JP3556957B2 - 流体材料を処理する方法および装置 - Google Patents

流体材料を処理する方法および装置 Download PDF

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Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、広くは混合、反応、調整等の目的で流体材料を処理する方法および装置に関し、さらに詳しくは、機械的衝撃を使用することにより流体材料に対して乱流を付与するこの一般的な種類の方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
流体の処理技術には、流体材料を混合し、攪拌し、反応させ、また調整する改良された機械的、空気圧的、水圧的また電気的システムが豊富にある。これらのシステムの幾つかでは、混合操作のためのもののように、操作効率および有効性は、混合される流体材料の物質移動のレベルに依存する。物質移動は混合される異なる流体材料の粒子／分子が互いに露呈される確率の関数であり、この露呈は異なる材料の粒子／分子により表される表面積に部分的に依存する。材料が完全に分散する確率を増加させるためには、混合時間を増加させればよい。この選択は「バッチ」プロセスの場合には有用であるが、混合容器における流体材料の滞留時間が必然的に限定される連続形式の混合プロセスでは実行可能なものではない。さらに、混合時間を延長させたり、混合プロセスにおいて過剰量のエネルギーを加えると、結果的に破砕や過度の微粉砕に至ることがあり、所望しない微細なダストが生成したり、加工される材料の構成部分が劣化する場合さえある。
【０００３】
より効率的な混合を促進し分散速度を増加させるために種々の改良が考案されている。例えば、この問題の１つの通常の解決策の典型である装置が、ルエツェルシュバブに対して１９８９年１０月１７日に発行された米国特許第４，８７４，２４８号に開示されている。ルエツェルシュバブの装置は、ゲルと液体とを連続的に混合するために用いることを意図した円筒形のハウジング内の、複数の互い違いに配設された定置および回転ディスクからなるものである。このディスクは開口を有し、これを介してゲルおよび液体が流れ、ゲルの小粒子への破壊や液体に露呈されるゲル表面の増加が図られている。この種の従来技術による混合装置は、ある特定の用途には適切ではあるものの、他の用途では満足し得る効率より小さいものしか与えない。就中、分画は切断によるものであり、衝撃によるものではない。幾つかの場合では、必要な混合の程度は混合装置中での長い滞留時間によってのみ達成され得るため、連続形式のプロセスの場合は、混合装置内の長い流路を設けるために大きな物理的大きさの混合装置が記載されている。物理的に大きな混合装置は通常は費用がかさみ、典型的には運転するために大量のエネルギーを消費する。
【０００４】
物理的特性を変化／改良するため、流体材料を処理する多数の種類のプロセスが知られているが、これは材料に対してエネルギーのパルスまたは波を直接適用することを包含するものである。例えば、ジュバンに対する１９９０年９月１８日に発行された米国特許第４，９５７，６０６号には、高いエネルギーの解放により開始された衝撃波を使用し、液体から物質を分離するプロセスが開示されている。マスリに対して１９９０年１０月９日に発行された米国特許第４，９６１，８６０号には水処理プロセスが開示されており、この場合は水を超音波振動に供し、流体流路を介して水のキャビテーションを生成するものである。流体粒子を処理し分離する定常波の音響エネルギーの使用は、米国特許第ＲＥ３３，５２４号、第４，８７７，５１６号および第４，９８３，１８９号にも開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
したがって本発明の重要な目的は、材料に対して、粒子もしくは分子レベルでその特性を改変し、これによりこれらを分離、混合等のためにより適切なものとするのに十分なエネルギーのレベルを与える際に、非常に有効である流体材料を処理する方法および装置を提供することである。
【０００６】
この発明の他の目的は、前記一般的に記載した種類のものであって、例外的に大きさがコンパクトであり、運転するのに最小のエネルギーしか要さず、加工する内部の流体材料の滞留時間を顕著に低減する方法および装置を提供することである。
さらにこの発明の目的は、記載した種類のものであって、その構成部品が非常に信頼性が高く単純なものであり、このため単純化され修理および保守の費用が低減された方法および装置を提供することである。
【０００７】
さらにこの発明の目的は、記載した種類のものであって、混合される材料の構成部分の間の密接な相互作用を達成して混合物の均一性およびコンシステンシーを高めつつ材料の連続的な混合を実現し、混合装置における滞留時間を最小とする方法および装置を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この発明の１つの観点によれば、流体材料を処理する方法は、流体材料の流れをハウジングに導入し、相対的に高い加圧した流体帯域から圧力低減じゃま板装置を介してじゃま板装置の下流の乱流領域へとバーストした増加量の流体材料を連続的に通過させることにより、流体材料に対してエネルギーのパルスを与えることからなる。じゃま板装置は、その中にオリフィスを有する一対のじゃま板からなり、これらは一方の板が他方に対して回転するに際して互いに周期的に位置合せされるものである。一方の板の他方に対する回転により、別個の量の流体材料がオリフィスを介して乱流領域へ流れるのが可能となり、これによりハウジングを介する流体の速度が周期的に変化する。じゃま板のオリフィスを介して乱流領域へ流体材料を通過させる工程を、第１の乱流領域の下流の第２の処理段階で繰り返して流体材料に付加的な乱流を与える。パルス化工程の前に流体材料に振動エネルギーを付加して流体材料の予備活性化および攪拌を図ることができる。
【０００９】
この発明の他の観点によれば、流体材料を処理する装置が提供され、これは流体材料を受容する入口手段および出口手段を含むハウジング手段、および流体材料に乱流を与えるハウジング内のパルス手段（相対的に高い流体圧力帯域から乱流領域に増加量のバーストした流体材料を通過させるオリフィス手段を含む）からなる。パルス手段は一対の密接に離間したじゃま板を含み、それぞれオリフィス手段を画成する複数の開口を含む。一方の板を定置させつつ他方を回転させ、２つの板の開口を互いに整合位置に周期的にシフトさせ、材料のバーストが乱流領域へと流れることを可能とすることを図り、これにより流体材料上にエネルギーの機械的パルスを与えて、粒子または分子のいずれかのレベルにおいてその物理的特性を変える。モーター駆動インペラの形態の流体ポンプを必要に応じてハウジング内で用いて、ハウジングを介する材料の流れの適切な速度を確実なものとすることができる。流路中でハウジングの上流端に位置しこれを通過する流体材料の流れの影響の下で振動するよう整調されたリード型の素子により、回転するじゃま板を通過する前に流体材料に対して振動エネルギーを与える。
【００１０】
【実施例】
本発明のこれらの、および更なる目的および利点は、本発明の好適な態様についての以下の記載の中で明確なものとされ、明らかなものとなろう。
図面について、これらはこの明細書の一体化された一部をなし、これと併せて読まれるべきものであり、ここで同様の参照符号は種々の図面において同一の構成物を示すべく用いるものである。
【００１１】
まず図１に注目すると、これは、一般的に符号２０で示される流体材料を処理する装置を示すものである。ここで使用するように、「流体材料」とは、流動し得るか流動特性を示す全ゆる材料を意味し、液体、気体、粒子等、またはこれらの全ゆる組合せを含み、どのような物理的状態であってもよい。図１に示す装置２０は、２以上の流体材料の混合を行うのに特によく適合したこの発明の態様を示すものであるが、本発明の方法および装置は、単一の流体材料を処理するのに用いて後続する使用または加工のために材料を調整することもできることを理解すべきである。
【００１２】
装置２０は、流体材料を受容するその一端部の主入口２２を有する実質的に円筒形のハウジング２３を含む。ハウジング２３の他端部は、端部壁９６、およびハウジング２３の長手方向軸線に対して外側に横断して延在する主出口２４を有する。主出口２４は、処理した流体材料を後続するプロセスまたは使用に向けて分配するパイプ８８にフランジ９０により取付けられている。主入口２２に加えて、ハウジング２３に付加的な流体材料を導入する付加的な二次入口を設けることができ、この種の二次入口の３つをそれぞれ２６、２８および３０で示す。二次入口２６および３０はハウジング２３の側壁により画成されるが、入口２８はハウジング２３の側壁を介して延在するチューブにより形成され、これはハウジング２３の中心軸線に位置し符号２５により示される主要流に対向して上流の流体材料を導入するよう配向された出口を有するものとし、このようにして流れの主要流への二次流体材料の均一な分散を図る。いずれにしろ、二次流体材料は、一対の円形板５０、５２の形態のじゃま板手段により画成される第１の処理段階および板５０、５２の直ぐ下流の乱流帯域８４に入る直前の予備混合領域３２にて主要流と合せられる。じゃま板５０、５２はハウジング２３を介する流体材料の流れに対向し、好ましくは互いにできるだけ近接して離間するものとする。じゃま板５０は板５２の上流に位置し、ハウジング２３の内部側壁にその周囲にて定置して取付けられている。板５０はハウジング２３の断面に対して同一の広がりを有し、自身を通過する後記する複数の開口５４を有し、これはその中心軸線の周囲に均一に離間して分布する。じゃま板５２はその中心軸線にて共に回転するための回転シャフト７７の一端部に取付けられている。回転可能なじゃま板５２の直径はハウジング２３の内径より極く僅かに小さいものとし、これらの間に適切なクリヤランスを与える。周囲に離間する複数の開口５６を回転可能なじゃま板５２に設けるが、その構成は後に詳細に記載する。板５０、５２の開口５４、５６の組は、シャフト７７がモーター７６により予備選択した周波数で回転するにつれて、互いに整列した整合位置に周期的にシフトするよう構成し位置させるものとする。
【００１３】
シャフト７７はハウジング２３の端部壁９６を介して延在し、流体材料の漏出を防止するシール８２を備えるベアリング８０の回転の軸受けを行うその一端部を有する。シャフト７７は、従来の電気、空気圧、水圧または内燃もしくは外燃による形式のものとし得るモーター７６により回転する。
先に述べた段階の下流の第２の流体材料処理段階は、第２の対の円形じゃま板６０、６２およびその下流の第２のキャビテーション領域８６からなる。板６０は共に回転するためにシャフト７７に取付けられるが、板６２はハウジング２３の内部壁に定置して取付けられる。回転可能な板６０はハウジング２３の断面と実質的に同一の広がりを有し、その周囲に十分なクリアランスのみを有してその自由な回転を可能とするものである。板６０および６２はそれぞれ第１および第２の組の周囲に離間した開口６３、６４を有し、これを介して、シャフト６８が回転するにつれて互いに整列した整合位置に周期的にシフトするよう配置され、これにより増加量の流体材料がこれを介してバーストしてキャビテーション領域８６に流れるのを可能とする。固定したじゃま板６２はその対向端部の中間にてシャフト７７を回転支持するベアリング９２をその中に有する。
【００１４】
圧力バランスじゃま板５７を第２の処理段階の直ぐ上流にてハウジング２３内に定置して取付ける。このじゃま板５７はリング状であり、中央開口５８を有し、流体材料の表面領域対向流を与え、これは流れが第２の処理段階に入る前の（キャビテーション領域８４における低い圧力のための）流体圧力の過度の低下を避ける大きさである。同様の様式で、第２のキャビテーション領域８６の下流の流体圧力は、必要に応じて、それぞれ通過する開口７０、７２を備える定置板６６および可動板６８により画成される流れ調節バルブにより調節することができる。無端スクリュー、ギア、ラック等のような慣用されたバルブ調節器７４を用いて板６６に対して板６８を回転させることにより開口７０、７２の整合位置を調整し、このようにして通過する流れ並びに第２のキャビテーション領域８６内の流体圧力を調節する。
【００１５】
流体材料またはその成分のいずれかは、一連のパージライン３４、３６、３８、
４０によりハウジング２３を介する流れにおける全ゆる所望の位置で除去することができる。図１に示す態様では、パージライン３４は流体材料を予備混合領域３２から迂回させ、パージライン３６は材料を第１のキャビテーション領域８４から迂回させ、パージライン３８は材料を第２のキャビテーション領域８６から迂回させ、パージライン４０は主出口２４を介して装置２０から出る直前に材料を迂回させるものである。パージライン３４〜４０は、所望に応じてバルブにより調節することができる。パージライン３８では説明の目的でバタフライバルブ４２を示した。パージライン３４〜４０はこれらにより迂回された材料を、その底部にパージライン４６を備える共通のタンクまたはデカンタ４４に配送することができる。オーバーフローライン４８を用い、タンク４４に蓄積された過剰量の材料を抜き取ることができ、オーバーフローライン４８と共働するスライドゲージのような慣用されたレベル調節器７８によりタンク４４内の材料の所望のレベルを維持する。 図２は装置２０の僅かに改変した形態を示すものであり、図中、ハウジング２３は第２の端部壁９８、対向する端部壁９６および図２に示すように下方に出口２４の方向と反対にハウジング２３の軸線に実質的に垂直に延在する主入口２２を備える。図２に示す主入口２２は、フランジ１０２により供給パイプ９４に接続される。装置２０のさらに改変した形態を図３に示すが、この場合、主入口は同様にハウジング２３の中心軸線に実質的に垂直に配向されるが、出口２４に平行な方向で上方に延在する。図２および図３の両者の場合において、第２の端部壁９８を設けることにより、ハウジング２３とシャフト１０との間のシール１０１を備え、端部壁９８に取付けられたベアリング１００によってシャフト７７がその外側端部にて支持されることが可能となる。
【００１６】
ここで、図４の４Ａ〜Ｇおよび図５の５Ａ〜Ｇに注目すると、これらはじゃま板５０、５２、６０、６２に設けられた開口の可能な構成の極く幾つかを示すものである。特に、図４の４Ａ〜Ｇは、回転可能なじゃま板、すなわちじゃま板５２および６０の適切な開口構成を示し、図５の５Ａ〜Ｇは、固定されたじゃま板、すなわちじゃま板５０、６２の適切な構成を示すものである。図４の４Ａ〜Ｇおよび図５の５Ａ〜Ｇに示した板は、それぞれ合致する対の回転可能および固定されたじゃま板を形成するもので、例えば図４の４Ａおよび図５の５Ａに示した板は一対の合致した回転可能および固定された板をそれぞれ形成し、これらは板５０、５２または６０、６２として第１または第２の処理段階で用いることができる。図４の４Ａ〜Ｇおよび図５の５Ａ〜Ｇから分かるように、開口５４、５６、６３、６４は、それぞれの板の中心軸線の周りに周囲に離間した関係で均一に分布する別個の幾何形状のものである。開口５４、５６、６３、６４の形状は、三角形（図４の４Ａ、図５の５Ａ）、正方形（図４の４Ｂ、図５の５Ｂ）、六角形（図４の４Ｃ、図５の５Ｃ）、円形（図４の４Ｄ、図５の５Ｄ）、長方形（図４の４Ｅ、図５の５Ｅ）、裁頭形（図４の４Ｆ、図５の５Ｆ）またはファン形（図４の４Ｇ、図５の５Ｇ）の形態を取ることができる。開口５４、５６、６３、６４の他の種々の形状も用いることができ、選択される特定の構成は装置２０の特定の用途に部分的に依存する。いずれにしろ、図４の４Ａ〜Ｇおよび図５の５Ａ〜Ｇから、一方の板が他方に対して回転する結果、流れを遮断する関係から、流体材料が通過して流れることを可能とする整列した整合位置の関係へと、対をなすじゃま板の開口が周期的に並置することが理解される。
【００１７】
ここで装置２０の運転について、気体、液体、ダスト／粒子またはこれらの全ゆる組合せからなる流体材料を主入口２２または二次入口２６〜３０のいずれかを介して配送し、第１処理段階の直ぐ上流の予備混合領域３２にて予備的に混合する。主入口２２または二次入口２６〜３０を介する流体材料の流れを、ポンプ（図示せず）のような上流の圧力源またはハウジング２３を介する流れの経過で認められる圧力降下を克服するのに十分なヘッドを与える他の手段から生成される圧力の下で配送する。また、必要な流体流圧力は、出口２４の下流の、またはハウジング２３内部に一体化されたポンプ等の手段により生成することができる。例として、限定されるものではないが、図１に示す装置２０の態様の典型的な応用では、４０Ｋｇ／ｃｍ２までの８ｍｍの水柱間の流れ圧力を要し、これは流体材料のコンシステンシー、温度または粘度から独立したものである。
【００１８】
シャフト７７がモーター７０により回転するにつれて、じゃま板５０、５２にそれぞれ同一に形成した開口５４、５６は、整列せず流れを遮断する関係と整列して同一の広がりを有し増加量の流体材料の予備混合領域３２からキャビテーション領域８４への通過する流れを可能とする関係との間で周期的に回転する。キャビテーション領域８４の流体流のキャビテーションは勿論、板５０、５２のじゃま板効果およびじゃま板５０、５２を介する流れの周期的な性状に起因するものである。このようにして増加量の流体材料は、比較的高い圧力の領域（予備混合領域３２）から比較的低い圧力の領域（キャビテーション領域８４）へと整列した開口５４、５６を介してバーストして流れ、この結果、流体材料に与えられるエネルギーのパルスが得られる。後により詳細に説明するように、流体材料に与えられたこのようなエネルギーのパルスは、粒子、分子または分子の鎖および分子自体の凝集物を崩壊させかつ／または無秩序にして極めて均一な分散体とする傾向がある。多数の流体材料を混合のために装置２０に導入する場合、前記した様式で混合物に加えられるエネルギーのパルスは、流体材料の分子（このような操作がなければ弱い結合力により互いに引き合う傾向がある）を結果的に無秩序なものとし、このため分子の露呈された表面積が増加し、これにより物質移動が増加すると共により完全で均一な混合物が得られる。
【００１９】
第１および第２の処理段階により流体材料にエネルギーのパルスを加える速度は、開口５４、５６、６３、６４およびじゃま板５０、５２、６０、６２の数、大きさおよび離間並びにシャフト７７の回転速度に依存する。これらのパラメーターは、処理する流体材料の特性を考慮し、装置２０の特定の用途に適合するよう選択する。しかしながら、説明として、パルス化の周波数は、所定範囲の典型的な用途につき５Ｈｚ〜１００ＫＨｚの範囲とすることができる。
【００２０】
幾つかの応用において、単一の処理段階を介して流体材料を通過させることは所望の結果を達成するのに適切たり得るが、他の応用では満足できる結果を得るには２以上の段階を要し得る。図１の態様に示されるような多数の処理段階の構成の場合、流れが次の処理段階に配送される前に、第１のキャビテーション領域８４におけるように、キャビテーションの効果により生起される流体流における顕著な圧力降下の効果を補償する必要があり得る。よって、図１の態様では、流れ通過開口５８を備える圧力制御じゃま板５７により、じゃま板６０、６２によって画成される第２の処理段階および第２のキャビテーション領域８６を介して通過する直前に流体の圧力を強化することによってキャビテーション領域８４における圧力効果を補償する。したがって、比較的高い圧力レベルの流体材料が流体流の周期的バーストにてじゃま板６０、６２の開口６３、６４を通過し、キャビテーション領域８６により画成される比較的低い流体圧力の領域へと至る。この点について、第２の処理段階は前記した第１の処理段階と極めて類似して機能し、流体材料にエネルギーのパルスを与え、これによりこれらを分子レベルでさらに無秩序なものとしてその混合および／またはハウジング２３を出た後の後続する使用または加工のための流体材料の調整を行う。回転可能なじゃま板６０は、定置じゃま板５０が回転するじゃま板５２の上流側にある第１の処理段階の場合とは異なり、定置じゃま板６２の上流側に位置することをここに銘記することができるが、そのそれぞれの対における固定および回転じゃま板の順序は重要なものではない。
【００２１】
板６６、６８により形成される流れ調節バルブは、出口２４における流れ圧力を変化させるよう調整することができ、上流の圧力を調整すると共に流体材料に対する第１および第２の処理段階の効果を最適なものとするのに用いることができる。
パージライン３４〜４０は、流体材料の一部または副生物を、これらが第１および第２の処理段階により加工される前、その途中、その後に、迂回させるために必要に応じて用いることができる。
【００２２】
ここで図６、８、９および１０を参照するが、これらは図６において符号２００により一般的に示される本発明の装置の好適な形態を示すものである。装置２００は、実質的に円筒形のハウジング２０２、ハウジング２０２の一端部の半径方向に指向した一次入口２０４、およびハウジング２０２の対向端部の半径方向に指向した一次出口２０６を広く含むものである。入口２０４および出口２０６は、装置２００が一体化されるシステムにおける他の構成物である導管（図示せず）等と接続するための取付けフランジ２２０、２２２をそれぞれ備える。入口２０４は符号２１２により示される予備混合領域に向かう矢印２６２の方向の供給源（図示せず）からの流体材料を受容すべく配設され、これにより後記する第１の処理段階がただちに進行する。一次入口２０４を介して導入される材料と同一もしくは異なる更なる流体材料を、ハウジング２０２の一方の端部壁２１８にて画成される二次入口２０８、２１０を介して導入することができる。入口２０８、２１０は、例えば一次入口２０４を介して導入される流体材料と混合する液体を導入するスプレーノズルからなるものとすることができる。ステム２１６に取付けられたリード様の分散素子２１４を直ぐ下流に配置し、二次入口２０８、２１０を介して導入された流体材料の到来する流れに対して整列させる。図６に示すように、分散素子２１４は薄い長方形の可撓性材料により形成され、これは通過して流れる流体材料の影響により予備選択した周波数で振動するものである。分散素子は種々の形式のものとすることができ、材料の流れを活性化し攪拌して一次入口２０４を介して導入された流体材料との良好な混合に資するものである。振動素子２１４の正確な共鳴周波数、大きさおよび形状は特定の用途に依存し得る。しかしながら、例として、振動素子２１４の幾つかの典型的な択一的形状をそれぞれ図７の７Ａ〜Ｈに示す。図７の７Ａ〜Ｈは、それぞれ円錐形、ピラミッド形、星形、楕円形、有歯円盤形、増加量の厚さを有する矩形、円形そして最後にパイの皮縁様形の形状に形成された分散素子２１４を示す。
【００２３】
シャフト２２４はハウジング２０２の中心軸線を介して長手方向に延在し、ベアリング２２６、３２０によりその対向端部での回転のため軸受けされる。シャフト２２４の端部はロックナット２３２、３２２を受容するようねじ切りされ、これにより長手方向の移動についてシャフト２２４が拘束される。シャフト２２４の一端部のキー溝３０８は、シャフト２２４を回転力の供給源（図示せず）、例えば電気、水圧または空気圧、内燃または外燃機関によるモーターと連結するものである。ベアリング２２６は、脱着キャップ２３５を備えるベアリングパック２３０内に配置される。同様に、ベアリング３２０は、その中心開口（これを介してシャフト２２４の一端部が延在する）を有する脱着キャップ３２４を備える。
【００２４】
ベアリングパック２３０は、端部壁２１８に取付けられる周辺部分２１５を含むハブ２２６の外側端部内に取付けられ、このようにしてシャフト２２４の一端部のための主要な構造的支持体が形成される。円錐形状の保護ベアリングブーツ２３４は、ブーツ２３４を端部壁２１８に取付けるフランジ２４５を有する。ブーツ２３４はハウジング２０２内に延在し、シャフト２２４を囲繞して封止を補助すると共にハウジング２０２内でベアリング２２６を外部から隔離する複数の封止リング２４４を有する。
【００２５】
予備混合隔室２１２に配置された円筒形のリングゲート２３６はシャフト２２４を囲繞し、部分的底部壁２４６を含む。リングゲート２３６は内部に同心的に配置され、端部壁２１８から予備混合領域２１２へと内方に延在するリング状のデフレクタ２５５により覆われる。リングゲート２３６は、端部壁２１８および支持体２４２の開口を介して延在する摺動し得るスタッドシャフト２３８によりデフレクタリング２５５に対する長手方向の摺動移動のために設けられる。摺動シャフト２３８の外側端部は、デフレクタリング２５５に対して所望の長手方向にてリングゲート２３６をロックするナット２４０を受容するためねじ切りされいてる。所望に応じて摺動スタッド２８３の外側端部にモーター手段（図示せず）を接続して、混合領域２１２に入る流体材料の量および流れを変えるよう機能するリングゲートの自動的な長手方向変位を与えることができる。
【００２６】
シャフト２２４のモーター駆動端部は、その外側端部にベアリングパック３２５を収容する支持ハブ３１８によりハウジング２０２に構造的に支持されている。ハブ３１８は、端部壁３２１に取付けられた外側フランジ３１９を有する。ハウジング２０２内の環境からベアリング３２０を保護するため、ハウジング２０２内に配置され外側フランジ３２７によって端部壁３２１に取付けられたベアリングブーツ３１０を設ける。保護ベアリングブーツ３１０は一対の長手方向に離間したシール３１２、３１４を含み、それぞれシャフト２２４と係合してハウジング２０２内の流体材料等がブーツ３１０を通過してベアリング３２０に至るのを防止する複数のリングシールを含む。シール３１２、３１４の間に、供給入口３１６からの水または空気のような加圧した流体を受容する隔室３２９を設ける。隔室３２９内の加圧流体は、流体材料をシール３１２に侵入させるハウジング２０２内の流体圧力を等しくして対向させることに資する。
【００２７】
円筒形の摺動リング２８８を、端部壁３２１の開口を介して延在する摺動スタッド２９０に取り付ける。摺動スタッド２９０の外側端部は、埋設ボス２９４を担持するナット２９２を受容するようねじ切りして所望の長手方向位置における摺動リング２８８のロックを図り、出口２０６の直ぐ上流のシャフト２２４を囲繞する。摺動リング２９８は仕切り壁２９６および偏向壁２９８と共働し、出口２０６へ向かう流れの量および方向を調整する。モーター手段（図示せず）を摺動スタッドに取付けて摺動リング２８８の自動モーターによる調節を実現することができる。
【００２８】
予備混合領域２１２の直ぐ下流の第１の処理段階は、概して回転し得るじゃま板２４８、定置じゃま板２５０およびキャビテーション隔室２５８からなる。回転し得るじゃま板２４８は、図４の４Ｇに示した配置と幾何構成において同様に、共に回転するためシャフト２２４に取付けられたハブ２５６、間に開口２５２を有する半径方向に延在する複数のブレードを含む。定置じゃま板２５０は回転し得るじゃま板２４８の下流で密接に離間するものであり、その外周はハウジング２０２の内部壁に取付けられている。定置じゃま板２５０は、先に述べたように、図５の５Ｇに示した構成に類似して配置された複数の開口２５４をその中に備える。板２４８と２５０との間の長手方向の離間はできるだけ小さいものとして、この間の半径方向の流体材料の全ゆる流れを最小のものとする。同様に、定置じゃま板２５０の内側縁部は、できるだけシャフト２２４の周囲に密接して配置し、開口２５４を介するより寧ろこのギャップを介する流体材料の流れの回避を図る。先に述べたように、開口２５２、２５４の形状、大きさおよび数は、シャフト２２４の回転速度と組合せて、装置２００の特定の用途および使用に基いて選択し、所望の周波数における流体材料の波動生成を図るものである。
【００２９】
開口２５２、２５４を介して増加的に通過する流体のバーストは、概してハブ２８４によりシャフト２２４に取付けられた回転じゃま板２６４、およびハウジング２０２の内部壁にその外周が取付けられた定置じゃま板２６６からなる第２の流体材料処理段階に向けて矢印２６０の方向にキャビテーション隔室２５８を介して流れる。じゃま板２６４、２６６は、図４の４Ａ〜Ｇおよび図５の５Ａ〜Ｇにそれぞれ示したいずれかの構成とし得る複数の開口２６８、２７０をそれぞれその中に含む。図６により最もよく認められるように、開口２６８、２７０は、第１の処理段階の板２４８、２５０に含まれる開口２５２、２５４に対して幾分外側に半径方向に離間し、これにより流体が第１から第２の処理段階に流れるにつれてその進路を幾分変えさせるものである。バーストして開口２６８、２７０を介して通過する増加量の流体材料は第２のキャビテーション隔室２７２に入り、ファン型のインペラポンプ２８０を介して誘引される。ポンプ２８０は、回転じゃま板２４８、２６４に沿ってシャフト２２４上にて回転を図るためハブ２８６により取付けられたインペラ２８０を囲繞する外側偏向リング２８２を有する。ポンプ２８０を必要に応じて用いてハウジング２０２内で必要な流体圧力／真空を生成してこれを介する適切な流体材料の流れを形成する。しかしながらこの種のポンプは、入口２０４または出口２０６に接続された別の構成物として択一的に設けることができる。同心的な定置リング状板２７８をポンプ２８０のインペラ入口とハウジング２０２との間で使用するが、ハウジング２０２の内部壁に取付けられ流束がポンプを介して通過すべくインペラ入口に対して密接に離間するものとする。
【００３０】
ハウジング２０２中の更なる流体材料入口２７４は、第２の処理段階の直ぐ下流に位置し、キャビテーション隔室２７２へ導入される付加的な流体材料の導入を可能とするものである。さらにリード様振動素子２７６を入口２７４に設け、入口２７４に入る流体材料の攪拌および予備調整を促進し、第２の処理段階を介して通過する他の流体材料とのその混合を促進することができる。
【００３１】
複数のパージ出口３００、３０２、３０４および３０６をハウジング２０２の壁の長手方向に離間した位置に設け、その処理の中間段階における流体材料の一部の迂回を可能とし、装置２００の清掃を促進する。
図６に示す装置２００の運転は、図１に示した装置２０の場合と基本的に類似する。入口２０４に入る流体材料を、第１の処理段階を通過する前に予備混合領域２１２にて二次入口２０８、２１０に入る流体材料と併せる。シャフト２２４が回転するにつれて、じゃま板２４８、２５０の開口２５２、２５４は周期的に互いに整列するに至り、流体材料のバーストがこれを介してかつ流体圧力が予備混合領域２１２の場合より実質的に低いキャビテーション領域２５８へと通過するのを可能とする。このような流体のバーストはこのように周期的な性質のものであり、この結果、所望の周波数にて流体に対してエネルギーのパルスが与えられる。
【００３２】
その後流体材料は、じゃま板２６４、２６６およびキャビテーション隔室２７２からなる第２の処理段階を通過する。ここでも流体材料は開口２６８、２７０を通過するが、この場合後者が整列することにより第２のキャビテーション隔室２７２に流入する材料の周期的なバーストを可能とし、このようにして一定の周波数（第１の処理段階により与えられたエネルギーパルスの周波数と必ずしも同一ではなく、実際に好ましくは異なる）で流体材料に対して第２の一連のエネルギーパルスが与えられる。
【００３３】
その後流体材料はインペラポンプ２８０により誘引され、出口２０６を介して摺動リング２８８を通過する。装置を介する流れの速度および流体圧力は、入口２０４に入る流体材料の圧力、リングゲート２３６の位置、付加的な流体材料の量および二次入口２０８、２１０および２７４を介して入るその圧力並びに摺動リング２８８の長手方向位置を変化させることにより部分的に調節される。
【００３４】
図１１は、装置２０を通過する流体材料についての時間の関数としての流速のプロットである。図１１から、流速は第１および第２の処理段階で生成される波動作用の結果として大きさが変動することが分かる。流速のこの変動する性質は、交流電流に非類似ではなく、流体材料に与えられるエネルギーを結果的に与えるのはこのような時間の関数としての流速のシャープな変化であり、これは結果的に材料の混合または他の加工を促進する分子的な調整を与えるものである。
【００３５】
以上のことから、前記した本発明の方法および装置は、この発明の目的の確実な達成を実現するだけでなく、特に信頼でき簡単な様式でこれを行うものであることは明らかである。勿論、当業者であれば、技術に対する本貢献の精神および範囲を逸脱することなく、発明を示すべく選択した種々の改変または付加をなし得ることが認められる。よって、ここに求められ当然とされる保護は、特許請求の範囲に記載した主題および正にこの発明の範囲内にある全ての均等物に及ぶと考えるべきことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による流体材料処理の方法を実施する装置の１つの態様の概略的な長手方向組合せ断面図である。
【図２】図２は、図１に示した装置の２つの別の形態の１つを示す側面図である。
【図３】図３は、図１に示した装置の２つの別の形態の１つを示す側面図である。
【図４】図４は、図１の装置に用いることができる回転じゃま板の個々の態様の正面立面図である。
【図５】図５は、図４の４Ａ〜４Ｇのじゃま板とそれぞれ一対をなし図１の装置に用いることができる定置じゃま板の個々の態様の正面立面図である。
【図６】図６は、本発明の好適な態様による流体を処理する装置の長手方向断面図である。
【図７】図７は、図６の装置により用いる振動素子の個々の形態のそれぞれの斜視図である。
【図８】図８は、図６の装置に用いる流体ポンプの斜視図である。
【図９】図９は、それぞれ図６の装置の対向端部に用いるベアリングの詳細を示す分解断面図である。
【図１０】図１０は、それぞれ図６の装置の対向端部に用いるベアリングの詳細を示す分解断面図である。
【図１１】図１１は、時間の関数として、図１および図６の装置を通過する流体の流れの速度を示すグラフである。
【符号の説明】
２０ 装置
２２ 主入口
２３ ハウジング
２４ 主出口
２６ 二次入口
２８ 二次入口
３０ 二次入口
３２ 予備混合領域
３４ パージライン
３６ パージライン
３８ パージライン
４０ パージライン
４２ バタフライバルブ
４４ タンクまたはデカンタ
４６ パージライン
４８ オーバーフローライン
５０ じゃま板
５２ じゃま板
５４ 開口
５６ 開口
５７ 圧力バランスじゃま板
６０ じゃま板
６２ じゃま板
６６ 定置板
６８ 可動板
７０ 開口
７２ 開口
７４ バルブ調節器
７６ モーター
７７ 回転シャフト
７８ レベル調節器
８０ ベアリング
８２ シール
８４ 乱流帯域
８６ キャビテーション領域
８８ パイプ
９０ フランジ
９２ ベアリング
９６ 端部壁

Claims (18)

  1. 入口手段２２、出口手段２４、及び前記入口手段２２及び出口手段２４の間に開口５４，５６を設けた相対的に移動可能なじゃま板５０，５２を包含するバリアを有し、前記入口手段２２及び出口手段２４の間の圧力差によって前記バリア上流の前記ハウジング２３の入口領域３２に流体材料を導入することによりハウジング２３内で流体材料を処理する方法において、
    前記バリアが、一対の隣接する前記じゃま板５０，５２からなり、前記じゃま板５０，５２の開口５４，５６が前記流体材料の流れを妨げる第１位置と前記流体材料の流れが可能な第２位置の間で、周期的に隣接する前記じゃま板５０，５２を相対的に移動させることによって、前記じゃま板５０，５２の開口５４，５６が周期的に閉塞又は非閉塞にされ、前記流体材料の一連の分離した量が、入口領域３２から前記バリアの下流の乱流キャビテ-ション領域８４まで急激に流れ、前記乱流キャビテ-ション領域８４の中の流体材料にエネルギーのパルスを与え、
    前記流体材料が、前記バリアの上流側にある前記ハウジング内で振動部材を通過することを特徴とする流体材料処理方法。
  2. 前記じゃま板５０，５２が、相対的に回転することを特徴とする請求項1に記載の方法。
  3. 前記じゃま板５０、５２の相対的な回転が、一方のじゃま板５０を静止させて保持し、他のじゃま板５２を回転させることを特徴とする請求項２に記載の方法。
  4. 前記回転するじゃま板５２が、より高い圧力の側にあることを特徴とする請求項３に記載の方法。
  5. 前記方法において、さらに、乱流キャビテーション領域８４の下流端部で流体材料の流れを制限することを包含する請求項１ないし４のいずれか１項に記載の方法。
  6. 流体材料が、二つ以上の流体材料の混合物であることを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１項に記載の方法。
  7. 流体材料が、前記バリアの上流のハウジング内で予備混合される請求項６に記載の方法。
  8. 流体材料が、それぞれ前記ハウジング内の分離した入口を通過して前記ハウジング内の予備混合領域に受け入れられる請求項７に記載の方法。
  9. 前記ハウジングが、前記第１バリアの下流側の開口７０，７２を設けた互いに隣接する一対のじゃま板６０，６２を有し、前記開口７０、７２は、じゃま板６０，６２の相対的な移動によって周期的に閉塞及びひ閉塞となって流体材料が前記バリアを急激に通過することを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の方法。
  10. 流体材料の前記急激な通過は、二つの前記バリアにおいてそれぞれ異なった頻度によって行われることを特徴とする請求項１に記載の方法。
  11. 流体材料が入口２２及び出口２４の間の圧力差によって通過するハウジングを有し、さらに、流体材料が流入される前記ハウジングの入口領域下流の開口５４，５６を設けた相互に可動なじゃま板５０，５２を備えたバリアを有する流体材料処理装置において、
    前記バリアが、一対のじゃま板５０，５２からなり、第１じゃま板５０は入口領域３２の下流端部を形成し、前記ハウジング２３内の乱流キャビテーション領域８４の上流端部を形成し、二つの前記じゃま板５０,５２は互いに隣接し、前記開口５４,５６がじゃま板５０，５２の相対的移動によって周期的に閉塞及び非閉塞になり、一連の分離した量の流体材料前記入口領域から乱流キャビテーション領域８４に急激に流入し、さらに、
    前記バリアの上流にあって流体材料の流れに対応する振動手段２１４を流体材料の入口付近に有し、流体材料の流れに振動を与えることを特徴とする流体材料処理装置。
  12. 前記装置が、さらに、じゃま板の一方を他方に対し回転させる手段を有することを特徴とする請求項１１に記載の装置。
  13. 前記開口５４，５６の第１及び第２の組が、各じゃま板５０，５２の中心軸線の周りに配置されていて、一方の前記じゃま板が他のじゃま板に対し相対的に回転して前記開口の第１及び第２の組が周期的に一致して流体材料の急流が前記じゃま板を抜けて流れることを特徴とする請求項１２に記載の装置。
  14. 前記回転手段は、軸７７と、軸を回転させるモータ手段７６とを有し、前記一方のじゃま板５２、６０はそれと一緒に回転する軸に取り付けられ、前記他のじゃま板５０，６２はは前記ハウジング内に静止して取り付けられていることを特徴とする請求項１２又は１３に記載の装置。
  15. 前記装置がさらに、前記乱流キャビテーション領域８４の下流の相対移動可能な隣接する一対のじゃま板６０，６２を有することを特徴とする請求項１１ないし１４のいずれか１項に記載の装置。
  16. 前記装置がさらに、前記入口から前記ハウジングをとおり前記出口の方向への流れをつくるために前記ハウジング内にポンプ手段２８０を有することを特徴とする請求項１１ないし１５のいずれか１項に記載の装置。
  17. 前記入口領域が、予備混合チャンバー３２を有することを特徴とする請求項１１ないし１６のいずれか１項に記載の装置。
  18. 前記入口領域３２に流体材料を供給するため少なくとも二つの入口領域を有することを特徴とする請求項１７に記載の装置。
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