液滴径予測方法及び液滴径予測シミュレータ
【課題】乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、均質バルブ機構のバルブシートやディスクバルブの形状、乳化前エマルションの特性の影響を加味し、より正確に予測する。
【解決手段】対向壁面間同士が平行な隙間平行部が形成された乳化処理路に、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを通過させ乳化後エマルション中の分散相の液滴径を予測する液滴径予測方法であって、隙間平行部の対向壁面でのせん断応力の代表値である壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、乳化処理路通過時の圧力損失から算出される隙間平行部での対向壁面間の有効間隔δ、乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅに基づいて、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する。
【解決手段】対向壁面間同士が平行な隙間平行部が形成された乳化処理路に、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを通過させ乳化後エマルション中の分散相の液滴径を予測する液滴径予測方法であって、隙間平行部の対向壁面でのせん断応力の代表値である壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、乳化処理路通過時の圧力損失から算出される隙間平行部での対向壁面間の有効間隔δ、乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅに基づいて、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスクバルブと、ディスクバルブに対向して設けられるバルブシートとを備えて構成されるとともに、ディスクバルブとバルブシートとの対向壁面間に形成された径方向に放射状に延びる乳化処理路が形成される均質バルブ機構において、この乳化処理路に、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを通過させ、乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を予測する液滴径予測方法及び液滴径予測シミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記均質バルブ機構は乳化分散装置に設けられ、この乳化分散装置は、例えば、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを一定圧力に昇圧する３連又は５連式プランジャーポンプ機構と、均質バルブ機構とを備えて構成されて、プランジャーポンプ機構により加圧された乳化前エマルションを均質バルブ機構に導入して乳化している。すなわち、均質バルブ機構は、ディスクバルブとバルブシートとの対向壁面間において径方向に放射状に形成された狭隘な乳化処理路に、乳化前エマルションを通過させて乳化するように構成され、乳化前エマルション中の連続相及び分散相にせん断・衝突・キャビテーション等の相乗作用を瞬間的に発生させることにより、連続相中における分散相を微細化し均質的な乳化状態を作り、液分離（浮遊・沈殿等）を防ぐようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の乳化分散装置では、均質バルブ機構に円筒状の凸部を備えたディスクバルブと円形状の凹部を有するバルブシートとを備え、ディスクバルブの凸部がバルブシートの凹部に挿入されることにより形成される隙間を乳化処理路とする構成が開示されている。そして、バルブシートの凹部に形成された乳化前エマルションの導入口の直径、凹部の直径、さらに、ディスクバルブの直径、凸部の直径等を適切に設定することにより、均質バルブ機構（乳化処理路）を通過する乳化前エマルションに対して効率的にせん断力等を付与することが可能となり、乳化前エマルション中に含まれる分散相の微細化及び均質化を促進することができるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９０７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記のとおり、乳化分散装置における均質バルブ機構においては、連続相と分散相とを含む高圧となった乳化前エマルションが狭隘な乳化処理路を通過して乳化されることにより、分散相の液滴径が微細化及び均質化された状態の乳化後エマルションが形成される。
この均質バルブ機構における乳化の効果としては、例えば、乳化処理路を通過することにより、乳化前エマルション中に含まれる分散相の液滴径がどれほど微細化（均質化）されて、乳化後エマルション中の分散相の液滴径となっているかを指標とすることができる。
しかしながら、例えば、特許文献１に記載の均質バルブ機構では、当該均質バルブ機構における乳化の効果について上記指標に基づいて検討する際には、乳化前エマルション中の分散相の液滴径と、乳化後エマルション中の分散相の液滴径とを実際に測定し、両者を比較する必要があった。従って、例えば、均質バルブ機構を構成するディスクバルブやバルブシートの形状を変更する場合などには、これら変更後の部材を実際に作成する必要があるとともに、さらに作成した部材を均質バルブ機構にその都度設置して乳化前エマルションを乳化処理路に通過させる必要があり、乳化の効果の検証には手間が非常に掛かるという問題があった。同様に、例えば、乳化前エマルションの種類が変わった場合にも、それぞれの乳化前エマルションを実際に乳化処理路に通過させる必要があり、非常に手間が掛かっていた。
【０００６】
一方で、このような均質バルブ機構における乳化処理路内の流れについては種々研究がなされており、例えば、乳化前エマルションが乳化処理路を通過することによる乳化の効果に関しては、乳化処理路の入口圧力と出口圧力との圧力差（圧力損失）を用いて検討がなされ、当該圧力損失に基づいて乳化後エマルション中の分散相の液滴径を予測することが検討されている。しかしながら、この場合には、均質バルブ機構を構成するバルブシートやディスクバルブの形状がどのようなものであっても、また、乳化前エマルションの種類がどのようなものであっても、乳化処理路の圧力損失が同じであれば、乳化の効果も同じであると判断され、結果として、圧力損失に基づいて予測された乳化後エマルション中の分散相の液滴径と、現実に測定された乳化後エマルション中の分散相の液滴径とが整合しないことがあり、改良の余地があった。
【０００７】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、均質バルブ機構において乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、バルブシートやディスクバルブの形状、乳化前エマルションの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測可能な液滴径予測方法及び液滴径予測シミュレータを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る液滴径予測方法は、ディスクバルブと、前記ディスクバルブに対向して設けられるバルブシートとを備えて構成されるとともに、前記ディスクバルブと前記バルブシートとの対向壁面間に径方向に放射状に延びる乳化処理路が形成され、前記乳化処理路には前記対向壁面同士が平行な隙間平行部が前記ディスクバルブの中心軸に対して径方向に第１距離の位置から第２距離の位置にまで形成される均質バルブ機構において、前記均質バルブ機構の前記乳化処理路に、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを通過させ、乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を予測する液滴径予測方法であって、その特徴構成は、
前記隙間平行部を形成する前記対向壁面におけるせん断応力の代表値である壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、前記乳化処理路通過時の圧力損失から算出される前記隙間平行部における前記対向壁面間の有効間隔δ、前記乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、前記乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅに基づいて、前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する点にある。
【０００９】
本特徴構成によれば、上記式を用いることにより、均質バルブ機構の乳化処理路において乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、バルブシートやディスクバルブの形状、乳化前エマルションの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測することが可能となる。
以下、本特徴構成による液滴径予測方法について説明する。
【００１０】
まず、均質バルブ機構には、ディスクバルブと、ディスクバルブに対向して設けられるバルブシートとを備え、ディスクバルブとバルブシートとの対向壁面間に径方向に放射状に延びる狭隘な乳化処理路が形成される。また、乳化処理路には対向壁面同士が平行な隙間平行部がディスクバルブの中心軸に対して径方向に第１距離の位置から第２距離の位置にまで形成される。これにより、均質バルブ機構の乳化処理路における隙間平行部に、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを通過させて乳化することができ、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を微細化及び均質化することが可能となる。
【００１１】
上記均質バルブ機構において、隙間平行部を形成する対向壁面におけるせん断応力の代表値である壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、乳化処理路通過時の圧力損失から算出される隙間平行部における対向壁面間の有効間隔δ、乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅに基づいて、乳化処理路を通過した乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、液滴径ｄｔｈｅとして予測する。
具体的には、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する。
【００１２】
この式の導出過程について説明すると、まず、本願の発明者らは、気泡や液滴が他の液体中を運動する場合に、その境界面に働く慣性力と界面張力γの比を示す無次元数であるウェーバー数Ｗｅτに着目した。ここでは、せん断応力τを含む修正ウェーバー数を用いる。ウェーバー数Ｗｅτは、気泡や液滴の境界面に働く慣性力としてのせん断応力τ、乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄ０、乳化後エマルション中の分散相の液滴径ｄ、定数ｋ、定数ｍ、代表長さｌとすると、一般に、
Ｗｅτ＝τｌ／γ
Ｗｅτ＝ｋ（ｄ０／ｄ）ｍ
として、それぞれ別個の式として示される。
次に、本願の発明者らは、代表長さｌを乳化処理路における隙間平行部の有効間隔δとして、両式を下記式のように仮定した。このような仮定は、本願の発明者らが独自に考案したものである。
τδ／γ＝ｋ（ｄｂｅｆｏｒｅ／ｄｔｈｅ）ｍ
なお、乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅ、乳化後エマルション中の分散相の液滴径ｄｔｈｅ（予測値）とした。
そして、本願の発明者らは、せん断応力τの代表値として壁面せん断応力の平均値τａｖｅを採用することにより、乳化処理後の乳化後エマルションの分散相の液滴径は、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅと予測することができることを見出した。このように、せん断応力τの代表値として壁面せん断応力の平均値τａｖｅを採用する点についても、本願の発明者らが独自に考案したものである。
【００１３】
従って、当該式中において、予測対象である乳化後エマルション中の分散相の液滴径ｄｔｈｅ以外の値は、採用する均質バルブ機構におけるディスクバルブ及びバルブシートの形状、乳化処理路を通過時の圧力損失、乳化前エマルションの特性等により容易に測定或いは計算可能な値であるので、容易に乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することが可能となる。
また、当該式中には、乳化前エマルションの物性、及びバルブシートの形状等により決定される条件（界面張力γ、せん断応力の平均値τａｖｅ）が含まれていることから、これら条件を加味して、より正確で現実に沿う状態で乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することが可能となる。特に、当該式中には、乳化前エマルションの物性である界面張力γが含まれており、複数種の乳化前エマルションのそれぞれに対応する界面張力γに比例する形態で、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することが可能となる。
【００１４】
よって、本特徴構成に係る液滴径予測方法を用いることにより、均質バルブ機構の乳化処理路において乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、バルブシートやディスクバルブの形状、乳化前エマルションの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測することが可能となる。
【００１５】
本発明に係る液滴径予測方法の更なる特徴構成は、前記隙間平行部における流れが層流である場合には、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅが、前記隙間平行部における流れを二次元軸対称のポアズイユ流れとするときの流速分布により算出される壁面せん断応力の平均値であり、前記隙間平行部における流れが乱流である場合には、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅが、前記隙間平行部における流れを円管内の乱流速度分布の１／７乗則に従うとするときの流速分布により算出される壁面せん断応力の平均値である点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、乳化処理路の隙間平行部における流れが、層流の場合でも乱流の場合でも、その流れの状態に正確に対応した流速分布に基づいて算出される壁面せん断応力の平均値τａｖｅを用いて、当該隙間平行部を通流して乳化された乳化後エマルションの分散相の液滴径を、より正確に予測することが可能となる。
【００１７】
本発明に係る液滴径予測方法の更なる特徴構成は、前記隙間平行部における流れが層流である場合には、前記隙間平行部が形成される前記第１距離を第１距離ｙ１、前記第２距離を第２距離ｙ２とするとともに、前記乳化前エマルションの粘度を粘度μ、前記乳化処理路を通流する前記乳化前エマルションの流量を流量Ｑとし、
前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅを、τａｖｅ＝６μＱ／（πδ２（ｙ１＋ｙ２））として、
前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋπγδ・(ｙ１＋ｙ２)／（６μＱ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する点にある。
【００１８】
上記特徴構成によれば、隙間平行部における流れが層流である場合において、壁面せん断応力の平均値τａｖｅが、ディスクバルブやバルブシートの形状で決定される乳化処理路の隙間平行部の長さ（ディスクバルブの中心軸からの第１距離ｙ１、第２距離ｙ２）、乳化前エマルションの粘度μ、乳化処理路を通流する乳化前エマルションの流量Ｑの条件を含むように構成される。この壁面せん断応力の平均値τａｖｅを採用することにより、乳化後エマルション中の液滴径をバルブシートの形状や乳化前エマルションの物性等に、より正確に対応する状態で、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することが可能となる。特に、当該壁面せん断応力の平均値τａｖｅには、隙間平行部の長さ（ディスクバルブの中心軸からの第１距離ｙ１、第２距離ｙ２）が含まれており、隙間平行部を形成する複数種のディスクバルブやバルブシートのそれぞれに対応する形態で、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することが可能となる。
【００１９】
本発明に係る液滴径予測方法の更なる特徴構成は、前記乳化処理路における前記バルブシート側の前記対向壁面が、前記隙間平行部の上流側において、前記径方向に対して前記ディスクバルブ側とは反対側に傾斜する傾斜面を備える点にある。
【００２０】
上記特徴構成によれば、乳化処理路におけるバルブシート側の対向壁面が、隙間平行部の上流側において、径方向に対してディスクバルブ側とは反対側に傾斜する傾斜面を備えるので、乳化処理路に導入される乳化前エマルションが隙間平行部に案内され易くなる。また、乳化処理路のバルブシート側の対向壁面に形成された傾斜面の存在により、乳化処理路における隙間平行部が短くなり、例えば、乳化処理路の入口圧力や流量が同じ場合には、隙間平行部における隙間δは狭くなり、隙間平行部における流速も大きく、せん断応力が大きくなるので、乳化処理路に導入するための動力を大きくすることなく、乳化作用を大きくすることが可能となる。
【００２１】
上記目的を達成するための本発明に係る液滴径予測シミュレータは、ディスクバルブと、前記ディスクバルブに対向して設けられるバルブシートとを備えて構成されるとともに、前記ディスクバルブと前記バルブシートとの対向壁面間に径方向に放射状に延びる乳化処理路が形成され、前記乳化処理路には前記対向壁面同士が平行な隙間平行部が前記ディスクバルブの中心軸に対して径方向に第１距離の位置から第２距離の位置にまで形成される均質バルブ機構において、前記均質バルブ機構の前記乳化処理路に、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを通過させ、乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を予測する液滴径予測方法を実行する制御部を備えた液滴径予測シミュレータであって、その特徴構成は、
前記隙間平行部を形成する前記対向壁面におけるせん断応力の代表値である壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、前記乳化処理路通過時の圧力損失から算出される前記隙間平行部における前記対向壁面間の有効間隔δ、前記乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、前記乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅが前記制御部に入力され、
前記制御部が、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、前記有効間隔δ、前記界面張力γ、前記乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅに基づいて、前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測して出力する点にある。
【００２２】
本特徴構成によれば、上記式を用いることにより、制御部にて、均質バルブ機構の乳化処理路において乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、バルブシートやディスクバルブの形状、乳化前エマルションの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測することが可能となる。これにより、本特徴構成による液滴径予測シミュレータでは、制御部が上記液滴径予測方法を実行するので、基本的には上記液滴径予測方法が奏する作用効果と同様の作用効果を奏する。なお、本特徴構成による液滴径予測シミュレータでは、上述された壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、隙間平行部における対向壁面間の有効間隔δ、界面張力γ、乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅが制御部に入力され、これら情報に基づいて、制御部が、乳化処理路を通過した乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測し、出力するように構成される。
【００２３】
従って、当該式中において、予測対象である乳化後エマルション中の分散相の液滴径ｄｔｈｅ以外の値は、採用する均質バルブ機構におけるディスクバルブ及びバルブシートの形状、乳化処理路通過時の圧力損失、乳化前エマルションの特性等により容易に測定或いは計算可能な値であるので、これら値を制御部に入力することにより、液滴径予測シミュレータにより容易に乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測して、出力することが可能となる。
また、当該式中には、乳化前エマルションの物性、及びバルブシートの形状等により決定される条件（界面張力γ、せん断応力の平均値τａｖｅ）が含まれていることから、これら条件を加味して、より正確で現実に沿う状態で乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測及び出力することが可能となる。特に、当該式中には、乳化前エマルションの物性である界面張力γが含まれており、複数種の乳化前エマルションのそれぞれに対応する界面張力γに比例する形態で、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測及び出力することが可能となる。
【００２４】
本発明に係る液滴径予測シミュレータの更なる特徴構成は、前記隙間平行部における流れが層流である場合には、前記隙間平行部が形成される前記第１距離を第１距離ｙ１、前記第２距離を第２距離ｙ２とするとともに、前記乳化前エマルションの粘度を粘度μ、前記乳化処理路を通流する前記乳化前エマルションの流量を流量Ｑとし、
前記隙間平行部における流れを二次元軸対称のポアズイユ流れとするときの流速分布により算出される壁面せん断応力の平均値である、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅ＝６μＱ／（πδ２（ｙ１＋ｙ２））が前記制御部に入力され、
前記制御部が、前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋπγδ・(ｙ１＋ｙ２)／（６μＱ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する点にある。
【００２５】
上記特徴構成によれば、乳化処理路の隙間平行部における流れが層流の場合に、その流れの状態に正確に対応した流速分布に基づいて算出される壁面せん断応力の平均値τａｖｅを用いて、当該隙間平行部を通流して乳化された乳化後エマルションの分散相の液滴径を、より正確に予測することが可能となる。
すなわち、当該壁面せん断応力の平均値τａｖｅが、ディスクバルブやバルブシートの形状で決定される乳化処理路の隙間平行部の長さ（ディスクバルブの中心軸からの第１距離ｙ１、第２距離ｙ２）、乳化前エマルションの粘度μ、乳化処理路を通流する乳化前エマルションの流量Ｑの条件を含むように構成される。この壁面せん断応力の平均値τａｖｅを採用することにより、乳化後エマルション中の液滴径をバルブシートの形状や乳化前エマルションの物性等に、より正確に対応する状態で、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することが可能となる。特に、当該壁面せん断応力の平均値τａｖｅには、隙間平行部の長さ（ディスクバルブの中心軸からの第１距離ｙ１、第２距離ｙ２）が含まれており、隙間平行部を形成する複数種のディスクバルブやバルブシートのそれぞれに対応する形態で、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】均質バルブ機構を備えた乳化分散装置の概略斜視図
【図２】シャープ形状のバルブシートを備えた均質バルブ機構の断面視図
【図３】シャープ形状のバルブシートを備えた均質バルブ機構の断面視図
【図４】圧力損失と有効間隔との関係を示すグラフ図
【図５】計測された乳化後エマルション中の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄと、本願に係る液滴径予測方法により予測された乳化後エマルション中の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄｔｈｅとの関係を示すグラフ図
【図６】計測された乳化後エマルション中の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄと、本願に係る液滴径予測方法により予測された乳化後エマルション中の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄｔｈｅとの関係を示すグラフ図
【図７】フラット形状のバルブシートを備えた均質バルブ機構の断面視図
【図８】計測された乳化後エマルション中の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄと、本願に係る液滴径予測方法により予測された乳化後エマルション中の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄｔｈｅとの関係を示すグラフ図
【図９】計測された乳化後エマルション中の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄと、本願に係る液滴径予測方法により予測された乳化後エマルション中の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄｔｈｅとの関係を示すグラフ図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、乳化分散装置１は、被処理流体である乳化前エマルションＢを受け入れる受入部２と、受入部２にて受け入れた乳化前エマルションＢを一定圧力に昇圧するプランジャーポンプ機構３と、プランジャーポンプ機構３にて昇圧されて導入される乳化前エマルションＢを微細化及び均質化する均質バルブ機構４と、均質バルブ機構４にて均質化された乳化後エマルションＡを送出する送出部５とが設けられている。また、乳化分散装置１は、運転を制御する制御部６を備えて構成されており、この制御部６が本願に係る液滴径予測シミュレータ５０としての機能を実現するように構成されている。なお、制御部６と液滴径予測シミュレータ５０とを別々の構成とすることも当然可能である。さらに、乳化分散装置１は、均質バルブ機構４に導入される前の乳化前エマルションＢの圧力及び均質バルブ機構４から送出された後の乳化後エマルションＡの圧力を検出可能な圧力検出部７と、均質バルブ機構４における流量を検出可能な流量検出部８とを備える。
従って、乳化分散装置１は、受入部２から導入されプランジャーポンプ機構３により高圧とされた乳化前エマルションＢを均質バルブ機構４に通過させ、乳化されて微細化及び均質化された乳化後エマルションＡとすることができるように構成されている。なお、液滴径予測シミュレータ５０の構成及び機能については後述する。
【００２８】
プランジャーポンプ機構３は、例えば、乳化前エマルションＢを一定圧力に昇圧して均質バルブ機構４に送り出すプランジャーを３本備えた３連式ポンプ又は５本備えた５連式ポンプで構成されている。プランジャーポンプ機構３は、プランジャーの夫々により乳化前エマルションＢを均質バルブ機構４に送り出すタイミングを異なるようにして、高圧状態（例えば、１５ＭＰａ〜１５０ＭＰａ程度）の乳化前エマルションＢを連続的に均質バルブ機構４に送り出すように構成されている。
【００２９】
均質バルブ機構４は、図２に示すように、バルブシート９、ディスクバルブ１０、インパクトリング１１を主要構成として備えている。
バルブシート９は、中心部に開口部９ａを備えた円筒状の部材であり、プランジャーポンプ機構３に接続される導入路形成部材１２の先端に装着され、ディスクバルブ１０と対向するように設けられている。また、バルブシート９は、導入路形成部材１２の軸方向端面１２ａに当接された状態で位置決めされ、導入路形成部材１２とは反対側でありディスクバルブ１０と対向する表面を乳化処理路形成面９ｂとしている。なお、導入路形成部材１２は、円筒状に形成され、その内側には乳化前エマルションＢを通流可能な導入路１２ｂが形成されている。
【００３０】
ディスクバルブ１０は、概略円筒状部材として構成されており、バルブシート９に対向する表面を乳化処理路形成面１０ａとしている。従って、バルブシート９とディスクバルブ１０との対向壁面（乳化処理路形成面９ｂ及び乳化処理路形成面１０ａ）間に形成された径方向に放射状に延びる狭隘な乳化処理路１４が形成される。また、ディスクバルブ１０は、バルブシート９とは反対側の端面側を位置決め機構１３により保持されており、位置決め機構１３に設けられたハンドル（図示せず）を回転させるか、又は油圧位置決め装置（図示せず）を用いてディスクバルブ１０の位置を調整することにより、バルブシート９側の乳化処理路形成面９ｂ（後述する隙間平行面９ｂ１）とディスクバルブ１０側の乳化処理路形成面１０ａとの間の有効間隔δ（ディスクバルブ１０の軸方向における乳化処理路１４（隙間平行部１４ｂ）の幅）を調整自在に構成されている。なお、この乳化処理路１４（隙間平行部１４ｂ）の幅である有効間隔δは、非常に狭い間隔（例えば、数μｍ〜数百μｍ程度）に調整可能に構成される。
【００３１】
インパクトリング１１は、乳化処理路１４の出口側（外径側）において、バルブシート９とディスクバルブ１０とに亘って配設されており、乳化処理路１４を通過した乳化後エマルションＡがインパクトリング１１に衝突することにより、乳化・分散を促進するように構成されている。また、乳化処理路１４の出口側（外径側）に連通し、径方向におけるディスクバルブ１０とインパクトリング１１との間を連通して、径方向で外径側に延びる吐出路１５が形成されている。この吐出路１５は、乳化処理路１４の出口の下流側に設けられた円筒状の吐出路形成部材１６の内側に形成されるとともに、この吐出路形成部材１６から径方向に延出する円筒状の部材１６ａの内側に形成される。従って、乳化処理路１４を通過した乳化後エマルションＡを吐出路１５を介して送出部５に送出可能に構成されている。なお、バルブシート９、ディスクバルブ１０、インパクトリング１１、導入路形成部材１２、及び吐出路形成部材１６は、円筒状に形成された部材であり、その中心軸が同じとなるように同心状に設けられている。
【００３２】
均質バルブ機構４に加圧導入される乳化前エマルションＢは、水等の連続相に比較的大径の液滴（油・牛乳等の流体で比較的液滴径の大きな分散相）が不均一に混合した混合流体である。この乳化前エマルションＢは、均質バルブ機構４を通過することで、乳化処理前の状態よりも液滴径の微細化した分散相が、連続相内において均一に分散した状態の乳化後エマルションＡとなる。なお、エマルションとは、例えば、水と油のようにお互いに混じり合わない少なくとも二つの液体に乳化剤を添加し、攪拌等の機械的な操作を加え、油滴を水分散媒（又は水滴を油分散媒）に均一に分散した液／液系の乳濁液をいい、分散している液滴を分散相、これをとりまく外側の液体を連続相と呼ぶ。ただし、必ずしも水相と油相とが存在する訳ではなく、油滴を水以外の連続相へ（又は水滴を油以外の連続相へ）乳化させる場合なども含まれる。エマルションの例としては、例えば、シリコーンオイル及び水に乳化剤を添加したものや流動パラフィン及び水に乳化剤を添加したもの等がある。なお、例えば、シリコーンオイルのエマルションは、消泡剤、繊維処理剤、シリコーン離型剤として用いられ、またヘアケア化粧品（シャンプー・リンス等）、化粧品等に添加されて用いられる。流動パラフィンのエマルションは、化粧クリームの乳化原料、クリーム基材（クレンジングクリーム、ハンドクリーム、ベビーオイル等）、ヘアケア製品基材（ヘアートリートメント等）、化粧品（ファンデーション等）、医薬・医療品原料として用いられるものである。
【００３３】
圧力検出部７は、公知の圧力計を採用できるが、均質バルブ機構４における乳化処理路１４の入口と出口の圧力を検出し、これら圧力差を検出することにより乳化処理路１４を通過時の圧力損失を検出可能に構成され、検出結果を制御部６に出力可能に構成されている。
【００３４】
流量検出部８は、公知の流量計を採用できるが、均質バルブ機構４の乳化処理路１４を通流する乳化前エマルションＢ（或いは乳化後エマルションＡ）の流量を検出し、検出結果を制御部６に出力可能に構成されている。
【００３５】
制御部６は、公知の情報処理手段を採用できるが、メモリ等からなる記憶部、ＣＰＵ、入出力部を備えたマイクロコンピュータで構成されている。そして、このマイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することにより、乳化分散装置１の運転等を制御することができる。
【００３６】
ここで、均質バルブ機構４に形成される乳化処理路１４について、説明を加える。
図３に示すように、乳化処理路１４は、バルブシート９とディスクバルブ１０との対向壁面間である乳化処理路形成面９ｂと乳化処理路形成面１０ａとの間に形成され、バルブシート９やディスクバルブ１０の径方向に放射状に形成された概略円板状の流路として形成されている。なお、以下では、図３に示すように、ディスクバルブ１０の中心軸をＸ軸（軸方向）とし、これに直交し、Ｘ軸方向において乳化処理路１４の幅の中間（有効間隔δの半分）に位置する軸をＹ軸（径方向）として説明する。
【００３７】
図３に示す乳化処理路１４は、Ｙ軸方向において、Ｘ軸（ｙ＝０）からの距離ｙ０の位置から第２距離ｙ２の位置にまで形成されている（ｙ０≦ｙ≦ｙ２）。この乳化処理路１４は、バルブシート９の乳化処理路形成面９ｂとディスクバルブ１０の乳化処理路形成面１０ａとが平行（Ｙ軸とも平行）に形成された隙間平行部１４ｂと、両乳化処理路形成面９ｂ、１０ａのうち、乳化処理路形成面１０ａがＹ軸に平行に形成され、乳化処理路形成面９ｂがＹ軸及び乳化処理路形成面１０ａに対して角度θ傾斜する隙間入口部１４ａとを備えている。
なお、図３では、隙間入口部１４ａは、Ｘ軸（ｙ＝０）からの距離ｙ０の位置から第１距離ｙ１の位置にまで形成され（ｙ０≦ｙ≦ｙ１）、隙間平行部１４ｂは、Ｘ軸（ｙ＝０）からの第１距離ｙ１の位置から第２距離ｙ２の位置にまで形成されている（ｙ１≦ｙ≦ｙ２）。従って、距離ｙ０の位置は隙間入口部１４ａ（及び乳化処理路１４）の入口を示し、第１距離ｙ１の位置は隙間平行部１４ｂの入口を示し、第２距離ｙ２の位置は隙間平行部１４ｂ（及び乳化処理路１４）の出口をそれぞれ示している。また、第１距離ｙ１の位置から第２距離ｙ２の位置までの距離を距離Ｌで示している。
【００３８】
乳化処理路１４を形成するバルブシート９の乳化処理路形成面９ｂは、Ｙ軸及びディスクバルブ１０の乳化処理路形成面１０ａに平行な隙間平行面９ｂ１と、Ｙ軸に対してディスクバルブ１０側とは反対側に傾斜する傾斜面９ｂ２とを備える。この傾斜面９ｂ２は、乳化処理路１４において隙間平行面９ｂ１よりも上流側に形成され、Ｙ軸と平行な軸に対して角度θ傾斜している（以下、このバルブシート９の形状をシャープ形状という場合がある）。なお、図３では、角度θは３０度とされている。また、ディスクバルブ１０の乳化処理路形成面１０ａは、Ｘ軸（ｙ＝０）の位置から第２距離ｙ２の位置にまで形成され（０≦ｙ≦ｙ２）、Ｙ軸及びバルブシート９の乳化処理路形成面９ｂの隙間平行面９ｂ１と平行な平坦面とされる。
【００３９】
一方、乳化処理路１４のＸ軸方向における間隔ｈは、隙間入口部１４ａにおいては（ｙ０≦ｙ≦ｙ１）、
ｈ＝（ｙ１−ｙ）ｔａｎθ＋δとなる。・・（１）式
また、隙間平行部１４ｂ（ｙ１≦ｙ≦ｙ２）においては、ｈ＝δとなる。・・（２）式
なお、有効間隔δは、Ｘ軸方向における、バルブシート９の乳化処理路形成面９ｂにおける隙間平行面９ｂ１と、ディスクバルブ１０の乳化処理路形成面１０ａとの間隔である（ｙ１≦ｙ≦ｙ２）。
【００４０】
このように形成された乳化処理路１４において、プランジャーポンプ機構３から導入路１２ｂを介して送り出された高圧の乳化前エマルションＢが隙間入口部１４ａ、隙間平行部１４ｂの順に通過することにより、乳化前エマルションＢ中の連続相及び分散相にせん断・衝突・キャビテーション等の相乗作用を瞬間的に発生させることにより、連続相中における分散相を微細化し均質的な乳化状態を作るようにしている。
【００４１】
以上が乳化分散装置１の概略構成であるが、以下、本願の特徴構成に関して説明する。
本願の乳化分散装置１においては、制御部６が、乳化された乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測する液滴径予測方法を実行する液滴径予測シミュレータ５０として機能する。以下、本願の液滴径予測シミュレータ５０により、乳化された乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測可能な点について説明する。
【００４２】
液滴径予測シミュレータ５０は、バルブシート９の形状が隙間平行部１４ｂを形成可能なシャープ形状である場合において、圧力検出部７により検出された乳化処理路１４の入口と出口の圧力差、すなわち、隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力Ｐ０と隙間平行部１４ｂの出口の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰ（乳化処理路１４を通過時の圧力損失）と、流量検出部８により検出された乳化処理路１４を通流する乳化前エマルションＢの流量Ｑ（本例では、隙間平行部１４ｂの出口から吐出路１５を通流する乳化後エマルションＡの流量Ｑ）と、乳化前エマルションＢ中の粘度μ及び密度ρと、隙間平行部１４ｂにおける平均流速ｖδとに基づいて、隙間平行部１４ｂの有効間隔δを求める。
【００４３】
具体的には、液滴径予測シミュレータ５０は、まず、乳化処理路１４の間隔ｈから、当該乳化処理路１４を通流する乳化前エマルションＢの平均流速ｖを求める。
乳化処理路１４における間隔ｈは、上記（１）、（２）式に示すように、隙間入口部１４ａ（ｙ０≦ｙ≦ｙ１）においては、ｈ＝（ｙ１−ｙ）ｔａｎθ＋δとなり、隙間平行部１４ｂ（ｙ１≦ｙ≦ｙ２）においては、ｈ＝δとなる。従って、乳化処理路１４の間隔ｈにおける（ｙ０≦ｙ≦ｙ２）、平均流速ｖは連続の式より、ｖ＝Ｑ／（２πｙｈ）となる。・・・（３）式
従って、隙間平行部１４ｂの有効間隔δにおける平均流速ｖδは、
ｖδ＝Ｑ／（２πｙδ）となる。・・・（４）式
【００４４】
ここで、乳化処理路１４の隙間平行部１４ｂは、平行円板のように形成されており、隙間平行部１４ｂでの水力直径２δを用いると、レイノルズ数Ｒｅは、
Ｒｅ＝ｖδ・２δ／（μ／ρ）＝ρＱ／（πｙμ）となる。・・・（５）式
なお、隙間平行部１４ｂでのレイノルズ数Ｒｅは、流量ＱとＹ軸方向の距離ｙに依存し、有効間隔δには依存しない。
【００４５】
従って、レイノルズ数Ｒｅが、Ｒｅ≦２０００のとき、隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力Ｐ０と隙間平行部１４ｂの出口の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰは、
ΔＰ＝Ｐ０−Ｐ２
＝（ζρ／２）・（Ｑ／（２πｙ１δ））２＋（６μＱ／（πδ３））・ｌｎ（ｙ２／ｙ１）＋（ρ／２）・（Ｑ／（２πｙ２δ））２となる（ここで、ζは、隙間平行部１４ｂへ流入する際の入口損失係数である）。・・（６）式
この（６）式の右辺第一項は隙間平行部１４ｂの入口における入口損失を、第二項は隙間平行部１４ｂにおける摩擦損失を表し、第三項は隙間平行部１４ｂの出口における出口損失を表している。
【００４６】
これらより、液滴径予測シミュレータ５０は、乳化処理路１４の隙間平行部１４ｂの有効間隔δを求めることができる。
【００４７】
次に液滴径予測シミュレータ５０は、隙間平行部１４ｂにおける有効間隔δ、流速ｖｇａｐ、壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、乳化前エマルションＢ中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、乳化前エマルションＢ中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅに基づいて、乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測する。
【００４８】
まず、液滴径予測シミュレータ５０は、上記レイノルズ数Ｒｅに基づいて、乳化処理路１４の隙間平行部１４ｂにおける流れを層流であると仮定し、隙間平行部１４ｂでの二次元軸対称のポアズイユ流れの流速ｖｇａｐ（Ｙ軸方向の速度）を、
ｖｇａｐ＝（３Ｑ／（４πｙδ））・（１−（２ｘ／δ）２）として求める。・・（７）式
【００４９】
次に、せん断応力の代表値として、隙間平行部１４ｂを形成する乳化処理路形成面１０ａ（ｘ＝δ／２の箇所）におけるせん断応力τｗを、
τｗ＝−μ（∂ｖｇａｐ／∂ｘ）ｘ＝δ／２＝３μＱ／（πｙδ２）として求める。・・（８）式
従って、せん断応力τｗは、Ｙ軸方向の距離ｙに反比例し、有効間隔δの二乗に反比例する。
【００５０】
隙間平行部１４ｂの壁面で受けるせん断力を求めるために、隙間平行部１４ｂの入口ｙ１から出口ｙ２までのせん断応力τｗを積分し、壁面でのせん断力Ｆｓを、
Ｆｓ＝∫τｗ２πｙｄｙ＝（６μＱ／δ２）・（ｙ２−ｙ１）とする。・・（９）式
さらに、隙間平行部１４ｂにおける壁面でのせん断応力の平均値τａｖｅを、
τａｖｅ＝Ｆｓ／（π（ｙ２２−ｙ１２））＝６μＱ／（πδ２（ｙ１＋ｙ２））とする。・・（１０）式
【００５１】
ここで、気泡や液滴が他の液体中を運動する場合に、その境界面に働く慣性力と界面張力γの比を示す無次元数であるウェーバー数Ｗｅτは、気泡や液滴の境界面に働く慣性力としてのせん断応力τ、乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄ０、乳化後エマルション中の分散相の液滴径ｄ、定数ｋ、定数ｍ、代表長さｌとすると、
Ｗｅτ＝τｌ／γ ・・（１１）式
Ｗｅτ＝ｋ（ｄ０／ｄ）ｍ・・（１２）式
で示される。
これら（１１）式と（１２）式とを（１３）式のように仮定し、代表長さｌとして乳化処理路１４における隙間平行部１４ｂの有効間隔δを採用し、乳化前エマルションＢの分散相の液滴径をｄｂｅｆｏｒｅとして、乳化後エマルションＡの分散相の液滴径をｄｔｈｅとすると、
τδ／γ＝ｋ（ｄｂｅｆｏｒｅ／ｄｔｈｅ）ｍとなる。・・（１３）式
【００５２】
従って、乳化後エマルションＡの分散相の液滴径は、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅとなる。・・（１４）式
（１４）式において、せん断応力τとして隙間平行部１４ｂに作用するτａｖｅを採用すると、乳化後エマルションＡの分散相の液滴径は、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋπγδ（ｙ１＋ｙ２）／（６μＱ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）となる。・・（１５）式
【００５３】
よって、上記（１）式から（１５）式を用いることにより、均質バルブ機構４の乳化処理路１４において乳化された乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして、実際に乳化分散装置１を運転することなく、バルブシート９やディスクバルブ１０の形状、乳化前エマルションＢの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測することが可能となる。
【００５４】
〔実施例〕
実際に、本願に係る液滴径予測シミュレータ５０により液滴径予測方法を実行して、２種類の乳化前エマルションＢ１、Ｂ２について、均質バルブ機構４の乳化処理路１４を通過させて乳化処理したとした場合における、乳化後エマルションＡ１、Ａ２中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測した結果を示す。
【００５５】
乳化前エマルションＢ１は、シリコーンオイルの予備乳化液（２０℃）で、密度ρは９９５ｋｇ／ｍ３、粘度μは１．６ｍＰａ・ｓ、界面張力γは１４．１ｍＮ／ｍ、液滴径ｄｂｅｆｏｒｅである体積基準の液滴径分布のメジアン径は約９．１μｍであり、水８９質量％、シリコーンオイル１０質量％、乳化剤１質量％の混合液である。この場合、連続相が水で、分散相がシリコーンオイルである。
乳化前エマルションＢ２は、流動パラフィンの予備乳化液（２０℃）で、密度ρは９８２ｋｇ／ｍ３、粘度μは１．５ｍＰａ・ｓ、界面張力γは４．４ｍＮ／ｍ、液滴径ｄｂｅｆｏｒｅである体積基準の液滴径分布のメジアン径は約１５．４μｍであり、水８９質量％、流動パラフィン１０質量％、乳化剤１質量％の混合液である。この場合、連続相が水で、分散相が流動パラフィンである。
なお、乳化前エマルションＢ１、Ｂ２であるシリコーンオイルの予備乳化液（乳化処理前液）、流動パラフィンの予備乳化液（乳化処理前液）は、ホモミキサー（Ｔ．Ｋ．ＲＯＢＯＭＩＣＳ,ＰＲＩＭＩＸ製）を使用して作製した。
【００５６】
均質バルブ機構４としては、図２及び図３に示すように、上記実施形態で示したシャープ形状のバルブシート９及びディスクバルブ１０を用いた。具体的には、ディスクバルブ１０の半径（第２距離ｙ２）を８ｍｍ、ディスクバルブ１０とインパクトリング１１とのＹ軸方向（径方向）における間隔Ｄを１ｍｍ、バルブシート９の開口部９ａの半径Ｒ（距離ｙ０）を２．５ｍｍに設定した。また、隙間平行部１４ｂにおける傾斜面９ｂ２の角度θを３０度に固定する一方で、隙間平行部１４ｂの隙間平行面９ｂの長さＬ（第２距離ｙ２−第１距離ｙ１）をそれぞれ、Ｌ＝１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍに変化させた４種類のバルブシート９を用いた。
【００５７】
まず、液滴径予測シミュレータ５０に入力された上記条件を、上記式（５）に代入して、乳化処理路１４の隙間平行部１４ｂでのレイノルズ数Ｒｅを求める。この場合、レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ＝ρＱ／（πｙμ）で示されるが、均質バルブ機構４内においては隙間平行部１４ｂの入口（第１距離ｙ１の位置（ｙ＝ｙ１））におけるレイノルズ数Ｒｅが最大となる。例えば、Ｌ＝４ｍｍのとき、隙間平行部１４ｂの入口におけるレイノルズ数Ｒｅは約１０００程度となる。なお、流量Ｑは均質バルブ機構４に通流させる予定の適宜値を設定した（例えば、７０ｌ／ｈ）。
【００５８】
この場合、レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ≦２０００であるので、隙間平行部１４における流れは層流であるとして、上記式（６）を用いて有効間隔δを求めた。ここで、上記（６）式において、有効間隔δ以外は上述の条件により既知となっているので、液滴径予測シミュレータ５０は、有効間隔δを求めることができた。なお、圧力差ΔＰは、隙間平行部１４ｂの出口が大気開放されているため当該出口を出た後の圧力Ｐ２がＰ２＝０Ｐａであるので、ΔＰ＝Ｐ０（隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力）とし、例えば、ΔＰ＝Ｐ０として通常運転する際に用いる所定圧力（１０，２０，４０，６０，８０ＭＰａ）を用いた。また、入口損失係数ζは、角度θが比較的緩やかな３０度であるのでζ＝０．２とした。この角度θは、適宜変更が可能であり、例えば、０度＜θ＜９０度に設定でき、この場合入口損失係数ζは、０．１＜ζ＜０．５となる。なお、角度θが、０度又は９０度の場合は、後述するフラット形状のバルブシート９及びディスクバルブ１０となる。
【００５９】
そして、液滴径予測シミュレータ５０は、上記（７）式から（１５）式に上記条件を代入し、乳化後エマルションＡ１、Ａ２の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測した。なお、定数ｍは、ｍ＝１とし、定数ｋは、ｋ＝１３．２としたが、両定数共に適宜の値に設定することが可能である。
【００６０】
図５に、液滴径予測シミュレータ５０が予測した乳化後エマルションＡ１、Ａ２の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄｔｈｅと、実際に実験により測定した乳化後エマルションＡ１、Ａ２の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄとの関係を示す。図５中、黒塗りが乳化前エマルションＢ１（シリコーンオイルの予備乳化液）を乳化した乳化後エマルションＡ１、白抜きが乳化前エマルションＢ２（流動パラフィンの予備乳化液）を乳化した乳化後エマルションＡ２の結果である。両メジアン径ｄ及びｄｔｈｅが完全に一致する場合を、ｄ＝ｄｔｈｅの直線として示している。
【００６１】
なお、実際の実験による体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄの測定は、上記乳化前エマルションＢ１、Ｂ２それぞれを用い、上記乳化分散装置１の均質バルブ機構４において、隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力Ｐ０が、所定の圧力になるように有効間隔δを調整・固定し、乳化処理を行った。均質バルブ機構４での流量Ｑが７０ｌ／ｈ、所定圧力（１０，２０，４０，６０，８０ＭＰａ）で乳化処理し、乳化処理路を出た箇所における乳化後エマルションＡ１、Ａ２を取り出して粒度分布（液滴径分布）を測定した。粒度分布は、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ‐２２００，島津製作所製）により測定した。また、流量Ｑは上記流量検出部８により検出し、所定圧力は上記圧力検出部７により検出した。なお、乳化前エマルションＢ１、Ｂ２の温度が２０℃になるようにし、乳化処理後に直ちに２０℃まで冷却した。
【００６２】
図５に示すように、液滴径予測シミュレータ５０が予測したメジアン径ｄｔｈｅと、実際に実験により測定したメジアン径ｄとは、ほぼ同じ値となっている。従って、本願に係る液滴径予測方法を用いることにより、隙間平行部１４ｂの壁面せん断応力の平均値τａｖｅから、乳化処理後の分散相のメジアン径を、実験により測定したメジアン径ｄにほぼ一致するメジアン径ｄｔｈｅとして、正確に予測できていることが判る。
また、均質バルブ機構４におけるバルブシート９の形状を変化させ、隙間平行部１４ｂの長さＬを変化させているが、この場合でも、その変化に正確に対応した状態で、それぞれ乳化処理後の分散相のメジアン径を、実験により測定したメジアン径ｄにほぼ一致するメジアン径ｄｔｈｅとして、正確に予測できていることが判る。
さらに、異なる種類の乳化前エマルションＢ１、Ｂ２を用いているが、この場合でも、その変化に正確に対応した状態で両者とも、乳化処理後の分散相のメジアン径を、実験により測定したメジアン径ｄにほぼ一致するメジアン径ｄｔｈｅとして、正確に予測できていることが判る。
【００６３】
よって、本願の液滴径予測方法を用いた液滴径予測シミュレータ５０により、均質バルブ機構４の乳化処理路１４において乳化された乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を、バルブシート９やディスクバルブ１０の形状、乳化前エマルションＢの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測することが可能となることが実証された。
【００６４】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、上記（６）式に、隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力Ｐ０と隙間平行部１４ｂの出口の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰ等の条件を代入して、液滴径ｄｔｈｅを予測する度ごとに有効間隔δを計算したが、当該条件を（６）式に代入した複数の結果を予め計算して、図４に示す圧力差ΔＰと有効間隔δとの関係を液滴径予測シミュレータ５０内に記憶しておき、これを用いて、圧力差ΔＰから有効間隔δを計算する構成としても良い。ここで、図４は、上記均質バルブ機構４におけるシャープ形状のバルブシート９及びディスクバルブ１０を用い、流量Ｑが７０ｌ／ｈ、所定圧力（１０，２０，４０，６０，８０ＭＰａ）で乳化処理したとした場合の圧力差ΔＰと有効間隔δとの関係である。
【００６５】
（２）上記実施形態では、乳化前エマルションＢの分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅ及び乳化後エマルションＡの分散相の液滴径ｄｔｈｅとして、体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径分布の中央値）を用いて説明したが、これら液滴径は当該メジアン径に限定されるものではなく、液滴径分布の代表値であれば特に制限なく採用することができる。例えば、上記液滴径としてモード径（液滴径分布の最頻値）や、体積平均、面積平均、個数平均などの平均径（液滴径分布の平均値）を採用することができる。具体的に、乳化前エマルションＢの分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅ及び乳化後エマルションＡの分散相の液滴径ｄｔｈｅとして、液滴径分布の平均値としての体面積平均径を用いて、乳化後エマルションの分散相の液滴径を予測した結果を、図６に示す。
図６は、液滴径予測シミュレータ５０が予測した乳化後エマルションＡ１、Ａ２の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄｔｈｅと、実際に実験により測定した乳化後エマルションＡ１、Ａ２の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄとの関係を示す。図６中、黒塗りが乳化前エマルションＢ１（シリコーンオイルの予備乳化液）を乳化した乳化後エマルションＡ１、白抜きが乳化前エマルションＢ２（流動パラフィンの予備乳化液）を乳化した乳化後エマルションＡ２の結果である。両体面積平均径ｄ及びｄｔｈｅが完全に一致する場合を、ｄ＝ｄｔｈｅの直線として示している。
【００６６】
この図６の結果は、基本的に上記実施例と同様の条件で乳化処理後の液滴径を体面積平均径ｄｔｈｅとして予測しているが、乳化前エマルションＢ１の液滴径である液滴径分布の体面積平均径ｄｂｅｆｏｒｅは約５．６５μｍであり、乳化前エマルションＢ２の液滴径である液滴径分布の体面積平均径ｄｂｅｆｏｒｅは約６．６４μｍであった。なお、図６は、図５に示したメジアン径でのデータを体面積平均径で置き換えたデータに相当する。また、上記定数ｍは、ｍ＝１とし、定数ｋは、ｋ＝１８としている。
図６に示すように、液滴径分布の代表値としてのメジアン径の替わりに体面積平均径を用いた場合であっても、上記メジアン径の場合と同様に、隙間平行部１４ｂの壁面せん断応力の平均値τａｖｅから乳化処理後の分散相の体面積平均径を、実験により測定した体面積平均径ｄにほぼ一致する体面積平均径ｄｔｈｅとして、正確に予測できていることが判る。
また、均質バルブ機構４におけるバルブシート９の形状を変化させ、隙間平行部１４ｂの長さＬを変化させているが、この場合でも、その変化に正確に対応した状態で、それぞれ乳化処理後の分散相の体面積平均径を、実験により測定した体面積平均径ｄにほぼ一致する体面積平均径ｄｔｈｅとして、正確に予測できていることが判る。
さらに、異なる種類の乳化前エマルションＢ１、Ｂ２を用いているが、この場合でも、その変化に正確に対応した状態で両者とも、乳化処理後の分散相の体面積平均径を、実験により測定した体面積平均径ｄにほぼ一致する体面積平均径ｄｔｈｅとして、正確に予測できていることが判る。
【００６７】
（３）上記実施形態では、均質バルブ機構４においてシャープ形状のバルブシート９、すなわち、バルブシート９の乳化処理路形成面９ｂがＹ軸及びディスクバルブ１０の乳化処理路形成面１０ａに平行な隙間平行面９ｂ１と、Ｙ軸に対してディスクバルブ１０側とは反対側に傾斜する傾斜面９ｂ２とを備えるように構成したが、バルブシート９はこの構成に限定されるものではない。例えば、バルブシート９に替えて、図７に示すように、フラット形状のバルブシート２９を採用することもできる。
【００６８】
この場合、バルブシート２９の乳化処理路形成面２９ｂとディスクバルブ１０の乳化処理路形成面１０ａとの間に乳化処理路１４が形成される。この乳化処理路１４は、両乳化処理路形成面２９ｂ、１０ａがＹ軸と平行に形成された隙間平行部１４ｂのみにより構成され、隙間平行部１４ｂのＸ軸方向における間隔は有効間隔δとされる。すなわち、フラット形状のバルブシート２９は、上記実施形態のバルブシート９の乳化処理路形成面９ｂにおいて、傾斜面９ｂ２を無くし、角度θを０度又は９０度とした場合の形状に相当する。
基本的には、上記実施例で示した条件と同様の条件で２種類の乳化前エマルションＢ１、Ｂ２について、均質バルブ機構４の乳化処理路１４を通過させて乳化処理したとした場合における乳化後エマルションＡ１、Ａ２中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして、上記（１）式から（１５）式を用いて予測した。なお、隙間平行部１４ｂの隙間平行面２９ｂの長さＬは、Ｌ＝５．５ｍｍとし、角度θが０度又は９０度であるので、入口損失係数ζを、ζ＝０．５とした。
【００６９】
図８に、液滴径予測シミュレータ５０が予測した乳化後エマルションＡ１、Ａ２の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄｔｈｅと、実際に実験により測定した乳化後エマルションＡ１，Ａ２の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄとの関係を示し、図９に、液滴径予測シミュレータ５０が予測した乳化後エマルションＡ１、Ａ２の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄｔｈｅと、実際に実験により測定した乳化後エマルションＡ１，Ａ２の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄとの関係を示す。図８及び図９中、黒塗りが乳化後エマルションＡ１、白抜きが乳化後エマルションＡ２の結果である。
図８に示すように、液滴径予測シミュレータ５０が予測したメジアン径ｄｔｈｅと、実際に実験により測定したメジアン径ｄとは、ほぼ同じ値となっており、上記実施例と同様に、本願の液滴径予測方法を用いた液滴径予測シミュレータ５０により、フラット形状のバルブシート２９とディスクバルブ１０を備えた均質バルブ機構４の乳化処理路１４において乳化された乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして、バルブシート２９やディスクバルブ１０の形状、乳化前エマルションＢの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測することが可能となることが実証された。
同様に、図９に示すように、液滴径予測シミュレータ５０が予測した体面積平均径ｄｔｈｅと、実際に実験により測定した体面積平均径ｄとは、ほぼ同じ値となっており、上記と同様に、乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして、フラット形状のバルブシート２９やディスクバルブ１０の形状、乳化前エマルションＢの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測することが可能となることが実証された。
【００７０】
なお、上記では、バルブシートの形状をシャープ形状やフラット形状とする構成について説明したが、バルブシートの形状及びディスクバルブの形状を適宜変更して乳化処理路を形成した場合であっても、本願の液滴径予測方法を用いて乳化処理後の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして、ある程度予測することができるものと考えられ、バルブシート及びディスクバルブの形状を設計する際に役立つものと考えられる。
【００７１】
（４）上記実施形態では、上記（５）式により算出されたレイノルズ数Ｒｅが、Ｒｅ≦２０００の場合に、隙間平行部１４ｂの流れは層流であるとして、隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力Ｐ０と隙間平行部１４ｂの出口の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰから（６）式により有効間隔δを求め、また、隙間平行部１４ｂでの二次元軸対称のポアズイユ流れの流速ｖｇａｐ（Ｙ軸方向の速度）を（７）式により求めたが、隙間平行部１４ｂの流れが乱流である場合にも、本願の液滴径予測方法を用いて乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することができる。
【００７２】
具体的には、上記（５）式により算出されたレイノルズ数Ｒｅが、１００００≦Ｒｅの場合に、隙間平行部１４ｂの流れは乱流であるとして、上記（６）式に替えて、下記（６）´式を採用することもできる。
すなわち、隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力Ｐ０と隙間平行部１４ｂの出口の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰ´を、
ΔＰ´＝Ｐ０−Ｐ２
＝（ζρ／２）・（Ｑ／（２πｙ１δ））２＋（（０．０２６８７・ρ３／４・μ１／４）／δ３）・（Ｑ／π）７／４・（（１／ｙ１３／４）−（１／ｙ２３／４））＋（ρ／２）・（Ｑ／（２πｙ２δ））２とする（ここで、ζは、隙間平行部１４ｂへ流入する際の入口損失係数である）。・・（６）´式
【００７３】
さらに、上記（７）式に替えて、下記（７）´式を採用する。
すなわち、隙間平行部１４ｂでの流れを円管内の乱流速度分布の１／７乗則に従うとするときの主流速度ｖｇａｐ´（Ｙ軸方向の速度）は、
ｖｇａｐ´＝（４Ｑ／（７πｙδ））として求める。・・（７）´式
なお、この（７）´式は、境界層厚さをδ／２として、円管内の乱流速度分布の１／７乗則及び管摩擦の式が隙間平行部１４ｂの流れに適用できると仮定した場合に、壁面（ｘ´＝０）から隙間平行部１４ｂの中央（ｘ´＝δ／２）間での速度分布ｕを、ｕ／ｖｇａｐ´＝（ｘ´／（δ／２））１／７として求め、次に、隙間平行部１４ｂの流量をＱとして、Ｑ＝２∫ｕ・２πｙｄｘ´との関係から求められる。なお、ｘ´＝０の軸は隙間平行部１４ｂにおける対向壁面に設定されている点で、上記実施形態におけるｘ＝０の位置（対向壁面から±δ／２の位置）とは異なる軸に設定されている。
【００７４】
そして、上記（８）式に替えて、下記（８）´式を採用する。
すなわち、隙間平行部１４ｂにおけるせん断応力τｗ´を、
τｗ´＝（（０．０２２５・２１／４・ρ３／４・μ１／４）／δ２）・（４Ｑ／（７πｙ））７／４として求める。・・（８）´式
なお、この（８）´式は、動粘度ν（ν＝μ／ρ）として、τｗ´＝（０．０２２５・ρｖｇａｐ´７／４）・（ν／（δ／２））１／４、及び上記（７）´式に基づいて求められる。
【００７５】
次に、上記（９）式に替えて、下記（９）´式を採用する。
すなわち、隙間平行部１４ｂの壁面で受けるせん断力を求めるために、隙間平行部１４ｂの入口ｙ１から出口ｙ２までのせん断応力τｗ´を積分し、壁面でのせん断力Ｆｓ´を、
Ｆｓ´＝∫τｗ´２πｙｄｙ＝（（０．２１４１・ρ３／４・μ１／４）／（δ２・π３／４））・（４Ｑ／７）７／４・（ｙ２１／４−ｙ１１／４）とする。・・（９）´式
そして、上記（１０）式に替えて、下記（１０）´式を採用し、隙間平行部１４ｂにおける壁面でのせん断応力の平均値τａｖｅ´を、
τａｖｅ´＝Ｆｓ´／（π（ｙ２２−ｙ１２））とする。・・（１０）´式
【００７６】
これにより、上記（１４）式のせん断応力τに、上記（１０）´式で求めたせん断応力の平均値τａｖｅ´を代入することにより、乳化後エマルションＡの分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅ´δ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測することができる。・・（１５）´式
【００７７】
なお、上記（５）式により算出されたレイノルズ数Ｒｅが、２０００＜Ｒｅ＜１００００の場合には、隙間平行部１４ｂの流れは遷移域にあるとして、上記（６）式や（６）´式に替えて、下記（６）´´式を採用することも可能である。
すなわち、隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力Ｐ０と隙間平行部１４ｂの出口の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰ´´を、
ΔＰ´´＝Ｐ０−Ｐ２
＝（ζρ／２）・（Ｑ／（２πｙ１δ））２＋（（５・ρ２／５・μ３／５）／δ３）・（Ｑ／（２π））７／５・（（１／ｙ１２／５）−（１／ｙ２２／５））＋（ρ／２）・（Ｑ／（２πｙ２δ））２とすることもできる（ここで、ζは、隙間平行部１４ｂへ流入する際の入口損失係数である）。・・（６）´´式
この（６）´´式に基づいて有効間隔δを算出し、レイノルズＲｅが層流状態或いは乱流状態の何れに近いかを参考にすることにより、層流の場合の（７）式から（１５）式を用いるか若しくは乱流の場合の（７）´式から（１５）´式を用いるかを決定したり、又は、層流の場合の式と乱流の場合の式との両方の式群を用い、それら両式群に重みをつけた状態で、乳化後エマルションＡの分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することもできる。
【００７８】
また、上記（５）式により算出されたレイノルズ数Ｒｅに基づいて層流か乱流か等を判断するに際して示した数値は例示であり、ある程度変更することが可能である。例えば、層流であると判断する際には、レイノルズ数Ｒｅを２０００〜２５００を上限とするように設定することもでき、同様に、乱流であると判断する際には、当該層流の上限よりも大きなレイノルズ数Ｒｅを下限とするように設定することもできる。なお、この場合には、上記レイノルズ数Ｒｅが遷移域を示す場合には、乱流状態であると判断して、上記液滴径予測方法を実行することも可能である。
【００７９】
（５）上記実施形態では、隙間平行部１４ｂにおける壁面でのせん断応力の平均値τａｖｅとして、上記（１０）式や（１０）´式に示す隙間平行部１４ｂの長さＬに亘る周方向の全面にかかるせん断力Ｆｓから求めたせん断応力の平均値τａｖｅを採用したが、特にこの構成に限定されるものではなく、例えば、下記（i）〜（vii）の平均値τａｖｅを採用することも可能である。なお、（i）〜（vii）のうち、（vi）以外は層流でも乱流でも採用可能であり、（vi）は層流で採用可能である。
まず、隙間平行部１４ｂの流れが層流の場合と乱流の場合のそれぞれについて、隙間平行部１４ｂの入口（第１距離ｙ１）と出口（第２距離ｙ２）とにおけるそれぞれのせん断応力τｉｎ、τｏｕｔを求める。
層流の場合には、上記（８）式により、
τｉｎ＝３μＱ／（πｙ１δ２）
τｏｕｔ＝３μＱ／（πｙ２δ２）となる。
乱流の場合には、上記（８）´式により、
τｉｎ´＝（（０．０２２５・２１／４・ρ３／４・μ１／４）／δ２）・（４Ｑ／（７πｙ１））７／４
τｏｕｔ´＝（（０．０２２５・２１／４・ρ３／４・μ１／４）／δ２）・（４Ｑ／（７πｙ２））７／４となる。
【００８０】
（i）上記平均値τａｖｅとして、隙間平行部１４ｂの入口と出口とのせん断応力の重み付け平均を用いる場合には、
τａｖｅ＝（Ｃｉｎ・τｉｎ＋Ｃｏｕｔ・τｏｕｔ）／（Ｃｉｎ＋Ｃｏｕｔ）を採用することができる。入口のせん断応力τｉｎは最大のせん断応力となるので、Ｃｉｎ＞Ｃｏｕｔ＞０とする方がよい予測となると考えられる。なお、乱流の場合には、τｉｎ及びτｏｕｔに替えて、τｉｎ´及びτｏｕｔ´を代入する。
【００８１】
（ii）上記平均値τａｖｅとして、隙間平行部１４ｂの入口と出口とのせん断応力の相加平均を用いる場合には、
τａｖｅ＝（τｉｎ＋τｏｕｔ）／２を採用することができる。なお、乱流の場合には、τｉｎ及びτｏｕｔに替えて、τｉｎ´及びτｏｕｔ´を代入する。
【００８２】
（iii）上記平均値τａｖｅとして、隙間平行部１４ｂの入口と出口とのせん断応力の相乗平均を用いる場合には、
τａｖｅ＝（τｉｎ・τｏｕｔ）１／２を採用することができる。なお、乱流の場合には、τｉｎ及びτｏｕｔに替えて、τｉｎ´及びτｏｕｔ´を代入する。
【００８３】
（iv）上記平均値τａｖｅとして、隙間平行部１４ｂの入口と出口とのせん断応力の二乗平均平方根値（Ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｖａｌｕｅ）を用いる場合には、
τａｖｅ＝（（τｉｎ２＋τｏｕｔ２）／２）１／２を採用することができる。なお、乱流の場合には、τｉｎ及びτｏｕｔに替えて、τｉｎ´及びτｏｕｔ´を代入する。
【００８４】
（v）上記平均値τａｖｅとして、隙間平行部１４ｂの入口と出口とのせん断応力の調和平均を用いる場合には、
τａｖｅ＝２／（（１／τｉｎ）＋（１／τｏｕｔ））
＝（２τｉｎ・τｏｕｔ）／（τｉｎ＋τｏｕｔ）を採用することができる。なお、乱流の場合には、τｉｎ及びτｏｕｔに替えて、τｉｎ´及びτｏｕｔ´を代入する。
【００８５】
（vi）上記平均値τａｖｅとして、壁面せん断応力ではなく、隙間平行部１４ｂにおけるせん断応力分布を直接積分して得られる平均せん断応力を用いる場合には、以下（vi−１）、（vi−２）の平均せん断応力を用いることができる。
この場合、まず、隙間平行部１４ｂのせん断応力分布は、
τ＝−μ（∂ｖｇａｐ／∂ｘ）＝（６μＱ／（πｙδ３））ｘとなる。ここで、隙間平行部１４ｂの流速分布は放物線速度分布であり、隙間平行部１４ｂの流れ方向（Ｙ軸）について対称であるため、せん断応力τを隙間平行部１４ｂの幅方向（Ｘ軸方向）で０から（δ／２）まで積分し、さらに（δ／２）で割ることにより、当該せん断応力τを幅方向で平均化する。この幅方向平均のせん断応力τｈは、
τｈ＝∫τｄｘ／（δ／２）＝３μＱ／（２πｙδ２）となる。
（vi−１）
この幅方向平均のせん断応力τｈからせん断力Ｆｓを求めて、平均せん断応力τａｖｅを求める。
この幅方向平均のせん断応力τｈを、隙間平行部１４ｂの入口ｙ１から出口ｙ２まで積分し、せん断力Ｆｓを、
Ｆｓ＝∫τｈ２πｙｄｙ＝（３μＱ／δ２）・（ｙ２−ｙ１）とすると、
平均せん断応力である平均値τａｖｅは、
τａｖｅ＝Ｆｓ／（π（ｙ２２−ｙ１２））＝３μＱ／（πδ２（ｙ１＋ｙ２））となり、この平均値τａｖｅを採用することができる。
（vi−２）
上記幅方向平均のせん断応力τｈから平均のせん断応力τｉｎ、τｏｕｔを求めて、上記（i）〜（v）のそれぞれの方法で平均せん断応力τａｖｅを求めたものを採用することもできる。
すなわち、τｉｎ＝３μＱ／（２πｙ１δ２）、τｏｕｔ＝３μＱ／（２πｙ２δ２）の２式から、平均のせん断応力τｉｎ、τｏｕｔを求め、それを（i）〜（v）のそれぞれの方法へ適用することもできる。
【００８６】
（vii）上記平均値τａｖｅとして、壁面でのせん断応力を用いるが、上記実施形態における（９）式及び（１０）式、或いは（９）´式及び（１０）´式とは積分方法を変えて得られた壁面での平均せん断応力を採用することもできる。この壁面での平均せん断応力は、隙間平行部１４ｂでの放射状の流れを平面流れに変換して求められるものである。
隙間平行部１４ｂでの流れが層流の場合には、上記（８）式により、
τｗ＝３μＱ／（πｙδ２）とし、
せん断応力τｗを隙間平行部１４ｂの入口ｙ１から出口ｙ２まで積分して、さらに（ｙ２−ｙ１）で割ることにより得られる壁面での平均せん断応力τａｖｅ、
τａｖｅ＝∫τｗｄｙ／（ｙ２−ｙ１）＝（３μＱ／（πδ２（ｙ２−ｙ１）））・ｌｎ（ｙ２／ｙ１）を採用することができる。
一方で、隙間平行部１４ｂでの流れが乱流の場合には、上記（８）´式により、
τｗ´＝（（０．０２２５・２１／４・ρ３／４・μ１／４）／δ２）・（４Ｑ／（７πｙ））７／４とし、動粘度ν（ν＝μ／ρ）として、せん断応力τｗ´を隙間平行部１４ｂの入口ｙ１から出口ｙ２まで積分して、さらに（ｙ２−ｙ１）で割ることにより得られる壁面での平均せん断応力τａｖｅ、
τａｖｅ＝∫τｗｄｙ／（ｙ２−ｙ１）＝（（０．０２６７６・ρ３／４・μ１／４）／（δ２・π７／４））・（４Ｑ／７）７／４・（（４（ｙ１−３／４−ｙ２−３／４））／（３（ｙ２−ｙ１）））
【００８７】
（６）上記実施形態では、乳化分散装置１においては均質バルブ機構４のみを設けて、乳化前エマルションＢを微細化及び均質化する乳化処理を行ったが、均質バルブ機構４を設置する数は特に制限されるものではない。例えば、均質バルブ機構を２つ直列に配置し、第１の均質バルブ機構により乳化処理されたエマルションを、さらに第２の均質バルブ機構に導入する構成として、２回にわたって乳化処理を行うように構成することもできる。
この場合には、本願に係る液滴径予測方法において、第１の均質バルブ機構により乳化されたエマルションにおける分散相の液滴径、及び第２の均質バルブ機構により乳化されたエマルションにおける分散相の液滴径を予測することが可能である。すなわち、第１の均質バルブ機構による乳化処理前後で液滴径予測方法を用い、続いて、予測された分散相の液滴径等の情報を用い、第２の均質バルブ機構による乳化処理前後で液滴径予測方法を用いて、第１及び第２の均質バルブ機構を通過した後のエマルションにおける分散相の液滴径を予測することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、均質バルブ機構において乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、バルブシートやディスクバルブの形状、乳化前エマルションの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測可能な液滴径予測方法及び液滴径予測シミュレータとして有用に利用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１ 乳化分散装置
４ 均質バルブ機構
６ 制御部
９ バルブシート
９ｂ 乳化処理路形成面（バルブシート側の対向壁面）
９ｂ１ 隙間平行面
９ｂ２ 傾斜面
１０ ディスクバルブ
１０ａ 乳化処理路形成面（ディスクバルブ側の対向壁面）
１４ 乳化処理路
１４ａ 隙間入口部
１４ｂ 隙間平行部
５０ 液滴径予測シミュレータ（制御部）
ｙ１ 第１距離の位置
ｙ２ 第２距離の位置
Ｘ ディスクバルブの中心軸（軸方向）
Ｙ 径方向
Ｂ 乳化前エマルション
Ａ 乳化後エマルション
ｄｂｅｆｏｒｅ 乳化前エマルション中の分散相の液滴径
ｄｔｈｅ 乳化後エマルション中の分散相の液滴径
τａｖｅ 壁面せん断応力の平均値
δ 有効間隔
γ 界面張力
ｋ 定数
ｍ 定数
μ 粘度
Ｑ 流量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディスクバルブと、ディスクバルブに対向して設けられるバルブシートとを備えて構成されるとともに、ディスクバルブとバルブシートとの対向壁面間に形成された径方向に放射状に延びる乳化処理路が形成される均質バルブ機構において、この乳化処理路に、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを通過させ、乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を予測する液滴径予測方法及び液滴径予測シミュレータに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記均質バルブ機構は乳化分散装置に設けられ、この乳化分散装置は、例えば、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを一定圧力に昇圧する３連又は５連式プランジャーポンプ機構と、均質バルブ機構とを備えて構成されて、プランジャーポンプ機構により加圧された乳化前エマルションを均質バルブ機構に導入して乳化している。すなわち、均質バルブ機構は、ディスクバルブとバルブシートとの対向壁面間において径方向に放射状に形成された狭隘な乳化処理路に、乳化前エマルションを通過させて乳化するように構成され、乳化前エマルション中の連続相及び分散相にせん断・衝突・キャビテーション等の相乗作用を瞬間的に発生させることにより、連続相中における分散相を微細化し均質的な乳化状態を作り、液分離（浮遊・沈殿等）を防ぐようにしている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載の乳化分散装置では、均質バルブ機構に円筒状の凸部を備えたディスクバルブと円形状の凹部を有するバルブシートとを備え、ディスクバルブの凸部がバルブシートの凹部に挿入されることにより形成される隙間を乳化処理路とする構成が開示されている。そして、バルブシートの凹部に形成された乳化前エマルションの導入口の直径、凹部の直径、さらに、ディスクバルブの直径、凸部の直径等を適切に設定することにより、均質バルブ機構（乳化処理路）を通過する乳化前エマルションに対して効率的にせん断力等を付与することが可能となり、乳化前エマルション中に含まれる分散相の微細化及び均質化を促進することができるとされる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−１９０７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、上記のとおり、乳化分散装置における均質バルブ機構においては、連続相と分散相とを含む高圧となった乳化前エマルションが狭隘な乳化処理路を通過して乳化されることにより、分散相の液滴径が微細化及び均質化された状態の乳化後エマルションが形成される。
この均質バルブ機構における乳化の効果としては、例えば、乳化処理路を通過することにより、乳化前エマルション中に含まれる分散相の液滴径がどれほど微細化（均質化）されて、乳化後エマルション中の分散相の液滴径となっているかを指標とすることができる。
しかしながら、例えば、特許文献１に記載の均質バルブ機構では、当該均質バルブ機構における乳化の効果について上記指標に基づいて検討する際には、乳化前エマルション中の分散相の液滴径と、乳化後エマルション中の分散相の液滴径とを実際に測定し、両者を比較する必要があった。従って、例えば、均質バルブ機構を構成するディスクバルブやバルブシートの形状を変更する場合などには、これら変更後の部材を実際に作成する必要があるとともに、さらに作成した部材を均質バルブ機構にその都度設置して乳化前エマルションを乳化処理路に通過させる必要があり、乳化の効果の検証には手間が非常に掛かるという問題があった。同様に、例えば、乳化前エマルションの種類が変わった場合にも、それぞれの乳化前エマルションを実際に乳化処理路に通過させる必要があり、非常に手間が掛かっていた。
【０００６】
一方で、このような均質バルブ機構における乳化処理路内の流れについては種々研究がなされており、例えば、乳化前エマルションが乳化処理路を通過することによる乳化の効果に関しては、乳化処理路の入口圧力と出口圧力との圧力差（圧力損失）を用いて検討がなされ、当該圧力損失に基づいて乳化後エマルション中の分散相の液滴径を予測することが検討されている。しかしながら、この場合には、均質バルブ機構を構成するバルブシートやディスクバルブの形状がどのようなものであっても、また、乳化前エマルションの種類がどのようなものであっても、乳化処理路の圧力損失が同じであれば、乳化の効果も同じであると判断され、結果として、圧力損失に基づいて予測された乳化後エマルション中の分散相の液滴径と、現実に測定された乳化後エマルション中の分散相の液滴径とが整合しないことがあり、改良の余地があった。
【０００７】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、均質バルブ機構において乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、バルブシートやディスクバルブの形状、乳化前エマルションの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測可能な液滴径予測方法及び液滴径予測シミュレータを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る液滴径予測方法は、ディスクバルブと、前記ディスクバルブに対向して設けられるバルブシートとを備えて構成されるとともに、前記ディスクバルブと前記バルブシートとの対向壁面間に径方向に放射状に延びる乳化処理路が形成され、前記乳化処理路には前記対向壁面同士が平行な隙間平行部が前記ディスクバルブの中心軸に対して径方向に第１距離の位置から第２距離の位置にまで形成される均質バルブ機構において、前記均質バルブ機構の前記乳化処理路に、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを通過させ、乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を予測する液滴径予測方法であって、その特徴構成は、
前記隙間平行部を形成する前記対向壁面におけるせん断応力の代表値である壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、前記乳化処理路通過時の圧力損失から算出される前記隙間平行部における前記対向壁面間の有効間隔δ、前記乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、前記乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅに基づいて、前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する点にある。
【０００９】
本特徴構成によれば、上記式を用いることにより、均質バルブ機構の乳化処理路において乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、バルブシートやディスクバルブの形状、乳化前エマルションの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測することが可能となる。
以下、本特徴構成による液滴径予測方法について説明する。
【００１０】
まず、均質バルブ機構には、ディスクバルブと、ディスクバルブに対向して設けられるバルブシートとを備え、ディスクバルブとバルブシートとの対向壁面間に径方向に放射状に延びる狭隘な乳化処理路が形成される。また、乳化処理路には対向壁面同士が平行な隙間平行部がディスクバルブの中心軸に対して径方向に第１距離の位置から第２距離の位置にまで形成される。これにより、均質バルブ機構の乳化処理路における隙間平行部に、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを通過させて乳化することができ、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を微細化及び均質化することが可能となる。
【００１１】
上記均質バルブ機構において、隙間平行部を形成する対向壁面におけるせん断応力の代表値である壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、乳化処理路通過時の圧力損失から算出される隙間平行部における対向壁面間の有効間隔δ、乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅに基づいて、乳化処理路を通過した乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、液滴径ｄｔｈｅとして予測する。
具体的には、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する。
【００１２】
この式の導出過程について説明すると、まず、本願の発明者らは、気泡や液滴が他の液体中を運動する場合に、その境界面に働く慣性力と界面張力γの比を示す無次元数であるウェーバー数Ｗｅτに着目した。ここでは、せん断応力τを含む修正ウェーバー数を用いる。ウェーバー数Ｗｅτは、気泡や液滴の境界面に働く慣性力としてのせん断応力τ、乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄ０、乳化後エマルション中の分散相の液滴径ｄ、定数ｋ、定数ｍ、代表長さｌとすると、一般に、
Ｗｅτ＝τｌ／γ
Ｗｅτ＝ｋ（ｄ０／ｄ）ｍ
として、それぞれ別個の式として示される。
次に、本願の発明者らは、代表長さｌを乳化処理路における隙間平行部の有効間隔δとして、両式を下記式のように仮定した。このような仮定は、本願の発明者らが独自に考案したものである。
τδ／γ＝ｋ（ｄｂｅｆｏｒｅ／ｄｔｈｅ）ｍ
なお、乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅ、乳化後エマルション中の分散相の液滴径ｄｔｈｅ（予測値）とした。
そして、本願の発明者らは、せん断応力τの代表値として壁面せん断応力の平均値τａｖｅを採用することにより、乳化処理後の乳化後エマルションの分散相の液滴径は、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅと予測することができることを見出した。このように、せん断応力τの代表値として壁面せん断応力の平均値τａｖｅを採用する点についても、本願の発明者らが独自に考案したものである。
【００１３】
従って、当該式中において、予測対象である乳化後エマルション中の分散相の液滴径ｄｔｈｅ以外の値は、採用する均質バルブ機構におけるディスクバルブ及びバルブシートの形状、乳化処理路を通過時の圧力損失、乳化前エマルションの特性等により容易に測定或いは計算可能な値であるので、容易に乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することが可能となる。
また、当該式中には、乳化前エマルションの物性、及びバルブシートの形状等により決定される条件（界面張力γ、せん断応力の平均値τａｖｅ）が含まれていることから、これら条件を加味して、より正確で現実に沿う状態で乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することが可能となる。特に、当該式中には、乳化前エマルションの物性である界面張力γが含まれており、複数種の乳化前エマルションのそれぞれに対応する界面張力γに比例する形態で、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することが可能となる。
【００１４】
よって、本特徴構成に係る液滴径予測方法を用いることにより、均質バルブ機構の乳化処理路において乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、バルブシートやディスクバルブの形状、乳化前エマルションの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測することが可能となる。
【００１５】
本発明に係る液滴径予測方法の更なる特徴構成は、前記隙間平行部における流れが層流である場合には、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅが、前記隙間平行部における流れを二次元軸対称のポアズイユ流れとするときの流速分布により算出される壁面せん断応力の平均値であり、前記隙間平行部における流れが乱流である場合には、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅが、前記隙間平行部における流れを円管内の乱流速度分布の１／７乗則に従うとするときの流速分布により算出される壁面せん断応力の平均値である点にある。
【００１６】
上記特徴構成によれば、乳化処理路の隙間平行部における流れが、層流の場合でも乱流の場合でも、その流れの状態に正確に対応した流速分布に基づいて算出される壁面せん断応力の平均値τａｖｅを用いて、当該隙間平行部を通流して乳化された乳化後エマルションの分散相の液滴径を、より正確に予測することが可能となる。
【００１７】
本発明に係る液滴径予測方法の更なる特徴構成は、前記隙間平行部における流れが層流である場合には、前記隙間平行部が形成される前記第１距離を第１距離ｙ１、前記第２距離を第２距離ｙ２とするとともに、前記乳化前エマルションの粘度を粘度μ、前記乳化処理路を通流する前記乳化前エマルションの流量を流量Ｑとし、
前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅを、τａｖｅ＝６μＱ／（πδ２（ｙ１＋ｙ２））として、
前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋπγδ・(ｙ１＋ｙ２)／（６μＱ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する点にある。
【００１８】
上記特徴構成によれば、隙間平行部における流れが層流である場合において、壁面せん断応力の平均値τａｖｅが、ディスクバルブやバルブシートの形状で決定される乳化処理路の隙間平行部の長さ（ディスクバルブの中心軸からの第１距離ｙ１、第２距離ｙ２）、乳化前エマルションの粘度μ、乳化処理路を通流する乳化前エマルションの流量Ｑの条件を含むように構成される。この壁面せん断応力の平均値τａｖｅを採用することにより、乳化後エマルション中の液滴径をバルブシートの形状や乳化前エマルションの物性等に、より正確に対応する状態で、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することが可能となる。特に、当該壁面せん断応力の平均値τａｖｅには、隙間平行部の長さ（ディスクバルブの中心軸からの第１距離ｙ１、第２距離ｙ２）が含まれており、隙間平行部を形成する複数種のディスクバルブやバルブシートのそれぞれに対応する形態で、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することが可能となる。
【００１９】
本発明に係る液滴径予測方法の更なる特徴構成は、前記乳化処理路における前記バルブシート側の前記対向壁面が、前記隙間平行部の上流側において、前記径方向に対して前記ディスクバルブ側とは反対側に傾斜する傾斜面を備える点にある。
【００２０】
上記特徴構成によれば、乳化処理路におけるバルブシート側の対向壁面が、隙間平行部の上流側において、径方向に対してディスクバルブ側とは反対側に傾斜する傾斜面を備えるので、乳化処理路に導入される乳化前エマルションが隙間平行部に案内され易くなる。また、乳化処理路のバルブシート側の対向壁面に形成された傾斜面の存在により、乳化処理路における隙間平行部が短くなり、例えば、乳化処理路の入口圧力や流量が同じ場合には、隙間平行部における隙間δは狭くなり、隙間平行部における流速も大きく、せん断応力が大きくなるので、乳化処理路に導入するための動力を大きくすることなく、乳化作用を大きくすることが可能となる。
【００２１】
上記目的を達成するための本発明に係る液滴径予測シミュレータは、ディスクバルブと、前記ディスクバルブに対向して設けられるバルブシートとを備えて構成されるとともに、前記ディスクバルブと前記バルブシートとの対向壁面間に径方向に放射状に延びる乳化処理路が形成され、前記乳化処理路には前記対向壁面同士が平行な隙間平行部が前記ディスクバルブの中心軸に対して径方向に第１距離の位置から第２距離の位置にまで形成される均質バルブ機構において、前記均質バルブ機構の前記乳化処理路に、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを通過させ、乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を予測する液滴径予測方法を実行する制御部を備えた液滴径予測シミュレータであって、その特徴構成は、
前記隙間平行部を形成する前記対向壁面におけるせん断応力の代表値である壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、前記乳化処理路通過時の圧力損失から算出される前記隙間平行部における前記対向壁面間の有効間隔δ、前記乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、前記乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅが前記制御部に入力され、
前記制御部が、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、前記有効間隔δ、前記界面張力γ、前記乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅに基づいて、前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測して出力する点にある。
【００２２】
本特徴構成によれば、上記式を用いることにより、制御部にて、均質バルブ機構の乳化処理路において乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、バルブシートやディスクバルブの形状、乳化前エマルションの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測することが可能となる。これにより、本特徴構成による液滴径予測シミュレータでは、制御部が上記液滴径予測方法を実行するので、基本的には上記液滴径予測方法が奏する作用効果と同様の作用効果を奏する。なお、本特徴構成による液滴径予測シミュレータでは、上述された壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、隙間平行部における対向壁面間の有効間隔δ、界面張力γ、乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅが制御部に入力され、これら情報に基づいて、制御部が、乳化処理路を通過した乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測し、出力するように構成される。
【００２３】
従って、当該式中において、予測対象である乳化後エマルション中の分散相の液滴径ｄｔｈｅ以外の値は、採用する均質バルブ機構におけるディスクバルブ及びバルブシートの形状、乳化処理路通過時の圧力損失、乳化前エマルションの特性等により容易に測定或いは計算可能な値であるので、これら値を制御部に入力することにより、液滴径予測シミュレータにより容易に乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測して、出力することが可能となる。
また、当該式中には、乳化前エマルションの物性、及びバルブシートの形状等により決定される条件（界面張力γ、せん断応力の平均値τａｖｅ）が含まれていることから、これら条件を加味して、より正確で現実に沿う状態で乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測及び出力することが可能となる。特に、当該式中には、乳化前エマルションの物性である界面張力γが含まれており、複数種の乳化前エマルションのそれぞれに対応する界面張力γに比例する形態で、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測及び出力することが可能となる。
【００２４】
本発明に係る液滴径予測シミュレータの更なる特徴構成は、前記隙間平行部における流れが層流である場合には、前記隙間平行部が形成される前記第１距離を第１距離ｙ１、前記第２距離を第２距離ｙ２とするとともに、前記乳化前エマルションの粘度を粘度μ、前記乳化処理路を通流する前記乳化前エマルションの流量を流量Ｑとし、
前記隙間平行部における流れを二次元軸対称のポアズイユ流れとするときの流速分布により算出される壁面せん断応力の平均値である、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅ＝６μＱ／（πδ２（ｙ１＋ｙ２））が前記制御部に入力され、
前記制御部が、前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋπγδ・(ｙ１＋ｙ２)／（６μＱ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する点にある。
【００２５】
上記特徴構成によれば、乳化処理路の隙間平行部における流れが層流の場合に、その流れの状態に正確に対応した流速分布に基づいて算出される壁面せん断応力の平均値τａｖｅを用いて、当該隙間平行部を通流して乳化された乳化後エマルションの分散相の液滴径を、より正確に予測することが可能となる。
すなわち、当該壁面せん断応力の平均値τａｖｅが、ディスクバルブやバルブシートの形状で決定される乳化処理路の隙間平行部の長さ（ディスクバルブの中心軸からの第１距離ｙ１、第２距離ｙ２）、乳化前エマルションの粘度μ、乳化処理路を通流する乳化前エマルションの流量Ｑの条件を含むように構成される。この壁面せん断応力の平均値τａｖｅを採用することにより、乳化後エマルション中の液滴径をバルブシートの形状や乳化前エマルションの物性等に、より正確に対応する状態で、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することが可能となる。特に、当該壁面せん断応力の平均値τａｖｅには、隙間平行部の長さ（ディスクバルブの中心軸からの第１距離ｙ１、第２距離ｙ２）が含まれており、隙間平行部を形成する複数種のディスクバルブやバルブシートのそれぞれに対応する形態で、乳化後エマルション中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】均質バルブ機構を備えた乳化分散装置の概略斜視図
【図２】シャープ形状のバルブシートを備えた均質バルブ機構の断面視図
【図３】シャープ形状のバルブシートを備えた均質バルブ機構の断面視図
【図４】圧力損失と有効間隔との関係を示すグラフ図
【図５】計測された乳化後エマルション中の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄと、本願に係る液滴径予測方法により予測された乳化後エマルション中の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄｔｈｅとの関係を示すグラフ図
【図６】計測された乳化後エマルション中の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄと、本願に係る液滴径予測方法により予測された乳化後エマルション中の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄｔｈｅとの関係を示すグラフ図
【図７】フラット形状のバルブシートを備えた均質バルブ機構の断面視図
【図８】計測された乳化後エマルション中の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄと、本願に係る液滴径予測方法により予測された乳化後エマルション中の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄｔｈｅとの関係を示すグラフ図
【図９】計測された乳化後エマルション中の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄと、本願に係る液滴径予測方法により予測された乳化後エマルション中の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄｔｈｅとの関係を示すグラフ図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施の形態について、図面に基づいて説明する。
図１に示すように、乳化分散装置１は、被処理流体である乳化前エマルションＢを受け入れる受入部２と、受入部２にて受け入れた乳化前エマルションＢを一定圧力に昇圧するプランジャーポンプ機構３と、プランジャーポンプ機構３にて昇圧されて導入される乳化前エマルションＢを微細化及び均質化する均質バルブ機構４と、均質バルブ機構４にて均質化された乳化後エマルションＡを送出する送出部５とが設けられている。また、乳化分散装置１は、運転を制御する制御部６を備えて構成されており、この制御部６が本願に係る液滴径予測シミュレータ５０としての機能を実現するように構成されている。なお、制御部６と液滴径予測シミュレータ５０とを別々の構成とすることも当然可能である。さらに、乳化分散装置１は、均質バルブ機構４に導入される前の乳化前エマルションＢの圧力及び均質バルブ機構４から送出された後の乳化後エマルションＡの圧力を検出可能な圧力検出部７と、均質バルブ機構４における流量を検出可能な流量検出部８とを備える。
従って、乳化分散装置１は、受入部２から導入されプランジャーポンプ機構３により高圧とされた乳化前エマルションＢを均質バルブ機構４に通過させ、乳化されて微細化及び均質化された乳化後エマルションＡとすることができるように構成されている。なお、液滴径予測シミュレータ５０の構成及び機能については後述する。
【００２８】
プランジャーポンプ機構３は、例えば、乳化前エマルションＢを一定圧力に昇圧して均質バルブ機構４に送り出すプランジャーを３本備えた３連式ポンプ又は５本備えた５連式ポンプで構成されている。プランジャーポンプ機構３は、プランジャーの夫々により乳化前エマルションＢを均質バルブ機構４に送り出すタイミングを異なるようにして、高圧状態（例えば、１５ＭＰａ〜１５０ＭＰａ程度）の乳化前エマルションＢを連続的に均質バルブ機構４に送り出すように構成されている。
【００２９】
均質バルブ機構４は、図２に示すように、バルブシート９、ディスクバルブ１０、インパクトリング１１を主要構成として備えている。
バルブシート９は、中心部に開口部９ａを備えた円筒状の部材であり、プランジャーポンプ機構３に接続される導入路形成部材１２の先端に装着され、ディスクバルブ１０と対向するように設けられている。また、バルブシート９は、導入路形成部材１２の軸方向端面１２ａに当接された状態で位置決めされ、導入路形成部材１２とは反対側でありディスクバルブ１０と対向する表面を乳化処理路形成面９ｂとしている。なお、導入路形成部材１２は、円筒状に形成され、その内側には乳化前エマルションＢを通流可能な導入路１２ｂが形成されている。
【００３０】
ディスクバルブ１０は、概略円筒状部材として構成されており、バルブシート９に対向する表面を乳化処理路形成面１０ａとしている。従って、バルブシート９とディスクバルブ１０との対向壁面（乳化処理路形成面９ｂ及び乳化処理路形成面１０ａ）間に形成された径方向に放射状に延びる狭隘な乳化処理路１４が形成される。また、ディスクバルブ１０は、バルブシート９とは反対側の端面側を位置決め機構１３により保持されており、位置決め機構１３に設けられたハンドル（図示せず）を回転させるか、又は油圧位置決め装置（図示せず）を用いてディスクバルブ１０の位置を調整することにより、バルブシート９側の乳化処理路形成面９ｂ（後述する隙間平行面９ｂ１）とディスクバルブ１０側の乳化処理路形成面１０ａとの間の有効間隔δ（ディスクバルブ１０の軸方向における乳化処理路１４（隙間平行部１４ｂ）の幅）を調整自在に構成されている。なお、この乳化処理路１４（隙間平行部１４ｂ）の幅である有効間隔δは、非常に狭い間隔（例えば、数μｍ〜数百μｍ程度）に調整可能に構成される。
【００３１】
インパクトリング１１は、乳化処理路１４の出口側（外径側）において、バルブシート９とディスクバルブ１０とに亘って配設されており、乳化処理路１４を通過した乳化後エマルションＡがインパクトリング１１に衝突することにより、乳化・分散を促進するように構成されている。また、乳化処理路１４の出口側（外径側）に連通し、径方向におけるディスクバルブ１０とインパクトリング１１との間を連通して、径方向で外径側に延びる吐出路１５が形成されている。この吐出路１５は、乳化処理路１４の出口の下流側に設けられた円筒状の吐出路形成部材１６の内側に形成されるとともに、この吐出路形成部材１６から径方向に延出する円筒状の部材１６ａの内側に形成される。従って、乳化処理路１４を通過した乳化後エマルションＡを吐出路１５を介して送出部５に送出可能に構成されている。なお、バルブシート９、ディスクバルブ１０、インパクトリング１１、導入路形成部材１２、及び吐出路形成部材１６は、円筒状に形成された部材であり、その中心軸が同じとなるように同心状に設けられている。
【００３２】
均質バルブ機構４に加圧導入される乳化前エマルションＢは、水等の連続相に比較的大径の液滴（油・牛乳等の流体で比較的液滴径の大きな分散相）が不均一に混合した混合流体である。この乳化前エマルションＢは、均質バルブ機構４を通過することで、乳化処理前の状態よりも液滴径の微細化した分散相が、連続相内において均一に分散した状態の乳化後エマルションＡとなる。なお、エマルションとは、例えば、水と油のようにお互いに混じり合わない少なくとも二つの液体に乳化剤を添加し、攪拌等の機械的な操作を加え、油滴を水分散媒（又は水滴を油分散媒）に均一に分散した液／液系の乳濁液をいい、分散している液滴を分散相、これをとりまく外側の液体を連続相と呼ぶ。ただし、必ずしも水相と油相とが存在する訳ではなく、油滴を水以外の連続相へ（又は水滴を油以外の連続相へ）乳化させる場合なども含まれる。エマルションの例としては、例えば、シリコーンオイル及び水に乳化剤を添加したものや流動パラフィン及び水に乳化剤を添加したもの等がある。なお、例えば、シリコーンオイルのエマルションは、消泡剤、繊維処理剤、シリコーン離型剤として用いられ、またヘアケア化粧品（シャンプー・リンス等）、化粧品等に添加されて用いられる。流動パラフィンのエマルションは、化粧クリームの乳化原料、クリーム基材（クレンジングクリーム、ハンドクリーム、ベビーオイル等）、ヘアケア製品基材（ヘアートリートメント等）、化粧品（ファンデーション等）、医薬・医療品原料として用いられるものである。
【００３３】
圧力検出部７は、公知の圧力計を採用できるが、均質バルブ機構４における乳化処理路１４の入口と出口の圧力を検出し、これら圧力差を検出することにより乳化処理路１４を通過時の圧力損失を検出可能に構成され、検出結果を制御部６に出力可能に構成されている。
【００３４】
流量検出部８は、公知の流量計を採用できるが、均質バルブ機構４の乳化処理路１４を通流する乳化前エマルションＢ（或いは乳化後エマルションＡ）の流量を検出し、検出結果を制御部６に出力可能に構成されている。
【００３５】
制御部６は、公知の情報処理手段を採用できるが、メモリ等からなる記憶部、ＣＰＵ、入出力部を備えたマイクロコンピュータで構成されている。そして、このマイクロコンピュータが所定のプログラムを実行することにより、乳化分散装置１の運転等を制御することができる。
【００３６】
ここで、均質バルブ機構４に形成される乳化処理路１４について、説明を加える。
図３に示すように、乳化処理路１４は、バルブシート９とディスクバルブ１０との対向壁面間である乳化処理路形成面９ｂと乳化処理路形成面１０ａとの間に形成され、バルブシート９やディスクバルブ１０の径方向に放射状に形成された概略円板状の流路として形成されている。なお、以下では、図３に示すように、ディスクバルブ１０の中心軸をＸ軸（軸方向）とし、これに直交し、Ｘ軸方向において乳化処理路１４の幅の中間（有効間隔δの半分）に位置する軸をＹ軸（径方向）として説明する。
【００３７】
図３に示す乳化処理路１４は、Ｙ軸方向において、Ｘ軸（ｙ＝０）からの距離ｙ０の位置から第２距離ｙ２の位置にまで形成されている（ｙ０≦ｙ≦ｙ２）。この乳化処理路１４は、バルブシート９の乳化処理路形成面９ｂとディスクバルブ１０の乳化処理路形成面１０ａとが平行（Ｙ軸とも平行）に形成された隙間平行部１４ｂと、両乳化処理路形成面９ｂ、１０ａのうち、乳化処理路形成面１０ａがＹ軸に平行に形成され、乳化処理路形成面９ｂがＹ軸及び乳化処理路形成面１０ａに対して角度θ傾斜する隙間入口部１４ａとを備えている。
なお、図３では、隙間入口部１４ａは、Ｘ軸（ｙ＝０）からの距離ｙ０の位置から第１距離ｙ１の位置にまで形成され（ｙ０≦ｙ≦ｙ１）、隙間平行部１４ｂは、Ｘ軸（ｙ＝０）からの第１距離ｙ１の位置から第２距離ｙ２の位置にまで形成されている（ｙ１≦ｙ≦ｙ２）。従って、距離ｙ０の位置は隙間入口部１４ａ（及び乳化処理路１４）の入口を示し、第１距離ｙ１の位置は隙間平行部１４ｂの入口を示し、第２距離ｙ２の位置は隙間平行部１４ｂ（及び乳化処理路１４）の出口をそれぞれ示している。また、第１距離ｙ１の位置から第２距離ｙ２の位置までの距離を距離Ｌで示している。
【００３８】
乳化処理路１４を形成するバルブシート９の乳化処理路形成面９ｂは、Ｙ軸及びディスクバルブ１０の乳化処理路形成面１０ａに平行な隙間平行面９ｂ１と、Ｙ軸に対してディスクバルブ１０側とは反対側に傾斜する傾斜面９ｂ２とを備える。この傾斜面９ｂ２は、乳化処理路１４において隙間平行面９ｂ１よりも上流側に形成され、Ｙ軸と平行な軸に対して角度θ傾斜している（以下、このバルブシート９の形状をシャープ形状という場合がある）。なお、図３では、角度θは３０度とされている。また、ディスクバルブ１０の乳化処理路形成面１０ａは、Ｘ軸（ｙ＝０）の位置から第２距離ｙ２の位置にまで形成され（０≦ｙ≦ｙ２）、Ｙ軸及びバルブシート９の乳化処理路形成面９ｂの隙間平行面９ｂ１と平行な平坦面とされる。
【００３９】
一方、乳化処理路１４のＸ軸方向における間隔ｈは、隙間入口部１４ａにおいては（ｙ０≦ｙ≦ｙ１）、
ｈ＝（ｙ１−ｙ）ｔａｎθ＋δとなる。・・（１）式
また、隙間平行部１４ｂ（ｙ１≦ｙ≦ｙ２）においては、ｈ＝δとなる。・・（２）式
なお、有効間隔δは、Ｘ軸方向における、バルブシート９の乳化処理路形成面９ｂにおける隙間平行面９ｂ１と、ディスクバルブ１０の乳化処理路形成面１０ａとの間隔である（ｙ１≦ｙ≦ｙ２）。
【００４０】
このように形成された乳化処理路１４において、プランジャーポンプ機構３から導入路１２ｂを介して送り出された高圧の乳化前エマルションＢが隙間入口部１４ａ、隙間平行部１４ｂの順に通過することにより、乳化前エマルションＢ中の連続相及び分散相にせん断・衝突・キャビテーション等の相乗作用を瞬間的に発生させることにより、連続相中における分散相を微細化し均質的な乳化状態を作るようにしている。
【００４１】
以上が乳化分散装置１の概略構成であるが、以下、本願の特徴構成に関して説明する。
本願の乳化分散装置１においては、制御部６が、乳化された乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測する液滴径予測方法を実行する液滴径予測シミュレータ５０として機能する。以下、本願の液滴径予測シミュレータ５０により、乳化された乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測可能な点について説明する。
【００４２】
液滴径予測シミュレータ５０は、バルブシート９の形状が隙間平行部１４ｂを形成可能なシャープ形状である場合において、圧力検出部７により検出された乳化処理路１４の入口と出口の圧力差、すなわち、隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力Ｐ０と隙間平行部１４ｂの出口の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰ（乳化処理路１４を通過時の圧力損失）と、流量検出部８により検出された乳化処理路１４を通流する乳化前エマルションＢの流量Ｑ（本例では、隙間平行部１４ｂの出口から吐出路１５を通流する乳化後エマルションＡの流量Ｑ）と、乳化前エマルションＢ中の粘度μ及び密度ρと、隙間平行部１４ｂにおける平均流速ｖδとに基づいて、隙間平行部１４ｂの有効間隔δを求める。
【００４３】
具体的には、液滴径予測シミュレータ５０は、まず、乳化処理路１４の間隔ｈから、当該乳化処理路１４を通流する乳化前エマルションＢの平均流速ｖを求める。
乳化処理路１４における間隔ｈは、上記（１）、（２）式に示すように、隙間入口部１４ａ（ｙ０≦ｙ≦ｙ１）においては、ｈ＝（ｙ１−ｙ）ｔａｎθ＋δとなり、隙間平行部１４ｂ（ｙ１≦ｙ≦ｙ２）においては、ｈ＝δとなる。従って、乳化処理路１４の間隔ｈにおける（ｙ０≦ｙ≦ｙ２）、平均流速ｖは連続の式より、ｖ＝Ｑ／（２πｙｈ）となる。・・・（３）式
従って、隙間平行部１４ｂの有効間隔δにおける平均流速ｖδは、
ｖδ＝Ｑ／（２πｙδ）となる。・・・（４）式
【００４４】
ここで、乳化処理路１４の隙間平行部１４ｂは、平行円板のように形成されており、隙間平行部１４ｂでの水力直径２δを用いると、レイノルズ数Ｒｅは、
Ｒｅ＝ｖδ・２δ／（μ／ρ）＝ρＱ／（πｙμ）となる。・・・（５）式
なお、隙間平行部１４ｂでのレイノルズ数Ｒｅは、流量ＱとＹ軸方向の距離ｙに依存し、有効間隔δには依存しない。
【００４５】
従って、レイノルズ数Ｒｅが、Ｒｅ≦２０００のとき、隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力Ｐ０と隙間平行部１４ｂの出口の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰは、
ΔＰ＝Ｐ０−Ｐ２
＝（ζρ／２）・（Ｑ／（２πｙ１δ））２＋（６μＱ／（πδ３））・ｌｎ（ｙ２／ｙ１）＋（ρ／２）・（Ｑ／（２πｙ２δ））２となる（ここで、ζは、隙間平行部１４ｂへ流入する際の入口損失係数である）。・・（６）式
この（６）式の右辺第一項は隙間平行部１４ｂの入口における入口損失を、第二項は隙間平行部１４ｂにおける摩擦損失を表し、第三項は隙間平行部１４ｂの出口における出口損失を表している。
【００４６】
これらより、液滴径予測シミュレータ５０は、乳化処理路１４の隙間平行部１４ｂの有効間隔δを求めることができる。
【００４７】
次に液滴径予測シミュレータ５０は、隙間平行部１４ｂにおける有効間隔δ、流速ｖｇａｐ、壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、乳化前エマルションＢ中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、乳化前エマルションＢ中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅに基づいて、乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測する。
【００４８】
まず、液滴径予測シミュレータ５０は、上記レイノルズ数Ｒｅに基づいて、乳化処理路１４の隙間平行部１４ｂにおける流れを層流であると仮定し、隙間平行部１４ｂでの二次元軸対称のポアズイユ流れの流速ｖｇａｐ（Ｙ軸方向の速度）を、
ｖｇａｐ＝（３Ｑ／（４πｙδ））・（１−（２ｘ／δ）２）として求める。・・（７）式
【００４９】
次に、せん断応力の代表値として、隙間平行部１４ｂを形成する乳化処理路形成面１０ａ（ｘ＝δ／２の箇所）におけるせん断応力τｗを、
τｗ＝−μ（∂ｖｇａｐ／∂ｘ）ｘ＝δ／２＝３μＱ／（πｙδ２）として求める。・・（８）式
従って、せん断応力τｗは、Ｙ軸方向の距離ｙに反比例し、有効間隔δの二乗に反比例する。
【００５０】
隙間平行部１４ｂの壁面で受けるせん断力を求めるために、隙間平行部１４ｂの入口ｙ１から出口ｙ２までのせん断応力τｗを積分し、壁面でのせん断力Ｆｓを、
Ｆｓ＝∫τｗ２πｙｄｙ＝（６μＱ／δ２）・（ｙ２−ｙ１）とする。・・（９）式
さらに、隙間平行部１４ｂにおける壁面でのせん断応力の平均値τａｖｅを、
τａｖｅ＝Ｆｓ／（π（ｙ２２−ｙ１２））＝６μＱ／（πδ２（ｙ１＋ｙ２））とする。・・（１０）式
【００５１】
ここで、気泡や液滴が他の液体中を運動する場合に、その境界面に働く慣性力と界面張力γの比を示す無次元数であるウェーバー数Ｗｅτは、気泡や液滴の境界面に働く慣性力としてのせん断応力τ、乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄ０、乳化後エマルション中の分散相の液滴径ｄ、定数ｋ、定数ｍ、代表長さｌとすると、
Ｗｅτ＝τｌ／γ ・・（１１）式
Ｗｅτ＝ｋ（ｄ０／ｄ）ｍ・・（１２）式
で示される。
これら（１１）式と（１２）式とを（１３）式のように仮定し、代表長さｌとして乳化処理路１４における隙間平行部１４ｂの有効間隔δを採用し、乳化前エマルションＢの分散相の液滴径をｄｂｅｆｏｒｅとして、乳化後エマルションＡの分散相の液滴径をｄｔｈｅとすると、
τδ／γ＝ｋ（ｄｂｅｆｏｒｅ／ｄｔｈｅ）ｍとなる。・・（１３）式
【００５２】
従って、乳化後エマルションＡの分散相の液滴径は、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅとなる。・・（１４）式
（１４）式において、せん断応力τとして隙間平行部１４ｂに作用するτａｖｅを採用すると、乳化後エマルションＡの分散相の液滴径は、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋπγδ（ｙ１＋ｙ２）／（６μＱ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）となる。・・（１５）式
【００５３】
よって、上記（１）式から（１５）式を用いることにより、均質バルブ機構４の乳化処理路１４において乳化された乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして、実際に乳化分散装置１を運転することなく、バルブシート９やディスクバルブ１０の形状、乳化前エマルションＢの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測することが可能となる。
【００５４】
〔実施例〕
実際に、本願に係る液滴径予測シミュレータ５０により液滴径予測方法を実行して、２種類の乳化前エマルションＢ１、Ｂ２について、均質バルブ機構４の乳化処理路１４を通過させて乳化処理したとした場合における、乳化後エマルションＡ１、Ａ２中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測した結果を示す。
【００５５】
乳化前エマルションＢ１は、シリコーンオイルの予備乳化液（２０℃）で、密度ρは９９５ｋｇ／ｍ３、粘度μは１．６ｍＰａ・ｓ、界面張力γは１４．１ｍＮ／ｍ、液滴径ｄｂｅｆｏｒｅである体積基準の液滴径分布のメジアン径は約９．１μｍであり、水８９質量％、シリコーンオイル１０質量％、乳化剤１質量％の混合液である。この場合、連続相が水で、分散相がシリコーンオイルである。
乳化前エマルションＢ２は、流動パラフィンの予備乳化液（２０℃）で、密度ρは９８２ｋｇ／ｍ３、粘度μは１．５ｍＰａ・ｓ、界面張力γは４．４ｍＮ／ｍ、液滴径ｄｂｅｆｏｒｅである体積基準の液滴径分布のメジアン径は約１５．４μｍであり、水８９質量％、流動パラフィン１０質量％、乳化剤１質量％の混合液である。この場合、連続相が水で、分散相が流動パラフィンである。
なお、乳化前エマルションＢ１、Ｂ２であるシリコーンオイルの予備乳化液（乳化処理前液）、流動パラフィンの予備乳化液（乳化処理前液）は、ホモミキサー（Ｔ．Ｋ．ＲＯＢＯＭＩＣＳ,ＰＲＩＭＩＸ製）を使用して作製した。
【００５６】
均質バルブ機構４としては、図２及び図３に示すように、上記実施形態で示したシャープ形状のバルブシート９及びディスクバルブ１０を用いた。具体的には、ディスクバルブ１０の半径（第２距離ｙ２）を８ｍｍ、ディスクバルブ１０とインパクトリング１１とのＹ軸方向（径方向）における間隔Ｄを１ｍｍ、バルブシート９の開口部９ａの半径Ｒ（距離ｙ０）を２．５ｍｍに設定した。また、隙間平行部１４ｂにおける傾斜面９ｂ２の角度θを３０度に固定する一方で、隙間平行部１４ｂの隙間平行面９ｂの長さＬ（第２距離ｙ２−第１距離ｙ１）をそれぞれ、Ｌ＝１ｍｍ、２ｍｍ、３ｍｍ、４ｍｍに変化させた４種類のバルブシート９を用いた。
【００５７】
まず、液滴径予測シミュレータ５０に入力された上記条件を、上記式（５）に代入して、乳化処理路１４の隙間平行部１４ｂでのレイノルズ数Ｒｅを求める。この場合、レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ＝ρＱ／（πｙμ）で示されるが、均質バルブ機構４内においては隙間平行部１４ｂの入口（第１距離ｙ１の位置（ｙ＝ｙ１））におけるレイノルズ数Ｒｅが最大となる。例えば、Ｌ＝４ｍｍのとき、隙間平行部１４ｂの入口におけるレイノルズ数Ｒｅは約１０００程度となる。なお、流量Ｑは均質バルブ機構４に通流させる予定の適宜値を設定した（例えば、７０ｌ／ｈ）。
【００５８】
この場合、レイノルズ数Ｒｅは、Ｒｅ≦２０００であるので、隙間平行部１４における流れは層流であるとして、上記式（６）を用いて有効間隔δを求めた。ここで、上記（６）式において、有効間隔δ以外は上述の条件により既知となっているので、液滴径予測シミュレータ５０は、有効間隔δを求めることができた。なお、圧力差ΔＰは、隙間平行部１４ｂの出口が大気開放されているため当該出口を出た後の圧力Ｐ２がＰ２＝０Ｐａであるので、ΔＰ＝Ｐ０（隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力）とし、例えば、ΔＰ＝Ｐ０として通常運転する際に用いる所定圧力（１０，２０，４０，６０，８０ＭＰａ）を用いた。また、入口損失係数ζは、角度θが比較的緩やかな３０度であるのでζ＝０．２とした。この角度θは、適宜変更が可能であり、例えば、０度＜θ＜９０度に設定でき、この場合入口損失係数ζは、０．１＜ζ＜０．５となる。なお、角度θが、０度又は９０度の場合は、後述するフラット形状のバルブシート９及びディスクバルブ１０となる。
【００５９】
そして、液滴径予測シミュレータ５０は、上記（７）式から（１５）式に上記条件を代入し、乳化後エマルションＡ１、Ａ２の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測した。なお、定数ｍは、ｍ＝１とし、定数ｋは、ｋ＝１３．２としたが、両定数共に適宜の値に設定することが可能である。
【００６０】
図５に、液滴径予測シミュレータ５０が予測した乳化後エマルションＡ１、Ａ２の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄｔｈｅと、実際に実験により測定した乳化後エマルションＡ１、Ａ２の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄとの関係を示す。図５中、黒塗りが乳化前エマルションＢ１（シリコーンオイルの予備乳化液）を乳化した乳化後エマルションＡ１、白抜きが乳化前エマルションＢ２（流動パラフィンの予備乳化液）を乳化した乳化後エマルションＡ２の結果である。両メジアン径ｄ及びｄｔｈｅが完全に一致する場合を、ｄ＝ｄｔｈｅの直線として示している。
【００６１】
なお、実際の実験による体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄの測定は、上記乳化前エマルションＢ１、Ｂ２それぞれを用い、上記乳化分散装置１の均質バルブ機構４において、隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力Ｐ０が、所定の圧力になるように有効間隔δを調整・固定し、乳化処理を行った。均質バルブ機構４での流量Ｑが７０ｌ／ｈ、所定圧力（１０，２０，４０，６０，８０ＭＰａ）で乳化処理し、乳化処理路を出た箇所における乳化後エマルションＡ１、Ａ２を取り出して粒度分布（液滴径分布）を測定した。粒度分布は、レーザ回折式粒度分布測定装置（ＳＡＬＤ‐２２００，島津製作所製）により測定した。また、流量Ｑは上記流量検出部８により検出し、所定圧力は上記圧力検出部７により検出した。なお、乳化前エマルションＢ１、Ｂ２の温度が２０℃になるようにし、乳化処理後に直ちに２０℃まで冷却した。
【００６２】
図５に示すように、液滴径予測シミュレータ５０が予測したメジアン径ｄｔｈｅと、実際に実験により測定したメジアン径ｄとは、ほぼ同じ値となっている。従って、本願に係る液滴径予測方法を用いることにより、隙間平行部１４ｂの壁面せん断応力の平均値τａｖｅから、乳化処理後の分散相のメジアン径を、実験により測定したメジアン径ｄにほぼ一致するメジアン径ｄｔｈｅとして、正確に予測できていることが判る。
また、均質バルブ機構４におけるバルブシート９の形状を変化させ、隙間平行部１４ｂの長さＬを変化させているが、この場合でも、その変化に正確に対応した状態で、それぞれ乳化処理後の分散相のメジアン径を、実験により測定したメジアン径ｄにほぼ一致するメジアン径ｄｔｈｅとして、正確に予測できていることが判る。
さらに、異なる種類の乳化前エマルションＢ１、Ｂ２を用いているが、この場合でも、その変化に正確に対応した状態で両者とも、乳化処理後の分散相のメジアン径を、実験により測定したメジアン径ｄにほぼ一致するメジアン径ｄｔｈｅとして、正確に予測できていることが判る。
【００６３】
よって、本願の液滴径予測方法を用いた液滴径予測シミュレータ５０により、均質バルブ機構４の乳化処理路１４において乳化された乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を、バルブシート９やディスクバルブ１０の形状、乳化前エマルションＢの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測することが可能となることが実証された。
【００６４】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、上記（６）式に、隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力Ｐ０と隙間平行部１４ｂの出口の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰ等の条件を代入して、液滴径ｄｔｈｅを予測する度ごとに有効間隔δを計算したが、当該条件を（６）式に代入した複数の結果を予め計算して、図４に示す圧力差ΔＰと有効間隔δとの関係を液滴径予測シミュレータ５０内に記憶しておき、これを用いて、圧力差ΔＰから有効間隔δを計算する構成としても良い。ここで、図４は、上記均質バルブ機構４におけるシャープ形状のバルブシート９及びディスクバルブ１０を用い、流量Ｑが７０ｌ／ｈ、所定圧力（１０，２０，４０，６０，８０ＭＰａ）で乳化処理したとした場合の圧力差ΔＰと有効間隔δとの関係である。
【００６５】
（２）上記実施形態では、乳化前エマルションＢの分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅ及び乳化後エマルションＡの分散相の液滴径ｄｔｈｅとして、体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径分布の中央値）を用いて説明したが、これら液滴径は当該メジアン径に限定されるものではなく、液滴径分布の代表値であれば特に制限なく採用することができる。例えば、上記液滴径としてモード径（液滴径分布の最頻値）や、体積平均、面積平均、個数平均などの平均径（液滴径分布の平均値）を採用することができる。具体的に、乳化前エマルションＢの分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅ及び乳化後エマルションＡの分散相の液滴径ｄｔｈｅとして、液滴径分布の平均値としての体面積平均径を用いて、乳化後エマルションの分散相の液滴径を予測した結果を、図６に示す。
図６は、液滴径予測シミュレータ５０が予測した乳化後エマルションＡ１、Ａ２の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄｔｈｅと、実際に実験により測定した乳化後エマルションＡ１、Ａ２の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄとの関係を示す。図６中、黒塗りが乳化前エマルションＢ１（シリコーンオイルの予備乳化液）を乳化した乳化後エマルションＡ１、白抜きが乳化前エマルションＢ２（流動パラフィンの予備乳化液）を乳化した乳化後エマルションＡ２の結果である。両体面積平均径ｄ及びｄｔｈｅが完全に一致する場合を、ｄ＝ｄｔｈｅの直線として示している。
【００６６】
この図６の結果は、基本的に上記実施例と同様の条件で乳化処理後の液滴径を体面積平均径ｄｔｈｅとして予測しているが、乳化前エマルションＢ１の液滴径である液滴径分布の体面積平均径ｄｂｅｆｏｒｅは約５．６５μｍであり、乳化前エマルションＢ２の液滴径である液滴径分布の体面積平均径ｄｂｅｆｏｒｅは約６．６４μｍであった。なお、図６は、図５に示したメジアン径でのデータを体面積平均径で置き換えたデータに相当する。また、上記定数ｍは、ｍ＝１とし、定数ｋは、ｋ＝１８としている。
図６に示すように、液滴径分布の代表値としてのメジアン径の替わりに体面積平均径を用いた場合であっても、上記メジアン径の場合と同様に、隙間平行部１４ｂの壁面せん断応力の平均値τａｖｅから乳化処理後の分散相の体面積平均径を、実験により測定した体面積平均径ｄにほぼ一致する体面積平均径ｄｔｈｅとして、正確に予測できていることが判る。
また、均質バルブ機構４におけるバルブシート９の形状を変化させ、隙間平行部１４ｂの長さＬを変化させているが、この場合でも、その変化に正確に対応した状態で、それぞれ乳化処理後の分散相の体面積平均径を、実験により測定した体面積平均径ｄにほぼ一致する体面積平均径ｄｔｈｅとして、正確に予測できていることが判る。
さらに、異なる種類の乳化前エマルションＢ１、Ｂ２を用いているが、この場合でも、その変化に正確に対応した状態で両者とも、乳化処理後の分散相の体面積平均径を、実験により測定した体面積平均径ｄにほぼ一致する体面積平均径ｄｔｈｅとして、正確に予測できていることが判る。
【００６７】
（３）上記実施形態では、均質バルブ機構４においてシャープ形状のバルブシート９、すなわち、バルブシート９の乳化処理路形成面９ｂがＹ軸及びディスクバルブ１０の乳化処理路形成面１０ａに平行な隙間平行面９ｂ１と、Ｙ軸に対してディスクバルブ１０側とは反対側に傾斜する傾斜面９ｂ２とを備えるように構成したが、バルブシート９はこの構成に限定されるものではない。例えば、バルブシート９に替えて、図７に示すように、フラット形状のバルブシート２９を採用することもできる。
【００６８】
この場合、バルブシート２９の乳化処理路形成面２９ｂとディスクバルブ１０の乳化処理路形成面１０ａとの間に乳化処理路１４が形成される。この乳化処理路１４は、両乳化処理路形成面２９ｂ、１０ａがＹ軸と平行に形成された隙間平行部１４ｂのみにより構成され、隙間平行部１４ｂのＸ軸方向における間隔は有効間隔δとされる。すなわち、フラット形状のバルブシート２９は、上記実施形態のバルブシート９の乳化処理路形成面９ｂにおいて、傾斜面９ｂ２を無くし、角度θを０度又は９０度とした場合の形状に相当する。
基本的には、上記実施例で示した条件と同様の条件で２種類の乳化前エマルションＢ１、Ｂ２について、均質バルブ機構４の乳化処理路１４を通過させて乳化処理したとした場合における乳化後エマルションＡ１、Ａ２中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして、上記（１）式から（１５）式を用いて予測した。なお、隙間平行部１４ｂの隙間平行面２９ｂの長さＬは、Ｌ＝５．５ｍｍとし、角度θが０度又は９０度であるので、入口損失係数ζを、ζ＝０．５とした。
【００６９】
図８に、液滴径予測シミュレータ５０が予測した乳化後エマルションＡ１、Ａ２の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄｔｈｅと、実際に実験により測定した乳化後エマルションＡ１，Ａ２の分散相の体積基準の液滴径分布のメジアン径（液滴径）ｄとの関係を示し、図９に、液滴径予測シミュレータ５０が予測した乳化後エマルションＡ１、Ａ２の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄｔｈｅと、実際に実験により測定した乳化後エマルションＡ１，Ａ２の分散相の液滴径分布の体面積平均径（液滴径）ｄとの関係を示す。図８及び図９中、黒塗りが乳化後エマルションＡ１、白抜きが乳化後エマルションＡ２の結果である。
図８に示すように、液滴径予測シミュレータ５０が予測したメジアン径ｄｔｈｅと、実際に実験により測定したメジアン径ｄとは、ほぼ同じ値となっており、上記実施例と同様に、本願の液滴径予測方法を用いた液滴径予測シミュレータ５０により、フラット形状のバルブシート２９とディスクバルブ１０を備えた均質バルブ機構４の乳化処理路１４において乳化された乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして、バルブシート２９やディスクバルブ１０の形状、乳化前エマルションＢの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測することが可能となることが実証された。
同様に、図９に示すように、液滴径予測シミュレータ５０が予測した体面積平均径ｄｔｈｅと、実際に実験により測定した体面積平均径ｄとは、ほぼ同じ値となっており、上記と同様に、乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして、フラット形状のバルブシート２９やディスクバルブ１０の形状、乳化前エマルションＢの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測することが可能となることが実証された。
【００７０】
なお、上記では、バルブシートの形状をシャープ形状やフラット形状とする構成について説明したが、バルブシートの形状及びディスクバルブの形状を適宜変更して乳化処理路を形成した場合であっても、本願の液滴径予測方法を用いて乳化処理後の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして、ある程度予測することができるものと考えられ、バルブシート及びディスクバルブの形状を設計する際に役立つものと考えられる。
【００７１】
（４）上記実施形態では、上記（５）式により算出されたレイノルズ数Ｒｅが、Ｒｅ≦２０００の場合に、隙間平行部１４ｂの流れは層流であるとして、隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力Ｐ０と隙間平行部１４ｂの出口の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰから（６）式により有効間隔δを求め、また、隙間平行部１４ｂでの二次元軸対称のポアズイユ流れの流速ｖｇａｐ（Ｙ軸方向の速度）を（７）式により求めたが、隙間平行部１４ｂの流れが乱流である場合にも、本願の液滴径予測方法を用いて乳化後エマルションＡ中の分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することができる。
【００７２】
具体的には、上記（５）式により算出されたレイノルズ数Ｒｅが、１００００≦Ｒｅの場合に、隙間平行部１４ｂの流れは乱流であるとして、上記（６）式に替えて、下記（６）´式を採用することもできる。
すなわち、隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力Ｐ０と隙間平行部１４ｂの出口の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰ´を、
ΔＰ´＝Ｐ０−Ｐ２
＝（ζρ／２）・（Ｑ／（２πｙ１δ））２＋（（０．０２６８７・ρ３／４・μ１／４）／δ３）・（Ｑ／π）７／４・（（１／ｙ１３／４）−（１／ｙ２３／４））＋（ρ／２）・（Ｑ／（２πｙ２δ））２とする（ここで、ζは、隙間平行部１４ｂへ流入する際の入口損失係数である）。・・（６）´式
【００７３】
さらに、上記（７）式に替えて、下記（７）´式を採用する。
すなわち、隙間平行部１４ｂでの流れを円管内の乱流速度分布の１／７乗則に従うとするときの主流速度ｖｇａｐ´（Ｙ軸方向の速度）は、
ｖｇａｐ´＝（４Ｑ／（７πｙδ））として求める。・・（７）´式
なお、この（７）´式は、境界層厚さをδ／２として、円管内の乱流速度分布の１／７乗則及び管摩擦の式が隙間平行部１４ｂの流れに適用できると仮定した場合に、壁面（ｘ´＝０）から隙間平行部１４ｂの中央（ｘ´＝δ／２）間での速度分布ｕを、ｕ／ｖｇａｐ´＝（ｘ´／（δ／２））１／７として求め、次に、隙間平行部１４ｂの流量をＱとして、Ｑ＝２∫ｕ・２πｙｄｘ´との関係から求められる。なお、ｘ´＝０の軸は隙間平行部１４ｂにおける対向壁面に設定されている点で、上記実施形態におけるｘ＝０の位置（対向壁面から±δ／２の位置）とは異なる軸に設定されている。
【００７４】
そして、上記（８）式に替えて、下記（８）´式を採用する。
すなわち、隙間平行部１４ｂにおけるせん断応力τｗ´を、
τｗ´＝（（０．０２２５・２１／４・ρ３／４・μ１／４）／δ２）・（４Ｑ／（７πｙ））７／４として求める。・・（８）´式
なお、この（８）´式は、動粘度ν（ν＝μ／ρ）として、τｗ´＝（０．０２２５・ρｖｇａｐ´７／４）・（ν／（δ／２））１／４、及び上記（７）´式に基づいて求められる。
【００７５】
次に、上記（９）式に替えて、下記（９）´式を採用する。
すなわち、隙間平行部１４ｂの壁面で受けるせん断力を求めるために、隙間平行部１４ｂの入口ｙ１から出口ｙ２までのせん断応力τｗ´を積分し、壁面でのせん断力Ｆｓ´を、
Ｆｓ´＝∫τｗ´２πｙｄｙ＝（（０．２１４１・ρ３／４・μ１／４）／（δ２・π３／４））・（４Ｑ／７）７／４・（ｙ２１／４−ｙ１１／４）とする。・・（９）´式
そして、上記（１０）式に替えて、下記（１０）´式を採用し、隙間平行部１４ｂにおける壁面でのせん断応力の平均値τａｖｅ´を、
τａｖｅ´＝Ｆｓ´／（π（ｙ２２−ｙ１２））とする。・・（１０）´式
【００７６】
これにより、上記（１４）式のせん断応力τに、上記（１０）´式で求めたせん断応力の平均値τａｖｅ´を代入することにより、乳化後エマルションＡの分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅ´δ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測することができる。・・（１５）´式
【００７７】
なお、上記（５）式により算出されたレイノルズ数Ｒｅが、２０００＜Ｒｅ＜１００００の場合には、隙間平行部１４ｂの流れは遷移域にあるとして、上記（６）式や（６）´式に替えて、下記（６）´´式を採用することも可能である。
すなわち、隙間入口部１４ａの上流側（０≦ｙ＜ｙ０）の圧力Ｐ０と隙間平行部１４ｂの出口の圧力Ｐ２との圧力差ΔＰ´´を、
ΔＰ´´＝Ｐ０−Ｐ２
＝（ζρ／２）・（Ｑ／（２πｙ１δ））２＋（（５・ρ２／５・μ３／５）／δ３）・（Ｑ／（２π））７／５・（（１／ｙ１２／５）−（１／ｙ２２／５））＋（ρ／２）・（Ｑ／（２πｙ２δ））２とすることもできる（ここで、ζは、隙間平行部１４ｂへ流入する際の入口損失係数である）。・・（６）´´式
この（６）´´式に基づいて有効間隔δを算出し、レイノルズＲｅが層流状態或いは乱流状態の何れに近いかを参考にすることにより、層流の場合の（７）式から（１５）式を用いるか若しくは乱流の場合の（７）´式から（１５）´式を用いるかを決定したり、又は、層流の場合の式と乱流の場合の式との両方の式群を用い、それら両式群に重みをつけた状態で、乳化後エマルションＡの分散相の液滴径を液滴径ｄｔｈｅとして予測することもできる。
【００７８】
また、上記（５）式により算出されたレイノルズ数Ｒｅに基づいて層流か乱流か等を判断するに際して示した数値は例示であり、ある程度変更することが可能である。例えば、層流であると判断する際には、レイノルズ数Ｒｅを２０００〜２５００を上限とするように設定することもでき、同様に、乱流であると判断する際には、当該層流の上限よりも大きなレイノルズ数Ｒｅを下限とするように設定することもできる。なお、この場合には、上記レイノルズ数Ｒｅが遷移域を示す場合には、乱流状態であると判断して、上記液滴径予測方法を実行することも可能である。
【００７９】
（５）上記実施形態では、隙間平行部１４ｂにおける壁面でのせん断応力の平均値τａｖｅとして、上記（１０）式や（１０）´式に示す隙間平行部１４ｂの長さＬに亘る周方向の全面にかかるせん断力Ｆｓから求めたせん断応力の平均値τａｖｅを採用したが、特にこの構成に限定されるものではなく、例えば、下記（i）〜（vii）の平均値τａｖｅを採用することも可能である。なお、（i）〜（vii）のうち、（vi）以外は層流でも乱流でも採用可能であり、（vi）は層流で採用可能である。
まず、隙間平行部１４ｂの流れが層流の場合と乱流の場合のそれぞれについて、隙間平行部１４ｂの入口（第１距離ｙ１）と出口（第２距離ｙ２）とにおけるそれぞれのせん断応力τｉｎ、τｏｕｔを求める。
層流の場合には、上記（８）式により、
τｉｎ＝３μＱ／（πｙ１δ２）
τｏｕｔ＝３μＱ／（πｙ２δ２）となる。
乱流の場合には、上記（８）´式により、
τｉｎ´＝（（０．０２２５・２１／４・ρ３／４・μ１／４）／δ２）・（４Ｑ／（７πｙ１））７／４
τｏｕｔ´＝（（０．０２２５・２１／４・ρ３／４・μ１／４）／δ２）・（４Ｑ／（７πｙ２））７／４となる。
【００８０】
（i）上記平均値τａｖｅとして、隙間平行部１４ｂの入口と出口とのせん断応力の重み付け平均を用いる場合には、
τａｖｅ＝（Ｃｉｎ・τｉｎ＋Ｃｏｕｔ・τｏｕｔ）／（Ｃｉｎ＋Ｃｏｕｔ）を採用することができる。入口のせん断応力τｉｎは最大のせん断応力となるので、Ｃｉｎ＞Ｃｏｕｔ＞０とする方がよい予測となると考えられる。なお、乱流の場合には、τｉｎ及びτｏｕｔに替えて、τｉｎ´及びτｏｕｔ´を代入する。
【００８１】
（ii）上記平均値τａｖｅとして、隙間平行部１４ｂの入口と出口とのせん断応力の相加平均を用いる場合には、
τａｖｅ＝（τｉｎ＋τｏｕｔ）／２を採用することができる。なお、乱流の場合には、τｉｎ及びτｏｕｔに替えて、τｉｎ´及びτｏｕｔ´を代入する。
【００８２】
（iii）上記平均値τａｖｅとして、隙間平行部１４ｂの入口と出口とのせん断応力の相乗平均を用いる場合には、
τａｖｅ＝（τｉｎ・τｏｕｔ）１／２を採用することができる。なお、乱流の場合には、τｉｎ及びτｏｕｔに替えて、τｉｎ´及びτｏｕｔ´を代入する。
【００８３】
（iv）上記平均値τａｖｅとして、隙間平行部１４ｂの入口と出口とのせん断応力の二乗平均平方根値（Ｒｏｏｔ ｍｅａｎ ｓｑｕａｒｅ ｖａｌｕｅ）を用いる場合には、
τａｖｅ＝（（τｉｎ２＋τｏｕｔ２）／２）１／２を採用することができる。なお、乱流の場合には、τｉｎ及びτｏｕｔに替えて、τｉｎ´及びτｏｕｔ´を代入する。
【００８４】
（v）上記平均値τａｖｅとして、隙間平行部１４ｂの入口と出口とのせん断応力の調和平均を用いる場合には、
τａｖｅ＝２／（（１／τｉｎ）＋（１／τｏｕｔ））
＝（２τｉｎ・τｏｕｔ）／（τｉｎ＋τｏｕｔ）を採用することができる。なお、乱流の場合には、τｉｎ及びτｏｕｔに替えて、τｉｎ´及びτｏｕｔ´を代入する。
【００８５】
（vi）上記平均値τａｖｅとして、壁面せん断応力ではなく、隙間平行部１４ｂにおけるせん断応力分布を直接積分して得られる平均せん断応力を用いる場合には、以下（vi−１）、（vi−２）の平均せん断応力を用いることができる。
この場合、まず、隙間平行部１４ｂのせん断応力分布は、
τ＝−μ（∂ｖｇａｐ／∂ｘ）＝（６μＱ／（πｙδ３））ｘとなる。ここで、隙間平行部１４ｂの流速分布は放物線速度分布であり、隙間平行部１４ｂの流れ方向（Ｙ軸）について対称であるため、せん断応力τを隙間平行部１４ｂの幅方向（Ｘ軸方向）で０から（δ／２）まで積分し、さらに（δ／２）で割ることにより、当該せん断応力τを幅方向で平均化する。この幅方向平均のせん断応力τｈは、
τｈ＝∫τｄｘ／（δ／２）＝３μＱ／（２πｙδ２）となる。
（vi−１）
この幅方向平均のせん断応力τｈからせん断力Ｆｓを求めて、平均せん断応力τａｖｅを求める。
この幅方向平均のせん断応力τｈを、隙間平行部１４ｂの入口ｙ１から出口ｙ２まで積分し、せん断力Ｆｓを、
Ｆｓ＝∫τｈ２πｙｄｙ＝（３μＱ／δ２）・（ｙ２−ｙ１）とすると、
平均せん断応力である平均値τａｖｅは、
τａｖｅ＝Ｆｓ／（π（ｙ２２−ｙ１２））＝３μＱ／（πδ２（ｙ１＋ｙ２））となり、この平均値τａｖｅを採用することができる。
（vi−２）
上記幅方向平均のせん断応力τｈから平均のせん断応力τｉｎ、τｏｕｔを求めて、上記（i）〜（v）のそれぞれの方法で平均せん断応力τａｖｅを求めたものを採用することもできる。
すなわち、τｉｎ＝３μＱ／（２πｙ１δ２）、τｏｕｔ＝３μＱ／（２πｙ２δ２）の２式から、平均のせん断応力τｉｎ、τｏｕｔを求め、それを（i）〜（v）のそれぞれの方法へ適用することもできる。
【００８６】
（vii）上記平均値τａｖｅとして、壁面でのせん断応力を用いるが、上記実施形態における（９）式及び（１０）式、或いは（９）´式及び（１０）´式とは積分方法を変えて得られた壁面での平均せん断応力を採用することもできる。この壁面での平均せん断応力は、隙間平行部１４ｂでの放射状の流れを平面流れに変換して求められるものである。
隙間平行部１４ｂでの流れが層流の場合には、上記（８）式により、
τｗ＝３μＱ／（πｙδ２）とし、
せん断応力τｗを隙間平行部１４ｂの入口ｙ１から出口ｙ２まで積分して、さらに（ｙ２−ｙ１）で割ることにより得られる壁面での平均せん断応力τａｖｅ、
τａｖｅ＝∫τｗｄｙ／（ｙ２−ｙ１）＝（３μＱ／（πδ２（ｙ２−ｙ１）））・ｌｎ（ｙ２／ｙ１）を採用することができる。
一方で、隙間平行部１４ｂでの流れが乱流の場合には、上記（８）´式により、
τｗ´＝（（０．０２２５・２１／４・ρ３／４・μ１／４）／δ２）・（４Ｑ／（７πｙ））７／４とし、動粘度ν（ν＝μ／ρ）として、せん断応力τｗ´を隙間平行部１４ｂの入口ｙ１から出口ｙ２まで積分して、さらに（ｙ２−ｙ１）で割ることにより得られる壁面での平均せん断応力τａｖｅ、
τａｖｅ＝∫τｗｄｙ／（ｙ２−ｙ１）＝（（０．０２６７６・ρ３／４・μ１／４）／（δ２・π７／４））・（４Ｑ／７）７／４・（（４（ｙ１−３／４−ｙ２−３／４））／（３（ｙ２−ｙ１）））
【００８７】
（６）上記実施形態では、乳化分散装置１においては均質バルブ機構４のみを設けて、乳化前エマルションＢを微細化及び均質化する乳化処理を行ったが、均質バルブ機構４を設置する数は特に制限されるものではない。例えば、均質バルブ機構を２つ直列に配置し、第１の均質バルブ機構により乳化処理されたエマルションを、さらに第２の均質バルブ機構に導入する構成として、２回にわたって乳化処理を行うように構成することもできる。
この場合には、本願に係る液滴径予測方法において、第１の均質バルブ機構により乳化されたエマルションにおける分散相の液滴径、及び第２の均質バルブ機構により乳化されたエマルションにおける分散相の液滴径を予測することが可能である。すなわち、第１の均質バルブ機構による乳化処理前後で液滴径予測方法を用い、続いて、予測された分散相の液滴径等の情報を用い、第２の均質バルブ機構による乳化処理前後で液滴径予測方法を用いて、第１及び第２の均質バルブ機構を通過した後のエマルションにおける分散相の液滴径を予測することが可能である。
【産業上の利用可能性】
【００８８】
本発明は、均質バルブ機構において乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、バルブシートやディスクバルブの形状、乳化前エマルションの特性の影響を加味して、より正確で現実に沿う状態で予測可能な液滴径予測方法及び液滴径予測シミュレータとして有用に利用可能である。
【符号の説明】
【００８９】
１ 乳化分散装置
４ 均質バルブ機構
６ 制御部
９ バルブシート
９ｂ 乳化処理路形成面（バルブシート側の対向壁面）
９ｂ１ 隙間平行面
９ｂ２ 傾斜面
１０ ディスクバルブ
１０ａ 乳化処理路形成面（ディスクバルブ側の対向壁面）
１４ 乳化処理路
１４ａ 隙間入口部
１４ｂ 隙間平行部
５０ 液滴径予測シミュレータ（制御部）
ｙ１ 第１距離の位置
ｙ２ 第２距離の位置
Ｘ ディスクバルブの中心軸（軸方向）
Ｙ 径方向
Ｂ 乳化前エマルション
Ａ 乳化後エマルション
ｄｂｅｆｏｒｅ 乳化前エマルション中の分散相の液滴径
ｄｔｈｅ 乳化後エマルション中の分散相の液滴径
τａｖｅ 壁面せん断応力の平均値
δ 有効間隔
γ 界面張力
ｋ 定数
ｍ 定数
μ 粘度
Ｑ 流量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディスクバルブと、前記ディスクバルブに対向して設けられるバルブシートとを備えて構成されるとともに、前記ディスクバルブと前記バルブシートとの対向壁面間に径方向に放射状に延びる乳化処理路が形成され、前記乳化処理路には前記対向壁面同士が平行な隙間平行部が前記ディスクバルブの中心軸に対して径方向に第１距離の位置から第２距離の位置にまで形成される均質バルブ機構において、前記均質バルブ機構の前記乳化処理路に、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを通過させ、乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を予測する液滴径予測方法であって、
前記隙間平行部を形成する前記対向壁面におけるせん断応力の代表値である壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、前記乳化処理路通過時の圧力損失から算出される前記隙間平行部における前記対向壁面間の有効間隔δ、前記乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、前記乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅに基づいて、前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する液滴径予測方法。
【請求項２】
前記隙間平行部における流れが層流である場合には、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅが、前記隙間平行部における流れを二次元軸対称のポアズイユ流れとするときの流速分布により算出される壁面せん断応力の平均値であり、前記隙間平行部における流れが乱流である場合には、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅが、前記隙間平行部における流れを円管内の乱流速度分布の１／７乗則に従うとするときの流速分布により算出される壁面せん断応力の平均値である請求項１に記載の液滴径予測方法。
【請求項３】
前記隙間平行部における流れが層流である場合には、前記隙間平行部が形成される前記第１距離を第１距離ｙ１、前記第２距離を第２距離ｙ２とするとともに、前記乳化前エマルションの粘度を粘度μ、前記乳化処理路を通流する前記乳化前エマルションの流量を流量Ｑとし、
前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅを、τａｖｅ＝６μＱ／（πδ２（ｙ１＋ｙ２））として、
前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋπγδ・(ｙ１＋ｙ２)／（６μＱ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する請求項２に記載の液滴径予測方法。
【請求項４】
前記乳化処理路における前記バルブシート側の前記対向壁面が、前記隙間平行部の上流側において、前記径方向に対して前記ディスクバルブ側とは反対側に傾斜する傾斜面を備える請求項１から３の何れか一項に記載の液滴径予測方法。
【請求項５】
ディスクバルブと、前記ディスクバルブに対向して設けられるバルブシートとを備えて構成されるとともに、前記ディスクバルブと前記バルブシートとの対向壁面間に径方向に放射状に延びる乳化処理路が形成され、前記乳化処理路には前記対向壁面同士が平行な隙間平行部が前記ディスクバルブの中心軸に対して径方向に第１距離の位置から第２距離の位置にまで形成される均質バルブ機構において、前記均質バルブ機構の前記乳化処理路に、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを通過させ、乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を予測する液滴径予測方法を実行する制御部を備えた液滴径予測シミュレータであって、
前記隙間平行部を形成する前記対向壁面におけるせん断応力の代表値である壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、前記乳化処理路通過時の圧力損失から算出される前記隙間平行部における前記対向壁面間の有効間隔δ、前記乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、前記乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅが前記制御部に入力され、
前記制御部が、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、前記有効間隔δ、前記界面張力γ、前記乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅに基づいて、前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測して出力する液滴径予測シミュレータ。
【請求項６】
前記隙間平行部における流れが層流である場合には、前記隙間平行部が形成される前記第１距離を第１距離ｙ１、前記第２距離を第２距離ｙ２とするとともに、前記乳化前エマルションの粘度を粘度μ、前記乳化処理路を通流する前記乳化前エマルションの流量を流量Ｑとし、
前記隙間平行部における流れを二次元軸対称のポアズイユ流れとするときの流速分布により算出される壁面せん断応力の平均値である、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅ＝６μＱ／（πδ２（ｙ１＋ｙ２））が前記制御部に入力され、
前記制御部が、前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋπγδ・(ｙ１＋ｙ２)／（６μＱ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する請求項５に記載の液滴径予測シミュレータ。
【請求項１】
ディスクバルブと、前記ディスクバルブに対向して設けられるバルブシートとを備えて構成されるとともに、前記ディスクバルブと前記バルブシートとの対向壁面間に径方向に放射状に延びる乳化処理路が形成され、前記乳化処理路には前記対向壁面同士が平行な隙間平行部が前記ディスクバルブの中心軸に対して径方向に第１距離の位置から第２距離の位置にまで形成される均質バルブ機構において、前記均質バルブ機構の前記乳化処理路に、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを通過させ、乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を予測する液滴径予測方法であって、
前記隙間平行部を形成する前記対向壁面におけるせん断応力の代表値である壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、前記乳化処理路通過時の圧力損失から算出される前記隙間平行部における前記対向壁面間の有効間隔δ、前記乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、前記乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅに基づいて、前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する液滴径予測方法。
【請求項２】
前記隙間平行部における流れが層流である場合には、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅが、前記隙間平行部における流れを二次元軸対称のポアズイユ流れとするときの流速分布により算出される壁面せん断応力の平均値であり、前記隙間平行部における流れが乱流である場合には、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅが、前記隙間平行部における流れを円管内の乱流速度分布の１／７乗則に従うとするときの流速分布により算出される壁面せん断応力の平均値である請求項１に記載の液滴径予測方法。
【請求項３】
前記隙間平行部における流れが層流である場合には、前記隙間平行部が形成される前記第１距離を第１距離ｙ１、前記第２距離を第２距離ｙ２とするとともに、前記乳化前エマルションの粘度を粘度μ、前記乳化処理路を通流する前記乳化前エマルションの流量を流量Ｑとし、
前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅを、τａｖｅ＝６μＱ／（πδ２（ｙ１＋ｙ２））として、
前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋπγδ・(ｙ１＋ｙ２)／（６μＱ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する請求項２に記載の液滴径予測方法。
【請求項４】
前記乳化処理路における前記バルブシート側の前記対向壁面が、前記隙間平行部の上流側において、前記径方向に対して前記ディスクバルブ側とは反対側に傾斜する傾斜面を備える請求項１から３の何れか一項に記載の液滴径予測方法。
【請求項５】
ディスクバルブと、前記ディスクバルブに対向して設けられるバルブシートとを備えて構成されるとともに、前記ディスクバルブと前記バルブシートとの対向壁面間に径方向に放射状に延びる乳化処理路が形成され、前記乳化処理路には前記対向壁面同士が平行な隙間平行部が前記ディスクバルブの中心軸に対して径方向に第１距離の位置から第２距離の位置にまで形成される均質バルブ機構において、前記均質バルブ機構の前記乳化処理路に、分散相と連続相とを含む乳化前エマルションを通過させ、乳化された乳化後エマルション中の分散相の液滴径を予測する液滴径予測方法を実行する制御部を備えた液滴径予測シミュレータであって、
前記隙間平行部を形成する前記対向壁面におけるせん断応力の代表値である壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、前記乳化処理路通過時の圧力損失から算出される前記隙間平行部における前記対向壁面間の有効間隔δ、前記乳化前エマルション中の分散相と連続相との界面の界面張力γ、前記乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅが前記制御部に入力され、
前記制御部が、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅ、前記有効間隔δ、前記界面張力γ、前記乳化前エマルション中の分散相の液滴径ｄｂｅｆｏｒｅに基づいて、前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋγ／（τａｖｅδ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測して出力する液滴径予測シミュレータ。
【請求項６】
前記隙間平行部における流れが層流である場合には、前記隙間平行部が形成される前記第１距離を第１距離ｙ１、前記第２距離を第２距離ｙ２とするとともに、前記乳化前エマルションの粘度を粘度μ、前記乳化処理路を通流する前記乳化前エマルションの流量を流量Ｑとし、
前記隙間平行部における流れを二次元軸対称のポアズイユ流れとするときの流速分布により算出される壁面せん断応力の平均値である、前記壁面せん断応力の平均値τａｖｅ＝６μＱ／（πδ２（ｙ１＋ｙ２））が前記制御部に入力され、
前記制御部が、前記乳化後エマルション中の分散相の液滴径を、
液滴径ｄｔｈｅ＝（ｋπγδ・(ｙ１＋ｙ２)／（６μＱ））１／ｍ・ｄｂｅｆｏｒｅ（ただし、ｋ,ｍは定数）として予測する請求項５に記載の液滴径予測シミュレータ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−１４３３９２（Ｐ２０１１−１４３３９２Ａ）
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８５０５（Ｐ２０１０−８５０５）
【出願日】平成２２年１月１８日（２０１０．１．１８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者名 社団法人日本機械学会 刊行物名 流体工学部門講演会講演論文集 通計番号：Ｎｏ．０９−８ 発行年月日 平成２１年１１月６日 〔刊行物等〕 発行者名 社団法人日本機械学会 刊行物名 日本機械学会論文集 ２００９年１１月号（第７５巻第７５９号）Ｂ編 発行年月日 平成２１年１１月２５日 〔刊行物等〕 発行者名 日本食品工学会 刊行物名 日本食品工学会誌 第１０巻第４号 発行年月日 平成２１年１２月１５日
【出願人】（０００１２７２３７）株式会社イズミフードマシナリ (53)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月２８日（２０１１．７．２８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年１月１８日（２０１０．１．１８）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り 発行者名 社団法人日本機械学会 刊行物名 流体工学部門講演会講演論文集 通計番号：Ｎｏ．０９−８ 発行年月日 平成２１年１１月６日 〔刊行物等〕 発行者名 社団法人日本機械学会 刊行物名 日本機械学会論文集 ２００９年１１月号（第７５巻第７５９号）Ｂ編 発行年月日 平成２１年１１月２５日 〔刊行物等〕 発行者名 日本食品工学会 刊行物名 日本食品工学会誌 第１０巻第４号 発行年月日 平成２１年１２月１５日
【出願人】（０００１２７２３７）株式会社イズミフードマシナリ (53)
【Ｆターム（参考）】
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