置及び方法>
実験で用いたパルス燃焼器は、図5に示すようにヘルムホルツ共鳴器の形状を有し、燃焼器の容積は3.25×10-5 m3、テールパイプ(ノズル。排気管)の出口での直径は29mmである。
本実験では、表1に示すパラメータでパルス燃焼させ、ノズル出口の下流で噴射ジェットの動径方向および軸方向における圧力と温度の変化を測定した。測定時には、本パルス燃焼器が最も安定燃焼する理論空気量にて固定(空気比:1.2)し、燃焼量を変化させることにより燃焼ガス渦流ジェットを発生させた。
次に、図5のように、この振動する燃焼ガス・ジェット中に直径2〜3mmの液滴を自由落下させて液滴が振動ガス・ジェット中で崩壊する様子を高速度ビデオ・カメラとシャドゥグラフ光学装置によって可視化して詳細に調べた。高速度ビデオ・カメラによる撮影は5,000コマ/秒で行なった。圧力測定は半導体圧力センサーを、温度測定は熱電対を用いて行なった。また、振動するジェットの圧力変動のスペクトルをFFT周波数解析器によって得た。液滴としてはつぎのものをそれぞれ使用した。1)水、2)水+砂糖+クリーミーパウダー、3)水+塩+樹脂粉(粒経300μ)+PEペレット(直径1mm、長さ3mm)、4)水+塩+PVP(粘度性溶液)+樹脂粉(粒経300μ、500μ)+PEペレット(直径1mm、長さ3mm)、5)ポリマー溶液、6)ロウソク液。
<Experimental apparatus and method>
The pulse combustor used in the experiment has the shape of a Helmholtz resonator as shown in FIG. 5. The combustor has a volume of 3.25 × 10 -5 m 3 and a diameter at the exit of the tail pipe (nozzle, exhaust pipe). Is 29mm.
In this experiment, pulse combustion was performed with the parameters shown in Table 1, and changes in pressure and temperature in the radial direction and axial direction of the jet jet were measured downstream of the nozzle outlet. At the time of measurement, this pulse combustor was fixed at the theoretical amount of air with which the most stable combustion was performed (air ratio: 1.2), and a combustion gas vortex jet was generated by changing the amount of combustion.
Next, as shown in FIG. 5, a high-speed video camera and a shadow are used to let a droplet having a diameter of 2 to 3 mm freely fall into this oscillating combustion gas jet and the droplet collapse in the oscillating gas jet. It was visualized by a graph optical device and examined in detail. Shooting with a high-speed video camera was performed at 5,000 frames / second. The pressure was measured using a semiconductor pressure sensor, and the temperature was measured using a thermocouple. The spectrum of pressure fluctuation of the vibrating jet was obtained by FFT frequency analyzer. The following liquid droplets were used. 1) water, 2) water + sugar + creamy powder, 3) water + salt + resin powder (particle size 300μ) + PE pellet (diameter 1 mm, length 3 mm), 4) water + salt + PVP (viscous solution) + resin Powder (particle size 300μ, 500μ) + PE pellet (diameter 1mm, length 3mm), 5) polymer solution, 6) candle solution.

<実験結果と考察>
1) 圧力・温度測定
燃焼ガス・ジェットの基本的な特性を調べるために、パルス燃焼時と非パルス燃焼(バーナー燃焼)時のジェットの圧力のスペクトルを測定した。得られたスペクトルの一例を図6に示す。図6(a)はパルス燃焼時のスペクトルを、図6(b)は非パルス燃焼(バーナー燃焼)時のスペクトルを示している。
図6(a)から、パルス燃焼ジェットは約700Hzの周波数で激しく振動していることが判る。
<Experimental results and discussion>
1) Pressure and temperature measurement
In order to investigate the basic characteristics of the combustion gas jet, we measured the jet pressure spectrum during pulse combustion and non-pulse combustion (burner combustion). An example of the obtained spectrum is shown in FIG. FIG. 6A shows a spectrum during pulse combustion, and FIG. 6B shows a spectrum during non-pulse combustion (burner combustion).
FIG. 6 (a) shows that the pulse combustion jet vibrates violently at a frequency of about 700 Hz.

2) 圧力・温度測定(動径方向)
パルス燃焼器のノズル出口の下流10mmと60mmの位置で動径(直径)方向に測定された圧力(音圧)と温度の変化の様子を図7(a)および同(b)に示す。「LPG-0.15」はパルス燃焼している場合を示しており、「LPG-0.11」はバーナー燃焼(非パルス燃焼)している場合を示す。括弧に入れて表示した(10)、(60)はそれぞれノズル出口からの距離を表している。
これらの図より、パルス燃焼時(LPG-0.15)には、バーナー燃焼時(LPG-0.11)に比べて、ジェットの中心軸付近での平均圧力は約25dB高く、平均温度は逆に約800℃低くなっていることが判る。
2) Pressure and temperature measurement (radial direction)
FIGS. 7A and 7B show changes in pressure (sound pressure) and temperature measured in the radial direction (diameter) direction at positions 10 mm and 60 mm downstream of the nozzle outlet of the pulse combustor. “LPG-0.15” indicates the case of pulse combustion, and “LPG-0.11” indicates the case of burner combustion (non-pulse combustion). (10) and (60) indicated in parentheses indicate the distance from the nozzle outlet.
From these figures, during pulse combustion (LPG-0.15), compared to burner combustion (LPG-0.11), the average pressure near the central axis of the jet is about 25 dB higher, and the average temperature is about 800 ° C. It turns out that it is low.

3) 圧力・温度測定(軸方向)
パルス燃焼器のノズルの中心軸方向で測定された圧力と温度の測定結果を図8(a)・(b)に示す。これらの図で、横軸のXはノズル出口からの距離を、Dはノズル出口でのノズルの内径(29mm)を示している。また、濃い色のプロットはパルス燃焼時(LPG-0.15)、薄い色のプロットはバーナー燃焼時(LPG-0.11)の圧力と温度を示している。
これらの図からも、軸上の同一位置における平均圧力はパルス燃焼時の方がバーナー燃焼時より約25dB高く、平均温度は逆にパルス燃焼時の方がバーナー燃焼時より約800℃低くなっていることが判る。なお、図8(a)・(b)より、パルス燃焼時(LPG-0.15)では、温度が、燃焼器出口より45mm(X/D = 1.5)付近から下流で変化の割合が鈍化していることから、燃焼器出口部からこの距離までの範囲で強い振動渦流が発生していることが分かる。
3) Pressure / temperature measurement (axial direction)
The measurement results of the pressure and temperature measured in the direction of the central axis of the nozzle of the pulse combustor are shown in FIGS. 8 (a) and 8 (b). In these drawings, X on the horizontal axis indicates the distance from the nozzle outlet, and D indicates the inner diameter (29 mm) of the nozzle at the nozzle outlet. The dark plot shows the pressure and temperature during pulse combustion (LPG-0.15), and the light plot shows the pressure and temperature during burner combustion (LPG-0.11).
From these figures, the average pressure at the same position on the shaft is about 25 dB higher in pulse combustion than in burner combustion, and the average temperature is about 800 ° C lower in pulse combustion than in burner combustion. I know that. 8 (a) and 8 (b), during pulse combustion (LPG-0.15), the rate of change in the temperature is slowed down from around 45mm (X / D = 1.5) downstream from the combustor outlet. From this, it can be seen that a strong oscillating vortex flow is generated in the range from the combustor outlet to this distance.

4) 可視化画像
パルス燃焼ガス・ジェットとバーナー燃焼ガス・ジェットに向かって直径2〜3mmの液滴を自由落下させた時の液滴の振舞いを5,000コマ/秒で撮影された画像を解析して調べた。
バーナー燃焼時には、直径が1cmオーダーの大きな乱流渦がジェット中の至る所にあり、ジェットと共に下流へ移動しているのが観察されたが、パルス燃焼時には直径1mmオーダーの小さな乱流渦がジェット中の至る所に分布し、脈動するジェットと共に下流へ移動するのが見られた。
バーナー燃焼ジェットへ液滴を落下させたとき、液滴はその表面から徐々に蒸発し、劇的に変形することなくジェットを通過しジェットの下側に現れるが、パルス燃焼ジェットでは、直径2〜3mmの液滴はジェット中で完全に破壊されることが観察された。
パルス燃焼脈動ガス・ジェット中で直径約2mmの液滴(水滴)が破壊される様子を図9(1)〜(6)のシリーズ写真で示す。時間は番号順に経過し、それぞれの画像間の時間間隔は約4msである。これらの写真で、(1)の瞬間に球形の液滴(写真中央部上方の黒い点)がパルス・ジェットの境界を通過している。(2)、(3)の瞬間では、パルス燃焼ジェット中を衝撃波の後から下流へ移動するコンタクト・サーフェイスとの衝撃により、元の液滴はシート状に変形され、(4)〜(6)の瞬間では、持続するコンタクト・サーフェイスとの衝撃により霧状になり、その後、100〜300℃のガス・ジェット中で完全に蒸発することが観察された。この画像から、水滴は20 msec(十数回の衝撃)の短時間で崩壊されていることが分かる。また、振動渦流の密度差や水滴径を変動させることにより、崩壊後の水滴径が変動する現象が観察された。
直径1mm・長さ3mmというやや大きめのPEペレットを含む液滴や、PVP(粘度性溶液)を水に加えた液滴をパルス燃焼ジェット中に滴下させた実験では、微細化されて後方(下流側)へ飛ばされる水分と、より手前の位置に落下するPEパレットまたは粘度性物質とに分離される現象が観察された。
4) Visualized image
We analyzed the behavior of the droplet when a droplet with a diameter of 2 to 3 mm was freely dropped toward the pulse combustion gas jet and the burner combustion gas jet by analyzing images taken at 5,000 frames / second.
During burner combustion, large turbulent vortices with a diameter of the order of 1 cm were observed throughout the jet and were moving downstream with the jet. It was distributed everywhere and moved downstream with a pulsating jet.
When a droplet is dropped onto a burner combustion jet, the droplet gradually evaporates from its surface and passes through the jet without dramatic deformation and appears below the jet, but with a pulse combustion jet, It was observed that 3 mm droplets were completely broken in the jet.
9 (1) to (6) show the state in which a droplet (water droplet) having a diameter of about 2 mm is destroyed in a pulse combustion pulsating gas jet. The time elapses in numerical order, and the time interval between each image is about 4 ms. In these photographs, a spherical droplet (black dot above the center of the photograph) passes through the boundary of the pulse jet at the moment of (1). At the moment of (2) and (3), the original droplet is deformed into a sheet shape by the impact with the contact surface moving downstream from the shock wave in the pulse combustion jet, and (4) to (6) At that moment, it was observed that it misted upon impact with the persistent contact surface and then completely evaporated in a gas jet at 100-300 ° C. From this image, it can be seen that the water droplets collapsed in a short time of 20 msec (dozens of impacts). Moreover, a phenomenon was observed in which the water droplet diameter after the collapse changed by changing the density difference of the oscillating vortex and the water droplet diameter.
In experiments in which droplets containing slightly larger PE pellets with a diameter of 1 mm and length of 3 mm, or droplets of PVP (viscous solution) added to water were dropped into a pulse combustion jet, they were refined and rearward (downstream) The phenomenon of separation into moisture that is blown to the side) and PE pallets or viscous substances that fall to a nearer position was observed.

<結論>
本実験では、パルス燃焼ジェットによる微粒子製造技術の可能性を調べるための基礎的な研究を行った。これらにおいて、高速度ビデオ・カメラを用いた可視化実験で液滴の破壊現象を詳細に調べ、数値解析も行なった。その結果、次のことが判った。
(1) パルス燃焼ジェット中での圧力は、非パルス燃焼ジェット中の圧力より約25dB高く、平均温度は逆に約800℃低くなっている。
(2) 非パルス燃焼(バーナー燃焼)ジェット中では直径1cmオーダーの大きな乱流渦が無数に現れ、ジェットと共に下流へ移動する。
(3) パルス燃焼ジェット中では直径1mmのオーダーの小さな乱流渦が無数に現れ、振動するジェットと共に下流へ移動する。
(4) 非パルス燃焼ジェット中では、直径2〜3mmの液滴は、バーナー燃焼ジェットを通過中、表面から徐々に蒸発し、劇的に変形することなくジェットを通過する。
(5) パルス燃焼ジェットでは、直径2〜3mmの液滴は、ジェット中を衝撃波の後から下流へ移動するコンタクト・サーフェイスとの数回の衝撃によりシート状に変形し、その後、持続するコンタクト・サーフェイスとの衝撃により霧状になり、100〜300℃のガス・ジェット中で完全に蒸発する。
(6) 固体粒子が分散された液体を用いた実験では、パルス燃焼ジェット中で液体が上記(5)に示したメカニズムで除去され、固体粒子が完全に分離できた。
(7) 微粒子の周囲の気体は、液滴崩壊に極めて有効な渦を伴う流れとなっており、蒸発乾燥に必要とする時間は、粒子周りの気体の相対的な流れである「粒子レイノルズ数(Re数)」に強く依存することが予想される。
<Conclusion>
In this experiment, basic research was conducted to investigate the possibility of fine particle production technology by pulse combustion jet. In these experiments, we examined the phenomenon of droplet breakage in detail through visualization experiments using a high-speed video camera and performed numerical analysis. As a result, the following was found.
(1) The pressure in the pulse combustion jet is about 25 dB higher than the pressure in the non-pulse combustion jet, and the average temperature is about 800 ° C. lower.
(2) In a non-pulse combustion (burner combustion) jet, countless large turbulent vortices of the order of 1 cm appear and move downstream with the jet.
(3) In the pulse combustion jet, countless small turbulent vortices of the order of 1 mm in diameter appear and move downstream with the vibrating jet.
(4) In non-pulsed combustion jets, droplets with a diameter of 2-3 mm gradually evaporate from the surface while passing through the burner combustion jet and pass through the jet without being deformed dramatically.
(5) In a pulse combustion jet, a droplet with a diameter of 2 to 3 mm is deformed into a sheet shape by several impacts with the contact surface moving downstream from the shock wave in the jet, and then the contact It becomes a mist by impact with the surface and completely evaporates in a gas jet at 100 to 300 ° C.
(6) In the experiment using the liquid in which the solid particles were dispersed, the liquid was removed by the mechanism shown in the above (5) in the pulse combustion jet, and the solid particles could be completely separated.
(7) The gas around the fine particles has a flow with vortices that are extremely effective for droplet collapse, and the time required for evaporative drying is the relative flow of gas around the particles, the “particle Reynolds number. (Re number) is expected to be strongly dependent.

<その他>
水滴に代えて有機溶剤(エタノール)の液滴をパルス燃焼ジェット中に供給する場合についても、上記と同様に実験を行った。実験には、図5に示したものと同じパルス燃焼器と計測機器とを使用した。パルス燃焼器でパルス燃焼させ、その燃焼ガス・ジェット中に供給管から直径2〜3mmのエタノールの液滴を供給して液滴の挙動を可視化し、高速度ビデオ・カメラにより5,000コマ/秒で撮影した。
液滴(エタノール)が破壊される様子を図10(1)〜(4)のシリーズ写真で示す。時間は番号順に経過し、各画像間の時間間隔は約4msである。これらの写真により、液滴は、供給管を離れるとほぼ同時に粉砕され霧状になって、燃焼することなく蒸発することが観察される。
<Others>
Experiments were also performed in the same manner as described above in the case of supplying organic solvent (ethanol) droplets into the pulse combustion jet instead of water droplets. In the experiment, the same pulse combustor and measuring instrument as shown in FIG. 5 were used. Pulse combustion is performed by a pulse combustor, and ethanol droplets with a diameter of 2 to 3 mm are supplied from the supply pipe into the combustion gas jet to visualize the behavior of the droplets. I took a picture.
A state in which the droplet (ethanol) is destroyed is shown by the series photographs of FIGS. 10 (1) to (4). The time elapses in numerical order, and the time interval between each image is about 4 ms. From these photographs it is observed that the droplets are crushed and atomized almost at the same time as they leave the supply tube and evaporate without burning.

パルス燃焼器を利用して原料を乾燥させることが産業上有利に行える。   It is industrially advantageous to dry the raw material using a pulse combustor.

Claims (12)

処理対象の原料を含む液滴を粉砕し当該原料を乾燥させる方法であって、
パルス燃焼器によってその出口付近に、60〜1000Hz・140〜180dB・50〜600℃のパルス燃焼ジェットを形成し、そのパルス燃焼ジェットの中に上記液滴を供給することを特徴とする粉砕乾燥方法。
A method of pulverizing droplets containing a raw material to be processed and drying the raw material,
A pulverization drying method characterized by forming a pulse combustion jet of 60 to 1000 Hz, 140 to 180 dB, and 50 to 600 ° C. in the vicinity of the outlet by a pulse combustor, and supplying the droplets into the pulse combustion jet. .
パルス燃焼器によってその出口付近に、700〜800Hz・140〜160dB・50〜350℃のパルス燃焼ジェットを形成し、そのパルス燃焼ジェットの中に、上記液滴を直径3mm程度以下で供給することを特徴とする請求項1に記載の粉砕乾燥方法。   A pulse combustion jet of 700 to 800 Hz, 140 to 160 dB, and 50 to 350 ° C. is formed in the vicinity of the outlet by a pulse combustor, and the droplets are supplied to the pulse combustion jet with a diameter of about 3 mm or less. The pulverization drying method according to claim 1, wherein パルス燃焼器の出口の正面であって、出口からその出口の内径の3倍の距離までの間に上記液滴を供給することを特徴とする請求項1または2に記載の粉砕乾燥方法。   3. The pulverizing and drying method according to claim 1, wherein the droplets are supplied in front of the outlet of the pulse combustor and between the outlet and a distance three times the inner diameter of the outlet. パルス燃焼器の出口を共鳴室に臨ませるとともに、その共鳴室の内部で上記液滴の供給を行うことを特徴とする請求項1〜3のいずれかに記載の粉砕乾燥方法。   The pulverization drying method according to any one of claims 1 to 3, wherein the outlet of the pulse combustor faces the resonance chamber, and the droplets are supplied inside the resonance chamber. 上記液滴を、パルス燃焼器の出口付近を移動する間にパルス燃焼ジェットによる衝撃を複数回受けるとともに、上記原料に化学変化が生じないように供給することを特徴とする請求項1〜4のいずれかに記載の粉砕乾燥方法。   5. The droplets according to claim 1, wherein the droplets are impacted by a pulse combustion jet a plurality of times while moving near the outlet of the pulse combustor, and are supplied so that no chemical change occurs in the raw material. The pulverization drying method in any one. パルス燃焼器の出口を塗膜形成面に向けるとともに、パルス燃焼ジェットの中に、塗膜材料である液滴を供給することを特徴とする請求項1〜5のいずれかに記載の粉砕乾燥方法。   The pulverization drying method according to any one of claims 1 to 5, wherein an outlet of the pulse combustor is directed to a coating film forming surface, and droplets which are coating film materials are supplied into the pulse combustion jet. . パルス燃焼ジェットの周囲に不活性ガスを供給することを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載の粉砕乾燥方法。   The pulverization drying method according to claim 1, wherein an inert gas is supplied around the pulse combustion jet. パルス燃焼器の燃料を水素とすることを特徴とする請求項1〜7のいずれかに記載の粉砕乾燥方法。   The pulverization drying method according to any one of claims 1 to 7, wherein the fuel of the pulse combustor is hydrogen. 処理対象の原料を含む上記の液滴として有機溶剤を供給することを特徴とする請求項1〜8のいずれかに記載の粉砕乾燥方法。   The pulverization drying method according to any one of claims 1 to 8, wherein an organic solvent is supplied as the droplets containing the raw material to be treated. 液滴として供給する上記の有機溶剤を、パルス燃焼ジェットによって、燃焼させることなく粉砕し蒸発させることを特徴とする請求項9に記載の粉砕乾燥方法。   10. The pulverization drying method according to claim 9, wherein the organic solvent supplied as droplets is pulverized and evaporated without being burned by a pulse combustion jet. 蒸発させた有機溶剤を吸着材に吸着させ、その後その吸着材を加熱することにより、有機溶剤を吸着材から分離し回収することを特徴とする請求項10に記載の粉砕乾燥方法。   The pulverization drying method according to claim 10, wherein the organic solvent is separated from the adsorbent and recovered by adsorbing the evaporated organic solvent to the adsorbent and then heating the adsorbent. パルス燃焼器と液滴の供給器とを有し、請求項1〜11のいずれかに記載の粉砕乾燥方法を実施できるよう構成されていることを特徴とする粉砕乾燥装置。   A pulverizing and drying apparatus comprising a pulse combustor and a droplet supply device, wherein the pulverizing and drying method according to any one of claims 1 to 11 is implemented.
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