JPH10337457A - 噴流衝合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 流体同士の衝突により、乳化分散流体又は／
及び微粒子を得る噴流衝合装置において、噴射流体の衝
突によるチャンバ内の損傷を極力低減し、特にノズルに
は対向噴射流が直接衝突することのない改良された噴流
衝合装置を提供する。 【解決手段】 第１と第２のノズル手段から噴射された
高圧流体の噴射軌跡がチャンバ内の一点で角度を有して
交差するように、夫々のノズル手段の噴射方向が定めて
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、流体同士の衝突を
利用して、乳化や微細な粒子の分散などの流体の均質化
及び／または粉砕による流体の微粒子化を行う噴流衝合
装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、流体同士の衝突を利用して微
粒子化や流体を均質化する装置として、様々なものが提
案されているが、その中の１つとして特開平６−４７２
６４号公報に記載された乳化装置が挙げられる。

【０００３】この乳化装置は、高圧ポンプによって加圧
された２種類の流体を互いに向かい合う方向に噴射させ
て正面衝突させることで乳化分散を行う構成のものであ
り、高圧流体を導入する流路よりも小さな径のノズルが
形成された二つの板状体を流路に対して垂直に、かつ向
かい合わせて配することによりその間に乳化部の空間を
形成している。

【０００４】この装置は、高圧流体の導入流路の径に比
べ、乳化部におけるノズル孔の径を小さくするととも
に、両側の導入流路からノズル孔を含めて衝突流路を直
線状に形成し、さらに圧力を流速へ変化させる部分の長
さを短くすることにより圧力損失を少なくして効率的な
乳化分散を達成しようとしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来の装置では、装置各部、特にノズルの加工精度や、組
立精度をきわめて高精度に保っても、噴射時の流体の拡
がりや方向不正などにより正面衝突させるのは難しく、
衝突し損なう流体が生じることはさけられない。衝突し
損なった流体は、そのまま直進して対峙するノズル孔に
偏心状態で衝突するため、乳化部のノズルやその近傍の
メタル部材を傷め、器材の寿命を縮めてしまうという問
題がある。

【０００６】これを防ぐために、乳化部の空間に露呈す
る部分をダイヤモンド単結晶などの高い硬度の物質で構
成することも提案されているが、高圧状態での稼働、ま
たは長期間の稼働による流体の衝突の繰り返しによって
ノズル周辺の部材を傷め、その分寿命が縮むことはさけ
られない。それに加えて乳化部は小さいサイズのもので
あり、高い硬度を持つ材料を小さい寸法の部品に高精度
で加工するのは困難であるという問題点もある。

【０００７】以上のことから本発明は、流体同士の衝突
により、乳化や、微細な粒子の分散などの流体の均質化
又は／及び流体同士の衝突を利用して破砕し微粒子化を
行う噴流衝合装置において、噴射流体の衝突による乳化
部の損傷を極力低減し、特にノズルには対向噴射流が直
接衝突することのない改良された噴流衝合装置を提供す
ることを主目的とする。

【０００８】また、流体同士の衝突による乳化分散又は
／及び流体同士の衝突を利用して破砕し微粒子化を行う
効率を高くした噴流衝合装置を提供することも本発明の
別の目的である。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成すべく、
請求項１に記載の発明は、少なくとも一対のノズル手段
から噴射される高圧流体噴流同士を互いに衝突させるこ
とにより乳化分散流体又は／及び微粒子を得る噴流衝合
装置において、内部チャンバを有するハウジングと、前
記チャンバ内に高圧流体を噴射するように前記ハウジン
グに取り付けられた第１と第２のノズル手段とを備え、
前記第１と第２のノズル手段は、互いの噴射流同士が各
々のノズル出口より先方の一点で角度を有して交差する
ように夫々の噴射方向が定められていることを特徴とし
ている。

【００１０】請求項１の発明では、第１と第２のノズル
手段から噴射された高圧流体の噴射軌跡がチャンバ内の
一点で角度を有して交差するように、夫々のノズル手段
の噴射方向が定められている。これにより、第１と第２
のノズル手段から噴射された高圧流体は、チャンバ内の
一点において互いに斜めから衝突し、このときの衝突力
により流体の均質化又は／及び微粒子化が行われる。

【００１１】即ち、各ノズル手段の噴射軌跡が一点で角
度を有して交差するようにノズル手段の向きを調整し、
第１のノズル手段の噴射軌跡上に第２のノズル手段が配
されることがないようにしている。そのため、ノズル手
段の同士討ち、言い換えると、第１のノズル手段から噴
射された流体のうちの衝突し損なった流体が第２のノズ
ル手段に到達して第２のノズル手段を傷めるといったこ
とがない。

【００１２】本発明において、各ノズル手段から噴射さ
れる流体を互いに斜めから衝突させる構成は、衝突させ
る流体を２方向から噴射する構成に限らず、３方向以上
から噴射させる構成とすることもできる。いずれの場合
も、ハウジングの周方向におけるノズル手段の配置は等
間隔とするとよく、これにより各ノズル手段からの噴射
流の流体エネルギーを衝合点において効率よく乳化分散
又は／及び微粒子化させるのに利用できる。

【００１３】各ノズル手段に流体を供給する機構として
は、例えば、１つのタンク手段から全てのノズルに同一
流体を供給する機構や、夫々のノズル手段に別々の流体
を供給するタンクを個別に設ける機構が挙げられる。前
者の構成の場合は、予め複数の流体をある程度混合して
おいたものを用いる場合であり、後者の場合は互いに異
なる複数種類の流体を用いる場合である。

【００１４】なお、本発明で述べる「乳化分散」とは、
例えば、水と油などのように親水性と親油性の流体をエ
マルジョン化したり、微小な粒子を液体中に均一に分散
させ均質化することを指している。

【００１５】また、「流体の微粒子化」とは、流体同士
の衝突による衝撃により流体自身又は／及び流体に含ま
れる媒質を更に細かく砕くことであり、例えば、食品、
化粧品、薬品、塗料、セラミックス、電子材料などの素
材を対象に行うことが考えられる。例えば、化粧品の場
合では、ファンデーションなどに用いられる素材を微粒
子化することにより、被覆力が更に良好になると共に分
泌物の吸収性が向上したり、またセラミックスの場合で
は、機械的強度は素材の粒径の平方根に逆比例するた
め、素材を微粒子化することにより機械的強度がアップ
するなどの利点がある。

【００１６】ノズル手段は、高圧流体を噴射させ得るも
のであればその構成は特に限定しないが、他のノズル手
段の噴射軌跡上に配されないようにその配置及び形状が
決定されている。

【００１７】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の噴流衝合装置において、前記第１と第２のノズル手段
からの噴流を前記一点の先方で受け止めて噴流の流体力
を分散させる噴流受け止め手段を前記チャンバ内に更に
備えたことを特徴としている。

【００１８】即ち、請求項２の発明では、前記一点にお
いて衝突し損なった流体がハウジング内壁に衝突してハ
ウジング内を損傷することを防ぐために、前記一点の先
方において夫々のノズル手段に対峙する位置に噴流受け
止め手段を備えたものとしている。

【００１９】本発明では、前記一点において衝突し損な
った流体は噴流受け止め手段に衝突し、その流体力が分
散される。従って、ハウジングが損傷を受ける恐れがな
く、更に、噴流受け止め手段に衝突した際にも流体が乳
化分散又は／及び微粒子化されるので、乳化分散又は／
及び微粒子化の効率も上がるという利点がある。

【００２０】そのような噴流受け止め手段としては、例
えば、衝突してくる噴流を斜めに受け止めて分力として
流体力を分散させる硬質部材や、噴流の流体エネルギー
を自身の運動エネルギーとして消費する可動硬質部材、
或いはこれらの組み合わせ等が挙げられる。

【００２１】さらに、請求項３に記載の発明は、請求項
２に記載の噴流衝合装置において、前記噴流受け止め手
段が、回転自在な硬質ボールを含むことを特徴としてい
る。前記硬質ボールとしては、セラミックボールや、超
硬合金ボール、ダイヤモンドボール等が挙げられる。本
発明において、硬質ボールは、噴流の衝突を受けるとそ
の流体エネルギーを分力として分散させると共に自身が
回転して流体エネルギーを消費する。

【００２２】また、請求項４の発明では、請求項１に記
載の噴流衝合装置において、前記第１と第２のノズル手
段の少なくとも一方の噴射方向を調整するための調整機
構を更に備えたことを特徴としている。

【００２３】即ち、請求項４の発明では、調整機構が少
なくとも一方の噴射方向を調整することにより、噴射角
度を固定した一方のノズル手段の噴射軌跡上の予め定め
た一点で交差するように、他方のノズル手段の衝突位置
を前記一点に合わせるものとしている。これにより、正
確に流体同士を衝突させることが可能である。

【００２４】そのような調整機構としては、流体の噴射
角度が固定されたノズル手段を保持する部材ごとある一
点を中心に回動又は平行移動させ、その部材の回動量又
は平行移動量を調整することで正確に流体同士を衝突さ
せ機構や、軸受け装置などを利用してノズル手段自体の
噴射角度を調整して正確に流体同士を衝突させる機構な
どが挙げられる。

【００２５】また、調整機構により噴射方向が調整され
るノズル手段の数は、乳化分散又は／及び微粒子化させ
る溶液の数に対応して定めればよい。例えば、２種類の
流体を乳化分散又は／及び微粒子化させる場合には１
つ、３種類の流体を乳化分散又は／及び微粒子化させる
場合には２つとすればよい。

【００２６】更に、請求項１に記載の噴流衝合装置にお
いて、前記ハウジングは、内部チャンバを形成する筒状
本体と、該筒状本体の一端に取り付けられて流体の導入
口を形成する第１のプラグと、前記筒状本体の他端に取
り付けられて内部チャンバからの衝突後の乳化分散又は
／及び微粒子化させる流体の導出口を形成する第２のプ
ラグとを備え、前記第１と第２のノズル手段は、互いの
噴射流同士が各々のノズル出口より先方の一点で角度を
有して交差するように前記内部チャンバ内に配され、前
記内部チャンバ内には、各々のノズル手段からの噴流を
受け止めて噴流の流体力を分散させる一対の硬質ボール
が配され、前記ハウジングには、第１と第２のノズル手
段の少なくとも一方の噴射方向を外部から調整するため
の調整機構が設けられていることを特徴とするものが挙
げられる。

【００２７】

【発明の実施の形態】図１は本発明の一実施形態の概略
を示す縦断面図、図２は、図１における可動部１ａの正
面図である。

【００２８】この実施形態において、ハウジングを構成
する筒状本体１は、内部チャンバ２を形成し、筒状本体
１の一端開口には図示しない共通のタンクから供給され
る流体の導入口を形成する第１のプラグ９がネジ嵌めさ
れ、他端開口には内部チャンバ２内において衝突して乳
化分散又は／及び微粒子化された流体の導出口を形成す
る第２のプラグ１０がネジ嵌めされている。また、内部
チャンバ２の内壁には、２つのノズル３，４のための取
付座と、夫々のノズル３，４を第１のプラグ９の流体導
入口に繋ぐ流路１１ａ，１１ｂとが形成されている。

【００２９】内部チャンバ２の内壁の互いに対向する位
置に設けられた前記取付座には、押さえ部材６ａ，６ｂ
により噴射角度が水平から約１０度下がった角度で、か
つ、噴射軌跡が内部チャンバ２の中心軸上の一点で角度
を有して交差するようにノズル３，４が固定されてい
る。ノズルの噴射角度は、いずれのノズルも互いに対峙
するノズルからの噴流の衝突を受けない角度で、かつ、
２つの噴流が交差部分で衝突したときに流体力の損失が
極力少なくなる角度に決定される。本実施形態の構成で
は、上記条件を満たす角度として水平から約１０度下が
った角度としているが、装置の構成に合わせて上記条件
を満たすようにノズルの噴射角度を決定する。

【００３０】押さえ部材６ａ，６ｂは、一対のネジ１４
ａ，１４ｂにより筒状本体内壁に固定されており、対面
するノズル３，４の噴射軌跡上にある領域１３ａ，１３
ｂは切り欠かれている（以後、切欠領域と称す。）。こ
の切欠領域１３ａ，１３ｂは互いに対面するノズル３，
４からの噴射流体のうち衝突しなかった噴流を通過させ
るために設けられており、これにより、押さえ部材６
ａ，６ｂには、噴射流体の衝突が避けられるので損傷し
て寿命が縮むという恐れがない。

【００３１】また、一方のノズル３が取り付けられた筒
状本体１の一部（以後、可動部と称す。）１ａは、他の
部分（以下、固定部と称す。）１ｂから取り外し可能に
構成されており、調整機構であるピン７ａと押さえネジ
７ｂ，７ｃとにより固定部１ｂに固定されている。尚、
図１には２つの押さえネジ７ｂ，７ｃしか現れていない
が、図２に示すように、可動部１ａは４つの押さえネジ
７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅにより固定されている。

【００３２】この可動部１ａは、筒状本体１に対しピン
７ａを中心として回動可能であり、固定部１ｂ側に設け
られたノズル４からの噴流に可動部１ａ側のノズル３か
らの噴流が内部チャンバ２内のほぼ中心軸上の一点で正
確に衝突するように調節され、その状態でネジ７ｂによ
り固定される。

【００３３】更に、２つの噴流が衝突する一点の先方
で、夫々のノズル３，４に対峙する位置のチャンバ内壁
には凹部が設けられており、この凹部内には、噴流受け
止め手段であるセラミックボール５ａ，５ｂが格納され
ている。

【００３４】セラミックボール５ａ，５ｂは、対面する
ノズルからの噴流のうち、衝突せずに前記切欠領域１３
ａ，１３ｂを通過してきた噴流を偏心した位置で受け止
め、その流体エネルギーを分力として分散させると同時
に、自身の回転によって流体エネルギーを消費する。こ
の回転によりセラミックボール５ａ，５ｂ表面の噴流の
衝突位置が分散されるので、集中的な噴流の衝突による
セラミックボールの欠損や割れなども防ぐことができ
る。

【００３５】このような構成の噴流衝合装置において、
第１のプラグ９から導入された高圧流体は、筒状本体１
に設けられた流路１１ａ，１１ｂを通って夫々のノズル
３，４に向かい、ここから内部チャンバ２の中心軸上の
一点に向かって噴射される。内部チャンバ２の中心軸上
の一点では２つのノズルから噴射された高圧流体が互い
に衝突して乳化分散又は／及び微粒子化させるが束され
るが、組立精度などにより、両ノズル３，４からの噴流
の向きがずれて交差が不正確となることがある。

【００３６】このような場合、内部チャンバ２の内部の
所定位置、即ち、噴流同士が衝突すべき中心軸上の一点
を横切る位置にテスト用のアルミ棒１２を挿入して、噴
射を試行し、その後アルミ棒１２を取り出すと、アルミ
棒１２の噴流が衝突した位置に２つの小穴が形成され
る。この小穴間の距離を計測によって求め、これに基づ
いて可動部１ａを必要量回動させ、両ノズル３，４から
の噴流が内部チャンバ２の中心軸上の一点で正確に衝突
するようにノズル３の位置を調整する。なお、アルミ棒
１２を挿入しておく時間は噴流の圧力にも依存するが、
通常は数分以内で小穴が形成される。

【００３７】可動部１ａの下部と第２のブラグ１０の側
部には、可動部１ａの回動量をマイクロメータなどで計
測するための２つの測定用ピン８ａ，８ｂがそれぞれ互
いに直交する向きで設けられている。第２のブラグ１０
に設けられたピン（以後、側部ピンと称す。）８ｂは、
可動部１ａに設けられたピン（以後、下部ピンと称
す。）８ａに対して垂直で離れた位置に取付けられてお
り、その中心軸がピン７ａの中心とノズル３の中心とを
通る直線上で、ピン７ａの中心からノズル３の中心まで
の距離Ｌの２倍の距離２Ｌとなる位置に配されている。

【００３８】２つの噴流の衝突位置を調整するには、２
つのノズル３，４からの噴流の衝突によりテスト用のア
ルミ棒１２に形成された２つの小穴間の距離を求め、固
定部１ｂに取り付けられたノズル４からの噴流が衝突す
る位置に向かって可動部１ａを回動させる。このときの
回動量は、側部ピン８ｂの位置がピン７ａの中心からノ
ズル３の中心までの距離Ｌの２倍の距離２Ｌとなってい
るため、下部ピン８ａを２つの小穴間の距離の２倍の距
離だけ移動させればよい。

【００３９】

【発明の効果】以上のように、本発明によれば、第１と
第２のノズル手段から噴射された高圧流体の噴射軌跡が
チャンバ内の一点で角度を有して交差するように、夫々
のノズル手段の噴射方向を定めているため、噴射流体の
衝突による内部チャンバの損傷が極力低減され、特にノ
ズルには対向噴射流が直接衝突することのない噴流衝合
装置が得られる。

【００４０】また、衝突位置の調整が簡単で、複数の流
体を確実に一点で衝突させることができる噴流衝合装置
が得られる。勿論、流体同士の衝突による乳化分散又は
／及び微粒子化させるの効率を高くした噴流衝合装置も
得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図は本発明の一実施形態による噴流衝合装置を
示す断面図である。

【図２】図１における可動部１ａを本体からはずした状
態で本体内部側からみた可動部１ａの正面図である。

【符号の説明】

１ 筒状本体 １ａ 可動部 １ｂ 固定部 ２ チャンバ ３，４ ノズル ５ａ，５ｂ セラミックボール ６ａ，６ｂ 押さえ部材 ７ａ ピン ７ｂ，７ｃ，７ｄ，７ｅ ネジ ８ａ，８ｂ 測定用ピン ９ 第１のプラグ １０ 第２のプラグ １１ａ，１１ｂ 流路 １２ アルミ棒 １３ａ，１３ｂ 切欠領域 １４ａ，１４ｂ ネジ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 董 建偉 富山県魚津市本江2410 株式会社スギノマ シン内

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一対のノズル手段から噴射さ
   れる高圧流体噴流同士を互いに衝突させることにより乳
   化分散流体又は／及び微粒子を得る噴流衝合装置におい
   て、 内部チャンバを有するハウジングと、 前記チャンバ内に高圧流体を噴射するように前記ハウジ
   ングに取り付けられた第１と第２のノズル手段とを備
   え、 前記第１と第２のノズル手段は、互いの噴射流同士が各
   々のノズル出口より先方の一点で角度を有して交差する
   ように夫々の噴射方向が定められていることを特徴とす
   る噴流衝合装置。
2. 【請求項２】 前記第１と第２のノズル手段からの噴流
   を前記一点の先方で受け止めて噴流の流体力を分散させ
   る噴流受け止め手段を前記チャンバ内に更に備えたこと
   を特徴とする請求項１に記載の噴流衝合装置。
3. 【請求項３】 前記噴流受け止め手段が、回転自在な硬
   質ボールを含むことを特徴とする請求項２に記載の噴流
   衝合装置。
4. 【請求項４】 前記第１と第２のノズル手段の少なくと
   も一方の噴射方向を調整するための調整機構を更に備え
   たことを特徴とする請求項１に記載の噴流衝合装置。