(57)【要約】【課題】微粒化処理を効率良く行うこと。【解決手段】微粒化対象の流体を導入口２３から高圧流体にして導入し、導入した高圧流体を互いに平行配置された２つの分岐流路２５，２５で分岐させる。また、分岐させた高圧流体の流路を微小孔で絞り、噴射口５７から２つの高速流体を噴射する。そして、噴射した高速流体を微粒化促進室４１内で瞬時減圧し、これにより誘起するキャビテーションと旋回流の相互干渉により大きなせん断力を発生させ、微粒化を促進させる。【選択図】図１
2007275754.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散対象の流体を高圧流体にして密閉ケースの一端から導入し、
前記導入した高圧流体を互いに平行配置された複数の流路で分岐させ、
前記分岐させた複数の高圧流体の流路を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から複数の高速流体を噴射し、
前記噴射した複数の高速流体を瞬時に減圧し、これにより誘起するキャビテーションと旋回流の相互干渉によって拡散を行う
ことを特徴とする拡散方法。
【請求項２】
密閉ケースの一端から高圧流体を導入する導入口と、
前記導入口に連通する流路を分岐し、互いに平行配置された複数の分岐流路と、
前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から高速流体を噴射する複数の噴射口と、
を備えたことを特徴とする噴射ノズル。
【請求項３】
前記噴射口が前記分岐流路の軸線に対して所定角度傾斜していることを特徴とする請求項２に記載の噴射ノズル。
【請求項４】
密閉ケースの一端から高圧流体を導入する導入口と、
前記導入口に連通する流路を分岐し、互いに平行配置された複数の分岐流路と、
前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から高速流体を噴射する複数の噴射口と、
前記複数の噴射口に連通し、前記分岐流路よりも大径の空洞部からなる拡散促進室と、
を備えたことを特徴とする拡散装置。
【請求項５】
前記噴射口が前記分岐流路の軸線に対して所定角度傾斜していることを特徴とする請求項４に記載の拡散装置。
【請求項６】
前記拡散促進室の内径が前記分岐流路の内径の２００倍以上に設定されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の拡散装置。
【請求項７】
前記拡散促進室に拡散後の流体を排出する排出口が形成されていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の拡散装置。
【請求項８】
拡散対象の流体を収容する容器と、
前記容器内の流体を加圧して移送する圧送ポンプと、
前記圧送ポンプにより移送された高圧流体を導入し、これを拡散して排出する請求項７に記載の拡散装置と、
前記拡散装置から排出された拡散後の流体を貯留する貯留槽と、
を備えたことを特徴とする拡散システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体中に混入した微粒子や微生物等（以下「微粒子等」という。）を拡散、撹拌、均一混合、乳化、分散、解砕、あるいは破砕（以下本明細書において「拡散」と称す。）する拡散方法と、この方法に用いられる噴射ノズル、拡散装置及び拡散システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体からなる流体中に様々な物質や微粒子等を混合し、この混合液を拡散させる技術が知られている。その技術としては一般に混合液を超高圧（数十ＭＰａ〜数百ＭＰａ）でノズルから噴射させ、それを壁に衝突させたり、あるいはノズルからの噴射どうしを流路内で対向衝突させる等、超高圧流体による衝突作用を利用したものが多い。
【０００３】
この種の装置としては、例えば下記の特許文献１に記載された乳化装置や、特許文献２に記載された乳化装置等が知られており、多種多様のノズル構造が利用されている。前者の乳化装置は容器内で乳化すべき混合液をノズルから噴射し、その流路の方向を強制的に変更したり、あるいは混合液どうしを衝突させて乳化を行うものである。また、後者の乳化装置は容器内で乳化すべき一方の流体と他方の流体とを互いに反対方向から高速で衝突させ、その衝突により乳化が行われた流体を流出路から取り出すものである。
【０００４】
【特許文献１】特許第２７８８０１０号公報
【０００５】
【特許文献２】特許第２５５３２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した従来の乳化装置では、超高圧の被処理液体を高速流に変換し、その高速流の流路を変更又は衝突させたりすることによって拡散処理を進行させるようになっている。ところが、拡散効果を得るための衝突用流路は、狭い通路で構成されているために圧力損失が大きい、つまり流量係数が小さく高速流が減衰されるという問題があった。これは、本来拡散処理を進行させるために流体に与えられた高速流というエネルギーが、流路の途中で熱エネルギーに変化して失われてしまうということである。
【０００７】
また、従来の乳化装置におけるノズルでは、構造上圧力損失を小さくすることができない。従来のノズル構造によると発熱量が非常に大きく、人体に直接触れると火傷するほどの熱が発生する。その結果として大きな動力が必要になり、製品コストとエネルギーコストを増大させることにも繋がる。さらには流路が複雑な形状であるため、固形成分が中で凝固すると洗浄しにくい構造になっているという問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、特に拡散処理を効率良く行うことができ、かつ、簡単な構造でメンテナンス性にも優れた噴射ノズルと、この噴射ノズルの構造を採用した拡散装置、拡散システム、並びに拡散方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明の拡散方法は、拡散対象の流体を高圧流体にして密閉ケースの一端から導入し、前記導入した高圧流体を互いに平行配置された複数の流路で分岐させ、前記分岐させた複数の高圧流体の流路を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から複数の高速流体を噴射し、前記噴射した複数の高速流体を瞬時に減圧し、これにより誘起するキャビテーションと旋回流の相互干渉によって拡散を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
キャビテーションとは、液体の流れの中での圧力が急激に低くなったときに、液体が蒸発したり溶存気体の遊離で気体が生じたりして気泡が生じる現象、いわゆる空洞現象のことである。
【００１１】
本発明において、拡散対象の流体とは、液体又は紛体からなる物質を含んだ液状流体をいい、物質として液体と液体を選択した場合は乳化が行われ、物質として固体と液体を選択した場合には分散、解砕、あるいは破砕が行われる。それぞれの中間的な目的に用いられた場合は、撹拌、均一混合とされる。
【００１２】
ここで、乳化とは親水液の疎水液中への微小液滴化や、疎水液の親水液中への微小液滴化等が示される。また、分散とは微粒子の金属酸化物、有機物、その他の無機物の凝集体の解砕が示され、破砕とは有機物又は無機物の単粒子の液体中での微細化が示される。
【００１３】
また、前記の目的を達成するため、本発明の噴射ノズルは、密閉ケースの一端から高圧流体を導入する導入口と、前記導入口に連通する流路を分岐し、互いに平行配置された複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から高速流体を噴射する複数の噴射口と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
前記の構造からなる噴射ノズルにおいて、噴射する流体に確実な旋回流を発生させるために、前記噴射口が前記分岐流路の軸線に対して所定角度傾斜している構造を採用しても良い。
【００１５】
また、前記の目的を達成するため、本発明の拡散装置は、密閉ケースの一端から高圧流体を導入する導入口と、前記導入口に連通する流路を分岐し、互いに平行配置された複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から高速流体を噴射する複数の噴射口と、前記複数の噴射口に連通し、前記分岐流路よりも大径の空洞部からなる拡散促進室と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
前記の構造からなる拡散装置においても、同様の理由から、前記噴射口が前記分岐流路の軸線に対して所定角度傾斜している構造を採用することができる。
【００１７】
前記の構造からなる拡散装置において、前記拡散促進室内で一度に効率良く圧力降下を与えるためには、前記拡散促進室の内径が前記分岐流路の内径の２００倍以上に設定されていることが好ましい。
【００１８】
前記の構造からなる拡散装置において、前記拡散促進室に拡散後の流体を排出する排出口が形成されていても良い。
【００１９】
また、前記の目的を達成するため、本発明の拡散システムは、拡散対象の流体を収容する容器と、前記容器内の流体を加圧して移送する圧送ポンプと、前記圧送ポンプにより移送された高圧流体を導入し、これを拡散して排出する請求項７に記載の拡散装置と、前記拡散装置から排出された拡散後の流体を貯留する貯留槽と、を備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明において、噴射ノズルから噴射される流体が高速旋回流を形成するためには、拡散装置に導入する流体について圧送ポンプを用いてその吐出導入圧力を１ＭＰａ〜３００ＭＰａ程度の超高圧に加圧することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、密閉ケース内に導入された拡散対象の流体は互いに平行配置された複数の分岐流路で分岐し、その後、微小孔によって絞られた噴射口から噴射されて高速旋回流となる。そして複数の噴射口から噴射された高速旋回流が瞬時に減圧され、これにより誘起するキャビテーションと旋回流の相互作用によって大きなせん断力が発生し、効率良い拡散処理が行われる。よって、粒子径の小さなシャープな分布の微粒化プロセスを実現できる。
【００２２】
また、本発明によれば、従来装置のような容器内に高速流の流路を変更又は衝突させる複雑な通路を形成する構造ではなく、高速流の直進性が維持される。すなわち、流体に与えられたエネルギーの損失が小さいので圧力損失を抑えることが可能となる。これにより拡散処理に必要な動力も少なくて済み、製品コストとエネルギーコストの低減を図ることができる。しかも流体が通過する流路は直線的な通路による単純な構造であるため、流体抵抗による摩耗が少なく、また洗浄作業も簡単に行えるので、メンテナンス性に優れるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は本発明の拡散装置を示す全体図、図２は同拡散装置の正面図、図３は同拡散装置における噴射ノズルを示す拡大図、図４は同噴射ノズルにおける噴射口付近の流体の流れを示す模式図、図５は同噴射ノズルにおける噴射口の他の形状を示す模式図、図６は同拡散装置における流体の流れを示す図、図７は同拡散装置を用いた拡散システムを示す全体図である。
【００２５】
まず、拡散装置の構成について説明する。
【００２６】
図１に示す拡散装置１０は、本発明の拡散方法を利用して液体中に混入された微粒子等を拡散するための装置である。この装置は本発明による噴射ノズル５０を含むノズルアッセンブリー１１と、ノズルアッセンブリー１１の一端に連結された高圧配管１２と、他端に連結された低圧配管１３とから構成されている。
【００２７】
ノズルアッセンブリー１１は、円柱形のフランジ２１とケース２２とからなる密閉ケース内に噴射ノズル５０を収容したものである。密閉ケースはフランジ２１とケース２２の端面どうしを突き合わせ、フランジ２１から挿通したボルト３１をケース２２に締結することで一体化されている。本実施形態では、図２に示すようにフランジ２１の周縁部に等間隔で６個の切り欠き部を形成し、この切り欠き部からボルト３１を軸線方向に締結してある。
【００２８】
フランジ２１の軸心には導入口２３が開口している。導入口２３の口径は処理量に影響を及ぼさない範囲で大きくすることができる。また、導入口２３には直線的に延びる導入流路２４が連通しており、導入流路２４の下流側は更に２つの流路に分岐され、導入流路２４に平行な分岐流路２５，２５を設けてある。分岐流路２５は導入流路２４を中心とした対象位置に互いが平行になるように配置される。なお、本実施形態では分岐流路２５の数を２つとしたが、これに限らず、例えばフランジ２１の軸心周りに等間隔で３つ以上設けてあっても構わない。
【００２９】
フランジ２１には導入流路２４に直交する孔が設けられているが、この孔は導入流路２４と分岐流路２５とを連通する際に形成した加工用孔２６である。したがって、この加工用孔２６を塞ぐため、加工用孔２６の開口端に雌ネジ３２が形成されており、雌ネジ３２には盲栓３３がグランドナット３４によってねじ込み固定されている。
【００３０】
前記構造からなるノズルアッセンブリー１１は、その上流側に高圧配管１２が連結される。その連結構造はフランジ２１の端面中心部にも雌ネジ３５を形成し、雌ネジ３５に高圧配管１２の一端をグランドナット３６によってねじ込み固定したものである。
【００３１】
高圧配管１２と導入口２３との接合面にはテーパーシール構造を採用している。つまり高圧配管１２の端面は先端に向かって狭くなるテーパー状とされ、導入口２３の開口周縁部はこれよりも僅かに広角のテーパー角を有している。よって、両者を嵌合すると高圧配管１２先端の角部が密着して隙間を確実に塞ぎ、密閉性が維持される。
【００３２】
このようにして、高圧配管１２の開口端は導入口２３に連通し、拡散処理対象となる高圧流体が高圧配管１２から導入口２３を介して導入流路２４内に導入されるようになっている。
【００３３】
ここで、噴射ノズルの構造を説明する。
【００３４】
図３に拡大して示すように、噴射ノズル５０は、密閉ケースをフランジ２１とケース２２の結合構造にした関係上、フランジ２１の端面に設けたシール部材とケース２２の対向面に設けたアダプタ部材とを結合することによって構成されている。以下のシール部材とアダプタ部材はすべての分岐流路２５について共通する構造である。
【００３５】
シール部材は円環状のガスケット５１とそれと同径のシール５２とからなる。両者はフランジ２１の端面に形成した凹部に嵌め込まれる。一方、アダプタ部材はノズル本体５３とノズルアダプタ５４とからなる。両者はケース２２の対向面に形成した凹部に嵌め込まれ、その中心に細孔５５からなる流路が形成される。
【００３６】
そしてシール５２とノズルアダプタ５４との接合面にもテーパーシール構造を採用している。つまりノズルアダプタ５４の端面は先端に向かって狭くなるテーパー状とされ、シール５２の開口周縁部はこれよりも僅かに広角のテーパー角を有している。よって、両者を嵌合するとノズルアダプタ５４先端の角部が密着して隙間を確実に塞ぎ、密閉性が維持される。
【００３７】
ノズル本体５３の管内には微小孔を有するオリフィス５６が設けられ、細孔５５の流路が更に絞られている。よって、細孔５５から噴射口５７を通過する流体はその流速が上昇し、ノズル先端の噴射口５７から高速流体に変換されて噴射される。オリフィス５６の径は０．１〜２ｍｍ程度、長さは０．５〜１ｍｍ程度とするのが良い。また、ノズル本体５３の先端は高速流体との抵抗を小さくすべくテーパー加工が施されている。なお、オリフィス５６は高速流体との耐摩耗性を有するように、例えばセラミックス、超硬合金、ダイヤモンド等の超硬質素材により構成することが好ましい。
【００３８】
噴射ノズル５０の下流側には低圧配管１３が連結される。その連結構造は図１に示すようにケース２２の端面に分岐流路２５に比して極めて大径の開口部２７を形成し、開口部２７に低圧配管１３の一端を嵌合したものである。
【００３９】
このようにして、低圧配管１３の開口端は噴射口５７に連通し、噴射口５７から噴射された高速流体が低圧配管１３の内部に排出されるようになっている。
【００４０】
低圧配管１３の内部には空洞部からなる拡散促進室４１が設けられている。拡散促進室４１内は大気圧であるため、噴射口５７から噴射された高速流体はその圧力が瞬時に降下する。このとき拡散促進室４１内が流体で満たされていると、図４に示すように複数の高速流体によるジェット流と旋回流が発生する。また、高速流体が瞬時に減圧されてキャビテーション現象が発生する。
【００４１】
したがって、拡散促進室４１内では、複数の高速流により誘起されたキャビテーションと旋回流との相互干渉によって大きなせん断力が発生し、これにより流体の拡散処理が促進する。なお、一度に効率良く圧力降下を与えるためには、拡散促進室４１と分岐流路２５とのサイズ比率が大きければ大きいほど良い。その基準としては、図３に示す拡散促進室４１の内径Ｒ１が分岐流路２５の内径Ｒ２の２００倍以上に設定されていることが好ましい。
【００４２】
また、噴射ノズル５０から噴射される流体に確実な旋回流を発生させるために、噴射口５７が分岐流路２５の軸線に対し所定角度傾斜していても良い。図５は高速流体が分岐流路２５の軸線に対して５°の傾きを持って噴射されるように噴射口５７の角度を設定した例を示す。なお、噴射口５７の傾斜角度についてはもちろん５°に限られるものではない。例えば噴射口５７から噴射された高速流体がケース２２や低圧配管１３の内壁面に衝突しないような角度とすれば良く、その傾斜角度を適宜変更することが可能である。また、傾斜の向きについては外側でも内側でも良い。
【００４３】
さらに、本実施形態では低圧配管１３の他端に排出口４２を形成してある。排出口４２は処理量に応じた口径とすることができる。これにより、拡散促進室４１の内部で拡散処理された流体は排出口４２を介して排出配管（図示略）へと排出される。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態の拡散装置１０では特に噴射ノズル５０をシール部材とアダプタ部材の２つの部材で構成し、両者を結合するフランジ２１とケース２２をボルト３１で締結する構造を採用した。このため、装置の組立てや分解が簡単であり、消耗部品の交換作業も容易に行えるのでメンテナンス性に優れている。
【００４５】
次に、拡散装置の作用について説明する。
【００４６】
図６に示す拡散装置１０において、拡散すべき物質を含む高圧流体は高圧配管１２から導入口２３を介して導入流路２４内に導入される。これが導入流Ｆ１である。
【００４７】
次に、この導入流Ｆ１は２つの分岐流路２５，２５によって分岐し、分岐したそれぞれの分岐流Ｆ２，Ｆ３は個別に噴射ノズル５０内に導入される。このとき、分岐流路２５内を流れる分岐流Ｆ２，Ｆ３は高圧状態を維持したままである。
【００４８】
噴射ノズル５０内を流れる分岐流Ｆ２，Ｆ３は、図３で説明したように、細孔５５から噴射口５７を通過する際、微小孔によって流路を絞られてその流速が上昇する。これにより噴射口５７を通過した流体は高速流に変換され、低圧配管１３の内部の拡散促進室４１に噴射される。
【００４９】
拡散促進室４１は流体で満たされており、噴射ノズル５０から噴射された流体は高圧状態から瞬時に減圧される。この瞬時減圧により、拡散促進室４１内にキャビテーション現象が発生する。また、このとき同時に２つの噴射口５７，５７から噴射された流体が合流し、ジェット流Ｆ４，Ｆ５と旋回流Ｆ６，Ｆ７との乱流状態を形成する。したがって、拡散促進室４１内においては、２つの高速流から誘起されたキャビテーションと旋回流の相互干渉によって大きなせん断力が発生し、流体の拡散処理が効率良く進行する。
【００５０】
最後に、拡散促進室４１で拡散処理された流体は、低圧配管１３から排出口４２を介して排出配管へと排出される。これが排出流Ｆ８である。
【００５１】
以上が拡散装置の構成であるが、以下ではこの拡散装置を用いた拡散システムについて説明する。
【００５２】
図７に示す拡散システム１では、前混合液（拡散すべき素材を含む流体）を圧送ポンプ４により拡散装置１０へと圧送し、拡散装置１０内で乳化、分散、微粉砕、あるいは滅菌等の拡散処理を行う。
【００５３】
より具体的に説明すると、拡散システム１は水、親水性流体、疎水性流体を前混合液として収容するための容器２を有し、これに接続された弁３を閉じて容器２中に水、親水性流体、疎水性流体を入れて貯留・前混合を行う。容器２中での前混合が終了すると、弁３を開いて流量を調節し、圧送ポンプ４を起動する。圧送ポンプ４は前混合液を加圧して高圧流体とし、これを移送して拡散装置１０内へと導入するようになっている。前混合液は圧送ポンプ４によって１ＭＰａ〜３００ＭＰａ程度の超高圧に加圧される。
【００５４】
圧送ポンプ４と拡散装置１０との間に設置された圧力計５は、拡散装置１０に導入する流体の圧力を監視するためのものである。また、拡散装置１０の下流側には貯留槽６が設けられており、拡散装置１０から排出された拡散処理後の流体が貯留される。そして貯留槽６に接続された弁７を開いて流量を調節し、貯留槽６に貯留された拡散処理後の流体を所定量ずつ回収できるようになっている。なお、それぞれの部品間は配管によって接続されている。
【００５５】
この拡散システム１によれば、大掛かりな撹拌設備が不要である上に、拡散装置１０において効率良い拡散処理が行えるので、粒子径の小さな均一分布の微粒化プロセスを実現できる。
【００５６】
［実施例］
最後に、本発明の効果について実施例を挙げて説明する。本発明の拡散装置を用いて乳化と分散・破砕を行った実験結果を以下に示す。本発明の拡散装置には前述した実施形態と同様な２つの噴射ノズルを有する装置を用いた。また、本発明の拡散装置と同じ条件で比較した従来装置と、粒度分布測定に用いた測定装置は次のものである。
【００５７】
（従来装置）
回転型ホモジナイザー：回転型の一般的なホモジナイザー、Ｎ社製
高圧微粒化装置：高速衝突を微粒化原理とした装置、Ａ社製
（測定装置）
マイクロトラック粒度分布測定装置ＭＴ−３３００：測定原理はレーザー回析散乱法、日機装株式会社製
なお、評価方法はメジアン径の大小比較により行うものとした。
【００５８】
＜乳化実験＞
１．試料
（ア）大豆油（関東化学株式会社）
…１０．０ｗｔ％
（イ）大豆レシチン（関東化学株式会社）
…  １．５ｗｔ％
（ウ）純水
…８９．５ｗｔ％
２．前処理
（１）大豆油を所定量秤量し、大豆レシチンを所定量秤量する。そして、大豆油に大豆レシチンを溶解させる。
（２）純水を所定量秤量し、前記（１）で調合した大豆油を撹拌ホモジナイザーで５０００ｒｐｍにて１分間予備乳化を行う。
（３）予備乳化品の粒子径を測定する。
３．本処理
（１）従来の高圧微粒化装置を使用して１pass，３pass，５pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定する。なお、passとは処理サイクルを表わし、以下でも同様とする。
（２）本発明の拡散装置を使用して１pass，３pass，５pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定し、前処理結果と比較する。
【００５９】
＜分散・破砕実験＞
１．試料
（ア）酸化亜鉛（ハクスイテック株式会社）
…３０．０ｗｔ％
（イ）分散剤（デモールＥＰ：特殊カルボン酸型高分子界面活性剤、花王株式会社）
…  ２．０ｗｔ％
（ウ）純水
…６８．０ｗｔ％
２．前処理
（１）純水を所定量準備し、所定量秤量した分散剤を添加して溶解させる。
（２）前記（１）で準備した分散剤入り純水に所定量秤量した酸化亜鉛を添加し、撹拌ホモジナイザーで１５０００ｒｐｍにて５分間予備分散する。
（３）予備分散品の粒子径を測定する。
３．本処理
（１）従来の高圧微粒化装置を使用して１pass，３pass，５pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定する。
（２）本発明の拡散装置を使用して１pass，３pass，５pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定し、前処理結果と比較する。
【００６０】
乳化実験結果と分散・破砕実験結果を下記の表に比較して示す。
【００６１】
【表１】
2007275754.tif 000003
【００６２】
表１の乳化実験結果から、本発明の拡散装置では従来の回転型ホモジナイザー及び従来の高圧微粒化装置と比較して微粒化効果が高められ、あわせて粒度分布範囲の狭い均質かつ良好な微粒化を達成できることが確認された。
【００６３】
【表２】
2007275754.tif 000004
【００６４】
表２の分散・破砕実験結果から、本発明の拡散装置では従来の回転型ホモジナイザー及び従来の高圧微粒化装置と比較して微粒化効果が高められ、あわせて粒度分布範囲の狭い均質かつ良好な微粒化を達成できることが確認された。
【００６５】
以上の実験結果を総合すると、本発明の拡散装置によれば、乳化実験及び分散・破砕実験のいずれにおいても従来装置より微粒化効果が高められ、高効率な拡散効果が得られることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は以下の産業分野において利用することが可能である。
【００６７】
・食品産業：乳脂肪の微粒化（乳化），香料の乳化・分散，高カロリー乳剤の乳化，細胞破砕，滅菌等
・医薬品産業：細胞破砕，菌類からの有用成分の抽出，乳化製剤の調製等
・化粧品産業：乳液の調製，顔料の分散，乳化剤無添加乳液の調製，リポソームの調製
・化学品産業：乳化重合製品の製造，トナーの分散，水性塗料の調製，有機・無機紛体の湿式分散及び破砕
・電子部品産業：有機・無機紛体の湿式分散及び破砕
・冶金産業：無機紛体の湿式分散及び破砕
・環境産業：水処理，汚泥処理
・電池産業：有機・無機紛体の湿式分散及び破砕
【００６８】
以上のように、本発明は様々な産業分野での用途が考えられる有益な発明である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の拡散装置を示す全体図。
【図２】図１の拡散装置の正面図。
【図３】図１の拡散装置における噴射ノズルを示す拡大図。
【図４】図３の噴射ノズルにおける噴射口付近の流体の流れを示す摸式図。
【図５】図３の噴射ノズルにおける噴射口の他の形状を示す摸式図。
【図６】図１の拡散装置における流体の流れを示す図。
【図７】図１の拡散装置を用いた拡散システムを示す全体図。
【符号の説明】
【００７０】
１  拡散システム
２  容器
３  弁
４  圧送ポンプ
５  圧力計
６  貯留槽
７  弁
１０  拡散装置
１１  ノズルアッセンブリー
１２  高圧配管
１３  低圧配管
２１  フランジ
２２  ケース
２３  導入口
２４  導入流路
２５  分岐流路
２６  加工用孔
２７  開口部
３１  ボルト
３２  雌ネジ
３３  盲栓
３４  グランドナット
３５  雌ネジ
３６  グランドナット
４１  拡散促進室
４２  排出口
５０  噴射ノズル
５１  ガスケット
５２  シール
５３  ノズル本体
５４  ノズルアダプタ
５５  細孔
５６  オリフィス
５７  噴射口
Ｒ１  拡散促進室の内径
Ｒ２  分岐流路の内径
Ｆ１  導入流
Ｆ２，Ｆ３  分岐流
Ｆ４，Ｆ５  ジェット流
Ｆ６，Ｆ７  旋回流
Ｆ８  排出流
【図１】
2007275754.tif 000005
【図２】
2007275754.tif 000006
【図３】
2007275754.tif 000007
【図４】
2007275754.tif 000008
【図５】
2007275754.tif 000009
【図６】
2007275754.tif 000010
【図７】
2007275754.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月28日(2006.7.28)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合液中に含まれた液体又は紛体からなる物質を微粒化する微粒化方法であって、
前記混合液を加圧した高圧混合液を密閉ケースの一端から密閉ケース内へ直線的に延びる流路に導入し、
前記導入した高圧混合液を前記流路に対して平行配置された複数の流路で分岐させ、
前記分岐させた複数の高圧混合液の流路をそれぞれ微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射し、
前記噴射した複数の高圧混合液を前記流路よりも大径の空洞部に満たされた前記混合液中で瞬時に減圧し、これにより誘起するキャビテーションと高速旋回流の相互干渉によって微粒化を行う
ことを特徴とする微粒化方法。
【請求項２】
混合液中に含まれた液体又は紛体からなる物質を微粒化する微粒化装置における噴射ノズルであって、
密閉ケースの一端に開口し、前記混合液を加圧した高圧混合液を導入する導入口と、
前記導入口から前記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、
前記導入流路を分岐し、前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、
前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射する複数の噴射口と、
を備えたことを特徴とする噴射ノズル。
【請求項３】
前記微小孔が前記分岐流路内に設けられたオリフィスからなり、このオリフィスがセラミックス、超硬合金、ダイヤモンドの中から選ばれる超硬質素材により構成されていることを特徴とする請求項２に記載の噴射ノズル。
【請求項４】
混合液中に含まれた液体又は紛体からなる物質を微粒化する微粒化装置であって、
密閉ケースの一端に開口し、前記混合液を加圧した高圧混合液を導入する導入口と、
前記導入口から前記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、
前記導入流路を分岐し、前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、
前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射する複数の噴射口と、
前記複数の噴射口に連通し、前記分岐流路よりも大径の空洞部からなるとともに、前記混合液で満たされた微粒化促進室と、
を備えたことを特徴とする微粒化装置。
【請求項５】
前記微小孔が前記分岐流路内に設けられたオリフィスからなり、このオリフィスがセラミックス、超硬合金、ダイヤモンドの中から選ばれる超硬質素材により構成されていることを特徴とする請求項４に記載の微粒化装置。
【請求項６】
前記微粒化促進室の内径が前記分岐流路の内径の２００倍以上に設定されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の微粒化装置。
【請求項７】
前記微粒化促進室に微粒化処理後の被処理液を排出する排出口が形成されていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか１項に記載の微粒化装置。
【請求項８】
混合液中に含まれた液体又は紛体からなる物質を微粒化する微粒化システムであって、
前記混合液を収容する容器と、
前記容器内の混合液を加圧して移送する圧送ポンプと、
前記圧送ポンプにより移送された高圧混合液を導入し、これを微粒化して排出する請求項７に記載の微粒化装置と、
前記微粒化装置から排出された微粒化処理後の被処理液を貯留する貯留槽と、
を備えたことを特徴とする微粒化システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は液体中に混入した微粒子や微生物等（以下「微粒子等」という。）を拡散、撹拌、均一混合、乳化、分散、解砕、あるいは破砕（以下本明細書において「微粒化」と称す。）する微粒化方法と、この方法に用いられる噴射ノズル、微粒化装置及び微粒化システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体からなる流体中に様々な物質や微粒子等を混合し、この混合液を微粒化する技術が知られている。その技術としては一般に混合液を超高圧（数十ＭＰａ〜数百ＭＰａ）でノズルから噴射させ、それを壁に衝突させたり、あるいはノズルからの噴射どうしを流路内で対向衝突させる等、超高圧流体による衝突作用を利用したものが多い。
【０００３】
この種の装置としては、例えば下記の特許文献１に記載された乳化装置や、特許文献２に記載された乳化装置等が知られており、多種多様のノズル構造が利用されている。前者の乳化装置は容器内で乳化すべき混合液をノズルから噴射し、その流路の方向を強制的に変更したり、あるいは混合液どうしを衝突させて乳化を行うものである。また、後者の乳化装置は容器内で乳化すべき一方の流体と他方の流体とを互いに反対方向から高速で衝突させ、その衝突により乳化が行われた流体を流出路から取り出すものである。
【０００４】
【特許文献１】特許第２７８８０１０号公報
【０００５】
【特許文献２】特許第２５５３２８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
前述した従来の乳化装置では、超高圧の被処理液体を高速流に変換し、その高速流の流路を変更又は衝突させたりすることによって微粒化処理を進行させるようになっている。ところが、微粒化効果を得るための衝突用流路は、狭い通路で構成されているために圧力損失が大きい、つまり流量係数が小さく高速流が減衰されるという問題があった。これは、本来微粒化処理を進行させるために流体に与えられた高速流というエネルギーが、流路の途中で熱エネルギーに変化して失われてしまうということである。
【０００７】
また、従来の乳化装置におけるノズルでは、構造上圧力損失を小さくすることができない。従来のノズル構造によると発熱量が非常に大きく、人体に直接触れると火傷するほどの熱が発生する。その結果として大きな動力が必要になり、製品コストとエネルギーコストを増大させることにも繋がる。さらには流路が複雑な形状であるため、固形成分が中で凝固すると洗浄しにくい構造になっているという問題もある。
【０００８】
そこで、本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、特に微粒化処理を効率良く行うことができ、かつ、簡単な構造でメンテナンス性にも優れた噴射ノズルと、この噴射ノズルの構造を採用した微粒化装置、微粒化システム、並びに微粒化方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明の微粒化方法は、混合液中に含まれた液体又は紛体からなる物質を微粒化する微粒化方法であって、前記混合液を加圧した高圧混合液を密閉ケースの一端から密閉ケース内へ直線的に延びる流路に導入し、前記導入した高圧混合液を前記流路に対して平行配置された複数の流路で分岐させ、前記分岐させた複数の高圧混合液の流路をそれぞれ微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射し、前記噴射した複数の高圧混合液を前記流路よりも大径の空洞部に満たされた前記混合液中で瞬時に減圧し、これにより誘起するキャビテーションと高速旋回流の相互干渉によって微粒化を行うことを特徴とするものである。
【００１０】
キャビテーションとは、液体の流れの中での圧力が急激に低くなったときに、液体が蒸発したり溶存気体の遊離で気体が生じたりして気泡が生じる現象、いわゆる空洞現象のことである。
【００１１】
本発明において、微粒化対象の流体とは、液体又は紛体からなる物質を含んだ液状流体をいい、物質として液体と液体を選択した場合は乳化が行われ、物質として固体と液体を選択した場合には分散、解砕、あるいは破砕が行われる。それぞれの中間的な目的に用いられた場合は、撹拌、均一混合とされる。
【００１２】
ここで、乳化とは親水液の疎水液中への微小液滴化や、疎水液の親水液中への微小液滴化等が示される。また、分散とは微粒子の金属酸化物、有機物、その他の無機物の凝集体の解砕が示され、破砕とは有機物又は無機物の単粒子の液体中での微細化が示される。
【００１３】
また、前記の目的を達成するため、本発明の噴射ノズルは、混合液中に含まれた液体又は紛体からなる物質を微粒化する微粒化装置における噴射ノズルであって、密閉ケースの一端に開口し、前記混合液を加圧した高圧混合液を導入する導入口と、前記導入口から前記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、前記導入流路を分岐し、前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射する複数の噴射口と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１４】
前記の構造からなる噴射ノズルにおいて、前記微小孔が前記分岐流路内に設けられたオリフィスからなり、このオリフィスがセラミックス、超硬合金、ダイヤモンドの中から選ばれる超硬質素材により構成されていることが好ましい。
【００１５】
また、前記の目的を達成するため、本発明の微粒化装置は、混合液中に含まれた液体又は紛体からなる物質を微粒化する微粒化装置であって、密閉ケースの一端に開口し、前記混合液を加圧した高圧混合液を導入する導入口と、前記導入口から前記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、前記導入流路を分岐し、前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射する複数の噴射口と、前記複数の噴射口に連通し、前記分岐流路よりも大径の空洞部からなるとともに、前記混合液で満たされた微粒化促進室と、を備えたことを特徴とするものである。
【００１６】
前記の構造からなる微粒化装置においても、前記微小孔が前記分岐流路内に設けられたオリフィスからなり、このオリフィスがセラミックス、超硬合金、ダイヤモンドの中から選ばれる超硬質素材により構成されていることが好ましい。
【００１７】
前記の構造からなる微粒化装置において、前記微粒化促進室内で一度に効率良く圧力降下を与えるためには、前記微粒化促進室の内径が前記分岐流路の内径の２００倍以上に設定されていることが好ましい。
【００１８】
前記の構造からなる微粒化装置において、前記微粒化促進室に微粒化処理後の被処理液を排出する排出口が形成されていても良い。
【００１９】
また、前記の目的を達成するため、本発明の微粒化システムは、混合液中に含まれた液体又は紛体からなる物質を微粒化する微粒化システムであって、前記混合液を収容する容器と、前記容器内の混合液を加圧して移送する圧送ポンプと、前記圧送ポンプにより移送された高圧混合液を導入し、これを微粒化して排出する請求項７に記載の微粒化装置と、前記微粒化装置から排出された微粒化処理後の被処理液を貯留する貯留槽と、を備えたことを特徴とするものである。
【００２０】
本発明において、噴射ノズルから噴射される混合液が高速旋回流を形成するためには、微粒化装置に導入する混合液について圧送ポンプを用いてその吐出導入圧力を１ＭＰａ〜３００ＭＰａ程度の超高圧に加圧することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によると、密閉ケース内に導入された微粒化対象の流体は互いに平行配置された複数の分岐流路で分岐し、その後、微小孔によって絞られた噴射口から噴射されて高速旋回流となる。そして複数の噴射口から噴射された高速旋回流が瞬時に減圧され、これにより誘起するキャビテーションと高速旋回流の相互作用によって大きなせん断力が発生し、効率良い微粒化処理が行われる。よって、粒子径の小さなシャープな分布の微粒化プロセスを実現できる。
【００２２】
また、本発明によれば、従来装置のような容器内に高速流の流路を変更又は衝突させる複雑な通路を形成する構造ではなく、高速流の直進性が維持される。すなわち、流体に与えられたエネルギーの損失が小さいので圧力損失を抑えることが可能となる。これにより微粒化処理に必要な動力も少なくて済み、製品コストとエネルギーコストの低減を図ることができる。しかも流体が通過する流路は直線的な通路による単純な構造であるため、流体抵抗による摩耗が少なく、また洗浄作業も簡単に行えるので、メンテナンス性に優れるという効果もある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は本発明の微粒化装置を示す全体図、図２は同微粒化装置の正面図、図３は同微粒化装置における噴射ノズルを示す拡大図、図４は同噴射ノズルにおける噴射口付近の流体の流れを示す模式図、図５は同噴射ノズルにおける噴射口の他の形状を示す模式図、図６は同微粒化装置における流体の流れを示す図、図７は同微粒化装置を用いた微粒化システムを示す全体図である。
【００２５】
まず、微粒化装置の構成について説明する。
【００２６】
図１に示す微粒化装置１０は、本発明の微粒化方法を利用して液体中に混入された微粒子等を微粒化するための装置である。この装置は本発明による噴射ノズル５０を含むノズルアッセンブリー１１と、ノズルアッセンブリー１１の一端に連結された高圧配管１２と、他端に連結された低圧配管１３とから構成されている。
【００２７】
ノズルアッセンブリー１１は、円柱形のフランジ２１とケース２２とからなる密閉ケース内に噴射ノズル５０を収容したものである。密閉ケースはフランジ２１とケース２２の端面どうしを突き合わせ、フランジ２１から挿通したボルト３１をケース２２に締結することで一体化されている。本実施形態では、図２に示すようにフランジ２１の周縁部に等間隔で６個の切り欠き部を形成し、この切り欠き部からボルト３１を軸線方向に締結してある。
【００２８】
フランジ２１の軸心には導入口２３が開口している。導入口２３の口径は処理量に影響を及ぼさない範囲で大きくすることができる。また、導入口２３には直線的に延びる導入流路２４が連通しており、導入流路２４の下流側は更に２つの流路に分岐され、導入流路２４に平行な分岐流路２５，２５を設けてある。分岐流路２５は導入流路２４を中心とした対象位置に互いが平行になるように配置される。なお、本実施形態では分岐流路２５の数を２つとしたが、これに限らず、例えばフランジ２１の軸心周りに等間隔で３つ以上設けてあっても構わない。
【００２９】
フランジ２１には導入流路２４に直交する孔が設けられているが、この孔は導入流路２４と分岐流路２５とを連通する際に形成した加工用孔２６である。したがって、この加工用孔２６を塞ぐため、加工用孔２６の開口端に雌ネジ３２が形成されており、雌ネジ３２には盲栓３３がグランドナット３４によってねじ込み固定されている。
【００３０】
前記構造からなるノズルアッセンブリー１１は、その上流側に高圧配管１２が連結される。その連結構造はフランジ２１の端面中心部にも雌ネジ３５を形成し、雌ネジ３５に高圧配管１２の一端をグランドナット３６によってねじ込み固定したものである。
【００３１】
高圧配管１２と導入口２３との接合面にはテーパーシール構造を採用している。つまり高圧配管１２の端面は先端に向かって狭くなるテーパー状とされ、導入口２３の開口周縁部はこれよりも僅かに広角のテーパー角を有している。よって、両者を嵌合すると高圧配管１２先端の角部が密着して隙間を確実に塞ぎ、密閉性が維持される。
【００３２】
このようにして、高圧配管１２の開口端は導入口２３に連通し、微粒化処理対象となる高圧流体が高圧配管１２から導入口２３を介して導入流路２４内に導入されるようになっている。
【００３３】
ここで、噴射ノズルの構造を説明する。
【００３４】
図３に拡大して示すように、噴射ノズル５０は、密閉ケースをフランジ２１とケース２２の結合構造にした関係上、フランジ２１の端面に設けたシール部材とケース２２の対向面に設けたアダプタ部材とを結合することによって構成されている。以下のシール部材とアダプタ部材はすべての分岐流路２５について共通する構造である。
【００３５】
シール部材は円環状のガスケット５１とそれと同径のシール５２とからなる。両者はフランジ２１の端面に形成した凹部に嵌め込まれる。一方、アダプタ部材はノズル本体５３とノズルアダプタ５４とからなる。両者はケース２２の対向面に形成した凹部に嵌め込まれ、その中心に細孔５５からなる流路が形成される。
【００３６】
そしてシール５２とノズルアダプタ５４との接合面にもテーパーシール構造を採用している。つまりノズルアダプタ５４の端面は先端に向かって狭くなるテーパー状とされ、シール５２の開口周縁部はこれよりも僅かに広角のテーパー角を有している。よって、両者を嵌合するとノズルアダプタ５４先端の角部が密着して隙間を確実に塞ぎ、密閉性が維持される。
【００３７】
ノズル本体５３の管内には微小孔を有するオリフィス５６が設けられ、細孔５５の流路が更に絞られている。よって、細孔５５から噴射口５７を通過する流体はその流速が上昇し、ノズル先端の噴射口５７から高速流体に変換されて噴射される。オリフィス５６の径は０．１〜２ｍｍ程度、長さは０．５〜１ｍｍ程度とするのが良い。また、ノズル本体５３の先端は高速流体との抵抗を小さくすべくテーパー加工が施されている。なお、オリフィス５６は高速流体との耐摩耗性を有するように、例えばセラミックス、超硬合金、ダイヤモンド等の超硬質素材により構成することが好ましい。
【００３８】
噴射ノズル５０の下流側には低圧配管１３が連結される。その連結構造は図１に示すようにケース２２の端面に分岐流路２５に比して極めて大径の開口部２７を形成し、開口部２７に低圧配管１３の一端を嵌合したものである。
【００３９】
このようにして、低圧配管１３の開口端は噴射口５７に連通し、噴射口５７から噴射された高速流体が低圧配管１３の内部に排出されるようになっている。
【００４０】
低圧配管１３の内部には空洞部からなる微粒化促進室４１が設けられている。微粒化促進室４１内は大気圧であるため、噴射口５７から噴射された高速流体はその圧力が瞬時に降下する。このとき微粒化促進室４１内が流体で満たされていると、図４に示すように複数の高速流体によるジェット流と旋回流が発生する。また、高速流体が瞬時に減圧されてキャビテーション現象が発生する。
【００４１】
したがって、微粒化促進室４１内では、複数の高速流により誘起されたキャビテーションと旋回流との相互干渉によって大きなせん断力が発生し、これにより流体の微粒化処理が促進する。なお、一度に効率良く圧力降下を与えるためには、微粒化促進室４１と分岐流路２５とのサイズ比率が大きければ大きいほど良い。その基準としては、図３に示す微粒化促進室４１の内径Ｒ１が分岐流路２５の内径Ｒ２の２００倍以上に設定されていることが好ましい。
【００４２】
また、噴射ノズル５０から噴射される流体に確実な旋回流を発生させるために、噴射口５７が分岐流路２５の軸線に対し所定角度傾斜していても良い。図５は高速流体が分岐流路２５の軸線に対して５°の傾きを持って噴射されるように噴射口５７の角度を設定した例を示す。なお、噴射口５７の傾斜角度についてはもちろん５°に限られるものではない。例えば噴射口５７から噴射された高速流体がケース２２や低圧配管１３の内壁面に衝突しないような角度とすれば良く、その傾斜角度を適宜変更することが可能である。また、傾斜の向きについては外側でも内側でも良い。
【００４３】
さらに、本実施形態では低圧配管１３の他端に排出口４２を形成してある。排出口４２は処理量に応じた口径とすることができる。これにより、微粒化促進室４１の内部で微粒化処理された流体は排出口４２を介して排出配管（図示略）へと排出される。
【００４４】
以上説明したように、本実施形態の微粒化装置１０では特に噴射ノズル５０をシール部材とアダプタ部材の２つの部材で構成し、両者を結合するフランジ２１とケース２２をボルト３１で締結する構造を採用した。このため、装置の組立てや分解が簡単であり、消耗部品の交換作業も容易に行えるのでメンテナンス性に優れている。
【００４５】
次に、微粒化装置の作用について説明する。
【００４６】
図６に示す微粒化装置１０において、微粒化すべき物質を含む高圧流体は高圧配管１２から導入口２３を介して導入流路２４内に導入される。これが導入流Ｆ１である。
【００４７】
次に、この導入流Ｆ１は２つの分岐流路２５，２５によって分岐し、分岐したそれぞれの分岐流Ｆ２，Ｆ３は個別に噴射ノズル５０内に導入される。このとき、分岐流路２５内を流れる分岐流Ｆ２，Ｆ３は高圧状態を維持したままである。
【００４８】
噴射ノズル５０内を流れる分岐流Ｆ２，Ｆ３は、図３で説明したように、細孔５５から噴射口５７を通過する際、微小孔によって流路を絞られてその流速が上昇する。これにより噴射口５７を通過した流体は高速流に変換され、低圧配管１３の内部の微粒化促進室４１に噴射される。
【００４９】
微粒化促進室４１は流体で満たされており、噴射ノズル５０から噴射された流体は高圧状態から瞬時に減圧される。この瞬時減圧により、微粒化促進室４１内にキャビテーション現象が発生する。また、このとき同時に２つの噴射口５７，５７から噴射された流体が合流し、ジェット流Ｆ４，Ｆ５と旋回流Ｆ６，Ｆ７との乱流状態を形成する。したがって、微粒化促進室４１内においては、２つの高速流から誘起されたキャビテーションと高速旋回流の相互干渉によって大きなせん断力が発生し、流体の微粒化処理が効率良く進行する。
【００５０】
最後に、微粒化促進室４１で微粒化処理された流体は、低圧配管１３から排出口４２を介して排出配管へと排出される。これが排出流Ｆ８である。
【００５１】
以上が微粒化装置の構成であるが、以下ではこの微粒化装置を用いた微粒化システムについて説明する。
【００５２】
図７に示す微粒化システム１では、前混合液（微粒化すべき素材を含む流体）を圧送ポンプ４により微粒化装置１０へと圧送し、微粒化装置１０内で乳化、分散、微粉砕、あるいは滅菌等の微粒化処理を行う。
【００５３】
より具体的に説明すると、微粒化システム１は水、親水性流体、疎水性流体を前混合液として収容するための容器２を有し、これに接続された弁３を閉じて容器２中に水、親水性流体、疎水性流体を入れて貯留・前混合を行う。容器２中での前混合が終了すると、弁３を開いて流量を調節し、圧送ポンプ４を起動する。圧送ポンプ４は前混合液を加圧して高圧流体とし、これを移送して微粒化装置１０内へと導入するようになっている。前混合液は圧送ポンプ４によって１ＭＰａ〜３００ＭＰａ程度の超高圧に加圧される。
【００５４】
圧送ポンプ４と微粒化装置１０との間に設置された圧力計５は、微粒化装置１０に導入する流体の圧力を監視するためのものである。また、微粒化装置１０の下流側には貯留槽６が設けられており、微粒化装置１０から排出された微粒化処理後の流体が貯留される。そして貯留槽６に接続された弁７を開いて流量を調節し、貯留槽６に貯留された微粒化処理後の流体を所定量ずつ回収できるようになっている。なお、それぞれの部品間は配管によって接続されている。
【００５５】
この微粒化システム１によれば、大掛かりな撹拌設備が不要である上に、微粒化装置１０において効率良い微粒化処理が行えるので、粒子径の小さな均一分布の微粒化プロセスを実現できる。
【００５６】
［実施例］
最後に、本発明の効果について実施例を挙げて説明する。本発明の微粒化装置を用いて乳化と分散・破砕を行った実験結果を以下に示す。本発明の微粒化装置には前述した実施形態と同様な２つの噴射ノズルを有する装置を用いた。また、本発明の微粒化装置と同じ条件で比較した従来装置と、粒度分布測定に用いた測定装置は次のものである。
【００５７】
（従来装置）
回転型ホモジナイザー：回転型の一般的なホモジナイザー、Ｎ社製
高圧微粒化装置：高速衝突を微粒化原理とした装置、Ａ社製
（測定装置）
マイクロトラック粒度分布測定装置ＭＴ−３３００：測定原理はレーザー回析散乱法、日機装株式会社製
なお、評価方法はメジアン径の大小比較により行うものとした。
【００５８】
＜乳化実験＞
１．試料
（ア）大豆油（関東化学株式会社）
…１０．０ｗｔ％
（イ）大豆レシチン（関東化学株式会社）
…  １．５ｗｔ％
（ウ）純水
…８９．５ｗｔ％
２．前処理
（１）大豆油を所定量秤量し、大豆レシチンを所定量秤量する。そして、大豆油に大豆レシチンを溶解させる。
（２）純水を所定量秤量し、前記（１）で調合した大豆油を撹拌ホモジナイザーで５０００ｒｐｍにて１分間予備乳化を行う。
（３）予備乳化品の粒子径を測定する。
３．本処理
（１）従来の高圧微粒化装置を使用して１pass，３pass，５pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定する。なお、passとは処理サイクルを表わし、以下でも同様とする。
（２）本発明の微粒化装置を使用して１pass，３pass，５pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定し、前処理結果と比較する。
【００５９】
＜分散・破砕実験＞
１．試料
（ア）酸化亜鉛（ハクスイテック株式会社）
…３０．０ｗｔ％
（イ）分散剤（デモールＥＰ：特殊カルボン酸型高分子界面活性剤、花王株式会社）
…  ２．０ｗｔ％
（ウ）純水
…６８．０ｗｔ％
２．前処理
（１）純水を所定量準備し、所定量秤量した分散剤を添加して溶解させる。
（２）前記（１）で準備した分散剤入り純水に所定量秤量した酸化亜鉛を添加し、撹拌ホモジナイザーで１５０００ｒｐｍにて５分間予備分散する。
（３）予備分散品の粒子径を測定する。
３．本処理
（１）従来の高圧微粒化装置を使用して１pass，３pass，５pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定する。
（２）本発明の微粒化装置を使用して１pass，３pass，５pass処理し、各々の結果についての粒子径を測定し、前処理結果と比較する。
【００６０】
乳化実験結果と分散・破砕実験結果を下記の表に比較して示す。
【００６１】
【表１】
2007275754.tif 000012
【００６２】
表１の乳化実験結果から、本発明の微粒化装置では従来の回転型ホモジナイザー及び従来の高圧微粒化装置と比較して微粒化効果が高められ、あわせて粒度分布範囲の狭い均質かつ良好な微粒化を達成できることが確認された。
【００６３】
【表２】
2007275754.tif 000013
【００６４】
表２の分散・破砕実験結果から、本発明の微粒化装置では従来の回転型ホモジナイザー及び従来の高圧微粒化装置と比較して微粒化効果が高められ、あわせて粒度分布範囲の狭い均質かつ良好な微粒化を達成できることが確認された。
【００６５】
以上の実験結果を総合すると、本発明の微粒化装置によれば、乳化実験及び分散・破砕実験のいずれにおいても従来装置より微粒化効果が高められ、高効率な微粒化効果が得られることが判明した。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は以下の産業分野において利用することが可能である。
【００６７】
・食品産業：乳脂肪の微粒化（乳化），香料の乳化・分散，高カロリー乳剤の乳化，細胞破砕，滅菌等
・医薬品産業：細胞破砕，菌類からの有用成分の抽出，乳化製剤の調製等
・化粧品産業：乳液の調製，顔料の分散，乳化剤無添加乳液の調製，リポソームの調製
・化学品産業：乳化重合製品の製造，トナーの分散，水性塗料の調製，有機・無機紛体の湿式分散及び破砕
・電子部品産業：有機・無機紛体の湿式分散及び破砕
・冶金産業：無機紛体の湿式分散及び破砕
・環境産業：水処理，汚泥処理
・電池産業：有機・無機紛体の湿式分散及び破砕
【００６８】
以上のように、本発明は様々な産業分野での用途が考えられる有益な発明である。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の微粒化装置を示す全体図。
【図２】図１の微粒化装置の正面図。
【図３】図１の微粒化装置における噴射ノズルを示す拡大図。
【図４】図３の噴射ノズルにおける噴射口付近の流体の流れを示す摸式図。
【図５】図３の噴射ノズルにおける噴射口の他の形状を示す摸式図。
【図６】図１の微粒化装置における流体の流れを示す図。
【図７】図１の微粒化装置を用いた微粒化システムを示す全体図。
【符号の説明】
【００７０】
１  微粒化システム
２  容器
３  弁
４  圧送ポンプ
５  圧力計
６  貯留槽
７  弁
１０  微粒化装置
１１  ノズルアッセンブリー
１２  高圧配管
１３  低圧配管
２１  フランジ
２２  ケース
２３  導入口
２４  導入流路
２５  分岐流路
２６  加工用孔
２７  開口部
３１  ボルト
３２  雌ネジ
３３  盲栓
３４  グランドナット
３５  雌ネジ
３６  グランドナット
４１  微粒化促進室
４２  排出口
５０  噴射ノズル
５１  ガスケット
５２  シール
５３  ノズル本体
５４  ノズルアダプタ
５５  細孔
５６  オリフィス
５７  噴射口
Ｒ１  微粒化促進室の内径
Ｒ２  分岐流路の内径
Ｆ１  導入流
Ｆ２，Ｆ３  分岐流
Ｆ４，Ｆ５  ジェット流
Ｆ６，Ｆ７  旋回流
Ｆ８  排出流
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2007275754.tif 000014
【図２】
2007275754.tif 000015
【図３】
2007275754.tif 000016
【図４】
2007275754.tif 000017
【図５】
2007275754.tif 000018
【図６】
2007275754.tif 000019
【図７】
2007275754.tif 000020
【手続補正書】
【提出日】平成18年12月1日(2006.12.1)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合液中に含まれた液体又は粉体からなる物質を微粒化する微粒化方法であって、
前記混合液を加圧した高圧混合液を密閉ケースの一端から密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路に導入し、
前記導入した高圧混合液を前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路で分岐させ、
前記分岐させた複数の高圧混合液の分岐流路をそれぞれ微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射し、
前記噴射した複数の高圧混合液を前記分岐流路の内径よりも大径の空洞部に満たされた前記混合液中で瞬時に減圧し、これにより誘起するキャビテーションと高速旋回流の相互干渉によって微粒化を行う
ことを特徴とする微粒化方法。
【請求項２】
混合液中に含まれた液体又は粉体からなる物質を微粒化する微粒化装置であって、
密閉ケースの一端に開口し、前記混合液を加圧した高圧混合液を導入する導入口と、
前記導入口から前記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、
前記導入流路を分岐し、前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、
前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射する複数の噴射口と、
前記複数の噴射口に連通し、前記分岐流路の内径よりも大径の空洞部に前記混合液が満たされてなるとともに、この混合液中で前記噴射口から噴射された高圧混合液が瞬時に減圧され、これにより誘起されるキャビテーションと高速旋回流の相互干渉によって微粒化を促進する微粒化促進室と、
を備えたことを特徴とする微粒化装置。
【請求項３】
前記噴射口が前記分岐流路内に設けられたオリフィスからなり、このオリフィスがセラミックス、超硬合金、ダイヤモンドの中から選ばれる超硬質素材により構成されていることを特徴とする請求項２に記載の微粒化装置。
【請求項４】
前記微粒化促進室に微粒化処理後の被処理液を排出する排出口が形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の微粒化装置。
【請求項５】
混合液中に含まれた液体又は粉体からなる物質を微粒化する微粒化システムであって、
前記混合液を収容する容器と、
前記容器内の混合液を加圧して移送する圧送ポンプと、
前記圧送ポンプにより移送された高圧混合液を導入し、これを微粒化して排出する請求項４に記載の微粒化装置と、
前記微粒化装置から排出された微粒化処理後の被処理液を貯留する貯留槽と、
を備えたことを特徴とする微粒化システム。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は液体中に混入した微粒子や微生物等（以下「微粒子等」という。）を拡散、撹拌、均一混合、乳化、分散、解砕、あるいは破砕（以下本明細書において「微粒化」と称す。）する微粒化方法と、この方法に用いられる微粒化装置及び微粒化システムに関するものである。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００８】
そこで、本発明は以上のような問題を解決するためになされたものであり、特に微粒化処理を効率良く行うことができ、かつ、簡単な構造でメンテナンス性にも優れた噴射ノズルの構造を採用した微粒化装置、微粒化システム、並びに微粒化方法を提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
前記の目的を達成するため、本発明の微粒化方法は、混合液中に含まれた液体又は粉体からなる物質を微粒化する微粒化方法であって、前記混合液を加圧した高圧混合液を密閉ケースの一端から密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路に導入し、前記導入した高圧混合液を前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路で分岐させ、前記分岐させた複数の高圧混合液の分岐流路をそれぞれ微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射し、前記噴射した複数の高圧混合液を前記分岐流路の内径よりも大径の空洞部に満たされた前記混合液中で瞬時に減圧し、これにより誘起するキャビテーションと高速旋回流の相互干渉によって微粒化を行うことを特徴とするものである。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
本発明において、微粒化対象の流体とは、液体又は粉体からなる物質を含んだ液状流体をいい、物質として液体と液体を選択した場合は乳化が行われ、物質として固体と液体を選択した場合には分散、解砕、あるいは破砕が行われる。それぞれの中間的な目的に用いられた場合は、撹拌、均一混合とされる。
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１３
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１４
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、前記の目的を達成するため、本発明の微粒化装置は、混合液中に含まれた液体又は粉体からなる物質を微粒化する微粒化装置であって、密閉ケースの一端に開口し、前記混合液を加圧した高圧混合液を導入する導入口と、前記導入口から前記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、前記導入流路を分岐し、前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射する複数の噴射口と、前記複数の噴射口に連通し、前記分岐流路の内径よりも大径の空洞部に前記混合液が満たされてなるとともに、この混合液中で前記噴射口から噴射された高圧混合液が瞬時に減圧され、これにより誘起されるキャビテーションと高速旋回流の相互干渉によって微粒化を促進する微粒化促進室と、を備えたことを特徴とするものである。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１６
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１６】
前記の構造からなる微粒化装置において、前記噴射口が前記分岐流路内に設けられたオリフィスからなり、このオリフィスがセラミックス、超硬合金、ダイヤモンドの中から選ばれる超硬質素材により構成されていることが好ましい。
【手続補正１１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１７
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正１２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１９】
また、前記目的を達成するため、本発明の微粒化システムは、混合液中に含まれた液体又は粉体からなる物質を微粒化する微粒化システムであって、前記混合液を収容する容器と、前記容器内の混合液を加圧して移送する圧送ポンプと、前記圧送ポンプにより移送された高圧混合液を導入し、これを微粒化して排出する請求項４に記載の微粒化装置と、前記微粒化装置から排出された微粒化処理後の被処理液を貯留する貯留槽と、を備えたことを特徴とするものである。
【手続補正１３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００６７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００６７】
・食品産業：乳脂肪の微粒化（乳化），香料の乳化・分散，高カロリー乳剤の乳化，細胞破砕，滅菌等
・医薬品産業：細胞破砕，菌類からの有用成分の抽出，乳化製剤の調製等
・化粧品産業：乳液の調製，顔料の分散，乳化剤無添加乳液の調製，リポソームの調製
・化学品産業：乳化重合製品の製造，トナーの分散，水性塗料の調製，有機・無機粉体の湿式分散及び破砕
・電子部品産業：有機・無機粉体の湿式分散及び破砕
・冶金産業：無機粉体の湿式分散及び破砕
・環境産業：水処理，汚泥処理
・電池産業：有機・無機粉体の湿式分散及び破砕
【手続補正書】
【提出日】平成19年2月6日(2007.2.6)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合液中に含まれた液体又は粉体からなる物質を微粒化する微粒化方法であって、
前記混合液を加圧した高圧混合液を密閉ケースの一端から密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路に導入し、
前記導入した高圧混合液を前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路で分岐させ、
前記分岐させた複数の高圧混合液の分岐流路をそれぞれ微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射し、
前記噴射した複数の高圧混合液を前記分岐流路の内径よりも大径の空洞部に満たされた前記混合液中で瞬時に減圧し、これにより誘起するキャビテーションと高速旋回流の相互干渉によって微粒化を行う
ことを特徴とする微粒化方法。
【請求項２】
混合液中に含まれた液体又は粉体からなる物質を微粒化する微粒化装置であって、
密閉ケースの一端に開口し、前記混合液を加圧した高圧混合液を導入する導入口と、
前記導入口から前記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、
前記導入流路を分岐し、前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、
前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射する複数の噴射口と、
前記複数の噴射口に連通し、前記分岐流路の内径よりも大径の空洞部に前記混合液が満たされてなる微粒化促進室と、
を備えたことを特徴とする微粒化装置。
【請求項３】
前記噴射口が前記分岐流路内に設けられたオリフィスからなり、このオリフィスがセラミックス、超硬合金、ダイヤモンドの中から選ばれる超硬質素材により構成されていることを特徴とする請求項２に記載の微粒化装置。
【請求項４】
前記微粒化促進室に微粒化処理後の被処理液を排出する排出口が形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の微粒化装置。
【請求項５】
混合液中に含まれた液体又は粉体からなる物質を微粒化する微粒化システムであって、
前記混合液を収容する容器と、
前記容器内の混合液を加圧して移送する圧送ポンプと、
前記圧送ポンプにより移送された高圧混合液を導入し、これを微粒化して排出する請求項４に記載の微粒化装置と、
前記微粒化装置から排出された微粒化処理後の被処理液を貯留する貯留槽と、
を備えたことを特徴とする微粒化システム。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１５】
また、前記の目的を達成するため、本発明の微粒化装置は、混合液中に含まれた液体又は粉体からなる物質を微粒化する微粒化装置であって、密閉ケースの一端に開口し、前記混合液を加圧した高圧混合液を導入する導入口と、前記導入口から前記密閉ケース内へ直線的に延びる導入流路と、前記導入流路を分岐し、前記導入流路に対して平行配置された複数の分岐流路と、前記複数の分岐流路の各々を微小孔で絞り、前記密閉ケースの他端から前記高圧混合液を噴射する複数の噴射口と、前記複数の噴射口に連通し、前記分岐流路の内径よりも大径の空洞部に前記混合液が満たされてなる微粒化促進室と、を備えたことを特徴とするものである。