JP2009000642A - Emulsifying and grinding device, emulsifying and grinding method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガソリンやオイル等の疎水性液体を水と乳化させるための乳化処理を行ったり、粉体を極めて細かく粉砕する処理を行うための乳化及び粉砕装置に関する。又、本発明は、上記処理を行うための乳化及び粉砕方法に関する。 The present invention relates to an emulsification and pulverization apparatus for performing an emulsification treatment for emulsifying a hydrophobic liquid such as gasoline or oil with water, or performing a treatment for pulverizing powder extremely finely. Moreover, this invention relates to the emulsification and the grinding | pulverization method for performing the said process.
特開平5−49912号公報には、疎水性液体を水と乳化させる乳化装置が記載されている。この装置は、回転するロータをステータ内に挿入し、ステータを回転させながらロータとステータとの間に液体を通過させる構造となっている。又、ステータの内周面に突起状の刃体を複数形成する一方、ロータの外周面にも突起状の刃体を複数形成し、これらの刃体の間に液体を通過させることにより液体に剪断力を付与して乳化させるようになっている。 Japanese Patent Application Laid-Open No. 5-49912 describes an emulsifying device for emulsifying a hydrophobic liquid with water. This apparatus has a structure in which a rotating rotor is inserted into a stator, and liquid is passed between the rotor and the stator while rotating the stator. In addition, a plurality of protruding blade bodies are formed on the inner peripheral surface of the stator, while a plurality of protruding blade bodies are also formed on the outer peripheral surface of the rotor, and liquid is passed between these blade bodies to make the liquid. A shearing force is applied to emulsify.
特開2000−279787号公報には、土壌等の粉体を粉砕する粒状化装置が記載されている。この装置は、外側ロータの内部に内側ロータを偏心させて挿入し、外側ロータ及び内側ロータを逆方向に回転させながら、これらの間に粉体を供給して粉砕する構造となっている。外側ロータ及び内側ロータには、相手側に突出する刃体を形成し、これらの刃体を通過する粉体を粉砕するようになっている。
しかしながら、上述した従来装置では、乳化を十分に行うことができないと共に極細かい粒子にまで粉砕することができない問題を有している。このため、特開平5−49912号公報の装置を用いる場合には、疎水性液体、水の他に乳化剤としての界面活性剤を多く用いる必要がある。さらに、同公報の装置では、ガソリンを乳化させることができず、例えば、ガソリンと水とが乳化されたエマルジョン燃料を製造する装置としては不向きとなっている。特開2000−279787号公報の装置では、極細かな粒子に粉砕できないため、粉砕された粉体の適用範囲が限定されている。さらに、いずれの装置においても、乳化専用又は粉砕専用のいずれか一方に用いられるものであり、乳化及び粉砕の双方に適用できる汎用性を有していない。 However, the above-described conventional apparatus has a problem that it cannot be sufficiently emulsified and cannot be pulverized to extremely fine particles. For this reason, when using the apparatus of Unexamined-Japanese-Patent No. 5-49912, it is necessary to use many surfactants as an emulsifier other than hydrophobic liquid and water. Further, the apparatus disclosed in the publication cannot emulsify gasoline, and is not suitable as an apparatus for producing an emulsion fuel in which gasoline and water are emulsified, for example. In the apparatus of Japanese Patent Laid-Open No. 2000-279787, the application range of the pulverized powder is limited because it cannot be pulverized into very fine particles. Furthermore, in any apparatus, it is used only for emulsification or pulverization, and does not have versatility applicable to both emulsification and pulverization.
本発明は、以上の従来装置の問題点を考慮してなされたものであり、界面活性剤を用いなくても乳化ができるばかりでなく、ガソリンを乳化したエマルジョン燃料を製造することができ、更には、ナノメーターレベルへの極細かな粉砕を行うことができる乳化及び粉砕装置、乳化及び粉砕方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned problems of the conventional apparatus, and not only can emulsification without using a surfactant, but also can produce an emulsion fuel emulsified with gasoline. An object of the present invention is to provide an emulsification and pulverization apparatus and an emulsification and pulverization method capable of performing fine pulverization to the nanometer level.
請求項1記載の発明の乳化及び粉砕装置は、平滑な円筒状の内周面を有すると共に内外方向に貫通する複数のスリットが形成された外側ロータと、平滑な円筒状の外周面を有すると共に内外方向に貫通する複数のスリットが形成され、前記外側ロータに挿入されることにより前記外周面が外側ロータの内周面と微小な隙間を有して対面する内側ロータと、処理材料の入口及び出口が形成され、前記外側ロータと内側ロータとが組み付けられたロータアッシーを回転自在に収納するケースと、外側ロータ及び内側ロータを逆方向に回転させる駆動手段とを有して構成されており、前記ケースの入口から導入された処理材料が外側ロータと内側ロータとの間の隙間に入った後、これらの隙間を通過して前記スリットからケースの内部に流れ出ることを特徴とする。
The emulsifying and pulverizing apparatus according to
請求項2記載の発明は、請求項1記載の乳化及び粉砕装置であって、前記外側ロータの内周面と内側ロータとの外周面との隙間がナノメーターレベルであることを特徴とする。 A second aspect of the present invention is the emulsification and pulverization apparatus according to the first aspect, wherein the gap between the inner peripheral surface of the outer rotor and the outer peripheral surface of the inner rotor is at a nanometer level.
請求項3記載の発明は、請求項1又は2記載の乳化及び粉砕装置であって、前記外側ロータ及び内側ロータは、回転軸が一直線上に位置していることを特徴とする。 A third aspect of the present invention is the emulsification and pulverization apparatus according to the first or second aspect, wherein the outer rotor and the inner rotor have rotational axes positioned on a straight line.
請求項4記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項記載の乳化及び粉砕装置であって、前記外側ロータの内周面又は内側ロータの外周面の少なくとも一方にダイヤモンドチップが埋め込まれていることを特徴とする。 A fourth aspect of the present invention is the emulsification and pulverization apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein a diamond tip is embedded in at least one of the inner peripheral surface of the outer rotor and the outer peripheral surface of the inner rotor. It is characterized by.
請求項5記載の発明は、請求項1乃至3のいずれか1項記載の乳化及び粉砕装置であって、前記内側ロータの内周面に羽根プレートが設けられていることを特徴とする。 A fifth aspect of the present invention is the emulsification and pulverization apparatus according to any one of the first to third aspects, wherein a blade plate is provided on an inner peripheral surface of the inner rotor.
請求項6記載の発明は、請求項5記載の乳化及び粉砕装置であって、前記羽根プレートの表面にダイヤモンドチップが埋め込まれていることを特徴とする。 A sixth aspect of the present invention is the emulsifying and pulverizing apparatus according to the fifth aspect, wherein a diamond tip is embedded in the surface of the blade plate.
請求項7記載の発明は、請求項1乃至6のいずれか1項記載の乳化及び粉砕装置であって、前記外側ロータの外面が磁石膜によって覆われていることを特徴とする。 A seventh aspect of the present invention is the emulsification and pulverization apparatus according to any one of the first to sixth aspects, wherein the outer surface of the outer rotor is covered with a magnetic film.
請求項8記載の発明の乳化及び粉砕方法は、外側ロータの平滑な円筒状の内周面と内側ロータの平滑な円筒状の外周面とを微小な隙間を介して対面させ、前記外側ロータ及び内側ロータを逆方向に回転させながら処理材料を前記隙間内を通過させて処理することを特徴とする。 In the emulsification and pulverization method according to the eighth aspect of the invention, the smooth cylindrical inner peripheral surface of the outer rotor and the smooth cylindrical outer peripheral surface of the inner rotor face each other through a minute gap, and the outer rotor and The processing material is processed by passing through the gap while rotating the inner rotor in the reverse direction.
請求項9記載の発明は、請求項8記載の乳化及び粉砕方法であって、前記外側ロータの内周面と内側ロータの内周面との隙間をナノメーターレベルに設定することを特徴とする。 The invention according to claim 9 is the emulsification and pulverization method according to claim 8, wherein the gap between the inner peripheral surface of the outer rotor and the inner peripheral surface of the inner rotor is set to a nanometer level. .
請求項10記載の発明は、請求項8又は9記載の乳化及び粉砕方法であって、前記隙間内を通過した処理材料を再度、隙間内に供給する循環を繰り返すことを特徴とする。 A tenth aspect of the invention is the emulsification and pulverization method according to the eighth or ninth aspect, characterized in that the circulation of supplying the processing material that has passed through the gap is again repeated.
本発明によれば、外側ロータと内側ロータとを組み付けた状態において、外側ロータの内周面と内側ロータの外周面との間の隙間がナノメーターレベル等の微小な隙間となっている。そして、外側ロータ及び内側ロータを逆方向に回転させながら外側ロータと内側ロータとの間の隙間に処理材料を導入すると、処理材料には、剪断力や混合力等の処理力がナノメーターレベルで作用する。これにより、液体粒子をナノメーターレベルの極細かな粒子とすることができ、処理材料だけでの乳化が可能となり、乳化剤が不要となる。又、極めて細かな粒子となるため、ガソリン等の界面力が大きく乳化しにくい材料であっても、乳化剤を用いることなく水との乳化が可能となる。従って、エマルジョン燃料を製造することができる。さらに、処理材料が粉体の場合には、ナノメーターレベルの極めて細かな粒子となるため、応用範囲が拡大する。例えば、カーボン等を粉砕したものを自動車用バッテリーの電極に適用した場合、大きな負荷電流にも対応できるばかりでなく、極めて長寿命となる。 According to the present invention, in a state where the outer rotor and the inner rotor are assembled, the gap between the inner peripheral surface of the outer rotor and the outer peripheral surface of the inner rotor is a minute gap such as a nanometer level. When the processing material is introduced into the gap between the outer rotor and the inner rotor while rotating the outer rotor and the inner rotor in the opposite direction, the processing material has a processing force such as shearing force and mixing force at the nanometer level. Works. As a result, the liquid particles can be made into ultrafine particles of nanometer level, emulsification with only the treatment material becomes possible, and no emulsifier is required. Further, since the particles are extremely fine, even a material having a large interfacial force such as gasoline that is difficult to emulsify can be emulsified with water without using an emulsifier. Accordingly, an emulsion fuel can be produced. Furthermore, when the processing material is a powder, it becomes nanometer-level extremely fine particles, so that the application range is expanded. For example, when pulverized carbon or the like is applied to an electrode of an automobile battery, it can not only handle a large load current but also has a very long life.
以下、本発明を図示する実施形態により具体的に説明する。なお、各実施形態において同一の部材には同一の符号を付して対応させてある。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments. In addition, in each embodiment, the same code | symbol is attached | subjected to the same member and it is made to respond | correspond.
(第1実施形態)
図1〜図3は本発明の第1実施形態における乳化及び粉砕装置1を示す。乳化及び粉砕装置1は、ケース2とケース2内に収納されたロータアッシー3と、駆動手段4とを備えている。
(First embodiment)
1 to 3 show an emulsification and
ケース2は中空状となっており、その内部に収納室5が形成され、収納室5内にロータアッシー3が収納される。ケース2は処理材料の入口6と出口7とを有している。この実施形態において入口6はケース2の上部に設けられ、出口7はケース2の側面下部に設けられている。処理材料100は入口6を通じてロータアッシー3内に導入され、ロータアッシー3から流出した後、収納室5を通って出口7から排出される。
The
ロータアッシー3は外側ロータ10と内側ロータ20とが組み付けられることにより構成される。外側ロータ10及び内側ロータ20は、剛性が高く、且つ耐摩耗性が大きく、更には耐腐食性を有した材質が用いられる。この材料としては、例えば、ステンレス、TiC等の超硬質合金を用いることができる。
The
図3に示すように、外側ロータ10は有底円筒形状に形成されており、その内周面(図示省略)は円筒状となっている。又、内周面は研磨により平滑な面に加工されている。外側ロータ10には、複数のスリット11が形成されている。複数のスリット11は、外側ロータ10の内外方向に貫通するものであり、外側ロータ10における側面に等間隔となるように形成されている。
As shown in FIG. 3, the
又、外側ロータの頂面10aには導入用スリット12が内外方向に貫通するように形成されている。導入用スリット12は、ケース2の入口6からの処理材料100をロータアッシー3の内部に導入するものである。導入用スリット12は外側ロータ10の回転中心を中心とした所定長さの円弧状となっており、等間隔で複数が形成される。
An
図1及び図3に示すように、外側ロータ10は駆動手段4の構成部材である第1モータ4aに接続されている。第1モータ4aの回転軸4cは外側ロータの頂面10aの中心に連結されており、第1モータ4aが矢印R方向に回転すると外側ロータ10を同方向Rに回転させる。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
内側ロータ20は、図3に示すように外側ロータ10と同様に有底円筒形状に形成されている。内側ロータ20の外周面23は円筒状となっており、研磨によって平滑な面に加工されている。内側ロータ20にも、複数のスリット21が形成される。複数のスリット21は、内側ロータ20の内外方向に貫通するように形成されており、外側ロータ10のスリット11と同様に内側ロータ20の側面に等間隔となるように設けられている。
As shown in FIG. 3, the
内側ロータ20は外側ロータ10の内部に挿入され、この挿入によってロータアッシー3が組み付けられる。内側ロータ20及び外側ロータ10を組み付けた状態においては、外側ロータ10の内周面と内側ロータ20の外周面23とが微小な隙間を有して対面する。この対面状態においては、外側ロータ10のスリット11と内側ロータ20のスリット21とが略同じ位置となる。
The
図1及び図3に示すように、内側ロータ20は駆動手段4の構成部材である第2モータ4bに接続されている。第2モータ4bの回転軸4dは内側ロータ20の底面の中心に連結されており、第2モータ4bが矢印L方向に回転すると内側ロータ20を同方向Lに回転させる。内側ロータ20の回転方向Lは、外側ロータ10の回転方向Rとは逆となっている。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
外側ロータ10の内周面と内側ロータ20の外周面23との隙間は、できる限り小さいことが望ましい。この間隔としては、ナノメーターレベル(nmレベル)が良好である。nmレベルとすることにより、後述するように、界面活性剤を必要としない乳化ができると共に、粉体を極めて細かに粉砕することができる。隙間をnmレベルとする加工は、数値制御を行うことにより可能である。
The gap between the inner peripheral surface of the
図1及び図3に示すように、駆動手段4を構成する第1モータ4a及び第2モータ4bはそれぞれの回転軸4c、4dが一直線上に位置している。このように回転軸4c、4dが一直線上に位置することにより、nmレベルの隙間で対面していても、外側ロータ10と内側ロータ20はかじることなく円滑に回転することができる。
As shown in FIGS. 1 and 3, the
次に、この実施形態の乳化及び粉砕装置1を用いた乳化処理について説明する。モータ4a、4bを駆動して外側ロータ10及び内側ロータ20を逆方向に回転させる。これらのロータ10、20の回転数としては、5000〜60000rpmの範囲で適宜選択することができる。又、用いる処理材料100の性状、材質によっても適宜選択できるものである。
Next, an emulsification process using the emulsification and
ロータ10、20の回転状態に対し、ケース2の入口6からオイル等の疎水液体、水を注入する。注入された疎水液体及び水は、nmレベルとなっている外側ロータ10の内周面と内側ロータ20の外周面23との隙間を通過する。隙間を通過する際には、剪断力や混合力がnmレベルで作用し、疎水液体を水がナノ化される。これにより、疎水液体及び水とが乳化したエマルジョンとなる。生成したエマルジョンは、外側ロータ10のスリット11からケース2の収納室5内に流出し、出口7から排出される。このように、nmレベルでの剪断力や混合力が作用するため、乳化剤を用いることなくエマルジョンを生成することができる。しかも、生成したエマルジョンは安定した性状であり、長時間放置しても分離することがない。なお、必要に応じて乳化剤を添加しても良い。
Hydrophobic liquid such as oil and water are injected from the
以上のように、nmレベルで乳化するため、ガソリンであっても水とのエマルジョンを生成することができる。生成したW/O型のエマルジョン燃料はガソリンエンジンにそのまま供給して燃焼させることができる。これにより、ガソリン燃料の消費量を削減することができる。なお、ガソリンと水とを乳化させる際には、ナトリウム等のアルカリ金属の水溶液をアルカリ水として添加しても良く、これにより、乳化を更に促進することができる。 As described above, since emulsification is performed at the nm level, an emulsion with water can be generated even with gasoline. The generated W / O type emulsion fuel can be supplied to a gasoline engine as it is and burned. Thereby, consumption of gasoline fuel can be reduced. In addition, when emulsifying gasoline and water, an aqueous solution of an alkali metal such as sodium may be added as alkaline water, whereby the emulsification can be further promoted.
この実施形態において、図1に示すようにダイヤモンドチップ30が設けられる。ダイヤモンドチップ30は、外側ロータ10の内周面又は内側ロータ20の外周面23のいずれか一方、又は双方に埋め込みにより設けられるものである。このように設けられたダイヤモンドチップ30は、どんな処理材料100よりも硬質であり、処理材料100に対する剪断力を極めて有効に作用させる。従って、更に細かな粉砕が可能となる。又、ダイヤモンドチップ30は乳化力を増大させるため、乳化に対しても有効に作用することができる。なお、ダイヤモンドチップ30は必要がなければ配置しなくても良い。
In this embodiment, a
次に、処理材料100として、粉体を用いた場合を説明する。処理材料100としての粉体は、上述と同様に外側ロータ10の内周面と内側ロータ20の外周面23との隙間に導入され、隙間を通過する際にnmレベルの処理力が作用する。これにより、粉体をnmレベルまで粉砕することができる。例えば、粒径5.2μmのカーボン粉は25nmの粒径まで粉砕でき、粒径15.7μmの亜鉛粉は41nmの粒径まで粉砕でき、粒径54.9μmのニッケル粉は41nmの粒径まで粉砕できる。このような粉砕は、粉砕時間、粉砕圧力を変更することによりさらなる微細な粒径とすることができる。
Next, the case where powder is used as the
この発明では、処理材料100を繰り返して処理することができる。繰り返しのための循環処理は、外側ロータ10の内周面と内側ロータ20の外周面23との隙間に導入されて排出された処理材料100を再度、入口6から上記隙間に導入することにより可能である。この循環処理を行うことにより、更に良好な乳化及び微細粒径への粉砕が可能となる。
In this invention, the
(第2実施形態)
図4及び図5は本発明の第2実施形態における乳化及び粉砕装置41を示す。この実施形態の乳化及び粉砕装置41においては、ロータアッシー3における内側ロータ20に羽根プレート33を設けるものである。
(Second Embodiment)
4 and 5 show an emulsification and
羽根プレート33は、内側ロータ20の内周面に設けられるものであり、内側ロータ20の内周面から同ロータ20の中心方向に向かって径方向に伸びている。羽根プレート33は、内側ロータ20の内周面に複数が等間隔で設けられている。
The
以上のように、羽根プレート33を設けた構造では、処理材料100を強固に攪拌できる。すなわち、ケース2の入口6から導入用スリット12を通じて外側ロータ10の内部に導入された処理材料100は、内側ロータ20の羽根プレート33に衝突し、その衝撃によって流動力が付加されて攪拌される。従って、処理材料100が粉体の場合は、極めて細かに粉砕でき、処理材料100がオイル及び水の場合は、乳化力が大きくなって安定した乳化状態とすることができる。
As described above, in the structure in which the
図4及び図5に示す構造においては、羽根プレート33の表面にダイヤモンドチップ(図示省略)を埋設することができる。埋設されたダイヤモンドチップは硬質であるため、処理材料100に衝突することにより大きな剪断力を作用させることができる。これにより、さらに細かな粉砕や更に安定した乳化が可能となる。
In the structure shown in FIGS. 4 and 5, a diamond tip (not shown) can be embedded in the surface of the
(第3実施形態)
以上の第1及び第2実施形態の乳化及び粉砕装置1,41においては、外側ロータ10の外面に磁石膜(図示省略)を設けても良い。磁石膜は外側ロータ10の外面を覆うように設けられるものである。このように磁石膜によって外側ロータ10の外面を覆うことにより、外側ロータ10の内部に磁場が形成され、この磁場が外側ロータ10の内部に導入された処理材料100に作用する。従って、更に細かな粉砕や安定した乳化が可能となる。かかる磁場は、第1実施形態で説明した粉砕時間、粉砕圧力と協働させることができるものであり、粉砕時間、粉砕圧力と共に磁石膜の磁力を調整することにより、更に微細な粒径への粉砕が可能となる。なお、磁石膜の形成は、薄い磁石を外側ロータ10の外面に巻き付けることにより簡単に行うことができる。
(Third embodiment)
In the emulsification and
以上の実施形態では、駆動手段4として第1モータ4a及び第2モータ4bを用いているが、モータを単一とし、歯車等を介して外側ロータ10及び内側ロータ20を逆方向に回転させる構造としても良い。
In the above embodiment, the
1 乳化及び粉砕装置
2 ケース
3 ロータアッシー
4 駆動手段
4a 第1モータ
4b 第2モータ
4c、4d 回転軸
5 収納室
6 入口
7 出口
10 外側ロータ
10a 外側ロータの頂面
11 スリット
12 導入用スリット
20 内側ロータ
21 スリット
23 外周面
33 羽根プレート
41 乳化及び粉砕装置
100 処理材料
R、L 回転方向
DESCRIPTION OF
Claims (10)
平滑な円筒状の外周面を有すると共に内外方向に貫通する複数のスリットが形成され、前記外側ロータに挿入されることにより前記外周面が外側ロータの内周面と微小な隙間を有して対面する内側ロータと、
処理材料の入口及び出口が形成され、前記外側ロータと内側ロータとが組み付けられたロータアッシーを回転自在に収納するケースと、
外側ロータ及び内側ロータを逆方向に回転させる駆動手段とを有して構成されており、
前記ケースの入口から導入された処理材料が外側ロータと内側ロータとの間の隙間に入った後、これらの隙間を通過して前記スリットからケースの内部に流れ出ることを特徴とする乳化及び粉砕装置。 An outer rotor having a smooth cylindrical inner peripheral surface and formed with a plurality of slits penetrating inward and outward directions;
A plurality of slits penetrating inward and outward are formed with a smooth cylindrical outer peripheral surface, and the outer peripheral surface is opposed to the inner peripheral surface of the outer rotor by being inserted into the outer rotor. An inner rotor that
A case in which an inlet and an outlet for the processing material are formed, and a rotor assembly in which the outer rotor and the inner rotor are assembled is rotatably stored;
Driving means for rotating the outer rotor and the inner rotor in the reverse direction,
The emulsification and pulverization apparatus, wherein the processing material introduced from the inlet of the case enters the gap between the outer rotor and the inner rotor, then passes through the gap and flows out of the slit into the case .
The emulsification and pulverization method according to claim 8 or 9, wherein the circulation of supplying the processing material that has passed through the gap again into the gap is repeated.
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Cited By (2)
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JP2011067794A (en) * | 2009-09-28 | 2011-04-07 | Sintokogio Ltd | High-shearing-type continuous dispersion apparatus |
CN114534605A (en) * | 2022-03-02 | 2022-05-27 | 无锡理奇智能装备有限公司 | Stator and rotor for dispersion grinder |
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