JP2007275754A - Atomization method, atomization apparatus, and atomization system - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は液体中に混入した微粒子や微生物等(以下「微粒子等」という。)を拡散、撹拌、均一混合、乳化、分散、解砕、あるいは破砕(以下本明細書において「拡散」と称す。)する拡散方法と、この方法に用いられる噴射ノズル、拡散装置及び拡散システムに関するものである。 In the present invention, fine particles or microorganisms (hereinafter referred to as “fine particles”) mixed in a liquid are diffused, stirred, uniformly mixed, emulsified, dispersed, crushed, or crushed (hereinafter referred to as “diffusion” in the present specification). ) And a spray nozzle, a diffusion device, and a diffusion system used in this method.
従来、液体からなる流体中に様々な物質や微粒子等を混合し、この混合液を拡散させる技術が知られている。その技術としては一般に混合液を超高圧(数十MPa〜数百MPa)でノズルから噴射させ、それを壁に衝突させたり、あるいはノズルからの噴射どうしを流路内で対向衝突させる等、超高圧流体による衝突作用を利用したものが多い。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique is known in which various substances, fine particles, and the like are mixed in a fluid made of a liquid and the mixed liquid is diffused. In general, the liquid mixture is injected from the nozzle at an ultra-high pressure (several tens to several hundreds of MPa) and collided with the wall, or the jets from the nozzle collide with each other in the flow path. Many use the impact action of high-pressure fluid.
この種の装置としては、例えば下記の特許文献1に記載された乳化装置や、特許文献2に記載された乳化装置等が知られており、多種多様のノズル構造が利用されている。前者の乳化装置は容器内で乳化すべき混合液をノズルから噴射し、その流路の方向を強制的に変更したり、あるいは混合液どうしを衝突させて乳化を行うものである。また、後者の乳化装置は容器内で乳化すべき一方の流体と他方の流体とを互いに反対方向から高速で衝突させ、その衝突により乳化が行われた流体を流出路から取り出すものである。 As this type of apparatus, for example, an emulsifying apparatus described in Patent Document 1 below, an emulsifying apparatus described in Patent Document 2, and the like are known, and various nozzle structures are used. The former emulsifying apparatus ejects a mixed liquid to be emulsified in a container from a nozzle and forcibly changes the direction of the flow path or emulsifies by colliding the mixed liquid. The latter emulsifying device causes one fluid to be emulsified in the container and the other fluid to collide at high speed from opposite directions, and take out the fluid emulsified by the collision from the outflow path.
前述した従来の乳化装置では、超高圧の被処理液体を高速流に変換し、その高速流の流路を変更又は衝突させたりすることによって拡散処理を進行させるようになっている。ところが、拡散効果を得るための衝突用流路は、狭い通路で構成されているために圧力損失が大きい、つまり流量係数が小さく高速流が減衰されるという問題があった。これは、本来拡散処理を進行させるために流体に与えられた高速流というエネルギーが、流路の途中で熱エネルギーに変化して失われてしまうということである。 In the conventional emulsification apparatus described above, the diffusion treatment is advanced by converting the liquid to be treated at a high pressure into a high-speed flow and changing or colliding the flow path of the high-speed flow. However, since the collision flow path for obtaining the diffusion effect is constituted by a narrow passage, there is a problem that the pressure loss is large, that is, the flow rate is small and the high-speed flow is attenuated. This means that the energy of the high-speed flow given to the fluid in order to advance the diffusion process is changed to heat energy in the middle of the flow path and lost.
また、従来の乳化装置におけるノズルでは、構造上圧力損失を小さくすることができない。従来のノズル構造によると発熱量が非常に大きく、人体に直接触れると火傷するほどの熱が発生する。その結果として大きな動力が必要になり、製品コストとエネルギーコストを増大させることにも繋がる。さらには流路が複雑な形状であるため、固形成分が中で凝固すると洗浄しにくい構造になっているという問題もある。 Moreover, the pressure loss cannot be reduced structurally with the nozzle in the conventional emulsification apparatus. According to the conventional nozzle structure, the amount of heat generation is very large, and heat that generates burns when directly touching the human body is generated. As a result, a large amount of power is required, leading to an increase in product cost and energy cost. Furthermore, since the flow path has a complicated shape, there is also a problem that the solid component is difficult to clean when solidified therein.
そこで、本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、特に拡散処理を効率良く行うことができ、かつ、簡単な構造でメンテナンス性にも優れた噴射ノズルと、この噴射ノズルの構造を採用した拡散装置、拡散システム、並びに拡散方法を提供することを目的とする。 Accordingly, the present invention has been made to solve the above-described problems, and in particular, an injection nozzle that can efficiently perform diffusion processing, has a simple structure, and has excellent maintainability. It is an object to provide a diffusion device, a diffusion system, and a diffusion method that employ a nozzle structure.
前記の目的を達成するため、本発明の拡散方法は、拡散対象の流体を高圧流体にして密閉ケースの一端から導入し、前記導入した高圧流体を互いに平行配置された複数の流路で分岐させ、前記分岐させた複数の高圧流体の流路を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から複数の高速流体を噴射し、前記噴射した複数の高速流体を瞬時に減圧し、これにより誘起するキャビテーションと旋回流の相互干渉によって拡散を行うことを特徴とするものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the diffusion method of the present invention converts the fluid to be diffused into a high-pressure fluid from one end of the sealed case, and divides the introduced high-pressure fluid into a plurality of flow paths arranged in parallel to each other. The flow paths of the plurality of branched high-pressure fluids are narrowed with micro holes, a plurality of high-speed fluids are ejected from the other end of the sealed case, and the plurality of ejected high-speed fluids are instantaneously decompressed and thereby induced Diffusion is performed by mutual interference between cavitation and swirl flow.
キャビテーションとは、液体の流れの中での圧力が急激に低くなったときに、液体が蒸発したり溶存気体の遊離で気体が生じたりして気泡が生じる現象、いわゆる空洞現象のことである。 Cavitation is a so-called cavity phenomenon in which bubbles are generated when the pressure in the flow of liquid suddenly decreases and the liquid evaporates or gas is generated by liberation of dissolved gas.
本発明において、拡散対象の流体とは、液体又は紛体からなる物質を含んだ液状流体をいい、物質として液体と液体を選択した場合は乳化が行われ、物質として固体と液体を選択した場合には分散、解砕、あるいは破砕が行われる。それぞれの中間的な目的に用いられた場合は、撹拌、均一混合とされる。 In the present invention, the fluid to be diffused refers to a liquid fluid containing a substance consisting of liquid or powder. When liquid and liquid are selected as substances, emulsification is performed, and when solid and liquid are selected as substances. Is dispersed, crushed or crushed. When used for intermediate purposes, stirring and uniform mixing are performed.
ここで、乳化とは親水液の疎水液中への微小液滴化や、疎水液の親水液中への微小液滴化等が示される。また、分散とは微粒子の金属酸化物、有機物、その他の無機物の凝集体の解砕が示され、破砕とは有機物又は無機物の単粒子の液体中での微細化が示される。 Here, emulsification refers to the formation of microdroplets into a hydrophobic liquid from a hydrophilic liquid, the formation of microdroplets into a hydrophilic liquid from a hydrophobic liquid, and the like. Dispersion refers to pulverization of fine-particle metal oxides, organic substances, and other inorganic aggregates, and pulverization refers to the refinement of organic or inorganic single particles in a liquid.
また、前記の目的を達成するため、本発明の噴射ノズルは、密閉ケースの一端から高圧流体を導入する導入口と、前記導入口に連通する流路を分岐し、互いに平行配置された複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から高速流体を噴射する複数の噴射口と、を備えたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, an injection nozzle according to the present invention includes an inlet for introducing high-pressure fluid from one end of a sealed case, and a flow path communicating with the inlet, and a plurality of nozzles arranged in parallel to each other. Each of the plurality of branch channels is throttled with a minute hole, and a plurality of injection ports for ejecting high-speed fluid from the other end of the hermetic case are provided.
前記の構造からなる噴射ノズルにおいて、噴射する流体に確実な旋回流を発生させるために、前記噴射口が前記分岐流路の軸線に対して所定角度傾斜している構造を採用しても良い。 The injection nozzle having the above structure may employ a structure in which the injection port is inclined at a predetermined angle with respect to the axis of the branch flow path in order to generate a reliable swirling flow in the fluid to be injected.
また、前記の目的を達成するため、本発明の拡散装置は、密閉ケースの一端から高圧流体を導入する導入口と、前記導入口に連通する流路を分岐し、互いに平行配置された複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から高速流体を噴射する複数の噴射口と、前記複数の噴射口に連通し、前記分岐流路よりも大径の空洞部からなる拡散促進室と、を備えたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the diffusion device of the present invention includes a plurality of inlets that introduce a high-pressure fluid from one end of a sealed case and a flow passage that communicates with the inlet, and are arranged in parallel to each other. A branch channel, each of the plurality of branch channels is throttled with a microhole, a plurality of injection ports for injecting high-speed fluid from the other end of the sealed case, and the plurality of injection ports communicated with the branch channel. And a diffusion accelerating chamber having a larger-diameter cavity.
前記の構造からなる拡散装置においても、同様の理由から、前記噴射口が前記分岐流路の軸線に対して所定角度傾斜している構造を採用することができる。 In the diffusion device having the above structure, for the same reason, a structure in which the injection port is inclined at a predetermined angle with respect to the axis of the branch flow path can be employed.
前記の構造からなる拡散装置において、前記拡散促進室内で一度に効率良く圧力降下を与えるためには、前記拡散促進室の内径が前記分岐流路の内径の200倍以上に設定されていることが好ましい。 In the diffusion device having the above structure, in order to efficiently apply a pressure drop at once in the diffusion promoting chamber, the inner diameter of the diffusion promoting chamber is set to be 200 times or more than the inner diameter of the branch flow path. preferable.
前記の構造からなる拡散装置において、前記拡散促進室に拡散後の流体を排出する排出口が形成されていても良い。 In the diffusion device having the above structure, a discharge port for discharging the fluid after diffusion may be formed in the diffusion promoting chamber.
また、前記の目的を達成するため、本発明の拡散システムは、拡散対象の流体を収容する容器と、前記容器内の流体を加圧して移送する圧送ポンプと、前記圧送ポンプにより移送された高圧流体を導入し、これを拡散して排出する請求項7に記載の拡散装置と、前記拡散装置から排出された拡散後の流体を貯留する貯留槽と、を備えたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, a diffusion system according to the present invention includes a container that contains a fluid to be diffused, a pressure feed pump that pressurizes and transfers the fluid in the container, and a high pressure that is transferred by the pressure pump. A diffusion device according to claim 7 for introducing a fluid, diffusing and discharging the fluid, and a storage tank for storing the fluid after diffusion discharged from the diffusion device. is there.
本発明において、噴射ノズルから噴射される流体が高速旋回流を形成するためには、拡散装置に導入する流体について圧送ポンプを用いてその吐出導入圧力を1MPa〜300MPa程度の超高圧に加圧することが好ましい。 In the present invention, in order for the fluid ejected from the ejection nozzle to form a high-speed swirling flow, the fluid introduced into the diffusion device is pressurized to an ultrahigh pressure of about 1 MPa to 300 MPa using a pressure pump. Is preferred.
本発明によると、密閉ケース内に導入された拡散対象の流体は互いに平行配置された複数の分岐流路で分岐し、その後、微小孔によって絞られた噴射口から噴射されて高速旋回流となる。そして複数の噴射口から噴射された高速旋回流が瞬時に減圧され、これにより誘起するキャビテーションと旋回流の相互作用によって大きなせん断力が発生し、効率良い拡散処理が行われる。よって、粒子径の小さなシャープな分布の微粒化プロセスを実現できる。 According to the present invention, the fluid to be diffused introduced into the sealed case is branched by a plurality of branch passages arranged in parallel to each other, and then is jetted from the jet port narrowed by the micro holes to become a high-speed swirling flow. . Then, the high-speed swirling flow injected from the plurality of injection ports is instantaneously reduced in pressure, and a large shearing force is generated by the interaction between the cavitation induced by this and the swirling flow, and efficient diffusion processing is performed. Therefore, a sharp distribution atomization process with a small particle diameter can be realized.
また、本発明によれば、従来装置のような容器内に高速流の流路を変更又は衝突させる複雑な通路を形成する構造ではなく、高速流の直進性が維持される。すなわち、流体に与えられたエネルギーの損失が小さいので圧力損失を抑えることが可能となる。これにより拡散処理に必要な動力も少なくて済み、製品コストとエネルギーコストの低減を図ることができる。しかも流体が通過する流路は直線的な通路による単純な構造であるため、流体抵抗による摩耗が少なく、また洗浄作業も簡単に行えるので、メンテナンス性に優れるという効果もある。 In addition, according to the present invention, a straight passage of the high-speed flow is maintained instead of a structure in which a complicated passage for changing or colliding the flow path of the high-speed flow is formed in the container as in the conventional apparatus. That is, since the loss of energy given to the fluid is small, the pressure loss can be suppressed. As a result, less power is required for the diffusion treatment, and the product cost and energy cost can be reduced. Moreover, since the flow path through which the fluid passes has a simple structure with straight passages, there is little wear due to fluid resistance, and the cleaning operation can be easily performed.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の拡散装置を示す全体図、図2は同拡散装置の正面図、図3は同拡散装置における噴射ノズルを示す拡大図、図4は同噴射ノズルにおける噴射口付近の流体の流れを示す模式図、図5は同噴射ノズルにおける噴射口の他の形状を示す模式図、図6は同拡散装置における流体の流れを示す図、図7は同拡散装置を用いた拡散システムを示す全体図である。 1 is an overall view showing a diffusion device of the present invention, FIG. 2 is a front view of the diffusion device, FIG. 3 is an enlarged view showing an injection nozzle in the diffusion device, and FIG. 4 is a view of a fluid near an injection port in the injection nozzle. FIG. 5 is a schematic diagram showing another shape of the injection port in the injection nozzle, FIG. 6 is a diagram showing the flow of fluid in the diffusion device, and FIG. 7 is a diffusion system using the diffusion device. FIG.
まず、拡散装置の構成について説明する。 First, the configuration of the diffusion device will be described.
図1に示す拡散装置10は、本発明の拡散方法を利用して液体中に混入された微粒子等を拡散するための装置である。この装置は本発明による噴射ノズル50を含むノズルアッセンブリー11と、ノズルアッセンブリー11の一端に連結された高圧配管12と、他端に連結された低圧配管13とから構成されている。
A
ノズルアッセンブリー11は、円柱形のフランジ21とケース22とからなる密閉ケース内に噴射ノズル50を収容したものである。密閉ケースはフランジ21とケース22の端面どうしを突き合わせ、フランジ21から挿通したボルト31をケース22に締結することで一体化されている。本実施形態では、図2に示すようにフランジ21の周縁部に等間隔で6個の切り欠き部を形成し、この切り欠き部からボルト31を軸線方向に締結してある。
The nozzle assembly 11 has an injection nozzle 50 accommodated in a sealed case composed of a cylindrical flange 21 and a case 22. The sealed case is integrated by abutting the end surfaces of the flange 21 and the case 22 and fastening the
フランジ21の軸心には導入口23が開口している。導入口23の口径は処理量に影響を及ぼさない範囲で大きくすることができる。また、導入口23には直線的に延びる導入流路24が連通しており、導入流路24の下流側は更に2つの流路に分岐され、導入流路24に平行な分岐流路25,25を設けてある。分岐流路25は導入流路24を中心とした対象位置に互いが平行になるように配置される。なお、本実施形態では分岐流路25の数を2つとしたが、これに限らず、例えばフランジ21の軸心周りに等間隔で3つ以上設けてあっても構わない。
An
フランジ21には導入流路24に直交する孔が設けられているが、この孔は導入流路24と分岐流路25とを連通する際に形成した加工用孔26である。したがって、この加工用孔26を塞ぐため、加工用孔26の開口端に雌ネジ32が形成されており、雌ネジ32には盲栓33がグランドナット34によってねじ込み固定されている。
The flange 21 is provided with a hole orthogonal to the
前記構造からなるノズルアッセンブリー11は、その上流側に高圧配管12が連結される。その連結構造はフランジ21の端面中心部にも雌ネジ35を形成し、雌ネジ35に高圧配管12の一端をグランドナット36によってねじ込み固定したものである。
The nozzle assembly 11 having the above structure has a high-
高圧配管12と導入口23との接合面にはテーパーシール構造を採用している。つまり高圧配管12の端面は先端に向かって狭くなるテーパー状とされ、導入口23の開口周縁部はこれよりも僅かに広角のテーパー角を有している。よって、両者を嵌合すると高圧配管12先端の角部が密着して隙間を確実に塞ぎ、密閉性が維持される。
A taper seal structure is adopted for the joint surface between the high-
このようにして、高圧配管12の開口端は導入口23に連通し、拡散処理対象となる高圧流体が高圧配管12から導入口23を介して導入流路24内に導入されるようになっている。
In this way, the open end of the high-
ここで、噴射ノズルの構造を説明する。 Here, the structure of the injection nozzle will be described.
図3に拡大して示すように、噴射ノズル50は、密閉ケースをフランジ21とケース22の結合構造にした関係上、フランジ21の端面に設けたシール部材とケース22の対向面に設けたアダプタ部材とを結合することによって構成されている。以下のシール部材とアダプタ部材はすべての分岐流路25について共通する構造である。
As shown in an enlarged view in FIG. 3, the injection nozzle 50 includes a seal member provided on the end surface of the flange 21 and an adapter provided on the opposite surface of the case 22 because the sealed case has a coupling structure of the flange 21 and the case 22. It is comprised by couple | bonding a member. The following seal member and adapter member have a common structure for all
シール部材は円環状のガスケット51とそれと同径のシール52とからなる。両者はフランジ21の端面に形成した凹部に嵌め込まれる。一方、アダプタ部材はノズル本体53とノズルアダプタ54とからなる。両者はケース22の対向面に形成した凹部に嵌め込まれ、その中心に細孔55からなる流路が形成される。
The seal member includes an
そしてシール52とノズルアダプタ54との接合面にもテーパーシール構造を採用している。つまりノズルアダプタ54の端面は先端に向かって狭くなるテーパー状とされ、シール52の開口周縁部はこれよりも僅かに広角のテーパー角を有している。よって、両者を嵌合するとノズルアダプタ54先端の角部が密着して隙間を確実に塞ぎ、密閉性が維持される。
A taper seal structure is also employed on the joint surface between the
ノズル本体53の管内には微小孔を有するオリフィス56が設けられ、細孔55の流路が更に絞られている。よって、細孔55から噴射口57を通過する流体はその流速が上昇し、ノズル先端の噴射口57から高速流体に変換されて噴射される。オリフィス56の径は0.1〜2mm程度、長さは0.5〜1mm程度とするのが良い。また、ノズル本体53の先端は高速流体との抵抗を小さくすべくテーパー加工が施されている。なお、オリフィス56は高速流体との耐摩耗性を有するように、例えばセラミックス、超硬合金、ダイヤモンド等の超硬質素材により構成することが好ましい。
An
噴射ノズル50の下流側には低圧配管13が連結される。その連結構造は図1に示すようにケース22の端面に分岐流路25に比して極めて大径の開口部27を形成し、開口部27に低圧配管13の一端を嵌合したものである。
A
このようにして、低圧配管13の開口端は噴射口57に連通し、噴射口57から噴射された高速流体が低圧配管13の内部に排出されるようになっている。
In this way, the open end of the low-
低圧配管13の内部には空洞部からなる拡散促進室41が設けられている。拡散促進室41内は大気圧であるため、噴射口57から噴射された高速流体はその圧力が瞬時に降下する。このとき拡散促進室41内が流体で満たされていると、図4に示すように複数の高速流体によるジェット流と旋回流が発生する。また、高速流体が瞬時に減圧されてキャビテーション現象が発生する。
Inside the low-
したがって、拡散促進室41内では、複数の高速流により誘起されたキャビテーションと旋回流との相互干渉によって大きなせん断力が発生し、これにより流体の拡散処理が促進する。なお、一度に効率良く圧力降下を与えるためには、拡散促進室41と分岐流路25とのサイズ比率が大きければ大きいほど良い。その基準としては、図3に示す拡散促進室41の内径R1が分岐流路25の内径R2の200倍以上に設定されていることが好ましい。
Accordingly, in the
また、噴射ノズル50から噴射される流体に確実な旋回流を発生させるために、噴射口57が分岐流路25の軸線に対し所定角度傾斜していても良い。図5は高速流体が分岐流路25の軸線に対して5°の傾きを持って噴射されるように噴射口57の角度を設定した例を示す。なお、噴射口57の傾斜角度についてはもちろん5°に限られるものではない。例えば噴射口57から噴射された高速流体がケース22や低圧配管13の内壁面に衝突しないような角度とすれば良く、その傾斜角度を適宜変更することが可能である。また、傾斜の向きについては外側でも内側でも良い。
Further, in order to generate a reliable swirl flow in the fluid ejected from the ejection nozzle 50, the
さらに、本実施形態では低圧配管13の他端に排出口42を形成してある。排出口42は処理量に応じた口径とすることができる。これにより、拡散促進室41の内部で拡散処理された流体は排出口42を介して排出配管(図示略)へと排出される。
Further, in the present embodiment, a discharge port 42 is formed at the other end of the low-
以上説明したように、本実施形態の拡散装置10では特に噴射ノズル50をシール部材とアダプタ部材の2つの部材で構成し、両者を結合するフランジ21とケース22をボルト31で締結する構造を採用した。このため、装置の組立てや分解が簡単であり、消耗部品の交換作業も容易に行えるのでメンテナンス性に優れている。
As described above, in the diffusing
次に、拡散装置の作用について説明する。 Next, the operation of the diffusion device will be described.
図6に示す拡散装置10において、拡散すべき物質を含む高圧流体は高圧配管12から導入口23を介して導入流路24内に導入される。これが導入流F1である。
In the
次に、この導入流F1は2つの分岐流路25,25によって分岐し、分岐したそれぞれの分岐流F2,F3は個別に噴射ノズル50内に導入される。このとき、分岐流路25内を流れる分岐流F2,F3は高圧状態を維持したままである。
Next, the introduced flow F1 is branched by the two
噴射ノズル50内を流れる分岐流F2,F3は、図3で説明したように、細孔55から噴射口57を通過する際、微小孔によって流路を絞られてその流速が上昇する。これにより噴射口57を通過した流体は高速流に変換され、低圧配管13の内部の拡散促進室41に噴射される。
As described with reference to FIG. 3, the branch flows F <b> 2 and F <b> 3 flowing through the injection nozzle 50 are narrowed by the micropores when passing through the
拡散促進室41は流体で満たされており、噴射ノズル50から噴射された流体は高圧状態から瞬時に減圧される。この瞬時減圧により、拡散促進室41内にキャビテーション現象が発生する。また、このとき同時に2つの噴射口57,57から噴射された流体が合流し、ジェット流F4,F5と旋回流F6,F7との乱流状態を形成する。したがって、拡散促進室41内においては、2つの高速流から誘起されたキャビテーションと旋回流の相互干渉によって大きなせん断力が発生し、流体の拡散処理が効率良く進行する。
The
最後に、拡散促進室41で拡散処理された流体は、低圧配管13から排出口42を介して排出配管へと排出される。これが排出流F8である。
Finally, the fluid diffused in the
以上が拡散装置の構成であるが、以下ではこの拡散装置を用いた拡散システムについて説明する。 The above is the configuration of the diffusion device. A diffusion system using this diffusion device will be described below.
図7に示す拡散システム1では、前混合液(拡散すべき素材を含む流体)を圧送ポンプ4により拡散装置10へと圧送し、拡散装置10内で乳化、分散、微粉砕、あるいは滅菌等の拡散処理を行う。
In the diffusion system 1 shown in FIG. 7, the pre-mixed liquid (fluid containing the material to be diffused) is pumped to the
より具体的に説明すると、拡散システム1は水、親水性流体、疎水性流体を前混合液として収容するための容器2を有し、これに接続された弁3を閉じて容器2中に水、親水性流体、疎水性流体を入れて貯留・前混合を行う。容器2中での前混合が終了すると、弁3を開いて流量を調節し、圧送ポンプ4を起動する。圧送ポンプ4は前混合液を加圧して高圧流体とし、これを移送して拡散装置10内へと導入するようになっている。前混合液は圧送ポンプ4によって1MPa〜300MPa程度の超高圧に加圧される。
More specifically, the diffusion system 1 has a container 2 for containing water, a hydrophilic fluid, and a hydrophobic fluid as a premixed solution, and the valve 3 connected to the container 2 is closed and water is contained in the container 2. Storing and premixing with a hydrophilic fluid and a hydrophobic fluid. When the premixing in the container 2 is completed, the valve 3 is opened to adjust the flow rate, and the pumping pump 4 is started. The pressure pump 4 pressurizes the pre-mixed liquid to form a high-pressure fluid, which is transferred and introduced into the
圧送ポンプ4と拡散装置10との間に設置された圧力計5は、拡散装置10に導入する流体の圧力を監視するためのものである。また、拡散装置10の下流側には貯留槽6が設けられており、拡散装置10から排出された拡散処理後の流体が貯留される。そして貯留槽6に接続された弁7を開いて流量を調節し、貯留槽6に貯留された拡散処理後の流体を所定量ずつ回収できるようになっている。なお、それぞれの部品間は配管によって接続されている。
A pressure gauge 5 installed between the pumping pump 4 and the
この拡散システム1によれば、大掛かりな撹拌設備が不要である上に、拡散装置10において効率良い拡散処理が行えるので、粒子径の小さな均一分布の微粒化プロセスを実現できる。
According to the diffusion system 1, a large stirring facility is not required, and an efficient diffusion process can be performed in the
[実施例]
最後に、本発明の効果について実施例を挙げて説明する。本発明の拡散装置を用いて乳化と分散・破砕を行った実験結果を以下に示す。本発明の拡散装置には前述した実施形態と同様な2つの噴射ノズルを有する装置を用いた。また、本発明の拡散装置と同じ条件で比較した従来装置と、粒度分布測定に用いた測定装置は次のものである。
[Example]
Finally, the effect of the present invention will be described with reference to examples. The experimental results of emulsification, dispersion and crushing using the diffusion device of the present invention are shown below. As the diffusion device of the present invention, a device having two injection nozzles similar to those of the above-described embodiment was used. Moreover, the conventional apparatus compared on the same conditions as the diffusion apparatus of this invention and the measuring apparatus used for the particle size distribution measurement are as follows.
(従来装置)
回転型ホモジナイザー:回転型の一般的なホモジナイザー、N社製
高圧微粒化装置:高速衝突を微粒化原理とした装置、A社製
(測定装置)
マイクロトラック粒度分布測定装置MT−3300:測定原理はレーザー回析散乱法、日機装株式会社製
なお、評価方法はメジアン径の大小比較により行うものとした。
(Conventional device)
Rotating homogenizer: Rotating general homogenizer, manufactured by Company N High pressure atomizer: Device based on the principle of atomization of high-speed collision, manufactured by Company A (measuring device)
Microtrack particle size distribution measuring apparatus MT-3300: The measurement principle is a laser diffraction scattering method, manufactured by Nikkiso Co., Ltd. The evaluation method is based on a comparison of the median diameters.
<乳化実験>
1.試料
(ア)大豆油(関東化学株式会社)
…10.0wt%
(イ)大豆レシチン(関東化学株式会社)
… 1.5wt%
(ウ)純水
…89.5wt%
2.前処理
(1)大豆油を所定量秤量し、大豆レシチンを所定量秤量する。そして、大豆油に大豆レシチンを溶解させる。
(2)純水を所定量秤量し、前記(1)で調合した大豆油を撹拌ホモジナイザーで5000rpmにて1分間予備乳化を行う。
(3)予備乳化品の粒子径を測定する。
3.本処理
(1)従来の高圧微粒化装置を使用して1pass,3pass,5pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定する。なお、passとは処理サイクルを表わし、以下でも同様とする。
(2)本発明の拡散装置を使用して1pass,3pass,5pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定し、前処理結果と比較する。
<Emulsification experiment>
1. Sample (A) Soybean oil (Kanto Chemical Co., Inc.)
... 10.0wt%
(A) Soy lecithin (Kanto Chemical Co., Inc.)
... 1.5wt%
(U) Pure water: 89.5 wt%
2. Pretreatment (1) A predetermined amount of soybean oil is weighed and a predetermined amount of soybean lecithin is weighed. And soy lecithin is dissolved in soybean oil.
(2) A predetermined amount of pure water is weighed, and the soybean oil prepared in (1) above is pre-emulsified with a stirring homogenizer at 5000 rpm for 1 minute.
(3) The particle size of the pre-emulsified product is measured.
3. Main treatment (1) Using a conventional high-pressure atomizer, 1-pass, 3-pass, and 5-pass treatments are performed, and the particle diameter of each result is measured. Note that pass represents a processing cycle, and the same applies hereinafter.
(2) 1-pass, 3-pass, and 5-pass processing is performed using the diffusion device of the present invention, and the particle diameter of each result is measured and compared with the pre-processing result.
<分散・破砕実験>
1.試料
(ア)酸化亜鉛(ハクスイテック株式会社)
…30.0wt%
(イ)分散剤(デモールEP:特殊カルボン酸型高分子界面活性剤、花王株式会社)
… 2.0wt%
(ウ)純水
…68.0wt%
2.前処理
(1)純水を所定量準備し、所定量秤量した分散剤を添加して溶解させる。
(2)前記(1)で準備した分散剤入り純水に所定量秤量した酸化亜鉛を添加し、撹拌ホモジナイザーで15000rpmにて5分間予備分散する。
(3)予備分散品の粒子径を測定する。
3.本処理
(1)従来の高圧微粒化装置を使用して1pass,3pass,5pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定する。
(2)本発明の拡散装置を使用して1pass,3pass,5pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定し、前処理結果と比較する。
<Dispersion and crushing experiment>
1. Sample (a) Zinc oxide (Hakusuikku Co., Ltd.)
... 30.0wt%
(I) Dispersant (Demol EP: Special carboxylic acid type polymer surfactant, Kao Corporation)
… 2.0 wt%
(U) Pure water 68.0wt%
2. Pretreatment (1) A predetermined amount of pure water is prepared, and a dispersant weighed in a predetermined amount is added and dissolved.
(2) A predetermined amount of zinc oxide is added to the dispersant-containing pure water prepared in (1), and predispersed for 5 minutes at 15000 rpm with a stirring homogenizer.
(3) The particle size of the predispersed product is measured.
3. Main treatment (1) Using a conventional high-pressure atomizer, 1-pass, 3-pass, and 5-pass treatments are performed, and the particle diameter of each result is measured.
(2) 1-pass, 3-pass, and 5-pass processing is performed using the diffusion device of the present invention, and the particle diameter of each result is measured and compared with the pre-processing result.
乳化実験結果と分散・破砕実験結果を下記の表に比較して示す。 The results of the emulsification experiment and the dispersion / crushing experiment are shown in the table below.
表1の乳化実験結果から、本発明の拡散装置では従来の回転型ホモジナイザー及び従来の高圧微粒化装置と比較して微粒化効果が高められ、あわせて粒度分布範囲の狭い均質かつ良好な微粒化を達成できることが確認された。 From the results of the emulsification experiments in Table 1, the diffusion device of the present invention has an improved atomization effect as compared with the conventional rotary homogenizer and the conventional high-pressure atomizer, and at the same time, a uniform and good atomization with a narrow particle size distribution range. It was confirmed that can be achieved.
表2の分散・破砕実験結果から、本発明の拡散装置では従来の回転型ホモジナイザー及び従来の高圧微粒化装置と比較して微粒化効果が高められ、あわせて粒度分布範囲の狭い均質かつ良好な微粒化を達成できることが確認された。 From the results of the dispersion / crushing experiments shown in Table 2, the diffusion device of the present invention has an improved atomization effect as compared with the conventional rotary homogenizer and the conventional high-pressure atomizer, and at the same time, a uniform and good narrow particle size distribution range. It was confirmed that atomization can be achieved.
以上の実験結果を総合すると、本発明の拡散装置によれば、乳化実験及び分散・破砕実験のいずれにおいても従来装置より微粒化効果が高められ、高効率な拡散効果が得られることが判明した。 Summing up the above experimental results, it was found that according to the diffusion device of the present invention, the atomization effect was enhanced compared to the conventional device in both the emulsification experiment and the dispersion / crushing experiment, and a highly efficient diffusion effect was obtained. .
本発明は以下の産業分野において利用することが可能である。 The present invention can be used in the following industrial fields.
・食品産業:乳脂肪の微粒化(乳化),香料の乳化・分散,高カロリー乳剤の乳化,細胞破砕,滅菌等
・医薬品産業:細胞破砕,菌類からの有用成分の抽出,乳化製剤の調製等
・化粧品産業:乳液の調製,顔料の分散,乳化剤無添加乳液の調製,リポソームの調製
・化学品産業:乳化重合製品の製造,トナーの分散,水性塗料の調製,有機・無機紛体の湿式分散及び破砕
・電子部品産業:有機・無機紛体の湿式分散及び破砕
・冶金産業:無機紛体の湿式分散及び破砕
・環境産業:水処理,汚泥処理
・電池産業:有機・無機紛体の湿式分散及び破砕
・ Food industry: Milk fat atomization (emulsification), perfume emulsification / dispersion, high-calorie emulsion emulsification, cell disruption, sterilization, etc. ・ Pharmaceutical industry: cell disruption, extraction of useful components from fungi, preparation of emulsified preparations, etc.・ Cosmetic industry: Preparation of emulsions, dispersion of pigments, preparation of emulsions without added emulsifiers, preparation of liposomes ・ Chemicals industry: Manufacture of emulsion polymerization products, dispersion of toners, preparation of aqueous paints, wet dispersion of organic and inorganic powders and Crushing ・ Electronics industry: Wet dispersion and crushing of organic and inorganic powder ・ Metallurgy industry: Wet dispersion and crushing of inorganic powder ・ Environment industry: Water treatment, sludge treatment ・ Battery industry: Wet dispersion and crushing of organic and inorganic powder
以上のように、本発明は様々な産業分野での用途が考えられる有益な発明である。 As described above, the present invention is a useful invention that can be used in various industrial fields.
1 拡散システム
2 容器
3 弁
4 圧送ポンプ
5 圧力計
6 貯留槽
7 弁
10 拡散装置
11 ノズルアッセンブリー
12 高圧配管
13 低圧配管
21 フランジ
22 ケース
23 導入口
24 導入流路
25 分岐流路
26 加工用孔
27 開口部
31 ボルト
32 雌ネジ
33 盲栓
34 グランドナット
35 雌ネジ
36 グランドナット
41 拡散促進室
42 排出口
50 噴射ノズル
51 ガスケット
52 シール
53 ノズル本体
54 ノズルアダプタ
55 細孔
56 オリフィス
57 噴射口
R1 拡散促進室の内径
R2 分岐流路の内径
F1 導入流
F2,F3 分岐流
F4,F5 ジェット流
F6,F7 旋回流
F8 排出流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Diffusion system 2 Container 3 Valve 4 Pressure pump 5 Pressure gauge 6 Reservoir 7
本発明は液体中に混入した微粒子や微生物等(以下「微粒子等」という。)を拡散、撹拌、均一混合、乳化、分散、解砕、あるいは破砕(以下本明細書において「微粒化」と称す。)する微粒化方法と、この方法に用いられる噴射ノズル、微粒化装置及び微粒化システムに関するものである。 In the present invention, fine particles or microorganisms (hereinafter referred to as “fine particles”) mixed in a liquid are diffused, stirred, uniformly mixed, emulsified, dispersed, crushed, or crushed (hereinafter referred to as “ atomization ” in the present specification). .) atomization method of the injection nozzle used in this method, to an atomizer and atomized system.
従来、液体からなる流体中に様々な物質や微粒子等を混合し、この混合液を微粒化する技術が知られている。その技術としては一般に混合液を超高圧(数十MPa〜数百MPa)でノズルから噴射させ、それを壁に衝突させたり、あるいはノズルからの噴射どうしを流路内で対向衝突させる等、超高圧流体による衝突作用を利用したものが多い。 2. Description of the Related Art Conventionally, a technique is known in which various substances, fine particles, and the like are mixed in a liquid fluid and the mixed liquid is atomized . In general, the liquid mixture is injected from the nozzle at an ultra-high pressure (several tens to several hundreds of MPa) and collided with the wall, or the jets from the nozzle collide with each other in the flow path. Many use the impact action of high-pressure fluid.
この種の装置としては、例えば下記の特許文献1に記載された乳化装置や、特許文献2に記載された乳化装置等が知られており、多種多様のノズル構造が利用されている。前者の乳化装置は容器内で乳化すべき混合液をノズルから噴射し、その流路の方向を強制的に変更したり、あるいは混合液どうしを衝突させて乳化を行うものである。また、後者の乳化装置は容器内で乳化すべき一方の流体と他方の流体とを互いに反対方向から高速で衝突させ、その衝突により乳化が行われた流体を流出路から取り出すものである。 As this type of apparatus, for example, an emulsifying apparatus described in Patent Document 1 below, an emulsifying apparatus described in Patent Document 2, and the like are known, and various nozzle structures are used. The former emulsifying apparatus ejects a mixed liquid to be emulsified in a container from a nozzle and forcibly changes the direction of the flow path or emulsifies by colliding the mixed liquid. The latter emulsifying device causes one fluid to be emulsified in the container and the other fluid to collide at high speed from opposite directions, and take out the fluid emulsified by the collision from the outflow path.
前述した従来の乳化装置では、超高圧の被処理液体を高速流に変換し、その高速流の流路を変更又は衝突させたりすることによって微粒化処理を進行させるようになっている。ところが、微粒化効果を得るための衝突用流路は、狭い通路で構成されているために圧力損失が大きい、つまり流量係数が小さく高速流が減衰されるという問題があった。これは、本来微粒化処理を進行させるために流体に与えられた高速流というエネルギーが、流路の途中で熱エネルギーに変化して失われてしまうということである。 In the conventional emulsification apparatus described above, the atomization process is advanced by converting the liquid to be treated at a high pressure into a high-speed flow and changing or colliding the flow path of the high-speed flow. However, since the collision flow path for obtaining the atomization effect is constituted by a narrow passage, there is a problem that the pressure loss is large, that is, the flow rate is small and the high-speed flow is attenuated. This means that the energy of the high-speed flow given to the fluid in order to advance the atomization process is changed to heat energy in the middle of the flow path and lost.
また、従来の乳化装置におけるノズルでは、構造上圧力損失を小さくすることができない。従来のノズル構造によると発熱量が非常に大きく、人体に直接触れると火傷するほどの熱が発生する。その結果として大きな動力が必要になり、製品コストとエネルギーコストを増大させることにも繋がる。さらには流路が複雑な形状であるため、固形成分が中で凝固すると洗浄しにくい構造になっているという問題もある。 Moreover, the pressure loss cannot be reduced structurally with the nozzle in the conventional emulsification apparatus. According to the conventional nozzle structure, the amount of heat generation is very large, and heat that generates burns when directly touching the human body is generated. As a result, a large amount of power is required, leading to an increase in product cost and energy cost. Furthermore, since the flow path has a complicated shape, there is also a problem that the solid component is difficult to clean when solidified therein.
そこで、本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、特に微粒化処理を効率良く行うことができ、かつ、簡単な構造でメンテナンス性にも優れた噴射ノズルと、この噴射ノズルの構造を採用した微粒化装置、微粒化システム、並びに微粒化方法を提供することを目的とする。 Therefore, the present invention has been made to solve the above problems, and in particular, an injection nozzle that can efficiently perform the atomization process and has a simple structure and excellent maintainability. atomized employing a structure of the injection nozzle device, and to provide atomization system, as well as the atomization process.
前記の目的を達成するため、本発明の微粒化方法は、混合液中に含まれた液体又は紛体からなる物質を微粒化する微粒化方法であって、前記混合液を加圧した高圧混合液を密閉ケースの一端から密閉ケース内へ直線的に延びる流路に導入し、前記導入した高圧混合液を前記流路に対して平行配置された複数の流路で分岐させ、前記分岐させた複数の高圧混合液の流路をそれぞれ微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射し、前記噴射した複数の高圧混合液を前記流路よりも大径の空洞部に満たされた前記混合液中で瞬時に減圧し、これにより誘起するキャビテーションと高速旋回流の相互干渉によって微粒化を行うことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the atomization method of the present invention is a atomization method for atomizing a liquid or powder substance contained in a mixed solution, and is a high-pressure mixed solution in which the mixed solution is pressurized was introduced in a flow path extending linearly into the sealed case from the one end of the sealed case and the high pressure liquid mixture to the inlet is branched in a plurality of passages disposed in parallel to the flow path was the branch plurality Each of the high-pressure mixed liquid channels is squeezed with micro holes, the high-pressure mixed liquid is ejected from the other end of the sealed case, and the plurality of ejected high-pressure mixed liquids are filled in a cavity having a larger diameter than the flow path. The pressure is instantaneously reduced in the mixed liquid, and atomization is performed by mutual interference between cavitation induced by this and high-speed swirling flow.
キャビテーションとは、液体の流れの中での圧力が急激に低くなったときに、液体が蒸発したり溶存気体の遊離で気体が生じたりして気泡が生じる現象、いわゆる空洞現象のことである。 Cavitation is a so-called cavity phenomenon in which bubbles are generated when the pressure in the flow of liquid suddenly decreases and the liquid evaporates or gas is generated by liberation of dissolved gas.
本発明において、微粒化対象の流体とは、液体又は紛体からなる物質を含んだ液状流体をいい、物質として液体と液体を選択した場合は乳化が行われ、物質として固体と液体を選択した場合には分散、解砕、あるいは破砕が行われる。それぞれの中間的な目的に用いられた場合は、撹拌、均一混合とされる。 In the present invention, the fluid to be atomized refers to a liquid fluid containing a substance consisting of liquid or powder. When liquid and liquid are selected as substances, emulsification is performed, and when solid and liquid are selected as substances. Is dispersed, crushed, or crushed. When used for intermediate purposes, stirring and uniform mixing are performed.
ここで、乳化とは親水液の疎水液中への微小液滴化や、疎水液の親水液中への微小液滴化等が示される。また、分散とは微粒子の金属酸化物、有機物、その他の無機物の凝集体の解砕が示され、破砕とは有機物又は無機物の単粒子の液体中での微細化が示される。 Here, emulsification refers to the formation of microdroplets into a hydrophobic liquid from a hydrophilic liquid, the formation of microdroplets into a hydrophilic liquid from a hydrophobic liquid, and the like. Dispersion refers to pulverization of fine-particle metal oxides, organic substances, and other inorganic aggregates, and pulverization refers to the refinement of organic or inorganic single particles in a liquid.
また、前記の目的を達成するため、本発明の噴射ノズルは、混合液中に含まれた液体又は紛体からなる物質を微粒化する微粒化装置における噴射ノズルであって、密閉ケースの一端に開口し、前記混合液を加圧した高圧混合液を導入する導入口と、前記導入口から前記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、前記導入流路を分岐し、前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射する複数の噴射口と、を備えたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, an injection nozzle according to the present invention is an injection nozzle in an atomization device for atomizing a liquid or powder substance contained in a liquid mixture, and is opened at one end of a sealed case. An introduction port for introducing a high-pressure mixed liquid pressurized the mixed solution , an introduction channel extending linearly from the introduction port into the sealed case, the introduction channel is branched, and the introduction channel comprising a plurality of branch flow paths which are parallel disposed against said diaphragm plurality of each of the branch flow path in micropores, and a plurality of injection openings for injecting the high pressure mixture from the other end of the sealed casing It is characterized by this.
前記の構造からなる噴射ノズルにおいて、前記微小孔が前記分岐流路内に設けられたオリフィスからなり、このオリフィスがセラミックス、超硬合金、ダイヤモンドの中から選ばれる超硬質素材により構成されていることが好ましい。 In the injection nozzle having the above-described structure, the minute hole is formed of an orifice provided in the branch flow path, and the orifice is formed of a super hard material selected from ceramics, cemented carbide, and diamond. Is preferred.
また、前記の目的を達成するため、本発明の微粒化装置は、混合液中に含まれた液体又は紛体からなる物質を微粒化する微粒化装置であって、密閉ケースの一端に開口し、前記混合液を加圧した高圧混合液を導入する導入口と、前記導入口から前記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、前記導入流路を分岐し、前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射する複数の噴射口と、前記複数の噴射口に連通し、前記分岐流路よりも大径の空洞部からなるとともに、前記混合液で満たされた微粒化促進室と、を備えたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the atomization apparatus of the present invention is an atomization apparatus for atomizing a substance composed of a liquid or powder contained in a mixed liquid, and is opened at one end of a sealed case . An introduction port for introducing a high-pressure mixed liquid pressurized the mixed solution , an introduction channel extending linearly from the introduction port into the sealed case, the introduction channel is branched, and the introduction channel A plurality of branch passages arranged in parallel, a plurality of branch passages being squeezed with micro holes, a plurality of injection ports for injecting the high-pressure mixed liquid from the other end of the sealed case, and the plurality of injection ports And a pulverization promoting chamber filled with the mixed liquid, and having a cavity having a diameter larger than that of the branch flow path.
前記の構造からなる微粒化装置においても、前記微小孔が前記分岐流路内に設けられたオリフィスからなり、このオリフィスがセラミックス、超硬合金、ダイヤモンドの中から選ばれる超硬質素材により構成されていることが好ましい。 Also in the atomization apparatus having the above-described structure, the micro-hole is composed of an orifice provided in the branch flow path, and the orifice is composed of a super-hard material selected from ceramics, cemented carbide, and diamond. Preferably it is.
前記の構造からなる微粒化装置において、前記微粒化促進室内で一度に効率良く圧力降下を与えるためには、前記微粒化促進室の内径が前記分岐流路の内径の200倍以上に設定されていることが好ましい。 In atomization apparatus comprising a structure of the in order to provide efficient pressure drop at a time, in the atomization promoting chamber, the inner diameter of the atomization promoting chamber is set to more than 200 times the inner diameter of the branch channel Preferably it is.
前記の構造からなる微粒化装置において、前記微粒化促進室に微粒化処理後の被処理液を排出する排出口が形成されていても良い。 In atomization apparatus comprising a structure of the discharge port for discharging the treated liquid after atomization process in the atomization promoting chamber may be formed.
また、前記の目的を達成するため、本発明の微粒化システムは、混合液中に含まれた液体又は紛体からなる物質を微粒化する微粒化システムであって、前記混合液を収容する容器と、前記容器内の混合液を加圧して移送する圧送ポンプと、前記圧送ポンプにより移送された高圧混合液を導入し、これを微粒化して排出する請求項7に記載の微粒化装置と、前記微粒化装置から排出された微粒化処理後の被処理液を貯留する貯留槽と、を備えたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above-mentioned object, the atomization system of the present invention is an atomization system for atomizing a substance made of a liquid or powder contained in a mixed solution , the container containing the mixed solution , and The atomization device according to claim 7, wherein a pressure feed pump that pressurizes and transfers the mixed liquid in the container, a high-pressure mixed liquid transferred by the pressure feed pump, is atomized, and is discharged. And a storage tank for storing the liquid to be processed after the atomization process discharged from the atomization apparatus.
本発明において、噴射ノズルから噴射される混合液が高速旋回流を形成するためには、微粒化装置に導入する混合液について圧送ポンプを用いてその吐出導入圧力を1MPa〜300MPa程度の超高圧に加圧することが好ましい。 In the present invention, in order for the liquid mixture injected from the injection nozzle to form a high-speed swirl flow, the discharge introduction pressure of the liquid mixture introduced into the atomization apparatus is set to an ultrahigh pressure of about 1 MPa to 300 MPa using a pressure pump. It is preferable to apply pressure.
本発明によると、密閉ケース内に導入された微粒化対象の流体は互いに平行配置された複数の分岐流路で分岐し、その後、微小孔によって絞られた噴射口から噴射されて高速旋回流となる。そして複数の噴射口から噴射された高速旋回流が瞬時に減圧され、これにより誘起するキャビテーションと高速旋回流の相互作用によって大きなせん断力が発生し、効率良い微粒化処理が行われる。よって、粒子径の小さなシャープな分布の微粒化プロセスを実現できる。 According to the present invention, the fluid to be atomized introduced into the sealed case is branched by a plurality of branch passages arranged in parallel to each other, and then injected from the injection port constricted by the microholes, Become. The high-speed swirling flow injected from the plurality of injection ports is instantaneously decompressed, and a large shearing force is generated by the interaction between the cavitation induced thereby and the high-speed swirling flow, and an efficient atomization process is performed. Therefore, a sharp distribution atomization process with a small particle diameter can be realized.
また、本発明によれば、従来装置のような容器内に高速流の流路を変更又は衝突させる複雑な通路を形成する構造ではなく、高速流の直進性が維持される。すなわち、流体に与えられたエネルギーの損失が小さいので圧力損失を抑えることが可能となる。これにより微粒化処理に必要な動力も少なくて済み、製品コストとエネルギーコストの低減を図ることができる。しかも流体が通過する流路は直線的な通路による単純な構造であるため、流体抵抗による摩耗が少なく、また洗浄作業も簡単に行えるので、メンテナンス性に優れるという効果もある。 In addition, according to the present invention, a straight passage of the high-speed flow is maintained instead of a structure in which a complicated passage for changing or colliding the flow path of the high-speed flow is formed in the container as in the conventional apparatus. That is, since the loss of energy given to the fluid is small, the pressure loss can be suppressed. Thereby, less power is required for the atomization process, and the product cost and energy cost can be reduced. Moreover, since the flow path through which the fluid passes has a simple structure with straight passages, there is little wear due to fluid resistance, and the cleaning operation can be easily performed.
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings.
図1は本発明の微粒化装置を示す全体図、図2は同微粒化装置の正面図、図3は同微粒化装置における噴射ノズルを示す拡大図、図4は同噴射ノズルにおける噴射口付近の流体の流れを示す模式図、図5は同噴射ノズルにおける噴射口の他の形状を示す模式図、図6は同微粒化装置における流体の流れを示す図、図7は同微粒化装置を用いた微粒化システムを示す全体図である。 FIG. 1 is an overall view showing the atomization apparatus of the present invention, FIG. 2 is a front view of the atomization apparatus, FIG. 3 is an enlarged view showing an injection nozzle in the atomization apparatus, and FIG. FIG. 5 is a schematic diagram showing another shape of the injection port in the injection nozzle, FIG. 6 is a diagram showing the fluid flow in the atomization apparatus, and FIG. 7 is a diagram showing the atomization apparatus. It is a general view which shows the used atomization system.
まず、微粒化装置の構成について説明する。 First, the structure of the atomization apparatus will be described.
図1に示す微粒化装置10は、本発明の微粒化方法を利用して液体中に混入された微粒子等を微粒化するための装置である。この装置は本発明による噴射ノズル50を含むノズルアッセンブリー11と、ノズルアッセンブリー11の一端に連結された高圧配管12と、他端に連結された低圧配管13とから構成されている。
The
ノズルアッセンブリー11は、円柱形のフランジ21とケース22とからなる密閉ケース内に噴射ノズル50を収容したものである。密閉ケースはフランジ21とケース22の端面どうしを突き合わせ、フランジ21から挿通したボルト31をケース22に締結することで一体化されている。本実施形態では、図2に示すようにフランジ21の周縁部に等間隔で6個の切り欠き部を形成し、この切り欠き部からボルト31を軸線方向に締結してある。
The nozzle assembly 11 has an injection nozzle 50 accommodated in a sealed case composed of a cylindrical flange 21 and a case 22. The sealed case is integrated by abutting the end surfaces of the flange 21 and the case 22 and fastening the
フランジ21の軸心には導入口23が開口している。導入口23の口径は処理量に影響を及ぼさない範囲で大きくすることができる。また、導入口23には直線的に延びる導入流路24が連通しており、導入流路24の下流側は更に2つの流路に分岐され、導入流路24に平行な分岐流路25,25を設けてある。分岐流路25は導入流路24を中心とした対象位置に互いが平行になるように配置される。なお、本実施形態では分岐流路25の数を2つとしたが、これに限らず、例えばフランジ21の軸心周りに等間隔で3つ以上設けてあっても構わない。
An
フランジ21には導入流路24に直交する孔が設けられているが、この孔は導入流路24と分岐流路25とを連通する際に形成した加工用孔26である。したがって、この加工用孔26を塞ぐため、加工用孔26の開口端に雌ネジ32が形成されており、雌ネジ32には盲栓33がグランドナット34によってねじ込み固定されている。
The flange 21 is provided with a hole orthogonal to the
前記構造からなるノズルアッセンブリー11は、その上流側に高圧配管12が連結される。その連結構造はフランジ21の端面中心部にも雌ネジ35を形成し、雌ネジ35に高圧配管12の一端をグランドナット36によってねじ込み固定したものである。
The nozzle assembly 11 having the above structure has a high-
高圧配管12と導入口23との接合面にはテーパーシール構造を採用している。つまり高圧配管12の端面は先端に向かって狭くなるテーパー状とされ、導入口23の開口周縁部はこれよりも僅かに広角のテーパー角を有している。よって、両者を嵌合すると高圧配管12先端の角部が密着して隙間を確実に塞ぎ、密閉性が維持される。
A taper seal structure is adopted for the joint surface between the high-
このようにして、高圧配管12の開口端は導入口23に連通し、微粒化処理対象となる高圧流体が高圧配管12から導入口23を介して導入流路24内に導入されるようになっている。
In this way, the open end of the high-
ここで、噴射ノズルの構造を説明する。 Here, the structure of the injection nozzle will be described.
図3に拡大して示すように、噴射ノズル50は、密閉ケースをフランジ21とケース22の結合構造にした関係上、フランジ21の端面に設けたシール部材とケース22の対向面に設けたアダプタ部材とを結合することによって構成されている。以下のシール部材とアダプタ部材はすべての分岐流路25について共通する構造である。
As shown in an enlarged view in FIG. 3, the injection nozzle 50 includes a seal member provided on the end surface of the flange 21 and an adapter provided on the opposite surface of the case 22 because the sealed case has a coupling structure of the flange 21 and the case 22. It is comprised by couple | bonding a member. The following seal member and adapter member have a common structure for all
シール部材は円環状のガスケット51とそれと同径のシール52とからなる。両者はフランジ21の端面に形成した凹部に嵌め込まれる。一方、アダプタ部材はノズル本体53とノズルアダプタ54とからなる。両者はケース22の対向面に形成した凹部に嵌め込まれ、その中心に細孔55からなる流路が形成される。
The seal member includes an
そしてシール52とノズルアダプタ54との接合面にもテーパーシール構造を採用している。つまりノズルアダプタ54の端面は先端に向かって狭くなるテーパー状とされ、シール52の開口周縁部はこれよりも僅かに広角のテーパー角を有している。よって、両者を嵌合するとノズルアダプタ54先端の角部が密着して隙間を確実に塞ぎ、密閉性が維持される。
A taper seal structure is also employed on the joint surface between the
ノズル本体53の管内には微小孔を有するオリフィス56が設けられ、細孔55の流路が更に絞られている。よって、細孔55から噴射口57を通過する流体はその流速が上昇し、ノズル先端の噴射口57から高速流体に変換されて噴射される。オリフィス56の径は0.1〜2mm程度、長さは0.5〜1mm程度とするのが良い。また、ノズル本体53の先端は高速流体との抵抗を小さくすべくテーパー加工が施されている。なお、オリフィス56は高速流体との耐摩耗性を有するように、例えばセラミックス、超硬合金、ダイヤモンド等の超硬質素材により構成することが好ましい。
An
噴射ノズル50の下流側には低圧配管13が連結される。その連結構造は図1に示すようにケース22の端面に分岐流路25に比して極めて大径の開口部27を形成し、開口部27に低圧配管13の一端を嵌合したものである。
A
このようにして、低圧配管13の開口端は噴射口57に連通し、噴射口57から噴射された高速流体が低圧配管13の内部に排出されるようになっている。
In this way, the open end of the low-
低圧配管13の内部には空洞部からなる微粒化促進室41が設けられている。微粒化促進室41内は大気圧であるため、噴射口57から噴射された高速流体はその圧力が瞬時に降下する。このとき微粒化促進室41内が流体で満たされていると、図4に示すように複数の高速流体によるジェット流と旋回流が発生する。また、高速流体が瞬時に減圧されてキャビテーション現象が発生する。
Inside the low-
したがって、微粒化促進室41内では、複数の高速流により誘起されたキャビテーションと旋回流との相互干渉によって大きなせん断力が発生し、これにより流体の微粒化処理が促進する。なお、一度に効率良く圧力降下を与えるためには、微粒化促進室41と分岐流路25とのサイズ比率が大きければ大きいほど良い。その基準としては、図3に示す微粒化促進室41の内径R1が分岐流路25の内径R2の200倍以上に設定されていることが好ましい。
Therefore, in the
また、噴射ノズル50から噴射される流体に確実な旋回流を発生させるために、噴射口57が分岐流路25の軸線に対し所定角度傾斜していても良い。図5は高速流体が分岐流路25の軸線に対して5°の傾きを持って噴射されるように噴射口57の角度を設定した例を示す。なお、噴射口57の傾斜角度についてはもちろん5°に限られるものではない。例えば噴射口57から噴射された高速流体がケース22や低圧配管13の内壁面に衝突しないような角度とすれば良く、その傾斜角度を適宜変更することが可能である。また、傾斜の向きについては外側でも内側でも良い。
In order to generate a reliable swirling flow in the fluid ejected from the ejection nozzle 50, the
さらに、本実施形態では低圧配管13の他端に排出口42を形成してある。排出口42は処理量に応じた口径とすることができる。これにより、微粒化促進室41の内部で微粒化処理された流体は排出口42を介して排出配管(図示略)へと排出される。
Further, in the present embodiment, a discharge port 42 is formed at the other end of the low-
以上説明したように、本実施形態の微粒化装置10では特に噴射ノズル50をシール部材とアダプタ部材の2つの部材で構成し、両者を結合するフランジ21とケース22をボルト31で締結する構造を採用した。このため、装置の組立てや分解が簡単であり、消耗部品の交換作業も容易に行えるのでメンテナンス性に優れている。
As described above, in the
次に、微粒化装置の作用について説明する。 Next, the operation of the atomization apparatus.
図6に示す微粒化装置10において、微粒化すべき物質を含む高圧流体は高圧配管12から導入口23を介して導入流路24内に導入される。これが導入流F1である。
In the
次に、この導入流F1は2つの分岐流路25,25によって分岐し、分岐したそれぞれの分岐流F2,F3は個別に噴射ノズル50内に導入される。このとき、分岐流路25内を流れる分岐流F2,F3は高圧状態を維持したままである。
Next, the introduction flow F1 is branched by the two
噴射ノズル50内を流れる分岐流F2,F3は、図3で説明したように、細孔55から噴射口57を通過する際、微小孔によって流路を絞られてその流速が上昇する。これにより噴射口57を通過した流体は高速流に変換され、低圧配管13の内部の微粒化促進室41に噴射される。
As described with reference to FIG. 3, the branch flows F <b> 2 and F <b> 3 flowing through the injection nozzle 50 are narrowed by the micropores when passing through the
微粒化促進室41は流体で満たされており、噴射ノズル50から噴射された流体は高圧状態から瞬時に減圧される。この瞬時減圧により、微粒化促進室41内にキャビテーション現象が発生する。また、このとき同時に2つの噴射口57,57から噴射された流体が合流し、ジェット流F4,F5と旋回流F6,F7との乱流状態を形成する。したがって、微粒化促進室41内においては、2つの高速流から誘起されたキャビテーションと高速旋回流の相互干渉によって大きなせん断力が発生し、流体の微粒化処理が効率良く進行する。
The
最後に、微粒化促進室41で微粒化処理された流体は、低圧配管13から排出口42を介して排出配管へと排出される。これが排出流F8である。
Finally, the fluid which has been treated atomized with the
以上が微粒化装置の構成であるが、以下ではこの微粒化装置を用いた微粒化システムについて説明する。 Above is the configuration of the atomizing device, the following will be described atomization system using the atomization device.
図7に示す微粒化システム1では、前混合液(微粒化すべき素材を含む流体)を圧送ポンプ4により微粒化装置10へと圧送し、微粒化装置10内で乳化、分散、微粉砕、あるいは滅菌等の微粒化処理を行う。
In the atomization system 1 shown in FIG. 7, the pre-mixed liquid (fluid containing the material to be atomized ) is pumped to the
より具体的に説明すると、微粒化システム1は水、親水性流体、疎水性流体を前混合液として収容するための容器2を有し、これに接続された弁3を閉じて容器2中に水、親水性流体、疎水性流体を入れて貯留・前混合を行う。容器2中での前混合が終了すると、弁3を開いて流量を調節し、圧送ポンプ4を起動する。圧送ポンプ4は前混合液を加圧して高圧流体とし、これを移送して微粒化装置10内へと導入するようになっている。前混合液は圧送ポンプ4によって1MPa〜300MPa程度の超高圧に加圧される。
More specifically, the atomization system 1 has a container 2 for containing water, a hydrophilic fluid, and a hydrophobic fluid as a premixed liquid, and the valve 3 connected thereto is closed to enter the container 2. Add water, hydrophilic fluid, and hydrophobic fluid for storage and premixing. When the premixing in the container 2 is completed, the valve 3 is opened to adjust the flow rate, and the pumping pump 4 is started. The pressure-feed pump 4 pressurizes the premixed liquid to form a high-pressure fluid, which is transferred and introduced into the
圧送ポンプ4と微粒化装置10との間に設置された圧力計5は、微粒化装置10に導入する流体の圧力を監視するためのものである。また、微粒化装置10の下流側には貯留槽6が設けられており、微粒化装置10から排出された微粒化処理後の流体が貯留される。そして貯留槽6に接続された弁7を開いて流量を調節し、貯留槽6に貯留された微粒化処理後の流体を所定量ずつ回収できるようになっている。なお、それぞれの部品間は配管によって接続されている。
A pressure gauge 5 installed between the pumping pump 4 and the
この微粒化システム1によれば、大掛かりな撹拌設備が不要である上に、微粒化装置10において効率良い微粒化処理が行えるので、粒子径の小さな均一分布の微粒化プロセスを実現できる。
According to the atomization system 1, on the large-scale agitation equipment is not required, since the efficient atomization process can be performed in the
[実施例]
最後に、本発明の効果について実施例を挙げて説明する。本発明の微粒化装置を用いて乳化と分散・破砕を行った実験結果を以下に示す。本発明の微粒化装置には前述した実施形態と同様な2つの噴射ノズルを有する装置を用いた。また、本発明の微粒化装置と同じ条件で比較した従来装置と、粒度分布測定に用いた測定装置は次のものである。
[Example]
Finally, the effect of the present invention will be described with reference to examples. The experimental results of emulsification, dispersion and crushing using the atomizer of the present invention are shown below. As the atomization apparatus of the present invention, an apparatus having two injection nozzles similar to the above-described embodiment was used. Moreover, the conventional apparatus compared on the same conditions as the atomization apparatus of this invention and the measuring apparatus used for the particle size distribution measurement are as follows.
(従来装置)
回転型ホモジナイザー:回転型の一般的なホモジナイザー、N社製
高圧微粒化装置:高速衝突を微粒化原理とした装置、A社製
(測定装置)
マイクロトラック粒度分布測定装置MT−3300:測定原理はレーザー回析散乱法、日機装株式会社製
なお、評価方法はメジアン径の大小比較により行うものとした。
(Conventional device)
Rotating homogenizer: Rotating general homogenizer, manufactured by Company N High pressure atomizer: Device based on the principle of atomization of high-speed collision, manufactured by Company A (measuring device)
Microtrack particle size distribution measuring apparatus MT-3300: The measurement principle is a laser diffraction scattering method, manufactured by Nikkiso Co., Ltd. The evaluation method is based on a comparison of the median diameters.
<乳化実験>
1.試料
(ア)大豆油(関東化学株式会社)
…10.0wt%
(イ)大豆レシチン(関東化学株式会社)
… 1.5wt%
(ウ)純水
…89.5wt%
2.前処理
(1)大豆油を所定量秤量し、大豆レシチンを所定量秤量する。そして、大豆油に大豆レシチンを溶解させる。
(2)純水を所定量秤量し、前記(1)で調合した大豆油を撹拌ホモジナイザーで5000rpmにて1分間予備乳化を行う。
(3)予備乳化品の粒子径を測定する。
3.本処理
(1)従来の高圧微粒化装置を使用して1pass,3pass,5pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定する。なお、passとは処理サイクルを表わし、以下でも同様とする。
(2)本発明の微粒化装置を使用して1pass,3pass,5pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定し、前処理結果と比較する。
<Emulsification experiment>
1. Sample (A) Soybean oil (Kanto Chemical Co., Inc.)
... 10.0wt%
(A) Soy lecithin (Kanto Chemical Co., Inc.)
... 1.5 wt%
(U) Pure water: 89.5 wt%
2. Pretreatment (1) A predetermined amount of soybean oil is weighed and a predetermined amount of soybean lecithin is weighed. And soy lecithin is dissolved in soybean oil.
(2) A predetermined amount of pure water is weighed, and the soybean oil prepared in (1) above is pre-emulsified with a stirring homogenizer at 5000 rpm for 1 minute.
(3) The particle size of the pre-emulsified product is measured.
3. Main treatment (1) Using a conventional high-pressure atomizer, 1-pass, 3-pass, and 5-pass treatments are performed, and the particle diameter of each result is measured. Note that pass represents a processing cycle, and the same applies hereinafter.
(2) Using the atomization apparatus of the present invention, 1 pass, 3 pass, and 5 pass treatments are performed, and the particle diameter of each result is measured and compared with the pretreatment result.
<分散・破砕実験>
1.試料
(ア)酸化亜鉛(ハクスイテック株式会社)
…30.0wt%
(イ)分散剤(デモールEP:特殊カルボン酸型高分子界面活性剤、花王株式会社)
… 2.0wt%
(ウ)純水
…68.0wt%
2.前処理
(1)純水を所定量準備し、所定量秤量した分散剤を添加して溶解させる。
(2)前記(1)で準備した分散剤入り純水に所定量秤量した酸化亜鉛を添加し、撹拌ホモジナイザーで15000rpmにて5分間予備分散する。
(3)予備分散品の粒子径を測定する。
3.本処理
(1)従来の高圧微粒化装置を使用して1pass,3pass,5pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定する。
(2)本発明の微粒化装置を使用して1pass,3pass,5pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定し、前処理結果と比較する。
<Dispersion and crushing experiment>
1. Sample (a) Zinc oxide (Hakusuikku Co., Ltd.)
... 30.0wt%
(I) Dispersant (Demol EP: Special carboxylic acid type polymer surfactant, Kao Corporation)
… 2.0 wt%
(U) Pure water 68.0wt%
2. Pretreatment (1) A predetermined amount of pure water is prepared, and a dispersant weighed in a predetermined amount is added and dissolved.
(2) A predetermined amount of zinc oxide is added to the dispersant-containing pure water prepared in (1), and predispersed for 5 minutes at 15000 rpm with a stirring homogenizer.
(3) The particle size of the predispersed product is measured.
3. Main treatment (1) Using a conventional high-pressure atomizer, 1-pass, 3-pass, and 5-pass treatments are performed, and the particle diameter of each result is measured.
(2) Using the atomization apparatus of the present invention, 1 pass, 3 pass, and 5 pass treatments are performed, and the particle diameter of each result is measured and compared with the pretreatment result.
乳化実験結果と分散・破砕実験結果を下記の表に比較して示す。 The results of the emulsification experiment and the dispersion / crushing experiment are shown in comparison with the table below.
表1の乳化実験結果から、本発明の微粒化装置では従来の回転型ホモジナイザー及び従来の高圧微粒化装置と比較して微粒化効果が高められ、あわせて粒度分布範囲の狭い均質かつ良好な微粒化を達成できることが確認された。 From the results of the emulsification experiments in Table 1, the atomization apparatus of the present invention has an improved atomization effect as compared with the conventional rotary homogenizer and the conventional high-pressure atomizer, and in addition, uniform and good particles with a narrow particle size distribution range. It was confirmed that this could be achieved.
表2の分散・破砕実験結果から、本発明の微粒化装置では従来の回転型ホモジナイザー及び従来の高圧微粒化装置と比較して微粒化効果が高められ、あわせて粒度分布範囲の狭い均質かつ良好な微粒化を達成できることが確認された。 From the results of the dispersion / crushing experiments shown in Table 2, the atomization apparatus of the present invention has an improved atomization effect as compared with the conventional rotary homogenizer and the conventional high-pressure atomization apparatus. It was confirmed that fine atomization can be achieved.
以上の実験結果を総合すると、本発明の微粒化装置によれば、乳化実験及び分散・破砕実験のいずれにおいても従来装置より微粒化効果が高められ、高効率な微粒化効果が得られることが判明した。 Summarizing the above experimental results, according to the atomization apparatus of the present invention, the atomization effect can be enhanced compared to the conventional apparatus in both the emulsification experiment and the dispersion / crushing experiment, and a highly efficient atomization effect can be obtained. found.
本発明は以下の産業分野において利用することが可能である。 The present invention can be used in the following industrial fields.
・食品産業:乳脂肪の微粒化(乳化),香料の乳化・分散,高カロリー乳剤の乳化,細胞破砕,滅菌等
・医薬品産業:細胞破砕,菌類からの有用成分の抽出,乳化製剤の調製等
・化粧品産業:乳液の調製,顔料の分散,乳化剤無添加乳液の調製,リポソームの調製
・化学品産業:乳化重合製品の製造,トナーの分散,水性塗料の調製,有機・無機紛体の湿式分散及び破砕
・電子部品産業:有機・無機紛体の湿式分散及び破砕
・冶金産業:無機紛体の湿式分散及び破砕
・環境産業:水処理,汚泥処理
・電池産業:有機・無機紛体の湿式分散及び破砕
・ Food industry: Milk fat atomization (emulsification), perfume emulsification / dispersion, high-calorie emulsion emulsification, cell disruption, sterilization, etc. ・ Pharmaceutical industry: cell disruption, extraction of useful components from fungi, preparation of emulsified preparations, etc.・ Cosmetic industry: Preparation of emulsions, dispersion of pigments, preparation of emulsions without added emulsifiers, preparation of liposomes ・ Chemicals industry: Manufacture of emulsion polymerization products, dispersion of toners, preparation of aqueous paints, wet dispersion of organic and inorganic powders and Crushing ・ Electronics industry: Wet dispersion and crushing of organic and inorganic powder ・ Metallurgy industry: Wet dispersion and crushing of inorganic powder ・ Environment industry: Water treatment, sludge treatment ・ Battery industry: Wet dispersion and crushing of organic and inorganic powder
以上のように、本発明は様々な産業分野での用途が考えられる有益な発明である。 As described above, the present invention is a useful invention that can be used in various industrial fields.
1 微粒化システム
2 容器
3 弁
4 圧送ポンプ
5 圧力計
6 貯留槽
7 弁
10 微粒化装置
11 ノズルアッセンブリー
12 高圧配管
13 低圧配管
21 フランジ
22 ケース
23 導入口
24 導入流路
25 分岐流路
26 加工用孔
27 開口部
31 ボルト
32 雌ネジ
33 盲栓
34 グランドナット
35 雌ネジ
36 グランドナット
41 微粒化促進室
42 排出口
50 噴射ノズル
51 ガスケット
52 シール
53 ノズル本体
54 ノズルアダプタ
55 細孔
56 オリフィス
57 噴射口
R1 微粒化促進室の内径
R2 分岐流路の内径
F1 導入流
F2,F3 分岐流
F4,F5 ジェット流
F6,F7 旋回流
F8 排出流
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Atomization system 2 Container 3 Valve 4 Pressure pump 5 Pressure gauge 6 Storage tank 7
本発明は液体中に混入した微粒子や微生物等(以下「微粒子等」という。)を拡散、撹拌、均一混合、乳化、分散、解砕、あるいは破砕(以下本明細書において「微粒化」と称す。)する微粒化方法と、この方法に用いられる微粒化装置及び微粒化システムに関するものである。
In the present invention, fine particles or microorganisms (hereinafter referred to as “fine particles”) mixed in a liquid are diffused, stirred, uniformly mixed, emulsified, dispersed, crushed, or crushed (hereinafter referred to as “atomization” in the present specification). .) atomization method of the relates atomizer and atomization system used in this method.
そこで、本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、特に微粒化処理を効率良く行うことができ、かつ、簡単な構造でメンテナンス性にも優れた噴射ノズルの構造を採用した微粒化装置、微粒化システム、並びに微粒化方法を提供することを目的とする。
The present invention has been made to solve the above problems, in particular can be efficiently atomized treatment, and the structure of the injection nozzle which is excellent in maintenance by a simple structure An object is to provide an atomization apparatus, an atomization system, and an atomization method that are employed.
前記の目的を達成するため、本発明の微粒化方法は、混合液中に含まれた液体又は粉体からなる物質を微粒化する微粒化方法であって、前記混合液を加圧した高圧混合液を密閉ケースの一端から密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路に導入し、前記導入した高圧混合液を前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路で分岐させ、前記分岐させた複数の高圧混合液の分岐流路をそれぞれ微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射し、前記噴射した複数の高圧混合液を前記分岐流路の内径よりも大径の空洞部に満たされた前記混合液中で瞬時に減圧し、これにより誘起するキャビテーションと高速旋回流の相互干渉によって微粒化を行うことを特徴とするものである。
To achieve the above object, atomization method of the present invention, a liquid or consists powder material contained in the mixture to a atomization process for atomizing, high pressure mixing pressurized the mixture Introducing the liquid into an introduction channel extending linearly from one end of the sealed case into the sealed case, and branching the introduced high-pressure mixed liquid through a plurality of branch channels arranged in parallel to the introduction channel; The branched flow paths of the plurality of branched high-pressure mixed liquids are respectively squeezed with micro holes, the high-pressure mixed liquid is ejected from the other end of the sealed case, and the plurality of ejected high-pressure mixed liquids are separated from the inner diameter of the branched flow path . Also, the pressure is instantaneously reduced in the mixed liquid filled in the large-diameter cavity, and atomization is performed by mutual interference between the cavitation induced thereby and the high-speed swirling flow.
本発明において、微粒化対象の流体とは、液体又は粉体からなる物質を含んだ液状流体をいい、物質として液体と液体を選択した場合は乳化が行われ、物質として固体と液体を選択した場合には分散、解砕、あるいは破砕が行われる。それぞれの中間的な目的に用いられた場合は、撹拌、均一混合とされる。
In the present invention, the fluid atomizing subject refers laden liquid fluid substances consisting of liquid or powder, if you select the liquid and liquid as substance emulsification is performed, and selects the solid and liquid as substance In some cases, dispersion, crushing, or crushing is performed. When used for intermediate purposes, stirring and uniform mixing are performed.
また、前記の目的を達成するため、本発明の微粒化装置は、混合液中に含まれた液体又は粉体からなる物質を微粒化する微粒化装置であって、密閉ケースの一端に開口し、前記混合液を加圧した高圧混合液を導入する導入口と、前記導入口から前記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、前記導入流路を分岐し、前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射する複数の噴射口と、前記複数の噴射口に連通し、前記分岐流路の内径よりも大径の空洞部に前記混合液が満たされてなるとともに、この混合液中で前記噴射口から噴射された高圧混合液が瞬時に減圧され、これにより誘起されるキャビテーションと高速旋回流の相互干渉によって微粒化を促進する微粒化促進室と、を備えたことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, atomization apparatus of the present invention, a liquid or consists powder material contained in the mixture an atomizer for atomizing, open at one end of the sealed casing , An introduction port for introducing a high-pressure mixed liquid in which the mixed solution is pressurized, an introduction channel extending linearly from the introduction port into the sealed case, the introduction channel is branched, and the introduction channel A plurality of branch passages arranged in parallel with each other, each of the plurality of branch passages being squeezed with a microhole, a plurality of injection ports for injecting the high-pressure mixed liquid from the other end of the sealed case, and the plurality of injections communicating with the mouth, together with formed by the mixed solution is filled into the cavity having a diameter larger than the inner diameter of the branch passage, high pressure liquid mixture is injected from the injection port in the liquid mixture is depressurized instantaneously, Due to this, the interaction between cavitation and high-speed swirling flow It is characterized in that and a atomization promoting chamber to promote atomization me.
前記の構造からなる微粒化装置において、前記噴射口が前記分岐流路内に設けられたオリフィスからなり、このオリフィスがセラミックス、超硬合金、ダイヤモンドの中から選ばれる超硬質素材により構成されていることが好ましい。
In the atomization apparatus having the above-described structure, the injection port is composed of an orifice provided in the branch flow path, and the orifice is composed of a super-hard material selected from ceramics, cemented carbide, and diamond. It is preferable.
また、前記目的を達成するため、本発明の微粒化システムは、混合液中に含まれた液体又は粉体からなる物質を微粒化する微粒化システムであって、前記混合液を収容する容器と、前記容器内の混合液を加圧して移送する圧送ポンプと、前記圧送ポンプにより移送された高圧混合液を導入し、これを微粒化して排出する請求項4に記載の微粒化装置と、前記微粒化装置から排出された微粒化処理後の被処理液を貯留する貯留槽と、を備えたことを特徴とするものである。
In order to achieve the above object, the atomization system of the present invention, a liquid or consists powder material contained in the mixture was atomized system for atomizing, a container for accommodating the mixed solution The atomization device according to claim 4 , wherein the pressure feeding pump that pressurizes and transfers the mixed liquid in the container, the high-pressure mixed liquid transferred by the pressure feeding pump, is atomized, and is discharged. And a storage tank for storing the liquid to be processed after the atomization process discharged from the atomization apparatus.
・食品産業:乳脂肪の微粒化(乳化),香料の乳化・分散,高カロリー乳剤の乳化,細胞破砕,滅菌等
・医薬品産業:細胞破砕,菌類からの有用成分の抽出,乳化製剤の調製等
・化粧品産業:乳液の調製,顔料の分散,乳化剤無添加乳液の調製,リポソームの調製
・化学品産業:乳化重合製品の製造,トナーの分散,水性塗料の調製,有機・無機粉体の湿式分散及び破砕
・電子部品産業:有機・無機粉体の湿式分散及び破砕
・冶金産業:無機粉体の湿式分散及び破砕
・環境産業:水処理,汚泥処理
・電池産業:有機・無機粉体の湿式分散及び破砕
・ Food industry: Milk fat atomization (emulsification), perfume emulsification / dispersion, high-calorie emulsion emulsification, cell disruption, sterilization, etc. ・ Pharmaceutical industry: cell disruption, extraction of useful components from fungi, preparation of emulsified preparations, etc.・ Cosmetic industry: Preparation of emulsion, dispersion of pigment, preparation of emulsion without additive, preparation of liposome ・ Chemicals industry: Production of emulsion polymerization products, dispersion of toner, preparation of aqueous paint, wet dispersion of organic and inorganic powders・ Electronics industry: Wet dispersion and crushing of organic and inorganic powder・ Metallurgy industry: Wet dispersion and crushing of inorganic powder・ Environment industry: Water treatment, sludge treatment ・ Battery industry: Wet dispersion of organic and inorganic powder And crushing
また、前記の目的を達成するため、本発明の微粒化装置は、混合液中に含まれた液体又は粉体からなる物質を微粒化する微粒化装置であって、密閉ケースの一端に開口し、前記混合液を加圧した高圧混合液を導入する導入口と、前記導入口から前記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、前記導入流路を分岐し、前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射する複数の噴射口と、前記複数の噴射口に連通し、前記分岐流路の内径よりも大径の空洞部に前記混合液が満たされてなる微粒化促進室と、を備えたことを特徴とするものである。 In order to achieve the above object, the atomization apparatus of the present invention is an atomization apparatus for atomizing a substance composed of a liquid or a powder contained in a mixed solution, and is opened at one end of a sealed case. , An introduction port for introducing a high-pressure mixed liquid in which the mixed solution is pressurized, an introduction channel extending linearly from the introduction port into the sealed case, the introduction channel is branched, and the introduction channel A plurality of branch passages arranged in parallel with each other, each of the plurality of branch passages being squeezed with a microhole, a plurality of injection ports for injecting the high-pressure mixed liquid from the other end of the sealed case, And an atomization promoting chamber which is communicated with the mouth and is filled with the mixed liquid in a cavity having a diameter larger than the inner diameter of the branch flow path.
Claims (8)
前記導入した高圧流体を互いに平行配置された複数の流路で分岐させ、
前記分岐させた複数の高圧流体の流路を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から複数の高速流体を噴射し、
前記噴射した複数の高速流体を瞬時に減圧し、これにより誘起するキャビテーションと旋回流の相互干渉によって拡散を行う
ことを特徴とする拡散方法。 The fluid to be diffused is introduced as a high-pressure fluid from one end of the sealed case,
The introduced high-pressure fluid is branched in a plurality of flow paths arranged in parallel with each other,
The flow paths of the plurality of high-pressure fluids branched are narrowed with micro holes, and a plurality of high-speed fluids are ejected from the other end of the sealed case,
A diffusion method characterized by instantaneously depressurizing the plurality of jetted high-speed fluids and performing diffusion by mutual interference between cavitation and swirl flow induced thereby.
前記導入口に連通する流路を分岐し、互いに平行配置された複数の分岐流路と、
前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から高速流体を噴射する複数の噴射口と、
を備えたことを特徴とする噴射ノズル。 An inlet for introducing high-pressure fluid from one end of the sealed case;
A plurality of branched flow paths branched from the flow path communicating with the inlet, and arranged in parallel with each other;
Each of the plurality of branch channels is throttled with a microhole, and a plurality of injection ports for injecting high-speed fluid from the other end of the sealed case;
An injection nozzle comprising:
前記導入口に連通する流路を分岐し、互いに平行配置された複数の分岐流路と、
前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から高速流体を噴射する複数の噴射口と、
前記複数の噴射口に連通し、前記分岐流路よりも大径の空洞部からなる拡散促進室と、
を備えたことを特徴とする拡散装置。 An inlet for introducing high-pressure fluid from one end of the sealed case;
A plurality of branched flow paths branched from the flow path communicating with the inlet, and arranged in parallel with each other;
Each of the plurality of branch channels is throttled with a microhole, and a plurality of injection ports for injecting high-speed fluid from the other end of the sealed case;
A diffusion accelerating chamber that communicates with the plurality of injection ports and includes a cavity having a diameter larger than that of the branch flow path;
A diffusing device comprising:
前記容器内の流体を加圧して移送する圧送ポンプと、
前記圧送ポンプにより移送された高圧流体を導入し、これを拡散して排出する請求項7に記載の拡散装置と、
前記拡散装置から排出された拡散後の流体を貯留する貯留槽と、
を備えたことを特徴とする拡散システム。 A container containing a fluid to be diffused;
A pressure-feed pump that pressurizes and transfers the fluid in the container;
The diffusion device according to claim 7, wherein the high-pressure fluid transferred by the pressure pump is introduced, diffused and discharged.
A storage tank for storing the fluid after diffusion discharged from the diffusion device;
A diffusion system characterized by comprising:
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