JP5126799B2 - スプレードライ分離器 - Google Patents

Description

本発明は、微粒子を含有する溶媒から微粒子を分離して回収するスプレードライ分離器に関する。

微粒子を含有する懸濁溶液から，微粒子を回収する装置としては，例えば溶媒の昇華を利用する凍結乾燥機がある。この凍結乾燥機は微粒子の連続回収が不可能で、生産効率が悪く、生成物を粉状で得ることができないため、これを改善する乾燥方法としてスプレードライ法がある。

このスプレードライ法は、微粒子を含有する溶媒を温風で高速噴霧し瞬時に乾燥させて粉体とし、この粉体を捕集するものである。

特許第３９２４６１９号

上述した従来のスプレードライ法のサイクロン分離器では、このサイクロン分離器と粉体の摩擦によりサイクロン分離器および粉体が帯電し、サイクロン分離器の倒立円錐形状の本体内壁面に粉体が付着するため、遠心力で分離されて回収容器に回収される微粒子の回収率は低下する傾向があり、その回収率は７０％程度に留まっていており、微粒子回収率を向上することが要望されている。

本発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、微粒子の回収率を大幅に改善すると共に、安定した回収率を維持することが可能なスプレードライ分離器を提供することにある。

上記課題を達成するため、請求項１記載のスプレードライ分離器は、倒立切頭円錐形状のサイクロン本体と、該サイクロン本体の大口径の上部において、微粒子を含有する溶媒を高温の乾燥空気とともに高速で接線方向に噴出させ、遠心力により前記サイクロン本体の内壁面に衝突した微粒子を、該サイクロン本体の下端の小口径の排出口に対向して配置した回収容器に回収することにより溶媒から微粒子を分離するスプレードライ分離器において、
前記回収容器の内部に、先端が前記排出口に対向するとともに、底部に向かって拡開する切頭円錐状の微粒子吸着体を配置し、該微粒子吸着体と前記排出口から排出される前記微粒子との摩擦により静電気を発生させ、該微粒子吸着体に前記微粒子を吸着させるようにしたことを要旨とする。

請求項１記載のスプレードライ分離器では、倒立切頭円錐形状のサイクロン本体の上部において、微粒子を含有する溶媒を高温の乾燥空気とともに高速で接線方向に噴出させ、サイクロン本体の内壁面に衝突した微粒子をサイクロン本体から回収容器に送り込み、この微粒子と回収容器内に配置した切頭円錐状の微粒子吸着体との摩擦により静電気を発生させ、該微粒子吸着体に微粒子を吸着させるため、微粒子は微粒子吸着体に吸着されて回収容器内に回収され、微粒子の回収効率を著しく向上することができる。

請求項２記載のスプレードライ分離器は、前記微粒子吸着体と前記排出口から排出される前記微粒子との摩擦により静電気を発生させることにより、前記サイクロン本体の内壁に発生する微粒子吸着電位より高い微粒子吸着電位を発生させ、前記微粒子吸着体に前記微粒子を吸着させるようにしたことを要旨とする。

請求項２記載のスプレードライ分離器では、微粒子吸着体と排出口から排出される微粒子との摩擦により静電気を発生させることにより、サイクロン本体の内壁に発生する微粒子吸着電位より高い微粒子吸着電位を発生させ、微粒子吸着体に微粒子を吸着させるため、微粒子は微粒子吸着体に吸着されて回収容器内に回収され、回収効率を著しく向上することができる。

請求項３記載のスプレードライ分離器は、前記微粒子吸着体が、前記排出口に対向する上端部が小口径の開口部であり、前記回収容器の底に接する下端部が大口径の開口部である切頭円錐体であることを要旨とする。

請求項４記載のスプレードライ分離器は、前記サイクロン本体および回収容器が、硬質ガラスで形成されることを要旨とする。

請求項５記載のスプレードライ分離器は、前記微粒子吸着体が、ステンレスでメッシュ状に形成されることを要旨とする。

本発明によれば、倒立切頭円錐形状のサイクロン本体の上部において、微粒子を含有する溶媒を高温の乾燥空気とともに高速で接線方向に噴出させ、サイクロン本体の内壁面に衝突した微粒子をサイクロン本体から回収容器に送り込み、この微粒子と回収容器内に配置した切頭円錐状の微粒子吸着体との摩擦により静電気を発生させ、該微粒子吸着体に微粒子を吸着させるので、微粒子は微粒子吸着体に吸着されて回収容器内に回収され、微粒子の回収効率を著しく向上することができる。

また、本発明によれば、微粒子吸着体と排出口から排出される微粒子との摩擦により静電気を発生させることにより、サイクロン本体の内壁に発生する微粒子吸着電位より高い微粒子吸着電位を発生させ、微粒子吸着体に微粒子を吸着させるので、微粒子は微粒子吸着体に吸着されて回収容器内に回収され、回収効率を著しく向上することができる。

本発明の一実施形態に係わるスプレードライ分離器の基本的構成を示す斜視図である。 図１に示すスプレードライ分離器の上面図および側面図である。 図１に示すスプレードライ分離器を構成する回収容器の斜視図および側面図である。 図１に示すスプレードライ分離器において高温で高速噴出された粉体の流れを示す説明図である。 図１に示すスプレードライ分離器を使用した分離装置全体の構成を示す説明図である。 他の実施形態を示す図である。

以下、図面を用いて、本発明を実施するための形態(以下、実施形態と称する)を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係わるスプレードライ分離器の基本的構成を示す斜視図である。同図に示すスプレードライ分離器１は、上部が大口径となり、下部が小口径の排出口３ａを構成する倒立切頭円錐形状のサイクロン本体３とこのサイクロン本体３の下部の排出口３ａが連結される回収容器５とを有する。

図１に示すスプレードライ分離器１は、図２に示す上面図および側面図からも分かるように、サイクロン本体３の上端の開口部には接続フェルール７が取り付けられ、またサイクロン本体３の上部の側部の外周部には、この外周部の接線方向からサイクロン本体３の内部に粉体を噴射するための噴射フェルール９が設けられている。サイクロン本体３は、この噴射フェルール９を介して外部から高温で高速噴出されて送り込まれる微粒子を含む溶媒の粉体をサイクロン本体３の円周方向に渦巻くように送り込まれ、微粒子と溶媒を分離するものである。

回収容器５は、図３に単体で斜視図および側面図を示すように、上端の開口部に容器蓋１１が取り付けられ、この容器蓋１１は容器押えバンド１３によって回収容器５の開口部に固定されている。また、容器蓋１１の中央には、開口部１１ａが形成され、この開口部１１ａに対してサイクロン本体３の排出口３ａのある下端部が挿入されるようになっている。なお、サイクロン本体３の下端部が容器蓋１１の開口部１１ａに挿入された場合、この容器蓋１１の開口部１１ａの外周縁部とサイクロン本体３の下端部の外周面との間にはシリコンコーキングが施されるようになっている。

また、回収容器５の内部には、切頭円錐状の全体的にメッシュの形成された微粒子吸着体１５が小口径の上端から大口径の下端に向かって拡開するように設けられている。なお、微粒子吸着体１５は、本実施形態では５０メッシュのステンレスで形成されるが、他には腐食に強い鉄、銅などの金属、またはステンレスやアルミニウム合金等の合金、あるいは冶金、さらにはナイロン、ポリプロピレン等の高分子樹脂、ガラス等を用いることが可能である。また、メッシュのサイズは一般的に２０から２００メッシュ、好ましくは２０から１５０メッシュ、より好ましくは５０から１００メッシュである。

また、この微粒子吸着体１５の上部、開口部１５ａの直径はサイクロン本体３の下端開口径の１／８から２倍、好ましくは１／３から等倍、より好ましくは１／２である。また微粒子吸着体１５下部の直径はサイクロン本体３の下端開口径と同径から４倍程度、好ましくは１から３倍、より好ましくは１．５倍ある。さらに微粒子吸着体１５の高さはサンプル回収容器の１／１０から等倍、
好ましくは３／１０から９／１０、より好ましくは７／１０である。

この微粒子吸着体１５の上端の小口径の開口部１５ａは、サイクロン本体３の排出口３ａに対向するように容器蓋１１の開口部１１ａ近くまで延出し、下端の大口径の開口部１５ｂは、回収容器５の底部に設けられた敷き板１７上に着脱自在に載置されている。なお、この敷き板１７は、円周方向において等角度で外側に向かって突出する位置決め補助部１７ａが３個設けられ、この位置決め補助部１７ａの突出長さにより微粒子吸着体１５を回収容器５の中央の所定位置に固定するようになっている。これにより微粒子吸着体１５は敷き板１７を介して回収容器５に固定されることになる。なお、微粒子吸着体１５と敷き板１７とを一体に構成してもよく、さらには敷き板１７を樹脂等により微粒子吸着体１５に固定してもよい。

また、微粒子吸着体１５の形状は、円錐状に限定されることなく、例えば、四角錐や三角錐等、上側と下側がそれぞれ開口していればよい。

なお、サイクロン本体３および回収容器５の材質は、硬質ガラスであり、静電気除去コーティングが施されていることが好ましいが、導電ガラスなどで構成されてもよい。

次に、以上のように構成されるスプレードライ分離器１の作用について図４を参照して説明する。

図４においては、後述する図５に示す分離装置において微粒子を含有する溶媒を高温で高速噴出し瞬時に乾燥させて生成された粉体が、図４の矢印２００で示すように、噴射フェルール９からサイクロン本体３の中にその接線方向に送り込まれる。このサイクロン本体３の中に送り込まれた微粒子を含む溶媒の粉体は、サイクロン本体３の円周方向に細い矢印線２０２で示すように渦巻きながら流れつつ、微粒子は溶媒から分離して下降し、サイクロン本体３の排出口３ａから回収容器５の中に入り込む。

この回収容器５内に入り込んだ微粒子は、微粒子吸着体１５の上端の開口部１５ａから微粒子吸着体１５の中に流入して、太い矢印実線２０４で示すように微粒子吸着体１５の内壁面に沿って渦巻きながら下降するものと、微粒子吸着体１５の外側を太い矢印点線２０６で示すように外壁面に沿って渦巻きながら下降するものとに分かれ、この内壁面および外壁面と微粒子との摩擦により微粒子に靜電気が発生して帯電し、これにより微粒子は微粒子吸着体１５に吸着され、粉体に含まれる微粒子はほとんどが回収容器５内に回収されることになる。

上述したように、本実施形態のスプレードライ分離器１では、回収容器５の中に微粒子吸着体１５を設置するため、回収容器５の中では微粒子吸着体１５を中心にラグビーボールの模様で落ちる微粒子の風が微粒子吸着体１５の外側と内側を渦巻くように回って微粒子が微粒子吸着体１５の内壁面および外壁面に付着するとともに、その後、風は回収容器５の底にぶつかった後、広がって、回収容器５全体を回り、この段階で微粒子が微粒子吸着体１５の内壁面および外壁面や蓋に付着し、それから風はまた微粒子吸着体１５の周りを回って出て行くという微粒子吸着体１５により形成された流路により、微粒子が帯電され微粒子吸着体１５の内壁面および外壁面に付着する面積が大幅に広がるために微粒子回収効率が従来に比較して例えば１５％以上大幅に向上するものである。

また、微粒子吸着体１５は単に回収容器５内に設置されるだけであり、微粒子はほとんどが微粒子吸着体１５に付着するものであるため、回収容器５から微粒子吸着体１５を取り出すことだけで微粒子を簡単に回収できるとともに、スプレードライ分離器１のメンテナンスも簡単にでき、そのメンテナンス負担も大幅に低減することができる。

図５は、図１に示したスプレードライ分離器１を使用した分離装置全体の構成を示す説明図である。

図５に示す分離装置においては、スプレードライ分離器１の噴射フェルール９に連結管５１の一端が連結され、この連結管５１を介して粉体、すなわち微粒子を含有する溶媒を高温で高速噴出し瞬時に乾燥させて生成された粉体が噴射フェルール９からサイクロン本体３の中に送り込まれる。連結管５１は、その中程に出口温度センサ５３が取り付けられ、スプレードライ分離器１に送り出される粉体の温度を測定するようになっているとともに、連結管５１の他端は、乾燥チャンバ５５に連結されている。

この乾燥チャンバ５５の上方には、ノズル５７の下端が上方から露出し、このノズル５７の下端から微粒子を含有する溶媒が高温で高速噴出され瞬時に乾燥された粉体として乾燥チャンバ５５内に生成され、乾燥チャンバ５５から連結管５１を介してスプレードライ分離器１内に送り込まれるようになっている。

ノズル５７の上端には、溶媒供給管６１と加圧空気供給管８５が連結され、この溶媒供給管６１と加圧空気供給管８５とから溶媒、すなわち微粒子を含有する溶媒と加圧空気がノズル５７の上端にそれぞれ供給されるようになっている。溶媒供給管６１は、送液ポンプ６３を介して別の溶媒供給管６５に連結され、この溶媒供給管６５の先端は、微粒子を含有する溶媒６７の入ったビーカー６６内に挿入されている。従って、送液ポンプ６３を作動することにより、ビーカー６６内の溶媒６７はビーカー６６内から溶媒供給管６５、送液ポンプ６３、溶媒供給管６１を介してノズル５７に供給されるようになっている。

また、ノズル５７の上端に連結された他方の加圧空気供給管８５は、圧力計８３、ニードル弁８１、三方電磁弁７９を介して別の加圧空気供給管７７に連結され、この加圧空気供給管７７は、更に別の加圧空気供給管７１に連結され、この加圧空気供給管７１に加圧空気が供給されるようになっている。また、この加圧空気供給管７１は、電磁弁７３および別の加圧空気供給管７５を介して乾燥チャンバ５５内のノズル５７の下端部分に連結され、乾燥チャンバ５５内のノズル５７の下端部分に加圧空気を供給するようになっている。

更に、ノズル５７の中程には、ノズル冷却機構５９が設けられ、このノズル冷却機構５９を含んでノズル５７を全体的に囲んでいる部分は、連結管８７を介して円筒状の暖気生成部８９に連結されている。この暖気生成部８９は、上部寄りの部分に入口温度センサ９７が取り付けられ、中程にはヒーター９１が設けられている。このヒーター９１の下端付近には、吸気口９３および吸気フィルタ９５を介して暖気が供給されるようになっている。そして、吸気フィルタ９５および吸気口９３を介して暖気生成部８９内に供給される暖気は、ヒーター９１で加熱されてから、連結管８７を介してノズル５７の周囲に供給されるようになっている。そして、ノズル５７は、このように供給される暖気とノズル冷却機構５９とにより温度調整され、これによりノズル５７内を通る溶媒６７と加圧空気の温度を調整する。

また、スプレードライ分離器１の上端の接続フェルール７には、排気管４１の一端が連結され、この排気管４１の他端は、ブロア４３を介して別の排気管４５に連結されている。従って、スプレードライ分離器１において微粒子を取り除かれた溶媒の粉体は、ブロア４３により吸い込まれるように排気管４１、ブロア４３を通って排気管４５から排出されるようになっている。

以上のように構成される分離装置において、ビーカー６６内の微粒子を含む溶媒６７は、送液ポンプ６３で溶媒供給管６５、溶媒供給管６１を介してノズル５７の上端に供給される。また同時に、加圧空気が加圧空気供給管７１、７７、三方電磁弁７９、ニードル弁８１、圧力計８３、加圧空気供給管８５を介してノズル５７の上端に供給される。ノズル５７は、吸気フィルタ９５、吸気口９３、暖気生成部８９からの暖気とノズル冷却機構５９とにより内部を最適な高温に設定された状態でノズル５７の上端に溶媒供給管６１から供給される溶媒６７を加圧空気供給管８５から供給される加圧空気で加圧しながらノズル５７の下端から高速噴出しつつ瞬時に乾燥させて粉体として生成し、この粉体を乾燥チャンバ５５から連結管５１を介してスプレードライ分離器１の噴射フェルール９からサイクロン本体３の中にその接線方向に送り込む。このサイクロン本体３の中に送り込まれた粉体は、上述したように、サイクロン本体３の円周方向に渦巻きながら流れつつ、微粒子は溶媒から分離されて下降し、サイクロン本体３の排出口３ａから回収容器５の中に入り込む。

この回収容器５内に入り込んだ微粒子は、上述したように、微粒子吸着体１５の上端の開口部１５ａから微粒子吸着体１５の中に流入して、微粒子吸着体１５の内壁面に沿って渦巻きながら下降するものと、微粒子吸着体１５の外側を外壁面に沿って渦巻きながら下降するものとに分かれ、この内壁面および外壁面と微粒子との摩擦により微粒子が帯電し、これにより微粒子は微粒子吸着体１５に吸着され、粉体に含まれる微粒子はほとんどが回収容器５内に回収されることになる。

一方、サイクロン本体３内において、円周方向の渦巻きにより微粒子と分離した溶媒の粉体は、ブロア４３により吸い込まれるように排気管４１、ブロア４３を通って排気管４５から排出される。

次に、図６を参照して他の実施形態について説明する。従来は、図６に示すようなサイクロン本体３と下方の回収容器１０５のみで分離捕集するようにしている。

本実施形態では、このサイクロン本体３と蓋１１とを樹脂で固定し、さらにこの蓋１１の裏面内側に断面円形の筒状体である円筒体１１５を取り付け固定した後、これら一体に構成されたサイクロン本体３，蓋１１，円筒体１１５を回収容器１０５に載置して、容器押えバンド１３にて固定する。この円筒体１１５は、内径が一定な筒状でかつ網状の上部円筒体１１５ａと、下部の内径が上部より小である漏斗状の下部円筒体１１５ｂによって構成される。なお、上述した実施形態における微粒子吸着体１５の上端の開口部１５ａがサイクロン本体３下端の排出口３ａの開口径より小であるのに対し、当該円筒体１１５の上端開口の口径は排出口３ａの開口径より大である。

本実施例では、該回収容器１０５は、図１に示す回収容器５とほぼ同一であるが、例えば円筒体１１５の形状や作用等に合わせて、種々の変更や変形を行うことができるものである。

また、サイクロン本体３下方の回収容器１０５内に、円筒体１１５に上述した微粒子吸着体１５を併用することで、連続分離処理等の改善効果が生まれる。

なお、上記実施形態は好適な一例を示すものであり、これに限定されることなく、種々の変更や変形を行うことができるものであることは言うまでもないことである。

１ スプレードライ分離器
３ サイクロン本体
３ａ 排出口
５ 回収容器
７ 接続フェルール
９ 噴射フェルール
１１ 容器蓋
１１ａ 開口部
１３ 容器押えバンド
１５ 微粒子吸着体
１５ａ 開口部
１７ 敷き板
４３ ブロア
５５ 乾燥チャンバ
５７ ノズル
５９ ノズル冷却機構
６１ 溶媒供給管
６３ 送液ポンプ
６６ ビーカー
６７ 溶媒
８５ 加圧空気供給管
８９ 暖気生成部
１０５ 回収容器
１１５ 円筒体

Claims (5)

1. 倒立切頭円錐形状のサイクロン本体と、該サイクロン本体の大口径の上部において、微粒子を含有する溶媒を高速で接線方向に噴出させ、遠心力により前記サイクロン本体の内壁面に衝突した微粒子を、該サイクロン本体の下端の小口径の排出口に対向して配置した回収容器に回収することにより溶媒から微粒子を分離するスプレードライ分離器において、
   前記回収容器の内部に、先端が前記排出口に対向するとともに、底部に向かって拡開する切頭円錐状の微粒子吸着体を配置し、該微粒子吸着体と前記排出口から排出される前記微粒子との摩擦により静電気を発生させ、該微粒子吸着体に前記微粒子を吸着させるようにしたことを特徴とするスプレードライ分離器。
2. 前記微粒子吸着体と前記排出口から排出される前記微粒子との摩擦により静電気を発生させることにより、前記サイクロン本体の内壁に発生する微粒子吸着電位より高い微粒子吸着電位を発生させ、前記微粒子吸着体に前記微粒子を吸着させるようにしたことを特徴とする請求項１記載のスプレードライ分離器。
3. 前記微粒子吸着体は、前記排出口に対向する上端部が小口径の開口部であり、前記回収箱の底に接する下端部が大口径の開口部である切頭円錐体であることを特徴とする請求項１または２記載のスプレードライ分離器。
4. 前記サイクロン本体および回収容器は、硬質ガラスで形成されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のスプレードライ分離器。
5. 前記微粒子吸着体は、ステンレスでメッシュ状に形成されることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のスプレードライ分離器。

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