(57)【要約】【課題】  顆粒を含む流体の圧力を減少させる装置及び方法に関する。【解決手段】  入口（２）と出口（３）とを備えた筐体（１）には、回転する回転翼がない自由空間（４）が設けられ、筐体（１）と自由空間（４）との壁の形状によって顆粒を含む流体が通過した際に求心的な流れ成分が流体に加えられ、装置を通過した後の流れの結果、顆粒を含む流体の圧力が減少し、自由空間（４）の中心領域に配置された一つの出口（３）付近で顆粒を含む流体に回転運動が加えられる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
顆粒を含む流体の圧力を減少させる装置であって、入口（２）と出口（３）とを備えた筐体（１）を有し、
前記筐体（１）には、回転する回転翼がない自由空間（４）が設けられ、前記筐体（１）は、前記顆粒を含む流体が通過した際に求心的な流れ成分を前記流体に加えるように、上から見た際に設計された外周形状を有する側壁（５）を備えており、前記装置を通過した後に前記顆粒を含む流体の圧力が減少し、前記自由空間（４）の中心領域に配置された一つの前記出口（３）付近で前記顆粒を含む流体に回転運動が加えられる、装置。
【請求項２】
前記側壁（５）は、少なくとも前記自由空間（４）の前記入口（２）の領域内に、上面から見ると渦巻形状に設計された壁領域（５’）を有する、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記筐体（１）及びその中の前記自由空間（４）に対して、前記入口（２）は、接線方向にあり、前記側壁（５）内で終端している、請求項１又は２に記載の装置。
【請求項４】
前記入口（２）は、前記筐体（１）およびその中の前記自由空間（４）に向かって、好ましくは円錐状に広くなる、請求項１から３のいずれかに記載の装置。
【請求項５】
前記一つの出口（３）は、前記筐体（１）及び前記自由空間（４）の上／底壁（６）の一方において前記自由空間（４）の中央領域に配置される、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項６】
前記側壁（５）は、好ましくは円錐状又は放物線状に先細りとなるよう、側面視において先細りになり、前記一つの出口（３）は、その先細り領域に隣接して配置される、請求項１から４のいずれかに記載の装置。
【請求項７】
前記一つの出口（３）は、前記筐体（１）及びその中の前記自由空間（４）から狭くなりつつ延びており、好ましくは円錐状に狭くなりつつ延びている、請求項１から６のいずれかに記載の装置。
【請求項８】
前記一つの出口（３）は、前記筐体（１）及びその中の前記自由空間（４）から広くなりつつ延びており、好ましくは円錐状に広くなりつつ延びている、請求項１から７のいずれかに記載の装置。
【請求項９】
前記筐体（１）及びその中の前記自由空間（４）から前記一つの出口（３）の領域内に、ピンチ弁（８）が配置される、請求項１から８のいずれかに記載の装置。
【請求項１０】
前記筐体（１）及びその中の前記自由空間（４）内の前記側壁（５）に隣接した領域内に、案内羽根（７）が設けられ、前記顆粒を含む流体に加わる前記求心的な流れの成分が更に強められ、前記案内羽根（７）は、好ましくはその入射角が調整可能に設計され、好ましくは回転可能に設計される、請求項１から９のいずれかに記載の装置。
【請求項１１】
前記入口（２）及び前記自由空間（４）内に、前記入口（２）から内部に向かって、上方から見た際に渦巻形状に延びる渦巻状壁（９）を配置し、前記渦巻状壁（９）は、好ましくは前記出口（３）の領域へと延出するよう配置され、更に好ましくは、前記渦巻状壁（９）は、前記筐体（２）及び前記自由空間（４）から取り外し可能であり、特に好ましくは、更に、前記上／底壁（６）の一方に取り付けられる、請求項１から１０のいずれかに記載の装置。
【請求項１２】
前記筐体（１）の前記上／底壁（６）の少なくとも一方は、取り外し可能に取り付けられる、請求項１から１１のいずれかに記載の装置。
【請求項１３】
顆粒を含む流体の圧力を減少させる方法であって、入口（２）と出口（３）とを備えた筐体（１）において、回転する回転翼がない自由空間（４）が設けられ、前記筐体（１）および前記自由空間（４）の壁の形状によって、前記顆粒を含む流体が通過した際に求心的な流れ成分が前記流体に加わり、前記装置を通過した後の流れの結果として前記顆粒を含む流体の圧力が減少し、前記自由空間（４）の中心領域に配置された一つの前記出口（３）付近で前記顆粒を含む流体に回転運動が加えられる、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１のプリアンブルに記載の顆粒を含む流体の圧力を減少させる装置に関し、この装置は、入口と出口を備えた筐体を有し、顆粒を含む流体の圧力は装置を通過した後に減少し、出口領域において顆粒を含む流体には回転運動が加わる。本発明は更に、請求項１３に記載の対応する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
顆粒、特に揮発し易い成分を含む高分子材料からなる顆粒は、水中造粒器等で製造されるのが一般的である。この工程において、造粒対象材料の溶解物を、多孔板のノズル開口を通じて水中造粒器のプロセス流体を充填したプロセスチャンバ内に、押出機又は溶解ポンプを用いて押し出し、回転する研削アセンブリによって個々の顆粒へと研削する。これらの顆粒は、プロセス流体回路内のプロセスチャンバから排出され、更なる処理工程へと送られる。特に、ポリスチレン等の発泡性成分等を有する高分子材料や発泡剤を含む高分子溶解物からできた高分子材料等の造粒の場合、プロセス流体は、プロセス流体回路を経てプロセスチャンバへと圧力をかけて送る必要があり、この場合には、顆粒を含むプロセス流体をその後再び減圧する必要がある。このように、上述のような場合には、顆粒を含むプロセス流体の減圧は、対応する水中造粒機内で行う必要があり、その後、プロセス流体から顆粒を分離し、更に後工程において追加的な分離機や乾燥ユニットを用いて顆粒を乾燥させる。プロセス流体は通常プロセスチャンバに再び戻される。対応する水中造粒器として例えば、オートマティックプラスティクスマシナリーゲーエムベーハー社製の製品名ＳＰＨＥＲＯ（登録商標）が知られている。
【０００３】
顆粒を含むプロセス流体の圧力を減少させるために、例えば、入口及び出口を有する筐体を備えた、いわゆるインペラロックが使用可能であり、軸を介してモータにより回転運動をするインペラホイールを筐体内に設けて、顆粒を含む流体の圧力を装置通過後に減少させ、出口領域において顆粒を含む流体に回転運動が加わるようになっている。
【０００４】
このようなインペラロックを使用すると、圧力を上昇させる作業には非常に効果的である。ただし、このようなインペラロックを使用すると、特にポリアミド６でできたもののように互いに膠着する傾向にある溶解物材料の造粒の場合に問題が生じ、インペラロックの領域で顆粒が粘着してしまい、最悪の場合には、形成された塊によってインペラロックが詰まり、完全に塞がってしまう可能性がある。
【０００５】
そこで、欧州特許第１９９８９４８（Ｂ１）号明細書は、造粒工程においてプロセス流体の圧力を減少させる様々な可能性について記載している。
【０００６】
独国特許出願公告第１０２００６０２２５５５（Ｂ４）明細書は、造粒装置を記載しており、エネルギー変換器を使用して、顆粒を含むプロセス流体の圧力を減少させる。この変換機は例えば、タービン回転子を備えたタービンや、逆方向のエネルギー流及びその中で移動するギアを備えたギアポンプであり、これもインペラロックに相当する。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、従来の技術の問題を克服し、特にそうすることにおいて、構造的に簡単な方法で、顆粒又はその塊による閉塞を防ぎ、それによって造粒の際に工程の流れが途切れることを防ぐことができる、顆粒を含む流体の圧力を減少させる装置及び方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の目的は、請求項１に記載の特徴を有する顆粒を含む流体の圧力を減少させる装置、及び請求項１３に記載の特徴を有する対応する方法によって達成される。好ましい実施形態が従属項により規定される。
【０００９】
本発明による顆粒を含む流体の圧力を減少させる装置は、入口と出口とを備えた筐体を有し、前記筐体には、回転する回転翼がない自由空間が設けられ、前記筐体は、前記顆粒を含む流体が通過した際に求心的な流れ成分を前記流体に加えるように、上から見た際に設計された外周形状を有する側壁を備えており、前記装置を通過した後に前記顆粒を含む流体の圧力が減少し、前記自由空間の中心領域に配置された一つの前記出口付近で前記顆粒を含む流体に回転運動が加えられる。
【００１０】
従って、本発明の装置において、側壁及び筐体又は自由空間の対応する外周形状は、入口から流入すると、特定の側壁形状又は特定の側壁の外形によって、流体およびその中に含まれる顆粒に求心的な流れ成分が加わり、例えば流体内の散逸効果により結果として圧力が減少するよう設計される。つまり、本発明に記載の通りに設計された装置において流れは、実質上渦巻形状（又は後に示すような螺旋状）であり、筐体の又は自由空間の端部から出口付近の中心に向かって進む。本発明によれば、このような設計において、筐体内の空間は、自由空間として空に保たれており、特に、本発明によればその空間にインペラロックホイールが設けられない。そうではなくて、所望の減圧を行うために、本発明によれば実質上インペラロック筐体に類似する筐体形状を設ければ十分である。従って、特に本発明に記載の流れは、外側から内側へと進む渦巻形状に筐体の平面内で加えられ得る。（自由空間の事実上の放射状の広がりに垂直な（軸上の）更なる成分を備えて）筐体内の流れが三次元状であってもよい。ただし、筐体又はその中の自由空間の直径即ち放射状の広がりによって、一定の高さ、好ましくは比較的低い高さの自由空間を設けてもよい。
【００１１】
前記一つの出口は、前記入口に垂直に配置されることが好ましい。この結果、その領域の自由空間の中心から、特に確実に又簡単に顆粒を含む流体を排出可能である。
【００１２】
更に、筐体又は自由空間における渦巻形状動作が水平面内で起こるように、顆粒を含む流体が重力の影響を受けて下方、特に鉛直に排出されるように、つまり、入口を備えた筐体は水平に、出口は垂直に配置するよう、本発明の装置を設計又は空間的に配置してもよい。
【００１３】
前記側壁は、少なくとも前記自由空間の前記入口の領域内に、上面から見ると渦巻形状に設計された壁領域を有することが好ましい。上面から見て渦巻状に設計された領域又は渦巻形状の壁領域は、好ましい流体力学上の観点から特に効果的であり、筐体内又は自由空間内での追加的な乱流の発生を特に確実に防ぐことが可能となる。本発明によれば、これによって、顆粒の堆積及び対応する塊の形成を更に防ぐことができる。
【００１４】
前記筐体及びその中の前記自由空間に対して、前記入口は、接線方向にあり、前記側壁内で終端していることが好ましい。
【００１５】
前記入口は、前記筐体およびその中の前記自由空間に向かって、好ましくは円錐状に、広くなることが好ましい。
【００１６】
好ましい接線方向及び／又は筐体に向かって広がっていく入口の形状によって、流体力学的に特に好ましい配置が可能となり、これにより特に簡便な方法で顆粒による閉塞の傾向を更に防ぐことができる。
【００１７】
好ましくは、前記一つの出口は、前記筐体及び前記自由空間の上／底壁の一方において前記自由空間の中央領域に配置される。
【００１８】
前記側壁は、好ましくは円錐状又は放物線状に先細りとなるよう、側面視において先細りになり、前記一つの出口は、その先細り領域に隣接して配置されることが好ましい。このように、同様の三次元流が所望される場合には、側壁の形状に応じて三次元状に効果的に出口に向かって流れが更に螺旋状になるように、好ましくは重力の影響で下方に進むように、側壁の先細りの断面形状を設計してもよい。そうでない場合には一平面内で実質的に渦巻形状に流れが進むことになるであろう。これにより、そこでの流体の滞留時間が更に長くなり、減圧の機会が増す。更に、このように形成された自由空間の体積増加によって、流体内の顆粒が凝集する傾向が更に効果的に減少する。
【００１９】
前記筐体及びその中の前記自由空間から出ていく前記一つの出口は、好ましくは円錐状に狭くなっていてもよい。このような好ましい円錐状に設計された出口によれば、流体力学的利点が得られ、この手段によっても本発明に記載の出口領域で好ましい方法により顆粒の塊の形成がここでも効果的に防止可能である。
【００２０】
前記筐体及びその中の前記自由空間から出ていく出口は、好ましくは円錐状に広くなっていてもよい。筐体又は自由空間からこのように設計された出口へと移行する際に適当な狭窄に続いて広がっていくことにより、顆粒を含む流体の圧力を更に減少させることが可能となる。このように更なる吸引効果も達成され、流体内の顆粒が凝集する傾向に更に対処可能となる。
【００２１】
本発明に係る装置の別の好適な実施形態によれば、前記筐体及びその中の前記自由空間から前記一つの出口の領域内に、ピンチ弁を更に配置してもよい。これによって、流径、即ち流量及び対応する背圧又は追加的な減圧が簡便な方法で調節可能となる。従って、既に述べたような圧力減少のための本発明に記載の装置の流体力学的設計に加えて、発生する動作状態の関数として、例えば顆粒を含む流体のスループットレートの関数及び／又は顆粒作成に用いる溶解物材料及びそれに応じて必要となる造粒工程での処理圧力の関数として、少なくとも一定の程度、本発明に記載の圧力減少を更に調節可能となる。
【００２２】
好ましくは、前記筐体及びその中の前記自由空間内の前記側壁に隣接した領域内に、案内羽根が設けられ、前記顆粒を含む流体に加わる前記求心的な流れの成分が更に強められ、前記案内羽根は、好ましくはその入射角が調整可能に設計され、好ましくは回転可能に設計される。
【００２３】
本発明に記載の案内羽根は、例えば電気的に駆動することにより連続的に調整可能である。ただし、この設計は、インペラロックの筐体に回転可能に搭載されるような、従来技術のインペラロックホイールではない。そうではなく、本発明の案内羽根は、単に対応する運動成分を求心的に加えるように機能するものであって、その結果、自由空間に好適に配置された案内羽根によって少なくとも自由空間の端部領域において、そのような運動成分が追加的に加えられ強められ得る。
【００２４】
本発明の好適な方法において、前記筐体及び前記自由空間内に、前記入口から内部に向かって、上方から見た際に渦巻形状に延びる渦巻状壁を更に配置する。この設計における渦巻状壁は、実質上前記入口の領域及び前記筐体及び前記自由空間の側壁に隣接した領域においてのみ配置され、好ましくは前記出口の領域へと（渦巻巻線状又は複数の閉じた渦巻巻線状に）延出するよう配置され、更に好ましくは、前記渦巻状壁は、前記筐体及び前記自由空間から取り外し可能であり、特に好ましくは、更に前記上／底壁の一方に取り付けられる。これにより、本発明によれば、筐体又は自由空間内で回転する部品／回転翼を用いずに、簡便な方法で特に信頼性の高い流れの誘導が達成され、同じような基本筐体形状を有する追加的な壁の摩擦によって、圧力を更に減少させることが可能となる。
【００２５】
本発明の好適な実施形態によれば、前記筐体の前記上／底壁の少なくとも一方、好ましくは出口を有さない上／底壁、特に好ましくは上壁は、好ましくはネジで、好ましくは筐体の外周の周りに延びるフランジ部によって、取り外し可能に取り付けられる。上／底壁から筐体の台（レスト）に締め付け接続をしてもよく、例えば、円周方向に作用する締め付け顎部を用いてもよい。このように、例えば堆積物を除去する等のクリーニング又は保守作業を行う必要がある場合に、本発明によれば、筐体及びその中の自由空間にアクセスする簡便な手段が好適に設けられる。この作業の間、インペラロックホイール等の回転部品を取り除く必要がないため、本発明によれば特に簡便な方法で好適に作業を行うことが可能である。
【００２６】
本発明による顆粒を含む流体の圧力を減少させる方法によれば、入口と出口とを備えた筐体において、移動する回転翼がない自由空間が設けられ、前記筐体および前記自由空間の壁の形状によって、前記顆粒を含む流体が通過した際に求心的な流れ成分が前記流体に加わり、前記装置を通過した後の流れの結果として前記顆粒を含む流体の圧力が減少し、前記自由空間の中心領域に配置された一つの前記出口付近で前記顆粒を含む流体に回転運動が加えられる。
【００２７】
その他の点において本発明に記載の装置に関する記述は、本発明に記載の方法の対応する好適な実施形態にも当てはまる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
以下、添付の図面に基づいて、実施例により本発明を詳細に説明する。
【図１】本発明の好適な実施形態に係る、顆粒を含む流体の圧力を減少させるための装置の概略斜視図である。
【図２】本発明の好適な実施形態に係る、顆粒を含む流体の圧力を減少させる装置の概略水平断面図である。
【図３】本発明の好適な実施態様において、顆粒を含む流体の圧力を減少させる装置の概略側部断面図である。
【図４】本発明の別の好適な実施態様における、顆粒を含む流体の圧力を減少させる装置の概略側部断面図である。
【図５】本発明の更に別の好ましい実施態様に係る、顆粒を含む流体の圧力を減少させる装置の概略水平断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
図１は、本発明の好適な実施形態に係る、顆粒を含む流体の圧力を減少させるための装置の概略斜視図である。
【００３０】
本発明の装置は、顆粒を含む流体の圧力を減少させるよう機能する。この装置は、インペラロックに基づいており、従って、入口２と出口３とを備えた筐体１を有する。入口２は、顆粒を含む流体を筐体１の内部に対して実質上接線方向に、（図１では見えない）内部自由空間４へと送り出すような筐体１の側に配置されているが、公知のインペラロックを備えた従来技術とは違って、インペラロックホイールが本発明には備わっていない。このように、筐体１の内部へと入口２を通じて流体を流すだけで、ある種の回転運動が顆粒を含む流体に加わる。本発明によれば、顆粒を含む流体は、自由空間４内を通過して、そこから（特に図２以降を参照）加えられた回転運動の影響を受け、それを維持しながら、出口３へと流れていき、出口から流出する。この過程において、顆粒を含む流体の圧力は、このように発生した流れの結果、入口２における圧力と比較すると、筐体１の出口３の領域において減少する。出口３は、上から見たときに回転対称であると実用的である。
【００３１】
基本原則として、図面において同じ参照記号は、本発明の装置における同じ構成部品を指し、その特定の説明事項はすべての図面の各事例に当てはまる。図面において常に明示的に示されていなくても、本発明に記載の図示された構成部品は、互いに好適に組み合わせることが可能である。
【００３２】
図２は、本発明の好適な実施形態に係る、顆粒を含む流体の圧力を減少させる装置の概略水平断面図である。
【００３３】
図２は、自由空間４の端部領域に好ましく設けられる、案内羽根７を特に明確に示す図である。この案内羽根は、図２において各矢印で示すように、その入射角が調整可能である。顆粒を含む流体に加えられる動きの方向も同様に、図２に示す矢印により明らかである。筐体１内の自由空間４の回転対称の上面図が図２の破線により示されており、この破線によって、壁領域５’付近の内向渦巻状壁５も、より明確に認識可能である。
【００３４】
図３は、本発明の好適な実施態様において顆粒を含む流体の圧力を減少させる装置の概略側部断面図である。
【００３５】
特に図３は、互いに直交する入口２と出口３との位置を明確にしており、出口３は、底壁６の中央に位置する。図３に示す上壁６は、例えば（図には明示されていない）ネジを用いて、取り外し可能に取り付け可能である。入口２が筐体２に近づくにつれて及び自由空間４に近づくにつれて拡大する様子も図３から明らかである。破線で示した出口３の形状によって図３に示されるように、出口３もまた狭めたり広くしたりすることが可能である。図３には更に、スロットル弁又はピンチ弁８が模式的に示されており、これについては、発明に記載の出口３の付近に追加的に好適に設けることができる。
【００３６】
図４は、本発明の別の好適な実施態様における、顆粒を含む流体の圧力を減少させる装置の概略側部断面図である。
【００３７】
図４に示す好適な実施態様によれば、三次元螺旋流を追加的に加えることが可能であり、対応する円錐状に先細りになった、または図４に示すような放物線状の側壁５によって顆粒を含む流体に加えることが可能である。
【００３８】
本発明に係る装置において、流体と含まれる顆粒との比率である充填率は、理想的には１０重量パーセント以下とするべきである。つまり、流体と顆粒との混合物の１０重量パーセントのみが顆粒からなる。このように、本発明の装置において及び本発明に記載の対応する方法を使用する際に、塊を形成する顆粒の凝集が効果的且つ特に確実に防止される。
【００３９】
更に、入口と出口を好適な漏斗形状に設計すれば、本発明に記載の圧力減少のためにベンチュリ効果を活用するよう機能する。
【００４０】
図５は、本発明の更に別の好ましい実施態様に係る、顆粒を含む流体の圧力を減少させる装置の概略水平断面図である。
【００４１】
図５に示す発明の実施形態は、図５に示すように、上方から見ると渦巻状の、入口から内側に延びる渦巻状壁９が筐体２の内部即ち自由空間４の内部に追加的に配置されている点で、例えば図２に示す実施形態と異なる。このような設計において、図示した実施形態によれば、渦巻状壁９は、複数の閉じた渦巻状の巻線として延びる。図５には示していないが、渦巻状壁９が入口領域及び筐体内及び自由空間内の側壁に隣接した領域のみに実質的に位置する、及び／又は渦巻線を一つだけ有する実施形態も可能である。渦巻状壁９は、筐体及び自由空間から取り外し可能に設計してもよく、好ましくは、更に上／底壁６の一方に取り付け可能であるか、又は対応する上／底壁に一体化した部分であってもよい。
【図１】
2015501737.tif 000003
【図２】
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【図３】
2015501737.tif 000005
【図４】
2015501737.tif 000006
【図５】
2015501737.tif 000007
【国際調査報告】
2015501737.tif 000008
2015501737.tif 000009
2015501737.tif 000010
2015501737.tif 000011