(57)【要約】  液状製品の流れを混合するための混合ユニットが提供される。混合ユニットは、中空スリーブを形成するステータ２２０と、２つの対向する側２４２，２４４を備える円形の変位プレート２４０を有するロータ２１０とを備える。少なくとも１つの側２４２，２４４は、ステータ２２０の長手方向軸線に平行な方向に延在する複数のベーン２５２によって形成される少なくとも２つのチャンバ２１４を有する。ロータ２１０は、ステータ２２０に対してチャンバ２１４内にある液状製品を回転するためにステータ２２０内に配置される。変位プレート２４０は、少なくとも２つのチャンバ２１４が異なる容積を有するよう、ステータ２２０の長手方向軸線Ｚに対して傾斜され、ステータ２２０の側壁２２２は、ステータ２２０からの液状製品の流出を可能にするために少なくとも１つの貫通孔を備える少なくとも１つの出口領域２６０を有する。
2017500200.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液状製品の流れを混合するための混合ユニットであって、
中空スリーブを形成するステータ（２２０）と、
２つの対向する側（２４２，２４４）を備える円形の変位プレート（２４０）を有するロータ（２１０）と、
を備えており、
少なくとも１つの側（２４２，２４４）は、前記ステータ（２２０）の長手方向軸線に平行な方向に延在する複数のベーン（２５２）によって形成される少なくとも２つのチャンバ（２１４）を有しており、
前記ロータ（２１０）は、前記ステータ（２２０）に対して前記チャンバ（２１４）内にある液状製品を回転させるために、前記ステータ（２２０）内に配置されており、
前記変位プレート（２４０）は、前記少なくとも２つのチャンバ（２１４）が異なる容量を有するように、前記ステータ（２２０）の長手方向軸線（Ｚ）に対して傾斜されており、
前記ステータ（２２０）の側壁（２２２）は、液状製品を前記ステータ（２２０）から流出可能にするために少なくとも１つの貫通孔を備える少なくとも１つの出口領域（２６０）を有することを特徴とする混合ユニット。
【請求項２】
電気モータ（２３０）をさらに備え、前記モータ（２３０）の回転軸が、前記混合ユニット（２００）の前記ロータ（２１０）に接続されていることを特徴とする請求項１に記載の混合ユニット。
【請求項３】
前記複数のベーン（２５２）は、個々のベーン（２５２）が前記変位プレート（２４０）の中央部分（２２１）から半径方向外側に延在するように、ベーンアセンブリ（２５０）を形成し、
前記ベーンアセンブリ（２５０）の外縁部が前記チャンバ（２１４）を形成するために前記ステータ（２２０）の内面に隣接して配置されることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の混合ユニット。
【請求項４】
前記少なくとも１つの出口領域（２６０）は、前記チャンバ（２１４）が減少する容積を有するポジションに対応する周方向ポジションに配置されることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の混合ユニット。
【請求項５】
前記変位プレート（２４０）の前記対向する側（２４２，２４４）の各側は、複数のベーン（２５２）によって形成される少なくとも２つのチャンバ（２１４）を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の混合ユニット。
【請求項６】
単一のベーンアセンブリ（２５０）が、前記変位プレート（２４０）の両側に前記チャンバ（２１４）を形成することを特徴とする請求項３および請求項５に記載の混合ユニット。
【請求項７】
前記チャンバ（２１４）の少なくとも１つに液状製品を流入可能にするための入口（２７８）と、
前記混合ユニット（２００）から液状製品を流出可能にするための出口（２８０）と、
をさらに備えており、
前記入口（２７８）は、前記チャンバ（２１４）が増加する容積を有するポジションに対応する周方向ポジションに配置されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の混合ユニット。
【請求項８】
前記変位プレート（２４０）の反対側における前記チャンバ（２１４）の少なくとも１つに液状製品を流入可能にするために付加的な入口（２７８）をさらに備えることを特徴とする請求項５および請求項７に記載の混合ユニット。
【請求項９】
前記チャンバ（２１４）の少なくとも１つに液状製品を流入可能にするための第１の入口（２７８）と、
変位プレート（２４０）の反対側における前記チャンバの少なくとも１つに、前記少なくとも１つのチャンバ（２１４）に存在する液状製品を流入可能にするための第２の入口（２７８）と、
前記混合ユニット（２００）から液状製品を流出可能にするための出口（２８０）と、
さらに備えることを特徴とする請求項５に記載の混合ユニット。
【請求項１０】
液状製品の流れと、
前記液状製品の流れに添加物を導入可能にするための少なくとも１つの添加物入口（１３２，１３４，１３４ｂ）と、
前記液状製品の流れに前記添加物を混合するために、請求項１から請求項９のいずれか一項に混合ユニット（２００）と、
を備えることを特徴とする液体処理ミキサー。
【請求項１１】
前記混合ユニット（２００）の上流に設けられるサブ圧力領域（１３０）をさらに備えており、
前記液体処理ミキサー（１００）は、前記混合ユニット（２００）の上流に前記添加物を導入するために前記サブ圧力領域（１３０）に接続される少なくとも１つの添加物入口（１３２，１３４，１３４ｂ）をさらに備えることを特徴とする請求項１０に記載の液体処理ミキサー。
【請求項１２】
前記混合ユニット（２００）の上流に設けられる絞り弁（１２０）を、前記絞り弁（１２０）と前記混合ユニット（２００）との間に前記サブ圧力領域（１３０）を形成するために、さらに備えることを特徴とする請求項１１に記載の液体処理ミキサー。
【請求項１３】
前記サブ圧力領域（１３０）の圧力をモニタリングするための圧力センサ（１２２）をさらに備えることを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の液体処理ミキサー。 
【請求項１４】
前記添加物入口（１３２，１３４）の少なくとも１つがパウダーホッパー（１４０）に接続されていることを特徴とする請求項１１から請求項１３のいずれか一項に記載の液体処理ミキサー。
【請求項１５】
前記添加物入口（１３２，１３４）の各々は、対応するバルブ（１３３，１３５）によって制御されることを特徴とする請求項１１から請求項１４のいずれか一項に記載の液体処理ミキサー。
【請求項１６】
混合すべき液体は、食品、化学物質、薬剤、および／または化粧品などの衛生液状製品であることを特徴とする請求項１５に記載の液体処理ミキサー。
【請求項１７】
液状製品を混合するための方法であって、
ロータの少なくとも１つのチャンバに液状製品を導入するステップであって、前記ロータはステータ内で回転可能であり、前記チャンバは前記ステータの長手方向に平行な方向に延在する少なくとも２つのベーンによって形成されており、変位プレートの法線方向が前記ステータの長手方向軸線に対して傾斜している、ステップと、
前記少なくとも１つのチャンバの容積が減少するように前記ロータを回転させるステップと、
前記ステータの側壁に設けられた少なくとも１つの孔を介して前記チャンバから前記液状製品を流出可能にすることによって、前記液状製品を送り出すステップと、
を含むことを特徴とする方法。
【請求項１８】
前記ロータの少なくとも１つのさらなるチャンバに液状製品を導入するステップであって、前記チャンバは、前記変位プレートの反対側から法線方向に延在する少なくとも２つのベーンによって形成される、ステップと、
前記ステータの反対側の側壁に設けられた少なくとも１つの孔を介して前記チャンバから前記液状製品を流出可能にすることによって前記液状製品を送り出すステップと、
をさらに備えることを特徴とする請求項１７に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液状製品の流れを、例えば液状の添加物、気体状の添加物および／または固形状の添加物などと混合するための混合ユニットに関するものである。より詳細には、本発明は、液状の食品または化粧品などの衛生物質を混合するための混合ユニットと、そうした衛生物質をさまざまな添加物と混合するための方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
食品加工などの液体処理産業において、固形状のおよび／または気体状の内容物と液体とを効率的に混合するためにミキサーが幅広く使用されている。この技術分野において利用可能なミキサーは一般的には、ｉ）バッチミキサー、あるいはｉｉ）インラインミキサーに分類される。典型的にはバッチミキサーは、混合される媒体をタンク内でぐるぐると回転させることによって作動し、好ましくは多くの場合に粘度の高い流体が選択される。インラインミキサーは典型的には、液体を連続的に混合するために流体がタンクの外側を循環されるような異なる様式で作動する。バッチミキサーと比較すると、インラインミキサーは多くの場合に粘度の低い液体および大量製造に好まれる。
【０００３】
既存のインラインミキサーのポンプ能力、とりわけ既存のインライン高剪断ミキサーのポンプ能力は、液粘度が高まると大幅に低減される。１０００ｃＰを超える粘度では、そのポンプ能力は多くの場合に、特にそのポンプ性能が遠心原理に基づく場合には、完全に失われてしまう。現在では、これはインラインミキサーの使用を、比較的粘度の低い流体の混合用途に限定してしまう。
【０００４】
液体処理用途において、液体処理装置に関する製造コストを下げることは重要である。なおインラインミキサーでの液体への添加物の混合処理には、対処すべきいくつかの検討事項が伴う。１つの要件として、添加物を液体に巻き込むために真空を提供することが挙げられる。さらに、溶解されていない気体およびパウダーを含む液体をポンプで送り込み可能なミキサーを提供することも必要とされている。粘度の高い液体は一般的に複雑でコストのかかる容積移送式ポンプで処理しなければならないため、さらなる要件は粘度の高い液体に関連付けられる。これに加えて、液体処理ミキサーは高剪断ミキサーを提供できるようにすべきである。
【０００５】
こうした観点から、幅広い範囲の液状製品を取り扱うことができる改良された液体処理ミキサーが必要とされている。そうしたミキサーは、単純な機械構造を有するべきであり、かつ低減された物理的な設置面積を要求すべきである。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そのため本発明の目的は、上述の問題を解消あるいは緩和することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の基本的な構想は、入口側に吸引圧力を発生させ出口側に圧力を発生させる単一混合ユニットを有するインラインミキサーを提供することである。そのため単一混合ユニットは、自己誘導型(self-inducing)の容積移送式ポンプを備える高剪断ミキサーを提供する。
【０００８】
第１の態様によれば、液状製品の流れを混合するための混合ユニットが提供される。混合ユニットは、中空スリーブを形成するステータと、対向する２つの側を備える円形変位プレートを有するロータと、を備える。少なくとも１つの側は、複数のベーンによって形成される少なくとも２つのチャンバを有する。これらベーンは、ステータの長手方向軸に平行な方向に延在する。ロータは、ステータに対してチャンバ内にある液状製品を回転させるためにステータ内に配置される。変位プレートは、少なくとも２つのチャンバが異なる容量を有するように、ステータの長手方向軸に対して傾斜されている。ステータの側壁は、液状製品がステータから流出可能にするために少なくとも１つの貫通孔を備える少なくとも１つの出口領域を有する。
【０００９】
混合ユニットは電気モータをさらに備えてもよい。電気モータの回転軸が混合ユニットのロータに接続される。
【００１０】
複数のベーンは、ベーンアセンブリを、ベーンの各々が変位プレートの中央部分から半径方向外側へ向けて延在するように、かつベーンアセンブリの外側縁部が、チャンバの形成のためにステータの内面に隣接して配置されるように、形成してもよい。
【００１１】
少なくとも１つの出口領域は、チャンバが減少する容量を有するポジションに対応する周方向ポジションに配置されてもよい。
【００１２】
変位プレートの対向する側の各々は、複数のベーンによって形成される少なくとも２つのチャンバを有してもよい。
【００１３】
単一のベーンアセンブリは、変位プレートの両側にチャンバを形成してもよい。
【００１４】
混合ユニットは、これらチャンバの少なくとも１つに液状製品を流入可能にするための入口と、液状製品を混合ユニットから流出可能にするための出口と、をさらに備えてもよく、入口は、チャンバが増大する容積を有するポジションに対応する周方向ポジションに配置される。
【００１５】
一実施形態によれば、混合ユニットは、変位プレートの反対側におけるチャンバの少なくとも１つに液状製品を流入可能にするための付加的な入口をさらに備えてもよい。
【００１６】
混合ユニットは、チャンバの少なくとも１つに液状製品を流入可能にするための第１の入口と、変位プレートの反対側におけるチャンバの少なくとも１つに前記少なくとも１つのチャンバから流出した液状製品を流入可能にする第２の入口と、混合ユニットから液状製品を流出可能にするための出口と、をさらに備えてもよい。
【００１７】
第２の態様によれば、液体処理ミキサーが提供される。液体処理ミキサーは、液状製品の流れと、導入される添加物を液状製品の流れに導入可能にするための少なくとも１つの添加物入口と、添加物を液状製品の流れに混合するための第１の態様に基づく混合ユニットと、を備える。
【００１８】
液体処理ミキサーは、混合ユニットの上流に設けられるサブ圧力領域をさらに備えてもよく、かつ液体処理ミキサーは、混合ユニットの上流に添加物を導入するためのサブ圧力領域に接続された少なくとも１つの添加物入口をさらに備えてもよい。
【００１９】
液体処理ミキサーは、絞り弁と混合ユニットとの間にサブ圧力領域を形成するために混合ユニットの上流に設けられる絞り弁をさらに備えてもよい。
【００２０】
液体処理ミキサーは、サブ圧力領域の圧力をモニタリングするための圧力センサをさらに備えてもよい。
【００２１】
複数の添加物入口の少なくとも１つは、パウダーホッパーに接続されてもよい。添加物入口の各々は対応するバルブを用いて制御されてもよい。
【００２２】
混合される液体は、好ましくは、食品、化学物質、薬剤、および／または化粧品などの衛生液状製品であってもよい。
【００２３】
第３の態様によれば、液状製品の流れを混合するための方法が提供される。この方法は、ロータの少なくとも１つのチャンバに液状製品を導入するステップであって、該ロータはステータ内で回転でき、該チャンバはステータの長手方向に平行な方向に延在する少なくとも２つのベーンによって形成され、変位プレートの法線方向がステータの長手方向軸に対して傾斜されている、ステップと、少なくとも１つのチャンバの容積が低減されるようにロータを回転させるステップと、ステータの側壁に設けられた少なくとも１つの孔を介してチャンバから液状製品を流出可能にすることによって液状製品を送り出すステップと、を含む。
【００２４】
この方法は、ロータの少なくとも１つのさらなるチャンバに液状製品を導入するステップであって、このチャンバは、変位プレートの反対側から法線方向に延在する少なくとも２つのベーンによって形成される、ステップと、ステータの反対側の側壁に設けられた少なくとも１つの孔を介して液状製品をチャンバから流出可能にすることによって液状製品を送り出すステップと、をさらに含んでもよい。
【００２５】
本発明の上述の付加的な目的、特徴および利点は、添付の図面を参照した以下の本発明の好ましい実施形態の例示的かつ非限定的な詳細な説明によってより良く理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】一実施形態に基づく液体処理ミキサーの概略図である。
【図２】液体処理ミキサーで使用するための混合ユニットのステータの斜視図である。
【図３】液体処理ミキサーで使用するための混合ユニットのロータの側面図である。
【図４】一実施形態に基づく液体処理ミキサーで使用するための混合ユニットの斜視図である。
【図５】一実施形態に基づく混合ユニットのステータおよびロータの斜視図である。
【図６】一実施形態に基づく混合ユニットのステータおよびロータの斜視図である。
【図７】一実施形態に基づく方法の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
図１を起点として、液体処理システムの一部が図示される。図示される部分は、完全にまたは部分的に衛生液状製品を処理するために、ヒータ、ホモジナイザ、セパレータ、フィルタなどのさまざまな液体処理構成要素を含むより大きな処理システムに含まれてもよい。本発明で使用するための液体処理システムの一例として、ミルク、ジュース、炭酸を含まない飲料、アイスクリーム、ヨーグルトなどのさまざまな液状食品を処理できる液状食品処理システムが挙げられる。なお本発明とともに使用するための液体処理システムは、液状化学品、薬液および／または化粧液の処理および加工のためのシステムを含んでもよい。
【００２８】
図示される部分が、添加物を液状製品の流れと混合できる液体処理ミキサー１００を形成する。ミキサー１００は、参照符号「Ａ」で示されるように、バッチタンクまたは任意の上流処理装置から混合すべき液体を受け入れる入口１０２を有する。混合すべき液体は、入口１０２から、チューブまたはパイプ１０４などの適切な導管を通して、以下でさらに説明される混合ユニット２００へ送られる。
【００２９】
混合ユニット２００は、いくつかの実施形態では、バッチタンク（図示せず）にわたって液体を循環させるよう構成されてもよい。そうした実施形態では、混合ユニット２００は好ましくは、流入ポンプまたは流出促進ポンプに関する必要性を排除するためにバッチタンクに近接して配置される。さらに液体処理ミキサー１００は、参照符号「Ｂ」で示されるように液体処理ミキサー１００をバッチタンクの入口に接続するための流出部１０６を含んでもよい。別の実施形態では、流出部１０６は、貯蔵部、搬送手段、熱処理ユニット、充填機械などの他の下流処理装置に液体処理ミキサー１００を接続するために設けられてもよい。
【００３０】
絞り弁１０２は好ましくは、混合ユニット２００の上流に、つまり絞り弁２００と混合ユニット２００との間に、サブ圧力領域または真空領域１３０を形成するために使用される。実際の真空レベルは、真空領域１３０に流体接続されたマノメータなどの圧力センサ１２２を用いて示されてもよい。好ましくは絞り弁１２０は、電子制御または手動制御されるシートバルブまたはメンブレンバルブである。
【００３１】
真空領域１３０は、混合すべき液体に付加的な化合物を追加可能にするための少なくとも１つの添加物入口１３２，１３４を含む。付加的な化合物は、例えば特定のフレーバーを表す固形状のパウダーまたは他の材料やオイルなどのさらなる液体を含んでもよい。
【００３２】
材料入口１３２，１３４は好ましくは真空領域１３０につまり絞り弁１２０と混合ユニット２００との間に配置される。
【００３３】
パウダー材料は好ましくは、液状材料に比べて少し上流で導入される。なぜならパウダーのある程度の拡散および事前湿潤は、分散および溶解にとって有益である一方で、液状材料は、特にホット−コールド乳化プロセスにおいて混合ステージ２００のすぐ手前で導入されるのが最良だからである。特定の実施形態では、パウダー入口１３２はパウダーホッパー１４０やビッグバッグステーションなどに接続されてもよく、あるいは手動でのデバッギング(de-bagging)のためにホッパーに取り付けられてもよい。
【００３４】
添加物入口１３２，１３４の各々は好ましくは、個別の入口バルブ１３３，１３５に流体接続されるよう配置される。添加物入口バルブ１３３，１３５の開口は、投与速度を制御するようセットされてもよく、かつ例えばパウダーラットホールが出現する場合にオペレータによって迅速に閉じることができる。
【００３５】
さらなる実施形態では、添加物入口１３４ｂが混合ユニット２００の入口に接続するよう設けられる。これは図１に図示されており、対応する制御バルブ２３５ｂが、入口１３４ｂを介するさらなる材料の追加を可能にするために設けられる。添加物入口１３４ｂは、上述の入口１３４と交換されてもよく、あるいは付加的な入口として設けられてもよい。好ましくは任意択的な入口１３４ｂは、オイルなどのさらなる液体を処理すべき主要な液体に含ませるために使用される。
【００３６】
液状製品の流れに沿うパウダー添加物入口バルブ１３３の位置は、液体が乾燥段階に入った場合にほぼ不可能なバックフラッシュをもたらし、かつ生産停止に関連するパウダーバルブのリスクを大幅に低減する。実際に、概念実証実験は、パウダー導入バルブに不具合があり部分的に開いたままとなってもパウダーインターフェースが乾燥したままとなることを確認した。
【００３７】
さらに図１を参照すると、サブ圧力領域１３０は、混合ユニット２００と流体接続する脱気容器（図示せず）を用いて提供されてもよい。
【００３８】
液体処理ミキサー１００の開示される実施形態は好ましくは、ミキサー１００を取り外すことなく構成要素の洗浄を可能にする定置洗浄（ＣＩＰ）システムが設けられてもよい。
【００３９】
さらなる実施形態では、ミキサー１００は、液状製品が混合ユニット２００にわたって循環されるように構成されてもよい。そうした実施形態では、ミキサー１００は入口Ａと混合ユニット２００と出口Ｂとから構成される。バルブ（図示せず）が、混合された液状製品のある程度の部分を入口Ａに戻すために出口Ｂに設けられてもよい。さらなる実施形態では、すべての混合された液状製品は、液状製品が混合ユニット２００によって再度混合されるように、入口Ａに戻される。
【００４０】
混合ユニット２００は、混合のために液体の機械的処理を提供する。図２〜図６を参照しながら混合ユニット２００の基本的な説明をする。
【００４１】
図２および図３を起点として、混合ユニット２００は、ステータ２２０のロータ２１０の回転によって作動する。ステータ２２０は、周方向側壁２２２によって中空スリーブを形成する。側壁２２２は、ステータ２２０の直径がその長手方向軸線Ｚに沿って変化するように、湾曲形状を有する。図２から明らかなように、ステータ２２０は上端２２４と下端２２６とを有する。上端２２４の内径は下端２２６の内径に等しい。上端２２４を起点として、その内径は、ステータ２２０の最大内径が上端２２４および下端２２６から等しい距離をおいて位置する中央ポジション２２５にもたらされるように、ステータ２２０の中央へ向けて連続的に増加する。
【００４２】
ロータ２１０はさらに図３に示される。ロータ２１０は、ロータ２１０がステータ２２０内で回転し得るように、電気モータ２３０によって駆動される。
【００４３】
ロータ２１０は、ステータ２２０の長手方向軸線Ｚ周りで回転するよう構成されており、かつ変位プレート２４０の法線方向Ｚ’が長手方向軸線Ｚに対して角度をなすように長手方向軸線Ｚに対して傾斜される変位プレート２４０を含む。変位プレート２４０は、円形状を有する変位プレート２４０がステータ２２０内部の空間を上側パーティション２２７と下側パーティション２２８とに分割するように、ステータ２２０内で半径方向に延在する。好ましくは、変位プレート２４０のサイズは、変位プレート２４０がステータ２２０の側壁２２２の内面に小さな間隙を残すように選択される。こうした小さな間隙は、変位プレート２４０と側壁２２２の内面との間に低い摩擦しかもたらさないにもかかわらず液状製品の漏出が起こり得ないように寸法決めされる。上側パーティション２２７の容積は、ロータ２１０および変位プレート２４０の回転中はずっと上側パーティション２２７の容積と下側パーティション２２８の容積とが一定となるように、下側パーティション２２８の容積に等しい。
【００４４】
一実施形態では、電気モータ２３０は、変位プレート２４０とベーンアセンブリ２５０とが回転するように、長手方向軸線Ｚ周りでの回転のためにロータ２１０を駆動するよう構成される。他の実施形態では、２つの別の電気モータが、変位プレート２４０とベーンアセンブリ２５０とをそれぞれ駆動するよう構成される。変位プレート２４０およびベーンアセンブリ２５０の回転が２つの別々の駆動ユニットによって提供されるため、変位プレート２４０とベーンアセンブリ２５０との間のトルク伝達がない。さらなる実施形態では、１つの電気モータが、変位プレート２４０に第１の回転をもたらし、ベーンアセンブリ２５０に第２の回転をもたらすよう構成されている。このために電気モータは、第１および第２の回転が同期されるように、トランスミッションに接続されてもよい。
【００４５】
ロータ２１０はさらに複数のベーン２５２を有するベーンアセンブリ２５０を含む。個々のベーン２５２は、ロータ２１０の中央ハブ２１２から半径方向外側に延在しており、かつステータ２２０の側壁２２２の内面に隣接して終端する。そのため小さな間隙が、ベーンアセンブリ２５０の半径方向端部と側壁２２の内面との間に形成される。こうした小さな間隙は、ベーンアセンブリ２５０と側壁２２２の内面との間の摩擦を非常に小さくすることを保証し、かつ液体の漏出が防止されるように寸法決めされる。これらベーン２５２は等角度距離によって離間されている。図２および図３に図示されるように８つのベーン２５２は互いから４５°の距離をおいて提供される。ベーン２５２はステータ２２０の上端２２４と下端２２６との間に延在しており、かつ変位プレート２４０におけるスリット（図示せず）を通って移動する。
【００４６】
２つの隣接するベーン２５２は、変位プレート２４０およびステータ２２０の側壁２２２とともにチャンバ２１４を形成する。とりわけ図２に図示されるように、８つのチャンバ２１４が変位プレート２４０の上側２４２に形成され、かつ８つの対応するチャンバ２１４が変位プレート２４０の下側２４４に形成される。
【００４７】
変位プレート２４０が傾斜されているため、チャンバ２１４の容積は変化する。図３に明確に図示されるように、小容積チャンバが、図面の左側において変位プレート２４０の上側２４２に形成される。図面の右側において、つまり前記小容積チャンバから１８０°の距離をおいて、大容積チャンバが変位プレート２４０の上側２４２に形成される。大容積チャンバの容積は、最小容積が図の左側において得られるように、ロータ２１０が回転するにつれて連続的に減少する。したがって、小容積チャンバの容積は、最大容積が図面の右側において得られるように、ロータ２１０が回転するにつれて連続的に増大する。このように、ロータの回転中に、チャンバの容積は周期的なパターンに基づいて変化し、１つの旋回が１つのサイクルを示す。
【００４８】
チャンバ２１４の同様の構造が変位プレート２４０の下側２２４に形成されるが、そのチャンバの容積は変位プレート２４０の上側２４２のチャンバと比較すると１８０°まで位相シフトされている。
【００４９】
変位プレート２４０は、そのため、チャンバ２１４の容積が回転時に変化し得るように、長手方向軸線Ｚの方向に沿ってベーン２５２に対してスライドできる。
【００５０】
上から、大容積チャンバ２１４の容積の充填によってステータ２２０内の空間に流入する液状製品は、チャンバ２１４の容積が減少するにつれて、ロータ２１０の回転中に圧縮される。液状製品をステータ２２０内の空間から流出可能にするために、少なくとも１つの貫通孔が設けられた領域２６０は、ステータ２２０の側壁２２２に提供される。領域２６０は、小容積チャンバ２１４が占めるポジションに対応する角度ポジションに配置される。変位プレート２４０の上側２４２に形成されるチャンバ２１４のために、出口領域２６０は、ステータ２２０の上端２２４と変位プレート２４０との間に提供される。
【００５１】
図２および図３から明らかなように、さらなる出口領域２６０は、変位プレート２４０の上側２４４で形成されるチャンバから液状製品が流出できるように設けられる。出口領域２６０は互いから１８０°の距離をおいて配置されており、このとき流出領域２６０のそれぞれは、最小容積を有するチャンバ２１４が流出領域２６０と接続するように、変位プレート２４０の特定の回転ポジションと整列される。
【００５２】
個々の出口領域２６０は好ましくは複数の貫通孔を備える。これら貫通孔は小さく、例えば１〜５ｍｍの範囲の直径を有しており、かつこれら貫通孔は、さまざまな長さを有する複数の個別の列となるように分散されている。図２に図示されるように、貫通孔は４つの列に分散されており、これら列の長さはステータ２２０の上端および下端へ向けて小さくなる。なお個々の出口領域２６０において貫通孔によって形成される開口は、さまざまなパターンで分散されてもよい。
【００５３】
出口領域２６０のはユーザの選択に基づいて設計されてもよい。出口領域２６０が１つのあるいは少数の大きな貫通孔によって形成される場合、ポンプ能力は非常に高くなるが、混合性能は低下する。貫通孔のサイズを小さくすると、混合性能は高まるが、ポンプ能力が低下する。そのため、ポンプ能力と混合性能との適切な関係を提供するために、非常に多くのさまざまな方法で混合ユニット２００を構成することができる。
【００５４】
混合ユニット２００はさらに図４〜図６に示される。ステータ２２０は筐体２７０内に収容される。筐体２７０は、ステータ２２０を包囲する外側支持構造２７２と、外側支持構造２７２の開端部を閉じるためのつまり結果的にチャンバを閉じるための２つの対向する蓋２７４，２７６とを備える。図４に示されるように上蓋２７４は、流体ライン（図示せず）に接続されるよう構成された入口２７８を有する。そのため入口２７８は、液状製品がロータ２１０によって形成されるチャンバ２１４内に流入できるように、上蓋２７４に開口を形成する。入口２７８は、入口２７８が、容積が増大されるチャンバ２１４に面するように、つまり位置決めされる角度が関連出口領域２６０から約１８０°となるように、位置決めされる。
【００５５】
外側支持構造２７２は、混合ユニット２００からの流体の流出を可能にするよう機能する流出部２８２を備える。そのため流出部２８０は流体ライン（図示せず）に接続されるよう構成されている。
【００５６】
図５にさらに図示されるように、出口領域２６０から強制的に流出される液状製品は、ステータ２２０と外側支持構造２７２との間の空間を満たす。この空間が混合すべき液状製品で満たされると、液状製品は、混合ユニット２００によってもたらされる上昇圧力で混合ユニット２００から流出可能となる。
【００５７】
混合ユニット２００は連続モードあるいは平行モードで作動されてもよい。連続モードオペレーションでは、外側支持構造２７２は、２つの対称的な区画に区分される。このとき第１の区画は、変位プレート２４０の上側に関連付けられる出口領域２６０と流体連通する。第２の区画は、第１の区画から切り離されており、変位プレート２４０の下側に関連付けられた出口領域２６０と流体連通している。個々の区画は、混合液体を放出するための流出部を有する。さらに上蓋および下蓋に入口が設けられる。この実施形態に基づく混合ユニットは２つの入口と２つの出口とを有するため、混合ユニットは、これら区画の一方に関連付けられた出口がこれら区画の他方に関連付けられた入口に接続されるように、作動されてもよい。そうした場合、混合ユニットの混合性能は、液体が２つの後続ステップで混合されるという事実により向上するが、混合ユニットの容積容量は低減される。
【００５８】
別の実施形態では、混合されていない液体が、平行混合を提供するための変位プレートの上側および変位プレートの下側に形成されるチャンバに流入する。そのため混合されていない液体は上蓋および下蓋の入口に同時に供給される。あるいは外側支持構造２７２は、ステータ内に存在する混合液体が単一の出口から放出されるように、１つの区画のみを収容してもよい。
【００５９】
別の実施形態では、平行混合は、外側支持構造２７２が２つの別々の区画を形成する場合に実現されてもよい。該区画の各々は関連付けられた出口を有する。この場合、混合液体は、個々の出口を通して送り出され、それによって混合液体は混合ユニット２００の下流で共通の液体導管に再連結されてもよい。
【００６０】
混合ユニット２００は好ましくは例えば１〜１０００００ｃＰの範囲の低粘度製品および高粘度製品の両方をポンプで送り出し／循環させることができる。混合ユニット２００のこの構造によって、混合ユニット２００は、サブ圧力を入口側つまり混合ユニット２００の上流に提供でき、かつ出口側につまり混合ユニット２００の下流に上昇圧力を提供できる。
【００６１】
混合ユニット２００はさらに、取り込まれる液体およびパウダー材料の均等な分布、乳化および／または溶解のために、高レベルの剪断および乱流を形成できる。上記説明によれば混合ユニット２００はロータ／ステータ混合原理に基づいて作動する。チャンバ２１４内の液状製品のさまざまな粘度は、チャンバ２１４の外側端部における液状製品がチャンバ２１４の半径方向内側における液状製品よりも早く移動すると、剪断をもたらす。さらに出口領域２６０における貫通孔によって形成される小さな間隙は、液状製品がこれら孔を強制的に通過させられる高剪断領域を形成する。
【００６２】
提示された混合ユニット２００は個別の真空ポンプに関する必要性を排除する。これは完全に、脱気容器が混合ユニット２００の上流で使用される場合に増加する泡やあぶくによって引き起こされる、真空システムが泡であふれるリスクを除去する。当然のことながらそうした製品損失は望ましくなく、衛生および清掃に関する問題を引き起こす。これに加えて、真空ポンプに接続された脱気容器は、製品が毒性を有するかあるいは別の理由で製品を容器／システムから漏出させてはいけない場合、使用できない。
【００６３】
上述のように、混合ユニットの速度は幅広い範囲で調節でき、渦や泡による制約によって制限されない。該混合ユニット２００に導入される空気だけが、材料に組み入れられる空気である。真空によって排気される組み入れられた空気の一部が相応に脱気容器に蓄積される。
【００６４】
ここで図７を参照すると、液状製品を混合するための方法３００が開示される。ステップ３０２を起点として、液状製品は、ステータ内で回転するロータの１つ以上のチャンバに導入される。上述の説明によれば、チャンバの各々は、ステータの長手方向軸線に平行な方向に延在する少なくとも２つのベーンの間に形成される。チャンバはさらにステータの内壁と変位プレートと蓋とによってその境界を規定される。変位プレートは、変位プレートの法線方向がステータの長手方向軸線に対して傾斜してチャンバの容積がロータの回転中に変化するように、傾斜される。
【００６５】
次のステップ３０４では、ロータは、液状製品を収容するチャンバの容積が低減されて液状製品が加圧されるように、回転される。
【００６６】
回転は、液状製品を収容するチャンバの容積が最小となるポジションにロータが最終的に位置決めされるように、実施される。
【００６７】
ステップ３０６では、液状製品は、ステータの出口領域を介して送り出される。この出口領域は、液状製品の混合効果をもたらす。その際に、ステップ３０８では、混合された液状製品が、ステータおよびロータを収容する筐体に配置された出口を介して混合ユニットから流出可能となる。
【００６８】
連続モードオペレーションでは、ステップ３０６の後にステップ１２が続いてもよい。ステップ３１２では、混合された液状製品は、変位プレートの反対側に位置する少なくとも１つのチャンバに導入される。ステップ３１２はそのためステップ３０２と同様であり、かつステップ３１２の後にステップ３１４およびステップ３１６が続く。ステップ３１４では、液状製品を収容するチャンバの容積が低減されるように、ロータが回転される。ステップ３１６では、液状製品が、ステータの出口領域を介して送り出される。ステップ３１４はステップ３０４に対応し、一方でステップ３１６はステップ３０６に対応する。ステップ３１６の後にステップ３１８が続いてもよく、ステップ３１８では、混合された液状製品が混合ユニットから流出可能となる。
【００６９】
上述の説明は主に液状処理システムを参照してなされたものであるが、ミキサーの基本的な原理はさまざまな異なる液体処理システムに適用可能であることは容易に理解されよう。
【００７０】
さらに、本発明は主にいくつかの実施形態を参照して説明された。しかしながら、当業者であれば、特許請求の範囲で規定される発明の範囲内で上述の実施形態以外の他の実施形態も等しく実施できることを容易に理解されよう。
【符号の説明】
【００７１】
１００  液体処理ミキサー
１０２  入口
１０４  パイプ
１０６  流出部
１２０  絞り弁
１２２  圧力センサ
１３０  サブ圧力領域
１３２，１３４  添加物入口
１３３，１３５  添加物入口バルブ
１４０  パウダーホッパー
２００  混合ユニット
２１０  ロータ
２１２  中央ハブ
２１４  チャンバ
２２０  ステータ
２２１  中央部分
２２２  周方向側壁
２２２  側壁
２２４  上端
２２５  中央ポジション
２２６  下端
２２７  上側パーティション
２２８  下側パーティション
２３０  電気モータ
２３５  制御バルブ
２４０  変位プレート
２４２  上側
２４４  下側
２５０  ベーンアセンブリ
２５２  複数のベーン
２６０  出口領域
２７０  筐体
２７２  外側支持構造
２７４  上蓋
２７６  蓋
２７８  付加的な入口
２８０  出口
【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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【国際調査報告】
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