JPH02251235A

JPH02251235A - 超微粒分散装置

Info

Publication number: JPH02251235A
Application number: JP7215989A
Authority: JP
Inventors: Teruo Nakamura; 輝雄中村
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1989-03-24
Filing date: 1989-03-24
Publication date: 1990-10-09
Anticipated expiration: 2011-08-28
Also published as: JP2528359B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明はエアレーションや気液化学反応を効率よく行う
ために必要な均一な超微小気泡を液中に分散する装置、
或いは相溶性のない２種の液体からエマルジョンを製造
する超微粒分散装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来液中に微細気泡を発生する方法としては、液中に浸
漬した多孔質のガス噴出管から微細気泡を噴出させる方
法、攪拌翼を高速回転して液上の気体を液中に分散させ
る方法、超音波を用いる方法、或いは「ケミカル・エン
ジニャリングＪｊｌｌ。

７巻、第９号、第１００８〜１０１１頁に示すように、
周囲に多数の孔を穿けた中空ドラムよりなる回転ディヒ
ニーザーを液中に水平又は鉛直方向に設置して、高速回
転させながらその内部よりガスを噴出させる方法等が知
られている。

エマルジョンの製造法としては、機械的に攪拌する方法
、超音波を用いる方法等が行われ、また「化学工学」第
４２巻、第７号（１９７８年）、第３６４〜３６９頁に
示すような、管内に蜂の巣状仕切り板やねじり羽根等を
多投に配列した静止型混合器が液体の分散用にも用いら
れている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

上記従来の微細気泡発生方法はいずれも発生する気泡の
粒径が大きく、不均一であり、均一な超微細気泡を発生
させることは不可能である。従来の方法のう〉、比較的
微細気泡を発生しうる超音波法で精々直径数１０μであ
る。回転デイヒユーザ−法は従来法で最も微細気泡を発
生させることができるが、それでも直径２０〜３０μの
気泡を発生させつるに過ぎず、その大きさは不均一であ
り、更に気泡を微細化するためにドラムの回転速度を上
げると、ドラム周面がガス膜で覆われてしまい、気泡は
全く発生しなくなる。

また、液中に浸漬した多孔質のガス噴出管から微細気泡
を噴出させる方法は、多孔質ガス噴出管が極めて詰まり
やすく、短時間で目詰まりを起こし、そのたびに洗浄又
は逆洗浄を繰り返し、或いは多孔質噴出管の交換をする
必要があり、作業能率が低下する。

更に従来の微細気泡発生装置では、得られた液中の気泡
濃度が小さく精々１２０Ｉｌ／ｒｒｌに過ぎなかった。

又従来のエマルジョン製造法のうち機械的攪拌法は攪拌
動力が大きく、均一な微細粒子よりなるなエマルジョン
を製造するのが困難であった。超音波法は設備費が非常
に嵩み、又超音波ノイズを発生して精密装置が近接して
設置されている場合には計器盤等に悪影響を与える虞が
あり、大規模な装置には不適当である。

又従来の静止型混合器では生成する粒子が大で、超微細
粒子への乳化は不可能である。

更に従来の分散装置では、分散粒径と分散量の間に相関
関係があり、分散粒径を大きくすると分散量が減り、分
散粒径を小さくすると分散量が増すので、分散量と分散
粒径を独立して任意に選択することが困難であった。

従って本発明は液中に均一な粒径の超微細気泡を効率よ
（瞬時に分散することができ、且つ分散する気体量の大
きい気泡分散装置分散装置を提供することを目的とする
。本発明の他の目的は互いに溶解しない液を均一な粒径
の超微粒子状に分散、乳化する分散装置を提供すること
を目的とする。

更に本発明の他の目的は、発生する気泡または液滴の粒
径を任意に極めて容易に調節しう′ると共に、分散量と
分散粒径を任意に独立して選択しうる超微粒分散装置を
提供することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成すべく、本発明者は鋭意研究を重ねた結
果、分散すべき気体または液体を流通する管内に、雄ね
じ状の複数の螺旋フィンを、管内面との間に微小間隙を
設けて、螺旋方向の異なるものを交互に配設することに
より、気体又は液体を超微粒子状に分散しうろこと、該
管内面と螺旋フィンの間隙を調節することにより、分散
する気体または液体の粒径を自由自詮に調節しうろこと
を見出し、本発明を完成するに至った。

即ち、本発明は直管またはテーパー管よりなる外管と、
該外管の軸線上に配設した中心軸と、該中心軸にこれと
同軸に固着した雄ねじ状の螺旋板よりなる複数個の螺旋
フィンとを備え有し、該螺旋フィンはその外周を該外管
の内面との間に狭い間隙を隔てて配設してなり、該外管
の一端より気体と液体または互いに溶解しない複数の液
体を導入して、他端より超微細気泡含有液又は超微粒分
散液を得る超微粒分散装置を要旨とする。

次に本発明の内容を図面により詳細に説明する。

第１図は本発明の超微粒分散装置の一例の正面断面図第
２図は同一部を切り欠いた平面図、第３図は同左側面図
、第４図は同右側面図である。（１）はテーパー管より
なる外管であり両端に流入口フランジ（２）及び吐出口
フランジ（３）を備える。流入口フランジ（２）はねじ
■により外管（１）に着脱可能に固着されている。（４
）は中心軸であり、その両端を流入口フランジ（２）及
び吐出口フランジ（３）の中心に腕木により支持された
軸受（５）、（５）により軸方向に摺動可能に支承され
ている。軸受（５）は第３図及び第４図に示すように、
断面が四角形状に形、成され、これに嵌合する中心軸（
４）の端部（６）も断面四角形状に形成されているので
、中心軸（４）は回転不能に保持されている。

中心軸（４）の外側には、雄ねじ状の螺旋板よりなる螺
旋フィン（７）を複数個を固着する。螺旋フィン（７）
は、右ねじ螺旋のものと左ねじ螺旋のものを交互に、一
定の間隔を隔てて取り付ける。螺旋フィン（７）と中心
軸（４）は間隙なく密着して溶接等により固定されてい
る。

（８）は各螺旋フィン（７）の下流側端面に隣接して固
着された切断、剪断作用をなす分散板であり、第５図に
示すように放射状の分散孔（９）とその分散孔（９）の
縁に沿って配設した誘導切断フィンαＯを備える。第６
図は第５図におけるＡＡ断面、第７図は量拡大ＢＢ断面
図であり、誘導切断フィンαＯは分散板（８）の上流側
又は下流側に突出するように設ける。この第５〜７図の
例では、分散板（８）は−枚の金属円板をプレス加工に
より、分散孔（９）を穿孔すると同時に誘導切断フィン
αＯを形成したものである。

螺旋フィン（７）及び分散板（８）の外周は第１図に鎖
線で示す仮想的な円錐面Ｃに内接するように形成する。

円錐面Ｃは外管（１）の円錐状内面（９）と一致する円
錐面からなり、後述するように中心軸（４）を軸線方向
に摺動することにより、円錐状内面（ロ）と円錐面Ｃと
の間隙ｄを自由に調節することができる。

面は中心軸（４）に固着した調節用ラックであって、ハ
ンドル軸０の先端に固着したピニオンα◇と噛み合って
いる。

外管（１）のテーパーは余り大きくすると、液の流通抵
抗が流入口から吐出口に行くに従って大きくなり、適当
な入口圧でガスまたは液の分散が困難となるので、８度
以下のテーパーが好ましく、更に６度以下のテーパーが
好ましい。またテーパーが小さいと外管（１）の全長を
長くする必要があるので、最適なテーパーは４〜６度で
ある。

螺旋フィン（７）のピッチ及び巻き数は特に制限はない
が、例えばピッチ４〜８ＩＩ１ｍ１巻き数２〜５回のも
のが好ましく用いられる。

上記説明では、中心軸（４）を外管（１）内にほぼその
全長に亙って貫通して設け、その中心軸（４）の周囲に
雄ねじ状螺旋フィン（７）を固着したものを示したが、
本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第８図
の実施態様に示すように、中心軸（４）を外管（１）内
の全長に亙って貫通して設けず、複数の螺旋フィン（７
）をそれぞれ独立したブロック状の螺旋フィンブロック
＠として形成してもよい。この実施態様では、各螺旋フ
ィンブロック＠は、短い中心軸（１）と、その周囲に一
体に固着した雄ねじ状螺旋板よりなる螺旋フィン（７）
と、短い中心軸（ハ）の両端に設けた凸連結部（ハ）及
び凹連結部（２）とよりなり、凸連結部■の雄ねじと凹
連結部（財）の雌ねじが螺合して、隣接する螺旋フィン
ブロック＠が互いに緊密に締結されるようになっている
。凹連結部（２）の周囲には分散板（８）を嵌合する分
散板嵌合部（ハ）を設け、分散板嵌合部（ハ）に分散板
（８）及び当りブツシュ（至）を嵌合して凹、凸連結部
（至）、（２）を互いに螺合締結することにより、分散
板（８）を固定する。

互いに連結した複数の螺旋フィンブロック＠のうち両端
の螺旋フィンブロック＠には、それぞれ各螺旋フィンブ
ロック（支）を連結する上記の連結機構と同様な連結機
構を介して、一端が軸受（５）に嵌合する中心軸（荀を
連結する。

この螺旋フィン（ηをブロック状に分割して形成する場
合は、各螺旋フィンブロック＠には短い中心軸（至）を
設けず、螺旋フィン（７）として−枚の矩形状板の両側
の互いに平行な２辺をそれらに垂直な軸線の周りに互い
に反対方向に捩って形成される形状のものを用い、その
両端部に凹、凸連結部の、■を設けてもよい。

〔作用〕

本発明の超微粒分散装置を微細気泡発生装置として使用
する際には、第９図に示すように、流入口フランジ（２
）に気液合流管（ハ）を接続し液導入管（イ）及びガス
導入管αつよりそれぞれ液体及びガスを導入する。吐出
口フランジ（３）には貯留兼分離タンク側を接続する。

ハンドル（至）を回動することにより、ピニオン（へ）
及びラック（支）を介して中心軸（４）を軸方向に摺動
せしめ、螺旋フィン（η及び分散板（８）が内接する円
錐面Ｃと外管（１）の円錐状内面α０との間隙ｄを任意
に調節することができる。この間隙ｄを狭くすると気泡
が小さくなり、間隙ｄを大きくすると気泡が大きくなる
ため、必要に応じて任意のサイズの超微細気泡を発生せ
しめることができる。この適当な間隙ｄは例えば０．１
〜０．５閣であり、この範囲の間隙ｄの調節により径１
〜１０μの範囲の任意の均一なサイズの気泡を発生させ
ることができる。

吐出口７ランジ（３）の吐出口Ｏから出た気泡を含む液
は貯留兼分離タンク０！Ｄに入る。ガス導入管０′Ｉ）
より導入したガスの全量を微細気泡として分散すること
はできないが、微細気泡にまで分散されなかった余分の
ガスは極めて大きな泡として存在し、貯留兼分離タンク
（ト）の上部に速やかに上昇する。

分散した微細気泡は均一なサイズを有し、微細気泡から
大きな泡まで連続したサイズの気泡は含まない。従って
、貯留兼分離タンク０内で、均一な超微細気泡を含む液
と余剰のガスとを容易に分離することができる。

本発明の超微粒分散装置は常圧に近い圧力下でも高圧の
加圧下でも運転可能であり、通常１〜７ｋ　ｇ　ｆ　／
ｃｒＩの圧力下で運転するのが有利であるが、更に高圧
下で運転することもできる。

本発明の超微粒分散装置を相溶性のない液の乳化分散用
に用いる場合には、上記の気液分散の場合と全く同様に
使用することができる。液を他の液中に分散する場合に
は、導入した液全体を分散しつるので、分散しない液を
分離するためには、貯留兼分離タンク側は必ずしも必要
でない。

分散した気泡あるいはエマルジョンの安定化のために、
必要に応じて公知の界面活性剤を使用することができる
。

上記の説明では中心軸（４）を軸方向に摺動することに
より、間隙ｄを調節するものについて説明したが、要求
される分散粒子の粒径が一定であり、可変にする必要が
ない場合には、ラック＠及びピニオン（６）による間隙
ｄの調節機構を必ずしも設ける必要はなく、中心軸（４
）を固定してもよい。その場合には、外管（１）として
テーパー管を用いず、直管を用いることもできる。

各螺旋フィン（７）の下流側に設けた分散板（８）は、
その切断、剪断作用により、分散効率を上げるために極
めて有効であるが、あまり超微細分散を必要としない場
合には、分散板（８）を省略してもよい。

本発明の超微粒分散装置は全体をステンレス鋼等の耐蝕
金属製とするのが好ましいが、螺旋フィン（７）或いは
分散板（８）等をセラミックス、合成樹脂等で構成する
ことも可能である。

螺旋フィン（７）を複数のブロックに分割して、第８図
に示すように螺旋フィンブロック（支）として形成し、
互いに締結して一体に組立てるようにすれば、製作が極
めて容易になる。

〔実施例〕

外管（１）の入口部の内径２５ｆｌ、外管（１）のテー
パー５度、長さ３００ＩＩＩｆｌ１１螺旋フイン（ηの
ピッチ６關、巻き数４回の第１図に示す本発明の超微粒
分散装置を用い、螺旋フィン（７）と外管（９）内面と
の間隙ｄを０．２ＩＩ１１として、入口圧４　ｋｇｆ／
ｄで水１２ｊ！／ｍｉｎ、空気２０１／ｍｉｎ　　（Ｎ
ＴＰ換算）の割合で導入した結果、吐出圧は２ｋｇｆ／
Ｃｕｔで、貯留兼分離タンク０で分離後の水中に３５０
１／ｍ”の気泡が含まれていた。

その気泡を拡大写真に撮影して、気泡のサイズを測定し
たところ、直径１．３〜２．５μの気泡が全気泡の９５
％を占めた。

〔発明の効果〕

本発明の超微粒分散装置によれば、極めて微細で且つサ
イズの揃った均一な気泡あるいはエマルジョン粒子が得
られる。

特に液中に気泡を分散させたときには、従来の気泡発生
装置では側底達成することが不可能であった極めて高濃
度に気泡を含有した、気泡分散液が得られる。

同一の装置を用いて極めて簡単な調節操作により、分散
気泡または液滴の粒径を任意に選択調節することができ
る。

本発明の超微粒分散装置は微細気泡あるいは液液分散体
を必要とするあらゆる用途に使用することができ、例え
ば気泡発生装置としての応用の一例を挙げれば、水処理
のための曝気、養魚池の空気吹き込み、気液化学反応装
置、醗酵槽への酸素供給、湖沼等の汚染防止及び除濁、
入浴槽の気泡発生、浮遊選鉱等を挙げることができ、ま
た海水汚染除濁、高架給水槽洗浄、ジェット噴流洗浄等
の各種洗浄装置等従来の分散装置では不可能であった極
めて広範囲の目的に用いることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の超微粒分散装置の一例の正面断面図、
第２図は同一部を切り欠いた平面図、第３図は同左側面
図、第４図は同右側面図である。第５図は分散板の平面図、第６図は第５図におけるＡＡ
断面、第７図は量拡大ＢＢ断面図である。第８図は本発明の超微粒分散装置の別の実施態様を示す
要部断面図、第９図は本発明の超微粒分散装置の使用状
態の説明図である。（１）・・・外管、　　　　　　（２）・・°°流入ロ
フランジ、（３）・吐出口フランジ、　（→・中心軸、
（５）・・・軸受、　　　　　　（６）・端部、（７）
・・・螺旋フィン、　　　（８）°・分散板、（９）°
分散孔、（社）゛°°円錐状内面、 ■　ハンドル軸、（ト）−・・気液合流管、 αで・ガス導入管、（ト）・貯留兼分離タンク、＠・−・吐出口、 ■・螺旋フィンブロック（ハ）−凸連結部、（ハ）分散板嵌合部０・・・−当りブツシュ。 αＱ　誘導切断フィン、 ■・・・ラック、（ロ）−・・ピニオン、 ■パ・°液導入管、（至）・・・ねじ、（イ）−・・−・ハンドル、（２）・・凹連結部、（至）・・中心軸、

Claims

【特許請求の範囲】

（１）直管またはテーパー管よりなる外管と、該外管の
軸線上に配設した中心軸と、該中心軸にこれと同軸に固
着した雄ねじ状の螺旋板よりなる複数個の螺旋フィンと
を備え有し、該螺旋フィンはその外周を該外管の内面と
の間に狭い間隙を隔てて配設してなり、該外管の一端よ
り気体と液体または互いに溶解しない複数の液体を導入
して、他端より超微細気泡含有液又は超微粒分散液を得
る超微粒分散装置。
（２）該外管が流入口から吐出口に向かって縮径するテ
ーパー管であって、該螺旋フィンの外周は該外管の内面
に一致する形状の円錐面に内接するように構成し、該中
心軸を軸線方向に摺動可能に設けると共に、該中心軸の
軸方向への摺動調節機構を備えた請求項１記載の超微粒
分散装置。
（３）中心軸上に固着された複数個の該螺旋フィンの螺
旋方向を、隣接する螺旋フィンにおいて、右ねじ螺旋と
左ねじ螺旋のものを交互に且つ互いに間隔を隔てて配設
すると共に、各螺旋フィンの下流側に放射状の分散孔と
該分散孔の縁に沿って固着されたフィンを有する分散板
を設けた請求項１項記載の超微粒分散装置。
（４）請求項１記載の超微粒分散装置において、中心軸
と雄ねじ状の螺旋板よりなる複数の螺旋フィンを一体に
形成する代わりに、短い中心軸とその周りに一体に固着
した雄ねじ状の螺旋フィンよりなる螺旋フィンブロック
を複数個独立して設け、各該螺旋フィンブロックの短い
中心軸の両端に設けた締結手段により該螺旋フィンブロ
ックを複数個互いに締結して一体化した超微粒分散装置
。
（５）請求項１又は請求項４記載の超微粒分散装置にお
いて、雄ねじ状の螺旋板よりなる螺旋フィンの代わりに
一枚の矩形状板の両側の互いに平行な２辺をそれらに垂
直な軸線の周りに互いに反対方向に捩って形成される形
状の捩り板よりなる螺旋フィンを用いた超微粒分散装置
。