JPH05505551A - 固体粒子を動かす装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 固体粒子を動かす装置 本発明は、実質的に水平なジャケット付タンクであって、縦軸に沿ってシャフト が通り、該シャフトは、駆動モータに接続され、回転時にバルク材中に含まれる 固体粒子を強制的に動かすことにより混合する作用を有する半径方向に延びるツ ールを担持する、タンクを有し、さらに、該タンクに設けられた装入用開口部及 び排出用開口部と、各々少なくとも１つの通路開口部が設けられ、該装入用開口 部と排出用開口部との間のタンク中に、前記縦軸に対して横断方向に配された少 なくとも２つの間仕切壁とを有する、固体粒子を動かす装置、特に冷却ミキサー として設計された装置に関する。

この種の装置は、ＤＥ−ＡＳ　ＩＩ　１２９６８から公知である。

水平な円筒状タンクと混合用ツールを有し該タンク中に同心状に配されたシャフ トとを備えて成る、回転ツールを用いて固体粒子を混合する装置は、バッチ式ミ キサー及び連続式ミキサーとして以前から知られている。

バッチ式運転においては、ミキサー、ドライヤ、反応器、又は冷却器として用い られる機械は、まず、加工されるべき１種類のバルク材又は２種類以上のバルク 材及び／又は添加剤を装入される。装入工程が−たび完了すると、次にバルク材 が混合、冷却、乾燥、加熱、砕解、又は凝集される加工工程が続く。この工程は 、新しい生成物を生じるか、又は適当な蒸気パイプから次に排気されるガスを放 出する可能性のある反応をも伴うことがある。この処理工程が完了すると、製品 は別の排出作業により前記機械から排出される。

バッチ式ミキサーを用いて固体粒子混合物を調製するのに必要とされる時間を決 定するためには、混合されるバルク材に要する装入時間と、完成混合物の排出時 間と、前記バッチ式ミキサーによりバルク材を回転混合ツールを用いて自身とそ して互いを混合させるのに必要とされる混合時間自体を合計する必要がある。こ の結果、連続式ミキサーと較べて、バッチ式ミキサーの場合は混合時間がより長 くなる。連続運転においては、ミキサーに装入しそしてミキサーから排出するの に必要とされる待ち時間が発生しない。連続運転においては、加工されるべきバ ルク材は連続的にミキサーに供給され、同時に完成混合物が連続的に排出される 。連続運転で熱処理に付されるべき又は冷却されるべきバルク材の場合にもこれ は可能である。連続運転で冷却工程が行われるべき場合には、熱固体粒子材料が 冷却ミキサーに導入される一方、冷却されたバルク材が該冷却用ミキサーの他端 部から同時に引き出される。

しかし、連続運転においては、冷却されるべきバルク材の移動挙動を、例えば、 冷却されたバルク材がより高い温度のバク材又は熱くさえもあるバルク材と混合 することがないように制御するという点で、ある困難に出会う。もし逆混合が生 じると、製品空間中のバルク材の混合温度は常に所望端部温度よりも高いであろ う。しかも、逆混合により、冷却された粒子集団が許容される時間よりも長く製 品空間にとどまることになる。

そのような粒子集団は、延長された機械的処理に付され、混合ツールにより破壊 されることがある。このため、連続運転でバルク材の流れを冷却する時には、処 理済材料と未処理材料間の逆混合をできるだけ低くおさえることが必要となる。

しかし、公知の装置をもってしては、このように冷却工程を制御することが可能 でない場合が多い。なぜならば、厳格にあらかじめ決められた工程パラメータの ため対応する作動モードが取れないことが多く、他方、冷却剤への熱伝達により バルク材の温度を下げるのに必要とされる時間は望みのままに短縮することがで きないからである。

公知のミキサは、通常、特定の装置に特有のかつ特定の工程に適合した、厳格に あらかじめ設定された回転速度で作動する。

映画的類似性を維持するために、回転速度ｎの代わりに無次元（［Ｆｒ（フルー ド数）が導入される。Ｆｒは、ドラム直径とは独立の次元であり、重力加速度に 対する遠心加速度の比を示すものである。該フルード数は次式により表わすこと が可能である二式中、ｍは粒子の質量であり、ｒはドラムの半径であり、ｇはｇ ＝ｒ’ｎ、２・４π２により定義される重力加速度であり、。

は混合ツールの角加速度であり、ｎｅは臨界速度である。

「固体物質の連続混合中のバルク材の運動についての研究」（シュツットガルト 大学の加工工学部）と題された１９８４年の博士論文から公知の連続式固体粒子 ミキサーの場合には、該固体粒子ミキサー中のバルク材の平均滞留時間は、製品 空間にたくわえられるバルク林檎とバルク林檎の流れにより制御することができ る。固体粒子ミキサーの製品空間は、ミキサ一端部の境界表面から、円筒状のド ラム内に排出管のまっすぐ前に設けられたせきまで広がっている。該せきと製品 装入管との間にたくわえられるバルク林檎は、例えば、軸方向の分散係数りがフ ルード数Ｆｒの関数として描かれたこの論文の第１０８頁の図に示されているよ うに、回転速度Ｆｒ≧４で激しい逆混合に付される。しかし、前述したように、 これはバルク材の流れが連続的に冷却されるべき場合には不利である。

図面の第２図から分るように、ＤＥ−ＡＳ　１１１２９６ｇから公知のミキサー は、ジャケットを備えて成るが、該ジャケットについては明細書中に詳細な説明 がない。しかし、もし効果的な熱処理が確実に行われるべきであるとすれば、単 にタンクジャケットを設けるだけでは充分ではない。即ち、後者は、その場合必 然的に、タンク中を流れる製品の効果的な冷却又は加熱が可能となるように設計 されねばならない。さらに、製品の制御されない流れが、間仕切壁の底部の開口 部を通過可能となっている。

さて、本発明の目的は、冒頭に記述したタイプの固体粒子ミキサーを、該固体粒 子ミキサーの全長に亘ってバルク材の流れの熱処理が効率的に制御可能となるよ うに改善することである。

この目的は、本発明によれば、前記タンクが、はとんど装置の全長に亘って延び る中央の充填ライン及び排出ラインを設けたジャケットを備えて成るという事実 により達成される。

かくして、本発明の固体粒子ミキサーは、十字流モードで冷却又は加熱可能であ るという実質的な利点を提供する。水平型の公知の加熱又は冷却ミキサーは、並 流又は向流モードにおいてのみ作動可能である。なぜならば、ジャケットの公知 の構造上の設計は、単に製品の流れの縦方向の流体流のみを可能とするからであ る。もし、本発明に従って、中央の供給及び排出ラインが、ジャケットへの接続 部を有して、固体粒子ミキサーの縦方向に延びていれば、製品を冷却又は加熱す る流体を製品の流れを横断する方向でジャケットの周囲に導くことが可能である 。温度の観点からは、これにより、一定の流体入口温度について、製品入口と製 品出口との間で最大の温度差を達成可能であるという利点が得られる。

本発明の固体粒子ミキサーは、製品空間、即ち、装入端部の端面と製品排出管の 前の間仕切壁との間に軸方向に広がる空間を、製品の流れが他の加工ゾーンとは ほとんど独立に加工され得る少なくとも２つの加工ゾーンに細分するという利点 をさらに提供する。

堆積混合（ｐｉｌｅ　ｍｉｘｉｎｇ）として知られる方法の場合には、固体粒子 は主ベッドから離れない。通路開口部が製品の高さより上に位置すれば、バルク 材は全部それぞれの加工ゾーンに留まる。例えば、本発明の固体粒子ミキサーの 場合に、バルク材が連続的に冷却されるべき場合には、固体粒子は、もし堆積冷 却（ｐｉｌｅ　ｃｏｏｌｉｎｇ）が採用されれば、一つの加工ゾーンから他の加 工ゾーンへ移ることができず、したがって、加工ゾーン内での逆混合も生じ得な い。軸方向の分散は、各加工ゾーン内においてのみ行われ得る。

個別的な要請に応じて、製品空間を間仕切壁により互いに分けられる幾つかの加 工ゾーンに細分することができる。さて、回転速度を、流動床がツールにより機 械的に製品空間に生じるような程度まで増大させると、粒子の群れは通路開口部 を通過し各隣接する加工ゾーンに入ることが可能になる。このようにして、装入 用開口部の真下に位置する加工ゾーンを空にし、続いて新しいバッチで満たすこ とができる。新しい製品は、前のバッチのバルク材が隣りの加工ゾーンでまだ処 理中である時に既に、装入用開口部の下に位置する加工ゾーンに導入することが できる。

製品空間の特定の形状により、本発明の固体粒子ミキサーは、準連続モードでも 有利に運転することが可能になる。なお、準連続モードは、一種類の又は二種類 以上のバルク材がパンチで製品空間に流入するが、連続の製品の流れとしてそこ を出る運転モードを意味する。逆に、この用語は、本発明の固体粒子ミキサーが 連続的に装入されるが、加工されたバルク材は該固体粒子ミキサーからバッチで 排出される場合も表わす。

本発明の固体粒子ミキサーが、Ｆｒ＞１の範囲においてバッチ式ミキサー又はバ ッチ式冷却器として運転される場合には、シャフトに沿う粒子交換、即ち、横方 向混合は、間仕切壁により画成される加工ゾーン内においてのみ発生し得ること が常に保証される。これによって、異なる加工段階の製品をバッチ式運転におい て効果的に分離することも可能となる。

本ＸＡ明の固体粒子ミキサーの運転は、水平なドラム中のバッチ式又は連続式又 は準連続式ミキサー用の多重チャンバ運転モードのみではなく、バルク材を加工 する機能と排出端部に向けて軸方向に移動させる機能とを大きく分離する運転モ ードでもある。処理は堆積状態（ｐｉｌｅ）において行われ、移動は機械的に発 生させられる流動状態、又はトロイド（ｔｏｒｏｉｄ）状態において行われる。

したがって、これらの２つの運転モードを−にして同一の機械中で結合すること は、本発明の必須のアイデアの一つである。

回転ツールが、バルク材を装入用開口部から離れて排出用開口部の方へ向かうよ うに移動させる。回転速度は、製品空間内にバルク材の機械的流動床又は製品ト ロイドを発生させるが、排出端部方向への送り成分を増大させる。その結果、バ ルク材は速やかに当該加工ゾーンから排出され、排出端部に向けて移動させられ る。もし、製品の流れが冷却されるべき場合には、これは各加工ゾーンにおける 堆積状態（ｐｉｌｅ）での効果的混合により行うことができ、軸方向かつ隣りの 加工ゾーン中への、排出端部の方向への移動は、次に、バルク材の流動化、即ち 、機械的流動床又は製品トロイドを製品空間に短時間発生させることにより行わ れる。

本発明のジャケット付タンクにより、固体粒子ミキサーを冷却ミキサーとして運 転すること、又は固体粒子ミキサーとして用いること、又は、より高温の処理剤 を利用して、バルク材の熱処理用の固体粒子ミキサーとして用いることが可能に なる。

この場合、冷却された及び／又は加熱された水、蒸気、熱媒油がタンクジャケッ トを貫流してよく、極低温流体も使用してよい。

本発明の好ましい態様により、前記タンクに、タンクの周囲を１８０’を越える が３６０’には達しない範囲で延びるタンク壁土又はタンク壁中の加熱及び／又 は放熱素子が設けられた場合には、製品空間全体にだくわえられた全部のバルク 林檎が、積極的に冷却又は加熱されるタンクの内壁区域と常に接触せしめられる ことが常に保証される。

本発明の他の態様によれば、そのような素子が設けられていない円周方向区画が タンクの上側領域に設けられている。

これにより、前記素子が高い熱伝達係数が達成されるタンク領域に配設されると いう利点が得られる。フェアファレンシュテクニノク７６、第１２号の「すき先 ミキサー（ｐｌｏｗｓｈａｒｅ　ｍ１ｘｅｒ）における局部熱伝達係数」と題さ れた出版物から導き出し得るように、低いタンク領域で測定された熱伝達係数は 高いタンク領域での熱伝達係数とは４倍異なっていた。

本発明の別の態様によれば、前記ジャケット又は素子は、タンクの縦方向に細分 されて、互いに独立に熱を導入したり又は放散させたりすることが可能な区画に 分けられる。

これにより、製品空間におけるバルク材をタンクの縦方向の異なる区画において より大きく又はより少な（加熱又は冷却することができるという利点が得られる 。このように設計された固体粒子ミキサーは、より大きい多用性を提供し、所与 の組の工程ステップに対してより効果的に適合させることができる。

前記ジャケットが、タンクの外側に溶接され中央の供給ライン及び排出ラインが 設けられた半円形のパイプコイルから成る場合は、液体キャリヤ剤の流れの方向 はあらかじめ決まっている。ジャケット内の流れ抵抗は限定されている。もし該 半円形のパイプコイルが略半円形の配列でタンクジャケットに溶接された個別の 半円形のパイプから成る場合には、これによりタンクの剛性が増大し、タンクの 肉厚を減少させることができる。

もしタンクの上側領域に、タンクのほとんど全長に亘って延びる開き蓋が設けら れると、本発明の固体粒子ミキサーは、所望ならば、容ａにかつ迅速に掃除する ことができる。さらに、この場合には、ツールのいかなる交換又はカッタヘッド 装置へのいかなる作業も容易になる。開き蓋自体は半円形のパイプコイルによっ て覆われない。これにより、開き蓋を容易に低コストで製造することが可能にな る。また、この事実により、開き蓋の重量が低減され、手動で容易に操作し得る ようになる。

本発明の別の態様によれば、前記間仕切壁は冷却又は加熱されるように配される 。

これにより、製品空間に追加の冷却及び／又は加熱面が設けられるという利点が 得られる。バルク材は、自身の運動により、また回転ツールにより、押圧されて 間仕切り壁の冷却された及び／又は加熱された面と接触する。したがって、これ らの点で特に効果的な熱伝達が得られる。もしさらにシャフト及びツールが冷却 又は加熱されれば、冷却又は加熱工程を一層支援し改善することになるであろう 。

本発明の好ましい態様によれば、駆動モータは、極数切換電動機、又は無限に可 変な速度を有するモータである。

これにより、バルク材の加工をそれぞれの加工ゾーンにおいて、堆積状態（ｐｉ ｌｅ）で行うことができるという利点が得られる。回転ツールはバルク材中にほ んの少しのエネルギーしか導入しないので、該材料は冷却工程においては取るに 足らない程度だけ加熱されるのみである。なお、加工されるべきバルク材の混合 は非常にゆっくりと行われる。バルク材が一つの加工ゾーンから次の加工ゾーン へ移動させられるべき場合には、遠心装置の速度が短時間増大させられる。流動 化状態において、バルク材は間仕切壁を乗り越えて、通路開口部を通り抜けるこ とができる。ツールは、流動化状態における排出端部方向へのバルク材の移動を 支援するように設計され、シャフトに対して傾きを与えられている。

本発明の別の態様は、多重チャンバ運転において固体粒子を動かす装置を操作す る方法を提案するが、その特別な利点は、該装置が準連続式のそれであるという 事実に見られる。製品空間は、バルク材の製品空間への段階的導入がバルク材の 連続的排出に影響しないことが確実になるほど充分に大きいバルク林檎をたくわ える。加工ゾーンは間仕切壁により互いに分離され、第１の加工ゾーンが本発明 の固体粒子ミキサーの装入用開口部のすぐ下に配されて、バッチにより装入可能 であり、一方、加工された材料は、製品空間の最後の加工ゾーンから製品排出管 を経て連続的に排出される。

製品が堆積状態（ｐｉｌｅ）で処理され、機械的に発生させられた流動床又は製 品トロイドの状態で排出端部に向けて移動させられる場合は、製品空間内におけ るバルク材の逆混合及びその製品排出管への移動を最適に制御できる。

したがって、本発明による固体粒子ミキサーは、特にバルク材を冷却する目的の 装置に課される要求の全範囲を満たすものとなる。それは、バッチにより、又は 連続的に、又は準連続的に運転してよい、固体粒子ミキサーに沿って配された幾 つかのタンク区画は、異なる温度の処理剤により、互いに独立に作動可能である 。固体粒子ミキサーの特別の運転モード、即ち、堆積状態（ｐｉｌｅ）での冷却 、流動化状態でのバルク材の移動により、寓い除熱速度を達成することが可能で ある。冷却工程は、冷却されたシャフト、冷却されたツール、及び冷却された間 仕切壁により支援される。通路開口部は、バルク材の短絡流が防止され、軸方向 分散が大体各加工ゾーンに限定されるように、製品空間に配設される。

他の利点は、以下の説明及び添付の図面より引き出すことができる。上記におい て説明された特徴、及び下記において説明されるであろう特徴は、個別に又はい かなる組み合わせにおいても用いることができる。説明された実施態様は、単に 例示のために述べられたのであり、可能な態様の包括的なリストと解されるべき ではない。

さて、本発明を、図面に基づいて幾つかの実施例により説明する。

第１図は、２重ジャケットを成す半円形パイプコイルと、はとんどミキサーの全 長に亘って延びる開き蓋とを備えた本発明の固体粒子ミキサーを示す。

第２図は、該開き蓋が開位置にあり、カッタヘッド装置が所定の位置にある本発 明の固体粒子ミキサーの側面図を示す。

第３図は、図式的に示されたミキサー素子を有する、本発明の固体粒子ミキサー の製品空間の一実施例を示す。

第４ａ図は、第１図のＩＶａ−ＩＶａの線に沿う断面を示す。

第４ｂ図は、第１図のＩＶｂ−ＩＶｂの線に沿う断面を示す。

第４ｃ図は、第１図のＩＶｃ−ＩＶｃの線に沿う断面を示す。

第５図は、異なる回転速度における、本発明の固体粒子ミキサーの製品空間にお ける製品の運動を説明する図示を示す。

第６ａ図は、従来の仕方で配された製品装入及び排出管を有するパッチ式ミキサ ーを示す。

第６ｂ図は、前記管が、異なる加工ゾーンを創出し得るように配されたパンチ式 ミキサーを示す。

第７図は、従来の連続式の固体粒子ミキサーを示す。

第８ａ図は、本発明の準連続式の固体粒子ミキサーを示す。

第８ｂ図は、準連続式固体粒子ミキサーの別の実施例を示す。

図面の異なる各図は、一部非常に図式的に本発明の対象を描くものであって、縮 尺に合った正しいものではない。各異なる図の細部は、その構造がより明瞭に見 えるように一部大きく拡大しである。

第１図は、バッチ式運転において、さもなければ連続式又は準連続式運転におい てバルク材を混合し、冷却し及び／又は熱処理し得る固体粒子ミキサー１０を描 くものである。該固体粒子ミキサー１０は、タンク１１と、水平な円筒状ドラム と、該タンク１１の端部に設けられた端板１２，１３を備えて成る。

該端板１２，１３はタンク１１の端部に溶接してもよく、ねじ止めにしてもよい 。該端板１２，１３には、タンク１１の縦軸に同心状に配された円形の貫通開口 部が設けられている。シャフト１４は、端板１２．１３中の該貫通開口部を貫通 して延びており、端板１２．１３に接続された軸受１５，１６に回転可能に嵌装 されている。該シャフト１４の自由端、即ちシャフト端部１７は、軸受１６から 突出し、適当な伝動装置を介してモータに接続可能である。該モータ及び伝動装 置を含んでなるユニットは、シャフト１４の駆動ユニットとなる。タンクの内側 では、該シャフト１４は、該シャフトと共に回転させ得る混合素子を担持する。

前記固体粒子ミキサー１０は、支持材２１．２２を介して基礎及び／又は枠構造 に取り付けることができる。第１図において、後側に傾いた状態で、タンク１０ の装入用開口部２３が見えるが、該開口部はフランジを備えた装入管２４として 設計されている。加工されるべきバルク材は、矢印２５の方向で該装入管２４か らタンク１１内に導入することができる。該装入管２４上に設けられたフランジ により、装入用開口部２３は管及び装入装置に接続可能となる。タンク１１の下 側領域には、適当なフランジを備えた排出管２７として構成された排出用開口部 ２６が見える。固体粒子ミキサー１０内で加工されたバルク材は、矢印２６の方 向で、該排出管２７から排出することができる。

タンク１１のもう一つの開口部が、ガス抜き管３１により構成され、それにより 、タンク内の圧力を補正したり、蒸気又はガスを抜いたりすることができるよう になっている。タンク底部に配設された別の管３２は、大体前記装入管２４の領 域にあるが、盲フランジ３３により閉塞されている。この管３２はタンク内のバ ルク材を排出可能とし、又は、矢印２５の方向からタンク内に入るバルク材の流 れを、バルク材がタンク１１に入った直後に該管３２からタンク１１を出るよう に制御できるようにする。このことは、例えば、固体粒子ミキサー１０がより大 きなプラント装置の一部であり、固体粒子ミキサー１０によって可能とされる加 工作業が、特別な場合に必要とされない時、又は固体粒子ミキサー１０にトラブ ルが発生した場合には望ましいかもしれない。前記排出管２７及び管３２の間に は、固体粒子ミキサー１０にさらに別のパイプを配設して、個別の加工ゾーンを 直接空にできるようにしてもよい。

第１図の構成においては、開き蓋１５が固体粒子ミキサー１０の上面に沿って配 設されている。該開き蓋３５は、手動操快されてもよく、及び／又は適当な手段 により自動的に開閉してもよい。該開き蓋３５には、タンク１１内のバルク材の 流れが目視により検査できるようにする覗きガラス３６，３７．３８がその一部 として設けられている。

タンク外壁には半円形のパイプコイル４０が溶接されており、該パイプコイル４ ０は充填ライン４１，４２．４３に接続されて、該充填ライン４１，４２．４３ が該半円形のノくイブコイル４０に中心から冷却／加熱剤を供給できるようにな っている。

適当なエネルギー供給装置への接続は、フランジ接続部４１′。

４２’、４３’　により行われる。前記充填ライン４１，４２゜４３は互いに分 離されており、各充填ライン４１，４２．４３に接続された半円形のバイブコイ ル４０は、異なる温度の冷却／加熱剤により別々に運転可能である。固体粒子ミ キサー１０の図面に見えない後側では、該半円形のパイプコイル４０が、充填ラ イン４１，４２．４３の設計と同様の設計の排出ラインに開口して終端している 。＊半円形のパイプコイル４０は、１８０６を越えて、しかし、３６０”に達し ない範囲で、タンク１１の周囲の円周方向に延長している。

半円形のパイプコイルという用語は、タンクジャケット上に円弧状に配されるが 、流れる処理剤を連続する螺旋経路に沿っては導かない半パイプ（ｈａｌｆ−ｐ ｉｐｅｓ）を表わす意味も持つ。

固体粒子ミキサー１０の後側では、前記半円形のパイプコイル４０は前側におい てよりもさらに高（まで延びている。タンク１１上の半円形のパイプコイル４０ のこの構造上の特徴により、回転方向で持ち上げられた製品でさえも、タンク１ １の冷却された面と充分に接触できるようになる。

タンク１１の外壁には、前記開き蓋３５上にも延びている支持リング４５．４６ が装備されている。該支持リング４５．４６はタンク１１を補則し、その結果、 タンク１１の全長に亘って非常に小さな公差の一定の円形ドラム形状が得られる 。円弧状に配される半円形のパイプコイル４０は、タンク１１固有の剛性をさら に向上させる。

固体粒子ミキサー１０の後側には、温度センナ４８，４９゜５０が設けられ、タ ンク壁を貫通して製品空間内に入っている。

これらの温度センナ４８，４９．５０を用いることにより、各タンク区画におけ る製品温度を測定することが可能になる。必要ならば、固体粒子ミキサー１０は 、さらに、高速回転カッタヘッド装置５１．５２を装備することも可能であり、 この装置により、シャフト１４上のツールにより達成される混合効果に加えて、 生じるかもしれないいかなる凝集塊をも砕解してもよく、又は加工中の製品の粒 径分布に影響を与えてもよい。

第２図は、固体粒子ミキサー１０の側面図を示す。前記端板１２は、図中破線で 示される水平なドラムを隠蔽している。シャフト端部１７は該シャフトが回転可 能に支持された軸受１６から突出している。前記開き蓋３５は開位置にあり、前 記装入管２４が見えているが、前記ガス抜き管３１も同様に見えている。前記半 円形のパイプコイル４０及び前記充填ライン４１のみならず、排出ライン５４が 外側タンク壁土に示されている。

管４１’、５４’は、それぞれ図示しないエネルギー供給装置及び排出装置へ該 半円形のパイプコイル４０を接続する役目を持つ。前記充填及び排出ライン４１ ．５４は、両方とも固体粒子ミキサー１０の縦方向の一方の側部に配してもよい 。この場合、前記充填及び排出ライン４１．５４を貫流する流体は、製品の流れ に対して２回交差し、最初タンク１１の周囲を縦軸に対して横方向に流れ、次に もう一度タンク１１の縦軸に対して横方向に流れて戻ってくる。下側のタンク領 域においては、自身の駆動装置を備えたカンタヘッド装置５１が横方向に配設さ れてタンク壁を斜め上方に貫通している。

第２図には、通路開口部４７を有する間仕切壁５６も示されている。前記装入管 ２４からタンク空間に入るバルク製品は、該通路開口部５７を通ってのみ前記シ ャフトに沿って移動させ得る。製品を冷却又は加熱するために使用される流体は 、前記バイブ端部４１′及び装入ライン４１から固体粒子ミキサー１０にその全 長に亘って供給され、製品の流れに対して横方向に前記半円形のパイプコイル４ ０を通過した後で、排出ライン５４及びバイブ５４′から排出される。

第３図は、固体粒子ミキサー６０を通る非常に図式的な縦断面図を示す。円筒状 の水平なドラム６１は、端板６５．６６に固定された軸受に回転可能に嵌装され たシャフト６２を収納している。バルク製品は、矢印６８で示される方向から、 装入管６７を通って製品空間に入ることができる。加工された製品は、排出管６ ９から矢印７０で示された方向に製品空間を出ることができる。前記シャフトに それと共に回転するように固定された全てのツールは、図中全力７１及び手刀７ ２として図式的に示されている。製品空間は、この図においては、第１の加工ゾ ーン７３、第２の加工ゾーン７４、及び第３の加工ゾーン７５に細分されている 。第１の加工ゾーン７３は、軸方向を前記端板６６及び間仕切壁７６によって限 定されている。該間仕切壁７６には、通路開口部７７が設けられ、矢印６８の方 向から前記空間に入るバルク材は、該開口部を通って、第１の加工ゾーン７３か ら第２の加工ゾーン７４に送られ得る。製品空間における製品の送りは、一方で 、製品の流れ自体により、他方で前記全力７１及び手刀７２により生じる排出管 ６９の方に向かって軸方向に作用する運動成分により、行われる。前記第２の加 工ゾーン７４は、装入管６７方向は前記間仕切ｇ１７６により、排出管６９方向 は間仕切壁７８により限定されている。該間仕切壁７８には通路開口部７９が設 けられ、第２の加工ゾーン７４を第３の加工ゾーン７５に接続している。該第３ の加工ゾーン７５は、前記間仕切壁７８及び間仕切Ｉｆ！８０により限定される 。該間仕切ｇ１８０中の通路開口部８１は、該第３の加工ゾーン７５と前記排出 管６９が配された空間とを連結する。必要な場合は、排出管６９が備えられた空 間は、該排出管６９に設けられたクロージャ部材の適当な作動による追加の加工 ゾーンに改装してもよい。全力７１及び手刀７２と共に遠心装置を構成するシャ フト６２が矢印８２の方向に回転すると、バルク材の固体粒子は全力７１及び手 刀７２により均質に混合され、同時に、全力７１及び手刀７２のシャフト６２に 対する傾きにより、第１の加工ゾーン７３から第２の加工ゾーン７４へ、そして また第３の加工ゾーン７５へと移動させられる。間仕切！！７６゜７８．８０は 、さらに、固体粒子ミキサー６０が連続又は準連続モードで運転される時に、い かなる短絡をも防止する効果を有する。なお、ここで用いられる短絡という用語 は、装入管６７から製品空間に入る固体粒子が、その後すぐに、第１、第２、第 ３の加工ゾーン７３．７４．７５にそれぞれの平均滞留時間の間滞留しないうち に、排出管６９から製品空間を出ることを意味する。間仕切１！７６．７８．８ ０は異なる大きさの通路開口部７７．７９．８１を有してよい。該通路開口部７ ７．７９゜８１の大きさ及び位置は、特定の製品により決まり、嵩密度、加工素 材密度（ｓｔｏｃｋ　ｄｅｎｓｉｔｙ）　、粒径範囲、降伏関数等の特定の製品 の特性に適合させられねばならない。その位置に関しては、通路開口部７７．７ ９．８１は上側又は下側ドラム領域に配設してもよい。はとんどの場合、通路開 口部７７．７９゜８１は、製品が装入管６７から排出管６９に直接流れることを 防止するようにずらして配される。

第４ａ図は、第１図のタンク１１をＩ　Ｖ　ａ　−Ｉ　Ｖ　ａの線に沿って通る 断面を示す。前記開き蓋は、この図では省略されている。ツール８６は、中空の シャフトにそれとともに回転するように装着されている。該ツール８６は、すき 先（ｐｌｏｗｓｈａｒｅ）型混合ツールとして設計されている。それらには、先 端の尖った端部８７及びそこから延び作用面として機能する横方向の側壁８８が 設けられ、該側壁８８の少なくとも１つは、混合ツールの回転の向きに対して傾 斜して、混合ツールの縦軸を含む半径方向平面に対して鈍角を成している。混合 ツールの側壁８８が傾斜している該鈍角は、平らな面が製品中に通された時に形 成される製品の破断の内側の線に略対応する。ツール８６並びに中空のシャフト ８５には、冷却又は加熱剤が通される。第１の加工ゾーン９０は、その排出端部 側を間仕切壁９１により限定されている。該間仕切壁９１には、第１の加工ゾー ン９０を該間仕切１！９１の背後に位置する第２の加工ゾーン９３と連結する通 路開口部９２が設けられている。冷却及び／又は加熱剤は、半円形のパイプコイ ル９４を貫流する。該冷却及び／又は加熱剤は、管９５からジャケットに入り、 管９６からジャケットを出る。

充填ライン９７は、該冷却及び／又は加熱剤を均一に個々の半円形状のパイプコ イル９４に分布させる。個々の半円形のパイプコイル９４を通過した後で、該冷 却又は加熱剤は排出管９８に集められ、中央の管９６から排出される。

第４ｂ図は、第１図のＩＶｂ−ＩＶｂの線に沿う断面を示す。

間仕切壁９９は前記第２の加工ゾーン９３を第３の加工ゾーン１００から分離す る。回転ツール８６は、製品を第２の加工ゾーン９３から通路開口部１０１を通 って第３の加工ゾーン１００へ移動させる。半円形のパイプコイル１０２は、管 １０３及び充填ライン１０４から冷却又は加熱剤を供給される力へ第４ａ図に示 された半円形のパイプコイル９４を循環する冷却又は加熱剤とは異なる温度の冷 却又は加熱剤で運転することができる。冷却又は加熱剤は、中央の排出ライン１ ０５及び管１０６からジャケットを出る。開き蓋は、第４ｂ図の断面図において は省略されている。

第４ｃ図は、第１図のＩＶｃ−ＩＶｃの線に沿う断面を示す。

間仕切壁１０８は排出端部側で第３の加工ゾーン１００を画成する。加工製品は 該間仕切壁１０８中の通路開口部１０９を流れて排出管が設けられた空間に入る 。第３の加工ゾーン１００中を回転するツール８６は製品を間仕切壁１８０の方 へ移動させ、持ち上げて通路開口部１０９を通過させる。また、第３の加工ゾー ン１００のドラム区画のジャケットを構成する半円形のパイプコイル１１１は、 前記第１の加工ゾーン９０及び／又は第２の加工ゾーン９３で用いられた温度と は異なる温度の冷却又は加熱剤を用いて運転することができる。

間仕切壁９１．９９，１０８も冷却又は加熱することができる。製品は、製品入 口から製品出口まで移動させられるが、各間仕切壁９１，９９，１０８の前に蓄 積する。それらは、製品の軸方向の送りの向きとは反対の力を生じる。

第５ａ、５ｂ及び５０図は、本発明の装置中における製品の動きの非常に図式的 な図示である。製品空間における製品の運動挙動は、重力速度（（ｒｓｖ目ｕｉ ｏｎａｌ　ｖｅｌｏｃｉ１７）に対する遠心速度（ｅｅｎ＋ｒｉｆｕｇｉｌ　ｖ ｅｌｏｃｉ１７）の比の程度であるフルード数に応じて変化する。初めに、遠心 装置がゆっくり回転する時に、製品は回転方向に持ち上げられる。この状態は第 ５ａ図に示されている。ツール１１２は矢印１１３で示される向きに回転し、個 々の固体粒子を堆積状態で動かす。この作用の結果として、製品の自由表面は、 加工される材料の安息角に略対応する角度をなす。堆積状態での混合の間、ツー ルによって製品中に導入されるエネルギーはほんのわずかである。固体粒子は、 加熱又は冷却された壁に向かう方向で激しく混合される。

さて、第５ｂ図を参照すると、ツール１１２が矢印１１３の方向により高いフル ード数で回転し始めるにつれて、堆積状態から自由な混合空間に投げ出される固 体粒子の量が増えてくる。

材料の堆積物は、ますます流動化してくる。この工程は、機械的に発生させられ た流動化状態における固体粒子混合と呼ばれる。回転速度が増大するにつれてよ り大きな摩擦エネルギーが生じるようになり、この激しい運動の結果として製品 が加熱される。本発明による装置によって冷却が行われるべき場合には、高速で 回転するツール１１２の結果として生じる製品温度の上昇は、冷却されたツール 及び冷却された間仕切壁を用いることにより直接対処することが可能である。

第５ｃ図においては、遠心装置は製品空間において多少とも閉じた製品トロイド （＋ｏｒｏｉｄ）を生じる回転速度で運転されている。製品トロイドの稠度（ｅ ｏｎｓｉＮｅｎｃ７）は圧縮堆積物（ｃｏ■ｐａｃｅｉｎｇ　ｐｉｌｅ）のそれ に対応する。摩擦力は大きく、処理される製品は強く加熱される。

本発明の装置の場合は、第５ｂ及び５０図に示される製品の運動状態は、短時間 だけかつ間隔をおいてのみ発生させられる。

増大した回転速度は、冷却された製品を通路開口部を通り次の加工ゾーンに移動 させるのに役立つ。製品の増大した軸方向の送り量は数秒間以内で達成され、そ の後に続くより長い時間間隔中は、冷却ミキサーは第５ａ図に示される状態に導 く回転速度で運転することができる。

本装置には、第５ｂ及び５０図に示される製品状態をある時間間隔で発生させる ことを可能にするために、極数切換（ｃｈａｎｇｅ−ｐｏｌｅ）及び／又は無限 可変駆動装置が装備される。冷却自体は、製品を堆積状態で（ｉｎ　ｔｈｅ　ｐ ｉｌｅ）動かすことにより行われる。

第６ａ図は、バッチ式設計の固体粒子ミキサー１２０を描いたものである。円筒 状のドラム１２１は、水平の配置で設けられることが好ましいが、混合ツールを 担持し、軸受１２３，１２４に回転可能に支持されるシャフト１２１を収納する 。該ドラム１２１には、装入管１２５及び排出管１２６が設けられる。

矢印１２７，１２８は製品のバッチを表わす。これらは、１つずつドラム１２１ の製品空間内に導入される。ひとたび全ての製品のバッチが固体粒子ミキサー１ ２０の製品空間内に入ってしまうと、固体粒子堆積物の処理を始めることができ る。固体粒子は、製品空間全体に亘って横方向かつ半径方向にも混合されるが、 第６ａ図に示されたバッチ式ミキサーの場合は、製品空間において別々の製品分 量に分けること及びそれらを異なる処理に付すことが不可能である。

第６ｂ図は、バッチ式設計の固体粒子ミキサー１３５の別の実施例を示す。ドラ ム１３６は混合素子を担持するシャフト１３７を収納し嵌装せしめている。該ド ラム１３６には、その一方の端面に装入管１３８が、その他方の端面に排出管１ ３９が設けられている。加工される製品は、矢印１４０，１４１で示される方向 からバッチで装入管１３８を介して固体粒子ミキサー１３５内に導入され、所定 の加工時間の終りに、矢印１４２゜１４３で示される方向へ排出管１３９から構 成される装入管１３８は、排出管１３９から可能なかぎり大きい距離が得られる ような仕方でドラム１３６に取り付けられている。ドラム１３６の内部には、間 仕切壁によって分離される加工ゾーンを造ってもよい。第６ｂ図においては、製 品空間を第１の加工ゾーン１４５と第２の加工ゾーン１４６に細分する間仕切壁 が破線１４４で示しである。加工される製品は、バッチにより第１の加工ゾーン １４５に導入することができ、処理された製品は、第２の加工ゾーンから矢印１ ４２，１４３の方向に時間的に独立にバッチにより排出することができる。製品 が製品空間内において堆積状態で処理されている限り、個々の加工ゾーン１４５ ．１４６の製品塊は、互いに分離されている。排出管１３９からの製品の排出と は独立に、製品は装入管１３８を介して第１の加工ゾーン１４５の製品空間に流 入してもよい。製品空間内の製品の第１の加工ゾーン１４５から第２の加工ゾー ン１４６への移動は、流動化状態、即ち、機械的に発生させられた流動床及び／ 又は製品トロイドの状態で行われる。この状態は、混合ツールを高いフルード数 で回転させることにより、そして、シャフト１３７上の混合ツールをそれらが製 品排出端部への送り効果を発生させるように配設することにより達成される。

一般に知られているように、パンチ式ミキサーの管は所望のままに配設してもよ い。製品の排出は、シャフトに対する混合ツールの傾きの関数である。バッチ式 ミキサーは、通常長さ／直径比１：２を有する。

第７図は、連続式ミキサーとして運転される固体粒子ミキサー１５０を示す。ド ラム１５１はシャフト１５２を収納する。

シャフト１５２は混合素子を担持する。製品は、装入管１４３から固体粒子ミキ サー１５０の製品空間内に導入され、処理後排出管１５４から排出される。バル ク製品は、連続的な製品の流れを表わす矢印１５５によって示される方向から固 体粒子ミキサー１５０に入る。間仕切壁を設けて、固体粒子ミキサー１５０の製 品空間を互いに分離された異なる加工ゾーンに細分してもよい。各加工ゾーンに おいては、バルク材は半径方向及び軸方向の両方向に混合される。

第８ａ図は、準連続式の固体粒子ミキサー１６０の一例を示すが、そのドラム１ ６１は、シャフト１６２を収納し、装入管１６３及び排出管１６４が設けられて いる。バルク材は、矢印１６５．１６６で示される方向からバッチでドラム１６ １の製品空間内に導入され、処理後矢印１６７の方向に連続的に排出される。こ の準連続式運転は、第８ａ図によれば、製品がバッチにより導入され、連続的に 排出されるという事実により得られる。

第８ｂ図は、準連続式の固体粒子ミキサー１７０の別の例を示す。装入管１７３ からミキサーに入るバルク材は、回転混合ツールによりドラム１７１内で加工さ れる。処理後、製品は排出管１７４から排出される。第８ｂ図においては、固体 粒子ミキサー１７０は、矢印１７５の方向から連続的に装入され、矢印１７６． １７７の方向にバッチにより排出される。固体粒子ミキサー１７０の製品空間は 、異なる加工ゾーンに細分してもよい。適当なし方で遠心装置を運転することに より、ミキサー１７０の製品空間内の製品の流れは、装入管１７３の下方に位置 する第１の加工ゾーンに存在するいかなる製品も可能な限り速やかに第２の加工 ゾーン内に移送されるように制御することができる。次の加工ゾーンも同様にし て製品で満たされる。第１の加工ゾーンが続（加工ゾーンよりも速く排出される とすれば、何の困難もなく矢印１７５の方向の連続的な製品の流れを受け入れる 立場にあり、製品の堆積及び第１の加工ゾーンの過充填を防止することができる 。

連続式及び準連続式の固体粒子ミキサーの長さ／直径比は、通常２よりも大きく 、装入管の排出管に対する位置は、これら両要素の間に可能な限り最大の距離が 得られるように選択される。

補正書の写しく翻訳文）提出書（特許法第１８４条の８）平成４年４月２４日

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. １．実質的に水平なジャケット付タンク（１１）であって、縦軸に沿ってシャフ ト（１４；６２）が通り、該シャフトは、駆動モータに接続され、回転時にバル ク材中に含まれる固体粒子を強制的に動かすことにより混合する作用を有する半 径方向に延びるツール（８６）を担持するタンクを有し、さらに、該タンク（１ １）に設けられた装入用及び排出用開口部（２３，２６）と、各々少なくとも１ つの通路開口部（７７，７９，８１；９２；１０１；１０９）が設けられ、該装 入用開口部（３２）と排出用開口部（２６）との間のタンク（１１）中に、前記 縦軸に対して横断方向に配された少なくとも２つの間仕切壁（７６，７８，８０ ；９１；９９；１０８）とを有する、固体粒子を動かす装置、特に冷却ミキサー として設計された装置において、前記タンク（１１）は、ほとんど前記装置の全 長に亘って延びる中央の充填ライン（４１，４２，４３；９７；１０４）及び排 出ライン（５４；９８；１０５）を設けたジャケットを備えて成る装置。
2. ２．前記ジャケットは、前記タンク（１１）を円周方向に１８０°を越え３６０ °に達しない範囲で囲む請求の範囲第１項記載の装置。
3. ３．前記素子が設けられていない円周方向区両は、前記タンク（１１）の上側領 域に配設されている請求の範囲第２項記載の装置。
4. ４．前記ジャケットは、前記タンク（１１）の縦方向において、熱を独立に導入 又は放散できる各区画に細分される請求の範囲第２項又は第３項記載の装置。
5. ５．前記ジャケットは、前記タンク（１１）の外側に溶接され、中央の充填ライ ン（４１，４２，４３；９７；１０４）及び排出ライン（５４；９８；１０５） が設けられた半円形のパイプコイル（４０；９４；１０２；１１１）を備えて成 る請求の範囲第１〜４項のいずれか１項に記載の装置。
6. ６．前記間仕切壁（７６，７８，８０：９１；９９；１０８）は加熱及び／又は 冷却可能である請求の範囲第１〜５項のいずれか１項に記載の装置。
7. ７．前記シャフト（１４；６２）及び前記ツール（８６）は加熱又は冷却可能な 遠心装置を構成する請求の範囲第１〜６項のいずれか１項に記載の装置。
8. ８．前記駆動モータは、極数切換モータ（ｃｈａｎｇｅ−Ｐｏｌｅ　ｍｏｔｏｒ ）又は無限に可変な速度を有するモータである請求の範囲第１〜７項のいずれか １項に記載の装置。
9. ９．多量チャンバモードで固体粒子を動かす装置、特に請求の範囲第１項記載の 装置を運転する方法であって、該装置が準連続式運転で運転される方法。
10. １０．バルク材の加工が堆積状態で（ｉｎ　ｔｈｅ　ｐｉｌｅ）行われ、製品の 送りは機械的に発生させられた流動床又は製品トロイドの状態で行われる請求の 範囲第９項記載の方法。