JP6283204B2 - 微粉化装置 - Google Patents
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Description
特許文献1に開示の技術では微粉化が可能だが、その微粉化に要する処理時間が極めて長い。さらに、微粉化物の回収率が極めて低い。結果、微粉化処理に多量の処理ガスが必要となり、設備機器として大型のコンプレッサーが必須で、微粉化に要するコストが嵩む。
微粉化対象の原料と低温流体との混合物を生成する混合手段と、
前記混合手段により生成される原料含有低温流体が導かれる粉砕処理室と、
前記粉砕処理室で粉砕・微粒化された原料微粒化物を、前記粉砕処理室から導出する導出手段と、
前記導出手段により前記粉砕処理室から導出される原料微粒化物を導出流れから分離す
る分離手段とを備え、
前記粉砕処理室に、前記原料含有低温流体を室内に噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルから噴射される前記原料含有低温流体が衝突されるターゲットとを備え、
前記ターゲットに、前記噴射ノズルの噴射方向に対して対向して設けられるターゲット面を備えるとともに、当該ターゲット面を前記原料の脆化点以下の温度に維持する温度維持手段を備え、
前記噴射ノズルから前記ターゲットに導かれる前記原料の粒子ビーム濃度を検出する粒子ビーム濃度検出手段を備え、
前記粒子ビーム濃度検出手段の検出結果に基づいて、前記混合手段に導く原料又は低温流体或いはそれらの両方の供給量を制御する原料供給量制御手段を備え、前記ターゲットに導かれる前記原料の粒子ビーム濃度を、所定の濃度範囲に制御することにある。
ここで、原料の搬送の用をなす低温流体は、例えば、その温度を0℃以下とすることで、ターゲット面での粉砕・微粒化に寄与する。ここで、原料により脆化点(脆化温度)を特定できない場合は、原料の「ガラス転移点」を本願にいう脆化点(脆化温度)と見なす。
さらに、この微粉化装置では、予め混合手段により混合された原料含有低温流体を噴射ノズルから噴射してターゲットに衝突させるため、原料と低温流体との混合状態が安定することで、粉砕・微粉化を安定して行え、回収率も稼げる。さらに、搬送流体である低温流体の量も比較的小さいものとできる。また、粉砕・微細化に関与するパラメータも少ないことから、制御も容易となる。
また、粒子ビーム濃度検出手段で検出される検出結果に基づいて、原料供給量制御手段により原料の供給量を制御することで、量的にターゲット面における原料の粉砕・微細化状態を安定化することで、ターゲットに導かれる原料の粒子ビーム濃度を所定の濃度範囲に制御することで、原料微粉化物の粒子径を安定的に制御できるとともに、その生成量も安定化できる。
ターゲット面及びその周囲雰囲気を原料の脆化点以下に保つとともに、噴射ノズルから噴出される原料含有低温流体を原料の脆化点以下に保つことで、粉砕処理室内を確実に原料の脆化点以下に保って、衝突における原料の粉砕・微粒化を安定した状態で実現できる。
粉砕処理室を真空室として室内を真空に保つことで、噴射ノズルからターゲット面に至る過程における原料含有低温流体の減速を可能な限り抑制して、高速で原料をターゲット面に衝突させて、原料の粉砕・微粒化を実現できる。この構成では、原料微粒化物の粒度分布も安定化する。
この構成を採用すると、流動層を形成する流動式混合装置で簡単に原料含有低温流体を生成することができる。
これら低温流体は、原料の種類、性状、使用目的等に対応して選択して使用することができる。
低温流体として液体窒素を使用する場合は、原料の脆化点以下への制御と搬送とを液体窒素だけで行なえるとともに、任意の原料をその脆化点以下として、本願独特の粉砕・微粉化を実現できる。
これら微粉化装置100は、全て本願発明に係る微粉化方法を使用する装置である。
これら実施形態の概要を先ず説明しておくと、全ての実施形態は、混合手段である混合器1、粉砕処理室2、導出手段である吸引ポンプ3、さらには分離手段である分離装置4を備えて構成されている。
以下、具体的構成について順に説明する。
当該第1実施形態の微粉化装置100の構成を、図1に示した。
図1に示されるように、微粉化装置100は、微粉化対象の原料と低温流体との混合物を生成する混合器1と、当該混合器1により生成される原料含有低温流体が導かれる粉砕処理室2と、粉砕処理室2で粉砕・微粒化された原料微粒化物を、粉砕処理室2から導出する吸引ポンプ3に接続された吸引管3aと、粉砕処理室2から導出される原料微粒化物を導出流れから分離する分離装置4とを備えて構成されている。ここで、前記粉砕処理室2は、その室内圧力が0.3〜80torr程度の真空室とする。
以下に、低温流体種の後にカッコ付で、選択可能な温度範囲を示した。
窒素(0℃〜−196℃)、空気(0℃〜−196℃)、酸素(0℃〜−183℃)、アルゴン(0℃〜−186℃)、ヘリウム(0℃〜−269℃)、エタノール(0℃〜−114℃)、プロパノール(0℃〜−127℃)、ブタノール(0℃〜−90℃)
この実施形態では、この噴射により粉砕処理室2に導入される原料含有低温流体の温度を、原料の脆化点以下に維持している。即ち、冷却器5に投入する原料量、冷却媒体量(液体窒素量)及び、これらに混合される低温流体の量を適切に調整することで、粉砕処理室2に導入される原料含有低温流体の温度を、原料の脆化点以下に維持することができる。
例えば、液体窒素の量を比較的多くして、噴射ノズルに導入するまで、原料含有低温流体に液体窒素が液滴として残留する混相流とすると、このような温度状態を確実に実現できる。
以下、本願の第2実施形態について、図2に基づいて説明する。
図1に示した第1実施形態と同様な構成部分に関しては、図2に同一の番号を付した。
以下、第1実施形態と差異点について、主に説明する。
図2に示すように、この第2実施形態では、冷却器5、引いては混合器1に導く原料の供給量を制御する原料供給量制御手段としての原料供給量制御器6aが、冷却器5の原料供給入口部に設けられている。この原料供給量制御器6aは、例えば、粉体をその回転速度に依存して切り出すロータリバルブを備えた公知の定量供給装置6a1及びその回転速度を制御する制御器6abから構成される。さらに、冷却器5に供給される冷却媒体である液体窒素の供給量も流量制御器6b1で、混合器1に供給される低温流体の供給量も流量制御器1eで制御される構成が採用されている。これら流量制御器6b1、流量制御器1eも、制御器6abの制御を受ける。
以下、本願の第3実施形態について、図3に基づいて説明する。
図1に示した第1実施形態と同様な構成部分に関しては、図3に同一の番号を付した。
以下、第1実施形態と差異点について、主に説明する。
図3に示すように、この第3実施形態では、第2実施形態と同様に、冷却器5、引いては混合器1に導く原料の供給量を制御する原料供給量制御手段としての原料供給量制御器6aが、冷却器5の原料供給入口部に設けられている。この原料供給量制御器6aは、例えば、粉体をその回転速度に依存して切り出すロータリバルブを備えた公知の定量供給装置6a1及びその回転速度を制御する制御器6abから構成される。さらに、冷却器5に供給される冷却媒体である液体窒素の供給量も流量制御器6b1で、混合器1に供給される低温流体の供給量も流量制御器1eで制御される構成が採用されている。これら流量制御器6b1、流量制御器1eも、制御器6abの制御を受ける。
この種の簡略化を行なった実施形態が、第4実施形態、第5実施形態である。
以下、本願の第4実施形態について、図4に基づいて説明する。
図1に示した第1実施形態と同様な構成部分に関しては、図4に同一の番号を付した。
以下、第1実施形態と差異点について、主に説明する。
この実施例においては、原料処理室2に設けられる噴射ノズル2aまでの原料含有低温流体の処理構成が異なっている。
図4に示すように、この実施形態における混合器1は、筐体1a内に収納された原料粉体に、低温流体を流通させて混合物を得る、ガス浮遊式の流動式混合装置(例えばエアロゾル発生器がこれに該当する)であり、この混合器1を使用することで、原料粉体が低温流体に混ざった混相流を得ることができる。図示する例は、原料粉体を収納する筐体1a内に、仕切り板1bが設けられており、この仕切り板1bの上部に原料粉体を収納した状態で、仕切り板1bの下部側に低温流体を吹き込むことで、原料粉体を低温流体により噴射ノズル2aに浮遊搬送することができる。
この実施形態で使用する低温流体としては、窒素、空気、酸素、アルゴン、ヘリウムの何れか一種以上で、0℃以下、当該ガスの沸点より高い温度のガスを使用できる。
以下、本願の第5実施形態について、図5に基づいて説明する。
図1に示した第1実施形態と同様な構成部分に関しては、図5に同一の番号を付した。
以下、第1実施形態と差異点について、主に説明する。
この実施例においても、原料処理室2に設けられる噴射ノズル2aまでの原料含有低温流体の処理構成が異なっている。
図5に示すように、この実施形態における混合器1は、筐体1a内に撹拌器1cを備えて構成されており、筐体内に、原料粉体と低温流体としての液体を送り込んで、原料含有低温流体を得る。そして、この混合物を噴射ノズル2aに送り込む構成を採っている。
これら液体を使用した場合、噴射ノズルからの噴射により流体の気化が起こる等の理由により、原料の温度低下を図れるとともに、ターゲットへの衝突速度の増加に寄与でき、
粉砕・微粉化を好適に実行できる。
(1)これまで説明してきた例では、粉砕処理室に噴射ノズルより噴射される原料含有低温流体は、原料との関係で、その脆化点以下としたが、先にも示しているように、ターゲットの温度が低下されていることから、低温流体は0℃以下とすることで、本願の目的に合致した粉砕・微粉化を実現できる。
(2)これまで説明してきた例では、粉砕処理室を真空室として使用する例を示したが、本願にあっては、ターゲット及び原料含有低温流体を所定の低温状態としておけばよく、常圧の状態で使用してもよい。
(3)第2実施形態及び第3実施形態において、混合器に供給する原料又は低温流体或いはそれらの両方を制御する例を示したが、当然に冷却器に供給する冷却媒体の供給量を制御してもよい。
(4)さらに、これまで説明してきた例では、原料を粉体状態で供給する例を示したが、このように粉体としている理由は、混合器において低温流体との混合が可能であり、さらに、噴射ノズルから噴射可能であれば、原料の形態を問うものではない。
2 粉砕処理室
2a 噴射ノズル
2b ターゲット
2c 温度維持手段
2d 粒子ビーム濃度検出器(粒子ビーム濃度検出手段)
3 吸引ポンプ(導出手段)
3a 吸引管(導出手段)
4 分離装置(分離手段)
5 冷却器(冷却手段)
6 原料供給量制御器(原料供給量制御手段)
7 粒子径検出装置(粒子径検出手段)
100 微粉化装置
Claims (9)
- 微粉化対象の原料と低温流体との混合物を生成する混合手段と、
前記混合手段により生成される原料含有低温流体が導かれる粉砕処理室と、
前記粉砕処理室で粉砕・微粒化された原料微粒化物を、前記粉砕処理室から導出する導出手段と、
前記導出手段により前記粉砕処理室から導出される原料微粒化物を導出流れから分離する分離手段とを備え、
前記粉砕処理室に、前記原料含有低温流体を室内に噴射する噴射ノズルと、前記噴射ノズルから噴射される前記原料含有低温流体が衝突されるターゲットとを備え、
前記ターゲットに、前記噴射ノズルの噴射方向に対して対向して設けられるターゲット面を備えるとともに、当該ターゲット面を前記原料の脆化点以下の温度に維持する温度維持手段を備え、
前記噴射ノズルから前記ターゲットに導かれる前記原料の粒子ビーム濃度を検出する粒子ビーム濃度検出手段を備え、
前記粒子ビーム濃度検出手段の検出結果に基づいて、前記混合手段に導く原料又は低温流体或いはそれらの両方の供給量を制御する原料供給量制御手段を備え、前記ターゲットに導かれる前記原料の粒子ビーム濃度を、所定の濃度範囲に制御する微粉化装置。 - 前記粉砕処理室に導入される原料含有低温流体の温度が、前記原料の脆化点以下に維持される請求項1記載の微粉化装置。
- 前記粉砕処理室が真空室である請求項1又は2記載の微粉化装置。
- 前記原料に、当該原料を脆化点以下に冷却する冷却媒体を加えて前記原料を脆化点以下に冷却する冷却手段を備え、前記冷却手段により冷却された前記原料を前記混合手段に供給する請求項1〜3のいずれか一項記載の微粉化装置。
- 前記混合手段が、筐体内に収納された原料粉体に、前記低温流体を流通させて前記混合物を得る流動式混合装置である請求項1〜3のいずれか一項記載の微粉化装置。
- 前記温度維持手段が、前記ターゲットの裏面に液体窒素を循環させて、前記ターゲットを前記原料の脆化点以下に維持する構成で、前記ターゲットが液体窒素冷却型のターゲットである請求項1〜5のいずれか一項記載の微粉化装置。
- 前記低温流体が、
窒素、空気、酸素、アルゴン、ヘリウムの何れか一種以上のガスで、0℃以下、当該ガスの沸点より高い温度のガス、又は
エタノール、プロパノール、ブタノールの何れか一種以上で、0℃以下、当該アルコールの凝固点より高い温度の液体である請求項1〜6のいずれか一項記載の微粉化装置。 - 前記低温流体が、液体窒素である請求項1〜6のいずれか一項記載の微粉化装置。
- 前記冷却媒体が液体窒素であり、前記低温流体が、前記液体窒素より沸点が高温であるガス若しくは液体である請求項4記載の微粉化装置。
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