JP5285155B2 - 誘導加熱機能を有する混合装置 - Google Patents

Description

本発明は、混合材料を収容するコンテナと、コンテナの内部に配置された混合器具と、混合材料を加熱する加熱装置とを有する混合装置に関する。

混合作業、即ち互いに異なる特性を有する少なくとも二種類の出発物質を混ぜ合わせて混合物質を得ることは、機械産業のプロセス工学において基本的な作業である。

混合装置を使用する際、その目的は、新物質について最高レベルの均質度を達成することである。このような所望の均質度を達成するため、例えば、回転混合コンテナを有する混合装置が使用されている。

上記装置には、通常少なくとも１つの混合器具が、コンテナ内部に偏心配置されている。コンテナが回転すると、コンテナ中に収容された混合材料が混合器具へと移送され、これによって十分に混合される。このような混合器により、任意の種類や任意の軟度を有する材料を迅速で高品質に加工できる。

混合コンテナの回転中に材料の完全な回転が行われるので、回転コンテナを有する混合器は、混合物の成分を著しく分離させることなく混合することが経験から分かった。

多くの混合処理は、所定の活性化エネルギーの供給を前提とする化学反応に関連するため、多くの使用状況において、混合中に混合材料を加熱することが一般的になっている。これは、液体の熱的除去が混合動作中の重複関係で起こる場合にも必要である。

従って、混合器中で混合材料を加熱できるように、コンテナの壁部を包囲し、これに接触する加熱ケーシングを備える混合装置もある。この加熱ケーシングを経由して、熱エネルギーを混合コンテナに供給できる。各熱伝達媒体に応じて、加熱ケーシングは熱湯もしくは熱オイル加熱用の二重ケーシングの方式をとるか、または蒸気加熱のため設計圧力が高いときは、突起を有するか、もしくは溶接された半管を有するケーシングの方式をとる。熱伝達媒体の許容可能な最高温度により、または蒸気による加熱の場合、二重ケーシングに必要な圧縮強度により、既知の解決策は、壁の最高温度については限界がある。

さらに、液体もしくは蒸気相からコンテナ壁部に至る熱伝達率、圧力損失、およびケーシング加熱時の熱伝達媒体の流速により、加熱速度が制限されるため、これらの解決策では、壁部の温度がかなり高くなるまでの加熱曲線を迅速に達成させることは不可能である。

従って、従来技術の上記状況における背景を考慮した本発明の目的は、本明細書の冒頭に記載された種類の混合装置を供給することである。この装置により、好ましくは２００度を超える温度まで混合材料の最速加熱が可能である。

本発明によれば、コンテナは、少なくとも一部が導電性材料から成り、加熱装置は、交流電場によって励磁が可能で、電流の変化時に発生する磁場変化によってコンテナの該導電性材料に渦電流が作られるように配置される、少なくとも１つのコイルを有している。上記渦電流により、コンテナの温度が上昇する。コンテナの誘導加熱により、熱伝達媒体を事前に加熱する必要なく、コンテナ、ひいては混合材料を目標とした直接加熱が可能になる。さらに、達成可能な温度上昇は、コイル力によってのみ制限され、熱伝達媒体の化学物理的特性によっては制限されない。

好ましい実施例では、コンテナの壁部および/またはコンテナの底部の近傍の内部に、コンテナの壁部に対して移動可能な、少なくとも１つの分離装置が取り付けられている。最も単純な事例としては、必要な相対動作がコンテナの回転だけで得られるように、分離装置が固定されている。

分離装置により、混合材料の流れに対して連続した垂直要素が供給され、コンテナ壁部および/またはコンテナ底部への材料の付着や焼き付きが防止される。さらに混合コンテナの底部の同心の排出孔により、混合時間の終了時の排出動作が迅速化される。

さらに特に好ましい実施態様では、分離装置は、混合材料の温度を検出する温度センサーを有する。分離装置は、材料と直接接触するため、混合材料の温度を検出する温度センサーを取り付けるのに特に適していることが証明されている。また、混合材料の温度を測定する工程も、分離装置とは独立して混合室へと導入され、生成物との接触型または非接触型の温度センサーによっても行われ得る。

さらに別の好ましい実施態様では、少なくとも２つの個々に調整可能な加熱装置が取り付けられ、両方の加熱装置は、交流電場により励磁可能で、電流の変化時に発生する磁場変化によってコンテナの導電性材料に渦電流が作られるように配置される、少なくとも１つのコイルを有する。

混合材料をできるだけ均一に確実に加熱し、または混合材料への熱流に応じて加熱力を適合させるために、独立して調整可能な複数の加熱装置がある場合、例えば１つ以上の加熱装置がコンテナ底部の加熱用に設計され、１つ以上の加熱装置がコンテナ壁部の加熱用に設計され得ることが、多くの利用状況において有利であろう。さらに加熱装置は、混合器具および/または分離装置の加熱用にも提供され得る。

上記の点に関して、コンテナ壁部を加熱するよう構成された加熱装置の出力は、コンテナ底部の加熱用の加熱装置の出力に等しいか、大きいか、または小さくすることが可能である。この場合、壁部と底部の間の出力分布は、好ましくは、直接加熱される円筒状の壁表面と直接加熱されるコンテナ底面、好ましくは円環面または円形面形状の表面との間の表面積比にほぼ対応している。他の特に好ましい実施態様では、効果的に動作する熱伝達表面に対する出力分布は、コンテナ内部の混合材料に基づいている。垂直に配置された回転混合コンテナにおいて、通常、底面のほぼ全面が材料で覆われる。従って熱流は加熱された底面全体に発生する。分離装置が固定され、水平面に対して傾斜した混合コンテナにおいて、それぞれの分離装置の配置に応じ、底面の約１０−２０パーセントまでは、生成物との直接的な作用がない。生成物との直接的な作用がない表面では、その箇所での放射と対流による熱損に起因した著しく低い熱流が存在する。これは、壁表面の特徴に相当する。コンテナ壁部に対する相対的な移動がない固定状態において、加熱された壁表面の一部のみに材料が直接接触し、加熱された壁表面の一部、すなわち上部は、混合器具によって壁部に投じられた混合材料と接触し、熱伝達に利用される。

一例としては、壁部と底部との表面積比が３：１、加熱力分布が少なくとも１：１、好ましくは１．５：１、さらに特に好ましくは少なくとも２：１であると有利である。

コンテナは、有利なことに回転可能に対称をなす構造を有しており、好ましい実施態様では、コンテナの底部を加熱する加熱装置が、コンテナの底部の外部に円環形状に配置され、該円環形状の幅の該コンテナの直径の５％よりも大きく、特に好ましくは１０％より大きい部分を実質的に加熱しないように配置される。

すなわち、励磁可能なコイルがコンテナ底部に平行だが、円環形状の記載部分とは関係なく配置されている。これにより、同時にコンテナ壁部が第２加熱装置で加熱され、２つのコイルの磁力線がコンテナ角部に集中した場合でも、コンテナ角部の領域のコンテナの過熱が確実に回避される。

その他もしくは上記組み合わせにおいて、コンテナの底部を加熱する加熱装置を、該コンテナの底部の内側の円形部分に配置し、該内側の円形部分の好ましくは該コンテナの直径の３０％、特に好ましくは５０％より大きい部分を実質的に加熱しないよう配置することができる。

すなわち、励磁可能なコイルはコンテナ底部と実質的に平行な平面に配置されており、この場合、内部円形部分と円環形状の外側部分は、コンテナの角部もコンテナ底部の中心のいずれも確実に直接加熱されないように、コイル巻線が配されていない。一般的に、コンテナに適した駆動装置は、コンテナ底部の中心に配置されている。駆動装置またはこれに使用される潤滑油は感熱性を有するものが多いので、コンテナ底部用の加熱装置の寸法付けには、この領域は除かれている。他の特に好ましい実施態様では、駆動領域は、コイルの交流電磁場との関連でさらに遮蔽されている。

別の実施例では、二者択一的には、または上記組み合わせでは、コンテナ閉止部の誘導加熱が可能となる。同様に、コンテナの壁部を加熱する加熱装置が、コンテナの壁部の下部に、円筒面形状に配置され、該円筒面形状の下部からの高さの、好ましくはコンテナの壁部の高さの５％、特に好ましくは１０％を超える部分を実質的に加熱しないように配置される。このような配置により、コンテナ底部にて同時に配置された加熱装置による磁場の重なりに起因するコンテナ角部の過熱が回避される。

さらに、コンテナ壁部を加熱する加熱装置は、コンテナの壁部の上部に、円筒面形状に配置され、該円筒面形状の上部からの高さの、好ましくはコンテナの壁部の高さの１０％、特に好ましくは２０％を超える部分を実質的に加熱しないように配置される。より具体的には、上記手段によって、混合材料と接触していないコンテナ壁部の一部が直接加熱されるのが防止されるように、混合コンテナは頻繁ではあるが完全に混合材料で満たされているわけではない。

他の実施例では、円筒面形状のコンテナ壁部の上部は、非導電材料および/または熱伝導率が非常に低い材料によって形成可能である。

さらに好ましい実施態様では、一方のコンテナの外側と他方の少なくとも１つの加熱装置の励磁可能なコイルとの間に、コンテナの外側に好適に固定された非導電性、好ましくは非金属の絶縁要素が供給される。上記の場合、絶縁要素は、コンテナの外側に接着剤で固定されることが好ましい。上記絶縁要素により、コンテナから周囲への熱の供給が低減される。これにより、エネルギーが節約され、接触から保護するための経費が低減される。

コンテナ底部に付随する加熱装置のコイル巻線は、例えばコンテナ底部の外側に近接して配置され、コンテナの回転軸周りにらせん状に伸張することが可能である。このような配置により、コンテナ底部の均一な加熱が確実になされる。また、円の一部にのみ巻線を配置することもできる。コンテナが円の一部にのみ配置された巻線上を回転するにつれ、コンテナ底部全体も加熱される。上記配置では、コンテナ底部の加熱は均一性が低くなることを認めざるを得ないが、既存の混合装置への組み込みが容易にできるようになる。この点について、円の一部の中心角度は、好ましくは１８０度未満、特に好ましくは９０度未満、最も好ましくは４５度未満であるものとする。

同様に、コンテナ壁部に付随する加熱装置のコイル巻線は、自由部分である壁の上部および下部を除き、コンテナ壁部の実質的に全体が加熱できるように、コンテナ壁部に近接して配置され、コンテナ壁部の周囲に実質的に同心に伸張することが可能である。

上記の場合、巻線は、コンテナ壁部の領域のみに配置することも可能である。コンテナの回転により、壁全体への加熱が確実になされる。このような配置により、既存の混合装置への組み込みがより容易にできるようになる。

混合コンテナの壁部のみ、または底部のみに加熱要素を取り付ける可能性を除き、例えば、それぞれのコイルがＬ字形状の２つの周縁部に実質的にＬ字状の加熱要素を供給することが可能である。上記Ｌ字状の加熱要素は、一方の周縁部がコンテナ壁部と平行に、他方の周縁部がコンテナ底部と平行になるように配置される。

多くの使用状況において、コンテナ底部の温度を測定する少なくとも１つの温度センサーがあると有利であり、上記温度センサーとしては、赤外線センサーで、コンテナ底部外側の温度を検出するものが好ましい。

さらに、コンテナ壁部を測定する少なくとも１つの温度センサーを備えることが可能である。この場合、温度センサーは、赤外線センサーが好ましく、コンテナ壁部外側の温度を検出する。赤外線センサーを使用する際、取り付けが可能な絶縁体には、コンテナ底部および/またはコンテナ壁部の温度が赤外線センサー手段によって直接検出できるように開口部を設けることができる。

原則的には、コンテナ底部用の加熱装置を利用し、対応する温度センサーの助けを借りて、コンテナ底部の温度を非常に厳密に設定することが可能である。コンテナ壁部の温度もまた上記と同様に調整することが可能である。熱膨張の調整によるコンテナの変形を最小限にすることは、一方のコンテナ底部と他方のコンテナ壁部との温度差ができるだけ小さくなるように行うことが好ましい。

好ましい実施態様では、励磁可能なコイルは少なくとも外側に部分的に遮蔽される。このような遮蔽は、フェライトシールドにより好適に実施される。

本発明のさらなる利点、特徴および可能な用途は、好ましい実施態様と以下の図面により明らかであろう。
図１は、本発明の第１実施例を示す。 図２は、本発明の第２実施例を示す。 図３は、本発明の第３実施例を示す。 図４は、本発明の第４実施例を示す。

図１は、本発明による混合器１の第１実施例を示す。混合器１は、コンテナ２と、このコンテナ中に配置され、モーター４によって駆動可能な混合器具３を有する。混合器具３は、コンテナ２中に非対称に配置されている。

コンテナ２は、ハウジングカバー６を有するハウジング７内に配置されている。ハウジングカバー６に固定された分離装置５も見ることができる。

コンテナ２は、例えば金属材料から成り、絶縁層８によって被覆されている。電力供給装置１３より供給ライン１１および１２を介して交流電圧が供給され得る二つのコイル９および１０が、コンテナ底部とコンテナ壁部にそれぞれほぼ平行となるようにハウジング７内に配置されている。さらに、コイル内での損失電力の熱散逸に適した冷却媒体は、同一のもしくは独立した供給ラインを経由して移送可能である。供給ラインを経由して送られる交流電圧は、コンテナ２内に渦電流を発生させ、その結果、コンテナの温度を上昇させることになる。コイル９および１０の両者は、フェライトシールド１４により、少なくとも外側、好ましくは縁部にも向かって遮蔽される。このフェライトシールド１４は、想定される渦電流の発生、即ちコンテナ外側の温度上昇を回避する役目を果たす。

コンテナ壁部に付随する加熱装置９は、コンテナ全体の高さを越えて伸張していない。一般に混合材料と作用しないコンテナ壁部の上部領域は、加熱されない。同様に、加熱装置９は、コンテナ角部まで伸張せず、コンテナ角部の過度な加熱が回避される。

コンテナ底部の加熱装置１０もまた角部に届くことはない。さらに、コンテナが通常駆動される、コンテナの環状中央領域は加熱されない。第１温度センサー１５が分離装置５に取り付けられ、混合材料の温度が決定される。さらにコンテナ壁部およびコンテナ底部の領域にそれぞれ赤外線温度センサーが配置される。正確な温度が測定できるように、絶縁体８には対応する開口部が設けられている。

図２は、本発明による混合装置の第２実施例を示す。

本実施例は、２つの加熱装置９’、９’’がコンテナ壁部の加熱用に取り付けられている点のみが、図１に示す実施例と異なっている。これら２つの加熱装置９’、９’’は、いずれも電力供給装置１３により結線１２’、１２’’を介して互いに作動され得る。

従って、２つの温度センサー１７’、１７’’も、異なる２箇所でコンテナ壁部温度の検出用に配置されている。このような配置において、それぞれの加熱力レベルは、壁部の高さを越えてコンテナ内部に送られた熱出力に個々に適合できる。

図３は、本発明による混合器の第３実施例を示す。ここでは、混合器が水平軸に対して傾斜可能であることが分かるであろう。それゆえ、混合器を空にするには、まず混合器具３と分離装置５が取り付けられたハウジングカバー６をコンテナから傾ける。混合材料とともにコンテナが側方に傾けられ、混合材料が、上記目的のために設けられたトラック１８へと移される。Ｌ字構造の加熱装置は、図示の例では１つのコイルのみ有しており、混合コンテナの壁部と底部は個々に調整できない。壁部と底部との間の固定された調整不能な配電は、例えば、壁部と底部とで、異なる数のコイル巻線によって実施される。壁部と底部との間の角領域も、対応して巻線が除去されている限り、直接加熱の影響から除外さ得る。これは、本発明において、特にコストがかからない実施例である。

図４は、本発明の第４実施例を示す。図１および２に示す実施例と異なり、ここではコイルは全コンテナの周囲全体に、及び底面全体にそれぞれ広がっている。この実施例により、コンテナ２が均一に加熱される。既存の混合装置への組み込みが可能なことから、第１および第２実施例の構成で十分である。

１ 混合器
２ コンテナ
３ 混合器具
４ モーター
５ 分離装置
６ ハウジングカバー
７ ハウジング
８ 絶縁層
９、９’、９” コイル/加熱装置
１０ コイル/加熱装置
１１ 供給ライン
１２，１２’、１２” 供給ライン
１３ 電力供給装置
１４ フェライトシールド
１５ 温度センサー
１６ 赤外線センサー
１７，１７’、１７” 赤外線センサー
１８ トラック

Claims (14)

1. ハウジングカバー（６）を有するハウジング（７）内に水平面に対して傾斜して設けられた混合材料の収容に好適な回転するコンテナ（２）と、該コンテナ（２）内部に配置され、モータ（４）によって駆動可能な少なくとも１つの混合器具（３）と、該混合材料を加熱する加熱装置（９、１０）とを有する混合装置（１）において、
   少なくとも一つの分離装置（５）を、前記コンテナ（２）の傾斜の上側の前記コンテナの壁部および／または前記コンテナの底部に沿うように配置し、回転する前記コンテナの壁部に対して相対的に移動するように構成し、
   前記コンテナ（２）が少なくとも一部が導電性材料を含み、且つ少なくとも２つの個々に調整可能な加熱装置（９、１０）を、交流電場により励磁可能で、電流の変化時に発生する磁場変化によって前記コンテナ（２）の前記導電性材料に渦電流が作られるように配置される、少なくとも１つのコイル（９、１０）をそれぞれ有して構成し、
   前記加熱装置（９）の少なくとも１つは、前記コンテナの壁部を加熱するように構成され、前記加熱装置（１０）のうち少なくとも１つは、前記コンテナの底部を加熱するように構成され、
   前記加熱装置（９、１０）がＬ型状の加熱要素として設けられ、該Ｌ形状の加熱要素のＬの片側が前記コンテナの壁部の円筒面形状の１８０度未満の部分を占める形状に形成されていることを特徴とする混合装置（１）。
2. 請求項１に記載の混合装置（１）において、前記混合材料の温度を測定する温度センサー（１５）が前記コンテナ（２）の内部に取り付けられ、該温度センサー（１５）は、好ましくは前記分離装置（５）に、またはその内部に配置されている混合装置。
3. 前記コンテナの壁部を加熱するよう構成された前記加熱装置（９）と前記コンテナの底部を加熱するよう構成された前記加熱装置（１０）との出力比は、該加熱された壁部面と該加熱された底部面との表面積比に対応することを特徴とする、請求項１または２に記載の混合装置（１）。
4. 前記コンテナ（２）は回転可能に対称をなし、前記コンテナの底部を加熱する前記加熱装置（１０）が、前記コンテナの底部の外部に円環形状に配置され、該円環形状の幅の前
   記コンテナの直径の５％より大きい部分を実質的に加熱しないように配置されることを特徴とする請求項１から３の一項に記載の混合装置（１）。
5. 前記コンテナ（２）は回転可能に対称をなし、前記コンテナの底部を加熱する前記加熱装置（１０）が、前記コンテナの底部の内側の円形部分に配置され、該内側の円形部分の好ましくは前記コンテナの直径の３０％、特に好ましくは５０％より大きい部分を実質的に加熱しないよう配置されていることを特徴とする、請求項１から４の一項に記載の混合装置（１）。
6. 前記コンテナ（２）は回転可能に対称をなし、前記コンテナの壁部を加熱する前記加熱装置（９）が、前記コンテナの壁部の下部に、円筒面形状に配置され、該円筒面形状の下部からの高さの、前記コンテナの壁部の高さの５％、特に好ましくは１０％を超える部分を実質的に加熱しないように配置されることを特徴とする、請求項１から５の一項に記載の混合装置（１）。
7. 前記コンテナ（２）は回転可能に対称をなし、前記コンテナの壁部を加熱する前記加熱装置（９）が、前記コンテナの壁部の上部に、円筒面形状に配置され、該円筒面形状の上部からの高さの、好ましくは前記コンテナの壁部の高さの１０％、特に好ましくは２０％を超える部分を実質的に加熱しないように配置されることを特徴とする、請求項１から６の一項に記載の混合装置（１）。
8. 円筒面形状の前記コンテナの壁部の上部は、非導電材料および／または熱伝導率が非常に低い材料からなることを特徴とする、請求項１から７の一項に記載の混合装置（１）。
9. 一方の前記コンテナの外部と前記加熱装置（９、１０）の少なくとも１つの前記励磁可能なコイルとの間には、前記コンテナの外部に好ましくは固定された、より具体的に最も好ましくは、開放不能な接続によって前記コンテナの外部に固定された非金属絶縁要素が配置されていることを特徴とする、請求項１から８の一項に記載の混合装置（１）。
10. 励磁可能なコイルが、前記コンテナの底部の外側の近傍に配置され、前記コンテナ（２）の回転軸の周囲に実質的にらせん状に伸張する複数の巻線を有することを特徴とする、請求項１から９の一項に記載の混合装置（１）。
11. 励磁可能なコイルが、前記コンテナの底部の該外側の近傍に配置され、前記コンテナの壁部の周囲全面に伸張する複数の巻線を有することを特徴とする、請求項１から１０の一項に記載の混合装置（１）。
12. 前記コンテナの底部の温度を測定する温度センサー（１６）が取り付けられている混合装置（１）において、該温度センサー（１６）は、赤外線センサーであることを特徴とする、請求項１から１１の一項に記載の混合装置（１）。
13. 前記コンテナの壁部の温度を測定する温度センサー（１７）が取り付けられている混合装置（１）において、該温度センサー（１７）は、赤外線センサーであることを特徴とする、請求項１から１２の一項に記載の混合装置（１）。
14. 前記励磁可能なコイルは、少なくとも部分的にフェライトシールド（１４）によって外側に遮蔽されることを特徴とする、請求項１から１３の一項に記載の混合装置（１）。

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