JP2003135945A - 添加剤の送込み先端部を有する管部材 - Google Patents

添加剤の送込み先端部を有する管部材

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 添加剤の送込み先端部を有する管部材を提供
すること。 【解決手段】 １つまたは複数の添加剤（２０）の送込
み先端部（２）を有する管部材（１）は、管壁（１１）
と静止混合要素（１２）とを備える。送込み先端部は、
添加剤を流動する低粘性流体（１０）に導入するために
設けられる。静止混合要素は、対の羽根（５ａ、５ｂ）
と第３の羽根（６）とから構成される。流体の流れ（１
０’）を逸らす狭窄部を形成する対の羽根（５）は、流
れ方向に延びる中央面（１５）に関してほぼ鏡像対称に
形成される。第３の羽根は、対の羽根に対して交差し
て、中央面の領域に位置するように配置される。第３の
羽根は、管壁の基部から下流端へ延びる流れに対する後
側（６０）を有する。各送込み先端部が第３の羽根の後
側に配置される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、１つまたは複数の
添加剤の送込み先端部、そして静止混合要素を有する管
部材に関する。本発明はまた、本発明の管部材を備えた
導管、および管部材の使用にも関する。添加剤は、静止
混合要素により、流動する低粘性流体に混入される。静
止混合要素は、対の羽根と、対の羽根に対して交差状に
配置された第３の羽根とから構成される。これに関し、
羽根は、平らな若しくはやや曲がった板状体であって、
細長に設計され、かつ基部と狭窄端との間を延びている
ことが理解される。
【０００２】
【従来の技術】本発明による管部材は、特に、上流およ
び下流に配置された導管部品のフランジ間に締結可能な
リング（輪状部材）とすることができる。１つまたは複
数の添加剤を流体流に投与し混合するための、このよう
な中間フランジ・リングは、たとえばＵＳ−Ａ−５８３
９８２８から公知である。添加剤が、接続部を介してリ
ングの内部空間に送給され、渦を発生させる隔壁の影響
により流体流に混入される。混合性を高めるため、特別
な対称性を持つ前記隔壁の代わりに、隔壁に対称性のな
い、交差する羽根を持つ混合要素を使用することが提案
されている（ヨーロッパ出願第０１８１０３５９．８号
＝Ｐ．７０３２、事前公開されていない）。さらに、改
良された装置は、混合要素周囲の環状通路に位置する複
数の点状の送込み先端部を使用して添加剤が混入され
る、リング投与装置の形に形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、１つ
または複数の添加剤を流動する低粘性流体に混入するた
めの管部材であって、交差する羽根を持つ混合要素を備
え、添加剤の送給が、前記環状投与装置を使用して行う
場合よりも容易に行われ、混合性を損なうことのない管
部材を提供することである。本目的は、請求項１に記載
の管部材により達成される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】１つまたは複数の添加剤
の送込み先端部を有する管部材は、管壁と静止混合要素
とを備える。送込み先端部は、添加剤を流動する低粘性
流体に導入するために設けられる。静止混合要素は、対
の羽根と第３の羽根とから構成される。流体の流れを逸
らす狭窄部を形成する対の羽根は、流れ方向に延びる中
央面に関してほぼミラー対称に形成される。第３の羽根
は、対の羽根に対して交差して、中央面の領域に位置す
るように配置される。第３の羽根は、管壁の基部から下
流端へ延びる流れに対する後側を有する。各送込み先端
部が、第３の羽根の後側に配置される。
【０００５】本発明によれば、送込み先端部が第３の羽
根の後側に配置される。驚いたことに、このような１つ
の送込み先端部を使用した非常に単純な設計の構成によ
り、混合性がほぼ予想以上の結果となることがわかって
いる。この混合性は、より優れた混合性を期待して、添
加剤を環状通路および複数のノズル通路を通して混合空
間に送給する、より複雑な設計の環状投与装置を使用す
る場合や、より好ましい構成のものと同一の混合要素を
この混合空間に設置する場合よりも優れている。
【０００６】従属請求項２から７は、本発明による管部
材の有利な実施形態に関する。請求項８および９は、本
発明による管部材が設置される導管に関する。請求項１
０の目的は使用である。
【０００７】以下で、本発明について図面を参照しなが
ら説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】図１および２は、添加剤２０の送
込み先端部２を有する本発明による管部材１を示す。円
筒形の管壁１１は、上流導管３に接続する入口側１３と
下流導管４に接続する出口側１４とを有する。低粘性流
体１０の流れ１０’が管部材１の内部空間を通る。添加
剤２０は、入口側１３の下流に配置された静止混合要素
１２により流体１０に混入される。混合要素１２は、羽
根５ａ、５ｂを持つ対の羽根５と第３の羽根６とから構
成される。流体１０の流れ１０’を逸らす隔壁を形成す
る対の羽根５は、流れ１０’方向に延びる中央面１５に
関してほぼミラー対称に形成される。第３の羽根６は、
中央面１５の領域に位置し、中央面１５を通って鎖線１
５ｂに沿って切られている。第３の羽根６は対の羽根５
に対して交差状に配置される。第３の羽根６は、流れ１
０’に対する後側６０を有し、この後側は管壁１１の基
部から下流端へ伸び、これにより中央面１５に３０゜〜
６０゜の角度を成す。本発明によれば、送込み先端部２
は第３の羽根６の後側に配置される。角度６１は４０゜
〜５０゜であることが好ましい。
【０００９】送込み先端部２は、接続部２’と、管壁１
１を貫いた、特に孔であるノズル通路２１とを含む。図
２の実施形態では、添加剤２０を送出可能なラインに接
続するための内側ねじ山２２が設けられる。入口側１３
および出口側１４を有する管壁１１は、中間フランジ部
材として形成される。中間フランジ部材１１は、上流導
管３のフランジ３１と下流導管４のフランジ４１との間
に締結することができる。２つのフランジ３１、４１
は、孔３２に挿入されたねじ（図示せず）により互いに
接続かつ締結することができる。
【００１０】対５の羽根５ａ、５ｂは、少なくともほぼ
中央面１５において浅い角度（ψ、図７参照）で交差す
る２つの面上に位置する。羽根５ａ、５ｂは、各周縁部
５１ａ、５１ｂが管壁１１に隙間なく接するように位置
することが好ましい。すなわち、羽根５ａ、５ｂを管壁
１１に接続することができる。
【００１１】管壁１１は、管の横断面が円形であるもの
として示される。しかし、これは他の形状とすることも
できる。
【００１２】図３は管部材１の第２の実施形態を示す。
入口側１３は入口側のフランジ１３’として形成され、
第２のフランジ１４’は出口側に配置されて、フランジ
４１を介して下流導管４に接続可能である。本発明は大
量の添加剤に適している。送込み先端部２は、管壁１１
の内部空間に開口する比較的大きな径の、狭窄部のない
管である。第３の羽根６は補強リブ６３により補強する
ことができる。３枚の羽根５ａ、６、５ｂ（５ｂは見え
ない）を横方向キャリア６４に接続して、羽根の端部を
さらに補強することができる。この補強により、羽根の
振動が防止される。入口側のフランジ１３’または出口
側のフランジ１４’は省略してもよい。
【００１３】図４は特別に設計された混合要素１２を有
する管部材１を示す。羽根５ａ、６、５ｂは浅いリング
７に固定され、またはこのようなリングに接続される。
このリング７は導管３のフランジ３１と入口側１３との
間に密着して、好ましくはシール７０（１つだけ示す）
と共に挿入される。リング７は溝（図示せず）に挿入さ
れ、この溝はフランジ３１の端面３１ａに浅い凹部を形
成する。
【００１４】本発明による管部材１を内部に設置する導
管は、設置する管部材１の上流および下流に配置される
部品３、４を含む。これらの部品３、４は、設置する管
部材１と同一またはほぼ同一の内径Ｄを有する。
【００１５】図５に示す概略図を参照して、図６に示す
測定結果に関し、いくつかのパラメータについて説明す
る。管壁１１は単独で、または下流導管４の一部と共
に、管全長１１４を有し、この管全長１１４の始端１６
はｘ＝０（静止混合要素１２の出口側）にあり、終端１
７はｘ＝Ｌ（管全長１１４の長さ）にある。添加剤分布
８の所定の均一性を得るために、商Ｌ／Ｄ（Ｄ＝管内
径）が、混合要素１２および送込み先端部２を備えた装
置の混合効果に依存する値を採用しなければならない。
添加剤分布８（図５の右側の図を参照）は、すべての経
路座標ｘについて濃度ｃ（ｙ，ｚ）（ここで座標ｘ、
ｙ、ｚは直交するシステムを形成する）によって示すこ
とができる。この濃度は幅Δｃの間隔の領域での平均値
ｃmによって変化する。ｘが大きくなるほど、Δｃは静
止ミキサの影響により小さくなる。実験的に求めること
のできる分布係数ＣｏＶは、比Δｃ／Ｃmの大きさであ
る（ここで、ＣｏＶ＝標準偏差÷Ｃm、ＣｏＶ2＝Σ（ｃ
i／ｃm−１）2／（ｎ−１）（ｎは測定値、ｃiは１）＝
１．．．ｎ）。この係数ＣｏＶが０．０５であれば、大
部分の応用についての添加剤の分布は十分に均一なもの
であると言うことができる。
【００１６】図６の表は、１：２０００（０．０５％）
の混合比を選択した３つの静止ミキサについての測定結
果を示す。長さ９の端部の２つの点（正方形）が、本発
明による管部材１についての測定値である。矢印９１
は、均一な添加剤分布に達する位置Ｌ／Ｄを指してお
り、ここでＬ／Ｄは約２．５となる。長さ範囲９’の対
応する測定値（円）は、１６個の送込み先端部を持つ環
状投与装置について求めたものである。ここではＬ／Ｄ
は約３．５（矢印９１’）であり、はるかに大きくなっ
ている。非常に単純な形状の、ＥＰ−Ａ−８００８５７
（＝Ｐ．６７３０）に記載された別の混合要素につい
て、長さ９”の測定値（ばつ印）が見られた。この混合
要素について、混合効果が同様に比較的良好であること
が期待された。しかし、ここでは、必要な混合長さ４が
実質的により長くなっている（矢印９１”参照）ことが
わかった。本発明による、種々の混合比を持つ管部材１
のさらなる測定値も、ほぼ同じ結果となった。例えば、
１：５（２０％）の混合比については、わずかに短い混
合長さＬが得られた。興味深いことに、他の公知の混合
装置について、混合比への顕著な依存性が生じた。しか
し、対応する混合長さは、本発明による装置の方が常に
はるかに短い。
【００１７】したがって、非常に単純な設計構成を有す
る本発明の管部材１には、予期せぬほど良好な混合効果
があり、良好な混合効果が期待された他のミキサに対し
て、実際に予期せぬほど良好であると言うことができ
る。
【００１８】本発明による管部材は、流体の低粘性添加
剤２０を主流１０’に混入させるのに適している。添加
剤の流れは、一般に主流よりも小さい。混合比を実際に
希望通りに小さく（例えば１：１００００）することも
できる。送込み先端部の径は各々の場合で調整する必要
がある。
【００１９】図７は、流量計算から得られた本発明によ
る管部材１の混合要素１２（壁１１）における流動比を
示す。流入する流体１０は対の羽根５により第３の羽根
６へ部分的に逸らされる。対の羽根５の狭窄部を通過す
る流体１０は、羽根５ａ、５ｂ、６の風下側に２つの相
反回転する渦１０ａ、１０ｂを形成する。急速に弱まる
小さい渦１０ｃ、１０ｄが、第３の羽根の基部でさらに
現れる。実験的に確認された優れた混合効果は、静止混
合要素により発生するこれらの流量比により生じる。対
の羽根５は、１８０゜よりも小さく、渦１０ａ、１０ｂ
の形成に有利な効果を及ぼす浅い角ψを形成する。
【００２０】図８は、矩形の横断面を有する本発明の３
本の管部材１が、共通の通路に平行に配置された装置を
示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による管部材を示す図である。
【図２】図１の管部材の横断面図である。
【図３】管部材の第２の実施形態を示す図である。
【図４】特別に設計された混合要素を有する管部材を示
す図である。
【図５】測定について説明する概略図である。
【図６】測定結果を示す表である。
【図７】本発明による管部材の静止ミキサにおける流れ
の関係を示す図である。
【図８】本発明による３本の管部材が平行に配置された
装置を示す図である。
【符号の説明】
１ 管部材 ２ 送込み先端部 ３ 上流導管 ５ 対の羽根 ５ａ、５ｂ 羽根 ６ 第３の羽根 １０ 流体 １０’ 流れ １１ 管壁 １２ 混合要素 １３ 入口側 １４ 出口側 １５ 中央面 ２０ 添加剤 ２１ ノズル通路 ３１ フランジ ３２ 孔 ５１ａ、５１ｂ 周縁部
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペーター マシス スイス国 ノイハオゼン インドゥストゥ リーシュトラーセ 43 (72)発明者 アルベルト ブライター スイス国 ヴィンタートゥール アイヒェ ンヴェク ７ Ｆターム(参考） 4G035 AB37 AC05 AE13

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 １つまたは複数の添加剤（２０）の送込
    み先端部（２）と、管壁（１１）と、静止混合要素（１
    ２）とを有する管部材（１）であって、送込み先端部は
    添加剤を流動する低粘性流体（１０）に導入するために
    設けられ、静止混合要素は対の羽根（５ａ、５ｂ）と第
    ３の羽根（６）とから構成され、流体の流れ（１０’）
    を逸らす狭窄部を形成する対の羽根（５）は、流れ方向
    に延びる中央面（１５）に関してほぼ鏡像対称に形成さ
    れ、第３の羽根は、対の羽根に対して交差して中央面の
    領域に位置するように配置され、管壁の基部から下流端
    へ延びる、流れに対する後側（６０）を有し、これによ
    り中央面に位置する角度（６１）を形成し、各送込み先
    端部が第３の羽根の後側に配置される管部材。
  2. 【請求項２】 各送込み先端部（２）が、接続部
    （２’）と、管壁（１１）を通る少なくとも１つのノズ
    ル通路（２１）、特に孔とを含むことを特徴とする、請
    求項１に記載の管部材。
  3. 【請求項３】 第３の羽根（６）の前記角度（６１）が
    ３０゜から６０゜であり、好ましくは４０゜から５０゜
    であることを特徴とする、請求項１または請求項２に記
    載の管部材。
  4. 【請求項４】 入口側（１３）が上流導管（３）に接続
    するように形成され、かつ／または出口側（１４）が下
    流導管（４）に接続するように形成されることを特徴と
    する、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載
    の管部材。
  5. 【請求項５】 静止ミキサ要素（１２）の羽根（５ａ、
    ５ｂ、６）が浅いリング（７）に接続され、このリング
    が導管（３）のフランジ（３１）と入口側（１３）との
    間に挿入されることを特徴とする、請求項３に記載の管
    部材。
  6. 【請求項６】 入口側（１３）は入口側のフランジ（１
    ３’）として形成され、かつ／または出口側（１４）は
    出口側のフランジ（１４’）として形成されることを特
    徴とする、請求項４または請求項５に記載の管部材。
  7. 【請求項７】 管壁（１１）は中間フランジ部材とし
    て、特に輪状円筒部材として形成され、上流導管（３）
    と下流導管（４）のフランジ（３１、４１）の間に締結
    することができ、２つのフランジが好ましくはねじによ
    り互いに接続可能であることを特徴とする、請求項４ま
    たは請求項５に記載の管部材。
  8. 【請求項８】 対（５）の羽根（５ａ、５ｂ）は、少な
    くともほぼ中央面（１５）において浅い角度で交差する
    ２つの面上に配置され、これらの羽根は、好ましくは周
    縁部（５１ａ、５１ｂ）が管壁（１１）に隙間なく接
    触、特に接続することを特徴とする、請求項１から請求
    項７までのいずれか一項に記載の管部材。
  9. 【請求項９】 請求項１から請求項７までのいずれか一
    項による管部材（１）を有する導管であって、長さＬが
    管部材の内径Ｄの１倍から５倍、好ましくは２倍から３
    倍の大きさである混合要素（１２）の出口側の後の下流
    に、管全長（１１４）があることを特徴とする導管。
  10. 【請求項１０】 流体の低粘性添加剤（２０）を主流
    （１０’）に混入させる、請求項１から請求項８までの
    いずれか一項に記載の管部材（１）の使用。
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