(57)【要約】  本発明は、典型的には真空が維持された混合槽(11)内において乾燥粉末が液体と混合されると共に乾燥粉末が液体表面下へ供給される、乾燥粉末を投入するために使用されるタイプのバルブ(1)およびバルブ閉鎖体(14)、ならびにバルブ(1)およびバルブ閉鎖体(14)の使用法に関する。本発明に係る粉末用バルブ(1)の新規な特徴は、バルブの閉鎖体(14)が閉鎖位置においてバルブの弁座(13)を貫通して湿潤環境内へ伸張することである。これにより、バルブ(1)が開放されたとき、粉末または粉末からの塵埃はバルブ閉鎖体(14)上に堆積しない。このことは、粉末が添加される液体との接触によりバルブ閉鎖体(14)が湿潤しているにも拘わらず行われる。引出された位置において粉末の流入のために開放するバルブ閉鎖体(14)は、細長い形状の故に、流入する粉末が最初にバルブ閉鎖体(14)を乾燥させ、引き続きバルブ閉鎖体を乾燥して維持する特性を有する。
2009527705.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
乾燥粉末を湿潤環境内へ投入するために使用されるタイプのバルブであって、乾燥粉末が液体と混合され、且つ乾燥粉末が、たとえば典型的に真空が維持される混合槽内における液体表面下の湿潤環境へ供給されるバルブにおいて、
前記バルブの閉鎖体は、バルブの弁座を介して湿潤環境内へ伸張することを特徴とする、バルブ。
【請求項２】
前記バルブ閉鎖体は、閉鎖位置において、湿潤環境内への伸張部であって、前記弁座の最大間隙寸法の少なくとも0.5倍に対応し、且つ好適には少なくとも前記弁座の最大間隙寸法に対応する伸張部を有することを特徴とする、請求項１記載のバルブ。
【請求項３】
前記バルブ閉鎖体は直線運動により前記弁座に接触することを特徴とする、請求項１および２のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項４】
前記バルブ閉鎖体および前記弁座は回転対称的な形状を有することを特徴とする、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項５】
前記バルブ閉鎖体は、前記バルブ閉鎖体の回転対称軸を中心とする回転運動により前記弁座と接触することを特徴とする、請求項１乃至４のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項６】
前記バルブは、少なくとも一個、好適には二個のパイプ連結部を有することを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項７】
前記バルブの前記パイプ連結部の内の少なくとも一個は、パイプに対しまたは点検窓に対して自由に使用され得ることを特徴とする、請求項１乃至５のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項８】
前記弁座に対する前記バルブ閉鎖体の圧力は無段階的に調節可能であることを特徴とする、請求項１乃至７のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項９】
前記バルブを開放することにより、前記バルブ閉鎖体の背後に空気が供給／吸引されることを特徴とする、請求項１乃至８のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項１０】
前記バルブ閉鎖体の位置は段階的または無段階的に調節可能であることを特徴とする、請求項１乃至９のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項１１】
前記バルブ閉鎖体および弁座は、金属材料、セラミック材料および／またはポリマ材料により形成されていることを特徴とする、請求項１乃至１０のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項１２】
前記バルブ閉鎖体および前記弁座は交換可能であることを特徴とする、請求項１乃至１１のいずれか一項に記載のバルブ。
【請求項１３】
請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のバルブのバルブ閉鎖体において、
前記弁座の平面を介して湿潤環境内へ伸張するバルブ閉鎖体の部分は、連続的に減少する断面積を有することを特徴とする、バルブ閉鎖体。
【請求項１４】
閉鎖位置において前記弁座と接触し又は湿潤環境内へ伸張するバルブ閉鎖体の部分は、数学的多項式に従って設計されていることを特徴とする、請求項１３記載のバルブ閉鎖体。
【請求項１５】
閉鎖位置において前記弁座と接触し又は湿潤環境内へ伸張するバルブ閉鎖体の部分は、直線状に設計されていることを特徴とする、請求項１３記載のバルブ閉鎖体。
【請求項１６】
前記バルブが真空下の湿潤環境へ乾燥粉末を供給することに関連して使用され、且つ乾燥粉末の供給が液体内へ直接的に行われることを特徴とする、請求項１乃至１２のいずれか一項に記載のバルブの使用法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、たとえば典型的には真空が維持された混合槽内において乾燥粉末が液体と混合されると共に乾燥粉末は液体表面下の湿潤環境に供給されるという、湿潤環境内へ乾燥粉末を投入するために使用されるタイプのバルブおよびバルブ閉鎖体、ならびに、バルブおよびバルブ閉鎖体の使用法に関する。
【背景技術】
【０００２】
混合槽に対し、大気圧下の槽に対し、且つ、真空下の容器に対して粉末を供給することは公知である。簡潔に述べると非常に一般的な方法は、混合槽の上方の容器からまたはパイプ連結部を介し、混合槽内の液体表面に対して直接的に所望量の粉末を下へ投与することである。斯かる方法に関して使用されるバルブのタイプは無数に在るが、これらのバルブが乾燥状態で配置されるならば何らの問題も無い。そうすれば、粉末はバルブ周辺またはバルブ内の濡れたもしくは湿潤した表面に接触せず、バルブを清浄に維持することは比較的に容易である。
【０００３】
しかし、粉末を上方から投与すると、粉末は固まり易いために、混合自体に一定の時間が掛かり得ることは事実である。粉末を上方から投与することによる別の問題は、混合タンクの内部にて、特に、液体により覆われない上部であって、液体の飛沫または凝縮する液体の故にいずれにしても濡れている上部にて、粉末塵埃が堆積することである。特に、たとえば医薬分野において成分の投与量が非常に重要である製造法によって、活性物質が液体内へ混入されないで代わりに槽の内面に残されたならば、問題である。当然乍ら、操作中および清浄中の両方において混合タンクの内側を清浄する機器は在るが、これは時間を取り、費用が掛かるプロセスと言える。更に、粉末および液体が小寸槽内で混合され且つ引き続き大型の混合槽へ加えられる混合槽が使用されることは多い。
【０００４】
液体を備えた混合槽に粉末を添加する他の方法は、冒頭に言及された方法であって、液体表面の下方の位置から液体内へ粉末が添加、注入または投入される方法である。この方法により、粉末および液体の更に良好で更に迅速な混合が達成される。更に、混合プロセスからの塵埃は形成されないので、槽の内面上に粉末は堆積せず、投与は更に精確に行なわれ、且つ清浄は相当に促進される。
【０００５】
しかし、この目的のための従来タイプのバルブは、以下に要約して明示される幾つかの不適切な特徴を有する。
【０００６】
液体表面の下方にアクセスして取付けられたバルブは、いずれにしても、液体に接触する要素を有する。この目的のために所謂バタフライ弁を使用することは公知である。但しバタフライ弁は、相対的に大きい表面、すなわち、液体に対面する弁フラップの略全面が湿潤する不適切な特徴を有する。前記バルブが開放されたとき、すなわち、弁フラップが旋回したとき、フラップの両側で粉末が流動するが、湿潤側では、粉末が弁フラップにそれ自体が殆ど付着して堆積する。弁フラップ上における粉末の蓄積は、種々の理由により明らかに望ましくない。堆積した粉末は、バルブが操作されたときに、投与されて混合物の一部を形成し、自由流領域は減少し、且つバルブのパッキンおよび／または弁座は破壊／摩耗される。
【０００７】
更にバタフライ弁は、弁フラップがバルブ開口の中央に設置される不適切な特徴を有し、このことは、粉末流が前記弁フラップの各側で夫々の粉末の流れである二部に分割されて粉末の橋(bridge)が形成される虞れが在ることを意味し、これは、バルブを通る粉末の流れが阻害されることを意味している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明による粉末用バルブの目的は、バルブ閉鎖体上の堆積物および混合プロセスにおける結果的不精確に関する上述の問題に対する解決策を示すと共に、パッキンの摩耗を最小限とするに在る。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明による粉末用バルブの新規な特徴は、バルブの閉鎖体が閉鎖位置においてバルブの弁座を貫通して湿潤環境内へ伸張することである。
【００１０】
これにより、前記バルブが開放されたとき、すなわち、粉末が存在する前記バルブの部分内へ前記バルブ閉鎖体が引出されたとき、粉末または粉末の塵埃は前記バルブ閉鎖体上に堆積しない驚異的な効果が達成される。このことは、粉末が添加される液体に前記バルブ閉鎖体が接触しているが故に前記バルブ閉鎖体が湿潤しているにも拘わらずに行われる。引出された位置において粉末の流入のために開放する前記バルブ閉鎖体は、細長い形状の故に、流入する粉末が最初に前記バルブ閉鎖体を洗浄し、引き続き前記バルブ閉鎖体を乾燥かつ清浄維持する特性を有する。
【００１１】
更に、斯かるバルブに依れば、前記バルブの間隙の全開が行われることにより、粉末における橋形成の虞れが相当に低減される。
【００１２】
本発明によるバルブの特に好適な実施形態において、前記バルブ閉鎖体は閉鎖位置において、湿潤環境内へ伸張し、前記弁座の最大間隙寸法の少なくとも0.5倍に対応し、好適には少なくとも前記弁座の最大間隙寸法に対応する伸張部もしくは延長部を有する。この設計によれば、流動する粉末が前記バルブ閉鎖体を乾燥させて前記バルブ閉鎖体を清浄に保つに十分な長さを有するバルブ閉鎖体が達成される。
【００１３】
本発明によるバルブの特に好適な実施形態において、前記バルブは直線運動を以て開放および閉鎖される。これにより、前記バルブは、手動、油圧、空気圧によりまたは電気的に駆動されるアクチュエータの如き現在の種々のタイプの線形アクチュエータにより操作され得る利点が達成される。
【００１４】
好適な変形例において、本発明によるバルブは、回転対称的な形状を備えたバルブ閉鎖体および弁座を有する。故に、アクチュエータはピストン・ロッドなどの回転に抗して固定される必要はない利点が達成される。
【００１５】
本発明に係る前記バルブの変形例は、前記バルブ閉鎖体が、直線運動と同時に、前記バルブ閉鎖体の回転対称軸を中心とする回転運動により前記弁座と接触する様に構成される。これにより、前記バルブが閉鎖されたときに前記バルブ閉鎖体と前記弁座との間に粉末粒子が容易には詰まらない利点が達成される。これにより、たとえば前記弁座のパッキンなどの更に長期の寿命が達成される。
【００１６】
本発明によるバルブに対するバルブ閉鎖体の特に好適な実施形態は、前記弁座の平面を介して湿潤環境内へ伸張するバルブ閉鎖体の部分は、連続的に減少する断面積を有することを特徴とする。
【００１７】
これにより、前記バルブを通って流れる粉末は、前記バルブ閉鎖体上で自己清浄的に作用し、バルブ閉鎖体を殆ど定常的に掃除する驚異的な効果を達成する。
【００１８】
このことが所謂コアンダ効果であるかは確実には知られていないが、この効果は、ノズルもしくは開口を通って流れる流体が、近傍の湾曲表面の湾曲がそれほど鋭くなく又は湾曲表面と流動流体との間の角度がそれほど鋭角的でないならば、湾曲表面に追随する傾向を有する効果である。
【００１９】
本発明による前記バルブ閉鎖体の別の変更例において、前記閉鎖位置において前記弁座と接触し又は湿潤環境内へ伸張するバルブ閉鎖体の部分は、直線状に設計され、または好適には二次多項式である数学的多項式に従って設計される。故に前記バルブ閉鎖体は、直線状、凹状もしくは凸状の側面を備えた円錐状外観を以て形成され得る。
【００２０】
前記バルブ閉鎖体に関するこれらの形状により、前記バルブ閉鎖体の表面を流動粉末が清浄する所望効果が達成される。前記バルブ閉鎖体のデザインに共通するのは、前記バルブ閉鎖体が、湿潤環境内において前記バルブ閉鎖体の自由端よりも、前記弁座に更に大きな断面積を有することである。好適実施形態において前記バルブ閉鎖体の自由端は、尖端形状にされ、または前記弁座の断面積と比較して控えめな断面積を有する。
【００２１】
本発明によるバルブの変形例において前記バルブは、少なくとも一個、好適には二個のパイプ連結部を有し、前記パイプ連結部に対して、必要に応じて例えば真空導管などの粉末の供給パイプが連結され得る。１本より多い供給パイプが必要とされるのでなければ、他方のパイプ連結部はカバー、又は選択的に点検窓、即ち、サイトガラス(sight glass)により覆われ得る。
【００２２】
前記バルブが常に緊密に閉鎖し得ることを確実とするために、前記弁座に対する前記バルブ閉鎖体の圧力を調節することが可能である。これは、これらの部材が摩耗または変形することによる。前記バルブの好適実施形態において、この圧力は、たとえばバネ負荷された空気圧式のシリンダ等のアクチュエータ自体を、バルブ・ハウジングに対してアクチュエータ部分を締結するねじれを介して無段階的に調節することにより、調節される。係止ナットにより所望の位置が確保され、且つ各部材は可能であれば、相互位置に係止される。
【００２３】
真空導管システムにおける粉末は橋を形成する傾向を有し、粉末が緊密に固まり、直ちには導管内へ誘導できないことを意味する。バルブ・ハウジング内で粉末が固まり且つ橋が形成されることを回避するために、前記バルブが開放されそして前記バルブ・ハウジングへ真空が侵入するときに、アクチュエータのピストン・ロッドに沿って、一種の“仮性の空気(false air)”として僅かな空気が吸引されるように対処される。この空気により、前記バルブ・ハウジング内の粉末が僅かに流動し、それによりバルブ内において粉末は更に容易に加速し前進し混合槽内へ流れる。このことは、バルブ開口において粉末が濡れることを阻止するためにバルブの開放段階において非常に重要である。
【００２４】
この供給空気は、混合槽を開放することにより小さい開口を介して吸引される空気であり得るが、粉末を流動化させるべく確実に加圧された空気であってよい。但し、多くの空気を加えることは、関連する生成物内に望ましくない泡(foam)を容易に形成するので、通常は望ましくはない。
【００２５】
前記バルブ閉鎖体の位置は段階的または無段階的に調節可能である。たとえば三段階での調整が可能であり、その場合、第一段階は閉鎖であり、第二段階は背後からの空気流入の可能性を以ての開放であり、第三段階は前記バルブ閉鎖体が完全に引出されて背後からの空気流入に対して閉鎖する段階であり得る。最後の段階は、多くの場合に酸もしくは溶剤(leach)により行われる配管システム、バルブおよび混合槽の清浄に特に適している。もし背後からの空気流入が遮断されなければ、バルブからは多少なりとも酸もしくは溶剤が流出し、望ましくない。
【００２６】
前記バルブ閉鎖体および前記弁座は、金属材料、セラミック材料および／またはポリマ材料により形成され得る。材料の選択は完全に、前記バルブが一部分を構成するシステムに接触する粉末および／または液体に依存する。たとえばゴムは、セメント粉末に特に適している。
【００２７】
バルブ閉鎖体ならびに弁座は、必要に応じてバルブを相対的に迅速および簡単に修理するために部品交換可能である様に形成され得る。
【００２８】
特定実施形態において粉末用バルブの更なる変形例は、全体的もしくは部分的に弾性のバルブ閉鎖体を含み、可能であれば圧力下で流体を充填することにより、または一体化された圧電素子を起動することにより、前記バルブ閉鎖体の表面を変形することができる。潜在的堆積物はバルブ閉鎖体の表面の歪みにより破壊されて剥離されるので、バルブ閉鎖体の形状の変化によってバルブ閉鎖体を清浄することが可能である。上述の如く、この方法は、バルブ閉鎖体ならびに弁座に対し、または、バルブにおける他の箇所に対して使用され得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
図１は、本発明に係るバルブ1を斜視で示している。バルブ1は、不図示の容器に取付けフランジ2を介して連結される。バルブ・ハウジング3は、バルブ1の開放／閉鎖機能が行われる部分である。バルブ・ハウジング3の両側には夫々、供給パイプ5および点検窓6に対する連結フランジ4が在る。これらはストラップ7により固定され、それによりバルブ1の清浄または交換に関して迅速な取り外しが行われ得る。最後に、端カバー10内の開口を介してピストン・ロッド9が突出する箇所に、バルブ・アクチュエータ8が示されている。この様にして、バルブ1が開放されているか閉鎖されているかを、たとえばマイクロスィッチにより検出することが可能である。ピストン・ロッド9が突出すると、バルブ1を手動で起動して閉鎖する可能性が更に提供される。
【００３０】
図２においてバルブ1は、混合槽11に対して取付けて示される。示されたタイプの混合槽11は基本的に公知タイプであるが、示された如く液体表面の下方にバルブ1により供給される粉末に関して僅かな変更が為され得る。
【００３１】
図３は、一方の連結フランジ4が上方へ突出し且つ他方の連結フランジ4が下方へ突出した側面から見たバルブ1の断面図である。上側には、ストラップ7により締結された供給パイプ5が取付けられる。下側の連結フランジ4は此処では、同様にストラップ7により締結された点検窓6を備えて示される。図示取付けフランジ2は、同様にストラップ7により溶接フランジ12上に取付けて示される。当然乍ら、溶接フランジ12は、図２に示された混合槽11の側部における孔に溶接されることが意図されている。取付けフランジ2と溶接フランジ12との間には、弁座13のための切欠が設けられている。故に、種々のストラップ7を開くことによりバルブ1は容易に連結を弛緩するので、弁座13に対するアクセスは容易である。
【００３２】
弁座13はバルブ閉鎖体14に対し、その間に適切な接触面が形成されて緊密結合が達成される様に構成される。図３に見られる様に、バルブ閉鎖体14は円錐状に設計される。バルブ閉鎖体の形状は、バルブ・ハウジング3を介して混合槽11へ供給される粉末により堆積物が形成されるか否かの観点で非常に本質的である。もし前記バルブ閉鎖体が適切に設計されなければ、粉塵の堆積物がバルブ閉鎖体上に形成される。もし堆積物が増えると、バルブ・ハウジング3を通る自由流領域が減少すると共に、堆積物が弁座上に著しく増大した摩耗も引き起こす。更に、粉塵は殆どが湿潤表面に結合するので、表面の一部が湿潤しているバルブ閉鎖体は堆積物を形成する傾向が大きいことは事実である。この図に示されたバルブ閉鎖体14は、ピストン・ロッド9の中心線に対して見て、顕著に鋭い角度を有している。この角度は如何なる粉末が投与されるかに依存し、たとえば10°の鋭角であってよいが、図示バルブ閉鎖体14はピストン・ロッド9の中心線に対して20°の角度を有している。
【００３３】
バルブ閉鎖体14は、上述のように尖端形状にされる場合には、当然乍ら、図４に示された如く弁座13を貫通して混合槽11内の湿潤環境内へ突出する。
【００３４】
但し、バルブ閉鎖体14は表面の一部が湿潤しても、バルブ閉鎖体14上には粉塵の堆積物は形成されない。代わりに、前記バルブ閉鎖体の形状は粉末がバルブ閉鎖体の側部を囲繞して前記側部に沿って流れることを可能にするので、バルブ閉鎖体14は流動する粉末により殆どふき取られる。バルブ閉鎖体14は、鋭角に起因して自浄式であると言えよう。
【００３５】
図３および図４の両方において、バルブ・アクチュエータ8は、加圧空気が連結されるべき空気圧アクチュエータとして示される。このアクチュエータの位置は、アクチュエータ8がねじれ15に対して旋回されて係止ナット16により固定されるように、調節かつ固定される。その様にして、弁座13に対するバルブ閉鎖体14の接触圧力の付与が可能になる。
【００３６】
バルブ1が開放されるとき、すなわちピストン・ロッド9、そしてそれによりバルブ閉鎖体14が弁座13から離間して引出されるとき、ピストン・ロッド9とそのシール材18との間の小寸開口17を介して空気流が流れる。この空気流により、バルブ1が開放されたときにバルブ・ハウジング3内に存在する粉末は流動化され、そのようにしてコンパクト(compact)粉末が混合槽11内へ一層容易に誘導される。この空気流は混合槽11内が真空であることにより生じ、且つピストン・ロッド9とバルブ・ハウジング3との間のシール材18は空気の流入を可能にするように構成される。選択的に、加圧空気が付与され得るが、多くの場合、過剰空気は前記混合槽内で望ましくない発泡を引き起こすので供給されないことが重要である。
【００３７】
多くの場合、バルブ1および混合槽11を清浄する清浄剤として酸または溶剤が使用される。この清浄剤は閉鎖系内に維持されるべきことから、バルブ1は、ピストン・ロッド9およびバルブ閉鎖体14が特定の清浄位置に設定される様に構成される。この位置においてピストン・ロッド9およびバルブ閉鎖体14は、バルブ閉鎖体14が別の弁座19に接触してピストン・ロッド9、バルブ閉鎖体14およびバルブ・ハウジング3間の十分なシールが実現されるまで引出される。この位置はまた、粉末流のためにバルブ1が開放されたときに空気供給が望ましくないときにも使用され得る。
【００３８】
故に前記バルブは、動作のためのひとつの位置および清浄のための別の位置を有し得るが、当然乍ら、ある種の調整システムにより無段階的に調節および調整されるように構成され得る。
【００３９】
混合プロセスに関するバルブの分野における知見を有する当業者には、本説明の読破後に、斯かる粉末用バルブは他の方法で設計され得ることは明らかであり、斯かる粉末用バルブ、製造方法および利用法もまた権利保護の範囲内であると見做される。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明に係るバルブの斜視図である。
【図２】前記バルブが取付けられた混合槽を示す図である。
【図３】前記バルブが開放された断面図である。
【図４】前記バルブが閉鎖された図３と同様の図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
2009527705.tif 000007
2009527705.tif 000008
2009527705.tif 000009