KR20180098126A - 분산 시스템 및 분산을 위한 프로세스 - Google Patents

Abstract

본 발명은 나노미터 단위이도록 입자들을 분산시키기 위해 사전의 분산을 효율적으로 실행하는 분산 시스템 및 분산을 위한 프로세스를 제공한다. 슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템(100)은, 혼합물(4)을 분산시키기 위해, 혼합물(4)이 회전자(2)와 원심력에 의해 외부 원주부쪽으로 회전자(2)를 향하도록 배치되는 고정자(3) 사이에서 유동하는 것을 유발시키는 제1 전단-유형 분산 디바이스(1), 및 제1 분산 디바이스(1)에 의해 분산되어 있는 혼합물(4)에서 나노미터 단위이도록 고형물 입자들을 더 미세하게 만드는 제2 분산 디바이스(60)를 포함한다.

Description

분산 시스템 및 분산을 위한 프로세스

[0001] 본 발명은 슬러리의 혼합에서 물질들을 분산시키는 분산 시스템 및 분산을 위한 프로세스에 관한 것이다.

[0002] 종래, 비드 밀, 제트 밀, 또는 고압형 호모게나이저(노즐형 분산 디바이스)와 같은 분산 디바이스가 나노미터 단위가 되도록 입자들을, 특히 크기가 수십 내지 수백 마이크로미터 큰 응집된 입자들을 함유하는 입자들이 사용될 때, 분산 효율이 저하된다. 이는 왜냐하면 응집된 입자가 분산될 수 없거나 분산 디바이스가 막히는 것 등의 이유 때문이다. 이는 문제점들이다.

[0003] 이러한 상황에서, 입자들은 나노미터 단위로 분산되기 이전에 예비적으로 분산된다. 즉, 고체 입자들이 분산되어 크기가 수십 마이크로미터 이하인 입자로 된다. 그러나, 교반형 분산 디바이스를 사용하면, 입자를 분산시키는 힘이 약하다. 또한, 불균일한 분산이 발생할 수 있다. 종래의 디스크형 분산 디바이스가 사용된다면, 디스크들 사이의 간극은 수백 마이크로미터이며, 따라서 입자들은 간극보다 작은 크기로 분산될 수 없다. 따라서, 이들 종래의 분산 디바이스들 중 어느 것도 전체 분산 시스템의 효율을 충분히 향상시키지 못한다.

[0004] 본 발명의 목적은 입자들을 나노미터 단위로 분산시키기 위한 예비 분산을 효율적으로 실행하는 분산 시스템 및 분산 방법을 제공하는 것이다.

[0005] 슬러리의 혼합물을 분산시키는 본 발명의 제 1 양태의 분산 시스템은, 예를 들면, 도 1에서와 같이, 제 1 전단형 분산 디바이스(1)를 포함하며, 이 디바이스는 혼합물(4)이 로터(rotor)(2)와 혼합물을 분산시키기 위해서 원심력에 의해 외주를 향해서 로터(2)를 향하는 스테이터(3) 사이에서 유동하는 것을 유발한다. 분산 시스템(1)은 또한 제2 분산 디바이스(60)를 포함하며, 이 분산 디바이스는 고체 입자들이 제 1 분산 디바이스(1)에 의해 분산된 혼합물(4)에서 나노미터 단위로 미세해지게 한다.

[0006] 이 구성에 의해, 혼합물 중에 포함되는 큰 응집된 입자들이 제 1 전단형 분산 디바이스에 의한 불균일 분산없이 보다 작은 입자로 된다. 입자들은 제 2 분산 디바이스에 의해 나노미터 단위로 효율적으로 더 미세하게 만들어진다. 본원에서 사용되는 “분산한다”라는 용어는, 슬러리 중에 분말상 물질들을 보다 미세하게하고 이들을 균일하게 분포시키는 것을 의미한다.

[0007] 제 1 양태의 분산 시스템에 있어서, 예를 들어, 도 1 및 도 3에서와 같이, 슬러리 혼합물을 분산시키는 본 발명의 제 2 양태의 분산 시스템에 의해, 제 1 분산 디바이스(1)는 로터(2)와 스테이터(3) 사이를 통과하는 혼합물(4)을 수용하기 위한 용기(11), 용기(11)의 상부 개구(11a)를 폐쇄하는 커버 조립체(12) - 스테이터(3)는 커버 조립체(12)의 저부에 고정되고 로터(2)는 스테이터(3)의 하부 면을 향하여 배치됨 -, 및 로터(2)를 회전시키는 회전축(13)을 갖는다. 로터(2)와 스테이터(3) 사이의 간격은 10 마이크로미터 이상, 1000 마이크로미터 이하이다. 이러한 구성에 의해, 로터(2)와 스테이터(3) 사이의 간극은 10 마이크로미터 이상, 1000 마이크로미터 이하이기 때문에, 혼합물 중의 응집된 입자는 불균일 분산없이 분산되어 제 1 전단형 분산 디바이스에 의해 보다 작은 입자가 된다.

[0008] 제 2 양태의 분산 시스템에 있어서, 슬러리 혼합물을 분산시키는 본 발명의 제 3 양태의 분산 시스템에 의하면, 제 2 분산 디바이스(60)는 비드 밀, 제트 밀, 및 고압형 호모게나이저 중 어느 하나이다. 이 구성에 의해, 범용 비드 밀, 제트 밀, 또는 고압형 호모게나이저가, 제 2 분산 디바이스로서, 입자들을 효율적으로 나노미터 단위로 분산시키기 위해 사용된다.

[0009] 제 1 내지 제 3 양태 중 어느 하나의 분산 시스템에 있어서, 슬러리의 혼합물을 분산시키는 본 발명의 제 4 양태의 분산 시스템에 의하면, 제 1 분산 디바이스(1)에 의해 분산되기 이전의 혼합물 중의 고체 입자들의 평균 직경은 1 마이크로미터 이상 1,000 마이크로미터 이하이고, 제 2 분산 디바이스(60)에 의해 분산된 이후의 혼합물 중의 고체 입자들의 평균 직경은 1 마이크로미터 미만이다. 제 1 전단형 분산 디바이스에 의해 입자들이 분산되어 이들이 불균일한 분산 없이 더 작은 입자들이 되고, 이들 입자들이 제 2 분산 디바이스에 의해 나노미터 단위로 분산되기 때문에, 평균 입자 직경이 1 마이크로미터 이상, 1,000 마이크로미터 이하인 고체 입자들을 함유하는 혼합물이 효율적으로 분산되어 평균 직경이 1 마이크로미터 미만인 고체 입자들을 함유하는 혼합물이 될 수 있다.

[0010] 제 1 내지 제 3 양태 중 어느 하나의 분산 시스템에 있어서, 슬러리의 혼합물을 분산시키는 본 발명의 제 5 양태의 분산 시스템에 의해, 분산 시스템(1)에 의해 분산되는 혼합물은 탄소 나노 튜브, 그라펜, 무기 분말, 및 금속 또는 금속 산화물로 이루어진 분말 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 초과의 분말 재료들 및 물, 용제 및 수지를 포함하는 그룹으로부터 선택된 하나 또는 그 초과의 액체 재료들의 혼합물이다. 분말형 재료 및 액체 재료가 나노미터 단위로 분산되어 있기 때문에, 유용한 혼합물을 얻을 수 있다.

[0011] 제 4 양태의 분산 시스템에 있어서, 예를 들면, 도 1과 같은 슬러리 혼합물을 분산시키는 본 발명의 제 6 양태의 분산 시스템은, 혼합물(4)을 제 1 분산 디바이스(1)에 공급되는 혼합물(4)을 분산시키는 조(rough)-분산 디바이스(110)를 더 포함한다. 조-분산 디바이스(110)는 혼합물(4)의 원료인 분말 재료(P)와 액체 재료(L)를 함께 혼합한다. 혼합물이 분말 재료와 액체 재료를 함께 혼합함으로써 얻어지고, 그리고 혼합물이 제 1 분산 디바이스에 의해 전단력에 의해 분산되고, 이어서 제 2 분산 디바이스에 의해 나노미터 단위로 분산되기 때문에, 분산 시스템은 고체 입자들을 효율적으로 나노미터 단위로 미세하게 만들 수 있다.

[0012] 제 6 양태의 분산 시스템에 있어서, 예를 들어, 도 1 및 도 2에서와 같이, 슬러리 혼합물을 분산시키는 본 발명의 제 7 양태의 분산 시스템에 의해, 조-분산 디바이스(110)는 터빈형 임펠러(114), 분산형 임펠러(115), 프로펠러형 임펠러(116) 및 앵커형 임펠러(113) 중 어느 하나를 갖는다. 이러한 구성에 의해, 조-분산 디바이스는 간단한 구조를 가질 수 있다.

[0013] 제 6 양태의 분산 시스템에 어서, 슬러리 혼합물을 분산시키는 본 발명의 제 8 양태의 분산 시스템은, 조-분산 디바이스(110)에 의해 분산된 혼합물 (4)을 로터와 원심력에 의해 외주를 향하여 로터를 향하도록 배치된 스테이터와 사이에 유동시킴으로써 분산 시켜서 제 1 분산 디바이스(1)에 분산된 혼합물을 공급하도록 분산시키는 제 3 분산 디바이스를 더 포함한다. 이러한 구성에 의해, 조-분산 후에 큰 입자들이 포함되더라도, 입자들은 확실히 분산된다. 따라서, 분산 시스템은 고체 입자들을 효율적으로 나노미터 단위로 만들 수 있다.

[0014] 제 2 양태 또는 제 3 양태의 분산 시스템에 있어서, 예를 들어, 도 1, 도 3 및 도 4에서와 같이, 슬러리 혼합물을 분산시키는 본 발명의 제 9 양태의 분산 시스템에 의해, 제 1 분산 디바이스(1)는 커버 조립체(12)의 내부에 배치되어 스테이터(3)의 상부에 배치되어 로터 축(13)을 회전 가능하게 지지하는 베어링(14)을 갖는다. 이는 또한, 로터 축(13)과 로터(2) 사이에 분리 가능하게 배치되고 로터(2)와 스테이터(3) 사이의 간극을 조정하는 스페이서(15)를 갖는다. 스페이서(15)가 배치되면, 스테이터(3)에 대한 로터(2)의 축 방향 포지션이 고정된다. 이 구성에 의해, 두께가 다른 스페이서와 교환함으로써 로터(2)와 스테이터(3) 사이의 간극이 용이하게 조정될 수 있다.

[0015] 제 9 양태의 분산 시스템에 있어서, 예를 들어, 도 1 및 도 4에서와 같이, 슬러리 혼합물을 분산시키는 본 발명의 제 10 양태의 분산 시스템에 의해, 커버 조립체(12)는 베어링(14)을 유지하는 베어링을 유지하는 부분 및 베어링을 유지하기 위한 부분(17) 아래에 제공되고 스테이터(3)를 유지하는 스테이터를 유지하는 부분(18)을 갖는다. 베어링을 유지하는 부분(17)은 베어링을 유지하는 부분(17)과 제 2 스페이서(20)를 통해 스테이터를 유지하기 위한 부분(18)을 접촉시킴으로써 스테이터를 유지하기 위한 부분(18)의 축 방향 포지션을 제어하는 축 방향 포지션을 제어하는 부분(21)을 갖는다. 제 2 스페이서(20)는 하나가 상이한 길이를 갖는 상태에서 교체함으로써 베어링을 유지하는 부분(17)에 대해 스테이터(3)의 축 방향 위치를 조절하기 위해서 베어링을 유지하는 부분(17)과 스테이터를 유지하기 위한 부분(18) 사이에 분리 가능하게 제공된다. 로터(2)의 상부 표면에는, 회전 축(13)의 하부 단부가 오목부(22)에 삽입되도록 오목부(22)가 형성되어 있다. 오목부(22)에는 관통 구멍이 개방되어 있다. 회전 축(13)의 하부 단부(13a)는 로터(2)의 오목부(22)에 삽입된다. 로터(2)의 하부 표면에는 체결 부재(23)가 고정되는 한편, 하부 단부(13a)는 스페이서(15)를 통해 오목부(22)에 맞닿는다. 체결 부재(23)는 로터(2)의 관통 구멍을 통해 고정 부재(23)의 일부를 회전 축(13)에 고정시킴으로써 회전 축(13)을 스페이서(15)를 사이에두고 로터(2)에 체결한다. 로터(2)의 오목부(22)와 회전 축(13)의 하부 단부(13a)에는, 회전 축(13)의 회전력을 로터(2)에 전달하기 위한 복수 개의 핀들(24)이 삽입된다. 핀들(24)은 둘레 방향을 따라 균일한 간격으로 배치되어 있다. 스페이서(15)에는 체결 부재(23)가 삽입 관통되는 제 1 관통 구멍(15a)과 핀들(24)이 삽입 관통되는 제 2 관통 구멍들(15b)이 형성되어 있다. 이러한 구성에 의해, 제 2 스페이서를 길이가 다른 스페이서와 교환함으로써 스테이터의 축 방향 포지션이 조정될 수 있다. 또한, 회전 축의 하부 단부를 로터의 오목부에 삽입하고, 회전 축의 회전력을 복수의 핀들에 의해 로터에 전달하므로, 로터의 회전력을 확실하게 얻을 수 있다.

[0016] 슬러리의 혼합물을 분산시키는 본 발명의 제11 양태의 분산 시스템에 의해, 도 1, 도 3 및 도 4에서와 같이, 예를 들어, 제10 양태의 분산 시스템에서, 고정자(3)는 고정자(3)가 회전자(2)를 향하는 평면 상의 회전자(2)보다 더 크다. 고정자(3)에서, 냉각을 위한 홈(26)은 회전자(2)를 향하는 표면의 반대편의 표면 상에서 형성되어서, 냉각제는 냉각을 위한 홈(26)을 통해 유동한다. 냉각을 위한 홈(26)은 회전자(2)의 외부 에지를 넘어 위치된다. 벽(27)이 냉각을 위한 홈(26) 상에서 반경 방향을 따라 형성된다. 냉각제를 공급하기 위한 포트(28) 및 냉각제를 배출하기 위한 포트(29)는 벽(27)에 걸쳐 배치된다. 냉각제를 공급하기 위한 포트(28)로부터 홈(26)으로 공급되는 냉각제는, 벽이 원주 방향으로 냉각제를 공급하기 위한 포트(28) 가까이에 형성되지 않는 방향쪽으로 유동한다. 냉각제는, 냉각제를 배출하기 위한 포트(29)로부터 배출된다. 고정자(3)에서, 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 홀(31)이 형성되며, 이 홀을 통해, 로터리 샤프트(13)가 통과한다. 혼합물(4)은 고정자(3)의 홀(31)의 포지션들 외측으로부터 고정자(3)와 회전자(2) 사이의 갭으로 공급된다. 이러한 구성에 의해, 고정자가 냉각제에 의해 확실히 냉각되기 때문에, 혼합물에서 열을 생성하는 것은 확실히 방지될 수 있다. 추가적으로, 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 홀의 포지션들 외측으로부터 고정자와 회전자 사이의 갭으로 공급되어 있는 혼합물은 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 홀에 접근함 없이, 원심력에 의해 바깥쪽으로 유동하도록 유발되어서, 시일이 요구되지 않는다.

[0017] 슬러리의 혼합물을 분산시키는 본 발명의 제12 양태의 분산 시스템에 의해, 도 1, 도 3 및 도 4와 같이, 예를 들어, 제11 양태의 분산 시스템에서, 혼합물(4)을 공급하기 위한 관통 홀(32)은 고정자(3)에 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 홀(31) 외측에 형성된다. 혼합물을 공급하기 위한 포트(33)와, 포트(33)에 혼합물을 공급하기 위해 관통 홀(32)과 통하고 고정자(3)에 제공되는 통로(34)가 회전자를 유지하기 위한 부분(18)에 제공된다. 포트(33)로부터 공급되는 혼합물(4)은 부분(18)에서의 통로(34) 및 고정자(3)의 관통 홀(32)을 통해 고정자(3)와 회전자(2) 사이의 갭으로 도입된다. 로터리 샤프트(13)가 삽입되는 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 제2 홀(36)은 고정자를 유지하기 위한 부분(18)에 형성된다. 래버린스 시일(37)은 제2 홀(36)에 제공된다. 공기는, 부분(18) 내에 위치되고 그리고 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 제2 홀(36)의 상부 부분에 연결되는 공간(38)에서 고정자를 유지하기 위한 부분(18) 외측으로부터 공급된다. 냉각 기구(41)는 용기(11)에 제공된다. 이러한 구성에 의해, 혼합물을 고정자 유지부, 통로 및 고정자의 관통 홀을 통해 공급하는 포트를 통해 공급되기 때문에 확실하게 삽입 용 홀의 외측으로부터 공급된다 상기 고정자의 로터리 샤프트를 상기 고정자와 상기 회 전자 사이의 간극에 연결하는 단계; 추가적으로, 로터리 샤프트를 삽입하는 부분에 로터리 샤프트를 삽입하기위한 제2 홀이 마련되어 있기 때문에, 로터리 샤프트를 삽입하기위한 제2 홀에 래버린스 시일을 설치하고, 로터리 샤프트를 삽입하는 공간에 공기를 공급하기 때문에 로터리 샤프트를 삽입하기위한 제2 홀의 상부에 강한 밀봉이 얻어 질 수있다. 추가적으로, 냉각기구가 제공되기 때문에, 용기 내의 혼합물은 냉각 될 수있다

[0018] 도 6에서, 예를 들어, 제12 양태의 분산 시스템에서와 같은, 슬러리의 혼합물을 분산시키는 본 발명의 제13 양태의 분산 시스템에 의해, 용기(11)는 원뿔형 벽 (42)을 가지며, 여기서 단면은 위에서 아래로 감소한다. 배출 된 포트(44)는 용기(11)의 하단에 제공되어 분산 된 혼합물(4)을 배출한다. 교반 판 (82a)은 용기(11)에 제공되어 벽 (42, 43)에 부착 된 임의의 슬러리의 혼합물(4)을 긁어 낸다. 이러한 구성에 의해, 혼합물의 배출이 촉진되어 수율이 향상된다.

[0019] 슬러리의 혼합물을 분산시키는 본 발명의 제14 양태의 분산 시스템에 의해, 제13 양태에서, 회전자(2) 및 고정자(3)는 세라믹이 용사 된 스테인리스 스틸로 제조된다. 이러한 구성에 의해, 회 전자 및 고정자의 수명이 연장 될 수 있고, 금속에 의한 임의의 오염이 방지 될 수있다.

[0020] 프로세스는, 도 1에서와 같이, 예를 들어 제1 분산 디바이스(1)의 회전자(2)와 회전자(2)와 대향하도록 배치 된 고정자(3) 사이의 갭에 혼합물(4)을 공급하는 단계를 포함한다. 또한, 혼합물(4)을 원심력에 의해 회전자(2)와 고정자(3) 사이에서 외측으로 유동시켜 회전자(2) 및 고정자(3)에 의한 전단력에 의해 혼합물(4)을 분산시키는 단계를 포함한다. 또한, 제1 분산 디바이스(1)에 의해 분산 된 혼합물을 제2 분산 디바이스(60)에 공급하는 단계를 포함한다. 또한, 제2 분산 디바이스(60)에 의해 나노미터 단위이되도록 제2 분산 디바이스(60)에 공급 된 혼합물(4) 중 고형물 입자를 더 미세하게 제조하는 단계를 포함한다.

[0021] 이러한 구성에 의하면, 혼합물 중에 포함되는 큰 응집 입자가 불균일 분산없이 분산되어 제1 전단 형 분산 디바이스에 의해 작은 입자가된다. 고형물 입자는 제2 분산 디바이스에 의해 나노미터 단위로 효율적으로 더 미세하게 제조된다.

[0022] 본 발명은 이하의 상세한 설명으로부터 더욱 완전히 이해 될 것이다. 그러나, 상세한 설명 및 특정 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하기위한 것일 뿐이며, 설명을 위해서만 제공된다. 다양한 가능한 변경 및 수정이 상세한 설명에 기초하여 당업자에게 명백 할 것이다.

출원인은 공개 된 어떠한 실시를 공개 할 의도가 없습니다. 개시된 변경들 및 변형들 중에서, 본 청구항의 범위 내에 실제로 포함될 수없는 것은 등가물의 교리의 의미에서 본 발명의 일부를 구성한다.

본 명세서 및 청구 범위에서의 물품 “하나의(a)", "하나의(an)"및 "그(the)” 및 이와 유사한 대상의 사용은 본 명세서에 달리 명시되거나 명백히 반대되지 않는 한 단수형 및 복수형을 모두 포함하는 것으로 해석되어야한다. 여기에 제공된 임의의 및 모든 예 또는 예시적인 언어 (예를 들어, "와 같은")의 사용은 달리 언급되지 않는 한, 단지 본 발명을보다 잘 나타내도록 의도 된 것이므로 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

[0023] [도 1] 도 1은 일부 부분들의 단면들을 도시하는 분산 시스템의 개략적인 도면이다.
[도 2] 도 2는 러프(rough) 분산 디바이스에서 사용되는데 적합한 교반 블레이드들의 일부 예들을 도시한다. 도 a는 디스크 터빈-유형 교반 블레이드들의 사시도이다. 도 b는 디졸버(dissolver)-유형 (분산-타입) 교반 블레이드들의 사시도이다. 도 c는 프로펠러-유형 교반 블레이드들의 사시도이다.
[도 3] 도 3은 제1 분산 디바이스의 개략도이다. 도 a는 도 4의 선(A1-A1)을 따라 취해진 단면을 도시한다. 도 b는 도 4의 선(A2-A2)를 따라 취해진 단면 및 도 4의 선(A3-A3)을 따라 취해진 단면을 도시하지만, 하부 부분은 생략된다.
[도 4] 도 4는 도 3의 제1 분산 디바이스의 상세들을 예시한다. 도 a는 도 3의 선(A4-A4)을 따라 취해진 단면을 도시한다. 도 b는 도 3의 선(A5-A5)을 따라 취해진 단면을 도시한다. 도 c는 스페이서(spacer)를 예시하는 확대된 주요 부분들, 로터리 샤프트를 인서팅하기 위한 제2 홀에 위치되는 래버린스 시일(labyrinth seal), 및 공기 퍼징(air purging)에 의해 밀봉되는 시일을 도시한다. 도 d는 제2 스페이서를 예시하는 확대된 주요 부분들을 도시한다. 도 e는, 회전자에 로터리 샤프트를 결합함으로써의 통합을 예시하고 그리고 스페이서를 예시하는 확대 주요 부품들을 도시한다. 도 f는 스페이서의 평면도를 도시한다.
[도 5] 도 5는 도 3의 제1 분산 디바이스의 일부분인 냉각을 위한 홈 및 홈을 가지는 고정자를 예시한다. 도 a는 도 3의 제1 분산 디바이스를 위해 사용될 수 있는 고정자의 다른 예를 도시한다. 도면은 도 4b에서와 동일한 포지션을 따라 취해진 단면을 도시한다. 도 b는 도 3의 제1 분산 디바이스를 위해 사용될 수 있는 고정자의 또 다른 예를 도시하고 그리고 또한 도 4b에서와 동일한 포지션을 따라 취해진 단면을 도시한다. 도 c는 도 5b의 선(A6-A6)을 따라 취해진 단면을 도시한다.
[도 6] 도 6은 도 3의 제1 분산 디바이스의 일부분인 용기의 다른 예를 예시한다. 도 a는, 용기가 교반 플레이트를 가지는 용기로 교체되는 경우의 제1 분산 디바이스를 도시한다. 도 b는, 용기가 프로세스 종료들 후에 혼합물을 저장하기 위한 탱크와 조합되는 용기로 교체되는 경우의 제1 분산 디바이스를 도시한다.
[도 7] 도 7은 제1 분산 시스템의 다른 실시예의 개략도를 도시한다. 실시예는 다중의 경로들을 사용하는 분산 프로세스에 대해 적합하다.
[도 8] 도 8은 분산 시스템의 또 다른 실시예의 개략도를 도시한다. 실시예는 혼합물을 공급하기 위한 공기 압력을 사용한다.
[도 9] 도 9는 분산 시스템의 또 다른 실시예의 개략도를 도시하며, 여기서 러프 분산을 위한 능력이 보강된다.

[0024] 아래에서, 본 발명의 일부 실시예들은 도면들을 참조하여 논의된다. 우선적으로, 분산 시스템(100)은 도 1을 참조하여 논의된다. 분산 시스템(100)은, 슬러리의 혼합물(4)을 획득하기 위해 액체 재료(L) 및 분말 재료(P)를 함께 혼합시키는 러프-분산 디바이스(110)를 포함한다. 분산 시스템은 러프 분산 디바이스(110)로부터 공급되는 혼합물(4)을 전단력에 의해 사전에 분산시키는 제1 분산 디바이스(1)를 또한 포함한다. 분산 시스템은, 나노미터 단위이도록 혼합물(4)에 고형물 입자들을 더 미세하게 만드는 제2 분산 디바이스(60)를 또한 포함하며, 이 혼합물은 제1 분산 디바이스(1)에 의해 사전에 분산되어 있다(또한 “나노미터 단위인 분산” 또는 “피니싱(finishing) 분산”으로 불림). 분산 시스템은 제2 분산 디바이스(60)에 의해 분산되어 있는 혼합물(4)을 저장하는 저장 탱크(120)를 또한 포함한다.

[0025] 나노미터 단위의 고형물 입자들은, 그 평균 직경이 1 마이크로미터보다 더 작은 입자들이다. 평균 직경의 하한은 결정되지 않지만, 보통 1 nm이다. 평균 직경은, 레이저 회절 입자 크기 분석기 등(예를 들어, 일본 시마쥬 사(Shimadzu Corporation)로부터 이용가능한 SALD-2100)에 의해 입자 크기들의 분포를 측정함으로써 그리고 측정된 크기들로부터 중앙값 크기를 계산함으로써 결정될 수 있다.

[0026] 분산 시스템(100)은, 러프-분산 디바이스(110)로부터 제1 분산 디바이스(1)로 혼합물(4)을 전달하는 배관(130), 제1 분산 디바이스(1)로부터 제2 분산 디바이스(60)로 사전에 분산되어 있는 혼합물(4)을 전달하는 배관(140), 및 제2 분산 디바이스(60)로부터 저장 탱크(120)로 나노미터 단위이도록 분산되어 있는 혼합물을 전달하는 배관(150)을 더 포함한다. 펌프(132) 및 펌프(142)는 배관(130) 및 배관(140) 각각에 제공된다. 제2 분산 디바이스(60)가 대기에 노출된다면, 펌프는 배관(150)에 또한 제공된다. 부수적으로, 혼합물(4)은 펌프(132) 없이 중력에 의해 러프-분산 디바이스(110)로부터 제1 분산 디바이스(1)로 전달될 수 있다.

[0027] 러프-분산 디바이스(110)는 액체 재료(L)를 공급하는, 액체 재료를 공급하기 위한 부품(111) 및 분말 재료(P)를 공급하는, 분말 재료를 공급하기 위한 부품(112)을 가진다. 액체 재료를 공급하기 위한 부품(111) 및 분말 재료를 공급하기 위한 부품(112)은 공지되어 있는 임의의 구조와 비슷하게 구조화될 수 있다. 러프-분산 디바이스(110)는, 공급되어 있는 액체 재료(L) 및 분말 재료(P)를 혼합하는 것을 가속하도록, 로터리 샤프트(117) 및 교반 블레이드들(113)을 가진다. 러프-분산 디바이스는 로터리 샤프트(117)를 중심으로 교반 블레이드들(113)을 회전시키기 위해 구동 유닛(118), 예컨대 모터(motor)를 또한 가진다. 교반 블레이드들(113)은, 교반 블레이드들(113)과 벽 사이의 각각의 간극이 약 0 내지 20mm이도록 형성된다. 교반 블레이드들(113)은 금속 또는 금속 및 수지로 제조된다. 금속 및 수지로 제조된 교반 블레이드들(113)을 사용함으로써, 금속에 의해 유발된 오염이 방지될 수 있다. 여기서, 교반 블레이드들(113)은, 원 상의 2 개의 지점들에서 임의의 슬러리를 스크레프 오프할(scrape off) 수 있도록 형성된다. 그러나, 3 개의 교반 블레이드들은 다중의 플레이트들을 조합함으로써 사용될 수 있거나, 단지 하나의 교반 블레이드가 사용될 수 있다. 혼합하는 것을 가속시키는 방법은 교반 블레이드들(13)을 회전하는 것에 제한되지 않지만, 공지된 임의의 다른 방법일 수 있다.

[0028] 도 1에서, 앵커-유형 교반 블레이드들(113)이 도시된다. 그러나, 교반 블레이드들은 앵커-유형으로 제한되지 않지만, 터빈-유형 임펠러(114), 예컨대 도 2A에서와 같은 디스크 터빈 유형 임펠러일 수 있다. 교반 블레이드들(114)은 러프-분산 디바이스(10)에서 혼합물(4)(우선적으로, 프로세싱될 원 재료)에 경사진 볼텍스(vortex)를 생성한다. 도 2b에서와 같은 분산-유형(디졸버-유형 임펠러들) 교반 블레이드들(115) 및 도 2c에서와 같은 프로펠러-유형 교반 블레이드들(116)이 사용될 수 있다. 이러한 교반 블레이드들(113, 114, 115, 116)이 혼합물(4)을 교반하기 위해 사용되기 때문에, 러프-분산 디바이스(110)의 구성은 간단할 수 있다.

[0029] 카본 블랙(carbon black), 카본 나노튜브(nanotube), 그라핀(graphene) -오기수정- , 알루미나, 실리카 등과 같은 무기 분말, 금속 또는 금속 산화물 등의 분말 등이 분말 재료(P)로서 사용될 수 있다. 다중의 종류들의 분말 재료들의 혼합이 사용될 수 있다. 물, 에탄올 등의 용매, 수지 등이 액체 재료(L)로서 사용될 수 있다. 다중의 종류들의 액체 재료들의 혼합이 사용될 수 있다. 에탄올과 다른 유기 용매가 용매로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 열경화성 수지는 수지로서 사용될 수 있다. 예를 들어, 물과 에탄올, 에탄올과 다른 용매, 또는 용매와 수지의 조합이 사용될 수 있다. 분말 재료(P) 또는 액체 재료(L)의 조합에 대한 제한은 없다. 이들의 액체 재료들(L) 중 임의의 액체 재료에 나노미터 단위의 분말 재료(P)를 분산시킴으로써, 높은 탄성 또는 고 내열성을 갖는 재료, 우수한 절연 특성들을 갖는 필름, 우수한 전기 특성들을 갖는 전기 또는 전자 부품, 우수한 화학적 특성들(예를 들면, 반응성)을 갖는 화학 재료, 우수한 내식성 특성들을 갖는 페인트, 또는 높은 굴절률을 갖는 렌즈와 같은, 이전에 성취되지 않았던 특성들을 가지는 제품이 획득될 수 있다.

[0030] 제1 분산 디바이스(1)는 혼합물(4)을 전단력에 의해 분산시키도록 회전자(2)와 고정자(3) 사이의 갭(gap)에 슬러리의 혼합물(4)을 공급한다. 상세들이 아래에 논의된다.

[0031] 제2 분산 디바이스(60)는 비드 밀(bead mill), 제트 밀(jet mill), 또는 고압-유형 호모게나이저와 같은 임의의 공지된 분산 디바이스일 수 있다. 혼합물(4)이 제1 분산 디바이스(1)에 의해 사전에 분산되기 때문에, 아래에서 논의되는 바와 같이, 응집된 입자는, 혼합물(4)이 수십 마이크로미터 이하의 작은 입자들만을 포함하도록 용해된다. 따라서, 나노미터 단위일 입자들의 효과적인 분산이 성취될 수 있으며, 그리고 따라서 불균일한 분산이 발생하지 않는다. 불균일한 분산이 발생하면, 비드 밀보다 큰 응집된 입자들이 함유될 것이기 때문에, 비드 밀은 작동하지 않을 것이다. 노즐의 크기보다 더 큰 응집된 입자가 막힘을 유발할 것이기 때문에, 제트 밀 또는 고압-유형 호모게나이저는 작동하지 않는다. 따라서, 불균일한 분산 또는 디바이스의 문제가 발생할 것이다.

[0032] 저장 탱크(120)는 로터리 샤프트(127), 교반 블레이드들(123) 및 로터리 샤프트(127)를 중심으로 교반 블레이드들(123)를 회전시키기 위한 모터와 같은 구동 유닛(128)을 가져서, 나노미터 단위이도록 분산되어 있는 혼합물(4)의 임의의 불균일한 농도가 방지될 수 있다. 혼합물(4)을 교반하는 방법은 교반 블레이드들(123)을 회전시키는 것에 한정되지 않으며, 임의의 공지]된 방법일 수 있다. 언제든지(at any point in time), 러프-분산 디바이스(110)에 의해 그리고 혼합물(4)을 연속적으로 프로세스하는 제1 분산 디바이스(1) 및 제2 분산 디바이스(60)에 의해 분산되어 있는 혼합물(4)이 반드시 입자들의 일정한 농도 또는 일정한 분포를 가져야할 필요가 없기 때문에, 혼합물(4)은 균일해지도록 저장 탱크(120)에 저장되고 교반될 수 있다. 추가적으로, 혼합물(4)이 저장 탱크(120)에 저장되는 동안 고형물 입자들의 침강으로 인한 불균일한 농도가 방지될 수 있다. 그러나, 입자들의 농도 및 분포가 균일하도록 보장된다면, 어떠한 교반 수단도 저장 탱크(120)에 제공될 수 없다. 진공 펌프(미도시)가 저장 탱크(120)에 제공될 수 있으며, 그리고 각각의 온-오프 밸브들(on-off valves)(미도시)이 배관(140, 150)에 제공된다. 나노미터 단위의 혼합물(4)은 진공 펌프 및 온-오프 밸브들에 의해 탈포될 수 있다. 온-오프(on-off) 밸브 대신에, 립 시일(lip seal)과 같은 접촉 시일이 제1 분산 디바이스(1)에 설치하여서, 주위 공기가 진입하는 것을 방지한다면, 혼합물(4)이 분산되는 동안, 탈포가 실행될 수 있다.

[0033] 이제, 도 3,도 4 및 도 5를 참조하여, 전단-유형 분산 디바이스(1)가 논의된다. 제1 분산 디바이스(1)는 회전자(2), 및 이 회전자(2)를 향하도록 배치되는 고정자(3)를 포함한다. 이는 슬러리 또는 혼합액(4)이 원심력에 의해 외주(외주 방향 쪽으로) 쪽으로 회전자(2)와 고정자(3) 사이에 유동하는 것을 유발시켜, 사전에 슬러리 또는 혼합액을 분산시킨다.

[0034] 제1 분산 디바이스(1)는 분산되어 있는 혼합물(4)을 수용하기 위한 용기(11), 및 용기(11)의 상부 개구(11a)를 폐쇄하기 위한 커버 조립체(12)를 포함한다. 예를 들어, 커버 조립체(12)는, 상부 개구(11a)를 폐쇄하기 위해, 용기(11)의 상부 림(11b)의 볼트 홀들(11c) 및 커버 조립체(12)의 볼트 홀들(18c)(아래에 논의된, 고정자를 유지하기 위한 부품(18))을 통해 볼트들(11d)을 배치함으로써 고정된다.

[0035] 고정자(3)는 (커버 조립체(12)의 하부 표면에) 커버 조립체(12) 아래에 고정된다. 예를 들어, 고정자(3)는, 고정자(3)의 볼트 홀들(3b) 및 커버 조립체(12)의 볼트 홀들(18b)(고정자를 유지하기 위한 부분(18))을 통해 볼트들(3a)을 배치함으로써 고정된다. 회전자(2)는 고정자(3)의 하부 표면을 향하도록 배치된다.

[0036] 제1 분산 디바이스(1)는 회전자(2)를 회전시키는 로터리 샤프트(13), 및 로터리 샤프트(13)을 회전가능하게 유지하는 베어링(14)을 더 포함한다. 베어링(14)은 커버 조립체(12)에 고정되고 그리고 고정자(3) 위에 위치된다.

[0037] 회전자(2)는 로터리 샤프트(13)의 일 단부에 배치된다. 다른 단부에서, 고정자(3) 위에 배치되는 모터(16)의 로터리 샤프트(16a)는 조인트(16b)를 통해 고정된다. 로터리 샤프트(13)는 모터(16)에 의해 회전되고, 그리고 모터(16)에 의한 회전을 위한 힘을 회전자(2)에 전달한다.

제1 분산 디바이스(1)는 로터리 샤프트(13)와 회전자(2) 사이에 분리가능하게 배치되는 스페이서(15)를 포함한다(도 4c 및 도 4e 참조). 스페이서(15)는, 회전자(2)와 고정자(도 3a 참조) 사이의 갭이 제1 분산 디바이스(1)의 방향, 즉 로터리 샤프트(13)의 축 방향(D1)으로의 다른 길이(두께)를 가지는 다른 것으로 교체됨으로써 조절되는 것을 유발시킨다. 즉, 회전자(2)와 고정자(3) 사이의 갭을 조절하기 위해, 다양한 두께를 가지는 스페이서(15)가 적재된다(stocked).

[0039] 스페이서(15)가 배치될 때, 고정자(3)에 대한 회전자(2)의 축 방향(D1)에서의 포지션이 고정된다. 즉, 스프링 또는 나사가 회전자(2)와 고정자(3) 사이의 갭을 조절하는 데 사용될 수 있다. 그러나, 스페이서(15)가 사용될 때, 회전자(2)의 축 방향 포지션이 작동 중에 고정되기 때문에, 스프링에 의한 진동들 또는 나사에 의한 느슨함에 대한 대책은 고려될 필요가 없다. 추가적으로, 스프링 또는 나사가 사용된다면, 회전자(2)가 경사짐 없이 회전자(2)를 정확하게 이동시키는 것은 어렵다. 반대로, 스페이서(15)가 사용될 때, 회전자는 회전자가 경사짐 없이 정확하게 이동될 수 있다.

[0040] 제1 분산 디바이스(1)에 의해, 갭은 위에서 논의된 구조에 의해 정확하게 조절될 수 있다. 제1 분산 디바이스(1)에 의해, 로터리 샤프트(13)가 예기치 못한 열로 인해 열팽창됨에도 불구하고, 회전자(2)는 고정자(3)로부터 분리되는 방향으로 이동한다. 따라서, 회전자(2)와 고정자(3) 사이의 어떠한 접촉도 방지될 수 있다. 추가적으로, 회전자와 고정자가 서로 접촉하지 않지만, 예기치 않은 작은 갭으로 인한 과도한 열을 발생하는 것은 방지될 수 있다. 추가적으로, 베어링(14)이 고정자(3) 위에 위치되기 때문에, 로터리 샤프트(13)는 회전자(2) 위에 위치된다. 로터리 샤프트(13)의 어느 부분도 회전자(2) 아래에 배치되지 않기 때문에(로터리 샤프트(13)가 회전자(2)로부터 상방으로 배치됨), 로터리 샤프트(13), 베어링(14) 등의 프로세싱된 혼합물(4)의 부착으로 인한 수율의 저하가 방지될 수 있다. 즉, 수율이 개선될 수 있다.

[0041] 커버 조립체(12)는 베어링(14)을 유지하기 위한 부분(17) 및 부분(17) 아래에 배치되는 고정자를 유지하기 위한 부분(18)을 가진다. 부분(18)은 고정자(3)를 유지한다. 베어링을 유지하기 위한 부분(17)은 고정자를 유지하기 위한 부분(18)의 축 방향 포지션을 제어하기 위한 부분(21)을 가진다. 부분(21)은 제2 스페이서(20)에 의해 부분(18)에 접한다. 예를 들어, 제2 스페이서(20)가 부분(17)과 부분(18) 사이에 끼워넣어지는 동안, 부분(17)은, 부분(17)의 볼트 홀들(17e)과 부품(18)의 볼트 홀들(18e)을 통해 볼트들(17a)을 배치함으로써 부분(18)과 통합된다. 관통 홀들(20a)은, 볼트(17a)가 관통 홀들을 통과하도록, 제2 스페이서(20)에 형성된다.

[0042] 제2 스페이서(20)는 베어링을 유지하는 부분(17)과 고정자를 유지하기 위한 부분(18) 사이에 분리가능하게 배치된다. 제2 스페이서는, 축 방향(D1)으로의 상이한 길이(두께)를 가지는 다른 하나로 교체됨으로써, 부분(17)에 대해 방향(D1)으로 고정자(3)의 포지션을 조절한다. 즉, 다양한 두께들을 가지는 제2 스페이서들(20)은, 제2 스페이서들 중 하나를 사용함으로써, 고정자(3)의 포지션을 축 방향(D1)으로 조절하도록 적재된다(stocked).

[0043] 스페이서("제1 스페이서”로 또한 불림)(15) 및 제2 스페이서(20)를 각각의 스페이서로 교체함으로써, 회전자(2)와 고정자(3) 사이의 갭이 보다 정확하게 조절될 수 있다. 즉, 스페이서(15)를 더 두꺼운 것으로 교체함으로써, 그 갭이 더 커진다. 제2 스페이서(20)를 더 두꺼운 것으로 교체함으로써, 그 갭은 더 작아진다. 이러한 교체들의 조합은 더 정확한 조절을 성취할 수 있다. 예를 들어, 0.01mm의 증분들로의 0.01mm 내지 0.50mm의 두께를 가지는 스페이서(15) 및 제2 스페이서(20)가 적재된다. 스페이서(15) 및 제2 스페이서(20)는, 회전자(2)와 고정자(3) 사이의 갭이 혼합물(4)의 점성 및 특성들에 적합하도록 조절되기 위해 교체된다.

[0044] 제2 스페이서(20)는, 조절되는 베어링을 유지하는 부분(17)에 대해 고정자를 유지하기 위한 부분(18)의 포지션에 의해, 고정자(3)의 포지션, 즉 고정자(3)의 하부 표면의 포지션이 베어링을 유지하는 부분(17)에 대해 조절되는 것을 유발시킨다. 따라서, 고정자(3)의 하부 표면의 포지션은 고정자(3)의 상태에 관계없이 일정하게 유지될 수 있다. 예를 들면, 심지어 고정자(3)가 교체될 때에도, 고정자(3)의 하부 표면의 포지션은 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 예를 들면, 고정자(3)의 하부 표면의 포지션을 미리 정해진 포지션에 유지시킴으로써, 스페이서(15)의 두께는 회전자(2)와 고정자(3)의 갭과 동일하게 할 수 있어서, 구조물은 사용자에게 이해가능하다. 즉, 요망되는 거리로 갭을 조절하기 위해, 갭과 동일한 두께를 가지는 스페이서(15)가 선택되어야 한다. 이는 갭의 제어 하에 분산 프로세스를 수행하는 사용자들에 대한 편의를 개선한다.

[0045]

오목 부분(22)은, 로터리 샤프트(13)의 하부 단부(13a)가 오목 부분 내로 삽입되도록, 회전자(2)의 상부 표면 상에 형성된다(도 4c 및도 4e 참조). 오목 부분(22) 상에 개방되는 관통 홀(22a)은 회전자(2)에 형성된다. 로터리 샤프트(13)의 하부 단부(13a)는 회전자(2)의 오목 부분(22) 내로 삽입된다. 하부 단부(13a)는 스페이서(15)에 의해 오목 부분(22)에 접한다. 체결 부재(23)가 회전자(2)의 하부 측으로부터 고정된다. 체결 부재(23)는, 예를 들면, 볼트이다. 로터리 샤프트(13)의 하부 단부(13a)에서, 체결 부재(23)의 카운터파트(conterpart)인 체결 부분(13b)으로서, 암형 나사가 형성된다.

[0046] 체결 부재(23)는, 회전자(2)의 홀(22a)을 통해 로터리 샤프트(13)에 체결 부재의 일부분을 고정함으로써, 스페이서(15)에 걸쳐 회전자(2)에 로터리 샤프트(13)를 체결한다. 핀들(24)은 회전자(2)의 오목 부분(22) 및 로터리 샤프트(13)의 하부 단부(13a)에 삽입되어, 로터리 샤프트(13)의 회전력을 회전자(2)에 전달한다. 핀들(24)을 수용하기 위한 홀들은 회전자(2)의 오목 부분(22) 및 로터리 샤프트(13)의 하부 단부(13a)에 형성된다.

[0047] 핀들(24)은 로터리 샤프트(13)의 회전력을 회전자(2)에 전달하기 위해 원주 방향을 따라 불균일한 간격으로 배치된다. 체결 부재(23)가 통과하는 제1 관통 홀(15a)과 핀들(24)이 통과하는 제2 관통 홀들(15b)이 스페이서(15)에 형성된다. 이러한 실시예에서, 4 개의 제2 관통 홀들(15b)과 4 개의 핀들(24)이 사용된다. 그러나, 숫자는 4에 제한되지 않는다.

[0048] 로터리 샤프트(13)와 회전자(2)가 체결 부재(23)에 의해 스페이서(15)에 걸쳐 체결되기 때문에, 고정자(3)에 대한 회전자(2)의 축 방향 포지션은 확실히 고정된다. 따라서, 회전자(2)와 고정자(3) 사이의 갭을 적절하게 제조될 수 있다. 즉, 위에서 언급된 이점들을 갖는 스페이서(15)가 적합하게 사용된다.

[0049] 핀들(24)이 로터리 샤프트(13)으로부터 회전자(2)로 회전력을 전달하는 데 사용되기 때문에, 키(key) 및 키시트(keyseat)가 사용되는 구조와 비교하여 원주 방향으로의 동력의 분포가 개선된다. 즉, 로터리 샤프트(13)와 회전자(2)가 균형있게(in a balanced way) 회전한다. 따라서, 회전자(2)와 고정자(3) 사이의 분산력이 상이한 위치들에서 달라지는 것이 방지된다. 즉, 균일하고 적절한 분산 프로세스가 실행될 수 있다. 상이한 위치들에서의 분산력의 차이가 방지되기 때문에, 갭이 좁아질 때, 분산 프로세스가 안정할 수 있다. 추가적으로, 회전의 속도가 증가될 수 있기 때문에, 적절한 분산 프로세스가 실행될 수 있다.

[0050] 고정자(3)는, 고정자가 회전자(2)를 향하는 평면 상에서 회전자(2)보다 더 크다. 즉, 축 방향(D1)에 대해 수직인 평면 상의 고정자(3)는 회전자(2)보다 더 크도록 성형된다. 고정자(3)에서, 냉각을 위한 홈(26)은, 냉각제가 홈을 통해 유동하도록, 회전자(2)를 향하는 표면(하부 표면)의 반대편에 있는 표면(상부 표면) 상에 형성된다. 냉각을 위한 홈(26)은 회전자(2)의 외측 에지를 넘어 위치된다.

[0051] 냉각을 위한 홈(26)이 회전자(2)의 외부 에지를 넘어 형성되기 때문에, 회전자(2)의 외부 에지가 냉각될 수 있다. 즉, 회전자(2)와 고정자(3)의 분산을 위한 전체 영역들은 냉각을 위한 홈(26)에 의해 냉각될 수 있다. 따라서, 재료(분산된 혼합물(4))에서 열을 생성하는 것이 확실히 방지될 수 있다. 따라서, 분산될 재료는 열화되는 것이 방지된다. 추가적으로, 재료가 휘발성이고 인화성(flammable)이더라도, 분산 프로세스는 안전하게 실행될 수 있다. 통상적으로, 회전자(2) 및 고정자(3)는 이들이 향하는 평면 상에서 동일한 크기들을 가지도록 성형된다. 이러한 경우에, 외부 에지는 냉각될 수 없다. 생성된 열량이 외부 에지에서 높기 때문에, 냉각을 위한 홈(26)은 우수한 냉각 효과를 제공한다. 따라서, 적절한 분산 프로세스는 적절한 온도 범위에서 실행될 수 있다.

[0052] 벽(27)이 냉각을 위한 홈(26) 상에서 반경 방향을 따라 형성된다(도 4b 참조). 냉각제를 공급하기 위한 포트(28) 및 냉각제를 배출하기 위한 포트(29)는 홈(26) 상의 벽(27)에 걸쳐 배치된다. 포트(28)로부터 홈(26)으로 공급되는 냉각제는 방향(D3) 쪽으로 유동하며, 여기서 벽(27)은 원주 방향(D2)으로 포트(28) 가까이에 형성되지 않는다. 이러한 냉각제는 포트(29)로부터 배출된다. 예를 들어, 냉각제는 물일 수 있다.

[0053] 냉각을 위한 홈(26)이, 냉각제가 냉각제를 공급하기 위한 포트(28)로부터 냉각제를 단일 방향으로 배출하기 위한 포트(29)로 유동하는 것을 유발시키도록 구성되기 때문에, 즉 냉각을 위한 홈이 냉각제가 단일 방향으로 유동하는 것을 유발시키도록 종료되기 때문에, 냉각제는 순차적으로(in order of precedence) 배출된다. 다시 말해, 냉각을 위한 홈이 냉각제가 단일 방향으로 유동하는 것을 유발하도록 구성되지 않는다면, 냉각제의 일부가 체류할 것이어서, 냉각제는 냉각을 위한 홈의 일부분에서 새로운 냉각제로 교체되지 않을 수 있으며, 냉각 능력을 저하한다. 그에 반해서, 냉각을 위한 홈(26)이 순차적으로 냉각제를 교체하도록 구성되기 때문에, 냉각 능력은 계속해서 높다. 따라서, 적절한 온도로의 적절한 분산 프로세스가 실행될 수 있다.

[0054] 제1 분산 디바이스(1)를 구성하는, 냉각을 위한 홈 및 홈이 형성되는 고정자는 위에서 언급된 구조에 제한되지 않는다. 예를 들어, 도 5에 도시된 바와 같이, 홈들(71, 72)을 갖는 고정자들(76, 77)이 사용될 수 있다. 도 5a는, 나사들이 위치되는 경우를 제외하고, 가능한 많이 홈을 넓힘으로써 냉각 능력이 보강되는 예를 도시한다. 도 5b는, 홈의 저부에 미세한 홈들을 형성함에 의해 냉각제에 접촉하는 영역을 증가시킴으로써, 냉각 능력이 보강되는 예를 도시한다. 도 5c는 미세 홈들 또는 오목 부분들(72a)의 단면을 예시하기 위해 도 5b의 선(A6-A6)을 따라 취해진 단면을 도시한다. 고정자들(76, 77)이, 냉각을 위한 홈을 제외하고, 고정자(3)와 동일한 구조 및 기능을 가지기 때문에, 중복 설명은 생략된다.

[0055] 도 5와 같이, 냉각을 위한 홈(26)과 마찬가지로, 냉각을 위한 홈들(71, 72)은 고정자들(76, 77)의 상부 표면에 형성되며, 고정자들은 회전자(2)보다 더 커서, 회전자(2)의 외측에 도달한다. 벽(27)과 마찬가지로, 벽들(73, 74)은 냉각을 위한 홈들(71, 72)에 제공된다. 냉각을 위한 홈(26)의 구조와 유사한 구조는 유사한 기능들을 가진다.

[0056] 다음으로, 냉각을 위한 홈(26)의 구조와 다른 구조가 논의된다. 냉각을 위한 홈(71)은 고정자(76)의 외부 에지까지 연장된다. 볼트 홀들(3b)이 형성된 부분들에서, 돌출부들(71a)이 형성된다. 홈(71)이 외부 에지 쪽으로 연장하기 때문에, 냉각 효과가 보강된다. 냉각을 위한 홈(72)의 저부 상에, 오목 부분들(72a)은 원주 방향으로 형성된다. 이에 의해, 냉각제와 고정자(76) 사이의 열 교환의 양은, 냉각 효과를 증가시키도록, 증가한다. 홈들(71, 72)은, 홈(26)이 가진 냉각 효과보다 높은 냉각 효과를 가진다. 위에서 논의된 바와 같이, 냉각을 위한 홈(26) 대신에, 냉각을 위한 홈들(71, 72) 중 어느 하나를 가지는 고정자가 사용될 때, 높은 냉각 기능이 획득되어서, 적절한 온도 범위 내에의 적절한 분산 프로세스가 실행된다.

[0057] 고정자(3)에서, 로터리 샤프트(13)가 통과하는, 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 홀(31)이 형성된다. 혼합물(4)은 고정자(3)의 홀(31)의 포지션들의 외측으로부터 고정자(3)와 회전자(2) 사이의 갭으로 공급된다.

[0058] 구체적으로는, 혼합물(4)을 공급하기 위한 관통 홀(32)이 고정자(3)에 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 홀(31)의 외측에 형성된다. 다시 말해, 관통 홀(32)은 홀(31)로부터 특정한 거리에 위치된다. 혼합물을 공급하기 위한 포트(33), 및 포트(33)에 혼합물을 공급하기 위해 관통 홀(32)과 통하고 그리고 고정자(3)에 제공되는 통로(34)가 고정자를 유지하기 위한 부분(18)에 제공된다. 포트(33)로부터 공급된 혼합물(4)은 부분(18)의 통로(34) 및 고정자(3)의 관통 홀(32)을 통해 고정자(3)와 회전자(2) 사이의 갭에 도입된다. 연결을 위한 플랜지가 배관(130)과 연결되도록 포트(33)의 단부에 제공된다.

[0059] 이러한 구성에 의해, 혼합물(4)이 공급되는 동안 회전자(2)가 회전될 때, 관통 홀(32)에 공급되어 있는 혼합물(4)은 원심력에 의해 바깥쪽으로 유동하도록 유발된다. 따라서, 혼합물(4)은 회전의 중심 가까이에 도달하지 않는다. 따라서, 기계적 시일과 같은 밀봉 부재는 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 홀(31)("로터리 샤프트를 삽입하기 위한 제1 홀"이라 또한 불림) 또는 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 제2 홀(36)에 요구되지 않으며, 이 제2 홀(36)은 아래에서 논의된다. 즉, 관통 홀(32)은, 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 홀(31)로부터 혼합물(4)이 홀(31)로 유동하지 않는 거리만큼 위치된다. 따라서, 분산 디바이스의 구조는 단순화될 수 있다. 또한, 저하로 인한 밀봉 부재의 교체가 필요하지 않다.

[0060] 혼합물을 공급하기 위한 포트(33) 및 통로(34)는, 이들이 더 낮아짐에 따라, 방사상 중심 쪽으로, 방향(D4)으로 경사진다. 그러나, 이 포트 및 통로가, 이들이 더 낮아짐에 따라, 예를 들어 접선 방향들(D5, D6)로 경사질 수 있다. 혼합물을 공급하기 위한 포트(33) 및 통로(34)는, 통로(34)의 저부 단부가 관통 홀(32)에 연결될 포지션에 위치되도록, 형성된다. 따라서, 관통 홀(32)은 홀(31) 가까이에 위치될 수 있다.

[0061] 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 제2 홀(36)이 고정자를 유지하기 위한 부분(18)에 형성되며, 이 제2 홀을 통해, 로터리 샤프트(13)가 삽입된다. 비접촉 시일인 래버린스 시일(37)이 제2 홀 (36)에 제공된다. 여기서, 래버린스 시일은, 로터리 샤프트(로터리 샤프트(13))의 일측 또는 양 측들 상에 하나 또는 다수의 오목 부분들 및/또는 볼록 부분들을 형성함으로써, 로터리 샤프트와 고정된 부분 사이에 직렬로 요철형(concavo-convex) 갭들 및 고정된 측(고정자를 유지하기 위한 부분(18))을 가지는 구성을 가진다. 이러한 구성은 시일로서 기능한다. 오목 부분들 및 볼록 부분들의 크기들은, 예를 들어, 0.01 내지 3.00 mm이다.

[0062] 공기는, 고정자를 유지하기 위한 부분(18)의 외측으로부터 부분(18) 내에 위치되고 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 제2 홀(36)의 상부 부분에 연결되는 공간(38)으로 공급된다. 부품(18)의 외측으로부터 공기를 공급함으로써, 시일(39)이 공기 퍼징(air purging)에 의해 제공된다. 예를 들어, 공기 퍼징에 의한 시일(39)은 베어링을 유지하기 위한 부분(17)과 고정자를 유지하기 위한 부분(18)에 의해 형성된 공간(38), 부분(17)에 형성되고 그리고 외측에 공간(38)을 연결시키는 퍼징을 위한 통로(39b), 및 퍼징을 위해 공기를 공급하기 위해 통로(39b)의 외측에 제공되는 공기를 공급하기 위한 부분(39a)을 가진다.[ 공기 퍼징에 의한 시일(39)은 화살표(F1)로 도시되는 바와 같이, 부분(39a)으로부터 공급된 공기를 통로(39b) 및 공간(38)을 통해 제2 홀(36)과 로터리 샤프트(31) 사이의 갭에 공급한다. 이러한 공기는 밀봉 기능을 제공한다.

[0063] 고정자를 유지하기 위한 부분(18)에서의 제2 홀(36)의 외측 상에서, 오목 부분(18f)이 고정자(3)를 부분(18)에 고정하기 위한 볼트(3a)를 수용하도록 형성된다. 오목 부분(18f)이 형성되기 때문에, 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 제2 홀(36)을 형성하는 내부 원주부(18g)는 돌기와 같이 성형된다. 로터리 샤프트(13)는 부분(18)의 내부 원주부(18g) 위로 돌출하는 돌기(13g)를 가진다. 화살표(F1)로 도시된 바와 같이, 부분(39a)으로부터 공급되어 있는 공기는 내부 원주부(18g)와 돌기(13g) 사이의 갭을 통과하고, 그리고 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 제2 홀(36)과 로터리 샤프트(31) 사이의 갭에 공급된다.

[0064] 래버린스 시일(37)은 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 제2 홀(36)에 대한 밀봉 효과를 보강시킨다. 공기 퍼징에 의한 시일(39)은, 퍼징에 의해, 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 홀(31) 및 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 제2 홀 (36)에 대한 밀봉 효과를 보강시킨다. 제1 분산 디바이스(1)에서, 위에서 논의된 바와 같이, 혼합물(4)이 원심력이 효과적으로 활용되는 포지션으로 도입되기 때문에, 래버린스 시일이나 퍼징 기구가 제공되지 않아야 한다. 그러나, 이들 중 하나는 밀봉 효과를 보강시키기 위해 제공될 수 있다. 양자 모두가 밀봉 효과를 더욱 보강시키기 위해 제공될 수 있다.

[0065] 용기(11)는 상부에서 하부로 더 작은 단면을 갖는 원뿔형 벽(42), 원뿔형 벽(42) 상에 위치되는 원통형 벽(43), 및 원뿔형 벽(42)의 하부 단부에서 배출을 위한 포트(44)를 가진다. 배출을 위한 포트(44)는, 분산되어 있는 혼합물(4)을 배출하도록 용기(11)의 하부 단부에 제공된다. 포트(44)의 단부에, 연결을 위한 플랜지는, 배관(140)이 플랜지에 연결되도록 제공된다. 분산된 후의 혼합물(4)이 원뿔형 벽(42)을 통해 배출되기 때문에, 내부 벽에 부착되고 그리고 배출되지 않은 혼합물(4)의 양은 대폭으로 감소된다. 따라서, 수율이 개선되며, 그리고 적절한 프로세스가 실행된다. 진공 펌프는, 공기가 혼합물(4)에서 혼합되는 것을 방지하도록 용기(11)에 제공될 수 있다.

[0066] 냉각 기능을 가지는 냉각 기구(41)가 용기(11)에 제공된다. 예를 들어, 냉각 기구(41)는 용기(11)의 외부 표면을 함께 형성하는 벽(42) 및 벽(43)을 포함한다. 냉각 기구는, 또한, 외부 표면(벽(42) 및 벽(43))을 커버하는 공간을 형성하기 위한 부재(45)를 가지며, 이 부재는 벽들 외측에 위치된다. 냉각 기구는, 또한, 냉각 매체를 공급하기 위한 포트(46) 및 냉각 매체를 배출하기 위한 포트(47)를 가진다. 예를 들어, 공간을 형성하는 부재(45)는 일반적으로 자켓으로 불리는 부재일 수 있고, 그리고 이 부재와 벽들(42 및43) 사이에 공간(48)을 형성하여서, 냉각수와 같은 냉각 매체는 그 공간에 채워진다.

[0067] 예를 들어, 냉각 매체를 공급하기 위한 포트(46)는, 공간(48)에 냉각수를 공급하도록 공간을 형성하기 위한 부재(45)의 하부 측 상에 제공된다. 예를 들어, 냉각 매체를 배출하기 위한 포트(47)는, 공간(48)으로부터 냉각제를 배출하도록 공간을 형성하기 위한 부재(45)의 상부 측 상에 제공된다.

[0068] 상기 구성에 의해, 냉각 기구(41)는 벽들(42, 43)을 통해 용기(11)의 내측을 냉각하는 기능을 가진다. 또한, 냉각 기구(41)는 분산되어 있는 혼합물(4)을 냉각한다. 혼합물(4)이 휘발성 재료를 포함한다면, 증발된 재료는 액체 형태로 복귀도도록 냉각된다. 냉각 기구(41)의 구조는 위에 언급된 구조에 제한되지 않지만, 임의의 공지된 구조일 수 있다.

[0069] 제1 분산 디바이스(1)를 구성하는 용기는 용기(11)에 제한되지 않지만, 도 6에서와 같은 용기(81, 86)일 수 있다. 우선적으로, 도 6a에서와 같은 용기(81)가 논의된다. 용기(81)는, 교반기(82)를 가지는 것을 제외하고, 용기(11)의 구조 및 기능들과 동일한 구조 및 기능들을 가진다. 그러므로, 중복 설명은 생략된다.

[0070] 도 6a에서의 용기(81)는 배출을 위한 벽들(42, 43) 및 포트(44)를 가진다. 용기(81)에는 냉각 기구(41)가 설비된다. 또한, 용기(81)에는 교반기(82)가 설비된다. 교반기(82)는 벽들(42, 43)의 내부 표면들에 부착되는 슬러리 혼합물(4)을 스크래프한다. 스크래프된(scraped) 혼합물(4)은 부착되지 않은 혼합물(4)과 함께 배출을 위한 포트(44)로부터 배출된다. 교반기(82)는 벽들(42, 43)의 형상에 따르도록 성형되는 교반 판(82a) 및 판(82a)을 회전시키는 모터(82b)를 가진다. 교반기(82)는 또한 로터리 샤프트(82c) 및 베어링 (82d)을 가진다. 교반 판(82a)은, 교반 판과 벽들(42, 43) 사이의 간극이 약 0 내지 20 mm이도록 성형된다. 교반 판(82a)은 금속 또는 금속 및 수지로 제조된다. 여기서, 교반 판(82a)은, 원주 상의 두 포지션들에서 스크래프하도록 두 개의 교반 부품들(82e)을 가진다. 그러나, 교반 판은 판들을 조합함으로써 3 개 또는 그 초과의 교반 부품들을 가지거나 단지 하나의 교반 부품을 가질 수 있다. 도 6a에 도시된 예에서, 로터리 샤프트(82c)를 배치할 필요로부터, 배출을 위한 포트(44)는, 이 포트를 통해 파이프(140)에 연결되도록 연결 파이프(83)에 연결된다. 분산된 후의 혼합물(4)이 원뿔형 벽(42)을 통해 배출되기 때문에, 내부 벽에 부착되고 그리고 배출되지 않은 혼합물(4)의 양은 대폭으로 감소된다. 또한, 교반 판(82a)은 혼합물(4)의 배출을 용이하게 한다. 따라서 수율이 개선된다.

[0071] 다음으로, 제1 분산 디바이스(1)를 구성하는 용기의 다른 예로서, 도 6b에서와 같은 용기(86)가 논의된다. 용기(86)는 분산된 후에 혼합물(4)을 저장하기 위한 탱크로서도 사용된다. 즉, 용기(86)는 원통형 벽(86a) 및 원통형 벽(86a) 아래에 위치되는 구형 저부(86b)를 가진다. 배출을 위한 포트(86c)는 저부(86b)의 하부 단부에 온-오프 밸브(86d)가 제공된다.

[0072] 도 6b에서와 같은 용기(86)는, 아래에서 논의되는 바와 같이, 단일 분산으로 완전히 분산된 혼합물(4)과 호환성이 있다. 예를 들면, 이 용기는, 적절하게 분산될 필요가 있고 그리고 비용이 값비싼, 소량의 혼합물(4)을 분산시키기 위한 프로세스와 호환성이 있다. 분산을 위한 프로세스 후에, 볼트들(11d)은 커버 조립체(12), 또는 커버 조립체(12)에 부착된 회전자(2) 및 고정자(3)로부터 용기(86)를 장착해제하도록 제거된다. 용기(86)는 운송을 위한 용기로서 직접적으로 사용될 수 있고, 그리고 요망되는 위치로 이송될 수 있다. 따라서, 다른 구조의 제1 분산 디바이스(1)의 외부 표면에 부착할 것인 혼합물(4)은 복원될 수 있어서, 수율이 개선된다. 프로세스 후에 혼합물을 저장하기 위한 탱크로서도 사용되는 용기(86)의 형상은 이에 제한되지 않지만, 원뿔형일 수 있다. 대안적으로, 용기는 분산되어 있는 다량의 혼합물을 수용하거나, 또는 예를 들어 2 개의 부분들로 분할되기 위한 대형 탱크일 수 있다. 프로세스 후에 혼합물을 저장하기 위한 탱크로서도 사용하는 용기에는 냉각 기구(41)가 설비될 수 있다.

[0073] 예를 들어, JIS(Japanese Industrial Standards)에서 명시된 바와 같이, SUS304, SUS316, SUS316L 또는 SUS430과 같은 스테인레스 강 또는 JIS에 명시된 바와 같은 S45C 또는 S55C와 같은 탄소 강은 회전자(2) 및 고정자(3)의 원 재료로 사용될 수 있으며, 이 스테인리스 강 또는 탄소강은 제1 분산 디바이스(1)를 구성한다. 알루미나, 질화 규소, 지르코니아, 사이알론, 실리콘 카바이드와 같은 세라믹, 또는 JIS에서 명시된 바와 같이 SKD 또는 SKF와 같은 공구강이 사용될 수 있다. 세라믹이 용사되는 (예를 들면, 알루미나 용사 또는 지르코니아 용사) 스테인리스 강과 같은 금속이 사용될 수 있다. 세라믹이 용사되는 금속으로 제조되는 회전자 및 고정자를 사용함으로써, 수명이 연장될 수 있고, 금속에 의한 임의의 오염이 방지될 수 있다.

[0074] 제1 분산 디바이스(1)를 사용하는 사전 분산 프로세스에 의해, 혼합물(4)은 제1 분산 디바이스(1)의 회전자(2)와 고정자(3) 사이에 공급되어, 혼합물(4)이 분산되도록, 혼합물(4)이 원심력에 의해 외부 원주 쪽으로 유동하는 것을 유발시킨다. 제1 분산 디바이스(1) 및 사전 분산을 위한 프로세스에 의해, 수율이 높으며, 분산력이 높으며, 그리고 분산 프로세스가 적절한 온도 범위 내에서 실행된다. 즉, 적절한 사전 분산 프로세스가 실행된다. 제1 분산 디바이스(1) 및 사전 분산 프로세스에 의해, 용기(11)와 커버 조립체(12)이 분산 프로세스 후에 세정을 위해 분리될 수 있기 때문에, 세정이 용이하다.

[0075] 위에서 논의된 바와 같이, 제1 분산 디바이스(1)에 의해, 전단력에 의해 분산되는 회전자(2)와 고정자(3) 사이의 갭이 조절될 수 있고 그리고 확실히 고정될 수 있다. 추가적으로, 회전자(2)는, 혼합물을 균일하게 분산시키도록 균형있게 회전된다. 따라서, 대략적으로 분산되어 있는 수백 내지 수천 마이크로 미터의 큰 입자들을 포함하는 혼합물(4)의 사전 분산이 확실히 실행될 수 있다.

[0076] 제1 분산 디바이스(1)에서, 회전자(2)와 고정자(3) 사이의 갭은 바람직하게는 10 마이크로미터 이상, 그리고 1,000 마이크로미터 이하이다. 갭이 10 마이크로미터보다 더 작았다면, 회전자(2) 및 고정자(3)가 서로 가깝게 될 것이며, 이에 의해 분산 동안의 열 생성으로 인한 열 팽창 때문에 서로 접촉하고 그리고 손상될 위험을 증가시킨다. 갭이 1,000 마이크로미터보다 더 컸다면, 고형물 입자들을 분산하는 것은 어렵게 될 것이다. 회전자(2)와 고정자(3) 사이의 갭이 10 마이크로미터 이상이고, 그리고 1,000 마이크로미터 이하일 때, 예를 들어 평균 직경이 수십 마이크로미터보다 더 작은 것, 바람직하게는 10 마이크로미터보다 더 작은 것을 유발시키기 위해 ,어느 정도 수준으로 미세하도록 고형물 입자들을 분산시키는 것은 효과적으로 실행될 수 있다.

[0077] 또한, 전단-유형의 제3 분산 디바이스(미도시)가 러프-분산 디바이스(110)와 제1 분산 디바이스(1) 사이에 제공될 수 있다. 이러한 경우에, 예를 들어, 제3 분산 디바이스는 회전자와 고정자 사이에 1,000 마이크로미터의 갭을 가질 수 있어서, 혼합물(4) 내의 고형물 입자들은 100 마이크로미터보다 더 작도록 분산된다. 제1 분산 디바이스(1)는 회전자(2)와 고정자(3) 사이에 100 마이크로미터의 갭을 가질 수 있어서, 혼합물(4)의 고형물 입자들은, 혼합물(4)을 제2 분산 디바이스(60)에 공급하도록 10 마이크로미터보다 더 작도록 분산된다. 따라서, 러프-분산 디바이스(110)로부터 공급되는 혼합물이 큰 입자들을 포함하더라도, 혼합물의 사전 분산은 단시간 내에 확실히 실행될 수 있다.

[0078] 제1 분산 디바이스(1)는 혼합물(4)을 전단력에 의해 분산시키기 때문에, 균일한 분산이 성취될 수 있다. 즉, 혼합물(4)이 회전자(2)와 고정자(3) 사이에 유동하도록 유발되기 때문에, 전단력이 모든 혼합물(4)에 적용된다. 따라서, 혼합물(4)에 적용되는 전단력에서의 국소 변화(소위 "짧은 경로")가 존재하지 않아서, 분산에서의 효율이 높아진다.

[0079] 도 3 내지 도 6에서와 같이, 제1 분산 디바이스로서 논의되는 전단-유형 분산 디바이스(1)는 혼합물(4)에 따라 제2 분산 디바이스(60)로서 나노미터 단위이도록 입자들을 분산시키는 데 사용될 수 있다. 즉, 전단-유형 분산 디바이스(1)에서 회전자(2)와 고정자(3) 사이의 갭은 나노미터 단위이도록 입자들을 분산시키는 데 사용되도록 가깝게 설정된다. 제1 분산 디바이스로서 전단-유형 분산 디바이스(1), 및 이전의 갭보다 더 작은 회전자(2)와 고정자(3) 사이의 갭을 가지는 제2 분산 디바이스로서 전단-유형 분산 장치(1)를 포함하는 분산 시스템은 사전 분산을 효율적으로 실행할 수 있고 그리고 나노미터 단위이도록 혼합물에서 입자들을 분산시킬 수 있다.

[0080] 다음으로, 분산 시스템(100)의 일부 변형들은 도 7 및 도 8을 참조로 하여 논의된다. 도 7은 다중 경로들을 사용하는 분산 프로세스에 대해 적합한 분산 시스템(102)의 개략도이다. 분산 시스템(102)은, 분산 시스템이 다중 경로들을 가지는 것을 제외하고, 위에서 논의된 시스템(100)과 동일한 구성 및 동일한 기능들을 가진다.

[0081] 도 7에서와 같이, 분산 시스템(102)은 러프-분산 디바이스(110), 중간 탱크(112), 제1 분산 디바이스(1), 제2 분산 디바이스(60) 및 저장 탱크(120)를 포함한다. 배관(134)은 배관(140)의 펌프(142)의 하류 부분을 중간 탱크(112) 및 러프-분산 디바이스(110)에 연결시킨다. 배관(136)은 중간 탱크(112)를 배관(130)의 펌프(132)의 상류 부분에 연결시킨다. 제1 분산 디바이스(1)에 의해 사전에 분산된 혼합물(4)은 중간 탱크(112)에 저장된다. 그 후, 혼합물은 사전 분산을 반복하도록 제1 분산 디바이스(1)로 복귀된다. 추가적으로, 제1 분산 디바이스(1)에 의해 사전에 분산되어 있는 혼합물(4)은 러프-분산 디바이스(110)로 복귀될 수 있다. 즉, 분산 시스템(102)에 의해, 사전 분산이 반복되어, 예를 들어, 큰 입자들이 10 마이크로미터 이하인 평균 직경을 갖는 고형물 입자들이 되도록 분산되기 위해, 사전 분산을 용이하게 한다.

[0082] 도 8에서와 같이, 분산 시스템(104)은, 분산 시스템 (100)이 포함하는 것과 같이, 러프-분산 디바이스(110), 제1 분산 디바이스(1), 제2 분산 디바이스(60) 및 저장 탱크(120)를 포함한다. 그러나, 펌프는 배관(130)에 제공되지 않는다. 압축기(160)는 유동 제어 밸브(162) 및 필터(164)를 통해 러프-분산 디바이스(110)에 연결된다. 즉, 유동 제어 밸브(162)와 필터(164)는 러프-분산 디바이스(110)와 압축기(160)를 연결시키는 배관(166)에 제공된다. 유동 제어 밸브(162)는 압축기(160)로부터 러프-분산 디바이스(110)로 도입되는 압축된 공기의 유동을 조절한다. 필터(164)는 이러한 압축 공기로부터 원하지 않는 재료들을 제거한다.

[0083] 분산 시스템(104)에 의해, 분말 재료 및 액체 재료는 가압됨 없이 대략적으로 분산된다. 그 후, 러프-분산 디바이스(110) 내의 혼합물(4)은 압축기(160) 및 유동 제어 밸브(162)에 의해 가압된다. 따라서, 혼합물(4)은 러프-분산 디바이스(110)의 압력에 의해 배관(130)을 통해 제1 분산 디바이스(1)로 도입된다.

[0084] 다음으로, 도 9에서와 같은 분산 시스템(106)이 분산 시스템의 다른 예로서 논의된다. 분산 시스템(106)은, 분산 시스템이 분말 재료가 액체의 표면 상에서 부유하도록 또는 군집하도록(clump) 소수성일 때(액체들을 흡수하는 분말들에 의해 생성되는 큰 본체), 액체 재료와 분말 재료를 혼합하는 것에 대해 우수한 러프-분산 디바이스(170)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 분산 시스템은, 분산 시스템이 러프-분산 시스템(110) 대신에 러프-분산 디바이스(170)를 포함하는 것을 제외하고, 도 1에서와 같은 분산 시스템(100)과 동일한 구조 및 동일한 기능들을 가진다. 중복 설명은 생략된다.

[0085] 러프-분산 디바이스(170)는 액체 재료를 공급하기 위한 부품(111) 및 분말 분재료를 공급하기 위한 부품(112)을 가진다. 러프-분산 디바이스는, 또한, 교반 블레이드(173), 교반 블레이드들(173)에 연결되는 로터리 샤프트(177), 로터리 샤프트(177)를 회전시키기 위한 구동 유닛(178), 예컨대 모터를 가진다. 로터리 샤프트(177)은 교반 블레이드(173)의 회전에 의해 경사 와류가 생성되도록 러프-분산 디바이스(170)의 중심으로부터 편심된다(로터리 샤프트는 중심으로부터 벗어나도록 위치됨). 러프-분산 디바이스(170)는, 예를 들어, 원통형의 측면 및 곡선형 저부를 가진다. 그러나, 이는 이러한 형상에 제한되지 않는다.

[0086] 분말 재료를 공급하기 위한 부분(112)은 교반 블레이드들(173)에 의해 생성된 경사 와류 내로 분말 재료(P)를 공급한다. 분말 재료를 공급하기 위한 부품은, 예를 들어, 계량-유형 진동 피더(metering-type vibrating feeder)일 수 있다. 그러나, 이는 이러한 유형에 제한되지 않지만, 다른 유형의 진동 피더 또는 나사-유형 피더일 수 있다. 경사 와류 내로 공급되는 분말 재료는 군집되는 것이 방지된다. 따라서, 분말 재료는 군집 없이 러프-분산 디바이스(170)에 의해 분산된다. 추가적으로, 교반 블레이드들(173)이 중심을 벗어난 포지션에서 회전되기 때문에, 액체 재료를 공급하기 위한 부분(111) 및 분말 재료를 공급하기 위한 부분(112)로부터 원 재료들을 공급하기 위한 넓은 공간이 확보될 수 있다. 추가적으로, 혼합물(4)에 대해 사용되는 재료들의 비율의 정확성은 증가될 수 있다.

[0087] 위에서 논의된 바와 같이, 분산 시스템(100, 102, 104 및 106)에 의해, 혼합물(4)은 제1 분산 디바이스(1)에 의해 사전에 분산된다. 사전에 분산되어 있는 혼합물(4)은 제2 분산 디바이스(60)에 의해 나노미터 단위이도록 분산된다. 따라서, 고형물 입자들은 나노미터 단위이도록 더 미세하게 효율적으로 제조된다.

[0088] 이하, 상세한 설명 및 도면들에 사용된 주요 참조 부호들 및 기호들이 열거된다.

1 제1 분산 디바이스

2 회전자

3 고정자

4 혼합물

11 용기

11a 상부 개구

12 커버 조립체

13 로터리 샤프트

13a 하부 단부

14 베어링

15 스페이서

15a 제1 관통 홀

15b 제2 관통 홀

17 베어링을 유지하기 위한 부분

18 고정자를 유지하기 위한 부분

20 제2 스페이서

21 축 방향 포지션을 제어하기 위한 부분

22 오목 부분

23 체결 부재

24 핀

26 냉각을 위한 홈

27 벽

28 냉각제를 공급하기 위한 포트

29 냉각제를 배출하기 위한 포트

31 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 홀

32 혼합제를 공급하기 위한 관통 홀

33 혼합물을 공급하기 위한 포트

34 통로

36 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 제2 홀

37 시일

38 간격

41 냉각 기구

44 배출을 위한 포트

60 제2 분산 디바이스

82 교반기

82a 교반 판

100, 102, 104, 106 분산 시스템

110, 170 러프-분산 디바이스

111 액체 재료를 공급하기 위한 부분

112 분말식 재료를 공급하기 위한 부분

113, 114, 115, 173 교반 블레이드들

117, 177 로터리 샤프트

118, 178 저장 탱크

120 저장 탱크

130, 140, 150 배관

132, 142 펌프

L 액체 재료

P 분말 재료

Claims (15)

1. 슬러리(slurry)의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템(dispersing system)으로서,
   상기 혼합물을 분산시키기 위해 원심력에 의해 외주 쪽으로 상기 회전자를 향하도록 배치되는 혼합물이 회전자와 고정자 사이에서 유동하는 것을 유발시키는 제1 전단-유형 분산 디바이스(shear-type dispersing device); 및
   상기 제1 분산 디바이스에 의해 분산되어 있는 상기 혼합물에서 나노미터 단위이도록 고형물 입자들을 더 미세하게 만드는 제2 분산 디바이스를 포함하는,
   슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 제1 분산 디바이스는:
   상기 회전자와 상기 고정자 사이에 통과되어 있는 상기 혼합물을 수용하기 위한 용기,
   상기 용기의 상부 개구를 폐쇄하기 위한 커버 조립체(cover assembly),
   상기 커버 조립체의 저부에 고정되는 고정자,
   상기 고정자의 하부 면을 향하도록 배치되는 회전자, 및
   상기 회전자를 회전시키는 로터리 샤프트(rotary shaft)를 가지며,
   상기 회전자와 상기 고정자 사이의 갭(gap)은 10 마이크로미터 이상이며, 그리고 1,000 마이크로미터 이하인,
   슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.
3. 제2 항에 있어서,
   상기 제2 분산 디바이스는 비드 밀(bead mill), 제트 밀(jet mill), 및 고압-유형 호모게나이저 중 임의의 것인,
   슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.
4. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 제1 분산 디바이스에 의해 분산되기 전의 상기 혼합물에서의 상기 고형물 입자들의 평균 직경은 1 마이크로미터 이상이며, 그리고 1,000 마이크로미터 이하이며, 그리고 상기 제2 분산 디바이스에 의해 분산된 후의 상기 고형물 입자들의 평균 직경은 1 마이크로미터보다 더 작은,
   슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.
5. 제1 항 내지 제3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 분산 시스템에 의해 분산될 상기 혼합물은 카본 블랙, 카본 나노튜브, 그래핀(graphene), 무기 분말, 및 금속 또는 산화 금속으로 제조된 분말인 하나 또는 그 초과의 분말식 재료들의 혼합물, 그리고 물, 용매, 및 수지의 그룹으로부터 선택되는 하나 또는 그 초과의 액체 재료들인,
   슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.
6. 제4 항에 있어서,
   상기 제1 분산 디바이스에 공급될 수 있는 상기 혼합물을 분산시키는 러프-분산 디바이스(rough-dispersing device)를 더 포함하며, 상기 러프-분산 디바이스는 분말식 재료 및 액체 재료를 함께 혼합하며, 상기 분말식 재료 및 액체 재료 양자 모두는 상기 혼합물의 원 재료들인,
   슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.
7. 제6 항에 있어서,
   상기 러프-분산 디바이스는 터빈-유형 임펠러(turbine-type impeller), 분산-유형 임펠러, 프로펠러-유형(propeller-type) 임펠러, 및 앵커(anchor)-유형 임펠러 중 임의의 것을 가지는,
   슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.
8. 제6 항에 있어서,
   상기 제1 분산 디바이스에 상기 분산된 혼합물을 공급하기 위해 상기 혼합물을 분산하도록, 상기 러프-분산 디바이스에 의해 분산되어 있는 상기 혼합물이 회전자와 원심력에 의해 상기 외주 쪽으로 상기 회전자를 향하도록 배치되는 고정자 사이에서 유동하는 것을 유발시키는 제3 분산 디바이스를 더 포함하는,
   슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.
9. 제2 항 또는 제3 항에 있어서,
   상기 제1 분산 디바이스는:
   상기 커버 조립체에 배치되고 그리고 상기 고정자 위로 배치되고 그리고 상기 로터리 샤프트를 회전가능하게 유지하는 베어링(bearing), 및
   상기 로터리 샤프트와 상기 회전자 사이에 분리가능하게 배치되고 그리고 및 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 갭을 조절하는 스페이서(spacer)를 가지며,
   상기 스페이서가 배치될 때, 축 방향으로 상기 고정자에 대해 상기 회전자의 포지션은 고정되는,
   슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.
10. 제9 항에 있어서,
    상기 커버 조립체는 상기 베어링을 유지하는 상기 베어링을 유지하는 부분 및 상기 베어링을 유지하기 위한 부분 아래에 제공되고 상기 고정자를 유지하는 상기 고정자를 유지하는 부분을 가지며,
    상기 베어링을 유지하기 위한 부분은 제2 스페이서를 통해 상기 고정자를 유지하는 부품에 의해 상기 베어링을 유지하기 위한 부품에 접촉함으로써 상기 고정자를 유지하기 위한 부분의 축 방향 포지션을 제어하기 위한 부분을 가지며,
    상기 제2 스페이서는, 상이한 길이를 가지는 것과 교환됨으로써 상기 베어링을 유지하기 위한 부분에 대해 상기 고정자의 축 방향 포지션을 조절하도록, 상기 베어링을 유지하기 위한 부분과 상기 고정자를 유지하기 위한 부분 사이에 분리가능하게 제공되며,
    오목 부분(concave part)은 상기 로터리 샤프트의 하부 단부가 상기 오목 부분 내로 삽입되도록, 상기 회전자의 상부 표면 상에 형성되며,
    관통 홀은 상기 오목 부분 상에서 개방되며,
    상기 로터리 샤프트의 하부 단부는 상기 회전자의 상기 오목 부분 내로 삽입되며, 체결 부재는 상기 회전자의 하부 표면으로부터 고정되면서, 상기 하부 단부는 상기 스페이서를 통해 상기 오목 부분에 접하며,
    상기 체결 부재는, 상기 회전자의 관통 홀을 통해 상기 로터리 샤프트에 상기 체결 부재의 일부분을 고정함으로써, 상기 스페이서에 걸쳐 상기 회전자에 상기 로터리 샤프트를 체결하며,
    복수의 핀들은, 상기 로터리 샤프트의 회전력을 상기 회전자로 전달하기 위해, 상기 회전자의 오목 부분 및 상기 로터리 샤프트의 하부 단부 내로 삽입되며,
    상기 핀들은 원주 방향을 따라 불균일한 간격들로 배치되며, 그리고
    상기 체결 부재가 삽입되는 제1 관통 홀 및 상기 핀들이 삽입되는 제2 관통 홀들이 상기 스페이서에 형성되는,
    슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.
11. 제10 항에 있어서,
    상기 고정자는 상기 고정자가 상기 회전자를 향하는 평면 상에서 상기 회전자보다 더 크며,
    상기 고정자에서, 냉각을 위한 홈(groove)은 상기 회전자를 향하는 표면의 반대편에 있는 표면 상에서 형성되어서, 냉각제는 냉각을 위해 상기 홈을 통해 유동하며,
    냉각을 위한 상기 홈은 상기 회전자의 외부 에지(edge)를 넘어 위치되며,
    벽은 냉각을 위한 상기 홈 상에서 반경 방향을 따라 형성되며,
    냉각제를 공급하기 위한 포트(port) 및 냉각제를 배출하기 위한 포트는 상기 벽에 걸쳐 배치되며,
    상기 냉각제를 상기 홈으로 공급하기 위한 포트로부터 공급되는 상기 냉각제는 냉각제를 공급하기 위한 포트 가까이에 벽이 형성되지 않는 방향 쪽으로, 원주 방향으로 유동하며, 그리고 상기 냉각제는 상기 냉각제를 배출하기 위한 포트로부터 배출되며,
    상기 고정자에서, 상기 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 홀이 형성되며, 상기 홀을 통해, 상기 회전자 샤프트는 통과하며, 그리고 상기 혼합물은 상기 고정자의 홀의 포지션들 외측으로부터 상기 고정자와 상기 회전자 사이의 갭으로 공급되는,
    슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.
12. 제11 항에 있어서,
    상기 혼합물을 공급하기 위한 관통 홀은 상기 고정자에서 상기 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 홀 외측에 형성되며,
    상기 혼합물을 공급하기 위한 포트, 및 상기 혼합물을 공급하기 위한 포트로 상기 혼합물을 공급하기 위한 상기 관통 홀과 통하고 그리고 상기 고정자에 제공되는 통로(passage)가 상기 고정자를 유지하기 위한 부분에 제공되며,
    상기 혼합물을 공급하기 위한 포트로부터 공급되는 상기 혼합물은 상기 고정자를 유지하기 위한 부분에서의 상기 통로를 통해 그리고 상기 고정자에서의 관통 홀을 통해 상기 고정자와 상기 회전자 사이의 갭에 도입되며,
    상기 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 제2 홀이 상기 고정자를 유지하기 위한 부분에 형성되며, 상기 제2 홀을 통해, 상기 로터리 샤프트가 삽입되며,
    상기 래버린스 시일(labyrinth seal)은 상기 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 상기 제2 홀에 제공되며,
    공기가 상기 고정자를 유지하기 위한 부분 외측으로부터 상기 고정자를 유지하기 위한 부분 내에 위치되고 그리고 상기 로터리 샤프트를 삽입하기 위한 제2 홀의 상부 부분에 연결되는 공간으로 공급되며, 그리고
    냉각 기구는 상기 용기에 제공되는,
    슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.
13. 제12 항에 있어서,
    상기 용기는, 그 단면이 최상부로부터 저부로 감소되는 원뿔형 벽을 가지며,
    배출을 위한 포트는 분산되어 있는 상기 혼합물을 배출하기 위해 상기 용기의 하부 단부에 제공되며, 그리고
    교반 판은 상기 벽에 부착되는 임의의 슬러리의 혼합물을 스크래프 오프(scrape off)하도록 상기 용기에 제공되는,
    슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.
14. 제13 항에 있어서,
    상기 회전자 및 상기 고정자는 세라믹이 용사되는(thermal sprayed) 스테인리스 강으로 제조되는,
    슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.
15. 슬러리의 혼합물을 분산시키는 프로세스(process)로서,
    회전자와 제1 분산 디바이스의 상기 회전자를 향하도록 배치되는 고정자 사이의 갭에 혼합물을 공급하는 단계;
    상기 회전자 및 상기 고정자에 의한 전단력에 의해 상기 혼합물을 분산시키기 위해, 상기 혼합물이 원심력에 의해 상기 회전자와 상기 고정자 사이에서 바깥쪽으로 유동하여 것을 유발시키는 단계;
    상기 제1 분산 디바이스에 의해 분산되어 있는 상기 혼합물을 제2 분산 디바이스로 공급하는 단계; 및
    상기 제2 분산 디바이스에 의해 상기 제2 분산 디바이스에 공급되어 있는 상기 혼합물에서 고형물 입자들을 나노미터 단위이도록 더 미세하게 제조하는 단계를 포함하는,
    슬러리의 혼합물을 분산시키는 분산 시스템.

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