JP3755666B2 - 微粒化装置 - Google Patents

Description

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。

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

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。

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。

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、流路断面積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、前記分散相を微粒化する装置において、流路構成部材の一端面略中央部に形成された第１小孔と、巾が該第１小孔の直径と略同等で、深さが該第１小孔の直径よりも深く、長さが該第１小孔よりも著しく長く、細長孔の長手方向中央部が前記第１小孔に連通する細長孔と、前記第１小孔の直径より大径で、前記細長孔の両端にそれぞれ連通し、前記流路構成部材の他端面に開口する１対の第２小孔とで微粒化流路が構成されたことを特徴とするものである。

本発明は、前述したように構成されているので、流路構成部材の一端面略中央部の第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流路構成部材内の微粒化流路に注入し、該流路構成部材の他端面の第２小孔から排出させれば、高圧分散媒および分散相または分散系が通路横断面積の小さな第１小孔を通過して通路横断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ため、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。

このように、通路横断面積の小さな第１小孔から横断面積の大きな細長孔に、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加えられるので、分散相の微粒化を効果的に推進することができる。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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１のII−II線に沿って截断した横断面図である。 図１のIII −III 線に沿って截断した横断面図である。 前記実施例の第１扁平流路素子の斜視図である。 前記実施例の第２扁平流路素子の斜視図である。 前記実施例の第３扁平流路素子の斜視図である。 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。 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。 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。 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 (1)

1. 圧力を加えた分散媒および分散相または分散系を、流路断面積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、前記分散相を微粒化する装置において、
   流路構成部材の一端面略中央部に形成された第１小孔と、
   巾が該第１小孔の直径と略同等で、深さが該第１小孔の直径よりも深く、長さが該第１小孔よりも著しく長く、細長孔の長手方向中央部が前記第１小孔に連通する細長孔と、
   前記第１小孔の直径より大径で、前記細長孔の両端にそれぞれ連通し、前記流路構成部材の他端面に開口する１対の第２小孔とで微粒化流路が構成されたことを特徴とする微粒化装置。
   
   

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