KR20070086500A - 고체, 액체 또는 가스성 물질을 액상으로 분산하기 위한장치 - Google Patents

고체, 액체 또는 가스성 물질을 액상으로 분산하기 위한장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 적어도 하나의 액체 유입구(40), 적어도 하나의 물질 유입구(30) 및 적어도 하나의 배출구(35)를 갖는 하나 이상의 분산 챔버(10)를 포함하는, 액상으로 물질을 분산시키기 위한 장치에 관한 것이다. 적어도 하나의 구동 수단(12)이 분산 챔버 내측에 배치되고, 이는 물질 유입구를 통해 물질을 빨아들이고, 물질이 배출구를 통해 액체로 습윤되게 하기 위해, 가변 체적을 갖는 적어도 하나의 공동구(50 내지 56)가 액체내에 형성되도록 분산 챔버 내부 액체를 작동시키는 기능을 한다.
유입구, 배출구, 분산 챔버, 구동 수단, 공동구, 분산 도구, 베인, 용기

Description

고체, 액체 또는 가스성 물질을 액상으로 분산하기 위한 장치{DEVICE FOR DISPERSING A SOLID, LIQUID OR GASEOUS SUBSTANCE IN A LIQUID}
본 발명은 액상 물질을 분산시키기 위한 장치에 관한 것이다.
이러한 타입의 장치들은 액상 물질을 미세하게 분배함으로써 분산(dispersion)을 형성하는 작용을 한다. 이 물질은 고체 상태, 액체 상태 또는 가스 상태로 제공되거나, 또는 다른 상태들의 혼합으로서 제공될 수도 있다. 혼합 공정 동안 물질을 습윤(wetting)시키고 균일하게 분배시키는 것은 자주 접하게 되는 문제이다. 또한 물질이 분말일 경우, 주위 환경에서 바람직하지않게 형성하는, 비습윤(unwetted) 상태의 분말을 포함하는 분진 위험이 존재한다.
액체와 물질을 분산 챔버에 공급하고, 물질의 미세한 분배를 달성하기 위해 분산 도구에 의해 이들을 집중적으로 작동시키는 것은 공지되어 있다(예를 들어 동일 출원인에 의한 특허 명세서 EP-B1-436 462 및 EP-B1-648 537 또는 특허 명세서 EP-B1-587 714). 그러나, 액체로 물질을 습윤시키는 것은 문제를 야기할 수 있고, 분산시에 원치않는 불균일성을 초래할 수 있는 것으로 알려져 있다. 예를 들어 분말형 물질이 공급되는 경우, 럼프(lump)가 혼합 구역 즉, 물질이 액체와 접하게 되는 구역에 형성될 수 있고, 이러한 럼프는 물질 공급 라인을 막히게 하거나 액체내의 물질의 균일한 분배를 방해하게 된다. 또한 공지된 분산 장치는 흡입 성능이 액체 처리량과 배출구의 압력에 좌우되고, 흡입 성능이 부족하여 분산될 물질의 충분한 양을 흡입하고 습윤시킬 수 없는 결과를 가져오는 단점들을 갖고 있다.
가스와 액체의 분산을 생산하기 위한 장치는 특허 명세서 US-A-3,119,339 및 US-A-3,932,302에 공지되어 있다. 이러한 장치는 피니온(pinion)과 맞물리는 내부 치형부를 구비한, 편심 배치된 톱니바퀴와, 초승달 형상의 삽입부를 포함한다. 이러한 타입의 장치들은 그 중에서도 특히 분말형 물질의 분산에 부적합한 단점들을 가지고 있다. 이들은 사실상 비압축성이기 때문에, 내부 치형부와 피니온의 맞물림은 장치가 손상될 수 있는, 예컨대 치형부의 벽들 또는 피니온 또는 베어링(bearing)들이 손상되는 큰 힘을 발생시킬 수 있다. 또한 처리량과 그에 따른 단위 시간당 생산가능한 분산 체적은 상대적으로 낮다.
가변 작동 체적을 만들기 위한, 반경 방향으로 배치가능한 베인(vane)들을 갖는 장치들이 특허 명세서 US-A-3,936,246 및 US-B1-6,616,325에 공지되어 있다. 이러한 장치들은 분산될 물질의 축적을 유발시킬 수 있는 좁은 간극들이 형성되는 단점을 갖는다. 특히 물질이 분말일 경우에는, 이러한 축적은 베인들이 가이드들내에서 재밍(jamming)되게 하며, 결국 장치의 고장을 일으킬 수 있다.
튜브내에서 회전하는 실린더(cylinder)를 구비한, 에멀션(emulsion)의 제조를 위한 장치는 특허 출원 US-A1-2002/0089074에 공지되어 있다. 그 중에서도 특히 상기 장치는 분말형 물질을 분산시키기에 적합함이 부족하다는 단점을 갖는데, 이는 이러한 물질의 도입을 위해 복합 디자인의 펌핑(pumping) 수단이 제공되어야 하기 때문이다.
종래 기술에서부터 시작하여, 본 발명의 목적은 간단하며 개선된 방식으로 물질이 흡입되고 가능한 한 균일하게 액상으로 분배되게 하는 장치를 제안하는 것이다.
이 목적을 달성하는 장치는 청구범위 제 1 항에 제시된다. 선호되는 개선예들이 나머지 청구범위에서 제시된다.
도 1은 본 발명에 따른 장치의 부분-단면 측면도.
도 2는 도 1에 따른 장치의 단면 Ⅱ-Ⅱ를 도시하는 도면.
도 3은 도 1에 따른 장치의 단면 Ⅲ-Ⅲ를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 장치의 유압 선도를 도시하는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 장치의 유압 선도의 다른 변형예를 도시하는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 장치의 다른 실시예의 부분-단면 측면도.
도 7은 도 6에 따른 장치의 유압 선도를 도시하는 도면.
도 8은 도 6에 따른 장치의 유압 선도의 다른 변형예를 도시하는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 장치용 구동 수단의 다른 실시예의 측면도.
도 10은 도 9에 따른 구동 수단의 사시도.
도 11은 도 1에 따른 장치의 단면 Ⅱ-Ⅱ에서 개구부(30', 35', 40')의 다른 변형예를 도시하는 도면.
도 1 및 도 2에서 확인할 수 있듯이, 분산 장치는 원통형 벽(11)에 의해 바람직하게는 측방향으로 인접된 분산 챔버(10 ; chamber)를 포함한다. 분산 챔버(10)는 이에 의해서 액체가 동작될 수 있는 구동 수단(12)을 포함한다. 이 구동 수단은 임펠러(12 ; impeller)로서 형성되는 것이 바람직하다. 임펠러는 허브(13 ; hub)를 포함하며, 이 허브는 회전축(16) 둘레로 회전가능하며 복수의 베인(14 ; vane)들이 장착된다. 회전축(16)이 분산 챔버(10)의 중심(18)에 인접하게 놓이도록, 임펠러(12)는 분산 챔버(10)내에 편심 배치된다. 이러한 배치로 인하여, 베인(14)의 베이스(15 ; base)와 분산 챔버(10)의 벽(11) 사이의 간격은 임펠러(12)의 회전 동안 최소치와 최대치 사이에서 주기적으로 변화한다. 지점들(16, 18)을 관통하는 상기 축은 흡입 효과가 분산 챔버(10)내에서 발생되지도 않으며 펌핑(pumping) 효과도 우세하지 않은, 중립 영역에서 실질적으로 연장한다.
임펠러(12)는 드라이브(미도시)에 의해서 회전될 수 있는 샤프트(19 ; shaft)에 고정된다. 도 1에 도시된 실시예에서, 샤프트(19)는 수직 배치된다. 또한, 예를 들어 샤프트(19)가 수평 배치되도록, 분산 장치를 상이한 위치에 배치하는 것이 가능하다.
분산 챔버(10)는 물질을 분산 챔버(10)내로 도입하기 위한 유입구(30) 및 분산 챔버(10)로부터 생성물을 배출하기 위한 배출구(35)를 포함하는 덮개(29 ; cover)를 최상부에 구비한다. 각각의 물질 유입구(30) 및 배출구(35)는 각각 공급 라인(31, 36)에 연결된다. 상기에서 언급한 바와 같이, 샤프트(19)가 수평 배치되 는 경우, 물질 유입구(30)를 배출구(35)보다 높은 높이에 배치하는 것이 유익하다.
도 2에서 알 수 있듯이, 물질 유입구(30)의 에지들(32, 33) 사이 간격이 회전 방향(17)으로 증가하며 배출구(35)의 에지들(37, 38) 사이 간격이 회전 방향(17)으로 감소되도록, 물질 유입구(30) 및 배출구(35)는 실질적으로 낫 모양(sickle-shaped)이다. 물질 유입구(30)의 내부 에지(32) 및 배출구(35)의 내부 에지(37)는, 그 중심이 임펠러(12)의 회전축(16)상에 위치하는 원에 대략 놓인다. 배출구(35)의 외부 에지(38)는 분산 챔버(10)의 벽(11)과 실질적으로 동심 배치된 원(39)에 놓인다. 물질 유입구(30)의 외부 에지(33)는 실질적으로 원 방식으로 유사하게 형성되며, 원(39) 내부에 놓이도록 배치된다. 작동 동안, 이러한 배치는 액체가 분산 챔버(10)로부터 물질 유입구(30)내로 유입되는 위험 및 공급된 물질이 럼프(lump)를 형성하는 위험을 방지한다.
물질 유입구(30)에 이르는 공급 라인(31)이 원통형이라면, 필요한 경우 공급 라인(31)의 물질 유입구(30)로의 변환은 최적화될 수 있으며, 이는 심각한 와류일지라도 액체가 분산 챔버(10)로부터 물질 유입구(30)로 분배될 수 없도록 하기 위함이다. 이를 위해, 상기 변환은 예컨대 유동 방향에서 볼 때, 물질 유입구의 중간 부분이 그 두 개의 단부들보다 높이 배치되는 램프(ramp)의 형태로, 그 단면의 변환은 급격하지 않다.
또한 도 1에 도시한 것처럼, 분산 챔버(10)의 바닥부는 액체 유입구(40)와 함께 액체를 분산 챔버(10)내로 유입하기 위한 디스크(41 ; disc)를 포함한다. 도 2에서 확인할 수 있듯이, 액체 유입구(40)는 실질적으로 물질 유입구(30)와 배출 구(35) 사이에 배치되며, 물질 유입구(30)는 액체 유입구(40)의 상류에 배치되고 회전 방향(17)에서 볼 때 액체 유입구(40)는 배출구(35)의 상류에 배치된다. 도 2에 도시된 예시에서, 액체 유입구(40)는 실질적으로 원형이다. 보다 명확화를 위해, 도 1에 도시된 액체 유입구(40)의 위치는 도 2에 도시된 위치에 대해 90도 이상 회전된다.
지점들(16, 18)을 통과하는 중립축에 대해 액체 유입구(40)의 위치가 변화될 수 있도록 디스크(41)는 회전가능하게 배치되는 것이 바람직하다. 분산 장치는 또한 액체 유입구(40)를 통해 액체를 분산 챔버(10)내로 운반하기 위한 펌핑 수단(61)을 포함한다.
따라서 지금까지 기술된 분산 장치는 하기와 같이 기능한다:
임펠러(12)는 도 2에 표시된 방향(17)으로 회전되며, 액체는 펌핑 수단(61)에 의해서 액체 유입구(40)를 통해 분산 챔버(10)내로 펌핑된다. 또한 액체는 회전하는 임펠러(12)에 의해 회전되며, 허브(13)로부터 상승되며 분산 챔버(10)의 벽(11)과 실질적으로 동심을 이루는 회전 액체 링(47)을 형성하도록 원심력에 의해서 외부를 향해 구동된다. 도 2에서, 회전 액체의 링(47)과 액체-감소된 내부 영역 간의 변환은 일점 쇄선(39)으로 표시된다. 따라서 이 변환(39)의 위치와 액체 링(47)의 두께는 배출구(35)의 외부 에지(38) 위치에 의해서 실질적으로 결정된다. 이유는 이하에서 설명되는 바와 같이, 내부 영역 내에 위치하는 액체는 펌핑 효과에 의해서 배출구(35)를 통해 운반되기 때문이다.
임펠러(12)의 회전에 의해 그 체적이 주기적으로 증가하거나 감소하는 각각 의 공동구(50 내지 57 ; cavity)가 인접 베인(14)의 베이스(15)와 액체 링(47) 사이에 형성되어, 펌핑 효과를 발생한다. 예를 들어, 도 2에서 도면부호 50의 공동구를 시작점으로 했을 때, 먼저 그 체적은 공동구(51)의 위치를 향해 이동시 증가한다. 이러한 체적 증가는 압력의 감소를 가져오고, 이는 물질이 물질 유입구(30)를 통해서 분산 챔버(10)내로 흡입되는 효과를 가지며, 마지막으로 액체와 함께 습윤되고 혼합된다. 발생된 흡입 효과는 물질이 물질 유입구(30)의 액체와 접하지 않게 하며, 럼프를 형성함으로써 물질 유입구(30)가 막히지 않는 것을 보장한다.
이후 공동구(50)는 그 체적이 거의 변하지 않는 도 2의 도면 부호 52 및 53으로 표시된 공동구들 영역을 통과하고, 흡입 효과와 펌핑 효과 모두 발생하지 않는다. 액체 유입구(40)는 이 중립 구역에 배치된다. 그 체적이 다시 감소되고 거기에 포함된 액체 및 물질을 구성하는 생성물이 배출구(35)를 통해서 배출되도록, 공동구(50)는 후속하여 공동구(54)의 위치를 향해 이동한다. 이후 공동구(50)는 공동구들(55, 56)의 영역내 압축면과 흡입면 사이의 중립 구역을 추가로 통과한다.
유동 상태는 보통 와류이며, 액체내 물질의 미세한 분배가 촉진되도록 분산 챔버(10)는 설계된다.
물질과 액체의 혼합 비율은 디스크(41)를 회전하여 조정될 수 있다. 따라서 시간 단위 당 분산 챔버(10)내로 유동하는 액체의 양이 적당히 조절되도록, 액체 유입구(40)의 위치는 더욱 압축면을 향하거나 더욱 흡입면을 향하여 변위된다.
구동 수단(12)을 회전함으로써, 분산 챔버(10)내 물질은 집중적으로 습윤된다. 결과적으로, 특히 분말 형태의 물질인 경우 럼프 형성 위험은 사실상 제거된 다. 또한 좁은 천공부들 또는 좁은 간극들이 없도록 하기 위해 분산 챔버(10)가 설계될 수 있는 점으로 인하여, 이는 효과적으로 방지된다. 특히, 베인(14)들은 반경 방향으로 변위가능하게 배치될 필요가 없으나, 허브(13)에 고정 연결될 수 있다. 게다가, 작동되는 동안, 흡입 고성능을 동시에 갖춘 고진공(high vacuum)이 발생되고, 이는 실질적으로 어느 정도는 액체 처리량(throughput)과 무관하며, 또한 배출구(35)의 압력과도 무관하다. 이런 식으로, 특히 분말형태의 물질의 경우 액체속으로의 무진 합체(dust-free incorporation)가 보장된다. 발전형(generatable) 흡입 성능은 예컨대 금속을 함유한 분말들과 같은 무거운 분말들도 또한 흡입될 수 있는 충분히 고성능인 것으로 보여진다.
생성된 공동구들은 그 중에서도 액체 자체(도 2에서 1점 쇄선(39))에 의해서 경계지워진 액체-감소형 영역들이다. 그러므로, 가변 작동 체적(working volume)을 생산하기 위해 톱니바퀴(gearwheel)가 피니온(pinion)과 맞물리는 공지된 분산 장치들에서 발생하는 문제들과 같은 밀봉 문제 또는 윤활 문제는 발생하지 않는다.
본원에서 기술되는 분산 장치의 흡입 효과와 펌핑 효과는 워터-링(water-ring) 펌프들과 동일한 방식으로 만들어진다. 그러나, 이러한 펌프들과 틀리게, 본원에 사용된 분산 장치는 최적의 방식으로 액체내의 물질을 흡입, 습윤 그리고 분산하는 기능을 갖는다. 이를 위해서, 분산 장치는 작동되는 동안 링의 액체가 지속적으로 교체되도록 액체 유입구(40)를 구비한다. 대조적으로, 워터-링 펌프들은 작동 유체로서, 작동 챔버내에 영구적으로 잔류되는 물을 함유한다.
분산 장치의 제 1 개선예에서, 배출구(35)는 액체 유입구(40)에 유동적으로 연결되었다. 이는 액체가 분산 챔버(10)를 통해서 반복적으로 안내되도록 한다. 이 재순환에 의해서, 예를 들어 액체내의 물질 농도에 점진적 증가를 제공하고 및/또는 특히 액체내 물질의 균일한 분포를 달성하는 것이 가능하다. 후자의 경우, 물질 유입구(30)는 예컨대 밸브에 의해 폐쇄되는 것이 유익하며, 분산은 분산 챔버(10)를 통해서 반복적으로 실시된다.
또한 도 1에 도시되는 분산 장치의 제 2 개선예에서, 제 2 분산 챔버(60)가 배치된다. 이는 액체 유입구(40)를 경유하여 제 1 분산 챔버(10)에 유동적으로 연결되고, 도 1에 도시된 바와 같이 제 1 분산 챔버(10) 아래에 배치된다. 펌핑 수단 및 액체내의 물질을 특히 정교하게 분배하기 위한 작동 수단으로 작용하는 적어도 하나의 분산 도구(61)가 제 2 분산 챔버(60)내에 배치된다.
분산 도구(61)는 회전자(62)와 고정자(63)를 포함하고, 회전자(62)는 임펠러(12)처럼 동일한 샤프트(19)상에 고정되는 것이 유리하다. 이는 임펠러(12)와 분산 도구(61)를 작동시키기 위해 동일 구동체가 사용되는 것을 허용한다.
도 3은 회전자(62)를 형성하는 2개의 치형 링(62a, 62b)들과, 고정자(63)를 형성하는 2개의 치형 링(63a, 63b)들을 구비한 분산 도구(61)의 예시를 도시한다. 치형 링(62a, 62b, 63a, 63b)들은 그 내부에 함유된 액체와 물질이 통과할 수 있는 슬롯(64 ; slot)들을 구비한다. 치형 링들((62a, 62b, 63a, 63b))의 개수와 구성은 의도되는 응용예에 따라서 선택된다.
분산 도구(61)의 내부 영역은 공급 챔버(70)에 유동적으로 연결된 통로(69)를 구비한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 이 공급 챔버(70)는 분산 도구(61) 아래 에 위치하며, 유입구(71)를 포함한다. 이 분산이 재순환되는 경우, 제 1 분산 챔버(10)의 배출구(35)는 유입구(71)에 연결된다.
분산 장치가 작동될 때, 먼저 액체는 분산 도구(61)에 의해 공급 챔버(70)로부터 흡입되고, 액체 유입구(40)를 경유하여, 이미 상기에서 기술된 바와 같이 액체 링이 형성되는 제 1 분산 챔버(10)내로 펌핑된다. 물질은 물질 유입구(30)를 통해 흡입되며 액체내로 분산된다. 결과적인 분산이 배출구(35)와 유입구(71)를 경유하여 공급 챔버(70)내로 역 수행된다. 슬롯(64)을 통과하면서, 그에 함유된 액체 및 물질은 물질의 개선되고 균일화된 분배를 생성하기 위해 회전자(62)와 고정자(63)에 의해 적절히 가동된다. 소정의 물질 농도에 도달될 때까지 및/또는 충분하게 균일한 분산이 달성될 때까지, 액체는 제 1 분산 챔버(10)와 제 2 분산 챔버(60) 사이를 반복적으로 순환한다.
2개의 분산 챔버(10, 60)를 배치하는 것은, 액체로 물질을 습윤시키는 공정과 분산 도구(61)로 작동하는 것이 각각의 챔버들에서 수행되고, 따라서 2개의 공정은 서로 영향을 미치지 않는다는 장점이 있다. 이런 방식으로, 분말 형태의 물질의 경우에 있어서 럼프 형성 및/또는 원치않는 분진 형성 없는, 특히 균일한 분산이 이뤄진다.
도 4는 분산 장치의 제 3 개선예를 개략적인 형태로 도시한다. 도면 부호 80의 직사각형은 제 1 분산 챔버(10), 구동 수단(12), 및 배치된다면 제 2 분산 챔버(60)와 분산 도구(61)를 포함하는 분산 유니트(unit)를 개략적으로 나타낸다. 따라서, 도면 부호 81은, 제 2 분산 챔버(60)가 배치되지 않는 경우 액체 유입 구(40)를 지시하거나 또는 제 2 분산 챔버(60)가 배치되는 경우 유입구(71)를 지시한다. 분산될 물질을 수용하는 공급 용기(83 ; container)는 라인(84)에 의해 물질 유입구(30)에 연결된다. 가스 및/또는 비-분산 물질을 분리시키는 작용을 하는 용기(86)는 분산 유니트(80)의 배출구(35)를 유입구(81)에 연결하는 재순환 라인(85)에 배치된다. 분리된 가스 또는 분리된 물질을 피드백(feed back)시키기 위해 분리 용기(86)를 공급 용기(83)에 연결하는 복귀 라인(87)은, 도 4에서 파선으로 나타낸 바와 같이, 선택적으로 배치될 수 있다. 유입구(81)에 연결된 공급 라인(88)은 액체를 공급하는 역할을 한다. 재순환 라인(85)을 결합하는 배출 라인(89)은 액체 및 물질로부터 생성된 분산을 배출하는 작용을 한다. 라인들(84, 88, 89)은 각각의 통로를 개방하고 폐쇄할 수 있기 위해서 공지된 방식의 밸브들(90, 91, 92)을 구비한다.
분산 도구(61)가 배치된 경우, 작동될 액체내에 가능한 한 공기가 거의 함유되지 않도록 측정이 이뤄져야 한다. 공기의 과대 비율은 더 이상의 액체가 슬롯(64)들을 통해 치형 링들로 운반되지 못하게 하며, 결과적으로 작동이 방해된다. 물질에 부가하여, 또한 배출구(35)로부터 나가는 액체가 주변 공기를 함유하는 경우, 공기는 분리 용기(86)에서 분리될 수 있으며, 분산 도구(61)의 신뢰가능한 작동이 보장될 수 있다.
또한 주위와의 가스 교환이 방지되도록 폐쇄 시스템으로서 분산 장치를 형성하는 것이 가능하다. 이 경우, 공급 용기(83)와 분리 용기(86)는 폐쇄된 형태를 갖는다.
폐쇄 시스템의 사용은 예컨대, 분산되는 물질이 매우 미세한 분말이며 주위의 원치않는 분말 침전물들이 방지되어야 하는 경우 유익하다. 분말을 분산시키기 어려운 경우 및/또는 분말이 매우 미세한 경우, 분리 용기(86)내 공기는 여전히 비-분산 분말을 함유할 수 있다. 이는 복귀 라인(87)을 경유하여 공급 용기로 피드백될 수 있다.
또한 폐쇄 시스템의 사용은 분말 물질의 분산이 분진 폭발 위험을 수반하는 경우 유익하다. 이 경우, 분산 장치 특히 공급 용기(83) 및 분리 용기(86)내 공기는 불활성 가스 예를 들어 질소로 교체된다. 작동되는 동안, 불활성 가스는 분리 용기(86)에서 분리되고, 복귀 라인(87)을 경유하여 공급 용기(83)로 피드백된다.
도 5는 뱃치 작동(batch operation)을 위한 분산 장치의 변형예를 도시한다. 도 4 및 도 5에서, 유사한 부분들은 유사한 도면 부호들을 갖는다. 도면 부호 82의 직사각형은 액체가 수용되는 용기를 개략적으로 나타낸다. 가스 및/또는 비 분산 물질의 분리가 불필요한 경우, 분리 용기(86)는 또한 생략될 수 있다.
물질을 액체내로 통합하기 위해, 용기는 라인(88')을 경유하여 유입구(81)에 연결되고, 라인들(89', 85')을 경유하여 배출구(35)에 연결된다. 액체는 공급 용기(83)로부터 물질이 추가되는 분산 유니트(80)를 통해, 그리고 소정의 물질 농도 및 균일화에 도달될 때까지 용기(82)를 통해 반복적으로 안내된다. 마지막으로, 이에 따라 생성된 분산은 따라서 용기(82)에 모아지고, 후자는 분산 유니트(80)로부터 분리된다. 따라서, 한정된 분산의 뱃치들은 간단한 방식으로 생성될 수 있다.
의도되는 응용예에 따라서, 액체의 재순환 또는 분산 유니트(80)를 통한 분산이 반드시 필요한 것은 아니다. 분산 유니트(80)는, 예를 들어 액체가 유입구(81)를 통해 연속적으로 공급되며, 물질이 유입구(30)를 통해 분산 유니트(80)내로 공급되고, 액체 및 물질이 함께 혼합되며, 결과적인 분산이 배출구(35)를 경유하여 추가 처리를 위해 공급되는 처리 라인(processing line)내에 배치될 수 있다.
도 6은 액체 유입구(40'')와 배출구(35'')가 상호교환되었으며, 펌핑 효과가 배출구(35'')로부터 배출구(71')까지 생성될 수 있도록 분산 도구(61')가 배치되는 점이 도 1에 도시된 실시예와 본질적으로 다른, 분산 장치의 다른 실시예를 도시한다.
액체 유입구(40'')는 덮개(29)내에 배치되고, 중립 구역 또는 압축면, 즉 중립축이 도 2에 도시된 지점들(16, 18)을 통해 또는 그 좌측으로 연장하는 영역내에 위치한다. 또한 액체 유입구(40'')는 측방향 분산 챔버(10)내로 개방할 수 있도록 분산 챔버(10)의 벽에 배치될 수 있다.
배출구(35'')는 제 1 분산 챔버(10)와 챔버(70') 사이에 위치된 내부 개구부이다. 그 형상과 반경 방향 위치는 제 1 실시예의 배출구(35)를 위해 도 2에 도시된 바와 같이 선택된다.
작동되는 동안, 액체는 액체 유입구(40'')를 통해, 물질이 유입구(30)를 통해 흡입되고 액체내로 분산되도록, 액체 링과 공동구들이 형성되는 분산 챔버(10)내로 안내된다. 분산은 배출구(35'')와 챔버(70')를 경유하여, 분산 도구(61')에 의해 작동되고 마지막으로 배출구(71')를 경유하여 배출되는 제 2 분산 챔버(60') 내로 펌핑된다. 그러므로, 제 2 분산 챔버(60')내의 미세한 분산은 분산이 단일 통과(single pass)로 생성될 수 있도록 제 1 분산 챔버(10)내에서 습윤된 후에 일어난다.
그러나, 도 7에 도시된 바와 같이 또한 재순환이 제공될 수 있다. 액체가 분산 챔버(10)내로 통과할 수 있도록 하기 위해, 예컨대 공급 펌프(feed pump)의 형태로 또는 압력차를 발생시키기 위한 상이한 액체 수위를 제공하는 펌핑 수단(94)이 필요하다. 도면 부호 80'는 제 1 분산 챔버(10)와 구동 수단(12) 및 제공되는 경우 제 2 분산 챔버(60')와 분산 도구(61')를 포함하는 분산 유니트를 개략적으로 나타낸다. 도면 부호 95는 제 2 분산 챔버(60')가 배치되지 않으면 배출구(35'')를 지시하거나, 그렇지 않은 경우 배출구(71')를 지시한다. 다른 도면 부호들은 도 4에 따른 선도와 같은 동일한 의미를 갖는다.
분산이 단일 통과로 생성되면, 도 8에 따른 유압 선도에 도시된 바와 같은 배치로서 충분하다.
본 발명에 따른 분산 장치는 액체상태로 물질을 분산시키기 위한 다양한 방식으로 사용될 수 있다. 물질은 고체, 액체 또는 가스 상태 또는 상이한 상(phase)의 혼합물로서 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 분산 장치는 특히 자유-유동성 고체 물질, 예컨대 분말, 염료, 충진재, 식료품 산업의 물질 및/또는 불용성 물질 일반적으로 예를 들어 금속 분말과 같은 불완전한 수화제(wettable powder)의 분산에 적합하다.
상술로부터 시작하여, 청구범위로 한정된 본 발명의 범주를 벗어나지 않으면 서 당업자에게는 수많은 변형예들이 가능하다. 예를 들어, 하기의 변형예들 또는 확대예들이 가능하다:
- 임펠러의 형태는 분산 챔버내에 발생된 유동에 적합하게 구성된다. 도 9 및 도 10은 베인(93)들이 회전축에 경사지게 배치되는 임펠러(12')의 변형예를 도시한다. 이러한 배치는 분산 챔버(10)내의 특정 와류의 발생을 허용하여 액체내의 물질의 혼합에 유리하다.
- 개구부들(30, 35, 40)의 형상은 도 2에 도시된 형상과 정확하게 동일할 필요는 없다. 도 11은 물질 유입구(30')와 배출구(35')가 낫 모양인 변형예를 도시하고, 각각의 전면 에지(34, 44)는 실질적으로 직선형이다. 액체 유입구(40')는 실질적으로 정사각형이다.
- 또한 적합한 방식으로 증가된 압력 구역 또는 감소된 압력 구역 또는 중립 구역에 배치되는, 복수의 물질 유입구들(30, 30'), 배출구들(35, 35' 35'') 및/또는 액체 유입구들(40, 40', 40'')를 제공하는 것이 가능하다.
- 임펠러(12, 12')의 편심 배치 대신에, 또한 벽(11)을 타원형으로 형성하는 것이 가능하며, 중간에 임펠러(12, 12')를 배치하는 것도 가능하다. 분산 챔버(10)의 이러한 형태는 흡입 효과와 펌핑 효과가 생성되지 않는 4개의 중립 구역과 2개의 구역 즉, 각각 증가된 압력 구역과 감소된 압력 구역을 가져온다.
- 분산 챔버(10)의 벽(11)은 표면이 거칠게 가공되며 및/또는 오목부 및/또는 도출 소자 형태의 부가적인 장애물들을 구비한다. 이런식으로, 와류가 또한 벽(11) 부근에서 발생될 수 있으며, 이에 의해 액체 링(47)내에서의 액체 교환을 촉진한다. 액체 링(47)의 외부 영역에서 증가된 농도가 방지되기 때문에, 이는 무거운 물질의 경우에 특히 유리하다.
- 필요에 따라, 하나의 분산 도구(61, 61') 대신에 그에 함유된 액체와 물질을 적절한 방식으로 작동시킬 수 있도록 하기 위해, 복수의 분산 도구들을 사용하는 것이 필요할 수 있다.

Claims (12)

  1. 하나 이상의 액체 유입구(40, 40', 40''), 하나 이상의 물질 유입구(30, 30'), 및 하나 이상의 배출구(35, 35', 35'')를 갖는 적어도 하나의 분산 챔버(10)를 구비한 액상으로 물질을 분산시키기 위한 장치에 있어서,
    상기 분산 챔버내에 적어도 하나의 구동 수단(12)이 배치되고,
    상기 물질 유입구를 통해서 물질을 흡입하고, 액체로 습윤된 상기 물질을 상기 배출구를 통해 배출하기 위한 목적으로, 가변 체적의 하나 이상의 공동구(50 내지 56)가 상기 액체내에 형성되도록, 상기 구동 수단에 의해서 상기 분산 챔버내의 액체가 작동될 수 있는 것을 특징으로 하는 액상으로 물질을 분산시키기 위한 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 액체 유입구(40, 40', 40'') 또는 상기 배출구(35, 35', 35'') 또는 이 양자 모두에 유동적으로 연결되는 제 2 분산 챔버(60, 60')를 포함하고,
    적어도 하나의 분산 도구(61, 61')를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상으로 물질을 분산시키기 위한 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 분산 도구(61, 61')는 회전자(62)와 고정자(63)를 포함하는 것을 특징 으로 하는 액상으로 물질을 분산시키기 위한 장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 분산 도구(61, 61')와 상기 구동 수단(12)은 동일 샤프트(19)에 배치되는 것을 특징으로 액상으로 물질을 분산시키기 위한 장치.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 구동 수단은 액체가 회전형 임펠러(12, 12' ; impeller)의 회전 동안, 링의 형태로, 각각 가변 체적의 복수의 공동구들(50 내지 56)이 그 내부에 형성되는 분산 챔버(10)내에 축적되도록 구성되는 회전형 임펠러(12, 12')를 포함하는 것을 특징으로 하는 액상으로 물질을 분산시키기 위한 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 임펠러(12, 12')는 상기 분산 챔버(10)내에 편심 배치되는 것을 특징으로 하는 액상으로 물질을 분산시키기 위한 장치.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서,
    상기 임펠러(12')는 상기 임펠러의 회전축에 경사지게 배치되는 베인(93 ; vane)들을 포함하는 것을 특징으로 하는 액상으로 물질을 분산시키기 위한 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출구(35, 35', 35'') 또는 상기 물질 유입구(30, 30') 또는 이 양자 모두는 실질적으로 낫 모양(sickle-shaped)인 것을 특징으로 하는 액상으로 물질을 분산시키기 위한 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 유입구(40, 40', 40'')를 통해 상기 분산 챔버(10)내로 액체를 펌핑(pumping)하기 위한 펌핑 수단(61, 94)을 포함하는 것을 특징으로 하는 액상으로 물질을 분산시키기 위한 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출구(35, 35', 35'')는 가스 및/또는 물질의 분리를 위해서 용기(86)에 연결되는 것을 특징으로 하는 액상으로 물질을 분산시키기 위한 장치.
  11. 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 액체 유입구(40, 40')의 위치는 물질과 액체의 혼합 비율을 조정하기 위해 가변적으로 배치되는 것을 특징으로 하는 액상으로 물질을 분산시키기 위한 장치.
  12. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 배출구(35, 35', 35'')는 원(39)상에 실질적으로 위치하는 외부 에지(38)를 포함하고,
    상기 물질 유입구(30, 30') 는 이 원내에 배치되는 것을 특징으로 하는 액상으로 물질을 분산시키기 위한 장치.
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