JP2009262073A - エマルジョン製造方法及びエマルジョン製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】凝集、分離が起きにくい安定性の高いエマルジョンを得る製造装置を提供する。
【解決手段】互いに混ざり合わない２種類以上の液体同士の混合液を加熱する加熱ヒーター７と、振動板３２及び反射板３１間の超音波照射領域に発生する超音波キャビテーション効果を利用して前記加熱装置で加熱された液体を、混合・微細化してエマルジョン化する超音波キャビテーション発生装置８と、前記超音波照射領域を包囲するように形成した堰１６と、前記堰１６を冷却媒体により直接又は間接に冷却し、これにより前記超音波照射領域から出たエマルジョン化された液体を冷却する冷却装置と、を含むエマルジョン製造装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、互いに混ざり合わない２種類以上の液体、例えば廃食油及び水同士を混合してエマルジョンを製造するエマルジョン製造方法及びエマルジョン製造装置に関する。

一般に、混ざり合わない２種類の液体を微粒子化し混合するエマルジョンが存在し、それを製造する方法が種々提案されている。用途としてはエマルジョン燃料、工業用液体材料、食品、化粧品もしくは薬品の液体混合物を混合し、長時間分離しない技術が開発されている。

その中でも、特許文献１及び特許文献２に開示されている発明は、超音波キャビテーション効果を利用したエマルジョン製造装置は超微細なエマルジョン粒子を製造できる技術である。
再公表特許ＷＯ２００４／００４８８１ 特開２００６−３２２４６３

しかながら、特許文献１及び特許文献２の発明をより発展させるには、さまざまな工夫が望まれている。超音波キャビテーション技術でエマルジョン化する場合液体の粘度が低い方がエマルジョン粒子が微細化することがわかっている。そこでエマルジョン化する液体を加熱して温度を上げて粘度を下げて供給することが好ましい。特に高粘度の重質油と水をエマルジョン化する揚合には必要な方法である。一方一旦生成したエマルジョンはその温度が高いほど凝集により合一する速度が速くなりエマルジョン中の粒子径が大きくなるため速やかに冷却し温度を下げる必要がある。

本発明は、凝集、沈降、分離が起きにくい安定性の高いエマルジョンを得るエマルジョン製造方法及びエマルジョン製造装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため、請求項１に対応する発明は、互いに混ざり合わない２種類以上の液体同士を混合してエマルジョン製品を得るエマルジョン製造方法において、混合する液体を加熱する加熱工程と、超音波キャビテーション発生装置に有する振動板及び反射板間の超音波照射領域に発生する超音波キャビテーション効果を利用して前記加熱工程で加熱された液体を、混合・微細化してエマルジョン化する工程と、前記超音波照射領域を包囲するように形成した堰を、冷却媒体により直接又は間接に冷却し、これにより前記超音波照射領域から出たエマルジョン製品を冷却する冷却工程と、を含むエマルジョン製造方法である。

前記目的を達成するため、請求項２に対応する発明は、互いに混ざり合わない２種類以上の液体同士を混合してエマルジョン製品を得るエマルジョン製造装置において、混合する液体を加熱する加熱装置と、振動板及び反射板間の超音波照射領域に発生する超音波キャビテーション効果を利用して前記加熱装置で加熱された液体を、混合・微細化してエマルジョン化する超音波キャビテーション発生装置と、前記超音波照射領域を包囲するように形成した堰と、前記堰を冷却媒体により直接又は間接に冷却し、これにより前記超音波照射領域から出たエマルジョン化された液体を冷却する冷却装置と、を含むエマルジョン製造装置である。

本発明によれば、凝集、沈降、分離が起きにくい安定性の高いエマルジョンを得るエマルジョン製造方法及びエマルジョン製造装置を提供することができる。

以下、本発明に係るエマルジョン製造方法及びエマルジョン製造装置の実施形態について、図１を参照して説明する。

図１は、互いに混ざり合わない２種類以上の液体例えば油のタンク１内の油及び例えば水のタンク６内の水の２種類の液体同士を油配管２６と水配管２７を付き合わせ、混合配管２８により混合し、この混合液を加熱する加熱装置例えば加熱ヒーター７と、加熱ヒーター７で得られた混合液を、超音波キャビテーション効果を利用してさらに混合・微細化して最終的にエマルジョン製品を得る超音波キャビテーション発生装置８とを含むエマルジョン製造装置において、
特に超音波キャビテーション発生装置（超音波エマルジョン製造装置）８を図２乃至図４に示すようにしたものである。

なお、図１の油配管２６には、ストレーナ２５、油ポンプ２、油流量計３、バルブ１０を備え、水配管２７には水ポンプ５、水流量計４、バルブ１１を備え、混合配管２８には温度計１２が配設されている。超音波キャビテーション発生装置８には、製品収納容器例えばエマルジョンタンク９が接続されている。

超音波キャビテーション発生装置８は、加熱ヒーター７で加熱された混合液を、内部に取込む槽例えば混合槽１５と、混合槽１５内であって底面に形成した反射板３１と、混合槽１５内であって反射板３１に対向して配置し、反射板３１との間に超音波を発生させる振動発生装置１３に連結棒３３を介して連結された振動部１４と、混合槽１５内の底面に振動板３１及び反射板３２を包囲するように形成した堰１６と、堰１６を冷却媒体により直接又は間接に冷却し、これにより振動板３２及び反射板３１が対向する超音波照射領域においてエマルジョン化された液体が、超音波照射領域を出たら直ちに冷却できるようにした冷却装置からなっている。

図２の例では、堰１６の内部が中空になっており、この内部に冷却媒体例えば冷却水を流通可能に、図３に示すように冷却水入口１７及び冷却水出口１８が形成されている。

また、混合槽１５の底面内部も中空になっており、この内部にも冷却媒体例えば冷却水を流通可能に、図４に示すように冷却水入口１９及び冷却水出口２０が形成されている。

ここで、超音波キャビテーション発生装置８は、１８ＫＨｚ以上の高周波振動を発生する振動子を含む振動発生装置１３と、振動発生装置１３からの高周波振動を連結棒３３を介して伝達する振動板３２を含む振動部１４と、振動板３２に対して１０ｍｍ以下で望ましくは数ｍｍ程度の間隔を存して対向配置された反射板３１と、加熱ヒーター７を通過した混合液を導入する液供給口３４を備えると共に、処理済のエマルジョン製品をエマルジョンタンク９に供給するためのエマルジョン出口２１を有する。

このように構成された本実施形態において、まず油タンク１に燃料となる重質油を給油しておく。油タンク１からまず油配管２６によりポンプ２の吸い込み側ストレーナ２５に油が流れていく。このストレーナ２５はポンプ２の保護のために用いられており、通常８０メッシュ程度の網目である。このストレーナ２５を通った重質油はポンプ２で加圧され移送される。このとき流量調節バルブ１０と油流量計３により設定流量で移送する。

一方水タンク６からも同様に水がバルブ１１にて一定流量で移送され油配管２６と混合配管２８にて合流・混合し、加熱ヒーター７へ送られる。一例として重質油：水＝９５：５で実施したケースでは、水流量５リットル／ｈ、重質油流量９５リットル／ｈで供給する。

混合液は加熱ヒーター７に送られ５０℃程度に昇温するように加熱される。

加熱ヒーター７は温度計１２と図示しない温度調節機により制御する。５０℃になった混合液は超音波キャビテーション発生装置８に流入する。

超音波キャビテーション発生装置８は超音波振動の発生装置１３と振動発生装置１３から伝達される振動を受けて振動する振動部、及び水と油に超音波振動を与えるための容器である混合槽１５より構成される。

流入してきた油と水は超音波振動部１４により発生するキャビテーション泡の崩壊による衝繋波で粉砕され０、１〜１０μｍの水粒子のエマルジョン状態になる。このときの水粒子径は油の粘度が低いほど小さくなる。

振動部１４は堰１６により液に浸漬している。振動板３２及び反射板３１が対向する超音波照射領域で生成したエマルジョンは超音波照射領域を出て、やがて堰１６から溢れて混合槽１５の底面を流れ流出口２１から排出される。堰１６は内部が中空で内部に例えば冷却水が通るジャケット構造となっており、冷却水が冷却水入口１７より入り冷却水出口１８から出て行くことで堰１６の壁面（内部および外部）でエマルジョン流体を冷却できる。

ここで、発明のポイントは、堰１６内において、超音波照射領域を出たエマルジョンの冷却が堰１６により直ちに開始されることである。

堰１６内は前述のキャビテーションによる衝撃波により激しく攪拌される。エマルジョンの水粒子は高温での攪拌により凝集しそれが合一することで粒子径が肥大化する現象がおこる。よって、この堰１６内では振動部１４の下部の超音波照射領域以外では冷却により温度を低下させて速やかに堰の外側に排出することが水粒子径の肥大化防止に効果的である。

さらに、堰１６内を滞留する時間はなるべく短い方が凝集合一を防止できるので、堰１６内の液量は少ない方が望ましい。よって、振動部１４と堰１６との距離は短いほどよいが、あまり短いと液の流速が増加し上部へ噴出してしまうため流量により適当な値がある。本実施例では振動部１４の直径が３０ｍｍに対して堰１６までの距離は１０ｍｍ程度が適当である。

堰１６の高さはあまり短いと振動部１４が空気を巻き込むため適当な値がある。本実施例では堰の高さは３０ｍｍ程度とした。

また、混合槽１５の底面も超音波照射部以外はジャケット構造とし、冷却水により温度をさげる構造としている。これらの冷却によりエマルジョンを生成直後から冷却し２０℃以下まで冷却することで、凝集合一（水粒子径の肥大化）を防止し粒子径の細かい状態のエマルジョン製品を得るために有効である。

以上述べた実施形態によれば、凝集、沈降、分離が起きにくい安定性の高いエマルジョンを得ることができるエマルジョン製造装置を提供できる。

ここで、本発明によるエマルジョン製造方法の概略について、説明する。例えば、図１の混合配管２８において、互いに混ざり合わない２種類以上の液体同士を予混合する液体予混合工程と、液体予混合工程で得られた混合液を加熱ヒーター７で加熱する加熱工程と、超音波キャビテーション発生装置８に有する振動板３２及び反射板３１間に発生する超音波キャビテーション効果を利用して前記加熱工程で加熱された混合液を、さらに混合・微細化してエマルジョン化する工程と、前記超音波照射領域を包囲するように形成した堰１６を、冷却媒体により直接又は間接に冷却し、これにより前記超音波照射領域から出たエマルジョン製品を冷却する冷却工程とを含むエマルジョン製造方法である。

前述の実施形態では、重質油と水を混合するエマルジョンの製造について、説明したが、これに限らず工業用液体材料、食品、化粧品もしくは薬品等の液体材料であっても同様に実施できる。

また、前述した実施形態では、加熱ヒーター７を使用した例について説明したが、加熱ヒーター７は、オイルヒーターを使用したものであってもよい。

また混合する前に油及び水タンクで加熱する方法もある。

前述の説明では、混合槽１５の底面と堰１６の両方に冷却媒体例えば冷却水を流通させるようにしたものを例に挙げたが、混合槽１５の底面に冷却水を流通させずに、堰１６のみに冷却水を流通させるようにしてもよい。

一方、１度エマルジョン化した液体は粘度が高く温度が低い方が粒子の凝集が防止できることと粒子の沈降速度が遅くなり、分離しにくくなるため、冷却して温度を下げることが望ましい。

図５は、本発明の第２の実施形態を説明するための図であり、第１の実施形態と異なる点は、堰１６の壁内部を中空にせず、堰１６の内側に冷却パイプをらせん状に形成して、冷却パイプ内部に冷却媒体例えば冷却水を流通させるようにしたものである。この点を除けば、第１の実施形態と同一である。すなわち、図５の冷却装置は、堰１６の壁面例えば内壁面に管材料例えば冷却媒体配管３０を形成し、この冷却媒体配管３０の内部に冷却媒体を流通可能にしたものである。

この実施形態も前述の実施形態と同様な作用効果が得られる。

本発明によるエマルジョン製造方法及びエマルジョン製造装置の実施形態を説明するための概略構成図。 本発明の第１の実施形態を説明するためのもので図１の超音波キャビテーション発生装置を説明するための縦断面図。 図２のＡ−Ａ線に沿って切断して矢印方向に見た断面図。 図２のＢ−Ｂ線に沿って切断して矢印方向に見た断面図。 本発明の第２の実施形態を説明するためのもので図１の超音波キャビテーション発生装置を説明するための縦断面図。

符号の説明

１…油タンク、２…油ポンプ、３…油流量計、４…水流量計、５…水ポンプ、６…水タンク、７…加熱ヒーター、８…超音波キャビテーション発生装置、９…エマルジョンタンク、１０…バルブ、１１…バルブ、１２…温度計、１３…振動発生装置、１４…振動部、１５…混合槽、１６…堰、１７…冷却水入口、１８…冷却水出口、１９…冷却水入口、２０…冷却水出口、２１…エマルジョン出口、２２…油、水入口、２３…冷却水路、２４…冷却水路、２５…ストレーナ、２６…油配管、２７…水配管、２８…配管、３０…冷却配管。

Claims (4)

1. 互いに混ざり合わない２種類以上の液体同士を混合してエマルジョン製品を得るエマルジョン製造方法において、
   混合する液体を加熱する加熱工程と、
   超音波キャビテーション発生装置に有する振動板及び反射板間の超音波照射領域に発生する超音波キャビテーション効果を利用して前記加熱工程で加熱された液体を、混合・微細化してエマルジョン化する工程と、
   前記超音波照射領域を包囲するように形成した堰を、冷却媒体により直接又は間接に冷却し、これにより前記超音波照射領域から出たエマルジョン製品を冷却する冷却工程と、
   を含むエマルジョン製造方法。
2. 互いに混ざり合わない２種類以上の液体同士を混合してエマルジョン製品を得るエマルジョン製造装置において、
   混合する液体を加熱する加熱装置と、
   振動板及び反射板間の超音波照射領域に発生する超音波キャビテーション効果を利用して前記加熱装置で加熱された液体を、混合・微細化してエマルジョン化する超音波キャビテーション発生装置と、
   前記超音波照射領域を包囲するように形成した堰と、
   前記堰を冷却媒体により直接又は間接に冷却し、これにより前記超音波照射領域から出たエマルジョン化された液体を冷却する冷却装置と、
   を含むエマルジョン製造装置。
3. 前記冷却装置は、前記堰を構成する壁自体及び又は前記超音波キャビテーション発生装置の槽自体に冷却媒体の流通路を形成し、この流通路に冷却媒体を流通可能にしたものである請求項２に記載のエマルジョン製造装置。
4. 前記冷却装置は、前記堰の壁面に管材料を形成し、この管材料内部に冷却媒体を流通可能にしたものである請求項３に記載のエマルジョン製造装置。

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