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新しい乳化・分散・粉砕技術 泡レスミキサーと音レス高圧乳化分散装置


それは、端的に言うと、高圧乳化装置のデジタル化なのである。それが音レス高圧乳化装置の根幹の技術なのである。音や乱れを制止できるのは、デジタル化したからで、数値制御が可能になったから出来るのである。そこにデジタル的数値制御的な考えがなければ、スケールアップは出来ない。そうであれば、単なる偶然の産物に過ぎない。

音レス高圧乳化分散装置を構成する多段減圧モジュール機構(国際特許)


それは、連続流体のデジタル化に他ならない。連続したアナログ的な流体の流れをデジタル化することで、乱すことなく、音や振動にエネルギーを消費させることなく、最大ポテンシャルエネルギー(280Mpa)をどのようにも分割して運動エネルギー(剪断力・インパクト等)に使用することが可能になったのである。高圧乳化装置の分野でそのような考え方を搭載して装置を作り上げたのは、世界で初めてである。

多段減圧モジュール機構


多段減圧モジュールのそれぞれのセル(ノズルも含む)は、径と長さと方向性を持っている。それをある法則や計算式に基づいて処理物の物性に応じて連結する。その遡及効力は、ポテンシャルエネルギーが運動エネルギーに変わる最初のオリフィス部から製品が装置から排出される所まで及ぶことになる。力を受けたときから排出されるまでを管理している。いかにしてソフトランデングさせるかを考えているのである。ジャンボジェットをいかにして着陸させるかと同じ発想なのである。

ひとつひとつのセルには、径(d)と長さ(l)と方向性(θ)のデジタル数が付与されている。それを色々と組み合わせると、減圧勾配と円運動(粒子間どおしの接触回数を増やすことを意味する。右ネジや左ネジ、直進運動等も変化させられる。)も制御できる。当然に、その間に温調も制御可能なので、加熱、冷却も可能になる。それは温度勾配が任意に出来ることを意味する。コイルの中の流体はアナログの連続したスパイラス運動である。それと同じ機能と効果を、多段減圧モジュール機構ではそれをデジタル的に出来るのである。なぜなら、方向性のデジタル数の因子を与えているからである。


 

音レス高圧乳化装置や泡レスミキサーを使って見えた世界とは


多段減圧モジュール機構を使って、音レス状態(つまり泡を排除した世界)で高エネルギーをかけて微粒化すると、結局、二つの条件を満たせば、微粒化が達成できることが分かる。(何故、今まではっきりとわからなかったかと言うと、それを実証する装置(機械)がなかったからである。)それと、複雑に見えていたマクロ的な乳化・分散・粉砕も、力としては運動の法則どおりに動いていることが分かる。

1F=mα(=m(dv/dt)) (直進運動)
2F=m(v2/r)(回転運動)
3mgh=1/2mv2(位置エネルギーと運動エネルギーの保存
 

微粒化の本質

 
界面が濡れる & 微粒化する力をかける。二つの条件が重なれば細かくなる。そこに、乱れが発生すると、
機械側要素:乱れを発生させるエネルギーにより自己破壊や装置破壊が生じる。
組成側要素:気泡が発生する。濡れやすくするため活性剤を入れる。水の界面張力を低下させ、濡れやすくするためである。

乱れるために、エアゾールミセルを形成する。そのため、界面活性剤の濡れ作用を破壊する。乱れが濡れを阻害する。
 

表1

表1 従来の高圧乳化装置の原理に基づき、NANO3000をキャビテーションを誘発するように組み替え、運転圧力200Mpaで水を通したときの、ノズル部(チャンバー部)での音を収録。その時の音の波動である。X軸は時間であり、Y軸は振幅である。

表2

表2 上記の波動を高速フーリエ変換し、どのような波動の重なりかを示すものである。X軸が周波数(Hz)であり、Y軸がスペクトル(強度)である。

ノズル部(チャンパー部)の音を
お聞きいただけます。
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表3

表3 NANO3000の多段減圧モジュールを音レス状態に組み替え、運転圧力200Mpaで水を通したときの、ノズル部での音を収録。その時の音の波動である。X軸は時間であり、Y軸は振幅である。

表4

表4 上記の波動を高速フーリエ変換し、どのような波動の重なりかを示すものである。X軸が周波数(Hz)であり、Y軸がスペクトル(強度)である。
ノズル部(チャンパー部)の音を
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考察と結果


表1から、200Mpaという圧力が乱れ(ノイズ)、音と振動に使われていることがわかる。波動の図からは見えないが、高速フーリエ変換してみると、その実体が数値化できる。音レスでの推定50Mpaの粒子径と非音レス(乱れ)の250Mpaの粒子径とがほぼ同じである。非音レス200Mpaの4/5のエネルギーが音や振動に消費されて、微粒化のエネルギーに消費されていない。乱れは微粒化に使われないことが分かる。非音レスと音レスで活性剤量が半分なものがほぼ同じ粒子径になる。つまり、乱れは濡れを阻害する。半分の活性剤が乱れに生じた気泡とくっ付きエアゾールミセルを形成し、界面張力の濡れ作用を悪くしていることが分かる。

界面を濡らす。そして有効な力を処理物に掛けることが微粒化の定義であれば、乱れによって、そのエネルギーは音と振動(気泡)を発生させることに消費される。活性剤の濡れ性にも悪影響を与えることが分かる。

プロセスエコロジー(特許出願)

proposal_of_process_ecology.pdf
【3.2MB PDF書類】
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泡レスミキサーの応用として、泡レスミルがある。スクリーン間に凹凸をつくり、さらに羽根にグラインド可能なような細工を施してある。機能性樹脂の塊をいれれば、1000ミクロン以下に砕けることが簡単に出来る。濡れ性と泡との関係でいえば、その工程には、絶対に界面活性剤をいれてはいけないことになる。明らかに、空圧液中粉砕を利用するのである。活性剤を入れなければ、キャビテーションを利用したほうがいいのである。逆に乱れることで樹脂は砕けるのである。出来るだけ渦流を作り空気と一緒に回転体の中に入れ込むのである。ある程度の大きさまで木っ端微塵になる。そして、活性剤を投入後は、絶対に乱してはいけないのである。

粗粉が800ミクロンになれば、後は、電動油圧チャッキを使用すれば、一気に粗粉が150ミクロン以下になる。その後は通常のNANO3000をかければ、分散凝集が任意に出来ることになる。樹脂の濡れ性にもよるが、粗粉を150ミクロンアンダーに乾式でしようと思えば、相当な電力が消費される。従来の乾式で処理するのとプロセスエコロジーシステムで処理したのを比較すると約1/10の電力消費量ですむことが実例であがっている。

さらに、NANO3000で高圧高温で処理すれば、一気に1ミクロンアンダーになる。到底乾式ではエネルギーをかけても到達するレベルではない。

相転移と多段減圧モジュールシステム

モジュールシステムの図
 
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