JPH0226530B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、液体中に気体が微細な泡として分散
した均質分散液を提供するにあり、更に詳しく
は、第一の液体にそれより密度の低い第二の流体
を微細泡又は微細粒として分散した均質分散液を
提供することである。

従来、液体中に気体を出来るだけ微細な状態で
導入するため、一つ又は二つの液体を薄層にした
り、二つの流体を衝突させたり、混合物をつくつ
てから濾過をしたり、或はそれを機械的にたたい
たりする装置を使用して来た。

その様な装置の不利は、それら操作時のエネル
ギー損失であり、使用すべき機械装置が複雑なこ
とであり、すぐにつまるなどの不都合が起こりが
ちであることである。その上、生成した泡の癒着
合体が混合物の微細さの限定となつている。

本発明の目的はその様な不利を解決するに存す
る。そのような理論に全くとらわれることなし
に、本発明者は、システムが加速度場の変化にさ
らされるとき、異なつた密度をもつ２つの流体の
境界面における幾何学的に安定な崩壊現象により
本発明の方法を説明する。

加速度場により生じる体積力（Voluminal
forces）の効果によつて、２つの流体の境界面の
近傍における圧力勾配のため、曲率半径の局所的
な広がりが誘起されて、前記境界面での幾何学的
な平衡がくずされ、その後相当する境界面表面張
力によつて再び平衡状態が現出する。

高密度流体中への低密度流体の分散が起こつて
いるところでは、そのような広がりは低密度流体
の各粒の曲率半径が減少する方向、即ち、そのよ
うな粒の平均体積が減少する方向に進む。微細粒
へと導くそのような崩壊は、連続的な幾何学的変
形の終末での崩壊により起こる。

この現象は、２つの流体の相対的な変位即ち、
重い方の流体は、加速度場の方向に進み、軽い方
の流体はそれと反対の方向に進むときにのみ起こ
りうる。それ故、２つの流体の最初の形状はその
ような展開が起こりうるようになつているべきで
あつて、早々に新しい平衡状態に達することがあ
つてはならない。

上述した物理現象は、従来の方法とちがつてほ
とんど本質的に分散後すぐに軽い流体粒が癒着合
体を起こすことがない。

混合物に、この分散原理を適用し、大量の流体
の分散を行うには、連続方法を採用する必要があ
る。即ち、一つの共通の境界面をもつ２流体の流
れに局所的にこの原理を適用する必要がある。

この発明の方法の特徴とするところは、一つの
接触面を持つ密度を異にする二つの流体の高速流
に、曲がつた流路を付与し、この曲がつた流路が
ある長さ以上の長さを有する点に存する。

実際には、高密度流体は高速ジエツトとなつて
流れており、そのジエツトが管路中で圧力勾配を
つくつて曲がつた流路を通るようになつており、
管壁中最大曲率半径をもち圧力が最大になる個所
で低密度流体が該高密度ジエツト中へ導入され
る。

この方法を実施する装置は、曲げ部をもつ流
路、該現象に必要な曲がつた流路を提供するダク
トの最大半径をもつ管壁上に設けられた重い方の
流体の高速流中に軽い方の流体を導入する個所及
び該曲げ部の少なくとも１つの上流部からなつて
いる。流線が曲がつていることにより生じる圧力
勾配の効果により、軽い方の流体の粒は曲率の中
心に向かつて動く傾向がある。即ち管路の反対側
の壁に向かつて動こうとする。このようにして、
重い方の流体中への軽い方の流体の泡状での自然
分散が起こる。そして、泡の直径は、加速度場の
強さの関数となるのである。

この発明の方法を実施するにあたり、比較的少
ないパーセントの軽い液体を分散しようとすると
きには、下記の様な羽口（tuyere）からなる装置
が使われる。即ち、羽口の流路の中心軸は、その
羽口壁上の最大半径のところにある流出点、即
ち、分散されるべき入口ダクトの少なくともある
一定距離以上の下流域に亙つて一定の方向の率を
もつている。

いいかえれば、低密度流体の入口ダクトの流出
点は、羽口の凹面状の曲率を持つ表面の上流に位
置しており、そこでは、ジエツトの遠心力より生
ずる圧力は最大になる。

流れに直角な羽口の断面形状は、直線で囲まれ
ていても良いし、曲線で囲まれていても良いし、
回転体形状となつていても良い。

液体中に気体を分散させるのに適用する本発明
の別の特徴によると、羽口は中心軸上に中子を持
ち、下流域の流路の中心軸は、その一番くびれた
ところから外側に向かう凹面状になつており、中
子上にある気体流出口は、実質的にベンチユリー
管ののどの所にあるようなベンチユリー管となつ
ている。ベンチユリー管ののどのところで圧力は
最低となるため、液体ジエツト中への気体の噴出
は、その圧力降下より生ずる吸引効果により実現
される。

中子をもつ上記ベンチユリー羽口の別の態様に
よれば、気体流出口の中子の周囲にあるスロツト
によつて形成されている。この気体噴出方法では
同じ流量速度ならば、占有するスペースを減少で
き、また、気体の厚さをより薄くでき、初期の泡
粒はより細かくなる。

別の態様によると、スロツトは固定された上流
部と中子の可動部分である下流部との間に存在す
る間げきで形成されている。そしてこの下流部
は、上流部に向かつて弾性的に支えられており、
このようにして気体流出口の自動開閉装置が得ら
れる。

装置が小さいため、本発明による羽口は高密度
流体、一般的には、水、例えば、空気を含ませる
必要のある廃水を、羽口内に循環させるためのう
ずまき羽根上に設けることができる。その際、空
気は羽口の流速の働きにより自動的に吸引され、
微細粒となつて液体中に分散される。

この方法が、大量の軽い流体を導入するのに用
いられるときには、高密度流体ジエツトは曲がつ
たダクト中を旋回するような流路を流され、軽い
方の流体は、該ダクトの最大半径を持つ壁を通し
て加圧下で導入させられる。

このダクトは、単一の曲げ部をもつより短い長
さのダクトでもよいが、一定体積の分散されるべ
き低密度流を導入するに十分な個所を外壁に設け
るために十分な縦方向の長さを持つている。そし
てこのダクトはうず巻状の四辺形、特に矩形のダ
クトにより形成されるか、または高密度流体を導
入する切線方向の導入口をもつ円筒密閉状のもの
か、機械的手段で該円筒中を流れる高密度流体の
遠心分離機により形成されうる。該機械的手段
は、中心軸回りに回転するダクトの内壁により形
成されてもよく、その壁はなめらかであつても羽
根がついていてもよい。そして、ダクトは、それ
自身周囲の壁を通して低密度流体を導入される遠
心分離機となる。

低密度流体の導入は、曲がつたダクトの曲率中
心に平行な狭いスロツトを通して行われるのが好
ましい。

低密度流体は、気体であつてもよく、蒸気や液
体であつてもよい。過熱蒸気を凝縮して、牛乳を
殺菌するのに適用するときには、低密度流体は、
約170℃の蒸気である。

本発明の種々の態様を添付の図面によつて説明
する。

第１図は、本発明方法の説明図であり、第２図
は、羽根が攪拌されていた液流れに空気を混入
し、空気を液体中に分散するために、うずまき羽
根に設ける羽口の縦断面図である。

第３図は、液体ジエツト中に大量の軽い流体を
導入するための装置の概略図である。

第４図は、第３図の水平断面図である。

第１図に示されている様に本発明を実施するた
めの装置は、高密度の流体、例えば、Ａから導入
された液体を循環するための流路１からなつてい
る。この流路は、例えば、断面が矩形であつて、
上流から下流に向け、直線上流部１ａ、曲げ部１
ｂ及び直線下流部１ｃの３つの部分からなつてい
る。

本発明の方法によると、曲げ部１ｂのすぐ上流
に位置し、該曲げ部の湾曲の中で最も大きな半径
を有する部分の壁にあるスロツトを通して高密度
の流体流中に分散すべき軽い方の流体、殊に気体
が導入される。気体は室３の中で圧縮されて加圧
下スロツト２から導入することもできる。極微細
な気泡を持つ安定な分散液は流路のＢ部から放出
される。

第２図に示す態様において管４は、空気の導入
管を示すもので、管４は同時に図示されていない
うず巻き羽根と本発明の装置との結合部品を形成
している。

この管４は、内部に、開口したシリンダー状の
室６を有する卵形体５に達しており、室６の軸に
は自由端に雌ねじの切られている棒７が付されて
いる。そして、棒７の他端は室６の底で軸方向の
雌ねじにねじ止められている。棒７の雌ねじに
は、スクリユー８のねじ山がねじ込まれている。
そして、スクリユー８には接合点を形成するスリ
ーブ９とつる巻スプリング１０とがねじ込まれて
いる。このスリーブ９とつる巻スプリング１０は
それぞれストローク接合点の末端及び羽口そのも
のの弾力性返り要素を形成している。この羽口
は、中子からなつており、中子はその管状末端１
２で棒７上に摺動自在にはめ込まれている。ま
た、その管状末端１２を取り巻く截頭円錐形のベ
アリング面１３により、室６の開口部を取巻く截
頭円錐形のベアリング面１４上に適合している。
そしてその截頭円錐形のベアリング面１３は、回
転体１５の凹面へとつながつており、そのゲネラ
トリツクスは円弧であり、その最も小さい断面は
中子の自由端の近くにある。図面の左側の部分１
３ａには截頭円錐形の部分の幅が狭くなつている
別の実施態様が示されており、その外側の末端は
卵形体の表面を離れる流体に応じてベアリング面
１４の峰（ridge）のところで収縮している。

この態様では、この峰から始まる境界面が形成
されており、ガス体の流速が改善せられる。中子
の自由端にはスプリング１０や場合によつてはス
リーブ９が付されているが、その反対側には放射
状のひれ１６が固定されていて、このものにノズ
ル１７か又は羽口の周辺スリーブが保持されてい
る。このノズルの別の表面は、シリンダー状であ
り、且つ、ふくらんでいて回転体の内表面１８は
ゲネラトリツクスを持つている。そしてその内表
面１８と卵形体及び中子１１の間には通路が形成
されている。そして通路の断面は実質上截頭円錐
形のベアリング面１４の峰のところまで狭つてお
り、次いで、再び出口の開口部１９まで次第に拡
大している。

この様な羽口は、円錐形のベアリング面１４−
１３の位置で圧力降下がおこり、ベンチユリー管
として作動する。そして再び圧力勾配が生じ流体
流の内湾曲の故に圧力は上昇する。表面１５との
接触点での圧力は壁１８との接触面におけるより
も大きい。

ノズル１７上の摩擦力のため、つる巻スプリン
グ１０の圧縮と共にベアリング面１３はベアリン
グ面１４から離れる。そして空気は管４から吸引
され、更に、室６及びベアリング面１３と１４と
の間を吸引せられる。こうして導入された空気流
は、うずのない状態で流れている液体流による摩
擦をうけると共に、大きな泡として壁１８の方向
に進み上述した境界面での安定崩壊現象により分
解される。最後には出口１９から排出される流体
中には空気の均質、且つ、微細な分散液が得られ
る。

第３図及び第４図に示された装置は外周シリン
ダー２１からなつており、その上端及び下端には
断面矩形の２つのダクトがそれぞれ連結されてい
る。このダクト２２ａと２２ｂはシリンダー２１
の壁に切線方向に開いており、反対方向に向いて
いるので、ダクト２２ａからＡで導入された流体
は壁と接触するとき上方に向かつてうず巻運動を
起こし、ダクト２２ｂを通つてＢから出て行く。
シリンダー２１の軸に平行した狭いスロツト２３
が、そのシリンダーの壁に造られている（それら
の幾つかしか第４図には示されていない）。シリ
ンダーの末端は壁２４で閉鎖されており、その壁
は完全であつてもよく、環状であつてもよい。壁
が環状のときは、内方のシリンダー状の壁２５が
予定されるが、該壁は必要不可欠のものではな
い。Ａで導入された液体は、壁２１により曲げら
れ、Ｂから出ていく。周辺スリーブ２６が外壁２
１の外側に設けられ、該壁とともに圧力室を形成
している。該周辺スリーブ２６の形は特定されな
い。該周辺室は加圧下の底密度流体の供給源に連
結されている。そして断熱されることもできる
し、低密度流体が過熱蒸気のときには蒸気を過熱
するための熱交換器を入れることもできる。

第４図に示す別の態様では、壁２５はシヤフト
２７を中心に回転させられるようになつており、
周壁には放射状羽根２８が備えられている。それ
故、この装置は重い方の流体、及び分散液の遠心
運動を維持する。

水蒸気の凝縮による牛乳殺菌装置を例にとれ
ば、外周シリンダー２１の直径は約40mmで、高さ
80mm、ダクト２２ａ，２２ｂは50mm²の断面積を有
し、スロツト２３は25個あり、その幅は0.3mmで
ある。牛乳は５〜10ｍ／ｓ、好ましくは７ｍ／ｓ
の速さで導入される。即ち、流量速度は0.35／
ｓである。過熱蒸気は約８バールの圧力であり、
温度は170℃である。牛乳流の圧力は、蒸気の導
入を可能にするように、蒸気の圧力よりやや低
い。

約25／ｓの流量速度でスロツト２３を通して
入つてくる蒸気は、極微細粒となり分散し、遠心
力の効果により牛乳中を通つて流れるとき非常に
速く凝縮する。

このようにして、うず巻状の流路を通る間に牛
乳の温度は急激に上昇し、また均質に混りあうた
め、効果的な殺菌が行われる。

本発明はまた、液体中に気体を分散させる他の
多くのものにも応用できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明方法の解説図、第２図は、本
発明で使用する羽口の縦断面図、第３図は、本発
明の一実施態様の概略図、第４図は、第３図の水
平断面図である。 １……流路、２……スロツト、３……室、４…
…管、５……卵形体、７……棒、８……スクリユ
ー、１１……中子、１３……（截頭円錐）ベアリ
ング面・スロツトの可動部分、１７……ノズル、
１９……出口開口部、２１……外周シリンダー、
２３……スロツト。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導管内を流れる高密度流体ジエツト中に低密
   度流体を分散させる方法において、境界面を有す
   る密度の異なつた２つの高速流体を、ある程度の
   長さのわん曲路内を流過せしめ、これにより、高
   密度流体に求心加速度を作用させて低密度流体と
   混合せしめることを特徴とする高密度流体ジエツ
   ト中に低密度流体を分散させる方法。 ２ 高密度流体を高速流体ジエツトの形態でわん
   曲路内を循環せしめて導管内に圧力勾配を形成
   し、この高密度流体ジエツト内に、導管の最大の
   曲率半径を有する壁部、要するに圧力が最大であ
   る壁部を通して低密度流体を導入する特許請求の
   範囲第１項記載の方法。 ３ 低密度流体を負圧下で導入する特許請求の範
   囲第２項記載の方法。 ４ 境界面を有する密度の異なつた２つの高速流
   体を、高密度流体に求心加速度を作用させて低密
   度流体と混合せしめる形式の、導管内を流れる高
   密度流体ジエツト中に低密度流体を分散させる装
   置において、導管が上流側部分１ａと下流側部分
   １ｃとの間にわん曲部分１ｂを備えており、この
   わん曲部分の最大曲率半径を有する壁部のところ
   に、低密度流体の導入口２が設けられており、こ
   の導入口２がわん曲部分の少なくとも１つのセク
   シヨンの上流に位置することを特徴とする高密度
   流体ジエツト中に低密度流体を分散させる装置。 ５ 羽口流路の中心線の曲率が流出点１３−１４
   よりも少なくともある一定距離の下流まで一定方
   向である如く羽口１１−１７と、最大半径を持つ
   羽口壁１５上の、分散すべき軽い方の液体を導入
   する導入ダクト４とが設けられている特許請求の
   範囲第４項記載の装置。 ６ 羽口の流れに直角な断面形状が直線で囲まれ
   ているか、曲線であるか、回転体形状である特許
   請求の範囲第５項記載の装置。 ７ 羽口が、中子１１を有するベンチユリー管で
   あつて、喉よりも下流の流路の中心線が外方へ向
   かつて凹状になつており、気体を導入する導入路
   ４が、実質的にベンチユリー管の喉１３−１４の
   位置で、中子１１の表面上にある特許請求の範囲
   第５項記載の装置。 ８ 気体の導入路４の流出部が中子１１の周囲に
   あるスロツト１３，１４からなる特許請求の範囲
   第６項記載の装置。 ９ スロツトが、上流側の固定部分１４と中子１
   １の下流側の可動部分１３の間に存在する間〓に
   より成つており、下流側の可動部分が上流側に向
   かつて弾性的手段１０，９によつて押さえつけら
   れている特許請求の範囲第８項記載の装置。 １０ 四辺形、特に矩形の断面を有するうず巻き
   状のダクトが設けられており、その外壁２１に低
   密度流体を導入するための狭いスロツト２３が設
   けられている特許請求の範囲第４項記載の装置。 １１ 円筒状密閉容器が設けられており、その接
   線方向に高密度流体の導入口２２ａが形成されて
   おり、円筒状の外壁に低密度流体を導入するため
   の縦方向の狭いスロツト２３が設けられている特
   許請求の範囲第１０項記載の装置。 １２ 羽根２８を持つ内部円筒２５が、円筒状密
   閉容器２１内に設けられ、該内部円筒が回転する
   特許請求の範囲第１１項記載の装置。