JP4564230B2 - ダイナミックミキサ - Google Patents

Description

発明の詳細な説明

本発明は、ダイナミックミキサに関する。

予め決められた軸を中心として相互に対して回転可能である２つの要素と、その間に形成され、混合される材料用の入口と出口の間を伸びている流路とを有するダイナミックミキサが知られている。この公知のミキサにおいて、流路は２つの要素の複数の表面の間に形成されており、その複数の表面それぞれはその内部に形成された複数のキャビティ（空隙）を有する。一方の表面に形成されているキャビティは他方の表面のキャビティに対して軸方向にずれ、また一方の表面のキャビティは他方の表面のキャビティと軸方向に重なる。その結果、複数の表面の間を移動している材料は、重なり合うキャビティの間を移送される。したがって、使用時において、混合される材料は、２つの要素の間を移送され、また２つの表面それぞれに交互に配置されたキャビティを介する径路を通過する。混合される材料の大部分が、表面の移動によって生じた材料をせん断する領域を通過する。キャビティが組込まれている上記ミキサは、一般的に「キャビティ移動型ミキサ」と言われている。

キャビティ移動型ミキサは通常、円筒形状を備え、略円筒状外側表面を備えてデバイスのロータ（回転翼）を一般的に形成する内側要素と、略円筒状内側表面を備えてデバイスのステータ（静翼）を一般的に形成する外側要素とを有する。複数のキャビティの列が対向している２つの円筒状表面に形成されており、その複数のキャビティの列が、混合される材料が一方の表面の一列内のキャビティから他方の表面の上記一列と隣接する列内のキャビティに概して移動するように軸方向に重なり合っている。上記の従来からある円筒状のキャビティ移動型ミキサは一般的に、分解式外側ステータ内に収容される中実の内側ロータを有し、その外側ステータは、その内側にキャビティの列を形成できるように、分解可能に製造する必要がある。内側要素の最大外径は、外側要素の最小内径未満であり、それにより、ミキサは、外側ステータに内側ロータを軸方向に挿入することによって、比較的容易にシンプルに組み立てることができる。しかしながら、内側要素と外側要素の相対的寸法により、その２つの要素の間に開いた環状のスペースが形成されている。

円筒形状のキャビティ移動型ミキサには、経験的に問題がある。特に、材料が、キャビティに入ることなく、２つの要素の間に形成された環状スペースを直線的に通過することができるということである。これは、比較的粘度が低い材料特有の問題である。例えば、粘度の異なる複数の材料が混合される場合、相対的に粘度が低い方の材料が、実質的にキャビティを通過することなく、環状スペースを介して直線的に移動する。

円筒形状のキャビティ移動型ミキサの更なる問題は、非対称な移動が発生することにより、軸方向の逆流または前方流が生じて淀みパターンを発生させ、その結果、材料がキャビティ内に堆積するまたは停留することである。これは、材料が混合反応し、その結果、材料の流速が低下するまたは一定でなくなった場合に起こる特定の問題である。

円筒形状のキャビティ移動型ミキサの更なる不都合点は、自己ポンピングまたは自己クリーニングができないことである。キャビティを介する材料の流路は直接観察できないため、材料がキャビティ内に堆積していないことを保証するのは困難である。材料がキャビティの１つに堆積された場合、構造物の外側要素を分解することなく取り除くことは困難であり、また除去するとしても簡単な処理ではない。

外側要素が分解可能でない限り、外側要素の内側表面にキャビティを形成することは困難であり、また結果として製造費用も高くなる。さらに、外側要素が製造のために又は洗浄のために概して分解可能である場合、外側要素のつなぎ目を介して漏れが発生する可能性がある。これらの問題は、円筒状のキャビティ移動型ミキサの使用を大幅に制限する。

キャビティが対向する円筒状表面ではなく対向する平面で形成されている平面形状のキャビティ移動型ミキサが、例えば米国特許第４，６８０，１３２号により知られている。この平面形状により、円筒形状のものに比べ、対向する表面にキャビティを形成することやキャビティから堆積した材料を除去することが比較的容易になる。しかし、材料がキャビティを迂回するまたはキャビティ内に堆積する問題は、依然として残る。

本発明の目的は、上記の問題を未然に防ぐまたは軽減することである。

本発明によって提供されるダイナミックミキサは、予め決められた軸を中心としてお互いに対して回転可能である２つの要素と、その間に形成され、混合される材料用の入口と出口の間を伸びている流路とを有し、
流路は２つの要素の複数の表面の間に形成されており、
表面それぞれは予め決められた軸を中心とする連続した複数の環状突出部を形成しており、且つ、複数の表面は、一方の要素によって形成された複数の突出部が他方の要素によって形成された複数の突出部の間のスペースに向かって伸びるように配置され、
複数のキャビティが複数の突出部を橋絡する流路を形成するために表面それぞれに形成されており、
一方の表面に形成された複数のキャビティは他方の表面の複数のキャビティに対して軸方向にずれ、且つ、一方の表面の複数のキャビティは他方の表面の複数のキャビティと軸方向に重なり、これにより、入口から出口へと複数の表面の間を移動する材料を、重なる複数のキャビティの間を移送させる。

突出部は流路に対して垂直方向に重ねられるのが好ましく、それにより一方の要素の複数の突出部が、他方の要素の複数の突出部の間のスペースに伸びる。上記の配列により、入口と出口とを直線的に連結している相対的に回転する２つの要素の間の環状スペースは狭くなる。突出部が重なる又は重ならないに拘らず、突出部に形成されているキャビティを材料が迂回する可能性は、従来のキャビティ移動型ミキサに比べ低い。一方の方向からキャビティに入った材料は、そのキャビティから出る際に異なる方向に実質的に変更される。さらに、隣接する突出部の複数のキャビティが並置されることにより、混合される材料は一方の突出部のキャビティからそれと隣接している突出部のキャビティに実質的に強制移送され、それにより混合される材料が２つの要素の複数のキャビティの間を選択的に通過することを保証している。したがって、ミキサは、効果が大きく能率的な分配混合作用を提供する。

突出部それぞれは、その内部に円周に間隔をあけて形成された複数のキャビティの配列を備えても良い。キャビティそれぞれは、部分的に球面状または流路の形成に適した他の幾何学的形状であっても良い。加えて、キャビティそれぞれは又はキャビティの多くは枝分かれしており、それにより、１つの突出部のキャビティによって形成された流路に沿って流れている材料が流路から出る前に複数の異なる支流に分割される、または、異なる支流の異なる材料の流れが統合される。

突出部それぞれは複数の側面によって形成され、その側面は、軸を中心として回転された直線または曲線によって描かれた回転面であっても良い。例えば、突出部それぞれの２つの側面の一方が軸を中心とする円筒状表面を形成しても良い。他方の側面は軸に対して垂直でも良い。複数の側面は、隣接する突出部の間のギャップ(間隙）がキャビティが設けられている部分を除いて流路全体に渡って略一定であるように配置しても良い。他の表面の構成として、例えば、１つまたはそれ以上の曲線によって、または２つ以上の直線によって描かれた回転面でも当然可能である。

突出部を形成する要素の表面は、成形された突出部を備える略円錐形状であり、それにより、内側円錐状要素が、回転軸と平行な方向に２つの要素の間を相対移動されることによって外側円錐状要素内に配置される。上記配列により、一方の要素が２つに分解可能である必要が無く容易に組み立てられ、また、突出部をまたは突出部にキャビティを機械加工する又は別の方法で形成することが比較的簡単になる。使用中、２つの略円錐形状表面の間のスペースを調整するために、相互に対して要素を軸方向に移動させる手段を設けることが可能である。一方の表面は中空の外側部材の内側表面によって形成されても良く、そして、他方の表面は中空でない内側部材の外側表面によって形成されても良い。その入口は外側部材に形成されている。代わりとして、配列を逆転させることも可能であり、これにより、内側部材が中空状になり、また入口が内側部材に形成される。２つの要素は、入口から外側方向に傾斜している第１の要素と出口に向かって内側方向に傾斜している第２の要素とを備える二重円錐体（double cone）を形成していても良い。

隣接する突出部は、異なる数、サイズ、形状のキャビティを形成しても良い。少なくとも一方の要素が、２つの要素が相互に対して回転される際にポンプ効果を提供するためにインペラ（羽根車）を支持しても良い。

本発明はまた、結果として低応力の良好な分配混合を生じさせる層流条件を形成するために、比較的低い速度で運転される上記の装置を用いる混合方法を提供する。

本発明は更に、結果として効率的な分散混合を生じさせる乱流条件を形成するために、比較的高い速度で運転される上記の装置を用いる混合方法を提供する。

図１を参照すると、ステータハウジング４内のベアリング３に支持されているシャフト２に取り付けられているロータ(回転翼）１を有するダイナミックミキサが示されている。ステータ(静翼）５は、ステータハウジング４に取付けられている。ステータ５は、ミキサー入口６とミキサー出口７とを形成する。５つの環状突起部８の列がステータ５の略円錐形状内側表面に沿って伸びており、突起部それぞれは、平面状であり回転軸１０に垂直な第１の面９と円筒状であり軸１０を中心とする第２の面との間に形成されている。

ロータ１は４つの突出部１２を支持し、それぞれは軸１０と垂直な第１の環状平面１３と軸１０を中心とする第２の円筒状面１４との間に形成されている。したがって、面１１と面１４は、軸１０と平行で又その軸を中心として回転されるラインによって描かれる回転体の側面である。同様に、面９と面１３は、軸１０と垂直で又その軸を中心として回転されるラインによって描かれる回転面である。

小さなギャップ(間隙）が、突出部８と突出部１２の対向する面の間に形成されている。そのギャップは直線状ではなく、そのため、入口６から出口７に進行する材料は直線経路をとれない。この全体的な構成に加えて、突出部８と１２のそれぞれに連続した複数のキャビティが設けられている。これらのキャビティは、図１が過度に複雑にならないように図１には示されてはいないが、図２〜４には示されている。

図２を参照すると、突出部１２それぞれの一方の側面を形成する平面１３が示されている。これらの平面それぞれにおいて、複数のキャビティの列が一定の間隔をあけて形成されている。最内の突出部において、６つのキャビティ１５が形成されている。次の突出部においては、９つのキャビティ１６が形成されている。更に次の突出部においては、１２つのキャビティ１７が形成されている。外側の突出部においては、１５つのキャビティ１８が形成されている。キャビティそれぞれは部分的に球面であり、またキャビティそれぞれの外周が面１３の全幅と面１４の全幅とを横切って伸びるように配置されている。

図３を参照すると、ステータに形成された複数のキャビティとミキサ入口６を形成している中央開口部とが示されている。入口周りには５つの面９が伸びており、その面９それぞれにキャビティの配列が形成されている。最内の配列には３つのキャビティ１９が存在する。次の配列には６つのキャビティ２０が、更に次の配列には９つのキャビティ２１が、そのまた更に次の配列には１２つのキャビティ２２が、そして外側の配列には１５個のキャビティ２３が存在する。キャビティのそれぞれは、面９を横切って又突出部の他方の側面を形成している面１１を完全に横切って伸びるように形成されている。

図４には、２つの要素の各種のキャビティの相対位置が示されている。隣接する突出部が異なる個数のキャビティを形成する場合、ロータがステータ内を回転するに従い、ミキサを介して低抵抗な経路は連続的に変化する。したがって、混合される材料は、複雑な経路を進んで十分に混合される。

相対的に回転する２つ要素の間のキャビティを設けていない部分のギャップにより、混合される材料は強い剪断応力を受け、その結果、極めて効果的なまた能率よく分散的な混合作用が生じる。図１に示された配列では不可能であるが、ロータ１とステータ５の相対的な軸方向の位置を調整することにより、付加的な調整可能な制御機構を提供するために、面９と面１３との間のスペ―スの付加的な制御法が提供される。上記の調整により、隣接する要素のキャビティの間を移動する材料に作用する剪断応力のレベルが変化する。上記の変化は、一方の要素の他方の要素に対する軸移動を制御する機構を設けることによって製造の間または運転の間に実行される。

要素の間のギャップを通過する材料の流路は、一方の要素の１つの突出部のキャビティによって形成される流路から他方の要素の隣接する突出部のキャビティによって形成される流路へと進行する大量の材料の移動によって左右される。この作用により、材料がキャビティによって形成される流路に入ることなくミキサを通過することがなくなる。

ミキサは、回転軸からの距離が変化する界面を有する。これらの面が混合される材料に与える運動エネルギの差により、ミキサを介して材料を移動させる動力が材料に提供される。その結果としてポンプ作用が発生し、それにより材料がミキサ内に停留する可能性が減少する。しかしながら、外部のポンプ手段によって、材料を強制的に放射方向内側に流すために、入口と出口を逆転するように配列を逆転することが可能であるのは明らかである。上記条件において、この特有の遠心力ポンプ作用は、背圧と強い混合作用を提供する。ある程度の逆混合が必要とされる場合、上記の配列の応用として直列ミキサがある。

キャビティによって形成される流路は、ポンプ作用とそれにより得られた推進力とを増加するように形成することが可能であり、ミキサを介して材料を送出するために又は混合運転の終了時にミキサを空にするために使用することも可能である。その結果、このポンプ作用によって、ミキサは直列混合デバイスまたはバッチ混合デバイスとして使用することが可能になる。

図１〜４に示されている構造物は、突出部とキャビティが形成されている２つの要素の表面が１つの軸に沿ってアクセス可能である場合、比較的容易に製造される。

図示された実施形態において、流路は部分的に球面状であるが、曲線状または直線状の側面を有する異なる形状、サイズ、個数のキャビティでも可能であるのは明らかである。

隣接する突出部の間についてキャビティの個数、サイズ、形状が変更される場合、回転軸回りの突出部の円半径ピッチに略従って、混合される材料はミキサを通過しながら異なる支流に分割される。これにより、比較的良好な混合能力が保証される。流路それぞれは、入口から出口に移動する材料のために明確に形成された入口領域と出口領域を提供する。これら入口領域と出口領域の相対的なサイズは、１つのキャビティ内において、または一列のキャビティ内において、若しくはキャビティの複数の列の間において異なるように制御される。キャビティに対する入口と出口の間の相対的なサイズを変更する能力により、局所的な流れ特性が調整されて流速や流圧が変更される。例えば、キャビティによって形成される流路の局所的な断面面積が減少することにより、キャビティを介する流速が増加し、またその圧力が減少する。また、入口と出口の間の相対的なサイズを変更する能力により、相対的に大きい出口から流れる材料は、下流側のキャビティによって形成された相対的に小さい入口に強制的に流されることによって、より細かく分割される。これにより、分配混合特性または分散混合特性が調整されるまたは最適化される。この効果は、個々のキャビティがキャビティの入口と出口との間で枝分かれすることによって更に向上する。したがって、複数の入口が１つの出口に接続され、あるいは、１つの入口が複数の出口に接続される。このことは、隣接するキャビティ内または隣接するキャビティの間のいずれかの個々のキャビティを介して通過する材料の流れを結合することによって得られる分配混合作用を更に向上する。

図１〜４の実施形態において、面９と面１１は、面１３と面1４のように、相互に垂直である。しかしながら、例えば図５に示されているように、面１１と面１４が軸１０を中心とする円錐体の略切頭状円錐面である他の配列でも可能である。上記の構成により、回転する２つの要素の間の相対的軸方向移動によって面９と面１３の間のスペースが変更され、同様に面１１と面１４の間のスペースが変更される。

図６に示されている代わりの実施形態において、図１では１つの円錐体が配列されているのに対して、回転軸１０に入口６と出口７の両方が隣接配置された２重の円錐体を有するものが可能である。しかしながら、上記のような配列の場合、ステータは、通常、例えばライン２４に沿って分解可能でなければならない。

本発明に係るミキサを用いることにより、従来の円筒状に構成されたキャビティ移動型ミキサに比べ種々の利点が生じる。特に、突出部が多数の相互に傾斜した表面を形成し、その表面によって相互に回転する２つの要素の間のキャビティ間移動が保証される。突出部は多数の切削刃を形成しており又２つの要素の間に開いた環状スペースが存在しないため、混合される材料全てが激しく混合される。キャビティ間移動は、必要に応じて、低乱流/低剪断力で実行することが可能である。同様に、キャビティ間移動は、必要に応じて、高乱流/高剪断力でも実行することが可能である。略円錐状の構造物が設けられ又一突出部ごとにキャビティの個数、サイズ、形状が異なる本発明に係るミキサにより、材料がミキサを介して進行するに従いながら隣接する突出部の複数のキャビティの間が変化し、それにより、材料は隣接する突出部の間を進行するに従いながら異なる流れに強制的に分割される。しかしながら、略円筒状または略平面状の構成を設けることも可能であり、また上記の配列が隣接する突出部において異なる個数、サイズ、形状のキャビティを有することが可能であるのは明らかである。剪断速度や剪断応力は、製造時または使用中のどちらかに適当な寸法調整が行われることによって容易に調節される。

上記のように、特性を調整するために異なる形状のキャビティが使用される。キャビティの形状は、例えば遠心力ポンプの作用が最大になるように選択され、従来の遠心力ポンプのベーン形状と同程度に曲げられている。キャビティの形状はまた、個々のキャビティ内の渦変形やその複数の渦の間の相互作用を最適化するように、また流速や流圧を最適化するように、さらに連続した突出部の間の分配混合の度合を向上させるように選択されることが可能である。複数の渦を発生させる付加的な混合領域を形成するために、隣接する突出部の間にギャップを設けることが可能である。これは、例えば、図１の実施形態の中央部の複数の突出部の１つを省略することによって簡単に実行される。代わりに、いくつかの突出部をキャビティを備えずに形成しても良く、また、キャビティを、図示された実施形態のように突出部のピークを中心として形成するのではなく、隣接する突出部の間の溝に形成しても良い。

ミキサの圧力降下を低くするために、コンパクトにデザインしてもよい。ミキサは、遠心力ポンプ作用を介して最適に自己クリーニングが行われるようにデザインすることも可能である。円錐形状の装置であるため、製造は比較的容易である。分離可能な要素はシーリングの問題があり、これを避けるために一体の構成で提供されてもよい。機械的に頑丈にデザインすることができ、また、付加的な注入ポート（図１の実施形態のステータ５において、ステータの中央突出部８に隣接して示されているポート）を設けることも可能である。適当な加熱機能や冷却機能を容易に組込むことが可能である。流れ方向は可逆可能でもよいが、構造的な圧力降下を最小限に抑え、またポンプ作用の提供が要望される場合、円錐状装置において、放射方向外側の流れ方向が好適である。ロータまたはステータのいずれか、または両方が回転可能であってもよい。いくつかの構成において、静的な混合作用を得るために、アセンブリを介して材料を単に送出することが可能である。ミキサは、特別な状況、例えば特定のものを生産するために最小限の混合が必要とされる場合にのみ静的ミキサとして使用され、この場合、プロセスラインから又はプロセス開始時にミキサを外さなくても良いという利点がある。したがって、ミキサは、付加的に静的ミキサとして機能的に使用できる。

図７は、外部インペラが組込まれているバッチ式混合機の部分的に省略された側面図である。取付け用フランジ２５により、装置は、使用時に混合される材料が満たされるコンテナに取り付けられる。駆動モータ２６は、フランジ２５に取付けられており、管状支持部材２８の軸に沿って伸びているシャフト２７を駆動させる。ブラケット３０によって管２８に固定されている３つの支持ロッド２９は、ロータ３２を収容し、上方向に広がる円錐状表面を形成する中空ステータ３１を支持している。

ロータとステータの構造をより詳細に示している図８を参照すると、ステータ３１は、ロータ３２の下面へのアクセスを可能にする入口３３を形成する。ロータはインペラ３４を支持している。ステータ３１とロータ３２の両方は、それぞれに複数のキャビティ３５が形成された４つの環状突出部を形成している。ロータ３２は、ねじ３６によってシャフト２７に固定されている。シール３７を介して伸びているシャフト２７が、プレート３８に取付けられている。プレート３８は管２８によって密閉されて支持されており、またベアリング３９が支持プレート４０に取付けられている。支持プレート４０は、プレート３８から伸びているロッド４１上に支持されている。

図８に示されているアセンブリが流体内に沈められ又ロータが回転駆動されると、インペラ３４は、複数の突出部と複数のキャビティとの相互作用の結果として発生されるポンプ力に更なるポンプ力を提供する。

図９と図１０にはステータとロータの構成が示され、図１１には２つの要素が相互に重なりあっている状態が示されている。突出部とキャビティのパターンは、図1に示された本発明の実施形態の例のものと略同一である。

図７〜１１に示された本発明の実施形態において、ロータは、外部インペラを組込んでいる。図１２と図１３に示された本発明の実施形態は、内部インペラを組込んでいる代わりの配列を示している。

図１２を参照すると、中空の円錐状ステータ４２が支持ロッド４３に取付けられており、ロータ４４はシャフト４５によって駆動される。ステータ４２は、部分的に球面であるキャビティ４６がそれぞれに形成されている３つの突出部を形成している。ロータ４４は、部分的に球面であるキャビティ４６がそれぞれに形成されている２つの突出部を形成している。ロータ４４の下方向に向いている中央部は、ステータに形成されている入口４８からステータに形成されている出口４９への材料の流れを促進するために、４つのインペラベーン４７を支持する。

図１４を参照すると、これには本発明の更なる実施形態が示されており、図１２の例の実施形態のロータとステータの構成を逆転または反転したものである。したがって、図１４の実施形態において、中空の円錐状ステータ５０は管５１に支持されており、駆動シャフト５２が中空の円錐状ロータ５３を駆動させるために管５１を介して伸びている。ステータ５０とロータ５３の両方は、略円錐形状であり、ステータ５０の内側表面にはキャビティ５４がそれぞれ形成されている３つの突出部が形成されており、一方、ロータ５３の外側表面にはキャビティ５４が形成されている３つの突出部が形成されている。図１４のアセンブリが流体内に沈められ又ロータ５３がシャフト５２によって駆動されると、流体はステータに形成された入口５５とロータに形成された入口５６とを介して引きこまれ、キャビティ５４を介してロータ５３の放射方向外側縁部に外方向に送出される。

図１５は、本発明に係る又は図１の構造と類似する構造であり、カップリング５９を介してモータ５８によって駆動されるミキサ５７を組込んでいる連続式ポンプ装置の簡略図である。混合される材料は、入口６０に供給され、ミキサによって出口６１に送出される。

上記のように、上記本発明の実施形態全てにおいて、突出部には部分的に球面で構成されているキャビティが形成されているが、他の構成のキャビティでも可能であり、例えばそれが図１６と図１７に示されている。図１６の装置において、４つの突出部を組込んでいる略円錐状ステータ装置が示されており、突出部それぞれは、その内部に一定の間隔をあけて配置され、傾斜している直線側面を有する溝形状のキャビティ６２の配列が形成されている。各溝６２の底は直線状でもよく、また曲線状でもよい。例えば、各溝の底がロータ軸に対して４５度で傾いている直線状でもよい。スロット底が曲線状である場合、部分的に円筒状表面が形成されてもよい。後者の場合、上記装置の軸方向断面は図１に示されているものと同一である。しかしながら、溝の底が直線状である場合、軸方向断面は、キャビティそれぞれに対して、曲線の代わりに直線によって示されている部分的に球面にくぼんだ底を除いて図１と同一である。図１６に示されている構造物が通常、適合する突出部とキャビティ構成とを備えるロータと共に使用されるのは明らかである。

図１７に示されている装置は、溝６２が直線状縁部ではなく曲線状であることを除いて図１６のものと類似している。図１６と図１７の実施形態において、溝は傾斜し、また放射方向に対して傾いている。これにより、デバイスのポンプ作用が起こる。通常、キャビティの詳細な形状は、デバイスの種々の特性に影響を与えるようにデザインされる。上記の実施形態全てにおいて、キャビティそれぞれは明確に形成された入口領域と出口領域を備える流路を形成する。入口領域や出口領域の大きさは、例えば、同列内のキャビティ間、隣接する列の間、単一のキャビティの入口領域と出口領域の間で異なっても良い。異なる入口領域や出口領域のサイズと構成とを選択する能力により、局所的な流れ特性が、所望な特性、例えば異なる流速や流圧を提供するために、設計者によって選択的に決定される。例えば、流路の局所的な断面面積が減少することにより、この流路を介する流れの速度が増加し、またその圧力が減少する。他の実施例のように、材料が、複数のキャビティの隣接する列内において相対的に大きい出口領域から相対的に小さい入口領域に流れることにより、細かく分割された流れが生じる。

図１６と図１７の実施形態を参照すると、溝は、溝それぞれが相対的に狭い入口領域と相対的に広い出口領域を形成するために傾斜している。これにより、材料がこの溝を通過するに従って材料の圧力は増加し、また速度は減少する。加えて、溝は後に伸びており、それにより、材料を放射方向外側方向に放出してポンプ効果を促進するタービンベーンのように作用する。

上記全ての実施形態において、キャビティが形成されている突出部の環状表面は、デバイスの回転軸を中心として回転される直線によって描かれるものとみなされる。しかしながら、代わりの構成として、概念的な直線によって描かれる突出部以外に概念的曲線によって描かれる突出部でも可能である。図１８と図１９に、上記の構成が示されている。

図１８を参照すると、ステータ６３は、キャビティ６４の配列をそれぞれに形成している４つの環状突出部を形成している。ロータ６５は、キャビティ６６をそれぞれ形成している４つの環状突出部を形成している。キャビティ６４それぞれは、部分的に球面な底部を備え、また２つの環状曲面６７、６８によって形成された突出部に形成されている。一方、キャビティ６６それぞれは、部分的に球面な底部を備えているが、キャビティ６６それぞれは１つの連続した曲面６９によって形成された突出部に形成されている。

図１９を参照すると、デバイスの一方の要素の２つの突出部は、その内部に形成されたキャビティ７０を備えており、一方、デバイスの他方の要素に形成されている３つの突出部は、その内部に形成されたキャビティ７１を備える。キャビティ７０と７１のそれぞれは、部分的に球面な底面と上面とを備えており、それは回転軸７２を中心とする円の回転する１つの弧に起因する回転面である。

本発明に係る混合デバイスが、補助装置、例えば材料を混合する前に小さい断片に切断する装置と組み合わせ可能であるのは明らかである。例えば１つの可能性として、図１４の実施形態の内側中空状回転要素のすぐ下の領域に、この領域内の材料を切断するデバイスを導入することがある。

本発明の装置は、極めて汎用性が高く、また異なる用途に使用可能である。例えば、装置は、流体と流体の混合や流体と固体の混合の用途全てにおいて使用される。ここでの固体は、流体のような流れ挙動を示すものである。流体は、１つの流れまたは複数の流れに移送される液体または気体であっても良い。装置は、例えば、乳化、均質化、ブレンド、含有、懸濁化、溶解、加熱、粉砕、反応、加湿、含水、曝気、ガス化を含む分散混合作業または分配混合作業全てにおいて使用される。装置は、バッチ運転または連続（一列）運転のどちらでも使用可能である。したがって、この装置は、従来のキャビティ移動型ミキサの代わりとして使用でき、また標準的な工業用高剪断ミキサの代わりとして使用できる。装置はまた、工業的用途と同様に家庭的用途でも使用可能である。

この装置は、従来のミキサの現状の性能より良好な性能を発揮できる。これは、粒子（液体または/および固体）のサイズを減少させる速度や限度に、また混合速度、特に、液体に粉末を混合する速度に直接的に関連する。

本発明の装置が使用される工業的な例には、バルクケミカル、ファインケミカル、石油化学、農業化学、食料、飲料、製薬、医療品、個人用ケア用品、工業用または家庭用ケア用品、パッケージング、塗装、ポリマー化、水処理、廃棄物処理がある。

本発明の第１の実施形態の軸方向断面図である。 図１のアセンブリの内側ロータ要素の端面図である。 図１のアセンブリの外側ステータ要素の端面図である。 図１のアセンブリにおいて組み合わせられている２つの要素のキャビティの相対位置を示している。 本発明の第２の実施形態に設けられている突出部の構成を軸方向に示している。 本発明の第３の実施形態の軸方向断面図である。 外部インペラを組込んでいる本発明に係る装置の側面図である。 図７の装置の混合ヘッド部の拡大図である。 図７および図８の装置に組込まれているロータの端面図である。 図７および図８の実施形態に組込まれているステータの端面図である。 図７および図１０に示されているロータとステータの相対位置を示している。 内部インペラを組込んでいる本発明の更なる実施形態を示している。 図１２の装置に組込まれているロータの表面の図である。 混合される材料が中空の円錐状ロータ構造物に引き込む反転された構造物を備える本発明の更なる実施形態を示している。 本発明に係るミキサを組込んでいる連続した混合ラインに設置される装置の概略的側面図である。 上図に示されている部分的に球面に構成されている代わりのキャビティを示している。 本発明に基づき使用される更なる代わりのキャビティの構成を示している。 直線状縁部ではなく曲線状縁部を有する突出部に構成されている代わりのキャビティを示している。 直線状縁部ではなく曲線状縁部を有する突出部に構成されている代わりのキャビティを示している。

Claims (22)

1. 予め決められた軸を中心として相互に対して回転可能な２つの要素と、その間に形成され、混合される材料用の入口と出口の間にある流路とを有するダイナミックミキサであって、
   流路は上記２つの要素の複数の表面の間に形成されており、
   上記複数の表面は予め決められた上記軸を中心とする連続した複数の環状の突出部を形成しており、且つ、上記複数の表面は、一方の要素によって形成された上記複数の突出部が他方の要素によって形成された上記複数の突出部の間のスペースに向かって位置されるように配置され、
   上記複数の表面の各々に、軸方向断面において曲線状である底部を備える複数のキャビティが形成され、上記複数のキャビティは、上記複数の突出部を橋絡する流路を形成し、
   一方の表面に形成された上記複数のキャビティの一部は他方の表面の上記複数のキャビティの一部に対して軸方向にずれ、且つ、一方の表面の上記複数のキャビティの一部は他方の表面の上記複数のキャビティの一部と軸方向に重なり、これにより、入口から出口へ上記複数の表面の間を移動する材料は、重なる複数のキャビティの間を移送される
   ダイナミックミキサ。
2. 一方の上記要素によって形成されている上記複数の突出部が、他方の上記要素によって形成されている上記複数の突出部の間のスペース内に位置される請求項１のダイナミックミキサ。
3. 円周に間隔をあけて配置された上記複数のキャビティの配列が、各々の上記突出部に形成されている請求項１または２のダイナミックミキサ。
4. 上記複数のキャビティが、部分的に球面である請求項１〜３のいずれかのダイナミックミキサ。
5. 上記複数のキャビティが、直線の側面を有する溝である請求項１〜３のいずれかのダイナミックミキサ。
6. 上記複数のキャビティが、曲線の側面を有する溝である請求項１〜３のいずれかのダイナミックミキサ。
7. 上記複数のキャビティが、３軸方向のすべてで曲線状である請求項１〜３のいずれかのダイナミックミキサ。
8. 少なくとも１つの上記キャビティが、キャビティに流入している材料を複数の流路に分割するために又は複数の上記キャビティに流入している材料を１つの流路に結合するために枝分かれされている請求項１〜４のいずれかのダイナミックミキサ。
9. 各々の上記突出部が２つの側面の間に形成されており、その側面それぞれが軸を中心として回転される直線によって描かれる回転面である請求項１〜８のいずれかのダイナミックミキサ。
10. 上記２つの側面の一方が、軸を中心とする円筒状面を形成している請求項９のダイナミックミキサ。
11. 上記２つの側面の一方が、軸と垂直である請求項９または１０のダイナミックミキサ。
12. 上記突出部を形成する上記要素の表面が、略円錐状である請求項１〜１１のいずれかのダイナミックミキサ。
13. 一方の上記表面が中空の外側の上記要素の内側表面によって形成され、且つ、他方の上記表面が内側の上記要素の外側表面によって形成されており、入口が外側の上記要素に形成されている請求項１２のダイナミックミキサ。
14. 一方の上記表面が中空の外側の上記要素の内側表面によって形成され、且つ、他方の上記表面が中空の内側の上記要素の外側の上記表面によって形成されており、入口が内側の上記要素に形成されている請求項１２のダイナミックミキサ。
15. 複数の上記略円錐状表面の間のスペースを制御するために、上記２つの要素を相互に対して軸方向に移動させる手段を有する請求項１２〜１４のいずれかのダイナミックミキサ。
16. 上記２つの要素の複数の第１の部分が入口から外側方向に傾斜し、且つ上記２つの要素の複数の第２の部分が出口に向かって内側方向に傾斜している請求項１２〜１４のいずれかのダイナミックミキサ。
17. 隣接する上記突出部が、互いに異なる個数のキャビティを有する請求項１〜１６のいずれかのダイナミックミキサ。
18. 隣接する上記突出部が、互いに異なるサイズのキャビティを有する請求項１〜１７のいずれかのダイナミックミキサ。
19. 隣接する上記突出部が、互いに異なる形状のキャビティを有する請求項１〜１８のいずれかのダイナミックミキサ。
20. 少なくとも一方の要素が、上記２つの要素が相互に対して回転される際にポンプ効果を提供するインペラを支持している請求項１〜１９のいずれかのダイナミックミキサ。
21. 層流条件を形成する速度で運転する、請求項１〜２０のいずれか記載のダイナミックミキサを用いて混合する方法。
22. 乱流条件を形成する速度で運転する、請求項１〜２０のいずれか記載のダイナミックミキサを用いて混合する方法。

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