JP2007534469A - 異なる粘性を有する液体を液滴に変化させる装置及びシステム - Google Patents

Abstract

本発明は異なる粘性を有する液体を液滴に変化させる装置に関する。発明のシステムは、別々に設計された、可動部をもたない空気ノズルによって特徴付けられる。システムのモジュラーアーキテクチャのため、システムは必要に応じてノズル及び様々な個々の構成要素のいずれかを用いて操作され、これが最高の柔軟性を保証する。

Description

本発明は異なる粘性を有する液体を液滴に変化させる装置に関係する。本発明のシステムは、別々に設計された、可動部をもたない空気ノズルによって特徴付けられる。システムのモジュラーアーキテクチャのため、システムは必要に応じてノズル及び様々な個々の構成要素のいずれかを用いて操作され、これが最高の柔軟性を保証する。

技術的な実務では、異なる液体から個々の液滴を生成することがしばしば要求される。これを達成するための最も簡単かつ最も広く知られた方法は、適当なノズルを用いて噴霧することである。このようなノズルは非常に広範囲の構造多様性で市販されている。その範囲は、簡単なスプレーヘッド又は芝生散水機から、機械工学、又は、塗装及びワニス塗りの分野におけるハイテク開発までに及ぶ。これらのシステムのすべては、個別に影響されることも、また、より厳密に画定されることもない無数の液滴により形成されたスプレー噴霧、又は、少なくともスプレー噴出も生成するように構成される。

しかし、化学的硬化又は物理的硬化を用いて球状粒子を得るために正確に画定された液滴を生成することが望まれる場合、上記のシステムは、生成される個々の液滴の点で不正確であるため、使用に適さない。このような目的のため、画定されたサイズをもつ個々の液滴を形成するためその後に分解される精密な液体噴出を生成する機能を備えたシステムが適用される。

これらのシステムのすべてにおいて、液体噴出は毛細管オリフィスの中を通して液体出発材料を押すことにより生成される。これらの噴出が個々の液滴に分離される方法に僅かの差が生じる。

この目的のための方法は以下の二つのグループ、
1．液体噴出に軸方向の運動の他に回転又は振動のようなその他の運動が加えられる方法、及び、
2．液体噴出に軸方向の流れ運動の他に付加的な運動が加えられない方法
に大別される。

第1のカテゴリーでは、噴出は遠心力又は共振によってそれぞれ分離され、第2のカテゴリーでは、普通は気体媒体である付加的な媒体の軸方向の影響によって分離される。本発明は第2のグループに属する。

技術文献では、液体から個々の液滴を生成する役目を果たすシステムは多数の箇所で発見される。それらのうちの一部だけを実例として以下に記載する。

たとえば、F．LimとA．Sunは、雑誌“Science”、第210巻、ページ908−910、1980において、滴が気流によって分離される毛細管を使用する方法について説明している。これにより、非常に狭いサイズ分布をもつ約200μm乃至約2mmのカプセルサイズが得られる。しかし、この刊行物は、主としてセルのカプセル化の方法に関係し、液滴の生成のための完全な実験装置はこの刊行物中に記載されていない。

別の液滴の生成方法は、数本の毛細管が振動させられ、液体噴出の個々の液滴への分離を引き起こす、ドイツ国特許出願第3836894号に記載されている方法である。この場合も、同様に、得られたカプセルは、約200μm乃至約2mmの直径を有し、カプセルの生産性は上記のノズルの生産性より明らかに高いが、サイズ分布が非常に広がる。さらに、このシステムは新たな適用毎に再調整を必要とする。

これらのシステムのすべては、多くの場合、可動部を備える液滴生成装置を常時、利用するのみである。これにより、柔軟性が大きく制限されるか、又は、保守及び取り扱いの費用が増加する。

上記の従来技術に基づいて、本発明の目的は、モジュラーアーキテクチャに起因して、上記の欠点を伴うことなく、異なる粘性を有する液体を分布の狭い大きなサイズ範囲の液滴に変化させる機能をはじめて備えた装置を提供することである。液滴の生成のための個々の構成要素及び装置は、システム内で交換できるように互換性がある。

本発明によれば、装置又はシステムは、2つの部分、すなわち、異なる設計を有するノズルと、媒体の供給及びノズル制御の役目をする付加的な制御構成要素を備える周辺部とに分割される。

図1はいわゆる2媒体のノズルを示す。このノズルの動作原理は従来技術から知られている。しかし、本発明によれば、ノズルは中心の毛細管の非常に精密な調整を可能にするように変更された。このようにして、液滴の非常に狭いサイズ分布が達成される。ノズルは以下の通り動作する。液滴に変化させる材料が、中心に配置された毛細管の中を通して押されるので、液体噴出が下方ノズル端に形成される。この前に、毛細管出口開口は、調整ネジDを用いてノズル本体（部品A）に対して調整され、ロックリングCによって固定される。毛細管の心出しは3本の心出しネジによって達成される。空気又は別の気体が供給用カラーを介してノズル本体に送られる場合、シールEは先端へ向かってノズル本体の内部の空洞空間を密閉するので、空気は毛細管と同心円状にある下方ノズル端で抜ける。この気流は、画定された液滴分離をもたらし、液滴のサイズは気流に対して反比例する。部品Bをねじって外し、シールEを取り外すことにより、部品Aの内部の空洞空間への通路が得られるので、ノズルは容易に掃除できる。

ノズルに関連付けられた周辺装置はノズルに適合し、図4aに示されている。貯蔵部には、圧力制御弁DR、マノメーター、及び、停止弁BVを備える自動制御システムを用いて圧力が加えられる。この容器は、液滴に変化させられるべき液体材料を収容する。圧力の影響下で、液体はノズルの毛細管の中を通して押される。毛細管での液滴の分離を制御する気流は、制御弁RVによって調整され、図3のメーター管で測定される。メーター管の内部の縮小された断面は、管の中を流れる気流に依存した圧力差を発生する。この圧力差はメーター管の両方の継手部品に接続された差圧ゲージによって検出される。

連続的な液体噴出で動作する図4aに示されたシステムの代替案として、貯蔵部から来る液体流は、図4bに示されているが、パルス状でもよい。これは、周波数発生器によって制御され、供給ラインに挿入された弁（通常開状態）で実現される。このようにして、好ましくない表面張力を有する媒体により、巧妙な液滴分離が達成される。

システムにおいて図2に示されたノズルを使用することは、液滴と混合できない第2の液体を内部に含む液滴の生成を可能にする。この動作原理は、同様に、何回も従来技術において説明されている。図1によるノズルから得られる本発明の変更及び全体的な構造によって、ノズルはより高い信頼性と順応性が与えられる。このため、図1によるノズル本体Aは、毛細管が内部に取り付けられる管をノズルの前方部に形成するように変更された。付加的な部品Gは、図1に従って液滴分離を制御する空気がFを介して送られるこれらの2本の同心管（毛細管及び部品A）の回りに配置される。ところで、第1の液体が毛細管の中を通して押され、第2の液体が部品A上のホース継手の中を通して押される場合、第2の液体を内部に含む液滴が両方の同心管の出口開口に形成される。

このようなノズル制御を可能にするため、本発明を基礎にする装置は、第2の圧力タンク及び第2の自動制御システムを用いて、図4aに記載されたシステムより拡張されるべきである。この新しいアーキテクチャは図5に示されている。個々の部品の動作原理は図4aに示された部品の動作原理と対応する。

図1は、対応する周辺部をもつ装置で使用され得るすべての様々なタイプのノズルを示す。ノズルは、たとえば、それ相応に機械加工された特殊鋼、他の金属、又は、合成材料、及び／又は、金属と合成材料の組み合わせから作られている。 図2は、対応する周辺部をもつ装置で使用され得るすべての様々なタイプのノズルを示す。ノズルは、たとえば、それ相応に機械加工された特殊鋼、他の金属、又は、合成材料、及び／又は、金属と合成材料の組み合わせから作られている。 図3は、システムの内部の気流を測定するメーター管を詳細に示す。 図4aは、媒体の供給及びノズル制御の役目を果たす装置の付加的な構成要素のいくつかの組立体を示す。 図4bは、媒体の供給及びノズル制御の役目を果たす装置の付加的な構成要素のいくつかの組立体を示す。 図5は、媒体の供給及びノズル制御の役目を果たす装置の付加的な構成要素のいくつかの組立体を示す。

Claims (11)

1. 液滴に変化させる材料が、ノズルの内側にある少なくとも1本の毛細管を通る少なくとも1台の容器からの圧縮空気によって加圧され、液滴分離が前記ノズル内の毛細管に、同心円状に送られる気流によって行われることを特徴とする、交換可能なノズルを使って異なる粘性を有する液体を個々の液滴に変化させる装置。
2. 請求項1に記載の方法に従って動作し、
   ノズル、
   前記液滴に変化させる材料用の貯蔵器、
   前記貯蔵器に前記圧縮空気を供給する自動制御システム、及び、
   前記ノズル内で液滴分離を引き起こす同心円状の気流を制御する制御要素のうちの1つ以上の主要な構成要素を備えることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
3. 図4aに従って動作し、及び／又は、構成要素が図4aに従って配置され、及び／又は、互いに接続されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の装置。
4. 図4bに従って動作し、及び／又は、構成要素が図4bに従って配置され、及び／又は、互いに接続されることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか１項に記載の装置。
5. 図5に従って動作し、及び／又は、構成要素が図5に従って配置され、及び／又は、互いに接続されることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか１項に記載の装置。
6. 図1に従って動作するノズルを備え、及び／又は、前記ノズルの構成要素が図1に従って組み立て、配置され、及び／又は、互いに接続されることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか１項に記載の装置。
7. 図2に従って動作するノズルを備え、及び／又は、前記ノズルの構成要素が図2に従って組み立て、配置され、及び／又は、互いに接続されることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか１項に記載の装置。
8. 図3に従って動作するメーター管を備え、及び／又は、前記メーター管の構成要素が図3に従って組み立て、配置され、及び／又は、互いに接続されることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか１項に記載の装置。
9. 生成された前記液滴が、化学的に、たとえば、塩の影響によって沈殿することを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか１項に記載の装置。
10. 生成された前記液滴が、物理的に、たとえば、温度変化によって沈殿することを特徴とする、請求項1乃至9のいずれか１項に記載の装置。
11. 前記沈殿した液滴が固定される材料を含むことを特徴とする、請求項1乃至10のいずれか１項に記載の装置。

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