JP2010137180A

JP2010137180A - Apparatus for emulsification

Info

Publication number: JP2010137180A
Application number: JP2008316939A
Authority: JP
Inventors: I Fu Yang; 一夫楊; Yung Chuan Lin; 湧泉林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2008-12-12
Filing date: 2008-12-12
Publication date: 2010-06-24

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an apparatus for emulsification capable of generating an emulsifying state. <P>SOLUTION: The apparatus for emulsification 10 comprises a mixing pump 30, a water source 20, a water feeding adjuster 40, a gas feeding adjuster 50, and an emulsifying device 70. The water source 20 is connected to the mixing pump 30, and the water feeding adjuster 40 is connected to the mixing pump 30. Further, the gas feeding adjuster 50 is connected to the mixing pump 30. The mixing pump 30 dissolves air in water and thereafter outputs a high pressure gas and liquid mixture. The emulsifying device 70 is connected to the mixing pump 30, and has a housing 71 whose interior space is comparted into a front chamber 73 and a rear chamber 74 by a partition wall 72. The emulsified state is generated by a cavitating phenomenon (cavitation) when the high pressure gas and liquid mixture passes through pores 75 as the partition wall 72 has a plurality of the pores 75. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、乳化装置に関し、詳しくは空洞現象（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）によって高圧気液混合体を乳化させる装置に関するものである。 The present invention relates to an emulsifying apparatus, and more particularly to an apparatus for emulsifying a high-pressure gas-liquid mixture by cavitation.

空気を溶解させた水を減圧することによって生成する微細気泡は、汎用され、特に水質処理およびそれに関わるプロセスに応用することが成功したとされている。気泡が小さければ小さいほど水中に滞留する時間は長くなり、生じる作用は大きくなる。乳化とは水中の気泡密度が最大状態に達することを指す。乳化に必要な気泡径は数マイクロメートルより小さいため、加圧浮上分離法において、如何に直径がより小さく密度がより高い気泡を獲得するかということが重要な課題になる。 Fine bubbles generated by depressurizing water in which air is dissolved are widely used, and it has been successfully applied particularly to water quality treatment and related processes. The smaller the bubbles, the longer the residence time in the water and the greater the effect produced. Emulsification refers to the maximum density of bubbles in water. Since the bubble diameter required for emulsification is smaller than a few micrometers, how to obtain bubbles with a smaller diameter and a higher density is an important issue in the pressure flotation separation method.

台湾特許第Ｉ２４５６６７号により開示される『超微細気泡発生器』は、多段式ポンプによって空気を水中に溶解させ、気液混合体を生成させ、そののち気液混合体を減圧装置に出力し、気液混合体を瞬間に減圧することによって超微細気泡を放出する。 The “ultrafine bubble generator” disclosed by Taiwan Patent No. I245667 dissolves air in water by a multistage pump to generate a gas-liquid mixture, and then outputs the gas-liquid mixture to a decompression device. Ultrafine bubbles are released by instantaneously depressurizing the gas-liquid mixture.

しかしながら、上述した発明は、構造のため、気泡の大きさおよび密度が制限されることが原因で乳化条件に達することができない。 However, due to the structure of the invention described above, the emulsification conditions cannot be reached due to the limited size and density of the bubbles.

台湾特許第Ｉ２４５６６７号Taiwan Patent No. I245667

本発明者は、高速水路において速度を変えるとき、一部分の圧力は水の蒸気圧力より低いため、水を空洞気泡（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎｂｕｂｂｌｅ）に蒸発させ、そののち空洞泡は崩壊（ｃｏｌｌａｐｓｅ）が発生し、高エネルギーを放出することを発見した。この現象は、流体力学において空洞現象（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）と称される。 When the inventor changes the speed in the high-speed water channel, the pressure of a part is lower than the vapor pressure of the water, so that the water is evaporated into a cavitation bubble, after which the cavitation bubble collapses, Found to release high energy. This phenomenon is referred to as cavitation in fluid mechanics.

本発明者は、さらに気液混合体が空洞発生領域（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎｚｏｎｅ）を通過する際、気泡（ａｉｒｂｕｂｂｌｅ）が水中から放出されることと、空洞泡が縮退崩壊する際、空洞泡が含有した空気は微細な気泡に分解し、空洞泡が縮退崩壊して放出した高エネルギーは水中から気泡を激増させ、乳化効果を生成することを発見した。 The inventor further found that when the gas-liquid mixture passes through the cavity zone, the air bubbles are released from the water, and when the cavity bubbles are degenerated and collapsed, the cavity bubbles contained. It was discovered that the air breaks down into fine bubbles, and the high energy released by the collapse and collapse of the hollow bubbles drastically increases the bubbles from the water, producing an emulsifying effect.

従って、本発明の主な目的は、流体力学の空洞現象によって気泡を水中に拡散させ、ミルクのような乳化状態を生成することを可能にする乳化装置を提供することである。 Therefore, the main object of the present invention is to provide an emulsifying device that allows bubbles to diffuse into water by hydrodynamic cavitation and produce an emulsified state like milk.

上述の目的を達成するために、本発明による乳化装置は、混合ポンプ、水源、送水調節器、送気調節器および乳化器を備える。水源は混合ポンプに給水するため、混合ポンプに接続される。送水調節器は混合ポンプに流れ込む水量を調節するため混合ポンプに接続される。送気調節器は混合ポンプに流れ込む空気量を調節するため混合ポンプに接続される。混合ポンプは空気を水中に溶解させ、そののち高圧気液混合体を出力する。乳化器は混合ポンプに接続され、ハウジングを有し、ハウジングは隔離板によって内部空間が前チャンバーおよび後チャンバーに分割され、隔離板は複数の細孔を有するため、高圧気液混合体が細孔を通過する際、空洞現象（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）によって乳化状態を生成する。 In order to achieve the above object, an emulsifying apparatus according to the present invention includes a mixing pump, a water source, a water supply controller, an air supply controller, and an emulsifier. The water source is connected to the mixing pump for supplying water to the mixing pump. A water regulator is connected to the mixing pump to regulate the amount of water flowing into the mixing pump. The air supply regulator is connected to the mixing pump for adjusting the amount of air flowing into the mixing pump. The mixing pump dissolves air in water and then outputs a high-pressure gas-liquid mixture. The emulsifier is connected to a mixing pump and has a housing. The housing is divided into a front chamber and a rear chamber by a separator, and the separator has a plurality of pores. When passing through, an emulsified state is generated by cavitation.

好ましいのは、乳化器の細孔は幅が０．３ｍｍ以下であり、空洞発生地帯は細孔の断面積の２０％以上を占める。 Preferably, the emulsifier pores have a width of 0.3 mm or less, and the cavity generation zone occupies 20% or more of the cross-sectional area of the pores.

好ましいのは、乳化器は隔離板の一側を移動可能なように装着される隙間調整板を有し、隙間調整板は複数の細孔を有する。隙間調整板を移動させ、隔離板の細孔に対して細孔の位置を調整して、互いに向かい合う二つの細孔をずらして生じた隙間を調整する。 Preferably, the emulsifier has a gap adjusting plate mounted so as to be movable on one side of the separator, and the gap adjusting plate has a plurality of pores. The gap adjusting plate is moved, the position of the pore is adjusted with respect to the pore of the separator, and the gap formed by shifting the two pores facing each other is adjusted.

好ましいのは、混合ポンプは遠心式であり、ポンプシャフトとともに回転する少なくとも一つのローターと、ポンプケースに固定される少なくとも一つのステーターとを有する。ローターおよびステーターは高圧気液混合体を軸方向に通過させるため、円盤の周縁に配置される複数の通路を別々に有する。 Preferably, the mixing pump is centrifugal and has at least one rotor rotating with the pump shaft and at least one stator fixed to the pump case. The rotor and the stator separately have a plurality of passages arranged on the periphery of the disk in order to allow the high-pressure gas-liquid mixture to pass in the axial direction.

本発明の技術内容および特徴を明確するため、以下の図面および詳細な実施形態に基づいて説明を進める。 In order to clarify the technical contents and features of the present invention, the description will proceed based on the following drawings and detailed embodiments.

本発明の技術内容の説明に用いる乳化装置１０を図１の平面図で示す。乳化装置１０は、水源２０、混合ポンプ３０、送水調節器４０、送気調節器５０、逆止弁６０、乳化器７０および必要な管路を備える。 The emulsification apparatus 10 used for description of the technical content of the present invention is shown in the plan view of FIG. The emulsification apparatus 10 includes a water source 20, a mixing pump 30, a water supply controller 40, an air supply controller 50, a check valve 60, an emulsifier 70, and necessary pipelines.

水源２０は、混合ポンプ３０に給水するため、第一管路２５によって混合ポンプ３０に接続される。混合ポンプ３０に流れ込む水の清潔を確保するため、水源２０は流出口にフィルター２１を有する。フィルター２１は水中の固体異物をろ過し、乳化通路の塞ぎ現象を避けることが可能である。 The water source 20 is connected to the mixing pump 30 by a first pipe 25 in order to supply water to the mixing pump 30. In order to ensure the cleanliness of the water flowing into the mixing pump 30, the water source 20 has a filter 21 at the outlet. The filter 21 can filter solid foreign matter in water and avoid the clogging phenomenon of the emulsification passage.

送水調節器４０は、水源２０が混合ポンプ３０に供給する水量を調節するため、第一管路２５に装着される。 The water supply controller 40 is attached to the first pipeline 25 in order to adjust the amount of water supplied from the water source 20 to the mixing pump 30.

送気調節器５０は、混合ポンプ３０に流れ込む空気量を調節するため、第二管路４５に装着される。第二管路４５は第一管路２５と連絡し、かつ送水調節器４０と混合ポンプ３０の間に位置付けられる。 The air supply controller 50 is attached to the second pipe 45 in order to adjust the amount of air flowing into the mixing pump 30. The second line 45 communicates with the first line 25 and is positioned between the water supply regulator 40 and the mixing pump 30.

混合ポンプ３０は、水源２０に接続され、かつ送水口あたりの低圧を生成し、水をポンプケース内に誘導し、かつ空気を吸引し、水中に溶解させることによって、圧力が４．０Ｋｇ／ｃｍ２以上の飽和気液混合体を出力する。図２と図３に示す混合ポンプ３０は遠心式であり、従来の遠心式ポンプと比べて、ポンプシャフト３１とともに回転するローター３３と、ポンプケース３２に固定されるステーター３４とを有する。高圧気液混合体を軸方向に通過させるため、ローター３３の円盤３５は複数の通路３７を有し、ステーター３４の円盤３６は複数の通路３８を有する。その作用についての説明は後ほど述べる。本実施形態において通路３６、３８は円形であるが、円形に限らず細長い形などの別の形を採用することが可能である。またローター３３とステーター３４との組み合せを複製し、多段式混合ポンプを成型することによって圧力のより高い飽和気液混合体を生成することが可能である。 The mixing pump 30 is connected to the water source 20 and generates a low pressure per water inlet, induces water into the pump case, and sucks air and dissolves it in water, so that the pressure is 4.0 kg / cm 2. The above saturated gas-liquid mixture is output. The mixing pump 30 shown in FIGS. 2 and 3 is a centrifugal type, and has a rotor 33 that rotates together with the pump shaft 31 and a stator 34 that is fixed to the pump case 32 as compared with a conventional centrifugal pump. In order to allow the high-pressure gas-liquid mixture to pass in the axial direction, the disk 35 of the rotor 33 has a plurality of passages 37, and the disk 36 of the stator 34 has a plurality of passages 38. The explanation of the operation will be described later. In the present embodiment, the passages 36 and 38 have a circular shape, but other shapes such as an elongated shape are possible without being limited to a circular shape. Further, it is possible to produce a saturated gas-liquid mixture with higher pressure by duplicating the combination of the rotor 33 and the stator 34 and molding a multistage mixing pump.

逆止弁６０は、第二管路４５に装着され、かつ第一管路２５中の水が第二管路４５を経て送気調節器５０に逆流することを防止するため、第一管路２５および送気調節器５０の間に位置付けられる。 The check valve 60 is attached to the second pipeline 45 and prevents the water in the first pipeline 25 from flowing back to the air supply regulator 50 via the second pipeline 45. 25 and the air flow regulator 50.

乳化器７０は、第三管路５５によって混合ポンプ３０に接続される。本願発明の第１実施形態の乳化器７０は、図４に示すように、ハウジング７１を有し、ハウジング７１は隔離板７２によって内部空間が前チャンバー７３および後チャンバー７４に分割される。隔離板７２は複数の第一細孔としての細孔７５を有し、細孔７５によって乳化通路を構成するため、気液混合体が流れる際、空洞現象（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎ）を生じさせることが可能である。空洞現象は細孔７５の周縁にしか発生しないため、割合の比較的高い空洞発生領域（ｃａｖｉｔａｔｉｏｎｚｏｎｅ）を獲得するのには、細孔７５の幅ａを０．３３ｍｍ以下、空洞発生地帯を細孔７５の断面積の２０％以上にすることが好ましい。 The emulsifier 70 is connected to the mixing pump 30 by the third pipe 55. As shown in FIG. 4, the emulsifier 70 according to the first embodiment of the present invention has a housing 71, and the housing 71 is divided into a front chamber 73 and a rear chamber 74 by an isolation plate 72. The separator 72 has a plurality of pores 75 as the first pores, and the pores 75 constitute an emulsification passage. Therefore, when the gas-liquid mixture flows, it is possible to cause a cavitation phenomenon. is there. Since the cavitation phenomenon occurs only at the periphery of the pore 75, in order to obtain a cavitation zone having a relatively high ratio, the width a of the pore 75 is 0.33 mm or less and the cavitation zone is narrowed. It is preferable that the cross-sectional area of the hole 75 be 20% or more.

乳化装置１０が作動する際、混合ポンプ３０は運転を開始し、第一管路２５によって水源２０から供給される水を吸引すると同時に第二管路４５によって送気調節器５０から適量の空気を吸引する。水および空気がポンプケース３２に流れ込み、ローター３３とともに回転する際、ローター３３のエネルギーが吸収されるため、圧力および速度が高くなると同時に、空気を水中に溶解させて高圧飽和気液混合体を生成させることが可能である。ローター３３によって気液混合体を排出口３９まで誘導すると、気液混合体は軸方向に沿ってローター３３およびステーター３４の通路３６、３８を通過することが可能である。ローター３３はステーター３４に向かい合って回転し、裁断作用を発生させるため、まだ均質化されていない気泡を細かく崩し、気泡を水中に均質に分布させることによって空気を水中に溶解させる時間を短縮することが可能である。ポンプケース３２から流出した気液混合体は、第三管路５５によって乳化器７０の前チャンバー７３に出力される。気液混合体が乳化器７０の細孔７５を通過する際、空洞現象によって乳化を完成させ、そののち後チャンバー７４から第四管路６５を経て水槽８０に流れ込むか、同一水源２０に戻ることが可能である。 When the emulsifying device 10 is operated, the mixing pump 30 starts operation, sucks water supplied from the water source 20 through the first conduit 25, and simultaneously draws an appropriate amount of air from the air supply controller 50 through the second conduit 45. Suction. When water and air flow into the pump case 32 and rotate with the rotor 33, the energy of the rotor 33 is absorbed, so the pressure and speed increase, and at the same time, the air is dissolved in water to produce a high-pressure saturated gas-liquid mixture. It is possible to make it. When the gas-liquid mixture is guided to the discharge port 39 by the rotor 33, the gas-liquid mixture can pass through the passages 36 and 38 of the rotor 33 and the stator 34 along the axial direction. Since the rotor 33 rotates to face the stator 34 and generates a cutting action, the bubbles that have not been homogenized are broken down finely, and the bubbles are uniformly distributed in the water, thereby shortening the time for dissolving the air in the water. Is possible. The gas-liquid mixture flowing out from the pump case 32 is output to the front chamber 73 of the emulsifier 70 through the third pipe 55. When the gas-liquid mixture passes through the pores 75 of the emulsifier 70, the emulsification is completed by a cavity phenomenon, and then flows into the water tank 80 from the chamber 74 through the fourth pipe 65 or returns to the same water source 20. Is possible.

本願発明の第２実施形態の乳化器７０ａは図５のように示す。本実施形態において、乳化器７０ａは、上述の乳化器７０と比べて隙間調整板７６が増加する。隙間調整板７６は隔離板７２の一側を移動可能なように配置され、かつ複数の第二細孔としての細孔７７を有する。本実施形態において、隔離板７２および隙間調整板７６の細孔７５、７７は一定の距離をおいて配置され、幅は数ｍｍに達することが可能であるため、隙間調整板７６を移動させ、隔離板の細孔７５に対して細孔７７の位置を調整し、互いに向かい合う二つの細孔７５、７７をずらすか、同一軸線上に位置させなければ、上述の細孔の幅ａが一定するという制限を受けることなく、異なる流体条件に適することが可能である。かつ乳化通路が塞がれた時、隙間ｂを最大に調整すれば固定異物を排出することが可能である。 An emulsifier 70a according to the second embodiment of the present invention is shown in FIG. In this embodiment, the emulsifier 70a has a gap adjusting plate 76 that is larger than that of the emulsifier 70 described above. The gap adjusting plate 76 is arranged so as to be movable on one side of the separator plate 72 and has a plurality of pores 77 as second pores. In the present embodiment, the pores 75 and 77 of the separator plate 72 and the gap adjusting plate 76 are arranged at a certain distance and the width can reach several mm, so the gap adjusting plate 76 is moved, If the position of the pore 77 is adjusted with respect to the pore 75 of the separator and the two pores 75 and 77 facing each other are shifted or not positioned on the same axis, the above-mentioned pore width a is constant. It is possible to adapt to different fluid conditions without being restricted. When the emulsification passage is blocked, the fixed foreign matter can be discharged by adjusting the gap b to the maximum.

上述した説明及び図面にかかわるあらゆる記述は、本発明を説明するための一例に過ぎず、本発明の請求範囲を制限することができないため、上述した実施形態は本発明の請求範囲を逸脱しない限り、若干の変化を加えることが認められるべきである。 The above description and all the descriptions related to the drawings are merely examples for explaining the present invention, and the scope of the present invention cannot be limited. Therefore, the above-described embodiments do not depart from the scope of the present invention. It should be appreciated that slight changes are made.

本発明による乳化装置を示す平面図である。It is a top view which shows the emulsification apparatus by this invention. 本発明による乳化装置においての混合ポンプを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the mixing pump in the emulsification apparatus by this invention. 本発明による乳化装置においての混合ポンプを示す一部分の平面図である。It is a partial top view which shows the mixing pump in the emulsification apparatus by this invention. 本発明の第１実施形態による乳化装置においての乳化器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the emulsifier in the emulsification apparatus by 1st Embodiment of this invention. 本発明の第２実施形態による乳化装置においての乳化器を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the emulsifier in the emulsification apparatus by 2nd Embodiment of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

１０：乳化装置、２０：水源、２１：フィルター、２５：第一管路、３０：混合ポンプ、３１：ポンプシャフト、３２：ポンプケース、３３：ローター、３４：ステーター、３５：円盤、３６：円盤、３７：通路、３８：通路、３９：出口、４０：送水調節器、４５：第二管路、５０：送気調節器、５５：第三管路、６０：逆止弁、６５：第四管路、７０：乳化器、７０ａ：乳化器、７１：ハウジング、７２：隔離板、７３：前チャンバー、７４：後チャンバー、７５：細孔、７６：隙間調整板、７７：細孔、８０：水槽、ａ：幅、ｂ：隙間 10: emulsification device, 20: water source, 21: filter, 25: first pipe, 30: mixing pump, 31: pump shaft, 32: pump case, 33: rotor, 34: stator, 35: disk, 36: disk 37: passage, 38: passage, 39: outlet, 40: water supply regulator, 45: second pipeline, 50: air regulator, 55: third pipeline, 60: check valve, 65: fourth Pipe: 70: Emulsifier, 70a: Emulsifier, 71: Housing, 72: Separating plate, 73: Front chamber, 74: Rear chamber, 75: Pore, 76: Gap adjusting plate, 77: Pore, 80: Aquarium, a: width, b: gap

Claims

混合ポンプと、
該混合ポンプに給水するため、前記混合ポンプに接続される水源と、
前記混合ポンプに流れ込む水量を調節するため前記混合ポンプに接続される送水調節器と、
前記混合ポンプに流れ込む空気量を調節するため前記混合ポンプに接続される送気調節器と、
前記混合ポンプに接続され、ハウジングを有し、ハウジングは隔離板によって内部空間が前チャンバーおよび後チャンバーに分割される乳化器と、
を備え、
前記混合ポンプは空気を水中に溶解させ、そののち高圧気液混合体を出力し、前記隔離板は複数の第一細孔を有するため、高圧気液混合体が前期第一細孔を通過する際、空洞現象によって乳化状態を生成することを特徴とする乳化装置。 A mixing pump;
A water source connected to the mixing pump for supplying water to the mixing pump;
A water supply controller connected to the mixing pump to adjust the amount of water flowing into the mixing pump;
An air supply controller connected to the mixing pump to adjust the amount of air flowing into the mixing pump;
An emulsifier connected to the mixing pump and having a housing, wherein the housing is divided into a front chamber and a rear chamber by a separator;
With
The mixing pump dissolves air in water, and then outputs a high-pressure gas-liquid mixture. Since the separator has a plurality of first pores, the high-pressure gas-liquid mixture passes through the first pores. At this time, an emulsification state is generated by a cavity phenomenon.

前記第一細孔の幅は、０．３ｍｍ以下であり、空洞発生領域は、前記第一細孔の断面積の２０％以上を占めることを特徴とする請求項１に記載の乳化装置。 2. The emulsification apparatus according to claim 1, wherein the width of the first pore is 0.3 mm or less, and the cavity generation region occupies 20% or more of the cross-sectional area of the first pore.

前記乳化器は、さらに前記隔離板の一側を移動可能なように装着される隙間調整板を有し、該隙間調整板は複数の第二細孔を有し、かつ前記隙間調整板を移動させ、前記第一細孔に対して前記第二細孔の位置を調整して、互いに向かい合う前記第一細孔と前記第二細孔とをずらして生じた隙間を調整することを特徴とする請求項１に記載の乳化装置。 The emulsifier further includes a gap adjusting plate that is mounted so as to be movable on one side of the separator plate, the gap adjusting plate has a plurality of second pores, and moves the gap adjusting plate. And adjusting the position of the second pore with respect to the first pore to adjust a gap generated by shifting the first pore and the second pore facing each other. The emulsification apparatus according to claim 1.

前記混合ポンプは、遠心式であり、ポンプシャフトとともに回転する少なくとも一つのローターと、ポンプケースに固定される少なくとも一つのステーターとを有し、ローターおよびステーターは前記高圧気液混合体を軸方向に通過させるため、円盤の周縁に配置される複数の通路を別々に有することを特徴とする請求項１に記載の乳化装置。 The mixing pump is centrifugal, and has at least one rotor that rotates together with the pump shaft, and at least one stator that is fixed to the pump case. The rotor and the stator axially move the high-pressure gas-liquid mixture. The emulsification apparatus according to claim 1, wherein the emulsification apparatus has a plurality of passages arranged separately on the periphery of the disk for passing through.