CN1282626A - 介质扩散装置 - Google Patents

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Abstract

一种浸入式扩散装置,其中扩散腔浸入用于处理的要被处理的材料中。在扩散装置的扩散腔中,设置有一个圆柱形外定子和一个设置在其中的圆柱形内定子以形成一个环形处理间隙。扩散介质包含在位于外部定子和内部定子之间的环形处理间隙内。转子插入处理间隙以将处理间隙分隔成外部间隙和内部间隙。当转子旋转时,在扩散腔中产生了环形扩散处理作用,由此,要被处理的材料能够进行很好地扩散。

Description

介质扩散装置
本发明涉及一种浸入式扩散装置，其中要被处理的材料(或研磨基质)包含有固体颗粒和处理液体，通过使用扩散介质，该材料被很好地磨削并扩散到处理液体中。特别是，本发明涉及一种浸入式扩散装置，其中扩散介质包含在扩散腔中，并且该扩散腔浸入到用于扩散处理的要被处理的材料中。
已知有多种类型的浸入式扩散装置，其中包括扩散介质的扩散腔浸入到箱体中并且有一套系统进行扩散处理。
例如，在JP-B-59-46665(JP-A-58-174230)、JP-B-62-16687(JP-A-60-48126)、JP-B-5-82253(JP-A-1-210020)、JP-B-6-73620(JP-A-6-86924)和JP-B-8-17930(JP-A-3-72932)中描述了这种扩散装置。在这些传统装置中，由于在扩散腔中采用了销子、钉子或类似物作为搅拌扩散介质的装置，所以材料中要被处理的固体颗粒的颗粒尺寸可能不能充分地减小。例如，有时发现扩散制品被磨削到颗粒尺寸仅为10μ的程度。
另外，在传统的浸入式扩散装置中，由于驱动轴穿过扩散介质在扩散腔中移动的那个空间，所以扩散介质有时会堵塞通孔部分或者从通孔部分流出。
本发明的目的是提供一种具有上述结构的浸入式扩散装置，它具有进一步提高的扩散性能。
另外，本发明的另一个目的是提供一种浸入式扩散装置，通过它，能够单独地控制位于箱体内的要被处理的材料液流和扩散腔中的扩散介质液流，并防止堵塞或扩散腔内包含的扩散介质溢流。
根据本发明，已经发现通过在扩散腔内设置圆柱形转子和环绕转子外部表面和内部表面的外部定子和内部定子，能够获得比传统的浸入式扩散装置更高的扩散度，使得扩散腔内的扩散系统是具有环形处理间隙的环形形式，并在旋转转子时，在环形处理间隙内循环扩散介质，排出被处理的扩散材料，克服箱体中的旋流而将扩散材料吸入扩散腔，并重复进行上述环形形式的扩散处理。
即，本发明提供了一种浸入式扩散装置，其中包含扩散介质的扩散腔浸入到包含要被处理的材料的箱体中，所述要被处理的材料循环流入扩散腔，并且通过使扩散介质在扩散腔中移动而使要被处理的材料扩散，其中包括
一个扩散腔，
一个圆柱形外部定子和一个设置在圆柱形外部定子的内部的圆柱形内部定子，它们形成了一个位于扩散腔中的环形处理间隙，
一个转子，它插入到处理间隙中，用于将处理间隙分隔成一个外部间隙和一个内部间隙，
一个驱动轴，它驱动转子旋转，
一个轴向流体轴，它插入内部定子的内部，
轴向流体叶片，它们设置在轴向流体轴上，使得要被处理的材料流动，使要被处理的材料流进扩散腔的处理间隙内，
一个循环口，它制在转子上，使处理间隙内包含的扩散介质与要被处理的材料流一起，流过外部间隙，并流进内部间隙以及返回到外部间隙，
一个用于要被处理的材料的排出口，它制在内部定子上，和
一个丝网，它设置在排出口处，用于将扩散介质与要被处理的材料隔离开。
本发明还提供了一种浸入式扩散装置，其中驱动轴向流体叶片转动的轴向流体轴，与驱动轴相通。
本发明还提供了一种浸入式扩散装置，其中驱动转子转动的驱动轴制成空心形式；轴向流体轴可穿过驱动轴，并且轴向流体轴与不同的驱动源相连并具有同心的双轴结构，从而分别控制两轴。
本发明还提供了一种浸入式扩散装置，其中在转子、外部定子、内部定子或类似物的适当位置，制有诸如凹凸部分、突起、螺旋槽或类似物等的流体控制表面，通过它们，扩散介质的冲击力或磨削力能有效地施加给要被处理的材料以形成高度改善的扩散作用。
图1是表示本发明一个实施例的截面图；
图2是图1所示扩散腔的放大截面图；
图3是表示本发明另一实施例的截面图；
图4(A)和4(B)是表示设置在转子上部的转子末端部分的平面图和正视图；
图5(A)、5(B)和5(C)是分别表示设置在转子、外部定子和内部定子上的流体控制表面的视图。
图1表示了本发明的一个实施例，其中在可相对于箱体(1)上下移动的支架(2)的下方通过一根杆(5)设置了一个扩散腔(4)，使得当支架(2)向下移动时，扩散腔(4)浸入到箱体(1)内的要被处理的材料中。
扩散腔(4)具有一个安装在杆(5)上的上板(6)和一个通过拉杆(7)与上板(6)相连的下(底)板(8)，还有一个圆柱形外部定子(9)设置在上板(6)和下板(8)之间。在定子(9)的内部，设置了一个圆柱形内部定子(10)，由此形成了底部环形处理间隙(12)，以将扩散介质(11)包含在定子(9)和(10)之间。内部定子(10)与下板(8)制成一体，使得下板(8)的中央形成了一个通孔。但是，内部定子(10)也可以独立于下板(8)制成，并接着安装到下板(8)上。另外，定子(9)和(10)制成圆柱形。但是，它们也可以制成适当的多边柱体。
在处理间隙(12)内，从处理间隙的开口一侧插入了圆柱形转子(15)，使得处理间隙(12)被分隔成外间隙(13)和内间隙(14)，外间隙(13)和内间隙(14)在处理间隙的底部一侧相互连通。转子(15)安装在驱动轴(16)的下端，并通过在马达(未表示)带动下使驱动轴(16)旋转而在处理间隙(12)中转动。在该图中，转子(15)制成圆柱形。但是，它也可以制成适当的多边管状体。处理间隙(12)的宽度，特别是外部间隙(13)的宽度，最好是设计成具有适当的宽度，使得能够向要被处理的材料有效地施加扩散介质的剪切力，就象通常的环形扩散系统中的那种情况。
对于转子(15)，如图2所示，连接件(18)装配在圆柱形转子体(17)的上方内部中并通过螺栓(19)固定。在这种情况下，制在连接件(18)上的容纳槽(22)与安装在转子末端部分的啮合件(23)啮合，以将连接件(18)保持而不相对转动。驱动轴(16)的末端部分插入到转子部分(20)中并保持不相对旋转，并由螺母(24)固定。
有一根轴向流体轴(25)安装在连接件(18)上，所述轴(25)插入到内部定子(10)的内部。轴向流体轴(25)设计成与驱动轴(16)一起转动的形式。如果轴向流体轴(25)独立于驱动轴安装，则轴向流体轴能够独立于驱动轴(16)旋转。图3表示了一个实施例，其中轴向流体轴和驱动轴可以独立受到驱动。在该图中，制有空心驱动轴(16a)，轴向流体轴(25a)插入到驱动轴的空心部分，由此，空心驱动轴(16a)和轴向流体轴(25a)构造成具有同心的双轴结构。轴向流体轴(25a)的下部穿过转子(15)并向着内部定子(10)的内部延伸，轴向流体轴(25a)的上部与不同于驱动轴(16a)驱动源的驱动源(未表示)相连。通过独立控制各轴的驱动源，能够改变转子的转速和轴向流体轴的转速。
转子(15)上部的转子末端部分(20)制成大致为锥台形状。有一个进口腔(27)通过一个螺栓(28)安装到上板(6)上，其中进口腔(27)的中央具有一个流入口(26)，使其覆盖在转子末端部分(20)的上表面上制有的锥形斜面上。在转子末端部分(20)和进口腔(27)之间，制有一条与外部间隙(13)相通的锥形间隙(29)。在转子末端部分(20)的外表面上和／或形成锥形间隙(29)的进口元件(27)的内表面上，最好制有适当的防溢流突起(30)，使得处理间隙内的扩散介质(11)不会从流入口(26)通过锥形间隙(29)流入箱内。
图4表示了防溢流突起(30)，其中在整个锥形斜面(31)和转子末端部分(20)的圆柱形表面(32)都制有呈螺旋形凸出的防溢流突起(30)，当转子旋转时，从处理间隙(12)流向锥形间隙(29)的扩散介质(11)碰到防溢流突起(30)后返回处理间隙(12)。防溢流突起可具有下述结构，即在槽的边缘制有诸如螺旋形槽，以用作突起(未表示)。
在轴向流体轴(25)上制有轴向流体叶片，它控制在箱体中要被处理的材料的流动方式，使得要被处理的材料可以流入扩散腔的处理间隙中。轴向流体叶片可以设计成不同形式。在图示实施例中，向下旋转的桨状叶片(33)设置在内部定子(10)的内部的位置，并比它们低，还提供了一个轴向流体推进器(34)，在其末端，还提供有涡轮叶片(35)，由此产生如箭头(A)所示的从箱体下部流向上部的旋流。
在内部定子(10)的适当位置，制有一个用于要被处理的材料的排出部分(36)，其上提供了一个具有例如孔、槽或网的流体孔的丝网(37)，以将扩散介质(11)与要被处理的材料隔离。在内部定子(10)的上部，通过螺栓(39)固定了一个密封盖(38)，使得扩散介质(11)不会从内部间隙(14)流出。
通过旋转轴向流体轴(25)，在箱体中产生了上述要被处理的材料的旋流，同时，处理间隙(12)内的扩散介质(11)也从外部间隙(13)流进内部间隙(14)。在转子(15)上，制有圆形部分(40)，使得已经到达内部间隙(14)的扩散介质(11)将返回到外部间隙(13)。在圆形部分(40)成形的位置，圆形部分(40)的尺寸、数量、形状和类似参数可以适当地加以构造。在图示实施例中，在转子体(17)的圆周上沿轴向提供了两个长槽。
为了当转子(15)旋转时控制扩散介质(11)和要被处理的材料(3)的流动方式，可以在面对外部间隙(13)或内部间隙(14)的每一元件表面上制有例如凹凸部分、突起、长槽或螺旋槽等流体控制表面。对于这种流体控制表面(41)，可以采用适当的形状，例如JP-B-3-62449(JP-A-63-1432)所述的螺纹形槽、JP-B-4-70050(JP-A-1-171627)所述的带刺突起和类似物。
可以在适当的位置提供例如突起等流体控制表面(41)，所述位置能够考虑到要被处理的材料的特性和扩散效果。例如，这种表面可以提供在如图5(A)所示的转子(15)的外表面上、图5(B)所示的内部定子(10)的外表面和转子(15)的外表面、如图5(C)所示的转子(15)的内外表面、外部定子(9)的内表面和内部定子(10)的外表面。
当在转子的整个外表面提供了流体控制表面(41)时，扩散介质(11)的移动加速了，因此通过锥形间隙(29)向流入口(26)一侧流动的扩散介质(11)的量趋于增大。根据实验结果，已经证实了这种趋势可以通过在转子外表面的高度的大约1／7到大约1／5的部分处制成平面(42)并在该部分下方制成流体控制表面(41)来减小。
在图1或类似图中的实施例，在外部定子(9)的外侧提供了一个用于使温度控制介质(例如冷却水)循环的夹层(43)。但是，该夹层也可以提供于定子转子或类似物上，或者在两侧都不提供夹层。因此，当其中扩散介质(11)充满到处理间隙(12)的大约60到90％的扩散腔(4)浸入要被处理的材料(3)中时，驱动轴(16)旋转，转子(15)在处理间隙(12)内转动。那时，如图1所示，当轴向流体轴(25)与驱动轴(16)相连时，轴向流体轴(25)将同时转动，并在箱体内产生要被处理的材料的旋流。另外，如图3所示，当轴向流体轴(25a)独立于驱动轴(16a)以同心双轴形式提供时，通过与驱动轴(16a)的驱动源不同的驱动源带动轴向流体轴(25a)转动，将产生要被处理的材料的旋流。
在箱体中循环的要被处理的材料通过扩散腔(4)的流入口(26)进入处理间隙(12)的外部间隙(13)，并流入内部间隙(14)。在此期间，由转子(15)带动而运动的扩散介质(11)通过冲击力或在扩散介质中产生的磨削力而用于很好地磨削要被处理的材料中的颗粒，经过很好地磨削的颗粒在液体中扩散，然后只有扩散的材料通过丝网(37)被排到箱体中，通过这种操作，材料可以扩散到期望的扩散程度。
当采用图1所示的装置使很难扩散的染料发生扩散作用时，可以在5分钟的固定时间内达到期望的颗粒尺寸(至少0．2μm)，而若采用传统的浸入式扩散装置则需要50分钟。
本发明装置构造成上述形式，即要被处理的材料在扩散腔内的环形扩散处理作用下进行扩散，使之达到与那些采用销子或钉子的传统搅拌叶片相比，具有更好的扩散度。当独立于驱动轴以同心双轴形式提供轴向流体轴时，它们单独受到驱动，转子的转动和箱体内的环流将受到控制，以使要被处理的材料的特性达到最佳条件。另外，由于轴向流体轴插入到构成扩散腔的内部定子的内部，并且轴向流动轴能够制成不与扩散介质接触的形式，所以不同于传统装置，而是能够避免堵塞或扩散介质溢流。

Claims (9)

1．一种浸入式扩散装置，其中包含扩散介质的扩散腔浸入到包含要被处理的材料的箱体中，要被处理的材料循环流入扩散腔，并且通过使扩散介质在扩散腔中移动而使要被处理的材料扩散，其中包括：
一个扩散腔，
一个圆柱形外部定子和一个设置在圆柱形外部定子的内部的圆柱形内部定子，它们形成了一个位于扩散腔中的环形处理间隙，
一个转子，它插入到处理间隙中，用于将处理间隙分隔成一个外部间隙和一个内部间隙，
一个驱动轴，它驱动转子旋转，
一个轴向流体轴，它插入内部定子的内部，
轴向流体叶片，它们设置在轴向流体轴上，使得要被处理的材料流动，使要被处理的材料流进扩散腔的处理间隙内，
一个循环口，它制在转子上，使处理间隙内包含的扩散介质与要被处理的材料流一起，流过外部间隙，并流进内部间隙以及返回到外部间隙，
一个用于要被处理的材料的排出口，它制在内部定子上，和
一个丝网，它设置在排出口处，用于将扩散介质与要被处理的材料隔离开。
2．一种如权利要求1所述的浸入式扩散装置，其特征在于，驱动轴向流体叶片转动的轴向流体轴，与驱动轴相通。
3．一种如权利要求1所述的浸入式扩散装置，其特征在于，驱动转子转动的驱动轴制成空心形式；轴向流体轴可穿过空心驱动轴，并且轴向流体轴的末端插入到内部定子的内部。
4．一种如权利要求1所述的浸入式扩散装置，其特征在于，在转子的外侧，制有诸如凹凸部分、突起、螺旋槽或类似物的流体控制表面。
5．一种如权利要求4所速的浸入式扩散装置，其特征在于，流体控制表面制在转子的外部表面和内部定子的外部表面。
6．一种如权利要求4所述的浸入式扩散装置，其特征在于，在转子的内、外表面，外部定子的内表面和内部定子的外表面。
7．一种如权利要求4所述的浸入式扩散装置，其特征在于，在转子的外表面的上部高度的大约1／7到大约1／5的部分是平面，并在该平面下方制有流体控制表面。
8．一种如权利要求1所述的浸入式扩散装置，其特征在于，转子的上部制成大致为锥形的形状，并且有一个进口元件面对上部，其中进口元件在中央具有一个流入口并覆盖转子的上部，在进口元件和转子的上部之间，制有一个与外部间隙相通的锥形间隙。
9．一种如权利要求8所述的浸入式扩散装置，其特征在于，在转子的外表面上和／或对着锥形间隙的进口元件的内表面上，制有防止扩散介质溢流的突起。
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