KR20120064647A - A device for a continuous dispersion by a strong shearing - Google Patents
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Abstract
본 발명의 목적은, 모든 원료에 전단력을 확실하게 부여함으로써, 효율적이며 연속적으로 원료를 분산할 수 있는 분산 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 전단식 분산 장치는, 서로 대향하는 제 1 로터(1)와 제 2 로터(2)를 포함한다. 상기 원료는 상기 로터의 외주 방향으로 제 1 및 제 2 로터 사이를 통과하여 분산된다. 상기 장치는, 제 1 로터(1)를 제 1 방향(R1)으로 회전시키는 제 1 회전 수단(8)과, 제 2 로터(2)를 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향(R2)으로 회전시키는 제 2 회전 수단(9)을 구비한다. 제 1 로터 또는 제 2 로터의 회전 중심에 상기 원료가 공급되는 원료 배출구(20)가 설치되어 있다.An object of the present invention is to provide a dispersing apparatus capable of dispersing raw materials efficiently and continuously by reliably applying shear force to all raw materials.
The shear dispersing device according to the invention comprises a first rotor 1 and a second rotor 2 facing each other. The raw material is dispersed between the first and second rotors in the circumferential direction of the rotor. The apparatus comprises a first rotating means (8) for rotating the first rotor (1) in a first direction (R1) and a second rotor (2) in a second direction (R2) opposite to the first direction. A second rotating means 9 for rotating is provided. The raw material outlet 20 through which the said raw material is supplied is provided in the rotation center of a 1st rotor or a 2nd rotor.
Description
본 발명은, 연속적이며 효과적으로 복수의 액체 또는 슬러리(분말상의 물질과 액체의 혼합물) 중의 분말상의 물질을 분산하는 장치에 관한 것이다.The present invention relates to an apparatus for continuously and effectively dispersing powdery substances in a plurality of liquids or slurries (a mixture of powdery substances and liquids).
복수의 액체 또는 슬러리(slurry) 중의 분말상(powdery)의 물질을 균일하게 연속적으로 분산하는 장치가 공지되어 있다. 상기 장치에서는, 고속 회전하는 원형의 로터와, 회전하지 않는 고정자(stator) 사이의 좁은 공간을 복수의 액체 또는 슬러리가 통과한다. 따라서, 고속 회전에 의해 발생하는 높은 원심력과 전단력에 의해, 복수의 액체 또는 슬러리 중의 분말상의 물질이 균일하게 연속적으로 분산된다(예를 들면, 일본국 공개특허공보 제2000-153167호의 도 1 참조). 여기서, "분산"이란, 슬러리 중의 분말상의 물질을 균일하게 분산하거나, 또는 복수의 액체를 균일하게 혼합하는 것을 의미한다.Devices are known for uniformly and continuously dispersing powdery material in a plurality of liquids or slurries. In the apparatus, a plurality of liquids or slurries pass through a narrow space between a circular rotor that rotates at high speed and a stator that does not rotate. Therefore, by the high centrifugal force and the shear force generated by the high speed rotation, the powdery substance in the plurality of liquids or slurries is uniformly and continuously dispersed (for example, see FIG. 1 of Japanese Patent Laid-Open No. 2000-153167). . Here, "dispersion" means disperse | distributing the powdery substance in a slurry uniformly, or mixing a some liquid uniformly.
그렇지만, 회전하지 않는 고정자의 표면 위의 원료의 유속은 제로이기 때문에, 고정자 표면 근방의 원료에는 전단 에너지가 부여되기 어렵다. 따라서, 종래 장치는 분산 효율이 저하된다는 결점이 있었다.However, since the flow velocity of the raw material on the surface of the stator that does not rotate is zero, shear energy is hardly applied to the raw material near the stator surface. Therefore, the conventional apparatus has the drawback that a dispersion efficiency falls.
또한, 전단력에 의해 원료가 좁은 영역에서는 분산되지만, 전체적으로는 분산 상태가 상이한 부분이 편재하게 된다. 따라서, 균일한 혼합물을 얻기 위해서는, 넓은 영역에서 원료를 재혼합할 필요가 있었다. 이 때문에, 후속 공정에 배치(batch)식 분산 장치를 설치할 필요가 있었다.In addition, although a raw material is disperse | distributed in a narrow area | region by shear force, the part from which a dispersion state differs as a whole becomes ubiquitous. Therefore, in order to obtain a uniform mixture, it was necessary to remix the raw materials in a wide area. For this reason, it was necessary to provide a batch type dispersion apparatus in a subsequent process.
1회의 처리로는 목적하는 분산 상태에 이르지 않는 경우는, 원료를 순환시키거나, 복수의 분산 장치를 연속적으로 접속하여, 반복 분산을 행할 필요도 있다. 따라서, 추가적인 순환 시스템이나 복수의 분산 장치를 설치하는데 드는 비용과 면적 또는 처리 시간이 증가한다는 문제가 있었다.In one process, when it does not reach the target dispersion state, it is also necessary to circulate a raw material, or to connect plural dispersion apparatuses continuously, and to perform repeated dispersion. Therefore, there is a problem in that the cost, area, or processing time of installing an additional circulation system or a plurality of dispersing devices increases.
본 발명은, 상기의 문제를 감안하여 이루어진 것이다. 따라서, 본 발명의 하나의 목적은, 모든 원료에 전단력을 확실하게 부여함으로써, 또한 전단력에 의한 좁은 영역에서의 분산력과 넓은 영역에서의 분산력 모두를 장치에 조합함으로써, 효율적이며 연속적으로 원료를 분산할 수 있는 분산 장치를 제공하는 것이다.This invention is made | formed in view of said problem. Therefore, one object of the present invention is to distribute raw materials efficiently and continuously by reliably applying shear force to all raw materials and by combining both the dispersing force in a narrow region and the dispersing force in a large region by the shear force in the apparatus. It is to provide a distributed device that can.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 양태의 전단식 분산 장치는, 예를 들어 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 서로 대향하는 제 1 로터(1)와 제 2 로터(2)를 포함한다. 원료는 로터의 외주(外周) 방향으로 로터(1, 2) 사이를 통과하여 분산된다. 상기 장치는, 제 1 로터(1)를 제 1 방향(R1)으로 회전시키는 제 1 회전 수단(8)과, 제 2 로터(2)를 제 1 방향(R1)과는 반대인 제 2 방향(R2)으로 회전시키는 제 2 회전 수단(9)을 포함한다. 원료를 공급하는 원료 배출구(20)가 제 1 로터(1) 또는 제 2 로터(2)의 회전 중심에 설치되어 있다.In order to achieve the above object, the shear dispersing device of the first aspect of the present invention is, for example, as shown in Figs. 1 and 2, the
이와 같이 구성하면, 제 1 로터(1)와 제 2 로터(2)가 반대 방향으로 회전한다. 따라서, 모든 원료에 전단 에너지가 확실하게 부여된다. 따라서, 효과적이며 연속적으로 재료를 분산하는 분산 장치를 얻을 수 있다.With this configuration, the
상기 제 1 양태의 전단식 분산 장치에 있어서, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 원료 배출구(20)의 외측에, 제 1 로터(1)의 평면(21; flat surface)과 제 2 로터(2)의 평면(31)에 의해 공간(3)이 형성되어 있다. 상기 공간(3)의 외측에, 제 1 로터(1)와 제 2 로터(2) 사이의 간격이 공간(3)보다 넓은 버퍼부(6)가 형성되어 있다. 버퍼부(6) 외측의 제 2 로터(2)에 외주측면(32)이 형성되어 있다. 상기 외주측면(32)에 의해 제 1 로터(1)와 제 2 로터(2) 사이의 간격이 버퍼부(6)보다 좁아진다. 이것이 본 발명의 제 2 양태이다.In the shear dispersing device of the first aspect, for example, as shown in FIG. 1, the
이와 같이 구성하면, 공간이 전단력에 의한 좁은 영역에서의 분산력을 가지며, 버퍼부가 넓은 영역에서의 분산력을 가진다. 따라서, 효과적이며 연속적으로 재료를 분산하는 전단식 분산 장치를 얻을 수 있다.In this configuration, the space has a dispersing force in a narrow region due to shear force, and the buffer portion has a dispersing force in a large region. Therefore, it is possible to obtain a shear type dispersing device which effectively and continuously disperses the material.
상기 제 2 양태의 전단식 분산 장치에 있어서, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 외주측면(32)이, 제 1 로터(1)의 회전축(8)과 평행하거나, 혹은 회전 중심에 대해 경사지도록 배치되어 있다. 이것이 본 발명의 제 3 양태이다.In the shear dispersing device of the second aspect, for example, as shown in FIG. 1, the outer
이와 같이 구성하면, 외주측면(32)이 제 1 로터의 회전축과 평행하거나, 혹은 회전 중심에 대해 경사지도록 배치되므로, 버퍼부의 용량을 초과하는 양의 원료가 유입되지 않는 한, 버퍼부로부터 원료가 유출되지 않는다. 따라서, 원료는 버퍼부에 축적된다. 따라서, 버퍼부에 축적되어 있는 원료를 향해, 공간으로부터 추가적인 원료가 고속으로 유입되어 서로 격렬하게 혼합되므로, 원료가 버퍼부에서 균일하게 분산된다.In this configuration, since the outer
제 2 또는 제 3 양태의 전단식 분산 장치에 있어서, 예를 들어 도 4에 도시한 바와 같이, 외주측면(32)의 선단(先端)이, 회전 중심을 향해 연장된 돌기부(62; overhang)로서 형성되어 있다. 이것이 본 발명의 제 4 양태이다.In the shear dispersing device of the second or third aspect, for example, as shown in FIG. 4, the front end of the outer
이와 같이 구성하면, 외주측면(32)의 선단이, 회전 중심을 향해 연장된 돌기부로서 형성되어 있기 때문에, 버퍼부의 용량을 초과하는 양의 원료가 유입되지 않는 한, 버퍼부로부터 원료가 유출되지 않는다. 따라서, 원료가 버퍼부에 축적된다. 버퍼부에 축적되어 있는 원료를 향해, 공간으로부터 추가적인 원료가 고속으로 유입되어 서로 격렬하게 혼합되므로, 원료가 버퍼부에서 균일하게 분산된다.In this configuration, since the tip of the outer
제 2 또는 제 3 양태의 전단식 분산 장치에 있어서, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 공간(3)이, 원료를 공급하는 원료 배출구(20)에 인접하여 배치된다. 이것이 본 발명의 제 5 양태이다.In the shear type dispersing apparatus of a 2nd or 3rd aspect, as shown, for example in FIG. 1, the
이와 같이 구성하면, 공간 내의 원료에 제 1 및 제 2 로터의 회전에 의한 원심력이 가해진다. 따라서, 원료가 외측으로 흐름에 따라, 유속이 증가한다. 또한, 그 내측에는 음압(negative pressure)이 발생된다. 따라서, 추가적인 원료가 원료 배출구를 통해 공간으로 흡인된다.If comprised in this way, the centrifugal force by rotation of a 1st and 2nd rotor will be applied to the raw material in space. Therefore, as the raw material flows outward, the flow rate increases. In addition, negative pressure is generated inside. Thus, additional raw material is drawn into the space through the raw material outlet.
제 2 또는 제 3 양태의 전단식 분산 장치에 있어서, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 버퍼부(6)의 외측에, 제 1 로터(1)의 평면(23)과 제 2 로터(2)의 평면(33)에 의해, 제 2 공간(4)이 형성되어 있다. 상기 제 2 공간(4)에서의 제 1 및 제 2 로터 사이의 간격은 공간(3)의 간격 이하이다. 제 2 공간(4)의 외측에 제 2 버퍼부(7)가 형성되어 있다. 상기 제 2 버퍼부(7)에서의 제 1 및 제 2 로터(1, 2) 사이의 간격은 제 2 공간(4)의 간격보다 크다. 제 2 버퍼부(7) 외측의 제 1 로터(1)에 제 2 외주측면(24)이 형성되어 있다. 상기 제 2 외주측면(24)에 의해 제 1 및 제 2 로터(1, 2) 사이의 간격이 제 2 버퍼부(7)의 간격보다 좁아진다. 이것이 본 발명의 제 6 양태이다.In the shear dispersing device of the second or third aspect, for example, as shown in FIG. 1, the
이와 같이 구성하면, 공간 및 버퍼부에 추가하여, 제 2 공간은 전단력에 의한 좁은 영역에서의 원료의 분산력을 가진다. 제 2 버퍼부는 넓은 영역에서의 원료의 분산력을 가진다. 따라서, 효과적이고, 연속적이며, 반복적으로 원료를 분산하는 분산 장치를 얻을 수 있다.When comprised in this way, in addition to a space and a buffer part, a 2nd space has the dispersion force of the raw material in a narrow area | region by shear force. The second buffer portion has a dispersing force of the raw material in a wide area. Therefore, it is possible to obtain a dispersing device that effectively, continuously and repeatedly disperses raw materials.
제 6 양태의 전단식 분산 장치에 있어서, 예를 들어 도 1에 도시한 바와 같이, 버퍼부(6)는 제 1 로터(1)를 움푹 들어가게 하여 형성된다. 외주측면(32)은 제 2 로터(2)에 형성된다. 제 2 버퍼부(7)는 제 2 로터(2)를 움푹 들어가게 하여 형성된다. 제 2 외주측면(24)은 제 1 로터(1)에 형성된다. 이것이 본 발명의 제 7 양태이다.In the shear dispersing device of the sixth aspect, for example, as shown in FIG. 1, the
이와 같이 구성하면, 공간, 버퍼부, 외주측면, 제 2 공간, 제 2 버퍼부 및 제 2 외주측면 모두가 제 1 및 제 2 로터를 움푹 들어가게 함으로써 형성되어 맞물물린다. 따라서, 전단력에 의한 좁은 영역에서의 분산과 넓은 영역에서의 혼합을 교대로 효과적으로 수행하여 재료가 균일해지도록 하는 분산 장치의 제조가 용이해진다.In this configuration, the space, the buffer portion, the outer circumferential side, the second space, the second buffer portion, and the second outer circumferential side are all formed and interlocked by recessing the first and second rotors. Therefore, it becomes easy to manufacture a dispersing apparatus in which dispersion in a narrow region by a shear force and mixing in a wide region are effectively performed alternately to make the material uniform.
본 발명은, 모든 원료에 전단 에너지를 효과적으로 부여함으로써 효과적이며 연속적으로 원료를 분산하는 전단식 분산 장치를 제공한다. 상기 장치는, 서로 대향하는 제 1 로터와 제 2 로터를 포함한다. 상기 원료는, 로터의 외주 방향으로 2개의 로터 사이를 통과하여 분산된다. 상기 장치는, 제 1 로터를 제 1 방향으로 회전시키는 제 1 회전 수단과, 제 2 로터를 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향으로 회전시키는 제 2 회전 수단을 구비한다. 제 1 로터의 회전 중심에는 상기 원료가 공급되는 원료 배출구가 설치되어 있다.The present invention provides a shear type dispersing apparatus which effectively and continuously disperses raw materials by effectively applying shear energy to all raw materials. The apparatus includes a first rotor and a second rotor facing each other. The raw material is dispersed between two rotors in the circumferential direction of the rotor. The apparatus includes first rotating means for rotating the first rotor in a first direction, and second rotating means for rotating the second rotor in a second direction opposite to the first direction. At the rotation center of the first rotor, a raw material outlet through which the raw material is supplied is provided.
상기 원료 배출구의 외측에, 제 1 로터의 평면과 제 2 로터의 평면에 의해 공간이 형성되어 있다. 상기 공간의 외측에, 제 1 및 제 2 로터 사이의 간격이 공간보다 넓은 버퍼부가 형성되어 있다. 상기 버퍼부의 외측에서, 제 1 로터 또는 제 2 로터 또는 제 1 로터 및 제 2 로터 모두에 외주측면이 형성된다. 상기 외주측면에 의해 상기 제 1 및 제 2 로터 사이의 간격이 상기 버퍼부보다 좁아진다. 따라서, 전단력에 의해 좁은 영역에서 원료를 분산하는 기능이 발생한 후에, 넓은 영역에서 원료를 혼합하여 재료를 균일하게 하는 기능이 발생한다. 이들 기능들을 조합하여 원료를 효과적으로 분산한다.Outside the said raw material discharge port, the space is formed by the plane of a 1st rotor and the plane of a 2nd rotor. On the outside of the space, a buffer portion in which a distance between the first and second rotors is wider than the space is formed. On the outside of the buffer portion, an outer circumferential side surface is formed on the first rotor or the second rotor or both the first rotor and the second rotor. The outer peripheral side makes the gap between the first and second rotors narrower than the buffer portion. Therefore, after the function of dispersing the raw material in the narrow region by the shear force occurs, the function of mixing the raw materials in the wide region to make the material uniform occurs. These functions are combined to effectively disperse the raw materials.
본 출원은, 일본에서 2009년 9월 28일자로 출원된 특허출원 제2009-222997호에 근거하고 있으며, 그 내용은 본 출원에 참조로서 포함된다.This application is based on patent application 2009-222997 for which it applied in Japan on September 28, 2009, The content is integrated in this application as a reference.
또한, 본 발명은 이하의 상세한 설명에 의해 더욱 완전하게 이해할 수 있을 것이다. 그러나, 상세한 설명 및 특정 실시형태는, 본 발명의 바람직한 실시형태일 뿐이며, 설명의 목적을 위해서만 기재되어 있는 것이다. 이 상세한 설명에 기초하여, 다양한 변경, 개변(改變)이 당업자에게 있어서 자명하다.In addition, the present invention will be more fully understood by the following detailed description. However, detailed description and specific embodiment are only preferable embodiment of this invention, and are described only for the purpose of description. Based on this detailed description, various changes and modifications are apparent to those skilled in the art.
본 출원인은, 기재된 실시형태의 어느 것도 공중에 헌상하려는 의도는 없다. 개시된 개변, 대체안 중, 특허청구범위 내에 문언상 포함되지 않을 수도 있는 것도, 균등론하에서의 발명의 일부로 한다.Applicant has no intention of offering any of the described embodiments to the public. Any of the disclosed modifications and alternatives, which may not be included in the claims within the claims, are part of the invention under the equivalent theory.
본 명세서 및 청구범위의 기재에 있어서, 명사 및 동일한 지시어의 사용은, 특별히 지시하지 않는 한 또는 문맥에 의해서 명료하게 부정되지 않는 한, 단수 및 복수 모두를 포함하는 것으로 해석해야 한다. 본 명세서 중에서 제공된 모든 예시 또는 예시적인 용어(예를 들면, 「등」)의 사용도, 단지 본 발명을 설명하기 용이하게 하고자 하는 의도에 지나지 않으며, 특히 청구범위에 기재하지 않는 한 본 발명의 범위에 제한을 가하는 것은 아니다.In the description of the present specification and claims, the use of nouns and the same directives should be interpreted as including both the singular and the plural unless specifically indicated otherwise or unless clearly indicated by the context. The use of all illustrative or exemplary terms (eg, "etc.") provided herein is only intended to facilitate describing the present invention, and the scope of the present invention unless specifically stated in the claims. It does not impose any restrictions on.
도 1은 2개의 로터가 배열된 상태의 단면 개략도이다.
도 2는 분산 장치 주요부의 단면 개략도이다.
도 3은 본 발명의 장치 및 종래 장치의, 단면 유속 분포의 모식도이다.
도 4는 버퍼부의 용량이 증가된 실시예의 구조도이다.1 is a schematic cross-sectional view of two rotors arranged.
2 is a schematic cross-sectional view of a main part of a dispersion apparatus.
3 is a schematic diagram of a cross-sectional flow velocity distribution of the apparatus of the present invention and a conventional apparatus.
4 is a structural diagram of an embodiment in which the capacity of the buffer unit is increased.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최선의 형태를 설명한다. 도면 중, 동일 또는 대응하는 요소 등에는 동일한 부호를 부여하여, 중복되는 설명은 생략한다. 본 발명은, 복수의 원료를 균일하게 분산하는 장치에 관한 것이다. 상기 장치에 있어서, 서로 역방향으로 고속 회전하는 2개의 로터가 배열되어 있다. 원심력에 의해 원료가 상기 로터들에 의해 형성된 좁은 공간을 통과한다. 도 1에 도시한 바와 같이, 2개의 오목한 로터(1, 2)가 수직 방향으로 서로 대향하도록 동일한 회전축 상에 배열되어 있다. 각각의 오목부와 볼록부를 매칭함으로써, 좁은 공간(3, 4, 5) 및 넓은 공간(6, 7)이 교대로 형성된다. 여기서, 높은 전단력을 발생시키는 좁은 공간(3, 4, 5)을 전단력 발생부라고 한다. 넓은 영역 내에서 원료를 혼합시키는 넓은 공간(6, 7)을 버퍼부라고 한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 로터(1, 2)는 각각 중공의 회전 샤프트(8, 9)에 접속된다. 상기 회전 샤프트(8, 9)는, 베어링(15)을 통해 베어링 케이스(16)에 의해 지지된다. 상기 케이스(16)는 강고하게 고정된다(케이스의 고정 방법은 미도시). 상기 회전 샤프트(8, 9)는 벨트, 체인, 또는 기어를 통해 전동기(미도시)에 의해 각각 구동되어, 반대 방향으로 회전한다. 시계 방향 회전은 원료 공급구(12, 14)에서 봤을 때로 가정한다. 샤프트의 회전 속도는, 원료의 종류, 목표로 하는 분산의 정도 등에 따라, 임의로 선택된다. 원료 공급구(12, 14)에 공급된 원료는, 중공의 회전 샤프트의 중공부를 통과하여 로터(1, 2)의 회전 중심에 배치된 원료 배출구(20)를 통해 2개의 로터 사이로 공급된다. 본 실시형태에서, 중공의 회전 샤프트(9)의 원료 배출구는 원료가 재유입 및 재유출되는 것을 방지하도록 플러그(10)에 의해 폐쇄되어 있다.EMBODIMENT OF THE INVENTION Hereinafter, the best form for implementing this invention is demonstrated. In the drawings, the same or corresponding elements are denoted by the same reference numerals, and redundant descriptions are omitted. The present invention relates to an apparatus for uniformly dispersing a plurality of raw materials. In the above apparatus, two rotors which rotate at high speed in opposite directions to each other are arranged. By centrifugal force, the raw material passes through the narrow space formed by the rotors. As shown in Fig. 1, two
도 1의 분산장치에 있어서, 로터(1, 2)의 외경(D)은 각각 200㎜이며, 높이(h1, h2)는 각각 55㎜ 및 15㎜이다. 전단력 발생부(3, 4, 5)의 틈새는 0.05㎜ 내지 2㎜로 조정 가능한데, 이와 동일할 필요는 없다. 이는 로터(1, 2)의 형상 및 치수, 및 설계 의도에 따라, 임의로 변경된다. 예를 들어, 전단력 발생부(3)에서 시작하여, 전단력 발생부(4), 전단력 발생부(5)의 순서로 틈새가 점차 감소한다. 이와 같이 함으로써, 원료 내 응집 입자를 순차적으로 세밀한 입자로 분해하여, 균일하게 분산한다. 버퍼부(6, 7)의 외주측면(32, 24)의 각도(α, β)는 각각 50도 및 70도이다. 그러나, 이 값으로 한정되는 것은 아니다. 로터(1, 2)의 형상 및 치수에 따라, 예각 혹은 직각으로, 즉 회전 중심을 향하는 방향(중공의 회전 샤프트(8, 9)를 향하는 방향)으로 경사지거나, 혹은 중공의 회전 샤프트(8, 9)에 평행하도록, 임의로 선택된다. 본 분산장치에 있어서, 회전 속도는 인버터 제어에 의해 0 내지 1720rpm으로 조정된다. 이는, 전동기, 풀리, 기어 등을 선택함으로써 임의로 변경된다.In the dispersion apparatus of FIG. 1, the outer diameters D of the
여기서, 도 1을 참조하여, 전단력 발생부(3, 4, 5)와 버퍼부(6, 7)의 구조를 설명한다. 하부 로터(2)와 대향하는 상부 로터(1)의 표면은, 원료 배출구(20)의 외측에 있어서 회전축에 수직인 평면(21)으로서 형성되어 있다. 평면(21)의 외측에 내주측면(22)과, 평면(23)과, 외주측면(24)에 의해 오목부가 형성되어 있다. 평면(23)은 평면(21)에 평행하다. 외주측면(24)은, 하부 로터(2)측을 향해 평면(21)을 넘어 연장되어 있다. 또한, 그 선단에는 평면(21)에 평행한 평면(25)이 형성되어 있다. 상부 로터(1)와 대향하는 하부 로터(2)의 표면에는, 평면(21)과 평행으로 대향하는 평면(31)이 형성되어 있다. 평면(31)은 외주측을 향해 내주측면(22)을 넘어 연장되어 있다. 외주측면(32)은 평면(31)으로부터 상부 로터(1)를 향해 형성되어 있다. 외주측면(32)의 선단으로부터, 평면(23)에 평행한 평면(33)이 형성되어 있다. 평면(33)은, 내주측면(34)과, 평면(25)에 평행으로 대향하는 평면(35)에 의해 오목부를 형성한다. 내주측면(34)은 외주측면(24)의 내측에 위치한다.Here, with reference to FIG. 1, the structure of the shear
상술한 바와 같이, 표면을 가지는 상부 로터(1)와 하부 로터(2)를 배열함으로써, 평면(21)과 평면(31)에 의해 전단력 발생부(3)가 형성된다. 전단력 발생부(4)는 평면(23)과 평면(33)에 의해 형성된다. 전단력 발생부(5)는 평면(25)과 평면(35)에 의해 형성된다. 상기 버퍼부(6)는, 내주측면(22)과, 평면(23)과, 외주측면(32)과, 평면(31)으로 둘러싸인 영역으로서 형성된다. 상기 버퍼부(7)는, 내주측면(34)과, 평면(23)과, 외주측면(24)과, 평면(35)으로 둘러싸인 영역으로서 형성된다. 외주측면(24)은, 하부 로터(2)를 향해 평면(21)을 넘어 연장되어, 버퍼부(7)를 형성한다. 따라서, 버퍼부(7)의 용량이 커져, 넓은 영역에서의 분산에 의해 원료가 균일해진다.As described above, by arranging the
상기 실시형태에서는, 외주측면(24)이 하부 로터(2)를 향해 평면(21)을 넘어 연장되는 것으로서 설명하였지만, 외주측면(24)은 평면(21)과 동일한 위치까지 연장될 수도 있다. 즉, 평면(21)과 평면(25)이 동일 평면상에 배치될 수도 있다. 이와 같은 구조에 있어서, 상부 로터(1) 상에 하나의 오목부를 형성하고, 하부 로터(2) 상에 하나의 돌기(외주측면(32)과, 평면(33)과, 내주측면(34)으로 둘러싸인 부분)를 형성함으로써, 3개의 전단력 발생부(3, 4, 5)와 2개의 버퍼부(6, 7)가 형성될 수 있다. 따라서, 전단력에 의한 좁은 영역에서의 분산과, 넓은 영역에서의 혼합을 교대로 연속적으로 행하여 재료를 균일하게 하는 분산 장치의 제조가 용이해진다. 또한, 외주측면(24)은 평면(21)을 넘어 연장되지 않아도 된다.In the above embodiment, the outer
평면(21, 23, 25, 31, 33, 35)은, 회전축에 수직이며, 서로 평행인 것으로 설명하였지만, 이와 같이 배열되지 않아도 된다. 또한, 전단력 발생부(3, 4, 5)를 형성하는 평면들도 서로 평행이 아니어도 된다. 전단력 발생부(3, 4, 5)의 틈새가 외주측을 향해 좁아지도록 함으로써, 원료 내 응집 입자가 순차적으로 세밀한 입자로 분해된다.The
버퍼부(6, 7)는, 액(liquids)을 축적하는 영역이다. 이들 영역은 전단력 발생부(3, 4)에서 좁은 영역에서 분산 처리된 원료를 혼합하기 위해 큰 용량을 가진다. 이러한 목적으로, 예를 들어, 버퍼부(6)를 형성하는 평면(31)의 반경(L1; radius)은, 평면(21)과 대향하며 전단력 발생부(3)를 형성하는 평면의 반경(L2)의 적어도 절반이며, 통상은 1배 이상이다. 버퍼부(6)의 높이(전단력 발생부(3)의 틈새와 내주측면(22)의 높이의 합)는, 전단력 발생부(3)의 틈새의 높이의 적어도 3배, 통상은 5배 이상이다.The
도 1에 있어서, 원료의 흐름을 화살표로 나타내고 있다. 편의상, 하나의 화살표만 도시하고 있지만, 로터(1, 2)에 의해 형성되는 영역 전체에서 유사한 흐름이 발생한다. 여기서, 다시 도 2를 참조한다. 로터(1, 2)가 회전하고 있는 상태에서, 중공의 회전 샤프트(8)에 접속되며 회전을 정지하는 스토퍼(미도시)가 구비된 회전 조인트(11)에, 원료 공급구(12)를 통해 원료가 공급된다. 원료는 원료 배출구(20)를 통해, 로터(1, 2) 사이의 공간으로 공급된다. 원료는 모두 제 1 로터(1) 및 제 2 로터(2)에 의해 형성되는 전단력 발생부(3), 버퍼부(6), 전단력 발생부(4), 버퍼부(7), 전단력 발생부(5)를 통해, 원심력의 방향으로 흐른다. 원료는 원료를 배출하는 원료 배출부(13)로터 배출된다. 원료 배출부(13)는 로터의 외주측에 배치되어 있다. 원료가 원심력에 의해 외주를 향하는 방향으로 흐르기 때문에, 유속이 증가한다. 원료 배출구(20)의 압력은 음압(negative pressure)이 된다. 따라서, 원료 배출구(20)로부터의 원료의 흐름이 증가한다.In FIG. 1, the flow of a raw material is shown by the arrow. For convenience, only one arrow is shown, but similar flow occurs throughout the area formed by the
중공의 회전 샤프트(9)의 배출구로부터 플러그(10)를 제거하여, 원료 공급구(14)로부터 다른 원료를 공급할 수도 있다. 따라서, 원료 공급구(12)로부터의 원료와 원료 공급구(14)로부터의 원료가 혼합될 수 있다. 그러나, 이 경우, 원료 배출구(20)에서의 음압이, 통상 원료를 중공의 회전 샤프트(9)의 전체 길이를 따른 높이만큼 흡인할 수 있을 정도로 크지는 않기 때문에, 로터 및 중공 샤프트의 중심축을 수평으로 하거나, 또는 원료용 펌프를 설치해야만 한다.The
본 분산장치에 있어서, 2개의 회전 샤프트는 별개의 전동기로 구동되는 것으로 기재되어 있다. 그러나, 기어 등으로 동력을 분배하는 경우, 1대의 전동기로 구동할 수도 있다. 이러한 전동기, 벨트, 체인, 기어 등은 중공의 회전 샤프트(8, 9)의 회전 수단을 구성한다.In the present dispersing device, the two rotating shafts are described as being driven by separate electric motors. However, when distributing power by a gear or the like, it can also be driven by one electric motor. Such electric motors, belts, chains, gears, etc. constitute the rotating means of the hollow rotating
원료의 분산 공정에 대하여, 도 1을 이용하여 설명한다. 우선, 원료는, 전단력 발생부(3)를 통과할 때에 높은 전단력을 받는다. 따라서, 유화 혹은 응집 입자의 분해가 수행된다. 2개의 로터(1, 2)가 동일한 속도로 회전하면, A-A선 및 B부의 원료의 속도 분포는 도 3(a)에 도시한 바와 같이 된다. 속도 제로 부분은 존재하지 않는다. 한편, 로터(1, 2) 중 하나가 고정된 종래의 시스템에서는, 고정 로터를 하부 로터(2)로 가정하면, 속도 분포가 도 3(b)에 도시한 바와 같이 된다. 하부 로터(2)의 표면에서의 속도는 회전 방향, 및 원심력에 의한 방향과 동일한 반경 방향에서 제로가 된다. 따라서, 하부 로터(2) 표면 근방의 원료는 분산되기 어렵다. 본 발명의 장치에서는, 회전 방향의 속도가 제로가 되는 2개의 로터(1, 2) 사이의 중심 위치에서도, 원심력에 의해 발생한 이동으로 인해 반경 방향의 속도는 제로가 아니다. 즉, 중심 위치에 인접한 양측에서 원심력에 의한 이동이 외측 방향과 동일한 방향이다. 따라서, 중심 위치에서의 원료는 이러한 이동에 의한 전단력(점성)에 의해 외측 방향으로 끌려간다. 속도 제로가 되는 부분이 존재하지 않기 때문에, 모든 원료에 확실하게 전단력이 부여된다. 따라서, 분산 효과가 얻어진다. 상세하게는, 도 3(a)의 A-A선을 따라 도시한 바와 같이, 2개의 로터 사이의 중심 위치에서는 전단력이 약해진다. 그러나, 속도가 제로인 고정 로터와는 달리, 고속 회전하기 때문에 속도 변동이 격렬하다. 따라서, 전단력은 분산 효과에 영향을 미치지 않는다. 원료는 전단력 발생부(3)에서 높은 전단력을 받아, 좁은 영역에서 유화, 혹은 응집 입자의 분해, 혹은 입자의 분산이 수행된다. 전단력 발생부(3)로부터 배출된 후, 원료는 제 1 버퍼부(6)로 유입된다. 버퍼부(6)에 있어서, 로터(1, 2) 사이의 간격이 좁아지도록 외주측면(32)이 형성되어 있다. 따라서, 버퍼부(6)로 유입된 원료는 버퍼부의 용량을 초과하는 양의 원료가 유입되지 않는 한, 버퍼부로부터 유출되지 않고, 축적된다. 버퍼부(6) 내의 원료는, 원심력에 의해 외주측면(32)에 대해 가압된다. 버퍼부(6)의 외주측면(32)은, 도 1에 도시한 바와 같이, 원료의 흐름에 대해 저항하도록 경사져 있다. 따라서, 원료가 이 버퍼부(6)로부터 유출되려면, 버퍼부(6)의 용량을 초과하는 양의 원료가 버퍼부(6)에 유입되어야 한다. 버퍼부(6)에 유입되어 축적되어 있던 원료는, 후에 전단력 발생부(3)로부터 버퍼부(6)로 유입되는 원료와 서로 격렬하게 섞인다. 따라서, 좁은 영역에서 유화 또는 분산되었던 원료가 넓은 영역에서의 혼합에 의해 균일해진다. 다음으로, 원료는 제 2 전단력 발생부(4)와 제 2 버퍼부(7)를 통과하여, 제 1 전단력 발생부(3)와 제 1 버퍼부(6)에서와 유사하게 분산된다. 원료는, 최종, 즉 제 3 전단력 발생부(5)를 통과하여, 더 분산된다.The dispersion | distribution process of a raw material is demonstrated using FIG. First, when a raw material passes through the shear
본 분산 장치에 의해 원료를 균일하게 혼합하기 위하여, 본 장치에 공급되는 원료 내 입자는, 전단력 발생부의 최소 틈새보다 작은 유액이나 응집 입자로 분해되는 것이 바람직하다. 또한, 최소 전단력 발생부의 용량(체적=전단력 발생부 면적×틈새)과 적어도 동일한 용량을 갖는 단위에서 균일하게 혼합된다. 이러한 공정은, 전 공정으로서 예비 혼합에 의해 수행된다. 원료가 전단력 발생부(3)의 틈새를 통과하는 유액이나 응집 입자로 분해되지 않으면, 전단력 발생부(3)로의 유입시에, 틈새보다 큰 액적(液滴)이나 응집 입자가 전단력 발생부(3)로 유입되기 어려워진다. 따라서, 원료의 불균일한 분산이나 유로 막힘의 원인이 될 수 있다. 또한, 과대한 전단력에 의해 장치가 손상될 수도 있다. 최소 전단력 발생부의 체적과 동일한 체적을 갖는 단위에서 균일하게 혼합하는 것은, 최소 전단력 발생부의 체적과 동일한 체적을 갖는 예비 혼합된 원료의 일부를 원료로부터 취했을 때, 복수의 원료 부분 각각의 용량이 일정한 것을 의미한다. 이는, 유화나 응집 입자의 분해 상태와는 무관하다. 예를 들어, 도 1에 있어서, 최소 전단력 발생부는 전단력 발생부(3) 내의 공간이다. 틈새가 0.1㎜인 경우, 그 체적은 약 0.3㎖가 된다. 그러나, 본 발명의 장치를 예비 혼합에 이용하는 경우는, 상기 조건이 모두 충족될 필요는 없다.In order to uniformly mix the raw materials by the present dispersion device, the particles in the raw material supplied to the present device are preferably decomposed into an emulsion or agglomerated particles smaller than the minimum gap of the shear force generating portion. Further, it is uniformly mixed in units having a capacity at least equal to the capacity of the minimum shear force generating portion (volume = shear force generating portion area x clearance). This process is performed by premixing as a whole process. If the raw material is not decomposed into the emulsion or aggregated particles passing through the gap of the shear
버퍼부(6, 7)의 형상은, 도 1에 있어서, 외주측면(32, 24)으로 도시한 바와 같이, 경사지는 형상으로 한정되는 것은 아니다. 버퍼부(6, 7)의 용량을 증가시키기 위해서는, 도 4에 도시한 바와 같이, 외주측면(6, 7)의 선단에, 회전 중심을 향해(중공의 회전 샤프트(8, 9)로) 연장되는 돌기부(62, 54; overhangs)가 형성될 수도 있다. 또한, 상부 로터(41)의 평면(23)과 대향하는 돌기부(62)의 평면(63)이 전단력 발생부(4)의 일부이므로, 전단력 발생부(4)는 반경 방향으로 확대된다. 따라서, 좁은 영역에서의 분산이 수행된다. 마찬가지로, 하부 로터(42)의 평면(35)과 대향하는 평면(55)에 의해 전단력 발생부(5)가 확대된다. 따라서, 좁은 영역에서의 분산이 수행된다.The shape of the
전단력 발생부와 버퍼부의 개수를 각각 3개와 2개로 설명하였다. 그러나, 이 수치로 한정되는 것은 아니며, 처리될 원료나 목표로 하는 분산의 정도에 따라 조정될 수도 있다.The number of shear force generating sections and buffer sections were described as three and two, respectively. However, it is not limited to this value and may be adjusted according to the raw material to be processed or the degree of dispersion to be targeted.
Claims (7)
상기 제 1 로터를 제 1 방향으로 회전시키는 제 1 회전 수단과;
상기 제 2 로터를 상기 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향으로 회전시키는 제 2 회전 수단을 구비하며,
상기 제 1 로터 또는 상기 제 2 로터의 회전 중심에 상기 원료가 공급되는 원료 배출구가 설치된, 전단식 연속 분산 장치.A shear continuous dispersing device comprising a first rotor and a second rotor facing each other, and dispersing a raw material by passing between the rotors in an outer circumferential direction of the rotor:
First rotating means for rotating the first rotor in a first direction;
A second rotating means for rotating the second rotor in a second direction opposite to the first direction,
Shear type continuous dispersing device, the raw material outlet for supplying the raw material is installed in the rotation center of the first rotor or the second rotor.
상기 원료 배출구의 외측에, 상기 제 1 로터의 평면(flat surface)과 상기 제 2 로터의 평면에 의해 제 1 공간이 형성되며;
상기 제 1 공간의 외측에, 상기 제 1 로터와 상기 제 2 로터의 간격이 상기 제 1 공간의 간격보다 넓은 제 1 버퍼부가 형성되며;
상기 제 1 버퍼부 외측의 상기 제 2 로터에, 상기 제 1 로터와 상기 제 2 로터 사이의 간격을 상기 제 1 버퍼부의 간격보다 좁게 하는 제 1 외주측면이 형성된, 전단식 연속 분산 장치.The method of claim 1,
Outside the raw material outlet, a first space is formed by a flat surface of the first rotor and a plane of the second rotor;
An outer side of the first space, a first buffer portion having a larger distance between the first rotor and the second rotor than an interval between the first space is formed;
And a first outer circumferential side surface of the second rotor outside the first buffer part, the first outer circumferential side of which narrows the distance between the first rotor and the second rotor than the first buffer part.
상기 제 1 외주측면이, 상기 제 1 로터의 회전축에 평행하거나, 혹은 회전 중심을 향해 경사지도록 배치된, 전단식 연속 분산 장치.The method of claim 2,
And the first outer peripheral side is arranged to be parallel to the axis of rotation of the first rotor or to be inclined toward the center of rotation.
상기 제 1 외주측면의 선단(先端)이, 회전 중심을 향해 연장된 돌기부(overhang)로서 형성된, 전단식 연속 분산 장치.The method according to claim 2 or 3,
Shear type continuous dispersion apparatus in which the front-end | tip of the said 1st outer peripheral side surface was formed as the overhang extended toward a rotation center.
상기 제 1 공간이, 상기 원료를 공급하는 원료 배출구에 인접하여 배치된, 전단식 연속 분산 장치.The method according to claim 2 or 3,
The first continuous dispersing device, wherein the first space is disposed adjacent to a raw material outlet for supplying the raw material.
상기 제 1 버퍼부의 외측에, 상기 제 1 로터의 평면과 상기 제 2 로터의 평면에 의해 제 2 공간이 형성되고, 상기 제 2 공간에서의 상기 제 1 로터와 상기 제 2 로터 사이의 간격은 상기 제 1 공간의 간격 이하이며,
상기 제 2 공간의 외측에 상기 제 2 버퍼부가 형성되고, 상기 제 2 버퍼부에서의 상기 제 1 로터와 상기 제 2 로터 사이의 간격이 상기 제 2 공간의 간격보다 넓으며,
상기 제 2 버퍼부 외측의 상기 제 1 로터에, 상기 제 1 로터와 상기 제 2 로터 사이의 간격이 상기 제 2 버퍼부의 간격보다 좁아지도록, 제 2 외주측면이 형성된, 전단식 연속 분산 장치.The method according to claim 2 or 3,
Outside the first buffer portion, a second space is formed by the plane of the first rotor and the plane of the second rotor, the interval between the first rotor and the second rotor in the second space is the Is equal to or less than the interval of the first space,
The second buffer portion is formed outside the second space, the interval between the first rotor and the second rotor in the second buffer portion is wider than the interval of the second space,
And a second outer circumferential side surface of the first rotor outside the second buffer part such that a distance between the first rotor and the second rotor is narrower than an interval of the second buffer part.
상기 제 1 버퍼부는 상기 제 1 로터를 움푹 들어가게 함으로써 형성되고,
상기 제 1 외주측면은 상기 제 2 로터에 형성되며,
상기 제 2 버퍼부는 상기 제 2 로터를 움푹 들어가게 함으로써 형성되고,
상기 제 2 외주측면은 상기 제 1 로터에 형성된, 전단식 연속 분산 장치.The method according to claim 6,
The first buffer portion is formed by recessing the first rotor,
The first outer circumferential side surface is formed in the second rotor,
The second buffer portion is formed by recessing the second rotor,
And said second outer circumferential side surface is formed in said first rotor.
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