KR20200057080A - 혼합 장치 - Google Patents

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KR20200057080A
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고스케 히가시
가즈히사 후쿠타니
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

제조부는, 초임계 상태 또는 아임계 상태의 작동 유체를 제조한다. 저장부는, 재료를 저장한다. 용해부는, 작동 유체에 재료를 용해시킨다. 혼합기는, 작동 유체의 존재 하에서 재료를 혼합시킨다. 재료 투입용 밸브는, 저장부로부터 용해부에 투입되는 재료가 지나는 유로를 개폐한다. 작동 유체 유입용 밸브는, 제조부로부터 용해부로 유입되는 작동 유체가 지나는 유로를 개폐한다. 혼합기 유입용 밸브는, 용해부로부터 혼합기로 유입되는 유체(작동 유체 및 재료)가 지나는 유로를 개폐한다.

Description

혼합 장치
본 발명은 재료를 혼합하는 혼합 장치에 관한 것이다.
예를 들어 특허문헌 1에, 초임계 유체 또는 아임계 유체의 존재 하에서, 재료(동 문헌에서는 고무)를 혼합(동 문헌에서는 혼련)하는 것이 기재되어 있다(동 문헌의 단락 0040 참조).
일본 특허 제5259203호 공보
이 기술에서는, 초임계 유체 또는 아임계 유체에, 재료를 용해시킨다. 초임계 유체 또는 아임계 유체(이하 「작동 유체」)는, 대기압에 비하여 고압이다. 그 때문에, 작동 유체의 압력보다 높은 압력을 재료에 가하여, 재료를 작동 유체에 투입(압입)하는 것이 상정된다. 그 때문에, 재료를 작동 유체에 투입하기 위한 에너지가 커질 우려가 있다.
따라서 본 발명은 재료를 작동 유체에 투입하는 데 요하는 에너지를 억제할 수 있는, 혼합 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 혼합 장치는, 제조부와, 저장부와, 용해부와, 혼합기와, 재료 투입용 밸브와, 작동 유체 유입용 밸브와, 혼합기 유입용 밸브를 구비한다. 상기 제조부는, 초임계 상태 또는 아임계 상태의 작동 유체를 제조한다. 상기 저장부는, 재료를 저장한다. 상기 용해부는, 상기 작동 유체 및 상기 재료가 넣어져, 상기 작동 유체에 상기 재료를 용해시킨다. 상기 혼합기는, 상기 작동 유체의 존재 하에서 상기 재료를 혼합시킨다. 상기 재료 투입용 밸브는, 상기 저장부로부터 상기 용해부로 투입되는 상기 재료가 지나는 유로를 개폐한다. 상기 작동 유체 유입용 밸브는, 상기 제조부로부터 상기 용해부로 유입되는 상기 작동 유체가 지나는 유로를 개폐한다. 상기 혼합기 유입용 밸브는, 상기 용해부로부터 상기 혼합기로 유입되는, 상기 작동 유체 및 상기 재료가 지나는 유로를 개폐한다.
상기 구성에 의해, 재료를 작동 유체에 투입하는 데 요하는 에너지를 억제할 수 있다.
도 1은 제1 실시 형태의 혼합 장치를 도시하는 블록도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 혼합 장치의 작동의 흐름도이다.
도 3은 도 1에 도시하는 혼합 장치의 작동을 도시하는 도면이다.
도 4는 제2 실시 형태의 도 1에 대응하는 블록도이다.
도 5는 제3 실시 형태의 도 1에 대응하는 블록도이다.
도 1 내지 도 3을 참조하여 제1 실시 형태의 혼합 장치(1)에 대해 설명한다.
혼합 장치(1)(혼련 장치, 교반 장치)는, 도 1에 도시하는 바와 같이, 작동 유체(11)를 사용하여 재료(21)를 혼합하는 장치이다. 상기 「혼합」에는, 혼련 및 교반이 포함된다. 혼합 장치(1)는, 제조부(10)와, 저장부(20)와, 용해부(30)와, 혼합부(40)와, 분리부(70)와, 분기 유로(80)와, 제어부 C를 구비한다.
제조부(10)(초임계 제조부, 아임계 제조부)는, 작동 유체(11)를 제조하는 부분이다. 작동 유체(11)는, 초임계 상태의 유체(초임계 유체) 또는 아임계 상태의 유체(아임계 유체)이다. 혼합 장치(1)는, 초임계 혼합 장치 또는 아초임계 혼합 장치이다. 초임계 유체의 온도는, 임계 온도(Tc) 이상이며, 초임계 유체의 압력은, 임계 압력(Pc) 이상이다. 초임계 유체는, 액체 및 기체의 특성을 갖는다. 초임계 유체는, 액체와 마찬가지로 용질을 융해시키는 힘(용해성)과, 기체와 마찬가지로 용질을 확산시키는 힘(확산성)을 갖는다. 아임계 유체의 특성(용해성 및 확산성)은, 초임계 유체의 특성과 거의 같다. 아임계 유체의 온도 T 및 압력 P는, 예를 들어 다음의 어느 조건을 만족한다. 이하의 각 예의 온도 T 및 임계 온도 Tc의 각각의 단위는 섭씨이다. [아임계 상태의 예 1] T≥Tc, 또한, P<Pc를 만족한다. [아임계 상태의 예 2] T<Tc, 또한, P<Pc, 또한, T가 상온보다 충분히 높으면서, P가 상압(대기압)보다 충분히 높다. [아임계 상태의 예 3] 0.5<T/Tc<1.0, 또한, 0.5<P/Pc를 만족한다. [아임계 상태의 예 4] 0.5<T/Tc, 또한, 0.5<P/Pc<1.0을 만족한다. [아임계 상태의 예 5] 임계 온도 Tc가 0℃ 이하인 경우, 0.5<P/Pc를 만족한다.
작동 유체(11)를 구성하는 물질은, 가능한 한 용이하게, 초임계 상태 또는 아임계 상태로 하는 것이 가능한 물질인 것이 바람직하다. 작동 유체(11)의 극성과 재료(21)의 극성의 차는, 작동 유체(11)에 재료(21)가 용해될 수 있을 정도로 작다. 작동 유체(11)를 구성하는 물질은, 예를 들어 이산화탄소이다. 이산화탄소의 임계 온도는, 31℃이다. 이산화탄소의 임계 압력은, 7.4MPa이다. 이산화탄소는, 예를 들어 31℃ 이상, 또한 7.1MPa 이상이면, 아임계 상태이다. 이산화탄소는, 예를 들어 20℃의 경우, 15MPa 이상이면, 아임계 상태이다. 또한, 작동 유체(11)를 구성하는 물질은, 이산화탄소가 아니어도 되고, 예를 들어 질소라도 되고, 예를 들어 물 등이어도 된다. 이하에서는, 「초임계 상태 또는 아임계 상태」를, 「초임계 상태 등」이라고 하는 경우가 있다. 작동 유체(11)는, 용해부(30)에 있어서 재료(21)가 작동 유체(11)에 용해할 때 및 혼합기(50)에 있어서 작동 유체(11)의 존재 하에서 재료(21)가 혼합될 때에는, 초임계 상태 등이다. 또한, 초임계 상태 등이 아닌 상태(예를 들어 기체 또는 액체)의 작동 유체(11)를 유체(12)라고도 한다.
작동 유체(11)는, 아임계 상태보다, 초임계 상태인 것이 바람직하다. 작동 유체(11)가 초임계 상태인 경우에는, 아임계 상태의 경우보다, 재료(21)가 더욱 혼합된다. 예를 들어, 재료(21)(하기의 주재료(21a))가 고무인 경우, 혼합 장치(1)에서 혼합이 행해진 제품 고무의 품질을, 제품 고무(예를 들어 V 벨트 등)의 마모율로 평가하는 경우가 있다. 이 평가에서는, 마모율이 작은 순으로(품질이 높은 순으로), 초임계 상태의 작동 유체(11)를 사용한 경우, 아임계 상태의 작동 유체(11)를 사용한 경우, 대기압의 유체(12)를 사용한 경우로 된다. 예를 들어, 제조부(10)는, 냉각기(15)와, 펌프(16)와, 가열기(17)와, 작동 유체 유입용 밸브 V11을 구비한다. 또한, 작동 유체 유입용 밸브 V11 등의 밸브에 대해서는, 밸브 이외의 구성 요소를 설명한 후에 설명한다.
냉각기(15)(열 교환기)는, 기체인 유체(12)를 냉각함으로써, 유체(12)를 액체로 한다. 유체(12)가 이산화탄소인 경우, 냉각기(15)는, 예를 들어 대기압(0.1MPa)의 기체인 이산화탄소를 액체로 한다.
펌프(16)는, 작동 유체(11)를 압송한다(흘린다). 펌프(16)는, 액체의 유체(12)를 가압한다. 펌프(16)가 액체의 유체(12)를 가압하는 경우에는, 기체인 유체(12)를 가압하는 경우에 비하여, 펌프(16)를 작게 할 수 있다. 유체(12)가 이산화탄소인 경우, 펌프(16)는, 유체(12)를 예를 들어 2 내지 3MPa 등으로 가압한다.
가열기(17)(열 교환기)는, 액체의 유체(12)를 가열함으로써, 유체(12)를 증발시킨다. 가열기(17)는, 용기 내에서 유체(12)를 증발시킴으로써, 유체(12)를 가압한다. 그 결과, 유체(12)는, 초임계 상태 또는 아임계 상태로 된다. 유체(12)가 이산화탄소인 경우, 가열기(17)는, 유체(12)를 예를 들어 7 내지 8MPa 등으로 가압한다.
저장부(20)(재료 저장부)는, 재료(21)를 저장하는 부분이다. 저장부(20)는, 용해부(30)에 재료(21)를 투입하는 투입구를 갖는다. 저장부(20)는, 재료 투입용 밸브 V21을 구비한다. 재료(21)에는, 복수의 종류의 것이 포함된다. 예를 들어, 재료(21)에는, 주재료(21a)(주 원재료)와, 부재료(21b)(부 원재료, 첨가제, 첨가물)가 있다. 예를 들어, 주재료(21a)는, 고분자 재료를 포함한다. 주재료(21a)는, 고무 또는 수지를 포함한다. 부재료(21b)는, 예를 들어 필러 등이다. 부재료(21b)는, 무기물을 포함해도 되고, 유기물을 포함해도 된다. 부재료(21b)는, 예를 들어 식물 유래 재료를 포함해도 되고, 예를 들어 셀룰로오스 나노파이버 등을 포함해도 된다. 예를 들어, 혼합 장치(1)는, 고무 혼합(혼련) 장치 또는 수지 혼합(혼련) 장치 등이다. 또한, 재료(21)는, 고분자 재료를 포함하지 않아도 된다. 재료(21)는, 식품, 화장품 또는 의약품 등에 사용되는 것이어도 된다.
용해부(30)(재료 투입부)는, 작동 유체(11)에 재료(21)를 용해시키는 부분이다. 용해부(30)에는, 재료(21) 및 작동 유체(11)가 넣어진다. 재료(21)가 저장부(20)로부터 용해부(30)에 투입된다. 작동 유체(11)가 제조부(10)로부터 용해부(30)로 유입된다. 그리고, 재료(21)가 용해부(30)에서 작동 유체(11)에 용해된다.
이 용해부(30)에는, 입구측 부분과, 출구측 부분이 있다. 입구측 부분은, 용해부(30)의 흐름 방향 D1에 있어서의 중앙보다 상류측의 부분이다. 흐름 방향 D1은, 작동 유체(11) 및 재료(21)가 용해부(30)로부터 혼합부(40)로 흐를 때의, 작동 유체(11) 및 재료(21)의 흐름의 방향이다. 또한, 「상류」는, 작동 유체(11) 및 재료(21)의 흐름의 상류를 의미한다(「하류」에 대해서도 마찬가지로 작동 유체(11) 및 재료(21)의 흐름의 하류를 의미함). 출구측 부분은, 용해부(30)의 흐름 방향 D1에 있어서의 중앙보다 하류측의 부분이다. 그 결과, 입구측 부분 및 출구측 부분의 각각의, 흐름 방향 D1에 있어서의 길이는, 흐름 방향 D1에 있어서의 용해부(30)의 전체 길이의 1/2이다. 또한, 흐름 방향 D1에 있어서, 입구측 부분 및 출구측 부분 중 적어도 어느 쪽의 길이는, 흐름 방향 D1에 있어서의 용해부(30)의 전체 길이 1/3 이하여도 되고, 1/5 이하여도 되고, 1/10 이하여도 된다. 용해부(30)는, 용해부 센서(37)와, 혼합기 유입용 밸브 V31을 구비한다.
용해부 센서(37)는, 용해부(30)의 내부(유로)의 상태를 검지한다. 용해부 센서(37)는, 작동 유체(11)의 상태(초임계 상태 또는 아임계 상태인지 여부)의 검지에 사용된다. 용해부 센서(37)는, 용해부(30) 내의 재료(21)의 양(유무, 혼합 상태)의 검지에 사용되어도 된다. 용해부 센서(37)에는, 압력계와, 온도계가 있다. 용해부 센서(37)에는, 용해부 입구 압력계(37p1)(용해부 압력계)와, 용해부 출구 압력계(37p2)(용해부 압력계)와, 용해부 입구 온도계(37t1)(용해부 온도계)와, 용해부 출구 온도계(37t2)(용해부 온도계)가 있다. 용해부 입구 압력계(37p1)는, 용해부(30)의 내부 입구측 부분의 압력 P1을 검출한다. 용해부 출구 압력계(37p2)는, 용해부(30)의 내부 출구측 부분의 압력 P2를 검출한다. 용해부 입구 온도계(37t1)는, 용해부(30)의 내부 입구측 부분의 온도 T1을 검출한다. 용해부 출구 온도계(37t2)는, 용해부(30)의 내부 출구측 부분의 온도 T2를 검출한다. 또한, 용해부 입구 압력계(37p1)와 용해부 출구 압력계(37p2)의 사이(흐름 방향 D1에 있어서의 사이)에, 다른 용해부 압력계가 마련되어도 된다. 용해부 입구 온도계(37t1)와 용해부 출구 온도계(37t2) 사이에, 다른 용해부 온도계가 마련되어도 된다.
혼합부(40)(혼련부, 교반부)는, 재료(21)를 혼합하는 부분이다. 혼합부(40)는, 용해부(30)보다 하류측에 마련된다. 혼합부(40)는, 혼합기(50)와, 개방도 조정용 밸브 V41을 구비한다.
혼합기(50)(혼련기, 교반기)는, 초임계 상태 또는 아임계 상태의 작동 유체(11)의 존재 하(초임계 분위기 또는 아임계 분위기)에서, 재료(21)를 혼합시킨다. 혼합기(50)는, 주재료(21a)와 부재료(21b)를 혼합한다. 초임계 상태 등의 작동 유체(11)의 존재 하에서 이 혼합이 행해지므로, 초임계 상태 등이 아닌 유체(12)의 존재 하에서 혼합이 행해지는 경우에 비하여, 부재료(21b)의 분산이 촉진되어, 주재료(21a)와 부재료(21b)의 혼합이 촉진된다.
이 혼합기(50)에는(하기의 챔버(51)에는), 입구측 부분과, 출구측 부분이 있다. 입구측 부분은, 혼합기(50)의 흐름 방향 D2에 있어서의 중앙보다 상류측의 부분이다. 흐름 방향 D2는, 혼합기(50)의 입구와 출구를 지나는 직선의 방향이다. 출구측 부분은, 혼합기(50)의 흐름 방향 D2에 있어서의 중앙보다 하류측의 부분이다. 그 결과, 입구측 부분 및 출구측 부분의 각각의 흐름 방향 D2 있어서의 길이는, 혼합기(50)의 흐름 방향 D2에 있어서의 전체 길이의 1/2이다. 또한, 흐름 방향 D2에 있어서, 입구측 부분 및 출구측 부분 중 적어도 어느 쪽의 길이는, 혼합기(50)의 전체 길이 1/3 이하여도 되고, 1/5 이하여도 되고, 1/10 이하여도 된다. 혼합기(50)는, 챔버(51)와, 혼합 블레이드(53)와, 혼합기 센서(57)를 구비한다.
챔버(51)는, 재료(21)를 혼합시키는 용기이다. 챔버(51)의 내부에, 작동 유체(11) 및 재료(21)의 유로(혼합 유로)가 형성된다.
혼합 블레이드(53)(혼련 블레이드, 교반 블레이드)는, 재료(21)를 혼합시키는 블레이드이다. 혼합 블레이드(53)와 챔버(51)의 내면(벽면) 사이에서, 재료(21)에 전단력이 가해짐으로써, 재료(21)가 혼합된다. 혼합 블레이드(53)는, 챔버(51) 내에 배치된다. 혼합 블레이드(53)는, 챔버(51)에 대해 회전해도 된다(회전 블레이드여도 됨). 이 경우, 혼합 블레이드(53)는, 작동 유체(11) 및 재료(21)를 하류측으로 압출한다(반송한다). 혼합 블레이드(53)는, 챔버(51)에 대해 고정되어도 된다(스태틱 믹서여도 되고, 비회전 블레이드여도 됨). 이 경우, 작동 유체(11) 및 재료(21)는, 혼합 블레이드(53)를 따르듯이 흘러, 예를 들어 선회류로 된다. 혼합 블레이드(53)는, 한개만 마련되어도 되고, 복수개 마련되어도 된다.
혼합기 센서(57)는, 혼합기(50)의 내부 상태를 검지한다. 혼합기 센서(57)는, 작동 유체(11)의 상태(초임계 상태 또는 아임계 상태인지 여부)의 검지에 사용된다. 혼합기 센서(57)는, 혼합기(50) 내의 재료(21)의 양(유무, 혼합 상태)의 검지에 사용되어도 된다. 혼합기 센서(57)는, 혼합기(50) 내의, 작동 유체(11) 및 재료(21)의 유량 Q의 제어(조정)에 사용되어도 된다. 혼합기 센서(57)에는, 압력계와, 온도계가 있다. 혼합기 센서(57)에는, 혼합기 입구 압력계(57p3)(혼합기 압력계)와, 혼합기 출구 압력계(57p4)(혼합기 압력계)와, 혼합기 입구 온도계(57t3)(혼합기 온도계)와, 혼합기 출구 온도계(57t4)(혼합기 온도계)가 있다. 혼합기 입구 압력계(57p3)는, 혼합기(50)의 입구측 부분의 압력 P3을 검출한다. 혼합기 출구 압력계(57p4)는, 혼합기(50)의 출구측 부분의 압력 P4를 검출한다. 혼합기 입구 온도계(57t3)는, 혼합기(50)의 입구측 부분의 온도 T3을 검출한다. 혼합기 출구 온도계(57t4)는, 혼합기(50)의 출구측 부분의 온도 T4를 검출한다. 또한, 혼합기 입구 압력계(57p3)와 혼합기 출구 압력계(57p4)의 사이(흐름 방향 D2에 있어서의 사이)에, 다른 혼합기 압력계가 마련되어도 된다. 혼합기 입구 온도계(57t3)와 혼합기 출구 온도계(57t4)의 사이에, 다른 혼합기 온도계가 마련되어도 된다.
분리부(70)는, 작동 유체(11)에 용해된 재료(21)로부터, 작동 유체(11)(유체(12))를 분리시키는 부분이다. 분리부(70)는, 혼합부(40)보다 하류측에 마련되고, 혼합기(50)보다 하류측에 마련되고, 개방도 조정용 밸브 V41보다 하류측에 마련된다. 분리부(70)는, 분리기(71)와, 압력 조정용 밸브 V71을 구비한다.
분리기(71)는, 재료(21)로부터 작동 유체(11)를 분리(탈휘)한다. 분리기(71)는, 작동 유체(11) 및 재료(21)의 압력을 낮추고, 작동 유체(11)를 기화시킴(기체인 유체(12)로 함)으로써, 재료(21)로부터 작동 유체(11)를 분리한다. 그 결과, 분리기(71)는, 재료(21)를 석출시킨다. 분리기(71)는, 도시하지 않은 개폐부(덮개, 개방부)로부터 재료(21)를 배출한다. 분리기(71)로부터 배출된 재료(21)는, 다음 공정으로 반출된다. 다음 공정은, 혼합 장치(1)를 사용한 공정의 다음 공정이다. 다음 공정에서 사용되는 장치는, 예를 들어 펠릿을 제조하는 장치(펠리타이저)여도 되고, 예를 들어 시트를 제조하는 장치(시트 압출기 등)여도 된다.
분기 유로(80)(분기관)는, 용해부(30)를 통하지 않고, 제조부(10)로부터 혼합부(40)에 작동 유체(11)를 공급하는 것을 가능하게 하는 유로이다. 분기 유로(80)는, 제조부(10)에서 제조된 작동 유체(11)(초임계 상태 등의 작동 유체(11))가 흐르는 유로이다. 분기 유로(80)는, 작동 유체 유입용 밸브 V11보다 상류측에서, 제조부(10)(의 유로)로부터 분기된다. 분기 유로(80)는, 예를 들어 가열기(17)의 출구(토출구)로부터 분기해도 되고, 예를 들어 가열기(17)보다 하류측의 유로로부터 분기해도 된다. 분기 유로(80)는, 혼합기 유입용 밸브 V31보다 하류측에서, 혼합기(50)에 합류한다. 분기 유로(80)는, 예를 들어 혼합기(50)의 입구에 합류해도 되고, 예를 들어 혼합기(50)보다 상류측의 유로에 합류해도 된다. 분기 유로(80)에는, 분기 유로 개폐 밸브 V81이 마련된다.
제어부 C는, 신호의 입출력, 연산(판정, 산출 등), 기기의 제어 등을 행한다. 용해부 센서(37) 및 혼합기 센서(57)의 검출 결과는, 제어부 C에 입력된다. 예를 들어, 제어부 C는, 제조부(10), 저장부(20), 용해부(30), 혼합부(40), 분리부(70) 및 각 밸브(예를 들어 작동 유체 유입용 밸브 V11, 재료 투입용 밸브 V21 등)의 작동을 제어한다.
작동 유체 유입용 밸브 V11은, 제조부(10)로부터 용해부(30)로 유입되는 작동 유체(11)가 지나는 유로를 개폐시키는 밸브이다. 작동 유체 유입용 밸브 V11은, 개방 상태와 폐쇄 상태가 되는 것이 가능하다(다른 밸브도 마찬가지임). 개방 상태는, 유로를 개방한 상태이며, 유체가 유로를 흐르는 것이 가능한 상태이며, 예를 들어 완전 개방 상태여도 되고, 예를 들어 완전 개방과 완전 폐쇄의 중간 상태여도 된다(다른 밸브도 마찬가지임). 폐쇄 상태는, 기밀성을 갖는 상태이며, 유체가 유로를 흐르는 것이 불가능한 상태이며, 완전 폐쇄 상태이다(다른 밸브도 마찬가지임). 작동 유체 유입용 밸브 V11은, 개방도를 조정 가능한 밸브(개방도 조정 수단)이다(다른 밸브도 마찬가지임). 작동 유체 유입용 밸브 V11은, 하나만 마련되어도 되고, 복수 마련되어도 된다(다른 밸브도 마찬가지임).
재료 투입용 밸브 V21은, 저장부(20)로부터 용해부(30)로 투입되는 재료(21)가 지나는 유로를 개폐시키는 밸브이다. 재료 투입용 밸브 V21에는, 주재료(21a)가 지나는 유로를 개폐시키는 주재료 투입용 밸브 V21a와, 부재료(21b)가 지나는 유로를 개폐시키는 부재료 투입용 밸브 V21b가 있다. 주재료 투입용 밸브 V21a의 개방도와, 부재료 투입용 밸브 V21b의 개방도는, 따로따로 제어할 수 있어도 되고, 따로따로 제어할 수 없어도 된다.
혼합기 유입용 밸브 V31은, 용해부(30)로부터 혼합기(50)로 유입되는 유체(작동 유체(11) 및 재료(21))가 지나는 유로를 개폐시키는 밸브이다.
용해부 감압용 밸브 V32는, 용해부(30)의 내부를 감압시키는 밸브이다. 용해부 감압용 밸브 V32가 개방 상태가 되면, 용해부(30)가 감압되고, 작동 유체(11)가 기체가 된다. 그 결과, 기체인 유체(12)가 용해부(30)로부터 배출된다.
개방도 조정용 밸브 V41은, 혼합기(50)로부터 배출되는 유체(작동 유체(11) 및 재료(21))가 지나는 유로의 개방도를 조정하는 밸브이다. 개방도 조정용 밸브 V41은, 혼합기(50) 내의 압력 및 유량의 제어(조정)에 사용된다. 예를 들어, 개방도 조정용 밸브 V41은, 혼합기(50)의 (챔버(51)의) 출구에 마련되어도 되고, 혼합기(50)보다 하류측에 마련되어도 되고, 혼합기(50)의 출구에 연결된 유로에 마련되어도 된다.
압력 조정용 밸브 V71은, 재료(21)로부터 분리된 작동 유체(11)(기체인 유체(12))가 지나는 유로의 개방도를 조정한다. 압력 조정용 밸브 V71은, 분리기(71)의 내부 압력을 조정(감압)한다. 예를 들어, 압력 조정용 밸브 V71은, 분리기(71)의 출구에 마련되어도 되고, 분리기(71)보다 하류측에 마련되어도 되고, 분리기(71)의 출구에 연결된 유로(탈휘 유로)에 마련되어도 된다. 압력 조정용 밸브 V71을 통과한 기체인 유체(12)는, 제조부(10)로 유입되는(재이용되는) 것이 바람직하고, 예를 들어 냉각기(15)로 유입되는 것이 바람직하다.
이 압력 조정용 밸브 V71은, 혼합기(50) 내부의 압력을 조정(감압)해도 된다. 더욱 상세하게는, 혼합 블레이드(53)가 챔버(51)에 대해 고정되는 경우에는, 혼합 블레이드(53)는 재료(21)를 하류측으로 압출할 수 없으므로, 분리기(71)에서 재료(21)를 석출시키는 것이 바람직하다. 한편, 혼합 블레이드(53)가 챔버(51)에 대해 회전하는 경우에는, 혼합기(50)에서 재료(21)를 석출시키고, 혼합 블레이드(53)가 석출된 재료(21)를 하류측으로 압출해도 된다. 이 경우는, 압력 조정용 밸브 V71은, 혼합기(50) 내부의 압력을 조정해도 된다.
분기 유로 개폐 밸브 V81은, 분기 유로(80)을 개폐시키는 밸브이다. 분기 유로 개폐 밸브 V81은, 분기 유로(80)에 마련된다. 분기 유로 개폐 밸브 V81은, 예를 들어 복수 마련되고, 도 1에 도시하는 예와 같이 둘 마련되어도 되고, 셋 이상 마련되어도 된다. 예를 들어, 분기 유로 개폐 밸브 V81은, 분기 유로(80) 중 제조부(10)측의 부분과, 혼합기(50)측의 부분에 마련된다.
(작동)
혼합 장치(1)의 작동에 대해, 주로 도 2의 흐름도를 참조하여 설명한다. 또한, 상기 혼합 장치(1)의 각 구성 요소에 대해서는 주로 도 1을 참조하여 설명한다. 이하에서는, 혼합 장치(1)의 작동 순에 따라 설명한다. 또한, 작동의 순은 변경되어도 된다.
작동 유체 유입용 밸브 V11 및 혼합기 유입용 밸브 V31이, 폐쇄 상태로 된다. 용해부 감압용 밸브 V32가, 폐쇄 상태로 된다. 용해부(30)의 압력은, 예를 들어 대기압 등으로 된다. 재료(21)가 저장부(20)에 투입된다(스텝 S11).
다음에, 재료 투입용 밸브 V21이 개방 상태로 된다(도 2에서는 「개방으로 한다」)(스텝 S12). 더욱 상세하게는, 주재료 투입용 밸브 V21a 및 부재료 투입용 밸브 V21b의 각각이 개방 상태로 된다. 그러면, 재료(21)가 저장부(20)로부터 용해부(30)에 투입(충전)된다(스텝 S13). 이 때, 용해부(30)는, 예를 들어 대기압 등이므로, 재료(21)를 용해부(30)에 압입할 필요가 없다. 예를 들어, 중력(자중)에 의해 재료(21)가 용해부(30)에 투입된다.
다음에, 재료 투입용 밸브 V21이, 폐쇄 상태로 된다(도 2에서는 「폐쇄로 한다」)(스텝 S14). 혼합기 유입용 밸브 V31이 폐쇄 상태로 된 채, 작동 유체 유입용 밸브 V11이 개방 상태로 된다(스텝 S15).
다음에, 펌프(16)를 작동시킴으로써, 용해부(30)를 승압시킨다(스텝 S21). 또한, 작동 유체 유입용 밸브 V11이 개방 상태로 되기 전부터, 펌프(16)가 작동하고 있어도 된다.
(용해부(30) 내의 작동 유체(11)의 상태 판정 등)
다음에, 용해부(30) 내의 작동 유체(11)가 초임계 상태 등인지 여부가 판정된다(스텝 S22). 이 판정은 제어부 C에 의해 행해진다. 판정이 제어부 C에 의해 행해지는 점은, 다른 판정에 대해서도 마찬가지이다. 이하에서는, 용해부(30)의 입구측 부분의 작동 유체(11)의 상태에 대해, 판정이 행해지는 경우에 대해 설명한다. 용해부(30)의 입구측 부분 이외의 부분에서의 작동 유체(11)의 상태에 대해, 판정이 행해져도 된다. 보다 많은 부분에서 판정을 행하는 것이 바람직하다. 이 예에서는, 압력 P1이 원하는 압력 Pa 이상, 또한, 온도 T1이 원하는 온도 Ta 이상인지 여부가 판정(비교)된다. 원하는 압력 Pa 및 원하는 온도 Ta는, 제어부 C에 미리 설정된다. 작동 유체(11)를 초임계 상태로 하는 경우에는, 원하는 압력 Pa는 임계 압력이며, 원하는 온도 Ta는 임계 온도이다. 작동 유체(11)를 아임계 상태로 하는 경우에는, 원하는 압력 Pa 및 온도 Ta는, 작동 유체(11)가 아임계 상태가 되는 압력 및 온도이다. 압력 P1이 원하는 압력 Pa 이상, 또한, 온도 T1이 원하는 온도 Ta 이상인 경우("예"인 경우), 작동 유체(11)는 초임계 상태 등이라고 판정되어, 다음 스텝 S31로 진행한다. 압력 P1이 원하는 압력 Pa 미만 또는 온도 T1이 원하는 온도 Ta 미만인 경우("아니오"인 경우), 작동 유체(11)는 초임계 상태 등이 아니라고 판정된다. 이 경우, 압력 P1이 압력 Pa 이상, 또한, 온도 T1이 온도 Ta 이상이 될 때까지 작동 유체(11)의 압력 및 온도를 증가시킨다. 구체적으로는 예를 들어, 펌프(16)의 회전 속도를 증가시킨다(스텝 S23).
작동 유체(11)가 초임계 상태 등이 되면, 재료(21)가 작동 유체(11)에 용해된다. 다음에, 혼합기 유입용 밸브 V31이, 개방 상태가 된다(스텝 S31). 이 때, 용해부(30)의 압력은, 혼합부(40)의 압력보다 높으므로(압력차가 있으므로), 작동 유체(11) 및 재료(21)는, 용해부(30)로부터 혼합부(40)로(하류측으로) 유입된다. 또한, 개방도 조정용 밸브 V41이, 개방 상태로 된다. 그러면, 재료(21)는, 혼합기(50)로부터 분리기(71)로 유입된다. 또한, 압력 조정용 밸브 V71이 개방 상태로 된다. 그러면, 분리기(71)에서 작동 유체(11)가 기화되고, 재료(21)로부터 작동 유체(11)(유체(12))가 탈휘된다. 분리기(71)는, 혼합기(50)에서 재료(21)가 혼합되고 있는 동안, 연속해서 탈휘를 행하지 않아도 되고, 간헐적으로 탈휘를 행해도 된다. 탈휘가 행해질 때, 압력 조정용 밸브 V71이, 점차 개방되는 것이 바람직하다. 이 때문에, 분리기(71) 내의 압력이 점차 내려간다. 따라서, 급감압에 의한 발포를 억제할 수 있어, 발포에 의한 소음을 억제할 수 있다. 또한, 분리기(71)에서 석출한 재료(21)(작동 유체(11)가 분리된 후의 재료(21))가 분리기(71)로부터 배출되고, 다음 공정으로 보내진다.
(혼합기(50) 내의 유량 등의 조정)
혼합기(50) 내의 작동 유체(11)의 상태에 따라, 개방도 조정용 밸브 V41의 개방도 또는 펌프(16)의 회전 속도 등이 조정된다(스텝 S32). 구체적으로는, 혼합기(50) 내의 작동 유체(11)가 초임계 상태 등인지 여부가 판정된다. 이 판정은, 예를 들어 용해부(30) 내의 작동 유체(11)가 초임계 상태 등인지 여부의 판정(스텝 S22)과 마찬가지로 행해진다(거의 마찬가지로 행해져도 된다). 구체적으로는, 혼합기(50) 내의 온도(예를 들어 온도 T3 및 온도 T4의 적어도 어느 것) 및 압력(예를 들어 압력 P3 및 압력 P4의 적어도 어느 것)이 검출된다. 그리고, 작동 유체(11)가 초임계 상태 등이 되도록, 개방도 조정용 밸브 V41의 개방도를 조정한다. 작동 유체(11)가 초임계 상태 등이 아니라고 판정된 경우, 개방도 조정용 밸브 V41의 개방도를 작게 함으로써, 혼합기(50) 내의 압력을 높인다. 이 때, 압력 조정용 밸브 V71의 개방도를 조정해도 된다. 또한, 작동 유체(11)가 초임계 상태 등이 되도록, 펌프(16)의 회전 속도를 조정해도 된다. 작동 유체(11)가 초임계 상태 등이 아니라고 판정된 경우, 작동 유체(11)가 초임계 상태 등이 되도록, 작동 유체(11)의 압력 및 온도를 증가시킨다. 구체적으로는 예를 들어, 펌프(16)의 회전 속도를 증가시킨다.
개방도 조정용 밸브 V41 및 펌프(16)의 조정은, 예를 들어 다음과 같이 행해져도 된다. 예를 들어, 압력 P3과 압력 P4의 차압 ΔP3으로부터, 유량 Q가 산출된다. 그리고, 유량 Q가, 소정 범위 내(적정한 범위 내)인지 여부가 판정된다. 또한, 유량 Q를 산출하지 않고, 차압 ΔP3이, 소정 범위 내인지 여부가 판정되어도 된다. 유량 Q의 소정 범위(또는 차압 ΔP3의 소정 범위)는, 제어부 C에 미리 설정된다. 이 소정 범위는, 작동 유체(11)가 초임계 상태 등을 유지할 수 있는 범위로 설정된다. 구체적으로는 예를 들어, 유량 Q가, 원하는 유량 Qa의 ±10％의 범위 내(소정 범위 내)인지 여부가 판정된다. 또는 차압 ΔP3이, 원하는 차압 ΔP3a의 ±10％의 범위 내인지 여부가 판정되어도 된다. 유량 Q(또는 차압 ΔP3)가 소정 범위 내가 아닌 경우, 유량 Q(또는 차압 ΔP3)가 소정 범위 내에 수렴되도록, 유량 Q(또는 차압 ΔP3)가 제어된다. 이 유량 Q(또는 차압 ΔP3)의 제어는, 개방도 조정용 밸브 V41의 개방도 제어 및 펌프(16)의 회전 속도 제어, 적어도 어느 것에 의해 행해진다.
(용해부(30)에 잔존하는 재료(21)의 판정)
용해부(30)에 잔존하는 재료(21)의 양이 판정된다(스텝 S33). 더욱 상세하게는, 용해부(30)로부터 혼합기(50)로 재료(21)가 흘러가면, 용해부(30) 내에 잔존하는 재료(21)(잔존 재료)의 양이 적어진다. 그러면, 용해부(30) 내의 유로 단면적이 증가하고, 용해부(30) 내에서의 압력 손실이 작아져, 압력 P1과 압력 P2의 차압 ΔP1이 작아진다. 그래서, 차압 ΔP1이, 원하는 차압 ΔP1a보다 작은지 여부가 판정된다. 원하는 차압 ΔP1a는, 제어부 C에 미리 설정된다. 차압 ΔP1이, 원하는 차압 ΔP1a 이상인 경우("아니오"의 경우), 용해부(30) 내의 재료(21)의 양이 소정량 이상이라고 판정된다. 이 경우, 용해부(30)로부터 혼합기(50)로의 재료(21)의 유입(공급)이 계속된다. 이 때, 필요에 따라 펌프(16)의 회전 속도를 증가시킴으로써(스텝 S23과 마찬가지의 스텝 S34), 용해부(30) 내의 재료(21)를 하류로 압출한다.
차압 ΔP1이, 원하는 차압 ΔP1a보다 작은 경우(S33에서 "예"인 경우), 용해부(30) 내에 잔존하는 재료(21)의 양이 소정량보다 적다고 판정된다. 이 경우, 작동 유체 유입용 밸브 V11이 폐쇄 상태로 되고, 혼합기 유입용 밸브 V31이 폐쇄 상태로 되고, 분기 유로 개폐 밸브 V81이 개방 상태로 된다(스텝 S35). 그러면, 작동 유체(11)는, 제조부(10)로부터, 분기 유로(80)를 통하여, 혼합기(50)로 유입된다. 따라서, 혼합기(50)에서의 재료(21)의 유동이 유지되고, 혼합기(50)에서의 혼합이 계속된다.
(혼합기(50)에 잔존하는 재료(21)의 판정)
혼합기(50) 내에 잔존하는 재료(21)의 양이 판정된다(스텝 S36). 이 판정은, 예를 들어 용해부(30)에 잔존하는 재료(21)의 양의 판정(스텝 S33)과 마찬가지로 행해진다(거의 마찬가지로 행해져도 됨). 구체적으로는, 혼합기(50) 내의 압력 P3과 압력 P4의 차압 ΔP3이 검출된다. 그리고, 차압 ΔP3이, 원하는 차압 ΔP3b보다 작은지 여부가 판정된다. 차압 ΔP3이, 원하는 차압 ΔP3b 이상인 경우("아니오"인 경우), 혼합기(50) 내의 재료(21)가 소정량보다 많다고 판정된다. 이 경우, 필요에 따라 펌프(16)의 회전 속도를 증가시킴으로써(스텝 S34와 마찬가지의 스텝 S37), 혼합부(40) 내의 재료(21)를 하류로 압출한다. 차압 ΔP3이 원하는 차압 ΔP3b보다 작은 경우("예"인 경우), 혼합기(50) 내에 잔존하는 재료(21)가 소정량보다 적다고 판정된다. 이 경우, 혼합기(50)에서의 혼합을 종료한다. 구체적으로는, 분기 유로 개폐 밸브 V81을 폐쇄 상태로 함으로써(스텝 S38), 작동 유체(11)의 혼합기(50)로의 유입을 정지시킨다. 이 때, 펌프(16)를 정지시켜도 된다. 또한, 이 때, 개방도 조정용 밸브 V41을 폐쇄 상태로 해도 되고, 압력 조정용 밸브 V71을 폐쇄 상태로 해도 된다.
이 때문에, 일련의 재료(21)의 처리(예를 들어 스텝 S11로부터 스텝 S38까지), 즉 1회의 뱃치가 종료된다. 금회의 뱃치 종료 시에는, 이미 차회의 뱃치(다음 뱃치)가 개시되어 있다. 예를 들어, 금회의 뱃치에 있어서의 스텝 S38의 다음에, 차회의 뱃치에 있어서의 스텝 S11 내지 스텝 S15의 어느 스텝으로 진행한다. 예를 들어, 도 2에 도시하는 예에서는, 금회의 뱃치에 있어서의 스텝 S38이 완료된 때에는, 차회의 뱃치 스텝 S11이 완료되었으므로, 스텝 S38의 다음으로 스텝 S12로 진행한다.
(다음 뱃치의 재료(21)의 투입 등)
도 3에, 재료(21) 등의, 위치나 상태 등의 시간적인 변화의 예를 나타낸다. 도 3에 도시한 화살표는, 재료(21)의 흐름을 나타낸다. 재료(21)가 저장부(20)에 투입되는 공정(도 2의 스텝 S11 참조)을 제1 투입 공정 A1이라 한다. 재료(21)가 저장부(20)로부터 용해부(30)에 투입되는 공정(도 2의 스텝 S13 참조)을 제2 투입 공정 A2라 한다. 용해부(30)에서, 재료(21)가 작동 유체(11)에 용해되는 공정(도 2의 스텝 S21 등을 참조)을 용해 공정 A3이라 한다. 용해부(30)로부터 혼합기(50)로, 작동 유체(11) 및 재료(21)를 유입시키는 공정(도 2의 스텝 S31 등을 참조)을 유입 공정 A4라 한다.
상기한 바와 같이 용해부(30)에 잔존하는 재료(21)가 소정량보다 적어지면(도 2의 스텝 S33에서 "예"), 작동 유체 유입용 밸브 V11 및 혼합기 유입용 밸브 V31이 폐쇄 상태로 된다(도 2의 스텝 S35 참조). 그 후, 용해부(30)의 내부가 감압된다. 이 용해부(30)의 내부를 감압하는 공정을, 감압 공정 A5로 한다. 구체적으로는, 감압 공정 A5에서는, 용해부 감압용 밸브 V32가, 개방 상태로 된다. 그러면, 용해부(30)의 내부 압력이, 예를 들어 대기압 등이 된다.
용해부(30)에서는, 1회의 뱃치에서, 제2 투입 공정 A2, 용해 공정 A3, 유입 공정 A4, 감압 공정 A5의 순으로, 각 공정이 행해진다. 또한, 용해부(30)에서는, 금회의 뱃치(1 뱃치째)의 감압 공정 A5가 종료되면, 차회의 뱃치(2 뱃치째)의 제2 투입 공정 A2가 행해진다. 용해부(30)에서는, 이들 공정(A2 내지 A5)이 반복하여 행해진다.
혼합기(50)에서 재료(21)를 혼합하는 공정을, 혼합 공정 B1이라 한다. 분리기(71)에서 재료(21)로부터 작동 유체(11)를 탈휘하는 공정을, 탈휘 공정 B2라 한다. 또한, 도 3에서는, 혼합 공정 B1의 후에 탈휘 공정 B2가 행해지는 것으로 기재했지만, 혼합 공정 B1과 탈휘 공정 B2가 동시에 행해질 때가 있어도 된다.
재료 투입용 밸브 V21이 폐쇄된 상태에서는, 저장부(20)의 압력과 용해부(30)의 압력을 따로따로 제어할 수 있다. 따라서, 제1 투입 공정 A1과, 감압 공정 A5를 동시에 행할 수 있다. 또한, 제1 투입 공정 A1과, 혼합 공정 B1을 동시에 행할 수 있다. 또한, 제1 투입 공정 A1과, 탈휘 공정 B2를 동시에 행할 수 있다.
작동 유체 유입용 밸브 V11 및 혼합기 유입용 밸브 V31이 폐쇄된 상태에서는, 용해부(30)의 압력과, 제조부(10)의 압력과, 혼합부(40)의 압력을 따로따로 제어할 수 있다. 또한, 이 상태, 또한, 분기 유로 개폐 밸브 V81이 개방된 상태에서는, 혼합 공정 B1을 행할 수 있다. 따라서, 작동 유체 유입용 밸브 V11 및 혼합기 유입용 밸브 V31이 폐쇄되고, 분기 유로 개폐 밸브 V81이 개방된 상태에서는, 제2 투입 공정 A2 및 감압 공정 A5의 적어도 어느 것과, 혼합 공정 B1을 동시에 행할 수 있다.
혼합기 유입용 밸브 V31 및 분기 유로 개폐 밸브 V81이 폐쇄된 상태에서는, 제조부(10)(펌프(16))에서 용해부(30)의 압력을 승압시키면서, 용해부(30)의 압력과, 혼합기 유입용 밸브 V31보다 하류측의 압력을 따로따로 제어할 수 있다. 따라서, 용해 공정 A3과, 탈휘 공정 B2를 동시에 행할 수 있다.
이와 같이, 금회의 뱃치(1 뱃치째) 공정의 일부와, 차회의 뱃치(2 뱃치째) 공정의 일부를 동시에 행할 수 있다. 따라서, 재료(21)의 처리를 효율적으로 행할 수 있다. 구체적으로는, 시간당 재료(21)의 처리량을 증가시킬 수 있다.
도 1에 도시하는 혼합 장치(1)에 의한 효과는 다음과 같다.
(제1 발명의 효과)
혼합 장치(1)는, 제조부(10)와, 저장부(20)와, 용해부(30)와, 혼합기(50)와, 재료 투입용 밸브 V21과, 작동 유체 유입용 밸브 V11과, 혼합기 유입용 밸브 V31을 구비한다. 제조부(10)는, 초임계 상태 또는 아임계 상태의 작동 유체(11)를 제조한다. 저장부(20)는, 재료(21)를 저장한다. 용해부(30)는, 작동 유체(11) 및 재료(21)가 넣어져, 작동 유체(11)에 재료(21)를 용해시킨다. 혼합기(50)는, 작동 유체(11)의 존재 하에서 재료(21)를 혼합시킨다.
[구성 1] 재료 투입용 밸브 V21은, 저장부(20)로부터 용해부(30)로 투입되는 재료(21)가 지나는 유로를 개폐한다. 작동 유체 유입용 밸브 V11은, 제조부(10)로부터 용해부(30)로 유입되는 작동 유체(11)가 지나는 유로를 개폐한다. 혼합기 유입용 밸브 V31은, 용해부(30)로부터 혼합기(50)로 유입되는 유체(작동 유체(11) 및 재료(21))이 지나는 유로를 개폐한다.
상기 [구성 1]에 의해, 용해부(30)의 압력을, 제조부(10) 및 혼합기(50)의 각각의 압력과는 다른 압력으로 할 수 있다. 여기서, 제조부(10) 및 혼합기(50)의 압력은, 작동 유체(11)가 초임계 상태 등을 유지할 수 있는 고압이 되는 경우가 있다. 한편, 상기 [구성 1]에서는, 용해부(30)의 압력을, 제조부(10) 및 혼합기(50)의 압력보다 낮은 압력으로 할 수 있다. 따라서, 저장부(20)를 고압(작동 유체(11)가 초임계 상태 등을 유지할 수 있는 고압)으로 하지 않아도, 저장부(20)로부터 용해부(30)로 재료(21)를 투입할 수 있다. 따라서, 저장부(20)를 고압으로 하기 위한 에너지를 삭감할 수 있다. 따라서, 재료(21)를 작동 유체(11)에 투입하는 데 요하는 에너지를 억제할 수 있다. 그 결과, 저장부(20)로부터 용해부(30)로 효율적으로 재료(21)를 투입할 수 있다.
상기 [구성 1]에 의해, 다음의 효과가 얻어져도 된다. 제조부(10) 및 혼합기(50)의 압력을, 작동 유체(11)가 초임계 상태 등을 유지할 수 있는 고압으로 한 경우에는, 제조부(10)에서 제조한 작동 유체(11)를 사용하여, 혼합기(50)에서 재료(21)를 혼합(도 3에 도시하는 혼합 공정 B1)할 수 있다. 이것과 동시에, 용해부(30)의 압력을, 제조부(10) 및 혼합기(50)의 압력보다 낮은 압력으로 할 수 있다. 따라서, 도 3에 도시하는 혼합 공정 B1과 동시에, 감압 공정 A5 및 제2 투입 공정 A2의 적어도 어느 공정을 행할 수 있다. 혼합 공정 B1은, 혼합기(50)에서 재료(21)를 혼합하는 공정이다. 감압 공정 A5는, 용해부(30)를 감압시키는 공정이다. 따라서, 상기 [구성 1]을 구비하지 않는 경우에 비하여, 도 1에 도시하는 혼합 장치(1)에서의 재료(21)의 처리를 효율적으로 행할 수 있다. 더욱 상세하게는, 혼합 장치(1)에서의 시간당 재료(21)의 처리량을 증가시킬 수 있다.
(제2 발명의 효과)
[구성 2] 혼합 장치(1)는, 분기 유로(80)와, 분기 유로 개폐 밸브 V81을 구비한다. 분기 유로(80)는, 제조부(10)에서 제조된 작동 유체(11)가 흐르는 유로이며, 작동 유체 유입용 밸브 V11보다 상류측에서 제조부(10)로부터 분기하고, 혼합기 유입용 밸브 V31보다 하류측에서 혼합기(50)에 합류한다. 분기 유로 개폐 밸브 V81은, 분기 유로(80)를 개폐시킨다.
상기 [구성 2]에 의해, 제조부(10)에서 제조한 작동 유체(11)를 용해부(30)를 통과시키지 않고, 혼합기(50)로 유입시킬 수 있다. 따라서, 도 3에 도시하는 혼합 공정 B1과 동시에, 감압 공정 A5 및 제2 투입 공정 A2의 적어도 어느 공정을 행할 수 있다. 따라서, 상기 [구성 2]를 구비하지 않는 경우에 비하여, 혼합 장치(1)에서의 재료(21)의 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
(제3 발명의 효과)
[구성 3] 도 3에 도시하는 바와 같이, 감압 공정 A5 및 제2 투입 공정 A2의 적어도 어느 공정과, 혼합 공정 B1이 동시에 행해진다. 감압 공정 A5는, 도 1에 도시하는 용해부(30)의 내부가 감압되는 공정이다. 제2 투입 공정 A2(도 3 참조)는, 저장부(20)로부터 용해부(30)로 재료(21)가 투입되는 공정이다. 혼합 공정 B1(도 3 참조)은, 혼합부(40)에서 재료(21)를 혼합시키는 공정이다.
상기 [구성 3]에 의해, 감압 공정 A5 및 제2 투입 공정 A2의 적어도 어느 공정과, 혼합 공정 B1이 동시에 행해지지 않는 경우에 비하여, 혼합 장치(1)에서의 재료(21)의 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
(제4 발명의 효과)
[구성 4] 용해부(30)는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 제2 투입 공정 A2와, 용해 공정 A3과, 유입 공정 A4와, 감압 공정 A5를 반복하여 행한다. 제2 투입 공정 A2는, 도 1에 도시하는 저장부(20)로부터 용해부(30)로 재료(21)가 투입되는 공정이다. 용해 공정 A3(도 3 참조)은, 재료(21)를 작동 유체(11)에 용해시키는 공정이다. 유입 공정 A4(도 3 참조)는, 용해부(30)로부터 혼합기(50)로, 작동 유체(11) 및 재료(21)를 유입시키는 공정이다. 감압 공정 A5(도 3 참조)는, 용해부(30)의 내부가 감압되는 공정이다.
상기 [구성 4]에 의해, 용해부(30)에서의 재료(21)의 처리를 효율적으로 행할 수 있다.
(제5 발명의 효과)
[구성 5] 용해부(30)는, 용해부(30)의 입구측 부분의 압력을 검출하는 용해부 입구 압력계(37p1)와, 용해부(30)의 출구측 부분의 압력을 검출하는 용해부 출구 압력계(37p2)를 구비한다.
상기 [구성 5]에 의해, 용해부(30)의 입구측 부분과 출구측 부분의 차압 ΔP1을 검출할 수 있다. 따라서, 용해부(30)에 잔존하는 재료(21)의 양을 검출할 수 있다.
(제6 발명의 효과)
[구성 6] 혼합기(50)는, 혼합기(50)의 입구측 부분의 압력을 검출하는 혼합기 입구 압력계(57p3)와, 혼합기(50)의 출구측 부분의 압력을 검출하는 혼합기 출구 압력계(57p4)를 구비한다.
상기 [구성 6]에 의해, 혼합기(50)의 입구측 부분과 출구측 부분의 차압 ΔP3을 검출할 수 있다. 따라서, 혼합기(50)에 잔존하는 재료(21)의 양을 검출할 수 있다.
(제7 발명의 효과)
[구성 7] 혼합기(50)는, 혼합기(50) 내부의 압력 P3을 검출하는 혼합기 입구 압력계(57p3)(혼합기 압력계)와, 혼합기(50)의 내부 온도 T3을 검출하는 혼합기 입구 온도계(57t3)(혼합기 온도계)를 구비한다.
상기 [구성 7]에 의해, 혼합기(50) 내에서의 작동 유체(11)의 상태(초임계 상태 등인지 여부)를 검출할 수 있다.
(제8 발명의 효과)
[구성 8] 혼합 장치(1)는, 개방도 조정용 밸브 V41을 구비한다. 개방도 조정용 밸브 V41은, 혼합기(50)로부터 배출되는 유체(작동 유체(11) 및 재료(21))가 지나는 유로의 개방도를 조정한다. 혼합 장치(1)는, 혼합기 입구 압력계(57p3)(혼합기 압력계) 및 혼합기 입구 온도계(57t3)(혼합기 온도계)의 검출 결과에 따라, 개방도 조정용 밸브 V41의 개방도를 조정한다.
상기한 바와 같이 상기 [구성 7]에 의해, 혼합기(50) 내에서의 작동 유체(11)의 상태를 검출할 수 있다. 그리고, 상기 [구성 8]에 의해, 혼합기(50) 내에서의 작동 유체(11)의 상태에 따라, 개방도 조정용 밸브 V41의 개방도를 조정할 수 있다. 그 결과, 혼합기(50) 내에서의 작동 유체(11)의 상태에 따라, 혼합기(50) 내에서의 유량 및 압력을 제어할 수 있다.
(제9 발명의 효과)
[구성 9] 제조부(10)는, 작동 유체(11)를 압송하는 펌프(16)를 구비한다. 혼합 장치(1)는, 혼합기 입구 압력계(57p3)(혼합기 압력계) 및 혼합기 입구 온도계(57t3)(혼합기 온도계)의 검출 결과에 따라, 펌프(16)의 회전 속도를 조정한다.
상기한 바와 같이 상기 [구성 7]에 의해, 혼합기(50) 내에서의 작동 유체(11)의 상태를 검출할 수 있다. 그리고, 상기 [구성 9]에 의해, 혼합기(50) 내에서의 작동 유체(11)의 상태에 따라, 펌프(16)의 회전 속도를 조정할 수 있다. 그 결과, 혼합기(50) 내에서의 작동 유체(11)의 상태에 따라, 혼합기(50) 내에서의 유량 및 압력을 제어할 수 있다.
(제10 발명 효과)
[구성 10)] 재료(21)로부터 분리시킨 작동 유체(11)가 지나는 유로의 개방도를 조정하는 압력 조정용 밸브 V71을 구비한다.
상기 [구성 10)]에 의해, 압력 조정용 밸브 V71을 사용함으로써 작동 유체(11) 및 재료(21)를 점차(원활하게) 감압할 수 있고, 점차 탈휘할 수 있다. 따라서, 급감압(단시간에서의 탈휘)에 의한 발포를 억제할 수 있고, 발포에 의한 소음을 억제할 수 있다. 또한, 소음에 의한 에너지 손실(불필요한 에너지 소비)을 억제할 수 있다.
(제2 실시 형태)
도 4를 참조하여, 제2 실시 형태의 혼합 장치(201)에 대해, 제1 실시 형태와의 상이점을 설명한다. 또한, 제2 실시 형태의 혼합 장치(201) 중, 제1 실시 형태와의 공통점에 대해서는, 제1 실시 형태와 동일한 부호를 부여하거나 하여, 설명을 생략하였다. 공통점의 설명을 생략하는 점에 대해서는 다른 실시 형태의 설명도 마찬가지이다. 용해부(230) 및 혼합기(250)는, 수평 방향에 대해 경사지는 부분을 갖는다.
용해부(230)는, 작동 유체(11) 및 재료(21)의 상류측으로부터 하류측을 향하여, 재료(21)가 내려가도록, 수평 방향에 대해 경사지는(이하, 간단히 「경사진다」 라고도 함) 부분을 갖는다. 용해부(230)의 전체가 경사져도 되고, 용해부(230)의 일부만이 경사져도 된다.
혼합기(250)는, 작동 유체(11) 및 재료(21)의 상류측으로부터 하류측을 향하여, 재료(21)가 내려가도록, 수평 방향에 대해 경사지는 부분을 갖는다. 챔버(51)(도 2도 참조) 및 혼합 블레이드(53)(도 2도 참조)는, 경사진다. 혼합기(250)의 전체가 경사져도 되고, 혼합기(250)의 일부만이 경사져도 된다. 또한, 용해부(230) 및 혼합기(250) 중, 어느 한쪽만이 경사져도 된다.
도 4에 도시하는 혼합 장치(201)에 의한 효과는 다음과 같다.
(제11 발명의 효과)
[구성 11-1] 용해부(230)는, 재료(21)의 상류측으로부터 하류측을 향하여 재료(21)가 내려가도록, 수평 방향에 대해 경사지는 부분을 갖는다.
상기 [구성 11-1]에 의해, 용해부(230) 내의 재료(21)가 중력에 의해, 하류측으로 반송된다(이동한다). 따라서, 용해부(230) 내에 재료(21)가 남는 것을 억제할 수 있다. 또한, 재료(21)가 용해부(230) 내로부터 하류측으로 흐르기 쉬우므로, 작동 유체(11) 및 재료(21)를 하류측으로 흘리기 위한 동력(예를 들어 펌프(16)의 동력)을 억제할 수 있다.
[구성 11-2] 혼합기(250)는, 재료(21)의 상류측으로부터 하류측을 향하여 재료(21)가 내려가도록, 수평 방향에 대해 경사지는 부분을 갖는다.
상기 [구성 11-2]에 의해, 혼합기(250) 내의 재료(21)가 중력에 의해, 하류측으로 반송된다(이동한다). 따라서, 혼합기(250) 내에 재료(21)가 남는 것을 억제할 수 있다. 또한, 재료(21)가 혼합기(250) 내로부터 하류측으로 흐르기 쉬우므로, 작동 유체(11) 및 재료(21)를 하류측으로 흘리기 위한 동력(예를 들어 펌프(16)의 동력)을 억제할 수 있다.
특히, 혼합 블레이드(53)가 챔버(51)에 대해 고정되어 있는 경우에는, 혼합 블레이드(53)가 재료(21)를 하류측으로 반송할 수 없으므로, 혼합기(250) 내에 재료(21)가 남을 우려가 있다. 한편, 상기 [구성 11-2]을 구비하는 경우에는, 혼합기(250) 내에 재료(21)가 남는 것을 억제할 수 있다.
(제3 실시 형태)
도 5를 참조하여, 제3 실시 형태의 혼합 장치(301)에 대해, 제1 실시 형태와의 상이점을 설명한다. 혼합 장치(301)는, 감압 펌프(332)를 구비한다.
감압 펌프(332)는, 용해부(30)를 감압시킨다. 감압 펌프(332)는, 예를 들어 진공 펌프이다. 감압 펌프(332)는, 작동 유체 유입용 밸브 V11보다 하류측, 또한, 혼합기 유입용 밸브 V31보다 상류측의 부분에 연결된다. 예를 들어, 감압 펌프(332)는, 용해부 감압용 밸브 V32가 마련되는 유로에 마련되고, 용해부 감압용 밸브 V32보다 하류측에 마련된다. 감압 펌프(332)는, 용해부(30) 내의 유체(12)를 제조부(10)에 공급하는 것이 바람직하다.
상기 감압 공정 A5(도 3 참조)는, 감압 펌프(332)에 의해 행해진다. 따라서, 용해부 감압용 밸브 V32를 개방 상태로 하는 것만으로 용해부(30)를 감압하는 경우에 비하여, 용해부(30)의 감압을 효율적으로 행할 수 있다. 예를 들어, 용해부(30)의 감압을 보다 단시간에 행할 수 있다. 예를 들어, 용해부(30)의 압력을 보다 낮출 수 있다. 또한, 감압 펌프(332)는, 용해부(30)의 압력을, 대기압보다 낮은 압력(부압)으로 할 수 있다. 이 때문에, 저장부(20)로부터 용해부(30)로, 재료(21)가 흡입되기 쉽다. 따라서, 저장부(20)로부터 용해부(30)로, 재료(21)를 효율적으로 투입할 수 있다.
도 5에 도시하는 혼합 장치(301)에 의한 효과는 다음과 같다.
(제12 발명의 효과)
[구성 12)] 혼합 장치(1)는, 용해부(30)를 감압시키는 감압 펌프(332)를 구비한다.
상기 [구성 12)]에 의해, 용해부(30)를 감압하기 쉽고, 저장부(20)로부터 용해부(30)로의 재료(21)의 투입을 보다 효율적으로 행할 수 있다.
(변형예)
상기 실시 형태는 다양하게 변형되어도 된다. 예를 들어, 서로 다른 실시 형태의 구성 요소끼리 조합되어도 된다. 예를 들어, 각 구성 요소의 배치나 형상이 변경되어도 된다. 예를 들어, 구성 요소의 수가 변경되어도 되고, 구성 요소의 일부가 마련되지 않아도 된다.
예를 들어, 도 4에 도시하는 바와 같이, 수평 방향에 대해 경사진 용해부(230) 및 혼합기(250)의 적어도 어느 것과, 도 5에 도시하는 감압 펌프(332)가 조합되어도 된다. 예를 들어, 분리부(70)는 마련되지 않아도 된다. 예를 들어, 도 2에 도시하는 흐름도의 스텝 순서가 변경되어도 되고, 복수의 스텝이 동시에 행해져도 된다.
본 출원은 2017년 11월 7일에 출원된 일본 특허 출원(일본 특허 출원 제2017-215005호)에 기초하는 것으로, 그 내용은 여기에 참조로서 도입된다.
1, 201, 301: 혼합 장치
10: 제조부
11: 작동 유체
16: 펌프
21: 재료
20: 저장부
30, 230: 용해부
37p1: 용해부 입구 압력계
37p2: 용해부 출구 압력계
50, 250: 혼합기
57p3: 혼합기 입구 압력계(혼합기 압력계)
57p4: 혼합기 출구 압력계(혼합기 압력계)
57t3: 혼합기 입구 온도계(혼합기 온도계)
57t4: 혼합기 출구 온도계(혼합기 온도계)
80: 분기 유로
332: 감압 펌프
V11: 작동 유체 유입용 밸브
V21: 재료 투입용 밸브
V31: 혼합기 유입용 밸브
V41: 개방도 조정용 밸브
V71: 압력 조정용 밸브
V81: 분기 유로 개폐 밸브

Claims (20)

  1. 초임계 상태 또는 아임계 상태의 작동 유체를 제조하는 제조부와,
    재료를 저장하는 저장부와,
    상기 작동 유체 및 상기 재료가 넣어져, 상기 작동 유체에 상기 재료를 용해시키는 용해부와,
    상기 작동 유체의 존재 하에서 상기 재료를 혼합시키는 혼합기와,
    상기 저장부로부터 상기 용해부로 투입되는 상기 재료가 지나는 유로를 개폐하는 재료 투입용 밸브와,
    상기 제조부로부터 상기 용해부로 유입되는 상기 작동 유체가 지나는 유로를 개폐하는 작동 유체 유입용 밸브와,
    상기 용해부로부터 상기 혼합기로 유입되는, 상기 작동 유체 및 상기 재료가 지나는 유로를 개폐하는 혼합기 유입용 밸브
    를 구비하는,
    혼합 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제조부에서 제조된 상기 작동 유체가 흐르는 유로이며, 상기 작동 유체 유입용 밸브보다 상류측에서 상기 제조부로부터 분기하고, 상기 혼합기 유입용 밸브보다 하류측에서 상기 혼합기에 합류하는 분기 유로와,
    상기 분기 유로를 개폐시키는 분기 유로 개폐 밸브
    를 구비하는,
    혼합 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 용해부의 내부가 감압되는 공정 및 상기 저장부로부터 상기 용해부로 상기 재료가 투입되는 공정의 적어도 어느 공정과,
    상기 혼합기에서 상기 재료를 혼합시키는 공정
    이 동시에 행해지는,
    혼합 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 용해부의 내부가 감압되는 공정 및 상기 저장부로부터 상기 용해부로 상기 재료가 투입되는 공정의 적어도 어느 공정과,
    상기 혼합기에서 상기 재료를 혼합시키는 공정
    이 동시에 행해지는,
    혼합 장치.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용해부는,
    상기 저장부로부터 상기 용해부로 상기 재료가 투입되는 공정과,
    상기 재료를 상기 작동 유체에 용해시키는 공정과,
    상기 용해부로부터 상기 혼합기로 상기 작동 유체 및 상기 재료를 유입시키는 공정과,
    상기 용해부의 내부가 감압되는 공정
    을 반복하여 행하는,
    혼합 장치.
  6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용해부는,
    상기 용해부의 입구측 부분의 압력을 검출하는 용해부 입구 압력계와,
    상기 용해부의 출구측 부분의 압력을 검출하는 용해부 출구 압력계
    를 구비하는,
    혼합 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 용해부는,
    상기 용해부의 입구측 부분의 압력을 검출하는 용해부 입구 압력계와,
    상기 용해부의 출구측 부분의 압력을 검출하는 용해부 출구 압력계
    를 구비하는,
    혼합 장치.
  8. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합기는,
    상기 혼합기의 입구측 부분의 압력을 검출하는 혼합기 입구 압력계와,
    상기 혼합기의 출구측 부분의 압력을 검출하는 혼합기 출구 압력계
    를 구비하는,
    혼합 장치.
  9. 제5항에 있어서, 상기 혼합기는,
    상기 혼합기의 입구측 부분의 압력을 검출하는 혼합기 입구 압력계와,
    상기 혼합기의 출구측 부분의 압력을 검출하는 혼합기 출구 압력계
    를 구비하는,
    혼합 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 혼합기는,
    상기 혼합기의 입구측 부분의 압력을 검출하는 혼합기 입구 압력계와,
    상기 혼합기의 출구측 부분의 압력을 검출하는 혼합기 출구 압력계
    를 구비하는,
    혼합 장치.
  11. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 혼합기는,
    상기 혼합기의 내부 압력을 검출하는 혼합기 압력계와,
    상기 혼합기의 내부 온도를 검출하는 혼합기 온도계
    를 구비하는,
    혼합 장치.
  12. 제5항에 있어서, 상기 혼합기는,
    상기 혼합기의 내부 압력을 검출하는 혼합기 압력계와,
    상기 혼합기의 내부 온도를 검출하는 혼합기 온도계
    를 구비하는,
    혼합 장치.
  13. 제6항에 있어서, 상기 혼합기는,
    상기 혼합기의 내부 압력을 검출하는 혼합기 압력계와,
    상기 혼합기의 내부 온도를 검출하는 혼합기 온도계
    를 구비하는,
    혼합 장치.
  14. 제8항에 있어서, 상기 혼합기는,
    상기 혼합기의 내부 압력을 검출하는 혼합기 압력계와,
    상기 혼합기의 내부 온도를 검출하는 혼합기 온도계
    를 구비하는,
    혼합 장치.
  15. 제11항에 있어서, 상기 혼합기로부터 배출되는, 상기 작동 유체 및 상기 재료가 지나는 유로의 개방도를 조정하는 개방도 조정용 밸브를 구비하고,
    상기 혼합기 압력계 및 상기 혼합기 온도계의 검출 결과에 따라, 상기 개방도 조정용 밸브의 개방도를 조정하는,
    혼합 장치.
  16. 제11항에 있어서, 상기 제조부는, 상기 작동 유체를 압송하는 펌프를 구비하고,
    상기 혼합기 압력계 및 상기 혼합기 온도계의 검출 결과에 따라, 상기 펌프의 회전 속도를 조정하는,
    혼합 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제조부는, 상기 작동 유체를 압송하는 펌프를 구비하고,
    상기 혼합기 압력계 및 상기 혼합기 온도계의 검출 결과에 따라, 상기 펌프의 회전 속도를 조정하는,
    혼합 장치.
  18. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 재료로부터 분리시킨 상기 작동 유체가 지나는 유로의 개방도를 조정하는 압력 조정용 밸브를 구비하는,
    혼합 장치.
  19. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용해부 및 상기 혼합기의 적어도 어느 것은, 상기 재료의 상류측으로부터 하류측을 향하여 상기 재료가 내려가도록, 수평 방향에 대해 경사지는 부분을 갖는
    혼합 장치.
  20. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 용해부를 감압시키는 감압 펌프를 구비하는,
    혼합 장치.

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