CN115362024A - 湿式微粒化装置及方法 - Google Patents

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CN115362024A CN202180025774.8A CN202180025774A CN115362024A CN 115362024 A CN115362024 A CN 115362024A CN 202180025774 A CN202180025774 A CN 202180025774A CN 115362024 A CN115362024 A CN 115362024A
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吉田敏
吉田悟
加藤晴久
中村文子
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YKK Corp
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National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST
Yoshida Kogyo KK
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    • B05B1/00—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means
    • B05B1/34—Nozzles, spray heads or other outlets, with or without auxiliary devices such as valves, heating means designed to influence the nature of flow of the liquid or other fluent material, e.g. to produce swirl
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F31/00—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms
    • B01F31/65—Mixers with shaking, oscillating, or vibrating mechanisms the materials to be mixed being directly submitted to a pulsating movement, e.g. by means of an oscillating piston or air column
    • B01F31/651—Mixing by successively aspirating a part of the mixture in a conduit, e.g. a piston, and reinjecting it through the same conduit into the receptacle
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
    • B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
    • B01F35/20—Measuring; Control or regulation
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    • B01F35/221—Control or regulation of operational parameters, e.g. level of material in the mixer, temperature or pressure
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    • B01F35/00—Accessories for mixers; Auxiliary operations or auxiliary devices; Parts or details of general application
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Abstract

本发明提供可小型化且能以简单的结构使处理对象流体中所含的颗粒高度微粒化的湿式微粒化装置及方法。其课题为提供将混入处理对象流体内致混浊的颗粒微粒化的湿式微粒化装置(100)，其具备容纳处理对象流体的处理对象流体容纳容器(10)、具有靠柱塞(21)在内周壁滑动的垫圈(22)的针筒(20)、一端插入到处理对象流体容纳容器(10)内而另一端与针筒(20)连接的细管(30)和对柱塞(21)进行进退控制的控制部(40)，通过控制部(40)的控制，至少执行一次使柱塞(21)后退而将处理对象流体容纳容器(10)内的处理对象流体经由细管(30容纳到针筒(20)内，使柱塞(21)前进而使针筒(20)内容纳的处理对象流体经由细管(30)返回到处理对象流体容纳容器(10)内的微粒化处理。

Description

湿式微粒化装置及方法
技术领域
本发明涉及将混入处理对象流体内而致混浊的颗粒微粒化的湿式微粒化装置以及方法，具体而言，涉及通过使处理对象流体在细管内往复运动这样的简单的处理而能够使混入处理对象流体内而致混浊的颗粒高度微粒化的湿式微粒化装置及方法。
背景技术
以往，作为具备如下的湿式气流粉碎处理部的装置，已知有专利文献1记载的装置，该湿式气流粉碎处理部使混入有颗粒而混浊的处理对象流体从一个或两个喷嘴以超高压喷出，来对处理对象流体中所含的颗粒进行微粒化。
专利文献1记载了以如下方式构成的浆料的制造装置：利用供液泵13将通过在混合槽11中将溶剂和粉末混合而形成的浆料前体从混合槽11排出，利用增压机14例如加压到10MPa以上的压力，并喷射到碰撞单元(湿式气流粉碎处理部)15中，在此，进行湿式气流粉碎处理后，将该浆料前体通过循环泵(循环部)17导入混合槽11，在混合槽11中再次混合少量的粉末，反复进行上述处理规定次数，来制作所希望的粉末浓度的浆料，之后，切换阀18来将所制造的浆料导入浆料槽19。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2010-77001号公报。
发明内容
发明要解决的问题
但是，上述专利文献1记载的浆料的制造装置中，除了使用供液泵13和循环泵17这两个泵以外，还需要在供液泵13的后级设置增压器14，而且，需要将混合溶剂与粉末的混合槽11和导入所制造的浆料的浆料槽19设置在不同位置，其结果，导致装置大型化，且价格高，另外，由于使用供液泵13和增压机14进行浆料前体的喷出处理，因此存在难以高度微粒化的问题。
本发明是为了解决这样的问题而完成的，其目的在于，提供能够小型化且利用简单的结构能够使处理对象流体中所含的颗粒高度地微粒化的湿式微粒化装置及方法。
解决问题的方案
为了实现上述目的，方案1所述的发明是一种湿式微粒化装置，其将混入处理对象流体内而致混浊的颗粒微粒化，该湿式微粒化装置的特征在于，具备：处理对象流体容纳容器，容纳所述处理对象流体；针筒，具备借助于柱塞在内周壁滑动的垫圈；细管，该细管的一端插入到所述处理对象流体容纳容器内，另一端与所述针筒连接；以及控制部，对所述柱塞进行进退控制，
通过所述控制部的控制，至少执行一次如下的微粒化处理，该微粒化处理是使所述柱塞后退从而将所述处理对象流体容纳容器内的所述处理对象流体经由所述细管容纳到所述针筒内，并使所述柱塞前进从而使所述针筒内所容纳的所述处理对象流体经由所述细管返回到所述处理对象流体容纳容器内的处理。
方案2所述的发明的特征在于，在方案1所述的发明的基础上，所述细管可自由拆装地与所述针筒连接。
方案3所述的发明的特征在于，在方案1或2所述的发明的基础上，所述细管的直径根据混入处理对象流体内而致混浊的颗粒的粒径决定。
方案4所述的发明的特征在于，在方案1或2所述的发明的基础上，所述细管的长度根据混入处理对象流体内而致混浊的颗粒的粒径和所希望的微粒化度决定。
方案5所述的发明的特征在于，在方案1至4中任意一项所述的发明的基础上，所述控制部以使所述细管内的所述处理对象流体的流动成为湍流的方式，控制由所述柱塞进行的经由所述细管的所述处理对象流体的挤出的速度，并且，将所述柱塞的往复运动引起的所述微粒化处理的次数控制为规定的次数。
方案6所述的发明是一种湿式微粒化方法，是将混入处理对象流体内而致混浊的颗粒微粒化的湿式微粒化方法，其特征在于，将细管的一端插入到容纳所述处理对象流体的处理对象流体容纳容器，并且将所述细管的另一端与具备借助于柱塞在内周壁滑动的垫圈的针筒连接，至少执行一次如下的微粒化处理，该微粒化处理是使所述柱塞后退从而将所述处理对象流体容纳容器内的所述处理对象流体经由所述细管容纳到所述针筒内，并使所述柱塞前进从而使所述针筒内所容纳的所述处理对象流体经由所述细管返回到所述处理对象流体容纳容器内的处理。
方案7所述的发明的特征在于，在方案6所述的湿式微粒化方法的基础上，所述细管可自由拆装地与所述针筒连接。
方案8所述的发明的特征在于，在方案6或7所述的发明的基础上，所述细管的直径根据混入处理对象流体内而致混浊的颗粒的粒径决定。
方案9所述的发明的特征在于，在方案6或7所述的发明的基础上，所述细管的长度根据混入处理对象流体内而致混浊的颗粒的粒径和所希望的微粒化度决定。
方案10所述的发明的特征在于，在方案6至9中任意一项所述的发明的基础上，以使所述细管内的所述处理对象流体的流动成为湍流的方式，控制由所述柱塞进行的经由所述细管的所述处理对象流体的挤出的速度，并且，将通过所述柱塞的往复运动进行的所述微粒化处理的次数控制为规定的次数。
发明效果
本发明是将混入处理对象流体内而致混浊的颗粒微粒化的湿式微粒化装置，由于其构成为，具备：处理对象流体容纳容器，容纳所述处理对象流体；针筒，具备借助于柱塞在内周壁滑动的垫圈；细管，该细管的一端插入到所述处理对象流体容纳容器内，另一端与所述针筒连接；以及控制部，对所述柱塞进行进退控制，通过所述控制部的控制，至少执行一次如下的微粒化处理，该微粒化处理是使所述柱塞后退从而将所述处理对象流体容纳容器内的所述处理对象流体经由所述细管容纳到所述针筒内，并使所述柱塞前进从而使所述针筒内所容纳的所述处理对象流体经由所述细管返回到所述处理对象流体容纳容器内的处理，因此，得到以下效果：可以提供能够小型化且能利用简单的结构使处理对象流体中所含的颗粒高度地微粒化的湿式微粒化装置及方法。
附图说明
图1是本发明的湿式微粒化装置的一个实施例的侧视图。
图2是图1所示的湿式微粒化装置的主视图。
图3是图1所示的湿式微粒化装置的动作开始时的侧视图。
图4是对图1所示的湿式微粒化装置的动作进行说明的图。
图5是对图1所示的湿式微粒化装置的动作原理进行说明的图。
图6是对本发明的湿式微粒化装置的动作的一例进行说明的流程图。
图7是测绘相对于如下的微粒化处理的次数(步进数目(step number))的粒径(尺寸/nm)的减小而得到的图表，该微粒化处理是基于致动器23的往复运动控制，且使用的细管30的直径为0.762mm、细管30的长度为65cm、处理对象流体为碳酸钙浓度0.1mg/ml、SOFTANOL(日语原文：ソフタノール)浓度0.05mg/ml的碳酸钙颗粒/SOFTANOL水溶液的微粒化处理。
具体实施方式
下面，参照附图对本发明的实施例详细地进行说明。
图1是本发明的湿式微粒化装置的一个实施例的侧视图，图2是图1所示的湿式微粒化装置的主视图，图3是图1所示的湿式微粒化装置的动作开始时的侧视图。
在图1至图3中，该实施例的湿式微粒化装置100对处理对象流体容纳容器10所容纳的处理对象流体中所含的颗粒进行微粒化，可以单独使用湿式微粒化装置100，但也可以将湿式微粒化装置100例如作为公知的气流粉碎的前级中的颗粒微粒化装置使用。
针筒20具备在其内周壁滑动的垫圈22，通过与垫圈22连接的柱塞21，对垫圈22的滑动进行前进后退操作。
在针筒20的一端经由转接器31可自由拆装地连接有细管30，该细管30的前端在对处理对象流体容纳容器10所容纳的处理对象流体的微粒化处理时，如图1至图3所示，插入到处理对象流体容纳容器10内。
对垫圈22进行前进后退操作的柱塞21与致动器23连接，致动器23的一端与垫圈22连接，致动器23的另一端由控制部40的滚珠丝杠420进行进退控制。
滚珠丝杠420由马达410驱动。即，在马达410的旋转轴411安装有第一滑轮412，在滚珠丝杠420的一端安装有第二滑轮421，在第一滑轮412与第二滑轮421之间悬架有带430。
另外，如图2所示，在滚珠丝杠420的两侧部设置有引导致动器23的两条直线导轨440a、440b。
因此，若马达410正转，则该马达410的旋转经由第一滑轮412、带430、第二滑轮421传递到滚珠丝杠420，由于该滚珠丝杠420的正转，使得致动器23向下方移动，伴随于此，柱塞21将针筒20内的垫圈22向下方按压，垫圈22在针筒20内前进。
另外，若马达410反转，则该马达410的旋转经由第一滑轮412、带430、第二滑轮421传递到滚珠丝杠420，由于该滚珠丝杠420的反转，使得致动器23向上方移动，伴随于此，柱塞21使针筒20内的垫圈22向上方移动，垫圈22在针筒20内后退。
于是，如上所述，由于在针筒20的一端连接有细管30，细管30的前端插入到处理对象流体容纳容器10内，因此，若由于致动器23向上方的移动，垫圈22在针筒20内后退，则处理对象流体容纳容器10内的处理对象流体通过细管30被导入针筒20内。该状态如图1、图2所示。
在该状态下，若致动器23向下方移动，而垫圈22在针筒20内被向下方按压，则垫圈22内的处理对象流体通过细管30以规定的速度流动，并返回到处理对象流体容纳容器10内。
在该实施例的湿式微粒化装置100中，利用由于针筒20内的垫圈22的前进而产生的细管30中的处理对象流体的流动，进行处理对象流体容纳容器10所容纳的处理对象流体中所含的颗粒的微粒化。
接着，使用图4以及图5对微粒化处理的细节进行说明。
如上所述，该实施例的湿式微粒化装置100使用针筒20，执行如下的微粒化处理，即，利用细管30内所形成的处理对象流体的流动，对处理对象流体容纳容器10所容纳的处理对象流体中所含的颗粒进行微粒化的微粒化处理。
图4是对图1所示的湿式微粒化装置的动作进行说明的图，图5是对图1所示的湿式微粒化装置的动作原理进行说明的图。
图4的(A)示出上述微粒化处理开始时的针筒20的状态。在图4的(A)的状态时，处理对象流体被容纳于处理对象流体容纳容器10。
在该状态下，若使致动器23向上方移动而使针筒20内的垫圈22后退，则如图4的(B)所示，处理对象流体容纳容器10内的处理对象流体通过细管30向针筒20内移动。
接着，若使致动器23向下方移动而使针筒20内的垫圈22前进，则如图4的(C)所示，针筒20内的处理对象流体被导入细管30，在细管30内形成处理对象流体的流动。
图5示意性地示出该细管30内所形成的处理对象流体的流动的速度分布，图5的(A)示出细管30内的处理对象流体的流动比较慢的V1的情况，图5的(B)示出细管30内的处理对象流体的流动比较快的V2的情况。
根据图5的(A)可知，在细管30内的处理对象流体的流动比较慢的V1的情况下，细管30的接近侧壁的部分与中央部分之间的速度差不大，可以认为，细管30内的处理对象流体的流动成为层流。然而，若为如图5的(B)所示的细管30内的处理对象流体的流动比较快的V2，则细管30的接近侧壁的部分与中央部分之间的速度差变大，可以认为，细管30内的处理对象流体的流动为湍流。
可以认为，若细管30内的处理对象流体的流动成为湍流，则在细管30内，处理对象流体中所含的颗粒碰撞的概率会急剧增加，由此，能够在细管30内进行处理对象流体中所含的颗粒的高效的微粒化。
若致动器23到达下限位置，则成为图4的(A)的状态，结束1次的微粒化处理。然后，反复进行该微粒化处理，直到得到满意的、所希望的微粒化度为止。
此外，为了实现细管30内的颗粒的高效的微粒化，需要与处理对象流体中所含的颗粒的直径对应地设定细管30的直径。
另外，为了实现细管30内的颗粒的高效的微粒化，需要将细管30的直径设定为比处理对象流体中所含的颗粒的最大直径小的直径。
另外，可以认为，若细管30的长度长，则会促进细管30内的颗粒的高效微粒化会，因此，可以认为，根据颗粒的直径和所希望的微粒化度决定细管30的长度是优选的。
另外，存在以实现细管30内的处理对象流体中所含的颗粒的高效的微粒化为目的的、细管30内的处理对象流体的流动的最佳速度及微粒化处理的最佳的次数。
因此，在本发明的湿式微粒化装置中，采用以下的结构。
1)作为细管30，准备与处理对象流体容纳容器10所容纳的处理对象流体中所含的颗粒的粒径相应的多个细管，使得能够利用转接器31将这些细管可自由拆装地与针筒20连接。
2)根据混入处理对象流体内而致混浊的颗粒的粒径，决定与针筒20连接的细管30的直径。
3)根据混入处理对象流体内而致混浊的颗粒的粒径和所希望的微粒化度，决定与针筒20连接的细管30的长度。
4)将在细管30内流动的处理对象流体的流速控制为使处理对象流体的流动成为湍流那样的流速。
5)将针筒20内的基于垫圈22的往复运动的微粒化处理的次数控制为与所希望的微粒化度相应的规定的次数。
图6是对本发明的湿式微粒化装置的动作的一例进行说明的流程图。
图6中，若成为作为本发明的微粒化处理的出发点的图4的(A)的状态，则使马达410反转(步骤601)。由于该马达410的反转，使得致动器23向上方移动，伴随于此，柱塞21使针筒20内的垫圈22向上方移动，垫圈22在针筒20内后退。由此，处理对象流体容纳容器10内的处理对象流体通过细管30被导入针筒20内。
接着，检查致动器23是否已到达上限位置(步骤602)，在致动器23未到达上限位置的情况下(步骤602中：“否”)，返回到步骤601，使马达410的反转继续。
若在步骤602中判断为致动器23已到达上限位置即若判断为已成为图4的(B)的状态(步骤602中：“是”)，则对马达410进行正转控制(步骤603)。通过马达410的正转控制，致动器23向下方移动，从而，成为垫圈22在针筒20内被向下方按压的图4的(C)的状态，在该状态下，垫圈22内的处理对象流体通过细管30以规定的速度返回到处理对象流体容纳容器10内，这时，进行处理对象流体中所含的颗粒的微粒化。
接着，检查致动器23是否已到达下限位置(步骤604)，在致动器23未到达下限位置的情况下は(步骤604中：“否”)，返回到步骤603，使马达410的正转继续，但是，若在步骤604中判断为致动器23已达到下限位置即若判断为已成为图4的(A)的状态(步骤604中：“是”)，则接着检查基于致动器23的往复运动控制的微粒化处理的次数是否已达到预先设定的规定的次数(设定值)(步骤605)。
在此，在基于致动器23的往复运动控制的微粒化处理的次数未达到预先设定的规定的设定值的情况下(步骤605中：“否”)，返回到步骤601，反复进行从步骤601到步骤605的处理，但是，若在步骤605中判断为基于致动器23的往复运动控制的微粒化处理的次数已达到预先设定的规定的设定值(步骤605中：“是”)，则结束该微粒化处理。
接着，对利用上述的微粒化处理法实际进行的颗粒的微粒化的实施例，在下面进行说明。
在该实施例中，使用的细管30的直径为0.762mm、细管30的长度为65cm、处理对象流体为碳酸钙浓度0.1mg/ml、SOFTANOL浓度0.05mg/ml的碳酸钙颗粒/SOFTANOL水溶液，使用该细管30及该处理对象流体进行碳酸钙颗粒的微粒化处理。
在此，图7所示的是测绘相对于基于致动器23的往复运动控制的微粒化处理的次数(步进数目)的粒径(尺寸/nm)的减小而得到的图表。
根据图7可知，伴随基于致动器23的往复运动控制的微粒化处理的次数(步进数目)的增加，粒径(尺寸/nm)逐步地变小。
此外，在上述实施例中，示出了由使用了1根针筒的单针筒构成的情况，但是，即使采用使用了2根针筒的双针筒、或者使用了3根以上的针筒的多针筒结构，也能够同样地构成。
采用双针筒或者多针筒结构的理由为，如果是单针筒，在处理对象流体的量较多时，微粒化需要花费时间，另外，在混入处理对象流体内而致混浊的颗粒的粒径较大的情况下，为了实现所希望的微粒化，需要更换为直径及长度不同的细管。
若采用了双针筒若或者多针筒结构，则能够缩短用于对处理对象流体的进行所希望的微粒化的时间，如果以设置有连接了直径及长度不同的细管的两个或多个针筒，并将该多个针筒按顺序切换而进行微粒化的方式构成，则能够不更换细管而连续地进行微粒化处理。
以上是对本发明的一个实施例的说明，但是，本发明不限于上述实施方式，在本发明的技术思想的范围内，能够通过本领域技术人员的通常的创作能力进行多种变形。
附图标记说明
10…处理对象流体容纳容器
20…针筒
21…柱塞
22…垫圈
23…致动器
30…细管
31…转接器
32…第二滑轮
33…螺母部
40…控制部
410…马达
411…旋转轴
412…第一滑轮
420…滚珠丝杠
421…第二滑轮
430…带
440a、440b…直线导轨
100…湿式微粒化装置

Claims (10)

1.一种湿式微粒化装置，将混入处理对象流体内而致混浊的颗粒微粒化，该湿式微粒化装置的特征在于，具备：
处理对象流体容纳容器，容纳所述处理对象流体；
针筒，具备借助于柱塞在内周壁滑动的垫圈；
细管，该细管的一端插入到所述处理对象流体容纳容器内，另一端与所述针筒连接；以及
控制部，对所述柱塞进行进退控制，
通过所述控制部的控制，至少执行一次如下的微粒化处理，该微粒化处理是使所述柱塞后退从而将所述处理对象流体容纳容器内的所述处理对象流体经由所述细管容纳到所述针筒内，并使所述柱塞前进从而使所述针筒内所容纳的所述处理对象流体经由所述细管返回到所述处理对象流体容纳容器内的处理。
2.如权利要求1所述的湿式微粒化装置，其特征在于，
所述细管可自由拆装地与所述针筒连接。
3.如权利要求1或2所述的湿式微粒化装置，其特征在于，
所述细管的直径根据混入处理对象流体内而致混浊的颗粒的粒径决定。
4.如权利要求1或2所述的湿式微粒化装置，其特征在于，
所述细管的长度根据混入处理对象流体内而致混浊的颗粒的粒径和所希望的微粒化度决定。
5.如权利要求1至4中任意一项所述的湿式微粒化装置，其特征在于，
所述控制部以使所述细管内的所述处理对象流体的流动成为湍流的方式，控制由所述柱塞进行的所述细管内的所述处理对象流体的挤出的速度，并且，将通过所述柱塞的往复运动进行的所述微粒化处理的次数控制为规定的次数。
6.一种湿式微粒化方法，是将混入处理对象流体内而致混浊的颗粒微粒化的湿式微粒化方法，其特征在于，
将细管的一端插入到容纳所述处理对象流体的处理对象流体容纳容器中，并且
将所述细管的另一端与具备借助于柱塞在内周壁滑动的垫圈的针筒连接，
至少执行一次如下的微粒化处理，该微粒化处理是使所述柱塞后退从而将所述处理对象流体容纳容器内的所述处理对象流体经由所述细管容纳到所述针筒内，并使所述柱塞前进从而使所述针筒内所容纳的所述处理对象流体经由所述细管返回到所述处理对象流体容纳容器内的处理。
7.如权利要求6所述的湿式微粒化方法，其特征在于，
所述细管可自由拆装地与所述针筒连接。
8.如权利要求6或7所述的湿式微粒化方法，其特征在于，
所述细管的直径根据混入处理对象流体内而致混浊的颗粒的粒径决定。
9.如权利要求7或9所述的湿式微粒化方法，其特征在于，
所述细管的长度根据混入处理对象流体内而致混浊的颗粒的粒径和所希望的微粒化度决定。
10.如权利要求6至9中任意一项所述的湿式微粒化方法，其特征在于，
以使所述细管内的所述处理对象流体的流动成为湍流的方式，控制由所述柱塞进行的经由所述细管的所述处理对象流体的挤出的速度，并且，将通过所述柱塞的往复运动进行的所述微粒化处理的次数控制为规定的次数。
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