JP6505002B2

JP6505002B2 - 混合装置

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Publication number: JP6505002B2
Application number: JP2015226620A
Authority: JP
Inventors: 秋彦江間; 友介井川; 康輔安藤
Original assignee: Nisshin Engineering Co Ltd
Current assignee: Nisshin Engineering Co Ltd
Priority date: 2015-11-19
Filing date: 2015-11-19
Publication date: 2019-04-24
Anticipated expiration: 2035-11-19
Also published as: US20170144117A1; US10413873B2; JP2017094240A

Description

本発明は、粉体と液体を混合する混合装置に関するものである。

従来、小麦粉等の粉体に水や油等の液体を付着させる混合装置が知られている（例えば、特許文献１）。この混合装置によれば、空気中において粉体と液滴を高い確率で衝突させることにより、液滴を粉体に均一に付着させることができる。

特開２００５−２８８３６７号公報

ところで、上述の混合装置を用いて液滴に粉体を付着させる場合、粉体に付着しなかった液滴が、装置本体内から排気される排気流を通過させるバグフィルタに付着するという問題がある。このため、液滴によってバグフィルタの目が詰まり、バグフィルタを介して排気を行う際のブロワの排気力が低下し、長時間連続的に装置を運転することができなくなることがあった。

本発明の目的は、長時間連続的に粉体と液体を混合することができる混合装置を提供することである。

本発明の混合装置は、粉体と液体を混合する混合装置であって、内部空間を有する装置本体と、一端部を上方に向け、他端部を下方に向けて前記内部空間内に配置され、前記一端部及び前記他端部が開放された筒状部材と、前記装置本体の上方に配置され、前記筒状部材内の空間に前記粉体を分散させる粉体分散部と、前記粉体分散部の近傍に配置され、前記筒状部材内の空間に前記液体を噴霧する液体噴霧部と、前記装置本体の下方に配置され、前記粉体分散部によって分散された前記粉体と前記液体噴霧部によって噴霧された前記液体とから成る混合粉体を回収する回収部と、前記内部空間内において前記筒状部材の周囲に配置されたフィルタと、前記フィルタを介して前記内部空間内の空気を排気する排気口とを備えることを特徴とする。

また、本発明の混合装置は、前記筒状部材の前記他端部が、前記フィルタの下端部から前記回収部までの間に位置することを特徴とする。

また、本発明の混合装置は、前記フィルタが、前記筒状部材の直径Ｄと前記筒状部材との間の距離Ｘとの比Ｘ／Ｄが０．１以上になる位置に配置されていることを特徴とする。

また、本発明の混合装置は、前記筒状部材が、布、金属、樹脂の何れかによって形成されていることを特徴とする。

本発明の混合装置によれば、長時間連続的、安定的かつ均一に粉体と液体を混合することができる。

実施の形態に係る装置の内部構造を正面から視た図である。実施の形態に係る装置の内部構造を側方から視た図である。実施の形態に係る混合粉体を示す概念図である。実施の形態に係る装置の上蓋の内部構造を示す図である。実施の形態に係る装置本体の内部に設けられるバグフィルタの外観を示す斜視図である。実施の形態に係る排気部の構造を装置本体の外側から視た分解図である。実施の形態に係る装置本体に取付けられた排気部の構造を装置本体の外側上方から視た図である。実施の形態に係る装置を正面から視た混合システムの概略図である。実施の形態に係る装置を側方から視た混合システムの概略図である。実施の形態に係る装置を用いた実験の条件を示す図である。実施の形態に係る装置を用いた実験に使用されるステアリン酸マグネシウム粉の粒度分布を示す図である。実施の形態に係る混合粉体を４５０倍で撮影した顕微鏡写真である。実施の形態に係る混合粉体を１０００倍で撮影した顕微鏡写真である。別の実施の形態に係る混合装置の内部構造を正面から視た概略図である。別の実施の形態に係る混合装置の内部構造を上方から視た概略図である。

以下、図面を参照して本発明の実施の形態に係る混合装置について説明する。図１は、混合装置の内部構造を正面から視た図であり、図２は、混合装置の内部構造を側方から視た図である。図１、２に示すように、混合装置２は、上蓋４、導入管６、装置本体８、排気部９、及び回収容器１２を備えている。

上蓋４は、導入管６の上端を塞ぐ蓋であり、上蓋４内には、装置本体８内に粉体を分散供給する粉体分散器４ａ、及び装置本体８内に微粒化された液体を噴霧する液体微粒化ノズル４ｂを備えている。

導入管６は、粉体分散器４ａから供給された粉体、及び液体微粒化ノズル４ｂから噴霧された液体を装置本体８内に導入する円筒状の管である。なお、導入管６の外径はＤ＝３００ｍｍ程度、導入管の長さはＬ_６＝３００ｍｍ程度である。

装置本体８は、四角錐形状の上部胴筒部８ａ、直方筒形状の中部胴筒部８ｂ、逆四角錐形状の下部胴筒部８ｃの三つの胴筒部によって構成されている。上部胴筒部８ａの頂部には、導入管６内の粉体と液体を装置本体８に導入する開口部８ｄが形成され、下部胴筒部８ｃの下端部には、回収容器１２によって回収される混合粉体を排出するための開口部８ｅが形成されている。なお、図３に示す概念図のように、混合粉体Ｃは、液体から形成された液滴Ａの表面に粉体Ｂを付着させて形成されている。

また、装置本体８の内部には、液滴Ａや粉体Ｂおよび混合粉体Ｃが装置本体８の内部空間２０に広がることを防止する筒状部材１４、及び排気流を通過させるバグフィルタ１６が配置されている。筒状部材１４は、導入管６と同程度の口径を有する不織布で構成されており、一端部を上方に向け、他端部を下方に向けて内部空間２０内に配置されている。一端部および他端部は開放され、液滴Ａや粉体Ｂおよび混合粉体Ｃが流通できるようになっている。また、内部空間２０の筒状部材１４を挟んだ位置には、２つのバグフィルタ１６が筒状部材１４との間の距離Ｘが実測１００ｍｍ（Ｘ／Ｄ＝０．３３）となる位置に配置されている。なお、筒状部材１４は、一端部が導入管６に接続され、他端部がバグフィルタ１６の下端部から回収容器１２までの間に位置するように配置されている。バグフィルタ１６は、バグフィルタ１６の下端部と筒状部材１４の他端部との間の距離Ｙが実測５０ｍｍとなる位置に配置されている。なお、筒状部材１４の長さはＬ_１４＝７００ｍｍ程度であるが、これに限定されるものではなく、Ｌ_１４／Ｄ＞１となる長さから選ばれる。

排気部９は、装置本体８の中部胴筒部８ｂの外壁部に設けられている。ここで、排気部９の下部にはアキュムレータ９ａが配置され、上部には、内部空間２０の空気を排気する排気管９ｃが配置されている。また、排気部９の内部には、アキュムレータ９ａから導入されたパルス状の圧縮空気をバグフィルタ１６に供給する空気管９ｂが配置されている。

回収容器１２は、下部胴筒部８ｃの下方に配置され、導入管６内及び筒状部材１４内で混合された混合粉体Ｃを回収する。

図４は、上蓋４の内部構造を示す図である。図４に示すように、上蓋４の略中央には、粉体を一次粒子に分散させる装置である粉体分散器４ａが配置され、粉体分散器４ａの近傍には、液滴を発生させるために粉体分散器４ａを挟んで２本の液体微粒化ノズル４ｂが配置されている。ここで、粉体分散器４ａおよび液体微粒化ノズル４ｂは、粉体と液体とを高い確率で衝突させることができるように、粉体分散器４ａから分散される粉体の分散方向と、液体微粒化ノズル４ｂから噴霧される液体の噴霧主方向とが互いに鋭角をなす角度で配置されている。

粉体分散器４ａの上部には、逆円錐状の粉体供給口２２が形成され、粉体分散器４ａの内部略中央には、粉体供給口２２と導入管６内とを連通する粉体用通路２４が形成されている。また、粉体分散器４ａの内部には、空気を均一な圧力で噴出する空気溜りであるエアーチャンバ２６、エアーチャンバ２６に空気を導入する空気流入口２８、及びエアーチャンバ２６と粉体用通路２４とを連通するスリット３０が形成されている。ここで、スリット３０は、粉体用通路２４の周囲にリング状に形成され、粉体用通路２４およびエアーチャンバ２６に略円周状に連通している。エアーチャンバ２６もまた粉体用通路２４の周囲にリング状に形成され、空気流入口２８から導入された空気をスリット３０の全周に亘り均一な圧力で噴出する。

液体微粒化ノズル４ｂは、給液管５３（図８参照）から導入された液体を通過させる液体用通路３２、及び空気管５５（図８参照）から導入された圧縮空気を液体用通路３２に高速噴射する空気用通路３４を備えた二流体方式のノズルである。なお、液体微粒化ノズル４ｂには、二流体方式に限らず、高圧ポンプを用いた一流体方式のノズル、超音波噴霧方式のノズル等、他の噴霧方式を採用してもよい。常温固体の油脂等を使用する際は、ヒーター等により溶融させてポンプで輸送する。

図５は、バグフィルタ１６の外観を示す斜視図であり、図６は、排気部９の構造を装置本体８の外側から視た分解図である。バグフィルタ１６は、本体部１６ｂに袋状の布１６ａを被せて構成されている。ここで、本体部１６ｂは、図６に示すように、格子状の骨組１６ｃ、内部に断面略矩形状の空間１６ｈを有する筒部１６ｄ、及び装置本体８に固定される固定部１６ｆを備えている。

バグフィルタ１６は、図６に示すように、骨組１６ｃに布１６ａを被せた後、布１６ａで覆われた骨組１６ｃを装置本体８の外壁に形成された開口部８ｆに挿入し、固定部１６ｆを装置本体８の外壁に固定することにより装置本体８に取付けられる。なお、バグフィルタ１６は、四角柱形状に限らず、円筒状等、他の形状を採用してもよい。

図７は、排気部９の構造を装置本体８の外側上方から視た図である。図７に示すように、排気部９の上部には排気管９ｃが配置され、排気部９の内部には、排気部９の下部外壁を貫通して上方に延びる空気管９ｂが配置されている。また、バグフィルタ１６は布１６ａを被せた骨組１６ｃを内部空間２０に挿入して装置本体８に取付けられるため、排気部９の内部の装置本体８外壁側には、バグフィルタ１６の筒部１６ｄの部分が位置している。ここで、装置本体８の内部空間２０の空気は、ブロワ５６（図８参照）を駆動させることにより、布１６ａ、バグフィルタ１６の図示しない布１６ａと骨組１６ｃの間の空間、空間１６ｈ、排気部９の内部空間、及び排気管９ｃを介して外部に排気される。

また、空気管９ｂには、アキュムレータ９ａから所定の時間間隔を開けパルス状の圧縮空気が導入される。ここで、空気管９ｂに導入されたパルス状の圧縮空気は、空気管９ｂに複数形成された孔部９ｆから空間１６ｈに噴出され、空間１６ｈを介して布１６ａと骨組１６ｃの間の空間に送り込まれる。これにより、布１６ａが一時的に膨張し、布１６ａの振動により布１６ａに付着している粉体が落され、布１６ａの通気性が維持される。したがって、バグフィルタ１６の布１６ａ、布１６ａと骨組１６ｃの間の空間、空間１６ｈ、排気部９の内部空間、排気管９ｃを介して外部に排気を行う場合におけるバグフィルタ１６の布６ａの目詰まりを抑制することができ、ブロワ５６による排気力の低下を抑制することができる。

図８は、混合装置２を正面から視た混合システムの概略図であり、図９は、混合装置２を側方から視た混合システムの概略図である。バグフィルタ１６の配置は、筒状部材１４内の流れの偏りを防止するため、筒状部材１４の中心軸に対して軸対称、または、筒状部材１４の中心軸を含む平面に対して対称とすることが好ましい。
（運転例１）
この実施の形態に係る混合装置２を用いて混合粉体を生成する処理について、図８、９に示す混合システムの概略図を参照しながら説明する。なお、ここでは、粉体にステアリン酸マグネシウム粉を使用し、液体に水を使用して図１０に示す条件で実験を行った場合を例に説明する。また、図１１に示すように、実験に使用するステアリン酸マグネシウム粉の中位径Ｄ_５０は、５．９μｍである。

まず、混合システム１の運転が開始された場合、圧縮エア供給部５４、及びブロワ５６がそれぞれ駆動される。圧縮エア供給部５４が駆動されると、空気管５５から液体微粒化ノズル４ｂの空気用通路３４に圧縮空気が導入されると共に、空気管５５から粉体分散器４ａの空気流入口２８に圧縮空気が導入される。

ここで、空気流入口２８に導入された圧縮空気は、エアーチャンバ２６により均一な噴出圧力でスリット３０から噴出され、粉体用通路２４を介して導入管６内に排出される。

また、ブロワ５６が駆動されることにより、装置本体８の内部空間２０の空気が外部に排気される。内部空間２０の空気は、バグフィルタ１６に被せられた布１６ａを通過した後、布１６ａと骨組１６ｃの間の空間、空間１６ｈ、排気部９の内部空間、及び排気管９ｃを介して外部に排気される。なお、図１０に示すように、ブロワ５６は、０．７ｍ^３／ｍｉｎの風量で内部空間２０の空気を排気する。

次に、ステアリン酸マグネシウム粉がフィーダ７０から粉体供給口２２に供給されると、図４に示すように、ステアリン酸マグネシウムの粉体Ｂは、スリット３０から噴出された高速気流により粉体用通路２４に吸引され、導入管６内に分散される。なお、粉体Ｂは、図１０に示すように、１．５ｋｇ／ｈの供給速度でフィーダ７０から供給され、圧縮空気と共に０．１ＭＰａの空気圧で粉体分散器４ａから分散される。

次に、ポンプ５２が駆動されると、給液管５３から液体微粒化ノズル４ｂの液体用通路３２（図４参照）に水が供給される。なお、水は、図１０に示すように、ポンプ５２から３．６ｋｇ／ｈの供給速度で給液管５３に供給される。

液体微粒化ノズル４ｂの液体用通路３２を通過した水は、空気用通路３４から高速噴射される圧縮空気によって微粒化され、図４に示すように、液滴Ａとして導入管６内に噴霧される。なお、液滴Ａは、図１０に示すように、０．６５ＭＰａの圧力で液体微粒化ノズル４ｂから噴霧される。また、液滴Ａの中位径Ｄ_５０は、１０〜３０μｍ程度である。

ここで、フィーダ７０から供給される粉体の供給速度は１．５ｋｇ／ｈであるのに対し、ポンプ５２から供給される水の供給速度は３．６ｋｇ／ｈであるため、粉体の供給速度と水の供給速度の比は、ほぼ１：２である。

液体微粒化ノズル４ｂから導入管６内に噴霧された液滴Ａ、及び粉体分散器４ａから導入管６内に分散された粉体Ｂは、導入管６内または筒状部材１４内において混合し、液滴Ａの表面に粉体Ｂが付着する。なお、ステアリン酸マグネシウム粉は撥水性を有しているため、粉体Ｂは濡れることなく、図３に示すように、液滴Ａの表面に粉体Ｂを付着させて形成された混合粉体Ｃが形成される。次に、図４に示すように、混合粉体Ｃは、自重によって導入管６内及び筒状部材１４内を落下した後、回収容器１２により回収される。

図１２は、４５０倍で撮影した混合粉体Ｃの表面の顕微鏡写真であり、図１３は、１０００倍で撮影した混合粉体Ｃの表面の顕微鏡写真である。顕微鏡写真において、白く写っている部分が混合粉体Ｃであり、黒く写っている部分は下地である。図１０に示す条件で実験を行うことにより、図１２、１３に示すように、液滴Ａの表面に粉体Ｂを均一に付着させた混合粉体Ｃを長時間安定して得ることができる。
（運転例２）
この実施の形態に係る混合装置２を用い、粉体としてタルク、カオリン、マイカ等の混合物を、液体としてサラダ油を使用し、粉体供給速度３ｋｇ／ｈ、液体供給速度４ｋｇ／ｈで、粉体分散圧力０．２ＭＰａ、液体噴霧圧力０．６５ＭＰａで１時間運転を行ったところ、フィルタの圧力損失が０．１ｋＰａ程度にほぼ安定し、液体と粉体の混合物が得られた。
（比較例）
筒状部材１４を取り外し、上記運転例２の条件で運転を行ったところ、運転後５分においてフィルタ圧力損失が急激に上昇しそれ以上の運転ができなかった。

この実施の形態に係る混合装置２によれば、装置本体８の内部空間２０に筒状部材１４を配置することにより、液滴Ａが内部空間２０に広がってバグフィルタ１６に被せられた布１６ａに単独で付着することが防止されるため、ブロワ５６の排気力を維持することができ、長時間連続的に液体Ａの周りに均一に粉体Ｂを付着させることができる。

また、バグフィルタ１６と筒状部材１４との間の距離Ｘが実測１００ｍｍ（図１参照）となり、バグフィルタ１６の下端部と筒状部材１４の他端部との間の距離Ｙが実測５０ｍｍとなる位置にバグフィルタ１６を配置することにより、排気部９の流れによって導入管６および筒状部材１４の空間において偏流を生じることがなく、液滴Ａと粉体Ｂを均一に混合できる。

なお、上述の実施の形態においては、液体に水を使用する場合を例に説明しているが、液体は、水系、油系いずれも利用できる。具体的には、油脂として、サラダ油、コーン油、ごま油、菜種油、椿油、パーム油、カカオバター、パーム油、オリーブ油等の植物性油脂、ラード、バター等の動物性油脂、流動パラフィン、シリコンオイル、鉱物ワックスなどの鉱物性油脂などが挙げられる。

また混合粉体Ｃに何かしらの機能を付与する成分を水に溶解した水溶液でもよく、さらにその他の液体を使用してもよい。例えば、撥油性を有する粉体を油または油脂液体に混合させることにより、油滴に粉体を付着させた混合粉体を生成することができる。

また、粉体は、ステアリン酸マグネシウム粉に限定されるものではなく、馬鈴薯デンプン、コーンスターチ、米粉、小麦粉、二酸化チタン、硫酸バリウム、炭酸カルシウム、酸化アルミニウム、酸化ケイ素、タルク、マイカ、カオリン、ナイロン、ポリエステル、ポリスチレン等が使用できる。中位径Ｄ_５０は、５０μｍ以下が好ましく、より好ましくは２０μｍ以下である。

また、上述の実施の形態においては、図１０に示すように、粉体と水の供給速度の比率をほぼ１：２（１．５ｋｇ／ｈ：３．６ｋｇ／ｈ）とした実験を例に説明しているが、供給速度の比率を変化させても混合粉体を生成することは可能である。例えば、粉体と水の供給速度をほぼ１：１（３．３ｋｇ／ｈ：３．６ｋｇ／ｈ）としてもよい。

また、上述の実施の形態においては、筒状部材１４が通気性を有する布で形成されている場合を例に説明しているが、筒状部材１４は金属や樹脂などの通気性を有しない素材で形成されていてもよい。筒状部材１４に金属や樹脂などの通気性がなく粉体や液体が素材内に侵入しない素材を用いることにより、例えば、多品種の混合粉体を生成する際に、筒状部材１４を洗浄して筒状部材１４に付着した粉体を取り除き、筒状部材１４を再利用することができる。さらに、筒状部材１４が撥液性を有するようにしてもよい。例えば、筒状部材１４自体が撥液性を有する材質の素材で形成されていてもよく、筒状部材１４の表面に撥液性を持たせる表面処理が施されていてもよい。

また、上述の実施の形態においては、液体微粒化ノズル４ｂから噴霧された液滴Ａの中位径Ｄ_５０が１０〜３０μｍの大きさである場合を例に説明しているが、液滴Ａの中位径は必ずしもこの範囲に限定されず、Ｄ_５０が１０〜５０μｍの範囲にあればよい。なお、液体微粒化ノズル４ｂのノズル圧を下げて液滴Ａの中位径Ｄ_５０を５０μｍよりも大きくした場合であっても混合粉体Ｃを生成することが可能である。

また、上述の実施の形態において、バグフィルタ１６は、必ずしも筒状部材１４との間の距離Ｘが実測１００ｍｍの位置に配置されている必要はなく、筒状部材１４の直径Ｄと筒状部材との間の距離Ｘとの比（Ｘ／Ｄ）が０．１以上になる位置に配置されていればよい。

また、上述の実施の形態において、バグフィルタ１６は、バグフィルタ１６の下端部と筒状部材１４の他端部との間の距離Ｙと筒状部材の直径Ｄとの比（Ｙ／Ｄ）が０以上となる位置に位置していればよいが、Ｙ／Ｄが０．１以上になる位置に配置されているのが好ましく、Ｙ／Ｄが０．３以上となる位置に配置されていればより好ましい。
液滴Ａと粉体Ｂは、粒子径と粒子密度は同一ではない。そのため、急激な流れの変化があると液滴Ａと粉体Ｂに作用する慣性力が異なるため、液滴Ａと粉体Ｂは粒子軌跡が大きく異なってしまう。内部空間２０に導入管６と同程度の口径を有する筒状部材１４を配置し、筒状部材１４の直径Ｄとの比を上記条件に設定することにより、ブロワ５６の排気により導入管６および筒状部材１４の空間において偏流を生じることがなく、内部空間２０よりも狭い空間である筒状部材１４内で液滴Ａの表面に粉体Ｂを付着させるため、液滴Ａと粉体Ｂがぶつかる確率が高くなり、効率よく混合粉体Ｃを生成することができる。

また、上述の実施の形態においては、筒状部材１４が円筒形状を有する場合を例に説明しているが、筒状部材１４は必ずしも円筒形状でなくてもよい。

別の実施の形態に係る装置を図１４及び図１５に示す。図１４は別の実施の形態に係る混合装置の内部構造を正面から視た概略図であり、図１５は、別の実施の形態に係る混合装置の内部構造を上方から視た概略図である。この別の実施形態に係る混合装置１００の各構成には、混合装置２の構成と同一の構成に、混合装置２の説明で用いたのと同一の符号を付して説明を省略する。

混合装置１００においては、８本の円筒状のバグフィルタ１６が、筒状部材１４の周辺に筒状部材１４の中心軸と軸対称に、Ｙ／Ｄ＝０．３、Ｘ／Ｄ＝０．２で設置されている。本構成の混合装置１００により、液滴と粉体の均一な混合体を長時間に渡り安定して得ることができる。

上述の実施の形態に係る混合装置２，１００を用いると、粉体と液体を略均一に混合することができることから、混合操作の多い食品などに用いることができる。また化粧品などの精密に混合することが必要な分野においても特に有用である。

２，１００…混合装置、４…上蓋、４ａ…粉体分散器、４ｂ…液体微粒化ノズル、６…導入管、８…装置本体、１２…回収容器、１４…筒状部材、１６…バグフィルタ

Claims

粉体と液体を混合する混合装置であって、
内部空間を有する装置本体と、
一端部を上方に向け、他端部を下方に向けて前記内部空間内に配置され、前記一端部及び前記他端部が開放された筒状部材と、
前記装置本体の上方に配置され、前記筒状部材内の空間に前記粉体を分散させる粉体分散部と、
前記粉体分散部の近傍に配置され、前記筒状部材内の空間に前記液体を噴霧する液体噴霧部と、
前記装置本体の下方に配置され、前記粉体分散部によって分散された前記粉体と前記液体噴霧部によって噴霧された前記液体とから成る混合粉体を回収する回収部と、
前記内部空間内において前記筒状部材の周囲に配置されたフィルタと、
前記フィルタを介して前記内部空間内の空気を排気する排気口と
を備えることを特徴とする混合装置。
前記筒状部材の前記他端部は、前記フィルタの下端部から前記回収部までの間に位置することを特徴とする請求項１記載の混合装置。
前記フィルタは、前記筒状部材の直径Ｄと前記筒状部材との間の距離Ｘとの比Ｘ／Ｄが０．１以上になる位置に配置されていることを特徴とする請求項１または２記載の混合装置。
前記筒状部材は、布、金属、樹脂の何れかによって形成されていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載の混合装置。