冷間研削とも呼ばれる極低温研削は、液体窒素のような極低温流体で材料を極低温に冷却してから微粒子にする特殊技術です。
この方法は、低温で脆くなる材料に特に有効で、より効率的で効果的な粉砕を可能にします。
極低温粉砕の主な利点は、揮発性の油分や風味の保持、製品の外観の向上、変色の低減などである。
極低温で原料を脆化させることで、発熱、酸化、原料の固まりなど、従来の粉砕にありがちな問題に対処し、常温粉砕に伴う欠点をなくし、粉砕を容易にします。
7つのポイント
1.極低温研削の定義と基礎
極低温研削の定義:極低温粉砕とは、液体窒素(LN2)などの極低温流体を用いて材料を極低温に冷却した後、微粒子に粉砕することである。
極低温の起源:ギリシャ語の "kryos"（冷たい、凍る）と "genes"（生まれる、生み出す）に由来する。
極低温粉砕に適した素材:極低温鋼、熱可塑性プラスチック、熱硬化性プラスチック、爆薬、香辛料など様々な分野で利用されている。
2.極低温粉砕の利点
揮発性オイルとフレーバーの保存:スパイス加工のような産業では、極低温粉砕は、製品の品質にとって重要な揮発性オイルやフレーバーの損失を大幅に削減します。
製品外観の向上:従来の粉砕工程で起こりがちな変色を防ぎ、製品本来の外観を保つことができます。
熱ダメージの軽減:研削中の温度を制御することで、従来の研削工程で一般的な問題である熱損傷を最小限に抑えます。
3.極低温研削のメカニズム
材料の脆化:ほとんどの材料は低温にさらされると脆くなる。極低温研削はこの性質を利用し、研削前および研削中に極低温流体の冷熱エネルギーを利用して材料を脆化させる。
常温研削の問題を克服する:従来の常温研削では、弾力性のある材料が軟化、付着、凝集し、目詰まりや能率低下を引き起こします。極低温粉砕は、材料を脆化させることでこれらの問題を解決し、塊になることなく微粒子に粉砕しやすくします。
4.使用される極低温流体
一般的な極低温流体:ドライアイスと液体窒素は、スパイス粉砕業界で使用される最も一般的な極低温流体です。液体窒素は、-196℃にも達する極低温のため、特に効果的である。
材料特性への影響:材料を液体窒素で冷却すると、その性質が変化し、より脆くなり、熱や酸化の欠点なしに粉砕しやすくなる。
5.用途と開発
スパイス加工産業:低温粉砕は、スパイスに含まれる香りと風味の成分を保持するために、スパイス加工業界で広く使用されています。粉砕機内の温度を連続的に低温に保つことで、スパイスの単位質量あたりの風味の強さをほとんど保持することができる。
冷却システムの開発:低温粉砕ミルの開発には、冷却コイル（蒸発器）の設計、粉砕室の寸法から計算される冷凍負荷に基づく冷媒とコンプレッサーの選定が含まれる。
6.従来の粉砕との比較
エネルギー効率:従来の研削加工では、研削加工に使用されるエネルギーは全加工エネルギーのわずか1％であり、残りの99％は熱として放散される。これに対し、極低温研削では、極低温流体の冷熱エネルギーを利用することで、研削工程をより効率的に行うことができる。
問題解決:極低温研削は、発熱、引張応力の導入、工具寿命の低下、目詰まり、ミルのガム化、酸化など、従来の研削加工における一般的な問題を克服する。
7.応用例
粘弾性およびプラスチック材料の精密研削:極低温研削は、粘弾性材料やプラスチック材料の微粉砕に特に有効である。これらの材料は、常温で研削するにはエネルギーとコストがかかることが多い。これらの材料を液体窒素で冷却することにより、脆くなり、より効果的に粉砕することができます。
革新的な粉砕プラント:メッサー・グループのような企業は、パドルスクリュー冷却機を備えた革新的な粉砕プラントを使用し、粉砕プロセス中の製品品質を維持するために極低温液体窒素または二酸化炭素を供給しています。
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