(57)【要約】【解決手段】結晶化キャビテーションを利用して，化合物を結晶化するための装置および方法は，結晶化させるべき化合物を含む溶液の，少なくともひとつの流体流と，逆溶媒の，少なくともひとつの流体流とを混合するステップと，結晶の核を形成し，さらに結晶を直接形成するために，流体力学的キャビテーションを形成すべく，流れの局所制限部に，圧力が上昇した混合流体を通過させるステップを含む。【特許請求の範囲】
【請求項１】
結晶化キャビテーションを利用して，化合物を結晶化するための方法であって，
結晶化させるべき化合物を含む溶液の，少なくともひとつの流体流と，逆溶媒の，少なくともひとつの流体流とを混合するプロセスと，
結晶の核を生成し，さらに結晶を直接形成するために，流体力学的キャビテーションを形成すべく，流れの局所制限部に，圧力が上昇した混合流体を通過させる工程と，
を含む方法。
【請求項２】
結晶化させるべき化合物が無機剤である，請求項１の記載の方法。
【請求項３】
結晶化させるべき化合物が有機材である，請求項１の記載の方法。
【請求項４】
混合する工程が，流れの局所制限部の前で生ずる，請求項１に記載の方法。
【請求項５】
混合する工程が，流れの局所制限部で生ずる，請求項１に記載の方法。
【請求項６】
流体力学的キャビテーションがキャビテーション発生器により形成される，請求項１に記載の方法。
【請求項７】
流体力学的キャビテーションを使用して化合物を結晶化する装置であって，
貫通チャネルであって，該貫通チャネルに逆溶媒を入れるための入口を有するところの貫通チャネルと，
結晶化させるべき化合物を含む溶液を貫通チャネルに導入し，逆溶媒と溶液とを混合できるように，貫通チャネル内に位置するポートと，
流体力学的キャビテーションにより結晶の核を生成し，さらに結晶を直接形成するために，流れの局所制限部を形成すべく，貫通チャネル内に位置するキャビテーション発生器と，
を含む装置。
【請求項８】
貫通チャネルが実質的に円形の断面を有する，請求項７に記載の装置。
【請求項９】
ポートが，流れの局所制限部の上流に位置する，請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
ポートが，流れの局所制限部内に位置する，請求項７に記載の装置。
【請求項１１】
結晶化させるべき化合物を含む第二の溶液を導入するために，貫通チャネルに位置する第二のポートをさらに含む，請求項７に記載の装置。
【請求項１２】
第二のポートが流れの局所制限部の上流に位置する，請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
第二のポートが流れの局所制限部内に位置する，請求項１１に記載の装置。
【請求項１４】
キャビテーション発生器が貫通チャネル内に位置するバッフルを含み，該バッフルが，流体流と衝突する円錐状表面，および貫通チャネルとともに流れの局所制限部を形成する円筒状表面を有する，請求項７に記載の装置。
【請求項１５】
流れの局所制限部が環状オリフィスである，請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
キャビテーション発生器が，流れの局所制限部を形成するように中に位置する，少なくともひとつのオリフィスを有するディスクを含む，請求項７に記載の装置。
【請求項１７】
キャビテーション発生器が，貫通チャネルの壁から離れた少なくともひとつのバッフルを含み，このことにより，流れの局所制限部が，その壁とバッフルとの間に形成される，請求項６に記載の方法。
【請求項１８】
少なくともひとつの界面活性剤を，混合した流体流に添加する，請求項１に記載の方法。
【請求項１９】
結晶の核の生成および直接の結晶の形成が，流れの局所制限部の下流に位置する流体力学的キャビテーション場で生じる，請求項１に記載の方法。
【請求項２０】
結晶化プロセスで結晶の核を形成する方法であって，
少なくともひとつの供給溶液の流体流および少なくとのひとつの逆溶媒の流体流を水力学的キャビテーション結晶化装置に流し，該装置内で，混合流体流を形成するために，供給溶液および逆溶媒を混合する工程と，
前記装置内で，混合した流体流を流れの局所制限部に通過させ，このことにより流れの局所制限部の下流にキャビテーション泡を形成する工程と，
結晶の核を生成し，結晶を生成するために、キャビテーションを上昇した静的圧力領域で潰す工程と，
を含む方法。
【請求項２１】
少なくともひとつの界面活性剤を流体力学的キャビテーション結晶化装置に添加する工程と，供給溶液，逆溶媒および混合した流体流のひとつ以上と界面活性剤と混合する工程とを含む，請求項２０に記載の方法。
【請求項２２】
結晶を分離する工程を含む，請求項２０に記載の方法。
【請求項２３】
少なくともひとつの供給溶液または少なくともひとつの逆溶媒が，エタノール，メタノール，エチルアセテート，ハロゲン化溶媒，塩化メチレン，アセトニトリル，酢酸，ヘキサン，エーテルおよび水のひとつ以上を含む，請求項２０に記載の方法。
【請求項２４】
少なくともひとつの供給溶液または少なくともひとつの逆溶媒がひとつ以上の界面活性剤を含む，請求項２０に記載の方法。
【請求項２５】
流れの局所制限部が，貫通チャネルの壁の少なくとも一部と，該壁の少なくとも一部から離れたバッフルとの間に画定される，請求項２０に記載の方法。
【請求項２６】
装置内の流れの局所制限部に，混合した流体流を通過させる工程が，その混合した流体流の速度を，少なくともひとつの供給溶液と少なくともひとつの逆溶媒の物理的特性により決定される最小速度に増加させることを含む，請求項２０に記載の方法。
【請求項２７】
化合物から結晶を形成する方法であって，
流体力学的キャビテーションを形成することができる装置内の流れの局所制限部に第一の流体を流す工程と，
流れの局所制限部に第二の流体を導入して第一の流体と第二の流体との混合流体を形成する工程と，
流れの局所制限部の下流に流体力学的キャビテーション場，および混合流体中にキャビテーション泡を生成する工程と，
結晶の核を生成し，結晶を形成するために、キャビテーションを上昇した静的圧力領域で潰す工程と，
を含む方法。
【請求項２８】
第一の流体が少なくともひとつの供給溶液を含み，第二の流体が少なくともひとつの逆溶媒を含む，請求項２７に記載の方法。
【請求項２９】
第一の流体が少なくともひとつの逆溶媒を含み，第二の流体が少なくともひとつの供給溶液を含む，請求項２７に記載の方法。
【請求項３０】
流れの局所制限部が，貫通チャネルの壁の少なくとも一部，該壁の少なくとも一部から離れたバッフルとの間に画定される，請求項２７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【背景技術】
【０００１】
本発明は流体力学的キャビテーションを使用して化合物を結晶化する装置および方法に関する。結晶化させる化合物のタイプは，薬剤ならびに工業上使用される他のタイプの化合物である。
【０００２】
薬学的に活性な化合物またはそれらの中間体を含む溶液からの結晶化は工業上使用される典型的な精製方法である。生成された結晶構造または晶癖の完全さ，および最終生成物の粒径は結晶化方法において考慮すべき重要な点である。
【０００３】
高い生体利用効率および短い溶解時間は望ましいことであり，最終の薬剤にとって必要な特性である。しかし，大きさが小さく，表面積が大きい粒子の直接の結晶化は高い過飽和環境下でなされるが，その環境下では，不完全な結晶の形成のために，純度が低く，破砕性が高く，さらに安定性が悪い材料となる。有機物の結晶格子における結合力は，イオン性無機向き固体における場合以上に，非常に高い非結晶の頻度を発生させることから，過飽和材の“オイルアウト（oiling out）”が一般的ではないとはいえず，このようなオイルはしばしば構造をもつことなく凝固する。
【０００４】
緩やかな結晶化は，生成物の純度を増し，より安定した結晶構造を生成するために使用される一般的な技術であるが，しかし，結晶化器の生産性を減少させ，続く非常に強力な製粉を必要とする，大きさが大きく，表面積が小さい粒子を生成する。現状では，薬剤は，粒子の表面積を増加させ，したがった生物利用効率を高めるために，結晶化の後の製粉工程を常に必要としている。しかし，製粉に必要なエネルギーは欠点となっている。製粉は，産出に損失をもたらし，ノイズ，粉塵をもたらし，さらには非常び影響のある薬剤に人が晒されることになる。また，製粉の間結晶の表面に形成されるストレスが逆に不安な化合物に影響を与え得る。全体的に，表面積が大きく，化学的に純度が高く，非常に安定しているという三つの望ましい最終生成物の目標は，非常に多くのエネルギーを必要とする製粉を除き，現在の結晶化技術を使用して同時に最適化することができない。
【０００５】
ひとつの標準的な結晶化手順が，結晶化されるべき化合物の過飽和溶液を，攪拌容器内で，適切な逆溶媒と接触させることに関する。攪拌容器内で，逆溶媒は主要な核形成（結晶の形成につながる）が，ときには熟成工程中，シーディング（seeding）や結晶消化をともなって始まる。容器内での混合は，種々の攪拌機（たとえば，ラシュトンまたはピッチドブレードタービン，インターミグなど）で達成され，そのプロセスは一括でなす態様でなされる。
【０００６】
直接小さな粒子を結晶化するために，現在の逆付加（reverse addition）技術を使用するとき，攪拌容器内で，逆溶媒に溶液を導入すると結晶形成の前にふたつの流体が十分に混合しないことから，最初の結晶の形成の間，濃縮傾向を避けることができない。濃縮傾向の存在，したがって最初の結晶形成における異種の流体環境は最適な結晶構造の形成を妨げ，不純物の取り入れを増やすことになる。緩やかな結晶化技術が採用されると，流体のより十分な混合が，結晶形成に前に行うことができ，結晶構造，純度を改善するが，結晶は大きくなり，生体利用効率の条件を満たすためには製粉が必要となる。
【０００７】
他の標準的な結晶化手順は，溶液を過飽和点へともたらすため，結晶化をおこなうべき材料の溶液をいろいろな温度にすることであるが，このことは結晶の大型化をまねく緩やかなプロセスとなる。また，この手順で溶媒が除去傾向にあるが，生じた結晶における大きさ，純度および安定性の特徴は制御することが難しく，バッチ処理の間で一貫したものとならない。
【０００８】
他の結晶化手順は，結晶化プロセスにおいて，非常に強力なマイクロミキシングを達成するために衝突ジェットを利用することでる。非常に強力なマイクロミキシングは既知の技術（ミキシングに依存する反応に関連する）である。特許文献１において，一様な粒子を達成するために，ふたつの衝突ジェットを使用する方法が示されている。ふたつのジェットが衝突する点で，非常にレベルの高い過飽和が存在する。この高い過飽和の結果，二液の衝突地点で，小さな混合領域内で結晶化が劇的に行われる。新しい結晶の核が衝突地点で一定に形成されることから，非常に多数の結晶が形成される。非常に多数の結晶の形成の結果，結晶のすべての大きさが小さくはならないが，平均的な大きさは小さい。
【特許文献１】米国特許第5,314,456号明細書
【０００９】
他方，流体力学的キャビテーションを使用する結晶化の手順は未だ提案されていない。キャビテーションは，液体の流れ中で局所的な圧力の低下から生ずる，液体流の泡および空洞の形成をいう。圧力が減少して液体がその液体の沸点に達すると，非常に多数の，蒸気で満たされた空洞および泡が形成される。液体の圧力が上昇すると，空洞および泡内で蒸気の凝縮が生じ，それらは潰れ，非常に高い圧力の衝撃，非常に高い温度を形成する。泡内の温度は５０００°Cのオーダーと，そして圧力はほぼ５００kg/cm2と推測される（K. S. Suslick，Science，第247巻，（１９９０年３月２３日）第1439-1445頁）。キャビテーションは，泡の形成から消滅という一連の現象をいう。この非常に高いエネルギーレベルのため，流体力学的キャビテーションを使用する化合物の結晶化の装置および方法が望まれている。流体力学的キャビテーションを形成し制御する装置および方法は，音響学的な応答についてのミキシング，伝導の際，化合物を含む金属の用意の際に使用ものとして，従来より知られている。たとえば特許文献２ないし６を参照のこと（これらは発明者がKozyukで，ここに参考文献として組み込まれる）。
【特許文献２】米国特許第5,810,052号明細書
【特許文献３】米国特許第5,931,771号明細書
【特許文献４】米国特許第5,937,906号明細書
【特許文献５】米国特許第6,012,492号明細書
【特許文献６】米国特許第6,365,555号明細書
【００１０】
本発明のこれらおよび他の特徴，態様および利点は以下の記述，添付図面から理解されよう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
明細書，図面において同じ符号が付された部品は同じものを示す。図において，部品のスケール，比例関係は説明のために誇張されている。
【００１２】
本発明は，結晶化プロセスにおいて結晶の核を生成するために，流体力学的なキャビテーションを使用する装置および方法を提供する。このプロセスにおいて使用される二つの流体は異なる溶媒化合物であり，一方の流体が適切な溶媒または溶媒の組み合わせに結晶化すべき化合物を含む溶液（“供給溶液”）であり，他方の流体が適切な溶媒または溶媒の組み合わせ（化合物に関して，比較的低い溶媒特性のものとして選択された溶液（“逆溶媒”）から化合物の析出を開始することができるもの）である。このような溶媒および逆溶媒には，限定的ではないが，エタノール，メタノール，エチルアセテート，塩化メチレンのようなハロゲン化溶媒，アセトニトリル，酢酸，ヘキサン，エーテル，水がある。
【００１３】
このプロセスで使用する流体は，流体力学的キャビテーション結晶化プロセスの間，生ずるであろう凝集を緩和する適切な界面活性剤を僅かに含んでもよい。この表面活性剤は，前もって混合したものの一部として添加されてもよく，または下述するエントリーポートのひとつを通して添加されてもよい。したがって，使用されるひとつ，複数または全部の流体が表面活性剤を含んでもよい。このような表面活性剤は結晶化合物の最終的な使用に害とならないように選択されるべきである。
【００１４】
図１は，円筒状壁２０により画定される貫流チャネル１５を含む流体力学的キャビテーション結晶化装置１０を示すが，円筒状壁は，内側表面２２，外側表面２４，第一の流体流F１を（矢印の方向で）装置１０に導入する入口２５および流体を装置１０から排出する出口３０を有する。好適には，貫通チャネル１５の断面は円形であるが，貫通チャネル１５の断面は正方形，長方形，六角形といった形状でもよく，これらは本発明の範囲に含まれる。
【００１５】
貫通チャネル１５の中心線ＣＬまたはその近傍にそって貫通チャネル１５内に，バッフル３５のようなキャビテーション発生器が配置される。図１に示されているように，バッフル３５は円筒状表面４５内に伸びる円錐状の表面４０を含むが，バッフル３５の円錐状部分４０は流体流と衝突する。バッフル３５は，オリフィス６０を有するディスク５５に結合した脚部（ステム）５０上に位置している。ディスク５５は入口２５に位置し，貫通チャネル１５内でバッフル３５を保持する。オリフィス６０を有するディスク５５に代え，クロスヘッド，ポスト，プロペラまたは圧力に殆ど損失を与えない固定部を使用することができる。
【００１６】
バッフル３５は流体流の局所制限部７０を通ってバッフル３５の下流に，流体力学的キャビテーション場６５を形成する形状となっている。この実施例では，局所制限部７０は貫通チャネル１５の内側表面２２とバッフル３５の円筒状表面４５との間に画定される管状のオリフィスである。局所制限部７０はバッフル３５の円筒状表面４５と円筒状壁２０が円形断面をもつため管状オリフィスであるが，当業者には，貫通チャネル１５の断面が環状以外の他の幾何学的形状をもつときには，貫通チャネル１５を形成する壁とバッフル１５との間に画定される局所制限部７０の形状は環状にならないことは分かるであろう。同様に，バッフル３５の断面が円形でないと，貫通チャネル１５を形成する壁とバッフル１５との間に画定される局所制限部７０の形状は環状にならない。好適には，貫通チャネル１５を形成する壁の断面形状はバッフル３５の断面形状と一致することである（たとえば，円形と円形，四角形と四角形など）。
【００１７】
バッフル３５から下流のキャビテーション場の形成および制御を良くするために，バッフル３５は，変化した流体力学的キャビテーション場を形成するために，いろいろな形状，構成をもつバッフルに取り替え可能に構成される。バッフル３５の形状および構成はキャビテーションの特徴，したがって結晶化の質に重大に影響を与える。本発明の範囲に属するさまざまな形状および構成があるが，特許文献７（１９９９年１０月１９日に発行の米国特許明細書）は，利用可能なバッフルの形状および構成を開示する。特許文献７もここに参考文献として組み込まれる。
【特許文献７】米国特許第5,969,207号明細書
【００１８】
バッフル３５が利用可能に脚部５０に取り外し可能に取り付けられことは理解されよう。しかし，バッフル３５は脚部５０にネジ式に取り付けられることが望ましい。したがって，バッフル３５の形状および構成を代えるために，脚部５０は装置１０から取り外され，最初のバッフル３５は脚部５０から外され，そして脚部５０にネジ式に取り付けられる，異なるバッフルで取り替えられて，装置１０に戻される。
【００１９】
貫通チャネル１５の円筒状壁２０内に，第二の流体流F２を（矢印の方向で）貫通チャネル１５へと導入するためのポート７５が位置する。ポート７５はバッフル３５から下流で，貫通チャネル１５の円筒状壁２０内に位置する。図２に示されている僅かに異なる実施例では，第二の流体流F２が局所制限部７０で第一の流体流F１と混合するように，貫通チャネル１５の円筒状壁２０内で局所制限部７０の近傍に位置するポート７５を，装置２００は含む。図３に示されているように，第三の流体流F３を（矢印の方向で）貫通チャネル１５に導入することができるように，貫通チャネル１５の円筒状壁２０に位置する第二のポート８０を，装置３００は含む。第二のポート８０はバッフル３５から下流に位置する。
【００２０】
図１に図示の装置１０の動作において，第一の流体流F１は入口２５を経て貫通チャネル１５に入り、矢印の方向でディスク５５のオリフィス６０を通る。第二の流体流F２はポート７５を通って貫通チャネル１５に入り、バッフル３５に向かう前に第一の流体流F１と混合する。一実施例では，第一の流体流F１は逆溶媒であり，第二の流体流F２は供給溶液である。これに代えて，他の実施例では，第一の流体流F１は供給溶液であり，第二の流体流F２は逆溶媒である。
【００２１】
混合した第一および第二の流体流F１，F２は局所制限部７０を通過し，ここで第一および第二の流体流F１，F２の速度は，第一および第二の流体流F１，F２の物理的特性により決定される最小速度（すなわち，キャビテーション泡が出始める速度）に増加する。第一および第二の流体流F１，F２が流れの局所制限部７０を通過すると，流体力学的キャビテーション場６５（キャビテーション泡を形成する）がバッフル３５の下流に形成される。高められた静的な圧力領域に到達すると，泡は潰れ，結晶の核を形成する高い局所圧力（5,000kg/cm2に至る）および温度（15,000°Ｃに至る）を生じさせ，直接微小な結晶が形成される。残りの流体は出口３０から貫通チャネル１５を出る一方で，結晶は従前の回収技術により分離される。
【００２２】
図２に図示の装置２００の動作において，第一の流体流F１は入口２５を経て貫通チャネル１５に入り、矢印の方向でディスク５５のオリフィス６０を通る。第二の流体流F２はポート７５を通って貫通チャネル１５に入り第一の流体流F１と混合するとともに，流体流F１は局所制限部７０を通過する。一実施例では，第一の流体流F１は逆溶媒であり，第二の流体流F２は供給溶液である。これに代えて，他の実施例では，第一の流体流F１は供給溶液であり，第二の流体流F２は逆溶媒である。
【００２３】
流れの局所制限部７０を通過すると，混合した第一および第二の流体流F１，F２の速度は，第一および第二の流体流F１，F２の物理的特性により決定される最小速度（すなわち，キャビテーション泡が出始める速度）に増加する。第一および第二の流体流F１，F２が流れの局所制限部７０を通過すると，流体力学的キャビテーション場６５（キャビテーション泡を形成する）がバッフル３５の下流に形成される。高められた静的な圧力領域に到達すると，泡は潰れ，結晶の核を形成する高い局所圧力（5,000kg/cm2に至る）および温度（15,000°Ｃに至る）を生じさせ，直接微小な結晶が形成される。残りの流体は出口３０から貫通チャネル１５を出る一方で，結晶は従前の回収技術により分離される。
【００２４】
図３に図示の装置３００の動作において，第一の流体流F１は入口２５を経て貫通チャネル１５に入り、矢印の方向でディスク５５のオリフィス６０を通る。第二の流体流F２はポート８０を通って貫通チャネル１５に入り，バッフル１５に向かう前に第一の流体流F１と混合する。第三の流体流F３はポート７５を通って貫通チャネル１５に入り，第一および第二の流体流F１，F２と混合するとともに，それらは局所制限部７０を通過する。一実施例では，第一の流体流F１は逆溶媒であり，第二および第三の流体流F２，F３は同じまたは異なる濃度をもつ同じまたは異なる供給溶液である。これに代えて，他の実施例では，第一の流体流F１は供給溶液であり，第二および第三の流体流F２，F３は同じまたは異なる濃度をもつ同じまたは異なる逆溶媒である。
【００２５】
流れの局所制限部７０を通過すると，混合した第一，第二および第三の流体流F１，F２，F３の速度は，第一，第二および第三の流体流F１，F２，F３の物理的特性により決定される最小速度（すなわち，キャビテーション泡が出始める速度）に増加する。第一，第二および第三の流体流F１，F２，F３が続いて流れの局所制限部７０を通過すると，流体力学的キャビテーション場６５（キャビテーション泡を形成する）がバッフル３５の下流に形成される。高められた静的な圧力領域に到達すると，泡は潰れ，結晶の核を生成する高い局所圧力（5,000kg/cm2に至る）および温度（15,000°Ｃに至る）を生じさせ，直接微小な結晶が形成される。残りの流体は出口３０から貫通チャネル１５を出る一方で，結晶は従前の回収技術により分離される。
【００２６】
図４は，円筒状壁４２０により画定される貫流チャネル４１５を含む流体力学的キャビテーション結晶化装置４００を示すが，円筒状壁は，内側表面４２２，外側表面４２４，第一の流体流F１を（矢印の方向で）装置４００に導入する入口４２５および流体を装置４００から排出する出口４３０を有する。好適には，貫通チャネル４１５の断面は円形であるが，貫通チャネル４１５の断面は正方形，長方形，六角形といった形状でもよく，これらは本発明の範囲に含まれる。
【００２７】
貫通チャネル４１５内にキャビテーション発生器４３５が配置されるが，そのキャビテーション発生器は，その発生器４３５の下流に流体力学的キャビテーション場４４０を形成する形状をもつ。図４に示されているように，キャビテーション発生器４３５は貫通チャネル４１５の中心線ＣＬまたはその近傍にそって位置する環状オリフィス４０を有するディスク４４５である。オリフィス４５０はベンチュリー管の形状となり，流れの局所制限部を形成する。図７に示されている僅かに異なる実施例では，装置７００は，多数の流体の流れの局所制限部を形成するように位置する多数の環状オリフィス７１５を有するディスク７１０を含む。好適には，ディスクのオリフィスの断面は円形であるが，オリフィスの断面は正方形，長方形，六角形といった形状でもよく，これらは本発明の範囲に含まれる。
【００２８】
オリフィス４５０を有するディスク４４５から下流のキャビテーション場の形成および制御を良くするために，オリフィス４５０を有するディスク４４５は，変化した流体力学的キャビテーション場を形成するために，いろいろな形状，構成をもつオリフィスを有するディスクに取り替え可能に構成される。オリフィス４５０の形状および構成はキャビテーションの特徴，したがって結晶化の質に重大に影響を与える。本発明の範囲に属するさまざまな形状および構成があるが，特許文献７は，利用可能なバッフルの形状および構成を開示する。特許文献７もここに参考文献として組み込まれる。
【００２９】
貫通チャネル４１５の円筒状壁４２０内に，第二の流体流F２を（矢印の方向で）貫通チャネル４１５へと導入するための入口ポート４５５が位置する。ポート４４５はディスク４４５から上流で，貫通チャネル４１５の円筒状壁４２０内に位置する。図５に示されている僅かに異なる実施例では，装置５００が貫通チャネル４１５の円筒状壁４２０に配置され，ディスク４４５を貫通するポート４５５を含み，ポート４５５はオリフィス４５０と連通する。したがって，第二の流体流F２はオリフィス４５０内で第一の流体流F１と混合する。図６に図示の他の実施例では，装置６００は，第三の流体F３を貫通チャネル４１５へと導入することができるように，貫通チャネル４１５の円筒状壁４２０に位置する第二のポート４６０を含む。第二のポート４６０はディスク４４５から下流に位置する。
【００３０】
図４に図示の装置４００の動作において，第一の流体流F１は入口４２５を経て貫通チャネル４１５に入り、矢印の方向で貫通チャネル４１５を通過する。第二の流体流F２は，入口ポート４５５を通って貫通チャネル４１５に入り、オリフィス４５０を通過する前に，第一の流体流F１と混合する。一実施例では，第一の流体流F１は逆溶媒であり，第二の流体流F２は供給溶液である。これに代えて，他の実施例では，第一の流体流F１は供給溶液であり，第二の流体流F２は逆溶媒である。
【００３１】
混合した第一および第二の流体流F１，F２はオリフィス４５０を通過し，ここで第一および第二の流体流F１，F２の速度は，第一および第二の流体流F１，F２の物理的特性により決定される最小速度（すなわち，キャビテーション泡が出始める速度）に増加する。第一および第二の流体流F１，F２がオリフィス４５０を通過すると，流体力学的キャビテーション場４４０（キャビテーション泡を形成する）がオリフィス４５０の下流に形成される。高められた静的な圧力領域に到達すると，泡は潰れ，結晶の核を生成する高い局所圧力（5,000kg/cm2に至る）および温度（15,000°Ｃに至る）を生じさせ，直接微小な結晶が形成される。残りの流体は出口４３０から貫通チャネル４１５を出る一方で，結晶は従前の回収技術により分離される。
【００３２】
図５に図示の装置５００の動作において，第一の流体流F１は入口４２５を経て貫通チャネル４１５に入り、矢印の方向で貫通チャネル４１５を通る。第二の流体流F２は入口ポート４５５を通って貫通チャネル４１５に入り，流体流F１がオリフィス４５０を通過する間，第一の流体流F１と混合する。一実施例では，第一の流体流F１は逆溶媒であり，第二の流体流F２は供給溶液である。これに代えて，他の実施例では，第一の流体流F１は供給溶液であり，第二の流体流F２は逆溶媒である。
【００３３】
オリフィス４５０を通過すると，混合した第一および第二の流体流F１，F２の速度は，第一および第二の流体流F１，F２の物理的特性により決定される最小速度（すなわち，キャビテーション泡が出始める速度）に増加する。第一および第二の流体流F１，F２がオリフィス４５０を通過すると，流体力学的キャビテーション場４５０（キャビテーション泡を形成する）がオリフィス４５０の下流に形成される。高められた静的な圧力領域に到達すると，泡は潰れ，結晶の核を生成する高い局所圧力（5,000kg/cm2に至る）および温度（15,000°Ｃに至る）を生じさせ，直接微小な結晶が形成される。残りの流体は出口４３０から貫通チャネル４１５を出る一方で，結晶は従前の回収技術により分離される。
【００３４】
図６に図示の装置６００の動作において，第一の流体流F１は入口４２５を経て貫通チャネル４１５に入り、矢印の方向で貫通チャネル４１５を通る。第二の流体流F２は第二のポート４６０を通って貫通チャネル４１５に入り，オリフィス４５０を通過する前に第一の流体流F１と混合する。第三の流体流F３は入口ポート４５５を通って貫通チャネル４１５に入り，第一および第二の流体流F１，F２と混合するとともに，それらはオリフィス４５０を通過する。一実施例では，第一の流体流F１は逆溶媒であり，第二および第三の流体流F２，F３は同じまたは異なる濃度をもつ同じまたは異なる供給溶液である。これに代えて，他の実施例では，第一の流体流F１は供給溶液であり，第二および第三の流体流F２，F３は同じまたは異なる濃度をもつ同じまたは異なる逆溶媒である。
【００３５】
オリフィス４５０を通過すると，混合した第一，第二および第三の流体流F１，F２，F３の速度は，第一，第二および第三の流体流F１，F２，F３の物理的特性により決定される最小速度（すなわち，キャビテーション泡が出始める速度）に増加する。第一，第二および第三の流体流F１，F２，F３が続いてオリフィス４５０を通過すると，流体力学的キャビテーション場４４０（キャビテーション泡を形成する）がオリフィス４５０の下流に形成される。高められた静的な圧力領域に到達すると，泡は潰れ，結晶の核を生成する高い局所圧力（5,000kg/cm2に至る）および温度（15,000°Ｃに至る）を生じさせ，直接微小な結晶が形成される。残りの流体は出口４３０から貫通チャネル４１５を出る一方で，結晶は従前の回収技術により分離される。
【００３６】
図８は，流体力学的キャビテーション結晶化装置８００（構成および動作は図５に図示の装置５００と似ているが、装置８００は、ふたつのステージの流体力学的キャビテーションを形成するために貫通チャネル８２０に連続して配置されたふたつのキャビテーション発生器８１０、８１５を含む）の他の実施例を図示する。貫通チャネル８２０は第一の流体流F１を（矢印の方向に）導入するために，入口８２２を含む。第一のキャビテーション発生器８１０は貫通チャネル８２０内に位置するディスク８２５であり，第一の内径をもつ第一のオリフィス８３０を含む。第二のキャビテーション発生器８１５は貫通チャネル８２０内に位置するディスク８３５であり，第一のオリフィス８３０の第一の内径よりも大きな第二の内径をもつ第二のオリフィス８４０を含む。明らかに，他の実施例では，第一のオリフィス８３０の内径は第二のオリフィス８４０の内径よりも大きい。
【００３７】
第二の流体流F２および第三の流体流F３を導入するために，第一のポート８４５および第二のポート８５０がそれぞれ貫通チャネル８２０の壁部に位置し，第一のオリフィス８３０および第二のオリフィス８４０と連通する。一実施例では，第一の流体流F１は逆溶媒であり，第二および第三の流体流F２，F３は同じまたは異なる濃度をもつ同じまたは異なる供給溶液である。これに代えて，他の実施例では，第一の流体流F１は供給溶液であり，第二および第三の流体流F２，F３は同じまたは異なる濃度をもつ同じまたは異なる逆溶媒である。
【００３８】
図９は，流体キャビテーション結晶化装置９００（構成および動作は図１の装置１００と似ているが，ポート７５が貫通チャネル１５の円筒状壁部２０に位置するものの，ディスク５５の上流の貫通チャネル１５の円筒状壁部２０に位置する）の他の実施例を図示する。ポート７５の位置をディスク５５の上流にすることにより，装置９００では，基本的に，流体力学的キャビテーションのステージがふたつ形成される。つまり，ディスク５５は第一のキャビテーションの第一のステージであり，バッフル３５が第二のステージとなる。
【００３９】
他の実施例として，図１０は，円筒状壁１０２０により画定される貫流チャネル１０１５を含む流体力学的キャビテーション結晶化装置１０００を示すが，円筒状壁は，内側表面１０２２，外側表面１０２４，第一の流体流F１を（矢印の方向で）装置１０００に導入する入口１０２５および流体を装置１０００から排出する出口１０３０を有する。
【００４０】
貫通チャネル１０１５の中心線ＣＬまたはその近傍にそって貫通チャネル１０１５内に，バッフル１０３５のようなキャビテーション発生器が配置される。図１０に示されているように，バッフル１０３５は円筒状表面１０４５内に伸びる円錐状の表面１０４０を含むが，バッフル１０３５の円錐状部分１０４０は流体流と衝突する。バッフル１０３５は，オリフィス６０を有するディスク１０５５に結合された脚部（ステム）１０５０上に位置している。ディスク１０５５は入口２５に位置し，貫通チャネル１０１５内でバッフル１０３５を保持する。
【００４１】
バッフル１０３５は流体流の局所制限部１０７０を通ってバッフル１０３５の下流に，流体力学的キャビテーション場１０６５を形成する形状となっている。この実施例では，局所制限部１０７０は貫通チャネル１０１５の内側表面１０２２とバッフル１０３５の円筒状表面１０４５との間に画定される管状のオリフィスである。
【００４２】
貫通チャネル１０１５の円筒状壁１０２０に，第二の流体流F２を（矢印の方向に）貫通チャネル１０１５に導入するためのポート１０７５が位置する。ポート１０７５から始まる流体路１０７７は，ディスク１０５５，脚部１０５０，バッフル１０３５を通り，流れの局所制限部１０７０に至る。図１１に図示の僅かに異なる実施例では，流体力学的キャビテーション結晶化装置１１００（構成および動作は図１０に図示の装置１０００と似ているが、装置１１００では、流体路がバッフル１０３５の上流にあり，他のバッフル１１３５がバッフル１０３５の上流にありって，ふたつのステージの流体力学的キャビテーションが形成される。
【００４３】
図１０に図示の装置１０００の動作において，第一の流体流F１は入口１０２５を経て貫通チャネル１０１５に入り、矢印の方向でオリフィス１０６０を通る。第二の流体流F２はポート１０７５を経て貫通チャネル１０１５に入り，流体路１０７７を通過し，第一の流体流F１と混合するとともに，局所制限部１０７０を通過する。一実施例では，第一の流体流F１は逆溶媒であり，第二の流体流F２は供給溶液である。これに代えて，他の実施例では，第一の流体流F１は供給溶液であり，第二の流体流F２は逆溶媒である。
【００４４】
混合した第一および第二の流体流F１，F２は，流れの局所低制限部１０７０を通過し，ここで第一および第二の流体流F１，F２の速度は，第一および第二の流体流F１，F２の物理的特性により決定される最小速度（すなわち，キャビテーション泡が出始める速度）に増加する。第一および第二の流体流F１，F２が局所制限部１０７０を通過すると，流体力学的キャビテーション場１０６５（キャビテーション泡を形成する）がバッフル１０３５の下流に形成される。高められた静的な圧力領域に到達すると，泡は潰れ，結晶の核を生成する高い局所圧力（5,000kg/cm2に至る）および温度（15,000°Ｃに至る）を生じさせ，直接微小な結晶が形成される。残りの流体は出口１０３０から貫通チャネル１０１５を出る一方で，結晶は従前の回収技術により分離される。
【００４５】
第一，第二，および第三の流体流F１，F２，F３はポンプ（図示せず）を利用して上述にように装置に供給される。選択された典型的なポンプは，ポンプ作用をなすことができる媒体の物理化学的性質およびプロセスの実行のために必要な流体力学パラメータに基づいて決定される。
【００４６】
以下の例は本発明を説明するために示すもので，本発明の範囲，思想を限定するものではない。
【００４７】
例１
３０グラムの工業状グレードNaCl（塩化ナトリウム−供給溶液）を，ビーカー内の蒸留水１００mlに溶解させた。２００mlのエタノール（逆溶媒（エタノール９５%＋メタノール５%，Aldric（商標）））を，逆溶媒／供給溶液の容積比＝２：１となるように，ビーカーに添加した。
溶液をNaCl（塩化ナトリウム）結晶が現れるまで攪拌した。攪拌後，生成物をフィルターにかけた。結晶粒の大きさ（d９０）は１５０ミクロンであった。
【００４８】
例２
結晶化プロセスを，図４に図示で，上述したキャビテーション装置４００で実行し，ここで，装置４００は，8,000psi，公称流速800ml/minの動作能力をもつ。使用されたオリフィスは0.010インチ（0.0254cm）の直径，600psi上部圧力のものである。エタノール（逆溶媒）を，高圧で貫通チャネル４１５に供給し，NaCl（供給溶液）を高圧で，オリフィス４５０の上流のポート４５５を経て貫通チャネル４１５に，逆溶媒／供給溶液比が２：１で導入した。組み合わされた逆溶媒と供給溶液はオリフィス４５０を通過し，流体力学的キャビテーションにより核の形成がなされる。
結晶粒の大きさ（d９０）は３０ミクロンであった。
【００４９】
例３
例２の結晶化プロセスが結晶化装置４００で繰り返されたが，3,000psiという非常に高い流体力学的圧力の下でなされた。
結晶粒の大きさ（d９０）は２０ミクロンであった。
【００５０】
例４
例２の結晶化プロセスが結晶化装置４００で繰り返されたが，6,500psiという非常に高い流体力学的圧力の下でなされた。
結晶粒の大きさ（d９０）は１４ミクロンであった。
【００５１】
例５
例２の結晶化プロセスが結晶化装置４００で繰り返されたが，1,000psiという非常に高い流体力学的圧力の下でなされた。
結晶粒の大きさ（d９０）は１０ミクロンであった。
【００５２】
例６
結晶化プロセスを，図５に図示で，上述したキャビテーション装置５００で実行し，ここで，使用されたオリフィスは400psi上部圧力の下，0.010インチ（0.0254cm）の直径をもつ。
２０００mlのエタノール（逆溶媒）を結晶化装置５００で循環させた。２５０mlのNaClの溶液が入口ポート４５５を経てオリフィス４５０の局所制限部に直接向かうように結晶化デバイス５００に添加した。添加時間は７分であった。
結晶粒の大きさ（d９０）は２０ミクロンであった。
【００５３】
本発明を好適実施例とともの記述したが，当業者であれば，いろいろな変形，修正が本発明の思想，範囲内でなし得ることは明らかである。好適実施例の図面，記述は本発明の範囲を限定するものではなく，あくまでも例示であり，これら変形，修正は，本発明の思想，範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００５４】
【図１】図１は本発明の一実施例にしたがった流体力学的キャビテーション結晶化装置１０の縦断面図である。
【図２】図２は本発明の他の実施例にしたがった流体力学的キャビテーション結晶化装置２００の縦断面図である。
【図３】図３は本発明の他の実施例にしたがった流体力学的キャビテーション結晶化装置３００の縦断面図である。
【図４】図４は本発明の他の実施例にしたがった流体力学的キャビテーション結晶化装置４００の縦断面図である。
【図５】図５は本発明の他の実施例にしたがった流体力学的キャビテーション結晶化装置５００の縦断面図である。
【図６】図６は本発明の他の実施例にしたがった流体力学的キャビテーション結晶化装置４６００の縦断面図である。
【図７】図７は本発明の他の実施例にしたがった流体力学的キャビテーション結晶化装置７００の縦断面図である。
【図８】図８は本発明の他の実施例にしたがった流体力学的キャビテーション結晶化装置８００の縦断面図である。
【図９】図９は本発明の他の実施例にしたがった流体力学的キャビテーション結晶化装置９００の縦断面図である。
【図１０】図１０は本発明の他の実施例にしたがった流体力学的キャビテーション結晶化装置１０００の縦断面図である。
【図１１】図１１は本発明の他の実施例にしたがった流体力学的キャビテーション結晶化装置１１００の縦断面図である。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【国際調査報告】
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