專利名稱：攪拌器和攪拌方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種攪拌并提供一種新型攪拌裝置和攪拌方法。特別地，本發(fā)明涉及一種高剪切攪拌。應(yīng)該理解，術(shù)語“攪拌”包括單一材料的處理。
背景技術(shù)：
高剪切攪拌(HSM)是攪拌技術(shù)的相對較新的發(fā)展，所述攪拌技術(shù)能夠提供非常高的剪切和拉伸應(yīng)力。HSM技術(shù)以機械化學(xué)原理為基礎(chǔ)(本質(zhì)上包括只通過機械力的應(yīng)用在材料中產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng))并有效地以更強烈的方式再生產(chǎn)受控的剪切間隙和傳統(tǒng)冷雙輥軋制的拉伸流動特性。此技術(shù)首先由William Watson提出并在他的英國專利號2,300,129中披露。此專利說明了間歇式和持續(xù)式攪拌器，在所述攪拌器中，攪拌發(fā)生在相對旋轉(zhuǎn)的凹槽元件之間，當(dāng)凹槽和中間脊面彼此相對移動時，所述凹槽元件剪切并分開材料。在間歇式攪拌器中，凹槽制在相向并相對旋轉(zhuǎn)的盤上并被設(shè)置以使材料沿凹槽朝著盤的旋轉(zhuǎn)的中心軸向內(nèi)拉。當(dāng)材料向攪拌器的中心移動時，有效容積減小，從而壓力隨著材料從盤的中心涌出的結(jié)果而增加，進而向外重新回流。這除了剪切和分開作用外提供有效的分散攪拌。
通過凹槽尺寸和分布的適當(dāng)安排，剪切、拉伸和分散混合的的性能可以被選擇地控制。特別地，謹慎地控制加壓程度的能力使攪拌器非常適于機械化學(xué)攪拌。例如，這種HSM攪拌器的一個重要的應(yīng)用是在橡膠和相似交聯(lián)粘彈性材料的再循環(huán)中。機械化學(xué)攪拌提供一種可選擇地打破交聯(lián)粘結(jié)的有效方法，以對聚合體鏈沒有重大的損壞的情況下溶解材料，從而從回收的材料中能夠生產(chǎn)高質(zhì)量的再循環(huán)產(chǎn)品。
對HSM技術(shù)的有效的工業(yè)應(yīng)用來說，理想的是提供能夠處理大批量材料的攪拌器，例如200kg的數(shù)量級。然而，以前由William Wastson所提出的簡單地按比例增加攪拌器幾何尺寸存在許多困難。例如，通過簡單增加相對旋轉(zhuǎn)攪拌盤的半徑能夠容納較大量體積。用這種方法的問題是凹槽的數(shù)量和中間脊面不能根據(jù)半徑而變化，結(jié)果施加于盤之間材料的攪拌應(yīng)力的強度和頻率隨著半徑而變化。雖然在施加在攪拌器內(nèi)不同位置的材料上的攪拌應(yīng)力的差別對較小的攪拌器來說可以不是問題，但當(dāng)攪拌器的尺寸增加，所獲得的攪拌極限上的差別也增加。另外，對于較大的盤，在旋轉(zhuǎn)速度上的差別在盤的內(nèi)部和外部區(qū)域之間是重要的，從而在盤中心獲得的足夠攪拌所需要的速度會導(dǎo)致向盤周邊的不理想的高速，所述高速將使材料承受超應(yīng)力。
作為增加盤直徑的可選擇的方法，通過增加攪拌盤中的凹槽深度能夠容納大體積的材料。然而，當(dāng)凹槽深度增加時，增加了一些材料截留和淤塞在凹槽底部的可能性。
與攪拌較大量材料有關(guān)的另一個實際問題是從攪拌器中去除攪拌的材料。例如，當(dāng)使用具有前述提出的HSM幾何形狀的攪拌器來再循環(huán)橡膠合成物時，合成的材料處于極端粘性的“厚塊”狀態(tài)，所述“厚塊”必須從攪拌器中提升出。雖然這對較小量的材料不是特別的問題，而對較大量尺寸是重大的問題。
本發(fā)明的目的是避免或減輕上述問題。
發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供一種攪拌裝置，包括第一和第二反向的攪拌元件，其圍繞一個軸彼此相對可旋轉(zhuǎn)；所述第一和第二攪拌元件具有面對的表面，所述面對的表面從所述軸延伸出來并在其間確定攪拌室；旋轉(zhuǎn)至少攪拌元件之一以在第一和第二攪拌元件之間沿第一旋轉(zhuǎn)方向提供相對旋轉(zhuǎn)的裝置；在至少所述表面之一上的攪拌構(gòu)造陣列，當(dāng)?shù)谝缓偷诙谒龅谝恍D(zhuǎn)方向上相對旋轉(zhuǎn)時，所述陣列相互作用以在攪拌室中攪拌材料，并構(gòu)造成在攪拌室內(nèi)朝向軸提供材料的凈推動力；和其中在至少表面之一上攪拌構(gòu)造的數(shù)量隨著距軸的半徑而增加。
通過攪拌構(gòu)造的數(shù)量與攪拌元件(或元件)的半徑相關(guān)，使發(fā)生在表面的攪拌力標準化是可能的。
攪拌構(gòu)造優(yōu)選地是凹口(例如凹槽)，所述凹槽確定在所述或每一個表面上，并且可具有直的或彎曲的側(cè)壁且它們本身可以是直或彎曲的。可選擇地，攪拌構(gòu)造可以是從所述或每一個表面上突出的隆起，例如卷邊，所述卷邊可具有直或彎曲的側(cè)壁并且它們本身可以是直或彎曲的。本發(fā)明的實施例可即包括凹槽又包括隆起。
為了提供所需要的材料推動力(或抽吸)，優(yōu)選地，在至少一個表面中，或更優(yōu)選地，在兩個表面內(nèi)的至少一些攪拌構(gòu)造相對所述第一旋轉(zhuǎn)方向向前伸展。
在本發(fā)明的一個優(yōu)選實施中，在所述至少一個表面(和更優(yōu)選地兩個表面)上的每個攪拌構(gòu)造具有相對所述軸的徑向內(nèi)末端和徑向外末端，所述或每個表面上的一些攪拌構(gòu)造的內(nèi)末端比在相同表面內(nèi)的其它攪拌構(gòu)造更進一步遠離所述軸。
例如，此表面可分成兩個或更多區(qū)域，每個區(qū)域具有在其中確定的大體上平行的攪拌構(gòu)造的陣列，一個區(qū)域的攪拌構(gòu)造非平行于至少另一區(qū)域的攪拌構(gòu)造。在特別區(qū)域內(nèi)的攪拌構(gòu)造可大體上平行于在各個表面上突起的徑向線。此外，或可選擇地，表面可被分成徑向內(nèi)部和外部區(qū)域，每個區(qū)域確定攪拌構(gòu)造，所述攪拌構(gòu)造在該區(qū)域開始和結(jié)束，其中徑向外部區(qū)域具有比徑向內(nèi)部區(qū)域更多的攪拌構(gòu)造。
例如，上述形狀為凹槽的陣列已經(jīng)被用在傳統(tǒng)的碾米機中。近來，這種凹槽圖案以被用在US專利號4657400所披露的攪拌裝置中。在這種裝置中，材料在兩個相對旋轉(zhuǎn)的凹槽盤之間攪拌，所述旋轉(zhuǎn)的凹槽盤把材料抽吸至設(shè)在攪拌區(qū)周邊周圍的收集環(huán)。
為了在兩個表面設(shè)有凹槽或卷邊等的情況下進一步提供所需要的材料的推動力，優(yōu)選地，在各個表面上布置凹槽等的作用線，從而當(dāng)在重疊下觀看時彼此是交叉的。另外，這種交叉可這樣布置，以當(dāng)旋轉(zhuǎn)發(fā)生在一個方向時提供一個主要徑向方向的抽吸，當(dāng)旋轉(zhuǎn)相反時提供相反的一個主要徑向方向的抽吸。也可這樣布置這種交叉，以在徑向推動力的瞬間強度甚至瞬間方向上提供循環(huán)的增加和降低。
例如，凹槽等的作用的交叉線的這種布置可通過在本發(fā)明的上述情況的兩個表面的每一個中的構(gòu)造圖案安排成彼此成的鏡像而獲得。
在攪拌構(gòu)造是凹槽的本發(fā)明的優(yōu)選幾何形狀的一個特征是，當(dāng)在任何特定的半徑處測量時，凹槽的整個橫截面積與該半徑的成比例地增加。結(jié)果，當(dāng)這種移動處于縮小半徑的方向時，在凹槽內(nèi)移動的材料承受增加的壓力，當(dāng)這種移動是在增加半徑的方向上時，降低壓力。當(dāng)材料通過凹槽的作用朝向攪拌器的軸積極地抽吸時，同時承受相反方向的增加的壓力一在擠壓機設(shè)計中所熟知的所謂回流現(xiàn)象。結(jié)果，或者凹槽抽吸作用的循環(huán)波動強度或者沿任何特定凹槽交叉的材料運動的非均一性，或二者間而有之的原因，材料即時或隨后能夠沿凹槽向內(nèi)或向外徑向流動。這種雙-向流圖形在徑向上提供有效的分散攪拌。個別凹槽本身可以具有一個交叉區(qū)域，所述交叉區(qū)域隨半徑而增加以通過回流強化所獲得的攪拌。例如，凹槽的深度和/或?qū)挾瓤梢噪S增加的半徑而增加。
在優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的攪拌元件的表面可具有平面幾何形狀時，表面之一是凹的，另一個是凸的。特別優(yōu)選地為圓錐的幾何形狀，但也可以使用半球形或喇叭形的其它幾何形狀。這種非平面幾何的使用能夠使攪拌體積和表面區(qū)域被增加，而沒有不合需要地較大增加全部表面半徑(即，表面距軸的最大距離)，因此，對任何給定的攪拌器容量，使表面速度和扭矩需求最小化。
而且優(yōu)選地，至少第一和第二攪拌元件之一的軸部分是可移動的，以通過在所述第一旋轉(zhuǎn)方向上所述第一和第二攪拌元件的相對旋轉(zhuǎn)，允許材料從攪拌室排放出來。這克服了經(jīng)由上述所知的攪拌器的被攪拌的較大量材料的去除問題。
這種布置也能夠利于應(yīng)用于其它傳統(tǒng)的攪拌器，因此根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種攪拌裝置，包括第一和第二反向的攪拌元件，其圍繞一個軸彼此相對可旋轉(zhuǎn)；所述第一和第二攪拌元件具有面對的表面，所述面對的表面從軸處延伸出來并在其間確定攪拌室；旋轉(zhuǎn)至少攪拌元件之一以沿第一旋轉(zhuǎn)方向在第一和第二攪拌元件之間提供相對旋轉(zhuǎn)的裝置；
在至少所述表面之一上攪拌構(gòu)造陣列，當(dāng)?shù)谝缓偷诙谒龅谝恍D(zhuǎn)方向上相對旋轉(zhuǎn)時，所述陣列在攪拌室與攪拌材料相互作用，并構(gòu)造成在攪拌室內(nèi)朝向軸的提供材料的凈推動力；和其中至少第一和第二攪拌元件之一的軸向部分是可移動的，以當(dāng)攪拌元件在所述第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)時允許材料從攪拌室中排放。
攪拌構(gòu)造優(yōu)選地是凹口，如在表面的每一個內(nèi)/上制成的凹槽和/或隆起。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，非平面的攪拌表面幾何形狀是優(yōu)選的，而且，優(yōu)選地，第一攪拌元件是凹的，第二攪拌元件是凸的，攪拌元件彼此內(nèi)相互嵌套以在其間確定所述攪拌室。
優(yōu)選地，可移動的部分是第一攪拌室的中心部分。例如，所述或每個攪拌元件的可移動部分可包括插塞，所述插塞可插入在所述或每個攪拌元件中各個的孔。優(yōu)選地，第一和第二攪拌元件的每一個在其中心都設(shè)有孔，并且單一的插塞設(shè)為插入兩個孔。
本發(fā)明也提供一種在攪拌裝置中攪拌材料的方法，所述攪拌裝置包括攪拌室，所述攪拌室確定在第一和第二反向攪拌元件的面對的表面之間，所述第一和第二反向攪拌元件圍繞軸彼此相對旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚢柙鄬πD(zhuǎn)時，在攪拌室內(nèi)至少第一攪拌元件的面對表面具有攪拌構(gòu)造陣列，所述攪拌構(gòu)造與第二攪拌元件的面對表面相互作用以攪拌材料，在至少表面之一上攪拌構(gòu)造的數(shù)量隨著距軸的半徑距離而增加，至少一些攪拌構(gòu)造被構(gòu)造成在攪拌室內(nèi)朝向或遠離軸的方向推動材料，所述朝向或遠離軸的方向依賴于第一和第二攪拌元件的相對旋轉(zhuǎn)方向，此方法包括在一個方向上相對旋轉(zhuǎn)第一和第二攪拌元件，從而所述攪拌構(gòu)造相互作用以把材料推向所述軸。
下面將參照附圖，僅通過實例說明本發(fā)明的具體的實施例，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明的高剪切攪拌器的正試圖；圖2是沿圖1的箭頭A的方向上看的圖1的攪拌器的側(cè)視圖；圖3是圖1和2的攪拌器的平面4是根據(jù)圖2的攪拌器的放大部分區(qū)域的側(cè)視圖，而且說明了隱藏的細節(jié)；圖5a和5b是圖1至4的攪拌器的定子的各個側(cè)面和平面圖(為按比例)；圖6a和6b分別是圖1至4的攪拌器的轉(zhuǎn)子的橫截面?zhèn)纫晥D和平面圖(為為按比例)；和圖7a至7d說明在圖1至4的攪拌器的操作中四個階段。
具體實施例方式
參照附圖，所說明的攪拌器是間歇式HSM攪拌器，包括成圓錐形嵌套的上和下攪拌元件1和2，所述攪拌元件1和2分別由固定支撐框3的上和下部支撐。上攪拌元件1是圓錐形凸起的定子，所述凸起的定子由支撐框3的上部的橫向構(gòu)件3a支撐。橫向構(gòu)件3a可滑動地支撐在四個框柱3b上，并且設(shè)置液壓油缸4以提升和降低定子1，如下將進一步說明。定子1的圓錐形外部表面設(shè)有凹槽1a的陣列(最好見圖5a和5b)。定子具有確定內(nèi)部冷卻劑通道1b的雙壁結(jié)構(gòu)。
下部攪拌元件2是圓錐形凹入的轉(zhuǎn)子，安裝所述轉(zhuǎn)子以在環(huán)形旋轉(zhuǎn)圈軸承5上圍繞其中心軸旋轉(zhuǎn)，所述旋轉(zhuǎn)圈軸承5由支撐框3的下部支撐。轉(zhuǎn)子2具有凹槽2a的陣列，所述凹槽2a的陣列制在它的內(nèi)表面，在使用時，所述內(nèi)表面與制在定子上的凹槽1a配合，這將在下面進一步說明。與定子1相似，轉(zhuǎn)子2是確定內(nèi)部冷卻通道2b的雙壁結(jié)構(gòu)，所述內(nèi)部冷卻通道2b通過旋轉(zhuǎn)接頭2c接收冷卻劑。轉(zhuǎn)子2由適宜的電動機(為出示)通過齒輪箱6和齒輪軸7驅(qū)動，所述齒輪軸7設(shè)有小齒輪8，所述小齒輪8安裝在轉(zhuǎn)子2的外周邊周圍。
相應(yīng)的孔10和11分別制在轉(zhuǎn)子2和定子1的頂點，所述轉(zhuǎn)子2和定子1沿轉(zhuǎn)子2的旋轉(zhuǎn)軸彼此較直。插塞12和11可旋轉(zhuǎn)地安裝在連接輥13、齒輪13上，所述插塞12用于可選擇地插入或拔出孔10，所述齒輪14從液壓缸15向下突出，所述液壓缸15支撐在支撐框3的上部的橫向構(gòu)件3c上的定子1上面。插塞12通常是圓柱形的并具有外表面，所述外表面相應(yīng)于孔10和11的內(nèi)表面的輪廓。在使用中，插塞12的下部在孔10內(nèi)與轉(zhuǎn)子2接合，從而插塞12隨轉(zhuǎn)子2而旋轉(zhuǎn)。設(shè)置導(dǎo)向桿16以防止缸15隨插塞12旋轉(zhuǎn)。
分別制在定子1和轉(zhuǎn)子2的反向表面內(nèi)的凹槽1a和2a的陣列從圖5和6可最清楚地看到。在每個轉(zhuǎn)子和定子上凹槽的的圖案實質(zhì)上是相同的。在每種情況下，凹槽表面由設(shè)想的徑向線被分成四個部分(象限)，所述四個部分突出至表面并從軸延伸至各個元件的外周邊。在每個象限中，八個凹槽1a/2a沿徑向線之一從間隔分開的位置延伸，所述徑向線在轉(zhuǎn)子/定子的外周邊處以類似間隔分開的位置確定該象限。由于每個象限的凹槽通常彼此平行并平行于徑向線，所述徑向線突出至轉(zhuǎn)子/定子的表面的外周邊(即，圓錐元件的最大直徑部分)，但不是所有的凹槽都延伸至中心(頂點)，在表面確定的凹槽數(shù)量有效地隨定子/轉(zhuǎn)子的直徑而增加。下面將特別參照圖7a至7d說明攪拌器的操作。
為了把材料裝入攪拌器，定子1由液壓油缸4提升，同時插塞12固定在最低位置與在轉(zhuǎn)子2中的孔10接合，如圖7a所示。這使得材料被直接引入圓錐形凹入的轉(zhuǎn)子2的內(nèi)部。然后定子1下降，從而在轉(zhuǎn)子2內(nèi)嵌套，并且孔11內(nèi)部接收插塞12的上部。在轉(zhuǎn)子2的凹槽表面和定子1之間留有適當(dāng)?shù)拈g隙以確定攪拌室。然后旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子2以進行攪拌操作。
實質(zhì)上，此攪拌機構(gòu)與上述最初由William Watson提出的在UK專利號2,300,129所披露的攪拌器幾何形狀是相同的。在一定的相對旋轉(zhuǎn)的定位下，在定子中凹槽1a將與在轉(zhuǎn)子的凹槽2a較直，從而在攪拌室中存在的材料被擠壓進入反向的凹槽。當(dāng)轉(zhuǎn)子2和定子彼此相對旋轉(zhuǎn)時，凹槽1a和2a彼此不在象以前定位，從而材料從凹槽進一步轉(zhuǎn)移至在脊面和相對脊面之間確定的較小空間，所述脊面是在轉(zhuǎn)子和定子之一的凹槽所確定的，所述相對脊面是在轉(zhuǎn)子和定子的另一個的凹槽之間所確定的。因此，材料被延伸并剪切，所述剪切包括機械化學(xué)反應(yīng)。
此外，當(dāng)凹槽1a橫過凹槽2a時具有切斷作用，所述切斷作用也在攪拌室內(nèi)產(chǎn)生的剪切和分開。因此攪拌在凹槽之間和內(nèi)都發(fā)生。另外，定位凹槽以使切斷作用將傾向于把材料朝攪拌室的中心或者周邊推動，材料朝攪拌室的中心或者周邊推動決定于旋轉(zhuǎn)的方向，進而增強分散攪拌。特別是，通過旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子從而材料朝向攪拌室的中心推動，當(dāng)材料的壓力向中心聚集時，材料將在攪拌室內(nèi)持續(xù)地徑向地循環(huán)，從而向攪拌器的周邊回流。然而，如果材料有向攪拌室的中心(即，在圓錐攪拌室的頂點)淤塞的任何傾向，則這能夠被轉(zhuǎn)子2的周期的倒轉(zhuǎn)旋轉(zhuǎn)而抵消。
由本發(fā)明提供的攪拌機構(gòu)中的一個重大的優(yōu)點是通過建立對攪拌材料可獲得的凹槽數(shù)量與轉(zhuǎn)子/定子的半徑的關(guān)系，以使凹槽的數(shù)量隨著增加距旋轉(zhuǎn)軸的距離而增加，標準化剪切、延伸和切斷作用從而在室內(nèi)的所有位置材料承受實質(zhì)上相同的攪拌作用是可能的。這使得當(dāng)攪拌器的尺寸按比例增加時材料的攪拌在攪拌室內(nèi)實質(zhì)上保持均勻的。
在攪拌過程的末尾，插塞12被提升，同時定子1保持在最低的位置，如圖7c所示，轉(zhuǎn)子2進一步旋轉(zhuǎn)以抽吸被攪拌的材料以在轉(zhuǎn)子2的頂點處通過孔10排放。然后，定子1如圖7d所示被提升，從而任何存在的殘余材料能夠手動地被排除。然后，插塞12能夠被再一次降低至圖7a所示的位置以進行隨后的攪拌操作。
應(yīng)該意識到，在攪拌室內(nèi)提供均勻攪拌的凹槽的陣列可以應(yīng)用于實質(zhì)上平面的攪拌元件，例如反向的盤。因此，除了披露的圓錐形元件外，本發(fā)明的修改可以包括平面轉(zhuǎn)子和定子。相似地，盤形攪拌元件能夠設(shè)有中心插塞，以與上述實質(zhì)上相同的方式促進被攪拌的材料的排放。然而，圓錐元件的采用進一步提供比現(xiàn)有技術(shù)的幾何形狀更重要的優(yōu)點。
首先，通過采用圓錐的幾何形狀，攪拌元件的最大直徑能夠根據(jù)所需要的攪拌器體積、表面區(qū)域和表面速度而被最小化。因此，相對較大的攪拌器能夠沒有問題地被設(shè)置，所述問題是由于高的旋轉(zhuǎn)速度朝向攪拌元件的周邊的擠壓材料有關(guān)的問題。此外，與相似表面區(qū)域/體積的平面的幾何形狀相比較，旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子的扭矩和動力需要被降低。因此不需要提供不利的深凹槽，大體積的材料能夠在相對緊湊的攪拌器中被攪拌。而且圓錐幾何形狀保持在攪拌器內(nèi)液體也是有用的。此外，在圓錐內(nèi)的氣體保持在選擇性(例如，非氧化的)的環(huán)境內(nèi)提供有效的攪拌。
另外，通過采用不同的圓錐角，通過攪拌元件的適當(dāng)?shù)脑O(shè)計，建立不同的剪切和延伸強度與旋轉(zhuǎn)軸的距離之間的函數(shù)是可能的，進而提供進一步控制旋轉(zhuǎn)機構(gòu)。
應(yīng)該理解，沒有必要要求攪拌元件嚴格地是圓錐形來達到上述優(yōu)點?？蛇x擇任何幾何形狀，在所述任何幾何形狀中表面的圓周沿表面的中心軸降低，因此，例如，將包括圓頂和喇叭形的幾何形狀。
也應(yīng)該理解，凹槽的精確圖案能夠極大地變化。上述凹槽陣列的相對簡單的修改是把表面分成超過四個部分，每一個部分具有與上述實施例的象限中設(shè)的所述凹槽相似的陣列。在整個攪拌室內(nèi)設(shè)成均勻或?qū)嵸|(zhì)上均勻的攪拌的特性是根據(jù)距旋轉(zhuǎn)軸的距離增加凹槽的數(shù)量的預(yù)防措施。例如，沒有必要所有凹槽都延伸至轉(zhuǎn)子/定子的外周邊，也沒有必要凹槽的圖形在轉(zhuǎn)子和定子上都相同。
相似地，個別凹槽的構(gòu)造可以變化。例如，如上所述，凹槽能夠設(shè)有橫截面區(qū)域，所述橫截面區(qū)域隨著半徑而增加以增強分散攪拌。
另外，除了凹槽，攪拌表面可以設(shè)有隆起(例如卷邊)，但是，所述隆起可以是相似的圖形以向或遠離旋轉(zhuǎn)軸提供所需要的材料的攪拌作用和推動力。本發(fā)明的實施例可以包括凹槽(或其它凹口狀)和這樣的隆起的結(jié)合。
在轉(zhuǎn)子和定子的中心處可移動的插塞的優(yōu)點和來自圓錐(或相似的)幾何形狀的許多優(yōu)點獨立于凹槽的性質(zhì)，并能夠應(yīng)用于與前述在英國專利號2300129中提出的凹槽幾何形狀。因此，包含本發(fā)明的一定被選擇的方面的攪拌器包括具有實質(zhì)上與英國專利2300129中披露相同的幾何形狀的攪拌器，但具有可移動的中心插塞和/或圓錐幾何形狀。
也應(yīng)該理解，當(dāng)上述本發(fā)明的實施例以主要被設(shè)計成用于交聯(lián)的粘彈性材料(例如，權(quán)利要求中的橡膠)時，不僅限于這種應(yīng)用，也能夠應(yīng)用于高剪切攪拌是理想的任何地方，例如，再其它聚合物材料(例如橡膠、熱塑性塑料和熱固塑料)的混合或其它過程，或者橡膠泥、軟膏、泥漿和流體的處理中。本發(fā)明具有在處理工業(yè)的許多領(lǐng)域上的應(yīng)用，在所述領(lǐng)域，要求液體、固體或二者的結(jié)合承受分散和/或彌散的攪拌作用。這種處理工業(yè)包括但不限于化學(xué)、石油化工、聚合物、食物、飲料、藥物、個人健康產(chǎn)品、家庭健康產(chǎn)品、水、飲料、廢物、能源和在循環(huán)。
本發(fā)明的其他可能的修改和應(yīng)用將對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員是容易理解的。
權(quán)利要求
1.一種攪拌裝置，包括第一和第二反向的攪拌元件，其圍繞一個軸彼此相對可旋轉(zhuǎn)；所述第一和第二攪拌元件具有面對的表面，所述面對的表面從所述軸延伸出來并在其間確定攪拌室；旋轉(zhuǎn)至少攪拌元件之一以在第一和第二攪拌元件之間沿第一旋轉(zhuǎn)方向提供相對旋轉(zhuǎn)的裝置；在至少所述表面之一上的攪拌構(gòu)造陣列，當(dāng)?shù)谝缓偷诙谒龅谝恍D(zhuǎn)方向上相對旋轉(zhuǎn)時，所述陣列相互作用以在攪拌室中攪拌材料，并構(gòu)造成在攪拌室內(nèi)朝向軸推動材料；和其中在至少表面之一上攪拌構(gòu)造的數(shù)量隨著距軸的半徑而增加。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的攪拌裝置，其中所述攪拌構(gòu)造是凹口。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的攪拌裝置，其中所述凹口是凹槽。
4.根據(jù)任何前述權(quán)利要求攪拌裝置，包括從各個表面突出的攪拌構(gòu)造。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的攪拌裝置，其中突出的攪拌構(gòu)造是卷邊。
6.根據(jù)任何前述權(quán)利要求攪拌裝置，其中在至少一個表面內(nèi)的至少一些攪拌構(gòu)造相對所述第一旋轉(zhuǎn)方向向前伸展以提供所述推動力。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的攪拌裝置，其中在兩個表面內(nèi)的至少一些攪拌構(gòu)造相對所述第一旋轉(zhuǎn)方向向前伸展。
8.根據(jù)任何前述權(quán)利要求攪拌裝置，其中在所述至少一個表面上的每個攪拌構(gòu)造具有相對所述軸的徑向內(nèi)末端和徑向外末端，在每個表面上的一些攪拌構(gòu)造的內(nèi)末端比在相同表面內(nèi)的其它攪拌構(gòu)造更進一步遠離所述軸。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的攪拌裝置，其中在具有相對遠離軸的內(nèi)末端的各個表面上的攪拌構(gòu)造的數(shù)量大于在具有相對接近軸的內(nèi)末端的相同表面上的攪拌構(gòu)造的數(shù)量。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9的攪拌裝置，其中每一個攪拌構(gòu)造的外末端在各個表面的徑向外周邊處結(jié)束。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10的攪拌裝置，其中所述至少一個表面分成兩個或更多區(qū)域，每個區(qū)域具有大體平行的攪拌構(gòu)造的陣列，一個區(qū)域的攪拌構(gòu)造非平行于至少另一區(qū)域的攪拌構(gòu)造。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的攪拌裝置，其中在特別區(qū)域內(nèi)的攪拌構(gòu)造大體上平行于在各個表面上突起的徑向線。
13.根據(jù)任何前述權(quán)利要求的攪拌裝置，其中所述至少一個表面可被分成徑向內(nèi)部和外部區(qū)域，每個區(qū)域確定攪拌構(gòu)造，所述攪拌構(gòu)造在該區(qū)域開始和結(jié)束，其中徑向外部區(qū)域具有比徑向內(nèi)部區(qū)域更多的攪拌構(gòu)造。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至7的攪拌裝置，其中在所述至少一個表面上的所有攪拌構(gòu)造大體上彼此平行并平應(yīng)于在表面上突起的徑向線。
15.根據(jù)任何前述權(quán)利要求攪拌裝置，其中兩個所述表面具有攪拌構(gòu)造，所述攪拌構(gòu)造隨著距所述軸的距離而在數(shù)量上增加。
16.根據(jù)任何前述權(quán)利要求攪拌裝置，其中第一攪拌元件的所述表面是凹的，第二攪拌元件的所述表面是凸的。
17.根據(jù)權(quán)利要求16的攪拌裝置，其中第一和第二攪拌元件的表面是圓錐形或截頭圓錐體的并朝向所述軸逐漸變細。
18.根據(jù)權(quán)利要求1至16的攪拌裝置，其中第一和第二攪拌元件的表面大體上是平面的。
19.根據(jù)任何前述權(quán)利要求攪拌裝置，其中第一和第二攪拌元件至少之一的軸部分是可移動的，以通過所述第一和第二攪拌元件在所述第一旋轉(zhuǎn)方向上的相對旋轉(zhuǎn)使材料從攪拌室排放出來。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的攪拌裝置，其中所述或每個攪拌元件的可移動部分包括插塞，所述插塞可插入在此或每個攪拌元件內(nèi)的各個孔。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的攪拌裝置，其中第一和第二元件的每一個都在其中心設(shè)有孔，并且設(shè)置單一的插塞來插入兩個孔中。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的攪拌裝置，其中第一和第二攪拌元件由支撐框支撐，第二元件安裝在第一元件上面，而且所述插塞支撐在在第二攪拌元件上延伸的可移動的元件上，以插入和從所述在所述攪拌元件的孔中移出。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的攪拌裝置，其中提供提升第二元件的裝置，同時所述插塞保持與第一攪拌元件接合，以促進待攪拌的材料裝入攪拌室。
24.根據(jù)權(quán)利要求20至23的攪拌裝置，其中僅所述第一和第二攪拌元件之一是可旋轉(zhuǎn)的，并且所述插塞可旋轉(zhuǎn)地安裝至所述可延伸的元件，并適宜與可旋轉(zhuǎn)的攪拌元件的接合以在該處隨著旋轉(zhuǎn)。
25.根據(jù)權(quán)利要求19至24的攪拌裝置，其中所述可移動的部分是可移動的，同時第一和第二攪拌元件是可相對沿一個方向旋轉(zhuǎn)，以通過可移動部分的移動打開的孔把材料從攪拌室中抽吸出來。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的攪拌裝置，其中設(shè)有用于提升第二攪拌元件的裝置，同時可移動部分保持不與第一攪拌元件接合，以促進手動地去除被攪拌的材料。
27.根據(jù)權(quán)利要求1至23的攪拌裝置，其中所述第一和第二攪拌元件都是可相反旋轉(zhuǎn)的。
28.根據(jù)任何前述權(quán)利要求攪拌裝置，其中設(shè)有一裝置，以用于沿與所述第一旋轉(zhuǎn)方向相反的第二旋轉(zhuǎn)方向的所述第一和第二攪拌元件的可選擇的相對旋轉(zhuǎn)，以在攪拌室內(nèi)遠離所述軸倒轉(zhuǎn)材料的推動力的方向。
29.一種攪拌裝置，包括第一和第二反向的攪拌元件，其圍繞一個軸彼此相對可旋轉(zhuǎn)；所述第一和第二攪拌元件具有面對的表面，所述面對的表面從軸處延伸出來并在其間確定攪拌室；旋轉(zhuǎn)至少攪拌元件之一以沿第一旋轉(zhuǎn)方向在第一和第二攪拌元件之間提供相對旋轉(zhuǎn)的裝置；在至少所述表面之一上攪拌構(gòu)造陣列，當(dāng)?shù)谝缓偷诙谒龅谝恍D(zhuǎn)方向上相對旋轉(zhuǎn)時，所述陣列在攪拌室與攪拌材料相互作用，并構(gòu)造成在攪拌室內(nèi)朝向軸的提供材料的凈推動力；和其中至少第一和第二攪拌元件之一的軸向部分是可移動的，以當(dāng)攪拌元件在所述第一旋轉(zhuǎn)方向上旋轉(zhuǎn)時允許材料從攪拌室中排放。
30.根據(jù)權(quán)利要求1至29的攪拌裝置，其中所述第一攪拌元件是凹的，所述第二攪拌元件是凸的，攪拌元件彼此相互嵌套以在其間確定所述攪拌室。
31.根據(jù)權(quán)利要求29的攪拌裝置，其中第一和第二攪拌元件的所述表面大體上是平面的。
32.根據(jù)權(quán)利要求29至31的攪拌裝置，其中所述可移動部分是第一攪拌元件的中心部分。
33.根據(jù)權(quán)利要求29至32的攪拌裝置，其中此或每個攪拌元件的可移動部分包括插塞，所述插塞可插入在所述或每個攪拌元件內(nèi)的各個孔中。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的攪拌裝置，其中第一和第二攪拌元件的每一個都在中心設(shè)有孔，并且設(shè)置單一的插塞用于插入兩個孔。
35.根據(jù)權(quán)利要求34的攪拌裝置，其中第一和第二攪拌元件由支撐框支撐，所述支撐框具有安裝在第一元件的第二元件，其中所述插塞支撐在可移動元件上，所述可可移動元件在第二攪拌元件上面延伸以插入并從所述攪拌元件內(nèi)的所述孔中。
36.一種在攪拌裝置中攪拌材料的方法，所述攪拌裝置包括攪拌室，所述攪拌室確定在第一和第二反向攪拌元件的面對的表面之間，所述第一和第二反向攪拌元件圍繞軸彼此相對旋轉(zhuǎn)，當(dāng)?shù)谝缓偷诙嚢柙鄬πD(zhuǎn)時，在攪拌室內(nèi)至少第一攪拌元件的面對表面具有攪拌構(gòu)造陣列，所述攪拌構(gòu)造與第二攪拌元件的面對表面相互作用以攪拌材料，在至少表面之一上攪拌構(gòu)造的數(shù)量隨著距軸的半徑距離而增加，至少一些攪拌構(gòu)造被構(gòu)造成在攪拌室內(nèi)朝向或遠離軸的方向推動材料，所述朝向或遠離軸的方向依賴于第一和第二攪拌元件的相對旋轉(zhuǎn)方向，此方法包括在一個方向上相對旋轉(zhuǎn)第一和第二攪拌元件，從而所述攪拌構(gòu)造相互作用以把材料推向所述軸。
37.一種參照附圖大體如上所述的攪拌裝置。
38.一種參照附圖大體如上所述的攪拌的方法。
全文摘要
一種攪拌裝置，包括第一和第二反向的攪拌元件，其圍繞一個軸彼此相對可旋轉(zhuǎn)，所述第一和第二攪拌元件具有面對的表面，所述面對的表面從所述軸延伸出來并在其間確定攪拌室。提供一裝置，用于旋轉(zhuǎn)至少攪拌元件之一以在第一和第二攪拌元件之間沿第一旋轉(zhuǎn)方向提供相對旋轉(zhuǎn)。在至少所述表面之一上的攪拌構(gòu)造陣列，當(dāng)?shù)谝缓偷诙谒龅谝恍D(zhuǎn)方向上相對旋轉(zhuǎn)時，所述陣列相互作用以在攪拌室中攪拌材料，并構(gòu)造成在攪拌室內(nèi)朝向軸推動材料。在至少表面之一上攪拌構(gòu)造的數(shù)量隨著距軸的半徑而增加。
文檔編號B01F5/00GK1625461SQ02828693
公開日2005年6月8日 申請日期2002年12月9日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月30日
發(fā)明者克里斯多弗·布朗 申請人:沃森布朗Hsm公司