KR20210150949A - 교반기 - Google Patents

Abstract

단속 제트류의 작용에 의해 피처리 유동체에 가하여지는 전단을 보다 효율적으로 이룰 수 있는 교반기의 제공을 도모한다.
블레이드(12)를 구비하는 로터(2)와, 격벽(10)과, 스크린(9)을 동심으로 구비하고, 스크린(9)은 그 둘레방향으로 복수의 슬릿(18)과, 이웃하는 슬릿(18)끼리의 사이에 위치하는 스크린 부재(19)를 구비하고, 양자 중 적어도 로터(2)가 회전함으로써 피처리 유동체가 스크린(9)의 슬릿(18)을 통해서 단속 제트류로서 스크린(9)의 내측으로부터 외측으로 토출되는 교반기에 있어서, 스크린(9)은 단면 원형의 통 형상을 이루고, 스크린(9)의 내벽면에 형성된 슬릿(18)의 개구를 유입 개구(28)로 하고, 스크린(9)의 외벽면에 형성된 복수의 슬릿(18)의 개구를 유출 개구(29)로 하고, 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)은 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)보다 작아지도록 형성된 것을 특징으로 한다.

Description

교반기

본 발명은 교반기, 특히, 피처리 유동체의 유화, 분산 또는 혼합의 처리에 사용하는 교반기의 개량에 관한 것이다.

교반기는 유체의 유화, 분산 또는 혼합의 처리를 행하는 장치로서, 여러가지 것이 제안되어 있지만, 오늘에 있어서는, 나노입자 등의 입자지름이 작은 물질을 포함하는 피처리 유동체를 양호하게 처리하는 것이 요구되고 있다.

예를 들면, 널리 알려진 교반기, 유화, 분산기의 일종으로서 비즈밀이나 호모지나이저가 알려져 있다.

그런데, 비즈밀에서는 입자의 표면의 결정 상태가 파괴되어, 상처나는 것에 의한 기능 저하가 문제가 되고 있다. 또한, 이물 발생의 문제도 크고, 빈번하게 교체하거나 보급하는 비즈의 비용도 크다.

고압 호모지나이저에서는 기계의 안정 가동의 문제나 큰 필요 동력의 문제 등이 해결되어 있지 않다.

또한, 회전식 호모지나이저는 종래 프리믹서로서 사용되고 있었지만, 나노 분산이나 나노 유화를 행하기 위해서는, 나노화의 마무리를 위하여 마무리 기계를 더 필요로 한다.

(특허문헌에 관해서)

이것에 대하여, 특허문헌 1 내지 4의 교반기를 본 발명자는 제안했다. 이 교반기는 복수의 블레이드를 구비한 로터와, 로터의 주위에 부설됨과 아울러 복수의 슬릿을 갖는 스크린을 구비하는 것이다. 로터와 스크린은 상대적으로 회전함으로써, 슬릿을 포함하는 스크린의 내벽과 블레이드 사이의 미소한 간극에 있어서 피처리 유동체의 전단이 행하여짐과 아울러, 슬릿을 통해서 단속 제트류로서 스크린의 내측으로부터 외측으로 피처리 유동체가 토출되는 것이다.

특허문헌 1 내지 3의 교반기는, 특허문헌 2의 「<종래의 기술>」에 나타내어져 있던 바와 같이, 임펠러(즉 로터)의 회전수를 조정함으로써 교반 조건을 변화시키고 있었다. 그리고, 특허문헌 2에 따른 발명에서는, 로터의 블레이드 팁과, 스크린의 내벽 사이의 클리어런스를 임의의 폭으로 선택하는 것을 가능하게 한 교반기를 제안하는 것이며, 이것에 의해, 유체에 따른 능력의 향상 최적화를 도모하는 것이었다. 또한, 특허문헌 3에 있어서는, 단속 제트류의 주파수 Z(㎑)를 특정의 값보다 크게 함으로써 급격하게 미립자화의 효과가 커진다라는 지견을 얻고, 이것에 의거하여, 종래의 교반기에서는 불가능했던 영역의 미립자화를 가능하게 하는 교반기를 제안하는 것이었다.

특허문헌 1 내지 3에서는, 모두 로터의 블레이드 팁의 둘레방향의 폭과, 스크린에 형성되는 슬릿의 둘레방향의 폭은, 일정한 조건 하(구체적으로는, 양자의 폭이 대략 같거나, 로터의 블레이드 팁의 폭의 쪽이 조금 큰 정도로 고정한 조건 하)에서, 스크린의 내벽과의 사이의 클리어런스를 변경하거나, 단속 제트류의 주파수 Z(㎑)를 변경하거나 함으로써, 그 발명이 이루어진 것이었다.

지금까지의 본원 출원인의 개발에 의해, 단속 제트류에 의해 속도 계면에서 액-액간의 전단력이 발생함으로써, 유화, 분산 또는 혼합의 처리가 행하여지는 것이 알려져 있고, 이 액-액간의 전단력이 피처리 유동체의 미세화, 특히, 나노 분산이나 나노 유화 등의 매우 미세한 분산이나 유화를 실현하는 점에서 유효하게 작용하는 것은 추측되고 있지만, 아직 그 작용은 충분히 해명되어 있지 않은 것이 현상이다.

(본 발명의 경위)

본 발명의 발명자는, 특허문헌 1∼3에 나타내어진 장치에 의해서, 피처리 유동체의 미세화를 촉진하고, 보다 미세한 분산이나 유화를 실현하는 것을 시험해 본 결과, 우선, 슬릿을 포함하는 스크린의 내벽과 블레이드 사이의 미소한 간극에 있어서 피처리 유동체의 전단이 행하여지는 점으로부터 하면, 전단의 효율화를 도모하기 위해서는 단위시간당의 전단 횟수를 늘리는 것이 유효하다고 생각되기 때문에, 단위시간당의 전단 횟수를 늘리는 시점에서 검토를 행했다.

그것을 위한 수단으로서는, 이들 특허문헌에 나타내어지는 바와 같이 로터의 회전수(블레이드의 선단부의 회전 주속도)를 변화시키는 것이 알려져 있지만, 로터의 회전수(블레이드의 선단부의 회전 주속도)를 일정하게 하는 조건 하에서는, 슬릿의 폭을 작게 해서 슬릿의 수를 늘리거나, 또는 로터의 블레이드의 매수를 늘리는 것 또는 그 양쪽이 유효하다고 생각된다.

그런데, 단속 제트류를 발생시킬 경우에는, 슬릿의 폭을 지나치게 크게 하면 슬릿을 통과하는 피처리 유동체의 압력이 저하해서 단속 제트류의 유속이 느려지고, 한편, 슬릿의 폭을 작게 하면 단속 제트류의 유속은 빨라지지만 슬릿의 폭을 지나치게 작게 하면 압력손실이 커져 슬릿을 통과하는 피처리 유동체의 유량이 저하되어 버리기 때문에, 단속 제트류가 양호하게 발생하지 않을 우려가 있다. 그 결과, 슬릿의 폭을 작게 해서 슬릿의 수를 늘리는 것에는 한도가 있었다.

또한, 슬릿 폭을 작게 해서 슬릿의 수를 늘리면 캐비테이션이 크게 발생해 공동화 현상이 유발된다. 캐비테이션은 기포의 초생, 성장, 압력상승에 따르는 기포의 붕괴라고 하는 과정을 취한다. 그 기포의 붕괴시에는 수천기압이라고 하는 에너지로 에로젼(erosion)이 일어난다. 이 에로젼은 기계가 손상되는 큰 원인이 되어, 캐비테이션의 억제는 매우 중요한 요소가 된다.

또한, 현재의 흐름 해석 시뮬레이션의 기술로는, 유감스럽지만 정확한 캐비테이션의 해석은 무리이다.

또한, 로터의 회전수를 보다 높임으로써 교반기의 처리 능력의 향상이 도모된다. 로터의 회전수를 높이는 것에 의해, 슬릿을 통해서 스크린의 내측으로부터 외측으로 토출되는 피처리 유동체의 토출유량이 증가해 단속 제트류의 속도를 높이는 것이다. 이 경우 이하의 점이 문제가 된다. 음속은 상온의 공기중에서는 약 340m/sec, 수중에서는 약 1500m/sec이지만, 캐비테이션에 의해 기포가 혼입했을 경우 수중의 음속은 현저하게 저하한다.

기포를 포함하는 보이드율 0.2의 물의 음속은 30m/sec 이하로 되고, 보이드율 0.4의 물의 음속은 약 20m/sec로 된다. 특허문헌 1 내지 3에 있어서, 스크린을 통과하는 단속 제트류의 속도는 상기 기포를 포함하는 수중의 음속에 가깝다고 생각되고, 음속을 초과하면 충격파가 발생해 기계의 손상이 일어난다. 그 때문에, 캐비테이션에 의한 기포의 발생을 될 수 있는 한 억제해서 충격파의 문제도 해결하지 않으면 안된다.

그래서, 단위시간당의 전단 횟수를 늘리는 것 뿐만 아니라, 단속 제트류에 의한 액-액간의 전단력에 착안하여, 이 전단력을 높임으로써 피처리 유동체의 미세화를 촉진하는 것과 캐비테이션의 발생을 억제하는 검토를 했다.

이 단속 제트류에 의한 액-액간의 전단력의 발생 메커니즘을, 도 7을 참조해서 설명한다. 로터의 회전에 의해 블레이드(12)가 회전 이동하면, 블레이드(12)의 회전방향의 전면측에서는 피처리 유동체의 압력이 상승한다. 이것에 의해, 블레이드(12)의 전면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 피처리 유동체가 단속 제트류로 되어서 토출된다. 그 결과, 스크린(9)의 외측의 피처리 유동체와, 단속 제트류로 되어서 토출되는 피처리 유동체 사이에 액-액간의 전단력이 발생한다. 또한, 단속인 제트류 때문에 동반류가 발생하기 어려워 보다 효과가 높다. 따라서, 토출되는 단속 제트류의 유속을 높임으로써 액-액간의 전단력을 향상시킬 수는 있지만, 로터의 회전수를 빠르게 하는 것에도 기계적인 한도가 있다.

또한, 블레이드(12)의 회전방향의 후면측에서는, 피처리 유동체의 압력이 저하함으로써 후면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 피처리 유동체가 빨아 들여지는 현상이 생기고 있다. 그 결과, 스크린(9)의 외측에서는, 단지 정지하고 있는 피처리 유동체에 대하여 슬릿(18)으로부터의 피처리 유동체의 단속 제트류가 토출되는 것이 아니라 정역의 흐름(토출과 흡입)이 발생하고 있고, 양 흐름의 계면에 있어서의 상대적인 속도차에 의해서, 비정상적인 피처리 유동체끼리의 사이에 액-액간의 전단력이 생기는 것이라고 생각되고, 이와 같이, 정역의 흐름(토출과 흡입)이 정상적인 흐름이 아니라 비정상적인 흐름인 것에 의해 수격작용이 발생한다. 이 수격작용의 효과로 충돌압력이 정상의 흐름에 비해서 엇갈림이 커지고, 보다 큰 전단력이 생겨 처리능력이 높아진다.

특허문헌 4에서는, 상기 점을 근거로 하여 단속 제트류에 의한 액-액간의 전단력에 착안하고, 로터 블레이드의 선단부의 폭과 스크린의 슬릿 폭의 관계를 규정해서 단속 제트류의 효율화가 도모되어 있다.

또한, 특허문헌 5-7에서 제안된 혼합 교반기나 분산기는 모두 본 발명과 기능이나 구성이 다르고, 단속 제트류가 가능한 것은 아니다.

일본 특허 제2813673호 공보 일본 특허 제3123556호 공보 일본 특허 제5147091호 공보 국제공개 제2016/152895호 팜플릿 일본 재공표 2015-093209호 공보 일본 실용신안 공고 평05-15937호 공보 프랑스 특허출원 공개 제2679789호 명세서

본 발명은 단속 제트류의 작용에 의해서 피처리 유동체에 가하여지는 전단을 보다 효율적으로 이룰 수 있는 교반기의 제공을 목적으로 한다.

또한, 이 전단이 효율적으로 이루어지는 결과, 나노 분산이나 나노 유화 등의 매우 미세한 분산이나 유화를 실현할 수 있는 교반기의 제공을 목적으로 한다.

본 발명은 단속 제트류에 의해 생기는 피처리 유동체의 정역의 흐름(슬릿으로부터의 토출과 흡입)의 계면에 있어서의 상대적인 속도차를 높인다고 하는 새로운 시점에서, 교반기의 개량을 시험해 본 결과 생긴 발명이다. 구체적으로는, 스크린에 형성된 슬릿의 단면형상을 다시 봄으로써 피처리 유동체의 정역의 흐름의 상대적 속도차를 높일 수 있는 교반기의 제공을 실현할 수 있었던 것이다. 또 본 발명자는, 스크린에 형성된 슬릿의 단면형상을 다시 봄으로써 피처리 유동체의 정역의 흐름의 상대적 속도차를 높임과 아울러 피처리 유동체의 압력손실을 저감시켜, 캐비테이션을 억제하고, 슬릿을 통해서 스크린의 내측으로부터 외측으로 토출되는 피처리 유동체가 효율적으로 단속 제트류를 형성하는 것을 찾아내어, 본 발명을 완성시킨 것이다.

그러나, 본 발명은 복수의 블레이드를 구비함과 아울러 회전하는 로터와, 상기 로터의 주위에 부설된 스크린을 동심으로 구비하고, 상기 스크린은, 그 둘레방향으로 복수의 슬릿과, 이웃하는 상기 슬릿끼리의 사이에 위치하는 스크린 부재를 구비하고, 상기 로터와 상기 스크린 중 적어도 로터가 회전함으로써, 피처리 유동체가 상기 슬릿을 통해서 단속 제트류로서 상기 스크린의 내측으로부터 외측으로 토출되는 교반기를 개량하는 것이다.

본 발명 따른 교반기에 있어서는, 복수의 블레이드를 구비함과 아울러 회전하는 로터와, 상기 로터의 토출압력 유지 목적에서의 격벽과, 상기 로터의 주위에 부설된 스크린을 동심으로 구비하고, 상기 스크린은 단면 원형의 통형상을 이루고, 상기 스크린의 내벽면에 형성된 복수의 상기 슬릿의 개구를 유입 개구로 하고, 상기 스크린의 외벽면에 형성된 복수의 상기 슬릿의 개구를 유출 개구로 하고, 상기 유출 개구의 둘레방향의 폭(So)은 상기 유입 개구의 둘레방향의 폭(Si)보다 작아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 것이다.

또, 본 발명에 따른 교반기에 있어서는, 상기 스크린의 복수의 상기 슬릿은 상기 복수의 블레이드의 회전방향으로 간격을 두고서 배치된 앞측 끝면과 안측 끝면에 의해서 규정되고, 상기 앞측 끝면의 적어도 상기 슬릿 내로의 유입측의 영역은, 상기 복수의 블레이드의 회전방향의 전방으로 경사져 있는 것으로 해서 실시할 수 있다. 상기 전방으로의 경사는, 상기 앞측 끝면이 스크린의 내측으로부터 외측을 향함에 따라서 복수의 블레이드의 회전방향의 전방으로 진행하도록 경사져 있는 것을 의미한다.

또한, 본 발명은 상기 앞측 끝면의 적어도 상기 슬릿 내로의 유입측의 영역의, 상기 유출 개구의 둘레방향의 중앙을 지나는 반경에 대한 각도가 1∼45도인 것으로 해서 실시할 수 있다.

본 발명의 작용은 반드시 전부가 해명된 것은 아니지만, 도 6, 도 7을 참조하여, 본 발명자가 생각하는 본 발명의 작용을 보다 상세하게 설명한다.

블레이드(12)의 회전방향의 전면측의 피처리 유동체의 흐름을 설명한다.

도 7의 (A) (B)에 나타내는 종래예 및 도 7의 (C) (D)에 나타내는 종래예에 있어서는, 로터(2)의 회전에 의해 블레이드(12)는 회전 이동하지만, 블레이드(12)의 회전방향의 전면측이 스크린(9)의 슬릿(18)의 유입 개구(28)에 당도하면, 스크린(9)의 슬릿 부재(19)의 내벽면을 따라 흐르고 있던 피처리 유동체의 흐름이 슬릿(18)을 규정하는 앞측 끝면(22)을 따르는 흐름으로 되기 때문에, 갑자기 피처리 유동체의 흐름이 구부러진다. 이 경우, 스크린(9)의 슬릿 부재(19)의 내벽면과 앞측 끝면(22)으로 구성되는 유입 개구의 에지(24)에 의해, 피처리 유동체의 압력이 극단적으로 내려가 캐비테이션이 발생한다. 종래의 슬릿(18)은 스크린(9)의 내벽면에 형성된 유입 개구의 둘레방향의 폭(Si)과 스크린(9)의 외벽면에 형성된 유출 개구의 둘레방향의 폭(So)이 같고, 유입 개구의 에지(24)는 거의 직각(α)의 에지로 되어 상당한 캐비테이션의 발생으로 되어 기포가 많이 발생한다.

그러므로 종래의 슬릿의 경우는, 스크린의 슬릿의 둘레방향의 폭은 극단적으로 작게 할 수 없었다.

도 6의 (A) (B)에 나타내는 본 발명의 교반기에 있어서는, 스크린(9)의 내벽면에 형성된 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)보다 스크린(9)의 외벽면에 형성된 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)이 작기 때문에, 노즐 효과에 의해 스크린(9)을 통과하는 단속 제트류의 유속이 가속된다. 또한, 스크린(9)의 복수의 슬릿(18)은 복수의 블레이드(12)의 회전방향으로 간격을 두고서 배치된 앞측 끝면(22)과 안측 끝면(25)에 의해 규정되고, 앞측 끝면(22)의 적어도 슬릿(18) 내로의 유입측의 영역(23)이 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 전방으로 경사져 있기 때문에, 유입 개구의 에지(24)는 둔각(β)의 에지로 되고, 유입 개구의 에지(24)에서의 극단적인 압력 저하가 저감되어 피처리 유동체가 유효하게 제트류로 변환된다. 또한 당연하지만, 피처리 유동체의 압력손실이 저감되어 캐비테이션의 발생이 억제되고, 기포의 발생도 억제된다. 그 결과, 종래보다 슬릿(18)을 통해서 스크린(9)의 내측으로부터 외측으로 토출되는 단속 제트류의 속도가 빨라져, 피처리 유동체의 정역의 흐름(토출과 흡입)의 계면에 있어서의 상대적인 속도차가 커지기 때문에, 피처리 유동체끼리의 사이에 발생하는 전단력을 크게 할 수 있었던 것이다.

이 피처리 유동체의 흐름의 속도를 직접 측정하는 것은 곤란하지만, 후술의 실시예에서 나타내는 바와 같이, 본 발명의 실시에 따른 교반기에 있어서는, 종래의 교반기에 비하여 피처리 유동체의 미립자화를 현저하게 촉진할 수 있었던 것이 확인되었다.

본 발명에 있어서, 슬릿의 둘레방향의 폭은 단속 제트류가 발생하는 것을 조건으로 변경할 수 있지만, 유출 개구의 둘레방향의 폭(So)은 0.2∼4.0㎜가 바람직하고, 0.5∼3.0㎜인 것이 보다 바람직하다. 또한, 슬릿의 둘레방향의 폭은 유입 개구로부터 유출 개구를 향해서 점차 감소하는 것으로 해서 실시하는 것이 바람직하다.

스크린은 그 내부에 피처리 유동체를 도입하는 도입구로부터, 축방향으로 멀어짐에 따라서 블레이드 및 스크린의 지름이 작아지는 것으로 해서 실시하는 것이 바람직하다.

축방향에 있어서의 슬릿과 도입구의 관계를 고려하면, 도입구에 가까운 곳에서는 슬릿으로부터의 토출량이 많고, 반대로, 도입용 개구로부터 먼 곳은 슬릿으로부터의 토출량이 줄어드는 경향이 있다. 그 때문에, 도입구로부터 축방향으로 멀어짐에 따라서 블레이드 및 스크린의 지름이 작아지도록 구성함으로써, 스크린의 축방향에서의 토출량을 균일화할 수 있다. 이것에 의해서, 캐비테이션의 발생을 억제하여, 기계고장을 저감할 수 있다.

복수의 슬릿은 둘레방향으로 동일한 폭이며, 또한, 둘레방향으로 등간격으로 형성된 것으로 함으로써, 둘레방향에 있어서 보다 균일한 조건으로 피처리 유동체의 처리를 할 수 있다. 단, 폭이 다른 슬릿을 복수 사용하는 것을 방해하는 것이 아니고, 복수의 슬릿간의 간격이 불균일한 것으로 해서 실시하는 것을 방해하는 것이 아니다.

스크린은 회전하지 않는 것으로 함으로써, 각각의 제어에 있어서 로터의 회전수만을 고려해 두면 좋지만, 반대로, 스크린은 로터와 역방향으로 회전시킴으로써 나노 분산이나 나노 유화 등의 매우 미세한 분산이나 유화에 적합한 것으로 할 수 있다.

본 발명은 단속 제트류에 관해서 더욱 연구를 진행하여, 단속 제트류의 작용에 의해서 피처리 유동체에 가하여지는 전단을 보다 효율적으로 할 수 있는 교반기를 제공할 수 있었던 것이다.

또한, 상기 전단이 효율적으로 이루어지는 결과, 나노 분산이나 나노 유화 등의 매우 미세한 분산이나 유화를 실현할 수 있는 교반기를 제공할 수 있었던 것이다.

또한, 입자지름의 분포가 좁고, 입자지름이 맞추어진 입자를 얻을 수 있는 교반기를 제공할 수 있었던 것이다.

도 1은 본 발명의 실시형태에 따른 교반기의 사용 상태를 나타내는 정면도이다.
도 2는 동 교반기의 요부 확대 종단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시형태에 따른 교반기의 사용 상태를 나타내는 정면도이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 교반기의 사용 상태의 정면도이다.
도 5는 본 발명의 또한 또 다른 실시형태에 따른 교반기의 사용 상태의 정면도이다.
도 6의 (A)는 본 발명을 적용한 실시형태에 따른 교반기의 요부 확대도, (B)는 동 작용을 나타내는 요부 확대도이다.
도 7의 (A)는 종래예의 교반기의 요부 확대도, (B)는 동 작용을 나타내는 요부 확대도, (C)는 다른 종래예의 교반기의 요부 확대도, (D)는 동 작용을 나타내는 요부 확대도이다.
도 8의 (A)∼(F)는 본 발명을 적용한 실시형태에 따른 교반기의 요부 확대도이다.
도 9는 본 발명의 실시예 및 비교예의 시험 장치의 설명도이다.
도 10의 (A)∼(D)는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용한 교반기의 요부 확대도이다.

이하, 도면에 의거하여 본 발명의 실시형태를 설명한다.

우선, 도 1, 도 2를 참조하여, 본 발명을 적용할 수 있는 교반기의 일례의 기본적인 구조를 설명한다.

이 교반기는, 유화, 분산 또는 혼합 등의 처리를 예정하는 피처리 유동체 내에 배치되는 처리부(1)와, 처리부(1) 내에 배치된 로터(2)를 구비하는 것이다.

처리부(1)는 중공의 하우징이며, 지지관(3)에 지지되는 것에 의해서 피처리 유동체를 수납하는 수용 용기(4) 또는 피처리 유동체의 유로에 설치된다. 이 예에서는, 처리부(1)는 지지관(3)의 선단에 설치되고, 수용 용기(4)의 상부로부터 내부 하방으로 삽입된 것을 나타내고 있지만, 이 예에 한정하는 것이 아니고, 예를 들면, 도 3에 나타낸 바와 같이, 처리부(1)가 지지관(3)에 의해 수용 용기(4)의 저면으로부터 상방으로 돌출하도록 지지되는 것이여도 실시 가능하다.

처리부(1)는 피처리 유동체를 외부로부터 내부로 흡입하는 흡입구(5)를 갖는 흡입실(6)과, 흡입실(6)에 도통하는 교반실(7)을 구비한다. 교반실(7)은 복수의 슬릿(18)을 갖는 스크린(9)에 의해, 그 외주가 규정되어 있다.

또한, 본 명세서에 있어서는, 스크린(9)은 공간인 슬릿(18)과, 슬릿(18)끼리의 사이에 위치하는 실제의 부재인 스크린 부재(19)로 구성되어 있는 것으로서 설명한다. 따라서, 스크린(9)이란 복수의 스크린 부재(19)에 형성된 슬릿(18)을 포함하는 전체를 의미하고, 스크린 부재(19)란 이웃하는 슬릿(18)끼리의 사이에 위치하는 1개 1개의 실재하는 부재를 의미한다. 마찬가지로, 스크린(9)의 내벽면 또는 외벽면이란, 복수의 스크린 부재(19)에 형성된 슬릿(18)을 포함하는 전체의 내벽면 또는 외벽면을 의미한다.

또한, 스크린(9)의 내벽면에 형성된 복수의 슬릿(18)의 개구를 유입 개구(28)로 하고, 스크린(9)의 외벽면에 형성된 복수의 슬릿(18)의 개구를 유출 개구(29)로 한다.

이 흡입실(6)과 교반실(7)은 격벽(10)에 의해 구획됨과 아울러, 격벽(10)에 형성된 도입용의 개구(도입구)(11)를 통해서 도통하고 있다. 단, 이 흡입실(6)은 필수적인 것은 아니고, 예를 들면, 흡입실(6)을 설치하지 않고 교반실(7)의 상단 전체가 도입용의 개구로 되어서, 수용 용기(4) 내의 피처리 유동체가 교반실(7) 내에 직접 도입되는 것이여도 좋다. 격벽(10)은 피처리 유동체가 단속 제트류로서 슬릿(18)을 통해서 스크린(9)의 내측으로부터 외측을 향해서 토출될 때의 압력을 유지할 목적으로 설치되어 있다.

로터(2)는 둘레방향으로 복수매의 블레이드(12)를 구비한 회전체이며, 로터(2)와 스크린(9)은 동심으로 배치되고, 블레이드(12)와 스크린(9) 사이에 미소한 클리어런스를 유지하면서 회전한다. 로터(2)를 회전시키는 구조에는 여러가지 회전 구동 구조를 채용할 수 있지만, 이 예에서는 회전축(13)의 선단에 로터(2)가 설치되고, 교반실(7) 내에 회전 가능하게 수용되어 있다. 보다 상세하게는, 회전축(13)은 지지관(3)에 삽입통과되고, 또한, 흡입실(6), 격벽(10)의 개구(11)를 통과하여 교반실(7)에 도달하도록 설치되어 있고, 그 선단(도면에서는 하단)에 로터(2)가 부착되어 있다. 회전축(13)의 후단은 모터(14) 등의 회전 구동 장치에 접속되어 있다. 모터(14)는 수치 제어 등의 제어계통을 갖는 것 또는 컴퓨터의 제어 하에 놓여지는 것을 사용하는 것이 적합하다.

이 교반기는, 로터(2)가 회전함으로써 회전하는 블레이드(12)가 스크린 부재(19)의 내벽면을 통과할 때, 양자간에 존재하는 피처리 유동체에 가하여지는 전단력에 의해 유화, 분산 또는 혼합이 이루어진다. 이것과 함께, 로터(2)의 회전에 의해서 피처리 유동체에 운동 에너지가 주어지고, 이 피처리 유동체가 슬릿(18)을 통과함으로서 더욱 가속되어서, 단속 제트류를 형성하면서 교반실(7)의 외부로 유출된다. 이 단속 제트류에 의해, 속도 계면에서 액-액간의 전단력이 발생하는 것이라도 유화, 분산 또는 혼합의 처리가 행하여진다.

스크린(9)은 단면 원형의 통형상을 이룬다. 이 스크린(9)은, 예를 들면, 원추형의 표면형상과 같이, 도입용의 개구(11)로부터 축방향으로 멀어짐에 따라서(도 2의 예에서는 하방을 향함에 따라서), 점차 그 지름이 작아지도록 하는 것이 바람직하다. 축방향으로 일정 지름으로 해도 개의치 않지만, 그 경우에는, 도입용의 개구(11)에 가까운 곳(도 2에서는 상방)에서는 슬릿(18)으로부터의 토출량이 많고, 반대로, 먼 곳은 토출량이 줄어든다(도 2에서는 하방). 그 결과, 컨트롤할 수 없는 캐비테이션이 발생할 경우가 있어, 기계 고장으로 연결될 우려가 있으므로, 도 1, 도 2에 나타낸 바와 같이, 스크린(9)은 원추대 형상의 표면형상이 바람직하다.

슬릿(18)은 회전축(13)의 축방향으로(도면의 예에서는 상하방향)으로 직선 형상으로 신장되는 것을 나타냈지만, 스파이럴 형상 등, 만곡해서 신장되는 것이여도 좋다. 또한, 둘레방향에 있어서 슬릿(18)은 등간격으로 복수개가 형성되어 있지만, 간격을 어긋나게 해서 형성할 수도 있고, 복수 종류의 형상이나 크기의 슬릿(18)을 형성하는 것을 방해하는 것도 아니다.

슬릿(18)은 그 리드각을 적당히 변경해서 실시할 수 있다. 도시한 바와 같이, 회전축(13)과 직교하는 평면과 슬릿(18)이 신장되는 방향이 이루는 리드각이, 90도인 상하방향으로 직선 형상으로 신장되는 것 외에, 소정의 리드각을 구비한 스파이럴 형상의 것 등, 상하방향으로 만곡해서 신장되는 것이여도 좋다.

로터(2)의 블레이드(12)는 횡단면(회전축(13)의 축방향에 직교하는 단면)에 있어서, 로터(2)의 중심으로부터 방사상으로 일정한 폭으로 직선 형상으로 신장되는 것으로 할 수 있는 것 외에, 외측을 향함에 따라 점차 폭이 넓어지는 것이여도 좋고, 만곡하면서 외측으로 신장되는 것이여도 좋다.

또한, 이들 블레이드(12)는 그 선단부(21)의 리드각은 적당히 변경할 수 있다. 예를 들면, 회전축(13)과 직교하는 평면과 선단부(21)가 신장되는 방향이 이루는 리드각이, 90도인 상하방향으로 직선 형상으로 신장되는 것 외에, 소정의 리드각을 구비한 스파이럴 형상의 것 등, 상하방향으로 만곡해서 신장되는 것이여도 좋다.

이들 각각의 구성 부재의 형상은, 블레이드(12)의 선단부(21)와 슬릿(18)이 슬릿(18)의 길이방향(도면의 예에서는 상하방향)에 있어서 서로 겹치는 동일 위치에 있는 일치 영역을 구비하는 것이다. 그리고, 로터(2)의 회전에 의해서, 이 일치 영역에 있어서의 블레이드(12)와 스크린 부재(19) 사이에서 피처리 유동체의 전단이 가능한 것이며, 또한, 블레이드(12)의 회전에 따라 슬릿(18)을 통과하는 피처리 유동체에, 단속 제트류가 생기도록 운동 에너지를 줄 수 있는 것이다.

스크린(9)과 블레이드(12)의 클리어런스는, 상기 전단과 단속 제트류가 생기는 범위에서 적당히 변경할 수 있지만, 통상 약 0.2∼2.0㎜인 것이 바람직하다. 또한, 이 클리어런스는, 도 2에 나타내는 바와 같은 전체가 테이퍼 형상의 스크린(9)을 사용했을 경우에는, 교반실(7)과 블레이드(12) 중 적어도 어느 한쪽을 축방향으로 이동 가능하게 해 둠으로써 용이하게 조정할 수 있다.

또한, 교반기의 다른 구조로서는, 도 4 및 도 5에 나타내는 것도 채용할 수 있다.

우선 도 4의 예에서는, 수용 용기(4) 내의 피처리 유동체의 전체의 교반 균일화를 행하기 위해서, 수용 용기(4) 내에 별개의 교반 장치를 배치한 것이다. 구체적으로는, 수용 용기(4) 내 전체의 교반을 위한 교반날개(15)를, 교반실(7)과 동체로 회전하도록 설치할 수도 있다. 이 경우, 교반날개(15)와 스크린(9)을 포함하는 교반실(7)은 함께 회전시켜진다. 그 때, 교반날개(15) 및 교반실(7)의 회전방향은 로터(2)의 회전방향과는 동일하여도 좋고, 역방향이여도 좋다. 즉, 스크린(9)을 포함하는 교반실(7)의 회전은 로터(2)의 회전에 비하여 저속의 회전(구체적으로는, 스크린의 회전의 주속도가 0.02∼0.5m/s 정도)으로 되기 때문에, 상기 전단이나 단속 제트류의 발생에는 실질적으로 영향이 없다.

또한, 도 5의 예는, 교반실(7)을 지지관(3)에 대하여 회동 가능하게 하고, 교반실(7)의 선단에 제2모터(20)의 회전축을 접속한 것이며, 스크린(9)을 고속 회전 가능하게 하는 것이다. 이 스크린(9)의 회전방향은 교반실(7)의 내부에 배치된 로터(2)의 회전방향과는 역방향으로 회전시킨다. 이것에 의해, 스크린(9)과 로터(2)의 상대적 회전속도가 증가한다.

상술의 교반기에 있어서, 본 발명은 다음과 같이 적용된다.

본 발명에 따른 교반기에 대해서는, 단속 제트류에 의해 속도 계면에서 액-액간의 전단력이 발생함으로써 유화, 분산 또는 혼합의 처리가 행하여진다. 그 때, 본 발명의 실시형태에 따른 교반기에 있어서는, 예를 들면, 도 6의 (A) (B) 및 도 8에 나타내는 블레이드(12)와 스크린(9)을 사용할 수 있다.

본 발명에 따른 교반기에 대해서는, 복수의 슬릿(18)은 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)은 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)보다 작아지도록 형성되고, 또한, 복수의 슬릿(18)은 복수의 블레이드(12)의 회전방향으로 간격을 두고서 배치된 앞측 끝면(22)과 안측 끝면(25)에 의해 규정되고, 바람직하게는 앞측 끝면(22)의 적어도 슬릿(18) 내로의 유입측의 영역(23)은 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 전방으로 경사져 있다. 상기 전방으로의 경사는, 앞측 끝면(22)의 적어도 슬릿(18) 내로의 유입측의 영역(23)이, 스크린(9)의 외경 방향을 향함에 따라서 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 전방으로 경사져 있는 것을 의미한다. 예를 들면, 슬릿(18)으로서 도 6의 (A) (B)나 도 8의 각 도면에 나타내는 것을 들 수 있다. 도 8(A)에 나타낸 바와 같이, 앞측 끝면(22) 전체를 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 전방으로 경사시킨 것이나, 도 8(B)에 나타낸 바와 같이, 앞측 끝면(22)의 슬릿(18) 내로의 유입측의 영역(23)을 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 전방으로 경사시킨 것, 도 6의 (A) (B)에 나타낸 바와 같이, 앞측 끝면(22) 전체를 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 전방으로 경사시킴과 아울러 안측 끝면(25) 전체를 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 후방으로 경사시키고, 앞측 끝면(22)의 경사각도와 안측 끝면(25)의 경사각도가 같은 것, 도 8(C)에 나타낸 바와 같이, 앞측 끝면(22)의 슬릿(18) 내로의 유입측의 영역(23)을 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 전방으로 경사시킴과 아울러 안측 끝면(25)의 슬릿(18) 내로의 유입측의 영역(26)을 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 후방으로 경사시키고, 유입측의 영역(23)의 경사각도와 유입측의 영역(26)의 경사각도가 같은 것을 들 수 있다. 여기에서, 도 6의 (A) (B)에 나타내는 실시형태에 있어서는, 앞측 끝면(22)의 경사각도와 안측 끝면(25)의 경사각도가 같을 필요는 없고, 도 8(C)에 나타내는 실시형태에 있어서는, 유입측의 영역(23)의 경사각도와 유입측의 영역(26)의 경사각도가 같을 필요는 없다. 또한, 도 8(D)에 나타낸 바와 같이, 앞측 끝면(22)과 스크린 부재(19)의 내벽면으로 구성되는 유입 개구의 에지(24)에 라운드를 갖게 한 것이나, 도 8(E)에 나타낸 바와 같이, 앞측 끝면(22)과 스크린 부재(19)의 내벽면으로 구성되는 유입 개구의 에지(24)와 안측 끝면(25)과 스크린 부재(19)의 내벽면으로 구성되는 유입 개구의 에지(27)의 양쪽에 라운드를 갖게 한 것이여도 좋다. 유입 개구의 에지(24, 27)에 라운드를 갖게 한 슬릿(18)은 에지가 두드러져 있지 않으므로, 둔각인 에지에 비해서 피처리 유동체의 압력 저하가 저감되기 때문에 바람직하다. 슬릿(18)에 있어서, 유입 개구의 에지(24, 27)의 라운드를 갖게 한 형태이여도, 앞측 끝면(22)의 적어도 슬릿(18) 내로의 유입측의 영역(23)이 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 전방으로 경사져 있는 것에 포함된다.

또한, 도 8(F)에 나타낸 바와 같이, 앞측 끝면(22)을 경사시키는 것이 아니고, 안측 끝면(22) 전체를 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 회전방향의 후방으로 경사시킨 것이나, 도시하지 않지만, 안측 끝면(25)과 스크린 부재(19)의 내벽면으로 구성되는 유입 개구의 에지(24)에 라운드를 갖게 한 것이여도 좋다. 도 6, 도 8, 도 10에 기재된 중심선은 반경방향을 나타내고 있다.

복수의 슬릿(18)은, 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)은 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)보다 작아지도록 형성되고, 또한, 스크린(9)을 규정하는 앞측 끝면(22)의 적어도 슬릿(18) 내로의 유입측의 영역(23)이 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 전방으로 경사짐으로써, 이 교반기에 있어서는 속도 계면에서 액-액간의 전단력을 크게 할 수 있고, 나노 분산이나 나노 유화 등의 매우 미세한 분산이나 유화를 실현하는 점에서 매우 유효한 것이 지견되어 발명이 완성된 것이다.

이 단속 제트류의 작용에 대해서, 도 7의 (A) (B)에 나타내는 종래예 및 도 7의 (C) (D)에 나타내는 종래예와 대비하면서 설명한다.

우선, 상술한 바와 같이, 단속 제트류는 블레이드(12)의 회전에 의해 발생하는 것이지만, 이것을 보다 상세하게 설명하면, 블레이드(12)의 회전방향의 전면측에서는 피처리 유동체의 압력이 상승한다. 이것에 의해, 블레이드(12)의 전면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 피처리 유동체가 단속 제트류로 되어서 토출된다. 한편, 블레이드(12)의 회전방향의 후면측에서는 피처리 유동체의 압력이 저하함으로써, 후면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 피처리 유동체가 흡입된다. 그 결과, 스크린(9)의 외측에서는 피처리 유동체에 정역의 흐름(토출과 흡입)이 생기고, 양 흐름의 계면에 있어서의 상대적인 속도차에 의해 피처리 유동체끼리에 액-액간의 전단력이 생기는 것이다.

도 7의 (C) (D)에 나타내는 종래예에 있어서는, 스크린(9)의 내벽면에 형성된 슬릿(18)의 개구인 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)과 스크린(9)의 외벽면에 형성된 슬릿(18)의 개구인 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)이 같고, 블레이드(12)의 선단부(21)의 폭이 좁기 때문에 토출과 흡입의 상태변화에 피처리 유동체가 추종하기 어려운 결과, 피처리 유동체의 정역의 흐름(토출과 흡입)의 계면에 있어서의 상대적인 속도차가 비교적 작은 상태로 되어 있고, 그 전단력도 작아져 있었다.

또, 도 7의 (A) (B)에 나타내는 종래예에 있어서는, 도 7의 (C) (D)에 나타내는 종래예와 같은 스크린(9)(즉, Si=So)을 사용하고 있지만, 블레이드(12)의 선단부(21)의 폭이 넓어져 있기 때문에 토출/흡입의 사이에 피처리 유동체가 정지하는 기간이 발생한다. 이것에 의해, 슬릿(18)의 블레이드(12)에 의한 개폐의 변화에 피처리 유동체가 양호하게 추종하고, 피처리 유동체의 정역의 흐름(토출과 흡입)의 계면에 있어서의 상대적인 속도차가 커져서, 피처리 유동체끼리의 사이에 발생하는 전단력을 크게 할 수 있었던 것이다. 이것을 양호하게 실현하는 조건이, 다음의 조건 1 및 조건 2이다.

(조건 1) 블레이드(12)의 선단부(21)의 회전방향의 폭(b)과, 슬릿(18)의 둘레방향의 폭(Si)와, 스크린 부재(19)의 둘레방향의 폭(ti)의 관계가, b≥2Si+ti.

(조건 2) 블레이드(12)의 선단부(21)의 회전방향의 폭(b)과, 스크린(9)의 최대 내경(c)의 관계가, b≥ 0.1c.

한편, 도 6의 (A) (B)에 나타내는 본 발명의 실시형태에 있어서는, 복수의 슬릿(18)은 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)이 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)보다 작아지도록 형성됨으로써, 노즐 효과에 의해 슬릿(18)을 통과하는 단속 제트류의 유속을 가속할 수 있다. 또한, 복수의 슬릿(18)은 복수의 블레이드(12)의 회전방향으로 간격을 두고서 배치된 앞측 끝면(22)과 안측 끝면(25)에 의해 규정되고, 앞측 끝면(22)의 적어도 슬릿(18) 내로의 유입측의 영역(23)(도 6의 (A) (B)에 있어서는 앞측 끝면(22) 전체)이 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 전방으로 경사져 있으므로, 유입 개구의 에지(24)는 둔각(β)의 에지로 되고, 유입 개구의 에지(24)에서의 극단적인 압력 저하가 저감되어 피처리 유동체가 유효하게 제트류로 변환된다. 또한 당연하지만, 피처리 유동체의 압력손실이 저감되어 캐비테이션의 발생이 억제되고, 기포의 발생도 억제된다. 그 결과, 종래보다 슬릿(18)을 통해서 스크린(9)의 내측으로부터 외측으로 토출되는 단속 제트류의 속도가 빨라지고, 피처리 유동체의 정역의 흐름(토출과 흡입)의 계면에 있어서의 상대적인 속도차가 커지기 때문에, 피처리 유동체끼리의 사이에 발생하는 전단력을 크게 할 수 있었던 것이다.

(스크린에 대해서)

스크린(9)은 상술과 같이, 테이퍼형 등의 지름이 변화되는 것으로 해도 실시할 수 있다. 본 발명에 있어서, 내경이 변화될 경우, 특별히 설명이 없는 한, 최대 내경이란 일치 영역에 있어서의 스크린(9)의 최대 내경(c)을 의미한다.

(슬릿 및 스크린 부재에 대해서)

상술한 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 있어서는, 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)은 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)보다 작아지도록 형성되고, 또한, 복수의 슬릿(18)은 복수의 블레이드(12)의 회전방향으로 간격을 두고서 배치된 앞측 끝면(22)과 안측 끝면(25)에 의해 규정되고, 앞측 끝면(22)의 적어도 슬릿(18) 내로의 유입측의 영역(23)은 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 전방으로 경사져 있다. 이 전방으로의 경사에 대해서는, 스크린(9)의 최대 내경(c)에도 의하지만, 앞측 끝면(22)의 적어도 슬릿(18) 내로의 유입측의 영역(23)의, 유출 개구(29)의 둘레방향의 중앙을 지나는 반경에 대한 각도(θ)가 1∼45도인 것이 바람직하고, 5∼30도인 것이 보다 바람직하다. 구체적으로는, 도 6(A)에 나타낸 바와 같이, 앞측 끝면(22)의 연장선과 유출 개구(29)의 둘레방향의 중앙을 지나는 반경의 연장선이 이루는 각도를 θ로 하는 것이며, 또는 도 8(B)에 나타낸 바와 같이, 앞측 끝면(22)의 슬릿(18) 내로의 유입측의 영역(23)의 연장선과 유출 개구(29)의 둘레방향의 중앙을 지나는 반경의 연장선이 이루는 각도를 θ로 한다.

슬릿(18)은 로터(2)의 회전축의 축방향과 평행하게 신장되는 것이여도 좋고, 스파이럴 형상으로 신장되는 것 등, 축방향에 대하여 각도를 갖는 것이여도 좋다. 어느 경우에 있어서나, 본 발명에 있어서 특별히 설명이 없는 한, 슬릿(18)의 둘레방향의 폭이란 일치 영역에 있어서의 스크린(9)의 둘레방향(바꿔 말하면 로터(2)의 회전축의 축방향에 대하여 직교하는 방향)의 길이를 말한다. 슬릿(18)은 로터(2)의 회전축의 축방향 위치에 있어서는 일치 영역이면 어느 위치이여도 개의치 않지만, 적어도 회전축(13)의 축방향 위치가 스크린(9)의 최대 내경(c)이 되는 위치인 것이 바람직하다. 슬릿(18)의 둘레방향의 폭의 일례로서는, 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)과 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)을 들 수 있다.

이 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)은 0.2∼4.0㎜가 바람직하고, 0.5∼3.0㎜인 것이 보다 바람직하지만, 단속 제트류가 발생하는 것을 조건으로 적당히 변경해서 실시할 수 있다. 또한, 슬릿(9)의 둘레방향의 폭은 유입 개구(28)로부터 유출 개구(29)을 향해서 점차 감소하는 것이 바람직하다.

노즐 효과의 점으로부터 생각하면, 도 8(F)에 나타낸 바와 같이, 앞측 끝면(22)을 경사시키는 것이 아니고, 안측 끝면(22) 전체를 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 회전방향의 후방으로 경사시킨 것이나, 도시하지 않지만, 안측 끝면(25)과 스크린 부재(19)의 내벽면으로 구성되는 유입 개구의 에지(24)에 라운드를 갖게 한 것이여도 실시할 수 있다.

캐비테이션의 억제와 노즐 효과의 양쪽을 충족시키기 위해서는, 슬릿(18)으로서, 도 6의 (A) (B)이나 도 8의 (A)∼(E)에 나타내는 것을 사용하는 것이 바람직하다.

스크린 부재(19)의 둘레방향의 폭(바꿔 말하면, 이웃하는 슬릿(18)끼리의 사이의 둘레방향의 거리)은 적당히 변경해서 실시할 수 있다. 스크린 부재(19)의 둘레방향의 폭의 일례로서는, 스크린 부재(19)의 내벽면의 둘레방향의 폭(ti)과 스크린 부재(19)의 외벽면의 둘레방향의 폭(to)을 들 수 있고, 스크린 부재(19)의 외벽면의 둘레방향의 폭(to)은 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)의 1∼15배가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2∼10배 정도로 한다. 스크린 부재(19)의 외벽면의 둘레방향의 폭(to)을 지나치게 크게 하면, 전단 횟수가 적어져 처리량의 저하로 연결되고, 지나치게 작으면 슬릿(18)이 연속해 버리는 것과 실질적으로 같게 되거나, 기계적 강도가 현저하게 저하하거나 할 경우가 있다.

(로터에 대해서)

로터(2)는 상술과 같이 복수매의 블레이드(12)를 갖는 회전체다.

블레이드(12)는, 도 7의 (C) (D)에 나타내는 것(블레이드(12)의 회전방향의 폭(b)과 슬릿(18)의 둘레방향의 폭(Si, So)이 대략 같거나, 로터(2)의 블레이드(12)의 회전방향의 폭(b)의 쪽이 조금 큰 정도)을 사용해도 좋고, 도 7의 (A) (B)에 나타내는 것(슬릿(18)의 둘레방향의 폭(Si, So)에 대하여 블레이드(12)의 선단부(21)의 폭이 넓은 것)을 사용해도 좋다. 로터(2)의 블레이드(12)의 회전방향의 폭(b)이 슬릿(18)의 둘레방향의 폭(Si, So), 특히 유입 개구의 둘레방향의 폭(Si)보다 좁을 경우는, 단속 제트류의 발생의 관점에서 바람직하지 못하다.

도 7의 (A) (B)에 나타내는 블레이드(12)를 본 발명에 적용할 경우, 블레이드(12)의 선단부(21)의 회전방향의 폭(b)과, 슬릿(18)의 둘레방향의 폭(Si, So)과, 스크린 부재(19)의 둘레방향의 폭(ti, to)의 관계(상술의 조건 1)에 대해서는 본 발명에서도 적용할 수 있지만, 그 때, 슬릿(18)의 둘레방향의 폭은 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)을 사용해서 조정하는 것이 적당하다.

(바람직한 적용 조건)

본 발명을 적용할 수 있음과 아울러, 현재의 기술력으로 양산에 적합하다고 생각되는 스크린(9), 슬릿(18), 로터(2)의 수치 조건은, 하기와 같다.

스크린(9)의 최대 내경(c): 30∼500㎜(단 상기 일치 영역에 있어서의 최대 지름)

스크린(9)의 회전수: 15∼390회/s

슬릿(18)의 개수: 12∼500개

로터(2)의 최대 외경: 30∼500㎜

로터(2)의 회전수: 15∼390회/s

물론, 이들 수치 조건은 일예를 나타내는 것이며, 예를 들면, 회전 제어 등의 장래에 있어서의 기술진보에 따라 상기 조건 이외의 조건을 채용하는 것을, 본 발명은 제외하는 것이 아니다.

(실시예)

이하, 실시예 및 비교예를 들어서 본 발명을 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 본 발명은 하기의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예에서 사용한 슬릿의 18 횡단면의 형상을 도 10(A)∼(C)에 나타내고, 비교예에서 사용한 슬릿(18)의 횡단면의 형상을 도 10(D)에 나타낸다. 실시예에서 사용한 슬릿은, 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)이 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)보다 작아지도록 형성되고, 비교예에서 사용한 슬릿은 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)과 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)이 같은(Si=So) 것이다.

보다 상세하게는, 실시예에서 사용한 슬릿은, 도 10(A)에 있어서는 앞측 끝면(22)과 스크린 부재(19)의 내벽면으로 구성되는 유입 개구의 에지(24)에 라운드(R0.4)를 갖게 한 것이며, 도 10(B)에 있어서는 앞측 끝면(22) 전체를 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 전방으로 경사시킨 것이며, 도 10(C)에 있어서는 앞측 끝면(22) 전체를 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 전방으로 경사시킴과 아울러 안측 끝면(25) 전체를 복수의 블레이드(12)의 회전방향의 후방으로 경사시키고, 앞측 끝면(22)의 경사각도와 안측 끝면(25)의 경사각도가 같은 것이다.

또한, 도 10(A)에 기재된 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)은 1㎜, 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)은 1.4㎜이다. 도 10(B)에 기재된 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)은 1㎜, 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)은 1.5㎜이다. 도 10(C)에 기재된 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)은 1㎜, 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)은 2㎜이다. 도 10(D)에 기재된 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)과 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)은 모두 1㎜이다.

이하의 각 표에 있어서, 실시예 또는 비교예에서 사용한 슬릿(18)의 횡단면의 형상의 형상으로서, 도 10(A)에 나타내는 것을 사용했을 경우는 「A」, 도 10(B)에 나타내는 것을 사용했을 경우는 「B」, 도 10(C)에 나타내는 것을 사용했을 경우는 「C」, 도 10(D)에 나타내는 것을 사용했을 경우는 「D」라고 기재했다. 도 10의 각 도면에 나타내는 치수의 단위는 밀리미터(㎜)이다.

또한, 스크린(9)에 형성된 슬릿(18)의 개수는 24개이다.

(입도 분포 측정)

실시예에 있어서의 입도 분포 측정에는, MT-3300(니키소(주)제품)을 사용했다. 측정 용매는 순수, 입자 굴절률은 1.81, 용매 굴절률은 1.33이다. 또 결과에는 체적 분포의 결과를 사용했다.

실시예 1로서, 본 발명에 있어서의 제 1 실시형태(도 1, 도 2)에 따른 교반기를 사용하고, 유통 파라핀과 순수의 유화 실험을, 도 9(A)에 나타내는 시험 장치로 행했다. 유화 실험에 사용한 처방은, 유통 파라핀을 29.4wt%, 순수를 68.6wt%, 유화제로서 Tween80을 1.33wt%, Span80을 0.67wt%를 혼합한 것이다. 상기와 같이 처방된 피처리 유동체를 예비 혼합품으로 하고, 도 9(A)에 나타내는 시험 장치 중의 펌프로 외부용기 내의 예비 혼합품을 본 발명에 있어서의 교반기를 부설한 처리용기(4)에 도입하여 처리용기(4) 내를 액 밀봉으로 하고, 또한 동 펌프에서 처리용기(4) 내로 피처리 유동체를 도입함으로써 토출구로부터 피처리 유동체를 토출 시켜, 처리용기(4)와 외부용기 사이를 2500g/min으로 순환시키면서, 본 발명에 있어서의 교반기 로터(2)를 356.7(회/s)로 회전시킴으로써 피처리 유동체를 스크린으로부터 토출시켜서 유화 처리를 행했다. 블레이드(12)의 매수(4매 또는 6매), 및 슬릿(18)의 횡단면(회전축(13)의 축방향에 직교하는 단면)의 형상을 변경하고, 유화 처리의 개수부터 20분 후에 얻어진 유화 입자의 입도 분포 측정 결과에 있어서의 평균 입자지름(D50) 및 입자지름의 변동계수(C.V.)의 값을 표 1에 나타낸다.

입자지름의 변동계수란, 얻어지는 입자의 균일함의 정도를 나타내는 지표가 되는 것이며, 입자의 입자지름 분포에 있어서의 평균 입자지름(D50)과 표준편차로부터, 변동계수(C.V.)(%)=표준편차÷평균 입자지름(D50)×100의 식으로 구해진다. 이 변동계수의 값이 작을수록 얻어지는 입자의 입자지름의 분포는 좁고, 입자로서의 균일성이 높다.

또, 로터(2)의 회전의 주속도(V)는, 상술의 일치 영역에 있어서의 로터의 최대 외경을 D(m), 로터의 회전수를 N(회/s)이라고 했을 때, V=D×π×N이며, 표 1∼표 8에 기재된 로터 지름(D)은 로터(2)의 최대 외경이다.

(입도 분포 측정)

실시예에 있어서의 입도 분포 측정에는, MT-3300(니키소(주)제품)을 사용했다. 측정 용매는 순수, 입자 굴절률은 1.81, 용매 굴절률은 1.33이다. 또 결과에는 체적 분포의 결과를 사용했다.

표 1에 보여지는 바와 같이, 로터(2)의 회전의 주속도가 33.6[m/s]에 있어서, 슬릿(18)의 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)이 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)보다 작아지도록 형성됨으로써, 또한 그 폭의 비(Si/So)가 커짐으로써, D50 및 C.V.의 값이 작아지는 것을 알 수 있고, 미소한 입자지름 및 입도 분포가 좁은 유화 입자를 제작할 수 있는 것을 알 수 있었다.

실시예 2로서, 로터(2)의 회전수를 333.3(회/s), 로터(2)의 회전의 주속도를 V=31.4(m/s)로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 실시한 결과를 표 2에 나타낸다.

실시예 3로서, 로터(2)의 회전수를 300(회/s), 로터(2)의 블레이드 매수를 6매, 회전의 주속도를 V=28.3(m/s)으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 실시한 결과를 표 3에 나타낸다

실시예 4로서, 로터(2)의 회전수를 250(회/s), 로터(2)의 블레이드 매수를 6매, 회전의 주속도를 V=23.6(m/s)으로 한 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 한 결과를 표 4에 나타낸다.

비교예 1로서, 스크린(9)에 형성된 슬릿(18)의 횡단면의 형상이 도 10(D)에 나타내는 종래형의 것(Si=So)인 것 이외에는, 실시예 1과 마찬가지로 유화 처리를 했다. 결과를 표 5에 나타낸다.

비교예 2로서, 스크린(9)에 형성된 슬릿(18)의 횡단면의 형상이 도 10(D)에 나타내는 종래형의 것(Si=So)인 것 이외에는, 실시예 2와 마찬가지로 유화 처리를 했다. 결과를 표 6에 나타낸다.

비교예 3으로서, 스크린(9)에 형성된 슬릿(18)의 횡단면의 형상이 도 10(D)에 나타내는 종래형의 것(Si=So)인 것 이외에는, 실시예 3과 마찬가지로 유화 처리를 했다. 결과를 표 7에 나타낸다.

비교예 4로서, 스크린(9)에 형성된 슬릿(18)의 횡단면의 형상이 도 10(D)에 나타내는 종래형의 것(Si=So)인 것 이외에는, 실시예 4와 마찬가지로 유화 처리를 했다. 결과를 표 8에 나타낸다.

실시예 1과 비교예 1에 있어서, 교반기를 연속해서 36시간 운전한 후의 슬릿(18)의 내부(이하, 슬릿 내부)의 상태를 육안으로 확인하고, 에로젼의 상태를 판단했다. 확실히 에로젼이 발생한 상태를 「×」, 경면 상태가 흐린 상태를 「△」, 36시간 운전의 전후에서 슬릿 내부가 변화되어 있지 않고 에로젼이 발생하고 있지 않은 상태를 「○」로 판단해서 표 1 및 표 5에 나타낸다.

이상의 결과로부터, 슬릿(18)의 유출 개구(29)의 둘레방향의 폭(So)이 유입 개구(28)의 둘레방향의 폭(Si)보다 작아지도록 형성됨으로써, 또한 그 폭의 비(Si/So)가 커짐으로써, 슬릿이 종래형의 것(Si=So)에 비해서 확실히 평균 입자지름(D50)이 작아지고, 또한 입자지름의 편차의 지표인 C.V.의 값도 작아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 캐비테이션에 의한 에로젼의 발생도 방지할 수 있는 것이 찾아내어졌다. 또한, 비교예 1-4에 있어서는, 스크린(9)의 슬릿(18)의 횡단면의 형상으로서 도 10(D)에 나타내는 것을 사용했지만, 비교예 2에 비해서 로터(2)가 고속으로 회전하고 있는 비교예 1의 쪽이, 평균 입자지름(D50) 및 C.V.의 값이 모두 악화하고 있다. 이것은 캐비테이션에 의해 공동화 현상이 발생하고 있는 결과라고 생각된다.

실시예 5, 6은, 실시예 1∼4 및 비교예 1∼4와는 달리, 로터(2) 뿐만 아니라 스크린(9)도 로터(2)의 회전하는 방향과는 역방향으로 회전시킨 실시예를 기재한다. 즉, 본 발명에 있어서의 제 2 실시형태(도 5 참조)에 따른 실시예를 나타내는 것이다. 도 9(B)에 나타내는 시험 장치를 사용했다. 처방, 순환 유량 및 순환 방법은 실시예 1∼4와 같다. 스크린(9)에 형성된 슬릿(18)의 횡단면의 형상으로서, 도 10(C)에 나타내는 것(Si>So)을 사용했다.

실시예 5로서, 로터(2)와 스크린(9)의 상대 회전수를 N=633(회/s), 로터(2)의 블레이드 매수를 4매, 상대 주속도 V=69.6m/s로 했을 때의 결과를 표 9에 나타낸다.

실시예 6으로서, 로터(2)와 스크린(9)의 상대 회전수를 N=500(회/s), 로터(2)의 블레이드 매수를 4매, 상대 주속도 V=55.0m/s로 했을 때의 결과를 표 10에 나타낸다.

또, 로터(2)의 스크린(9)에 대한 상대적 회전의 주속도 V(m/s)는, 상술의 일치 영역에 있어서의 로터의 최대 외경을 D(m), 로터의 회전수를 N1, 스크린의 회전수를 N2라고 했을 때의, 로터 및 스크린의 상대적 회전수를 N(회/s)이라고 했을 때, V=D×π×N(단, N=N1+N2)이며, 표 9∼표 10에 기재된 로터 지름(D)은 최대 외경이다.

비교예 5로서, 스크린(9)에 형성된 슬릿(18)의 횡단면의 형상이 도 10(D)에 나타내는 종래형의 것(Si=So)인 것 이외에는, 실시예 5와 마찬가지로 유화 처리를 했다. 결과를 표 9에 나타낸다.

비교예 6으로서, 스크린(9)에 형성된 슬릿(18)의 횡단면의 형상이 도 10(D)에 나타내는 종래형의 것(Si=So)인 것 이외에는, 실시예 6과 마찬가지로 유화 처리를 했다. 결과를 표 10에 나타낸다.

또한, 실시예 5와 비교예 5에 있어서, 교반기를 연속해서 24시간 운전한 후의 슬릿 내부의 상황을 육안으로 확인하고, 에로젼의 상태를 판단했다. 확실히 에로젼이 발생한 상태를 「×」, 경면 상태가 흐린 상태를 「△」, 24시간 운전의 전후에서 슬릿 내부가 변화되어 있지 않고 에로젼이 발생하고 있지 않은 상태를 「○」로 판단해서 표 9에 나타낸다.

이상의 결과로부터, 슬릿(18)의 유출 개구(28)의 둘레방향의 폭(So)이 유입 개구(29)의 둘레방향의 폭(Si)보다 작아지도록 형성함으로써, 슬릿(18)이 종래형의 것(Si=So)에 비해서 확실히 평균 입자지름(D50)이 작아지고, 또한 입자지름의 편차의 지표인 C.V.값도 작아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 캐비테이션에 의한 에로젼의 발생도 방지할 수 있는 것이 찾아내어졌다.

(안료 분산 처리)

실시예 7로서, 본 발명에 있어서의 제 1 실시형태(도 1, 도 2)에 따른 교반기를 사용하고, 안료의 분산 처리를, 도 9(A)에 나타내는 시험 장치로 행했다.

피처리물의 처방은 1차 입자지름이 10∼35㎚인 적색 안료(C.I. Pigment Red 254)를 5wt%, 분산제로서, BYK-2000(빅케미 제품)을 5wt%, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)와 프로필렌글리콜모노메틸에테르(PGME)의 혼합 용액(PGMEA/PGME=4/1: 체적비) 90wt%이다. 상술과 같이 처방된 피처리 유동체인 상기 피처리물을 예비 혼합품으로 하고, 도 9(A)에 나타내는 시험 장치 중의 펌프로 외부용기 내의 예비 혼합품을 본 발명에 있어서의 교반기를 보유한 처리용기(4)에 도입하여 처리용기(4) 내를 액 밀봉으로 하고, 또한 동 펌프로 처리용기(4) 내에 피처리 유동체를 도입함으로써 토출구로부터 피처리 유동체를 토출시켜, 처리용기(4)와 외부용기의 사이를 2300g/min으로 순환시키면서, 본 발명에 있어서의 교반기 로터(2)를 333.33(회/s)으로 회전시킴으로써 피처리 유동체를 스크린으로부터 토출시켜서 분산 처리를 행했다. 스크린에 형성된 슬릿의 횡단면의 형상으로서, 도 10(C)에 나타내는 것(Si>So)을 사용했다. 분산 처리의 개시로부터 45분 후에 얻어진 안료 미립자의 입도 분포 측정 결과에 있어서의 평균 입자지름(D50) 및 입자지름의 변동계수(C.V.)의 값을, 표 11 나타낸다.

비교예 7로서, 스크린에 형성된 슬릿의 횡단면의 형상이 도 10(D)에 나타내는 종래형의 것(Si=So)인 것 이외에는, 실시예 7과 마찬가지로 분산 처리를 했다.

실시예 7과 비교예 7에 있어서, 교반기를 연속해서 24시간 운전한 후의 슬릿 내부의 상황을 육안으로 확인하고, 에로젼의 상태를 판단했다. 확실하게 에로젼이 발생한 상태를 「×」, 경면 상태가 흐린 상태를 「△」, 24시간 운전의 전후에서 슬릿 내부가 변화되어 있지 않고 에로젼이 발생하고 있지 않은 상태를 「○」로 해서 표 11에 나타낸다.

(입도 분포 측정)

또한 이하의 실시예에 있어서의 입도 분포 측정에는, UPA-150UT(니키소(주)제품)를 사용했다. 측정 용매는 순수, 입자 굴절률은 1.81, 용매 굴절률은 1.33이다. 또한 결과에는 체적 분포의 결과를 사용했다.

이상의 결과로부터, 슬릿의 유출 개구의 둘레방향의 폭(So)이 유입 개구의 둘레방향의 폭(Si)보다 작아지도록 형성됨으로써, 슬릿이 종래형의 것(Si=So)에 비해서 확실히 평균 입자지름(D50)이 작아지고, 또한 입자지름의 편차의 지표인 C.V.의 값도 작아지는 것을 알 수 있었다. 또한, 캐비테이션에 의한 에로젼의 발생도 방지할 수 있는 것이 찾아내어졌다.

1 : 처리부
2 : 로터
3 : 지지관
4 : 수용 용기
5 : 흡입구
6 : 흡입실
7 : 교반실
9 : 스크린
10 : 격벽
11 : 개구
12 : 블레이드
13 : 회전축
14 : 모터
15 : 교반날개
18 : 슬릿
19 : 스크린 부재
20 : 제2모터
21 : 선단부
22 : 앞측 끝면
23 : 앞측 끝면의 유입측의 영역
25 : 안측 끝면
26 : 안측 끝면의 유입측의 영역
28 : 유입 개구
29 : 유출 개구
Si : 유입 개구의 둘레방향의 폭
So : 유출 개구의 둘레방향의 폭

Claims (8)

1. 복수의 블레이드를 구비함과 아울러 회전하는 로터와, 상기 로터의 토출압력유지 목적에서의 격벽과, 상기 로터의 주위에 부설된 스크린을 동심으로 구비하고,
   상기 스크린은, 그 둘레방향으로 복수의 슬릿과, 이웃하는 상기 슬릿끼리의 사이에 위치하는 스크린 부재를 구비하고,
   상기 로터와 상기 스크린 중 적어도 로터가 회전함으로써, 피처리 유동체가 상기 슬릿을 통해서 단속 제트류로서 상기 스크린의 내측으로부터 외측으로 토출되는 교반기에 있어서,
   상기 스크린은 단면 원형의 통 형상을 이루고,
   상기 스크린의 내벽면에 형성된 복수의 상기 슬릿의 개구를 유입 개구로 하고, 상기 스크린의 외벽면에 형성된 복수의 상기 슬릿의 개구를 유출 개구로 하고,
   상기 유출 개구의 둘레방향의 폭(So)은 상기 유입 개구의 둘레방향의 폭(Si)보다 작아지도록 형성된 것을 특징으로 하는 교반기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 스크린의 복수의 상기 슬릿은 상기 복수의 블레이드의 회전방향으로 간격을 두고서 배치된 앞측 끝면과 안측 끝면에 의해 규정되고,
   상기 앞측 끝면의 적어도 상기 슬릿 내로의 유입측의 영역은 상기 복수의 블레이드의 회전방향의 전방으로 경사져 있는 것을 특징으로 하는 교반기.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 앞측 끝면의 적어도 상기 슬릿 내로의 유입측의 영역의, 상기 유출 개구의 둘레방향의 중앙을 통과하는 반경에 대한 각도가 1∼45도인 것을 특징으로 하는 교반기.
4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 슬릿의 둘레방향의 폭은 유입 개구로부터 유출 개구를 향해서 점차 감소하는 것을 특징으로 하는 교반기.
5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 유출 개구의 둘레방향의 폭(So)이 0.2∼4.0㎜인 것을 특징으로 하는 교반기.
6. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 스크린의 내부에 상기 피처리 유동체를 도입하는 도입구로부터 축방향으로 멀어짐에 따라서, 상기 블레이드 및 상기 스크린의 지름이 작아지는 것을 특징으로 하는 교반기.
7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 슬릿은 상기 둘레방향으로 동일한 폭이며, 또한, 상기 둘레방향으로 등간격으로 형성된 것이고,
   상기 스크린은 회전하지 않는 것을 특징으로 하는 교반기.
8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 복수의 슬릿은 상기 둘레방향으로 동일한 폭이며, 또한, 상기 둘레방향으로 등간격으로 형성된 것이고,
   상기 스크린은 상기 로터와 역방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 교반기.

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