JP7386498B2 - Atomizer unit - Google Patents
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Description
本発明は、微粒化装置ユニットに関する。 The present invention relates to an atomizer unit.
従来、試料を微粒化して均一化させるホモジナイザーユニットとして、微粒化装置ユニットが知られている。
このような微粒化装置ユニットとして、例えば下記特許文献1には、内部に微粒化流路が形成された微粒化装置を備え、容器から供給された試料を、高圧ポンプにより微粒化装置の微粒化流路内に供給して通過させることで、試料を均一化させる構成が開示されている。
BACKGROUND ART Conventionally, an atomizer unit is known as a homogenizer unit that atomizes and homogenizes a sample.
As such an atomizer unit, for example, the following
しかしながら、特許文献1に記載の発明では、特に試料の粘性が高い場合等において、高圧ポンプが印可することができる圧力には限界があるので、微粒化流路を通過した試料が充分に均一化されないおそれがあった。
However, in the invention described in
そこで本発明は、試料を充分に均一化することができる微粒化装置ユニットを提供することを目的とする。 Therefore, an object of the present invention is to provide an atomization device unit that can sufficiently homogenize a sample.
上記課題を解決するために、本発明に係る微粒化装置ユニットは、試料が内部を通過することで、該試料を微粒化する微粒化流路を有する微粒化装置と、微粒化装置における微粒化流路の一方側の端部に接続された第1プランジャポンプと、微粒化装置における微粒化流路の他方側の端部に接続された第2プランジャポンプと、試料が、微粒化流路を往復するように、第1プランジャポンプおよび第2プランジャポンプそれぞれを制御する制御部と、を備えている。 In order to solve the above problems, an atomization device unit according to the present invention includes an atomization device having an atomization channel that atomizes a sample by passing the sample therein; A first plunger pump connected to one end of the flow path, a second plunger pump connected to the other end of the atomization flow path in the atomization device, and a sample passing through the atomization flow path. A control unit that controls each of the first plunger pump and the second plunger pump so as to reciprocate.
また、微粒化流路における、一方側の端部および他方側の端部のうちの少なくともいずれか一方に接続され、微粒化流路に試料を供給する供給容器を備えてもよい。 Further, a supply container may be provided that is connected to at least one of one end and the other end of the atomization channel and supplies the sample to the atomization channel.
また、供給容器から供給される試料を、第1プランジャポンプおよび第2プランジャポンプのうちの少なくともいずれか一方に圧送する圧送ポンプを備えてもよい。 Furthermore, a pressure pump may be provided that pumps the sample supplied from the supply container to at least one of the first plunger pump and the second plunger pump.
本発明の微粒化装置ユニットでは、微粒化装置に第1プランジャポンプと第2プランジャポンプとが接続されている。そして、制御部が、第1プランジャポンプおよび第2プランジャポンプそれぞれを制御することにより、試料が微粒化流路を往復する。これにより、複数回にわたって試料に微粒化流路内を通過させることができ、仮にポンプの出力に限りがある場合でも、試料を充分に均一化することができる。
また、仮に微粒化装置が、試料中に含まれる粒径の大きな粗粒により閉塞した場合にも、逆方向から圧力をかけることにより容易に閉塞を解消することが出来る。
In the atomization device unit of the present invention, a first plunger pump and a second plunger pump are connected to the atomization device. Then, the control unit controls each of the first plunger pump and the second plunger pump, so that the sample reciprocates in the atomization channel. Thereby, the sample can be passed through the atomization channel multiple times, and even if the output of the pump is limited, the sample can be sufficiently homogenized.
Further, even if the atomization device is clogged by large coarse particles contained in the sample, the blockage can be easily cleared by applying pressure from the opposite direction.
また、例えば、従来技術として、試料の流路を循環させて、複数回にわたって試料を微粒化装置に供給するような構成も知られている。このような場合には、例えば試料の粘性が高い場合に、ひとつのポンプで、流路全体に試料を循環させる処理が困難である。
これに対して、本願の構成であれば、制御部が第1プランジャポンプおよび第2プランジャポンプそれぞれを制御することにより、試料が微粒化流路を往復するので、いずれか一方のプランジャポンプの圧力により、他方のプランジャポンプに試料を供給することができ、粘性の高い試料を複数回にわたって微粒化流路を通過させる際に、特に有効である。
Furthermore, for example, as a prior art, a configuration is known in which the sample is circulated through a flow path and the sample is supplied to the atomization device multiple times. In such a case, for example, if the sample has high viscosity, it is difficult to circulate the sample throughout the flow path using one pump.
On the other hand, with the configuration of the present application, the control unit controls each of the first plunger pump and the second plunger pump, so that the sample reciprocates in the atomization flow path, so the pressure of either one of the plunger pumps is This allows the sample to be supplied to the other plunger pump, which is particularly effective when passing a highly viscous sample through the atomization channel multiple times.
本発明の一実施形態に係る微粒化装置ユニット1について、図1を参照して説明する。
図1に示すように、微粒化装置ユニット1は、試料を微粒化して均一化させるホモジナイザーユニットである。微粒化装置ユニット1は、微粒化装置10、供給容器30、取出容器31、およびこれらを接続する配管40を備えている。
An
As shown in FIG. 1, the
微粒化装置10は、試料が内部を通過することで、該試料を微粒化する微粒化流路を有している。ここで、微粒化装置10の構造について、図2および図3を用いて詳述する。
図2は微粒化装置10の縦断面図であり、図2のA-A線における断面図が図3(a)であり、図2のB-B線における断面図が図3(b)であり、図2のC-C線における断面図が図3(c)である。
The
2 is a longitudinal cross-sectional view of the
微粒化装置10は、第1ブロック21と第2ブロック22、そして第1ブロック21と第2ブロック22の間に介装される第3ブロック23により形成される。第1ブロック21において、複数の一端側流路部11,12が形成される(図2および図3(a)参照)。また、第2ブロック22においても、複数の他端側流路部18,19が形成される。
The
第1ブロック21と第3ブロック23との接合面に意図的に第1空隙部14が形成される。この第1空隙部14が複数の一端側流路部11,12を単一に集合させる集合部13となる(図2および図3(b)参照)。集合部13(第1空隙部14)のうち、流路方向における一端側流路部11,12と反対側は第3ブロック23となり、第3ブロック23内にオリフィス流路部15が形成される(図2および図3(c)参照)。
A
オリフィス流路部15の下流側においても、第3ブロック23と第2ブロック22との接合面にも意図的に第2空隙部16が形成される。この第2空隙部16がオリフィス流路部15を分岐させて複数の他端側流路部18,19と接続する分岐部17となる。
すなわち、微粒化流路は、一端側流路部11,12、オリフィス流路部15、および他端側流路部18,19により構成されている。
On the downstream side of the
That is, the atomization flow path includes
一端側流路部11,12および他端側流路部18,19の内直径(D1)は相互に同一であり、オリフィス流路部15の内直径(D2)よりも大きく形成される。具体的には、内直径(D1)は、内直径(D2)の5ないし7倍である。また、第1空隙部14の距離(D3)は内直径(D1)と同等に規定される。従って、オリフィス流路部15は小径流路部である。
The inner diameters (D1) of the one-end
次に、微粒化装置10を用いた際の作用を説明する。被処理物を有機溶媒中に分散させた試料は、一端側流路部11,12を経由して集合部13(第1空隙部14)に進入する。ここで、オリフィス流路部15は一端側流路部11,12よりも狭小であるため、試料の流量は低下する。そして、試料(圧送流体)の圧力変化が生じ、それぞれの一端側流路部から流入した試料は集合部13において衝突する。このときの試料中の被処理物同士は衝突時のエネルギーにより破砕される。このように、試料が一端側流路部11,12からオリフィス流路部15へ流動するごとに、試料中の被処理物同士の衝突が進み、結果として試料は粉砕される。
Next, the operation when using the
図示の一端側流路部11,12および他端側流路部18,19それぞれは、ともに2つずつ形成されているが、一端側流路部11,12および他端側流路部18,19の形成数は、試料が流れればよいので、1以上あればよい。ただし、試料中の被処理物の衝突を促すため、一端側流路部11,12および他端側流路部18,19それぞれの形成数は、ともに2以上であることがさらに望ましい。図示の微粒化装置10は、一端側および他端側はともに対称形であるため、微粒化装置10はいずれの向きからの流入においても機能し得る。従って、試料が他端側流路部18,19から流入してオリフィス流路部15を通過し、一端側流路部11,12より流出する場合もある。
Each of the illustrated one-end
供給容器30は、微粒化流路に試料を供給する。供給容器30は、配管40の最も上流側に接続されている。
また、供給容器30は、微粒化流路における、一方側の端部および他方側の端部のうちの少なくともいずれか一方に、配管40を介して接続されている。図示の例では、供給容器30は、微粒化流路における一方側の端部に接続されている。
The supply container 30 supplies the sample to the atomization channel. The supply container 30 is connected to the most upstream side of the
Further, the supply container 30 is connected to at least one of one end and the other end of the atomization channel via a
取出容器31は、試料が完全に均一化されたのちに、試料を取出すための容器である。供給容器30は、配管40の最も下流側に接続されている。
なお、微粒化装置ユニット1は、取出容器31を備えておらず、配管40の最下流部からドレン等を介して、均一化された試料を取出すような構成であってもよい。
The take-
Note that the
微粒化装置ユニット1はまた、第1プランジャポンプ51、第2プランジャポンプ52、圧送ポンプ53、およびこれらのポンプを制御する制御部60を備えている。
第1プランジャポンプ51は、微粒化装置10における微粒化流路の一方側の端部に、配管40を介して接続されている。第2プランジャポンプ52は、微粒化装置10における微粒化流路の他方側の端部に、配管40を介して接続されている。
The
The
第1プランジャポンプ51、第2プランジャポンプ52、および圧送ポンプ53は、シリンダとプランジャとにより構成されている。シリンダの内部をプランジャが往復動することで、シリンダの内部に試料を充填し、シリンダ内の試料を外部に送り出すことができる。
The
圧送ポンプ53は、供給容器30から供給される試料を、第1プランジャポンプ51に圧送する。図示の例では、圧送ポンプ53は、第1プランジャポンプ51に供給容器30から供給される試料を圧送する。
なお、圧送ポンプ53は、供給容器30から供給される試料を、第2プランジャポンプ52に圧送してもよいし、微粒化装置ユニット1は、例えば試料の粘性が低い場合等に、圧送ポンプ53を備えていなくてもよい。
The
Note that the
そして、本実施形態では、試料が、微粒化流路を往復するように、制御部60が、第1プランジャポンプ51および第2プランジャポンプ52それぞれを制御する。
すなわち、第1プランジャポンプ51が、試料を微粒化装置10に向けて送り出すときには、第1プランジャポンプ51における第1シリンダ51A内に第1プランジャ51Bが押し込まれるとともに、第2プランジャポンプ52における第2シリンダ52A内から第2プランジャ52Bが引き抜かれる。
これにより、第1プランジャポンプ51内の試料が、微粒化装置10の微粒化流路を通過して、第2プランジャポンプ52内に受け渡される。
In this embodiment, the
That is, when the
As a result, the sample in the
一方、第2プランジャポンプ52が、試料を微粒化装置10に向けて送り出すときには、第2プランジャポンプ52における第2シリンダ52A内に第2プランジャ52Bが押し込まれるとともに、第1プランジャポンプ51における第1シリンダ51A内から第1プランジャが引き抜かれる。
これにより、第2プランジャポンプ52内の試料が、微粒化装置10の微粒化流路を通過して、第1プランジャポンプ51内に受け渡される。
On the other hand, when the
As a result, the sample in the
このように、制御部60が第1プランジャポンプ51および第2プランジャポンプ52を逆位相で同期するように制御することで、試料が、微粒化流路を往復する。これにより、繰り返し微粒化流路内を通過することで、試料が均一化される。
In this way, the
配管40には、複数の弁71~73が設けられている。このうち、供給容器30と圧送ポンプ53との間には、第1弁71が設けられている。また、圧送ポンプ53と第1プランジャポンプ51との間には、第2弁72が設けられている。また、第2プランジャポンプ52と取出容器31との間には、第3弁73が設けられている。これらの弁を開閉することで、配管40の一部を開放または遮断することができる。
The
微粒化装置ユニット1はまた、熱交換器80を備えている。熱交換器80は、配管40のうち、第2プランジャポンプ52と取出容器31との間に設けられている。熱交換器80は、微粒化流路を通過することで、試料からの発熱を放出させることができる。
The
次に、試料を微粒化する処理手順について説明する。
はじめに、被処理物は有機溶媒中に分散されて試料となる。分散は供給容器30で行われる。
微粒化の対象である被処理物は、例えば、セルロース、グラファイト、グラフェン、カーボンナノチューブ、複合金属酸化物(スピネル、ペロブスカイト等の結晶質)等の多岐にわたる物質である。分散を通じて微粒化することにより、樹脂等に混合する際の均一な分散性が高まる。そのため、素材の性能向上が見込まれる。
Next, a processing procedure for atomizing the sample will be explained.
First, the object to be processed is dispersed in an organic solvent to become a sample. Dispersion takes place in a supply container 30.
The objects to be atomized include a wide variety of substances, such as cellulose, graphite, graphene, carbon nanotubes, and composite metal oxides (crystalline materials such as spinel and perovskite). Atomization through dispersion improves uniform dispersibility when mixed into resins and the like. Therefore, it is expected that the performance of the material will improve.
次に、第1弁71と第2弁72を開き、圧送シリンダ53A内に試料を供給する。そして、第1弁71を閉じた状態で、圧送ポンプ53の圧送プランジャ53Bを、圧送シリンダ53Aに押し込むことで、試料を第1プランジャポンプ51における第1シリンダ51A内に供給する。
Next, the
次に、試料を第1シリンダ51A内に供給し終えた後に、第2弁72および第3弁73を閉めた状態で、第1プランジャポンプ51の第1プランジャ51Bを、第1シリンダ51Aに押し込むとともに、第2プランジャポンプ52の第2プランジャ52Bを、第2シリンダ52Aから引き抜く。これにより、第1シリンダ51A内の試料、および配管40のうち、第1プランジャポンプ51と微粒化装置10との間に位置する試料が、微粒化装置10の微粒化流路を通過して、第2シリンダ52A内に供給される。
Next, after the sample has been supplied into the
次に、第2弁72および第3弁73を閉めた状態で、第2プランジャポンプ52の第2プランジャ52Bを、第2シリンダ52Aに押し込むとともに、第1プランジャポンプ51の第2プランジャ52Bを、第1シリンダ51Aから引き抜く。これにより、第1シリンダ51A内の試料、および配管40のうち、第1プランジャポンプ51と微粒化装置10との間に位置する試料が、微粒化装置10の微粒化流路を通過して、第1シリンダ51A内に供給される。
Next, with the
この動作を複数回繰り返すことにより、試料が微粒化流路を往復する。これにより、複数回にわたって試料が微粒化流路内を通過することとなる。
そして、第3弁73を開放し、第1プランジャポンプ51および第2プランジャポンプ52のうちのいずれか一方から加圧することで、試料が熱交換器80内に供給される。その後、熱交換器80内で放熱した試料が取出容器31内に供給される。取出容器31内から試料を回収することにより、一連の処理がすべて終了する。
By repeating this operation multiple times, the sample moves back and forth through the atomization channel. As a result, the sample passes through the atomization channel multiple times.
Then, by opening the
以上説明したように、本実施形態に係る微粒化装置ユニット1によれば、微粒化装置10に第1プランジャポンプ51と第2プランジャポンプ52とが接続されている。そして、制御部60が、第1プランジャポンプ51および第2プランジャポンプ52それぞれを制御することにより、試料が微粒化流路を往復する。これにより、複数回にわたって試料に微粒化流路内を通過させることができ、仮にポンプの出力に限りがある場合でも、試料を充分に均一化することができる。
また、仮に微粒化装置10が、試料中に含まれる粒径の大きな粗粒により閉塞した場合にも、逆方向から圧力をかけることにより容易に閉塞を解消することが出来る。
As explained above, according to the
Further, even if the
また、例えば、従来技術として、試料の流路を循環させて、複数回にわたってポンプにより試料を微粒化装置10に供給するような構成も知られている。このような場合には、例えば試料の粘性が高い場合に、ひとつのポンプで、流路全体に試料を循環させる処理が困難である。
これに対して、本願の構成であれば、制御部60が第1プランジャポンプ51および第2プランジャポンプ52それぞれを制御することにより、試料が微粒化流路を往復するので、いずれか一方のプランジャポンプの圧力により、他方のプランジャポンプに試料を供給することができ、粘性の高い試料を複数回にわたって微粒化流路を通過させる際に、特に有効である。
Further, for example, as a prior art, a configuration is known in which the sample is circulated through a flow path and the sample is supplied to the
On the other hand, with the configuration of the present application, the
また、微粒化流路に試料を供給する供給容器30を備えているので、供給容器30内に試料を充填させておくことで、一度に大量の処理を行うことができる。
また、供給容器30から供給される試料を、第1プランジャポンプ51に圧送する圧送ポンプ53を備えているので、仮に試料の粘性が高い場合であっても、確実に供給容器30から第1プランジャポンプ51内に試料を供給することができる。
Furthermore, since the atomization channel is provided with the supply container 30 for supplying the sample, by filling the supply container 30 with the sample, a large amount of processing can be performed at one time.
Further, since the
なお、前述の実施形態は、本発明の代表的な実施形態を単に例示したものにすぎない。したがって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、前述の実施形態に対して種々の変形を行ってもよい。 Note that the above-described embodiments are merely illustrative of typical embodiments of the present invention. Therefore, various modifications may be made to the above-described embodiments without departing from the spirit of the present invention.
例えば、上記実施形態においては、供給容器30からの試料が第1プランジャポンプ51に供給される構成を示したが、このような態様に限られない。供給容器30からの試料は、第2プランジャポンプ52に供給されてもよい。
For example, in the embodiment described above, a configuration is shown in which the sample from the supply container 30 is supplied to the
また、例えば熱交換器80を通過した試料を、供給容器30に再度供給し、一連の処理を繰り返して行ってもよい。これにより、より一層効果的に、試料を均一化することができる。また、微粒化装置10の流路の構造については、任意に変更可能である。
Alternatively, for example, the sample that has passed through the
また、前述した変形例に限られず、これらの変形例を選択して適宜組み合わせてもよいし、その他の変形を施してもよい。 Further, the present invention is not limited to the above-mentioned modifications, and these modifications may be selected and combined as appropriate, or other modifications may be made.
1 微粒化装置ユニット
10 微粒化装置
30 供給容器
31 取出容器
51 第1プランジャポンプ
52 第2プランジャポンプ
53 圧送ポンプ
60 制御部
1
Claims (3)
前記微粒化装置における前記微粒化流路の一方側の端部に接続された第1プランジャポンプと、
前記微粒化装置における前記微粒化流路の他方側の端部に接続された第2プランジャポンプと、
前記第1プランジャポンプおよび前記第2プランジャポンプそれぞれを制御する制御部と、を備え、
前記微粒化流路は、前記一方側の端部に複数の一端側流路部と、前記他方側の端部に複数の他端側流路部とを備え前記複数の一端側流路部及び前記複数の他端側流路部は共に対称形であり、前記複数の一端側流路部及び前記複数の他端側流路部との間に設けられ、一端で前記複数の一端側流路部と接続し、他端で前記複数の他端側流路部と接続する一本のオリフィス流路部と、を備え、
前記制御部は、前記第1プランジャポンプ及び前記第2プランジャポンプを逆位相で同期させて、前記試料を前記微粒化流路を往復させる制御をする、微粒化装置ユニット。 an atomization device having an atomization channel that atomizes the sample by passing the sample therein;
a first plunger pump connected to one end of the atomization channel in the atomization device;
a second plunger pump connected to the other end of the atomization channel in the atomization device;
a control unit that controls each of the first plunger pump and the second plunger pump,
The atomization flow path includes a plurality of one end flow path portions at the one end, and a plurality of other end flow path portions at the other end. The plurality of other end side flow passages are both symmetrical, are provided between the plurality of one end side flow passage parts and the plurality of other end side flow passage parts, and are connected at one end to the plurality of one end side flow passages. and an orifice flow path portion connected to the plurality of other end side flow path portions at the other end,
The control section is an atomization device unit that controls the sample to reciprocate through the atomization channel by synchronizing the first plunger pump and the second plunger pump in opposite phases.
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