JP2016064400A - 流体を混合又は攪拌する技術 - Google Patents

Abstract

【課題】高い混合効果を有し、取扱いが簡易である流体の混合又は攪拌の技術を提供する。
【解決手段】混合要素１は、複数の孔２２を有する混合体部２を備える。混合体部２は、一体物で構成され、前記孔２２の一部又は全部が混合体部２の表面に開放されている。そして、混合体部２内部の前記孔２２の一部又は全部は、隣接する孔２２との間で流体Ａを流通可能に連通し、流体Ａを混合体部２内部で複数方向に分割するように形成されている。
【選択図】図３

Description

本発明は、流体を混合又は攪拌する技術であり、主に混合要素、混合装置、混合方法、攪拌翼、攪拌装置、攪拌方法及び混合流体に関するものであって、例えば、流体の混合、細分化、乳化等の処理をするための分野に利用され、動的混合にも静的混合にも使用される。

流体を混合する装置として、動的な混合装置では、攪拌槽内の流体中に攪拌羽根を配設して当該攪拌羽根を回転させて混合するものが広く使用されている。一方、静的な混合装置では、スタティックミキサー等が広く使用されている。静的な混合装置は、一般的に可動部品を有していないため、化学工業や食品工業のように流体をライン中で混合する必要がある分野で広く使用されている。

特許文献１には、前面開口した小室をハニカム状に形成する第一、第二の板体の２枚を一組として重ね合わせた混合装置が開示されている。この装置では、流体を対向配置する各小室内に流入させて衝突を繰り返しながら、板体の外側方向及び中央側へと流し、衝突と反転を繰り返すことで流体の混合を行う。

特許文献２には、複数の貫通孔を設けた積層エレメントを複数重ね合わせた積層体を備える混合要素が開示されている。この混合要素では、積層エレメントの貫通孔が、隣接する他の積層エレメントの貫通孔とその位置をずらせて部分的に重なり合うように配置され、流体を積層エレメントの延在方向及び積層方向に分割させて混合を行う。

国際公開第０２／０８９９８９号公報 特開２０１０−２３０２６号公報

特許文献１に開示の混合装置では、流体を対向配置する小室内を通して板体の延在方向の一方向のみに流通させるため、混合効果に限界があった。また、流体の流量が多いと装置全体の圧力損失が大きくなって大きな動力が必要とされる。
特許文献２に開示する混合要素では、複数枚の積層エレメントを各々の貫通孔が位置ずれするように重ね合わせる作業が必要であり、また、部品点数も多くなる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、高い混合効果を有し、取扱いが簡易である流体の混合又は攪拌の技術を提供することを目的とする。

本発明に係る混合要素は、
複数の孔を有する混合体部を備える混合要素であって、
前記混合体部は一体物で構成され、
前記混合体部の前記孔の一部又は全部が、前記混合体部の表面に開放され、
前記混合体部内部の前記孔の一部又は全部が、隣接する孔との間で流体を流通可能に連通し、流体を混合体部内部で複数方向に分割するように形成されているものである。

前記混合要素において、
前記混合体部の両端部に対向配置される第１の板部と第２の板部を備え、
前記第２の板部は、前記混合体部の少なくとも１つの孔に連通する開口部が設けられているものとすることができる。

また、本発明に係る混合要素は、
複数の孔を有する混合体と、当該混合体を挟んで対向配置される第１の板と第２の板とを備える混合要素であって、
前記混合体は、前記孔を層厚方向に貫通形成する層が階層化された一体物で構成され、
前記第２の板は、前記混合体の少なくとも１つの孔に連通する開口部が設けられ、
前記混合体内部の前記孔の一部又は全部が、隣接する孔との間で流体を流通可能に連通し、流体を混合体内部で複数方向に分割するように形成されているものである。

前記混合要素において、
前記混合体は、前記孔より大きい内径の中空部が貫通形成され、
前記第２の板の開口部が前記中空部を介して前記混合体の少なくとも１つの孔に連通されているものとすることができる。

また、本発明に係る混合要素は、
複数の孔を設けた混合要素であって、
前記混合要素は、前記複数の孔を層厚方向に貫通形成する層が階層化された一体物で構成され、
前記混合要素表面の前記孔の一部又は全部が、流体の流入口及び流出口を構成し、
前記混合要素内部の前記孔の一部又は全部が、隣接する孔との間で流体を流通可能に連通し、流体を混合要素内部で複数方向に分割するように形成されているものである。

本発明に係る静的混合装置は、
前記いずれか１つの混合要素と、流体の入口及び出口を有し当該混合要素を収容するケーシングとを備える静的混合装置である。

また、本発明に係る混合装置は、
前記静的混合装置と、当該静的混合装置へ流体を送るための圧送手段とを備える混合装置とすることができる。

本発明に係る混合方法は、
前記混合装置により流体を混合する方法であって、
流体を前記混合要素内部に流入させ、当該混合要素内部で流体を複数方向に分割するように流通させて混合要素外部に流出させるものである。

本発明に係る攪拌翼は、
前記いずれか１つの混合要素と、当該混合要素を回転させる回転軸とを備えるものである。

本発明に係る攪拌装置は、
前記攪拌翼が、攪拌槽内の流体中に配設されるものである。

本発明に係る攪拌方法は、
前記攪拌翼により流体を攪拌する方法であって、
前記攪拌翼の回転動作により、流体を攪拌翼に具備する混合要素内部に流入させ、当該混合要素内部で流体を複数方向に分割するように流通させて混合要素外部に流出させるものである。

本発明に係る混合流体は、
前記混合要素、前記静的混合装置、前記混合装置、前記混合方法、前記攪拌翼、前記攪拌装置及び前記撹拌方法のいずれか１つのものにより流体を混合させて生成されるものである。また、前記混合流体は、液体と気体により混合されているものでもよく、また、前記流体又は前記混合流体は、粒子を含むものでもよい。

本発明によれば、混合要素の内部に流入した流体は、混合要素の内部で連通する孔を流通しながら、複数方向へ分割され、分割された後に混合要素の内部又は／及び外部で合流される。このように、流体は、混合要素の内部で３次元的に分割され、混合要素の内部又は／及び外部で合流されるから、流体が複雑に流動し高度に混合される。また、混合体部（混合体や混合要素の場合も同様）は一体物で構成されているから、従来のような複数の積層エレメントを重ね合わせたものと比べて、部品点数が削減され、取扱いが容易である。

実施形態１の混合要素を示す分解斜視図である。 混合要素における混合体の混合エレメント層の横断面模式図である。 混合要素内の流体の流動状態を示す模式図である。 実施形態１の混合要素における変形例１としての混合体を示す斜視図である。 実施形態１の混合要素における変形例２として混合体の仕切壁の各種形状を示す断面模式図である。 実施形態１の混合要素における変形例３としての混合体を示す斜視図（図６（ａ））と断面図（図６（ｂ））である。 実施形態１の混合要素における変形例４（図７（ａ））と変形例５（図７（ｂ））とを示す断面図である。 実施形態２の静的混合装置を示す断面図である。 実施形態２の静的混合装置における変形例を示す断面図である。 実施形態３のポンプ式混合装置を示す断面図である。 実施形態４の攪拌装置（攪拌翼を含む。）を示す断面図である。 実施形態４の攪拌装置（攪拌翼を含む。）の変形例を示し、第１の板及び第２の板を有しない混合要素で構成する攪拌翼を示す斜視図（図１２（ａ））、この攪拌翼を備えた攪拌装置を示す断面図（図１２（ｂ））である。 実施形態４の攪拌装置（攪拌翼を含む。）の変形例を示し、第２の板を有しない２組の混合要素で構成する攪拌翼を示す斜視図（図１３（ａ））、この攪拌翼を備えた攪拌装置を示す断面図（図１３（ｂ））である。

（実施形態１「混合要素」）
図１に示すように、混合要素１は、複数の孔となる第１の貫通孔２２を設けた円柱状の混合体２と、混合体２の層厚方向の両端面に設けられた円板状の第１の板３及び第２の板４とを備える。第１の板３及び第２の板４は、例えば、適宜な位置に配された４本のボルト１１及びナット１２の固定手段にて混合体２の層厚方向の両端面に密接して取り付けられている。よって、固定手段を取り外すと、混合体２、第１の板３、第２の板４の３部品に分解される。なお、ボルト１１及びナット１２を使わずに第１の板３及び第２の板４を混合体２に接合等により一体化してもよい。

第１の板３は、ボルト用孔１３を有する円板で形成されている。第２の板４は、ボルト用孔１４とともに、中央部に流体Ａが流入または流出する円形の開口部４１を有する円板で形成されている。第１の板３及び第２の板４は、混合体２と略同一の外径を有する。

混合体２は、２種類の混合エレメント層２１（２１ａ，２１ｂ）が層厚方向に交互に形成された階層構造（ここでは３層構造）を有する一体物により構成されている。したがって、従来のような複数の積層エレメントを重ね合わせたものと比べて、部品点数が削減され、取扱いが容易である。図２に示すように、混合エレメント層２１ａ，２１ｂには、層の略全体にわたって層厚方向に貫通する略四角形の第１の貫通孔２２が複数形成されるとともに、中央部に第１の貫通孔２２より大きい内径を有して層厚方向に貫通する略円形の第２の貫通孔２３が形成されている。第２の貫通孔２３は、第２の板４の開口部４１の内径と略同一、且つ略同心に配設される。第２の貫通孔２３は、各混合エレメント層２１ａ，２１ｂ間で層厚方向に連通されており、混合体２の中空部２４を形成する。複数の第１の貫通孔２２は、第２の貫通孔２３の中心点を中心として同心円状に配設され、全体として千鳥状に配列されている。一方の混合エレメント層２１ａでは、第１の貫通孔２２は、第２の貫通孔２３の内周面に沿って配設される内周部分が閉じられ、外周面に沿って配設される外周部分が開放されている。他方の混合エレメント層２１ｂでは、第１の貫通孔２２は、内周面に沿った内周部分が開放され、外周面に沿った外周部分が閉じられている。

図２に示した各混合エレメント層２１ａ，２１ｂでは、周方向に隣接する第１の貫通孔２２を区切る半径方向の仕切壁２５ａは、その内周側及び外周側に位置する第１の貫通孔２２の周方向の中間位置に形成される。そして、混合エレメント層２１ａ，２１ｂ間では、この半径方向の仕切壁２５ａの一部が層厚方向に隣接する第１の貫通孔２２の周方向の中間位置に配設される。また、半径方向に隣接する第１の貫通孔２２を区切る周方向の仕切壁２５ｂは、層厚方向に隣接する第１の貫通孔２２の半径方向の中間位置に配設される。このように、２種類の混合エレメント層２１ａ，２１ｂ間では、第１の貫通孔２２の配列パターン自体を異ならせている。そして、第１の貫通孔２２間の大きさ及びピッチは半径方向外側に向かうに従い大きくなっている。さらに、２種類の混合エレメント層２１ａ，２１ｂ間における第１の貫通孔２２が相互に重なり合う部分の面積は、周方向に隣接する重なり部分の面積と均等に構成されている（図２参照）。したがって、混合エレメント層２１ａ，２１ｂの各々の第１の貫通孔２２は、層厚方向に隣接する混合エレメント層２１ａ，２１ｂの第１の貫通孔２２と半径方向及び周方向に部分的に位置がずれて重なり合うように配置され、延在方向（層厚方向に対して略垂直方向）に連通している。

混合体２は、以上の構成の混合エレメント層２１ａ，２１ｂが層厚方向に積層形成された一体物により構成されている。この混合体２の製造は、例えば、３Ｄプリンター等の３次元造形装置や、鋳造法により製作することができる。３次元造形装置では、混合エレメント層２１ａ，２１ｂを有する混合体２の立体構造をコンピュータ上で３次元データ化し、この３次元データに従った断面形状に樹脂、金属、セラミックス等の材料を積層することで立体的な混合体２を製作する。３次元造形装置としては、例えば、融解した樹脂等の材料をプリンタヘッドで押し出し断面を描きながら積み重ねていく熱溶解積層方式、液状の樹脂にレーザー光線を照射して断面を描き硬化させていく光学造形方式、金属やセラミックス等の材料粉末にレーザー光線を照射して断面を描き焼結させていく粉末焼結積層造形方式、紫外線硬化性樹脂をインクジェットヘッドで噴射し紫外線を照射して断面を描きながら硬化させていくインクジェット方式、樹脂や金属やセラミックス等の材料粉末にインクジェットヘッドで接着剤を吹き付けて断面を描きながら固めていく粉末固着方式などの各種方式を採用することができる。

なお、混合体２は、上記に示した積層構造のもの以外に、単に一体形状のものの内部に複数の貫通孔２２が連通していて、それらの貫通孔２２が混合体２の表面に開放されており、この混合体２の表面において流体を混合体２内部に流入させるとともに混合体２の内部から流体を流出させるものであってもよい。そのような構造であっても、本発明の作用及び効果が得られるからである。例えば、混合体２内部に複数の貫通孔２２がランダムに３次元状に連通して、一部の貫通孔２２が混合体２の表面に開放されているものでもよい。

混合要素１は、混合体２の層厚方向両端部に第１の板３及び第２の板４が対向配置されているので、混合体２内部の流体Ａは、第１の板３及び第２の板４の設置範囲で混合体２の層厚方向両端部の第１の貫通孔２２から流出することが妨げられる。したがって、図３（ａ）（ｂ）に示したように、流体Ａは、混合体２内部を混合エレメント層２１ａ，２１ｂの層厚方向とともに延在方向の複数方向へ確実に流通する。そして、流体Ａは、総じて、混合要素１内部を内周部から外周部へ、又は外周部から内周部へ流通させられる。

以上の混合要素１において、例えば、流体Ａは、適宜な圧送手段により第２の板４の開口部４１を経由して中空部２４に流入すると、中空部２４の内周面に開く混合エレメント層２１ｂの第１の貫通孔２２から混合体２内部に流入する。続いて、流体Ａは、当該第１の貫通孔２２に連通する他の第１の貫通孔２２を通り抜け、当該他の第１の貫通孔２２に連通する他の第１の貫通孔２２を通り抜けるといった流れが繰り返される。最終的に、流体Ａは、混合体２の外周面に開く混合エレメント層２１ａの第１の貫通孔２２を介して混合体２の外部へ流出する。この間、混合体２内部の流体Ａは、複数の第１の貫通孔２２により混合エレメント層２１ａ，２１ｂの延在方向に分割、合流されながら、内周部から外周部に向かって略放射状に流動する（図３（ａ）参照）。同時に、混合体２内部の流体Ａは、複数の第１の貫通孔２２により混合エレメント層２１ａ，２１ｂの層厚方向にも分割、合流されながら流動する（図３（ｂ）参照）。

以上より、流体Ａの流動は、混合体２において、半径方向への二次元的（平面的）な分割と合流だけではなく、混合エレメント層２１ａ，２１ｂの層厚方向にも分割と合流が行われ、混合体２内部で広がりをもった三次元的な分割と合流が行われる。このような流動の際に、流体Ａは、分散、合流、反転、乱流、渦流、衝突等を繰り返すことにより高度に混合される。よって、この混合要素１によれば、流体Ａに対して高い混合効果が発揮される。また、混合体２内部では、流体Ａを３次元的に広がって流通させるから、混合体２内部を流通する流体Ａの圧力損失を抑制することができる。なお、流体Ａは、上記とは逆に、混合エレメント層２１ａ，２１ｂの外周部から混合体２内部に流入させ、中空部２４を介して混合体２外部へ流出させてもよい。

混合エレメント層２１ａ，２１ｂの各第１の貫通孔２２は千鳥状に配列されているので、当該第１の貫通孔２２と上下の他の第１の貫通孔２２との間で流体Ａが流出、流入する際に、流体Ａの流れが容易に分割、合流させられるから、効率的に混合される。したがって、流体流量が少なくて流動状態が層流の場合でも、流体Ａは上下にも分割、合流されて高度に混合される。流体流量が増大して流動状態が乱流に移行すると、乱流及び渦流の効果も加わって上記分割及び合流に伴う流体の混合効果がより一層増大する。

第２の貫通孔２３は、第１の貫通孔２２より大きい内径を有するので、各混合エレメント層２１ａ，２１ｂの第２の貫通孔２３によって形成する中空部２４は、各第１の貫通孔２２より十分に広い大きさを有する。そのため、流体Ａが中空部２４を流れる際の流動抵抗は、混合体２内部を流れる際の流動抵抗と比較して小さく、圧力損失も小さい。したがって、流体Ａは、混合エレメント層２１ａ，２１ｂの積層数が多い場合でも、層厚方向の位置に関らず略均等に各混合エレメント層２１ａ，２１ｂの内周部に到達し、混合体２内部を内周部から外周部へ略均等に流れる。このような中空部２４を備えることで、中空部２４を設けない場合と比較して、混合要素１内に流体Ａが入りやすく、第１の貫通孔２２への流通もさせやすい。同様に、混合要素１の外周側から入って第１の貫通孔２２を通過した流体Ａを、滞らせずに円滑に流出させられる。

混合要素１は、混合体２、第１の板３、第２の板４のそれぞれに分解可能なので、混合体２の混合エレメント層２１ａ，２１ｂの第１の貫通孔２２に残存した残留物や異物の除去のような洗浄作業を容易に行うことができる。第１の貫通孔２２が層厚方向に貫通した孔であるので、洗浄は隅々まできれいに行うことが容易である。

混合要素１は、第１の板３や第２の板４を適宜の状態で保持すれば、様々な部位に、自由な態様で適用することができる。このため、様々な装置に混合要素１を適用でき、高い混合能力を幅広く活用することができる。

なお、混合体２は、外周面が開放されない構造とし、第１の板３又は／及び第２の板４が混合体２より少し小径に形成され、混合体２の層厚方向端面の外縁部において第１の貫通孔２２が露出され、この露出した第１の貫通孔２２部分から流体Ａを流出又は流入する構成としてもよい。
また、混合体２は、一体物であるが、混合要素１として、混合体２のみならず混合体２の両端部に配設する第１の板３及び第２の板４を含めて一体物としたものでもよい。このような一体物の混合要素１は、例えば、３次元造形装置で製作することができる。

混合要素１は、上記実施形態のみに限定されず、適宜に変更を施すことが可能である。
（変形例１）
図４に示すように、混合体２Ａは、２種類の混合エレメント層２１ａ，２１ｂを交互に多数層に形成することができ（図４（ａ））、また、混合体２Ｂは、２種類の混合エレメント層２１ａ，２１ｂを１層ずつ形成した２層構造とすることができる（図４（ｂ））。２層構造の混合体２Ｂでは、混合要素１を偏平状の薄型に形成することができ、また、第１の貫通孔２２を通り抜ける流体Ａが第１の板３及び第２の板４と激しく衝突を繰り返して高度に混合することができる。

（変形例２）
混合エレメント層２１において各々の第１の貫通孔２２間を仕切る仕切壁２５（半径方向に延びる仕切壁２５ａ及び／又は周方向に延びる仕切壁２５ｂ）の断面形状は、四角形に限らず、各種形状とすることができる。図５に示すように、仕切壁２５ｂは、面取り部２８を有する断面形状とすることができ、例えば、楕円形（図５（ａ））、三角形（図５（ｂ））、ひし形（図５（ｃ）（ｄ））等の断面形状が例示される。この場合、流体Ａは、面取り部２８により仕切壁２５との衝突時の衝撃が小さくなるので、流体Ａの流動に滑らかさを持たすことができる。また、図５（ｅ）に示すように、混合エレメント層２１毎に仕切壁２５ｂの断面形状が異なる形状とすることもできる。この場合、流体Ａは、混合エレメント層２１毎で層厚方向への流れの強弱が異なり、全体の流動に多様な変化をつけることができる。

（変形例３）
混合エレメント層２１ａ，２１ｂの第１の貫通孔２２の形状は、四角形に限らず、各種形状とすることができる。例えば、図６（ａ）（ｂ）に示す混合体２Ｃのように、第１の貫通孔２２を円形とすることができる。

（変形例４）
混合エレメント層２１ａ，２１ｂ毎に、第１の貫通孔２２の大きさ（広さ）が異なるように構成することができる。例えば、図７（ａ）に示すように、混合体２Ｄは、下方の混合エレメント層２１ａ，２１ｂとなるに従って第１の貫通孔２２が大きく（広く）形成されてもよい。この場合、混合体２Ｄの層厚方向での流体Ａの流動は、第１の貫通孔２２の大きさが大きい下方の流動抵抗を小さくすることができる。

（変形例５）
混合エレメント層２１ａ，２１ｂ毎に、第２の貫通孔２３の大きさ（広さ）が異なるように構成とすることができる。例えば、図７（ｂ）に示すように、混合体２Ｅは、下方の混合エレメント層２１ａ，２１ｂとなるに従って第２の貫通孔２３が大きく（広く）形成されてもよい。この場合、第１の貫通孔２２の数は、下方の混合エレメント層２１ａ，２１ｂとなるに従って減少するから、混合体２Ｅの層厚方向での流体Ａの流動は、第１の貫通孔２２の数が少ない下方の流動抵抗を小さくすることができる。

（実施形態２「静的混合装置」）
図８に示すように、静的混合装置５は、入口５１及び出口５２を有する円筒状のケーシング５００内に、混合要素１を収容するものである。ケーシング５００は、フランジ５３を有する円筒状のケーシング本体５０に、入口５１及び出口５２を有する外周円板状の蓋体５４がボルト１３とナット１４のような固定手段で着脱自在に取り付けられたものである。なお、蓋体５４を取り付けず、ケーシング本体５０だけでケーシング５００を構成してもよい。混合要素１は、ケーシング５００内に４つ（混合要素１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ）積み重ねて配設されている。混合要素１の第２の板４は、混合体２及び第１の板３より大径で、ケーシング本体５０の内径と略同一の外径に形成されている。隣接する第１混合体２ａと第２混合体２ｂは、１枚の第１の板３を共用して２つの混合要素１ａ，１ｂを構成する。隣接する第３混合体２ｃと第４混合体２ｄも同様に１枚の第１の板３を共用して２つの混合要素１ｃ，１ｄを構成する。また、隣接する第２混合体２ｂと第３混合体２ｃは、１枚の第２の板４を共用して２つの混合要素１ｂ，１ｃを構成する。

第１〜第４混合体２ａ〜２ｄの各々が有する第１〜第４中空部２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄは、各々の第１〜第４混合体２ａ〜２ｄの第１の貫通孔２２と連通されている。なお、第２中空部２４ｂと第３中空部２４ｃとは接続されており、これらの中空部２４ｂ，２４ｃは、第２混合体２ｂ及び第３混合体２ｃの第１の貫通孔２２と連通されている。ケーシング本体５０の内周部と、第１混合体２ａ及び第２混合体２ｂの外周部との間には第１環状空間部５５ａが形成され、第３混合体２ｃ及び第４混合体２ｄの外周部との間には第２環状空間部５５ｂが形成される。

以上の構成の静的混合装置５に、例えば、流体Ａは、適宜な圧送手段により入口５１から流入すると、第１中空部２４ａに流入する。続いて、流体Ａは、第１中空部２４ａの内周面に開く第１の貫通孔２２から第１混合体２ａ内部に流入し、連通する第１の貫通孔２２を外周方向へ流通する。続いて、流体Ａは、第１混合体２ａの外周面に開く第１の貫通孔２２から流出し、第１環状空間部５５ａに流入する。そして、流体Ａは、第２混合体２ｂの外周面に開く第１の貫通孔２２から第２混合体２ｂ内部に流入し、連通する第１の貫通孔２２を内周方向へ流通する。続いて、流体Ａは、第２中空部２４ｂの内周面に開く第１の貫通孔２２から流出し、第２中空部２４ｂに流入する。その後、流体Ａは、第３中空部２４ｃ→第３混合体２ｃ→第２環状空間部５５ｂ→第４混合体２ｄ→第４中空部２４ｄを経由して出口５２から流出する。このようにして、流体Ａは、各混合体２ａ〜２ｄの内部を内周部から外周部、また外周部から内周部へと、連通する第１の貫通孔２２を３次元的に流動しながら放射状に流通して高度に混合される。そして、静的混合装置５の入口５１から流入した流体Ａは、高度に混合されて出口５２から流出する。

この静的混合装置５では、入口５１及び出口５２を有するケーシング５００の内部で流体Ａを混合することができるため、インライン静止型混合装置としての使用が可能であって、流体Ａを連続的に混合することができる。

（変形例）
静的混合装置５は、蓋体５４により混合体２の第２の板４を代用させることができる。例えば、図９（ａ）に示すように、静的混合装置５Ａとして、混合体２ｅ，２ｆの層厚方向の一端面を蓋体５４ａ，５４ｂに接触させてケーシング本体５０内に設け、蓋体５４ａ，５４ｂで第２の板４を代用させるようにしてもよい。また、図９（ｂ）に示すように、静的混合装置５Ｂとして、混合体２ｇの層厚方向の一端面を蓋体５４ｂに接触させて蓋体５４ｂにより第２の板４を代用させるようにしてもよい。

（実施形態３「ポンプ式混合装置」）
図１０に示すように、ポンプ式混合装置５Ｃは、入口５１及び出口５２を有する円筒状のケーシング５０１内に、回転軸５８が接続された混合要素１を収容するものである。回転軸５８には駆動源としての電動モータ５９が接続されている。ケーシング５０１は、流体Ａの入口５１及び出口５２を有し、入口５１は、回転軸５８の回転軸線方向に設けられ、出口５２は、回転軸５８の回転軸線方向と直交する方向に設けられている。なお、このポンプ式混合装置５Ｃに用いた混合要素１では、第１の板３にも混合体２の中空部２４と連通する開口部３１が設けられているが、このような開口部３１を設けないものでもよい。

以上の構成のポンプ式混合装置５Ｃにおいて、電動モータ５９により混合要素１を回転駆動すると、ポンプ式混合装置５Ｃの入口５１から流体Ａが吸い込まれ、吸い込まれた流体Ａは、混合要素１の第１の板３の開口部３１及び第２の板４の開口部４１の両方から中空部２４に流入する。続いて、流体Ａは、中空部２４の内周部に開く混合エレメント層２１の第１の貫通孔２２から混合体２内部に流入し、遠心力の作用により半径方向外方に向けて付勢される。付勢された流体Ａは、混合体２内部の連通する第１の貫通孔２２を内周部から外周部へと、連通する第１の貫通孔２２を３次元的に流動しながら放射状に流通して高度に混合され、外周部に開く第１の貫通孔２２を通じて混合要素１の外方へ流出される。流出された流体Ａは、出口５２を経てポンプ式混合装置５Ｃから吐出される。混合要素１から流出した流体Ａの一部は、第１の板３の開口部３１及び第２の板４の開口部４１を通じて再度混合要素１の混合体２内部を流動して循環するので、高度に混合される。

（実施形態４「攪拌装置（攪拌翼を含む）」）
図１１に示すように、攪拌装置６は、混合要素１に回転軸６２を接続して攪拌翼８とし、この攪拌翼８を攪拌槽６３内に溜めた流体Ｂ中に配設するものである。混合要素１は、複数の混合エレメント層２１を階層化した一体物の混合体２と、混合体２の一端側に配設する第１の板３と、混合体２の他端側に配設する第２の板４とを備える。第１の板３には、回転軸６２が接続されている。第２の板４には、中空部２４と連通する開口部４１が設けられている。回転軸６２には駆動源としての電動モータ６１が接続されている。なお、攪拌翼８に用いた混合要素１では、第１の板３にも混合体２の中空部２４と連通する開口部３１が設けられているが、開口部３１を設けないものでもよい。

以上の構成の攪拌装置６において、電動モータ６１により攪拌翼８を回転駆動すると、攪拌槽６０内の流体Ｂは、攪拌翼８の回転動作によって混合要素１における中空部２４の上下の開放部から中空部２４内に吸込まれるとともに、回転による円周方向への吸込流により中空部２４と連通する第１の貫通孔２２を経由して混合体２内部に流入される。混合体２内部に流入した流体Ｂは、攪拌翼８の回転による遠心力の作用により、混合体２内部に連通する第１の貫通孔２２を半径方向外方に向けて付勢される。付勢された流体Ａは、混合体２内部の連通する第１の貫通孔２２を内周部から外周部へと、連通する第１の貫通孔２２を３次元的に流動しながら放射状に流通して高度に混合され、外周部に開く第１の貫通孔２２を通じて混合要素１の外方へ吐出される。混合要素１から吐出した流体Ｂは、再び上記のように混合要素１の混合体２内部を流動し、このような流体流動を繰り返し循環されるので、高度に混合、攪拌される。

（変形例「攪拌装置（攪拌翼を含む）」）
攪拌装置６における撹拌翼８は、混合要素１の上部及び／又は下部が開放された攪拌翼としていてもよい。
例えば、図１２（ａ）に示す攪拌翼８Ａのように、第１の板３及び第２の板４を有しない混合体２により混合要素１を構成し、上部及び下部が開放された構成とすることができる。また、図１３（ａ）に示す攪拌翼８Ｂのように、１枚の第１の板３を２個の混合体２で挟んで第２の板４を有しない２組の混合要素１を構成し、上部及び下部が開放された構成とすることができる。
これらの攪拌翼８Ａ，８Ｂによっても、図１２（ｂ）及び図１３（ｂ）に示すように、攪拌槽６０内の流体Ｂは、攪拌翼８Ａ，８Ｂの回転による遠心力の作用により、混合体２内部の連通する第１の貫通孔２２を内周部から外周部へと３次元的に流動しながら放射状に流通して、混合体２の外周部のみならず上部及び下部に開く第１の貫通孔２２を通じて混合要素１の外方へ吐出される。そして、再び中空部２４の上下の開放部から中空部２４内に吸込まれ、混合体２内部を流動し、高度に混合、攪拌される。
また、図１２（ａ）の攪拌翼８Ａでは、混合要素１の上部及び下部が開放されており、図１３（ａ）の攪拌翼８Ｂでは、上下の混合要素１における第１の板３を有しない面側が各々開放されている。これら攪拌翼８Ａ，８Ｂは、部品点数がさらに削減され、取り扱いが容易である。
なお、混合要素１として、例示した図１２（ａ）及び図１３（ａ）のような上部及び／又は下部が開放されたもの、すなわち、第１の板３及び第２の板４の一方あるいは両方とも有しないものを、攪拌装置のみならず、種々の混合装置に適用することができる。

（その他）
以上のすべての実施形態において、混合要素における混合体部又は混合体は、複数の第１の貫通孔を有する積層エレメント、又は複数の第１の貫通孔及び第２の貫通孔を有する積層エレメントに置き換えることができる。
また、図７に示した混合体２Ｄ，２Ｅのような層厚方向へ向かう流体の流動抵抗を変化させるものを、混合装置（図８、図９、図１０）や攪拌装置（図１１、図１２、図１３）に適用することにより、混合装置のケーシング５００，５０１内や攪拌装置の攪拌槽６０内における混合体の層厚方向での流体の流動状態に変化を持たせることができ、より複雑な混合が行われて高度な混合効果が得られる。

１ 混合要素
２ 混合体
３ 第１の板
４ 第２の板
５ 混合装置
６ 攪拌装置
８ 攪拌翼
２１ 混合エレメント層
２２ 第１の貫通孔（孔）
２３ 第２の貫通孔
２４ 中空部
２５ 仕切壁
４１ 開口部
Ａ，Ｂ 流体

Claims (14)

1. 複数の孔を有する混合体部を備える混合要素であって、
   前記混合体部は一体物で構成され、
   前記混合体部の前記孔の一部又は全部が、前記混合体部の表面に開放され、
   前記混合体部内部の前記孔の一部又は全部が、隣接する孔との間で流体を流通可能に連通し、流体を混合体部内部で複数方向に分割するように形成されている混合要素。
2. 請求項１に記載の混合要素において、
   前記混合体部の両端部に対向配置される第１の板部と第２の板部を備え、
   前記第２の板部は、前記混合体部の少なくとも１つの孔に連通する開口部が設けられている混合要素。
3. 複数の孔を有する混合体と、当該混合体を挟んで対向配置される第１の板と第２の板とを備える混合要素であって、
   前記混合体は、前記孔を層厚方向に貫通形成する層が階層化された一体物で構成され、
   前記第２の板は、前記混合体の少なくとも１つの孔に連通する開口部が設けられ、
   前記混合体内部の前記孔の一部又は全部が、隣接する孔との間で流体を流通可能に連通し、流体を混合体内部で複数方向に分割するように形成されている混合要素。
4. 請求項３に記載の混合要素において、
   前記混合体は、前記孔より大きい内径の中空部が貫通形成され、
   前記第２の板の開口部が前記中空部を介して前記混合体の少なくとも１つの孔に連通されている混合要素。
5. 複数の孔を設けた混合要素であって、
   前記混合要素は、前記複数の孔を層厚方向に貫通形成する層が階層化された一体物で構成され、
   前記混合要素表面の前記孔の一部又は全部が、流体の流入口及び流出口を構成し、
   前記混合要素内部の前記孔の一部又は全部が、隣接する孔との間で流体を流通可能に連通し、流体を混合要素内部で複数方向に分割するように形成されている混合要素。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の混合要素と、流体の入口及び出口を有し当該混合要素を収容するケーシングとを備える静的混合装置。
7. 請求項６に記載の静的混合装置と、当該静的混合装置へ流体を送るための圧送手段とを備える混合装置。
8. 請求項６又は７に記載の混合装置により流体を混合する方法であって、
   流体を前記混合要素内部に流入させ、当該混合要素内部で流体を複数方向に分割するように流通させて混合要素外部に流出させる混合方法。
9. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の混合要素と、当該混合要素を回転させる回転軸とを備える攪拌翼。
10. 請求項９に記載の攪拌翼が、攪拌槽内の流体中に配設される攪拌装置。
11. 請求項９又は１０に記載の攪拌翼により流体を攪拌する方法であって、
    前記攪拌翼の回転動作により、流体を攪拌翼に具備する混合要素内部に流入させ、当該混合要素内部で流体を複数方向に分割するように流通させて混合要素外部に流出させる攪拌方法。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のものにより流体を混合させて生成される混合流体。
13. 請求項１２に記載の混合流体は、液体と気体により混合されている混合流体。
14. 請求項１２又は１３に記載の流体又は混合流体は、粒子を含む混合流体。
    
    

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