JPH06114252A - 流体材料を処理する方法および装置 - Google Patents

流体材料を処理する方法および装置

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 流体材料を処理する方法および装置を提供す
る。 【構成】 円筒形のハウジング２３からなる装置２０を
用い、入口２２出口２４および流体材料に対してエネル
ギーのパルスを順次与える複数の処理段階を有し、分子
レベルでの材料の分離を図り、均質で高度に分散した混
合物を実現する。各処理段階は一対のじゃま板５０、５
２を含み、これらは相対的に回転可能であって、高圧お
よびキャビテーションのハウジング択一帯域を介して流
体材料の流れに対向するものである。じゃま板は対合す
る組の開口５４、５６を含み、一方の板が他方に対して
回転するにつれて周期的に互いに整列するものであり、
これにより流体材料のバーストが比較的高圧の上流領域
３２からキャビテーション領域８４へと流れるのを可能
とする。じゃま板対の１つ５２、６０は、ハウジングの
外部に配置されたモーター７６により回転するシャフト
６８に取付けられている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、広くは混合、反応、調
整等の目的で流体材料を処理する方法および装置に関
し、さらに詳しくは、機械的衝撃を使用することにより
流体材料に対して乱流を付与するこの一般的な種類の方
法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】流体の処理技術には、流体材料を混合
し、攪拌し、反応させ、また調整する改良された機械
的、空気圧的、水圧的また電気的システムが豊富にあ
る。これらのシステムの幾つかでは、混合操作のための
もののように、操作効率および有効性は、混合される流
体材料の物質移動のレベルに依存する。物質移動は混合
される異なる流体材料の粒子／分子が互いに露呈される
確率の関数であり、この露呈は異なる材料の粒子／分子
により表される表面積に部分的に依存する。材料が完全
に分散する確率を増加させるためには、混合時間を増加
させればよい。この選択は「バッチ」プロセスの場合に
は有用であるが、混合容器における流体材料の滞留時間
が必然的に限定される連続形式の混合プロセスでは実行
可能なものではない。さらに、混合時間を延長させた
り、混合プロセスにおいて過剰量のエネルギーを加える
と、結果的に破砕や過度の微粉砕に至ることがあり、所
望しない微細なダストが生成したり、加工される材料の
構成部分が劣化する場合さえある。
【０００３】より効率的な混合を促進し分散速度を増加
させるために種々の改良が考案されている。例えば、こ
の問題の１つの通常の解決策の典型である装置が、ルエ
ツェルシュバブに対して１９８９年１０月１７日に発行
された米国特許第４，８７４，２４８号に開示されてい
る。ルエツェルシュバブの装置は、ゲルと液体とを連続
的に混合するために用いることを意図した円筒形のハウ
ジング内の、複数の互い違いに配設された定置および回
転ディスクからなるものである。このディスクは開口を
有し、これを介してゲルおよび液体が流れ、ゲルの小粒
子への破壊や液体に露呈されるゲル表面の増加が図られ
ている。この種の従来技術による混合装置は、ある特定
の用途には適切ではあるものの、他の用途では満足し得
る効率より小さいものしか与えない。就中、分画は切断
によるものであり、衝撃によるものではない。幾つかの
場合では、必要な混合の程度は混合装置中での長い滞留
時間によってのみ達成され得るため、連続形式のプロセ
スの場合は、混合装置内の長い流路を設けるために大き
な物理的大きさの混合装置が記載されている。物理的に
大きな混合装置は通常は費用がかさみ、典型的には運転
するために大量のエネルギーを消費する。
【０００４】物理的特性を変化／改良するため、流体材
料を処理する多数の種類のプロセスが知られているが、
これは材料に対してエネルギーのパルスまたは波を直接
適用することを包含するものである。例えば、ジュバン
に対する１９９０年９月１８日に発行された米国特許第
４，９５７，６０６号には、高いエネルギーの解放によ
り開始された衝撃波を使用し、液体から物質を分離する
プロセスが開示されている。マスリに対して１９９０年
１０月９日に発行された米国特許第４，９６１，８６０
号には水処理プロセスが開示されており、この場合は水
を超音波振動に供し、流体流路を介して水のキャビテー
ションを生成するものである。流体粒子を処理し分離す
る定常波の音響エネルギーの使用は、米国特許第ＲＥ３
３，５２４号、第４，８７７，５１６号および第４，９
８３，１８９号にも開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明の重
要な目的は、材料に対して、粒子もしくは分子レベルで
その特性を改変し、これによりこれらを分離、混合等の
ためにより適切なものとするのに十分なエネルギーのレ
ベルを与える際に、非常に有効である流体材料を処理す
る方法および装置を提供することである。
【０００６】この発明の他の目的は、前記一般的に記載
した種類のものであって、例外的に大きさがコンパクト
であり、運転するのに最小のエネルギーしか要さず、加
工する内部の流体材料の滞留時間を顕著に低減する方法
および装置を提供することである。さらにこの発明の目
的は、記載した種類のものであって、その構成部品が非
常に信頼性が高く単純なものであり、このため単純化さ
れ修理および保守の費用が低減された方法および装置を
提供することである。
【０００７】さらにこの発明の目的は、記載した種類の
ものであって、混合される材料の構成部分の間の密接な
相互作用を達成して混合物の均一性およびコンシステン
シーを高めつつ材料の連続的な混合を実現し、混合装置
における滞留時間を最小とする方法および装置を提供す
ることである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】この発明の１つの観点に
よれば、流体材料を処理する方法は、流体材料の流れを
ハウジングに導入し、相対的に高い加圧した流体帯域か
ら圧力低減じゃま板装置を介してじゃま板装置の下流の
乱流領域へとバーストした増加量の流体材料を連続的に
通過させることにより、流体材料に対してエネルギーの
パルスを与えることからなる。じゃま板装置は、その中
にオリフィスを有する一対のじゃま板からなり、これら
は一方の板が他方に対して回転するに際して互いに周期
的に位置合せされるものである。一方の板の他方に対す
る回転により、別個の量の流体材料がオリフィスを介し
て乱流領域へ流れるのが可能となり、これによりハウジ
ングを介する流体の速度が周期的に変化する。じゃま板
のオリフィスを介して乱流領域へ流体材料を通過させる
工程を、第１の乱流領域の下流の第２の処理段階で繰り
返して流体材料に付加的な乱流を与える。パルス化工程
の前に流体材料に振動エネルギーを付加して流体材料の
予備活性化および攪拌を図ることができる。
【０００９】この発明の他の観点によれば、流体材料を
処理する装置が提供され、これは流体材料を受容する入
口手段および出口手段を含むハウジング手段、および流
体材料に乱流を与えるハウジング内のパルス手段（相対
的に高い流体圧力帯域から乱流領域に増加量のバースト
した流体材料を通過させるオリフィス手段を含む）から
なる。パルス手段は一対の密接に離間したじゃま板を含
み、それぞれオリフィス手段を画成する複数の開口を含
む。一方の板を定置させつつ他方を回転させ、２つの板
の開口を互いに整合位置に周期的にシフトさせ、材料の
バーストが乱流領域へと流れることを可能とすることを
図り、これにより流体材料上にエネルギーの機械的パル
スを与えて、粒子または分子のいずれかのレベルにおい
てその物理的特性を変える。モーター駆動インペラの形
態の流体ポンプを必要に応じてハウジング内で用いて、
ハウジングを介する材料の流れの適切な速度を確実なも
のとすることができる。流路中でハウジングの上流端に
位置しこれを通過する流体材料の流れの影響の下で振動
するよう整調されたリード型の素子により、回転するじ
ゃま板を通過する前に流体材料に対して振動エネルギー
を与える。
【００１０】
【実施例】本発明のこれらの、および更なる目的および
利点は、本発明の好適な態様についての以下の記載の中
で明確なものとされ、明らかなものとなろう。図面につ
いて、これらはこの明細書の一体化された一部をなし、
これと併せて読まれるべきものであり、ここで同様の参
照符号は種々の図面において同一の構成物を示すべく用
いるものである。
【００１１】まず図１に注目すると、これは、一般的に
符号２０で示される流体材料を処理する装置を示すもの
である。ここで使用するように、「流体材料」とは、流
動し得るか流動特性を示す全ゆる材料を意味し、液体、
気体、粒子等、またはこれらの全ゆる組合せを含み、ど
のような物理的状態であってもよい。図１に示す装置２
０は、２以上の流体材料の混合を行うのに特によく適合
したこの発明の態様を示すものであるが、本発明の方法
および装置は、単一の流体材料を処理するのに用いて後
続する使用または加工のために材料を調整することもで
きることを理解すべきである。
【００１２】装置２０は、流体材料を受容するその一端
部の主入口２２を有する実質的に円筒形のハウジング２
３を含む。ハウジング２３の他端部は、端部壁９６、お
よびハウジング２３の長手方向軸線に対して外側に横断
して延在する主出口２４を有する。主出口２４は、処理
した流体材料を後続するプロセスまたは使用に向けて分
配するパイプ８８にフランジ９０により取付けられてい
る。主入口２２に加えて、ハウジング２３に付加的な流
体材料を導入する付加的な二次入口を設けることがで
き、この種の二次入口の３つをそれぞれ２６、２８およ
び３０で示す。二次入口２６および３０はハウジング２
３の側壁により画成されるが、入口２８はハウジング２
３の側壁を介して延在するチューブにより形成され、こ
れはハウジング２３の中心軸線に位置し符号２５により
示される主要流に対向して上流の流体材料を導入するよ
う配向された出口を有するものとし、このようにして流
れの主要流への二次流体材料の均一な分散を図る。いず
れにしろ、二次流体材料は、一対の円形板５０、５２の
形態のじゃま板手段により画成される第１の処理段階お
よび板５０、５２の直ぐ下流の乱流帯域８４に入る直前
の予備混合領域３２にて主要流と合せられる。じゃま板
５０、５２はハウジング２３を介する流体材料の流れに
対向し、好ましくは互いにできるだけ近接して離間する
ものとする。じゃま板５０は板５２の上流に位置し、ハ
ウジング２３の内部側壁にその周囲にて定置して取付け
られている。板５０はハウジング２３の断面に対して同
一の広がりを有し、自身を通過する後記する複数の開口
５４を有し、これはその中心軸線の周囲に均一に離間し
て分布する。じゃま板５２はその中心軸線にて共に回転
するための回転シャフト７７の一端部に取付けられてい
る。回転可能なじゃま板５２の直径はハウジング２３の
内径より極く僅かに小さいものとし、これらの間に適切
なクリヤランスを与える。周囲に離間する複数の開口５
６を回転可能なじゃま板５２に設けるが、その構成は後
に詳細に記載する。板５０、５２の開口５４、５６の組
は、シャフト７７がモーター７６により予備選択した周
波数で回転するにつれて、互いに整列した整合位置に周
期的にシフトするよう構成し位置させるものとする。
【００１３】シャフト７７はハウジング２３の端部壁９
６を介して延在し、流体材料の漏出を防止するシール８
２を備えるベアリング８０の回転の軸受けを行うその一
端部を有する。シャフト７７は、従来の電気、空気圧、
水圧または内燃もしくは外燃による形式のものとし得る
モーター７６により回転する。先に述べた段階の下流の
第２の流体材料処理段階は、第２の対の円形じゃま板６
０、６２およびその下流の第２のキャビテーション領域
８６からなる。板６０は共に回転するためにシャフト７
７に取付けられるが、板６２はハウジング２３の内部壁
に定置して取付けられる。回転可能な板６０はハウジン
グ２３の断面と実質的に同一の広がりを有し、その周囲
に十分なクリアランスのみを有してその自由な回転を可
能とするものである。板６０および６２はそれぞれ第１
および第２の組の周囲に離間した開口６３、６４を有
し、これを介して、シャフト６８が回転するにつれて互
いに整列した整合位置に周期的にシフトするよう配置さ
れ、これにより増加量の流体材料がこれを介してバース
トしてキャビテーション領域８６に流れるのを可能とす
る。固定したじゃま板６２はその対向端部の中間にてシ
ャフト７７を回転支持するベアリング９２をその中に有
する。
【００１４】圧力バランスじゃま板５７を第２の処理段
階の直ぐ上流にてハウジング２３内に定置して取付け
る。このじゃま板５７はリング状であり、中央開口５８
を有し、流体材料の表面領域対向流を与え、これは流れ
が第２の処理段階に入る前の（キャビテーション領域８
４における低い圧力のための）流体圧力の過度の低下を
避ける大きさである。同様の様式で、第２のキャビテー
ション領域８６の下流の流体圧力は、必要に応じて、そ
れぞれ通過する開口７０、７２を備える定置板６６およ
び可動板６８により画成される流れ調節バルブにより調
節することができる。無端スクリュー、ギア、ラック等
のような慣用されたバルブ調節器７４を用いて板６６に
対して板６８を回転させることにより開口７０、７２の
整合位置を調整し、このようにして通過する流れ並びに
第２のキャビテーション領域８６内の流体圧力を調節す
る。
【００１５】流体材料またはその成分のいずれかは、一
連のパージライン３４、３６、３８、４０によりハウジ
ング２３を介する流れにおける全ゆる所望の位置で除去
することができる。図１に示す態様では、パージライン
３４は流体材料を予備混合領域３２から迂回させ、パー
ジライン３６は材料を第１のキャビテーション領域８４
から迂回させ、パージライン３８は材料を第２のキャビ
テーション領域８６から迂回させ、パージライン４０は
主出口２４を介して装置２０から出る直前に材料を迂回
させるものである。パージライン３４〜４０は、所望に
応じてバルブにより調節することができる。パージライ
ン３８では説明の目的でバタフライバルブ４２を示し
た。パージライン３４〜４０はこれらにより迂回された
材料を、その底部にパージライン４６を備える共通のタ
ンクまたはデカンタ４４に配送することができる。オー
バーフローライン４８を用い、タンク４４に蓄積された
過剰量の材料を抜き取ることができ、オーバーフローラ
イン４８と共働するスライドゲージのような慣用された
レベル調節器７８によりタンク４４内の材料の所望のレ
ベルを維持する。 図２は装置２０の僅かに改変した形
態を示すものであり、図中、ハウジング２３は第２の端
部壁９８、対向する端部壁９６および図２に示すように
下方に出口２４の方向と反対にハウジング２３の軸線に
実質的に垂直に延在する主入口２２を備える。図２に示
す主入口２２は、フランジ１０２により供給パイプ９４
に接続される。装置２０のさらに改変した形態を図３に
示すが、この場合、主入口は同様にハウジング２３の中
心軸線に実質的に垂直に配向されるが、出口２４に平行
な方向で上方に延在する。図２および図３の両者の場合
において、第２の端部壁９８を設けることにより、ハウ
ジング２３とシャフト１０との間のシール１０１を備
え、端部壁９８に取付けられたベアリング１００によっ
てシャフト７７がその外側端部にて支持されることが可
能となる。
【００１６】ここで、図４の４Ａ〜Ｇおよび図５の５Ａ
〜Ｇに注目すると、これらはじゃま板５０、５２、６
０、６２に設けられた開口の可能な構成の極く幾つかを
示すものである。特に、図４の４Ａ〜Ｇは、回転可能な
じゃま板、すなわちじゃま板５２および６０の適切な開
口構成を示し、図５の５Ａ〜Ｇは、固定されたじゃま
板、すなわちじゃま板５０、６２の適切な構成を示すも
のである。図４の４Ａ〜Ｇおよび図５の５Ａ〜Ｇに示し
た板は、それぞれ合致する対の回転可能および固定され
たじゃま板を形成するもので、例えば図４の４Ａおよび
図５の５Ａに示した板は一対の合致した回転可能および
固定された板をそれぞれ形成し、これらは板５０、５２
または６０、６２として第１または第２の処理段階で用
いることができる。図４の４Ａ〜Ｇおよび図５の５Ａ〜
Ｇから分かるように、開口５４、５６、６３、６４は、
それぞれの板の中心軸線の周りに周囲に離間した関係で
均一に分布する別個の幾何形状のものである。開口５
４、５６、６３、６４の形状は、三角形（図４の４Ａ、
図５の５Ａ）、正方形（図４の４Ｂ、図５の５Ｂ）、六
角形（図４の４Ｃ、図５の５Ｃ）、円形（図４の４Ｄ、
図５の５Ｄ）、長方形（図４の４Ｅ、図５の５Ｅ）、裁
頭形（図４の４Ｆ、図５の５Ｆ）またはファン形（図４
の４Ｇ、図５の５Ｇ）の形態を取ることができる。開口
５４、５６、６３、６４の他の種々の形状も用いること
ができ、選択される特定の構成は装置２０の特定の用途
に部分的に依存する。いずれにしろ、図４の４Ａ〜Ｇお
よび図５の５Ａ〜Ｇから、一方の板が他方に対して回転
する結果、流れを遮断する関係から、流体材料が通過し
て流れることを可能とする整列した整合位置の関係へ
と、対をなすじゃま板の開口が周期的に並置することが
理解される。
【００１７】ここで装置２０の運転について、気体、液
体、ダスト／粒子またはこれらの全ゆる組合せからなる
流体材料を主入口２２または二次入口２６〜３０のいず
れかを介して配送し、第１処理段階の直ぐ上流の予備混
合領域３２にて予備的に混合する。主入口２２または二
次入口２６〜３０を介する流体材料の流れを、ポンプ
（図示せず）のような上流の圧力源またはハウジング２
３を介する流れの経過で認められる圧力降下を克服する
のに十分なヘッドを与える他の手段から生成される圧力
の下で配送する。また、必要な流体流圧力は、出口２４
の下流の、またはハウジング２３内部に一体化されたポ
ンプ等の手段により生成することができる。例として、
限定されるものではないが、図１に示す装置２０の態様
の典型的な応用では、４０Ｋｇ／ｃｍ２までの８ｍｍの
水柱間の流れ圧力を要し、これは流体材料のコンシステ
ンシー、温度または粘度から独立したものである。
【００１８】シャフト７７がモーター７０により回転す
るにつれて、じゃま板５０、５２にそれぞれ同一に形成
した開口５４、５６は、整列せず流れを遮断する関係と
整列して同一の広がりを有し増加量の流体材料の予備混
合領域３２からキャビテーション領域８４への通過する
流れを可能とする関係との間で周期的に回転する。キャ
ビテーション領域８４の流体流のキャビテーションは勿
論、板５０、５２のじゃま板効果およびじゃま板５０、
５２を介する流れの周期的な性状に起因するものであ
る。このようにして増加量の流体材料は、比較的高い圧
力の領域（予備混合領域３２）から比較的低い圧力の領
域（キャビテーション領域８４）へと整列した開口５
４、５６を介してバーストして流れ、この結果、流体材
料に与えられるエネルギーのパルスが得られる。後によ
り詳細に説明するように、流体材料に与えられたこのよ
うなエネルギーのパルスは、粒子、分子または分子の鎖
および分子自体の凝集物を崩壊させかつ／または無秩序
にして極めて均一な分散体とする傾向がある。多数の流
体材料を混合のために装置２０に導入する場合、前記し
た様式で混合物に加えられるエネルギーのパルスは、流
体材料の分子（このような操作がなければ弱い結合力に
より互いに引き合う傾向がある）を結果的に無秩序なも
のとし、このため分子の露呈された表面積が増加し、こ
れにより物質移動が増加すると共により完全で均一な混
合物が得られる。
【００１９】第１および第２の処理段階により流体材料
にエネルギーのパルスを加える速度は、開口５４、５
６、６３、６４およびじゃま板５０、５２、６０、６２
の数、大きさおよび離間並びにシャフト７７の回転速度
に依存する。これらのパラメーターは、処理する流体材
料の特性を考慮し、装置２０の特定の用途に適合するよ
う選択する。しかしながら、説明として、パルス化の周
波数は、所定範囲の典型的な用途につき５Ｈｚ〜１００
ＫＨｚの範囲とすることができる。
【００２０】幾つかの応用において、単一の処理段階を
介して流体材料を通過させることは所望の結果を達成す
るのに適切たり得るが、他の応用では満足できる結果を
得るには２以上の段階を要し得る。図１の態様に示され
るような多数の処理段階の構成の場合、流れが次の処理
段階に配送される前に、第１のキャビテーション領域８
４におけるように、キャビテーションの効果により生起
される流体流における顕著な圧力降下の効果を補償する
必要があり得る。よって、図１の態様では、流れ通過開
口５８を備える圧力制御じゃま板５７により、じゃま板
６０、６２によって画成される第２の処理段階および第
２のキャビテーション領域８６を介して通過する直前に
流体の圧力を強化することによってキャビテーション領
域８４における圧力効果を補償する。したがって、比較
的高い圧力レベルの流体材料が流体流の周期的バースト
にてじゃま板６０、６２の開口６３、６４を通過し、キ
ャビテーション領域８６により画成される比較的低い流
体圧力の領域へと至る。この点について、第２の処理段
階は前記した第１の処理段階と極めて類似して機能し、
流体材料にエネルギーのパルスを与え、これによりこれ
らを分子レベルでさらに無秩序なものとしてその混合お
よび／またはハウジング２３を出た後の後続する使用ま
たは加工のための流体材料の調整を行う。回転可能なじ
ゃま板６０は、定置じゃま板５０が回転するじゃま板５
２の上流側にある第１の処理段階の場合とは異なり、定
置じゃま板６２の上流側に位置することをここに銘記す
ることができるが、そのそれぞれの対における固定およ
び回転じゃま板の順序は重要なものではない。
【００２１】板６６、６８により形成される流れ調節バ
ルブは、出口２４における流れ圧力を変化させるよう調
整することができ、上流の圧力を調整すると共に流体材
料に対する第１および第２の処理段階の効果を最適なも
のとするのに用いることができる。パージライン３４〜
４０は、流体材料の一部または副生物を、これらが第１
および第２の処理段階により加工される前、その途中、
その後に、迂回させるために必要に応じて用いることが
できる。
【００２２】ここで図６、８、９および１０を参照する
が、これらは図６において符号２００により一般的に示
される本発明の装置の好適な形態を示すものである。装
置２００は、実質的に円筒形のハウジング２０２、ハウ
ジング２０２の一端部の半径方向に指向した一次入口２
０４、およびハウジング２０２の対向端部の半径方向に
指向した一次出口２０６を広く含むものである。入口２
０４および出口２０６は、装置２００が一体化されるシ
ステムにおける他の構成物である導管（図示せず）等と
接続するための取付けフランジ２２０、２２２をそれぞ
れ備える。入口２０４は符号２１２により示される予備
混合領域に向かう矢印２６２の方向の供給源（図示せ
ず）からの流体材料を受容すべく配設され、これにより
後記する第１の処理段階がただちに進行する。一次入口
２０４を介して導入される材料と同一もしくは異なる更
なる流体材料を、ハウジング２０２の一方の端部壁２１
８にて画成される二次入口２０８、２１０を介して導入
することができる。入口２０８、２１０は、例えば一次
入口２０４を介して導入される流体材料と混合する液体
を導入するスプレーノズルからなるものとすることがで
きる。ステム２１６に取付けられたリード様の分散素子
２１４を直ぐ下流に配置し、二次入口２０８、２１０を
介して導入された流体材料の到来する流れに対して整列
させる。図６に示すように、分散素子２１４は薄い長方
形の可撓性材料により形成され、これは通過して流れる
流体材料の影響により予備選択した周波数で振動するも
のである。分散素子は種々の形式のものとすることがで
き、材料の流れを活性化し攪拌して一次入口２０４を介
して導入された流体材料との良好な混合に資するもので
ある。振動素子２１４の正確な共鳴周波数、大きさおよ
び形状は特定の用途に依存し得る。しかしながら、例と
して、振動素子２１４の幾つかの典型的な択一的形状を
それぞれ図７の７Ａ〜Ｈに示す。図７の７Ａ〜Ｈは、そ
れぞれ円錐形、ピラミッド形、星形、楕円形、有歯円盤
形、増加量の厚さを有する矩形、円形そして最後にパイ
の皮縁様形の形状に形成された分散素子２１４を示す。
【００２３】シャフト２２４はハウジング２０２の中心
軸線を介して長手方向に延在し、ベアリング２２６、３
２０によりその対向端部での回転のため軸受けされる。
シャフト２２４の端部はロックナット２３２、３２２を
受容するようねじ切りされ、これにより長手方向の移動
についてシャフト２２４が拘束される。シャフト２２４
の一端部のキー溝３０８は、シャフト２２４を回転力の
供給源（図示せず）、例えば電気、水圧または空気圧、
内燃または外燃機関によるモーターと連結するものであ
る。ベアリング２２６は、脱着キャップ２３５を備える
ベアリングパック２３０内に配置される。同様に、ベア
リング３２０は、その中心開口（これを介してシャフト
２２４の一端部が延在する）を有する脱着キャップ３２
４を備える。
【００２４】ベアリングパック２３０は、端部壁２１８
に取付けられる周辺部分２１５を含むハブ２２６の外側
端部内に取付けられ、このようにしてシャフト２２４の
一端部のための主要な構造的支持体が形成される。円錐
形状の保護ベアリングブーツ２３４は、ブーツ２３４を
端部壁２１８に取付けるフランジ２４５を有する。ブー
ツ２３４はハウジング２０２内に延在し、シャフト２２
４を囲繞して封止を補助すると共にハウジング２０２内
でベアリング２２６を外部から隔離する複数の封止リン
グ２４４を有する。
【００２５】予備混合隔室２１２に配置された円筒形の
リングゲート２３６はシャフト２２４を囲繞し、部分的
底部壁２４６を含む。リングゲート２３６は内部に同心
的に配置され、端部壁２１８から予備混合領域２１２へ
と内方に延在するリング状のデフレクタ２５５により覆
われる。リングゲート２３６は、端部壁２１８および支
持体２４２の開口を介して延在する摺動し得るスタッド
シャフト２３８によりデフレクタリング２５５に対する
長手方向の摺動移動のために設けられる。摺動シャフト
２３８の外側端部は、デフレクタリング２５５に対して
所望の長手方向にてリングゲート２３６をロックするナ
ット２４０を受容するためねじ切りされいてる。所望に
応じて摺動スタッド２８３の外側端部にモーター手段
（図示せず）を接続して、混合領域２１２に入る流体材
料の量および流れを変えるよう機能するリングゲートの
自動的な長手方向変位を与えることができる。
【００２６】シャフト２２４のモーター駆動端部は、そ
の外側端部にベアリングパック３２５を収容する支持ハ
ブ３１８によりハウジング２０２に構造的に支持されて
いる。ハブ３１８は、端部壁３２１に取付けられた外側
フランジ３１９を有する。ハウジング２０２内の環境か
らベアリング３２０を保護するため、ハウジング２０２
内に配置され外側フランジ３２７によって端部壁３２１
に取付けられたベアリングブーツ３１０を設ける。保護
ベアリングブーツ３１０は一対の長手方向に離間したシ
ール３１２、３１４を含み、それぞれシャフト２２４と
係合してハウジング２０２内の流体材料等がブーツ３１
０を通過してベアリング３２０に至るのを防止する複数
のリングシールを含む。シール３１２、３１４の間に、
供給入口３１６からの水または空気のような加圧した流
体を受容する隔室３２９を設ける。隔室３２９内の加圧
流体は、流体材料をシール３１２に侵入させるハウジン
グ２０２内の流体圧力を等しくして対向させることに資
する。
【００２７】円筒形の摺動リング２８８を、端部壁３２
１の開口を介して延在する摺動スタッド２９０に取り付
ける。摺動スタッド２９０の外側端部は、埋設ボス２９
４を担持するナット２９２を受容するようねじ切りして
所望の長手方向位置における摺動リング２８８のロック
を図り、出口２０６の直ぐ上流のシャフト２２４を囲繞
する。摺動リング２９８は仕切り壁２９６および偏向壁
２９８と共働し、出口２０６へ向かう流れの量および方
向を調整する。モーター手段（図示せず）を摺動スタッ
ドに取付けて摺動リング２８８の自動モーターによる調
節を実現することができる。
【００２８】予備混合領域２１２の直ぐ下流の第１の処
理段階は、概して回転し得るじゃま板２４８、定置じゃ
ま板２５０およびキャビテーション隔室２５８からな
る。回転し得るじゃま板２４８は、図４の４Ｇに示した
配置と幾何構成において同様に、共に回転するためシャ
フト２２４に取付けられたハブ２５６、間に開口２５２
を有する半径方向に延在する複数のブレードを含む。定
置じゃま板２５０は回転し得るじゃま板２４８の下流で
密接に離間するものであり、その外周はハウジング２０
２の内部壁に取付けられている。定置じゃま板２５０
は、先に述べたように、図５の５Ｇに示した構成に類似
して配置された複数の開口２５４をその中に備える。板
２４８と２５０との間の長手方向の離間はできるだけ小
さいものとして、この間の半径方向の流体材料の全ゆる
流れを最小のものとする。同様に、定置じゃま板２５０
の内側縁部は、できるだけシャフト２２４の周囲に密接
して配置し、開口２５４を介するより寧ろこのギャップ
を介する流体材料の流れの回避を図る。先に述べたよう
に、開口２５２、２５４の形状、大きさおよび数は、シ
ャフト２２４の回転速度と組合せて、装置２００の特定
の用途および使用に基いて選択し、所望の周波数におけ
る流体材料の波動生成を図るものである。
【００２９】開口２５２、２５４を介して増加的に通過
する流体のバーストは、概してハブ２８４によりシャフ
ト２２４に取付けられた回転じゃま板２６４、およびハ
ウジング２０２の内部壁にその外周が取付けられた定置
じゃま板２６６からなる第２の流体材料処理段階に向け
て矢印２６０の方向にキャビテーション隔室２５８を介
して流れる。じゃま板２６４、２６６は、図４の４Ａ〜
Ｇおよび図５の５Ａ〜Ｇにそれぞれ示したいずれかの構
成とし得る複数の開口２６８、２７０をそれぞれその中
に含む。図６により最もよく認められるように、開口２
６８、２７０は、第１の処理段階の板２４８、２５０に
含まれる開口２５２、２５４に対して幾分外側に半径方
向に離間し、これにより流体が第１から第２の処理段階
に流れるにつれてその進路を幾分変えさせるものであ
る。バーストして開口２６８、２７０を介して通過する
増加量の流体材料は第２のキャビテーション隔室２７２
に入り、ファン型のインペラポンプ２８０を介して誘引
される。ポンプ２８０は、回転じゃま板２４８、２６４
に沿ってシャフト２２４上にて回転を図るためハブ２８
６により取付けられたインペラ２８０を囲繞する外側偏
向リング２８２を有する。ポンプ２８０を必要に応じて
用いてハウジング２０２内で必要な流体圧力／真空を生
成してこれを介する適切な流体材料の流れを形成する。
しかしながらこの種のポンプは、入口２０４または出口
２０６に接続された別の構成物として択一的に設けるこ
とができる。同心的な定置リング状板２７８をポンプ２
８０のインペラ入口とハウジング２０２との間で使用す
るが、ハウジング２０２の内部壁に取付けられ流束がポ
ンプを介して通過すべくインペラ入口に対して密接に離
間するものとする。
【００３０】ハウジング２０２中の更なる流体材料入口
２７４は、第２の処理段階の直ぐ下流に位置し、キャビ
テーション隔室２７２へ導入される付加的な流体材料の
導入を可能とするものである。さらにリード様振動素子
２７６を入口２７４に設け、入口２７４に入る流体材料
の攪拌および予備調整を促進し、第２の処理段階を介し
て通過する他の流体材料とのその混合を促進することが
できる。
【００３１】複数のパージ出口３００、３０２、３０４
および３０６をハウジング２０２の壁の長手方向に離間
した位置に設け、その処理の中間段階における流体材料
の一部の迂回を可能とし、装置２００の清掃を促進す
る。図６に示す装置２００の運転は、図１に示した装置
２０の場合と基本的に類似する。入口２０４に入る流体
材料を、第１の処理段階を通過する前に予備混合領域２
１２にて二次入口２０８、２１０に入る流体材料と併せ
る。シャフト２２４が回転するにつれて、じゃま板２４
８、２５０の開口２５２、２５４は周期的に互いに整列
するに至り、流体材料のバーストがこれを介してかつ流
体圧力が予備混合領域２１２の場合より実質的に低いキ
ャビテーション領域２５８へと通過するのを可能とす
る。このような流体のバーストはこのように周期的な性
質のものであり、この結果、所望の周波数にて流体に対
してエネルギーのパルスが与えられる。
【００３２】その後流体材料は、じゃま板２６４、２６
６およびキャビテーション隔室２７２からなる第２の処
理段階を通過する。ここでも流体材料は開口２６８、２
７０を通過するが、この場合後者が整列することにより
第２のキャビテーション隔室２７２に流入する材料の周
期的なバーストを可能とし、このようにして一定の周波
数（第１の処理段階により与えられたエネルギーパルス
の周波数と必ずしも同一ではなく、実際に好ましくは異
なる）で流体材料に対して第２の一連のエネルギーパル
スが与えられる。
【００３３】その後流体材料はインペラポンプ２８０に
より誘引され、出口２０６を介して摺動リング２８８を
通過する。装置を介する流れの速度および流体圧力は、
入口２０４に入る流体材料の圧力、リングゲート２３６
の位置、付加的な流体材料の量および二次入口２０８、
２１０および２７４を介して入るその圧力並びに摺動リ
ング２８８の長手方向位置を変化させることにより部分
的に調節される。
【００３４】図１１は、装置２０を通過する流体材料に
ついての時間の関数としての流速のプロットである。図
１１から、流速は第１および第２の処理段階で生成され
る波動作用の結果として大きさが変動することが分か
る。流速のこの変動する性質は、交流電流に非類似では
なく、流体材料に与えられるエネルギーを結果的に与え
るのはこのような時間の関数としての流速のシャープな
変化であり、これは結果的に材料の混合または他の加工
を促進する分子的な調整を与えるものである。
【００３５】以上のことから、前記した本発明の方法お
よび装置は、この発明の目的の確実な達成を実現するだ
けでなく、特に信頼でき簡単な様式でこれを行うもので
あることは明らかである。勿論、当業者であれば、技術
に対する本貢献の精神および範囲を逸脱することなく、
発明を示すべく選択した種々の改変または付加をなし得
ることが認められる。よって、ここに求められ当然とさ
れる保護は、特許請求の範囲に記載した主題および正に
この発明の範囲内にある全ての均等物に及ぶと考えるべ
きことを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本発明による流体材料処理の方法を実
施する装置の１つの態様の概略的な長手方向組合せ断面
図である。
【図２】図２は、図１に示した装置の２つの別の形態の
１つを示す側面図である。
【図３】図３は、図１に示した装置の２つの別の形態の
１つを示す側面図である。
【図４】図４は、図１の装置に用いることができる回転
じゃま板の個々の態様の正面立面図である。
【図５】図５は、図４の４Ａ〜４Ｇのじゃま板とそれぞ
れ一対をなし図１の装置に用いることができる定置じゃ
ま板の個々の態様の正面立面図である。
【図６】図６は、本発明の好適な態様による流体を処理
する装置の長手方向断面図である。
【図７】図７は、図６の装置により用いる振動素子の個
々の形態のそれぞれの斜視図である。
【図８】図８は、図６の装置に用いる流体ポンプの斜視
図である。
【図９】図９は、それぞれ図６の装置の対向端部に用い
るベアリングの詳細を示す分解断面図である。
【図１０】図１０は、それぞれ図６の装置の対向端部に
用いるベアリングの詳細を示す分解断面図である。
【図１１】図１１は、時間の関数として、図１および図
６の装置を通過する流体の流れの速度を示すグラフであ
る。
【符号の説明】
２０ 装置 ２２ 主入口 ２３ ハウジング ２４ 主出口 ２６ 二次入口 ２８ 二次入口 ３０ 二次入口 ３２ 予備混合領域 ３４ パージライン ３６ パージライン ３８ パージライン ４０ パージライン ４２ バタフライバルブ ４４ タンクまたはデカンタ ４６ パージライン ４８ オーバーフローライン ５０ じゃま板 ５２ じゃま板 ５４ 開口 ５６ 開口 ５７ 圧力バランスじゃま板 ６０ じゃま板 ６２ じゃま板 ６６ 定置板 ６８ 可動板 ７０ 開口 ７２ 開口 ７４ バルブ調節器 ７６ モーター ７７ 回転シャフト ７８ レベル調節器 ８０ ベアリング ８２ シール ８４ 乱流帯域 ８６ キャビテーション領域 ８８ パイプ ９０ フランジ ９２ ベアリング ９６ 端部壁

Claims (30)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ２以上の流体材料を混合するに際し、 （Ａ）前記流体材料の加圧した流れをハウジングに導入
    し、 （Ｂ）前記ハウジング内の高圧帯域から低圧帯域へと増
    加量のバーストした前記流体材料を連続的に通過させる
    ことにより前記流体材料に対してエネルギーのパルスを
    与えることからなることを特徴とする方法。
  2. 【請求項２】 前記ハウジング内のじゃま板装置の開口
    を介して前記増加量の前記流体材料を周期的に通過させ
    ることにより工程（Ｂ）を実施する請求項１記載の方
    法。
  3. 【請求項３】 前記高圧帯域から前記低圧帯域への前記
    流体材料の流れを制限し、 前記流体材料の流れの制限を周期的に緩和して前記パル
    スされた前記増加量の前記流体材料の通過を可能とする
    ことにより工程（Ｂ）を実施する請求項１記載の方法。
  4. 【請求項４】 前記流れに対向するため前記ハウジング
    内にじゃま板手段を設けることにより前記流れを制限す
    るサブ工程を実施し、 前記じゃま板手段の一部を周期的に開口することにより
    前記緩和するサブ工程を実施する請求項３記載の方法。
  5. 【請求項５】 前記流体材料の通過する流れを妨げる第
    １の位置と前記流体材料の通過する流れを可能とする第
    ２の位置との間で、前記じゃま板手段の第１および第２
    の組の開口を周期的に相対移動させることにより、前記
    じゃま板手段の一部の開口操作を実施する請求項４記載
    の方法。
  6. 【請求項６】 それぞれ第１および第２の組の開口を自
    身に有する一対のじゃま板を相対回転させることにより
    前記じゃま板手段の一部の開口操作を実施し、その際、
    前記第１および第２の組の開口を互いの整合位置の合致
    ・非合致へと択一的にシフトさせる請求項４記載の方
    法。
  7. 【請求項７】 前記じゃま板の一方を定置して保持し、
    前記じゃま板の他方を前記第１のじゃま板に対して回転
    させることにより前記じゃま板の相対回転を実施する請
    求項６記載の方法。
  8. 【請求項８】 工程（Ｃ）：工程（Ｂ）を実施する前に
    前記ハウジング内で前記流体材料を予備混合することを
    含む請求項４記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記ハウジング内の予備混合帯域への前
    記ハウジング中の別の入口を介して前記流体材料をそれ
    ぞれ受容することにより工程（Ｃ）を実施する請求項８
    記載の方法。
  10. 【請求項１０】前記ハウジング内の第１および第２のそ
    れぞれの処理領域にて工程（Ｂ）を実施する請求項１記
    載の方法。
  11. 【請求項１１】工程（Ｂ）のバーストした流体材料の通
    過を、前記第１および第２の処理領域にて２つの異なる
    周波数でそれぞれ実施する請求項１０記載の方法。
  12. 【請求項１２】前記高圧および低圧帯域を生成する少な
    くとも第１の対のじゃま板を使用して前記ハウジングを
    介する前記流体材料の流れを調節し、 前記じゃま板の開口を互いの整合位置に周期的にシフト
    させて前記流体材料の前記バーストがこれを介して流れ
    るものとすることにより工程（Ｂ）を実施する請求項１
    記載の方法。
  13. 【請求項１３】前記板の一方を他方に対して回転させる
    ことにより前記開口のシフトを実施する請求項１２記載
    の方法。
  14. 【請求項１４】前記高圧帯域に露呈した前記板の一方を
    回転させ、前記低圧帯域に露呈した前記板の他方を定置
    して維持することにより前記開口のシフトを実施する請
    求項１３記載の方法。
  15. 【請求項１５】第１および第２の対のじゃま板を使用し
    てそれぞれ前記第１および第２の処理領域にて前記ハウ
    ジングを介する前記流体材料の流れを調節し、 前記第１および第２のそれぞれの対の一方のじゃま板を
    他方のじゃま板に対して回転させて前記第１および第２
    の対のじゃま板のそれぞれの開口を互いの整合位置に周
    期的に相対シフトさせ、前記流体材料の前記バーストが
    これを介して流れるものとすることにより工程（Ｂ）を
    実施する請求項１１記載の方法。
  16. 【請求項１６】工程（Ｃ）：前記流体材料を流して前記
    ハウジング内の振動部材を通過し前記流体材料の流路に
    位置するものとすることにより、工程（Ｂ）を実施する
    前に前記流体材料中にて振動を生成することを含む請求
    項１記載の方法。
  17. 【請求項１７】流体材料を処理するに際し、 （Ａ）前記流体材料の加圧した流れをハウジングに導入
    し、 （Ｂ）じゃま板手段を使用して前記ハウジングを介する
    前記流体材料の流れを調節することにより前記ハウジン
    グ内にキャビテーション領域を生成し、 （Ｃ）前記流体材料にエネルギーのパルスを与える様式
    にて前記じゃま板手段を介して増加量のバーストした前
    記流体材料を周期的に通過させることからなることを特
    徴とする方法。
  18. 【請求項１８】流体材料を処理する装置であって、 前記流体材料を受容する入口手段および出口手段を含む
    ハウジング手段、 前記流体材料にエネルギーのパルスを与える前記ハウジ
    ング内のパルス手段（高圧帯域から低圧帯域に増加量の
    バーストした前記流体材料を通過させるオリフィス手段
    を含む）からなることを特徴とする装置。
  19. 【請求項１９】前記パルス手段が前記ハウジングを介す
    る前記流体材料の流れを制限するじゃま板手段を含み、
    前記高圧および低圧帯域が前記じゃま板手段の上流およ
    び下流にそれぞれ画成され、 前記オリフィス手段が前記じゃま板手段中に画成された
    請求項１８記載の装置。
  20. 【請求項２０】前記じゃま板手段が前記オリフィス手段
    を介する前記流体材料の流れに対して横断して延在する
    一対の板を含み、 前記オリフィス手段が前記板中に画成され、 前記パルス手段が前記板の一方を他方に対して回転させ
    る手段をさらに含む請求項１９記載の装置。
  21. 【請求項２１】前記板が実質的に平行に延在すると共に
    互いに密接に離間し、 前記オリフィス手段が前記板の中心軸線を介して延在す
    ると共に周囲に分布する第１および第２の組の開口を含
    み、 前記第１および第２の組の開口が、前記一方の板が他方
    に対して回転するにつれて周期的に互いに位置合せする
    よう配置され、前記流体材料のバーストが前記高圧帯域
    から前記低圧帯域へと前記板を介して流れるのを可能と
    する請求項２０記載の装置。
  22. 【請求項２２】前記パルス手段が前記一方の板を回転さ
    せる手段を含む請求項２１記載の装置。
  23. 【請求項２３】前記回転手段がシャフトおよび前記シャ
    フトを回転させるモーター手段を含み、 前記板の一方が前記シャフトに取付けられてこれと共に
    回転し、 前記板の他方が前記ハウジング手段内に定置して取付け
    られた請求項２２記載の装置。
  24. 【請求項２４】前記入口手段からハウジングを介して前
    記パルス手段を通過し前記出口手段へと向かう流体材料
    の流れを生成する前記ハウジング手段内のポンプ手段を
    含む請求項２１記載の装置。
  25. 【請求項２５】前記パルス手段と入口手段との間に前記
    ハウジング手段内の予備混合隔室を含む請求項１８記載
    の装置。
  26. 【請求項２６】前記入口手段が少なくとも２つの入口を
    含み、それぞれ流体材料を前記ハウジング手段内に受容
    するよう配設された請求項２５記載の装置。
  27. 【請求項２７】前記パルス手段が前記オリフィスの上流
    に前記流体材料の流れに対応して振動手段を含み、前記
    流体材料に対する振動エネルギーの付与を図る請求項１
    ８記載の装置。
  28. 【請求項２８】前記振動手段が流体材料の流れ内にて前
    記入口手段と前記オリフィス手段との間に位置する請求
    項２７記載の装置。
  29. 【請求項２９】前記パルス手段が前記ハウジング手段を
    介する前記流体材料の流れに対向する第１および第２の
    離間し分離したじゃま板の組を含み、その前記第１およ
    び第２の組のそれぞれの板の１つが他方の板に対して密
    接に離間して相対的に回転可能であり、 前記オリフィ
    ス手段がその前記第１および第２の組のそれぞれにて複
    数のオリフィスを含み、そのそれぞれの組の板のオリフ
    ィスがそれぞれの組の前記一方の板が他方に対して回転
    するにつれて互いに周期的に整合位置となるよう配設さ
    れ、それぞれの組の板により流体材料の流れの通過と遮
    断とを択一する請求項１８記載の装置。
  30. 【請求項３０】流体材料を処理する装置であって、 前記流体材料の加圧した流れをハウジング手段に受容す
    る入口手段および前記ハウジング手段から前記流体材料
    を排出する出口手段を含むハウジング手段、 前記ハウジング手段内にて前記流体材料の流れに対向す
    る少なくとも第１の組のじゃま板（前記第１の組のじゃ
    ま板は、前記じゃま板を横切る前記流体材料の圧力の減
    少を生起し、これにより前記じゃま板の下流側で低圧帯
    域を画成し、その前記第１の組の前記じゃま板の一方は
    他方に対して回転可能である）、 その前記第１の組のじゃま板のそれぞれの複数のオリフ
    ィス（前記オリフィスは、前記一方のじゃま板の回転に
    際して互いに周期的に位置合せするよう配設され、前記
    流体材料の連続的なバーストを可能として前記第１の組
    のじゃま板を介して前記低圧帯域へと通過させる）、お
    よび前記一方のじゃま板を他方に対して予め選択された
    速度で回転させる手段（流体材料のバーストは前記じゃ
    ま板を介して前記流体材料にエネルギーのパルスを与え
    る前記低圧帯域へと通過する）からなる装置。
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