JP2004508926A - 液体のバッチを処理する方法及び処理プラント - Google Patents

Abstract

処理プラントが、タンク（１）、出口導管（２）、洗浄剤のリザーバ（１２）又は添加剤源（１３）、液体をタンクに戻すループ導管（３）、ループ導管中への液体の導入を制御する弁手段（９）、及び液体をループ導管中へ送り込むポンプ（４）を有する。液体の戻りは、液体の攪拌を生じさせるために液体のジェットをタンク内の液体中に導入するようになった噴射装置（５）により行われる。ジェットノズルは、第１の軸線及び第１の軸線に垂直な又は垂直ではない第２の軸線の回りに動力で回転するようになっている。ジェットノズルは、一軸線のみの回りに回転するフラットジェットとして具体化できる。タンクを空にすると、噴射装置は、液体をタンク壁に吹きつけることによりタンクを洗浄するのに役立つ。本発明は、液体を処理する方法及び処理プラントを提供する。

Description

【０００１】
本発明は一般に、タンク内に貯蔵されている液体の処理及び液体を攪拌して混合する方法に関する。
本発明は特に、タンク内の液体を処理する方法、処理プラントを稼働させる方法及び処理プラントに関する。
【０００２】
液体の処理技術において、液体をどれほど頻繁に混合又は攪拌するかの目安は、非常に重要であり、かかる攪拌は、種々の目的、例えば、均質化、即ち、濃度及び温度の差の均等化、液体と伝熱面との間の熱伝達の強化、液体中での固体の溶解の懸濁、不混和性液体の分散又は液体中でのガスの散布を達成する。バイオテクノロジー業界における特定の利用分野は、ビール発酵体又はイースト収容タンクを含み、このタンク内で、成分の濃度及び温度の一様性を得るために混合が行われる。他の利用分野は、食品又は化粧品の処理であり、かかる処理において、微量の成分を大量の物質に混入する必要がある。他の利用分野は、パルプ及び紙業界並びに塗料の調製、ポリマーの調製、でい水などの処理と関連した一般的な化学工業内に見られる。
【０００３】
混合作業は、種々の攪拌手段、例えば、回転インペラ又はジェットを備えた容器内で行われることが多い。典型的には、回転インペラなどの効果に起因するバルク回転又はタンク内の内容物の旋回（ｓｗｉｒｌｉｎｇ）を阻止する目的を達成するためにバッフルが設けられる。渦流（スワール）又は渦の形成を阻止するのに用いられることがあるバッフルは、構造上の複雑さを招くと共に死空間の形成及び洗浄を複雑にする表面の覆い隠しに起因する作業上の複雑さをもたらす。
【０００４】
回転インペラは、駆動モータ並びに軸受及びモータのための構造的な支持体を必要とする。大形タンク用の回転インペラは典型的には、幾つかのインペラ段を備えた回転シャフトを有している。回転シャフトは典型的には、両端部に設けられた軸受並びにこれら端部の中間に設けられた軸受によって支持される。回転インペラは、密閉容器内に組み込まれる場合が多く、この場合、シャフトが容器の壁を貫通している。インペラ羽根、軸受及び支持構造体は全て、余分の表面及び覆い隠し効果に起因して洗浄の複雑さを増す原因となる。
【０００５】
洗浄は、処理プラントにおける別の基本的なプロセスであり、洗浄は一般的には、種々の目的、例えば、交差汚染の回避、バリヤ層の発生の回避及び別の製品（類似のタイプのものであれ別のタイプのものであれ何れにせよ）のバッチに備えたプラントのそれぞれの部分の準備の目的で残留物を除去する目的を達成する。
【０００６】
米国特許第５，６２０，２５０号明細書は、インペラ羽根の先端部のところに配列されたジェットからのスラストによって回転駆動される回転インペラを有するジェットミキサを教示している。回転は流体の導入によって引き起こされ、この流体は、本体とインペラとの間の軸受にもなる。この装置の目的は、モータ及びシール付きの歯車箱に要件を課さないで混合を可能にすることにある。
【０００７】
この種のミキサは、種々の利用分野では或る幾つかの欠点を持つ。ジェットによって作られる反力による回転インペラの駆動は、利用される流体の圧力及びタンク内の液体の粘度に応じて回転速度に非常に大きなばらつきを生じさせる。さらに、固定軸線回りに回転するインペラは、タンク内に安定した循環パターンを確実に作り、これは特にタンクがよく見かけられるように内部構造的要素を備えている場合、攪拌速度が低いと後に１又は複数の死空間が生じる場合がある。固定軸線回りに回転するインペラによる攪拌は、別途措置によって抑制しなければならない場合のあるタンク内部の渦流又は渦を生じさせがちである。さらに、インペラは、タンク内部の洗浄を複雑にする覆い隠しを生じさせ、インペラそれ自体は、洗浄の際に専用の予防措置を必要とする場合のある表面をもたらす。
【０００８】
米国特許第４，１６６，７０４号明細書は、混合のための回転流体ジェット攪拌器を開示しており、この攪拌器は、垂直軸線の回りに回転するよう構成されていて、液体の流れを回転平面に沿って噴出させるようになったプライマリジェット混合ノズル及びプライマリノズルが垂直軸線の回りに回転するようにするスラストを送るよう構成された駆動ノズルを有している。駆動ノズルは、水平軸線の回りに回転するようになっているものであるのがよく、この場合、駆動ノズルは、ドラグプレートに構造的に連結されており、このドラグプレートは、回転中に生じる抵抗により重力のバランスが取られることによって回転が起こり、かくして、駆動ノズルの角度が制御され、それにより、駆動ノズルにより正味のトルクがプライマリノズルの回転に加わるようになる。
かくして、プライマリノズルは、固定垂直軸線の回りに回転し、駆動ノズルは、積極的な制御が無い状態で水平軸線の回りに振動することができる。
【０００９】
ジェットを１回のジェットから得られる反力によって回転させることは、種々の要因、例えば、駆動流体圧力及びタンク内部の液体のバルクの粘度に応じて速度に関しばらつきを生じさせがちである。固定垂直軸線の回りに回転するノズルからのジェットの効果による攪拌は、かなり安定した攪拌パターンを生じさせる傾向があり、これは、プライマリノズルの回転平面から遠く離れて例えばタンク容積部の部分内に死空間を残す場合がある。
【００１０】
米国特許第５，８１０，４７３号明細書は、ノズル付きの液体噴射装置を開示しており、この装置は、ノズルを垂直方向及び水平方向に揺動させる別々の動力源を備えている。噴射装置は、石油スラッジを流動化して石油スラッジの沈殿を防止し又はタンクフロア上の堆積物を除く目的を達成するため、大形油タンクの側壁又は頂部のところに据え付けられるようになっている。ノズルは、タンクの内容物から液体の流れを引き出すことにより得られる高圧流体を噴出させる。ノズルの揺動は、種々の角度の扇形内にのみとどまるよう制限される。
【００１１】
ノズルを揺動させる駆動機構は、歯車とエンドストップスイッチから成る手の込んだ装置及びシャフトが高圧液体に対するバリヤを横切ることができるようにするための１組のシールとパッキンを有している。
この種の装置には、或る幾つかの制約がある。動力源により２つの垂直軸線の回りにノズルを揺動させることは、ジェットによる内容積部の均等に分布される有効適用範囲を本来的に保証しない。壁取付け型ノズル装置による液体の攪拌は、構造体に歪みを及ぼす正味の反力をノズルプレートに生じさせがちである。液体内部では、壁接地型ノズルによる攪拌は、かなり安定した流れパターン、例えば渦流又は死空間を残す場合のある別のパターンを生じさせる可能性が極めて高い。
【００１２】
米国特許第５，３３３，６３０号明細書は、密閉コンパートメントの洗浄のための装置を開示しており、この装置は、水平軸線の回りに下側ハウジング部分内で回転自在に構成されたノズル付きハブを有し、この下側ハウジング部分はこの場合も又、垂直軸線の回りに回転するよう構成されている。ノズルヘッドは、タービンを備えると共にノズルが回転中、密閉コンパートメントの内部全体を掃過することができるようにするために、これら軸線の両方の回りに回転を行わせる歯車を備えている。この装置は、噴射された液体によりコンパートメントを洗浄するようになっている。歯車は、この液体により濯ぎ洗いされ、この装置は、ハウジングの外部を掃引して装置を自動洗浄させるようにするために液体を流出させることができるスロット及び開口部を有している。
【００１３】
本発明は第１の特徴として、請求項１に記載された方法を提供する。
本発明の観点によれば、タンクは、一般に或る量の液体を収容するようになった任意の容器、又は全体として密閉された包囲体又は構造体から成るのがよい。かかる包囲体の例としては、任意の種類のタンク、容器、導管又はパイプが挙げられる。滞留時間は、主として輸送に役立つパイプラインの場合の数秒から主として貯蔵目的に役立つ容器の場合には数日、数ヶ月又は数年までの範囲にわたる場合がある。
【００１４】
本発明の方法は、次々にあらゆる方向に効果的に及ぶようにするためにジェットが揺動する非常に効果的な方法でタンク内に収容された液体に混合及び攪拌作用をもたらす。ノズルが決まった方向を持たないので、タンク内部の流れパターンは、広い範囲のパターンにわたって連続的に変化し、かくして、あらゆる方向に消散する最高度の乱流を生じさせる。
【００１５】
定常流れパターンは死空間を残すので、ノズルの連続揺動は、攪拌効果を高め、攪拌が容積部のあらゆる部分に行き渡る最大限の可能性をもたらす。この方法は、バッフルでタンク内部の流れを制御する必要を無くす。この方法は、タンク内部の軸受及び構造的支持体の必要性を最小限に抑える。タンクが内部バッフル又は他の構造体を備えている場合、本発明の方法は、覆い隠される場合のある容積部を含むタンク内部の容積部のあらゆる部分の拡散を生じさせる優れた作用効果を有している。本発明の方法は、タンク内部の機械的構造を最小限に抑えた状態で実質でき、かかる構造体を効果的に自己洗浄可能に作ることができる。
【００１６】
本発明の方法は、２本の相互に垂直な、又は垂直ではない軸線の回りに噴射装置を揺動させることは共通の又は別個の動力手段によって達成されるので単一の構造的手段によって実施できる。動力手段を設けることにより、回転速度の積極的な制御が可能になる。動力手段は、噴射装置に隣接して配置され、或いは噴射装置から間隔を置いて設けられた任意適当な動力ユニット、例えば、モータ又はタービンから成るのがよい。動力源は、例えば流体源又は電源によるジェットのための液体の流れ又は別個の電源入力であるのがよい。
【００１７】
好ましい実施形態によれば、噴射装置は、加圧液体の流れにより、軸受及び歯車手段を潤滑するようになっている。これにより、効果的な潤滑手段が得られ、シールが不要になる。さらに、これにより、異物によるタンク内容物の汚染の恐れが回避される。
【００１８】
好ましい実施形態によれば、動力手段は、第１の軸線の回りの回転速度とは異なる回転速度で第２の軸線の回りに回転を生じさせるようになった歯車手段から成る。かくして、第２の軸線回りのまる一回転は、ノズルを、第１の軸線の回りに或る角度を持つ開始位置からオフセットした位置に戻す。それにより、ノズルは、第２の軸線回りの新たな回転の度毎に、タンク内部の別の領域を掃過してノズルによって掃過された全体として円形の軌道を割り送るようになっている。
【００１９】
好ましい実施形態によれば、動力手段は、加圧液体の流れによって駆動されるタービン及びタービンの回転から第１の軸線回り及び第２の軸線回りのノズルの回転を引き出す歯車手段から成る。これにより、回転を引き起こす力を引き出す単純な手段が得られ、それ以上の全ての複雑さが回避される。タービンの速度が圧力で変化しやすいことを念頭において、駆動流体の圧力及び流量を制御することにより、回転速度を制御することができる。ただし、速度は、ジェットからの反力により駆動されるインペラの場合のように不安定というわけではない。
【００２０】
好ましい実施形態によれば、噴射装置は、液体全部の自動排出を行うようになっている。これにより、例えばバッチを取り出すと共に新たなバッチをタンクに導入するためにタンク内部の内容物を切り換える手順が容易になる。好ましい実施形態によれば、噴射装置は、完全な球体をほぼ覆う経路によりノズルを掃引するようになっている。これにより、ジェットの到達距離内において全ての容積部を効果的な有効範囲とすることができる。さらに、これにより、タンクの内容物に加わる衝撃、例えば、刻々タンク内部にバルク回転又は渦流を生じさせる傾向のある衝撃が一般に、或る他の時点における逆の作用の衝撃により相殺されるようになる。
【００２１】
さらに、別の好ましい実施形態によれば、噴射装置は、噴射装置に対して正味のスラストを及ぼさないようにするためにほぼバランスの取れたジェットをもたらすようになっている。これにより、噴射装置から正味の反力を和らげることができ、かくして、構造上の要件が緩和される。これにより、ランスの端のところへの噴射装置の据え付けが可能になる。というのは、ランスは一般に、ほんの僅かな力、例えば、小さなトルクしか受けないからである。これにより、据え付けのしやすさ及び保守のしやすさにとって一般に好ましいように、又、噴射装置がタンクの底部に近いところで最大の効果を生じさせてタンクの内容物をその位置で効果的に攪拌することが求められる場合、噴射装置をタンクの頂部から延びるパイプ内に吊り下げることが可能である。
【００２２】
好ましい実施形態によれば、噴射装置を介してタンク内に再導入される前に、成分を流体に添加することによりかかる成分をタンク内に入っている液体に添加する。成分は、ガス、液体、個体又はこれらの組合せの何れであってもよい。これにより、タンクへの成分の導入が容易になり、タンクの内容物への成分の効果的且つ迅速な混入が可能になる。
【００２３】
成分がガスである場合、ガスは加圧液体によって運ばれ、そしてタンクの内容物と低圧状態で出会う。これにより、小さな気泡のスプレーが生じ、これは、タンクの内容物との効果的且つ迅速な混合及び反応が一段と向上する。
ガスは、例えば、酸素、二酸化炭素、メタン、水素、窒素及びこれらの混合物から成る１以上のガスである。
液体は、例えば、純粋な液体、溶液、ガス状分散体、液状分散体、個体分散体、エマルション及びこれらの混合物から成る１以上の液体である。
【００２４】
本発明は、第２の特徴として、請求項１０記載の方法を提供する。
これにより、液体のバッチを攪拌し、液体のバッチを抜き出し、そして次にタンクを洗浄する簡単且つ効果的な方法が得られる。というのは、同一の噴射装置が、攪拌及び洗浄のために使用できるからである。一般に、噴射装置は、タンクのサイズに関する適当な条件、洗浄剤の圧力などに応じてタンクの内壁全体を効果的に掃引できるので洗浄に関して非常に効果的である。
【００２５】
本発明は、第３の特徴として、請求項２２記載の処理プラントを提供する。
この処理プラントは、液体のバッチの処理において効果的であり、且つバッチの取出しに続くタンクの洗浄において効果的である。というのは、同一の噴射装置を攪拌と洗浄のために選択的に配備できるからである。洗浄装置は、二重の目的を達成し、攪拌及び洗浄のためのそれぞれ専用の手段を必要としないで効果的に働く。
【００２６】
本発明の好ましい実施形態は、従属形式の請求項に記載されている。
本発明の別の目的、利点及び特徴は、添付の図面を参照して行われる好ましい実施形態についての詳細な説明から明らかになろう。
全ての図は、必ずしも同一縮尺通りに作成されているわけではない略図であり、本発明の理解にとって必要不可欠な要素のみを示し、他の要素は、分かりやすくするために省いてある。
【００２７】
図中、同一の符号は、同一又は類似の要素を示すために用いられている。
まず最初に図１Ａを参照すると、この図１Ａは、本発明の実施形態の処理プラントの略図である。この処理プラントは、タンク１、出口導管２，ループ導管３、ポンプ４及び回転ジェットヘッド５を有している。回転ジェットヘッドは、パイプ６内に吊り下げられると共に、以下に詳細に説明するように、タンク１内に入っている液体８を攪拌するために液体のジェット７又はスプレーを放出するようになっている。
【００２８】
処理プラントは、洗浄剤源１２を収容した容器及び添加剤源１３を収容したこれとは別の容器を更に有し、添加剤は、例えば、タンクの内容物と反応する１以上の容器内の成分である。弁９は、当業者には理解されるように、出口導管２及びループ導管３を通る液体の流れの制御を可能にするため及び再循環流れに加え又は再循環流れに代えて添加剤又は洗浄剤の選択的な導入を可能にするために設けられている。添加剤をポンプ４の前に導入してもその後に導入してもよい。
【００２９】
図１Ｂは、添加剤源１３を収容した容器に代えて加圧ガス容器を用い、これによりガスをタンク内の液体の流れに導入できるようになった実施形態を示している。
ガスは、例えば、酸素、二酸化炭素、メタン、水素、窒素及びこれらの混合物から成る任意適当な１又は複数のガスであってよい。
同様に、液体をタンク内に導入することができる。
【００３０】
さらに、ループ導管は、熱交換器１１を備え、タンクは、熱流体１４を運ぶジャケット１０を備えている。熱交換器１１は、当業者には理解されるようにループ流れの加熱又は冷却を制御することができる。これと同様に、ジャケット１０は、タンク１の壁の温度を制御することができる。
タンクは、製品入口１５及び製品出口１６を更に備えている。図示していないが、タンク及び流れ導管は、当業者には明らかなように追加の装置、例えば、別の源、静電ミキサ、処理タンク、フィルタ、計装、弁、マニホルド、入口、出口を備えるのがよい。
【００３１】
種々の装置が図示されているが、これは例示に過ぎず、かかる装置の部分を無しで済ますこともでき、又、本発明は、他の構成で均等に具体化できることを排除するものではない。図示していないが、タンク内に、液体を導入するために適当に連結された多くの噴射装置を据え付けることにより、かかる構成の改造を行うこともできる。タンク内に２以上の噴射装置を設けることは、ジェットの有効範囲及びその効果の強度を向上させるのに役立つ場合がある。２以上の噴射装置を用いた場合に得られる１つの顕著な利点は、それぞれの噴射装置の外部の相互洗浄が可能になるということである。
【００３２】
回転ジェットヘッドを通る液体の導入により、ジェット７が得られ、このジェット７は、矢印で示すように、タンク内部に液体の攪拌又は混合を生じさせる。ノズルの２つの軸線回りの回転に起因して（図１は、流れパターンをちょうど瞬間的に示したものである）、流れパターンは連続的に変化する。これにより、液体内部のあらゆる領域の効果的な攪拌が可能になる。
【００３３】
次に、図２を参照してプラントを稼働する際の特定の手順について説明する。図２は、図１と同一のプラントを示しているが、タンクからの液体のバッチの取出しに続く、タンクの洗浄の段階の際のプラントを示している。
【００３４】
洗浄段階では、弁９を作動させて洗浄剤源１２から洗浄剤を導入する。この段階の間、出口を通って引き出された内容物の再循環を適宜維持し又は停止させるのがよい。洗浄剤をジェット７の形態をした回転ジェットヘッドを通して放出する。この段階でタンクが空になると、ジェットは一般に、壁に当たり、それにより堆積物を溶解させ又は堆積物をタンク壁から取り除く。
【００３５】
これと同様に攪拌段階の間においても、ノズルを回転させて多種多様な姿勢を取らせ、それにより、洗浄剤のジェットがタンク壁の内部全体を実際に掃過することができるようにする。
【００３６】
プラントの稼働中、例えば、塗料のバッチを調製するため、ベース液体のバッチを製品入口１５を介してタンクに導入する。流れを出口導管２を通って引き出し、ポンプ４によってポンプ送りしてループ導管３及びジェットヘッド５を通って再導入し、それにより例えばこれ又ジャケット１０内に流体を循環させることにより熱的に影響を受けたタンク壁との熱交換を促進するためにタンクの内容物を攪拌する。塗料用の顔料を入口１５を通って直接、又はループ導管３を通って源１３から導入し、そしてタンクの内容物に混入するのがよい。ループ流れの温度は、熱交換器１１によって制御される。混合の完了時に、バッチを製品出口１６から取り出す。次に、溶剤を源１２から引き出してループ導管３及びジェットヘッド５を通って導入してタンク内部を洗浄する。
【００３７】
次に、図３を参照すると、図３は、本発明の実施に用いることができる回転ジェットヘッドを示しており、このジェットヘッドは、分解図で示されている。図３のジェットヘッドは、主要構成要素として、上方部分２３、下方部分２４、タービンホイール２２、太陽歯車２８、上方遊星歯車２９及び下方遊星歯車３０を有するいわゆるスリムボディ（ｓｌｉｍ ｂｏｄｙ）型ジェットヘッド１７である。本体２４の下方部分は主要構成要素として、スイベルハウジング２５、ハブ２６及びジェットオリフィス２１を有している。ハブ２６は、デフレクタ３６となるローブを備えた全体として円形のキャップの形状をしている。ハブは、ジェットオリフィス２１を有している。
【００３８】
次に、図４を参照すると、この図４は、図３に示したスリムボディ型ジェットヘッドの断面図である。かくして、図４は、スリムボディ型ジェットヘッドの本体２３の上方部分、本体２４の下方部分、スイベルハウジング２５、デフレクタ３６付きのハブ２６及びタービンホイール２２を示している。
【００３９】
本体２３の上方部分は、特に図示していない方法で、パイプに固定されるようになっている。本体の下方部分は主要構成要素として、スイベルハウジング２５及びハブ２６を有している。スイベルハウジング２５は、軸線１８回りのスイベルハウジング２５の揺動を可能にするために本体２３の上方部分に固定されたスイベル軸受３７によって支持されている。これと同様に、ハブ２６は、ハブ軸線１９回りのハブ２６の回転を可能にするためにハブ軸受３８によりスイベルハウジング２５に対して支持されている。
このパイプは、液体又は流体を回転ジェットヘッド内に導入する導管となっている。液体の流れは、流れを案内するための静翼２７を通ってタービンホイール２２の羽根に適切に当たる。流れの大部分は、タービンホイールから、遊星歯車に沿って流れ、スイベルハウジング２５及びハブ２４の内容積部を通り、そして、ジェットオリフィスから流出する（図３参照）。
【００４０】
タービンホイールの回転は、流れの衝突によって起こり、これにより、太陽歯車２８の回りに外サイクロイド運動を行うことができるよう構成された遊星歯車列２０が駆動され、この遊星歯車列は、上側遊星歯車２９と噛み合い関係にある太陽歯車２８で始まる歯車から成る。上側遊星歯車２９も又、静止状態の輪歯車３１と噛み合っており、この輪歯車は、本体２３の上方部分に構造的に連結されている。上側遊星歯車２９は、回転輪歯車３２と噛み合っている下側遊星歯車３０にしっかりと連結されている。下側遊星歯車は、上側遊星歯車よりも少ない数の歯を有し、回転輪歯車３２の直径は、下側遊星歯車３０と適切にマッチするように静止輪歯車３１の直径よりも僅かに小さい。遊星歯車列の効果は、タービンホイール速度を相当減速すること、例えば、歯車の歯の数に応じて１００〜３００倍減速することにある。これにより、全体としてパイプの軸線と一致した本体２３の上方部分の軸線１８の回りにスイベルハウジング２５を旋回させる確実な駆動装置が得られる。
【００４１】
本体２３の上方部分も又、ハブ２６に連結された回転かさ歯車３４と噛み合い関係にある静止かさ歯車３３を有している。これらかさ歯車は歯の数が僅かに異なっており、好ましい実施形態では、静止かさ歯車は、４５個の歯を有し、回転かさ歯車は、４３個の歯を有している。この歯車装置の効果は、ハブがスイベルハウジングの揺動により、しかしながら僅かに高い回転速度で回転するように回転を連係させることにある。かくして、ハブの丸一回転でスイベルハウジングは、一回転の４３／４５倍＝３４４゜回転する。
【００４２】
かくして、ハブのまる一回転により、１つの特定のノズルの向きが、開始の向きからスイベル軸線の回りに１６゜だけずれた箇所に戻される。しかしながら、ハブは、９０゜間隔に配置された４つのノズルオリフィスを有しているので、ジェットの軌跡は一般に、赤道回りに４゜だけ割り送られる。ジェットビームは一般に、約６゜〜８゜だけ末広がりになっているので、この走査パターンにより、完全な球上のあらゆる方向が十分に有効範囲となる。
ジェットの方向は一般に、各回転時に極の方向を走査する。極方向と赤道との間の平行線相互間において経路の側方割送りは、これらの値の中間の値、即ち、４゜と０゜との中間の値となろう。ジェットによってトレースされるパターンは、図５にプロットで視覚化されている。
【００４３】
図５は、回転ジェットヘッドを水平円筒軸を備えた円筒形容器の中央に位置決めしたと仮定した場合のこれらの軌跡を示している。図５は、３つの部分図から成り、一番上の部分図は、ハブの一回転による軌跡３９のプロットを示し、真ん中の部分図は、ハブの二回転により得られる軌跡を示し、下に位置する部分図は、スイベルハウジング及びハブを正確に開始位置に戻す完全なサイクルであるハブの４５回の回転でトレースされる経路を示している。
【００４４】
他の実施形態では、歯車装置及び（又は）ノズルの数を変更してスプレーパターン及び軌道の割送りを特定の要件に合わせることができる。特に効果的なスプレーパターンの選択、即ち、軌道の割送りについての特定の値についての指針は、米国特許第５，２７９，６７５号から得られ、かかる米国特許明細書の開示内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
【００４５】
図４から理解できるように、全ての歯車及び軸受は、ノズル装置内部の液体の流れにさらされ、かくして、かかる液体によって潤滑されると共に冷却される。歯車の適当な構成材料としては、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、Ｅ−ＣＴＦＥ（エチレン−クロロ−トリフロロ−エチレン−コポリマー）、ＰＥＥＫ（ポリエステル−エーテル−ケトン）及びＰＶＤＦ（ポリビニリデン−フルオリド）、場合によっては、ステンレス鋼ＡＩＳＩ３１６Ｌとの組合せなどが挙げられる。
【００４６】
スイベルハウジングと静止ハウジングとの間の僅かな隙間により、ハブとスイベルハウジングとの間の僅かな隙間と同様、液体の僅かな流れの流出が可能である。
【００４７】
ハブのデフレクタ３６は、流れのうちの一部を後方に差し向けてこれがスイベルハウジングの外部を掃過するようにする。スイベルハウジングは、底部に、ハウジングの内部の排出を可能にするようになったドレン穴３５を備えている。ノズル装置の内部の容積部の全ての部品は、ノズル装置が液体を自動的に排出することができるようになっている。
【００４８】
次に、図６を参照すると、図６は、ワイドボディ（ｗｉｄｅ ｂｏｄｙ ）型ジェットヘッド４０の分解図である。ワイドボディ型ジェットヘッドは、突き出たジェットパイプ４１を有している。スリムボディ型ジェットヘッドと同様、ワイドボディ型ジェットヘッドは、上側及び下側ハウジング部分、内側タービン及び下側ハウジング部分の旋回を可能にしたり、ハブ軸線に対するハブの回転を連係させる減速歯車装置を有している。下側ハウジング部分の幅の広い輪郭は、組合せ状態で１，０００〜３，０００の減速比をもたらすようになった２段のウォームギヤを有する内部歯車装置の僅かに異なる構造に起因している。それとは別にその機能は基本的には、スリムボディ型ジェットヘッドの機能と同一であるので、スリムボディ型のものの説明を参照されたい。
【００４９】
ワイドボディ型ジェットヘッドは、ジェットの長い到達距離を得たり、ジェットパイプのインペラ効果を得る上で有利であるが、据付けのためにタンクに大きな開口部を必要とする幅の広い輪郭が必要であるという代償が生じる。
【００５０】
回転ジェットヘッドの上記両方の形式のものは、種々の流体、例えば、粘度が０．５センチポアズ（例えば、アセトン）から粘度が１，０００センチポアズ（例えば、重質燃料油（重油））までを取り扱うようになっている。駆動圧力は、２〜１２バール、好ましくは３〜８バールである。
【００５１】
次に、図７を参照すると、図７に示すシャフト駆動型噴射装置が部分断面側面図で示されている。シャフト駆動型噴射装置４２は、上述の実施形態と同様、回転ハブ２６を備えたスイベルハウジング２５を有している。回転ハブ２６は、ジェットパイプ４１を支持し、液体がこれらジェットパイプを通ってジェット７の形態で噴射可能である。スイベルハウジング２５は、垂直軸線の回りに回転自在に構成され、ハブ２６は、スイベルハウジングに対し、全体として水平の軸線回りに回転自在に構成されている。回転運動は、回転かさ歯車３４と噛み合い関係にある静止かさ歯車３３によって相互に結合される。
【００５２】
シャフト駆動型噴射装置４２は、フランジ４５に剛結された下降パイプ４４に固定されている。フランジ４５は、当業者には理解されるようにタンクの壁に固定できるようになっている。スイベルハウジング２５の回転は、スイベルハウジング２５にしっかり連結された回転シャフト４３によって行われる。回転シャフト４３は、下降パイプ４４の内部に設けられ、この回転シャフトは、パイプの長さを貫通して上方に延びて駆動ユニット４６に係合している。駆動ユニット４６は、液体を噴射装置に押し込むことにより回転駆動されるタービン４７を有している。駆動ユニット４６は、回転速度を、シャフト４３を駆動するのに適したレベルまで減速するようになった歯車列を有している。駆動ユニットは、バイパス弁４８を更に有し、このバイパス弁は、タービンへの動力入力を適宜減少させることを目的として、液体の流れの一部がタービンをバイパスすることができるようにするために開放可能である。
【００５３】
図７に示すユニットは一般に、フランジ４５がタンクなどの頂部側壁と接触状態で据え付けられるようになっていて、下降パイプ４４及びシャフト駆動型噴射装置４２が、タンクの内部に位置し、駆動ユニット４６が一般に、タンクの外部に位置するようになっている。スイベルハウジング２５内のかさ歯車及び軸受は、噴射装置内に導入される液体の流れによって潤滑される。他方、歯車列は、ジェットを得るための液体の流れから封止された状態で駆動ユニット内に配置されており、当業者には理解されるように油又は他の潤滑手段を備えている。シャフト駆動型噴射装置の他の特徴は全体として、上述の図と関連して説明した特徴と類似している。
当業者であれば、タービン駆動ユニット４６を、シャフト４３を回転させるようになった他の動力手段、例えば、空気圧モータ、油圧モータ又は電気モータで容易に置き換えることができる。
【００５４】
次に、多段式噴射装置を記載した図８及び図９を参照する。多段式噴射装置４９は主要構成要素として、駆動ユニット４６、回転下降パイプ５０及び多数のノズルユニット５２を有し、図８は、回転下降管に沿って配列された３つのノズルユニット５２を示している。回転下降パイプは、シャフトの支持軸受となるようになった１以上の支持体５１を更に備えている。
【００５５】
図９の分解図に示すように、回転駆動シャフト５０は、回転下降パイプの内部に軸方向駆動シャフト４３を有している。
各ノズルユニット５２は、ジェットパイプ４１を備えた回転ハブ２６を有している。回転ハブ２６は、シャフト４３によって回転するウォーム５３と噛み合い関係にあるウォーム歯車５４を含むウォームギヤ列によって水平軸線回りに回転駆動される。かくして、回転シャフト５０に対するシャフト４３の回転により、ハブ２６が各々それぞれの水平軸線の回りにゆっくりと回転する。ノズルユニット内部のウォームギヤ列及び軸受は、ジェットを得るための液体の流れによって潤滑される。
この回転と同時に、パイプ５０全体は、垂直軸線の回りにゆっくりと回転する。これにより、ノズルユニット５２が各々垂直軸線の回りにゆっくりと回転する。
【００５６】
図９に示す実施形態では、ハブ２６は、ちょうど１本のジェットパイプ４１を備えている。かくして、ジェットは、回転パイプに対して適当な支持体によって打ち消さなければならないノズルユニットに加わる正味の反力を生じさせる。しかしながら、液体を攪拌するのに用いられる場合、経時的な回転の効果により生じるジェットの衝撃は、平均してゼロになる。したがって、バルク回転は生じない。戻りユニットの他の実施形態は、各ハブに２本以上のジェットパイプを有してもよい。多段式噴射装置の他の特徴は一般に、シャフト駆動型噴射装置の特徴と類似している。
【００５７】
駆動ユニット５６は、モータ、例えば、タービン、空気圧モータ、油圧モータ又は電気モータ及び適当な歯車列を有している。歯車列は、あらゆる方向の走査又は掃過のほぼ一様な割出し具合を固定するようになったそれぞれ互いに異なる回転速度によってシャフト４３及び回転下降パイプ５０を回転させるようになっている。
一般に、本発明によるタンク内部に入っている液体の効果的な攪拌又は混合は、あらゆる方向に次々に効果的に及び、そしてジェットがタンクの全ての内面に直接到達するようにするために揺動する噴射装置からのジェットを得ることによって達成される。
【００５８】
好ましい実施形態では、噴射装置は、所望直径及び所望衝撃長さのビーム状のジェットをもたらし、かかるジェットは、タンク壁に至るまでの長い衝撃距離を得る上で特に適している。
他の好ましい実施形態では、噴射装置は、所望の角度及び最適化された衝撃長さの扇形フラットジェットをもたらし、かかる角度は一般に、３６０゜に及ぶ。しかしながら、所望の衝撃長さに応じ、小さな角度及び多数のフラットジェットを用いることが好ましい。
【００５９】
扇形フラットタイプのジェットに関し、加圧液体によって動力供給されるフラットジェットは、液体のビームを球体の一部に関して掃過するビームタイプのジェットから成るビームの動力回転方式に代わるものである。代表的には、液体のフラットジェットは、扇形又は扇形のビームの形態をした平らなコーン形断面の状態で射出される液体から成り、それにより、フラットジェットは揺動するビームジェットの場合と同一の球体の部分に及ぶことができる。しかしながら、扇形フラットジェットは、ビームジェットが同一の球領域を掃過するのに必要な回転軸線回りの動力回転を用いなくても得られる。したがって、フラットジェットは、回転軸線のうちの１つの代わりをする。この実施形態の利点は、必要な機械的部品数が少ないことにあり、例えば、動力回転を可能にする歯車装置が不要である。
【００６０】
フラットジェットの場合、液体のフラットジェットの衝撃領域は、同一量の液体を噴射するビームジェットの場合よりも広いことは注目されるべきである。その結果、フラットジェットの衝撃長さは通常、ビームジェットと比較して短い。しかしながら、加圧液体の圧力を増大させることによりこの短い衝撃長さを或る程度補償することができる。しかしながら、圧力が大きい場合、液体が霧化する傾向がある。したがって、回転フラットジェットは、小形タンク用途、例えば、直径が最高３〜４ｍのタンクに特に適している。大形タンクの場合、これよりも多い数のフラットジェットが、この作用効果を補償し、ビームジェットの場合と同一レベルのタンク内の液体の攪拌及び混合を得る上で必要な場合がある。
【００６１】
次に、噴射装置としても使用できる回転フラット型噴射装置５５を記載した図１０及び図１１を参照する。
回転フラット型噴射装置５５は主要構成要素として、一軸線だけの回りに回転する軸受６１によって噴射装置の下降パイプ５７上に支持された回転フラットジェットヘッド５６を有し、このフラット型噴射装置は、第２の動力回転を不要にし、それにより、この装置は、単純になる。
【００６２】
回転フラットジェットヘッド５６は、液体の平らなジェットを放出させることができる多数のスロット又はスリットを備えている。これらスリットは、底部スリット５８、１対の側部スリット５９（図１０には、隠されたスリットの平らなジェットだけが示されている）及び１対の頂部スリット６０を有している。これらスリットは各々、液体の幅の広いフラットジェットを放出し、フラットジェットと回転フラットジェットヘッド５６の回転の組合せにより、フラットジェットが球全域を掃過するようになる。回転フラットジェットヘッドの回転は、シャフトか、側部スリット５９によって放出されるフラットジェットの反力又は反動かの何れかにより駆動され、これら側部スリットは、フラットジェット反力により駆動トルクを生じさせるために回転軸線を通る方向から僅かな角度をなして差し向けられている。
【００６３】
適当な回転フラットジェットヘッドは、デンマーク国イショジ所在のＴｏｆｔｅｊｏｒｇ Ａ／Ｓ 社によってＳａｎｉ Ｍｉｇｅｔ（登録商標）、Ｓａｎｉ Ｍａｇｎｕｍ （登録商標）及びＳａｎｉ Ｍｅｇａ （登録商標）という商品名が付けられた回転スプレーヘッドとして供給される。
【００６４】
特定の実施形態を上述したが、本発明は種々の方法で実施でき、上記説明は、本発明を例示するために役立つに過ぎず、特許請求の範囲に記載された本発明の範囲を制限するものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１Ａ】
液体のバッチを攪拌する段階における処理プラントの略図である。
【図１Ｂ】
図１Ａに示す略図と類似した略図であり、原料容器が加圧ガス容器から成る実施形態を示す図である。
【図２】
タンクを洗浄する段階における処理プラントの略図である。
【図３】
スリムボディ型噴射装置の分解図である。
【図４】
スリムボディ型噴射装置の縦断面図である。
【図５】
水平の円筒形タンクの内部に衝撃を与えるジェットによって生じた軌道のプロットを示す図である。
【図６】
ワイドボディ型噴射装置の分解図である。
【図７】
シャフト駆動型噴射装置の部分断面側面図である。
【図８】
多段噴射装置の斜視図である。
【図９】
多段噴射装置の部分分解図である。
【図１０】
回転フラットジェットヘッド装置の側面図である。
【図１１】
図１０の回転フラットジェットヘッド装置の縦断面図である。

Claims (33)

1. タンク内の液体を処理する方法であって、タンク内部の液体から液体の流れを引き出す段階と、液体の流れを加圧する段階と、液体の流れを噴射装置を通してタンク内に再導入する段階とを有し、噴射装置は、１以上のノズルを通してタンク内部の液体中へ１以上の液体のジェットを導入して液体の攪拌及び混合を生じさせるようになっており、ノズルは、第１の軸線及び第１の軸線に垂直な又は垂直ではない第２の軸線の回りに動力で回転するようになっており、前記噴射装置は、ノズルの回転を第１の軸線回りに駆動する動力手段及びノズルの回転を第２の軸線回りに駆動する動力手段を有していることを特徴とする方法。
2. 噴射装置は、加圧液体の流れの一部を軸受及び動力手段のほうへ逸らして液体による軸受及び動力手段の潤滑を行わせるようになっていることを特徴とする請求項１記載の方法。
3. 動力手段は、ノズルによって掃過されるパターンを割り送るために、第１の軸線回りの回転速度とは異なる回転速度で第２の軸線回りの回転を生じさせるようになった歯車手段を有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
4. 動力手段は、加圧液体の流れによって駆動されるタービン、空気圧モータ、油圧モータ及び電気モータのうちの１つから成ることを特徴とする請求項１記載の方法。
5. 噴射装置は、全液体の自動排出を行うようになっていることを特徴とする請求項１記載の方法。
6. 噴射装置は、完全な球をほぼ網羅する経路を通ってノズルを走査するようになっていることを特徴とする請求項１記載の方法。
7. 噴射装置は、噴射装置に対して正味のスラストを生じさせないようにするためにほぼバランスの取れたジェットを生じさせるようになっていることを特徴とする請求項１記載の方法。
8. 流体の流れをタンクに直接又は噴射装置を介してタンク内に導入する前に１又は２以上の成分を流体の流れに添加することにより、前記１又は２以上の成分をタンク内の液体に添加する段階を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
9. 添加される成分は、ガス、液体、固体又はこれらの組合せであることを特徴とする請求項８記載の方法。
10. 液体を静電ミキサ、フィルタ及び熱交換器のうちの任意の１つに通すことにより、タンクから抜き出された液体を処理する段階を更に有していることを特徴とする請求項１記載の方法。
11. 処理プラントを稼働させる方法であって、液体のバッチをタンク内に導入する段階と、請求項１記載の方法により液体のバッチを攪拌する段階と、液体のバッチをタンクから抜き出す段階と、噴射装置を介して洗浄剤の加圧流れを導入してタンクの内部を掃過し、残留物を取り除いて洗い流すよう働く洗浄剤の１以上のジェットスプレーを生じさせる段階と、洗い流された液体を抜き出す段階とを有することを特徴とする方法。
12. 噴射装置は、加圧液体の流れの一部を軸受及び動力手段のほうへ逸らして液体による軸受及び動力手段の潤滑を行わせるようになっていることを特徴とする請求項１１記載の方法。
13. 動力手段は、ノズルによって掃過されるパターンを割り送るために、第１の軸線回りの回転速度とは異なる回転速度で第２の軸線回りの回転を生じさせるようになった歯車手段を有していることを特徴とする請求項１１記載の方法。
14. 動力手段は、加圧液体の流れによって駆動されるタービン、空気圧モータ、油圧モータ及び電気モータのうちの１つから成ることを特徴とする請求項１１記載の方法。
15. 噴射装置は、全液体の自動排出を行うようになっていることを特徴とする請求項１１記載の方法。
16. 噴射装置は、完全な球をほぼ網羅する経路を通ってノズルを走査するようになっていることを特徴とする請求項１１記載の方法。
17. 噴射装置は、噴射装置に対して正味のスラストを生じさせないようにするためにほぼバランスの取れたジェットを生じさせるようになっていることを特徴とする請求項１１記載の方法。
18. 流体の流れをタンクに直接又は噴射装置を介してタンク内に導入する前に１又は２以上の成分を流体の流れに添加することにより、前記１又は２以上の成分をタンク内の液体に添加する段階を更に有していることを特徴とする請求項１１記載の方法。
19. 液体を静電ミキサ、フィルタ及び熱交換器のうちの任意の１つに通すことにより、タンクから抜き出された液体を処理する段階を更に有していることを特徴とする請求項１１記載の方法。
20. 噴射装置は、回転フラットジェット装置から成り、前記回転フラットジェット装置は、前記第１の軸線及び前記第２の軸線のうちの一方の回りに動力で回転するようになっており、前記動力手段は、液体の前記加圧流れから成ることを特徴とする請求項１又は１１記載の方法。
21. 回転フラットジェット装置は、ジェット装置の下降パイプ上に回転自在に支持されていて、液体の平らなジェットを放出する少なくとも１つのスロットを有する回転フラットジェットヘッドを有していることを特徴とする請求項２０記載の方法。
22. 液体のバッチを収容したタンクと、液体の流れをタンクから取り出す導管と、液体洗浄剤のリザーバと、噴射装置を介して液体をタンク内に運び込むループ導管と、取り出された液体と洗浄剤のうちの一方又はこれら両方をループ導管内へ選択的に導入する弁手段と、液体をループ導管中へ駆動するポンプとを有する処理プラントであって、噴射装置は、１以上のノズルを通してタンク内部の液体中へ１以上の液体のジェットを導入して液体の攪拌及び混合を生じさせるようになっており、ノズルは、第１の軸線及び第１の軸線に垂直な又は垂直ではない第２の軸線の回りに動力で回転するようになっており、前記噴射装置は、ノズルの回転を第１の軸線回りに駆動する動力手段及びノズルの回転を第２の軸線回りに駆動する動力手段を有していることを特徴とする処理プラント。
23. 噴射装置は、加圧液体の流れの一部を軸受及び動力手段のほうへ逸らして液体による軸受及び動力手段の潤滑を行わせるようになっていることを特徴とする請求項２２記載の処理プラント。
24. 動力手段は、ノズルによって掃過されるパターンを割り送るために、第１の軸線回りの回転速度とは異なる回転速度で第２の軸線回りの回転を生じさせるようになった歯車手段を有していることを特徴とする請求項２２記載の処理プラント。
25. 動力手段は、加圧液体の流れによって駆動されるタービン、空気圧モータ、油圧モータ及び電気モータのうちの１つから成ることを特徴とする請求項２２記載の処理プラント。
26. 噴射装置は、全液体の自動排出を行うようになっていることを特徴とする請求項２２記載の処理プラント。
27. 噴射装置は、完全な球をほぼ網羅する経路を通ってノズルを走査するようになっていることを特徴とする請求項２２記載の処理プラント。
28. 噴射装置は、噴射装置に対して正味のスラストを生じさせないようにするためにほぼバランスの取れたジェットを生じさせるようになっていることを特徴とする請求項２２記載の処理プラント。
29. 流体の流れをタンクに直接又は噴射装置を介してタンク内に導入する前に１又は２以上の成分を流体の流れに添加することにより、前記１又は２以上の成分をタンク内の液体に添加する段階を更に有していることを特徴とする請求項２２記載の処理プラント。
30. 添加される成分は、ガス、液体、固体又はこれらの組合せであることを特徴とする請求項２９記載の処理プラント。
31. 液体を静電ミキサ、フィルタ及び熱交換器のうちの任意の１つに通すことにより、タンクから抜き出された液体を処理する段階を更に有していることを特徴とする請求項２２記載の処理プラント。
32. 噴射装置は、回転フラットジェット装置から成り、前記回転フラットジェット装置は、前記第１の軸線及び前記第２の軸線のうちの一方の回りに動力で回転するようになっており、前記動力手段は、液体の前記加圧流れから成ることを特徴とする請求項２２記載の処理プラント。
33. 回転フラットジェット装置は、ジェット装置の下降パイプ上に回転自在に支持されていて、液体の平らなジェットを放出する少なくとも１つのスロットを有する回転フラットジェットヘッドを有していることを特徴とする請求項３２記載の処理プラント。

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