JP3582664B2 - 微粒化装置 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、水、牛乳等の分散媒に油、カルシウム等の分散相を微粒状に分散させるための微粒化装置に関するものである。
【0002】
【従来技術】
従来の微粒化装置では、高圧に加圧された分散媒と分散相とを正面衝突させることによって分散相を微粒化させ、または分散媒に分散相を混合した高圧分散系を分流し、この分流高圧分散系を相互に正面衝突させることにより、分散相を微粒化していた(特開平6−47264号公報、特開平2−261525号公報、特開平1−94933号公報参照)。
【0003】
【解決しようとする課題】
前記公報に記載の微粒化装置では、分散媒や分散相等の流体衝突や流れの急激な変化および圧力低下で発生するキャビテーション等により衝突部分を囲む部材表面に局部に大きな力が作用し、該部材表面は破損し易く、これを避けるため、該部材に硬度および耐摩耗性の高い材料が用いられていたが、前記衝突部分を囲む部材は複雑な形状をしているので、加工が困難で、生産性が低く、しかもコストが高かった。
【0004】
また分散媒や分散相の種類に応じて衝突部分を囲む空間形状を変える必要があるが、前述したように加工が困難であるので、この適応が容易でなかった。
【0005】
本発明は、このような難点を克服した微粒化装置の改良に係り、圧力を加えた分散媒および分散相または分散系を、流路断面形状が流路流れ方向に沿って急激に変化した流路中に通過させ、該流路中を流れる分散媒および分散相または分散系に衝突やキャビテーションを発生させることにより、前記分散相を微粒化する装置において、中心に第1小孔を有し相対する両平面が平行な平面に形成された第1扁平流路素子と、巾が前記第1小孔の直径と略同等で長さが該第1小孔よりも著しく長くかつ該第1小孔に連通する1個の細長孔を中心に有し相対する両平面間の厚さが該第1小孔の直径より大きく該両平面が平行な平面に形成された第2扁平流路素子と、該第2扁平流路素子の細長孔の両端部に対応した位置に前記第1小孔の直径より大径の第2小孔がそれぞれ設けられ相対する両平面が平行な平面に形成された第3扁平流路素子とを備え、これらが積層されたことを特徴とするものである。
【0006】
請求項1記載の発明は前記したように構成されているので、前記第1扁平流路素子の第1小孔から高圧に加圧された分散媒および分散相または分散系を前記第2扁平流路素子の細長孔内に注入し、前記第3偏平流路素子の第2小孔から排出させれば、分散媒および分散相または分散系が前記第1扁平流路素子の通路面積の小さな第1小孔を通過して通路面積の広い細長孔に高速で流入する際に、分散媒および分散相または分散系がこの細長孔において急激に減速されて静圧が著しく低下する結果、キャビテーションが発生し、このキャビテーション発生に伴なう気泡の崩壊による大きな衝撃的な力により、前記分散相に大きな力が印加され、該分散相が粉砕、解砕、分割されて、微粒化される。
【0007】
このように、横断面積の狭い第1小孔から横断面積の広い細長孔に、高圧の分散媒および分散相または分散系を排出させた場合には、該細長孔内で発生したキャビテーションにより気泡が崩壊して大きな衝撃波が生じ、この衝撃波が巾の狭い細長孔の両側壁面で何回も反射し、分散相または分散系に大きな力が反覆して加えられるため、分散相の微粒化を効果的に遂行することができる。
【0008】
さらに本発明を請求項2記載のように構成することにより、分散媒や分散相の性状に応じて前記第1、第2、第3扁平流路素子を適宜組合せて積層することができ、所要の性質の分散系を能率良く確実に得ることができる。
【0009】
さらにまた本発明を請求項3記載のように構成することにより、前記小孔および細長孔が設けられた硬度および耐摩耗性に富んだ基板に大きな力が加えられても、これらの力をその外周の金属製のリング状部材で負担させることができ、前記基板の破損を未然に防止して耐久性を向上させることができる。
【0012】
【実施例】
以下、図1ないし図7に図示された本発明の一実施例について説明する。
微粒化装置1は、図4ないし図7に図示されるように、直径が12〜16mmで厚さが1〜1.5mm の第1扁平流路素子2と第2扁平流路素子4と第3扁平流路素子6とを備え、該第1扁平流路素子2、第2扁平流路素子4および第3扁平流路素子6は、平面形状が略正方形で上下両平面が相互に平行な焼結ダイヤモンド製基板8と、該焼結ダイヤモンド製基板8の外周に一体に嵌着された金属製リング状部材9とでもって構成され、第1扁平流路素子2の焼結ダイヤモンド製基板8の中心には半径d=0.2 〜1mmの小孔3が形成されるとともに、第2扁平流路素子4の焼結ダイヤモンド製基板8の中心には長さAがdの4〜12倍で巾wがdと略同寸法の細長孔5が形成され、かつ第3扁平流路素子6の焼結ダイヤモンド製基板8には、第2扁平流路素子4の細長孔5の両端部には対応した位置に半径eがdの約3倍の小孔7が2個形成され、しかもこれら第1扁平流路素子2、第2扁平流路素子4、第3扁平流路素子6の各焼結ダイヤモンド製基板8に4個の位置決めピン貫通孔10が周方向に等間隔に形成されている。
【0013】
また微粒化装置1の圧力容器11におけるハウジング12には、中心に円筒状空間13が形成されるとともに、その両側に円筒状凹部14が形成され、さらに両端部に周方向へ等間隔に片側4個両側で8個のノックピン挿入孔15が形成され、かつ円筒状空間13の長手方向中央外周に環状の冷却水通過凹部16と該冷却水通過凹部16に連通し周方向へ等間隔で半径方向に指向した4個の冷却水通路17とが形成され、しかも該ハウジング12の両端外周に雄螺糸18が形成されている。
【0014】
さらにハウジング12の円筒状空間13に嵌脱自在に嵌装される比較的軟質の挟持部材19の中心にそれぞれ直径約3mmの通路20が形成されるとともにそれぞれ相対する端面に前記金属製リング状部材9の位置決めピン貫通孔10に対応した箇所に位置決めピン挿入孔21が形成され、該挟持部材19の外端面は円錐面状のシール面22が形成されている。
【0015】
さらにまた押え部材23の内側には、ハウジング12の円筒状空間13に嵌合しうるとともに挟持部材19のシール面22に当接しうる小筒状部24が形成され、その外側にハウジング12の円筒状凹部14に嵌合しうる中筒状部25が形成され、さらにその外側の大筒状部26の内端面にハウジング12のノックピン挿入孔15と対応した位置にてノックピン挿入孔27が形成され、押え部材23の中心に挟持部材19の通路20と同径の通路28が形成され、その外端に管接続部29が設けられている。
【0016】
しかもハウジング12の雄螺糸18に嵌脱自在に嵌合しうる締付け螺子31の外端部には、押え部材23の首部30に遊嵌して大筒状部26と首部30との段部端面に当接しうる係合部33が形成され、押え部材23の中筒状部25と大筒状部26との端面に対応する位置に半径方向に指向した漏れ検出孔34が周方向に亘り等間隔に4個設けられるとともに、締付け螺子31の外端部外周に4個の工具挿入孔35が同様に設けられている。
【0017】
図1ないし図7に図示の実施例は前記したように構成されているので、図7に図示のように第1扁平流路素子2、第2扁平流路素子4、第3扁平流路素子6を重ねてから、第1扁平流路素子2、第2扁平流路素子4、第3扁平流路素子6の位置決めピン貫通孔10に位置決めピン36を挿入し、第1扁平流路素子2を左側に第3扁平流路素子6を右側に位置させた状態で、これら第1扁平流路素子2、第2扁平流路素子4、第3扁平流路素子6を圧力容器11のハウジング12の円筒状空間13内に嵌装し、挟持部材19の位置決めピン挿入孔21を位置決めピン36に合せた状態で挟持部材19を円筒状空間13内に装入し、ハウジング12のノックピン挿入孔15にノックピン37を挿入し、押え部材23の小筒状部24および中筒状部25をハウジング12の円筒状空間13および円筒状凹部14に嵌合するとともに押え部材23のノックピン挿入孔27をノックピン37に嵌合し、最後に締付け螺子31の雌螺糸32をハウジング12の雄螺糸18に螺合し、工具挿入孔35に係合させた図示されない工具を旋回させて、締付け螺子31をハウジング12に緊締させれば、微粒化装置1を組立ることができる。
【0018】
次に左右両側の押え部材23の管接続部29に図示されない管端部を一体に接続し、左側の管接続部29に接続された管から、分散媒の脱脂牛乳に分散相たる20ミクロンの炭酸カルシウムを0.2 〜1.0gr/100cc 牛乳の割合で混合し、2000kg/cm2の圧力に加圧した分散系たる混合液を通路20に圧入すると、該加圧混合液は左側押え部材23の通路28および挟持部材19の通路20を介して第1扁平流路素子2の小孔3で絞られた後、第2扁平流路素子4の細長孔5内に勢良く放出され、混合液中の炭酸カルシウムがその慣性により第3扁平流路素子6の表面に叩付けられて粉砕されるとともに、第1扁平流路素子2の小孔3の下端に隣接した第2扁平流路素子4の細長孔5内で圧力の急激な減少と流れの剥離によりキャビテーションが発生し、該キャビテーションによる大きな衝撃や振動でもって混合液中の炭酸カルシウムが1ミクロン程度に微粒化され、第3扁平流路素子6の2個の小孔7から右側の挟持部材19の通路20および押え部材23の通路28から図示されない管を介して排出される。
【0019】
また第1扁平流路素子2、第2扁平流路素子4、第3扁平流路素子6の各焼結ダイヤモンド製基板8には断面形状および寸法がその厚み方向に亘り一定の小孔3、細長孔5、小孔7が貫通して形成されているため、極めて硬くて加工が困難な焼結ダイヤモンドであっても、レーザ光線照射によるレーザ加工が適用可能であって、第1扁平流路素子2、第2扁平流路素子4、第3扁平流路素子6の生産性が良好であり、コストダウンも図ることができる。
【0020】
さらに焼結ダイヤモンド製基板8の外周に強度および靭性に富んだ金属製リング状部材9が焼嵌め、鑞付け、焼結等により一体に結合されているため、焼結ダイヤモンド製基板8に大きな力が作用しても、破壤されにくく、耐久性が高い。
【0021】
さらにまた下方の冷却水通路17aから冷却水を注入し、冷却水通過凹部16を介して他の冷却水通路17b、冷却水通路17c、冷却水通路17dより排出させることにより、第1扁平流路素子2、第2扁平流路素子4、第3扁平流路素子6内に発生したキャビテーションにより発生した熱が除去され、第1扁平流路素子2、第2扁平流路素子4、第3扁平流路素子6は高温に加熱されることがない。
【0022】
しかも挟持部材19のシール面22と押え部材23の内端面との間から混合液が漏れた場合には、漏れ検出孔34より漏洩混合液が排出されるため、混合液漏洩を検知することができ、この場合には、工具挿入孔35に工具を係合させて、締付け螺子31をより強く緊締すればよい。
【0023】
また第1扁平流路素子2と第2扁平流路素子4とを2枚用い、1枚の第3扁平流路素子6とを図8に図示するように、組合せて積層してもよく、この場合は、混合液は2段階に亘って衝突し、キャビテーションが発生するので、混合液中の炭酸カルシウムがさらに一段と微粒化される。
【0024】
さらに図9に図示するように、上方の第3扁平流路素子6aの小孔7aを第1扁平流路素子2の小孔3と略同一径とし、下から第3扁平流路素子6、第2扁平流路素子4、第1扁平流路素子2、第2扁平流路素子4、第3扁平流路素子6aの順に重ねてもよく、この場合には、第3扁平流路素子6aの2個の小孔7aに分散媒の水と分散相の油を注入することができ、油を微粒化して水中に均一に分散させることができる。
【0025】
さらにまた図10に図示するように、第3扁平流路素子6の上方に、細長孔5を第3扁平流路素子6の小孔7の配列方向と一致させた第2扁平流路素子4と、これと直交する方向に指向させた第2扁平流路素子4と、上方の第2扁平流路素子4の細長孔5の方向と小孔7の配列方向を一致させた第3扁平流路素子6aとを重ねてもよい。
【0026】
このように分散媒と分散相との種類、性状等に対応させて、第1扁平流路素子2、第2扁平流路素子4、第3扁平流路素子6または第3扁平流路素子6aを選択的に重ねて微粒化装置1内に装入し、圧力を適宜設定することにより、所要の大きさに微粒化された分散系を能率良く確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係る微粒化装置の一実施例を図示した縦断側面図である。
【図2】図1のII−II線に沿って截断した横断面図である。
【図3】図1のIII −III 線に沿って截断した横断面図である。
【図4】前記実施例の第1扁平流路素子の斜視図である。
【図5】前記実施例の第2扁平流路素子の斜視図である。
【図6】前記実施例の第3扁平流路素子の斜視図である。
【図7】前記第1扁平流路素子、第2扁平流路素子、第3扁平流路素子を重ねた縦断面図である。
【図8】本発明の他の実施例の各扁平流路素子の斜視図と縦断面図である。
【図9】本発明のさらに他の実施例の各扁平流路素子の斜視図と縦断面図である。
【図10】本発明のさらに別個の実施例の各扁平流路素子の斜視図と縦断面図である。
【符号の説明】
1…微粒化装置、2…第1扁平流路素子、3…小孔、4…第2扁平流路素子、5…細長孔、6…第3扁平流路素子、7…小孔、8…焼結ダイヤモンド製基板、9…金属製リング状部材、10…位置決めピン貫通孔、11…圧力容器、12…ハウジング、13…円筒状空間、14…円筒状凹部、15…ノックピン挿入孔、16…冷却水通過凹部、17…冷却水通路、18…雄螺糸、19…挟持部材、20…通路、21…位置決めピン挿入孔、22…シール面、23…押え部材、24…小筒状部、25…中筒状部、26…大筒状部、27…ノックピン挿入孔、28…通路、29…管接続部、30…首部、31…締付け螺子、32…雌螺糸、33…係合部、34…漏れ検出孔、35…工具挿入孔、36…位置決めピン、37…ノックピン。
Claims (3)
- 圧力を加えた分散媒および分散相または分散系を、流路断面形状が流路流れ方向に沿って急激に変化した流路中に通過させ、該流路中を流れる分散媒および分散相または分散系に衝突やキャビテーションを発生させることにより、前記分散相を微粒化する装置において、
中心に第1小孔を有し相対する両平面が平行な平面に形成された第1扁平流路素子と、巾が前記第1小孔の直径と略同等で長さが該第1小孔よりも著しく長くかつ該第1小孔に連通する1個の細長孔を中心に有し相対する両平面間の厚さが該第1小孔の直径より大き
く該両平面が平行な平面に形成された第2扁平流路素子と、該第2扁平流路素子の細長孔の両端部に対応した位置に前記第1小孔の直径より大径の第2小孔がそれぞれ設けられ相対する両平面が平行な平面に形成された第3扁平流路素子とを備え、これらが積層されたことを特徴とする微粒化装置。 - 前記第1、第2、第3扁平流路素子がそれぞれ少なくとも1枚用いられ、これら扁平流路素子の積層順序が任意に選択されたことを特徴とする前記請求項1記載の微粒化装置。
- 前記扁平流路素子は、前記小孔および細長孔が設けられた硬度および耐摩耗性に富んだ基板と、該基板の外周を囲んだ金属製リング状部材とよりなることを特徴とする前記請求項1記載の微粒化装置。
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