JP2007021329A - 粘性液体噴霧用ノズル、粉体製造装置、粘性液体噴霧方法および粉体製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】液体噴出口の位置や、粘性液体の噴出量にかかわらず、効率よく粘性液体を微粒子化して噴霧することができる粘性液体噴霧用ノズル、粉体製造装置、粘性液体噴霧方法および粉体製造方法を提供する。
【解決手段】気体噴出口２２から第１噴霧室１５に高圧気体１を噴出し、液体噴出口２７から第１噴霧室１５に粘性液体を噴出する。高圧気体１の噴出流により、第１噴霧室１５の壁面に沿って、粘性液体を微粒子化する渦循環流２が発生する。発生した微粒子を第１噴霧室１５の出口２５から排出する。気体噴出口２２から出口２５を通って噴出する高圧気体１の噴出流により、第２噴霧室１６の壁面に沿って、粘性液体を微粒子化する渦循環流３が発生する。第１噴霧室１５および第２噴霧室１６で発生した微粒子４を第２噴霧室１６の噴霧出口２６から排出する。排出された微粒子４を、乾燥装置１２により乾燥させて乾燥粉体を製造する。
【選択図】図１

Description

本発明は、粘性液体噴霧用ノズル、粉体製造装置、粘性液体噴霧方法および粉体製造方法に関する。

従来の粘性液体噴霧用ノズルとして、気体噴出口から噴霧室に高圧気体を噴出し、液体噴出口から噴霧室に粘性液体を噴出し、高圧気体の噴出流により粘性液体を微粒子化し、さらに高圧気体の噴出流により壁面に沿って渦循環流を発生させて壁面に付着した粘性液体を微粒子化し、発生したこれらの微粒子を噴霧室の噴霧出口から噴霧するものが開発されている（例えば、非特許文献１、２参照）。

丹野庄二、外３名、「極高粘性液体噴霧用ノズルの開発」、化学工学、社団法人化学工学協会、１９８４年、第４８巻、第３号、ｐ．２０８−２１１ 大黒正敏、外３名、「スラリー用空気噴霧ノズルの開発」、ケミカルエンジニヤリング、化学工業社、１９８７年、１月号、ｐ．４５−４９

しかしながら、非特許文献１および２記載の粘性液体噴霧用ノズルは、液体噴出口の位置により、発生する粒子の粒径が大きく異なるという課題があった。また、噴霧室に噴出する粘性液体の量が増えると、発生する粒子の粒径が極端に大きくなるという課題もあった。

本発明は、このような課題に着目してなされたもので、液体噴出口の位置や、粘性液体の噴出量にかかわらず、効率よく粘性液体を微粒子化して噴霧することができる粘性液体噴霧用ノズル、粉体製造装置、粘性液体噴霧方法および粉体製造方法を提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、本発明に係る粘性液体噴霧用ノズルは、気体噴出口から噴霧室に高圧気体を噴出し、高圧気体の噴出方向に対して交差する方向に液体噴出口から前記噴霧室に粘性液体を噴出して、前記高圧気体の噴出流により前記噴霧室の噴霧出口から前記粘性液体を噴霧させる粘性液体噴霧用ノズルであって、前記噴霧室は第１噴霧室と第２噴霧室とから成り、前記液体噴出口は前記第１噴霧室に設けられ、前記第１噴霧室は前記気体噴出口に連通し前記高圧気体の噴出流により前記粘性液体を低粘性化する渦循環流を壁面に沿って発生させて噴霧し、前記噴出流により発生した微粒子を排出する出口を有し、前記第２噴霧室は前記第１噴霧室の出口に連通し前記気体噴出口から前記出口を通って噴出する前記高圧気体の噴出流により前記粘性液体を低粘性化する渦循環流を壁面に沿って発生させて噴霧し、前記第１噴霧室および前記第２噴霧室で発生した微粒子を排出する噴霧出口を有することを、特徴とする。

本発明に係る粘性液体噴霧方法は、気体噴出口から噴霧室に高圧気体を噴出し、高圧気体の噴出方向に対して交差する方向に液体噴出口から前記噴霧室に粘性液体を噴出して、前記高圧気体の噴出流により前記噴霧室の噴霧出口から前記粘性液体を噴霧させる粘性液体噴霧方法であって、前記噴霧室は第１噴霧室と第２噴霧室とから成り、前記液体噴出口は前記第１噴霧室に設けられ、前記第１噴霧室で前記気体噴出口から噴出する前記高圧気体の噴出流により前記粘性液体を低粘性化する渦循環流を壁面に沿って発生させて噴霧し、発生した微粒子を前記第１噴霧室の出口から排出し、前記第２噴霧室で前記気体噴出口から前記出口を通って噴出する前記高圧気体の噴出流により前記粘性液体を低粘性化する渦循環流を壁面に沿って発生させて噴霧し、前記第１噴霧室および前記第２噴霧室で発生した微粒子を前記第２噴霧室の噴霧出口から排出することを、特徴とする。

本発明に係る粘性液体噴霧用ノズルおよび粘性液体噴霧方法では、気体噴出口から第１噴霧室に高圧気体を噴出し、液体噴出口から第１噴霧室に粘性液体を噴出する。高圧気体の噴出方向に対して交差する方向に粘性液体を噴出するため、粘性液体が高圧気体の噴出流に衝突して噴霧、微粒子化される。また、第１噴霧室では、高圧気体の噴出流により壁面に沿って渦循環流が発生する。渦循環流の発生によりその周辺が負圧の状態になり、渦循環流の周辺の粘性液体や壁面に付着した粘性液体が渦循環流に吸い寄せられる。吸い寄せられた粘性液体が、高速の渦循環流により高速循環し、気体噴出口付近で高圧気体の噴出流に衝突して噴霧、微粒子化される。このとき、渦循環流が粘性液体を低粘性化するため、効率よく微粒子化することができる。但し、液体噴出口の位置や粘性液体の噴出量によっては、全ての粘性液体を微粒子化することはできない。

発生した粘性液体の微粒子は、一部が第１噴霧室の壁面に付着するが、他の大部分が高圧気体の噴出流とともに第１噴霧室の出口から第２噴霧室に排出される。また、微粒子化されていない粘性液体も、一部が第１噴霧室の壁面に付着するが、他の大部分が高圧気体の噴出流とともに第１噴霧室の出口から第２噴霧室に排出される。

第２噴霧室では、第１噴霧室の出口を通って噴出する高圧気体の噴出流により、壁面に沿って渦循環流が発生する。渦循環流の発生によりその周辺が負圧の状態になり、渦循環流の周辺の粘性液体や壁面に付着した粘性液体が渦循環流に吸い寄せられる。吸い寄せられた粘性液体が、高速の渦循環流により高速循環し、第１噴霧室の出口付近で高圧気体の噴出流に衝突して噴霧、微粒子化される。このとき、渦循環流が粘性液体を低粘性化するため、効率よく微粒子化することができる。これにより、第１噴霧室で微粒子化されなかった粘性液体も微粒子化することができる。

第１噴霧室から第２噴霧室に排出された粘性液体の微粒子、および第２噴霧室で発生した粘性液体の微粒子は、一部が第２噴霧室の壁面に付着するが、他の大部分が高圧気体の噴出流とともに第２噴霧室の噴霧出口から排出される。こうして、液体噴出口の位置や、粘性液体の噴出量にかかわらず、効率よく粘性液体を微粒子化して噴霧することができる。なお、液体噴出口は、複数であってもよく、それぞれの液体噴出口から異なる液体を噴出してもよい。

液体噴出口は、高圧気体の噴出方向に対してほぼ直交する方向に粘性液体を噴出するよう設けられ、先端が第１噴霧室の壁面から内部に突出していることが好ましい。この場合、液体噴出口で粘性液体を高圧気体の噴出流に効果的に衝突させることができる。このため、粘性液体の噴出量にかかわらず、効率よく粘性液体を微粒子化することができる。

本発明に係る粘性液体噴霧用ノズルは、前記気体噴出口と前記第１噴霧室との境界および前記第１噴霧室と前記第２噴霧室との境界に前記高圧気体の噴出流により前記粘性液体の噴霧を促進するための鋭角部を有することが好ましい。また、本発明に係る粘性液体噴霧方法は、前記気体噴出口と前記第１噴霧室との境界および前記第１噴霧室と前記第２噴霧室との境界に形成した鋭角部で前記高圧気体の噴出流による前記粘性液体の噴霧を促進することが好ましい。この構成では、第１噴霧室および第２噴霧室で発生する高速の渦循環流に吸い寄せられて高速循環する粘性液体を、鋭角部付近で高圧気体の噴出方向に対して交差する方向に噴出させることができる。これにより、粘性液体を高圧気体の噴出流に効果的に衝突させて微粒子化することができ、粘性液体の噴霧を促進することができる。

本発明に係る粘性液体噴霧用ノズルは、前記第１噴霧室に連通する気体供給孔を有していてもよい。また、本発明に係る粘性液体噴霧方法は、前記第１噴霧室の内部に気体供給孔から気体を供給してもよい。気体供給孔から第１噴霧室の内部への気体の供給は、負圧になった第１噴霧室に自動的に行うことができる。但し、その気体の供給を加圧して行ってもよい。気体供給孔から第１噴霧室の内部に気体を供給することにより、噴霧出口からの微粒子の噴出速度を大きくすることができる。気体供給孔には、孔の大きさを調節可能な流量調整弁が設けられていてもよい。気体供給孔から第１噴霧室に供給する気体の量を調整することにより、噴霧出口からの微粒子の噴出速度を制御することができる。

本発明に係る粉体製造装置は、本発明に係る粘性液体噴霧用ノズルと、前記噴霧出口から排出された微粒子を乾燥させる乾燥装置とを有することを、特徴とする。また、本発明に係る粉体製造方法は、本発明に係る粘性液体噴霧方法により前記噴霧出口から排出された微粒子を乾燥させて乾燥粉体を製造することを、特徴とする。

本発明に係る粉体製造装置および粉体製造方法により、粘性液体を微粒子にして乾燥させ、乾燥粉体を製造することができる。微粒子を瞬間的に乾燥させれば、乾燥粉体に原材料の栄養分、ビタミン、ミネラル、香りなどをそのまま保存させることができる。このため、フリーズドライ製法より安いコストで品質の良い乾燥粉体を得ることができる。

本発明によれば、液体噴出口の位置や、粘性液体の噴出量にかかわらず、効率よく粘性液体を微粒子化して噴霧することができる粘性液体噴霧用ノズル、粉体製造装置、粘性液体噴霧方法および粉体製造方法を提供することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施の形態について説明する。
図１および図２は、本発明の実施の形態の粘性液体噴霧用ノズルおよび粉体製造装置を示している。
図１に示すように、粉体製造装置１０は、粘性液体噴霧用ノズル１１と乾燥装置１２とを有している。
図１および図２に示すように、粘性液体噴霧用ノズル１１は、ノズル本体１３に圧縮空気室１４と第１噴霧室１５と第２噴霧室１６と液体注入ノズル１７と気体供給孔１８とを有している。

図１に示すように、圧縮空気室１４は、内壁の横断形状が円形であり、圧縮部１９と、圧縮部１９より内径の小さい気体噴出部２０と、圧縮部１９と気体噴出部２０とを接続する圧密部２１とを有している。気体噴出部２０は、先端に気体噴出口２２を有している。圧密部２１は、圧縮部１９から気体噴出部２０に向かって内径が徐々に小さくなるよう形成されている。圧縮空気室１４は、圧縮部１９で空気を圧縮して圧密部２１に送り、圧密部２１で圧密して高圧化し、気体噴出部２０の気体噴出口２２から高圧気体１を亜音速で噴出するよう構成されている。

第１噴霧室１５は、内壁が釣鐘形状を成し、ドーム部２３と中間噴霧部２４とを有している。第１噴霧室１５は、ドーム部２３の中央で気体噴出口２２に連通している。第１噴霧室１５は、気体噴出口２２との境界に鋭角に形成された鋭角部１５ａを有している。中間噴霧部２４は、内径が一定で、ドーム部２３に連通している。中間噴霧部２４は、ドーム部２３と反対側に、内径より小さい直径を有する円形の出口２５を有している。第１噴霧室１５は、気体噴出口２２からの高圧気体１の噴出流により、壁面に沿って渦循環流（せん断渦流）２を発生させるよう、ドーム部２３から中間噴霧部２４にかけてなめらかに湾曲した壁面を有している。

第２噴霧室１６は、内壁がドーム形状を成し、その中央で第１噴霧室１５の出口２５に連通している。第２噴霧室１６は、第１噴霧室１５との境界に鋭角に形成された鋭角部１６ａを有している。第２噴霧室１６は、出口２５の反対側に、内壁から連続した円形の噴霧出口２６を有している。第２噴霧室１６は、気体噴出口２２から出口２５を通って噴出する高圧気体１の噴出流により、壁面に沿って渦循環流（せん断渦流）３を発生させるよう、なめらかに湾曲した壁面を有している。

図１および図２に示すように、液体注入ノズル１７は、ノズル本体１３の側壁を貫通して第１噴霧室１５に連通している。液体注入ノズル１７は、高圧気体の噴出方向に対して垂直に設けられ、先端に液体噴出口２７を有している。液体噴出口２７は、第１噴霧室１５の壁面から内部に突出している。液体注入ノズル１７は、液体噴出口２７から第１噴霧室１５の内部に粘性液体を噴出するよう構成されている。

図１および図２に示すように、気体供給孔１８は、ノズル本体１３の側壁を貫通して第１噴霧室１５に連通している。気体供給孔１８は、第１噴霧室１５の内部に気体を供給するよう構成されている。気体供給孔１８は、孔の大きさを調節可能な流量調整弁２８を有している。

図１に示すように、乾燥装置１２は、サイクロン式の乾燥機から成り、噴霧出口２６から排出された微粒子４を内部に取込可能に設けられている。乾燥装置１２は、噴霧出口２６から排出された微粒子４を熱風により乾燥させ、乾燥した微粒子をサイクロンにより回収して、乾燥粉体を製造するよう構成されている。

次に、作用について説明する。
図１に示すように、粉体製造装置１０により、粘性液体噴霧用ノズル１１から以下に示す粘性液体噴霧方法で噴霧を行い、乾燥粉体の製造を行うことができる。

気体噴出口２２から第１噴霧室１５に高圧気体１を噴出し、液体噴出口２７から第１噴霧室１５に粘性液体を噴出する。粘性液体には、非ニュートン流体を用いる。このとき、高圧気体１の噴出方向に対して直交する方向に粘性液体を噴出し、液体噴出口２７が第１噴霧室１５の壁面から内部に突出しているため、粘性液体が高圧気体１の噴出流に効果的に衝突して噴霧、微粒子化される。また、第１噴霧室１５では、高圧気体１の噴出流により壁面に沿って渦循環流２が発生する。渦循環流２の発生によりその周辺が負圧の状態になり、渦循環流２の周辺の粘性液体や壁面に付着した粘性液体が渦循環流２に吸い寄せられる。吸い寄せられた粘性液体が、高速の渦循環流２により強制的かつ急激に高速循環し、鋭角部１５ａ付近で高圧気体１の噴出方向に対して交差する方向に噴出し、そこで高圧気体１の噴出流に効果的に衝突して噴霧、微粒子化される。このとき、渦循環流２が粘性液体を低粘性化するため、効率よく微粒子化することができる。なお、粘性液体の噴出量によっては、全ての粘性液体を微粒子化することができない。

発生した粘性液体の微粒子は、一部が第１噴霧室１５の壁面に付着するが、他の大部分が高圧気体１の噴出流とともに第１噴霧室１５の出口２５から第２噴霧室１６に排出される。また、微粒子化されていない粘性液体も、一部が第１噴霧室１５の壁面に付着するが、他の大部分が高圧気体１の噴出流とともに第１噴霧室１５の出口２５から第２噴霧室１６に排出される。

第２噴霧室１６では、第１噴霧室１５の出口２５を通って噴出する高圧気体１の噴出流により、壁面に沿って渦循環流３が発生する。渦循環流３の発生によりその周辺が負圧の状態になり、渦循環流３の周辺の粘性液体や壁面に付着した粘性液体が渦循環流３に吸い寄せられる。吸い寄せられた粘性液体が、高速の渦循環流３により強制的かつ急激に高速循環し、鋭角部１６ａ付近で高圧気体１の噴出方向に対して交差する方向に噴出し、そこで高圧気体１の噴出流に効果的に衝突して、噴霧、微粒子化される。このとき、渦循環流３が粘性液体を低粘性化するため、効率よく微粒子化することができる。これにより、第１噴霧室１５で微粒子化されなかった粘性液体も微粒子化することができる。

第１噴霧室１５から第２噴霧室１６に排出された粘性液体の微粒子、および第２噴霧室１６で発生した粘性液体の微粒子は、一部が第２噴霧室１６の壁面に付着するが、他の大部分が高圧気体１の噴出流とともに第２噴霧室１６の噴霧出口２６から排出される。こうして、液体噴出口２７の位置や、粘性液体の噴出量にかかわらず、効率よく粘性液体を微粒子化して噴霧することができる。また、鋭角部１５ａ，１６ａにより粘性液体の噴霧を促進することができる。

乾燥装置１２が、噴霧出口２６から排出された微粒子４を内部に取り込み、これを乾燥させて乾燥粉体を製造する。微粒子４を瞬間的に乾燥させれば、乾燥粉体に原材料の栄養分、ビタミン、ミネラル、香りなどをそのまま保存させることができる。このため、フリーズドライ製法より安いコストで品質の良い乾燥粉体を得ることができる。また、乾燥することにより、微粒子４に対する殺菌効果や防錆効果も得られる。

粘性液体噴霧用ノズル１１では、第１噴霧室１５の壁面に沿って高速の渦循環流２が発生すると、渦循環流２の周辺が負圧の状態になり、気体供給孔１８から第１噴霧室１５の内部へ気体が自動的に供給される。この気体の供給により、噴霧出口２６からの微粒子４の噴出流量を大きくすることができる。流量調整弁２８により気体供給孔１８の孔の大きさを調整し、気体供給孔１８から第１噴霧室１５に供給する気体の量を調整することができる。これにより、噴霧出口２６からの微粒子４の噴出速度を制御することができる。

図２に示すように、粉体製造装置１０は、第１噴霧室１５の内壁に接するよう液体注入ノズル２９が設けられてもよい。この場合にも、粘性液体の噴出量にかかわらず、効率よく粘性液体を微粒子化して噴霧することができる。液体注入ノズル２９は、液体注入ノズル１７とともに設けられていてもよい。液体注入ノズルが複数設けられている場合には、それらの微粒子の混合が容易である。

本発明の実施の形態の粉体製造装置および粘性液体噴霧用ノズルの使用状態を示す縦断面図である。 図１に示す粘性液体噴霧用ノズルを示すＡ−Ａ断面図である。

符号の説明

１ 高圧気体
２，３ 渦
４ 微粒子
１０ 粉体製造装置
１１ 粘性液体噴霧用ノズル
１２ 乾燥装置
１３ ノズル本体
１４ 圧縮空気室
１５ 第１噴霧室
１６ 第２噴霧室
１７ 液体注入ノズル
１８ 気体供給孔
１９ 圧縮部
２０ 気体噴出部
２１ 圧密部
２２ 気体噴出口
２３ ドーム部
２４ 中間噴霧部
２５ 出口
２６ 噴霧出口
２７ 液体噴出口
２８ 流量調整弁

Claims (8)

1. 気体噴出口から噴霧室に高圧気体を噴出し、高圧気体の噴出方向に対して交差する方向に液体噴出口から前記噴霧室に粘性液体を噴出して、前記高圧気体の噴出流により前記噴霧室の噴霧出口から前記粘性液体を噴霧させる粘性液体噴霧用ノズルであって、
   前記噴霧室は第１噴霧室と第２噴霧室とから成り、前記液体噴出口は前記第１噴霧室に設けられ、前記第１噴霧室は前記気体噴出口に連通し前記高圧気体の噴出流により前記粘性液体を低粘性化する渦循環流を壁面に沿って発生させて噴霧し、前記噴出流により発生した微粒子を排出する出口を有し、前記第２噴霧室は前記第１噴霧室の出口に連通し前記気体噴出口から前記出口を通って噴出する前記高圧気体の噴出流により前記粘性液体を低粘性化する渦循環流を壁面に沿って発生させて噴霧し、前記第１噴霧室および前記第２噴霧室で発生した微粒子を排出する噴霧出口を有することを、特徴とする粘性液体噴霧用ノズル。
2. 前記気体噴出口と前記第１噴霧室との境界および前記第１噴霧室と前記第２噴霧室との境界に前記高圧気体の噴出流により前記粘性液体の噴霧を促進するための鋭角部を有することを、特徴とする請求項１記載の粘性液体噴霧用ノズル。
3. 前記第１噴霧室に連通する気体供給孔を有することを、特徴とする請求項１または２記載の粘性液体噴霧用ノズル。
4. 請求項１，２または３記載の粘性液体噴霧用ノズルと、前記噴霧出口から排出された微粒子を乾燥させる乾燥装置とを有することを、特徴とする粉体製造装置。
5. 気体噴出口から噴霧室に高圧気体を噴出し、高圧気体の噴出方向に対して交差する方向に液体噴出口から前記噴霧室に粘性液体を噴出して、前記高圧気体の噴出流により前記噴霧室の噴霧出口から前記粘性液体を噴霧させる粘性液体噴霧方法であって、
   前記噴霧室は第１噴霧室と第２噴霧室とから成り、
   前記液体噴出口は前記第１噴霧室に設けられ、
   前記第１噴霧室で前記気体噴出口から噴出する前記高圧気体の噴出流により前記粘性液体を低粘性化する渦循環流を壁面に沿って発生させて噴霧し、発生した微粒子を前記第１噴霧室の出口から排出し、前記第２噴霧室で前記気体噴出口から前記出口を通って噴出する前記高圧気体の噴出流により前記粘性液体を低粘性化する渦循環流を壁面に沿って発生させて噴霧し、前記第１噴霧室および前記第２噴霧室で発生した微粒子を前記第２噴霧室の噴霧出口から排出することを、特徴とする粘性液体噴霧方法。
6. 前記気体噴出口と前記第１噴霧室との境界および前記第１噴霧室と前記第２噴霧室との境界に形成した鋭角部で前記高圧気体の噴出流による前記粘性液体の噴霧を促進することを、特徴とする請求項５記載の粘性液体噴霧方法。
7. 前記第１噴霧室の内部に気体供給孔から気体を供給することを、特徴とする請求項５または６記載の粘性液体噴霧方法。
8. 請求項５、６または７記載の粘性液体噴霧方法により前記噴霧出口から排出された微粒子を乾燥させて乾燥粉体を製造することを、特徴とする粉体製造方法。

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