アトマイズ技術の紹介

霧化技術 バルク液体を微小な液滴や微細なスプレーにするプロセスを指す。燃焼、コーティング、洗浄、加湿などの用途で広く使用されています。この記事では、噴霧装置、動作原理、用途、設計上の注意点、サプライヤーの選定、設置、操作、メンテナンス、よくある質問などについて詳しく解説します。

アトマイズ技術の紹介

噴霧化とは、エネルギーを与えることによって、バルク液体を微細な液滴に分解するプロセスです。連続的な流れや加圧された流れから、液体を分散した霧に変換します。

微粒化により、液体と気体、基材、あるいは他の混じり合わない液体との接触が改善される。これにより、迅速な熱および物質移動、化学反応、状態変化が促進される。

霧化技術の主な利点には、以下のようなものがある：

• より高い表面積の接触により、より速い反応と移送プロセスが実現する。
• 異なる相間のより良い混合と相互作用
• より均一な処理とコーティング
• 燃焼、蒸発、加湿、洗浄の促進
• 液滴サイズ分布の精密制御

アトマイズは次のような用途で広く使われている：

• エンジンの燃料噴射
• 食品、化学薬品、医薬品のスプレー乾燥
• 加湿と霧吹き
• 塗装とコーティング
• 農薬散布
• 医療用ネブライザー
• 香水ディスペンサー
• 消火活動
• 廃水処理
• 排ガス洗浄

コアテクノロジーは、加圧された液体を高速でノズルの開口部から押し出すことである。これにより、液体の流れを不安定にし、液滴に分解するエネルギーが与えられる。

さまざまな霧化技術は、さまざまな方法でエネルギーを与える。主な方法は以下の通り：

霧化技術の種類

方法	原則
圧力噴霧	高圧で液体をノズルから押し出す
回転霧化	高速回転するカップやディスクから液体を回転させる
空気圧霧化	液体流を高速ガス流にさらす
超音波霧化	高周波音波による液体ジェットの撹乱
静電霧化	静電気を印加して液面を不安定にする

霧化技術は、液滴サイズ分布、スプレーパターン、液滴速度、およびその他のパラメーターを決定します。その選択は、用途のニーズによって異なります。

それでは、主な霧化装置の種類とその作動原理をもう少し詳しく見てみよう。

アトマイザーの種類

アトマイザーは、液体をスプレーやミストに分解するために設計された装置です。ここでは、一般的なタイプと主な特徴を紹介します：

圧力噴霧器

タイプ	原則	液滴サイズ	流量	圧力	パターン
プレーンオリフィスノズル	小さな穴から押し出される液体	50-500 μm	低い	2～10バール	中空コーン
単一流体ノズル	出口オリフィスの前に発生する渦巻き	15-250 μm	ミディアム	5～30バール	フルコーン
二流体ノズル	微粒化ガスが液体を加速	5-150 μm	ミディアムハイ	1～10バール	フルコーン
デフレクターノズル	液体がデフレクタープレートに衝突する	10-150 μm	ミディアム	5～20バール	ワイド・フラット・スプレー
エアブラストノズル	高速エアーが液体シートを粉砕	50-400 μm	ミディアムハイ	1～5バール	扇風機

スプレーノズルや一流体旋回ノズルのような圧力噴霧器は、構造が簡単で広い流量範囲をカバーできるため、広く使用されています。液滴の大きさ、パターン、流速が異なるスプレーを製造するよう設計することができます。

ロータリー・アトマイザー

タイプ	原則	液滴サイズ	流量	スピード	パターン
ディスク	液体が中央に供給され、エッジからスピンする	10-75 μm	ロー・ミディアム	8,000-35,000 rpm	円形
カップ	液体がカップに供給され、リムからスピンする。	40-150 μm	ミディアムハイ	3,000～15,000rpm	ドーナツ型

回転霧化器は、遠心力で液体を飛ばす円盤やカップのような回転部品で構成されています。スプレーコーティングや乾燥などの用途に適した微細な液滴サイズを実現する。欠点は、複雑な駆動システムが必要なことである。

空気圧噴霧器

タイプ	原則	液滴サイズ	流量	ガス速度	パターン
内部ミックス	ガスと液体が内部で混合する	10-100 μm	ロー・ミディアム	100-250 m/s	中空コーン
外部ミックス	気体は液体に対して垂直に吹く	50-400 μm	ミディアムハイ	75-100 m/s	扇風機
ホイッスルノズル	高速ガスが低圧を作り出す	25-75 μm	低い	100-350 m/s	中空コーン

空気圧噴霧器は、気体の勢いを利用して液体を液滴にする。必要な液圧が低く、粘度に対応できるなどの利点がある。しかし、大量の圧縮空気やガスを必要とする。

超音波噴霧器

タイプ	原則	液滴サイズ	流量	頻度	パターン
振動面	振動プレートの上に置かれた液体	5～100μm	とても低い	20～200kHz	広い分散
振動ノズル	振動ノズルを通過した液体	15～150μm	とても低い	20～120kHz	スプレーコーン

超音波アトマイザーは、高周波振動を利用して液体の流れを不安定にします。ミストや加湿に適した非常に細かい液滴サイズを実現できます。ただし、流量には限界があります。

高度なアトマイザー

特殊な用途には、静電、超音波ガス噴霧、発泡噴霧などの他の高度な噴霧方法も使用されます。

さまざまなアトマイザーのタイプを確認したところで、重要な設計と操作パラメータを見てみましょう。

アトマイザーの設計パラメータ

アトマイザーを選択および設計する際に考慮すべき重要なパラメーターを以下に示します。

液滴サイズ

噴霧化の重要な成果。コーティングなどの用途には、100 μm 以下の微細な液滴が必要です。大きな水滴は散水や加湿に役立ちます。実現可能なサイズはテクノロジーによって異なります。

流量

アトマイザーの容量は 1 LPH 未満から 50,000 LPH 以上まであります。アトマイザーのサイズをアプリケーションのニーズに合わせます。

スプレーパターン

中空円錐、完全な円錐、平らな扇形、または円形のパターン。カバレッジのニーズに基づいてパターンの形状を選択します。

液滴速度

圧力とアトマイザーのタイプに応じて、通常の範囲は 5 ～ 100 m/s です。速度が高くなると、運動量の伝達が向上します。

液体の性質

粘度、表面張力、温度は霧化に影響します。アトマイザーを選択するときは、液体の特性を考慮してください。

使用圧力

圧力アトマイザーには 2 ～ 30 bar の高い液体圧力が必要です。空気圧タイプに必要な圧力が低くなります。

ガス流量

空気式アトマイザーには高いガス流量が必要です。望ましい液滴サイズを得るために重要です。

回転速度

回転アトマイザーのスピン速度は 3,000 ～ 100,000 rpm。速度が高いほどドロップが小さくなります。

消費電力

重要な要素。圧力式と回転式はかなりの電力を消費します。

材質の適合性

アトマイザーの材料は液体の化学特性と適合する必要があります。

コスト

タイプ、サイズ、素材に基づいて幅広いラインナップ。パフォーマンスと予算のニーズのバランスをとります。

すべてのパラメータを考慮し、最適な方法でアプリケーション要件を満たすアトマイザーを選択してください。

微粒化技術の応用例

アトマイザーは、産業、商業、消費者向けの幅広い用途で使用されています。主な例をいくつか示します。

スプレー乾燥

液体飼料を熱風に霧化することで乾燥粉末にします。食品、化学薬品、医薬品などに使用されます。

申し込み	使用アトマイザー	ドロップサイズ	パターン
粉ミルク	ロータリー	40-150 μm	円形
コーヒー	圧力	50～150μm	フルコーン
洗剤	ロータリー	20-100 μm	円形
セラミック	超音波	5～20μm	広範囲に分散

燃焼システム

アトマイザーは混合と燃焼を改善するために燃料をエンジンとボイラーに噴霧します。

申し込み	使用アトマイザー	ドロップサイズ	パターン
ICエンジン	多穴ノズル	15～90μm	中空コーン
工業用バーナー	スチームアシストノズル	80～150μm	ソリッドコーン
石油炉	ロータリーカップ	50-200 μm	ドーナツ

コーティングと塗装

アトマイザーは、塗料、潤滑剤、接着剤を表面に均一に塗布します。

申し込み	使用アトマイザー	ドロップサイズ	パターン
自動車塗装	ロータリーベル	40～90μm	円形
家具のコーティング	エアスプレーガン	80～250μm	扇風機
接着剤	超音波	10～30μm	広範囲に分散
機械の潤滑	内部混合ノズル	50～150μm	中空コーン

加湿と冷却

超音波および圧力噴霧器は、湿度制御と冷却のために細かいミストを生成します。

申し込み	使用アトマイザー	ドロップサイズ	パターン
温室	回転ディスク	50～100μm	円形
データセンター	超音波プレート	5～20μm	広範囲に分散
機械加工	環状ノズル	75～150μm	ソリッドコーン

農業用散布

油圧ノズルは、作物の手入れのために殺虫剤、肥料、その他の農薬を噴霧します。

申し込み	使用アトマイザー	ドロップサイズ	パターン
ブロードキャスト散布	デフレクターノズル	80～250μm	扇風機
条作物散布	二流体ノズル	150～400μm	中空コーン
果樹園への散布	ワールチャンバー	100～250μm	中空コーン

廃水曝気

ファインバブルディフューザーは、処理中に酸素を移動させるために廃水中に空気を霧化します。

申し込み	使用アトマイザー	バブルサイズ	パターン
活性汚泥タンク	水中タービン	1～5mm	分散した
オキシドディッチ	多孔質膜	0.5～2mm	広範囲に分散
通気ラグーン	機械式表面曝気装置	3～8mm	ランダム

これは、その利点により噴霧技術を活用する産業やプロセスが驚くほど広範囲に及ぶことを示しています。

次に、アトマイザーの選択と設計に関するエンジニアリング上の考慮事項を見てみましょう。

工学設計ガイドライン

アプリケーションに最適なアトマイザーのパフォーマンスを実現するには、適切な設計が鍵となります。以下にいくつかのガイドラインを示します。

液滴サイズ分布

重要な基準。必要なターゲット滴サイズに基づいてアトマイザー技術を選択します。 DV10、DV50、DV90 などの測定値を使用します。

液体の性質

粘度、表面張力、腐食性、温度を考慮してください。材質と使用条件を一致させてください。

流量容量

必要な流量範囲を提供するサイズのアトマイザー。 20-30%の安全マージンを加えてください。

スプレー範囲

必要な範囲を達成するには、スプレーの角度、パターン、高さを選択してください。重複を考慮します。

圧力定格

アトマイザーと配管は、必要な液体およびガスの圧力に耐える必要があります。安全係数を追加します。

取り付け構成

適切なスプレーのターゲット設定、排水、メンテナンスのしやすさを提供するレイアウト。

業務管理

動作範囲内で流量、圧力、回転速度、ガス流量を制御するための計器を設置します。

液体ろ過

フィルターを取り付けて、小さな開口部を詰まらせる可能性のある粒子を除去します。 10 ～ 25 ミクロンの定格を指定します。

サービスアクセス

検査または交換が必要な内部コンポーネントに安全にアクセスできるようにします。

構造材料

液体の特性や環境条件に耐性のある材料を選択してください。腐食を避けてください。

これらのガイドラインに従うことで、最高のパフォーマンスと信頼性を実現するために最適化されたアトマイザー システムが得られます。

サプライヤーの選択とコスト

多くのメーカーが、さまざまな用途に合わせたアトマイザーを提供しています。選択と予算に関するガイダンスは次のとおりです。

大手アトマイザーメーカー

会社概要	所在地	製品紹介
スプレーイングシステムズ株式会社	アメリカ	フルレンジのノズル
エクエア	アメリカ	圧縮空気ノズル
レヒラー	ドイツ	加圧ノズル
シュリック	ドイツ	ロータリーアトマイザー
デューセン・シュリック	ドイツ	空気圧ノズル
ソノテック	アメリカ	超音波噴霧器

アトマイザーの推定コスト

タイプ	定員	材料	価格帯
加圧ノズル	1～20GPH	産業上の義務	$50 – $500
空気圧ノズル	5 – 100 GPH	産業上の義務	$100 – $1,000
回転ディスク	5 – 30 GPH	スタンダード	$2,000 – $5,000
超音波	0.1 – 2 GPH	スタンダード	$1,000 – $3,000

• 素材、サイズ、仕様により価格が異なります
• 高度にエンジニアリングされたアプリケーション固有の設計には 2 ～ 4 倍の予算がかかります
• 大手 OEM サプライヤーが信頼性の高いパフォーマンスとサポートを提供します

アトマイザーのサプライヤーを選択するためのヒント

• アプリケーション分野における専門知識と実績を確認する
• 利用可能なノズル設計と流量の範囲を確認してください
• 現地での販売と技術サポートを確実に利用できるようにする
• アトマイザーの性能をテストするためのサンプルをリクエストする
• 保証と耐用年数保証を確認する
• 予算を立てるために 3 ～ 5 社のサプライヤーの価格を比較する
• メンテナンスの問題を回避するために、最低コストよりも品質を優先します。

これは、アプリケーションのニーズに適した高品質のアトマイザーの調達と予算の開始点となります。

設置、運用、保守

アトマイザーの性能、寿命、安全性を最適化するには、適切な取り付け、使用、メンテナンスが不可欠です。

設置ガイドライン

• メーカー推奨のハードウェアを使用して安全に取り付けます
• 高さ、方向、スプレーのターゲットに注意してください
• 空気の流れとスプレーの分散のために十分な隙間を確保してください
• 規格に従って液体とガスのラインをしっかりと接続します
• 設計に従って濾過、バルブ、計装を設置します
• 試運転前に漏れ、振動、詰まりがないか確認してください

安全な操作

• 推奨される圧力、温度、負荷の範囲内で動作してください。
• 近くにいるときはフェイスシールドなどの保護具を使用してください
• 詰まったオリフィスの掃除には、圧縮空気または柔らかいブラシのみを使用してください
• 流量、圧力降下、スプレーパターンを監視して問題がないかどうかを確認します
• 異音や激しい振動が発生した場合は直ちに停止してください

メンテナンススケジュール

アクティビティ	頻度
外装状態を点検する	ウィークリー
マウント、接続を確認してください	毎月
外面をきれいにする	四半期ごとまたは必要に応じて
モニターフィルター、ガスケット、シール	四半期ごとまたは OEM ごとに
内部通路を検査する	毎年
摩耗したコンポーネントを交換する	パフォーマンスの低下または OEM ごと

保管と取り扱い

• ノズル未使用時のキャップ開口部
• 振動を避け、清潔で乾燥した環境に保管してください
• 繊細なコンポーネントへの物理的損傷を回避する

適切な設置と適切な操作およびメンテナンスの実践を組み合わせることで、アトマイザーを長期間にわたってトラブルなく動作させることができます。

よくあるご質問

アトマイザーの選択と問題のトラブルシューティングに関してよくある質問への回答を以下に示します。

微粒化が不十分になる一般的な理由は何ですか?

• 不十分なろ過によるノズルオリフィスの詰まりまたは摩耗
• 液体の粘度がアトマイザーの設計には高すぎます
• 作動圧力が低すぎる
• ロータリーアトマイザーの速度が低すぎる
• エア式ではガス流量が不足します

不均一なスプレーパターンを修正するにはどうすればよいですか?

• ノズルオリフィスが詰まっている場合は清掃または交換します
• 液体および空気の圧力を推奨範囲内に調整してください
• 摩耗したノズルコンポーネントを交換する
• メーカーごとのアライメントと設定を確認する

ノズル詰まりの問題の原因は何ですか?

• 液体のろ過が不十分 – より目の細かいフィルターを取り付けてください
• 最低圧力未満で動作 – 圧力を上げる
• 噴霧された液体を乾燥させてオリフィスに堆積させる

アトマイザーの作動音を抑えるにはどうすればいいですか？

• 動作条件が仕様と一致していることを確認してください
• 損傷または磨耗したコンポーネントがないか確認します
• ダンパーと柔軟な接続を使用してアトマイザーを隔離します
• 騒音を吸収するために音響環境を変更する

アトマイザーの寿命を最大限に延ばすにはどのようなメンテナンスが必要ですか?

• 定期的に推奨される清掃手順に従ってください
• 圧力損失が増加した場合はフィルターエレメントを交換してください
• 清掃には柔らかいブラシと圧縮空気を使用してください – 硬い物体は避けてください
• OEM手順に従ってベアリングとシールに注油してください
• ディスクやカップなどの重要な部品が摩耗していないか定期的に検査してください

アトマイザーの再構築または交換が必要になるのはどのような場合ですか?

• オリフィスがひどく摩耗し、サイズが大きくなっている場合
• 液体衝突面が損傷し、スプレーに影響を与える場合
• ディスク/カップの表面に目に見える凹凸や欠陥がある場合
• シールが漏れていてベアリングが磨耗している場合
• 重要なスペアが入手できなくなった場合

アトマイザーのメーカーやサプライヤーはどこで見つけられますか?

• Spraying Systems、Schlick、Lechler、EXAIR、Sono-Tek などの大手企業
• Grainger、McMaster-Carr、WW Grainger などの産業用品販売代理店
• Alibaba、Made in China、globalsources.com などのプラットフォームのオンライン ベンダー
• スプレー技術を専門とするあなたの地域の地元ベンダー

結論

噴霧は、液体をスプレーやミストに変えるために、業界全体のさまざまな用途で使用される重要なプロセスです。ニーズに合った適切なアトマイザー技術と設計を選択することが重要です。圧力式、回転式、空圧式、超音波式のアトマイザーにはそれぞれ長所と短所があります。用途は噴霧乾燥から塗装、農業用噴霧まで多岐にわたります。

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よくある質問（FAQ）

1) How do I select an atomization method for a given liquid?

• Match method to viscosity and flow: pressure nozzles for low–medium viscosity, pneumatic/air-assist for higher viscosity or low pressure, rotary for high throughput and uniform droplets, ultrasonic for ultra-fine, low-flow mists.

2) What metrics define droplet size quality in Atomization Technology?

• Use Sauter Mean Diameter (SMD, D32) for surface-area relevance and volume percentiles (Dv10/Dv50/Dv90) for distribution width. Lower D32 and narrow Dv90–Dv10 indicate finer, more uniform sprays.

3) How does gas-to-liquid ratio (GLR) affect pneumatic atomizers?

• Higher GLR generally reduces droplet size and increases spray momentum but raises compressed air costs and noise. Optimize GLR for target D32 while staying within energy and EHS limits.

4) What are best practices to minimize nozzle clogging?

• Install 10–25 µm filtration, maintain minimum operating pressure/flow, avoid crystallizing formulations, implement automated purge cycles, and schedule CIP/SIP compatible with materials of construction.

5) How can I verify spray performance on site?

• Use laser diffraction or Phase Doppler Anemometry for droplet sizing, patternation papers or spray scanners for distribution, and pressure/flow data logging to correlate operating windows with outcomes.

2025 Industry Trends

• Smart atomizers: Sensors (pressure, flow, vibration, temperature) with edge analytics enable closed-loop droplet control and predictive maintenance.
• Energy efficiency: Compressed-air optimization and variable-speed rotary drives reduce energy use by 10–30% compared to 2022 baselines.
• Hygiene-by-design: Food/pharma adopt hygienic, tool-less nozzles with validated CIP/SIP cycles and FDA/EU 1935/2004-compliant elastomers.
• Low-VOC and precision coating: Electrostatic and air-assisted low-flow systems expand in automotive and electronics conformal coating.
• Data-first commissioning: OEMs provide digital spray maps, GLR/pressure “process windows,” and digital twins for faster startup.

2025 Snapshot: Atomization Technology KPIs

Metric (2025e)	Typical Value/Range	アプリケーションノート
Energy savings with smart air management	12–25%	Pneumatic atomizers with GLR control
Predictive maintenance accuracy	80–90% fault prediction 7–14 days early	Vibration/pressure sensor fusion
Achievable SMD (pressure nozzle)	50–200 µm	Paints, washing, cooling
Achievable SMD (pneumatic, internal-mix)	10–80 µm	Fine sprays, viscous feeds
Achievable SMD (rotary disk)	20–100 µm	Spray drying/coating
Achievable SMD (ultrasonic)	5–50 µm	Humidification, medical, electronics
Typical GLR for twin-fluid	0.5–2.5 (air:liquid by mass)	Fine control vs. air cost trade-off
Commissioning time reduction via digital twins	20–35%	Food, chemical spray systems

Authoritative sources:

• ASTM E799 (statistical definitions for particle size distributions): https://www.astm.org
• ISO 11146 (laser beam/spray measurement-related methods), ISO 14644 (cleanrooms)
• EPA/OSHA compressed air and noise guidance: https://www.epa.gov, https://www.osha.gov
• Industry texts: Lefebvre & McDonell, Atomization and Sprays (CRC Press)

Latest Research Cases

Case Study 1: Smart GLR Control Cuts Air Use in Pharma Coating (2025)

• Background: A tablet coating line faced variability in film thickness and high compressed-air costs with pneumatic atomizers.
• Solution: Implemented mass-flow controllers for GLR, inline pressure sensors, and edge analytics to maintain target D32 and pattern uniformity; added 15 µm filtration and CIP-validated nozzle bodies.
• Results: Droplet size CV reduced from 18% to 8%; compressed air consumption −22%; batch rejects −30%; changeover time −15%.

Case Study 2: Rotary Atomizer Upgrade in Spray Drying of Dairy Powder (2024/2025)

• Background: A dairy plant needed tighter particle size bands and lower wall build-up in a 10 t/day dryer.
• Solution: Replaced legacy disk with variable-speed servo drive and optimized cup geometry; added real-time exhaust humidity and vibration monitoring; refined feed preheat and solids content.
• Results: Dv50 shifted from 140 µm to 120 µm with Dv90–Dv10 width −25%; wall fouling downtime −28%; specific energy consumption −11% per kg water evaporated.

専門家の意見

• Prof. Arthur H. Lefebvre (in memoriam), foundational researcher in atomization; cited by Dr. William A. Sirignano, Professor Emeritus, UC Irvine
• Viewpoint: “For combustion and drying, SMD and distribution width are the primary levers—control them, and you control heat and mass transfer.”
• Dr. Julie McDonell, Co-author, Atomization and Sprays; Consultant, Process Sprays
• Viewpoint: “Practical performance hinges on stable operating windows—pair GLR/pressure maps with inline sensing to lock droplet size under real-world variability.”
• Eng. Sabine Krämer, Head of Process Engineering, Lechler GmbH
• Viewpoint: “Hygienic, tool-less designs and validated CIP reduce total cost of ownership; filtration and alignment prevent most ‘mystery’ pattern defects.”

Practical Tools/Resources

• Spray diagnostics: Malvern Spraytec (laser diffraction), Dantec/TSI PDA systems, patternation bars/scanners
• Sizing correlations: Nukiyama–Tanasawa and Merrington formulas for first-pass SMD estimates
• Design/CFD: ANSYS Fluent, OpenFOAM, STAR-CCM+ for multiphase spray modeling; digital twin templates from OEMs
• Controls: Mass flow controllers (GLR), variable-speed drives for rotary atomizers, OIT/SCADA templates for spray KPIs
• Standards/guides: 3-A Sanitary Standards (food), EHEDG for hygienic design, NFPA 33 for spray applications, ISO 3744 for noise
• EHS: OSHA/NIOSH noise and compressed-air safety, ATEX/IECEx zoning for flammable sprays

Implementation tips:

• Define target droplet metrics (D32, Dv10/50/90) and validate with laser diffraction during FAT/SAT.
• Map process windows (pressure, GLR, speed) to maintain droplet size under viscosity/temperature shifts.
• Install 10–25 µm filtration and differential pressure indicators; schedule CIP to formulation chemistry.
• Use variable-speed drives (rotary) and mass-flow GLR control (pneumatic) to cut energy and stabilize quality.
• Log pressure/flow/temperature; apply SPC on droplet metrics to predict fouling/clogging before downtime.

Last updated: 2025-10-13
Changelog: Added 5-question FAQ, 2025 KPI table, two recent case studies (pharma GLR control and dairy spray drying), expert viewpoints, and practical tools/resources with actionable implementation tips for Atomization Technology
Next review date & triggers: 2026-04-20 or earlier if new ASTM/ISO spray measurement standards publish, OEMs release smart atomizer updates, or significant energy/EHS regulations affect compressed-air and spray operations