JP6715322B2 - 少なくとも１種の物質を流体中に分散させるための装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１及び１５における前提部の特徴に従って、少なくとも１種の物質を流体中に分散させるための装置及び方法に関する。

本発明は、物質を流体中、特に適切な液体中に分散させるための装置に関する。

分散とは、互いに不溶であるか或いはほぼ不溶である少なくとも２種の物質、又は互いに化学的に結合しないか或いはほぼ結合しない２種の物質の混合を意味する。分散においては、一方の物質（分散相）を他方の物質（連続相）中に分布させることにより、エマルション又は懸濁液が製造される。エマルションの場合は分散相も液体であるのに対して、懸濁液の場合は固体粒子が細かく分布した状態で存在している。

分散装置の多くは、いわゆるロータ・ステータ原理に基づいている。この場合、ロータは高周速で移動し、その回転により吸い込み作用が生じる。吸い込み作用により、媒体がロータ内に吸い込まれ、ステータの開口部、歯部などを通過するよう外方に向けて押し出される。その際に、分散相が連続相中に分散される。

特許文献１（独国特許出願公開第4118870号明細書）には、粉末を湿潤させると共に、液体中に分散させるための装置が記載されている。この場合、粉末物質を低濃度にするのであれば一度のパスで導入される。粉末物質を高濃度にするのであれば、最終的な濃度が得られるまで導入作業が循環的に行われる。特許文献１に開示の装置においては、大きな摩耗を被る従来のロータ・ステータシステムが使用されている。更に、組み込まれたステータにより、ポンプ作用を抑制する流動抵抗が生じる。

特許文献２（独国特許第3002429号明細書）には、少なくとも１種の物質を液体と混合するための装置が開示されている。この場合、被混合物質は、側方接続管を介して、ロータ軸を包囲する管内に導入される。液体は、ステータの開放上端部にて、ステータとロータ軸を包囲する管との間に設けられた環状スペース内に流入し、ロータのブレードまで到達した後、ステータの開放下端部にて再び流出する。被分散物質は、接続管を介して導入されることにより、液面下に供給される。この場合、被混合物質は、その混合前に周囲の環境に接触させることなく、液面下で混合することができる。更に、特許文献２の記載によれば、装置における第１処理領域で粉砕体を使用することもできる。しかしながら、装置内で粉砕体を使用した場合、ポンプ作用にとって悪影響を及ぼす流動抵抗が生じる。これに加えて、装置内で粉砕体を使用した場合、特に分離装置が被る摩耗が増加する。

特許文献３（独国特許第2676725号明細書）には、混合用、特に分散用の装置が記載されている。この装置は、ハウジング、分離装置、並びにロータユニットを備える。この場合、ロータユニットにより、ハウジングが第１処理領域及び第２処理領域に分割されている。ロータユニットの第１セクションは、第１処理領域に配置され、ロータユニットの第２セクションは、第２処理領域に配置されている。第１処理領域内への被混合物質の供給は、ロータユニットから離間した状態で行われる。従って、液体又は液体・粉末混合物により、粉末供給管の汚染が生じるリスクがある。

特許文献４（独国特許出願公開第2004143号明細書）には、エマルション及び懸濁液を製造するために、遠心均一機械として構成された装置が開示されている。この装置においては、多列配置されたロータ・ステータシステムが採用されている。多列構成の場合、一般的にメンテナンスにかかるコストが増加する。更に、より多くの部品が摩耗を被る可能性があるため、部品の交換が必要になり、従ってやはりコストが増加する。粉末吸い込み管及び液体供給管は、何れもロータの端面で終端している。この場合、これら供給管の合流部とロータとの間のギャップは調整可能であり、従って可変である。

独国特許出願公開第4118870号明細書 独国特許第3002429号明細書 独国特許第2676725号明細書 独国特許出願公開第2004143号明細書

本発明の課題は、少なくとも１種の物質を流体中に分散させるための改良された装置、特に少なくとも１つの粉末状物質を液体中に分散させるための装置を提供することである。本発明に係る装置は、従来技術に既知の装置に比べてよりコンパクトで省スペース的に構成されることが望ましい。更に、本発明に係る装置は、技術的に簡略構成され、従ってより安価に製造可能であるのみならず、メンテナンスの必要性が低減されることが望ましい。

この課題は、請求項１及び１５に記載の特徴を有する、少なくとも１種の物質を流体中に分散させる装置及び方法により解決される。更なる利点は、従属請求項に記載したとおりである。

本発明は、少なくとも１種の物質を流体中に分散させるための装置に関する。本発明に係る装置は、ロータを有する処理ハウジングと、流体供給管と、少なくとも１つの出口開口部を有すると共に、少なくとも１種の被分散物質用の供給路と、製品出口とを備える。ロータは、例えば、処理ハウジングの外部に配置された電動駆動装置で作動される。ロータは、特に、処理ハウジングにおけるハウジング壁の１つを通過し、例えばメカニカルシールでシールされ、更には軸受により回転可能に支持された駆動軸上に配置される。

ロータは、供給された流体を少なくとも幾つかの領域で軸線方向に搬送する軸線方向搬送作用を発生させるよう構成される。ロータは更に、供給された流体を少なくとも幾つかの領域で半径方向に搬送する半径方向搬送作用を発生させるよう構成される。

ロータは、供給された流体のために、少なくとも幾つかの領域で軸線方向搬送作用を発生させるための少なくとも１個の第１手段を有すると共に、少なくとも幾つかの領域で半径方向搬送作用を発生させるための少なくとも１個の第２手段を有する。

本発明の一実施形態によれば、軸線方向搬送作用が生じる領域及び半径方向搬送作用が生じる領域はオーバーラップすることがない。即ち、主に軸線方向搬送作用が生じる第１領域又は軸線方向搬送作用だけが生じる第１領域と、主に半径方向搬送作用が生じる第２領域又は半径方向搬送作用だけが生じる第２領域とが設けられる。場合により、軸線方向搬送作用及び半径方向搬送作用の何れもが生じる中間領域を設けることもできる。従って、軸線方向搬送作用及び半径方向搬送作用が生じる各領域の少なくとも一部が互いにオーバーラップする実施形態も実現可能である。

本発明の一実施形態によれば、供給された流体に対する軸線方向搬送作用は、主として第１領域で生じる。この第１領域では更に、供給された流体に対する半径方向搬送作用も既に僅かながら生じ、装置における製品出口方向において、半径方向搬送作用だけに移行する。

少なくとも１つの出口開口部内への流体の到達を回避するため、本発明の好適な実施形態によれば、被分散物質用の供給路の一部は、ロータにより包囲される。この場合、供給路における少なくとも１つの出口開口部は、特に流体が主に軸線方向に搬送されるロータ領域に割り当てられる。

少なくとも１つの出口開口部内への流体の到達を回避可能とするため、ロータは、好適には、軸線方向搬送作用を発生させるガイド構造部を有する。ガイド構造部は、特に、一方では、少なくとも幾つかの領域で軸線方向搬送作用を発生させるための少なくとも１個の第１手段を含み、他方では、少なくとも幾つかの領域で半径方向搬送作用を発生させるための少なくとも１個の第２手段を含む。

ロータは更に、拡大断面を有する。この場合、ロータ断面は、特にロータの駆動側、即ち被分散物質用の供給路とは反対側のロータ方向に拡大している。このように、ロータ断面が製品出口方向に拡大し、特にロータのガイド構造部と組み合わさることにより、少なくとも１つの出口開口部領域における流体に対する軸線方向搬送作用は、ロータ断面の拡大に伴い、半径方向搬送作用に移行する。更に、駆動装置によるロータの回転により、流体の回転が生じる。

ガイド構造部は、好適には、ロータにおいて、被分散物質用の供給路を指向する側に構成される。ロータは、上述したように、断面積が少なくとも幾つかの領域で製品出口方向に拡大している中実ロータコアを有する。ガイド構造部の少なくとも１個は、好適には、ロータの中実コアを越えて被分散物質用の供給路に向けて軸線方向に延長される。好適には、ガイド構造部の複数個が、ロータの中実コアを越えて被分散物質用の供給路に向けて軸線方向に延長される。一実施形態によれば、被分散物質用の供給路における少なくとも１つの出口開口部の少なくとも一部は、ガイド構造部における少なくとも１個の延長部分により包囲される。これにより、被分散物質は、ロータにおけるガイド構造部の内側で供給路から放出される。

一実施形態によれば、ガイド構造部における延長部分の個数は、ガイド構造部の総数に応じて可変である。例えば、ロータにおけるガイド構造部の密度が大きい場合、ガイド構造部が１個おきにのみロータコアを越える延長部分を有すれば支障なく機能する。

被分散物質用の供給路は、特に、その少なくとも１つの出口開口部が、ガイド構造部の延長部分により、中実ロータコアから離間した箇所で少なくとも部分的に包囲されるよう配置される。ロータの回転時に生じ、かつ流体及び／又は少なくとも１つの出口開口部を介して流出する物質に作用する遠心力により、流体が被分散物質用の供給路における少なくとも１つの出口開口部から効果的に遠ざけられる。これにより、被分散物質用の供給路における少なくとも１つの出口開口部内における被分散物質の粘着が効果的に回避可能である。

本発明の更なる実施形態によれば、ロータは、ロータ表面領域に構成された複数個のガイド構造部を有することができる。ガイド構造部の１個だけがロータコアを越えて延在するよう構成され、かつその延長部分により、被分散物質用の出口開口部の少なくとも一部又はほぼ全部が完全に包囲される構成が想定可能である。この場合、例えば、１個のガイド構造部における延長部分は、被分散物質用の供給路における長手方向軸線周りでらせん状に延在させることができる。

ガイド構造部の延長部分領域は、ロータ領域の中央部、即ちロータの回転軸線領域で中実ロータコアを越えて延在し、被分散物質用の供給路のための収容部として構成される。ガイド構造部の延長部分領域は、特に、被分散物質用の供給路に対応するよう構成された中央凹部を有する。

好適な実施形態によれば、中実ロータコアを越えて延在するガイド構造部の延長部分領域は、ロータの回転軸線に対して同軸に構成される。特に、ガイド構造部の延長部分により、少なくとも幾つかの領域で軸線方向搬送作用を発生させるための第１手段が構成される。更に、中実ロータコア領域のガイド構造部は湾曲している。ガイド構造部が湾曲した部分領域により、少なくとも幾つかの領域で半径方向搬送作用を発生させるための特に第２手段が構成される。ガイド構造部の湾曲により、大きな出口圧力及び効果的な搬送作用を得ることができる。特に湾曲したガイド構造部により、ロータの回転時に半径方向搬送作用が促進される。

ガイド構造部の延長部分により、少なくとも１つの出口開口部が中実ロータコアから離間して配置されるにも関わらず、既に少なくとも１つの出口開口部の領域で、中実ロータコア又は製品出口方向に向けて流体に対する軸線方向搬送作用が生じる。更に、ロータの回転による遠心力により、内部への流体の流入が回避される。特に遠心力により、ガイド構造部の延長部分間における収容領域内、即ち少なくとも１つの出口開口部が配置される領域への流体の浸入が回避される。

本発明の一実施形態によれば、被分散物質用の供給路は、第１長手方向軸線を有する。被分散物質用の供給路は、特に第１長手方向軸線を有する管として構成される。ロータは、回転軸線周りで回転可能に支持され、その回転軸線は、例えば、駆動軸により形成される。一実施形態によれば、被分散物質用の供給路における長手方向軸線及びロータの回転軸線は、好適には、互いに同軸又は平行に整列させることができる。一実施形態によれば、被分散物質用の供給路における出口開口部は、被分散物質用の供給路における長手方向軸線及びロータの回転軸線と整列するよう配置することができる。

更なる実施形態によれば、被分散物質用の供給路は、ロータの回転軸線に対してある角度で配置される。この実施形態においても、被分散物質用の供給路は、ロータの中央部で終端している。この実施形態においても、特にロータの回転軸線に対してある角度で配置された被分散物質用の供給路は、被分散物質用の供給路における少なくとも１つの出口開口部が、ガイド構造部の延長部分により、中実ロータコアから離間した箇所で少なくとも部分的に包囲されるよう配置される。これにより、被分散物質用の供給路内への流体の流入が回避される。この場合、流体は、ロータのガイド構造部を介して、ロータの回転で生じる遠心力により外方に向けて直接に搬送される。

この更なる実施形態において、被分散物質用の供給路はロータ内に角度付きで差し込まれるため、ガイド構造部の延長部分は開放状態で構成されていなければならない。この場合、被分散物質用の供給路における出口開口部とロータとの間において、下側領域にはより大きな間隔が生じるのに対して、上側領域には所望の小さな間隔が生じる。ただし、下側領域におけるより大きな間隔については、流体が下方から供給路内に流入することがないため支障はない。

この更なる実施形態において、供給路が角度付きで配置されることによる本質的な利点は、特に装置が停止状態の場合、被分散物質用の供給路内に流体が流入できないことである。従って、装置の停止状態であっても、供給路内への流体の流入が確実に回避され、供給路内で被分散物質の粘着が生じない。更に、流体供給管は、被分散物質用の供給路に対してほぼ直交するよう配置される。流体供給管は、例えば、第２長手方向軸線を有することができる。流体供給管は、特に第２長手方向軸線を有する管として構成される。流体供給管は、ロータから離間した状態で処理ハウジング内、特に被分散物質用の供給路側に配置されるため、供給された流体が被分散物質用の供給路周りにおける少なくとも幾つかの領域で流動する。

更なる実施形態によれば、流体供給管は、被分散物質用の供給路に対して実質的に傾けて、特に0°〜90°の角度で傾けて配置される。

流体は、ロータのガイド構造部及びロータの回転時に生じる遠心力により、ロータの中央部から外方に向けて搬送されるため、被分散物質用の供給路における少なくとも１つの出口開口部が配置された中央領域内に流入することができない。これにより、流体は、特にロータの回転軸線領域内に流入することがない。

本発明の一実施形態によれば、被分散物質用の供給路は、軸線方向に調整可能であり、特にその長手方向軸線に沿い、処理ハウジングに対して軸線方向に変位可能及び／又はロータの回転軸線に対して平行に変位可能である。これにより、被分散物質用の供給路における端部領域が、ロータにおけるガイド構造部の延長部分内に差し込まれる深さが可変であり、従って少なくとも１つの出口開口部を有する被分散物質用の供給路の端部とロータの中実コアとの間の間隔を供給物質に応じて変えることができる。

ロータにおけるガイド構造部の延長部分と被分散物質用の供給路との間には、好適には、半径方向間隔が設けられる。この半径方向間隔は、少なくとも１つの出口開口部から物質が流出し、ガイド構造部間を通過して流体内に侵入するのに必要である。ロータにおけるガイド構造部の延長部分と被分散物質用の供給路との間には、好適には、約0.1 mm〜約10 mmの半径方向間隔が設けられる。更に、被分散物質用の供給路とロータとの間には、軸線方向にギャップが設けられることにより、物質が半径方向に流体内に侵入する。

本発明の一実施形態によれば、ロータは、複数個のガイド構造部を有する。この場合、ガイド構造部の幾つかだけが、幾つかの領域で軸線方向搬送作用を発生させる第１手段として構成された軸線方向延長部分を有する。ロータは、例えば、偶数個のガイド構造部を有し、ガイド構造部の１個おきだけが中実ロータコアを越えて軸線方向に延在している。この構成は、特に、ロータコアにおけるガイド構造部の密度が大きい場合に有利であり得る。これにより、特に、延長部分が回転軸線周りで高密度の環状部分を形成し、従って供給路から流体内への物質の侵入が阻害される恐れを回避することができる。

被分散物質用の供給路は、少なくとも１つの出口開口部領域において、例えば、付加的な偏向要素として機能する屈曲状の拡大外径を有することができる。これにより、供給路における出口開口部内への流体の流入を付加的に回避することが可能である。

少なくとも１つの出口開口部は、被分散物質用の供給路における開放端部として構成する必要はない。本発明の一実施形態によれば、被分散物質用の供給路は、管として形成され、ガイド構造部間に位置する中実ロータコア方向に配置されたその管の端部は閉鎖されると共に、その端部領域に出口開口部として構成され、かつ物質が半径方向に流出可能な複数の側方開口部を有する。

この場合も、物質は、遠心力により外方に向けて、即ちロータの外側エッジに向けて搬送される。その際に物質は、流体中に分散される。物質の分散は、特にロータの外側エッジ領域において、回転ロータと静的処理ハウジングとの間の中間スペースで行われる。

更なる実施形態によれば、被分散物質用の供給路における内径は可変であり、従って被分散物質用の供給路に対する要求に応じて調整することができる。特に搬送量及び流速を調整することができる。この場合、例えば、断面を縮小させる成形部品を、被分散物質用の供給路内に押し込みことで直径を変化させ、これにより被分散物質用の供給路における断面積を変化させることができる。この可変的な調整は、例えば、より小径の内部管を、粉末供給管に関して付加的に使用することで行う。内部管は、例えば、PTFE又は他の適切なプラスチック材料で構成することができる。代案として、ロータ及び供給管を交換してもよい。この場合、例えば、複数の異なる寸法のロータ及び粉末供給管を成形部品として選択できる。

本発明の一実施形態によれば、被分散物質用の供給路における第１長手方向軸線は水平方向に配置され、流体供給管における第２長手方向軸線は垂直方向に配置される。流体の供給は、特に上方から行うことができる。

流体は、流体供給管から処理ハウジング内に流入し、回転するロータにより捕捉され、軸線方向及び半径方向に加速される。これにより、製品出口を介して流体を容器内に圧送するポンプ作用が生じる。この場合、処理ハウジング内では負圧が生じる。被分散物質用の供給路が開放されると、処理ハウジング内の負圧に起因して吸い込み作用が生じる。この場合、被分散物質用の供給路により物質が吸い込まれる。物質は更に、ガイド構造部における延長部分間に配置された少なくとも１つの出口開口部を介して流出し、流体内に半径方向に侵入する。このように製造された分散液又は懸濁液は、ロータにより、製品出口を介して処理ハウジングから搬出される。ガイド構造部と被分散物質用の供給路との間のギャップが僅かであるのみならず、遠心力が生じることにより、被分散物質用の供給路内への流体の流入を回避することができる。

代替的に、被分散物質の供給は、重量測定的に行うこともできる。この場合、被分散物質用の供給路は、垂直方向に配置されるか又は垂直方向に対して70°以下の角度で配置される。

更に、本発明は、少なくとも１種の物質を、装置により、流体中、特に液体中に分散させるための方法に関する。この場合、装置は、ロータを有する処理ハウジングと、流体供給管と、少なくとも１つの出口開口部を有すると共に、少なくとも１種の被分散物質用の供給路と、製品出口とを備える。本発明に係る方法においては、ロータにより、供給された流体を少なくとも幾つかの領域で軸線方向に搬送する軸線方向搬送作用を発生させると共に、供給された流体を少なくとも幾つかの領域で半径方向に搬送する半径方向搬送作用を発生させる。

本発明に係る方法は、上述した特徴の代替又は付加として、上述した装置における１つ以上の特徴及び／又は特性を有することができる。

本発明に係る装置及び方法は、物質を流体中、特に液体中に分散させるのに適している。本発明に係る装置及び／又は方法により、特に、粉末状固体物質の大部分を、例えば従来のロータ・ステータシステム又は粉砕体等で発生させる機械的力を利用することなく湿潤させ及び／又は分散させることが可能である。本発明に係る装置又は方法においては、機械的力の代わりに物理的作用、例えば、圧力差、並びに圧力差に関連する粉末内における空気の膨張や圧縮を利用している。

本発明に係る装置は、従来既知の装置に比べてコンパクトに構成されている。本発明に係る装置は、技術的により簡略構成されるため、より安価に製造可能であるのみならず、清掃及びメンテナンスを容易にする。清掃が容易であるため、装置は、小規模及び中規模の製造バッチや製品の頻繁な変更をする場合に特に適している。

本発明に係る装置においては、被分散物質を流体中に分散させる際に従来のロータ・ステータ原理が適用されない。即ち、特にステータで製品を圧送する必要がない。この場合、有利には、製品に作用するせん断力がより小さい。更に、本発明に係る装置及び方法は、より小さなエネルギー入力を特徴とするため、従来既知の装置に比べて温度上昇も小さい。これに加えて、本発明に係る装置は、故障及び／又は摩耗し難い。本発明に係る装置は、特に、分散すべき粉末状物質又は流体に含まれる異物の影響をより受け難い。

以下、添付図面に基づいて本発明の実施形態及びその利点を詳述する。図面における個々の要素間の寸法比は、実際の寸法比を必ずしも表すものではない。これは、明瞭性を高める見地から幾つかの要素が簡略表示されており、他の幾つかの要素は拡大表示されているからである。

本発明に係る分散装置を示す概略断面図である。 本発明に係る分散装置を示す斜視図である。 分散装置における処理ハウジングを示す斜視図である。 処理ハジングの更なる実施形態を示す概略断面図である。 軸受を有するロータを示す斜視図である。 軸受を有するロータを示す平面図である。 第１作動モードの説明図である。 第２作動モードの説明図である。 本発明に係る分散装置の更なる実施形態を示す側面図である。 図９における本発明に係る分散装置を示す側断面図である。 図９における実施形態の処理ハウジングを示す概略断面図である。 図11の詳細図である。 図９における分散装置における処理ハウジングを示す斜視図である。 図９における実施形態に関して、軸受を有するロータを示す斜視図である。

図中、同一要素又は同一作用を有する要素については、同一参照符号で表すものとする。明瞭性を高める見地から、個々の図面における参照符号は、個々の図面の記載にとって必要なものに限定してある。図面における各実施形態は、本発明に係る装置及び方法を例示するものに過ぎず、限定的なものではない。

図１は、本発明に係る分散装置１の概略断面図を示し、図２は、本発明に係る分散装置１の斜視図を示す。分散装置１は、主として、粉末状物質Ｐを流体中Ｆ、特に液体中に分散させて分散液Ｄを製造するために使用される。分散装置１は、駆動軸２が支持された軸受９と、内部に軸継手を有する継手ランタンと、モータ軸から駆動軸２に動力を伝達する駆動モータ（図示せず）とを備える。駆動軸２は、ロータ３を駆動させるよう機能する。更に、分散装置１は、メカニカルシール４を通過させて処理ハウジング５内にガイドされた駆動軸２の回転軸受を備える。

分散が行われる処理ハウジング５内には、ロータ３と、製品、特に分散液Ｄを放出するための製品出口８が配置されている。更に、処理ハウジング５には、分散すべき粉末状物質Ｐ用の供給路、特に粉末Ｐを供給するための粉末供給管６と、流体Ｆを供給するための流体供給管７が割り当てられている（図２参照）。

図３は、粉末供給管６、流体供給管７、並びに製品出口８を有する処理ハウジング５の斜視図を示し、図４は、その処理ハウジング５の概略断面図を示す。図５及び図６は、ロータ３の実施形態をそれぞれ異なる角度から示す。

ロータ３は、回転軸線Ｒ周りで回転可能であると共に、中実のロータコア10を有する。ロータ３の断面積Ｑは、駆動側に向けて少なくとも幾つかの領域で拡大している。換言すれば、ロータ３の断面積Ｑは、粉末供給管６方向に向けて縮小している。ロータ３は、特に、粉末供給管６の隣接領域に第１断面積Q1を有し、その第１断面積Q1は、ロータ３の駆動側近傍領域における第２断面積Q2よりも小さい（特に図４参照）。

ロータコア10上には、流体Ｆ及び粉末Ｐを一定方向にガイドするガイド構造部11が配置されている。各ガイド構造部11は、実質的に２つの部分領域を有しており、第１部分領域12は、中実ロータコア10上に配置かつ固定され、第２部分領域13は、中実ロータコア10を越えるガイド構造部11の軸線方向延長部分14として形成されている。ガイド構造部11は、特に延長部分14領域で軸線方向に傾斜しているため、特に軸線方向における搬送を可能としている。これに対して、第１部分領域におけるガイド構造部11は、後方に向けて付加的に湾曲しているため、大きな出口圧力及び効果的な搬送作用を得ることができる。

ガイド構造部11の延長部分14は、ロータ３の回転軸線Ｒ領域で凹部を有するため、軸線方向開口部15が形成されている。この開口部15は、特に、粉末供給管６の端部領域20のための収容部16として機能する（図１及び図４参照）。粉末供給管６における少なくとも１つの粉末出口開口部21は、特に、収容部16内にてロータ３のガイド構造部11により包囲されている（図１及び図４参照）。ロータ３が回転軸線Ｒ周りで回転すると遠心力が生じるため、流体Ｆが外方に向けて搬送され、従って流体Ｆを粉末出口開口部21から遠ざけておくことができる。これにより、粉末供給管６内への流体Ｆの浸入が効果的に回避可能である。

粉末供給管６の少なくとも一部がロータ３内に差し込まれる差し込み領域EB（図１及び図４参照）は、特に、粉末供給管６がロータ３におけるガイド構造部11の延長部分14内に差し込まれる領域に対応しており、従って粉末Ｐが粉末供給管６における少なくとも１つの粉末出口開口部21から流出し、かつ流体Ｆ内に侵入する出口領域ABにも対応している。

ロータ３は、既に粉末供給管６の端部領域20周りの箇所にて、流体Ｆに対する軸線方向搬送作用が中実ロータコア10方向又は製品出口８方向に得られるよう形成されるのが好適である。この軸線方向搬送作用は、製品出口８方向へのロータ３直径の拡大に伴い、換言すれば製品出口８方向へのロータ３断面積Ｑの増加に伴い、流体Ｆが完全に半径方向にのみ搬送される領域に到達するまで、徐々に半径方向作用に移行するものである。流体Ｆは、軸線方向及び半径方向への搬送作用を受けるのみならず、ロータ３が回転することに起因してロータ軸線Ｒ周りで回転を生じる。

粉末供給管６の端部領域20は閉鎖するよう構成することができる。この場合、粉末出口開口部21として側方開口部が設けられ、これら側方開口部を介して、好適には、粉末供給管６からの粉末が半径方向に流出する。

粉末供給管６は、長手方向軸線L6に沿って軸線方向に変位させることができる。長手方向軸線L6は、好適には、ロータ３の回転軸線Ｒと同軸又は平行である。粉末供給管６の軸線方向変位により、特に、粉末供給管６の端部領域20がガイド構造部11の延長部分14内に差し込まれる深さを調整することができる。ガイド構造部11の延長部分14と粉末供給管６との間には、半径方向に間隔が設けられている。この間隔により、特に、供給管６周りでロータ３の自由な回転が保証されるのみならず、少なくとも１つの粉末出口開口部21からの粉末Ｐの流出が妨げられることがない。ガイド構造部11の延長部分14と粉末供給管６との間の半径方向間隔は、好適には、0.1 mm〜10 mmの範囲内とする。当業者であれば、間隔は、特に装置全体の大きさ及び／又は処理すべき物質又は製品の大きさに適合されることは自明のことである。

更に、粉末供給管６と中実ロータコア10との間にはギャップＳが設けられ、そのギャップＳを介して、粉末供給管６から供給された粉末Ｐが流体Ｆ内に半径方向に侵入する。

ロータ３と処理ハウジング５との間の間隔Ａ（図１及び図４参照）は、0.1 mm〜10 mmの範囲内とする。間隔Ａが小さいほど流体Ｆ内に作用するせん断力が大きく、分散作用を促進することができる。

粉末供給管６は、端部領域20、特に少なくとも１つの粉末出口開口部21領域において、拡大された外径を有することができる。この拡大外径は、粉末出口開口部21領域への流体Ｆの浸入を付加的に回避する偏向要素として機能する。

流体Ｆの供給、粉末Ｐの供給、又は製品懸濁液或いは分散液Ｄの供給は、比較的大きな断面積を有する粉末供給管６及び流体供給管７を介して行われる。これにより、特に流動抵抗が小さく維持され、平均粘度以下の製品であればポンプを使用せずに処理可能となる。例えば、製品を循環的に搬送し、これにより所望の最終濃度が得られるまで粉末Ｐを徐々に添加する場合、粉末を既に含む製品の添加は、通常は流体供給管７を介して行われる。

異なる粘度を有する製品を最適に処理するため、流体供給管７の製品入口には、低粘度製品の流動を抑制するためのバルブ等（図示せず）を設けることができる。

本発明に係る分散装置１において、流体Ｆの供給は、各流体Ｆ又は循環分散液製品Ｄに応じて、ポンプを使用して又は使用せずに行うことができる。

流体Ｆは、流体供給管７の製品入口から処理ハウジング５内に流入し、回転するロータ３により捕捉され、軸線方向及び半径方向に加速される。これにより、製品出口８を介して流体Ｆを容器（図示せず）内に圧送するポンプ作用が生じる。この場合、処理ハウジング５内では負圧が生じる。通常はバルブで調整される粉末供給管６が開放されると、処理ハウジング５内の負圧に起因して吸い込み作用が生じる。この場合、粉末Ｐがロータ３方向に吸い込まれる。粉末Ｐは更に、少なくとも１つの粉末出口開口部21を介して粉末供給管６から流出し、流体Ｆ内に半径方向に侵入する。このように製造された分散液Ｄは、ロータ３により、製品出口８を介して処理ハウジング５から搬出される。ガイド構造部11と粉末供給管６との間のギャップが僅かであるのみならず、遠心力が生じることにより、粉末供給管６内への流体の流入を回避することができる。

流体供給管７及び粉末供給管６に配置されるバルブは、特に、供給管を完全に開放するか、又は分散装置１におけるフラッディングの回避を目的として完全に閉鎖するために設けられる。

本発明に係る分散装置１は、付加的な機械を必要とせずに使用することができる。製品容器或いは計量容器（図示せず）又は適切な粉末供給システム（図示せず）のみ必要である。粉末供給システムとしては、従来既知のシステム、例えば、吸い込みランス、バッグ供給ステーション、ビッグバッグ供給ステーション、サイロが適切である。分散装置１を使用すれば、粉末Ｐを流体Ｆ中、特に液体中に吸い込んで細かく分散させることができる。

図７は、第１作動モードAM1を示し、図８は、第２作動モードAM2を示す。図７に示す第１作動モードAM1において、粉末供給管６、特に粉末供給管６を制御するバルブ（図示せず）が開放されている。図示の第１作動モードAM1において、流体Ｆ又は流体Ｆ中に分散させた粉末Ｐを含む分散液製品Ｄは、製品容器又は計量容器と分散装置１（図７及び図８では、供給路及び放出路6，7，8を有する処理ハウジング５のみを示す）との間で循環し、粉末供給管６を介して粉末Ｐが連続的に供給、特に吸い込まれる。粉末の供給は、例えば、漏斗、ビッグバッグステーション、サイロ、吸い込みランスで行うことができる。

図８に示す第２作動モードAM2において、粉末供給管６は、バルブ（図示せず）により閉鎖されている。この場合、製品容器又は計量容器と処理ハウジング５との間で分散液製品Ｄが連続的に循環する。第２作動モードAM2においては、処理ハウジング５内で大きな負圧が生じるため、分散液Ｄ内で（マイクロ）キャビテーションが発生する。更に、分散液製品Ｄ、即ち流体Ｆ中に分散させた粉末Ｐは、ガイド構造部11と処理ハウジング５との間でせん断作用に晒される（図１及び図４参照）。分散液製品Ｄ又は流体Ｆ中に分散させた粉末Ｐが、処理ハウジング５内でより長い滞留時間に亘ってより大きな圧力に晒されるようにするため、製品出口８に更なるバルブ（図示せず）を配置するか、又は製品の流動を適切な管で抑制することができる。これら対策又は作用は、分散液の質にとって好適である。

図９は、本発明に係る分散装置１の更なる実施形態の側面図を示す。図10は、図９における分散装置１の断面図を示す。図11は、図９における処理ハウジングの実施形態の概略断面図を示し、図13は、図９における処理ハウジングの実施形態の斜視図を示す。図12は、図11の詳細図を示し、図14は、図９における分散装置１の実施形態に関して、軸受を有するロータの斜視図を示す。図１〜図８と同様、同一構成要素には、同一参照符号が付されていると理解されたい。

分散装置１は、駆動軸２が支持された軸受９と、内部に軸継手を有する継手ランタンを備える。更に、分散装置１は、モータ軸からロータ３を駆動させるよう機能する駆動軸２に動力を伝達する駆動モータ（図示せず）を備える。これに加えて、分散装置１は、メカニカルシール４を通過させて処理ハウジング５内にガイドされた駆動軸２の回転軸受を備える。粉末状物質Ｐが流体Ｆ中に分散される処理ハウジング５内には、ロータ３と、製品、特に分散液Ｄを放出するための製品出口８が配置されている。更に、処理ハウジング５には、分散すべき粉末状物質Ｐ用の供給路、特に粉末供給管6^*と、流体Ｆを供給するための流体供給管7^*が割り当てられている。

図９〜図14の実施形態においては、図１〜図８の実施形態とは異なり、粉末供給管6^*の長手方向軸線L6^*が、ロータ３の回転軸線Ｒに対して角度αで配置されている。これにより、特に粉末状物質Ｐは、ロータ３に対して斜め上方から下方に供給される。図示の実施形態においても、粉末供給管6^*は、図１〜図４に示す粉末供給管６と同様、ロータ３の中央部で終端しており、特に粉末供給管6^*における粉末出口開口部21を有する端部領域20が、ロータ３におけるガイド構造部11の軸線方向延長部分14^*の間に差し込まれている。ガイド構造部11の延長部分14^*は、図５及び図６に関連して詳述したガイド構造部11と同様、ロータ３の回転軸線領域でやはり凹部を有するため、軸線方向開口部15^*が形成されている。この開口部15^*は、特に、粉末供給管６^*の端部領域20のための収容部16^*として機能する（特に図12及び図14参照）。粉末供給管6^*における少なくとも１つの粉末出口開口部21は、特に、収容部16^*内でロータ３のガイド構造部11により包囲されている（図10〜12参照）。ロータ３が回転軸線Ｒ周りで回転すると遠心力が生じるため、流体Ｆが外方に向けて搬送され、従って流体Ｆを粉末出口開口部21から遠ざけておくことができる。これにより、粉末供給管6^*内への流体Ｆの浸入が効果的に回避可能である。

粉末供給管6^*の少なくとも一部がロータ３内に差し込まれる差し込み領域EBは、特に、粉末供給管6^*がロータ３におけるガイド構造部11の延長部分14^*内に差し込まれる領域に対応しており、従って粉末Ｐが粉末供給管6^*における少なくとも１つの粉末出口開口部21から流出し、かつ流体Ｆ内に侵入する出口領域ABにも対応している。

このように、図示の実施形態においても、特に図12の拡大詳細図に明瞭に示すように、粉末状物質Ｐがロータ３の中央部に供給される。ロータブレード又はガイド構造部11により、粉末供給管6^*の端部領域20が包囲されることで、粉末供給管6^*内への流体Ｆの流入が効果的に回避される。流体Ｆは、ガイド構造部11、特にその第１部分領域12による遠心力により、外方に向けて流動する。このように、ロータブレード又はガイド構造部11に差し込まれる粉末供給管6^*の特殊な構成により、粉末状物質Ｐと流体Ｆとの間に動的バリアが形成される。

粉末供給管6 ^* の端部領域20は、ロータ３に差し込まれる差し込み領域EBにおいて、ロータ３の回転軸線Ｒに対して垂直な面を有するよう形成することができる。代替的に、端部領域20は、粉末供給管6^*の長手方向軸線L6^*に対して任意の角度を有するよう形成することができる。

粉末供給管6^*がロータ３の回転軸線Ｒに対して配置される角度αは、0°〜90°の範囲内とすることができる。ロータ３に対する粉末供給管6^*の間隔は、0.5 mm〜100 mmの範囲内とすることができる。粉末供給管6^*上におけるロータブレード又はガイド構造部11の延長部分14^*のオーバーラップ部分、特に粉末供給管6^*上におけるガイド構造部11の延長部分14^*による包囲部分は、好適には、1 mm〜100 mmの範囲内とすることができる。

粉末供給管6^*が、ガイド構造部11の軸線方向延長部分14^*間における軸線方向開口部15^*又は収容部16^*内に角度付きで差し込まれているため、開口部15^*又は収容部16^*を形成する延長部分14^*間における凹部は、ロータ３の自由な回転を保証すべく開放状態で構成されている（図12参照）。従って、粉末供給管6^*と延長部分14^*との間において、下側領域に第１間隔A1が設けられ、上側領域に第２間隔A2が設けられている。この場合、第１間隔A1は、第２間隔A2よりも大きいが、下側領域におけるより大きな第１間隔A1については、流体Ｆが下方から粉末供給管6^*内に流入することがないため支障はない。

図示の実施形態は、特に、分散装置１が停止され、分散装置１内に流体が残留している場合に有利であることが判明している。図１〜図７に示す実施形態において、分散装置１の停止状態で、残留流体が粉末供給管６内に例外的に流入した場合、粉末供給管６内で粉末状物質Ｐの粘着が引き起こされる可能性がある。

図９〜図14に示す実施形態においては、ガイド構造部11の延長部分14^*間における粉末供給管6^*の入口形状により、残留流体に起因する上述したリスクは完全に排除される。即ち、分散装置１が停止状態にあっても、粉末供給管6^*への流体Ｆの不所望な流入が生じることはない。

以上、本発明を好適な実施形態に基づいて記載したが、当業者であれば、特許請求の範囲内で、修正又は変形を加え得ることは自明のことである。

１ 分散装置
２ 駆動軸
３ ロータ
４ メカニカルシール
５ 処理ハウジング
６ 粉末供給管（供給路）
７ 流体供給管（供給路）
８ 製品出口（放出路）
９ 軸受
10 ロータコア
11 ガイド構造部
12 第１部分領域
13 第２部分領域
14 軸線方向延長部分
15 開口部
16 収容部
20 端部領域
21 粉末流出開口部

Ａ 間隔
AB 流出領域
AM 作動モード
Ｄ 分散液（分散液製品）
EB 差し込み領域
Ｆ 流体
Ｌ 長手方向軸線
Ｐ 粉末
Ｒ ロータ回転軸線
Ｓ ギャップ
Ｑ 断面積

Claims (15)

1. 少なくとも１種の物質（Ｐ）を流体（Ｆ）中に分散させるための装置（１）であって、
   ・ロータ（３）を有する処理ハウジング（５）と、
   ・流体供給管（７）と、
   ・少なくとも１つの出口開口部（21）を有すると共に、少なくとも１種の被分散物質用の供給路（６）と、
   ・製品出口（８）とを備え、
   前記ロータ（３）により、供給された流体（Ｆ）を少なくとも幾つかの領域で軸線方向に搬送する軸線方向搬送作用が発生可能であり、前記ロータ（３）により、供給された流体（Ｆ）を少なくとも幾つかの領域で半径方向に搬送する半径方向搬送作用が発生可能であり、
   前記ロータ（３）が、軸線方向搬送作用を発生させるためのガイド構造部（11）を有し、前記ロータ（３）における断面積（Ｑ）の拡大、及び／又は、前記ロータ（３）の回転により、半径方向搬送作用が発生可能であり、
   前記ガイド構造部（11）が、前記ロータ（３）上において、被分散物質用の供給路（６）を指向する側に構成され、
   各ガイド構造部（11）は、２つの部分領域（12，13）を有しており、第１部分領域（12）は、中実ロータコア（10）上に配置かつ固定され、第２部分領域（13）は、前記中実ロータコア（10）を越えるガイド構造部（11）の軸線方向延長部分（14）として、回転軸線（Ｒ）近傍に形成され、
   前記被分散物質用の供給路（６）における少なくとも１つの出口開口部（21）の少なくとも一部が、前記ガイド構造部（11）における少なくとも１個の軸線方向延長部分（14）により包囲されている装置。
2. 請求項１に記載の装置（１）であって、前記被分散物質用の前記供給路（６）の少なくとも一部が、前記ロータ（３）により包囲され、前記少なくとも１つの出口開口部（21）が、前記ロータ（３）において、流体（Ｆ）を軸線方向に搬送可能な領域に配置されている装置。
3. 請求項１又は２に記載の装置（１）であって、前記ガイド構造部における前記軸線方向延長部分（14）の個数が、前記ガイド構造部の総数に応じて可変である装置。
4. 請求項１〜３の何れか一項に記載の装置（１）であって、前記被分散物質用の供給路（６）が、第１長手方向軸線（L6）を有し、前記ロータ（３）が、回転軸線（Ｒ）周りで回転可能に支持され、前記被分散物質用の供給路（６）における前記長手方向軸線（L6）及び前記ロータ（３）の前記回転軸線が、互いに同軸又は平行に配置され、前記被分散物質用の供給路（６）における出口開口部（21）が、前記被分散物質用の供給路（６）における前記長手方向軸線（L6）上に配置され、又は前記被分散物質用の供給路（6^*）における前記長手方向軸線（L6^*）及び前記ロータ（３）の前記回転軸線（Ｒ）が、互いに所定の角度（α）で配置されている装置。
5. 請求項１〜４の何れか一項に記載の装置（１）であって、前記流体供給管（７）が、前記被分散物質用の供給路（６）に対してほぼ直交するよう配置され、又は前記流体供給管（７）が、前記被分散物質用の供給路（６）に対して0°〜90°の角度で配置されている装置。
6. 請求項４又は５に記載の装置（１）であって、前記流体供給管（７）が、前記被分散物質用の供給路（６）における第１長手方向軸線（L6）に対して直交するよう配置された又はある角度で配置された第２長手方向軸線を有し、前記流体供給管（７）が、前記ロータ（３）から離間しているため、供給された流体（Ｆ）が前記被分散物質用の供給路（６）周りにおける少なくとも幾つかの領域で流動する装置。
7. 請求項６に記載の装置（１）であって、流体（Ｆ）が、前記ロータ（３）のガイド構造部（11）及び前記ロータ（３）の回転時に生じる遠心力により、前記ロータ（３）の中央部から外方に向けて搬送可能である装置。
8. 請求項１〜７の何れか一項に記載の装置（１）であって、前記被分散物質用の供給路（６）が調整可能であり、前記ロータの回転軸線（Ｒ）に対して平行に変位可能である装置。
9. 請求項１〜８の何れか一項に記載の装置（１）であって、前記被分散物質用の供給路（６）における端部領域（20）の差し込み深さが、前記ロータ（３）におけるガイド構造部（11）の前記軸線方向延長部分（14）に対して調整可能である装置。
10. 請求項９に記載の装置（１）であって、前記被分散物質用の供給路（６）における前記少なくとも１つの出口開口部（21）を有する前記端部領域（20）の差し込み深さが、前記ロータ（３）におけるガイド構造部（11）の前記軸線方向延長部分（14）に対して調整可能である装置。
11. 請求項１〜１０の何れか一項に記載の装置（１）であって、前記ロータ（３）におけるガイド構造部（11）の前記軸線方向延長部分（14）と前記被分散物質用の供給路（６）との間に、半径方向間隔が設けられている装置。
12. 請求項１１に記載の装置（１）であって、前記半径方向間隔が、0.1 mm〜10 mmである装置。
13. 少なくとも１種の物質（Ｐ）を、装置（１）により、流体（Ｆ）中に分散させるための方法であって、前記装置（１）が、
    ・ロータ（３）を有する処理ハウジング（５）と、
    ・流体供給管（７）と、
    ・少なくとも１つの出口開口部（21）を有すると共に、少なくとも１種の被分散物質用の供給路（６）と、
    ・製品出口（８）とを備え、
    前記ロータ（３）が、軸線方向搬送作用を発生させるためのガイド構造部（11）を有し、前記ロータ（３）における断面積（Ｑ）の拡大、及び／又は、前記ロータ（３）の回転により、半径方向搬送作用が発生可能であり、
    前記ガイド構造部（11）が、前記ロータ（３）上において、被分散物質用の供給路（６）を指向する側に構成され、
    各ガイド構造部（11）は、２つの部分領域（12，13）を有しており、第１部分領域（12）は、中実ロータコア（10）上に配置かつ固定され、第２部分領域（13）は、前記中実ロータコア（10）を越えるガイド構造部（11）の軸線方向延長部分（14）として、回転軸線（Ｒ）近傍に形成され、
    前記被分散物質用の供給路（６）における少なくとも１つの出口開口部（21）の少なくとも一部が、前記ガイド構造部（11）における少なくとも１個の軸線方向延長部分（14）により包囲されており、
    前記ロータ（３）により、供給された流体（Ｆ）を少なくとも幾つかの領域で軸線方向に搬送する軸線方向搬送作用を発生させ、前記ロータ（３）により、供給された流体（Ｆ）を少なくとも幾つかの領域で半径方向に搬送する半径方向搬送作用を発生させる方法。
14. 請求項１３に記載の方法であって、少なくとも１種の物質（Ｐ）を、液体中に分散させるための方法。
15. 請求項１３又は１４に記載の方法であって、請求項１〜１２の何れか一項に記載の装置（１）により、少なくとも１種の物質（Ｐ）を流体（Ｆ）中に分散させる方法。
    
    

Images