JP6351160B2

JP6351160B2 - スリットノズル混合方法及びその装置

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Publication number: JP6351160B2
Application number: JP2014105421A
Authority: JP
Inventors: 荒井　孝一; 孝一荒井
Original assignee: Arai Machinery Corp
Current assignee: Arai Machinery Corp
Priority date: 2014-05-21
Filing date: 2014-05-21
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2034-05-21
Also published as: JP2015217382A

Description

本発明は、ミルク、豆乳、果汁などの各種液体食品、健康補助ドリンク、ドリンク剤等の医薬品或は、美顔液、洗髪料等の化粧品、更には塗料、バッテリーペースト、その他高分子樹脂等の粘性のある液状体、その他、窒素などの不活性気体、更に起活性の微粉体などの固体を含む種々の混合液状体を有効に形成できるスリットノズル混合方法及びその装置に関する。

一般に、異種の液体を有効に混合させるものとして、流路に直向してオリフィス板にスリットを形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、線状スリットを設け、非加圧時に隙間がない構成の気液混合溶解方法や装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

さらに、異なる種類の液体を衝突的に混合させようとした流体混合装置は知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１２−５５８９１号公報特許第４７５７２２８号公報特開２００４−８７８号公報

特許文献１は単なるスリット構成を用いて、直線的な流れの中で混合させるものであり、高度な混合効果は期待できないし、特許文献２も亦、非加圧時には閉塞しており、有加圧時には圧力の大小に応じて開度が変化する可変性スリットを用いた技術であり、普遍的でない。しかも、特許文献３は、単に混合のための衝突手段であって、混合流体の混合分散性を向上させるためのものではない。

本発明の特徴の一つとする処は、固定された不変性の円筒状スリットノズル拡散機構を用いて有効で均質した混合を行うことを前提とし、これに加えて二次的に貯蔵タンクの適切な任意の異なる位置から導出される２方向からの混合流体を合流管で衝突合流させて３方向接続管機構を用いて混合された混合液体を一方向より導出させるようにしたことを特徴とするものである。

さらに、本発明は、不変性の円筒状スリットノズル拡散機構を上下多段に重合させたり、又は同心環状に配設させた多環構成とし、それぞれの円筒状スリットノズル拡散機構のスリット孔の大きさを漸次小さく構成して通過する混合流体の剪断力を変化させて混合分散をより高度に行われるようにしたことを特徴とするものである。

本発明に係る円筒状スリットノズル拡散機構は、コイル状に捲装される線材の隣り合う線材間に形成されるスリットであり、しかもコイル状の線材は断面形状に円形ないし尖鋭状の端面を有し、これによりスリット孔の開口部は通過する流体を凝集し、かつ分断する作業を促進し、さらに通過後は、拡開する働きを助長し、拡開分散作用を促進できるような機能を有するものである。

又、本発明は、水，牛乳，豆乳を始め、果汁，野菜汁などの液体に対し、醤油，ゴマ油，オリーブ油，ヤシ油などの食用油などの液体、さらには醸造酢，酵母エキス，酒類，カラメルソース，色素，甘味料，ビタミンなどの液体を主な混合液体とし、その他、窒素ガスなどの不活性ガスを含む気体を含有する混合液体を含むものである。

更にまた、本発明の混合流体の流れの方向は、多くは垂直方向の上部から下部に向う流路を有し、この流路の過程に円筒状スリットノズル拡散機構を介在させて分散拡開させて混合させているのに対し、逆に垂直方向の下部から上部に向けて流路を形成し、その過程に円筒状スリットノズル拡散機構を介在させて分散混合させるように構成する場合もある。

この発明は下記の構成を備えることにより上記課題を解決できるものである。

（１）２以上の液体、又は液体と気体などの各流体を混合して供給する混合流体供給工程、
混合流体をコイル状線材で形成されるスリット孔に通過させて放射状に分散する円筒状スリットノズル拡散工程、
拡散混合した混合流体を貯溜する混合貯溜工程、
とより成ることを特徴とするスリットノズル混合方法。

（２）混合される２種類以上の液体又は液体と気体との各流体の２以上のタンク構成機構と、
前記タンク構成機構より供給される２種以上の流体の混合流体を移送する混合流体供給機構と、
前記混合流体供給機構よりの混合流体を放射状に分散し、移送される混合流体と交差するコイル状の線材の隣り合う線材間をスリット孔として混合流体を分散拡散混合できる円筒状スリットノズル拡散機構と、
吐出された混合流体を貯溜する混合流体貯溜機構と、
より成ることを特徴とするスリットノズル混合装置。

（３）２以上の液体、又は液体と気体などの各流体を混合して供給する混合流体供給工程、
混合流体を放射状に分散する円筒状スリットノズル拡散工程、
拡散混合した混合流体を貯溜する混合貯溜工程、
前記混合貯溜工程を経た後、貯溜する混合流体の相対向箇所により供給される２方向よりの混合流体を合流衝突混合させる衝突混合工程、
とより成ることを特徴とするスリットノズル混合方法。

（４）混合される２種類以上の液体又は液体と気体との各流体の２以上のタンク構成機構と、
前記タンク構成機構より供給される２種以上の流体の混合流体を移送する混合流体供給機構と、
前記混合流体供給機構よりの混合流体を放射状に分散して移送される混合流体と交差するコイル状の線材の隣り合う線材間をスリット孔として混合流体を分散拡散混合できる円筒状スリットノズル拡散機構と、
吐出された混合流体を貯溜する混合流体貯溜機構と、
前記混合流体貯溜機構の貯溜混合流体を相対向箇所より導出される２本の供給管を接続して、一方向より給出できる３方向接続管機構と、
より成ることを特徴とするスリットノズル混合装置。

（５）前記円筒状スリットノズル拡散工程を引続き同工程を繰り返して行うことを特徴とする前記（１）記載のスリットノズル混合方法。

（６）前記円筒状スリットノズル拡散機構は、２以上連続して備えることを特徴とする前記（２）記載のスリットノズル混合装置。

（７）円筒状スリットノズル拡散機構は、混合流体の外周流路を多孔構成とし、この多孔構成の外周に各孔毎のスリットを穿ち、隣り合うスリットの外周にコイル状線材を捲装し、隣り合う線材間をスリット孔として形成するようにして成ることを特徴とする前記（２）又は（４）何れかに記載のスリットノズル混合装置。

（８）円筒状スリットノズル拡散機構は、混合流体の外周流路を連続凹陥路構成とし、この連続凹陥路構成の外周にコイル状線材を捲装し、隣り合う線材間をスリット孔として形成するようにして成ることを特徴とする前記（２）又は（４）何れかに記載のスリットノズル混合装置。

本発明によれば、２種類以上の液体又は気体の混合作用を、第一義的には円筒状スリットノズル拡散手段を用いて、スリット孔によって混合液体を急激に、しかも剪断力を以って急速に分散混合を行わせると共に、さらにこの一義的に混合又は処理された混合流体を貯溜状態の槽中より相対向位置より供給管で給出して三方弁構造の衝突混合処理を行わせて瞬時に混合操作を行わせるようにしたもので、きわめて画期的な混合を可能とする。

本発明に係るスリットノズル混合装置の一実施例を示す構成説明図図１の拡張した他の実施例を示す構成説明図本発明に係るスリットノズルに混合装置の他例を示す構成説明図図３の拡張した他の実施例を示す構成説明図図１及び図２に示す円筒状スリットノズル拡張機構を示すもので、（ａ）はコイル用線材を一部切欠して示す側面図、（ｂ）は平面図、（ｃ）は（ａ）のＶｃ−Ｖｃ線断面図、（ｄ）は（ｃ）のＶｄ−Ｖｄ線断面図図３及び図４に示す円筒状スリットノズル拡張機構を示すもので、（ａ）は図３のＶＩ−ＶＩ線断面図、（ｂ）は（ａ）の部分拡大断面図、（ｃ）は（ｂ）の部分側面図（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）は円筒状スリットノズル拡大機構を構成するスリットノズル体の５例を示す拡大部分図本発明のスリットノズル混合装置の他例を示す全体の構成図を示し、（ａ）は正面図の構成図、（ｂ）は平面構成図

以下本発明を実施するための最良の形態を、実施例により詳しく説明する。

始めに、本発明の基本的構成を示す実施例１ないし実施例４について、図１ないし図７に基づいて説明する。

各図において、１は基本流体、例えば、水，牛乳，……などを貯溜させて置く基本流体貯溜槽、２は混入する液体，気体，例えば、醤油，オリーブ油，ビタミンなどの液体，窒素ガスなどの不活性気体など、混合流体貯溜槽であって、図示では単一であるが、２以上複数設けることもできる。

３，４は、各槽１，２に接続される供給管であり、加圧ポンプＰおよびバルブＶ_１，Ｖ_２，Ｖ_３を介装させてあり、合流させてバルブＶ_４を備えた主供給管５を構成して所望割合の両者の混合流体を移送できるようにしてある。

６は、円筒状スリットノズル拡散機構であって、前記主供給管５と通ずる円錐筒７により混合流体を拡張させて、主円筒体８に混合流体を供給できるようにしてある。

９は前記主円筒体８の外周に設けた有底の多孔体、１０は前記多孔体９と通ずる長孔、１１は前記長孔１０の外周に両端を固定し、係止溝に沿って捲装したコイル状線材で、隣り合う線材間に精度の高いコイル状のスリット孔１２を穿って全体としてスリットノズル体Ａを成形している（図５参照）。

１３は前記円筒状スリットノズル拡散機構６を包囲した混合流体混合タンクを示し、この混合流体混合タンク１３の一端に排出管１４を備える。

１５はバルブＶ_５を介して設けられる還流管であって、端部は基本流体を貯溜してある基本流体貯溜槽１と接続してあり、介在させてあるポンプＰの働きで混合流体を再度混合させるための基本流体貯溜槽１へより有効に還流混合を行わせるようにしてある。

図１の構成に基づいて作用を説明する。

基本流体を特定して基本流体貯溜槽１に所望量充填し、併せて混合流体を特定して混合流体貯溜槽２内に収納する。

ついで、４箇所のバルブＶ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，Ｖ_４を開き、供給管３，４を通して一定量の基本流体及び混合流体を供給し、主供給管５内へ混合状態で未処理混合流体を流す。

主供給管５より供給される未処理混合流体は、円錐筒７で拡開された状態で、流れと直交して有底の多孔体９に、供給される方向に拡開されると共に、円周方向に設けた多孔体９に押込まれ、長孔１０を経て、コイル状線材１１で捲装されたコイル状のスリット孔１２に侵入し、円周方向にも拡散した状態で混合撹拌処理され、混合流体混合タンク１３内に貯溜される。

この状態では撹拌混合は一義的であり、多量混合の場合は、一応の目的は達成されるが、微小，少量の場合は不十分であるので、混合流体混合タンク１３内の流体を還流させて、再度円筒状スリットノズル拡散機構６のスリットノズル体Ａを通過するのが好ましく、その場合は、バルプＶ_１を開放し、ポンプＰを働かせると共に、混合流体貯溜槽２用の供給管４のバルブＶ_２を閉鎖し、基本流体貯溜槽１に設けた供給管３のみを働かせて、一義的処理された混合流体のみを前記したと同様に円筒状スリットノズル拡散機構６を働かせて完全な混合拡散作用を行わせるものである。そして、完全な混合状態を確認して作業を完了する。

図２に示す実施例は、同様の構成の円筒状スリットノズル拡散機構６を上下二段に連設したもので、必要に応じて三段，四段にシリーズ構成として混合精度を向上させることができる。多段に連設される円筒状スリットノズル拡散機構６の反復混合撹拌作用の働きにより混合液体の混合比率の精度向上が有効に行われるなどの効果を有する。

次に図３及び図６の実施例について説明する。

なお、同一の構成及び作用を呈するものには、同一の符号を示し、説明の詳細を省く。基本的には円筒状スリットノズル拡散機構６ａを異にするもので、それ以外は、実質同一である。中央に円錐状部１６を備え、この外周上に断面半円形の凹溝１７を多孔連設し、分割流入される混合流体を外周上に多数分割させることができる。図示では、凹溝１７は８箇所設けてあるが、その数は自由である。

１８は、前記凹溝１７の外周に設けられるスリット孔１２を形成するコイル状線材１１を支持する円形状に配設したスリットノズル体Ａの支持杆であって、コイル状線材１１の下端を強固に係止させて隣り合う線材間の隙間を精度の高いスリット孔１２として形成できる（図６参照）。

図４は、前記したスリットノズル体Ａの外周に同心円状に円形の径を順次と異にした多環状のスリットノズル体Ａ_１，Ａ_２，……を多環状に形成したもので、混合流体の混合効率を高めるために必要数設けることができるようになっている。

そして、多段のスリットノズル体Ａ，Ａ_１，Ａ_２，……によるスリット孔１２を順次とスリット幅を小さく異ならせることも可能である。しかし、必ずしもスリット幅を異ならせることなく同一でもよい。

以上、図３及び図４に示す実施例においても、前記図１及び図２に示す実施例と同様に基本流体に対し、混合流体の混合作用は全く同様に実施できる。

処で、前記実施例において、円筒状スリットノズル拡散機構６，６ａを構成するスリットノズル体Ａの具体的な断面構成を図７（ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）及び（ｅ）に基づいて詳細に説明する。

矢符方向に働く含泡液体の作用力に対し、図７（ａ）の構成では断面二等辺三角形であり、スリット孔１２は、隣り合うコイル状線材１１が断面絞り構成αを経て、フラットな平面に向かっており、また図７（ｂ）のコイル状線材１１の構成はホームベース型であり、隣り合うコイル状線材１１同士が断面絞り構成αを備え、細状通路形状βを経て、フラットな平面を備えた形状を備える。したがって、之等のスリット孔１２より吐出する瞬間にはフラットな平面より異なる２種以上の液体分が平均的に分離して働くが、スリット孔１２に到達して通過する過程では断面絞り構成αによって絞り込まれるので、隣り合う液体同士が重合して急速なスプレー拡散できるという働きを奏する。

更に、図７（ｃ）は三角形状の両線をカットし、断面ダイヤ形状としてあり、スリット孔１２の開口部は断面ラッパ状γに拡開しているので、特に噴射する異種の液体分は拡開作用を促進して混合作用化を拡大進行してより有効に働かせることができる。

図７（ｄ），（ｅ）は、断面形状が円形及び楕円形であるが、この場合もスリット孔１２の開口部がラッパ状γに拡開しているので、図７（ｃ）のダイヤ構成と同様に吐出されるスプレー吐出では、特に液体分の拡開作用が促進されて、異なる液体分との混合が有効に行うことができる。

なお、（ｂ）及び（ｅ）には、途中に細状通路形状βを備えているので、通過する混合流体は細長化され、開口端でのスプレー拡散により、より混合を効果的に行わせることができる。

上記構成において、コイル状線材１１の断面形状は、隣り合う状態で混合液体の導入側では漸次狭少となる絞り構成αであることがより好ましく、また噴霧側では、漸次拡開するラッパ状γである構成の方が、気体を含む混合流体を混合させる作用が有効であることが分かっている。

最後に、図８の実施例について説明する。前記した実施例における基本流体貯溜槽１及び混合流体貯溜槽２、並びに両槽１，２の混合するための供給管３，４、そして主供給管５、並びにバルブＶ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，Ｖ_４は実質同一であるので、図示は省く。

要は、前回の実施例は、全て混合流体を混合させて混合処理させる構成が、上方から下向させて行っているのに対し、この実施例は、下方から上方に向って行っている点で相異している。即ち、円筒状スリットノズル拡散機構６ａの配設は、上下を反転させ、かつ若干の相違がある。

そして、その相違は、円錐筒７と主円筒体８との間に筒状のスカート１９を介在させて、全体の高さを大きくして混合流体の流れを規正させている点で、前記実施例の円筒状スリットノズル拡散機構６と異にしている。

２０，２１は、混合流体混合タンク１３の下部の相対向位置に接続した二本の相対向した接続管、２２は、前記接続管２０，２１の衝突箇所に設けた三又状の三方接続管であって、二方向から供給される混合流体を一体として導く合流管２３を備え、混合流体の混合作用をより活発瞬間に行わせることができる。

なお、図示では三方接続管はＴ字管状で示されているが、Ｙ字管や、二重管状など好みの構成とすることができる。

そして、前記合流管２３は再び出口開口端を前記円錐筒７と接続し、還流管として前記実施例と同様に働かせることができる。Ｖ_６，Ｖ_７，Ｖ_８は、接続管２０，２１、合流管２３に設けたバルブを示す。

要するに、この実施例は、第一義的に円筒状スリットノズル拡散機構６ａによって混合流体を創り、ついで混合流体混合タンク１３内の混合流体を、相対向位置の２方向から接続管２０，２１より取り出し、合流管２３より前記円筒状スリットノズル拡散機構６ａに還流させて、更に、円筒状スリットノズル拡散機構６ａで混合操作を行っているので、混合効率の悪い流体混合作用にきわめて有効である。

以上、本発明について幾多の実施例を記載したが、基本流体及び混合流体は、例えばつぎの通り特定できる。
基本流体：水牛乳豆乳果汁野菜汁等
混合流体：醤油ゴマ油オリーブ油ヤシ油 …… 食用油
醸造酢酵母エキス酒類カラメルソース色素甘味料ビタミン等
上記流体はいずれも液体であるが、例えば基本流体が牛乳などのような溶存酸素を低下ないし除去したい場合は、混合流体は、窒素ガス，アルゴンガス等の不活性ガスを供給気体として混合させて他の果汁中の風味の変化を防ぎ、改善させることも可能となる。

１基本流体貯溜槽
２混合流体貯溜槽
３，４供給管
５主供給管
６，６ａ円筒状スリットノズル拡散機構
７円錐筒
８主円筒体
９多孔体
１０長孔
１１コイル状線材
１２スリット孔
１３混合流体混合タンク
１４排出管
１５還流管
１６円錐状部
１７凹溝
１８支持杆
１９スカート
２０，２１接続管
２２三方接続管
２３合流管
Ａ，Ａ_１，Ａ_２，…… スリットノズル体
Ｐ加圧ポンプ
Ｖ_１，Ｖ_２，Ｖ_３，Ｖ_４，Ｖ_５，Ｖ_６，Ｖ_７，Ｖ_８バルブ
α 絞り構成
β 細状通路形状
γ ラッパ状

Claims

２以上の液体、又は液体と気体の各流体を混合して供給する混合流体供給工程、
混合流体をコイル状線材で形成されるスリット孔に通過させて放射状に分散する円筒状スリットノズル拡散工程、
拡散混合した混合流体を貯溜する混合貯溜工程、
とより成り、
前記円筒状スリットノズル拡散工程を引続き繰り返して行うことを特徴とするスリットノズル混合方法。
混合される２種類以上の液体又は液体と気体との各流体の２以上のタンク構成機構と、
前記タンク構成機構より供給される２種以上の流体の混合流体を移送する混合流体供給機構と、
前記混合流体供給機構よりの混合流体を放射状に分散し、移送される混合流体と交差するコイル状の線材の隣り合う線材間をスリット孔として混合流体を分散拡散混合できる円筒状スリットノズル拡散機構と、
吐出された混合流体を貯溜する混合流体貯溜機構と、
より成り、
前記円筒状スリットノズル拡散機構は、２以上連続して備えることを特徴とするスリットノズル混合装置。
２以上の液体、又は液体と気体の各流体を混合して供給する混合流体供給工程、
混合流体を放射状に分散する円筒状スリットノズル拡散工程、
拡散混合した混合流体を貯溜する混合貯溜工程、
前記混合貯溜工程を経た後、貯溜する混合流体の相対向箇所により供給される２方向よりの混合流体を合流衝突混合させる衝突混合工程、
とより成ることを特徴とするスリットノズル混合方法。
混合される２種類以上の液体又は液体と気体との各流体の２以上のタンク構成機構と、
前記タンク構成機構より供給される２種以上の流体の混合流体を移送する混合流体供給機構と、
前記混合流体供給機構よりの混合流体を放射状に分散して移送される混合流体と交差するコイル状の線材の隣り合う線材間をスリット孔として混合流体を分散拡散混合できる円筒状スリットノズル拡散機構と、
吐出された混合流体を貯溜する混合流体貯溜機構と、
前記混合流体貯溜機構の貯溜混合流体を相対向箇所より導出される２本の供給管を接続して、一方向より給出できる３方向接続管機構と、
より成ることを特徴とするスリットノズル混合装置。
円筒状スリットノズル拡散機構は、混合流体の外周流路を多孔構成とし、この多孔構成の外周に各孔毎のスリットを穿ち、隣り合うスリットの外周にコイル状線材を捲装し、隣り合う線材間をスリット孔として形成するようにして成ることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載のスリットノズル混合装置。
円筒状スリットノズル拡散機構は、円錐状部を有し、
混合流体の外周流路を、前記円錐状部の外周上に、前記混合流体の流れ方向に沿って形成された凹溝を前記外周に沿って連続させた連続凹陥路構成とし、この連続凹陥路構成の外周にコイル状線材を捲装し、隣り合う線材間をスリット孔として形成するようにして成ることを特徴とする請求項２又は請求項４に記載のスリットノズル混合装置。