JP2009000642A - 乳化及び粉砕装置、乳化及び粉砕方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】安定した乳化ができるばかりでなく、ガソリンを乳化したエマルジョン燃料を製造することができ、ナノメーターレベルへの極細かな粉砕が可能な乳化及び粉砕装置を提供する。
【解決手段】平滑な円筒状の内周面を有すると共に内外方向に貫通する複数のスリットが形成された外側ロータと、平滑な円筒状の外周面を有すると共に内外方向に貫通する複数のスリットが形成され、外側ロータに挿入されることにより外周面が外側ロータの内周面と微小な隙間を有して対面する内側ロータと、処理材料の入口及び出口が形成され、外側ロータと内側ロータとが組み付けられたロータアッシーを回転自在に収納するケースと、外側ロータ及び内側ロータを逆方向に回転させる駆動手段とを有している。ケースの入口から導入された処理材料が外側ロータと内側ロータとの間の隙間に入った後、これらの隙間を通過してスリットからケースの内部に流れ出る。
【選択図】図1
【解決手段】平滑な円筒状の内周面を有すると共に内外方向に貫通する複数のスリットが形成された外側ロータと、平滑な円筒状の外周面を有すると共に内外方向に貫通する複数のスリットが形成され、外側ロータに挿入されることにより外周面が外側ロータの内周面と微小な隙間を有して対面する内側ロータと、処理材料の入口及び出口が形成され、外側ロータと内側ロータとが組み付けられたロータアッシーを回転自在に収納するケースと、外側ロータ及び内側ロータを逆方向に回転させる駆動手段とを有している。ケースの入口から導入された処理材料が外側ロータと内側ロータとの間の隙間に入った後、これらの隙間を通過してスリットからケースの内部に流れ出る。
【選択図】図1
Description
本発明は、ガソリンやオイル等の疎水性液体を水と乳化させるための乳化処理を行ったり、粉体を極めて細かく粉砕する処理を行うための乳化及び粉砕装置に関する。又、本発明は、上記処理を行うための乳化及び粉砕方法に関する。
特開平5−49912号公報には、疎水性液体を水と乳化させる乳化装置が記載されている。この装置は、回転するロータをステータ内に挿入し、ステータを回転させながらロータとステータとの間に液体を通過させる構造となっている。又、ステータの内周面に突起状の刃体を複数形成する一方、ロータの外周面にも突起状の刃体を複数形成し、これらの刃体の間に液体を通過させることにより液体に剪断力を付与して乳化させるようになっている。
特開2000−279787号公報には、土壌等の粉体を粉砕する粒状化装置が記載されている。この装置は、外側ロータの内部に内側ロータを偏心させて挿入し、外側ロータ及び内側ロータを逆方向に回転させながら、これらの間に粉体を供給して粉砕する構造となっている。外側ロータ及び内側ロータには、相手側に突出する刃体を形成し、これらの刃体を通過する粉体を粉砕するようになっている。
特開平5−49912号公報
特開2000−279787号公報
しかしながら、上述した従来装置では、乳化を十分に行うことができないと共に極細かい粒子にまで粉砕することができない問題を有している。このため、特開平5−49912号公報の装置を用いる場合には、疎水性液体、水の他に乳化剤としての界面活性剤を多く用いる必要がある。さらに、同公報の装置では、ガソリンを乳化させることができず、例えば、ガソリンと水とが乳化されたエマルジョン燃料を製造する装置としては不向きとなっている。特開2000−279787号公報の装置では、極細かな粒子に粉砕できないため、粉砕された粉体の適用範囲が限定されている。さらに、いずれの装置においても、乳化専用又は粉砕専用のいずれか一方に用いられるものであり、乳化及び粉砕の双方に適用できる汎用性を有していない。
本発明は、以上の従来装置の問題点を考慮してなされたものであり、界面活性剤を用いなくても乳化ができるばかりでなく、ガソリンを乳化したエマルジョン燃料を製造することができ、更には、ナノメーターレベルへの極細かな粉砕を行うことができる乳化及び粉砕装置、乳化及び粉砕方法を提供することを目的とする。
請求項1記載の発明の乳化及び粉砕装置は、平滑な円筒状の内周面を有すると共に内外方向に貫通する複数のスリットが形成された外側ロータと、平滑な円筒状の外周面を有すると共に内外方向に貫通する複数のスリットが形成され、前記外側ロータに挿入されることにより前記外周面が外側ロータの内周面と微小な隙間を有して対面する内側ロータと、処理材料の入口及び出口が形成され、前記外側ロータと内側ロータとが組み付けられたロータアッシーを回転自在に収納するケースと、外側ロータ及び内側ロータを逆方向に回転させる駆動手段とを有して構成されており、前記ケースの入口から導入された処理材料が外側ロータと内側ロータとの間の隙間に入った後、これらの隙間を通過して前記スリットからケースの内部に流れ出ることを特徴とする。
請求項2記載の発明は、請求項1記載の乳化及び粉砕装置であって、前記外側ロータの内周面と内側ロータとの外周面との隙間がナノメーターレベルであることを特徴とする。
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の乳化及び粉砕装置であって、前記外側ロータ及び内側ロータは、回転軸が一直線上に位置していることを特徴とする。
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項記載の乳化及び粉砕装置であって、前記外側ロータの内周面又は内側ロータの外周面の少なくとも一方にダイヤモンドチップが埋め込まれていることを特徴とする。
請求項5記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項記載の乳化及び粉砕装置であって、前記内側ロータの内周面に羽根プレートが設けられていることを特徴とする。
請求項6記載の発明は、請求項5記載の乳化及び粉砕装置であって、前記羽根プレートの表面にダイヤモンドチップが埋め込まれていることを特徴とする。
請求項7記載の発明は、請求項1乃至6のいずれか1項記載の乳化及び粉砕装置であって、前記外側ロータの外面が磁石膜によって覆われていることを特徴とする。
請求項8記載の発明の乳化及び粉砕方法は、外側ロータの平滑な円筒状の内周面と内側ロータの平滑な円筒状の外周面とを微小な隙間を介して対面させ、前記外側ロータ及び内側ロータを逆方向に回転させながら処理材料を前記隙間内を通過させて処理することを特徴とする。
請求項9記載の発明は、請求項8記載の乳化及び粉砕方法であって、前記外側ロータの内周面と内側ロータの内周面との隙間をナノメーターレベルに設定することを特徴とする。
請求項10記載の発明は、請求項8又は9記載の乳化及び粉砕方法であって、前記隙間内を通過した処理材料を再度、隙間内に供給する循環を繰り返すことを特徴とする。
本発明によれば、外側ロータと内側ロータとを組み付けた状態において、外側ロータの内周面と内側ロータの外周面との間の隙間がナノメーターレベル等の微小な隙間となっている。そして、外側ロータ及び内側ロータを逆方向に回転させながら外側ロータと内側ロータとの間の隙間に処理材料を導入すると、処理材料には、剪断力や混合力等の処理力がナノメーターレベルで作用する。これにより、液体粒子をナノメーターレベルの極細かな粒子とすることができ、処理材料だけでの乳化が可能となり、乳化剤が不要となる。又、極めて細かな粒子となるため、ガソリン等の界面力が大きく乳化しにくい材料であっても、乳化剤を用いることなく水との乳化が可能となる。従って、エマルジョン燃料を製造することができる。さらに、処理材料が粉体の場合には、ナノメーターレベルの極めて細かな粒子となるため、応用範囲が拡大する。例えば、カーボン等を粉砕したものを自動車用バッテリーの電極に適用した場合、大きな負荷電流にも対応できるばかりでなく、極めて長寿命となる。
以下、本発明を図示する実施形態により具体的に説明する。なお、各実施形態において同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。
(第1実施形態)
図1〜図3は本発明の第1実施形態における乳化及び粉砕装置1を示す。乳化及び粉砕装置1は、ケース2とケース2内に収納されたロータアッシー3と、駆動手段4とを備えている。
図1〜図3は本発明の第1実施形態における乳化及び粉砕装置1を示す。乳化及び粉砕装置1は、ケース2とケース2内に収納されたロータアッシー3と、駆動手段4とを備えている。
ケース2は中空状となっており、その内部に収納室5が形成され、収納室5内にロータアッシー3が収納される。ケース2は処理材料の入口6と出口7とを有している。この実施形態において入口6はケース2の上部に設けられ、出口7はケース2の側面下部に設けられている。処理材料100は入口6を通じてロータアッシー3内に導入され、ロータアッシー3から流出した後、収納室5を通って出口7から排出される。
ロータアッシー3は外側ロータ10と内側ロータ20とが組み付けられることにより構成される。外側ロータ10及び内側ロータ20は、剛性が高く、且つ耐摩耗性が大きく、更には耐腐食性を有した材質が用いられる。この材料としては、例えば、ステンレス、TiC等の超硬質合金を用いることができる。
図3に示すように、外側ロータ10は有底円筒形状に形成されており、その内周面(図示省略)は円筒状となっている。又、内周面は研磨により平滑な面に加工されている。外側ロータ10には、複数のスリット11が形成されている。複数のスリット11は、外側ロータ10の内外方向に貫通するものであり、外側ロータ10における側面に等間隔となるように形成されている。
又、外側ロータの頂面10aには導入用スリット12が内外方向に貫通するように形成されている。導入用スリット12は、ケース2の入口6からの処理材料100をロータアッシー3の内部に導入するものである。導入用スリット12は外側ロータ10の回転中心を中心とした所定長さの円弧状となっており、等間隔で複数が形成される。
図1及び図3に示すように、外側ロータ10は駆動手段4の構成部材である第1モータ4aに接続されている。第1モータ4aの回転軸4cは外側ロータの頂面10aの中心に連結されており、第1モータ4aが矢印R方向に回転すると外側ロータ10を同方向Rに回転させる。
内側ロータ20は、図3に示すように外側ロータ10と同様に有底円筒形状に形成されている。内側ロータ20の外周面23は円筒状となっており、研磨によって平滑な面に加工されている。内側ロータ20にも、複数のスリット21が形成される。複数のスリット21は、内側ロータ20の内外方向に貫通するように形成されており、外側ロータ10のスリット11と同様に内側ロータ20の側面に等間隔となるように設けられている。
内側ロータ20は外側ロータ10の内部に挿入され、この挿入によってロータアッシー3が組み付けられる。内側ロータ20及び外側ロータ10を組み付けた状態においては、外側ロータ10の内周面と内側ロータ20の外周面23とが微小な隙間を有して対面する。この対面状態においては、外側ロータ10のスリット11と内側ロータ20のスリット21とが略同じ位置となる。
図1及び図3に示すように、内側ロータ20は駆動手段4の構成部材である第2モータ4bに接続されている。第2モータ4bの回転軸4dは内側ロータ20の底面の中心に連結されており、第2モータ4bが矢印L方向に回転すると内側ロータ20を同方向Lに回転させる。内側ロータ20の回転方向Lは、外側ロータ10の回転方向Rとは逆となっている。
外側ロータ10の内周面と内側ロータ20の外周面23との隙間は、できる限り小さいことが望ましい。この間隔としては、ナノメーターレベル(nmレベル)が良好である。nmレベルとすることにより、後述するように、界面活性剤を必要としない乳化ができると共に、粉体を極めて細かに粉砕することができる。隙間をnmレベルとする加工は、数値制御を行うことにより可能である。
図1及び図3に示すように、駆動手段4を構成する第1モータ4a及び第2モータ4bはそれぞれの回転軸4c、4dが一直線上に位置している。このように回転軸4c、4dが一直線上に位置することにより、nmレベルの隙間で対面していても、外側ロータ10と内側ロータ20はかじることなく円滑に回転することができる。
次に、この実施形態の乳化及び粉砕装置1を用いた乳化処理について説明する。モータ4a、4bを駆動して外側ロータ10及び内側ロータ20を逆方向に回転させる。これらのロータ10、20の回転数としては、5000〜60000rpmの範囲で適宜選択することができる。又、用いる処理材料100の性状、材質によっても適宜選択できるものである。
ロータ10、20の回転状態に対し、ケース2の入口6からオイル等の疎水液体、水を注入する。注入された疎水液体及び水は、nmレベルとなっている外側ロータ10の内周面と内側ロータ20の外周面23との隙間を通過する。隙間を通過する際には、剪断力や混合力がnmレベルで作用し、疎水液体を水がナノ化される。これにより、疎水液体及び水とが乳化したエマルジョンとなる。生成したエマルジョンは、外側ロータ10のスリット11からケース2の収納室5内に流出し、出口7から排出される。このように、nmレベルでの剪断力や混合力が作用するため、乳化剤を用いることなくエマルジョンを生成することができる。しかも、生成したエマルジョンは安定した性状であり、長時間放置しても分離することがない。なお、必要に応じて乳化剤を添加しても良い。
以上のように、nmレベルで乳化するため、ガソリンであっても水とのエマルジョンを生成することができる。生成したW/O型のエマルジョン燃料はガソリンエンジンにそのまま供給して燃焼させることができる。これにより、ガソリン燃料の消費量を削減することができる。なお、ガソリンと水とを乳化させる際には、ナトリウム等のアルカリ金属の水溶液をアルカリ水として添加しても良く、これにより、乳化を更に促進することができる。
この実施形態において、図1に示すようにダイヤモンドチップ30が設けられる。ダイヤモンドチップ30は、外側ロータ10の内周面又は内側ロータ20の外周面23のいずれか一方、又は双方に埋め込みにより設けられるものである。このように設けられたダイヤモンドチップ30は、どんな処理材料100よりも硬質であり、処理材料100に対する剪断力を極めて有効に作用させる。従って、更に細かな粉砕が可能となる。又、ダイヤモンドチップ30は乳化力を増大させるため、乳化に対しても有効に作用することができる。なお、ダイヤモンドチップ30は必要がなければ配置しなくても良い。
次に、処理材料100として、粉体を用いた場合を説明する。処理材料100としての粉体は、上述と同様に外側ロータ10の内周面と内側ロータ20の外周面23との隙間に導入され、隙間を通過する際にnmレベルの処理力が作用する。これにより、粉体をnmレベルまで粉砕することができる。例えば、粒径5.2μmのカーボン粉は25nmの粒径まで粉砕でき、粒径15.7μmの亜鉛粉は41nmの粒径まで粉砕でき、粒径54.9μmのニッケル粉は41nmの粒径まで粉砕できる。このような粉砕は、粉砕時間、粉砕圧力を変更することによりさらなる微細な粒径とすることができる。
この発明では、処理材料100を繰り返して処理することができる。繰り返しのための循環処理は、外側ロータ10の内周面と内側ロータ20の外周面23との隙間に導入されて排出された処理材料100を再度、入口6から上記隙間に導入することにより可能である。この循環処理を行うことにより、更に良好な乳化及び微細粒径への粉砕が可能となる。
(第2実施形態)
図4及び図5は本発明の第2実施形態における乳化及び粉砕装置41を示す。この実施形態の乳化及び粉砕装置41においては、ロータアッシー3における内側ロータ20に羽根プレート33を設けるものである。
図4及び図5は本発明の第2実施形態における乳化及び粉砕装置41を示す。この実施形態の乳化及び粉砕装置41においては、ロータアッシー3における内側ロータ20に羽根プレート33を設けるものである。
羽根プレート33は、内側ロータ20の内周面に設けられるものであり、内側ロータ20の内周面から同ロータ20の中心方向に向かって径方向に伸びている。羽根プレート33は、内側ロータ20の内周面に複数が等間隔で設けられている。
以上のように、羽根プレート33を設けた構造では、処理材料100を強固に攪拌できる。すなわち、ケース2の入口6から導入用スリット12を通じて外側ロータ10の内部に導入された処理材料100は、内側ロータ20の羽根プレート33に衝突し、その衝撃によって流動力が付加されて攪拌される。従って、処理材料100が粉体の場合は、極めて細かに粉砕でき、処理材料100がオイル及び水の場合は、乳化力が大きくなって安定した乳化状態とすることができる。
図4及び図5に示す構造においては、羽根プレート33の表面にダイヤモンドチップ(図示省略)を埋設することができる。埋設されたダイヤモンドチップは硬質であるため、処理材料100に衝突することにより大きな剪断力を作用させることができる。これにより、さらに細かな粉砕や更に安定した乳化が可能となる。
(第3実施形態)
以上の第1及び第2実施形態の乳化及び粉砕装置1,41においては、外側ロータ10の外面に磁石膜(図示省略)を設けても良い。磁石膜は外側ロータ10の外面を覆うように設けられるものである。このように磁石膜によって外側ロータ10の外面を覆うことにより、外側ロータ10の内部に磁場が形成され、この磁場が外側ロータ10の内部に導入された処理材料100に作用する。従って、更に細かな粉砕や安定した乳化が可能となる。かかる磁場は、第1実施形態で説明した粉砕時間、粉砕圧力と協働させることができるものであり、粉砕時間、粉砕圧力と共に磁石膜の磁力を調整することにより、更に微細な粒径への粉砕が可能となる。なお、磁石膜の形成は、薄い磁石を外側ロータ10の外面に巻き付けることにより簡単に行うことができる。
以上の第1及び第2実施形態の乳化及び粉砕装置1,41においては、外側ロータ10の外面に磁石膜(図示省略)を設けても良い。磁石膜は外側ロータ10の外面を覆うように設けられるものである。このように磁石膜によって外側ロータ10の外面を覆うことにより、外側ロータ10の内部に磁場が形成され、この磁場が外側ロータ10の内部に導入された処理材料100に作用する。従って、更に細かな粉砕や安定した乳化が可能となる。かかる磁場は、第1実施形態で説明した粉砕時間、粉砕圧力と協働させることができるものであり、粉砕時間、粉砕圧力と共に磁石膜の磁力を調整することにより、更に微細な粒径への粉砕が可能となる。なお、磁石膜の形成は、薄い磁石を外側ロータ10の外面に巻き付けることにより簡単に行うことができる。
以上の実施形態では、駆動手段4として第1モータ4a及び第2モータ4bを用いているが、モータを単一とし、歯車等を介して外側ロータ10及び内側ロータ20を逆方向に回転させる構造としても良い。
1 乳化及び粉砕装置
2 ケース
3 ロータアッシー
4 駆動手段
4a 第1モータ
4b 第2モータ
4c、4d 回転軸
5 収納室
6 入口
7 出口
10 外側ロータ
10a 外側ロータの頂面
11 スリット
12 導入用スリット
20 内側ロータ
21 スリット
23 外周面
33 羽根プレート
41 乳化及び粉砕装置
100 処理材料
R、L 回転方向
2 ケース
3 ロータアッシー
4 駆動手段
4a 第1モータ
4b 第2モータ
4c、4d 回転軸
5 収納室
6 入口
7 出口
10 外側ロータ
10a 外側ロータの頂面
11 スリット
12 導入用スリット
20 内側ロータ
21 スリット
23 外周面
33 羽根プレート
41 乳化及び粉砕装置
100 処理材料
R、L 回転方向
Claims (10)
- 平滑な円筒状の内周面を有すると共に内外方向に貫通する複数のスリットが形成された外側ロータと、
平滑な円筒状の外周面を有すると共に内外方向に貫通する複数のスリットが形成され、前記外側ロータに挿入されることにより前記外周面が外側ロータの内周面と微小な隙間を有して対面する内側ロータと、
処理材料の入口及び出口が形成され、前記外側ロータと内側ロータとが組み付けられたロータアッシーを回転自在に収納するケースと、
外側ロータ及び内側ロータを逆方向に回転させる駆動手段とを有して構成されており、
前記ケースの入口から導入された処理材料が外側ロータと内側ロータとの間の隙間に入った後、これらの隙間を通過して前記スリットからケースの内部に流れ出ることを特徴とする乳化及び粉砕装置。 - 前記外側ロータの内周面と内側ロータとの外周面との隙間がナノメーターレベルであることを特徴とする請求項1記載の乳化及び粉砕装置。
- 前記外側ロータ及び内側ロータは、回転軸が一直線上に位置していることを特徴とする請求項1又は2記載の乳化及び粉砕装置。
- 前記外側ロータの内周面又は内側ロータの外周面の少なくとも一方にダイヤモンドチップが埋め込まれていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の乳化及び粉砕装置。
- 前記内側ロータの内周面に羽根プレートが設けられていることを特徴とする請求項1乃至3のいずれか1項記載の乳化及び粉砕装置。
- 前記羽根プレートの表面にダイヤモンドチップが埋め込まれていることを特徴とする請求項5記載の乳化及び粉砕装置。
- 前記外側ロータの外面が磁石膜によって覆われていることを特徴とする請求項1乃至6のいずれか1項記載の乳化及び粉砕装置。
- 外側ロータの平滑な円筒状の内周面と内側ロータの平滑な円筒状の外周面とを微小な隙間を介して対面させ、前記外側ロータ及び内側ロータを逆方向に回転させながら処理材料を前記隙間内を通過させて処理することを特徴とする乳化及び粉砕方法。
- 前記外側ロータの内周面と内側ロータの内周面との隙間をナノメーターレベルに設定することを特徴とする請求項8記載の乳化及び粉砕方法。
- 前記隙間内を通過した処理材料を再度、隙間内に供給する循環を繰り返すことを特徴とする請求項8又は9記載の乳化及び粉砕方法。
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---|---|---|---|
JP2007164812A JP2009000642A (ja) | 2007-06-22 | 2007-06-22 | 乳化及び粉砕装置、乳化及び粉砕方法 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2011067794A (ja) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Sintokogio Ltd | 高剪断式連続分散装置 |
CN114534605A (zh) * | 2022-03-02 | 2022-05-27 | 无锡理奇智能装备有限公司 | 一种分散研磨机用定转子 |
-
2007
- 2007-06-22 JP JP2007164812A patent/JP2009000642A/ja active Pending
Cited By (2)
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