JPH1142429A

JPH1142429A - 微粒化方法および装置

Info

Publication number: JPH1142429A
Application number: JP20057697A
Authority: JP
Inventors: Fuminori Miyake; 文則三宅; Kazutoshi Mitake; 一利三武
Original assignee: HAKUSUI CHEM IND Ltd; JIINASU KK
Current assignee: HAKUSUI CHEM IND Ltd; JIINASU KK
Priority date: 1997-07-25
Filing date: 1997-07-25
Publication date: 1999-02-16

Abstract

(57)【要約】【課題】被処理流体の衝突、分流、合流による微粒化
効果を高め、比較的簡単な機構で乳化、分散、破砕など
を効率よく実施することのできる微粒化方法および装置
を提供すること。【解決手段】流路入口と流路出口を有する密閉容器内
に、微粒化すべき物質が分散された被処理流体を前記流
路入口から高速で導入し、その流れを複数の流路に分岐
させた後、再びこれを集合させる向きの高速流を形成し
衝突させることにより、上記物質を微粒化して前記流路
出口から排出する方法であって、高速で送り込まれる被
処理流体を、該送り込み方向に対して直交し且つ遠心方
向に流れ方向を変えて複数方向に分流させた後、その外
周側に形成された屈曲部で衝突させ、流れ方向を前記送
り込み方向に対し傾斜しつつ求心方向へ変更して収束さ
せ、衝突・合流させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、被処理流体を高速
で衝突させて乳化、分散、破砕等を行なうための微粒化
方法および装置に関し、より詳細には、装置内における
被処理流体の衝突・合流回数を増大し、被処理流体に対
する前記乳化、分散、破砕などの処理効率を高めた微粒
化方法と装置に関するもので、この装置は、食品、医
薬、化粧品、化学品などの製造もしくは処理に有効に活
用することができる。

【０００２】

【従来の技術】従来、高圧・高速を利用して物質の微細
化を図る装置は、歴史的に最も古くから採用されている
バルブプレート式と２液衝突式に大別される。

【０００３】バルブプレート式は、基本的には高圧から
高速に変換された流体を壁面に衝突させてから装置外部
へ排出させるものであり、具体的な構成としては、特公
昭４４−２９２１号公報に記載された液体処理装置があ
る。この種の構成では、被処理流体はポンプを介して入
口開口から第一均質化弁組立体へ導入され、弁座と弁と
の隙間を通過し放射状に流れて弁本体内壁に衝突するこ
とによって微粒化が行なわれ、更に同じ構成からなる第
二段均質化弁組立体へ導入される様になっている。この
構成では、衝突エネルギーは放射状に流れる流体速度の
みに左右される。

【０００４】一方、２液衝突式の装置としては、例えば
特開平２−２６１５２５号公報に記載された様な乳化装
置が知られている。この装置は、図５および図６（Ａ）
（図５のＡ−Ａ線方向矢視図），図６（Ｂ）（図５のＢ
−Ｂ線方向矢視図）に示す如く被処理流体流路に、硬質
素材からなる２枚のブロック部材６０，６１を密着配置
し、流入側のブロック部材６０には２つの貫通孔６０
ａ，６０ｂを形成すると共に、各貫通孔の出口を溝状通
路６０ｃによって連通させ、またブロック部材６０と密
着配置されるブロック部材６１には、溝状通路６０ｃと
直交する方向に溝状通路６１ｃを形成すると共に、その
各端部には混合液を排出させるための貫通孔６１ａ，６
１ｂを形成している。これらのブロック部材６０，６１
内に被処理流体を高圧・高速で導入することにより、被
処理流体の流れを強制的に対向流として加速させ、２液
の流れを高速で衝突させることによって乳化を行なう様
になっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記した従来のバルブ
プレート式では、弁座と弁の間の隙間を通過して壁面と
衝突する際に微粒化が行なわれるが、壁面への単独衝突
であるため微粒化する際の衝突が不十分であり、必ずし
も満足のいく微粒化効果は得られ難い。

【０００６】これに対し２液衝突式では、高圧の被処理
流体を２つの狭い通路に分岐導入することによって高速
流を形成し、該高速流を対向方向から衝突させて微粒化
を図るものであるが、衝突が本質的に１回だけであるた
め矢張り十分な微粒化効果は得られない。そして、実質
的に１回の衝突で高度の微粒化効果を得ようとすると、
被処理流体の圧力や流速を過度に高めなければならず、
圧力や流速を高めるにつれて圧力損失は累乗的に増大し
てエネルギーロスが大きくなるばかりでなく、被処理流
体が衝突する部位の摩耗量も累乗的に増大し、装置寿命
が著しく短縮されるといった問題が生じてくる。

【０００７】本発明はこうした事情に着目してなされた
ものであって、乳化、分散、破砕などの行なわれる流体
の分流、衝突、合流回数を簡単な機構で大幅に増大し、
流速や圧力を過度に高めなくとも乳化、分散、破砕など
を効率よく実施することのできる微粒化方法および装置
を提供しようとするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決すること
のできた本発明にかかる微粒化方法は、流路入口と流路
出口を有する密閉容器内に、微粒化すべき物質が分散さ
れた被処理流体を前記流路入口から高速で導入し、その
流れを複数の流路に分岐させた後、再びこれを集合させ
る向きの高速流を形成し衝突させることにより、上記物
質を微粒化して前記流路出口から排出する方法であっ
て、高速で送り込まれる被処理流体を、該送り込み方向
に対して直交し且つ遠心方向に流れ方向を変えて複数方
向に分流させた後、その外周側に形成された屈曲部で衝
突させ、流れ方向を前記送り込み方向に対し傾斜しつつ
求心方向へ変更して収束させ、衝突・合流させるところ
に要旨を有している。

【０００９】また本発明にかかる微粒化装置は、流路入
口と流路出口を有する密閉容器内に、微粒化すべき物質
が分散された被処理流体を前記流路入口から高速で導入
し、その流れを複数の流路に分岐させた後、再びこれを
集合させる向きの高速流を形成し衝突させることによ
り、上記物質を微粒化して前記流路出口から排出する装
置であって、軸方向に貫通孔１個を有する入側ブロック
と、傾斜して１つの流路に収束する方向に複数個の流体
通過孔を有する出側ブロックを密接配置して構成され、
該入側ブロックと出側ブロックの密接部には、上記入側
ブロックの貫通孔と出側ブロックの前記流体通過孔に連
通する複数の溝が形成されているところに要旨が存在す
る。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、図面に示した実施形態を参
照しつつ本発明を詳細に説明するが、図示例はもとより
本発明を制限する性質のものではなく、前記あるいは後
記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施す
ることも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的
範疇に含まれる。

【００１１】図１は、本発明にかかる微粒化方法および
その実施に用いられる微粒化装置を例示する縦断面説明
図であり、この図において微粒化装置Ｍは、後述する微
粒化ブロックＡを筒状のケーシング１内に軸心を合わせ
て密着配置したもので、ケーシング１の一方端部には、
微粒化ブロックＡの一方端部を押圧するための異径筒状
の押え部材２が配置され、共回りを防ぐための複数のピ
ン３が、該ケーシング１と押え部材２に嵌設されてい
る。

【００１２】押え部材２の中心には貫通孔２ａが設けら
れており、微粒化ブロックＡの流路入口と連通してお
り、またケーシング１の一方端側外周には雄ねじが形成
され、この雄ねじに袋ナット４が螺合されている。

【００１３】袋ナット４の開口４ａには、上記押え部材
２の筒部２ｂを挿通できる様に構成され、また開口４ａ
の内側縁部４ｂは、押え部材２における筒部２ｂの環状
裾部２ｃに当接する様になっており、袋ナット４を締め
つければ、押え部材２をケーシング１の他方端側に向け
て押し込むことができ、それにより微粒化ブロックＡを
内側に押圧できる。

【００１４】また、押え部材２の筒部２ｂの胴部内壁に
は雌ねじが形成されており、高圧パイプ５を貫通させた
グランドナット６を該筒部２ｂと螺合させれば、高圧パ
イプ５の先端部５ａを、押え部材２の貫通孔２ａ入口に
密接することができる。なお上記高圧パイプ５や押え部
材２の貫通孔２ａは、流路入口側となる。

【００１５】一方、ケーシング１の他方端部構造は、上
記した一方端部の構造と左右対称に構成されており、一
方端部と実質的に同一構造の押え部材２’、ピン３’、
袋ナット４’、高圧パイプ５’、グランドナット６’が
備えられており、そのうち押え部材２’の貫通孔２ａ’
と高圧パイプ５’は流路出口側となる。また、図中の符
号７’は高圧パイプ５’の接続側端部に螺合させるスリ
ーブである。

【００１６】次に、微粒化ブロックＡの構成を図２を参
照しながら詳述する。図示例において微粒化ブロックＡ
は、入側ブロックＡ_x と出側ブロックＡ_y とで構成さ
れ、入側ブロックＡ_x には軸芯部に貫通孔ｘが形成され
ると共に、その一方端には、該貫通孔ｘに連なる複数条
（図示例では４条）の溝ｍ，ｍ……が遠心方向に形成さ
れると共に、各溝ｍ，ｍ……の他方端には、衝突部を構
成する小部屋ｒ，ｒ……が設けられている。一方、出側
ブロックＡ_y の上記各小部屋ｒ，ｒ……に対応する位置
には、流体通過孔ｈ，ｈ……が形成され、この流体通過
孔ｈ，ｈ……は、出側ブロックＡ_y の軸芯部に形成され
た出口孔ｋに向けて収束する様に斜め方向に形成されて
おり、これら入側ブロックＡ_x と出側ブロックＡ_yを密
着させると、上記貫通孔ｘ，各溝ｍ，ｍ……，小部屋
ｒ，ｒ……，流体通過孔ｈ，ｈ……，出口孔ｋが連通す
る様に構成されている。図中、ｐは位置決めピン、ｑは
ピン孔を示しているが、これに代えて入側ブロックＡ_x
と出側ブロックＡ_y を非回転に嵌合させる構造とする
等、他の手段を採用することも勿論可能である。

【００１７】なお図示例では、溝ｍ，ｍ……と小部屋
ｒ，ｒ……を入側ブロックＡ_x 側に形成した例を示した
が、これらは出側ブロックＡ_y の入側ブロックＡ_x との
対面側に形成することも可能である。また溝ｍ，ｍ…
…、小部屋ｒ，ｒ……、流体通過孔ｈ，ｈ……の数は、
４条（個）に限られるものではなく、２条（個）または
３条（個）あるいは５条（個）以上設けることも可能で
あるが、あまりに多くすると設計や加工が煩雑になるば
かりでなく、特に出側ブロックＡ_y の強度劣化を招く恐
れがでてくるので、好ましくは３条（個）〜６条（個）
とすることが望ましい。

【００１８】これらの入側ブロックＡ_x と出側ブロック
Ａ_y を密着させた状態で図１に示す如くケーシング１内
に装入し、押え部材２，２’によって対面方向に押圧し
両ブロックを密着させた状態で被処理流体を高速送給す
ると、入側ブロックＡ_x の貫通孔ｘから導入される高速
流体は、その先端部で溝ｍ，ｍ……の４流路に分流さ
れ、流れ方向を導入方向に対し直行する方向で且つ遠心
方向に変えて各小部屋ｒ，ｒ……を経た後、各流体通過
孔ｈ，ｈ……を通過し、その先端部で出口孔ｋに合流・
衝突してから排出される。

【００１９】このとき図３に略示する如く、高速で貫通
孔ｘを通して送り込まれる被処理流体は、溝ｍ，ｍ……
の分流位置で壁面衝突した後に複数方向に分流し、分流
した各被処理流体はその先端部に形成された小部屋ｒ，
ｒ……の外周側壁に衝突した後、更に各流体通過孔ｈ，
ｈ……の先端部で被処理流体同士の合流時点で乱流を形
成しつつ高速衝突する。即ち本例では、５箇所の壁面衝
突と１箇所の分流、更に１箇所の流体同士の衝突によっ
て合計７回の微粒化を受け、被処理流体中の物質は多重
に微粒化作用を受けることになり、前記従来技術に比べ
て微粒化が著しく促進される。

【００２０】尚、上記流体通過孔ｈ，ｈ……の先端部で
生じる被処理流体同士の高速衝突による微粒化を促進す
るため、これら流体通過孔ｈ，ｈ……を先細状に形成し
て合流時の流速を高める様にしておけば、衝突による微
粒化効果を一層高めることができるので好ましい。また
図１，２では、夫々１個の入側ブロックＡ_x と出側ブロ
ックＡ_y を組み付けた例を示したが、これらを直列方向
に２組以上組み合わせれば、上記衝突回数を２倍以上に
増やすことができ、それに伴って微粒化効果は更に高め
られ、あるいは同程度の微粒化効果を得るための被処理
流体の圧力や流速を低くすることができ、装置全体とし
ての耐圧性や耐摩耗性を低減することが可能となる。

【００２１】次に、上記微粒化法または微粒化装置を実
用化する際の周辺の構成について説明すると、微細乳液
を得る場合は、水系流体と油系流体をそれぞれ別々に引
き込んで合流させることによって混合液を調製し、該混
合液の流量を調整しつつ微粒化装置へ圧送することによ
り油系流体が微分散した乳液を製造する。また、水等の
溶媒に不溶性の固形物粒子を微分散させる場合は、溶媒
に分散すべき固形物粒子を混入させて懸濁液を調製し、
該懸濁液の流量を調整しつつ微粒化装置へ圧送すること
により固形物粒子が微分散したコロイド状の分散液を製
造する。このとき、微粒化後の乳液や微分散液の安定性
を一層高めるため、乳化安定剤や分散安定剤などを適量
混入させることも有効である。

【００２２】また、流体を高速で衝突させると殺菌乃至
滅菌が行なわれることも確認されており、従って本発明
の更に他の利用形態として、被処理流体の微粒化と滅菌
を並行して行なうことも可能であり、従ってこの発明
は、一般化学工業分野で利用する微粒化はもとより、衛
生面から細菌等の混入を避けねばならない食品分野や医
療分野においても極めて有効に活用することができる。

【００２３】図４は、本発明を微分散乳液の調製に利用
する場合の実施例を示したもので、水系流体を貯留する
ための容器５０と油系流体を貯留するための容器５１と
を備えており、これらの容器５０，５１内の各流体を、
弁５０ａ，５１ａでそれぞれ流量調整しつつ配管５２で
合流させ、可変容量ポンプＰの吸入口に供給される様に
なっている。可変容量ポンプＰでは、例えば混合液を５
０〜１５０ＭＰａ程度に加圧し高圧・高速流として微粒
化装置Ｍへ導入し、この部分で前述の如く微粒化処理が
行なわれる。

【００２４】この様な微粒化システムであれば、微粒化
効果に加えて原料流体の混合比率も任意に調節すること
ができ、撹拌設備などを要することなく任意の混合比率
の乳液やコロイド状分散液を容易に得ることができる。

【００２５】なおこの微粒化法を実施する際に、本発明
の効果を有効に発揮させるには、前記分流、衝突、混合
が行なわれる流路内の被処理流体の流速を８０〜４６０
ｍ／ｓｅｃ程度に制御するのがよい。しかして流速が低
過ぎる場合は、個々の衝突、混合時のエネルギーが不足
するため満足のいく微粒化効果が発揮されにくく、一方
流速が高過ぎる場合は、衝突部位における壁面の摩耗が
著しくなるからである。工業的に実用化する際のより好
ましい流速の下限は１５０ｍ／ｓｅｃ程度、更に好まし
くは２２０ｍ／ｓｅｃ程度、より好ましい流速の上限は
３３０ｍ／ｓｅｃ程度、更に好ましくは２７０ｍ／ｓｅ
ｃ程度である。

【００２６】又、こうした高速流を採用することによっ
て前記衝突部で生じる流路内壁の摩耗を抑えるため、入
側ブロックや出側ブロックの構成素材としてはＷＣやジ
ルコニア等のセラミックス材や焼結ダイヤモンド、単結
晶ダイヤモンド等の超硬質素材を使用するのがよく、あ
るいは基材をステンレス等の金属によって構成し、摩耗
が最も激しい前記衝突部位の内壁面に前記焼結ダイヤモ
ンドや単結晶ダイヤモンド等の超硬質層を形成すること
によって、耐摩耗性を確保することも有効である。

【００２７】

【実施例】次に実施例を挙げて本発明をより具体的に説
明するが、本発明はもとより下記実施例によって制限を
受けるものではない。なお、下記において「部」および
「％」とあるのは、特記しない限り「重量部」および
「重量％」を意味する。

【００２８】なお比較例として示した撹拌機には、日本
精機製作所社製の「ＡＭ−９」、微粒化装置としては、
図５，６に示した様に９０゜の角度で位相して密接させ
た十文字流路の交差点で流体を高速衝突させる構成のも
の［Ｎ社製］を使用した。また、実施例で用いた微粒化
装置に配置された入側ブロックＡ_x および出側ブロック
Ａ_y の貫通孔ｘ，溝ｍ，小部屋ｒ，流体通過孔ｈ，出口
孔ｋの各サイズは下記の通りとした。入側ブロックＡ_x 厚み：４ｍｍ出側ブロックＡ_y 厚み：６ｍｍ貫通孔ｘ：内径０．１７ｍｍ溝ｍの断面積：０．００８ｍｍ² の溝４条小部屋ｒ：内径１ｍｍ×深さ１ｍｍ、４個流体通過孔ｈ：入側孔径０．１２ｍｍ，出側孔径０．０
９ｍｍ，傾斜角度４５度また、得られた微粒化物の粒径測定とその評価法は下記
の通りとした。粒径測定法：島津製作所製のレーザー解析式粒度分布測
定装置 SALD-2000A 評価法：メジアン径の大小で評価する。

【００２９】［乳化実験］ (1) 被処理流体：大豆油（関東化学社製） ……１０％大豆製レシチン（関東化学社製）……０．５％純水 ……８９．５％ (2) 前処理：大豆油を所定量秤取り、これに大豆レシチンを所定量添加して大豆油に大豆レシチンを溶解させる。秤量しておいた純水に上記を加え、卓上型撹拌機（日本精機社製「ＡＭ−９」）にて５，０００ｒｐｍで１分間予備乳化させる。予備乳化品のメジアン径：２６．７２μｍ

【００３０】［分散・粉砕実験］ (1) 試料：酸化亜鉛（白水化学社製の微粒子酸化亜鉛）……３０％デモールＥＰ（花王社製） …… ２％純水 ……６８％ (2) 前処理：所定量の純水にデモールＥＰを添加し溶解させる。上記に酸化亜鉛を加え、１５，０００ｒｐｍで５分間予備分散させる。予備分散品のメジアン径：０．６９μｍ

【００３１】

【表１】

【００３２】上記乳化実験結果からも明らかである様
に、本発明の微粒化装置は、従来の撹拌機に比べて格段
に優れた微粒化効果を有していることはもとより、市販
の微粒化装置に比べても、同等圧力、同等パス数で比較
すると優れた微粒化効果を示すことが分かる。

【００３３】

【表２】

【００３４】上記分散・粉砕実験結果からも明らかであ
る様に、本発明の微粒化装置は、従来の撹拌機に比べて
格段に優れた微粒化効果を有しており、また市販の微粒
化装置に比べても、同等圧力、同等パス数で比較すると
優れた微粒化効果を示すことが分かる。

【００３５】

【発明の効果】以上説明した様に本発明によれば、微粒
化すべき物質を含む被処理流体に対し、微粒化のための
エネルギーを複数回の衝突、分流、合流によって与える
ことができ、短い処理ラインで微粒化を著しく増進する
ことができる。しかも本発明の装置は、その構成が比較
的簡単で設計および製作が容易である他、設備的にも短
尺なものでよく、また微粒化が行なわれる装置の主体は
前記入側ブロックと出側ブロックを突き合わせた構成で
あるから、設備の保全や交換なども容易に行なうことが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明にかかる微粒化方法と装置の１つの実施
形態を示す縦断面説明図である。

【図２】実施例で採用した微粒化ブロックを例示する展
開説明図である。

【図３】図２の微粒化ブロックを用いたときの微粒化機
構を示す説明図である。

【図４】本発明の微粒化装置を組み込んだ微粒化システ
ムを例示する概略説明図である。

【図５】公知の２液衝突式微粒化装置の基本構造を示す
説明図である。

【図６】図５におけるＡ−Ａ線およびＢ−Ｂ線方向矢視
図である。

【符号の説明】

Ｍ微粒化装置Ａ微粒化ブロック１ケーシング２押え部材３ピン４袋ナット５高圧ポンプ６グランドナットＡ微粒化ブロックＡ_x 入側ブロックＡ_y 出側ブロックＭ微粒化装置ｘ貫通孔ｍ溝ｒ小部屋ｈ流体通過孔ｋ出口孔

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流路入口と流路出口を有する密閉容器内
に、微粒化すべき物質が分散された被処理流体を前記流
路入口から高速で導入し、その流れを複数の流路に分岐
させた後、再びこれを集合させる向きの高速流を形成し
衝突させることにより、上記物質を微粒化して前記流路
出口から排出する方法であって、高速で送り込まれる被
処理流体を、該送り込み方向に対して直交し且つ遠心方
向に流れ方向を変えて複数方向に分流させた後、その外
周側に形成された屈曲部で衝突させ、流れ方向を前記送
り込み方向に対し傾斜しつつ求心方向へ変更して収束さ
せ、衝突・合流させることを特徴とする微粒化方法。
【請求項２】流路入口と流路出口を有する密閉容器内
に、微粒化すべき物質が分散された被処理流体を前記流
路入口から高速で導入し、その流れを複数の流路に分岐
させた後、再びこれを集合させる向きの高速流を形成し
衝突させることにより、上記物質を微粒化して前記流路
出口から排出する装置であって、軸方向に貫通孔１個を
有する入側ブロックと、傾斜して１つの流路に収束する
方向に複数個の流体通過孔を有する出側ブロックを密接
配置して構成され、該入側ブロックと出側ブロックの密
接部には、上記入側ブロックの貫通孔と出側ブロックの
前記流体通過孔に連通する複数の溝が形成されているこ
とを特徴とする微粒化装置。