JP4283901B2 - 管内に配置されたミキサー - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、管内に配置され、少なくとも１つのミキサーエレメント又は１つのミキサー本体を有するミキサーに関する。また、本発明は、係るミキサーの使用方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
米国特許第３０５１４５３号は、線状に配置されたミキサーエレメントから成り、本明細書において「マルチフラックスミキサー本体」として説明されるミキサーを開示している。正方形の断面を有するこのマルチフラックスミキサーには、２つの流路が形成されている。これらの流路は、ミキサー本体の中央に至るまで、フローの進行方向に沿って徐々に狭くなり、最狭部分の後に、９０゜回転させた平面上において徐々に広くなる。ここで、ミキサー本体内部を流動する媒体のフローは再び変化し、フローを構成する層の数は２倍になる。
【０００３】
幾何学的な観点で見ると、マルチフラックスミキサー本体は、楔状を成す４つの本体パーツと、三角形状を成す２つの平板とから構成される。楔状の本体パーツのそれぞれは、１つの面の対角線に沿って立方体を２等分した形状を成す。一対の楔状パーツの一方は他方の楔状パーツに対して９０゜回転して連結され、両者は一体構造を成す。２つの平板は、ミキサー本体に形成された２つの流路の隔壁を形成する。複数の本体パーツが占める容量は、ミキサー本体に関連する管の容量の２５〜３０％の範囲に設定されている。
【０００４】
４つの流路が形成された相似形のミキサー本体、いわゆるＩＳＧミキサー本体（ＩＳＧ＝界面ジェネレータ（Ｉｎｔｅｒｆａｃｉａｌ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｇｅｎｅｒａｔｏｒ））が周知である（エイチ．ブリュネマン（Ｈ．Ｂｒｕｅｎｅｍａｎｎ）、ジー．ジョン（Ｇ．Ｊｏｈｎ）著による「異なる構造を備えた静的混合器における混合品質及び圧縮損失（Ｍｉｓｃｈｇｕｅｔｅ ｕｎｄ Ｄｒｕｃｋｖｅｒｌｕｓｔ ｓｔａｔｉｓｃｈｅｒ Ｍｉｓｃｈｅｒ ｍｉｔ ｖｅｒｓｃｈｉｅｄｅｎｅｎ Ｂａｕｆｏｒｍｅｎ）」、ケミー・イングノール・テクニーク（Ｃｈｅｍｉｅ−Ｉｎｇ．−Ｔｅｃｈｎ．）第４３号３４８頁（１９７１年刊）参照）。ＩＳＧミキサー本体は円状の断面を有する。ＩＳＧミキサー本体を具備するミキサーによる混合では、２つの混合すべき要素から成る媒体において、フローを構成する８つの層が形成される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、周知のマルチフラックスミキサー本体及びＩＳＧミキサー本体を構成するには、比較的多くの材料が必要になる。この理由として、必要な材料の量は、管の量の２５〜３０％を占めることが挙げられる。そして、ミキサー本体は流れの進行方向に比較的長く形成され、管の径とほぼ同じ長さを有する。従って、製造時における経済性に優れるミキサーが懸案されている。
【０００６】
本発明の目的は、少ない材料にて製造することが可能で、製造コストを低減することができるミキサーを提供することにある。
【０００７】
本発明の更に別の目的は、使い捨て使用に適したミキサーを提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的は、本発明のミキサーにより達成する。本発明のミキサーは、管内に配置されたミキサーであって、管の軸線方向に沿って配置された２つのセクションから成る少なくとも１つのミキサーエレメントを備え、各セクションに設けた少なくとも１個の分割壁が当該セクションを分割し、２つのセクションの分割壁は互いに交差して延びて、管の断面を複数のサブエリアに分割し、各セクション間の境界面において、開放された第１のサブエリアと、ディフレクター板にて覆われた第２のサブエリアとが設けられ、各分割壁の両側には開放された第１のサブエリアが隣接するミキサーである。本発明のミキサーを配置するための管の容量の８０〜９０％以上は空であるため、必要な材料の容量は実質的に減少する。本発明のミキサーエレメントは特殊な形状を成すことから、従来のミキサーエレメントと比較して実質的に短く形成される。即ち、従来のミキサーエレメントの少なくとも半分の長さに形成することができ、その上、周知のミキサー本体に匹敵する効果が得られる。複数の該ミキサーエレメントを具備するミキサーを請求項２に記載する。
【０００９】
従属請求項３〜１７に本発明の効果的な実施形態に対応する。
本発明のミキサーは、特に単純な形状のミキサーエレメントを有する。この形状のため、プラスティック射出成形又は精密鋳造（鋼）により、一連のミキサーエレメントが順次配置された一体構造型のミキサー本体を容易に形成することが可能である。特に、最も単純な実施形態（２つの穴が形成された実施形態）は、２つのパーツから構成される。また、本発明のミキサー本体は、例えば金属板から、容易に構成することができる。
【００１０】
本発明のミキサーは、プラスティック、樹脂又は接着剤等の粘性媒体（レイノルズ数Ｒｅ＝ｖ・Ｄ・ρ／ηは１未満；ｖ：媒体の流速、Ｄ：管の直径、ρ：媒体濃度、η：粘度）である。混合品質及び圧縮損失（＝ＮｅＲｅＤ、Ｎｅ：ニュートン数）に関して、本発明のミキサーは従来の静的ミキサーと比較して、以下の点において優れている。即ち、本発明のミキサーにより、同程度の粘度を有する２種類の流動可能な媒体は、管の径（Ｄ）の１０倍未満までの範囲の混合距離（Ｌ）にわたって均一に混合することができる。
【００１１】
周知のマルチフラックスミキサー又はＩＳＧミキサーとは異なり、本発明のミキサーには、コンフューザ又はディフューザ状セクション、即ち孔を有する流路は形成されていない。本出願人は実験に基づき以下の結論を得た。即ち、複数の穴と複数の分割壁とを有する複数の単純な平板により、驚くべき良質の混合が得られることが明かになった。これらの穴と分割壁とは、該平板上に形成されている。コンフューザ又はディフューザ状のセクションを省略した結果として一定の作用が生じると予測はされたが、混合品質に対する悪影響を与えないことが明らかになった。
【００１２】
本発明のミキサーには、任意の形状の断面を有する管を用いることが可能であるが、正方形又は円形状の断面が好ましい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１において管１０内に配置されたミキサーエレメント１，１’はそれぞれ、一対の分割壁２，２’、一対のディフレクター板３，３’から成る。複数のディフレクター板３，３’は、一点鎖線で示した境界面３ａ，３ａ’上に位置する。境界面３ａは管１０の軸線５と直交し、境界面２ａ，２ｂと平行にあり、境界面２ａ，２ｂはそれぞれ、分割壁２の上端２０と下端２１とに接触する。３つの境界面２ａ，３ａ，２ｂにより、ミキサーエレメント１における上下２つのセクション１ａ，１ｂが区画されている。各セクション１ａ，１ｂには、該セクション１ａ，１ｂを更に分割する分割壁２が形成されている。２つのセクション１ａ，１ｂにおける分割壁２は、相互に直交する方向に延びている。これら２つの分割壁２によって、管の断面は等しい面積を有する４つのサブエリアに分割され、これらサブエリアの２つは、２つのディフレクター板３に覆われている。媒体を混合するため、圧縮部かつ通路穴として、開放された第１のサブエリア４が形成されている。
【００１４】
連続的に配置される２つのミキサーエレメント１，１’は、ほぼ同一の構成に基づくが、両ミキサーエレメント１，１’は、互いに対称に形成されている。上下に隣接する一対の分割壁２，２’は、互いに直交する位置に配置されている。第１のサブエリア４とサブエリア４’とは、上下に重複しないように配置されている。
【００１５】
また、図２に示すように、複数のディフレクター板３を、境界面３ａに対して角度αを成すように形成してもよい。係る角度αは、３０゜以下に設定することが望ましい。図３及び図４は、ディフレクター板３として、傾斜面が形成された更なる別例を示す。軸線５が垂直線であると仮定した場合、図２〜４に示す矢印６はディフレクター板３の傾斜線を表す。図２において係る矢印６は、上部の分割壁２と平行に延びている。図３に示す実施形態において、矢印６は軸線５を中心とする円柱の接線である。図４に示す実施形態において、矢印６は径方向外方に向かっている。
【００１６】
図５（ａ）及び図５（ｂ）にそれぞれ示すミキサーエレメント１，１’では各セクション１ａ，１ｂ（図示略）に対応して、２つの分割壁２を設けたものである。各分割壁２の両側には、それぞれ、開放された１個の第１のサブエリア４が存在する。複数の第１のサブエリア４’を有するミキサーエレメント１’は、ミキサーエレメント１の下方に隣接して配置されている。両サブエリア４，４’は、互いにずらして配置されている。図５に示す３つの穴が形成された実施形態において、２つのミキサーエレメント１，１’は形状こそ同じであるが、図１に示す２つの穴が形成された実施形態とは異なり、対称を成すものではない。
【００１７】
射出成形工程により、３つの穴が形成されたミキサー本体を製造する際、ミキサーエレメント１，１’を２分の１に分割することができる。図５（ａ）及び図５（ｂ）に、ミキサーエレメント１，１’の分割線をそれぞれ一点鎖線７，７’により示す。このように２分割された複数のミキサーエレメント部分が一体となっている構成は、単にツーパートツールを使用することにより形成され、ミキサー本体は、ツーパートツールを使用して得た２つの加工物を連結することにより形成される。
【００１８】
図６の縦断面図に示す各ミキサーエレメント１，１’は、上下に隣接して配置されている。しかしながら、上下に位置する複数のエレメント１，１’、即ち全エレメント１，１’の間には、間隙が形成されている。間隙を設けて組付けられた複数のミキサーエレメント１，１’は、連結部材にて連結されることにより、一体構造型ミキサーを形成している。
【００１９】
また、図６において、混合すべき媒体の流れの経路を、矢印８，８’，８”によって示す。矢印８’は図６に示すミキサーの断面、即ち紙面と直交して、紙面の前方に延びている。矢印８”もまた同紙面と直交し、紙面の後方に延びている。符号９は流れが２つの分流に変化する点を指す。
【００２０】
複数のディフレクター板３は、同一平面上に配置すると効果的である。各セクションに、少なくとも２つの分割壁２が形成される場合（３つの穴が形成された実施形態）において、複数のディフレクター板３は共通の板面、即ち単一の板面をなし得る（図５（ａ）及び図５（ｂ）参照）。また、４つの穴が形成された実施形態においては、単一かつ共通の面を成すディフレクター板３０，３０’が形成される（図７（ａ）及び図７（ｂ）参照）。
【００２１】
図７（ａ）及び図７（ｂ）には、それぞれ、単一かつ共通の面を成すディフレクター板３０，３０’のみを示す。一点鎖線２３は、上部分割壁２，２’の下端を示す。図１に示す２つの穴が形成された実施形態と同様に、上下に隣接して配置される２つのミキサーエレメント１，１’の形状は対称を成す。
【００２２】
本発明のミキサーはその断面を円形状に限定せず、例えば正方形状等、任意の形状とすることができる。また、一対の分割壁２，２’の交差する角度も９０゜に限定されない。セクション１ａ，１ｂは互いに異なる長さを有し得る。セクション１ａとセクション１ｂの長さはＤ／８からＤまでの範囲に設定するのが有効であり、好ましくはＤ／４である。
【００２３】
図８は、以上に説明した単純な形状のミキサーに基づいて、考えられる変更を示す。間隙を設けて配置された複数のミキサーエレメント１，１’の間に、複数の連結部材３５が配置されている。複数の分割壁２はそれぞれの一部に板圧を大きくして形成した突出部２５が形成され、これら突出部２５は媒体の流れを強化するため、もしくは偏向（誘導）させるために機能している。上下に配置される複数のミキサーエレメント１’，１”の分割壁２’，２”はそれらの凹部２９にて凹凸の関係で連結されている。この変更例において、複数の分割壁２及び複数のディフレクター板３のうちのいくつかは非平面状に形成され、緩やかに湾曲している。各ミキサーエレメント１，１’において、セクション１ａ，１ｂには異なる数の、即ち、それぞれ２つ及び１つの分割壁２，２’が形成されている。１つの分割壁２は、１つの凹部２９を有する。分割壁２には付加的な孔２６が形成されている。なお、図８は個々の特徴を図示することに留まり、単一のミキサーにおいて図示した組み合わせを全て実施することが必ずしも有利ではない。
【００２４】
また、管１０は媒体の流れの進行方向に従い徐々に細くなるように、円錐状に形成することができる（図示せず）。この場合、断面の種々の形状に応じて、ミキサーエレメント１，１’の大きさを変更して形成する必要が生じる。
【００２５】
本出願人は、２つ、３つ及び４つの穴を有する３種類の各ミキサーエレメント１，１’を使用して実験を行った。全実施形態において、ミキサーエレメント１，１’の長さは管１０の直径Ｄの半分とした。これらの実験では、それぞれ管１０の直径の８倍、７倍及び８倍の各距離において、均一な混合（変動係数ｓ／ｘ￣≦０．０１）が行われた。圧縮損失は、周知のマルチフラックスミキサー及びＩＳＧミキサーを用いる場合と比較して大幅に少なくなった。
【００２６】
測定結果を下記の表に要約する。量を表すＷ_LV、Ｗ_LD ^1/3 及びＷ_LL ^1/3 については、例えば、以下の文献を参照されたい：デュッセルドルフ（Ｄｕｅｓｓｅｌｄｏｒｆ）、ファーデーイー・フェルラーク（ＶＤＩ−Ｖｅｒｌａｇ）社刊（１９９１年）の「合成樹脂材料工学（Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆｔｅｃｈｎｉｋ）」シリーズの「合成樹脂材料の製造及び加工における混合（Ｍｉｓｃｈｅｎ ｂｅｉｍ Ｈｅｒｓｔｅｌｌｅｎ ｕｎｄ Ｖｅｒａｒｂｅｉｔｅｎ ｖｏｎ Ｋｕｎｓｔｓｔｏｆｆｅｎ）」（上記の変動係数ｓ／ｘ￣についても前記文献を参照）。固有の効果として示されるこれらの数値から、ドイツ特許第２８０８８５４号に開示されている周知のＳＭＸミキサーとの比較に基づき、ミキサーの容量、直径及び長さに関する相対的なデータが得られる。均質混合距離（Ｌ／Ｄ）_h は、ｓ／ｘ￣＝０．０１において測定した（図９参照）。
【００２７】
【表１】

実験を行ったミキサーは、その特有な効果において、マルチフラックスミキサーよりも優れた結果を示した。
【００２８】
図９に示すグラフから、前記の実験では、ｘ￣＝０．５において、変動係数ｓ／ｘ￣はＬ／Ｄに相関していることがわかる。ｘ￣＝０．５は、混合すべき成分比が１：１であることを意味する。符号１^* 〜５^* は、前述の表に挙げたミキサーの種類に対応する。
【００２９】
少ない材料から一体構成することができる本発明のミキサーは、射出成形により、経済的に有利な可燃性のプラスティックから構成することができるという長所がある。係るミキサーは、使い捨てミキサーとしての使用に、特に適している。
【００３０】
また、本発明のミキサーは乱流となる媒体を混合するために用いることも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本願発明におけるミキサーは、少ない材料にて製造可能であり、製造コストの低減を図ることができるという優れた効果を発揮する。また、本願発明の別の態様において、ミキサーは効果的に使用され得る。加えて、ミキサーは使い捨て使用されるのに適する。
【図面の簡単な説明】
【図１】２つのミキサーエレメントを有する本発明の固定ミキサー（２つの穴が形成された実施形態）を示す分解斜視図。
【図２】ミキサーエレメントの変更例を示す斜視図。
【図３】ミキサーエレメントの別の変更例を示す斜視図。
【図４】ミキサーエレメントの更に別の変更例を示す斜視図。
【図５】セクション当たり２つの分割壁を有するミキサーエレメント（３つの穴が形成された実施形態）を示す斜視図。
【図６】図５（ａ），（ｂ）に示すミキサーエレメントを有するミキサーを示す断面図。
【図７】３つの分割壁を有するミキサーエレメントのためのディフレクター板（４つの穴が形成された実施形態）を示す斜視図。
【図８】正方形の管内に配置するためのミキサーエレメントを示す斜視図。
【図９】変動係数ｓ／ｘ￣（ｘ￣＝０．５とする）における測定結果を示すグラフ。
【符号の説明】
１，１’…ミキサーエレメント、１ａ，１ｂ…セクション、２，２’…分割壁、３，３’，３０，３０’…ディフレクター板、３ａ，３ａ’…境界面、４，４’…第１のサブエリア、１０…管、２５…突出部、２６…孔、２９…凹部。

Claims (17)

1. 管（１０）内に配置されたミキサーであって、
   管（１０）の軸線方向に沿って配置された２つのセクション（１ａ，１ｂ）から成る少なくとも１つのミキサーエレメント（１，１’）を備え、
   各セクション（１ａ，１ｂ）に設けた少なくとも１個の分割壁（２，２’）が当該セクション（１ａ，１ｂ）を分割し、２つのセクション（１ａ，１ｂ）の分割壁（２，２’）は互いに交差して延びて、管（１０）の断面を複数のサブエリアに分割し、
   各セクション（１ａ，１ｂ）間の境界面（３ａ，３ａ’）において、開放された第１のサブエリア（４，４’）と、ディフレクター板（３，３’）にて覆われた第２のサブエリアとが設けられ、開放された第１のサブエリア（４，４’）は各分割壁（２，２’）の両側に隣接し、
   複数のディフレクター板（３）が同一平面上に位置し、
   各セクション（１ａ，１ｂ）に少なくとも２つの分割壁（２）が形成された状態で、いくつかのディフレクター板（３）が共通の面を成し、もしくは全てのディフレクター板（３）が単一の面を成すことを特徴とするミキサー。
2. 請求項１に記載のミキサーにおいて、
   複数のミキサーエレメント（１，１’）を有し、
   連続して配置された複数のミキサーエレメント（１，１’）において、隣接する複数の分割壁（２，２’）が互いに交差して延び、かつ、開放された複数の第１のサブエリア（４，４’）が互いにずらして配置されていることを特徴とするミキサー。
3. 請求項１又は２に記載のミキサーにおいて、管（１０）の断面が、分割壁（２，２’）により、少なくともほぼ同じ大きさを有するサブエリアに分割されることを特徴とするミキサー。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載のミキサーにおいて、隣接する複数のセクション（１ａ，１ｂ）の複数の分割壁（２）が９０゜の角度にて交差して延びることを特徴とするミキサー。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載のミキサーにおいて、ミキサーエレメント（１）の両セクション（１ａ，１ｂ）が少なくともほぼ同じ大きさを有することを特徴とするミキサー。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載のミキサーにおいて、ミキサーエレメント（１）の長さが管（１０）の最大径（Ｄ）よりも短く、管（１０）の最大径（Ｄ）の半分の値より短いことを特徴とするミキサー。
7. 請求項１〜６のいずれか１項に記載のミキサーにおいて、
   複数のディフレクター板（３）が境界面（３ａ）に対して傾斜しており、
   ディフレクター板（３）と境界面（３ａ）とのなす角度（α）が３０゜未満であることを特徴とするミキサー。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載のミキサーにおいて、隣接する複数のミキサーエレメント（１，１’）が一体構造の形状を有し、射出成形により形成されていることを特徴とするミキサー。
9. 請求項１〜８のいずれか１項に記載のミキサーにおいて、隣接する少なくとも２つのミキサーエレメント（１，１’）の間に空間を設けたことを特徴とするミキサー。
10. 請求項９に記載のミキサーにおいて、複数の連結部材（３５）が、互いに離間するミキサーエレメント（１，１’）の間に配置されていることを特徴とするミキサー。
11. 請求項１〜１０のいずれか１項に記載のミキサーにおいて、管（１０）が正方形又は円形状の断面を有することを特徴とするミキサー。
12. 請求項１〜１１のいずれか１項に記載のミキサーにおいて、少なくとも個々の分割壁（２，２’）及び／又はディフレクター板（３，３’）に、流れを強化、もしくは誘導するための複数の突出部（２５）が付加的に形成されていることを特徴とするミキサー。
13. 請求項１〜１２のいずれか１項に記載のミキサーにおいて、隣接する複数のミキサーエレメント（１，１’）の分割壁（２，２’）が互いに相手側の凹部（２９）に嵌合されていることを特徴とするミキサー。
14. 請求項１〜１３のいずれか１項に記載のミキサーにおいて、分割壁（２，２’）及びディフレクター板（３，３’）のうち少なくとも一方が平面状に形成されていることを特徴とするミキサー。
15. 請求項１〜１４のいずれか１項に記載のミキサーにおいて、分割壁（２，２’）及びディフレクター板（３，３’）のうち少なくとも一方に孔（２６）が付加的に形成されていることを特徴とするミキサー。
16. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載のミキサーにおいて、
    前記管（１０）は円錐状に形成され、更に管（１０）は流れの進行方向に向かって徐々に細くなるように形成されており、
    ミキサーエレメント（１，１’）が断面の形状に応じて異なる大きさに形成されていることを特徴とするミキサー。
17. 請求項１〜１５のいずれか１項に記載のミキサーにおいて、少なくとも２つのミキサーエレメント（１，１’）は、セクション（１ａ，１ｂ）毎に異なる数の分割壁（２，２’）を有することを特徴とするミキサー。

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