KR102024498B1 - 혼합, 특히 분산 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

혼합, 특히 분산 장치(1)를 제공하며, 이 장치는, 적어도 하나의 입구(3, 15)를 갖는 하우징(2), 및 분쇄 챔버(13)를 포함한다. 게다가, 분쇄 챔버(13)는, 공급된 재료들을 혼합하는 제1 프로세스 영역(4)으로서, 상기 재료들은 적어도 하나의 입구(3)를 통해 제1 프로세스 영역 (4)내로 도입될 수 있는 것인 제1 프로세스 영역(4); 혼합물을 출구(6)로 방향 전환하는 제2 프로세스 영역(5); 제1 프로세스 영역을 제2 프로세스 영역으로부터 분리시키는 분리 장치(7); 및 제1 프로세스 영역(4) 내에서 혼합물을 혼합, 특히 분산시키고 구동 샤프트(9)에 의해 구동 가능한 로터(8)를 포함한다. 상류측에 연결된 펌프(10)가 구동 샤프트(9)에 의해 구동 가능하며, 재료는 펌프(10)에 의해 제1 프로세스 영역(4) 내로 공급 가능하며, 제1 프로세스 영역은 1ℓ 내지 50ℓ의 범위 내, 바람직한 방식에서 4ℓ 내지 12ℓ, 특히 바람하게는 6ℓ의 분산 용적을 포함한다.

Description

혼합, 특히 분산 장치 및 방법
본 발명은 독립 청구항의 전제부에 따른 혼합, 특히 분산 장치 및 방법에 관한 것이다.
특히, 예를 들면 페인트 산업에서, 미리 정해진 양의 액체를 흔히 기준 안료(rule pigment)로서 미리 정해진 양의 분말 고형물과 사전 혼합한다. 이어서, 이러한 형태의 혼합물은 필요하다면 교반기 비드 밀(agitator bead mill)에서 더 분쇄되고 분산된다. 페인트, 래커 등의 제조는 산업적 용례의 일례이다.
종래의 혼합 프로세스에서, 평균 안료 사이즈는 분명이 필요한 범위 내로 분산되지만, 원치 않는 과대 사이즈 재료가 잔존한다.
본 경우에 혼합이란 용어는, 가능한 한 균일한 조성이 달성되도록 하는 식으로 재료 또는 재료 흐름을 조합하는 것으로 이해해야 할 것이며, 본 발명의 프레임워크 내에서 혼합은 특히 분산물을 제조하는, 특히 분산시키는 기능을 한다. 이와 관련하여, 분산물(dispersion)은, 서로에 용해되거나 서로 화학적으로 결합되거나 하지 않는, 또는 단지 부분적으로만 서로 용해되거나 서로 화학적으로 결합되는 적어도 2종의 재료로부터 생성된 균질 혼합물로서 이해해야 할 것이다. 분산 작업 중에, 재료(분산상)가 다른 재료(분산제 또는 연속상) 내에 가능한 한 미세하게 분포되며, 분쇄 보조구(grinding aids)를 이용함으로써 적용 가능한 경우에 볼형 분쇄 보조구가 예를 들면 교반기 비드 밀에서 주로 이용되고 있다. 본 발명은 무엇보다도 현탄액의 제조, 다시 말해 액체가 연속상을 형성하고 고상 재료가 분산상을 형성하는 분산물을 제조하는 것에 관한 것이다. 통상적으로, 압쇄(crushing)가 덩어리진 주된 입자들을 분해일 수 있다. 하지만, 응집체(aggregate)가 분산 중에 압쇄되어 주된 입자로 압쇄될 수 있다. 게다가, 덩어리(agglomerates)가 보다 작은 덩어리로 분산될 수 있다. 덩어리의 분해가 역시 분산기(disperser) 또는 용해기(dissolver)에서와 같이 분쇄 보조구 없는 장치 내에서 발생할 수 있지만, 예를 들면 볼 형상 분쇄 보조구를 갖는 분쇄 밀(grinding mill) 등의 분쇄 보조구를 갖는 장치가 응집체 또는 결정을 압쇄하기 위해 요구된다. 이와 관련하여, 넓은 의미에서 응집체는 또한 큰 결정질 또는 비정질 구조체로서 이해해야 할 것이다. 응집체의 경우, 결정질 또는 비정질 구조체가 압쇄되며, 진정한 분쇄로 지칭된다.
2종의 재료, 특히 액체와 특히 분말과 같은 고체를 혼합하는 일반적인 장치는 통상 하우징 및 그 내에서 회전하는 로터를 포함한다. 그 재료들은 적어도 하나의 공급 라인에 의해 하우징 내로 도입된다. 그 장치의 자동 중에, 재료들은 로터에 의해 혼합된 후 하우징 밖으로 안내된다.
분산 장치 및 관련 방법이 US 6,029,853에 개시되어 있다. 그 분산 장치는, 분산 챔버, 적어도 하나의 교반 디스크, 이 교반 디스크의 회전의 결과로 처리될 재료를 갖는 액체와 분산 매체가 흡인되는 입구, 출구 및 분리 장치를 포함한다. 분리 장치에 출구가 배치된다. 분쇄 보조구는 분리 장치에 의해 분산물로부터 분리된다.
DE 10 2010 053 484는 분쇄 보조구를 위한 분리 장치를 갖는 교반기 비드 밀을 개시하고 있으며, 그 분리 장치는 회전축선 둘레에 배치된다. 분리 장치는 2개의 구성 요소로 이루어지며, 그 중 하나의 구성 요소는 적어도 하나의 분리 장치이고 제2의 구성 요소는 재료의 흐름을 생성하는 동적 요소이다. 그 장치는 분리 장치로서 매우 작은 동적 갭(dynamic gap)을 포함하여, 처리량이 감소된다.
따라서, 본 발명의 과제는 종래 기술의 단점을 피하는 것으로, 특히 재료의 높은 처리량을 가능하게 하는 동시에 과대 사이즈 재료를 감소시킬 수 있는 혼합 및 분산 장치와 그 방법을 제공하는 데에 있다.
이 과제는 독립 청구항들의 특징부에 따른 혼합 장치 및 방법에 의해 달성된다.
특히, 그 과제는 적어도 하나의 입구와 분쇄 챔버를 갖는 하우징을 포함하는, 혼합, 특히 분산 장치에 의해 달성된다. 분쇄 챔버는 공급된 재료들을 혼합하는 제1 프로세스 영역을 포함하며, 그 재료들은 적어도 하나의 입구를 통해 제1 프로세스 영역 내로 도입될 수 있다. 분쇄 챔버는 추가로 혼합물을 출구로 방향 전환시키는 제2 프로세스 영역을 포함한다. 그 장치는 또한 제1 프로세스 영역을 제2 프로세스 영역으로부터 분리시키는 분리 장치, 및 제1 프로세스 영역에서 혼합물을 혼합, 특히 분산시키는 로터를 포함하며, 이 로터는 구동 샤프트에 의해 구동될 수 있다.
상류측에 연결된 펌프가 구동 샤프트에 의해 구동 가능하며, 재료들은 펌프에 의해 제1 프로세스 영역 내로 공급될 수 있다.
펌프는 바람직하게는 제1 프로세스 영역에 대해 상류측에 배치된 별개의 펌프 챔버를 포함한다.
펌프 챔버 내에 펌프 로터가 회전 가능하게 배치될 수 있다. 펌프 로터는 구동 샤프트에 의해 회전하도록 구동 샤프트에 고정될 수 있다.
프로세스 중에, 펌프 챔버 내에 분쇄 보조구는 없다. 펌프만이 혼합 및/또는 분산될 혼합물을 구동한다.
펌프 챔버는 펌프 하우징 내에 별도로 배치될 수 있거나, 펌프 챔버는 분쇄 챔버를 포함하는 하우징 내에 통합될 수도 있다.
펌프 챔버는 입구와 출구를 포함할 수 있고, 그 출구는 제1 프로세스 영역의 출구와 유체 연통한다.
제1 프로세스 영역은 1 내지 50ℓ 범위 내의 분산 용적, 바람직한 방식에서는 4 내지 12ℓ, 특히 바람직하게는 6ℓ의 분산 용적을 포함한다. 이러한 형태의 장치는 분산 용적당 비교적 큰 처리량을 가능하게 하고, 그 결과 특히 사전 분산 단계로서 적합하다.
분산 용적은 분산용 분쇄 보조구가 도입될 수 있는 제1 프로세스 영역에 의해 형성된다. 바람직한 방식에서, 재료들은 장치의 입구 내로 사전 혼합되어 도입된다.
게다가, 펌프와 분쇄 챔버 내의 로터를 구동하기 위해 단지 하나의 구동 장치만이 필요하다. 그 결과, 그 장치는 비용 효율적인 방식으로 제조될 수 있다.
분리 장치는 적어도 하나의 분리 갭, 바람직한 방식에서는 적어도 하나의 동적 분리 갭(dynamic separating gap)일 수 있다.
동적 분리 갭을 이용함으로써, 제1 프로세스 영역과 제2 프로세스 영역 사이에 재료가 축적되지 않는다. 그 결과, 막힘의 우려가 감소된다.
분리 갭은 0.5㎜ 내지 3㎜의 치수, 바람직한 방식에서는 0.8㎜ 내지 1.5㎜, 특히 바람직하게는 1㎜의 치수를 가질 수 있다.
이러한 형태의 분리 갭은 분리 갭 치수보다 큰 입자를 유지할 수 있다. 특히, 분산용 분쇄 보조구가 이용되는 경우, 그러한 형태의 분리 갭은 지정된 사양보다 큰 분산용 분쇄 보조구를 유지할 수 있다.
재순환 컨테이너, 특히 교반용 툴을 갖는 재순환 컨테이너 및/또는 재순환 라인이 그 장치의 출구와 입구 사이에 배치될 수 있다.
이미 분산 처리된 혼합물을 재순환시킴으로써 입자 사이즈, 특히 과대 사이즈 재료의 존재와 관련하여 입자 사이즈를 감소시킨다.
여기서, 과대 사이즈 재료란, 허용 가능한 고상 단위체를 초과하거나, 후속한 미세 분산 장치의 분쇄 보조구 분리 장치의 슬롯 폭을 초과하는 고상 입자의 부분으로서 이해해야 할 것이다.
분산용 분쇄 보조구, 특히 1.5㎜ 내지 6㎜의 평균 직경, 바람직한 방식에서는 3.0㎜의 평균 직경을 갖는 분산용 분쇄 보조구가 제1 프로세스 영역 내로 주입 가능하거나 주입된다.
제1 프로세스 영역 내의 분산용 분쇄 보조구로 인해, 최적의 분산이 달성되며, 그리고 비교적 큰 분산용 분쇄 보조구를 이용함으로 인해, 특히 과대 사이즈 재료가 감소되고 높은 처리량이 유지된다.
공급된 재료의 분산을 위해 혼합물에 동적 이동을 생성하도록 구현된 분쇄 툴이 제1 프로세스 영역 내에 구현될 수 있다.
이러한 형태의 분쇄 툴은 제1 프로세스 영역 내로 돌출하는 디스크, 핀 또는 블레이드일 수 있다. 이와 관련하여, 분쇄 툴은 스테이터 및/또는 로터에 체결될 수 있다. 분쇄 툴은 최적의 분산이 달성되도록 혼합물의 이동, 그리고 특히 분산용 분쇄 보조구의 이동을 생성한다.
입구 앞의 메인 라인 직경과 분산 용적 간의 비는 8 내지 16mm/ℓ의 범위 내일 수 있다.
메인 라인 직경은 입구 앞의 라인, 특히 재료를 포집하는 컨테이너와 입구 사이의 라인을 지칭한다. 이와 관련하여, 그 장치가 불필요하게 커지지 않도록 하기 위해 보다 좁은 라인 직경이, 예를 들면 그 장치의 바로 앞의 영역에 존재할 수 있다.
메인 라인 직경과 분산 용적 간의 상기한 형태의 비는, 높은 처리량을 달성할 가능성 및 나아가서는 그 장치를 통해 가능한 한 빠르게 가능한 한 많은 혼합물을 안내할 가능성을 가져온다.
출구는 미세 분쇄 스테이지의 입구에 연결 가능하거나 연결 되어 있을 수 있다.
그 결과, 그 장치는 사전 분산 스테이지로서 이용되며, 이와 관련하여, 특히 과대 사이즈 입자를 감소시킬 수 있다. 그러면, 평균 입자 사이즈의 추가적 감소는 후속 미세 분쇄 스테이지에서 수행될 수 있다. 그 결과, 입자의 최적 분산이 달성되는 동시에 높은 처리량이 보장된다.
게다가, 상기한 과제는 바람직한 방식에서는 전술한 바와 같은 장치에서의 혼합, 특히 분산 방법에 의해 달성되며, 그 방법은,
- 그 장치의 분쇄 챔버 내로 적어도 2종의 재료, 특히 고체와 액체를 도입, 특히 펌핑하는 단계로서, 그 분쇄 챔버는 2개의 프로세스 영역을 포함하는 것인 단계;
- 분쇄 챔버의 제1 프로세스 영역 내에서 특히 분산용 분쇄 보조구에 의해 그 재료들을 혼합, 특히 그 재료들을 분산시키는 단계로서, 제1 프로세스 영역은 분산 용적을 포함하는 것인 단계;
- 특히 분산용 분쇄 보조구의 분리를 위해 그 혼합물을 분리 장치를 통과해 제2 프로세스 영역 내로 안내하는 단계; 및
- 혼합물을 출구를 통해 안내하는 단계로서, 단위 시간당 혼합물 체적의 처리량이 출구를 통해 안내되는 것인 단계를 포함하며,
- 분산 용적에 대한 처리량의 비가 650ℓ/(h*ℓ)보다 크고, 바람직한 방식에서는 650ℓ/(h*ℓ) 내지 10,000ℓ/(h*ℓ) 범위 내이고, 특히 바람직하게는 2000ℓ/(h*ℓ)이다.
이러한 방법은 작은 분산 용적으로 높은 처리량을 가능하게 하고, 그 결과 신속한 분산 및 과대 사이즈 재료의 감소를 가져온다.
혼합물은 특히 재순환 컨테이너, 바람직한 방식에서는 교반 툴을 갖는 재순환 컨테이너 및/또는 재순환 라인을 통해 출구에서부터 다시 입구로 적어도 부분적으로 또는 가끔씩 재순환될 수 있다.
그 결과, 최적의 분산이 보장된다. 이와 관련하여, 포집 컨테이너가 출구와 입구 사이에 배치된다. 적용례에 따라, 그 방법은 연속 모드로 또는 배치식 생산 모드로 이용될 수 있다.
그 혼합물은 적어도 부분적으로 또는 가끔씩 출구로부터 미세 분쇄 스테이지의 입구로 안내될 수 있다.
그 결과, 무엇보다도, 과대 사이즈 재료가 이미 종래 기술로부터 공지된 바와 같이 미세 분쇄 스테이지에서 감소되어, 평균 입자 사이즈가 원하는 범위로 감소된다.
미세 분쇄 스테이지에서, 분산물은 미세 분쇄 보조구에 의해 더욱 분산될 수 있으며, 그 미세 분쇄 보조구는 분산용 분쇄 보조구보다 작은 평균 직경을 포함한다. 미세 분쇄 보조구의 직경은 0.03㎜ 내지 2.0㎜ 범위 내, 특히 0.05㎜ 내지 1.5㎜ 범위 내일 수 있다.
그 결과, 프로세스의 종료시에 최적의 분산이 달성된다.
분리 장치는 적어도 제1 프로세스 영역과 제2 프로세스 영역 사이에 구현된 하나의 갭에 의해 형성될 수 있다.
이러한 형태의 분리 장치는 제1 프로세스 영역에서 제2 프로세스 영역 내로 분산물의 이행을 가능하게 한다.
분리 장치는 제1 및 제2 갭 형성 요소를 포함할 수 있고, 이들 갭 형성 요소는 개구를 포함하며, 이들 두 갭 형성 요소는 서로에 대해 이동되며, 개구들은 동적 분리 갭을 생성하도록 겹쳐지지 않는다.
이러한 형태의 분리 장치로 인해 높은 처리량이 달성되고, 그리고 동적 분리 갭의 독점적 존재로 인해 막힘의 우려가 감소된다.
분리 장치는 추가로,
- 제1 프로세스 영역에 할당되고 개구를 포함하는 바람직한 방식에서는 로터인 제1 갭 형성 요소; 및
- 제2 프로세스 영역에 할당되고 제1 갭 형성 요소에 대응하며, 개구를 포함하는 바람직한 방식에서는 스테이터인 제2 갭 형성 요소를 포함하며,
- 이를 갭 형성 요소 중 적어도 하나, 바람직한 방식에서는 로터가 다른 갭 형성 요소에 대해 회전 축선을 중심으로 회전 가능하도록 구현된다.
제1 갭 형성 요소의 개구와 제2 갭 형성 요소의 개구는, 공급된 재료로부터 생성된 혼합물이 두 갭 형성 요소의 개구를 통과해 제1 프로세스 영역에서 제2 프로세스 영역 내로 안내될 수 있도록 하는 식으로 배치된다.
이러한 형태의 장치는 막힘에 대한 어떠한 우려도 없이 높은 처리량을 가져올 수 있다.
갭 형성 요소들은 두 요소 모두가 회전 가능한 식으로 구현될 수 있도록 서로에 대해 회전 가능해야 한다. 이 경우, 회전 속도 및/또는 회전 방향은 달라야 한다.
바람직한 방식에서, 갭 형성 요소들의 개구들은, 그 개구들이 겹쳐지지 않고 또한 재료만이 개구들 사이에 형성된 갭을 통해 제1 갭 형성 요소의 개구에서 제2 갭 형성 요소의 개구로 갈 수 있도록 하는 식으로 배치된다. 갭을 통과하고 나면, 그 개구들은 큰 재료 흐름을 허용하게 되며, 그 결과 갭에 비해 큰 개구 직경/개구 단면적을 포함한다.
갭은 두 갭 형성 요소들 사이에 구현된다. 제1 갭 형성 요소의 개구의 최소 치수는 바람직한 방식에서는 두 갭 형성 요소들 사이의 갭의 최대 치수보다 적어도 3배 크다. 바람직한 방식에서, 제2 갭 형성 요소의 개구의 최소 치수도 역시 두 갭 형성 요소들 사이의 갭의 최대 치수보다 적어도 3배 크다. 제2 갭 형성 요소가 환형 갭을 포함하는 실시예에서, 환형 갭의 치수는 명백하기로는 갭 형성 요소들 사이의 갭의 치수와 실질적으로 동일해야 하거나 갭 형성 요소들 사이의 갭보다 작아야 한다. 갭 형성 요소의 환형 갭을 갖는 실시예에서, 많은 수의 환형 갭을 통해 높은 처리량이 얻어진다. 제1 갭 형성 요소와 제2 갭 형성 요소 사이의 본 발명에 따른 갭은 분리 기능을 갖는다. 그 갭의 치수는 그 갭보다 큰 입자가 제2 프로세스 영역 내로 가는 것을 방지하도록 된다.
적어도 하나, 바람직한 방식에서는 2개, 바람직한 방식에서는 동적 갭이 하우징과 제1 갭 형성 요소 사이에 형성된다.
그 결과, 너무 큰 요소가 하우징과 제1 갭 형성 요소 사이를 통과하는 것이 방지된다. 그럼에도, 추가적 분리 장치는 필요하지 않다.
제1 갭 형성 요소가 제2 갭 형성 요소를 둘러쌀 수 있으며, 최대 3㎜, 바람직한 방식에서는 1.0㎜, 특히 바람직하게는 0.5㎜의 갭이 두 요소 사이에 구현될 수 있다. 최소 갭은 0.1㎜의 가로방향 치수를 갖는다.
특히, 장치 내로 주입 가능하거나 주입된 분산용 분쇄 보조구의 가장 작은 요소보다 작은 최대 폭을 갖는 갭이 두 갭 형성 요소 사이에 형성될 수 있다. 바람직한 방식에서, 갭은 가장 작은 분산용 분쇄 보조구의 직경의 사이즈의 최대 절반이다.
제1 프로세스 영역 내에 도입된 재료의 혼합 또는 분쇄를 위해 구현된 분쇄 툴은 제1 프로세스 영역 및/또는 하우징 상에 배치될 수 있다.
이러한 형태의 분쇄 툴은 핀, 디스크, 또는 분쇄 툴의 기타 공지의 실시형태일 수 있다.
분산의 효과는 분쇄 툴로 인해 증가한다. 바람직한 방식에서, 제1 갭 형성 요소는 로터로서 구현되어, 공급된 재료 및 어쩌면 분산용 분쇄 보조구의 이동이 그 로터 상의 분쇄 툴을 통해 생성되고 이에 따라 분산이 제1 프로세스 영역에서 달성되도록 된다. 제1 갭 형성 요소는 제1 프로세스 영역의 길이를 따라 실질적으로 전체적 방식으로 연장할 수 있다.
그 결과, 큰 표면에 막히지 않고 그렇더라도 큰 유량을 달성할 수 없는 갭이 마련된다.
그 갭, 특히 동적 갭에 의해 제2 프로세스 영역 내로의 진행이 방지될 수 있는 분산용 분쇄 보조구가 제1 프로세스 영역 내로 주입될 수 있다.
동적 갭은 제1 갭 형성 요소와 제2 갭 형성 요소 사이에는 물론 추가적으로 제1 갭 형성 요소와 하우징 사이에 구현될 수 있다. 그 결과, 완전히 분산된 재료만이 제2 프로세스 영역으로 보내질 수 있고, 갭 에지에서의 이동은 갭이 막히지 않음을 의미한다.
바람직한 방식에서, 제1 프로세스 영역과 제2 프로세스 영역 사이에는 정적 분리 장치가 구현되지 않는다.
그 결과, 정적 분리 장치가 막힐 수는 없다. 정적 분리 장치는 혼합물이 통과하는 개구의 에지가 이동하지 않는 분리 장치이다. 결과적으로, 정적 분리 장치는 특히 고정 장착된 체이다.
이에 대한 대안으로서, 제2 갭 형성 요소가 정적 분리 장치로서 구현될 수 있고, 바람직한 방식에서는 그 정적 분리 장치의 개구가 분산용 분쇄 보조구의 최소 직경보다 작을 수 있다. 특히 바람직한 방식에서, 정적 분리 장치의 개구는 환형 갭으로 형성된다.
이러한 형태의 정적 분리 장치는 제2 프로세스 영역으로부터의 분산용 분쇄 보조구 및 과대 사이즈 입자를 유지할 수 있다.
두 갭 형성 요소 모두가 원통형 또는 원추형 방식으로 구현될 수 있다.
그 결과, 제1 프로세스 영역에서 제2 프로세스 영역으로의 통과를 위한 큰 표면과 함께 높은 수준의 회전 에너지가 달성될 수 있다.
이에 대한 대안으로서, 갭 형성 요소들을 제1 프로세스 영역과 제2 프로세스 영역 사이에 배치된 원형 디스크로서 구현하는 것도 고려될 수 있다.
제1 갭 형성 요소와 제2 갭 형성 요소 사이의 갭은 회전 축선에 평행하게 구현된 길이방향 치수를 포함할 수 있다. 원형 디스크형 갭 형성 요소가 있는 경우, 갭은 회전 축선에 대해 실질적으로 수직으로 구현될 수 있다. 갭 형성 요소가 원추형인 경우, 갭은 회전 축선에 대해 1°내지 89°의 각도로 구현될 수 있다.
그 결과, 분쇄 보조구의 신뢰 가능한 분리가 있을 수 있는 막힘없이 달성될 수 있다.
갭 형성 요소의 개구는 제1 프로세스 영역 내의 제1 갭 형성 요소의 길이의 적어도 50%의 길이, 바람직한 방식에서는 60%의 길이, 특히 바람직하게는 70%의 길이를 따라 연장할 수 있다.
그 결과, 높은 처리량이 달성될 수 있다.
이와 관련하여, 상대적 사양은 개구의 치수를 가리키는 것이 아니라, 개구가 마련된 영역을 가리킨다.
게다가, 2개 이상의 보어가 홈에 의해, 바람직한 방식에서는 밀링 가공 홈에 의해 제2 갭 형성 요소의 둘레에서 서로 연결될 수 있다. 명백하기로는 그 홈은 제1 갭 형성 요소의 개구와 중첩되지 않아야 한다. 그 결과, 큰 유출 체적이 생성될 수 있고, 혼합물이 제2 프로세스 영역 내로 신속하게 배출될 수 있다.
추가로, 그 장치의 하우징은 펌프 하우징을 포함할 수 있거나, 그 장치의 하우징 상에 펌프를 구현하는 펌프 하우징에 연결될 수 있다. 펌프 하우징과 장치의 하우징은 단일 피스로 또는 복수의 피스로 구현될 수 있다. 복수 피스로 구현되는 경우, 바람직한 방식에서, 펌프 하우징은 장치의 하우징 상에 플랜지에 의해 장착된다.
펌프가 그 펌프 하우징 내에 배치된다.
그 결과, 필요한 펌프가 혼합 장치에 바로 연결되며, 단지 제어 수단은 물론 몇몇 외부 라인만이 필요하다.
가동 갭 형성 요소 및/또는 분쇄 툴을 구동하는 것과 동일한 샤프트가 펌프를 구동하는 데에 이용된다.
이는 개별 부품의 수를 감소시키고 그 결과 덜 복잡하게 한다.
펌프 하우징은 펌프 입구 및 펌프 출구를 포함한다.
펌프는 원심 펌프, 수봉식 펌프(liquid ring pump), 사이드 채널 펌프, 또는 예를 들면 임펠러 펌프 등의 용적형 펌프(displacement pump)일 수 있다.
혼합물은 추가적으로 제1 갭 형성 요소와 장치의 하우징 사이의 하나 또는 다수의 동적 갭에 의해 안내될 수 있다.
그 결과, 막히지 않는 동시에, 장치의 설계를 단순화시키는 동적 분리 장치가 하우징과 장치 사이에 마련된다.
제1 프로세스 영역에서의 분산은 분산용 분쇄 보조구 및/또는 분쇄 툴에 의해 달성될 수 있다.
분쇄 툴은 디스크, 핀 또는 종래 기술로부터 이미 공지된 유사한 분쇄 툴일 수 있다. 분산용 분쇄 보조구는 재료의 분산에 기여하는 경질의 둥글거나 타원형의 바디이다. 분산용 분쇄 보조구는 갭 형성 요소들 및/또는 하우징 사이의 갭/갭들에 의해 유지된다.
분산은, 가로방향 치수로서 최대 갭의 적어도 1.5배, 바람직한 방식에서 3배, 특히 10배의 직경을 포함한 분산용 분쇄 보조구에 의해 달성될 수 있다.
그 결과, 분산용 분쇄 보조구는 갭을 통과할 수 없어, 갭이 동적 분리 장치로서 기능한다.
혼합물은 제1 갭 형성 요소의 적어도 4개, 바람직한 방식에서 20개, 특히 바람직하게는 100개의 개구를 통해 안내될 수 있다. 추가로, 혼합물은 제2 갭 형성 요소의 적어도 4개, 바람직한 방식에서 50개, 특히 바람직하게는 최소 200개의 개구를 통해 안내될 수 있다. 그 결과, 혼합물의 최적화된 처리량이 그러한 개수의 개구에 의해 달성될 수 있다. 제2 갭 형성 요소의 개구는 적어도 부분적으로 보어에 의해 형성될 수 있다.
게다가, 2개 이상의 보어가 홈에 의해, 바람직한 방식에서는 밀링 가공 홈에 의해 둘레에서 서로 연결될 수 있다. 명백하기로는, 그 홈은 제1 갭 형성 요소의 개구와 중첩되지 않아야 한다. 그 결과, 큰 유출 체적이 생성될 수 있고, 혼합물이 제2 프로세스 영역 내로 신속하게 배출될 수 있다.
본 발명은 도면을 통해 아래의 예시적인 실시예에서 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따른 장치를 통한 단면도를 도시하며,
도 2는 도 1에 따른 장치를 통한 단면도를 도시하며,
도 3은 본 발명에 따른 장치의 대안적인 실시예를 통한 단면도를 도시하며,
도 4는 도 3에 따른 장치를 통한 단면도를 도시하며,
도 5는 본 발명에 따른 장치의 다른 대안적인 실시예를 통한 단면도를 도시한다.
도 1 및 도 2는 본 발명에 따른 장치(1)를 통한 단면도를 도시한다. 장치(1)는 하우징(2)을 포함한다. 혼합될 재료는 입구(3)를 통해 분쇄 챔버(13) 내로 도입될 수 있다. 분쇄 챔버(13)는 제1 프로세스 영역(4) 및 제2 프로세스 영역(5)을 포함한다. 제1 프로세스 영역(4)은 실질적으로 6ℓ의 분산 용적을 갖는다. 구동 샤프트(9)에 의해 회전하도록 세팅된 분쇄 툴(12)이 제1 프로세스 영역에서 로터(8) 상에 배치된다. 게다가, 정적 분쇄 툴이 제1 프로세스 영역(4)에 구현된다. 제1 갭 형성 요소(17) 및 제2 갭 형성 요소(18)로 이루어진 분리 장치(7)가 제1 프로세스 영역(4)과 제2 프로세스 영역(5) 사이에 구현된다. 특히 제1 프로세스 영역(4)에서 분산용 분쇄 보조구가 이용되는 경우에 혼합물을 제2 프로세스 영역(5)으로 전달하기 전에 분산용 분쇄 보조구의 분리를 달성하는 분리 갭이 두 갭 형성 요소(17, 18)들 사이에 구현된다. 혼합물은 출구(6)를 통해 분쇄 챔버(13)로부터 제2 프로세스 영역(5) 밖으로 안내된다. 혼합물을 제2 프로세스 영역(5)으로부터 출구(6)를 거쳐 펌프(10)를 통해 입구(3)로 다시 안내하는 재순환 라인(11)이 도 1에 따른 실시예에 구현되어 있다. 재순환 라인은 교반기 툴을 갖는 재순환 컨테이너(19)를 포함한다. 그 결과, 과대 사이즈 재료의 최적의 감소가 달성될 수 있다. 명백하기로는, 혼합물 또는 그 혼합물의 일부가 또한 가끔씩 또는 지속적으로 라인(도시 생략)을 통해 미세 분쇄 스테이지 내로 안내될 수 있다. 펌프(10)는 펌프 챔버(20) 및 펌프 로터(21)를 포함한다. 펌프 로터(21)는 구동 샤프트(9) 상에 배치된다.
이 경우, 펌프(10)는 수봉식 펌프이다. 재료 또는 예혼합물이 펌프 입구(15)를 통해 펌프(10) 내로 도입되고 펌프 출구(16)를 통해 장치(1)의 입구(3)로 펌핑된다. 도시한 실시예는 분산용 분쇄 보조구를 갖고 있지 않다. 하지만, 원하는 경우에 그 내에 주입하는 것이 가능하다는 것은 명백할 것이다. 분산용 분쇄 보조구를 이용하는 경우, 이들은 1.5㎜ 내지 5.0㎜, 바람직한 방식에서는 3.00㎜의 평균 직경을 포함한다. 제1 프로세스 영역(4)은 실질적으로 제1 갭 형성 요소(17)를 따라 연장한다. 그 결과, 높은 처리량이 달성될 수 있다.
도 3 및 도 4는 도 1 및 도 2와 유사한 대안적인 실시예들을 도시한다. 장치(1)는 입구(3)를 갖는 하우징(2)을 포함한다. 혼합될 재료는 입구(3)를 통해 분쇄 챔버(13) 내로 도입될 수 있다. 분쇄 챔버(13)는 제1 프로세스 영역(4) 및 제2 프로세스 영역(5)을 포함한다. 제1 프로세스 영역(4)은 실질적으로 6ℓ의 분산 용적을 갖는다. 구동 샤프트(9)에 의해 회전하도록 세팅된 분쇄 툴(12)이 제1 프로세스 영역에서 로터(8) 상에 배치된다. 게다가, 정적 분쇄 툴이 제1 프로세스 영역(4)에 구현된다. 제1 갭 형성 요소(17) 및 제2 갭 형성 요소(18)로 이루어진 분리 장치(7)가 제1 프로세스 영역(4)과 제2 프로세스 영역(5) 사이에 구현된다. 특히 제1 프로세스 영역(4)에서 분산용 분쇄 보조구가 이용되는 경우에 혼합물을 제2 프로세스 영역(5)으로 전달하기 전에 분산용 분쇄 보조구의 분리를 달성하는 분리 갭이 두 갭 형성 요소(17, 18)들 사이에 구현된다. 혼합물은 출구(6)를 통해 분쇄 챔버(13)로부터 제2 프로세스 영역(5) 밖으로 안내된다. 본 실시예에서는 도 1 및 도 2에 도시한 수봉식 펌프 대신에 사이드 채널 펌프가 펌프(10)로서 구현된다. 재료 또는 예혼합물이 펌프 입구(15)를 통해 펌프(10) 내로 도입되고 펌프 출구(16)를 통해 장치(1)의 입구(3)로 펌핑된다. 분산된 혼합물은 출구(16)를 통해 라인(14)에 의해 미세 분쇄 스테이지로 보내진다. 명백하기로는, 도 3에 따른 실시예에도 도 1과 유사하게 교반기(도시 생략)를 갖는 재순환 컨테이너(19)가 있는 재순환 라인이 마련될 수 있다. 게다가, 혼합물의 일부는 재순환시키고 혼합물의 일부는 라인(14)을 통해 미세 분쇄 스테이지로 보내도록 할 수 있거나, 및/또는 재순환을 가끔씩 수행하고 단지 그 후에 혼합물을 라인(14)을 통해 미세 분쇄 스테이지로 보내는 것도 가능하다.
도 5는 분리 장치(8)와 갭 형성 요소(17, 18)가 단지 제1 프로세스 영역(4)의 부분 영역에 걸쳐 연장하고 있는, 장치(1)의 대안적인 실시예를 도시하고 있다. 게다가, 구멍을 갖는 디스크 형태의 분쇄 툴(12)이 제1 프로세스 영역(4)에 구현된다. 제1 갭 형성 요소(17)는 제2 갭 형성 요소(18)를 중심으로 회전하는 로터(8)이다. 두 갭 형성 요소(17, 18) 모두 각각 개구를 포함한다. 혼합물은 제1 프로세스 영역(4)으로부터 분리 갭 형태의 분리 장치(7)를 통과해 제2 프로세스 영역(5) 내로 흐른다. 게다가, 하우징(2)은 입구(3) 및 출구(6)를 포함한다. 분쇄 툴(12)은 구동 샤프트(9) 상에 배치된다. 구동 샤프트(9)는 제1 갭 형성 요소의 맞물림 캠이 맞물리게 되는 샤프트 홈을 포함한다. 그 결과, 제1 갭 형성 요소(17)는 분쇄 툴과 동일한 샤프트에 의해 구동된다. 분쇄 챔버(13)는 제1 프로세스 영역(4) 및 제2 프로세스 영역(5)을 포함한다. 제1 프로세스 영역(4)은 실질적으로 6ℓ의 분산 용적을 갖는다.

Claims (15)

  1. 혼합 장치(1)로서,
    - 적어도 하나의 입구(3)를 포함하는 하우징(2);
    - 분쇄 챔버(13);
    - 공급된 재료들을 혼합하는 제1 프로세스 영역(4)으로서, 상기 재료들은 상기 입구(3)를 통해 제1 프로세스 영역(4) 내로 도입될 수 있는 것인 제1 프로세스 영역(4);
    - 혼합물을 출구(6)로 방향 전환하는 제2 프로세스 영역(5);
    - 상기 제1 프로세스 영역을 상기 제2 프로세스 영역으로부터 분리시키는 분리 장치(7);
    - 구동 샤프트(9)에 의해 구동 가능한 혼합을 위한 로터(8)
    를 포함하며, 상류측에 연결된 펌프(10)가 상기 구동 샤프트(9)에 의해 구동 가능하며, 재료들은 상기 펌프(10)에 의해 상기 제1 프로세스 영역(4) 내로 공급 가능하며, 상기 제1 프로세스 영역은 1ℓ 내지 50ℓ의 범위 내의 분산 용적을 포함하는 것인 혼합 장치(1)에 있어서,
    상기 펌프(10)는 상기 제1 프로세스 영역(4)의 입구(3)와 유체 연통하는 출구(16)를 갖는 펌프 챔버(20)를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 장치(1).
  2. 제1항에 있어서,
    상기 로터는 상기 제1 프로세스 영역(4)에서 상기 혼합물을 분산시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치(1).
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 분리 장치는 적어도 하나의 분리 갭인 것을 특징으로 하는 혼합 장치(1).
  4. 제3항에 있어서, 상기 분리 갭은 동적 분리 갭(dynamic separating gap)인 것을 특징으로 하는 혼합 장치(1).
  5. 제3항에 있어서,
    상기 분리 갭은 0.5㎜ 내지 3㎜의 치수를 갖는 것을 특징으로 하는 혼합 장치(1).
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    재순환 컨테이너(19) 및 재순환 라인(11) 중 어느 하나 또는 둘 모두가 상기 출구(6)와 입구(3) 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치(1).
  7. 제6항에 있어서,
    상기 혼합 장치는 교반기 툴을 갖는 재순환 컨테이너(19)를 포함하는 것인 혼합 장치(1).
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    분산용 분쇄 보조구(dispersion grinding aids)가 상기 제1 프로세스 영역(4) 내로 주입 가능하거나 주입되어 있는 것을 특징으로 하는 혼합 장치(1).
  9. 제8항에 있어서,
    상기 분산용 분쇄 보조구는 1.5㎜ 내지 5.0㎜의 평균 직경을 갖는 것을 특징으로 하는 혼합 장치(1).
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    공급된 재료들의 분산을 위해 상기 혼합물에 동적 이동을 생성하도록 구현된 분쇄 툴(12)이 상기 제1 프로세스 영역(4) 내에 구현되는 것을 특징으로 하는 혼합 장치(1).
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 입구(3) 앞의 메인 라인 직경과 분산 용적 간의 비는 8 내지 16mm/ℓ의 범위 내인 것을 특징으로 하는 혼합 장치(1).
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 출구(6)는 미세 분쇄 스테이지의 입구에 연결 가능하거나 연결 되어 있는 것을 특징으로 하는 혼합 장치(1).
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  14. 삭제
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