(57)【要約】  本発明は、媒質を均質化させるための方法、装置、及びロータに関する。本発明は、媒質の単なる均質化又は少なくとも２つの流動媒質の混合が必要とされるすべての産業分野で利用することができる。本発明の好ましい応用例は、様々な化学薬品を繊維懸濁液と混合しなければならないパルプ及び製紙工業において見出すことができる。本発明の特徴的な特徴は、均質化チャンバ内の均質化動作が対称となることである。
2007532300.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
装置内の媒質を均質化するための方法であって、前記装置が、ハウジングを備え、前記ハウジングが、円周壁部を有する均質化チャンバと、前記チャンバの対向端部にある２つの端部キャップ（４０、４２；１４０、１４２）とを有し、前記円周壁部が、入口開口（３４０、１３４０）及び出口開口（３６０、１３６０）を有し、前記入口開口（３４０、１３４０）が、入口ダクト（３４、１３４）と連通し、前記出口開口（３６０、１３６０）が、出口ダクト（３６、１３６）と連通し、両開口（３４０、１３４０；３６０、１３６０）が中心を有し、前記装置がさらに、ブレード（４８、１４８）と前記均質化チャンバを貫通して延びる軸線ＡＲとを有するロータ（３８、１３８）を備え、
前記方法において、均質化される前記媒質がロータ軸線ＡＲを横断し、前記入口ダクト（３４、１３４）及び前記入口開口（３４０、１３４０）を通して前記均質化チャンバ内へと導入され、前記チャンバ内で均質化され、前記出口開口（３６０、１３６０）及び前記出口ダクト（３６、１３６）を通してそこから排出される方法において、
前記均質化チャンバに、前記端部キャップ（４０、４２；１４０、１４２）の間の中心線面ＣＬＰであって、前記入口開口（３４０、１３４０）及び前記出口開口（３６０、１３６０）の中心を通り前記ロータ軸線ＡＲに対して基本的に直角に延びる中心線面ＣＬＰを設けることと、
前記均質化チャンバ内の前記媒質を、半径方向の循環運動に加えて、前記中心線面ＣＬＰの軸線方向両側で軸線方向に循環対称運動させることを特徴とする方法。
【請求項２】
前記媒質を、前記中心線面ＣＬＰに沿って前記均質化チャンバ内へと導入することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記媒質を、前記中心線面ＣＬＰに沿って前記均質化チャンバから排出することを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
【請求項４】
前記媒質を、前記ブレード（４８、１４８）によって、前記ハウジングの前記端部キャップ（４０、４２；１４０、１４２）に向かって押し出すことを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
【請求項５】
媒質を均質化するための装置であって、ハウジングを備え、前記ハウジングが、円筒壁部を有する均質化チャンバと、前記チャンバの対向端部にある２つの端部キャップ（４０、４２；１４０、１４２）とを有し、前記円周壁部が、入口開口（３４０、１３４０）及び出口開口（３６０、１３６０）を有し、前記入口開口（３４０、１３４０）が、入口ダクト（３４、１３４）と連通し、前記出口開口（３６０、１３６０）が、出口ダクト（３６、１３６）と連通し、両開口（３４０、１３４０；３６０、１３６０）が中心を有し、前記装置がさらに、前記均質化チャンバを通って延びる軸線ＡＲを有するロータ（３８、１３８）を備え、前記ロータが、ブレード（４８、１４８）を有している媒質均質化装置において、
前記均質化チャンバが、前記端部キャップ（４０、４２；１４０、１４２）の間に、前記入口開口（３４０、１３４０）及び前記出口開口（３６０、１３６０）の中心を通り前記ロータ軸線ＡＲに対して基本的に直角に延びる中心線面ＣＬＰを有し、
前記均質化チャンバが、前記中心線面ＣＬＰに関して基本的に対称であり、
前記ロータが、前記均質化チャンバ内の前記媒質を、前記中心線面ＣＬＰの両側で軸線方向に循環対称運動させる流れ案内要素を備えることを特徴とする媒質均質化装置。
【請求項６】
前記均質化チャンバが、その軸線方向中心を閉じる手段を備え、及び／又は前記ロータ（３８、１３８）の前記軸線ＡＲの周りの前記均質化チャンバ、即ち前記ロータの前記中心が、閉じられることを特徴とする、請求項５に記載の装置。
【請求項７】
前記閉じる手段が第１の端部キャップ（４０、１４０）を通って前記均質化チャンバ内へと延びる前記ロータシャフト（４４、１４４）を備えることを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記ロータシャフト（４４、１４４）が、第１の端部キャップ（４０、１４０）を貫通して、対向する第２の端部キャップ（４２、１４２）付近へと延びることを特徴とする、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記閉じる手段が、端面を有するロータシャフト（４４、１４４）と、前記第２の端部キャップ（４２、１４２）から軸線方向に、前記ロータシャフト（４４、１４４）に向かって前記ロータシャフト（４４、１４４）の端面付近へと突出する部材とを備えることを特徴とする、請求項７又は８に記載の装置。
【請求項１０】
前記ロータシャフト（４４、１４４）が、端面を有し、前記端面から前記第２の端部キャップ（４２、１４２）又はその上にある部材までの距離が１〜５ｍｍ程度であることを特徴とする、請求項８又は９に記載の装置。
【請求項１１】
前記閉じる手段が、前記均質化チャンバ及び前記第２の端部キャップ（４２、１４２）を貫通して延びる前記ロータシャフト（４４、１４４）を備えることを特徴とする、請求項６又は７に記載の装置。
【請求項１２】
前記ロータ（３８、１３８）が、前記第１の端部キャップ（４０、１４０）付近から前記第２の端部キャップ（４２、１４２）付近へと延びる、中心線面ＣＬＰに関して対称に配列される一体のブレード（４８、１４８）を備えることを特徴とする、請求項５から１１までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１３】
前記ブレード（４８、１４８）が、前記中心線面ＣＬＰの両側で前記中心線面ＣＬＰに対して同じ方向に傾斜するように、前記中心線面ＣＬＰにて曲げられることを特徴とする、請求項１２に記載の装置。
【請求項１４】
前記ロータ（３８、１３８）が、前記中心線面ＣＬＰに関して対称に配列される別々のブレードを備えることを特徴とする、請求項５から１１までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１５】
前記ブレードが、前記中心線面ＣＬＰの両側で前記中心線面ＣＬＰに対して同じ方向に傾斜することを特徴とする、請求項１４に記載の装置。
【請求項１６】
前記角度傾斜が２０°から６０°であり、前記ブレード（４８、１４８）の前記中心線面に最も近い部分が、前記ブレード（４８、１４８）の先端であることを特徴とする、請求項１３又は１５に記載の装置。
【請求項１７】
前記ブレード（４８、１４８）が、前記ブレード（４８、１４８）と前記シャフト（４４、１４４）との間に間隙を残して、アーム（５０、１５０）によって前記シャフト（４４、１４４）に締結されることを特徴とする、請求項５から１６までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１８】
前記ブレード（４８、１４８）は、前記ブレード（４８、１４８）が前記ハウジング（３２、１３２）の前記壁部からある距離をおいて配置されるように前記シャフト（４４、１４４）に締結されることを特徴とする、請求項５から１７までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項１９】
前記均質化チャンバの断面形状が、円筒形、楕円形、又は多角形のうちの１つであることを特徴とする、請求項５から１８までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２０】
前記ロータ（３８、１３８）が、前記均質化チャンバ内で中心に配置されることを特徴とする、請求項５から１９までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２１】
前記ロータ（３８、１３８）が、前記均質化チャンバ内で偏心して配置されることを特徴とする、請求項５から２０までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２２】
前記均質化チャンバが、ピン、ブレード、リブ、又はバーの形の、固定乱流要素を備えることを特徴とする、請求項５から２１までのいずれか一項に記載の装置。
【請求項２３】
前記閉じる手段が、前記中心線面ＣＬＰから外側に、前記ロータ軸線ＡＲに向かって収束することを特徴とする、請求項６に記載の装置。
【請求項２４】
均質化チャンバ内の媒質を均質化するためのロータであって、前記ロータが、軸線ＡＲと、シャフト（４４、１４４）と、前記シャフト（４４、１４４）からのある距離にて前記シャフト（４４、１４４）上に取り付けられたブレード（４８、１４８）とを有し、前記ロータ（４４、１４４）が、前記ロータ軸線ＡＲに対して垂直な中心線面ＣＬＰを有し、前記ブレード（４８、１４８）が、前記均質化チャンバ内の前記媒質を前記中心線面ＣＬＰの両側で軸線方向に循環対称運動させるために、前記中心線面ＣＬＰの両側で対称且つ非軸線方向に配列されることを特徴とするロータ。
【請求項２５】
前記ロータ（３８、１３８）が、軸線方向中心と、前記ロータの前記軸線方向中心を閉じるための手段とを有し、及び／又は前記ロータ（３８、１３８）の軸線方向中心が閉じられることを特徴とする請求項２４に記載のロータ。
【請求項２６】
前記閉じる手段が、前記中心線面ＣＬＰから外側に、前記ロータ軸線ＡＲに向かって収束することを特徴とする、請求項２５に記載のロータ。
【請求項２７】
前記ロータ（３８、１３８）が、前記第１の端部キャップ（４０、１４０）付近から前記第２の端部キャップ（４２、１４２）付近へと延びる一体のブレード（４８、１４８）を備えることを特徴とする、請求項２４から２６までのいずれか一項に記載のロータ。
【請求項２８】
前記ロータ（３８、１３８）が、前記中心線面ＣＬＰに関して対称に配列された別々のブレードを備えることを特徴とする、請求項２４から２６までのいずれか一項に記載のロータ。
【請求項２９】
前記ブレード（４８、１４８）が、前記中心線面ＣＬＰに対して傾斜することを特徴とする、請求項２４から２８までのいずれか一項に記載のロータ。
【請求項３０】
前記ブレード（４８、１４８）が、前記中心線面ＣＬＰにて曲げられることを特徴とする、請求項２４から２７まで及び２９のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項３１】
前記ブレード（４８、１４８）が、前記中心線面ＣＬＰの両側で前記中心線面ＣＬＰに対して同じ方向に傾斜するように、前記中心線面ＣＬＰにて曲げられることを特徴とする、請求項２４から２７まで、２９及び３０のいずれか一項に記載のロータ。
【請求項３２】
角度傾斜が２０°から６０°であり、前記ブレード（４８、１４８）の前記中心線面に最も近い部分が、前記ブレード（４８、１４８）の先端であることを特徴とする、請求項２９から３１までのいずれか一項に記載のロータ。
【請求項３３】
前記ブレード（４８、１４８）が、アーム（５０、１５０）によって、前記ブレード（４８、１４８）と前記シャフト（４４、１４４）の間に間隙を残して前記シャフト（４４、１４４）に締結されることを特徴とする、請求項２４から３２までのいずれか一項に記載のロータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、媒質を均質化させるための方法、装置、及びロータに関する。本発明は、媒質の単なる均質化、又は少なくとも２つの流動媒質の混合が必要とされる、全ての産業分野において利用することができる。本発明の好ましい応用例は、様々な化学薬品を繊維懸濁液と混合させなければならない、パルプ及び製紙工業に見出すことができる。
【背景技術】
【０００２】
以下で、流動媒質を別のものと混合する公知技術の例として、パルプ及び製紙工業の従来の混合装置を説明した。ただし、パルプ及び製紙工業の混合器のみを説明してきたという事実にもかかわらず、これは、本発明の範囲をこれらの産業分野に限定するために行われたのではないことが理解されるべきである。
【０００３】
パルプのための化学薬品混合器の広く使用される例が、繊維懸濁液移送ライン内にある装置内で５〜２５％の稠度を有する繊維懸濁液の処理方法を開示する、米国特許第５，２７９，７０９号において議論されてきた。装置は、前記繊維懸濁液の流れ方向の軸線を有するチャンバと、前記チャンバの軸線と整列する軸線を有する懸濁液入口及び懸濁液出口と、前記流れ方向に対する横断方向の回転軸線を有し、前記チャンバ内で回転するためにそこに配置された流動化ロータとを有する。ロータは、ブレードを有し、各ブレードは、近位及び遠位端を有し、前記ブレードは、前記近位端から分岐し、前記回転軸線から離隔して、その軸線方向長さに沿って延びる。方法は、前記懸濁液移送ラインからの懸濁液を前記入口を通して前記チャンバ内へと供給することと、化学薬品を前記流動化ロータ上流の繊維懸濁液内に導入することと、回転面によって仕切られる開いた中心部が形成されるように、流動化ロータをチャンバ内で回転させることと、化学薬品を前記懸濁液内へと均一に混合し懸濁液を流動可能にするために、前記出口へと向かう懸濁液の動きを、懸濁液を流動化させるのに十分なせん断力領域下におくことと、ロータの開いた中心部を通して懸濁液を流すことと、懸濁液出口を通して懸濁液をチャンバから排出することとを含む。
【０００４】
上記混合器は、数多くのその模造品を見出してきた。例えば、米国特許第５，５７５，５５９号、及び米国特許第５，９１８，９７８号について述べることができる。
【０００５】
上記で議論されたすべての混合器は、いくつかの共通の特徴を有している。ロータは、混合チャンバを通る流れの軸線に対して垂直方向で混合チャンバ内に組み込まれている。ロータは、ロータ開口の中心から離れるフィンガ様のブレードで形成されている。設置されたロータを備える混合チャンバが対称の混合空間ではなく非対称のそれを形成するように、ロータシャフト及びロータブレードは配列され、ロータによって生み出される乱流が最適にならない。その結果、化学薬品の繊維懸濁液との混合が均一ではなく、混合器のある領域内での乱流レベルがより高くなり、乱流レベルがより低い領域よりも均一な混合がもたらされる。
【０００６】
横断ロータ構造が使用されているさらに別の混合器がある。この混合器は、欧州特許第Ｂ２−０６０６２５０号で議論されている。ここで、処理剤と１０〜２５％の稠度を有するパルプ懸濁液を混合するための混合器は、円筒形ハウジングを備え、ハウジングは、円筒形ハウジングの内壁と、同軸で取り付けられたケーシングとの間に画定される混合チャンバと、そのケーシング面上に混合部材を備えるほぼ円筒形のロータと、パルプを混合チャンバに供給するためのハウジング内の入口と、処理剤を混合チャンバに供給するためのハウジング内の入口と、混合されたパルプ及び処理剤を抜き出すための出口とを備え、ハウジング内の混合領域は、固定混合部材を備え、ロータの混合部材と固定混合部材との間に間隙が形成される。混合チャンバ及び混合区画は、ロータの軸線方向長さに対応する幅を有する。固定混合部材は、ハウジング内壁の１５〜１８０°の角度内のある部分上に配置される。パルプ入口及び処理剤入口は、パルプ及び処理剤をそれぞれ、十分に形成された薄い層内に加えるために、混合チャンバの幅全体に沿って延びている。処理剤用の入口は、混合区画より前の円周部分にて混合チャンバに結合されている。出口は、混合チャンバの幅全体に沿って延び、パルプがロータを通過して逆流することを防ぐために、出口の直後に円筒面が形成されている。即ち、この欧州特許の混合器は、ロータ表面上に中実の混合部材を備える、閉じた円筒形ロータを有している。円筒形ロータは、円筒形混合チャンバ内に配置されている。該欧州特許における基本的な考えは、パルプ及び化学薬品を薄い層として混合区画内でロータとチャンバ壁の間に供給し、それらをそこで混合することである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ただし、実際の経験に基づいて、ロータと混合チャンバとの間の狭い溝内での混合はあまり効率的ではないことが分かってきた。また、このタイプの混合器のエネルギー消費量は、例えば、最初に述べた米国特許第５，２７９，７０９号で議論される混合器に比べて高いことも分かってきた。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の媒質に別の媒質が混合されるか、第１の媒質の均質性が改善されるのみかどうかとは無関係に媒質の均質性が改善されるような乱流に媒質を曝す、理解されている装置である従来技術の混合器及びホモジナイザの少なくともいくつかの問題点は、基本的な特徴が混合チャンバ内で径方向及び軸線方向両方に媒質を循環させることである、本発明の手段によって解決される。好ましくは、媒質の循環は、混合チャンバの中心線に関して対称となるべきである。
【０００９】
本発明の、好ましいが必須ではない別の特徴は、混合チャンバ及び／又はロータが、混合チャンバの中心線に関して対称であることである。
【００１０】
本発明の別の好ましい特徴は、ロータを通り抜ける直接の流れ及びロータ中心における気体の集中の両方が防止されるように、混合器ロータの中心が、少なくとも部分的に閉じていることである。
【００１１】
本発明のその他の特徴的な特徴は、添付の特許請求の範囲において議論される。
【００１２】
本発明の様々な実施例及び添付の図面を参照しながら、本発明の方法、装置、及びロータを以下でより詳細に説明する。
【実施例】
【００１３】
図１は、米国特許第５，２７９，７０９号でその詳細が議論される従来技術の混合器を示す。混合器１０は一般に、入口管１１に結合された入口１４及び出口管１２に結合された出口１５を有する、実質的に円筒形であり、又はほぼ球形であることもあるチャンバ１３を備える。チャンバ１３の入口１４は、化学薬品のための入口開口２３（点線の円によって示す）を備え、その開口から、例えば漂白剤を、混合前にあらかじめパルプの流れの中に加えることができる。ただし、化学薬品のための開口は、混合チャンバ上流のほとんどどんな位置にも配置されうる。出口１５は、絞り１６、即ちチャンバ１３及び出口管１２の両方に対してより小さい直径を有する領域を備える。ほぼ半径方向のシャフト２１が、チャンバ１３の壁を貫通して突出し、流動化要素２２が、チャンバ１３の内部で前記シャフト２１の他端部に取り付けられている。図１に示すシャフト２１の位置は、流れの方向に対し、又はチャンバ１３の軸線に対してほぼ半径方向又は垂直であるが、シャフト２１はまた、垂直位置から約３０°まで逸らすことができる。流動化要素は、複数のほぼ軸線方向に配置されたブレードを有するロータである。前記ブレードは、好ましくは、矩形断面を有し半径方向の内側及び外側縁部を有する、細長い鋼板で形成される。ただしブレードは、ロータの中心部が開いている限り、いかなる適当な形態とすることもできる。ブレードは、ロータの中心部が開いたままとなるような方法で、前記内側縁部をロータの軸線から距離をおいて配置した状態で構成され、こうして繊維懸濁液が前記ロータの中心を通って流れることが可能になり、それによって、ロータ自体が流れに対して生じる抵抗が可能な限り小さくなる。ブレードは、軸線方向に直線状又は幾分弓形とすることができ、その回転時に円筒、球、又は樽形の包囲面を形成する。好ましくは、ロータは、ロータの回転が何らかの理由で停止された場合でも常に、ブレードのうちの少なくとも１つが懸濁液中に乱流を生み出すように、３つ以上のブレードを備える。即ち、回転するブレード間の、及びロータを通り抜ける、そうでなければ完全に開いた空間が作り出されることが防止される。それにもかかわらず、ロータは同時に、懸濁液の流れがブレードを通過し、したがってロータを通り抜けることを可能にする。
【００１４】
該装置の動作は、例えば流動化遠心ポンプからの繊維懸濁液流が、入口１４を通ってチャンバ１３へと導入され、同時に化学薬品が、混合器チャンバ又はその上流のどこかのいずれかに結合して配置される開口２３を通って繊維懸濁液へと供給されるようなものである。流動化要素、即ちロータは、急速に回転しながら繊維懸濁液を細かい繊維フロックに分断して、化学薬品を懸濁液と混合させる。
【００１５】
図２ａは、本発明の好ましい一実施例の概略的な断面図を示す。単純化のために以下で混合器と呼ぶホモジナイザ３０は、その内部が均質化チャンバ又は混合チャンバと呼ばれるハウジング３２を備え、入口ダクト３４が、前記均質化又は混合チャンバ内への入口開口３４０を有し、出口ダクト３６が、前記均質化又は混合チャンバからの出口開口３６０を有し、ロータ３８が、入口開口３４０から出口開口３６０への流れの方向を横切って配置されている。ハウジング３２は、本発明の本実施例では、ロータ３８の軸線ＡＲが、ハウジング３２の軸線ＡＨと少なくともほぼ平行に延びるように、好ましくはほぼ円筒形である。しかし、ロータの軸線ＡＲは、図２ａに示すように、ハウジング、即ち均質化チャンバの、軸線ＡＨと一致させることができ、或いはロータを、ハウジングに対して偏心して位置決めすることができる。ハウジングは、２つの端部キャップ４０及び４２をさらに備える。端部キャップ４０は、必須のシーリングを備え、場合によっては、シャフト４４のための軸受も備える、ロータ３８のシャフト４４のためのほぼ中心の開口を備える。ハウジング３２の対向端部は、本発明の好ましい実施例によれば、中実のほぼ円形のプレートである別の端部キャップ４２を備える。ただし端部キャップ４２は、ハウジング３２の他端部を閉じるというその役割を果たすために必要とされる、いかなる形状とすることもできる。保守及び修理上の理由から、シャフト４４のための開口を備える端部キャップ４０は少なくとも、取外し可能であり、即ち、例えばボルト又はねじによってハウジング３２に締結される。対称条件を満たすために、互いに向き合う端部キャップ４０、４２の表面は、好ましくは同様である。それらは、滑らかなプレートとすることができ、或いは、要素が両方の対向表面上でほぼ同様に見える限り、溝、リッジ、ピン、又はブレードのような乱流要素を備えることができる。
【００１６】
ハウジング３２のほぼ円筒状壁部は、上記で説明した入口開口３４０及び出口開口３６０を備える。入口及び出口開口はいずれも、好ましくは、それら両方が、実質的に同じ平面上にある中心及び対称軸線を有するような形状である。中心線面ＣＬＰと呼ばれるこの対称表面は、ハウジングの軸線ＡＨと直交するハウジングの中心線に沿って延びる。開口の中心線面は、端部キャップ４０及び４２から等距離のところで自然に延びる、ハウジングの中心線面と一致する。しかし、例えば製造又はその他の同じような理由のために、入口及び出口開口の中心を通って延びる線が、ハウジングの中心線と厳密には一致しないが依然それと非常に近接している場合、又はハウジング軸線ＡＨと厳密には直交しないがロータ及び開口の動作によって実質的に対称な乱流領域がハウジング内にもたらされる場合、開口の位置は、本発明の要件を満たしているものとみなされるべきであることが理解されなければならない。
【００１７】
ロータ３８は、シャフト４４の端部４６が端部キャップ４２から短距離のところに配置されるように混合器ハウジング３２を貫通して延びる、シャフト４４を有する。端部キャップの内面からシャフト端面までの距離は、数ミリメートル程度であり、好ましくは１〜５ｍｍである。本発明の好ましい実施例によれば、シャフト４４は、ハウジング３２の１つの端部から、ハウジングの第２の端部へと延びている。より広い表現では、シャフト端面と端部キャップ４２の間の間隙は、混合チャンバ内のパルプの流れ挙動を大幅に変化させないようなものとなる。したがって、間隙の許容可能なサイズは、例えば処理されるパルプの稠度によって決まる。
【００１８】
本発明の別の任意の実施例によれば、ハウジングの第２の端部にある端部キャップは、上記で議論したようにシャフト端部と部材との間に同様の間隙が残されるように、シャフトに向かって軸方向に突出する部材を備えている。必然的に、該部材の直径及び全体の形状は、ロータシャフトのそれと対応して、対称条件を満たす。該部材はまた、シャフトの端部が部材の内部に延びるように管状とすることもでき、シャフト端部は好ましくは、管状部材の外径がシャフトの全直径に対応するように、より小さい直径を備えるべきである。
【００１９】
さらなる任意の一実施例として、前記部材は、前記第２の端部キャップから第１の端部キャップの近位へと延びることができ、ロータシャフトは、第１の端部キャップ付近で終端し、ロータブレードは、それらの第１の端部のみにおいてそれらのシャフトに取り付けられる。この任意の構造では、ロータ−ハウジングの組合せの対向端部を、その第１の端部に対応するように設計することによって、対称が維持されることを保証しなければならない。
【００２０】
さらに別の選択肢として、シャフト４４のための開口が、もう一方の端部キャップ４２内にも構成された構造について述べることができる。開口は、少なくとも必須のシーリング、及び場合によっては、シャフト端部を支持するための軸受を有する端部キャップ４２を備えるべきである。
【００２１】
本発明の別の特徴は、シャフト４４の直径が、ハウジング３２の直径と比較してかなりの大きさであることである。シャフト４４のサイズ、形状、配置の目的は、ハウジングの中心部が閉じられ、そこに気体が集まることができないことを保証するためのものである。これは、いわゆる混合又は均質化チャンバ内のハウジング内部に、気体がそこに集まる可能性がある、より圧力が低い空間を全く又はほとんど配置しないことによって達成される。
【００２２】
ロータ３８は、ロータシャフト４４、及びハウジング３２の内面の両方から距離をおいて配置された、いくつかのブレード４８をさらに有する。ブレード４８は、離隔部材又はアーム５０によってシャフト４４に締結される。基本的にアームの形状は、本明細書にその内容全体を参照によって援用する、米国特許第５，７９１，７７８号の図１０〜図１３に関連して議論されてきた。アームは、ロータの中心線面からほぼ等距離に配置され、ロータの中心線は、ハウジングの中心線面ＣＬＰ上にある。ロータの中心線面は、ロータの対称面と呼ぶこともできる。即ち、チャンバ内のロータの部分もまた、対称条件を満たす。
【００２３】
ブレード４８並びにアーム５０は、いくつかの役割を有する。第１に、これは混合又は均質化装置の問題であるため、装置の主な目的が効率的な乱流発生器として働くことであることは明らかである。これは以下の方策によって保証されてきた。即ち、
−ハウジングの内部が、ほぼ対称であり、ハウジングの両端における混合又は乱流発生条件が同じである。
−ブレード４８は、シャフト４４とハウジング３２の内壁の間の最適位置に配列されており、厳密な位置は、例えば処理される媒質、媒質の稠度、媒質の気体含有率、及び／又は媒質に加えられる気体の量、ハウジングを通る流れの体積などに依存する。
−ハウジング内の媒質の循環
・第１に、ブレード４８は、媒質に遠心力を加え、媒質をハウジング３２の内壁に向かって押す。ブレード４８がより多くの媒質を内壁へと移動させると、外側に移動する媒質のための空間を空けるために、より多くの媒質が軸線方向内側に移動しなければならないので、これによってブレード４８の再循環が生み出される。
・次にブレード４８は、媒質に軸線方向の力を加え、媒質をハウジング３２の側部へと軸線方向に押す。これは、ブレード４８を、（図２ｂに示すブレードのような）直線状の傾斜した、又は軸線方向に対する螺旋状の位置へと配列することによって達成された。ブレード４８は、第１の端部キャップ４０の近位から第２の端部キャップ４２の近位へと延びることができ、ブレードは、ハウジングの中心線面にて曲げられる必要がある。別の代替実施例は、ロータの各側部上に別々のブレードを配列することである。ただし、そのような場合、ブレードはブレードの角度方向が中心線面に関してほぼ同じになるように中心線面の両側に対称に配置され、ブレードは中心線面に等距離で配列されるアームによってシャフトに取り付けられ、いずれも、中心線面及び端部キャップまでの等距離で開始及び終端する。さらにもう１つ、本質的に本発明のロータの当然の必要条件は、ロータ又は中心線面の軸線方向両側にあるこれら別々のブレードの数が同じであり、ブレードがロータシャフトの周囲上に規則的な間隔で配置されることである。ただし、特に機能するロータの観点において本発明の対称条件を考慮する場合、ロータ中心線面のそれぞれの側の別々のブレードは、図２ａ、図２ｂ、及び図３の屈曲した一体ブレード４８又は１４８が中心線面に沿って２つの部分に切断されるかのように配列される必要はないが、中心線面の両側のブレード間に、円周段差があってもよい。ハウジングの端部に既に存在する媒質が、ブレード４８によって押し出される媒質のための空間を空けるために中心線面へと移動しなければならないので、媒質をハウジング３２又は混合チャンバの端部へと押す間のブレード４８の軸線方向押出し作用は同時に、循環流を生み出す。中心線面に対するブレードの傾斜角度の好ましい範囲は、２０°〜６０°である。ブレードの押出し作用は、中心線面に最も近いブレードの部分がブレードの先端部分となるように、傾斜を構成することによって保証される。
・ロータブレードの機能により、混合チャンバ内に径方向及び軸線方向再循環の両方が存在する。混合チャンバ及びロータの対称形状は、チャンバ内の乱流領域が対称となることも保証する。
【００２４】
次に、装置が回転部材であるため、その目的は、１つ又は複数の媒質を均質化又は混合することであり、回転部材は、媒質から気体を分離させるべきではない。これは、ロータ中心部をシャフト４４で塞ぐこと、及び好ましくは、ロータブレード４８及びアーム５０の断面を可能な限り最適なやり方で設計することによって考慮されている。ただし当然、経済的な要素も考慮されなければならず、最も複雑な断面形状はその製造方法が高価であるため問題外となり得ることは明らかである。
【００２５】
図２ａは、装置がホモジナイザである場合は必要とされないが、混合器である場合は必要とされることがあるさらにもう１つの特徴、即ち化学薬品入口又は入口開口５２を示す。図２ａに示す実施例では、化学薬品入口開口５２は、混合器チャンバの上流にある入口ダクト３４内に配置される。化学薬品入口は、主に化学薬品に応じて、いくつかの代替形態を挙げると１つの開口、複数の開口、穿孔されたパイプ区間、多孔質のパイプ区間から形成することができる。当然のことながら、同様に少なくとも部分的に化学薬品に応じて、化学薬品入口は、図２ａに示すように入口ダクト、又はその上流に配置することができる。化学薬品はまた、両端部キャップを（対称に）通じて、ロータシャフトを通じて、ロータシャフト及びブレードを通じて、又はハウジング壁部内のハウジングの中心線面への開口を通じて、或いはハウジング中心線面へと対称に配列された２つ以上の開口のいずれかを通じて、混合チャンバ内へと直接導入できることがある。
【００２６】
図３は、本発明の別の好ましい実施例を概略的に示す。本実施例で混合器１３０は、図２ａに関連して議論したものと同様の入口ダクト１３４、出口ダクト１３６と、それぞれに対応する入口及び出口開口１３４０及び１３６０と、端部キャップ１４０、１４２とを備える、ほぼ回転対称の、例えば樽形のハウジング１３２を有する。本実施例では、混合チャンバの最大直径又は最大断面は、中心線面、即ちハウジングの対称面にあり、そこから断面は、中心線面の両側で同様にハウジングの端部に向かって小さくなる。
【００２７】
本実施例のロータ１３８は、図２ａの実施例に示すものと異なるいくつかの特徴を有する。ここで混合チャンバ内のロータシャフト１４４は、ロータシャフト１４４の軸線ＡＲに対する垂直平面、いわゆる中心線面ＣＬＰ、又は同様に入口開口１３４０及び出口開口１３６０のほぼ中心を通って延びるロータの対称面上で、錐の基部が互いに接触して置かれるように、２つの円錐台形部品１４４’及び１４４”で形成される。こうして、シャフト１４４の直径は、端部キャップ１４０及び１４２に向かって減少する。当然、ロータシャフト１４４の直径は、上述の中心線面について実質的に対称である限り、どのように変化することもできる。即ちロータシャフト１４４は、例えば樽形、砂時計形、又は何らかの所望の形状とすることができる。この段階で、非円筒形シャフト形状はいかなるハウジング形状に適用することもでき、その逆も同様であることを述べる価値がある。ハウジング及びロータ両方の唯一の必要条件は、それらが上記中心線面に関してほぼ対称であることである。
【００２８】
本実施例のさらなるロータ１３８は、本発明の好ましい実施例によれば、その外部輪郭がハウジング１３２の内壁の形状に対応する、ブレード１４８を有する。ブレード１４８は、好ましくは両端部キャップ１４０、１４２、及び中心線面ＣＬＰから一定の距離に配置されるアーム１５０によって、シャフト１４４に締結される。図２ａに関連して議論したのと同じ基本原理が、本実施例のブレードに対してもあてはまる。同様にして、化学薬品の可能となる導入に関する議論もここにあてはまる。
【００２９】
均質化チャンバの断面形状は、より詳細に議論されていない。円筒形又は回転対称のいずれかであることのみが述べられている。ただし、均質化チャンバは、実際、それがハウジングの中心線面に関してほぼ対称である限り、いかなる形状とすることもでき、またむしろ上記で定義された均質化チャンバのものとすることができる。即ちその断面は、いくつか異なる形状を挙げると、楕円形又は多角形とすることができる。均質化チャンバ内のロータの配置に関しては、２つの必要条件しかない。第１の必要条件は、ロータの軸線がハウジングの軸線（均質化チャンバの軸線に対応する）に対して少なくとも実質的に平行であり、それと一致し又はそれに対して偏心していることである。第２の必要条件は、均質化チャンバの中心線面と、ロータの中心線面が一致することである。実際、明細書及び特許請求の範囲では主に、問題となる平面に関わりなく中心線面について述べる。
【００３０】
さらに、チャンバ壁部に、より近い構造についてはまだ議論されていない。壁部は、多かれ少なかれロータのブレードと共に働くピン、バー、固定ブレード、又はリブのような、乱流要素を備えることができる。要素のサイズ、形状、及び方向は、チャンバの長さに沿って変えることができるが、ロータとチャンバ壁上の要素との協働の結果として、ハウジングの中心線に関して対称な乱流領域がもたらされるべきであることを留意されたい。即ち、壁部上のバー又はブレードは、例えば媒質を中心線面から端部キャップへと供給することを助けるために設計し、又は方向付けることができる。
【００３１】
同様にして、端部キャップは、チャンバ内の乱流を増大させるためのリブ、ブレード、又はピンのような乱流要素を備えることができる。
【００３２】
実際、ロータ、及び混合チャンバ又は均質化チャンバの両方に関して「対称」という句が意味することは、混合又は均質化チャンバと共にロータの形状は、チャンバ内に生み出される乱流領域がハウジングの中心線面に関して可能な限り対称であるようなものとなるべきであるということである。即ち、チャンバ及びロータの形状がいずれも、例えば、第１の端部キャップ内でロータのシャフトを支持及び／又は封止するために必要な構造により正確な対称からいくらか逸脱することが可能である。また、その目的及び好ましくは結果が対称の乱流領域である限り、ロータ又はチャンバ構造のいずれか又は両方における、いくつかのその他わずかな修正が可能である。
【００３３】
図４は、図２ａの線Ａ−Ａに沿った本発明の好ましい実施例による装置の断面図を示す。図４は、入口ダクト３４及び出口ダクト３６を備えるハウジング３２を示す。入口ダクト３４は、入口ダクトがほぼ接線方向にハウジング３２内へと、ロータの回転方向に逆らって開くように設計されている。この構造の目的は、ハウジング内へと導入される媒質の速さが、反対方向に作用するロータの回転速度と共に、最大乱流をもたらす最大速度差を生み出すとき、乱流を最大限にすることである。
【００３４】
出口ダクト３６は、好ましくは接線方向に、しかし入口ダクトとは対照的にロータの回転方向にハウジング３２から離れる。この構造の目的は２つあり、第１に、流体力学の原則を考慮して出口ダクトを流線型にすることによって、媒質からの気体の分離を防止すること、第２に、追加の乱流を生み出す必要がないので、流線型の出口ダクトによって出口ダクト内の圧力損失を最小限にすることである。
【００３５】
図５は、本発明の別の好ましい実施例による装置の断面図を示す。この実施例では、図４の装置との違いは、入口ダクト３４’に対する出口３６’の位置のみである。ここで出口ダクトは、入口ダクトからロータの回転方向に約２７０°で配置されているが、図４では約１８０°であった。即ち、入口ダクト及び出口ダクトの位置は、自由に選択することができるが、出口ダクトは、均質化される材料又は媒質が入口ダクトから直接出口ダクトへとあまり容易に流出することができないように、ロータの回転方向で入口ダクトから少なくとも１８０°となるべきであることを考慮されたい。
【００３６】
ただし図４及び図５は、入口ダクト及び出口ダクトがハウジングの中心線面に沿って延びるという印象を与えるが、これは単なる好ましい選択肢であることを理解されたい。入口ダクト及び／又は出口ダクトは、入口開口及び出口開口が中心線面、即ち開口の中心を通って延びる平面に対してほぼ対称に配列される限り、均質化チャンバからいかなる実行可能な方向に延びることもできる。即ち、図４及び図５もまた、図中の装置が、ダクトの中心線に沿って切断されており、そこで１つ又は複数のダクトを湾曲させることもできると理解することができる。
【００３７】
最後に、上記において、本発明のいくつかの好ましい実施例のみを議論してきたが、本発明の範囲をそれらの実施例のみに限定することは意図していないことが理解されるべきである。即ち、本発明の範囲は、添付の特許明細の範囲によってのみ規定される。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】米国特許第５，２７９，７０９号で詳細が議論される従来技術の混合器を示す断面図である。
【図２ａ】本発明の第１の好ましい実施例を示す概略的な軸線方向断面図である。
【図２ｂ】図１に示した第１の好ましい実施例によるロータを示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の好ましい実施例を示す概略的な軸線方向断面図である。
【図４】本発明の好ましい実施例を示す、図２ａの線Ａ−Ａに沿った概略的な断面図である。
【図５】本発明の別の好ましい実施例を図４に示したようにして示す概略的な断面図である。
【図１】
2007532300.tif 000003
【図２ａ】
2007532300.tif 000004
【図２ｂ】
2007532300.tif 000005
【図３】
2007532300.tif 000006
【図４（Ａ−Ａ）】
2007532300.tif 000007
【図５】
2007532300.tif 000008
【手続補正書】
【提出日】平成18年7月14日(2006.7.14)
【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１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
装置内の媒質を均質化する方法であって、前記装置がハウジングを備え、前記ハウジングが、円周壁部を備える均質化チャンバ、及び前記チャンバの前記対向端部にある２つの端部キャップ（４０、４２；１４０、１４２）を有し、前記円周壁部が、入口開口（３４０、１３４０）及び出口開口（３６０、１３６０）を有し、前記入口開口（３４０、１３４０）が、入口ダクト（３４、１３４）と連通し、前記出口開口（３６０、１３６０）が、出口ダクト（３６、１３６）と連通し、両開口（３４０、１３４０；３６０、１３６０）が、中心を有し、前記装置がさらに、ブレード（４８、１４８）及び前記均質化チャンバを貫通して延びる軸線ＡＲを有するロータ（３８、１３８）を備え、
前記方法において、均質化される前記媒質が、前記ロータ軸線ＡＲを横断し、前記入口ダクト（３４、１３４）及び前記入口開口（３４０、１３４０）を通して前記均質化チャンバ内へと導入され、前記チャンバ内で均質化され、前記出口開口（３６０、１３６０）及び前記出口ダクト（３６、１３６）を通して排出される方法において、
前記均質化チャンバに、前記端部キャップ（４０、４２；１４０、１４２）の間の中心線面ＣＬＰであって、前記入口開口（３４０、１３４０）及び前記出口開口（３６０、１３６０）の中心を通り前記ロータ軸線ＡＲに対して基本的に直角に延びる中心線面ＣＬＰを設けることと、
前記中心線面ＣＬＰの両側で対称に配列され、前記ロータ軸線ＡＲと、前記関連するロータブレード及び前記中心線面ＣＬＰの間の交点とにより画定される面に対して傾斜し中心線面ＣＬＰの両側で対称に配置される前記ロータブレード（４８、１４８）によって、前記均質化チャンバ内の前記媒質を、半径方向の循環運動に加えて、前記中心線面ＣＬＰの軸線方向両側で軸線方向に循環対称運動させることを特徴とする方法。
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項５】
媒質を均質化するための装置であって、ハウジングを備え、前記ハウジングが、円周壁部を備える均質化チャンバと、前記チャンバの対向端部にある２つの端部キャップ（４０、４２；１４０、１４２）とを有し、前記円周壁部が、入口開口（３４０、１３４０）及び出口開口（３６０、１３６０）を有し、前記入口開口（３４０、１３４０）が、入口ダクト（３４、１３４）と連通し、前記出口開口（３６０、１３６０）が、出口ダクト（３６、１３６）と連通し、両開口（３４０、１３４０；３６０、１３６０）が中心を有し、前記装置がさらに、前記均質化チャンバを通って延びる軸線ＡＲを有するロータ（３８、１３８）を備え、前記ロータが、ブレード（４８、１４８）を有している媒質均質化装置において、
前記均質化チャンバが、前記端部キャップ（４０、４２；１４０、１４２）の間に、前記入口開口（３４０、１３４０）及び前記出口開口（３６０、１３６０）の中心を通り前記ロータ軸線ＡＲに対して基本的に直角に延びる中心線面ＣＬＰを有し、
前記均質化チャンバが、前記中心線面ＣＬＰに関して基本的に対称であり、
前記ロータブレード（４８、１４８）が、前記均質化チャンバ内の前記媒質を前記中心線面ＣＬＰの両側で軸線方向に循環対称運動させるために、前記中心線面ＣＬＰの両側で対称に、前記ロータ軸線ＡＲと、前記関連するロータブレードと前記中心線面ＣＬＰの間の交点とによって画定される平面に関して傾斜して配列されることを特徴とする媒質均質化装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２４】
均質化チャンバ内の媒質を均質化させるためのロータであって、前記ロータが、軸線ＡＲと、シャフト（４４、１４４）と、前記シャフト（４４、１４４）からある距離にて前記シャフト（４４、１４４）上に取り付けられたブレード（４８、１４８）とを有し、前記ロータ（４４、１４４）が、前記ロータ軸線ＡＲに対して垂直な中心線面ＣＬＰを有し、前記ブレード（４８、１４８）が、前記均質化チャンバ内の前記媒質を前記中心線面ＣＬＰの両側で軸線方向に循環対称運動させるために、前記中心線面ＣＬＰの両側で対称に配列され、前記ロータ軸線ＡＲと、前記関連するロータブレード及び前記中心線面ＣＬＰの間の交点とによって画定される平面に対して傾斜していることを特徴とするロータ。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３８
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３８】
【図１】米国特許第５，２７９，７０９号で詳細が議論される従来技術の混合器を示す断面図である。
【図２ａ】本発明の第１の好ましい実施例を示す概略的な軸線方向断面図である。
【図２ｂ】図２ａに示した第１の好ましい実施例によるロータを示す斜視図である。
【図３】本発明の第２の好ましい実施例を示す概略的な軸線方向断面図である。
【図４】本発明の好ましい実施例を示す、図２ａの線Ａ−Ａに沿った概略的な断面図である。
【図５】本発明の別の好ましい実施例を図４に示したようにして示す概略的な断面図である。
【国際調査報告】
2007532300.tif 000009
2007532300.tif 000010
2007532300.tif 000011
2007532300.tif 000012
2007532300.tif 000013