JP2009279506A - スタティックミキサーエレメント並びにそれを用いたスタティックミキサー及びバルブ並びに流体混合装置 - Google Patents

Abstract

【課題】流体の流れを効果的に撹拌することが可能なスタティックミキサーエレメントを提供する。
【解決手段】スタティックミキサーエレメント１は、互いに平行に位置する２つの撹拌帯部と、撹拌帯部の各端部間をそれぞれ連結する２つの平板状の連結体２ａ，２ｂとを有し可撓性を有する長板状体からなり、一方の連結体２ｂを、長板状体の一方の面側から、両撹拌帯部の間を通して、他方の面側に突き出させた後、連結部２ｂと他方の連結部２ａとを、長板状体の長手方向に引っ張ることで２つの撹拌帯部を互いに異なる方向にねじってねじれ羽根状撹拌体３ａ，３ｂを形成することによって作製されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、流路内を流れる液体を効果的に撹拌するために用いられるスタティックミキサーエレメント並びにそれを用いたスタティックミキサー及びバルブ並びに流体混合装置に関するものである。

従来、配管内に装着して管内を流れる流体を撹拌するために用いられるスタティックミキサーは、図１５に示すように捻り羽根状のスタティックミキサーエレメント８１を用いたものが一般的であった（例えば、特許文献１参照）。通常、スタティックミキサーエレメント８１は、矩形板をその長手軸線周りに１８０度捻ったものを最小単位部材として、複数の最小単位部材を、捻り方向が交互に異なる方向になるように一体的に直列に結合した構造を有している。このスタティックミキサーエレメント８１を管８２内に配置し、管８２の両端部にメールコネクター８３を取り付け、フレアー８５を装着して締付ナット８４を締め付けることによりスタティックミキサーが形成される。このとき、スタティックミキサーエレメント８１の外径が管８２の内径にほぼ等しく設計されて、流体が効果的に撹拌されるようになっている。ここで、スタティックミキサーに用いられる配管及びスタティックミキサーエレメント８１には、金属や樹脂等、種々の材料が用いられているが、半導体製造装置内の薬液配管等の金属溶出や不純物の混入を嫌う配管ラインでは、一般的にフッ素樹脂が材料として好適に用いられている。すなわち、テトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（以下、ＰＦＡと記す）製の管８２内にポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）製のスタティックミキサーエレメント８１が装着されたスタティックミキサーが好適に使用される。これによって流体中への金属溶出や不純物混入を抑制することができる。

このスタティックミキサーの一般的な製法では、管８２は、ＰＦＡを押し出し成形して形成されるか、あるいは、ＰＦＡを射出成形して作られる。また、スタティックミキサーエレメント８１は、ＰＴＦＥを機械加工したり、射出成形したりすることによって作られている。しかしながら、捻り羽根状のスタティックミキサーエレメント８１を機械加工で製作する場合、形状が複雑な上に外径寸法を外管の内径寸法に正確に合わせないといけない等の課題が多く加工が困難であり、高度な加工技術が必要であるので製造コストがかかり製品が高価になるという問題があった。また、射出成形で製作する場合には、使用用途に応じて必要となるスタティックミキサーエレメント８１の大きさや長さが異なるため、多くの用途に合わせて金型を製作しなければならず、製造設備を多く必要とし設備費用が多くかかるという問題があった。

また、ＰＴＦＥは強度が低いため、肉薄の製品や極小の製品を作ることが困難であるという問題がある。そこで、スタティックミキサーエレメント８１の肉厚を厚くすると製造は容易になるが、これを管内に装着した場合に流路の実効的な断面積が大きく減少して、圧力損失が大きくなってしまうという問題があった。あるいは、圧力損失の増大を抑えるためには、スタティックミキサー全体のサイズを大きくする必要があるという問題があった。さらには、従来のスタティックミキサーエレメントは直線形状であり、それを、曲管部内やバルブの内部といったところに配置する構成とするのは、困難または不可能であった。

特開平２００１−２０５０６２号公報

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みなされたもので、流体の流れを効果的に撹拌することが可能なスタティックミキサーエレメントを提供することを目的の１つとする。さらに、本発明は、必要なサイズに合わせて容易で安価に製造することができ、且つ薄肉や極小に形成することも可能なスタティックミキサーエレメント、該スタティックミキサーエレメントが流路内部に装着されたスタティックミキサー、バルブ及び流体混合装置を提供することをさらなる目的とする。

上述の目的を達成するため本発明のスタティックミキサーエレメントは、少なくとも２つのねじれ羽根状撹拌体が、該ねじれ羽根状撹拌体のねじれの中心線に垂直な方向に並んで配置されていることを特徴とする。

少なくとも２つのねじれ羽根状撹拌体は、一体的に形成されることが好ましい。それによって、取り扱いを容易にすることができる。

また、ねじれ羽根状撹拌体は、矩形部材がその長手軸線周りに１８０°ねじれた構造を有するものとすることができる。

あるいは、ねじれ羽根状撹拌体は、ｎを整数として、矩形部材がその長手軸線周りに３６０°×ｎねじれた構造を有するものとすることができる。

また、少なくとも２つのねじれ羽根状撹拌体は、互いに同じ方向にねじれた構成とすることができる。

また、少なくとも２つのねじれ羽根状撹拌体は、互いに異なる方向にねじれた構成とすることもできる。

また、複数のねじれ羽根状撹拌体が、ねじれ羽根状撹拌体のねじれの中心線に平行な方向にも並んで配置された構成としてもよい。

さらに、複数のねじれ羽根状撹拌体が、一点から枝分かれして放射状になるようにも配置された構成としてもよい。

２つのねじれ羽根状撹拌体が、該ねじれ羽根状撹拌体のねじれの中心線に垂直な方向に並んで配置された構成は、互いに平行に位置する２つの撹拌帯部と、撹拌帯部の各端部間をそれぞれ連結する２つの平板状の連結部とを有し可撓性を有する長板状体からなり、一方の連結部を、長板状体の一方の面側から、両撹拌帯部の間を通して、他方の面側に突き出させた後、該連結部と他方の該連結部とを、長板状体の長手方向に引っ張ることで両撹拌帯部を互いに異なる方向にねじってねじれ羽根状撹拌体とした構造体により実現するのが好適である。

本発明によるスタティックミキサーは、上記のようなスタティックミキサーエレメントと、それが挿入された管とを有することを特徴とする。

本発明によるバルブは、上記のようなスタティックミキサーエレメントが流路内の何れかの位置に配置されていること特徴とする。

本発明による流体混合装置は、上記のようなスタティックミキサーと、上記のようなバルブとの少なくとも一方が、少なくとも２つの供給ラインの合流部の下流側に配置されていることを特徴とする。

また、本発明による流体混合装置は、供給ラインを介して供給する流体の圧力を制御する流体制御弁と、流体の実流量を計測し実流量の計測値を電気信号に変換し出力する流量計測器と、実流量の計測値と設定流量値との偏差に基づいて、流体制御弁の開口面積を制御するための指令信号を、流体制御弁または流体制御弁を操作する機器へ出力する制御部と、を供給ラインのそれぞれに具備する構成とすることができる。

あるいは、本発明による流体混合装置は、流路の開口面積を変化させることにより流体の流量を制御する流体制御弁と、供給ラインを介して供給する流体の実流量を計測し実流量の計測値を電気信号に変換し出力する流量計測器と、実流量の計測値と設定流量値との偏差に基づいて、流体制御弁の開口面積を制御するための指令信号を、流体制御弁または流体制御弁を操作する機器へ出力する制御部と、を供給ラインのそれぞれに具備する構成とすることができる。

本発明のスタティックミキサーエレメントの材質は特に限定されないが、耐薬品性が高く可撓性を有する樹脂が望ましく、ＰＦＡまたはＰＴＦＥが好適である。また、本発明のスタティックミキサー、バルブ及び流体混合装置を構成する部材の材質についても、特に限定されないが、内部の流体と接液する部材はＰＦＡまたはＰＴＦＥが好適である。

本発明は以上のような特徴を有することにより、以下の優れた効果を奏する。

（１）少なくとも２つのねじれ羽根状撹拌体が、横方向に、すなわちねじれ羽根状撹拌体のねじれの中心線に垂直な方向に並んで配置された構成とすることによって、各ねじれ羽根状撹拌体によって形成される渦巻く流れ同士を干渉させて、効果的な攪拌作用を得ることができる。
（２）さらに、複数のスタティックミキサーエレメントを、縦方向にも、すなわちねじれ羽根状撹拌体のねじれの中心線に平行な方向にも並んで配置された構成とすることによって、横方向に配置されたねじれ羽根状撹拌体によって撹拌された流体を、一旦真っ直ぐに流して平均化した後、再び、横方向に配置されたねじれ羽根状撹拌体によって撹拌するようにできる。それによって、攪拌された流体の均一性を高めることができる。
（３）縦方向に並んでいるねじれ羽根状撹拌体の捻れ方向が、交互に異なる方向になるようにすることによって、流体の渦巻く方向が各スタティックミキサーエレメントを通過するごとに交互に逆方向にされるため、撹拌効果を向上させることができる。
（４）可撓性を有する長板状体を変形させてスタティックミキサーエレメントを形成することによって、高度な加工技術を必要とせずに製作が可能となり、製造コストを安価にすることができる。
（５）可撓性を有する長板状体を変形させてスタティックミキサーエレメントを形成することによって、金型などを用いる場合のように、各サイズ毎に製造設備を必要とすることなく、要求されるサイズに合ったスタティックミキサーエレメントを容易に製作することができる。
（６）スタティックミキサーエレメントを、可撓性を有する部材から形成することによって、スタティックミキサーの外管の内壁に密着させて配置することが容易かつ良好にできる。
（７）スタティックミキサーエレメントを、可撓性を有する部材から形成することによって、屈曲した外管内にスタティックミキサーエレメントを配置した構成のスタティックミキサーを容易に作製することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明するが、本発明が本実施の形態の詳細によって限定されないことは言うまでもない。

図１は本発明のスタティックミキサーエレメントの第一の実施形態を示す斜視図である。図２は図１のスタティックミキサーエレメントの形成前の長板状体を示す斜視図、図３は図１のスタティックミキサーエレメントの形成途中の第一状態を示す斜視図、図４は図１のスタティックミキサーエレメントの形成途中の第二状態を示す斜視図である。図５は本発明のスタティックミキサーエレメントの第二の実施形態を示す斜視図である。図６は本発明のスタティックミキサーエレメントの第三の実施形態を示す斜視図である。図７は本発明のスタティックミキサーエレメントの第四の実施形態を示す斜視図である。図８は本発明のスタティックミキサーの第一の実施形態を示す斜視図、図９の（ａ）は図８のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図８のＢ−Ｂ断面図である。図１０は本発明のスタティックミキサーの第二の実施形態を示す縦断面図である。図１１は本発明のバルブの実施形態を示す縦断面図である。図１２は本発明の流体混合装置の実施形態を示す縦断面図である。図１３は図１２の流体混合装置に用いられる流体制御弁の実施形態を示す縦断面図である。図１４は図１２の流体混合装置に用いられる流体制御弁の他の実施形態を示す縦断面図である。

図１おいて、第一の実施形態のスタティックミキサーエレメント１は、可撓性を有するフッ素樹脂からなり、２つのねじれ羽根状撹拌体３ａ、３ｂと、平板状の連結体２ａ、２ｂを有している。２つのねじれ羽根状撹拌体３ａ、３ｂは、横方向に、すなわち、ねじれの中心線に垂直な方向に並んで配置されている。連結体２ａ、２ｂは、ねじれ羽根状撹拌体３ａ、３ｂの両端にそれぞれ一体的に連結されている。このねじれ羽根状撹拌体３a、３ｂは、後述するように、帯状の撹拌帯部８ａ，８ｂ（図２）を３６０度ねじることにより形成されたもので、並列するねじれ羽根状撹拌体３ａ、３ｂは互いに異なる方向にねじれている。なお、本発明は、一般に、２つのねじれ羽根状撹拌体が、横方向に並んで配置された構造のスタティックミキサーエレメントを含み、この際、ねじれ羽根状撹拌体は互いに同じ方向にねじれていても良い。また、各ねじれ羽根状撹拌体のねじれは、１８０度であってもよい。

次に第一の実施形態のスタティックミキサーエレメントの製作方法について説明する。
まず、図２に示すように、可撓性を有するフッ素樹脂製の薄板（肉厚０．５〜２ｍｍ程度）を切り出して、平行に位置する２つの撹拌帯部８ａ、８ｂが、両端で、平板状の連結体２ａ、２ｂによって一体的に連結された構造を有する長板状体１０を形成する。言い換えれば、この長板状体１０は、長方形の板の中央に直線状のスリットが設けられた形状を有している。次に、長板状体１０の一方の連結体２ｂを折り曲げるようにして（図３の状態）、連結体２ｂを、長板状体１０の一方の面側から、両撹拌帯部８ａ、８ｂの間（直線状のスリットの部分）を通過させて、他方の面側に突き出させる。その後（図４の状態）、連結体２ｂと他方の連結体２ａとを長手方向に引っ張る。このようにして、両撹拌帯部８ａ、８ｂが、互いに異なる方向にねじられ、ねじれ羽根状撹拌体３ａ、３ｂが形成される（図１の状態）。ここで可撓性を有する長板状の材料を用いて単一のねじれ羽根状撹拌体を形成することは可能だが、この場合、何らかの固定を行わないと弾性的に元の長板状に戻ろうとする。一方、本実施形態のスタティックミキサーエレメント１の構成であれば、特別な固定を行わなくても、ねじれ羽根状撹拌体３ａ、３ｂのねじれを維持することができる。また、この製法だとフッ素樹脂製の薄板を自由な寸法に切り出してスタティックミキサーエレメント１を作成することが可能である。このため、金型を用いる場合などのように、サイズ毎の製造設備を必要とせずに、要求されるサイズに合わせたスタティックミキサーエレメント１を作成することができる。

次に、本発明の第二の実施形態のスタティックミキサーエレメントについて図５を参照して説明する。
本実施形態のスタティックミキサーエレメント１１は、２つのスタティックミキサー単位エレメント１ａ、１ｂが縦方向に、すなわち、ねじれの中心線に平行な方向に連結された構造を有している。すなわち、スタティックミキサー単位エレメント１ａの連結体２ｂとスタティックミキサー単位エレメント１ｂの連結体２ｃとが一体的になるように連結されて一つのスタティックミキサーエレメント１１を形成している。スタティックミキサー単位エレメント１ａ、１ｂは、第一の実施形態のスタティックミキサーエレメント１と同じ構造を有しており、詳細な説明は省略する。ここで、縦方向に並んでいるねじれ羽根状撹拌体３aとねじれ羽根状撹拌体３ｃ、及びねじれ羽根状撹拌体３ｂとねじれ羽根状撹拌体３ｄの捻れ方向は、それぞれ互いに異なる方向になっている。なお、これらの捻れ方向は、それぞれ互いに同じ方向になるようにしてもよい。また、本実施形態では、２つのスタティックミキサーエレメント１ａ、１ｂを縦方向に連結しているが、さらに多くのスタティックミキサーエレメントを縦方向に連結しても良く、その数は限定されない。この場合、縦方向に並んで位置する複数の羽根状撹拌体は、捻れ方向が交互に反対方向になるようにするのが好ましいが、これに限られることはない。

次に、第二の実施形態のスタティックミキサーエレメントの製作方法について説明する。
各々、平行に位置する２つの帯状の撹拌帯部が、それらの両端部で、平板状の連結体２ａ、２ｂ及び連結体２ｃ、２ｄによって一体的に連結され、連結体２ｂと連結体２ｃとが一体的に連結された構造の長板状体（図示せず）を形成する。言い換えれば、この長板状体は、長方形の板に２つの直線状のスリットが長手方向に間を開けて設けられた構造を有している。次に、この長板状体を、第一の実施形態と同様にして捻り、ねじれ羽根状撹拌体３ａ、３ｂ、３ｃ、３ｄを形成する。なお、縦方向に並んでいる２つのねじれ羽根状撹拌体の捻れ方向を互いに異なる方向にするには、第一の実施形態でのねじる手順を、互いに同じ側の連結体を、それぞれ異なる面側から撹拌帯部の間に挿入して実施すればよい。縦方向に並んでいるねじれ羽根状撹拌体の捻れ方向を互いに同じ方向にするには、ねじる手順を、互いに同じ側の連結体を、互いに同じ面側から撹拌帯部の間に挿入して実施すればよい。

次に、本発明の第三の実施形態のスタティックミキサーエレメントについて図６を参照して説明する。
本実施形態のスタティックミキサーエレメント１２は、３つのスタティックミキサー単位エレメント１ａ、１ｂ、１ｃが一点から放射状に配置された構造を有している。これらのスタティックミキサー単位エレメント１ａ、１ｂ、１ｃは、それぞれの一方の連結体２ｂ、２ｄ、２ｆが連結されて一体に形成されている。スタティックミキサー単位エレメント１ａ、１ｂ、１ｃは、第一の実施形態のスタティックミキサーエレメント１と同じ構造を有しており、詳細な説明は省略する。なお、各スタティックミキサーエレメント１ａ、１ｂ、１ｃの、連結されていない側の連結体２ａ、２ｃ、２ｅに、さらなるスタティックミキサー単位エレメントを一体的になるように縦方向にそれぞれ連結することも可能である。このときの放射状に配置されるエレメントの数や、縦方向に連結されるエレメントの数は特に限定されないが、縦方向に連結されるエレメントの数は、各放射方向間で互いに同じにするのが望ましい。

次に、本発明の第四の実施形態のスタティックミキサーエレメントについて図７を参照して説明する。
第四の実施形態では、第一の実施形態と異なる点は、ねじれ羽根状撹拌体９ａ、９ｂが、長く形成された帯状の撹拌帯部を７２０度ねじることにより形成されたものである点である。第四の実施形態のスタティックミキサーエレメント１３は、長方形の板に長い直線状のスリットが設けられた構造の長板状体を第一の実施形態と同様の手順で捻った後、さらにもう１回捻ることで形成されている。なお、本実施形態ではねじりを２回行うことで、羽根状撹拌体は、帯状の撹拌帯部を７２０°ねじった構造になっているが、撹拌帯部をｎ（ｎは整数）回転分ねじることで、３６０°×ｎ（ｎは整数）ねじった構造とすることができる。このとき、ねじりの回数は何回行っても良い。

次に、本発明のスタティックミキサーエレメントを用いたスタティックミキサーの第一の実施形態について図８、図９を参照して説明する。

ＰＦＡ製の外管４の内部には、第二の実施形態のスタティックミキサーエレメント１１が挿入されている。外管４の内径はスタティックミキサーエレメント１１の外径（最大幅）よりも僅かに小さく設計されているが、スタティックミキサーエレメント１１は可撓性を有しているために容易に挿入可能である。この可撓性のために、スタティックミキサーエレメント１の外周と外管４の内周面が弾性力により密着するため、管内を流体が流れた時でもスタティックミキサーエレメント１１にガタつきが起こることはない。また、外管４の両端にはスタティックミキサーエレメント１１の外径よりも小さい内径の部分を有する筒状のスリーブ７が挿入されている。

継手本体５は、スリーブ７が挿入された外管４の両端にナット６を用いて接続されている。継手本体５の、外管４が接続されていない側の端部はＰＦＡ製チューブを接続することが可能な構成を有していればよく、その構造は特に限定されない。

次に図８のスタティックミキサーの第一の実施形態に混合流体を流した時の作用について説明する。
一方の継手本体５から流入した混合流体は、外管４の内部を通過する時に、スタティックミキサーエレメント１１によって撹拌されて他方の継手本体５から均一に混合された状態で流出する。すなわち、スタティックミキサーエレメント１１を通過する流体は、ねじれ羽根状撹拌体によって渦巻いて流れるようになる。この渦巻きにより流体は撹拌される。また、２つのねじれ羽根状撹拌体が、横方向に並んで配置されているので、それぞれのねじれ羽根状撹拌体によって形成される渦巻く流れが互いに干渉する。それによって、流路内での流体の撹拌作用がさらに高まる。また、複数のスタティックミキサー単位エレメントが縦方向に連結されて一つのスタティックミキサーエレメントを形成していると、横方向に並んで配置された２つのねじれ羽根状撹拌体によって撹拌された後に、連結体の部分で流体が一旦均され、再び、横方向に並んで配置された２つのねじれ羽根状撹拌体によって撹拌されることによって、混合流体の均一性が高められる。この際、縦方向に並んでいる複数のねじれ羽根状撹拌体の捻れ方向が交互に異なる方向になっていると、渦巻く方向が各スタティックミキサー単位エレメントを通過するごとに交互に逆回転されるためにさらに撹拌効果が向上する。

なお、スタティックミキサーの外管４に挿入されるスタティックミキサーエレメントは第二の実施形態のスタティックミキサーエレメントに限られることはなく、第一、第三、第四の実施形態のスタティックミキサーエレメントでもよい。第二、第三の実施態様のスタティックミキサーエレメントの場合、複数の連結体が一体に連結された部分で折り曲げて外管４内に挿入して用いることができる。このようにスタティックミキサーエレメントを折り曲げたものを使用した場合、横方向に並んで配置された多数のねじれ羽根状撹拌体によって形成される渦巻く流れ同士が互いに干渉することで、高い撹拌効果が得られる。

次に、本発明のスタティックミキサーエレメントを用いたスタティックミキサーの第二の実施形態について図１０を参照して説明する。
本実施形態では、外管４が、屈曲した構造になっている。各実施形態のスタティックミキサーエレメントは可撓性を有しているため、屈曲した外管４中にも装着可能である。そのため、配管ラインの状況に合わせて直線状だけでなく、曲線状の流路を有するスタティックミキサーを容易に実現することが可能である。

次に、本発明のスタティックミキサーエレメントを用いたバルブの実施形態について図１１を参照して説明する。

バルブの本体１５には、上部中央に弁室２５が設けられ、弁室２５の下方に主流路２０が設けられ、弁室２５の底面中央と主流路２０とを繋ぐ連通流路２４が形成されている。さらに、弁室２５には副流路２３が連通している。主流路２０の連通流路２４よりも流出口２２側には、第一の実施形態のスタティックミキサーエレメント１が挿入されており、その下流で主流路２０の内面に形成された環状凸部２６によって、下流へ押し流されないように設置されている。

シリンダ本体１６は、上部に装着されたシリンダ蓋１７と協働して、内部にシリンダ室を形成しており、シリンダ本体１６の下部には貫通孔２７が設けられている。シリンダ室内にはピストン１８が上下動可能に配置され、且つピストン１８の外周面とシリンダ室の内周面の間はシールした状態を保つように接触させられている。ピストン１８の中央には、下方に延びる連結部２８が設けられ、連結部２８はシリンダ本体１６の貫通孔２７を貫通しており、その先端部に弁体１９が固定されている。連結部２８の外周面と貫通孔２７の内周面との間もシールした状態に保たれている。

弁室２５内に収容されている弁体１９は、ピストン１８の上下動に伴って軸線方向に上下動し、副流路２３から弁室２５に流入した薬液を主流路２０へと流す連通流路２４の開口部の開放・遮断を行う。

次に、本実施形態のバルブの作用について説明する。ここでは主流路２０に純水、副流路２３に塩酸を流した場合について説明する。
本実施形態のバルブの弁体１９が上昇してバルブが開放されると、副流路２３を通って連通流路２４から供給された塩酸は、主流路２０の流入口２１から流入してきた純水と合流する。その後、塩酸と純粋が合流して形成された薬液は、合流地点の下流側の、スタティックミキサーエレメント１が配置された流路を通過する時にスタティックミキサーエレメント１のねじれ羽根状撹拌体によって撹拌されて流出口２２より流出する。この構成によれば、配管ラインにスタティックミキサーを新たに設けることなく、混合した流体をバルブのみで均一に撹拌することができ、流体を混合するラインを短くコンパクトに形成することができる。

このバルブに装着されるスタティックミキサーエレメントは、第一の実施形態のスタティックミキサーエレメント１に限られることはなく、第二、第三、第四の実施形態のスタティックミキサーエレメントでもよい。第二、第三の実施態様のスタティックミキサーエレメントの場合、複数の連結体が一体に連結された部分で折り曲げた状態で装着して用いることができる。またバルブの構成は、複数の流路から一つの流路へ流体を合流させる流路を開放・遮断できる構成であればよく、図示のものに限定されることはない。

次に、本発明のスタティックミキサーエレメントを用いた流体混合装置の実施形態について説明する。

図１２に示すように、流体混合装置は二つの供給ライン、すなわち第一供給ライン３６と第二供給ライン３７を有している。第一供給ライン３６には、上流側から順に流体制御弁３２ａおよび流量計３３ａが、第二供給ライン３７には、上流側から順に流体制御弁３２ｂおよび流量計３３ｂが接続されている。また、第一、第二供給ライン３６、３７の最下流側には両供給ライン３６、３７の合流部３８が設けられ、合流部３８の直後にスタティックミキサー３１が接続されている。流量計３３ａ、３３ｂは制御部３４ａ、３４ｂに配線を介してそれぞれ接続され、制御部３４ａ、３４ｂは電空レギュレータ３５ａ、３５ｂに配線を介してそれぞれ接続されている。また、電空レギュレータ３５ａ、３５ｂは流体制御弁３２ａ、３２ｂに各々圧縮空気を供給できるように配管を介して接続されている。その各々の構成は以下の通りである。

スタティックミキサー３１は、前述の図８に示した構成を有しており、その詳細な説明は省略する。流体制御弁３２ａ、３２ｂは、電空レギュレータ３５ａ、３５ｂから供給される制御用流体である圧縮空気の圧力によって、流体の圧力を制御するものである。その構成は、例えば図１３に示すような定流量弁などとすることができる。

図１３に基づいて、流体制御弁３２ａ、３２ｂの構成を説明する。
ＰＴＦＥ製の本体４１は、下部中央に取り付けられた第二ダイヤフラム４２と協働して第二の空隙４３を形成し、上部に取り付けられた第一ダイヤフラム４４と協働して、第二の空隙４３の径よりも大きい径を持つ第一の空隙４５を形成している。本体４１の側面には、第二の空隙４３と連通している入口流路４６と、第一の空隙４５と連通している出口流路４７が設けられている。さらに、本体４１には、第一の空隙４５と第二の空隙４３とに連通し第一の空隙４５の径よりも小さい径の連通孔４８が設けられている。第二の空隙４３の上面部は、弁座４９となっている。第二の空隙４３内部には、連通孔４８より大径に構成された弁体５０が配置され、弁体５０と第二ダイヤフラム４２がロッド部５１を介して一体的に連結されて第二弁機構体５２を構成している。第二弁機構体５２は、連通孔４８を貫通する部分で、第一ダイヤフラム４４を有する第一弁機構体５３とねじにより結合されている。

ポリビニリデンフルオライド（以下、ＰＶＤＦと記す）のボンネット５４の側面には、内部の空隙５５に圧縮空気を供給するために作動流体連通口５６が設けられている。ＰＶＤＦ製で平面形状が円形のバネ受け５７は、中央部に貫通孔５８を有しており、ボンネット５４の下部に嵌め込まれて、ボンネット５４と本体４１との間に挟持されて固定されている。

ＰＶＤＦ製のピストン５９は、上部に円盤状の鍔部６０を有しており、鍔部６０の中央下部より円柱状のピストン軸６１が下方に向かって突出するように形成されている。ピストン軸６１はバネ受け５７の貫通孔５８を貫通して第一弁機構体５３とねじにより結合されている。また、ピストン５９の鍔部６０の下端面とバネ受け５７の上端面とでバネ６２が挟持されている。

次に電空レギュレータ３５ａ、３５ｂから供給される圧縮空気の圧力によって、流体の圧力を制御する流体制御弁３２ａ、３２ｂの作用を説明する。
第二弁機構体５２の弁体５０の位置は、ピストン５９の鍔部６０を上方に付勢するバネ６２の反発力と、第一弁機構体５３の第一ダイヤフラム４４の下面を上方に付勢する、供給される流体の圧力による力と、第一ダイヤフラム４４の上面を下方に付勢する、供給された圧縮空気の圧力による力により制御される。すなわち、弁体５０は、これら３つの力が釣り合う位置にて静止している。厳密には弁体５０の下面と第二ダイヤフラム４２の上面も、供給される流体の圧力を受けているが、それらの受圧面積はほぼ同等であり、これらにかかる力はほぼ相殺されている。そのため、上流側の流体圧力が変動したとしても、最終的には、弁体５０が、前記の３つの力が釣り合う位置まで移動して静止する。これによって、空隙５５の内部の圧力、つまり、第一ダイヤフラム４４の上面が受ける力が一定であれば、第一ダイヤフラム４４の下面が受ける圧力はほぼ一定となる。したがって、第一ダイヤフラム４４の下面の流体圧力、すなわち、第一の空隙４５内の圧力は、上流側の圧力が変動したとしても常に一定の圧力となる。

また、電空レギュレータ３５ａ、３５ｂから供給される圧縮空気の圧力が増加すると第一ダイヤフラム４４を押し下げる力が増加し、弁体５０と弁座４９との間で形成される流体制御部６３の開口面積が増加するため、第一の空隙４５内の圧力を増加させることができる。逆に、供給される圧縮空気の圧力を減少させると流体制御部６３の開口面積は減少し第一の空隙４５内の圧力も減少する。そのため、供給される圧縮空気の圧力を調整することで、第一の空隙４５内の圧力、したがって、流体の供給圧力を、任意の圧力に設定することができる。

流量計３３ａ、３３ｂは超音波流量計であり、流体の実流量を計測して該実流量の計測値を電気信号に変換し、その電気信号を制御部３４ａ、３４ｂに各々出力するようになっている。

制御部３４ａ、３４ｂは、流量計３３ａ、３３ｂから各々出力された信号から流量を演算する演算部と、フィードバック制御を行なうコントロール部を有している。演算部は、流量計３３ａ、３３ｂに一定周期の超音波振動を出力させる発信回路と、超音波振動を受信する受信回路と、各超音波振動の伝搬時間を比較する比較回路と、比較回路から出力された伝搬時間差から流量を演算する演算回路とを備えている。コントロール部は、演算部から出力された流量に基づいて、設定された流量になるように電空レギュレータ３５ａ、３５ｂの操作圧を制御する制御回路を有している。

電空レギュレータ３５ａ、３５ｂは、流体制御弁３２ａ、３２ｂの操作圧、すなわち電空レギュレータ３５ａ、３５ｂを介して流体制御弁３２ａ、３２ｂに供給される圧縮空気の圧力を比例的に調整するために電気的に駆動される電磁弁から構成され、制御部３４ａ、３４ｂからの制御信号に応じて流体制御弁３２ａ、３２ｂの操作圧を調整する。

次に、本実施形態の流体混合装置の作用について説明する。
ここでは、第一供給ライン３６に薬液１として純水を流入させ、第二供給ライン３７にフッ化水素酸を流入させ、純水：フッ化水素酸＝７：１になるように両者を混合する。まず、第一供給ライン３６に流入した純水は、流量計３３ａで流量が計測され、計測した流量に応じて制御部３４ａで流体制御弁３２ａの操作圧を制御し、流体制御弁３２ａで第一供給ライン３６の最下流の流量が設定流量になるように制御される。また、第二供給ライン３７に流入したフッ化水素酸は、同様に第二供給ライン３７の最下流の流量が設定流量になるように制御される。両供給ライン３６、３７の設定流量は、第一供給ライン３６と第二供給ライン３７の流量の比率が７：１となり、混合流体が設定された流量になるように選択される。第一、第二供給ライン３６、３７で流量が制御された純水とフッ化水素酸は合流部３８で合流して混合される。混合された混合流体（希フッ酸）はスタティックミキサー３１で撹拌され、均一に混ざり合った状態で流出する。なお、本実施形態では供給ラインは２つだが、３つ以上の供給ラインを設けても良い。また、合流部３８の部分に、前述の図１１のバルブを接続しても良い。

本実施形態の流体制御弁は、流体の圧力を制御できるものであれば構成は特に限定されず、図１３のような制御用流体の圧力により、供給流体の圧力を制御するものの他に、バネを用いたものや、電動のものでも良い。また、流体制御弁の代わりに、流路内に流量を一定に調整するためのオリフィスを設けた構成にしても良い。

また、流体制御弁の他の実施形態として、流路の開口面積を変化させることにより流体の流量を制御するものを用いて良い。このような流体制御弁としては、例えば、図１４に示すような電気駆動式のニードル弁が挙げられる。この場合、流体制御弁の駆動部は、モータ部７１とステム７２と、両者を連動させるギア（図示せず）等から構成されている。これによって、ステム７２の先端部にねじにより結合された弁体７３をモータ部７１の駆動により上下動可能になっている。また、弁体７３の下部は、円錐形状に形成され、弁室７４に連通する入口流路７５の開口部７６の開口面積を線形に変化させることができる。電気駆動式の場合は、操作圧を制御する電空レギュレータは不要となり、制御部のコントロール部から流体制御弁のモータ部７１に、開口面積を制御するための指令信号が送られると、弁体７３の上下動により開口部７６の開口面積が制御される。なお、ニードル弁の駆動方法は、図１４のような電気駆動式の他、エア駆動式（図示せず）にしても良い。また、ニードル弁の代わりに、ピンチ弁（図示せず）を用いても良い。

本発明のスタティックミキサーエレメントの第一の実施形態を示す斜視図である。 図１のスタティックミキサーエレメントの形成前の長板状体を示す斜視図である。 図１のスタティックミキサーエレメントの形成途中の第一状態を示す斜視図である。 図１のスタティックミキサーエレメントの形成途中の第二状態を示す斜視図である。 本発明のスタティックミキサーエレメントの第二の実施形態を示す斜視図である。 本発明のスタティックミキサーエレメントの第三の実施形態を示す斜視図である。 本発明のスタティックミキサーエレメントの第四の実施形態を示す斜視図である。 本発明のスタティックミキサーの第一の実施形態を示す斜視図である。 （ａ）は図８のＡ−Ａ断面図、（ｂ）は図８のＢ−Ｂ断面図である。 本発明のスタティックミキサーの第二の実施形態を示す縦断面図である。 本発明のバルブの実施形態を示す縦断面図である。 本発明の流体混合装置の実施形態を示す縦断面図である。 図１２の流体混合装置に用いられる流体制御弁の実施形態を示す縦断面図である。 図１２の流体混合装置に用いられる流体制御弁の他の実施形態を示す縦断面図である。 従来のスタティックミキサーを示す縦断面図である。

符号の説明

１、１１、１２、１３ スタティックミキサーエレメント
１ａ〜１ｃ スタティックミキサー単位エレメント
２ａ〜２ｆ 連結体
３ａ〜３ｆ ねじれ羽根状撹拌体
４ 外管
５ 継手本体
６ ナット
７ スリーブ
８ａ〜８ｂ 撹拌帯部
９ａ〜９ｂ ねじれ羽根状撹拌体
１０ 長板状体
１５ 本体
１６ シリンダ本体
１７ シリンダ蓋
１８ ピストン
１９ 弁体
２０ 主流路
２１ 流入口
２２ 流出口
２３ 副流路
２４ 連通流路
２５ 弁室
２６ 環状凸部
２７ 貫通孔
２８ 連結部
３１ スタティックミキサー
３２ａ〜３２ｂ 流量制御弁
３３ａ〜３３ｂ 流量計
３４ａ〜３４ｂ 制御部
３５ａ〜３５ｂ 電空レギュレータ
３６ 第一供給ライン
３７ 第二供給ライン
３８ 合流部
４１ 本体
４２ 第二のダイヤフラム
４３ 第二の空隙
４４ 第一のダイヤフラム
４５ 第一の空隙
４６ 入口流路
４７ 出口流路
４８ 連通孔
４９ 弁座
５０ 弁体
５１ ロッド
５２ 第二弁機構体
５３ 第一弁機構体
５４ ボンネット
５５ 空隙
５６ 作動流体連通口
５７ バネ受け
５８ 貫通孔
５９ ピストン
６０ 鍔部
６１ ピストン軸
６２ バネ
６３ 流体制御部
７１ モータ部
７２ ステム
７３ 弁体
７４ 弁室
７５ 入口流路
７６ 開口部

Claims (14)

1. 少なくとも２つのねじれ羽根状撹拌体が、該ねじれ羽根状撹拌体のねじれの中心線に垂直な方向に並んで配置されていることを特徴とするスタティックミキサーエレメント。
2. 前記少なくとも２つのねじれ羽根状撹拌体が一体的に形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスタティックミキサーエレメント。
3. 前記ねじれ羽根状撹拌体は、矩形部材がその長手軸線周りに１８０°ねじれた構造を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスタティックミキサーエレメント。
4. 前記ねじれ羽根状撹拌体は、ｎを整数として、矩形部材がその長手軸線周りに３６０°×ｎねじれた構造を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスタティックミキサーエレメント。
5. 前記少なくとも２つのねじれ羽根状撹拌体は、互いに同じ方向にねじれていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のスタティックミキサーエレメント。
6. 前記少なくとも２つのねじれ羽根状撹拌体は、互いに異なる方向にねじれていることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のスタティックミキサーエレメント。
7. 複数の前記ねじれ羽根状撹拌体が、該ねじれ羽根状撹拌体のねじれの中心線に平行な方向にも並んで配置されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のスタティックミキサーエレメント。
8. 複数の前記ねじれ羽根状撹拌体が、一点から枝分かれして放射状になるようにも配置されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のスタティックミキサーエレメント。
9. 互いに平行に位置する２つの撹拌帯部と、該撹拌帯部の各端部間をそれぞれ連結する２つの平板状の連結部とを有し可撓性を有する長板状体からなり、一方の前記連結部を、前記長板状体の一方の面側から、前記両撹拌帯部の間を通して、他方の面側に突き出させた後、該連結部と他方の前記連結部とを、前記長板状体の長手方向に引っ張ることで前記両撹拌帯部を互いに異なる方向にねじって前記ねじれ羽根状撹拌体とした構造体を有することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のスタティックミキサーエレメント。
10. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のスタティックミキサーエレメントと、該スタティックミキサーエレメントが挿入された管と、を有することを特徴とするスタティックミキサー。
11. 請求項１から請求項９のいずれか１項に記載のスタティックミキサーエレメントが流路内の何れかの位置に配置されていること特徴とするバルブ。
12. 請求項１０に記載のスタティックミキサーと、請求項１１に記載のバルブとの少なくとも一方が、少なくとも２つの供給ラインの合流部の下流側に配置されていることを特徴とする流体混合装置。
13. 前記供給ラインを介して供給する流体の圧力を制御する流体制御弁と、
    前記流体の実流量を計測し該実流量の計測値を電気信号に変換し出力する流量計測器と、
    前記実流量の計測値と設定流量値との偏差に基づいて、前記流体制御弁の開口面積を制御するための指令信号を、前記流体制御弁または前記流体制御弁を操作する機器へ出力する制御部と、
    を前記供給ラインのそれぞれに具備することを特徴とする請求項１２に記載の流体混合装置。
14. 流路の開口面積を変化させることにより流体の流量を制御する流体制御弁と、
    前記供給ラインを介して供給する流体の実流量を計測し該実流量の計測値を電気信号に変換し出力する流量計測器と、
    前記実流量の計測値と設定流量値との偏差に基づいて、前記流体制御弁の開口面積を制御するための指令信号を、前記流体制御弁または前記流体制御弁を操作する機器へ出力する制御部と、
    を前記供給ラインのそれぞれに具備することを特徴とする請求項１２に記載の流体混合装置。

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