JP4989827B2

JP4989827B2 - 中空の円筒を使って液体を霧状にする装置

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Publication number: JP4989827B2
Application number: JP2001265653A
Authority: JP
Inventors: マルクス・ノーヴォトニー; グイド・シェール
Original assignee: DSM IP Assets BV
Current assignee: DSM IP Assets BV
Priority date: 2000-09-05
Filing date: 2001-09-03
Publication date: 2012-08-01
Anticipated expiration: 2021-09-03
Also published as: JP2002143725A; NO20014302D0; US6651898B2; TW527223B; AU782291B2; CN1345634A; KR100759651B1; EP1186348B1; US20020043571A1; EP1186348A1; KR20020019402A; NO20014302L; DE50105013D1; CA2356430A1; MXPA01008943A; CN1180889C; ATE286433T1; ES2233538T3; DK1186348T3; AU6559401A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、霧状にすべき液体を受入れるための回転可能な中空円筒、及び中空円筒を回転させるための駆動機構を含んで成り、
中空円筒がその下端部で床により閉鎖されており、その上端部に開口部を有し、そのケーシングが、霧状にすべき液体の導入のための複数の円形穴型ノズルを有する、液体を霧状にする装置に関する。
【０００２】
本発明はまた、上述の種類の装置を用いて液体を霧状にし、噴霧冷却及び噴霧乾燥するための方法に関する。
【０００３】
本発明はさらに、溶液又は分散液、好ましくはエマルジョンから粉末を生産する目的での上述の種類の装置の使用にも関する。
【０００４】
【従来の技術】
上述のタイプの装置は、P.Schmidの出版物「Auslegungrotierender poroser Zerstaubung skorper」Verfahrenstechnik ８（１９７４）No.７の中で記述されている。この出版物は、複数の円形穴型ノズルを伴う中空円筒の利用についての基本的な説明を提供している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明によって解決すべき課題は、狭い液滴サイズ分布を達成でき、噴霧中の平均液滴サイズが５０〜５００マイクロメートル、好ましくは１００〜３５０マイクロメートルの範囲内にあるべきである上述のタイプの装置を提供することにある。さらに、液体を霧状にするプロセス中の技術的に望ましい処理量を得ることができるようにし、かつそれにより低い摩耗で作動することが期待できる上述のタイプの装置を提供することが、本発明の範囲内の基本的目的である。中空円筒及びそのケーシング内の円形穴型ノズルの構造及び寸法は、前述の円形穴型ノズル内の液体とその温度の均質な分布が得られるような、かつ、円形穴型ノズルの目詰まり傾向が無視できる程度のものであるような、形に選択されるべきである。さらに本発明の中空円筒は、着脱が容易であるべきであり、又中空円筒ならびに円形穴型ノズルの清掃も容易でなくてはならない。
【０００６】
本発明のさらなる目的は、本発明に従った装置で液体を霧状にし、噴霧冷却又は噴霧乾燥する方法を提供することにある。
【０００７】
本書で使用されている「液体」という語は、活性物質ならびに任意には活性物質を含有する溶融物例えば脂肪性溶融物の溶液、特に水溶液、分散液及びエマルジョン（乳液）を含む。活性物質の例としては、例えばビタミンＡ，Ｅ，Ｄ又はＫといったような脂容性ビタミン、β−カロチン、ゼアキサンチン、ルティン又はアスタキサンチン、脂溶性又は水溶性の薬学的に活性な物質ならびに例えばビタミンＣ及びビタミンＢ類といったような水溶性ビタミンがある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
装置に関して前述した課題の１部分は、本発明に従うと、請求項１に示された特徴をもつ上述の種類の装置よって解決される。
【０００９】
本発明に従ったこの装置のさらなる態様は請求項２〜１０に示されている。
【００１０】
好ましい実施形態においては、中空円筒は、霧状にするべき液体をその中に供給するように働く同時回転性の中空シャフト上に、ネジにより取付けられている。従って中空円筒は、僅かな労力で着脱でき、こうしてメンテナンス手順のための消費時間が短縮される。この手段によって及び中空円筒の非常に単純な構造ならびに薄い壁厚によって、中空円筒ならびに円形穴型ノズルは、容易に清掃可能である。
【００１４】
方法に関する上述の課題の一部分は、請求項１１〜１６に示されている上述の種類の方法によって本発明に従って解決される。
【００１５】
請求項１３に従った方法により、本発明において示されているような円形穴型ノズルの非常に低い目詰まり傾向が達成される。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の作用例については、添付図面に基づいて以下に記述される。
【００１８】
（本発明に従った装置の基本的構造）
図１に示されているように、本発明に従った装置は以下の構成要素を含んで成る。
− 霧状にすべき液体を収容するための回転可能な中空円筒１１又は２１，
− 中空円筒１１又は２１の回転のための、好ましくは電気機械式の駆動機構１２，及び
− 霧状にすべき液体を、一定の圧力下で中空円筒１１又は２１内に導入する手段。この圧力は例えば０.３×１０⁵〜５×１０⁵パスカル（０.３〜５バール）である。
【００１９】
最後に言及した手段は、例えば、駆動機構１２からも回転可能で、それ自体ポンプを介して霧状にするべき液体の供給源と、そして他方では中空円筒１１又は２１と連結されている同時回転する中空シャフト１９を含むことができる。
【００２０】
中空円筒１１又は２１は、ここで記述した目的のために機械的に加工されうる全ての材料、例えば鋼又は鋼合金といったような金属又はポリ塩化ビニル若しくはポリエチレンといったようなプラスチックから製造可能である。
【００２１】
駆動機構１２は、中空円筒１１が、２０００〜２００００回転／分、好ましくは３０００〜１００００回転／分の範囲内の回転速度で回転できるようにする。
【００２２】
【実施例】
本発明に従った装置の２つの異なる実施形態について以下に記述する。
【００２３】
（本発明に従った装置の第１実施例）
本発明に従った装置の第１の実施形態は、上述の図１に従った基本的構造をもち、図２〜４に従った中空円筒１１を含んでいる。
【００２４】
図２から、明らかであるように中空円筒１１は、その底面端部が床１３により閉鎖され、その上端部に開口部１５を有する。図３及び４に詳細に示されているように、中空円筒１１の円筒形ケーシング１６は、霧状にすべき液体の導入のための複数の円形穴型ノズル１８を有する。
【００２５】
中空円筒１１は、その上端部で同時回転中空シャフト１９に取外し可能な形で取付けられており、このシャフトを通して液体を開口部１５を介して中空円筒１１内に導入することができる。中空シリンダ１１を同時回転中空シャフト１９上にネジ込むことができるのが好ましい。これは、特殊な工具なしで中空円筒１１を着脱できるという利点がある。中空円筒１１は、１０〜２５ミリメートルの範囲内の直径をもつ。
【００２６】
円形穴型ノズル１８を支持する円筒ケーシング１６の表面は、２０〜１２０ミリメートルの長さにわたり軸方向に延びる。
【００２７】
中空円筒１１のケーシング１６における円形穴型ノズル１８（図４参照）の各々は、０.０５〜１ミリメートルの範囲内の、好ましくは０.１〜０.４ミリメートルの範囲内の穴直径を有する。中空円筒１１のケーシング１６における円形穴型ノズル１８の各々は、１〜５０，好ましくは２〜１０の範囲内の長さ／穴直径比を有する。
【００２８】
中空円筒１１の上述の構成では、層状糸様分解とそれに伴う液滴分散時の狭い液滴サイズ分布は、霧状にすべき液体の粘度、霧状にすべき液体の処理量並びに中空円筒１１の回転及び直径を適切に選択することによって達成可能である。噴霧中の平均液滴サイズは、５０〜５００マイクロメートル、好ましくは１００〜３５０マイクロメートルの範囲内となる。
【００２９】
（発明に従った装置の第２実施例）
本発明に従った装置の１実施形態は、上述の図１に従った基本的構造を有するが、図１〜３に従った中空円筒１１の代りに、霧状にすべき液体を収容するための回転可能な中空円筒２１及び中空円筒２１と共に回転可能であって、それを通して霧状にすべき液体を中空円筒２１内に導入できる供給導管３１を収容する図５〜９に従った配置を含んでいる。
【００３０】
図５から明らかであるように、中空円筒２１は、その底面端部で床２３により閉鎖され、その上端部に開口部２５を有する。図６及び７に詳細に示されているように、中空円筒１１のケーシング２６は、霧状にすべき液体の導入のための複数の円形穴型ノズル２８を有する。
【００３１】
中空円筒２１は、その上端部が同時回転中空シャフト１９に対して、取外し可能な形で取付けられており、このシャフトを通して液体が開口部２５を介して中空円筒２１内に導入される。中空シリンダ１１を同時回転中空シャフト１９上にネジで取付けることができるのが好ましい。これは、特殊な工具なしで中空円筒１１を着脱できるという利点がある。中空円筒２１は、１０〜６０ミリメートル、好ましくは２０〜４０ミリメートルの範囲内の直径をもつ。
【００３２】
円形穴型ノズル２８を支持する円筒ケーシング２６の表面は、１２０〜４００ミリメートル、好ましくは１２０〜２５０ミリメートルの範囲内の長さにわたり軸方向に延びる。
【００３３】
中空円筒２１のケーシング２６における円形穴型ノズル２８の各々は、０.０５〜１ミリメートル、好ましくは０.１〜０.４ミリメートルの範囲内の穴径を有する。中空円筒２１のケーシング２６内の円形穴型ノズル２８の各々は、１〜５０，好ましくは２〜１０の範囲内の長さ／穴直径比を有する。
【００３４】
供給導管３１は、供給導管３１の長手方向軸３４が中空円筒２１の回転軸２７と一致するような形で、シリンダ２１の中に配置されている。
【００３５】
供給導管３１の入口３２は、中空円筒２１の開口部２５ひいては霧状にすべき液体の供給源に取付けられている。
【００３６】
供給導管３１の出口３３は、中空円筒２１の内側で、かつ中空円筒の床がある端部領域に配置されている。
【００３７】
供給導管３１の出口３３は、円筒ケーシング２６の内側面に向けられ、この出口３３と円筒床２３の内側面との間の距離は、この出口３３と中空円筒２１の開口部２５の間の距離よりもはるかに小さくなっている。
【００３８】
供給導管３１の出口３３と円筒床２３の内側面の間の距離は、好ましくは１〜２０ミリメートルの範囲内にある。
【００３９】
好ましい実施形態では、供給導管３１の円筒形側壁３５は、前述の出口３３に加えて、複数の開口部を有し、これらの開口部は全て、その入口３２とその出口３３との間で軸方向に配置されている。
【００４０】
（発明に従った装置を用いて実施可能な方法の実施例）
以下の方法１）〜５）はなかんづく、例えば、中空円筒１１又はｌのケーシング内の全ての円形穴型ノズルが液体で完全に満たされた状態で、かつ液体が０.１〜２.０ｍ／秒、好ましくは０.３〜１.０ｍ／秒の流量で円形穴型ノズルを通って流れるような形で、中空円筒を通る液体処理量が調整されている状態で、本発明に従った装置を用いて実施可能である。
【００４１】
１）液体を上述の装置のうちの１つを用いて霧状にする、液体を霧状にする方法
２）ガス流内、例えば５°〜５０℃の範囲内の空気温度の空気流内に中空円筒１１又は２１が配置されている、上述の装置の１つを用いて液体を霧状にする、液体の噴霧冷却方法。その他のガス、例えば窒素を空気の代りに用いることもできる。
３）空温が５°〜５０℃の範囲内にある間接的に調節された部屋の中で噴霧が行なわれる、上述の装置の１つを用いて液体を霧状にする、液体の噴霧冷却方法。
４）１４０°〜３００℃の範囲内のガス温度のガス流内に中空円筒１１又は２１が配置されている、上述の装置の１つを用いて液体を霧状にする、液体の噴霧乾燥方法。
５）空温が１４０°〜３００℃の範囲内にある間接的に調節された部屋の中で噴霧が行なわれる、上述の装置の１つを用いて液体を霧状にする、液体の噴霧乾燥方法。
【００４２】
上述の本発明に従った装置で達成できる狭い粒度分布は、図１１中で体積分布として示されている。
【００４３】
（手順例）
上述の本発明に従った装置を用いて実施可能な霧化手順は、溶液、分散、好ましくはエマルジョンから、ならびに溶融物からの粉末の生産を目的として大規模に使用することができる。
【００４４】
このために必要とされる装置の構成の一例が、図１０に概略的に示されている。この構成には、原料コンテナ４１，供給ポンプ４２，フィルタ４３，温度調節された供給導管４４，スプレーコンテナ４５，スプレー配置４６，製品排出導管４７及び必要とされる添加剤、例えばケイ酸、でんぷん、低温／高温空気又はその他の添加剤のための任意的な供給用導管４８が含まれる。
【００４５】
フィルタ４３のメッシュサイズは、円形穴型ノズル１８又は２８の穴の直径の関数として選択される。例えば５０〜１０００マイクロメートルの範囲内のメッシュサイズをもつフィルタ４３が、０.０５〜１ミリメートルの範囲内の穴径のために選択される。１００〜４００マイクロメートルの範囲内のメッシュサイズのフィルタ４３が、０.１〜０.４ミリメートルの範囲内の穴径のために選択される。
【００４６】
手順例：ゼラチンマトリクス中での活性物質粉末の生産
原料コンテナ４１内に６０℃で水性活性物質（例えばビタミンＥ）エマルジョンが保管されている。
【００４７】
約４５〜５０％の乾燥物質含有量をもつエマルジョンは、供給ポンプ４２を介して、１００〜３００マイクロメートルの標準メッシュサイズをもつフィルタ４３を通してスプレー配置４６まで搬送される。
【００４８】
スプレーコンテナ４５内のエマルジョンは、記述されたスプレー配置４６を介して霧状にされる。スプレーコンテナ４５内の周囲温度は２０℃である。必要とされる添加剤８は、スプレーコンテナ４５内の同時に秤量される。
【００４９】
噴霧は、以下のような特徴をもつスプレー配置４６を用いて実施される：すなわち
円形穴直径ＤＢ＝０.３ミリメートル
円形穴型ノズルの数＝１０００
円筒壁の厚みＳ＝１ミリメートル
中空円筒の直径ＤＣ＝２５ミリメートル
ノズル回転数ｎ＝７０００回転／分
エマルジョン処理量：１５０kg／時
【００５０】
スプレーコンテナ４５の出口４７で２００〜２５０マイクロメートルの平均粒度をもつ粉末が得られる。
【００５１】
【発明の効果】
本発明に従った装置の利点は以下の通りである：すなわち
これは、霧状にすべき液体の層状糸様分解の発生を容易にし、かくして噴霧中の平均液滴サイズが５０〜５００マイクロメートルの範囲内、好ましくは１００〜３５０マイクロメートルの範囲内にあるものとして狭い液滴サイズ分布を達成させる。
中空円筒の非常に単純な構造、比較的小さい寸法及び低重量に起因して、液体を霧状にするための装置の構成が非常にコンパクトである。
中空円筒内及び円筒ケーシング内の円形穴型ノズル内の液体及びその温度の分布が均等であり、そのため、乾燥又はゲル化プロセスによる閉塞ひいては円形穴型ノズルの目詰まりが防止される。
中空円筒の円形穴型ノズルの中ぐり内の流速が比較的低いことによって非常に低摩耗での作動が達成される。
従来の霧状化装置が必要となるエネルギーに比べ、中空円筒の回転駆動に必要なエネルギーが著しく少ない。そして
液体の処理量が比較的少ない場合に最適である。
【００５２】
以上の記述では、具体的な詳細と共に本発明の好ましい手順例について説明してきたが、かかる記述は例示を目的としたものにすぎず、クレームによって示される本発明の基本的教示から逸脱することなく、かかる手順例の変更及び修正を実施できるということは明白であるはずである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図２に従った中空円筒又は図９に従った供給導管３１を伴う中空円筒２１の配置が使用されている、液体を霧状にするための本発明に従った装置を示す。
【図２】本発明に従った装置の中空円筒の第１の実施形態１１の断面の概略図を示す。
【図３】図２の一点鎖線円Ｅ部分の側面の拡大図である。
【図４】図２中の円筒ケーシングの断面の部分的拡大図である。
【図５】本発明に従った装置の中空円筒の第２の実施形態２１の断面の概略図を示す。
【図６】図５の一点鎖線円Ｆ部分の側面の拡大図である。
【図７】図５内の壁２６の断面の小さい部分の拡大図を示す。
【図８】図５に従った中空円筒２１内で使用されている供給導管３１の断面図を示す。
【図９】図５に従った中空円筒２１の断面を、この中空円筒内に供給導管３１が挿入された状態で示す。
【図１０】溶液、分散、エマルジョン及び溶融物から、好ましくはエマルジョンからの粉末製造のために本発明に従った装置が使用される概略的な構成図である。
【図１１】本発明の装置を用いて達成される、体積分布として示された狭い粒度分布を明らかにするダイヤグラムである。
【符号の説明】
１１中空円筒
１２回転駆動機構
１３床
１５開口部
１６ケーシング
１７回転軸
１８円形穴型ノズル
１９中空シャフト
２１中空円筒
２３床
２５開口部
２６ケーシング
２７回転軸
２８円形穴型ノズル
３１供給導管
３２入口
３３出口
３４長手方向軸
３５壁
３６床
４１原料コンテナ
４２供給ポンプ
４３フィルタ
４４供給導管
４５スプレーコンテナ
４６スプレー配置
４７製品排出導管
４８添加剤供給用導管

Claims

霧状にすべき液体を受け入れるための回転可能な中空円筒（１１）と、
中空円筒（１１）を回転するための駆動機構（１２）とを含んで成り、
中空円筒がその下端部で床（１３）により閉鎖されており、中空円筒の上端部に開口部（１５）を有し、そのケーシング（１６）が、霧状にすべき液体を導入するための複数の円形穴型ノズル（１８）を有し、
（ａ）中空円筒（１１）の直径が、１０〜２５ミリメートルの範囲内にあり、
（ｂ）円形穴型ノズル（１８）を有する円筒ケーシング（１６）の表面が２０〜１２０ミリメートルの範囲内の長さにわたり軸方向に延びる、液体を霧状にするための装置であって、
中空円筒（１１）が、その上端部で、同時回転する中空シャフト（１９）に対し取外し可能な形で取付けられており、この中空シャフトを通って開口部（１５）を介して中空円筒（１１）内に液体を導入することができる、装置。
中空円筒（１１）が、同時回転する中空シャフト（１９）上にネジで取付けられている、請求項１に記載の装置。
中空円筒（１１）のケーシング（１６）における円形穴型ノズル（１８）の各々が、０．０５〜１ミリメートルの範囲内の穴直径を有する、請求項１に記載の装置。
霧状にすべき液体が、５０〜１０００マイクロメートルの範囲内にある規定値より小さいサイズをもつ粒子の通過を許容するフィルタ（４３）を通して、中空円筒（１１）内に導入される、請求項３に記載の装置。
中空円筒（１１）のケーシング（１６）における円形穴型ノズル（１８）の各々が、０．１〜０．４ミリメートルの範囲内にある穴直径を有する、請求項１に記載の装置。
霧状にすべき液体は、１００〜４００マイクロメートルの範囲内にある規定値より小さいサイズをもつ粒子の通過を許容するフィルタ（４３）を通して、中空円筒（１１）内に導入される、請求項５に記載の装置。
中空円筒（１１）のケーシング（１６）における円形穴型ノズル（１８）の各々が、１〜５０の範囲内の長さ／穴直径比を有する、請求項１に記載の装置。
中空円筒（１１）のケーシング（１６）における円形穴型ノズル（１８）の各々が、２〜１０の範囲内の長さ／穴直径比を有する、請求項１に記載の装置。
中空円筒（１１）を回転させるための駆動機構（１２）が、毎分２０００〜２００００回転の範囲内にある回転速度を許容する、請求項１に記載の装置。
中空円筒（１１）を回転させるための駆動機構（１２）が、毎分３０００〜１００００回転の範囲内にある回転速度を許容する、請求項１に記載の装置。
液体が、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置を用いて霧状にされ、中空円筒（１１，２１）が、５°〜５０℃の範囲内のガス温度のガス流の中に配置されている、液体を噴霧冷却する方法。
液体が、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置を用いて霧状にされ、噴霧が室温が５°〜５０℃の範囲内の、間接的に調節された部屋の中で行なわれる、液体を噴霧冷却する方法。
液体が、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置を用いて霧状にされ、中空円筒（１１，２１）が、１４０°〜３００℃の範囲内のガス温度のガス流中に配置されている、液体を噴霧乾燥する方法。
液体が、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の装置を用いて霧状にされ、噴霧が室温が１４０°〜３００℃の範囲内の、間接的に調節された部屋の中で行なわれる、液体を噴霧乾燥する方法。
液体が、０．３×１０^５〜５×１０^５パスカル（０．３〜５バール）の範囲内にある圧力下で導入される、請求項１１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
中空円筒（１１，２１）を通る液体の処理量が、０．１〜２．０ｍ／秒、好ましくは０．３〜１．０ｍ／秒の範囲内の流速で液体が円形穴型ノズル（１８，２８）内を流れるように調節される、請求項１１〜１５のいずれか１項に記載の方法。