JP2817948B2 - 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、２つの異なる流体を混合する混合装置、特
に第１の流体中に第２の流体を効果的に分散混合するも
のに関する。

［従来の技術］ 従来より、各種の産業分野において、複数の異なる流
体、すなわち液体同士、液体及び気体などの流体を混合
することが行われている。特に、化学処理あるいは食品
加工などにおいては、効率良くかつ均一な混合を行なえ
る混合装置が望まれている。

そして、このような混合の一例として、水と油の混合
があり、油を水中に微細な粒子として分散しエマルジョ
ンする混合がある。このような混合は、一般的には両流
体を混合槽内に貯留し、これをモータによって高速回転
する撹拌羽根によって強力に撹拌し、混合することが行
われている。しかし、このような混合方法においては、
非常に強力な撹拌を行っても油が水中に微細な粒径（通
常10μ以下）で分散させるにはかなりの時間を要し、ま
た大きな電力を消費していた。

このような欠点を改善するものとして、第７図に示す
ようなシステムも知られている。図において、貯留槽10
には第１の流体（例えば、水）が貯留されている。そし
て、この第１の流体はポンプ21によって混合装置14に流
通され、混合装置14を出た流体は貯留槽10に戻される。
従って、貯留槽10内の液体は、ポンプ12、混合装置14を
介して循環され、その間に混合処理が行われることとな
る。

そして、混合装置14は仕切壁16によって、２つの密閉
室14a,14bに仕切られており、この密閉室14aには貯留槽
10内の流体がそのまま流通されるが、密閉室14bには第
２の流体（例えば油）が圧入されている。

ここで、仕切壁16は多孔質材料によって形成されてい
るため、密閉室14bに圧入された第２の流体の一部は密
閉室14a側に浸透、流出することとなる。そこで、仕切
壁16を非常に微細な孔径（例えば１μ程度）とすれば、
第２の流体は非常に小さな粒子として密閉室14a側に滲
み出てくる。そして、この密閉室14aには第１の流体が
ある程度の流速をもって流通しているため第２の流体が
順次そこに流れる第１の流体によって随伴され第２の流
体が微細な粒径として分散された混合液が貯留槽10に得
られる。

このような第７図に示すシステムによれば、仕切壁16
の孔径によって所定の粒径の第２の流体を第１の流体中
に分散できることとなり、非常に効果的な混合処理が行
える。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、第７図に示すような従来の混合装置に
おいては、第１の流体を密閉室14aにある程度の流速を
もって流通しなければならない。すなわち、密閉室14a
に流通する第１の流体の流速が小さい場合、仕切壁16を
浸透通過してきた第２の流体は、密閉室14a側の表面に
おいて第２の流体がかなりの大径になるまで仕切壁16か
ら剥離しない。このため、第１の流体中に分散される第
２の流体の粒径が非常に大きなものとなってしまう。こ
のような事態を避けるためには、混合装置14の密閉室14
a中にかなり大きなスピードで流体を流通し、第２の流
体を仕切壁16の表面から早期に剥離させなければならな
い。

一方、混合装置14内に流体を高速で流通させるために
は、仕切切16の表面積を非常に大きくするか、ポンプ12
によって圧送する流体の量を非常に大きくしなければな
らない。仕切壁16の面積には実用的に限界があり、実際
にはポンプ12の流量を大きくすることによって、これを
達成している。

このようにポンプ12の流量を大きくするということ
は、液体の混合装置14内の２回の流通時においてここに
分散される第２の流体の量が小さくなるということであ
り、このシステムにおいてはかなりの回数の循環を行わ
なければ、所望量の第２の流体を第２の流体中に分散す
ることができないという問題点があった。さらに、この
ような大量の循環を行うと、ポンプの電力消費量が多く
なり、エネルギー効率が悪くなると共に、混合処理に要
する時間が長くなるという問題点もあった。

本発明は、上述のような問題点を解決することを課題
としてなされたものであり、混合装置内の流体の流通速
度を小さくしながら効率的な２つの流体の混合処理が行
える混合装置を提供することを目的とする。

［課題を解決するための手段］ 本発明に係る混合装置は、第１及び第２の流体が導入
され、内部でこれ等の混合を行う容器と、この容器内に
設けられ第１の流体が流通される流通室と、多孔質材料
によって形成され、その内側空間が流通室の一部を構成
する仕切りパイプと、この仕切りパイプの内部に配置さ
れ、ここに流通される流体の流れを変更して混合を促進
するスタティックミキサエレメントと、仕切りパイプの
外部空間として流通室から仕切り形成された密閉室と、
この密閉室に第２の流体を加圧導入する手段と、容器内
の流通室に配置され、加振装置によって振動される振動
部材とを有し、 振動部材によって仕切り壁付近の第１の流体を往復移
動させて、仕切り壁を通過して滲み出た第２の流体の仕
切り壁からの剥離を促進しながら、第１及び第２の流体
の混合を行うことを特徴とする。

［作用］ 第１の流体は、容器内の流通室に導入され、ここを通
過する。一方第２の流体は容器内の密閉室に加圧導入さ
れ、流通室と密閉室を仕切る仕切壁を浸透して流通室側
に滲み出る。

ここで、この発明においては、容器内の流通室内には
加振装置によって振動される振動部材が配置され、流通
室を密閉室から仕切る仕切りパイプの内部にはスタティ
ックミキサエレメントが配置されている。このため、仕
切りパイプの内側表面における第１の流体はここで振
動、すなわち往復移動するとともに、スタティックミキ
サエレメントの作用によって仕切りパイプ内面付近にお
いて乱流状態となることとなる。従って、この乱流状態
の第１の流体の速度によって仕切壁を通過して滲み出た
第２の流体の仕切壁からの剥離が促進される。これによ
って、流通室内に流通する第１の流体の流速自体は小さ
く維持しながらも、第２の流体を第１の流体中に微細な
粒径分散混合することができる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例に係る混合装置について、
図面に基づいて説明する。

第１図は、第１実施例の正面断面図である。容器20は
中空円筒状のものであり、その底部に第１の流体（例え
ば水）の流入管22が接続されており、上部には混合処理
後の混合液が流出する流出管24が接続されている。そし
て、容器の中間部には、多数のパイプ26が流体の流通方
向に沿って配置されており、このパイプ26の上端部及び
下端部の外周側が閉塞板28,30によって閉塞されてい
る。従って、流入管22から流入した流体はパイプ26の内
部のみを流通することとなる。

一方、パイプ26の外周と閉塞板28,30及び容器の内周
で囲まれた空間は密閉室32として、流入管22から流入し
た流体が流出管24へ至る流通室34から仕切られた別の空
間を形成することとなる。

そして、この密閉室32には、第２の流体（第２の流
体）を導入する導入管36が接続されている。このため、
導入管36より第２の流体を加圧状態で密閉室32に導入す
れば、パイプ26が外側から加圧されることになる。そし
て、このパイプ26を多孔質材料で形成することによっ
て、第２の流体をパイプ26の外側から内側へ浸透流出す
ることができる。

本実施例においては、容器20の上部空間に当る流通室
34aには振動部材として円板上の振動板38が配置されて
いる。この振動板38は、加振装置40によって上下振動す
るものであり、その中央部には加振装置40に接続される
軸42が取り付けられており、この軸42の上端は、連結部
材44とクランク腕46を介し偏心軸48に接続されている。

そして、この偏心軸48は一対のモータ50の主軸52に対
し偏心して接続されているため、そのモータ50の回転に
よって旋回運動し、この旋回運動によってクランク腕46
の上端部は同一の旋回運動し、これによって連結部材4
4、軸42、振動部材38が上下振動することとなる。従っ
て、この振動板38の上下振動により、流通室34内の流体
に上下振動を付与することができる。なお、インバータ
54は、モータ50に所定の周波数の電力を供給し、この周
波数の変更によって回転数を制御できるものである。ま
た、容器20と軸42との摺動部分には、ダイヤフラム56が
配置されており、これによって摺動部分をシールしてい
る。

さらに、本実施例においては、パイプ26の内部にはス
タティックミキサエレメント58が配置されている。この
例においては、第２図に示すように、軸582の周囲に螺
旋羽根584を取り付けたものを採用している。そして、
螺旋羽根584には、内側開口586、外側開口588が適宜間
隔で形成されている。このため、パイプ26内を流通する
流体には、螺旋通路に沿った流れと、開口586,588を介
しての流れの両方が生じ、ここに乱流状態が生起され
る。なお、この開口586,588は軸方向からみた角度が隣
接するもの同士異なるように形成されている。このた
め、軸方向の開口586,588に起因する軸方向の短絡流の
発生を防止することができる。

このような装置において、第１の流体を流入管22より
流入し、流通室34を介し流出管24より流出させる。そし
て、密閉室32には第２の流体を所定の圧力、例えば5kg/
cm²程度で圧入すると、パイプ26を通過し、その内面側
より第３図に示すように流出してくる。

ここで、本発明においては、振動板38によってパイプ
34内の流体に上下振動が与えられているとともに、スタ
ティックミキサエレメント58によって流れの方向が変更
されるようになっている。従って、パイプ26の内周面付
近においても流体がパイプ26に対し種々の方向に高速で
移動する（乱流状態が生起される）こととなる。そこ
で、パイプ26の内表面に流出してきた第２流体はその粒
径が大きくなる前にパイプ26の内面から剥離され、第１
の流体中に分散される。

このように本発明の装置によれば、パイプ26の表面か
らの第２流体の剥離は、振動板38の振動およびスタティ
ックミキサエレメント58に起因する第１の流体の乱流に
よって促進される。このため、流通室34内における流入
管22から流出管34に向けての流体の流速は非常に遅くて
も、充分な混合が行えることになる。従って、上述の従
来例のように大量のポンプを必要とせず、また貯留タン
クも不要となる。

ここで、上述のパイプ26は、種々の多孔質材料、例え
ばセラミックが採用可能であるが、多孔質シリカガラス
が特に適している。すなわち、南九州において豊富な火
山噴出物（シラス）のシラスガラスを原料にして生成し
たものが好適である。

この多孔質シラスガラスは、まずシラスに石灰と硼酸
を加え1300℃で溶融して、多孔質ガラスの母体となる基
礎ガラスを合成する。そして、これを素材として最終的
な使用目的に合せたパイプ状に成形した後、600〜750℃
程度で熱処理し、ガラスの組織を変化させて原料のCaO
とB₂O₃が遊離する現象すなわち分層を発生させる。

そして、この層は酸に溶け易いので熱処理物を酸で処
理すれば、これが溶出して微細な細孔を無数に有する多
孔質ガラスを生成できる。このように生成した多孔質シ
リカガラスはその孔径等を処理において制御し易いた
め、本発明の仕切パイプを形成する材料として非常に適
している。

第４図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）に示したのは、スタテ
ィックミキサエレメント58の他の構成例である。第４図
（Ａ）では、軸582の周囲に半径方向に延びる棒状体590
を所定間隔で取り付けている。そして、棒状体の取り付
け位置は、螺旋を形成するようになっているため、全体
としてカットスクリュウ状となっている。このため、パ
イプ26内の流体の流れは、この棒状体590によって乱流
状態となる。なお、棒状体590は単なる丸棒等適宜形状
としてもよい。

また、第４図（Ｂ）では、板状体を180゜ねじったリ
ボン状のセグメント594を順次90゜異ならせて配置され
ている。このため、パイプ26内の流体の流れは、セグメ
ント594により順次反転されるとともに、90゜ずつ変更
されたものとなる。なお、セグメント594のねじり角度
等は180゜に限らず、適宜角度とすることができる。

さらに、第４図（Ｃ）では、軸582に半月形をした複
数のセグメント596を傾斜して取り付けたおり、セグメ
ント596を一対傾斜方向を反対にし対向して取り付ける
ようになっている。そして、一対のセグメント596を位
相を異ならせて複数上下方向に所定間隔をおいて取り付
けている。このため、パイプ26内の流体の移動は、この
セグメント596によって乱流状となる。

なお、スタティックミキサエレメント58はこれら形状
に限らず、通常のスタティックミキサで採用されている
適宜形状のものを採用することができる。

そして、このようなスタティックミキサエレメント58
によっても上述の実施例と同様にパイプ26内における流
体に乱流を生起でき、第２の流体のパイプ26の内面から
の剥離を効果的に促進することができる。

次に、第５図に示したのは、本発明に係る混合装置の
第２実施例である。ここで、上述の第１実施例と同一の
部材には同一の符号を付し、その説明を省略する。この
実施例においては、第１図における振動板38に代えて、
輸送部材60及び撹拌羽根62が軸42に取り付けられてい
る。従って、流通室34の内部においてこれら輸送部材6
0、撹拌羽根62が上下振動することとなる。そして、こ
れらの上下振動により、流通室34内における流体に上下
振動が付与される。

ここで、輸送部材60は円錐形状をしており、上方に向
けてその断面積が広くなっている。このような形状の輸
送部材60を上下振動させると、下方に向けて移動する際
の抵抗と上方に向けて移動する際の抵抗が相違し、下方
に向けて移動した場合の抵抗が小さいため、流通室34内
の流体に上方に向けての輸送力を付与することができ
る。従って、この実施例によれば、流入管22に第１の流
体を圧入しなくても、輸送部材60の輸送作用によりポン
プを省略することができる。

また、撹拌羽根62は、上述の第４図（Ｃ）荷示したス
タティックミキサエレメント58と同様の半月形をした複
数のセグメント62aを軸42に対して傾斜して取り付けた
ものである。そこで、この撹拌羽根62を振動によって、
その表面において第１の流体中に分散している第２流体
の破砕が行え、さらに微細なものとすることができる。

さらに、この第２実施例においては、加振装置40とし
て電磁駆動型のものを採用している。すなわち、加振装
置40は、外側の固定コイル70及び軸42に取り付けた可動
コイル72からなっている。そして、インバータ54から供
給される所定周波数の電力によって固定コイル70に発生
する磁界に応じ可動コイル72が上下振動する。

なお、加振装置40は、上述のモータカム、電磁駆動式
に限らず、超音波式のもの等、実質的に上下振動を生起
できるものであれば、好適に採用される。

さらに、第６図に示したのは、輸送部材60の他の実施
例であって、円板80に下方に向いて広がる円錐状の孔82
を多数設けたものである。このような輸送部材60を上下
振動させると、下方への移動時と上方への移動時におい
てその抵抗に差があり、流体に上方への輸送力を付与す
ることができる。なお、この第４図の輸送部材60は、第
３図における輸送部材60に代えて採用することもできる
が、第１図に示す振動板38に代えて用い、流体に移動力
を付与しても良い。

なお、仕切りパイプの材質は第１、第２の流体の種類
によって適宜材料を採用することが好適である。また、
上述の例においては、加振装置40を容器20の上方に配置
したが、軸42はダイヤフラム58によってシールされてい
るため、加振装置40を下方に設けてもよく、さらに装置
全体を水平方向に配置してもよい。

さらに、第２実施例における撹拌羽根62には、第４図
（Ａ）、（Ｂ）等と同様の形状のものを採用してもよ
く、これによって上述の場合と同様の効果が得られる。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明に係る混合装置によれ
ば、振動部材およびスタティックミキサエレメントによ
って仕切壁付近の第１の流体に乱流状態を生起し、仕切
壁を通過して滲み出てきた第２の流体の仕切り壁からの
剥離を促進するので、第１の流体中に第２の流体を微細
な粒径で分散混合することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る混合装置の構成を示
す正面断面図、 第２図は同実施例におけるスタティックミキサエレメン
ト58の構成を示す断面図、 第３図は同実施例における混合状態を説明するための構
成図、 第４図はスタティックミキサエレメント58の他の構成例
を示す構成図、 第５図は第２実施例の構成を示す正面断面図、 第６図は輸送部材60の他の実施例の要部構成を示す断面
図、 第７図は従来の混合システムの構成を説明するための概
略構成図である。 20……容器 26……パイプ（仕切パイプ） 32……密閉室 34……流通室 40……加振装置 38……振動板（振動部材） 58……スタティックミキサエレメント

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】第１及び第２の流体が導入され、内部でこ
   れ等の混合を行う容器と、 この容器内に設けられ第１の流体が流通される流通室
   と、 多孔質材料によって形成され、その内側空間が流通室の
   一部を構成する仕切りパイプと、 この仕切りパイプの内部に配置され、ここに流通される
   流体の流れを変更して混合を促進するスタティックミキ
   サエレメントと、 仕切りパイプの外側空間として流通室から仕切り形成さ
   れた密閉室と、 この密閉室に第２の流体を加圧導入する手段と、 容器内の流通室に配置され、加振装置によって振動され
   る振動部材と、 を有し、 振動部材によって仕切り壁付近の第１の流体に乱流状態
   を生起して、仕切り壁を通過して滲み出た第２の流体の
   仕切り壁からの剥離を促進しながら、第１及び第２の流
   体の混合を行うことを特徴とする混合装置。