JP6326020B2 - 回分式媒体分散機 - Google Patents

Description

本発明は、化学、医療、電子、食品、飼料、その他の各種分野で使用されている、固体/液体系処理材料中の固体粒子を、分散媒体(ビーズ)を用いて微粒子化し、液体中に分散するようにした媒体分散機に関し、特に分散媒体をベッセル内に収納し、このベッセルをタンク内の処理材料中に入れて、処理材料をベッセル内に循環させ湿式分散処理を行うようにした回分式媒体分散機に係るものである。

いわゆる回分式媒体分散機は、少ない分散媒体を用いて集中的に分散処理を行うことができる装置として知られている(例えば特許文献１参照)。特許文献１に記載の分散装置は、分散媒体を収容したベッセルを、上部を開口した容器とし、その底部をスクリーンとしている。また、ベッセル全体をスクリーンを有する籠体に形成した装置も知られている。このようなベッセルでは、スクリーンの開口面積を小さくすると、処理材料の循環流量が少なくなり、また目詰まりの問題を生じることがあった。スクリーンの開口面積を大きくすると、分散媒体が流出するおそれがあり、小径の分散媒体を使用できなくなる。その上、分散媒体によるスクリーンの磨耗が多くなり、耐摩耗性が劣る原因となった。

回分式媒体分散機は、ベッセル内に入り込んだ処理材料を、ベッセル内に設けた撹拌翼を回転して分散媒体とともに撹拌し、ベッセルから処理材料をタンク内に流出させ、この処理材料を再びベッセルに循環させて分散処理を繰り返す構成になっている。また、タンク内やベッセルの開口部に送り込み用撹拌翼を設けてベッセル内に処理材料を送り込む構成も知られている。しかし、このような構成の場合、上記送り込み用撹拌翼を回転しただけでは、ベッセル内に流入する処理材料の流量を大きくすることはむずかしい。そのため、従来の回分式媒体分散機では、処理材料がベッセルを通過する回数が少なく、ベッセル内での処理材料の滞留時間の分布がブロードになる傾向がある。リッチンガー（Ｒｉｔｔｉｎｇｅｒ)の法則によれば、ビーズミル(媒体分散機)による分散において、ビーズミル内での処理材料の滞留時間分布がシャープであれば、分散によって得られる微粒子の粒度分布がシャープになることが知られている。そのため、従来のように滞留時間分布がブロードなものでは、シャープな粒子分布の粒子は得にくい。

さらに、特許文献１に記載の撹拌翼は、ピンタイプ翼であるが、このようなピンタイプ翼は、翼先端部分での剪断速度が、円板翼に比べて劣り、粒子を効率よく微粒子化しにくい。また、ベッセルのスクリーン部分にステーボルトを設けてスクリーンと底部を組み付ける構造も知られている。しかし、そのような構成では、スクリーン部を洗浄するときに、ステーボルト部分に処理材料の淀みが発生し、洗浄が困難になり、洗浄性に問題がある。

特開平１１−２４４６７９公報（請求項１、図１）

本発明の解決課題は、ベッセル内に分散媒体を収納し、このベッセルをタンクの処理材料中に浸漬してタンク及びベッセル内に処理材料を循環させて分散処理する回分式媒体分散機において、ベッセル内に処理材料を大流量で流すことができ、循環回数を多くして滞留時間分布をシャープにし、粒度分布のシャープな微粒子化ができるようにした回分式媒体分散機を提供することである。

また、回分式媒体分散機において、洗浄が容易であり、目詰まりも生じにくい上記回分式媒体分散機を提供することである。

本発明によれば、分散媒体を収納したベッセルをタンク内の処理材料中に浸漬させて分散処理する回分式媒体分散機において、ベッセルは上部に開口する開口部と分散媒体が通過しない流通孔を有する筒状のスクリーンと流通孔がない底板を有し、上記開口部からベッセル内に延びる回転軸と、ベッセル内の該回転軸に連結された複数の円板翼を具備し、上記複数の円板翼は、貫通孔を有しかつ回転した際に貫通孔を通った処理材料の流動が輻流となり処理材料をベッセル内に吸引するとともに円板翼の外周に吐出するディスクフローによるポンプ作用を生じるよう近接して設けられていることを特徴とする回分式媒体分散機が提供され、上記課題が解決される。

本発明において、上記スクリーンと底板は一体的に連結され、かつ上記タンク内にはタンク内の処理材料が軸流を生じてタンク内を流動するよう複数の軸流用撹拌翼が設けられている上記回分式媒体分散機が提供される。

本発明は上記のように構成され、ベッセル内にディスクフローとなるポンプ作用を生じるよう複数の円板翼を近接して設けたから、回転軸により円板翼が回転すると、ベッセルの開口部から処理材料をベッセル内に積極的に吸い込む吸引作用が生じ、貫通孔を通って下方の円板翼にあたると処理材料の流動は円板翼の平面に沿った輻流となって半径方向に流れ、周囲のスクリーンからタンク内に吐出される。この間に処理材料は分散媒体とともに撹拌されるから、分散による微粒子化が進行する。タンク内に吐出された処理材料は、上記ポンプ作用により再びベッセル内に積極的に吸い込まれ、分散処理される。このようにして処理材料はベッセル内に生じるポンプ作用により吸い込まれかつ吐出されるので、ベッセル内に吸い込み、吐出される処理材料の流量を、大流量とすることができる。その結果、ベッセルを通過する処理材料の循環回数を多くすることができ、滞留時間分布がシャープとなって、粒度分布がシャープな微粒子が得られる。

さらに、上記タンク内に軸流を生じる複数の軸流用撹拌翼を設けると、タンク内での処理材料の流動を、下降流としたり、全体流動とすることができ、軸流によりベッセルの開口部からベッセル内に吸引される処理材料の流量を一層大きくすることができ、大流量による上記効果を高めることができる。このとき、複数の軸流用撹拌翼を、層流を生じるパドル型翼とし、一方が掻き下げ流(下降流)となり、他方が掻き上げ流(上昇流)となるようにすると、タンク内で全体流動となって、循環回数が一層多くなり、滞留時間分布がシャープとなり、分散速度を短縮できるとともにシャープな粒度分布が得られる。また、円板翼を用いることにより、翼先端部の剪断速度が、ピンタイプ翼の１．５倍以上の速度となり、分散効果を高めることができる。上記スクリーンと底板を一体的に連結すると、洗浄の際に、処理材料の流れに淀みを生じるような支障物がベッセルの周囲に存在しなくなり、洗浄性を高めることができる。

本発明の一実施例を示し、一部を断面した側面図。 円板翼の一実施例を示す断面図。 円板翼の一実施例を示す一部を断面した平面図。 間隙部材を示す平面図。 円板翼の組み合わせの一実施例を示し、図５Ａは断面図、図５Ｂは図５Ａにおいて上方の円板翼の平面図、図５Ｃは図５Ａにおいて中間の円板翼の平面図、図５Ｄは図５Ａにおいて下方の円板翼の平面図。 円板翼の組み合わせの他の実施例を示し、図６Ａは断面図、図６Ｂは図６Ａにおいて上方の円板翼の平面図、図６Ｃは図６Ａにおいて中間の円板翼の平面図、図６Ｄは図６Ａにおいて下方の円板翼の平面図。 円板翼の組み合わせのさらに他の実施例を示し、図７Ａは断面図、図７Ｂは図７Ａにおいて上方の円板翼の平面図、図７Ｃは図７Ａにおいて中間の円板翼の平面図、図７Ｄは図７Ａにおいて下方の円板翼の平面図。

図１は、本発明による回分式媒体分散機の一実施例を示し、本体１の上方には昇降軸２により、ガイド軸３に案内されて上下動するようフレーム４が設けられている。該フレーム４の下方には処理材料を収納したタンク５が搬入され、ホルダー６により定位置に保持されている。該タンク５の周囲には、冷却水等の調温媒体を流通させるタンクジャケット７が設けられている。

上記タンク５内には、分散媒体、好ましくは高比重分散媒体(図示略)を収納したベッセル８が入れられる。該ベッセル８は、上部に冷却水等の調温媒体が流通する上部ジャケット９を有し、調温媒体の流路を兼ねる通水管兼用ステー１０により上記フレーム４の下方に設けられている。該ベッセル８の上部には、上部ジャケット９を通ってベッセルの内方に向かって傾斜する隔壁１１が設けられ、その中心で開口する開口部１２が形成されている。

上部ジャケット９の下方のベッセル８の周囲には、該ベッセル内に収納した高比重分散媒体は通過しないが処理材料は通過できる大きさの小孔、スリット、網目等の流通孔を有するスクリーン１３が着脱可能に連結されている。該スクリーン１３の下方には流通孔を有しない底板１４が設けられており、この底板１４とスクリーン１３は、フランジ等の適宜の接続部(図示略)を設けてボルト、リベット等の止着具で固着することにより一体的に連結されている。該スクリーンは、分散媒体に応じて流通孔の大きさの相違するスクリーンと交換することができるよう適宜の大きさの流通孔を有する複数のスクリーンを交換可能に用意しておくことが好ましい。なお、上記底板には、分散媒体を出し入れする取出口(図示略)を設けることもできる。

上記ベッセル８の開口部１２には、フレーム４から下方に垂下した回転軸１５が挿通しており、該回転軸１５はフレーム４に設けた駆動モーター１６で駆動される。ベッセル８内に延びる回転軸１５の下端には複数の円板翼１７が設けられている。実施例においては３枚の円板翼１７を用いているが、２枚若しくは４枚以上の円板翼で構成することもでき、適宜箇所に適宜の大きさの貫通孔１８を有し若しくは貫通孔を有しない円板翼を含んでいる。複数の該円板翼１７は、回転した際に、ディスクフローによるポンプ作用を生じるよう近接して設けられている。すなわち、円板翼１７を回転した際、貫通孔１８を通って軸方向に流動した処理材料は、円板翼の半径方向に向かう輻流となって円板面に沿って流動して円板翼の外周方向に吐出し、上記スクリーンの流通孔を通して上記タンク内に戻る。このような流動により、積極的な吸引、吐出作用が発生する。このようなポンプ作用は、円板翼の表面に接する流体の摩擦力や遠心力作用を利用して円板翼の半径方向に流体を吐出し、これに伴って流体を吸引するという公知のロータリーディスク型ポンプとして知られているものである。したがって、円板翼１７間の間隔が広すぎるとポンプ作用を生じないから、複数の円板翼１７を、間隙部材１９で保持することにより狭い間隔で近接させている。

上記間隙部材１９は、図３、図４に示すように、断面略矩形状に形成され、円板翼１７の中心に向く内端面２０を幅狭に形成し、該内端面２０の両端を連絡する両側面のうち、一方側の側面２１を直線状に形成し、他の側面２２に斜面を設けてある。この構成により、図３、図４において円板翼が反時計方向に回転するときに、処理材料の吐出が促進され、吐出量を増大することができる。そして、外端面２３の隅部の一方は弧面とし、他方は角部としてある。間隙部材１９の平面部には、図２に示すように、円板翼１７に設けた凹部２４に係合する凸部２５を設けてある。複数の円板翼１７は、該間隙部材１９を挟んで重ねせ、ボルト２６で固定される。

上記円板翼１７と従来のピンタイプ翼の翼先端間における剪断速度を比較すると、円板翼の方がピンタイプ翼よりも約１．５倍も大きくなり、その結果、分散処理を早めることができる。上記円板翼１７の平面部の表面は、平面のままでもよいが、処理材料の粒子径や硬さを考慮してピン２７を設けることもできる。さらに好ましくは、円板翼１７の外周部に集まりやすい分散媒体に衝撃力を与えて拡散することができるよう円板翼１７の外周部にピン２７を突設してある。なお、このピンは、図２に示す実施例では円板翼の上面若しくは下面に垂直方向に起立しているが、円板翼１７の外周に水平方向にピンを突出させてもよい(図示略)。ピンに代えて円板翼の平面に凸部や凹部を形成して分散媒体に衝撃を与えるようにすることもできる(図示略)。

上記のように複数の円板翼１７がベッセル８内で回転することによりポンプ作用で処理材料をベッセル８内に吸引することができるが、実施例においてはさらに積極的に処理材料をベッセル内に送り込むよう送り込み(吸い込み)手段を設けてある。図１においては、送り込み手段として、ベッセル８の開口部１２に位置する回転軸１５の周囲にスクリュー２８を設けてある。回転軸１５が回転すると、該スクリュー２８に案内されて処理材料はベッセル８内に送り込まれる(吸い込まれる)。なお、スクリューに代えて、軸流タービン翼、パドル型翼その他の送り込み翼を送り込み手段とすることもできる(図示略)。

上記したように円板翼１７には、適宜位置に貫通孔１８を設けることができる。図５〜図７には、種々の貫通孔を有し若しくは貫通孔を有しない円板翼の組み合わせの一例を示す説明図が示されている。図５Ａから図５Ｄに示す実施例は、３枚の円板翼を有している。上部円板翼２９には、図５Ｂに示すように、回転軸１５に連結するための取付部３０の周囲に４つの貫通孔３１を形成してある。中間円板翼３２にも、上部円板翼２９と同様に４つの貫通孔３３を設け、下部円板翼３４には貫通孔が設けられていない。この構成の場合、円板翼２９、３２、３４のポンプ作用で開口部１２を通って軸方向に吸引された処理材料は、上部円板翼、中間円板翼の貫通孔を通過し、それぞれの円板翼の半径方向に流れ、下部円板翼に当たった処理材料は下部円板翼の平面に沿って半径方向に流れる。

図６Ａに示す実施例の場合、上部円板翼３５及び中間円板翼３６には、回転軸１５を囲んで、円板翼と同芯状の大きな貫通孔３７、３８を形成してあり、下部円板翼３９には回転軸の取付部３０を設けてあるが、貫通孔は形成されていない。この場合も、上記図５Ａに示す実施例とほぼ同様にポンプ作用により処理材料は吸引、吐出されて流動する。

図７Ａに示す実施例の場合、上部円板翼４０には図７Ｂに示すように回転軸の取付部３０と４つの貫通孔４１が設けられている。中間円板翼４２と下部円板翼４３には、円板翼と同芯状の大きな貫通孔４４、４５を設けてある。この実施例の場合は、円板翼４０、４２、４３が回転すると、開口部１２から送り込まれた処理材料が軸方向に流動するとともに底板１４に当たった処理材料が下部円板翼４３の貫通孔４５から吸引され、中間円板翼４２と下部円板翼４３の間の空間に入り、各円板翼の平面に沿って半径方向に流動する。

図１を参照し、ベッセル８とタンク５の間には、タンク内の処理材料に軸流を与えるようパドル型翼等の軸流用撹拌翼４６を複数設けてある。該軸流用撹拌翼４６は上記フレーム４から垂下させた回転軸４７及び駆動モーター４８により回転される。図１においては、２つのパドル型翼が示されているが、上記ベッセルを囲んで等間隔に３つ以上のパドル型翼を設けてもよい。この軸流用撹拌翼４６は、パドルの形状や回転方向により、タンク内で上昇流を発生させたり、下降流を発生させることができるから、処理材料の流動特性に対応して、適宜に駆動することができる。例えば、すべての軸流用撹拌翼４６を掻き下げパドル型翼とすると、タンク内では層流によりベッセル内に流入する処理材料の流量を大きくすることができる。また、一方の軸流用撹拌翼を掻き下げパドル型翼とし、他方を掻き上げパドル型翼をすると、タンク内の流動が相対的な循環流動となり、処理材料に淀みを生じない全体流動が得られる。

而して、上記ベッセル８に高比重分散媒体を入れ、該ベッセルを、処理材料を収納したタンク５の液面下になるようタンク内に沈める。そして、駆動モーター１６、４８を回転すると、図示を省いた回転伝達機構を介して上記回転軸１５、４７が回転する。この回転により、タンク内の処理材料は流動し、回転軸１５に設けたスクリュー２８によりベッセル内に送り込まれる。さらに、ベッセル内の円板翼１７は、回転によりポンプ作用を発揮するので、処理材料はベッセル８の開口部１２から積極的にベッセル内に吸引される。ベッセル内に入った処理材料は分散媒体と一緒になって撹拌され、分散される。分散された処理材料は、円板翼１７のポンプ作用による吐出作用でスクリーン１３を通してベッセル８からタンク５内に吐出される。ベッセルから出た処理材料は、上記スクリュー２８や円板翼１７によるポンプ作用で上記開口部１２を通して再びベッセル８内に吸引され、所望の程度になるまで分散される。この際、ベッセル８内及びタンク５内の発熱は、タンクジャケット７及び上記ベッセル８に設けた上部ジャケット９を通過する冷却水により冷却される。処理材料によっては、調温媒体として温水を用いることもできる。

上記のように、本発明の回分式媒体分散機は、複数の円板翼を回転することにより、ベッセル内に、ディスクフローとなるポンプ作用を生じさせ、処理材料を確実に、かつ大流量でベッセル内に吸い込み、処理材料の循環回数を多くして滞留時間分布をシャープにし、粒度分布のシャープな分散処理を行うことができる。

５ タンク
７ タンクジャケット
８ ベッセル
９ 上部ジャケット
１２ 開口部
１３ スクリーン
１４ 底板
１５ 回転軸
１７ 円板翼
１８ 貫通孔
１９ 間隙部材
２８ スクリュー
２９、３５、４０ 上部円板翼
３２、３６、４２ 中間円板翼
３４、３９、４３ 下部円板翼
４６軸流用撹拌翼

Claims (4)

1. 分散媒体を収納したベッセルをタンク内の処理材料中に浸漬させて分散処理する回分式媒体分散機において、ベッセルは上部に開口する開口部と分散媒体が通過しない流通孔を有する筒状のスクリーンと流通孔がない底板を有し、上記開口部からベッセル内に延びる回転軸と、ベッセル内の該回転軸に連結された複数の円板翼を具備し、上記複数の円板翼は、貫通孔を有しかつ回転した際に貫通孔を通った処理材料の流動が輻流となり処理材料をベッセル内に吸引するとともに円板翼の外周に吐出するディスクフローによるポンプ作用を生じるよう近接して設けられ、 上記タンク内には、タンク内の処理材料が軸流を生じてタンク内を流動するよう複数の軸流用撹拌翼が設けられ、上記軸流用撹拌翼は、パドル型翼であり、少なくとも一方の軸流用撹拌翼はタンク内の処理材料を掻き下げる下降流を生じるパドル型翼であり、他方の軸流用撹拌翼は掻き上げる上昇流を生じるパドル型翼であることを特徴とする回分式媒体分散機。
2. 上記複数の円板翼は、間隙部材を介して連結され、該間隙部材は断面略矩形状に形成され、円板翼の中心に向く内端面を幅狭に形成し、該内端面の両端を連絡する両側面のうち、一方側の側面を直線状に形成し、他の側面に斜面を設けてある請求項１に記載の回分式媒体分散機。
3. 上記円板翼には、ピンが設けられている請求項１に記載の回分式媒体分散機。
4. 上記流通孔を有する筒状のスクリーンと流通孔を有しない底板は、一体的に連結されている請求項１に記載の回分式媒体分散機。

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