JP4031556B2 - 複数のチャンバ・ストリングの集合体を有する静攪拌装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は攪拌チャンバを少なくとも部分的に備えた複数のチャンバ・ストリング（即ち、複数のチャンバを備えた複数のストリング）の集合体（Buendel von gekammerten Straengen）を有する静攪拌装置（Statischer Mischer）であって、前記集合体は管材内に配置されており、各攪拌チャンバは管材の長手方向に沿って２つの閉鎖された端部の間に延び、複数の攪拌チャンバの互いに隣接する２つの側壁は互い違いに配置された４つの通路を有し、同通路は上流に位置する２つのチャンバと、下流に位置する２つのチャンバとに対する連通部をそれぞれ形成する静攪拌装置に関する。
【０００２】
【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】
この種の静攪拌装置は欧州特許出願第９５８１０４１８．４号に開示されている。同静攪拌装置は従来のマルチフラックス・ミキサー及びＩＳＧミキサー（Multiflux- und ISG-Mischer）の作動原理に類似する原理に基づいて作動する一方、これらのミキサーより少ない材料で製造できる。この種のミキサーは管材と、同管材内に配置された複数の攪拌エレメントとを有するとともに、高い粘度を有する媒体の攪拌に効果的に使用できる。各攪拌エレメントは軸方向に延びる２つのセクションを有し、各セクションは同セクションを分割する少なくとも１つの分離フランジ、即ち仕切りフランジを有する。２つのセクションの分離フランジは互いに交差する一方、管材の横断面をほぼ同サイズの複数の副表面に分割している。開放された副表面と、偏向板によって被覆された副表面とは２つのセクションの境界に配置されている。そして、１つの解放された副表面は各分離フランジの両側にそれぞれ配置されている。連続する複数の攪拌エレメントは以下の関係を有する。即ち、互いに隣接する分離フランジが互いに交差する一方で、複数の開放された副表面は互いに変位して配置されている。
【０００３】
欧州特許出願第９５８１０４１８．４号が開示する実施の形態では、攪拌チャンバは開放された副表面にそれぞれ付随している。閉鎖された２つのチャンバ端部と、他のチャンバへの通路を備えた隣接する側壁とは偏向板及び分離フランジの少なくとも一方から形成されている。
【０００４】
前記の複数の静攪拌装置のセットは同一ではない。また、これらのセットはサブセットを含む。前記の実施の形態はサブセットのエレメントである。
マルチフラックス・ミキサーは直線に沿って配置された複数の攪拌エレメントを有し、各攪拌エレメントは２つのチャネルを有する。各チャネルは流れの方向に沿って攪拌エレメントの中央付近まで連続的に狭くなり（コンフューザ）、さらには攪拌エレメントの中央付近の最も狭いポイントから連続的に広くなるとともに（ディフューザ）、平面内において９０度回動した状態にある。攪拌エレメントを通って流動する媒体は再成形される。再成形を通じて、部分層の数量は倍になる。再成形は攪拌エレメントの入口における２つの部分フローへの媒体の“切断”と、媒体の圧縮（コンフューザ内において実施）と、媒体の膨張（ディフューザ内において実施）と、複数の部分フローの統合とを含む。理想的なケースにおいて、“切断”は規則正しいレイヤリング（gleichmaessigen Schichtung）をともなうフローを同フローに直交する方向に複数の層に分割すべく実施される。この結果、２倍の数量の部分層を備えた規則正しいレイヤリングが再成形後に実現される。
【０００５】
処理する媒体の再成形は同再成形にコンフューザ及びディフューザを使用することなく本明細書の冒頭に開示した攪拌装置の攪拌チャンバ内で行われる。
異なる粘度を有する２つの媒体の攪拌において、理想的なメカニズムからのずれが確認されている。多数の攪拌エレメントを通過した後、レイヤリングの境界に位置する複数の部分層は残りの部分層より実質的に更に厚い。
【０００６】
本発明の目的は理想的な攪拌作用からのずれを少なくとも部分的に解消した攪拌装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は攪拌チャンバを少なくとも部分的に備えた複数のチャンバ・ストリングの集合体を有する静攪拌装置であって、集合体は管材内に配置されており、各攪拌チャンバは管材の長手方向に沿って２つの閉鎖された端部の間に延び、複数の攪拌チャンバの互いに隣接する２つの側壁は互い違いに配置された４つの通路を有し、同通路は上流に位置する２つのチャンバと、下流に位置する２つのチャンバとに対する連通部をそれぞれ形成する静攪拌装置において、複数のリレイヤリング・チャンバ（Umlagerungskammern）が攪拌装置のうちの攪拌チャンバを有する少なくとも２つのセクションの間に配置されており、各リレイヤリング・チャンバは閉鎖された２つの端部と、隣接するチャンバに連通する３つの側方通路とを有する静攪拌装置によって達成される。本発明に基づくリレイヤリング・チャンバは境界に位置する部分層をレイヤリングの内側に移動させ得る。
【０００８】
リレイヤリング・チャンバは互いに連通された対をなし得る。対をなすリレイヤリング・チャンバ間の直接的連通または間接的連通は複数の通路のうちの１つを通じて行い得る。また、対をなすリレイヤリング・チャンバ間の連通は中間チャンバを介して間接的に行い得る。中間チャンバは閉鎖された２つの端部と、２つの側方通路とを有し得る。
【０００９】
集合体は４本のチャンバ・ストリングを有し得る。全ての攪拌チャンバはほぼ同一に形成され、チャンバ通路を介して連通された互いに隣接する複数のストリングは管材の長手方向に沿ってチャンバの全長の半分の長さだけ互いにずらして配置された複数のチャンバを有し得る。
【００１０】
また、集合体は９本のチャンバ・ストリングを有し得る。このうちの６本のストリングは攪拌チャンバを有し、残りの３本のストリングは中間チャンバを有し得る。中間チャンバは間接的連通を複数の攪拌チャンバ間に形成する。
【００１１】
更に、集合体は１６本のチャンバ・ストリングを有し得る。このうちの８本のストリングは攪拌チャンバを有し、残りの８本のストリングは中間チャンバを有し得る。中間チャンバは間接的連通を複数の攪拌チャンバ間に形成する。
【００１２】
互いに隣接する複数の攪拌チャンバ間に位置する殆どの通路は同通路の側部において管材と境界を接し得る。更に、幾つかの通路はフローを偏向すべく管材に取付けられたリブと境界を接し得る。
【００１３】
チャンバは実質的に直角プリズムの形状をなし、通路は実質的に矩形をなし得る。
また、互いに隣接する複数のチャンバ間の壁は比較的薄く形成できる。この場合、壁の厚さを二乗した値は通路の開放面積より平均して実質的に小さくなる。
【００１４】
チャンバ・ストリングの集合体は帯材による補強が可能である。帯材は管材の長手方向に沿って集合体の周囲に配置されている。
チャンバ・ストリングの集合体はモノリシック構造体、特に射出成形によって形成されたモノリシック構造体であり得る。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１の静攪拌装置は管材１０内に配置された攪拌構造体１を有する。攪拌構造体１は複数の攪拌エレメント１’を有する。各攪拌エレメント１’は２つの分離フランジ２，２’及び２つの偏向板３，３’を有する。開放された２つの副表面４，４’は偏向板３，３’の仮想延長面内に形成されている。また、開放された副表面４，４’は通路孔とも称される。
【００１６】
図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、攪拌構造体１はｚ軸に沿って延びる複数のチャンバ・ストリングＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄの集合体を有する。チャンバは符号Ａ１，Ａ２，…Ｂ１，Ｂ２…Ｃ１，Ｃ２，…，Ｄ１，Ｄ２…で示す。これらのチャンバは攪拌を実施する攪拌チャンバである。各チャンバは管材１０の長手方向に沿って２つの閉鎖された端部ｅ１，ｅ２の間に延びている。複数の攪拌チャンバの互いに隣接する２つの側壁は互い違いに配置された４つの通路ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２（図２（ａ）において、各通路は×印で示された表面を有する）を含む。チャンバＣ２は通路ａ１，ｂ１を通じて上流に位置する２つのチャンバＡ１，Ｂ１にそれぞれ連通されるとともに、通路ａ２，ｂ２を通じて下流に位置する２つのチャンバＡ２，Ｂ２にそれぞれ連通されている。図１に示す攪拌装置内の全てのチャンバは攪拌を実施する。一般的に、攪拌チャンバは他の種類のチャンバ（以下に詳述するリレイヤリング・チャンバまたは中間チャンバ等）にも連通可能である。
【００１７】
図２（ｂ）に横断面を示す２つのストリングＡ，Ｂは同一の構造を有する。即ち、ストリングＡをｚ軸（即ち、中心線５）の周囲で１８０度回動させることにより、同ストリングＡはストリングＢと同一の構造をなす。これと同一の関係が残りの２つのストリングＣ，Ｄにも適用される。一方の対をなすストリングＡ，Ｂはチャンバ通路ａ１，…を介して他方の対をなすストリングＣ，Ｄに連通されている。一方の対をなすストリングのチャンバは他方の対をなすストリングのチャンバに対してチャンバの全長の半分の長さだけｚ軸方向にずれている点において２対のストリングは互いに異なる。
【００１８】
図１において、チャンバＣ２内における攪拌媒体の再配向、即ち再成形は矢印６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂによって示す。２つの媒体フローはストリングＡ，Ｂから入口通路ａ１（矢印６ａ，６ｂ参照），ｂ１（矢印７ａ，７ｂ参照）をそれぞれ通ってチャンバＣ２、即ちストリングＣ内に流入することにより合流し、さらにはチャンバＣ２内での移動を通じて互いに作用し合う。通路出口ａ２付近のエッジ２０において、ストリングＡ内に向かう第１の部分フロー（矢印６ａ，７ａ参照）を形成する第１の分離が生じる。残りの部分フロー（矢印６ｂ，７ｂ参照）は出口通路ｂ２を介してストリングＢ内に流入する。理想的なケースにおいて、複数の矢印で示すように均一な分配が形成され、各矢印は移動した同一量の攪拌される材料（以下、攪拌材料と称する）を示す。
【００１９】
攪拌構造体１のチャンバはほぼ直角プリズムの形状をなし、通路は矩形をなす。更に、壁は板状をなす。壁は一定の壁厚を有する必用はない。更に、壁は図３に示すように楔形をなし得る。
【００２０】
図４に示すように、攪拌構造体によって形成された攪拌材料内の圧力低下が図１の攪拌構造体によって形成される圧力低下より小さくなるよう壁は曲面形状を有し得る。
【００２１】
攪拌構造体１は攪拌チャンバの他に本発明に基づく“リレイヤリング・チャンバ”Ｓ１，Ｓ２（図５参照）及びＳ１’，Ｓ２’（図５における図示略）を有する。チャンバＳ１は２つの入口通路ａ１，ｂ１及び１つの出口通路ｔ１を有する。通路ｔ１は中間チャンバＴ（即ち、トランスファ・チャンバ）に対する連通を形成している。中間チャンバＴは１つの入口、即ち通路ｔ１及び１つの出口ｔ２（図示略）を有する。入口ｔ１’及び出口ｔ２’を備えた別の中間チャンバＴ’は中間チャンバＴの反対側に配置されている。２つの中間チャンバＴ，Ｔ’は２つのリレイヤリング・チャンバＳ２’（図示略），Ｓ２にそれぞれ連通されている。各リレイヤリング・チャンバＳ２’，Ｓ２は１つの入口通路及び２つの出口通路を有する。リレイヤリング・チャンバＳ２の場合、これらの通路はｔ２’，ａ２，ｂ２によってそれぞれ示されている。チャンバＳ１，Ｓ２’及びチャンバＳ１’，Ｓ２はトランスファ・チャンバＴ，Ｔ’によってそれぞれ連通された対をなすチャンバである。これらの対をなすチャンバでは、更に効果的な攪拌を実現する層のリレイヤリングが行われる。これと同時に、別の攪拌工程は第２のリレイヤリング・チャンバＳ２，Ｓ２’内で行われる。リレイヤリング・チャンバは境界に位置する部分層をレイヤリングの内側に移動させることにより、更に効果的な攪拌作用を実現する。これにより、理想的な攪拌作用からのずれを少なくとも部分的に解消し得る。
【００２２】
図６は本発明の第２の実施の形態に基づく攪拌構造体１を示す。同攪拌構造体１において、対をなすリレイヤリング・チャンバＳ１，Ｓ２’及びＳ１’，Ｓ２は互いにそれぞれ隣接している。
【００２３】
図１，図５及び図６の斜視図において、各チャンバの連通は視認が困難であるか、または全く視認できない状態にある。この連通は攪拌構造体１を同攪拌構造体１の長手方向に沿って平面に展開することにより容易に認識し得る。図７〜図９は攪拌構造体１を展開した図である。ｚ軸に平行に延びる２つの横マージンは複数のチャンバＢ１，Ｂ２，Ｂ３，…（図７参照）、Ｂ１，Ｔ’，Ｂ２，…（図８参照）及びＢ１，Ｓ１’，Ｂ２，…（図９参照）を有するストリングＢによってそれぞれ画定されている。
【００２４】
図７〜図９に示すジグザグ状のラインは攪拌構造体１の外壁エッジを示す。偏向板３，３’（図１参照）の複数の外側コーナーは示されていない。同コーナーはジグザグ状のラインの水平方向に延びる部分の中央に配置されている。攪拌材料のフローは複数の矢印、即ちチャンバ入口における傾斜した矢印及び出口における水平な矢印で示す。図７において、全てのチャンバは同じチャンバ、即ち攪拌チャンバである。図８において、チャンバの配置Ｓ１−Ｔ−Ｓ２’及びＳ１’−Ｔ’−Ｓ２は重要である（図５参照）。図９において、チャンバの配置Ｓ１−Ｓ２’及びＳ１’−Ｓ２は重要である（図５参照）。
【００２５】
図１０は本発明の目的を達成し得る別の手段を示す。互いに隣接する複数の攪拌チャンバ間に位置する殆どの通路はフローを案内すべく同通路の側部において管材１０と境界を接しており、幾つかの通路は管材１０に取付けられたリブ１１と境界を接している。管材壁に沿って流動する攪拌材料はリブ１１によって管材１０の内部に向けて偏向される。これにより攪拌を更に効果的に実施できる。
【００２６】
本発明に基づく攪拌装置は高い粘度を有する媒体を処理するため、大きな圧力勾配が攪拌構造体１のｚ軸方向に形成される。これらの圧力勾配は壁厚を小さくすることにより低減し得る。攪拌構造体１の壁が薄い場合、同攪拌構造体１が破壊される危険がある。攪拌構造体１は適切な補強手段を用いて更に強化できる。図１１及び図１２はｚ軸方向に沿って攪拌構造体１の周囲に取付けられた帯材１２，１３による補強を示す。この種の補強は本発明のリレイヤリング・チャンバを有さない攪拌構造体に対しても実施可能である。
【００２７】
図１〜図１２は４本のストリング内に配置された複数の攪拌チャンバを有する攪拌装置を示す。この種の攪拌装置は欧州特許出願第９５８１０４１８．４号に開示されている第１の実施の形態に対応しており、図１３は同装置の概略を示す。図１４及び図１５は他の２つの例を示す。
【００２８】
図１３において、上部に位置する２つの面は複数の攪拌エレメントを有するとともに、軸方向に互いに隣接する２つのセクションの間の境界をそれぞれ示している。各面は２つの開放された副表面４，４’と、偏向板３，３’によって被覆された２つの副表面とを有する。開放された副表面４，４’は互いに変位した状態に配置されている。最下部に位置する面は４つのチャンバ・ストリングＡ，Ｂ，Ｃ，Ｄを示す。図１４及び図１５に示す攪拌装置も類似する構成を有する。
【００２９】
図１４に示す攪拌装置は管材の長手方向に延びる９本のストリングの集合体を有する。このうち６本のストリングＡ，Ｃ，Ｂ，Ｄ，Ｂ’，Ｃ’は攪拌チャンバを有する。符号を付していない残りの３本のストリングは中間チャンバを有する。中間チャンバは複数の攪拌チャンバ間を連通する間接的な連通を形成している。コーナーに配置されたストリング内の中間チャンバは前記のトランスファ・チャンバＴ，Ｔ’同様に隣接するチャンバに対する２つの通路を有する。中心ストリングの中間チャンバは環状をなす４つの通路を有する。
【００３０】
図１５に示す攪拌装置は管材の長手方向に延びる１６本のストリングの集合体を有する。このうちの８本のストリングＡ，Ｃ，Ｂ，Ｄ，Ａ’，Ｂ’，Ｃ’，Ｄ’は攪拌チャンバを有する。残りの８本のストリングは複数の攪拌チャンバ間に間接的な連通を形成する中間チャンバを有する。中間チャンバは図１４に示す例同様に隣接するチャンバに対する２つまたは４つの通路を有する。
【００３１】
【発明の効果】
以上詳述したように、この発明によれば、理想的な攪拌作用からのずれを少なくとも部分的に解消し得るという優れた効果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】攪拌チャンバのみを有する攪拌構造体の斜視図。
【図２】（ａ）は図１の攪拌構造体の幾何学的構造を示す斜視図。（ｂ）は（ａ）の構造の横断面図。
【図３】図１の攪拌構造体の第１の別例を示す斜視図。
【図４】図１の攪拌構造体の第２の別例を示す斜視図。
【図５】リレイヤリング・チャンバを備えた本発明の第１の攪拌構造体を示す斜視図。
【図６】リレイヤリング・チャンバを備えた本発明の第２の攪拌構造体を示す斜視図。
【図７】図１の攪拌構造体の周囲に位置するエッジを展開した平面図。
【図８】図５の攪拌構造体の展開図。
【図９】図６の攪拌構造体の展開図。
【図１０】別の効果的な構造エレメントを備えた攪拌構造体の斜視図。
【図１１】側部を補強した第１の攪拌構造体の斜視図。
【図１２】側部を補強した第２の攪拌構造体の斜視図。
【図１３】４本のチャンバ・ストリングの集合体を備えた攪拌構造体の概略図。
【図１４】９本のチャンバ・ストリングの集合体を備えた攪拌構造体の概略図。
【図１５】１６本のチャンバ・ストリングの集合体を備えた攪拌構造体の概略図。
【符号の説明】
１０…管材、１３…帯材、Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’，Ｃ，Ｃ’，Ｄ，Ｄ’…チャンバ・ストリング、Ａ１，Ａ２，Ｂ１，Ｂ２，Ｃ１，Ｃ２，Ｄ１，Ｄ２…攪拌チャンバ、ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２…通路、ｅ１，ｅ２…チャンバの閉鎖された端部、Ｓ１，Ｓ１’，Ｓ２，Ｓ２’…リレイヤリング・チャンバ、Ｔ，Ｔ’…中間チャンバ。

Claims (11)

1. 攪拌チャンバ（Ａ１，Ａ２，…）を少なくとも部分的に備えた複数のチャンバ・ストリング（Ａ，Ｂ，…）の集合体を有する静攪拌装置であって、前記集合体は管材内に配置されており、前記各攪拌チャンバは管材の長手方向（５）に沿って２つの閉鎖された端部（ｅ１，ｅ２）の間に延び、前記複数の攪拌チャンバ（Ｃ２）の互いに隣接する２つの側壁は互い違いに配置された４つの通路（ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２）を有し、同通路（ａ１，ｂ１，ａ２，ｂ２）は上流に位置する２つのチャンバ（Ａ１，Ｂ１）と、下流に位置する２つのチャンバ（Ａ２，Ｂ２）とに対する連通部をそれぞれ形成する静攪拌装置において、
   複数のリレイヤリング・チャンバ（Ｓ１，Ｓ１’，Ｓ２，Ｓ２’）が攪拌装置のうちの攪拌チャンバを有する少なくとも２つのセクションの間に配置されており、前記各リレイヤリング・チャンバ（Ｓ１，Ｓ１’，Ｓ２，Ｓ２’）は閉鎖された２つの端部と、隣接するチャンバに連通する３つの側方通路とを有する静攪拌装置。
2. 前記リレイヤリング・チャンバ（Ｓ１，Ｓ１’，Ｓ２，Ｓ２’）は互いに連通された対をなし、前記対をなすリレイヤリング・チャンバ（Ｓ１，Ｓ１’，Ｓ２，Ｓ２’）間の直接的連通または間接的連通は前記複数の通路のうちの１つを通じて行われる請求項１に記載の攪拌装置。
3. 前記対をなすリレイヤリング・チャンバ間の連通は中間チャンバ（Ｔ）を介して間接的に行われ、前記中間チャンバ（Ｔ）は閉鎖された２つの端部と、２つの側方通路とを有する請求項２に記載の攪拌装置。
4. 前記集合体は４本のチャンバ・ストリング（Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ）を有し、前記全ての攪拌チャンバ（Ａ１，…）はほぼ同一に形成され、チャンバ通路を介して連通された互いに隣接する複数のストリングは前記管材の長手方向に沿ってチャンバの全長の半分の長さだけ互いにずらして配置された複数のチャンバを有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の攪拌装置。
5. 前記集合体は９本のチャンバ・ストリング（Ａ，Ｂ，Ｂ’，Ｃ，Ｃ’，Ｄ，…）を有し、このうちの６本のストリングは攪拌チャンバを有し、残りの３本のストリングは中間チャンバを有し、前記中間チャンバは間接的連通を複数の攪拌チャンバ間に形成する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の攪拌装置。
6. 前記集合体は１６本のチャンバ・ストリング（Ａ，Ａ’，Ｂ，Ｂ’，Ｃ，Ｃ’，Ｄ，Ｄ’，…）を有し、このうちの８本のストリングは攪拌チャンバを有し、残りの８本のストリングは中間チャンバを有し、前記中間チャンバは間接的連通を複数の攪拌チャンバ間に形成する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の攪拌装置。
7. 互いに隣接する複数の攪拌チャンバ（Ａ１，…）間に位置する殆どの通路（ａ１，…）は同通路（ａ１，…）の側部において管材（１０）と境界を接しており、幾つかの通路はフローを偏向すべく管材に取付けられたリブと境界を接している請求項１乃至６のいずれか一項に記載の攪拌装置。
8. 前記チャンバ（Ａ１，…）は実質的に直角プリズムの形状をなし、前記通路（ａ１，…）は実質的に矩形をなす請求項１乃至７のいずれか一項に記載の攪拌装置。
9. 互いに隣接する複数のチャンバ（Ａ１，…）間の壁は比較的薄く形成され、これにより同壁の厚さを二乗した値は通路（ａ１…）の開放面積より平均して実質的に小さくなる請求項８に記載の攪拌装置。
10. チャンバ・ストリング（Ａ，…）の集合体は帯材（１３）によって補強され、前記帯材（１３）は管材（１０）の長手方向に沿って集合体の周囲に配置されている請求項１乃至９のいずれか一項に記載の攪拌装置。
11. 前記チャンバ・ストリング（Ａ，…）の集合体はモノリシック構造体、特に射出成形によって形成されたモノリシック構造体である請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の攪拌装置。

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