循環タンク及び液注入混合装置
【課題】循環方式にて液体と液体などのミキシングを行う場合、循環タンク内を含む全ての液体の循環回数を均一化する構造を有する循環タンクを提供する。
【解決手段】円筒状のタンク１０の上部に設けられた循環液１１が流入する循環液流入口２１およびタンク１０の下部に設けられた循環液１１が流出する循環液流出口２２のそれぞれが循環用配管２に接続され、循環用配管２に接続されたポンプ１２により循環液１１が循環する循環タンク１０において、タンク内の中心に立設された支柱３０に、複数の開口３２が間隔をおいて形成された仕切板３１が支持されて循環タンク内が仕切られている。
【解決手段】円筒状のタンク１０の上部に設けられた循環液１１が流入する循環液流入口２１およびタンク１０の下部に設けられた循環液１１が流出する循環液流出口２２のそれぞれが循環用配管２に接続され、循環用配管２に接続されたポンプ１２により循環液１１が循環する循環タンク１０において、タンク内の中心に立設された支柱３０に、複数の開口３２が間隔をおいて形成された仕切板３１が支持されて循環タンク内が仕切られている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液と液または液とガスの混合液の循環ライン途中に設けられ、混合液全量が均一に循環回数を獲得できる循環タンク及びこの循環タンクを利用した液注入混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
循環タンクは、液体の冷却や過熱および液−液の混合や気体を液体に溶解させる場合、例えば薬液製造ラインをはじめ医療品、飲料を含む食料品分野など幅広い分野で用いられており、主にバッチ方式において製造する容量に応じ、ライン途中に設けられる。
【０００３】
特許文献１には、半導体及び液晶製造ライン等から排出される、非常用冷却手段を備えた有害ガスを処理するための除害装置において、循環タンク内の循環水を炉内に噴霧し、噴霧された循環水を再び循環タンク内に戻すことが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、半導体装置の製造工程の有機膜を剥離液で除去する処理において、循環タンク３に貯められた剥離液を処理ユニットに供給し、処理ユニットに供給された剥離液を回収して循環タンクに戻すことが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、酸化用空気の気泡径を小さくし、吸収液中の亜硫酸の酸化速度を上げて酸化性能を向上させる湿式排煙脱硫装置において、吸収塔内のスプレーノズルから噴霧した吸収液を循環させる循環タンクが記載されている。
【０００６】
特許文献４には、循環タンクに貯蔵された生物脱硫生成物を洗浄除去する洗浄液を生物脱硫塔に供給して散水し、洗浄液を返送するバイオガス精製システムが記載されている。
【０００７】
特許文献５には、浮遊スカムとスラッジの両方をラインタンクから排出し、循環タンクに戻すことで、常にラインタンク内の洗浄液を清浄に保てる鋼板の洗浄設備が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２９６７３２号公報
【特許文献２】特閉２００７−１５０１４８号公報
【特許文献３】特開２００８−０６８１６１号公報
【特許文献４】特開２００８−１２７４０７号公報
【特許文献５】特開２００８−２１４７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記特許文献に記載されている循環タンクは、何れも液体の冷却や加温、または単に製造する容量を確保することを目的としているため、循環タンク内部についての特段の構造は示されていない。
【００１０】
そこで、本発明は、循環方式にて液体と液体などのミキシングを行う場合、循環タンク内を含む全ての液体の循環回数を均一化する構造を有する循環タンクを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の循環タンクは、円筒状のタンク上部に設けられた循環液が流入する循環液流入口およびタンク下部に設けられた循環液が流出する循環液流出口のそれぞれが循環用配管に接続され、循環用配管に接続されたポンプにより循環液が循環する循環タンクにおいて、 前記タンク内の中心に立設された支柱に、複数の開口が間隔をおいて形成された1枚又は複数枚の仕切板が支持されて循環タンク内が仕切られていることを特徴とする。
【００１２】
複数の開口が間隔をおいて形成された仕切板により、循環タンク内でのよどみが形成されることなく循環するので、均一にミキシングされる。
【００１３】
また、本発明の循環タンクを利用した液注入混合装置は、前記循環タンクと、分散媒の液体に注入する分散質となる注入液を収容する注入液用タンクが配置され、前記循環タンクの循環配管に液体に注入液を注入する注入液分散ノズルが接続され、前記注入液分散ノズルは注入液導入量調整弁を備えた注入液導入管を介して注入液を収容する注入液用タンクに接続され、前記注入液分散ノズルは、液注入分散ノズル内に前記注入液が導入される注入液導入流路と前記液体が流入し流出する複数の液体流路とを備え、前記注入液導入流路の流出側の注入液注入孔を囲んで前記液体流路の流出側の液体流出孔が混合室に開口し、前記混合室が前記液体流出孔から流出する前記液体に前記注入液注入孔から流出した前記注入液が注入される注入室と、この注入室に連続して設けられるとともに、液体と注入液を撹拌する、注入室より大径の撹拌室を備えていることを特徴とする。
【００１４】
循環タンクと注入液分散ノズルを備えることにより、液と注入液とを均一に混合して分散させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、循環方式にて液体と液体などのミキシングを行う場合において、開口を設けた仕切板によりタンク内によどみが形成されることなく循環液が流れ、循環タンク内の循環回数を均一化できる。
【００１６】
本発明の循環タンクを備えた液注入混合装置においては、液と注入液とを均一にミキシングすることが可能となる。また、この液注入混合装置で液体と液体のエマルションを生成する場合においては、装置内すべでの液体の循環回数を合わせることで、より均一なサイズのエマルションを生成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の循環タンクの断面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ線矢視図、（ｂ）は同Ｂ−Ｂ線矢視図、（c）は図２Ｃ-Ｃの矢視図である。
【図３】本発明の循環タンクの別実施例の断面図である。
【図４】本発明の循環タンクの仕切板の別実施例である。
【図５】（ａ）は図４のＤ−Ｄ線矢視図、（ｂ）は図４のＥ−Ｅ線矢視図、（ｃ）は図４のＣ−Ｃの矢視図である。
【図６】本発明の循環タンクを液注入混合装置に使用した場合の例を示す図である。
【図７】（ａ）は図６の液注入混合装置に使用することができる注入液分散ノズルの断面図、（ｂ）は流入面を示す図、（ｃ）は流出面を示す図、（ｄ）は流出面からみた拡大側面図である。
【図８】（ａ）は試験例で生成したエマルションの平均径の分布グラフ、（ｂ）はゼータ電位の測定グラフである。
【図９】本発明の循環タンクを複数の液を注入する液注入混合装置に使用した場合の例を示す図である。
【図１０】（ａ）は図９の液注入混合装置に使用することができる注入液分散ノズルの断面図、（ｂ）は流入面を示す図、（ｃ）は流出面を示す図、（ｄ）は流出面からみた拡大側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１、図２において、円筒状の循環タンク１０は、タンク１０の上部には、循環液が流入する循環液流入口２１が設けられ、タンク１０の下部にはタンク内の循環液を流出させる循環液流出口２２が設けられている。循環液流入口２１は、循環液が循環タンク１０内を旋回する液流を形成するように接線方向に流入するように形成されている。
【００２０】
循環液流入口２１および循環液流出口２２は、それぞれ循環用配管２（図３）に接続され、循環タンク１０の循環液１１が循環用配管２及び循環タンク１０を通って循環する。
【００２１】
循環タンク１０内には、タンク１０の中心に立設された支柱３０に、上下方向に複数の仕切板３１が間隔をおいて支持されている。支柱３０は、仕切り板３１の支持を兼ねるとともに旋回における凝集を回避することができる。
【００２２】
仕切板３１は循環液１１が通る開口３２が形成されており、開口３２の配置が異なる２種類の仕切板３１が交互に支柱３０に支持されている。一方の仕切板３１は開口３２が外周側に外周に沿って間隔をおいて形成され、他方の仕切板３１は開口３２が中心部の周りに間隔をおいて形成されている。
【００２３】
仕切板３１の開口３２は、循環液１１が斜め下方に旋回する液流を伝播するよう、開口３２の上下に旋回方向に流れを導く導入フィン３２ａを形成したりすることもでき、開口の形状については円形のみならず、楕円や三角形を含む多角形でも実施可能である。
【００２４】
仕切板３１の外周側の開口３２と中心部周りの開口３２が上下に交互に配置されることにより、循環タンク１０に循環液流入口２１から接線方向に流入した液体は仕切板３１の外周側の開口３２に向かって外周側に向かい、外周側３２の開口を通過した液体は、次の仕切板３１の中心部周りの開口３２により中心側に向かい、次の仕切板３１の開口３２により外周側の開口３２に向かって外周側に向かい、外周側３２の開口を通過した液体は、循環液流出口２２に向かって流れ循環する。したがって、循環タンク１０では循環液が旋回流れを伴い仕切板の外周側と中心側を交互に通過するため、循環タンク内の液体が淀むことなく循環回数を均一化できる。
【実施例２】
【００２５】
図３に示す循環タンク１０において、図１に示す循環タンク１０と同一構成には同一符号を伏してその説明は省略する。実施例１と異なる点は１枚の仕切板３１でタンク内を仕切った構造である。タンク１０の中心に立設された支柱３０の中央に仕切板３１支持されている。仕切板３１は循環液１１が通る開口３２が形成されている。
【００２６】
仕切板３１の開口３２は、実施例１と同様に、循環液１１が斜め下方に旋回する液流を伝播するように形成する。開口３２を有する仕切板３１により、循環タンク内の液体が淀むことなく循環して均一化できる。
【実施例３】
【００２７】
図４，図５に示す循環タンク１０において、図１，図２に示す循環タンク１０と同一構成には同一符号を伏してその説明は省略する。実施例１と異なる点は仕切板の構造である。
【００２８】
図４，図５において、循環タンク１０内の仕切板３１の下部に気体が溜まるのを防止するため、仕切板３１の外縁に図４に破線矢印で示す方向に気体を抜くためにガス抜孔３３を設け、さらに気体が内側からタンク１０の外周に向かうように、仕切板３１を外周側に上向きに傾斜させた構造にする。
【００２９】
また、循環タンク内の上部には、循環液流入口２１から流入して旋回する循環液を下方向へ案内して下向流を形成する傾斜した下向流形成羽根３４を設けてもよい。図５では、十字形に下向流形成羽根３４を設けているが、下向流を形成するように設けられたものであれば、その形態は限定されるものではない。下向流を形成することにより、例えば、水と油のように比重差が大きく混じりにくい液体をミキシングする場合においても、水面に上がる油を下方へ巻き込ませることが可能となる。
【実施例４】
【００３０】
本発明の循環タンクを使用した液注入混合装置について説明する。この液注入混合装置は、Ａ液にＢ液を注入して混合するものである。
【００３１】
図６に示すように、運転開始時にＡ液を貯留し、その後生成される混合液が循環する循環タンク１０、注入液（Ｂ液）を貯留する注入液用タンク１４が配置されている。循環タンク１０には、タンク内の液体を循環させる循環用配管２が設けられている。
【００３２】
循環用配管２の途中には循環液１１を送液するポンプ１２及び注入液を微細化して分散させる注入液分散ノズル１が接続されている。ポンプ１２の出側には、圧力計１３が設けられている。図５では自吸にて注入液を注入する形態となっているが、別途注入ポンプ等を使用して注入することも出来る。
【００３３】
注入液用タンク１４には注入液（Ｂ液）を注入液分散ノズル１に導入するための注入液導入配管６が接続されている。注入液導入管６には注入液導入量調整弁７が設けられ、この注入液導入量調整弁７の開度を調整して注入される注入液の送液量を調節するとともに、注入終了時には弁を閉じ、注入を停止させる。また、注入液の逆流を防止する逆止弁８が取り付けられる。
【００３４】
また、液注入混合装置でエマルションの混合液を生成する場合、循環配管２には、エマルションの生成状態を検知する手段を設けてもよい。例えば、透過光測定装置により光の透過度を検出し、透過度が安定した時点で循環を終了する。
【００３５】
図７において、その両端が循環用配管２に接続された注入液分散ノズル１には、循環用配管２で送液される液体が流入し流出する液体流路３が形成され、液体の流入側には液体流入孔３ａが形成され、液体流路３の流出側には混合室４へ液体流出孔３ｂが開口している。本実施例では３個の液体流路３が端面でそれぞれが点対称位置になるように形成されている。
【００３６】
注入液分散ノズル１には、液体に混合する注入液を自吸により導入する注入液導入流路５が配置され、注入液導入流路５は、導入側に注入液分散ノズル１の外側面に注入液導入孔５ａが開口し、流出側に注入液注入孔５ｂが開口している。注入液注入孔５ｂは、３個の液体流出孔３ｂに囲まれる配置にする。この配置により、注入液が自吸により連続的に液体中に注入ができる。
【００３７】
液体流路３の液体流出孔３ｂから流出する液体と、注入液導入流路５の液体注入孔５ｂから注入される注入液が混合される混合室４は、液体流出孔３ｂから流出する液体に注入液注入孔５ｂから流出した注入液が注入される注入室４ａと、この注入室４ａに連続して注入室４ａより大きい径の撹拌室４ｂが形成される。
【００３８】
注入室４ａでは液体流出孔３ｂから吐出された液は、オリフィス効果による自吸作用により注入液が注入液注入孔５ｂから安定して連続的に吸入され、液体注入孔５ｂを有する吐出面にキャビテーションを伴う剥離域が発生することで、Ａ液とＢ液の混合液を微細化することができる。注入室４ａを出た混合液は、撹拌室４ｂ内に発生する乱流によって均一に撹拌される。
【００３９】
本実施例の液注入混合装置の動作は次のとおりである。
【００４０】
ポンプ１２を作動させると、循環タンク１０に貯留されていたＡ液が循環用配管２に流れ、同時に注入液分散ノズル１の注入室４aの注入液注入孔５ｂ近傍に負圧が発生し、注入液用タンク１４から注入液導入管６を通してＢ液が自吸作用により自動的に注入される。注入量は注入液導入管６に取り付けた注入液導入量調整弁７の開度によって調整する。注入室４ａでＡ液にＢ液が注入され、微細化されたＢ液が混合された混合液は撹拌室４ｂで撹拌されながら吐出され循環タンク１０へ送られる。
【００４１】
循環タンク１０では、循環タンク１０に循環液流入口２１から接線方向に流入した液体は、仕切板３１の外周側の開口３２に向かって流れ、開口３２を通って次の仕切板３１の中心部周りの開口３２により中心側に向かい、開口３２を通って次の仕切板３１の開口３２に向かって外周側に向かい、開口３２を通って循環液流出口２２に向かって流れる。循環タンク１０では、循環液が旋回流れを伴い仕切板の外周側と中心側を交互に通過するため、循環タンク内の液体が淀むことなく循環回数を均一化できる。
【００４２】
循環タンク１０の混合液は、タンク１０の下部からポンプ１２により吸込まれ循環用配管２を通って注入液分散ノズル１で注入液を注入しながら、混合して微細化され、分散される。
【００４３】
所定量の注入液が注入されると、注入液導入量調整弁７を閉じる。注入停止後も循環を繰り返して循環タンク１０で混合液の微細化、拡散を繰り返す。
【００４４】
所定数循環させることにより、注入された液体はナノサイズの単分散となり、液滴がマイナスの電位を帯びでいるためオストワルド熟成などによる液滴の合一などを生じないエマルションが得られる。
【００４５】
＜試験例＞
分散媒（Ａ液）：水、分散質（注入するＢ液）：オレンジ油 ※Ｏ／Ｗエマルションの場合
【００４６】
手順１
装置内を０．５５Ｌの水で満たし、装置を０．３５ＭＰａの圧力で循環させながら、オレンジ油０．３容量％を微量ずつ注入液分散ノズル１へ連続注入する。
【００４７】
手順２
オレンジ油の注入が完了したら、注入液導入量調整弁７を閉じて１０００パスの間(本試験の場合、約５時間４０分)運転を継続して、循環用配管２，循環タンク１０を循環させる。仕切り板３１及び開口３２の配置は、図１、図２のとおりである。
【００４８】
手順３
循環配管のエマルション液の透過光強度が循環液３０パス程度の時間を置いて上昇しない安定した状態をもって、均一の混合液の生成の完了とする。
【００４９】
試験結果は、図８に示すとおりであり、測定にはシスメックス社のゼータサイザナノ ＮＺを使用し、平均径は動的光散乱法、ゼータ電位は電気泳動／レーザードップラー法により測定した。
【００５０】
図８より、平均径３６．３６ｎｍ、ゼータ電位の平均値-４０．４ｍＶの混合液が製造されることが確認された。
【００５１】
本実施例での混合液はエマルションとなっており、界面活性剤や乳化剤等を添加することなく、少なくとも生成後３ヶ月の静置状態においても分離しないことを合わせて確認した。
【実施例５】
【００５２】
本実施例は、分散媒（Ａ液）に複数のナノサイズの分散質（Ｂ液、Ｃ液、Ｄ液、Ｅ液）を注入して分散させたエマルションを製造する例である。
【００５３】
図９において、運転開始時にＡ液を貯留し、その後製造されるエマルションを貯留する循環タンク１０、注入するＢ液、Ｃ液、Ｄ液、Ｅ液をそれぞれ貯留する注入液用タンク１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅが配置されている。循環タンク１０にはタンク内の液体を循環させる循環用配管２が設けられている。
【００５４】
循環用配管２の途中には循環液を送液するポンプ１２及び注入液を微細化して分散させる注入液分散ノズル１が接続されている。ポンプ１２の出側には、圧力計１３が設けられている。
【００５５】
注入液用タンク１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅのそれぞれには、注入液であるＢ液、Ｃ液、Ｄ液、Ｅ液を注入液分散ノズル１に導入するための注入液導入配管６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅが接続されている。各注入液導入配管６には開度を調整して注入される注入液の量を調節するとともに、注入を停止させる注入液注入量調整弁７、注入液の逆流を防止する逆止弁８が取り付けられている。
【００５６】
本実施例の注入液分散ノズル１の基本的な構造は、図１０に示すように、図７に示す注入液分散ノズル１と基本的には同じであるので、図１０では同一構成には同一符号を付してその説明は省略する。ただし、図７では注入液が１本の注入液導入流路５が配置されているのに対して、本実施例では4本の注入液導入流路５を設けて4種の注入液を同時に注入することにより混合、微細化し分散させてエマルションが製造できるようにしたものである。
【００５７】
本実施例において、ポンプ１２を作動させると、循環タンク１０に貯留されていたＡ液が循環用配管２に流れ、同時に注入液分散ノズル１の撹拌室４の注入液注入孔５ｂ近傍に負圧が発生し、注入液用タンク１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅから注入液導入管６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅを通してＢ液が注入される。注入量は注入液導入管６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅに取り付けた注入液導入量調整弁７の開度によって調整する。注入室４ａでＡ液にＢ液、Ｃ液、Ｄ液、Ｅ液が注入されて微細化され、撹拌室４ｂで撹拌されながら流出して循環タンク１０へ送られる。循環タンク１０へ送られた循環液は、タンク１０の下部からポンプ１２により吸込まれ循環用配管２を通って注入液分散ノズル１で注入液を注入しながら、混合して微細化され、分散される。
【００５８】
各注入液が所定量注入されると、注入液導入量調整弁７を閉じる。注入停止後も循環を繰り返して混合、微細化を繰り返す。所定数循環させることにより、ナノサイズの各液の粒子が分散した混合液が得られる。
【符号の説明】
【００５９】
１：注入液分散ノズル
２：循環用配管
３：液体流路
３a：液体流入孔
３b：液体流出孔
４：混合室
４ａ：注入室
４ｂ：撹拌室
５：注入液導入流路
５a：注入液導入孔
５ｂ：注入液注入孔
６，６Ｂ〜Ｅ：注入液導入管
７：注入液導入量調整弁
８：逆止弁
１０：循環タンク
１１：循環液
１２：ポンプ
１３：圧力計
１４，１４Ｂ〜Ｅ：注入液用タンク
２１：循環液流入口
２２：循環液流出口
２３：排気バルブ
３０：支柱
３１：仕切板
３２：開ロ
３２a：導入フィン
３３：ガス抜孔
３４：下向流形成羽根
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液と液または液とガスの混合液の循環ライン途中に設けられ、混合液全量が均一に循環回数を獲得できる循環タンク及びこの循環タンクを利用した液注入混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
循環タンクは、液体の冷却や過熱および液−液の混合や気体を液体に溶解させる場合、例えば薬液製造ラインをはじめ医療品、飲料を含む食料品分野など幅広い分野で用いられており、主にバッチ方式において製造する容量に応じ、ライン途中に設けられる。
【０００３】
特許文献１には、半導体及び液晶製造ライン等から排出される、非常用冷却手段を備えた有害ガスを処理するための除害装置において、循環タンク内の循環水を炉内に噴霧し、噴霧された循環水を再び循環タンク内に戻すことが記載されている。
【０００４】
特許文献２には、半導体装置の製造工程の有機膜を剥離液で除去する処理において、循環タンク３に貯められた剥離液を処理ユニットに供給し、処理ユニットに供給された剥離液を回収して循環タンクに戻すことが記載されている。
【０００５】
特許文献３には、酸化用空気の気泡径を小さくし、吸収液中の亜硫酸の酸化速度を上げて酸化性能を向上させる湿式排煙脱硫装置において、吸収塔内のスプレーノズルから噴霧した吸収液を循環させる循環タンクが記載されている。
【０００６】
特許文献４には、循環タンクに貯蔵された生物脱硫生成物を洗浄除去する洗浄液を生物脱硫塔に供給して散水し、洗浄液を返送するバイオガス精製システムが記載されている。
【０００７】
特許文献５には、浮遊スカムとスラッジの両方をラインタンクから排出し、循環タンクに戻すことで、常にラインタンク内の洗浄液を清浄に保てる鋼板の洗浄設備が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００５−２９６７３２号公報
【特許文献２】特閉２００７−１５０１４８号公報
【特許文献３】特開２００８−０６８１６１号公報
【特許文献４】特開２００８−１２７４０７号公報
【特許文献５】特開２００８−２１４７１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、前記特許文献に記載されている循環タンクは、何れも液体の冷却や加温、または単に製造する容量を確保することを目的としているため、循環タンク内部についての特段の構造は示されていない。
【００１０】
そこで、本発明は、循環方式にて液体と液体などのミキシングを行う場合、循環タンク内を含む全ての液体の循環回数を均一化する構造を有する循環タンクを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の循環タンクは、円筒状のタンク上部に設けられた循環液が流入する循環液流入口およびタンク下部に設けられた循環液が流出する循環液流出口のそれぞれが循環用配管に接続され、循環用配管に接続されたポンプにより循環液が循環する循環タンクにおいて、 前記タンク内の中心に立設された支柱に、複数の開口が間隔をおいて形成された1枚又は複数枚の仕切板が支持されて循環タンク内が仕切られていることを特徴とする。
【００１２】
複数の開口が間隔をおいて形成された仕切板により、循環タンク内でのよどみが形成されることなく循環するので、均一にミキシングされる。
【００１３】
また、本発明の循環タンクを利用した液注入混合装置は、前記循環タンクと、分散媒の液体に注入する分散質となる注入液を収容する注入液用タンクが配置され、前記循環タンクの循環配管に液体に注入液を注入する注入液分散ノズルが接続され、前記注入液分散ノズルは注入液導入量調整弁を備えた注入液導入管を介して注入液を収容する注入液用タンクに接続され、前記注入液分散ノズルは、液注入分散ノズル内に前記注入液が導入される注入液導入流路と前記液体が流入し流出する複数の液体流路とを備え、前記注入液導入流路の流出側の注入液注入孔を囲んで前記液体流路の流出側の液体流出孔が混合室に開口し、前記混合室が前記液体流出孔から流出する前記液体に前記注入液注入孔から流出した前記注入液が注入される注入室と、この注入室に連続して設けられるとともに、液体と注入液を撹拌する、注入室より大径の撹拌室を備えていることを特徴とする。
【００１４】
循環タンクと注入液分散ノズルを備えることにより、液と注入液とを均一に混合して分散させることが可能となる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明は、循環方式にて液体と液体などのミキシングを行う場合において、開口を設けた仕切板によりタンク内によどみが形成されることなく循環液が流れ、循環タンク内の循環回数を均一化できる。
【００１６】
本発明の循環タンクを備えた液注入混合装置においては、液と注入液とを均一にミキシングすることが可能となる。また、この液注入混合装置で液体と液体のエマルションを生成する場合においては、装置内すべでの液体の循環回数を合わせることで、より均一なサイズのエマルションを生成することもできる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の循環タンクの断面図である。
【図２】（ａ）は図１のＡ−Ａ線矢視図、（ｂ）は同Ｂ−Ｂ線矢視図、（c）は図２Ｃ-Ｃの矢視図である。
【図３】本発明の循環タンクの別実施例の断面図である。
【図４】本発明の循環タンクの仕切板の別実施例である。
【図５】（ａ）は図４のＤ−Ｄ線矢視図、（ｂ）は図４のＥ−Ｅ線矢視図、（ｃ）は図４のＣ−Ｃの矢視図である。
【図６】本発明の循環タンクを液注入混合装置に使用した場合の例を示す図である。
【図７】（ａ）は図６の液注入混合装置に使用することができる注入液分散ノズルの断面図、（ｂ）は流入面を示す図、（ｃ）は流出面を示す図、（ｄ）は流出面からみた拡大側面図である。
【図８】（ａ）は試験例で生成したエマルションの平均径の分布グラフ、（ｂ）はゼータ電位の測定グラフである。
【図９】本発明の循環タンクを複数の液を注入する液注入混合装置に使用した場合の例を示す図である。
【図１０】（ａ）は図９の液注入混合装置に使用することができる注入液分散ノズルの断面図、（ｂ）は流入面を示す図、（ｃ）は流出面を示す図、（ｄ）は流出面からみた拡大側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明の実施例について図面を参照しながら説明する。
【実施例１】
【００１９】
図１、図２において、円筒状の循環タンク１０は、タンク１０の上部には、循環液が流入する循環液流入口２１が設けられ、タンク１０の下部にはタンク内の循環液を流出させる循環液流出口２２が設けられている。循環液流入口２１は、循環液が循環タンク１０内を旋回する液流を形成するように接線方向に流入するように形成されている。
【００２０】
循環液流入口２１および循環液流出口２２は、それぞれ循環用配管２（図３）に接続され、循環タンク１０の循環液１１が循環用配管２及び循環タンク１０を通って循環する。
【００２１】
循環タンク１０内には、タンク１０の中心に立設された支柱３０に、上下方向に複数の仕切板３１が間隔をおいて支持されている。支柱３０は、仕切り板３１の支持を兼ねるとともに旋回における凝集を回避することができる。
【００２２】
仕切板３１は循環液１１が通る開口３２が形成されており、開口３２の配置が異なる２種類の仕切板３１が交互に支柱３０に支持されている。一方の仕切板３１は開口３２が外周側に外周に沿って間隔をおいて形成され、他方の仕切板３１は開口３２が中心部の周りに間隔をおいて形成されている。
【００２３】
仕切板３１の開口３２は、循環液１１が斜め下方に旋回する液流を伝播するよう、開口３２の上下に旋回方向に流れを導く導入フィン３２ａを形成したりすることもでき、開口の形状については円形のみならず、楕円や三角形を含む多角形でも実施可能である。
【００２４】
仕切板３１の外周側の開口３２と中心部周りの開口３２が上下に交互に配置されることにより、循環タンク１０に循環液流入口２１から接線方向に流入した液体は仕切板３１の外周側の開口３２に向かって外周側に向かい、外周側３２の開口を通過した液体は、次の仕切板３１の中心部周りの開口３２により中心側に向かい、次の仕切板３１の開口３２により外周側の開口３２に向かって外周側に向かい、外周側３２の開口を通過した液体は、循環液流出口２２に向かって流れ循環する。したがって、循環タンク１０では循環液が旋回流れを伴い仕切板の外周側と中心側を交互に通過するため、循環タンク内の液体が淀むことなく循環回数を均一化できる。
【実施例２】
【００２５】
図３に示す循環タンク１０において、図１に示す循環タンク１０と同一構成には同一符号を伏してその説明は省略する。実施例１と異なる点は１枚の仕切板３１でタンク内を仕切った構造である。タンク１０の中心に立設された支柱３０の中央に仕切板３１支持されている。仕切板３１は循環液１１が通る開口３２が形成されている。
【００２６】
仕切板３１の開口３２は、実施例１と同様に、循環液１１が斜め下方に旋回する液流を伝播するように形成する。開口３２を有する仕切板３１により、循環タンク内の液体が淀むことなく循環して均一化できる。
【実施例３】
【００２７】
図４，図５に示す循環タンク１０において、図１，図２に示す循環タンク１０と同一構成には同一符号を伏してその説明は省略する。実施例１と異なる点は仕切板の構造である。
【００２８】
図４，図５において、循環タンク１０内の仕切板３１の下部に気体が溜まるのを防止するため、仕切板３１の外縁に図４に破線矢印で示す方向に気体を抜くためにガス抜孔３３を設け、さらに気体が内側からタンク１０の外周に向かうように、仕切板３１を外周側に上向きに傾斜させた構造にする。
【００２９】
また、循環タンク内の上部には、循環液流入口２１から流入して旋回する循環液を下方向へ案内して下向流を形成する傾斜した下向流形成羽根３４を設けてもよい。図５では、十字形に下向流形成羽根３４を設けているが、下向流を形成するように設けられたものであれば、その形態は限定されるものではない。下向流を形成することにより、例えば、水と油のように比重差が大きく混じりにくい液体をミキシングする場合においても、水面に上がる油を下方へ巻き込ませることが可能となる。
【実施例４】
【００３０】
本発明の循環タンクを使用した液注入混合装置について説明する。この液注入混合装置は、Ａ液にＢ液を注入して混合するものである。
【００３１】
図６に示すように、運転開始時にＡ液を貯留し、その後生成される混合液が循環する循環タンク１０、注入液（Ｂ液）を貯留する注入液用タンク１４が配置されている。循環タンク１０には、タンク内の液体を循環させる循環用配管２が設けられている。
【００３２】
循環用配管２の途中には循環液１１を送液するポンプ１２及び注入液を微細化して分散させる注入液分散ノズル１が接続されている。ポンプ１２の出側には、圧力計１３が設けられている。図５では自吸にて注入液を注入する形態となっているが、別途注入ポンプ等を使用して注入することも出来る。
【００３３】
注入液用タンク１４には注入液（Ｂ液）を注入液分散ノズル１に導入するための注入液導入配管６が接続されている。注入液導入管６には注入液導入量調整弁７が設けられ、この注入液導入量調整弁７の開度を調整して注入される注入液の送液量を調節するとともに、注入終了時には弁を閉じ、注入を停止させる。また、注入液の逆流を防止する逆止弁８が取り付けられる。
【００３４】
また、液注入混合装置でエマルションの混合液を生成する場合、循環配管２には、エマルションの生成状態を検知する手段を設けてもよい。例えば、透過光測定装置により光の透過度を検出し、透過度が安定した時点で循環を終了する。
【００３５】
図７において、その両端が循環用配管２に接続された注入液分散ノズル１には、循環用配管２で送液される液体が流入し流出する液体流路３が形成され、液体の流入側には液体流入孔３ａが形成され、液体流路３の流出側には混合室４へ液体流出孔３ｂが開口している。本実施例では３個の液体流路３が端面でそれぞれが点対称位置になるように形成されている。
【００３６】
注入液分散ノズル１には、液体に混合する注入液を自吸により導入する注入液導入流路５が配置され、注入液導入流路５は、導入側に注入液分散ノズル１の外側面に注入液導入孔５ａが開口し、流出側に注入液注入孔５ｂが開口している。注入液注入孔５ｂは、３個の液体流出孔３ｂに囲まれる配置にする。この配置により、注入液が自吸により連続的に液体中に注入ができる。
【００３７】
液体流路３の液体流出孔３ｂから流出する液体と、注入液導入流路５の液体注入孔５ｂから注入される注入液が混合される混合室４は、液体流出孔３ｂから流出する液体に注入液注入孔５ｂから流出した注入液が注入される注入室４ａと、この注入室４ａに連続して注入室４ａより大きい径の撹拌室４ｂが形成される。
【００３８】
注入室４ａでは液体流出孔３ｂから吐出された液は、オリフィス効果による自吸作用により注入液が注入液注入孔５ｂから安定して連続的に吸入され、液体注入孔５ｂを有する吐出面にキャビテーションを伴う剥離域が発生することで、Ａ液とＢ液の混合液を微細化することができる。注入室４ａを出た混合液は、撹拌室４ｂ内に発生する乱流によって均一に撹拌される。
【００３９】
本実施例の液注入混合装置の動作は次のとおりである。
【００４０】
ポンプ１２を作動させると、循環タンク１０に貯留されていたＡ液が循環用配管２に流れ、同時に注入液分散ノズル１の注入室４aの注入液注入孔５ｂ近傍に負圧が発生し、注入液用タンク１４から注入液導入管６を通してＢ液が自吸作用により自動的に注入される。注入量は注入液導入管６に取り付けた注入液導入量調整弁７の開度によって調整する。注入室４ａでＡ液にＢ液が注入され、微細化されたＢ液が混合された混合液は撹拌室４ｂで撹拌されながら吐出され循環タンク１０へ送られる。
【００４１】
循環タンク１０では、循環タンク１０に循環液流入口２１から接線方向に流入した液体は、仕切板３１の外周側の開口３２に向かって流れ、開口３２を通って次の仕切板３１の中心部周りの開口３２により中心側に向かい、開口３２を通って次の仕切板３１の開口３２に向かって外周側に向かい、開口３２を通って循環液流出口２２に向かって流れる。循環タンク１０では、循環液が旋回流れを伴い仕切板の外周側と中心側を交互に通過するため、循環タンク内の液体が淀むことなく循環回数を均一化できる。
【００４２】
循環タンク１０の混合液は、タンク１０の下部からポンプ１２により吸込まれ循環用配管２を通って注入液分散ノズル１で注入液を注入しながら、混合して微細化され、分散される。
【００４３】
所定量の注入液が注入されると、注入液導入量調整弁７を閉じる。注入停止後も循環を繰り返して循環タンク１０で混合液の微細化、拡散を繰り返す。
【００４４】
所定数循環させることにより、注入された液体はナノサイズの単分散となり、液滴がマイナスの電位を帯びでいるためオストワルド熟成などによる液滴の合一などを生じないエマルションが得られる。
【００４５】
＜試験例＞
分散媒（Ａ液）：水、分散質（注入するＢ液）：オレンジ油 ※Ｏ／Ｗエマルションの場合
【００４６】
手順１
装置内を０．５５Ｌの水で満たし、装置を０．３５ＭＰａの圧力で循環させながら、オレンジ油０．３容量％を微量ずつ注入液分散ノズル１へ連続注入する。
【００４７】
手順２
オレンジ油の注入が完了したら、注入液導入量調整弁７を閉じて１０００パスの間(本試験の場合、約５時間４０分)運転を継続して、循環用配管２，循環タンク１０を循環させる。仕切り板３１及び開口３２の配置は、図１、図２のとおりである。
【００４８】
手順３
循環配管のエマルション液の透過光強度が循環液３０パス程度の時間を置いて上昇しない安定した状態をもって、均一の混合液の生成の完了とする。
【００４９】
試験結果は、図８に示すとおりであり、測定にはシスメックス社のゼータサイザナノ ＮＺを使用し、平均径は動的光散乱法、ゼータ電位は電気泳動／レーザードップラー法により測定した。
【００５０】
図８より、平均径３６．３６ｎｍ、ゼータ電位の平均値-４０．４ｍＶの混合液が製造されることが確認された。
【００５１】
本実施例での混合液はエマルションとなっており、界面活性剤や乳化剤等を添加することなく、少なくとも生成後３ヶ月の静置状態においても分離しないことを合わせて確認した。
【実施例５】
【００５２】
本実施例は、分散媒（Ａ液）に複数のナノサイズの分散質（Ｂ液、Ｃ液、Ｄ液、Ｅ液）を注入して分散させたエマルションを製造する例である。
【００５３】
図９において、運転開始時にＡ液を貯留し、その後製造されるエマルションを貯留する循環タンク１０、注入するＢ液、Ｃ液、Ｄ液、Ｅ液をそれぞれ貯留する注入液用タンク１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅが配置されている。循環タンク１０にはタンク内の液体を循環させる循環用配管２が設けられている。
【００５４】
循環用配管２の途中には循環液を送液するポンプ１２及び注入液を微細化して分散させる注入液分散ノズル１が接続されている。ポンプ１２の出側には、圧力計１３が設けられている。
【００５５】
注入液用タンク１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅのそれぞれには、注入液であるＢ液、Ｃ液、Ｄ液、Ｅ液を注入液分散ノズル１に導入するための注入液導入配管６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅが接続されている。各注入液導入配管６には開度を調整して注入される注入液の量を調節するとともに、注入を停止させる注入液注入量調整弁７、注入液の逆流を防止する逆止弁８が取り付けられている。
【００５６】
本実施例の注入液分散ノズル１の基本的な構造は、図１０に示すように、図７に示す注入液分散ノズル１と基本的には同じであるので、図１０では同一構成には同一符号を付してその説明は省略する。ただし、図７では注入液が１本の注入液導入流路５が配置されているのに対して、本実施例では4本の注入液導入流路５を設けて4種の注入液を同時に注入することにより混合、微細化し分散させてエマルションが製造できるようにしたものである。
【００５７】
本実施例において、ポンプ１２を作動させると、循環タンク１０に貯留されていたＡ液が循環用配管２に流れ、同時に注入液分散ノズル１の撹拌室４の注入液注入孔５ｂ近傍に負圧が発生し、注入液用タンク１４Ｂ、１４Ｃ、１４Ｄ、１４Ｅから注入液導入管６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅを通してＢ液が注入される。注入量は注入液導入管６Ｂ、６Ｃ、６Ｄ、６Ｅに取り付けた注入液導入量調整弁７の開度によって調整する。注入室４ａでＡ液にＢ液、Ｃ液、Ｄ液、Ｅ液が注入されて微細化され、撹拌室４ｂで撹拌されながら流出して循環タンク１０へ送られる。循環タンク１０へ送られた循環液は、タンク１０の下部からポンプ１２により吸込まれ循環用配管２を通って注入液分散ノズル１で注入液を注入しながら、混合して微細化され、分散される。
【００５８】
各注入液が所定量注入されると、注入液導入量調整弁７を閉じる。注入停止後も循環を繰り返して混合、微細化を繰り返す。所定数循環させることにより、ナノサイズの各液の粒子が分散した混合液が得られる。
【符号の説明】
【００５９】
１：注入液分散ノズル
２：循環用配管
３：液体流路
３a：液体流入孔
３b：液体流出孔
４：混合室
４ａ：注入室
４ｂ：撹拌室
５：注入液導入流路
５a：注入液導入孔
５ｂ：注入液注入孔
６，６Ｂ〜Ｅ：注入液導入管
７：注入液導入量調整弁
８：逆止弁
１０：循環タンク
１１：循環液
１２：ポンプ
１３：圧力計
１４，１４Ｂ〜Ｅ：注入液用タンク
２１：循環液流入口
２２：循環液流出口
２３：排気バルブ
３０：支柱
３１：仕切板
３２：開ロ
３２a：導入フィン
３３：ガス抜孔
３４：下向流形成羽根
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状のタンク上部に設けられた循環液が流入する循環液流入口およびタンク下部に設けられた循環液が流出する循環液流出口のそれぞれが循環用配管に接続され、循環用配管に接続されたポンプにより循環液が循環する循環タンクにおいて、
前記タンク内の中心に立設された支柱に、複数の開口が間隔をおいて形成された1枚又は複数枚の仕切板が支持されて循環タンク内が仕切られていることを特徴とする循環タンク。
【請求項２】
前記タンク内の中心に立設された支柱に、開口が外周側に外周に沿って間隔をおいて形成された仕切板と開口が支柱の周りに間隔をおいて形成されている仕切板が上下方向に交互に支持されて循環タンク内が仕切られていることを特徴とする請求項1記載の循環タンク。
【請求項３】
循環液流入口は循環液を接線方向に導入して旋回流を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の循環タンク。
【請求項４】
仕切板の開口は、循環液の旋回流が伝播するように形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の循環タンク。
【請求項５】
仕切板が、支柱側から外周側に向けて上向きに傾斜するとともに、外縁に空気を抜くためにガス抜孔が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の循環タンク。
【請求項６】
循環タンク内の上部に流入する循環液を下方向へ案内して下向流を形成する下向流形成羽根が設けられていることを特徴とする請求項1〜５のいずれかに記載の循環タンク。
【請求項７】
請求項1〜６のいずれかに記載の循環タンクと、分散媒の液体に注入する分散質となる注入液を収容する注入液用タンクが配置され、
前記循環タンクの循環配管に液体に注入液を注入する注入液分散ノズルが接続され、
前記注入液分散ノズルは注入液導入量調整弁を備えた注入液導入管を介して注入液を収容する注入液用タンクに接続され、
前記注入液分散ノズルは、液注入分散ノズル内に前記注入液が導入される注入液導入流路と前記液体が流入し流出する複数の液体流路とを備え、前記注入液導入流路の流出側の注入液注入孔を囲んで前記液体流路の流出側の液体流出孔が混合室に開口し、前記混合室が前記液体流出孔から流出する前記液体に前記注入液注入孔から流出した前記注入液が注入される注入室と、この注入室に連続して設けられるとともに、液体と注入液を撹拌する、注入室より大径の撹拌室を備えていることを特徴とする液注入混合装置。
【請求項８】
前記注入液分散ノズルの注入液注入孔が一個であることを特徴とする請求項７に記載の液注入混合装置。
【請求項９】
前記注入液分散ノズルの注入液注入孔が複数個であることを特徴とする請求項７に記載の液注入混合装置。
【請求項１】
円筒状のタンク上部に設けられた循環液が流入する循環液流入口およびタンク下部に設けられた循環液が流出する循環液流出口のそれぞれが循環用配管に接続され、循環用配管に接続されたポンプにより循環液が循環する循環タンクにおいて、
前記タンク内の中心に立設された支柱に、複数の開口が間隔をおいて形成された1枚又は複数枚の仕切板が支持されて循環タンク内が仕切られていることを特徴とする循環タンク。
【請求項２】
前記タンク内の中心に立設された支柱に、開口が外周側に外周に沿って間隔をおいて形成された仕切板と開口が支柱の周りに間隔をおいて形成されている仕切板が上下方向に交互に支持されて循環タンク内が仕切られていることを特徴とする請求項1記載の循環タンク。
【請求項３】
循環液流入口は循環液を接線方向に導入して旋回流を形成することを特徴とする請求項１又は２に記載の循環タンク。
【請求項４】
仕切板の開口は、循環液の旋回流が伝播するように形成することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の循環タンク。
【請求項５】
仕切板が、支柱側から外周側に向けて上向きに傾斜するとともに、外縁に空気を抜くためにガス抜孔が設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の循環タンク。
【請求項６】
循環タンク内の上部に流入する循環液を下方向へ案内して下向流を形成する下向流形成羽根が設けられていることを特徴とする請求項1〜５のいずれかに記載の循環タンク。
【請求項７】
請求項1〜６のいずれかに記載の循環タンクと、分散媒の液体に注入する分散質となる注入液を収容する注入液用タンクが配置され、
前記循環タンクの循環配管に液体に注入液を注入する注入液分散ノズルが接続され、
前記注入液分散ノズルは注入液導入量調整弁を備えた注入液導入管を介して注入液を収容する注入液用タンクに接続され、
前記注入液分散ノズルは、液注入分散ノズル内に前記注入液が導入される注入液導入流路と前記液体が流入し流出する複数の液体流路とを備え、前記注入液導入流路の流出側の注入液注入孔を囲んで前記液体流路の流出側の液体流出孔が混合室に開口し、前記混合室が前記液体流出孔から流出する前記液体に前記注入液注入孔から流出した前記注入液が注入される注入室と、この注入室に連続して設けられるとともに、液体と注入液を撹拌する、注入室より大径の撹拌室を備えていることを特徴とする液注入混合装置。
【請求項８】
前記注入液分散ノズルの注入液注入孔が一個であることを特徴とする請求項７に記載の液注入混合装置。
【請求項９】
前記注入液分散ノズルの注入液注入孔が複数個であることを特徴とする請求項７に記載の液注入混合装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図９】
【図１０】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１０５３７５（Ｐ２０１１−１０５３７５Ａ）
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２６５５２５（Ｐ２００９−２６５５２５）
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（３９８００５６３０）株式会社オ−ラテック (15)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月２日（２０１１．６．２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１１月２０日（２００９．１１．２０）
【出願人】（３９８００５６３０）株式会社オ−ラテック (15)
【Ｆターム（参考）】
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