JP2014532569A - スラリ分配システムのためのフロースプリッタ - Google Patents

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Abstract

フロースプリッタ(200)は、入口導管(202)と、接合部(210)によって分離された第一および第二出口導管(204、206)とを含むことができる。入口導管(202)は、入口端(203)および接合端(205)を含むことができる。入口導管(202)は、入口端(202)と接合端(205)との間に延在する主流軸(75)に沿って設けられている。入口端(203)は、入口開口部(207)を画定する。接合端(205)は、第一および第二接合開口部(209、211)を画定する。第一接合開口部(209)は、第二接合開口部(211)に対して離間した関係に設けられている。接合部(210)は、第一および第二接合開口部(209、211)の間で、入口導管(202)の接合端(205)に設けられている。接合部(210)は、主流軸(75)に対して実質的に直角な、実質的に平坦な壁領域(219)を含む。フロースプリッタ(200)は、フロースプリッタ(200)がその間に設けられた状態で、セメント・スラリ・ミキサ(102)およびスラリ分配器(104)と流体連絡して配置されることが可能である。【選択図】図3

Description

(関連出願の相互参照)
本願は、「スラリ分配器、そのシステム、使用法、および製造方法(Slurry Distributor,System,Method for Using,and Method for Making Same)」と題される、2011年10月24日出願の米国特許仮出願第61/550,827号明細書、「スラリ分配システムのためのフロースプリッタ(Flow Splitter for Slurry Distribution System)」と題される、2011年10月24日出願の米国特許仮出願第61/550,857号明細書、および「スラリスプリッタを絞るための自動装置(Automatic Device for Squeezing Slurry Splitter)」と題される、2011年10月24日出願の米国特許仮出願第61/550,873号明細書の優先権の恩典を主張するものであり、これらの全内容は、参照により本願に組み込まれる。
本開示は、連続的なボード製造プロセスに関し、より具体的には、セメント品の製造に関連するスラリの分配のための装置、システム、および方法に関する。
多くのタイプのセメント品において、固化石膏(硫酸カルシウム二水和物)が主要構成分であることが多い。たとえば、固化石膏は、伝統的なしっくいを用いて作り出される最終製品(たとえばしっくい表面の内部建物壁)の、また建物の内壁および天井の一般的な乾式壁構造に採用される表面仕上げ石膏ボードにおいても、主要成分である。加えて、固化石膏は、米国特許第5,320,677号明細書に記載されるような、石膏/セルロース繊維複合材ボードおよび製品の主要成分である。固化石膏はまた、石膏ボードの縁の間の接合部を充填および平滑化する製品にも含まれる(たとえば、米国特許第3,297,601号明細書参照)。また、正確に機械加工された、モデリングおよび金型形成に有用な材料などの多くの特殊材料は、多量の固化石膏を含有する製品を生み出す。一般的に、このような石膏含有セメント製品は、セメントスラリを形成するのに適切なように、焼石膏(硫酸カルシウムアルファまたはベータ半水化物および/または硫酸カルシウム硬石膏)、水、およびその他の成分の混合物を調製することによって、作られる。セメント品の製造において、たとえば米国特許第3,359,146号明細書に記載されるように、セメントスラリおよび所望の添加物は、しばしば連続ミキサ内で配合される。
たとえば、一般的な石膏パネル製造プロセスにおいて、石膏ボードは、水性焼石膏スラリを形成するために、焼石膏(一般には「化粧しっくい」と称される)を水中に均一に分散させることによって、製造される。水性焼石膏スラリは一般的に、均一な石膏スラリを形成するために内容物を撹拌する手段を包含するミキサ内に、化粧しっくいおよび水ならびにその他の添加物を投入することによって、連続的に生産される。スラリは、ミキサの排出口に向かって、およびこれを通じて、ミキサの排出口に接続された排出導管内に連続的に配向される。水性泡は、ミキサ内および/または排出導管内で水性焼石膏スラリと結合することができる。スラリのストリームは排出導管を通過し、成形テーブルによって支持されるカバーシート材の可動ウェブ上にそこから連続的に付着する。
スラリは、前進ウェブの上に拡散することができる。カバーシート材の第二ウェブは、スラリを被覆して連続的な壁板母材のサンドイッチ構造を形成するために塗布されて、所望の厚みを得るために、従来の成形ステーションなどで成形される。
焼石膏は、壁板母材の水と反応し、コンベヤが製造ラインで壁板母材を移動させる際に固化する。壁板母材は、母材が十分に固化した線に沿った点で、セグメントに切断される。セグメントは反転され、過剰な水を追い出すために(たとえば乾燥炉内で)乾燥させられ、所望の寸法の最終壁板製品を提供するために加工される。
石膏壁板の生産に伴う運転上の問題のうちのいくつかを解決するための先行技術による装置および方法は、同一出願人による米国特許第5,683,635号明細書、米国特許第5,643,510号明細書、米国特許第6,494,609号明細書、米国特許第6,874,930号明細書、米国特許第7,007,914号明細書、および米国特許第7,296,919号明細書に開示されており、これらは参照により組み込まれる。
任意の量の完成品を形成するために結合される化粧しっくいに対する水の重量割合は、当該技術分野においてしばしば「水・化粧しっくい比」(WSR)と称される。調合変更を伴わないWSRの減少は、スラリ粘度を相応に増加させ、これにより成形テーブル上に拡散するスラリの能力を低下させる。石膏ボード製造プロセスにおける水使用の減少(すなわち、WSRの低下)は、プロセスにおけるエネルギー需要を減少させる機会を含む、多くの利点を生み出すことができる。しかしながら、ミキサに実装された排出導管を通じてより多くの粘性石膏スラリを搬送すること、および成形テーブル上にこのようなスラリを均一に拡散することは、大きな課題のままである。
この背景技術の記載は読者を支援するために本発明者らによって作成されたものであり、提示された問題自体のいずれかが当該技術分野において理解されていたという暗示として解釈されるものではないことは、理解されるべきである。記載された原理は、いくつかの態様および実施形態において、別のシステムに内在する問題を軽減する可能性があるが、その一方で保護される革新技術の範囲が、いずれかの開示される特徴の、本明細書に明記されるいずれか特定の問題を解決する能力によってではなく、添付請求項によって定義されることは、理解されるべきである。
一態様において、本開示は、セメント製品の調製で使用するためのフロースプリッタの実施形態を対象とする。フロースプリッタは、フロースプリッタが間に設けられたスラリミキサおよびスラリ分配器と流体連絡して配置されることが可能である。一実施形態において、フロースプリッタは、入口導管と、接合部によって分離された第一および第二出口導管とを含むことができる。
入口導管は、入口端および接合端を含むことができる。入口導管は、入口端と接合端との間に延在する主流軸に沿って設けられている。入口端は入口開口部を画定する。接合端は第一および第二接合開口部を画定する。第一接合開口部は、第二接合開口部に対して離間した関係に設けられている。
第一出口導管は、入口導管の第一接合開口部と流体連絡している。第一出口導管は、第一排出開口部を画定する排出端を含む。
第二出口導管は、入口導管の第二接合開口部と流体連絡している。第二出口導管は、第二排出開口部を画定する排出端を含む。
接合部は、入口導管の接合端に設けられている。接合部は、第一接合開口部と第二接合開口部との間に設けられている。接合部は、実質的に平坦な壁領域を含む。壁領域は主流軸に対して実質的に直角である。
別の実施形態において、フロースプリッタは、入口導管と、接合部によって分離された第一および第二出口導管とを含むことができる。入口導管は、入口端および接合端を含む。入口導管は、入口端と接合端との間に延在する主流軸に沿って設けられている。入口端は入口開口部を画定する。接合端は第一および第二接合開口部を画定する。第一接合開口部は、第二接合開口部に対して離間した関係に設けられている。入口導管は、入口開口部と第一および第二接合開口部との間に延在する入口通路を画定する。
第一出口導管は、入口導管の第一接合開口部と流体連絡している。第一出口導管は、第一排出開口部を画定する排出端を含む。第二出口導管は、入口導管の第二接合開口部と流体連絡している。第二出口導管は、第二排出開口部を画定する排出端を含む。
接合部は、入口導管の接合端に設けられている。接合部は、第一接合開口部と第二接合開口部との間に設けられている。入口導管は、接合部に隣接する入口通路内に流量制限部を画定する輪郭部を含む。
本開示の別の態様において、スラリ混合および分注アセンブリの実施形態が記載される。一実施形態において、スラリ混合および分注アセンブリは、ミキサと、送達導管と、フロースプリッタと、スラリ分配器とを含む。
ミキサは、水性セメントスラリを形成するために、水およびセメント状材料(たとえば、焼石膏など)を撹拌するようになっている。送達導管は、ミキサと流体連絡している。送達導管は、ミキサから水性セメントスラリの主流を受けるようになっている共通送達主路を含む。
フロースプリッタは、共通送達主路と流体連絡している。フロースプリッタは、入口導管と、接合部によって分離された第一および第二出口導管とを含む。
入口導管は、入口端および接合端を含む。入口導管は、入口端と接合端との間に延在する主流軸に沿って設けられている。入口端は、共通送達主路と流体連絡している入口開口部を画定し、共通送達主路から水性セメントスラリの主流を受けるようになっている。接合端は第一および第二接合開口部を画定する。第一接合開口部は、第二接合開口部に対して離間した関係に設けられている。第一および第二接合開口部は、水性セメントスラリの主流を水性セメントスラリの第一供給流と水性セメントスラリの第二供給流とに分割するようになっている。
第一出口導管は、入口導管の第一接合開口部と流体連絡している。第一出口導管は、第一排出開口部を画定する排出端を含む。第一出口導管は、入口導管から水性セメントスラリの第一供給流を受けて、第一排出開口部から第一供給流を分注するようになっている。
第二出口導管は、入口導管の第二接合開口部と流体連絡している。第二出口導管は、第二排出開口部を画定する排出端を含む。第二出口導管は、入口導管から水性セメントスラリの第二供給流を受けて、第二排出端から第二供給流を分注するようになっている。
接合部は、入口導管の接合端に設けられている。接合部は、第一接合開口部と第二接合開口部との間に設けられている。接合部は、実質的に平坦な壁領域を含む。壁領域は、主流軸に対して実質的に直角である。
スラリ分配器は、フロースプリッタと流体連絡している。スラリ分配器は、フロースプリッタの第一出口導管から水性セメントスラリの第一供給流を受けるようになっている第一供給口と、第一供給口に対して離間した関係にあり、フロースプリッタの第二出口導管から水性セメントスラリの第二流れを受けるようになっている、第二供給口と、第一および第二供給口の両方と流体連絡しており、水性セメントスラリの第一および第二流れが分配出口を通じてスラリ分配器から排出されるようになっている、分配出口とを含む。
別の実施形態において、セメントスラリ混合および分注アセンブリは、ミキサと、送達導管と、フロースプリッタと、スラリ分配器とを含む。ミキサは、水性セメントスラリを形成するために、水およびセメント状材料を撹拌するようになっている。
送達導管は、セメント・スラリ・ミキサと流体連絡している。送達導管は、ミキサから水性セメントスラリの主流を受けるようになっている共通送達主路を含む。
フロースプリッタは、共通送達主路と流体連絡している。フロースプリッタは、入口導管と、接合部によって分離された第一および第二出口導管とを含む。入口導管は、入口端および接合端を含む。
入口導管は、入口端と接合端との間に延在する主流軸に沿って設けられている。入口端は、共通送達主路と流体連絡している入口開口部を画定する。接合端は、第一および第二接合開口部を画定する。第一接合開口部は、第二接合開口部に対して離間した関係に設けられている。第一および第二接合開口部は、水性セメントスラリの主流を水性セメントスラリの第一供給流と水性セメントスラリの第二供給流とに分割するようになっている。入口導管は、入口開口部と第一および第二接合開口部との間に延在する入口通路を画定する。
第一出口導管は、入口導管の第一接合開口部と流体連絡している。第一出口導管は、第一排出開口部を画定する排出端を含む。第一出口導管は、入口導管から水性セメントスラリの第一供給流を受けて、第一排出開口部から第一供給流を分注するようになっている。
第二出口導管は、入口導管の第二接合開口部と流体連絡している。第二出口導管は、第二排出開口部を画定する排出端を含む。第二出口導管は、入口導管から水性セメントスラリの第二供給流を受けて、第二排出端から第二供給流を分注するようになっている。
接合部は、入口導管の接合端に設けられている。接合部は、第一接合開口部と第二接合開口部との間に設けられている。入口導管は、接合部に隣接する入口通路内に流量制限部を画定する輪郭部を含む。
スラリ分配器は、フロースプリッタと流体連絡している。スラリ分配器は、フロースプリッタの第一出口導管から水性セメントスラリの第一供給流を受けるようになっている第一供給口を含む。第二供給口は、第一供給口に対して離間した関係にあり、フロースプリッタの第二出口導管から水性セメントスラリの第二流れを受けるようになっている。分配出口は、第一および第二供給口の両方と流体連絡しており、水性セメントスラリの第一および第二流れが分配出口を通じてスラリ分配器から排出されるようになっている。
本開示の別の態様において、セメント製品を調製する方法の実施形態が記載される。セメント製品を調製する方法の一実施形態において、水性セメントスラリの主流がミキサから排出される。ミキサからの水性セメントスラリの主流は、水性セメントスラリの第一供給流と水性セメントスラリの第二供給流とに分割される。水性セメントスラリの第一供給流は、スラリ分配器の第一供給口を通される。水性セメントスラリの第二供給流は、スラリ分配器の第二供給口を通される。第二供給口は、第一供給口に対して離間した関係にある。水性セメントスラリの第一および第二供給流は、スラリ分配器内で再結合する。水性セメントの第一供給流および水性セメントスラリの第二供給流の各々は、水性セメントスラリの主流の平均流速の少なくとも約50%の平均流速を有する。
開示される原理のさらなる代替態様および特徴は、以下の詳細な説明および添付図面より理解されるだろう。後にわかるように、本明細書に開示されるフロースプリッタは、その他の異なる実施形態において実行および使用されることが可能であり、様々な点で変更されることが可能である。したがって、上記の概要および下記の詳細な説明のいずれも単に例示的であり説明目的であって、添付請求項の範囲を制限するものではないことは、理解されるべきである。
本開示の原理によって構成されたフロースプリッタの実施形態を含むセメントスラリ混合および分注アセンブリの実施形態の概略平面図である。 図1のセメントスラリ混合および分注アセンブリのスラリ分配器の第一のピースの上面図であり、これはスラリ分配器の他方のピースが実質的に同じである2ピース構造を有している。 本開示の原理によって構成され、セメントスラリ混合および分注アセンブリで使用するのに適している、フロースプリッタの実施形態の斜視図である。 図3のフロースプリッタの入口端立面図である。 図3のフロースプリッタの出口端立面図である。 図3のフロースプリッタの上面図である。 図6の線VII−VIIに沿った、図3のフロースプリッタの断面図である。 図6の線VIII−VIIIに沿った、図3のフロースプリッタの断面図である。 本開示の原理によって構成された絞り装置の実施形態の内部に設けられた図3のフロースプリッタの側面立面図である。 図3のフロースプリッタおよび図9の絞り装置の入口端立面図である。 図2のフロースプリッタおよび図9の絞り装置の出口端立面図である。 本開示の原理によって構成されたフロースプリッタの実施形態を含むセメントスラリ混合および分注アセンブリの別の実施形態の概略平面図である。 本開示の原理によって構成されたフロースプリッタの実施形態を含む石膏壁板製造ラインのウェットエンドの実施形態の概略立面図である。
本開示は、たとえば石膏壁板などのセメント製品を含む、製品の製造に使用されることが可能なセメントスラリ混合および分注アセンブリの、様々な実施形態を提供する。本開示の原理によって構成されたセメントスラリ混合および分注アセンブリの実施形態は、製造プロセスにおいて使用されることが可能であり、多相スラリの少なくとも2つの独立した流れがフロースプリッタから出るように、ミキサからフロースプリッタに侵入する−たとえば空気および液相を包含する水性発泡石膏スラリなどの−多相スラリの単一の流れを効率的に分割するために、ミキサに実装された排出導管内にフロースプリッタを含む。
本開示の原理によって構成されたセメントスラリ混合および分注アセンブリの実施形態は、連続ボード(たとえば、壁板)製造プロセスの間にコンベヤ上で移動する前進ウェブ(たとえば、紙またはマット)上でスラリ(たとえば、水性焼石膏スラリ)を混合および分散するために、使用されることが可能である。一態様において、本開示の原理によって構成されたフロースプリッタは、水性焼石膏スラリを形成するために焼石膏および水を撹拌するようになっているミキサに取り付けられた排出導管として、またはその一部として、従来の石膏乾式壁製造プロセスにおいて使用されることが可能である。
本開示の原理によるセメントスラリ混合および分注アセンブリは、たとえばボードなど、いずれのタイプのセメント製品を形成するためにも使用可能である。いくつかの実施形態において、たとえば石膏乾式壁、ポルトランド・セメント・ボード、または音響パネルなどの石膏ボードが、形成されることが可能である。
セメントスラリはたとえば、石膏壁板、たとえば米国特許出願第2004/0231916号公報に記載される音響パネルを含む音響パネル、またはポルトランド・セメント・ボードを生産するために一般的に使用されるいずれかのセメントスラリなど、いずれの従来型セメントスラリであってもよい。このためセメントスラリは、セメントボード製品を生産するために一般的に使用されるいずれかの添加物を、任意でさらに含むことができる。このような添加物は、鉱物綿、連続または細断ガラス繊維(繊維ガラスとも称される)、パーライト、粘度、バーミキュライト、炭酸カルシウム、ポリエステル、および紙繊維を含む構造添加物、ならびに発泡剤、充填剤、促進剤、砂糖、リン酸塩、ホスホン酸塩、ホウ酸塩などの増強剤、遅延剤、結合剤(たとえばデンプンおよびラテックス)、着色剤、殺菌剤、殺生物剤、シリコーンベース材料(たとえばシラン、シロキサン、またはシリコーン樹脂マトリクス)などの疎水剤、などの化学添加物も含む。これらおよびその他の添加物のいくつかの使用例は、たとえば、米国特許第6,342,284号明細書、米国特許第6,632,550号明細書、米国特許第6,800,131号明細書、米国特許第5,643,510号明細書、米国特許第5,714,001号明細書、米国特許第6,774,146号明細書、米国特許出願第2004/0231916号公報、米国特許出願第2002/0045074号公報、米国特許出願第2005/0019618号公報、米国特許出願第2006/0035112号公報、および米国特許出願第2007/0022913号公報に、記載されている。
セメント状材料の非限定例は、ポルトランドセメント、ソレルセメント、スラグセメント、フライアッシュセメント、カルシウムアルミナセメント、水溶性無水石膏、硫酸カルシウムα半水和物、硫酸カルシウムβ半水和物、天然、合成、または化学修飾硫酸カルシウム半水和物、硫酸カルシウム二水和物(「石膏」、「固化石膏」、または「水和石膏」)、およびこれらの混合物を含む。一態様において、セメント状材料は望ましくは、硫酸カルシウムアルファ半水和物、硫酸カルシウムベータ半水和物、および/または無水石膏などの形態の、焼石膏を含む。実施形態において、焼石膏は、いくつかの実施形態では繊維質であってもよく、別の実施形態では非繊維質であってもよい。焼石膏は、少なくとも約50%のベータ硫酸カルシウム半水和物を含むことができる。別の実施形態では、焼石膏は少なくとも約86%のベータ硫酸カルシウム半水和物を含むことができる。焼石膏に対する水の重量比はいずれの適切な比率であってもよいが、ただし当業者が理解するところでは比率が低い方が効率的であり、これは製造中に追い出される過剰な水が少なくなければならず、これによってエネルギーを保存するからである。いくつかの実施形態において、セメントスラリは、製品に応じたボード製造のため、たとえば2:3など、それぞれ重量比で約1:6から約1:1の範囲で水と焼石膏を混ぜ合わせることによって、調製されることが可能である。
ここで図面を参照すると、図1は、フロースプリッタ200およびスラリ分配器104と流体連絡しているセメント・スラリ・ミキサ102を含む、セメントスラリ混合および分注アセンブリ100の実施形態を示す。セメント・スラリ・ミキサ102は、水性セメントスラリを形成するために、水およびセメント状材料を撹拌するようになっている。水およびセメント状材料の両方が、当該技術分野において周知のように、1つ以上の入口を通じてミキサ102に供給されることが可能である。いずれの適切なミキサ(たとえばピンミキサ)も、スラリ混合および分注アセンブリ100とともに使用されることが可能である。
フロースプリッタ200は、セメント・スラリ・ミキサ102とスラリ分配器104との間に設けられ、セメント・スラリ・ミキサ102およびスラリ分配器104の両方と流体連絡している。図1に示されるフロースプリッタ200は、セメント・スラリ・ミキサ102から流入するセメントスラリの主流を、スラリ分配器104の2つの供給口106、108に配向される実質的に均等な2つの供給流に分離するようになっている。フロースプリッタ200は、ミキサ102からスラリの主流を受けるようになっている実質的に円筒形の入口導管202と、各々が入口導管202と流体連絡していて、フロースプリッタ200からスラリ分配器104へスラリの2つの出口流れを分注するようになっている、一対の実質的に円筒形の出口導管204、206とを有する。
スラリ分配器104は、フロースプリッタ200を通じてセメント・スラリ・ミキサ102と流体連絡している。スラリ分配器104は、フロースプリッタ200の第一出口204を通じてセメント・スラリ・ミキサ102から水性セメントスラリの第一流れを受けるようになっている第一供給口106と、フロースプリッタ200の第二出口206を通じてセメント・スラリ・ミキサ102から水性セメントスラリの第二流れを受けるようになっている第二供給口108と、第一および第二供給口106、108の両方と流体連絡しており、水性セメントスラリの第一および第二流れが縦方向50にほぼ沿って分配出口110を通じてスラリ分配器104から排出されるようになっている、分配出口110と、を含む。
スラリ分配器104は、分配導管128と流体連絡している供給導管122を含む。供給導管122は、第一供給口106と、第一供給口106から離間した関係に設けられた第二供給口108とを含み、これらはいずれも縦方向50に対して約60°の供給角度θで配置されている。供給導管122は、第一および第二供給流れ方向190、191に沿って移動するスラリの第一および第二流れを受けるように、ならびにスラリの第一および第二流れが、実質的に縦方向50と一致しているほぼ出口流れ方向192に移動している分配導管128内に搬送されるように、方向各α(図2参照)の変化によってスラリ流れ方向を再配向するようになっている、構造141、143を内部に含む。
分配導管128は、横軸60に対して実質的に直角な、縦軸または縦方向50にほぼ沿って延在する。分配導管128は、進入部152および分配出口110を含む。進入部152は、進入部152がそこからの水性セメントスラリの第一および第二流れの両方を受けられるように、供給導管122の第一および第二供給口106、108と流体連絡している。分配出口110は、進入部152と流体連絡している。分配導管128の分配出口110は、横軸60の沿った幅方向の水性セメントスラリの第一および第二流れの組み合わせの排出を容易にするために、横軸60に沿って所定距離Wだけ延在する。スラリ分配器104は、他の点では2011年12月30日出願の、米国特許出願第13/341,209号明細書(米国特許出願第2012/0170403号公報)に記載されるスラリ分配器と類似していてもよく、この全内容は参照により本願に組み込まれる。別の実施形態において、スラリ分配器104は、たとえば米国特許出願第2012/0170403号公報に記載されるものなど、異なる形態を取ることができる。
送達導管112は、セメント・スラリ・ミキサ102、フロースプリッタ200、およびスラリ分配器104の間に設けられ、これらと流体連絡している。送達導管112は、セメント・スラリ・ミキサ102およびフロースプリッタ200と流体連絡している共通送達主路114と、その第一出口導管204およびスラリ分配器104の第一供給口106を介してフロースプリッタ200と流体連絡している第一送達枝路116と、その第一出口導管206およびスラリ分配器104の第二供給口108を介してフロースプリッタ200と流体連絡している第二送達枝路118と、を含む。
共通送達主路114は、フロースプリッタ200を通じて第一および第二送達枝路116、118の両方と流体連絡している。フロースプリッタ200は、主要送達主路114と第一送達枝路116との間、および共通送達主路114と第二送達枝路118との間に設けられている。いくつかの実施形態において、フロースプリッタ200は、セメントスラリの第一および第二流れが実質的に等しくなるように、これらを分割するのに役立つようになっていてもよい。別の実施形態において、第一および第二流れの各々の平均流速および/または第一および第二流れの各々の体積流量を調整することなどによって、スラリの第一および第二流れを調節するのに役立てるために、追加構成要素が追加されてもよい。
送達導管112は、いずれの適切な材料で作られることも可能であり、異なる形状を有することも可能である。いくつかの実施形態において、送達導管は可撓性導管を含むことができる。
水性泡供給スラリ導管121は、セメント・スラリ・ミキサ102および送達導管112のうちの少なくとも1つと流体連絡できる。供給源からの水性泡は、スラリ分配器104に供給される発泡セメントスラリ(たとえば、発泡水性焼石膏スラリ)を形成するために、ミキサ102の下流のいずれか適切な位置の、および/またはミキサ102自体の中の、泡供給導管121を通じて構成材料に添加されることが可能である。図示される実施形態において、泡供給導管121は、セメント・スラリ・ミキサ102の下流に設けられており、たとえば米国特許第6,874,930号明細書に記載されるような送達導管112に関連付けられた注入リングまたはブロックに泡を供給するマニホールド型配置を有する。
別の実施形態において、ミキサ102と流体連絡している1つ以上の二次的な泡供給導管が提供されることも可能である。さらに別の実施形態において、(1つまたは複数の)水性泡スラリ導管は、セメント・スラリ・ミキサ102のみと流体連絡することができる。当業者によって理解されるように、セメントスラリ混合および分注アセンブリ100内のセメントスラリに水性泡を導入する手段は、アセンブリ内での関連のある位置を含み、意図される目的に適合するボードを生産するためにセメントスラリにおいて水性泡の均一な分散を提供するために、変更および/または最適化されることが可能である。
いずれの適切な発泡剤も使用可能である。好ましくは水性泡は、発泡剤と水との混合物のストリームが泡発生器に向けられ、その結果得られる水性泡のストリームが発生器を離れてセメントスラリに向けられてこれと混合されるような連続的な方法で、生産される。適切な発泡剤のいくつかの例は、たとえば米国特許第5,683,635号明細書および米国特許第5,643,510号明細書に記載されている。
発泡セメントスラリが固化して乾燥すると、スラリ中に分散した泡は内部に気泡を生じ、これは壁板の全体的な密度を低下させるように作用する。泡の量および/または泡の中の空気の量は、結果的な壁板製品が所望の重量範囲内となるように乾燥ボード密度を調整するために、変更可能である。
セメント・スラリ・ミキサ102からの水性セメントスラリの主流を制御するようになっている1つ以上の流れ修正要素123は、送達導管112に接続されることが可能である。(1つまたは複数の)流れ修正要素123は、水性セメントスラリの主流の動作特性を制御するのに使用されることが可能である。図1に示される実施形態において、(1つまたは複数の)流れ修正要素123は、共通送達主路114に接続されている。適切な流れ修正要素の例は、たとえば米国特許第6,494,609号明細書、米国特許第6,874,930号明細書、米国特許第7,007,914号明細書、および米国特許第7,296,919号明細書に記載されるものを含む、体積制限器、減圧弁、収縮弁、キャニスタなどを含む。
使用中、水性セメントスラリの主流はミキサ102から送達導管112内に排出され、水性泡は泡供給導管121を通じて主流内に挿入され、(1つまたは複数の)流れ修正要素123は水性セメントスラリの主流の動作特性を制御する。水性セメントスラリの主流は、フロースプリッタ200の入口導管202内に向けられる。ミキサ102からの水性セメントスラリの主流はフロースプリッタ200内で、それぞれ第一および第二出口導管204、206を通じてそこから排出される、水性セメントスラリの第一供給流および水性セメントスラリの第二供給流に分割される。フロースプリッタ200は、セメント・スラリ・ミキサ102から入ってくるセメントスラリの主流を、スラリ分配器104の個別の供給口106、108に向けられる2つの実質的に均等な供給流に分離することができる。第一および第二供給流はそれぞれ、フロースプリッタ200から第一および第二送達枝路116、118を通じてスラリ分配器104の第一および第二供給口106、108に向けられる。スラリ分配器において、第一および第二供給流は、結合した水性セメントスラリの第一および第二流れが、縦方向50と実質的に一致する出口流れ方向192に移動するように、再配向および再結合される。再結合された水性セメントスラリの第一および第二流れは、実質的に縦方向50に沿って実質的に移動しながらスラリ分配器の分配出口110から排出される。
図3から図8を参照すると、本開示の原理によって構成されたフロースプリッタ200の実施形態が示されている。本開示の原理によって構成されたフロースプリッタの実施形態は、既存の壁板製造システムの後付け部品として有利に構成されることが可能である。フロースプリッタ200は、水性セメントスラリの分離した流れをスラリ分配器に送達するために、たとえば図1に示されるように、セメント・スラリ・ミキサ102およびスラリ分配器104と流体連絡して配置されることが可能である。
フロースプリッタ200は、ポリ塩化ビニル(PVC)、ウレタン、またはその他いずれか適切な弾性可撓性材料を含む、可撓性材料などのいずれか適切な材料から作られることが可能である。別の実施形態では、フロースプリッタ200は、実質的に剛性の材料(たとえば、アルミニウム、ステンレス鋼など)など、その他の材料から作られることが可能である。
フロースプリッタ200は、図示される実施形態では実質的に円筒形であって、ミキサからスラリの主流を受けるようになっている、入口導管202と、図示される実施形態では実質的に円筒形であって、各々が入口導管202と流体連絡している、一対の出口導管204、206とを含む。出口導管204、206は、フロースプリッタ200からの2つの個別のスラリの出口流れを分注するようになっていてもよい。しかしながら、当業者は、フロースプリッタ200を通るスラリの流れを、事実上、流れ結合器に向けるように逆流させることを選択してもよいことは、理解されるべきである。
図3を参照すると、入口導管202は、入口端203および接合端205を含む。入口導管202は、入口端203と接合端205との間に延在する主流軸75に沿って設けられる(図6も参照)。
図4を参照すると、入口端203は、セメント・スラリ・ミキサと流体連絡している共通送達主路と流体連絡して配置されるように、ならびに共通送達主路から水性セメントスラリの主流を受けるようになっている、入口開口部207を画定する。接合端205は、第一および第二接合開口部209、211をそれぞれ画定する(図7も参照)。第一接合開口部209は、第二接合開口部211に対して離間した関係に設けられている。第一および第二接合開口部209、211は、水性セメントスラリの主流を水性セメントスラリの第一供給流および水性セメントスラリの第二供給流に分割するようになっている。
図5を参照すると、第一出口導管204は、入口導管202の第一接合開口部209と流体連絡している。第一出口導管204は、第一排出開口部217を画定する排出端215を含む。第一出口導管204は、入口導管202から水性セメントスラリの第一供給流を受けて、第一排出開口部217から第一供給流を分注するようになっている。
第二出口導管206は、入口導管202入口導管202の第二接合開口部211と流体連絡している。第二出口導管206は、第二排出開口部227を画定する排出端225を含む。第二出口導管206は、入口導管202から水性セメントスラリの第二供給流を受けて、第二排出端225から第二供給流を分注するようになっている。
図3を参照すると接合部210は、入口導管202の接合端205に設けられている。図4および図5を参照すると、接合部210は、第一接合開口部209と第二接合開口部211との間に設けられている。接合部210は、実質的に平坦な壁領域219を含む(図7および図8も参照)。図8を参照すると、壁領域219は、主流軸75に対して実質的に直角である。
図4および図5を参照すると、第一出口導管204の第一排出開口部217および第二出口導管206の第二排出開口部227は各々、入口導管202の入口開口部207の断面積よりも小さいかまたはほぼ等しい断面積を有することができる。実施形態において、第一出口導管204の第一排出開口部217の断面積および第二出口導管206の第二排出開口部227の断面積は各々、入口導管202の入口開口部207の断面積の約85%未満である。いくつかの実施形態において、第一出口導管204の第一排出開口部217の断面積は、第二出口導管206の第二排出開口部227の断面積と実質的に同じである。
図示される実施形態において、入口導管202の入口開口部207の内径φは、第一出口導管204の第一排出開口部217および第二出口導管206の第二排出開口部227のそれぞれの内径φ、φよりも大きい。図示される実施形態において、第一出口導管204の第一排出開口部217および第二出口導管206の第二排出開口部227のそれぞれの内径φ、φは、ほぼ同じである。
入口開口部207ならびに第一および第二排出開口部217、227の内径φ、φ、φ(および断面積も)は、所望の平均流速に応じて異なってもよい。より早い平均流速は、スラリの早期固化から生じるスラリ蓄積の可能性を低減する。第一および第二排出開口部217、227の内径φ、φは、フロースプリッタ200全体で比較的早い流速を維持するために、入口開口部207の内径φよりも小さく作られることが可能である。第一および第二排出開口部217、227の内径φ、φが入口開口部207の内径φと実質的に等しいとき、入口および両方の出口を通る体積流量が実質的に同じであれば、スラリの平均流速は出口導管204、206を通じて約50%低減されるだろう。しかし、出口204、206の内径が入口202の内径よりも小さいとき、排出導管204、206および入口導管202が実質的に等しい内径φ、φ、φを有する場合には、流速は出口導管204、206内で維持されるか、または少なくともほんのわずかだけ低減することが可能である。
たとえば、いくつかの実施形態において、フロースプリッタ200は約3インチの内径φを備える入口開口部207を有し、第一および第二排出開口部217、227は各々、約2.5インチの内径φ、φを有する(ただし、別の実施形態では、別の入口および出口内径が使用されることも可能である)。これらの寸法を備える実施形態において、より小さい出口導管204、206の内径は各出口導管204、206の平均流速を、入口導管202の平均流速よりも約28%減少させる。これは、内径φ、φ、φが実質的に等しい場合に行われる平均流速の約50%の減速に対する改善である。
フロースプリッタ200はまた、中央輪郭部208も含む。図7および図8を参照すると、入口導管202は、入口開口部207と第一および第二接合開口部209、211との間に延在する入口通路231を画定する。入口導管202は、接合部210の隣の入口通路231内に流量制限部235を画定する、輪郭部208を含む。
輪郭部208は、上部凸状領域212および反対の下部凸状領域213を含む。上部および下部凸状領域212、213は、その間に流量制限部235を画定するために、入口通路231内で互いに向かって突起している。
図7を参照すると、輪郭部208は第一および第二案内チャネル218、220を画定する。流量制限部235は、主流軸75に対して実質的に直角な横軸85に沿って、第一および第二案内チャネル218、220の間に横方向に設けられる。第一および第二案内チャネル218、220は、それぞれ上部および下部凸状領域212、213に対して横方向外向きに設けられる。第一および第二案内チャネル218、220は各々、流量制限部235の断面積よりも大きい断面積を有する。第一および第二案内チャネル218、220は、それぞれ第一および第二接合開口部209、211とそれぞれ実質的に一致している。
流量制限部235は、高さ軸95に沿った最大高さHを有する。高さ軸95は、主流軸75および横軸85の両方に対して直角である。第一および第二案内チャネル218、220は各々、流量制限部235の最大高さHよりも大きい、高さ軸95に沿った最大高さH、Hを有する。図示される実施形態において、第一および第二案内チャネル218、220は、高さ軸95に沿って実質的に同じ最大高さH、Hを有する。
輪郭部208は、接合部210におけるスラリ蓄積の発生を低減するためにスプリッタの外側縁214、216への流れを促進するのに役立つ、フロースプリッタ200の上の上部陥凹212およびフロースプリッタ200の底部の下部陥凹213を含む。図示されるように、中央輪郭部208の形状は、その外縁214、216に隣接して設けられた大きいチャネル218、220を生じる。中央部208の陥凹212、213は、外縁214、216における断面積よりも小さい断面積、および外縁H、Hに隣接して見られるよりも低い高さH、Hを有する、流量制限部235を画定する。その結果、接合部210に向かって主流軸75に沿って流れるスラリは、外縁214、216に設けられた案内チャネル218、220においてより少ない流れ抵抗に遭遇する。したがって、流れはフロースプリッタ200外縁214、216において大きいチャネル218、220に向かって、中央部208および接合部210から離れる方へ、配向される。
接合部210は、2つの出口204、206の間に設けられている。接合部210は、入口導管202の入口開口部207に進入するときにスラリがそれに沿って流れる主流軸75に対して実質的に直角な、平坦壁219で構成されている。平坦壁219は、水性セメントスラリ中の繊維およびその他の添加物が、接合部210の周りを包んでその箇所に蓄積(「ステープリング」とも称されるプロセス)するのを妨げるようなサイズになっている。平坦壁219は、スラリが接合部210に付着し、蓄積し、最終的に崩壊して塊を形成するのを防止するのに役立つように、構成可能である。
接合部210は、接合部210のすぐ上流の領域におけるスラリ蓄積を防止するのに役立つように構成可能である。しかしながらこの蓄積が発生した場合には、これはスラリの流れを妨害する可能性があり、これはスラリ流を分割して不均等にし、および/または中断させる可能性がある。閉じ込められたスラリの蓄積は硬化および固化する可能性があり、これは時間とともに最終的には崩壊して、硬い塊をスラリ流に乗せて、これによって成形ステーションでの紙切などのプロセス問題および中断を生じる可能性がある。
図9から図11を参照すると、フロースプリッタの内部にスラリが蓄積するのを防止するのに役立てるため、調整可能な一定の時間間隔でフロースプリッタ200を圧縮するための圧縮装置または自動絞り装置300の実施形態が提供可能である。絞り装置300は、流入するセメントスラリの主流を2つの出口流れストリームに分割するので、フロースプリッタ200に関連する潜在的な清浄度問題を解決する。絞り装置300は、接合部210における固化したスラリの蓄積を低減するのに役立てるため、フロースプリッタ200の中央部208を絞る。
圧縮装置300は、互いに離間した関係に設けられた第一および第二圧縮部材302、304を含む。フロースプリッタ200の接合部210は、第一および第二圧縮部材302、304の間に設けられている。第一および第二圧縮部材302、304のうちの少なくとも1つは、通常位置と圧縮位置との間で、主流軸75に対して実質的に直角な圧縮軸95に沿って他方の圧縮部材304に対する移動範囲にわたって移動可能である(図10に点線で示される第二圧縮部材304参照)。圧縮位置において、接合部210に隣接する入口導管202ならびに第一および第二出口導管204、206のうちの少なくとも1つの一部は、通常位置に対して圧縮される。実施形態において、接合部210は、圧縮部材302、304が通常位置に対して圧縮位置にあるときに圧縮される。
圧縮部材302、304は各々、実質的に平坦な圧縮面303、305を含む。圧縮面303、305は、互いに対して、および主流軸75に対して、実質的に平行な関係にある。
図10を参照すると、圧縮装置300は、第二圧縮部材304に対して第一圧縮部材302を選択的に移動させるようになっている少なくとも1つのアクチュエータ306を含む。図示される実施形態において、フロースプリッタ200の下に設けられた第二圧縮部材304は可動であり、第一圧縮部材302は静止している。別の実施形態において、その他の移動構成も可能である。
圧縮装置300は、アクチュエータ306が所定周波数にしたがって周期的に接合部を圧縮するために周期的に作動されるように、各アクチュエータ306を制御するようになっているコントローラ320を含むことができる。コントローラ320は、アクチュエータ306が第一および第二圧縮部材302、304を互いに向かって所定ストローク長Lだけ移動させるために作動されるように、各アクチュエータ306を制御するようになっていてもよい(図10参照)。
図9から図11に示されるように、絞り装置300は、フロースプリッタ200の接合部210に隣接して設けられている。第一および第二圧縮部材は、上板302および下板304の形態である。上板302はフロースプリッタ200の上に位置しており、下板304はフロースプリッタ200の下に位置している。図10に最もわかりやすく示されるように、図示される絞り装置300は、往復運動可能なピストン310を備える空気圧シリンダ308の形態の、一対のアクチュエータ306を含む。各アクチュエータ306は、アクチュエータが作動したときに、ピストン310が後退して、下板304が主流軸75に対して実質的に直角な高さ軸95に沿って規定されたストローク長Lにわたって上板302に向かって移動するように、上板302および下板304に実装されている。一対の空気配管312は、各アクチュエータ306の空気圧チャンバ308に、および圧縮空気源322に、接続されている。コントローラ320は、たとえば絞り装置を圧縮するためにピストン310を後退させるため、および板302、304を通常位置に戻すためにピストンを伸長するため、アクチュエータ306を選択的に動作させるために、適切な電動弁を用いるなどして、圧縮空気源322を選択的に制御するようになっている。アクチュエータ306は、陥凹した中央部208および接合部210においてフロースプリッタ200に圧縮力を印加するために、板302、304を一緒に互いに対して自動的にまたは選択的に移動させるように、動作可能である。上板および下板302,304を互いに近付けるように移動させることで、スラリの蓄積を抑制するために接合部210においてフロースプリッタ200を内向きに湾曲させる圧縮力を印加する。
絞り装置300がフロースプリッタ200を絞るとき、絞り動作はフロースプリッタに圧縮力を印加し、それに反応して内向きに湾曲する。この力は、フロースプリッタ200の出口導管204、206を通るスラリの流れを妨害する可能性のある、固体の蓄積を防止するのに役立つ。いくつかの実施形態において、絞り装置300は、アクチュエータ306とともに動作可能に配置されたプログラマブルコントローラの使用を通じて、自動的にパルス印加するように設計されている。絞り装置300は、生産条件に応じて調整可能な、可変ストローク長および周波数で作動するように、構成可能である。絞り装置300はまた、フロースプリッタ200の内部幾何形状を維持するのに役立ち、望ましくない歪みを防止するのに役立つように、フロースプリッタ200に支援を提供することも可能であり、これはスラリがフロースプリッタ200を流れるときに適切な流速および流れ特性を維持するのに役立つ。
さらに、別の実施形態において、フロースプリッタは3つ以上の排出導管を含むことができることは、理解されるべきである。実施形態において、適切に構成された接合部および/または輪郭部は、各対の隣り合う排出導管の間に設けられることが可能である。
図12を参照すると、セメントスラリ混合および分注アセンブリ410の別の実施形態が示されており、これは特に水性焼石膏スラリを混合および分注するのに適している。石膏スラリ混合および分注アセンブリ410は、フロースプリッタ400およびスラリ分配器420と流体連絡している石膏スラリミキサ412を含む。石膏スラリミキサ412は、水性焼石膏スラリを形成するために、水およびセメントを撹拌するようになっている。
フロースプリッタ400は、石膏スラリミキサ412とスラリ分配器420との間に設けられている。フロースプリッタ400は、図3から図8のフロースプリッタ200と類似の構造であってもよい。
スラリ分配器420は、図1のスラリ分配器104と構造および機能が類似していてもよい。別の実施形態において、たとえば米国特許出願第13/341,209号明細書(米国特許出願第2012/0170403号公報)に図示および記載されたものなど、その他の適切なスラリ分配器が使用されることも可能である。
送達導管414は、石膏スラリミキサ412、フロースプリッタ400、およびスラリ分配器420の間に設けられ、これらと流体連絡している。送達導管414は、フロースプリッタ400の入口導管402と流体連絡している共通送達主路415と、フロースプリッタ400の第一出口導管404およびスラリ分配器420の第一供給口424と流体連絡している第一送達枝路417と、フロースプリッタ400の第二出口導管406およびスラリ分配器420の第二供給口425と流体連絡している第二送達枝路418と、を含む。
共通送達主路415は、石膏スラリミキサ412と、フロースプリッタ400を通る第一および第二送達枝路417、418の両方との間に設けられ、これらと流体連絡している。水性泡スラリ導管421は、石膏スラリミキサ412および送達導管414のうちの少なくとも1つと流体連絡することができる。図示される実施形態において、水性泡スラリ導管421は、送達導管414の共通送達主路415と関連付けられている。
第一送達枝路417は、石膏スラリミキサ412(共通送達主路415およびフロースプリッタ400を通じて)とスラリ分配器420の第一供給口424との間に設けられ、これらと流体連絡している。少なくとも1つの第一流れ修正要素423は、第一送達枝路417と関連付けられており、フロースプリッタ400の第一出口導管404から分注される水性焼石膏スラリの第一流れを制御するようになっている。
第二送達枝路418は、石膏スラリミキサ412(共通送達主路415およびフロースプリッタ400を通じて)とスラリ分配器420の第二供給口425との間に設けられ、これらと流体連絡している。少なくとも1つの第二流れ修正要素427は、第二送達枝路418と関連付けられており、フロースプリッタ400の第二出口導管406から分注される水性焼石膏スラリの第二流れを制御するようになっている。
第一および第二流れ修正要素423、427は、水性焼石膏スラリの第一および第二流れの動作特性を制御するように、動作可能である。第一および第二流れ修正要素423、427は、独立して動作可能である。いくつかの実施形態において、第一および第二流れ修正要素423、427は、第一および第二供給流の平均流速および/または体積流量が互いに実質的に等しくなるように、それぞれフロースプリ画の第一および第二出口導管404、406から排出される第一および第二供給流を均衡させるのに役立つように、作動させられることが可能である。別の実施形態において、第一および第二流れ修正要素423、427は、スラリ分配器420の排出口430から結合したスラリの第一および第二流れの排出流を調整するのに役立つように、作動させられることが可能である。
いくつかの実施形態において、第一および第二流れ修正要素423、427は、任意の時間において第一スラリがスラリの第二流れよりも速い平均流速を有し、別の時点では第一スラリがスラリの第二流れよりも遅い平均流速を有するように、比較的遅い平均流速と比較的早い平均流速との間で対立的に入れ替わるスラリの第一および第二流れを送達するように、作動されることが可能である。
当業者が理解するように、カバーシート材のウェブの一方または両方は、望ましければ、当該技術分野においてしばしばスキムコートと称される、石膏スラリの非常に薄い比較的緻密な層(コアを含む石膏スラリと比較して)、および/またはハードエッジで、事前処理されることが可能である。この目的のため、ミキサ412は、スラリ分配器に送達される水性焼石膏スラリの第一および第二流れよりも比較的緻密な、緻密水性焼石膏スラリのストリーム(すなわち、「フェース・スキム・コート/ハード・エッジ・ストリーム」)を堆積させるようになっている、第一補助導管429を含む。第一補助導管429は、カバーシート材の可動ウェブにスキムコート層を塗布して、当該技術分野で周知のように可動ウェブの幅よりも小さいローラ431の幅によって可動ウェブの周囲にハードエッジを画定するようになっている、スキム・コート・ローラ431の上流で、カバーシート材の可動ウェブ上にフェース・スキム・コート/ハード・エッジ・ストリームを堆積させることができる。ハードエッジは、緻密層を塗布するために使用されるローラの末端の周りの緻密なスラリの一部をウェブに向けることによって、薄い緻密層を形成する同じ緻密なスラリから形成されることが可能である。
ミキサ412はまた、スラリ分配器に送達される水性焼石膏スラリの第一および第二流れよりも比較的緻密な緻密水性焼石膏スラリのストリーム(すなわち、「バック・スキム・コート・ストリーム」)を堆積するようになっている、第二補助導管433も含むことができる。第二補助導管433は、当該技術分野で周知のように、カバーシート材の第二可動ウェブにスキムコート層を塗布するようになっているスキム・コート・ローラ437の上流(第二ウェブの移動方向)で、カバーシート材の第二可動ウェブ上にバック・スキム・コート・ストリームを堆積させることができる(図13も参照)。
別の実施形態において、カバーシート材の可動ウェブに1つ以上の別のエッジストリームを送達するために、別の補助導管がミキサに接続されることが可能である。スラリ中の泡を機械的に破壊することによって、および/または適切な消泡剤を用いて泡を化学的につぶすことなどによって、内部のスラリをより緻密にするのに役立てるために、補助導管内に別の適切な機器(補助ミキサなど)が設けられることも可能である。
さらに別の実施形態において、第一および第二送達枝路は各々、スラリ分配器に送達される水性焼石膏スラリの第一および第二流れに水性泡をそれぞれ独立して導入するようになっている泡供給導管を、中に含むことができる。その他の実施形態も可能であることは、理解されるだろう。
図12の石膏スラリ混合および分注アセンブリ410は、その他の点では、図1の石膏スラリ混合および分注アセンブリ810と類似であってもよい。本開示の原理によって構成されたその他のフロースプリッタおよびその他のスラリ分配器が、本明細書に記載されるような石膏スラリ混合および分注アセンブリの別の実施形態で使用され得ることも、さらに考えられる。
図13を参照すると、石膏壁板製造ラインのウェットエンド511の例示的実施形態が示されている。ウェットエンド511は、フロースプリッタ400およびスラリ分配器420と流体連絡している石膏スラリミキサ512を有する石膏スラリ混合および分注アセンブリ510と、スラリ分配器520の上流に設けられて、カバーシート材の第一可動ウェブ539がその間に設けられるように成形テーブル538の上に支持されている、ハードエッジ/フェース・スキム・コート・ローラ531と、カバーシート材の第二可動ウェブ543がその間に設けられるように支持要素541の上に設けられたバック・スキム・コート・ローラ537と、母材を所望の厚みに成形するようになっている成形ステーション545と、を含む。スキム・コート・ローラ531、537、成形テーブル538、支持要素541、および成形ステーション545はすべて、当該技術分野で周知のように、その目的に適した従来の機器を含むことができる。ウェットエンド511は、当該技術分野で周知のようなその他の従来機器を備えることができる。
石膏スラリミキサ512は、水性焼石膏スラリを形成するために、水および焼石膏を撹拌するようになっている。フロースプリッタ500は、石膏スラリミキサ512とスラリ分配器520との間に設けられている。フロースプリッタ500は、図3から図8のフロースプリッタ200と類似の構造であってもよい。スラリ分配器520は、図1のスラリ分配器104と類似の構造および機能であってもよい。別の実施形態において、たとえば米国特許出願第13/341,209号明細書(米国特許出願第2012/0170403号公報)に図示および記載されたものなど、その他の適切なスラリ分配器が使用されることも可能である。
本開示の別の態様において、本開示の原理によって構成されたフロースプリッタは、様々な製造プロセスにおいて使用可能である。たとえば一実施形態において、フロースプリッタは石膏製品を調製する方法に使用されることが可能である。フロースプリッタは、ミキサ512から排出された水性焼石膏スラリの主流を、その内部での再結合のためにスラリ分配器520に配向される少なくとも2つの水性焼石膏スラリの供給流に分割するために、使用可能である。本明細書には具体的に記載されていない、セメント製品を調製する方法のこれらの態様は、周知の手法によって供給され、従来のセメント製品の製造において使用されることが、可能である。
水および焼石膏は、水性焼石膏スラリを形成するために、ミキサ512で混合されることが可能である。いくつかの実施形態において、水および焼石膏は、約0.5から約1.3、別の実施形態では約0.75以下の水対焼石膏比で、連続的にミキサに加えられることが可能である。
石膏ボード製品は通常、前進ウェブ539が完成ボードの「フェース」カバーシートの役割を果たすように、「下向き」に形成される。フェース・スキム・コート/ハード・エッジ・ストリーム549(水性焼石膏スラリの第一および第二流れのうちの少なくとも1つよりも緻密な水性焼石膏スラリの層)は、第一ウェブ539にスキムコート層を塗布するため、およびボードのハードエッジを画定するため、縦方向592に対して、ハードエッジ/フェース・スキム・コート・ローラ531の上流で、第一可動ウェブ539に塗布されることが可能である。
水性焼石膏スラリの主流545は、ミキサ512からフロースプリッタ500を含む分注アセンブリ541内に排出される。水性焼石膏スラリの主流は、フロースプリッタ500の入口導管502に進入し、その中で、第一および第二供給流547、548をそれぞれ画定するために、第一出口導管504と第二出口導管506との間で分割される。水性焼石膏スラリの第一供給流547および第二供給流548は、フロースプリッタ500の第一および第二出口導管504、506からそれぞれ通過し、スラリ分配器520の第一供給口524および第二供給口525をそれぞれ通される。
実施形態において、水性焼石膏の第一供給流547および水性焼石膏スラリの第二供給流548は各々、水性焼石膏スラリの主流545の平均流速の少なくとも約50%の平均流速を有する。実施形態において、水性焼石膏の第一供給流547および水性焼石膏スラリの第二供給流548は各々、水性焼石膏スラリの主流545の平均流速の少なくとも約70%の平均流速を有する。
水性焼石膏スラリの第一および第二流れ547、548は、たとえば平均流速など、実質的に類似の少なくとも1つの流れ特性を有することができる。水性焼石膏スラリの第一および第二流れ547、548は、スラリ分配器520内で再結合される。水性焼石膏スラリの第一および第二流れ547、548は、気液スラリ相分離を最小限しか、またはまったく受けずに、そして実質的に渦流路を受けずに、層流のやり方でスラリ分配器520を通る流路に沿って移動する。
第一可動ウェブ539は、縦軸50に沿って移動する。水性焼石膏スラリの第一流れ547は第一供給口524を通過し、水性焼石膏スラリの第二流れ548は第二供給口525を通過する。分配導管528は、カバーシート材の第一ウェブ539がそれに沿って移動する縦方向592と実質的に一致している縦軸50に沿って延在するように、位置決めされる。好ましくは、(横軸/幅方向60に沿った)分配出口530の中央中点は、第一移動カバーシート539の中央中点と実質的に一致している。水性焼石膏スラリの第一および第二流れ547、548は、結合した水性焼石膏スラリの第一および第二流れ551が縦方向592にほぼ沿った分配方向593で分配出口530を通過するように、スラリ分配器520内で再結合する。
いくつかの実施形態において、分配導管528は、成形テーブルに沿って移動している第一ウェブ539の縦軸50および横軸60によって画定される平面と実質的に平行になるように、位置決めされる。別の実施形態において、分配導管の進入部は、第一ウェブ539に対して分配出口530よりも垂直方向に低くまたは高く設けられることが可能である。
水性焼石膏スラリの結合した第一および第二流れ551は、第一可動ウェブ539の上でスラリ分配器520から排出される。フェース・スキム・コート/ハード・エッジ・ストリーム549は、縦方向592の第一可動ウェブ539の移動方向に対して、水性焼石膏スラリの第一および第二流れ547、548が第一可動ウェブ539上でスラリ分配器520から排出されるところの上流の点で、ミキサ512から堆積させられることが可能である。結合した水性焼石膏スラリの第一および第二流れ547、548は、第一可動ウェブ539上に堆積されたフェース・スキム・コート/ハード・エッジ・ストリーム549の「流出」を防止するのに役立てるために従来のブート設計に対して幅方向に沿って単位幅あたりの運動量を減少させて、スラリ分配器から排出されることが可能である(すなわち、その上にスラリが堆積される衝撃に反応して、堆積されたスキムコート相の一部が可動ウェブ539上のその位置からずれた状態)。
スラリ分配器520の第一および第二供給口524、525をそれぞれ通される水性焼石膏スラリの第一および第二流れ547、548は、少なくとも1つの流れ修正要素523を用いて選択的に制御されることが可能である。たとえば、いくつかの実施形態において、水性焼石膏スラリの第一および第二流れ547、548は、第一供給口524を通る水性焼石膏スラリの第一流れ547の平均流速および第二供給口525を通る水性焼石膏スラリの第二流れ548の平均流速が実質的に同じになるように、選択的に制御される。
実施形態において、水性焼石膏スラリの第一流れ547は、スラリ分配器520の第一供給口524を通る平均第一供給流速で通過させられる。水性焼石膏スラリの第二流れ548は、スラリ分配器520の第二供給口525を通る平均第二供給流速で通過させられる。第二供給口525は第一供給口524に対して離間した関係にある。水性焼石膏スラリの第一および第二流れ551は、スラリ分配器520内で結合される。水性焼石膏スラリの結合した第一および第二流れ551は、縦方向592に沿って移動するカバーシート材のウェブ539上で、スラリ分配器520の分配出口530から平均排出流速で排出される。平均排出流速は、平均第一供給流速および平均第二供給流速よりも遅い。
いくつかの実施形態において、平均排出流速は、平均第一供給流速および平均第二供給流速の約90%未満である。いくつかの実施形態において、平均排出流速は、平均第一供給流速および平均第二供給流速の約80%未満である。
水性焼石膏スラリの結合した第一および第二流れ551は、分配出口530を通じてスラリ分配器520から排出される。分配出口530の開口部は、分配出口530の開口部の幅に対するカバーシート材の第一可動ウェブ539の幅の比率が約1:1から約6:1を含みこれらの間の範囲となるようなサイズの、横軸60に沿って延在する幅を有する。いくつかの実施形態において、縦方向592に沿って移動するカバーシート材の可動ウェブ539の速度に対するスラリ分配器520から排出される水性焼石膏スラリの結合した第一および第二流れ551の平均流速の比率が、いくつかの実施形態では約2:1以下、その他の実施形態では約1:1から約2:1となり得る。
スラリ分配器520から排出される水性焼石膏スラリの結合した第一および第二流れ551は、可動ウェブ539上に拡散パターンを形成する。分配出口530のサイズおよび形状のうちの少なくとも1つは、スラリ分配器520に実装されたプロファイリングシステム532を通じて調整されることが可能であり、これによって同様に拡散パターンを変更することができる。プロファイリングシステム532は、幅方向60で分配出口530に沿って互いに離間した関係に設けられた複数の調整ボルト595を含むことができる。各調整ボルト595は、分配出口530の開口部のサイズおよび/または形状を変更するために、個別に調整可能である。プロファイリングシステム532は、米国特許出願第13/341,209号明細書(米国特許出願第2012/0170403号公報)に図示および記載されるものと類似の構造および機能であってもよい。
このため、スラリは供給導管522の両方の供給口524、525内に供給され、その後調整可能な間隙を備える分配出口530を通じて出て行く。収束部582は、望ましくない出口効果を低減し、それによって自由表面における流動安定性をさらに改善するように、スラリ流速のわずかな増加を提供することができる。左右の流れ変動および/またはいかなる局所的変動も、プロファイリングシステム532を用いて排出口530において幅方向(CD)プロファイリング制御を実行することによって、低減されることが可能である。この分配システムは、スラリ中の気液スラリ分離を防止するのに役立てることができ、その結果、より均一で一定の材料が成形テーブル538に送達される。
バック・スキム・コート・ストリーム553(水性焼石膏スラリの第一および第二流れ547、548のうちの少なくとも1つよりも緻密な水性焼石膏スラリの層)は、第二可動ウェブ543に塗布されることが可能である。バック・スキム・コート・ストリーム553は、第二可動ウェブ543の移動方向に対して、バック・スキム・コート・ローラ537の上流の点において、ミキサ512から堆積されることが可能である。
別の実施形態において、水性焼石膏スラリの第一および第二流れ547、548の平均流速は変動する。いくつかの実施形態において、供給導管522の供給口524、525におけるスラリ流速は、幾何形状自体における蓄積の可能性を低減するのに役立てるために、比較的高い平均流速と低い平均流速との間で周期的に振動することが可能である(ある時点において1つの入口は他方の入口よりも早い流速を有し、その後所定時点では逆)。
セメント製品を調製する方法の実施形態において、水性セメントスラリの主流はミキサから排出される。ミキサからの水性セメントスラリの主流は、水性セメントスラリの第一供給流と水性セメントスラリの第二供給流とに分割される。水性セメントスラリの第一供給流は、スラリ分配器の第一供給口に通される。水性セメントスラリの第二供給流は、スラリ分配器の第二供給口に通される。第二供給口は、第一供給口に対して離間した関係にある。水性セメントスラリの第一および第二供給流は、スラリ分配器内で再結合する。水性セメントスラリの第一供給流および水性セメントスラリの第二供給流は各々、水性セメントスラリの主流の平均流速の少なくとも約50%の平均流速を有する。実施形態において、水性セメントスラリの第一および第二供給流は各々、水性セメントスラリの主流の平均流速の少なくとも約75%の平均流速を有する。実施形態において、セメント製品を調製する方法は、縦方向に沿って移動するカバーシート材のウェブ上で、結合した水性セメントスラリの第一および第二供給流をスラリ分配器から排出するステップを含むことができる。
実施形態において、ミキサからの水性セメントスラリの主流を水性セメントスラリの第一供給流および水性セメントスラリの第二供給流に分割するステップは、第一および第二出口導管を分離する接合部の上流に流量制限部を備える入口導管を有するフロースプリッタに、スラリの主流を通すステップを含むことができる。流量制限部は、水性セメントスラリの主流を接合部から離してフロースプリッタの個別の出口導管内に追い出すように構成されることが可能である。
実施形態において、第一および第二案内チャネルは、流量制限部に対して隣接関係に設けられている。第一および第二案内チャネルは、それぞれ第一および第二出口導管に通じる第一および第二接合開口部と、それぞれ実質的に一致していてもよい。
実施形態において、セメント製品を調製する方法は、ミキサからの水性セメントスラリの主流を、水性セメントスラリの第一および第二供給流と水性セメントスラリの第二供給琉とに分割するために使用されるフロースプリッタの接合部を圧縮するステップを含むことができる。接合部は、フロースプリッタの第一出口導管と第二出口導管との間に設けられることが可能である。実施形態において、接合部は、所定周波数にしたがって周期的に圧縮されることが可能である。実施形態において、接合部を圧縮するステップは、第一および第二圧縮部材を所定ストローク長だけ互いに向かって移動させるステップを含む。
本明細書において引用されたすべての参考文献は、各参考文献が参照により個別にかつ具体的に組み込まれるよう指示されてその全体が本明細書に明記された場合と同程度に、参照により本明細書に組み込まれる。
本発明を記載する文脈における(特に以下の請求項の文脈における)用語「a」および「an」、および「the」ならびに類似の指示対象の使用は、別途本明細書内で指示されるかまたは文脈によって明確に矛盾しない限り、単数形および複数形の両方を含むと解釈されるべきである。「含む(comprising)」、「有する(having)」、「含む(including)」、および「包含する(containing)」という用語は、別途記載のない限り、非限定要素(すなわち、「〜を含むがこれらに限定されない」という意味)として解釈されるべきである。本明細書における数値の範囲の記載は、別途本明細書内で指示されない限り、単にその範囲内に含まれる各個別の値を1つ1つ言及する簡略な方法の役割を果たすように意図されるものであり、各個別の値は、あたかも本明細書内で個別に引用されたかのように、本明細書に組み込まれる。本明細書に記載されるすべての方法は、別途本明細書に記載されるかまたは別途文脈によって明確に矛盾しない限り、いずれの適切な順序で実行されることも可能である。本明細書に提供される、あらゆる例、または例示的言語(たとえば「など」)の使用も、単に本発明をよりわかりやすくするように意図されたものであり、別途請求されない限り、本発明の範囲に制限を課すものではない。本明細書におけるいずれの言語も、いずれか請求されていない要素が本発明の実施に不可欠であると示すように解釈されるべきではない。
本発明を実行するための、本発明者らにとって周知の最良の形態を含む、本発明の好適な実施形態が、本明細書に記載されている。これら好適な実施形態の変形例は、上記説明を読むことで、当業者にとって明らかとなるだろう。本発明者らは、熟練の職人がこのような変形例を適切なものとして採用することを期待しており、本発明者らは、本明細書に具体的に記載された以外のやり方で本発明が実施されることを意図している。したがって、本発明は、関係法令によって許される通り、添付請求項に引用される対象内容のすべての変更例および同等物を含む。さらに、別途本明細書に指示されない限り、または別途文脈によって明らかに矛盾しない限り、そのすべての可能な変形例における上記要素のいかなる組み合わせも本発明に包含される。

Claims (22)

  1. 入口端および接合端を含む入口導管であって、前記入口導管は前記入口端と前記接合端との間に延在する主流軸に沿って設けられ、前記入口端は入口開口部を画定し、前記接合端は第一および第二接合開口部を画定し、前記第一接合開口部は前記第二接合開口部に対して離間した関係にある、入口導管と、
    前記入口導管の前記第一接合開口部と流体連絡しており、第一排出開口部を画定する排出端を含む、第一出口導管と、
    前記入口導管の前記第二接合開口部と流体連絡しており、第二排出開口部を画定する排出端を含む、第二出口導管と、
    前記入口導管の前記接合端に設けられた接合部であって、前記接合部は前記第一接合開口部と前記第二接合開口部との間に設けられ、前記接合部は実質的に平坦な壁領域を含み、前記壁領域は前記主流軸に対して実質的に直角である、接合部と、
    を含むフロースプリッタ。
  2. 入口端および接合端を含む入口導管であって、前記入口導管は前記入口端と前記接合端との間に延在する主流軸に沿って設けられ、前記入口端は入口開口部を画定し、前記接合端は第一および第二接合開口部を画定し、前記第一接合開口部は前記第二接合開口部に対して離間した関係にあり、前記入口導管は前記入口開口部と前記第一および第二接合開口部との間に延在する入口通路を画定する、入口導管と、
    前記入口導管の前記第一接合開口部と流体連絡しており、第一排出開口部を画定する排出端を含む、第一出口導管と、
    前記入口導管の前記第二接合開口部と流体連絡しており、第二排出開口部を画定する排出端を含む、第二出口導管と、
    前記入口導管の前記接合端に設けられ、前記第一接合開口部と前記第二接合開口部との間に設けられた、接合部と、を含み、
    前記入口導管は、前記接合部に隣接する前記入口通路内に流量制限部を画定する輪郭部を含む、
    フロースプリッタ。
  3. 前記入口導管の前記入口開口部は断面積を有し、前記第一出口導管の前記第一排出開口部は前記入口導管の前記入口開口部の断面積より小さいかまたはほぼ等しい断面積を有し、前記第二出口導管の前記第二排出開口部は前記入口導管の前記入口開口部の断面積より小さいかまたはほぼ等しい断面積を有する、請求項1または2に記載のフロースプリッタ。
  4. 前記第一出口導管の前記第一排出開口部の断面積は、前記第二出口導管の前記第二排出開口部の断面積とほぼ同じである、請求項3に記載のフロースプリッタ。
  5. 前記第一出口導管の前記第一排出開口部の断面積は前記入口導管の前記入口開口部の断面積の約85%未満であり、前記第二出口導管の前記第二排出開口部の断面積は前記入口導管の前記入口開口部の断面積の約85%未満である、請求項3または4に記載のフロースプリッタ。
  6. 前記輪郭部は上部凸状領域および反対の下部凸領状域を含み、前記上部および下部凸状領域は、その間に前記流量制限部を画定するために、前記入口通路内で相互に向かって突起している、請求項1から5のいずれか一項に記載のフロースプリッタ。
  7. 前記輪郭部は第一および第二案内チャネルを画定し、前記流量制限部は、前記主流軸に対して実質的に直角な横軸に沿って前記第一および第二案内チャネルの間で横方向に設けられ、前記第一および第二案内チャネルは前記流量制限部の断面積よりも大きい断面積を各々有する、請求項1から6のいずれか一項に記載のフロースプリッタ。
  8. 前記第一および第二案内チャネルは、前記第一および第二接合開口部とそれぞれ実質的に一致している、請求項1から7のいずれか一項に記載のフロースプリッタ。
  9. 前記流量制限部は高さ軸に沿った最大高さを有し、前記高さ軸は前記主流軸および前記横軸の両方に対して直角であり、第一および第二案内チャネルは各々、流量制限部の最大高さよりも大きい高さ軸に沿った最大高さを有する、請求項1から8のいずれか一項に記載のフロースプリッタ。
  10. 互いに離間した関係に設けられた第一および第二圧縮部材を含む圧縮装置であって、前記接合部は前記第一および第二圧縮部材の間に設けられ、前記第一および第二圧縮部材のうちの少なくとも1つは圧縮軸に沿って他方の圧縮部材に対して移動範囲にわたって移動可能であり、前記圧縮軸は通常位置と圧縮位置との間で主流軸に対して実質的に直角であり、前記接合部に隣接する前記入口導管ならびに前記第一および第二出口導管のうちの少なくとも1つの一部は通常位置に対して圧縮される、圧縮装置をさらに含む、請求項1から9のいずれか一項に記載のフロースプリッタ。
  11. 前記圧縮部材は各々、実質的に平坦な圧縮面を含み、前記圧縮面は、互いに対しておよび前記主流軸に対して実質的に平行な関係にある、請求項10に記載のフロースプリッタ。
  12. 前記圧縮装置は、前記第二圧縮部材に対して前記第一圧縮部材を選択的に移動させるようになっているアクチュエータを含む、請求項10または11に記載のフロースプリッタ。
  13. 前記圧縮装置は、アクチュエータが、前記接合部を周期的に圧縮するために、所定の周波数にしたがって周期的に作動されるように前記アクチュエータを制御するようになっているコントローラを含む、請求項10から12のいずれか一項に記載のフロースプリッタ。
  14. 前記圧縮装置は、前記アクチュエータが所定のストローク長だけ相互に向かって前記第一および第二圧縮部材を移動させるために作動されるように前記アクチュエータを制御するようになっているコントローラを含む、請求項10から13のいずれか一項に記載のフロースプリッタ。
  15. 水性セメントスラリを形成するために水およびセメント状材料を撹拌するようになっているミキサと、
    前記ミキサと流体連絡しており、前記ミキサからの水性セメントスラリの主流を受けるようになっている共通送達主路を含む、送達導管と、
    前記共通送達主路と流体連絡している、請求項1から14のいずれか一項に記載のフロースプリッタであって、前記入口開口部は前記共通送達主路と流体連絡していて、前記共通送達主路から水性セメントスラリの前記主流を受けるようになっており、前記第一および第二接合開口部は水性セメントスラリの前記主流を、水性セメントスラリの第一供給流および水性セメントスラリの第二供給流に分割するようになっており、前記第一出口導管は、前記入口導管から水性セメントスラリの前記第一供給流を受けて、前記第一排出開口部から前記第一供給流を分注するようになっており、前記第二出口導管は、前記入口導管から水性セメントスラリの前記第二供給流を受けて、第二排出端から前記第二供給流を分注するようになっている、フロースプリッタと、
    前記フロースプリッタと流体連絡しているスラリ分配器であって、前記フロースプリッタの前記第一出口導管から水性セメントスラリの前記第一供給流を受けるようになっている第一供給口と、前記第一供給口に対して離間した関係にあり、前記フロースプリッタの前記第二出口導管から水性セメントスラリの第二流れを受けるようになっている第二供給口と、前記第一および第二供給口の両方と流体連絡しており、水性セメントスラリの前記第一および第二流れが前記分配出口を通じて前記スラリ分配器から排出されるようになっている、分配出口と、を含むスラリ分配器と、
    を含む、セメントスラリ混合および分注アセンブリ。
  16. 前記送達導管は第一および第二送達枝路を含み、前記フロースプリッタは前記第一および第二送達枝路と流体連絡しており、前記フロースプリッタは主要送達主路と前記第一送達枝路との間、および前記主要送達主路と前記第二送達枝路との間に設けられており、前記スラリ分配器の前記第一供給口は前記第一送達枝路と流体連絡しており、前記スラリ分配器の前記第二供給口は前記第二送達枝路と流体連絡している、請求項15に記載のセメントスラリ混合および分注アセンブリ。
  17. セメント製品を調製する方法であって、
    ミキサから水性セメントスラリの主流を排出するステップと、
    前記ミキサからの水性セメントスラリの前記主流を、水性セメントスラリの第一供給流および水性セメントスラリの第二供給流に分割するステップと、
    水性セメントスラリの前記第一供給流をスラリ分配器の第一供給口に通すステップと、
    水性セメントスラリの前記第二供給流を前記スラリ分配器の第二供給口に通すステップであって、前記第二供給口は前記第一供給口に対して離間した関係にある、ステップと、
    前記スラリ分配器内で水性セメントスラリの前記第一および第二供給流を再結合するステップと、を含み、
    水性セメントの前記第一供給流および水性セメントスラリの前記第二供給流は各々、水性セメントスラリの前記主流の平均速度の少なくとも約50%の平均速度を有する、セメント製品を調製する方法。
  18. 前記ミキサからの水性セメントスラリの前記主流を水性セメントスラリの第一供給流および水性セメントスラリの第二供給流に分割するステップは、第一および第二出口導管を分離する接合部の上流に流量制限部を備える入口導管を有するフロースプリッタに、スラリの前記主流を通すステップであって、前記流量制限部は水性セメントスラリの前記主流を前記接合部から離れるように前記フロースプリッタの個別の出口導管内に追い出すように構成されているステップを含む、請求項17に記載のセメント製品を調製する方法。
  19. 縦方向に沿って移動するカバーシート材のウェブ上に、水性セメントスラリの結合した第一および第二供給流を前記スラリ分配器から排出するステップをさらに含む、請求項17または18に記載のセメント製品を調製する方法。
  20. 前記ミキサからの水性セメントスラリの前記主流を水性セメントスラリの前記第一および第二供給流および水性セメントスラリの第二供給流に分割するために使用されるフロースプリッタの接合部を圧縮するステップであって、前記接合部は前記フロースプリッタの第一出口導管と第二出口導管との間に設けられているステップをさらに含む、請求項17から19のいずれか一項に記載のセメント製品を調製する方法。
  21. 前記接合部を圧縮するステップは、所定周波数にしたがって周期的に行われる、請求項20に記載のセメント製品を調製する方法。
  22. 前記接合部を圧縮するステップは、所定ストローク長だけ相互に向かって第一および第二圧縮部材を移動させるステップを含む、請求項20または21に記載のセメント製品を調製する方法。
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