JPH02504600A - 乳濁液を製造するための方法および装置 - Google Patents

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】 乳濁液を製造するための方法および装置技術分野 本発明は、一般に、乳化分散法、およびこのような方法を実施するための装置に 関する。より詳細には、本発明は、乳濁液の製造法およびこの方法を実施するた めの装置に関する。

背景技術 液体成分の薄膜をイオン化ガスの回転音速流の中央帯に軸方向に注入することに 存する乳濁液の製造法が既知である（ＳＵ　　Ａ第７０１．６７８号明細書参照 ）。液体成分を凝集の不安定な状態で薄膜の形態でエーロゾル帯に注入するため 、ガス流によるこれらの液体成分の分散の迅速なプロセスが生ずる。ガス流の回 転は、液体成分の粒子の混合およびイオン化ガスによる電気荷電を生じさせる。

この方法におけるガスの容量流量は、液体成分の流量の数十倍を超える。

液体成分の流量が回転ガス流の中央部分における減圧に依存する一方、減圧度ま たは真空度がこのガス流の回転速度に依存することは、前記方法に固有である。

液体成分の注入はガス流の回転速度を変化させるので、真空度が変化して液体成 分の濃度に変動が生ずるであろうし、このことは乳濁液の品質にも影響を及はす 。

分散度、従って、この方法によって調製される乳濁液の品質は、ガス流の速度に 依存する。しかしながら、ガス流の十分に高い速度を達成することは、かなりの 電力消費を必要とし、このことはこの従来技術の方法における不利を増大させる 。

更に、前記方法は、乳濁液の液体成分の流量の数十倍を超えるガスの流量をもく ろんでおり、それによってこの方法は仕上乳濁液の低い消費速度でのみ実施でき 、そうでなければ過剰量のガスがこの方法には必要である。

このことは、より低効率の操作および方法を実施するための装置の大きさを一層 大きなものにする結果となる。

また、乳化すべき液体成分および受動液体成分を供給するためのバイブを有する ケーシング、活性ノズル、混合室、２つの流れ旋回装置、および軸グランドを冷 却するための室を有するポンプを具備する流体力学的乳化機は、既知である（Ｓ Ｕ　　Ａ第８９６．２６３号明細書参照）。この流体力学的乳化機の操作は、異 なる速度で回転する２成分流の発生およびこれらの流れを乳濁液混合物の調製を 伴う所定の角度で混合室内で合流させることに基づく。乳濁液の更なる破壊は、 軸の往復時に軸グランドの冷却室によって規定される渦流帯で生ずる。

この既知の流体力学的乳化機は、乳濁液の低い品質および構造複雑さにおいて固 有の欠点がある。乳濁液の不十分な品質は、乳化すべき成分の分散の効果（即ち 、渦運動による相シフト）が回転流が流体力学的乳化機の通路に沿って移動する につれて弱くなることによって説明される。更に、軸の往復運動のため軸グラン ドを冷却するための室内で生ずる渦は、低い強度を有し、このことも分散法に影 響を及ぼす。この既知の流体力学的乳化機は、乳濁液の液体成分を供給するため の更に２個の計量ポンプの使用をもくろみ、製作をより複雑にさせる。

水性乳濁液の調製法およびこの方法を実施するための装置は、既知である（ＳＵ 　　Ａ第８１２，３２６号明細書参照）。この方法は、乳化すべき液体成分を蒸 気と混合し、次いで、受動液体成分を供給して２相蒸気−液体混合物を調製した 後、気相を凝縮し、乳濁液を調製することに存する。この方法を実施するための 装置は、二−ロゾル室および混合室を収容する円筒状ケーシングを具備し、二− ロゾル室は蒸気ノズルおよび乳化すべき液体成分および蒸気を供給するためのバ イブを包含し、受動液体成分を供給するためのバイブも混合室に連結されている 。

この水性乳濁液の調製法およびそれを実施するための装置は、５０μｍ程度の乳 化成分の粒子の大きさを与える。得られる乳濁液の品質は低い。乳濁液は、不十 分に分散し、不安定である。乳化すべき液体成分および受動液体成分を搬送する ための追加のポンプの使用は、方法および装置を過度に複雑にし、余分の電力消 費を必要とする。

この既知の方法の別の欠点は、満足な品質の乳濁液を得るために高圧蒸気（４〜 ６ｋｇｆ／ｃｄ）を使用することである。このことは、乳濁液の過度の過熱を生 じさせ、従って、余分の電力消費が生ずる。更に、得られる乳濁液の安定な濃度 は、乳化すべき液体成分および受動液体成分を供給するための特殊な計量ポンプ の使用によって保証でき、このことは方法および装置を複雑にする。

発明の開示 それゆえ、本発明の目的は、蒸気および２相液体−蒸気媒体の流量間の所定の比 率を保証することによって構造が均質であり且つ成分の濃度が安定である高品質 乳濁液を製造するための方法および装置を提供することにある。

本発明の目的は、乳化すべき液体成分を蒸気流に導入し、受動液体成分を供給し 、２相蒸気−液体混合物を製造した後、気相を凝縮し、乳濁液を製造することか らなる乳濁液の製造法であって、蒸気を５００〜８００ｍ／秒の流速で供給し、 乳化すべき液体成分を注入によって蒸気に導入する一方、２相蒸気−液体混合物 を超音速で搬送し、この速度は混合物の各種の成分に関して異なることを特徴と する乳濁液の製造法によって達成される。

好ましくは、蒸気ノズルを同軸方向に収容する二一ロゾル室を有し且つそれに連 結された乳化すべき液体成分の供給パイプを有する円筒状ケーシング、エーロゾ ル室と同軸方向に配置された混合室、および円筒状ケーシングに固着された受動 液体成分の供給バイブを具備する方法を実施するための装置において、本発明に よれば、蒸気ノズルは、蒸気ノズルの出口端とエーロゾル室の内面との間に注入 帯を形成するために軸変位可能なラバルノズルの形態を有する一方、混合室は、 軸運動可能であり且つラバルノズルに面し且つ円筒状部分に延出した後に末広部 分に延出している収斂部分を有する。

好ましくは、エーロゾル室の出口穴の直径対混合室の円筒状部分の直径の比率は 、１：２である。

提案される乳濁液の製造法およびこの方法を実施するための装置の使用は、濃度 が安定であり且つ組成が均質である高度に分散された乳濁液（乳化された液体成 分の粒径０．　５〜３μｍを有する）を得ることを可能にする。

超音速蒸気−液体２相流は、装置からの出口における圧力の変動に無関係に乳濁 液の安定な濃度を保証することも可能にする。方法の使用は、乳濁液の製造に消 費される電力量の減少を与え且つ方法を実施するための装置の製作用金属の使用 量を少なくすることを可能にする。

図面の簡単な説明 本発明は、添付図面と共になされる特定の態様を参照して詳述する。図面の唯一 の図は乳濁液の製造装置の一般的断面図を示す。

発明を実施するための最良の形態 提案される乳濁液の製造法は、乳化すべき液体酸５）を５００〜８００ｍ／秒の 速度で供給される蒸気に注入してエーロゾルを調製し、このエーロゾルに受動液 体成分を供給し、このようにして調製された２相蒸気−液体混合物を成分の各種 の混合物に関して異なる超音速で搬送することに存する。２相蒸気−液体混合物 を前記超音速で搬送する際に、気相を遷音速圧力衝撃において凝縮して、成分の 安定化濃度を有する乳濁液が生ずる。蒸気流の速度５００ｍ／秒未満においては 、乳濁液の品質は、乳化すべき液体成分の不十分な破壊のため影響されることが あるであろう一方、８００ｍ／秒を超える蒸気速度の増大は、２相蒸気−液体混 合物中の蒸気の高い容量含量を生ずるであろうし、その結果、超音速を達成し損 ない、このことも乳濁液の品質を損なう。

全乳の液体代替品の製造は、例として以下で考察する。

下記液体成分を使用する：それぞれ２０：０．００６＝３．７の比率の溶融骨脂 、脂肪をベースとするビタミンＡ１およびＤ３、およびホスファチド濃縮物。こ れらの成分の混合物を５５〜６０℃の温度に加熱し、圧力１　、　５　ｋｇ　ｆ 　／　ｃ−および速度６００ｍ／秒で供給された蒸気に注入した後、３０℃の温 度でスキムミルクの形態の受動液体成分をこのようにして調製されたエーロゾル に加える。２相蒸気−液体混合物を速度３００ｍ／秒で搬送する。この混合物の 音の速度は、１０〜５０ｍ／秒内であり、即ち、この混合物は超音速で流れる。

気相を遷音速圧力衝撃において凝縮する。この遷音速圧力衝撃は、２相蒸気−液 体流を液体成分の粒径０．５〜３μｍを有する液体牛乳代替品の乳濁液流に変換 するように作用する。このようにして得られた全乳代替品中の脂肪含量は、２％ である。この牛乳代替品中の成分の濃度は、一定である。

前記のことに鑑みて、提案方法は、その中の成分の濃度が安定である高度に分散 された均質な乳濁液を得ることを可能にする。

提案される乳濁液の製造法を実施するための装置は、エーロゾル室２を収容する 円筒状ケーシング１を具備し、このエーロゾル室２には乳化すべき液体成分の供 給バイブ３が連結されている。ラバルノズルの形態の蒸気ノズルは、エーロゾル 室２内に同軸方向に配置されている。

このノズル４は、乳化すべき液体成分の注入帯５が蒸気ノズル４の端とエーロゾ ル室２の内面との間に形成されるように螺合連結によってエーロゾル室２に対し て軸運動可能である。蒸気をバイブロに沿ってノズル４に搬送する。受動液体成 分の供給バイブ８は、円筒状ケーシング１の内部７に連結されている。また、螺 合連結によってケーシング１に対して軸変位可能であり且つ蒸気ノズル４に面す る収斂部分１０、その後、順次円筒状部分１１および末広部分１２を包含する混 合室９は、エーロゾル室２と同軸方向にケーシング１内に収容されている（エー ロゾル室２の出口穴１３の直径対混合室９の円筒状部分１１の直径の比率は、１ ：２である）。蒸気供給バイブロおよび乳化すべき液体成分および受動液体成分 を供給するためのパイプ３および８は、１４．１５および１６で示す止め／制御 弁を備えている。

提案方法を実施するための装置は、下記方法で作動する。蒸気を弁１４を通して 搬送してバイブロに沿って流し、蒸気ノズル４に入れる。そこで、このノズル４ のラバル配置のため、蒸気を５００〜８００ｍ／秒の超音速で逃げさせる。その 結果、真空が、ノズル４の出口端で生じて、止め／制御弁装置１５を介してパイ プ３に沿って供給された乳化すべき液体成分をエーロゾル室２の注入帯５に注入 させる。このことは、液体成分の分散および蒸気と乳化すべき液体成分の粒子と を含有するエーロゾルの製造を伴う。蒸気ノズル４の軸運動は、注入帯５の容量 を制御し、従って、乳化すべき液体成分の流量を制御する。受動液体成分を弁装 置１６を通してパイプ８に沿って円筒状ケーシング１の内部７に搬送して、成分 の各種の混合物に関して異なる超音速で搬送される２相蒸気−液体混合物が製造 させる。遷音速圧力衝撃は、混合室９の円筒状部分１１で生じて、乳化すべき液 体成分の粒子の破壊および超音速２相蒸気−液体流の単相液体乳濁液の亜音速流 への移行が生ずる。混合室９０軸運動は、受動液体成分の流量を変化させるのに 必須である。

下記物理的プロセスは注入帯５で生じて、乳化すべき液体成分の分散液をもたら す。液体を真空に注入すると、液体は、破壊されて小さい大きさの粒子になる。

提案される乳濁液の製造法を実施する時には、真空空間が、５００〜８００ｍ／ 秒の速度での蒸気流の逃げのため注入帯５で生ずる。この真空空間に注入された 液体成分は、それによって破壊される。更に、薄膜の形態の液体の高速ガス流へ の吐出しは、液体の準安定性を生じさせて、分裂して小さいサイズの粒子となり 、換言すれば、分散液となり、二一口ゾルが製造される。

超音速流で移動する液体の液滴は、この液滴を分裂する傾向がある流体力学的力 によって作用される。

更に、蒸気の超音速流は、真空の安定性を保証し、注入帯５におけるエーロゾル の安定な速度を与え、それによって乳化すべき液体成分の流量を安定化する。そ の理由は、超音速流が逐次帯で生ずる機械的乱流（圧力変動）を受けにくいから である。それゆえ、蒸気の超音速流は、乳化すべき液体成分の液滴を追加的に破 壊し且つこれらの成分の流量を安定化することによって高品質の乳濁液を与える 。蒸気中の音の速度は５００ｍ／秒に近いので、高品質乳濁液を得るためには、 蒸気流の速度は、５００ｍ／秒以上であるべきである。

５００ｍ／秒を超えての蒸気流の速度の増大は、２相蒸気−液体混合物中の蒸気 の高容量含量、内部７における増大された圧力を生じさせ、その結果、乳濁液の 製造装置の操作における安定性は低くなる。

受動液体成分を円筒状ケーシング１の内部７に供給すると、エーロゾルの超音速 流は、真空空間への進入およびその上にかけられるエーロゾルの超音速流の流体 力学的作用によって生ずる受動液体成分の分裂を生じさせる。

その結果、高度に分散された均質な構造の２相蒸気−液体混合物が、調製される 。この２相蒸気−液体媒体においては、音は、１０〜５０ｍ／秒の速度で伝播す る。受動液体成分との混合前には、エーロゾル流の速度は５００ｍ／秒よりも高 かったという事実のため、２相蒸気−液体混合物は、超音速で移動する。この混 合物流の速度は、成分の各種の混合物に関して異なり、且つ乳濁液を構成する成 分、圧力および蒸気の流速、エーロゾルの流速、受動液体成分の圧力および温度 のパラメーターによって決定される。この混合物は、蒸気の凝縮および容量含量 の減少を受けやすく、このことは２相蒸気−液体混合物流の速度の減速を生じさ せる。収斂部分１ｏ１；おける混合物流の絞りは、この混合物の超音速流速度を 維持することをもくろむ。２相蒸気−液体混合物を円筒状部分１１に沿って搬送 し、この円筒状部分１１において蒸気凝縮を続け、それによって混合物の流速を 減速し、静圧を増大させる。このことによって、２相蒸気−液体混合物の準安定 性および遷音速圧力衝撃における蒸気の累積的凝縮が生ずる。次いで、２相蒸気 −液体混合物を亜音速で流れる液体乳濁液とする。衝撃後の圧力は、衝撃前の圧 力の１０〜１００倍であり、このことは乳化すべき液体成分の液滴の破壊を促進 する。

前記のことに鑑みて、遷音速圧力衝撃は、混合室の円筒状部分１１に沿っての２ 相蒸気−液体混合物の超音速流によって保証される。前記のように、２相蒸気− 液体混合物の超音速流は、この混合物流を円筒状部分１１で終わる末広部分１０ で絞ることによって維持される。

それゆえ、エーロゾル室２の出口穴１３の直径対混合室９の円筒状部分１１の直 径の比率１未満の場合には、この混合物を収斂部分１０で加速することによって ２相蒸気−液体混合物の超音速流を維持することは不可能である。しかしながら 、この比率を２倍よりも大きく増大することは、円筒状ケーシング１の内部７の 圧力の増加および提案される乳濁液の製造装置のより低い安定性の操作を生じさ せる。

更に、遷音速圧力衝撃は、乳化すべき液体成分の破壊を容易にする。また、それ は、乳濁液の製造装置の出口から装置の内部７までの機械的乱流（圧力変動）の 伝播を防止し、このことはこの内部の圧力を安定化し、従って、乳濁液の受動液 体成分および蒸気の流量を安定化する。これらの流量の安定化によって、一定濃 度の成分を有する乳濁液を得ることができ且つ乳濁液の温度も安定化する。

前記のことに鑑みて、提案される乳濁液の製造法およびこの方法を実施するため の装置は、均質な高度に分散された安定な乳濁液流を成分の安定化流量で得るこ とを可能にする。

産業上の利用可能性 本発明は、食品工業で牛乳の液体代替品を製造するのに使用でき、並びに燃料− 電力および機械建設工業で安定な水−燃料および水−油孔濁液を製造するのに使 用できる。

国ｗＡ調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．乳化すべき液体成分を蒸気流に導入し、受動液体成分を供給し、２相蒸気− 液体混合物を調製した後、気相を凝縮し、乳濁波を製造することからなる乳濁液 の製造法であって、蒸気を５００〜８００ｍ／秒の流速で供給し、乳化すべき液 体成分を注入によ，て無気に導入する一方、２相蒸気−液体混合物を超音速で搬 送し、この速度は混合物の各種の成分に関して異なることを特徴とする乳濁液の 製造法。 ２．蒸気ノズル（４）を同軸方向に収容するエーロゾル室（２）を有し且つそれ に連結された乳化すべき液体成分の供給パイプ（３）を有する円筒状ケーシング （１）、エーロゾル室と同軸方向に配置された混合室（９）、および円筒状ケー シング（１）に固着された受動液体成分の供給パイプ（８）を具備してなる、方 法実施のための装置であって、蒸気ノズル（４）は、蒸気ノズル（４）の出口端 とエーロゾル室（２）の内面との間に注入ゾーン（５）を形成するために軸変位 可能なラバルノズルの形態を有し、一方、混合室（９）には、軸運動可能であり 且つラバルノズルに面し且つ円筒状部分（１１）に延出した後に末広部分（１２ ）に延出している収斂部分（１０）が設けられていることを特徴とする装置。 ３．エーロゾル室（２）の出口穴（１３）の直径対混合室（９）の円筒状部分（ １１）の直径の比率が、１：２である、請求項２に記載の装置。