JP7384988B2 - 混合のための装置 - Google Patents

Description

本発明は、貯蔵容器または収納容器の内容物を混合するための装置および方法に関し、特に、タンブルブレンダーの貯蔵容器または収納容器内で液体と粒子とをその場で一緒に混合するための装置および方法に関する。

ＩＢＣ（中間バルク容器）のような貯蔵および収納デバイスの内容物を容器内でその場で混合するための装置が知られている。それは、食料品および医薬品のような混合物の成分を、それらが貯蔵されかつ／または輸送されている容器中で、それらを別々のミキサーに移し、再び戻す必要なしに、その場で混合でき、時間および費用が節約される、という利点を提供する。それはまた、次の混合物の処理が生じ得る前に混合デバイスを洗浄する必要性を排除し、これもまた時間の節約につながる。一般に、このような装置は、内容物が容器内で移動して混合が生じるように、例えば地面に支持された固定サポートに対して、内容物を含む容器を動かすことによって機能する。効果的な動作の形態は、ＩＢＣのような容器をくるくると回転させることである。当技術分野では、そのような方法は一般にタンブルブレンディングと呼ばれている。

既知のタンブルブレンディング装置は、いくつかの特定の用途において、いくつかの欠点を有する。例えば、装置は容器全体の動きによってのみ混合することができるというまさにその理由のために、いくつかの種類の成分の完全混合を達成するのが困難な場合があり、そしてこれは成分が微粒子および脂肪を含むとき、それらの有用性に対する制限となり得る。また、タンブルブレンディングでは、タンブリング作用により、均質に混合されない高脂肪粉末のボールが生成される傾向がある。内容物の移動のために利用可能な空間が限られているので、不十分な空域（アレージとして知られる）が容器内に残っている場合にも不完全な混合が起こり得る。

最近、例えば高剪断混合のような、より従来的な混合手法をタンブルブレンディングと組み合わせて使用することができれば、これらの問題を克服することができることが示唆されている。しかしながら、問題は、その多くの利点を犠牲にしたり、その動作を妥協したりすることなく、そのような処理を達成するための装置をいかにしてタンブルブレンダー型デバイスにうまく組み込むかにある。出願人自身の欧州特許出願公開第２３８６３５１号（特許文献１）には、これらの問題のいくつかに対処しようとする装置が記載されている。

さらに、混合前よりもむしろ、混合が進行している間に成分を添加することがしばしば必要とされ、これは、成分を添加しなければならない容器が大きくて重く、そして高速で回転している場合に、明らかに、いくつかの特有の課題を提起する。液体の添加は特に問題がある。特許文献１には、噴霧による液体の添加が記載されており、これは状況によってはうまくいくが、他の状況においては、混ぜ合わされていない液体が容器の壁になすり付けられた状態を生じることがある。さらに、液体添加の能力は数リットルに制限されている。本発明はこうした問題を解決しようとするものである。

欧州特許出願公開第２３８６３５１号明細書

本発明の第１の態様によれば、タンブルブレンディングのために構成された容器内で粒状物質を液体と混合するための装置が提供され、この装置は混合デバイスと液体噴射ノズルとを含み、混合デバイスは、機械的作用によって粒状物質を混合するよう構成されたミキサー要素を含み、ノズルは、混合が行われているときには、ミキサー要素の方向に液体を向けるように配置されており、ノズル内への物質の進入を阻止するための手段が存在する。ノズル内への物質の進入を阻止するための手段を用いて液体をミキサー要素に向けることが、優れたそしてより信頼性のある混合性能をもたらすことが見出された。

上記装置は、タンブルブレンディングのために構成された容器内に、例えば、そうした容器の取り外し可能なクロージャーに、あるいはさもなければ当該容器の壁などに配置することができる。混合が必要とされるときに取り外し可能なクロージャーを容器の通常のクロージャーデバイスの代わりに用いることができるので、装置が容器の取り外し可能なクロージャーに配置されると都合がよい。

ノズル内への物質の進入を阻止するための手段はクロージャーを含んでいてもよく、クロージャーは液体の噴射時に開放可能であってもよい。上記装置は、当該装置を含む容器がノズルが容器内の物質に沈下させられる位置にあるときに、クロージャーの開放を引き起こすための制御手段を含むことができる。制御手段は、沈下に関連してクロージャーの開放を計時するためのタイマーと、開放を制御するために容器の姿勢を検出するためのセンサーとを備えることができる。

上記装置は、液体を貯蔵し、それをノズルに供給するための液体貯蔵および供給手段を含むことができる。この液体貯蔵および供給手段は貯蔵容器およびポンプを備えることができる。液体供給手段は固定量の液体の一部または全部の供給を可能とするように構成されることが好ましい。特に、液体供給手段は、経過供給時間を測定することによって所望の量の液体を供給するように制御されてもよい。

一実施形態では、上記装置は、ノズル内への粉末の進入を阻止しかつ／または低減するための一つ以上の遅延タイマーを備える。好ましくは、ノズル内への粉末の進入をさらに阻止しかつ／または低減するために、ポンプの動作と液体ノズルの動作との間に一つ以上の遅延タイマーが使用される。一実施形態では、ポンプストロークの開始およびノズル開放の開始後に０．１秒の遅延が存在し、したがって、開放前にノズル内で圧力が高まることが可能になる。別の実施形態では、ノズルの閉鎖とポンプストロークの終了との間に０．１秒の遅延があり、これはノズルがまだ加圧されている間にノズルを閉鎖する。

一実施形態では、誤った液体添加パラメーターが容器内に過剰圧力を引き起こす場合に、容器内の圧力を監視するために圧力センサーが使用される。好ましくは、圧力センサーは容器の蓋に取り付けられる。

本発明の第２の態様によれば、タンブルブレンダーおよび上述した装置を含むタンブルブレンディングシステムが提供される。任意選択で、システムは混合のための容器を含むことができる。

本発明の第３の態様によれば、容器内で粒状物質と液体とを混合するための方法が提供され、当該方法は、内容物を機械的に混合すると共に液体を添加しながら容器を同時に回転させることを含み、当該方法は、混合が行われている間に容器のミキサー要素の方向に液体を添加し、ノズルが沈下させられている間だけ液体を添加するために液体添加デバイスを作動させるステップを含む。

上記方法は液体添加が開始される前に乾式混合段階を含むことが好ましい。

液体添加のステップは、容器の回転時間を測定し、ノズルの沈下が生じることが保証されるように適切な容器位置へと回転した時に液体を添加することによって制御されることが好ましい。

本発明を、例として、以下の図面を参照してさらに説明する。

本発明によるシステムおよび装置の正面から見た斜視図である。 図１の装置の一部の拡大斜視図である。 図２に示す部分の側面図である。 図２に示す部分の上方から見た斜視図である。 図３の部分のノズルアセンブリの縦断面図である。 本発明によるシステムおよび装置の側方から見た斜視図である。 図６のシステムの一部の斜視図である。 図６のシステムのさらなる部分の斜視図である。 図８に示す部分の縦断面図である。 動作状態にある本発明による装置の概略図である。 動作状態にある本発明による装置の概略図である。

図面、特に図１ないし図５を参照すると、タンブルブレンディングシステム１００に組み込まれた本発明による装置１が示されている。タンブルブレンディングシステム１００は三つの主要部を含み、これらの主要部は、タンブルブレンダー２００、ＩＢＣ（中間バルク容器）１０１、そして液体添加モジュール４００である。この実施形態では、本発明による装置１はＩＢＣ用のクロージャーの形態をとり、当該クロージャーは混合デバイス２および液体噴射ノズル３を備え、混合デバイス２は、機械的作用によって粒状物質を混合するように構成されたミキサー要素４を含む。ノズル３は、ミキシングが行われているときに液体をミキサー要素４の方向に向けるように配置されており、ノズル内への物質の進入を防止するための手段５が存在する。

理解されるように、システム１００は、貯蔵または輸送容器１０１に収容されている内容物をその場において容器内でブレンドするために使用される。図１は、中間バルク容器、すなわちＩＢＣと呼ばれる既知の形態の容器１０１を示している。ＩＢＣは、装置１の機能を説明するためにブレンダー２００上の定位置に示されている。ＩＢＣは、上面１０３に配置された入口１０２と、正方形断面の本体部１０４と、逆角錐台の形態の下部セクション１０５とを有する。出口１０６は、下部セクション１０５の（図で見て）底部に配置されている。ＩＢＣの頂部は、通常、単純な蓋クロージャー（図示せず）によって塞がれており、そして出口１０６は、容器からの大量の流れを可能とするために下部セクション１０５内へと上昇させることができる円錐形バルブ１０８によって塞がれている。ＩＢＣはまた、上部および下部スタッキング機構１０９，１１０を含む。

図１は、ブレンディングの準備が整った、固定されたＩＢＣを示している。ブレンディングは、非対称軸線上でＩＢＣをくるくるとひっくり返し、内容物を互いに流動させることによってなされる。操作パネル（図示せず）は、サイクルタイムおよび回転速度ディスプレイならびにステータスランプと共に、スタート、ストップ、クランプ、アンクランプ、リセットおよび非常停止のための制御部を含むように設けられる。

ブレンダー２００はトップアセンブリ３０を含む。トップアセンブリ３０はベース３１とミキサー駆動アセンブリ３２とからなると共に上側フレームサイドバー３３に取り付けられ、サイドバー３３とクロスピース３４との間のギャップを効果的に覆う。したがって、ＩＢＣがブレンダー２００内の所定の位置にあるとき、トップアセンブリ３０はそれがＩＢＣ１０１の上に存在するように配置される。ミキサー駆動アセンブリ３２は、一般に知られているタイプのモーター３５を備える。

ここで図２ないし図５を参照すると、上述したように、本発明による装置１は容器の入口１０２に設けられる蓋に配置されることが分かるが、理解されるように、これは必須ではない。説明した装置１は、例えば容器の壁に配置することができる。蓋は、混合すべき内容物を含む容器１０１の入口開口１０２内に嵌合して、それを密閉するように寸法決めされた円形プレート２４を含む。プレート２４は、既知の種類の変形可能なシールリングを含む付随的フランジ（図示せず）を有する。プレート２４の中心には開口が形成されており、この開口内には、ベアリングおよびその上で回転するように設けられたミキサーシャフト２７を含むチューブ２５が溶接されている。（図で見て）その上端において、ミキサーシャフト２７は駆動カップリング２８で終端している。駆動カップリング２８は二つの駆動ラグ２６を含み、この駆動ラグ２６は、断面に関してシャフトが「Ｔ」の外観を有するように、シャフトの周面から、互いに対向してかつミキサーシャフト２７の回転軸線に対して横方向に延びる。シャフト２７は、（図で見て）その下端部に、ここではブレードの形態をとる複数のミキサー要素４を備えている。

プレート２４は、手動操作可能な圧力解放バルブ３６と、ポンプ７０に取り付けられた液体入口パイプ３７を有する液体噴射ノズル３とを備えている（図６）。

次に図５を参照すると、液体噴射ノズル３が縦断面で示されている。ノズル３は、テーパー状ウエスト４３によって接合された（図で見て）上部および下部本体セクション４１，４２を有する円筒形ハウジング４０を備え、上部セクション４１は下部セクション４２よりも大きい直径を有する。上部本体セクション４１は、液体入口５２を有すると共に、案内チューブ４７内で直線往復運動するように設けられたピストン４５および閉鎖スプリング４６を含む複動空気圧アクチュエータ４４を収容している。案内チューブ４７は、上部本体セクション４１を有する固定シーリングインターフェース５３から下部本体セクション４２内へと延び、これによって液体供給チューブおよびチャンバー５４を画定する。下部本体セクション４２は、案内チューブ４７の下部内にバルブロッド４９を含む。（図で見て）その下端部において、ピストン４５は、バルブロッド４９の（図で見て）上端部に形成されたメクラネジ穴４８内に収容され、バルブロッド４９は、下部本体セクション４２の遠位端部に形成されたノズルオリフィスまで、その最下範囲を超えて、案内チューブ４７を通って下方に延びている。バルブストッパー５の形態の物質の進入を阻止するための手段はバルブロッド４９の遠位端部に配置され、バルブストッパー５は下部本体セクション４２の遠位端部の内面に着座している。特に図３および図５を参照すると、液体噴射ノズル３は、下部本体セクション４２、したがってノズルオリフィス５０がミキサー要素４に向けられるように、プレート２４の開口を通って設けられ、かつ、それに対して傾斜させられていることが分かる。

ここで図１および図２を参照すると、液体添加装置の第１実施形態が示されている。液体入口パイプ３７は、その遠位端部で液体噴射ノズル３の液体入口５２に取り付けられており、そしてその近位端部でロータリージョイント６０を介して液体供給パイプ６１に取り付けられていることが分かる。パイプ３７は、ロータリージョイント６０を介して回転可能に取り付けられている。液体供給パイプ６１は、その近位端において（図示しない）空気圧ポンプおよび（概略的に示す）液体供給タンク６２に取り付けられている。

次に図６ないし図９を参照すると、液体添加装置の第２実施形態が示されている。図６、図８および図９は、クランプジョイント７３によって接合された（図で見て）上側および下側の円筒形ハウジングセクション７１，７２を備える液体供給ポンプ７０の詳細を示している。上部ハウジングセクション７１は、その中にピストン７４が直線往復動作するように設けられるボア７１ａと、（図で見て）上側および下側空気入口７５，７６とを有する。理解されるように、上部ハウジングセクション７１は、それゆえ空気圧アクチュエータを形成する。ピストン７４は、上部ハウジングセクション７１から下部ハウジングセクション７２内に画定された下部ボア７７内に（図で見て）下方に延びている。下部ハウジングセクション７２は、クランプジョイント７８を介して、その最も低い位置で、取り付け／位置決めアセンブリ７９に取り付けられ、これらの部品と共に、両方ともノンリターンバルブ８５を含む液体入口および出口ポート８１，８２を含む液体供給チャンバー８０（この例では公称１リットルの容積を有する）を形成する。ここで図６を参照すると、液体供給ポンプ７０がシステム１００内で所定の位置に示されている。この図は、液体供給タンク６２と液体供給ポンプ７０との接続および相対配置を詳細に示しており、これらは両方とも支持フレーム８３に搭載されており、液体供給導管８４を介して接続されている。

単なる一例として、そして作動方法に見出される本発明の態様を非限定的に説明するために、粉末などの粒状成分が、必要なレシピに従ってＩＢＣ１０１内に充填される。ミキサー要素４および液体ノズル３を有する蓋がＩＢＣ入口に取り付けられる。ＩＢＣはブレンダーに装填され、必要量の液体が液体供給タンク６２内に充填され、これは続いて支持フレーム８３上に装填される。必要な液体供給パイプの接続（タンクとポンプとの間のパイプ、ポンプとＩＢＣとの間のパイプ、蓋とブレンダーとの間の電気／空気圧アンビリカル）が行われ、作業員はブレンダー室を出て、ドアを閉め、インターロックする。作業員は、制御システムのメニューから「混合レシピ」を選択し、これによって次の内容が表示される。
・総ブレンド時間（例えば２０分）
・ブレンド回転速度（例えば１０ｒｐｍ）
・インテンシファイヤー速度（例えば１５００ｒｐｍ）
・乾式ブレンド時間（液体添加の開始前、例えば５分）
・液体噴射時間
・噴射遅延時間
・１回転当たりの噴射時間
・総液体添加時間

ブレンドサイクルは、装填されたＩＢＣをその固定位置まで上昇させることによって始まる。ＩＢＣのブレンド回転が開始され、これに続いてミキサー要素４の回転が開始される。理解されるように、この時点では液体添加はまだ開始されておらず、この乾式ブレンド段階は、液体添加開始前に、乾燥成分の均一性が達成されることを可能にする。液体添加の開始時、ＩＢＣはおよそ１０ｒｐｍの回転速度で動いている。適切な液体噴射遅延時間を選択することによって、オペレーターは、ノズル３が粉末中に沈下させられたときにのみ液体の添加が始まることを確実なものとすることができる。液体添加中にノズルが確実に沈下させられることは、液体と、粉末のような固体微粒子との良好な混合を達成するのに役立つことが判明している。１回転当たりの噴射時間はポンプ７０がポンピングする時間の長さを制御し、その結果、ポンプ７０はそのポンプストロークの一部または全部を達成し、これによって１リットル容量の一部または全部が噴射される。ポンプストロークの間、液体ピストン７４は下方に駆動され、出口ノンリターンバルブ８２，８５を経て液体を送り、入口ノンリターンバルブ８１，８５を閉鎖する。噴射時間の終わりに、ポンプ７０は後退し、入口ノンリターンバルブ８１，８５を経てタンク６２から液体を引き込み、出口ノンリターンバルブ８２，８５を閉鎖する。最初の回転の間、液体がポンプ７０およびパイプシステムを満たすまで空気が送り込まれる。同様に、液体添加の最後に、空気がポンプで送り込まれ、残りの液体が全てパイプシステムから排出される。したがって、総液体添加時間は、液体の全量が添加されることを確実にするために十分なほど長く設定される。液体添加段階の完了後、ブレンド回転は全ブレンド時間の残りの間継続し、これは、液体が粉末体積全体にわたって完全に均質化されることを確実にするのを助けることができるが、これは常に必要なわけではない。ブレンドサイクルの終了時、ＩＢＣ１０１はクランプが外され、作業者がブレンダー室に入り、パイプおよびアンビリカルを外し、そしてＩＢＣをブレンダーから取り出す。

装置は、ノズル内への粉末の進入をさらに阻止しかつ／または低減するために、ポンプの動作と液体ノズルの動作との間に、一つ以上の調時期を含むことができる。一実施形態では、ポンプストロークの開始およびノズル開放の開始の後に０．１秒の遅延があり、したがって開放前にノズル内で圧力が高まることが可能になる。別の実施形態では、ノズルの閉鎖とポンプストロークの終わりとの間に０．１秒の遅延があり、これはノズルがまだ加圧されている間にノズルを閉鎖する。

誤った液体添加パラメーターがＩＢＣ内で過圧を引き起こす場合には、圧力センサーをインテンシファイヤー蓋２４内に取り付けることができ、この圧力センサーを使用してＩＢＣ１０１内の圧力を監視することができる。

図１０および図１１は、動作状態にある、ＩＢＣの蓋に取り付けられた本発明による装置１を概略的に示している。図１０では、ＩＢＣは、それが地面に対して実質的に正立している回転の段階で示されている。ミキサー要素４は回転しているが、液体噴射ノズル３は容器１０１内の物質９０に沈められていない。したがって、液体噴射ノズル３のオリフィス５０は空気圧アクチュエータ４４の力の下でストッパー５によって閉じられている。図１１では、ＩＢＣはそれが実質的に反転させられた回転の段階で示されている。ミキサー要素４は依然として回転しており、その中にミキサー要素４がいま完全に沈下させられている物質９０を混合している。液体噴射ノズル３自体もまた物質９０中に沈下させられているので、液体がポンプ７０によって液体噴射ノズル３に供給され、上部本体セクション４１の空気圧アクチュエータ４４がバルブロッド４９およびバルブストッパー５を上方に引き寄せ、オリフィス５０を開放し、液体が物質９０中に流れ込むことを可能にする。

１ 装置
２ 混合デバイス
３ 液体噴射ノズル
４ ミキサー要素
５ ノズル内への物質の進入を防止するための手段（バルブストッパー）
２４ 円形プレート（インテンシファイヤー蓋）
２５ チューブ
２６ 駆動ラグ
２７ ミキサーシャフト
２８ 駆動カップリング
３０ トップアセンブリ
３１ ベース
３２ ミキサー駆動アセンブリ
３３ 上側フレームサイドバー
３４ クロスピース
３５ モーター
３６ 圧力解放バルブ
３７ 液体入口パイプ
４０ 円筒形ハウジング
４１ 上部本体セクション
４２ 下部本体セクション
４３ テーパー状ウエスト
４４ 複動空気圧アクチュエータ
４５ ピストン
４６ 閉鎖スプリング
４７ 案内チューブ
４８ メクラネジ穴
４９ バルブロッド
５０ ノズルオリフィス
５２ 液体入口
５３ 固定シーリングインターフェース
５４ チャンバー
６０ ロータリージョイント
６１ 液体供給パイプ
６２ 液体供給タンク
７０ 液体供給ポンプ
７１ 円筒形ハウジングセクション（上部ハウジングセクション）
７１ａ ボア
７２ 円筒形ハウジングセクション（下部ハウジングセクション）
７３ クランプジョイント
７４ 液体ピストン
７５ 下側空気入口
７６ 下側空気入口
７７ 下部ボア
７８ クランプジョイント
７９ 取り付け／位置決めアセンブリ
８０ 液体供給チャンバー
８１ 入口ポート（入口ノンリターンバルブ）
８２ 出口ポート（出口ノンリターンバルブ）
８３ 支持フレーム
８４ 液体供給導管
８５ ノンリターンバルブ
９０ 物質
１００ タンブルブレンディングシステム
１０１ 輸送容器
１０２ 入口（入口開口）
１０３ 上面
１０４ 本体部
１０５ 下部セクション
１０６ 出口
１０８ 円錐形バルブ
１０９ 下部スタッキング機構
１１０ 下部スタッキング機構
２００ タンブルブレンダー
４００ 液体添加モジュール

Claims (14)

1. タンブルブレンディングのために構成された容器内で、粒状物質を液体と混合するための装置（１）であって、前記装置は混合デバイス（２）と液体噴射ノズル（３）とを含み、前記混合デバイス（２）は、機械的作用によって粒状物質を混合するよう構成されたミキサー要素（４）を含み、前記ノズル（３）は、混合が行われているときには、前記ミキサー要素の方向に液体を向けるように配置されており、前記ノズル内への物質の進入を阻止するための手段（５）が存在し、前記ノズル内への物質の進入を阻止するための前記手段は、前記ノズルの出口のクロージャーを備え、前記装置は、前記装置を含む容器が、前記ノズル（３）が前記容器内の物質中に沈下させられた位置にあるとき、前記クロージャーの開放を引き起こすための制御手段をさらに含むことを特徴とする装置。
2. タンブルブレンディングに適した容器（１０１）を含む、請求項１に記載の装置。
3. 取り外し可能なクロージャーまたはタンブルブレンディングに適した容器の壁に配置される、請求項２に記載の装置。
4. 前記クロージャーは、アクチュエータによって、開位置と閉位置との間で往復運動させられる、請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記クロージャーは、前記ノズル（３）からの液体の噴出によって開放可能である、請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載の装置。
6. 前記制御手段が、沈下に関連して前記クロージャーの開放を計時するためのタイマーと、開放を制御するために前記容器の姿勢を検出するためのセンサーと、を備える、請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載の装置。
7. 液体の貯蔵および前記ノズル（３）への液体の供給のための液体貯蔵および供給手段をさらに含む、請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記液体貯蔵および供給手段は、貯蔵容器と、固定量の液体の一部または全部の供給を可能にするように構成されたポンプと、を備える、請求項７に記載の装置。
9. 前記液体供給手段は、経過供給時間を測定することによって所望の量の液体を供給するように制御される、請求項８に記載の装置。
10. 前記容器の出口は、円錐形バルブによって塞がれている、請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の装置。
11. 請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のタンブルブレンダーおよび装置を具備するタンブルブレンディングシステム。
12. 請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載の装置を用いて、容器内で粒状物質と液体とを混合する方法であって、前記方法は、内容物を機械的に混合すると共に液体を添加しながら、同時に前記容器を回転させることを含み、前記方法は、混合が行われている間に前記容器のミキサー要素の方向に液体を添加すると共に、ノズルが沈下されている間だけ液体添加デバイスを作動させて液体を添加するステップを含む方法。
13. 液体の添加が始まる前に乾式混合段階を実施するステップを含む、請求項１２に記載の方法。
14. 前記液体を添加するステップは、容器の回転時間を測定し、ノズルの沈下が生じることが保証されるように適切な容器位置への回転時に液体を添加することによって制御される、請求項１２または請求項１３に記載の方法。

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