JP2003001079A - 粒子微細化装置 - Google Patents

粒子微細化装置

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JP2003001079A JP2001182784A JP2001182784A JP2003001079A JP 2003001079 A JP2003001079 A JP 2003001079A JP 2001182784 A JP2001182784 A JP 2001182784A JP 2001182784 A JP2001182784 A JP 2001182784A JP 2003001079 A JP2003001079 A JP 2003001079A
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幸彦 唐澤
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 部品の損耗を抑えることができる粒子微細化
装置を提供することにある。 【構成】 ほぼ同一直線上にあって、出口が接近対向す
るように配置された２つの流路８ａ，８ａと、該流路の
いずれかの位置に設けられ該流路より小さい径の貫通孔
９，９と、を有し、一方の貫通孔９から噴射された液体
が他方の貫通孔９に届かないように配置した。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、液相中に固相を混合さ
せたスラリー又は、水に油、又は油に水を混合させた液
体において、これらに加圧、減圧、衝突の工程を繰り返
すことにより超微粒子分散体を得る、粒子微細化装置に
関する。
【０００２】
【従来の技術】対向衝突よって分散、破砕及び乳化等の
粒子微細化を行う装置としては、特開平６−４７２６４
号がある。これは、高圧容器内に、高圧容器内の流体の
流路に比べて十分小さな貫通孔が形成された板状体が設
けられており、板状体の貫通孔の中央には貫通孔に垂直
な流出路がつながった構成である。分散、破砕及び乳化
すべき流体に圧力をかけ圧力容器内に注入する。流体は
圧力容器内に設けられた流路に流れ込む。流体は貫通孔
を通り、板状体の中央で衝突することによって分散、破
砕及び乳化が行われる。ここでいう貫通孔とは、ノズル
又はオリフィスのことである。
【０００３】この装置は、対向する貫通孔の距離が短く
なっている。貫通孔から流体を噴射したときの広がりや
方向不正などにより、流体を正確に正面衝突させるのは
難しい。貫通孔間の距離が短いと、衝突できなかった流
体が反対側の貫通孔に衝突してしまい、貫通孔を傷め器
材の寿命を縮めてしまう。
【０００４】これを防ぐものとして、特開平１０−３３
７４５７号がある。図３は特開平１０−３３７４５７号
の噴流衝合装置の断面図である。これは、第１のノズル
３１と第２のノズル３２から噴射された高圧流体の噴射
軌跡がチャンバ３３内の一点３４で角度を有して交差す
るように、それぞれのノズルの噴射方向が定められた構
成となっている。ノズルに対向角を持たせることによっ
て、衝突できなかった流体が反対側のノズルを傷めるこ
とがなくなる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかし、対向角を持た
せることによって衝突時の破壊力が低下してしまう。そ
れぞれのノズル３１，３２から噴射された流体をチャン
バ３３内の一点３４で完全に対向衝突させる必要があ
り、そのためノズル３１，３２の調整が難しく時間と熟
練を要し、部品交換時の価格が高価になる。また、ノズ
ル詰まりが発生した場合、通常は逆圧をかけて解消する
のだが、チャンバ３３の容積が大きいためノズル詰まり
の解消が困難である。
【０００６】特開平６−４７２６４号、特開平１０−３
３７４５７号は共に、粒子に加わる破壊力は、ノズルか
ら出て衝突するときの１回だけである。そのため、１回
の作業で希望する粒子径にならず、同様の作業を複数回
繰り返す場合が多い。それにより、単位時間内に実際に
処理できる量は装置の処理能力よりも少なくなってしま
う。
【０００７】本発明は、上記の事実から考えられたもの
で、部品の損耗を抑えることができる粒子微細化装置を
提供することを目的としている。また、１度の作業で複
数回の破壊力を粒子に与えることができる粒子微細化装
置を提供することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に本発明は、ほぼ同一直線上にあって、出口が接近対向
するように配置された２つの流路と、該流路のいずれか
の位置に設けられ該流路より小さい径の貫通孔と、を有
し、一方の貫通孔から噴射された液体が他方の貫通孔に
届かないように配置した構成としている。
【０００９】また、高圧流体が導入される入口流路と、
該入口流路から反対方向に分岐され、出口が接近対向す
るように配置された２つのＵ字型流路と、該Ｕ字型流路
の中間に配置され該流路より小さい径の貫通孔とを有
し、双方のＵ字型流路の出口から噴射される流体が中間
で衝突すると共に、一方の貫通孔から噴射された流体が
他方の貫通孔に届かない位置に両貫通孔を配置した構成
としている。
【００１０】さらに、上記貫通孔と、上記出口の中間と
の距離が、上記貫通孔から噴射された流体の、衝突エネ
ルギーの第２のピーク位置と一致している構成とした
り、各流路に、２つ以上の貫通孔を配置したり、上記２
つ以上の貫通孔の孔径が、上記流路の出口側に近いほど
小さくなるようにしたり、上記粒子微細化装置を複数接
続した構成とすることもできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施例を、図面をも
とに説明する。図１は本発明の粒子微細化装置の断面図
である。本装置は、流入口１から左右対称に、予備微細
化部２，３、微細化部４がある。
【００１２】流入口１は、円柱状の容器である。底面の
中心には孔が開いている。孔の口径は流入口１の口径の
半分ほどである。孔から先は漏斗上になっていて、流路
５に繋がっている。流路５はすぐに左右に分岐し、左右
対称に配置された予備微細化部２，２に接続されてい
る。
【００１３】予備微細化部２は、円筒状体６と貫通孔７
とから構成されている。円筒状体６の流入口１側の端に
は貫通孔７が、もう一方の端には継手が取りつけられて
いる。貫通孔７は、流路５，６ａの口径よりも小さい孔
があいたノズル又はオリフィスである。
【００１４】予備微細化部３は円筒状体８と貫通孔９と
から構成されている。円筒状体８の、流出口である微細
化部４側の端には継手が取りつけられ、反対側の端には
貫通孔９が設けられている。円筒状体６の継手側と貫通
孔９は、連通部１０によって連通している。連通部１０
は直方体で、内部にコの字型の流路１０ａが設けられて
いる。円筒状体６，８の流路６ａ，８ａとこれを繋ぐ流
路１０ａとで、Ｕ字型流路を構成している。
【００１５】円筒状体６，８の継手部分との接続部分に
はワッシャがあり、継手を押しつけることによって、内
部の流体が漏れ出さないようにシールされている。この
継手には、従来からあるテーパ面を密着させてシールす
るものを使用してもよい。しかし、円筒状体６，８の寿
命が大幅に伸びる、着脱が簡単などの理由から、特願２
００１−１６８２９２の継手を用いるのが望ましい。
【００１６】左右に２つある貫通孔９，９は対向して設
置されている。貫通孔９，９の丁度中間の位置に、Ｕ字
型流路の出口８ｂ，８ｂがある。出口８ｂ，８ｂの間が
微細化部４である。
【００１７】次に、上記粒子微細化装置を用いた分散、
破砕及び乳化の工程を説明する。液相中に固相を混合さ
せたスラリーや、水中又は油中に油又は水を混合させた
液体などの混合流体を、高圧ポンプで加圧して流入口１
へ導入する。ここで加えられた圧力は、分散、破砕及び
乳化等の微細化処理が完了するまで保持される。混合流
体内にある、凝集している物体（粒子）にはわずかな凹
部や隙間があり、その隙間に空気などの気相が存在して
いる。圧力を加えることでその気相が圧縮され体積が減
少する。減少した部分に液相が浸入する。
【００１８】高圧ポンプにより流入口１へ導入された流
体は、貫通孔７，７を通過することで瞬間的に超高速に
加速され、すなわち、同時に瞬間的に減圧される。減圧
されることにより凝集体（粒子）の内部に圧縮されてい
た気相は膨張しようとする。しかし、気相の上に液相が
充填されているので液相が排除されない限り気相が元の
体積に戻ることができない。気相と比較して液相は拡散
係数が遥かに小さく粘性は遥かに高いので液相が先に排
除されることはない。それでも気相は膨張しようとする
ため、凝集体の一番弱いところが破壊される。このよう
にして凝集体の第１段の粒子の微細化が行われるのであ
る。
【００１９】貫通孔７，７を通過中、流体は一時的に超
高速に加速されるが、通過後はすぐに元の速度まで減速
する。このとき減圧されていた圧力も元の圧力に戻る。
先の工程で破壊されずに残った凝集体の内部や、微細化
され新たに露出した凹部や隙間に進入した気相が再び圧
縮され、体積が減少した部分に液相が侵入する。この工
程は瞬時に完了する。
【００２０】その後、貫通孔９，９を通過することによ
り超高速に加速され、第２段の加圧、減圧による壊食作
用が起こり、凝集体が破壊される。さらに、貫通孔９，
９の中間に位置する微細化部４で流体が対向衝突する。
凝集力の弱まった個所を、衝突のエネルギーで破壊する
のである。一部衝突をしないものがでてくるが、それら
は反対側の貫通孔９に到達する前に圧力によって押し返
されるので、貫通孔９，９を傷めることはない。
【００２１】衝突のエネルギーは、ノズルから噴射され
た直後に第一のピークがあり、そこから離れた場所に第
２のピークがあることが知られている。貫通孔９，９
は、第２のピークになる場所に微細化部４がくるように
なっている。第２のピークは圧力や流体の密度などによ
って変わってくる。円筒状体８，８は長さの異なるもの
が複数種類あり、分散、破砕及び乳化を行う流体によっ
て任意に選択することができる。
【００２２】このエネルギーのピークは、貫通孔７，７
を通過した場合にも起こる。円筒状体６，６も複数種類
の長さのものを用意しておき、第２のピークが壁面１０
ｂにくるようにすることができる。こうすることで、加
圧、減圧による壊食作用で微細化された粒子が、再凝集
することを防止することができる。
【００２３】図２は、２つの粒子微細化装置を接続した
図である。一方の粒子微細化装置の流出口４に別の粒子
微細化装置の流入口１を接続することによって、上記の
工程を連続して行うことができる。図２では２つの粒子
微細化装置を接続しているが、２個に限らず粒子径の大
きさや粒子の硬さなどによって、複数個を接続すること
が可能である。一回の処理で希望する粒子径に至らない
場合、粒子微細化装置を複数接続することで、流体を大
気に開放することなく連続して処理することができ、極
めて効率の高い分散、破砕及び乳化が可能となる。
【００２４】また、別の方法としては、貫通孔７，９の
他に貫通孔を追加する構成を採用することもできる。貫
通孔を流体が通過するたびに、加圧、減圧による壊食作
用を受けて粒子径が小さくなっていく。
【００２５】分散、破砕及び乳化を行っている時に、流
体の中に大きな凝集体が貫通孔７，９に詰まってしまう
ことがある。このような場合、流出口１１と流入口１と
を逆に取りつけ、高圧ポンプで加圧した流体を流出口１
１へ導入することにより、目詰まりの解消が簡単にでき
る。
【００２６】貫通孔７，７を通過しても破壊されなかっ
たか、或いは十分に破壊されなかった凝集体を、次の貫
通孔９，９で効率よく破壊するためには、より大きな力
を加えることが望ましい。そのためには、貫通孔９，９
を貫通孔７，７の口径よりも小さくするとよい。口径が
小さくなることで、流体の流速があがり減圧度が高くな
るので、加圧、減圧による壊食作用を強めることができ
るからである。また、このように貫通孔の径を順次小さ
くすることは、目詰まりの防止にもなる。
【００２７】
【発明の効果】以上のように本発明によれば、ほぼ同一
直線上にあって、出口が接近対向するように配置された
２つの流路と、該流路のいずれかの位置に設けられ該流
路より小さい径の貫通孔と、を有し、一方の貫通孔から
噴射された液体が他方の貫通孔に届かないように配置し
たことにより、粒子微細化装置の部品の損耗を抑えるこ
とができる。
【００２８】各流路に、２つ以上の貫通孔を配置した
り、上記貫通孔と、上記出口の中間との距離が、上記貫
通孔から噴射された流体の、衝突エネルギーの第２のピ
ーク位置と一致した構成としているので、微細化を複数
回にわたり確実に行える。
【００２９】上記２つ以上の貫通孔の孔径が、上記流路
の出口側に近いほど小さくなる構成とすることで、加
圧、減圧による壊食作用を段階的に強めることができ、
微細化の効果を上げると共に、目詰まりを起こりにくく
することができる。
【００３０】上記粒子微細化装置を複数接続した構成と
することで、極めて効率の高い分散、破砕及び乳化が可
能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の粒子微細化装置の断面図である。
【図２】２つの粒子微細化装置を接続した図である。
【図３】従来の分散、破砕及び乳化を行う装置の断面図
である。
【符号の説明】
１ 流入口 ２，３ 予備微細化部 ４ 微細化部 ６，８ 円筒状体 ７，９ 貫通孔 ８ａ 流路 ８ｂ 出口 １１ 流出口

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ほぼ同一直線上にあって、出口が接近対
    向するように配置された２つの流路と、該流路のいずれ
    かの位置に設けられ該流路より小さい径の貫通孔と、を
    有し、一方の貫通孔から噴射された液体が他方の貫通孔
    に届かないように配置したことを特徴とする粒子微細化
    装置。
  2. 【請求項２】 高圧流体が導入される入口流路と、該入
    口流路から反対方向に分岐され、出口が接近対向するよ
    うに配置された２つのＵ字型流路と、該Ｕ字型流路の中
    間に配置され該流路より小さい径の貫通孔とを有し、双
    方のＵ字型流路の出口から噴射される流体が中間で衝突
    すると共に、一方の貫通孔から噴射された流体が他方の
    貫通孔に届かない位置に両貫通孔を配置したことを特徴
    とする粒子微細化装置。
  3. 【請求項３】 上記貫通孔と、上記出口の中間との距離
    が、上記貫通孔から噴射された流体の、衝突エネルギー
    の第２のピーク位置と一致していることを特徴とする請
    求項１又は２記載の粒子微細化装置。
  4. 【請求項４】 各流路に、２つ以上の貫通孔を配置した
    ことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の粒
    子微細化装置。
  5. 【請求項５】 上記２つ以上の貫通孔の孔径が、上記流
    路の出口側に近いほど小さくなることを特徴とする請求
    項４記載の粒子微細化装置。
  6. 【請求項６】 請求項２から５のいずれかに記載の粒子
    微細化装置を複数接続したことを特徴とする粒子微細化
    装置。
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