JP2019520207A - 容器を備える材料を処理するためのデバイス - Google Patents

Abstract

本発明は、中心軸線の周りで回転させることができる撹拌機を備える容器内で材料を処理するためのデバイスに関する。第１の偏向手段が提供され、第１の偏向手段は、容器内で撹拌機の上方に配置され、撹拌機によって移送される材料の流れを容器の中央部に向けて偏向する。本発明によれば、撹拌機は、同軸の軸要素を有し、撹拌機の領域内での軸要素の直径は、撹拌機の直径の少なくとも４分の１である。有利には、容器は、前記撹拌機の下に基部を有し、基部と偏向手段との間の距離が、最大で、基部と偏向手段との間の容器の最大直径の半分である。基部は、穿孔シートとして設計することもできる。【選択図】図１

Description

本発明は、材料を処理するためのデバイスであって、中心軸線の周りで回転させることができる撹拌機が配置されている容器、及び容器内で撹拌機の上方に配置され、撹拌機によって移送される材料の流れを容器の中央部に向けて偏向する第１の偏向手段を備えるデバイスに関する。

様々な種類の撹拌機が知られており、それらは通常、上に向かって開いている。したがって、材料の流れが撹拌機の容器内で撹拌され、そのプロセスで上方向に撹拌された材料は、上に向かって進み、最後には重力によって再び下に引き戻される。

国際公開第２０１１／１４４１９６号、国際公開第２０１２／０４１２６９号、及び国際公開第２０１３／１３５２２４号は、容器を備える材料処理デバイスを示し、これらのデバイスは、撹拌機によって容器内壁を通して移送される材料の流れが、撹拌機の上方で容器の中央部に向けて偏向されるような形状である。中央スクリュが、容器の上部領域から撹拌機に材料を案内し、そこから、材料の流れは、径方向外側へ、次いで上方向へ進み、さらに、偏向手段によって容器の中央部に向かって案内される。

特に粗粒状の材料を処理するとき、撹拌機内で、溶解されるにせよあまり良くは溶解されない凝集物が生じることが分かった。

国際公開第２０１１／１４４１９６号 国際公開第２０１２／０４１２６９号 国際公開第２０１３／１３５２２４号

したがって、本発明の目的は、そのようなデバイスを、凝集物生成を避けるようにさらに改良することである。

この目的は、撹拌機が同軸の軸体を有し、軸体の直径が撹拌機の領域内で少なくとも撹拌機の直径の４分の１である、上記の種類のデバイスによって達成される。

径方向外側、さらにまた径方向内側の領域でも撹拌機を使用するために、小さい直径を有する軸上に撹拌機の機能領域を配置することが以前から提案されている。その際、材料は、撹拌機の中央部に達し、次いで撹拌機の径方向内側の領域から径方向外側の領域に達する。

撹拌機の径方向内側の領域では周速度が比較的低いため、望ましくない凝集物が最も生じやすい。凝集物生成は、螺旋型送給器及び特殊な形状の撹拌機アームを使用しても、ほぼ避けることはできない。

したがって、本発明は、軸が位置する撹拌機の中央領域では加速度が低いため、中央領域は撹拌機の機能に関して副次的な重要性しか有さず、したがって、より大きい直径を有する同軸の軸体として構成すべきであるという認識に基づいている。この同軸の軸体は、この軸自体によって形成されている軸体、中心軸の周りに配置された円筒体、又は中央領域に材料がないように構成された別の軸体を示す。その結果、この材料は、撹拌機の中央部から離れた領域でのみ撹拌機によって処理され、この中央領域には材料が進入せず、したがってそこで凝集物が生じることもあり得ない。一方、径方向外側領域では、周速度が高いため、良好な循環がそこで達成され、凝集物に対する懸念をなくすことができる。

低いエネルギー消費量で特に良好な循環を実現するために、容器が、撹拌機の下に基部を有し、基部と偏向手段との間の距離が、最大で、基部と偏向手段との間の容器の最大直径の半分であることが提案されている。

撹拌機の領域内で、中心軸と径方向外側の容器内壁との間の距離が、基部と偏向手段との間の距離にほぼ対応することが有利である。ここで「ほぼ」とは、大きい方の距離から最大で３０％、好ましくは最大で２０％の偏差を意味する。

ここで、この基部を、混練機などにおいては連続床面として設計することができ、又は調節器などにおいては穿孔シートとして設計することができる。

この撹拌機又は撹拌機のアームは、デッドゾーンを作らないように、できるだけ容器の径方向外側領域内まで達しているべきである。したがって、撹拌機の直径は、撹拌機の領域内での容器の最大直径の少なくとも７０％、好ましくは少なくとも８０％である。

有利な実施形態は、撹拌機が、中央の軸体から径方向外側に延在する１本又は複数本のアームを有することを企図している。

特に単純な実施形態は、第１の偏向手段が、容器内に配置された、中央自由通路を有する円形プレートを備えることを企図している。単純な実施形態では、このプレートは、中央自由通路を有する水平シートであり、容器に材料を装入することを可能にする。

この容器は、第１の偏向手段が容器の狭窄部からなるような形状にすることもできる。その結果、この容器は、偏向手段の領域内で、狭窄部の下方よりも小さい直径、及び好ましくは狭窄部の上方よりも小さい直径を有する。これにより、狭窄部の上方の領域を送給及び緩衝領域として使用することが可能であり、撹拌機を備える反応領域が狭窄部の下方にある。

一方で、第１の偏向手段によって、材料の十分な内方向への偏向を誘導し、他方で、中央に追加の材料を容易に供給することができるように、第１の偏向手段が、直径が少なくとも０．８ｍである中央自由通路を有することが提案されている。例えば、この自由通路は、最大容器直径の８０％未満、さらには６０％未満の直径を有することができる。

混練機を使用するとき、水位は、狭窄された直径部分内又はその部分よりも上にすべきである。例えば、狭窄された直径部分がプレートによって形成される場合、水面は、プレートの平面内又はそれよりも幾分上にある。これにより、水面が静まり、波の発生によるエネルギー損失が減少する。

この自由直径は、下側領域に固体を供給することを可能にする意図がある。この固体は、自然に下側領域へ落下するはずであり、したがって送給スクリュの必要性がなくなる。

重ねて配置された２つの撹拌機を備えるデバイスでは、一方の材料の流れが、他方の材料の流れに対してそれぞれの偏向手段として働くことができるため、偏向手段が固体材料から作製される必要はない。そのため、第１の偏向手段が、第１の撹拌機の上方に配置されたさらなる撹拌機によって容器の中央部に向けて下方向に移送される材料の流れから形成されることが提案されている。

撹拌機の上方に配置された、撹拌機に材料を運搬する運搬機構は不要であり、むしろ有害でさえあり得るということが分かった。そのため、容器が、中心軸上で少なくとも偏向手段の上方に、撹拌機へ運搬する運搬機構を有しないことが提案されている。

緩衝部として、また撹拌機の領域内の圧力を上昇させるために送給室が適しており、容器の一部として偏向手段の上方に形成される。この送給室は、追加の容器部分、カラー、又は円筒形の容器部分でもよい。

特に、混練機としてデバイスを使用するとき、容器への接線方向供給路を有することが有利である。通常、送給器により、供給される材料は、容器内への接線方向供給時に撹拌機を空にするために使用可能な速度成分をすでに与えられている。

有利な変形実施形態は、撹拌機の上方に第２の同心状の偏向手段が配置されることを企図している。

この第２の偏向手段は、撹拌機の上方に同心状に配置されている先細り区域を有することができる。この先細り区域は、円錐又は円錐台のような形状であり、デバイスに材料をより容易に送ることができるようにする。

特に、接線方向流入路を備える混練機としてデバイスを使用するために、第２の偏向手段は、撹拌機に向かって先細りした円錐台を有し、中心軸に向けて径方向内側に偏向された材料の流れを撹拌機に向けて変向することが提案されている。２つの撹拌機が重ねて位置されている場合、対応する実施形態において２つの円錐台が使用され、円錐台の径方向でより大きい円形領域どうしが互いに当接している。

対照的に、デバイスへの中央流入路が提供されるとき、第２の偏向手段が、撹拌機に向かって広がる円錐台を有し、材料の流れを外に変向することが有利である。

特に良好な混合結果は、径方向外側の容器内壁にバッフルプレートを有するデバイスによって実現される。これは、例えば、周壁を有する容器によって達成され、周壁の径方向最外領域は、容器内側に向かって開いた鈍角を有する少なくとも１つの連続屈曲部を有する。２つの屈曲部が提供されることが好ましく、それにより、これらの屈曲部の間に垂直な容器壁の領域を提供することも可能になる。

このデバイスを動作させるための方法において、容器内で、充填レベルが第１の偏向手段よりも上に設定されることが好ましい。これは、材料緩衝部を提供し、材料自体が、撹拌機が位置されている領域に圧力を及ぼす作用をする。例えば、プレートを挿入するとき、プレートは、液体レベルにするか、又は液体レベルよりもわずかだけ下にすべきである。液体レベルよりも上の液体は、技術的には、水圧を上昇させるにすぎない。したがって、狭窄部よりも上方の領域に液体がわずかにだけ溢れるか又は全く溢れないようにすべきである。

有利な手順では、充填中、負荷が上昇するにつれて撹拌機の速度が低下される。

平均速度は、径方向最外部の撹拌機端部で３〜１０ｍ／ｓであるべきであり、実際上は、約５ｍ／ｓが、良好な混合と効率的なエネルギー投入とを組み合わせるための良好な値である。

撹拌機の速度は、容器の中央部、好ましくは軸線の少なくとも５０％の領域内にある全ての材料が遠心力によって外に押し流されるように、容器の径方向外側領域へ材料を押し込むように設定することもできる。

本発明によるデバイスの有利な変形実施形態を図面に示し、以下により詳細に説明する。

円形プレートを備える、本発明によるデバイスの単純な実施形態を示す図である。 撹拌機に向かって広がる円錐台を有する、本発明によるデバイスの実施形態を示す図である。 送給室を備えるデバイスを示す図である。 接線方向流入路及び撹拌機に向かって先細りした円錐台を備えるデバイスを示す図である。 重ねて配置された２つの撹拌機を備えるデバイスを示す図である。

図１に示すデバイス１は、容器２を有し、容器２内に基部３として篩板４が配置されている。撹拌機が、円筒形の容器２に同心状に、基部３の真上にある中心軸５上に設けられている。撹拌機６の上方には、第１の偏向手段７として、円形の中央自由通路９を有する水平に配置された円形プレート８が設けられている。

撹拌機６は、同軸の軸体１０を有し、軸体１０から、６本の湾曲アーム１１が径方向に延在している。

軸体１０は、撹拌機６の領域内で直径１２を有し、直径１２の長さは、撹拌機６の直径１３の少なくとも４分の１である。

撹拌機６は、ギアボックス１４及びモータ１５によって駆動される。それにより、アーム１１は、中心軸５の周りで回転し、円形プレート８と基部３との間で材料（図示せず）を循環させる。

材料が、円形プレート８の下側に当たり、そこで変向されることを保証するために、基部３と偏向手段７との間の距離１６は、最大で直径１７の半分である。直径１７は、基部３と偏向手段７との間の容器２の最大直径である。

このデバイスを使用するとき、円形プレート８よりも上の材料及び水が容器２内に入る。材料は、自由通路９を通って、円形プレート８よりも下の領域内へ、撹拌機６に落下する。この撹拌機６は、容器２内の材料を基部３と偏向手段７との間で巡回させ、材料は、容器２及び撹拌機６の形状により、径方向外側の領域で上方向に押し流されて上に向かって流れ、円形プレート８の下側に当たり、容器の中間部１８に達する。材料は、そこで下方向に撹拌機６へと落下し、撹拌機６によって再び径方向外側に移送される。

特に粗粒状又はペースト状の材料の場合には、材料粒子間の高い剪断力及び材料の完全な混合が得られる。

この材料は、撹拌機６の中央部で最小周速度を有し、したがってここで凝集物の生成が促される。そのため、撹拌機は同軸の軸体１０を有し、この軸体１０は、ここでの材料の蓄積を防止し、材料を径方向外側へ撹拌機アーム１１に向けて偏向する。

図２に、特に小型の撹拌機を示す。撹拌機は、デバイス２０で図示されるようなものが有利である。ここで、撹拌機２１は、偏向手段２５と容器２４の基部２６との間で、容器２４の最大直径２３とほぼ同じ大きさの直径２２を有する。

この例示的実施形態では、偏向手段２５は、最大容器直径２３から径方向内側に向き、容器に狭窄部２７を形成する容器壁である。

この容器は、同軸の軸体２８の上方に、第２の偏向手段２９として先細り区域３０を有し、この先細り区域３０は、撹拌機２１の上方に同心状に配置されている。この先細り区域３０は、円錐又は円錐台のような形状であり、その外殻表面は、撹拌機に向かって広がっている。

撹拌機２１の下方に篩板３１があり、篩板３１の下に、撹拌機２１用の駆動機構としてモータ３２がある。

したがって、接線方向で（図示せず）又は上方から容器２４に入る材料は、先細り区域３０の円錐外表面によって撹拌機２１に向けて径方向外側に偏向され、径方向外側の領域で容器２４の内壁に沿って上方向に移動し、偏向手段２５によって再び径方向内側に偏向される。

図３に示すデバイス４０は、漏斗部４１を有し、この漏斗部４１は、円筒形のカラー領域４２へ移行し、さらに、円形プレート４３によって境界を画された送給室４４へ移行する。容器４５は、円形プレート４３の下方に広がっている。そこでの周壁は、容器４５の径方向最外領域に第１の連続屈曲部４６を有し、第１の連続屈曲部４６は、短い円筒形外被領域４７へ移行し、その際、容器の内側に向かって開いた鈍角４８を成す。第１の連続屈曲部４６には、底部に向けてさらなる屈曲部４９が続き、この屈曲部４９も、容器内側５１に向かって開いた鈍角５０を有する。

したがって、材料は、漏斗部４１又は接線方向供給路５２を通って送給室４４に達し、そこから自由通路５３を通って先細り区域５４に達する。例示的実施形態では、自由通路は、直径５５が約１メートルである。

この容器４５は、中心軸５６上、並びに偏向手段４３の上方及び下方に、撹拌機５７へ運搬する運搬機構を有しない。

図４には、撹拌機６２の上方に第２の同心状の偏向手段６１を備えるデバイス６０も示す。上記の偏向手段とは対照的に、この第２の偏向手段６１は、撹拌機６２に向かって先細りした円錐台６３を有する。この円錐台６３は、接線方向流入路６４を通して容器６５内に移送された材料を受け取り、この材料は、撹拌機６２によって撹拌され、容器６５の径方向外側領域で上方向に流れ、円錐台６３が、材料を案内して撹拌機６２へ戻す。これは、容器６５の中心軸に対して同心である円錐周面６７によって達成される。

モータ６８のギアボックス６９が撹拌機６２を駆動し、撹拌機６２は、容器６５内の材料を撹拌する。撹拌中、材料は、撹拌機の形状、遠心力、及び容器６５の内壁７０の形状により、まず上方向に流される。次いで、材料は、撹拌機６２の上方の容器内壁７１に達し、容器内壁７１は、第１の偏向手段として、材料を中心軸６６に向けて偏向する。次いで、材料は偏向されて、円錐台６３の円錐外表面６７を通って撹拌機６２に戻される。したがって、材料は、円環面並びに撹拌機及び容器形状の中心環状軸線の周りを巡り、偏向手段は、特に低速の領域をできるだけ生じないように設計される。これは、徹底的な混合をもたらし、凝集物生成を防止する。

図５に示すデバイス８０では、第１の偏向手段は、必ずしも容器壁又は容器部品である必要はなく、第２の材料の流れによって提供することもできる。このデバイス８０は容器８１を有し、第１のモータ８２及び第１のギアボックス８３が、容器８１内の第１の撹拌機８４を駆動する。その上方に第２のモータ８５があり、第２のモータ８５は、第２のギアボックス８６を介して容器８１内の撹拌機８７を駆動する。したがって、撹拌機８７は、下方向への材料の流れを生み、撹拌機８４は、上方向への材料の流れを生む。これらの材料の流れが合流する位置で、下側の材料の流れが、上側の材料の流れに対する偏向手段となり、上側の材料の流れが、下側の材料の流れに対する偏向手段となる。したがって、第２の撹拌機８７によって生成される材料の流れ８８は、撹拌機８４によって生成される材料の流れ８９を容器中央部９０に向ける第１の偏向手段となる。

容器の中央部には、同軸の軸体として、二方向先細り区域９１が配置されており、二方向先細り区域９１は、撹拌機８４に向かって先細りした下側の円錐形外表面９２を有し、材料の流れ８９を撹拌機８４に向けて偏向する。

二方向先細り区域９１の上側は、撹拌機８７に向かって先細りした円錐形外表面９３を有し、この円錐形外表面９３は、材料の流れ８８を撹拌機８７に向けて偏向する。

図３に示すデバイスから明らかなように、容器内の充填レベル（図示せず）が第１の偏向手段４３よりも上に設定されることが有利である。その結果、送給室４４、及び送給室４４から上へ漏斗部４１までの空洞部を、材料用の貯蔵空間として使用することができ、液体材料、又は液体若しくは水を含む充填物が、撹拌機５７の領域内で材料に作用する静水圧を生成する。

容器４５内で所望の材料の流れを実現するために、容器４５に材料を充填する間、負荷が増加するにつれて撹拌機の速度を低下させることが提案されている。これにより、低電力消費量で、特に徹底的な材料の循環を実現することが可能である。

Claims (18)

1. 材料を処理するためのデバイスであって、中心軸線（５）の周りで回転させることができる撹拌機（６）が配置されている容器（２）、及び前記容器（２）内で前記撹拌機（６）の上方に配置され、前記撹拌機（６）によって移送される材料の流れを前記容器の中央部に向けて偏向する第１の偏向手段（７）を備えるデバイスにおいて、前記撹拌機（６）が、同軸の軸体（１０）を有し、前記撹拌機（６）の領域内での前記軸体（１０）の直径（１２）が、前記撹拌機（６）の直径（１３）の少なくとも４分の１であること特徴とするデバイス。
2. 前記容器（２）が、前記撹拌機（６）の下に基部（３）を有し、前記基部（３）と偏向手段（７）との間の距離（１６）が、最大で、前記基部（３）と前記偏向手段（７）との間の前記容器（２）の最大直径（１７）の半分であることを特徴とする、請求項１に記載のデバイス。
3. 前記撹拌機（２１）の直径（２２）が、前記基部（２６）と偏向手段（２５）との間での前記容器（２４）の前記最大直径（２３）の少なくとも７０％、好ましくは少なくとも８０％であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のデバイス。
4. 前記撹拌機（６）が、前記中央の軸体（１０）から径方向外側に延在する１本又は複数本のアーム（１１）を有することを特徴とする、請求項１〜３のうちいずれか一項に記載のデバイス。
5. 前記第１の偏向手段（７）が、前記容器（２）内に配置された、中央自由通路（９）を有する円形プレート（８）を備えることを特徴とする、請求項１〜４のうちいずれか一項に記載のデバイス。
6. 前記第１の偏向手段（２５）が、前記容器（２４）の狭窄部（２７）から形成されることを特徴とする、請求項１〜５のうちいずれか一項に記載のデバイス。
7. 前記第１の偏向手段（７、４３）が、直径（５５）が少なくとも０．８ｍである中央自由通路（９、５３）を有することを特徴とする、請求項１〜６のうちいずれか一項に記載のデバイス。
8. 前記第１の偏向手段が、前記第１の撹拌機（８４）の上方に配置されたさらなる撹拌機（８７）によって前記容器の中央部に向けて下方向に移送される材料の流れ（８８）から形成されることを特徴とする、請求項１〜７のうちいずれか一項に記載のデバイス。
9. 前記容器（４５）が、前記中心軸（５６）上で少なくとも前記偏向手段（４３）の上方に、前記撹拌機（５７）へ運搬する運搬機構を有しないことを特徴とする、請求項１〜８のうちいずれか一項に記載のデバイス。
10. 前記容器（４５）が、前記偏向手段（４３）の上方に送給室（４４）を有することを特徴とする、請求項１〜９のうちいずれか一項に記載のデバイス。
11. 前記容器（４５）への接線方向供給路（５２）を有することを特徴とする、請求項１〜１０のうちいずれか一項に記載のデバイス。
12. 前記撹拌機（２１、６２）の上方に第２の同心状の偏向手段（２９、６１）を有することを特徴とする、請求項１〜１１のうちいずれか一項に記載のデバイス。
13. 前記第２の偏向手段（２９）が、前記撹拌機（２１）の上方に同心状に配置されている先細り区域（３０）を有することを特徴とする、請求項１２に記載のデバイス。
14. 前記第２の偏向手段（６１）が、前記撹拌機（６２）に向かって先細りした円錐台（６３）を有し、前記中心軸（６６）に向けて径方向内側に偏向された前記材料の流れを前記撹拌機（６２）に向けて変向することを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のデバイス。
15. 前記第２の偏向手段（２９）が、前記撹拌機（２１）に向かって広がる円錐（３０）又は円錐台を有し、前記材料の流れを径方向外側に変向することを特徴とする、請求項１２又は１３に記載のデバイス。
16. 前記容器（４５）が周壁（４６）を有し、周壁（４６）の径方向最外領域が、前記容器内側に向かって開いた鈍角（４８、５０）を有する少なくとも１つの連続屈曲部（４６、４９）を有することを特徴とする、請求項１〜１５のうちいずれか一項に記載のデバイス
17. 前記容器（４５）内で、充填レベルが前記第１の偏向手段（４３）よりも上に設定されることを特徴とする、請求項１〜１６のうちいずれか一項に記載のデバイスを動作させるための方法。
18. 充填中、負荷が上昇するにつれて前記撹拌機（５７）の速度が低下されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。

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