JP2546717B2 - 静止型混合装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は機械的撹拌装置を用いずに、管内を流通する
流体の運動により、２種以上の流体を均一に混合する静
止型混合装置に関するものである。

〔従来の技術〕

従来の静止型混合装置としては、「化学工学」第42
巻、第７号（1978年）、第364〜369頁に示すように、管
内に蜂の巣状仕切り板やねじり羽根等よりなるエレメン
トを位相をずらして多段に配列したり、複数の並行する
流路を位置をずらしつつ複数回離合集散させることによ
り流体を混合する静止型混合器が種々提案されている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

従来の静止型混合装置は混合する２種の液体の粘度、
比重、混合比、相溶性等により適する機種が異なり、そ
の選択が困難であり、選択を誤ると所期の効果を達成す
ることができなかった。特に混合する２種の液体の粘度
差が大きく、低粘度液の混合比が大きい場合に混合が困
難である。

また従来の静止型混合装置の多くは構造が複雑で、製
造コストが嵩み、内部の洗浄が困難なものがあり、構造
の複雑な静止型混合装置では、装置内に異常滞留部が生
じ、そこに流体の一部が長時間滞留して品質低下を招く
虞があった。

従って本発明は混合すべき流体の粘度、比重等の物性
や混合比等に拘わらず、混合装置を簡単に調節すること
により、常に最適混合状態に調節して、効率のよい混合
を行うことができる構造の簡単な静止型混合装置を提供
することを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的を達成すべく、本発明者は鋭意研究を重ねた
結果、混合すべき流体を流通する管内に、雄ねじ状の複
数の螺旋フィンを、管内面との間に微小間隙を設けて、
螺旋方向の異なるものを交互に配設することにより、流
体を微粒子状に分散して効率よく混合しうること、該管
内面と螺旋フィンの間隙を調節することにより、混合す
べき流体の粘度、比重、混合比等に応じて最適な混合状
態に調節することができることを見出し、本発明を完成
するに至った。

即ち、本発明は流入口から吐出口に向かって縮径する
６度以下のテーパーを有するテーパー管よりなる外管
と、該外管の軸線上に配設した中心軸と、該中心軸の周
囲に固着した雄ねじ状の螺旋板よりなる複数個の螺旋フ
ィンとを備え有し、該螺旋フィンはその外周を該外管の
内面との間に狭い間隙を隔てて配設してなり、隣接して
配設される該螺旋フィンは右旋回と左旋回のものを交互
に配設し、該螺旋フィンの外周は該外管の内面に一致す
る形状の円錐面に内接するように構成し、該中心軸を軸
線方向に摺動可能に設けのと共に、該中心軸の軸方向へ
の摺動調節機構を備え、該流入口より混合流体を吐出す
る静止型混合装置を要旨とする。

次に本発明の内容を図面により詳細に説明する。第１
図は本発明の超微粒分散装置の一例の正面断面図、第２
図は同一部を切り欠いた平面図、第３図は同左側面図、
第４図は同右側面図である。（１）はテーパー管よりな
る外管であり、両端に流入口フランジ（２）及び吐出口
フランジ（３）を備える。流入口フランジ（２）はねじ
（４）により外管（１）に着脱可能に固着されている。
（５）は中心軸であり、その両端を流入口フランジ
（２）及び吐出口フランジ（３）の中心にブラケット
（６）により支持された軸受（７）、（７）により軸方
向に摺動可能に支承されている。軸受（７）は第３図及
び第４図に示すように、断面が四角形状に形成され、こ
れに嵌合する中心軸（５）の端部（８）も断面四角形状
に形成されているので、中心軸（５）は回動不能に保持
されている。

中心軸（５）の外側には、雄ねじ状の螺旋板よりなる
螺旋フィン（９）を複数個を固着する。螺旋フィン
（９）は、右ねじ螺旋のものと左ねじ螺旋のものを交互
に、一定の間隔を隔てて又は互いに密着して取り付け
る。螺旋フィン（９）と中心軸（５）は間隙なく密着し
て溶接等により固定されている。

螺旋フィン（９）の外周は第１図に鎖線で示す仮想的
な円錐面Ｃに内接するように形成する。円錐面Ｃは外管
（１）の円錐状内面（10）と一致する形状の円錐面から
なり、後述するように中心軸（５）を軸線方向に摺動す
ることにより、円錐状内面（10）と円錐面Ｃとの間隙ｄ
を自由に調節することができる。

（11）は中心軸（４）に固着した調節用ラックであっ
て、ハンドル軸（12）の先端に固着したピニオン（13）
と噛み合っている。

外管（１）のテーパーは余り大きくすると、液の流通
の抵抗が大きくなり適当な入口圧で流体の混合が困難と
なるので、６度以下のテーパーが好ましい。またテーパ
ーが小さいと外管（１）の全長を長くする必要があるの
で、最適なテーパーは３〜５度である。

螺旋フィン（９）のピッチ及び巻き数は特に制限はな
いが、たとえば、ピッチ４〜10mm、巻き数２〜５回のも
のが好ましく用いられる。

螺旋フィン（９）は通常の雄ねじのように一重螺旋状
であってもよいし、二重螺旋状であってもよい。隣接す
る螺旋フィン（９）の出口と次の入口は一重螺旋の場合
は180゜ずらせて、二重螺旋の場合は90゜ずらせて配設
するのが好ましい。

〔作用〕

本発明の静止型混合装置を液体の混合装置として使用
する際には、流入口フランジ（２）の流入孔より混合す
べき２種以上の液体を送入する。

ハンドル（14）を回動することにより、ピニオン（1
3）及びラック（11）を介して中心軸（５）を軸方向に
摺動せしめ、螺旋フィン（９）が内接する円錐面Ｃと外
管（１）の円錐状内面（10）との間隙ｄを任意に調節す
ることができる。この間ｄを狭くすると互いに分散する
液滴の粒径が小さくなり、間隙ｄを大きくすると液滴が
大きくなるため、２種の液体の相互溶解速度に応じて間
隙ｄを調節することにより、混合効率を最も高めること
ができる。

この適当な間隙ｄは例えば0.1〜2.0mm、更に好ましく
は0.1〜0.5mmであり、この範囲の間隙ｄの調節により、
混合比率の調整がされ、任意の均一な混合状態を得るこ
とができ、極めて能率のよい混合を達成することができ
る。

又混合する液の粘度に応じ、この間隙ｄを適宜調節す
ることにより、最適混合状態を達成することができる。

本発明の静止型混合装置の螺旋フィン（９）を出た流
体が次の螺旋フィン（９）に入る際に、位相の変化、変
換が急激に行われ、衝突、重合、分割、反流の作用を受
け、螺旋方向が交互に反転する螺旋フィン（９）に沿っ
て螺旋状に流動する流体の部分と、螺旋フィン（９）と
外管（１）との間隙ｄを経る短絡回路を通って流れる流
体の部分が生じ、短絡回路を通って流れる液体が層流、
乱流状態を交互に繰り返す螺旋方向の流れとの間で剪断
力を受けて細分化されて混合することにより、流れの前
後方向に混合する混合機構が大きく寄与して、極めて効
率のよい混合が行われる。

上記間隙ｄを調節することにより、螺旋流の部分と短
絡流の部分の比を適宜調節することで、流体の物性及び
混合比に拘わらず、常に最大混合効率が得られる。

本発明の静止型混合装置は常圧に近い圧力下でも高圧
の加圧下でも運転が可能であり、流通圧力損失が極めて
小さい特徴を有する。

上記説明では、中心軸（４）を外管（１）内にほぼそ
の全長に亙って貫通して設け、その中心軸（４）の周囲
に雄ねじ状螺旋フィン（９）を固着したものを示した
が、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば第
５図の実施態様に示すように、中心軸（４）を外管
（１）内の全長に亙って貫通して設けず、複数の螺旋フ
ィン（９）をそれぞれ独立したブロック状の螺旋フィン
ブロック（15）として形成してもよい。この実施態様で
は、各螺旋フィンブロック（15）は、短い中心軸（18）
と、その周囲に一体に固着した雄ねじ状螺旋板よりなる
螺旋フィン（９）と、短い中心軸（18）の両端に設けた
凸連結部（16）及び凹連結部（17）よりなり、凸連結部
（16）の雄ねじと凹連結部（17）の雌ねじが螺合して、
隣接する螺旋フィンブロック（15）が互に緊密に締結さ
れるようになっている。

互いに連結した複数の螺旋フィンブロック（15）のう
ち両端の螺旋フィンブロック（15）には、それぞれ各螺
旋フィンブロック（15）を連結する連結機構と同様な連
結機構を介して、一端が軸受（７）に嵌合する中心軸
（５）を連結する。

この螺旋フィン（７）をブロック状に分割して形成す
る場合は、各螺旋フィンブロック（15）に短い中心軸
（18）を設けず、螺旋フィン（９）として一枚の矩形状
板の両側の互いに平行な２辺をそれらに垂直な軸線の周
りに互いに反対方向に捩って形成される形状のものを用
い、その両端部に上記凹、凸連結部（16）、（17）を設
けてもよい。

本発明の静止型混合装置は全体をステンレス鋼等の耐
蝕性金属製とするのが好ましいが、螺旋フィン（９）等
を合成樹脂、ガラス、セラミックス等で構成することも
好ましい。また外管（１）の内面に必要に応じて耐蝕性
ライニング等を施すこともできる。

〔実施例〕

外管（１）の入口部の内径25mm、外管（１）のテーパ
ー５度、長さ300mm、螺旋フィン（７）のピッチ7mm、巻
き数４回の第１図に示す本発明の静止型混合装置を用
い、螺旋フィン（７）と外管（９）内面との間隙ｄを0.
5mmとして、入口圧4kgf/cm²で高粘度液と低粘度液を夫
々１/min及び５/minの割合で導入した結果、吐出圧
は1kgf/cm²で、吐出液は完全に混合された均一な液体で
あった。

〔発明の効果〕

本発明の静止型混合装置によれば、極めて簡単な構造
で、極めて効率よく流体を混合することができ、従来の
混合機では、混合比、混合すべき液体の粘度により、そ
れぞれに適した装置を用いる必要があり、同一装置及び
同一機種での混合が不可能であったが、本発明の装置で
は、混合すべき流体の種類と混合比に応じて間隙ｄを定
めることにより、常に最適な混合状態を極めて容易に得
ることができる。

本発明の静止型混合装置は構造が簡単で、分解して内
部の清掃が容易であり、内部に異常滞留部が生ずる虞が
ない。

本発明の静止型混合装置は高粘度の液体の混合、高粘
度液と低粘度液の混合、混合比の大きく異なる流体の混
合、気体と液体の混合吸収、その他あらゆる流体の混合
に使用することができ、これは従来のあらゆる混合機に
はない、本発明の静止型混合装置に特有の特徴である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の静止型混合装置の一例の正面断面図、
第２図は同一部を切り欠いた平面図、第３図は同左側面
図、第４図は同右側面図である。第５図は本発明の静止
型混合装置の別の実施態様の要部断面図である。 （１）……外管、（２）……流入口フランジ、 （３）……吐出口フランジ、（４）……ねじ、 （５）、（18）……中心軸、（６）……ブラケット、 （７）……軸受、（８）……端部、 （９）……螺旋フィン、（10）……円錐状内面、 （11）……ラック、（12）……ハンドル軸、 （13）……ピニオン、（14）……ハンドル、 （15）……螺旋フィンブロック、 （16）……凸連結部、（17）……凹連結部。

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】流入口から吐出口に向かって縮径する６度
   以下のテーパーを有するテーパー管よりなる外管と、該
   外管の軸線上に配設した中心軸と、該中心軸の周囲に固
   着した雄ねじ状の螺旋板よりなる複数個の螺旋フィンと
   を備え有し、該螺旋フィンはその外周を該外管の内面と
   の間に間隙を隔てて配設してなり、隣接して配設される
   該螺旋フィンは右旋回と左旋回のものを交互に配設し、
   該螺旋フィンの外周は該外管の内面に一致する形状の円
   錐面に内接するように構成し、該中心軸を軸線方向に摺
   動可能に設けのと共に、該中心軸の軸方向への摺動調節
   機構を備え、該流入口より混合すべき複数の流体を導入
   して、該吐出口より混合流体を吐出する静止型混合装
   置。
2. 【請求項２】請求項１記載の静止型混合装置において、
   中心軸と雄ねじ状の螺旋板よりなる複数の螺旋フィンを
   一体に形成する代わりに、短い中心軸とその周りに一体
   に固着した雄ねじ状螺旋フィンよりなる螺旋フィンブロ
   ックを複数個独立して設け、各該螺旋フィンブロックの
   短い中心軸の両端に設けた締結手段により該螺旋フィン
   ブロックを複数個互いに締結して一体化した静止型混合
   装置。
3. 【請求項３】請求項１又は請求項２記載の静止型混合装
   置において、雄ねじ状の螺旋板よりなる螺旋フィンの代
   わりに一枚の矩形状板の両側の互いに平行な２辺をそれ
   らに垂直な軸線の周りに互いに反対方向に捩って形成さ
   れる形状の捩り板よりなる螺旋フィンを用いた静止型混
   合装置。