特許 6048503 スラリー製造装置及びスラリー製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6048503

(24)【登録日】2016年12月2日

(45)【発行日】2016年12月21日

(54)【発明の名称】スラリー製造装置及びスラリー製造方法

(51)【国際特許分類】

   B01F 5/10 20060101AFI20161212BHJP

   B01F 3/12 20060101ALI20161212BHJP

   B01F 15/02 20060101ALI20161212BHJP

【ＦＩ】

   B01F5/10

   B01F3/12

   B01F15/02 B

【請求項の数】6

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2014-526783(P2014-526783)

(86)(22)【出願日】2013年3月25日

(86)【国際出願番号】JP2013058499

(87)【国際公開番号】WO2014017123

(87)【国際公開日】20140130

【審査請求日】2015年12月1日

(31)【優先権主張番号】特願2012-164745(P2012-164745)

(32)【優先日】2012年7月25日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000191009

【氏名又は名称】新東工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100071010

【弁理士】

【氏名又は名称】山崎 行造

(74)【代理人】

【識別番号】100118647

【弁理士】

【氏名又は名称】赤松 利昭

(74)【代理人】

【識別番号】100138438

【弁理士】

【氏名又は名称】尾首 亘聰

(74)【代理人】

【識別番号】100138519

【弁理士】

【氏名又は名称】奥谷 雅子

(74)【代理人】

【識別番号】100123892

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 忠雄

(74)【代理人】

【識別番号】100169993

【弁理士】

【氏名又は名称】今井 千裕

(74)【代理人】

【識別番号】100131082

【弁理士】

【氏名又は名称】小原 正信

(74)【代理人】

【識別番号】100185535

【弁理士】

【氏名又は名称】逢坂 敦

(72)【発明者】

【氏名】羽片 豊

(72)【発明者】

【氏名】堀田 雅也

(72)【発明者】

【氏名】石田 悠

【審査官】 河野 隆一朗

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１１−０３６８６２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平１１−１２３３２２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２４１５３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−２４１５３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０７−０７５７２３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−３１７６７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０２−１３１１２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００３−２０５２３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００７／０１２５２６４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ０１Ｆ １／００ − ５／２６

Ｂ０１Ｆ １５／００ − １５／０６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

スラリー状若しくは液体状の処理原料と粉状の添加物との混合物を循環させながら分散させてスラリーを製造するスラリー製造装置であって、
前記処理原料又は前記混合物を貯留可能であるとともに該処理原料に混合する前記添加物が供給可能とされるタンクと、
出口側が前記タンクに接続され、前記混合物を分散処理する分散装置と、
前記混合物を循環させるポンプと、
前記分散装置、前記タンク及び前記ポンプを直列的に接続する配管と、
前記添加物を前記タンクに供給する粉体供給デバイスと、
前記処理原料を前記タンクに供給する処理原料供給デバイスとを備え、
前記分散装置は、前記粉体供給デバイスから前記添加物を供給している際には分散後の混合物を前記タンクの底面を流れるように供給し、前記粉体供給デバイスからの前記添加物の供給が完了した後には前記タンク内に混合物が貯まるように供給し、
前記粉体供給デバイスは、前記分散装置から供給される前記混合物が前記タンクの底面を流れる位置に前記添加物を供給する、
スラリー製造装置。

【請求項2】

前記粉体供給デバイスは、前記タンク内へのノズルの挿入部分の長さを可変とする、
請求項１記載のスラリー製造装置。

【請求項3】

さらに、前記添加物の供給が完了した後に、液面が生じた前記タンク内の前記混合物を攪拌する攪拌機を備える、
請求項２記載のスラリー製造装置。

【請求項4】

スラリー状若しくは液体状の処理原料と粉状の添加物との混合物を循環させながら分散させてスラリーを製造するスラリー製造方法であって、
タンク、分散装置、ポンプ、及びこれらを直列的に接続する配管に、前記処理原料又は前記混合物を循環させながら、前記タンク内の該処理原料又は混合物に前記添加物及び追加する処理原料を供給するとともに該混合物を分散する第１ステップと、
前記添加物の供給が完了した後に、前記タンク、分散装置、ポンプ及び配管に前記混合物を循環させながら、該混合物に前記処理原料を供給するとともに該混合物を分散する第２ステップとを備え、
前記第１ステップでは、前記分散装置は分散後の混合物を前記タンクの底面を流れるように供給し、前記粉体供給デバイスは、前記分散装置から供給される前記混合物が前記タンクの底面を流れる位置に前記添加物を供給し、
前記第２ステップでは、前記分散装置は分散後の混合物を前記タンク内に混合物が貯まるように供給する、
スラリー製造方法。

【請求項5】

前記添加物を前記タンクに供給する粉体供給デバイスは、前記タンク内へのノズルの挿入部分の長さを可変とされ、
前記第２ステップでは、前記第１ステップよりも前記ノズルの挿入部分の長さを短くする、
請求項４記載のスラリー製造方法。

【請求項6】

前記第２ステップの前記処理原料の供給が完了した後に、前記タンク、分散装置、ポンプ及び配管に前記混合物を循環させながら、該混合物を分散する第３ステップを備える、
請求項５記載のスラリー製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、スラリー状若しくは液体状の処理原料に粉状の添加物を添加した混合物内の物質を分散させてスラリーを製造するスラリー製造装置及びスラリー製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、スラリー状若しくは液体状の混合物を循環させながら分散させるシステムとして、分散装置と、タンクと、ポンプと、配管とを備えたものが用いられている（例えば、特開２０１１−３６８６２号公報参照）。

【0003】

このシステム等において、タンク内に液体状の処理原料を満たした状態で循環させ、タンク内の処理原料に粉状の添加物を徐々に投入し、スラリーを製造していた。しかし、粉状添加物が原料より軽くて（密度が小さく）浮く場合には、タンク内の液面や攪拌機に粉状添加物が滞留し、分散時間が長くなるおそれがあった。

【0004】

本発明の目的は、軽い粉状添加物を用いる場合に添加物の滞留を防止して、分散時間を短縮できるスラリー製造装置及びスラリー製造方法を提供することにある。

【発明の概要】

【0005】

本発明に係るスラリー製造装置は、スラリー状若しくは液体状の処理原料と粉状の添加物との混合物を循環させながら分散させてスラリーを製造するスラリー製造装置であって、処理原料又は前記混合物を貯留可能であるとともに該処理原料に混合する前記添加物が供給可能とされるタンクと、出口側が前記タンクに接続され、前記混合物を分散処理する分散装置と、前記混合物を循環させるポンプと、前記分散装置、前記タンク及び前記ポンプを直列的に接続する配管と、前記添加物を前記タンクに供給する粉体供給デバイスと、前記処理原料を前記タンクに供給する処理原料供給デバイスとを備え、前記分散装置は、前記粉体供給デバイスから前記添加物を供給している際には分散後の混合物を前記タンクの底面を流れるように供給し、前記粉体供給デバイスからの前記添加物の供給が完了した後には前記タンク内に混合物が貯まるように供給し、前記粉体供給デバイスは、前記分散装置から供給される前記混合物が前記タンクの底面を流れる位置に前記添加物を供給する。
本発明に係るスラリー製造方法は、スラリー状若しくは液体状の処理原料と粉状の添加物との混合物を循環させながら分散させてスラリーを製造するスラリー製造方法であって、タンク、分散装置、ポンプ、及びこれらを直列的に接続する配管に、前記処理原料又は前記混合物を循環させながら、前記タンク内の該処理原料又は混合物に前記添加物及び追加する処理原料を供給するとともに該混合物を分散する第１ステップと、前記添加物の供給が完了した後に、前記タンク、分散装置、ポンプ及び配管に前記混合物を循環させながら、該混合物に前記処理原料を供給するとともに該混合物を分散する第２ステップとを備え、前記第１ステップでは、前記分散装置は分散後の混合物を前記タンクの底面を流れるように供給し、前記粉体供給デバイスは、前記分散装置から供給される前記混合物が前記タンクの底面を流れる位置に前記添加物を供給し、前記第２ステップでは、前記分散装置は分散後の混合物を前記タンク内に混合物が貯まるように供給する。

【0006】

本発明は、軽い粉状添加物を用いる場合にも添加物の滞留を防止して、分散時間を短縮してスラリーを製造することを実現する。

【0007】

この出願は、日本国で２０１２年７月２５日に出願された特願２０１２−１６４７４５号に基づいており、その内容は本出願の内容として、その一部を形成する。
また、本発明は以下の詳細な説明により更に完全に理解できるであろう。しかしながら、詳細な説明および特定の実施例は、本発明の望ましい実施の形態であり、説明の目的のためにのみ記載されているものである。この詳細な説明から、種々の変更、改変が、当業者にとって明らかだからである。
出願人は、記載された実施の形態のいずれをも公衆に献上する意図はなく、開示された改変、代替案のうち、特許請求の範囲内に文言上含まれないかもしれないものも、均等論下での発明の一部とする。
本明細書あるいは請求の範囲の記載において、名詞及び同様な指示語の使用は、特に指示されない限り、または文脈によって明瞭に否定されない限り、単数および複数の両方を含むものと解釈すべきである。本明細書中で提供されたいずれの例示または例示的な用語（例えば、「等」）の使用も、単に本発明を説明し易くするという意図であるに過ぎず、特に請求の範囲に記載しない限り本発明の範囲に制限を加えるものではない。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の実施形態のスラリー製造装置の概要図である。（ａ）は、該装置を用いた製造方法における粉状添加物供給中の状態を示す図である。（ｂ）は、該製造方法における粉状添加物供給完了後の状態を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明を適用したスラリー製造装置１について図面を参照して説明する。以下で説明する装置１は、スラリー状若しくは液体状の処理原料３に粉状の添加物４を添加した混合物５を循環させながら分散（「スラリー化」ともいう）させるものである。また、分散とは、該混合物５内の物質、典型的には添加物４、を分散させること、すなわち、該混合物５内の各物質が均一に存在するように混ぜることを意味する。

【0010】

スラリー製造装置１は、図１に示すように、タンク１１と、分散装置１２と、ポンプ１３と、配管１４と、粉体供給デバイス１５と、処理原料供給デバイス１６とを備える。スラリー製造装置１は、分散装置１２を有する循環式分散システムとも言える。タンク１１は、スラリー状若しくは液体状の処理原料又は混合物を貯留可能であるとともに該処理原料に混合する粉状の添加物が供給可能とされる。

【0011】

分散装置１２は、出口側が配管１４を介してタンク１１に接続され、混合物を分散処理する。ポンプ１３は、混合物を配管１４を介してタンク１１、分散装置１２に循環させる。配管１４は、分散装置１２、タンク１１及びポンプ１３を直列的に接続する。

【0012】

粉体供給デバイス１５は、タンク１１に添加物４を供給する。処理原料供給デバイス１６は、タンク１１に循環される混合物に処理原料３を供給する。

【0013】

処理原料供給デバイス１６は、粉体供給デバイス１５から添加物を供給している際には、図１（ａ）に示すように、タンク１１内に混合物５の液面が生じないように処理原料３を供給する。ここで、「液面が生じない」とは、タンク１１の底の排出口１１ａが、処理原料３又は混合物５で満たされてタンク１１内に貯まることがない程度の少ない量の混合物５が循環されている状態を意味する。すなわち、該「液面」は、後述の図１（ｂ）の液面５ａのような実質的に水平な液面を意味しており、「タンク１１内に混合物５の液面が生じないように処理原料３を供給する」とは、このような「水平な液面」がタンク１１内に生じない程度の少ない循環量で混合物５が循環されていることを意味している。よって、装置１は、タンク１１内の混合物の液面に粉状添加物が滞留することがなく、スラリー製造に要する時間を短縮できる。

【0014】

粉体供給デバイス１５は、タンク１１の底面のうち分散装置１２からの混合物５が流れる位置に添加物４を供給する。これにより、混合物５の流れに沿って粉状添加物４が排出口１１ａに導かれ、配管１４を介して分散装置１２に導かれ、分散される。分散装置１２で分散された混合物は、タンク１１に導かれる。

【0015】

処理原料供給デバイス１６は、粉体供給デバイス１５からの添加物の供給が完了した後には、図１（ｂ）に示すように、タンク１１内に混合物５の液面５ａが生じるように処理原料を供給する。このように、粉状添加物４が既に処理原料３あるいは混合物５と分散されることにより滞留しない状態になってから、処理原料を追加することで、タンク１１内の混合物の液面に粉状添加物が滞留することを防止でき、所望の混合比を実現できる。

【0016】

処理原料供給デバイス１６は、例えば、ノズル１６ａと、処理原料貯蔵タンク１６ｂと、このタンク１６ｂ内部の処理原料をノズル１６ａからタンク１１に供給するポンプ１６ｃとを有する。ポンプ１６ｃは、タンク１６ｂとノズル１６ａとを接続する配管１６ｄの経路上に設けられる。ポンプ１６ｃにより処理原料供給デバイス１６からタンク１１に供給される処理原料の量とタイミングは、制御部２０により制御される。

【0017】

ところで、粉体供給デバイス１５は、タンク１１内への挿入部分の長さを可変としてもよい。具体的に、粉体供給デバイス１５には、上下駆動部１５ａが設けられている。粉体供給デバイス１５は、上下駆動部１５ａによりノズル１５ｂを上下に駆動できる。粉体供給デバイス１５は、図１（ｂ）に示すような状態（第２ステップ）では、図１（ａ）に示す状態（第１ステップ）よりもノズル１５ｂの挿入部分の長さを短くする。これにより、図１（ａ）に示す粉状添加物供給状態においては、その粉を撒き散らすことなく、タンク１１の底面のうち分散装置１２からの混合物が流れる位置に添加物を供給する。また、図１（ｂ）に示す粉状添加物供給完了後の処理原料供給状態等においては、その混合物に粉体供給デバイス１５のノズル１５ｂの先端が液に浸かってしまうことを防止できる。ノズル１５ｂ先端が液に浸かると混合物がノズル１５ｂに付着するという問題や、次回の粉体供給の際に粉体がノズルに１５ｂ付着するという問題がある。

【0018】

また、粉体供給デバイス１５は、ノズル１５ｂ上に設けられ粉体添加物を貯蔵するホッパ１５ｃを有する。ホッパ１５ｃは、上下駆動部１５ａによりノズル１５ｂとともに上下に移動されてもよい。ホッパ１５ｃ内の粉体添加物は、ノズル１５ｂ内のスクリューフィーダ等により所定の速度でタンク１１内に供給される。粉体添加物の投入は、スクリューフィーダに限られるものではなく、例えば振動フィーダであってもよい。振動フィーダを用いる場合は、ホッパ１５ｃ内に必要量を投入する構成とすればよい。粉体供給デバイス１５からタンク１１に供給される粉体添加物の量とタイミングは、制御部２０により制御される。上下駆動部１５ａにより駆動される粉体供給デバイス１５の高さ方向の位置も、制御部２０により制御される。

【0019】

また、スラリー製造装置１は、添加物の供給が完了した後に、液面が生じたタンク１１内の混合物を攪拌する攪拌機１７を備える。この攪拌機１７には、モータ１８と、上下駆動部１７ａが設けられている。攪拌機１７では、上下駆動部１７ａにより羽根部分１７ｂを上下に駆動できる。攪拌機１７は、図１（ａ）に示す粉体添加物供給状態においては、ノズル１５ｂより上側に羽根部分１７ｂを退避させてもよい。退避させることで、粉体添加物４の供給の妨げになることを防止できる。攪拌機１７は、図１（ｂ）に示す液状等の原料供給状態やそれ以降の状態においては、液中に羽根部分１７ｂが浸かるようにして、その攪拌機能を発揮する。上下駆動部１７ａにより駆動される羽根部分１７ｂの高さ方向の位置は、制御部２０により制御される。撹拌機１７、具体的にはモータ１８は、制御部２０により制御される。

【0020】

スラリー製造装置１の配管１４には、圧力センサ（圧力計）２１と、流量センサ（流量計）２２とが設けられる。圧力センサ２１は、例えば、分散装置１２の手前に設けられる。流量センサ２２は、例えば、ポンプ１３の出口側に設けられる。圧力センサ２１及び流量センサ２２の検知結果は、制御部２０に送られる。

【0021】

分散装置１２は、ローター２６と、該ローター２６に対向して配置される対向部材であるステータ２７とを有する。ローター２６及びステータ２７の間に、混合物を遠心力によって外周方向に通過させることによって分散させる。分散後の混合物５は、配管１４及び投入ノズル１２ａを介してタンク１１に戻される。分散装置１２には、ローター２６及びステータ２７間の隙間を調整する昇降機構２８が設けられている。昇降機構２８は、例えば、ローター２６を上下に駆動することで、この隙間の大きさを調整できる。分散装置１２は、具体的にはローター２６の回転数は、制御部２０に制御される。昇降機構２８による隙間の大きさは、制御部２０に制御される。

【0022】

尚、装置１に用いられる分散装置は、分散装置１２に限られるものではない。例えばステータに換えてローターを用いてもよい。すなわち、互いに逆方向に回転する一対のローターを有する分散装置であってもよい。また、スタティックミキサー等を用いても良い。ここで、分散装置１２等のローター型の分散装置を用いた場合には、ポンプ１３の送液機能を補助するため望ましい。これは、分散装置１２等のローター型の分散装置は、供給された混合物５を分散しながら遠心力により外側に排出するからである。これにより供給元の配管内の圧力を下げることとなり、この圧力低下によりポンプ１３の送液機能を補助する。

【0023】

以上のように、スラリー製造装置１は、処理原料３（混合物５）の流れとともに粉体添加物４をポンプ１３に導き、その混合物５を分散装置１２に送ることで、スラリーを製造する装置である。また、粉体添加物４を投入完了するまでは循環可能な最小限の処理原料３を使用し、投入完了後に残りの処理原料３を投入する装置である。具体的に、粉体供給デバイス１５及び処理原料供給デバイス１６、具体的にはポンプ１６ｃは、粉体添加物及び処理原料のタンク１１への供給量を制御部２０に制御されることで、タンク１１内に混合物の液面が生じないようにして、粉体添加物の滞留を防止した適切な分散処理を実現する。

【0024】

尚、粉体添加物４の濃度が上昇するにつれてスラリー（混合物５）の粘度が上昇し、装置内部へのスラリー付着量が増加し、ポンプ１３で循環されるスラリー量が減少する。このような場合に、タンク１１の排出口１１ａが混合物５で満たされない程度に処理原料３を追加する。粉体添加物４の供給が完了するまで同様の処理を繰り返す。粉体添加物４の全部の供給が完了した後に、所定の処理原料３の残りの全量を供給して、分散処理を行うことでスラリーが製造される。

【0025】

また、スラリー製造装置１は、図１（ａ）の粉体供給段階において、循環可能な量を検知し、不足があれば処理原料を追加しながら粉体添加物を投入する。例えば、流量センサ２２の検出結果に基づいて、制御部２０は、処理原料供給デバイス１６及び粉体供給デバイス１５を制御して所定の処理原料３及び粉体添加物４をタンク１１に供給する。尚、その他の情報に応じて、追加の処理原料３と粉体添加物４の投入速度を調整してもよい。この情報としては、流量のほかに、配管１４内の圧力（圧力センサ２１の検出結果）や、タンク１１内の混合物５の残量を用いてもよい。尚、タンク１１内の混合物５の残量は、レーザ等を利用した液面センサ等を設けることで検出してもよい。

【0026】

以上のように構成されたスラリー製造装置１を用いたスラリー製造方法について説明する。このスラリー製造方法は、処理原料と添加物との混合物を循環させながら分散させてスラリーを製造する。

【0027】

該方法は、第１ステップと、第２ステップと、第３ステップとを備える。第１ステップでは、タンク１１、分散装置１２、ポンプ１３、及びこれらを直列的に接続する配管１４に、スラリー状若しくは液体状の処理原料３を供給し、処理原料３又は混合物５を循環させながら、タンク１１内の該処理原料３又は混合物５に粉状の添加物４供給するとともに該混合物５を分散する。必要に応じて、処理原料３を追加供給してもよい。図１（ａ）は、第１ステップを示す。

【0028】

第２ステップでは、添加物４の供給が完了した後に、タンク１１、分散装置１２、ポンプ１３及び配管１４に混合物５を循環させながら、該混合物５に処理原料３を供給するとともに該混合物５を分散する。図１（ｂ）は、第２ステップの状態を示す。

【0029】

第３ステップでは、第２ステップの処理原料３の供給が完了した後に、タンク１１、分散装置１２、ポンプ１３及び配管１４に混合物５を循環させながら、該混合物５を分散する。尚、第３ステップも図１（ｂ）と同様にタンク１１内に液面を有した状態である。

【0030】

上述の第１ステップでは、タンク１１内に混合物５の液面が生じないようにされる。また、第１ステップにおいて、タンク１１の底面のうち分散装置１２からの混合物５が流れる位置に添加物が供給される。

【0031】

また、第１ステップでは、例えば、制御部２０により各部が制御され、次のような手順が繰り返される。まず、ポンプ１３が起動される（Ｓ１−１）。次に、タンク１１の底の排出口１１ａが処理原料３で満たされてタンク１１内に貯まることがない程度に処理原料３を投入する（Ｓ１−２）。次に、粉体添加物４が投入される（Ｓ１−３）。処理原料３と添加物４とが分散装置１２で分散される。次に、未投入分の粉体添加物４が有るか否かを判定する（Ｓ１−４）。未投入分の粉体添加物４が有れば、Ｓ１−２に戻る。未投入分の粉体添加物４がなければ第２ステップに進む。第２ステップでは、処理原料３を所定の濃度になる量だけ投入する。すなわち、所定量の処理原料３の残りの全量を投入する。処理原料３の投入が完了すると第３ステップに進む。尚、上述のＳ１−２〜Ｓ１−４を繰り返す際に、Ｓ１−２では、循環可能な最小限の処理原料が足りていれば（液面が生じない程度に循環して存在すれば）投入せず、上述したように粘度の上昇により循環される混合物が減少していれば投入する。

【0032】

上述の第２ステップでは、タンク１１内に混合物５の液面５ａが生じるように処理原料３が供給される。すなわち、混合物５が排出口１１ａに満ち、タンク１１内に貯まるまで、処理原料３を供給する。また、第２ステップでは、第１ステップよりも粉体供給デバイス１５の挿入部分の長さを短くする。また、第２ステップでは、攪拌機１７の羽根部分１７ｂを下降させる。第２ステップ及び第３ステップでは、混合物５を循環させながら、攪拌機１７で攪拌することで、粉体添加物が均一に分散されたスラリーが製造される。

【0033】

以上のようなスラリー製造装置１及びこれを用いたスラリー製造方法によれば、軽い粉状添加物を用いる場合にも滞留を防止して、分散時間を短縮してスラリーを製造することを実現する。

【0034】

以下、明細書及び図面で用いる主な符号を列挙する。
１ スラリー製造装置
３ スラリー状若しくは液体上の処理原料
４ 粉状の添加物
５ 混合物
１１ タンク
１２ 分散装置
１３ ポンプ
１４ 配管
１５ 粉体供給デバイス
１５ｂ 粉体供給デバイスのノズル
１６ 処理原料供給デバイス

【図1】