JP2017520426A - 流れ及び発泡の幾何学的形状を高めたスラリーミキサーゲート - Google Patents

Abstract

吐出しゲート（３６）は、石膏スラリーミキサー（１２）に提供され、また、スラリーを受容するように構成される入口開口部（５２）及びスラリーを分配デバイスに送達するように構成される出口開口部（５４）を有する、下部部材（４４）を含む。上部部材（４６）が、下部部材（４４）に取り付けられ、上部部材（４６）及び下部部材（４４）のうちの少なくとも１つが、泡沫をスラリーに導入するための注入ポート（８０）の挿入に適応するための、少なくとも１つの開口部（７６）を有する。空洞（４８）は、泡沫とスラリーとを混合するように構成され、また、下部部材（４４）及び上部部材（４６）の内面によって画定される。【選択図】図１

Description

関連出願
本出願は、２０１４年５月１９日に出願された米国仮出願第６２／０００，２４４号に基づいて、米国特許法第１１９条（ｅ）の下で優先権を主張するものである。

本開示は、全般的に、焼成石膏及び水を含む出発材料から石膏製品を調製する方法及び装置に関し、より具体的には、撹拌した石膏スラリーを壁板生産ラインに供給する際に使用されるスラリーミキサーと併せて使用するための改良された装置に関する。

焼成石膏を水中に分散させてスラリーを形成し、次いで、該スラリーを所望される形状の金型の中へ、または表面に鋳込み、そして、焼成石膏（硫酸カルシウム半水化物または無水石膏）と水との反応によって、該スラリーを固化させて硬化した石膏を形成して、水和した石膏（硫酸カルシウム二水和物）を形成することによって、石膏製品を生産することがよく知られている。水性泡沫をスラリーの中へ混合して気泡を生成することによって、軽量の石膏製品を生産することもよく知られている。これは、硬化した石膏を形成する前に気泡がスラリーから脱出しない場合に、固化した石膏製品の中に所望の空隙の分布をもたらすことになる。空隙は、最終製品の密度を低下させるが、これは、しばしば「発泡石膏」と称される。

発泡石膏の生産と関連する操作上の問題のいくつかに対処するための従来の装置及び方法が、本発明の譲受人に譲渡された米国特許第５，６３８，６３５号、同第５，６４３，５１０号、同第６，４９４，６０９号、及び同第６，８７４，９３０号に開示されており、これらは全て参照により組み込まれる。本発明は、全般的に、石膏壁板の生産における石膏スラリーの調合において使用されるミキサーに関する。

石膏壁板ミキサーは、典型的には、当技術分野においてよく知られている他の添加剤の中でも、焼成石膏及び水の供給源を受容するための入口を有する混合チャンバを画定する筐体を含む。ミキサーは、混合物またはスラリーの中へ混合される内容物を撹拌するためのインペラーまたは他のタイプの撹拌機を含む。かかるミキサーは、典型的には、カットオフブロックまたはドアを有する矩形の吐出しゲートまたはスロットを有する。吐出しゲートは、ミキサーからのスラリーの流れを制御するが、より厚いまたはより薄い壁板が望まれるときなどの、製品の要件が変化したときに、スラリーの流れを変化させるために調整することが困難である。

泡沫及び／または他の添加剤は、典型的には、スラリーが実質的に混合された後に、水性泡沫、または抑制剤、促進剤、分散剤、澱粉、結合剤、及びポリリン酸塩、トリメタリン酸ナトリウムを含む強度向上製品、並びに同類のものなどの他の所望の添加剤が通る吐出しゲートの外側壁の泡沫注入ポートを通して添加される。泡沫または他の添加剤の石膏スラリーの中へのより均一な混合を促進するために、設計者らには、泡沫及び／または添加物が逆方向に流れること、及び混合チャンバの中へ進入して石膏スラリーと尚早に混合することを防止するという目標がある。

混合スラリーを受容するための吐出しゲートの入口開口部は、典型的には、スラリー塊が吐出しゲートの中へ進入することを防止するための塊バーまたは格子を装備する。その結果、いくつかの応用例において、入口開口部は、大きくかつオーバーサイズになるように構成され、また、泡沫及び／または添加剤が吐出しゲートの空洞の中へ注入されるときに、スラリーの流れの問題を生じさせる。具体的には、吐出しゲートの大きい入口開口部は、空洞領域を、入口開口部から吐出しゲートの出口開口部まで通って流れる混合スラリーの容積に適合させることを困難にする。格子が満杯でない場合は、ミキサーの中のスラリーの流れによって生じる渦パターンから、塊を形成する場合がある。

したがって、いくつかの要因を組み合わせて、適切に動作する石膏壁板ミキサーを提供するが、該要因としては、吐出しゲートのサイズ、塊バーがゲート開口部を覆い隠すかどうか、ミキサーの中のスラリーの容積、及び泡沫のスラリーの中への導入地点が挙げられる。

したがって、所望の９０°の注入角度を提供する注入ポートを有する改善された吐出しゲート、及びミキサーを通って流れる混合スラリーの容積に適合する空洞領域に対する必要性が存在する。

本開示は、改善されたスラリーの流れ及び吐出しゲート内部の混合を促進し、改善された注入ポートの構成を提供する装置を提供する。従来技術のミキサーでは、スラリーがゲートを出た後に、泡沫がスラリーに導入される。本吐出しゲートの重要な態様は、ゲートが、ゲートを通る混合スラリーの流れの走行または流れ方向に対して９０°の角度に位置付けられる注入ポートを有することである。１つまたは複数の注入地点が、好ましくは、ゲートの上部壁及び／または下部壁に位置する。更に、注入場所及び配向に対する僅かな調整がかなりの性能的関連性を生じさせることが当技術分野で知られている。吐出しゲートにおける注入ポートの９０°の角度配向は、スラリーの全体にわたる泡沫の所望の分布を促進する際に非常に有益であることが発見されている。

また、吐出しゲートにおける泡沫とスラリーとのブレンドを高めるために、スラリーが混合チャンバから流れるときに、吐出しゲートの空洞をスラリーで満杯にしておくことも重要である。泡沫及びスラリーの混合力学は、幾分予測が難しいが、ゲートを出るときに泡沫と移動するスラリーとの均一な混合を達成することが重要である。本ミキサーのゲートには、ゲートをスラリーでより容易に充填するために、ゲート充填剤ブロックがゲート内部に設置される。このように、ゲートに注入される泡沫は、スラリーとより均一に混合される。

一実施形態では、吐出しゲートが、石膏スラリーミキサーに提供され、また、スラリーを受容するよう構成される入口開口部及びスラリーを分配デバイスに送達するように構成される出口開口部を有する、下部部材を含む。上部部材が、下部部材に取り付けられ、上部部材及び下部部材のうちの少なくとも１つが、泡沫をスラリーに導入するための注入ポートの挿入に適応するための、少なくとも１つの開口部を有する。空洞が、ゲートの中に画定され、泡沫とスラリーとを混合するように構成され、また、下部部材及び上部部材の内面によって画定される。

別の実施形態では、石膏壁板スラリーミキサーの吐出しゲートが提供される。吐出しゲートの中には、スラリーを受容するように構成される入口開口部及びスラリーを送達すように構成される出口開口部を有する、下部部材が含まれる。また、吐出しゲートには、下部部材に取り付けられる上部部材も含まれ、上部部材及び下部部材のうちの少なくとも１つは、泡沫をスラリーに導入するための注入ポートの挿入に適応するための、少なくとも１つの開口部を有する。好ましい実施形態では、注入ポートが、吐出しゲートを通るスラリーの流れの方向に対して略垂直に配向される。空洞が、吐出しゲートにおいて泡沫とスラリーとを混合するように構築及び配設され、また、下部部材及び上部部材の内面によって画定される。入口側及び出口側を有するゲート充填剤ブロックが、空洞の中へ挿入され、入口側が、吐出しゲートの入口開口部の輪郭に沿って連続的に続く傾斜ランプを有する。

本吐出しゲートの特徴を組み込んだ混合装置の部分概略平面図である。 下部部材及びゲート充填剤ブロックを特徴とする、本吐出しゲートの概略上面斜視図である。 図２Ａの線２Ｂ−２Ｂに沿って切断し、全般的に示される方向における縦断面図である。 注入開口部を有する上部部材を特徴とする、本吐出しゲートの概略平面図である。 例示的な注入ポートの拡大概略正面図である。 本吐出しゲートの上部部材に設置された図４の注入ポートを特徴とする、図３の線５−５に沿って切断し、全般的に示される方向における縦断面図である。

以下、図１を参照すると、スラリーを混合し、分配するための例示的な混合装置は、全般的に１０で表され、また、スラリーを受容し、混合するように構成される筐体１４を有するミキサー１２を含む。筐体１４は、好ましくは略円筒形状である混合チャンバ１６を画定し、また、略垂直な軸１８と、上部半径方向壁２０と、下部半径方向壁２２と、環状外周壁２４とを有する。焼成石膏のための入口２６及び水のための入口２８はどちらも、上部半径方向壁２０に、好ましくは垂直軸１８に近接して位置付けられる。入口２６、２８は、それぞれ、石膏供給容器及び水供給容器（図示せず）に接続され、よって、石膏及び水は、簡単な重力送給によって混合チャンバ１６に供給することができることを認識されたい。また、当技術分野でよく知られているように、石膏製品を調製するためにしばしばスラリーに用いられる、石膏及び水だけでなく、他の材料または添加剤（例えば、促進剤、抑制剤、充填剤、澱粉、結合剤、強化剤など）も、これらの入口、または同様に位置付けられる他の入口を通して供給することができる。

撹拌機３０は、混合チャンバ１６の中に配置され、垂直軸１８と同心状に位置付けられる略垂直の駆動シャフト３２を有し、また、上部半径方向壁２０を通って延在する。シャフト３２は、混合チャンバ１６の内容物を撹拌機３０で撹拌して混合するのに適した任意の速度でシャフトを回転させるための、モーターなどの従来の駆動源に接続される。２７５〜３００ｒｐｍの範囲の速度が一般的である。この回転は、結果として生じる水性スラリーを、矢印Ａによって示される、時計回りに外向きの螺旋などの、略遠心方向に導く。回転の方向は、ミキサー及びゲートの設計及び／または構造の機能であり、また、用途に合わせるように変動させることができる。この撹拌機の描写は、比較的単純なものであり、当技術分野で知られている石膏スラリー混合チャンバに一般的に用いられる撹拌機の基本原理を示すことだけを意図していることを認識されたい。ピンまたはパドルを用いたものを含む、代替の撹拌機の設計が想定される。加えて、本ゲートの設計は、石膏スラリーを撹拌するために使用されるピンレスミキサーとともに使用することが想定される。

ミキサー出口３４には、矢印Ｂによって示される方向に、導管４０を介して、十分に混合したスラリーの大部分を分配装置３８の中へ吐出すための吐出しゲート３６が、ミキサー１２の外周壁２４に取り付けられる。当技術分野で知られているように、分配装置によって排出されるスラリーの最終的な行き先は、移動コンベヤベルトを含む、石膏壁板生産ラインである。出口３４の幾何学的形状は、断面が矩形であるように示されているが、用途に応じて、他の適切な形状が想定される。また、ミキサー１２の特定の構成は、変動し得ることが想定されるが、本ミキサーは、石膏壁板の製造において一般的に使用される遠心タイプのものであること、更には、出口３４がスラリーを筐体１４に対して接線方向に分配するタイプのものであることが好ましい。カットオフブロック４２は、典型的には１／４インチ〜１インチである壁板の所望の厚さに対して、スラリーの流れを機械的に調整するために、吐出しゲート３６と一体的に形成される。

動作中に、カットオフブロック４２は、しばしば、石膏を尚早に固化させるための場所を生じさせ、その結果、スラリーの蓄積及び最終的な詰まり、並びに生産ラインの中断をもたらす。更に、吐出しゲート３６が厚い壁板用に設定され、薄い壁板への変換が行われるときには、混合チャンバ１６において十分な背圧が提供されず、その結果、いくつかの事例においては、スラリー成分の不完全で不均一な混合をもたらす。また、不十分な背圧は、混合チャンバ１６の遠心内部流れの中にデッドスポットまたはスロースポットをもたらし、スラリーの尚早な固化及び混合物中の望ましくない塊を生じさせる。かかる事例においては、メンテナンスのために壁板ラインを停止させなければならず、非効率的な生産を生じさせる。下で更に詳細に説明されるように、本吐出しゲート３６は、これらの操作上の問題に対する解決策を提供する。

以下、図２〜図３を参照すると、吐出しゲート３６は、下部部材または本体４４（図２Ａ）及び上部部材またはプレート４６（図３）を含むことが好ましく、下部部材及び上部部材は、ともに取り付けられて、上部部材及び下部部材の内面５０の間に、混合チャンバ１６からのスラリーと泡沫とを混合するための空洞４８を画定する。典型的には、上部部材４６及び下部部材４４は、全般的に、上部ミキサー半径方向壁２０及び下部ミキサー半径方向壁２２に対応する距離だけ分離される。下でより詳細に論じられるように、泡沫は、上部部材４６から注入される。

下部部材４４には、混合チャンバ１６から混合スラリーを受容するように構成される入口開口部５２、及び混合スラリーを分配装置３８（図１）に送達するように構成される出口開口部５４が含まれる。入口開口部５２は、全般的に、筐体１４の環状外周壁２４（図１）の輪郭またはプロファイルに続く。また、下部部材４４には、一方の端部において下部部材の第１の側壁５８に接続され、対向する端部において下部部材の対向する第２の側壁６０に接続される、スラリー塊が吐出しゲート３６の空洞４８の中へ進入することを防止するための複数の塊バー５６も含む。第２の側壁６０は、カットオフブロック４２の一部である。下部部材４４及び上部部材４６の取り付けは、第１の側壁５８及び第２の側壁６０、並びに従来の締結具、接着剤、溶接、または当技術分野で知られている他の適切な方法を使用することによって達成される。

本吐出しゲート３６の重要な特徴は、空洞４８内でのスラリーの蓄積及び詰まりを低減させるために、所定の厚さＴを有するゲート充填剤ブロック６２（図２Ｂ）が提供されることである。好ましい実施形態において、ゲート充填剤ブロック６２は、金属で作製されるが、他の同等の耐久性材料が想定される。ゲート充填剤ブロック６２の外周は、全般的に、下部部材４４の内側底面６４の外形に続き、よって、第１の側壁５８と第２の側壁６０との間の内側底面を実質的に覆う。好ましい実施形態において、ゲート充填剤ブロック６２の使用は、空洞４８の容積を約５０％減少させる。

以下、図２Ａ及び２Ｂを参照すると、ゲート充填剤ブロック６２の入口側６８には、下部部材４４の入口開口部５２の輪郭またはプロファイルに沿って連続的に続く、傾斜ランプまたは縁部６６が提供される。その結果、矢印Ｃによって示されるように、ゲート充填剤ブロック６２が空洞４８の中へ挿入されると、充填剤ブロックの入口側６８が、下部部材４４の入口開口部５２の輪郭と整合し、充填剤ブロックの対向する出口側７０が、下部部材の出口開口部５４の輪郭と整合する。また、ゲート充填剤ブロック６２の側縁部７２は、下部部材４４の第１の側壁５８及び第２の側壁６０に対して直接当接する。

ランプ６６の例示的な角度α（図２Ｂ）は、約３０度であり、所定の距離Ｄにわたってゲート充填剤ブロック６２の入口側６８から出口側７０まで徐々に傾斜し、その距離に到達した後は、所定の厚さＴを維持する。距離Ｄの量は、用途に合わせて変動することが想定される。傾斜ランプ６６は、混合チャンバ１６からの混合スラリーの円滑な流れを促進し、したがって、スラリーが吐出しゲート３６の空洞４８の中へ進入する間、該スラリーの流れを中断させない。更に、充填剤ブロック６２の所定の厚さＴは、吐出しゲート３６における空洞４８の全体的な内部高さＨを低減させ、また、泡沫注入動作に対して、空洞の中の混合スラリーの更に一様な分布を可能にする。

ゲート充填剤ブロック６２のこの構成は、空洞４８の容積領域を、その中を通って流れる混合スラリーの容積に適合させること、及び泡沫とスラリーとの所望の混合を提供するために、泡沫を一様かつ均一に分布させることを可能にする。ゲート充填剤ブロック６２は、下部部材４４の内側底面６４に設置されるように示されているが、ゲート充填剤ブロックが、随意に、空洞４８内部の上部部材４６の内側頂面７４（図２Ｂ、図３、及び図５）に設置されることも想定される。

以下、図１、図２Ａ、及び図３を参照すると、上部部材４６及び下部部材４４のうちの少なくとも１つは、空洞４８によって画定されるスラリー通路７８の近くまたは中央に位置付けられる、少なくとも１つの注入開口部または泡沫スロット７６を有する。図３には、１つの注入開口部７６だけが示されているが、用途に応じて、任意の数の開口部が想定される。開口部７６の場所は、好ましくは、スラリー通路７８の中央にあるが、用途に合わせて、通路の中の他の場所が想定される。別の実施形態において、開口部７６は、下部部材４４の、または下部部材４４及び上部部材４６双方それぞれの通路７８に配置することができる。開口部７６は、コイン投入口の開口部に類似する、直線状であることが好ましいが、ジグザグ、楕円形、及び不規則な形状などの、他の非直線状の幾何学的形状が想定される。

図１及び図４に例示されるように、泡沫は、水性泡沫または他の所望の添加剤を導入するための注入ポート８０（図４）を使用して、吐出しゲート３６の上部部材４６の開口部７６を通して注入される。上で論じられるように、対応する開口部７６の場所に応じて、吐出しゲート３６は、用途に合わせて、単一の上部または下部注入ポートまたは複数の注入ポートを有することができる。

以下、図４及び図５を参照すると、注入ポート８０は、泡沫を吐出しゲート３６の空洞４８に注入するための開口部７６に嵌合するようにサイズ決定される、細長い本体８２と、広がった出口端部８４とを有する。端部８４は、排出される泡沫の圧力を増加させるために、広がっていることが好ましい。したがって、泡沫は、吐出しゲート３６を通過するスラリーとより一様に混合される。好ましい実施形態において、細長い本体８２は、円筒形状を有するが、異なる用途に合わせて、他の適切な形状が想定される。また、広がった端部８４が、開口部７６に嵌合するように全般的に細長い開口部８６を有することが好ましいが、他の適切なタイプの開口部が想定される。

本注入ポート８０の重要な態様は、ポートが、開口部７６と流体連通している上部部材４６に取り付けられ、よって、泡沫が、ポートを通過し、そして、吐出しゲート３６におけるスラリーの流れの走行方向に対して約９０°の角度で、空洞４８の中を移動するスラリーの中へ注入されることである。注入ポート８０の広がった端部８４は、好ましくは、空洞４８内部の上部部材４６の内側頂面７４と実質的に面一である。注入ポート８０のこの構成は、スラリーの流れに対して９０度の所望の形態の注入角度を達成し、また、形態及び／または添加剤が逆流して、混合チャンバ１６（図１）の中へ進入することを防止する。

本混合ゲートの構成は、特にゲート充填剤ブロックによって、塊を低減させた状態でのミキサーからの石膏スラリーの分配を促進し、一方で、所望の流量容積を維持したことが分かった。また、スラリーの中への泡沫の導入は、泡沫がミキサーの中へ再導入される危険性を少なくするように行われる。本ゲートはまた、ミキサーの下流のスラリーの中への塊の流れを低減させるために提供される従来のゲートバーとともに使用することもできる。

本吐出しゲートの特定の実施形態を示し、説明してきたが、本開示のより広範囲の態様において本開示から逸脱することなく、本実施形態に対して変更及び修正が行われ得ることが当業者によって認識されるであろう。

Claims (7)

1. 石膏スラリーミキサーの吐出しゲートであって、
   前記スラリーを受容するように構成される入口開口部及び前記スラリーを分配デバイスに送達するように構成される出口開口部を有する、下部部材と、
   前記下部部材に取り付けられる上部部材であって、前記上部部材及び下部部材のうちの少なくとも１つが、泡沫を前記スラリーに導入するための注入ポートの挿入に適応するための、少なくとも１つの開口部を有する、上部部材と、
   前記泡沫とスラリーとを混合するように構成され、前記下部部材及び前記上部部材の内面によって画定される、空洞と、
   を備える、石膏スラリーミキサーの吐出しゲート。
2. 前記空洞に挿入され、入口側及び出口側を有し、また、前記空洞の容積を低減させるように構成される、ゲート充填剤ブロックを更に含む、請求項１に記載の吐出しゲート。
3. 前記ゲート充填剤ブロックの前記入口側が、傾斜ランプを有する、請求項２に記載の吐出しゲート。
4. 前記傾斜ランプが、前記吐出しゲートの前記入口開口部の輪郭に連続的に続く、請求項３に記載の吐出しゲート。
5. 前記注入ポートが、広がった出口端部を有する、請求項１に記載の吐出しゲート。
6. 前記注入ポートが、前記吐出しゲートを通るスラリーの流れの方向に対して略垂直に配向される、請求項１に記載の吐出しゲート。
7. 石膏壁板スラリーミキサーの吐出しゲートであって、
   前記スラリーを受容するように構成される入口開口部及び前記スラリーを送達するように構成される出口開口部を有する、下部部材と、
   前記下部部材に取り付けられる、上部部材と、を備え、
   前記上部部材及び下部部材のうちの少なくとも１つが、前記泡沫を前記スラリーに導入するための注入ポートの挿入に適応するための、少なくとも１つの開口部を有し、前記注入ポートが、前記吐出しゲートを通るスラリーの流れの方向に対して略垂直に配向され、また、
   前記吐出しゲートにおいて前記泡沫とスラリーとを混合するように構築及び配設され、前記下部部材及び前記上部部材の内面によって画定される、空洞と、
   前記空洞の中へ挿入される、入口側及び出口側を有するゲート充填剤ブロックであって、前記入口側が、前記吐出しゲートの前記入口開口部の輪郭に沿って連続的に続く、傾斜ランプを有する、ゲート充填剤ブロックと、
   を備える、石膏壁板スラリーミキサーの吐出しゲート。