JPWO2014017511A1 - 流体微粒化装置及び流体微粒化方法 - Google Patents

Abstract

【課題】圧力噴霧ノズルとロータリーアトマイザーの長所を併せ持ち、スプレードライヤーで処理されている全ての素材、即ち、低〜高粘度液および固形粒子径スラリー等を所望の粒子径の液滴で且つ、所望の噴霧角度で噴出できる微粒化装置を提供する。【解決手段】本願発明の流体微粒化装置は、回転手段１０により回転する、所望の角度で形成された細孔８を有する噴霧ローター部２と、この細孔８から液体を噴出させるために、細孔８に液体を供給する液体供給手段１３と、前記細孔８から噴出した液体を加速するために、空気を供給する空気供給手段３３とよりなる。【選択図】図１

Description

本発明は、スプレードライヤー（噴霧乾燥機）に使用される液体微粒化装置で、狭い噴霧角度且つ所望の径の液滴が得られ、固形粒子含有スラリーにも使用できる流体微粒化装置及び流体微粒化方法に関するものである。

従来、小規模の実験用のスプレードライヤーの流体微粒化装置としては、簡便な２流体噴霧ノズル、即ち、加圧空気による液体微粒化装置が使われているが、エネルギー効率が極めて低く、サイクロン捕集できない微粉が多く、又、空気の噴流が乾燥チャンバー内の気流を乱すなどの欠点がある。

そのため、汎用のスプレードライヤーの液体微粒化装置としては、圧力噴霧ノズルとロータリーアトマイザーのいずれかが使われている。

前者の圧力噴霧ノズルは、旋回室(コア)内で生ずる自由渦で圧力エネルギーが速度エネルギーに変換されるポテンシャル理論を利用したもので、オリフィスから高速噴出した液膜が破断して微細な液滴となるものである。

そして、圧力噴霧ノズルの噴霧角度は、オリフィスから薄膜状に流出する液体の接線方向速度と軸方向速度との比で決まり、即ち、コアの入口孔径とオリフィス径により一義的に決まるので、所望の噴霧角度で乾燥熱風流束内に噴霧液滴を均一分散させることが可能となり、小径の乾燥チャンバーでもチャンバー壁に未乾燥付着が生じない利点がある。

しかしながら、高粘度液は、コア内の自由渦加速領域でエネルギー消失するため微粒化不能となるという欠点がある。

又、固形粒子を含むスラリーはコア内で粒子が自由渦加速の阻害要因となり、同様にエネルギー消失して良好な微粒化は望めない。

又、圧力噴霧ノズルからの流量は圧力の平方根に比例し、液滴の径は概略圧力の平方根に逆比例するので、予め所定流量と粒子径を得られるようにノズルと噴霧圧力の選定が必要となる。

後者のロータリーアトマイザーは、遠心力を利用したもので、回転円盤中心から供給される液体を円盤面で加速して、円盤の周縁から液体を高速飛散させて微粒化するものである。なお、このロータリーアトマイザーの原理は、回転体の運動エネルギーを液体加速に使う方法であって、前記圧力噴霧ノズルの微粒化原理とは本質的に異なるものである。

従って、このロータリーアトマイザーの加速原理により、高粘度液や固形粒子スラリーの微粒化には、専らロータリーアトマイザーが使用されている。

しかしながら、ロータリーアトマイザーは液滴が水平方向に飛散するため、縦軸方向に吹き出す熱風流束から飛び出してしまい、熱交換（乾燥）効率が悪いという欠点がある。

そこで、熱交換効率を良くするためには、吹出熱風を強制旋回させて液滴の伝熱効果を補うための付随設備が不可欠で、しかも、乾燥チャンバー容量（塔径×高さ）も大きくする必要がある。

更に、ロータリーアトマイザーを装着したスプレードライヤーの場合、ローターから飛散する液滴の水平到達距離が液滴径に比例して増大するため、大径粒子を製造するためには小さい処理量のスプレードライヤーであっても、大径チャンバーを必要とする欠点がある。

以上のように、スプレードライヤーで使用されている圧力噴霧ノズルとロータリーアトマイザーは長所と短所を併せ持っているため、多品種素材に対応するためには圧力噴霧ノズルとロータリーアトマイザーの２種類のスプレードライヤー装置を所有する必要がある。

更に、セラミックス材料、粉末冶金材料、磁性材料などの分野では、無機スラリーから流動性に富む球形粒子を得る目的でロータリーアトマイザーを装着したスプレードライヤーが広く使われている。

しかしながら、食品などのアルカリ・酸に溶解する有機素材用のスプレードライヤーは自動洗浄が可能なため、１台のスプレードライヤーで多品種(〜数百種)の処理が可能であるが、無機質スラリーの場合、この無機質スラリーがスプレードライヤーのチャンバー壁に付着すると、乗用車体に付着した泥と同様に、水(又は洗剤水)を吹き付けただけでは洗い落とせないため、大径チャンバーに大掛かりな足場掛けや特殊ゴンドラを吊り下げるなど、人手(又は機械力)によるブラッシング洗浄が必要となる。このため、低稼働率を承知で無機スラリー品種毎に専用のスプレードライヤーを所有するケースが多い。

前者の圧力噴霧ノズルの例としては、例えば、特許文献１があり、又、後者のロータリーアトマイザーの例としては、例えば、特許文献２がある。

なお、特許文献３のように、加圧空気とロータリーアトマイザーを組み合わせた流体微粒化装置があるが、高粘性液体を任意の角度で噴霧できるが、加圧空気を利用する液体微粒化装置と同様に、エネルギー効率が極めて低く、サイクロン捕集できない微粉が多く、又、空気の噴流が乾燥チャンバー内の気流を乱すなどの欠点がある。

特開２００４−９２９５２号公報 特開平６−２７７５６７号公報 特開平１１―２８３９０号公報

本発明は、圧力噴霧ノズルとロータリーアトマイザーの長所を併せ持ち、スプレードライヤーで処理されている全ての素材、即ち、低〜高粘度液および固形粒子含有スラリー等を所望の粒子径の液滴で且つ、所望の噴霧角度で噴出できる微粒化装置及び流体微粒化方法を提供することを目的とする。

前記の目的を達成すべく、第１発明は流体微粒化装置に関し、回転手段により回転するローターと、該ローターの先端部に形成した、液体噴出角度が前記ローターの回転軸に対して所望の角度傾斜した液体噴出用の細孔と、該細孔から液体を所望の噴出速度で噴出させるために、前記細孔に液体を供給する液体供給手段と、前記ローターの先端部を所望の間隔を存し覆うノズル部と、該ノズル部に形成した、前記細孔から噴出した液体を前記ノズル部外に噴出するスリットと、該スリットから所望の噴出速度で空気を噴出させるために、前記ノズル部内に空気を供給する空気供給手段とよりなる。又第２発明は流体微粒化方法に関し、ローターを回転すると共に、該ローターの先端部に形成した、液体噴出し角度が前記ローターの回転軸に対して所望の角度傾斜した多数の液体噴出用の細孔から、液体供給手段により所望の噴出速度で液体を噴出させ、前記ローターの先端部を所望の間隔を存して覆うノズル部内に、空気供給手段により空気を供給し、前記ノズル部に形成したスリットから所望の噴出速度で空気を噴出させると共に、前記細孔から噴出した液体をノズル部外に噴出する。

本発明は液体圧力（静圧）を運動エネルギーに変換する圧力噴霧ノズルの特性と、液滴をローター回転で全方位に均一分散させるロータリーアトマイザーの特性に、空気加速を利用する2流体ノズル特性も併せ持たせることにより、自由渦加速が不可能な高粘度液や固形粒子含有スラリーでも液体圧力（静圧）を運動エネルギーに変換すると同時に任意の噴霧角度が得られ、ローター回転により全方位に均一分散させることを可能にすることができる。

又、ローターの回転は、液柱を引き伸ばすためのものであるため、従来の円盤回転加速により液体を微粒化するロータリーアトマイザーと異なり、小ローター径且つ低速回転でも液体を微粒化することができる。

又、ローターの回転及び空気加速を利用するため、従来の圧力噴霧ノズルよりも低圧の液体噴霧でも液体を微粒化することができる。

又、スリットが噴出する空気も、液柱を微細分断させるためのものであるため、従来の２流体噴霧ノズルに比べて低圧の圧力空気であっても、液体を微粒化することができる。

又、ストレーナーからローターまでの流路を鉛直線状に連結すると共に、各流路断面形状を同形にしたので、固形粒子と液体の比重差が大きい固形粒子含有スラリーを使用しても、固形粒子の沈積凝縮を防ぐことができ、前記細孔の閉塞を防止できる。

又、ノズル部に貫通孔を形成し、該ノズル部内の空気を該ノズル部の外表面のスリット周辺部に向けて噴出させるので、高粘度有機液材を使用しても、スリットの周辺部のノズルの外表面に微粉が付着せず、該スリットが閉塞することを防止できる。

本発明の流体微粒化装置の縦断側面図である。 該流体微粒化装置の噴霧ローター部の拡大縦断側面図である。 該流体微粒化装置の噴霧ローター部の先端部の一部の拡大縦断側面図である。 該流体微粒化装置とその液体供給手段の配管系統図である。 該流体微粒化装置を装着したスプレードライヤーの概略説明図である。 該流体微粒化装置より噴霧した液柱の説明図である。

本発明を実施するための形態の実施例を以下に示す。

本発明の流体微粒化装置の実施例１を図面によって説明する。

図１は、本発明の流体微粒化装置、図２は、該流体微粒化装置の噴霧ローター部の拡大縦断面側面図、図３は、該流体微粒化装置の噴霧ローター部の先端部の一部の拡大縦断面側面図、図４は、該流体微粒化装置とその液体供給手段の配管系統図、図５は、該流体微粒化装置を装着したスプレードライヤーの概略説明図である。

図１〜図３において、１は、流体微粒化装置、２は該流体微粒化装置１の噴霧ローター部を示し、該噴霧ローター部２の先端部３を、前記噴霧ローター部２の回転軸２ａと同軸の円錐台形に形成し、又、該噴霧ローター部２の内部には、半径方向に放射状に延びる微細孔状の液体流路４が形成されると共に、該噴霧ローター部２の後背部５には、前記液体流路４に連通する凹状の給液室６が形成されている。

なお、前記噴霧ローター部２の円錐台形状の先端部３は、例えば、基部における直径が３１ｍｍで、円錐面７の挟角は１００度である。

又、前記噴霧ローター部２の円錐台形状の先端部３には、多数の液体噴出用の細孔８が形成され、該各細孔８は、前記噴霧ローター部２において前記円錐面７から前記各液体流路４まで貫通して形成されている。又、前記細孔８の液体噴出角度は、前記円錐面７に対して直角に形成され、前記噴霧ローター部２の回転軸に対して所望の角度傾斜している。

また、前記液体流路４に連通する前記細孔８の連通部８ａは、前記液体流路４側に向かって、例えば、レデュース角度（挟角）３０度の角度で断面積が徐々に大となるように開拡し、その開拡端部の開口径が、前記細孔８の内径の約３倍まで拡大するようにし、供給された液体が前記液体流路４から前記細孔８内に移動する際に、該液体が加速されるようにすると共に、連通部８ａを徐々に拡大することにより、該液体の加速を穏やかにして、該液体中の粒子と液体との速度差を小さくするようにした。

また、前記給液室６から前記細孔８までの流路において、各流路の連通部において、液溜りを減らすように、段差が少なくなるように形成する。

なお、前記細孔８は、例えば、直径７０μであり、前記円錐台形状の先端部３に周方向に等間隔に４８個形成されている。

９は、給液回転管を示し、該給液回転管９の先端部は、前記噴霧ローター部２の凹状の給液室６に嵌合され固定されている。なお、該給液回転管９からの液体が前記液体流路４に供給されるように、前記給液回転管９の先端部が前記凹状の給液室６の対向面と若干離間して固定される。

１０は、前記ローター部２の回転手段を示し、該回転手段１０は、図１及び図５に示すように、前記給液供給管９と、該給液回転管９の根部外周に固定した駆動プーリー１０ａと、該駆動プーリー１０ａに係合したベルト１０ｃと、このベルトを駆動する駆動モータ１０ｂとにより構成され、該回転手段１０により前記ローター部２が高速回転するように形成されている。

なお、前記ローター部２の他の実施例の回転手段として、前記給液回転管９の根部外周に駆動プーリー１０を固定する代わりに、回転羽根を固定し、前記給液供給管９と、前記回転羽根と、後述する空気供給手段３３とにより構成し、前記空気供給手段３３からの加圧空気が前記回転羽根に当たることにより、前記給液供給管９及び前記ローター部２が高速回転するように形成してもよい。

又、前記給液回転管９の後端部は、ロータリージョイント１１を介して給液管１２に接続されている。

そして、前記細孔８に液体を供給する液体供給手段１３は、図４に示すように、給液タンク１４と、該給液タンク１４の排出口に根部において接続した液体供給管１６と、該液体供給管１６に介在した給液ポンプ１５と、該液体供給管１６の先端部に横管部１７ａの一端部で接続されているＴ字管１７と、該Ｔ字管１７の横管部１７ａの他端部に圧力調整弁（リリーフ弁）１８を介して根部で接続し先端部が前記給液タンク１４に接続した液体戻り管１９と、前記Ｔ字管１７の縦管部１７ｂの下端部に接続した前記給液管１２とからなり、前記ストレーナー２０は前記給液管１２に介在されている。

そして、前記液体供給手段１３により、該給液タンク１４内の液体が、前記給液ポンプ１５によるポンプ給液圧力により、前記給液供給管１６、前記Ｔ字管１７、前記給液管１２、前記ストレーナー２０、前記ロータリージョイント１１、前記給液回転管９、前記液体流路４を介して、前記細孔８の液体噴出口から噴出するように形成されている。また、前記圧力調整弁１８により、前記液体供給管１６からの余剰液体を、前記Ｔ字管１７、前記液体戻り管１９を介して、前記給液タンク１４に戻すようにしている。

なお、粒子と液体との比重差の大きい固形粒子含有スラリーの場合、流路に滞留箇所や急激な曲りなどの流路変化があると、粒子の沈積凝集が生じ、流速変化や振動でこの凝集塊が流出し、前記細孔８が閉塞する場合がある。そこで、例えば、前記細孔８の径の１／２（又は１／３）以下の孔径のストレーナー２０を用いて、大径粒子を除去し、また、前記ストレーナー２０の出口側管路と、前記ストレーナー２０より下流側の前記給液管１２と、前記ロータリージョイント１１と、前記給液回転管９とを鉛直線状に連結すると共に、各管の接続部分も含めて、各管の流路断面形状を同形にして、沈積凝集箇所を無くすようにした。

２１は、空気導入管を示し、該空気導入管２１は、フランジ２２を介して、後述するスプレードライヤー３５の熱風室３９の天井部に固定される。又、前記空気導管２１内には、多数の軸受体２３を介して、前記給液回転管９が回転自在に支承されている。

又、前記給液回転管９の外周面と前記空気導入管２１の内周面との間に空気導入室２４が形成され、前記空気導入管２１内の後端部には、気密状態を保持するためのオイルシール部２５が形成されている。

又、２６は、縮径の第１短筒状体を示し、該第１短筒状体２６は、前記空気導入管２１の先端に固定されている。

又、２７は、拡径の第２短筒状体を示し、該第２短筒状体２７は、締付キャップ２８により、前記噴霧ローター部２の先端部に固定されている。

そして、前記第１短筒状体２６の前端面と、前記第２短筒状体２７の後端面との間隙に、例えば、２ｍｍ幅の狭い環状のスリット２９を形成し、前記第１短筒状体２６と前記第２短筒状体２７とにより、前記ローター部２を所望の間隔を存して覆うノズル部３０を形成した。

なお、前記スリット２９の噴出傾斜角度は、前記細孔８の噴出傾斜角度と同角度で形成され、前記細孔８から噴出した液体が、前記スリット２９を通じて、ノズル部３０外に噴出されるように形成されているが、ローターの回転速度を上げると、理論上、所定のローター面から直角に噴出する液柱の噴出傾斜角度よりも飛散角度が広くなる。すなわち、液柱の飛散方向は、ローター面と直角に噴出する液柱速度とローター周速度とを合成した方向になり、ローター回転数が高くなると液柱は前記第１短筒状体２６側にずれて、該第１短筒状体２６の壁に触れると、未乾燥スラリーが該壁に固着して微粒化機能が失われてしまう。そこで、液体が前記ノズル部３０の内側壁に付着しないよう、液柱が前記スリット２９を通過できるように、前記細孔８は、前記ローター部の若干内側になるよう設計するのが好ましい。

また、ローター部２とノズル部３０との間隔が２ｍｍで、該ノズル部の厚さが２ｍｍ、液体噴出速度が３０ｍ／ｓ、噴出角度（挟角）が５０度、細孔８の出口部のローター径が５２ｍｍで、ローターを８，０００ｒｐｍで回転させた場合の周速を２１．３ｍ／ｓとすると、噴出液柱が前記スリット２９を通過する時間に液柱の接線方向への移動は（２１．３／３０）×４＝２．８ｍｍとなり、見掛け噴霧角度は概略１０度広がるが、前記スリット幅１ｍｍでも液柱は前記ノズル部３０に当たらない。従って、狭いスリット幅で、広範囲のローター回転数変化を可能にするためには、ローター部とノズル部との間隙を小さくすることが必須となるが、間隙が２ｍｍでも問題ないことが分かる。

又、３１は、前記ノズル部３０の第２短筒状体２７に形成した圧力空気吹き出し用の貫通孔であり、該貫通孔３１は、前記ノズル部３０の内側面から外側面に貫通して形成されると共に、該貫通孔３１の外側開口部は、前記ノズル部３０内の空気がノズル部３０の外表面のスリット２９の周辺部に向けて噴出するよう、該スリット２９側に向くように形成されている。

これは、本願装置に、有機液材、特に、高粘度有機液材を用いる場合、狭い噴霧角で噴出するホロコーン状で高速噴出する液柱及び圧力空気により、ローター部２の底部が負圧になるため、後述する乾燥チャンバー３６の下方で乾燥した微粉が上昇２次流れに同伴されてノズル部３０の外表面のスリット２９の周辺部に付着して成長し、花咲現象を生じ、スリット２９を詰まらせてしまい、装置の連続運転の障害になる。そこで、前記圧力空気吹き出し用の貫通孔３１を前記ノズル部３０に形成し、圧力空気を前記貫通孔３１からスリット２９の周辺部に噴出し、乾燥微粉をスリット周辺部のノズル部３０外表面に到達させないようにした。

なお、前記貫通孔３１を前記第２短筒状体２７に設ける代わりに、前記第１筒状体２６に設けるようにしてもよい。

３２は、前記空気導入室２４に空気を供給する空気供給手段３３としての圧力空気流入管を示し、該圧力空気流入管３２は、前記空気導入管２１の根部外周に接続されている。

なお、前記圧力空気流入管３２と前記スリット２９の間に設けられた軸受体２３の外方部には、前記流入管３２から供給された加圧空気が前記スリット２９まで圧送できるように、圧送孔３４を形成させる。

又、図５において、３５は、スプレードライヤーを示し、該スプレードライヤー３５には、前記流体微粒化装置１が装着されている。

又、３６は、前記スプレードライヤー３５の円筒状の乾燥チャンバーを示し、該チャンバー３６の天井部には熱風供給手段である熱風吹出装置３７が接続されている。

該熱風吹出装置３７は、前記乾燥チャンバー３６の天井部に接続された吹出口３８と、熱風室３９と、給気ファン装置４０と、前記熱風室３９と前記給気ファン装置４０とを連結する熱風ダクト４１と、該熱風ダクト４１内の上流側に設けた加熱バーナー装置４２とよりなり、該加熱バーナー装置４２により加熱された熱風が前記乾燥チャンバー３６内に供給されるようにする。

又、前記吹出口３８と前記乾燥チャンバー３６の天井部との間には、整流と風速制御を目的とした熱風整流ハニカム４３が介在されている。

４４は、サイクロンを示し、該サイクロン４４は、前記乾燥チャンバー３６の側壁に接続され、その天井部には、排気ダクト４５を介して排気ファン４６が接続されている。

４７は、保護管を示し、該保護管４７は、前記熱風室３９の天井部から熱風整流ハニカム４３まで貫通して伸び、前記保護管４７に挿入される流体微粒化装置１を熱風室３９内の熱風から保護できるようにする。

尚、前記流体微粒化装置１は、前記熱風室３９の天井部の外から前記保護管４７内に挿入貫通して、その先端の噴霧ローター部２は、前記乾燥チャンバー３６内の天井部よりも若干下に位置される。

次に、前記流体微粒化装置１による流体微粒化方法を説明する。

前記回転手段１０の駆動モーター１０ｂを駆動して、前記噴霧ローター部２を、例えば、３０００ｒｐｍで回転させる。

又、前記液体供給手段１３により、例えば、濃度２０％の食塩水を、液圧１ＭＰａで、前記給液回転管９に供給すると、前記細孔８の液体噴出角度の噴霧角で、回転するローター部２の前記細孔８から４０ｍ／ｓで棒状液柱が噴出する。

なお、前記ストレーナー２０から前記給液回転管９までの流路を、滞留箇所や曲りがないように形成したので、粒子の沈積凝集による前記細孔８の閉塞を防ぐことができる。

又、前記空気供給手段３３の圧力空気流入管３２から、圧力空気圧８ＫＰａで、空気を前記空気導入管２１内に供給し、これにより、前記スリット２９から風速１００ｍ／ｓで空気が噴出する。そして、前記細孔８から噴き出した液柱は、高速空気により加速すると共に、前記ローター部２の回転により引き伸ばされ、図６に示すように、液柱Ａは弧状となる。

なお、Ｂは、前記細孔８の液柱噴出口の軌跡を示す。又、Ｃは、前記空気供給手段３３により空気を供給しない場合（スリットの風速０ｍ／ｓ）の液柱を示し、本願発明の液柱との比較例である。

そして、引き伸ばされて径が縮小した液柱は、前記スリット２９からの前記高速空気噴流中を移動することにより、極細液滴に分断される。

また、前記ノズル部３０の外表面の前記スリット２９の周辺部には、前記貫通孔３１から空気が噴出され、高粘度有機液材を使用しても、該ノズル部３０の外表面に微粉が付着することがない。

なお、噴霧角度は、前記ローター部２の細孔８の液体噴出角度により決定される。又、液滴径は、前記ローター部２の細孔８の径と噴出速度とローター部２の回転数とにより調整される。又、給液量は、前記細孔８の数と、給液圧力により調整される。

又、圧力空気噴出しは、主に、棒状液柱を分断するためのもので、流体の粘性、スラリーの特性等により圧力空気噴出速度が調整される。又、圧力空気噴出速度でも、粒子径の調整が可能である。

又、空気噴出速度は、液噴出速度の３倍〜５倍が好ましいが、極度に空気噴出速度が速いと粒子径分布がフラットになってしまう。

前記噴出した液滴は、前記乾燥チャンバー３６内でスプレードライ乾燥が行われ、その結果、平均粒径４０μの乾燥食塩が得られた。なお、通常の圧力噴霧ノズルと比較すると、粗大粒子が少なく且つ、微細粒子が少なく、多数の所望の粒度が得られ、非常にシャープな粒度分布となる。

なお、食塩水の代わりに、濃度６０％のデキストリン溶解液を、液圧１ＭＰａで、前記給液回転管９に供給した場合には、前記細孔８から３５ｍ／ｓで棒状液柱が噴出するようなる。そして、前記空気供給手段３３の圧力空気流入管３２から、圧力空気圧１０ＫＰａで、空気を前記空気導入管２１内に供給すれば、前記スリット２９から風速１２０ｍ／ｓで空気が噴出するようになる。そして、該噴出した液滴を、前記乾燥チャンバー３６内でスプレードライ乾燥を行えば、平均粒径４０μの乾燥粒子が得られた。なお、通常の圧力噴霧ノズルと比較すると、粗大粒子が少なく且つ、微細粒子が少なく、多数の所望の粒度が得られ、非常にシャープな粒度分布となる。

なお、前記ローター部２の細孔８の径は５０μ〜３００μの範囲であることが望ましい。又、前記ローター部２の円錐面７の挟角は６０°〜１２０°の範囲であることが望ましい。又、前記細孔８からの液噴出速度は１０ｍ／ｓ〜５０ｍ／ｓの範囲であることが望ましく、又、前記空気供給手段３３によるスリット２９の風速は６０ｍ／ｓ〜２００ｍ／ｓの範囲であることが望ましい。又、前記スリット２９の幅は２ｍｍ〜２０ｍｍの範囲であることが望ましいく、又、前記ローター部２のローター回転数は６０００ｒｐｍ〜１５，０００ｒｐｍの範囲であることが望ましい。

本発明の流体微粒化装置によれば、
(1)従来の圧力噴霧ノズルでは処理できなかった高粘度液や無機スラリーであっても、圧力噴霧ノズルと同じ噴霧角度で微粒化ができるため、既存スプレードライヤーで扱う全ての処理素材に対して液滴化が適用可能となった。

(2)又、専らロータリーアトマイザーで処理されていた素材（高粘度液・無機スラリーなど）も処理可能になった。

(3)又、圧力噴霧ノズル、ロータリーアドマイザーでは、所望粒径が小さいほど、大動力が必要であったが、本願発明では、ローターの細孔径と孔数を変えることにより、動力を変えずに所望の粒子径と流量が得られるようになる。

(4)又、微粒化エネルギー（高圧ポンプ、ローター駆動モーター）が従来の微粒化装置と比較して数分の１に低減した。

(5)又、小チャンバー径でも大径の無機スラリー粒子製造を可能にしたので、短時間洗浄が可能となった。

(6)又、圧力噴霧ノズルは、噴出する液膜の不規則破断で液滴を得るため、得られる粒子の粒度分布がフラットとなるが、本願発明は、レイリー（Ｒａｙｌｅｉｇｈ）理論による液柱のくびれ破断により液滴を得るため、粒子の粒度分布をシャープにすることができる。

(7)又、大容量実用機では、異物による閉塞を防ぐため、細孔の孔径は１００μ以上が好ましく、この孔径であれば、基準液滴径が１６５μになってしまう。即ち、大容量実用機では、１６５μ以下の微粒子の作成が難しいが、本願発明においては、ローター部の回転力と高速空気流により液柱を引き伸ばして、液柱径を縮小し、破断するので、小さな径の液滴を得ることができる。

(8)又、高粘度液の場合、圧力噴霧ノズルにおいては、コア内の剪断摩擦ロスでオリフィス出口の液膜厚が増加し、又、ロータリーアトマイザーにおいても円盤先端での液膜増加により何れも粒子径が増大するが、本願発明においては、前記ローター部２の細孔８から噴出する液柱径は増大しないので、小さな液滴を得ることができる。

(9)又、空気中に噴出した高粘度液柱は、破断し難い(くびれが発生し難い)ため、ローター回転と空気流とで液柱が引き伸ばされる結果、くびれが生ずる時点での液柱径は低粘度液より小さくなるため、大径粒子が発生し難い。

(10)又、粒子径を小さくする方法は、圧力噴霧ノズルは昇圧で、ロータリーアトマイザーは回転数増加で、何れも動力増加を必要とするが、本願発明の流体微粒化装置においては、ローター部の細孔径を小さくすれば動力増加を必要とせずに目的は達せられる。

(11)又、噴霧角度はローター部２の円錐面７に直交して開けられた細孔８から噴出される液柱が空気抵抗で減速して一定の水平到達距離まで拡散するので、圧力噴霧ノズルの噴霧プロフィル(パターン)とほぼ同一である。

(12)又、圧力噴霧ノズル、ロータリーアトマイザー何れの実測データでも平均粒子径の２．５倍の大径粒子が発生するのは避けられないが、本願発明の流体微粒化装置に於いては極端な液柱噴出速度（≧１００ｍ／ｓ）で微粒化しない限り、２倍以上の大径粒子は発生しない。

(13)低粘度且つ低表面張力の液体の微粒化においては、圧力噴霧ノズル、ロータリーアトマイザーいずれにおいても極微細粒子（≦１０μ）の発生が避けられないが、本願発明の流体微粒化装置では所望粒子径より若干小さい孔径から液を低速噴出し、適度なローター回転と風速で微粒化することにより、極微細粒子の発生を抑えることが可能である。

(14)液体と比重差のある固形粒子を含有するスラリーは原理的に圧力噴霧ノズルでは扱えないため、専らロータリーアトマイザーが使用されているが、液粘度が低い場合には、ローター自由表面での固液分離は避けられないため、連続流体と同等のシャープな粒度分布は得られ難い。本願発明の流体微粒化装置の場合は、前記ローター部２の細孔８から流出するスラリーは管内乱流域と同様に固形粒子がほぼ均一に分散且つ等速で噴出する結果、孔径の≦１／２０の固形粒子であれば、液体の粘度が低い場合や比重差が大きい場合でも、固液分離は生じ難く、連続流体に近い粒子径分布が得られる。

(15)なお、液体と比重差のある固形粒子を含有する固形粒子含有スラリーの場合、スラリー供給ポンプからローター部までの液体の流路に、急拡大、急縮小箇所や折れ曲がりなどがあると、そこに固形粒子が沈積凝縮し、流速変化や振動で凝集塊が流出し、ローター部の細孔が閉塞する場合がある。そこで、液体流路にストレーナーを介在させると共に、ストレーナーの出口管路からローター部までのスラリー流路を鉛直線状に連結すると共に、各管の接続部分も含めて、各管の流路断面形状を同形としたので、固形粒子の沈積凝縮を防ぎ、細孔のつまりを防ぐことができる。

(16) ローターの回転数を高くすると、スリットの隙間が狭いと、液柱がノズル部の内側壁に触れてしまうが、ローター部とノズル部との間隔を出来るだけ小さくしたことにより、ローター部の回転数に係らず、液柱がノズル部内周面に付着するのを防止できるようなった。これにより、スリットの隙間を狭くすることができ、空気導入管に導入する空気量を低減できるようになる。

(17)高粘度有機材を用いる場合、スリット周辺部のノズル部外表面に微粉が付着して、スリットを閉塞させる可能性がある（花咲現象）。そこで、スリット周辺部に圧力空気を送るための貫通孔を、前記ノズル部に形成したので、前記スリット周辺部に微細粉が付着しないようになる。

(18)メンテナンス性に関して、本願発明の流体微粒化装置においては、従来型ロータリーアトマイザーと比較するとローター径は小さく、回転数も低いため、汎用軸受けの許容負荷(偏荷重、回転数)範囲で使用され、しかも、軸受け部が加圧空気流で常時冷却さているため、軸受けの交換頻度などは汎用機械と比較しても軽微である。又、圧力噴霧ノズルと同様に非分解洗浄（ＣＩＰ）可能なことも従来型ロータリーアトマイザーより優位である。

(19)操作性に関して、本願発明の流体微粒化装置の主たる微粒化動力は給液ポンプと高圧ポンプで、給液回転管（＋ローター）の駆動力は大容量装置（≧１，０００Ｌ／Ｈｒ）でも小さく（≦０．７５Ｋｗ）、ロータリージョイントから給液管を外してタイミングベルトをプーリーから外せば、圧力噴霧ノズル管と同様に人力で着脱可能な点も利点である。

なお、本願発明と、圧力噴霧ノズルと、ロータイーアドマイザーとの比較を表１に表す。

なお、表１中、◎は極めて良好、○は良好、△は不良、×は極めて不良を示す。

本発明の流体微粒化装置は、食品分野、セラミックス材料、粉末冶金材料、磁性材料などの分野などあらゆる分野で利用される。

１ 流体微粒化装置
２ 噴霧ロータ部
３ 先端部
４ 流路
５ 後背部
６ 給液室
７ 円錐面
８ 細孔
８ａ 連通部
９ 給液回転管
１０ 回転手段
１１ ロータリージョイント
１２ 給液管
１３ 液体供給手段
１４ 給液タンク
１５ 給液ポンプ
１６ 液体供給管
１７ Ｔ字管
１８ 圧力調整弁
１９ 液体戻り管
２０ ストレーナー
２１ 空気導入管
２２ フランジ
２３ 軸受体
２４ 空気導入室
２５ オイルシール
２６ 第１短筒状体
２７ 第２短筒状体
２８ 締付キャップ
２９ スリット
３０ ノズル部
３１ 貫通孔
３２ 圧力空気流入管
３３ 空気供給手段
３４ 圧送孔
３５ スプレードライヤー
３６ 乾燥チャンバー
３７ 熱風吹出装置
３８ 吹出口
３９ 熱風室
４０ 吸気ファン装置
４１ 熱風ダクト
４２ 加熱バーナー
４３ ハニカム
４４ サイクロン
４５ 排気ダクト
４６ 排気ファン
４７ 保護管

Claims (6)

1. 回転手段により回転するローターと、
   該ローターの先端部に形成した、液体噴出傾斜角度が前記ローターの回転軸に対して所望の角度傾斜した液体噴出用の細孔と、
   該細孔から液体を所望の噴出速度で噴出させるために、前記細孔に液体を供給する液体供給手段と、
   前記ローターの先端部を所望の間隔を存し覆うノズル部と、
   該ノズル部に形成した、前記細孔から噴出した液体を前記ノズル部外に噴出するスリットと、
   該スリットから所望の噴出速度で空気を噴出させるために、前記ノズル部内に空気を供給する空気供給手段と
   よりなることを特徴とする流体微粒化装置。
2. 前記スリットの噴出傾斜角度は、前記細孔の噴出傾斜角度と同角度で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の流体微粒化装置。
3. 前記細孔と前記液体供給手段の液体流路の連通部は、前記細孔から前記液体流路に向かって開拡して断面積が徐々に大となるように形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の液体微粒化装置。
4. 前記液体供給手段は、前記ローターの後背面に接続されると共に、該ローターの後背面に形成した、前記細孔に連通する給液室に液体を供給する給液回転管と、該給液回転管の後端部にロータリージョイントを介して接続した給液管と、該給液管に介在したストレーナーと、該給液管に接続された給液タンクと、給液ポンプとよりなり、前記ストレーナーよりも下流側の給液管と、前記ロータリージョイントと、前記給液回転管を、鉛直線状に連結すると共に、前記下流側の給液管と、前記ロータリージョイントと、前記給液回転管との各流路の断面形状を同形にしたことを特徴とする請求項１又は２又は３に記載の流体微粒化装置。
5. 前記ノズル部に、前記ノズル部内に供給された空気を該ノズル部外表面の前記スリット周辺部に向けて噴出させる貫通孔を形成したこと特徴とする請求項１又は２又は３又は４に記載の流体微粒化装置。
6. ローターを回転すると共に、該ローターの先端部に形成した、液体噴出角度が前記ローターの回転軸に対して所望の角度傾斜した多数の液体噴出用の細孔から、液体供給手段により所望の噴出速度で液体を噴出させ、
   前記ローターの先端部を所望の間隔を存して覆うノズル部内に、空気供給手段により空気を供給し、前記ノズル部に形成したスリットから所望の噴出速度で空気を噴出させると共に、前記細孔から噴出した液体をノズル部外に噴出することを特徴とする流体微粒化方法。

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