JP2017077554A - 微細物の移送方法、微細物の移送装置、微細物の溶解方法、および微細物の溶解装置 - Google Patents

Abstract

【課題】逆流のリスクが少なく、微細物を液中へ安定して供給できる微細物の移送方法を提供する。【解決手段】タンク１内外の圧力差を利用してタンク１内に微細物１６を移送する微細物の移送方法であって、当該方法は、タンク１の内外に延びる微細物誘導部９の先端に設けられタンク１内で鉛直下方または鉛直斜め下方に開口する先端開口９Ｂを、タンク１に貯留された液体１５中に没入する先端没入工程と、微細物誘導部９内に気体を導入し、当該気体を先端開口９Ｂから放出させる気体放出工程と、気体放出工程の継続中、微細物誘導部９および先端開口９Ｂを介して、微細物１６をタンク１内の液体１５中に移送する微細物移送工程と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、食品工業、医薬品工業をはじめとするすべての産業分野に好適に用いられる微細物の移送方法、微細物の移送装置、微細物の溶解方法、および微細物の溶解装置に関する。

食品工業や医薬品工業、その他の産業分野において、タンク内に保持された液体中への微細物の安定な供給は、製造工程や製品の品質の安定化のために極めて重要なプロセスである。従来、タンク上部から手作業により粉体等の微細物を供給する方法がよく採られている（例えば、特許文献１参照）。しかし、この方法では、供給時の微細物の周辺環境への飛散や、撹拌時の泡の発生などの問題が生じ、また供給の自動化が困難である。

近年、微細物の飛散防止や供給の自動化を実現するために、タンク内を減圧し、減圧を利用して微細物をタンク内の液体中へ供給する技術が開発され、多用されている。
具体的には、タンク底部に微細物の供給パイプを接続し、供給パイプとタンク底部との接続点近傍に逆流防止バルブを設置し、微細物が投入される供給ホッパーを供給パイプに接続する。そして、液体をタンク内に適量貯留し、この際にタンク内の上部に生じる液面上のヘッドスペースを真空ポンプなどで減圧する。微細物を供給ホッパーに投入した後、逆流防止バルブを開けると、微細物がタンク内のヘッドスペースの負圧によって吸引され、タンク底部から液体中に供給される。
なお、微細物をヘッドスペースにではなく、液体中に供給する理由は、供給した微細物がヘッドスペースから真空ポンプによって吸引されるのを防止するためである。

このような技術によれば、微細物の供給の自動化が容易になり、微細物の飛散の問題を回避できる。また、タンク内を減圧するため、撹拌時の泡の発生を抑制できる。さらに、この技術によって離れた場所から微細物を減圧吸引すれば、微細物を隔離した専用部屋から供給することも可能である。

ところで、上述したような技術を採用している市販の真空吸引型の粉体溶解装置などでは、微細物の吸引誘導管を上向きにしてタンク底部に設置し、吸引誘導管とタンク底部の接合部近傍に逆流防止バルブを設置することにより吸引誘導管への逆流を防止している、いわゆる微細物の上向き誘導法が広く用いられている。

仮に吸引誘導管を下向きに設置すると、吸引誘導管の先端がタンク内の液体中に没入するため、吸引誘導管の内面が濡れ、そこに微細物が付着堆積して閉塞する可能性がある。このため、上記粉体溶解装置だけでなく、撹拌装置、混合装置、および乳化装置などにおいても、微細物の上向き誘導法が用いられている。

特開平５−３０５２２４号公報

しかしながら、微細物の上向き誘導法に関しては、多くの問題が存在する。
まず、微細物の吸引時、液体が吸引誘導管へ逆流するという問題が挙げられる。微細物の吸引速度が安定し、タンク内負圧（吸引圧力）が安定している場合には逆流は起こり難い。しかし、例えば微細物が粉体である場合、粉体の流れは摩擦やブリッジの形成などによって変動しやすく、その吸引速度が安定し難い。このため、移送する粉体の流量が急激に増加すると、タンク内負圧が低下して吸引力が大きく低減する場合があり、このとき逆流が生じる。

また、逆流防止バルブは、タンク内の液体の逆流を防ぐために、タンク内の負圧がある一定値より小さくなると自動的に閉じるように設計されている。
しかし、逆流防止バルブを閉じるための制御には高速性が要求され、また、タンク内の負圧の閾値の設定は粉体の性質に依存するため、その設計には困難が伴う。また、逆流防止バルブによって、溶解液の製造時にトラブルが発生することもある。例えば、一般的に逆流防止バルブはバタフライバルブ等から構成されるが、このバタフライバルブが頻繁に動作することにより、パッキンの消耗が激しく、漏れや滲み出しが発生しやすい。

さらに、上向き誘導法では、吸引誘導管がタンク底部に接続されるため、液体の自重による圧力が、常時、吸引誘導管の出口に加わる。これにより、液体が吸引誘導管へ逆流し易くなる。

一旦、液体が吸引誘導管へ逆流すると、微細物が粉体である場合、粉体が吸引誘導管内面に付着したり、部分的に膨潤してダマを形成したりして、吸引誘導管が閉塞する。これを復旧するためには、製造を停止して、吸引誘導管を洗浄し、その内面を乾燥させる必要がある。このため、復旧には非常に時間がかかり、製造上の大きなリスクとなっている。

本発明の目的は、液体の逆流のリスクが少なく、微細物を液中へ安定して供給できる微細物の移送方法、微細物の移送装置、微細物の溶解方法、および微細物の溶解装置を提供することにある。

本発明の微細物の移送方法は、タンク内外の圧力差を利用して前記タンク内に微細物を移送する微細物の移送方法であって、前記タンクの内外に延びる微細物誘導部の先端に設けられ前記タンク内で鉛直下方または鉛直斜め下方に開口する先端開口を、前記タンクに貯留された液体中に没入する先端没入工程と、前記微細物誘導部内に気体を導入し、当該気体を前記先端開口から放出させる気体放出工程と、前記気体放出工程の継続中、前記微細物誘導部および前記先端開口を介して、前記微細物を前記タンク内の前記液体中に移送する微細物移送工程と、を含むことを特徴とする。

なお、本発明における液体とは、水のような低粘度の流体から、見掛け粘度が１０００Ｐａ.ｓ程度の高粘性流体までの全ての流体をいう。また、本発明における微細物とは、乾燥した粉体、小固形物、ファイバー状物などの真空吸引可能な全ての乾物をいう。

本発明は、まず、液体の逆流を抑制するために、微細物誘導部による微細物の導入を下向きに行う方法、つまり、下向き誘導法を採用している。すなわち、本発明では、タンク内で鉛直下方または鉛直斜め下方に開口する微細物誘導部の先端開口を、タンクに貯留された液体中に没入する先端没入工程を行う。これにより、タンク内の液体自重の圧力による逆流を防止できる。さらに、微細物誘導部とタンクとの接合部分に逆流防止バルブを設ける必要がなく、タンク内圧力の変動に伴う逆流防止バルブの開閉制御が不要であるうえ、パッキン等の老朽化による漏れや染み出しも発生しない。

ここで、本発明者らは、下向き誘導法を採用した微細物誘導部の内面に濡れが発生するメカニズムに関して実験的な分析を行った。その結果、微細物誘導部の内面が濡れる場合、液体中にある先端開口から液体が逆流すること、微細物誘導部の内側に形成される液面に上下の揺れが存在すること、微細物誘導部の内側に形成される液面とタンク内の液面との差圧によって微細物誘導部内への液面の押し込み現象が発生することが原因となることを発見した。

そこで、本発明では、上記押し込み圧よりも強い内圧を微細物誘導部に保持するために、外部から微細物誘導部内に気体を導入している。すなわち、本発明では、気体導入部によって前記微細物誘導部内に気体を導入し、当該気体を前記先端供給口から放出させる気体放出工程を行う。これにより、気体が微細物誘導部中に常時満たされ、移送路内面を乾いた状態で保持できる。
なお、実際には気体の流量は、微細物の供給が無いときに、微細物誘導部の先端開口から常時気泡が液体中に開放される程度で十分である。ただし、気体の流量が少な過ぎると逆流の危険性があり、逆に多過ぎるとタンク内負圧が小さくなる危険性があるために、流量を安定化させることが重要である。

また、本発明では、気体放出工程の継続中に微細物移送工程を行う。これにより、供給口から気体が放出されるのみならず、タンク内の負圧によって吸引された微細物が放出されるため、さらに液体の逆流は発生し難くなる。よって、微細物の流量の変動に関わらず、微細物誘導部の内面の濡れや液体の逆流を完全に防止できる。

したがって、本発明によれば、逆流のリスクが少なく、微細物を液中へ安定して供給する微細物の移送方法を提供することができる。

なお、本発明の気体放出工程は、従来の上向き誘導法に用いることができない。仮に、従来の上向き誘導法を行う吸引誘導管に気体を導入すると、吸引誘導管とタンクとの接合部分付近で気体と液体の置換が起こり、その結果、液体の逆流が発生してしまう。すなわち、本発明の気体放出工程は、本発明の下向き誘導法に対してのみ有効である。

本発明の微細物の移送方法において、前記気体放出工程の継続中、前記タンク内に前記液体を貯留することによって前記先端没入工程を実施してもよい。
また、本発明の微細物の移送方法において、前記気体放出工程の継続中、前記液体が貯留された前記タンクに前記微細物誘導部を設置することによって前記先端没入工程を実施してもよい。

本発明の微細物の移送方法において、前記微細物誘導部に前記微細物を導入する第１導入口と、前記移送路に前記気体を導入する第２導入口とは異なることが好ましい。
本発明の微細物の移送方法において、前記気体は、加圧または圧縮された空気または窒素であることが好ましい。

本発明の微細物の移送装置は、タンク内外の圧力差を利用して前記タンクの外部から前記タンク内に微細物を移送する微細物の移送装置であって、前記タンクの内外に延びる流路を構成する微細物誘導部と、前記微細物誘導部に気体を導入する気体導入部と、を備え、前記微細物誘導部は、前記タンク内で鉛直下方または鉛直斜め下方に開口している先端開口を有することを特徴とする。
このような微細物の移送装置によれば、上述と同様の効果を奏する。

本発明の微細物の移送装置において、前記微細物誘導部には、前記微細物が導入される第１導入口と、前記気体導入部から前記移送路に前記気体が導入される第２導入口とがそれぞれ設けられていることが好ましい。

本発明の微細物の移送装置において、前記微細物誘導部は、前記タンクの上部、周壁、または底部を貫通していてもよい。
または、本発明の微細物の移送装置において、前記微細物誘導部は、前記タンク内で鉛直下方または鉛直斜め下方に向かって延びる先端部位を有しており、前記先端開口は、前記先端部位に設けられていてもよい。

本発明の微細物の移送装置において、前記気体は、加圧または圧縮された空気または窒素であることが好ましい。

本発明の微細物の溶解方法は、以上に説明したいずれかの微細物の移送方法によって移送された前記微細物を前記液体と共に撹拌して当該液体中に溶解させることを特徴とする。
このような微細物の溶解方法によれば、微細物の溶解液を安定して製造することができる。

本発明の微細物の溶解装置は、液体が貯留されるタンクと、前記タンク内に前記液体を供給する液体供給部と、前記タンク内を減圧する減圧部と、以上に説明したいずれかの微細物の移送装置と、移送された前記微細物を前記液体と共に撹拌する撹拌部と、を備えることを特徴とする。
このような微細物の溶解装置によれば、上述と同様に、微細物の溶解液を安定して製造することができる。

本発明の第１実施形態に係る微細物の溶解装置を模式的に示す全体図である。 本発明の第２実施形態に係る微細物の溶解装置を模式的に示す全体図である。 本発明の第３実施形態に係る微細物の溶解装置を模式的に示す全体図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、微細物誘導部の変形例を示す模式図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、微細物誘導部の変形例を示す模式図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、微細物誘導部の変形例を示す模式図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、微細物排出部の変形例を示す模式図である。 （Ａ）〜（Ｄ）は、微細物排出部の変形例を示す模式図である。 （Ａ）〜（Ｂ）は、微細物排出部の変形例を示す模式図である。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態を図１に基づいて説明する。
図１において、本実施形態に係る溶解装置１０１は、液体１５が貯留される密閉式のタンク１と、タンク１内に液体を供給する液体供給部２５と、タンク１内を減圧する減圧部２６と、粉体等の微細物１６をタンク１内に移送する移送装置２７と、移送された微細物１６を液体１５と共に撹拌する撹拌部２８とを備える。
微細物１６は、粉体や小固形物、あるいはファイバーなどである。

タンク１は、金属やプラスチックなどで構成されており、タンク１内部の減圧に耐える強度を有する。減圧の度合いは、微細物１６の供給速度や液体１５の粘度、あるいは液体１５に対する微細物１６の混合比率などの製造条件や、微細物１６の比重や付着性、あるいは安息角などの微細物１６の物理的特性に依存する。例えば、タンク１は、絶対圧力で約５０ｋＰａ程度の耐圧性を有することが好ましく、絶対真空まで耐える強度を持つことがより好ましい。

タンク１は、上部１１２と、周壁１１３と、底部１１４とを有する。タンク１の底部１１４には、ミックス（液体１５に微細物１６を溶解させることで得られる溶解液）を排出する排出パイプ２と、排出バルブ３とが設置されている。

液体供給部２５は、液体供給源２４と、液体バルブ２３と、液体流量調整部２２とを有する。液体供給源２４から供給された液体１５は、液体バルブ２３を通り、液体流量調整部２２を経由してタンク１に供給される。
液体１５としては水が一般的であるが、これに限定しない。液体は必要があれば加熱されて供給される。
なお、タンク１内に液体１５が供給されたとき、タンク１内では気体と液体１５とが分離して存在し、この境界に液面が形成される。この液面より上側に存在する空間をヘッドスペースＨと称する。

減圧部２６は、タンク１を減圧する真空ポンプ１４と、タンク１の内部圧力を調整する圧力調整部１１と、タンク１の内部圧力を計測する圧力計１０と、真空ポンプ１４の前段に設置され、タンク１の内部圧力の変動抑制と真空ポンプ１４の保護を行うバッファタンク１２とを有する。
減圧部２６は、タンク１の上部１１２に接続され、ヘッドスペースＨの気体を吸引することにより、タンク１内を減圧する。
バッファタンク１２の容量は可能な限り大きくすることが望ましい。これにより、タンク１の内部圧力の変動によって引き起こされる微細物１６の流量変動を緩和することができる。なお、バッファタンク１２で気液分離された液体（ドレイン）はドレインバルブ１３を開けて排出される。

撹拌部２８は、タンク１の上部１１２に設置された撹拌動力部４と、これに連結された撹拌翼５とを有する。

移送装置２７は、微細物供給ホッパー６と、微細物流量調整部７と、微細物バルブ８と、微細物誘導部９と、気体導入部２０とを有する。

微細物供給ホッパー６は、内側に微細物１６を収容しており、その底部には微細物流量調整部７が接続されている。
微細物流量調整部７は、簡易なものとして、口径を調整したレデューサーやオリフィスなどを利用できる。また、動力を用いるものとして、市販のオーガスクリューや回転型の定量供給装置などを利用できる。
微細物流量調整部７の下方には、微細物１６の供給の開始または停止を行う微細物バルブ８が設けられている。

微細物誘導部９は、例えば管であり、タンク１の内外に延びて微細物１６をタンク１の外部から内部まで誘導する流路を構成している。微細物誘導部９は、タンク１の外部の一端側に設けられた第１導入口９Ｃを有する。第１導入口９Ｃは、微細物バルブ８に接続されている。また、微細物誘導部９は、タンク１の内部の他端側に設けられた微細物排出部２１を有する。微細物排出部２１は、例えばノズルであり、タンク１内で開口している先端開口９Ｂを有している。先端開口９Ｂは、タンク１内の液体１５中に没入される。

また、微細物誘導部９の流路本体は、タンク１の上部１１２を貫通している。微細物誘導部９のうちのタンク１内部で延びる部分を移送路９Ａと称する。第１実施形態では、移送路９Ａは、タンク１の上下方向（重力方向）に沿って直線状に配置されている。また、先端開口９Ｂは、鉛直下方に向かって開口している。

気体導入部２０は、気体供給源１７と、気体導入流路２９と、気体導入流路２９の途中に設けられた気体流量調整部１８と、気体バルブ１９とを有する。気体導入流路２９の一端は、気体供給源１７に接続され、気体導入流路２９の他端は、微細物誘導部９に設けられた第２導入口９Ｄに接続されている。

微細物誘導部９において、第２導入口９Ｄが設けられる位置は、第１導入口９Ｃよりも下流側であり、本実施形態では移送路９Ａの上流端近傍である。
気体導入流路２９は、例えば、微細物誘導部９の第２導入口９Ｄから先端開口９Ｂ側に向かって延びる直近部分の延伸方向に沿って配置される。

気体供給源１７が供給する気体としては、空気を使用できるが、微細物１６や液体１５の酸化を防止したい場合は窒素ガスなどを使用できる。供給方法としては圧縮ボンベや、コンプレッサーあるいはブロワーなどで加圧した気体を利用できる。なお、微細物誘導部９内の微細物１６の有無に関わらず、微細物誘導部９に一定流量の気体を導入するという条件が満たされれば上述の気体の供給方法に限定されない。

以上の移送装置２７において、微細物供給ホッパー６から供給された微細物１６は、微細物流量調整部７および微細物バルブ８を経由して微細物誘導部９に導入される。微細物誘導部９は、タンク１の内部に微細物１６を誘導し、先端開口９Ｂを介してタンク１内の液体１５中に微細物１６を供給する。移送装置２７における微細物移送の駆動力は、減圧部２６により発生したタンク１内外の圧力差である。

また、気体供給源１７から供給された気体は、気体流量調整部１８により一定流量に調整され、気体バルブ１９を介して、微細物誘導部９の第２導入口９Ｄに供給される。微細物誘導部９に供給された気体は、単独または微細物１６と混合されて、先端開口９Ｂを介してタンク１内の液体１５中に放出される。

なお、気体の流量は、微細物１６の供給速度や液体１５の粘度などの製造条件、微細物１６の比重や付着性などのような微細物１６の物理的特性、また微細物誘導部９や移送路９Ａの口径や形状、あるいは移送路９Ａに掛かる圧力など多くの因子に依存する。本実施形態では、少なくとも、タンク１内を溶解条件に基づいて減圧した状態で、微細物１６の供給が無いときに、先端開口９Ｂから一定量の気泡が連続して放出される最低減の流量程度があればよい。
また、液体１５の粘度が高い場合や、移送路９Ａに掛かる圧力が高い場合などでは、気体流量を高めることが好ましいが、タンク１内の減圧度が低下しない程度に設定することが望ましい。

第１実施形態の溶解装置１０１における移送方法および溶解方法について、以下に説明する。本実施形態の溶解装置１０１は、バッチ運転または連続運転によって運転される。

溶解装置１０１をバッチ運転する場合について説明する。
（１）気体導入部２０から気体を微細物誘導部９に一定流量で継続して導入して先端開口９Ｂから継続的に放出させる（気体放出工程）。
（２）液体供給部２５からタンク１内に一定の容量の液体１５を流入させ、タンク１内に液体１５を貯留していくことによって先端開口９Ｂを液体１５中へ没入させる（先端没入工程）。
（３）撹拌翼５を所定の回転数で回転させる。
（４）真空ポンプ１４でタンク１内を所定の圧力に減圧する。
（５）微細物バルブ８を開けて一定量の微細物１６をタンク１内に移送する（微細物移送工程）。
（６）撹拌が完了したら排出バルブ３を開けて液体１５と微細物１６が撹拌混合されたミックスを全て外部に排出する。
以上の工程（１）〜工程（６）により、初めのバッチ運転を完了する。

なお、工程（１）の気体放出は、工程（２）から工程（５）が完了するまでの間で継続し、さらに工程（６）の後まで継続することが好ましい。また、工程（６）において、撹拌翼５を停止し、また真空ポンプ１４を停止してタンク1内の減圧を解除することが好ましい。また、工程（２）〜工程（４）は、必要があれば順序を任意に変更することができる。工程（１）と工程（２）とは、移送路９Ａの濡れをより完全に防止するために、この順で行うことが好ましい。

初めのバッチ運転が完了すると、同様の工程によって次のバッチを処理する。このとき、工程（１）の気体放出は、微細物誘導部９の内面が濡れるのを防ぐために、バッチ運転間においても継続して行うことが望ましい。

溶解装置１０１を連続運転する場合について説明する。
（１）気体導入部２０から気体を微細物誘導部９に一定流量で継続して導入して先端開口９Ｂから放出させることを開始する（気体放出工程）。
（２）液体供給部２５からタンク１内に一定の流量で液体１５を流入することを開始する。タンク１内に液体１５を貯留していくことによって先端開口９Ｂを液体１５中へ没入させる（先端没入工程）。
（３）撹拌翼５を所定の回転数で回転させる。
（４）真空ポンプ１４でタンク１内を所定の圧力に減圧する。
（５）微細物バルブ８を開けて一定の流量で微細物１６の移送を開始する（微細物移送工程）。
（６）排出バルブ３を開け、タンク１内の液面が一定の高さを保つように、液体１５と微細物１６が撹拌混合されたミックスを外部に排出する。
以上の工程（１）〜工程（６）により、溶解装置１０１の連続運転が行われる。

なお、上述のバッチ運転の場合と同様、工程（１）の気体放出は、工程（２）から工程（５）が完了するまでの間で継続し、さらに工程（６）の後まで継続することが好ましい。また、工程（２）〜工程（４）は、必要があれば順序を任意に変更することができる。工程（１）と工程（２）とは、移送路９Ａの濡れをより完全に防止するために、この順で行うことが好ましい。

以上の第１実施形態によれば、微細物誘導部９の内部は、常に、気体導入部２０より供給される気体、あるいは、気体と微細物１６の混合物により充満される。これにより、液体１５が先端開口９Ｂから微細物誘導部９に逆流することを防止することができる。よって、安定的かつ衛生的に微細物１６を供給することができる。

〔第２実施形態〕
本発明の第２実施形態を図２に基づいて説明する。
第２実施形態の溶解装置１０２は、移送装置２７が遠方からの微細物１６の移送に適した構成を採用している点が第１実施形態と異なっており、他の構成は第１実施形態と同様である。第２実施形態では、第１実施形態と同一構成要素は同一符号を付して説明を省略する。

遠方からの微細物１６を移送する場合、微細物１６と微細物誘導部９との摩擦抵抗により微細物１６が流れ難くなり、微細物誘導部９が閉塞してしまうことがある。これを改善するには、タンク１の減圧度を高めることが考えられるが、タンク１内の液体１５を加熱している場合は、減圧による沸騰や、回転中の撹拌翼５でキャビテーションが発生しやすくなる。また、連続運転の場合は、タンク１内から外部への排出量が減少する。

そこで、第２実施形態は、遠方にある微細物供給ホッパー６の近傍から一定流量の気体を供給するように構成されている。
具体的には、気体導入用の第２導入口９Ｄは、第１導入口９Ｃの下流側であって、第１導入口９Ｃに近い位置に設けられる。また、気体導入流路２９は、微細物誘導部９の第２導入口９Ｄからタンク１の近傍まで直線状に延びる部分の延伸方向に沿って配置される。

この構成によれば、微細物１６と気体が適度に混合されて微細物誘導部９内を流動し易くなり、流速の低下や閉塞が起き難くなる。また、仮に閉塞を起こした場合でも、微細物バルブ８を閉じてから、気体流量調整部１８を調整して一時的に気体の流量を高めることによって、閉塞を解消することができる。閉塞が解消された後は再度、気体の流量を元の状態に調整し、安定運転に復帰することができる。

したがって、第２実施形態によれば、第１実施形態の効果を奏すると共に、減圧したタンク１へ遠方から微細物１６を安定的に供給することができる。

〔第３実施形態〕
本発明の第３実施形態を図３に基づいて説明する。
第３実施形態の溶解装置１０３は、タンク１の上部１１２に設置された撹拌部２８の替わりに、タンク１の底部１１４に設置された撹拌部３１を備える点が第１実施形態と異なっており、他の構成は第１実施形態と同様である。第３実施形態では、第１実施形態と同一構成要素は同一符号を付して説明を省略する。

撹拌部３１は、インペラ３２、ステータ３３、およびモータ３４を有している。ステータ３３は、タンク１内に配置された環状の部材であり、インペラ３２を内側に収容する。ステータ３３には、液体１５が流通可能な複数の孔が設けられている。インペラ３２は、モータ３４に接続された軸３５、および、軸３５に設けられた複数の羽根３６を有する。インペラ３２の羽根３６とステータ３３との間には隙間が存在し、モータ３４の駆動によってインペラ３２が回転する。

このような構成によれば、第１実施形態と同様の効果を奏する。また、後述する変形例と組み合わせることによって、微細物１６の溶解をより好適に行うことができる。

［変形例］
なお、本発明は、以上に説明した各実施形態に限定されず、本発明の目的を達成できる範囲での手順の変更、部品の数や形状、種類の変更などは、本発明に含まれる。

（微細物誘導部の変形例）
上述の各実施形態において、微細物誘導部９を図４〜図６に示すように構成することができる。なお、図４〜図６では、タンク１および微細物誘導部９を模式的に示しており、他の要素の図示を省略している。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）は、微細物誘導部９が、タンク１の周壁１１３を貫通している例を示している。各変形例において、移送路９Ａは、重力方向に平行な面内で延伸方向を変える湾曲部位９Ａ１と、鉛直下方または鉛直斜め下方に向かって延びる先端部位９Ａ２とを有している。

図５の（Ａ）〜図５（Ｃ）は、タンク１よりも下側から延びた微細物誘導部９が、タンク１の周壁１１３または底部１１４を貫通している例を示している。各変形例において、移送路９Ａは、重力方向に平行な面内で延伸方向を変える湾曲部位９Ａ１と、鉛直下方または鉛直斜め下方に向かって延びる先端部位９Ａ２とを有している。

図４および図５に示すような構成によれば、微細物供給ホッパー６の設置高さがタンク１の底部１１４に近い場合などに、微細物誘導部９の長さを短縮でき、微細物１６の移送時の抵抗を低減することができる。また、第１および第２実施形態における撹拌部２８や、第３実施形態の撹拌部３１などの近くに、先端開口９Ｂを配置することが容易になる。これにより、液体１５中に供給された微細物１６が即座に撹拌されるため、溶解を迅速化することができる。

図４および図５に示す各変形例において、微細物誘導部９の一端は、微細物供給ホッパー６に接続されていなくともよい。例えば、微細物誘導部９は、微細物１６を収容する他の収容容器に接続されてもよい。また、微細物誘導部９と湾曲可能なホースとを接続することにより、人手で上下左右に移動できる吸引ノズルを実現してもよい。これらの場合、微細物誘導部９にポンプ等の搬送装置を設け、当該搬送装置が微細物１６の移送を補助してもよい。

図６（Ａ）〜図６（Ｃ）は、移送路９Ａの湾曲部位９Ａ１が、重力方向に平行な面内で大きく湾曲している例を示している。具体的には、湾曲部位９Ａ１は、図６（Ａ）では一回転しており、図６（Ｂ）ではＳ字状蛇行しており、図６（Ｃ）では螺旋状に下降している。なお、移送路９Ａの先端部位９Ａ２は、鉛直下方に向かって延びている。

このような構成によれば、移送路９Ａの湾曲部位９Ａ１の一部が気体の貯留部として働くため、移送路９Ａの内部で気体の内圧を高めることができる。これにより、液体１５の逆流防止効果をより高めることができ、液体１５の粘度が高い場合などに好適である。特に、図６（Ｃ）では、移送される微細物１６に遠心力が加わるため、液体１５の逆流防止効果をさらに高めることができる。

（微細物排出部２１の変形例）
上述の各実施形態において、微細物排出部２１を図７〜図９に示すように構成することができる。なお、図７〜図９では、微細物排出部２１を模式的に示している。

図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、微細物排出部２１の流路幅の例を示している。具体的には、微細物排出部２１内の流路幅は、図７（Ａ）では一定であり、図７（Ｂ）では先端に向かって狭まっており、図７（Ｃ）では先端に向かって広がっている。

図８（Ａ）〜図８（Ｄ）は、微細物排出部２１の構成および先端開口９Ｂの向きの例を示している。具体的には、図８（Ａ）では、微細物排出部２１が重力方向に対して斜めに配置され、先端開口９Ｂが鉛直斜め下方に開口している。図８（Ｂ）では、微細物排出部２１が重力方向に対して斜めに配置され、その先端が斜めに切り取られた形状をしているため、先端開口９Ｂが鉛直下方に開口している。図８（Ｃ）では、微細物排出部２１が重力方向に対して斜めに配置され、その先端が折れ曲がった形状をしているため、先端開口９Ｂが鉛直下方に開口している。また、図８（Ｄ）では、微細物排出部２１が重力方向に沿って配置され、その先端が斜めに切り取られた形状をしているため、先端開口９Ｂが鉛直斜め下方に開口している。

これらの変形例は、液体１５および微細物１６の各物理的特性、溶解液の製造条件、ならびに、微細物誘導部９の全体的な構成など、様々な条件に合わせて選択可能である。

例えば、図７（Ｂ）に示す構成によれば、微細物排出部２１の内部で気体の内圧を高めることができ、これにより、液体１５の逆流防止効果をより高めることができる。また、図７（Ｃ）に示す構成では、微細物排出部２１から一部の気体が液体１５と置換しても、液面が変化しにくいため、微細物排出部２１の内部の濡れをより防止できる。
また、図８（Ａ）および図８（Ｄ）に示す構成は、微細物排出部２１の先端内部の濡れを抑制するために、先端開口９Ｂから放出される気体の流量が多い場合などに選択することが好ましい。

図９（Ａ）に示す構成では、微細物排出部２１は、その内面側に撥水性材料によるコーティング部２１１を有している。図９（Ｂ）に示す構成では、微細物排出部２１は、撥水性材料から構成された先端部分２１２を有している。撥水性材料としては、例えばポリテトラフルオロエチレン（テフロン（登録商標））を利用することができる。
このような構成によれば、微細物排出部２１の内面が濡れ難くなり、微細物１６が先端開口９Ｂ付近で凝集付着することを抑制できる。これにより、微細物を液中へより安定して供給することができる。
また、図９（Ａ）または図９（Ｂ）に示すような撥水性材料を用いた構成を、上述の図７〜図８に示す構成に組み合わせてもよい。

（微細物の移送方法の変形例）
第１実施形態では、移送路９Ａの先端開口９Ｂを液体１５中に没入させる手順として、微細物誘導部９の移送路９Ａをタンク１内の所定位置に予め固定しておき、気体のタンク１外からの導入およびタンク１内放出を継続させながらタンク１内に液体１５を貯留していく過程で、先端開口９Ｂを液体１５中へ没入させている。この変形例として、気体の導入および放出を継続させながら移送路９Ａを液体が予め貯留されたタンク１に設置することにより、先端開口９Ｂを液体１５中へ没入させてもよい。

（その他）
本発明は、微細物の液体への移送方法および溶解方法を提供するものであるが、本発明のタンクに他の液体を負圧吸引することを組み合わせて行ってもよい。なお、本発明のタンクに他の液体を負圧吸引する方法としては、従来の負圧吸引技術を用いることができる。
例えば、タンク１内の液体１５に、従来の負圧吸引技術で吸引した他の液体を溶解してから、移送装置２７によって移送した微細物１６を溶解してもよい。あるいは、移送装置２７によって移送した微細物１６を液体１５に溶解してから、その溶解液に従来の負圧吸引技術で吸引した他の液体を混合してもよい。
すなわち、従来技術による他の液体の溶解は、本発明による微細物の溶解過程を妨げない範囲で、本発明のタンクにおいて任意に実施することができる。

なお、粉体の移送性を高める従来技術として、粉体に多量の気体を混合して粉体の流動性を高める粉体流動化技術があるが、この流動化技術と本発明が提供する気体導入方法とは本質的に異なる。
すなわち、粉体流動化技術とは、粉体を貯留したホッパーにおいて、その底面から多量の気体を粉体内に導入し、粉体と気体の動的な混合状態を形成してこれを維持させ、粉体の流動性を高める技術である。このため、気体導入の位置は粉体を貯留するホッパー近傍に限られる。さらに、粉体と気体は容易に分離してしまうために、この動的な混合状態を維持するに極めて多量の気体の供給を継続する必要がある。

一方、本発明が提供する気体導入方法は、タンク内外の差圧を利用して微細物をタンク内の液面下に導入するための技術であり、液面下に没入した先端開口の内側を乾いた状態に保持することを目的としている。このため、導入する気体の量は、タンク内の負圧を維持する程度の微量である。したがって、本発明が提供する気体導入方法では、粉体の流動化は発生せず、また必要ともしない。このため、本発明における気体導入は、微細物誘導部の先端開口より上流側の任意の位置に設定できる。
このように本発明における気体導入は、従来の粉体流動化技術とは異なる方法により、タンク内の負圧を低下させないで微細物流動部への液体の逆流を完全に防止するという新たな効果を奏する。

本発明の各実施例を以下に示す。
［実施例１］
図１に示すような構成で製作した溶解装置に、本発明による微細物の移送装置を設置し、微細物として脱脂粉乳、液体として水を使用してバッチ型の溶解試験を行った。試験条件を以下に示す。
＜装置条件＞
タンク内全容量 ： １５０Ｌ
撹拌翼形状 ： 直径１５０ｍｍ×幅３０ｍｍ×３枚の平板状インペラ
移送装置 ：
・１インチのステンレス製サニタリーパイプを使用。
・タンク上方より導入し、タンク内液面下２０ｃｍにパイプ出口を設定。
・円錐状ホッパー（２０Ｌ）の下に、微細物バルブとしてボールバルブを設置。
・バルブの後段（タンク側）に、圧力調整器と流量計から成る気体供給装置を設置。
・タンクと微細物供給ホッパーの距離 ： 約２ｍ
＜運転条件＞
使用液体 ： ２０℃の水
使用気体 ： コンプレッサー・エア
使用微細物 ： 市販の脱脂粉乳
タンク内液量 ： １００Ｌ
微細物の量 ： ２５ｋｇ
撹拌回転数 ： １５００ＲＰＭ
タンク内減圧度 ： 絶対圧力で５０ｋＰａ
気体の供給速度 ： １ＮＬ/ｓ
微細物の供給速度 ： 約１ｋｇ/ｓ
＜溶解試験の結果＞
上記の装置および運転条件にて脱脂粉乳の溶解試験を行った。試験中、２回ほど意図的に微細物バルブを閉にして脱脂粉乳の供給を２〜３秒間停止し、しかる後再開させた。このとき気体は停止しないで供給し続けた。その結果、供給停止および再開操作においても、脱脂粉乳の供給は問題なく再開でき、閉塞などの問題は認められなかった。最終的に、溶解試験は良好に推移し、泡の発生も少なく、解け残りなどの無い均一な濃度の溶解液を得ることができた。

［実施例２］
実施例１と同様な装置構成で、溶解時の粘度が高くなるＣＭＣと水のバッチ型溶解試験を実施した。試験条件を以下に示す。
＜装置条件＞
実施例１と同じ装置構成。
＜運転条件＞
使用液体 ： ６５℃の水
使用気体 ： コンプレッサー・エア
使用微細物 ： ＣＭＣ（カルボキシメチルセルロース）
タンク内液量 ： １００Ｌ
微細物の量 ： １．５ｋｇ
撹拌回転数 ： ２５００ＲＰＭ
タンク内減圧度 ： 絶対圧力で５０ｋＰａ
気体の供給速度 ： １ＮＬ/ｓ
微細物の供給速度 ： 約０．０３ｋｇ/ｓ
＜溶解試験の結果＞
上記の装置および運転条件にてＣＭＣの溶解試験を行った。実施例１と同様に、気体供給は継続した状態で、試験中、２回ほど意図的にＣＭＣの供給を２〜３秒間停止し、しかる後再開させた。その結果、供給停止および再開操作において、ＣＭＣの供給は問題なく再開でき、閉塞などの問題は認められず、粘度は上昇したものの溶解試験は良好に推移し、泡の発生も少なく、解け残りなどの無い均一な濃度のＣＭＣ溶解液を得ることができた。

［実施例３］
実施例１と同様な装置構成で、脱脂粉乳と水の連続溶解試験を実施した。試験条件を以下に示す。
＜装置条件＞
実施例１と同じ装置構成に溶解液の外部への排出ポンプ（モーノポンプを使用）を加えた。
＜運転条件＞
使用液体 ： ２０℃の水
使用気体 ： コンプレッサー・エア
使用微細物 ： 市販の脱脂粉乳
タンク内液面位置 ： １００Ｌ時の液面
撹拌回転数 ： １５００ＲＰＭ
タンク内減圧度 ： 絶対圧力で５０ｋＰａ
気体の供給速度 ： １ＮＬ/ｓ
水の供給速度 ： ２ｋｇ/ｓ
微細物の供給速度 ： 約０．５ｋｇ/ｓ
外部への排出速度 ： ２．５ｋｇ/ｓ
＜溶解試験の結果＞
上記の装置および運転条件にて、約５分間の脱脂粉乳の連続溶解試験を行った。試験中、数回意図的に微細物供給バルブを閉にして脱脂粉乳の供給を２〜３秒間停止し、しかる後再開させた。このとき気体は停止しないで供給し続けた。その結果、供給停止および再開操作において、脱脂粉乳の供給は問題なく再開でき、溶解試験は良好に推移し、泡の発生も少なく、解け残りなどの無い均一な濃度の溶解液を得ることができた。

［実施例４］
装置構成としては図１とほぼ同じであるが、図２に示すように微細物供給ホッパーを遠方に設置した構成で、微細物として脱脂粉乳、液体として水を使用してバッチ型の溶解試験を行った。試験条件を以下に示す。
＜装置条件＞
タンク内全容量 ： １００Ｌ
撹拌翼形状 ： 直径１５０ｍｍ×幅３０ｍｍ×３枚の平板状インペラ
微細物供給装置 ：
・２インチのステンレス製サニタリーパイプを使用。
・タンク上方より導入し、タンク内液面下２０ｃｍにパイプ出口を設定。
・円錐状ホッパー（２０Ｌ）の下に、微細物バルブとしてボールバルブを設置。
・バルブの後段（タンク側）に、圧力調整器と流量計から成る気体供給装置を設置。
・タンクと微細物供給ホッパーの距離 ： 約１６ｍ
＜運転条件＞
実施例１と同じ。
＜溶解試験の結果＞
上記の装置および運転条件にて脱脂粉乳の溶解試験を行った。実施例１と同様に気体の供給は停止しないで、試験中２回ほど意図的に微細物供給バルブを閉にして脱脂粉乳の供給を２〜３秒間停止し、しかる後再開させた。その結果、供給停止および再開操作において、脱脂粉乳の供給は問題なく再開でき、閉塞などの問題は認められなかった。最終的に、溶解試験は良好に推移し、泡の発生も少なく、解け残りなどの無い均一な濃度の溶解液を得ることができた。

本発明は、食品工業、医薬品工業をはじめとする全ての産業分野に好適に用いられる。

１…タンク、９…微細物誘導部、９Ａ…移送路、９Ｂ…先端開口、９Ｃ…第１導入口、９Ｄ…第２導入口、１５…液体、１６…微細物、２０…気体導入部、２５…液体供給部、２６…減圧部、２７…移送装置、２８…撹拌部、１０１，１０２，１０３…溶解装置。

Claims (12)

1. タンク内外の圧力差を利用して前記タンク内に微細物を移送する微細物の移送方法であって、
   前記タンクの内外に延びる微細物誘導部の先端に設けられ前記タンク内で鉛直下方または鉛直斜め下方に開口する先端開口を、前記タンクに貯留された液体中に没入する先端没入工程と、
   前記微細物誘導部内に気体を導入し、当該気体を前記先端開口から放出させる気体放出工程と、
   前記気体放出工程の継続中、前記微細物誘導部および前記先端開口を介して、前記微細物を前記タンク内の前記液体中に移送する微細物移送工程と、
   を含むことを特徴とする微細物の移送方法。
2. 請求項１に記載の微細物の移送方法において、
   前記気体放出工程の継続中、前記タンク内に前記液体を貯留することによって前記先端没入工程を行うことを特徴とする微細物の移送方法。
3. 請求項１に記載の微細物の移送方法において、
   前記気体放出工程の継続中、前記液体が貯留された前記タンクに前記微細物誘導部を設置することによって前記先端没入工程を行うことを特徴とする微細物の移送方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載の微細物の移送方法において、
   前記微細物誘導部に前記微細物を導入する第１導入口と、前記微細物誘導部に前記気体を導入する第２導入口とは異なることを特徴とする微細物の移送方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載の微細物の移送方法において、
   前記気体は、加圧または圧縮された空気または窒素であることを特徴とする微細物の移送方法。
6. タンク内外の圧力差を利用して前記タンクの外部から前記タンク内に微細物を移送する微細物の移送装置であって、
   前記タンクの内外に延びる流路を構成する微細物誘導部と、
   前記微細物誘導部に気体を導入する気体導入部と、
   を備え、
   前記微細物誘導部は、前記タンク内で鉛直下方または鉛直斜め下方に開口している先端開口を有することを特徴とする微細物の移送装置。
7. 請求項６に記載の微細物の移送装置において、
   前記微細物誘導部には、前記微細物が導入される第１導入口と、前記気体導入部から前記気体が導入される第２導入口とがそれぞれ設けられていることを特徴とする微細物の移送装置。
8. 請求項６または請求項７に記載の微細物の移送装置において、
   前記微細物誘導部は、前記タンクの上部、周壁、または底部を貫通していることを特徴とする微細物の移送装置。
9. 請求項６ないし請求項８のいずれか一項に記載の微細物の移送装置において、
   前記微細物誘導部は、前記タンク内で鉛直下方または鉛直斜め下方に向かって延びる先端部位を有しており、
   前記先端開口は、前記先端部位に設けられていることを特徴とする微細物の移送装置。
10. 請求項６ないし請求項９のいずれか一項に記載の微細物の移送装置において、
    前記気体は、加圧または圧縮された空気または窒素であることを特徴とする微細物の移送装置。
11. 請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載の微細物の移送方法によって移送された前記微細物を前記液体と共に撹拌して当該液体中に溶解させることを特徴とする微細物の溶解方法。
12. 液体が貯留されるタンクと、
    前記タンク内に前記液体を供給する液体供給部と、
    前記タンク内を減圧する減圧部と、
    請求項６ないし請求項１０のいずれか一項に記載の微細物の移送装置と、
    移送された前記微細物を前記液体と共に撹拌する撹拌部と、
    を備えることを特徴とする微細物の溶解装置。

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