(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液体を気体により破砕微粒化して液体の微粒子を発生させる微粒子発生ノズルと、前記微粒子発生ノズルにより発生させた微粒子を分別する分別容器と、前記分別容器において微粒子から分別された超微粒子を吐出させる吐出部とを備える超微粒子発生装置であって、
前記分別容器は、前記微粒子発生ノズルにより発生させた微粒子を、この分別容器の下部まで導く整流部材と、
前記整流部材により分別容器の下部まで導かれた微粒子の浮上を抑制し、微粒子の選別を行う微粒子選別プレートと、を備え、
前記微粒子選別プレートは、前記分別容器内部を上下に分割するよう前記分別容器内に上下に複数枚配置されると共に、浮上する微粒子が通過する複数の微粒子通過孔をそれぞれ有し、
下側に位置する前記微粒子選別プレートに設けられた前記微粒子通過孔の大きさが、上側に位置する前記微粒子選別プレートに設けられた前記微粒子通過孔の大きさに比較して大きいことを特徴とする超微粒子発生装置。
【請求項２】
前記分別容器内の微粒子を上昇させるための二次気体を前記分別容器内に供給する二次気体供給手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の超微粒子発生装置。
【請求項３】
前記微粒子発生ノズルに供給される液体の量を調整する液量調整手段と、前記微粒子発生ノズルに供給される気体の圧力を調整するノズル供給気体圧調整手段と、前記分別容器内に供給される二次気体の圧力を調整する二次気体圧調整手段とを更に備え、
前記微粒子発生ノズルに供給される液体の量及び気体の圧力を調整すると共に、前記分別容器内に供給される二次気体の圧力を調整することにより、前記吐出部から吐出される超微粒子の量及び粒子径を制御することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の超微粒子発生装置。
【請求項４】
前記吐出部から吐出される超微粒子に対して電荷を供給する電荷供給手段を更に備えることを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載の超微粒子発生装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、水、薬液、油類、樹脂及び溶剤等の液体の超微粒子を発生させる超微粒子発生装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、液体の超微粒子を発生させる方法として、超微量の液体を多量の気体により破砕微細化する方法、加熱蒸発を利用した微粒子を得る方法、超音波振動により微粒子を得る方法等が知られている。ここで超微量の液体を多量の気体により破砕微細化する方法を利用した超微粒子発生装置には、液体を気体により破砕微細化する二流体ノズルを用いたものが存在する。この二流体ノズルにおいては、水、薬液等の液体をノズルの先端部の液体噴出部から噴出させると共に、空気等の気体を液体噴出部の周囲の設けられた気体噴出部より噴出させることにより二流体を混合噴射させ、液体を気体により破砕微細化して液体の微粒子を得ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、液体を気体により破砕微細化し、液体の微粒子を得る方法においては、平均粒子径５μｍ以下の均一な粒子径の微粒子を得ることは困難であり、微粒子の平均粒子径と最大粒子径、最小粒子径の差が大きくなる。即ち、図８は、従来の二流体ノズルを用いて、水の微粒子を発生させた場合（二流体ノズルに供給される気体の圧力：０．５ＭＰａ、二流体ノズルに供給される液体の量：１０ｍｌ／ｍｉｎ）の、粒子径と、その存在割合を示す図である。この図に示すように発生した微粒子の粒子径は、一定の範囲に分布している。
【０００４】
この発明の課題は、均一な粒子径を有する超微粒子を発生させることができる超微粒子発生装置を提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
請求項１記載の超微粒子発生装置は、液体を気体により破砕微粒化して液体の微粒子を発生させる微粒子発生ノズルと、前記微粒子発生ノズルにより発生させた微粒子を分別する分別容器と、前記分別容器において微粒子から分別された超微粒子を吐出させる吐出部とを備える超微粒子発生装置であって、前記分別容器は、前記微粒子発生ノズルにより発生させた微粒子を、この分別容器の下部まで導く整流部材と、前記整流部材により分別容器の下部まで導かれた微粒子の浮上を抑制し、微粒子の選別を行う微粒子選別プレートと、を備え、前記微粒子選別プレートは、前記分別容器内部を上下に分割するよう前記分別容器内に上下に複数枚配置されると共に、浮上する微粒子が通過する複数の微粒子通過孔をそれぞれ有し、下側に位置する前記微粒子選別プレートに設けられた前記微粒子通過孔の大きさが、上側に位置する前記微粒子選別プレートに設けられた前記微粒子通過孔の大きさに比較して大きいことを特徴とする。
【０００７】
また、請求項２記載の超微粒子発生装置は、前記分別容器内の微粒子を上昇させるための二次気体を前記分別容器内に供給する二次気体供給手段を更に備えることを特徴とする。
【０００８】
この請求項１または請求項２に記載の超微粒子発生装置によれば、微粒子発生ノズルにより発生された微粒子は、整流部材により分別容器の下部まで導かれる。分別容器の下部まで導かれた微粒子は、微粒子選別プレートにより浮上を抑制されつつ、微粒子選別プレートに設けられた複数の微粒子通過孔を通って、徐々に分別容器内を浮上する。この間に粒子径の大きい微粒子は、分別容器の底部落下し、吐出部から均一な粒子径を有する超微粒子が吐出される。
【０００９】
また、請求項３記載の超微粒子発生装置は、前記微粒子発生ノズルに供給される液体の量を調整する液量調整手段と、前記微粒子発生ノズルに供給される気体の圧力を調整するノズル供給気体圧調整手段と、前記分別容器内に供給される二次気体の圧力を調整する二次気体圧調整手段とを更に備え、前記微粒子発生ノズルに供給される液体の量及び気体の圧力を調整すると共に、前記分別容器内に供給される二次気体の圧力を調整することにより、前記吐出部から吐出される超微粒子の量及び粒子径を制御することを特徴とする。
【００１０】
この請求項３記載の超微粒子発生装置によれば、微粒子発生ノズルに供給される液体の量及び気体の圧力を調整すると共に、分別容器内に供給される二次気体の圧力を調整することにより、所望の量の超微粒子を吐出部から吐出させることができると共に、所望の粒子径を有する超微粒子を吐出部から吐出させることができる。
【００１１】
また、請求項４記載の超微粒子発生装置は、前記吐出部から吐出される超微粒子に対して電荷を供給する電荷供給手段を更に備えることを特徴とする。
【００１２】
この請求項４記載の超微粒子発生装置によれば、吐出部から吐出される超微粒子に電荷を供給することにより帯電させることができる。従って、噴霧、塗布しようとする対象物への付着効率を向上させることができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して、この発明の実施の形態にかかる超微粒子発生装置について説明する。
【００１４】
図１は、この発明の実施の形態にかかる超微粒子発生装置の構成図である。この超微粒子発生装置２は、下端部が閉じ上端部に蓋部１０ａを有する円筒形状の微粒子分別容器１０を備えている。この微粒子分別容器１０の蓋部１０ａには、液体を気体により破砕微細化する二流体ノズル（微粒子発生ノズル）１２が設けられている。ここで二流体ノズル１２は、ノズルの先端部に設けられた液体噴出口から噴出された液体の外周部に対して気体噴出口から気体を噴出させ、液体を気体により破砕微細化することにより液体の微粒子を噴出させるものである。
【００１５】
微粒子分別容器１０内には、二流体ノズル１２により発生された微粒子を微粒子分別容器１０の下部まで整流して導く整流コーン(整流部材)１４が設けられている。ここで整流コーン１４の上部の開口部には、二流体ノズル１２の先端部が配置されている。また、微粒子分別容器１０内には、二次気体用コンプレッサ１６から延びる二次気体供給管１８が配置されており、二次気体用コンプレッサ１６からの二次気体は、整流コーン１４の下部の開口部付近に供給される。また、微粒子分別容器１０内には、整流コーン１４により微粒子分別容器１０の下部まで導かれた微粒子の浮上を抑制し、微粒子の選別を行う３枚の微粒子選別プレート２０，２２，２４が設けられている。
【００１６】
図２に示すように、微粒子選別プレート２０は、中央部に整流コーン１４が貫通する開口部２０ａが設けられた円板形状を有するプレート状部材であり、多数の微粒子通過孔２０ｂが設けられている。また、図３に示すように、微粒子選別プレート２２は、中央部に整流コーン１４が貫通する開口部２２ａが設けられた円板形状を有するプレート状部材であり、多数の微粒子通過孔２２ｂが設けられている。なお、微粒子通過孔２２ｂは、微粒子選別プレート２０の微粒子通過孔２０ｂの大きさよりも大きく形成されている。更に図４に示すように、微粒子選別プレート２４は、中央部に整流コーン１４が貫通する開口部２４ａが設けられた円板形状を有するプレート状部材であり、多数の微粒子通過孔２４ｂが設けられている。なお、微粒子通過孔２４ｂは、微粒子選別プレート２２の微粒子通過孔２２ｂの大きさよりも大きく形成されている。
【００１７】
微粒子分別容器１０の底部には、液体貯留容器２６に連通する液体排出口１０ｂが設けられている。微粒子分別容器１０の底部にたまった液体は、液体排出口１０ｂから排出され液体貯留容器２６内に貯留される。
【００１８】
また、微粒子分別容器１０の蓋部１０ａには、微粒子分別容器１０内において微粒子から分別された超微粒子を吐出する吐出部２８が設けられている。ここで、吐出部２８は、微粒子分別容器１０の蓋部１０ａ取付けられた噴霧口取付部２８ａ、噴霧口取付部２８ａに接続された噴霧誘導管２８ｂ及び噴霧誘導管２８ｂの先端部に設けられた噴霧口２８ｃにより構成されている。
【００１９】
また、液体貯留容器２６と二流体ノズル１２との間には、液体を二流体ノズル１２へ供給するための液体供給管３０が設けられている。この液体供給管３０には、二流体ノズル１２への液体供給量を調整するためのニードル弁３２が設けられている。なお、二流体ノズル１２へは、液体貯留容器２６以外からも分岐供給管３０ａを介して液体を供給することができる。また、ノズル供給用コンプレッサ３４と二流体ノズル１２との間には、ノズル用気体を二流体ノズル１２へ供給するための気体供給管３６が設けられている。
【００２０】
次に、この超微粒子発生装置２による超微粒子の発生処理について説明する。なお、以下の説明においては、二流体ノズル１２に水を供給すると共に、ノズル用気体及び二次気体として空気を供給する場合を例として説明する。
【００２１】
この超微粒子発生装置２においては、ノズル供給用コンプレッサ３４から気体供給管３６を介して二流体ノズル１２に空気（ノズル用気体）が供給されると、この空気が二流体ノズル１２の先端部の気体噴出口から噴出され、この噴出力により液体貯留容器２６内の水が吸上げられ、液体供給管３０を介して二流体ノズル１２に供給される。
【００２２】
二流体ノズル１２においては、液体噴出口から噴出される水が気体噴出口から噴出される空気により破砕微細化されて、水の微粒子が噴出される。この二流体ノズル１２から噴出された水の微粒子は、整流コーン１４内を通って微粒子分別容器１０の下部まで導かれる。一方、二次気体用コンプレッサ１６からの空気（二次気体）が二次気体供給管１８を介して整流コーン１４の下部の開口部付近に供給される。
【００２３】
微粒子分別容器１０の下部まで導かれた微粒子は、二流体ノズル１２から噴出された空気（ノズル用気体）及び二次気体による上昇流により、微粒子選別プレート２０，２２，２４により浮上を抑制されつつ、微粒子選別プレート２０，２２，２４に設けられた微粒子通過孔２０ｂ，２２ｂ，２４ｂを通って、徐々に微粒子分別容器１０内を浮上する。即ち、まず微粒子選別プレート２４を通過した微粒子は、微粒子選別プレート２２により浮上が抑制され、微粒子選別プレート２４と微粒子選別プレート２２の間に所定の粒子径を有する微粒子が滞留する。ここで粒子径の大きい微粒子は、重力により微粒子分別容器１０の底部に落下する。
【００２４】
また、微粒子選別プレート２２を通過した微粒子は、微粒子選別プレート２０により浮上が抑制され、微粒子選別プレート２２と微粒子選別プレート２０の間に所定の粒子径を有する微粒子が滞留する。ここで粒子径の大きい微粒子は、重力により微粒子分別容器１０の底部に落下する。なお、微粒子選別プレート２２と微粒子選別プレート２０の間に滞留する微粒子の粒子径は、微粒子選別プレート２４と微粒子選別プレート２２の間に滞留する微粒子の粒子径よりも小さくなっている。
【００２５】
このようにして微粒子が微粒子分別容器１０内を浮上するにしたがい、粒子径の大きい微粒子は、微粒子分別容器１０の底部に落下し、均一な粒子径の超微粒子のみが微粒子分別容器１０の吐出部２８から吐出される。なお、微粒子分別容器１０の底部にたまった水は、液体排出口１０ｂから排出され液体貯留容器２６に貯留され再利用される。
【００２６】
この超微粒子発生装置２において、発生させる超微粒子の粒子径を変化させる場合には、二流体ノズル１２に供給される空気（ノズル用気体）の圧力及び微粒子分別容器１０内に供給される二次気体の圧力を調整する。即ち、ノズル供給用コンプレッサ３４を制御して、二流体ノズル１２に供給される空気（ノズル用気体）の圧力を高くすると吐出部２８から吐出される超微粒子の粒子径が小さくなり、二流体ノズル１２に供給される空気（ノズル用気体）の圧力を低くすると吐出部２８から吐出される超微粒子の粒子径が大きくなる。即ち、二流体ノズル１２に供給される空気（ノズル用気体）の圧力を高くすると二流体ノズル１２から噴出される微粒子の粒子径が小さくなることから、超微粒子発生装置２の吐出部２８から吐出される超微粒子の粒子径が小さくなる。
【００２７】
また、二次気体用コンプレッサ１６を制御して微粒子分別容器１０内に供給される空気（二次気体）の圧力を高くすると吐出部２８から吐出される超微粒子の粒子径が小さくなり、空気（二次気体）の圧力をを低くすると吐出部２８から吐出される超微粒子の粒子径が大きくなる。即ち、二次気体の圧力を高くすると微粒子選別プレート２０，２２，２４に設けられた微粒子通過孔２０ｂ，２２ｂ，２４ｂを通過する微粒子の量が多くなることから、粒子径の大きい微粒子は通過しづらくなり、粒子径の小さい微粒子が微粒子選別プレート２０，２２，２４に設けられた微粒子通過孔２０ｂ，２２ｂ，２４ｂを通過して浮上するため、超微粒子発生装置２の吐出部２８から吐出される超微粒子の粒子径が小さくなる。なお、二次気体の圧力を調整することにより吐出部２８から吐出される超微粒子の粒子径の均一度を高めることができる。
【００２８】
また、微粒子分別容器１０の吐出部２８から吐出される超微粒子の量を増加させるためには、液体供給管３０に設けられているニードル弁３２を調整する。即ち、ニードル弁３２を調整して二流体ノズル１２に供給される水の量を多くすることにより、吐出部２８から吐出される超微粒子の量を増大させることができ、ニードル弁３２を調整して二流体ノズル１２に供給される水の量を少なくすることにより、吐出部２８から吐出される超微粒子の量を減少させることができる。
【００２９】
この実施の形態にかかる超微粒子発生装置２によれば、省エネルギで、即ち、二流体ノズル１２に空気を供給すると共に微粒子分別容器１０内に空気（二次気体）を供給するだけで、微粒子を微粒子径（質量）で分別し、５μｍ以下の均一な粒子径を有する水の超微粒子を発生させることができる。また、二流体ノズル１２に供給される水の量及び空気の圧力を調整すると共に、微粒子分別容器１０内に供給される空気(二次気体)の圧力を調整することにより、所望の量の超微粒子を吐出部２８から吐出させることができると共に、所望の粒子径を有する超微粒子を吐出部２８から吐出させることができる。
【００３０】
また、この超微粒子発生装置２において、均一な粒子径を有する超微粒子を発生させることができるため、今日まで高度な技術が必要とされていた殺菌、殺虫、消臭、超薄膜コーティング、造粒、燃焼等超微粒子を必要とする分野において安価に利用することができる。
【００３１】
なお、上述の実施の形態の微粒子分別容器１０の吐出部２８から吐出される超微粒子に電荷を供給するようにしてもよい。即ち、図５に示すように、電源装置４０により所望の直流高電圧を吐出部２８の噴霧口２８ｃに給電し、吐出部２８から吐出される超微粒子に電荷を供給して帯電させる。このようにして超微粒子を帯電させることにより、噴霧、塗布しようとする対象物への超微粒子の付着効率を向上させることができる。
【００３２】
また、上述の実施の形態の超微粒子発生装置においては、二流体ノズルに水を供給して水の超微粒子を発生させているが、二流体ノズルに薬液、油類、溶剤、樹脂等を供給して、薬液、油類、溶剤、樹脂等の超微粒子を発生させるようにしてもよい。
【００３３】
次に、この超微粒子発生装置２において発生させた超微粒子の粒子径及び粒子径毎の存在割合の測定結果を示す。図６は、二流体ノズル１２に供給される空気の圧力を０．３ＭＰａ、二流体ノズル１２に供給される液体の量を１０ｍｌ／ｍｉｎとし、微粒子分別容器１０内に所定の圧力の二次気体(空気)を供給し、超微粒子発生装置２により発生される超微粒子の粒子径と、その存在割合を測定した結果を示す図である。この図に示すように発生した超微粒子は、粒子径が３．９〜５．０μｍのものが１００％であり、均一な粒子径を有する超微粒子を発生させることができることが確認できた。
【００３４】
また、図７は、二流体ノズル１２に供給される空気の圧力を０．５ＭＰａ、二流体ノズル１２に供給される液体の量を１０ｍｌ／ｍｉｎとし、微粒子分別容器１０内に、図６に示す場合よりも高い所定の圧力の二次気体(空気)を供給し、超微粒子発生装置２により発生される超微粒子の粒子径と、その存在割合を測定した結果を示す図である。この図に示すように発生した超微粒子は、粒子径が１．８〜２．７μｍのものが９６．１％であり、二次気体の圧力を高くすることにより、超微粒子の粒子径を小さくすることができることが確認できた。
【００３５】
【発明の効果】
この発明によれば、分別容器内の微粒子は、微粒子選別プレートにより浮上を抑制されつつ、微粒子選別プレートに設けられた微粒子通過孔を通って、徐々に分別容器内を浮上する。この間に粒子径の大きい微粒子は、分別容器の底部に落下し、吐出部から均一な粒子径を有する超微粒子が吐出される。
【００３６】
また、微粒子発生ノズルに供給される液体の量及び気体の圧力を調整すると共に、分別容器内に供給される二次気体の圧力を調整することにより、所望の量の超微粒子を吐出部から吐出させることができると共に、所望の粒子径を有する超微粒子を吐出部から吐出させることができる。
【００３７】
また、吐出部から吐出される超微粒子に電荷を供給することにより帯電させることができるため、噴霧、塗布しようとする対象物への付着効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態にかかる超微粒子発生装置の概略構成図である。
【図２】この発明の実施の形態にかかる微粒子選別プレートを示す図である。
【図３】この発明の実施の形態にかかる微粒子選別プレートを示す図である。
【図４】この発明の実施の形態にかかる微粒子選別プレートを示す図である。
【図５】この発明の実施の形態において吐出部に対して電荷を供給するための構成を説明するための図である。
【図６】この発明の実施の形態にかかる超微粒子発生装置により発生させた超微粒子の粒子径及び粒子径毎の存在割合の測定結果を示す図である。
【図７】この発明の実施の形態にかかる超微粒子発生装置により発生させた超微粒子の粒子径及び粒子径毎の存在割合の測定結果を示す図である。
【図８】二流体ノズルにより発生させた超微粒子の粒子径及び粒子径毎の存在割合の測定結果を示す図である。
【符号の説明】
２…超微粒子発生装置、１０…微粒子分別容器、１２…二流体ノズル、１４…整流コーン、１６…二次気体用コンプレッサ、２０，２２，２４…微粒子選別プレート、２６…液体貯留容器、２８…吐出部、３２…ニードル弁、３４…ノズル供給用コンプレッサ、４０…電源装置。
【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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【図７】
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【図８】
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