KR20210150950A - 교반기 - Google Patents

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KR20210150950A
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blade
screen
tip
rotor
fluid
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KR1020207034400A
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마사카즈 에노무라
Original Assignee
엠. 테크닉 가부시키가이샤
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Publication date
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Abstract

단속 제트류의 작용에 의해 피처리 유동체에 가해지는 전단을 보다 효율적으로 이루고, 처리 능력의 향상을 꾀할 수 있는 교반기의 제공을 도모한다.
복수의 판 형상의 날개(12)를 구비함과 아울러 회전하는 로터(2)와, 로터(2)의 주위에 부설된 스크린(9)을 동심으로 구비하는 교반기이다. 스크린(9)은 그 둘레 방향으로 복수의 슬릿(18)과, 인접한 슬릿(18)끼리의 사이에 위치하는 스크린 부재(19)를 구비한다. 로터(2)가 회전함으로써, 피처리 유동체가 슬릿(18)을 통해서 단속 제트류로서 스크린(9)의 내측으로부터 외측으로 토출된다. 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)은 날개(12)의 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작다.

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, 여러가지의 것이 제안되어 있지만, 오늘날에 있어서는 나노 입자 등의 입자 지름이 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 스크래칭됨으로써 기능 저하가 문제로 되고 있다. 또한, 이물 발생의 문제도 크고, 빈번히 교체하거나 보급하는 비즈의 비용도 크다.
고압 호모지나이저에서는 기계의 안정 가동의 문제나 필요 동력이 큰 문제 등이 해결되지 않고 있다.
또한, 회전식 호모지나이저는 종래 프리믹서로서 사용되고 있었지만, 나노 분산이나 나노 유화를 행하기 위해서는 또한, 나노화의 마무리를 위해 마무리기를 필요로 한다.
(특허문헌에 관해서)
이에 대하여, 특허문헌 1 내지 4의 교반기를 본 발명자는 제안했다. 이 교반기는 복수의 날개를 구비한 로터와, 로터의 주위에 부설됨과 아울러 복수의 슬릿을 갖는 스크린을 구비하는 것이다. 로터와 스크린은 상대적으로 회전함으로써, 슬릿을 포함하는 스크린의 내벽과 날개 사이의 미소한 간극에 있어서 피처리 유동체의 전단이 행해짐과 아울러, 슬릿을 통해서 단속 제트류로서 스크린의 내측으로부터 외측으로 피처리 유동체가 토출되는 것이다.
특허문헌 1 내지 3의 교반기는 특허문헌 2의 「<종래의 기술>」에 나타내어져 있는 바와 같이, 임펠러(즉, 로터)의 회전수를 조정함으로써, 교반 조건을 변화시키고 있었다. 그리고, 특허문헌 2에 따른 발명에서는 로터의 날개끝과 스크린의 내벽 사이의 클리어런스를 임의의 폭으로 선택하는 것을 가능하게 한 교반기를 제안하는 것이고, 이것에 의해, 유체에 따른 능력의 향상 최적화를 꾀하는 것이었다. 또한, 특허문헌 3에 있어서는 단속 제트류의 주파수 Z(kHz)를 특정한 값보다 크게 함으로써, 급격하게 미립자화의 효과가 커진다라는 지견을 얻고, 이것에 기초하여 종래의 교반기에서는 불가능했던 영역의 미립자화를 가능하게 하는 교반기를 제안하는 것이었다.
특허문헌 1 내지 3에서는 모두 로터 날개끝의 둘레 방향의 폭과, 스크린에 설치되는 슬릿의 둘레 방향의 폭은 일정한 조건 하(구체적으로는 양자의 폭이 대략 같지만, 로터의 날개끝의 폭쪽이 약간 큰 정도로 고정된 조건 하)에서, 스크린의 내벽과의 사이의 클리어런스를 변경하거나, 단속 제트류의 주파수 Z(kHz)를 변경함으로써 그 발명이 이루어진 것이었다.
지금까지의 본원 출원인의 개발에 의해, 단속 제트류에 의해, 속도 계면에서 액-액 사이의 전단력이 발생함으로써, 유화, 분산 또는 혼합의 처리가 행해지는 것이 알려져 있고, 이 액-액 사이의 전단력이 피처리 유동체의 미세화, 특히, 나노 분산이나 나노 유화 등의 지극히 미세한 분산이나 유화를 실현하는 점에서 유효하게 작용하는 것은 추측되어 있지만, 아직 그 작용은 충분히 해명되지 않고 있는 것이 현재의 상황이다.
(본 발명의 경위)
본 발명의 발명자는 특허문헌 1∼3에 나타내어진 장치에 의해, 피처리 유동체의 미세화를 촉진하고, 보다 미세의 분산이나 유화를 실현하는 것을 시험해 본 바, 우선, 슬릿을 포함하는 스크린의 내벽과 날개 사이의 미소한 간극에 있어서 피처리 유동체의 전단이 행해지는 점으로부터 하면, 전단의 효율화를 꾀하기 위해서는 단위 시간당의 전단 횟수를 증가시키는 것이 유효하다고 생각되기 때문에, 단위 시간당의 전단 횟수를 증가시키는 시점에서 검토를 행했다.
그를 위한 수단으로서는 이들의 특허문헌에 나타내어지는 바와 같이 로터의 회전수(날개의 선단부의 회전 주속도)를 변화시키는 것이 알려져 있지만, 로터의 회전수(날개의 선단부의 회전 주속도)를 일정하게 하는 조건 하에서는 슬릿의 폭을 작게 해서 슬릿의 수를 증가시키거나 또는 로터의 날개의 매수를 늘리는 것 또는 그 양쪽이 유효하다고 생각된다.
그런데, 단속 제트류를 발생시키는 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 압력 손실이 커져 슬릿을 통과하는 피처리 유동체의 유량이 저하해버리기 때문에, 단속 제트류가 양호하게 발생되지 않을 우려가 있다. 그 결과, 슬릿의 폭을 작게 해서 슬릿의 수를 증가시키는 것에는 한도가 있었다.
또한, 슬릿 폭을 작게 해서 슬릿의 수를 늘리면 캐비테이션이 크게 발생해서 공동화 현상이 유발된다. 캐비테이션은 기포의 초생, 성장, 압력 상승에 따르는 기포의 붕괴라고 하는 과정을 취한다. 그 기포의 붕괴 시에는 수천 기압이라고 하는 에너지에 의해 이로전(erosion)이 발생한다. 이 이로전은 기계가 손상되는 큰 원인이 되어 캐비테이션의 억제는 매우 중요한 요소가 된다.
또한, 현재의 흐름 해석 시뮬레이션의 기술에서는, 유감스럽지만 정확한 캐비테이션의 해석은 무리이다.
한편, 로터 날개의 매수를 증가시키는 것을 검토한 경우, 날개의 폭을 동일하게 유지한 상태로 로터 날개의 매수를 증가시키면, 날개끼리의 사이의 공간 용적이 낮아지고, 날개에 의한 피처리 유동체의 토출량이 저하해버리기 때문에 날개의 폭을 작게 해서 날개의 매수를 증가시키게 된다. 이와 같이, 날개의 폭을 작게 해서 날개의 매수를 증가시켜 시험을 행한 바, 예측과 달리, 피처리 유동체의 미세화를 촉진할 수 없었다.
또한, 로터의 회전수를 보다 상승시킴으로써 교반기의 처리 능력의 향상이 도모된다. 로터의 회전수를 상승시키는 것에 의해, 슬릿을 통해서 스크린의 내측으로부터 외측으로 토출되는 피처리 유동체의 토출 유량이 증가해서 단속 제트류의 속도를 높이는 것이다. 이 경우 이하의 점이 문제가 된다.
음속은 상온의 공기 중에서는 약 340m/sec, 물 중에서는 약 1500m/sec이지만, 캐비테이션에 의해 기포가 혼입된 경우, 물 중의 음속은 현저하게 저하된다. 기포를 포함하는, 보이드율 0.2의 물의 음속은 30m/sec 이하가 되고, 보이드율 0.4의 물의 음속은 약 20m/sec가 된다. 특허문헌 1 내지 3에 있어서, 스크린을 통과하는 단속 제트류의 속도는 상기의 기포를 포함하는 물 중의 음속에 가깝다고 생각되고, 음속을 초과하면 충격파가 발생해 기계의 손상이 일어난다. 그 때문에, 캐비테이션에 의한 기포의 발생을 될 수 있는 한 억제해서 충격파의 문제도 해결해야 한다.
그래서, 단위 시간당의 전단 횟수를 증가시키는 것뿐만 아니라, 단속 제트류에 의한 액-액 사이의 전단력에 착목하고, 이 전단력을 높임으로써 피처리 유동체의 미세화를 촉진하는 것과 캐비테이션의 발생을 억제하는 검토를 행했다.
이 단속 제트류에 의한 액-액 사이의 전단력의 발생 메커니즘을, 도 8(A)를 참조해서 설명한다. 로터의 회전에 의해 날개(12)가 회전 이동하면, 날개(12)의 회전 방향의 전면측에서는 피처리 유동체의 압력이 상승한다. 이것에 의해, 날개(12)의 전면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 피처리 유동체가 단속 제트류가 되어서 토출된다. 그 결과, 스크린(9)의 외측의 피처리 유동체와 단속 제트류가 되어서 토출되는 피처리 유동체 사이에 액-액 사이의 전단력이 발생한다. 또한, 단속적인 제트류 때문에 동반류가 발생하기 어려워 보다 효과가 높다. 따라서, 토출되는 단속 제트류의 유속을 높임으로써, 액-액 사이의 전단력을 향상시킬 수는 있지만, 로터의 회전수를 빠르게 하는데도 기계적인 한도가 있다.
또한, 날개(12)의 회전 방향의 후면측에서는 피처리 유동체의 압력이 저하 함으로써, 날개(12)의 후면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 피처리 유동체가 흡입되는 현상이 생기고 있다. 그 결과, 스크린(9)의 외측에서는, 단지 정지하고 있는 피처리 유동체에 대하여, 슬릿(18)으로부터의 피처리 유동체의 단속 제트류가 토출 되는 것이 아니고, 정역의 흐름(토출과 흡입)이 발생하고 있어, 양 흐름의 계면에 있어서의 상대적인 속도차에 의해, 비정상의 피처리 유동체끼리의 사이에 액-액 사이의 전단력이 발생하는 것이라고 생각되고, 이와 같이, 정역의 흐름(토출과 흡입)이 정상의 흐름이 아니라 비정상의 흐름임으로써 수격 작용이 발생한다. 이 수격 작용의 효과로 충돌 압력이 정상의 흐름에 비해서 월등히 커져서, 보다 큰 전단력이 생겨 처리 능력이 상승한다.
특허문헌 4에서는 단속 제트류에 의한 액-액 사이의 전단력에 착목하고, 로터 날개의 선단부의 폭과 스크린의 슬릿 폭의 관계를 규정하여 단속 제트류의 효율화가 도모되고 있다.
일본특허 제2813673호 공보 일본특허 제3123556호 공보 일본특허 제5147091호 공보 국제공개 제2016/152895호 팜플렛
본 발명은 단속 제트류의 작용에 의해 피처리 유동체에 가해지는 전단을 보다 효율적으로 이루어 처리 능력의 향상을 꾀할 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 시도한 결과 생겨난 발명이다. 구체적으로는 로터 날개의 형상을 재검토하여 피처리 유동체의 정역의 흐름의 상대적 속도차를 높일 수 있는 교반기의 제공을 실현할 수 있었던 것이다.
그러나, 본 발명은 복수의 판 형상의 날개를 구비함과 아울러 회전하는 로터와, 상기 로터의 주위에 부설된 스크린을 동심으로 구비하고, 상기 스크린은 그 둘레 방향으로 복수의 슬릿과, 인접한 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 발명에 따른 교반기에 있어서는 복수의 판 형상의 날개를 구비함과 아울러 회전하는 로터와, 상기 로터의 토출 압력 유지 목적에서의 격벽과, 상기 로터의 주위에 부설된 스크린을 동심으로 구비하고, 상기 날개의 선단부에 있어서의 선단 작용면의 회전 방향의 폭(b)은 상기 날개의 기단부의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작은 것을 특징으로 하는 것이다.
또한, 본 발명은 상기 스크린은 단면 원형의 통 형상을 이루고, 상기 스크린의 내벽면에 설치된 복수의 상기 슬릿의 개구를 유입 개구로 하고, 상기 날개의 선단부에 있어서의 선단 작용면의 회전 방향의 폭(b)은 상기 유입 개구의 둘레 방향의 폭(Si)에 비해서 큰 것으로 하여 실시할 수 있다.
또한, 본 발명은, 상기 날개는 상기 선단 작용면과, 상기 선단 작용면보다 상기 날개의 회전 방향의 전방에 위치하는 전면과, 상기 선단 작용면보다 상기 날개의 회전 방향의 후방에 위치하는 후면을 구비하고, 상기 전면과 상기 후면은 상기 날개의 선단측으로부터 절반 이상에 있어서는 양자 사이의 폭이 선단을 향함에 따라서 서서히 작아지는 사면 형상의 테이퍼면인 것으로 하여 실시할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 날개의 선단부는 상기 선단 작용면과 플랭크면에 의해 규정되고, 상기 선단 작용면은 상기 스크린의 상기 내벽면과의 간격이 미소 간격을 유지하도록 상기 날개의 최선단에 설치된 면이고, 상기 플랭크면은 상기 선단 작용면보다 상기 날개의 회전 방향의 후방에 위치하는 면이고, 또한 상기 스크린의 상기 내벽면과의 간격이 상기 미소 간격보다 커지도록 설치된 면인 것으로 하여 실시할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 교반기에 있어서는 상기 로터의 회전에 의해 복수의 판 형상의 날개가 회전 이동하고, 상기 날개의 회전 방향의 전면측에서는 피처리 유동체의 압력이 상승함으로써 상기 날개의 전면측에 위치하는 슬릿으로부터 피처리 유동체가 단속 제트류가 되어서 토출되고, 상기 날개의 회전 방향의 후면측에서는 피처리 유동체의 압력이 저하함으로써 상기 날개의 후면측에 위치하는 슬릿으로부터 피처리 유동체가 흡입되는 것이고, 상기 날개의 선단부는 상기 선단 작용면과 플랭크면에 의해 규정되고, 상기 선단 작용면은 상기 스크린의 상기 내벽면과의 간격이 미소 간격을 유지하도록 상기 날개의 최선단에 설치된 면이고, 상기 플랭크면은 상기 선단 작용면보다 상기 날개의 회전 방향의 후방에 위치하는 면이고, 또한 상기 스크린의 상기 내벽면과의 간격이 상기 미소 간격보다 커지도록 설치된 면이고, 상기 날개는 상기 선단부에 상기 플랭크면이 설치됨으로써, 상기 선단부에 상기 플랭크면이 설치되어 있지 않은 경우에 비하여 피처리 유동체의 흡입 속도가 빨라지도록 구성된 것을 특징으로 하는 것이다.
본 발명의 작용은 반드시 모두가 해명된 것은 아니지만, 도 6, 도 8을 참조하여 본 발명자가 고안한 본 발명의 작용을 보다 상세하게 설명한다.
상술한 바와 같이, 로터(2)의 회전에 의해 날개(12)가 회전 이동하면, 날개(12)의 회전 방향의 전면측에서는 피처리 유동체의 압력이 상승한다. 이것에 의해, 날개(12)의 전면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 피처리 유동체가 단속 제트류가 되어서 토출된다. 한편, 날개(12)의 회전 방향의 후면측에서는 피처리 유동체의 압력이 저하함으로써, 날개(12)의 후면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 피처리 유동체가 흡입된다.
이 때, 도 8(A)의 2점 쇄선으로 나타내는 종래예 및 도 8(B)에 나타내는 종래예에 있어서는 날개(12)의 선단부(21)(선단 작용면(30))의 회전 방향의 폭(b)이 날개(12)의 기단측의 회전 방향의 폭(B)과 거의 같으며 비교적 크다(넓다). 이 폭이 큰(넓은) 선단부(21)(선단 작용면(30))에 의해 저항(흡입 저항)이 발생해버리고, 이것을 받아서 피처리 유동체의 흡입 속도가 느려진다.
또한, 날개(12)의 후면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 흡입되는 피처리 유동체가 날개(12)의 선단부(21)(선단 작용면(30))에 부딪침으로써(또는 날개(12)의 선단부(21)(선단 작용면(30))에 의한 저항(흡입 저항)을 받음으로써) 피처리 유동체의 압력이 극단적으로 저하하여 캐비테이션이 발생한다.
이것에 더해서, 단속 제트류의 형성에 대해서 고찰하면, 날개(12)의 회전 방향의 전면측에서는 슬릿(18)에 가까운 날개 선단 부위 부근의 피처리 유동체의 압력이 높은 쪽이 유리하다. 그런데, 도 8(B)에 나타내는 바와 같이, 고속 회전 시에는 피처리 유동체의 압력은 날개 중앙 부위 부근의 압력이 가장 높아져버려, 단속 제트류의 형성에 낭비가 많았다고 말할 수 있다(도면 중 H는 날개 중앙의 부위부근의 압력이 가장 높아져 있는 부분을 나타낸다). 동일하게, 날개(12)의 회전 방향의 후면측에서는 피처리 유동체의 압력이 저하함으로써, 날개(12)의 후면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 피처리 유동체가 흡입되지만, 종래예의 경우에는 도 8(B)에 나타내는 바와 같이, 피처리 유동체의 압력은 날개 중앙의 부위 부근의 압력이 가장 낮아져버리고 있었다(도면 중 L은 날개 중앙의 부위 부근의 압력이 가장 낮아져 있는 부분을 나타낸다).
이에 대하여, 도 6(A), (B)에 나타내는 본 발명의 교반기에 있어서는 날개(12)의 선단부(21)는 선단 작용면(30)과 플랭크면(31)에 의해 규정되어 있다. 선단 작용면(30)은 스크린(9)의 내벽면과의 간격이 미소 간격을 유지하도록 날개(12)의 최선단에 설치된 면이고, 플랭크면(31)은 선단 작용면(30)보다 날개(12)의 회전 방향의 후방에 위치하는 면이고, 또한 스크린(9)의 내벽면과의 간격이 상기 미소 간격보다 커지도록 설치된 면이다.
그리고, 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)은 날개(12)의 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작고, 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)은 슬릿(18)의 유입 개구(28)의 둘레 방향의 폭(Si)에 비해서 커지도록 설치되어 있다(B>b>Si).
이러한 구성으로 함으로써, 날개(12)의 선단부(21)에 의한 저항(흡입 저항)을 감소시킬 수 있고, 비정상의 수격 작용의 효과를 증가시킬 수 있다. 구체적으로는 도 6(A), (B)에 나타내는 본 발명의 교반기에 있어서는 선단부(21)에 플랭크면(31)이 설치됨으로써 선단부(21)에 플랭크면(31)이 설치되어 있지 않은 경우에 비하여 스크린 내부에 공간이 생기고, 흡입 저항을 감소시킬 수 있는 점으로부터 종래에 비해서 날개(12)의 후면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 흡입되는 피처리 유동체의 흐름이 빨라진다. 즉, 선단부(21)에 플랭크면(31)이 설치됨으로써, 선단부(21)에 플랭크면(31)이 설치되어 있지 않은 경우에 비하여 날개(12)의 후면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 흡입되는 피처리 유동체의 흡입 속도(이하, 흡입 속도라고도 말한다)를 빨리할 수 있다.
슬릿(18)으로부터 흡입되는 피처리 유동체의 흐름이 빨라짐으로써, 단속 제트류의 토출의 속도가 일정하여도, 피처리 유동체의 정역의 흐름(토출과 흡입)의 계면에 있어서의 상대적인 속도차가 커진다. 이것에 의해, 피처리 유동체끼리의 사이에 발생하는 전단력을 크게 할 수 있었던 것이다. 따라서, 단속 제트류의 토출의 속도가 일정하여도, 날개(12)의 후면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 흡입되는 피처리 유동체의 흐름이 빨라지면, 단속 제트류의 효과가 증가한다. 또한, 도 6(A), (B)에 나타내는 본 발명의 교반기에 있어서는 슬릿(18)으로부터 흡입되는 피처리 유동체는 날개(12)의 선단부(21)에 부딪치는 경우가 있어도 플랭크면(31)에 유도되면서 흡입되는 점으로부터, 극단적인 압력 저하가 억제됨으로써 캐비테이션의 발생을 억제하고, 기포의 발생도 억제되는 점으로부터 캐비테이션에 의한 이로전의 위험성도 저감된다.
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.
또한, 도 8(A)의 실선으로 나타냄과 아울러, 도 8(C)에 나타내는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 교반기에 있어서는 날개(12)의 전면(33)과 후면(34)은 상기 날개의 선단측에서 절반 이상에 있어서는 양자 간의 폭이 선단을 향함에 따라서 서서히 작아지는 사면 형상의 테이퍼면(s)으로 되어 있다.
이것에 근거하는 단속 제트류의 형성에 대해서 고찰하면, 상기 날개의 선단측으로부터 절반 이상에 있어서 사면 형상의 테이퍼면(s)으로 되어 있기 때문에, 날개 중앙의 부위 부근에 있던 피처리 유동체의 압력이 가장 높아져 있는 부분(H)이 날개 선단 근처로 이동하여 단속 제트류의 형성 시의 낭비를 억제할 수 있다. 또한, 테이퍼가 되어 있어 날개의 점유 체적이 감소하기 때문에, 1회전당의 토출량이 증가해서 단속 제트류의 토출 속도가 증가한다.
날개(12)의 후면(34)측의 음압에 의한 흡인 작용에 대해서는 후면(34)도 사면 형상의 테이퍼면(s)으로 되어 있기 때문에, 날개 중앙의 부위 부근에 있던 피처리 유동체의 압력이 가장 낮아져 있는 부분(L)이 날개 선단 근처로 이동하여 흡입력이 증가한다.
이상의 결과, 정역의 흐름의 차의 절대값이 대폭 증가하고, 수격 작용의 효과가 현저하게 증가한다.
이와 같이 단속 제트 흐름이 토출되기 쉬워 흡입이 쉬우므로, 그 결과 캐비테이션의 발생도 저감할 수 있는 것이 된다.
또한, 도 9에 나타내는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 교반기에 있어서는 날개(12)의 전면(33)과 후면(34)은 상기 날개의 선단측으로부터 절반 이상에 있어서는 양자 간의 폭이 선단을 향함에 따라서 서서히 작아지는 사면 형상의 테이퍼면(s)이 되어 있고, 또한 날개(12)의 선단부(21)가 선단 작용면(30)과 플랭크면(31)에 의해 규정된 점으로부터, 도 6(A), (B)에 나타내는 본 발명의 실시형태에 따른 교반기와 도 8(A)의 실선으로 나타냄과 아울러, 도 8(C)에 나타내는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 교반기와의 쌍방의 작용 효과를 발휘한다고 생각된다.
복수의 판 형상의 날개는 3매 미만으로 하면 단위 시간당의 전단 횟수가 지나치게 낮아지고, 12매를 초과해서 날개의 매수를 늘리면, 날개끼리의 사이의 공간 용적이 낮아져, 날개에 의한 피처리 유동체의 토출량이 저하해버릴 우려가 있기 때문에, 3매 이상 12매 이하인 것이 적당하지만, 장치의 크기나 예정하는 회전수 등 다른 조건의 변경에 따라서 변경하여 실시할 수 있다.
스크린은 그 내부에 피처리 유동체를 도입하는 도입구로부터 축 방향으로 멀어짐에 따라서, 날개 및 스크린의 지름이 작아지는 것으로서 실시하는 것이 바람직하지만, 날개 및 스크린의 지름이 변화되지 않는 것이나, 반대로 날개 및 스크린의 지름이 커지는 것이어도 상관없다.
축 방향에 있어서의 슬릿과 도입구의 관계를 고려하면, 도입구에 가까운 개소에서는 슬릿으로부터의 토출량이 많고, 반대로, 도입구로부터 먼 개소는 슬릿으로부터의 토출량이 감소하는 경향이 있다. 그 때문에, 도입구로부터 축 방향으로 멀어짐에 따라서, 날개 및 스크린의 지름이 작아지도록 구성함으로써 스크린의 축 방향에서의 토출량을 균일화할 수 있다. 이것에 의해, 캐비테이션의 발생을 억제하여 기계 고장을 저감할 수 있다.
복수의 판 형상의 날개는 그 선단 작용면에 있어서 회전 방향으로 동일한 폭이고, 또한, 회전 방향으로 등간격으로 형성된 것으로 함으로써 회전 방향에 있어서, 보다 균일한 조건으로 피처리 유동체의 처리를 이룰 수 있다. 단, 그 선단 작용면에 있어서 폭이 다른 판 형상의 날개를 복수 사용하는 것에 지장을 주는 것이 아니고, 복수의 판 형상의 날개 사이의 간격이 불균일한 것으로 되어 실시되는 것에 지장을 주는 것이 아니다.
복수의 슬릿은 둘레 방향으로 동일한 폭이고, 또한, 둘레 방향으로 등간격으로 형성된 것으로 함으로써 둘레 방향에 있어서, 보다 균일한 조건으로 피처리 유동체의 처리를 이룰 수 있다. 단, 폭이 다른 슬릿을 복수 사용하는 것에 지장을 주는 것이 아니고, 복수의 슬릿 사이의 간격이 불균일한 것으로 되어 실시되는 것에 지장을 주는 것이 아니다.
스크린은 회전하지 않는 것으로 함으로써, 각각의 제어에 있어서, 로터의 회전수만을 고려해 두면 되지만, 반대로, 스크린은 로터와 역방향으로 회전됨으로써, 나노 분산이나 나노 유화 등의 매우 미세한 분산이나 유화에 적합한 것으로 할 수 있다.
본 발명은 단속 제트류에 관해서 더욱 연구를 진척시키고, 단속 제트류의 작용에 의해 피처리 유동체에 가해지는 전단을 보다 효율적으로 이루어 처리 능력의 향상을 도모할 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, 입자 지름의 분포가 좁고, 입자 지름이 가지런한 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 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 7은 본 발명을 적용한 실시형태에 따른 교반기의 요부 사시도이다.
도 8의 (A)는 본 발명을 적용한 다른 실시형태에 따른 교반기의 요부 확대 도(실선으로 기재)와 종래예의 교반기의 요부 확대도(2점 쇄선으로 기재), (B)는 종래예의 교반기의 요부 확대도, (C)는 본 발명을 적용한 다른 실시형태에 따른 교반기의 요부 확대도이다.
도 9는 본 발명을 적용한 또 다른 실시형태에 따른 교반기의 요부 확대도이다.
도 10의 (A)∼(H)는 본 발명을 적용한 실시형태에 따른 교반기의 요부 확대도이다.
도 11은 본 발명의 실시예 및 비교예의 시험 장치의 설명도이다.
도 12의 (A)∼(E)는 본 발명의 실시예 및 비교예에서 사용한 교반기의 요부 확대도이다.
이하, 도면에 기초하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 도 6∼도 9, 도 12에 있어서, R은 회전 방향을 나타내고 있다.
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 배합되는 처리부(1)와 처리부(1) 내에 배치된 로터(2)를 구비하는 것이다.
처리부(1)는 중공의 하우징이고, 지지관(3)에 지지됨으로써 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 돌출되도록 지지되는 것이어도 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 인접한 슬릿(18)끼리의 사이에 위치하는 1개 1개의 실존하는 부재를 의미한다. 동일하게, 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 설치된 복수의 슬릿(18)의 개구를 유입 개구(28)로 하고, 스크린(9)의 외벽면에 설치된 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 필수의 것이 아니고, 예를 들면, 흡입실(6)을 설치하지 않고 교반실(7)의 상단 전체가 도입용의 개구가 되고, 수용 용기(4) 내의 피처리 유동체가 교반실(7) 내에 직접 도입되는 것이어도 된다. 격벽(10)은 피처리 유동체가 단속 제트류로서 슬릿(18)을 통해서 스크린(9)의 내측으로부터 외측을 향해서 토출될 때의 압력을 유지하는 목적으로 설치되어 있다.
로터(2)는 둘레 방향으로 복수매의 판 형상의 날개(12)를 구비한 회전체이고, 로터(2)와 스크린(9)(격벽(10))을 갖는 경우에는 로터(2)와 스크린(9)과 격벽(10))은 동심으로 배치되고, 날개(12)와 스크린(9) 사이에 미소한 클리어런스를 유지하면서 회전한다. 로터(2)를 회전시키는 구조에는 여러가지의 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 삽입 통과되고, 또한 흡입실(6), 격벽(10)의 개구(11)를 통해서 교반실(7)에 달하도록 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 제어 계통을 갖는 것 또는 컴퓨터의 제어 하에 있는 것을 사용하는 것이 적합하다.
이 교반기는 로터(2)가 회전함으로써, 회전하는 날개(12)가 스크린 부재(19)의 내벽면을 통과할 때, 양자 사이에 존재하는 피처리 유동체에 가해지는 전단력에 의해, 유화, 분산 또는 혼합이 이루어진다. 이것과 함께 로터(2)의 회전에 의해, 피처리 유동체에 운동 에너지가 부여되고, 이 피처리 유동체가 슬릿(18)을 통과함으로써 더욱 가속되어서 단속 제트류를 형성하면서 교반실(7)의 외부로 유출된다. 이 단속 제트류에 의해, 속도 계면에서 액-액 사이의 전단력이 발생하는 것이어도 유화, 분산 또는 혼합의 처리가 행해진다.
스크린(9)은 단면 원형의 통 형상을 이룬다. 이 스크린(9)은 예를 들면, 원추형의 표면 형상과 같이, 도입용의 개구(11)로부터 축 방향으로 멀어짐에 따라서(도 2의 예에서는 하방을 향함에 따라서), 점차 그 지름이 작아지도록 하는 것이 바람직하다. 축 방향으로 일정 지름으로 하여도 상관없지만, 그 경우에는 도입용의 개구(11)에 가까운 개소(도 2에서는 상방)에서는 슬릿(18)으로부터의 토출량이 많고, 반대로, 먼 개소는 토출량이 감소한다(도 2에서는 하방). 그 결과, 컨트롤할 수 없는 캐비테이션이 발생하는 경우가 있어 기계 고장으로 이어지게 될 우려가 있어서 도 1, 2에 나타내는 바와 같이, 스크린(9)은 원추 사다리꼴 형상의 표면 형상이 바람직하다.
슬릿(18)은 날개(12)의 회전 방향으로 간격을 두고 배치된 앞쪽 끝면(22)과 안쪽 끝면(25)에 의해 규정된다.
슬릿(18)은 회전축(13)의 축 방향으로(도면의 예에서는 상하 방향으로) 직선 형상으로 연장되는 것을 나타내었지만, 스파이럴 형상 등, 만곡해서 연장되는 것이어도 된다. 또한, 둘레 방향에 있어서, 슬릿(18)은 등간격으로 복수개가 형성되어 있지만, 간격을 일정하지 않게 형성할 수도 있고, 복수 종류의 형상이나 크기의 슬릿(18)을 설치하는 것에 지장을 주는 것도 아니다.
슬릿(18)은 그 리드각을 적당히 변경해서 실시할 수 있다. 도시한 바와 같이, 회전축(13)과 직교하는 평면과, 슬릿(18)이 연장되는 방향이 이루는 리드각이 90도인 상하 방향으로 직선 형상으로 연장되는 것 외, 소정의 리드각을 구비한 스파이럴 형상의 것 등, 상하 방향으로 만곡해서 연장되는 것이어도 된다.
로터(2)의 날개(12)는 횡단면(회전축(13)의 축 방향으로 직교하는 단면)에 있어서, 로터(2)의 중심으로부터 방사 형상으로 일정한 폭으로 직선 형상으로 연장되는 것이어도 되고, 외측을 향함에 따라서 점차 폭이 커지거나, 반대로 작아지거나 하는 것이어도 되지만, 날개(12)의 선단부(21)의 형태나, 폭의 조건 등에 대해서는 청구항에 기재한 조건을 따르는 것으로 한다.
날개(12)의 기단부(32)는 날개(12)가 회전축(13)과 접속되어 있는 부분을 말한다.
또한, 이들의 날개(12)는 그 선단부(21)의 리드각은 적당히 변경될 수 있다. 예를 들면, 회전축(13)과 직교하는 평면과, 선단부(21)의 연장되는 방향이 이루는 리드각이 90도인 상하 방향으로 직선 형상으로 연장되는 것 외, 소정의 리드각을 구비한 스파이럴 형상의 것 등, 상하 방향으로 만곡해서 연장하는 것이어도 된다.
이들의 각각의 구성 부재의 형상은 날개(12)의 선단부(21)와 슬릿(18)은 그들의 적어도 일부가, 슬릿(18)의 길이 방향(도면의 예에서는 상하 방향)에 있어서 서로 겹치는 동일 위치에 있다. 그리고, 로터(2)의 회전에 의해 이 겹치는 동일 위치에 있어서의 날개(12)와 스크린 부재(19) 사이에서 피처리 유동체의 전단이 가능한 것이고, 또한, 날개(12)의 회전에 따른 슬릿(18)을 통과하는 피처리 유동체에 단속 제트류가 발생하도록 운동 에너지를 부여할 수 있는 것이다. 본 발명에 있어서, 날개(12)와 슬릿(18)의 관계를 규정하는 경우, 특별히 설명하지 않는 한, 동일 위치에 있어서의 관계를 의미한다.
스크린(9)과 날개(12)의 클리어런스(후술한다, 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)과 스크린(9)의 내벽면의 간격)는 상기의 전단과 단속 제트류가 발생하는 범위에서 적당히 변경할 수 있지만, 통상 약 0.2∼2.0mm의 미소 간격인 것이 바람직하다. 또한, 이 클리어런스는 도 2에 나타내는 바와 같은 전체가 테이퍼 형상의 스크린(9)을 사용한 경우에는 교반실(7)과 날개(12) 중 적어도 어느 일방을 축 방향으로 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 유동체 전체의 교반 균일화를 행하기 위해서, 수용 용기(4) 내에 별개의 교반 장치를 배치한 것이다. 구체적으로는 수용 용기(4) 내 전체의 교반을 위한 교반 날개(15)를, 교반실(7)과 동체에 회전하도록 설치할 수도 있다. 이 경우, 교반 날개(15)와, 스크린(9)을 포함하는 교반실(7)은 함께 회전된다. 그 때, 교반 날개(15) 및 교반실(7)의 회전 방향은 로터(2)의 회전 방향과는 같아도 되고, 역방향이어도 된다. 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)이 되기 때문에, 상기의 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 제 2 모터(20)의 회전축을 접속한 것이고, 스크린(9)을 고속 회전 가능하게 하는 것이다. 이 스크린(9)의 회전 방향은 교반실(7)의 내부에 배치된 로터(2)의 회전 방향과는 역방향으로 회전된다. 이것에 의해, 스크린(9)과 로터(2)의 상대적 회전 속도가 증가한다.
상술의 교반기에 있어서, 본 발명은 다음과 같이 적용된다.
본 발명에 따른 교반기에 대해서는 단속 제트류에 의해, 속도 계면에서 액-액 사이의 전단력이 발생함으로써, 유화, 분산 또는 혼합의 처리가 행해진다. 그 때, 본 발명의 실시형태에 따른 교반기에 있어서는 예를 들면, 도 6(A), (B), 도 7, 도 8(A), (C), 도 9 및 도 10에 나타내는 날개(12)와 스크린(9)을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 교반기에 대해서는 로터(2)의 날개(12)의 선단부(21)에 선단 작용면(30)을 구비하고, 로터(2)의 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)이 날개(12)의 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작아지도록 설치되어 있다. 선단 작용면(30)은 스크린(9)의 내벽면과의 간격이 약 0.2∼2.0mm의 미소 간격을 유지하도록 날개(12)의 최선단에 설치된 면이다. 또한, 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)은 슬릿(18)의 유입 개구(28)의 둘레 방향의 폭(Si)에 비해서 커지도록 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들면, 로터(2)의 날개(12)로서, 도 6∼도 9에 나타내는 것이 열거된다. 선단 작용면(30)은 스크린(9)의 내벽면과의 간격이 약 0.2∼2.0mm의 미소 간격을 유지하는 것이면, 스크린(9)의 내벽면에 따르도록 원호 형상이어도 되고, 플랫이어도 된다.
도 6(A), (B)에 나타내는 본 발명의 실시형태에 있어서는 로터(2)의 날개(12)의 선단부(21)는 선단 작용면(30)과 플랭크면(31)에 의해 규정된다. 선단 작용면(30)은 상술한 바와 같이, 스크린(9)의 내벽면과의 간격이 약 0.2∼2.0mm의 미소 간격을 유지하도록 날개(12)의 최선단에 설치된 면이고, 플랭크면(31)은 선단 작용면(30)보다 날개(12)의 회전 방향의 후방에 위치하는 면이며, 또한 스크린(9)의 내벽면과의 간격이 약 0.2∼2.0mm의 미소 간격보다 커지도록 형성된 면이다. 그리고, 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)은 날개(12)의 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작고, 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)은 슬릿(18)의 유입 개구(28)의 둘레 방향의 폭(Si)에 비해서 커지도록 설치되어 있다(B>b>Si).
구체적으로, 도 6(A), (B)에 나타내는 것에 있어서는 로터(2)의 날개(12)가 기단부(32)로부터 외측으로 연장되는 것이고, 날개(12)의 회전 방향의 폭이 일정한 폭(기단부(32), 선단부(21) 모두 날개(12)의 회전 방향의 폭:B)인 것에 대해서, 선단부(21)에 플랭크면(31)을 설치한 것이고, 플랭크면(31)은 외측을 향함에 따라 날개의 회전 방향의 전방으로 진행되도록 경사져 있다. 도 6(A), (B)에 있어서 2점 쇄선으로 기재한 개소는 선단부(21)에 플랭크면(31)을 설치하지 않는 경우를 나타내고 있다. 도 7에 도 6(A)에 나타낸 날개(12)의 사시도를 나타낸다.
플랭크면(31)으로서는 도 6(A), (B)나 후술하는 도 9에 나타내는 바와 같이, 외측을 향함에 따라 날개(12)의 회전 방향의 전방으로 진행되도록 경사져 있는 것 외, 도시하지 않지만, 선단 작용면(30)과 플랭크면(31)이 축심으로부터의 거리가 단계적으로 변화되는 단차이어도 된다.
또한, 로터(2)의 날개(12)의 선단부(21)가 선단 작용면(30)과 플랭크면(31)에 의해 규정되는 구성으로 되어 있는 것에 대해서, 날개(12)의 선단부(21)와 슬릿(18)이 슬릿(18)의 길이 방향(도면의 예에서는 상하 방향)에 있어서 서로 겹치는 동일 위치에 있어서 전체적으로 상기와 같은 구성으로 되어 있는 것이 바람직하지만, 상기 동일 위치에 있어서 상기의 구성으로 되어 있는 것이 부분적이어도 상관없다.
또한, 도 8(A)의 실선으로 나타냄과 아울러, 도 8(C)에 나타내는 본 발명의 다른 실시형태에 있어서는 날개(12)의 전면(33)과 후면(34)은 날개(12)의 선단측으로부터 절반 이상에 있어서는 양자 간의 폭이 선단을 향함에 따라서 서서히 작아지는 사면 형상의 테이퍼면(s)이 되고 있고, 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)은 날개(12)의 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작아지도록 형성되어 있다.
구체적으로, 도 8(A)의 실선으로 나타냄과 아울러, 도 8(C)에 나타내는 것에 있어서는 로터(2)의 날개(12)가 기단부(32)로부터 외측으로 연장되는 것이고, 외측을 향함에 따라서 날개(12)의 회전 방향의 폭이 점차 좁아지는 것(기단부(32)의 회전 방향의 폭: B, 선단부(21)의 회전 방향의 폭: b)이다.
날개(12)의 전면(33)과 후면(34)은 날개(12)의 선단측으로부터 절반 이상에 있어서는 양자 간의 폭이 선단을 향함에 따라서 서서히 작아지는 사면 형상의 테이퍼면(s)인 것이 바람직하고, 날개(12)의 선단측으로부터 2/3 이상에 있어서 사면 형상의 테이퍼면(s)이 되는 것이 바람직하다.
또한, 도 9에 나타내는 본 발명의 또 다른 실시형태에 있어서는 날개(12)의 전면(33)과 후면(34)은 날개(12)의 선단측으로부터 절반 이상에 있어서는 양자 간의 폭이 선단을 향함에 따라서 서서히 작아지는 사면 형상의 테이퍼면(s)이 되고 있고, 또한, 날개(12)의 선단부(21)가 선단 작용면(30)과 플랭크면(31)에 의해 규정된 것이다.
구체적으로는 로터(2)의 날개(12)가 기단부(32)로부터 외측으로 연장되는 것이고, 외측을 향함에 따라서 날개(12)의 회전 방향의 폭이 점차 좁아지는 것(기단부(32)의 회전 방향의 폭:B, 선단부(21)의 회전 방향의 폭:Ba)에 대해서, 선단부(21)에 플랭크면(31)을 설치한 것이고, 플랭크면(31)은 외측을 향함에 따라서 날개의 회전 방향의 전방으로 진행되도록 경사져 있다. 도 9에 있어서 2점 쇄선으로 기재한 개소는 선단부(21)에 플랭크면(31)을 설치하지 않는 경우를 나타내고 있다. 또한, 도 8(A)의 실선으로 나타냄과 동시에, 도 8(C)에 나타내는 것에 있어서는 전면(33)과 후면(34)이 거의 대칭이 되어 있는 것에 반해서, 도 9에 나타내는 것에 있어서는 전면(33)쪽이 보다 큰 각도로 경사져 있는 것으로 되어 있다. 그 밖에, 도 12(D)에 나타내는 바와 같이, 판 형상의 날개에 비틀림 각도를 형성한 것이어도 된다.
로터(2)의 날개(12)의 형상을 전술의 구성으로 함으로써, 이 교반기에 있어서는 속도 계면에서 액-액 사이의 전단력을 크게 할 수 있고, 나노 분산이나 나노 유화 등의 대단히 미세한 분산이나 유화를 실현하는 점에서, 매우 유효한 것이 지견되어 발명이 완성된 것이다.
이 단속 제트류의 작용에 대해서, 도 8(A)의 2점 쇄선으로 나타내는 종래예 및 도 8(B)에 나타내는 종래예와 대비하면서 설명한다.
우선, 상술한 바와 같이, 단속 제트류는 날개(12)의 회전에 의해 발생하는 것이지만, 이것을 보다 상세하게 설명하면, 날개(12)의 회전 방향의 전면측에서는 피처리 유동체의 압력이 상승한다. 이것에 의해, 날개(12)의 전면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 피처리 유동체가 단속 제트류가 되어서 토출된다. 한편, 날개(12)의 회전 방향의 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 발생하고, 양 흐름의 계면에 있어서의 상대적인 속도차에 의해, 피처리 유동체끼리에 액-액 사이의 전단력이 발생하는 것이다.
이 때, 도 8(A)의 2점 쇄선으로 나타내는 종래예 및 도 8(B)에 나타내는 종래예에 있어서는 날개(12)의 선단부(21)(선단 작용면(30))의 회전 방향의 폭(b)이 날개(12)의 기단측의 회전 방향의 폭(B)과 거의 같거나 비교적 크다(넓다). 이 폭이 큰(넓은) 선단부(21)(선단 작용면(30))에 의해 저항(흡입 저항)이 발생해버리고, 이것을 받아서 피처리 유동체의 흡입 속도가 느려진다.
또한, 날개(12)의 후면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 흡입되는 피처리 유동체가 날개(12)의 선단부(21)(선단 작용면(30))에 부딪침으로써(또는 날개(12)의 선단부(21)(선단 작용면(30))에 의한 저항(흡입 저항)을 받음으로써) 피처리 유동체의 압력이 극단적으로 저하해서 캐비테이션이 많이 발생한다.
이에 더해서, 단속 제트류의 형성에 대해서 고찰하면, 날개(12)의 회전 방향의 전면측에서는 슬릿(18)에 가까운 날개 선단 부위 부근의 피처리 유동체의 압력이 높은 쪽이 유리하다. 그런데, 도 8(B)에 나타내는 바와 같이, 고속 회전 시에는 피처리 유동체의 압력은 날개 중앙의 부위 부근의 압력이 가장 높아져버려, 단속 제트류의 형성에 낭비가 많았다고 말해진다(도면 중 H는 날개 중앙의 부위 부근의 압력이 가장 높아져 있는 부분을 나타낸다). 동일하게, 날개(12)의 회전 방향의 후면측에서는 피처리 유동체의 압력이 저하함으로써, 날개(12)의 후면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 피처리 유동체가 흡입되지만, 종래예의 경우에는 도 8(B)에 나타내는 바와 같이, 피처리 유동체의 압력은 날개 중앙의 부위 부근의 압력이 가장 낮아져버리고 있었다(도면 중 L은 날개 중앙의 부위 부근의 압력이 가장 낮아져 있는 부분을 나타낸다).
이에 대하여, 도 6(A), (B)에 나타내는 본 발명의 실시형태에 따른 교반기에 있어서는 날개(12)의 선단부(21)는 선단 작용면(30)과 플랭크면(31)에 의해 규정되고, 선단 작용면(30)은 스크린(9)의 내벽면의 간격이 미소 간격을 유지하도록 날개(12)의 최선단에 설치된 면이고, 플랭크면(31)은 선단 작용면(30)보다 날개(12)의 회전 방향의 후방에 위치하는 면이고, 또한 스크린(9)의 내벽면과의 간격이 상기 미소 간격보다 커지도록 설치된 면이 되고, 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)은 날개(12)의 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작고, 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)은 슬릿(18)의 유입 개구(28)의 둘레 방향의 폭(Si)에 비해서 커지도록 설치되어 있다(B>b>Si). 이러한 구성으로 함으로써, 날개(12)의 선단부(21)에 의한 저항(흡입 저항)을 감소시킬 수 있고, 비정상의 수격 작용의 효과를 증가시킬 수 있다. 구체적으로는 도 6(A), (B)에 나타내는 본 발명의 실시형태에 따른 교반기에 있어서는 선단부(21)에 플랭크면(31)이 설치된 것이고, 선단부(21)에 플랭크면(31)이 설치되어 있지 않은 경우에 비하여 스크린 내부에 공간이 생기고, 흡입 저항을 감소시킬 수 있었던 점으로부터, 종래에 비해서 날개(12)의 후면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 흡입되는 피처리 유동체의 흐름이 빨라진다. 즉, 선단부(21)에 플랭크면(31)이 설치됨으로써, 선단부(21)에 플랭크면(31)이 설치되어 있지 않은 경우에 비하여 슬릿(18)으로부터 흡입되는 피처리 유동체의 흡입 속도(이하, 흡입 속도라고도 말한다)를 빠르게 할 수 있다. 슬릿(18)으로부터 흡입되는 피처리 유동체의 흐름이 빨라짐으로써 단속 제트류의 토출 속도가 일정하여도 피처리 유동체의 정역의 흐름(토출과 흡입)의 계면에 있어서의 상대적인 속도차가 커지는 점으로부터, 피처리 유동체끼리의 사이에서 발생하는 전단력을 크게 할 수 있었던 것이다. 따라서, 단속 제트류의 토출 속도가 일정하여도, 날개(12)의 후면측에 위치하는 슬릿(18)으로부터 흡입되는 피처리 유동체의 흐름이 빨라지면, 단속 제트류의 효과가 증가한다. 또한, 도 6(A), (B)에 나타내는 본 발명의 실시형태에 따른 교반기에 있어서는 슬릿(18)으로부터 흡입되는 피처리 유동체는 날개(12)의 선단부(21)에 부딪치는 경우가 있어도 플랭크면(31)에 유도되면서 흡입되는 점으로부터, 극단적인 압력 저하가 억제됨으로써 캐비테이션의 발생을 억제하고, 기포의 발생도 억제되는 점으로부터, 캐비테이션에 의한 이로전의 위험성도 저감된다.
또한, 도 8(A)의 실선으로 나타냄과 아울러, 도 8(C)에 나타내는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 교반기에 있어서는 날개(12)의 전면(33)과 후면(34)은 상기 날개의 선단측으로부터 절반 이상에 있어서는 양자 사이의 폭이 선단을 향함에 따라서 서서히 작아지는 사면 형상의 테이퍼면(s)으로 되어 있다.
이것에 근거하여 단속 제트류의 형성에 대해서 고찰하면, 상기 날개의 선단측으로부터 절반 이상에 있어서 사면 형상의 테이퍼면(s)으로 되어 있기 때문에, 날개 중앙의 부위 부근에 있던 피처리 유동체의 압력이 가장 높아져 있는 부분(H)이 날개 선단 근처로 이동하고, 단속 제트류의 형성 시의 낭비를 억제할 수 있다. 또한, 테이퍼되어 있고 날개의 점유 체적이 감소하기 때문에, 1회전당의 토출량이 증가하고, 단속 제트류의 토출 속도가 증가한다.
날개(12)의 후면(34)측의 음압에 의한 흡인 작용에 대해서는 후면(34)도 사면 형상의 테이퍼면(s)으로 되어 있기 때문에, 날개 중앙의 부위 부근에 있던 피처리 유동체의 압력이 가장 낮아져 있는 부분(L)이 날개 선단 근처로 이동하고, 흡입력이 증가한다.
이상의 결과, 정역의 흐름의 차의 절대값이 대폭 증가하여 수격 작용의 효과가 현저하게 증가한다.
이와 같이 단속 제트 흐름이 토출되기 쉬워 흡입되기 쉬우므로, 그 결과 캐비테이션의 발생도 저감할 수 있는 경우가 된다.
또한, 도 9에 나타내는 본 발명의 또 다른 실시형태에 따른 교반기에 있어서는 날개(12)의 전면(33)과 후면(34)은 상기 날개의 선단측으로부터 절반 이상에 있어서는 양자 사이의 폭이 선단을 향함에 따라서 서서히 작아지는 사면 형상의 테이퍼면(s)으로 되어 있고, 또한, 날개(12)의 선단부(21)가 선단 작용면(30)과 플랭크면(31)에 의해 규정된 점으로부터, 도 6(A), (B)에 나타내는 본 발명의 실시형태에 따른 교반기와 도 8(A)의 실선으로 나타냄과 아울러, 도 8(C)에 나타내는 본 발명의 다른 실시형태에 따른 교반기의 쌍방의 작용 효과를 발휘한다고 생각된다.
(스크린에 대해서)
스크린(9)은 상술한 바와 같이, 테이퍼형 등의 지름이 변화되는 것으로 하여도, 실시할 수 있다. 본 발명에 있어서, 내경이 변화되는 경우, 특별히 설명하지 않는 한, 최대 내경이란 날개(12)의 선단부(21)와 슬릿(18)이 슬릿(18)의 길이 방향에 있어서 서로 겹치는 동일 위치에 있어서의 스크린(9)의 최대 내경(c)을 의미한다.
(슬릿 및 스크린 부재에 대해서)
슬릿(18)은 로터(2)의 회전축의 축 방향과 평행하게 연장되는 것이어도 되고, 스파이럴 형상으로 연장되는 것 등, 축 방향에 대하여 각도를 갖는 것이어도 된다. 어느 경우에 있어서도, 본 발명에 있어서, 특별히 설명이 없는 한, 슬릿(18)의 둘레 방향의 폭이란 상술한 바와 같이, 날개(12)의 선단부(21)와 슬릿(18)이 슬릿(18)의 길이 방향에 있어서 서로 겹치는 동일 위치에 있어서의 스크린(9)의 둘레 방향(바꿔 말하면, 로터(2)의 회전축의 축 방향에 대하여 직교하는 방향)의 길이를 말한다. 로터(2)의 회전축의 축 방향 위치에 있어서는 상기 동일 위치이면 어느 위치이어도 상관없지만, 적어도 회전축(13)의 축 방향 위치가 스크린(9)의 최대 내경(c)이 되는 위치인 것이 바람직하다. 슬릿(18)의 둘레 방향의 폭의 일례로서는 유입 개구(28)의 둘레 방향의 폭(Si)과 유출 개구(29)의 둘레 방향의 폭(So)이 열거된다.
슬릿(18)의 둘레 방향의 폭에 대해서는 예를 들면, 도 8(A)나 도 10(H)에 나타내는 바와 같이, 유출 개구(29)의 둘레 방향의 폭(So)과 유입 개구(28)의 둘레 방향의 폭(Si)은 같아도 되고, 도 6(A), (B)나 도 9, 도 10(A)∼(G)에 나타내는 바와 같이, 유출 개구(29)의 둘레 방향의 폭(So)을 유입 개구(28)의 둘레 방향의 폭(Si)보다 작아지도록 설치해도 된다. 유출 개구(29)의 둘레 방향의 폭(So)을 유입 개구(28)의 둘레 방향의 폭(Si)보다 작아지도록 설치하면, 노즐 효과에 의해 스크린(9)을 통과하는 단속 제트류의 유속이 가속되는 점으로부터 바람직하다. 또한, 도 6(A), (B), 도 9, 도 10(G)에는 유출 개구(29)의 둘레 방향의 폭(So)을 유입 개구(28)의 둘레 방향의 폭(Si)보다 작아지도록 설치하는 것에 더해서, 슬릿(18)을 규정하는 앞쪽 끝면(22) 전체를 날개(12)의 회전 방향의 전방으로 경사시킴과 아울러, 슬릿(18)을 규정하는 안쪽 끝면(25) 전체를 날개(12)의 회전 방향의 후방에 경사시킨 슬릿(18)을 나타내었지만, 도 10(A), (D), (E)에 나타내는 바와 같이, 유출 개구(29)의 둘레 방향의 폭(So)을 유입 개구(28)의 둘레 방향의 폭(Si)보다 작아지도록 설치하는 것에 더해서, 앞쪽 끝면(22)의 적어도 슬릿(18) 내로의 유입측의 영역(23)이 날개(12)의 회전 방향의 전방으로 경사져 있는 것인 경우, 스크린의 스크린 부재(19)와 앞쪽 끝면(22)으로 구성되는 유입 개구(28)의 엣지(24)는 둔각(β)의 엣지가 되고, 도 8(A)나 도 10(H)에 나타내는 슬릿에 있어서의 유입 개구(28)의 엣지인 거의 직각(α)의 엣지에 비하여 유입 개구의 엣지(24)에서의 극단적인 압력저하가 저감되어 피처리 유동체가 유효하게 제트류로 변환된다. 또한 당연하지만, 피처리 유동체의 압력 손실이 저감되어 캐비테이션의 발생이 억제되어 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 커지는 점으로부터, 피처리 유동체끼리의 사이에서 발생하는 전단력을 크게 할 수 있으므로 바람직하다. 도 10(B), (C)에 나타내는 바와 같이, 슬릿(18)에 있어서, 유입 개구(28)의 엣지(24, 27)에 라운딩을 갖게 한 형태에 있어도, 앞쪽 끝면(22)의 적어도 슬릿(18) 내로의 유입측의 영역(23)이 복수의 날개(12)의 회전 방향의 전방으로 경사져 있는 것에 포함된다.
이 점을 근거로 하여 로터(2)의 날개(12)의 형상과 슬릿(18)의 단면 형상을 조합시킴으로써, 종래와 비교해서 단속 제트류의 토출 속도를 빨리할 수 있음과 아울러 피처리 유동체의 흡입 속도를 빨리할 수 있는 점으로부터, 피처리 유동체의 정역의 흐름(토출과 흡입)의 계면에 있어서의 상대적인 속도차가 더욱 커지고, 피처리 유동체끼리의 사이에서 발생하는 전단력을 크게 할 수 있다.
이 유출 개구(29)의 둘레 방향의 폭(So)은 0.2∼4.0mm가 바람직하고, 0.5∼3.0mm인 것이 보다 바람직하지만, 단속 제트류가 발생하는 것을 조건으로 적당히 변경해서 실시할 수 있다.
스크린 부재(19)의 둘레 방향의 폭(바꿔 말하면, 인접한 슬릿(18)끼리의 사이의 둘레 방향의 거리)은 적당히 변경해서 실시할 수 있다. 스크린 부재(19)의 둘레 방향의 폭의 일례로서는 스크린 부재(19)의 내벽면의 둘레 방향의 폭(ti)과 스크린 부재(19)의 외벽면의 둘레 방향의 폭(to)이 열거되고, 스크린 부재(19)의 내벽면의 둘레 방향의 폭(ti)과 스크린 부재(19)의 외벽면의 둘레 방향의 폭(to)은 같아도 되고, 양자가 달라도 된다. 스크린 부재(19)의 내벽면의 둘레 방향의 폭(ti)과 스크린 부재(19)의 외벽면의 둘레 방향의 폭(to)이 다른 경우, 스크린 부재(19)의 외벽면의 둘레 방향의 폭(to)은 유출 개구(29)의 둘레 방향의 폭(So)의 1∼15배가 바람직하고, 보다 바람직하게는 2∼10배 정도로 한다. 스크린 부재(19)의 외벽면의 둘레 방향의 폭(to)을 지나치게 크게 하면, 전단 횟수가 적어져 처리량의 저하로 연결되고, 지나치게 작으면 슬릿(18)이 연속해버리는 것과 실질적으로 같게 되거나, 기계적 강도가 현저하게 저하되거나 하는 경우가 있다.
(로터에 대해서)
로터(2)는 상술한 바와 같이, 복수매의 판 형상의 날개(12)를 갖는 회전체이다.
상술한 바와 같이, 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)은 날개(12)의 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작아지도록 설치되어 있으면 되고, 날개(12)의 선단부(21)의 회전 방향의 폭(b)은 유입 개구의 둘레 방향의 폭(Si)에 비해서 커지도록 설치되는 것이 바람직하다. 로터(2)의 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)이 슬릿(18)의 둘레 방향의 폭(Si, So), 특히 유입 개구(28)의 둘레 방향의 폭(Si)보다 좁은 경우는 단속 제트류의 발생의 관점에서 바람직하지 않다.
(바람직한 적용 조건)
본 발명을 적용할 수 있음과 아울러, 현재의 기술력으로 양산에 적합하다고 생각되는 스크린(9), 슬릿(18), 로터(2)의 수치 조건은 하기한 바와 같다.
스크린(9)의 최대 내경(c): 30∼500mm(단, 날개(12)의 선단부(21)와 슬릿(18)이 슬릿(18)의 길이 방향에 있어서 서로 겹치는 동일 위치에 있어서의 최대 지름)
스크린(9)의 회전수: 15∼390회/s
슬릿(18)의 갯수: 12∼500개
로터(2)의 최대 외경: 30∼500mm
로터(2)의 회전수: 15∼390회/s
물론, 이들의 수치 조건은 일례를 나타내는 것이고, 예를 들면, 회전 제어 등의 장래에 있어서의 기술 진보에 따라서, 상기의 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 로터(2)의 날개(12)의 형상을 도 12(A)∼(D)에 나타내고, 비교예에서 사용한 로터(2)의 날개(12)의 형상을 도 12(E)에 나타낸다. 실시예 및 비교예에서 사용한 스크린(9)의 슬릿(18)의 횡단면의 형상은 유출 개구(29)의 둘레 방향의 폭(So)이 유입 개구(28)의 둘레 방향의 폭(Si)보다 작아지도록 설치되고, So는 0.8mm, Si는 2.0mm이며, 도 12의 (A)에만 기재한 것이다.
보다 상세하게는 실시예에서 사용한 로터(2)의 날개(12)는 도 12(A)에 있어서는 날개의 선단부(21)에 플랭크면(31)을 설치한 것이고, 도 12(B), (C)는 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)이 날개(12)의 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작은 것이고, 도 12(B)에 있어서 4매 날개이고, 도 12(C)에 있어서는 6매 날개이다.
또한, 도 12(D)에 기재된 로터(2)는 판 형상 날개에 비틀림 각도를 형성한 것이고, 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)이 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작은 4매 날개이다. 도 12(A)∼(D)의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)은 2.4mm, 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)은 3.8mm이다.
비교예에서 사용한 로터(2)의 날개(12)는 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)과 날개(12)의 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)이 같은(b=B) 것이고, 도 12(E)에 기재된 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)과 날개(12)의 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)은 모두 3.8mm이다. 이하의 각 표에 있어서, 실시예 또는 비교예에서 사용한 로터(2)의 날개(12)의 형상으로서, 도 12(A)에 나타내는 것을 사용한 경우는 「A」, 도 12(B)에 나타내는 것을 사용한 경우는 「B」, 도 12(C)에 나타내는 것을 사용한 경우는 「C」, 도 12(D)에 나타내는 것을 사용한 경우는 「D」, 도 12(E)에 나타내는 것을 사용한 경우는 「E」라고 기재했다.
또한, 스크린(9)에 설치된 슬릿(18)의 갯수는 24개이다.
또한, 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)이나 날개(12)의 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B), 슬릿(18)의 유입 개구(28)의 둘레 방향의 폭(Si), 슬릿(18)의 유출 개구(29)의 둘레 방향의 폭(So)의 각 값은 날개(12)의 선단부(21)와 슬릿(18)이 슬릿(18)의 길이 방향에 있어서 서로 겹치는 동일 위치에 있어서의 로터의 최대 외경 또는 스크린(9)의 최대 내경에 있어서의 값이다.
(입도 분포 측정)
실시예 7 이외의 실시예에 있어서의 입도 분포 측정에는 MT-3300(Nikkiso Co., Ltd 제품)을 사용했다. 측정 용매는 순수, 입자 굴절률은 1.81, 용매 굴절률은 1.33이다. 또한, 결과에는 체적 분포의 결과를 사용했다.
실시예 1로서, 본 발명에 있어서의 제 1 실시형태(도 1, 도 2)에 따른 교반기를 사용하고, 유동 파라핀과 순수의 유화 실험을, 도 11(A)에 나타내는 시험 장치로 행했다. 유화 실험에 사용한 처방은 유동 파라핀을 29.4wt%, 순수를 68.6wt%, 유화제로서, Tween 80을 1.33wt%, Span 80을 0.67wt%를 혼합한 것이다. 상기한 바와 같이 처방된 피처리 유동체를 예비 혼합품으로 하고, 도 11(A)에 나타내는 시험 장치 중의 펌프로 외부 용기 내의 예비 혼합품을 본 발명에 있어서의 교반기를 부설한 처리 용기(4)에 도입하고, 처리 용기(4) 내를 액봉으로 하고, 또한 동 펌프로 처리 용기(4) 내에 피처리 유동체를 도입함으로써, 토출구로부터 피처리 유동체를 토출시키고, 처리 용기(4)와 외부 용기의 사이를 2500g/min으로 순환시키면서, 본 발명에 있어서의 교반기 로터(2)를 356.7(회/s)로 회전시킴으로써 피처리 유동체를 스크린으로부터 토출시켜 유화 처리를 행했다. 날개(12)의 형상을 변경하고, 유화 처리의 개시부터 20분 후에 얻어진 유화 입자의 입도 분포 측정 결과에 있어서의 평균 입자 지름(D50) 및 입자 지름의 변동 계수(C.V.)의 값을 표 1에 나타낸다.
입자 지름의 변동 계수란 얻어지는 입자의 균일함의 정도를 나타내는 지표가 되는 것이고, 입자의 입자 지름 분포에 있어서의 평균 입자 지름(D50)과 표준 편차로부터, 변동 계수(C.V.)(%)=표준편차÷평균 입자 지름(D50)×100의 식으로 구해진다. 이 변동 계수의 값이 작을수록 얻어지는 입자의 입자 지름의 분포는 좁고, 입자로서의 균일성이 높다.
또한, 로터(2)의 회전의 주속도 V는 날개(12)의 선단부(21)와 슬릿(18)이 슬릿(18)의 길이 방향에 있어서 서로 겹치는 동일 위치에 있어서의 로터의 최대 외경을 D(m), 로터의 회전수를 N(회/s)으로 했을 때, V=D×π×N이고, 표 1∼표 5, 표 9에 기재된 로터 지름 D는 상기 동일 위치에 있어서의 로터(2)의 최대 외경이다.
표 1에 나타내는 바와 것 같이, 로터(2)의 회전수를 356.7(회/s), 로터(2)의 주속도가 33.6[m/s]에 있어서, 로터(2)의 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)이 날개(12)의 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작은 것에 의해, D50 및 C.V.의 값이 작아지는 것이 확인되고, 미소한 입자 지름 및 입도 분포가 좁은 유화 입자를 제작할 수 있는 것이 확인되었다.
실시예 2로서, 로터(2)의 회전수를 333.3(회/s), 로터(2)의 회전의 주속도를 V=31.4(m/s)로 한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 실시한 결과를 표 2에 나타낸다.
실시예 3으로서, 로터(2)의 회전수를 300(회/s), 로터(2)의 회전의 주속도를 V=28.3(m/s)로 한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 실시한 결과를 표 3에 나타낸다
실시예 4로서, 로터(2)의 회전수를 250(회/s), 로터(2)의 회전의 주속도를 V=23.6(m/s)로 한 것 이외는, 실시예 1과 동일하게 한 결과를 표 4에 나타낸다.
비교예 1로서, 로터(2)의 형상이 도 12(E)에 나타내는 종래형의 것(B=b)인 것 이외는, 실시예 1과 마찬가지로 유화 처리를 했다. 결과를 표 5에 나타낸다.
비교예 2로서, 로터(2)의 형상이 도 12(E)에 나타내는 종래형의 것(B=b)인 것 이외는, 실시예 2와 마찬가지로 유화 처리를 행했다. 결과를 표 6에 나타낸다.
비교예 3으로서, 로터(2)의 형상이 도 12(E)에 나타내는 종래형의 것(B=b)인 것 이외는 실시예 3과 마찬가지로 유화 처리를 행했다. 결과를 표 6에 나타낸다.
비교예 4로서, 로터(2)의 형상이 도 12(E)에 나타내는 종래형의 것(B=b)인 것 이외는 실시예 4와 마찬가지로 유화 처리를 행했다. 결과를 표 6에 나타낸다.
실시예 1과 비교예 1에 있어서, 교반기를 연속해서 48시간 운전한 후의 슬릿(18)의 내부(이하, 슬릿 내부)의 상태를 목시로 확인하고, 이로전의 상태를 판단했다. 명백하게 이로전이 발생한 상태를 「×」, 경면 상태가 흐린 상태를 「△」, 48시간 운전의 전후에서 슬릿 내부가 변화되지 않고 이로전이 발생되지 않은 상태를 「○」로 판단해서 표 1 및 표 5에 나타낸다.
이상의 결과로부터, 로터(2)의 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)이 로터(2)의 날개(12)의 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작아지도록 설치된 것에 의해, 로터 형상이 종래형의 것(B=b)에 비해서 명백하게 평균 입자 지름(D50)이 작아지고, 또한 입자 지름의 편차의 지표인 C.V.의 값도 작아지는 것이 확인되었다. 또한, 캐비테이션에 의한 이로전의 발생도 방지할 수 있는 것이 확인되어졌다.
회전수 N=356.7[회/s] 로터 지름 D=0.03[m] 주속도 V=33.6[m/s]
처리 용기 내 온도:20℃
처리 용기 내 압력:0.0MPa		 로터 형상
A B C D
20분 후의 평균 입자 지름[㎛]/C.V.값[%] 1.95/23.1 1.86/22.1 1.74/20.3 1.80/21.5
슬릿 내부의 이로전 상태
(48시간 운전 후)		 ○ ○ ○ ○
회전수 N=333.3[회/s] 로터 지름 D=0.03[m] 주속도 V=31.4[m/s]
처리 용기 내 온도:20℃
처리 용기 내 압력:0.0MPa		 로터 형상
A B C D
20분 후의 평균 입자 지름[㎛]/C.V.값[%] 2.29/24.8 2.11/23.9 1.95/22.7 2.01/23.3
회전수 N=300[회/s] 로터 지름 D=0.03[m] 주속도 V=28.3[m/s]
처리 용기 내 온도:20℃
처리 용기 내 압력:0.0MPa		 로터 형상
A B C D
20분 후의 평균 입자 지름[㎛]/C.V.값[%] 2.85/26.3 2.40/25.2 2.21/23.7 2.34/24.8
회전수 N=250[회/s] 로터 지름 D=0.03[m] 주속도 V=23.6[m/s]
처리 용기 내 온도:20℃
처리 용기 내 압력:0.0MPa		 로터 형상
A B C D
20분 후의 평균 입자 지름[㎛]/C.V.값[%] 4.13/40.5 3.51/38.9 3.21/35.3 3.32/37.3
회전수 N=356.7[회/s] 로터 지름 D=0.03[m] 주속도 V=33.6[m/s]
처리 용기 내 온도:20℃
처리 용기 내 압력:0.0MPa		 로터 형상
E
20분 후의 평균 입자 지름[㎛]/C.V.값[%] 2.38/34.1
슬릿 내부의 이로전 상태
(48시간 운전 후)		 △
비교예 2 비교예 3 비교예 4
20분 후의 평균 입자 지름[㎛]/C.V.값[%] 2.84/35.5 3.82/43.3 5.54/58.1
실시예 5, 6은 실시예 1∼4 및 비교예 1∼4와는 다르고, 로터(2)만이 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 11(B)에 나타내는 시험 장치를 사용했다. 처방, 순환 유량 및 순환 방법은 실시예 1∼4와 같다. 스크린(9)에 설치된 슬릿(18)의 횡단면의 형상으로서, 도 12(A)에 나타내는 것(Si>So)을 사용하고, 로터 형상은 도 12(C)를 사용했다.
실시예 5로서, 로터(2)와 스크린(9)의 상대 회전수를 N=633(회/s), 상대 주속도 V=69.6m/s로 했을 때의 결과를 표 7에 나타낸다.
실시예 6으로서, 로터(2)와 스크린(9)의 상대 회전수를 N=500(회/s), 상대 주속도 V=55.0m/s로 했을 때의 결과를 표 8에 나타낸다.
또한, 로터(2)의 스크린(9)에 대한 상대적 회전의 주속도 V(m/s)는 상술의 동일 위치에 있어서의 로터의 최대 외경을 D(m), 로터의 회전수를 N1, 스크린의 회전수를 N2로 했을 때의 로터 및 스크린의 상대적 회전수를 N(회/s)라고 했을 때, V=D×π×N (단, N=N1+N2)이고, 표 7∼표 8에 기재된 로터 지름 D는 상술의 동일 위치에 있어서의 최대 외경이다.
비교예 5로서, 로터의 형상이 도 12(E)에 나타내는 종래형의 것(B=b)인 것이외는, 실시예 5와 마찬가지로 유화 처리를 행했다. 결과를 표 7에 나타낸다.
비교예 6으로서, 로터의 형상이 도 12(E)에 나타내는 종래형의 것(B=b)인 것이외는, 실시예 6과 마찬가지로 유화 처리를 행했다. 결과를 표 8에 나타낸다.
또한, 실시예 5와 비교예 5에 있어서, 교반기를 연속해서 36시간 운전한 후의 슬릿 내부의 상황을 목시로 확인하여 이로전의 상태를 판단했다. 명백하게 이로전이 발생한 상태를 「×」, 경면 상태가 흐린 상태를 「△」, 24시간 운전 전후에서 슬릿 내부가 변화되어 있지 않고 이로전이 발생하지 않고 있는 상태를 「○」로 판단해서 표 7에 나타낸다.
이상의 결과로부터, 로터(2)의 날개(12)의 선단부(21)에 있어서의 선단 작용면(30)의 회전 방향의 폭(b)이 로터(2)의 날개(12)의 기단부(32)의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작아지도록 설치된 것에 의해, 로터 형상이 종래형의 것(B=b)에 비해서 명백하게 평균 입자 지름(D50)이 작아지고, 또한 입자 지름의 편차의 지표인 C.V.의 값도 작아지는 것을 확인했다. 또한, 캐비테이션에 의한 이로전의 발생도 방지할 수 있는 것이 확인되었다.
회전수 N=633[회/s] 로터 지름 D=0.035[m] 주속도 V=69.6[m/s]
처리 용기 내 온도:40℃
처리 용기 내 압력:0.0MPa		 실시예 5 비교예 5
로터 형상 C 로터 형상 E
20분 후의 평균 입자 지름[㎛]/C.V.값[%] 0.45/12.5 0.92/22.1
슬릿 내부의 이로전 상태
(36시간 운전 후)		 ○ ×
회전수 N=500[회/s] 로터 지름 D=0.035[m] 주속도 V=55.0[m/s]
처리 용기 내 온도:40℃
처리 용기 내 압력:0.0MPa		 실시예 6 비교예 6
로터 형상 C 로터 형상 E
20분 후의 평균 입자 지름[㎛]/C.V.값[%] 0.85/18.5 1.43/27.1
(안료 분산 처리)
실시예 7로서, 본 발명에 있어서의 제 1 실시형태(도 1, 도 2)에 따른 교반기를 사용하여 안료의 분산 처리를, 도 11(A)에 나타내는 시험 장치로 행했다.
피처리물의 처방은 1차 입자 지름이 10∼35nm인 적색 안료(C.I.Pigment Red 254)를 5wt%, 분산제로서, BYK-2000(BYK 제품)을 5wt%, 프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트(PGMEA)와 프로필렌글리콜모노메틸에테르(PGME)의 혼합 용액(PGMEA/PGME=4/1:체적비) 90wt%이다. 상술한 바와 같이 처방된 피처리 유동체인 상기 피처리물을 예비 혼합품으로 하고, 도 11(A)에 나타내는 시험 장치 중의 펌프로 외부 용기 내의 예비 혼합품을 본 발명에 있어서의 교반기를 보유한 처리 용기(4)에 도입하고, 처리 용기(4) 내를 액봉으로 하고, 또한 동 펌프로 처리 용기(4) 내에 피처리 유동체를 도입함으로써, 토출구로부터 피처리 유동체를 토출시키고, 처리 용기(4)와 외부 용기 사이를 2300g/min으로 순환시키면서, 본 발명에 있어서의 교반기 로터(2)를 333.33(회/s)로 회전시킴으로써 피처리 유동체를 스크린으로부터 토출시켜서 분산 처리를 행했다. 로터(2)의 형상으로서 도 12(C)에 나타내는 것을 사용했다. 분산 처리의 개시부터 45분 후에 얻어진 안료 미립자의 입도 분포 측정 결과에 있어서의 평균 입자 지름(D50) 및 입자 지름의 변동 계수(C.V.)의 값을, 표 9에 나타낸다.
비교예 7로서, 로터(2)의 형상이 도 12(E)에 나타내는 종래형의 것(B=b)인 것 이외는 실시예 7과 마찬가지로 분산 처리를 행했다.
(입도 분포 측정)
또한, 이하의 실시예에 있어서의 입도 분포 측정에는 UPA-150UT(Nikkiso Co., Ltd 제품)를 사용했다. 측정 용매는 순수, 입자 굴절률은 1.81, 용매 굴절률은 1.33이다. 또한 결과에는 체적 분포의 결과를 사용했다.
이상의 결과로부터, 로터(2)의 선단부에 있어서의 선단 작용면의 회전 방향의 폭(b)이 로터(2)의 기단부의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작아지도록 설치된 것에 의해, 로터 형상이 종래형의 것(B=b)에 비해서 명백하게 평균 입자 지름(D50)이 작아지고, 또한 입자 지름의 편차의 지표인 C.V.의 값도 작아지는 것을 확인했다.
회전수 N=333.3[회/s] 로터 지름 D=0.03[m] 주속도 V=31.4[m/s]
처리 용기 내 온도:25℃
처리 용기 내 압력:0.05MPa		 실시예 7 비교예 7
로터 형상 C 로터 형상 E
45분 후의 평균 입자 지름[nm]/C.V.값[%] 21.1/20.9 37.3/39.1
1 처리부
2 로터
3 지지관
4 수용 용기
5 흡입구
6 흡입실
7 교반실
9 스크린
10 격벽
11 개구
12 날개
13 회전축
14 모터
15 교반 날개
18 슬릿
19 스크린 부재
20 제 2 모터
21 선단부
22 앞쪽 끝면
23 앞쪽 끝면의 유입측의 영역
25 안쪽 끝면
28 유입 개구
29 유출 개구
30 선단 작용면
31 플랭크면
32 기단부
Si 유입 개구의 둘레 방향의 폭
So 유출 개구의 둘레 방향의 폭

Claims (10)

  1. 복수의 판 형상의 날개를 구비함과 아울러 회전하는 로터와, 상기 로터의 토출 압력 유지 목적에서의 격벽과, 상기 로터의 주위에 부설된 스크린을 동심으로 구비하고,
    상기 스크린은 그 둘레 방향으로 복수의 슬릿과, 인접한 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 토출하는 교반기에 있어서,
    상기 날개의 선단부에 있어서의 선단 작용면의 회전 방향의 폭(b)은 상기 날개의 기단부의 회전 방향의 폭(B)에 비해서 작은 것을 특징으로 하는 교반기.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 스크린은 단면 원형의 통 형상을 이루고,
    상기 스크린의 내벽면에 형성된 복수의 상기 슬릿의 개구를 유입 개구로 하고,
    상기 날개의 선단부에 있어서의 선단 작용면의 회전 방향의 폭(b)은 상기 유입 개구의 둘레 방향의 폭(Si)에 비해서 큰 것을 특징으로 하는 교반기.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 날개는 상기 선단 작용면과, 상기 선단 작용면보다 상기 날개의 회전 방향의 전방에 위치하는 전면과, 상기 선단 작용면보다 상기 날개의 회전 방향의 후방에 위치하는 후면을 구비하고,
    상기 전면과 상기 후면은, 상기 날개의 선단측으로부터 절반 이상에 있어서는 양자 사이의 폭이 선단을 향함에 따라서 서서히 작아지는 사면 형상의 테이퍼면인 것을 특징으로 하는 교반기.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 날개의 선단부는 상기 선단 작용면과 플랭크면에 의해 규정되고,
    상기 선단 작용면은 상기 스크린의 상기 내벽면과의 간격이 미소 간격을 유지하도록 상기 날개의 최선단에 설치된 면이고,
    상기 플랭크면은 상기 선단 작용면보다 상기 날개의 회전 방향의 후방에 위치하는 면이고, 또한 상기 스크린의 상기 내벽면과의 간격이 상기 미소 간격보다 커지도록 설치된 면인 것을 특징으로 하는 교반기.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 판 형상의 날개는 3매 이상 12매 이하인 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 축 방향으로 멀어짐에 따라서, 상기 날개 및 상기 스크린의 지름이 작아지는 것을 특징으로 하는 교반기.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 판 형상의 날개는 그 선단 작용면에 있어서 상기 회전 방향으로 동일한 폭이고, 또한 상기 회전 방향으로 등간격으로 형성된 것을 특징으로 하는 교반기.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 슬릿은 상기 둘레 방향으로 동일한 폭이고, 또한 상기 둘레 방향으로 등간격으로 형성된 것이고,
    상기 스크린은 회전하지 않는 것을 특징으로 하는 교반기.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 슬릿은 상기 둘레 방향으로 동일한 폭이고, 또한 상기 둘레 방향으로 등간격으로 형성된 것이고,
    상기 스크린은 상기 로터와 역방향으로 회전하는 것을 특징으로 하는 교반기.
  10. 복수의 판 형상의 날개를 구비함과 아울러 회전하는 로터와, 상기 로터의 주위에 부설된 스크린을 동심으로 구비하고,
    상기 스크린은 그 둘레 방향으로 복수의 슬릿과, 인접한 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 로터의 회전에 의해 상기 복수의 판 형상의 날개가 회전 이동하고,
    상기 날개의 회전 방향의 전면측에서는 피처리 유동체의 압력이 상승함으로써, 상기 날개의 전면측에 위치하는 슬릿으로부터 피처리 유동체가 단속 제트류가 되어서 토출되고,
    상기 날개의 회전 방향의 후면측에서는 피처리 유동체의 압력이 저하함으로써, 상기 날개의 후면측에 위치하는 슬릿으로부터 피처리 유동체가 흡입되는 것이고,
    상기 날개의 선단부는 상기 선단 작용면과 플랭크면에 의해 규정되고,
    상기 선단 작용면은 상기 스크린의 상기 내벽면과의 간격이 미소 간격을 유지하도록 상기 날개의 최선단에 설치된 면이고,
    상기 플랭크면은 상기 선단 작용면보다 상기 날개의 회전 방향의 후방에 위치하는 면이고, 또한 상기 스크린의 상기 내벽면과의 간격이 상기 미소 간격보다 커지도록 설치된 면이고,
    상기 날개는 상기 선단부에 상기 플랭크면이 설치됨으로써, 상기 선단부에 상기 플랭크면이 설치되어 있지 않은 경우에 비하여 피처리 유동체의 흡입 속도가 빨라지도록 구성된 것을 특징으로 하는 교반기.
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