KR101287542B1 - 전단식 분산 장치, 순환식 분산 시스템 및 순환식 분산 방법 - Google Patents

Abstract

국소적 분산과 평균화 분산의 효과를 얻는 동시에, 보다 효율적으로 적절한 분산 처리를 가능하게 하는 전단식 분산 장치를 제공하는 것으로, 상기 전단식 분산 장치는, 로터와, 상기 로터에 대향하여 배치되는 대향 부재를 구비하며, 상기 로터 및 상기 대향 부재 사이에, 슬러리 형태 또는 액체 형태의 혼합물을 원심력에 의해 외주 방향으로 통과시킴으로써 분산시키는 전단식 분산 장치로서, 상기 로터 및 상기 대향 부재 사이에 형성되어, 상기 혼합물을 외주 방향으로 유도하는 복수의 갭부와, 최외주측의 갭부와 이 내주측에 위치하는 갭부를 접속하도록 설치되어, 상기 혼합물을 체류시키는 버퍼부를 구비하고, 상기 버퍼부는, 상기 버퍼부를 형성하는 외주측의 벽부가 상기 로터에 설치되도록 형성된다.

Description

전단식 분산 장치, 순환식 분산 시스템 및 순환식 분산 방법{SHEARING TYPE DISPERSING DEVICE, CIRCULATION TYPE DISPERSING SYSTEM, AND CIRCULATION TYPE DISPERSING METHOD}

본 발명은, 슬러리 형태 또는 액체 형태의 혼합물 내의 물질을 분산시키는 전단식 분산 장치, 순환식 분산 시스템 및 순환식 분산 방법에 관한 것이다.

종래, 고속 회전하는 로터와, 회전하지 않는 스테이터 사이의 좁은 공간에, 복수의 액체 또는 슬러리를 통과시켜, 고속 회전에 의해 발생하는 높은 전단력에 의해, 복수의 액체 또는 슬러리 중의 분말 형상의 물질을 연속적으로 분산하는 장치가 알려져 있다(예를 들면, 특허문헌 1). 참고로, 「분산」이란, 슬러리 중의 분말 형상의 물질을 균일하게 분산하는 것, 혹은 복수의 액체를 균일하게 혼합하는 것을 의미하는 것으로 한다. 특허문헌 1 등에 기재된 분산 장치는, 로터와 스테이터가 플랫(flat)한 대향면을 가지며, 이들 면 사이에 전단력을 발생시켜 이 전단력에 의해 분산을 행하는 것이다.

그렇지만, 이 분산 장치에서는, 로터와 스테이터의 틈새를 원료가 단시간에 통과하기 때문에, 1회의 통과로 목적하는 분산 상태에 이르지 않는 경우에는, 분산 장치로부터 배출된 원료를 펌프 등으로 다시 분산 장치로 되돌려 순환 처리를 하거나, 복수대의 분산 장치를 직렬로 접속하여 복수 단계의 분산 처리를 행할 필요가 있다는 문제가 있었다.

또한, 분산이 필요한 조대(粗大)한 입자(응집물)가 없어지는 시간을 기준으로 처리 시간을 설정하면, 분산의 필요가 없는 미소한 입자에, 여분의 전단 에너지가 가해져, 효율적으로 적절한 분산 처리를 행할 수 없다는 문제가 있었다. 참고로, 여기에서는, 고체 입자(분말 형상의 물질)가 작은 입상(粒狀)으로 된 것, 이들이 모여 응집물을 형성한 것을, 동일하게 입자라고 부르는 것으로 한다.

일본국 공개특허공보 제2000-153167호

본 발명의 목적은, 보다 효율적으로 적절한 분산 처리를 가능하게 하는 전단식 분산 장치 및 순환식 분산 시스템을 제공하는 것에 있다.

본 발명에 따른 전단식 분산 장치는, 로터와, 상기 로터에 대향하여 배치되는 대향 부재를 구비하며, 상기 로터 및 상기 대향 부재 사이에, 슬러리(slurry) 형태 또는 액체 형태의 혼합물을 원심력에 의해 외주(外周) 방향으로 통과시킴으로써 분산시키는 전단식 분산 장치로서, 상기 로터 및 상기 대향 부재 사이에 형성되어, 상기 혼합물을 외주 방향으로 유도하는 복수의 갭부와, 최외주(最外周)측의 갭부와 이 내주(內周)측에 위치하는 갭부를 접속하도록 설치되어, 상기 혼합물을 체류시키는 버퍼부를 구비하고, 상기 버퍼부는, 상기 버퍼부를 형성하는 외주측의 벽부가 상기 로터에 설치되도록 형성된다.

또한, 본 발명에 따른 순환식 분산 시스템은, 상술한 전단식 분산 장치와, 상기 전단식 분산 장치의 출구측에 접속되는 탱크와, 상기 혼합물을 순환시키는 순환 펌프와, 상기 전단식 분산 장치, 상기 탱크 및 상기 순환 펌프를 직렬적으로 접속하는 배관을 구비하며, 상기 혼합물을 순환시키면서 분산시킨다.

또한, 본 발명에 따른 순환식 분산 방법은, 전단식 분산 장치와, 상기 전단식 분산 장치의 출구측에 접속되는 탱크와, 상기 혼합물을 순환시키는 순환 펌프와, 상기 전단식 분산 장치, 상기 탱크 및 상기 순환 펌프를 직렬적으로 접속하는 배관을 구비하는 순환식 분산 시스템을 이용하여, 상기 혼합물을 순환시키면서 분산시키는 순환식 분산 방법으로서, 상기 전단식 분산 장치는, 로터와, 상기 로터에 대향하여 배치되는 대향 부재를 구비하며, 상기 로터 및 상기 대향 부재 사이에, 슬러리 형태 또는 액체 형태의 혼합물을 원심력에 의해 외주 방향으로 통과시킴으로써 분산시키는 동시에, 상기 로터 및 상기 대향 부재 사이에 형성되어, 상기 혼합물을 외주 방향으로 유도하는 복수의 갭부와, 최외주측의 갭부와 이 내주측에 위치하는 갭부를 접속하도록 설치되어, 상기 혼합물을 체류시키는 버퍼부를 더 구비하고, 상기 버퍼부는, 상기 버퍼부를 형성하는 외주측의 벽부가 상기 로터에 설치되도록 형성된다.

본 발명은, 복수의 갭부를 통과할 때의 혼합물에 발생하는 전단력에 의한 국소적인 분산 작용과, 혼합물이 체류되어 평균화되는 것에 의한 분산 작용을 발휘시키는 동시에, 최외주측의 갭부에 접속되는 버퍼부에 체류하는 혼합물에 발생하는 원심력에 의해, 버퍼부의 외주측 로터의 벽부측에 이 혼합물이 러빙(rubbing)됨으로써 해당 부분에서도 분산 작용을 발휘할 수 있어, 보다 효율적으로 적절한 분산 처리 기능을 실현한다.

도 1은 본 발명을 적용한 전단식 분산 장치의 개략 단면도이다.
도 2는 전단식 분산 장치의 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 3은 전단식 분산 장치의 또 다른 예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 4는 도 1의 전단식 분산 장치의 변형예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 5는 도 2의 전단식 분산 장치의 변형예를 도시하는 개략 단면도이다.
도 6은 도 2의 전단식 분산 장치의 스테이터를 로터로 변형한 전단식 분산 장치의 더 구체적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 7은 도 5의 전단식 분산 장치의 스테이터를 로터로 변형한 전단식 분산 장치의 회전축을 수평으로 하여 배치한 예에서의 구체적인 구성을 도시하는 단면도이다.
도 8은 본 발명을 적용한 순환식 분산 시스템의 구성을 도시하는 개요도이다.
도 9는 본 발명의 전단식 분산 장치와 비교하는 비교예를 도시하는 것으로, 플랫 로터 방식의 분산 장치의 개략 단면도이다.
도 10은 실험예와 비교예의 분산 장치에 의한 처리 시간에 대한 중앙(median) 직경의 변화를 도시하는 도면이다.
도 11은 본 발명을 적용한 순환식 분산 시스템의 다른 예를 설명하기 위한 도면으로, 로터 및 대향 부재의 대향 간격을 조정하는 기구를 갖는 분산 장치를 구비한 예의 구성을 도시하는 개요도이다.
도 12는 도 11의 순환식 분산 시스템 등의 보다 구체적인 구성예를 도시하는 사시도이다.
도 13은 도 11의 순환식 분산 시스템 등에 의해 행하는 박련(薄練)·농축 방식의 이점을 고련(thick-pasted, 固練)·희석 방식과 비교하여 설명하기 위한 도면으로, 고련·희석 방식에서의 처리 시간과 점도 및 농도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 14는 박련·농축 방식에서의 처리 시간과 점도 및 농도의 관계를 도시하는 도면이다.
도 15는 도 11의 순환식 분산 시스템에 의해 2단계 혼합 처리를 연속적으로 행하는 경우의 처리 시간과, 농도, 압력 및 대향 간격과의 관계의 일례를 도시하는 도면이다.
도 16은 본 발명을 적용한 순환식 분산 시스템의 또 다른 예를 설명하기 위한 도면으로, 특징적인 스크류식 분체 공급 장치를 갖는 탱크 장치를 구비한 예의 구성을 도시하는 개요도이다.
도 17은 도 16에 도시하는 순환식 분산 시스템을 구성하는 탱크 장치의 구성을 도시하는 개략 단면도이다.
도 18은 도 17에 도시하는 탱크 장치를 구성하는 교반 블레이드의 사시도이다.
도 19는 도 16에 도시하는 순환식 분산 시스템을 구성하는 탱크 장치의 다른 예를 도시하는 도면으로, 감압 기구를 갖는 예의 개략 단면도이다.
도 20은 도 16에 도시하는 순환식 분산 시스템을 구성하는 탱크 장치의 또 다른 예를 도시하는 도면으로, 스크류식 분체 공급 장치 및 교반기의 위치를 변경한 예의 개략 단면도이다.
도 21은 도 20에 도시하는 탱크 장치를 구성하는 스크류 선단 블레이드의 사시도이다.
도 22는 도 16에 도시하는 탱크 장치의 변형예로, 단체로서 이용되는 예의 개략 단면도이다.

이하, 본 발명을 적용한 전단식 분산 장치에 대해, 도면을 참조하여 설명한다. 이하에 설명하는 전단식 분산 장치는, 슬러리 형태의 혼합물을 순환시키면서 분산(「고-액(固-液) 분산」 또는 「슬러리화」라고도 함)시켜, 또는 액체 형태의 혼합물을 순환시키면서 분산(「액-액(液-液) 분산」 또는 「유화(乳化)」라고도 함)시키거나 하는 것이다. 또한, 분산이란, 상기 혼합물 내의 물질을 분산시키는 것, 즉 상기 혼합물 내의 각 물질이 균일하게 존재하도록 혼합하는 것을 의미한다.

또한, 이하의 설명에서 「외주측」 또는 「외측」이란, 로터의 회전 반경 방향에서 직경이 커지는 방향을 의미하며, 「내주측」 또는 「내측」이란, 로터의 회전 반경 방향에서 직경이 작아지는 방향을 의미한다.

또한, 이하의 설명에서 「상방측」 또는 「상측」이란, 로터 및 스테이터가 수직 방향으로 대향하여 배치되는 경우에는, 대향 부재측에서 본 로터측의 방향을 의미하며, 「하방측」 또는 「하측」이란, 로터 및 스테이터가 수직 방향으로 대향하여 배치되는 경우에는, 로터측에서 본 대향 부재측의 방향을 의미한다.(예를 들면, 도 1에서는 도면 중 좌측이 「상방측」 또는 「상측」이 되며, 도면 중 우측이 「하방측」 또는 「하측」이 된다.)

우선, 도 1에 도시하는 본 발명을 적용한 전단식 분산 장치(1; 이하, 「분산 장치」라고 함)에 대해 설명한다. 분산 장치(1)는, 로터(2)와, 상기 로터(2)에 대향하여 배치되는 대향 부재인 스테이터(3)를 구비하며, 로터(2) 및 대향 부재(스테이터(3)) 사이에, 슬러리 형태 또는 액체 형태의 혼합물(4)을 원심력에 의해 외주 방향으로 통과시킴으로써 분산시킨다.

또한, 분산 장치(1)는, 복수의 갭부로서 제 1 갭부(5) 및 제 2 갭부(6)와, 버퍼부(8)를 구비한다. 복수의 갭부(제 1 및 제 2 갭부(5, 6))는, 로터(2) 및 스테이터(3) 사이에 형성되어, 축 중심 위치에 공급되는 혼합물(4)을 외주 방향으로 유도한다. 환언하면, 이 복수의 갭부는, 대향 배치되는 로터 및 대향 부재 각각의 대향하는 면 사이에 형성되어, 혼합물을 중심측으로부터 외주측으로 방사 형상으로 유도하는 틈새이다. 제 1 갭부(5)는 외주측에 설치되며, 제 2 갭부(6)는 회전 중심측에 설치된다. 또한, 이 복수의 갭부는, 버퍼부(8) 등을 형성하기 위해 축방향의 위치를 변경하여 형성되며, 로터(2) 및 스테이터(3) 각각에 설치된 대향하는 면 사이에 설치되는 버퍼부(8)는, 최외주측의 갭부(제 1 갭부(5))와 이 내주측에 위치하는 갭부(제 2 갭부(6))를 접속하도록 설치되어, 혼합물(4)을 체류시킨다. 이 버퍼부(8)를 형성하는 외주측의 벽부(10)는 로터(2)에 설치된다.

이 로터(2)에 설치되는 버퍼부(8)를 형성하는 외주측의 벽부(10)는, 대향 부재(스테이터(3))측의 단부(10a)에서 회전 중심측으로 연장되는 돌출부(11; 張出部)를 가지고 있다. 또한, 로터(2)는 제 1 및 제 2 갭부(5, 6)를 형성하기 위한, 평탄한 갭 형성면(12, 13)을 가지고 있다. 구체적으로, 로터(2)는 회전축(28)에 일체로 부착되는 로터 본체(14)와, 이 로터 본체(14)의 외주로부터 스테이터(3)측으로 기립되는 벽부(10)를 가진다. 로터 본체(14)는, 원판(圓板) 형상으로 형성되며, 회전축(28)에 부착하기 위한 부착부(14a)를 가지고 있다. 이 로터 본체(14)의 내주와, 회전축(28)의 외주에는, 예를 들면 고정용 나사부가 형성된다. 로터 본체(14)의 스테이터(3)측의 내면의 내주에는, 제 2 갭부(6)를 형성하는 갭 형성면(13)이 설치되며, 이 갭 형성면(13)의 외측이 버퍼부(8)의 상방측을 형성하는 버퍼 형성면(15)으로서 기능한다. 버퍼 형성면(15)은, 여기에서는, 갭 형성면(13)과 동일 평면 상에 설치되어 있다. 벽부(10)의 내측은, 버퍼부(8)의 외주측을 형성하는 버퍼 형성면(16)으로서 기능한다. 벽부(10)에 연속적으로 설치된 돌출부(11)의 스테이터(3)측에는, 제 1 갭부(5)를 형성하는 갭 형성면(12)이 설치되며, 돌출부(11)의 반대측(상측)에는, 버퍼부(8)의 하방측을 형성하는 버퍼 형성면(17)이 설치된다.

스테이터(3)는, 제 1 및 제 2 갭부(5, 6)를 형성하기 위한, 평탄한 갭 형성면(22, 23)을 가지고 있다. 구체적으로는, 스테이터(3)는, 축 형상 부재(29)에 일체로 부착되며, 원판 형상의 스테이터 본체(21)와, 이 스테이터 본체(21)의 내주 부분에서, 로터(2)측으로 기립되는 기립(立上) 벽부(24)를 가진다. 기립 벽부(24)의 내주와, 축 형상 부재(29)의 외주에는, 예를 들면 고정용 나사가 형성된다. 기립 벽부(24)의 로터(2)측에는, 제 2 갭부(6)를 형성하는 갭 형성면(23)이 설치된다. 기립 벽부(24)의 외측은, 버퍼부(8)의 내주측을 형성하는 버퍼 형성면(25)으로서 기능한다. 스테이터 본체(21)의 외주 부분의 로터(2)측에는, 제 1 갭부(5)를 형성하는 갭 형성면(22)이 설치된다.

복수의 갭부는, 외주측에 위치하는 갭부가, 내주측에 위치하는 갭부보다 틈새가 좁아지는 관계를 가지고 있다. 즉, 제 1 갭부(5)가 제 2 갭부(6)보다 틈새가 좁아지도록 각 갭 형성면(12, 13, 22, 23)이 형성되어 있다. 또한, 이러한 제 1, 제 2 갭부(5, 6)는, 각각 2㎜ 이하의 틈새(0.01㎜~2.00㎜)를 가지고 로터(2) 및 스테이터(3) 사이에 형성되어 있다.

로터(2) 및 대향 부재(스테이터(3))는, 로터(2)의 회전축이 연직 방향으로 평행하도록 배치되어, 대향 부재(스테이터(3))가 하방측에 위치하고 있다. 이러한 분산 장치(1)는, 분산 처리 종료 후, 장치 내(특히 버퍼부(8))에 남은 혼합물을, 장치를 분해하는 일 없이 배출시킬 수 있어, 분산 처리의 제품 수율을 향상시킬 수 있다.

대향 부재(스테이터(3))는, 제 1, 제 2 갭부(5, 6)를 형성하는 부분이, 외주를 향함에 따라 하방으로 경사지도록 형성되어 있다. 마찬가지로, 로터(3)도, 제 1, 제 2 갭부(5, 6)를 형성하는 부분이, 외주를 향함에 따라 하방으로 경사지도록 형성되어 있다. 즉, 각 갭 형성면(12, 13, 22, 23) 및 제 1 및 제 2 갭부(5, 6)가 외측을 향함에 따라 하방으로 경사지도록 형성되어 있다. 또한, 돌출부(11)는, 그 상면이 내측을 향함에 따라 하방으로 경사지도록 형성되어 있다. 이와 같이 구성된 분산 장치(1)는, 분산 처리 종료 후, 장치 내에 남은 혼합물을, 장치를 분해하는 일 없이 배출시킬 수 있어, 분산 처리의 제품 수율을 향상시킬 수 있다. 특히 점도가 높은 슬러리 형태의 혼합물의 경우에 유효하다.

또한, 스테이터(3)에서의 축 형상 부재(29)에는, 혼합물(4)이 공급되는 공급구(29a)가 설치되어 있다. 구체적으로 축 형상 부재(29)는, 원통 형상(파이프 형상)으로 형성되며, 그 내측을 통해 혼합물(4)이 공급된다. 한편, 로터(2)의 회전축(28)은, 원통 형상(파이프 형상)으로 형성되며, 그 선단에 폐색부(28a)가 형성되어 있다. 참고로, 이것에 한정되는 것은 아니며, 로터(2) 및 대향 부재(스테이터(3)) 중 어느 일방 또는 양방에, (로터(2)의) 회전 중심 위치로부터 혼합물(4)이 공급되는 공급구가 설치되어 있어도 된다. 양방에 공급구를 설치하고, 종류가 상이한 물질을 공급하여 해당 장치 내에서 혼합 분산시키도록 해도 된다. 다만, 고형분 농도가 높은(이하, 「고농도」라고도 함) 슬러리 형태의 혼합물을 처리할 때, 시일 부재의 내구성이 낮은 경우에는, 도 1을 이용하여 설명한 바와 같이, 스테이터(3)의 중심 위치에 설치한 공급구(29a)로부터 혼합물을 공급하는 구성이 유리하다. 즉, 이 공급구(29a)로부터 혼합물(4)을 공급하기 위해, 축 형상 부재(29)에는 호스 등의 혼합물 공급관이 접속되게 된다. 예를 들면, 공급구를 로터측에 설치한 경우에는, 이 혼합물 공급관을 접속하기 위한 조인트(회전 조인트)가 필요하다. 이 회전 조인트를 접속할 때의 시일 부재가 고농도의 슬러리 혼합물인 경우에 열화하기 쉬운 경우가 있어, 시일면의 기능이 손상됨으로써 누출을 발생시킬 가능성이 있다. 이와 같이, 스테이터(3)측에 공급구(29a)를 설치함으로써, 회전 조인트를 설치할 필요도 없고, 또한 이러한 누출 등의 문제가 발생하는 것을 방지할 수 있다는 효과가 있다.

이상과 같은 분산 장치(1)의 분산 프로세스에 대해 설명한다. 우선, 공급구(29a)로부터 공급된 혼합물은, 제 2 갭부(6)를 통과할 때 조대한 입자의 응집물이 분해된다. 제 2 갭부(6)를 통과한 혼합물은, 버퍼부(8)로 유입되어 원심력에 의해 벽부(10)측으로 가압되어 체류된다. 버퍼부(8)에 체류하고 있는 혼합물 중에서 조대하고 질량이 큰 입자는, 원심력에 의해 선택적으로 벽부(10)의 버퍼 형성면(16)으로 가압되면서, 로터(2)의 일부인 벽부(10)가 회전됨으로써, 러빙되는 것에 의해, 응집물이 분해, 분산된다. 작은 입자는, 버퍼부(8)로부터 배출되는 흐름을 타고 제 1 갭부(5)측으로 유도된다. 제 1 갭부(5)는, 제 2 갭부(6)보다 틈새가 좁아져 있으므로, 더욱 미세하게 분산된다.

버퍼부(8)에서, 입자의 분산을 보다 효율적으로 제어하려면, 로터(2)의 회전수의 제어에 의해 원심력을 변경하거나, 혼합물의 유입량을 조정함으로써 가능하다. 예를 들면, 분산을 억제하려면, 로터(2)의 회전수를 낮추고 원심력 및 전단력을 감소시킨다. 혹은, 혼합물의 유입량을 증가시키면, 제 2 갭부(6)로부터 버퍼부(8)로는 혼합물이 고속 또한 대량으로 유입하기 때문에, 먼저 버퍼부(8)로 유입하여 체류하고 있는 혼합물과 서로 격렬하게 혼합되는 동시에, 혼합물의 체류 시간이 감소하기 때문에, 원심력에 의한 조대 입자의 버퍼부(8) 외주 벽면(벽부(10))으로의 이동 효과를 억제할 수 있다. 참고로, 혼합물의 체류 시간의 감소는, 입자가 전단 에너지를 받는 시간의 감소이기도 하므로, 마찬가지로 분산 억제 효과가 있다. 반대로, 분산을 촉진하려면, 로터(2)의 회전수를 높이고, 원심력 및 전단력을 증대시킨다. 혹은, 혼합물의 공급량(펌프 배출량)을 줄여 장치 내부로의 혼합물 유입량을 제한하며, 원심력에 의한 효과를 높이거나, 입자가 전단 에너지를 받는 시간을 증대시키면 된다.

본 발명을 적용한 분산 장치(1)는, 제 1, 제 2 갭부(5, 6)를 통과할 때의 혼합물(4)에 발생하는 전단력에 의한 국소적인 분산 작용과, 버퍼부(8)에서 혼합물(4)이 체류되어 평균화되는 것에 의한 분산 작용을 발휘시킨다. 그와 함께, 분산 장치(1)는, 외주측의 갭부인 제 1 갭부(5)에 접속되는 버퍼부(8)에 체류하는 혼합물에 발생하는 원심력에 의해, 버퍼부(8)의 외주측 로터(2)의 벽부(10)측에 이 혼합물(4)이 가압되어 러빙됨으로써 해당 부분에서도 분산 작용을 발휘할 수 있다. 이와 같이, 분산 장치(1)는, 보다 효율적으로 적절한 분산 처리 기능을 실현한다.

또한, 도 1에 도시하는 분산 장치(1)에서는, 후술하는 도 2 및 도 3에 도시하는 분산 장치에 비해, 로터 회전이 정지했을 때 원료가 잔류하는 버퍼부를 가지지 않고, 또한 제 1 및 제 2 갭부(5, 6)에는 중력에 의해 혼합물이 장치 외부로 흘러 떨어지도록 경사가 설치되어 있으므로, 운전 종료 시에 원료를 장치 외부로 배출할 수 있어, 제품 수율을 향상할 수 있다.

또한, 도 1에 도시하는 분산 장치(1)는, 이하와 같은 효과가 있다. 회전하는 중공축의 내부로부터 혼합물을 공급하기 위해서는, 후술하는 도 6 및 도 7에 도시하는 회전축 조인트(로터리 조인트)와 같이, 고정부와 회전축을 결합하는 조인트가 필요하다. 액체 원료끼리의 혼합 분산이라면 문제가 되기 어렵지만, 액체 원료와 고체 원료(분말)를 혼합·분산하는 슬러리 형태 혼합물인 경우에는, 회전축 조인트의 축 시일부의 내구성이 문제가 된다. 이 경우, 원료를 공급하는 측의 중공축을 회전시키지 않고, 스테이터로서 사용하는 것이 바람직하다. 그런데 스테이터에는 원심력이 발생하지 않기 때문에, 스테이터측에 버퍼부를 설치하는 경우, 환언하면 버퍼부 외주측의 벽부가 스테이터에 있는 경우는, 버퍼부의 전단 기능을 발휘할 수 없음을 의미한다. 따라서, 도 1에 도시하는 분산 장치(1)는, 버퍼부(8)가 로터(2)측에 설치되며, 즉 버퍼부(8)를 형성하는 외주측 벽부(10)가 로터(2)측에 설치되며, 하방측에 혼합물 공급구(29a)를 구비한 스테이터(3)를 배치함으로써 상술한 다양한 효과를 겸비하여 얻을 수 있다.

덧붙여, 상술에서는, 로터(2)의 회전축이 연직 방향으로 평행이 되도록 배치하였지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 로터(2) 및 대향 부재(스테이터(3))가, 로터(2)의 회전축이 수평 방향으로 평행이 되도록 배치하여 구성해도 된다. 이와 같이 함으로써, 로터(2)의 회전축을 연직 방향으로 하여 배치하는 것이 곤란한 경우에도, 장치의 설치를 가능하게 할 수도 있다. 다만, 도 1에 도시하는 연직 배치로 한 것이, 상술한 바와 같이, 분산 처리 종료 후에 혼합물을 배출하는 기능을 가지고 있기 때문에, 제품 수율의 관점에서는 유리하다.

게다가, 상술에서는, 로터(2) 및 스테이터(3)의 조합으로 하였지만, 한 쌍의 로터로 이루어지도록 구성해도 된다. 즉, 로터(2)에 대향하는 대향 부재가, 로터(2)의 회전축과 평행한 회전축을 가지는 동시에, 로터(2)의 회전 방향과는 반대 방향으로 회전되는 제 2 로터이도록 구성해도 된다. 한 쌍의 로터의 경우는, 반대 방향으로 회전시키는 것의, 상대적인 회전에 의해 갭부에서 전단력을 발휘할 수 있다. 다만, 로터(2) 및 스테이터(3)의 조합이, 상술한 바와 같이 고농도 슬러리 형태의 혼합물이 처리 대상물이 되는 경우에는, 회전축 조인트의 축 시일부에 악영향을 줄 우려가 없다고 하는 점에서 유리하다.

또한, 로터(2) 및 대향 부재(스테이터(3))의 구성은, 도 1에 한정되는 것은 아니다. 즉, 상술에서는, 2개의 갭부와 1개의 버퍼부를 가지는 예에 대해 설명하였지만, 후술하는 도 2에 도시한 바와 같이, 버퍼부를 추가하여, 3개의 갭부와 2개의 버퍼부를 가지도록 구성해도 된다.

다음으로, 도 2에 도시하는 본 발명을 적용한 전단식 분산 장치(31; 이하, 「분산 장치」라고 함)에 대해 설명한다. 분산 장치(31)는, 로터(32)와, 상기 로터(32)에 대향하여 배치되는 대향 부재인 스테이터(33)를 구비하며, 로터(32) 및 대향 부재(스테이터(33)) 사이에, 슬러리 형태 또는 액체 형태의 혼합물(4)을 원심력에 의해 외주 방향으로 통과시킴으로써 분산시킨다.

또한, 분산 장치(31)는, 복수의 갭부로서 제 1 갭부(35), 제 2 갭부(36) 및 제 3 갭부(37)와, 제 1 버퍼부(38) 및 제 2 버퍼부(39)를 구비한다. 복수의 갭부(제 1~제 3 갭부(35, 36, 37))는, 로터(32) 및 스테이터(33) 사이에 형성되어, 혼합물(4)을 외주 방향으로 유도한다. 제 1 갭부(35)는 외주측에 설치되고, 제 3 갭부(37)는 회전 중심측에 설치되며, 제 2 갭부(36)는 중간에 설치된다. 제 1 버퍼부(38)는 최외주측의 갭부(제 1 갭부(35))와 이 내주측에 위치하는 갭부(제 2 갭부(36))를 접속하도록 설치되어, 혼합물(4)을 체류시킨다. 이 제 1 버퍼부(38)를 형성하는 외주측의 벽부(40)는 로터(32)에 설치된다.

도 2에 도시하는 분산 장치(31)에서는, 제 2 버퍼부(39)가 설치되며, 이 제 2 버퍼부(39)는, 최외주측의 갭부(제 1 갭부(35))의 내주측에 위치하는 갭부(제 2 갭부(36))와 더 내주측에 위치하는 갭부(제 3 갭부(37))를 접속하도록 설치되어, 혼합물(4)을 체류시킨다. 이 제 2 버퍼부(39)는, 평균화 작용을 증가시키는 기능을 가지고 있어, 분산 처리 효과를 높일 수 있다. 게다가, 이 분산 장치(31)에 있어서도, 대향 부재(스테이터(33))를 로터로 변경해도 되며, 그 경우에는, 이 제 2 버퍼부(39)와의 상승효과를 발휘할 수 있다. 즉, 대향 부재인 스테이터(33)를 회전하여 「로터」로서 구성한 경우에는, 제 2 버퍼부(39)에서도, 상술한 버퍼부(8)나 버퍼부(38)와 같은 벽면 가압력에 의한 전단력을 발휘하여 분산 기능을 향상시킬 수 있다.

로터(32)에 설치되는 제 1 버퍼부(38)를 형성하는 외주측의 벽부(40)는, 대향 부재(스테이터(33))측의 단부에서 회전 중심측으로 연장되는 돌출부(41)를 가지고 있다. 또한, 로터(32)는, 제 1~제 3 갭부(35, 36, 37)를 형성하기 위한, 평탄한 갭 형성면(42, 43, 44)을 가지고 있다. 구체적으로 설명하면, 로터(32)는, 회전축(68)에 일체로 부착되며 원판 형상인 로터 본체(45)와, 이 로터 본체(45)의 외주로부터 스테이터(33)측으로 기립되는 벽부(40)와, 내주측으로 기립되는 기립 벽부(46)를 가진다. 기립 벽부(46)의 외주측은, 제 2 버퍼부(39)의 내주측을 형성하는 버퍼 형성면(63)으로서 기능한다. 기립 벽부(46)의 스테이터(33)측의 면에는, 갭 형성면(44)이 설치되고, 로터 본체(45)의 스테이터(33)측에는, 갭 형성면(43)이 설치되며, 이 갭 형성면(43)의 외측이 제 1 버퍼부(38)의 상방측을 형성하는 버퍼 형성면(47)으로서 기능한다. 벽부(40)의 내측은, 제 1 버퍼부(38)의 외주측을 형성하는 버퍼 형성면(48)으로서 기능한다. 벽부(40)에 연속적으로 설치된 돌출부(41)의 스테이터(33)측에는, 제 1 갭부(35)를 형성하는 갭 형성면(42)이 설치되며, 돌출부(41)의 반대측(상측)에는, 제 1 버퍼부(38)의 하방측을 형성하는 버퍼 형성면(49)이 설치된다.

스테이터(33)는, 제 1~제 3 갭부(35, 36, 37)를 형성하기 위한, 평탄한 갭 형성면(52, 53, 54)을 가지고 있다. 구체적으로는, 스테이터(33)는, 축 형상 부재(69)에 일체로 부착되는 원판 형상의 스테이터 본체(51)와, 이 스테이터 본체(51)의 내주 부분에서, 로터(32)측으로 기립되는 기립 단부(55; 段部)와, 이 기립 단부(55)의 외주측에서 더 기립되는 벽부(56)를 가진다. 이 벽부(56)는, 제 2 버퍼부(39)를 형성하는 외주측의 벽부이며, 로터(32)측의 단부에서 회전 중심측으로 연장되는 돌출부(57)를 가지고 있다. 기립 단부(55)의 상측면에는, 갭 형성면(54)이 설치되며, 이 갭 형성면(54)의 외측이 제 2 버퍼부(39)의 하방측을 형성하는 버퍼 형성면(58)으로서 기능한다. 벽부(56)의 내측은, 제 2 버퍼부(39)의 외주측을 형성하는 버퍼 형성면(59)으로서 기능한다. 돌출부(57)의 로터(32)측에는, 갭 형성면(53)이 설치되며, 돌출부(57)의 반대측(하측)에는, 제 2 버퍼부(39)의 상방측을 형성하는 버퍼 형성면(60)이 설치된다. 벽부(56)의 외측은, 제 1 버퍼부(38)의 내주측을 형성하는 버퍼 형성면(61)으로서 기능한다. 스테이터 본체(51)의 외주 부분의 로터(32)측에는, 갭 형성면(52)이 설치된다. 그런데, 로터(32)나 스테이터(33)에 설치되는 돌출부(41, 57)는, 버퍼부로 유입된 혼합물을 돌아 들어가게 하며 각 갭부(여기에서는, 제 1, 제 2 갭부(35, 36))의 길이를 크게 하여 국소적 전단력을 증가시키는 기능을 가지고 있다. 참고로, 이 점은, 도 1의 돌출부(11)도 마찬가지이다.

복수의 갭부는, 외주측에 위치하는 갭부가, 내주측에 위치하는 갭부보다 틈새가 좁아지는 관계를 가지고 있다. 즉, 제 1 갭부(35)가 제 2 갭부(36)보다 틈새가 좁아지며, 또한 제 2 갭부(36)가 제 3 갭부(37)보다 좁아지도록, 각 갭 형성면(42, 43, 44, 52, 53, 54)이 형성되어 있다. 또한, 이러한 제 1, 제 2, 제 3 갭부(35, 36, 37)는, 각각 2㎜ 이하의 틈새를 가지고 로터(32) 및 스테이터(33) 사이에 형성되어 있다. 이 관계의 효과는 후술하는데, 각 갭부의 틈새를 동일한 거리로 해도 되며, 본 발명의 그 외의 효과는 얻을 수 있다.

예를 들면, 분산 장치(31)에 있어서, 로터(32) 및 스테이터(33)의 외형(外形)이 200㎜인 경우에, 도면 중에 도시하는 높이 h1, h2, h3는, 55㎜, 16㎜, 39.5㎜로 했을 때, 제 1 갭부(35)의 틈새가 0.5㎜이고, 제 2 갭부(36)의 틈새가 1.0㎜이며, 제 3 갭부(37)의 틈새가 1.5㎜이다. 외주를 향함에 따라 단계적으로 작아지고 있다. 회전수는, 인버터 제어에 의해 0~3600rpm 정도의 사이에서 설정할 수 있도록 되어 있지만, 전동기, 풀리, 기어 등의 선정에 따라 적당히 변경할 수 있다.

또한, 도 2에 있어서는, 혼합물의 흐름이 화살표로 도시되어 있다. 편의상, 하나의 흐름 밖에 도시하고 있지 않지만, 실제로는, 로터(31) 및 스테이터(32)에 의해 구성되는 공간이 이르는 곳에서 동일한 흐름이 발생하고 있다. 로터(31)가 회전하고 있는 상태에서, 회전축(68)에 회전 조인트의 혼합물 공급구로부터, 중력, 펌프 등의 수단에 의해 혼합물을 공급하면, 상기 혼합물(4)은 제 3 갭부(37), 제 2 버퍼부(39), 제 2 갭부(36), 제 1 버퍼부(38), 제 1 갭부(35)의 순서로, 원심력의 방향을 따라 통과하여, 로터(31) 및 스테이터(32) 외주의 혼합물 배출부(35a)로부터 배출된다. 이 혼합물 배출부(35a)는, 제 1 갭부(35)의 외주 단부이다. 이와 같이, 제 1~제 3 갭부(35, 36, 37)와, 제 1 및 제 2 버퍼부(38, 39)는, 로터 및 대향 부재 사이에 형성되어, 혼합물을 외주 방향으로 유도하는 복수의 갭부와, 최외주측의 갭부와 이 내주측에 위치하는 갭부를 접속하도록 설치되어, 혼합물을 체류시키는 버퍼부를 구성하며, 각각 국소적 전단 작용에 의한 분산 기능과, 평균화 작용에 의한 분산 기능을 가진다. 또한, 이 구성을 환언하면, 로터와 대향 부재 사이에 혼합물이 중심측으로부터 외주측으로 통과하는 공간이 형성되며, 이 공간은, 2㎜ 이하의 좁은 공간(갭부에 상당)과, 이보다 큰 넓은 공간(버퍼부에 상당)이 각각 1단 이상으로 또한 교대로 배열되어 있으며, 이 좁은 공간에서 국소적 전단 작용을 부여하고, 넓은 공간에서 체류 평균화 작용을 부여하고 있다. 참고로, 이 혼합물의 흐름이나, 각 갭부나 각 버퍼부의 기능은, 도 1이나 후술하는 도 3~도 7의 분산 장치에 있어서도 마찬가지이다.

로터(32) 및 대향 부재(스테이터(33))는, 로터(32)의 회전축이 연직 방향으로 평행하도록 배치되며, 대향 부재(스테이터(33))가 하방측에 위치하고 있다. 분산 장치(31)는, 분산 처리 종료 후, 용적이 큰 제 1 버퍼부(38)에 남은 혼합물을, 장치를 분해하는 일 없이 배출시킬 수 있어, 분산 처리의 제품 수율을 향상시킬 수 있다.

대향 부재(스테이터(33))는, 제 1~제 3 갭부(35, 36, 37)를 형성하는 부분이, 수평이 되도록 형성되어 있지만, 도 1을 이용하여 설명한 예와 마찬가지로, 외주를 향함에 따라 하방으로 경사지도록 형성해도 된다. 도 1과 동일하게 구성한 경우에는, 처리 종료 후의 혼합물을 배출할 수 있어, 제품 수율을 향상하는 효과를 얻을 수 있다.

또한, 로터(32)의 회전축(68)에는, 혼합물(4)이 공급되는 공급구(68a)가 설치되어 있다. 구체적으로 회전축(68)은 원통 형상으로 형성되며, 그 내측을 통해 혼합물(4)이 공급된다. 한편, 스테이터(33)의 축 형상 부재(69)는 원통 형상으로 형성되며, 그 선단에 폐색부(69a)가 형성되어 있다. 참고로, 이에 한정되는 것이 아니며, 로터(32) 및 대향 부재(스테이터(33)) 중 어느 일방 또는 양방에, (로터(32)의) 회전 중심 위치로부터 혼합물(4)이 공급되는 공급구가 설치되어 있으면 된다. 다만, 고형분 농도가 높은 슬러리 형태의 혼합물 등을 분산 처리 대상물로 한 경우로서, 시일 부재의 내구성이 낮아지는 경우에는, 도 1을 이용하여 설명한 바와 같이, 스테이터(33)의 중심 위치에 설치한 공급구로부터 혼합물을 공급하도록 구성하는 것이 유리하다.

이상과 같은 분산 장치(31)의 분산 프로세스에 대해 설명한다. 우선, 공급구(68a)로부터 공급된 혼합물은, 1단째의 갭부로서 제 3 갭부(37)를 통과할 때 조대한 입자의 응집물이 분해된다. 제 3 갭부(37)를 통과한 혼합물은, 1단째의 버퍼부로서 제 2 버퍼부(39)로 유입되어 원심력에 의해 벽부(56)측으로 가압되도록 하여 체류된다. 계속해서, 혼합물은, 2단째의 갭부로서 제 2 갭부(36)를 통과하는데, 이때에도 입자의 응집물이 분해된다. 제 2 갭부(36)는, 제 3 갭부(37)보다 틈새가 좁아져 있기 때문에, 미세하게 분산시킨다. 제 2 갭부(36)를 통과한 혼합물은, 2단째의 버퍼부로서 제 1 버퍼부(38)로 유입되어 원심력에 의해 벽부(40)측으로 가압되도록 하여 체류된다. 제 1 버퍼부(38)에 체류하고 있는 혼합물 중에서 조대하고 질량이 큰 입자는, 원심력에 의해 선택적으로 벽부(40)의 버퍼 형성면(48)으로 가압되면서, 로터(32)의 일부인 벽부(40)가 회전됨으로써, 러빙되는 것에 의해, 응집물의 분해, 분산이 행해진다. 작은 입자는, 3단째의 갭부로서 제 1 버퍼부(38)로부터 배출되는 흐름을 타고 제 1 갭부(35)측으로 유도된다. 제 1 갭부(35)는, 제 2 갭부(36)보다 틈새가 좁아져 있기 때문에, 더욱 미세하게 분산된다.

버퍼부에 있어서, 입자의 분산을 보다 효율적으로 제어하려면, 로터(32)의 회전수 제어에 의해 원심력을 변경하며, 혼합물의 유입량을 조정함으로써 가능하다. 예를 들면, 분산을 억제하려면, 로터(32)의 회전수를 낮춰, 원심력 및 전단력을 감소시킨다. 혹은, 혼합물의 유입량을 증가시키면, 제 3 갭부(37)로부터 제 2 버퍼부(39), 혹은 제 2 갭부(36)로부터 제 1 버퍼부(38)로는 혼합물이 고속 또한 대량으로 유입하기 때문에, 먼저 버퍼부(38, 39)로 유입하여 체류하고 있는 혼합물과 서로 격렬하게 혼합되는 동시에, 혼합물의 체류 시간이 감소하기 때문에, 원심력에 의한 조대 입자의 버퍼부(38, 39)의 외주 벽면(벽부(40, 56))으로의 이동 효과를 억제할 수 있다. 참고로, 혼합물의 체류 시간의 감소는, 입자가 전단 에너지를 받는 시간의 감소이기도 하므로, 동일한 분산의 억제 효과가 있다. 반대로, 분산을 촉진하려면, 로터(32)의 회전수를 높여 원심력 및 전단력을 증대시킨다. 혹은, 혼합물의 공급량(펌프 배출량)을 줄여 장치 내부로의 혼합물 유입량을 제한하여, 원심력에 의한 효과를 높이면 되며, 또는 입자가 전단 에너지를 받는 시간을 증대시키면 된다.

본 발명을 적용한 분산 장치(31)는, 제 1~제 3 갭부(35, 36, 37)를 통과할 때의 혼합물(4)에서 발생하는 전단력에 의한 국소적인 분산 작용과, 제 1 및 제 2 버퍼부(38, 39)에서 혼합물(4)이 체류되어 평균화되는 것에 의한 분산 작용을 발휘시킨다. 그와 함께, 분산 장치(31)는, 외주측의 갭부인 제 1 갭부(35)에 접속되는 제 1 버퍼부(38)에 체류하는 혼합물에 발생하는 원심력에 의해, 버퍼부(38)의 외주측 로터(32)의 벽부(40)측에 이 혼합물(4)이 가압되어 러빙됨으로써 해당 부분에서도 분산 작용을 발휘할 수 있다. 이와 같이, 분산 장치(31)는, 보다 효율적으로 적절한 분산 처리 기능을 실현한다.

또한, 이 분산 장치(31)는, 갭부를 3개 가지며, 버퍼부를 2개 가지고 있으므로, 국소적 전단 분산 작용과, 평균화 분산 작용의 관점에서, 보다 효율적인 분산 처리를 실현 가능하다.

덧붙여, 상술에서는, 로터(32)의 회전축이 연직 방향으로 평행이 되도록 배치하였지만, 이에 한정되는 것이 아니며, 로터(32) 및 대향 부재(스테이터(33))가, 로터(32)의 회전축이 수평 방향으로 평행이 되도록 배치하여 구성해도 된다.

게다가, 상술에서는, 로터(32) 및 스테이터(33)의 조합으로 했지만, 한 쌍의 로터로 이루어지도록 구성해도 된다. 즉, 로터(32)에 대향하는 대향 부재가, 로터(32)의 회전축과 평행한 회전축을 가지는 동시에, 로터(32)의 회전 방향과는 반대 방향으로 회전되는 제 2 로터이도록 구성해도 된다. 도 2를 한 쌍의 로터로 변경하는 경우는, 반대 방향으로 회전시키는 것의, 상대적인 회전에 의해 갭부에서 전단력을 발휘할 수 있는 동시에, 제 2 버퍼부(39)를 형성하는 외주측의 벽부(56)도 회전시킴으로써, 혼합물을 벽면에 가압하여 러빙하는 효과를 얻을 수 있어, 해당 부분에서도 분산 작용을 발휘할 수 있으므로, 보다 효율적으로 적절한 분산 처리 기능을 실현한다.

참고로, 버퍼부의 형상은, 도 2에 도시하는 직사각형 단면으로 한정되는 것이 아니며, 예를 들면, 도 3에 도시한 바와 같이, 외주측면이 경사지는 형상이어도 된다. 이 경우, 제작상 유리하다.

다음으로, 도 3에 도시하는 본 발명을 적용한 전단식 분산 장치(71; 이하, 「분산 장치」라고 함)에 대해 설명한다. 분산 장치(71)는, 로터(72)와, 상기 로터(72)에 대향하여 배치되는 대향 부재인 스테이터(73)를 구비하며, 로터(72) 및 대향 부재(스테이터(73)) 사이에, 슬러리 형태 또는 액체 형태의 혼합물(4)을 원심력에 의해 외주 방향으로 통과시킴으로써 분산시킨다.

또한, 분산 장치(71)는, 복수의 갭부로서 제 1 갭부(75), 제 2 갭부(76) 및 제 3 갭부(77)와, 제 1 버퍼부(78) 및 제 2 버퍼부(79)를 구비한다. 복수의 갭부(제 1~제 3 갭부(75, 76, 77))는, 로터(72) 및 스테이터(73) 사이에 형성되어, 혼합물(4)을 외주 방향으로 유도한다. 제 1 갭부(75)는 외주측에 설치되고, 제 3 갭부(77)는 회전 중심측에 설치되며, 제 2 갭부(76)는 중간에 설치된다. 제 1 버퍼부(78)는, 최외주측의 갭부(제 1 갭부(75))와 그 내주측에 위치하는 갭부(제 2 갭부(76))를 접속하도록 설치되어, 혼합물(4)을 체류시킨다. 이 제 1 버퍼부(78)를 형성하는 외주측의 벽부(80)는 로터(72)에 설치된다.

도 3에 도시하는 분산 장치(71)에서는, 제 2 버퍼부(79)가 설치되며, 이 제 2 버퍼부(79)는 최외주측의 갭부(제 1 갭부(75))의 내주측에 위치하는 갭부(제 2 갭부(76))와 그 내주측에 위치하는 갭부(제 3 갭부(77))를 접속하도록 설치되어, 혼합물(4)을 체류시킨다. 이 제 2 버퍼부(79)는, 평균화 작용을 증가시키는 기능을 가지고 있어, 분산 처리 효과를 높일 수 있다. 게다가, 이 분산 장치(71)에서도, 대향 부재(스테이터(74))를 로터로 변경해도 되며, 그 경우에는, 이 제 2 버퍼부(79)와 상승효과를 발휘할 수 있다.

복수의 갭부는, 외주측에 위치하는 갭부가, 내주측에 위치하는 갭부보다 틈새가 좁아지는 관계를 가지고 있다. 즉, 제 1 갭부(75)가 제 2 갭부(76)보다 틈새가 좁아지며, 또한 제 2 갭부(76)가 제 3 갭부(77)보다 좁아지도록, 각 갭 형성면이 형성되어 있다. 또한, 이러한 제 1, 제 2, 제 3 갭부(75, 76, 77)는, 각각 2㎜ 이하의 틈새를 가지고 로터(72) 및 스테이터(73) 사이에 형성되어 있다. 이상과 같은 분산 장치(71)의 분산 프로세스는, 도 2에 도시하는 분산 장치(31)의 경우와 대략 동일하므로 생략한다.

본 발명을 적용한 분산 장치(71)는, 제 1~제 3 갭부(75, 76, 77)를 통과할 때의 혼합물(4)에 발생하는 전단력에 의한 국소적인 분산 작용과, 제 1 및 제 2 버퍼부(78, 79)에서 혼합물(4)이 체류되어 평균화되는 것에 따른 분산 작용을 발휘시킨다. 그와 함께, 분산 장치(71)는, 외주측의 갭부인 제 1 갭부(75)에 접속되는 제 1 버퍼부(78)에 체류하는 혼합물에 발생하는 원심력에 의해, 버퍼부(78)의 외주측 로터(72)의 벽부(80)측으로 이 혼합물(4)이 가압되어 러빙됨으로써 해당 부분에서도 분산 작용을 발휘할 수 있다. 이와 같이, 분산 장치(71)는, 보다 효율적으로 적절한 분산 처리 기능을 실현한다.

도 1~도 3에서는, 전단력을 발생하는 갭부는 3단 또는 2단이며, 버퍼부는, 2단 또는 1단의 구성으로 되어 있지만, 이 단수의 조합으로 한정되지 않고, 대상 원료나 목표로 하는 분산 정도에 따라 임의의 조합으로 할 수 있다.

또한, 도 1~도 3을 이용하여 설명한 분산 장치(1, 31, 71)에 있어서, 로터 및 대향 부재 중 어느 일방 또는 양방에는, 로터 및 대향 부재 사이의 혼합물을 냉각하는 냉각액이 유통되는 냉각액 유통부가 설치되도록 구성해도 된다. 즉, 혼합물은, 한 쌍의 로터 사이 혹은 로터와 스테이터 사이의 틈새를 통과할 때, 혹은 버퍼부에서 체류하고 있는 동안에 버퍼부의 내벽과 러빙될 때, 큰 전단력을 받아 발열하기 때문에, 온도 상승에 의해 변질하는 혼합물을 처리하는 등의 경우에 문제가 된다. 상술한 냉각액 유통부를 설치하여, 즉, 로터, 스테이터를 재킷(jacket) 구조로 하고, 그 내부를 중공축의 내부, 혹은 별도 설치한 관로로부터 냉각액을 통과함으로써, 발생한 열을 냉각할 수 있다.

다음으로, 냉각액 유통부를 설치한 예로서, 도 1의 변형예로서 도 4에 도시하는 분산 장치(81)와, 도 2의 변형예로서 도 5에 도시하는 분산 장치(91)에 대해 설명한다. 참고로, 냉각액 유통부를 설치한 것을 제외하고 상술한 도 1 및 도 2의 경우와 동일하므로, 동일한 구성·기능을 가지는 부분에는 동일한 부호를 부여하여 상세한 설명은 생략한다(다른 도면도 마찬가지).

도 4에 도시하는 분산 장치(81)는, 도 1에 도시하는 로터(2) 및 스테이터(3)와 비교하여, 냉각액 유통부(84, 85)를 가지는 것을 제외하고 동일한 구성으로 된 로터(82) 및 스테이터(83)를 구비하며, 로터(82)와 대향 부재(스테이터(83)) 사이에, 슬러리 형태 또는 액체 형태의 혼합물(4)을 원심력에 의해 외주 방향으로 통과시킴으로써 분산시킨다. 즉, 이 로터(82) 및 스테이터(83)에는, 제 1 및 제 2 갭부(5, 6)나 버퍼부(8)나 벽부(10) 등이 설치된다.

로터(82)에는, 냉각액이 유통되는 냉각액 유통부(84)와, 냉각액 공급부(84a) 및 냉각액 배출부(84b)가 설치되며, 이 냉각액 공급부(84a, 84b)에는, 공급관(86a) 및 배출관(86b)이 접속되어 있다. 스테이터(83)에는, 냉각액이 유통되는 냉각액 유통부(85)와, 냉각액 공급부(85a) 및 냉각액 배출부(85b)가 설치되며, 이 냉각액 공급부(85a) 및 냉각액 배출부(85b)에는, 공급관(87a) 및 배출관(87b)이 접속되어 있다.

마찬가지로, 도 5에 도시하는 분산 장치(91)는, 도 2에 도시하는 로터(32) 및 스테이터(33)와 비교하여, 냉각액 유통부(94, 95)를 가지는 것을 제외하고 동일한 구성으로 된 로터(92) 및 스테이터(93)를 구비하며, 로터(92)와 대향 부재(스테이터(93)) 사이에, 슬러리 형태 또는 액체 형태의 혼합물(4)을 원심력에 의해 외주 방향으로 통과시킴으로써 분산시킨다. 즉, 이 로터(92) 및 스테이터(93)에는, 제 1~제 3 갭부(35, 36, 37)나 제 1 및 제 2 버퍼부(38, 39)나 벽부(40) 등이 설치된다.

로터(92)에는, 냉각액이 유통되는 냉각액 유통부(94)와, 냉각액 공급부(94a) 및 냉각액 배출부(94b)가 설치되며, 이 냉각액 공급부(94a), 및 냉각액 배출부(94b)에는, 공급관(96a) 및 배출관(96b)이 접속되어 있다. 스테이터(93)에는, 냉각액이 유통되는 냉각액 유통부(95)와, 냉각액 공급부(95a) 및 냉각액 배출부(95b)가 설치되며, 이 냉각액 공급부(95a) 및 냉각액 배출부(95b)에는, 공급관(97a) 및 배출관(97b)이 접속되어 있다.

도 4, 도 5에 도시하는 분산 장치(81, 91)는, 상술한 도 1에 도시하는 분산 장치(1), 도 3에 도시하는 분산 장치(31)와 동일한 효과를 거두며, 보다 효율적으로 적절한 분산 처리 기능을 실현하는 동시에, 냉각액이 유통되는 냉각액 유통부(84, 85, 94, 95)를 가짐으로써, 전단력 부여에 의해 발생한 열을 냉각하여 혼합물의 변질을 방지할 수 있다.

여기서, 상술한 분산 장치의 베어링부 등을 포함한 보다 구체적인 구성에 대해, 도 6 및 도 7을 이용하여 설명한다. 도 6에서는, 도 2의 분산 장치(31)의 스테이터(33)를 회전하는 구성으로 하여 로터(133)로 변경한 변형예(이것을 「분산 장치(131)」라고 함)를 설명하는 것으로 한다. 참고로, 로터(133)의 각 부의 구성, 형상은 스테이터(33)와 동일한 것으로 한다. 도 6의 분산 장치(131)는, 요철(凹凸)을 갖는 2장의 로터(32, 133)를, 회전 중심축을 동일하게 하여, 연직 방향으로 대향하도록 설치한 것이다. 분산 장치(131)는, 각각의 요철부의 조합에 의해, 상술한 분산 장치(31)와 동일하게, 제 1~제 3 갭부(35, 36, 37)와 직사각형 단면을 가지는 제 1 및 제 2 버퍼부(38, 39)를 가진다.

한 쌍의 로터(32, 133)는, 각각 회전축(68, 169)에 접속되며, 이들 회전축(68, 169)은, 베어링(141)을 통해 강고하게 고정된 베어링 박스(142)로 지지되고(고정 방법은 미도시), 벨트, 체인, 기어 등과 접속된 전동기(미도시)로 구동되며, 그 회전 방향은 서로 반대가 된다. 여기에서는, 회전축(68, 169)을 각각 혼합물 공급구(143, 144)측에서 봤을 때, 시계 회전 방향으로 회전하는 것으로 한다. 회전수는, 대상 원료나 목표로 하는 분산의 정도에 따라, 임의로 설정할 수 있다. 참고로, 여기에서는, 중공 회전축(169)의 선단은, 마개(145)에 의해 폐색되어, 혼합물이 유입·유출하지 않도록 되어 있다. 혼합물 공급구(143, 144)는, 회전축(68, 169)에 대해 회전 조인트(146)를 통해 접속되어 있다.

참고로, 중공 회전축(169)의 마개(145)를 제거하고, 혼합물 공급구(144)로부터 다른 원료를 공급하여, 혼합물 공급구(143)로부터 공급한 원료와 로터 부분에서 혼합하는 것도 가능하다. 이 경우는 공급구(144)용 펌프가 필요하다. 또한, 여기에서는, 2개의 회전축(68, 169)은, 각각 별개의 전동기로 구동되지만, 기어 등으로 동력을 분배하여, 1대의 전동기로 구동해도 된다.

또한, 도 5에 도시하는 분산 장치(91)의 스테이터(93)를 회전하는 구성으로 하여 로터(193)로 변경한 변형예(이것을 「분산 장치(191)」라고 함)의 구체적 구성은, 도 7에 도시한 바와 같이 구성된다. 분산 장치(191)는, 로터(92, 193)의 회전축이 수평 방향으로 평행하도록 배치된 예이다. 도 7에서는, 도 6과 마찬가지로, 베어링(141), 베어링 박스(142), 혼합물 공급구(143), 회전 조인트(146)가 도시되어 있는 것 외에, 처리한 혼합물을 다음 공정으로 유도하는 로터 커버(197)나, 또한 장치 전체의 크래들(198)이나 로터(92, 193)를 구동하는 모터(199)가 도시되어 있다. 참고로, 도 7의 로터(92)에는, 냉각액 유통부(94)가 설치되어 있지 않지만, 도 5와 동일하게 설치해도 된다.

도 6에 도시하는 분산 장치(131)나 도 7에 도시하는 분산 장치(191)는, 상술한 도 2, 도 5에 도시하는 분산 장치(31, 91)에 대해 스테이터를 로터로 변경한 예의 베어링 부분 등의 구체적 구성이므로, 동일한 효과를 가지는 것이다. 도 1, 도 3 및 도 4의 분산 장치도, 동일한 베어링 부분 등을 가지는 구성으로 되어 있다. 참고로, 도 1~도 5에서 설명한 바와 같은 로터 및 스테이터의 조합의 경우에는, 스테이터측에 베어링(141)이나 회전 조인트(146)는 불필요하여, 구성은 간소화된다.

다음으로, 상술한 바와 같은 분산 장치를 이용한 순환식 분산 시스템의 일례에 대해 도 8을 이용하여 설명한다. 도 8에 도시하는 순환식 분산 시스템(200)은, 혼합물(4)을 분산시키는 로터형 또한 연속형의 분산 장치(도 1~도 7 등에서 설명한 분산 장치(1, 31, 71, 81, 91, 131, 191) 중 어느 하나(스테이터를 로터로 변경한 것도 포함함)이며, 이하에서는 「분산 장치(1) 등 」이라고 함)를 구비한다. 도면 중에서는, 'M'이 모터를 나타내며, 분산 장치(1)의 스테이터를 로터로 변경한 것을 수평 방향으로 설치한 예를 들고 있지만, 상술한 바와 같이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 순환식 분산 시스템(200)은, 분산 장치(1) 등의 출구측에 접속되는 탱크(201)와, 탱크(201)의 출구측에 접속되어 혼합물(4)을 순환시키는 순환 펌프(202)와, 분산 장치(1) 등, 탱크(201) 및 순환 펌프(202)를 직렬적으로 접속하는 배관(203)을 구비한다.

참고로, 여기서, 탱크(201)나 분산 장치나 배관(203) 내를 순환하는 유체는, 처음에는 원료이며, 분산 장치를 경유할 때마다 첨가 원료가 점차 분산된 혼합물이 되어, 최종적으로는 분산 처리가 완료된 혼합물이 되는데, 상술 및 이하의 설명에서는, 최초의 「원료」도, 처리 도중의 「혼합물」도 아울러 「혼합물」이라고 부르는 것으로 한다.

순환식 분산 시스템(200)에는, 순환 도중의 배관에 공급 장치(206)가 설치되며, 이 공급 장치(206)는, 호퍼(204)에 저장되어 있는 첨가물(205)(액체 또는 분립체(粉粒體))을, 순환하고 있는 혼합물(처음에는 원료)에 주입시킨다. 분산 장치(1) 등에 의해 분산 처리된 혼합물은, 중력에 의해 탱크(201)로 되돌아온다. 탱크(201) 내의 혼합물은, 교반기(207)에 의한 교반으로 편석(偏析) 등이 방지된다.

탱크(201)에는, 진공 펌프(208)가 접속된다. 이 진공 펌프(208)는, 분산 장치(1) 등으로부터의 배출량이 부족한 경우에, 탱크 내를 감압하여, 배출을 보조할 수 있다. 또한, 이 진공 펌프(208)에 의한 감압은, 혼합물에 기포가 혼입한 경우의 탈포(脫泡) 처리용으로서도 기능한다.

이상과 같은 순환식 분산 시스템(200)에 있어서, 운전 시에는, 밸브(209)는 상시 개방되며, 밸브(210)는 상시 폐쇄되어 있다. 분산 처리가 종료하면 밸브(209)는 폐쇄되며, 밸브(210)는 개방된다. 이에 따라, 밸브(210)로부터 처리물을 배출·회수할 수 있다.

순환식 분산 시스템(200)은, 도 1~도 7에 도시하는 분산 장치(1) 등을 가지는 것에 의해, 효율적으로 적절한 분산 처리를 행하는 것을 실현하며, 따라서, 시스템 전체적으로도 분산 처리 기능이 향상하는 동시에, 분산 처리 시간의 단축을 실현한다.

다음으로, 분산 장치의 실험예에 대해 설명한다. 이 실험예에서는, 도 7에서 설명한 한 쌍의 로터(92, 193)를 수평으로 설치한 분산 장치(191)를 이용하여, 이를 도 8에 도시한 버퍼 탱크로서의 탱크(201), 액 이송용 순환 펌프(202)를 접속한 순환식 분산 시스템(200)에 의해 분산 테스트를 행하였다. 로터의 재질은 SUS304(스테인리스 강(鋼))이며, 로터 형상은 도 2나 도 5에 도시하는 다단형 로터(이하, 「다단 로터」라고 함)를 사용하였다. 이 실험예에서 이용한 분산 장치에서는, 3부분의 로터 틈새(제 1~제 3 갭부(35, 36, 37))의 조건은 동일하고, 약 0.39㎜이며, 전단 면적(로터 틈새 부분의 면적의 합계)은, 약 271cm²였다. 이를 도 8에 도시하는 순환식 분산 시스템에 설치하여, 반복 분산 처리를 행하였다. 시료로서는, 증류수에 에어로질(aerosil)＃200(일본 에어로질 가부시키가이샤 제품)을 중량 비율로 10% 첨가하였다. 분산 테스트의 순서로서는, 우선, 원료 저장 탱크에 소정량의 증류수를 넣고, 로터는 정지시킨 상태로 펌프를 기동하여 순환시킨다. 다음으로, 원료 저장 탱크를 진공 펌프로 감압함으로써, 계 전체를 음압(負壓) 상태로 하며, 원료 저장 탱크와 펌프 사이의 배관으로부터 단속적으로 에어로질을 흡인 공급하였다. 에어로질을 공급 종료한 시점을 원료의 초기 상태로 하여, 로터를 회전시켜 분산 처리를 행하였다.

참고로, 이 실험예를 비교하기 위한 비교예의 분산 장치로서, 로터를 도 9에 도시한 바와 같이 플랫한 형상의 것(이하, 「플랫 로터」라고 함)을 이용하여 동일한 테스트를 행하였다. 플랫 로터(301)는, 도 9에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 로터(302, 303)와, 회전축(304, 305)을 가진다. 회전축(304)에는 혼합물 공급부(306)가 설치되며, 회전축(305)에는 폐색 마개(307)가 설치된다. 플랫 로터의 재질은, 다단 로터와 마찬가지로, SUS304(스테인리스 강)이며, 로터 간 틈새는, 약 0.36㎜, 전단 면적은 약 304㎤이다.

이상과 같은 다단 로터를 이용한 실험예(실험 번호 (1)~(3))와, 플랫 로터를 이용한 비교예(실험 번호 (4)~(5))의 운전 조건을 이하의 표 1에 나타내며, 처리 시간에 대한 중앙 직경(median diameter)의 변화를 도 10에 도시한다. 도 10 중의 선분에 붙인 번호 (1)~(5)는, 표 1 중의 번호와 대응한다. 또한, 표 중 「원료 공급측 로터」란, 도 7에서는 로터(92)를 나타내며, 도 9에서는 로터(302)를 나타낸다. 표 중 「냉각측 로터」란, 도 7에서는 로터(193)를 나타내며, 도 9에서는 로터(303)를 나타낸다.

[표 1]

중앙 직경은, 레이저 회절식 입도 측정기(SALD-2100, 시마즈 세이사쿠쇼)에 의해 계측하였다. 다단 로터와 플랫 로터로 동일한 회전 속도의 조건(번호 (1), (4))을 비교하면, 한 쌍의 로터를 역방향으로 3000rpm으로 회전시킨 경우, 버퍼부를 갖는 다단 로터가 중앙 직경의 감소가 빠르며, 분산 효율이 양호한 것을 알 수 있다(번호 (1)). 또한, 편측(片側)을 3600rpm으로 회전시킨 경우(번호 (2), (3), (5))는, 동일한 다단 로터여도, 버퍼부의 용량이 크고, 원심력도 큰 로터만을 3600rpm으로 회전시키는 것(번호 (2))이, 버퍼부의 용량이 작고, 원심력도 작은(번호 (3)) 로터만을 3600rpm으로 회전시키는 것보다, 중앙 직경의 감소가 빠르다. 플랫 로터를 편측만 회전시킨 경우(번호 (5))는, 분산 성능은 가장 작아진다.

상술한 실험으로부터, 본 발명자들은, 이하의 사항을 찾아내어 확인하였다. 편측 로터의 구성(즉, 로터 및 스테이터의 조합에 상당)에 있어서는, 번호 (5) 및 번호 (3)에 비해 번호 (2)의 경우가 분산 효과를 발휘하고 있다는 결과가 얻어지고 있으며, 이것으로부터, 버퍼부(8, 38 등)의 외측에 로터측의 외벽(10, 40 등)을 설치하도록 함으로써 전단 작용을 발휘할 수 있음을 찾아내었다. 게다가, 양측 회전의 구성(즉, 한 쌍의 로터의 조합에 상당)에 있어서는, 번호 (1)이 번호 (4)에 비해 상당히 양호한 분산 효과를 발휘하고 있으므로, 복수의 갭부에서의 국소적 전단 작용이나 버퍼부에서의 평균화 분산 작용의 효과에 더하여 상술한 버퍼부의 벽부에서의 원심력 및 전단 작용을 발휘하고 있음을 찾아내었다. 이상과 같은 본 발명을 적용한 전단식 분산 장치는, 갭부와 버퍼부를 상술한 바와 같이 구성함으로써, 보다 효율적으로 적절한 분산 처리 기능을 실현한다.

또한, 상술한 분산 장치(1, 31, 71, 81, 91, 131, 191)와, 분산 장치의 출구측에 접속되는 탱크와, 혼합물을 순환시키는 순환 펌프와, 분산 장치, 탱크 및 순환 펌프를 직렬적으로 접속하는 배관을 구비한 순환식 분산 시스템(200)을 이용하여, 혼합물을 순환시키면서 분산시키는 순환식 분산 방법은, 보다 효율적으로 적절한 분산 처리를 실현한다.

이상과 같이, 상술에서는, 도 1~도 10을 이용하여, 로터 및 스테이터로 이루어진 전단식 분산 장치, 또는 한 쌍의 로터로 이루어진 전단식 분산 장치에 있어서, 적어도 하나의 버퍼부를 설치하는 동시에, 이 버퍼부를 형성하는 외주측의 벽부가 로터에 설치되는 점에 특징을 가지는 것에 대해 설명하였다. 환언하면, 로터와 대향 부재(스테이터 또는 로터) 사이에 형성되어 내주로부터 외주로 혼합물을 유도하는 통로가 되는 갭부(예를 들면, 2㎜ 이하 정도의 전단력을 발휘할 수 있는 정도의 작은 틈새)의 도중에서 로터 및 대향 부재의 틈새(대향 방향의 간격)가 넓어지도록 형성됨으로써 혼합물을 체류시키는 버퍼부가 적어도 하나 형성되도록, 로터 및 대향 부재에 요철부를 설치하는 것에 의해, 상기 버퍼부와, 상기 버퍼부의 내주측 및 외주측에 형성되는 복수의 갭부가 형성되어 있으며, 상기 버퍼부를 형성하는 외주측의 벽부가 로터에 설치되는 점에 특징을 가지는 것에 대해 설명하였다.

다음으로, 도 1~도 10을 이용하여 설명한 버퍼부에 특징을 가지는 전단식 분산 장치 등에 부가하여 양호한 특징으로서, 대향 간격을 조정하는 특징에 대해 도 11~도 15를 이용하여 설명한다.

즉, 상술한 순환식 분산 시스템(200)이나 이를 구성하는 분산 장치(1, 31, 71, 81, 91, 131, 191)에 있어서, 로터 및 대향 부재 중 적어도 어느 일방을 구동함으로써, 타방에 대해 근접 및 이격되는 방향으로 구동하는 구동 기구를 설치하도록 구성해도 된다. 이 구동 기구는, 분산 장치에서의 한 쌍의 로터 사이나, 로터 및 스테이터 사이에 혼합물의 막힘이 발생함으로써, 관내 압력이 상승하여 기기나 배관의 파손이 발생하는 것을 방지하는 것을 목적으로 하여, 순환식 분산 시스템에 설치되는 것인데, 구동 기구의 구체적 구성이나, 기능이나 효과에 대해서는, 도 11의 순환식 분산 시스템(400)에서 구체적으로 설명하는 것으로 한다.

다음으로, 도 11 및 도 12를 이용하여 본 발명을 적용한 순환식 분산 시스템(400)에 대해 설명한다. 도 11에 도시하는 순환식 분산 시스템(400)은, 혼합물을 분할시키는 로터형 또한 연속형 분산 장치(도 1~도 7 등에서 설명한 분산 장치(1, 31, 71, 81, 91, 131, 191) 중 어느 하나(스테이터를 로터로 변경한 것도 포함함)에 간격을 조정하는 기구(구동 기구(420))를 설치한 것으로, 이하에서는 예를 들면, 구동 기구(420)를 가지는 것을 제외하고 상술한 분산 장치(1)와 완전히 동일한 구성을 갖는 분산 장치(421)인 것으로서 설명함)를 구비한다. 도면 중에서는, 'M'이 모터를 나타내며, 수직 방향으로 설치한 예를 들고 있지만, 상술한 바와 같이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 순환식 분산 시스템(400)은, 분산 장치(421) 등의 출구측에 접속되는 탱크(401)와, 탱크(401)의 출구측에 접속되어 혼합물(4)을 순환시키는 순환 펌프(402)와, 분산 장치(421) 등, 탱크(401) 및 순환 펌프(402)를 직렬적으로 접속하는 배관(403)을 구비한다. 도 11 중, 'Qin'은 혼합물의 흐름을 나타내며, 'Qout'은 탱크(401)측을 향해 배출되는 분산 처리 후의 혼합물의 흐름을 나타낸다.

참고로, 도 12는, 도 11의 순환식 분산 시스템(400)이나, 후술하는 도 16의 순환식 분산 시스템(500)의 각 구성 요소의 구체적인 배치의 일례를 도시하는 도면으로, 본 발명의 순환식 분산 시스템은 이 배치예로 한정되는 것은 아니다. 도 12에 도시한 바와 같이, 순환식 분산 시스템(400)은, 첨가 분말 저류 탱크(491)가 첨가제 공급관(492)을 통해 접속되어 있다. 첨가 분말 저류 탱크(491)는, 흡인력을 발생시킴으로써 첨가제 공급관(492)을 통해 공급 장치(406)에 첨가 분말을 공급한다. 또한, 도 12에 도시하는 순환식 분산 시스템(400)에는, 유지 보수 시에 탱크(401)의 상부 덮개(401a)를 승강하는 승강기(495)가 설치되어 있다.

참고로, 여기서, 탱크(401)나 분산 장치나 배관(403) 내를 순환하는 유체는, 처음에는 원료이며, 분산 장치를 경유할 때마다 첨가 원료가 점차 분산된 혼합물이 되어, 최종적으로는 분산 처리가 완료된 혼합물이 되는데, 상술 및 이하의 설명에서는, 최초의 「원료」도, 처리 도중의 「혼합물」도 아울러 「혼합물」이라고 부르는 것으로 한다.

또한, 순환식 분산 시스템(400)은, 분산 장치(421)의 로터(2) 및 스테이터(3; 대향 부재) 중 적어도 어느 일방을 구동(이하에서는, 예를 들면 로터(2)를 구동하는 것으로 함)함으로써, 타방에 대해 근접 및 이격되는 방향으로 구동하는 구동 기구(420)와, 이 구동 기구(420)를 제어하는 제어부(430)를 구비한다. 구동 기구(420)는, 예를 들면 서보 실린더이며, 여기에서는, 로터(2)의 회전축이나 이를 회전 구동하는 모터(M)를 포함하는 유닛 부분을 상하로 구동하여, 이 로터(2)와 스테이터(3)의 틈새(δ1)를 넓히거나 좁히거나 하는 것이 가능하다. 이하에서는, 이 구동 기구(420)로서, 예를 들면, 로드 셀(하중 변환기(420a)) 등을 가지는 전동 서보 실린더가 이용되는 것으로서 설명한다.

구동 기구(420)를 구비한 순환식 분산 시스템(400)은, 로터(2) 및 스테이터(3) 사이에 혼합물의 막힘이 발생한 경우나, 발생의 우려가 있는 경우에 틈새(δ1)를 넓힘으로써 막힘을 해소하고, 관내 압력이 상승하여 펌프 등의 기기나 배관(특히, 조인트 부분)의 파손이 발생하는 것을 방지한다.

제어부(430)는, 로터 및 스테이터 사이의 혼합물의 압력을 검출하는 압력 센서(423), 및 로터 및 스테이터 사이로부터 방출되는 혼합물의 온도를 검출하는 온도 센서(424)의 양방의 검출 결과에 근거하여, 로터(2) 및 스테이터(3)의 대향 간격을 조정한다. 참고로, 제어부(430)는, 압력 센서(423), 온도 센서(424) 중 적어도 일방의 검출 결과에 근거하여 조정하도록 해도 된다.

압력 센서(423)는, 배관(403) 중에서 가장 압력이 상승하는 위치에 배치되어, 예를 들면, 도 11에 도시한 바와 같이, 분산 장치(421)에 혼합물을 유입시키는 위치 직전에 배치된다. 참고로, 구동 기구(420)로서 서보 실린더를 이용하는 경우에는 실린더 선단에 설치한 로드 셀(하중 변환기(420a))을 압력 센서로서 사용해도 되며, 병용해도 된다. 또한, 서보 실린더에 내장한 압력 센서를 이용해도 된다.

온도 센서(424)는, 분산 장치(421)로부터 배출되는 혼합물의 온도를 검출하기 위해, 도 11에 도시한 바와 같이, 분산 장치(421)의 출구측 직후의 배관(403)에 부착되어 있다. 또한, 이 순환식 분산 시스템(400)에는, 로터(2)의 베어링 부분의 온도를 검출하는 온도 센서(425)가 설치되어 있다. 이 온도 센서(425)의 검출 결과와, 온도 변화에 의한 각 부의 기계 부품의 열팽창 또는 열수축에 의해 변화하는 틈새(δ1)의 변화와의 관계를 사전에 계측하여, 제어부(430) 내의 기억부에 기억시켜둠으로써, 제어부(430)는, 온도 센서(425)의 검출 결과에 따라 구동 장치(420)를 구동하여 로터(2)를 축방향으로 이동시키고, 틈새(δ1)를 조정하여, 압력 상승 또는 강하를 사전에 방지하는 것도 가능하게 한다.

이하, 보다 구체적으로 설명한다. 도 11에 도시한 바와 같이, 혼합물이 들어가 있는 저장 탱크로서의 탱크(401)는, 그 배출구가, 순환 펌프(402)에 접속된다. 순환 펌프(402)는, 혼합물을 반송하여 순환시킨다. 탱크(401)의 상부에 설치된 공급 장치(406)는, 호퍼(404)에 저장되어 있는 첨가물(405)(액체 또는 분립체)을, 순환하고 있는 혼합물(처음에는 원료)에 주입시킨다. 첨가물이 첨가된 후의 혼합물은, 탱크(401)의 수직(연직) 방향의 상방측에 설치된 로터형의 연속 분산 장치(421) 내로 공급된다.

분산 장치(421)는, 수직 방향으로 대향하여 배치되는 로터(2) 및 스테이터(3)를 가진다. 분산 장치(421)는 축이 수직 방향으로 설치되고, 로터(2)가 상측에 설치되며, 스테이터(3)가 하측에 설치된다. 참고로, 이것을 서로 역방향으로 회전하는 한 쌍의 로터로 변경해도 된다. 또한, 축을 수평으로 배치하고, 로터 및 스테이터를 수평 방향으로 대향하여 설치하도록 해도 된다. 로터(2) 및 스테이터(3)는, 원료에 첨가물이 균일하게 분산된 상태로 한다. 분산 장치(421)의 로터(2) 및 스테이터(3) 사이에서 분산 처리된 혼합물은, 분산 장치(421)의 로터 커버 내에서 체류하는 일없이 중력에 의해 탱크(401)로 되돌아온다. 탱크(401) 중의 혼합물은, 교반기(407)에 의한 교반으로 편석 등이 방지된다.

여기서, 첨가 원료(405)의 공급 장치(406)로서는, 스크류 피더, 로터리 밸브, 플런져 펌프 등을 적당히 이용할 수 있다. 또한, 공급 장치(406)의 설치 장소로서는, 순환 도중의 배관(403) 중에 설치해도 되며, 배관(403)의 임의의 장소를 선택할 수 있다.

탱크(401)에는, 진공 펌프(408)가 접속된다. 이 진공 펌프(408)는, 분산 장치(421)로부터의 배출량이 부족한 경우에, 탱크 내를 감압하여, 배출을 보조할 수 있다. 또한, 이 진공 펌프(408)에 의한 감압은, 혼합물에 기포가 혼입한 경우의 탈포 처리용으로서도 기능한다.

이상과 같은 순환식 분산 시스템(400)에 있어서, 운전 시에는, 밸브(409)는 상시 개방되며, 밸브(410, 411)는 상시 폐쇄되어 있다. 분산 처리가 종료하면 밸브(409)는 폐쇄되며, 밸브(410)는 개방된다. 이에 따라, 밸브(410)로부터 처리물을 배출·회수할 수 있다. 또한, 분산 장치(421)나 배관(403) 중에 남은 혼합물은, 밸브(411)를 개방함으로써 배출·회수된다. 덧붙여, 혼합물의 배출·회수용 밸브는 탱크나 배관의 임의의 장소에 부착할 수 있다.

순환식 분산 시스템(400)은, 도 1~도 7에 도시하는 분산 장치(1) 등과 동일한 구성, 작용 및 효과를 갖는 분산 장치(421)를 가짐으로써, 효율적으로 적절한 분산 처리를 행하는 것을 실현하며, 따라서, 시스템 전체적으로도 분산 처리 기능이 향상하는 동시에, 분산 처리 시간의 단축을 실현한다.

또한, 순환식 분산 시스템(400)은, 시스템 전체적으로는 배치(batch) 처리를 하고 있는 시스템(이하, 「배치 순환 시스템」이라고 함)이며, 이 때문에, 균일 분산을 충분히 행한 후에 처리 완료 제품을 배출할 수 있으므로, 균일 분산을 고도화시킬 수 있다. 또한, 배치 순환 시스템의 채용에 의해, 원료 트레이서빌리티(traceability)를 확보할 수 있다. 즉, 처리 완료된 제품의 검사에 의해, 소망하는 범위 외(입자의 크기에 불균형이 있던 경우나, 불순물의 양이 많아져 버린 경우 등)가 되었을 경우에, 문제가 될 수 있던 원료(액체 원료) 및 첨가제(분체 원료)를 특정하기 쉬우며, 환언하면, 해당 제품에 이용한 원료 및 첨가제와 동일한 로트로 준비된 원료 및 첨가제를 추적할 수 있다. 이는, 예를 들면 분산 장치나 탱크를 1회씩 통과시키는 소위 연속식 분산 시스템에서는 추적이 곤란한 것에 대한, 배치 방식의 이점이다. 또한, 배치 순환 시스템의 채용에 의해, 예를 들면 진공 펌프(408) 등에 의한 진공 탈포(脫泡) 처리가 가능하며, 탈포 처리 시간의 단축을 가능하게 한다는 이점을 가진다. 게다가, 배치 순환 시스템의 채용에 의해, 전(前) 공정에 배치되는 첨가 분말 저류 탱크나, 후(後) 공정에 배치되는 분산 처리 완료 제품 저류 탱크 등의 전후 공정과의 연동 시스템의 구축이 용이해진다. 즉, 분산 시스템(400)에는, 첨가 분말 저류 탱크(491)를 추가하는 것이 가능하며, 또한, 분산 시스템(400)은 구성이 간소화되어 있으므로, 분산 처리 완료 제품 저류 탱크의 근방에 배치하는 것을 가능하게 한다. 이와 같이, 순환식 분산 시스템(400)은, 배치 순환 시스템인 동시에 상술한 바와 같은 혁신적인 슬러리 제조(분산 처리)를 실현하므로, 높은 분산성과 트레이서빌리티를 확보하면서 연속 운전을 실현화하며, 또한 고성능·고신뢰성이며 컴팩트한 시스템에 의해, 고객의 제작의 심플, 슬림화, 고도화, 복잡화에 따른 것이며, 이 단락에서 설명한 점 등에 대해서는, 상술 및 후술하는 순환식 분산 시스템(200, 500)도 마찬가지이다.

또한, 순환식 분산 시스템(400)은, 처리 원료를 순환시켜, 이 처리 원료에 첨가물을 첨가시키면서 전단식 분산 장치에 의한 분산을 행하는 시스템인 것에도 특징을 가진다. 환언하면, 처음에는 점도가 낮은 상태(첨가 분말의 비율이 희박한 상태)로, 니딩(kneading)하면서 서서히 첨가 분말을 농축해 가는 「박련(薄練)·농축 방식」을 채용하고 있다는 점에도 특징을 가진다. 이 방식과 비교하기 위한 방식으로서, 처음부터 첨가 분말을 모두 탱크 내에 첨가하여, 처음에는 점도가 매우 높은 상태(첨가 분말의 비율이 높은 상태)로 하고, 비교적 작은 전단 속도로 강력하게 니딩하며, 그 후 전체로 분산시키도록 서서히 희석해 가는, 「고련(固練)·희석 방식」을 예로 들고, 이와 비교하여 「박련·농축 방식」의 이점을 설명한다. 처리 시간에 대한 점도 및 농도의 관계에 대해, 도 13에 「고련·희석 방식」의 경우를 도시하며, 도 14에 「박련·농축 방식」의 경우를 도시한다. 도 13 및 도 14 중, 가로축이 처리 시간을 나타내고, 세로축이 점도 및 농도를 나타내고, 'Vi1, Vi2'가 점도의 변화를 나타내며, 'Co1, Co2'가 농도의 변화를 나타낸다. 'T11'가 첨가물질 및 용매의 투입 기간을 나타내고, 'T12'가 고련 기간을 나타내고, 'T13'가 희석 및 혼합 기간을 나타내며, 'T14'가 종료 타이밍을 나타낸다. 또한, 'T21'가 용매 투입의 타이밍을 나타내고, 'T22'가 분말 투입 및 분산·혼합 기간을 나타내고, 'T23'이 혼련 및 분산·혼합 기간을 나타내며, 'T24'가 종료 타이밍을 나타낸다. 또한, 'Lo1, Lo2'는 모터 용량을 결정하는 부하를 나타낸다. 즉, 최대의 점도를 고려하여, 모터 용량을 결정할 필요가 있다. 이상과 같이, 순환식 분산 시스템과 같이, 「박련·농축 방식」을 채용함으로써, 분산 장치(421)의 로터용 모터 등의 용량을 작게 한 상태에서 최대의 분산 효과를 얻을 수 있다. 모터의 용량을 작게 할 수 있으므로 장치 전체의 구성을 소형화할 수 있다. 게다가, 도 14에 도시한 바와 같이, 점도의 변화가 도 13의 경우에 비해 적기 때문에, 모터의 능력을 유효하게 사용한 상태로 분산 처리를 행할 수 있으므로 효율적인 처리를 실현한다.

게다가, 순환식 분산 시스템(400)은, 구동 기구(420) 등을 가짐으로써 특유의 효과를 거둔다. 구동 기구(420) 등을 가지는 특유의 효과의 설명에 앞서, 순환식 분산 시스템(400)에 있어서, 구동 기구(420)를 가지지 않는 경우의 문제가 될 수 있는 점을 설명한다. 즉, 구동 기구를 갖지 않는 순환식 분산 시스템의 문제점으로서는, 관내 압력의 이상 상승에 의한 기기나 배관의 파손을 생각할 수 있다. 관내 압력이 이상 상승하는 원인으로서는, 유동 저항이 가장 큰 부분, 즉 로터 및 스테이터 사이의 틈새(도 11에서는 틈새(δ1)에 상당), 또는 한 쌍의 로터 사이의 틈새에서의 고형분의 막힘이 가장 가능성이 높다. 예를 들면, 이를 방지하여, 장치나 시스템을 보호하기 위해, 미리 상한 압력을 설정하고, 가장 압력이 높아지는 장소에서 압력 센서에 의해 압력을 검지하여, 상한 압력을 초과했을 때 운전을 정지시키도록 구성해도 된다. 그러나, 운전을 정지시키는 구성으로 해도, 복귀까지의 시간 손실이 있어, 상한 압력의 직전 단계에서 압력 상승을 방지하는 것, 즉, 로터 및 스테이터 사이의 틈새, 또는 한 쌍의 로터 사이의 틈새에서의 막힘을 해소하는 것이 바람직하다.

로터 및 스테이터 사이의 틈새, 또는 한 쌍의 로터 사이의 틈새에서의 고형 분의 막힘을 해소하는 방법으로서는, 제 1 방법으로, 이 틈새를 증대하는 방법이 있고, 제 2 방법으로, 로터 회전수를 증대하는 방법이 있으며, 제 3 방법으로, 펌프 유량을 감소하는 방법이 있다. 즉, 검지 압력이 미리 설정한 임계값 이상이 되었을 때, 예를 들면 제 1 방법의 경우에는, 틈새를 증대함으로써, 막힌 고형물을 유동시키는 것이다. 또한, 제 2 방법의 경우에는, 로터의 회전수를 높여 전단력을 증대시킴으로써, 틈새에 막힌 고형물을 파괴한다. 또한, 제 3 방법의 경우에는, 펌프 유량을 낮춰 관내 압력을 낮춤으로써, 현 상태의 로터의 회전에 의한 전단력에 의해 고형분이 파괴되어, 막힘이 없어질 때까지의 시간을 버는 것이다. 이 중에서, 제 1 방법은, 막힘의 해소를 고려하면 가장 직접적이고, 우수하여, 순환식 분산 시스템(400)에서는 이것을 채용하고 있다. 참고로, 제 2 및 제 3 방법은, 막힌 고형물을 파괴한다는 관점에서는 본질적인 방법이지만, 막힌 고형물의 파괴 강도가 크면, 즉석에서 파괴되어, 제거된다고는 할 수 없다. 상술 및 후술에서는, 제 1 방법을 채용하는 것으로 하여 그 기능이나 효과를 설명하지만, 제 1 방법을 변경하여 혹은 추가하여 제 2, 제 3 방법을 도입하는 것도 가능하다. 즉, 틈새를 넓혀 막힌 고형물을 흐르게 하여, 압력 상승을 해소한 후에, 필요에 따라 회전수를 증가하거나, 혹은 유량을 감소시켜, 순환 운전 중에서 서서히 틈새, 회전수, 유량을 본래의 설정값(통상 운전값)으로 복귀시키는 것이, 효율적인 방법이다. 이 제어는, 제어부(430)에 의해 행하도록 하면 된다.

상술한 바와 같이, 순환식 분산 시스템(400) 및 이것을 구성하는 분산 장치(421)에서는, 로터(2) 및 스테이터(3) 사이의 틈새(δ1)를 조정하기 위해, 서보 실린더 등의 구동 기구(420)를 설치하고 있다. 또한, 순환식 분산 시스템(400)은, 고농도 또한 고점도의 슬러리 형태 혼합물을 분산 처리 가능하게 하는 것이다. 상측의 디스크 형상 부재에 모터(M)를 접속하여 로터(2)로서 구성하고, 이 로터(2)를 포함하는 상측의 유닛 부분을, 구동 기구(420)(서보 실린더)에 의해, 상하로 이동시켜 스테이터(3)와의 틈새(δ1)를 조정한다. 슬러리에 대한 내구성을 향상시키기 위해, 하측의 디스크 형상 부재는, 스테이터(3)로서 축 시일부가 없는 구조(회전 부분이 없기 때문에 축 시일부를 필요로 하지 않음)로 하여, 스테이터(3)의 중심축을 통해 분산부(로터(2) 및 스테이터(3) 사이)로 분산 중인 슬러리 형태 혼합물을 공급하는 것으로 하고 있다. 참고로, 압력의 검지는, 배관 중의 가장 압력이 상승하는 위치에 설치한 압력 센서(423)로 행하도록 하였지만, 구동 기구(420)(서보 실린더)에 내장 혹은 실린더 선단 등에 설치한 로드 셀(예를 들면, 도 11에 도시하는 하중 변환기(420a))로 행하도록 해도 된다. 게다가, 로터 회전수의 제어나, 펌프 유량의 제어는, 제어부(430)에 의해, 각각 구동 모터에 접속한 인버터를 통해 행할 수 있다.

이러한 순환식 분산 시스템(400)에서의 분산 과정에 있어서, 혼합물의 특성이 예상 가능한 경우는, 미리 로터(2) 및 스테이터(3) 사이의 틈새(δ1) 등이나, 로터 회전수나, 유량의 제어 프로그램을 준비함으로써, 효율적인 분산을 실현할 수 있다. 예를 들면, 액체 형태의 처리 원료를 순환시키고, 이것에 분말 형상의 첨가물을 서서히 투입하여 슬러리 형태의 혼합물을 제조하는 공정에 있어서, 운전 초기에 고형분이 응집하기 쉬워, 로터 및 스테이터 사이의 틈새 등에 막히기 쉬운 경우가 있다. 이때, 운전 초기에는 이 틈새를 미리 넓게 하고, 로터 회전수를 높여 둔다. 분말 형상의 첨가물의 투입이 완료하고, 액체 형태의 처리 원료 및 분말 형상의 첨가물로 이루어진 혼합물이 순환하는 동안에 응집 고형분이 파괴되며, 슬러리의 성질이 안정되어, 막힐 우려가 없어진 단계에서, 이 틈새와 로터 회전수를 본래의 설정값(통상 운전값)으로 복귀시켜, 소망하는 분산 처리를 행하도록 해도 된다. 이 경우, 유량을 감소시키는 것은, 전단(분산) 영역을 통과하는 액의 빈도가 감소하는 것을 의미하기 때문에, 처리 시간이 늘어나게 되므로, 이 방법을 채용하지 않아도 된다.

또한, 순환식 분산 시스템(400)에서의 슬러리 작성 공정에 있어서, 복수의 분말 형상의 첨가물을 차례로 투입하는 경우에는, 각각의 단계에서 최적의 로터 및 스테이터 사이의 틈새, 로터 회전수, 유량이 상이할 때는, 미리 제어 프로그램을 준비함으로써, 효율적으로 적절한 분산 처리를 실현할 수 있다.

또한, 순환식 분산 시스템(400)에서 분산 처리가 완료하고, 분산 처리 후의 혼합물(제품)의 배출 공정에 있어서도, 제어에 의해 효율적인 처리가 가능하다. 배출 공정에 있어서는, 분산 공정 후에 운전을 정지하는 일 없이 계속 실시되는데, 이때, 밸브(409)를 폐쇄하고, 밸브(410, 411)를 개방함으로써, 밸브(410, 411)로부터 혼합물(제품)을 배출하여 회수할 수 있다. 이때, 과분산을 방지하기 위해, 분산 장치(421)는 운전이 정지되며, 즉, 로터(2)의 회전이 정지되어 있으므로, 로터(2) 및 스테이터(3) 사이의 혼합물(제품)은, 이 틈새의 유동 저항이 크기 때문에 배출되기 어렵다. 이때, 틈새를 넓힘으로써, 유동 저항을 낮추고, 배출 속도를 촉진할 수 있다. 이는, 혼합물의 점도가 높은 경우나, 분산 장치의 로터나 스테이터 부분에 버퍼부를 설치한 경우(도 1~도 7을 이용하여 상술한 바와 같은 경우)에는 배출해야 할 혼합물이 많기 때문에 효과가 크다.

또한, 상술한 분산 장치(421) 등의 디스크형 분산 장치는, 고속 회전에 의해, 큰 전단 응력을 발생시키며, 분산시키기 때문에, 마찰에 의해 디스크 형상 부재인 로터(2) 및 스테이터(3)의 대향 부분이 발열한다. 대향 부분이나 축 부분이나 그 외의 관련 부품의 열팽창에 의해, 로터(2) 및 스테이터(3)의 틈새가 감소하는 경우가 있다.

로터(2) 및 스테이터(3)의 틈새가 감소하면, 유동 저항이 증가하여, 이상 압력 발생의 원인이 된다. 그 때문에, 압력의 검출과 함께 원료 온도도 검출하여, 압력 상승의 예측과 방지에 이용함으로써, 시스템의 안전성을 증가할 수 있다. 원료 온도가 가장 상승하는 부분은, 로터(2) 및 스테이터(3)의 틈새이며, 이 부분이 고속 회전부이므로, 이 부분의 혼합물의 온도 검출은 어렵지만, 이 직후의 배관에 온도 센서(424)를 배치함으로써, 거의 동등한 온도를 검출할 수 있다. 스테이터(3)에는, 비교적 간단하게 온도 센서가 부착 가능하다.

또한, 필요하면, 베어링부의 온도도 온도 센서(425)로 검출해 두도록 해도 된다. 미리, 온도와, 로터(2) 및 스테이터(3)의 틈새와의 관계를 조사해 둠으로써, 온도 상승에 따라, 이 틈새의 감소를 서보 실린더(구동 기구(420)) 등의 수단으로 보정하며, 적정한 틈새로 제어하여, 압력 상승을 방지할 수 있다. 참고로, 이 제어의 목적은, 압력 상승의 해소이지만, 결과적으로 온도 상승의 해소도 실현된다.

또한, 검출 온도에 따른 운전 제어는, 다음의 2개의 목적에도 이용할 수 있다. 제 1 목적은, 열팽창에 의한 틈새의 감소는, 로터(2) 및 스테이터(3)(한 쌍의 로터의 경우도 마찬가지)의 접촉에 의한 과부하, 이음(소음), 대향 부분(디스크 형상 부분)의 파손의 원인이 되는 것을 감안한 것이다. 즉, 제 1 목적은, 이들을 방지하는 것으로, 틈새의 적정 제어를 행하는 것이다. 제 2 목적은, 원료의 온도 상승에 의한 변질 방지 등을 위해, 보다 적극적인 온도 관리를 위한 운전 제어를 행하는 것이다. 즉, 검출한 혼합물의 온도가 규정값을 초과한 경우, 압력과는 관계없이, 로터(2) 및 스테이터(3)의 틈새의 증대, 로터(2)의 회전수의 감소를 행하여, 혼합물에 발생하는 마찰열을 억제할 수 있다.

이상과 같이, 구동 기구(420)를 구비한 순환식 분산 시스템(400)은, 분산 장치(421)에서의 로터(2) 및 스테이터(3) 사이의 틈새(δ1)에 혼합물의 막힘이 발생하는 것을 방지하여, 관내 압력이 상승함으로써 기기나 배관의 파손이 발생하는 것을 방지하는 것을 실현할 수 있으며, 따라서, 효율적으로 적절한 분산 처리를 행할 수 있다. 참고로, 구동 기구(420)는, 로터 및 스테이터 방식의 분산 장치뿐만 아니라, 한 쌍의 로터 방식의 분산 장치에도 이용할 수 있으며, 한 쌍의 로터 사이의 틈새에 혼합물의 막힘이 발생하는 것을 방지하여, 관내 압력이 상승함으로써 기기나 배관의 파손이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 순환식 분산 시스템(400)은, 제어부(430)가, 압력 센서(423), 온도 센서(424) 중 일방 또는 양방의 검출 결과에 근거하여, 로터(2) 및 스테이터(3)의 대향 간격(틈새(δ1))을 조정하는 구성이므로, 혼합물의 막힘이 발생할 수 있는 상태인 것을 사전에 검지하고 방지하여, 기기나 배관의 파손 등의 발생을 확실히 방지하는 것을 실현할 수 있다.

게다가, 순환 분산 시스템(400)에서는, 제어부(430)에 의해, 점도가 높을 때는 회전 속도를 억제하여 서서히 속도를 상승시키고, 점도가 높을 때는 틈새(대향 간격)가 너무 작으면 부하가 지나치게 커지므로 틈새를 늘리는 동시에 분해되어 오면 틈새를 작게 하여 전단력을 크게 하는 제어를 행하며, 이에 따라, 예를 들면 도 14에 도시하는 점도 및 농도와 처리 시간과의 관계가 되도록 운전함으로써 적정한 분산 처리를 행하는 것을 실현한다.

또한, 순환식 분산 시스템(400)은, 분산 장치(421)의 로터 고속 회전에 의한 고전단력 효과에 의해 단시간에 분산 처리를 실현한다. 여기서, 분산 장치(421)의 전단력은,τ=μ×(dv/dx)의 관계식의 'τ'로 나타낼 수 있다. 'μ'는 점도이고, 'dv'는 속도이며, 'dx'는 로터 및 대향 부재의 틈새(대향 간격)이다. 분산 장치(421)는 소망하는 전단력을 얻는 'dx'가 되도록 구동 기구(420)를 제어함으로써, 고전단력 효과를 얻을 수 있어, 단시간에 분산 처리를 실현한다. 또한, 제어부(430)에 의해, 로터 및 대향 부재의 대향 간격의 제어나, 순환 펌프(402)에 의한 순환량의 제어나, 로터(2)의 회전수의 제어를 행할 수 있으며, 이에 따라 최적의 조건으로 유연한 분산 처리를 행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 대향 간격, 순환량, 회전수의 적정한 제어를 행하는 것에 의해, 도 14에 도시하는 점도 및 농도와 처리 시간과의 관계가 되도록 제어를 행함으로써, 모터의 능력을 최대한으로 발휘한 분산 처리를 실현할 수 있으며, 환언하면 장치의 소형화 및 처리 시간의 단축을 실현한다.

게다가, 순환식 분산 시스템(400)은, 그 구조 및 사양에 의해, 청소 및 유지보수 작업의 효율화를 실현하는 것이다. 순환식 분산 시스템(400)은, 분산 처리 종료 후, 청소용 액체를 순환시킴으로써 정체물을 제거할 수 있다. 또한, 순환식 분산 시스템(400)은, 각 부가, 분해가 용이한 구조로 되어 있다. 예를 들면, 분산 장치(421)는, 구동 기구(420)에 의해 로터(2) 및 스테이터(3)를 분할할 수 있다. 또한, 배관(403)은 페룰(ferrule) 등의 퀵 커플링으로 접속하도록 구성되어 있기 때문에, 탈부착을 간단하게 행할 수 있다. 또한, 탱크(401)의 상부 덮개(401a)는 승강기(495)로 승강 가능하도록 구성되어 있기 때문에, 볼트 등의 결합 부재를 분리한 상태에서 승강기(495)에 의해 용이하게 상승시킬 수 있다. 이상과 같이, 순환식 분산 시스템(400)은 청소 및 유지보수 작업의 효율화를 실현한다.

또한, 구동 기구(420)를 갖는 분산 장치(421)는, 로터(2) 및 스테이터(3) 사이의 틈새(δ1)에 혼합물의 막힘이 발생하는 것을 방지하여, 관내 압력이 상승함으로써 기기나 배관의 파손이 발생하는 것을 방지하는 것을 실현할 수 있다. 상술한 구동 기구(420)는, 분산 장치(1)에 추가한 예로서 설명하였지만, 도 2~도 7을 이용하여 설명한 분산 장치(31, 71, 81, 91, 131, 191)에도 적용 가능하며, 이들에 추가(이들에 구동 기구(420)를 포함하여 이하 「분산 장치(421) 등」이라고도 함)함으로써 상술한 분산 장치(421)와 동일한 효과를 거둔다.

게다가, 구동 기구(420)를 갖는 분산 장치(421) 등 및 이것을 이용한 순환식 분산 시스템(400) 등은, 다음과 같은 이점이 있다. 즉, 구동 기구(420)를 갖는 분산 장치(421)는, 제 1 혼합과 제 2 혼합으로 이루어진 2단계 혼합을 분산함으로써 행하는 장치라고 해도 된다. 여기서, 제 1 혼합이란, 처리 원료와 제 1 첨가물을 혼합하는 것이다. 제 2 혼합이란, 상기 제 1 혼합이 완료함에 따라 얻어진 제 1 혼합물과 제 2 첨가물을 혼합하는 것이다. 이 분산 장치(421) 등에 있어서, 구동 기구(420)는, 제 1 혼합이 완료하여 제 2 혼합을 개시할 때, 로터(2) 및 스테이터(3)의 대향 간격을 변경하는 점에 특징을 가진다.

그런데, 이러한 분산 장치(421) 등은, 예를 들면, 전지 원료, 도료 원료, 무기 화학 제품 등을 얻기 위해 이용하는 것이 가능하다. 전지 원료의 경우, 처리 원료는, 예를 들면 물(증류수, 이온 교환수), NMP(1-메틸-2-피롤리돈)이다. 제 1 첨가물은, 예를 들면 카르복시메틸셀룰로오스(이하, 「CMC」라고도 함) 분말, 폴리비닐알코올(이하, 「PVA」라고도 함) 분말 등의 증점재이다. 제 2 첨가물은, 리튬 이온 전지용 양극 활물질(LiCoO₂계 화합물, LiNiO₂계 화합물, LiMn₂O₄계 화합물, Co-Ni-Mn 복합계 화합물, LiFePO₄/LiCoPO₄계 화합물 등), 리튬 이온 전지용 음극 활물질, 리튬 이온 커패시터용 양음극 활물질 또는 도전 조제(助劑)인 탄소계 재료(흑연, 코크스, 카본 블랙, 아세틸렌 블랙, 그라파이트, 케첸 블랙 등), 리튬 이온 전지용 음극 활물질(안티몬계 화합물(SbSn, InSb, CoSb₃, Ni₂MnSb), 주석계 화합물(Sn₂Co, V₂Sn₃, Sn/Cu₆Sn₅, Sn/Ag₃Sn), Si계 복합 재료 등), 니켈 수소 전지용 양극 활물질(Ni(OH)₂), 니켈 수소 전지용 음극 활물질, 즉 수소 흡장 합금(TiFe, ZrMn₂, ZrV₂, ZrNi₂, CaNi₅, LaNi₅, MmNi₅, Mg₂Ni, Mg₂Cu 등), 바인더(불소계 수지(PTEF(폴리테트라플루오로에틸렌), PVDF(폴리불화비닐리덴)), 불소 고무(불화비닐리덴계), SBR(스티렌부타디엔 고무), NBR(니트릴 고무), BR(부타디엔 고무), 폴리아크릴로니트릴, 에틸렌비닐알코올 공중합체, 에틸렌프로필렌 고무, 폴리우레탄, 폴리아크릴산, 폴리아미드, 폴리아크릴레이트, 폴리비닐에테르, 폴리이미드 등)이다. 그 외에도, 각종 잉크, 도료, 안료, 세라믹분(粉), 금속분, 자성분, 의약품, 화장품, 식품, 농약, 플라스틱(수지) 분말, 목분(木粉), 천연·합성 고무, 접착제, 열경화성/열가소성 수지 등을 처리 원료로서 들 수 있다.

또한, 상술한 제 1 혼합에 있어서, 개시 시에는 상기 대향 간격을 크게 설정하고 분산이 진행되는 동시에 서서히 간격을 작게 변화시키는 동시에, 제 1 혼합이 완료하여 제 2 혼합을 개시할 때, 대향 간격을 더욱 작게 변경하도록 구성되어도 된다.

이상과 같이 구성된 구동 기구(420)를 갖는 분산 장치(421)는, 제 1 및 제 2 혼합을 순환식 분산 시스템(400)만으로 행하는 것을 실현하여, 장치의 간소화나, 전체 처리 시간을 단축할 수 있다는 효과를 거두는데, 다음에 이 효과에 대해 구체예를 들어 설명한다.

여기서, 구동 기구(420)를 갖는 분산 장치(421)에 의한 제 1 및 제 2 혼합 처리를 행하는 것의 효과를, 해당 분산 장치(421)를 가지는 순환식 분산 시스템(400)을 리튬 이온 전지의 페이스트 제조에 이용하는 경우를 예로 들어 설명한다. 이 분산 장치(421) 및 순환식 분산 시스템(400)에서는, 처리 원료인 물에, 제 1 첨가물인 CMC 분말을 혼합하여 제 1 혼합물을 얻고, 이 제 1 혼합물에 제 2 첨가물인 활물질을 혼합하여 분산 처리가 완료된 제 2 혼합물(제품)을 얻는다. 분산 장치(400)의 로터 및 스테이터의 대향 간격은, 제 1 혼합에서는 막히지 않도록 크게 하고, 제 2 혼합에서는 분산을 위해 소망하는 전단력을 발휘시키도록 작게 한다.

즉, 순환식 분산 시스템(400)에서는, 우선 물을 순환시키고 있는 부분에 CMC 분말을 서서히 투입하여 CMC 수용액을 얻는다. CMC 수용액은 멍울( 「덩어리」라고도 함)을 만들기 쉽기 때문에, 처음에는 분산 장치(421)의 로터(2) 및 스테이터(3)의 대향 간격(틈새)을 크게 해 두고 폐색이나, 그에 따른 압력 상승을 방지하며, 분산과 동시에 서서히 틈새를 작게 하여 전단력을 상승시켜, CMC를 물에 균일하게 분산시킨다. '덩어리'이란, 액 중에 분해되지 않고 분말인 상태로 굳어진 상태의 것으로, 점도가 높은 상태의 것이 생긴 부분을 갖는 액과 가루의 혼합물을 의미한다. 다음으로, 순환식 분산 시스템(400)에서는, 분산 장치(421)의 틈새를 소정의 틈새(2㎜ 이하 정도)가 되도록 자동적으로 좁히기 위하여 제어부(430)로 조정하여, 운전을 정지하는 일 없이 활물질(분말)을 투입하고, 활물질의 CMC 수용액에 대한 분산을 행하여, 제 2 혼합물인 슬러리 형태의 제품을 얻는다.

이상과 같이, 2단계의 혼합 처리를 행하는 순환식 분산 시스템(400) 및 분산 장치(421)는, CMC 수용액을 별도 작성하기 위한 별도의 장치를 필요로 하지 않을 수 있어, 이에 따라, CMC 수용액의 반송이나 투입을 필요로 하지 않을 수 있으며, 또한, CMC 수용액의 작성에 사용한 장치의 청소 및 유지 보수의 수고를 생략할 수 있다. 따라서, 순환식 분산 시스템(400) 및 분산 장치(421)는, CMC를 서서히 투입하면서 수용액을 얻는 공정 분만큼 시간이 증가하게 되지만, 운전을 정지하는 일 없이 틈새의 자동 조정을 행하면서 분산을 계속하기 때문에, 전체 처리 시간을 단축하는 것이 가능해지며, 따라서, 효율적으로 적절한 분산 처리를 행할 수 있다. 환언하면, 구동 기구(420)를 갖지 않는 분산 장치의 경우에는, CMC 수용액은 별도 작성할 필요가 있으며, 이 준비한 처리 원료로서의 CMC 수용액에 활물질을 첨가하여 분산시킬 필요가 있지만, 이에 대해 분산 장치(421) 등에서는, 대향 간격을 조정함으로써 2단계의 혼합 처리를 할 수 있어, 즉 일괄 처리에 의해 상술한 효과를 거두는 것이다.

여기서, 2단계 혼합 처리를 연속적으로 행하는 경우에 있어서의, 처리 시간의 경과에 따른 농도, 압력(압력 센서(423)에 의한 검출 압력), 및 대향 간격(로터 및 스테이터의 대향 간격)의 변화의 일례에 대해 도 15를 이용하여 설명한다. 도 15 중, 가로축이 처리 시간을 나타내고, 세로축이 농도, 압력, 대향 간격을 나타내고, 'Co3'가 농도의 변화를 나타내고, 'Pr3'가 압력의 변화를 나타내며, 'Fd3'가 대향 간격의 변화를 나타낸다. 'T31'가, 용매의 투입 타이밍을 나타내고, 'T32'가 제 1 첨가물(분체)을 투입하는 기간을 나타내고, 'T33'가 분산·혼합 기간을 나타내고, 'T34'가 제 2 첨가물(분체)을 투입하는 기간을 나타내고, 'T35'가 분산·혼합 기간을 나타내며, 'T36'가 종료 타이밍을 나타낸다.

도 15에 도시한 바와 같이, 순환식 분산 시스템(400) 및 분산 장치(421)를 이용하여 2단계 혼합을 행할 때에, 제 1 첨가물 투입 공정, 제 1 분산 혼합 공정, 제 2 첨가물 투입 공정, 제 2 분산 혼합 공정을 차례로 행하는 경우에, 제 1 첨가물 투입 공정(T32)에 있어서는, 로터 및 스테이터의 대향 간격을 스텝 형상으로 차례로 증대시키도록 하고, 제 1 분산 혼합 공정(T33)에 있어서는, 대향 간격을 스텝 형상으로 차례로 축소시키도록 하고, 제 2 첨가물 투입 공정(T34)에 있어서는, 대향 간격을 스텝 형상으로 차례로 증대시키도록 하며, 제 2 분산 혼합 공정(T35)에 있어서는, 대향 간격을 스텝 형상으로 차례로 축소시키는 점에 특징을 가진다. 참고로, 여기에서는 스텝 형상으로 증대 축소시켰지만, 연속적으로 변화시켜도 된다. 「분체 투입 기간에 있어서는 대향 간격을 서서히 증대시키고, 분체 투입 기간 완료 후 분산 혼합 공정에 있어서는 대향 간격을 서서히 축소시킨다」라고 하는 대향 간격의 제어는, 1단계의 혼합에 있어서도 유효하며, 여기에서는, 그것을 2회 반복한 것이다. 또한, 제 1 첨가물 투입 공정(T32)이 완료하는 타이밍의 대향 간격보다, 제 2 첨가물 투입 공정(T34)이 완료하는 타이밍의 대향 간격이 작아져 있다는 점에도 특징을 가진다. 게다가, 제 1 첨가물 투입 공정(T32)을 개시하는 타이밍의 대향 간격보다, 제 2 첨가물 투입 공정(T34)을 개시하는 타이밍의 대향 간격이 작게 되어 있는 동시에, 제 2 첨가물 투입 공정(T34)을 개시하는 타이밍의 대향 간격보다, 종료 시(T36)의 대향 간격이 작게 되어 있다. 환언하면, 「분체 투입 기간에 있어서는 대향 간격을 서서히 증대시키며, 분체 투입 기간 완료 후 분산 혼합 공정에 있어서는 대향 간격을 서서히 축소시킨다」라는 방식에, 전체적으로는 「대향 간격을 작게 하여 최종적으로 가장 큰 전단력을 발생시키는」 방식을 도입하여 분산을 행하는 것이다. 이상과 같이 도 15에 도시하는 특징적인 대향 간격의 제어를 행함으로써, 압력 변동을 억제하고, 적절히 2단계 혼합을 행하여, 적절한 일괄 처리를 행하는 것을 실현한다.

즉, 분산 장치(421) 및 순환식 분산 시스템(400)은, 도 1~도 10을 이용하여 설명한 특징적인 버퍼부가 형성되는 것에 의해, 효율적으로 적절한 분산 처리를 실현하는 동시에, 도 11을 이용하여 설명한 대향 간격을 조정하는 기구(구동 기구(420))를 가지는 구성에 의해, 로터 및 스테이터 사이의 틈새(δ1)에 혼합물의 막힘이 발생하는 것이나, 관 내나 기기 내의 압력이 상승함에 따른 기기나 배관의 파손을 방지할 수 있다. 또한, 구동 기구(420)를 가지므로, 로터 및 스테이터를 크게 떨어뜨리는 것을 가능하게 하여, 청소나 유지 보수 작업의 효율화를 실현한다. 게다가, 구동 기구(420)를 가지므로, 상술한 바와 같은 2단계 이상의 혼합 분산 처리를 실현하여, 전체 처리 시간을 단축화하며, 별도로 필요했던 장치를 불필요하게 하여, 장치 전체의 소형화를 실현한다.

또한, 상술한 분산 장치(421) 등과, 분산 장치의 출구측에 접속되는 탱크와, 혼합물을 순환시키는 순환 펌프와, 분산 장치, 탱크 및 순환 펌프를 직렬적으로 접속하는 배관을 구비하는 순환식 분산 시스템(400)을 이용하여, 혼합물을 순환시키면서 분산시키는 순환식 분산 방법은, 보다 효율적으로 적절한 분산 처리를 실현한다.

또한, 이 순환식 분산 시스템(400)을 이용한 순환식 분산 방법에 있어서, 분산 장치(421)가, 로터(2) 및 대향 부재(스테이터(3)) 중 적어도 어느 일방을 구동함으로써, 타방에 대해 근접 및 이격되는 방향으로 구동하는 구동 기구(420)를 구비하며, 로터(2) 및 대향 부재(스테이터(3)) 사이의 혼합물의 압력을 검출하는 압력 센서(423), 및 로터 및 대향 부재 사이로부터 방출되는 혼합물의 온도를 검출하는 온도 센서(424) 중 일방 또는 양방의 검출 결과에 근거하여, 로터 및 대향 부재의 대향 간격을 조정하면서 분산 처리를 행하는 점에 특징을 가진다. 상기 방법은, 혼합물의 막힘이 발생할 수 있는 상태인 것을 사전에 검지하고 방지하여, 기기나 배관의 파손 등의 발생을 확실히 방지하는 것을 실현할 수 있다.

또한, 상기 분산 방법에 있어서, 처리 원료를 순환시키며, 상기 처리 원료에 제 1 첨가물을 첨가시키면서 분산 장치에 의한 분산을 행함으로써 처리 원료와 제 1 첨가물을 혼합하여 제 1 혼합물을 얻는 제 1 혼합 공정과, 제 1 혼합 공정에서 얻어진 제 1 혼합물을 순환시키며, 상기 제 1 혼합물에 제 2 첨가물을 첨가시키면서 분산 장치에 의한 분산을 행함으로써 제 1 혼합물과 제 2 첨가물을 혼합하여 제 2 혼합물을 얻는 제 2 혼합 공정을 가지는 점에 특징을 가진다. 상기 방법은, 제 1 및 제 2 혼합을 순환식 분산 시스템(400)만으로 행하는 것을 실현하여, 장치의 간소화나, 전체 처리 시간을 단축하는 것을 실현한다.

게다가, 상기 분산 방법에 있어서, 제 1 혼합 공정이 완료하여 제 2 혼합 공정을 개시할 때, 로터(2) 및 대향 부재(스테이터(3))의 대향 간격을 변경하는 점에 특징을 가진다. 상기 방법은, 각각의 공정에서의 최적의 전단력을 각 혼합물에 부여할 수 있어, 적절하고 효율적인 분산 처리를 실현한다. 게다가, 상기 분산 방법은, 물에 증점재를 가하여 활물질을 분산시키고자 하는 바와 같이, 예를 들면 전지 원료를 얻을 때 매우 유효하다.

이상과 같은 분산 방법이나, 분산 장치(421)나, 순환식 분산 시스템(400)에 의하면, 분산 장치에서의 한 쌍의 로터 사이나, 로터 및 스테이터 사이에 혼합물의 막힘이 발생함으로써, 관 내 압력이 상승하여 기기나 배관의 파손이 발생하는 것을 방지하여, 적절하고 또한 효율적인 분산 처리를 실현할 수 있다. 게다가, 2단계의 혼합 처리를 가능하게 하며, 이에 따라 보다 적절하고 또한 효율적인 분산 처리를 실현할 수 있다.

이상과 같은, 도 11을 이용하여 설명한 구동 기구(420)의 특징이나, 이에 따라 가능해진 2단계 혼합 처리의 특징은, 도 1~도 10의 버퍼부의 특징과 조합함으로써, 상술한 바와 같은 효과를 가지며 분산 장치 및 순환식 분산 시스템의 성능을 향상시키는 것이지만, 도 1~도 10에서 설명한 버퍼부의 특징을 가지지 않는 로터 및 스테이터, 혹은 한 쌍의 로터를 갖는 분산 장치(예를 들면, 대향하는 원판 형상 등의 로터나 스테이터로 이루어진 분산 장치)에도 적용 가능하고, 그 경우에는, 구동 기구에 의한 효과, 2단계 혼합에 의한 효과를 발휘한다.

다음으로, 도 1~도 10을 이용하여 설명한 버퍼부의 특징이나, 도 11을 이용하여 설명한 대향 간격을 조정하는 구동 기구, 2단계 혼합의 특징에 더하여, 더욱 양호한 효과를 발휘할 수 있는, 탱크에 부착하는 스크류식 분체 공급 장치의 특징에 대해 도 16~도 22를 이용하여 설명한다.

즉, 상술한 순환식 분산 시스템(200, 400)에 있어서, 탱크(201, 401)를 변경하여 특징적인 탱크 장치(501)를 설치하도록 구성해도 된다. 이 탱크 장치(501)는, 특징적 구성으로서, 스크류식 분체 공급 장치(531)가 설치되어, 분체 공급부 선단(532)이 탱크 내의 혼합물에 삽입되는 상태로 부착되어 있다. 이 탱크 장치(501)는, 탱크 내면에 분체 원료가 부착하는 것이나, 탱크 내에 분체 원료를 비산시키는 것을 방지하며, 분체가 액면에 부유하는 것이나 응집하거나 하는 것을 방지하여, 적절하고 효율적인 분산 처리를 실현하는 것을 목적으로서 순환식 분산 시스템에 설치되는 것인데, 구동 기구의 구체적 구성이나, 기능이나 효과에 대해서는, 도 16의 순환식 분산 시스템(500)에서 구체적으로 설명하는 것으로 한다.

참고로, 순환식 분산 시스템(500)은, 탱크(401)나 이에 부착되는 공급 장치(406) 등을 변경하여 스크류식 분체 공급 장치 등을 가지는 탱크 장치(501)를 설치하는 것을 제외하고 순환식 분산 시스템(400)과 동일한 구성을 가지므로, 공통 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 동시에 상세한 설명은 생략한다.

다음으로, 도 16 및 도 17을 이용하여 본 발명을 적용한 순환식 분산 시스템(500)에 대해 설명한다. 도 16에 도시하는 순환식 분산 시스템(500)은, 혼합물을 분할시키는 로터형 또한 연속형 분산 장치(421)를 구비한다. 도면 중에서는, 'M'이 모터를 나타내고, 수직 방향으로 설치한 예를 들고 있지만, 상술한 바와 같이 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 순환식 분산 시스템(500)은, 분산 장치(421) 등의 출구측에 접속되는 탱크 장치(501)와, 탱크 장치(501)의 출구측에 접속되어 혼합물(4)을 순환시키는 순환 펌프(402)와, 분산 장치(421) 등, 탱크 장치(501) 및 순환 펌프(402)를 직렬적으로 접속하는 배관(403)을 구비한다. 참고로, 순환식 분산 시스템(500)을 구성하는 분산 장치는, 분산 장치(421)에 한정되는 것이 아니고, 상술한 분산 장치(1, 31, 71, 81, 91, 131, 191) 중 어느 하나(스테이터를 로터로 변경한 것도 포함함)나, 이들에 구동 기구(420)를 추가한 것이어도 된다.

또한, 순환식 분산 시스템(500)은, 순환식 분산 시스템(400)과 마찬가지로, 예를 들면 도 12에 도시한 바와 같이 배치되어, 필요에 따라 첨가제 공급관(492)을 통해 첨가 분말 저류 탱크(491)에 접속되어도 되며, 탱크 장치(501)의 상부 덮개(541d)를 승강하는 승강기(495)를 설치하도록 해도 된다.

참고로, 여기서, 탱크 장치(501)나 분산 장치나 배관(403) 내를 순환하는 유체는, 처음에는 원료(슬러리 형태 또는 액체 형태의 처리 원료인 것으로 함)이며, 분산 장치를 경유할 때마다 첨가 원료(이 순환식 분산 시스템(500)에 있어서는 분체의 첨가물인 것으로 함)가 점차 분산된 혼합물이 되어, 최종적으로는 분산 처리가 완료된 혼합물이 되는데, 상술 및 이하의 설명에서는, 최초의 「원료」도, 처리 도중의 「혼합물」도 아울러 「혼합물」이라고 부르는 것으로 한다. 또한, 상술 및 후술하는 설명 중의 「액체」에는, 특별히 기재가 없는 경우에는, 슬러리 형태인 것도 포함하는 것으로 한다.

또한, 순환식 분산 시스템(500)은, 순환식 분산 시스템(400)과 마찬가지로, 분산 장치(421)에 설치되는 구동 기구(420), 제어부(430), 압력 센서(423), 온도 센서(424, 425), 밸브(409, 410, 411) 등을 가진다.

순환식 분산 시스템(500)은, 처리 원료를 순환시키고, 상기 처리 원료에 첨가물을 첨가시키면서 전단식 분산 장치에 의한 분산을 행하는 시스템이다. 분산 장치(421)에는, 대향 부재(스테이터(3))에 설치된 공급 통로(공급구(29a))를 통해 순환되는 처리 원료가 공급된다.

탱크 장치(501)에는, 탱크 장치(501) 내의 처리 원료에 첨가물을 공급하는 스크류식 분체 공급 장치(531)가 설치된다. 스크류식 분체 공급 장치(531)의 분체 공급부 선단(532)이 탱크 장치(501) 내의 혼합물(4) 중에 삽입되어 있다.

탱크 장치(501)는, 탱크 장치(501) 내의 혼합물(4)을 교반하는 교반기(533)를 가지며, 교반기(533)의 교반 블레이드(534)가 분체 공급부 선단(532)으로부터 탱크 장치(501) 내의 처리 원료액 중에 공급된 첨가물 분체를 분체 공급부 선단(532)의 출구 부근으로부터 긁어내어 탱크 장치(501) 내의 처리 원료액 중에 분산시킨다.

스크류식 분체 공급 장치(531)는, 분체에 포함되는 공기를 탈기하는 탈기 장치(535)를 가진다. 참고로, 탱크 장치(501)에 있어서, 탈기 장치(535)를 설치하지 않아도 된다. 여기서, 탈기 장치(535)를 설치한 경우에는, 액체에 공급하기 전에 분체 중의 공기를 제거할 수 있다.

또한, 탱크 장치(501)에는, 탱크 장치(501) 내부를 감압하는 감압 펌프(536)가 설치된다. 참고로, 탱크 장치(501)에 있어서, 감압 펌프(536)를 설치하지 않아도 된다. 감압 펌프(536)를 설치한 경우의 효과는 후술한다.

이하, 보다 구체적으로 설명한다. 도 16 및 도 17에 도시한 바와 같이, 액체가 저장된 탱크 장치(501)의 상부에 분체를 공급하는 스크류 피더 등의 스크류식 분체 공급 장치(531)를 설치하여, 스크류 피더의 도입관(546)의 선단 부분(546a)을 액 중(혼합물(4)(참고로, 처음에는 액체 원료(547)임))에 침지하도록 설치한다. 분산 처리하는 탱크 장치(501) 내의 액체를 교반하는 교반 블레이드(534)를, 스크류 피더로부터 액 중에 공급된 분체(542)를 직접 액체 중에 혼합하도록 작동시킨다.

이 탱크 장치(501)는, 분체를 액 중에 공급하여 분산 처리하는 장치(그 기능상 분산 장치라고도 할 수 있음)이다. 탱크 장치(501)는, 액체를 저장하는 탱크 본체(541)와, 스크류식 분체 공급 장치(531)와, 교반기(533)를 구비한다. 스크류식 분체 공급 장치(531)는, 분체(542)를 저장하는 호퍼(543)와, 호퍼(543)로부터 분체(542)를 탱크 본체(541)에 공급하는 스크류(544)와, 스크류(544)를 구동하는 전동기 유닛(545)과, 스크류(544)를 액 중에 도입하는 도입관(546)을 가진다. 교반기(533)는, 액체 원료(547)와 분체 원료(542)를 분산하는 교반 블레이드(534)와, 교반 블레이드(534)를 구동하는 전동기 유닛(548)을 가진다. 탱크 본체(541)는, 예를 들면 원통 형상의 몸통부(541c)와, 곡면 형상의 하부 폐색부(541a)와, 평판 형상의 상부 폐색용 상부 덮개(541d)를 가진다. 탱크 본체(541)의 하부 폐색부(541a)의 중심 부근에 배출구(541b)가 설치되어 있다. 수평면 내에서, 교반기(533)는 탱크 본체(541)의 중심에 부착되며, 스크류식 분체 공급 장치(531)는 중심으로부터 치우친 위치에 부착되어 있다.

스크류(544) 및 도입관(546)은, 그 선단이 탱크 본체(541)에 저장된 액체 원료(547)에 침지되도록 설치된다. 교반 블레이드(534)는, 도 17에 도시한 바와 같이, 틈새(δ2)(0.5~10㎜)를 가지고 스크류 도입관(546)으로부터 액 중에 공급된 분체(542)를 긁어내는 형상으로 되어 있다.

보다 구체적으로는, 도 17 및 도 18에 도시한 바와 같이, 교반 블레이드(534)는, 탱크 본체(541)의 바닥면(541a)과 소정의 틈새(1~50㎜)를 가지고 배치되며, 바닥면(541a) 부근의 액체를 교반하는 바닥부 교반부(534a)와, 탱크 본체(541) 내의 액면(547b)과 소정의 틈새(10~200㎜)를 가지고 배치되며, 액면(547b) 부근의 액체를 교반하는 액면 교반부(534b)를 가진다. 바닥부 교반부(534a)와, 액면 교반부(534b)는, 교반기(533)의 회전축(533a)에 접합되어 회전된다.

또한, 교반 블레이드(534)는, 분체 스크레이핑부(534c)와, 접속부(534d)와, 접속부(534e)를 가진다. 분체 스크레이핑부(534c)는, 액면 교반부(534b)와 평행인 동시에 액면 교반부(534b)보다 하방측(바닥부 교반부(534a)측)에 설치되어 스크류식 분체 공급 장치(531)의 선단(분체 공급부 선단(532))과 상술한 소정의 틈새(δ2)(0.5~10㎜) 이격되도록 형성되어 있다.

접속부(534d)는, 액면 교반부(534b)를 그 양측의 분체 스크레이핑부(534c) 각각에 접속하도록 연직 방향으로 형성되어 있다. 접속부(534e)는, 접속부(534d)와 평행으로 설치되어, 바닥부 교반부(534a)와 분체 스크레이핑부(534c)를 접속하는 동시에, 액면 교반부(534b)와 동일한 높이까지 연장되어 형성되어 있다. 접속부(534d) 및 접속부(534e)는, 각각 교반 블레이드(534)가 스크류 도입관(546)을 통과하는 회전 위치가 될 때, 스크류 도입관(546)과 소정의 틈새(δ2) 이격되도록 형성되어 있다.

이상과 같은 교반 블레이드(534)는, 전체적으로 판 형상으로 형성되어 있다. 참고로, 상술한 판 형상의 부재를 2장 이상 준비하고, 이들을 회전 방향으로 등간격이 되도록 조합한 교반 블레이드를 이용하여도 되며, 그 경우에는 교반 성능이 향상한다. 호퍼(543) 내의 분체(542)는, 스크류(544)에 접속된 스크레이퍼(551)에 의해서 호퍼 내벽의 부착이나 매달림(브릿지)이 방지된다.

분체(542)가 미세 분말로, 공기를 다량으로 포함한 경우는, 도 17에 도시하는 스크류(544)의 도중에 설치되는 탈기 장치(535)에 의해, 분체를 액체로 공급하기 전에 분체로부터 공기를 제거할 수 있다. 탈기 장치(535)는, 금속 혹은 세라믹제의 필터이며, 진공 펌프(552)에 의해 도입관에 설치된 부분으로부터 분체 내에 포함되는 공기를 흡출(吸出)하는 기능을 가진다. 이에 따라, 분체에 포함되는 공기를 배출(탈기)함에 따라, 액체 중에 공기가 혼입되는 것을 억제할 수 있으며, 특히 액체의 점도가 높은 경우에는, 후속 공정의 탈포 시간의 단축에 효과가 있다. 또한, 분체의 겉보기 밀도( 「부피 밀도(bulk density)」라고도 함)가 증가하기 때문에, 공급 속도도 크게 할 수 있다. 부피 밀도는, 체적을 이미 알고 있는 용기에 분체를 충전하고, 그 분체의 질량을 측정하여, 측정에 의해 얻어진 질량을 체적으로 나눈 값을 의미한다.

탱크 장치(501)는, 상술한 바와 같은 구성으로 이루어진 스크류식 분체 공급 장치(531)나 교반기(533)에 의해, 탱크 내면에 분체 원료가 부착하는 것이나, 탱크 내에 분체 원료를 비산시키는 것을 방지하고, 분체가 액면에 부유하는 것이나 응집하거나 하는 것을 방지하여, 적절하고 효율적인 분산 처리를 실현한다.

이 탱크 장치(501)는, 단체(單體)에서도 분산 기능을 가지지만, 도 16이나 도 17에 도시한 바와 같이 배관(403)에 의해 분산 능력이 높은 전단식 분산 장치(421) 등에 접속하여, 펌프(402)에 의해 탱크 내의 액체를 순환시켜 분산 장치(421)에 의한 분산 처리를 반복함으로써, 분산 능력을 현격히 향상시킬 수 있다.

탱크 장치(501)를 가지는 순환식 분산 시스템(500)에서의 순환 조작은, 분체와 액체의 비중 차이가 클 때 등에, 분체가 액체 표면에 체류하는 것이나, 반대로 분체가 탱크 바닥에 퇴적하는 것을 방지할 수 있어, 즉, 균일한 분산이 되지 않는 것을 방지한다. 또한, 이 순환식 분산 시스템에 분산 장치(421)를 설치한 경우에는, 특히 액체의 점도가 높은 경우 등에 효과적이다. 액체의 점도가 높은 경우에는, 탱크 장치(501)의 교반 블레이드로 대류를 일으키는 것은 어려운 경우가 있어, 분산 효과가 저하되지만, 전단식의 분산 장치는, 고점도의 혼합물에 대해서도 그 분산 기능을 발휘할 수 있기 때문이다.

또한, 탱크 장치(501)에 있어서는, 순환식 분산 시스템(500)의 배관(403)에 의해 분산 장치(421)로 분산 처리되어 순환된 혼합물(4)을 탱크 내로 되돌리는(순환 혼합물을 탱크로 공급함) 도입관(553)이 설치되며, 도입관(553)의 선단이 탱크 내의 액 중에 침지되는 정도로 형성되어 있다. 이 도입관(553)에 의해, 되돌아온 혼합물(4)이 탱크 내의 액면으로 낙하하여 물보라가 탱크 내벽에 부착하는 것을 방지한다.

탱크 본체(541)에 접속된 감압 펌프(536)는, 혼합물(4)의 탈포 처리용으로서 기능한다.

이상과 같은 순환식 분산 시스템(500)에 있어서, 운전 시에는, 밸브(409)는 상시 개방되며, 밸브(410, 411)는 상시 폐쇄되어 있다. 분산 처리가 종료하면, 밸브(409)는 폐쇄되며, 밸브(410)는 개방된다. 이에 따라, 밸브(410)로부터 처리물을 배출·회수할 수 있다. 또한, 분산 장치(421)나 배관(403) 중에 남은 혼합물은, 밸브(411)를 개방함으로써 배출·회수된다. 덧붙여, 혼합물의 배출·회수용 밸브는 탱크나 배관의 임의의 장소에 부착할 수 있다.

순환식 분산 시스템(500)은, 상술한 분산 장치(421)를 가짐으로써, 효율적으로 적절한 분산 처리를 행하는 것을 실현하며, 따라서, 시스템 전체적으로도 분산 처리 기능이 향상되는 동시에, 분산 처리 시간의 단축을 실현한다. 또한, 순환식 분산 시스템(500)은, 구동 기구(420)를 가짐으로써, 상술한 순환식 분산 시스템(400)과 동일한 효과를 가지는데, 그 작용이나 효과는, 순환식 분산 시스템(400)의 경우와 동일하므로, 여기에서는 상세는 생략한다.

게다가, 순환식 분산 시스템(500)은, 탱크 장치(501)를 가짐으로써, 탱크 내면에 분체 원료가 부착하는 것이나, 탱크 내에 분체 원료를 비산시키는 것을 방지하며, 분체가 액면에 부유하는 것이나 응집하거나 하는 것을 방지하여, 적절하고 효율적인 분산 처리를 실현한다. 또한, 저장 호퍼나 배관에서의 막힘 발생을 방지할 수 있으며, 액 중으로의 공기의 혼입을 최소한으로 억제하여, 미세 분말의 경우에도 공급 속도를 높여 연속적으로 공급하는 것을 가능하게 한다. 이와 같이, 순환식 분산 시스템(500)은, 적절한 분산을 실현한다.

구체적으로는, 탱크 장치(501) 및 이를 이용한 순환식 분산 시스템(500)은, 스크류 피더의 선단을 액 중에 침지함으로써, 분체 원료가 저장 탱크 내의 공간 중으로 방출되지 않게 할 수 있으며, 확산한 분체 원료가 탱크 내면에 부착하는 문제나, 분체가 액면으로 낙하할 때 물보라가 튀어, 탱크 내면에 부착한다는 문제를 해소할 수 있다.

또한, 탱크 장치(501) 및 이를 이용한 순환식 분산 시스템(500)은, 배치 분산 처리를 행하는 것으로, 저장 탱크를 교반하는 블레이드를, 스크류 피더로부터 액 중에 공급된 분체를 직접 액체 중에 혼합하도록 작동시킴으로써, 분체 원료가 액체 중에 혼합하여, 분체가 액표면 근처에서 부유하는 것이나, 응집하는 것을 방지하여, 액체 중에 분산할 수 있다.

또한, 탱크 장치(501) 및 이를 이용한 순환식 분산 시스템(500)은, 스크류 피더의 도중에 탈기를 행함으로써, 액체로의 공기의 혼입이 최소한으로 억제되기 때문에, 액체에 대한 공기의 혼입이 최소한으로 억제된다. 그와 동시에, 분체 겉보기 밀도(부피 밀도)가 커짐으로써, 공급 속도를 높일 수 있어, 액 중에서의 분체의 부상(浮上)도 억제할 수 있다.

참고로, 순환식 분산 시스템(500)에 이용할 수 있는 탱크 장치는, 탱크 장치(501)로 한정되는 것이 아니며, 예를 들면, 도 19에 도시하는 탱크 장치(561)여도 된다. 즉, 도 19의 탱크 장치(561)는, 탱크 장치(501)의 변형예이며, 스크류식 분체 공급 장치(531)의 호퍼(543)에 감압 기구(562)가 추가된 것을 제외하고 탱크 장치(501)와 동일한 구성을 가지므로, 공통 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 동시에 상세한 설명은 생략한다.

탱크 장치(561)는, 도 19에 도시한 바와 같이, 스크류식 분체 공급 장치(531), 교반기(533), 교반 블레이드(534), 감압 펌프(536), 호퍼(543), 스크류(544), 전동기 유닛(545), 도입관(546), 전동기 유닛(548), 스크레이퍼(551) 등을 가진다. 참고로, 탱크 장치(561)는, 탈기 장치(535)를 설치하지 않는 경우의 예에 대해 설명하였지만, 탱크 장치(501)와 마찬가지로 탈기 장치(535)를 설치해도 되며, 그 경우는, 탈기 장치에 의한 효과를 얻을 수 있어 보다 적정한 분산을 실현한다.

게다가, 탱크 장치(561)는, 감압 기구(562)를 가지고 있다. 감압 기구(562)는, 호퍼(543)의 상부에 설치되는 공급 받이부(563)와, 공급 받이부(563)와 호퍼(543)를 접속하는 감압용 배관(564) 및 접속 배관(565)과, 밸브(566, 567)와, 감압 펌프(568)를 가진다. 밸브(566, 567)는 통상 시에는 폐쇄된다.

분체를 스크류식 분체 공급 장치(531)에 공급하는 경우에는, 밸브(566)를 개방하여, 공급 받이부(563)로부터 감압용 배관(564)으로 분체를 공급한다. 그 다음으로, 밸브(566)를 폐쇄하여, 감압 펌프(568)에 의해 감압용 배관(564) 내를 감압한다. 감압한 후에, 감압 펌프(568)로 감압한 상태에서, 밸브(567)를 개방하여, 감압용 배관(564) 내의 탈기가 완료된 분체를 접속 배관(565)을 통해 호퍼(543) 내로 유도하고, 완료하면 밸브(567)를 폐쇄한다. 그 후, 감압 펌프(568)를 정지한다. 참고로, 감압 펌프(568)의 정지는, 밸브(567)의 개방 동작 전에 행해도 된다.

이상의 감압 기구(562)는, 스크류식 분체 공급 장치(531) 내를 항상 감압한 상태로 할 수 있으며, 분체 내의 공기를 제거한 상태로 할 수 있어, 탈포 처리를 조기에 완료할 수 있는 동시에, 상술한 감압 펌프(536)의 기능을 최대한 발휘할 수 있다.

참고로, 순환식 분산 시스템(500)에 이용할 수 있는 탱크 장치는, 탱크 장치(501, 561)로 한정되는 것이 아니고, 예를 들면, 도 20에 도시하는 탱크 장치(571)여도 된다. 즉, 도 20의 탱크 장치(571)는, 탱크 장치(501)의 변형예이며, 스크류식 분체 공급 장치의 부착 위치와, 교반기의 부착 위치 및 구조와, 교반을 보강하는 구조가 추가된 것을 제외하고 탱크 장치(501)와 동일한 구성을 가지므로, 공통 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하는 동시에 상세한 설명은 생략한다.

탱크 장치(571)는, 도 20에 도시한 바와 같이, 스크류식 분체 공급 장치(531)와 동일한 구성으로 이루어진 스크류식 분체 공급 장치(573), 호퍼(543), 스크류(544), 전동기 유닛(545), 도입관(546), 전동기 유닛(548), 스크레이퍼(551) 등을 가진다. 스크류식 분체 공급 장치(573)의 분체 공급부 선단(574)이 탱크 장치(571) 내의 혼합물(4) 중에 삽입되어 있다. 참고로, 탱크 장치(571)는, 탈기 장치(535)를 설치하지 않는 경우의 예에 대해 설명하였지만, 탱크 장치(501)와 마찬가지로 탈기 장치(535)를 설치해도 되며, 그 경우는, 각각의 효과를 얻을 수 있어보다 적정한 분산을 실현한다. 또한, 도 19에서 설명한 감압 기구(562)를 추가해도 되며, 그 경우는, 감압 기구(562)의 효과를 얻을 수 있어 보다 적정한 분산을 실현한다.

탱크 장치(571)는, 탱크 장치(501) 내의 혼합물(4)을 교반하는 교반기(572)를 가지고 있다. 수평면 내에서, 스크류식 분체 공급 장치(573)는, 탱크 본체(541)의 중심부 부근에 부착되어 있으며, 교반기(572)는 중심으로부터 치우친 위치에 부착되어 있다. 분체 공급부 선단(574)은, 교반기(572)의 교반 부분(교반 블레이드(575))의 위치와 비교하여 탱크 본체(541)의 배출구(541b)에 근접하는 위치에 배치되어 있다.

탱크 장치(571)는, 스크류 피더와 그 도입관의 선단을 액 중에 침지할 때, 탱크의 배출구에 근접함으로써, 순환하는 흐름에 의해 분체 원료가 액체 중에 혼합되어, 점도가 높은 액체인 경우에도, 분체가 액표면 근처에서 부유하는 것이나, 응집하는 것을 방지하여, 액체 중에 분산할 수 있다.

또한, 분체 공급부 선단(574)에, 스크류 선단 블레이드(576)가 설치된다. 스크류 선단 블레이드(576)는, 스크류식 분체 공급 장치(573)의 스크류(544)의 축(544a)과 일체로 회전된다.

탱크 장치(571)에서는, 스크류(544)나 전동기 유닛(545) 등을 탱크 중심에 설치하며, 스크류(544) 및 도입관(546)의 선단(분체 공급부 선단(574))을 탱크의 배출구(541b) 근방에 설치하고 있다. 탱크 내의 액체는 배출구(541b)로부터 강제적으로 흘러나오기 때문에, 스크류(544)로부터 액 중에 공급된 분체는 액체의 흐름에 말려 들어가, 액체와 함께 배관(403)을 거쳐 분산 장치(421)로 반송된다. 특히 분체의 비중이 액체의 비중보다 가벼운 경우, 부력에 의해 액 중을 상승하여, 액 중에 분산되지 않은 상태로 액면에 폭로되어 탱크 내의 공간으로 확산하기 쉽다는 문제가 발생하기 쉽지만, 탱크 장치(571)는, 이 문제를 방지한다는 효과가 있다. 교반 블레이드(575)는, 프로펠러 형상, 또는 터빈 형상의 것이 이용되며, 탱크의 중심으로부터 어긋나게 설치·구동함으로써, 교반 블레이드(575)의 교반 작용에 의해 액체를 대류시켜, 분체의 편석 등을 방지할 수 있다.

또한, 스크류 선단 블레이드(576)는, 도 21에 도시한 바와 같이, 스크류(544)의 축(544a)에 부착하기 위한 축 부착부(576a)와, 축 부착부(576a)보다 외주측에 설치되는 블레이드 부착부(576b)와, 블레이드 부착부(576b)의 외면 둘레 전체에 걸쳐 복수 설치되는 블레이드부(576c)와, 블레이드 부착부(576b) 및 축 부착부(576a)를 접속하는 접속부(576d)를 구비한다. 참고로, 접속부(576d)는 수평 상태에 대해 경사진 상태로 되어 있다.

이상과 같은 형상으로 이루어진 스크류 선단 블레이드(576)는, 블레이드 부착부(576b) 및 축 부착부(576a)를 접속부(576d)에 의해 접속하는 구조로 함으로써, 내부에 큰 공간(S)을 취하고 있기 때문에 분체의 흐름을 방해하지 않는 동시에 다음의 효과를 얻는다. 즉, 스크류 선단 블레이드(576)는, 내부의 구성 부재인 접속부(576d)가 경사지게 부착되어 있기 때문에, 회전에 의해 교반 기능과 함께 배출구(541b)로 향하는 흐름을 발생시키는 기능을 가진다.

또한, 주위의 구성 부재인 블레이드 부착부(576b) 및 블레이드부(576c)는, 경사진 다수의 홈을 갖게 되어, 회전에 의해 배출구(541b)로 향하는 흐름을 발생시키는 기능을 가진다. 따라서, 스크류 선단 블레이드(576)는, 분체를 액에 분산할 뿐만 아니라, 배출구로 향하는 흐름을 발생시키기 때문에, 분체의 부력에 의한 상승의 억제를 촉진할 수 있다.

스크류 선단 블레이드(576)를 갖는 탱크 장치(571)는, 스크류로부터 액 중에 공급된 분체가 응집하여, 탱크로부터 배출된 후, 도중의 배관 내에서 막히는 것이나, 펌프나 분산기가 과부하되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 이 탱크 장치(571)를 순환식 분산 시스템(500)에 이용한 경우에는, 저장 탱크에서 처리된 액체를 배출한 뒤, 다시 탱크로 되돌려 반복 처리를 행하는 순환식의 분산 시스템이 되어, 스크류(544)와 그 도입관(546)을 배출구(541b)의 근방에 설치함으로써, 액체의 배출 흐름에 의해 분체를 혼합하면서 처리하므로, 효율적인 분산 처리를 실현한다.

이상과 같이 도 19 및 도 20에 도시하는 탱크 장치(561, 571)는, 상술한 특유의 구성에 의해 특유의 효과를 얻을 뿐만 아니라, 탱크 장치(501)와 마찬가지로, 스크류식 분체 공급 장치(531, 571) 및 교반기(533, 572)를 가짐으로써, 탱크 내면에 분체 원료가 부착하는 것이나, 탱크 내에 분체 원료를 비산시키는 것을 방지하고, 분체가 액면에 부유하는 것이나 응집하거나 하는 것을 방지하여, 적절하고 효율적인 분산 처리를 실현한다. 게다가, 탱크 장치(561, 571)는, 상술한 탱크 장치(501)에서 설명한 구성과 동일한 구성을 가지는 경우에는, 그 구성에 의한 효과도 마찬가지로 누릴 수 있다.

게다가, 탱크 장치(561, 571)를 이용한 순환식 분산 시스템(500)은, 상술한 탱크 장치(561, 571) 자체의 작용 효과에 더하여 액 중으로의 공기의 혼입을 최소한으로 억제하며, 미세 분말의 경우에도 공급 속도를 높여 연속적으로 공급하는 것을 가능하게 하여, 적절한 분산을 실현한다.

이상과 같이, 도 16~도 21을 이용하여 순환식 분산 시스템(500)에 이용되는 탱크 장치(501, 561, 571)에 대해 설명하였는데, 이들은 순환식 분산 시스템(500)에 이용되어 그 기능을 최대한 발휘하는 것이지만, 단체에서도 그 분산 기능을 가지는 것이다.

즉, 도 22와 같은 탱크 장치(581)와 같이 구성해도 된다. 참고로, 이 탱크 장치(581)는, 순환용 구성(도입관(553), 배출구(541b))을 갖지 않는 것을 제외하고, 도 17의 탱크 장치(501)와 동일한 것이므로, 공통 부분에 대해서는 동일한 부호를 부여하고 상세한 설명은 생략한다.

탱크 장치(581)는, 도 22에 도시한 바와 같이, 스크류식 분체 공급 장치(531), 교반기(533), 교반 블레이드(534), 호퍼(543), 스크류(544), 전동기 유닛(545), 도입관(546), 전동기 유닛(548), 스크레이퍼(551) 등을 가진다. 참고로, 탱크 장치(581)는, 탈기 장치(535), 감압 펌프(536)를 설치하지 않는 경우의 예에 대해 설명했지만, 탱크 장치(501)와 마찬가지로 탈기 장치(535), 감압 펌프(536)를 설치해도 되며, 그 경우는, 이들에 의한 효과를 얻을 수 있어 보다 적정한 분산을 실현한다.

탱크 장치(581)는, 스크류식 분체 공급 장치(531) 및 교반기(533)를 가지는 것으로, 탱크 내면에 분체 원료가 부착하는 것이나, 탱크 내에 분체 원료를 비산시키는 것을 방지하고, 분체가 액면에 부유하는 것이나 응집하거나 하는 것을 방지하여, 적절하고 효율적인 분산 처리를 실현한다. 참고로, 여기에서는, 탱크 장치(501)를 단체로 이용하도록 한 변형예로서 탱크 장치(581)에 대해 설명했지만, 탱크 장치(561, 571)도 마찬가지로 단체로 이용하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다.

다음으로, 탱크 장치(501, 561, 571, 581)를 이용한 분산 방법에 대해 설명한다. 상기 분산 방법은, 슬러리 형태 또는 액체 형태의 처리 원료를 탱크 장치(501, 561, 571, 581)(이하, 「탱크 장치(501) 등」이라고 함)의 탱크 본체(541)에 저장하는 동시에 상기 처리 원료에 혼합하는 분말상의 첨가물을 공급하여 분산한다. 여기서, 탱크 본체(541)에 일체가 되도록 설치되는 스크류식 분체 공급 장치(531, 573)의 분체 공급부 선단(532, 574)이 탱크 본체 내의 혼합물 중에 삽입된 상태에서, 탱크 본체 내의 처리 원료에 상기 첨가물을 공급하여 분산하는 점에 특징을 가진다.

또한, 탱크 장치(501, 561, 571)를 이용한 순환식 분산 시스템(500)을 이용한 분산 방법은, 순환 펌프(402)에 의해, 탱크 장치(501, 561, 571)나, 분산 장치(421) 등이나, 배관(403) 내를 혼합물을 순환시키면서 분산시키는 것으로, 탱크 본체(541)에 일체가 되도록 설치되는 스크류식 분체 공급 장치(531, 573)의 분체 공급부 선단(532, 574)이 탱크 본체 내의 혼합물 중에 삽입된 상태에서, 탱크 본체 내의 처리 원료에 상기 첨가물을 공급하여 분산하는 점에 특징을 가진다.

또한, 상술한 이들 상기 분산 방법에 있어서, 첨가물을 공급하여 분산할 때, 탱크 장치(501) 등에 설치한 교반기(533)에 의해, 탱크 본체 내의 처리 원료 및 첨가물로 이루어진 혼합물을 교반하는 동시에, 교반기의 교반 블레이드(534)가 분체 공급부 선단으로부터 탱크 본체 내의 처리 원료액 중에 공급된 첨가물 분체를 긁어내면서 분산하는 점에도 특징을 가진다.

또한, 상기 분산 방법에 있어서, 첨가물을 공급할 때, 탱크 장치에 설치한 탈기 장치(535)에 의해, 분체에 포함되는 공기를 탈기하는 점에도 특징을 가진다.

또한, 상기 분산 방법에 있어서, 첨가물을 공급하여 분산할 때, 탱크 장치에 설치한 교반기(572)에 의해, 탱크 본체 내의 처리 원료 및 첨가물로 이루어진 혼합물을 교반하며, 분체 공급부 선단(574)은, 교반기(572)와 비교하여 탱크 본체의 배출구에 근접하는 위치에 배치되어 있는 점에도 특징을 가진다.

또한, 상기 분산 방법에 있어서, 첨가물을 공급하여 분산할 때, 분체 공급부 선단(574)에 설치되는 동시에, 스크류식 분체 공급 장치(573)의 스크류의 축(544a)과 일체로 회전되는 스크류 선단 블레이드(574)에 의해 혼합물을 교반하면서 분산하는 점에도 특징을 가진다.

또한, 상기 분산 방법에 있어서, 첨가물을 공급하여 분산할 때, 탱크 장치에 설치한 감압 펌프(536)에 의해, 탱크 본체 내부를 감압하면서 분산하는 점에도 특징을 가진다.

이상과 같은 분산 방법이나, 탱크 장치(501, 561, 571, 581)나, 순환식 분산 시스템(500)에 의하면, 탱크 내면에 분체 원료가 부착하는 것이나, 탱크 내에 분체 원료를 비산시키는 것을 방지하고, 분체가 액면에 부유하는 것이나 응집하거나 하는 것을 방지하여, 적절하고 효율적인 분산 처리를 실현한다.

1 : 분산 장치
2 : 로터
3 : 스테이터
4 : 혼합물
5, 6 : 제 1, 제 2 갭부
8 : 버퍼부
10 : 벽부
420 : 구동 기구
531 : 스크류식 분체 공급 장치

Claims (32)

1. 로터와, 상기 로터에 대향하여 배치되는 대향 부재를 구비하며, 상기 로터 및 상기 대향 부재 사이에, 슬러리(slurry) 형태 또는 액체 형태의 혼합물을 원심력에 의해 외주(外周) 방향으로 통과시킴으로써 분산시키는 전단식 분산 장치로서,
   상기 로터 및 상기 대향 부재 사이에 형성되어, 상기 혼합물을 외주 방향으로 유도하는 복수의 갭부와, 최외주(最外周)측의 갭부와 상기 갭부보다 내주(內周)측에 위치하는 갭부를 접속하도록 설치되어, 상기 혼합물을 체류시키는 버퍼부를 구비하고,
   상기 버퍼부는, 상기 버퍼부를 형성하는 외주측의 벽부가 상기 로터에 설치되도록 형성되는, 전단식 분산 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 복수의 갭부는, 외주측에 위치하는 갭부가, 내주측에 위치하는 갭부보다 틈새가 좁아지는 관계를 가지고 있는, 전단식 분산 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 로터 및 상기 대향 부재는, 상기 로터의 회전축이 연직 방향으로 평행하도록 배치되며,
   상기 대향 부재가 하방측에 위치하고 있는, 전단식 분산 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 대향 부재는, 상기 갭부를 형성하는 부분이, 외주를 향함에 따라 하방으로 경사지도록 형성되어 있는, 전단식 분산 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 로터 및 상기 대향 부재 중 어느 일방(一方) 또는 양방(兩方)에는, 상기 로터의 회전 중심 위치로부터 상기 혼합물이 공급되는 공급구가 설치되어 있는, 전단식 분산 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 로터 및 상기 대향 부재 중 어느 일방 또는 양방에는, 상기 로터 및 상기 대향 부재 사이의 혼합물을 냉각하는 냉각액이 유통되는 냉각액 유통부가 설치되는, 전단식 분산 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 복수의 갭부는, 2㎜ 이하의 틈새를 가지고 상기 로터 및 상기 대향 부재 사이에 형성되어 있는, 전단식 분산 장치.
8. 제 2 항에 있어서,
   상기 최외주측 갭부의 내주측에 위치하는 갭부와 더 내주측에 위치하는 갭부를 접속하도록 설치되어, 상기 혼합물을 체류시키는 제 2 버퍼부를 구비한, 전단식 분산 장치.
9. 제 2 항에 있어서,
   상기 로터 및 상기 대향 부재는, 상기 로터의 회전축이 수평 방향으로 평행하도록 배치되어 있는, 전단식 분산 장치.
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 로터 및 상기 대향 부재 중 적어도 어느 일방을 구동함으로써, 타방(他方)에 대해 근접 및 이격(離間)되는 방향으로 구동하는 구동 기구를 구비한, 전단식 분산 장치.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 구동 기구를 제어하는 제어부를 구비하며,
    상기 제어부는, 상기 로터 및 상기 대향 부재 사이의 혼합물의 압력을 검출하는 압력 센서, 및 상기 로터 및 상기 대향 부재 사이로부터 방출되는 혼합물의 온도를 검출하는 온도 센서의 일방 또는 양방의 검출 결과에 근거하여, 상기 로터 및 상기 대향 부재의 대향 간격을 조정하는, 전단식 분산 장치.
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 구동 기구는, 서보 실린더인, 전단식 분산 장치.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 전단식 분산 장치는, 혼합물을 순환시키면서 분산시키는 순환식 분산 시스템에 이용되는 동시에, 처리 원료와 제 1 첨가물을 혼합하는 제 1 혼합과, 상기 제 1 혼합이 완료함에 따라 얻어진 제 1 혼합물과 제 2 첨가물을 혼합하는 제 2 혼합을 분산함으로써 행하는 장치이며,
    상기 구동 기구는, 상기 제 1 혼합이 완료하여 상기 제 2 혼합을 개시할 때, 상기 로터 및 상기 대향 부재의 대향 간격을 변경하는, 전단식 분산 장치.
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 처리 원료는 물이고, 상기 제 1 첨가물은 증점재(增粘材)이며, 상기 제 2 첨가물은 활(活)물질인, 전단식 분산 장치.
15. 제 14 항에 있어서,
    상기 구동 기구는, 상기 제 1 혼합에 있어서, 개시 시에는 상기 대향 간격을 크게 설정하고 분산이 진행되는 동시에 서서히 간격을 작게 변화시키는 동시에, 상기 제 1 혼합이 완료하여 상기 제 2 혼합을 개시할 때에, 상기 대향 간격을 더 작게 변경하는, 전단식 분산 장치.
16. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 대향 부재는, 상기 로터의 회전축과 평행한 회전축을 가지는 동시에, 상기 로터의 회전 방향과는 반대 방향으로 회전되는 제 2 로터인, 전단식 분산 장치.
17. 제 1 항 내지 제 15 항 중 어느 한 항에 기재된 전단식 분산 장치와,
    상기 전단식 분산 장치의 출구측에 접속되는 탱크와,
    상기 혼합물을 순환시키는 순환 펌프와,
    상기 전단식 분산 장치, 상기 탱크 및 상기 순환 펌프를 직렬적으로 접속하는 배관을 구비하며,
    상기 혼합물을 순환시키면서 분산시키는, 순환식 분산 시스템.
18. 제 17 항에 있어서,
    상기 순환식 분산 시스템은, 처리 원료와 제 1 첨가물을 혼합하는 제 1 혼합과, 상기 제 1 혼합이 완료함에 따라 얻어진 제 1 혼합물과 제 2 첨가물을 혼합하는 제 2 혼합을 행하는, 순환식 분산 시스템.
19. 제 18 항에 있어서,
    상기 처리 원료는 물이고, 상기 제 1 첨가물은 증점재이며, 상기 제 2 첨가물은 활물질인, 순환식 분산 시스템.
20. 제 16 항에 기재된 전단식 분산 장치와,
    상기 전단식 분산 장치의 출구측에 접속되는 탱크와,
    상기 혼합물을 순환시키는 순환 펌프와,
    상기 전단식 분산 장치, 상기 탱크 및 상기 순환 펌프를 직렬적으로 접속하는 배관을 구비하며,
    상기 혼합물을 순환시키면서 분산시키는, 순환식 분산 시스템.
21. 제 17 항에 있어서,
    상기 혼합물은, 슬러리 형태 또는 액체 형태의 처리 원료와 분체(粉體)의 첨가물이 혼합되어 이루어지고,
    상기 순환식 분산 시스템은, 상기 처리 원료를 순환시켜, 상기 처리 원료에 상기 첨가물을 첨가시키면서 상기 전단식 분산 장치에 의한 분산을 행하는 시스템이며, 상기 전단식 분산 장치에는, 상기 대향 부재에 설치된 공급 통로를 통해 상기 순환되는 처리 원료가 공급되고,
    상기 탱크에는, 상기 탱크 내의 처리 원료에 첨가물을 공급하는 스크류식 분체 공급 장치가 설치되며, 상기 스크류식 분체 공급 장치의 분체 공급부 선단(先端)이 상기 탱크 내의 혼합물 중에 삽입되어 있는, 순환식 분산 시스템.
22. 제 21 항에 있어서,
    상기 탱크는, 상기 탱크 내의 혼합물을 교반하는 교반기를 가지며,
    상기 교반기의 교반 블레이드가 상기 분체 공급부 선단으로부터 상기 탱크 내의 처리 원료액 중에 공급된 첨가물 분체를 긁어내는, 순환식 분산 시스템.
23. 제 21 항에 있어서,
    상기 스크류식 분체 공급 장치는, 분체에 포함되는 공기를 탈기(脫氣)하는 탈기 장치를 가지는, 순환식 분산 시스템.
24. 제 21 항에 있어서,
    상기 탱크는, 상기 탱크 내의 혼합물을 교반하는 교반기를 가지며,
    상기 분체 공급부 선단은, 상기 교반기와 비교하여 상기 탱크의 배출구에 근접하는 위치에 배치되어 있는, 순환식 분산 시스템.
25. 제 24 항에 있어서,
    상기 분체 공급부 선단에, 스크류 선단 블레이드가 설치되며,
    상기 스크류 선단 블레이드는, 상기 스크류식 분체 공급 장치의 스크류의 축과 일체로 회전되는, 순환식 분산 시스템.
26. 제 21 항에 있어서,
    상기 탱크에는, 상기 탱크 내부를 감압하는 감압 펌프가 설치되는, 순환식 분산 시스템.
27. 전단식 분산 장치와, 상기 전단식 분산 장치의 출구측에 접속되는 탱크와, 슬러리 형태 또는 액체 형태의 혼합물을 순환시키는 순환 펌프와, 상기 전단식 분산 장치, 상기 탱크 및 상기 순환 펌프를 직렬적으로 접속하는 배관을 구비하는 순환식 분산 시스템을 이용하여, 상기 혼합물을 순환시키면서 분산시키는 순환식 분산 방법으로서, 상기 전단식 분산 장치는, 로터와, 상기 로터에 대향하여 배치되는 대향 부재를 구비하며, 상기 로터 및 상기 대향 부재 사이에, 슬러리 형태 또는 액체 형태의 혼합물을 원심력에 의해 외주 방향으로 통과시킴으로써 분산시키는 동시에, 상기 로터 및 상기 대향 부재 사이에 형성되어, 상기 혼합물을 외주 방향으로 유도하는 복수의 갭부와, 최외주측의 갭부와 상기 갭부보다 내주측에 위치하는 갭부를 접속하도록 설치되어, 상기 혼합물을 체류시키는 버퍼부를 더 구비하고,
    상기 버퍼부는, 상기 버퍼부를 형성하는 외주측의 벽부가 상기 로터에 설치되도록 형성되는, 순환식 분산 방법.
28. 제 27 항에 있어서,
    상기 전단식 분산 장치는, 상기 로터 및 상기 대향 부재 중 적어도 어느 일방을 구동함으로써, 타방에 대해 근접 및 이격되는 방향으로 구동하는 구동 기구를 구비하며,
    상기 로터 및 상기 대향 부재 사이의 혼합물의 압력을 검출하는 압력 센서, 및 상기 로터 및 상기 대향 부재 사이로부터 방출되는 혼합물의 온도를 검출하는 온도 센서 중 일방 또는 양방의 검출 결과에 근거하여, 상기 로터 및 상기 대향 부재의 대향 간격을 조정하면서 분산 처리를 행하는, 순환식 분산 방법.
29. 제 27 항에 있어서,
    처리 원료를 순환시키고, 상기 처리 원료에 제 1 첨가물을 첨가시키면서 상기 전단식 분산 장치에 의한 분산을 행함으로써 상기 처리 원료와 상기 제 1 첨가물을 혼합하여 제 1 혼합물을 얻는 제 1 혼합 공정과,
    상기 제 1 혼합 공정에서 얻어진 상기 제 1 혼합물을 순환시키고, 상기 제 1 혼합물에 제 2 첨가물을 첨가시키면서 상기 전단식 분산 장치에 의한 분산을 행함으로써 상기 제 1 혼합물과 상기 제 2 첨가물을 혼합하여 제 2 혼합물을 얻는 제 2 혼합 공정을 가지는, 순환식 분산 방법.
30. 제 29 항에 있어서,
    상기 제 1 혼합 공정이 완료하여 상기 제 2 혼합 공정을 개시할 때, 상기 로터 및 상기 대향 부재의 대향 간격을 변경하는, 순환식 분산 방법.
31. 제 30 항에 있어서,
    상기 처리 원료는 물이고, 상기 제 1 첨가물은 증점재이며, 상기 제 2 첨가물은 활물질인, 순환식 분산 방법.
32. 제 27 항에 있어서,
    상기 탱크에는, 상기 탱크 내의 처리 원료에 첨가물을 공급하는 스크류식 분체 공급 장치가 설치되며, 상기 스크류식 분체 공급 장치의 분체 공급부 선단이 상기 탱크 내의 혼합물 중에 삽입된 상태에서 혼합물을 순환시키면서 분산시키는, 순환식 분산 방법.

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