(57)【要約】【課題】  パルス燃焼器を用いて原料等を適切に粉砕乾燥等するための方法、およびその方法に使用する装置を提供する。【解決手段】  粉砕乾燥装置１０では、パルス燃焼器（パルスエンジン）１を設けるとともに、その排気管１ｂの出口付近に原料投入管２を設けている。パルス燃焼器１によってその出口付近に、周波数が６０〜１０００Ｈｚ、音圧が１４０〜１８０ｄＢ、温度が５０〜６００℃のパルス燃焼ジェットを形成し、そのパルス燃焼ジェットの中に、処理対象である原料を含む液滴を原料投入管２により供給する。【選択図】      図１
2008004407.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
処理対象の原料を含む液滴を粉砕し当該原料を乾燥させる方法であって、
パルス燃焼器によってその出口付近に、６０〜１０００Ｈｚ・１４０〜１８０ｄＢ・５０〜６００℃のパルス燃焼ジェットを形成し、そのパルス燃焼ジェットの中に上記液滴を供給することを特徴とする粉砕乾燥方法。
【請求項２】
パルス燃焼器によってその出口付近に、７００〜８００Ｈｚ・１４０〜１６０ｄＢ・５０〜３５０℃のパルス燃焼ジェットを形成し、そのパルス燃焼ジェットの中に、上記液滴を直径３ｍｍ程度以下で供給することを特徴とする請求項１に記載の粉砕乾燥方法。
【請求項３】
パルス燃焼器の出口の正面であって、出口からその出口の内径の３倍の距離までの間に上記液滴を供給することを特徴とする請求項１または２に記載の粉砕乾燥方法。
【請求項４】
パルス燃焼器の出口を共鳴室に臨ませるとともに、その共鳴室の内部で上記液滴の供給を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の粉砕乾燥方法。
【請求項５】
上記液滴を、パルス燃焼器の出口付近を移動する間にパルス燃焼ジェットによる衝撃を複数回受けるとともに、上記原料に化学変化が生じないように供給することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の粉砕乾燥方法。
【請求項６】
パルス燃焼器の出口を塗膜形成面に向けるとともに、パルス燃焼ジェットの中に、塗膜材料である液滴を供給することを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の粉砕乾燥方法。
【請求項７】
パルス燃焼ジェットの周囲に不活性ガスを供給することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の粉砕乾燥方法。
【請求項８】
パルス燃焼器の燃料を水素とすることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の粉砕乾燥方法。
【請求項９】
処理対象の原料を含む上記の液滴として有機溶剤を供給することを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の粉砕乾燥方法。
【請求項１０】
液滴として供給する上記の有機溶剤を、パルス燃焼ジェットによって、燃焼させることなく粉砕し蒸発させることを特徴とする請求項９に記載の粉砕乾燥方法。
【請求項１１】
蒸発させた有機溶剤を吸着材に吸着させ、その後その吸着材を加熱することにより、有機溶剤を吸着材から分離し回収することを特徴とする請求項１０に記載の粉砕乾燥方法。
【請求項１２】
パルス燃焼器と液滴の供給器とを有し、請求項１〜１１のいずれかに記載の粉砕乾燥方法を実施できるよう構成されていることを特徴とする粉砕乾燥装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
請求項に係る発明は、食品や薬品、化学工業製品等を原料とし、それらを液滴とともに供給したうえ粉砕し脱水・乾燥させること、およびその技術を応用して水系エマルジョン等を低水分率で塗膜形成に使用すること等を目的とする粉砕乾燥方法および粉砕乾燥装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
パルス燃焼器（パルスエンジン）を用いて種々の原料の脱水や乾燥を行えることは、下記の特許文献１などに示されている。また特許文献２には、溶液やスラリーの状態にある原料をパルス燃焼器の排気管の出口付近に供給することにより、その原料を粉砕し乾燥できることが記載されている。【０００３】
パルス燃焼器は、図１に示すように燃焼室１ａと排気管１ｂとを含むもので、つぎのように機能する。まず燃焼室１ａに対して空気（１次空気）および燃料をそれぞれ供給管１ｃ・１ｄより供給し、起動時にはスパークプラグ（図示省略）により燃焼室１ａ内の混合気に点火する（爆発燃焼行程）。燃焼によって燃焼ガスは圧力上昇して排気管１ｂから高速で噴出し、燃焼終了後も慣性の作用で噴出をつづける（膨張・排気行程）。燃焼ガスの噴出によって負圧になった燃焼室１ａ内に再び空気と燃料とが吸入されるとともに、排気管１ｂ内の高温の燃焼ガスも逆流して燃焼室１ａ内に入る（吸気・混合行程）。運転の継続によってパルス燃焼器１が温度上昇するとともに燃焼ガスの温度も十分に高くなると、燃焼室１ａ内において混合気は、逆流する燃焼ガスにより自己着火するようになり、パルス燃焼器１は、スパークプラグ１ｅを使用しなくとも、毎秒百数十回から数百回だけ爆発を繰り返すいわゆるパルス燃焼を継続するようになる。
そうした燃焼により、パルス燃焼器の出口付近には、高エネルギーの非線形波動をともなうパルス燃焼ジェットが発せられるため、そこに溶液等の状態で原料（被乾燥物）を供給すれば、その原料は当該ジェットの作用により粉砕されるとともに、固液分離を引き起こして短時間に乾燥するのである。
【特許文献１】特公平６−３３９３９号公報
【特許文献２】特開２００６−９０５７１号公報
【０００４】
上記の各特許文献の記載を含め、従来は、溶液等および原料を適切に粉砕・乾燥するためのパルス燃焼ジェットの状態や溶液等の供給態様について、明らかにされてはいなかった。たとえば、燃焼ジェットにどの程度の波動エネルギーを与えれば溶液等を粉砕・乾燥できるのか明らかではなかった。また、原料を短時間で乾燥できることが分かってはいても、パルス燃焼ジェットの温度等との関係で原料がどの程度の熱影響を受け得るのか、不適当な化学変化（熱変性）を起こしてしまう可能性がないのか、といった点は十分把握されているとはいえなかった。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
請求項に係る発明は、上記の点を考慮し、パルス燃焼器を用いて原料等を適切に粉砕乾燥等するための方法、およびその方法に使用する装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項に係る発明の粉砕乾燥方法は、処理対象である原料（粉砕および乾燥の対象物）を含む液滴を粉砕し当該原料を乾燥させる方法であり、パルス燃焼器によってその出口付近（排気管の出口付近。たとえば、出口である開口端の正面であって当該開口端から１０ｍｍ程度離れた箇所）に、
周波数が６０Ｈｚ以上・１０００Ｈｚ以下、
音圧が１４０ｄＢ以上・１８０ｄＢ以下、
温度が５０℃以上・６００℃以下
のパルス燃焼ジェット（非線形波動をともなう燃焼排気）を形成し、そのパルス燃焼ジェットの中に上記液滴を供給することを特徴とする。【０００７】
パルス燃焼器では、通常のバーナーと同様に音波に相当する線形波動を発しながら燃焼（非パルス燃焼）させることもできるが、燃料や空気の供給量等を調整することにより、強い衝撃性をもつ非線形波動（パルス衝撃波）を発生させながら燃焼（パルス燃焼）させることが可能である。パルス燃焼にともなう波動は高い音圧をともなうため、この波動によって原料は微細な粒子に分散され、同時に、表面の空気境界層が破壊されたり表面付近の水分がはぎ取られたりすることによって瞬時に乾燥させられる。
発明の粉砕乾燥方法は、パルス燃焼器にパルス燃焼をさせる場合、燃料供給量や空気供給量（燃焼用空気もしくは冷却用空気の量）、原料投入量または原料投入態様を操作すること等により上記のように６０〜１０００Ｈｚ、１４０〜１８０ｄＢの波動と５０〜６００℃の温度をともなうパルス燃焼ジェットを噴射させ、そのジェットの中に液滴を供給するのである。こうしたパルス燃焼ジェットは、高い波動エネルギーを有する一方でその熱エネルギーが比較的小さく低温度である（バーナーのように非パルス燃焼する際には最高温度は７００℃を超えるのと対照的である）。そのためこの方法では、原料を含む液滴を適切に粉砕・乾燥させ得るとともに当該原料に与える熱影響が抑制される。したがって、きわめて短時間での乾燥が実現するとともに、原料の温度上昇が少なくて焼けこげや劣化・変質といった熱変性が生じにくい、というメリットがある。【０００８】
発明の粉砕乾燥方法についてはとくに、パルス燃焼器によってその出口付近に、
周波数が７００Ｈｚ以上・８００Ｈｚ以下、
音圧が１４０ｄＢ以上・１６０ｄＢ以下、
温度が５０℃以上・３５０℃以下
のパルス燃焼ジェットを形成し、そのパルス燃焼ジェットの中に、上記液滴を
直径３ｍｍ程度以下（たとえば１〜３ｍｍ）
にして供給するのが好ましい。
発明者らは、このような条件のもとで実験を行った結果、液滴が適切に粉砕・乾燥させられることを確認した。燃焼ジェットの温度がかなり低いため、同ジェット中に液滴の滞在する時間をとくに長くするのでなければ、たとえば６０℃以下での乾燥微粉末の製造が可能であり、液滴中の原料に焼けこげや劣化・変質等の化学変化が生じることもない。【０００９】
上記液滴の供給箇所は、パルス燃焼器の出口の正面であって、出口からその出口の内径の３倍（望ましくは１．５倍）の距離までの間とするのが有利である。
発明者らの実験によれば、パルス衝撃波を発してパルス燃焼器が燃焼するとき、波動が強くて強い振動渦流をともなう範囲（したがって液滴を粉砕する作用が強い範囲）は、出口径の約３倍までという限定された領域に限られている。そのため、上記のようにパルス燃焼器の出口からその出口径の３倍の距離までの間に液滴を供給するのが、粉砕乾燥を効率滴に行ううえで有利である。【００１０】
上記の粉砕乾燥方法ではとくに、パルス燃焼器の出口を共鳴室（共鳴管）に臨ませるとともに、その共鳴室の内部で上記液滴の供給を行うとよい。
パルス燃焼器の出口を共鳴室に臨ませることにより、共鳴室内にパルス衝撃波の定在波を形成することができる。そうした共鳴室の内部で液滴の供給を行うなら、その液滴は非線形の波動に長時間さらされて分散および乾燥の作用を強く受け、とくに効率的に粉砕・乾燥させられることになる。粒子の周囲に渦流が発生する場合にも、それによる作用はとくに顕著になる。なお、周波数が１０００Ｈｚ以下であるため、強い波動エネルギーが共鳴室内に長時間存在できるという点でも有利である。【００１１】
また、上記液滴の供給は、パルス燃焼器の出口付近を液滴が移動する間に、
a)  パルス燃焼ジェットによる衝撃を複数回（好ましくは５回以上）受けるとともに、
b)  上記原料に化学変化（焼けこげや劣化・変質等）が生じないように
行うのがよい。
つまり、上記a)を満たすだけの十分な時間にわたって液滴がパルス燃焼ジェット内にあり、かつ、上記b)を満たすほど短時間内に液滴がパルス燃焼ジェット内から出ていくようにするのである。パルス燃焼ジェット内の液滴の滞在時間を長くするには、液滴の移動速度を小さくするか燃焼ジェットの径（パルス燃焼器の出口の口径）等を大きくする。逆にその滞在時間を短くするには、液滴の移動速度を高めるか燃焼ジェットの径等を小さくする。たとえば、液滴の移動速度が３ｍ／ｓでパルス燃焼ジェットの直径が３０ｍｍ、同ジェットの周波数が７００Ｈｚなら、液滴は同ジェット内に最大約０．０１秒だけ滞在し、その間に同ジェットの衝撃を７回程度受けることとなる。
発明者らの実験では、パルス燃焼ジェットによる衝撃を１回受けただけでは液滴は必ずしも粉砕されるものではない。しかし上記のように複数回にわたってその衝撃を受けるなら、各液滴は高い確率で粉砕・乾燥させられる。上に例示したように液滴が同ジェット内に０．０１秒程度滞在してその間に同ジェットの衝撃を７回程度受けるなら、液滴はほとんど確実に粉砕され、効果的に乾燥させられる。同ジェットの温度が５０〜３５０℃であれば、０．０１秒程度の滞在時間内に液滴が化学変化を受ける可能性はきわめて低い。【００１２】
上記の粉砕乾燥方法の応用として、パルス燃焼器の出口（パルス燃焼ジェットの噴射先）を塗膜形成面に向けるとともに、塗膜材料である液滴をパルス燃焼ジェットの中に供給することも好ましい。
そのようにすれば、当該塗膜形成面に有意義な塗膜形成が行えるからである。つまり、上記した粉砕乾燥の作用により、液滴として供給される塗膜材料を、水分を減じるとともに細かく分散させて塗膜形成面に付着させることができ、同面上に好ましいコーティングが行えるのである。樹脂エマルジョンや樹脂ディスパージョン等の塗膜材料は、溶液の保存性の点から固形分量が２０〜３０％であるため、ブレードコーター等を用いてコーティングを行う場合、十分な厚みの皮膜を形成するためには、毎回乾燥させながら２〜３回の塗り重ねを行う必要がある。しかし上記の方法によれば、厚めのコーティングが可能な固形分濃度にまで塗膜材料の水分量が瞬間的に低下させられたうえ塗布されるので、１回（または少数回）の吹付けコーティングにて目的の皮膜厚さを得ることが可能になる。水分量を低下させたうえで塗膜を形成するので、その後の乾燥もきわめて短時間で行える。塗膜材料における水分量の低下は、上記のように瞬間的に、しかも低温度で行われるため、同材料が変質等するおそれはきわめて低い。また、上の方法によると同材料の液滴が細かく分散されることから、均質で美しい塗膜が形成されるという効果もある。【００１３】
パルス燃焼ジェットの周囲には、不活性ガスを供給するとさらに好ましい。
パルス燃焼器には、燃焼器自体を冷却し温度コントロールすること、および乾燥により原料から分離された水分を系外に運び出すこと等を目的として、燃焼ガス中または燃焼ガスの回りに空気（二次空気）を吹き付けることがある。そうした二次空気に代えて不活性ガスを供給するのである。そうすれば、不活性ガスの作用によって、パルス燃焼ジェット内での原料の化学変化がさらに抑制されることとなる。【００１４】
パルス燃焼器の燃料として、水素を供給するのがとくに好ましい。
燃料が水素である場合、燃焼によって水が発生するのみであることから、まず環境保護の観点で好ましい。また、原料との間に不適切な反応を起こしにくいことも、原料の化学変化を抑制するうえで好ましいといえる。【００１５】
処理対象の原料を含む上記の液滴として有機溶剤を供給するのも好ましい。有機溶剤としては、低沸点のメタノール、エタノール、アセトン、酢酸エチル等のほか、高沸点のＤＳＭＯ（ジメチルスルホキシド）、ＤＭＦ（ジメチルホルムアミド）、トルエン等を取り扱うことができる。とくに、液滴として供給する有機溶剤は、パルス燃焼ジェットによって、燃焼させることなく粉砕し蒸発させるのがよい。
有機溶剤の液滴を供給するとき、パルス燃焼器にバーナーのような非パルス燃焼をさせるとすれば高温の火炎によって溶剤が燃焼してしまうが、同燃焼器によって上述のようなパルス燃焼ジェットを形成している際には、その液滴を燃焼させずに粉砕し蒸発させることができる。そうすれば、液滴中の有機溶剤を回収することが可能になるほか、液滴中の原料に与える熱影響を抑制し、それが焼けこげたり劣化・変質等することを避けることもできる。
したがって、パルス燃焼器の出口を塗膜形成面に向け、パルス燃焼ジェット（たとえば周波数７００〜８００Ｈｚ、音圧１４０〜１６０ｄＢ、温度５０〜３５０℃）の中に有機溶剤とともに塗膜材料を含む液滴を供給することとすれば、塗膜材料を、溶剤分を減じるとともに細かく分散させて塗膜形成面に付着させることが可能になる。１回または少数回の吹付けによって十分な厚みのある皮膜を形成することができ、均質で美しい塗膜の形成が可能なので、布、紙、金属等の面上に好ましいコーティングが行える。【００１６】
上記によって有機溶剤を蒸発させるとき、蒸発した有機溶剤を吸着材（活性炭等）に吸着させ、その後その吸着材を加熱することにより、有機溶剤を吸着材から分離し回収することとするのも好ましい。
蒸発した有機溶剤は燃焼による化学変化を生じていないので、そのまま活性炭等の吸着材に吸着させて集めることができる。吸着ずみの吸着材をその後に加熱すれば、その有機溶剤が分離されて取り出されるので、回収して再利用に供することが可能である。このようにすれば、有機溶剤の消費量と大気中への放出量を削減できることとなる。【００１７】
請求項に係る粉砕乾燥装置は、パルス燃焼器と液滴の供給器とを有し、上記いずれかの粉砕乾燥方法を実施できるよう構成されたことを特徴とするものである。
こうした粉砕乾燥装置なら、上記の粉砕乾燥方法を実施してそれぞれ好ましい作用効果をもたらすことが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】発明の実施の形態を示すもので、パルス燃焼器１と原料投入口２とを含む粉砕乾燥装置１０の主要部を示す概念図である。
【図２】パルス燃焼器１を含む乾燥塔１１と他の関連機器とによって構成した粉砕乾燥装置１０の全体概要図である。
【図３】ウェブ状基材のコーティング装置２０を示す概略の縦断面図である。
【図４】粉砕し蒸発させた有機溶剤を回収するための装置を示す系統図である。
【図５】実験で用いたパルス燃焼器と計測機器とを示す概念図である。
【図６】パルス燃焼器におけるパルス燃焼時（図６(a)）と非パルス燃焼時（図６(b)）とについて、ジェットの圧力のスペクトルを測定した結果を示す図である。
【図７】パルス燃焼器のノズル出口の位置で、動径（直径）方向に沿った各点で測定した圧力（図７(a)）と温度（図７(b)）の変化の様子を示す図である。
【図８】パルス燃焼器のノズル出口の中心軸に沿った位置で測定した圧力（図８(a)）と温度（図８(b)）の測定結果を示す図である
【図９】図９（１）〜（６）は、パルス燃焼ジェット中に液滴を自由落下させた時の液滴の振舞いを撮影した画像を示すシリーズ写真である。
【図１０】図１０（１）〜（４）は、パルス燃焼ジェット中に液滴（エタノール）を供給した時の液滴の振舞いを撮影した画像を示すシリーズ写真である。
【符号の説明】
【００１９】
１  パルス燃焼器
１ａ  燃焼室
１ｂ  排気管
２  原料投入管（液滴供給器）
１０  粉砕乾燥装置
２０  コーティング装置
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
発明の実施の形態に関して図１〜図１０を示す。図１は、パルス燃焼器１と原料投入管２とを含む粉砕乾燥装置１０につき主要部を示す概念図、図２は、パルス燃焼器１を含む乾燥塔（粉砕乾燥室）１１と他の関連機器とによって構成した粉砕乾燥装置１０の全体概要図である。図３は、ウェブ状基材に対するコーティング装置２０を示す概略の縦断面図で、図４は、粉砕し蒸発させた有機溶剤を回収するための装置を示す系統図である。また図５〜図１０は、後述する実験に使用した機器および実験結果について示す図である。【００２１】
粉砕乾燥装置１０は、その全体を図２のように構成したものである。乾燥塔１１は、内部に設けたパルス燃焼器１とそれに接続して設けた粉砕乾燥室１３とから構成している。パルス燃焼器１と粉砕乾燥室１３との接続は図１のとおりであって、パルス燃焼器１の燃焼室１ａにつづく排気管１ｂの出口部分に粉砕乾燥室１３の隔壁を連結している。排気管１ｂの出口につづくすぐ下流側に原料の投入管（液滴供給器）２を設け、スラリー状または溶液状の原料をこれより粉砕乾燥室１３内に供給することとしている。図２のように粉砕乾燥室１３はその下部のホッパーをバグフィルター１５に接続したうえ、排気をブロワ１６にて吸引・排出している。上記の原料は、ポンプ１４によって送り出し、投入口２から粉砕乾燥室１３内に液滴として供給する。パルス燃焼器１の作用でその液滴を粉砕・乾燥して生成する粉体粒子は、粉砕乾燥室１３の下部に落下し、バグフィルター１５で捕集されたうえ回収容器１５ａ内に回収される。【００２２】
パルス燃焼器（パルスエンジン）１は図１のように構成しており、パルス燃焼を起こさせるために空気（１次空気）の供給管１ｃと燃料の供給管１ｄをそれぞれ外部から接続している。燃料としては、都市ガス・プロパン・プロピレン・水素等の気体燃料、または灯油・軽油・重油等の液体燃料を使用できる。またパルス燃焼器１では、２次空気の供給管１ｆを排気管１ｂの周囲に接続している。２次空気は、パルス燃焼器１を冷却して、粉砕乾燥室１３の温度をコントロールをすることと、乾燥によって原料から分離された水分を系外に運び出すこととを目的として供給する。２次空気とともに、または２次空気に代えて、窒素やアルゴン等の不活性ガスを供給することもできる。【００２３】
また図１のパルス燃焼器１では、空気（１次空気）の供給管１ｃ、燃料の供給管１ｄ、２次空気の供給管１ｆおよび原料投入管２について、それぞれ供給量の調節機器（流量調整弁など。図示省略）を設けている。原料投入管２については、原料の投入態様すなわち液滴の大きさや供給速度等を変更できるようにもしている。それぞれの供給量または原料投入態様を手動または制御機器にて調節すると、各調節機器はいわばガス調整手段として機能し、原料投入管２の付近における排気ガスの粒子レイノルズ数や温度、投入原料の一次粒子径を適宜変更することができる。これらの調節機器のいずれかを操作して上記ガスの粒子レイノルズ数を変更すれば、粉砕乾燥室１３内のパルス燃焼ジェットについて波動エネルギー（周波数・音圧）や熱エネルギー（温度）等を適宜に変更することができる。また、そうした波動の周波数と粉砕乾燥室１３の寸法等との関係によっては、同室１３内に定在波を生成することが可能である。
パルス燃焼器１における燃焼室１ａの脇（排気管１ｂに至る部分）には、波動検知のために圧力センサー（たとえば半導体圧力センサー）３をさらに取り付けている。【００２４】
図１・図２に示す粉砕乾燥装置１０では、上記の調節機器を適宜に設定することによって粉砕乾燥室１３内に衝撃性の強い非線形波動（パルス衝撃波）を発生させ定在させる。そのような非線形波動をともなうパルス燃焼ジェット中に、上記の投入管２によって原料の液滴（食品や薬品、化学工業製品等を原料として含む液滴）を投入すると、衝撃作用により１／１００秒程度以下の短い時間内に当該原料を効果的に粉砕し乾燥させることができる。衝撃作用にて液滴が微小化するとともに、非線形波動の定在波の流れ場に取り込まれた液滴の周囲に渦流が発生して液滴回りの水分を蒸気として取り去るからである。粉砕乾燥室１３ではパルス燃焼器１の発生熱により室内温度がたとえば６０℃程度に上昇しており、また前記した２次空気が水分を系外に運び出すため、粒子の脱水乾燥がさらに促進される。【００２５】
図３は、上記のような粉砕乾燥の原理を応用したウェブ状基材（布・紙・金属帯など）のコーティング装置２０を示す概略図である。巻出機２１と巻取機２２、およびそれらの間に配置された複数のローラ２３によってウェブ状基材ｘを延べ広げ、そうした基材ｘの表面に出口を向けた状態でパルス燃焼器１を取り付けている。そして、塗膜材料とする樹脂エマルジョンまたは樹脂ディスパージョンを、供給手段２ａとそれに続く投入管２とによって、当該燃焼器１の出口付近に液滴で供給できるようにしている。また、投入管２と巻取機２２との間には、基材ｘを最終的に乾燥させるための加熱式乾燥機２４を配置している。【００２６】
パルス燃焼器１を運転してパルス燃焼させながら投入管２より塗膜材料の液滴を供給すると、当該液滴は、非線形波動をともなうパルス燃焼ジェットの作用で水分量が瞬間的に低下させられ、固形分濃度が高い状態で基材ｘの表面上に厚目に付着する。供給手段２ａおよび投入管２における塗膜材料の固形分濃度は通常２０〜３０％であるが、燃焼ジェットで水分量を低下させると固形分濃度が７０〜９０％のゲル状のものとなる。そのため、基材ｘがたとえば金属のように浸透性のないものであって、塗膜材料が水系のものであっても、必要な塗膜厚さがその基材ｘの表面上に１回（または少数回）で形成される。塗膜材料の水分量が低下させられるので、各回の塗布後の乾燥時間もきわめて短縮される。コーティング装置２０によると、基材ｘ上にこうして効率的にコーティングが行えることとなる。【００２７】
図３に示すコーティング装置２０を使用して、有機溶剤とともに塗膜材料を基材ｘにコーティングすることも可能である。すなわち、パルス燃焼器１においてパルス燃焼させながら、投入管２より塗膜材料（有機溶剤に溶けたもの）の液滴を燃焼器１の出口付近に供給すると、パルス燃焼ジェットの作用で液滴中の有機溶剤が燃えずに瞬間的に粉砕・蒸発し、それによって固形分濃度の高くなった塗膜材料が厚めに基材ｘの表面上に付着する。こうすることによっても、基材ｘ上に好ましいコーティングが実施できる。【００２８】
有機溶剤の液滴をパルス燃焼ジェット中に供給する場合、図４のような構成の回収装置によって当該溶剤を回収することが可能である。図４の装置は、粉砕乾燥装置（図１・図２の符号１０）からの排ガス管３１に活性炭内蔵の吸着器３２Ａ・３２Ｂを並列に接続したものである。各吸着器３２Ａ・３２Ｂの出口はそれぞれ空気排出管３３に接続し、それによって清浄空気を大気中に排出する。また、各吸着器３２Ａ・３２Ｂにはヒーターを付設するとともに入り口側に給水器３４を接続し、出口側には回収管３５を接続したうえ、コンデンサ３６・セパレータ３７によって溶剤を回収し、または電気炉３８によって溶剤を処理するようにしている。吸着器３２Ａ・３２Ｂの前後に配置したバルブを適切に開閉することにより、一方の吸着器３２では、粉砕乾燥装置からの排ガス中に含まれる有機溶剤を活性炭に吸着させ、他方の吸着器３２では、活性炭を加熱するとともに給水することにより、吸着ずみの有機溶剤を分離し回収する。そして２台の吸着器３２を交互に切り替えて使用することにより、溶剤の吸着と回収とを連続して同時に行えるのである。
【実施例】
【００２９】
発明者らは、パルス衝撃波による粉砕乾燥の技術を確立するため、パルス燃焼器の出口付近での液滴の挙動等について実験を行い、種々の計測・観察を行った。その要領および結果を以下に示す。【００３０】
＜実験装置及び方法＞
実験で用いたパルス燃焼器は、図５に示すようにヘルムホルツ共鳴器の形状を有し、燃焼器の容積は3.25×10-5 m3、テールパイプ（ノズル。排気管）の出口での直径は29mmである。 
本実験では、表１に示すパラメータでパルス燃焼させ、ノズル出口の下流で噴射ジェットの動径方向および軸方向における圧力と温度の変化を測定した。測定時には、本パルス燃焼器が最も安定燃焼する理論空気量にて固定（空気比：1.2）し、燃焼量を変化させることにより燃焼ガス渦流ジェットを発生させた。 
次に、図５のように、この振動する燃焼ガス・ジェット中に直径2〜3mmの液滴を自由落下させて液滴が振動ガス・ジェット中で崩壊する様子を高速度ビデオ・カメラとシャドゥグラフ光学装置によって可視化して詳細に調べた。高速度ビデオ・カメラによる撮影は5,000コマ/秒で行なった。圧力測定は半導体圧力センサーを、温度測定は熱電対を用いて行なった。また、振動するジェットの圧力変動のスペクトルをFFT周波数解析器によって得た。液滴としてはつぎのものをそれぞれ使用した。1)水、2)水＋砂糖＋クリーミーパウダー、3)水＋塩＋樹脂粉（粒経３００μ）＋PEペレット（直径１mm、長さ３mm）、4)水＋塩＋PVP（粘度性溶液）＋樹脂粉（粒経３００μ、５００μ）＋PEペレット（直径１mm、長さ３mm）、5)ポリマー溶液、6)ロウソク液。【００３１】
【表１】
2008004407.tif 000003
【００３２】
＜実験結果と考察＞
1) 圧力・温度測定 
燃焼ガス・ジェットの基本的な特性を調べるために、パルス燃焼時と非パルス燃焼(バーナー燃焼)時のジェットの圧力のスペクトルを測定した。得られたスペクトルの一例を図６に示す。図６(a)はパルス燃焼時のスペクトルを、図６(b)は非パルス燃焼（バーナー燃焼）時のスペクトルを示している。 
図６(a)から、パルス燃焼ジェットは約700Hzの周波数で激しく振動していることが判る。【００３３】
2) 圧力・温度測定（動径方向） 
パルス燃焼器のノズル出口の下流10mmと60mmの位置で動径（直径）方向に測定された圧力（音圧）と温度の変化の様子を図７(a)および同(b)に示す。「LPG-0.15」はパルス燃焼している場合を示しており、「LPG-0.11」はバーナー燃焼（非パルス燃焼）している場合を示す。括弧に入れて表示した(10)、(60)はそれぞれノズル出口からの距離を表している。
これらの図より、パルス燃焼時(LPG-0.15)には、バーナー燃焼時(LPG-0.11)に比べて、ジェットの中心軸付近での平均圧力は約25dB高く、平均温度は逆に約800℃低くなっていることが判る。 【００３４】
3) 圧力・温度測定（軸方向） 
パルス燃焼器のノズルの中心軸方向で測定された圧力と温度の測定結果を図８(a)・(b)に示す。これらの図で、横軸のXはノズル出口からの距離を、Dはノズル出口でのノズルの内径(29mm)を示している。また、濃い色のプロットはパルス燃焼時(LPG-0.15)、薄い色のプロットはバーナー燃焼時(LPG-0.11)の圧力と温度を示している。
これらの図からも、軸上の同一位置における平均圧力はパルス燃焼時の方がバーナー燃焼時より約25dB高く、平均温度は逆にパルス燃焼時の方がバーナー燃焼時より約800℃低くなっていることが判る。なお、図８(a)・(b)より、パルス燃焼時（LPG-0.15）では、温度が、燃焼器出口より45mm（X/D = 1.5）付近から下流で変化の割合が鈍化していることから、燃焼器出口部からこの距離までの範囲で強い振動渦流が発生していることが分かる。【００３５】
4) 可視化画像 
パルス燃焼ガス・ジェットとバーナー燃焼ガス・ジェットに向かって直径2〜3mmの液滴を自由落下させた時の液滴の振舞いを5,000コマ/秒で撮影された画像を解析して調べた。
バーナー燃焼時には、直径が1cmオーダーの大きな乱流渦がジェット中の至る所にあり、ジェットと共に下流へ移動しているのが観察されたが、パルス燃焼時には直径1mmオーダーの小さな乱流渦がジェット中の至る所に分布し、脈動するジェットと共に下流へ移動するのが見られた。
バーナー燃焼ジェットへ液滴を落下させたとき、液滴はその表面から徐々に蒸発し、劇的に変形することなくジェットを通過しジェットの下側に現れるが、パルス燃焼ジェットでは、直径2〜3mmの液滴はジェット中で完全に破壊されることが観察された。
パルス燃焼脈動ガス・ジェット中で直径約2mmの液滴（水滴）が破壊される様子を図９（１）〜（６）のシリーズ写真で示す。時間は番号順に経過し、それぞれの画像間の時間間隔は約4msである。これらの写真で、（１）の瞬間に球形の液滴（写真中央部上方の黒い点）がパルス・ジェットの境界を通過している。（２）、（３）の瞬間では、パルス燃焼ジェット中を衝撃波の後から下流へ移動するコンタクト・サーフェイスとの衝撃により、元の液滴はシート状に変形され、（４）〜（６）の瞬間では、持続するコンタクト・サーフェイスとの衝撃により霧状になり、その後、100〜300℃のガス・ジェット中で完全に蒸発することが観察された。この画像から、水滴は20 msec（十数回の衝撃）の短時間で崩壊されていることが分かる。また、振動渦流の密度差や水滴径を変動させることにより、崩壊後の水滴径が変動する現象が観察された。
直径１mm・長さ３mmというやや大きめのPEペレットを含む液滴や、PVP（粘度性溶液）を水に加えた液滴をパルス燃焼ジェット中に滴下させた実験では、微細化されて後方（下流側）へ飛ばされる水分と、より手前の位置に落下するPEパレットまたは粘度性物質とに分離される現象が観察された。【００３６】
＜結論＞
本実験では、パルス燃焼ジェットによる微粒子製造技術の可能性を調べるための基礎的な研究を行った。これらにおいて、高速度ビデオ・カメラを用いた可視化実験で液滴の破壊現象を詳細に調べ、数値解析も行なった。その結果、次のことが判った。 
（１） パルス燃焼ジェット中での圧力は、非パルス燃焼ジェット中の圧力より約25dB高く、平均温度は逆に約800℃低くなっている。 
（２） 非パルス燃焼(バーナー燃焼)ジェット中では直径1cmオーダーの大きな乱流渦が無数に現れ、ジェットと共に下流へ移動する。 
（３） パルス燃焼ジェット中では直径1mmのオーダーの小さな乱流渦が無数に現れ、振動するジェットと共に下流へ移動する。 
（４） 非パルス燃焼ジェット中では、直径2〜3mmの液滴は、バーナー燃焼ジェットを通過中、表面から徐々に蒸発し、劇的に変形することなくジェットを通過する。 
（５） パルス燃焼ジェットでは、直径2〜3mmの液滴は、ジェット中を衝撃波の後から下流へ移動するコンタクト・サーフェイスとの数回の衝撃によりシート状に変形し、その後、持続するコンタクト・サーフェイスとの衝撃により霧状になり、100〜300℃のガス・ジェット中で完全に蒸発する。 
（６） 固体粒子が分散された液体を用いた実験では、パルス燃焼ジェット中で液体が上記（５）に示したメカニズムで除去され、固体粒子が完全に分離できた。 
（７） 微粒子の周囲の気体は、液滴崩壊に極めて有効な渦を伴う流れとなっており、蒸発乾燥に必要とする時間は、粒子周りの気体の相対的な流れである「粒子レイノルズ数（Re数）」に強く依存することが予想される。 【００３７】
＜その他＞
水滴に代えて有機溶剤（エタノール）の液滴をパルス燃焼ジェット中に供給する場合についても、上記と同様に実験を行った。実験には、図５に示したものと同じパルス燃焼器と計測機器とを使用した。パルス燃焼器でパルス燃焼させ、その燃焼ガス・ジェット中に供給管から直径2〜3mmのエタノールの液滴を供給して液滴の挙動を可視化し、高速度ビデオ・カメラにより5,000コマ/秒で撮影した。
液滴（エタノール）が破壊される様子を図１０（１）〜（４）のシリーズ写真で示す。時間は番号順に経過し、各画像間の時間間隔は約4msである。これらの写真により、液滴は、供給管を離れるとほぼ同時に粉砕され霧状になって、燃焼することなく蒸発することが観察される。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
パルス燃焼器を利用して原料を乾燥させることが産業上有利に行える。
【図１】
2008004407.tif 000004
【図２】
2008004407.tif 000005
【図３】
2008004407.tif 000006
【図４】
2008004407.tif 000007
【図６】
2008004407.tif 000008
【図５】
2008004407.tif 000009
【図７】
2008004407.tif 000010
【図８】
2008004407.tif 000011
【図９】
2008004407.tif 000012
【図１０】
2008004407.tif 000013
【国際調査報告】
2008004407.tif 000014
2008004407.tif 000015
2008004407.tif 000016
2008004407.tif 000017
2008004407.tif 000018
2008004407.tif 000019