JP4448961B2 - 気体により流体に撹拌混合する方法および装置 - Google Patents

Description

本発明は、流体の非機械的撹拌の分野に関し、より具体的には改良型の気体注入装置及び方法に関し、これによりインジェクタのオリフィスの汚染が低減及び／又は除去される。

１９８６年６月１７日、リチャード・パークス（Ｒｉｃｈａｒｄ Ｐａｒｋｓ）に対し、注入された気体を用いて流体を撹拌混合するための新規な方法及び装置について、以下の特許文献１に係る特許（以下「２９６特許」という。）が付与された。引用によりここに取り込まれる前記特許は、液体、スラリー等の所望の撹拌混合を達成するため、従来の機械的手段に代わる圧縮気体を利用する装置および方法を開示した。
米国特許第４，５９５，２９６号明細書

前記２９６特許によれば、流体、スラリー等の実際の撹拌は、従来の機械式攪拌機とは対照的に、前記流体、スラリー等の底部から頂部への気泡の上昇によりもたらされるために多くの便益が得られる。第１に、非常に低廉な維持費が実現される。注入口が、作動可能な圧力まで与圧し維持するために圧縮機と蓄圧室（ｐｌｅｎｕｍ）とを必要とする気体供給源に接続されている場合、一貫した定期的な保守を要する唯一の部品は、圧縮機及び逆止め弁である。さらに、前記圧縮機を収容タンクの外部に設置することにより、前記圧縮機の点検をする間の停止時間が除去される。同様に、前記注入口が、密封された気体供給源に接続される場合には、一貫した定期的な保守を要する唯一の部品は前記逆止め弁である。

第２に、非常に低いエネルギー消費が実現される。注入口が、動作可能な圧力を達成し維持するために圧縮機及び蓄圧室を必要とする低圧気体供給源に接続されている場合、断続的に作動する前記圧縮機は過剰なエネルギーを消費しない。対照的に、撹拌の間ずっと作動するプロペラ又は撹拌羽根に連結されたモータはより多くのエネルギーを消費する。

最後に、前記装置の多くをシステムに戦略的に組み合わせ、全収容タンク中に各装置を戦略的に配置することにより、前記撹拌混合システムは、時間当たりの前記流体、スラリー等の量をより多く移動させることができるため、より迅速な混合時間が実現される。

この技術の当初から、さまざまな産業で、この技術の受入れが広範に拡大してきた。大抵の技術と同様、時間の経過が、改良を示すであろう技術の局面を同定することを可能にする。

追加的な注目を得てきた１つの領域は、不適な撹拌混合環境、すなわち撹拌部材が媒質中への気体の注入に対して有害な干渉を起こす、堆積物の集積又は密集を起こしやすい環境における開示されたインジェクタの使用であった。このような環境は、液体環境中に固体を懸濁する状態を維持することが望ましい汚水およびスラリーを含む。この例は、色素および溶媒の溶液中の酸化鉄粒子の懸濁液である。このような環境は、均一な液体環境中で２以上の異なる液体を維持するか、均一な液体環境中で固体の溶液を維持するかが望ましい、混合液をも含むことがある。この例は、炭酸カルシウム、製紙用チェスト（ｐａｐｅｒ ｃｈｅｓｔ）、ライム貯蔵層（ｌｉｍｅ ｂｉｎｓ）又はケイリン粘土（ｋａｙｌｉｎｅ ｃｌａｙ）の撹拌である。

前記装置の水中におかれた部分上への堆積物の形成を伴う主要な問題は、アキュムレータ内のオリフィスが狭窄し始め、これにより、各パルス間に前記流体に注入される気体の容量を制限することである。吐出容量が減少すると、前記堆積物の形成速度が増大し、前記問題を一層ひどいものにする。本来、前記気体の注入が一定であれば、前記流体に対する前記オリフィスの露出はわずかである。
しかし、前記２９６特許のインジェクタの特徴は、加圧気体の周期的な吐出量に依存する。非吐出の間、流体の逆流が前記オリフィスにはいることができ、これにより、堆積及びオリフィスの狭窄へと導く。

本インジェクタは、容器内に収容された流体を撹拌混合するために前記容器内に気体を導入するための改善された方法及び装置を含む。前記方法は、１以上のインジェクタであって各インジェクタが加圧気体を収容するためのチャンバを有する１以上のインジェクタを前記容器内に配置すること、ポートを通して前記１以上のチャンバに加圧気体を提供すること、前記加圧気体が前記容器内の流体に入り込めるように前記チャンバと前記容器内の流体との間でチャンバオリフィスを設けること、及び前記加圧気体を解放するために前記チャンバオリフィスを開くことにより前記流体中に１以上の気泡を形成し、次いで前記チャンバオリフィスを閉鎖することを含む。

前記インジェクタの基本的構成は、流体を通さないチャンバハウジングと遠隔操作可能の弁とを含む。前記チャンバハウジングは、外部供給源からの加圧気体を受け入れるためのチャンバと、加圧気体を解放するためのチャンバオリフィスとを備える。前記遠隔操作可能の弁は前記チャンバ内に配置されており、前記チャンバオリフィスの開閉操作を選択的に行い、これにより前記チャンバから前記容器内に収容された流体への加圧気体の吐出量を調節し、その後、周囲の環境として言及される。
さらに、前記チャンバハウジングはアキュムレータに結合又は組み合わせ可能であり、前記チャンバは、該チャンバが前記インジェクタの作動中の何時のときも加圧気体を収容しているように加圧気体の外部供給源と流体上の連通をなしている。

好ましい実施例では、前記インジェクタは、さらに、前記弁に動作するように連接されたラムを含むアクチュエータを含む。前記アクチュエータは、前記収容タンクの外部に配置されたコントローラに動作可能に連接され、前記ラムを伸長又は引き込み、これにより前記弁を閉じ又は開く。前記アクチュエータは、電気的に、あるいは空気圧又は液圧で操作することができる。前記コントローラは、コンプレッサと、蓄圧室と、レギュレータと、流量調整弁とからなるもの、又は貯蔵所と、ポンプと、流量調整弁とからなるもの、あるいは単に加圧気体のタンクと、レギュレータと、流量調整弁とからなるものとすることができる。また、前記コントローラは、バッテリ又は電位源と、スイッチとからなるものとすることができる。前記コントローラで、前記弁を正確に制御することができる。

加えて、好ましくは、スプリングが、前記ラムを伸長させるように前記コントローラを補助する。前記スプリングは、前記コントローラの作動低下があるときに前記弁が自然に閉じるように不履行の閉鎖位置を与え、これにより、前記周囲の環境が前記チャンバに入ることを阻止する。

さらに、好ましい実施例では、前記チャンバハウジングが第１の端部でベースに密封状態に溶接された円筒管部分で形成され、前記ベースは、これに取り外し可能に取り付けられるアキュムレータを経るオリフィスと好ましくは同軸であるチャンバオリフィスを有する。キャップが第２の端部に取り外し可能に取り付けられ、円筒状のチャンバを形成する。前記したように、このハウジングの内部に前記弁と前記アクチュエータとが収容されている。前記キャップは、加圧気体を受け入れるための少なくとも１つのポートを有し、また、好ましくは３つのポート、すなわち前記アクチュエータを作動させるための空気圧、液圧又は電気制御の利用を容易にするためのメインポートと２つのアクチュエータ制御ポートとを有する。

前記インジェクタが作動する前記環境が高腐食性状態にあり、又は前記オリフィス上の集まりが大きい懸念である場合、開口を備えるオリフィスプレートを前記チャンバハウジングのチャンバオリフィスに取り付けることができる。
前記オリフィスプレートは前記チャンバハウジングのベース又は前記アキュムレータに取り外し可能に取り付けることができる。前記オリフィスプレートが設置されると、前記弁が、前記アキュムレータのオリフィス又は前記チャンバのオリフィスの代わりに、これと係合する。このように、前記開口が詰まり又は狭まり始めると、前記アキュムレータ又はベースではなく、このオリフィスプレートが取り替えられることが求められるのみである。前記オリフィスプレートが前記チャンバハウジングのベースに取り付けられると、前記オリフィスプレートを取り替え又は清掃するための前記アクチュエータの取り外しは必要でなく、必要なことは、前記チャンバハウジングを前記アキュムレータプレートから取り外すことのみである。

他の実施例では、前記アクチュエータはコントローラに直接に連接されておらず、むしろ、前記チャンバ内の環境の圧力と前記周囲の環境の圧力との間の差により制御される。これを達成するため、前記アクチュエータは、前記弁に動作するように連接されまた前記周囲の環境に曝された１の表面と前記チャンバ内の加圧気体に曝された反対の表面とを有する圧力応答部材を含む。前記圧力応答部材は、前記チャンバ内の加圧気体と前記周囲の環境との間に障壁を維持する間、これらの表面上の圧力差によって指示されるように動く。前記弁の動作の間、前記チャンバ内の気体圧力を前記周囲の環境より高いものに維持するため、前記アクチュエータは、前記圧力差が予め定められた圧力差を超え、又はこれを下回るように低下するときに動作するように設計される。すなわち、前記予め定められた圧力差を超過すると、前記圧力応答部材が一方向へ移動し、前記弁が開き、前記チャンバオリフィスを通して前記加圧気体が解放されるようにする。同様に、前記圧力差が前記予め定められた圧力差よりも下回ると、前記圧力応答部材が反対方向へ移動し、前記弁が閉じるようにする。前記予め定められた圧力差を設定するため、スプリングの偏倚を利用してもよいし、あるいは利用しなくてもよい。

さらに他の実施例では、前記弁は、通路を有するボールを含む。前記ボールは、前記チャンバハウジングのベース、前記アキュムレータ又は前記オリフィスプレートのいずれかに滑動して係合し、また回転することにより開けられ、前記通路を介して前記チャンバと前記周囲の環境との間に流体上の連通を生じさせる。
前記ボールは前記アクチュエータによって回転せられ、また前記ボールを閉鎖位置に偏倚するためのスプリングを含み又は含まないものとすることができる。

さらに他の実施例では、前記弁は、前記チャンバオリフィスに配置されまた前記チャンバハウジングに枢着された揺動ゲートを含む。前記揺動ゲートに動作するように連接された操作アクチュエータが、回転軸線の周りに前記ゲートを枢動させることにより前記ゲートを開き、また閉じる。閉鎖位置で、前記ゲートが前記ベース、前記アキュムレータ又は前記オリフィスプレートのいずれかと係合する。

さらに他の実施例では、前記弁は、前記チャンバオリフィスに配置されかつ滑動するように前記チャンバハウジングのベース、前記アキュムレータ又は前記オリフィスプレートに取り付けられた滑動ゲートを含む。前記滑動ゲートに動作するように連接されたアクチュエータが、前記ゲートを滑動させることにより、前記滑動ゲートに取り付けられた要素に依存して、前記チャンバオリフィス、アキュムレータオリフィス又はオリフィスプレートに備えられた開口を横切って前記弁を開き又は閉じる。閉鎖位置では、前記滑動ゲートが前記チャンバハウジングのベース、前記アキュムレータ又は前記オリフィスプレートに密封状態で係合する。

本発明のこれらの及び他の特徴は、図面を参照しての以下の説明から明らかとなろう。

ほかに示さない限り、全ての構造要素は、収容タンク内への浸漬に適する炭素鋼、ステンレス鋼、ポリ塩化ビニル又は他の適合材料で形成されている。同様の符号が同様の部分を示すいくつかの図、より詳細には図１、図２、図３及び図４に目を向けると、インジェクタの好ましい実施例が撹拌タンクに適用したものとして示されている。アキュムレータ２０に取り外し可能に取り付けられ、また前記アキュムレータが複数の支持プレート１４により収容タンク１１の底部に配置されているインジェクタ１２は、チャンバハウジング３０と、プランジャ５０と、オリフィスプレート７０と、アクチュエータ８０とを含む。支持プレート１４は、撹拌の間の流体の打撃の影響からインジェクタ１２とアキュムレータ２０とを安定させ、より重要なことは、収容タンク１１の底部とアキュムレータ２０との間の避難手段を形成し、これにより前記インジェクタにより発生される気泡を形成し、前記流体を経てのその上昇を開始することができる。

チャンバハウジング３０に加圧気体ライン１６が結合されている。２つの制御ライン１８ａ，１８ｂがチャンバハウジング３０を経て、該チャンバハウジング内に配置されたアクチュエータ８０に結合されている。加圧流体又は加圧気体の流れを指示するコントローラが収容タンク１１の外部に配置され、制御ライン１８ａ，１８ｂによりチャンバハウジング３０に流体的に接続されている。このコントローラの大きい部品を収容タンク１１の外部に配置することが有利であるが、それは必要ではなく、またある事情のもとではこれらのいくつかの又は全てを収容タンク１１の内部に配置することが好ましい。前記コントローラの部品のいくつかを内部に配置する例は、チャンバハウジング３０内に配置される圧力差発信機である。前記発信機は、チャンバハウジング３０内の圧力が予め定められた量だけ頭部５２における周囲の環境の圧力を超えるときにプランジャ５０を開く前記コントローラの他の主要部品に情報を運ぶ。

図示の実施例における制御ライン１８ａ，１８ｂは、プランジャ５０を導くためにアクチュエータ８０に必要な前記コントローラ（図示せず）からの前記加圧流体又は加圧気体をアクチュエータ８０に供給する。電気的に操作されるアクチュエータが用いられる場合、制御ライン１８ａは、他の制御ラインの必要なしに電気配線のための導管とすることができ、単一の制御ラインがチャンバハウジング３０を通過する。加圧気体ライン１６は、チャンバハウジング３０への安全な分配、アキュムレータ２０下における少なくとも１つの気泡の安全な発生及び前記収容タンクの頂部への前記周囲の媒質を経ての安全な上昇のために適当な任意の気体をチャンバハウジング３０に運ぶ。好ましくは、不活性ガスが用いられるが、任意の成分又は分子からなる気体で十分である。

図３及び図４を参照すると、好ましいインジェクタ１２の詳細図がアキュムレータ２０との関連において示されており、インジェクタ１２はオリフィスプレート７０と、チャンバハウジング３０と、プランジャ５０と、アクチュエータ８０とを含む。図３及び図４に示すように、アキュムレータ２０は、製造が容易である任意の形状を有しかつ理想的な気泡形成が好ましくは円形である第１のオリフィス２２を備える。

チャンバハウジング３０は、収容タンク１１の底部と反対の側でアキュムレータ２０に締結されている。締結方法は、溶接から好ましくかつ図示のアンカーボルト３５まで、耐久性の程度で変わる。

図３及び図４に示すように、オリフィスプレート７０は開口７２を備え、プランジャ５０が閉鎖位置にあるときに該プランジャと係合する。
取り付けボルト７６とガスケット７９とが、オリフィスプレート７０を取り外し可能にチャンバハウジング３０のベース３４に取り付けている。オリフィスプレート７０がベース３４に取り外し可能に取り付けられているため、ガスケット７９がオリフィスプレート７０の開口７２とベース３４に備えられたチャンバオリフィス２０６とを取り巻き、オリフィスプレート７０及びベースプレート３４の双方と係合している。

図３及び図４に示すように、オリフィスプレート７０はベース３４に対して取り外し可能に取り付けられなければならないわけではない。代わりに、インジェクタ１２の他の実施例に関して、オリフィスプレート７０は、ガスケット７９がアキュムレータ２０とオリフィスプレート７０とに係合するようにアキュムレータ２０に取り外し可能に取り付けることができる。加えて、オリフィスプレート７０はベース３４に取り外し可能に取り付けることができ、他方、ガスケット７９はアキュムレータ２０とオリフィスプレート７０とに係合する。

図３及び図４に示すように、チャンバハウジング３０は本体３２と、ベース３４と、端部３６と、キャップ４２とを有する。本体３２は、プランジャ５０と、アクチュエータ８０と、アクチュエータ８０で終端する制御ライン１８ａ，１８ｂの一部とにアクセス可能でありまた前記加圧気体の閉じ込めが可能である任意の形状又は断面を有するものとすることができる。製造及び配置の容易性のため、円形断面を有する円筒の使用が好ましい。

ベース３４は本体３２に溶接され又は本体３２の不可欠な一部として形成され、チャンバハウジング３０をアキュムレータ２０に締結するアンカーボルト３５を支える。端部３６は、肩３８と、内側の環状溝４０と係合する止め輪（スナップリング）４７とを有するキャップ４２を取り外し可能に保持する。このやり方で、キャップ４２は本体３２に確実に固定され、他方、チャンバハウジング３０内に収容された前記要素への容易なアクセスを提供する。

チャンバハウジング３０の内部に加圧気体を供給し、制御ライン１８ａ，１８ｂとアクチュエータ８０へのアクセスとを提供するため、キャップ４２がメインポート４４と２つの制御ポート４６ａ，４６ｂとを有する。前記チャンバハウジング内に加圧気体を実質的に閉じ込めることを補助するため、これらのポートはそれらの適当なラインに密封状態で取り付けられ、また、外側の環状溝４３に嵌められたＯリング４９が本体３２に圧縮状態で係合されている。本体３２に対するキャップ４２の保持を完全にするため、回転に対抗する止めねじ４８がＯリング４９と止め輪４７との間で、本体３２を経てキャップ４２にねじ込まれている。

さらに、図３及び図４を参照すると、プランジャ５０は頭部５２と端部５６とを有する。端部５６は、ラム８８を介してアクチュエータ８０に連接され、これにより、アクチュエータ８０がプランジャ５０を往復運動をさせることを可能にしている。頭部５２は、プランジャ５０が閉鎖位置にあるときにオリフィスプレート７０と係合する。
オリフィスプレート７０に係合する頭部５２により、前記収容タンクの流体がチャンバハウジング３０に流入することを遮断される。オリフィスプレートを含まない他の実施例では、図５、図６、図７、図８及び図９に示すように、頭部５２はベース３４又はアキュムレータ３０のいずれかと係合する。

また、図３及び図４に示すように、アクチュエータ８０は本体８２とラム８８とを含み、複数のストラット８６とプレート８４とによりチャンバハウジング３０に据え付けられている。制御ライン１８ａ，１８ｂは本体８２で終端し、ラム８８を伸長させまた引き込めるためのパワーをアクチュエータ８０に与える。各ストラット８６は、取り付けボルト７６によりプレート８４とベース３４とに締結されまた結合され、これらは本体８２を支持しかつラム８８の引き込み及び伸長の間にアクチュエータ８０を安定させる。前記締結は、リベット、ボルト・ナット、接着剤等のような任意の通常の手段の単独または組み合わせにより行うことができ、これは、アクチュエータ８０がその作動の間の動荷重の変化と遭遇する間に十分な支持を与える。しかし、前記アクチュエータはこれをメンテナンスの間に容易に取り外し可能であるような方法で締結されることが望ましい。

さらに、図３及び図４を参照すると、閉鎖機構（ｆａｉｌ−ｃｌｏｓｅ ｍｅｃｈａｎｉｓｍ）２００は、単に、プランジャ５０の端部５６とアクチュエータ８０の本体８２との間で圧縮されたスプリング２０１を含む。スプリング２０１は、アクチュエータ８０のラム８８の周囲を巻きかつ全体にラム８８と同心をなす。さらに、スプリング２０１は、ラム８８の全ストロークの間、プランジャ５０とアクチュエータの本体８２との間に配置されるときに常に圧縮状態にあるように寸法が定められている。このような方法で、前記アクチュエータが制御不能となるときに閉鎖機構２００がプランジャ５０を閉鎖位置に偏倚させる。

図５を参照すると、図３及び図４に示す実施例と似ているがオリフィスプレートを利用しない代わりの実施例が示されている。図３及び図４に示す実施例と同様、アキュムレータ２０がベース３４に取り外し可能に締結されている。しかし、図５に示すように、プランジャ５０が閉鎖位置にあるとき、プランジャ５０はベース３４と係合する。あるいは、プランジャ５０はベース３４の代わりにアキュムレータ２０と係合するものとすることができる。

図６を参照すると、ベース３４に係合されたプランジャ５０であってチャンバハウジング３３０の内部の圧力と周囲の環境の圧力との差により作動するアクチュエータ３８０に連接されたプランジャ５０を利用する他の実施例が示されている。図３、図４及び図５に示す前述した実施例は、３つの一般的な相違点を除いて、図６に示す実施例によく似ている。第１に、チャンバハウジング３３０のキャップ３４２は、メインポート３４４で終端する加圧気体ライン１６を有するのみである。第２に、ピストンガイド３８６と弁ガイド３８８とを有する支持壁３９２が、ピストンリンク３８５及び弁リンク３８７の運動を１の空間の範囲に制限する。第３に、本体３３１の一部がアクチュエータ３８０を含む。したがって、以下においては、アクチュエータ３８０を利用する実施例の独特な構造のみを説明し、先に特定した名称及び符号を用いて残りの先に定義した構造に言及する。

図６に示すように、チャンバハウジング３３０は本体３３１と、ベース３４と、端部３３６と、キャップ３４２とを有する。ピストン３８２の過剰な変位を阻止するためにシリンダ３３２に配置された止め３３３を有するシリンダ３３２が本体３３１の一部を経て配置されている。前記本体は、プランジャ５０及びアクチュエータ３８０へのアクセス及び確実にされた前記加圧気体の閉じ込めを許す任意の形状又は断面を有するものとすることができる。製造及び配置の容易性のため、円形の横断面を有する円筒が望ましい。

ベース３４は、本体３３１に溶接されるか又は本体３３１の一体的な一部として形成され、チャンバハウジング３３０をアキュムレータ２０に締結するアンカーボルト３５を支持する。端部３３６は、肩３３８と内側の環状溝３４０に係合する止め輪３４７とを有するキャップ３４２を取り外し可能に保持する。このようなやり方で、キャップ３４２が確実に本体３３３１に固定され、他方、チャンバハウジング３３０内に収容された要素の容易な配置とこれらの要素への容易なアクセスとを提供する。

チャンバハウジング３３０の内部に加圧気体を供給するため、加圧気体ライン１６を受け入れるメインポート３４４を有する。チャンバハウジング３３０内に前記加圧気体を実質的に閉じ込めるため、メインポート３４４は加圧気体ライン１６に密封状態で結合され、また外側の環状溝３４３に嵌められたＯリング３４９が本体３３１に圧縮状態で係合している。本体３３１に対するキャップ３４２の保持を完全にするため、Ｏリング３４９と止め輪３４７との間で回転対抗の止めねじ３４８が本体３３１を経てキャップ３４２にねじ込まれている。

さらに図６を参照すると、アクチュエータ３８０はピストン３８２と、ピストン３８２の変位をプランジャ５０に伝えるためのリンク３８４とを含む。ピストン３８２は、常にシリンダ３３２との実質的な気密封止を維持する間にチャンバハウジング３３０のシリンダ３３２と滑動状態で係合するように寸法が定められている。また、ピストン３８２は、プランジャ５０の端部５６及び頭部５２に対するよりも、それぞれ、チャンバハウジング３３０の内部及び周囲の環境に対してより大きい表面領域を曝すように寸法が定められている。このようなやり方で、チャンバハウジング３３０の内部の気体の圧力の変化が、プランジャ５０よりもピストン３８２上により大きい力を及ぼし、これによりプランジャ５０が開閉するようにさせる。

支持壁３９２によりチャンバハウジング３３０内に支持されたリンク３８４は、ピストンリンク３８５と、弁リンク３８７と、中間リンク３９０と、ピストンガイド３８６と、弁ガイド３８８と、閉鎖機構２００とを含む。
ピストンリンク３８５は端部３９４においてピストン３８２に枢着されかつその他の端部３９５において中間リンク３９０に枢着されている。ピストンリンク３８５に対する前記中間リンクの接続部と反対側の位置で、中間リンク３９０が弁リンク３８７に枢着されている。同様に、中間リンク３９０に対する前記弁リンクの接続部と反対側の位置で、弁リンク３８７がプランジャ５０の端部５６に枢着されている。

さらに図６を参照すると、閉鎖機構２００は、単に、ピストンガイド３８６と支持壁３９３との間で圧縮されたコイルスプリング２０１を含む。スプリング２０１はピストンリンク３８５の周囲を巻き、該ピストンリンクと全体に同心である。ピストンリンク３８５の端部３９５に配置された支持壁３９３は、ピストンガイド３８６に圧縮状態で接触するスプリング２０１を保持するように固定されている。支持壁３９３はピストンリンク３８５に溶接、ボルト接合又はねじ止めされ、また、それはピストンリンク３８５の一体的な一部として形成することができる。支持壁３９３及びピストンガイド３８６との圧縮状態での接触において、スプリング２０１は、アクチュエータ８０がプランジャ５０を閉鎖位置に維持することができない場合、プランジャ５０を前記閉鎖位置に偏倚させる。また、閉鎖機構２００は、アクチュエータ３８０の動作の引き金を引くように用いられる予め定められた圧力差を定める。

１の空間上の範囲にピストンリンク３８５の運動を実質的に制限するため、ピストンリンク３８５がピストンガイド３８６に滑動するように係合している。同様に、弁リンク３８７の運動を１つの空間上の範囲に実質的に制限するため、弁リンク３８７が弁ガイド３８８に滑動するように係合している。

さらに図６を参照すると、ピストンガイド３８６と弁ガイド３８８とが支持壁３９２によりベース３４に固定されている。支持壁３９２へのピストンガイド３８６及び弁ガイド３８８の固定並びにベースプレート３４への支持壁３８８の固定の好ましい方法は溶接である。しかし、ナット及びボルト、リベット、接着剤等も、また、ピストンリンク３８５と弁リンク３８７とが前記アクチュエータの作動の間に十分に安定にされる限り、用いることができる。

図７及び図７ａを参照すると、アクチュエータ８０と組み合わせてボール弁２１０を用いる、前記インジェクタの他の実施例が示されている。図３、図４及び図５に示す前述の実施例は、２つの一般的な相違点を除いて、図７及び図７ａに示す実施例とよく似ている。第１に、ボール弁２１０がベース３４に係合するように用いられている。第２に、閉鎖機構が用いられていない。したがって、以下に、ボール弁２１０を用いる実施例の独特な構造のみを説明し、先に特定された名称及び符号を使用して残りの先に備えられた構造に言及する。

図７及び図７ａに示すように、ボール弁２１０は、ボール２１１と、ボール２１１を経る通路２１２と、つめ２１４と、揺動リンク２１８と、クランクアーム２２０とを含む。アクチュエータ８０によるボール弁２１０の周期的な開閉の間、ボール２１１はベース３４と係合する。

動作の間のボール２１１の回転量を制限するため、つめ２１４がボール２１１に固定され、ボール２１１の所望の最大の角移動量においてベース３４と接する。つめ２１４は別々に製造され、ボール２１１が回転を停止するときの該ボールからの動荷重及びきしみに耐えるに十分なボルト、ねじ又は任意の接着剤により前記ボールに実質的に固定される。代わりに、つめ２１４はボール２１１の一体的な一部として形成することができる。

また、ボール２１１に固定されたクランクアーム２２０は、一端部２２１aでボール２１１に剛直に固定され、また他端部２２１ｂで揺動リンク２１８に枢動可能に連接されている。クランクアーム２２０は、ボール２１１に溶接、ボルト止め又は接着され、あるいはボール２１１の一体的な一部として形成することができる。クランクアーム２２０の長さは、揺動リンク２１８がボール２１１に接触することなしに最大の所望の回転移動をすることを可能とし、これにより前記弁機構を結び付けるに十分であるものである。揺動リンク２１８に対するクランクアーム２２０の接続部と反対側において、揺動リンク２１８はアクチュエータ８０のラム８８に枢動可能に連接され、２つの相対する保持舌片２２２がラム８８から突出している。保持舌片２２２はラム８８に溶接、ボルト止め又はねじ止めし、あるいはラム８８の一体的な一部として形成することができる。

図８、図８ａ及び図８ｂを参照すると、アクチュエータ８０と組み合わされた滑動ゲート弁２３０を利用する、前記インジェクタの他の実施例が示されている。前述した図３、図４及び図５に示す実施例は、２つの一般的な相違点を除いて、図８、図８ａ及び図８ｂに示す実施例とよく似ている。第１に、滑動ゲート弁２３０がベース３４と係合するように用いられている。第２に、閉鎖機構は用いられていない。したがって、滑動ゲート２３０を用いる前記実施例の独特の構造のみを説明し、先に特定した名称及び符号を用いて、残りの先に規定した構造に言及する。

図８、図８ａ及び図８ｂに示すように、滑動ゲート弁２３０は、スライド２３２と、アーム２３４と、保持部材２３６とを含む。アーム２３４は一端部２３５ａでアクチュエータ８０のラム８８に連接され、その他端部２３５ｂにおいてスライド２３２に堅く取り付けられている。アーム２３４は、スライド２３２に溶接、ボルト止め又は接着し、あるいはスライド２３２の一体的な一部として形成することができる。

スライド２３２は、アクチュエータ８０によって導かれる前記スライドの運動が１の空間の範囲に実質的に制限されるように、保持部材２３６とチャンバハウジング３０のベース３４との間に嵌め込まれている。

保持部材２３６は、さらに、アクチュエータ８０が完全伸長をする前にスライド２３２の一端部２３３と係合する軸受面２４０がある受入れ端部２３８を含み、軸受面２４０はスライド２３２をベース３４と強制的に係合させるようにこれを方向付ける。保持部材２３６はチャンバオリフィス２０６の個所に配置されており、これはねじ、ボルト及びナット、リベット又は接着剤によりベース３４に締結することができ、あるいは図８、図８ａ及び図８ｂに示すように、保持部材２３６はベース３４と一体に形成することができる。

図９を参照すると、アクチュエータ及び閉鎖機構２００と組み合わされた揺動ゲート弁２５０を用いる、前記インジェクタの代わりの実施例が示されている。図３、４及び５に示す前述した実施例は、揺動ゲート弁２５０がベース３４と係合するように使用されていることを除いて、図９に示す実施例とよく似ている。したがって、以下では、揺動ゲート弁２５０を用いる実施例の独特な構造のみを説明し、先に特定した名称及び符号を用いて、残りの先に規定した構造に言及する。

図９に示すように、揺動ゲート弁２５０は、アーム２５２と、揺動ゲート２５１と、揺動リンク２５６と、保持舌片２５８と、支持壁２６０と、スプリング２０１とを含む。アーム２５２、揺動リンク２５６、支持舌片２５８及びラム８８の運動及び接続は、図７に示すボール弁２１０で用いられている同様の要素の運動及び接続によく似ている。揺動リンク２５６の一端部２５７ａはアクチュエータ８０のラム８８に枢着されており、ラム８８から突出する２つの相対する保持舌片２５８によりその回転移動の程度が実質的に制限される。同様に、揺動リンク２５６の他端部２５７ｂはアーム２５２に枢着されている。

スプリング２０１はアクチュエータ８０のラム８８の周囲を巻き、これと同心をなす。保持舌片２５８がラム８８からあらわれると、支持壁２６０がラム８８上に配置されかつしっかりと接し、スプリング２０１をアクチュエータ８０の本体８２に圧縮状態で接するように保持する。支持壁２６０及び支持舌片２５８はラム８８に溶接、ボルト止め又はねじ止めすることができ、あるいは、ラム８８の一体的な一部として形成することができる。支持壁２６０及び本体８２との圧縮状態での接触において、アクチュエータ８０が揺動ゲート弁２５０を閉鎖位置に維持することができないとき、スプリング２０１は揺動ゲート弁２５０を閉鎖位置に偏倚する。

揺動ゲート２５１はアーム２５２に堅く取り付けられ、また揺動ゲート弁２５０が閉鎖位置にあるときに揺動ゲート２５１がベース３４と係合するように、チャンバハウジング３０のベース３４に枢着されている。アーム２５２は、揺動ゲート２５１に溶接、ボルト止め又はねじ止めし、あるいは揺動ゲート２５１の一体的な一部として形成することができる。

本インジェクタはその好ましい実施例に関して非常に詳細に述べられているが、他の実施例であってもよい。したがって、添付の請求の範囲の精神及び範囲は、ここに含まれている好ましい実施例の記載に限定されるべきでない。

収容タンク内に設置されたインジェクタの４つの全く同一の実施例を示す、前記収容タンクの部分断面を含む斜視図である。 ２つの制御ラインによって操作されるアクチュエータにより導かれた弁を示す、チャンバハウジングの部分断面を含むインジェクタの１実施例の斜視図である。 チャンバハウジング、弁、アクチュエータ、閉鎖機構、ベース及びオリフィスプレートを示す、インジェクタの好ましい実施例の分解斜視図である。 アクチュエータに接続された弁、閉鎖機構、ベース、アキュムレータ及び前記ベースに取り付けられたオリフィスプレートを含むチャンバハウジングを示す、インジェクタの好ましい実施例の断面図である。 アキュムレータ、弁及びオリフィスプレートを有しないベースを示す、インジェクタの他の例の部分断面図である。 チャンバハウジングの内部に存在する圧力と周囲の環境中に存在する圧力との差により作動されるアクチュエータによって導かれた弁を示す、インジェクタの他の実施例の断面図である。 回転可能のボール弁を示す、インジェクタの他の実施例の断面図である。 回転可能のボール弁を経て伸びる通路を示す、前記ボール弁の断面図である。 滑動ゲート弁を示す、インジェクタの他の例の部分断面図である。 ゲート及びその保持構造を示す、図８に示された滑動ゲートの平面図である。 ゲート及びその保持構造を示す、図８に示された滑動ゲートの断面図である。 揺動ゲート及び閉鎖機構を示す、インジェクタの他の例の断面図である。

符号の説明

１１ 収容タンク
１２ インジェクタ
１６ 加圧気体ライン
１８ａ，１８ｂ 制御ライン
２０ アキュムレータ
３０，３３０ チャンバハウジング
５０ プランジャ
７０ オリフィスプレート
８０，３８０ アクチュエータ
２０６ チャンバオリフィス
２１１，２１２ ボール及びその通路
２３０ 滑動ゲート弁
２３２ スライド
２５０ 揺動ゲート弁
２５１ 揺動ゲート

Claims (23)

1. 気体により流体を撹拌混合する方法であって、
   ａ）容器内にチャンバを有するチャンバハウジングを配置すること、
   ｂ）前記チャンバへ前記チャンバハウジングに備えられたポートを経て外部供給源から加圧気体を与えること、
   ｃ）前記チャンバと前記容器内の流体との間のベースにチャンバオリフィスを設けること、
   ｄ）前記容器中へ前記加圧気体を解放すべく前記チャンバ内に配置された遠隔操作可能な弁を動かすことにより前記チャンバオリフィスを開けること、
   ｅ）前記解放された気体によりアキュムレータで気泡を形成すること、
   ｆ）前記チャンバオリフィスを閉鎖するとき、前記加圧気体の解放を遮断するように、また前記チャンバオリフィスに堆積物が堆積するのを防ぐことにより前記チャンバオリフィスの狭窄を防止するように前記チャンバオリフィスを経て前記弁を操作することを含む、撹拌混合方法。
2. 気体により流体に撹拌混合を生じさせる装置であって、
   ａ）チャンバを有するチャンバハウジングであって、該チャンバハウジングに備えられたポートを経て外部供給源からの加圧気体を受入れ、またベースに備えられたチャンバオリフィスを通して加圧気体を排出するためのチャンバハウジングと、
   ｂ）前記チャンバオリフィスを通しての加圧気体の解放を選択的に行い又は遮るために前記チャンバ内に配置された遠隔操作可能の弁と、
   ｃ）前記チャンバハウジングから吐き出された前記気体によって気泡を形成するように操作可能なアキュムレータとを含み、
   ｄ）前記弁は、加圧気体の解放を遮るように、また前記チャンバオリフィスに堆積物が堆積するのを防ぐことにより前記チャンバオリフィスの狭窄を防止するように前記チャンバオリフィスを経て動作する、装置。
   記載の装置。
3. 動作可能なようにコントローラに結合され、前記弁の動作を制御するように前記弁に連結された端部を有するアクチュエータを含む、請求項２に記載の装置。
4. 前記アクチュエータは前記チャンバ内に配置されている、請求項３に記載の装置。
5. 前記アクチュエータは液圧で作動する、請求項３に記載の装置。
6. 前記アクチュエータは空気圧で作動する、請求項３に記載の装置。
7. 前記アクチュエータは電気的に作動する、請求項３に記載の装置。
8. １または２以上の前記弁を閉鎖位置に動かすために前記弁に接続された閉鎖機構を含む、請求項２に記載の装置。
9. さらに、開口を備え、前記ベースに取り付けられ、また前記弁の少なくとも一部と係合するように前記ベースに関して配置されたオリフィスプレートを含む、請求項２に記載の装置。
10. 前記オリフィスプレートは前記ベースに取り外し可能に取り付けられている、請求項９に記載の装置。
11. 前記オリフィスプレートは、前記アキュムレータに取り外し可能に取り付けられている、請求項９に記載の装置。
12. 前記弁は、該弁が閉鎖位置にあるときに前記ベースと係合する頭部を有するプランジャを含む、請求項２に記載の装置。
13. 前記弁は、該弁が閉鎖位置にあるときに前記アキュムレータと係合する頭部を有するプランジャを含む、請求項２に記載の装置。
14. 前記弁は、該弁が閉鎖位置にあるときに前記オリフィスプレートと係合する頭部を有するプランジャを含む、請求項９に記載の装置。
15. 前記弁は通路と回転軸線とを備えるボールを含み、前記ボールは前記ベースに滑動可能に係合しており、また前記ボールが閉鎖位置へ前記軸線の周りに回転されるときに加圧気体の放出を遮り、前記ボールが開放位置へ前記回転軸線の周りに回転されるときに前記通路を通して加圧気体の放出を行うように、前記ベースに関して配置されている、請求項２に記載の装置。
16. 前記弁は通路と回転軸線とを備えるボールを含み、前記ボールは前記アキュムレータに滑動可能に係合しており、また前記ボールが閉鎖位置へ前記軸線の周りに回転されるときに加圧気体の放出を遮り、前記ボールが開放位置へ前記回転軸線の周りに回転されるときに前記通路を通して加圧気体の放出を行うように、前記アキュムレータに関して配置されている、請求項２に記載の装置。
17. 前記弁は通路と回転軸線とを備えるボールを含み、前記ボールは前記オリフィスプレートに滑動可能に係合しており、また前記ボールが閉鎖位置へ前記軸線の周りに回転されるときに加圧気体の放出を遮り、前記ボールが開放位置へ前記回転軸線の周りに回転されるときに前記通路を通して加圧気体の放出を行うように、前記オリフィスプレートに関して配置されている、請求項９に記載の装置。
18. 前記弁は回転軸線を備える揺動ゲートを含み、前記揺動ゲートが前記ベースと係合するように前記回転軸線の周りに枢動されるときに加圧気体の放出を遮り、前記揺動ゲートが前記ベースと係合しないように前記回転軸線の周りに回転されるときに加圧気体の放出を行うように、前記ベースに関して配置されている、請求項２に記載の装置。
19. 前記弁は回転軸線を備える揺動ゲートを含み、前記揺動ゲートが前記アキュムレータと係合するように前記回転軸線の周りに枢動されるときに加圧気体の放出を遮り、前記揺動ゲートが前記アキュムレータと係合しないように前記回転軸線の周りに回転されるときに加圧気体の放出を行うように、前記アキュムレータに関して配置されている、請求項２に記載の装置。
20. 前記弁は回転軸線を備える揺動ゲートを含み、前記揺動ゲートが前記オリフィスプレートと係合するように前記回転軸線の周りに枢動されるときに加圧気体の放出を遮り、前記揺動ゲートが前記オリフィスプレートと係合しないように前記回転軸線の周りに回転されるときに加圧気体の放出を行うように、前記オリフィスプレートに関して配置されている、請求項９に記載の装置。
21. 前記弁は前記ベースに滑動可能に係合するスライドゲートを含み、前記スライドゲートが閉鎖位置に移動されるときに加圧気体の放出を遮り、前記スライドゲートが開放位置へ移動されるときに加圧気体の放出を行うように、前記ベースに関して配置されている、請求項２に記載の装置。
22. 前記弁は前記アキュムレータに滑動可能に係合するスライドゲートを含み、前記スライドゲートが閉鎖位置に移動されるときに加圧気体の放出を遮り、前記スライドゲートが開放位置へ移動されるときに加圧気体の放出を行うように、前記アキュムレータに関して配置されている、請求項２に記載の装置。
23. 前記弁は前記オリフィスプレートに滑動可能に係合するスライドゲートを含み、前記スライドゲートが閉鎖位置に移動されるときに加圧気体の放出を遮り、前記スライドゲートが開放位置へ移動されるときに加圧気体の放出を行うように、前記オリフィスプレートに関して配置されている、請求項９に記載の装置。

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