JP2017518878A - 粉砕ミル用攪拌器シャフト - Google Patents

Abstract

粉砕ミルのための攪拌器シャフト（１）であって、− 回転駆動されることを意図された軸（２）と、− 軸上に交互におよび前記軸（２）に沿って積み重ねて取り付けられた一連の平らな攪拌器要素（３）および環状スペーサ（４）と、− 積み重ねられた攪拌器要素およびスペーサを圧縮状態に保つ、軸に固定された端部ストッパ（５、６）とを含む粉砕ミルのための攪拌器シャフト（１）において、環状スペーサ（４）が、攪拌器シャフトの外側から内側への物質および流体の自由な循環を可能にし、逆もまた同様である、オリフィスを有することを特徴とする、粉砕ミルのための攪拌器シャフト（１）。

Description

本発明は、攪拌器シャフトに、およびこのような攪拌器シャフトを装着したミルに関する。このような攪拌器シャフトおよびミルには、とりわけ、微細藻類などの、より詳細にはクロレラ属（Ｃｈｌｏｒｅｌｌａ）の微細藻類の発酵による、工業規模で作られた微生物のバイオマスの溶解のための特定の用途がある。

本発明の分野は、典型的には円筒形のタンクであって、タンクの内側で乾式方法により、または液状媒質において細胞性微生物などの物質を粉砕することが可能であるタンクの内部容積により画定される処理チャンバを従来含むビーズミルの分野である。単細胞性微生物の溶解は、粉砕により、およびミルの攪拌器シャフトであって歯車付モータの作用下でそのスピンドル上を回転駆動されるミルの攪拌器シャフトにより動かされるチャンバ内での小さいビーズの相互衝突によりもたらされるせん断力の効果を通じて得られる。

文献米国特許第３，８４４，４９０号明細書、米国特許第５，７８５，２６２号明細書、米国特許出願公開第２００５／００１１９７６号明細書および国際公開第２０１４／００５５７０号パンフレットは、このような水平スピンドルまたは垂直スピンドルのビーズミルを開示する。ビーズミルの攪拌器シャフトは従来、文献国際公開第２０１４／００５５７０号パンフレットの図１の断面図に示されるとおり、中央スピンドルを含み、中央スピンドルに沿って、略平らでありスピンドルに対して実質的に垂直な攪拌器要素が配置されており、これらは以下では単純化のために「攪拌器ディスク」と呼ばれる。スピンドルの周りに取り付けられ、各々それらの端部でシャフトの２つの連続的な攪拌器ディスクに当接する管状スペーサにより、これらの攪拌器ディスクを互いに間をあけて配することは公知の実施である。

このような攪拌器シャフトの組立ては、スペーサと攪拌器ディスクとを、それらが接触するまで、交互に中央スピンドルに連続的に刺し通すことに本質的にある。積み重ねられたスペーサおよび攪拌器ディスクは、中央スピンドルに固定される２つの端部ストッパ間に保持され、その間隔は、締付システムにより維持される。通常は、スピンドルおよび攪拌器ディスクを１つのものとして回転させる狙いで、ロッド（または鋼帯）が攪拌器ディスクにおける溝を内径で通過する。

例えば、および文献米国特許出願公開第２００５／００１１９７６Ａ１号明細書の図１２において、攪拌器ディスクには２２の参照符号が付され、中央スピンドルには２４の参照符号が付され、スペーサには２０の参照符号が付される。文献国際公開第２０１４／００５５７０号パンフレットの図１の断面図において分かり得るとおり、攪拌器シャフトは、中央スピンドルの外面と管状スペーサの内壁との間に画定される自由間隙容量と、攪拌器ディスクと、端部プレート（図１の右）とを含む。この同じ図において分かり得るとおり、ビーズは粉砕される物質とともに処理チャンバ内に、タンクの内壁と攪拌器シャフトの外面との間に画定される処理容積内に配置される。

対照的に、攪拌器シャフトは、任意の物質およびビーズが攪拌器シャフトの空洞内へ通過することを防止するために密閉される。特に、様々な要素（スペーサ、攪拌器ディスク、中央スピンドル、端部プレート）の組立体は密閉された組立体であり、すなわち、スペーサは固体壁を備える管状であり、流体に対する密封はスペーサ／攪拌器ディスク当接表面間のシールにより補完され、前記シールは締付の間に圧縮される。密封座金（銅でできている）は、端部プレートを通じた、ねじに沿ったいかなる漏れも防ぐように、端部プレ
ートを締め付けるために使用される前記ねじと組み合わされる。

本出願人はこのようなビーズミルの性能試験を実施した。特に、求められたねらいは、１リットル当たり３００グラム〜４００グラム（の乾燥物質）の濃度で生物反応器において培養された単細胞性微生物（クロレラ（ｃｈｌｏｒｅｌｌａ）タイプの微細藻類）を溶解させることであった。液状媒質中の微細藻類が、チャンバの一端でビーズミルの供給開口部に一定の割合で供給される。処理チャンバにおいて、これらの微細藻類は、そのスピンドル上でおよそ１０００ｒｐｍの速度で動かされる攪拌器シャフトにより動き回るビーズの動きを通じて溶解され、粉砕された細胞は、連続的にチャンバの他端を出る。

クロレラ（ｃｈｌｏｒｅｌｌａ）タイプの微細藻類は、とりわけ細菌起源の汚染に極めて敏感な生物であり、粉砕作業中、いかなる汚染も回避するために、作動条件が十分に維持されることが必須である。汚染が生じることは許されないことであり、内容物を廃棄することと、その後新たな製造作業を行う前に設備を殺菌することとを伴う。汚染はしたがって、かなりのダウンタイムをもたらす。

これに関して、本発明者の発見によると、先行技術から公知の攪拌器シャフトの設計には、シャフトの密閉が不足していると物質がシャフトの空洞内へ通ってその中に停滞することが可能になり、それによりシャフトの内側で汚染が生じやすくなり、これは、この同じ欠点のために代償として、処理チャンバ内の物質へ広がるという危険がある。

試験中、本出願人はしたがって攪拌器シャフトの密封を注意深く調べた。特に、および上記の条件下で、攪拌器シャフトが完全には密封されていなかったことが明らかになった。

本発明のねらいは、上記の欠点を改善する、特に、先行技術の攪拌器シャフトにおいて見られ得るような汚染のリスクの無い、ビーズミルのための攪拌器シャフトを提案することである。

本発明の別のねらいは、使用の際に必要な保守管理がより単純な攪拌器シャフトを提案することである。

本発明のさらなるねらいおよび利点は、完全に非限定的な例としてのみ与えられる以下の説明から明らかとなる。

第１に、本発明は、ミルのための攪拌器シャフトであって、
− 回転駆動されることを意図されたスピンドルと、
− スピンドル上に交互におよび前記スピンドルに沿って積み重ねて取り付けられた、一連の平らな攪拌器要素および管状スペーサと、
− スピンドルに固定され、積み重ねられた攪拌器要素およびスペーサを圧縮状態に保つ端部ストッパと
を含む、ミルのための攪拌器シャフトに関する。

本発明によると、管状スペーサは、流体および物質が攪拌器シャフトの外側から内側へ自由に流れ、逆もまた同様であることを可能にするオリフィスを有する。

単独でまたは組み合わせて検討される本発明の任意選択の特徴によると、
− 管状スペーサは一体型要素であり、
− オリフィスの直径は４ｍｍ〜５０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ〜３０ｍｍであり、
− オリフィスは滑らかであるか予め面取りされており、
− 攪拌器要素は、スピンドルと攪拌器要素との間の平面部により、または代替的に鋼帯により、スピンドルに回転結合され、
− スピンドルは、欧州規格によるステンレス鋼グレード１．４４１８またはＸ４ＣｒＮｉＭｏ１６．５．１でできており、
− 攪拌器要素は各々、スピンドルに実質的に垂直な、スピンドルの通路のための中央オリフィスが設けられたプレート、および好ましくは前記スピンドルの周りに配置された貫通凹部を含み、
− スペーサは、それらの端部で、一方の部分のためのスペーサの当接面と、他方の部分のための攪拌器要素の当接面との間のシールにより攪拌器要素の面に当接する。

本発明はまた、本発明による攪拌器シャフトを保持するタンクを含むビーズミルに関する。好ましくは、ビーズが攪拌器シャフトの外側から内側へ自由に流れ、逆もまた同様であることを可能にするように、スペーサ内のオリフィスはビーズのオリフィスのサイズよりも大きいサイズを有する。

本発明は、添付の図面を伴う以下の説明を読むことでよりよく理解される。

本発明による攪拌器シャフトを装着した本発明によるビーズミルのスピンドルを通る断面平面の概略図である。 図１における粉砕ミルの攪拌器シャフトに装着される、本発明による穿孔されたスペーサの詳細斜視図である。 図１における粉砕ミルの攪拌器シャフトに装着される、攪拌器要素の詳細正面図である。 図１に示される枠Ｉ−Ｉの詳細図である。 平面部による、スピンドルと攪拌器要素のうちの１つとの間の共同回転を示す概略図である。 攪拌器シャフトの長さの一区分の透明な図である。 図４において示される区分線ＩＶ−ＩＶの図である。 図４からのスペーサの詳細図である。

第１に、本発明は、ミルのための攪拌器シャフト１であって、
− 典型的には歯車付モータ１２により回転駆動されることを意図されたスピンドル２と、
− スピンドル上に交互におよび前記スピンドル２に沿って積み重ねて取り付けられた、一連の平らな攪拌器要素３および管状スペーサ４と、
− スピンドルに固定され、積み重ねられた攪拌器要素３およびスペーサ７を圧縮状態に保つ端部ストッパ５、６と
を含むミルのための攪拌器シャフト１に関する。

このような組立体は、非限定的な例として図１に示される。このような攪拌器シャフトの組立ては、スペーサ４と攪拌器要素３とをそれらが接触するまで交互に中央スピンドル２へ連続的に刺し通すことに本質的にある。積み重ねられたスペーサ４および攪拌器要素３は、左では５、右では６の参照符号が付された２つの端部ストッパ間において保持され、２つの端部ストッパは中央スピンドルに固定され、その間隔は締付システムにより維持される。

攪拌器要素３は各々、スピンドル２の通路のための中央オリフィス、または好ましくはスピンドル周りに配置された貫通凹部３１が設けられたプレートを含み得る。攪拌器要素の各々は、図１ｂに示されるとおりの非円形の輪郭を有することができ、攪拌器要素３は好ましくはこのとき、スピンドル２の長さに沿って交互に角度オフセットされる。

このような攪拌器シャフト設計は先行技術から、特に文献国際公開第２０１４／００５５７０号パンフレットから公知である。本出願人に知られているそのような先行技術において、攪拌器シャフトは、物質が処理チャンバから攪拌器シャフトの空洞内へ通過するのを防ぐために密閉されているシャフトである。

しかしながら、冒頭で言及された条件下で本出願人により行われた試験は、この密封が完全ではなく、密封のこの欠如が、汚染が生じるリスクを構成していることを実証した。

これについて本発明者が現在理解しているのは、攪拌器シャフトにかけられ、密封の喪失を招く応力（屈曲および／またはねじり）を引き起こすであろう高い動的負荷により行われる試験の間に、このような密封の欠如は説明されるということである。

本発明者は、当然のことながら、攪拌器シャフトの設計を向上させることにより、例えばシールの数を増やしその質を高めることによりシャフトの密封を強化することができると考える。しかしながら、本発明者の経験から、このような攪拌器シャフトの密封は常に定期的に監視されなければならず、シールの変更など定期的で、難しく、費用のかかる、保守管理作業を必ず伴う。

本発明は、密閉された攪拌器シャフトを実施するのは困難であるという本発明者の発見の結果である。

本発明者により提案される解決策は、当業者が行うであろうことと完全に反対のものである。すなわち、攪拌器シャフトの完全な密封を提供することは難しいと思われるため、本発明者により提案される解決策は、対照的に、スペーサの自由内部容積から中身を排出すること、空にすること、および洗浄することを確実にするために、大部分が透過性のスペーサを提供することである。

ここで追求される目的はしたがって、攪拌器シャフトにおいて、スペーサ内の空洞であって、物質および流体が通って入り停滞して、代償として粉砕チャンバを代償として汚染し得る空洞を無くすことである。

本発明によると、管状スペーサ３は有利には、流体および物質が攪拌器シャフト１の外側から内側へ自由に流れ、逆もまた同様であることを可能にするオリフィス７を有する。オリフィス７は、直径が４ｍｍ〜５０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ〜３０ｍｍである。

好ましくは、これらのオリフィス７は、ミル１０において使用されるビーズ１１のサイズより大きいサイズを有する。スペーサ４を通るビーズの自由通路により、作業中、作業中の内部空洞（間隙Ｉｔ）のよりよい洗浄可能性が確実になる。

好ましくは、オリフィス７の形状は、攪拌器シャフトを回転させながら、流体および粉砕される物質がスペーサの外側から内側へ流れ、逆もまた同様であることを促進するように設計される。

管状スペーサ４は、例えば円筒形の、一体要素であり得る。オリフィスは、管状スペー
サの壁を機械加工することにより作られ得る。好ましくは、堆積物を可能な限り制限し、それにより汚染が起こることおよび広がることを制限するために、これらのオリフィス７は滑らかであるか、面取りされている。

しかしながら、本発明者の発見によると、流体および粉砕される物質ならびに好ましくは粉砕ビーズに対して透過性であるこの新規な攪拌器シャフト設計は、中央スピンドル２を、先行技術から公知の密閉された攪拌器シャフトの中央スピンドルにかかる応力より大きい応力にさらすという欠点を有する。この理由は、先行技術による攪拌器シャフトのスピンドルは、粉砕される物質からおよび粉砕ビーズから保護され、したがって腐敗のリスクがより少ないからである。

この難点を緩和するために、スピンドル２の材料の選択が、特にねじりおよび屈曲に関するその動的機械的強度だけでなく、その耐食性も決定するという点で、重要である。装置の寿命を延ばすために、本発明によると、有利には、ステンレス鋼であって、その機械的性能および腐食に関する性能がこれらの新たな、より要求の厳しい制約を満たすステンレス鋼を選択することが可能である。この目的のために、スピンドル２は、欧州規格によるステンレス鋼グレード１．４４１８またはＸ４ＣｒＮｉＭｏ１６．５．１（またはマルテンサイト鋼）でできていてもよい。

図３に非限定的な方法で示される一実施形態によれば、攪拌器要素３は、スピンドル２と攪拌器要素３との間の平面部２０、３０により、スピンドルに回転結合されてもよい。この場合、攪拌器要素の中央オリフィスは、作動隙間内へのスピンドル２の挿入を可能にする。スピンドル２と攪拌器要素３との間のこれらの平面部２０および３０は、これらの２つの要素間のどのような相対的な回転運動も防止するように協働する。代替的に、鋼帯が使用され得る。

図示されない一実施形態によれば、スペーサ７は、それらの端部で攪拌器要素３の面に直接（すなわちシール無しに）当接し得る。図２に非限定的な方法で示される代替的実施形態によると、スペーサ７はそれらの端部で、一方の部分のためのスペーサ４の当接面と、他方の部分のための攪拌器要素３の当接面との間のシール８により攪拌器要素３の面に当接する。このような場合において、スペーサは液体に対して透過性であるため、これらのシール８の目的は明らかに流体に対して確実に密封することでない。これらのシール８は、様々な、すなわち攪拌器要素およびスペーサの製造寸法に対してより許容度があることにより、とりわけ組立てを円滑にする。これらのシール８により、攪拌器要素の面がスペーサ４の当接表面で傷つけられるリスクを制限することが可能になり得る。締付中のシール８のいかなる押しつぶしも回避するために、前記シール８は、スペーサ７の当接表面内へ凹んだ溝４０の中に部分的に保持され得る。シール８は円形の、好ましくは環状の、シールである。

本発明はまた、本発明による攪拌器シャフト１を保持するタンク１５を含むビーズミル１０に関する。好ましくは、作業中、ビーズが攪拌器シャフト１の外側から内側へ自由に流れ、逆もまた同様であることを可能にするために、スペーサ４におけるオリフィス７はビーズ１１のサイズより大きいサイズを有する。ミルは好ましくは水平スピンドルミルである。

これは、好ましくは、Ｍの参照符号が付された物質を連続的に処理するためのミルである。このミルは、粉砕される物質のための入口１３と粉砕された物質のための出口１４とを有する。このようなミルへは、好ましくは所与の速度で連続的に供給される。

本発明には工業用ミルとしての特定の用途がある。ミルへの供給速度は０．５ｍ^３／ｈ
〜１０ｍ^３／ｈであってもよく、物質（乾燥物質）の濃度については、３００ｇ／ｌ〜４００ｇ／ｌであり、このような条件下で攪拌器シャフト１は高い機械的応力を受ける。

ミルの保守管理は、とりわけ２つの製造段階の間に、タンク１５の内壁と、攪拌器シャフト１の内壁および外壁と、スピンドル２とがミルに洗浄溶液を供給することにより洗浄されることを提供し得る。このステップの間に、攪拌器シャフト１は、オリフィス７により洗浄溶液の攪拌器シャフト１を通る流れを促すように、好ましくは回転するよう動かされる。

当然のことながら、さらなる実施形態が、以下で定義される本発明の範囲から逸脱すること無く、当業者により想定され得る。

１ 攪拌器シャフト
２ スピンドル
３ 攪拌器要素
４ 管状スペーサ
５、６ 端部ストッパ
７ オリフィス（スペーサ）
８ シール
１０ ビーズミル
１１ ビーズ
１２ 歯車付モータ
１３ 物質入口（ミル）
１４ 物質出口（ミル）
１５ タンク
２０ 平面部（スピンドル）
３０ 平面部（攪拌器要素）
３１ 凹部（攪拌器要素）
４０ 溝（シール用）
Ｍ 物質
Ｉｔ 間隙（スピンドルとスペーサとの間）

Claims (12)

1. ミルのための攪拌器シャフト（１）であって、
   − 回転駆動されることを意図されたスピンドル（２）と、
   − 前記スピンドル上に交互におよび前記スピンドル（２）に沿って積み重ねて取り付けられた、一連の平らな攪拌器要素（３）および管状スペーサ（４）と、
   − 前記スピンドルに固定され、前記積み重ねられた攪拌器要素およびスペーサを圧縮状態に保つ端部ストッパ（５、６）と
   を含むミルのための攪拌器シャフト（１）において、
   前記管状スペーサ（４）が、物質および流体が前記攪拌器シャフトの外側から内側へ自由に流れ、逆もまた同様であることを可能にするオリフィス（７）を有することを特徴とする、ミルのための攪拌器シャフト（１）。
2. 前記管状スペーサ（４）が一体型要素である、請求項１に記載の攪拌器シャフト。
3. 前記オリフィス（７）の直径が４ｍｍ〜５０ｍｍ、好ましくは２０ｍｍ〜３０ｍｍである、請求項１または２に記載の攪拌器シャフト。
4. 前記オリフィス（７）が滑らかであるか面取りされている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の攪拌器シャフト。
5. 前記攪拌器要素（３）が、前記スピンドル（２）と前記攪拌器要素（３）との間の平面部（２０、３０）により前記スピンドルに回転結合される、請求項１〜４のいずれか一項に記載の攪拌器シャフト。
6. 前記スピンドル（２）が欧州規格によるステンレス鋼グレード１．４４１８またはＸ４ＣｒＮｉＭｏ１６．５．１でできている、請求項１〜５のいずれか一項に記載の攪拌器シャフト。
7. 前記攪拌器要素（２）が各々、前記スピンドルに実質的に垂直な、前記スピンドルの通路のための中央オリフィスを設けられたプレートを含む、請求項１〜６のいずれか一項に記載の攪拌器シャフト。
8. 前記スペーサ（７）がそれらの端部で、一方の部分のための前記スペーサ（４）の当接面と、他方の部分のための前記攪拌器要素（３）の当接面との間のシール（８）により前記攪拌器要素（３）の面に当接する、請求項１〜７のいずれか一項に記載の攪拌器シャフト。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の攪拌器シャフト（１）を保持するタンクを含む、ビーズミル（１０）。
10. ビーズ（１１）が前記攪拌器シャフト（１）の外側から内側へ自由に流れ、逆もまた同様であることを可能にするように、スペーサ（４）におけるオリフィス（７）が、前記ビーズのサイズより大きいサイズを有する、請求項９に記載のミル。
11. ミルに洗浄溶液を供給することにより、および好ましくは前記洗浄溶液が攪拌器シャフト（１）を通って流れるように前記攪拌器シャフト（１）を回転するように動かすことにより、タンク（１５）の内壁と前記攪拌器シャフト（１）の内壁および外壁が洗浄される、請求項９または１０に記載のミルを洗浄するための方法。
12. 単細胞性微生物、例えばクロレラ（ｃｈｌｏｒｅｌｌａ）タイプの微細藻類を粉砕するための、請求項１〜８のいずれか一項に記載の攪拌器シャフト（１）の、または請求項９もしくは１０に記載のミルの使用。

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