CN103517754A - 使液体均质化的方法及其设备 - Google Patents

Abstract

用于使容器中液体，特别是用于涂料的着色剂，均质化的方法和组件，其包括以下步骤：从容器中抽出液体，然后再使液体返回容器。使用该方法和组件无需搅拌器。

Description

使液体均质化的方法及其设备

技术领域

本发明涉及在容器中使液体，尤其是用于涂料的着色剂，均质化的方法。本发明进一步涉及一种用于分配液体的组件，其包括容器和泵，并涉及包括多个这样的组件的设备。

背景技术

悬浮在液体中的颗粒的布朗运动（Brownian motion）并不足以克服重力，并且这样的颗粒倾向于从液体中沉淀出来并且凝聚。涂料行业已经花费了上百年来努力解决这个问题。在这个行业中始终广泛认为，为了使用着色剂分配器成功地施加有色的着色剂，分散剂（dispersion）必须进行搅拌。这种需求对分配器的生产厂商提出了严格的要求，尤其是在着色剂含有填充量较高的颜料的时候。

EP 2 198 950涉及一种用于分配多种流体的设备（由该出版物的附图中编号1指示），其包括支持件，诸如转盘（turntable）（2）或线性台、安装在支持件（2）上用于存放流体上的多个容器（4）、连接到各个容器（4）的泵（4）、用于按顺序地操作泵（3）的公共致动器（31）、可转动地安装在容器（4）内部并从容器（4）延伸的搅拌元件，以及，用于使搅拌元件转动的驱动机构（21）。其中，一方面支持件（2）和另一方面的致动器（31）和驱动机构（21）可相对于彼此运动。驱动机构（21）包括可在至少第一、用于接合搅拌元件（20）的延伸位置（图2B），和第二，缩回位置（图2A）之间运动的突出物（26）。

WO 2008/110606涉及罐组件，其包括具有被连接至底部的圆柱形外壁的环形外壳（21），该底部继而被连接至起到立管作用的圆柱形内壁。底部包括被连接至泵的出口（29）。中空搅动器轴（21）在内部立管上滑动，并且包括多个向外延伸的叶片（32），用于搅拌或“搅动”流体。

EP 1 908 510涉及一种用于混合流体，尤其是涂料和漆的装置。该出版物的附图示出了包括搅拌元件的存储罐（2）。GB 1,004,721也揭示了搅拌装置。

实践中，搅拌器容易污染，着色剂会变干，并且随时间推移会在搅拌器上形成着色剂薄层。当多个干燥层剥离并落入着色剂中时，干燥层可能严重导致污染。这样甚至可能导致下游泵的堵塞或涂料的污染。

另一个缺点是，搅拌器不可避免地导致着色剂与着色器上方的大气发生很多相互作用，这会导致容剂蒸发和氧化。

本发明的目的是提供在容器中使液体，尤其是用于涂料的着色剂，均质化的方法，该方法无需搅拌器。

发明内容

本发明涉及在容器中使液体，尤其是涂料的着色剂，均质化的方法，其包括以下步骤：从该容器中抽出液体，并然后使液体返回容器。

这些措施被发现即使是在没有使用搅拌器的时候也会实现有效的混合。

在一个实施例中，将液体以第一流动速度（S1）从容器中抽出，并然后以高于第一流动速度（S1）的第二流动速度（S2）返回容器中。

在另一个实施例中，液体的一部分，优选地为大部分，在具有轴向分量的方向上返回，优选地沿容器的中心轴返回。

在进一步的实施例中，返回的液体的流动速度超过0.2A*(V^1/2)/M，其中，M为所取出的液体体积相对于容器的最大容积的百分比，V是容器中液体柱的高度（取出前）相对于容器高度的百分比，而且A是粘度校正，并且在0,6至1,4的范围内，优选地在从0,8至1,2的范围内。在又另一个实施例中，容器中内容物的至少5%，优选地至少10%，的量从容器中被抽出并返回容器，典型地不超过该容器内容物的50%。

在一个实施例中，液体经由一个或多个喷嘴返回容器，并且喷嘴处的雷诺数超过1000，优选地超过2000，即：

ρVLC/μ=Re=>1000，优选地>2000。

其中，ρ为液体密度，V为液体的喷嘴出口速度，L为喷嘴直径，μ为液体粘性，并且C为罐特性，该罐特性的值在从1至5的范围内，优选地为1.6。

由于在雷诺数超过1000的情况下，在喷嘴处的高能量散布，喷射将导致湍流，其伴随产生尺寸范围大的漩涡。大规模的漩涡被认为能负责俘获来自周围的流体，并将其夹带到流中，导致材料的彻底混合。

进一步地，液体优选地在范围从2至10巴，更特定地在3至8巴，更特定地在4至6巴的压力下返回。

通过这样的方式相对于着色剂的粘度调节流动速度，使得在将容器连接至泵的导管的出口处产生脉冲流，着色剂将向上流动通过容器的中心，并到达容器中液体的顶部。为避免返回的着色剂冲破容器中着色剂的表面，可将泵冲程和泵速度调节成实际的着色剂水平和着色剂规格（密度、粘度、流变结构（reologic structure），等）。

在一个实施例中，至少部分的，优选地为大部分或所有的液体在具有径向分量，优选地至少基本为径向的方向上并优选地沿着容器底部返回。

在另一个实施例中，至少部分，优选地为大部分或所有的液体在具有切向分量的方向，优选地至少基本上切向地返回，并以例如倾斜的方式围绕容器的中心轴产生涡流。

为了使容器的全部内容物有效地均质化，优选地从容器中的液体下半部，优选地从底部，抽出液体，并将其返回容器中液体的上半部，优选地为顶部。

另一个实施例包括连续地重复上述从容器中抽出液体并然后使液体返回容器的步骤，直到对应于容器中液体的至少50%的体积，优选地至少70%的体积已经被抽出并返回。这个过程可在例如分配涂料配方之间，或在分配器已经空闲了预选定的时间段，例如6个小时的时候执行。

为补偿由于例如温度变化导致的粘度变化，在一个实施例中，该方法包括确定（例如测量、计算，或从数据库中检索）在容器中的液体粘度，并依据该粘度调节第一和/或第二流动速度。

本发明进一步涉及用于分配液体的组件，其包括用于存放液体的容器、经由至少一个导管被连接至容器的泵，和用于操作泵的控制器，其中，控制器被布置成操作泵以第一流动速度（S1）从容器中抽出液体，并然后以高于第一流动速度（S1）的第二流动速度（S2）将液体返回容器。

在一个实施例中，导管被定位在具有沿容器的中心轴延伸的分量，即，轴向分量，的方向上延伸，并优选地与该容器中心轴同轴地延伸。

在另一个实施例中，在容器中没有搅拌器，因此避免了上面所列出的搅拌器的缺点。

本发明进一步涉及用于分配多个液体，尤其是涂料的着色剂，的设备，其包括依据以上所说明的本发明的多个组件。

进行搅拌的容器通常具有圆形横截面，以容纳（转动的）搅拌器，并使其有效。结果发现，依据本发明，在具有非圆形横截面的容器中搅拌也是有效的。因此，容器的横截面可针对其它设计参数来选定或优化，例如在包括多个容器的分配器中有效地利用空间。在一个实施例中，容器具有长圆形，例如，椭圆形或楔形的横截面。在这样的实施例中，优选的是喷嘴被引向横截面的（远）端部中的至少一个。

在另一个实施例中，容器的底部或容器中的至少一些是凹进的，例如，圆锥形、截头圆锥形，或单或双曲面形，例如碗状或环面形的。因此，径向地或者在具有径向分量的方向上喷射回到容器中的液体更加有效地搅拌液体的底部，然后被向上引导，使得沉淀物分布在容器中液体的大部分的上方。

在本发明方案内，术语“液体”被定义为任意可流动的材料，其包括液相并因此包括悬浮液和乳液。着色剂通常包含悬浮在（不稳定的）液体粘合剂/溶剂溶液中的高密度有色物或颗粒。

附图说明

参考附图将进一步说明所揭示的方法、组件和设备，附图中示意性地示出了本发明的当前优选实施例。

图1是所揭示的用于分配液体的设备的立体图；

图2A至图2C为依据本发明的组件的横截面图，其包括容器和泵，这些图还说明了事件的顺序；

图3至图5示出了依据本发明的组件的进一步的实施例；

图6A和图6B为图5中所示出的实施例中所使用的喷嘴的横截面；

图7A至图7C为依据本发明利用抽取液体的径向喷射的实施例的横截面，分别为正视、侧视以及俯视平面图；

图8示意性地示出了依据图7A至图7C在容器中的液体均质化。

注意，附图并不需要按比例描绘，并且对本发明的理解非必需的细节可省略。

具体实施方式

图1示出了用于分配多个液体，诸如涂料的着色剂，也可以是染发剂、香波、粉底，等的设备1的示例。其可被用于配制所述产品的多个处方和配方，并且其可被置于例如装饰性涂料的零售商处。

这种特定的分配设备1为自动式的，并包括水平的转盘2，其具有沿其周边安装的多个容器3。每一个容器3配备有泵4和阀5（图2A至图5）。

转盘2可在离散的位置，例如12个或16个位置之间旋转，这些位置包括分配位置，即通过中心制动器操作泵和阀的位置。液体被分配到一个贮藏器中，在本示例中为在可调节搁板7上的桶6。设备1包括由例如通过喷射模制的聚合物制成的底座8。用于输入和存储信息，诸如客户数据和处方，和生成用于驱动转盘2、泵和阀的指令的计算机9，被置于分离的支架10上。

在例如EP 800 858、EP 1 492 970、EP 1 688 652和EP 2 198 950号欧洲专利申请中揭示了关于可适用的转盘和用于驱动不同部件的规程的进一步的信息。

如在图2A至图5中所示出的，每一个阀5通过导管11被连接至容器3的底部，连接至正位移泵（positive displacement pump）4，并连接至分配开口或分配导管12。在该示例中，泵4包括圆柱体13以及可滑动地容纳在该圆柱体13内部的活塞以及活塞连杆14。进一步地，阀5包括操作元件，例如，手柄、杠杆，或在本示例中为旋钮15。阀5和旋钮15提供了三个位置：第一或封闭位置，其中出口开口和容器与泵之间的连接封闭；第二或进给位置，其中，容器和泵之间的连接开放而出口封闭；以及，第三或分配位置，其中容器和泵之间的连接封闭而且出口开放。

在图2A和图2C中示出了本发明的方法的示例。在第一步骤（图2A）中，阀处于其第二或进给位置，并且活塞被拉出，因此以第一速度（S1）从容器中抽出液体。如果要分配液体（图2B），将阀转动至其分配位置，并且将活塞推入。如果（部分的）液体被用于使容器中的内容物均质化，阀保持在（或返回到）第二位置，并且以更高的速度将活塞推入，从而以高于第一速度的第二速度S2将液体注射回到容器中。

在图2C中，第二速度被选定为使得返回的液体的主要部分到达容器中部。但是，为了使容器的全部内容物均质化，优选的是从容器底部抽出液体并使其返回容器中液体的上半部，优选地为顶部。

均质化可以不同的方式进一步增强。图3示出了依据本发明的容器和泵的组件的实施例，其包括将阀5和泵4连接至容器3的顶部附加（内部或外部）导管16，以将返回的液体直接运送至容器3的顶部。

图4示出了包括中心立管或管道17的实施例，其在其靠近容器3的底部的壁上具有一个或多个开口18。进一步地，容器3的底部19为截头圆锥体，具有比容器剩余部分小的直径，并且/或者包括其它器件以增加对于流出开口的液体的流动阻力。平衡由这些器件产生的流动阻力和管道中的流动阻力，以确保在从容器中以第一，相对低的速度S1，抽出液体的过程中，大部分液体将从容器中液体的底部抽出，并且在以第二，相对高的速度S2，返回来自容器的液体过程中，大部分液体将从管道的顶部开口，即从容器中液体的顶部，排出。

图4中示出的组件进一步包括用于管道顶部开口的盖20。在液体以过高的速度返回的情况下，则该盖将防止容器内部出现“喷泉”。而且，如果容器配备有保存液体的柔性袋（未示出）-例如，以防止液体与容器中任意空气之间相互作用-，该盖防止管道中的顶部开口被该柔性袋阻塞。

图5示出了一个实施例，其包括用于提高混合效率的结构21的另一个示例。在图6A和图6B中详细地示出的结构21包括配有中心开口23和多个径向开口24的顶部表面22。

一方面，中心开口的区域和长度，另一方面，径向开口的区域和长度、顶部表面的直径D1以及该结构的轴向位置处容器内部直径D2，已经被选定为，在以第二速度返回液体的过程中，提高被引导在轴向方向上的液体的量。

通常，使用符合以下标准的结构可获得良好的结果：

（D2²-D1²）/D1=C/π

其中D1和D2是以上定义的直径，且C在从3至300的范围内。在图6A和图6B所示出的示例中，C等于24。

图7A至图7C示出了依据本发明的容器3，其具有椭圆形横截面和双曲形（内部）底部表面。径向指向的并朝向弯曲表面的多个喷嘴被置于底部表面中心处或附近。在该示例中，容器包括蘑菇形状的结构21，其具有四个喷嘴24。两个喷嘴具有相对大的直径D3，其沿着椭圆形的长对角线延伸，并朝向弯曲表面开口。另两个喷嘴具有相对小的直径D4，其沿着椭圆形的短对角线延伸，并且也朝向弯曲表面开口。该结构在其顶部封闭，即，在轴向方向上没有液体喷射出。

图8示意性地示出了在依据图7A至图7C的容器中对液体的均质化（混合）。即，液体径向地返回到容器中，并具有雷诺数2500。从喷嘴喷射出的液体在受到向上引导前有效地搅拌液体的底部，有效地使沉积物分布在容器中的液体的大部分上方。

本发明的方法和组件提供了对容器中的着色剂的有效均质化，避免了对搅拌器的需求。

顺理成章地，本发明并不限于以上所揭示的实施例，而是可在权利要求书的范围内以多个方式变化。例如，容器可由刚性材料或柔性材料制成。容器和/或容器内部的袋的柔性使得容器补偿了临时被抽出的液体的量。

Claims (15)

1.将容器中的液体，尤其是涂料的着色剂，均质化的方法，其包括以下步骤：将液体从所述容器中抽出，并然后使所述液体返回到所述容器。

2.如权利要求1所述的方法，包括以下步骤：以第一流动速度（S1）从所述容器中抽出液体，并且然后以第二流动速度（S2）使所述液体返回所述容器，所述第二流动速度（S2）高于所述第一流动速度（S1）并优选地超过：

0.2A*(V^1/2)/M

其中M为抽出的液体的体积相对于所述容器的最大容积的百分比，V为所述容器中的液体柱的高度相对于所述容器的高度的百分比，并且A是粘度校正并且处于0,6至1,4的范围内，优选地处于0,8至1,2的范围内；

并且/或者其中，所述容器的内容物的至少5%，优选至少10%，的量从所述容器中被抽出并返回到所述容器。

3.如权利要求1或2所述的方法，其中，所述液体经由一个或多个喷嘴被返回到所述容器，并且在所述喷嘴处的雷诺数超过1000，优选地超过2000。

4.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其中所述液体的至少一部分，优选的大部分，在具有轴向分量的方向上被返回，优选地沿所述容器的中心轴返回。

5.如前述权利要求中任一项所述的方法，其中所述液体的至少一部分，优选的大部分或所有在具有径向分量的方向上，优选地至少基本径向地，被返回。

6.如权利要求5所述的方法，其中，所述液体沿所述容器的底部被返回。

7.如前述权利要求中的任一项所述的方法，包括不断地重复从所述容器抽出液体然后将所述液体返回所述容器的步骤，直到对应于所述容器中所述液体的至少50%，优选的至少70%的体积已经被抽出和返回。

8.如前述权利要求中的任一项所述的方法，其包括步骤：确定所述容器中所述液体的深度，并根据该深度调节所述液体被返回的流动速度。

9.用于分配液体的组件，包括用于保存液体的容器、经由至少一个导管连接至所述容器的泵，以及用于操作所述泵的控制器，其中，所述控制器被布置成操作所述泵以从所述容器中抽出液体，并然后将所述液体返回所述容器，以均质化所述容器中的所述液体的至少一部分。

10.如权利要求9所述的组件，其中，所述控制器被布置成操作所述泵以第一流动速度（S1）从所述容器抽出液体，并然后以高于所述第一流动速度（S1）的第二流动速度（S2）将所述液体返回所述容器。

11.如权利要求9或10所述的组件，其中，所述导管被定向成具有沿所述容器的中心轴延伸的分量的方向，并优选地与所述容器的中心轴同轴。

12.如权利要求9至11中的任一项所述的组件，其中，所述导管包括一个或多个径向开口。

13.如权利要求9至12中的任一项所述的组件，其中，所述容器的横截面为椭圆形并且/或者所述容器的底部表面是凹进的。

14.如权利要求9至13中的任一项所述的组件，其中，在所述容器中没有搅拌器，并且/或者所述泵为正位移泵，优选地为活塞泵。

15.一种用于分配多个液体，尤其是涂料的着色剂的设备，其包括多个如权利要求9至14中任一项所述的组件。

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