CN103842063B

CN103842063B - 微粒化装置

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Publication number: CN103842063B
Application number: CN201280040347.8A
Authority: CN
Inventors: 神谷哲
Original assignee: Meiji Co Ltd
Current assignee: Meiji Co Ltd
Priority date: 2011-08-19
Filing date: 2012-08-16
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2032-08-16
Also published as: DK2745920T3; CN103842063A; SG2014004741A; US9370755B2; EP2745920B1; JPWO2013027650A1; US20140192614A1; NZ620393A; TWI604885B; EP2745920A4; CA2844754A1; WO2013027650A1; TW201325705A; AU2012297824B2; AU2012297824A1; JP2018065128A; EP2745920A1; JP6258702B2

Abstract

本发明为微粒化装置，提出了一种在具备具有多个开口部的定子，和空开规定间隙配置在该定子的内侧的转子的转子定子式混合器中，能提高施加在被处理的流体上的剪切应力，发挥更高性能的混合器，进而，提出了能对施加在被处理的流体上的剪切应力进行改变/控制、对被处理的流体的流动方式进行改变/控制的混合器。空开规定间隙配置在具备多个开口部的定子的内侧的转子，具备在形成有上述多个开口部的上述定子的周壁的径向内侧空开上述规定的间隙与该定子的周壁的内侧相向的转子周壁，而且，在该转子周壁上形成有多个转子开口。

Description

微粒化装置

技术领域

本发明涉及设有具备多个开口部的定子（日文：ステーター）和在该定子内侧空开规定的间隙配置的转子（日文：ローター）的混合器（日文：ミキサー），即所谓的转子定子式混合器。

背景技术

所谓的转子定子式混合器，一般情况下，如图1所示，设有由具备多个开口部1的定子2，和空开规定的间隙δ配置在定子2的内侧的转子3构成的混合器单元4。这样的转子定子式混合器，利用在高速旋转的转子3与固定的定子2之间的间隙近旁产生高剪切应力的情形，对流体等进行乳化、分散、微粒化、混合等处理，在食品、医药品、化学品等领域中，广泛用于处理液的调和、调制等用途。

转子定子式混合器，有时根据所处理流体的循环方式，分类成处理液如图2的箭头5a所示那样进行循环的外部循环式混合器，和处理液如图2的箭头5b所示那样进行循环的内部循环式混合器。

关于这样的转子定子式混合器提供了多种多样的形状、循环方式。例如，在专利文献1（用来形成颗粒的转子定子装置及方法）中，提出了把设有具备多个开口部的定子和空开规定间隙配置在该定子的内侧的转子的混合器用于生成细微颗粒的装置、方法，该细微颗粒适用于形成用于药剂、营养辅助食品、食品、化学品、化妆品等广阔领域的颗粒。由此，可以高效、简单、容易地按比例扩大（日文：スケ一ルアップ）。

另外，从以前开始，作为各种的形状的混合器的性能评价方法，公开了几个指标（理论）。

例如，如果不限于上述转子定子式混合器，而着眼于液-液分散操作的话，公开了可以由平均的能量消散率的计算值（大小）来探讨液滴直径的尺寸（非专利文献1、2）。但是，在非专利文献1、2中，平均的能量消散率的计算方法大体上没有公开。

公开了几个能够适用于个别的混合器，对其实验结果进行了整理的研究例（非专利文献3～6）。但是，在这些研究例（非专利文献3～6）中，对于混合器的微粒化效果，考察了转子与定子的间隙（狭缝）独自的影响、定子的开口部（孔）独自的影响等，只是公开了各混合器不同的内容。

公开了几个对转子定子式混合器的微粒化机构（机械装置）加以考察的研究例（非专利文献7、8）。其中揭示了，液滴的微粒化效果基于紊流的能量消散率、其微粒化效果受到承受处理液的剪切应力的频度（剪切频度）的影响。

转子定子式混合器的按比例扩大方法，公开了几个关于进行长时间运转取得的最终的液滴直径（最大稳定的液滴直径）（非专利文献9）。但是，并非在实际的制造现场中实际使用，基本没有用。也就是说，考虑混合器的处理（搅拌、混合）时间推定进行了规定时间的运转所取得的液滴直径的有用的研究例，大体上没有被公开。即便假定考虑混合器的处理时间，推定液滴直径，其也不过是公开了基于单个实测值（实验值）的现象（事实），并没有公开进行了理论上的解析的研究例。

尽管在上述专利文献1中记载了规定的混合器的优越性（性能）、设计的数值范围等，但是，没有记载关于高性能的混合器的设计的数值范围等的理论根据，没有记载高性能的混合器的种类、形状等。

如上所述，以前作为各种形状的混合器的性能评价方法，公开了几个指标（理论），但是，这些指标到底大多只能用于形状相同的个别的混合器，实际上对于形状不同的多种多样的混合器几乎都不适用。例如，尽管存在仅能适用于转子与定子的间隙（狭缝）对微粒化效果产生大的影响的混合器指标、仅能适用于定子的开口部（孔）对微粒化效果产生大的影响的混合器的指标等，但是，关于能够适用于所有形状的混合器的总的指标没有进行探讨，大体上不存在对其进行了考虑的指标。

这样，关于转子定子式混合器的性能评价方法、按比例扩大方法的研究例大体上不存在，不存在可以适用于形状不同的多种多样的混合器、将其实验结果进行总体整理的研究例。

关于转子定子式混合器的性能评价方法、按比例扩大方法，在现有技术中，大体上是（1）对每个个别的混合器，（2）使用小规模的装置，（3）对进行长时间运转取得的最终的液滴直径（最大稳定的液滴直径）进行评价的情形。就是说，在现有技术中，并没有对（A）多种多样的混合器，（Ｂ）使用大规模（实际制造规模）的装置，（C）经过规定时间的运转取得的液滴直径、取得规定的液滴直径为止实施的处理（搅拌）时间进行评价、推定。

例如，尽管存在仅能适用于转子与定子的间隙（狭缝）的尺寸对微粒化效果、乳化效果产生大的影响的混合器指标、仅能适用于定子的开口部（孔）的尺寸、形状对微粒化效果、乳化效果产生大的影响的混合器的指标等，但是，并没有探讨能够适用于所有形状的混合器的总的指标（能把多种多样的混合器统一进行比较、评价的理论），不存在对它们进行了考虑的指标。

为此，现实中，一边使用实际的处理液发生试行错误，一边对混合器进行性能评价、进行设计（开发、制作）。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特表2005－506174号公报

非专利文献

非专利文献1：Davies,J.T.;“DropSizesofEmulsionsRelatedtoTurbulentEnergyDissipationRates,”Chem.Eng.Sci.,40,839－842（1985）

非专利文献2：Davies,J.T.;“APhysicalInterpretationofDropSizesinHomogenizersandAgitatedTanks,IncludingtheDispersionofViscousOils,”Chem.Eng.Sci.,42,1671－1676（1987）

非专利文献3：Calabrese,R.V.,M.K.Francis,V.P.MishraandS.Phongikaroon;“MeasurementandAnalysisofDropSizeinBatchRotor-StatorMixer,”Proc.10thEuropeanConferenceonMixing,pp.149－156,Delft,theNetherlands（2000）

非专利文献4：Calabrese,R.V.,M.K.Francis,V.P.Mishra,G.A.PadronandS.Phongikaroon;“FluidDynamicsandEmulsificationinHighShearMixers,”Proc.3rdWorldCongressonEmulsions,pp.1－10,Lyon,France（2002）

非专利文献5：Maa,Y.F.,andC.Hsu;“Liquid－LiquidEmulsificationbyRotor/StatorHomogenization,”J.Controlled.Release,38,219－228（1996）

非专利文献6：Barailler,F.,M.HenicheandP.A.Tanguy;“CFDAnalysisofaRotor-StatorMixerwithViscousFluids,”Chem.Eng.Sci.,61,2888－2894（2006）

非专利文献7：Utomo,A.T.,M.BakerandA.W.Pacek;“FlowPattern,PeriodicityandEnergyDissipationinaBatchRotor-StatorMixer,”Chem.Eng.Res.Des.,86,1397－1409（2008）

非专利文献8：Porcelli,J.;“TheScienceofRotor/StatorMixers,”FoodProcess,63,60－66（2002）

非专利文献9：UrbanK.;“Rotor-StatorandDiscSystemforEmulsificationProcesses,”Chem.Eng.Technol.,29,24－31（2006）

发明内容

发明要解决的课题

本发明的目的是提出一种混合器，在设有具备多个开口部的定子和空开规定间隔配置在该定子的内侧的转子的转子定子式混合器中，能提高对被处理的流体施加的剪切应力，发挥更高的性能的混合器，进而，能对施加在被处理的流体上的剪切应力进行改变、调整，对被处理的流体的流动方式进行改变、调整。

另外，本发明的目的是利用能适用于多种多样的形状、循环方式的混合器的总的性能评价方法、考虑了其混合器的运转条件（处理时间）的设计方法，对这样的能发挥高的性能的转子定子式混合器进行设计。

进而，本发明的课题是，使用利用了上述的性能评价方法、设计方法的高性能的转子定子式混合器，来确立食品、医药品、化学品等制造方法（微粒化方法）。

用于解决课题的技术手段

技术方案1记载的发明为，

一种混合器，是设有由具备多个开口部的定子和空开规定的间隙配置在定子的内侧的转子构成的混合器单元的、转子定子式混合器，其特征在于：

空开规定的间隙配备在上述定子的内侧的转子具有转子周壁，该转子周壁在形成有上述多个开口部的上述定子的周壁的径向内侧空开上述规定的间隙与该定子的周壁的内侧相向，而且，在该转子周壁上形成有多个转子开口。

技术方案2记载的发明的特征为，

在技术方案1记载的混合器中，上述定子由周径不同的多个定子构成，上述转子的上述转子周壁分别空开规定的间隙配置在各定子的周壁的径向内侧。

技术方案3记载的发明的特征为，

技术方案1或2的混合器被构成为，上述定子和上述转子能够在上述转子的旋转轴延伸的方向上相互接近或离开。

技术方案4记载的发明的特征为，

在技术方案1～3中的任意一项所述的混合器中，上述定子具备从上端缘朝径向内侧延伸的环状的盖部。

技术方案5记载的发明的特征为，

在技术方案4记载的混合器中，在上述环状的盖部上形成有朝下侧导入被处理流体的导入孔。

技术方案6记载的发明的特征为，

在技术方案1～5中的任意一项所述的混合器中，上述定子具备的开口部为圆形。

技术方案7记载的发明的特征为，

在技术方案1～6中的任意一项所述的混合器中，上述定子具备的开口部以20%以上的整体开口面积比率穿设在上述定子的周壁上。

技术方案8记载的发明的特征为，

在技术方案1～7中的任意一项所述的混合器中，上述转子具备从旋转中心呈放射状延伸的多片搅拌翼。

技术方案9记载的发明为，

一种混合器，其特征在于：通过用式1进行计算，对该混合器的运转时间和由此取得的被处理流体的液滴直径进行推定，以此来设计权利要求1～8中的任意一项所述的混合器的构造，从而，

当由该混合器对被处理流体实施乳化、分散、微粒化或混合的处理时，能够在规定的运转时间取得被处理流体的规定的液滴直径，

[数1]

ϵ_{a} = ϵ_{g} + ϵ_{s}

= [(N_{p} - N_{qd} π^{2}) \cdot n_{r}] {D^{3} [(\frac{D^{3} b}{δ (D + δ)}) + \frac{π^{2} {n_{s}}^{2} d^{3} (d + 4 l)}{4 N_{qd} [n_{s} \cdot d^{2} + 4 δ (D + δ)]}]} (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V})

= [(N_{p} - N_{qd} π^{2}) \cdot n_{r}] \cdot [D^{3} (K_{g} + K_{s})] \cdot (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V})

= K_{c} \cdot (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V})

·······式1

在此，式1中，

εa：总能量消散率[m2/s3]

εg：转子与定子的间隙中的局部剪切应力[m2/s3]

εs：定子的局部能量消散率[m2/s3]

Np：功率数[-]

Nqd：流量数[-]

nr：转子叶片的片数[-]

D：转子的直径[m]

b：转子的翼的前端的厚度[m]

δ：转子与定子的间隙[m]

ns：定子的孔数[-]

d：定子的孔径[m]

l：定子的厚度[m]

N：转速[1/s]

tm：混合时间[s]

V：液量[m3]

Kg：间隙中的形状依存项[m2]

Ks：定子中的形状依存项[m2]

Kc：混合器整体的形状依存项[m5]。

技术方案10记载的发明的特征为，

在技术方案1～8中的任意一项所述的混合器中，上述混合器，通过用式1进行计算，对该混合器的运转时间和由此取得的被处理流体的液滴直径进行推定，从而能按比例缩小或按比例扩大，

[数2]

ϵ_{a} = ϵ_{g} + ϵ_{s}

= [(N_{p} - N_{qd} π^{2}) \cdot n_{r}] {D^{3} [(\frac{D^{3} b}{δ (D + δ)}) + \frac{π^{2} {n_{s}}^{2} d^{3} (d + 4 l)}{4 N_{qd} [n_{s} \cdot d^{2} + 4 δ (D + δ)]}]} (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V})

= [(N_{p} - N_{qd} π^{2}) \cdot n_{r}] \cdot [D^{3} (K_{g} + K_{s})] \cdot (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V})

= K_{c} \cdot (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V})

·······式1

在此，式1中，

εa：总能量消散率[m2/s3]

εg：转子与定子的间隙中的局部剪切应力[m2/s3]

εs：定子的局部能量消散率[m2/s3]

Np：功率数[-]

Nqd：流量数[-]

nr：转子叶片的片数[-]

D：转子的直径[m]

b：转子的翼的前端的厚度[m]

δ：转子与定子的间隙[m]

ns：定子的孔数[-]

d：定子的孔径[m]

l：定子的厚度[m]

N：转速[1/s]

tm：混合时间[s]

V：液量[m3]

Kg：间隙中的形状依存项[m2]

Ks：定子中的形状依存项[m2]

Kc：混合器整体的形状依存项[m5]。

技术方案11记载的发明为，

一种制造食品、医药品或化学品的方法，其特征在于：采用技术方案1～8中的任意一项所述的混合器，对被处理流体实施乳化、分散、微粒化或混合的处理，由此制造食品、医药品或化学品，其中，通过用式1进行计算，从而对该混合器的运转时间和由此取得的被处理流体的液滴直径进行推定，

[数3]

ϵ_{a} = ϵ_{g} + ϵ_{s}

= [(N_{p} - N_{qd} π^{2}) \cdot n_{r}] {D^{3} [(\frac{D^{3} b}{δ (D + δ)}) + \frac{π^{2} {n_{s}}^{2} d^{3} (d + 4 l)}{4 N_{qd} [n_{s} \cdot d^{2} + 4 δ (D + δ)]}]} (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V})

= [(N_{p} - N_{qd} π^{2}) \cdot n_{r}] \cdot [D^{3} (K_{g} + K_{s})] \cdot (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V})

= K_{c} \cdot (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V})

·······式1

在此，式1中，

εa：总能量消散率[m2/s3]

εg：转子与定子的间隙中的局部剪切应力[m2/s3]

εs：定子的局部能量消散率[m2/s3]

Np：功率数[-]

Nqd：流量数[-]

nr：转子叶片的片数[-]

D：转子的直径[m]

b：转子的翼的前端的厚度[m]

δ：转子与定子的间隙[m]

ns：定子的孔数[-]

d：定子的孔径[m]

l：定子的厚度[m]

N：转速[1/s]

tm：混合时间[s]

V：液量[m3]

Kg：间隙中的形状依存项[m2]

Ks：定子中的形状依存项[m2]

Kc：混合器整体的形状依存项[m5]。

技术方案12记载的发明为，

一种食品、医药品或化学品，其特征在于：上述食品、医药品或化学品是通过权利要求11所述的制造方法制造的。

发明效果

根据本发明，可以提供一种在设有具备多个开口部的定子和空开规定的间隙配置在该定子的内侧的转子的转子定子式混合器中，能提高对被处理的流体施加的剪切应力，发挥更高的性能的混合器，进而，能提供一种可以改变、调整对被处理的流体施加的剪切应力，可以改变、调整被处理的流体的流动方式的混合器。

另外，可以利用对能够适用于多种多样的形状、循环方式的混合器的总的性能评价方法、该混合器的运转条件（处理时间）进行了考虑的设计方法，来设计这样的能发挥高性能的转子定子式混合器。

进而，可以采用利用了上述的性能评价方法、设计方法的高性能的转子定子式混合器，来确立食品、医药品、化学品等制造方法（微粒化方法）。

在本发明中，适用总能量消散率：ε_a这一指标。各公司提供的多种多样的形状、循环方式的混合器的总能量消散率：ε_a，由转子（转子）和定子（定子）的几何尺寸、运转的功率（日文：動力）和流量的测定值个别地计算。而且，此总能量消散率：ε_a分离成各混合器的形状依存项和运转条件依存项来表现。

通过采用总能量消散率：ε_a这一指标，对各混合器的性能进行评价时，例如，当通过液滴直径的微粒化倾向来进行性能评价时，可以使用形状依存项的计算值（大小）。

另外，在各混合器的按比例扩大、按比例缩小中，可以通过使用形状依存项与运转条件依存项合并成的总能量消散率：ε_a的计算值，使其计算值一致来进行设计。

根据这些见解，对理论上且实验中比现有品的微粒化效果、乳化效果高的混合器（高性能的混合器）进行了开发（设计）。

即，在本发明中，由可以适用于各混合器的性能评价方法的形状依存项（系数）的数值来指定高性能的范围。具体来说，可以由总能量消散率：ε_a这一指标中的形状依存项（系数）的数值来设定不包含以往的混合器（现有品）的范围，或设定由以往的指标（理论）无法容易地计算的（如果不进行实测则困难的）范围。

而且，在通过利用转子定子式混合器对被处理流体实施乳化、分散、微粒化或混合的处理，来制造食品、医药品或化学品的方法中，通过计算总能量消散率：ε_a，可以对该混合器的运转时间和由此取得的被处理流体的液滴直径进行推定，制造具有希望的液滴直径的食品（包括乳制品、饮料等）、医药品（包括医药部外品等）或化学品（包括化妆品等）。

另外，当根据本发明制造营养组成物（与流食、婴幼儿用调制奶粉等的组成相当）时，风味、口感、物性、品质等良好，卫生方面、作业性等也优异，所以，本发明优选为适用于食品、医药品，更优选为适用于食品，进一步优选为适用于营养组成物、乳制品，尤其优选为适用于高浓度配合的营养组成物、乳制品。

附图说明

图1是说明设有转子定子式混合器的混合器单元的立体图。

图2是对外部循环式的转子定子式混合器（外部循环式混合器）及内部循环式的转子定子式混合器（内部循环式混合器）进行说明的图。

图3是对液滴直径的微粒化倾向的调查方式进行说明的图。

图4是对把外部循环式的转子定子式混合器（外部循环式混合器）的评价试验结果用于内部循环式的转子定子式混合器（内部循环式混合器）的评价的方式进行说明的图。

图5是表示转子定子式混合器中的处理（混合）时间与液滴直径的关系（微粒化倾向）的图。

图6是表示在图5中表示了处理（混合）时间与液滴直径的关系（微粒化倾向）的转子定子式混合器中的总能量消散率：ε_a与液滴直径的关系（微粒化倾向）的图。

图7是表示规模（尺寸）跟在图5中表示了处理（混合）时间与液滴直径的关系（微粒化倾向）的转子定子式混合器不同的转子定子式混合器中的总能量消散率：ε_a与液滴直径的关系（微粒化倾向）的图。

图8是表示关于转子与定子的间隙（狭缝）的影响的结果的图。

图9是表示关于定子的开口部（孔）的孔径的影响的结果的图。

图10是表示关于定子的开口部（孔）的孔数（开口面积比）的影响的结果的图。

图11是表示以往的混合器的性能改善效果的结果的图。

图12是表示小型的混合器中的在表5的运转条件下的处理（混合）时间与液滴直径的关系（微粒化倾向）的图。

图13是表示大型的混合器中的在表5的运转条件下的总能量消散率：ε_a与液滴直径的关系（微粒化倾向）的图。

图14是表示另外的大型的混合器中的总能量消散率：ε_a与液滴直径的关系（微粒化倾向）的图。

图15是说明本发明的转子定子式混合器中采用的混合器单元的一例的图，图15（a）为立体图、图15（b）为俯视图、图15（c）为侧面图。

图16是把图15图示的混合器单元的转子与定子分解进行表示的立体图。

图17是对本发明的转子定子式混合器中采用的另外的混合器单元进行说明的立体图。

图18是对图17图示的混合器单元进行说明的图，图18（a）为仰视图、图18（b）为从斜下方表示的局部省略的立体图。

图19是将本发明的转子定子式混合器中采用的又一个另外的混合器单元中的转子与定子分解进行表示的立体图。

图20是对图19中说明了的样式的混合器单元的另外的实施方式进行说明的仰视图。

图21是从图19、图20图示的样式的混合器单元斜下方进行表示的立体图。

图22是表示以往的混合器与本发明的混合器的比较试验的结果的图，是表示混合时间与平均液滴直径的关系的图。

图23是表示以往的混合器与本发明的混合器的比较试验的结果的图，是表示混合时间与标准偏差的关系的图。

图24是表示以往的混合器与本发明的混合器的比较试验的结果的图，是表示转子的转速与平均液滴直径的关系的图。

图25是表示以往的混合器与本发明的混合器的比较试验的结果的图，是表示转子的转速与标准偏差的关系的图。

图26是表示以往的混合器与本发明的混合器的比较试验的结果的图，图26（a）是表示转子的转速与流量的关系的图、图26（b）是表示转子的转速与功率的关系的图、图26（c）是表示转子的转速与贡献给乳化的功率的关系的图。

图27是表示在本发明的混合器中的混合部中直接投入（添加）被处理流体的情形和未直接投入（添加）被处理流体的情形的比较实验结果的图。

图28是表示对以往的混合器与本发明的混合器进行的能量消散率的数值解析结果的图。

具体实施方式

在本发明中，为了探讨（比较、评价）转子定子式混合器中的微粒化效果（微粒化倾向），采用由下述式1导出的总能量消散率：ε_a。

[数4]

ϵ_{a} = ϵ_{g} + ϵ_{s}

= [(N_{p} - N_{qd} π^{2}) \cdot n_{r}] {D^{3} [(\frac{D^{3} b}{δ (D + δ)}) + \frac{π^{2} {n_{s}}^{2} d^{3} (d + 4 l)}{4 N_{qd} [n_{s} \cdot d^{2} + 4 δ (D + δ)]}]} (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V})

= [(N_{p} - N_{qd} π^{2}) \cdot n_{r}] \cdot [D^{3} (K_{g} + K_{s})] \cdot (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V})

= K_{c} \cdot (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V})

·······式1

在此，式1中，

ε_a：总能量消散率[m²/s³]

ε_g：转子与定子的间隙中的局部剪切应力[m²/s³]

ε_s：定子的局部能量消散率[m²/s³]

N_p：功率数[-]

N_qd：流量数[-]

n_r：转子叶片的片数[-]

D：转子的直径[m]

b：转子的翼的前端的厚度[m]

δ：转子与定子的间隙[m]

n_s：定子的孔数[-]

d：定子的孔径[m]

l：定子的厚度[m]

N：转速[1/s]

t_m：混合时间[s]

V：液量[m³]

K_g：间隙中的形状依存项[m²]

K_s：定子中的形状依存项[m²]

K_c：混合器整体的形状依存项[m⁵]。

通过使用此总能量消散率：ε_a，即使在混合器的形状、定子的形状、其运转条件（处理时间等）、其尺度（规模、尺寸）等不同的情况下，也可以一起（统一）探讨（比较、评价）转子定子式混合器中的微粒化效果（微粒化倾向）。

如上所述，总能量消散率：ε_a表现为转子与定子的间隙（狭缝）中的局部剪切应力：ε_g，和定子的局部能量消散率：ε_s的合计（和）。

在在本发明中，通过对用来导出总能量消散率：ε_a的计算式中包含的转子、定子的尺寸和运转时的功率、流量进行测定所取得的各混合器中作为固有的数值的混合器整体的形状依存项：K_c的值的多寡进行评价，由此来评价混合器的性能。

用来导出总能量消散率：ε_a的计算式表明，间隙中的形状依存项：K_g[m²]，是基于转子与定子的间隙：δ[m]、转子的直径：D[m]、转子的翼的前端的厚度：b[m]的各混合器中固有的数值。

另外，定子中的形状依存项：K_s[m²]，是基于流量数：N_qd[-]、定子的孔数：n_s[-]、定子的孔径：d[m]、定子的厚度：l[m]、转子与定子的间隙：δ[m]、转子的直径：D[m]的各混合器中固有的数值。

而且，混合器整体的形状依存项：K_c[m⁵]，是基于功率数：N_p[-]、流量数：N_qd[-]、转子叶片的片数：n_r[-]、转子的直径：D[m]及间隙中的形状依存项：K_g[m²]、定子中的形状依存项K_s[m²]的各混合器中固有的数值。

另外，功率数：N_p[-]、流量数：N_qd[-]是在化工学的领域中一般使用的准数，并按如下进行定义。

Q=N_qd、N、D³（Q:流量、N:转速、D混合器直径）

P=N_p、ρ、N³、D⁵（ρ：密度、N:转速、D混合器直径）

就是说，流量数和功率数，为实验中测定的流量、以及从功率导出的准数。

即，混合器整体的形状依存项：K_c，是通过对转子、定子的尺寸、运转时的功率、流量进行测定所取得的、各混合器中固有的值。

于是，通过对此值的大小进行比较（评价），可以评价多种多样的混合器的性能，并可以设计（开发、制作）高性能的混合器。

在本发明中，根据用来导出上述总能量消散率：ε_a的计算式对混合器进行设计。

＜总能量消散率：ε_a和液滴直径的变化（液滴的微粒化倾向）＞

作为进行微粒化的评价的对象，准备了想定为乳制品的模拟液。此乳化制品类似液，由乳剂蛋白质浓缩物（MＰC、ＴMＰ（总乳剂蛋白质））、菜籽油、水构成。其配合、比率等表示在表1中。

[表1]

表1乳制品的类似液的配合比率

混合器的性能，通过对液滴直径的微粒化倾向进行实验研究来评价。如图3所示，准备外部循环式的单元，在流路的途中用激光衍射式粒度分布计（岛津制作所：SALD－2000）测定液滴直径。

另外，在本发明中，当对液滴直径的微粒化倾向进行实验研究，评价混合器的性能时，关于内部循环式混合器，难以把握液滴直径的微粒化倾向。但是，不论内部循环式混合器还是外部循环式混合器，如图1所示，由具备多个开口部1的定子2和空开规定间隙δ配置在定子2的内侧的转子3构成的混合器单元4这一点是共同的。于是，当对内部循环式混合器进行评价时，如图4所示，考虑到由与设置在外部循环式混合器中的混合器单元具有相同的尺寸（size）、形状、构造的转子、定子构成的混合器单元被配置在内部循环式混合器上，把对该外部循环式混合器进行评价的实验结果用于内部循环式混合器的评价。

于是，关于3种混合器对其性能进行了比较。另外，在此使用的混合器的概要表示在表2中。

[表2]

表2混合器的概要

转子叶片的数量n_r：4

混合器A－1、A－2，收容量都是1.5升，为相同生产厂家的产品，但是其尺寸存在不同。

表2中，间隙容积：ν_g为图1中的狭缝δ的部分的容积。

混合器A－1、A－2（收容量都是1.5升）、Ｂ（收容量：9升）具备的转子3的搅拌叶片的数量为，混合器A－1：4片、混合器A－2：4片、混合器Ｂ：4片。

实验条件和总能量消散率：ε_a的计算值如表3所示。

在表3中，K_g/（K_g＋K_s）的值为0.5以上，所以，作为间隙中的形状依存项的K_g比作为定子中的形状依存项的K_s大，在混合器A－1、A－2中，当把其间隙与定子2的开口（孔）部1的微粒化效果进行比较时，混合器的间隙δ的微粒化效果大，处于支配地位。

另外，在表3中，从ε_a的值推定为，混合器的间隙δ越窄，另外，转子3的转速越大，微粒化效果变得越高。

对于表2的混合器A－1、A－2，在图5中表示表3的运转条件中的处理（混合）时间与液滴直径的关系（微粒化倾向）。

可见，在显示与基于表3的ε_a的推定值（理论值）相同的倾向的、所有转速中，当混合器的间隙δ小时，微粒化效果（微粒化的性能）高。

另外明白了，当以处理（混合）时间为横轴，对实验结果进行整理时，无法对液滴直径的变化（液滴的微粒化倾向）进行统一表现（评价）。

接着，对于表2的混合器A－1、A－2，在图6中表示本发明中提出的总能量消散率：ε_a和液滴直径的关系（微粒化倾向）。可见，当以总能量消散率：ε_a为横轴，对实验结果进行整理时，可以对液滴直径的变化（液滴的微粒化倾向）进行统一表现（评价）。

具体来说，明白了即使运转条件（转速、混合时间）与混合器的形状（间隙δ、转子3的直径）不同，也探索出液滴直径相同地减少的倾向。

即，可以确定，在转子定子式混合器中，总体考虑到运转条件、形状的不同，总能量消散率：ε_a是能够评价其性能的指标。

接着，对于表2的混合器Ｂ，在图7中表示本发明中提出的总能量消散率：ε_a与液滴直径的关系（微粒化倾向）。可见，即使混合器的规模（尺寸）不同，液滴直径也依存于总能量消散率：ε_a的值（大小）。

另外，从图6、图7可知，即使混合器的规模不同，也显示同样的微粒化倾向。

＜采用总能量消散率：ε_a进行的混合器的评价＞

对采用用来导出总能量消散率：ε_a的本发明的计算式进行的转子定子式混合器的评价，尤其是以微粒化效果（微粒化倾向）作为指标进行的混合器的评价加以说明。

在转子与定子的间隙（狭缝）的尺寸、定子的开口部（孔）的尺寸（孔径）、形状（孔数）等不同的情况下，验证（评价）了各要素（各项目）对混合器的定子的性能造成的影响。在表4中表示与此验证所使用的定子相关的简要信息。

另外，在实际的混合器的性能评价中，采用把各混合器整体的形状依存项K_c由定子序号3（标准的定子）的K_c归一化了的K_c/K_{c_std}的值。其含义为，随着此K_c/K_{c_std}的值变大，微粒化效果变高（为高性能的混合器）。

[表4]

表4定子的概要

转子直径：198mm

转子叶片的数量：6

（转子和定子的间隙（狭缝）的影响）

图8表示对转子和定子的间隙的影响进行验证的结果。

根据导出总能量消散率：ε_a的本发明的计算式，通过对混合器的微粒化效果（微粒化倾向）进行计算，推定转子与定子的间隙越小，则K_c/K_{c_std}的值（理论值）变得越大。

另一方面，根据实际的实验结果，通过对混合器的微粒化效果进行计算，其间隙越小，则K_c/K_{c_std}的值（实测值）越大。

在此，对于转子和定子的间隙与微粒化效果的关系，可以确认，在实测值和理论值中表示同样的倾向。而且，可以从理论上且实验中证实，其间隙越小，则混合器的性能越高。

（定子的开口部（孔）的孔径的影响）

图9表示对定子的孔径的影响进行验证的结果。

根据导出总能量消散率：ε_a的本发明的计算式，通过计算混合器的微粒化效果（微粒化倾向），可推定定子的孔径越小，则K_c/K_{c_std}的值（理论值）变得越大。

另一方面，根据实际的实验结果，通过计算混合器的微粒化效果，定子的孔径越小，则K_c/K_{c_std}的值（实测值）变得越大。

在此，对于定子的孔径和微粒化效果的关系，可以确认，实测值和理论值表示同样的倾向。而且，可以在理论上且实验中证实，定子的孔径（孔）越小，则混合器的性能变得越高。

另外，定子的孔径的影响比转子和定子间隙的影响大。

（定子的开口部（孔）的孔数（开口面积比）的影响）

在图10中表示对定子的孔数（开口面积比）的影响进行验证的结果。

根据导出总能量消散率：ε_a的本发明的计算式，通过计算混合器的微粒化效果（微粒化倾向），可推定，定子的孔数越多，则K_c/K_{c_std}的值（理论值）变得越大。

另一方面，根据实际的实验结果，通过计算混合器的微粒化效果，定子的孔数越多，则K_c/K_{c_std}的值（实测值）变得越大。

在此，对于定子的孔数与微粒化效果的关系，可以确认，在实测值和理论值中显示同样的倾向。而且，在理论上且实验中可证实，定子的孔数（开口面积）越多，则混合器的性能变得越高。

另外，定子的孔数的影响比转子和定子间隙的影响大。

（已有的（市面上销售的）混合器的性能改善效果）

根据导出总能量消散率：ε_a的本发明的计算式，在图11中表示将市面上销售的S公司和A公司的混合器的性能进行比较的结果。而且，根据本发明的混合器的设计方法（设计思想），在图11中还一并表示了在将其形状变更了的情形下的性能的改善（改良）效果的推定值的结果。可见，在S公司与A公司的混合器中，转子、定子的直径不同，但是，对于这些不同的机种，可以用相同的指标进行性能评价。

例如，在S公司（转子的直径D：400mm）的混合器的场合，可以考虑，通过把转子和定子的间隙δ从2mm减少到0.5mm、把定子的孔数（开口面积比）n_s从12%增加到40%、把定子的孔径d从4mm减少到3mm，而把微粒化效果、乳化效果（性能）改善约3.5倍。这意味着处理（运转）时间可以大幅缩短到现行的30%左右。

另一方面，在A公司（转子的直径D：350mm）的混合器的场合，可以考虑，通过把转子和定子的间隙δ从0.7mm减少到0.5mm、把定子的孔数（开口面积比）n_s从25%增加到40%、把定子的孔径d从4mm减少到3mm，可把微粒化效果、乳化效果（性能）改善约2.0倍。这意味着可以把处理时间大幅缩短到现行的一半左右。

（高性能混合器的形状和设计）

本发明提出的高性能混合器的构造被形成为，空开规定的间隙配备在定子的内侧的转子具备转子周壁，该转子周壁在形成有上述多个开口部的上述定子的周壁的径向内侧空开上述规定的间隙与该定子的周壁的内侧相向，而且，在该转子周壁上形成有多个转子开口。由此，可以提高施加到被处理的流体的剪切应力，可以实现高性能。

另外，本发明提出的高性能混合器，当转子旋转时，形成径向内侧的混合部分，和径向外侧的混合部分这样的多级（至少二级以上）的混合部。通过这样的多级式（multistep）的混合，可以提高施加到被处理的流体上的剪切应力，可以实现高性能。

进而，在本发明提出的高性能混合器中，定子和转子能够在转子的旋转轴的延伸方向上移动，在转子旋转的途中，可以调整/控制二者间的间隔。由此，能改变、调整施加到被处理的流体上的剪切应力，或改变、调整被处理的流体的流动方式。

而且，在本发明提出的高性能混合器中，采用把被处理的流体直接投入（添加到）混合部分（混合器部）的机构。由此，能与上述多级式（multistep）的混合一起实现高性能。

这样的本发明提出的高性能混合器的形状、构造，参考把上述的根据本发明的计算式导出的总能量消散率：ε_a作为指标的混合器的性能评价，及其验证结果进行定义。而且，根据其定义，设计高性能的混合器，把其混合器的概要在图12～图18中进行表示。

（移动定子（移动式的定子））

在使用转子定子式混合器，把粉末原料、液体原料溶解（调和），制造乳化状制品的场合，当在不把与粉末原料一起夹入的气体（空气）分离的状态下，由混合器进行处理时，会成为在调和液中混入（产生）细微的气泡的状态。过去就知道，当混入了此细微的气泡的调和液直接进行乳化处理时，与把未混入气泡的调和液进行乳化处理的场合相比较，微粒化、乳化的性能（效果）会劣化。

于是，在把粉末原料溶解的初期阶段，为了抑制细微的气泡的发生，最好在混合器中具备移动定子机构。尤其是，在对容易起泡的乳化状制品进行处理的场合，最好具备移动定子机构。在将粉末原料溶解的初期阶段，通过使定子离开转子，而不会消散高的能量，使粉末原料尽快分散到调和液中。而且，最好其后把定子移动到转子的近旁，正式进行的溶解、微粒化、乳化的工序。

（多级搅拌器（多级式的乳化机构））

如上所述，可以确定，根据本发明的计算式导出的总能量消散率：ε_a的值越大，则微粒化、乳化的性能（效果）越优异。

在此，总能量消散率：ε_a的值可以作为局部能量消散率：ε_l与剪切频度：f_s,h之积表示。而且考虑为，为了提高剪切频度：f_s,h，使进行微粒化、乳化的定子成为多级式的是有效的。即，在混合器中，为了实现高性能，2级或多级的多级形状是有效的。

在此，局部能量消散率：ε_l和剪切频度：f_s,h如下。

局部能量消散率：ε_l［m²/s³］＝F_aU/ρv_s

F_a：平均力［N］

U：翼的前端速度［m/s］

ρ：密度［kg/m²］

v_s：乳化贡献体积［m³］

平均力：F_a［N］＝τ_aS_s

τ_a：平均剪切力［N/m²］

S_s：剪切面积［m²］

平均剪切力：τ_a＝P_h/Q

P_h：乳化贡献功率［kW］

Q：流量［m³/h］

乳化功率消散：P_h［kW］＝P_n－P_p

P_n：净（日文：正味）功率［kW］

p_p：泵功率［kW］

剪切频度：f_s,h［1/s］＝n_sn_rN/n_v

n_s：定子的孔数［个］

n_r：转子叶片的片数［片］

N：转速［1/s］

n_v：定子孔部体积［m³］

剪切面积：S_s［m²］＝S_d＋S_l

S_d：孔截面积［m²］

S_l：孔侧面积［m²］

孔截面积：S_d［m²］＝π/4d²

d：定子孔径［m］

孔侧面积：S_l［m²］＝πdl

l：定子厚度［m］

（直接注入（直接注入式的添加机构））

由把根据本发明的计算式导出的总能量消散率：ε_a作为指标的混合器的性能评价及其其验证结果可知，微粒化、乳化的性能（效果）主要受到定子的开口部（孔）的孔径、孔数（开口面积比）的影响。

因此，通过把油脂、不溶成份、微量成份等直接投入（添加）到混合部分（混合器部），能更有效地进行乳化、分散。尤其是，当直接投入（注入）第一级的定子（径向内侧的定子）部分时，由第一级的定子进行预备乳化，进而能由第二级的定子（径向外侧的定子）进行正式的乳化、分散。

（高性能的定子的形状）

根据把根据本发明的计算式导出的总能量消散率：ε_a作为指标的混合器的性能评价及其验证结果可知，当极力减小定子的开口部（孔）的孔径极、极力增加其孔数、极力减小转子与定子的间隙时，混合器的性能变高。另外，转子的翼的片数越多，则剪切频度变得越高。

转子与定子的间隙越小，则微粒化、乳化的性能（效果）越是提高，但是在本次的验证实验中可知，与定子的孔径、孔数相比，对微粒化、乳化的性能（效果）的影响较小。

而且，倒是使间隙变窄，会发生转子与定子的咬入等危险。另外，在采用移动定子的机构的场合，在混合器的运转（工作）中，使定子沿转子的旋转轴延伸的方向移动，所以，间隙（空隙）为0.5～1mm左右就足够。即，从避免咬入等危险的观点出发，间隙不要达到0.5mm以下。

在本次的验证实验中可知，当定子的孔径变为2mm以下时，存在粉末原料等发生闭塞的危险。因此，当要同时达成粉末原料的溶解和乳化处理时，定子的孔径为2～4mm左右较好。

另一方面，定子的孔数（开口面积比）越多，则剪切频度变得越高，但是，存在定子的开口部的强度的问题。以往，一般情况下，开口面积比大多采用18～36%，但是，在本次的验证实验中可知，开口面积比最好为15%以上、优选为20%以上、更优选为30%以上，进而优选为40%以上，尤其优选为40～50%。

（对于在相同孔径、相同开口面积比进行比较的场合的最合适的定子孔形状）

定子的孔的形状不为齿状，而是为圆形较佳。知道了局部能量消散率：ε_l与剪切面积：S_s成正比。因此，如果为相同的截面积，则圆形的话剪切面积：S_s最大，因此考虑，与梳齿状相比，圆形的微粒化、乳化的性能（效果）优异。

当对仅仅改变形成在定子上的开口的形状（圆形、正方形、长方形），使其另外的条件相同的混合器的总能量消散率：ε_a进行计算时，如表5所示。

即，当在相同孔径、相同开口面积的场合，与梳齿（长方形截面）相比，在圆形、正方形的情况下孔数变多，剪切截面积也变大。因此，总能量消散率：ε_a也变高，在开口的形状为圆形、正方形的场合，混合器的微粒化、乳化的性能变好。

从表5中的形状系数的比较，可以考虑在正方形和圆形的情况下性能等同。但是，由于正方形的加工耗费工时数，所以，从混合器的微粒化、乳化的性能和加工性的方面考虑，圆形截面最适合。

（转子的搅拌叶片的片数）

从提高剪切频度的观点出发，转子的搅拌叶片（翼）的片数越多越好。但是，排出流量下降的话，罐槽内的循环次数减少，所以，有时微粒化、乳化的性能（效果）会降低。基于上述定义了的理论式可知，当转子的翼的片数多时，总能量消散率：ε_a变得越高。一般情况下，转子的翼的片数采用6片，但是可以考虑仅仅通过采用8片，就可以把微粒化、乳化的性能（效果）提高约1.3倍。

（混合器的按比例扩大）

通过采用本发明中提出的指标（理论）进行验证实验，可以作为按比例扩大方法进行利用。尤其是作为考虑到了处理（制造）时间的按比例扩大方法有用。

（已有的混合器与新型的混合器的比较）

在表6中表示把已有的代表性的混合器与本发明冲提出的新型的混合器的特征进行比较的结果。

具有本发明中提出的“移动定子”、“多级搅拌器”、“直接注入”的机能的混合器，现在还找不出。进而可以考虑，基于作为本发明的基础的ε_a的最合适的定子形状的设定（间隙、孔径、开口面积比、孔形状）以及转子形状（翼片数、翼宽度）的混合器，具有更高的乳化、微粒化效果。

通过对本发明的上述计算式中求出的总能量消散率：ε_a与液滴直径的微粒化倾向的关系进行研究，结果如下。

在此研究中，对转子3与定子2的间隙（狭缝）δ大（δ＞1mm、例如，δ=2～10mm）、定子2的开口部（洞、孔）1的数多（开口部1的数：例如，n_s＞20个、例如，n_s=50～5000个）的3种混合器，就其性能进行了比较。

另外，如上所述，使用把乳制品想定为进行微粒化的评价对象的表1的配合比率的模拟液，如图3中图示的那样，准备外部循环式的单元，在流路的途中用激光衍射式粒度分布计（岛津制作所：SALD－2000）对液滴直径进行测定，对液滴直径的微粒化倾向进行调查评价。

另外，这里使用的混合器C（收容量：100升）、D（收容量：500升）、E（收容量：10千升）的概要如表7所示。这3种混合器，是相同生产厂家的产品，是市场中提供的产品。而且，关于混合器C，对间隙（狭缝）δ的尺寸（大小）、开口部1的数量不同的5种混合器（定子No.1～定子No.5）进行了研究。

[表7]

表7混合器的概要

转子翼的数量n_r：6

另外，表7中，开口面积比A，是由“全部开口部面积（＝1孔面积×个数）/定子的表面积”计算的量纲为1的数。

实验条件和总能量消散率：ε_a的计算值如表8所示。

[表8]

表8实验条件和计算值

定子No.

（混合器C）

1

2

3

4

5

形状依存项

K_c

[m⁵]

3.52×10^-3

8.51×10^-3

1.43×10^-3

1.54×10^-2

3.14×10^-2

形状依存项之比

K_c/K_{c_std}

[-]

0.23

0.55

0.93

1.00

2.04

总能量消散率

ε_a

[m²/s³]

6.67×10³

19.8×10³

33.1×10³

35.6×10³

73.0×10³

N=1317[rpm]，V=0.1[m³]

在表8中，K_g/（K_g＋K_s）的值为0.1～0.3，所以可以知道，作为定子中的形状依存项的K_s比作为间隙中的形状依存项的K_g大，表7的混合器C，当把其间隙与定子2的开口（孔）部1的微粒化效果进行比较时，定子2的开口部1的微粒化效果大，处于支配地位。

另外，在表8中，从由定子序号4的K_c归一化了的K_c/K_{c_std}的值推定出，随着定子序号变大，微粒化效果变高。

对于表7的混合器C（定子No.1～定子No.5），在图12中表示表8的运转条件中的处理（混合）时间和液滴直径的关系（微粒化倾向）。

可见，显示出与基于表8的K_c/K_{c_std}的推定值（理论值）同样的倾向，在定子No.1～定子No.5中的任一个中，当K_c/K_{c_std}的值大时，微粒化效果（微粒化的性能）的都高。另一方面，但考虑到运转条件中的处理（混合）时间的妥当性等时，可知，开口面积比优选为0.15（15%）以上、最好为0.2（20%）以上、更有选为0.3（30%）以上、进而优选为0.4（40%）以上、尤其优选为0.4～0.5（40～50%）。此时，考察定子的开口部的强度为好。

另外可知，由于K_c/K_{c_std}的值为相同程度的定子No.3和No.4，显示大致等同的微粒化倾向，所以，当通过K_c/K_{c_std}和在本发明的计算式中求出的总能量消散率：ε_a对混合器的性能进行预测时，不仅能捕捉定性的倾向，而且可以说明（评价）定量的倾向。

另外可知，当把处理（混合）时间作为横轴，对实验结果进行整理时，无法对液滴直径的变化（液滴的微粒化倾向）进行统一表现（评价）。

接着，对于表7的混合器C（定子No.1～定子No.5），在图13中表示由本发明的计算式求出的总能量消散率：ε_a与液滴直径的关系（微粒化倾向）。

可见，当以本发明的计算式求出的总能量消散率：ε_a作为横轴，对实验结果进行整理时，可以对液滴直径的变化（液滴的微粒化倾向）进行统一表现（评价）。具体来说，即使运转条件（转速、混合时间），和混合器的形状（间隙、定子的孔径、定子的开口面积比）不同，也能够探索出液滴直径同样地减少的倾向。

即，在转子定子式混合器中，总括考虑到运转条件、形状的不同，可以确定，由本发明的计算式求出的总能量消散率：ε_a，是能够对该转子定子式混合器性能进行评价的指标。

接着，对于表7的混合器D、E，在图14中表示本发明的计算式求出的总能量消散率：ε_a与液滴直径的关系（微粒化倾向）。可见，即使混合器的规模（尺寸）不同，为200～700升的容量，液滴直径仍然依存于ε_a的值（大小）。另外可知，即使混合器的规模不同，也显示出同样的微粒化倾向。

由上可知，在转子3与定子2的间隙（狭缝）δ大（δ＞1mm，例如，δ=2～10mm）、定子的开口部（洞、孔）1的数量多（开口部1的数量：n_s＞20个，例如，n_s=50～5000个）的转子定子式混合器中，通过使由本发明中提出的计算式求出的总能量消散率：ε_a的值（大小）一致，总体考虑到运转条件、形状的不同，可以进行按比例扩大。

这样，由本发明的计算式求出的总能量消散率：ε_a与液滴直径的关系（微粒化倾向），如附图13所示那样，可以把由本发明的计算式求出的总能量消散率：ε_a作为横轴，对液滴直径的变化（液滴的微粒化倾向）进行统一表现（评价）。

这样，通过发明人的研究，认识到由本发明的计算式求出的总能量消散率：ε_a与液滴直径存在大致直线的关系。

但是，由于难以推导出统计上可靠的实验式，因此，液滴直径的推定，采用由实验取得的液滴直径与由本发明的计算式求出的总能量消散率：ε_a的关系来进行。

如上所述，由本发明的计算式求出的总能量消散率：ε_a分为形状依存项及其以外的制造条件项（包括时间）。因此只要把制造条件项（时间）固定而加大形状依存项，总能量消散率：ε_a就变大，结果，即使在相同的制造条件（时间）中也使得液滴直径变小。

具体来说，对在某制造条件下取得的粒径进行实际测定，对此时的ε_a进行计算。通过此实验获知用来得到规定的液滴直径所需的ε_a。

接着，通过把改变了混合器形状时计算出的ε_a与改变前的ε_a的大小进行比较，推定改变后的液滴直径的减少倾向。

就是说，尽管上述计算式和推定液滴直径的实验式并非统计上可靠性高的实验式，但是通过利用实验结果，可以推定对混合器形状的影响加以了考虑的液滴直径的减少倾向。

实施例

以下参照附图对于本发明的优选实施方式，就几个实施例进行说明，但是本发明不限于这些实施方式、实施例，能够在从请求保护的范围的记载能够把握的技术范围内改变成各种形态。

用图15～图21，对把根据本发明提出的计算式导出的总能量消散率：ε_a作为指标的混合器的性能评价、参考其验证结果定义的高性能的混合器的形状，及根据其定义设计的高性能的混合器的概要进行说明。

本发明提出的转子定子式混合器，特征在于由设有多个开口部的定子，和空开规定的间隙配置在定子的内侧的转子构成的混合器单元14的部分，其它的构造与用图1进行了说明的以往的转子定子式混合器相同。在此，仅仅对成为本发明的混合器中特有的构造、机构的混合器单元14的一例进行图示说明。

本发明的转子定子式混合器中的混合器单元14，由图16中图示的构造的转子13和定子22构成。

定子22与图1中举例表示的以往的混合器单元4中的定子2相同，设有圆形的多个开口部11b。

空开规定的间隙δ配置在定子22的内侧的转子13，具备从成为旋转中心的旋转轴17呈放射状延伸的多片搅拌翼。另外，图15中说明配备了12片搅拌翼13a～13l的形态，图16中说明配备了8片搅拌翼13a～13h的形态。以下，有时把搅拌翼13a～13l统称地表示为“搅拌翼13”。

在各搅拌翼13的前端配备了转子周壁40。转子周壁40的外周与定子22的内周壁面22a相向，在转子周壁40的外周与定子22的内周壁面22a之间，如图15（b）图示那样形成有间隙δ。

在转子周壁40上形成有多个转子开口41。转子开口41的大小（直径）可以与定子22具备的开口部11b的大小（直径）相同。而且，在转子周壁40形成转子开口41的频度，可以与在定子22上形成开口部11b的频度为相同的程度。

当转子13以旋转轴17作为旋转中心按箭头20所示那样旋转时，在形成有多个转子开口41的转子周壁40和形成有多个开口部11b的定子22沿径向以间隔δ相向的状态下，转子周壁40随着转子13的旋转进行旋转。于是，在此形成有效的混合部。由此，可以提高施加到被处理的流体上的剪切应力。

在本发明的混合器中，定子22和转子13能够沿着转子13的旋转轴17延伸的方向相互接近，或分离。在图示的实施方式中，能够在转子13上旋转轴17延伸的方向上，如图15（a）的箭头23a、23b所示那样移动。

在通过混合器将粉末原料溶解的初期阶段，使转子13如图15（a）的箭头23b所示那样从定子22分离，由此，不消耗高的能量，就可以把粉末原料快速分散到调合液中。

而且，其后把转子13如图15（a）的箭头23a所示那样移动，使形成有多个转子开口41的转子周壁40的整个区域与形成有多个开口部11b的定子22的整个区域相向，形成上述混合部。而且，使转子13朝图15（b）的箭头20方向旋转，正式进行溶解/微粒化/乳化的顺序为好。

由于如上述那样，定子22和转子13能够在转子13的旋转轴17延伸的方向上移动，因此，在使转子13旋转的中途可以调整/控制二者间的间隔。由此，可以改变/控制施加到被处理的流体上的剪切应力、改变/控制被处理的流体的流动方式。

在图15（a）～（c）图示的本发明的混合器中，喷嘴18沿着构成混合器单元14的定子22的上端，在径向上朝中心侧延伸。被处理的流体通过喷嘴18从喷嘴开口19如图15（c）的箭头21所示那样被直接投入混合部分（混合器部）。

即，被处理的流体，在形成有多个转子开口41的转子周壁40的径向内侧近旁，从喷嘴开口19如箭头21那样被直接投入，而且，通过朝箭头20方向旋转的转子周壁40的多个转子开口41，流入转子周壁40与定子22沿径向以间隔δ相向的混合部，正式被混合。

这样，通过把要处理的流体直接投入（添加）到混合部分（混合器部），可以更加有效地进行乳化、分散。

图17、图18（a）、（b）表示用图15（a）～（c）、图16进行了说明的本发明的另外的实施方式。定子22具备从上端缘朝径向内侧伸出的环状的盖部30，这一点与上述图15（a）～（c）、图16图示的实施方式不同。以下，以此不同点为中心进行说明。

另外，在图17、图18（a）、（b）图示的实施方式中，从旋转轴17呈放射状延伸的搅拌翼配备了13a～13l这12片。

根据图17、图18（a）、（b）图示的实施方式，通过配备从定子22的上端缘朝径向内侧延伸的环状的盖部30，从而可以防止要进行处理的流体从转子13与定子22的间隙朝图15（a）中的上侧方向漏出。

另外，在如图17、图18（a）、（b）图示的那样具备盖部30的实施方式的情况下，用图15（b）、（c）进行了说明的直接投入（添加）机构，成为利用了盖部30的结构。

在定子22的外周配备有朝着旋转轴17延伸的方向延伸的流入导管31，与流入导管31的上端连通的导管32在盖部30内朝径向内侧延伸。另一方面，在比转子周壁40靠径向内侧的部分中的环状的盖部30，形成有图18（b）中朝下侧导入被处理流体的导入孔33。在盖部30内朝径向内侧延伸的导管32与导入孔33相连。由此，要进行处理的流体，如箭头34、35、36所示那样，通过流入导管31、导管32、导入孔33被导入（添加）。

由于存在盖部30，因而，流体不会从转子13与定子22的间隙朝图14中的上侧方向漏出，而是在转子周壁40的转子开口41、定子22的开口部11b从径向内侧朝外侧通过。由此，使要进行处理的流体承受高的剪切应力。

在图17、图18（a）、（b）图示的实施方式的本发明的混合器中，能够与图15（a）～图16图示的实施方式的混合器相同地，在使转子13旋转的中途调整/控制定子22与转子13间的间隔调整/控制，由此，能够改变/控制施加到被处理的流体上的剪切应力、改变/控制被处理的流体的流动方式。

图19～图21表示用图15、图16进行了说明的本发明的又一个另外的实施方式。当转子13以旋转轴17为旋转中心如箭头20所示那样旋转时，形成径向内侧的混合部分和径向外侧的混合部分这样的多级混合部，这一点与上述图15（a）～（c）、图16图示的实施方式不同。以下，以此不同点为中心进行说明。

另外，在图19、图21图示的实施方式中说明采用8片搅拌翼（搅拌翼13a～13h）的形态，在图20图示的实施方式中说明采用12片搅拌翼（搅拌翼13a～13l）的形态。

在图19、图21图示的实施方式中，在定子22的径向内侧，如图20图示的那样与混合器单元14呈同心圆状地配置有直径比定子22的直径小的定子12。

作为把直径不同的多个定子配置成同心圆状的形态，例如，可以如图20图示的那样，采用在从定子22的上端缘朝径向内侧延伸的环状的盖部30的下表面安装了直径比定子22小的定子12的上端缘的结构等。

空开规定的间隙δ配置在定子22的内侧的转子13具备从作为旋转中心的旋转轴17呈放射状延伸的多片搅拌翼13。

如在图15（a）～（c）、图16图示的实施方式中说明了的那样，在搅拌翼13的前端具备多个转子开口41，配备有与定子22的内周壁面22a相向的转子周壁40。

而且，具备多个转子开口43、与内侧的定子12的内周壁面12a相向的转子周壁42，如下述那样被配备在搅拌翼13的中间部分。

在各搅拌翼13的径向中心和径向外端之间的直径相同的位置形成有纵槽15a、15b、15c、15d、···、15l。以下，有时把纵槽15a、15b、15c、15d、···、15l通称地表示为“纵槽15”。

在形成有搅拌翼13的纵槽15的位置的径向内侧，如上述那样，形成有与转子周壁40对应的、直径比转子周壁40小的转子周壁42，由搅拌翼13支撑。

转子周壁42具备多个转子开口43。转子开口43的大小（直径）可以与定子12具备的开口部11a的大小（直径）相同。而且，在转子周壁42上形成转子开口43的频度可以与在定子12上形成开口部11a的频度为相同程度。

当如图21图示那样形成了混合器单元14时，把定子12装入形成在各搅拌翼13上的纵槽15中。而且，在转子周壁42的周壁面与定子12的内周壁面12a之间形成间隙δ、在纵槽15的径向内侧的面与定子12的外周壁面12b之间形成间隙δ、在转子周壁40的周壁面与定子22的内周壁面22a之间形成间隙δ。

这样，在图19～图21图示的转子定子式混合器的混合器单元14中，成为在直径不同的多个定子12、22的内侧分别空开规定的间隙配置转子的结构。

于是，当转子13以旋转轴17为旋转中心如箭头20所示那样旋转时，形成径向内侧的混合部分和径向外侧的混合部分这样的二级混合部。通过这样的多级式（multistep）的混合可以实现高性能。即，通过这样的多级式（multistep），可以提高施加到被处理的流体上的剪切应力。

在图示的实施方式中，径向内侧的混合部分形成在转子周壁42的周壁面与定子12的内周壁面12a之间，以及纵槽15的径向内侧的面与定子12的外周壁面12b之间。而且，径向外侧的混合部分形成在转子周壁40的周壁面与定子22的内周壁面22a之间。

在此图19～图21图示的实施方式中，定子12、22与转子13成为能够在转子13的旋转轴17延伸的方向上相互接近或分离的结构。即，定子12、22和转子13能够在转子13的旋转轴17延伸的方向上移动，可以在使转子13旋转的中途对二者间的间隔进行调整/控制。由此，可以改变/控制施加到被处理的流体上的剪切应力、改变/控制被处理的流体的流动方式。

在图19中，为了说明定子12、22和转子13的关系，以不具备环状的盖部30的状态进行了说明，而在图19～图21图示的实施方式中，也可以成为具备环状的盖部30的结构。图20表示从下侧看到的具备环状的盖部30的混合器的状态。通过成为具备环状的盖部30的结构，可以防止要进行处理的流体从转子13与定子12、22的间隙朝图21中的上侧方向漏出。

在具备盖部30的结构的场合，用图15（b）、（c）进行了说明的直接投入（添加）机构，成为用图20进行了说明的利用了盖部30的结构。在此情况下，盖部30内与朝径向内侧延伸的导管32相连，图21中的朝下侧导入被处理流体的导入孔33，被形成在比配备对搅拌翼13进行支撑的直径最小的转子周壁的位置靠径向内侧的、盖部30的下侧面上。

（比较研究试验）

对用图1进行了说明的以往的混合器，和用图21进行了说明的本发明的混合器（采用配备了环状的盖部30的结构的混合器）进行了比较试验。比较试验，如图3所示那样，通过准备外部循环式的单元，在流路的途中用激光衍射式粒度分布计（岛津制作所：SALD－2000）测量液滴直径，研究液滴直径的微粒化倾向来进行。

实验中使用的以往的混合器的定子2的直径及本发明的混合器的定子22的直径都是197mm。用以下的表9所示的配合的黄油乳化液进行实验。

[表9]

	配合率（%）	配合量（%）	FAT	SNF	TS
						黄油	5.99	2995	4.95	0.07	5.02
脱脂奶粉	5.16	2580	0.05	4.93	4.98
						水	88.85	44425
合计	100	50000	5.00	5.00	10.00

实验结果如表10、表11及图20～图28所示。从图20可以确认出，用本发明的混合器在比以往设备少的时间成为同等的微粒化倾向。另外，从图21可以确认出，用本发明的混合器，液滴直径的不均匀比以往设备要少，从图24（c）可以确认出，用本发明的混合器，与以往的混合器相比较，转子的旋转对乳化功率作出了贡献。

[表10]

[表11]

图28表示对能量消散率进行数值解析后的推定结果。可见，本发明的混合器的能量消散比以往设备高，即，本发明的混合器的能力比以往设备的高。由此推定，本发明的混合器能用比以往设备少的时间发挥同等的微粒化效果。而且，图20所示的实际的微粒化倾向呈现与此数值解析结果相同的倾向。

图27表示在用图21进行了说明的本发明的混合器（配备了环状的盖部30的结构的混合器）中，直接投入（添加）了用图18（b）进行了说明的被处理流体的场合，和不进行直接投入而是通过形成在图17中附图标记30a表示的环状的盖部30上的孔部使被处理流体自然地流入的场合的比较结果。仅仅改变进行被处理流体的直接投入（添加）和从孔部30a自然地流入这样的条件，其另外的运行条件相同，以此进行了比较研究。

其结果，可以确认，用图18（b）进行了说明的进行被处理流体的直接投入（添加）时的微粒化效果大。

工业上的可利用性

本发明可以发挥以下所述的优异的效果、机能，因此可以用在进行乳化、分散、微粒化工序的各种工业领域，例如，可以用在食品、医药品、化学品等制造领域。

（1）可以提供微粒化效果、乳化效果比以往典型的高性能（高剪切式）的转子定子式混合器高的、能制造高品质的制品的转子定子式混合器。

（2）本发明的转子定子式混合器，微粒化效果、乳化效果高，能用比以往更短的时间制造品质与以往同等或在其以上的制品。

（3）对于从小型到大型的多种多样的转子定子式混合器，在考虑到其处理（制造）时间的情况下，可以按比例扩大、按比例缩小。

（4）能够为了获得与各使用者的目的相一致的微粒化效果（液滴直径），而推定其所需的处理（搅拌）时间，只要以其所需的最低时间进行运转（处理）即可。能够缩短转子定子式的混合器的运转时间，节省能量。

附图标记说明

1开口部（洞）

2定子

3转子

4混合器单元

11a、11b开口部

12、22定子

13转子

13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g、13h、··、13j、13k搅拌翼

14混合器单元

15纵槽

17旋转轴

18喷嘴

19喷嘴开口

30环状的盖部

31流入导管

33导入孔

Claims

1.一种混合器，是设有由具备多个开口部的定子和空开规定的间隙配置在定子的内侧的转子构成的混合器单元的、转子定子式混合器，其特征在于：

空开规定的间隙配备在上述定子的内侧的转子具有转子周壁，和从旋转中心呈放射状延伸的多片搅拌翼，该转子周壁支撑在该搅拌翼上，并在形成有上述多个开口部的上述定子的周壁的径向内侧空开上述规定的间隙与该定子的周壁的内侧相向，而且，在该转子周壁上形成有多个转子开口。

2.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，上述定子由周径不同的多个定子构成，上述转子的上述转子周壁分别空开规定的间隙配置在各定子的周壁的径向内侧。

3.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，被构成为，上述定子和上述转子能够在上述转子的旋转轴延伸的方向上相互接近或离开。

4.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，上述定子具备从上端缘朝径向内侧延伸的环状的盖部。

5.如权利要求4所述的混合器，其特征在于，在上述环状的盖部上形成有朝下侧导入被处理流体的导入孔。

6.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，上述定子具备的开口部为圆形。

7.如权利要求1所述的混合器，其特征在于，上述定子具备的开口部以20％以上的整体开口面积比率穿设在上述定子的周壁上。

8.一种混合器，其特征在于：通过用式1进行计算，对该混合器的运转时间和由此取得的被处理流体的液滴直径进行推定，以此来设计权利要求1～7中的任意一项所述的混合器的构造，从而，

[数1]

\begin{matrix} ϵ_{a} = ϵ_{g} + ϵ_{s} \\ = [(N_{p} - N_{q d} π^{2}) \cdot n_{r}] {D^{3} [(\frac{D^{3} b}{δ (D + δ)}) + \frac{π^{2} {n_{s}}^{2} d^{3} (d + 4 l)}{4 N_{q d} [n_{s} \cdot d^{2} + 4 δ (D + δ)]}]} (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V}) \\ = [(N_{p} - N_{q d} π^{2}) \cdot n_{r}] \cdot [D^{3} (K_{g} + K_{s})] \cdot (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V}) \end{matrix}

= K_{c} \cdot (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V}) ... ...

式1

在此，式1中，

ε_a：总能量消散率[m²/s³]

ε_g：转子与定子的间隙中的局部剪切应力[m²/s³]

ε_s：定子的局部能量消散率[m²/s³]

N_p：功率数[-]

N_qd：流量数[-]

n_r：转子叶片的片数[-]

D：转子的直径[m]

b：转子的翼的前端的厚度[m]

δ：转子与定子的间隙[m]

n_s：定子的孔数[-]

d：定子的孔径[m]

l：定子的厚度[m]

N：转速[1/s]

t_m：混合时间[s]

V：液量[m³]

K_g：间隙中的形状依存项[m²]

K_s：定子中的形状依存项[m²]

K_c：混合器整体的形状依存项[m⁵]。

9.如权利要求1～7中的任意一项所述的混合器，其特征在于，上述混合器，通过用式1进行计算，对该混合器的运转时间和由此取得的被处理流体的液滴直径进行推定，从而能按比例缩小或按比例扩大，

[数2]

\begin{matrix} ϵ_{a} = ϵ_{g} + ϵ_{s} \\ = [(N_{p} - N_{q d} π^{2}) \cdot n_{r}] {D^{3} [(\frac{D^{3} b}{δ (D + δ)}) + \frac{π^{2} {n_{s}}^{2} d^{3} (d + 4 l)}{4 N_{q d} [n_{s} \cdot d^{2} + 4 δ (D + δ)]}]} (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V}) \\ = [(N_{p} - N_{q d} π^{2}) \cdot n_{r}] \cdot [D^{3} (K_{g} + K_{s})] \cdot (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V}) \end{matrix}

= K_{c} \cdot (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V}) ... ...

式1

在此，式1中，

ε_a：总能量消散率[m²/s³]

ε_g：转子与定子的间隙中的局部剪切应力[m²/s³]

ε_s：定子的局部能量消散率[m²/s³]

N_p：功率数[-]

N_qd：流量数[-]

n_r：转子叶片的片数[-]

D：转子的直径[m]

b：转子的翼的前端的厚度[m]

δ：转子与定子的间隙[m]

n_s：定子的孔数[-]

d：定子的孔径[m]

l：定子的厚度[m]

N：转速[1/s]

t_m：混合时间[s]

V：液量[m³]

K_g：间隙中的形状依存项[m²]

K_s：定子中的形状依存项[m²]

K_c：混合器整体的形状依存项[m⁵]。

10.一种制造食品、医药品或化学品的方法，其特征在于：采用权利要求1～7中的任意一项所述的混合器，对被处理流体实施乳化、分散、微粒化或混合的处理，由此制造食品、医药品或化学品，其中，通过用式1进行计算，从而对该混合器的运转时间和由此取得的被处理流体的液滴直径进行推定，

[数3]

\begin{matrix} ϵ_{a} = ϵ_{g} + ϵ_{s} \\ = [(N_{p} - N_{q d} π^{2}) \cdot n_{r}] {D^{3} [(\frac{D^{3} b}{δ (D + δ)}) + \frac{π^{2} {n_{s}}^{2} d^{3} (d + 4 l)}{4 N_{q d} [n_{s} \cdot d^{2} + 4 δ (D + δ)]}]} (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V}) \\ = [(N_{p} - N_{q d} π^{2}) \cdot n_{r}] \cdot [D^{3} (K_{g} + K_{s})] \cdot (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V}) \end{matrix}

= K_{c} \cdot (\frac{N^{4} \cdot t_{m}}{V}) ... ...

式1

在此，式1中，

ε_a：总能量消散率[m²/s³]

ε_g：转子与定子的间隙中的局部剪切应力[m²/s³]

ε_s：定子的局部能量消散率[m²/s³]

N_p：功率数[-]

N_qd：流量数[-]

n_r：转子叶片的片数[-]

D：转子的直径[m]

b：转子的翼的前端的厚度[m]

δ：转子与定子的间隙[m]

n_s：定子的孔数[-]

d：定子的孔径[m]

l：定子的厚度[m]

N：转速[1/s]

t_m：混合时间[s]

V：液量[m³]

K_g：间隙中的形状依存项[m²]

K_s：定子中的形状依存项[m²]

K_c：混合器整体的形状依存项[m⁵]。

11.一种食品、医药品或化学品，其特征在于：上述食品、医药品或化学品是通过权利要求10所述的制造方法制造的。