(57)【要約】  本発明は、気体媒体及び液体媒体の両方において、異なる粘性を有する液体から液滴を生成しうる装置に関係する。本発明のシステムは、可動部がなく、モジュラーアーキテクチャを有し、気体媒体と液体の両方で使用できるノズルによって特徴付けられる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ノズルを使って異なる粘性を有する液体から個々の液滴を生成する装置であって、
前記液滴が生成されるべき材料が圧縮空気によって少なくとも1台の容器からノズルの内部の少なくとも1本の毛細管内に圧入され、液滴の分離又は吐出が、前記ノズル内の前記毛細管に、同心円状に送られる気流と液体搬送毛細管自体に液体流の中断を生じさせる圧縮空気のジェットの両方を用いて実現されることを特徴とする装置。
【請求項２】
請求項1に記載の方法に従って動作し、
ノズルと、
液滴が生成されるべき前記材料のための貯蔵器と、
前記貯蔵器に圧縮空気を供給する自動制御システムと、
前記ノズル内で前記液滴の分離を引き起こす同心円状の前記気流を制御する制御要素と、
前記毛細管の内部で液体カラムに中断を発生させる圧縮空気のジェットのための制御装置及び制御弁と、
のうちの1つ以上の主要なコンポーネントを備えることを特徴とする、請求項1に記載の装置。
【請求項３】
図2aに従って動作し、及び／又は、コンポーネントが図2aに従って配置され、及び／又は、互いに接続されることを特徴とする、請求項1又は2に記載の装置。
【請求項４】
図2bに従って動作し、及び／又は、コンポーネントが図2bに従って配置され、及び／又は、互いに接続されることを特徴とする、請求項1乃至3のいずれか１項に記載の装置。
【請求項５】
ノズルを用いて気体媒体内で液滴が生成されることを特徴とする、請求項1乃至4のいずれか１項に記載の装置。
【請求項６】
ノズルを用いて液体媒体内で液滴が生成されることを特徴とする、請求項1乃至5のいずれか１項に記載の装置。
【請求項７】
図1に従って動作するノズルを備え、及び／又は、前記ノズルのコンポーネントが図1に従ってセットアップされ、配置され、及び／又は、互いに接続されることを特徴とする、請求項1乃至6のいずれか１項に記載の装置。
【請求項８】
生成された前記液滴が、化学的に、たとえば、塩の影響によって沈殿されることを特徴とする、請求項1乃至7のいずれか１項に記載の装置。
【請求項９】
生成された前記液滴が、物理的に、たとえば、温度変化によって沈殿されることを特徴とする、請求項1乃至8のいずれか１項に記載の装置。
【請求項１０】
前記沈殿された液滴が固定されるべき前記材料を含むことを特徴とする、請求項1乃至9のいずれか１項に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気体媒体及び液体媒体の両方において、異なる粘性を有する液体から液滴を生成しうる装置に関係する。本発明のシステムは、可動部がなく、モジュラーアーキテクチャを有するノズルによって特徴付けられる。液体は毛細管によってノズルの内部を通される。気体環境では、滴分離はノズルの内部中心の毛細管に、同心円状に通される気流によって実現される。気体媒体内で液滴は、毛細管自体における液体流の中断を生じさせる圧縮空気のジェットによって噴出される。
【背景技術】
【０００２】
技術的な実務では、異なる液体から個々の液滴を生成することがしばしば必要とされる。これを達成する最も簡単かつ最も広く知られた方法は、適当なノズルを用いて噴霧することである。このようなノズルは多種多様な構造のものが市販されており、その範囲は、簡単なスプレーヘッド又は芝生散水機から、機械エンジニアリング、又は、塗装及びワニス塗りの分野におけるハイテク開発に至る。これらのシステムのすべては、個別に影響されることがなく、また、より厳密に画定されることがない無数の液滴により形成されたスプレーミスト、又は、少なくともスプレージェットを生成するように構成される。
【０００３】
しかし、化学的硬化又は物理的硬化を用いて球状粒子を得るために正確に画定された液滴を生成することが望まれるならば、上記のシステムは、生成される個々の液滴の点で不正確であるため、使用に適さない。このような目的のため、その後に分解されて画定されたサイズをもつ個々の液滴を形成する、精密な液体ジェットを生成する能力を備えたシステムが適用される。
【０００４】
これらのシステムのすべてにおいて、液体ジェットは毛細管オリフィスの中を通して液体出発材料を押すことにより生成される。これらのジェットが個々の液滴に分離される方法に僅かの差が見られるのみである。
【０００５】
この目的のための方法は以下の二つのグループ、つまり、
1．液体ジェットに軸方向の運動の他に回転又は振動のようなその他の運動が加えられる方法、及び、
2．液体ジェットに軸方向の流れ運動の他に付加的な運動が加えられない方法
に大別される。
【０００６】
第1のカテゴリーでは、ジェットは遠心力又は共振によってそれぞれ分離され、第2のカテゴリーでは、通常気体媒体である付加的な媒体の軸方向の影響によって分離される。本発明は第2のグループに属する。
【０００７】
技術文献では、液体から個々の液滴を生成する役目を果たすシステムは多数の箇所で見つけられる。それらのうちの一部のみを実例として以下に記載することとする。
【０００８】
たとえば、F．LimとA．Sunは、雑誌“Science”、第210巻、ページ908−910、1980において、滴が気流によって分離される毛細管を使用する方法について説明している。これにより、非常に狭いサイズ分布をもつ約200μm乃至約2mmのカプセルサイズが得られる。しかし、この刊行物は、主としてセルのカプセル化の方法に関するものであり、液滴の生成のための完全な実験装置はこの刊行物中に記載されていない。
【０００９】
液滴の生成のための別の方法は、数本の毛細管が振動させられ、液体ジェットの個々の液滴への分離を引き起こす、ドイツ国特許出願第3836894号に記載されている方法である。この場合も、同様に、得られたカプセルは、約200μm乃至約2mmの直径を有し、カプセルの生産性は上記のノズルの生産性より明らかに高いが、サイズ分布が非常に広がる。さらに、このシステムは新たな適用毎に再調整を必要とする。
【００１０】
これらのシステムのすべては、多くの場合に可動部をさらに備える液滴生成装置だけを常に利用する。このため、フレキシビリティは大きく制限されるか、又は、保守及び取り扱いの費用が増加する。さらに、液滴は常に落下距離を必要とするので、これらのシステムのすべては気体媒体だけで機能する。したがって、それらは液体においてはそのままでは使用できない。
【００１１】
別のカテゴリーはいわゆるY型ノズルである。Y型ノズルは、毛細管内で生成された液体カラムは毛細管の内部でパルス状の気流によって中断されるという原理に従って機能する。これにより、液滴が放出される。
【００１２】
このようなシステムは、たとえば、出願PCT／EP99／01673（WO99／47906）に記載されている。その装置は、Y型管状構造を利用する。液体は第1のY分岐の中を通して送られる。管内部の液体カラムは、第2のY分岐によって送られる気流によって中断させられる。この発明によれば、この構造は気体媒体内での動作のために設計される。
【００１３】
類似した動作原理の基礎になるのは日本国出願第08252913号である。しかし、一方のY分岐は、この場合、振動プレートによって密閉され、液体はもう一方のY分岐によって供給される。このようにして、システムは、付加的な空気なしで動作する。滴は振動プレートにより発生された圧力によって放出される。この装置は、同様に、気体媒体内での使用のために設計される。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
上記の従来技術に基づいて、本発明の目的は、上記の2つの動作原理を組み合わせるノズル、すなわち、ノズルの内部の同心円状の気流と、液体搬送毛細管自体における液体流の中断の両方によって達成される滴分離で動作する装置を提供することである。さらに、ノズルは、気体媒体と液体媒体の両方で使用するために設計される。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明によれば、装置又はシステムは、それぞれ、2つの部分、すなわち、ノズルと、媒体供給及びノズルの制御の役目をする付加的な制御コンポーネントを備える周辺装置とに分割される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
ノズルは図1に従って組み立てられる。ノズルは、液体に直接適用してもよく、すなわち、液滴のための落下の距離なしで適用してもよい。このことは、何よりも殺菌の要件に関して有利である。部品Aは、内部の穴と、先細りとなった前方部分により毛細管を形成するように設計される。液体はホース継手1を介してこの毛細管に圧入される。ホース継手2が設けられ、圧縮空気の供給の役目を果たす第2の導管は、この穴と垂直に配置される。液体がここでホース継手1を介して部品Aの中に圧入されるならば、液滴を吐出する液体流の中断は、ホース継手2を介して導管に供給される圧縮空気パルスによって発生させられる。その上、空気は液体搬送毛細管（部品A）とおおよそ同心円状である部品Cを介して部品Bの内部に送られる。これにより、液滴分離は、ホース継手2を介して供給される空気パルスなしでも達成される。得られる液滴の直径は部品Cを介して供給される気流に反比例する。
【００１７】
したがって、ノズルの使用に依存して、以下の異なる2つの動作原理が実現される。
1．気体媒体では、ノズルは液滴分離が部品Cを介して部品Bの内部に送られる同心円状の気流によって達成されるように動作する。これに先立ち、ホース継手2は、対応する弁位置によって、又は、機械的にシーリング要素によって閉じられる。
2．液体媒体では、部品Bは部品Cと一緒にねじって外され、部品Aの出口開口が液体、たとえば、生成された液滴のための沈殿剤に完全に沈められる。継手2によって供給される空気パルスによって引き起こされる液体ジェットの中断の結果として、液滴は沈殿剤に発射される。
【００１８】
図2aは、気体媒体で使用される図1のノズルを備える本発明のシステムを示す。適当な方法で弁PVを作動することにより、ノズル上の継手2が閉じられる。代替的に、ホース継手2は適当なシーリング要素によって閉じられる。
【００１９】
この構成において、ノズルは以下の通り動作する。貯蔵部には、圧力制御弁DR、マノメーター、及び、停止弁BVを備える自動制御システムを用いて圧力が加えられる。この容器は、液滴に変化させられるべき液体材料を収容する。圧力の影響下で、液体はノズルの毛細管の中に圧入される。毛細管での液滴の分離を制御する気流は、制御弁RVによって調整され、メーター管で測定される。メーター管の内部の断面が縮小されることにより、管の中を流れる気流に依存する圧力差が発生する。この圧力差はメーター管の両方の継手部品に接続された差圧ゲージによって検出される。気流が強くなるにつれて、得られる液滴が小さくなる。この構成によれば、さらに、周波数発生器及び弁PV（シーリング要素による第2のノズル開口の閉鎖）は要求されない。
【００２０】
しかし、これらの部品は、図2bに示されるように、ノズルが液体媒体で使用されるときには不可欠である。この場合、ノズル出口開口は、容器1内に入れられた、液滴が生成されるべき液体のための沈殿剤に完全に沈められる。自動制御システム2によって制御され、弁PV及び周波数発生器によってパルス状にされた空気は、その結果、ノズルの内部で液体流を遮断し、液滴を沈殿剤へ発射する。液滴が生成されるべき液体の、ノズルを通じての供給は、図2aと対応した自動制御システム1によって制御される。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図1はノズルの組み立てを説明する図である。
【図２ａ】図2aは、気体媒体で使用される図1のノズルを備える本発明のシステムを示す図である。
【図２ｂ】図2bは、液体媒体で使用される図1のノズルを備える本発明のシステムを示す図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【国際調査報告】
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