JP2006326498A

JP2006326498A - 静止混合機

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Publication number: JP2006326498A
Application number: JP2005154020A
Authority: JP
Inventors: Masaru Tsukada; 賢塚田
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-26
Filing date: 2005-05-26
Publication date: 2006-12-07

Abstract

【課題】気体と気体、気体と液体、気体と粉体等の流体同士の混合に際して、最低の圧力損失で攪拌混合可能な静止混合機を提供すること。
【解決手段】主流体流路となる流体配管１、２の途中に、該流体配管１、２の内径と同じ内径を有するリング状部材５を複数枚重ねて、該リング状部材５の内側に前記流体配管１、２内の流路と連通する混合部７を形成すると共に、該リング状部材５の外側を、該リング状部材５の外径よりも内径が大きい配管３で覆ってリング状部材５の外側に副流体室６を形成し、前記リング状部材５の外側を覆う配管３に前記副流体室６に連通する副流体導入口３ａを設けてなり、前記各リング状部材５には、その外周面から内周面に亘って複数の貫通孔５ａを有し、前記副流体室６内に圧入された副流体を該貫通孔５ａを通ってリング状部材５内側の混合部７に導入可能に構成してなることを特徴とする静止混合機。
【選択図】図１

Description

本発明は静止混合機に関し、詳しくは、気体と気体、気体と液体、気体と粉体等の流体同士の混合に際して、最低の圧力損失で攪拌混合可能な静止混合機に関する。

静止混合機は、通常、配管内部に混合要素を設け、該配管内を流れる流体に分割、反転、渦流作用を付与することで、攪拌のための動力を必要とせずに、気体と気体、気体と液体、気体と粉体等の流体同士の混合を促進する。このような静止混合機では、配管内部に設けた混合要素の流体に対する圧力損失が大きい程混合率が良いとされている。

本発明者は、従来よりこのような静止混合機について各種提案しており（特許文献１、２）、市場においていずれも高い評価を得ている。
特許第３１２７０９０号公報特許第３１２７１０６号公報

静止混合機の混合率を考慮すると、上記の通り圧力損失が大きい方が望まれる一方、流体の混合時に圧力損失が大きいと、流体を圧送しているポンプの能力に関係してくるため、特に既設配管に静止混合機を設けるような場合には、ポンプの能力アップが必要となってコストアップ要因となることから、圧力損失は少ないことが望ましいと考えられる。

そこで、本発明は、気体と気体、気体と液体、気体と粉体等の流体同士の混合に際して、最低の圧力損失で攪拌混合可能な静止混合機を提供することを課題とする。

本発明の他の課題は、以下の記載により明らかとなる。

上記課題は、以下の各発明によって解決される。

（請求項１）
主流体流路となる流体配管の途中に、該流体配管の内径と同じ内径を有するリング状部材を複数枚重ねて、該リング状部材の内側に前記流体配管内の流路と連通する混合部を形成すると共に、該リング状部材の外側を、該リング状部材の外径よりも内径が大きい配管で覆ってリング状部材の外側に副流体室を形成し、
前記リング状部材の外側を覆う配管に前記副流体室に連通する副流体導入口を設けてなり、
前記各リング状部材には、その外周面から内周面に亘って複数の貫通孔を有し、前記副流体室内に圧入された副流体を該貫通孔を通ってリング状部材内側の混合部に導入可能に構成してなることを特徴とする静止混合機。

（請求項２）
前記リング状部材の各貫通孔は、前記混合部内に副流体を、主流体の流路方向に対して斜め方向に導入するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の静止混合機。

（請求項３）
前記リング状部材の各貫通孔は、前記混合部内に副流体を、該リング状部材の径方向に対して斜め方向に導入するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の静止混合機。

（請求項４）
前記各リング状部材は、それぞれ交換可能に設けられていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の静止混合機。

（請求項５）
前記各リング状部材は、それぞれ該リング状部材の中心軸周りの取り付け角度を変更可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の静止混合機。

（請求項６）
前記リング状部材には、前記流体配管の内径と同じ内径を有するリング状部材であって、その外周面から内周面に亘って複数の貫通孔を有すると共に、該内周面から主流体の流路方向に沿って傾斜状に突設され、前記副流体室内に圧入された副流体を混合部内の中心軸付近まで導入可能なノズルを有する少なくとも１枚のノズル付きリング状部材が重ねられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の静止混合機。

請求項１記載の発明によれば、配管内部の流路には流体の圧力損失を生じるような構造物を何も設けることなく主流体と副流体とを攪拌混合することができるため、最低の圧力損失で主流体と副流体との攪拌混合を行うことができる。

請求項２記載の発明によれば、混合部内に吐出される副流体に主流体の流路方向に対して傾斜する方向の偏向流を与えることができるため、主流体との攪拌混合効率を高めることができる。

請求項３記載の発明によれば、混合部内に吐出される副流体に渦流状の偏向流を与えることができるため、主流体との攪拌混合効率を高めることができる。

請求項４記載の発明によれば、リング状部材の増減、調整、洗浄等が容易に可能である。

請求項５記載の発明によれば、混合部内への副流体の吹き出し位置を各リング状部材で変化させることができる。

請求項６記載の発明によれば、ノズル付きリング状部材の各ノズルが流体を分割する作用をなし、より一層効率のよい攪拌混合を行うことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

図１は、本発明に係る静止混合機の断面図、図２は、図１の(II)-(II)線に沿う断面図である。

図１において、１００は静止混合機、１は第１流体配管、２は第２流体配管、３は外套管であり、静止混合機１００は、第１流体配管１に設けられたフランジ１ｂと第２流体配管２に設けられたフランジ２ｂとの間で、ボルト、ナットからなる締結部材４によって外套管３をガスケット３ｂ、３ｂを介して液密及び気密状に挟着している。

第１流体配管１と第２流体配管２のそれぞれの内径は同径であり、外套管３の内径は、第１流体配管１と第２流体配管２の内径よりも大径とされ、その内部にはフランジ１ｂとフランジ２ｂとの間に複数枚のリング状部材５が重ねられ、各フランジ１ｂ、２ｂによって挟着されている。外套管３には、その管壁の一部に副流体を管内部に導入するための副流体導入口３ａが設けられている。

リング状部材５は、外径が外套管３の内径よりも小径であり、且つ、内径が第１流体配管１及び第２流体配管２の内径と同径に形成されている。これにより、外套管３の内側と各リング状部材５の外側との間には、副流体導入口３ａから外套管３内に導入された副流体の流路となる副流体室６が形成されると共に、各リング状部材５の内側には、第１流体配管１の主流体導入口１ａから導入された主流体が流路方向Ａに沿って第２流体配管２の流出口２ａへと至る直管状の流路が形成される。この各リング状部材５の内側の流路は、後述する主流体と副流体とを攪拌混合するための混合部７とされる。従って、混合部７の長さはリング状部材５の枚数によって規定される。

なお、図１において、１ｃ、２ｃは静止混合機１００を既設配管等に取り付けるためのフランジ、１ｄは第１流体配管１の流路内に、流路方向Ａと直交する方向から流体を導入するための導入口である。この導入口１ｄは必要に応じて設けることができる。

リング状部材５の構成について図３、図４を用いて更に説明する。図３は１枚のリング状部材５を示す平面図、図４は図３の(IV)-(IV)線に沿う断面図である。

リング状部材５には、その外周面から内周面にかけて貫通する貫通孔５ａが複数形成されている。各貫通孔５ａは、リング状部材５の外側の副流体室６内の副流体を導入し、リング状部材５の内側の混合部７内に向けて主流体の流路方向Ａと交叉するように吐出するための副流体吐出流路となるものであり、図示例では、９０°の角度で均等に配置された４つの貫通孔５ａが設けられているが、その数は特に限定されない。

貫通孔５ａは、リング状部材５の外周面から中心軸Ｏ方向に向けて延び、その内周面側は、図３に示すように、平面視で中心軸Ｏ方向に向かう径方向ａに対して角度αだけ傾斜しており、本発明において好ましい態様を示している。各貫通孔５ａは全て同じ角度αで径方向ａに対して同一方向に傾斜しており、図示例では、平面視時計方向に傾斜しているが、その向きは特に問わない。各貫通孔５ａがこのように平面視で径方向ａに対して角度αだけ同一方向に傾斜していることで、副流体がこれら貫通孔５ａを通って副流体室６から混合部７内に吐出される際、吐出される副流体に渦流状の偏向流を与えることができ、第１流体配管１の主流体導入口１ａから導入された主流体との攪拌混合効率を高めることができる。

この傾斜角度αは１０〜５０°が好ましく、より好ましくは２０〜４０°、最も好ましくは３０°とすることである。

また、貫通孔５ａは、リング状部材５の外周面から中心軸Ｏ方向に向けて延び、その内周面側は、図４に示すように、中心軸Ｏに向かう径方向ｂに対して角度βだけ傾斜しており、本発明において好ましい態様を示している。各貫通孔５ａは全て同じ角度βで径方向ｂ対して同一方向に傾斜しており、図示例では、図４上で上方向に傾斜しているが、その向きは特に問わない。各貫通孔５ａがこのように径方向ｂに対して角度βだけ同一方向に傾斜していることで、副流体がこれら貫通孔５ａを通って副流体室６から混合部７内に吐出される際、吐出される副流体に流路方向Ａに対して傾斜する方向の偏向流を与えることができ、第１流体配管１の主流体導入口１ａから導入された主流体との攪拌混合効率を高めることができる。

この傾斜角度βは１０〜５０°が好ましく、より好ましくは２０〜４０°、最も好ましくは３０°とすることである。

リング状部材５においては、貫通孔５ａの角度α及び角度βの双方の傾斜を有していることが最も好ましいが、いずれか一方の傾斜のみであってもよい。

図１に示す例では、各リング状部材５は、各貫通孔５ａが全て図示上方向に傾斜するように重ね合わせており、主流体導入口１ａから導入される主流体の流路方向Ａと斜めから対向するように副流体を吐出するようになっている。

リング状部材５には、表裏両面にそれぞれＯリング５ｂ、５ｂが設けられており、互いに重ね合わされた際の各リング状部材５間を液密及び気密状とする。両面の各Ｏリング５ｂ、５ｂは、それぞれ径が大小異なっており、各リング状部材５同士を同一向きに重ねた際に、隣接するリング状部材５間に大小２つのＯリング５ｂ、５ｂによる二重の密閉部が形成されるようになっている。

リング状部材５の外周面には、図３に示すように、凹溝５ｃがリング状部材５の中心軸Ｏに沿うように直線状に凹設されている。図示例では１２０°の角度で均等に配置された３つの凹溝５ｃが設けられているが、その数は２つ以上であれば特に問わない。但し、各凹溝５ｃは均等角度で配置されていることが好ましい。

リング状部材５は、図１、図２に示すようにフランジ１ｂとフランジ２ｂとの間で複数枚重ね合わせられた際、各リング状部材５間の凹溝５ｃを一直線上に並ぶように位置合わせし、フランジ１ｂ、２ｂ間に亘って各凹溝５ｃに丸棒８をそれぞれ係合させることで、各リング状部材５は第１流体配管１、第２流体配管２と同心状となるように位置決めされると共に、その中心軸Ｏ周りの回転防止が図られるようになっている。

静止混合機１００は、第１流体配管１のフランジ１ｂと第２流体配管２のフランジ２ｂとの間に複数枚のリング状部材５が重ね合わされ、その外側を外套管３によって覆われた状態で挟着されることで、主流体導入口１ａから混合部７を通って排出口２ａへと至る直管状の流路が形成される。

次に、このような静止混合機１００における主流体と副流体との攪拌混合作用について、図５を参照しつつ説明する。

第１流体配管１の主流体導入口１ａから導入された主流体Ｆ１は流路方向Ａに沿って混合部７に流入される。一方、副流体Ｆ２は、図示しないポンプ、コンプレッサー等の圧送手段によって、外套管３の副流体導入口３ａから副流体室６内に圧入される。副流体室６内に圧入された副流体Ｆ２は、各リング状部材５の貫通孔５ａを通ってその内側の混合部７内に流入される。

このとき、副流体は、副流体室６から混合部７内に臨んで開口する各貫通孔５ａから、主流体Ｆ１の流路方向Ａと交叉する方向から混合部７内に流入されるため、主流体Ｆ１と副流体Ｆ２とは衝突し合い、反転し、渦流ｆとなって互いに攪拌混合され、混合流体Ｆ３とされる。

この静止混合機１００によれば、混合部７を形成するリング状部材５の内径が、第１流体配管１及び第２流体配管２の内径と同径であり、それらが同心状に設けられ、内部の流路は流体の圧力損失を生じるような構造物が何も設けられていない直管状であるため、最低の圧力損失で主流体Ｆ１と副流体Ｆ２とを攪拌混合することが可能となる。

特に、図１、図５に示すように、各リング状部材５の各貫通孔５ａが、主流体Ｆ１の流路方向Ａと斜め方向Ｂから対向するように副流体Ｆ２を吐出するようになっていると、混合部７内において主流体Ｆ１と副流体Ｆ２とが激しく衝突し合うことにより、大きな反転、渦流作用を付与することができるため、攪拌混合効率をより高めることができる。

リング状部材５は、フランジ１ｂ、２ｂを取り外すことによって容易に取り外し及び交換が可能である。これによってリング状部材５の調整、洗浄等が容易に可能である。

また、図１に示す例では７枚のリング状部材５を重ね合わせているが、混合部７はリング状部材５の枚数によって規定されるため、静止混合機１００は、リング状部材５の枚数を攪拌混合される流体の種類や混合率に応じて適宜増減することで、仕様変更が容易に可能である。更に、１枚のリング状部材５において複数の凹溝５ｃを等角度となるように配置させておけば、複数のリング状部材５の各々をその中心軸Ｏ周りに角度差をつけて配置することで、隣接するリング状部材５相互間の各貫通孔５ａの位置をずらし、混合部７内に圧入される副流体Ｆ２の吹き出し位置を変化させることも可能である。すなわち、リング状部材５の枚数、配置を攪拌混合する流体に応じて適宜変更することで、最も適した条件に設定することが容易に可能である。

もちろん、各リング状部材５は、その表裏を変えて重ね合わせるようにすることもできる。図１、図４に示すリング状部材５のように、貫通孔５ａが角度βで同一方向に傾斜しているものでは、そのうちの一部のリング状部材５を表裏反転させて貫通孔５ａの向きを反転させることで、混合部７に圧入される副流体同士の衝突作用によって、主流体との反転、渦流作用の促進化を図り得るようにすることもできる。

静止混合機１００において、主流体は主流体導入口１ａから導入するものに限らず、第１流体配管１の管壁に設けられた導入口１ｄから導入することもできる。また、攪拌混合される流体は２流体に限らず、主流体導入口１ａに加えて導入口１ｄを利用することで更に付加させることもできる。更に、第１流体配管１の管壁に設けられる導入口１ｄの数及び／又は外套管３の管壁に設けられる導入口３ａの数を更に増加させることで、攪拌混合される流体の数を増加させることもできる。

図６〜図８は、静止混合機の別の態様を示している。図１〜図４と同一符号の部位は同一構成の部位を示しているので、それらの説明は上記記載を援用し、ここでは省略する。

図６は別の態様に係る静止混合機の断面図である。この静止混合機２００は、混合部７を形成するリング状部材５に、ノズル付きリング状部材５０を付加的に用いている点で、上記した静止混合機１００と相違している。

ノズル付きリング状部材５０の構成について図７、図８を用いて更に説明する。図７は１枚のノズル付きリング状部材５０を示す平面図、図８は図７の(VIII)-(VIII)線に沿う断面図である。

ノズル付きリング状部材５０は、その外径及び内径がノズル部材５と同一形状であり、リング状部材５と同様、その表裏両面にはそれぞれＯリング５ｂ、５ｂが設けられていると共に、その外周面には複数の凹溝５ｃが凹設されている。

ノズル付きリング状部材５０には、その外周面から内周面にかけて貫通する貫通孔５０ａが複数形成されている。図示例では、１２０°の角度で均等に配置された３つの貫通孔５０ａが設けられているが、その数は特に限定されない。

各貫通孔５０ａの内周面側の開口には、該貫通孔５０ａに連通するノズル５１がそれぞれ設けられている。各ノズル５１は、図７に示すように、平面視で中心軸Ｏ方向に向かって延びており、その先端のノズル出口５１ａは中心軸Ｏの周囲に配置されている。また、各ノズル５１は、図８に示すように、ノズル付きリング状部材５０の内周面から中心軸Ｏに向かう径方向ｂに対して角度γだけ同一方向に傾斜している。これにより、副流体室６内の副流体は、このノズル付きリング状部材５０の外側から貫通孔５０ａを通り、更にノズル５１内を通ってノズル出口５１ａから混合部７内の中心軸Ｏ付近に吐出されるようになっている。この傾斜角度γは３０〜６０°が好ましく、より好ましくは４０〜５０°、最も好ましくは４５°とすることである。

このようなノズル付きリング状部材５０は、図６に示すように、リング状部材５と共に重ね合わされてフランジ１ｂ、２ｂ間に挟着されることで、リング状部材５と一体となって内側に混合部７を形成する。ノズル付きリング状部材５０の使用枚数は図６では３枚となっているが、特に問わない。各ノズル付きリング状部材５０は、ノズル５１の傾斜方向が図示下向きとなり、混合部７内に、主流体の流路方向Ａに沿うように斜め方向Ｃに副流体を吐出するように配置される。

これにより、静止混合機２００は、上記した静止混合機１００の反転、渦流作用に加えて、ノズル付きリング状部材５０の各ノズル５１が流体を分割する作用をなし、より一層効率のよい攪拌混合を行うことができる。このとき、各ノズル５１は流路方向Ａに対して順方向に傾斜しているため、攪拌混合に際して大きな圧力損失を伴うことはない。複数のノズル付きリング状部材５０を用いる場合でも、隣接するノズル付きリング状部材５０の各ノズル５１の位置を流路方向Ａに沿って合わせるようにすれば、圧力損失を最小にすることができる。

以上説明した静止混合機１００、２００は、フランジ１ｃ、２ｃを用いて既設配管等に接続するものに限らず、図示しないが、主流体導入口１ａ、流出口２ａの外周又は内周に螺合溝を設け、この螺合溝によって接続するようにしてもよい。

また、フランジ１ｂ、２ｂ間で外套管３及びリング状部材５（ノズル付きリング状部材５０）を挟着する締結部材４は、各リング状部材５（ノズル付きリング状部材５０）の位置決め及び回転防止を図るための丸棒８を兼用してもよい。

本発明において攪拌混合される主流体と副流体は、気体（ガス体を含む）、液体のいずれでもよく、従って、静止混合機１００、２００では、気体（主流体）と気体（副流体）、気体（主流体）と液体（副流体）、液体（主流体）と気体（副流体）、液体（主流体）と液体（副流体）の攪拌混合を行うことができる。その他、主流体を粉体、副流体を気体とし、静止混合機１００、２００において粉体と気体との攪拌混合を行う場合にも用いることができる。

本発明に係る静止混合機の断面図図１の(II)-(II)線に沿う断面図１枚のリング状部材を示す平面図図３の(IV)-(IV)線に沿う断面図主流体と副流体との攪拌混合作用を説明する図別の態様に係る静止混合機の断面図１枚のノズル付きリング状部材を示す平面図図７の(VIII)-(VIII)線に沿う断面図

符号の説明

１：第１流体配管
１ａ：主流体導入口
１ｂ、１ｃ：フランジ
１ｄ：導入口
２：第２流体配管
２ａ：流出口
２ｂ、２ｃ：フランジ
３：外套管
３ａ：副流体導入口
３ｂ：ガスケット
４：締結部材
５：リング状部材
５ａ：貫通孔
５ｂ：Ｏリング
５ｃ：凹溝
６：副流体室
７：混合部
８：丸棒
５０：ノズル付きリング状部材
５０ａ：貫通孔
５１：ノズル
５１ａ：ノズル出口

Claims

主流体流路となる流体配管の途中に、該流体配管の内径と同じ内径を有するリング状部材を複数枚重ねて、該リング状部材の内側に前記流体配管内の流路と連通する混合部を形成すると共に、該リング状部材の外側を、該リング状部材の外径よりも内径が大きい配管で覆ってリング状部材の外側に副流体室を形成し、
前記リング状部材の外側を覆う配管に前記副流体室に連通する副流体導入口を設けてなり、
前記各リング状部材には、その外周面から内周面に亘って複数の貫通孔を有し、前記副流体室内に圧入された副流体を該貫通孔を通ってリング状部材内側の混合部に導入可能に構成してなることを特徴とする静止混合機。
前記リング状部材の各貫通孔は、前記混合部内に副流体を、主流体の流路方向に対して斜め方向に導入するように設けられていることを特徴とする請求項１記載の静止混合機。
前記リング状部材の各貫通孔は、前記混合部内に副流体を、該リング状部材の径方向に対して斜め方向に導入するように設けられていることを特徴とする請求項１又は２記載の静止混合機。
前記各リング状部材は、それぞれ交換可能に設けられていることを特徴とする請求項１、２又は３記載の静止混合機。
前記各リング状部材は、それぞれ該リング状部材の中心軸周りの取り付け角度を変更可能に設けられていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の静止混合機。
前記リング状部材には、前記流体配管の内径と同じ内径を有するリング状部材であって、その外周面から内周面に亘って複数の貫通孔を有すると共に、該内周面から主流体の流路方向に沿って傾斜状に突設され、前記副流体室内に圧入された副流体を混合部内の中心軸付近まで導入可能なノズルを有する少なくとも１枚のノズル付きリング状部材が重ねられていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の静止混合機。