JPWO2018128114A1 - 分散装置、脱泡装置 - Google Patents

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Abstract

【解決手段】本発明の分散装置は、液体の入口である液体入口開口を少なくとも有するケーシングと、上記ケーシングに収容され、自身の一端側から回転軸に軸着される回転体と、上記液体入口開口から供給される液体が通過する通過開口を上記回転軸の軸線上の上記回転体の他端側に有し、上記回転体の内部において、上記回転軸に垂直な方向外側、かつ、上記回転軸の軸線方向における上記回転体の上記他端側から上記回転体の上記一端側に向かって上記回転軸を中心に放射状に延設されると共に、上記回転軸に垂直な断面の形状が環状となる区間を有する空間により構成される液体通路と、上記回転体に設けられ、上記液体通路の下流側において上記液体通路と上記回転体の外部とを連通させる少なくとも１つの連通孔と、を備える。これにより、ポンプ機能を有すると共に、少なくとも分散処理および脱泡処理を自身だけで効率良く行える分散装置が提供される。

Description

本発明は、液体に含まれる粒子を分散させる分散装置、および、液体に含まれる気泡を除去する脱泡装置に関する。
従来、撹拌槽内に回転撹拌機を有する撹拌装置とギヤーポンプとが上流に併設されると共に、フィルター装置および脱泡タンクが下流に配置される撹拌混練分散装置が提案されている（例えば、特開２００４−０７３９１５号公報参照）。撹拌混練分散装置では、撹拌装置にて主として流動性材料の混合撹拌が行われる。そして、混合撹拌された流動性材料が配管によりギヤーポンプに移送され、ギヤーポンプにて主として流動性材料の練り合わせ分散処理が行われる。また、この撹拌混練分散装置では、分散処理後の材料がギヤーポンプによりフィルター装置へ送られ、フィルター装置から真空引で脱泡タンクへ送られ、脱泡処理して排出される。
しかしながら、上記撹拌混練分散装置では、分散処理はギヤーポンプにて行なわれ、脱泡処理は脱泡タンクで行なわれる。すなわち、分散処理と脱泡処理が別々の設備で行なわれている。このような構成では付帯設備が多くなり、装置が専有する面積が大きくなると共に、メンテナンスが負担になる。
本発明は、斯かる実情に鑑み、ポンプ機能を有すると共に、少なくとも分散処理および脱泡処理を自身だけで効率良く行える分散装置、および、ポンプ機能を有すると共に脱泡処理を効率良く行える脱泡装置を提供しようとするものである。
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の分散装置は、液体の入口である液体入口開口を少なくとも有するケーシングと、上記ケーシングに収容され、自身の一端側から回転軸に軸着される回転体と、上記液体入口開口から供給される液体が通過する通過開口を上記回転軸の軸線上の上記回転体の他端側に有し、上記回転体の内部において、上記回転軸に垂直な方向外側、かつ、上記回転軸の軸線方向における上記回転体の上記他端側から上記回転体の上記一端側に向かって上記回転軸を中心に放射状に延設されると共に、上記回転軸に垂直な断面の形状が環状となる区間を有する空間により構成される液体通路と、上記回転体に設けられ、上記液体通路の下流側において上記液体通路と上記回転体の外部とを連通させる少なくとも１つの連通孔と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の分散装置において、上記回転体と、上記液体通路と、上記連通孔とでポンプが構成されることを特徴とする。
また、本発明の分散装置において、上記液体通路の上記回転軸に垂直な断面の面積、または上記液体通路の通路方向に対して垂直な断面の面積が、上記液体通路の下流にいくに従って大きくなることを特徴とする。すなわち、上記液体通路の通路方向に対して垂直な方向の断面積、および上記回転軸に垂直な方向の上記液体通路の断面積が、上記回転軸の軸線方向の上記回転体の上記一端側にいくに従って大きくなる。
また、本発明の分散装置において、上記回転体は、上記回転軸を軸として一体となって回転可能な第一の回転体と第二の回転体を有し、上記第一の回転体は、外部に対して端部が開口する中空空間を有し、上記第二の回転体は、上記中空空間に配置され、上記通過開口は、上記中空空間の開口により構成され、上記液体通路は、上記第二の回転体の外周面と上記第一の回転体の内周面との間に形成される空間により構成されることを特徴とする。
また、本発明の分散装置において、上記第一の回転体は、中空の略円錐台筒状に形成され、上記略円錐台筒状の径が小さい方の底面に開口が設けられ、上記略円錐台筒状の周壁を貫通する孔が少なくとも１つ設けられ、上記第二の回転体は、略円錐台形状または円錐形状に形成され、上記通過開口は、上記開口により構成され、上記連通孔は、上記孔により構成され、上記液体通路は、上記回転軸の軸線方向の上記回転体の上記一端側に向かって延設される円錐台筒状の空間を有することを特徴とする。
また、本発明の分散装置において、上記第一の回転体の内周面または上記第二の回転体の外周面に対して直角な方向の上記円錐台筒状の空間の入口の幅の大きさが、上記第一の回転体の径が大きい方の底面の径の大きさに対して略１５％以下で、かつ、上記第一の回転体の内周面または上記第二の回転体の外周面に対して直角な方向の上記円錐台筒状の空間の出口の幅の大きさが、上記第一の回転体の径が大きい方の底面の径の大きさに対して略３％以上であることを特徴とする。
また、本発明の分散装置において、上記連通孔よりも上記回転軸の軸線方向の上記回転体の上記一端側において、上記回転体と上記ケーシングとの間に形成される隙間により構成される隙間通路を備え、上記ケーシングは、上記隙間通路の出口開口よりも上記隙間通路に沿う方向奥側に配設される第一の液体排出開口を有することを特徴とする。
また、本発明の分散装置において、上記ケーシングは、上記隙間通路の入口開口よりも上記隙間通路に沿う方向手前側に配設される第二の液体排出開口を有することを特徴とする
また、本発明の分散装置において、上記隙間通路は、上記隙間通路に沿う方向の上記隙間通路の出口開口側に近づくに従って通路幅が狭くなる区間を有し、かつ、自身を構成する面に凹凸が形成される区間を有することを特徴とする。
また、本発明の分散装置において、上記隙間通路の上記通路幅が０．０５〜１０ｍｍの範囲で形成されることを特徴とする。
また、本発明の分散装置において、上記回転軸を通じて上記回転体を回転させる回転部を備え、上記回転部は、上記回転体を周速が１〜２００ｍ／ｓの範囲で回転させることを特徴とする。
また、本発明の分散装置において、上記液体通路の内部において上記液体通路の通路幅方向へ延びる仕切部を備えることを特徴とする。また、本発明の分散装置において、上記液体通路の上記回転軸に垂直な方向内側面と外側面との間において架設される仕切部を備えることを特徴とする。本発明の分散装置において、上記仕切部は、上記液体通路が延びる特定方向に沿って上記液体通路の一端から他端まで延びるよう形成されることを特徴とする。
また、本発明の脱泡装置は、液体の入口である液体入口開口を少なくとも有するケーシングと、上記ケーシングに収容され、自身の一端側から回転軸に軸着される回転体と、上記液体入口開口から供給される液体が通過する通過開口を上記回転軸の軸線上の上記回転体の他端側に有し、上記回転体の内部において、上記回転軸に垂直な方向外側、かつ、上記回転軸の軸線方向における上記回転体の上記他端側から上記回転体の上記一端側に向かって上記回転軸を中心に放射状に延設されると共に、上記回転軸に垂直な断面の形状が環状となる区間を有する空間により構成される液体通路と、上記回転体に設けられ、上記液体通路の下流側において上記液体通路と上記回転体の外部とを連通させる少なくとも１つの連通孔と、を備えることを特徴とする。
本発明の分散装置によれば、ポンプとして機能すると共に、少なくとも分散処理および脱泡処理を自身だけで効率良く行うことができるという優れた効果を奏し得る。また、脱泡装置によれば、ポンプとして機能すると共に、脱泡処理を効率良く行うことができるという優れた効果を奏し得る。
本発明の実施の形態における液体処理システムを示すブロック図である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態における分散装置の断面図である。（Ｂ）は、本発明の実施の形態における分散装置の液体通路のＦ―Ｆ断面図（回転軸垂直断面の図）である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態における分散装置の断面図である。（Ｂ）は、本発明の実施の形態における分散装置の通過開口の近傍における液体通路の回転軸垂直断面の図である。（Ｃ）は、本発明の実施の形態における液体通路の通路方向に対して垂直となる液体通路の断面の斜視図である。 （Ａ），（Ｂ）は、本発明の実施の形態における分散装置の液体通路の変形例の断面図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の実施の形態における分散装置の液体通路の回転軸垂直断面の変形例の図である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態における分散装置の変形例の断面図である。（Ｂ）は、本発明の実施の形態における分散装置の変形例の液体通路の回転軸垂直断面の図である。 （Ａ）は本発明の実施の形態における隙間通路の第一変形例の断面図である。（Ｂ）は本発明の実施の形態における隙間通路の第二変形例の断面図である。（Ｃ）は隙間通路の第二変形例の平面図である。 （Ａ）は、本発明の実施の形態における回転体の斜視図である。（Ｂ）は、本発明の実施の形態における第一回転体の内周面に直角な方向から切った液体通路の断面図である。（Ｃ）は、本発明の実施の形態における回転体の回転軸に垂直な断面図である。 本発明の実施の形態における回転体の断面図である。 本発明の別の実施の形態における回転体の断面図である。
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
＜液体処理システム全体構成＞
図１を参照して、本発明の実施の形態における液体処理システム１について説明する。液体処理システム１は、分散装置１０と、タンク１１と、定量フィーダ１２と、ビーズミル１３と、配管１４〜１７と、バルブ１１Ａ，１２Ａ，１８Ａ，１８Ｂとを備える。
分散装置１０は、液体等の入口である液体入口開口１０１を通じて供給される液体等に対して分散または乳化の処理を行うものである。なお、液体等とは、単一種類の液体や、異なる種類の液体が混合されたものや、それらの液体と固体粒子が混合したスラリーをも含むものである。以下において液体等がスラリーである場合について説明するが、これに限定されるものではなく、単一種類の液体や、異なる種類の液体が混合されたものであってもよい。
分散装置１０は、供給されるスラリーに含まれる気泡を取り除く脱泡機能を有する。そして、分散装置１０は、自身の内部で処理されたスラリーを液体排出開口１０２，１０３の少なくとも一方から排出する。また、分散装置１０は、ポンプ機能を有している。このため、分散装置１０へのスラリーの供給に際して別途ポンプを設ける必要がない。その結果、液体処理システム１全体の付帯設備の数を減らすことができる。
タンク１１は、深さ方向上端が開口されており、液体等を保持する。また、タンク１１の出口には、バルブ１１Ａが設けられる。また、タンク１１には、モーター１１Ｃによって回転する撹拌機１１Ｂが備えられる。
定量フィーダ１２は、例えば、内部において粉体等の粒子を保持する。そして、定量フィーダ１２は、所定量の粒子を供給する機能を有する。また、定量フィーダ１２の出口には、バルブ１２Ａが設けられる。
ビーズミル１３は、内部に撹拌装置を有する容器中にビーズと呼ばれる粉砕メディアが充填される装置である。スラリーを容器中に入れて撹拌装置を回転させると、ビーズとスラリー中の粒子の塊とが衝突して粒子の塊が粉砕される。これにより、スラリー中の粒子が微細化および分散される。なお、液体処理システム１では、スラリー中の粒子は定量フィーダ１２から供給される。タンク１１で当初に保持される液体とその粒子とが混合されてスラリーとなり、分散装置１０を介してビーズミル１３に供給される。
分散装置１０は、配管１４を介してタンク１１および定量フィーダ１２と接続される。バルブ１１Ａおよびバルブ１２Ａが開かれると、タンク１１および定量フィーダ１２から配管１４に液体および粒子が供給される。配管１４中で、液体および粒子が混合されてスラリーになって分散装置１０に供給される。
また、液体排出開口１０２には、バルブ１８Ａを有する配管１５の一端が接続される。バルブ１８Ａが開かれると、配管１５にスラリーが流れ込む。配管１５の他端は、開放された開放端１５Ａとして構成される。配管１５の開放端１５Ａは、タンク１１の深さ方向上方側に配置されている。このため、配管１５を通じて分散装置１０から排出されるスラリーは、タンク１１内に供給される。
また、液体排出開口１０３には、バルブ１８Ｂを有する配管１６の一端が接続される。バルブ１８Ｂが開かれると、配管１６にスラリーが流れ込む。配管１６の他端は、ビーズミル１３に接続される。ビーズミル１３の排出開口１３Ａには、配管１７の一端が接続される。配管１７の他端は、開放された開放端１７Ａとして構成される。配管１７の開放端１７Ａは、タンク１１の深さ方向上方側に配置される。このため、配管１７を通じてビーズミル１３から排出されるスラリーは、タンク１１内に供給される。
＜液体処理システム動作＞
次に、液体処理システム１の動作について説明する。タンク１１のバルブ１１Ａおよび定量フィーダ１２のバルブ１２Ａが開かれると、配管１４内で液体および粒子が混合されてスラリーが形成される。そして、スラリーは、分散装置１０のポンプ作用により配管１４を通じて分散装置１０に誘導される。分散装置１０では、スラリーに対して所定の処理（脱泡、分散または乳化）が行われる。所定の処理を施されたスラリーは、分散装置１０のポンプ作用により液体排出開口１０２，１０３の少なくとも一方から排出される。
例えば、スラリーにおける粒子をさらに小さい粒子径にする場合、液体排出開口１０３側に設けられるバルブ１８Ｂが開かれてスラリーがビーズミル１３に供給される。スラリーに含まれる粒子は、ビーズミル１３で粉砕・分散される。これにより、スラリーに含まれる粒子は、細かな粒子径になる。ビーズミル１３で以上の処理を施されたスラリーは、配管１７を通じて、再度、タンク１１に戻される。そして、さらにタンク１１から分散装置１０に以上の処理を施されたスラリーが供給される。以上のことが繰り返し行なわれて、スラリーの粒子径がどんどん微細化されていく。
一方、例えば、スラリーの脱泡処理に重点が置かれる場合、液体排出開口１０２に設けられるバルブ１８Ａが開かれてスラリーが再度、タンク１１に戻される。そして、さらにタンク１１から分散装置１０に以上の処理を施されたスラリーが供給される。以上のことが繰り返し行なわれて、スラリーに含まれる気泡が除去されていく。
以上のように、分散装置１０は、少なくとも分散処理および脱泡処理を自身だけで効率良く行えるため、スラリーに対して効率良く分散処理および脱泡処理を行うことができる。また、分散装置１０は、ポンプ機能を有するため、分散装置１０に別途ポンプを併設させなくてもよい。
＜分散装置の全体構成＞
次に、図２，３を参照して、本発明の実施の形態における分散装置１０の具体的な構造について説明する。分散装置１０は、ケーシング１００と、回転体１１０と、回転軸１２０と、モーター等の回転動力を有する回転部１２２と、液体通路１３０と、連通孔１４０と、隙間通路１９０とを備える。なお、モーター等の回転動力は、図示していない。
ケーシング１００は、回転体１１０を収容するものであり、液体入口開口１０１と、液体排出開口１０２，１０３とを有する。液体入口開口１０１は、分散装置１０に供給されるスラリー等の入口開口である。液体排出開口１０２，１０３は、分散装置１０で処理されたスラリー等の排出開口である。
回転体１１０は、図２（Ａ）に示すように、円錐台形状をしている。なお、本実施の形態において円錐台形状の径が大きい方の底面を回転体１１０の一端１１１、円錐台形状の径が小さい方の底面を回転体１１０の他端１１２と定義する。回転体１１０は、自身の一端１１１側から回転軸１２０に軸着される。回転軸１２０は、回転部１２２に接続される。そして、回転軸１２０には、回転部１２２の回転力が伝達される。回転体１１０は、回転軸１２０の回転により回転される。
液体通路１３０は、回転体１１０の内部に設けられる通路である。そして、液体通路１３０は、回転軸１２０に垂直な方向外側（回転体１１０の径方向外側）、かつ、回転軸１２０の軸線１２１方向における回転体１１０の他端１１２から回転体１１０の一端１１１側に向かって回転軸１２０を中心に放射状に延設されると共に、回転軸１２０に垂直な断面（以下、適宜、回転軸垂直断面と呼ぶ。）の形状が環状となる断面環状区間を有する空間１８０により構成される。空間１８０は、一つの空間として構成されることが好ましい。なお、本実施の形態において回転軸１２０に垂直な方向外側は、回転体１１０の径方向外側に相当するものであり、例えば、図２（Ａ）のＸ軸方向に相当する。また、本実施の形態において回転軸１２０の軸線１２１方向は、例えば、図２（Ａ）のＹ軸方向に相当する。また、本発明において環状は、回転軸１２０の軸線１２１の周りを一周する形状の全てを含み、例えば、円形環状、多角形の環状、楕円環状、星型環状等が一例として挙げられる。
回転体１１０を回転軸１２０に垂直に切った図２（Ｂ）に示すＦ―Ｆ断面図に示すように、本実施の形態において液体通路１３０は、液体通路１３０の回転軸垂直断面Ｅ１の形状が円形環状となる区間（断面環状区間）を有する。つまり、液体通路１３０を構成する空間１８０は、断面環状区間では、回転軸１２０の軸線１２１の周りを一周するように設けられる。
なお、本実施の形態において液体通路１３０は、図３（Ａ）に示すように、回転軸１２０の軸線１２１方向に沿って区間分けした場合、後述する通過開口１３１から、通過開口１３１に対向する回転体１１０の内部の対向面１１３（後述する第二回転体１６０の頂部に相当する部分）までの区間Ｓ１と、対向面１１３以降の区間Ｓ２とに分けられる。区間Ｓ１では、図３（Ｂ）に示すように、液体通路１３０の回転軸垂直断面Ｅ１の形状は、円形環状ではなく、円形となる。区間Ｓ２では、図２（Ｂ）に示すように、液体通路１３０の回転軸垂直断面Ｅ１の形状は、円形環状となる。つまり、区間Ｓ２は、上記説明した断面環状区間となる。従って、本実施の形態では、上記断面環状区間は、液体通路１３０の一部区間を構成する。
なお、図４（Ａ）に示すように、対向面１１３が通過開口１３１上に配置されるよう回転体１１０が設けられれば、図３（Ａ）の区間Ｓ１に相当する区間における上記回転軸垂直断面Ｅ１の形状は、円形環状となる。この場合、上記断面環状区間は、液体通路１３０の全区間を構成する。従って、本発明において上記断面環状区間は、液体通路１３０の一部区間を構成する場合、または液体通路１３０の全区間を構成する場合のいずれであってもよい。
また、断面環状区間において液体通路１３０の断面積（以下において、液体通路断面積と呼ぶ。）は、液体通路１３０の下流にいくに従って大きくなることが好ましい。なお、液体通路断面積とは、図３（Ａ），（Ｃ）に示すように、液体通路１３０の通路方向に対して垂直となる液体通路１３０の断面Ｅ２の面積を指す。また、上記通路方向とは、液体通路１３０が延びる方向（矢印Ｇ参照）を指す。また、断面環状区間において図２（Ｂ）に示す液体通路１３０の回転軸垂直断面Ｅ１の面積（以下において、液体通路回転軸垂直断面積と呼ぶ。）は、回転軸１２０の軸線１２１方向の回転体１１０の他端１１２側から一端１１１側にいくに従って大きくなることが好ましい。
また、本発明において、断面環状区間において液体通路断面積は、液体通路１３０の下流にいくに従って小さくなってもよいし、断面環状区間の全区間において同じであってもよいし、液体通路１３０の下流にいくに従って大きくなる区間、小さくなる区間および同じになる区間が交互にランダムに並ぶ態様であってもよい。また、本発明において、断面環状区間において液体通路回転軸垂直断面積は、回転軸１２０の軸線１２１方向の回転体１１０の他端１１２側から一端１１１側にいくに従って小さくなってもよいし、断面環状区間の全区間において同じであってもよいし、回転軸１２０の軸線１２１方向の回転体１１０の他端１１２側から一端１１１側にいくに従って大きくなる区間、小さくなる区間および同じになる区間が交互にランダムに並ぶ態様であってもよい。
図３（Ａ）では、断面環状区間において液体通路１３０の通路方向に対して垂直な方向の幅Ｈが液体通路１３０の下流に進むに従って小さくなっている。このような場合あっても、回転軸垂直断面Ｅ１または断面Ｅ２の周方向の長さが液体通路１３０の下流に進むに従って大きくなるため、回転軸垂直断面Ｅ１または断面Ｅ２の面積が、液体通路１３０の下流に進むに従って大きくなることは可能である。また、断面環状区間において液体通路１３０の通路方向に対して垂直な方向の幅Ｈは、図３（Ａ）に示す態様に限定されるものではない。図４（Ａ），（Ｂ）に示すように、断面環状区間において液体通路１３０の通路方向に対して垂直な方向の幅Ｈは、液体通路１３０の下流に進むに従って大きくなってもよいし（図４（Ａ）参照）、断面環状区間において等幅であってもよい（図４（Ｂ）参照）し、大きくなる区間、小さくなる区間および同じになる区間が交互にランダムに並ぶ態様であってもよい。
また、断面環状区間における回転軸垂直断面Ｅ１の形状は、環状であればよく、その範囲で様々な形状が想定される。例えば、図５（Ａ）に示すように、回転軸垂直断面Ｅ１の形状は、液体通路１３０における円形の外周１３４Ａの中心Ｃ１と円形の内周１３４Ｂの中心Ｃ２とが一致せず、外周１３４Ａの中心に対して内周１３４Ｂの中心が偏心している環状であってもよい。また、例えば、図５（Ｂ）に示すように、回転軸垂直断面Ｅ１の形状は、液体通路１３０の外周１３４Ａおよび内周１３４Ｂが波状になっているような環状であってもよい。また、上記波におけるピッチや山の形状・高さも特に限定されない。また、例えば、図５（Ｃ）に示すように、回転軸垂直断面Ｅ１の形状は、液体通路１３０の外周１３４Ａおよび内周１３４Ｂが多角形になっているような環状であってもよい。なお、液体通路１３０の外周１３４Ａおよび内周１３４Ｂの形状は、一致していなくてもよい。さらに、回転軸垂直断面Ｅ１の形状は、以上の態様を組み合わせて構成された環状であってもよい。また、液体通路１３０は、切る位置によって回転軸垂直断面Ｅ１の形状が変わってもよい。
また、図６（Ａ），（Ｂ）に示すように、液体通路１３０の一部の区間Ｓ３の中の一部にスラリーにとっての障害物１３３を設けてもよい。この場合、障害物１３３が設けられる液体通路１３０の区間Ｓ３では、液体通路１３０の回転軸垂直断面Ｅ１が、例えば、Ｃ型、またはＵ型のような環状の一部が切れた形状になる。
液体通路１３０は、液体入口開口１０１から供給されるスラリーが通過する通過開口１３１を有する。通過開口１３１は、回転軸１２０の軸線１２１（一点鎖線参照）上、かつ、回転体１１０の他端１１２側の回転体１１０の端部に設けられる。
回転体１１０が回転軸１２０を軸として回転した場合に、液体通路１３０内で乱流が生じるような構造であると、スラリーが液体通路１３０を通過する過程で、スラリーから気体が分離しづらい。これは、スラリーから気体が遠心分離することを乱流が妨げるからである。しかしながら、液体通路１３０は回転体１１０の内部において１つの空間として形成されているため、液体通路１３０では乱流が生じづらい。これは、回転体１１０が回転すると液体通路１３０を構成する各面が同様に回転するため、液体通路１３０を構成する各面に速度差が生じないからである。このため、液体通路１３０が構成される１つの空間は、流体の流れの乱れを整える整流空間であると言える。
従って、回転体１１０が回転軸１２０を軸として回転した場合に、スラリーが液体通路１３０を通過する過程で、スラリーの液体成分は遠心力で回転軸１２０に垂直な方向外側に移動する。また、スラリー中の気泡は回転軸１２０に垂直な方向内側に移動する。そして、気泡は集合して一体化して気体の大きな塊になる。これにより、スラリーから気泡が分離する。分離された気泡は、気体の大きな塊の状態で後述する連通孔１４０を通ってスラリーと共に回転体１１０の外側へ移動する。
なお、以上のように、気泡を分離させる際、あまりに回転体１１０の周速を大きくすると、回転体１１０の温度が上昇する。一方で、あまりに回転体１１０の周速を小さくすると、分散・脱泡効果が小さくなる。以上のバランスを考慮すると、回転体１１０を周速１〜２００ｍ／ｓの範囲で回転させることが好ましく、回転体１１０を周速５〜１５０ｍ／ｓの範囲で回転させることがより好ましく、回転体１１０を周速１０〜１００ｍ／ｓの範囲で回転させることがさらにより好ましい。
また、液体通路断面積が液体通路１３０の上流側から下流側（または、液体通路回転軸垂直断面積が回転軸１２０の軸線１２１方向における回転体１１０の他端１１２側から一端１１１側）にいくに従って段々拡大すると、単位体積当たりのスラリーに対する空気抵抗等が大きくなるため、スラリーの流速は液体通路１３０の下流にいくに従って低下する。これにより、より整流効果が高まると共に、液体通路１３０におけるスラリーの滞在時間が増大される。結果、液体通路１３０中で乱流がより生成されづらくなる。また、スラリーは、液体通路１３０の１回の通過時間が増大され、従来に比べて多くの気泡を分離させることができる。一方で、液体通路断面積（または、液体通路回転軸垂直断面積）が一定、または段々縮小すると、単位体積当たりのスラリーに対する空気抵抗等が小さくなって、スラリーの流速は液体通路１３０の下流にいくに従って増大するため、液体通路１３０内における乱流の生成が促進される。上記説明したように、乱流はスラリーから気体が分離することを阻害するため、乱流が生じると脱泡効果を低下させる。
連通孔１４０は、回転体１１０に設けられる孔であり、液体通路１３０の下流側において液体通路１３０と回転体１１０の外部とを連通させる。連通孔１４０は、少なくとも１つ設けられる。
隙間通路１９０は、図２（Ａ）の領域Ａに示すように、連通孔１４０よりも回転軸１２０の軸線１２１方向の回転体１１０の一端１１１側において、回転体１１０とケーシング１００との間に形成される隙間により構成される。隙間通路１９０を通過するスラリーには、せん断力が働く。せん断力により、スラリー中の粒子が分散・粉砕されてよりスラリー中の粒子が微細化される。なお、十分なせん断力が働くよう隙間通路１９０の通路幅は、０．０５〜１０ｍｍであることが好ましく、０．１〜５ｍｍであればより好ましく、０．５〜２ｍｍがさらにより好ましい。
なお、スラリー中の粒子がより分散・粉砕されやすくするため、隙間通路１９０を図７（Ａ）に示す隙間通路１９５に置き換えてもよい。隙間通路１９５は、隙間通路１９５に沿う隙間通路方向に沿って隙間通路１９５の出口開口１９７側に近づくに従って通路幅が狭くなる区間Ｂを有する。具体的に隙間通路１９５は、図７（Ａ）に示すように、入口開口１９６から屈曲部分１９８までの区間において段々と通路幅が狭くなる。屈曲部分１９８から出口開口１９７までは、通路幅は一定である。
なお、隙間通路１９５は、全区間において段々と通路幅が狭くなるように構成されてもよい。また、隙間通路１９５は、段々と通路幅が狭くなる区間を複数有してもよい。
また、隙間通路１９５は、自身を形成する面（回転体１１０の表面１１０Ａおよびケーシング１００の表面１００Ａ、以下においても同様とする。）に凹凸１９９が形成される区間Ｃを有する。区間Ｃは、入口開口１９６から屈曲部分１９８より通路方向手前までの区間を指す。凹凸１９９は、例えば、隙間通路１９５を形成する面で凸部分等により、隙間通路１９５を通過するスラリー中の粒子が磨り潰されて粉砕されるように設けられる。具体的に凹凸１９９は、例えば、図７（Ａ）に示すように、隙間通路１９５を形成する面それぞれにおいて隙間通路１９５が延びる通路方向へ凹部と凸部とが交互に並ぶよう設けられる。そして、隙間通路１９５を形成する面それぞれに設けられる凹凸１９９は、回転軸１２０（軸線１２１）に垂直な方向において対向する。また、凹凸１９９における凹部および凸部は、回転体１１０の表面１１０Ａおよびそれに対向するケーシング１００の表面１００Ａの周方向を一周するよう設けられる。
なお、隙間通路１９５は、全区間において凹凸１９９が形成されるよう構成されてもよい。また、隙間通路１９５は、凹凸１９９が形成される区間を複数有してもよい。
また、隙間通路１９０を図７（Ｂ），（Ｃ）に示す隙間通路２００に置き換えてもよい。隙間通路２００は、隙間通路１９５とほぼ同様であるが、凹凸の態様が異なる。なお、図７（Ｃ）は、隙間通路２００を軸線１２１方向の回転体１１０の他端１１２側から一端１１１側を向く矢印Ｊ側から見た図である。
隙間通路２００は、図７（Ｂ）に示すように、自身を形成する面の区間Ｃに凹凸２１０が形成される。凹凸２１０は、図７（Ｃ）に示すように、隙間通路２００を形成する面それぞれにおいて回転体１１０の周方向へ凹部と凸部とが交互に並ぶよう設けられる。そして、隙間通路２００を形成する面それぞれに設けられる凹凸２１０は、回転軸１２０（軸線１２１）に垂直な方向において対向する。そして、凹凸２１０における凹部および凸部は、回転体１１０の表面１１０Ａおよびそれに対向するケーシング１００の表面１００Ａの周方向を交互に並べられて一周する。また、凹凸２１０における凹部および凸部は、入口開口２０１から区間Ｃの長さだけ隙間通路２００が延びる通路方向へ延設される。
液体排出開口１０２は、隙間通路１９０の入口開口１９１よりも隙間通路１９０に沿う方向手前側に配設される。また、液体排出開口１０３は、隙間通路１９０の出口開口１９２よりも隙間通路１９０に沿う方向奥側に配設される。液体排出開口１０２は、連通孔１４０を通過したスラリーをそのまま外部へ排出するためのものである。また、液体排出開口１０３は、連通孔１４０および隙間通路１９０を通過したスラリーを外部へ排出するためのものである。
＜回転体の具体的構成＞
次に、図２および図８を参照して本発明の実施の形態における回転体１１０の具体的構成について以下説明する。回転体１１０は、回転軸１２０を軸として一体となって回転可能な第一回転体１５０と第二回転体１６０と、第三回転体１７０とにより構成される。
第一回転体１５０は、外部に対して端部が開口する中空空間を有する。中空空間の開口が、通過開口１３１を構成する。具体的に、第一回転体１５０は、中空の略円錐台筒状に形成される。また、第一回転体１５０には、略円錐台筒状の径が小さい方の底面に開口１５０Ａが設けられる。開口１５０Ａは、通過開口１３１を構成する。
また、第一回転体１５０には、略円錐台筒状の周壁１５２を貫通する孔１５３が複数設けられる。孔１５３は、図８（Ａ）に示すように、周壁１５２を略四角形状に貫通する。そして、孔１５３は、周壁１５２の周方向に等間隔に設けられる。また、孔１５３は、略円錐台筒状の径が大きい方の底面の近傍に設けられる。孔１５３は、連通孔１４０を構成する。なお、孔１５３は、少なくとも１つ設けられればよい。
第二回転体１６０は、第一回転体１５０内部の中空空間に配置される。具体的に、第二回転体１６０は、略円錐台形状（または円錐形状）に形成される。また、第二回転体１６０の径が大きい方の底面には、自身の高さ方向に突出する凸部１６２が設けられる。また、第二回転体１６０には、略円錐台形状の中心を自身の高さ方向に貫通する貫通孔が設けられる。第二回転体１６０は、その貫通孔を通じて回転軸１２０に軸着される。
第三回転体１７０は、第一回転体１５０および第二回転体１６０が載置される台座である。第一回転体１５０および第二回転体１６０は、第三回転体１７０に載置された状態で固定される。第三回転体１７０は、径の異なる２つの円盤の中心を一致させて２段に重ねた形状をしている。第三回転体１７０の径の大きい方の円盤の表面１７１には、第一回転体１５０および第二回転体１６０が載置される。
また、第三回転体１７０の表面１７１側には、凹部１７２，１７３が形成される。凹部１７２には、第二回転体１６０の凸部１６２が係合される。凹部１７３には、第一回転体１５０の端部１５４が係合される。また、第三回転体１７０には、円盤中心を円盤の積層方向に貫通する貫通孔が設けられる。第三回転体１７０は、その貫通孔を通じて回転軸１２０に軸着される。
以上のように、回転軸１２０を軸として第一回転体１５０と、第二回転体１６０と、第三回転体１７０とは回転可能に構成される。
図２に示すように、第一回転体１５０と第二回転体１６０とは、それぞれの高さ方向の中心軸が一致するよう配置される。また、第一回転体１５０および第二回転体１６０の高さ方向の中心軸が回転軸１２０の軸線１２１と一致するよう第一回転体１５０、第二回転体１６０および回転軸１２０は配設される。
＜液体通路の具体的構成＞
次に、図２、図８および図９を参照して本発明の実施の形態における液体通路１３０の具体的構成について以下説明する。液体通路１３０は、第二回転体１６０の外周面１６１と第一回転体１５０の内周面１５１との間に形成される空間１８０により構成される。空間１８０は、１つの空間として構成されることが好ましい。空間１８０は、回転軸１２０の軸線１２１方向の回転体１１０の一端１１１へ向かって延びる円錐台筒状に形成される。また、上記説明した液体通路断面積のみならず、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、第一回転体１５０の内周面１５１に直角な方向Ｐ１（または、第二回転体１６０の外周面１６１に直角な方向Ｐ３）に切った空間１８０の断面Ｅ３（図８（Ｂ）の周面参照）の面積は、回転軸１２０の軸線１２１方向の回転体１１０の一端１１１へいくに従って大きくなる。また、回転軸１２０に垂直な空間１８０の断面Ｅ４（図８（Ｃ）参照）は環状となる。そして、回転軸１２０の軸線１２１方向の一端１１１側へいくに従って空間１８０の環状の断面Ｅ４の面積は大きくなる。
以上のように形成されるには、図９に示すように、第一回転体１５０の内周面１５１に対して直角な方向の円錐台筒状空間の入口１５５の幅の大きさＨ１が、第一回転体１５０の径が大きい方の底面の径の大きさＤに対して略１５％以下で、かつ、第一回転体１５０の内周面１５１に直角な方向の円錐台筒状空間の出口１５６の幅の大きさＨ２が、第一回転体１５０の径が大きい方の底面の径の大きさＤに対して略３％以上であればよい。なお、以上のことは、液体通路１３０の通路方向に対して垂直な方向の円錐台筒状空間の入口１５５および出口１５６の幅の大きさ、および第二回転体１６０の外周面１６１に対して直角な方向の円錐台筒状空間の入口１５５および出口１５６の幅の大きさに対しても同様に適用できる。また、以上のことは、第一回転体１５０の内周面１５１と第二回転体１６０の外周面１６１との間において形成される円錐台形状の周面に対して直角な方向の円錐台筒状空間の入口１５５および出口１５６の幅の大きさに対しても同様に適用できる。
＜ポンプ機能について＞
以上のように分散装置１０が構成されると、回転体１１０、液体通路１３０、連通孔１４０が一体となってポンプが構成される。回転体１１０と共に液体通路１３０が回転すると、最終的にスラリーおよび気泡は、それぞれ分離した状態で遠心力により連通孔１４０を通過して回転体１１０の外部へ移動する。
ここで、遠心力で高圧となった回転体１１０の連通孔１４０付近と、液体排出開口１０２，１０３との間に圧力差が発生する。この圧力差により、連通孔１４０を通過したスラリーは、液体排出開口１０２，１０３へ移動する。そして、スラリーの移動により、通過開口１３１からスラリーがどんどん流れ込んでくる。以上のように、回転体１１０、液体通路１３０、連通孔１４０が一体となって回転することにより分散装置１０においてスラリーの吸入・排出が行なわれる。すなわち、回転体１１０、液体通路１３０、連通孔１４０が一体となって回転することによりポンプとして機能する。
＜隙間通路の具体的構成＞
次に、図２を参照して本発明の実施の形態における隙間通路１９０の具体的構成について以下説明する。図２（Ａ）の領域Ａに示すように、第一回転体１５０の端部および第三回転体１７０の径の大きい方の円盤と、ケーシング１００との間に形成される隙間により構成される隙間通路１９０が設けられる。隙間通路１９０は、軸線１２１方向の断面がＬ字型になっている。隙間通路１９０を通過するスラリーは、液体排出開口１０３へ向かって移動して外部へ排出される。
＜分散装置の動作＞
上記において説明したように、通過開口１３１を通過したスラリーは、液体通路１３０に移動する。回転体１１０が回転軸１２０を軸に回転すると、スラリーは径方向（回転軸１２０の軸線１２１に垂直な方向、以下も同様とする。）外側、かつ、液体通路１３０の下流に移動していき、気泡は径方向内側、かつ、液体通路１３０の下流に移動していく。径方向内側へ移動する気泡は、集合すると結合して所定の大きさを有する気体の塊となる。これにより、スラリーから気泡が分離される。なお、上記説明において回転軸１２０の軸線１２１に垂直な方向は、適宜、径方向と読み替えることができる。
気泡が分離したスラリーは、連通孔１４０を通過して回転体１１０の外部へ移動する。ここで、分散装置１０における分散機能よりも気泡分離機能を主として用いたい場合、液体排出開口１０２側のバルブ１８Ａを開き、液体排出開口１０３側のバルブ１８Ｂを閉じる。これにより、スラリーの大部分は隙間通路１９０に移動せずに、液体排出開口１０２から排出される。スラリーが隙間通路１９０を通過すると、分散装置１０のポンプ能力が低下するため、以上のように動作させると、分散装置１０は、スラリーを迅速かつ大量に入排出することができる。
一方、分散装置１０における分散機能を重視して用いたい場合、逆に、液体排出開口１０２側のバルブ１８Ａを閉じ、液体排出開口１０３側のバルブ１８Ｂを開く。これにより、スラリーは隙間通路１９０で分散されて、液体排出開口１０３から排出される。
＜分散装置の変形例＞
図１０を参照して本発明の別の実施の形態における分散装置２０について説明する。分散装置２０は、分散装置１０に仕切部１３２を付加したものである。仕切部１３２は、図１０に示すように、液体通路１３０を構成する空間１８０を仕切るものであり、液体通路１３０の通路幅方向へ延びる。また、仕切部１３２は、板状または柱状の形状が一例として挙げられるが、これに限定されるものではなく、その他の如何なる形状であってもよい。
そして、仕切部１３２は、液体通路１３０の回転軸１２０に垂直な方向内側面と外側面との間において架設される。すなわち、仕切部１３２は、第一回転体１５０の内周面１５１と第二回転体１６０の外周面１６１との間において架設される。
また、仕切部１３２は、液体通路１３０が延びる特定方向（特定の延設方向）に沿って液体通路１３０の一端（上流側端部）から他端（下流側端部）まで延びる。そして、仕切部１３２により液体通路１３０を構成する空間１８０は２つの空間に分けられる。なお、液体通路１３０の一端から他端まで延びない仕切部も本発明の範囲に含まれる。
また、仕切部は、液体通路１３０の通路幅方向へ延びるものであれば、液体通路１３０の回転軸１２０に垂直な方向内側面と外側面との間において架設されなくてもよい。すなわち、仕切部は、液体通路１３０の回転軸１２０に垂直な方向内側面（第二回転体１６０の外周面１６１）から外側面（第一回転体１５０の内周面１５１）へ向かって途中まで延びるよう形成されてもよい。また、仕切部は、液体通路１３０の回転軸１２０に垂直な方向外側面（第一回転体１５０の内周面１５１）から内側面（第二回転体１６０の外周面１６１）へ向かって途中まで延びるよう形成されてもよい。
分散装置２０において仕切部１３２は１つ設けられるが、これに限定されるものではない。仕切部１３２は、例えば、第一回転体１５０および第二回転体１６０の周方向に沿って等間隔（またはランダムな間隔）に複数設けられてもよい。複数の仕切部１３２により空間１８０が仕切られると、液体通路１３０は、複数の空間により構成される。
なお、分散装置１０は、スラリーや液体から気泡を分離させる脱泡装置と捉えることもでき、そのようなものも本発明に含まれる。
尚、本発明の分散装置および脱泡装置は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
１ 液体処理システム
１０，２０ 分散装置
１１ タンク
１１Ａ，１２Ａ，１８Ａ，１８Ｂ バルブ
１１Ｂ 撹拌機
１１Ｃ モーター
１２ 定量フィーダ
１３ ビーズミル
１４，１５，１６，１７ 配管
１５Ａ，１７Ａ 開放端
１００ ケーシング
１０１ 液体入口開口
１０２，１０３ 液体排出開口
１１０ 回転体
１１１ 回転体の一端
１１２ 回転体の他端
１２０ 回転軸
１２１ 軸線
１２２ 回転部
１３０ 液体通路
１３１ 通過開口
１４０ 連通孔
１５０ 第一回転体
１５０Ａ 開口
１５１ 内周面
１５２ 周壁
１５３ 孔
１５５ 円錐台筒状空間の入口
１５６ 円錐台筒状空間の出口
１６０ 第二回転体
１６１ 外周面
１７０ 第三回転体
１８０ 空間
１９０、１９５，２００ 隙間通路
１９１、１９６，２０１ 入口開口
１９２，１９７ 出口開口
１９８ 屈曲部分
１９９，２１０ 凹凸
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、本発明の分散装置は、液体の入口である液体入口開口を少なくとも有するケーシングと、上記ケーシングに収容され、自身の一端側から回転軸に軸着される回転体と、上記液体入口開口から供給される液体が通過する通過開口を上記回転軸の軸線上の上記回転体の他端側に有し、上記回転体の内部において、上記回転軸の軸線方向における上記回転体の上記他端側から上記回転体の上記一端側に進むに従って上記回転軸に垂直な方向外側に向かって上記回転軸を中心に放射状に延設されると共に、上記回転軸に垂直な断面の形状が環状となる区間を有する空間により構成される液体通路と、上記回転体に設けられ、上記液体通路の下流側において上記液体通路と上記回転体の外部とを連通させる少なくとも１つの連通孔と、を備えることを特徴とする。
また、本発明の分散装置において、上記連通孔よりも上記回転軸の軸線方向の上記回転体の上記一端側において、上記回転体と上記ケーシングとの間に形成される隙間により構成される隙間通路を備え、上記ケーシングは、上記隙間通路の出口開口よりも下流側に配設される第一の液体排出開口を有することを特徴とする。
また、本発明の分散装置において、上記ケーシングは、上記隙間通路の入口開口よりも上流側に配設される第二の液体排出開口を有することを特徴とする。
また、本発明の脱泡装置は、液体の入口である液体入口開口を少なくとも有するケーシングと、上記ケーシングに収容され、自身の一端側から回転軸に軸着される回転体と、上記液体入口開口から供給される液体が通過する通過開口を上記回転軸の軸線上の上記回転体の他端側に有し、上記回転体の内部において、上記回転軸の軸線方向における上記回転体の上記他端側から上記回転体の上記一端側に進むに従って上記記回転軸に垂直な方向外側に向かって上記回転軸を中心に放射状に延設されると共に、上記回転軸に垂直な断面の形状が環状となる区間を有する空間により構成される液体通路と、上記回転体に設けられ、上記液体通路の下流側において上記液体通路と上記回転体の外部とを連通させる少なくとも１つの連通孔と、を備えることを特徴とする。

Claims (14)

  1. 液体の入口である液体入口開口を少なくとも有するケーシングと、
    前記ケーシングに収容され、自身の一端側から回転軸に軸着される回転体と、
    前記液体入口開口から供給される液体が通過する通過開口を前記回転軸の軸線上の前記回転体の他端側に有し、前記回転体の内部において、前記回転軸に垂直な方向外側、かつ、前記回転軸の軸線方向における前記回転体の前記他端側から前記回転体の前記一端側に向かって前記回転軸を中心に放射状に延設されると共に、前記回転軸に垂直な断面の形状が環状となる区間を有する空間により構成される液体通路と、
    前記回転体に設けられ、前記液体通路の下流側において前記液体通路と前記回転体の外部とを連通させる少なくとも１つの連通孔と、
    を備えることを特徴とする、
    分散装置。
  2. 前記回転体と、前記液体通路と、前記連通孔とでポンプが構成されることを特徴とする、
    請求の範囲１に記載の分散装置。
  3. 前記液体通路の前記回転軸に垂直な断面の面積、または前記液体通路の通路方向に対して垂直な断面の面積が前記液体通路の下流にいくに従って大きくなることを特徴とする、
    請求の範囲１または２に記載の分散装置。
  4. 前記回転体は、前記回転軸を軸として一体となって回転可能な第一の回転体と第二の回転体を有し、
    前記第一の回転体は、外部に対して端部が開口する中空空間を有し、
    前記第二の回転体は、前記中空空間に配置され、
    前記通過開口は、前記中空空間の開口により構成され、
    前記液体通路は、前記第二の回転体の外周面と前記第一の回転体の内周面との間に形成される空間により構成されることを特徴とする、
    請求の範囲１〜３のいずれかに記載の分散装置。
  5. 前記第一の回転体は、中空の略円錐台筒状に形成され、前記略円錐台筒状の径が小さい方の底面に開口が設けられ、前記略円錐台筒状の周壁を貫通する孔が少なくとも１つ設けられ、
    前記第二の回転体は、略円錐台形状または円錐形状に形成され、
    前記通過開口は、前記開口により構成され、
    前記連通孔は、前記孔により構成され、
    前記液体通路は、前記回転軸の軸線方向の前記回転体の前記一端側に向かって延設される円錐台筒状の空間を有することを特徴とする、
    請求の範囲１〜４のいずれかに記載の分散装置。
  6. 前記第一の回転体の内周面または前記第二の回転体の外周面に対して直角な方向の前記円錐台筒状の空間の入口の幅の大きさが、前記第一の回転体の径が大きい方の底面の径の大きさに対して略１５％以下で、かつ、前記第一の回転体の内周面または前記第二の回転体の外周面に対して直角な方向の前記円錐台筒状の空間の出口の幅の大きさが、前記第一の回転体の径が大きい方の底面の径の大きさに対して略３％以上であることを特徴とする、
    請求の範囲５に記載の分散装置。
  7. 前記連通孔よりも前記回転軸の軸線方向の前記回転体の前記一端側において、前記回転体と前記ケーシングとの間に形成される隙間により構成される隙間通路を備え、
    前記ケーシングは、前記隙間通路の出口開口よりも前記隙間通路に沿う方向奥側に配設される第一の液体排出開口を有することを特徴とする、
    請求の範囲１〜６のいずれかに記載の分散装置。
  8. 前記ケーシングは、前記隙間通路の入口開口よりも前記隙間通路に沿う方向手前側に配設される第二の液体排出開口を有することを特徴とする、
    請求の範囲７に記載の分散装置。
  9. 前記隙間通路は、前記隙間通路に沿う方向の前記隙間通路の出口開口側に近づくに従って通路幅が狭くなる区間を有することを特徴とする、
    請求の範囲７または８に記載の分散装置。
  10. 前記隙間通路は、自身を構成する面に凹凸が形成される区間を有することを特徴とする、
    請求の範囲７〜９のいずれかに記載の分散装置。
  11. 前記隙間通路の前記通路幅が０．０５〜１０ｍｍの範囲で形成されることを特徴とする、
    請求の範囲７〜１０のいずれかに記載の分散装置。
  12. 前記回転軸を通じて前記回転体を回転させる回転部を備え、
    前記回転部は、前記回転体を周速が１〜２００ｍ／ｓの範囲で回転させることを特徴とする、
    請求の範囲１〜１１のいずれかに記載の分散装置。
  13. 前記液体通路の内部において前記液体通路の通路幅方向へ延びる仕切部を備えることを特徴とする、
    請求の範囲１〜１２のいずれかに記載の分散装置。
  14. 液体の入口である液体入口開口を少なくとも有するケーシングと、
    前記ケーシングに収容され、自身の一端側から回転軸に軸着される回転体と、
    前記液体入口開口から供給される液体が通過する通過開口を前記回転軸の軸線上の前記回転体の他端側に有し、前記回転体の内部において、前記回転軸に垂直な方向外側、かつ、前記回転軸の軸線方向における前記回転体の前記他端側から前記回転体の前記一端側に向かって前記回転軸を中心に放射状に延設されると共に、前記回転軸に垂直な断面の形状が環状となる区間を有する空間により構成される液体通路と、
    前記回転体に設けられ、前記液体通路の下流側において前記液体通路と前記回転体の外部とを連通させる少なくとも１つの連通孔と、
    を備えることを特徴とする、
    脱泡装置。
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