(57)【要約】【課題】トラップされる廃棄物量を激減でき、フィルター交換寿命を極めて長くでき、運転経費の削減に大きな貢献ができる粉砕機能を有するポンプ装置および流体供給システムを提供する。【解決手段】固形成分を含有する流体を圧送する粉砕機能を有するポンプ装置であって、ケーシング１０に吸込空間１５と、吐出空間１７と、一対の噛み合い歯車１１，１３とを備え、一対の噛み合い歯車１１，１３の回転により、吸込空間１５に吸い込んだ流体を歯車１１，１３の外周部とケーシング１０との間に閉じ込めて吐出空間１７に圧送すると共に、吐出空間１７に滞留する流体中の固形成分を、一対の噛み合い歯車１１，１３の回転により該歯車の噛み合い部３０に引き込んで破砕し、粒径が小さい固形物にして吸込空間１５に戻し、吸込空間１５において固形物と吸い込んだ流体とを混在し、再びケーシング１０と歯車１１，１３との間に閉じ込めて、吐出空間１７に圧送可能に構成した。【選択図】図２
2010051884.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
固形成分を含有する流体を圧送する粉砕機能を有するポンプ装置であって、
ケーシングに吸込空間と、吐出空間と、一対の噛み合い歯車とを備え、
一対の噛み合い歯車の回転により、吸込空間に吸い込んだ流体を前記歯車の外周部と前記ケーシングとの間に閉じ込めて吐出空間に圧送すると共に、
吐出空間に滞留する流体中の固形成分を、前記一対の噛み合い歯車の回転により該歯車の噛み合い部に引き込んで破砕し、粒径が小さい固形物にして吸込空間に戻し、
吸込空間において固形物と吸い込んだ流体とを混在し、再びケーシングと歯車との間に閉じ込めて、吐出空間に圧送可能に構成したことを特徴とする粉砕機能を有するポンプ装置。
【請求項２】
一対の噛み合い歯車が回転数を可変に構成され、
該回転数の制御により固形物の粒径を管理可能としたことを特徴とする請求項１に記載の粉砕機能を有するポンプ装置。
【請求項３】
前記吸込空間を下方重力方向に、前記吐出空間を上方反重力方向に備えることを特徴とする請求項１または２に記載の粉砕機能を有するポンプ装置。
【請求項４】
前記歯車の硬度が、Ｈｖ≧１０００であることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか一項に記載の粉砕機能を有するポンプ装置。
【請求項５】
流体の供給源、フィード・ポンプ、流体を軽質成分／重質成分に分離するセパレーター、流体中の軽質成分が供給されるワークの順に接続し、
請求項１ないし４のいずれか一項に記載のポンプ装置の吸込空間を、前記セパレーターの底部に接続し、当該ポンプ装置の吐出空間を、前記セパレーターの上部、若しくは、セパレーター出口部に接続して、前記ワークに供給される固形成分の粒径を管理可能に構成したことを特徴とする流体供給システム。
【請求項６】
請求項５に記載の流体供給システムにおいて、
前記ポンプ装置の循環流量を「Ｑｃ（リットル／ｍｉｎ）」、前記ポンプ装置の出口配管の最小流路内径を「φｄｃ（ｍｍ）」、吐出平均流速を「Ｖｃ（ｃｍ／ｓｅｃ）」とした場合に、最小流路内径「φｄｃ（ｍｍ）」は、以下の式で表され、
ｄｃ（ｍｍ）＝√｛１．５×１０-4・Ｖｃ／（π・Ｑｃ）｝
循環流量「Ｑｃ（リットル／ｍｉｎ）」のとき、吐出平均流速「Ｖｃ（ｃｍ／ｓｅｃ）」近傍となるように、最小流路内径「φｄｃ（ｍｍ）」を決定し、
許容吐出スラッジ外径を「φｄｓ（ｍｍ）」、スラッジの抗力係数を「Ｃｄ」、流体の比重量を「γｆ（ｋｇ／ｍ3）」、スラッジ比重量を「γｆ（ｋｇ／ｍ3）」とした場合に、吐出平均流速「Ｖｃ（ｃｍ／ｓｅｃ）」は、以下の式で表され、
Ｖｃ2≪１．０６５ｄｓ・ｇ（γｓ／γｆ−１）／Ｃｄ
前記ポンプ装置から前記セパレーターに向かうスラッジ外径が、前記許容吐出スラッジ外径「φｄｓ（ｍｍ）」以下となるように、前記吐出平均流速「Ｖｃ（ｃｍ／ｓｅｃ）」を制御して、吐出粒径を制御することを特徴とする流体供給システム。
【請求項７】
前記流体として超臨界二酸化炭素等の液体を用いることにより、粉砕時の発熱を抑制して、粉砕材料の品質・物性を毀損せずに、ナノ・サイズの粉砕を可能としたことを特徴とする請求項５または６に記載の流体供給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、粉砕機能を有するポンプ装置および流体供給システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
船舶等の機器において、Ｃ重油や原油、あるいは廃油等には、液体中に固形成分であるスラッジ（粘土、微細岩石、微細ＳｉＯ2等）の混在が避けられない。
これらスラッジは、硬度の低い成分と硬度の高い成分に区分される。この中でも、硬度の低い成分は、例えば、配管部やバーナー、噴射弁等の流路の狭い領域で、流路閉鎖等の障害を引き起こし、硬度の高い成分は、燃料噴射ポンプや燃料噴射弁の稼動部において、擦過痕や磨耗を引き起こして、装置寿命の短縮や、最悪、作動不良を招くこととなる。
このため、従来、これら固形成分を除去するべく、フィルターを配置し、該フィルターでスラッジを捕捉・分離してきた。
しかし、例えば、長期稼動する船舶等においては、フィルターで捕捉・分離された物質を、海上廃棄することが困難で、その処理が大きな問題となっていた。また、上記の船舶用では勿論のこと、工業用バーナーや農業バーナーにおいても、フィルター交換に要する費用、トラップされた物質の廃棄等が大きな問題となっていた。
【０００３】
一方、流体（Ｃ重油等の燃料）中のスラッジ成分の破砕・微粒化を図るため、「粉砕（ミル）技術」を適用することが考えられる（例えば、特許文献１参照）。
従来のミル技術を大別すると、（１）放射状に溝を配置した回転体で擂り潰す石臼方式、（２）軸方向に破砕（ミル）カッターを設けて、高速せん断する方式（剪定樹木破砕機等）、（３）半径方向に破砕（ミル）カッターを設けて、高速せん断する方式、あるいは、ビーズ（玉）と一緒に高速回転させて粉砕する方式等々がある。
【特許文献１】特開２００４−３３００９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、これらを、流体（Ｃ重油等の燃料）中のスラッジ成分の破砕・微粒化にそのまま適用することは、以下の理由で困難である。
すなわち、（イ）スラッジ粒径を「≦１０（μｍ）」に微細化しなければならないこと、（ロ）流体中のスラッジ成分割合が、「≦２（％）ＦＳ」と極めて少ないため、そのまま処理したのでは、流体の攪拌エネルギーが大きく、非効率であること、（ハ）通常の「ミル機械」は、粉砕される物体は、自由落下処理で、ポンプ機能を持たないため、外部空気で循環する等しなければならないこと等があり、所要の目的を遂行することが困難である。
そこで、本発明の目的は、上述した従来の技術が有する課題を解消し、トラップされる廃棄物量を激減でき、フィルター交換寿命を極めて長くでき、運転経費の削減に大きな貢献ができる粉砕機能を有するポンプ装置および流体供給システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、固形成分を含有する流体を圧送する粉砕機能を有するポンプ装置であって、ケーシングに吸込空間と、吐出空間と、一対の噛み合い歯車とを備え、一対の噛み合い歯車の回転により、吸込空間に吸い込んだ流体を前記歯車の外周部と前記ケーシングとの間に閉じ込めて吐出空間に圧送すると共に、吐出空間に滞留する流体中の固形成分を、前記一対の噛み合い歯車の回転により該歯車の噛み合い部に引き込んで破砕し、粒径が小さい固形物にして吸込空間に戻し、吸込空間において固形物と吸い込んだ流体とを混在し、再びケーシングと歯車との間に閉じ込めて、吐出空間に圧送可能に構成したことを特徴とする。
この場合において、一対の噛み合い歯車が回転数を可変に構成され、該回転数の制御により固形物の粒径を管理可能としてもよい。
また、吸入空間を下方重力方向に、吐出空間を上方反重力方向に備えてもよい。
歯車の硬度が、Ｈｖ≧１０００であってもよい。
【０００６】
また、本発明では、流体の供給源、フィード・ポンプ、流体を軽質成分／重質成分に分離するセパレーター、流体中の軽質成分が供給されるワークの順に接続し、請求項１ないし４のいずれか一項に記載のポンプ装置の吸込空間を、前記セパレーターの底部に接続し、当該ポンプ装置の吐出空間を、前記セパレーターの上部、若しくは、セパレーター出口部に接続して、前記ワークに供給される固形成分の粒径を管理可能に構成した。
【０００７】
この発明では、例えばバーナー等の燃焼器やエンジン分野に属し、Ｃ重油や原油、あるいは廃油中に含まれるスラッジ等を、バーナーやエンジン（ワーク）の稼動に支障の無い粒径レベルに粉砕することが可能であり、そのまま、当該機器に供給し、燃焼させることを可能とした。従って、従来から使用のフィルター負荷を軽減し、フィルター交換寿命を延長し、フィルターやトラップで捕捉される廃棄物を削減し、省資源・省エネルギー化が図られる。
「バーナー等の燃焼器やエンジン」等の機器により、許容される固形成分の粒径が異なる。そこで、例えばバーナー等の燃焼器やエンジンへの燃料供給系に、本発明をインラインで提供すれば、該機器に支障の無い粒径まで、インラインで、固形物等を粉砕し、そのまま、バーナー等の燃焼器やエンジンで燃焼させることができる。スラッジ成分には、環境汚染させる有害物質は含まれないため、フィルター寿命を大幅に延長させることが可能であり、特に船舶では、廃棄物の保管を最小とさせることが可能となる。
【０００８】
この場合において、前記ポンプ装置の循環流量を「Ｑｃ（リットル／ｍｉｎ）」、前記ポンプ装置の出口配管の最小流路内径を「φｄｃ（ｍｍ）」、吐出平均流速を「Ｖｃ（ｃｍ／ｓｅｃ）」とした場合に、最小流路内径「φｄｃ（ｍｍ）」は、以下の式で表され、
ｄｃ（ｍｍ）＝√｛１．５×１０-4・Ｖｃ／（π・Ｑｃ）｝
循環流量「Ｑｃ（リットル／ｍｉｎ）」のとき、吐出平均流速「Ｖｃ（ｃｍ／ｓｅｃ）」近傍となるように、最小流路内径「φｄｃ（ｍｍ）」を決定し、
許容吐出スラッジ外径を「φｄｓ（ｍｍ）」、スラッジの抗力係数を「Ｃｄ」、流体の比重量を「γｆ（ｋｇ／ｍ3）」、スラッジ比重量を「γｆ（ｋｇ／ｍ3）」とした場合に、吐出平均流速「Ｖｃ（ｃｍ／ｓｅｃ）」は、以下の式で表され、
Ｖｃ2≪１．０６５ｄｓ・ｇ（γｓ／γｆ−１）／Ｃｄ
前記ポンプ装置から前記セパレーターに向かうスラッジ外径が、前記許容吐出スラッジ外径「φｄｓ（ｍｍ）」以下となるように、前記吐出平均流速「Ｖｃ（ｃｍ／ｓｅｃ）」を制御して、吐出粒径を制御するようにしてもよい。
【０００９】
前記流体として超臨界二酸化炭素等の液体を用いることにより、粉砕時の発熱を抑制して、粉砕材料の品質・物性を毀損せずに、ナノ・サイズの粉砕を可能としてもよい。
その他の応用技術としては、薬剤成分やサプリメントの粉砕分野に属し、「Ｃ重油や原油」の代わりに、不活性な特徴を有する超臨界二酸化炭素等の液体を用い、粉砕時の発熱を抑制しつつ、被粉砕材料からの成分溶出を抑制して、ナノ・サイズの粉砕を可能としてもよい。
固形成分を粉砕する場合、破断応力や摩擦力が働くため、通常、発熱を伴う。
このため、成分によっては、化学反応を起こしたりして、被粉砕材質の品質低下を招く恐れがあったが、超臨界二酸化炭素を含む液体と共に、固形成分の粉砕処理を行うことにより、この問題が解消された。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では、例えばバーナー等の燃焼器やエンジン分野において、Ｃ重油や原油、あるいは廃油中に含まれるスラッジ等を、バーナーやエンジン（ワーク）の稼動に支障の無い粒径レベルに粉砕することが可能であり、そのままワークに供給し、燃焼させることができる。従って、フィルター負荷を軽減し、フィルター交換寿命を延長し、フィルターやトラップで捕捉される廃棄物を削減し、省資源・省エネルギー化が図られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、本発明の一実施の形態を示す系統図である。
図１Ａは、流体供給システムを示す。
図１Ａにおいて、１は燃料タンクを示す。燃料タンク１にはフィード・ポンプ３が接続され、フィード・ポンプ３にはセパレーター５が接続されている。フィード・ポンプ３は、燃料タンク１から固形物（スラッジ等）を含む混在流体を吸引し、セパレーター５に吐出する。セパレーター５では、混在流体を軽質成分と重質成分に分離する。セパレーター５は、上部５Ａを大口径φＤとし、下部５Ｂを小口径φｄとした円錐状に集束する構造を有している。セパレーター５の底部には、マイクロ・ミルポンプ（ポンプ装置）７の吸入口７Ａが接続され、その吐出口７Ｂは、セパレーター５の上部５Ａの再入口５Ｃに接続されている。
この構造では、セパレーター５で分離、沈降した重質成分が、ミルポンプ７で吸引、粉砕され、セパレーター５の再入口５Ｃからセパレーター５の上部５Ａに再流入する。そして、このセパレーター５では、再入口５Ｃから流入した、ミルポンプ７からの流体と、上部５Ａの入口５Ｄから流入した、フィード・ポンプ３からの流体とが混合し、沈降した重質成分が、ミルポンプ７に再び向かい、残りの軽質成分が、セパレーター５の天部中央に設けた出口５Ｅを通じて、バーナー等の燃焼器やエンジン（ワーク）に供給される。
【００１２】
セパレーター５は、上述したように、粒径の大きなスラッジ（重質成分）と、スラッジを含有しない流体（軽質成分）とを分離させる。ここで、流体の比重量を「γｆ」、スラッジの比重量を「γｓ」、スラッジ粒径を「φｄｓ」とすると、流速「Ｖ」が同じ時、同じ容積を有する、スラッジと流体の運動エネルギー差は、次式で与えられる。
運動エネルギー差＝４π・ｄｓ3（γｓ−γｆ）Ｖ2／３      …（１）
本構成では、この運動エネルギー差の分離効果を作用させるため、図１Ｂに示すように、フィード・ポンプ３に連なる流入口５Ｄに挿入したパイプの端部９を曲げ、本来の流入方向と９０度異なる「水平方向」、若しくは、１８０度異なる「逆方向」とさせる。すなわち、この端部９は、セパレーター５の内壁に沿って、セパレーター５の出口５Ｅの出口方向軸に対して直角の板状渦流を形成するように構成されている。
この構成では、混在流体が、４π・ｄｓ3（γｓ−γｆ）／３の重量差により、沈降効果を受けながら、重力方向に分離されて、粒径の大きなスラッジを沈降させることができる。スラッジ（固形成分）の分粒効果を更に高める場合には、端部９の軸方向の向きを、水平面よりも、セパレーター５の下部に向けて配置すればよい。
【００１３】
図１Ｂにおいて、パイプの端部９の噴出し孔内径を「φｄｊ（ｍｍ）」とすると、セパレーター５の内部で発生する渦流の初期速度「Ｖｊ（ｃｍ／ｓｅｃ）」は、フィード・ポンプ３の供給流量「Ｑｆ（リットル／ｍｉｎ）」と、次の関係式で表される。
Ｖｊ＝Ｑｆ×１０００／６０／（πＤｊ2／４）
＝２１．２２Ｑｆ・Ｄｊ2                      …（２）
セパレーター５に形成された渦流「Ｖｊ」により、スラッジ（固形成分）は、流体に対して、「４πｄｓ3（γｓ−γｆ）Ｖｊ2／３」の慣性効果を有するため、流体がセパレーター５の上部５Ａの出口Ｅ方向に流れ方向を変えるのに対し、スラッジ（固形成分）は遠心効果と慣性効果で、セパレーター５の内壁に沿って、浮力と自重差である「４πｄｓ3（γｓ−γｆ）／３」の沈降効果を受けながら、セパレーター５の下部に分離される。
渦流速度の減衰を抑制しつつ、スラッジの捕集・分離効果を維持するために、このセパレーター５は、上述したように、上部の大口径φＤから、下部に向かって、小口径φｄに、円錐状に集束する構造とし、その底部に、マイクロ・ミルポンプ７の吸入口７Ａが接続され、この吸入口７Ａに向けて、スラッジ混在量の多い流体が供給される。
【００１４】
セパレーター５の上部内径φＤ（ｍｍ）は、流体の上昇流速をＶｆ（ｃｍ／ｓｅｃ）とすると、供給流量Ｑｆ（リットル／ｍｉｎ）と、次の関係式で表される。
Ｖｆ＝Ｑｆ×１０００／６０／（πＤ2／４）
φＤ≒√｛２１．２２（Ｑｓ／Ｖｆ）｝                      …（３）
ここで、「Ｖｆ（ｃｍ／ｓｅｃ）」を、例えば、「Ｖｆ≦１（ｃｍ／ｓｅｃ）」となるように、内径φＤ（ｍｍ）を大きく設計することが重要で、上述の式（３）で、「Ｖｃ＝Ｖｆ」と置いて、スラッジ粒径「φｄｓ」に付いて式を解くと、次式が得られる。
ｄｓ≫０．９３９Ｃｄ・Ｖｆ2／ｇ（γｓ／γｆ−１）        …（４）
すなわち、「Ｖｆ2」を小さくすることに比例して、「φｄｓ」より大きな粒径のスラッジ（固形成分）が沈降する。このため、セパレーター５の上部の内径「φＤ（ｍｍ）」を大きくすることは、吐出される（バーナーやエンジンに供給される）スラッジ粒径「φｄｓ」を小さくさせることと、同義であることが分かる。
【００１５】
例えば、流体の比重量を「γｆ≒８００（ｋｇ／ｍ3）」、スラッジの比重量を「γｓ≒２２００（ｋｇ／ｍ3）」として、「Ｃｄ≒０．３」、「ｇ≒９．８（ｍ／ｓｅｃ2）」を代入すると、次式が得られる。
ｄｓ≫５．０３×１０-2・Ｖｆ2                            …（５）
ここで、（イ）「Ｖｆ≦１（ｃｍ／ｓｅｃ）」の場合は「φｄｓ≒０．０５０３（ｍｍ）＝５０．３（μｍ）」、（ロ）「Ｖｆ≦０．５（ｃｍ／ｓｅｃ）」の場合は「φｄｓ≒０．０１２６（ｍｍ）＝１２．６（μｍ）」、（ハ）「Ｖｆ≦０．２（ｃｍ／ｓｅｃ）」の場合は「φｄｓ≒０．００２（ｍｍ）＝２（μｍ）」と概算される。
セパレーター５の上部における内径「φＤ（ｍｍ）」の高さ「Ｈ（ｍｍ）」は、スラッジ（固形成分）混在流体の滞留時間ｔ（ｓｅｃ）に比例し、この高さが大きければ大きいだけ、スラッジ分離効果を大きくすることができる。すなわち、
Ｈ＝Ｖｆ・ｔ                                              …（６）
の関係にあるので、仮に、「Ｖｆ＝１（ｃｍ／ｓｅｃ）」として設計した場合、ｔ＝１０（ｓｅｃ）の場合は、「Ｈ＝１０（ｃｍ）」と求められる。
【００１６】
マイクロ・ミルポンプ７は、図２に示すように、ケーシング１０の内側に、吸込空間１５と、吐出空間１７と、一対の噛み合い歯車１１，１３とを備え、駆動モーター１８（図１参照）により、左の歯車１１が右回り、右の歯車１３が左回りに設定されている。
吸込空間１５はケーシング１０の下部に位置し、例えば、重力方向に開口する吸入口７Ａに連通し、吐出空間１７はケーシング１０の上部に位置し、例えば、反重力方向に開口する吐出口７Ｂに連通する。この吐出口７Ｂは、十分な配管内径を持つ出口配管１９で、上記セパレーター５の上部５Ａに接続されている。
【００１７】
本構成では、まず、一対の噛み合い歯車１１，１３の回転により、吸入口７Ａから吸込空間１５にスラッジ混在量の多い流体が吸い込まれる。スラッジ混在量の多い流体は、歯車１１，１３の外周部とケーシング１０との間に閉じ込められて、吐出空間１７に送られる。吐出空間１７では、吐出口７Ｂが反重力方向に開口するため、自重によって、重質成分のスラッジが吐出空間１７の下部に滞留し、液体中の軽質成分だけが、吐出口７Ｂおよび出口配管１９を経て、セパレーター５の上部５Ａに送られる。吐出空間１７の下部に滞留した重質成分は、一対の噛み合い歯車１１，１３の回転により、歯車の噛み合い部３０に引き込まれ、噛み合い部３０で破砕され、粒径が小さい固形物となって吸込空間１５に戻される。
この吸込空間１５では、噛み合い部３０から落下する固形物と、新たに吸い込んだ流体とが混在し、混在流体は、再びケーシング１０と歯車１１，１３との間に閉じ込められて、吐出空間１７に圧送され、上記と同様に、軽質成分のみがセパレーター５の上部５Ａに送られ、重質成分は、再度、噛み合い部３０に引き込まれる。
【００１８】
ミルポンプ７の吐出流量を「Ｑｃ（リットル／ｍｉｎ）」、出口配管１９の内径を「φｄｃ（ｍｍ）」とすると、出口配管１９内の平均流速「Ｖｃ（ｃｍ／ｓｅｃ）」は、次式で与えられる。
Ｖｃ（ｃｍ／  ｓｅｃ）＝１０００Ｑｃ／６０（πｄｃ2／４００）
＝（２／３）×１０4Ｑｃ（π・ｄｃ2）
≒２１２２（Ｑｃ／ｄｃ2）                    …（７）
ここで、スラッジ外径を「φｄｓ（ｍｍ）」、抗力係数を「Ｃｄ」、流体の比重量を「γｆ（ｋｇ／ｍ3）」とすると、流体により上昇させられる力「Ｆｃ（ｋｇ）」は、次式で与えられる。
Ｆｃ（ｋｇ）＝Ｃｄ・γｆ・（πｄｓ2／４００）・Ｖｃ2／２０００ｇ
≒３．９３×１０-6Ｃｄ・γｆ・ｄｓ2・Ｖｃ2／ｇ      …（８）
一方、スラッジの沈降する力「Ｆｄ（ｋｇ）」は、スラッジの重量とその容積相当の浮力の差から成るため、以下の式で与えられる。
Ｆｄ（ｋｇ）＝４πｄｓ3（γｓ−γｆ）／３×１０6
≒４．１９×１０-6ｄｓ3（γｓ−γｆ）          …（９）
【００１９】
スラッジが沈降するには、Ｆｃ≪Ｆｄであることが必要のため、次式が成り立つ。
３．９３×１０-6Ｃｄ・γｆ・ｄｓ2・Ｖｃ2／ｇ≪４．１９×１０-6ｄｓ3（γｓ−γｆ）
Ｖｃ2≪１．０６５ｄｓ・ｇ（γｓ／γｆ−１）／Ｃｄ        …（１０）
スラッジの平均成分を「ＳｉＯ2」と考えて「γｓ≒２２００（ｋｇ／ｍ3）」、「γｆ≒８００（ｋｇ／ｍ3）」、「Ｃｄ≒０．３」、「ｇ≒９．８（ｍ／ｓｅｃ2）」を代入すると、次式が得られる。
Ｖｃ≪√（６０．８８ｄｓ）                                …（１１）
【００２０】
上記出口配管１９の内径「φｄｃ（ｍｍ）」は、流体の上昇流速を「Ｖｃ（ｃｍ／ｓｅｃ）」とすると、吐出流量「Ｑｃ（リットル／ｍｉｎ）」と、次の関係式で表される。
Ｖｃ＝Ｑｃ×１０００／６０／（πｄｃ2／４）
φｄｃ≒√｛２１．２２（Ｑｃ／Ｖｃ）｝                    …（１２）
吐出流体中のスラッジは、浮力と自重差である「４πｄｓ3（γｓ−γｆ）／３」の沈降効果と、流体の速度エネルギーによる吐出効果「Ｃｄ・πｄｓ・Ｖｃ2／２ｇ」とを受けて、前述の式（４）と同様に、「Ｖｃ」の二乗に比例した粒径以上のスラッジが沈降し、再度、歯車の噛み合い部３０で、粉砕処理を受ける。
ｄｓ≫０．９３９Ｃｄ・Ｖｃ2／ｇ（γｓ／γｆ−１）        …（１３）
【００２１】
一定の外径「φｄｓ」のスラッジを生成させる場合は、スラッジ外形「φｄｓ」に見合った流体の上昇流速「Ｖｃ」となるように、ミルポンプ７の回転速度を決定し、吐出流量「Ｑｃ（リットル／ｍｉｎ）」を確定し、これに基づいて出口配管１９の内径「φｄｃ」を設計する。
「バーナー等の燃焼器やエンジン」等々、それぞれの機器によって最適な外径「φｄｓ」のスラッジを生成させる場合には、ミルポンプ７の駆動モーター１８に可変速モーターを使用して、流体の上昇流速「Ｖｃ」を変えることで、ナノ・レベルに至る、自由な外径「φｄｓ」のスラッジを生成させることが可能である。
【００２２】
スラッジの平均粒径が「≦１０（μｍ）」〜「≦１００（μｍ）」の範囲での、スラッジを沈降させる吐出流速条件は、図３の表に示すように概算される。これによると、「バーナーやエンジン」等の要求に合わせ、ミルポンプ７の回転速度を可変制御することで、スラッジ外径「φｄｓ」を許容される粒径以下となるように管理できる。
【００２３】
上記構成では、ミルポンプ７の出口配管１９を、セパレーター５の上部５Ａに接続し、再循環させる構造を採用したが、駆動モーター１８に可変速モーターを使用した場合には、「モーター回転速度」で、排出スラッジの粒径管理が可能になる。この場合、ミルポンプ７の出口配管１９を、直接、セパレーター５の出口５Ｅに合流させ、再循環させることなく、「バーナー等の燃焼器やエンジン」に供給してもよい。
【００２４】
Ｃ重油や原油等のスラッジ成分の中で、エンジンの噴射ポンプや燃料噴射弁を損傷させる「ＳｉＯ2」等の硬度は、Ｈｖ＝６００〜１０００程度である。
本構成では、歯車１１，１３の表面処理を行って、その硬度を、Ｈｖ≧１０００とし、「ＳｉＯ2」等を破砕した場合の摩滅を防止している。摩滅防止の機能を更に向上するためには、歯車１１，１３の硬度を「Ｈｖ≧２２００」とすることが望ましい。
なお、粉砕時の駆動トルク軽減のため、歯車１１，１３にはモジュールの小さい歯車を選定することが望ましい。粉砕対象の硬度が低い場合は、モジュールの大きい、例えばルーツ・ポンプや、ねじ式ポンプ等、種々の形式の採用が可能である。
【００２５】
Ｃ重油や原油、あるいは廃油等の燃料成分に含まれるスラッジ量は、最大でも、２（％）ＦＳ程度である。したがって、本構成を燃料供給系に適用する場合には、「バーナー等の燃焼器やエンジン」に必要な流量「Ｑｆ（リットル／ｍｉｎ）」を、フィード・ポンプ３にて供給し、重質成分（スラッジ混在流体）の循環ポンプには、その約２０（％）ＦＳ以下に相当する供給能力Ｑｃ（リットル／ｍｉｎ）の小型ミルポンプ７を用いることが可能である。
また、Ｃ重油や原油、あるいは廃油等に含まれる遊離炭素（煤成分）や水に関しては、従来、フィルターで捕捉分離していた。
しかし、遊離炭素は、Ｃ＋Ｏ2＝ＣＯ2＋燃焼熱、として発熱量の向上に寄与すること、水は、燃焼温度の低下によるＮＯｘの改善に有益であること、さらに、遊離炭素（煤成分）や水程度の大きさの微粒子では、「バーナー等の燃焼器やエンジン」へ悪影響を及ぼさないこと等から、フィルターで捕捉分離することなく、そのまま燃焼させることが望ましい。これによれば、フィルター（不図示）負荷を大幅に軽減できる。
【００２６】
Ｃ重油や原油、あるいは、廃油等を「バーナー等の燃焼器やエンジン」に供給する際に、従来は、「フィルター」や「トラップ」により、「１００（μｍ）フィルター」「５０（μｍ）フィルター」「１０（μｍ）フィルター」のように多段で処理し、スラッジ等の有害成分の除去を図ってきた。
これに対し、上記構成では、スラッジ等を機器に影響しないレベルの粒径に粉砕し、（イ）「多段フィルター・システム」を不要とし、（ロ）「フィルターの交換寿命の大幅な延長」、（ハ）「廃棄物の大幅削減」を可能とした。
【００２７】
通常のスラッジ成分やトラップ成分が、天然由来の「砂、粘度、岩石、ＳｉＯ2、Ｃ、水」等の非環境汚損物質からなることに着目し、「砂、粘度、岩石、ＳｉＯ2」の硬度の高い成分に関しては、燃料供給ラインの中に粉砕装置を構成し、機器に損傷を与えない粒径となるように粉砕管理することで、フィルター負荷の低減が図られる。
【００２８】
図４は、流体供給システムの別の実施の形態を示す。
上記のように、残渣（廃棄物）を出さない特徴を活用し、飲用液体中の固体成分を微細化して例えば飲料中にマイクロ・ナノ・レベルで有用固形成分を含有できる。
図４において、４１は飲用液体等の材料タンクを示す。材料タンク４１にはフィード・ポンプ４３が接続され、フィード・ポンプ４３にはセパレーター４５が接続されている。フィード・ポンプ４３は、材料タンク４１から固形物混在流体を吸引し、セパレーター４５に吐出する。セパレーター４５では、混在流体を軽質成分と重質成分に分離する。セパレーター４５の底部には、マイクロ・ミルポンプ（ポンプ装置）４７の吸入口４７Ａが接続され、その吐出口４７Ｂは、セパレーター４５の上部４５Ａの再入口４５Ｃに接続されている。セパレーター４５の天部には出口４５Ｅが設けられ、出口４５Ｅは材料タンク４１に接続されている。
なお、フィード・ポンプ４３、セパレーター４５、マイクロ・ミルポンプ４７は、上記実施の形態のものとほぼ同様の構成である。
【００２９】
この構造では、「液体」と「固形物」が混在した食品材料が、フィード・ポンプ４３でセパレーター４５に供給され、規定粒径よりも大きい固形成分（重質成分）は、セパレーター４５で分離、沈降し、ミルポンプ４７で吸引、粉砕され、セパレーター４５に戻される。規定以内の粒径に至った固形物は、飲用液体と共に、軽質成分として、出口４５Ｅから管路４８を経て材料タンク４１に戻される。これを繰り返すと、材料タンク４１中の固形成分は、すべて規定粒径以下となり、例えばミルポンプ４７の回転数を制御すること等で、飲用液体中の固体成分を微細化して飲料中に、マイクロ・ナノ・レベルで有用固形成分を、残渣ゼロで含有できる。
なお、上記構成では、セパレーター４５の出口４５Ｅから材料タンク４１に戻すシステムとしたが、例えば、セパレーター４５の出口４５Ｅから、直接、「瓶詰やボトル充填工程」に供給するようにしてもよい。セパレーター４５の出口４５Ｅからは、セパレーター４５の上部の流速に対応した粒径の固形物しか吐出されないため、規定の粒径の固形物が混在する飲料等の製造を容易におこなうことができる。
【００３０】
図５は、流体供給システムの別の実施の形態を示す。
この実施の形態は、固形成分の粉砕過程で、超臨界二酸化炭素を媒体に利用して、発熱を抑制した粉砕処理システムである。
本システムは、密封した流路構造となっており、回収・超臨界二酸化炭素タンク５１と、フィード・ポンプ５３と、セパレーター５５と、マイクロ・ミルポンプ（ポンプ装置）５７とを有している。超臨界二酸化炭素タンク５１には、流量制御弁６０Ａ，６０Ｂ、高圧圧縮機６１、二酸化炭素が充填された高圧ボンベ６３が接続され、フィード・ポンプ５３とセパレーター５５との間には、粉末対象となる固形成分を貯留した固形成分供給器６５が接続されている。
回収・超臨界二酸化炭素タンク５１や、密封した流路内には、高圧圧縮機６１、流量制御弁６０を介して、高圧ボンベ６３に充填された二酸化炭素が充填されている。
二酸化炭素は、図６に示すように、充填圧力≧７．３８（ＭＰａ）、温度≧３１．１（℃）の条件下で、超臨界状態に移行する。
【００３１】
フィード・ポンプ５３の駆動で、回収・超臨界二酸化炭素タンク５１からセパレーター５３に超臨界二酸化炭素が循環し、該超臨界二酸化炭素中に、セパレーター５３の直前で、固形成分供給器６５から粉末対象の固形成分が適量供給される。
固形成分と超臨界二酸化炭素は、セパレーター５３に入って分離し、重質成分が、マイクロ・ミルポンプ５７に至って粉砕され、セパレーター５３に再び戻される。このセパレーター５３で分離した、マイクロ・ナノ・レベルの粒径の小さい固形成分を一部含んだ軽質成分は、回収・超臨界二酸化炭素タンク５１に戻される。
これを繰り返すと、回収・超臨界二酸化炭素タンク５１中に回収された固形成分が、すべてマイクロ・ナノ・レベルの粒径の粉末となる。この構成によれば、超臨界二酸化炭素（あるいは、液体等）を用いて、粉砕時の発熱を抑制し、固形成分の変性等の物性を変化させることなく、ナノ・レベルの粉砕が可能となる。
【００３２】
フィード・ポンプ５３の循環流量、すなわち循環流速を遅くすれば、粒径の大きい固形成分が、より多くセパレーター５３により捕捉され、セパレーター５３の下部に沈降し、沈降した固形成分が、超臨界二酸化炭素と共に、ミルポンプ５７に吸入・粉砕される。従って、粒径小の粉末体が、回収・超臨界二酸化炭素タンク５１に回収される。一方、フィード・ポンプ５３の循環流量、すなわち循環流速を早くすれば、粒径大の粉末体を、回収・超臨界二酸化炭素タンク５１に回収できる。この構成では、フィード・ポンプ５３の循環流量に対応した「規定の粒径の固形物」が回収・超臨界二酸化炭素タンク５１に回収できる。また、ミルポンプ５７の回転速度を、変速モーター１８で管理することにより、ミルポンプ５７からセパレーター５３に供給する固形成分の粒径を適正に管理することが可能である。このように、本構成では、媒体に超臨界二酸化炭素（あるいは、液体等）を用いるため、粉砕時の発熱を抑制し、固形成分の変性等の物性を変化させることなく、ナノ・レベルの粉砕を可能とする。
【００３３】
粉砕作業の終了後には、流量制御弁６０Ａ，６０Ｂの開閉状態を切り替えることにより、高圧圧縮機６１で、回収・超臨界二酸化炭素タンク５１等の流路内に充填された二酸化炭素を吸引（＝減圧）し、高圧ボンベ６３に充填する。これにより、超臨界二酸化炭素は、気体・二酸化炭素に変わる。二酸化炭素には溶剤性がないため、粉砕処理後は、超臨界二酸化炭素を減圧するのみで、乾燥した粉末を製造できる。媒体に水等を用いた場合と異なり、乾燥工程が不要となり、簡易な工程で、粉末物質を得ることができる。このことから、本構成では、非粉砕材料の物性変化なしでの粉末薬剤等の製造にも適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の一実施の形態を示すシステム図であり、Ａはシステム系統図、Ｂは、図１ＡのＢ−Ｂ断面図である。
【図２】ポンプ装置の断面図である。
【図３】許容スラッジ外径に対する吐出速度を表す図である。
【図４】別の実施の形態を示すシステム系統図である。
【図５】別の実施の形態を示すシステム系統図である。
【図６】二酸化炭素における圧力、温度の変化を示す図である。
【符号の説明】
【００３５】
１  燃料タンク
３  フィード・ポンプ
５  セパレーター
５Ｃ  再入口
７  マイクロ・ミルポンプ（ポンプ装置）
７Ａ  吸入口
７Ｂ  吐出口
１０  ケーシング
１１，１３  歯車
１５  吸込空間
１７  吐出空間
１９  出口配管
４１  材料タンク
５１  回収・超臨界二酸化炭素タンク
６０Ａ，６０Ｂ  流量制御弁
６１  高圧圧縮機
６３  高圧ボンベ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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