CN115427153B - 分散粉碎装置 - Google Patents
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Abstract
本发明的解决课题在于相较于以往的无介质分散粉碎装置,可以更微细地分散或粉碎粒子。本发明的分散粉碎装置(10)是借由通过间隙(S)时的剪切力来分散或粉碎粒子含有液中的粒子的装置,并具备有罩壳(11)、转子(13)、定子(16)、叶轮(14)及驱动机构(15)。在定子(16)与转子(13)之间设置有间隙(S)。当转子(13)及叶轮(14)借由驱动机构(15)而旋转时,借由叶轮(14)的旋转力而从罩壳(11)的流入部(11a)流入的粒子含有液会通过间隙(S),且粒子含有液中的粒子借由通过所述间隙(S)时的剪切力而被分散或粉碎。
Description
技术领域
本发明涉及一种将包含粒子的液体(以下称为「粒子含有液」)中的粒子分散或粉碎的装置(以下称为「分散粉碎装置」),更详细地说是涉及一种不使用珠粒等介质的无介质的分散粉碎装置。
背景技术
以往,作为将粒子含有液中的粒子分散或粉碎的无介质的分散粉碎装置,已知有本案申请人在本案之前进行申请的分散粉碎装置(专利文献1)。此分散粉碎装置构成为:借由粒子含有液于通过形成于罩壳与转子之间的间隙时所产生的剪切力来使所述粒子含有液中的粒子分散或粉碎。
根据所述分散粉碎装置,便不会产生如在使用介质的情况下的污染物,且可以用微米单位来分散或粉碎粒子。
[背景技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本特许第6799865号公报
发明内容
[发明欲解决的课题]
然而,为了将粒子含有液中的粒子微细地分散或粉碎,必须提高剪切率(shearrate)(剪切速率)。在所述专利文献1的分散粉碎装置中,虽然可以借由使转子(旋转体)高速旋转来提高剪切率,但若使转子高速旋转,粒子含有液会发热,而有因为所述热引起材料劣化的疑虑。又,为了使转子高速旋转,需要较大的能量。因此,即使要让转子高速旋转也会有极限,而难以将粒子微细化至如使用介质的分散粉碎装置一样的尺寸。
本发明是有鉴于所述的情况而作成的发明,其解决课题在于提供一种分散粉碎装置,相较于以往的无介质分散粉碎装置,可以用较小的能量来提高剪切率,并且可以比以往的无介质分散粉碎装置更微细地分散或粉碎粒子。
[用以解决课题的手段]
本发明的分散粉碎装置是借由通过间隙时的剪切力来将粒子含有液中的粒子分散或粉碎的装置,且具备有罩壳、配置于罩壳内的转子、定子与叶轮(具备有叶片的旋转体)、及使转子与叶轮旋转的驱动机构,所述罩壳具备有供粒子含有液流入的流入部、及供所述粒子含有液流出的流出部。定子与转子之间设有间隙,当转子及叶轮借由驱动机构而旋转时,借由叶轮的旋转力而从流入部流入的粒子含有液会通过间隙,且粒子含有液中的粒子会借由通过所述间隙时的剪切力而被分散或粉碎。
[发明效果]
本发明的分散粉碎装置借由设置在罩壳内的叶轮的作用,相较于以往的无介质分散粉碎装置,可以用较小的能量来提高剪切率,且相较于以往的无介质分散粉碎装置,可以更微细地分散或粉碎粒子含有液中的粒子。
附图说明
图1是组装有本发明的分散粉碎装置的循环式的处理***的概要说明图。
图2是显示本发明的分散粉碎装置的内部构造的剖面图。
图3是显示本发明的分散粉碎装置的内部构造的剖面图。
具体实施方式
[用以实施发明的形态]
(实施方式)
参照图式来说明本发明的分散粉碎装置10的实施方式的一例。此实施方式的分散粉碎装置10是组装于如图1所示的处理***来使用的装置。在处理***中,虽然有循环式的处理***与通过(pass)式的处理***,但在此是以将分散粉碎装置10组装于循环式的处理***的情况作为一例来说明。
作为一例,图1所示的处理***具备有:粒子含有液罐20,贮留处理对象即粒子含有液(浆料);分散粉碎装置10,分散或粉碎从粒子含有液罐20所供给的粒子含有液中的粒子;三通阀30,切换已通过分散粉碎装置10的粒子含有液的流路。
粒子含有液罐20与分散粉碎装置10被第一流路31所连接,分散粉碎装置10与三通阀30被第二流路32所连接,三通阀30与粒子含有液罐20被第三流路33所连接。在第一流路31设有用于开关第一流路31的阀35。阀35可以使用既有的自动阀等。
所述粒子含有液罐20是用于贮留处理对象即粒子含有液的容器。在此实施方式中,是使用夹套罐来作为粒子含有液罐20,所述夹套罐具备有搅拌槽21与装设于搅拌槽21的外周的夹套(jacket)22。粒子含有液罐20也可以使用此以外的构成。
所述搅拌槽21是用于贮留并搅拌粒子含有液的容器。此实施方式的搅拌槽21是上表面开口的有底圆筒状,且底面设有将搅拌槽21内的粒子含有液朝外部排出的搅拌槽排出口21a。搅拌槽21的上表面开口部做成可以用盖子24来开关。
在所述搅拌槽21的内部设有搅拌搅拌槽21内的粒子含有液的附叶片的搅拌棒23。搅拌棒23做成借由载置于盖子24上的搅拌马达M来旋转,所述盖子24会开关搅拌槽21的上表面开口部。在盖子24设有连接第三流路33的出口侧的返回口24a,通过第三流路33的粒子含有液会从返回口24a返回至搅拌槽21内。
所述夹套22是让冷却水循环的构成,所述冷却水用于冷却搅拌槽21内的粒子含有液。在夹套22的底面侧设有用于将冷却水导入夹套22内的冷却水导入口22a,且在侧面设有用于将冷却水排出至夹套22外的冷却水排出口22b。图示虽然省略,但于冷却水导入口22a与冷却水排出口22b设有具备有冷却水导入路径及冷却水排出路径的冷却器(冷却水循环装置),从所述冷却器所供给的冷却水会在夹套22内循环。
所述分散粉碎装置10是借由粒子含有液通过间隙S(图2)时的剪切力来将所述粒子含有液中的粒子分散或粉碎的装置。再者,「分散」意指让粉体尽可能地成为单一粒子且均匀分布到流体或其他成分中、或一边形成构造一边分布到流体或其他成分中,「粉碎」意指用于弄碎物质而制造出粉体的操作。
如图2所示,此实施方式的分散粉碎装置10具备有罩壳11、外壳12、转子13、叶轮14、驱动机构15、定子16与中间体17。
所述罩壳11是将粒子含有液罐20内的粒子含有液取入的壳体。已被取入罩壳11内的粒子含有液中的粒子会在所述罩壳11内被分散或粉碎。此实施方式的罩壳11具备有:供粒子含有液流入的管状的流入部11a、可容置转子13或叶轮14等的中空圆锥状(喇叭状)的容置部11b、供粒子含有液流出的管状的流出部11c。如图3所示,流出部11c设置在罩壳11的切线方向。
罩壳11的流入部11a、容置部11b及流出部11c在内部是连通的,且构成为从流入部11a流入的粒子含有液会通过容置部11b而从流出部11c流出至罩壳11外。在罩壳11的下摆侧(罩壳11当中与流入部11a相反侧的端部)设有向外伸出的下摆侧凸缘11d。
所述外壳12是容置驱动机构15的壳体。此实施方式的外壳12具备有容置驱动机构15的壳身部12a、从壳身部12a的端部向外伸出的圆盘状的护缘部12b。在护缘部12b紧贴有后述的中间体17的向外突设部17c,且两者已被第一固定具B1固定。
所述转子13是直径比外壳12的护缘部12b更小的圆盘状构件。转子13设置在驱动机构15的旋转轴15a的前端侧。在转子13的前面侧(流入部11a侧)的面设置有斜流叶轮(斜流泵)来作为叶轮14。斜流叶轮是指所吐出的流会存在于以主轴的中心线为轴的圆锥面内的叶轮。
斜流叶轮会因为流量变多而引起压力,所以粒子含有液会以高速且高压的方式强制地通过间隙S。借由以斜流叶轮来提升流量,通过会变快,而可以抑制发热。又,借由以斜流叶轮来提升流量,循环通过次数会增加,而有制品容易均质化的效果。
在叶轮14的前端侧配置有按压转子13及叶轮14的按压具18。按压具18已和转子13及叶轮14一起被第二固定具B2固定在旋转轴15a的前端。叶轮14借由后述的驱动机构15的旋转轴15a的旋转,而和转子13及按压具18一起朝与旋转轴15a的旋转方向相同的方向旋转。
所述驱动机构15是用于使转子13及叶轮14旋转的机构。此实施方式的驱动机构15具备有未图示的马达与连接于所述马达的旋转轴15a。在旋转轴15a的外周设有防止粒子含有液的流出的机械密封19。
所述定子16是和转子13以及叶轮14协同合作来做出粒子含有液的流动的构件。此实施方式的定子16是在中心部具备有容纳叶轮14的开口的圆盘状构件。定子16具备向外伸出的凸缘部16a,所述凸缘部16a紧贴于后述的中间体17,且已被第三固定具B3所固定。
在定子16的转子13侧的面,设置有和所述转子13相向的环状的突条部16b,且在所述突条部16b与转子13之间确保有供粒子含有液通过的极小的间隙S。间隙S的尺寸可以设为100μm以下,较佳的是设为70μm以下,更佳的是设为30μm以下。
虽然省略图式,但也可以在构成间隙S的定子16的表面(与转子13相向的面)设置凹凸状的沟。借由在定子16的表面设置沟,可以将粒子含有液中的粒子更微细地分散或粉碎。凹凸状的沟也可以设置在和粒子含有液的通过方向平行的方向上,也可以设置在和所述方向交叉的方向上。
所述中间体17是配置在罩壳11与定子16之间的构件。此实施方式的中间体17具备有:筒状部17a,设置于覆盖定子16、转子13及叶轮14的外侧的位置;向内突设部17b,在筒状部17a的一端侧向内突设;及向外突设部17c,在筒状部17a的另一端侧向外伸出。
在中间体17的向内突设部17b紧贴有定子16的凸缘部16a,且两者已被第三固定具B3所固定。在中间体17的向外突设部17c紧贴有罩壳11的下摆侧凸缘11d,且两者已被第四固定具B4所固定。
在此实施方式中,在定子16的凸缘部16a与中间体17的向内突设部17b之间,放入了未图示的填隙片(shim)(间隔件(spacer))。可以借由在此部分放入填隙片,来调整转子13与突条部16b之间的间隙S。
在所述中间体17的筒状部17a中,在圆周方向上隔着间隔而设置有数个开口17d。开口17d是设置在可以从外部目视辨识转子13与定子16之间的间隙S的位置。在定子16的凸缘部16a与中间体17的向内突设部17b之间放入填隙片后,可以从所述开口17d确认是否已形成转子13与定子16之间的适当的宽度的间隙S。
开口17d的数量或大小可以任意地设定。开口17d只要是可以利用测隙规来确认的宽度(例如长20mm×宽20mm左右)以上即可。开口17d也兼作为粒子含有液的通道,因此愈宽愈好。较佳的是,在任意一种情况下都设置在可以目视辨识转子13与定子16之间的间隙S的位置。再者,开口17d只要因应于需要而设置即可。
在此实施方式的处理***中,粒子含有液罐20内的粒子含有液透过第一流路31流入分散粉碎装置10内,在循环动作时,已通过分散粉碎装置10的粒子含有液会依第二流路32-三通阀30-第三流路33的顺序来通过,并返回到粒子含有液罐20内,而在排出时,则是通过第二流路32-三通阀30来朝第四流路34排出。
(动作)
接着,针对此实施方式的处理***中的分散粉碎装置10的动作来说明。当借由驱动机构15的马达来使旋转轴15a旋转,让连结于旋转轴15a的转子13及叶轮14旋转时,粒子含有液会从罩壳11的流入部11a流入。已流入的粒子含有液会移动至容置部11b并沿着借由叶轮14所制作出的流路来通过极小的间隙S,且粒子含有液中的粒子借由通过所述间隙S时所产生的剪切力而被分散或粉碎。已通过间隙S的粒子含有液会从流出部11c往外部流出。
此实施方式的分散粉碎装置10因为是组装于循环式的处理***,所以从流出部11c流出的粒子含有液会在通过第二流路32及三通阀30之后,通过第三流路33而再次返回到粒子含有液罐20(搅拌槽21),之后,将在分散粉碎装置10内的处理重复预定次数,而分散或粉碎成期望尺寸的粒子。
在此实施方式的分散粉碎装置10中,并非只是单纯将间隙S设得较窄,还借由斜流叶轮的泵作用来让粒子含有液以高速且高压的方式强制地通过间隙S,因此虽无介质,仍然可以期待获得与使用了介质的分散粉碎装置10同等以上的剪切率,并且可以将粒子含有液中的粒子分散或粉碎成与使用了介质的分散粉碎装置10同等的尺寸(纳米等级)。
在本发明的分散粉碎装置10中,在例如将间隙S设为30μm、将转子13的周速度设为30m/sec的情况下,除了可获得相当于高压均质机的剪切率100万/s左右外,还可以期待将高速旋转所造成的发热抑制到最小限度。
(其他的实施方式)
本发明的分散粉碎装置并不限定于所述实施方式,可以在不变更其要旨的范围内,进行构成的追加、省略、更换等的变更。
在所述实施方式中,虽然以将分散粉碎装置10组装到循环式的处理***的情况作为一例,但本发明的分散粉碎装置10也可以组装到通过式的处理***。
在所述实施方式中,虽然是以使用斜流叶轮来作为叶轮14的情况作为一例,但是叶轮14也可以使用斜流叶轮以外的叶轮,例如朝轴方向送出粒子含有液的轴流叶轮(轴流泵)。
在所述实施方式中,虽然是以将分散粉碎装置10设为横向来使用的情况作为一例,但本发明的分散粉碎装置10也可以设为纵向来使用。
[产业上的可利用性]
本发明的分散粉碎装置10可以使用于:电池材料或化妆品、食品、电子零件、涂料等中所使用的各种粒子含有液的分散或粉碎。
【符号说明】
10分散粉碎装置
11罩壳
11a流入部
11b容置部
11c流出部
11d下摆侧凸缘
12外壳
12a壳身部
12b护缘部
13转子
14叶轮
15驱动机构
15a旋转轴
16定子
16a凸缘部
16b突条部
17中间体
17a筒状部
17b向内突设部
17c向外突设部
17d开口
18按压具
19机械密封
20粒子含有液罐
21搅拌槽
21a搅拌槽排出口
22夹套
22a冷却水导入口
22b冷却水排出口
23搅拌棒
24盖子
24a返回口
30三通阀
31第一流路
32第二流路
33第三流路
34第四流路
35阀
B1第一固定具
B2第二固定具
B3第三固定具
B4第四固定具
M搅拌马达
S间隙
Claims (7)
1.一种分散粉碎装置,借由通过间隙时的剪切力来将粒子含有液中的粒子分散或粉碎,其特征在于:
所述分散粉碎装置具备:
罩壳,具备有供所述粒子含有液流入的流入部、与供所述粒子含有液流出的流出部;
转子、定子及叶轮,配置在所述罩壳内;及
驱动机构,使所述转子及所述叶轮旋转,
所述转子设置在所述驱动机构的旋转轴的前端侧,
所述叶轮设置在所述转子的前面侧,
所述定子具备有容纳所述叶轮的开口以及和所述转子相向的环状的突条部,所述叶轮以所述叶轮之叶片的突设方向的前端与所述开口的内周面相邻且相向的方式配置在所述开口的内侧,
所述叶轮在所述叶轮的叶片的突设方向的前端与所述开口的内周面相邻且相向的状态下旋转,借此作为斜流泵发挥功能,
在所述突条部与所述转子之间设置有供所述粒子含有液通过的间隙,
在所述罩壳与所述定子之间设置有中间体,所述中间体具备可从外部目视辨识所述间隙的开口,
当所述转子及所述叶轮借由所述驱动机构而旋转时,借由所述叶轮的泵作用而从所述流入部流入的所述粒子含有液会通过所述间隙,且所述粒子含有液中的粒子借由通过所述间隙时的剪切力而被分散或粉碎,
借由在所述转子与所述中间体之间放入间隔件,可调整所述间隙的宽度。
2.根据权利要求1所述的分散粉碎装置,其特征在于:所述突条部与所述转子之间的所述间隙为100μm以下。
3.根据权利要求1所述的分散粉碎装置,其特征在于:所述突条部与所述转子之间的所述间隙为70μm以下。
4.根据权利要求1所述的分散粉碎装置,其特征在于:所述突条部与所述转子之间的所述间隙为30μm以下。
5.根据权利要求1所述的分散粉碎装置,其特征在于:所述叶轮为斜流叶轮。
6.根据权利要求1所述的分散粉碎装置,其特征在于:所述流出部设置在所述罩壳的切线方向上。
7.一种处理***,是粒子含有液的处理***,其特征在于:
所述处理***具备:
粒子含有液罐,贮留粒子含有液;及
分散粉碎装置,分散或粉碎从所述粒子含有液罐所供给的所述粒子含有液中的粒子,
所述分散粉碎装置是如权利要求1至6任一项所述的分散粉碎装置,
所述粒子含有液罐与所述分散粉碎装置是通过流路而连接,以使所述粒子含有液从所述粒子含有液罐供给到所述分散粉碎装置的所述流入部,且已被所述分散粉碎装置分散或粉碎的所述粒子含有液从所述流出部回到所述粒子含有液罐。
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