旋转式乳化装置结构的制作方法

本发明是关于一种乳化技术，特别是一种旋转式乳化装置结构。

背景技术

当二种互不相溶的液相(例如：油和水)在表面活性剂的作用下，其中一相会形成微小的液滴分散在另一相中，并均匀地混合成乳化液。在乳化液中形成液滴的液相为分散相，而另一液相则为连续相。一般来说，通常使用静态式乳化器进行乳化。当二种液相在静态式乳化器中的乳化元件相接触时，分散相形成液滴并自乳化元件自发性地脱离至连续相中，以达成乳化。

静态式乳化器在乳化程序中并未涉及剪切力的作用，因而使乳化元件的表面产生结垢，且乳化溶液的产率极低。为了增加乳化溶液的产率，遂开发具有搅拌功能的动态式乳化器。当搅拌两个液相时所产生的剪切力可促进液－液界面的液滴自乳化元件脱离，并减少乳化元件表面上形成的结垢。此外，搅拌时产生的流体扰动亦可加速二相相溶。常见的动态式乳化器为设置有叶片的乳化器，由于叶片系装设于旋转盘上，而导致旋转盘过重且大幅度地耗损能量。

技术实现要素：

在一实施例中，一种旋转式乳化装置结构，具有壳体、乳化元件及转盘。壳体具有腔室，且腔室具有第一入口、第二入口及出口。乳化元件位于腔室内并分隔腔室为第一空间与第二空间。第一入口位于第一空间，而第二入口与出口位于第二空间。乳化元件具有多个连通第一空间与第二空间的孔洞。转盘位于第二空间，并于被驱动时于第二空间内旋转。并且，转盘具有多个穿孔。

在一实施例中，一种旋转式乳化装置结构，具有壳体及乳化元件。壳体具有腔室，且腔室具有第一入口。乳化元件位于腔室内并分隔腔室为第一空间与第二空间，且具有第二入口、出口、多个孔洞以及转盘。第一入口连通第一空间，第二入口与出口连通第二空间，而孔洞连通第一空间与第二空间。转盘于被驱动时于腔室内旋转，且具有多个穿孔。

本发明的旋转式乳化装置结构适用于制备乳化溶液。藉由设置穿孔的转盘搅拌分散相及连续相，不仅由于转盘重量轻而无过多的能量耗损，且转盘的穿孔可提升搅拌时在乳化元件表面所产生的剪切力，并增加流体扰动，进而提高乳化效果。此外，流体扰动的增加亦可促使二相互溶的速率增加。

附图说明

图1为本发明的一实施例的旋转式乳化装置结构的立体结构示意图。

图2为图1所示的旋转式乳化装置结构的第一实施例的侧视平面图。

图3为图1所示的旋转式乳化装置结构的第二实施例的侧视平面图。

图4为图1所示的旋转式乳化装置结构的第三实施例的侧视平面图。

图5为本发明的另一实施例的旋转式乳化装置结构的立体结构示意图。

图6为图5所示的旋转式乳化装置结构的俯视平面图。

具体实施方式

参照图1及图2，在一些实施例中，一种旋转式乳化装置结构，其包括壳体10、乳化元件20及转盘30。壳体10可具有腔室100。腔室100可具有第一入口11、第二入口13及出口15。第一入口11、第二入口13及出口15可各自贯穿壳体10而连通腔室100。例如，壳体10可包括周壁101、覆盖于周壁101上方的上壁103以及覆盖于周壁下方的下壁105，而界定出此腔室100。第一入口11可贯穿下壁105，且第二入口13与出口15则贯穿周壁101。

在一些实施例中，乳化元件20可位于腔室100内，并可将腔室100分隔为第一空间110与第二空间130。第一入口11可位于第一空间110，而第二入口13与出口15可位于第二空间130。换句话说，乳化元件20可具有多个连通第一空间110与第二空间130的孔洞。

在一些实施例中，转盘30可位于第二空间130，并可于被驱动时在第二空间130内旋转。在一些实施例中，可藉由手动或马达的动力以驱动转盘30旋转。

在一些实施例中，转盘30可具有多个穿孔300。转盘30还可包括主平面301、以及相对主平面的次平面303，而穿孔300则可贯穿主平面301及次平面303。

在一些实施例中，转盘30可具有二至四个穿孔300。相较于无穿孔的转盘，具有两个穿孔300的转盘30所产生的剪切力提升40％至50％，而具有具有四个穿孔300的转盘30所产生的剪切力提升110％至150％。

在一些实施例中，转盘30的主平面301可实质上平行于乳化元件20。换句话说，主平面301可实质上平行于乳化元件20朝向第一空间110的表面(以下称下表面201)及/或朝向第二空间的表面(以下称上表面203)。

在一些实施例中，转盘30的次平面303亦可实质上平行于乳化元件20。换句话说，次平面303亦可实质上平行于乳化元件20的下表面201及/或上表面203。

在一些实施例中，以转盘30的主平面301为基准，出口15的位置可高于第一入口11及第二入口13的位置。

在一些实施例中，分散相与连续相为二种互不相溶的液相。例如，分散相可为油相且连续相可为水相，反之亦然。在一些实施例中，可将乳化剂分别添加于分散相与连续相中，以形成分散相溶液a与连续相溶液b。当分散相溶液a穿过乳化元件20的孔洞时，可随着孔洞的孔径大小而形成特定尺寸的液滴状。

在一些实施例中，第一入口11的轴向可实质上垂直于乳化元件20的下表面201，且第二入口130的轴向可实质上平行于乳化元件20的上表面203。此外，在一些实施例中，第二入口13的轴向与乳化元件20的上表面203的交角可为锐角，以增加自第二入口13进入第二空间130的连续相溶液b与穿过乳化元件20之孔洞的分散相溶液a的混合速度，并提升乳化的程度。

举例来说，分散相溶液a自第一入口11进入第一空间110后，穿过乳化元件20的孔洞以进入第二空间130并形成液滴状。连续相溶液b自第二入口13进入第二空间，并与液滴状的分散相溶液a混合。转盘30被驱动后而转动，以搅拌分散相溶液a与连续相溶液b的混合物而进行乳化，进而得到乳化溶液c。最后，乳化溶液c经由出口15流出。

由于分散相溶液a与连续相溶液b交会的液－液界面位于乳化元件20的上表面203或上表面203的附近，因而一部分或全部的乳化溶液c聚积在上表面203且形成结垢。当转盘30旋转时，于乳化元件20的上表面203产生剪切力，而促使聚积在上表面203的乳化溶液c脱离并移动至第二空间130，以避免结垢的形成。转盘的穿孔300提升转盘30旋转时在乳化元件20的上表面201所产生的剪切力，并减少转盘30重量以降低能源消耗。

参照图3，在一些实施例中，旋转式乳化装置结构可包括第一乳化元件21与第二乳化元件23。第一乳化元件21可位于腔室100内，并可将腔室100分隔为第一空间110与第二空间130。第二乳化元件23位于第二空间130，并将第二空间130分隔为第一子空间131与第二子空间133。第一乳化元件21，具有多个可连通第一空间110与第一子空间131孔洞，且第二乳化元件23具有多个可连通第一子空间131与第二子空间133的孔洞。并且，第一入口11位于第一空间110，第二入口13与出口15位于第一子空间131。

在一些实施例中，壳体10可具有第三入口17，且第三入口17位于第二子空间133。在一些实施例中，第三入口17可贯穿壳体10的上壁103。

在一些实施例中，第一入口11的轴向可实质上垂直于第一乳化元件21之朝向第一空间110的表面(以下称下表面211)，且第三入口17的轴向可实质上垂直于第二乳化元件23之朝向第二子空间133的表面(以下称上表面233)。

并且，在一些实施例中，第二入口13的轴向可实质上平行于第一乳化元件21之朝向第一子空间131的表面(以下称上表面213)。在一些实施例中，第二入口13的轴向与第二乳化元件23的上表面233的交角可为锐角。

在一些实施例中，转盘30可位于第一子空间131。转盘30的主平面301可实质上平行于第一乳化元件21的上表面213及/或第二乳化元件23的下表面231。此外，在一些实施例中，转盘30的次平面303亦可实质上平行于于第一乳化元件21的上表面213及/或第二乳化元件23的下表面231。

举例来说，分散相溶液a自第一入口11进入第一空间110，且穿过第一乳化元件21的孔洞。并且，分散相溶液a亦自第三入口17进入第二子空间133。穿过孔洞的分散相溶液a进入第一子空间131并形成液滴状。连续相溶液b自第二入口13进入第一子空间131，并与液滴状的分散相溶液a混合。转盘30被驱动后而旋转，以搅拌分散相溶液a与连续相溶液b的混合物而进行乳化，进而得到乳化溶液c。最后，乳化溶液c经由出口15流出。

由于分散相溶液a与连续相溶液b交会的液－液界面位于第一乳化元件21的下表面211或上表面213的附近、及/或第二乳化元件23的下表面231或下表面231的附近。因此，一部分或全部的第一乳化溶液c1聚积在第二乳化元件23的下表面231，而一部分或全部的第二乳化溶液c2聚积在第一乳化元件21的上表面213且形成结垢。当转盘30旋转时，于第一乳化元件21的上表面213及/或第二乳化元件23的下表面231产生剪切力，而促使聚积在第一乳化元件21的上表面213及/或第二乳化元件23的下表面231的乳化溶液c脱离并移动至第一子空间131，以避免结垢的形成。同样地，转盘的穿孔300提升转盘30旋转时在第一乳化元件21的上表面213及/或在第二乳化元件23的下表面231所产生的剪切力，并使转盘30重量得以减轻以降低其转动时的能源消耗。

参照图4，在一些实施例中，第一乳化元件21可位于腔室100内，并将腔室100分隔为第一空间110与第二空间130。第二乳化元件23可位于第一空间110，并将第一空间110分隔为第三子空间111与第四子空间113。第一乳化元件21的孔洞连通第三子空间111与第四子空间113，且第二乳化元件23的孔洞连通第四子空间113与第二空间130。第一入口11可位于第三子空间111，且第二入口13与第三入口17可位于第四子空间113。

在一些实施例中，壳体10可具有位于第二空间130的第四入口。第四入口19可连通第三入口17。例如，壳体10可再具有设置于周壁101的流道107，且第三入口17与第四入口19分别位于流道107的二端且相互连通。

并且，在一些实施例中，第一入口11、第二入口13、出口15、第三入口17以及第四入口19可贯穿壳体10的周壁101。

在一些实施例中，第一入口11的轴向可实质上平行于第一乳化元件21之朝向第三子空间111的表面(即，下表面211)及/或第二乳化元件23之朝向第三子空间111的表面(即，上表面233)。第三入口17的轴向可实质上平行于第二乳化元件23之朝向第四子空间113的表面(即，下表面231)。第四入口的轴向可实质上平行于第一乳化元件21之朝向第二空间130的表面(即，上表面213)。

并且，在一些实施例中，第三入口17的轴向可实质上平行于第四入口19的轴向。

在一些实施例中，当旋转式乳化装置结构具有一个转盘30时，转盘30可位于第四子空间111或第二空间130。

在一些实施例中，旋转式乳化装置结构可包括位于第四子空间113的第一转盘31与位于第二空间130的第二转盘33。第一转盘31与第二转盘可分别包括主平面311、331与相对于主平面311、331的次平面313、333。第一转盘31的穿孔310可贯穿主平面311及次平面313。第二转盘33的穿孔330可贯穿主平面331及次平面333。

在一些实施例中，第一转盘31可具有二至四个穿孔310。在一些实施例中，第二转盘33可具有二至四个穿孔330。

在一些实施例中，第一转盘31的主平面311与次平面313可实质上相互平行。并且，在一些实施例中，第二转盘33的主平面331与次平面333亦可实质上相互平行。

在一些实施例中，以第一转盘31的主平面311为基准，出口15的位置可高于第一入口11、第二入口13、第三入口17以及第四入口19的位置。

在一些实施例中，相较于无穿孔的转盘，具有两个穿孔310的第一转盘31所产生的剪切力可提升40％至50％，而具有四个穿孔310的第一转盘31所产生的剪切力提升110％至150％。同样地，具有两个穿孔330的第二转盘33所产生的剪切力可提升40％至50％，而具有四个穿孔330的第二转盘33所产生的剪切力提升110％至150％。

在一些实施例中，第一转盘31及的主平面311可实质上平行于第二乳化元件23。换句话说，第一转盘31的主平面311可实质上平行于第二乳化元件23的下表面231及/或上表面233。

在一些实施例中，第二转盘33的主平面331可实质上平行于第一乳化元件21。换句话说，第二转盘33的主平面331可实质上平行于第一乳化元件21的下表面211及/或上表面213。

举例来说，分散相溶液a自第一入口11进入第三子空间111，且穿过第一乳化元件21的孔洞以及第二乳化元件23的孔洞，并形成液滴状。穿过第二乳化元件23的孔洞的分散相溶液a进入第四子空间113，且穿过第一乳化元件21的孔洞的分散相溶液a进入第二空间13。连续相溶液b自第二入口13进入第四子空间113，并与液滴状的分散相溶液a混合。第一转盘31被驱动后而转动，并在第四子空间113中搅拌分散相溶液a与连续相溶液b的混合物以进行第一次乳化，进而得到第一乳化溶液c1。第一乳化溶液c1经由位于第四子空间113的第三入口17流至位于第二空间130的第四入口19，并进入第二空间130。

接着，在第二空间130中，第一乳化溶液c1与穿过第一乳化元件21的孔洞的分散相溶液a混合。第二转盘33被驱动后而旋转，并在第二空间130中搅拌分散相溶液a与第一乳化溶液c1的混合物以进行第二次乳化，进而得到第二乳化溶液c2。最后，第二乳化溶液c2经由出口15流出。

由于分散相溶液a与连续相溶液b交会的液－液界面位于第一乳化元件21的上表面213或上表面213的附近、及/或第二乳化元件23的下表面231或下表面231的附近。因此，一部分或全部的第一乳化溶液c1聚积在第二乳化元件23的下表面231，而一部分或全部的第二乳化溶液c2聚积在第一乳化元件21的上表面213，而形成结垢。

当第一转盘31转动时，于第二乳化元件23的下表面231产生剪切力，而促使聚积在第二乳化元件23的下表面231的第一乳化溶液c1脱离并移动至第四子空间131。当第二转盘30转动时，于第一乳化元件21的上表面213产生剪切力，而促使聚积在第一乳化元件21的上表面213的第二乳化溶液c2脱离并移动至第二空间131。于此，可避免结垢的形成。第一转盘31的穿孔310提升第一转盘31转动时在第二乳化元件23的下表面231所产生的剪切力，第二转盘33的穿孔330提升第二转盘31转动时在第一乳化元件21的上表面213所产生的剪切力。此外，穿孔310、330的设置分别使第一转盘31第二转盘33的重量得以减轻以降低其转动时的能源消耗。

参照图5及图6，在一些实施例中，一种旋转式乳化装置结构，其包括壳体50及乳化元件60。壳体50可具有腔室500，且腔室500可具有第一入口51。例如，壳体50可包括周壁501、覆盖于周壁501上方的上壁503以及覆盖于周壁下方的下壁505，而界定出此腔室500。第一入口51可贯穿周壁501。

在一些实施例中，乳化元件60可位于腔室500内且为中空。乳化元件60将腔室500分隔为第一空间510与第二空间530。于此，第一空间510位于壳体50及乳化元件60之间，而第二空间530位于乳化元件60内。第一入口51可连通第一空间510。

在一些实施例中，乳化元件60可包括第二入口61、出口63以及转盘65。第二入口61与出口63可连通第二空间530，转盘65可于被驱动时于腔室500内旋转，且转盘65具有多个穿孔650。

并且，在一些实施例中，乳化元件60可具有多个连通第一空间510与第二空间530的孔洞。

在一些实施例中，相较于无穿孔的转盘，具有两个穿孔650的转盘65所产生的剪切力可提升40％至50％，而具有四个穿孔650的转盘65所产生的剪切力提升110％至150％。

在一些实施例中，转盘65可分别包括主平面651与相对于主平面651的次平面653，且转盘65的穿孔650可贯穿主平面651及次平面653。

在一些实施例中，转盘65的主平面651与次平面653可实质上相互平行。

在一些实施例中，以转盘65的主平面651为基准，出口63的位置可高于壳体的第一入口51，且高于乳化元件60的第二入口61以及出口63的位置。

在一些实施例中，第二入口61与出口63的轴向可为共轴。

在一些实施例中，乳化元件60可再包括管路600。管路600的二端与壳体50相接，例如，管路600的二端可分别与壳体50的上壁503及下壁505相接。第二入口61与出口63分别位于管路600的二端。转盘65可位于管路600上，且管路600与转盘65的中心轴向可为共轴。

在一些实施例中，管路600的二端分别枢接于壳体50，且转盘65可固接于管路600上。管路600可被驱动而旋转，并带动转盘65一同旋转。

在一些实施例中，乳化元件60与转盘65可为一体成型。

在一些实施例中，管路600的二端分别固接于壳体50，且转盘65可枢接于管路600上。

举例来说，分散相溶液a自第一入口51进入第一空间510后，穿过乳化元件60的孔洞以进入第二空间530并形成液滴状。连续相溶液b自第二入口61进入第二空间530，并与液滴状的分散相溶液a混合。驱动管路600或转盘65，使转盘65旋转并搅拌分散相溶液a与连续相溶液b的混合物而进行乳化，进而得到乳化溶液c。最后，乳化溶液c经由出口63流出。

由于分散相溶液a与连续相溶液b交会的液－液界面位于乳化元件60之朝向第二空间的表面(以下称内表面603)或内表面603的附近，因而一部分或全部的乳化溶液c聚积在内表面603且形成结垢。当转盘65转动时，于乳化元件60的内表面603产生剪切力，而促使聚积在内表面603的乳化溶液c脱离并移动至第二空间，以避免结垢的形成。转盘的穿孔650提升转盘30转动时在乳化元件60的内表面603所产生的剪切力，并减少转盘65重量以降低能源消耗。

在本发明的任一实施例中，转盘的穿孔可为对称设置。例如，转盘30的穿孔300可为对应于转盘30之中心轴向的点对称设置、或可为对应于转盘30之径向的线对称设置。

在本发明的任一实施例中，转盘的转速为500转/每分钟至3000转/每分钟。

在本发明的任一实施例中，乳化元件之孔洞的平均孔径大小为0.001微米至1000微米。

在本发明的任一实施例中，乳化元件的材质可为亲水性材质、疏水性材质或其组合。

在本发明的任一实施例中，乳化元件之接触分散相溶液的表面的材质与接触连续相溶液的表面的材质可为不同。例如，乳化元件20的下表面201的材质可为疏水性材质，而乳化元件20的上表面203的材质可为亲水性材质。于此，当在第一空间110中的分散相溶液a为油相溶液时，油相溶液可更倾向于靠近乳化元件20的下表面201并穿过乳化元件20而流至第二空间130中。在第二空间130中的油相溶液可更倾向于自乳化元件20的上表面203脱离并分散于水相溶液(即，连续相溶液b)中。

在本发明的任一实施例中，乳化元件的材质可为陶瓷、玻璃纤维、白砂多孔玻璃(shirasuporousglass,spg)、金属、聚偏氟乙烯、尼龙、混合纤维、再生纤维、铁氟龙、活性炭或离子交换树脂、或其它可替代的材质、或上述任二者以上的组合。

此外，在本发明的任一实施例中，乳化元件可为一体成型。

综上，本发明的旋转式乳化装置结构适用于制备乳化溶液。藉由设置穿孔的转盘搅拌分散相及连续相，不仅由于转盘重量轻而无过多的能量耗损，且转盘的穿孔可提升搅拌时在乳化元件表面所产生的剪切力，并增加流体扰动，进而提高乳化效果。此外，流体扰动的增加亦可促使二相互溶的速率增加。

虽然本发明的技术内容已经以较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何熟习此技艺者，在不脱离本发明之精神所作些许之更动与润饰，皆应涵盖于本发明的范畴内，因此本发明之保护范围当视后附之申请专利范围所界定者为准。