(57)【要約】【課題】複数のキャビテーション発生機を有していてもよいキャビテーション発生機プラントを、変化する通流量や生産物パラメータに、自動的に適合させることができ、衛生に対して課せられた要求を満たす方法並びに装置を提供する。【解決手段】ポンプの圧送出力を、キャビテーションミキサからの流体混合物の最大取出量よりも大きく選択して、キャビテーション発生機区間の終端部に常に過剰圧力が生じるようにし、戻し導管を常時開放し、最低限の圧力降下に満たない場合は、特に前記ポンプの単位時間当たりの圧送量を高めることにより、戻し導管を介して戻される部分流を増大させ、複数のキャビテーション発生機が設けられている場合は、これらのキャビテーション発生機のうちの少なくとも１つを閉鎖し、且つ／又は特にツリー状障害部材の軸方向移動により、１つ若しくは複数のキャビテーション発生機の隙間幅を減少させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
隙間幅（１１）を個別に制御することができる、１つのキャビテーション発生機（１ａ）又は並列接続された複数のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）を有するキャビテーション発生機区間（１）を備えた、衛生的に製造するべき流体混合物用のキャビテーションミキサの流量適合方法であって、
−処理しようとする流体の特性、特に温度を考慮して、前記キャビテーション発生機区間（１）にわたる最低限の圧力降下を決定し、
−流体混合物の一部を、流出導管（９）から戻し導管（３）を介して、前記キャビテーション発生機区間（１）の下流側のポイント（３ａ）から、前記キャビテーション発生機区間（１）用の作業圧力を供給するポンプ（４）の上流側であり且つ流体混合物の２つの成分の混合ポイント（５）の上流側のポイント（３ｂ）に戻す、
衛生的に製造するべき流体混合物用のキャビテーションミキサの流量適合方法において、
−前記ポンプ（４）の圧送出力を、キャビテーションミキサからの流体混合物の最大取出し量よりも大きく選択し、これにより、前記キャビテーション発生機区間（１）の終端部に常に過剰圧力が生じるようにし、
−前記戻し導管（３）を常時開放し、
−前記最低限の圧力降下に満たない場合は、
−特に前記ポンプ（４）の単位時間当たりの圧送量を高めることにより、前記戻し導管（３）を介して戻される部分流（２ａ）を増大させ、且つ／又は
−複数のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）が設けられている場合は、これらのキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）のうちの少なくとも１つを閉鎖し、且つ／又は
−特にツリー状障害部材（１０９）の軸方向移動により、１つ若しくは複数のキャビテーション発生機（１ａ）の隙間幅（１１）を減少させる
ことを特徴とする、衛生的に製造するべき流体混合物用のキャビテーションミキサの流量適合方法。
【請求項２】
ガス状の成分を有する流体混合物の場合は、
−延在方向が垂直方向成分を有し且つ上端部が、前記キャビテーション発生機区間（１）用の作業圧力を供給する前記ポンプ（４）の上流側の前記ポイント（３ｂ）に接続している管片（２２′）の下端部の前記ポイント（３ａ）の範囲で流体混合物を取り出し、
−前記流出導管（９）は、前記管片（２２′）内で流体混合物用の取出しポイント（３ａ）の上側に、上方に向けられた開放端部（９ａ）を有している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
−前記流体混合物を、少なくとも１つのキャビテーション発生機（１ａ）の主流方向（１０）に向けられたキャビテーション発生機管（１００）から半径方向に導出し、
−前記ツリー状障害部材（１０９）を支持する軸方向ロッド（１０７）を、前記ツリー状障害部材（１０９）の上流側と下流側とにおいて、ハウジング内において横方向（１１１）で支持する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
１つのキャビテーション発生機（１ａ）しか設けられていない場合に、前記最低限の圧力降下を下回るほどに圧力降下が減少すると、
−まず最初に前記キャビテーション発生機（１ａ）の隙間幅が、大きな隙間幅（１１′）から小さな隙間幅（１１）に減少され、
−前記最低限の圧力降下を引き続き下回った場合は、最低限の圧力降下が得られるまで、前記ポンプ（４）の単位時間当たりの圧送量を高める、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記最低限の圧力降下を少なくとも３０％だけ、有利には少なくとも５０％だけ超過した場合に、小さな隙間幅（１１）で作動している単独のキャビテーション発生機（１ａ）の隙間幅を、大きな隙間幅（１１′）に切り替えて戻す、請求項４記載の方法。
【請求項６】
複数のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）が設けられている場合は、
−まず最初に１つ又は複数のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ・・・）を順次閉鎖し、
−その後、未だ作動中のキャビテーション発生機が複数存在する場合は、これらの作動中のキャビテーション発生機のうちの少なくとも１つにおいて、隙間幅を大（１１′）から小（１１）に調節し、
−最後に、小さな隙間幅（１１）を備えて未だ作動中のキャビテーション発生機（１ｂ）が１つだけになると、前記最低限の圧力降下が得られるまで、前記ポンプ（４）の単位時間当たりの圧送量を高める、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
同じ大きさの２つのキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）が設けられている場合は、
−供給される単位時間当たりの生産物量が、プラントの最大処理量の７５％未満に減少すると、前記キャビテーション発生機のうちの一方（１ａ）の隙間幅を、大きな隙間幅（１１′）から小さな隙間幅（１１）に調節し、他方のキャビテーション発生機の隙間幅は、未だ大きな隙間幅（１１′）のままにしておき、
−供給量が、最大処理量の半分に減少すると、小さな隙間幅に調節された前記キャビテーション発生機を完全に閉鎖し、
−供給量が、最大処理量の２５％に、又は２５％未満に減少すると、作動中の前記キャビテーション発生機を小さな隙間幅（１１）に調節し、
−この状態で、前記キャビテーション発生機区間（１）にわたって必要とされる前記最低限の圧力降下が未だに達成されない場合は、最低限の圧力降下が得られるまで、前記ポンプ（４）の単位時間当たりの圧送量を高める、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
戻される前記部分流（２ａ）の量は、主流（２）の一定の割合、特に５０％に相当する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
戻される前記部分流（２ａ）の量は、特に戻し導管（３）の複数の並列的な支流に設けられた遮断弁の開放により、段階的に増大することができる、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
−戻される前記部分流（２ａ）の量を連続的に変化させ、これにより、前記最低限の圧力降下をちょうどに達成し、且つ／又は
−圧力降下を連続的に測定して、戻し導管（３）を通る流量を制御する制御装置（６）に該圧力降下を送る、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
−前記最低限の圧力降下に影響を与える生産物の特性、特に生産物若しくは該生産物の主成分の供給圧又は温度又は粘度を連続的又は断続的に測定し、この測定に関連して前記最低限の圧力降下を前記制御装置（６）により変更し、且つ／又は
−前記最低限の圧力降下を２０％だけ上回った場合に、最後に実施された流量増大措置を取り消す、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
−既存の複数のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ・・・）の一部だけが作動している場合は、１つ又は複数の作動状態にあるキャビテーション発生機（１ａ）を、設定された時間の経過後に順次交代させ、且つ／又は
−前記キャビテーション発生機区間（１）の複数のキャビテーション発生機のうちの一部だけが作動している場合は、部分的にのみ作動しているキャビテーション発生機区間（１）にわたる圧力降下が３０％だけ、特に有利には５０％だけ、前記最低限の圧力降下を超過するか、又は５５００ｈＰａ、有利には６０００ｈＰａに到達した場合に、停止されているキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）を順次又は全て接続する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記キャビテーション発生機区間（１）内で、異なる大きさに寸法決めされた複数のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）を使用し、前記最低限の圧力降下に満たない場合、まず最初に最も小さなキャビテーション発生機を停止させ、これで十分でない場合は、最も小さなキャビテーション発生機の代わりに、次に大きなキャビテーション発生機を順に停止させ、最終的に１つのキャビテーション発生機を停止させるだけでは最早十分でない場合には、引き続き、やはり最も小さなキャビテーション発生機から出発して、第２のキャビテーション発生機をも停止させる、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
−圧力降下に直接に関連して前記隙間幅（１１）を連続的に調節する場合、必要とされる最低限の圧力降下がちょうど達成されるように前記調節を実施し、且つ／又は
−処理しようとする生産物若しくは処理しようとする生産物の主成分が水の場合に、２０℃＋／−２℃（１４ａ，１４ｂ・・・）の温度において、少なくとも１５ｍ／ｓの流速が個々の障害物、特に全ての障害物において達成されるか
又は超過されるように、前記最低限の圧力降下を決定する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記キャビテーション発生機区間（１）にわたる最低限の圧力降下は、水、又は主成分として水を有する生産物を、特に２０℃＋／−２℃の処理温度で処理する場合に、４０００ｈＰａである、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
キャビテーションミキサであって、
−互いに並列接続された複数のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）を有するキャビテーション発生機区間（１）を備えており、前記キャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）内の隙間幅（１１）が、特に大きな隙間幅（１１′）と小さな隙間幅（１１）との間で、特に圧縮空気シリンダ（１１３）により調節可能であり、
−前記キャビテーション発生機区間（１）に通じる流入導管（８）に、少なくとも１つのポンプ（４）が設けられており、
−前記キャビテーション発生機区間（１）の下流側のポイント（３ａ）と、上流側のポイント（３ｂ）との間に、差圧測定装置（１５）が設けられており、
−前記ポンプ（４）の上流側で前記流入導管（８）に開口する第２の成分用の供給導管（１７）が設けられており、
−前記キャビテーション発生機区間（１）の下流側のポイント（３ａ）から、前記キャビテーション発生機区間（１）用の作業圧力を供給する前記ポンプ（４）の上流側であり且つ流体混合物の２つの成分の混合ポイント（５）の上流側のポイント（３ｂ）に通じる戻し導管（３）が設けられており、
−前記キャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）は、キャビテーション発生機管（１００）により管状に形成されている、
キャビテーションミキサにおいて、
−前記キャビテーション発生機（１ａ，１ｂ・・・）は、個別に且つ互いに独立して、個々のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ・・・）に通じる流入導管（８）又は流出導管（９）を遮断することにより遮断可能でもあるし、
−前記隙間幅（１１）を調節することができるようにもなっており、
−前記差圧測定装置（１５）により測定された、前記キャビテーション発生機区間（１）にわたる圧力降下に関連して前記ポンプ（４）の単位時間当たりの吐出量を制御し、且つ前記個別のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ・・・）における開閉、並びに開放状態での大きな隙間幅（１１′）から小さな隙間幅（１１）への調節及びその逆の調節を制御する制御装置（６）が設けられており、
−前記キャビテーション発生機管（１００）は、フランジ締結された複数の個別の管部分（１０２，１０３，１０４）から成っていて、これらの管部分は少なくとも、生産物流入部（１０２）、キャビテーションコーン（１０３）及び軸方向貫通部（１０４）の個別部材であることを特徴とする、キャビテーションミキサ。
【請求項１７】
−障害物（１０８ａ，・・・）が、特にこれらの障害物（１０８ａ，１０８ｂ）に結合された軸方向ロッド（１０７）を軸方向に移動させることにより、且つ／又は
−前記戻し導管（３）の供給点（３ｂ）の上流側で混合物の主成分用の流入導管に設けられた別のポンプ（２２）により、軸方向に調節可能である、請求項１６記載のキャビテーションミキサ。
（軸方向ロッドの両側支承）
【請求項１８】
第２の成分用の供給導管（１７）と、戻し導管（３）との間に接続導管（１９）が設けられていて、該接続導管（１９）は、特に前記供給導管（１７）において、該供給導管（１７）の調量弁（２０）と混合ポイント（５）との間で主系統に接続されている、請求項１６又は１７記載のキャビテーションミキサ。
【請求項１９】
−前記管部分、即ち、生産物流入部（１０２）、キャビテーションコーン（１０３）及び軸方向貫通部（１０４）の固定フランジ（１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂ）は、溶接シーム無しで中実体から製造、特に旋削加工されており、且つ／又は
−放圧室（１０５）は、溶接されたフランジ（１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ）と、内部の気泡を閉じるために後加工された溶接シーム（１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ）とを備えたＴ字形管片である、請求項１６から１８までのいずれか１項記載のキャビテーションミキサ。
【請求項２０】
−前記障害物（１０８ａ，１０８ｂ）と、これらの障害物を支持する前記軸方向ロッド（１０７）との間の移行部（１１２）が、特に少なくとも１ｍｍ、有利には少なくとも１０ｍｍの曲率半径を備えて丸み付けられており、且つ／又は
−前記キャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）の内室（１０１ａ，１０１ｂ）の全ての内側角隅部（１１３ａ，１１３ｂ）が、少なくとも５ｍｍ、特に少なくとも１０ｍｍの曲率半径を備えて丸み付けられている、請求項１６から１９までのいずれか１項記載のキャビテーションミキサ。
【請求項２１】
−前記キャビテーション発生機管（１００）の、軸方向に互いにねじ締結された部分の間に、隙間無しのシール、特に無菌シール（１２０）が配置されており、且つ／又は
−前記軸方向ロッド（１０７）の貫通部（１１４）が、前記キャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）の内室（１０１ａ，１０１ｂ）に対して、選択的にＯリングシール（１１５）か、又は隙間無しの、特に無菌のリップシール（１１６）によってシールされている、請求項１６から２０までのいずれか１項記載のキャビテーションミキサ。
【請求項２２】
−前記貫通部（１１４）と、該貫通部内でガイドされる前記軸方向ロッド（１０７）との間の環状ギャップは、軸方向に見て両側をシール（１１５，１１６）によりシールされており、軸方向に見て前記両シールの間に、１つの、有利には２つの対向位置する洗浄導管（１１７ａ，１１７ｂ）が開口しており、特に
−前記洗浄導管（１１７ａ，１１７ｂ）は環状室（１１８）に開口している、請求項１６から２１までのいずれか１項記載のキャビテーションミキサ。
【請求項２３】
−入口開口（１２４）の下流側の横断面狭小部（１２１）により、流速が係数９〜１３だけ、特に係数１０〜１２だけ、特に係数１０．５〜１１．５だけ高められ、且つ／又は
−流れ方向（１０）に見て最後の障害物（１０８ｅ）の通流隙間における流速が、最初の障害物の通流隙間における流速に比べて係数１．８〜２．５だけ、特に２．０〜２．３だけ高められるように、前記障害物（１０８ａ，・・・）が、相互に且つ／又は包囲しているキャビテーション発生機管（１００）に対して位置決めされ且つ寸法決めされ、且つ／又は
−１つの障害物（１０８ａ，・・・）から次の障害物に至るまでの各通流隙間における流速が、流れ方向に見てその都度係数１．１〜１．４だけ増大するように、円板が相対的に且つ包囲しているキャビテーション発生機管（１００）に対して位置決めされ且つ寸法決めされる、請求項１６から２２までのいずれか１項記載のキャビテーションミキサ。
【請求項２４】
−前記障害物（１０８ａ，・・・）の数は、３〜１０、特に５〜７であり、且つ／又は特に
−円板状の前記障害物（１０８ａ，・・・）の軸方向の厚さは、１〜４ｍｍ、特に２〜３ｍｍであり、且つ／又は
−２つの隣り合う障害物（１０８ａ，・・・）の中心から中心までの軸方向間隔は、軸方向に見た障害物の厚さの２倍〜７倍、特に３倍〜５倍であり、且つ／又は特に
−板状の障害物（１０８ａ，１０８ｂ・・・）と、前記キャビテーション発生機管（１００）との間の環状ギャップの半径方向の幅は、１〜５ｍｍ、特に１．５〜３．８ｍｍであり、且つ／又は
−横断面拡張部（１２２）と最初の障害物（１０８ａ）との間の一定の横断面を備えた区間の軸方向長さは、前記横断面拡張部（１２２）の下流側の直径の０．７倍〜１．４倍に相当し、且つ／又は
−前記横断面拡張部（１２２）の下流側であり且つ最初の障害物（１０８ａ）の上流側の内側の自由な直径は、流入導管及び／又は流出導管の自由な横断面の０．９倍〜１．１倍に相当する、請求項１６から２３までのいずれか１項記載のキャビテーションミキサ。
【請求項２５】
前記キャビテーション発生機の作動中に、２．５〜６ｂａｒ、有利には５〜６ｂａｒの圧力降下が生じるように、前記キャビテーション発生機が構成されている、請求項１６から２４までのいずれか１項記載のキャビテーションミキサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キャビテーション発生機プラント若しくはキャビテーションミキサの流量適合方法、並びにキャビテーション発生機プラント若しくはキャビテーションミキサに関する。
【背景技術】
【０００２】
公知のように、懸濁液又はエマルション又はガス・液体混合物、例えば炭酸含有飲料は、流体動力学的なキャビテーションミキサを用いて、まず最初にキャビテーションミキサに向かって流れる液体に、蒸気が充填された気泡を発生させ、次いでこれらの気泡が内破的に再び崩壊することにより、機械的に駆動される構成部材無しに小さな手間で製造される。
【０００３】
いわゆる「キャビテーションバブル」の多数の気泡の崩壊が、２つの相領域間、つまり例えば水中の大きな気泡の境界面付近で起こると、これにより第２の成分、この場合は気泡が、より小さな単位に分裂して、２つの成分の極めて微細な混合物、延いては極めて安定的なガス・水混合物が製造される。
【０００４】
キャビテーションバブルの発生は、流動する液体内で、液体の蒸気圧未満に静圧を低下させることによって起こるので、例えば流れを狭くすることによって、蒸気の充填された気泡が形成される。
【０００５】
次いで、流れ横断面の拡張に基づいて静圧が再び増大して、静圧が再び蒸気圧を超えると、気泡は崩壊する。
【０００６】
流れ横断面の狭まりと、続く拡張とは、通流室内に障害物が配置されることにより達成され、この場合、例えば障害物と、通流室の包囲ハウジングとの間に残留する隙間が、狭小部を形成する。
【０００７】
スペース上の理由から、好ましくは流れ方向に対して横方向に位置する円板の形状を有する前記障害物を、相前後して多重に配置することにより、特に流れ方向に見て環状の隙間面積が１つの円板から次の円板にかけてその都度減少していくことによって、キャビテーション作用は数倍になる。
【０００８】
この場合、環状の隙間範囲に形成される第１のキャビテーションフィールドに加えて付加的に、複数の補足的なキャビテーションフィールドが障害物間の通流可能な中空室内に生ぜしめられるので、個々のキャビテーションフィールドの空間的な重なりに基づいて、いわゆる「スーパーキャビテーションフィールド」が生じ、これにより各個別のキャビテーションフィールドのキャビテーション作用は数倍になる。
【０００９】
流速が、周辺条件に関連する特定の値、例えば約１４ｍ／ｓを、障害物の剥離エッジにおいて超過すると、水の場合は静圧がゼロ又は負となり、この静圧の低下がキャビテーション作用を生ぜしめる。
【００１０】
このようなキャビテーション発生機は、例えばミネラルウォーターの充填工場又はレモネード製造工場において使用され、これにより、混入されたＣＯ２及び／又はレモネード原料（シロップ）を、水中でできるだけ完全に結びつかせる。
【００１１】
この場合、実地では複数の問題が生じる。即ち：
一方では単位時間当たりに供給されて処理されるべき生産物、とりわけ飲料の液状の主成分の量は、上流側のプラント部分の運転状態又は供給能力延いてはキャビテーション発生機にわたって生じる圧力降下にも関連して、激しく変動することがある。
【００１２】
更に、例えば生産物を変更することにより、生産物の特性、例えば温度、粘度、供給圧等が変化する可能性がある。
【００１３】
このような条件変化にもかかわらず、キャビテーション発生機内に確実にキャビテーション作用を生ぜしめるために、特に障害物の通流隙間における所定の最低流速及び／又は最低限の圧力降下を得るか、又は上回る必要があるが、これらの最低流速及び／又は最低限の圧力降下は、前記周辺条件に依存している。
【００１４】
特許文献１、特許文献２並びに特許文献３から既に、生産物の流れの一部をキャビテーション発生機の下流側で分岐させ、一部はキャビテーション発生機区間の始端部の上流側に戻し、且つ一部はキャビテーション区間に戻すことが公知である。
【００１５】
特許文献１には、相前後して接続された２つのキャビテーション発生機のうちの第１のキャビテーション発生機に、つまりこの第１のキャビテーション発生機の側方に配置された吸込み接続部に戻す具体的な手段が記載されているに過ぎない。前記吸込み接続部には、第１のキャビテーション発生機内のノズル作用に基づき負圧がもたらされ、これにより、キャビテーション発生機の下流側に低圧レベルで存在する材料流を、更に上流側に位置する、より高い圧力レベルを有するポイントに供給することが可能である。
【００１６】
しかしながら、前掲の特許文献１、２及び３では、材料流を戻す目的として、せいぜい生産物に及ぼされるキャビテーションの影響の改善が挙げられているに過ぎない。戻し流の量により、キャビテーション発生機区間にわたる最低限の圧力降下を制御することは、提案もされていないし、容易に想到し得ない。全体として最低限の圧力降下を保証すべき様々な手段の具体的な順序や組み合わせは全く記載されていない。
【００１７】
製造しようとする混合物が食品である場合、又は別の理由から衛生状態を必ず維持せねばならない場合には、付加的な問題が生じる。即ち：
キャビテーション発生機管が複数の個別部材、特に軸方向に相接して続く個別部材や、長手方向に分割された２つのハーフシェルから構成される場合は、これらの個別部材間にシールを配置する必要があり、これらのシールと、包囲している材料との間には極小さな中空室が残るので、これらの中空室に病原菌が集まって増殖する恐れがある。細菌汚染の可能性をできる限り低下させるために、互いに結合されるべき、大抵はねじ締結されるべき個別部材を、付加的に密に、且つできるだけ中空室を無くすように互いに適合させねばならない。
【００１８】
これに対して、キャビテーション発生機管ができるだけ少ない、特に唯一の部材から製造される場合には、製造費用が極めて高くなるか、又はキャビテーション発生機管内に配置しようとするツリー状障害部材の取付けが不可能になるか、若しくは取付けに極めて手間がかかる。
【００１９】
キャビテーション発生機管の個々の部分が、後からフランジ部材に溶接されて、その後これらのフランジ部材を介してキャビテーション発生機管の個々の部分が互いにねじ締結可能である場合は、キャビテーション発生機管の分割次第では、溶接された状態では接近しにくいために、フランジ部材と本来の管部分との間の溶接シームを後処理、特に研磨することができないか、又は別の方法で溶接シームを平滑化することはできない。これにより、やはり溶接シーム内に残留している、キャビテーション発生機管の内室に対して開いた気泡のリスクが生じ、これらの気泡もやはり、病原菌の堆積場所や増殖場所に利用される恐れがある。
【００２０】
付加的に、フランジの溶接は、キャビテーション発生機管の全長、延いては必然的にツリー状障害部材の長さをも延長する。しかしながら、ツリー状障害部材はいずれにしろその安定性に関して、作動中に発生する大きな力に基づき、既に常時、安定性の限界にある。
【００２１】
キャビテーション発生機の作動中に層流だけが支配する領域に溶接シームが位置している場合、これらの領域は媒体の流れによって最適には自動洗浄されない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００２２】
【特許文献１】ＤＥ４４３３７４４  Ａ１
【特許文献２】ＷＯ２００６／０２７００２  Ａ１
【特許文献３】ＤＥ６９８１６０７７  Ｔ２
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００２３】
従って本発明の課題は、複数のキャビテーション発生機を有していてもよいキャビテーション発生機プラントを、運転条件の変化、特に変化する通流量や生産物パラメータに、特に自動的に適合させることができ、しかも、衛生に対して課せられた要求を満たす方法並びに装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
この課題を解決するために本発明による方法では、
隙間幅を個別に制御することができる、１つのキャビテーション発生機又は並列接続された複数のキャビテーション発生機を有するキャビテーション発生機区間を備えた、衛生的に製造するべき流体混合物用のキャビテーションミキサの流量適合方法であって、
−処理しようとする流体の特性、特に温度を考慮して、前記キャビテーション発生機区間にわたる最低限の圧力降下を決定し、
−流体混合物の一部を、流出導管から戻し導管を介して、前記キャビテーション発生機区間の下流側のポイントから、前記キャビテーション発生機区間用の作業圧力を供給するポンプの上流側であり且つ流体混合物の２つの成分の混合ポイントの上流側のポイントに戻す、衛生的に製造するべき流体混合物用のキャビテーションミキサの流量適合方法において、
−前記ポンプの圧送出力を、キャビテーションミキサからの流体混合物の最大取出し量よりも大きく選択し、これにより、前記キャビテーション発生機区間の終端部に常に過剰圧力が生じるようにし、
−前記戻し導管を常時開放し、
−前記最低限の圧力降下に満たない場合は、
−特に前記ポンプの単位時間当たりの圧送量を高めることにより、前記戻し導管を介して戻される部分流を増大させ、且つ／又は
−複数のキャビテーション発生機が設けられている場合は、これらのキャビテーション発生機のうちの少なくとも１つを閉鎖し、且つ／又は
−特にツリー状障害部材の軸方向移動により、１つ若しくは複数のキャビテーション発生機の隙間幅を減少させるようにした。
【００２５】
更に、前記課題を解決するために本発明による装置では、
キャビテーションミキサであって、
−互いに並列接続された複数のキャビテーション発生機を有するキャビテーション発生機区間を備えており、前記キャビテーション発生機内の隙間幅が、特に大きな隙間幅と小さな隙間幅との間で、特に圧縮空気シリンダにより調節可能であり、
−前記キャビテーション発生機区間に通じる流入導管に、少なくとも１つのポンプが設けられており、
−前記キャビテーション発生機区間の下流側のポイントと、上流側のポイントとの間に、差圧測定装置が設けられており、
−前記ポンプの上流側で前記流入導管に開口する第２の成分用の供給導管が設けられており、
−前記キャビテーション発生機区間の下流側のポイントから、前記キャビテーション発生機区間用の作業圧力を供給する前記ポンプの上流側であり且つ流体混合物の２つの成分の混合ポイントの上流側のポイントに通じる戻し導管が設けられており、
−前記キャビテーション発生機は、キャビテーション発生機管により管状に形成されている、キャビテーションミキサにおいて、
−前記キャビテーション発生機は、個別に且つ互いに独立して、個々のキャビテーション発生機に通じる流入導管又は流出導管を遮断することにより遮断可能でもあるし、
−前記隙間幅を調節することができるようにもなっており、
−前記差圧測定装置により測定された、前記キャビテーション発生機区間にわたる圧力降下に関連して前記ポンプの単位時間当たりの吐出量を制御し、且つ前記個別のキャビテーション発生機における開閉、並びに開放状態での大きな隙間幅から小さな隙間幅への調節及びその逆の調節を制御する制御装置が設けられており、
−前記キャビテーション発生機管は、フランジ締結された複数の個別の管部分から成っていて、これらの管部分は少なくとも、生産物流入部、キャビテーションコーン及び軸方向貫通部の個別部材であるようにした。
【００２６】
有利な構成は、従属請求項に記載されている。
【発明の効果】
【００２７】
キャビテーション発生機の入口と出口との間で検出可能な圧力降下は、キャビテーション発生機内の流速、特に障害物における流速、つまりキャビテーション発生機の狭小部における流速と相関関係にあるので、キャビテーション発生機は、キャビテーション発生機区間にわたって測定される圧力降下に基づいて制御され得る。キャビテーション発生機区間は、１つのキャビテーション発生機、又は本実施形態では複数の、一般に並列接続されたキャビテーション発生機から成っていてよい。
【００２８】
キャビテーション発生機の内部に実際にキャビテーション延いては所望の混合作用が生じるようにするために、まず最初に、キャビテーション発生機区間に生じなければならない最低限の圧力降下を決定する必要がある。
【００２９】
この最低限の圧力降下の高さがどの程度でなければならないのかは、多数の周辺条件に関連していて、キャビテーション発生機の構造形式及びサイズに関連している一方で、キャビテーション発生機で加工しようとする流体の物理的特性、例えば加工しようとする流体が供給される温度、粘度及び圧力等の周辺条件にも関連している。
【００３０】
圧力降下が運転中に、所定の最低限の圧力降下を下回るほどに減少しないようにするために、キャビテーション発生機区間の出口において、主流から部分流が、常に開いた戻し導管を介して分岐され、キャビテーション発生機区間の始端部の上流側で主要区間に戻し循環させられて、キャビテーション発生機区間に改めて供給され、これにより、単位時間当たりのキャビテーション発生機区間に供給される量が人為的に増大されて、キャビテーションの発生が保証されるようになっている。これは主として、キャビテーション発生機区間用の作業圧力を供給するポンプの単位時間当たりの吐出量を増大させることによって行われる。
【００３１】
詳細には、このために必要な制御方法は、種々様々に実施され得る。
【００３２】
つまり、例えば常に定められた特定の量の主流、例えば常に５０％の主流が、回路に戻されてよい。
【００３３】
しかしながら、戻される部分流の量は、例えば段階的又は連続的に変化させることができるほうが良く、このことは、上述した手段によって容易に実現され得る。これにより、生じる圧力降下が常に、決定された最低限の圧力降下をかろうじて上回り、延いてはキャビテーションが発生する、ということが達成され得る。
【００３４】
前記圧力降下が最低限の値を超えて著しく増大しても、有効な利益は何らもたらさない。それというのも、この場合に生じるキャビテーションは、量的に多くはならない、つまり、混合はほとんど改善されないからである。主流のかなりの部分又は大部分を戻すことにより、反対に別の問題が生じる。即ち：
キャビテーション発生機内で何度も加工が行われることにより、加工しようとする媒体の温度が上昇し、これは多数の用途に関して欠点となる。これにより、加工しようとする流体もやはり、キャビテーション発生機内に生じる負荷、例えば高い剪断力を一度のみならず何度も受け、このことは、加工しようとする流体によっては欠点となり得る。
【００３５】
部分流の戻し案内は、キャビテーション発生機に作業圧力を供与するポンプの上流側であり且つ主成分に供給される成分の混合ポイントの上流側の所定のポイントで行われるので、戻された部分流は、前記ポンプによって再び所望の作業圧力にもたらされる。
【００３６】
一般に、圧力降下は連続的に測定されて、圧力測定の結果は、戻し区間の通流量を制御する制御装置に送られる。戻し区間の通流量制御を提供する特に簡単な制御装置は、簡単な差圧制御装置である。しかしながら一般には、付加的に他の制御機能を一緒に担うことができる、より複雑な制御装置が用いられる。
【００３７】
つまり、例えば生じる圧力降下の他に、生産物の注目すべき物理的特性、例えば温度、粘度等を直接に測定し、同様に圧力、好ましくはポンプの下流側の圧力、つまりキャビテーション発生機への入口における作業圧力も測定され得る。圧力降下は、キャビテーション発生機の上流側と下流側との圧力を測定することにより、いずれにしろ検出されるので、これらの個々の圧力のうちの一方が既に、キャビテーション発生機への入口における圧力である。
【００３８】
キャビテーション発生機区間が１つのキャビテーション発生機のみならず、並列接続された複数のキャビテーション発生機を有している場合、極端に少ない流量に対する適合は、特に付加的に、やはり予め定められた、キャビテーション発生機区間にわたる最低限の圧力降下の決定に従って、これを下回った場合には、残りの作動中のキャビテーション発生機、つまり少なくとも１つの作動中のキャビテーション発生機によりキャビテーション発生機区間にわたって最低限の圧力降下が達成されるまで、少なくとも１つのキャビテーション発生機又は順次複数のキャビテーションが停止、つまり閉鎖されることにより、行うことができる。
【００３９】
キャビテーション発生機区間が２つ又は複数の、同一に寸法設定されたキャビテーション発生機を有している場合は、最低限の圧力降下に満たないと、１つのキャビテーション発生機しか運転されなくなるまで、キャビテーション発生機が相次いで順に停止される。
【００４０】
これに対して、キャビテーション発生機区間のキャビテーション発生機が異なるサイズに寸法設定されている場合の手順は別にある。
【００４１】
区間の全てのキャビテーション発生機が作動され、且つ圧力降下が最低限の圧力降下を下回るほどに減少している状態を起点とした場合は、まず最初に最も小さなキャビテーション発生機が停止される。
【００４２】
これで十分でない場合には、最も小さなキャビテーション発生機は作動させられ、その代わりに最低限の圧力降下が達成されるまで、次に大きなキャビテーション発生機が順に停止される。
【００４３】
最低限の圧力降下が唯一のキャビテーション発生機を停止させることによっては達成不可能な場合は、唯一の最大のキャビテーション発生機は停止したままにして、最終的に２つ又はそれ以上のキャビテーション発生機が停止状態にされるまで、残りの作動しているキャビテーション発生機によって同一の通流量が継続される。このようにして、最低限の圧力降下がかろうじて上回られ、極端に大きく増大することはない。最低限の圧力降下の極端な増大は、単に大きなエネルギ損失を意味するに過ぎない。
【００４４】
このようにして、例えば異なる大きさの３つのキャビテーション発生機により、既にキャビテーション発生機プラントの極めて良好な制御が実施され得る。
【００４５】
好ましくは、個々のキャビテーション発生機と、次に大きなキャビテーション発生機との大きさの比は、常に同じであり、例えば１：２又は１：４である。
【００４６】
１つ又は複数のキャビテーション発生機が停止された状態で運転が行われる場合、所定の時間の経過後に、キャビテーション発生機の同一の寸法設定に基づいて可能な限りは、停止されるキャビテーション発生機を交代して、加工しようとする媒体が停止されたキャビテーション発生機内に極端に長く滞留することを防止する。キャビテーション発生機における媒体の長期滞留は、不都合な病原菌が形成される可能性を高める恐れがある。
【００４７】
反対に、目下全てのキャビテーション発生機が作動してはいないキャビテーション発生機区間において、目下の圧力降下が３０％以上、特に５０％以上、所定の最低限の圧力降下を上回ると、付加的なキャビテーション発生機が作動される。これにより、極端に大きなエネルギ損失と、媒体に対する極端に高い剪断負荷とが回避される。
【００４８】
キャビテーション発生機を停止させるために、供給導管と、特に流出導管の両方、つまりキャビテーション発生機の上流側と下流側とが別個に遮断される。
【００４９】
このことは、キャビテーション発生機内への細菌汚染の移動と、キャビテーション発生機からの細菌汚染の移動とを阻止し、更に、キャビテーション発生機区間の作動範囲から、停止されたキャビテーション発生機内への水撃をも阻止する。
【００５０】
キャビテーション発生機区間の１つ又は複数のキャビテーション発生機は、隙間の大きさ、つまり、キャビテーションを生ぜしめる、キャビテーション発生機の障害物と外部ハウジングとの間の有効隙間の大きさに関して可変なので、制御及び変動する通流量に対する適合は、特に付加的に、前記隙間の大きさを変えることによっても行うことができる。
【００５１】
一般に、障害物は軸方向に相前後して間隔をあけて配置された、例えば円板体であり、これらの円板体は、軸方向に延びるロッドに配置されている。前記隙間の大きさを調節するためには一般に、大抵円錐状に先細になるように延びている外側のハウジング内で個々の障害物がその軸方向位置をずらされるのではなく、軸方向ロッドがずらされ、この軸方向ロッドと共に全ての障害物、つまりツリー状障害部材全体がずらされる。
【００５２】
特に簡単な制御は、ツリー状障害部材が２つの終端位置間でしか往復移動させられないことによって可能であり、このことは、圧縮空気シリンダによって簡単に行うことができる。
【００５３】
前記軸方向の移動が複数段階で、又は無段階で行われると、より細やかな制御が可能になるが、このためにはツリー状障害部材を、例えばサーボモータによって移動させる必要がある。
【００５４】
特に、隙間の大きさの連続的な調節は、キャビテーション発生機区間にわたって目下測定された圧力降下に直接に関連して実施されるので、必要とされる最低限の圧力降下がちょうど得られる。
【００５５】
隙間幅が２つの位置間でのみ変化させられるキャビテーション発生機の場合、最低限の圧力降下を下回ると直ちに、大きな隙間幅に調節された状態からより小さな隙間幅に切り替えられる。逆に、最低限の圧力降下を２０％以上、超過すると直ちに、小さな隙間幅から大きな隙間幅に切り替えられる。
【００５６】
この場合、最低限の圧力降下は、例えば処理しようとする生産物が水の場合、若しくは主成分が水の生産物の場合、＋／−２℃の誤差を有する２０℃の処理温度において、少なくとも１５ｍ／秒の流速が、キャビテーション発生機内、特にキャビテーション発生機内の全ての狭小部において達成されるか、又は超えられるように規定される。このことは例えば、キャビテーション発生機区間にわたる最低限の圧力降下が４０００ｈＰａであることに相当する。
【００５７】
同時に、キャビテーション発生機プラントは、影響を及ぼす別の複数の手段を有していてもよい。
【００５８】
プラントは、隙間幅に関して可変の複数のキャビテーション発生機を有しているので、圧力降下が、最低限の圧力降下を下回るほどに減少すると、２つの位置の隙間幅しか可能でない場合は、まず最初にキャビテーション発生機区間の複数のキャビテーション発生機が順次、全てのキャビテーション発生機に至るまで、大きな隙間から小さな隙間に減少される。
【００５９】
隙間幅を段階的に何度も変えることができる場合は、最低限の圧力降下が達成されるまで、隙間幅は、好ましくは区間の全てのキャビテーション発生機において並行して徐々に減少される。
【００６０】
供与されているキャビテーション発生機プラントが、隙間幅の調節以外に、並列的に構成された複数のキャビテーション発生機を備えたキャビテーション発生機区間を有していて、前記キャビテーション発生機は個別に作動及び停止可能である場合、１つのキャビテーション発生機又は複数のキャビテーション発生機を順次遮断することが、圧力降下に影響を及ぼすために第１に選択される手段であり、これが十分でない場合に初めて追加的に、隙間幅の減少と、戻し量の増大とが、この順序で付加的に利用される。
【００６１】
この制御優先順位に対して択一的な優先順位では、第１の手段としてキャビテーション発生機区間の全てのキャビテーション発生機において一貫して隙間幅を減少させ、これが十分でない場合に初めて、個々の又は複数のキャビテーション発生機を停止させる。
【００６２】
導管内の堆積物及び細菌汚染を避けるために、導管を通る戻し流が実地運転において遮断されることは決してない。このための戻し案内量は、主流の少なくとも２％、好適には５％で十分である。
【００６３】
つまり、上述した影響を及ぼす手段を実現するキャビテーション発生機プラントは、以下の要素を有している。即ち：
−互いに並列接続された複数のキャビテーション発生機を備えたキャビテーション発生機区間であって、前記キャビテーション発生機は、個別に且つ互いに独立して制御され得る。この場合、これらのキャビテーション発生機は、完全に遮断されることもあるし、開放状態において隙間幅を少なくとも大きな隙間幅と小さな隙間幅との間で、好ましくは無段階に調節されることもある。
−キャビテーション発生機が機能するために必要な圧力をもたらすようにキャビテーション発生機区間に通じる流入導管に設けられた、少なくとも１つの制御可能なポンプ。
−キャビテーション発生機区間の上流側と下流側の２つの測定ポイントの間の差圧、延いてはキャビテーション発生機区間にわたる圧力降下を測定する測定装置。
−供給しようとする混合物の第２の成分用の供給導管であって、この供給導管は、特にキャビテーション発生機プラントの主要区間において、ポンプの上流側に開口している。
−特に差圧測定装置の信号をインプットとして用いて、これに関連して少なくとも個々のキャビテーション発生機を制御、つまり開閉し、開放状態において個々のキャビテーション発生機の隙間幅を変化させる制御装置。
【００６４】
この場合、キャビテーション発生機内の複数の隙間幅は、個々の障害物において一般に一緒に調節されるに過ぎず、例えば外周面から見て大抵円錐形のツリー状障害部材全体が、キャビテーション発生機のやはり大抵は円錐形のハウジング内に軸方向に移動することにより、調節される。
【００６５】
戻し導管を通る処理量は、制御装置、例えば制御可能なポンプによって、やはりキャビテーション発生機区間にわたる圧力降下に関連して制御され得る。
【００６６】
キャビテーション発生機区間内の個々のキャビテーション発生機の遮断、つまり停止用に、各キャビテーション発生機は、好ましくは遮断弁をキャビテーション発生機の上流側と下流側とに有しており、これにより、停止されているキャビテーション発生機内への、若しくは停止されているキャビテーション発生機からの逆流及び不純物が阻止されるようになっている。
【００６７】
キャビテーション発生機区間にわたって差圧を測定する測定装置用の測定ポイントは、一方ではキャビテーション発生機区間の終端部と、遅くとも戻し案内用分岐部、つまり、まだ分岐されていない主要区間における、キャビテーション発生機の下流側との間に位置しており、且つ他方ではポンプとキャビテーション発生機区間の入口との間に位置していて、これにより、キャビテーション発生機区間に対する初期の作業圧力全体が検出されるようになっている。
【００６８】
第２の成分用の供給導管は、その開口部に関して、主系統内の戻し導管の開口部とポンプとの間に位置しており、好ましくは戻し導管に通じる横方向接続部を有している。
【００６９】
このキャビテーション発生機プラントで使用される少なくとも１つのキャビテーション発生機、特に該キャビテーション発生機のキャビテーション発生機管は、次のように構成されている。即ち：
キャビテーション発生機管は、複数の個別部分、特に流れ方向に連続して分割された、生産物流入部、キャビテーションコーン、放圧室及び軸方向ロッド貫通部の各部分から成っている。これにより、これらの個々の管部分に配置される溶接シームをフランジ締結前に良好に得ることができ、溶接シームを後加工、特に研磨することができるか、又は別の方法で、キャビテーション発生機の内室に対して溶接シームの表面を除去することができる。
【００７０】
好ましくは、個々の管部分に固定フランジが溶接されるのではなく、固定フランジが、個々の管部分と一体的に中実体から製造される、特に中実体から旋削されることにより、前記問題を惹起する恐れのある溶接シームは全く生じない。
【００７１】
この場合、半径方向に流出する生産物の流出部を有する放圧室は、購入部品として調達されるＴ字形部材であり、このＴ字形部材は一般に、半径方向に延びる管片と、長手方向に延びる管片との間に溶接シームを有していてよいが、この溶接シームは製造者により、気泡（ボイド）を無くす後処理を施されたものであり、このことは大量生産及び専門装置において可能である。Ｔ字形管片の軸方向端部には、それぞれ所要のフランジが溶接され、溶接シームは気泡を閉じる後処理を施される。
【００７２】
キャビテーションコーンに面した側には付加的に支持フランジが設けられていて、この支持フランジは、外側の管壁から見て向かい合う側に、少なくとも２つの半径方向内向きの支材を有しており、これらの支材は軸方向ロッドを半径方向で支持しているが、これにより妨げられる軸方向の媒体の流れは最小限である。当該支持フランジは、放圧室の溶接されたフランジと一体の構成部材であってよいか、又は放圧室とキャビテーションコーンとの間にねじ締結される別個のフランジであってよい。
【００７３】
好ましくはフランジのねじ締結によって軸方向に互いに位置固定される個々の管部分の間に、隙間無しのシール、特にいわゆる「無菌シール」が挿入され、これらの無菌シールは、シールと周りの材料との間、及びシール内にも残余空間が存在しないことにより、病原菌の堆積を阻止する。
【００７４】
この場合、主流方向がシールの方向と一致しないようにシールを配置したほうがよい。つまり、シールは好ましくは周方向に配置されるか、若しくは主流方向に対して横方向の半径方向に配置され、これにより、キャビテーション発生機管を形成する個々の部分が、軸方向で相接して接続することになる。
【００７５】
同様に、堆積物を回避し且つキャビテーション発生機の運転時の自浄作用を改善するために、ツリー状障害部材において、障害物と、これらの障害物を支持する軸方向ロッドとの間の移行部が丸み付けられて、特に少なくとも１ｍｍ、有利には少なくとも１０ｍｍの曲率半径を備えて構成され、キャビテーション発生機の内面における全ての内部エッジ、特に環状の内部エッジ、特にキャビテーション発生機の円筒形の部分と円錐形の部分との間の内部エッジもやはり、丸み付けられて構成される。
【００７６】
更に、衛生的な観点から非常に重要な範囲は、キャビテーション発生機管の端面を閉じられた終端部、つまり、軸方向ロッド貫通部の部分を通る、軸方向ロッドの貫通案内部である。
【００７７】
この場合、軸方向ロッドと、収容する周りの構成部材との間の環状ギャップは、好ましくは例えばリップシール等の隙間無しの、特に無菌のシールによってシールされ、簡単なケースにおいてのみ、Ｏリングシールによってシールされる。
【００７８】
それにもかかわらず前記環状ギャップに生じる病原菌を、キャビテーション発生機を分解せずに取り除くことができるようにするために、ロッド貫通部の範囲でハウジングを貫通して環状ギャップ内に、１つ又は有利には２つの対向位置する洗浄導管が開口していて、これらの洗浄導管を介して洗浄流体、例えば蒸気を環状ギャップに供給し且つ導出させることができるので、これにより、環状ギャップに生じた病原菌は殺される。
【００７９】
前記環状ギャップは、洗浄導管の開口部の上流側と下流側とにおいて、相応のシールによってシールされる。
【００８０】
第１の障害物を衝突板として、つまり、第１の成分の流れ方向を最大限に阻止する、平らに形成されているか、又は流入する第１の成分に対して凹面に形成された衝突面を備えて形成することにより、衝突と混合とが特に著しく混ざった状態で作用する。なぜならば、第１の障害物を越えて、第１の成分の流れ方向とは逆方向に突出して流れを妨げる保持部はないからである。それというのも、この第１の障害物は、後続の障害物と同様に、通流室の中心に特に中心軸として形成された、逆方向から接近する、つまり第１の成分の流れ方向とは反対の方向に接近する保持部に保持され得るからである。
【００８１】
流体が、流れ方向に見て入口開口の下流側で、まず最初に横断面狭小部を通り、次いで横断面拡張部を通り、これらの横断面狭小部と横断面拡張部とが、好ましくはそれぞれ円錐形であることにより、横断面拡張部に基づいて、通流室内を通流する流体により衝突板の上流側で負圧が生ぜしめられ、この負圧が付加的に混合を改善する。
【００８２】
混合物の主流れ方向に測定して面積が小さくなっていく通流隙間は、特に第１の障害物に対する衝突との組み合わせにおいて、障害物の横断面が主流れ方向に減少し、延いては障害物を巡る環状ギャップの長さも減少し、これにより流れ方向に見て細くなっていく円錐が形成されることにより、得られる。
【００８３】
製造された混合物は、特に半径方向の環状ギャップとしての出口開口を介して、好ましくはハウジングから半径方向に導出される。
【００８４】
一般に既存の導管に挿入される当該装置の効率は、例えば供給管内の流速、個々の成分の粘度及び混合性に関連して、障害物が軸方向に調節可能である、つまり、障害物相互の間隔が調節可能であり且つ／又は取り囲んでいるハウジングに対して相対的にグループ毎に又は全体的に調節可能であることによって向上され得、これにより、円錐形のハウジングの場合は環状ギャップ面の絶対寸法も変更される。
【００８５】
当該装置が付加的に、運転中に特定の流れ技術的な条件が維持されるように構成されている場合は、キャビテーション作用が特に顕著に現れる。
【００８６】
つまり、入口開口の下流側の横断面狭小部は、この横断面狭小部の最も狭い箇所における流速が、最後の障害物の通流隙間における流速に等しくなるように設計されていることが望ましい。これに対して最後の障害物の下流側の出口における流速は、最後の障害物の通流隙間における流速よりもやや高くなっていることが望ましい。
【００８７】
障害物として、流れ方向に見て一定の直径を有する円形の障害物、特に円板が用いられ、且つハウジングが主通流方向に先細になることにより減少していく環状ギャップが得られると、特に簡単な構成が得られる。しかしながら、この効果は、円錐形に小さくなっていく障害物、特に円板の場合よりも大きくはない。
【００８８】
更に、特に有利なのは、入口開口の下流側の著しい横断面減少であり、これにより、入口開口から横断面狭小部の最も狭い箇所に至るまでに、流速は係数（倍数）９〜１３だけ、特に係数１０〜１２だけ、特に係数１０．５〜１１．５だけ高まる。
【００８９】
流れ方向で見て、最後の障害物の通流隙間における流速が、最初の障害物の通流隙間における流速と比較して係数（倍数）１．８〜２．５だけ、特に２．０〜２．３だけ高くなるように、障害物が互いに且つ／又は包囲しているハウジングに対して位置決めされ且つ寸法決めされると、更に有利である。
【００９０】
同じことは、１つの障害物から次の障害物に至る流速が、各通流隙間においてその都度係数（倍数）１．１〜１．４だけ増大する場合にも当てはまる。
【００９１】
障害物の数が３〜１０、特に５〜７である場合に、装置の簡単な構成と、高い効率とが最適に釣り合うことが判った。
【００９２】
この場合、隣り合う２つの障害物の中心から中心までの軸方向間隔は、板の厚さの２倍〜７倍、特に３倍〜５倍であることが望ましい。
【００９３】
この場合、板状の障害物の外周面とハウジングとの間の環状ギャップの半径方向の幅は、１〜５ｍｍ、特に１．５〜３．８ｍｍであることが望ましい。
【００９４】
更に、横断面拡張部と衝突板との間の、一定の横断面を有するハウジング区間の軸方向長さが、横断面拡張部の下流側の直径、つまり一定の横断面の０．７〜１．４倍であると有利であることが判った。
【００９５】
同様に、横断面拡張部の下流側の、つまり一定の横断面を有する区間の内側の自由な直径は、流入導管及び／又は流出導管の自由な横断面の０．９〜２．０倍、特に０．９〜１．１倍であることが望ましい。
【００９６】
この場合、好ましくは特に衝突板として形成された第１の障害物が、場合によっては第２の障害物も、残りのどちらかといえば板状の障害物よりも、著しく大きな軸方向延在部を有することになる。前記の、軸方向に見て比較的厚い第１の障害物は、好ましくはその外周面に環状に周方向に延びる１つの凹面の窪みを有しているので、第１の障害物は、環状に周方向に延びる、軸方向に隔てられた各２つの剥離エッジを有しており、この場合、前記窪みは、少なくとも環状ギャップの半径方向の幅の大きさに等しくなることが望ましく、好ましくは環状ギャップの複数倍と等しくなることが望ましい。
【００９７】
当該装置は全体として、装置の全長にわたって２．５〜６ｂａｒの圧力降下、特に５〜６ｂａｒの圧力降下が生じるように、寸法決めされて構成されていることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明によるキャビテーション発生機プラントを示した図である。
【図２ａ】キャビテーション発生機プラントで使用されるキャビテーション発生機を示した図である。
【図２ｂ】キャビテーション発生機プラントで使用されるキャビテーション発生機を示した図である。
【図３】開口部材を示した図である。
【図４】戻し導管の分岐点を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００９９】
以下に、本発明を実施するための形態を図面につき詳しく説明する。
【０１００】
図１に示したキャビテーション発生機プラントでは、加工しようとする流体、大抵は水又は主要成分が水である生産物が、主通流方向１０に供給されて、本実施形態では並列接続された２つの同一のキャビテーション発生機１ａ，１ｂから成るキャビテーション発生機区間１にわたって案内される。
【０１０１】
キャビテーション発生機１ａ，１ｂ内に所望のキャビテーション作用を生ぜしめるために、加工しようとする流体は、主系統内でキャビテーション発生機区間１の上流側に配置されたポンプ４によって所要の圧力にもたらされるようになっており、この圧力は、加工しようとする流体の物理的特性及び別のパラメータに関連して調節される。
【０１０２】
本実施形態ではキャビテーション発生機プラントがミキサとして使用される。それというのも、主通流方向１０に流れる流体には、供給導管１７を介して第２の成分、本実施形態ではＣＯ２が供給されるからである。
【０１０３】
供給導管１７は、ポンプ４の上流側に開口している混合ポイント（混合合流点）５において流入導管８に開口しており、これにより、全混合物はポンプ４によって圧力増大部に供給される。
【０１０４】
キャビテーション発生機区間１の下流側で、ポイント（分岐点）３ａ（図３参照）において流出導管９の主通流方向１０から戻し導管３が分岐して、ポンプ４と、第２の成分用の混合ポイント５との上流側に位置するポイント（合流点）３ｂにおいて、主流２の部分流２ａを回路内の流入導管８に再び戻す。
【０１０５】
これはつまり、供給調質部１７用、つまりＣＯ２用の開口部材２３においても常に十分な流速を保証して、これにより病原菌又はその他の不純物が開口部材２３内に堆積することを防止するためである。
【０１０６】
この戻し案内、つまり循環回路案内は単に、主通流方向に単位時間当たりに供給される、加工されるべき流体の量が少ない場合に、キャビテーション発生機区間１を通流する所要最低通流量を維持するために役立つに過ぎない。所要最低通流量は、キャビテーション発生機が機能するために必要な最低限の圧力降下を、キャビテーション発生機区間にわたって得るために必要である。
【０１０７】
この目的のために、キャビテーション発生機区間１にわたる圧力降下は、差圧測定装置１５によって測定され、この差圧測定装置１５はその測定結果を制御装置６に送る。制御装置６は、差圧測定装置１５と機能統合されていてもよい。
【０１０８】
差圧測定装置１５及び／又は制御装置６は、キャビテーション発生機区間１の上流側の圧力計１４ｄと、下流側の圧力計１４ｃとから入力信号を受け取るようになっており、この場合、キャビテーション発生機区間１の下流側の圧力計１４ｃは、流出導管９からの戻し導管３への分岐点３ａに直接に位置している。更に、差圧測定装置１５及び／又は制御装置６は、主成分用の流入導管８′の始端部に設けられた別の圧力計１４ａと、分岐点３ａの下流側の完成飲料用の流出導管９′に設けられた更に別の圧力計１４ｂとから、入力信号を受け取る。
【０１０９】
制御装置６がプラント全体を確実に制御できるようにするために、制御装置６は別の複数の信号発生器、つまり、混合物の第２の成分用、本実施形態では二酸化炭素用の供給導管１７に設けられた第１の流量計２１ａと、主成分用の流入導管８′に設けられた第２の流量計２１ｂとに接続している。
【０１１０】
前記制御装置６は、完成飲料用の流入導管８内に配置されたポンプ４、延いてはキャビテーション発生機区間１にわたって圧送される単位時間当たりの圧送量、並びに、主成分用の流入導管８′内で第１の圧力計１４ａのすぐ下流側に配置された別のポンプ２２を制御する。それというのも、戻し導管３の供給導管８′への供給点３ｂの上流側に配置されたポンプ２２と、下流側に配置されたポンプ４とのポンプ出力の差に基づいて、戻し導管３を介して戻される部分流２ａの量が制御されるからである。
【０１１１】
更に、キャビテーション発生機区間１の並列接続された各キャビテーション発生機１ａ，１ｂは、各キャビテーション発生機１ａ，１ｂの上流側及び下流側に配置された遮断弁１８ａ，１８ｂ，１８ｃ，１８ｄによって別個に停止、つまり閉鎖され得る。
【０１１２】
各キャビテーション発生機１ａ，１ｂにおけるこれらの遮断弁１８ａ，ｃ若しくは１８ｂ，ｄも、制御装置６によって制御され、これにより、各キャビテーション発生機を個別に作動させ且つ非作動状態にすることができる。
【０１１３】
このために各個別のキャビテーション発生機１ａ，１ｂにおいては、唯一つの遮断弁だけが設けられていても十分であるが、前記２つの遮断弁によって、一方で混合された液体延いては液体中の病原菌、又は主系統からの水撃が、休止されたキャビテーション発生機に対して影響を及ぼすことが防止されるようになっている。
【０１１４】
更に、各キャビテーション発生機１ａ，１ｂにおいて、複数の障害物１０８ａ，１０８ｂが取り付けられたツリー状障害部材１０９（図２に詳しく図示）が、圧縮空気シリンダ１３ａ，１３ｂにより、少なくとも２つの終端位置間でキャビテーション発生機の軸方向１０に移動可能であり、これにより、ツリー状障害部材１０９と、キャビテーション発生機を包囲しているキャビテーション発生機ハウジングの両方の円錐形状に基づいて、隙間幅１１が、大きな隙間幅から小さな隙間幅になるように、且つ逆に小さな隙間幅から大きな隙間幅になるように調節可能である。
【０１１５】
また、この調節を生ぜしめる圧縮空気シリンダ１３ａ，１３ｂも、制御装置６から制御される。
【０１１６】
二酸化炭素用の供給導管１７と、流入導管８との間には更に、接続導管１９が設けられていて、この接続導管１９は、供給導管１７において開口部材２３と流量計２１ａとの間で分岐して、戻し導管３の供給点３ｂで流入導管８に開口している。
【０１１７】
前記接続導管１９並びに複数の導管内に設けられた別の遮断弁は、主として洗浄目的で使用される。
【０１１８】
それというのも、逆止弁１２ｄを閉じて、接続導管１９内の２つの逆止弁を開くことにより、開口部材２３内に生じるベンチュリ効果に基づき逆止弁１２ｃを介して流体が吸い込まれて、開口部材２３の完全な洗浄が保証されるからである。
【０１１９】
更に、複数の導管内にいくつかの逆止弁１２ａ，１２ｂ，１２ｃが設けられている、つまり、主成分用の流入導管８′内に逆止弁１２ａが設けられており、戻し導管３内に逆止弁１２ｂが設けられており、供給導管１７内に逆止弁１２ｃが設けられている。これにより、前記導管内では所望の流れ方向、つまりキャビテーション発生機１に向かう流れ方向にしか、通流が行われない。
【０１２０】
つまり、制御装置６は、キャビテーション発生機区間１にわたる圧力降下に影響を及ぼす３つの主要な手段を制御する。前記圧力降下は、キャビテーション作用が申し分なく機能し且つもたらされるために、（プラント固有の各個別のケースに関して）所定の最低限の圧力降下未満に減少しないことが望ましい。制御装置６が制御する前記３つの主要な手段とは即ち：
−一方ではキャビテーション発生機区間１用の作業圧力を供与するポンプ４の出力、並びに本実施形態では上流側に設けられた、主成分用の別のポンプ２２の出力、
−他方ではキャビテーション発生機区間１の個々のキャビテーション発生機１ａ，１ｂの接続及び遮断、
−更に本実施形態では各個別のキャビテーション発生機１ａ，１ｂに関して隙間幅を別個に独立して大から小へ、且つ小から大へ切り替えることによる、個々のキャビテーション発生機１ａ，１ｂにおける隙間幅の拡大又は縮小、である。
【０１２１】
この場合に使用されるキャビテーション発生機が、図２ａでは小さな隙間幅１１を備えて、且つ図２ｂでは大きな隙間幅１１′を備えて、それぞれ縦断面図で示されている。
【０１２２】
この場合、キャビテーション発生機管１００は相互にねじ締結された複数の区分、つまり、生産物流入部１０２と、キャビテーションコーン１０３と、放圧室１０５と、軸方向貫通部１０４とから成っていて、これらはこの順序で流れ方向１０に、つまりキャビテーション発生機管１００の長手方向に隣接して続いている。
【０１２３】
個々の管片は、通常これらの管片から半径方向外側に向かって突出しているフランジ１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂ，１０５ａ，１０５ｂを介して互いにねじ締結されている。この場合、放圧室１０５は第３のフランジ１０５ｃを有している。それというのも、放圧室１０５において媒体、つまり混合物の生産物流出１１９が、半径方向で側方に向かって行われるからである。
【０１２４】
しかしながら、前記放圧室１０５は軸方向１０では軸方向貫通部１０４によって閉鎖され、この軸方向貫通部１０４を貫通して軸方向ロッド１０７が外部に導出されるようになっており、この軸方向ロッド１０７は、軸方向ロッド１０７に取り付けられた障害物１０８ａ，１０８ｂと共に、キャビテーションコーン１０３の長さ範囲内の内室１０１ａに設けられたツリー状障害部材１０９を形成している。これにより、ツリー状障害部材１０９を長手方向１０に移動させて軸方向貫通部１０４において位置固定することができ、これにより、ツリー状障害部材１０９及び／又はキャビテーションコーン１０３の内室１０１ａの連続的な構成に基づいて、個々の障害物１０８ａ〜１０８ｅと、これらを包囲しているキャビテーション発生機管１００との間の半径方向の隙間幅１１が調節できるようになっていて、キャビテーション作用の発生は、前記隙間幅の大きさに著しく関連している。
【０１２５】
ツリー状障害部材１０９の自由に張り出す長さを最小限に抑えるために、ツリー状障害部材１０９の軸方向ロッド１０７は、放圧室１０５とキャビテーションコーン１０３との間の移行部を、支持フランジ１２６によって半径方向に支持されている。この場合、外側の接続管片の、例えば対向位置する２つの箇所から、小幅の支材が半径方向内側に延びていて、軸方向ロッド１０７用の半径方向ガイドを成す細いリングを保持している。前記小幅の支材が内室１０１ａを通る軸方向の通流を妨げることはほとんどない。
【０１２６】
前記支持フランジ１２６は、固定フランジ１０５ａと一体の構成部材であるか、又は隣接する２つの構成部分、つまり放圧室１０５とキャビテーションコーン１０３との間にねじ締結された、１つの別個の部材であってよい。
【０１２７】
生産物流入部１０２は、長手方向１０に出発してほぼ直線的な管片を成しており、この管片の中心開口に、図２ａ及び図２ｂの右側から、既に製造し終えた混合物が入口開口１２４を介してキャビテーション発生機管１００に流入する。
【０１２８】
生産物流入部１０２の回転対称的な内側横断面は、まず最初に横断面狭小部１２１に向かって円錐状に狭くなり、その後急速に横断面拡張部１２２へと拡張されている。これにより、生産物流入部１０２の終端部の自由な内側横断面は、始端部、つまり入口開口１２４と等しくなっている。
【０１２９】
生産物流入部１０２の横断面拡張部１２２と終端部との間には、一定の自由な内側横断面を備えた区間が位置しており、この区間は生産物流入部１０２の長さの約２０〜３０％であり、続くキャビテーションコーン１０３の内部へ更にいくらか続いていてもよい。
【０１３０】
生産物流入部１０２には、いわゆる「キャビテーションコーン」１０３がフランジ締結されており、生産物流入部１０２とキャビテーションコーン１０３との間の接合部は、無菌シール１２０によってシールされており、このことは、キャビテーション発生機管１００の全ての構成部分間に当てはまる。
【０１３１】
キャビテーションコーン１０３も、ほぼ直線的な管片であり、この場合も自由な内側の中心通流部は、キャビテーションコーン１０３の始端部からその全長の約８０％にわたって横断面狭小部１２１′に至るまで、円錐状に先細になっており、この軸方向に狭くなる部分の中心の自由な内室１０１ａには、ツリー状障害部材１０９の障害物１０８ａ〜１０８ｅも位置している。
【０１３２】
次いで、キャビテーションコーン１０３の内室１０１ａの横断面は、極めて急速に横断面拡張部１２２′へと拡張されており、これにより、キャビテーションコーン１０３の終端部における自由な通流部は、キャビテーションコーン１０３の始端部におけるよりも僅かに小さくなっているに過ぎない。
【０１３３】
この場合、最初の２つの障害物１０８ａ，１０８ｂには、好ましくは軸方向１０に１つのみならず相前後して配置された２つの剥離エッジ１２３が設けられており、これらの剥離エッジ１２３の間には、周方向に延びる、横断面で見て凹面の円弧状の溝が位置しており、これにより、剥離エッジ１２３は、横断面で見てそれぞれ所定の鋭角を成している。
【０１３４】
引き続く障害物１０８ｃ，１０８ｄ，１０８ｅは、それぞれ異なる半径を有する、半径方向外向きに突出している円板として軸方向ロッド７に形成されているので、個々の障害物１０８ａ〜１０８ｅの個々の剥離エッジ１２３の間には、円錐状に狭くなるキャビテーションコーン１０３の内壁に面して隙間幅１１，１１′を有する環状の隙間１１８が残留している。
【０１３５】
この場合、障害物１０８ａ〜１０８ｅは、それぞれ軸方向ロッド１０７に軸方向不動に取り付けられているので、軸方向ロッド１０７によって一緒に長手方向１０に移動させられるに過ぎない。
【０１３６】
キャビテーションコーン１０３には通流方向１０に放圧室１０５がフランジ締結されており、この放圧室１０５もやはり軸方向１０に軸方向ロッド１０７が通っているが、放圧室１０５からは出口開口１１９として半径方向に取り付けられた出口管片を介して、混合物が半径方向に分岐して搬出される。
【０１３７】
軸方向１０に見て下流側の放圧室１０５の端部は、通流する生産物に対して閉鎖されている。前記端部には、放圧室１０５に対するフランジ締結用のフランジを１つだけ備えた、やはり直線的な管片の形状の軸方向貫通部１０４が配置されていて、この軸方向貫通部１０４は、軸方向ロッド１０７の太さに相応する自由な直径を有しており、軸方向ロッド１０７は、漏れが生じないように密に、しかし軸方向可動に、軸方向貫通部１０４の円筒形の貫通部１１４を貫通して、軸方向貫通部１０４の下流側の端部から導出される。
【０１３８】
前記貫通部１１４をシールするために、軸方向貫通部１０４の内周面は、それぞれ軸方向に隔てられた各１つのリングシール、この場合は下流側の端部に設けられたＯリングシール１１５と、放圧室１０５に面した上流側に設けられたリップシール１１６とによってシールされている。
【０１３９】
シール間の空間内及びシールの範囲内に病原菌等が集積することを避ける、若しくは次いでこれらの病原菌等を殺して除去できるようにするために、シール間で軸方向に間隔を開けて、貫通部１１４の内周面に環状室１１８が、貫通部１１４に設けられた環状の凹所の形態で形成されており、この環状の凹所には、軸方向貫通部１０４の外側から通じる複数の洗浄導管１１７ａ，１１７ｂが、全周にわたって配分されて開口しており、これらの洗浄導管を介して洗浄媒体、例えば蒸気を連続して、又は特定の時間間隔で洗浄目的のために供給することができる。
【０１４０】
貫通部１１４の下流側で、軸方向貫通部１０４の内室は円錐状に拡張しており、この内室には緊締コーン１２５が挿入されている。緊締コーン１２５は、ねじ締結により、軸方向貫通部１０４に対して軸方向に予荷重をかけられる。緊締コーン１２５もやはり、軸方向ロッド１０７の太さに相応する軸方向の貫通開口を有しているので、軸方向ロッド１０７の調節された軸方向位置は、軸方向ロッド１０７と軸方向貫通部１０４との間に緊締コーン１２５を挟んで緊締することにより、位置固定され得る。
【０１４１】
図２ａ及び図２ｂには更に、キャビテーション発生機管１００の内室１０１ａ内の全ての内側角隅部１１３ａ，１１３ｂ，１１３ｃが顕著に丸み付けられて形成されていることが示されていて、これにより、これらの内側角隅部における通流流体の停滞ゾーンの形成、延いては前記内側角隅部に流体が長期間滞留することによる堆積物及び病原菌形成が回避される。同じ理由から、個々の障害物と軸方向ロッド１０７との移行部１１２もやはり、顕著に丸み付けられて形成されている。
【０１４２】
溶接シームの気泡における堆積物を回避するために、少なくともキャビテーション発生機用に個別に製造された部分、つまり、生産物流入部１０２、キャビテーションコーン１０３及び軸方向貫通部１０４では、相応のフランジ１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂが管片に溶接されているのではなく、管片と一体的に形成されている。
【０１４３】
これに対して放圧室１０５は管継手の単純なＴ字形部材なので、大抵は購入部品である。大量生産で製造されるこれらのＴ字形部材は大抵、管片にフランジを溶接することによって製造されているが、このような高度の工業的な製造においては、溶接シームの気泡を無くす後処理が可能なので、気泡無しで溶接されたＴ字形部材を市場に供給することができる。さもなければ、放圧室も中実体から製造せねばならない。
【０１４４】
更に、図３にはポイント３ａにおける分岐が拡大されて示されている。この場合は導管に設けられる単純なＴ字形部材ではないことが明らかである。むしろ、この位置において戻し導管３は、戻しポイント３ｂに向かう流れ方向で上を向き、且つ流出導管９′に向けて下を向くように直立して配置されている。
【０１４５】
この戻し導管３内には、流出導管９の管端部９ａが自由に延びており、流出導管９の自由な端部９ａは、戻し導管３内で上方に向けられていて、戻し導管３の内部で同軸的に延びている。この位置において戻し導管３は、管端部９ａよりも著しく大きな直径を有している。
【０１４６】
つまり、流出導管９に到着する混合物に気泡が含まれていることが望ましい場合、気泡は主として管端部９ａから重力に基づき上方に向かって戻し導管３内へ上昇し、流出導管９′、つまりミキサの出口には到達しないようになっている。
【０１４７】
図４には混合ポイント５に設けられた、図１に示した開口部材２３が、拡大された軸方向断面図で示されている。
【０１４８】
図４からは、ほぼ回転対称的な開口部材２３が、通流方向１０に見て、横断面減少部と、後続する横断面拡張部とを有しており、供給導管１７を介した二酸化炭素の供給は、内室内に半径方向に開口する穴を介して行われるようになっており、この穴は、前記横断面減少部の、横断面が最も減少している箇所の、やや上流側に配置されている。
【０１４９】
これにより、開口部材２３の洗浄時に、横断面減少部の背面側に未洗浄範囲が残らない、ということが達成される。
【符号の説明】
【０１５０】
１  キャビテーション発生機区間、  １ａ，１ｂ  キャビテーション発生機、  ２  主流、  ２ａ  部分流、  ３  戻し導管、  ３ａ  分岐点、  ３ｂ  供給点、  ４  ポンプ、  ５  混合ポイント、  ６  制御装置、  ８，８′  流入導管、  ９  流出導管、  １０  通流方向、軸方向、  １１  隙間幅、  １２ａ〜１２ｄ  逆止弁、  １３ａ，１３ｂ  圧縮空気シリンダ、  １４ａ〜１４ｄ  圧力計、  １５  差圧測定装置、  １７  供給導管、  １８ａ〜１８ｄ  遮断弁、  １９  接続導管、  ２１ａ，２１ｂ  流量計、  ２２  ポンプ、  ２３  開口部材、  １００  キャビテーション発生機管、  １０１ａ  内室、  １０２，１０２′  生産物流入部、  １０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂ，１０５ａ，１０５ｂ  フランジ、  １０３  キャビテーションコーン、  １０４  軸方向貫通部、  １０５  放圧室、  １０７  軸方向ロッド、  １０８ａ，１０８ｂ  障害物、  １０９  ツリー状障害部材、  １１２  移行部、  １１３ａ，１１３ｂ  内側角隅部、  １１４  貫通部、  １１５  Ｏリング、  １１６  リップシール、  １１７ａ，１１７ｂ  洗浄導管、  １１８  環状の隙間、  １１９  出口開口、  １２０  無菌シール、  １２１，１２１′  横断面狭小部、  １２２  横断面拡張部、  １２３  剥離エッジ、  １２４  入口開口、  １２５  緊締コーン、  １２６  支持フランジ
【図１】
2014176837.tif 000003
【図２ａ】
2014176837.tif 000004
【図２ｂ】
2014176837.tif 000005
【図３】
2014176837.tif 000006
【図４】
2014176837.tif 000007
【手続補正書】
【提出日】平成25年7月24日(2013.7.24)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項１７
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１７】
−障害物（１０８ａ，・・・）が、特にこれらの障害物（１０８ａ，１０８ｂ）に結合された軸方向ロッド（１０７）を軸方向に移動させることにより、且つ／又は
−前記戻し導管（３）の供給点（３ｂ）の上流側で混合物の主成分用の流入導管に設けられた別のポンプ（２２）により、軸方向に調節可能である、請求項１６記載のキャビテーションミキサ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2014176837.tif 000008
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２ａ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２ａ】
2014176837.tif 000009
【手続補正４】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図２ｂ
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図２ｂ】
2014176837.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成26年6月9日(2014.6.9)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
隙間幅（１１）を個別に制御することができる、１つのキャビテーション発生機（１ａ）又は並列接続された複数のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）を有するキャビテーション発生機区間（１）を備えた、衛生的に製造するべき流体混合物用のキャビテーションミキサの流量適合方法であって、
−処理しようとする流体の温度を考慮して、前記キャビテーション発生機区間（１）にわたる最低限の圧力降下を決定し、
−流体混合物の一部を、流出導管（９）から戻し導管（３）を介して、前記キャビテーション発生機区間（１）の下流側のポイント（３ａ）から、前記キャビテーション発生機区間（１）用の作業圧力を供給するポンプ（４）の上流側であり且つ流体混合物の２つの成分の混合ポイント（５）の上流側のポイント（３ｂ）に戻す、
衛生的に製造するべき流体混合物用のキャビテーションミキサの流量適合方法において、
−前記ポンプ（４）の圧送出力を、キャビテーションミキサからの流体混合物の最大取出し量よりも大きく選択し、これにより、前記キャビテーション発生機区間（１）の終端部に常に過剰圧力が生じるようにし、
−前記戻し導管（３）を常時開放し、
−前記最低限の圧力降下に満たない場合は、
−前記ポンプ（４）の単位時間当たりの圧送量を高めることにより、前記戻し導管（３）を介して戻される部分流（２ａ）を増大させ、且つ／又は
−複数のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）が設けられている場合は、これらのキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）のうちの少なくとも１つを閉鎖し、且つ／又は
−ツリー状障害部材（１０９）の軸方向移動により、１つ若しくは複数のキャビテーション発生機（１ａ）の隙間幅（１１）を減少させる
ことを特徴とする、衛生的に製造するべき流体混合物用のキャビテーションミキサの流量適合方法。
【請求項２】
ガス状の成分を有する流体混合物の場合は、
−延在方向が垂直方向成分を有し且つ上端部が、前記キャビテーション発生機区間（１）用の作業圧力を供給する前記ポンプ（４）の上流側の前記ポイント（３ｂ）に接続している管片（２２′）の下端部の前記ポイント（３ａ）の範囲で流体混合物を取り出し、
−前記流出導管（９）は、前記管片（２２′）内で流体混合物用の取出しポイント（３ａ）の上側に、上方に向けられた開放端部（９ａ）を有している、請求項１記載の方法。
【請求項３】
−前記流体混合物を、少なくとも１つのキャビテーション発生機（１ａ）の主流方向（１０）に向けられたキャビテーション発生機管（１００）から半径方向に導出し、
−前記ツリー状障害部材（１０９）を支持する軸方向ロッド（１０７）を、前記ツリー状障害部材（１０９）の上流側と下流側とにおいて、ハウジング内において横方向（１１１）で支持する、請求項１又は２記載の方法。
【請求項４】
１つのキャビテーション発生機（１ａ）しか設けられていない場合に、前記最低限の圧力降下を下回るほどに圧力降下が減少すると、
−まず最初に前記キャビテーション発生機（１ａ）の隙間幅が、大きな隙間幅（１１′）から小さな隙間幅（１１）に減少され、
−前記最低限の圧力降下を引き続き下回った場合は、最低限の圧力降下が得られるまで、前記ポンプ（４）の単位時間当たりの圧送量を高める、請求項１から３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項５】
前記最低限の圧力降下を少なくとも３０％だけ超過した場合に、小さな隙間幅（１１）で作動している単独のキャビテーション発生機（１ａ）の隙間幅を、大きな隙間幅（１１′）に切り替えて戻す、請求項４記載の方法。
【請求項６】
複数のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）が設けられている場合は、
−まず最初に１つ又は複数のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ・・・）を順次閉鎖し、
−その後、未だ作動中のキャビテーション発生機が複数存在する場合は、これらの作動中のキャビテーション発生機のうちの少なくとも１つにおいて、隙間幅を大（１１′）から小（１１）に調節し、
−最後に、小さな隙間幅（１１）を備えて未だ作動中のキャビテーション発生機（１ｂ）が１つだけになると、前記最低限の圧力降下が得られるまで、前記ポンプ（４）の単位時間当たりの圧送量を高める、請求項１から５までのいずれか１項記載の方法。
【請求項７】
同じ大きさの２つのキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）が設けられている場合は、
−供給される単位時間当たりの生産物量が、プラントの最大処理量の７５％未満に減少すると、前記キャビテーション発生機のうちの一方（１ａ）の隙間幅を、大きな隙間幅（１１′）から小さな隙間幅（１１）に調節し、他方のキャビテーション発生機の隙間幅は、未だ大きな隙間幅（１１′）のままにしておき、
−供給量が、最大処理量の半分に減少すると、小さな隙間幅に調節された前記キャビテーション発生機を完全に閉鎖し、
−供給量が、最大処理量の２５％に、又は２５％未満に減少すると、作動中の前記キャビテーション発生機を小さな隙間幅（１１）に調節し、
−この状態で、前記キャビテーション発生機区間（１）にわたって必要とされる前記最低限の圧力降下が未だに達成されない場合は、最低限の圧力降下が得られるまで、前記ポンプ（４）の単位時間当たりの圧送量を高める、請求項１から６までのいずれか１項記載の方法。
【請求項８】
戻される前記部分流（２ａ）の量は、主流（２）の５０％に相当する、請求項１から７までのいずれか１項記載の方法。
【請求項９】
戻される前記部分流（２ａ）の量は、前記流出導管（９）の前記下流側のポイント（３ａ）よりも上流側の複数の並列的な支流に設けられた遮断弁の開放により、段階的に増大することができる、請求項１から８までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１０】
−戻される前記部分流（２ａ）の量を連続的に変化させ、これにより、前記最低限の圧力降下をちょうどに達成し、且つ／又は
−圧力降下を連続的に測定して、戻し導管（３）を通る流量を制御する制御装置（６）に該圧力降下を送る、請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
−前記最低限の圧力降下に影響を与える生産物若しくは該生産物の主成分の供給圧又は温度又は粘度を連続的又は断続的に測定し、この測定に関連して前記最低限の圧力降下を前記制御装置（６）により変更し、且つ／又は
−前記最低限の圧力降下を２０％だけ上回った場合に、最後に実施された流量増大措置を取り消す、請求項１から１０までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１２】
−既存の複数のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ・・・）の一部だけが作動している場合は、１つ又は複数の作動状態にあるキャビテーション発生機（１ａ）を、設定された時間の経過後に順次交代させ、且つ／又は
−前記キャビテーション発生機区間（１）の複数のキャビテーション発生機のうちの一部だけが作動している場合は、部分的にのみ作動しているキャビテーション発生機区間（１）にわたる圧力降下が３０％だけ、前記最低限の圧力降下を超過するか、又は５５００ｈＰａに到達した場合に、停止されているキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）を順次又は全て接続する、請求項１から１１までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１３】
前記キャビテーション発生機区間（１）内で、異なる大きさに寸法決めされた複数のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）を使用し、前記最低限の圧力降下に満たない場合、まず最初に最も小さなキャビテーション発生機を停止させ、これで十分でない場合は、最も小さなキャビテーション発生機の代わりに、次に大きなキャビテーション発生機を順に停止させ、最終的に１つのキャビテーション発生機を停止させるだけでは最早十分でない場合には、引き続き、やはり最も小さなキャビテーション発生機から出発して、第２のキャビテーション発生機をも停止させる、請求項１から１２までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１４】
−圧力降下に直接に関連して前記隙間幅（１１）を連続的に調節する場合、必要とされる最低限の圧力降下がちょうど達成されるように前記調節を実施し、且つ／又は
−処理しようとする生産物若しくは処理しようとする生産物の主成分が水の場合に、２０℃＋／−２℃（１４ａ，１４ｂ・・・）の温度において、少なくとも１５ｍ／ｓの流速が個々の障害物において達成されるか
又は超過されるように、前記最低限の圧力降下を決定する、請求項１から１３までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１５】
前記キャビテーション発生機区間（１）にわたる最低限の圧力降下は、水、又は主成分として水を有する生産物を、２０℃＋／−２℃の処理温度で処理する場合に、４０００ｈＰａである、請求項１から１４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１６】
キャビテーションミキサであって、
−互いに並列接続された複数のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）を有するキャビテーション発生機区間（１）を備えており、前記キャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）内の隙間幅（１１）が、大きな隙間幅（１１′）と小さな隙間幅（１１）との間で、圧縮空気シリンダ（１１３）により調節可能であり、
−前記キャビテーション発生機区間（１）に通じる流入導管（８）に、少なくとも１つのポンプ（４）が設けられており、
−前記キャビテーション発生機区間（１）の下流側のポイント（３ａ）と、上流側のポイント（３ｂ）との間に、差圧測定装置（１５）が設けられており、
−前記ポンプ（４）の上流側で前記流入導管（８）に開口する第２の成分用の供給導管（１７）が設けられており、
−前記キャビテーション発生機区間（１）の下流側のポイント（３ａ）から、前記キャビテーション発生機区間（１）用の作業圧力を供給する前記ポンプ（４）の上流側であり且つ流体混合物の２つの成分の混合ポイント（５）の上流側のポイント（３ｂ）に通じる戻し導管（３）が設けられており、
−前記キャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）は、キャビテーション発生機管（１００）により管状に形成されている、
キャビテーションミキサにおいて、
−前記キャビテーション発生機（１ａ，１ｂ・・・）は、個別に且つ互いに独立して、個々のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ・・・）に通じる流入導管（８）又は流出導管（９）を遮断することにより遮断可能でもあるし、
−前記隙間幅（１１）を調節することができるようにもなっており、
−前記差圧測定装置（１５）により測定された、前記キャビテーション発生機区間（１）にわたる圧力降下に関連して前記ポンプ（４）の単位時間当たりの吐出量を制御し、且つ前記個別のキャビテーション発生機（１ａ，１ｂ・・・）における開閉、並びに開放状態での大きな隙間幅（１１′）から小さな隙間幅（１１）への調節及びその逆の調節を制御する制御装置（６）が設けられており、
−前記キャビテーション発生機管（１００）は、フランジ締結された複数の個別の管部分（１０２，１０３，１０４）から成っていて、これらの管部分は少なくとも、生産物流入部（１０２）、キャビテーションコーン（１０３）及び軸方向貫通部（１０４）の個別部材であることを特徴とする、キャビテーションミキサ。
【請求項１７】
−障害物（１０８ａ，・・・）が、これらの障害物（１０８ａ，１０８ｂ）に結合された軸方向ロッド（１０７）を軸方向に移動させることにより、且つ／又は
−前記戻し導管（３）の供給点（３ｂ）の上流側で混合物の主成分用の流入導管に設けられた別のポンプ（２２）により、軸方向に調節可能である、請求項１６記載のキャビテーションミキサ。
【請求項１８】
第２の成分用の供給導管（１７）と、戻し導管（３）との間に接続導管（１９）が設けられていて、該接続導管（１９）は、前記供給導管（１７）において、該供給導管（１７）の調量弁（２０）と混合ポイント（５）との間で主系統に接続されている、請求項１６又は１７記載のキャビテーションミキサ。
【請求項１９】
−前記管部分、即ち、生産物流入部（１０２）、キャビテーションコーン（１０３）及び軸方向貫通部（１０４）の固定フランジ（１０２ａ，１０２ｂ，１０３ａ，１０３ｂ，１０４ａ，１０４ｂ）は、溶接シーム無しで中実体から製造されており、且つ／又は
−放圧室（１０５）は、溶接されたフランジ（１０５ａ，１０５ｂ，１０５ｃ）と、内部の気泡を閉じるために後加工された溶接シーム（１０６ａ，１０６ｂ，１０６ｃ）とを備えたＴ字形管片である、請求項１６から１８までのいずれか１項記載のキャビテーションミキサ。
【請求項２０】
−前記障害物（１０８ａ，１０８ｂ）と、これらの障害物を支持する前記軸方向ロッド（１０７）との間の移行部（１１２）が、少なくとも１ｍｍの曲率半径を備えて丸み付けられており、且つ／又は
−前記キャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）の内室（１０１ａ，１０１ｂ）の全ての内側角隅部（１１３ａ，１１３ｂ）が、少なくとも５ｍｍの曲率半径を備えて丸み付けられている、請求項１６から１９までのいずれか１項記載のキャビテーションミキサ。
【請求項２１】
−前記キャビテーション発生機管（１００）の、軸方向に互いにねじ締結された部分の間に、隙間無しの無菌シール（１２０）が配置されており、且つ／又は
−前記軸方向ロッド（１０７）の貫通部（１１４）が、前記キャビテーション発生機（１ａ，１ｂ）の内室（１０１ａ，１０１ｂ）に対して、選択的にＯリングシール（１１５）か、又は隙間無しの無菌のリップシール（１１６）によってシールされている、請求項１６から２０までのいずれか１項記載のキャビテーションミキサ。
【請求項２２】
−前記貫通部（１１４）と、該貫通部内でガイドされる前記軸方向ロッド（１０７）との間の環状ギャップは、軸方向に見て両側をシール（１１５，１１６）によりシールされており、軸方向に見て前記両シールの間に、２つの対向位置する洗浄導管（１１７ａ，１１７ｂ）が開口しており、
−前記洗浄導管（１１７ａ，１１７ｂ）は環状室（１１８）に開口している、請求項１６から２１までのいずれか１項記載のキャビテーションミキサ。
【請求項２３】
−入口開口（１２４）の下流側の横断面狭小部（１２１）により、流速が係数９〜１３だけ高められ、且つ／又は
−流れ方向（１０）に見て最後の障害物（１０８ｅ）の通流隙間における流速が、最初の障害物の通流隙間における流速に比べて係数１．８〜２．５だけ高められるように、前記障害物（１０８ａ，・・・）が、相互に且つ／又は包囲しているキャビテーション発生機管（１００）に対して位置決めされ且つ寸法決めされ、且つ／又は
−１つの障害物（１０８ａ，・・・）から次の障害物に至るまでの各通流隙間における流速が、流れ方向に見てその都度係数１．１〜１．４だけ増大するように、円板が相対的に且つ包囲しているキャビテーション発生機管（１００）に対して位置決めされ且つ寸法決めされる、請求項１６から２２までのいずれか１項記載のキャビテーションミキサ。
【請求項２４】
−前記障害物（１０８ａ，・・・）の数は、３〜１０であり、且つ／又は
−円板状の前記障害物（１０８ａ，・・・）の軸方向の厚さは、１〜４ｍｍであり、且つ／又は
−２つの隣り合う障害物（１０８ａ，・・・）の中心から中心までの軸方向間隔は、軸方向に見た障害物の厚さの２倍〜７倍であり、且つ／又は
−板状の障害物（１０８ａ，１０８ｂ・・・）と、前記キャビテーション発生機管（１００）との間の環状ギャップの半径方向の幅は、１〜５ｍｍであり、且つ／又は
−横断面拡張部（１２２）と最初の障害物（１０８ａ）との間の一定の横断面を備えた区間の軸方向長さは、前記横断面拡張部（１２２）の下流側の直径の０．７倍〜１．４倍に相当し、且つ／又は
−前記横断面拡張部（１２２）の下流側であり且つ最初の障害物（１０８ａ）の上流側の内側の自由な直径は、流入導管及び／又は流出導管の自由な横断面の０．９倍〜１．１倍に相当する、請求項１６から２３までのいずれか１項記載のキャビテーションミキサ。
【請求項２５】
前記キャビテーション発生機の作動中に、２．５〜６ｂａｒの圧力降下が生じるように、前記キャビテーション発生機が構成されている、請求項１６から２４までのいずれか１項記載のキャビテーションミキサ。