JP2010214220A - Emulsification apparatus - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、被処理材料を剪断し分散させて乳化または懸濁させる乳化装置に関する。特に、被処理材料を回転羽根で攪拌流動させながら回転羽根と処理槽の内壁との間で剪断し分散させて乳化させる構成の乳化装置に関する。 The present invention relates to an emulsifying device that shears and disperses a material to be treated to emulsify or suspend it. In particular, the present invention relates to an emulsifying apparatus having a configuration in which a material to be treated is sheared and dispersed between a rotating blade and an inner wall of a processing tank while being stirred and flowed by the rotating blade.
被処理材料を攪拌する動作をともなう機械を広義に攪拌機という。攪拌機は、目的によって、主に混合機、混練機、振盪機、粉砕機、分散機、乳化機に分類される。乳化機は、乳化を目的とする攪拌機である。乳化機は、食料品、化粧品、医薬品、化学品のような液状の製品を提供する分野で広く利用される。食料品の場合、例えば、大豆(豆乳)、卵(マヨネーズ)、食用油(ドレッシング)、野菜(ソース,タレ)を乳化するために乳化機が用いられている。 A machine having an operation of stirring the material to be treated is called a stirrer in a broad sense. The stirrer is classified mainly into a mixer, a kneader, a shaker, a pulverizer, a disperser, and an emulsifier depending on the purpose. The emulsifier is a stirrer intended for emulsification. Emulsifiers are widely used in the field of providing liquid products such as foods, cosmetics, pharmaceuticals, and chemicals. In the case of foodstuffs, for example, an emulsifier is used to emulsify soybean (soy milk), egg (mayonnaise), edible oil (dressing), and vegetables (sauce, sauce).
乳化は、混ざり合わない液体の一方を微粒化して他方の液体に分散させることをいう。そのため、乳化機は、一般的に原料である被処理材料の粉砕と分散の機能を合わせて有しており、分散機として扱われることがある。厳密には、溶解しない固体微細粒子を液体に分散させることを懸濁というが、本発明においては、固体を微粒化して液体に分散させる装置を含めて乳化装置という。ミキサは、混合機または混練機の一種であるため、乳化装置をホモミキサまたはエマルションミキサということがある。 Emulsification refers to atomizing one of the liquids that do not mix together and dispersing it in the other liquid. Therefore, the emulsifier generally has a function of pulverizing and dispersing the material to be processed which is a raw material, and may be treated as a disperser. Strictly speaking, dispersing fine solid particles that do not dissolve in a liquid is called a suspension, but in the present invention, it is called an emulsifying device including a device for atomizing a solid and dispersing it in a liquid. Since the mixer is a kind of a mixer or a kneader, the emulsifier may be called a homomixer or an emulsion mixer.
攪拌機は、被処理材料を単一工程処理する開放型のバッチ方式と被処理材料を連続攪拌処理する閉鎖型のインライン方式がある。また、例えば、インペラ型攪拌機、ブレード型攪拌機、ディスパ型攪拌機、閉式ロータ型攪拌機、ロータステータ型攪拌機、スタティック型攪拌機、タービン型攪拌機、ディスク型攪拌機、コロイドミル攪拌機、高圧プランジャ型攪拌機(高圧ホモゲナイザ)、ジェットミル攪拌機、高圧ジェット型攪拌機のような種々の攪拌機が知られている。 There are two types of agitators: an open-type batch method in which a material to be processed is processed in a single step and a closed-type in-line method in which the material to be processed is continuously stirred. Also, for example, impeller type stirrer, blade type stirrer, disperser type stirrer, closed rotor type stirrer, rotor stator type stirrer, static type stirrer, turbine type stirrer, disk type stirrer, colloid mill stirrer, high pressure plunger type stirrer (high pressure homogenizer) Various agitators such as a jet mill agitator and a high-pressure jet agitator are known.
代表的攪拌機であるインペラ型攪拌機は、回転軸(シャフト)に回転翼(インペラ)を取り付けてインペラによって被処理材料を攪拌させる構成である。インペラは、被処理材料を攪拌流動させるためのものである。インペラの形状は、例えば、パドル形、プロペラ形、スクリュ形、軸流タービン形、放射タービン形、アンカ形,リボン形、ゲート形がある。 An impeller-type stirrer, which is a typical stirrer, has a configuration in which a rotating blade (impeller) is attached to a rotating shaft (shaft) and a material to be treated is stirred by the impeller. The impeller is for stirring and flowing the material to be treated. Examples of the shape of the impeller include a paddle shape, a propeller shape, a screw shape, an axial flow turbine shape, a radiation turbine shape, an anchor shape, a ribbon shape, and a gate shape.
乳化装置は、被処理材料に主に剪断力を与えて被処理材料を微粒化し分散させて乳化状態にして浮遊沈殿等の分離をさせないようにする機械である。厳密には、乳化機である攪拌機をホモゲナイザ(ホモジナイザ)またはエマルダというが、攪拌機を含んで乳化装置全体をホモゲナイザまたはエマルダと称することがある。乳化装置の微粒化の原理が主に剪断力に依拠するため、乳化装置に設けられる攪拌機は、剪断力を与えることができる方式が選定される。特に、インペラ型攪拌機、ロータステータ型攪拌機、高圧プランジャ型攪拌機、高圧ジェット攪拌機が広く採用されている。 The emulsification apparatus is a machine that mainly applies shearing force to the material to be treated to atomize and disperse the material to be treated, thereby emulsifying the material to prevent separation of suspended precipitates and the like. Strictly speaking, a stirrer that is an emulsifier is referred to as a homogenizer (homogenizer) or an emalda, but the entire emulsifying apparatus including the stirrer may be referred to as a homogenizer or an emulda. Since the principle of atomization of the emulsifying device mainly depends on the shearing force, a system capable of applying the shearing force is selected for the stirrer provided in the emulsifying device. In particular, an impeller type stirrer, a rotor stator type stirrer, a high pressure plunger type stirrer, and a high pressure jet stirrer are widely used.
乳化装置の攪拌機における剪断力による被処理材料の微粒化は、粉砕機の機能を包含する。粉砕機には、粉砕媒体(メディア)との衝突で被処理材料の粉砕を助けるメディアミル方式と粉砕メディアを用いずに被処理材料どうしの衝突のみで被処理材料を粉砕するメディアレス方式がある。メディアレス方式の粉砕機では、被処理材料の中に磨耗で生成される粉砕メディアの微細粒子が混入することがないので、コンタミネーションが非常に少ない。そのため、乳化装置に適用される攪拌機は、メディアレス方式であることが望まれる。また、粉砕機には、被処理材料をそのまま取り扱う乾式と被処理材料を液体に混入させて取り扱う湿式がある。乳化装置は、液体または固体を液体に均一に分散させる装置であるから、乳化装置に適用される攪拌機は、実質的に湿式である。 The atomization of the material to be treated by the shearing force in the stirrer of the emulsifier includes the function of a pulverizer. There are two types of pulverizers: a media mill system that helps pulverize the material to be processed by collision with the pulverization medium (media), and a medialess system that pulverizes the material to be processed only by collision between the materials to be processed without using the pulverization medium. . In a medialess type pulverizer, fine particles of the pulverized media generated by abrasion are not mixed in the material to be treated, so that there is very little contamination. Therefore, it is desirable that the stirrer applied to the emulsification apparatus is a medialess system. In addition, the pulverizer includes a dry type in which the material to be processed is handled as it is and a wet type in which the material to be processed is mixed with a liquid. Since the emulsifying device is a device that uniformly disperses liquid or solid in the liquid, the stirrer applied to the emulsifying device is substantially wet.
ホモゲナイザは、広義には、被処理材料が固体であるときを含めて攪拌部材間または攪拌部材と処理槽の内壁との間のクリアランスに被処理材料を流動させて被処理材料の剪断、衝突、分散を繰り返して被処理材料を微粒化し分散させて乳濁液(エマルション)または懸濁液(サスペンション)を生成する乳化機全般をいう。 The homogenizer broadly means that the material to be treated is caused to flow in the clearance between the stirring members or between the stirring member and the inner wall of the treatment tank, including when the material to be treated is solid, It refers to all emulsifiers that repeatedly disperse and atomize the material to be treated to produce an emulsion (emulsion) or suspension (suspension).
ホモゲナイザとして、シャフト先端のロータを6000rpm/min以上の高い回転数で高速に回転させて被処理材料を下から吸い上げて固定されたステータとの間に形成される僅かなクリアランスに流入させ、クリアランスに生じる剪断力と衝突で被処理材料を微粒化し、上に向けて噴出させることで生じる上昇流で形成される処理液の対流で攪拌するロータステータ型攪拌機がよく知られている。また、被処理材料を上から吸い込んで下に噴出させる構成のリーバスタイプのロータステータ型攪拌機が採用されることがある。ウルトラミキサは、ホモミキサの一種であり、高速回転するタービンロータで強力に吸引した被処理材料を横に噴出させる構成のホモゲナイザを備えた乳化装置である。 As a homogenizer, the rotor at the tip of the shaft is rotated at a high speed of 6000 rpm / min or higher so that the material to be treated is sucked from the bottom and flows into the slight clearance formed between the stator and the clearance. 2. Description of the Related Art A rotor stator type stirrer is well known in which a material to be treated is atomized by the generated shearing force and collision, and stirred by convection of a treatment liquid formed by an upward flow generated by jetting upward. In addition, a Reeves type rotor stator type stirrer configured to suck the material to be treated from above and eject it downward may be employed. The ultramixer is a kind of homomixer, and is an emulsifying device including a homogenizer configured to eject a material to be processed that is strongly sucked by a turbine rotor that rotates at a high speed.
エマルダは、広義には、液体にその液体と混ざり合わない液体を微粒化して均一に分散させて乳濁液を生成する乳化機全般をいう。高速で回転する回転歯を有するロータと縦状またはスプライン状の溝加工が施されて固定歯が形成されたハウジングであるステータとで形成されるクリアランスに被処理材料を流動させて、クリアランスに発生する剪断力と分散力で被処理材料の乳化を行なうロータステータ型のエマルダがよく知られている。 In a broad sense, Emulda generally refers to an emulsifier that produces an emulsion by atomizing a liquid that does not mix with the liquid and uniformly dispersing the liquid. The material to be processed flows through the clearance formed by the rotor that has rotating teeth that rotate at high speed and the stator that is a housing in which vertical or spline-shaped grooves are formed and fixed teeth are formed. 2. Description of the Related Art A rotor stator type emulder that emulsifies a material to be treated with shearing force and dispersion force is well known.
乳化装置に適用される攪拌機は、一長一短があり、被処理材料の種類と生成される乳化製品の目的に適応する方式と型が選択される。インペラ型攪拌機は、他のタイプの攪拌機に比べて構成が相当簡単であるという非常に優れた利点がある。また、インペラをロータステータ型に比べて高速に回転させることがないことによる利点がある。そのため、インペラ型攪拌機を備えた乳化装置は、乳濁液または懸濁液を生成する多くの製造業で幅広く採用されている。 The stirrer applied to the emulsifying apparatus has advantages and disadvantages, and a method and a type that are suitable for the type of material to be treated and the purpose of the emulsified product to be produced are selected. The impeller type stirrer has a very excellent advantage that the configuration is considerably simpler than other types of stirrers. Further, there is an advantage that the impeller is not rotated at a higher speed than the rotor stator type. For this reason, emulsifiers equipped with impeller-type stirrers are widely used in many manufacturing industries that produce emulsions or suspensions.
インペラ型攪拌機を備えた乳化装置は、例えば、特許文献1に示されるように、シャフトに数段に設けられる複数のパドル形インペラまたはアンカ形インペラでなる回転羽根と処理槽の底面を含む内壁面との間に形成されるクリアランスにおいて生じる被処理材料の接触、衝突、拡散による剪断と分散を加えて被処理材料の乳化を行なう構成である。
An emulsifying device equipped with an impeller-type stirrer is, for example, as shown in
インペラ型攪拌機を備えた乳化装置において、処理槽の内壁に等間隔に複数の邪魔板(バッフル)が設けられることがある。バッフルは、上下に対流する処理液の流動を整流し、処理液の循環を向上させて被処理材料の分散を促進する。また、特許文献2に開示されるように、処理槽の内壁に格子状の溝を形成して円筒形の回転羽根との間に発生する乱流によって分散を促進させ所望の乳濁液または懸濁液を生成する時間を短縮できる構成の乳化装置がある。
In an emulsifying apparatus equipped with an impeller-type stirrer, a plurality of baffles (baffles) may be provided at equal intervals on the inner wall of the treatment tank. The baffle rectifies the flow of the processing liquid that convects up and down, improves the circulation of the processing liquid, and promotes the dispersion of the material to be processed. Further, as disclosed in
インペラ型攪拌機を備えた乳化装置の発展型として、複数の型式の攪拌機を並設して、被処理材料の微粒化と処理液の攪拌流動を一層向上させて被処理材料の均一な分散を促進する複合インペラ型攪拌機を備えた乳化装置がある。例えば、インペラ型攪拌機のシャフトの先端側にロータを設けてロータステータ型攪拌機を組み合わせることで、処理槽底から被処理材料を吸い上げて攪拌する構成の乳化装置がある。 As an advanced type of emulsifier equipped with impeller type stirrer, multiple types of stirrer are installed side by side to further improve the atomization of the material to be processed and the stirring flow of the processing liquid to promote uniform dispersion of the material to be processed There is an emulsifying device equipped with a composite impeller type stirrer. For example, there is an emulsification apparatus configured to suck up and stir a material to be processed from the bottom of a processing tank by providing a rotor on the tip end side of a shaft of an impeller type stirrer and combining a rotor stator type stirrer.
インペラ型攪拌機では、インペラと処理槽の内壁とのクリアランスを要求される粒径に合わせて精密に小さくすることに限界がある。また、インペラの回転速度が他の型式の攪拌機における回転体の回転速度に比べて低くされている。そのため、被処理材料の微粒化の作用が比較的小さいので、乳化速度が遅く、乳化製品の生成に比較的時間を要する不利な点がある。特に、被処理材料が固体粉体である場合は、予備的に粉砕機で被処理材料を粉砕して粒径を十分小さく揃えておいたとしても、微細粒子の均質化と均一に分散させる速度が他の型式の攪拌機に比べて不十分であり、乳化製品を生成するために要する時間の短縮と乳化製品の品質の向上が望まれている。 In the impeller-type stirrer, there is a limit to precisely reducing the clearance between the impeller and the inner wall of the treatment tank in accordance with the required particle size. Further, the rotational speed of the impeller is set lower than the rotational speed of the rotating body in other types of stirrers. Therefore, since the effect | action of atomization of a to-be-processed material is comparatively small, an emulsification rate is slow and there exists a disadvantage which requires comparatively time for the production | generation of an emulsified product. In particular, when the material to be treated is a solid powder, even if the material to be treated is preliminarily pulverized by a pulverizer and the particle size is made sufficiently small, the speed at which fine particles are homogenized and uniformly dispersed However, compared with other types of stirrers, there is a demand for shortening the time required to produce an emulsified product and improving the quality of the emulsified product.
被処理材料の微粒化を促進させるためにメディアミル方式を採用することが考えられるが、磨耗で生じる粉砕メディアの微細粒子によるコンタミネーションが増大して、乳化処理後に粉砕メディアの微細粒子を取り除く負担が大きく、あるいは完全に除去できずに乳化製品の品質を低下させる。 Although it is conceivable to adopt the media mill method to promote atomization of the material to be processed, the burden of removing fine particles of the pulverized media after emulsification is increased due to increased contamination by fine particles of the pulverized media caused by wear. The quality of the emulsified product is deteriorated due to the large or incomplete removal.
メディアレス方式で被処理材料の均質な微粒化を実現するためには、インペラを必要以上に高速で回転させるか、あるいは攪拌力が大きい他の型式の攪拌機を並設して、処理液を十分に攪拌流動させなければならないので、構成が極めて簡単であるというインペラ型攪拌機の最大の利益を失うばかりか、高速回転によるインペラの破損のおそれがあり、また、被処理材料が高速で攪拌部材に衝突したときの衝撃で攪拌部材が磨耗して金属粉が処理液に混入することによって致命的なコンタミネーションが発生し、安全な乳化製品が得られないおそれがある。 In order to achieve uniform atomization of the material to be processed by the medialess method, rotate the impeller at an unnecessarily high speed or install another type of stirrer with a large stirring force in parallel, The impeller type stirrer, which is extremely simple in structure, loses the maximum benefit of the impeller, and there is a risk of impeller damage due to high speed rotation. If the agitating member wears due to the impact at the time of collision and the metal powder is mixed into the processing liquid, fatal contamination may occur, and a safe emulsified product may not be obtained.
本発明は、上記課題に鑑みて、簡単な構成と回転羽根の安全な回転速度で要求される品質の製品をより効率よく生成することができる乳化装置を提供することを目的とする。本発明の乳化装置の具体的に有利な点は、実施の形態の説明において詳しく記述される。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide an emulsification apparatus that can more efficiently produce a product having a quality required by a simple configuration and a safe rotational speed of a rotary blade. Specific advantages of the emulsifying device of the present invention will be described in detail in the description of the embodiments.
本発明の乳化装置は、上記課題を解決するために、被処理材料を含有する処理液を収容する処理槽(1)と、処理槽(1)の槽内に挿設される回転可能なシャフト(2)と、シャフト(2)に放散同形で多段に所定角度(θ)をもって下向きに固定された複数の棒翼(71)でなる第1の回転羽根(7)と、第1の回転羽根(7)の上側におけるシャフト(2)に同軸に回転可能に取り付けられ逆テーパの周面(61)を有する回転盤(6)と、回転盤(6)の周面(61)に形成された複数の縦歯(81)でなる第2の回転羽根(8)と、処理槽(1)の内壁(11)に均等の間隔で形成された複数の縦条(91)でなる固定羽根(9)と、を含んでなるようにされる。 In order to solve the above problems, the emulsifying device of the present invention has a treatment tank (1) that contains a treatment liquid containing a material to be treated, and a rotatable shaft that is inserted into the treatment tank (1). (2), a first rotating blade (7) composed of a plurality of rod blades (71) fixed downward in a multistage manner with a predetermined angle (θ) in a dissipative shape on the shaft (2), and a first rotating blade A rotating disk (6) having a reversely tapered peripheral surface (61) attached coaxially to the shaft (2) on the upper side of (7) and a peripheral surface (61) of the rotating disk (6). A second rotary blade (8) composed of a plurality of vertical teeth (81) and a fixed blade (9) composed of a plurality of vertical strips (91) formed at equal intervals on the inner wall (11) of the treatment tank (1) ), And.
本発明の乳化装置は、基本的にインペラ型攪拌機を備えた乳化装置であって構成が相当簡単であるため、故障が少なく維持管理が容易であるとともに製造が比較的容易である。また、攪拌機の回転体の回転速度が可能な限り低くされるので、攪拌機の故障と攪拌部材の損耗が少なく、維持管理が容易で騒音と振動が小さく、致命的なコンタミネーションが発生するおそれがない。 The emulsifying device of the present invention is basically an emulsifying device provided with an impeller-type stirrer and has a considerably simple structure. Therefore, the emulsifying device has few failures, is easy to maintain, and is relatively easy to manufacture. In addition, since the rotation speed of the rotating body of the stirrer is made as low as possible, the stirrer failure and the wear of the stirring member are reduced, maintenance is easy, noise and vibration are small, and there is no possibility of causing fatal contamination. .
そして、第1の回転羽根が放散同形で多段に所定角度をもって下向きに固定された複数の棒翼でなるので、処理液を処理槽の内壁に沿って下方向に強く流し込み、下層の処理液を回転軸に沿って強く押し上げて上昇流を生み出す。そのため、十分に上下の対流が作り出される。加えて、シャフトと同軸に回転する回転盤の逆テーパの周面に形成された複数の縦歯でなる第2の回転羽根が第1の回転羽根によって上昇されてくる処理液の飛散を防止するとともに処理槽の内壁に沿うように下方向に巻き流れる旋回流を生み出すので、一層対流による攪拌流動が助長され、均一な分散が促進される。その結果、被処理材料がより短時間で均一に分散される。 And since the first rotating blade is composed of a plurality of rod blades fixed in a divergent shape with multiple angles fixed downward at a predetermined angle, the processing liquid is strongly poured downward along the inner wall of the processing tank, and the lower layer processing liquid is supplied. Push up strongly along the axis of rotation to create an upward flow. Therefore, sufficient vertical convection is created. In addition, the second rotary blade formed of a plurality of vertical teeth formed on the peripheral surface of the reverse taper of the rotating disk rotating coaxially with the shaft prevents the processing liquid scattered by the first rotary blade from being scattered. At the same time, a swirling flow that flows downward along the inner wall of the treatment tank is generated, so that stirring flow by convection is further promoted and uniform dispersion is promoted. As a result, the material to be processed is uniformly dispersed in a shorter time.
また、第1の回転羽根が放散同形に配設された多数の棒翼で構成されるとともに処理槽の内壁に固定羽根が形成されているため、第1の回転羽根と固定羽根との間でシャフトの中心軸と平行な軸廻りに強力な横渦が多数発生する。第1の回転羽根の翼端に発生する横渦によって被処理材料の接触、衝突、拡散がより効果的に行なわれ、第1の回転羽根と固定羽根との間で十分な剪断力と分散力が得られて短時間で効率よく被処理材料が均質に細粒化され均一に分散される。その結果、乳化処理時間が十分に短縮され、乳化製品の品質が向上する。 In addition, since the first rotary blade is composed of a large number of rod blades arranged in a diffused shape, and the fixed blade is formed on the inner wall of the treatment tank, the first rotary blade is between the first rotary blade and the fixed blade. Many powerful transverse vortices are generated around an axis parallel to the central axis of the shaft. The contact, collision, and diffusion of the material to be processed are more effectively performed by the horizontal vortex generated at the blade tip of the first rotary blade, and sufficient shearing force and dispersion force are generated between the first rotary blade and the fixed blade. Is obtained, and the material to be processed is uniformly finely divided and uniformly dispersed in a short time. As a result, the emulsification treatment time is sufficiently shortened and the quality of the emulsified product is improved.
図1に、本発明の乳化装置の全体構成が示される。図2に、シャフト、ボス、回転盤で構成される回転部位が示される。特に、図2は、ボスに設けられる第1の回転羽根と回転盤の周面に形成される第2の回転羽根の構造を示す。図3に、処理槽の内側が示される。特に、図3は、処理槽の内壁に形成される固定羽根の構造を示す。図4は、乳化装置を側面および下面から見た断面図であり、処理液の流動状態を示す。以下、図1ないし図4を用いて、本発明の乳化装置の具体的な実施の形態を説明する。 FIG. 1 shows the overall configuration of the emulsification apparatus of the present invention. FIG. 2 shows a rotating part composed of a shaft, a boss, and a rotating disk. In particular, FIG. 2 shows the structure of a first rotating blade provided on the boss and a second rotating blade formed on the peripheral surface of the rotating disk. FIG. 3 shows the inside of the treatment tank. In particular, FIG. 3 shows the structure of a fixed blade formed on the inner wall of the treatment tank. FIG. 4 is a cross-sectional view of the emulsifying device as viewed from the side and the bottom, and shows the flow state of the treatment liquid. Hereinafter, specific embodiments of the emulsification apparatus of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 to 4.
乳化装置は、原料である被処理材料を含有する処理液を収容し被処理材料を乳化処理する処理槽1と、処理槽1の槽内に挿設される回転可能な回転軸部材であるシャフト2と、シャフト2を回転駆動する駆動装置であるモータ3と、モータ3の駆動力をシャフト2に伝達する伝達部材であるVベルト4と、シャフト2に取り付けられる補強部材であるボス5と、シャフト2に同軸に回転可能に設けられ逆テーパの周面61を有する回転盤6と、を有する。
The emulsification apparatus includes a
第1の回転羽根7は、シャフト2に設けられる。実施の形態の乳化装置における第1の回転羽根7は、シャフト2に取り付けられたボス5に設けられる。第1の回転羽根7は、ボス5に放散同形で多段に所定角度をもって下向きに固定された複数の棒翼71でなる。第2の回転羽根8は、第1の回転羽根8の上側に設けられる。第2の回転羽根8は、回転盤6の逆テーパの周面61に形成された複数の縦歯81でなる。固定羽根9は、処理槽1の内壁11に均等の間隔で形成された複数の縦条91でなる。
The
処理槽1は、具体的にステンレス製の円筒容器である。実施の形態の乳化装置は、例えば豆乳を生成することができる。豆乳を生成するときに処理槽1に収容される被処理材料は、大豆粉である。原料である大豆は、予備工程においてミル(製粉機、粉砕機)によって予め所要の粒径の大豆粉に製粉されている。豆乳を生成するときに被処理材料である大豆粉を混入する処理液は、水である。処理槽1に収容される水に含まれる大豆粉が均質に微粒化され、水に均一に分散されて豆乳が生成される。したがって、実施の形態の乳化装置に設けられる攪拌機は、湿式メディアレス粉砕機の機能を含む。
The
シャフト2は、その中心軸21廻りに回転可能な円筒回転軸部材である。シャフト2は、処理槽1の上蓋12を貫通して処理槽1の槽内に挿設される。キャビテーションにより気泡(キャビティ)が発生することを低減するために、処理槽1の槽内を真空にすることが要求される場合がある。処理槽1の槽内を真空にするときは、シャフト2と上蓋12との間にシャフト2の回転の障害にならないメカニカルシールを設けることができる。真空乳化装置における処理槽1の槽内の真空引きについては、公知の方式を選択的に採用するものとして、詳細な説明を省略する。
The
モータ3は、シャフト2を回転駆動する回転型電動機である。実施の形態の乳化装置におけるモータ3は、インダクションモータ(三相交流誘導電動機)であり、トルク変動が比較的大きい乳化処理に適している。回転速度を制御するためにインバータ制御を行なうようにすることができる。モータ3は、例えば、シャフト2をダイレクトドライブ(直結駆動)で回転させるときに適するある程度の高速回転が可能なブラシレス直流モータ(無整流子直流電動機)のような別のタイプの電動機に置き換えることができる。
The
モータ3は、駆動軸に設けられたプーリとシャフト2に設けられたプーリとを接続する無端のVベルト4を介してシャフト2を回転させる。モータ3は、3000rpm/min〜5000rpm/min程度の回転数で駆動され、例えば、第1の回転羽根7の翼長が300mmであるときで第1の回転羽根7の翼端における周速が30m/sec〜50m/sec程度になる乳化処理に要求される十分な所要の回転速度ωが得られる。所要の回転数域または回転速度範囲は、インペラ型攪拌機では比較的高速の範囲ではある。しかし、6000rpm/min〜10000rpm/min以上で回転体を回転させる他の型式の攪拌機における回転体の回転数に比べてインペラの損傷が生じない安全な低い回転数である。
The
ボス5は、処理槽1の槽内に突出して挿設されるシャフト2の先端に取付固定される。ボス5は、処理槽1の槽内に収容される。ボス5に第1の回転羽根7と回転盤6が取り付けられる。ボス5は、第1の回転羽根7における必要なサイズと数の複数の棒翼71を放散同形に固定することができる十分な大きさを有する。ボス5は、第1の回転羽根7を取り付けて支持できる補強部材として設けられるので、ボス5を含んでシャフト2とみなすことができる。
The
回転盤6は、シャフト2の中心軸21と同軸に回転可能にシャフト2に取り付けられる。実施の形態の乳化装置における回転盤6は、図2に示されるように、盤面の中心にボス5の外径とほぼ同じ大きさの内径を有する貫通孔が設けられ、貫通孔にボス5を挿嵌してボス5に一体的に取付固定されている。回転盤6は、第1の回転羽根7よりも上側に配設される。回転盤6は、全体的に上面よりも下面の面積が小さい逆テーパ形状に形成されている。回転盤6の逆テーパの周面61に、複数の縦歯81が形成される。
The
第1の回転羽根7は、シャフト2に取り付けられるボス5に固定される複数の棒翼71でなる。図2に具体的に示されるように、棒翼71は、四角薄板態様のパドル形状に類似する形状であるが、パドル形状に比べて翼厚が肉厚で翼幅が狭く実質的に角棒態様の放射型フィン形状に相当する形状を示す。放射型フィン形状は、シャフト2が所要の回転速度(回転数)ωで回転して棒翼71の翼端が所定の周速に達するときに、第1の回転羽根7と固定羽根9との間に形成されるクリアランスにおける棒翼71の翼端に第1の回転羽根7の回転軸であるシャフト2の中心軸21に平行な軸廻りに強い横渦10を招起する形状である。
The
インペラの翼端で発生するチップボルテックスキャビテーション(翼端渦キャビテーション)は、翼形によってキャビテーションを発生させる周速とキャビテーションが発生する状況が異なる。実施の形態の乳化装置では、第1の回転羽根7が放射型フィン形状の棒翼71形状であるとともに固定羽根9が設けられているために比較的低い周速で横渦10が形成されるので、第1の回転羽根7の回転速度が可能な限り低くされている。そのため、横渦10が次々と連続して形成されるが、横渦10の中心の圧力は、キャビテーションが発生する直前の状態に抑えられて大量の気泡が形成されるまでに至らず、気泡の発生が低減されている。
Tip vortex cavitation generated at the impeller blade tip (blade tip vortex cavitation) differs depending on the airfoil and the situation where cavitation occurs. In the emulsifying device of the embodiment, the first
放射型フィン形状の棒翼71の翼端で次々に発生する横渦10は、時に複数発生して捩れたリボン状の縦渦に発達して強い力で被処理材料の接触、衝突、拡散させる。そのため、横渦10を生成しやすい放散同形に設けられた放射型フィン形状の棒翼71でなる第1の回転羽根7は、従来の攪拌機に比べてインペラを低い回転速度で回転させ十分な剪断力と分散力を得ることができ、被処理材料を短時間でより効率よく均質に細粒化し、効果的に均一に分散させる。
The
複数の棒翼71は、ボス5に放散同形に配設される。放散同形に配設されるということは、水平面上で隣接する棒翼71どうしが同一間隔で3方向以上に向かって放射状に広がるように取り付けられるということである。実施の形態の乳化装置における第1の回転羽根7では、隣接する棒翼71どうしのなす角度が60度であるように棒翼71が放散同形に設けられている。棒翼71が放散同形に設けられることによって第1の回転羽根7が所要の回転速度ωで回転するときのバランスが維持される。また、放散同形に配設される複数の棒翼71の翼端に微粒化と均一な分散を助ける横渦10が効果的に発生し、乳化処理時間が短縮され、乳化製品の品質が向上する。
The plurality of
複数の棒翼71は、上下方向に平行に多段に配設される。実施の形態における第1の回転羽根7では、棒翼71が上下方向に平行に3段に設けられ、各段の棒翼71における上下間の距離は、約10mmである。棒翼71が多段に設けられることによって第1の回転羽根7が所要の回転速度ωで回転するときに被処理材料を十分に拡散させるとともに棒翼71の間で流速差を生み出して棒翼71の翼端で処理槽1の高さ方向に満遍なく横渦10を発生させやすくする。そして、多数発生する横渦10によって乳化処理時間が短縮され、乳化製品の品質が向上する。
The plurality of
複数の棒翼71は、図4に示されるように、所定角度θをもって下向きに配設される。実施の形態における第1の回転羽根7では、全ての棒翼71が水平を0度として約20度下向きに配設されている。棒翼71が所定角度θをもって下向きに設けられることによって、図4に示されるように、処理液がシャフト2の中心軸21を中心に水平面において処理槽1の内壁11に沿って下降する旋回流20を形成し、処理槽1の底面から中心軸21に沿って処理液を押し上げて上昇流が生じて十分に上下の対流30が作り出される。その結果、第1の回転羽根7が他の型式の攪拌機に比べて十分に遅い所要の回転速度ωで回転することで、処理液が十分に攪拌され被処理材料が効率よく拡散する。
As shown in FIG. 4, the plurality of
第2の回転羽根8は、シャフト2の中心軸21と同軸に回転する回転盤6の逆テーパの周面61に設けられるギア形状の複数の縦歯81でなる。回転盤6は、シャフト2の中心軸21に沿って上昇してくる処理液の流路を塞いで処理槽1の内壁11側に押し出す。所定の回転速度ωで回転する第2の回転羽根8は、逆テーパの周面61と回転する縦歯81の作用で処理槽1の内壁11に沿って下向きの旋回流20を形成する。そのため、第2の回転羽根8は、第1の回転羽根7の作用を助けて一層攪拌流動を活発にし、均一な分散を促進する。
The
固定羽根9は、処理槽1の内壁11に設けられる。固定羽根9は、複数の縦条91でなり、縦条91は、等間隔で処理槽1の内壁11に沿って配設される。縦条91は、少なくとも処理槽1の底面から回転盤6までの高さを有する。固定羽根9は、旋回流20を部分的に遮ることで隣接する縦条91の間で処理槽1の内壁11と第1の回転羽根7とで形成されるクリアランスにおける第1の回転羽根7の棒翼71の翼端における横渦10の発生を促し発達させる。したがって、固定羽根9は、第1の回転羽根7との間に形成されるクリアランスにおいて一層強い攪拌力を付与して被処理材料の接触、衝突、拡散を活発に行なわせ、より効率よく被処理材料の細粒化を行なわせて分散させる。
The fixed
実施の形態の乳化装置でφ0.1mm程度に挽かれて製粉された2000gの大豆粉を混入させた30リットルの処理液を処理槽1に封入してシャフト2を3000rpm/minで回転させて攪拌させた結果、約1分で許容される高品質の豆乳が生成された。現在一般的に利用されているホモミキサでは、同等の豆乳をほぼ同じ時間で生成するために最低6000rpm/min以上の高速でインペラまたはロータを回転させることが要求されるが、実施の形態の乳化装置は、比較的低い3000rpm/min〜5000rpm/min程度で十分に短時間に乳化処理できることがわかる。
30 liters of processing liquid mixed with 2000 g of soybean powder ground and milled to about φ0.1 mm by the emulsifying device of the embodiment is sealed in the
このように、実施の形態の乳化装置は、第1の回転羽根7と第2の回転羽根がそれぞれ独特の構造であることによる個々の作用に加えて第1の回転羽根7と第2の回転羽根8と固定羽根9とを設けたことによる相乗効果によって、回転羽根の回転速度が可能な限り低い回転速度であっても効果的に乳化処理することができ、攪拌機の故障と攪拌部材の損耗が少なく、維持管理が一層容易で騒音と振動が低減され、加えて製品の安全性に影響する致命的なコンタミネーションがなく、飛躍的に乳化処理時間を短縮し、品質に優れる乳化製品を生成することができる。
As described above, the emulsifying device according to the embodiment has the first
棒翼の翼端に発生する強い横渦の中心の圧力が蒸気圧以下に低下すると翼端渦キャビテーションが発生する。キャビテーションによって形成される気泡が十分に消滅せずに処理液に多く残留している場合、生成される乳化製品の品質を低下させることがある。また、気泡が潰れて消滅するときに騒音が生じ、気泡が潰れるときの高圧の衝撃でインペラが壊蝕することがある。 Tip vortex cavitation occurs when the pressure at the center of the strong transverse vortex generated at the tip of the rod wing drops below the vapor pressure. When bubbles formed by cavitation do not disappear sufficiently and remain in the treatment liquid, the quality of the resulting emulsified product may be deteriorated. Further, noise may be generated when the bubbles are crushed and disappear, and the impeller may be eroded by a high-pressure impact when the bubbles are crushed.
実施の形態の乳化装置は、第1の回転羽根7と第2の回転羽根8の回転速度を可能な限り低くして横渦10と旋回流20と対流30を形成させるために、効果的に横渦10と旋回流20と対流30を形成させながらキャビテーションによる気泡の発生が抑制されており、乳濁液または懸濁液に気泡が残留しにくくされている。また、第1の回転羽根7が放射型フィン形状の棒翼71で構成され、インペラの翼厚が肉厚で翼幅が狭く丈夫であるためキャビテーションによるインペラの損傷のおそれが殆んどない。したがって、気泡の発生を特別に抑制する手段がなくても依然として有利である。ただし、既述されているように、処理槽1を真空にする真空乳装置とすることで、気泡の発生を一層低減することができる。
The emulsifying device of the embodiment is effective for forming the
以上に説明される実施の形態の乳化装置は、すでにいくつかの例が挙げられているが、本発明の技術思想を逸脱しない範囲で変形と応用が可能である。第1の回転羽根の回転数または回転速度、第1の回転羽根における棒翼の具体的な形状、棒翼が取り付けられる所定角度、あるいは棒翼の上下間の距離に関して、全体として先行する技術に対して本発明における作用効果が十分に得られると認められる範囲で実施の形態の説明において提示されている具体的な形状または数値に限定されない。 Several examples of the emulsifying device of the embodiment described above have already been given, but modifications and applications are possible without departing from the technical idea of the present invention. The prior art as a whole with respect to the rotational speed or rotational speed of the first rotating blade, the specific shape of the rod blade in the first rotating blade, the predetermined angle at which the rod blade is attached, or the distance between the upper and lower sides of the rod blade On the other hand, the present invention is not limited to the specific shapes or numerical values presented in the description of the embodiments as long as the effects of the present invention are sufficiently obtained.
本発明の乳化装置は、食料品、化粧品、医薬品、化学品のような幅広い分野において乳化製品の製造ないしは試験研究で利用される。本発明の乳化装置は、乳化処理時間を短縮させ、乳化製品の品質の向上に役立ち、製品の低廉化を実現し、食料品、化粧品、医薬品、化学品などの分野の発展に寄与する。 The emulsifying device of the present invention is used in the manufacture or test research of emulsified products in a wide range of fields such as foods, cosmetics, pharmaceuticals, and chemicals. The emulsification apparatus of the present invention shortens the emulsification treatment time, helps improve the quality of the emulsified product, realizes a low cost of the product, and contributes to the development of fields such as foods, cosmetics, pharmaceuticals, and chemicals.
1 処理槽
11 内壁
12 上蓋
2 シャフト
21 回転軸
3 モータ
4 Vベルト
5 ボス
6 回転盤
61 周面
7 第1の回転羽根
71 棒翼
8 第2の回転羽根
81 縦歯
9 固定羽根
91 縦条
10 横渦
20 旋回流
30 対流
DESCRIPTION OF
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009060564A JP2010214220A (en) | 2009-03-13 | 2009-03-13 | Emulsification apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
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JP2009060564A JP2010214220A (en) | 2009-03-13 | 2009-03-13 | Emulsification apparatus |
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Country Status (1)
Country | Link |
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Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN101890317A (en) * | 2010-07-12 | 2010-11-24 | 浙江天能电池(江苏)有限公司 | Acid-colloid mixing emulsion machine |
CN102974249A (en) * | 2011-09-05 | 2013-03-20 | 田菱精细化工(昆山)有限公司 | Improved mechanism of high-speed dispersion machine |
CN108927049A (en) * | 2018-07-03 | 2018-12-04 | 芜湖市三山龙城新材料有限公司 | A kind of mixed stirring device of the thermal-insulating type coating of construction |
CN110227371A (en) * | 2019-07-12 | 2019-09-13 | 佛山市顺德区稳诺金属制品有限公司 | A kind of battery powder mixer |
-
2009
- 2009-03-13 JP JP2009060564A patent/JP2010214220A/en active Pending
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