(57)【要約】  高い剪断力、衝撃力、およびキャビテーションを発生させて、廃棄物および滞留量を減少させながら粒子の寸法および混合流体を減少させるように、コンパクトな相互作用チャンバが用いられる。ステンレス鋼でつくられた第１のハウジングは入口混合チャンバ要素と出口混合チャンバ要素を、熱膨張を用いたメスボアにおいて保持する。入口および出口混合チャンバ要素は、冷却されたメスボアの直径が混合チャンバ要素の直径よりもわずかに小さくなるように製造される。第１のハウジングは加熱され、メスボアの直径を、入口および出口混合チャンバ要素を挿入できる程度に膨張させる。混合チャンバ要素が挿入されてメスボア内で並んだ後、第１のハウジングは冷えることができるようになる。ひとたび冷却されると、メスボアは収縮し、高い剪断力の混合の最中に混合チャンバ要素を確実に保持するのに十分なフープ力を加える。【選択図】図２
2014501616.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）第１のハウジングと、
（ｂ）第２のハウジングと、
（ｃ）第１の混合チャンバ要素および第２の混合チャンバ要素と、
（ｄ）少なくとも１つの固定部材と、を有するコンパクトな相互作用チャンバアセンブリであって、
（ａ）前記第１のハウジングが、第１の中心軸を有し、
（１）前記第１のハウジングの底面の第１の開口であって、当該第１の開口が、第１の開口直径を有する概して円筒形であり前記第１の中心軸を共有する、前記第１の開口と、
（２）第１の流路を含む前記第１のハウジングの上面から延びる第１の突起であって、当該第１の流路が、前記第１の突起を通って第１の開口から延びて前記第１の中心軸を共有する、前記第１の突起と、を含み、
（ｂ）前記第２のハウジングが、第２の中心軸を有する概して円筒形を有し、
（１）前記第２のハウジングの底面の第２の開口であって、当該第２の開口が、概して円筒形を有し前記第２の中心軸を共有する、前記第２の開口と、
（２）第２の流路を含む前記第２のハウジングの上面から延びる第２の直径の第２の突起であって、当該第２の流路が、前記第２の突起を通って前記第２の開口から延びて、前記第２の中心軸を共有する、前記第２の突起と、を含み、
（Ａ）前記第２の中心軸が前記第１のハウジングの前記第１の中心軸と同一直線上にあり、
（Ｂ）前記第１のハウジングが前記第２のハウジングに取り付けられたとき前記第２の突起は前記第１の開口内に延びるように構成されるように、
前記第２のハウジングが前記第１のハウジングに取り付けられるように構成され、
（ｃ）前記第１および第２の混合チャンバ要素は、前記第１のハウジングの前記第１の開口内にあるように構成され、第１および第２の混合チャンバ要素が軸方向に圧縮されて前記第１および第２の混合チャンバ要素のそれぞれの外面と前記第１のハウジングの前記第１の開口の内面との間に流体密封されたシールを生じるように、前記第１および第２の混合チャンバ要素のそれぞれの外面が、前記第１のハウジングの前記第１の開口の内面と接触するように構成され、前記軸方向の圧縮が、３００００ポンド毎平方インチ以上であり、前記第１の混合チャンバ要素の底面が前記第２の混合チャンバ要素の上面と流体密封で接触するように、前記第１の混合チャンバ要素が前記第２の混合チャンバ要素と互いに強く押され、
（ｄ）前記少なくとも１つの固定部材は前記第１のハウジングの前記第１の開口内にあるように構成され、前記第１および第２の混合チャンバ要素を固定するように構成される、
コンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【請求項２】
前記第１のハウジングが概して円筒形を有する、請求項１に記載のコンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【請求項３】
前記第２のハウジングが概して円筒形を有する、請求項１に記載のコンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【請求項４】
前記第１の混合チャンバ要素が前記底面にエッチングされた複数の第１のマイクロチャネルを含む、請求項１に記載のコンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【請求項５】
前記複数のマイクロチャネルが、前記第１の混合チャンバ要素の底面から前記第１の混合チャンバ要素の上面に延びる複数の第１のポートと流体連通する、請求項４の記載のコンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【請求項６】
前記第２の混合チャンバ要素が前記上面にエッチングされた複数の第２のマイクロチャネルを含む、請求項４に記載のコンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【請求項７】
前記複数の第２のマイクロチャネルが、前記第２の混合チャンバ要素の底面に延びる複数の第２のポートと流体連通する、請求項６に記載のコンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【請求項８】
前記第１の混合チャンバ要素が前記第２の混合チャンバ要素と互いに強く押されたとき、前記複数の第１のマイクロチャネルが、複数のマイクロ流路を生成するように前記複数の第２のマイクロチャネルと並ぶ、請求項７に記載のコンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【請求項９】
前記複数のマイクロ流路が流体密封である、請求項８に記載のコンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【請求項１０】
前記第１のハウジングがステンレス鋼でつくられる、請求項１から９のいずれか一項に記載のコンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【請求項１１】
前記第１の混合チャンバ要素および前記第２の混合チャンバ要素がさらにアルミナを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のコンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【請求項１２】
前記第１の混合チャンバ要素および前記第２の混合チャンバ要素がさらに多結晶ダイヤモンドを含む、請求項１から９のいずれか一項に記載のコンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【請求項１３】
前記コンパクトな相互作用チャンバアセンブリ内での流体の滞留量が０．０５ｍｌ以下である、請求項１から９のいずれか一項に記載のコンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【請求項１４】
相互作用チャンバアセンブリを組み立てる方法であって、
（ａ）第１のハウジング、第２のハウジング、２つの混合チャンバ要素、第１の固定部材、および第２の固定部材を提供するステップであって、
（１）前記第１のハウジングは第１の中心軸を有し、前記第１のハウジングの底面に第１の開口を含み、前記第１の開口は第１の開口直径を有する概して円筒形の内壁によって画定されて前記第１の中心軸を共有し、
（２）前記第２のハウジングは第２の中心軸を有し、前記第２のハウジングの上面から延び概して円筒形を有し前記第２の中心軸を共有する第２の突起を含み、
（３）前記２つの混合チャンバ要素はそれぞれ概して円筒形を有し、それぞれ混合チャンバ要素の直径を有し、混合チャンバ要素の直径は第１の開口直径以上である、前記ステップと、
（ｂ）前記第１のハウジングを所定の温度範囲に加熱して、前記第１の開口を前記第１の開口直径から第１の開口拡張直径まで拡張可能にするステップと、
（ｃ）前記第１の固定部材を前記加熱された第１のハウジングの前記第１の開口に挿入するステップと、
（ｄ）前記２つの混合チャンバ要素のそれぞれを前記加熱された第１のハウジングの第１の開口に挿入するステップであって、前記混合チャンバ要素の直径が前記第１の開口拡張直径より小さい、ステップと、
（ｅ）前記加熱された第１のハウジングの第１の開口に前記第２の固定部材を挿入するステップと、
（ｆ）前記第１のハウジングを前記第２のハウジングに取り付けるステップであって、
（ｉ）前記第１の中心軸は前記第２の中心軸と同一直線上にあり、
（ｉｉ）前記第２の突起は前記第１の開口内へと延び、
（ｉｉｉ）前記第２の突起は前記第２の固定部材と接触する、前記ステップと、
（ｇ）前記第１のハウジングの冷却を可能にすることによって、前記第１の開口を前記第１の開口拡張直径から前記第１の開口直径に収縮させて戻すステップであって、前記第１のハウジングが冷却された後で、前記収縮は、前記第１の開口が３００００ポンド毎平方インチ以上の圧力で前記２つの混合チャンバ要素のそれぞれに半径方向内側向きの応力を加えるようにさせる、前記ステップと、を含む方法。
【請求項１５】
前記第１の開口拡張直径が前記第１の開口直径よりも０．０００１から０．０００２インチ大きい、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記所定の温度範囲が１００℃と１３０℃の間である、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
（ａ）第１のハウジングと、
（ｂ）第２のハウジングと、
（ｃ）第１の混合チャンバ要素および第２の混合チャンバ要素と、
（ｄ）少なくとも１つの固定部材と、を有する滞留量が小さいコンパクトな相互作用チャンバアセンブリであって、
（ａ）前記第１のハウジングが、第１の中心軸を有し、
（１）前記第１のハウジングの底面の第１の開口であって、当該第１の開口が、第１の開口直径を有する概して円筒形であり前記第１の中心軸を共有する、前記第１の開口と、
（２）第１の流路を含む前記第１のハウジングの上面から延びる第１の突起であって、当該第１の流路が、前記第１の突起を通って第１の開口から延びて前記第１の中心軸を共有する、前記第１の突起と、を含み、
（ｂ）前記第２のハウジングが、第２の中心軸を有する概して円筒形を有し、
（１）前記第２のハウジングの底面の第２の開口であって、当該第２の開口が、概して円筒形を有し前記第２の中心軸を共有する、前記第２の開口と、
（２）第２の流路を含む前記第２のハウジングの上面から延びる第２の直径の第２の突起であって、当該第２の流路が、前記第２の突起を通って前記第２の開口から延びて、前記第２の中心軸を共有する、前記第２の突起と、を含み、
（Ａ）前記第２の中心軸が前記第１のハウジングの前記第１の中心軸と同一直線上にあり、
（Ｂ）前記第１のハウジングが前記第２のハウジングに取り付けられたとき前記第２の突起は前記第１の開口内に延びるように構成されるように、
前記第２のハウジングは前記第１のハウジングに取り付けられるように構成され、
（ｃ）前記第１および第２の混合チャンバ要素は、前記第１のハウジングの前記第１の開口内にあるように構成され、第１および第２の混合チャンバ要素が軸方向に圧縮されて前記第１および第２の混合チャンバ要素のそれぞれの外面と前記第１のハウジングの前記第１の開口の内面との間に流体密封されたシールを生じるように、前記第１および第２の混合チャンバ要素のそれぞれの外面が、前記第１のハウジングの前記第１の開口の内面と接触するように構成され、前記第１の混合チャンバ要素の底面が前記第２の混合チャンバ要素の上面と流体密封で接触するように、前記第１の混合チャンバ要素が前記第２の混合チャンバ要素と互いに強く押され、
（ｄ）前記少なくとも１つの固定部材は前記第１のハウジングの前記第１の開口内にあるように構成され、前記第１および第２の混合チャンバ要素を固定するように構成され、前記コンパクトなチャンバアセンブリ内の流体の滞留量が０．０５ｍｌ以下である、
コンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【請求項１８】
前記第１の開口の前記内面から前記第１および第２の混合チャンバ要素のそれぞれの外面に加えられた前記軸方向の圧縮が、３００００ポンド毎平方インチ以上である、請求項１７に記載の滞留量が小さいコンパクトな相互作用チャンバアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本出願は２０１１年１月７日に提出された米国特許出願番号１２／９８６，４７７号の優先権を主張する。
【０００２】
本願発明は概して高圧混合装置およびそのような装置を製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
ある調剤の用途においては、製造者は金銭を節約するために、可能な最小体積の流体を用いて試験および生産を行うように高価な液体の薬剤を合成および混合する必要がある。現在の混合装置は、ハウジング内に固定された２つの混合チャンバ要素を含むアセンブリによって高圧で混合されるように流体をポンプで送ることによって動作する。流体は２つの混合チャンバ要素の間で高圧で混合され、それはエネルギーの大きな散逸につながる。２つの混合チャンバ要素はこの高圧およびこの混合から生じるエネルギーに耐えるように十分に強く固定されなければならない。現在の混合チャンバにおいては、２つの混合チャンバ要素は、管がわずかに伸びるように、そしてネッキングダウン効果が混合チャンバ要素を固定して保持するように、高張力で保持された管と共に固定される。このようにして混合チャンバ要素を保持するために、管は比較的長くなければならず、現在の装置は大きくなり多くの構成部品を必要とする。現在の混合装置の比較的大きくて複雑な構造のために、混合される流体の滞留量が大きくなることが暗示され、そのことは高価な混合製品を過剰に浪費することにつながる。
【図面の簡単な説明】
【０００４】
【図１】従来技術の混合装置の断面図である。
【図２】本願発明の一実施形態による、例示的な組み立てられたコンパクトな相互作用チャンバの、図３の直線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【図３】本願発明の一実施形態による、組み立てられた例示的なコンパクトな相互作用チャンバの上面図である。
【図４】本願発明の一実施形態による、例示的なコンパクトな相互作用チャンバの第１のハウジングの、図３の直線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【図５】本願発明の一実施形態による、例示的なコンパクトな相互作用チャンバの第２のハウジングの、図３の直線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【図６】本願発明の一実施形態による、例示的なコンパクトな相互作用チャンバの固定要素の、図３の直線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。
【図７】本願発明の一実施形態による、例示的なコンパクトな相互作用チャンバの入口混合チャンバ要素の、斜視断面図である。
【図８】本願発明の一実施形態による、例示的なコンパクトな相互作用チャンバの出口混合チャンバ要素の、斜視断面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００５】
本願発明は、アセンブリに張力を与えてネッキングダウン効果を起こすようにトルクを加えるのではなく、アセンブリの構成要素の内部圧力を用いることで混合チャンバ要素を固定するコンパクトな相互作用チャンバに概して関連する。コンパクトな相互作用チャンバは、必要とする構成要素がより少なくなり、必要とする寸法がより小さくなることにつながる。コンパクトな相互作用チャンバの寸法および複雑性を減らすことによって、流路もまた短くなり、それによって滞留量を減らし、混合の品質および一様性を犠牲にすることなしに、システムの価値あるリソースを用いる製造者には節約となる。
【０００６】
特に、本願発明のコンパクトな相互作用チャンバは、構成要素の中で特に、第１のハウジング、第２のハウジング、入口固定部材、出口固定部材、入口混合チャンバ要素、および出口混合チャンバ要素を含む。入口固定部材と出口固定部材は、組み立てられるとき、第１のハウジングの第１の開口内で互いに面して位置する。入口混合チャンバ要素および出口混合チャンバ要素は互いに隣り合い、第１の開口内で入口固定部材と出口固定部材の間に位置する。第２のハウジングは、第２のハウジングのオスの突起が第１の開口内に挿入されて第２の固定部材と接触するように、第１のハウジングに取り付けられる。第１のハウジングと第２のハウジングが互いに取り付けられたとき、第１の固定部材および第２の固定部材が互いに力をかけ合い、それによって入口固定部材および出口固定部材を圧縮し、入口混合チャンバ要素および出口混合チャンバ要素が互いに正しく一列に並ぶ。以下にさらに詳細に説明するように、高圧での混合の場合は、第１の開口の内壁によって入口混合チャンバ要素および出口混合チャンバ要素に加えられるフープ状の圧力によって、混合チャンバ要素はさらに固定される。
【０００７】
ここで図１を参照すると、従来技術の混合アセンブリが記載される。混合アセンブリ２００は入口キャップ２０２と出口キャップ２０４を含む。入口キャップ２０２は、出口キャップ２０４と補完的に螺合するように構成されたねじ山を含む。混合アセンブリ２００はまた、入口フローカプラ２２０、出口フローカプラ２２２、調心管２２１、入口固定具２２４、出口固定具２２６、入口混合チャンバ要素２２８および出口混合チャンバ要素２３０を含む。
【０００８】
入口フローカプラ２２０は入口キャップ２０２内に配置され、出口フローカプラ２２２は出口フローキャップ２０４内に配置される。組み合わせられたとき、管２２１は多数のピン２２９の使用によって、入口フローカプラ２２０と出口フローカプラ２２２の両方と一列に並んだ状態を保つ。入口固定具２２４および出口固定具２２６は管２２１内に配置され、入口混合チャンバ要素２２８および出口混合チャンバ要素２３０を一列に並んで固定する役割を果たす。入口固定具２２４および出口固定具２２６は入口フローカプラ２２０および出口フローカプラ２２２にそれぞれ接触する。
【０００９】
装置が完全に組み立てられたとき、流路は入口フローカプラ２２０、入口固定具２２４、入口混合チャンバ要素２２８、出口混合チャンバ要素２３０、出口固定具２２６および出口フローカプラ２２２の間に形成される。未混合の流体が入口フローカプラ２２０に入り、入口固定具２２４を通り入口混合チャンバ要素２２８へと移動する。高圧下において、そして高いエネルギー反応の結果として、未混合の流体は入口混合チャンバ要素２２８と出口混合チャンバ要素２３０の間で混合される。そして混合された流体は出口固定具２２６および出口フローカプラ２２２を通って移動する。
【００１０】
混合チャンバ要素が混合の高圧および高エネルギーに耐えるように十分安全に保持されることを保証するように、入口キャップ２０２は出口キャップ２０４に螺合する。入口キャップ２０２と出口キャップ２０４へのトルクが増加すると、入口フローカプラ２２０と出口フローカプラ２２２は互いに力をかけ合い、管２２１は張力をかけられている。張力が増加すると、管はわずかに伸びてネッキングダウン効果を受け、それによって直径が小さくなる。入口混合チャンバ要素２２８と出口混合チャンバ要素２３０の間で混合されている流体は超高圧下にあり、したがって入口キャップ２０２と出口キャップ２０４はフローカプラ、固定具および混合チャンバ要素に大きな量の力を与えることが可能でなければならない。加えて、入口キャップ２０２および出口キャップ２０４は管２２１を伸ばして、それによってわずかに直径を小さくして、入口混合チャンバ要素２２８および出口混合チャンバ要素２３０を半径方向に締め付けるようにすることが可能でなければならない。力が増加すると、入口フローカプラ２２０は入口固定具２２４を押し、出口フローカプラ２２２は出口固定具２２６を押し、順に入口混合チャンバ要素２２８および出口混合チャンバ要素２３０を封止するように圧縮する。高圧で流体密封されたシールを保証するために必要とされる程度のトルクを達成するために、そして十分な張力で管２２１を伸ばして入口混合チャンバ要素２２８と出口混合チャンバ要素２３０を保持するために、管は相対的に長くなければならず、したがってフローカプラ、入口キャップおよび出口キャップはこのより長い管を受け入れるために十分長くなければならない。管がより長くなり、フローカプラおよびキャップがより大きくなった結果として、入口フローカプラから出口フローカプラまでの流路は必要以上に長くなり、したがって滞留量および流体の浪費の量が、同等な混合の結果をもたらすより小さな装置よりも大きくなる。
【００１１】
以下に記載のように、本願発明のコンパクトな相互作用チャンバにおいては、混合チャンバ要素は２つのハウジングを互いに締め付けるトルクによる圧縮と、第１のハウジングの内壁による混合チャンバ要素に対して半径方向内側向きのフープ状の圧力と、の両方を用いて固定される。しかしながら、混合チャンバ要素を半径方向に保持するように伸ばされる必要があるであろう管部材を用いるのではなく、第１のハウジングは、混合チャンバ要素の挿入前に加熱され、混合チャンバ要素がひとたび挿入されて一列に並べられると、冷えて収縮することができるようになる。熱膨張および収縮の結果として加えられる第１のハウジングのフープ状の圧力によって混合チャンバ要素を固定することによって、混合チャンバ要素を互いに圧縮するために必要なトルクはかなり低減される。したがって、コンパクトな相互作用チャンバの寸法、構成要素の数、および滞留量のかなりの減少につながる複雑性を低減することができる。
【００１２】
ここで図２から図８を参照すると、コンパクトな相互作用チャンバの一実施形態が示される。図２は、組み立てられた相互作用チャンバアセンブリ１００の、図３に示された上面図の直線Ｘ−Ｘに沿った断面図を示す。図４は第１のハウジング１０２を詳細に示し、図５は第２のハウジング１０４を詳細に示し、図６は入口／出口固定具１０８／１１０を詳細に示す。図７は入口混合チャンバ要素１１２を詳細に示し、図８は出口混合チャンバ要素１１４を詳細に示す。
【００１３】
図２に示されるように、組み立てられたコンパクトな相互作用チャンバ１００は概して円筒形の第１のハウジング１０２と、概して円筒形の第２のハウジング１０４を含んでもよい。第１のハウジング１０２は任意の十分な取り付け技術を用いて第２のハウジング１０４に作動可能に取り付けられるように構成される。図示された実施形態の例において、第１のハウジング１０２は中心軸Ａの周囲に円状に配列された複数のボルト１０６によって第２のハウジング１０４に取り付けられる。概して円筒形の第１のハウジング１０２および概して円筒形の第２のハウジング１０４は組み立てられたときに中心軸Ａを共有することに留意すべきである。
【００１４】
第１のハウジング１０２と第２のハウジング１０４の間に入口固定具１０８、出口固定具１１０、入口混合チャンバ要素１１２および出口混合チャンバ要素１１４がある。入口固定具１０８は入口混合チャンバ要素１１２の隣に配置される。入口混合チャンバ要素１１２は出口混合チャンバ要素１１４の隣に配置され、出口混合チャンバ要素１１４は出口固定具１１０の隣に配置される。コンパクトな相互作用チャンバ１００が組み立てられたとき、ボルト１０６は第１のハウジング１０２を第２のハウジング１０４に固定し、それによって入口混合チャンバ要素１１２と出口混合チャンバ要素１１４を入口固定具１０８と出口固定具１１０の間で圧縮する。
【００１５】
組立の後で、未混合流体の流れが第１のハウジング１０２の入口１１６に向けられ、入口固定具１０８の開口１１８を通る。したがって、より詳細に以下に述べるように、未混合流体の流れは、入口混合チャンバ要素１０２の複数の小さな通路を通って流路の方向に向けられる。流体はしたがって入口混合チャンバ要素１１２の面および隣の出口混合チャンバ要素１１４の面に平行な方向に、入口混合チャンバ要素１０２と出口混合チャンバ要素１０４の間に形成された複数のマイクロチャネルを通って流れる。複数のマイクロチャネルが収束するときに流体は混合される。混合された流体は出口混合チャンバ要素１０４の複数の小さな通路、出口固定具１１０の開口１２０、および第２のハウジング１０４の出口１２２を通るように向けられる。
【００１６】
第２のハウジング１０４に第１のハウジング１０２を固定するように用いられる複数のボルト１０６が、入口混合チャンバ要素１１２と出口混合チャンバ要素１１４を圧縮するのに十分な締め付け力を提供することにより、２つの面の間に形成されたマイクロチャネルが流体密封となることに留意すべきである。しかしながら、入口混合チャンバ要素１１２と出口混合チャンバ要素１１４の間で起こっている混合から生じる高圧および高いエネルギー発散のために、トルクをかけられたボルト１０６によって加えられる圧縮力のみでは、混合の最中に第１のハウジング１０２の第１の開口内に混合チャンバ要素を安定して保つために十分ではないかもしれない。したがって、ボルト１０６によって加えられた圧縮力に加えて、混合チャンバ要素１１２、１１４は第１のハウジング１０２の第１の開口１１５の内壁１１７によって円周状に保持され、以下にさらに説明されるように、それは混合チャンバ要素に半径方向内側に向けた大きなフープ状の圧力を加える。保持および固定のこの二次的な点が、高圧および高エネルギーでの混合の最中に混合チャンバ要素を定位置に保持するために必要な圧縮力の大きさを低減させる。
【００１７】
例えば、混合チャンバ要素に加えられたフープ状の圧力のために、一実施形態では６つのボルト１０６のそれぞれが、封止を形成するように混合チャンバ要素を互いに保持するために１００インチ−ポンドのトルク力のみを必要とする。しかしながら、上記のように混合チャンバ要素を固定するために一次的圧力を用いる従来技術の装置は、封止を形成するように混合チャンバ要素を互いに保持するために、かなりより大きなトルク力を必要としがちである（約１３０フィート−ポンドのトルク）。従来技術の装置が、直径を減少させるように伸ばされなければならない管部材を用いて混合チャンバ要素を締め付けるため、従来技術の装置はより大きなハウジング、より多くの構成要素、およびそれゆえ、約０．５ｍｌのより大きな滞留量を必要とする。本願発明の一実施形態では、混合チャンバ要素は第１のハウジングの第１の開口内に固定され、第１のハウジングの内壁から混合チャンバ要素の外周に与えられる高いフープ状の圧力を得る。本願発明は構成要素の正確な合致と熱膨張の特性において利点を得る。本願発明のコンパクトな相互作用チャンバの滞留量は約０．０５ｍｌである。
【００１８】
本願発明のコンパクトな相互作用チャンバの一実施形態を組み立てる方法の例が、図２の組み合わされたコンパクトな相互作用チャンバおよび図４〜図８に記載の個別の各構成要素を参照して説明される。
【００１９】
まず、図６に示す入口固定部材１０８は、図４に示す第１のハウジングの第１の開口に挿入されてもよい。入口固定部材１０８は実質的に円筒型であり、第１のハウジングの第１の開口内に同心状に合致する。入口固定部材１０８は面取りされた表面１３０を含み、入口固定部材１０８が挿入されたとき、面取りされた表面１３０は相補的に面取りされた第１のハウジング１０２の内側表面１１９と接触するように構成される。第１のハウジング１０２と入口固定部材１０８の間のこの面取りされた係合は、入口固定部材１０８が第１の開口内に自らをセンタリングし、第１の開口１１５の内壁１１７と正しくかつまっすぐに一直線に並ぶことを保証する。入口固定部材１０８は、流体が入口固定部材１０８を通って流れることを可能にする同心状通路１３２を含む。同心状通路１３２は第１のハウジング１０２の流路１１６と並び、未混合の流体が混合システムの個別の構成要素からそこを通ってポンプで送られる。
【００２０】
次に、第１のハウジング１０２は少なくとも所定の温度まで加熱されることができ、その温度は、第１の開口１１５の直径が、少なくとも第１の開口の拡張直径まで膨張する温度である。いくつかの例示的な実施形態において、第１のハウジングはステンレス鋼からなり、第１のハウジングはホットプレートまたはステンレス鋼を加熱するための他の任意の適切な方法を用いて加熱される。そのような一実施形態において、第１のハウジングが加熱される所定の温度は１００℃と１３０℃の間である。第１の開口１１５が第１の直径である場合、混合チャンバ要素１１２、１１４は第１の開口１１５内で密接することができないことに留意すべきである。しかしながら、混合チャンバ構成要素１１２、１１４は、第１のハウジング１０２が加熱されて第１の直径が第１の拡張直径まで膨張した後、混合チャンバ要素１１２、１１４が第１の開口１１５内で密接することができるように製造され、許容範囲を設定される。一実施形態では、第１の拡張直径は第１の直径よりも０．０００１から０．０００２インチ大きい。
【００２１】
第３に、入口混合チャンバ要素１１２は加熱された第１のハウジング１０２の第１の開口１１５に挿入される。入口混合チャンバ要素１１２の上面３０４は、入口固定部材１０８の底面１３２に接触するように構成される。入口固定部材１０８は面取りされた合致する表面１１９および１３０と自己整列するため、表面３０４が入口固定部材１０８の表面１３２と完全に接触するとき、入口混合チャンバ要素１１２もまた正しく並ぶ。
【００２２】
第４に、出口混合チャンバ要素１１４は加熱された第１のハウジング１０２の第１の開口１１５に挿入される。出口混合チャンバ要素１１４の上面３１０は入口混合チャンバ要素１１２の底面３０６と接触するように構成されている。いくつかの実施形態においては、表面３０６と表面３１０は、入口混合チャンバ要素１１２が出口混合チャンバ要素１１４に正しい向きで並ぶことを保証するように、相補的な特徴を有することに留意すべきである。例えば、一実施形態において、入口混合チャンバ要素１１２は、２つの混合チャンバ要素が正しく回転整列（調芯）することを保証するように、出口混合チャンバ要素１１４の１つ以上の相補的な窪みと嵌合する１つ以上の突起を含む。
【００２３】
第５に、混合チャンバ要素１１２、１１４が加熱された第１のハウジング１０２の第１の開口１１５内にひとたび配置されたとき、出口固定部材１１０が第１の開口１１５に挿入されてもよい。出口固定部材１１０は入口固定部材１０８と構造がほぼ同様である。入口固定部材１０８と同様に、出口固定部材１１０の表面１３２は出口混合チャンバ要素１１４の表面３１２と接触するように構成される。
【００２４】
第６に、第２のハウジング１０４は第１のハウジング１０２と並び、組み立てられた第１および第２のハウジングは互いに作動可能に固定されている。図４に見られるように、第２のハウジング１０４は上面１２６から延びる突起１２５を含む。第１のハウジング１０２が第２のハウジング１０４と並ぶとき、突起１２５は第１の開口１１５に嵌合する。第１の開口１１５の反対側の端も同様に、突起１２５は相補的に面取りされた表面１２３を含み、該表面１２３は出口固定部材１１０の面取りされた表面１３０と接触するように構成される。また、第１のハウジングの入口固定部材１０８との接触と同様に、突起１２５の面取りされた表面１２３は、出口固定部材１１０が開口１１５の内部表面１１７と一直線になることを保証する。入口固定部材１０８と出口固定部材１１０の両方が、第１のハウジング１０２と第２のハウジング１０４の突起１２５に対してそれぞれ正しく並んでいる場合、入口混合チャンバ要素１１２と出口混合チャンバ要素１１４は第１の開口１１５内に正しく並ぶ。混合チャンバ要素１１２、１１４がわずかでもずれた場合、要素は正しくない保持力および混合の高圧のために損傷を受けることがある。加えて、混合チャンバ要素が固定部材および第１と第２のハウジングに対して完全に並ばなかった場合、混合はより不安定で信頼度の低いものとなる。
【００２５】
第７に、入口固定具、入口混合チャンバ要素、出口混合チャンバ要素、出口固定具、および第２のハウジングのオス部材が圧縮されるように、第１のハウジングは第２のハウジングに動作可能に取り付けることができる。図示された実施形態において、６つのボルト１０６が第１のハウジング１０２を第２のハウジング１０４に取り付けるように用いられてよい。第１のハウジング１０２と第２のハウジング１０４の間の同等の締め付け力を保証するように、ボルト１０６は６０度ずつ間隔を開けて中心軸Ａから等距離に置かれる。上述したように、６つのボルト１０６の取り付けは、入口混合チャンバ要素の表面３０６を出口混合チャンバ要素の表面３１０と共に封止するために十分な締め付け力を提供する。任意の適切な取り付け装置または任意の適切な数のボルトが用いられてよいことに留意すべきである。
【００２６】
第８に、第１のハウジングはその加熱された状態から冷えることができる。様々な実施形態において、第１のハウジングはそれを室温に戻るようにすることによって、または適切な冷却剤によって積極的に冷やすことによって、冷却される。第１のハウジングが冷却されたとき、第１のハウジングの材料は元のように収縮し、第１のハウジングの拡張直径は第１のハウジングの直径へと収縮するように促される。混合チャンバ要素がすでに配置されて第１のハウジングの第１の開口の内側に並んでいるため、第１の開口の収縮直径は混合チャンバ要素の半径方向内側に向けて大きな力を与える。この力に、６つのボルト１０６から加えられる圧縮力が加わって、高圧混合のために混合チャンバ要素を適所に保つために十分となる。混合チャンバ要素が、第１の開口直径が収縮したときに加わる３００００ポンド毎平方インチの半径方向内側応力に耐える任意の適切な材料からなることができることに留意すべきである。一実施形態では、混合チャンバ要素は９９．８％アルミナから構成される。別の実施形態では、混合チャンバ要素は多結晶ダイヤモンドから構成される。
【００２７】
ここで図７および図８をさらに具体的に参照すると、一実施例の混合過程のより詳細な説明が説明され、図示されている。図７において、入口混合チャンバ要素１１２が図示される。上面３０４は、第１のハウジング１０２の第１の開口１１５に挿入されたときに入口固定要素１０８と接触するように構成される。入口混合チャンバ要素１１２は、表面３０４から底面３０６に向かって延びる複数のポート３００、３０２を含む。ポート３００、３０２は小さく、図７および図８は図示および説明の目的のために寸法比が実物から外れて描かれていることに留意すべきである。入口混合チャンバ要素１１２の底面３０６には、複数のマイクロチャネル３０８がエッチングされている。ポート３００、３０２はマイクロチャネル３０８と流体連通する。
【００２８】
図８において、出口混合チャンバ要素１１４が図示される。出口混合チャンバ要素１１４は、上面３１０にエッチングされた複数のマイクロチャネル３１８を含む。出口混合チャンバ要素１１４の表面３１０のマイクロチャネル３１８と、図７の入口混合チャンバ要素１１２の表面３０６のマイクロチャネル３０８とは、該２つの混合チャンバ要素が並べられて互いを封止するように向かい合って当接したときに、位置が一列に並ぶように配置される。互いを封止するように接触したとき、入口混合チャンバ要素１１２のマイクロチャネル３０８と出口混合チャンバ要素３１４のマイクロチャネル３１８は流体密封された流体マイクロ流路を形成する。出口混合チャンバ要素１１４もまた複数の出口ポート３１４、３１６を含み、それらはマイクロチャネル３１８、および出口混合チャンバ要素１１４の底面３１２と流体連通する。
【００２９】
動作時に、入口混合チャンバ要素１１２と出口混合チャンバ要素１１４が固定されて入口固定部材と出口固定部材の間で第１のハウジング内に保持されたとき、表面３０６は表面３１０と流体密封されたシールを形成する。未混合の流体がポンプで送られてきて第１のハウジング１０２の流路１１６を通り、入口固定具１０８を通って入口混合チャンバ要素１１２へと送られる。入口混合チャンバ要素１１２において、流体は高圧でポート３００および３０２にポンプで送られ、そして複数のマイクロチャネル３０８に送られる。流路１１６からポート３００、３０２へ、そしてマイクロチャネル３０８へと流体ポートの寸法が小さくなるため、未混合の流体の圧力および剪断力はマイクロチャネル３０８に到達するまで非常に高くなる。上記されたように、そして入口混合チャンバ要素および出口混合チャンバ要素の間の確実な保持のために、マイクロチャネル３０８および３１８は組み合わさってマイクロ流路を形成し、未混合の流体がそこを通って流れる。マイクロ流路が互いに収束するとき、高圧流体は力強い反作用を受け、結果として流体の構成成分は混合される。流体はマイクロ流路内で混合された後、混合された流体は出口混合チャンバ要素１１４の出口ポート３１４、３１６を通って流れる。
【００３０】
本願発明のコンパクトな相互作用チャンバアセンブリは、混合アセンブリを構成する構成要素の数および寸法を減少させることに成功し、安価な製造をもたらし、滞留量を少なくするため廃棄物が少なくなることが理解される。費用および資源の節約に加えて、本願発明の装置は一貫して信頼できる動作をし、有利には変更点なしで従来の機械と共に動作するように構成することができる。
【００３１】
本願発明の一例の実施形態では、コンパクトな相互作用チャンバアセンブリは第１の中心軸を有する第１のハウジング、第２の中心軸を有する第２のハウジング、第１の混合チャンバ要素、第２の混合チャンバ要素、および少なくとも１つの固定部材を含む。
【００３２】
第１のハウジングは第１のハウジングの底面に第１の開口を有し、第１の開口は第１の開口直径を持ち第１の中心軸を共有する概ね円筒形である。第１のハウジングはまた、第１のハウジングの上面から延びる第１の入口突起を含む。第１の入口突起は、第１の入口突起を通って第１の開口から延びて第１の中心軸を共有する第１の流路を含む。
【００３３】
第２のハウジングは第２のハウジングの底面に第２の出口開口を含み、第２の出口開口は第２の中心軸を共有する。第２のハウジングはまた、第２のハウジングの上面から延びる第２の直径の第２の突起を含む。第２の突起は、第２の突起を通る第２の出口開口から延びて第２の中心軸を共有する第２の流路を含む。第２のハウジングは、第２の中心軸が第１の中心軸と同一直線上にあるように第１のハウジングに取り付けられるように構成され、第２の突起は、第１のハウジングと第２のハウジングが互いに取り付けられたときに第１の開口内に延びるように構成される。
【００３４】
第１および第２の混合チャンバ要素は第１のハウジングの第１の開口内にあるように構成される。第１および第２のハウジングが互いに取り付けられる結果として、第１の混合チャンバ要素の底面が第２の混合チャンバ要素の上面と流体密封接触する。第１および第２の混合チャンバ要素が第１の開口内に配置された後に、第１および第２の混合チャンバ要素のそれぞれの外縁が第１の開口の内面と接触することにより、第１および第２の混合チャンバ要素が半径方向内側に圧力をかけられて、第１および第２の混合チャンバ要素のそれぞれの外縁と第１の開口の内面の間に流体密封されたシールを生じる。少なくとも１つの固定部材が、第１のハウジングの第１の開口内にあるように構成され、混合チャンバ要素と接触する。完全に組み立てられたとき、コンパクトな相互作用チャンバの滞留量は０．０５ｍｌである。比較すると、従来技術の装置の滞留量は約０．５ｍｌのオーダーである。
【００３５】
本明細書に記載された現在の好ましい実施形態への、様々な変更または変形が当業者には明らかであることを理解すべきである。そのような変更または変形は本願発明の精神および範囲から外れることなく、その意図された利点を失うことなく行われることができる。したがってそのような変更および変形は添付の請求項によって対象とされることが意図される。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【国際調査報告】
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