JP2005532900A - 交差エレメントアセンブリとその製造方法 - Google Patents

Abstract

静的ミキサ（１０）が、第一グリッド（１４）及び第二グリッド（１４）と、少なくとも一つの細長いコネクタ（１８）とを具備しており、該第一グリッド（１４）が一つ以上の交差エレメント（１６）と、一つ以上のスロットとを備えていて、該第二グリッド（１４）が一つ以上の交差エレメント（１６）と、一つ以上のスロットとを備えている。該第一グリッド（１４）の該交差エレメント（１６）が該第二グリッド（１４）の該交差エレメント（１６）と所定の交角で配列されている。該少なくとも一つの細長いコネクタ（１８）は、該第一グリッド（１４）の該交差エレメント（１６）と該第二グリッド（１４）の該交差エレメント（１６）との間に位置決めされ、かつ該第一グリッド（１４）の該交差エレメント（１６）と該第二グリッド（１４）の該交差エレメント（１６）とに取り付けられている。該グリッドは、一方の該グリッドの該交差エレメント各々が他方の該グリッドのスロットと交差するように配列されている。

Description

本発明は、混合エレメントとその製造方法、特に静的ミキサ及び熱交換器とに見られるような交差エレメントのアセンブリとその製造方法に関する。

静的混合エレメントはチューブ又は流体流れの管路に設置されていて、管路内を流れる一つ以上の流体流れを混合するようになっており、あるいは製品流体流れの均一な混合と、製品流体流れ及びサービス流体の間の熱交換とを行なうようになっている。なお、上記サービス流体は壁面により製品流体流れと隔離されていて、並流あるいは向流で流れている。流体流れは、溶融ポリマ、層流状態の高粘度流体及び乱流状態の低粘度液体又は気体とを含んでいる。これらの静的混合エレメントは、通常可動部品を有しておらず、かつ流体流れの半径方向の移動により機能し、流体流れを複数の部分的な流れに分流し、その流れは、断面における流体流れの成分、温度あるいは他の特性の相違を低減するために、再合流される。ＳＭＸ，ＳＭＸＬ，ＳＭＶ及びＳＭＲミキサとして一般的に公知なタイプの静的混合エレメントにおいて、交差エレメントで構成された二つ以上のグリッドがお互いに対して所定の交角で、そして管路の長手軸に対して所定角度で配列されている。ＳＭＶミキサの場合波形板であり、ＳＭＸ及びＳＭＸＬミキサの場合バーであり、そしてＳＭＲミキサの場合ロッド又はチューブである交差エレメントは、各グリッド内で離間しており、そして対になっているグリッドからの交差エレメントは間隔をおいて挿入されている。すぐれた混合を達成するために、交差エレメントは、隣接した交差エレメント間においてギャップ無し又は僅かなギャップであるように、通常お互いに接近して配列されている。

前述したような静的ミキサは、サービス流体と、管路の壁面によりサービス流体から隔離された製品流体との間の熱伝達を強化するためによく使用される。ＳＭＶ，ＳＭＸ及びＳＭＸＬタイプのミキサの場合、交差エレメントはジャケットパイプの中に又は多管式熱交換器のチューブの内部に挿入されている。サービス流体がジャケット又はシェルの外側を流れ、パイプ又はチューブの内側を流れる製品流体流れとの混合あるいは熱交換が交差エレメントにより強化される。ＳＭＲミキサの場合、交差エレメントにおけるバーは複数の平行なチューブガイドに配列されたチューブで置きかえられている。サービス流体がチューブ内側を流れ、製品流体はチューブ外側を流れそして混合されていて、同時にサービス流体との熱交換も行なわれる。

前述の交差エレメントのグリッドを使用した静的ミキサにおける一つの問題は、ミキサを通過して流れるポリマのような粘性流体により発生する圧力降下に対して十分な強度で作ることが困難なことである。交差エレメントは管路に取りつけねばならず、そして管路に取り付けたこれらの交差エレメントは他の交差エレメントに作用するストレスに耐えなければならない。ファイバー冷却器のような多くの用途において、ＳＭＲのチューブはさらに高い外圧に耐えねばならない。

これらのストレスに耐えるために交差エレメントは、交点において溶接されているような、厚い材料及び補強部品とを含んでいる凹凸構造体としなければならない。ＳＭＲタイプのミキサの場合、各チューブ列における隣接したチューブループ間にタブを溶接することは公知である。タブは通常チューブの肉厚と同一であって三列のタブが各チューブ列に取りつけられている。一般的なＳＭＲの管束は８列から４０列以上のチューブ列から構成されていて、その結果２，０００以上のタブが必要とされる。これらのタブをチューブに溶接あるいは取り付ける作業は著しく労働力を要し管束のコストを引き上げることが理解されるであろう。

従って前述の交差エレメントを補強するすぐれた方法を開発する必要がある。

一つの実施形態において、本発明は第一グリッド及び第二グリッドを具備する静的ミキサを提供していて：該第一グリッドが一つ以上の交差エレメントと、該交差エレメント各々に隣接した一つ以上のスロットとを備えていて、該第二グリッドが一つ以上の交差エレメントと、該交差エレメント各々に隣接した一つ以上のスロットとを備えている。該第一グリッドの該交差エレメントが該第二グリッドの該交差エレメントと所定の交角で配列されている。該少なくとも一つの細長いコネクタは、該第一グリッドの該交差エレメントと該第二グリッドの該交差エレメントとの間に位置決めされ、かつ該第一グリッドの該交差エレメントと該第二グリッドの該交差エレメントとに取り付けられている。該グリッドは、一方のグリッドの交差エレメント各々が他方のグリンドのスロットと交差するように配列されている。

他の実施形態において、本発明は前述の静的ミキサの製造方法を提供している。さらに本発明は静的ミキサアセンブリも提供している。

本明細書の一部を構成している添付図面において、同一符号は同一部品を表わしている。

詳細な図面における本発明が意図している静的ミキサ（static mixer）１０は、管路１２を流れる一つ以上の流体の成分、温度又は他の特性の管路断面における相違を均一なものにさもなければ低減するために、配管又は完全若しくは部分的に囲われた流体管路１２の内部に設置して使用されるものである。静的ミキサ１０は、製品流体流れとサービス流体との間における熱交換を行なうために使用することもできて、そのサービス流体は、壁面により製品流体流れから隔離されて向流又は並流で流れている。ＳＭＸタイプの静的ミキサ１０を図１に図示し、ＳＭＲタイプの静的ミキサの一部を図２−３に図示してある。

静的ミキサ１０は、交差エレメント１６で構成される二つ以上のグリッド１４と、交差エレメント１６各々に隣接したスロットとを備えている。交差エレメント１６はお互いに対して交差する角度で、かつ流体管路１２の長手軸に対して傾斜角度で配列されている。例えば、６０°と９０°との交差角度及び３０°と４５°との傾斜角度が使用されてもよい。グリッドは、一つのグリッドの交差エレメント各々が他のグリッドにおけるスロットと交差するように配列されている。各グリッド１４における交差エレメント１６は、必ずしも必要ではないが、好ましくはお互いに平行に延伸しかつ共通平面に位置している。交差エレメント１６は、ＳＭＶタイプの静的ミキサ１０の場合は波形板の形状であってもよくて、図１に示めすＳＭＸタイプの静的ミキサ１０の場合はバーの形状であってもよくて、さらに図２−３に示めすＳＭＲタイプの静的ミキサ１０の場合はチューブの形状であってもよい。管路１２を流れる流体流れの分離と再合流とをもたらすべく作用する、プレート、ロッド及び他の構造体が交差エレメント１６として使用されてもよい。チューブの場合、一つ以上の流体流れがチューブ内側を流れ、チューブの外側を流れる流体流れと熱交換するようになっている。例示ＳＭＸタイプ及びＳＭＲタイプの静的ミキサに加えて、本発明は、一般的にＳＭＸＬの名称で公知な静的ミキサ及び傾斜したいずれの形状の交差エレメントを有しているどのようなタイプのミキサにも適用可能である。

本発明において、細長いコネクタ１８が、対になったグリッド１４からの隣接した交差エレメント１６の間に配列されかつそれらに取り付けられている。複数の対になったグリッド１４が使用される場合、コネクタ１８は、好ましくは静的ミキサ１０縦断面全長に沿って連続的に延伸し、そして複数のグリッド１４各々における隣接した交差エレメント１６と一体に接続されている。コネクタ１８は、好ましくは図４−６Ｃに図示するようにフラットバーであるけれども、ロッドあるいは他の構造体であってもよい。コネクタ１８は、交差エレメント１６を接続するのに必要とされる剛性と成分との材料で作られている。例えば、交差エレメント１６が金属製の場合、コネクタ１８は好ましくは適合性のある金属である。交差エレメント１６が高分子構造体あるいはセラミックの構造体である場合、コネクタ１８は好ましくは同様の構造体である。

コネクタ１８は、好ましくは交差エレメント１６の交点の少なくともいくつかに沿って交差エレメント１６と交差するように配列されている。平行に延伸しかつお互いに離間している複数のコネクタ１８が使用されてもよい。

コネクタ１８は、隣接する交差エレメント１６間の流体抵抗を最小とするために比較的薄い構造体とすべきである。しかしながら、好ましくはコネクタ１８は強度を保つためにより厚い材料で作られ、かつ交差エレメント１６とコネクタ１８との接触線に沿って配列された横断溝２０を含んでいる。コネクタ１８の一方の面における溝２０はお互いに平行に、かつコネクタ１８の反対の面に形成された溝２０に対して所定角度で延在している。溝２０との交点におけるコネクタ１８の厚みは、もしあるとしても、好ましくは非常に薄いかゼロである。従って溝２０は隣接した交差エレメント１６間のスペースを低減するようになっており、一方で交差エレメント１６を一体に保持するためのより広い接着面と機械式継手とを提供することにより、交差エレメント１６とコネクタ１８との取りつけを容易なものにしている。コネクタ１８の製作中、例えばコネクタ１８の成形あるいは射出成形中にコネクタ１８から材料を取りはずせるように即ち溝を形成することができるように、溝２０はいずれの適切な形状で作られてもよい。

一例として、コネクタ１８がＳＭＲタイプの静的ミキサ１０に見られるような管状交差エレメント１６に使用される場合、コネクタ１８は３０mmの幅で５０mmの厚みであって、管状交差エレメント１６を相補的に受容する形状となっている。従って、もし交差エレメント１６におけるチューブが１３．５mmの直径の場合、溝２０はチューブ径が約１４mmに一致する半円状である。この半円状の溝２０の深さは、交差エレメント１６間のゼロギャップを可能にするために好ましくは２．５−３mmであるけれど、交差エレメント１６間の離間最小距離を可能にするより小さな寸法でもある。

交差エレメント１６は、溶接、ろう付け、接着又は階段状あるいは連続的な適切な他の方法によりコネクタ１８に固定されている。例えば、コネクタ１８は図７に図示するような把持方法により又はタグ溶接により、隣接する交差エレメント１６と最初に接続されてもよい。二層以上の交差エレメント１６の構造体がこのようにして固定された後に、溝２０はペースト状あるいはシート状のニッケル真鍮のようなろう付け材料により充填される。続いて全体アセンブリを熱処理用真空炉に入れて１０５０℃のような適切な温度でろう付けする。代りに、全体溶接、部分溶接、接着又は他の取りつけ方法と同様に他のろう付け方法が使われてもよい。

交差エレメント１６周囲を流れる流体流れの圧力降下によりもたらされる交差エレメント１６各々に作用する荷重は、従来形構造でタブを用いた補強の場合と同じく次の交差エレメント１６というよりはむしろコネクタ１８へ伝達される。サンプル試験は以下のことを示めしていて；コネクタ１８が、３０mmの幅で５mmの厚みであって、かつ前述のろう付け方法で取り付けられている場合、管状交差エレメント１６は少なくとも３０kNの荷重に耐えることができる。この強度は、各グリッドにおける１５本の傾斜チューブを備えた２０個のチューブグリッドで作られた静的ミキサにおける２０−４０barの圧力降下による０．５−１kNの荷重を大幅に上廻っている。

コネクタ１８は、入口フランジ又は出口フランジ又はボデーに取り付けることにより、全体アセンブリ用のサポート構造体として使用することもでき、従って管束あるいは混合要素間の高価なサポートの必要性を排除している。

図１Ａは、本発明におけるＳＭＸタイプの静的ミキサの平面図である。 図１Ｂは、本発明におけるＳＭＸタイプの静的ミキサの側面図である。 図２は、本発明におけるＳＭＲタイプの静的ミキサの側面図である。 図３は、図２におけるＳＭＲタイプの静的ミキサの分解拡大側面図である。 図４は、本発明におけるコネクタの図面である。 図５Ａは、本発明におけるコネクタの図面である。 図５Ｂは、本発明におけるコネクタの図面である。 図６Ａは、図５Ａにおける矢視６Ａ−６Ａから見たコネクタの側面図である。 図６Ｂは、図５Ｂにおける矢視６Ｂ−６Ｂから見たコネクタの側面図である。 図６Ｃは、図３における矢視６Ｃ−６Ｃから見たコネクタとコネクタエレメントとの側面図である。 図７は、本発明による製作方法における隣接したチューブ列の把持方法を説明している側面図である。

Claims (25)

1. 第一グリッド及び第二グリッドと、少なくとも一つの細長いコネクタとを具備する静的ミキサにおいて：
   該第一グリッドが一つ以上の交差エレメントと、該交差エレメント各々に隣接した一つ以上のスロットとを備えていて、該第二グリッドが一つ以上の交差エレメントと、該交差エレメント各々に隣接した一つ以上のスロットとを備えており、該第一グリッドの該交差エレメントが該第二グリッドの該交差エレメントと所定の交角で配列されていて；
   該少なくとも一つの細長いコネクタは、該第一グリッドの該交差エレメントと該第二グリッドの該交差エレメントとの間に位置決めされ、かつ該第一グリッドの該交差エレメントと該第二グリッドの該交差エレメントとに取り付けられている；
   静的ミキサ。
2. 該グリッドは、一方の該グリッドの該交差エレメント各々が他方の該グリッドのスロットと交差するように配列されている、請求項１に記載の静的ミキサ。
3. 該第一グリッドの該交差エレメントはお互いにほぼ平行である、請求項２に記載の静的ミキサ。
4. 該第一グリッドの該交差エレメントは共通平面に位置している、請求項３に記載の静的ミキサ。
5. 該第二グリッドの該交差エレメントはお互いにほぼ平行である、請求項４に記載の静的ミキサ。
6. 該第二グリッドの該交差エレメントは共通平面に位置している、請求項５に記載の静的ミキサ。
7. 該交差エレメントは波形板及びチューブとの一方である、請求項１に記載の静的ミキサ。
8. 該静的ミキサが二つより多いグリッドを備えている、請求項１に記載の静的ミキサ。
9. 該グリッド各々が交差エレメントを備えている、請求項８に記載の静的ミキサ。
10. 各々の該グリッドにおける該交差エレメントがお互いに所定の交角で配列されている、請求項９に記載の静的ミキサ。
11. 該コネクタが各々の該グリッドの該交差エレメントの間に位置決めされている、請求項１０に記載の静的ミキサ。
12. 該交差エレメントが金属製構造体、高分子製構造体、セラミック構造体及びそれらの組合せ構造体との一つからなる、請求項１に記載の静的ミキサ。
13. 該コネクタが該静的ミキサの縦断面全長に沿って連続的に延在している、請求項１に記載の静的ミキサ。
14. 該細長いコネクタが、該交差エレメントの交点の少なくともいくつかの交点に沿って該交差エレメントと交差するように位置決めされている、請求項１に記載の静的ミキサ。
15. 該コネクタが、該交差エレメントと該コネクタとの接触線に沿って位置決めされた横断する溝を有していて、該溝は、該交差エレメントを一体に保持するためのより広い接着面及び機械式継手とを提供している、請求項１に記載の静的ミキサ。
16. 該溝は、該コネクタの第一面に設置されていて、かつ該第一グリッドの該交差エレメントに対して広がっており、そして該溝は、該コネクタの第二面に設置されていて、かつ該第二グリッドの該交差エレメントに対して広がっている、請求項１５に記載の静的ミキサ。
17. 該交差エレメントは、溶接、ろう付け、接着及びそれらの組合せとの一つにより該コネクタに取り付けられている、請求項１に記載の静的ミキサ。
18. 静的ミキサの製造方法が：
    （ａ）少なくとも二つのグリッドを準備する段階と；
    （ｂ）第一グリッドにおいて、一つ以上の交差エレメントと、交差エレメント各々に隣接した一つ以上のスロットとを位置決めする段階と；
    （ｃ）第二グリッドにおいて、一つ以上の交差エレメントと、交差エレメント各々に隣接した一つ以上のスロットとを位置決めする段階と；
    （ｄ）該第一グリッドの該交差エレメントを所定の交角で該第二グリッドの該交差エレメントと配列する段階と；
    （ｅ）少なくとも一つのコネクタを、該第一グリッドの該交差エレメントと該第二グリッドの該交差エレメントとの間に位置決めする段階と；
    （ｆ）該コネクタを該交差エレメントに取り付ける段階と；
    を含む静的ミキサの製造方法。
19. 一方のグリッドの交差エレメント各々が他方のグリッドのスロットと交差するように該グリッドを配列する段階をさらに含んでいる、請求項１８に記載の製造方法。
20. 二つより多いグリッドを準備する段階をさらに含んでいる、請求項１９に記載の製造方法。
21. グリッド各々において、一つ以上に交差エレメントを位置決めする段階をさらに含んでいる、請求項２０に記載の製造方法。
22. グリッド各々の該交差エレメントをお互いに対して所定角度で配列する段階をさらに含んでいる、請求項２１に記載の製造方法。
23. 該コネクタをグリッド各々の該交差エレメントの間に位置決めする段階をさらに含んでいる、請求項２２に記載の製造方法。
24. ほぼリング状の流体流れの管路と、一つ以上の静的ミキサとを具備する静的ミキサアセンブリにおいて：
    該管路は中心軸と、半径方向に離間し円周方向に延在する外表面及び内表面とを有していて、該内表面が該中心軸に沿って延伸する流体の流路を形成していて；
    該一つ以上の静的ミキサは該流路内に設置されていて、静的ミキサ各々が、第一グリッド及び第二グリッドと、少なくとも一つの細長いコネクタとを具備しており；該第一グリッドが一つ以上の交差エレメントと、該交差エレメント各々に隣接した一つ以上のスロットとを備えていて、該第二グリッドが一つ以上の交差エレメントと、該交差エレメント各々に隣接した一つ以上のスロットとを備えており、該第一グリッドの該交差エレメントが該第二グリッドの該交差エレメントと所定の交角で配列されていて；該少なくとも一つの細長いコネクタは、該第一グリッドの該交差エレメントと該第二グリッドの該交差エレメントとの間に位置決めされ、かつ該第一グリッドの該交差エレメントと該第二グリッドの該交差エレメントとに取り付けられている；
    静的ミキサアセンブリ。
25. 該グリッドは、一方の該グリッドの交差エレメント各々が他方の該グリッドのスロットと交差するように配列されている、請求項２４に記載の静的ミキサアセンブリ。

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