TWI597098B - Microprocessing equipment - Google Patents

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TWI597098B TW100129741A TW100129741A TWI597098B TW I597098 B TWI597098 B TW I597098B TW 100129741 A TW100129741 A TW 100129741A TW 100129741 A TW100129741 A TW 100129741A TW I597098 B TWI597098 B TW I597098B
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Description

微粒化裝置
本發明，是關於一種攪拌機(所謂旋翼定片型的攪拌機)，該攪拌機，是具備：定片、及旋翼，該定片，是具備複數個開口部，該旋翼是隔著預定間隙配置於該定片之內側。
一般說來，如第1圖所示地，所謂旋翼定片型的攪拌機，是具備：攪拌單元4，該攪拌單元4，是具有：定片2、及旋翼3所構成，該定片2，是具備複數個開口部1，該旋翼3是隔著預定間隙δ配置於定片2之內側。此些旋翼定片型的攪拌機，是利用以高速來旋轉的旋翼3，與被固定的定片2之間的間隙近旁產生高剪斷應力，藉此對流體等，進行乳化、分散、微粒化、混合等的處理，而在食品、醫藥品、化學品等的領域上，廣泛地被使用在處理液的調劑、承製等的用途上。
旋翼定片型的攪拌機，是因應於被處理的流體之循環方式，可分類成：如第2圖的箭頭符號5a所示地循環著處理液的外部循環型攪拌機，及如第2圖的箭頭符號5b所示地循環著處理液的內部循環型攪拌機。
有關於此種旋翼定片型的攪拌機，提供各式各樣的形狀或循環方式。例如，在專利文獻1(用以形成粒子的旋翼定片裝置及方法)，將一種攪拌機被利用在藥劑、營養補助食品、食品、化學品、化妝品等的廣泛領域的適用於形成粒子的用來產生微細粒子的裝置及方法；該攪拌機，是具備：定片、及旋翼，該定片，是具備複數個開口部，該旋翼是隔著預定間隙配置於該定片之內側。依照此，可做成有效率、簡單、並容易進行規模放大(scale up)。
又，從以前作為各種各樣形狀之攪拌機的性能評價方法上，有幾種指標(理論)被報告。
例如，並不被限定於上述的旋翼定片型的攪拌機，若著眼於液-液分散操作；報告著液滴徑的尺寸，是在平均性能量消散率的計算值(大小)上可議論(非專利文獻1、2)。但是，在非專利文獻1、2中，平均性能量消散率的計算方法幾乎未清楚。
可適用於個別的攪拌機，整理其實驗結果的研究例子有幾個報告(非專利文獻3~6)。但是，在此些研究例子(非專利文獻3~6)中，對攪拌機的微粒化效果，僅研究了旋翼與定片之間隙(gap)的影響，或僅研究了定片之開口部(hole)的影響等，而僅報告了在各攪拌機不相同的內容。
研究了旋翼定片型的攪拌機的微粒化機構(mechanism)的研究例子是有幾個報告(非專利文獻7、8)。在此些研究例子，暗示了在液滴的微粒化效果上，有助於紊流之能量消散率的情形，或在其微粒化效果上，對受到處理液的剪斷應力的頻度(剪斷頻度)有影響的情形。
在旋翼定片型的攪拌機的規模放大(scale up)方法中，有關於在長期運轉所取得的最後液滴徑(最大穩定的液滴徑)有幾個報告(非專利文獻9)。但是，在實際之製造現場中並不實用，因此並無多大用處。亦即，考慮到攪拌機的處理(攪拌、混合)時間，來推定在運轉預定時間所取得的液滴徑的有用研究例子是幾乎未被報告。若考慮到攪拌機的處理時間，即使推定液滴徑，其也僅僅報告了根據實測值(實驗值)的現象(事實)而己，並未報告理論上所解析的研究例子。
在上述的專利文獻1中，雖記載著預定的攪拌機之優勢性(性能)或設計的數值範圍等，惟有關於設計高性能的攪拌機之數值範圍等並未記載著理論上的根據，又未記載有關於高性能的攪拌機之種類或形狀等。
如上所述地，以前作為各種各樣形狀的攪拌機的性能評價方法，雖有幾個指標(理論)被報告，惟此些指標，是始終僅可適用於形狀相同的個別攪拌機的情形較多，實際上幾乎無法適用於形狀不相同的各式各樣的攪拌機的情形。例如，雖存在著僅可適用旋翼與定片之間隙(gap)對微粒化效果具影響大的攪拌機的指標，或僅可適用定片之開口部(孔：hole)對微粒化效果具大影響的攪拌機的指標等，但是，並未議論到可適用於所有形狀之攪拌機的包括性指標，幾乎未存在著考慮到此些之指標。
如此地，幾乎未存在著有關於旋翼定片型的攪拌機的性能評價方法或規模放大(scale up)方法的研究例子，而可適用於形狀不相同的各式各樣的攪拌機，也幾乎未存在著包括性的整理其實驗結果的研究例子。
有關於旋翼定片型的攪拌機的性能評價方法或規模放大(scale up)方法，在先前技術中，幾乎都是評價(1)個別的每一攪拌機、(2)使用小規模的裝置、(3)在長期運轉所取得的最後液滴徑(最大穩定的液滴徑)的情形。亦即，在先前技術中，並未評價或推定(A)在各式各樣的攪拌機，(B)適用於大規模(實際製造規模)的裝置，(C)運轉預定時間所取得液滴徑，或直到取得預定液滴徑為止的處理(攪拌)時間。
例如，雖存在著僅可適用旋翼與定片之間隙(gap)的尺寸對微粒化效果或乳化效果具影響大的攪拌機的指標，或僅可適用定片之開口部(孔)的尺寸或形狀對微粒化效果或乳化效果具影響大的攪拌機的指標等，但是，並未議論到可適用於所有形狀之攪拌機的包括性指標(統一各式各樣的攪拌機而可比較或評價的理論)，幾乎未存在著考慮到此些之指標。
所以，實際上，使用實際之處理液一面試行錯誤，一面性能評價攪拌機，進行設計(開發、製作)。
【專利文獻】
【專利文獻1】：日本特表2005-506174號公報
【非專利文獻】
【非專利文獻1】Davies,J. T.；“Drop Sizes of Emulsions Related to Turbulent Energy Dissipation Rates,”Chem. Eng. Sci.,40,839-842(1985)
【非專利文獻2】Davies,J. T.；“A Physical Interpretation of Drop Sizes in Homogenizers and Agitated Tanks,Including the Dispersion of Viscous Oils,”Chem. Eng. Sci.,42,1671-1676(1987)
【非專利文獻3】Calabrese,R. V.,M. K. Francis,V. P. Mishra and S. Phongikaroon；“Measurement and Analysis of Drop Size in Batch Rotor-Stator Mixer,”Proc. 10th European Conference on Mixing, pp. 149-156, Delft, the Netherlands (2000)
【非專利文獻4】Calabrese, R. V., M. K. Francis, V. P. Mishra, G. A. Padron and S. Phongikaroon; “Fluid Dynamics and Emulsification in High Shear Mixers,” Proc. 3rd World Congress on Emulsions, pp. 1-10, Lyon, France (2002)
【非專利文獻5】Maa, Y. F., and C. Hsu; “Liquid-Liquid Emulsification by Rotor/Stator Homogenization,” J. Controlled. Release, 38, 219-228 (1996)
【非專利文獻6】Barailler, F., M. Heniche and P. A. Tanguy; “CFD Analysis of a Rotor-Stator Mixer with Viscous Fluids,” Chem. Eng. Sci., 61, 2888-2894 (2006)
【非專利文獻7】Utomo, A. T., M. Baker and A. W. Pacek; “Flow Pattern, Periodicity and Energy Dissipation in a Batch Rotor-Stator Mixer,” Chem. Eng. Res. Des., 86, 1397-1409 (2008)
【非專利文獻8】Porcelli, J.; “The Science of Rotor/Stator Mixers,” Food Process, 63, 60-66 (2002)
【非專利文獻9】Urban K.; “Rotor-Stator and Disc System for Emulsification Processes,” Chem. Eng. Technol., 29, 24-31 (2006)
本發明是針對於於一種旋翼定片型的攪拌機，是具有：由定片及旋翼。該定片，是具備複數個開口部，該旋翼是隔著預定間隙配置於該定片之內側，提案出可提昇施加於被處理之流體的剪斷應力，並可發揮更高性能的攪拌機，且更進一步地，可變更或調整施加於被處理之流體的剪斷應力，或可變更或調整被處理之流體的流動方式的攪拌機，作為目的。
又，將可發揮此種高性能的旋翼定片型的攪拌機，利用可適用於各式各樣的形狀或循環方式的攪拌機的包括性性能評價方法，或考慮到該攪拌機的運轉條件(處理時間)的設計方法來設計，作為目的。
還有，使用利用上述的性能評價方法或設計方法的高性能旋翼定片型的攪拌機，將確立食品、醫藥品、化學品等的製造方法(微粒化方法)，作為課題。
申請專利範圍第1項所述的發明；一種攪拌機，是具備：由定片及旋翼構成攪拌單元的旋翼定片型的攪拌機；該定片，是具備複數個開口部；該旋翼是隔著預定間隙配置於定片之內側，其特徵為：上述定片，是周徑不相同的複數個定片所構成，並在各定片的內側，分別隔著預定間隙配置有上述旋翼，上述旋翼，是具備從旋轉中心輻射狀地延伸的複數片攪拌翼，在各攪拌翼的徑方向的外側的壁面和前述定片的內周壁面之間形成有前述預定間隙，而且上述定片與旋翼，是在旋翼之旋轉軸所延伸的方向可以互相地接近或遠離的方式所構成。
申請專利範圍第2項所述的發明；如申請專利範圍第1項所述的攪拌機，其中，被處理流體，是被導入至：上述定片與於其內側隔著預定間隙所配置的上述旋翼之間的間隙部。
申請專利範圍第3項所述的發明；如申請專利範圍第1項所述的攪拌機，其中，上述定片，是具備從上端緣朝向徑方向內側延伸的環狀蓋部。
申請專利範圍第4項所述的發明；如申請專利範圍第3項所述的攪拌機，其中，在比上述複數定片中的最小直徑的定片更位於徑方向內側之部分的上述環狀蓋部，形成有朝向下側地導入被處理流體的導入孔。
申請專利範圍第5項所述的發明；如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的攪拌機，其中，上述定片所具備的開口部是圓形狀。
申請專利範圍第6項所述的發明；如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的攪拌機，其中，上述定片所具備的開口部是以作為全體之開口面積比率為20%以上貫穿設置於上述定片的周壁。
申請專利範圍第7項所述的發明；如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的攪拌機，其中，該攪拌機的構造是由以下方式所設計：在利用該攪拌機對被處理流體，施以乳化、分散、微粒化或混合之處理時，使用數式1來計算，並藉由推定該攪拌機的運轉時間，及藉此所取得之被處理流體的液滴徑，以使得能夠在預定的運轉時間，取得被處理流體之預定的液滴徑， 在此，數式1中，εa：總括能量消散率[m2/s3]
εg：旋翼與定片之間隙的局部剪斷應力[m2/s3]
εs：定片之局部能量消散率[m2/s3]
Np：動力數[-]
Nqd：流量數[-]
nr：旋翼片之片數[-]
D：旋翼之直徑[m]
b：旋翼之翼前端的厚度[m]
δ：旋翼與定片之間隙[m]
ns：定片之孔數[-]
d：定片之孔徑[m]
l：定片之厚度[m]
N：旋轉數[l/s]
tm：混合時間[s]
V：液量[m3]
Kg：間隙的形狀依存項[m2]
Ks：定片的形狀依存項[m2]
Kc：攪拌機全體的形狀依存項[m5]。
申請專利範圍第8項所述的發明；如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的攪拌機，其中，上述攪拌機，是使用數式1來計算，並藉由推定該攪拌機的運轉時間，及藉此所得之被處理流體的液滴徑，而能夠規模縮小(scale down)或規模放大(scale up)， 在此，數式1中，εa：總括能量消散率[m2/s3]
εg：旋翼與定片之間隙的局部剪斷應力[m2/s3]
εs：定片之局部能量消散率[m2/s3]
Np：動力數[-]
Nqd：流量數[-]
nr：旋翼片之片數[-]
D：旋翼之直徑[m]
b：旋翼之翼前端的厚度[m]
δ：旋翼與定片之間隙[m]
ns：定片之孔數[-]
d：定片之孔徑[m]
l：定片之厚度[m]
N：旋轉數[l/s]
tm：混合時間[s]
V：液量[m3]
Kg：間隙的形狀依存項[m2]
Ks：定片的形狀依存項[m2]
Kc：攪拌機全體的形狀依存項[m5]。
申請專利範圍第9項所述的發明；一種製造食品、醫藥品或化學品的方法，是使用如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的攪拌機，對被處理流體，施以乳化、分散、微粒化或混合處理，且藉由使用數式1來計算，推定該攪拌機的運轉時間，及藉此所取得之被處理流體的液滴徑， 在此，數式1中，εa：總括能量消散率[m2/s3]
εg：旋翼與定片之間隙的局部剪斷應力[m2/s3]
εs：定片之局部能量消散率[m2/s3]
Np：動力數[-]
Nqd：流量數[-]
nr：旋翼片之片數[-]
D：旋翼之直徑[m]
b：旋翼之翼前端的厚度[m]
δ：旋翼與定片之間隙[m]
ns：定片之孔數[-]
d：定片之孔徑[m]
l：定片之厚度[m]
N：旋轉數[l/s]
tm：混合時間[s]
V：液量[m3]
Kg：間隙的形狀依存項[m2]
Ks：定片的形狀依存項[m2]
Kc：攪拌機全體的形狀依存項[m5]。
申請專利範圍第10項所述的發明；一種食品、醫藥品或化學品，其特徵為：藉由如申請專利範圍第9項所述的製造方法所製造。
依照本發明，是針對於於一種旋翼定片型的攪拌機，是具有：定片、及旋翼。該定片，是具備複數個開口部，該旋翼是隔著預定間隙配置於該定片之內側，提案出可提昇施加於被處理之流體的剪斷應力，並可發揮更高性能的攪拌機，更進一步地，可變更或調整施加於被處理之流體的剪斷應力，或可變更或調整被處理之流體的流動方式的攪拌機。
又，將可發揮此種高性能的旋翼定片型的攪拌機，利用可適用於各式各樣的形狀或循環方式的攪拌機的包括性性能評價方法，或考慮到該攪拌機的運轉條件(處理時間)的設計方法來設計，作為目的。
還有，使用利用上述的性能評價方法或設計方法的高性能的旋翼定片型的攪拌機，將確立食品、醫藥品、化學品等的製造方法(微粒化方法)。
在本發明中，適用所謂總括能量消散率：εa的指標。由各公司所提供的各種各樣的形狀或循環方式的攪拌機的總括能量消散率：εa，是由旋翼(rotor)與定片(stator)的幾何學性的尺寸、運轉之動力與流量之測定值被個別地計算。又，該總括能量消散率：εa，是被分離成各攪拌機的形狀依存項與運轉條件依存項被表現。
藉由使用所謂總括能量消散率：εa的指標，來評價各攪拌機的性能的情形，例如，在藉由液滴徑的微粒化趨勢來評價性能時，就可使用形狀依存項的計算值(大小)。
又，在各攪拌機的規模放大(scale up)、規模縮小(scale down)中，使用合併形狀依存項與運轉條件依存項的總括能量消散率：εa的計算值，可將其計算值設計成一致。
藉此些之見識，作成開發(設計)了在理論上且實驗上，比傳統品具微粒化效果或乳化效果還要高的攪拌機(高性能的攪拌機)者。
亦即，在本發明中，在可適用於各攪拌機的性能評價方法的形狀依存項(係數)之數值，來指定高性能的範圍。具體而言，以所謂總括能量消散率：εa的指標的形狀依存項(係數)之數值，可設定未包括傳統的攪拌機(傳統品)的範圍，或可設定在傳統的指標(理論)不容易計算(未加以實測就困難)的範圍。
又，利用旋翼定片型的攪拌機，對被處理流體，利用施加乳化、分散、微粒化或混合的處理，在製造食品、醫藥品或化學品的方法中，利用計算總括能量消散率：εa’來推定該攪拌機的運轉時間，及藉此所取得的被處理流體的液滴徑，就可製造所期望的液滴徑的食品(包括乳製品、飲料等)、醫藥品(包括醫藥部以外單位品)或化學品(包括化妝品等)。
又，根據本發明，來製造營養組成物(相當於流食、乳幼兒用承製粉乳等的組成)，則風味、食感、物性、品質等都良好，而在衛生面或作業性等都優異，因此，本發明，是適用於食品或醫藥品較佳，適用於食品次佳，適用於營養組成物或乳製品更佳，適用於以高濃度所配合的營養組成物或乳製品最佳。
在本發明中，以議論(比較或評價)旋翼定片型的攪拌機的微粒化效果(微粒化趨勢)的目的，使用藉由下述之數式1所導出的總括能量消散率：εa。
[數4]
在此，數式1中，
εa：總括能量消散率[m2/s3]
εg：旋翼與定片之間隙的局部剪斷應力[m2/s3]
εs：定片之局部能量消散率[m2/s3]
Np：動力數[-]
Nqd：流量數[-]
nr：旋翼片之片數[-]
D：旋翼之直徑[m]
b：旋翼之翼前端的厚度[m]
δ：旋翼與定片之間隙[m]
ns：定片之孔數[-]
d：定片之孔徑[m]
l：定片之厚度[m]
N：旋轉數[l/s]
tm：混合時間[s]
V：液量[m3]
Kg：間隙的形狀依存項[m2]
Ks：定片的形狀依存項[m2]
Kc：攪拌機全體的形狀依存項[m5]。
藉由使用此總括能量消散率：εa，即使在攪拌機的形狀、定片的形狀、其運轉條件(處理時間等)、其標度(規模、尺寸)等不相同的情形，一併(統一)可議論(比較或評價)旋翼定片型的攪拌機的微粒化效果(微粒化趨勢)。
如上述地，總括能量消散率：εa，是表現作為旋翼與定片之間隙(空隙)的局部剪斷應力：εg，及定片的局部能量消散率：εs的合計(總和)。
在本發明中，評價利用被包括於導出總括能量消散率：εa的計算式的測定旋翼、定片的尺寸與運轉時之動力、流量所取得的各攪拌機所固有之數值的攪拌機全體的形狀依存項：Kc值的多少，藉此來評價攪拌機之性能。
由導出總括能量消散率：εa的計算式可知，間隙的形狀依存項：Kg[m2]，是根據旋翼與定片之間隙：δ[m]、旋翼之直徑：D[m]、旋翼之翼前端的厚度：b[m]的各攪拌機所固有之數值。
又，定片的形狀依存項：Ks[m2]，是根據流量數：Nqd[-]、定片之孔數：ns[-]、定片之孔徑：d[m]、定片之厚度：1[m]、旋翼與定片之間隙：δ[m]、旋翼之直徑：D[m]的各攪拌機所固有之數值。
還有，攪拌機全體的形狀依存項：Kc[m5]，是根據動力數：Np[-]、流量數：Nqd[-]、旋翼片之片數：nr[-]、旋翼之直徑：D[m]、及間隙的形狀依存項：Kg[m2]、以及定片的形狀依存項：Ks[m2]的各攪拌機所固有之數值。
又，動力數：Np[-]、流量數：Nqd[-]，是在化學工學的領域中一般所使用的無因次數，被定義成如下。
Q=Nqd‧N‧D3(Q：流量，N：旋轉數，D：攪拌機直徑)
P=Np‧ρ‧N3‧D5(ρ：密度，N：旋轉數，D：攪拌機直徑)
總之，流量數與動力數，是由實驗所測定的流量，及動力所導出的無因次數。
亦即，攪拌機全體的形狀依存項：Kc，是測定旋翼、定片之尺寸，及運轉時之動力、流量所取得的各攪拌機所固有之數值。
因此，比較(評價)此值的大小，就可評價各式各樣的攪拌機的性能，而且可設計(開發、製作)高性能的攪拌機。
在本發明中，根據導出上述的總括能量消散率：εa的計算式來設計攪拌機。
<總括能量消散率：εa與液滴徑之變化(液滴的微粒化趨勢)>
作為進行微粒子化之評價的對象，準備了假想乳製品的模擬液。此乳化製品假液，是由乳蛋白質濃縮物[MPC、TMP(Total Milk Protein)]，菜油，水所構成。將其摻合或比率等表示於表1。
攪拌機之性能，實驗性地檢討液滴徑之微粒化趨勢並加以評價。如第3圖所示地，準備外部循環型之單元，在流路途中，利用雷射衍射式粒度分布計(日本島津製作所：SALD-2000)來計測液滴徑。
又，在本發明中，實驗性地檢討液滴徑之微粒化趨勢，當評價攪拌機之性能之際，有關於內部循環型攪拌機，很難把握液滴徑之微粒化趨勢。但是，如第1圖所示地，內部循環型攪拌機，或外部循環型攪拌機都具備：由定片2及旋翼3構成攪拌單元4的旋翼定片型的攪拌機；該定片2，是具備複數個開口部1；該旋翼3是隔著預定間隙δ配置於定片2之內側，這些都共通。因此，針對於於內部循環型攪拌機來評價時，如第4圖所示地，考量與具備於外部循環型攪拌機的攪拌單元相同尺寸(size)、形狀、構造的旋翼定片所構成的攪拌單元被配置於內部循環型攪拌機，將評價該外部循環型攪拌機的試驗結果使用於內部循環型攪拌機之評價。
在此，有關於3種類的攪拌機，來比較其性能。又，將在此所使用的攪拌機的概要表示於表2。
攪拌機A-1、A-2，收容量都是1.5公升，雖為同一廠商所製的產品，惟在其尺寸上有所不同者。
表2中，間隙容積：νg，是第1圖的間隙δ之部分的容積。
攪拌機A-1、A-2(收容量都是1.5公升)，而具備有B(收容量：9公升)的旋翼3之攪拌翼之片數，是攪拌機A-1：4片，攪拌機A-2：4片，攪拌機B：4片。
實驗條件與總括能量消散率：εa之計算值，是如表3所示。
在表3中，因Kg/(Kg+Ks)之數值為0.5以上，因此，成為間隙之形狀依存項的Kg比定片之形狀依存項的Ks還要大，而在攪拌機A-1、A-2中，比較其間隙與定片2之開口(孔)部1的微粒化效果時，可知攪拌機之間隙δ的微粒化效果大又具控制性。
又，在表3中，由εa值，若攪拌機之間隙δ愈狹窄，或旋翼3之旋轉數愈大，被推定微粒化效果會變大。
針對於表2的攪拌機A-1、A-2，將表3的運轉條件的處理(混合)時間，及液滴徑之關係(微粒化趨勢)表示於第5圖。
表示與依表3之εa所成的推定值(理論值)同樣之趨勢，而在所有旋轉數中，攪拌機之間隙δ愈小時，可知微粒化效果(微粒化之性能)高。
又，將處理(混合)時間作為橫軸，而整理實驗結果，則可知無法一併表現(評價)液滴徑之變化(液滴的微粒化趨勢)。
以下，針對於表2的攪拌機A-1、A-2，將在本發明所提案的總括能量消散率：εa與液滴徑之關係(微粒化趨勢)表示於第6圖。以總括能量消散率：εa作為橫軸而整理實驗結果，則可知可一併表現(評價)液滴徑之變化(液滴的微粒化趨勢)。
具體而言，即使運轉條件(旋轉數、混合時間)，及攪拌機的形狀(間隙δ，旋翼3之直徑)不相同，可知液滴徑是也同樣地走向被減少的趨勢。
亦即，總括能量消散率：εa，是在旋翼定片型的攪拌機中，包括性地考慮到運轉條件或形狀之不相同，可確認可評價其性能的指標。
以下，針對於表2的攪拌機B，將在本發明所提案的總括能量消散率：εa與液滴徑之關係(微粒化趨勢)表示於第7圖。即使攪拌機之規模(尺寸)不相同，可知液滴徑是也依存於總括能量消散率：εa之數值(大小)。
又，由第6圖、第7圖，可知即使攪拌機之規模不相同，也表示同樣的微粒化趨勢。
<使用總括能量消散率：εa的攪拌機之評價>
針對於使用導出總括能量消散率：εa的本發明的計算式的旋翼定片型的攪拌機之評價加以說明，特別是針對於微粒化效果(微粒化趨勢)作為指標的攪拌機之評價加以說明。
在旋翼與定片之間隙(gap)的尺寸，或定片之開口部(孔)的尺寸(孔徑)或形狀(孔數)等不相同的情形下，檢驗(評價)各自因子(各項目)及於攪拌機之定片之性能的影響。將有關於使用於此檢驗的定片之資訊的概要表示於表4。
又，在實際之攪拌機的性能評價，把各攪拌機全體之形狀依存項Kc，使用以定片號碼3(標準之定片)的Kc被正規化的Kc/Kc_std之數值。意味著隨著此Kc/Kc_std之數值變大，會使微粒化效果變高(為高性能的攪拌機)。
(旋翼與定片之間隙(gap)的影響)
將針對於旋翼與定片之間隙的影響所檢驗的結果表示於第8圖。
根據導出總括能量消散率：εa的本發明的計算式，計算出攪拌機之微粒化效果(微粒化趨勢)，則被推定旋翼與定片之間隙愈小，Kc/Kc_std之數值(理論值)會變大。
一方面，根據實際之實驗結果，計算出攪拌機之微粒化效果，則被推定其間隙愈小，Kc/Kc_std之數值(實測值)會變大。
在此，針對於旋翼與定片之間隙及微粒化效果之關係，可確認在實測值與理論值上表示同樣的趨勢。又，其間隙愈小，則攪拌機之性能變高的情形為理論上且實驗上被證明。
(定片之開口部(孔)之孔徑的影響)
將針對於定片之孔徑的影響所檢驗的結果表示於第9圖。
根據導出總括能量消散率：εa的本發明的計算式，計算出攪拌機之微粒化效果(微粒化趨勢)，則被推定定片之孔徑愈小，Kc/Kc_std之數值(理論值)會變大。
一方面，根據實際之實驗結果，計算出攪拌機之微粒化效果，則被推定定片之孔徑愈小，Kc/Kc_std之數值(實測值)會變大。
在此，針對於定片之孔徑與微粒化效果之關係，在實測值與理論值上可確認同樣的趨勢。又，定片之孔徑(孔)愈小，則攪拌機之性能變高的情形為理論上且實驗上被證明。
又，定片之孔徑的影響，是比旋翼與定片之間隙的影響還要大。
(定片之開口部(孔)之孔數(開口面積比率)的影響)
將針對於定片之孔數(開口面積比率)的影響所檢驗的結果表示於第10圖。
根據導出總括能量消散率：εa的本發明的計算式，計算出攪拌機之微粒化效果(微粒化趨勢)，則被推定定片之孔數愈多，Kc/Kc_std之數值(理論值)會變大。
一方面，根據實際之實驗結果，計算出攪拌機之微粒化效果，則被推定定片之孔數愈多，Kc/Kc_std之數值(實測值)會變大。
在此，針對於定片之孔數與微粒化效果之關係，在實測值與理論值上可確認同樣的趨勢。又，定片之孔數0開口面積)愈多，則攪拌機之性能變高的情形為理論上且實驗上被證明。
又，定片之孔數的影響，是比旋翼與定片之間隙的影響還要大。
(傳統之(市埸上出售之)攪拌機的性能改善效果)
根據導出總括能量消散率：εa的本發明的計算式，將比較市場上出售的S公司與A公司的攪拌機之性能的結果表示於第11圖。又，根據本發明的攪拌機之設計方法(設計思想)，將變更其形狀時的性能改善(改良)效果之推定值的效果也一併表示於第11圖。在S公司與A公司的攪拌機中，雖旋翼與定片之直徑不相同，惟對此些不相同的機種，可知適用相同指標就可以來評價性能。
例如，在S公司(旋翼之直徑D：400mm)的攪拌機時，將旋翼與定片之間隙δ從2mm減少至0.5mm、將定片之孔數(開口面積比率)ns從12%增加至40%、將定片之孔徑d從4mm減少至3mm，則可考量微粒化效果或乳化效果(性能)被改善成大約3.5倍。此乃意味著可將處理(運轉)時間大幅度地縮短至現行之30%左右。
一方面，在A公司(旋翼之直徑D：350mm)的攪拌機時，將旋翼與定片之間隙δ從0.7mm減少至0.5mm、將定片之孔數(開口面積比率)ns從25%增加至40%、將定片之孔徑d從4mm減少至3mm，則可考量微粒化效果或乳化效果(性能)被改善成大約2.0倍。此乃意味著可將處理時間大幅度地縮短至現行之一半左右。
(高性能攪拌機之形狀與設計)
本發明所提案的高性能攪拌機，是成為當旋翼旋轉，徑方向內側的攪拌部分，及徑方向外側的攪拌部分的複數級(至少為2級以上)的混合部分所形成。利用在此種多級型(multistage)的混合，可提昇被施加於所處理的流體之剪斷應力，且可實現高性能。
又，在本發明所提案的高性能的攪拌機，是定片，及旋翼，成為在旋翼之旋轉軸所延伸的方向可移動，並在旋轉旋翼之途中可調整、控制兩者之間的間隔。藉此，可變更、調整被施加於所處理的流體之剪斷應力，或可變更、調整所處理的流體之流動方式。
還有，在本發明所提案的高性能的攪拌機，採用將所處理的流體直接投入(添加)至混合部分(攪拌器部)的機構。藉此，合併在上述的多級型(multistage)的混合，而可實現高性能。
此種本發明所提案的高性能的攪拌機之形狀、構造，是根據上述的本發明的計算式所導出的總括能量消散率：εa作為指標的攪拌機之性能評價，及參考其檢驗結果而被定義。又，根據其定義，來設計高性能的攪拌機，並將其攪拌機之概要表示於第12圖至第16圖。
(可動型之定片(moving stator))
使用旋翼定片型的攪拌機，溶解(調合)粉體原料或液體原料，擬製造乳化狀產品時，若仍未分離與粉體原料一起被帶進的氣體(空氣)，而利用攪拌機來處理，則會成為微細氣泡混入(產生)在調劑液的狀態。將混入有此微細氣泡的調合液仍然被乳化處理時，與將未混入有氣泡的調合液經乳化處理時相比較，眾所周知，微粒化或乳化之性能(效果)變差。
如此，在溶解粉體原料的初期階段中，為了抑制產生微細氣泡，在攪拌機具備可動型定片的機構較佳。特別是，處理容易起泡的乳化狀產品時，具備可動型定片的機構較佳。在溶解粉體原料的初期階段中，從旋翼隔離定片，則不會消散高能量，且可將粉體原料快速地分散至調合液。又，之後，將定片移動至旋翼近旁，正式地溶解、微粒化、乳化的次序較佳。
(多級型之乳化機構(multistage homogenizer))
如上述地，根據本發明的計算式所導出的總括能量消散率：εa之數值愈大，則可確認微粒化或乳化之性能(效果)優異的情形。
在此，總括能量消散率：εa之數值，是可表現作為局部能量消散率：ε1，及剪斷頻度：fs,h之相積。於是，擬提高剪斷頻度：fs,h，考量將微粒化或乳化的定片作成多級型較有效。亦即，在攪拌機中，2級或多級的多級型的形狀為實現高性能上有效。
在此，局部能量消散率：ε1，及剪斷頻度：fs,h，是如以下所述。
局部能量消散率：ε1[m2/s3]=FaU/ρvs
Fa：平均力[N]
U：翼前端速度[m/s]
ρ：密度[kg/m2]
vs：乳化施加體積[m3]
平均力：Fa[N]=τaSs
τa：平均剪斷力[N/m2]
Ss：剪斷面積[m2]
平均剪斷力：τa=Ph/Q
Ph：乳化施加動力[kW]
Q：流量[m3/h]
乳化動力消散：Ph[kW]=Pn-Pp
Pn：實際動力[kW]
Pp：泵動力[kW]
剪斷頻度：fs,h[l/s]=nsnrN/nv
ns：定片之孔數[個]
nr：旋翼片之片數[片]
N：旋轉數[l/s]
nv：定片孔部體積[m3]
剪斷面積：Ss[m2]=Sd+S1
Sd：孔斷面積[m2]
S1：孔側面積[m2]
孔斷面積：Sd[m2]=π/4d2
d：定片孔徑[m]
孔側面積：S1[m2]=πd1
l：定片厚度[m]
(直接注入型(direct injection type)的添加機構)
利用將根據本發明的計算式所導出的總括能量消散率：εa作為指標的攪拌機之性能評價，及其檢驗結果，可知微粒化或乳化之性能(效果)，是主要受到定片之開口部(hole)之孔徑或孔數(開口面積比率)影響。
因此，將油脂、不溶成分、微量成分等直接投入(添加)至混合部分(攪拌器部)，更有效地被乳化或被分散。特別是，若直接地投入(注入)至第1級的定片(在徑方向為內側的定片)部分，則在第1級的定片經預備化之後，又在第2級的定片(在徑方向為外側的定片)正式地可乳化、分散。
(高性能的定片之形狀)
利用將根據本發明的計算式所導出的總括能量消散率：εa作為指標的攪拌機之性能評價，及其檢驗結果，可知在定片之開口部(孔)的孔徑盡量小、其孔數盡量多、旋翼與定片之間隙盡量小時，攪拌機之性能會變高的情形。又，旋翼翼片之片數愈多，剪斷頻度會變高。
旋翼與定片之間隙愈小，雖可提高微粒化或乳化之性能(效果)，惟在這次的檢驗實驗中，可知對微粒化或乳化之性能(效果)，比定片之孔徑或孔數的影響還要小。
於是，寧可間隙變狹窄，則會產生旋翼與定片之咬合等之慮。又，採用可動型定片之機構時，在攪拌機之運轉(開動)中，因將定片沿著旋翼之旋轉軸延伸的方向移動，因此作為間隙(clearance)在約0.5~1mm左右就足夠。亦即，因避免咬合等之慮的觀點上，因此作為間隙並不需要0.5mm以下。
在這次的檢驗實驗中，可知若定片之孔徑成為2mm以下，則有粉體原料等閉塞之慮。因此，擬同時地達成粉體原料的溶解或乳化處理時，作為定片之孔徑2~4mm左右較佳。
一方面，定片之孔數(開口面積比率)愈多，雖剪斷頻度會變高，惟有定片之開口部的強度之問題。在傳統上，雖一般作為開口面積比率採用18~36%的情形較多，惟在這次的檢驗實驗中，可知作為開口面積比率15%以上，較佳是20%以上、次佳是30%以上、更佳是40%以上、最佳是40~50%。
(針對於以同一孔徑、同一開口面積比率比較時之最合適的定片孔之形狀)
定片之孔的形狀，並不是梳子狀，而是圓形狀較佳。可知局部能量消散率：ε1，是與剪斷面積：Ss。因此，若為相同斷面積，在圓形狀使剪斷面積：Ss成為最大之故，因而考量圓形狀比梳子狀作為微粒化或乳化之性能(效果)優異。
僅變更被形成於定片之開口的形狀(圓形、正方形、長方形)，而在其他條件是作成相同的攪拌機，算出總括能量消散率：εa，則成為如表5所示。
亦即，相同孔徑、相同開口面積的情形，孔數為圓形或正方形比梳子狀(長方形斷面)變多，而剪斷面積也變大。因此，總括能量消散率：εa也變高，而開口的形狀為圓形或正方形，則攪拌機之微粒化或乳化之性能成為良好。
由表5的形狀係數的比較，考慮到在正方形與圓形，性能是同等。但是，在加工正方形費時間之故，因而由攪拌機之微粒化或乳化之性能與加工性的方面，考慮到圓形斷面最適合。
(旋翼的攪拌翼之片數)
在擬提高剪斷頻度之觀點上，旋翼之攪拌翼(翼)之片數，是成為愈多愈好。但是，若吐出流量變小，則容器槽內的循環次數會減少之故，因而有微粒化或乳化之性能(效果)降低的情形。依照在上述所定義的理論式，可知旋翼之翼片數愈多，有總括能量消散率：εa變高的情形。在一般，雖採用6片作為旋翼之翼片數，惟考慮到僅將其作成8片，就可以使微粒化或乳化之性能(效果)提高大約1.3倍。
(攪拌機之規模放大(scale up))
一面適用在本發明所提案的指標(理論)，一面施以檢驗實驗，可利用作為規模放大(scale up)方法。特別是，作為考慮到處理(製造)時間的規模放大(scale up)方法上有用。
(既有之攪拌機與新穎之攪拌機的比較)
將比較既有之代表性的攪拌機，及在本發明所提案的新穎之攪拌機的特徵的結果表示於表6。
具有在本發明所提案的具有「可動型定片」、「多級型乳化機構」、「直接注入型」的功能的攪拌機，是至今並未被發現。還有，根據本發明之基礎所成之εa的最合適的定片形狀之設定(間隙、孔徑、開口面積比率、孔形狀)以及旋翼形狀(翼片數、翼寬度)的攪拌機，是考慮到具有更高乳化、微粒化效果。
當檢討到以本發明的上述計算式所求出的總括能量消散率：εa與液滴徑之微粒化趨勢之關係時，則成為如下。
在此檢討下，有關於旋翼3與定片2之間隙(gap) δ大(δ>1mm，例如δ=2~10mm)，定片2之開口部(hole、孔)1之數量多(開口部1之數量：例如ns>20個、例如ns=50~5000個)的3種類的攪拌機，來比較其性能。
又，如上所述地，作為進行微粒子化之評價的對象使用假想乳產品的表1的摻合比率的模擬液，如圖示於第3圖地，準備外部循環型之單元，利用雷射衍射型粒度分布計(日本島津製作所：SALD-2000)在流路途中來計測液滴徑，並調查液滴徑之微粒化趨勢而來評價。
又，將在此所使用的攪拌機C(收容量：100公升)、D(收容量：500公升)、E(收容量：10千公升)的概要表示於表7。此些3種類的攪拌機，是同一廠商品，被提供至市場上者。又，有關於攪拌機C，針對於間隙(gap)δ之尺寸(大小)、開口部1之數值不相同的5種類的攪拌機(定片第1種至定片第5種)來檢討。
又，表7中，開口面積比率A，是「以所有開口部面積(=1孔面積×個數)/定片之表面積」所計算的無因次數。
實驗條件與總括能量消散率：εa之計算值是如表8所示。
又，表8中Kg/(Kg+Ks)之數值為0.1～0.3之故，因而在定片之形狀依存項的Ks比在間隙之形狀依存項的Kg還要大，而在表7之攪拌機C中，比較其間隙與定片2N開口(孔)部1的微粒化效果時，可知定片2之開口部1的微粒化效果會大又具備支配性的情形。
又，在表8中，以定片號碼4的Kc使之正規化的Kc/Kc_std之數值之故，因而隨著定片號碼變大，則被推定微粒化效果變高的情形。
針對於表7的攪拌機C(定片號碼1至定片號碼5)，將在表8的運轉條件的處理(混合)時間，及液滴徑之關係(微粒化趨勢)表示於第12圖。
表示與依表8之Kc/Kc_std所成的推定值(理論值)同樣之趨勢，在定片號碼1至定片號碼5之任一中，即使在Kc/Kc_std之數值大時，也可知微粒化效果(微粒化之性能)高的情形。一方面，若考慮到在運轉條件的處理(混合)時間的妥當性等，則可知作為開口面積比率為0.15(15%)以上，較佳為0.2(20%)以上、次佳為0.3(30%)以上、更佳為0.4(40%)以上、最佳為0.4～0.5(40%～50%)的情形。這時候，若考慮到定片之開口部的強度較佳。
又，在同一程度的Kc/Kc_std之數值的定片號碼3與定片號碼4中，表示大約同等的微粒化趨勢之故，因而若利用在Kc/Kc_std與以本發明之計算式所求出的總括能量消散率：εa來預測攪拌機之性能，則可知不但可領會定性式的趨勢，還可說明(評價)定量式的趨勢。
又，以處理(混合)時間作成橫軸，來整理實驗結果，則可知無法一併表現(評價)液滴徑之變化(液滴的微粒化趨勢)。
針對於表7的攪拌機C(定片號碼1至定片號碼5)，將以本發明之計算值所求出的總括能量消散率：εa，及液滴徑之關係(微粒化趨勢)表示於第13圖。
以本發明之計算值所求出的總括能量消散率：εa作成橫軸，來整理實驗結果，則可知可以一併表現(評價)液滴徑之變化(液滴的微粒化趨勢)。具體而言，即使運轉條件(旋轉數、混合時間)、及攪拌機的形狀(間隙、定片之孔徑、定片之開口面積比率)不相同，也可知液滴徑是同樣地走向減少之趨勢。
亦即，以本發明之計算式所求出的總括能量消散率：εa，是在旋翼定片型的攪拌機中，包括性地考慮到運轉條件或形狀之不相同，可以確認可評價其性能的指標的情形。
以下，針對於表7的攪拌機D、E，將以本發明之計算式所求出的總括能量消散率：εa，及液滴徑之關係(微粒化趨勢)表示於第14圖。可知即使攪拌機之規模(尺寸)為在容量上有200~700公升不相同，液滴徑是也依存於εa之數值(大小)的情形。又，可知即使攪拌機之規模不相同，也表示同樣的微粒化趨勢的情形。
由以上，在旋翼3與定片2之間隙(gap) δ大(δ>1mm，例如δ=2~10mm)，定片之開口部(hole、孔)1之數量多(開口部1之數量：ns>20個、例如ns=50~5000個)的旋翼定片型的攪拌機中，在以本發明所提案的計算式所求出的總括能量消散率：εa，之數值(大小)作成為一致，就可包括性地考慮到運轉條件或形狀之不相同，而可以規模放大(scale up)。
如此地，將以本發明之計算式所求出的總括能量消散率：εa，及液滴徑之關係(微粒化趨勢)，是如所附的第13圖所示地，將以本發明之計算式所求出的總括能量消散率：εa作為橫軸，就可以一併表現(評價)液滴徑之變化(液滴的微粒化趨勢)。
如此地，將以本發明之計算式所求出的總括能量消散率：εa，及液滴徑是有大約直線性之關係的情形，藉由發明人之檢討被認定。
但是，很難導出統計上可信賴的實驗式之故，因而作成推定液滴徑，是使用由實驗所取得的液滴徑與以本發明之計算式所求出的總括能量消散率：εa之關係來實行。
如上所述地，以本發明之計算式所求出的總括能量消散率：εa，是被分成形狀依存項與其以外之製造條件項(包括時間)。因此，若固定製造條件項(時間)而使形狀依存項增大，則總括能量消散率：εa是變大，結果，在同一製造條件(時間)上，液滴徑是也變小。
具體而言，實際測定在某一製造條件下所取得粒子徑，來計算此時的εa。可知藉此實驗為了取得所預定之液滴徑所必需的εa。
以下，藉由比較變更攪拌機形狀之際被計算的εa與變更前之εa的大小，來推定變更後的液滴徑之減少趨勢。
亦即，雖沒有上述計算式與推定液滴徑之統計上信賴性高的實驗式，惟藉由利用實驗結果，就可以推定考慮到攪拌機形狀之影響的液滴徑之減少趨勢。
[實施例]
在以下中，參照所附圖式，雖針對於本發明的較佳實施形態來說明幾個實施例，惟本發明是並不被限定於此些之實施形態、實施例者，而在由如申請專利範圍所述的所把握的技術性範圍上可變更成各種形態。
使用第15圖至第19圖來說明根據本發明所提案的計算式所導出的總括能量消散率：εa作為指標的攪拌機之性能評價，及參考其檢驗結果所定義的高性能的攪拌機之形狀，以及根據此定義所設計的高性能的攪拌機之概要。
本發明所提案的旋翼定片型的攪拌機，是具備：由定片及旋翼構成攪拌單元14；該定片，是具備複數個開口部；該旋翼是隔著預定間隙配置於定片之內側，具有特徵者，其他之構造是與使用第1圖所說明的傳統之旋翼定片型的攪拌機相同。又，在本發明的攪拌機僅針對於成為其特徵性構造、機構的攪拌單元14，圖示其一例子來說明。
本發明的旋翼定片型的攪拌機的攪拌單元14，是由圖示於第15圖、第16圖的構造的旋翼13，及定片12、22所構成。
定片12、22，是與例示於第1圖的傳統之攪拌單元4的定片2相同，分別具備圓形狀的複數個開口部11a、11b。
定片12、22，是定片22之直徑的一方，比定片12之直徑的還要大，如圖示於第17(a)圖所示地，同心圓狀地配置於攪拌單元14。
在定片12、22之內側隔著預定間隙所配置的旋翼13，是具備由成為旋轉中心的旋轉軸17輻射狀地延伸的複數片攪拌翼。在圖示的實施形態中，具備8片的攪拌翼13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g、13h。
在各攪拌翼13a至13h的徑方向中心，及徑方向外端16之間的同一直徑之位置分別形成有縱溝15。
如第17(a)圖、第17(b)圖所示地，在形成有攪拌單元14時，有定片12被裝入於被形成於各攪拌翼13a至13h的縱溝15。又，在各攪拌翼13a至13h的徑方向外端16的壁面16a，與定片22之內周壁面22a之間形成有間隙δ2。又，在各攪拌翼13a至13h的縱溝15的外周面15a，與定片12之內周壁面12a之間，及在各攪拌翼13a至13h的縱溝15的內周面15b，與定片12之外周壁面12b之間形成有間隙。
如此地，在本發明的旋翼定片型的攪拌機的攪拌單元14中，成為在直徑不相同的複數定片12、22的內側分別有旋翼隔著預定間隙所配置的構造。
若旋翼13以旋轉軸17作為旋轉中心，而以箭頭符號20所示地來旋轉時，則成為形成有所謂徑方向內側的混合部分，與徑方向外側的混合部分的二階段的混合部。利用此種多級型(multistage)的混合成為可實現高性能的情形。亦即，利用作成此種多級型(multistage)，可提昇被施加於被處理的流體的剪斷應力的情形。
在圖示的實施形態中，徑方向內側的混合部分，是形成於各攪拌翼13a至13h的縱溝15的外周面15a，與定片12之內周壁面12a之間，及在各攪拌翼13a至13h的縱溝15的內周面15b，與定片12之外周壁面12b之間。又，徑方向外側的混合部分，是形成於各攪拌翼13a至13h的徑方向外端16的壁面16a，與定片22之內周壁面22a之間。
在本發明的攪拌機中，所謂定片12、22，及旋翼13，是成為在旋翼13之旋轉軸17延伸的方向互相地可接近，或可遠離。在圖示的實施形態中，在旋翼13朝向旋轉軸17延伸的方向，如在第17(b)圖之箭頭符號22、23所示地成為可移動。
因此，在本發明的攪拌機中，旋翼13朝向第17(b)圖之箭頭符號22方向移動，如上所述地，成為採用在形成於各攪拌翼13a至13h的縱溝15裝入定片12而形成有攪拌單元14的狀態，及旋翼13如第17(b)圖以假想線所示地由定片12、22遠離的狀態。
在藉由攪拌機來溶解粉體原料的初期階段中，將旋翼13作成如第17(b)圖的箭頭符號23所示地由定片12、22遠離，就不會消散高能量，並可將粉體原料快速地分散至調合液。
於是，之後如以第17(b)圖之箭頭符號22所示地移動旋翼13，形成稱為上述的徑方向內側，及徑方向外側的混合部分的二階段的混合部，朝向第17(b)圖之箭頭符號20的方向旋轉旋翼13，正式地進行溶解、微粒化、乳化的次序較好。
如上述地，定片12、22，及旋翼13，可以朝向旋翼13的旋轉軸17延伸的方向移動之故，因而在旋轉旋翼13的途中可以調整、控制兩者之間的間隔。藉此，變更、調整施加於被處理的流體之剪斷應力，或變更、調整被處理的流體之流動方式。
在第17(a)圖、第17(b)圖圖示之本發明的攪拌機中，沿著構成攪拌單元14的定片12、22，噴嘴18在徑方向朝向中心側延伸。被處理的流體，是經由噴嘴18由噴嘴開口19如第17(b)圖的箭頭符號21所示地，直接被投入至混合部分(攪拌器部)。
亦即，被處理的流體是在內側的混合部分的各攪拌翼13a至13h的縱溝15的外周面15a，與定片12之內周壁面12a之間，由噴嘴開口19如箭頭符號21所示地，直接被投入，在此進行著第一級的混合(預備混合)。然後，在外側的混合部分的各攪拌翼13a至13h的徑方向外端16的壁面16a，與定片22之內周壁面22a之間成為進行著正式地混合。
如此地，藉由將須處理的流體直接地投入(添加)至混合部分(攪拌器部)，成為可更有效地進行乳化或分散。
第18圖、第19圖是表示本發明的其他實施形態者。定片12、12，為具備由上端緣朝向徑方向內側延伸的環狀蓋部30之處，與上述第15圖至第17圖圖示的實施形態不相同。以下，以此不相同處為中心來說明。
又，在第18圖、第19圖圖示的實施形態中，由旋轉軸17輻射狀地延伸的攪拌翼是具備13a~131的12片。
在圖示的實施形態中，環狀蓋部30是成為分別被安裝於定片22之上端緣，及定片12之上端緣的構造。
依照第18圖、第19圖圖示的實施形態，利用配備有由定片12、22之上端緣朝向徑方向內側延伸的環狀蓋部30，可防止須處理的流體由旋翼13與定片12、22之間隙朝向第17(b)圖中，上側方向洩漏出的情形。
又，如第18圖、第19圖所示地，具備有蓋部30之實施形態時，使用第17(a)圖、第17(b)圖所說明的直接投入(添加)機構，是成為利用蓋部30之構造。
在定片22之外周配備有使旋轉軸17朝向延伸的方向延伸的流入導管31，連通於流入導管31之上端的導管32朝向徑方向內側延伸在蓋部30內。一方面，在比複數定片12、22中的直徑最小之定片12還位於徑方向內側的部分的環狀蓋部30，形成有朝向第17(b)圖中，下側導入被處理流體的導入孔33。朝向徑方向內側延伸在蓋部30內的導管32被連接於導入孔33。藉此，須處理的流體是在第18圖、第19圖中，以箭頭符號34、35、36所示地，經由流入導管31、導管32、導入孔33被導入(添加)。
利用存在著蓋部30，流體是由旋翼13與定片12、22的間隙不會朝向第17(b)圖中、上側方向洩漏出的情形，而由徑方向內側朝向外側通過2片定片12、22的開口部11a、11b。藉此，須處理的流體，是在被形成於攪拌翼13a等的縱溝15的外周面15a，與定片12之內周壁面12a之間、攪拌翼13a等的縱溝15的內周面15b，與定片12之外周壁面12b之間、攪拌翼13a等的徑方向外端16的壁面16a，與定片22之內周壁面22a之間的混合部分，會受到合計3次的高剪斷應力。
在第18圖、第19圖圖示的實施形態的本發明的攪拌機中，也與第15圖至第17圖圖示的實施形態的攪拌機相同，在旋轉旋翼13的途中可以調整、控制定片12、22與旋翼13之間的間隔，藉此，可變更、調整被處理的流體的剪斷應力，或可變更、調整被處理的流體之流動方式。
(比較檢討試驗)
針對於使用第1圖所說明的傳統的攪拌機，與使用第18圖、第19圖所說明的本發明的攪拌機進行比較試驗。如第3圖所示地，比較試驗，是準備外部循環型單元，利用雷射衍射型粒度分布計(日本島津製作所：SALD-2000)在流路途中來計測液滴徑，並藉由檢討液滴徑之微粒化趨勢來進行。
使用於試驗的傳統之攪拌機的定片2之直徑，及本發明的攪拌機的定片22之直徑，都是197mm。使用表示於以下的表9之摻合的乳脂乳化液來進行試驗。
試驗結果，是表10、表11及第20圖至第25圖所示。由第20圖，依照本發明的攪拌機，可確認比傳統機以一半的時間成為同等的微粒化趨勢。又，由第21圖，依照本發明的攪拌機，可確認也比傳統機在液滴徑之偏差程度較少的情形，由第24(c)圖，依照本發明的攪拌機，可確認與傳統的攪拌機比較，旋翼之旋轉有助於乳化動力的情形。
第25圖是表示數值解析能量消散率的推定結果者。本發明的攪拌機者，能量消散比傳統機還要高2倍，亦即，可知本發明的攪拌機者與傳統機相比較有2倍之能力。藉此，依照本發明的攪拌機，被推定比傳統機以一半的時間就可發揮同等的微粒化效果。又，表示於第20圖的實際之微粒化趨勢，是與此數值解析結果有同樣之趨勢。
[產業上的利用可能性]
本發明，是可發揮以下所說明的優異效果、功能之故，因而在乳化、分散、微粒化工序所進行的各種產業領域，例如，在食品、醫藥品、化學品等的製造領域上可利用。
(1)　可提供一種比傳統之典型性的高性能(高剪斷型)的旋翼定片型的攪拌機，微粒化效果或乳化效果還要高，且可製造出高品質的旋翼定片型的攪拌機。
(2)　依本發明所成的旋翼定片型的攪拌機，是微粒化效果或乳化效果高，比傳統在短時間可製造出傳統之同等以上的品質之產品。
(3)　對小型直到大型為止的各式各樣的旋翼定片型的攪拌機，考慮到其處理(製造)時間之結果，可進行規模放大(scale up)或規模縮小(scale down)。
(4)　為了取得吻合於各使用者之目的的微粒化效果(液滴徑)，可推定其必需的處理(攪拌)時間，成為在其必需的最低時間進行運轉(處理)就可以。可縮短旋翼定片型的攪拌機之運轉時間，並可達成節省能量。
1．．．開口部(孔)
2．．．定片
3．．．旋翼
4．．．攪拌單元
11a、11b．．．開口部
12、22．．．定片
13．．．旋翼
13a、13b、13c、13d、13e、13f、13g、13h、---、13j、13k．．．攪拌翼
14．．．攪拌單元
15．．．縱溝
17．．．旋轉軸
18．．．噴嘴
19．．．噴嘴開口
30．．．環狀之蓋部
31．．．流入導管
33．．．導入孔
第1圖是說明具備旋翼定片型的攪拌機的攪拌單元的立體圖。
第2圖是說明外部循環型的旋翼定片型的攪拌機(外部循環型攪拌機)及內部循環型的旋翼定片型的攪拌機(內部循環型攪拌機)的圖式。
第3圖是說明調查液滴徑的微粒化趨勢的方式的圖式。
第4圖是說明將外部循環型的旋翼定片型的攪拌機(外部循環型攪拌機)的評價試驗結果，使用於內部循環型的旋翼定片型的攪拌機(內部循環型攪拌機)的評價之方式的圖式。
第5圖是表示旋翼定片型的攪拌機的處理(混合)時間與液滴徑之關係(微粒化趨勢)的圖式。
第6圖是表示在第5圖表示有處理(混合)時間與液滴徑之關係(微粒化趨勢)的旋翼定片型的攪拌機的總括能量消散率：εa與液滴徑之關係(微粒化趨勢)的圖式。
第7圖是表示與在第5圖表示有處理(混合)時間與液滴徑之關係(微粒化趨勢)的旋翼定片型的攪拌機不相同規模(尺寸)的旋翼定片型的攪拌機的總括能量消散率：εa，與液滴徑之關係(微粒化趨勢)的圖式。
第8圖是表示有關於旋翼與定片之間隙(gap)的影響的結果的圖式。
第9圖是表示有關於定片之開口部(孔)的孔徑的影響的結果的圖式。
第10圖是表示有關於定片之開口部(孔)的孔數(開口面積比率)的影響的結果的圖式。
第11圖是表示傳統的攪拌機的性能改善效果之結果的圖式。
第12圖是表示小型攪拌機的表5之運轉條件的處理(混合)時間與液滴徑之關係(微粒化趨勢)的圖式。
第13圖是表示大型攪拌機的表5之運轉條件的總括能量消散率：εa與液滴徑之關係(微粒化趨勢)的圖式。
第14圖是表示其他大型攪拌機的總括能量消散率：εa與液滴徑之關係(微粒化趨勢)的圖式。
第15圖是說明被採用於本發明的旋翼定片型的攪拌機的旋翼的一例的立體圖。
第16圖是說明被採用於本發明的旋翼定片型的攪拌機的多級型乳化機構的一例的分解立體圖。
第17圖是說明被採用於本發明的旋翼定片型的攪拌機的直接噴射方式的圖式；(a)是俯視圖、(b)是側視圖。
第18圖是表示本發明的旋翼定片型的攪拌機的其他實施形態的立體圖。
第19圖是省略由傾斜的下方向表示第15圖示之攪拌機的一部分的分解立體圖。
第20圖是表示傳統的攪拌機與本發明的攪拌機的比較試驗的結果的圖式；表示混合時間與平均液滴徑之關係的圖式。
第21圖是表示傳統的攪拌機與本發明的攪拌機的比較試驗的結果的圖式；表示混合時間與標準偏差之關係的圖式。
第22圖是表示傳統的攪拌機與本發明的攪拌機的比較試驗的結果的圖式；表示旋翼之旋轉數與平均液滴徑之關係的圖式。
第23圖是表示傳統的攪拌機與本發明的攪拌機的比較試驗的結果的圖式；表示旋翼之旋轉數與標準偏差之關係的圖式。
第24圖是表示傳統的攪拌機與本發明的攪拌機的比較試驗的結果的圖式；(a)是表示旋翼之旋轉數與流量的關係的圖式、(b)是表示旋翼之旋轉數與動力的關係的圖式、(c)是表示旋翼之旋轉數與有助於乳化之動力的關係的圖式。
第25圖是表示針對於本發明的攪拌機與傳統的攪拌機，數值解析能量消散率之推定結果的圖式。

Claims (10)

  1. 一種攪拌機，是具備：由定片及旋翼構成攪拌單元的旋翼定片型的攪拌機；該定片，是具備複數個開口部；該旋翼是隔著預定間隙配置於定片之內側，其特徵為：上述定片，是周徑不相同的複數個定片所構成，並在各定片的內側，分別隔著預定間隙配置有上述旋翼，上述旋翼，是具備從旋轉中心輻射狀地延伸的複數片攪拌翼，在各攪拌翼的徑方向的外側的壁面和前述定片的內周壁面之間形成有前述預定間隙，而且上述定片與旋翼，是在旋翼之旋轉軸所延伸的方向可以互相地接近或遠離的方式所構成。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的攪拌機，其中，被處理流體，是被導入至：上述定片與於其內側隔著預定間隙所配置的上述旋翼之間的間隙部。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的攪拌機，其中，上述定片，是具備從上端緣朝向徑方向內側延伸的環狀蓋部。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的攪拌機，其中，在比上述複數定片中的最小直徑的定片更位於徑方向內側之部分的上述環狀蓋部，形成有朝向下側地導入被處理流體的導入孔。
  5. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的攪拌機，其中，上述定片所具備的開口部是圓形狀。
  6. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的攪拌機，其中，上述定片所具備的開口部是以作為全體之開口面積比率為20%以上貫穿設置於上述定片的周壁。
  7. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的攪拌機，其中，該攪拌機的構造是由以下方式所設計：在利用該攪拌機對被處理流體，施以乳化、分散、微粒化或混合之處理時，使用數式1來計算，並藉由推定該攪拌機的運轉時間，及藉此所取得之被處理流體的液滴徑，以使得能夠在預定的運轉時間，取得被處理流體之預定的液滴徑， 在此，數式1中，εa：總括能量消散率[m2/s3]εg：旋翼與定片之間隙的局部剪斷應力[m2/s3]εs：定片之局部能量消散率[m2/s3]Np：動力數[-] Nqd：流量數[-]nr：旋翼片之片數[-]D：旋翼之直徑[m]b：旋翼之翼前端的厚度[m]δ：旋翼與定片之間隙[m]ns：定片之孔數[-]d：定片之孔徑[m]l：定片之厚度[m]N：旋轉數[l/s]tm：混合時間[s]V：液量[m3]Kg：間隙的形狀依存項[m2]Ks：定片的形狀依存項[m2]Kc：攪拌機全體的形狀依存項[m5]。
  8. 如申請專利範圍第1項至第4項中任一項所述的攪拌機，其中，上述攪拌機，是使用數式1來計算，並藉由推定該攪拌機的運轉時間，及藉此所得之被處理流體的液滴徑，而能夠規模縮小(scale down)或規模放大(scale up)， 在此，數式1中，εa：總括能量消散率[m2/s3]εg：旋翼與定片之間隙的局部剪斷應力[m2/s3]εs：定片之局部能量消散率[m2/s3]Np：動力數[-]Nqd：流量數[-]nr：旋翼片之片數[-]D：旋翼之直徑[m]b：旋翼之翼前端的厚度[m]δ：旋翼與定片之間隙[m]ns：定片之孔數[-]d：定片之孔徑[m]l：定片之厚度[m]N：旋轉數[l/s]tm：混合時間[s]V：液量[m3] Kg：間隙的形狀依存項[m3]Ks：定片的形狀依存項[m2]Kc：攪拌機全體的形狀依存項[m5]。
  9. 一種製造食品、醫藥品或化學品的方法，是使用如申請專利範圍第1項至第7項中任一項所述的攪拌機，對被處理流體，施以乳化、分散、微粒化或混合之處理，且藉由使用數式1來計算，推定該攪拌機的運轉時間，及藉此所取得之被處理流體的液滴徑， 在此，數式1中，εa：總括能量消散率[m2/s3]εg：旋翼與定片之間隙的局部剪斷應力[m2/s3]εs：定片之局部能量消散率[m2/s3]Np：動力數[-]Nqd：流量數[-]nr：旋翼片之片數[-]D：旋翼之直徑[m] b：旋翼之翼前端的厚度[m]δ：旋翼與定片之間隙[m]ns：定片之孔數[-]d：定片之孔徑[m]l：定片之厚度[m]N：旋轉數[l/s]tm：混合時間[s]V：液量[m3]Kg：間隙的形狀依存項[m2]Ks：定片的形狀依存項[m2]Kc：攪拌機全體的形狀依存項[m5]。
  10. 一種食品、醫藥品或化學品，其特徵為：藉由如申請專利範圍第9項所述的製造方法所製造。
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