KR20170015027A - 저점도 유체 분산유화장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 저점도 분산유화장치에 관한 것으로, 고체 분산질 유입구와 액체 분산매 유입구가 일측에 형성되고 타측에는 혼합 유체 배출구가 형성된 하우징과, 그 하우징 속에 설치된 스테이터와 그 내측에 배치되어 모터로 회전하는 로터를 구비한 고점도 유체 분산유화장치에 있어서, 하우징 내측에 고정된 제 1 스테이터(130)와, 제 1 스테이터 내측에서 회전가능하게 배치된 제 1 로터(120), 및 상기 제 1로터(120)의 전측에 배치되어 분산질과 분산매에 대한 흡인력을 발생하기 위한 흡입로터(110)를 포함하며, 상기 흡입로터(110)와 제 1 로터(120)의 회전에 의해 내부 유체를 배출시켜 하우징 내의 압력이 저하되어 발생되는 흡인력으로 분산질과 분산매를 각각의 용기로 부터 직접 하우징내로 유입시키도록 구성됨으로써, 흡입 로터와 제 1 로터의 회전력에 의한 흡인력으로 미분쇄된 고체 분산질 분말과 액체 분산매를 함께 유입시켜 종래 고체 분산질 분말의 비산에 따른 주변 오염 문제 발생을 방지하는 효과와, 고체 분산질과 액체 분산매를 동시에 챔버내로 흡입하여 고정자 내측에 배치된 로터를 회전시켜 분산시켜 토출함으로써 기계적으로 균질한 에멀젼을 얻을 수 있어 계면활성제를 사용하지 않거나 적어도 계면활성제의 사용을 감소하여 환경오염의 문제 발생을 낮추고 유화제의 품질 향상을 꾀할 수 있고, 분산 및 유화 작업을 보다 신속하고 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

Description

저점도 유체 분산유화장치{DISPERSING AND EMULSIFYING APPARATUS FOR LOW VISCOSITY FLUID}

본 발명은 저점도 분산유화장치에 관한 것으로, 특히 소정 크기로 미리 분쇄된 입자 크기의 분말을 임펠러 회전에 의한 흡인력으로 주변을 오염시키지 않고 장치에 장입하고, 개선된 로터와 스테이터 구조로 입자를 보다 더 미분화하면서 액체 속에 균일하게 분산하여 작업효율과 품질을 향상시키도록 개선된 구조의 저점도 분산유화장치에 관한 것이다.

최근 기초 소재산업은 있어서 식품, 화장품, 잉크, 페인트, 접착제, 코팅제, 정밀화학 및 나노 신소재와 첨단 전자재료에 이르기까지 입자의 분산과 유화 등 세밀성과 균일성이 완제품의 품질에 영향을 미치는 중요한 공정으로 이를 위해 다양한 방식의 분산과 유화장치가 개발되어 사용되고 있다.

분산은 고체가 액체에 또는 액체가 액체에 균일하게 퍼져 안정된 상태로 존재하는 것으로, 대상에 따라 고체를 액체에 분산시키는 분산 (suspension)과 계면이 존재하는 액체와 액체를 섞이게 만드는 유화(emulsion)로 나눌 수 있다.

액체 또는 고체 분산질과 액체 분산매를 포함하는 혼합물을 회전식 교반장치를 사용하여 고속회전 교반하고, 전단력에 의해 분산질을 분산매 안으로 분산시켜, 에멀젼(유화액)이나 서스펜션(현탁액) 등의 분산계를 생성하도록 한 분산유화장치가 널리 알려져 있다.

그리고, 이러한 분산계의 생성 프로세스에 있어서는, 보통 분산매 안에서 분산질의 분산을 촉진시키거나, 분산계를 안정시키기 위하여 계면활성제가 첨가된다.또한, 이러한 분산계의 생성 프로세스에 있어서, 분산질의 분산매 안에서의 분산도(분산성)는, 계면활성제의 첨가량이 많을수록 좋아지며, 교반장치로부터 분산계 원료혼합물에 가해지는 전단력이 강할수록 좋아진다. 따라서, 소정의 분산도를 실현하려고 하는 경우, 계면활성제의 첨가량이 많을수록 전단력이 약해도 되지만, 계면활성제의 첨가량이 적을수록 강한 전단력이 필요하게 된다. 그런데, 일반적으로 분산계에서는, 그 품질의 관점에서 계면활성제의 함유량은 적은 것이 바람직하며, 그 이유는 분산계의 생성 프로세스에서 계면활성제를 사용한 경우, 상기 생성 프로세스에서 배출되는 폐수 등에는 필연적으로 계면활성제가 포함되게 되는데, 계면활성제를 포함하는 폐수는 예를 들어, 활성오니법 등의 보통의 폐수처리 방법으로는 정화하기 어렵다. 따라서, 분산계의 생성 프로세스에서는 계면활성제의 첨가량을 가능한 한 줄이는 것이 바람직하다.

이를 위한 분산유화장치의 예로서, 국제공개공보 WO 2003/103819 (2003.12.18. 국제공개)에는 회전식 임펠러 및 와류의 발생을 방지하는 다단식 스크린 부재를 구비한 교반장치와, 상기 교반장치를 사용하여 분산질을 분산매 안으로 분산시켜 분산계(分散系)를 생성하도록 한 호모게나이저 등의 분산장치가 개시되어 있다.

그러나, 이러한 종래 분산유화장치에서는 미분쇄된 분말상의 고체 분산질을 액체 분산매가 수용된 용기에 장입할 때 분말이 비산하여 주변을 오염시키는 문제가 있었고, 분산매에 고체 분산질을 투입한 다음 교반하는 경우에는 고체 분산질의 응집에 의해 균일한 분산액을 얻기까지 작업 시간이 많이 소요되어 보다 효율적이고 균질한 분산상을 얻을 수 있는 분산유화장치가 필요하였다.

국제공개공보 WO 2003/103819 (2003.12.18. 국제공개)

본 발명의 목적은 종래의 분산유화장치에 대한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 임펠러의 회전력에 의한 흡인력으로 미분쇄된 고체 분산질 분말을 액체 분산매에 투입할 수 있으며, 감소된 계면활정제를 사용하고 보다 효율적으로 균일한 분산액을 얻을 수 있도록 개선된 회전자/고정자 구조를 갖는 저점도 분산유화장치를 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 저점도 분산유화장치는, 고체 분산질 유입구와 액체 분산매 유입구가 일측에 형성되고 타측에는 혼합 유체 배출구가 형성된 하우징과, 그 하우징 속에 설치된 스테이터와 그 내측에 배치되어 모터로 회전하는 로터를 구비한 저점도 유체 분산유화장치에 있어서, 하우징 내측에 고정된 제 1 스테이터와, 제 1 스테이터 내측에서 회전가능하게 배치된 제 1 로터, 및 상기 제 1로터의 전측에 배치되어 분산질과 분산매에 대한 흡인력을 발생하기 위한 흡입로터를 포함하며,

상기 흡입로터와 제 1 로터의 회전에 의해 내부 유체를 배출시켜 하우징 내의 압력이 저하되어 발생되는 흡인력으로 분산질과 분산매를 각각의 용기로 부터 직접 하우징내로 유입시키도록 된 것을 특징으로 하여 구성된다.

상기 하우징의 고체 분산질 유입구와 액체 분산매 유입구가 형성된 유도부에 상기 흡입로터가 회전가능하게 배치되고, 분리세척 가능하게 상기 유도부와 분리가능하게 결합된 본체에 제 1 로터/스테이터가 배치되며, 상기 제 1 로터와 흡입로터는 모터의 출력축에 연결된 구동축에 의해 함께 구동된다.

상기 제 1 로터는 허브와 림 사이에서 림과 같은 높이로 형성되어 연결된 복수개의 스포크를 구비하고, 상기 제 1 스테이터는 모터의 출력축과 연결된 구동축 외주면에 고정되는 환형으로 된 보스와 림을 연결하는 복수개의 스포크를 포함하며, 상기 제 1 로터의 스포크는 유체를 후방으로 송출하도록 경사져 있으며, 상기 제 1 로터 회전시 그 스포크와 제 1 스테이터의 스포크 사이에서 분산질의 뭉침을 분쇄하도록 된다.

상기 제 1 로터의 스포크들과 흡입로터의 스포크들은 각각 림과 허브 사이에서 시계방향으로 5~20°로 경사지게 형성되는 것이 바람직하다.

상기 제 1 로터는 고체 분산질 입자 덩어리들을 분쇄하도록 그 스포크가 제 1 스테이터의 스포크와 0.3~1.0mm의 간격이 유지되도록 설치되는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 흡입 로터와 제 1 로터의 회전력에 의한 흡인력으로 미분쇄된 고체 분산질 분말과 액체 분산매를 함께 유입시켜 종래 고체 분산질 분말의 비산에 따른 주변 오염 문제 발생을 방지하는 효과와, 고체 분산질과 액체 분산매를 동시에 챔버내로 흡입하여 고정자 내측에 배치된 로터를 회전시켜 분산시켜 토출함으로써 기계적으로 균질한 에멀젼을 얻을 수 있어 계면활성제를 사용하지 않거나 적어도 계면활성제의 사용을 감소하여 환경오염의 문제 발생을 낮추고 유화제의 품질 향상을 꾀할 수 있고, 분산 및 유화 작업을 보다 신속하고 효율적으로 수행할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 분산유화장치의 개략적인 구성도.
도 2는 도 1의 분산유화장치의 하우징내에 설치된 고정자/회전자 배치구조를 보여주는 부분 분해사시도.
도 3은 도 2의 로터/스테이터가 결합된 사시도.
도 4는 도 2의 로터/스테이터가 분해된 상태의 사시도.
도 5는 도 2의 개략적인 단면도.

이하에서는 본 발명에 의한 분산유화장치의 일 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 분산유화장치(100)는 고체 분산질 유입구(103)와 액체 분산매 유입구(104)가 일측에 각각 형성되고 타측에는 혼합 유체 배출구(105)가 형성된 하우징(101)과, 그 하우징 속에서 상기 유입구(103)(104)들에 인접하여 배치된 흡입로터(110), 상기 흡입로터로 부터 후방으로 이격되어 서로 근접하여 설치된 제 1 로터(120)/스테이터(130) 및 상기 흡입로터(110)와 제 1 로터/스테이터를 함께 구동하는 모터(160)를 포함한다.

상기 하우징(101)은 모터(160)의 출력축과 연결된 구동축을 수용하는 베이스부(106), 그 바디의 전측에서 플랜지 결합되며 고체 분산질과 분산매가 혼합된 혼합 유체, 즉 에멀젼을 수용탱크로 배출하기 위한 배출구(105)가 형성된 본체(107), 상기 본체 앞쪽에서 플랜지 결합되며 고체 분산질 유입구(103)와 액체 분산매 유입구(104)가 형성된 고체 분산질과 액체 분산매들을 로터/스테이터로 유도하는 유도부(108)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따라, 상기 흡입로터(110)는 하우징의 유도부(108)에 배치되는 한편, 제 1 로터(120)/스테이터(130) 조립체는 상기 하우징의 본체(107)의 전단부내에 설치된다. 이로써, 하우징의 유도부와 본체의 플랜지 결합을 분리시켜 유도부에 설치된 흡입로터(110)와 본체의 전단부 내측에 설치된 제 1 로터(120)/스테이터(130)를 분해하여 용이하게 세척할 수 있다.

상기 흡입 로터(110)는 허브(111)에서 복수개, 도시된 실시예에서는 4개의 스포크(112)가 림(113)의 전체 높이와 같은 높이로 형성되어 연결되어 구성된다. 상기 제 1 로터(120)도 복수개, 도시된 실시예에서 6개의 스포크(121)가 허브(122)와 림(123) 사이에서 림과 같은 높이로 형성되어 연결되어 있다.

상기 흡입로터(110)의 스포크(112)들과 제 1 로터(120)의 스포크(121)들은 각각 림과 허브 사이에서 시계방향으로 5~20°로 경사지게 형성되며, 바람직하게는 10°로 경사지게 형성된다. 상기 스포크의 경사가 5°보다 작으면 흡인력이 증가되지만 회전시의 부하가 지나치게 커지고, 20°보다 크면 흡인력이 감소되므로 상기한 범위내에서 경사지는 것이 좋다. 이로써, 흡입로터(110)와 제 1 로터(120)의 회전에 의해 고체 분산질과 분산매가 유입되어 균일하게 혼합된다.

상기 제 1 스테이터(130)는 모터의 출력축에 연결된 구동축이 관통하도록 환형으로 된 보스(131)와 림(132) 및 상기 보스와 림을 일체로 연결하는 복수개의 스포크(133)를 포함하며, 상기 림(132)은 그 내측에 제 1 로터(120)가 배치되고 그 하측에 스포크(133)가 형성되는 높이를 갖는다.

상기 제 1 로터(120)는 그 스포크(121)가 제 1 스테이터(130)의 스포크(133)와 0.3~1.0mm의 간격이 유지되도록 설치되며, 이로써 제 1 로터(120)가 스테이터(130) 내측에서 회전함에 따라 제 1 로터(120)의 스포크(121)가 제 1 스테이터(130)의 스포크(133)를 스쳐 지나면서 그 사이의 고체 분산질 입자 덩어리들을 분쇄하여 고체 분산질이 분산매에 균일하게 분산되게 한다.

상기 제 1 로터의 스포크(121)와 제 1 스테이터(130)의 스포크(133) 사이의 간격이 작을수록 전단력이 커져 고체 분산질의 뭉침을 분쇄하여 균일하게 분산시킬 수 있으나, 0.3mm 보다 작으면 저항이 커져 에멀젼의 유동이 저하되고, 간격이 1.0mm 보다 크면 에멀젼의 유동성은 증가되지만 고체 분산질의 뭉침 현상이 발생될 수 있게 되므로, 상기 간격은 0.3mm-1.0mm인 것이 좋다. 또한 상기 간격은 유체의 점성에 따라 적절히 조정될 수 있다.

상기 흡입로터(110)는 그 보스(111)가 후방으로 연장된 연장부(114)가 형성되어 구동축에 고정되며, 이로써 흡입로터와 제 1 로터는 이격되며 그 사이의 공간에서 분산매가 분산질에 원활하게 분산된다.

상기 하우징의 고체 분산질 유입구(103)에는 니플(112)이 제공되어 도면에서 간략하게 선으로 표시된 가요성있는 호스(113)를 통해 용기로 부터 고체 분산질을 흡인력으로 하우징내로 흡입하도록 되고, 액체 분산매 유입구(104)는 파이프를 통해 도면에 도시되지 않은 물과 같은 분산매 저장용기에 연결된다. 도면에서 미설명된 부호 (109)는 예를들어 복수의 액체 분산매를 사용하는 경우를 대비한 유입구이다.

상기 흡입로터(110)와 제 1 로터(120)의 회전시 하우징내의 공기 흐름을 후방으로 이동시켜 하우징내의 압력이 강하되며, 이에 의해 나노 단위로 미분쇄된 분산질과 분산매가 각각의 저장용기로 부터 하우징내로 유입된다.

특히, 고체 분산질 유입구(103)에 연결된 호스를 통해 분산질 저장용기에 넣음으로써 고체 분산질은 하우징내의 압력과 저장용기내의 대기압의 압력차에 의해 하우징내로 유입되며, 이로써 나노 단위의 고체 분산질이 작업장에서 비산되지 않고 신속하게 하우징에 유입된다.

상기한 본 발명의 분산유화장치는 예를들어 1000cps 이하의 저점도의 에멀젼의 분산유화에 사용되며, 이를 위해 상기 모터(160)는 상기 흡입로터(110)와 제 1 로터(120)를 3,000 ~ 10,000rpm으로 회전시켜 그 회전력에 의해 발생되는 흡인력에 의해 고체 분산질과 분산매가 하우징내로 흡입된다.

그런 다음, 흡입로터 뒤쪽에 배치된 상기 제1 로터(120)의 회전에 의해 제 1 로터의 스포크(121)가 제 1 스테이터(130)의 스포크(133)를 스쳐 지나면서 그 사이의 고체 분산질 입자 덩어리들을 더욱 분쇄하여 고체 분산질이 분산매에 보다 균일하게 분산된 에멀젼이 얻어진다. 상기 에멀젼은 하우징의 본체에 형성된 배출구를 통해 분산매 저장용기로 토출된다. 이러한 분산 유화과정은 필요에 따라 수회 반복될 수 있다.

이와 같이 본 발명에 따른 분산유화장치에서는 흡입로터(110)와 제 1 로터(120)의 회전시 발생되는 흡인력에 의해 나노 단위의 고체 분산질을 각각의 저장용기로 부터 호스를 통해 하우징내로 유입시켜 분산매에 분산시킴으로써 분산질의 비산이 방지되고, 균일한 에멀젼을 신속하게 얻을 수 있게 된다.

본 발명의 분산유화장치는 고체 분산질을 액상의 분산매에 균일하게 분산 및 유화시키는데 이용될 수 있다.

100 : 분산유화장치 101 : 하우징
103 : 분산질 유입구 104 : 분산매 유입구
105 : 배출구 107 : 본체
108 : 유도부 110 : 흡입로터
111 : 보스 112 : 스포크
113 : 림 120 : 제 1 로터
121 : 스포크 122 : 허브
123 : 림 130 : 제 1 스테이터
131 : 허브 132 : 림
133 : 스포크 160 : 모터
162 : 구동축

Claims (6)

1. 고체 분산질 유입구와 액체 분산매 유입구가 일측에 형성되고 타측에는 혼합 유체 배출구가 형성된 하우징과, 그 하우징 속에 설치된 스테이터와 그 내측에 배치되어 모터로 회전하는 로터를 구비한 저점도 유체 분산유화장치에 있어서,
   하우징 내측에 고정된 제 1 스테이터(130)와, 제 1 스테이터 내측에서 회전가능하게 배치된 제 1 로터(120), 및 상기 제 1로터(120)의 전측에 배치되어 분산질과 분산매에 대한 흡인력을 발생하기 위한 흡입로터(110)를 포함하며,
   상기 흡입로터(110)와 제 1 로터(120)의 회전에 의해 내부 유체를 배출시켜 하우징 내의 압력이 저하되어 발생되는 흡인력으로 분산질과 분산매를 각각의 용기로 부터 직접 하우징내로 유입시키도록 된 것을 특징으로 하는 저점도 유체 분산유화장치.
2. 제 1항에 있어서, 상기 하우징(101)의 고체 분산질 유입구(103)와 액체 분산매 유입구(104)가 형성된 유도부(108)에 상기 흡입로터(110)가 회전가능하게 배치되고, 분리세척 가능하게 상기 유도부와 분리가능하게 결합된 본체(107)에 제 1 로터(120)/스테이터(130)가 배치되며, 상기 제 1 로터(120)와 흡입로터(110)는 모터의 출력축에 연결된 구동축(162)에 의해 함게 구동되는 것을 특징으로 하는 저점도 분산유화장치.
3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 로터(120)는 허브(122)와 림(123) 사이에서 림과 같은 높이로 형성되어 연결된 복수개의 스포크(121)를 구비하고, 상기 제 1 스테이터(130)는 모터의 출력축과 연결된 구동축 외주면에 고정되는 환형으로 된 보스(131)와 림(132)을 연결하는 복수개의 스포크(133)를 포함하며, 상기 제 1 로터(120)의 스포크(121)는 유체를 후방으로 송출하도록 경사져 있으며, 상기 제 1 로터(120) 회전시 그 스포크(121)와 제 1 스테이터(130)의 스포크(133) 사이에서 분산질의 뭉침을 분쇄하도록 된 것을 특징으로 하는 저점도 분산유화장치.
4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1 로터(120)의 스포크(121)들은 각각 림과 허브 사이에서 시계방향으로 5~20°로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 저점도 분산유화장치.
5. 제 3항에 있어서, 상기 흡입로터(110)의 스포크(112)들은 각각 림과 허브 사이에서 시계방향으로 5~20°로 경사지게 형성된 것을 특징으로 하는 저점도 분산유화장치.
6. 제 3항에 있어서, 상기 제 1 로터(120)는 고체 분산질 입자 덩어리들을 분쇄하도록 그 스포크(121)가 제 1 스테이터(130)의 스포크(133)와 0.3~1.0mm의 간격이 유지되도록 설치된 것을 특징으로 하는 저점도 분산유화장치.
   
   

Images