JP2006515532A - 静止型混合器及び静止型混合器の流体ストリーキングを低減する方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ストリーキングを効果的に低減する静止型混合器を提供する。
【解決手段】 静止型混合器の流体ストリーキングをより効果的に低減する装置及び方法は、流れ反転バッフルを含む一連のバッフルを有する。流れ反転バッフルは、流体流れの中心から流体流れの周辺に流体を再誘導し、同時に流体流れの周辺からその中心に流体の流れを再誘導するように作用する。流体の流れの転位は、「チャネリング」効果を排除し、押出された混合物におけるストリーキングを低減する。

Description

マルチフラックス（Ｍｕｌｔｉｆｌｕｘ）、螺旋状等のいくつかの静止型混合器の種類が存在する。この種の混合器は、主として、流体を互いに混合するための同じ一般的法則を満たしている。これら混合器においては、重複する方法で流体を分割及び再合流することにより流体を互いに混合する。この作業は、流体を交互に捩じられた幾何学形状の一連のバッフルに亘って押し進めることによって達成される。そのような分割及び再合流は、混合されている流体の層を薄くし、最終的には互いに通り越して拡散させる。この混合処理は、特に高粘性流体に対して非常に効果的であることが証明されている。これら混合器は、一般的に、連続的分割及び再合流を実行するために、通常は導菅に配置された右側及び左側要素から成る様々な幾何学形状の一連の交互するバッフルで構成される。このような種類の混合器は、混合されている流体の大部分を互いに混合するのに有効である一方で、押出された混合物に未混合材料の条痕を残す傾向を有する。これらの条痕は、混合器を基本的に未混合で通過する導菅の内面に沿って形成された流体チャンネルに起因する。

より大きな角度の捩れを有するバッフルを使用する静止型混合器は、このストリーキング（条痕）現象を低減するのにより有効であることが見出されている（例えば、１８０°のバッフルを使用する混合器は、単に９０°のバッフルを使用する混合器よりもストリーキングが少ないことになる）。しかし、より大きな角度の捩れを有するバッフルを使用することは、それ自身の問題点を提起する。バッフルの捩れの角度が増大すると、より少ない捩れのバッフルを有する混合器と同等な流量を維持するのに必要な混合器の長さも増大する。そのような混合器の長さの増大は、ほとんどの静止型混合器の用途においては受け入れられない。静止型混合器の使用者は、混合物を加えようとする加工中の製品に近くにいることが一般的に必要である。混合器が長くなると、それで仕事をする上で菅理しにくくなる。更に、より長い混合器は、一般的により大きな残留容積を有し、混合器が配置された時により多くの流体を取り込むことになる。

適度な混合器長を維持し、同時にストリーキング問題を解決しようする試みが為されてきた。この努力の多くは、様々な捩れ角度の混合バッフルの組合せ（例えば、９０°の要素を１８０°又は２７０°の要素と混ぜる）を使用することに集中した。そのような設計においては、より少ない捩れのバッフル（すなわち、９０°の要素）において大部分の混合が為され、これは混合器の全体的長さを低減し、次に、より大きな捩れのバッフル（すなわち、１８０°又は２７０°の要素）においては、混合要素の外周部に沿って（すなわち、導菅の内面に沿って）移動する流体が、一時的に過ぎないが混合要素の中心部の中に押し込まれる。これらの構成においては、そのような流体は、最終的には外周部に戻される。このような手法の例は、トラーに付与された米国特許第３，２３９，１９７号、及びフライシュリ他に付与された米国特許第５，８５１，０６７号に説明されている。このような手法は、条痕の幅を低減する傾向にあるが、条痕は除去されない。従って、許容可能な混合器長及び流量を維持しながらストリーキングをより効果的に低減する静止型混合器に対する必要性が存在する。また、費用効率が高い方法でこれを行う必要性も存在する。

本発明の一態様によれば、静止型混合器は、導菅と導菅に配置された流れ反転バッフルとを備え、流れ反転バッフルは、中心から周辺への流れ部分と、周辺から中心への流れ部分と、周辺流れ方向転換器とを有する。導菅内に導入されて導菅内を流れる流体は、流体流れの中心に流れる流体を流れの周辺へ移動させることにより、同じく流体を流体流れの周辺から流れの中心へ移動させることにより互いに混合される。混合器はまた、複数のバッフル要素を有することができる。少なくとも１つのバッフル要素は、右側バッフル要素とすることができ、少なくとも１つの他のバッフル要素は、左側バッフル要素とすることができる。バッフル要素は、互いに一体化することができ、バッフル要素と一体に側壁を形成することができる。バッフル要素は、射出成形によって形成することができる。

本発明の別の態様によれば、静止型混合器は、導菅と、導菅に配置された少なくとも１つの流れ反転バッフルと、導菅に配置された複数の交互する混合バッフルとを備えている。流れ反転バッフルは、中心から周辺への流れ部分と、周辺から中心への流れ部分と、周辺流れ方向転換器とを有する。本発明のこの態様では、中心から周辺への流れ部分は、入口と出口を有する中心から周辺への流れチャンバを形成するチャンバ壁を有し、周辺から中心への流れ部分は、入口と出口を有する周辺から中心への流れチャンバを形成するチャンバ壁を有する。中心から周辺への流れ部分、周辺から中心への流れ部分、及び周辺流れ方向転換器は、互いに一体化することができる。周辺流れ方向転換器は、中心から周辺への流れ部分を取り囲み、周辺から中心への流れチャンバへの入口を形成することができる。更に、周辺から中心への流れ部分のチャンバ壁は、流れチャンバ出口に隣接した傾斜バッフルを形成することができる。本発明の一態様では、交互するバッフル要素は、右側及び左側のバッフル要素である。交互する右側及び左側バッフル要素は、９０°の捩れを有することができる。混合器の導菅は、円形とすることができ、流れ反転バッフル及び交互するバッフル要素は、丸くすることができる。バッフル要素は、互いに一体化することができ、側壁は、バッフル要素と一体に形成することができる。バッフル要素は、射出成形で形成することができる。

本発明の別の態様によれば、静止型混合器における流体ストリーキングを低減する方法は、入口と出口を有する導菅と、導菅に配置された流れ反転バッフル及び複数の交互する混合バッフルとを準備する段階を備えている。流れ反転バッフルは、中心から周辺への流れ部分と、周辺から中心への流れ部分と、周辺流れ方向転換器とを有する。本方法は、更に、混合される複数の流体を導菅入口に導入する段階と、流体を導菅のバッフルを通して押し進める段階と、混合された流体組成物を導菅出口から押出す段階とを備えている。本発明の別の態様によれば、流れ反転バッフルを製造する方法は、中心から周辺への流れ部分と、周辺から中心への流れ部分と、周辺流れ方向転換器とを有する流れ反転バッフルのための構造を形成する一組の形成ツールを準備する段階、形成ツールを配置して流れ反転バッフル型を形成する段階、及びプラスチック樹脂を流れ反転バッフル型の中に注入して流れ反転バッフルを形成する段階を備えている。本発明の別の態様によれば、バッフルアセンブリを製造する方法は、中心から周辺への流れ部分と、周辺から中心への流れ部分と、周辺流れ方向転換器とを有する流れ反転バッフルのための構造を形成し、更に複数の交互する混合バッフルを形成する一組の形成ツールを準備する段階、形成ツールを配置して流れ反転バッフルと複数の交互する混合バッフルとを有するバッフルアセンブリのための型を形成する段階、及びプラスチック樹脂をバッフルアセンブリ型の中に注入してバッフルアセンブリを形成する段階を備えている。

本発明の上記及び他の特徴、態様、及び利点は、以下の説明、特許請求の範囲、及び添付図面によって更に良く理解されたものになるであろう。

図１を参照すると、本発明の混合器１０の実施形態は、内壁１３と、入口１４と、出口１６とを形成する導菅１２を含む。混合器１０は、更に、一連の交互する左側バッフル１８、右側バッフル２０、１つ又は２以上の流れ反転バッフル２１を含む。図１に示す混合器１０は、２４個のバッフル要素１８、２０、２１を有する２４段混合器である。１１個の左側バッフル１８、１１個の右側バッフル２０、２つの流れ反転バッフル２１がある。バッフル１８、２０、２１は、挿入された材料が流れ方向Ｆに流れる中心縦軸線Ｘに沿って導菅１２の内部に配置される。左側及び右側バッフル１８及び２０は、互いの鏡像である。バッフル１８、２０には、２つの前部傾斜面２２と２つの後部傾斜面２３とが設けられる（図２〜４）。前部傾斜面２２と後部傾斜面２３は、互いに交わる２つの平面ウェブ２４、２７によって接続される。好ましい実施形態では、全ての（すなわち、左側１８、右側２０、流れ反転２１）バッフルは、一体の列として一緒に形成され、更に、一対の対向する側壁１５と一体化されてバッフルアセンブリ２６を形成する。側壁１５は、アセンブリ２６を導菅１２の中へ挿入する間及び混合器１０の作動中は、バッフルアセンブリ２６に支持及び剛性を提供する。

図２〜４を参照すると、左側及び右側バッフル１８、２０を含むバッフルアセンブリ２６の実施形態の一部分が描かれている。図３を参照すると、右側バッフル２０には、反対側面２４ａ、２４ｂを有する第１のほぼ平面のウェブ２４及び反対側面２７ａ、２７ｂを有する第２のほぼ平面のウェブ２７が設けられる。ウェブ２４、２７は、流れ方向にほぼ平行に延び、互いに交わっている。右側バッフル２０には、第１の前部表面２２も設けられ、表面２２は、ウェブの一方の側面２４ａに直角であり、材料の流れに直角な平面に対してある角度を成している。第２の前部表面が図３に示されており、表面２２は、材料の流れに直角な平面に対してある角度を成し、ウェブの側面２４ｂに対して直角である。図３はまた、第１の後部表面２３を示し、その表面は、ウェブの一方の側面２７ｂに対して直角であり、材料の流れに直角な平面に対してある角度を成している。右側バッフル２０はまた、第２の後部表面２３を有する。第２の後部表面２３は、ウェブの側面２７ａに対して直角であり、材料の流れに直角な平面に対してある角度を成す。更に、ウェブ２４、２７の一方は、後部傾斜面２３を通り越して延び、流れ方向に延びる後部フィン２５を形成する。

図４は、左側バッフル１８として特定されたバッフルの詳細図である。左側バッフル１８は、図３に示す右側バッフル２０の鏡像として形成される。本発明の実施形態は、上述のものと異なる幾何学形状を使用するバッフル要素で形成しても差し支えない。

図５Ａ、５Ｂ、５Ｃを参照すると、本発明の流れ反転バッフル２１の実施形態が描かれている。流れ反転バッフル２１は、中心から周辺への流れ部分３０と周辺から中心への流れ部分３２とを含む。描かれた実施形態では、中心から周辺への流れ部分３０は、周辺から中心への流れ部分３２と一体である。流れ反転バッフル２１は、中心から周辺への流れ部分３０を取り囲んで周辺から中心の流れチャンバ４８への入口３６を形成する周辺流れ方向転換器３４を含む。周辺流れ方向転換器３４は、本実施形態では、混合器の側壁１５と一体であり、導菅１２に挿入された時に導菅壁１３にも接触する。以下に詳細に説明するように、周辺流れ方向転換器３４は、全ての流体をバッフルアセンブリ２６の周辺に沿った位置から周辺から中心への流れチャンバ入口３６の中へ向けるように作用する。中心から周辺への部分３０は、入口４２と出口４４を有する中心から周辺への流れチャンバ４０を形成するチャンバ壁３８を含む。周辺流れ方向転換器３４は、チャンバ壁を取り囲み、チャンバ壁３８と一体である。周辺から中心への流れ部分３２はまた、周辺から中心への流れチャンバ４８を形成するチャンバ壁４６を含む。周辺から中心への流れチャンバ４８は、入口３６に加えて出口５２を有する。周辺から中心への流れ部分３２は、更に、流れ反転過程を助けるために傾斜バッフル５４を含むことができる。流れ反転バッフル２１の寸法と、特に中心から周辺への流れチャンバ４０及び周辺から中心への流れチャンバ４８の寸法とは、バッフルの使用法、及び／又はバッフルの製造又は成形法の用途に適合するように明らかに変えることができる。好ましい実施形態では、流れ反転バッフル２１は、射出成形工程によって作られる。図５Ｄ〜Ｆを参照すると、流れ反転バッフル２１の実施形態のための例示的な射出成形ツールが描かれている。この実施形態に対する成形ツールは、第１のツールプレート５６及び第２のツールプレート５８を含む。ツールプレート５６、５８は、形成される流れ反転バッフル２１のための構造を形成する。図５Ｅ、５Ｆは、ツールプレート５６、５８を使用して形成された流れ反転バッフル２１の断面を示す。描かれた実施形態の流れ反転バッフル２１は、チャンバ壁３８、４６が開放型の上部及び下部をそれぞれ有するように設計される。この設計は、射出成形工程に適合する。開放型上部チャンバ壁３８と開放型下部チャンバ壁４６とを有することにより、ツールプレート５６、５８は、流れ反転バッフル型を形成するために一緒にして比較的簡単なやり方で整列させることができる。形成された型を用いると、流れ反転バッフル２１の作製は、プラスチック樹脂を型の中に注入し、それを冷却させて成形する当業者に公知の比較的簡単な工程である。左側及び右側バッフル１８、２０と流れ反転バッフル２１とを含むバッフルアセンブリ２６全体は、一度に一緒に射出成形することができることを理解すべきである。

図６を参照すると、上述の混合器１０の実施形態の右側バッフル２０及び流れ反転バッフル２１の混合特性が描かれている。２つの流体６０ａ、６０ｂが、混合のために混合器１０の中へ導入される。（流体６０ｂは、流体の混合を追跡するために、チャネリングが典型的に生じる外縁に沿う地点に印が付けられた。）２つの流体６０ａ、６０ｂが点６２で右側バッフル２０の前縁に交わると、流体の流れは半分に分割される。分割された流体が右側バッフル２０を通って流れ続けると、材料は、点６４で右側バッフル２０の副表面によって横方向にずらされる。点６６において流体が右側バッフル要素２０の後縁から離れると、混合された流体は、導菅１２内でバッフルアセンブリ２６の空いている空間を占拠するように広がる。混合された流体は、右側バッフル２０から流れ反転バッフル２１内に流れ続ける。点７０Ａに示すように、流れの内部を移動する混合された流体は、壁３８によって捕捉され、入口４２を通って中心から周辺への流れチャンバ４０内へ向けられる。壁３８の外側の混合された流体は、周辺流れ方向転換器３４に接触する。点７０Ｂ、７０Ｃに示すように、流体が混合器１０を通って流れ続けると、周辺流れ方向転換器３４に接触している流体は、周辺流れ方向転換器３４を上昇し、中心から周辺への流れチャンバ４０内部で捕捉された流体は、中心から周辺への流れチャンバ４０を抜け出て、バッフルアセンブリ２６の周辺及び導菅１２に向けて外側へ拡大する。点７０Ｃ、７０Ｄに示すように、流体が混合器１０を通って流れ続けると、周辺流れ方向転換器３４に接触している流体は、周辺から中心への流れチャンバ４８内に向けられる。点７０Ｄが示すように、周辺から中心への流れチャンバ４８内に捕捉された流体は、チャンバ４８を通って流れる。同時に、中心から周辺への流れチャンバ４０を抜け出て拡大した流体は、チャンバ壁４６及び側壁１５によってチャンバ壁４６周囲で上方に押しやられる。点７０Ｅにおいて、周辺から中心への流れチャンバ４８からの流体は、チャンバ４８を出て、中心から周辺への流れチャンバ４０を出た流体（７４）によって取り囲まれた流体混合流れ（７２）の中心に入る。印した地点が示すように、この地点は今や流体流れの内部で混合され、「チャネリング」効果によって生じるストリーキングが排除される。

図７Ａ〜７Ｃ、図８Ａ〜８Ｃを参照すると、流れ反転バッフル２１の他の実施形態が描かれている。図７Ａ〜７Ｃの実施形態では、中心から周辺への流れチャンバ入口４２及び周辺から中心への流れチャンバ出口５２は、流れ方向Ｆと一線になるように配置される。図８Ａ〜Ｃの実施形態では、流れ反転バッフル２１は、丸いか又は円形の導菅１２に嵌合するように丸くされる。図９Ａ〜９Ｃは、バッフル要素が丸くされた相互結合したバッフルの別の実施形態を描いている。丸いか又は円形の導菅１２に使用するためのバッフルアセンブリ２６を形成するために、図９Ａ〜９Ｃに描かれたバッフル構成は、図８Ａ〜Ｃに描かれた流れ反転バッフル２１と組み合わせることができるであろう。

本発明を好ましい及び特定の実施形態によって説明したが、本発明はそのように限定されないことを当業者は認めるべきである。実施形態は、例示的に本明細書で説明したものであり、使用することができ、かつ依然として本発明の範囲内と考えられる多くの修正、変形、他の実施形態が存在する。例えば、バッフルは、本明細書で説明した実施形態とは対照的に螺旋形デザインを使用することができると考えられる。

混合器側壁の一部分が除去された本発明の静止型混合器の実施形態を描いた図である。 相互結合したバッフルの等角図である。 図２の混合器に使用された９０°右側バッフルの等角図である。 図２の混合器に使用された９０°左側バッフルの等角図である。 本発明の流れ反転バッフルの実施形態の等角図である。 本発明の流れ反転バッフルの実施形態の上面図である。 図５Ｂの５Ｃ−５Ｃ線に沿った断面図である。 本発明の流れ反転バッフルの実施形態を形成するための射出成形ツールの上面図である。 形成された流れ反転バッフルの断面と共に図５Ｄの５Ｅ−５Ｅ線に沿った断面を示す図である。 形成された流れ反転バッフルの断面と共に図５Ｄの５Ｆ−５Ｆ線に沿った断面を示す図である。 本発明の実施形態の流体混合方法を示す図である。 本発明の流れ反転バッフルの別の実施形態の等角図である。 図７Ａに描かれた流れ反転バッフルの実施形態の上面図である。 図７Ｂの７Ｃ−７Ｃ線に沿った断面図である。 本発明の流れ反転バッフルの別の実施形態の等角図である。 図８Ａに描かれた流れ反転バッフルの実施形態の上面図である。 図８Ｂの８Ｃ−８Ｃ線に沿った断面図である。 相互結合したバッフルの別の実施形態の等角図である。 図９Ａに描かれた実施形態の９０°右側バッフルの等角図である。 図９Ａに描かれた実施形態の９０°左側バッフルの等角図である。

Claims (19)

1. 導菅と、
   前記導菅に配置され、中心から周辺への流れ部分と、周辺から中心への流れ部分と、周辺流れ方向転換器とを有する流れ反転バッフルと、を備え、
   前記導菅内に導入されてその内部を流れる流体は、該流体流れの中心を流れる流体を流れの周辺に移動させることにより、そして、該流体を該流体流れの周辺から流れの中心に移動させることにより互いに混合される、
   ことを特徴とする静止型混合器。
2. 複数のバッフル要素を更に備えている、
   請求項１に記載の混合器。
3. 少なくとも１つのバッフル要素は、右側バッフル要素であり、
   少なくとも１つの他のバッフル要素は、左側バッフル要素である、
   請求項２に記載の混合器。
4. 前記バッフル要素は、互いに一体化されている、
   請求項３に記載の混合器。
5. 前記バッフル要素と一体に形成された側壁を更に備えている、
   請求項４に記載の混合器。
6. 前記バッフル要素は、射出成形により形成されている、
   請求項５に記載の混合器。
7. 導菅と、
   前記導菅に配置された少なくとも１つの流れ反転バッフルと、
   前記導菅に配置された複数の交互する混合バッフルと、備え、
   前記流れ反転バッフルは、中心から周辺への流れ部分、周辺から中心への流れ部分、及び周辺流れ方向転換器を有し、
   前記中心から周辺への流れ部分は、入口及び出口を有する中心から周辺への流れチャンバを形成するチャンバ壁を有し、
   前記周辺から中心への流れ部分は、入口及び出口を有する周辺から中心への流れチャンバを形成するチャンバ壁を有する、
   ことを特徴とする静止型混合器。
8. 前記中心から周辺への流れ部分、前記周辺から中心への流れ部分、及び前記周辺流れ方向転換器は、互いに一体化されている、
   請求項７に記載の混合器。
9. 前記周辺流れ方向転換器は、前記中心から周辺への流れ部分を取り囲み、前記周辺から中心への流れチャンバへの前記入口を形成している、
   請求項８に記載の混合器。
10. 前記周辺から中心への流れ部分の前記チャンバ壁は、前記流れチャンバ出口に隣接した傾斜バッフルを形成している、
    請求項７に記載の混合器。
11. 前記交互するバッフル要素は、右側及び左側バッフル要素である、
    請求項７に記載の混合器。
12. 前記交互する右側及び左側バッフル要素は、９０°の捩れを有している、
    請求項１１に記載の混合器。
13. 前記導菅は、円形であり、
    前記流れ反転バッフル及び前記交互するバッフル要素は、丸くされる、
    請求項１１に記載の混合器。
14. 前記バッフル要素は、互いに一体化されている、
    請求項１１に記載の混合器。
15. 前記バッフル要素と一体に成形された側壁を更に備えている、
    請求項１４に記載の混合器。
16. 前記バッフル要素は、射出成形により形成されている、
    請求項１５に記載の混合器。
17. 静止型混合器の流体ストリーキングを低減する方法であって、
    入口及び出口を有する導菅と、該導菅に配置された流れ反転バッフル及び複数の交互する混合バッフルとを準備する段階を備え、
    前記流れ反転バッフルは、中心から周辺への流れ部分、周辺から中心への流れ部分、及び周辺流れ方向転換器を有し、
    混合される複数の流体を前記導菅入口に導入する段階と、
    前記流体を前記導菅内のバッフルを通して押し進める段階と、
    混合された流体組成物を前記導菅出口から押出す段階と、
    を更に備えていることを特徴とする方法。
18. 流れ反転バッフルを製造する方法であって、
    中心から周辺への流れ部分と、周辺から中心への流れ部分と、周辺流れ方向転換器とを有する流れ反転バッフルのための構造を形成する一組の形成ツールを準備する段階と、
    前記形成ツールを配置して流れ反転バッフル型を形成する段階と、
    プラスチック樹脂を前記流れ反転バッフル型の中に注入して流れ反転バッフルを成形する段階と、を備えている、
    ことを特徴とする方法。
19. バッフルアセンブリを製造する方法であって、
    中心から周辺への流れ部分と、周辺から中心への流れ部分と、周辺流れ方向転換器とを有する流れ反転バッフルのための構造を形成し、更に複数の交互する混合バッフルを形成する一組の形成ツールを準備する段階と、
    前記形成ツールを配置して、流れ反転バッフルと複数の交互する混合バッフルとを有するバッフルアセンブリのための型を形成する段階と、
    プラスチック樹脂を前記バッフルアセンブリ型の中に注入してバッフルアセンブリを成形する段階と、を備えている、
    ことを特徴とする方法。

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