JP2006326398A - 噴霧盤、噴霧装置及び噴霧乾燥機 - Google Patents

Abstract

【課題】 粒子の粒径バラツキの抑制が図られた噴霧盤、噴霧装置及び噴霧乾燥機を提供する。
【解決手段】 本発明に係る噴霧盤３４においては、上下取付円板５０に供給された原液は、上下取付円板５０の周縁方向に流れ、噴霧用コロ６２の周面６２ａに沿って上昇して膜状となる。そして、原液は、膜状となった後に、上下取付円板５０から外方に噴霧される。ここで、所定の径以下の液滴のみ通過可能なフィルタ部材６４が、上部取付円板５２の外縁部５２ａと下部取付円板５４の外縁部５４ｂとの間を覆うように配されている。そのため、上下取付円板５０から噴霧された上記所定の径以上の液滴は、このフィルタ部材６４に衝突してより小さな径の液滴に破砕される。その結果、比較的大きな径を有する液滴が縮小化されて、液滴全体における径のバラツキが抑制されることとなるため、この噴霧盤３４を用いることで、得られる粒子の粒径バラツキの抑制が実現される。
【選択図】 図３

Description

本発明は、遠心式の噴霧装置に用いる噴霧盤、この噴霧盤を用いた噴霧装置、及びこの噴霧装置を用いた噴霧乾燥機に関するものである。

従来、薬剤や食料品などの流体や、セラミックスラリー等である原液を、噴霧盤や加圧ノズルによって液滴状にして高温ガス中に噴霧し、瞬時に乾燥固化させることで原液を粒子化する噴霧乾燥機が一般に知られている。このような噴霧乾燥機は、原液の粒子化の際に、原液のろ過や分離、機械的濃縮等の処理を省略できるという特長があり、多くの場合球状の粒子を得ることができる。

このような噴霧乾燥機のうち、噴霧盤を備えるタイプの噴霧乾燥機は、例えば、下記特許文献１に開示されている。この文献に記載の噴霧盤８０は、図６の（ａ）及び（ｂ）に示すように、上下取付円板８２の間に円錐状の噴霧用コロ８４が配置された構造を有している。そして、この噴霧盤８０を用いて原液の噴霧をおこなう際には、回転する上下取付円板８２の中心部付近に、原液供給管８６から原液を供給する。すると、原液は遠心力によって上下取付円板８２の周縁方向に流れる。そして、原液は、上下取付円板８２の周縁に配置された噴霧用コロ８４まで達すると、噴霧用コロ８４の周面８４ａに沿って上昇して、噴霧用コロ８４の高さ方向に関して略均一厚さの膜状となる。その後、原液は、噴霧用コロ８４の周面８４ａから液滴状になって離脱し、噴霧盤８０から噴霧される。このように、噴霧用コロ８４によって原液を一旦均一厚さの膜状とすることにより、噴霧される液滴の径の均一化が図られている。その結果、この液滴を乾燥固化して得られる粒子の粒径の均一化も図られている。
特開平９−１３１５５０号公報

しかしながら、従来の上記噴霧乾燥機には、次のような課題が存在している。すなわち、噴霧盤に供給された原液を、噴霧用コロの高さ方向に関して厳密に均一厚さの膜状とすることが困難であったため、原液が離脱する噴霧用コロの高さ位置によって、液滴の径にバラツキが生じていた。この液滴の径のバラツキが、この液滴を乾燥固化して得られる粒子の粒径バラツキの原因となっていた。

そこで、本発明は、上述の課題を解決するためになされたもので、粒子の粒径バラツキの抑制が図られた噴霧盤、噴霧装置及び噴霧乾燥機を提供することを目的とする。

本発明に係る噴霧盤は、上部取付円板と下部取付円板とを有する上下取付円板と、上部取付円板の上部取付円板の外縁部と下部取付円板の外縁部との間を覆うように配され、所定の径以下の液滴のみ通過可能なフィルタ部材と、上下取付円板の間の略周縁に沿って配置された略円錐状の複数の噴霧用コロとを備えることを特徴とする。

この噴霧盤においては、上下取付円板の中心部付近に供給された原液は、上下取付円板の周縁方向に流れ、噴霧用コロの周面に沿って上昇して膜状となる。そして、原液は、膜状となった後に、液滴状になって噴霧用コロの周面から離脱し、上下取付円板から外方に噴霧される。ここで、所定の径以下の液滴のみ通過可能なフィルタ部材が、上部取付円板の外縁部と下部取付円板の外縁部との間を覆うように配されている。そのため、上下取付円板から噴霧された上記所定の径以上の液滴は、このフィルタ部材に衝突し、衝突の衝撃によってより小さな径の液滴に破砕される。その結果、比較的大きな径を有する液滴が縮小化されて、液滴全体における径のバラツキが抑制されることとなる。従って、この噴霧盤を用いることで、得られる粒子の粒径バラツキの抑制が実現される。

本発明に係る噴霧装置は、上部取付円板と下部取付円板とを有する上下取付円板と、上部取付円板の上部取付円板の外縁部と下部取付円板の外縁部との間を覆うように配され、所定の径以下の液滴のみ通過可能なフィルタ部材と、上下取付円板の間の略周縁に沿って配置された略円錐状の複数の噴霧用コロとを有する噴霧盤と、噴霧盤の上下取付円板を回転させる回転軸と、上下取付円板に、上部取付円板側から原液を供給する原液供給手段とを備えることを特徴とする。

この噴霧装置においては、噴霧盤の上下取付円板の中心部付近に供給された原液は、上下取付円板の周縁方向に流れ、噴霧用コロの周面に沿って上昇して膜状となる。そして、原液は、膜状となった後に、液滴状になって噴霧用コロの周面から離脱し、上下取付円板から外方に噴霧される。ここで、所定の径以下の液滴のみ通過可能なフィルタ部材が、上部取付円板の外縁部と下部取付円板の外縁部との間を覆うように配されている。そのため、上下取付円板から噴霧された上記所定の径以上の液滴は、このフィルタ部材に衝突し、衝突の衝撃によってより小さな径の液滴に破砕される。その結果、比較的大きな径を有する液滴が縮小化されて、液滴全体における径のバラツキが抑制されることとなる。従って、この噴霧装置を用いることで、得られる粒子の粒径バラツキの抑制が実現される。

本発明に係る噴霧乾燥機は、上部取付円板と下部取付円板とを有する上下取付円板と、上部取付円板の上部取付円板の外縁部と下部取付円板の外縁部との間を覆うように配され、所定の径以下の液滴のみ通過可能なフィルタ部材と、上下取付円板の間の略周縁に沿って配置された略円錐状の複数の噴霧用コロとを有する噴霧盤と、噴霧盤の上下取付円板を回転させる回転軸と、上下取付円板に、上部取付円板側から原液を供給する原液供給手段と、噴霧盤を収容する噴霧乾燥室と、噴霧乾燥室内に、噴霧盤から噴霧される原液を加熱乾燥するための高温ガスを供給するガス供給手段とを備えることを特徴とする。

この噴霧乾燥機においては、噴霧盤の上下取付円板の中心部付近に供給された原液は、上下取付円板の周縁方向に流れ、噴霧用コロの周面に沿って上昇して膜状となる。そして、原液は、膜状となった後に、液滴状になって噴霧用コロの周面から離脱し、上下取付円板から外方に噴霧される。ここで、所定の径以下の液滴のみ通過可能なフィルタ部材が、上部取付円板の外縁部と下部取付円板の外縁部との間を覆うように配されている。そのため、上下取付円板から噴霧された上記所定の径以上の液滴は、このフィルタ部材に衝突し、衝突の衝撃によってより小さな径の液滴に破砕される。その結果、比較的大きな径を有する液滴が縮小化されて、液滴全体における径のバラツキが抑制されることとなる。従って、この噴霧乾燥機を用いることで、得られる粒子の粒径バラツキの抑制が実現される。

本発明によれば、粒子の粒径バラツキの抑制が図られた噴霧盤、噴霧装置及び噴霧乾燥機が提供される。

以下、添付図面を参照して本発明に係る噴霧盤、噴霧装置及び噴霧乾燥機を実施するにあたり最良と思われる形態について詳細に説明する。なお、同一又は同等の要素については同一の符号を付し、説明が重複する場合にはその説明を省略する。

図１に、本発明の実施形態に係る噴霧乾燥機１０の概略構成図を示す。この噴霧乾燥機１０は、セラミックスラリー等である原液を液滴状にして噴霧すると共に、液滴状にした原液を乾燥固化することによって、原液から微細な球状の粒子を得るためのものであり、スプレードライヤとも称される。そして、噴霧乾燥機１０は、噴霧乾燥室１２と、噴霧乾燥室１２の頂部に設けられた噴霧装置１４と、噴霧装置１４の周辺から噴霧乾燥室１２内に熱風（すなわち、高温ガス）を供給するガス供給手段１６とを備えている。

噴霧乾燥室１２は、ガス供給手段１６から熱風が吹き込まれて、その熱風によって噴霧装置１４から噴霧された液滴を乾燥固化するための容器である。噴霧乾燥室１２の底部には、噴霧装置１４から噴霧された液滴の乾燥固化によって得られた粒子を回収するための回収ポケット１８と、ガス供給手段１６から供給された熱風の排気をおこなうための排気口２０が設けられている。この排気口２０は、排気管２２を介して、上記粒子の分離及び回収をおこなうサイクロン２４につながっている。

ガス供給手段１６は、ガス供給口２６とガス供給装置２８とによって構成されている。ガス供給口２６は、噴霧装置１４の周囲から噴霧乾燥室１２内に竜巻状の熱風を吹き込むように配されている。ガス供給装置２８は、ガス供給口２６に熱風を送り込む装置である。

噴霧装置１４は、噴霧乾燥室１２内に原液の液滴を噴霧するものであり、アトマイザとも称される。この噴霧装置１４の具体的な構成は、図２に示したとおりである。すなわち、噴霧装置１４は、モータ３０と、モータ３０によって回転されると共に鉛直下向きに延びる回転軸３２と、回転軸３２の下端に設けられた噴霧盤３４と、噴霧盤３４に対して原液を供給する複数本（例えば４本）の原液供給管３６とを備えている。そして、噴霧装置１４のうち、少なくとも噴霧盤３４に関しては、噴霧乾燥室１２の内部に収容されている。

ここで、原液供給管３６は、本発明における原液供給手段であり、原液供給装置３８から原液が送られてくる。なお、必要に応じて、原液供給管３６から導入される原液を、液分配器により均一に分配した後に噴霧盤３４に供給してもよい。

噴霧装置１４は、さらに、２つの軸受け４０Ａ，４０Ｂを有すると共に回転軸３２を保持するハウジング４２と、ハウジング４２及び原液供給管３６を収容すると共に下方に向かうに従って漸次縮径しているロート状ケーシング４４と、モータ３０を覆うと共に噴霧装置１４全体を釣止するためのモータカバー４６とを備えている。

このような構成を有する噴霧装置１４においては、モータ３０を駆動することにより、回転軸３２が回転し、回転軸３２に取り付けられた噴霧盤３４が回転する。そして、回転している噴霧盤３４に対して、原液供給管３６から原液を供給すると、噴霧盤３４の回転に伴う遠心力により噴霧盤３４から原液の液滴が水平方向に沿う方向に噴霧される。そして、噴霧された液滴は、図１に示した噴霧乾燥室１２内において瞬時に乾燥固化されて粒子となり、その大部分が沈下して噴霧乾燥室１２の底部の回収ポケット１８に回収され、その一部は熱風に搬送されて排気口２０を通りサイクロン２４によって回収される。

次に、上述した噴霧盤３４の構成について、図３及び図４を参照しつつ詳しく説明する。図３に示すように、噴霧盤３４は、回転軸３２と直交する上下取付円板５０を有している。この上下取付円板５０は、平行に配された上部取付円板５２及び下部取付円板５４と、上部取付円板５２と下部取付円板５４とを連結する複数の連結軸５６とによって構成されている。下部取付円板５４の中央部には、回転軸３２と螺合するためのナット部５８が形成されており、このナット部５８において下部取付円板５４と回転軸３２とを結合させて袋ナット６０で締結することにより上下取付円板５０と回転軸３２とが一体的に回転する。上部取付円板５２は、中央部が空隙となっている環状円板であり、その空隙に上述した原液供給管３６が配置される。上部取付円板５２の外径（本実施形態では６５ｍｍ）は、下部取付円板５４の外径と略同一となっている。

上部取付円板５２と下部取付円板５４とを連結する複数本（本実施形態では１２本）の連結軸５６は、図４に示すように、上下取付円板５０の周縁に沿って同心円状に等角度間隔で配置されている。そして、各連結軸５６の周りには、噴霧用コロ６２が回動自在に設けられている。つまり、この噴霧用コロ６２も、連結軸５６と同様に、下部取付円板５４の周縁（すなわち、上下取付円板５０の周縁）に沿って配置されている。この噴霧用コロ６２は、下部取付円板５４から上部取付円板へ向かって漸次縮径する略円錐状を有している。なお、噴霧用コロ６２は、適宜回動しないように連結軸５６に固定してもよい。

そして、上下取付円板５０を囲む円管状のフィルタ部材６４が、上部取付円板５２の外縁部５２ａと下部取付円板５４の外縁部５４ｂとの間に架け渡されるように設けられている。このフィルタ部材６４は、上下取付円板５０の全周に亘って、上部取付円板５２の外縁部５２ａと下部取付円板５４の外縁部５４ｂとの間を覆っている。また、フィルタ部材６４は、略全体に亘って網目構造となっており、所定の径以下（例えば、８０μｍ以下）の液滴のみが通過可能となっている。

以上のような構成を有する噴霧盤３４によって液滴の噴霧をおこなう際には、回転軸３２により上下取付円板５０を回転させている状態で、原液供給管３６によって上下取付円板５０の中心部付近に上部取付円板５２側から原液を供給する。すると、上下取付円板５０に供給された原液は、遠心力によって下部取付円板５４の上面５４ａを上下取付円板５０の周縁方向に流れる。そして、原液が噴霧用コロ６２まで達すると、噴霧用コロ６２の周面６２ａに沿ってすくい上げられるように上昇して膜状となる。このとき、この膜状の原液の厚さは、噴霧用コロ６２の高さ方向に関して略均一となっている。原液は、噴霧用コロ６２において膜状となった後、液滴状になって噴霧用コロ６２の周面６２ａから離脱し、図３の矢印Ａに示すように上下取付円板５０から外方に噴霧される。このように、噴霧用コロ６２によって原液を一旦均一厚さの膜状にすることで、噴霧される液滴の径がある程度均一化される。

そして、上下取付円板５０から外方に噴霧された原液の液滴は、上下取付円板５０の外側に配されたフィルタ部材６４に到達する。そして、フィルタ部材６４に到達した液滴のうち、径が８０μｍ以下である液滴は、フィルタ部材６４の網目構造を通過して、噴霧盤３４の外方に飛散する。一方、フィルタ部材６４に到達した液滴のうち、径が８０μｍを超える液滴（以下、粗粒液滴とも称す。）は、フィルタ部材６４の網目構造を通過することができずに、フィルタ部材６４に衝突する。このようにフィルタ部材６４に衝突した粗粒液滴は、衝突の衝撃によってより小さな径の液滴に破砕される。換言すると、上下取付円板５０から噴霧される液滴全体の粒度分布は、フィルタ部材６４による破砕によって粗粒領域の粒子が微粒領域側に遷移する。それにより、液滴の粒度分布範囲が狭くなって、液滴の径のバラツキが抑制される。なお、破砕されて縮小化（つまり、小径化）された液滴は、その他の液滴と共にフィルタ部材６４の網目構造を通過して、噴霧盤３４の外方に飛散する。

すなわち、以上で示したようなフィルタ部材６４を備えた噴霧盤３４によれば、フィルタ部材６４において粗粒液滴の破砕がおこなわれるため、フィルタ部材６４を備えない従来の噴霧盤８０（図６参照）に比べて、噴霧される液滴の径のバラツキの抑制が実現される。そのため、上述した噴霧盤３４、噴霧装置１４及び噴霧乾燥機１０を用いることで、粒子の粒径バラツキが抑制されて粒径の均一化が実現される。

フィルタ部材を備える噴霧盤の効果を明らかなものとするため、以下、実施例及び比較例を用いて説明する。

発明者らは、上述した実施形態に係る噴霧盤３４と同様の噴霧盤（以下、噴霧盤Ａと称す。）と、従来技術に係る噴霧盤８０と同様の噴霧盤（以下、噴霧盤Ｂと称す。）とを用意して、それぞれの噴霧盤を用いてセラミックスラリーを粒子化する実験をおこなった。そして、両噴霧盤Ａ，Ｂを比較するために、それぞれの噴霧盤によって粒子化された粒子の粒度分布を測定した。なお、粒径に影響を与える噴霧盤の周速（２５ｍ／ｓｅｃ）等の諸条件は、両噴霧盤Ａ，Ｂにおいて同一にして実験をおこなった。

粒度分布の測定結果は、図５のグラフに示すとおりであった。なお、図５のグラフの横軸は粒径（μｍ）を示しており、縦軸は累積分率（％）を示している。また、このグラフにおいては、噴霧盤Ａで粒子化した粒子の粒度分布（累積度数曲線）は実線で示しており、噴霧盤Ｂで粒子化した粒子の粒度分布（累積度数曲線）は破線で示している。

このグラフから明らかなように、噴霧盤Ａを用いた場合には、噴霧盤Ｂを用いた場合に比べて、粒径の大きな粒子の低減が図られている。これは、上述したようにフィルタ部材６４による粗粒液滴の破砕によるものであると考えられる。その結果、噴霧盤Ａにおいては、噴霧盤Ｂに比べて、粒子の粒径バラツキが抑制されて粒径の均一化が実現されている。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、フィルタ部材の網目構造の粗さは、入用の粒径に合わせて、適宜変更することが可能である。また、フィルタ部材は、上下取付円板と一体的に形成してもよい。さらに、フィルタ部材は、上下取付円板の周りを完全に覆うものでなくてもよく、一部にスリットや切り欠き等が形成されていてもよい。上述した噴霧乾燥機は、セラミック粒子以外の粒子を作製する際に利用してもよい。

本発明の実施形態に係る噴霧乾燥機の概略構成図である。 図１の噴霧乾燥機の噴霧装置を示した要部拡大断面図である。 図２の噴霧装置の噴霧盤を示した要部拡大断面図である。 図３の噴霧盤の平面図である。 本発明の実施例に係る測定結果を示したグラフである。 従来技術に係る噴霧盤を示した図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図を示している。

符号の説明

１０…噴霧乾燥機、１２…噴霧乾燥室、１４…噴霧装置、１６…ガス供給手段、３２…回転軸、３４…噴霧盤、３６…原液供給管、５０…上下取付円板、５２…上部取付円板、５４…下部取付円板、６２…噴霧用コロ、６４…フィルタ部材。

Claims (3)

1. 上部取付円板と下部取付円板とを有する上下取付円板と、
   前記上部取付円板の前記上部取付円板の外縁部と前記下部取付円板の外縁部との間を覆うように配され、所定の径以下の液滴のみ通過可能なフィルタ部材と、
   前記上下取付円板の間の略周縁に沿って配置された略円錐状の複数の噴霧用コロとを備える、噴霧盤。
2. 上部取付円板と下部取付円板とを有する上下取付円板と、前記上部取付円板の前記上部取付円板の外縁部と前記下部取付円板の外縁部との間を覆うように配され、所定の径以下の液滴のみ通過可能なフィルタ部材と、前記上下取付円板の間の略周縁に沿って配置された略円錐状の複数の噴霧用コロとを有する噴霧盤と、
   前記噴霧盤の前記上下取付円板を回転させる回転軸と、
   前記上下取付円板に、前記上部取付円板側から原液を供給する原液供給手段とを備える、噴霧装置。
3. 上部取付円板と下部取付円板とを有する上下取付円板と、前記上部取付円板の前記上部取付円板の外縁部と前記下部取付円板の外縁部との間を覆うように配され、所定の径以下の液滴のみ通過可能なフィルタ部材と、前記上下取付円板の間の略周縁に沿って配置された略円錐状の複数の噴霧用コロとを有する噴霧盤と、
   前記噴霧盤の前記上下取付円板を回転させる回転軸と、
   前記上下取付円板に、前記上部取付円板側から原液を供給する原液供給手段と、
   前記噴霧盤を収容する噴霧乾燥室と、
   前記噴霧乾燥室内に、前記噴霧盤から噴霧される原液を加熱乾燥するための高温ガスを供給するガス供給手段とを備える、噴霧乾燥機。
   

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