(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに対向配置された対向円盤の間に中央から外周方向に延びた複数の羽根を挟んで配置した羽根車を回転駆動軸に連結してなる回転円盤において、
その中央に、被処理体を供給する開口を有しており、
少なくとも片方の対向円盤に、複数個の空気吸入用の孔を開けてあることを特徴とする回転円盤。
【請求項２】
前記回転円盤の外側に、該回転円盤を囲むような衝突壁を設け、前記の回転円盤で切断された極微細体が衝突可能な構造としたことを特徴とする請求項１に記載の回転円盤。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、液体や流動体、粉体、粒体などのように一定の形を保持できず、流動可能な被処理体（以下「粉流体」とも呼ぶ）を極微細化する装置並びに方法に関する。
【従来の技術】
本発明の発明者は、特願平８−２２０６１８号や特願平８−２９７１２９号において、例えばビニールハウス内を冷却したりする場合に、水をできる限り微細な霧状にして散霧することが、気化促進に有効であることを提案した。
【０００２】
また、特願平９−５０９１６号においては、海水を散霧して水分を気化させて塩分を結晶化させることで製塩する技術を提案したが、この場合も、海水の霧を可能な限り微細化することが、製造効率を上げる上で肝要である。
【０００３】
特願平９−１１０１７３号においては、粉体や粒体、ガス体などと液体のような、２以上の被処理体を吸引して微細化すると共に、混合して、液体の中に取り込むことを提案した。このように、液体に限らず、流動体や粉体、粒体などをも含む２種以上の粉流体を混合したり、粉流体とガス体とを混合したりする場合にも、同様に可能な限り微細化する技術が必要であり、特に極微細化が望まれる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、前記のような先に提案した技術では、このように粉流体を極限まで微細化したりすることが不可能であり、その結果、所期の目的を十分に達成することが不可能であった。
【０００５】
本発明の技術的課題は、このような問題に着目し、比較的簡易な技術で粉流体を極限まで確実に微細化可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の技術的課題は次のような手段によって解決される。請求項１は、互いに対向配置された対向円盤の間に中央から外周方向に延びた複数の羽根を挟んで配置した羽根車を回転駆動軸に連結してなる回転円盤において、その中央に、被処理体を供給する開口を有しており、少なくとも片方の対向円盤に、複数個の空気吸入用の孔を開けてある回転円盤である。
【０００７】
このように、回転円盤の少なくとも片方の対向円盤に、複数個の空気吸入孔を開けてあるため、該空気吸入孔から流れ込んだ空気流によって、回転円盤内における被処理体の流れがより円滑となり、また回転円盤内の空間全体に拡散しながら流れるため、細霧発生が円滑に行なわれる。また、剛体や圧縮空気流、空気壁などの切断手段を併用する場合には、より均一にかつ安定した極微細化作用が得られる。
【０００８】
請求項２は、請求項１に記載の回転円盤の外側に、該回転円盤を囲むような衝突壁を設け、前記の回転円盤で切断された極微細体が衝突可能な構造とした極微細化装置である。
このように、回転円盤を囲むような衝突壁を設けてあるので、その中に、前記の回転円盤で切断された極微細体が閉じ込められて漂うため、極微細粒子同士が接する機会が増える。しかも、該衝突壁に衝突して跳ね返された極微細粒子が次に到来する極微細粒子や漂っている極微細粒子と接するため、極微細粒子同士が接する機会がさらに増える。そのため、２種以上の被処理体を混合したり、化合させたりする場合に適している。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
次に、本発明による粉流体の極微細化装置並びに極微細化方法が実際上どのように具体化されるか実施形態を説明する。図１から第３図は、本発明の発明者が特願平８−２９７１２９号において提案した散霧用の回転円盤である。第１図はシングルタイプであり、互いに対向配置された対向円盤１と２との間の空間６に、中心から外周方向に延びた複数の羽根３を挟んで配置し、固定することで羽根車４を構成してある。すなわち、各羽根３の両側の突出片を両対向円盤１、２の孔から突出させて、カシメ部９のように加締めて固定してある。そして、片方の対向円盤１の中心に、モータＭの出力軸、すなわち駆動軸Ａを固定してある。他方の対向円盤２の中央は、給水のために開口５が開けられている。
【００１０】
したがって、水道管の先端８を開口５に向けて、給水すると、遠心力によって隣接する羽根３・３間の空間６から放射方向に吹き飛ばされる。このとき、羽根車４の回転数が、例えば１万回転以上といった高速回転の場合は、細霧状となる。すなわち、羽根車４が矢印ａ１方向（図における左回転）に高速回転すると、開口５から吸入された水は、各羽根３の前面３ａに沿って遠心力で外側に移動し、最終的に羽根３の外端から遠心力で矢印２方向に振り飛ばされる。このような動きが、高速で行われることで、矢印２方向に飛散するときに霧状となる。また、矢印ａ２方向に飛散する霧は、遠心力によって遠くまで飛ばされるので、到達距離も長くなる。
【００１１】
第２図は、第１図の羽根車４を背中合わせに一体化した実施形態であり、中間の円盤１の中心をモータＭの出力軸Ａに固定してある。また、中間の円盤１の中央には、モータ軸との連結部１ａの間に窓孔７を開けて、給水管先端８から供給された水の約半分は、該窓孔７から左側の羽根車４ａ中に入り、残り半分は右側の羽根車４ｂ中に入る。なお、モータ軸Ａは、左側の円盤２ａの中心に固定し、中間の円盤１の中央は、円形の開口とすることも可能である。
【００１２】
第１図（２）においては、羽根３は円弧状になっているが、遠心力によって効率的に霧化できれば、図示の形状に限定されない。また、円盤１と円盤２、２ａ、２ｂとの間隔は、中央部を大きく、外周寄りを狭くすることで、霧化効率を高くしているが、この構造に限定されない。したがって、両対向円盤１と２（２ａ、２ｂ）との間隔Ｂを、羽根車４の半径と同程度の寸法まで、あるいはそれ以上に大きくすることも可能であり、また間隔Ｂを一定にして、両対向円盤１と２（２ａ、２ｂ）とを互いに平行にすることもできる。
【００１３】
第１図、第２図における羽根車は、各円盤１、２、２ａ、２ｂと羽根３を別体の部品とし、第１図に示すカシメ部９のような手段を用い、後で結合しても製造できる。あるいは、第３図のように、片方の円盤１と各羽根３を鋳物や樹脂で一体成型し、第１図における他方の円盤２は、羽根３にネジ止めや接着などで固定することも可能である。すなわち、製造方法のいかんを問わない。
また、第１図（２）のように、各羽根３の間隔は、外周寄りが広くなっているが、各羽根３同士の間に、さらにもう１枚の羽根を追加することで、第３図の場合と同様に、外周側が拡がり過ぎるのを防止できる。
【００１４】
以上の説明では、開口５から水を供給しているが、水以外の液体や流動体、粉体、粒体などを供給することも可能である。
本発明は、このような羽根車構造の回転円盤を用いて液体や流動体、粉体、粒体などを極微細化するために、以下のような改良を加えてある。
第１図、第２図のように、対向円盤１、２間に複数の羽根３…を挟んで配置した回転円盤４において、第４図のように、各羽根３…の外端からわずかの間隔Ｇをおいて、被散霧体を切断するための剛体１０を複数個、間隔をおいて配設してある。前記のわずかの間隔Ｇとは、回転円盤４側が剛体１０と接しない範囲で可能な限り小さな隙間が望ましい。
【００１５】
このように、微小隙間Ｇをおいて、回転円盤４の外側に剛体１０が配置されていると、各羽根３…の外端で振り切られる前に、被散霧体が瞬時に剛体１０に当たって、切断される。その結果、一粒の霧状の水滴が、複数の極微細な水粒子に分割されて、極微細の霧となり、水分の気化がより容易になる。
剛体１０の数が多いほど、極微細化の効率は良いが、各剛体１０の間隔が狭すぎると、せっかく極微細化された霧が閉じ込められる恐れがあるので、極微細化された霧が外側に流出できるように、各剛体１０・１０間にある程度の間隔が必要となる。
【００１６】
このような剛体１０と同様な機能を司る手段として、圧縮空気流を用いることも有効である。すなわち、第５図のように、回転円盤４の外周位置に、該回転円盤４の接線方向に圧縮空気流１１を噴出できるように圧縮空気のノズル１２を複数個配設してある。ノズル１２の向きは、圧縮空気流１１の噴出方向が、回転円盤４の回転方向に対し逆向きとなるように向ける。また、前記の剛体１０の場合と同様に、各羽根３…の外端からわずかの間隔Ｇの位置に圧縮空気流１１が発生するように配置する。
【００１７】
このようにして、各羽根３…の外端からわずかの隙間Ｇの位置において、回転円盤４の回転方向に対し逆向きに、しかも接線方向に圧縮空気流１１を発生させると、この圧縮空気流１１によって密度の高い空気壁を形成することができる。その結果、圧縮空気流１１に、各羽根３…の外端で振り切られる前の被散霧体が瞬時に当たって切断され、極微細化される。
こうして極微細に切断された極微細霧は、圧縮空気流１１によって吹き飛ばされる。したがって、第４図のように、実際に剛体１０が存在する場合のように、剛体１０によって、極微細化された霧が閉じ込められる恐れはなく、円滑に散霧できる。
【００１８】
圧縮空気流１１が、第５図（２）における矢印１１ａで示すように、回転円盤４の面と平行方向（駆動軸Ａと直角方向）だと、せっかく極微細化された霧がノズル１２に当たるので、ノズル１２が邪魔になる。また、ノズル１２に当たった際に、極微細化された霧同士が再結合して大きな粒子に戻ってしまう恐れがある。
ところが、第５図（２）に示すように、ノズル１２を、回転円盤４の面に対し角度θを設けて配置することによって、斜め方向から圧縮空気流１１を噴出させる構造になっている。そのため、ノズル１２が邪魔になったり、極微細化した粒子が再結合したりする恐れはない。
【００１９】
しかも、極微細化された微粒子が、圧縮空気流１１で回転円盤４から逸らされ、遠くまで飛ばされて拡散されるので、一か所に集中することがなく、気化などの処理効率がさらに向上する。また、ノズル１２をより多く配置できる。なお、圧縮空気流１１の噴出角度θは自由に設定できる。
以上のようにして、剛体１０を設けたり、圧縮空気流１１を発生させることが有効であるが、剛体１０や圧縮空気流１１による極微細化作用は、回転円盤４の周速と剛体１０や圧縮空気流１１との相対速度が速いことによって可能となる。
【００２０】
したがって、回転円盤４の周速が、第４図や第５図の場合よりも極めて高速化できるのであれば、剛体１０や圧縮空気流１１が存在しなくても、剛体１０や圧縮空気流１１が存在する場合と同様な極微細化作用が期待できる。
すなわち、このように圧縮空気流１１などと同様な空気壁が発生可能とするには、第６図のように、回転円盤４における羽根３…の外端における周速ｖが、
【数１】
0003761785.tif 000002
となるまで上昇させることが必要である。このような高速回転は、プーリーとベルトや歯車機構などによる増速手段を用いて増速したり、インバーター付高速モートルなどを用いることで実現できる。
【００２１】
次にその理由を説明する。いま、回転円盤４の外端における周速ｖが比較的小さい場合の抵抗力は、回転円盤４とその周囲の空気との間の粘性によって生じ、力Ｆ0 は、ａという空気抵抗係数を用いて、
Ｆ0 ＝−ａｖ  …  （１）
のように速度に比例する。
回転円盤４の速度が増加するにつれて、回転円盤４が流体中に乱流を発生させ、そのために、速度の二乗に比例して抵抗力が大きくなる。一般に、抵抗力Ｆ0 は、
Ｆ0 ＝ａｖ＋ｂｖ2   …  （２）
となり、速度に比例する項と速度の二乗に比例する項をもち、その係数ａ、ｂは回転円盤４の形状やその周囲の流体の種類によって決まる。
【００２２】
空気中での回転円盤４の運動を考える場合に、速度の二乗に比例する項が重要となり、抵抗係数ＣD を用いて、
【数２】
0003761785.tif 000003
と記される。
ρ：流体密度
Ａ：被処理体の有効断面積
ＣD ：回転円盤４の形により決まる次元のない抵抗係数
【００２３】
気体中を回転円盤４が回転するとき、動圧１／２ρｖ2 が気体の圧力Ｐに比べて小さいような速さでは、気体を縮まない液体として取り扱うこともできる。しかし、回転円盤４の周速ｖが、
【数３】
0003761785.tif 000004
の程度になると、気体が圧縮される影響が著しくなって慣性抵抗の効果が大きくなり、流れの様子や抵抗も、速さが小さい場合とは非常に違ってくる。
【００２４】
すなわち、空気の圧縮抵抗を、完全に物理的な力として考慮しなければならなくなる。この回転円盤による慣性抵抗を考慮すれば、回転円盤４の端速（羽根３…の外端の周速）ｖが、
【数４】
0003761785.tif 000005
に近くなった状態では、第４図や第５図のような剛体１０や圧縮空気流１１と同様な機能をする空気壁が自然と発生するので、剛体１０や圧縮空気流１１は不必要となる。
ｖ＝ｒωであるから、ｖを速くするには、半径ｒを大きくしてもよいし、角速度ωを速くしてもよい。したがって、
【数５】
0003761785.tif 000006
となるよう、ｒとωを調整するものとする。
もちろん、回転円盤４の周速ｖが小さい場合は、第４図の剛体１０や第５図の圧縮空気流１１も極めて有効である。
【００２５】
第７図において、回転円盤４の半径ｒや周速ｖに関する力学的まとめをする。
ｒ：回転円盤４の半径
ω：回転円盤４の角速度
ｖ：回転円盤４の外周の速度
ｎ：単位時間に回転する回転数
ｖ＝ｒω
ω＝２πｎ
ｖ＝２πｒｎ
次に回転円盤４の周速ｖと半径ｒとの関係を考察する。
いま、ｔ℃における音速ｖは、
ｖ＝３３１．５＋０．６ｔ（ｍ／ｓｅｃ）
で与えられる。ｔ＝４０℃とすると、
ｖ＝３３１．５＋２４（ｍ／ｓｅｃ）＝３５５．５ｍ／ｓｅｃ
となる。分速に直すと、
ｖ＝３５５．５×６０＝２１３３０ｍ／ｍｉｎ
ｖ＝２πｒｎ  であるから（ｎ＝ｒｐｍ）
ｒ＝０．２０ｍとすると、
２１３３０＝２×３．１４×０．２×ｎ  となるので、
【数６】
0003761785.tif 000007
ｒ＝０．２５ｍとすると、
２１３３０＝２×３．１４×０．２５×ｎ  となるので、
【数７】
0003761785.tif 000008
【００２６】
結局、回転円盤４の半径ｒが２０ｃｍとすると、１６９８２ｒｐｍ以上の高速回転を要し、半径ｒが２５ｃｍとすると、１３５８５ｒｐｍで足りる、ということになる。このような条件を満足できれば、第４図の剛体１０や第５図の圧縮空気流１１は不要となる。
半径ｒが２５ｃｍより大きい大型の回転円盤４でも駆動できるようにパワーの大きなモータを使用すれば、回転数はさらに少なくできる。
【００２７】
以上のような装置又は方法を用いて、被処理体として海水を極微細化すると、海水が極めて微細な霧状となるため、特願平９−５０９１６号の製塩方法における水分の気化が極めて効率的に行なわれ、塩の大量生産がより容易になると共に、塩の結晶もより細かくなる。
また、種々の溶液を極微細化して、水分の気化を促進させると、溶解物と水分又は液体とに分離することも容易になる。
さらに、送風機を併用して、極微細化された細霧をより遠くまで吹き飛ばして分散拡大すると、水分や液体の気化が一層促進される。このとき、温風ないし熱風を用いると、より効果的であることは、言うまでもない。
【００２８】
本発明の装置又は方法を、特願平９−１１０１７３号のように、回転円盤４中に粉粒体やガス体などと液体とを同時に吸入して極微細化すると共に混合して、液体の中に取り込む際も極めて有効である。すなわち、第４図の剛体１０や第５図の圧縮空気流１１、第６図のように回転円盤４の周速ｖを極高速化することで、極微細化された物質が次々と混合又は化合を促進するために衝突させることが可能となり、異種の物質同士の接する機会を増やすことで、結合ないし化合が促進される。
【００２９】
第４図に例示するように、回転円盤４の外側に、該回転円盤４を囲むような衝突壁１３を設け、前記のような切断手段で切断された後の極微細体を閉じ込める構造にしてある。また、回転円盤４の外周と衝突壁１３との間隔Ｒが小さい場合は、極微細粒子が衝突壁１３に衝突して跳ね返る。
その結果、極微細体が閉じ込められて漂うため、極微細粒子同士が接する機会が増える。また、該衝突壁１３に衝突して跳ね返された極微細粒子が次に到来する極微細粒子や漂っている極微細粒子と接することになり、極微細粒子同士が接する機会がさらに増える。そのため、２種以上の被処理体を混合したり、化合させたりする場合に適している。
【００３０】
回転円盤４の半径ｒは、用途に応じて０．０５ｍ〜１．０ｍ程度の寸法が考えられる。また、回転円盤４の外周と衝突壁１３との間隔Ｒは、０．０１ｍ〜１０ｍ程度が考えられる。
この場合、供給口５から回転円盤４中に供給される水溶液の中にカルシウムを溶かし込んでおき、かつ二酸化炭素を含んだ気体を同じ供給口５から同時に回転円盤４の中へ吸入させると、前記の切断手段で切断された後の極微細粒子が衝突壁１３で跳ね返されることで、カルシウムと二酸化炭素が接触して化合する機会が著しく増え、炭酸カルシウムが効率的に生成される。その結果、Ｃ０2 削減を効果的に実現できる。
【００３１】
第８図は回転円盤４内における被処理体の流れを円滑にするための実施形態であり、対向円盤１、２に、空気吸入用の孔１４を多数開けてある。なお、空気吸入孔１４は、対向円盤１、２のいずれか片方だけに開けてもよい。
第８図（１）に矢印で示すように、この孔１４から外気が回転円盤４中に吸入されるため、吸入された空気によって、対向円盤１、２と被処理体との間に空気流が形成されることで、被処理体の回転円盤４内における流れを円滑にし、回転円盤４内における外周方向への流れや霧状になって飛散する速度が高まる。
また、孔１４から吸入された空気流と開口５から吸入された被処理体との相互作用によって、対向円盤１、２間で立体的な波状の動きをしながら、外周方向に移動するので、対向円盤１、２の内面に密着していた被処理体を立体的に拡げる働きをし、より極微細化が促進される。
【００３２】
このように、この空気吸入孔１４による作用は、前記のような切断手段に到達する前に発生するので、この空気吸入孔１４は、本発明の発明者が先に提案した回転円盤のように、第４図から第７図のような切断手段を使用しない構造においても、極めて有効に作用する。
なお、本発明における回転円盤４は、立てた状態で使用することもでき、水平状態でも使用できる。あるいは、斜めにしてもよい。したがって、回転円盤４の姿勢や向きは全く制限されない。また、駆動源ごと回転円盤４自体を揺動させたり、首振り運動させたりすることもできる。
【００３３】
【発明の効果】
請求項１のように、回転円盤の少なくとも片方の対向円盤に、複数個の空気吸入孔を開けてあるため、該空気吸入孔から流れ込んだ空気流によって、回転円盤内における被処理体の流れがより円滑となり、また回転円盤内の空間全体に拡散しながら流れるため、細霧発生が円滑に行なわれる。また、剛体や圧縮空気流、空気壁などの切断手段を併用する場合には、より均一にかつ安定した極微細化作用が得られる。
【００３４】
請求項２のように、回転円盤を囲むような衝突壁を設けてあるので、その中に、前記の回転円盤で切断された極微細体が閉じ込められて漂うため、極微細粒子同士が接する機会が増える。しかも、該衝突壁に衝突して跳ね返された極微細粒子が次に到来する極微細粒子や漂っている極微細粒子と接するため、極微細粒子同士が接する機会がさらに増える。そのため、２種以上の被処理体を混合したり、化合させたりする場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の羽根車構造の微細化装置の実施形態であり、（１）は中心断面図、（２）は部分断面正面図である。
【図２】従来の背中合わせ構造の羽根車式の微細化装置であり、（１）は中心断面図、（２）は中間の円盤の中央部の正面図である。
【図３】羽根車構造の別の実施形態を示す斜視図である。
【図４】被処理体の切断手段として、剛体を用いた実施形態を示す回転円盤の部分断面正面図である。
【図５】被処理体の切断手段として、圧縮空気流を用いた実施形態を示す図で、（１）は回転円盤の部分断面正面図、（２）は下側から見た図（底面図）である。
【図６】被処理体の切断手段として、回転円盤を極高速回転させることで発生した空気壁を用いる実施形態を示す回転円盤の部分断面正面図である。
【図７】回転円盤の半径や周速に関する事項を力学的にまとめた回転円盤の正面図である。
【図８】回転円盤の対向円盤に空気吸入用の孔を開けた実施形態の部分断面正面図と中心断面図である。
【符号の説明】
１・２  対向円盤
４  回転円盤
１３  衝突壁
１４  空気吸入用の孔
【図１】
0003761785.tif 000009
【図２】
0003761785.tif 000010
【図３】
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【図４】
0003761785.tif 000012
【図５】
0003761785.tif 000013
【図６】
0003761785.tif 000014
【図７】
0003761785.tif 000015
【図８】
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