KR100920786B1 - 고압 균질화 장치 및 고압 균질화 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 현탁액 내의 화학제품, 의약품 및 수지 제품의 미세 고체 물질 혹은 섬유상 셀룰로오스를 분산 또는 유제화 상태로 미세 분화하기 위한, 또는 높은 효율로 균류의 세포막을 분쇄시켜 미세 분화하기 위한 고압 균질화 장치 또는 그 방법에 관한 것이다. 본 발명의 장치는 밸브가 손상될 염려가 없기 때문에 그 유지 보수 및 관리가 용이하게 이루어진다. 현탁액 내의 원료를 미세 분화하기 위한 상기 고압 균질화 장치는, 오리피스를 구비한 고압 균질화 기구부와, 고압 균질화 기구부에 연결된 원료 수용 통로와, 프로세싱 피스톤과, 수납부에 배치된 프로세싱 리세스를 포함한다. 프로세싱 피스톤의 전방 단부는 압력 증강 장치에 의해 프로세싱 리세스 안으로 삽입되며, 프로세싱 리세스 내부의 체적 압축으로 인해 현탁액이 프로세싱 리세스 내에서 압축되어, 원료를 미세 분화하도록 원료 수용 통로 안으로 도입된다.

Description

고압 균질화 장치 및 고압 균질화 방법{HIGH PRESSURE HOMOGENIZING APPARATUS AND METHOD THEREOF}
도 1은 원료를 함유하는 현탁액이 공급되는 본 발명의 고압 균질화 장치의 제1 실시예를 도시한 단면도.
도 2는 프로세싱 피스톤이 수밀 위치를 통과하여 프로세싱 리세스를 압축하는 상태를 도시한 단면도.
도 3은 현탁액이 프로세싱 피스톤 내의 원료 수용 통로로 도입되고 고압으로 압축되어 고압 균질화 장치에서 분화되는 상태를 도시한 단면도.
도 4는 원료를 미세 분화한 후 내부 압력을 감소시킴으로써 부스터 피스톤이 초기 위치로 복귀되는 상태를 도시한 단면도.
도 5는 고압 균질화 장치의 균질화 밸브를 개방하여 공기를 도입함으로써 부스터 피스톤이 초기 위치로 이동하는 상태를 도시한 단면도.
도 6은 미세 분화의 한 사이클이 완료된 상태를 도시한 단면도.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고압 균질화 장치를 도시한 확대 단면도.
도 8은 믹서를 이용한 교반 이후와 미세 분화 이전의 현탁액의 현미경 사진.
도 9는 고압 균질화 장치에서 500 Kg/cm2(49,000 KPa)의 오리피스 배출 압력으로 연속하여 3회 분화된 현탁액의 현미경 사진.
도 10은 고압 균질화 장치에서 1,000 Kg/cm2(98,000 KPa)의 오리피스 배출 압력으로 연속하여 3회 분화된 현탁액의 현미경 사진.
도 11은 고압 균질화 장치에서 1,500 Kg/cm2(147,000 KPa)의 오리피스 배출 압력으로 연속하여 3회 분화된 현탁액의 현미경 사진.
도 12는 고압 균질화 장치에서 500 Kg/cm2(49,000 KPa)의 오리피스 배출 압력으로 연속하여 3회 분할했을 때 측정된 배출 온도와 계산된 배출 온도를 나타내는 그래프.
도 13은 고압 균질화 장치에서 1,000 Kg/cm2(98,000 KPa)의 오리피스 배출 압력으로 연속하여 3회 분할했을 때 측정된 배출 온도와 계산된 배출 온도를 나타낸 그래프.
도 14는 고압 균질화 장치에서 1,500 Kg/cm2(147,000 KPa)의 오리피스 배출 압력으로 연속하여 3회 분할했을 때 측정된 배출 온도와 계산된 배출 온도를 나타낸 그래프.
도 15는 본 발명의 고압 균질화 장치의 제2 실시예를 도시한 단면도.
도 16은 프로세싱 피스톤이 프로세싱 리세스 내의 수밀 위치를 통과하여 현탁액을 압축하는 상태를 도시한 단면도.
도 17은 현탁액이 원료 수용 통로로 도입되고 고압으로 압축되는 상태를 도시한 단면도.
도 18은 본 발명의 균질화 장치의 제3 실시예를 도시한 단면도.
도 19는 본 발명의 균질화 장치의 제4 실시예를 도시한 단면도.
도 20은 본 발명의 균질화 장치의 제5 실시예를 도시한 단면도.
도 21은 본 발명의 균질화 장치의 제6 실시예를 도시한 단면도.
도 22는 본 발명의 균질화 장치의 제7 실시예를 도시한 단면도.
도 23은 본 발명의 균질화 장치의 제8 실시예를 도시한 단면도.
도 24는 본 발명의 균질화 장치의 제9 실시예를 도시한 단면도.
도 25는 본 발명의 균질화 장치의 제10 실시예를 도시한 단면도.
도 26은 본 발명의 균질화 장치의 제11 실시예를 도시한 단면도.
도 27은 슬라이딩 밸브가 본 발명의 균질화 장치의 제12 실시예의 원료 수용 통로를 폐쇄한 상태를 도시한 단면도.
도 28은 슬라이딩 밸브가 본 발명의 균질화 장치의 제12 실시예의 원료 수용 통로를 개방한 상태를 도시한 단면도.
도 29는 본 발명의 균질화 장치의 제13 실시예를 도시한 단면도.
도 30은 본 발명의 균질화 장치의 제14 실시예를 도시한 단면도.
도 31은 본 발명의 균질화 장치의 제15 실시예를 도시한 단면도.
도 32는 제15의 실시예의 예비 단계로서 현탁액이 프로세싱 리세스 내에서 수밀 위치로 채워지는 상태를 도시한 단면도.
도 33은 현탁액이 프로세싱 리세스 내에서 수밀 위치로 채워져 제15 실시예의 원료 수용 통로 안으로 도입되는 상태를 도시한 단면도.
도 34는 현탁액이 프로세싱 리세스 내에서 수밀 위치로 채워져 제15 실시예의 원료 수용 통로에서 압축되는 상태를 도시한 단면도.
도 35는 현탁액이 프로세싱 리세스 내에서 수밀 위치로 채워져 원료 수용 통로에서 압축되고 미세 분화된 상태를 도시한 단면도.
도 36은 현탁액이 제15 실시예의 원료의 미세 분화 이후에 프로세싱 피스톤의 프로세싱 리세스 안으로 도입되는 상태를 도시한 단면도.
도 37은 제15 실시예의 원료의 미세 분화 이후에 프로세싱 피스톤의 프로세싱 리세스 안으로 현탁액의 공급이 완료된 상태를 도시한 단면도.
도 38은 본 발명의 제15 실시예를 도시한 확대 단면도.
도 39는 본 발명의 제15 실시예에 따른 커버의 커버 본체를 도시한 확대 단면도.
도 40은 본 발명의 제15 실시예에 따른 커버 본체를 확대 도시한 평면도.
도 41은 본 발명의 제15 실시예에 따른 커버의 상측 커버를 도시한 확대 단면도.
도 42는 본 발명의 제15 실시예에 따른 상측 커버를 도시한 확대 평면도.
도 43은 본 발명의 제15 실시예에 따른 칼라를 도시한 확대 단면도.
도 44는 본 발명의 제15 실시예에 따른 칼라를 도시한 확대 평면도.
도 45는 본 발명의 균질화 장치의 제16 실시예를 도시한 단면도.
도 46은 본 발명의 제16 실시예를 측면에서 바라본 단면도.
도 47은 본 발명의 균질화 장치의 제17 실시예를 도시한 단면도.
도 48은 본 발명의 제17 실시예를 측면에서 바라본 단면도.
도 49는 본 발명의 균질화 장치의 제18 실시예를 도시한 단면도.
도 50은 본 발명의 제18 실시예의 예비 단계로서 현탁액이 프로세싱 리세스 내에서 수밀 위치로 채워지는 상태를 도시한 단면도.
도 51은 현탁액이 프로세싱 리세스 내에서 수밀 위치로 채워져 본 발명의 제18의 실시예의 원료 수용 통로 안으로 도입되는 상태를 도시한 단면도.
도 52는 현탁액이 수밀 위치로 채워져 본 발명의 제18 실시예의 원료 수용 통로에서 더 압축되는 상태를 도시한 단면도.
도 53은 현탁액이 프로세싱 리세스 내에서 더 압축되고 현탁액의 원료가 미세 분화되는 상태를 도시한 단면도.
도 54는 프로세싱 피스톤의 초기 위치로 복귀하고, 현탁액이 본 발명의 제18 실시예에 따라 원료의 미세 분화 이후에 프로세싱 리세스로 도입되는 상태를 도시한 단면도.
도 55는 원료의 미세 분화 이후에 원료 수용 통로 안으로 현탁액의 공급이 완료된 상태를 도시한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 고압 균질화 기구부
2 : 현탁액
3 : 오리피스
4 : 호퍼
5 : 프로세싱 피스톤
6 : 원료 수용 통로
7 : 프로세싱 리세스
8 : 부스터 피스톤
9 : 압력 증강 장치
10 : 실린더
11 : 가요성 파이프
12 : 부스터 실린더
13 ; 오일 압력 표시기
14 : 피스톤 로드
15 : 프레임
16 : 컨테이너
20 : 연결 바아
21 : 연결 로드
30 : 흡입 밸브
40 : 가동 실린더
60 : 슬라이딩 밸브
80 : 커버
81 : 핸들
82 : 고정 플레이트
83 : 볼트
90 : 저장조
100 : 행정 제어기
101 : 포스트
102 : 스토퍼
C : 유압 실린더
G : 원료
O : 오일
S : 수밀 위치
W : 물
V : 균질화 밸브
V.S : 밸브 시트
본 발명은 음식물, 화학제품, 의약품 및 각종 수지 제품의 미세한 고체 원료를 함유하는 현탁액, 또 제지 분야에서 섬유상 셀룰로오스를 포함하는 현탁액의 분 산(dispersion) 및 유제화(emulsification)에 관한 것이다. 본 발명은 액체에 포함된 대장균 박테리아 및 효모 세포의 균류 세포막을 분쇄하는 것과 같이 원료를 미세 분화하는 것에 관한 것이다. 본 발명은 현탁액 내의 고체를 고효율로 분산 및 유제화하며, 또한 고효율로 세포막을 분쇄한다. 본 발명은 높은 처리 능력과 자동화 실현성을 지닌다. 본 발명에서는 밸브의 사용을 필요로 하지 않기 때문에 유지 보수 및 관리를 쉽게 실시할 수 있다.
제지 분야에서 사용되는 종래의 고압 균질화 장치(일본 특허 소화 60-19921A 참조)에 따르면, 섬유상 셀룰로오스를 함유하는 현탁액을 고압으로 소형 오리피스에 통과시키고, 섬유상 셀룰로오스를 미세하게 분화한다.
이러한 종래의 장치는 고압으로 섬유상 셀룰로오스의 현탁액을 소형 오리피스를 통해 유동시키기 위해 모터에 의한 실린더 내의 피스톤의 왕복 운동을 이용한다. 섬유상 셀룰로오스는 점성이 있기 때문에, 종래의 장치는 오리피스를 통해 섬유상 셀룰로오스를 신속하게 유동시킬 수 없어 미세 분화의 생산성 저하의 원인이 된다.
또한, 섬유상 셀룰로오스는 피스톤의 흡입 및 배출 밸브의 시트에 들러붙기 때문에 밸브의 개폐 문제와 고압 하에서 원료의 누출 문제를 야기하여 생산성을 저하시킨다.
종래의 장치는 고압 하에서 작동하기 때문에 피스톤과 흡입 및 배출 밸브는 신속하게 마모되어 쉽게 손상된다. 이러한 이유로 인해, 장치의 유지와 제어가 요구되고 이는 비용 증가의 원인이 된다.
본 발명의 목적은 현탁액에 함유된 고체 물질을 분산 및 유제화하거나, 세포막을 분쇄하는 고압 균질화 장치와 그 방법을 제공하는 데 있다. 상기 장치의 구조는 간단하며 고압 하에서 높은 처리 능력을 발휘한다. 상기 장치는 자동화될 수 있고 손상되는 밸브가 없기 때문에 장치의 부품들의 수명은 길어지고 유지 및 관리가 쉽게 이루어진다.
본 발명의 제1 양태에 따르면, 고압 균질화 장치는, 고압 균질화 기구부와; 미세한 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스, 혹은 세포 등의 원료를 함유하는 현탁액이 고압 하에서 고속으로 통과하는 것을 허용하도록, 고압 균질화 기구부에 배치된 소경의 오리피스와; 고압 균질화 기구부에 연결된 원료 수용 통로와; 원료를 처리하기 위한 프로세싱 피스톤과; 프로세싱 피스톤에 대향하게 배치된 압력 증강 장치와; 프로세싱 피스톤의 전방 단부를 수용하도록 압력 증강 장치 내에 배치된 프로세싱 리세스를 포함하며, 원료를 함유하는 필요량의 현탁액이 고압 하에서 원료 수용 통로로 운반되어 고압 균질화 기구부의 오리피스에서 미세하게 분화되도록, 상기 압력 증강 장치와 프로세싱 피스톤 중 어느 하나 또는 양자 모두는 서로에 대해 상대적으로 이동하며 프로세싱 리세스 내부의 체적이 압축된다.
본 발명의 제2 양태에 따르면, 상기 프로세싱 리세스는, 프레임에 고정된 프로세싱 피스톤에 대해 상대적으로 이동하는 압력 증강 장치의 수납부 혹은 부스터 피스톤 내부에 배치된다.
본 발명의 제3 양태에 따르면, 상기 프로세싱 리세스는, 프레임에 고정된 프로세싱 피스톤에 대해 상대적으로 이동하는 압력 증강 장치의 수납부 혹은 가동 실린더 내부에 배치된다.
본 발명의 제4 양태에 따르면, 상기 프로세싱 리세스는, 프레임에 이동 가능하게 배치된 압력 증강 장치의 부스터 피스톤과 연결되어 있는 프로세싱 피스톤에 대해 상대적으로 이동하는 수납부 혹은 실린더 내부에 배치된다.
본 발명의 제5 양태에 따르면, 상기 프로세싱 리세스는, 프레임에 이동 가능하게 배치된 압력 증강 장치의 부스터 피스톤과 연결되어 있는 프로세싱 피스톤에 대해 상대적으로 이동하는 수납부 혹은 가동 실린더 내부에 배치된다.
본 발명의 제6 양태에 따르면, 상기 원료 수용 통로는 프로세싱 피스톤 내부에서 그 종방향으로 배치된다.
본 발명의 제7 양태에 따르면, 상기 원료 수용 통로는 프로세싱 리세스와 고압 균질화 기구부 사이를 연통하고, 프로세싱 리세스의 반경 방향으로 배치된다.
본 발명의 제8 양태에 따르면, 상기 원료 수용 통로는 프로세싱 리세스의 하부 위치에 배치된 T 혹은 L자 형상의 섹션을 지닌 부싱에 그 일단부가 연결된다.
본 발명의 제9 양태에 따르면, 상기 프로세싱 리세스는 그 하부 위치에서 그 내부에 슬라이딩 밸브를 구비하며, 이 슬라이딩 밸브는 내부 압력 변화에 응답하는 스프링을 이용하여 원료 수용 통로를 개폐한다.
본 발명의 제10 양태에 따르면, 원료를 함유하는 상기 현탁액은, 프로세싱 피스톤이 수밀(水密) 위치를 통과하고 프로세싱 리세스가 수밀 상태로 되는 경우 압축되어 원료 수용 통로 안으로 도입된다.
본 발명의 제11 양태에 따르면, 프로세싱 피스톤이 수밀 위치를 통과하고 현탁액이 수밀 상태에서 프로세싱 리세스와 원료 수용 통로에 채워지는 경우, 원료를 함유하는 상기 현탁액은 압축되어 원료 수용 통로 안으로 도입된다.
본 발명의 제12 양태에 따르면, 프로세싱 리세스의 개구에 배치되는 현탁액 공급용 호퍼를 더 포함하며, 프로세싱 피스톤은 수밀 상태에서 호퍼를 통해 프로세싱 리세스 안으로 삽입된다.
본 발명의 제13 양태에 따르면, 상기 부스터 피스톤, 프로세싱 피스톤 혹은 가동 실린더는 현탁액이 고압에서 원료 수용 통로 안으로 도입된 후 압력 증강 장치에 의해 구동되는 실린더에 의해 초기 위치로 복귀된다.
본 발명의 제14 양태에 따르면, 상기 압력 증강 장치는 오일 혹은 물이 유입되는 부스터 실린더를 구비하고, 부스터 피스톤은 상기 부스터 실린더 내부에 활주 가능하게 배치되며, 상기 부스터 피스톤은 2차 경로에 있어서의 일단부에 프로세싱 피스톤의 전방 단부를 삽입시키기 위한 프로세싱 리세스가 마련되어 있다.
본 발명의 제15 양태에 따르면, 상기 압력 증강 장치는 오일 혹은 물이 유입되는 부스터 실린더를 구비하고, 프로세싱 피스톤으로서의 부스터 피스톤은 상기 부스터 실린더 내부에 활주 가능하게 배치되며, 상기 실린더는 그 일단부에 프로세싱 피스톤의 전방 단부를 삽입시키기 위한 프로세싱 리세스가 마련되어 있다.
본 발명의 제16 양태에 따르면, 상기 압력 증강 장치가 원료의 미세 분화 이후에 초기 위치로 복귀하는 경우, 현탁액이 프로세싱 리세스 안으로 도입되어 프로세싱 리세스 내의 수밀 위치로 채워지도록, 수납부와 프로세싱 피스톤 중 어느 하나 또는 양자 모두의 상대적 이동이 프로세싱 리세스 내부의 체적을 증가시킨다.
본 발명의 제17 양태에 따르면, 상기 프로세싱 피스톤은 이 프로세싱 피스톤 주위에 배치된 핸들에 의해 초기 위치까지 수동으로 이동하며, 이 위치에서 현탁액이 수밀 위치로 채워진다.
본 발명의 제18 양태에 따르면, 상기 프로세싱 피스톤은, 모터와, 이 모터의 샤프트에 결합된 구동 기어 및 이 구동 기어와 맞물리는 피동 기어를 구비하는 기어 그룹과, 프로세싱 피스톤의 외벽에 배치된 나사와, 축선 방향으로 나사와 교차하게 프로세싱 피스톤의 외벽에 배치된 키 홈, 그리고 이 키 홈에 잠기는 키에 의해 이동한다.
본 발명의 제19 양태에 따르면, 자동 조작에서 수납부와 프로세싱 피스톤 중 어느 하나 또는 양자 모두의 상대적인 이동 행정은 행정 제어기에 의해 조정된다.
본 발명의 제20 양태에 따르면, 프로세싱 리세스를 덮도록 수납부의 상부면에 배치되고 프로세싱 피스톤이 활주 가능하게 통과하는 착탈 가능한 커버를 더 포함한다.
본 발명의 제21 양태에 따르면, 상기 커버는 프로세싱 리세스를 구비하는 수납부의 상부에 결합된 고정 플레이트와, 상기 고정 플레이트의 상부면에 결합되고 외주연부에 제1 잠금 에지가 마련된 환상의 커버 본체와, 프로세싱 피스톤을 삽입하기 위한 관통 구멍 및 제1 잠금 에지에 면하는 제2 잠금 에지가 마련된 상측 커버, 그리고 제1 및 제2 잠금 에지를 유지하도록 2개의 부품으로 분리된 칼라(collar)를 포함하며, 상기 상측 커버는 상기 칼라에 의해 상기 커버 본체에 착탈 가능하다.
본 발명의 제22 양태에 따르면, 상기 고압 균질화 기구부는, 축선 방향을 따라 이동하며 유압 혹은 공압 실린더에 의해 구동되는 균질화 밸브를 구비하며, 이 밸브는 원료를 미세 분화하기 위한 내부 압력을 조절하기 위해 오피리스에서 밸브 시트를 가변적으로 가압한다.
본 발명의 제23 양태에 따르면, 고압 균질화 기구부의 현탁액에 함유된 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스, 혹은 세포로 이루어지는 원료를 미세 분화하기 위한 상기 고압은, 압력 증강 장치의 부스터 실린더 내부의 1차 경로에서 검출된 오일 혹은 물의 저압을 환산함으로써 결정된다.
본 발명의 제24 양태에 따르면, 복수 개의 고압 균질화 기구부가 원료 수용 통로의 2차 경로의 타단부에 연결된다.
본 발명의 제25 양태에 따르면, 원료의 미세 분화를 위한 고압 균질화 기구부의 내부 압력은, 압력 증강 장치의 부스터 실린더 안으로 도입된 오일 혹은 물의 저압으로부터 검출되고, 부스터 피스톤과 실린더는 상기 검출된 신호에 기초하여 자동적으로 제어 및 작동된다.
본 발명의 제26 양태에 따르면, 고압 균질화 방법은, 프로세싱 피스톤의 전방 단부를 삽입하기 위한 프로세싱 리세스에, 미세한 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스, 혹은 세포 등의 원료를 함유하는 현탁액을 압력 증강 장치에 의해 공급하는 단계와; 수납부와 프로세싱 피스톤 중 어느 하나 또는 양자 모두를 서로에 대해 이동시키도록 압력 증강 장치를 구동하는 단계와; 프로세싱 리세스 내부의 체적을 압축하는 단계와; 종방향을 따라 프로세싱 피스톤 내부에 배치되거나 프로세싱 리세스의 반경 방향으로 배치되고, 현탁액의 미세 분화를 위해 고압 균질화 기구부 및 프로세싱 리세스에 연결되어 있는 원료 수용 통로 안으로 필요량의 현탁액을 도입하는 단계와; 원료 수용 통로 내부에서 현탁액의 압력을 증가시키는 단계와; 현탁액을 고압 균질화 기구부의 오리피스에 고속으로 통과시키는 단계; 그리고 세포막의 분쇄, 분산 또는 유제화 상태를 얻도록 원료를 미세 분화하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제27 양태에 따르면, 고압 균질화 방법은, 미세한 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스, 혹은 세포 등의 원료를 함유하는 현탁액을 호퍼로 공급하는 단계와; 수납부 내부에 배치되고 프로세싱 피스톤에 대향하는 프로세싱 리세스 안으로, 프로세싱 피스톤의 전방 단부를 호퍼를 통해 삽입하는 단계와; 프로세싱 리세스 내부의 압력을 수밀 상태에서 증가시키기 위해, 프로세싱 피스톤이 프로세싱 리세스 내의 수밀 위치를 통과하게 하는 단계와; 수납부와 프로세싱 피스톤 중 어느 하나 또는 양자 모두를 서로에 대해 이동시키도록 압력 증강 장치를 구동하는 단계와; 프로세싱 리세스 내부의 체적을 압축하는 단계와; 종방향을 따라 프로세싱 피스톤 내부에 배치되거나 프로세싱 리세스의 반경 방향으로 배치되고, 현탁액의 미세 분화를 위해 고압 균질화 기구부 및 프로세싱 리세스에 연결되어 있는 원료 수용 통로 안으로 필요량의 현탁액을 도입하는 단계와; 원료 수용 통로 내부에서 현탁액의 압력을 증가시키는 단계와; 현탁액을 고압 균질화 기구부의 오리피스에 고속으로 통과시키는 단계; 그리고 세포막의 분쇄, 분산 또는 유제화 상태를 얻도록 원료를 미세 분화하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제28 양태에 따르면, 고압 균질화 방법은, 예비 단계로서, 수납부 내부에 배치된 프로세싱 리세스에 있어서의 수밀 위치로, 미세한 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스, 혹은 세포 등의 원료를 함유하는 현탁액을 프로세싱 피스톤에 의해 공급하는 단계와; 프로세싱 피스톤의 전방 단부를 프로세싱 리세스 안으로 삽입하는 단계와; 프로세싱 리세스 내부의 압력을 수밀 상태에서 증가시키기 위해, 프로세싱 피스톤이 프로세싱 리세스 내의 수밀 위치를 통과하게 하는 단계와; 수납부와 프로세싱 피스톤 중 어느 하나 또는 양자 모두를 서로에 대해 이동시키도록 압력 증강 장치를 구동하는 단계와; 프로세싱 리세스 내부의 체적을 압축하는 단계와; 종방향을 따라 프로세싱 피스톤 내부에 배치되거나 프로세싱 리세스의 반경 방향으로 배치되고, 현탁액의 미세 분화를 위해 고압 균질화 기구부 및 프로세싱 리세스에 연결되어 있는 원료 수용 통로 안으로 필요량의 현탁액을 도입하는 단계와; 원료 수용 통로 내부에서 현탁액의 압력을 증가시키는 단계와; 현탁액을 고압 균질화 기구부의 오리피스에 고속으로 통과시키는 단계; 그리고 세포막의 분쇄, 분산 또는 유제화 상태를 얻도록 원료를 미세 분화하는 단계를 포함한다.
본 발명의 제29 양태에 따르면, 압력 증강 장치를 초기 위치로 복귀시키는 단계와; 수납부와 프로세싱 피스톤 중 어느 하나 또는 양자 모두의 상대 운동을 이용하여 프로세싱 리세스 내부의 체적을 증가시키는 단계; 그리고 수밀 위치로 채워지도록 현탁액을 프로세싱 리세스 안으로 도입하는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 고압 균질화 장치는, 미세한 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스 및 세포막 등의 원료(G)를 포함하는 현탁액(2)을 고압 균질화 기구부(1)에 배치된 소형 오리피스(3)에 통과시켜, 그 원료(G)를 분산 및 유제화 혹은 분쇄, 즉 고압 하에서 세포막을 미세하게 분화한다. 상기 고압 균질화 장치는, 원료 수용 통로(6), 프로세싱 피스톤(5), 프로세싱 피스톤(5)에 대향하는 수납부, 및 압력 증강 장치(9)에 의해 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부(5a)(일단부)를 수용하는 프로세싱 리세스(7)를 포함한다. 상기 압력 증강 장치(9)가 구동될 때, 수납부 및/또는 프로세싱 피스톤(5)은 상대적으로 움직이고, 현탁액(2)은 프로세싱 리세스(7) 내의 체적 변화에 의해 처리될 필요량으로 원료 수용 통로(6)로 흐른다. 현탁액(2) 내의 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스 및 세포막은 고압 균질화 기구부(1)의 오리피스(3)에서 미세하게 분화(分化)된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 고압 균질화 장치는 현탁액(2)을 수용하기 위해 프로세싱 리세스(7)의 개구에 배치된 호퍼(4)를 포함하며, 상기 프로세싱 피스톤(5)은 그 내측에 축선 방향을 따라 형성된 원료 수용 통로(6)를 구비하고, 상기 전방 단부(5a)는 호퍼(4) 내에서 상대적으로 이동할 수 있고, 다른 단부(5b)는 고압 균질화 기구부(1)에 연결되어 있다. 또한, 고압 균질화 장치는, 일단부(8a)에 프로세싱 리세스(7)가 배치되어 있는 수납부로서의 부스터 피스톤(8)과, 부스터 피스톤(8)을 왕복 운동시키는 실린더(10)를 포함하며, 상기 압력 증강 장치(9)는 압력이 증가함에 따라 프로세싱 피스톤(5)에 대해 부스터 피스톤(8)을 상하로 이동시킨다. 프로세싱 피스톤(5)과 프로세싱 리세스(7)의 상대적 이동은 프로세싱 리세스(7) 내부의 체적을 변화시킬 수 있다. 이러한 프로세싱 리세스(7)의 체적 변화에 상응하게, 현탁액(2) 내의 미세한 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스, 또는 세포가 원료 수용 통로(6) 안으로 유입되고, 고압 균질화 기구부(1)에서 미세하게 분화된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 고압 균질화 기구부(1)는, 축선 방향(X)으로 유압 실린더(C) 혹은 공압 실린더와 일직선으로 마련되어 구동되는 균질화 밸브(V)와, 밸브 시트(V.S)를 구비하여 오리피스(3)를 형성한다. 균질화 밸브(V)는 원료(G)의 미세 분화 공정을 위한 내부 압력 조절용 밸브 시트(V.S)와 접촉한다.
원료(G)는 다음과 같은 것이 있다. 음식물으로서의 원료(G)는 조제물과 섬유상 셀룰로오스 등의 고체 물질이다. 이들은, 예컨대 토마토 케첩, 오일, 버터와 요구르트 유제품, 소프트 드링크, 과일 주스, 수프, 그리고 분리 방지성, 장기간 안전성, 향미성 및 삼킴성이 좋은 유아용 음식 등의 완제품 혹은 반제품 음식물의 현탁액(2) 내에 함유되어 있다. 화학제품 혹은 화장품으로서의 원료(G)는, 예컨대 그 완제품 혹은 반제품의 현탁액(2) 혹은 에멀젼(emulsion) 내에 함유된 색소, 자성 분말, 또는 무기물 등의 고체 물질이다. 의약품으로서의 원료는, 예컨대 그 완제품 혹은 반제품의 현탁액(2) 혹은 에멀젼 내에 함유된 무기물과 천연 성분 등과 같은 고체 물질이다. 유리제품으로서의 원료는, 액상 유리 내에 함유된 색소와 무기물 등과 같은 미세한 고체 물질이다. 합성수지 산업에서의 원료는, 예컨대 그 완제품 혹은 반제품의 현탁액(2) 혹은 에멀젼 내에 함유된 색소, 무기물, 탄성제, 보강 섬유가 있다. 제지 분야에서, 상기 원료는 제조 중에 현탁액(2) 내에 함유된 섬유상 셀룰로오스 등과 같은 고체 물질이다. 병리학실에서, 상기 원료는 현탁액(2) 내에 포함된 대장균 및 효모 세포 등의 균류 세포이다.
호퍼(4)는 컨테이너이고, 원료(G)는 일단이 호퍼(4)에 연결되어 있는 가요성 파이프(11)를 통해 호퍼(4)로 공급된다.
원료 수용 통로(6)의 단면(φ1)과 길이(L1)는, 고압 균질화 기구부(1)가 원료(G)의 미세 분화 처리를 가장 잘 달성할 수 있도록 설정되어 있다.
압력 증강 장치(9)의 부스터 피스톤(8)은 압력에 의해 상향 이동된다. 프로세싱 피스톤(5)이 부스터 피스톤(8)의 단부(8a)에 배치된 프로세싱 리세스(7)의 수밀 위치(S)를 통과할 때, 호퍼(4)로 공급된 현탁액(2)은 원료 수용 통로(6)로 흐르도록 강제되어, 필요량 만큼 수용된다.
압력 증강 장치(9)는 부스터 실린더(12)와 부스터 피스톤(8)을 구비한다. 오일(O) 혹은 물(W)은 부스터 실린더(12) 안으로 유입된다. 부스터 피스톤(8)은 부스턴 실린더(12)에 대해 활주할 수 있고 그 단부(8a)에는 프로세싱 리세스(7)가 마련되어 있으며, 이 리세스 안으로 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부(5a)가 왕복 운동 중에 삽입된다.
저압 오일(O) 혹은 물(W)이 펌프(P)에 의해 압력 증강 장치(9)의 부스터 실린더(12)로 공급될 때, 부스터 피스톤(8)은 프로세싱 피스톤(5)을 향해 이동한다. 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부[일단부(5a)]는 호퍼(4)를 지나 상기 일단부(8a)에 배치된 프로세싱 리세스(7) 안으로 삽입되고, 프로세싱 리세스(7)는 가압된다. 호퍼(4) 내의 원료(G) 함유 현탁액(2)은 프로세싱 피스톤(5) 내의 원료 수용 통로(6)로 도입된다.
도 1에 도시된 실시예에 있어서, 부스터 실린더(12)는 단면(S1)에서 약 340 mm의 내경(φ2)을 지니며, 프로세싱 리세스(7)는 단면(S2)에서 약 110 mm의 내경(φ3)을 지닌다.
부스터 실린더(12)는 오일(O) 혹은 물(W)이 부스터 실린더(12) 안으로 유입될 때, 100 Kg/cm2(9,800 KPa)의 낮은 내부 압력(H1)을 초기에 지닌다. 프로세싱 피스톤(5)이 프로세싱 리세스(7) 안으로 들어갈 때, 원료 수용 통로(6)의 내부 압력은 955 Kg/cm2 (93,590 KPa)의 고압(H2)에 이르게 된다. 원료 수용 통로(6)의 내부 압력은 부스터 실린더(12)의 내경(φ2)과 프로세싱 리세스(7)의 내경(φ3)을 조절하는 동시에 바람직한 동력의 펌프(P)를 선택함으로써 2,300 Kg/cm2(225,400 KPa)의 최대 압력(H2)에 이를 수 있다.
현탁액(2) 내의 원료(G)를 미세하게 분화하기 위하여, 고체 물질 혹은 섬유상 셀룰로오스를 분산 및 유제화시키고 또 세포막을 분쇄시키는 고압 균질화 기구부(1)에서의 고압(H3)은, 오일 압력 표시기(13)에서 측정되고 센서(도시 생략)에 의해 검출되는 제1 저압(H1)으로부터 예측되는데, 이 저압은 부스터 실린더(12) 안으로 유입되는 오일(O) 혹은 물(W)에 의해 야기되는 것이다.
실린더(10)는 부스터 피스톤(8)에 연결된 피스톤 로드(14)를 구비하여, 이 로드(14)를 상하로 이동시킴으로써 원료 수용 통로(6)의 내부 압력을 고압(H2)으로 증가시킨다.
고압 균질화 기구부(1)는 도 1에 도시된 바와 같이 프레임(15)의 상부에 부착되어 있다. 실린더(10)는 프레임(15)의 상부의 양측에 부착되어 있다. 프로세싱 피스톤(5)은 프레임(15)의 내측에서 상부의 중앙에 배치되고, 부스터 실린더(12)는 프레임(15)의 하부에 배치되어 있다.
배출 파이프(11')는 고압 균질화 기구부(1)에 연결되어 있고, 필요에 따라 미세 분화된 원료(G)를 컨테이너(16)로 배출하는 데 사용된다.
고압 균질화 기구부(1)의 구조는 전술한 바와 같다. 현탁액 내에 함유된 고체 물질 혹은 섬유상 셀룰로오스의 원료를 분산 혹은 유제화시키고 그리고 세포막의 미세 분화를 위해 분쇄하기 위한 이 장치의 프로세스가 이하에 설명될 것이다.
상기 원료(G)는 다음과 같은 것이 있다. 음식물으로서의 원료(G)는 조제물과 섬유상 셀룰로오스 등의 고체 물질이다. 이들은, 예컨대 토마토 케첩, 오일 버터와 요구르트 유제품, 소프트 드링크, 과일 주스, 수프, 그리고 분리 방지성, 장기간 안전성, 향미성 및 삼킴성이 좋은 유아용 음식 등의 완제품 혹은 반제품 음식물의 현탁액(2) 내에 포함되어 있다. 화학제품 혹은 화장품으로서의 원료(G)는, 예컨대 그 완제품 혹은 반제품의 현탁액(2) 혹은 에멀젼 내에 함유된 색소, 자성 분말, 또는 무기물 등의 고체 물질이다. 의약품으로서의 원료는, 예컨대 그 완제품 혹은 반제품의 현탁액(2) 혹은 에멀젼 내에 함유된 무기물과 천연 성분 등과 같은 고체 물질이다. 유리제품으로서의 원료는, 액상 유리 내에 함유된 색소와 무기물 등과 같은 미세한 고체 물질이다. 합성수지 산업에서의 원료는, 예컨대 그 완제품 혹은 반제품의 현탁액(2) 혹은 에멀젼 내에 함유된 색소, 무기물, 탄성제, 보강 섬유가 있다. 제지 분야에서, 상기 원료는 제조 중에 현탁액(2) 내에 함유된 섬유상 셀룰로오스 등과 같은 고체 물질이다. 병리학실에서, 상기 원료는 현탁액(2) 내에 포함된 대장균 및 효모 세포 등의 균류 세포이다.
현탁액(2)에 함유된 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스, 혹은 균류 세포의 원료(G)를 미세 분화하기 위해, 현탁액(2)은 가요성 파이프(11)를 통해 호퍼(4)로 공급된다. 또한, 상기 현탁액(2)은 프로세싱 리세스(7)로 공급된다(도 1 참조).
압력 증강 장치(9)가 구동되어 부스터 피스톤(8)이 상향 이동할 때, 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부(5a)는 도 2에 도시된 바와 같이 호퍼(4)를 지나 프로세싱 리세스(7) 안으로 들어간다.
부스터 피스톤(8)의 운동은 부스터 실린더(12) 안으로 유입되는 저압(H1)의 오일(O) 혹은 물(W)에 의해 구동된다.
프로세싱 피스톤(5)이 프로세싱 리세스(7)의 수밀 위치(S)를 통과한 후, 프로세싱 리세스(7)의 내부는 가압된다.
부스터 피스톤(8)은 센서가 정지를 검출할 때까지 프로세싱 피스톤(5)을 향해 이동한다. 프로세싱 리세스(7) 내부의 체적 압축은 현탁액을 압축하는 동시에 필요량 만큼 상기 현탁액을 원료 수용 통로(6) 안으로 도입한다. 현탁액(2)은 원료 수용 통로(6)에서 더 압축된다.
전술한 바와 같이, 도 1에 도시된 실시예에서, 부스터 실린더(12)는 약 340 mm의 내경(φ2)을 지니며, 프로세싱 리세스(7)는 약 110 mm의 내경(φ3)을 지닌다. 부스터 실린더(12)는 100 Kg/cm2(9,800 KPa)의 낮은 내부 압력(H1)을 초기에 지닌다. 프로세싱 피스톤(5)이 프로세싱 리세스(7) 안으로 들어갈 때, 원료 수용 통로(6)의 내부 압력은 955 Kg/cm2 (93,590 KPa)의 고압(H2)에 이르게 된다. 원료 수용 통로(6)의 내부 압력은 2,300 Kg/cm2(225,400 KPa)의 최대 압력(H2)에 이를 수 있다.
압력(H2)까지 가압된 원료(G)는 밸브 시트(V.S)와 균질화 밸브(V) 사이에서 작은 간극을 지닌 오리피스(3)를 통과할 때[여기서, 밸브 시트(V.S)는 프로세싱 피스톤(5)의 단부(5b)에 연결되어 있고 균질화 밸브(V)에 의해 가압됨], 원료(G)는 오리피스(3)에서 매우 빠르게 유동하여 그 내부에 캐비테이션을 유발한다. 전단 작용은 캐비테이션이 깨질 때 높은 압력차로 인해 야기된다. 그 후, 원료(G)는 고속으로 오리피스(3)로부터 배출되어 벽에 충돌한다. 그 결과, 현탁액(2) 내의 고체 물질 혹은 섬유상 셀룰로오스는 고압(H3) 하에서 분산 혹은 유제화된다. 세포는 파열되고 세포막은 고압(H3) 하에서 분쇄된다. 원료(G)는 이러한 방식으로 미세 분화된다. 원료 수용 통로(6)가 더 높은 압력(H2)을 지님에 따라, 원료(G)는 더 높은 속도로 오리피스(3)를 통과하여 더 강하게 충돌한다.
원료(G)의 미세 분화를 위한 고압(H2)의 값은, 오일(O) 혹은 물(W)이 부스터 실린더(12) 내에 저압(H1)을 형성하는 1차 경로 내의 오일 압력 표시기(13)의 값으로부터 환산되는 것이며, 상기 저압은 센서(도시 생략)에 의해 검출된다. 오일 압력 표시기(13) 등의 측정 기기는 내부 압력에 견디며, 마모와 고장 없이 용이하게 측정이 실시될 수 있다.
고압 균질화 기구부(1)에 있어서, 오리피스(3)를 형성하는 밸브 시트(V.S)는 도 1 및 도 7에 도시된 바와 같이 축선 방향(X)을 따라 일직선 상에 마련된 유압 혹은 공압 실린더(C)와 균질화 밸브(V)에 의해 가압된다. 균질화 밸브(V)를 압박하는 압력은 감압 압력으로부터 고압 및 초고압으로 변경될 수 있다. 오리피스(3) 부근의 내부 압력은 원료(G) 내의 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스, 혹은 세포막을 미세 분화하기 위해 유압 실린더(C)에 의해 조절된다. 고압 균질화 기구부(1)에 의해 미세 분화된 원료(G)는 배출 파이프(11')를 통해 컨테이너(16)로 배출된다.
원료(G)의 미세 분화 이후에, 부스터 실린더(12) 내의 오일(O) 혹은 물(W)은 배출되고, 부스터 피스톤(8)은 도 5에 도시된 바와 같이 피스톤 로드(14)를 통해 실린더(10)에 의해 초기 위치까지 저항 없이 하향 이동하게 된다. 부스터 피스톤(8)이 초기 위치로 복귀하도록, 부스터 피스톤(8)은 프레임(15)에 부착된 프로세싱 피스톤(5)으로부터 이탈하고, 프로세싱 피스톤(5)은 프로세싱 리세스(7)로부터 빠져 나온다.
부스터 피스톤(8)이 하향 이동할 때, 밸브 시트(V.S)에 대한 균질화 밸브(V)의 압박은, 공기를 원료 수용 통로(6) 안으로 신속하고 용이하게 도입시키도록 유압 실린더(C)를 구동시키는 것에 의해 해제된다. 원료 수용 통로(6) 내부의 진공은 부스터 피스톤(8)이 쉽게 하향 이동하는 것을 방지한다(도 5 참조).
부스터 피스톤(8)은 초기 위치(도 6 참조)까지 부스터 실린더(12) 내부에서 원활하게 이동하고, 부스터 피스톤(8)의 위치는 센서(도시 생략)에 의해 검출된다.
1차 경로의 저압(H1)은 오일 압력 표시기(13)에 의해 측정되고 센서에 의해 검출된다. 부스터 피스톤(8)의 구동 타이밍과 행정은 상기 검출된 신호에 기초하여 결정된다. 상기 검출된 신호는 프로세싱 피스톤(5) 내부의 원료 수용 통로(6)에 수용될 현탁액(2)의 양을 제어하며, 또한 원료(G)를 원료 수용 통로(6)로 수용하는 데 필요한 값으로 고압(H2)을 제어한다.
균질화 밸브(V)와 함께 오리피스(3)를 형성하는 밸브 시트(V.S)를 가압시키도록 균질화 밸브(V)를 구동시키는 유압 실린더(C)는, 밸브 시트(V.S)에 대한 균질화 밸브(V)의 가압 압력을 조절함으로써 원료(G)에 대한 내부 압력, 가압 타이밍 및 가압 순서를 결정하도록, 1차 경로의 저압(H1)의 검출 신호로부터 제어된다. 또한, 상기 검출된 신호는 부스터 피스톤(8)이 실린더(10)에 의해 초기 위치로 복귀하는 타이밍을 제어할 수 있다.
이러한 제어는 컴퓨터 프로그램을 이용하여 쉽게 달성된다. 컴퓨터 프로그램은 원료(G)의 분산, 유제화 혹은 분쇄로 이루어진 미세 분화 프로세스를 자동적으로 실행할 수 있다. 자동 프로세스는 다음과 같은 공정들에 의해 실시된다. 현탁액(2)은 호퍼(4)로 공급되며, 부스터 피스톤(8)은 가압되고, 프로세싱 피스톤(5)은 프로세싱 리세스(7)의 수밀 위치(S)를 통과하며, 현탁액(2)은 원료 수용 통로(6)로 도입되어 고압(H2)으로 가압되고 고압 균질화 기구부(1)에서 한 번 미세 분화며, 미세 분화된 원료를 함유하는 현탁액(2)은 컨테이너(16)로 배출되어 다시 파이프(11)를 통해 호퍼(4)에 공급된다. 밸브 시트(V.S)에 대한 균질화 밸브(V)의 가압력은, 고압 균질화 기구부(1)에서 이전에 행한 것보다 원료(G)를 더 미세하게 분화하기 위해 유압 실린더(C)에 의해 더 증가된다.
이러한 공정이 반복될 때, 원료(G)는 필요한 크기로 용이하고 신속하게 미세 분화된다.
제1 실시예의 프로세스에서, 원료(G)는 프로세싱 피스톤(5)이 수밀 위치(S)를 통과한 직후에 원료 수용 통로(6)에서 고압(H2)으로 압축된다. 따라서, 오리피스(3)가 작거나 현탁액(2)의 점성이 높더라도, 필요한 양의 원료(G)가 상기 압력 혹은 고압 하에서 원활하게 고압 균질화 기구부(1) 안으로 도입될 수 있다.
전체의 작동이 연속적으로 실행되기 때문에, 고체 물질 및 셀룰로오스의 분산 및 유제화, 혹은 세포막의 분쇄는 효과적으로 이루어진다.
상기 실시예에 따른 고압 균질화 기구부(1)를 용량 검증하기 위해 테스트한 결과 고성능인 것으로 밝혀졌다.
첫 번째 측정으로서, 한 장의 종이에 포함된 섬유상 셀룰로오스의 현탁액(2)은 제1 실시예에 따른 장치의 고압 균질화 기구부(1)에 의해 미세 분화되고, 오리피스(3)의 배출 압력과 섬유상 셀룰로오스의 미세 분화 사이의 관계를 측정하였다.
도 8 내지 도 11의 현미경 사진에 나타난 바와 같이, 현탁액(2) 내의 섬유상 셀룰로오스는 고압 균질화 기구부(1)의 미세 분화에 있어서의 배출 압력이 증가함에 따라 더 작아진다.
약 8 중량%의 물을 함유하는 종이를 종이 절단기[마츠에 나카바야시 가부시키가이샤(Mstsue Nakabayashi Co.)의 제품 타입, NS-32C]를 사용하여 약 4 mm × 15 mm 의 크기로 절단하였다.
약 43.5 g의 절단된 종이를 약 956.5 g의 물에 혼합시켰다. 섬유상 셀룰로 오스를 작은 크기로 쪼개기 위해 1분 동안 상기 혼합물을 믹서[마츠시타 덴키 산교 가부시키가이샤(Matsushita Denki Sangyo Co.)의 제품 타입, MX-152S]로 교반하였다. 물에 균일하게 분산된 고체 물질(섬유상 셀룰로오스) 4 중량%를 포함하는 4 Kg의 현탁액(2)을 준비하였다.
도 8은 미세 분화 이전의 현탁액의 현미경 사진이다. 이 현미경 사진은 10 내지 50배의 반사/투과 현미경(니콘 컴패니의 제품 타입, Eclipse ME 600L)과 이 현미경에 부착된 디지털 카메라 유닛(니콘 컴패니의 제품 타입, DS-5M-L1)을 사용하여 얻은 것이다.
도 9는 500 Kg/cm2(49,000 KPa)의 배출 압력을 갖는 오리피스(3)에서 연속적으로 3회 미세 분화된 현탁액(2)의 현미경 사진이다. 도 10 및 도 11은 1,000 Kg/cm2(98,000 KPa)와 1,500 Kg/cm2(147,000 KPa)의 배출 압력을 갖는 오리피스(3)에서 각각 연속적으로 3회 미세 분화된 현탁액(2)의 현미경 사진이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 약 20 내지 25 ㎛의 단면 직경을 지닌 섬유상 셀룰로오스는 미세 분화 이전에 현탁액(2)에 균일하게 분산되어 있다.
도 9에 있어서, 약 15 ㎛ 직경의 섬유상 셀룰로오스 둘레에 마이크로 소섬유가 발견되는데, 이는 500 Kg/cm2의 배출 압력에서 원료(G)의 미세 분화를 보여준다.
도 10은 섬유상 셀룰로오스가 더 짧은 길이로 분화되고, 마이크로 소섬유가 약 7 내지 14 ㎛ 직경의 섬유상 셀룰로오스 둘레에 더 많이 발견되는 것을 보여주 며, 또한 1,000 Kg/cm2의 배출 압력에 있어서의 원료(G)의 미세 분화를 보여준다.
도 11은 더 짧은 섬유상 셀룰로오스가 더 많이 존재하고, 마이크로 소섬유가 약 10 ㎛ 직경의 섬유상 셀룰로오스 둘레에 더 많이 발견되는 것을 보여주며, 또한 1,500 Kg/cm2의 배출 압력에 있어서의 원료(G)의 미세 분화를 보여준다.
도 8 내지 도 11에서, 현탁액(2) 내의 섬유상 셀룰로오스가 고압 균질화 기구부(1)에 의해 미세 분화되었다는 것과, 여러 번의 분화에 의해 섬유상 셀룰로오스가 1회 이상 더 미세 분화되었다는 것과, 오리피스(3)의 배출 압력이 높을수록 낮은 배출 압력의 경우보다 섬유상 셀룰로오스가 더 미세하게 분화된다는 것이 밝혀졌다.
제2의 측정으로서, 현탁액(2) 내의 섬유상 셀룰로오스가 미세 분화되는 동안에, 오리피스(3)의 배출 압력과 섬유상 셀룰로오스의 배출 온도 사이의 관계를 측정하였다.
배출 압력이 각각 500 Kg/cm2, 1,000 Kg/cm2 및 1,500 Kg/cm2인 제1, 제2 및 제3 미세 분화에 있어서의 배출 온도를 측정하였다.
오리피스(3)로부터 배출된 원료(G)의 배출 온도를 0 내지 300 ℃ 스케일의 수은 온도계로 측정하였다.
측정 조건으로서, 물의 온도를 26℃로, 대기 온도를 27℃로, 그리고 믹서에 의해 교반된 후의 원료(G)의 온도를 28.5℃로 하였다.
오리피스(3)에서의 배출 압력이 500 Kg/cm2인 경우의 원료(G)의 배출 온도는, 제1, 제2 및 제3 미세 분화에서 각각 38.0, 41.5 및 42.5 ℃ 이었다.
오리피스(3)에서의 배출 압력이 1,000 Kg/cm2인 경우의 원료(G)의 배출 온도는, 제1, 제2 및 제3 미세 분화에서 각각 45.5, 54.0 및 54.5℃ 이었다.
오리피스(3)에서의 배출 압력이 1,500 Kg/cm2인 경우의 원료(G)의 배출 온도는, 제1, 제2 및 제3 미세 분화에서 각각 49.0, 60.0 및 63.0℃ 이었다.
표 1은 그 결과를 나타낸다.
배출압력(Kgf/cm2) 통과 횟수 배출 온도(℃) 온도 증가(℃)
500 (49,000 KPa) 1 38.0 9.5
2 41.5 3.5
3 42.5 1.0
1,000 (98,000 KPa) 1 45.5 17.0
2 54.0 8.5
3 54.5 0.5
1,500 (147,000 KPa) 1 49.0 20.5
2 60.0 11.0
3 63.0 3.0
(물 온도 : 26 ℃, 대기 온도 : 27 ℃, 믹서로 교반 후의 온도 : 28.5 ℃)
표 1로부터 배출 온도는 500 Kg/cm2에서 1,500 Kg/cm2으로 배출 압력이 증가함에 따라 증가하는 것을 알 수 있다.
표 1로부터 각각의 배출 압력에 있어서, 2회 통과에서 3회 통과로의 온도 증가는 1회 통과에서 2회 통과로의 온도 증가보다 더 작은 것을 알 수 있다.
오리피스(3)에서의 원료(G)의 배출 온도는 오리피스(3)에서의 배출 압력에 비례하지 않는 것으로 확인되었다.
소정의 내부 용적을 갖는 튜브의 1차 경로에 압력이 가해질 때, 2차 경로의 배출 압력과 배출 온도는 다음과 같이 주어진다.
ρㆍQㆍcㆍ△T = PㆍQ, 즉
△T = PㆍQ/ρㆍQㆍc
여기서, ρ는 액체의 비중(Kg/cm3), c는 액체의 비열(Kcal/(Kgㆍ℃)), Q는 액체의 배출량(Kgf/cm3), P는 배출 압력(Kgf/cm3), 그리고 △T는 배출 온도(℃)이다.
고압 균질화 기구부(1)의 오리피스(3)로부터 배출되는 미세 분화된 원료(G)의 배출 온도를 유도해 내기 위해 액체에 관련된 값을 상기 수학식 2에 대입한다.
도 12 내지 도 14는 각각의 배출 압력에 있어서 실험의 배출 온도(A)와, 수학식 1 혹은 수학식 2로부터 계산된 배출 온도(B)를 나타낸 것이다.
도 12는 500 Kgf/cm2의 배출 압력에서, 계산된 배출 온도(B)가 교반 이후, 첫 번째 미세 분화 이후, 두 번째 미세 분화 이후, 그리고 세 번째 미세 분화 이후에 각각 28.5 ℃, 40.0 ℃, 52.0 ℃ 및 64.0 ℃이라는 것을 보여준다. 반면에, 실험의 배출 온도(A)는 각각의 대응하는 단계에서 각각 28.5 ℃, 38.0 ℃, 41.5 ℃ 및 42.5 ℃이다.
도 13은 1,000 Kgf/cm2의 배출 압력에서, 계산된 배출 온도(B)는 교반 이후, 첫 번째 미세 분화 이후, 두 번째 미세 분화 이후, 그리고 세 번째 미세 분화 이후에 각각 28.5 ℃, 55.0 ℃, 75.0 ℃ 및 98.0 ℃이라는 것을 보여준다. 반면에, 실험의 배출 온도(A)는 각각의 대응하는 단계에서 각각 28.5 ℃, 45.5 ℃, 54.0 ℃ 및 54.5 ℃이다.
도 14는 1,500 Kgf/cm2의 배출 압력에서, 계산된 배출 온도(B)는 교반 이후, 첫 번째 미세 분화 이후, 두 번째 미세 분화 이후 그리고 세 번째 미세 분화 이후에 각각 28.5 ℃, 64.0 ℃, 약 98.0 ℃ 및 135.0 ℃이라는 것을 보여준다. 반면에, 실험의 배출 온도(A)는 각각의 대응하는 단계에서 각각 28.5 ℃, 49.0 ℃, 60.0 ℃ 및 63.0 ℃이다.
배출 압력의 각각의 조건과 통과 횟수에서 계산된 배출 온도(B)는 항시 측정된 배출 온도(A)보다 더 높다는 것이 명백하다.
표 1로부터 다음의 미세 분화에서의 온도 증가는, 각각의 배출 압력에 있어서의 통과 횟수 증가에 따라 감소한다는 것을 알 수 있다.
측정된 배출 온도의 값은 500 내지 1,500 Kgf/cm2 에서 28.5 내지 63.5 ℃이며, 그 온도 증가는 상기 계산된 배출 온도의 값보다 더 작다. 계산된 배출 온도의 값은 온도 증가에 비례한다.
측정된 배출 온도(A)와 계산된 배출 온도(B)의 온도차는, 섬유상 셀룰로오스가 오리피스(3)를 통과하여 미세 분화될 때, 섬유상 셀룰로오스의 수소 결합을 절 단하기 위해 소모되는 에너지로부터 초래되는 것으로 추정된다.
따라서, 배출 온도는 섬유상 셀룰로오스의 성질을 변화시키지 않는다.
본 발명의 미세 분화는 원료의 성질을 변화 및 저하시키지 않기 때문에, 예컨대 음식물, 화학제품 혹은 화장품, 의약품, 유리 제품, 합성수지 산업, 제지 산업, 병리학실 등에서의 전술한 원료(G)에 적합할 수 있다.
본 발명의 미세 분화는 열 변화에 대한 내성이 큰 고체 물질뿐만 아니라 열 변화에 대한 내성이 약한 물질에도 적합할 수 있다.
종래의 장치에서, 원료는 실린더 안으로 도입되고, 그리고 모터에 의해 구동되는 프로세싱 피스톤으로 인해 실린더에서 배출된다. 여러 번에 걸친 원료의 흡입 및 배출이 실행되고 장치가 소정의 고압에 이르게 된 이후, 원료는 미세 분화된다. 그 결과, 종래의 장치는 미세 분화를 개시하는 데 시간이 걸린다. 본 발명의 제1 실시예에 있어서, 고압 균질화 기구부(1)는 원료(G)를 고효율적으로 미세 분화하도록 원료 수용 통로(6)를 2.300 Kg/cm2로 신속하게 가압할 수 있다.
종래의 장치는 모터를 이용하여 실린더 내에서 피스톤을 구동하여, 원료는 흡입 밸브를 통해 흐르고 배출 밸브를 통해 배출된다. 한편, 본 발명의 고압 균질화 장치의 제1 실시예는, 고압 균질화 기구부(1)의 선행 단계에서 고압(H2)으로 원료(G)를 가압하는 데, 모터에 의해 구동되는 피스톤과 흡입 및 배출 밸브를 이용하지 않는다. 그 후, 본 발명의 고압 균질화 장치는 섬유상 셀룰로오스 등과 같이 얽혀있는 고체 물질을 함유하는 현탁액이라도 쉽게 미세 분화할 수 있다. 고압 균질화 장치가 모터에 의해 구동되는 피스톤과 흡입 밸브 및 배출 밸브를 구비하지 않으므로, 밸브 조작이 불필요하여 고체 물질이 밸브와 밸브 시트에 들러붙지 않는다. 상기 장치는 필요량의 현탁액(2)을 일정한 속도로 공급할 수 있다.
제1 실시예의 균질화 장치는 고압 혹은 초고압 하에서 원료(G)의 누출 없이 매우 효율적으로 원료(G)를 미세 분화할 수 있다.
본 발명의 고압 균질화 장치는 원료를 가압하는 데, 모터에 의해 구동되는 피스톤과 흡입 밸브 및 배출 밸브를 이용하지 않는다. 따라서, 이들 부품을 수리 및 교체하기 위한 유지 보수 및 관리는 제1 실시예에 따른 장치에서 필요하지 않다. 이 장치는 마모 또는 손상되는 전술한 부품을 구비하지 않기 때문에, 장치의 수명이 더 길어져 노동 시간과 비용을 절감된다.
도 15 내지 도 17에는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고압 균질화 장치가 도시되어 있다. 이 장치는 실린더(10)의 일단부에 부착된 연결 바아(20)와 양측에서 연결 바아(20)로부터 하향 현수된 연결 로드(21)를 통해 부스터 피스톤(8)에 연결된 실린더를 구비한다. 상기 제2 실시예는 제1 실시예와 대조적으로 부스터 피스톤(8)을 이동시키기 위해 하나의 실린더(10)를 이용하기 때문에, 부품의 수가 작아지고 제작 및 조립이 용이해져 제작비가 감소된다. 상기 장치의 구성 및 조작은 제1 실시예의 것과 동일하다.
도 18에는 본 발명의 제3 실시예에 따른 고압 균질화 장치가 도시되어 있다. 상기 균질화 장치는 제1 및 제2 실시예의 것보다 더 긴 부스터 피스톤(8)을 구비한다. 긴 부스터 피스톤(8)은 용이하게 형성될 수 있고 압력에 대해 더 높은 저항을 지닌다. 긴 부스터 피스톤(8)은 부스터 실린더(12) 및 프로세싱 피스톤(5)과 함께 조립 및 제조하는데 고도의 정확성을 필요로 하지 않는다. 상기 장치의 구성 및 조작은 제1 및 제2 실시예의 것과 동일하다.
도 19에는 본 발명의 제4 실시예에 따른 고압 균질화 장치가 도시되어 있다.
제1 내지 제3 실시예에 있어서, 부스터 피스톤(8)을 움직이기 위한 각각의 실린더(10)는 프레임(15)의 상부에 배치되어 있다. 제4 실시예에서는 그 대신에 유압 혹은 수압 회로(K)가 압력 증강 장치(9)의 부스터 실린더(12) 내에 배치되어있다. 부스터 피스톤(8)은 압력에 의해 프로세싱 피스톤(5)을 향해 이동하며, 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부[일단부(5a)]가 호퍼(4)를 통해 프로세싱 리세스(7) 안으로 삽입된다. 프로세싱 피스톤(5)이 프로세싱 리세스(7) 내의 수밀 위치(S)를 통과하고 프로세싱 리세스(7)를 압축시킬 때, 원료(G)를 함유하는 현탁액(2)이 원료 수용 통로(6) 안으로 도입되어 고압(H2)으로 압축된다. 부스터 피스톤(8)은 회로(K)의 유압 혹은 수압 변화에 의해 초기 위치로 복귀한다.
상기 제4 실시예는 부스터 피스톤(8)을 이동시키기 위한 실린더(10)를 구비하지 않기 때문에, 부품의 수가 감소되고 제조 및 조립이 간단해진다. 상기 장치의 구성 및 기능은 제1 내지 제3 실시예의 것과 동일하다.
도 20에는 본 발명의 제5 실시예에 따른 고압 균질화 장치가 도시되어 있다.
제1 내지 제3 실시예에 있어서, 부스터 피스톤(8)을 움직이기 위한 실린더(10)는 프레임(15)의 상부에 배치되어 있다. 제5 실시예에서는 그 대신에 복수 개의 실린더(10)가 부스터 피스톤(8)을 수납하는 부스터 실린더(12) 둘레에 피스톤 로드(14)와 연결 바아(20')를 통해 배치되어 있다. 압력 증강 장치(9)의 부스터 피스톤(8)은 프로세싱 피스톤(5)을 향해 이동할 수 있다. 부스터 피스톤(8)은 압력에 의해 프로세싱 피스톤(5)을 향해 이동하며, 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부[일단부(5a)]는 호퍼(4)를 통해 프로세싱 리세스(7) 안으로 삽입된다. 프로세싱 피스톤(5)이 프로세싱 리세스(7) 내의 수밀 위치(S)를 통과하고 프로세싱 리세스(7)를 압축시킬 때, 원료(G)를 함유하는 현탁액(2)은 원료 수용 통로(6) 안으로 도입되고 고압(H2)으로 압축된다. 부스터 피스톤(8)은 실린더(10)의 구동에 의해 초기 위치로 복귀한다.
제1 내지 제3 실시예에서, 실린더(10)는 프레임(15) 위에 배치되어 있다. 이 실린더(10)는 프레임(15)의 하부 위치에 배치된 압력 증강 장치(9)의 부스터 실린더(12) 둘레에 배치되어 있다. 실린더(10)를 구동하기 위한 오일 혹은 물이 누설로 인해 원료를 오염시키지 않도록, 원료(G)를 수용하기 위한 호퍼(4)는 실린더(10) 위에 배치되어 있다. 큰 공간이 호퍼(4) 둘레에 형성될 수 있기 때문에, 원료(G)의 상태 혹은 공급을 신속하고 정확하게 관찰할 수 있고, 장치의 제조 및 조립과, 유지 보수 및 제어가 용이해질 수 있다.
제5 실시예에서, 공기를 공급하기 위한 구멍(30a)을 지닌 공기 흡입 밸브(30)는 프로세싱 피스톤(5)의 타단부(도 20에서 상단부)에 배치된 고압 균질화 기구부(1)의 일단부에 배치되어 있다. 부스터 피스톤(8)은 다른 실시예들과 동일한 공정을 이용하여 원료(G)를 미세 분화한 후 초기 위치로 복귀된다. 부스터 피스톤(8)이 복귀하면, 외부의 공기는 구멍(30a)으로부터 프로세싱 피스톤(5) 내의 원료 수용 통로(6) 안으로 도입되어, 부스터 피스톤(8)의 하향 운동을 용이하게 만들도록 진공 상태를 깨뜨린다.
제5 실시예에 있어서, 컨테이너(16) 내에 수용된 미세 분화된 원료(G)는, 추가적인 미세 분화를 위해, 펌프(P1)를 구비한 파이프(11)를 통해 예정된 시간과 양으로 호퍼(4)에 공급된다. 제5 실시예에서는, 초기 원료(G)를 펌프(P2)와 선택 밸브(V1)를 통해 호퍼(4)에 공급하는 원료 탱크(T)가 있다. 도 20에서, 호퍼(4)는 캡슐화된 타입이지만, 이에 한정되지 않고 개방된 타입일 수도 있다.
공기 흡입 밸브(30)는, 원료(G)가 고압 균일화 장치(1)에서 미세 분화된 후 외부 공기가 밸브(30)로부터 도입되는 것이면 어떠한 타입의 구조일 수 있다.
도 21에는 본 발명의 제6 실시예가 도시되어 있다.
제6 실시예는 2차 경로의 일단부(5b)에 부착된 복수 개, 즉 3개의 고압 균질화 기구부(1)를 구비한다. 원료(G)를 함유하는 현탁액(2)은 다른 실시예들과 유사하게 부스터 피스톤(8)에 의해 가압된다. 제6 실시예는 제1 내지 제3 실시예에 비해 더 높은 원료의 미세 분화의 처리량과 효율을 달성할 수 있다. 복수 개의 고온 균질화 장치(1)의 미세 분화는 동시에 혹은 상이한 시간에 각각 수행될 수 있다. 고압 균질화 기구부(1)의 수는 도 21에 도시된 바와 같이 2개에만 한정되지 않고 선택적일 수 있다.
도 22에는 본 발명의 제7 실시예에 따른 고압 균질화 장치가 도시되어 있다.
제1 내지 제6 실시예에 있어서, 부스터 피스톤(8)은 프레임(15)에 고정된 프로세싱 피스톤(5)을 향해 이동하고, 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부(5a)는 프로세싱 리세스(7) 안으로 삽입되며, 원료(G)를 함유하는 현탁액(2)은 이 현탁액(2)을 고압(H2)으로 압축하기 위해 원료 수용 통로(6) 안으로 도입된다.
제7 실시예에서는, 도 22에 도시된 바와 같이 압력 증강 장치(9)는 부스터 실린더(12')를 포함하며, 이 부스터 실린더(12')에 대해 활주 가능한 부스터 피스톤(8') 및 프레임(15) 위에서 상기 실린더 안으로 오일 혹은 물이 유입되고, 상기 압력 증강 장치는 그 하부의 중앙에 프로세싱 피스톤(5)이 마련되어 있다. 호퍼(4)와 고정 실린더(8")가 프레임(15)의 하부에 배치되어 있다. 고정식 수납부로서의 고정 실린더(8")는 그 일단부에 프로세싱 리세스(7)가 배치되어 있고, 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부(5a)가 프로세싱 리세스(7) 안으로 삽입된다.
부스터 피스톤(8')에 부착된 프로세싱 피스톤(5)은, 프레임(15)의 하부에 고정된 고정 실린더(8")까지 도 22에 있어서의 아래쪽으로 이동한다. 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부(5a)는 고정 실린더(8") 내의 프로세싱 리세스(7) 안으로 삽입되어 이들 두 부분 사이에 수밀 상태를 이룬다. 현탁액(2)은 원료 수용 통로(6) 안으로 도입되고 고압(H2)으로 압축되며, 고압 균질화 기구부(1)에서 미세 분화된다. 전술한 것을 제외하고는, 그 구성 및 조작이 제1 내지 제6 실시예의 것과 동일하다.
도 23은 본 발명의 제8 실시예를 보여준다.
제8 실시예는 프로세싱 피스톤(5)의 일단부(5b)(도 23에서 상단부)에 부착된 고압 균질화 기구부(1)와, 이 고압 균질화 기구부(1)의 일측면에 배치되며 스프링력에 의해 정상시 폐쇄되는 밸브(30'a)가 마련된 공기 흡입 밸브(30')를 포함한다. 프레임(15)의 하부에 배치된 압력 증강 장치(9)의 부스터 피스톤(8)이 프로세싱 피스톤(5)을 향해 이동하며, 원료(G)를 함유하는 현탁액(2)은 제1 내지 제6 실시예에서 설명한 바와 같이 동일한 공정에 의해 미세 분화된다.
제8 실시예에 있어서, 부스터 피스톤(8)이 초기 위치로 복귀할 때, 부스터 피스톤(8)의 이동이 진공 상태보다 더 용이하게 되도록, 공기 흡입 밸브(30')는 외부 공기를 고압 균질화 기구부(1)를 통해 원료 수용 통로(6) 안으로 도입한다. 제8 실시예는 분화된 원료(G)를 함유하는 현탁액(2)을 호퍼(4)에 공급하기 위해 파이프(11)의 중간에 펌프(P1)가 설치되어 있다. 펌프(P1)는 도 20에 도시된 제5 실시예의 것과 동일한 구성과 기능을 지닌다. 펌프(P1)를 제외하고, 제8 실시예는 도 19에 도시된 제4 실시예와 동일하다.
도 24는 본 발명의 제9 실시예를 보여준다.
제9 실시예는 프레임(15)에 고정된 프로세싱 피스톤(5), 이 프로세싱 피스톤(5)을 향해 이동 가능한 부스터 피스톤(8), 프로세싱 피스톤(5)을 향해 이동 가능한 실린더(40)를 포함한다. 가동 실린더(40)는 프로세싱 리세스(7)를 구비하며, 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부[일단부(5a)]가 프로세싱 리세스(7) 안으로 들어가도록, 부스터 피스톤(8)에 의해 구동된다.
원료(G)를 함유하는 호퍼(4) 내의 현탁액(2)을 프로세싱 피스톤(5) 내부에 배치된 원료 수용 통로(6) 안으로 도입하기 위해, 물(W) 혹은 오일(O)은 펌프(P)를 이용하여 부스터 실린더(12) 안으로 흐르고, 부스터 피스톤(8)은 상방향으로 이동한다. 가동 실린더(40)는 프로세싱 피스톤(5)을 향해 이동하여 프로세싱 리세스(7) 내의 압축을 유발하고, 현탁액(2)은 원료 수용 통로(6) 안으로 도입되어 고압(H2)으로 압축된다. 그 후, 압축된 현탁액(2)은 원료를 미세하게 분화하기 위해 고압(H3)에서 고속으로 고압 균질화 기구부(1)의 오리피스(3)를 통과한다. 그 구성과 기능은 제4 및 제8 실시예의 것과 상이하다.
오리피스(3)에서 원료(G)를 미세 분화한 이후에, 가동 실린더(40)는 부스터 실린더(12)의 상부면에 배치된 복수 개의 실린더(41)에 의해 초기 위치로 하향 이동한다. 원료(G)를 매우 높은 압력에서 미세하게 분화하는 것이 적절하다. 이를 제외하고는 상기 구성 및 기능은 제4 및 제8 실시예와 동일하다.
도 25는 본 발명의 제10 실시예를 보여준다.
제10 실시예에서, 프로세싱 피스톤(5)이 부스터 피스톤(8')에 연결되고 프레임(15)에 대해 이동 가능하며, 실린더(8")가 프레임(15)에 고정된다. 그 구성은 제7 실시예의 것과 동일하다. 제7 실시예의 구성 및 기능과 다른 점은, 원료 수용 통로(6)가 프로세싱 리세스(7)의 반경 방향으로 배치되며, 프로세싱 피스톤(5) 내부에 배치되는 대신에 프로세싱 리세스(7) 및 고압 균질화 기구부(1)와 연통한다는 것이다. 그 후, 원료 수용 통로(6) 내의 현탁액(2)은 고압 균질화 기구부(1) 안으로 수평하게 도입되고 원료(G)는 고압 균질화 기구부(1)에서 미세 분화된다.
제10 실시예에서, 원료 수용 통로(6)는 이 원료 수용 통로(6)가 프로세싱 피스톤(5)의 축선 방향으로 배치되어 있는 제1 내지 제5, 제7 및 제8 실시예와는 달리 수평으로 배치되어 있다. 따라서, 고압 균질화 장치는 보다 작은 크기 그리고 컴팩트한 크기로 될 수 있다. 프로세싱 피스톤(5)은 축선 방향을 따라 원료 수용 통로(6)를 구비하지 않으므로, 쉽게 제조 및 형성될 수 있다. 제10 실시예는 높은 점성, 대규모 고체 물질, 혹은 긴 섬유상 셀룰로오스를 갖는 원료(G)에 적합하다. 이들 원료는 원료 수용 통로(6)를 통해 신속하고 정확하게 통과할 수 있고 고압 균질화 기구부(1)의 오리피스(3)를 통해 분화된다.
도 26은 본 발명의 제11 실시예를 보여준다.
제11 실시예에서, 제10 실시예와 유사하게, 프로세싱 피스톤(5)은 부스터 피스톤(8')에 연결되고 프레임(15)에 대해 이동할 수 있으며, 실린더(8")는 프레임(15)에 고정된다. 원료 수용 통로(6)는 프로세싱 리세스(7)의 반경 방향으로 배치되고, 프로세싱 리세스(7) 및 고압 균질화 기구부(1)와 연통한다. 수평의 원료 수용 통로(6)는 원료(G)를 함유하는 현탁액(2)이 필요량 만큼 원료 수용 통로(6) 내부로 원활하게 흐르도록 단이 없는 프로세싱 리세스(7)의 바닥(7a)에 배치되어 있다.
제7 및 제10 실시예와는 달리, 제11 실시예에서, 피스톤 로드(14')를 상하로 이동시키기 위한 실린더(10')가 부스터 실린더(12) 둘레에 배치되어 있다. 피스톤 로드(14')의 단부는 연결 바아(50)의 양측에 연결되어 있으며, 프로세싱 피스톤(5)은 이 연결 바아의 대략 중앙을 통과한다. 오리피스(3)를 통한 원료(G)의 미세 분화 이후에, 부스터 피스톤(8')은 실린더(10')에 의해 초기 위치로 상향 이동한다.
도 27 및 도 28은 본 발명의 제12 실시예를 보여준다.
제12 실시예는 프로세싱 리세스(7)의 내부에 그리고 하부에 배치된 슬라이딩 밸브(60)를 포함한다. 수평으로 연장되는 원료 수용 통로(6)가 개폐되도록, 슬라이딩 밸브(60)는 프로세싱 피스톤(5)에 의해 야기된 압력 변화에 의해 개폐되고 프로세싱 리세스(7)를 고압 균질화 기구부(1)에 연통시킨다. 고압 균질화 기구부(1)를 이용하여 원료(G)를 미세 분화하기 위해, 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부(5a)는 프레임(15)의 상부 위치에 배치된 압력 증강 장치(9)를 구동함으로써 프로세싱 리세스(7) 안으로 삽입되며, 프로세싱 피스톤(5)은 프로세싱 리세스(7)를 압축하기 위해 수밀 위치(S)를 통과한다.
부스터 피스톤(8')의 프로세싱 피스톤(5)이 하향 이동하고 프로세싱 리세스(7)의 내부 압력이 증가함에 따라, 슬라이딩 밸브(60)는 스프링(61)에 대항하여 하향 이동하여 원료 수용 통로(6)를 개방한다. 프로세싱 리세스(7)가 수밀 위치(S)를 통과하는 프로세싱 피스톤(5)에 의해 압축되고 프로세싱 리세스(7) 내부의 용적이 압축될 때, 원료(G)는 원료 수용 통로 안으로 유입되며, 원료(G)는 고압 균질화 기구부(1)를 통과할 때 미세하게 분화된다.
도 29 및 도 30은 본 발명의 제13 및 제14 실시예를 각각 보여준다.
본 발명의 제13 및 제14 실시예는, 프레임(15) 및 수납부에 대하여 이동 가능한 프로세싱 피스톤(5)이나 압력 증강 장치(9)의 부스터 피스톤(8'), 또는 프로세싱 피스톤(5)에 마주하는 가동 실린더(40)를 포함한다. 가동 실린더(40)는 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부[일단부(5a)]를 삽입하기 위한 프로세싱 리세스(7)를 구비한다. 프로세싱 리세스(7)의 반경 방향으로 배치된 원료 수용 통로(6)는 T 혹은 L자형(도시 생략) 섹션을 지닌 부시(70)를 통해 프로세싱 리세스(7)의 하단부에 연결된다. 제11 실시예는 부시(70)를 구비하지 않는다. 제13 및 제14 실시예에서, 원료 수용 통로(6)의 제조는 용이해지고, 가동 실린더(40)에 대한 원료 수용 통로(6)의 부품들의 조립 및 교체가 용이해진다. 따라서, 유지 보수 및 검사를 정확하게 할 수 있다. 다른 구성 및 기능은 제11 실시예와 동일하다.
도 30에 도시된 바와 같이, 제14 실시예는 원료 수용 통로(6)의 타단부에 배치된 공기 흡입 밸브(71)를 구비한다. 공기 흡입 밸브(71) 내부에는 밸브(71a)가 배치되어 있고 스프링력에 의해 폐쇄된다. 원료(G)의 미세 분화는 전술한 공정에 의해 달성된다. 미세 분화 이후에, 프로세싱 피스톤(5)이 초기 위치로 복귀할 때, 공기 흡입 밸브(71)는 프로세싱 피스톤(5)의 운동을 용이하게 만들기 위해 공기를 프로세싱 리세스(7) 안으로 도입한다.
도 31 내지 도 44는 본 발명의 제15 실시예를 보여준다.
본 발명의 제15 실시예에 따른 고압 균질화 장치는, 미세한 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스 및 세포막 등의 원료(G)를 함유하는 현탁액(2)을 고압 균질화 기구부(1)에 배치된 소형 오리피스(3)에 통과시켜 그 원료(G)를 분산 및 유제화 혹은 분쇄, 즉 고압 하에서 세포막을 분화한다. 상기 고압 균질화 장치는 원료 수용 통로(6), 프로세싱 피스톤(5), 프로세싱 피스톤(5)에 대향하는 수납부, 및 압력 증강 장치(9)에 의해 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부(5a)(일단부)를 수용하는 프로세싱 리세스(7)를 구비한다. 상기 압력 증강 장치(9)가 구동될 때, 수납부 및/또는 프로세싱 피스톤(5)은 상대적으로 이동하고, 현탁액(2)은 처리될 필요량 만큼 프로세싱 리세스(7) 내의 압축에 의해 원료 수용 통로(6) 안으로 유입된다. 현탁액(2) 내의 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스 및 세포는 고압 균질화 기구부(1)의 오리피스(3)에서 미세 분화된다. 이 공정은 제1 내지 제3 실시예와 동일하다.
제1 내지 제3 실시예에 있어서, 부스터 피스톤(8)을 이동시키는 실린더(10)는 프레임(15)의 상부에 배치되어 있다. 제15 실시예에서는 그 대신에 유압 혹은 수압 회로(K)가 도 19에 도시된 제4 실시예와 유사하게 압력 증강 장치(9)의 부스터 실린더(12) 내부에 배치되어 있다. 부스터 피스톤(8)이 압력에 의해 프로세싱 피스톤(5)을 향해 이동하며, 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부[일단부(5a)]가 호퍼(4)를 통해 프로세싱 리세스(7) 안으로 삽입된다. 프로세싱 피스톤(5)이 프로세싱 리세스(7) 내의 수밀 위치(S)를 통과하고 프로세싱 리세스(7)를 압축시킬 때, 원료(G)를 함유하는 현탁액(2)은 원료 수용 통로(6) 안으로 도입되고 고압(H2)으로 압축된다. 부스터 피스톤(8)은 회로(K)의 유압 혹은 수압 변화에 의해 초기 위치로 복귀한다.
그러나, 제15 실시예에 있어서, 예비 단계로서, 미세 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스 혹은 세포 등의 원료(G)를 함유하는 현탁액(2)이 미세 분화 이전에 프로세싱 리세스(7)에서 수밀 위치(S)로 채워진다.
먼저, 커버(80)(도 31 참조)는 수납부로부터 제거된다. 커버(80)는 프로세싱 리세스(7)를 덮기 위해 대개 수납부 위로 배치되며, 프로세싱 피스톤(5)을 활주 가능하게 삽입하기 위한 구멍을 구비하고, 수납부에 대해 착탈 가능하다.
원료(G)를 함유하는 현탁액(2)은 프로세싱 리세스(7) 내에서 수밀 위치(S)로 채워진다. 현탁액(2)은 수동 또는 자동으로 프로세싱 리세스(7) 안에 채워질 수 있다.
상기 커버(80)는 프로세싱 리세스(7)를 덮기 위해 복귀한다. 프로세싱 피스톤(5) 주위에 배치된 핸들(81)이 회전한다. 핸들(81)은 이 핸들(81)의 보스(81a) 내부에 배치된 나사와, 프로세싱 피스톤(5)의 축선 방향을 따라 외주에 배치된 나사(94)에 의해 프로세싱 피스톤(5) 상에 나사식으로 장착되어 있다. 상기 프로세싱 피스톤(5)은 커버(80)를 통해 프로세싱 리세스(7) 안으로 수동 이동한다. 프로세싱 피스톤(5)은 키(k)에 의해 회전이 금지된다. 현탁액(2)이 초기 위치에서와 마찬가지로 원료 수용 통로(6) 내에 채워지도록, 프로세싱 피스톤(5)은 프로세싱 리세스(7)의 수밀 위치(S)를 지나 이동한다.
도 38 내지 도 44에 도시된 바와 같이, 커버(80)는 프로세싱 리세스(7)를 구비하는 수납부 위로 배치된 고정 플레이트(82)와, 볼트(83)에 의해 고정 플레이트(82)의 상부면에 고정되는 환상의 커버 본체로서 그 둘레에 제1 잠금 에지(84a)가 마련된 환상의 커버 본체(84)와, 프로세싱 피스톤(5)을 삽입하기 위한 관통구(85a)와, 상기 커버 본체(84)의 제1 잠금 에지(84a)와 접촉하게 되는 제2 잠금 에지(85b)를 구비하는 상측 커버(85), 그리고 제1 및 제2 잠금 에지(84a, 85b)를 유지시키기 위해 2개의 부품으로 분리되며 피팅 처리용 리세스(86a)를 구비하는 칼라(86)를 포함한다. 상측 커버(85)는 볼트(86A)에 의해 체결되는 칼라(86)에 의해 커버 본체(84)에 분리 가능하게 부착된다.
상기 커버(80)는 원료(G)가 미세 분화 공정 동안에 주위의 영역으로 흩어지는 것을 방지하기 위해 사용된다. 고압 균질화 장치는 쉽게 세척될 수 있으며, 부품 교체 등과 같은 유지 보수 및 관리도 또한 쉽게 수행될 수 있다.
상기 장치는 원료(G)를 공급하기 위한 호퍼(87)와, 이 호퍼(87)와 원료 수용 통로(6) 사이에 배치된 밸브(88)를 구비한다. 밸브(88)는 수동 혹은 자동으로 작동될 수 있다(도시 생략).
오버플로우 파이프(89)의 일단부는 상측 커버(85)의 일측에 부착되고, 오버플로우 파이프(89)의 타단부는 범람한 원료(G)를 보존하기 위해 저장조(90)로 이르게 된다. 오버플로우 파이프(89)는 프로세싱 리세스(7)의 내부를 수밀 상태로 유지하기 위한 밸브(도시 생략)를 구비할 수 있다.
아래의 단계들은 제5 실시예에 있어서의 원료(G)를 미세하게 분화하기 위해 실행된다. 원료(G)를 함유하는 현탁액(2)은 프로세싱 리세스(7)에 수밀 위치(S)로 공급된다(도 31 내지 도 33 참조).
프로세싱 피스톤(5)이 프로세싱 리세스(7) 안으로 삽입되고 이 피스톤의 전방부(5a)가 수밀 위치(S)를 통과하며 그리고 프로세싱 리세스(7)가 압축되도록, 압력 증강 장치(9)가 구동된다(도 34 참조). 이 때, 호퍼(87)에 있는 밸브(88)는 원료 수용 통로(6)로의 현탁액(2)의 공급을 정지시킨다.
프로세싱 피스톤(5)의 삽입에 의해 야기된 프로세싱 리세스(7) 내부의 체적 압축은, 현탁액(2)이 필요량 만큼 원료 수용 통로(6)로 도입되도록 하는 결과를 초래한다.
고체 물질, 섬유상 셀룰로오스 혹은 세포가 각각 미세 분화되어 세포막 분쇄, 분산 또는 유제화 상태가 되도록(도 35 참조), 현탁액(2)은 원료 수용 통로(6) 내에서 더 압축되고 고속으로 오리피스(3)를 통과한다.
원료(G)의 미세 분화 이후 부스터 피스톤(8)이 초기 위치로 하향 이동할 때, 프로세싱 리세스(7) 내부의 체적 증가는, 현탁액(2)이 프로세싱 리세스(7) 안으로 도입되도록 해주며 그 현탁액을 수밀 위치(S)로 채운다. 밸브(88)는 호퍼(87)로부터 현탁액(2)을 공급하도록 개방된다. 이러한 기능은 고압 균질화 기구부(1)가 원료(G)의 미세 분화를 위한 자동 동작이 가능하게 해준다. 프로세싱 리세스(7)로의 현탁액(2)의 자동 공급은, 분산 또는 유제화 상태의 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스 혹은 세포를 함유하는 유동성의 물질을 미세 분화하기에 적합하다.
프로세싱 리세스(7) 내부의 세척과 부품 교체가 용이하게 실시되고, 유지 보수 및 관리가 쉽게 실시되도록, 커버(80)는 부스터 피스톤(8)의 상부면 상에 착탈 가능하게 장착되어 있다. 나머지 구성과 기능은 다른 실시예들과 동일하다. 부스터 피스톤(8)은 유압(油壓) 혹은 수압 회로(K)에 의해 상하로 이동하지만, 임의의 다른 수단에 의해 이동할 수 있다. 전술한 실시예에서, 밸브 시트(V.S)에 대한 균질화 밸브(V)의 가압력은 유압 실린더에 의해 자동적으로 조절된다. 상기 실시예에서 균질화 밸브(V)의 가압력은 자동 혹은 수동으로 조절될 수 있다.
도 45 및 도 46은 본 발명의 제16 실시예를 보여준다. 본 발명의 제16 실시예는 상부면에 프로세싱 리세스(7)를 구비하면서 프레임(15)의 하부에 고정된 실린더(8")와, 프레임(15)의 상부 위치에 배치된 압력 증강 장치(9)의 프로세싱 피스톤(5)을 포함한다. 이러한 구조는 도 31 내지 도 44에 도시된 제15 실시예와는 대조적이다. 그 구성 및 기능은 제7 실시예(도 22 참조) 및 제10 실시예(도 25 참조) 의 것과 동일하다.
제16 실시예에서, 프로세싱 피스톤(5)을 프로세싱 리세스(7) 안으로 그리고 그곳으로부터 이동 및 복귀시키기 위한 압력 증강 장치(9)는, 모터(M)와, 모터 샤프트(91)에 연결된 구동 기어(92), 환상의 외주부에 배치되어 구동 기어(92)와 맞물리는 기어 이(93a) 및 내주부에 배치되어 프로세싱 피스톤(5)의 외벽에 배치된 나사(94)와 맞물리는 기어 이(93b)를 갖는 피동 기어(93)를 구비하는 기어 그룹(95)[여기서 피동 기어(93)는 프로세싱 피스톤(5) 둘레로 회전 가능함]과, 프로세싱 피스톤(5)의 외벽에 배치되어 축선 방향으로 나사(94)와 교차하는 키 홈(94A), 그리고 상기 키 홈(94A)에 삽입되는 키(94B)를 포함한다.
제15 실시예와 유사하게, 예비 단계로서, 커버(80)가 상측 커버(85)로부터 분리되고, 현탁액(2)은 프로세싱 리세스(7)에 수밀 위치(S)로 채워진다.
상측 커버(85)는 프로세싱 리세스(7)의 상부면을 폐쇄시키기 위해 복귀된다. 그 후, 구동 기어(92)는 모터(M)에 의해 구동되어 피동 기어(93)가 회전된다. 피동 기어(93)의 내주부에 배치된 기어 이(93b)는 나사(94)와 맞물린다. 따라서, 키 홈(94A) 내에서 회전하는 키(94B)에 의해 잠긴 프로세싱 피스톤(5)은 하향 이동하여 프로세싱 리세스(7) 안으로 삽입된다. 전방 단부(5a)가 수밀 위치(S)를 통과할 때, 현탁액(2)은 더 압축된다.
프로세싱 피스톤(5)이 하향으로 더 이동할 때, 프로세싱 리세스(7) 내부의 체적 압축은 현탁액(2)을 가압하여 필요량 만큼 원료 수용 통로(6) 안으로 유입시킨다. 현탁액(2)이 고속으로 오리피스(3)를 통과하여 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스 혹은 세포의 원료(G)를 미세 분화시키도록, 프로세싱 피스톤(5)은 하향으로 더 이동하여 현탁액(2)을 고압으로 압축한다.
미세 분화 이후, 프로세싱 피스톤(5)은 모터(M)에 의해 구동된 기어 그룹(95)에 의해 초기 위치로 복귀한다. 프로세싱 피스톤(5)이 초기 위치로 복귀할 때, 프로세싱 리세스(7) 내부의 체적 증가로 인해, 현탁액(2)이 호퍼(8)로부터 프로세싱 리세스(7) 안으로 도입되고, 현탁액(2)이 프로세싱 리세스(7)에서 수밀 위치(S)로 채워진다.
미세 분화 이후마다, 현탁액(2)은 프로세싱 리세스(7)의 내부 체적 증가에 의해 개방된 밸브(88)를 이용하여 호퍼(87)로부터 프로세싱 리세스(7)에 공급된다. 그 구성 및 기능은 제15 실시예와 동일하다.
도 47 및 도 48은 본 발명의 제17 실시예를 보여준다.
본 발명의 제17 실시예는, 상부면에 프로세싱 리세스(7)가 배치되어 있고 수밀 위치(S)를 지나도록 프로세싱 피스톤(5)의 전방 단부(5a)를 삽입하기 위한 실린더(8")와, 실린더(8")의 내부에 배치된 원료 수용 통로(6)와, 실린더(8")의 반경 방향(R)으로 배치되어 프로세싱 리세스(7)에 현탁액(2)을 공급하기 위한 호퍼(87)를 포함한다. 상기 프로세싱 리세스(7)는 원료(G)의 미세 분화를 위해 균질화 밸브(V)를 지닌 고압 균질화 기구부(1)와 연통되어, 현탁액(2)은 프로세싱 리세스(7)로 공급되고 프로세싱 피스톤(5)은 원료(G)를 압축 및 분화하도록 하향 이동한다.
제17 실시예에 있어서, 상측 커버(85)를 분리한 후, 원료(G)를 함유하는 현탁액(2)은 프로세싱 리세스(7) 내에서 수밀 위치(S) 상으로 수동식으로 채워진다.
상측 커버(85)는 프로세싱 리세스(7)의 상부면을 폐쇄시키기 위해 복귀된다. 그 후, 구동 기어(92)는 모터(M)에 의해 구동되어, 프로세싱 피스톤(5) 둘레에 배치된 피동 기어(93)가 기어 이(93a)에 의해 구동 기어(92)와 맞물린 상태로 회전한다. 그 외주에 피동 기어(93)와 맞물리는 나사(94)가 마련된 프로세싱 피스톤(5)은 프로세싱 리세스(7) 안으로 하향 이동한다. 전방 단부(5a)가 수밀 위치(S)를 통과할 때, 현탁액은 더 압축된다.
프로세싱 피스톤(5)이 하향으로 더 이동할 때, 프로세싱 리세스(7) 내부의 체적 압축으로 인해 현탁액(2)이 압축되어 필요량 만큼 원료 수용 통로(6) 안으로 유입된다. 현탁액(2)이 고속으로 오리피스(3)를 통과하여 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스 혹은 세포의 원료(G)를 미세하게 분화시키도록, 프로세싱 피스톤(5)이 하향으로 더 이동하여 현탁액(2)을 고압으로 압축한다.
미세 분화 이후에, 프로세싱 피스톤(5)은 모터(M)에 의해 구동된 기어 그룹(95)에 의해 초기 위치로 복귀한다. 프로세싱 피스톤(5)이 초기 위치로 복귀할 때, 프로세싱 리세스(7) 내부의 체적 증가로 인해, 현탁액(2)이 호퍼(8)로부터 프로세싱 리세스(7) 안으로 도입되고, 현탁액(2)이 프로세싱 리세스(7) 내에서 수밀 위치(S) 상으로 채워진다.
미세 분화 이후마다, 현탁액(2)은 프로세싱 리세스(7)의 내부 체적의 증가에 의해 개방된 밸브(88)를 이용하여 호퍼(87)로부터 프로세싱 리세스(7)에 공급된다. 그 이외의 구성 및 기능은 도 25의 제10 실시예와, 도 26의 제11 실시예와, 도 27 및 도 28의 제12 실시예와, 도 44 및 도 45의 제16 실시예와 동일하다.
도 49 내지 도 55는 본 발명의 제18 실시예를 보여준다.
도 45 및 도 46에 도시된 본 발명의 제18 실시예에서, 현탁액(2)은 커버(80)를 분리한 후 프로세싱 리세스(7) 내에서 수밀 위치(S) 상으로 수동식으로 채워진다. 프로세싱 리세스(7)를 커버(80)로 덮은 후, 프로세싱 피스톤(5)은 커버(80)를 통해 프로세싱 리세스(7) 안으로 하향으로 이동하고, 수동식으로 수밀 위치(S)를 통과하여, 초기 위치로 설정된다.
제18 실시예에 있어서, 현탁액(2)이 프로세싱 리세스(7) 내에서 수밀 위치(S) 상으로 채워진 후, 프로세싱 리세스(7)를 커버(80)로 덮는다(도 49 및 도 50 참조).
프로세싱 피스톤(5)이 하향으로 더 이동할 때, 프로세싱 리세스(7) 내부의 체적 압축으로 인해, 현탁액(2)이 압축되고 필요량 만큼 원료 수용 통로(6) 안으로 유입된다(도 51 및 도 52 참조).
고체 물질, 섬유상 셀룰로오스 혹은 세포의 원료(G)를 미세 분화시키도록, 현탁액(2)은 고속으로 오리피스(3)를 통과한다(도 53 참조). 미세 분화 이후, 부스터 피스톤(8)은 초기 위치로 하향 이동한다. 초기 위치로 복귀할 때, 프로세싱 리세스(7) 내부의 체적 증가로 인해, 현탁액(2)이 프로세싱 리세스(7) 안으로 도입되고 현탁액(2)은 프로세싱 리세스(7) 내에서 수밀 위치(S)로 채워진다(도 54 및 도 55 참조).
미세 분화 이후마다, 현탁액(2)은 프로세싱 리세스(7)의 내부 체적의 증가에 의해 호퍼(87)로부터 프로세싱 리세스(7)에 공급된다.
자동 조작에서 부스터 피스톤(8)에 대해 이동하는 프로세싱 피스톤(5)의 행정(J)은 행정 제어기(100)를 이용하여 조정된다. 도 49 내지 도 55에 도시된 바와 같이, 각 행정 제어기(100)는 평탄한 형상의 스토퍼(102)를 구비한다. 스토퍼(102)는 포스트(101)에 대해 편심으로 부착되어 있고 수평으로 회전할 수 있다. 자동 조작에서, 부스터 피스톤(8)이 상하로 이동할 때, 스토퍼(102)는 서로에 대해 반대로 회전한다. 스토퍼(102)가 압력 증강 장치(9)의 부스터 프로세싱 피스톤(5)의 이동 행정(J)을 조절할 수 있도록, 스토퍼(102)는 부스터 피스톤(8)이 자동 조작에서 하향 이동할 때마다 착탈 가능하게 커버(80)에 부착된 고정 플레이트(82)를 잠근다. 다른 구성 및 기능은 제15 실시예의 것과 동일하다. 제18 실시예에 따른 행정 제어기(100)는 스토퍼(102)를 이용하여 이동 행정(J)을 기계적으로 제어한다. 이동 행정(J)의 제어가 기계적인 타입으로만 한정되는 것이 아니라 전기, 자석 및 광학 센서에서 발신된 신호를 기초로 하는 회로(K)를 제어함으로써 조정될 수도 있다.
본 발명에 따른 고압 균질화 장치는 그 구조가 간단하고 고압 하에서 높은 처리 능력을 발휘할 수 있으며, 자동화가 용이하고 손상되는 밸브가 없기 때문에 장치 부품의 수명은 길어지고 유지 및 관리가 쉽게 이루어진다. 또한, 본 발명의 고압 균질화 장치는 마모 또는 손상되는 부품을 구비하지 않기 때문에, 장치의 수명이 더 길어져 노동 시간과 비용을 절감된다.

Claims (29)

  1. 고압 균질화 기구부와;
    미세한 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스, 또는 세포 등의 원료를 함유하는 현탁액이 고압 하에서 고속으로 통과하도록, 상기 고압 균질화 기구부에 배치된 소경의 오리피스와;
    상기 고압 균질화 기구부에 연결된 원료 수용 통로와;
    상기 원료를 처리하기 위한 프로세싱 피스톤과;
    상기 프로세싱 피스톤에 대향하게 배치된 압력 증강 장치와;
    상기 프로세싱 피스톤의 전방 단부를 수용하도록 상기 압력 증강 장치 내에 배치된 프로세싱 리세스
    를 포함하며,
    상기 원료 수용 통로의 일단부는 상기 오리피스에 연결되고, 상기 원료 수용 통로의 타단부는 상기 프로세싱 리세스에 대향하며,
    상기 오리피스는 상기 고압 균질화 기구부에 배치된 밸브 시트와 균질화 밸브 사이에 형성되어 있으며,
    상기 압력 증강 장치와 프로세싱 피스톤 중 어느 하나 또는 양자는 서로에 대해 상대적으로 이동하며, 상기 프로세싱 리세스 내부의 체적이 압축됨으로써 상기 원료를 함유하는 필요량의 현탁액이 고압 하에서 상기 원료 수용 통로로 운반되어 상기 고압 균질화 기구부의 오리피스에서 미세하게 분화되는 것인 고압 균질화 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압력 증강 장치 내에 수납부인 부스터 피스톤이 마련되고, 상기 프로세싱 리세스는 상기 부스터 피스톤 내부에 배치되며, 상기 프로세싱 피스톤은 프레임에 고정되어 있고, 상기 부스터 피스톤은 상기 프로세싱 피스톤에 대해 상대적으로 이동함으로써, 상기 프로세싱 피스톤의 전방 단부가 상기 부스터 피스톤의 프로세싱 리세스 내에서 움직이는 것인 고압 균질화 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압력 증강 장치 내에 수납부인 가동 실린더와 부스터 피스톤이 마련되고, 상기 프로세싱 리세스는 상기 가동 실린더 내부에 배치되며, 상기 부스터 피스톤은 상기 가동 실린더에 연결되어 있고, 상기 프로세싱 피스톤은 프레임에 고정되어 있으며, 상기 부스터 피스톤은 상기 프로세싱 피스톤에 대해 상대적으로 이동함으로써, 상기 프로세싱 피스톤의 전방 단부가 상기 가동 실린더의 프로세싱 리세스 내에서 움직이는 것인 고압 균질화 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압력 증강 장치 내에 부스터 피스톤이 마련되고, 상기 프로세싱 피스톤은 상기 부스터 피스톤에 연결되어 있고, 상기 프로세싱 리세스는 수납부인 고정 실린더 내부에 배치되며, 상기 고정 실린더는 프레임에 고정되어 있고, 상기 부스터 피스톤은 상기 고정 실린더에 대해 상대적으로 이동함으로써, 상기 프로세싱 피스톤의 전방 단부가 상기 고정 실린더의 프로세싱 리세스 내에서 움직이는 것인 고압 균질화 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 압력 증강 장치 내에 부스터 피스톤이 마련되고, 상기 프로세싱 피스톤은 상기 부스터 피스톤에 연결되어 있고, 상기 프로세싱 리세스는 수납부인 가동 실린더 내부에 배치되며, 상기 부스터 피스톤은 프레임에 대해 이동 가능하고, 상기 부스터 피스톤이 상기 가동 실린더에 대해 상대적으로 이동함으로써, 상기 프로세싱 피스톤의 전방 단부가 상기 가동 실린더의 프로세싱 리세스 내에서 움직이는 것인 고압 균질화 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 원료 수용 통로는 상기 프로세싱 피스톤 내부에서 그 종방향으로 배치되는 것인 고압 균질화 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 원료 수용 통로는, 상기 프로세싱 리세스와 상기 고압 균질화 기구부 사이를 연통하고, 상기 프로세싱 리세스의 반경 방향으로 배치되는 것인 고압 균질화 장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 원료 수용 통로는 그 일단부가 상기 프로세싱 리세스의 하부 위치에 배치된 T 또는 L자형 단면을 가진 부싱에 연결되는 것인 고압 균질화 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 프로세싱 리세스는 그 하부 위치에서 그 내부에 슬라이딩 밸브를 가지며, 상기 슬라이딩 밸브는 내부 압력 변화에 응답하는 스프링에 의해 상기 원료 수용 통로를 개폐하는 것인 고압 균질화 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 프로세싱 피스톤이 수밀(水密) 위치를 통과하고 상기 프로세싱 리세스가 수밀 상태로 되는 경우에, 상기 원료를 함유하는 현탁액이 압축되어 상기 원료 수용 통로 안으로 도입되는 것인 고압 균질화 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 프로세싱 피스톤이 수밀 위치를 통과하고 상기 현탁액이 수밀 상태에서 상기 프로세싱 리세스와 상기 원료 수용 통로에 채워지는 경우에, 상기 원료를 함유하는 현탁액이 압축되어 상기 원료 수용 통로 안으로 도입되는 것인 고압 균질화 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 프로세싱 리세스의 개구에 배치되는 현탁액 공급용 호퍼를 더 포함하며, 상기 프로세싱 피스톤은 수밀 상태에서 상기 호퍼를 통해 상기 프로세싱 리세스 안으로 삽입되는 것인 고압 균질화 장치.
  13. 제2항 또는 제5항에 있어서, 상기 부스터 피스톤은, 상기 현탁액이 고압에서 상기 원료 수용 통로 안으로 도입된 후 실린더에 의해 초기 위치로 복귀되는 것인 고압 균질화 장치.
  14. 제1항에 있어서, 상기 압력 증강 장치는, 오일 또는 물이 유입되는 부스터 실린더와, 상기 부스터 실린더의 내부에 활주 가능하게 배치되며 상기 프로세싱 피스톤의 전방 단부를 삽입시키기 위한 프로세싱 리세스를 가지는 부스터 피스톤을 포함하는 것인 고압 균질화 장치.
  15. 제4항에 있어서, 상기 압력 증강 장치는, 오일 또는 물이 유입되는 부스터 실린더와, 상기 부스터 실린더 내부에 활주 가능하게 배치된 상기 프로세싱 피스톤으로서의 부스터 피스톤과, 일단부에 상기 프로세싱 피스톤의 전방 단부를 삽입시키기 위한 상기 프로세싱 리세스를 가지는 고정 실린더를 포함하는 것인 고압 균질화 장치.
  16. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 압력 증강 장치가 상기 원료의 미세 분화 이후에 초기 위치로 복귀하는 경우에, 상기 수납부와 상기 프로세싱 피스톤 간의 상대적 이동으로 인하여 상기 프로세싱 리세스 내부의 체적이 증가됨으로써, 상기 현탁액이 상기 프로세싱 리세스 안으로 도입되어 상기 프로세싱 리세스 내의 수밀 위치로 채워지는 것인 고압 균질화 장치.
  17. 제1항에 있어서, 상기 프로세싱 피스톤은 이 프로세싱 피스톤 주위에 배치된 핸들에 의해, 상기 현탁액이 수밀 위치로 채워지는 초기 위치까지 수동으로 이동되는 것인 고압 균질화 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 프로세싱 피스톤은, 모터와; 상기 모터의 샤프트에 결합된 구동 기어와, 상기 프로세싱 피스톤의 외벽에 배치된 나사 및 상기 구동 기어와 맞물리는 피동 기어를 가지는 기어 그룹과; 축선 방향으로 상기 나사와 교차하게 상기 프로세싱 피스톤의 외벽에 배치된 키 홈과; 및 상기 키 홈에 잠기는 키에 의해 이동되는 것인 고압 균질화 장치.
  19. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 자동 조작시 상기 수납부와 상기 프로세싱 피스톤 간의 상대적인 이동 행정은 행정 제어기에 의해 조정되는 것인 고압 균질화 장치.
  20. 제2항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 프로세싱 리세스를 덮도록 상기 수납부의 상부면에 배치되고 상기 프로세싱 피스톤이 활주 가능하게 통과하는 착탈 가능한 커버를 더 포함하는 것인 고압 균질화 장치.
  21. 제20항에 있어서, 상기 커버는, 상기 프로세싱 리세스를 가지는 수납부의 상부에 결합된 고정 플레이트와, 상기 고정 플레이트의 상부면에 결합되고 외주연부에 제1 잠금 에지를 가지는 환상의 커버 본체와, 상기 프로세싱 피스톤을 삽입하기 위한 관통 구멍 및 상기 제1 잠금 에지에 대향하는 제2 잠금 에지를 가지는 상측 커버와, 상기 제1 및 제2 잠금 에지를 유지하도록 2개의 부품으로 분리된 칼라(collar)를 포함하며, 상기 상측 커버는 상기 칼라에 의해 상기 커버 본체에 착탈 가능한 것인 고압 균질화 장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 고압 균질화 기구부는, 축선 방향을 따라 이동하며 유압 또는 공압 실린더에 의해 구동되는 상기 균질화 밸브를 구비하며, 상기 균질화 밸브는 상기 원료를 미세 분화하기 위한 내부 압력을 조절하기 위해 상기 오피리스에서 상기 밸브 시트를 가변적으로 가압하는 것인 고압 균질화 장치.
  23. 제1항에 있어서, 상기 고압 균질화 기구부의 현탁액에 함유된 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스, 또는 세포로 이루어지는 원료를 미세 분화하기 위한 상기 고압은, 상기 압력 증강 장치의 부스터 실린더 안으로 도입된 오일 또는 물의 저압으로부터 검출되는 것인 고압 균질화 장치.
  24. 제1항에 있어서, 복수 개의 고압 균질화 기구부가 상기 원료 수용 통로의 일단부에 연결되는 것인 고압 균질화 장치.
  25. 제13항에 있어서, 상기 원료의 미세 분화를 위한 고압 균질화 기구부의 내부 압력은, 상기 압력 증강 장치의 부스터 실린더 안으로 도입된 오일 또는 물의 저압으로부터 검출되고, 상기 부스터 피스톤과 상기 실린더는 상기 검출된 신호에 기초하여 자동적으로 제어 및 작동되는 것인 고압 균질화 장치.
  26. 프로세싱 피스톤의 전방 단부를 삽입하기 위한 프로세싱 리세스에, 미세한 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스, 또는 세포 등의 원료를 함유하는 현탁액을 압력 증강 장치에 의해 공급하는 단계와;
    수납부와 프로세싱 피스톤 중 어느 하나 또는 양자를 서로에 대해 상대적으로 이동시키도록 상기 압력 증강 장치를 구동하는 단계와;
    상기 프로세싱 리세스 내부의 체적을 압축하는 단계와;
    종방향을 따라 상기 프로세싱 피스톤 내부에 배치되거나 상기 프로세싱 리세스의 반경 방향으로 배치되며, 상기 현탁액의 미세 분화를 위해 고압 균질화 기구부 및 프로세싱 리세스에 연결되어 있는 원료 수용 통로 안으로, 필요량의 현탁액을 도입하는 단계와;
    상기 원료 수용 통로 내부에서 상기 현탁액의 압력을 증가시키는 단계와;
    상기 고압 균질화 기구부에 배치된 밸브 시트와 균질화 밸브 사이에 형성된 오리피스에 상기 현탁액을 고속으로 통과시키는 단계; 및
    세포막의 분쇄, 분산 또는 유제화 상태를 얻도록 상기 원료를 미세 분화하는 단계
    를 포함하는 것인 고압 균질화 방법.
  27. 미세한 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스, 또는 세포 등의 원료를 함유하는 현탁액을 호퍼로 공급하는 단계와;
    수납부 내부에 배치되고 프로세싱 피스톤에 대향하는 프로세싱 리세스 안으로, 상기 프로세싱 피스톤의 전방 단부를 상기 호퍼를 통해 삽입하는 단계와;
    상기 프로세싱 리세스 내부의 압력을 수밀 상태에서 증가시키기 위해, 상기 프로세싱 피스톤이 상기 프로세싱 리세스 내의 수밀 위치를 통과하게 하는 단계와;
    상기 수납부와 프로세싱 피스톤 중 어느 하나 또는 양자를 서로에 대해 상대적으로 이동시키도록 압력 증강 장치를 구동하는 단계와;
    상기 프로세싱 리세스 내부의 체적을 압축하는 단계와;
    종방향을 따라 상기 프로세싱 피스톤 내부에 배치되거나 상기 프로세싱 리세스의 반경 방향으로 배치되며, 상기 현탁액의 미세 분화를 위해 고압 균질화 기구부 및 프로세싱 리세스에 연결되어 있는 원료 수용 통로 안으로, 필요량의 현탁액을 도입하는 단계와;
    상기 원료 수용 통로 내부에서 상기 현탁액의 압력을 증가시키는 단계와;
    상기 고압 균질화 기구부에 배치된 밸브 시트와 균질화 밸브 사이에 형성된 오리피스에 상기 현탁액을 고속으로 통과시키는 단계; 및
    세포막의 분쇄, 분산 또는 유제화 상태를 얻도록 상기 원료를 미세 분화하는 단계
    를 포함하는 것인 고압 균질화 방법.
  28. 예비 단계로서, 수납부 내부에 배치된 프로세싱 리세스에 있어서의 수밀 위치로, 미세한 고체 물질, 섬유상 셀룰로오스, 또는 세포 등의 원료를 함유하는 현탁액을 프로세싱 피스톤에 의해 공급하는 단계와;
    상기 프로세싱 피스톤의 전방 단부를 상기 프로세싱 리세스 안으로 삽입하는 단계와;
    상기 프로세싱 리세스 내부의 압력을 수밀 상태에서 증가시키기 위해, 상기 프로세싱 피스톤이 상기 프로세싱 리세스 내의 수밀 위치를 통과하게 하는 단계와;
    상기 수납부와 프로세싱 피스톤 중 어느 하나 또는 양자를 서로에 대해 상대적으로 이동시키도록 압력 증강 장치를 구동하는 단계와;
    상기 프로세싱 리세스 내부의 체적을 압축하는 단계와;
    종방향을 따라 상기 프로세싱 피스톤 내부에 배치되거나 상기 프로세싱 리세스의 반경 방향으로 배치되며, 상기 현탁액의 미세 분화를 위해 고압 균질화 기구부 및 프로세싱 리세스에 연결되어 있는 원료 수용 통로 안으로, 필요량의 현탁액을 도입하는 단계와;
    상기 원료 수용 통로 내부에서 상기 현탁액의 압력을 증가시키는 단계와;
    상기 고압 균질화 기구부에 배치된 밸브 시트와 균질화 밸브 사이에 형성된 오리피스에 상기 현탁액을 고속으로 통과시키는 단계; 및
    세포막의 분쇄, 분산 또는 유제화 상태를 얻도록 상기 원료를 미세 분화하는 단계
    를 포함하는 것인 고압 균질화 방법.
  29. 제28항에 있어서, 상기 압력 증강 장치를 초기 위치로 복귀시키는 단계와;
    상기 수납부와 프로세싱 피스톤 중 어느 하나 또는 양자의 상대 운동을 이용하여 상기 프로세싱 리세스 내부의 체적을 증가시키는 단계; 및
    수밀 위치로 채워지도록 상기 현탁액을 상기 프로세싱 리세스 안으로 도입하는 단계를 더 포함하는 것인 고압 균질화 방법.
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