(57)【要約】 【課題】  従来より乳化性能が向上し、実用に適した乳化が行える微粒化装置の提供。【解決手段】  微粒化装置において、ノズル手段が、第１の円形衝突壁面を有する略円盤状の第１ノズル部材と、該第１の円形衝突壁面に対して所定間隙をもって平行に対面しその間隙内に衝突空間を形成する第２の円形衝突壁面を有する略円盤状の第２ノズル部材とを備え、前記間隙内に前記第１と第２の衝突壁面の外周から中心方向へ向かって逆放射状に高圧流体を供給する供給流路を備え、第２ノズル手段の第２の衝突壁面の中央位置に一端側開口が形成され該衝突壁面に対して垂直方向に沿って設けられた貫通孔が、供給流路から供給されて前記衝突空間の中心位置で衝突した流体を前記開口から導入し他端側で噴射するものとした。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
微粒化対象素材を含む高圧流体同士を衝突させるノズル手段を備えた微粒化装置において、
前記ノズル手段が、第１の円形衝突壁面を有する略円盤状の第１ノズル部材と、前記第１の円形衝突壁面に対して所定間隙をもって平行に対面しその間隙内に衝突空間を形成する第２の円形衝突壁面を有する略円盤状の第２ノズル部材とを備え、
第２ノズル手段は、前記第２の衝突壁面の中央位置に一端側開口が形成され該衝突壁面に対して垂直方向に沿って設けられた貫通孔を有し、
前記間隙内に前記第１と第２の衝突壁面の外周から中心方向へ向かって逆放射状に高圧流体を供給する供給流路を備え、
前記貫通孔が、前記供給流路から供給され前記衝突空間の中心位置で衝突した流体を前記開口から導入し他端側で噴射するものであることを特徴とする微粒化装置。
【請求項２】
前記第１と第２のノズル部材は、それぞれ円形衝突壁面の周縁部に、外周方向へ拡径状態で所定角度傾斜するテーパ面を有し、第１ノズル部材のテーパ面と第２ノズル部材のテーパ面とが、前記高圧流体を前記間隙へ導入する導入開口を形成することを特徴とする請求項１に記載の微粒化装置。
【請求項３】
前記第１と第２のノズル部材は、少なくとも第１と第２の円形衝突壁面に中央領域を含む一部がダイヤモンドからなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の微粒化装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ノズル手段により対象素材を含む高圧流体同士を衝突させる微粒化装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、固体粒子の分散、乳化を含む微粒化処理には、対象素材を含む噴流同士の衝突を利用した装置が用いられている。このような装置としては、例えば、高圧ポンプにより加圧された流体を一対以上のノズル手段でチャンバー内で対向方向に噴射させ、互いに衝突させてその衝撃エネルギー、キャビテーションにより分散、乳化などを行う微粒化装置がある（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
【特許文献１】特許第３１５１７０６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、高圧流体同士の対向衝突を利用したものでは、固体粒子の粉砕、分散には効果的であるが、乳化には、衝突力よりも、撹拌力や壁面との剪断力による方が大きく作用するものであり、効率的に良好な乳化を行うには、このような剪断力が得られる方法が望まれる。
【０００５】
そこで、高圧流体を狭く長い流路内を通過させることによってその際の剪断力で乳化を行う微粒化装置もあるが、この方式では流路抵抗が大きくて処理できる流体量が大幅に規制され、例えば、十分な乳化に必要な剪断力を得るための流路径では２Ｌ／min 以上の流量を実施できず、効率的な乳化処理が困難で実用に適さないものであった。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題点に鑑み、従来より乳化性能が向上し、実用に適した乳化処理が可能な微粒化装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１に記載の発明に係る微粒化装置は、微粒化対象素材を含む高圧流体同士を衝突させるノズル手段を備えた微粒化装置において、前記ノズル手段が、第１の円形衝突壁面を有する略円盤状の第１ノズル部材と、前記第１の円形衝突壁面に対して所定間隙をもって平行に対面しその間隙内に衝突空間を形成する第２の円形衝突壁面を有する略円盤状の第２ノズル部材とを備え、第２ノズル手段は、前記第２の衝突壁面の中央位置に一端側開口が形成され該衝突壁面に対して垂直方向に沿って設けられた貫通孔を有し、前記間隙内に前記第１と第２の衝突壁面の外周から中心方向へ向かって逆放射状に高圧流体を供給する供給流路を備え、前記貫通孔が、前記供給流路から供給され前記衝突空間の中心位置で衝突した流体を前記開口から導入し他端側で噴射するものである。
【０００８】
また、請求項２に記載の発明に係る微粒化装置は、請求項１に記載の微粒化装置において、前記第１と第２のノズル部材は、それぞれ円形衝突壁面の周縁部に、外周方向へ拡径状態で所定角度傾斜するテーパ面を有し、第１ノズル部材のテーパ面と第２ノズル部材のテーパ面とが、前記高圧流体を前記間隙へ導入する導入開口を形成するものである。
【０００９】
さらに、請求項３に記載の発明に係る微粒化装置は、請求項１又は請求項２に記載の微粒化装置において、前記第１と第２のノズル部材は、少なくとも第１と第２の円形衝突壁面の中央領域を含む一部がダイヤモンドからなることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の微粒化装置においては、２つの円形衝突壁面の間の間隙を衝突空間とし、該間隙内に、外周から中心に向けて逆放射状に処理対象素材を含む高圧流体を送り、中心位置に集めて衝突させ、一方の壁面中央に開口している貫通孔から噴射させるものであるため、両衝突壁面間の間隙を半径方向に進む高圧流体に剪断力が加わり、その後衝突して噴射されるものであるため、通常のノズルから噴射される流体同士を対向衝突させるだけの場合よりも良好に乳化が行われ、また、剪断力を作用させるために高圧流体が通過させられる流路が前記円形衝突壁面の間という、従来の狭くて長い流路を通過させる場合にくらべて非常に広い領域であるので、乳化処理効率が大幅に向上し、実用に適した優れた乳化性能を有する微粒化装置が実現できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明は、特に乳化性能の向上を目指した微粒化装置であり、本発明で云う微粒化とは、固体粒子の微粉砕や、分散、乳化を含むものである。本発明は、まず素材を含む流体を乳化処理するためのノズル手段として、第１の円形衝突壁面を有する略円盤状の第１ノズル部材と、第２の円形衝突壁面を有する略円盤状の第２ノズル部材とから構成されるものを備えた微粒化装置である。
【００１２】
第１の円形衝突壁面と第２の円形衝突壁面とは、互いに所定間隔をもって平行に対面し、これら両壁面の間の間隙内に衝突空間が形成されるものであり、この間隙内に供給流路によって高圧流体が外周から中心に向かって逆放射状に供給されるものである。従って、間隙内に供給された高圧流体は、間隙内を半径方向に沿って外周から中心部へ通過することによって剪断力が加えられてから、中心位置に集まって互いに衝突し、第２の円形衝突壁面の中央に開口する貫通孔から噴射されるものである。
【００１３】
このような本発明の微粒化装置におけるノズル手段によれば、素材を含む高圧流体は、対向衝突による衝撃のみが作用する場合よりも、剪断力の作用が加わることによってより良好に乳化されると同時に、高圧流体が通過する処理領域が第１と第２の円形衝突壁面間という広い領域であるため、従来は実施できなかった２Ｌ／min 以上の流量も可能となり、乳化処理効率も大幅に向上する。
【００１４】
なお、第１と第２の円形衝突壁面同士の間の狭い間隙内へ高圧流体を効率良く供給するために、第１と第２のノズル部材の各円形衝突壁面の周縁部に、それぞれ外周方向へ拡径状態で所定角度傾斜するテーパ面を形成しておくのが好ましい。この第１のノズル部材のテーパ面と第２のノズル部材のテーパ面とは、側断面視で漏斗状に外周端が広がった導入開口を形成し、高圧流体を無駄なく受け入れて狭い間隙内へ向けて案内するため、高圧流体の導入が非常に効率よく行える。
【００１５】
また、本発明のノズル手段では、高圧流体に剪断力を作用せしめる第１と第２の円形衝突壁面が摩耗しやすい領域であり、特に高圧流体同士の衝突が生じる中央領域が最も摩耗しやすいことから、少なくともこの両壁面の中央領域部をダイヤモンドで形成することが望ましい。これによって、第１と第２の円形衝突壁面も最も衝撃が加わる領域が摩耗し難くなり、ノズル手段自体の寿命を長持ちさせることができる。もちろん、中央領域のみだけでなく、円形衝突壁面全面など、より広い領域をダイヤモンドで形成してノズル部材の強度を全体的に向上させても良い。
【実施例】
【００１６】
本発明の一実施例として、主に第１ノズル部材と第２ノズル部材とから構成されるノズル手段を備えた微粒化装置を図１〜図３に示す。図１は、本微粒化装置の概略構成図であり、（ａ）は装置本体の側断面図、（ｂ）はノズル手段の部分拡大図である。図２は図１Ａ−Ａ断面矢視図であり、図３は本実施例のノズル手段での乳化状態を説明する模式図である。
【００１７】
本実施例の微粒化装置本体は、カップ形状のハウジング１にプラグ部材２が嵌合されて内部に形成されるチャンバ３内にノズル手段が構成されるものである。即ち、チャンバ３内に突出するプラグ部材２の先端側の部材内に、押さえ部材（４，５）によってそれぞれ略円盤形状の第１ノズル部材１０と第２ノズル部材２０とが互いの表面同士を所定間隙をもって平行に対面させた状態で固定されている。
【００１８】
本実施例では、この互いに対面する第１ノズル部材１０の表面である第１の円形衝突壁面１１と第２ノズル２０の表面である第２の円形衝突壁面２１との間の間隙３０内に、高圧流体が衝突する衝突空間が形成されるものである。また、第２ノズル部材２０には、第２の円形衝突壁面２１の中央位置に一端側開口２２が形成された貫通孔２３が第２の円形衝突壁面２１に対して垂直方向に沿って他端側に向けて設けられている。
【００１９】
一方、ハウジング１の一端側には、乳化処理対象の高圧流体Ｘをチャンバ３内へ導入するための導入流路６が形成されており、プラグ部材２には、前記第２ノズル部材２０の貫通孔２４の他端部と連通し、乳化処理後の流体Ｙを装置本体外へ導出するための導出流路９が形成されている。
【００２０】
また、第１の円形衝突壁面１１と第２の円形衝突壁面２１との間の間隙３０の外周領域のプラグ部材２には、この間隙３０内へ高圧流体Ｘを供給するための複数個の供給流路８が放射状に穿設されている。さらに、チャンバ３内には、押さえ部材４およびプラグ部材２先端部の外表面とチャンバ内壁面との間の空間が、前記導入流路６から導入される高圧流体Ｘをプラグ部材２の供給流路８へ導く流路７を形成している。
【００２１】
従って、以上の構成を備えた微粒化装置本体においては、導入流路６からチャンバ３内に導入された高圧流体Ｘは、流路７を介して供給流路８へ導かれ、図３に示すように、前記間隙３０内へ、その外周から中心方向へ向けて逆放射状に供給され、該間隙３０内を半径方向に沿って通過しながらここで作用する剪断力により乳化処理され、間隙３０の中心部で互いに衝突する。この乳化衝突後の処理流体Ｙは、第２ノズル部材２０の貫通孔２３内に開口２２から導入され、貫通孔２３の他端側から導出流路９へ噴射され、装置本体外で回収される。
【００２２】
なお、本実施例では、供給流路８から狭い間隙３０内へ高圧流体Ｘを効率よく供給するために、第１ノズル部材１０と第２ノズル部材２０の、各円形衝突壁面（１１，２１）の周縁部に、外周方向へ拡径状態で、円形衝突面に対して４７度傾斜するテーパ面（１４，２４）をそれぞれ形成した。これら第１ノズル部材１０のテーパ面１４と第２ノズル部材２０のテーパ面２４とは、側断面視で漏斗状に外周端が広がった導入開口を形成するため、高圧流体Ｘを受け入れて狭い間隙３０内へ向けて無駄なく案内することができ、高圧流体Ｘの導入が非常に効率よく行える。
【００２３】
また、本実施例では、間隙３０の間隔調整機構として、これらテーパ面（１４，２４）によって形成された拡径状（漏斗状）の開口部を利用したものを備えた。まず、プラグ部材２の先端部外周にはネジ加工が施され、これに螺合するキャップ状のネジ部材Ｃが取り付けられている。このキャップ状ネジ部材Ｃをプラグ部材先端に対して締めていくと、押さえ部材４がプラグ部材２に対して押し込められ、第１ノズル部材１０を裏面側から押圧して間隙３０を狭めていき、最終的には、第１の円形衝突壁面１１を第２の円形衝突壁面２１に当接させるまで第１ノズル部材１０を押し付けることができる。このようにネジ部材Ｃを用いた場合、ネジ山のピッチと回転角度から、軸方向、即ちここでは第１ノズル部材１０と第２ノズル部材２０との間隔距離方向の移動量が求められる。
【００２４】
一方、間隙３０の外周領域のプラグ部材２内には、六角穴付き止めネジＮが供給流路８と干渉しない位置で放射状に等角度間隔で取り付けられており、またテーパ面（１４，２４）同士間の漏斗状開口内には鋼球Ｂが配置されており、この鋼球Ｂを止めネジＮの先端がテーパ面（１４，２４）に対して押し付けている。
【００２５】
従って、キャップ状ネジ部材Ｃを緩めた状態で、各止めネジＮを締めていくと、各鋼球Ｂが押されて第１ノズル部材１０のテーパ面１４と第２ノズル部材２０のテーパ面２４とを相対的に押し広げていき、第２ノズル部材２０に対して第１ノズル部材１０をプラグ部材２の先端方向へ押し上げていき、第１の円形衝突壁面１１が第２の円形衝突壁面２１に対して間隔を開き、両壁面間に間隙が形成される。よって、キャップ状ネジ部材Ｃと止めネジＮの締め具合によって第１と第２の円形衝突壁面（１１，２１）間の間隙３０の間隔が調整される。
【００２６】
また、本実施例では、第１ノズル部材１０と第２ノズル部材２０のそれぞれの円形衝突壁面（１１，２１）の中央領域をダイヤモンド（Ｄ１，Ｄ２）で構成することにより、耐摩耗性に優れた長寿命のノズル手段とした。
【００２７】
次に、上記の構成を備えた本実施例の微粒化装置を用いて、実際に乳化試験およびノズル手段の寿命試験を行ったのでその結果を以下に示す。なお、同時に、高圧流体を二流路に分岐させ、一対の噴射ノズルから対向衝突させる従来装置の場合を対照として試験を行った。この試験では、本実施例の微粒化装置の間隙３０の間隔を１／１００〜５／１００ｍｍ程度とした。
【００２８】
まず、乳化試験は、処理用流体として、流動パラフィン（水：９０ｗｔ％，油：１０ｗｔ％，ＳＤＳ：１ｗｔ％）を用いて、メジアン径９１．３１５μｍの未処理品に対して、各処理圧力における処理後サンプルのメジアン径を測定し、両者の乳化性能を比較評価した。結果を以下の表１に示す。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
表１に示す結果から明らかなように、本実施例の微粒化装置においては、従来タイプの装置に比べて大幅に向上した乳化性能が得られたことが確認できる。
【００３１】
次に、寿命試験として、上記乳化試験と同じ流体サンプルを用いて、処理圧力２００ＭPa（流量約０．８Ｌ／min ）にて４時間連続運転を行い、第１ノズル部材と第２ノズル部材の重量変化を測定して摩耗の状態を見た。結果を以下の表２に示す。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
表２に示す結果から明らかなように、第１ノズル部材及び第２ノズル部材のいずれにも、試験前後で重量変化がほとんど無く、摩耗がほとんど生じていないことが確認できた。この結果から、本微粒化装置のノズル手段では長寿命が充分期待できるものであることが判る。
【００３４】
なお、本発明による微粒化装置では、前記間隙の大きさと装置の馬力に応じて処理流量を大きくすることができ、例えば、実用大型機では最大出力７５ｋＷとして前記間隙の間隔０．１５ｍｍに設定すれば、最大流量約５Ｌ／min という従来にない高効率で乳化処理を行うこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明の一実施例による微粒化装置の概略構成図であり、（ａ）は装置本体の側断面図、（ｂ）はノズル手段部分の拡大断面図である。
【図２】図１中のＡ−Ａ断面矢視図である。
【図３】本実施例のノズル手段における乳化処理機構を説明する模式図である。
【符号の説明】
【００３６】
１：カップ状ハウジング
２：プラグ部材
３：チャンバ
４，５：押さえ部材
Ｃ：キャップ状ネジ部材
６：導入流路
７：（チャンバ内）流路
８：供給流路
９：導出流路
１０：第１ノズル部材
１１：第１の円形衝突壁面
１４，２４：テーパ面
【００３７】
２０：第２ノズル部材
２１：第２の円形衝突壁面
２２：開口
２３：貫通孔
３０：間隙
Ｘ：高圧流体
Ｙ：処理後流体
Ｎ：六角穴付き止めネジ
Ｂ：鋼球
Ｄ１，Ｄ２：ダイヤモンド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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