JP6632549B2 - ロータおよび攪拌装置 - Google Patents

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Description

本発明は、攪拌装置において使用することができるロータに関する。本発明は、更に、単相または多相流体の混合作業を含む様々なプロセスにおいて使用することができる攪拌装置に関するものである。
本特許出願において、本明細書において言及した全ての動作条件は、特に言明していない場合でも、好適な条件と考えるべきである。
本明細書において、「備える」または「含む」との用語は、「〜からなる」または「実質的に〜からなる」という概念も含むものとする。
本明細書において、特に断りのない限り、範囲の限定は常に上限値及び下限値を含む。
本特許出願において、多相流体とは、少なくとも二相、好ましくは三相からなる流体を意味する。多相流体は、例えば、液相および気相、または、液相および固相、または、液相、気相および固相を含む流体である。
流体を混合する分野においては、処理される流体の特性および混合する目的に応じて、複数の技術的解決策が開発されてきた。
例えば、水溶液および／または軽質炭化水素等の、典型的に０．１〜１０ｃＰの低粘度の流体に関して、乱流領域（Ｒｅ＞１００００）において操作する際、基本的に３つのタイプのインペラ、即ち、遠心ブレードを有するタービン、斜流ブレードを有するタービン、および船舶用プロペラが２０世紀半ばまで伝統的に使用されてきた。このタイプのインペラは、それぞれ、半径流、斜流、または軸流を生成する。それらは、通常、外側体の側壁から内方に半径方向に延在する３つまたは４つの垂直なバッフルを装備した縦型筒状タンクに搭載されてきた。基準構成および吸収電力における特徴に関して、Ｊ．Ｈ．Ｒｕｓｈｔｏｎの業績：”Power Characteristics of Mixing Impellers, Part II”, J.H. Rushton, E.W. Costich, and H.J. Everett, Chem. Eng.Prog., Vol 46, No.9 (1950), pp. 467-476（非特許文献１）は引用する価値がある。これは、「ラシュトンタービン」と一般的に称される遠心ブレードを有するタービンについて記載している。
粘度が０．１〜１０ｃＰの流体のため、「水中翼」として既知の一連のインペラが１９８０年以降から開発されてきた。水中翼は、一般的に、軸流を生成し、通常、船舶用プロペラにおいて実施される鍛造／溶融ではなく、シートメタル成形および曲げ加工やねじり加工によって製造される。更に、一般的に単一部品からなる船舶プロペラにおいて限定的な大きなインペラにおいては、ブレードを組み立てて、ハブ上に、従ってシャフト上にボルト止めまたはキー止めを通じて取得することにより、適切なマンホールを通じてブレードをタンク内に容易に導入することができる。該インペラは、単相または多相流体の混合により固体を懸濁させ、またはガスを分散させる産業において、幅広く利用されている。導入された基本コンセプトは、傾斜および曲率をインペラの局所的な半径、即ち、接線速度に応じて変化させることによってブレードに翼形を適用するにある。
米国特許第４４６８１３０号明細書（特許文献１）は、「水中翼」インペラについて開示している特許の１つである。これに基づいて、ライトニンは、現在、商業的インペラＡ３１０を製造している。米国特許第５０５２８９２号明細書（特許文献２）、米国特許第５２９７９３８号明細書（特許文献３）、米国特許第５５９５４７５号明細書（特許文献４）、米国特許第５２９７９３８号明細書（特許文献５）、および国際公開第２０１０／０５９５７２号パンフレット（特許文献６）において、様々な「水中翼」が提案されてきた。
例えば、米国特許第４８９６９７１号明細書（特許文献７）、米国特許第５７６２４１７号明細書（特許文献８）、および米国特許第５３２６２２６号明細書（特許文献９）に記載されるように、１０〜１０００ｃＰの粘度の流体またはガスにおいて典型的に使用される、より幅広いブレードを有する「水中翼」インペラの変形形態が開発されてきた。
ガスを液体内に効率的に分散させるために、ラジアルブレードの代わりにコンケーブブレードを使用する、ラシュトンタービンの修正版が開発されてきた。該カテゴリに属する第１のタービンは、半円状ブレードを装備したスミスタービンとして既知である。その後、米国特許第４７７９９９０号明細書（特許文献１０）、米国特許第５１９８１５６号明細書（特許文献１１）、欧州特許第０８８０９９３号明細書（特許文献１２）、米国特許第５９０４４２３号明細書（特許文献１３）、米国特許第０１９９３２１号明細書（特許文献１４）、および国際公開第２００９／０８２６７６号パンフレット（特許文献１５）に記載のように、スミスタービンの変形形態が特許化された。ここでは、ブレードは窪んでおり、半円形状、放射形状、左右非対称形状、または傾斜形状をもって増加的に展開する特徴を有する。これら全ての変形形態は、ラシュトンタービンに対して主要な革新的かつ有利な特性を有しており、これは、導入されたガスを効率的に分散し、ガスの高い供給流量でのシステムに対する高い動力インプットを保持する点である。
低粘度流体において使用されるインペラは、乱流領域において効果的かつ効率的に流体を混合することができるが、乱流の供給、速度勾配、および流体において生じる歪みは不均一であるという特徴を有する。より正確には、このインペラは、インペラの近位に高レベルの乱流領域を有し、かつ、インペラから離間した比較的静穏な１つ以上の領域を有するという特徴を有する。多くの流体において、通常、これは問題ではなく、実際にそのような混合システムは産業において幅広く使用されている。しかしながら、そのようなシステムの混合性能は、広範囲に、または局所的に高粘度のシステムに適用された場合、急激に低下する。
粘度が１００ｃＰ以上の流体を遷移領域（Ｒｅ数が１０〜１００００の範囲）で操作する場合、ブレードの外端部に逆傾斜を有する延在部を付加した傾斜ブレードや水中翼を有する既存のタービンを修正した、２流体のスラスト方向を有するインペラが開発されてきた。該インペラは、典型的には、前述したインペラよりも大きな直径を有するものの、タンク壁には到達しない。米国特許第６７９６７０７号明細書（特許文献１６）および米国特許第４０９０６９６号明細書（特許文献１７）に記載のインペラはこのタイプに属しており、どちらも従来の垂直なバッフルを搭載している。
米国特許第３７０９６６４号明細書（特許文献１８）は、外方に半径方向に延在し、相互に、かつ回転軸線に沿って等距離であり、回転軸線に対して傾斜の異なる、水平かつ平坦なブレードからなる組が接続された回転軸を有する回転型攪拌機を開示している。ここに開示されたブレードは、反転ポイントを有しない。外側体の内面から回転軸線に向けて半径方向に延在する、相互に等距離にある一組の静止した水平で平坦なカウンタブレードが外側体の内面に固定されている。このカウンタブレードからなる組は、回転軸線に対して傾斜しており、ブレードからなる組の間に介在するように配置される。カウンタブレードは反転ポイントを有しない。この技術の主たる限界は、効率的な混合が行えない点にある。そのような装置では、軸線方向への効果的なポンピングを発生させることができないからである。そのような技術は、例えば、水と重い固体との混合物等の多相流体を混合する際に、部分的に制約される。
米国特許第４１３６９７２号明細書（特許文献１９）は、ステータ、回転軸、第１および第２群のブレード、並びに矩形部分を有するカウンタブレードを備える混合装置を開示している。各ブレードは、回転軸に固定されており、容器の壁に向けて半径方向に延在している。各カウンタブレードは容器の壁に固定されており、回転軸に向けて半径方向に延在している。ブレードおよびカウンタブレードは、相互に介在している。各ブレードおよびカウンタブレードは、２個の隣接する部品からなっており、それらの中間点において他方に対して傾斜している。２個の隣接する部品の傾斜により、軸付近において上方への、そして外側体の壁付近においては下方への軸ポンピングを可能とする。しかしながら、一定の角度を有するブレードの傾斜および反転ポイントの位置は、装置自体の効率を制限する。
米国特許第４６５０３４３号明細書（特許文献２０）は、次の特徴を有する混合機を使用する粒子状物質の混合方法または脱水方法を開示している。混合機は、容器と、該容器の軸と一致する回転軸線とを備える。半径方向に外方に延在する複数のブレードが回転軸に固定されている。これらのブレードは、内部に下向きのスラストを、かつ外部に上向きのスラストを、またはその逆を生成することができる。ブレードは、２段ピッチを有することにより、所定の回転方向へのスラストの逆戻りを可能にする。ブレードは、一定の角度の傾斜を有する。正確には、そのような傾斜および反転ポイントの配置により、装置自体の効率性における制限が決定される。
典型的に１００００ｃＰ以上の高粘度流体を層流（Ｒｅ＜１０）において操作するための、インペラを搭載したタンクの直径に近い直径を有するインペラが開発されてきた。アンカー、スクリュー、および単一要素または複数要素のリボンがこのカテゴリに属する。
これらのインペラは、層流において、流体を効率的かつ効果的に混合する。また、それらは、速度勾配や歪みが完全に均一であるという特徴を有する。しかしながら、流体に加わる速度は、通常、非常に僅かであり、乱流は発生しない。これは、存在する固体を懸濁する能力を無にし、かつ、任意のガスを分散する能力を低下させ得る。更に、そのようなシステムは、広範囲または局所的に、低粘度のシステムに適用された場合、システムの混合能力を劇的に低下させる。
溶融した重合体および混合物等、典型的に１０００００ｃＰ以上の非常に高い粘度を有する流体の場合、業界においては、通常、多様なタイプの押出機やミキサが使用される。例えば、米国特許第５１４７１３５号明細書（特許文献２１）、米国特許第５８２３６７４号明細書（特許文献２２）、米国特許第５１２１９９２号明細書（特許文献２３）、米国特許第５９３４８０１号明細書（特許文献２４）、米国特許第４８８９４３１号明細書（特許文献２５）、米国特許第４８２４２５７号明細書（特許文献２６）、米国特許第０１８３２５３号明細書（特許文献２７）、米国特許第４８２６３２４号明細書（特許文献２８）、米国特許第４６５０３３８号明細書（特許文献２９）、米国特許第４７７５２４３号明細書（特許文献３０）等を参照されたい。それらは、ネジまたは複数のアームと、供給された流体を局所的に混合する多様な形状のカウンタアームとが設けられた１つ以上の回転軸を装備した実質的に水平な機械である。機械内における流れは実質的に一方向性であり、軸に対して同軸にある。
先行技術において、既に開発され、コンプレッサ、タービン、およびポンプ等のターボ機械に広く適用される技術を利用する混合システムは、未だ知られていない。そのような機械であれば、複数のロータおよびステータが装備され、両者とも可変の流体動的プロファイルを有するブレード群が装備されることにより、機械によって供給される機械的エネルギーを圧力エネルギーに（コンプレッサおよびポンプ）、またはその逆に（タービン）変換することができる。
流体のレオロジー特性が運動の場に依拠する流体がある。特に、いくつかの流体において、流体が高い速度勾配に曝される場合には粘度は低く、流体が静止している場合には粘度は高い（非ニュートン流体）。固体を含有する流体、特に粘着性を有する流体において同様の挙動が認められ、これにより、固化またはゲル化を引き起こし、輸送特性を局所的に増加させる結果となり得る。更に、合体や破壊に曝される分散相（液体、ガス、または固体）の場合、乱流レベル、速度勾配、および歪みは、分散相気泡径分布において基本的な役割を果たす。
これら全てのタイプの流体において、（例えば、流量の低い静穏領域において）局所的な攪拌レベルの低下により、粘度、即ち、層流領域への流路における局所的な増加をもたらし得る。これらの理由から、乱流用に開発されたインペラはあまり効率的ではない。一方、流体が十分に均一に攪拌されている場合、粘度は低い。これらの理由から、層流用に開発されたインペラは、あまり効果的ではない。最後に、中間流用に開発された２つのスラスト方向のインペラは、十分に効率的であり、複数のローラおよび水平なバッフルを装備したシステムは、あまり効率的ではない。
米国特許第４４６８１３０号明細書 米国特許第５０５２８９２号明細書 米国特許第５２９７９３８号明細書 米国特許第５５９５４７５号明細書 米国特許第５２９７９３８号明細書 国際公開第２０１０／０５９５７２号パンフレット 米国特許第４８９６９７１号明細書 米国特許第５７６２４１７号明細書 米国特許第５３２６２２６号明細書 米国特許第４７７９９９０号明細書 米国特許第５１９８１５６号明細書 欧州特許第０８８０９９３号明細書 米国特許第５９０４４２３号明細書 米国特許第０１９９３２１号明細書 国際公開第２００９／０８２６７６号パンフレット 米国特許第６７９６７０７号明細書 米国特許第４０９０６９６号明細書 米国特許第３７０９６６４号明細書 米国特許第４１３６９７２号明細書 米国特許第４６５０３４３号明細書 米国特許第５１４７１３５号明細書 米国特許第５８２３６７４号明細書 米国特許第５１２１９９２号明細書 米国特許第５９３４８０１号明細書 米国特許第４８８９４３１号明細書 米国特許第４８２４２５７号明細書 米国特許第０１８３２５３号明細書 米国特許第４８２６３２４号明細書 米国特許第４６５０３３８号明細書 米国特許第４７７５２４３号明細書
"Power Characteristics of Mixing Impellers, Part II", J.H. Rushton, E.W. Costich, and H.J. Everett, Chem. Eng.Prog., Vol 46, No.9 (1950), pp. 467-476
本発明は、最新技術における全ての問題を克服することができる攪拌装置において使用可能な新規のロータを提供することにより、単相および多相流体を効率的かつ効果的に混合可能とし、高レベルの混合および均一性を確保するものである。
従って、本発明は、回転軸と、該回転軸の全長または部分長に沿って配置された一連の成形されたロータブレードとを含むロータに関する。該ブレードは、回転軸線に直交する平面に対して平行に延在しており、一連の成形されたロータブレードは、成形されたロータブレードの少なくとも１レベルを含む。各レベルは、回転軸を中心に等間隔に離間した少なくとも２つの成形されたロータブレードを含み、該成形されたロータブレードは、その一端において回転軸に接続されている。該成形されたロータブレードは、以下の特徴を有する。
ａ）成形されたロータブレードは、流体に対するスラストにおいて少なくとも１つの反転ポイント６を備える。該反転ポイントは、成形されたロータブレードを少なくとも２つの要素４，５に分割し、該要素が相互に半径方向に延在することにより、各要素は、他方に対して対向方向にスラスト方向を有し、
ｂ）各要素の周縁部は、桁１、桁２、桁３および桁４として示される標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形を形成し、
ｉ．パラメータｍ、ｐ、およびｔは、成形されたロータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変であり、
ii．該プロファイル（標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形の形状）の先端部を後縁と接続する弦の長さ（以下、「弦長」ともいう。）ｃは、成形されたロータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変であり、
iii．弦は、成形されたロータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変である回転軸線に直交する平面に対して傾斜αを有する。
本発明は、攪拌装置にも関する。この攪拌装置は、
・改善された特性を有する、本明細書に記載のロータであって、運動を付与する単相または多相流体を混合する役割を有するロータと、
・外側体と、該外側体の内側表面の全部または一部に配置された一連の成形されたステータブレードとを備えるステータであって、該一連の成形されたステータブレードは、少なくとも１レベルの成形されたステータブレードを含み、各レベルは、角度方向に等間隔に離間した少なくとも２つの成形されたステータブレードを含み、成形されたステータブレードは、その一端において該外側体の内側表面に固定されており、ロータによって生成された運動を主に軸流に変換する機能を有するステータと、
を備える。
本明細書において、周縁部とは、回転軸に対して平行ラインを提供する直角の筒状表面と、回転軸線自身と同心円をなす円形の準線とによる部分を意味する。
本特許出願において、回転軸線とは、回転軸の軸線と一致する。
本発明に係るロータは、特に、０．１ｃＰより高い粘度、好ましくは０．１ｃＰ〜１０００ｃＰの単相または多相流体に適用する際、および、特に、非ニュートン流体に適用する際に有利である。
乱流領域用に開発された最新技術において既知の攪拌装置に関して、本発明は、広範かつ均一な優れた乱流や速度勾配、および歪みを確保し、局所的なピークを減少し、静穏領域を最小限にする。
層流領域用に開発された先行技術における攪拌装置に関して、本発明に係るシステムは、流体に、確実により速く乱流を付与することができる。
遷移領域用に開発された最新技術における回転式攪拌装置に関して、本発明は、混合能力および均一性において、より効率的かつ効果的である。
業界において幅広く使用されているターボ機械（コンプレッサ、タービン、および軸ポンプ等）に関して、本発明は、流体を移動するため、またはそこに含有される圧力エネルギーから機械的エネルギーを取得するために使用されるものではなく、流体に一方向性スラストではなく、多方向性スラストを付与するために使用され、再循環および局所的な流体の混合を支持かつ推進する。この混合には機械的エネルギーが用いられる。
本発明の更なる目的および利点は、以下の説明と、非限定的な単なる例示である添付図面から明白となる。
本発明に係る攪拌装置における特定の実施形態の説明図である。 本発明に係るロータにおける特定の実施形態の説明図である。 反転ポイント６によって分離された２つの要素４，５を示した、本発明に係る成形されたロータブレードにおける特定の実施形態の説明図である。同図において、ポイント８、９、１０、および１１は、成形されたロータブレード３の各要素４，５におけるいくつかの周縁部であり、本明細書を参照することで、より明確に理解されよう。 反転ポイント１９によって分離された２つの要素２０，２６を示した、本発明に係る成形されたステータブレードの実施形態の説明図である。同図において、ポイント２７，３０，１７，１８は、成形されたステータブレード１６の各要素２０，２６のいくつかの周縁部であり、本明細書を参照することで、より明確に理解されよう。 成形されたロータブレードまたは成形されたステータブレードの周縁部によって形成された標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形におけるいくつかの可能な実施形態の説明図である。該翼形は、曲線状の形状２１と、連続的なセグメント化された形状２４と、曲線部分およびセグメントの組み合わせからなる連続的な形状２３とを有しており、βは、２つの連続するセグメントによって形成される角度を示す。 弦、中央線、および半厚さを示したＮＡＣＡ翼形の説明図である。 成形されたロータブレードと成形されたステータブレードとの間にある間隙の説明図である。
本発明を説明するために図１〜図７を参照する。図２は、回転軸２と、該回転軸の全長または部分長にそって配置された一連の成形されたロータブレード３とを含むロータ１を示す。該ブレードは、回転軸に直交する平面に対して平行して延在しており、一連の成形されたロータブレードは、成形されたロータブレードの少なくとも１レベル２８を含む。成形されたロータブレード３の各レベル２８は、回転軸を中心に等間隔に離間した少なくとも２つの成形されたロータブレードを含み、該成形されたロータブレードは、その一端において回転軸に接続されている。該成形されたロータブレードは、以下の特徴を有する。
ａ）成形されたロータブレードは、流体に対するスラストにおいて少なくとも１つの反転ポイント（図３における６）を備える。該反転ポイントは、成形されたロータブレードを少なくとも２つの要素（４，５）に分割し、該要素が相互に半径方向に延在することにより、各要素は、他方に対して対向方向にスラスト方向を有し、
ｂ）各要素の周縁部は、桁１、桁２、桁３および桁４として示される標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形を形成し、
ｉ．パラメータｍ、ｐ、およびｔは、成形されたロータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変であり、
ii．該プロファイルの先端部を後縁と接続する弦長ｃは、成形されたロータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変であり、
iii．弦は、成形されたロータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変である回転軸線に直交する平面に対して傾斜αを有する。
次に、本発明に係る標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形の詳細を説明するため、図６を参照する。
桁１、桁２、桁３および桁４として示した標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形は、以下に詳述するように、中央線ｙｃ（ｘ）および（中央線に対して垂直の）半厚さｙｔ（ｘ）によって定義される。これらは弦に沿った位置ｘの関数である。変数
およびｙｔは弦長の関数として示す。従って、それらは無次元であり、特に、ｘは０〜１まで可変である。
中央線および半厚さは、以下の等式によって定義される。
図６に示すＮＡＣＡ翼形の上側および下側の形状は、それぞれ、座標(ｘｕ,ｙｕ)および(ｘＬ,ｙＬ)によって示す。これらは、弦長の関数として示される故、無次元である。従って、該座標は以下のように定義される。
使用されるＮＡＣＡ翼形におけるパラメータおよび意味は、以下の通りである。
・ｍは最大キャンバー、最大曲率（中央線）ｙｃ（ｘ）（無次元、弦の長さの割合）、
・ｐは弦に沿った最大キャンバーの位置（無次元、弦の長さの割合）、
・ｔは最大厚さ（無次元、弦の長さの割合）、
・αは水平線に対する弦の傾斜角度である。
典型的に航空分野において使用される４桁のＮＡＣＡ符号における各桁は、翼形を画定するパラメータに関連している。
・桁１は、百分率で表したパラメータｍであり、
・桁２は、十分率で表したパラメータｐであり、
・桁３および桁４は、百分率で表したパラメータｔである。
標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形を定義するために使用されるサイズ（ｘＵ，ｙＵ,ｘＬ，ｙＬ， ｍ, ｐ, ｔ）は、弦の長さの割合として表される故、無次元であることが強調される。以下に、ｃによって弦の長さを示す。弦の長さは、ロータ直径Ｄの割合として定義する故、ｃは無次元である。
上述した翼形の説明において、弦は水平であることが想定される。図３および図４に示す実施形態において、弦が角度αによって水平線に対して傾斜するように、翼形は回転される。以下、αは、常に正であり、図３および図４に示した角度を意味する。
図１は、改善された幾何学的形状を有する成形されたロータブレードおよび成形されたステータブレードを有する攪拌装置を示す。
この攪拌装置１４は、
・改善された特性を有する、本明細書に記載のロータ１であって、運動を付与する単相または多相流体を混合する機能を有するロータ１と、
・外側体２５と、外側体２５の内側表面の全部または一部に配置された一連の成形されたステータブレード１６とを備えるステータ１５であって、該一連の成形されたステータブレードは、少なくとも１レベルの成形されたステータブレードを含み、成形されたステータブレード１６の各レベル２９は、角度方向に等間隔に離間した少なくとも２つの成形されたステータブレードを含み、成形されたステータブレードは、その一端において該外側体２５の内側表面に固定されており、ロータによって生成された運動を主に軸流に変換する機能を有するステータと、
を備える。
次に、図３を参照して、成形されたロータブレードの形状について説明する。成形されたロータブレードは、以下の特徴を有する。
・成形されたロータブレードは、少なくとも１つの反転ポイント６を含む。該反転ポイントは、成形されたロータブレードを少なくとも２つの要素４，５に分割することにより、各要素は他方に対して対向方向にスラスト方向を有し、
・第２要素５は、第１要素４から半径方向に延在し、
・各要素の周縁部は、明細書に記載のように、桁１、桁２、桁３および桁４として示される標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形を形成する。ここに、
ｉ．パラメータｍ、ｐ、およびｔは、成形されたロータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変であり、パラメータｍは、特に、０．００１〜０．２５の間で可変であり、パラメータｐは０．０１〜０．８５の間で可変であり、パラメータｔは０．０１５〜０．７５の間で可変である。
ii．該形状の先端部を後縁と接続する弦長ｃは、成形されたロータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変であり、特に、０．０２〜０．２５×（２×Ｒとして定義され、その際に、Ｒは、図１、図２、および図７に示した成形されたロータブレード３の外側端部と、回転軸線２２との間の距離を示す）ロータ直径Ｄの間で可変である。
iii．弦は、成形されたロータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変である回転軸線に直交する平面に対して傾斜αを有しており、特に、αは、回転軸線に直交する平面に対して１５°〜７５°の間で可変である。
特に、図３を参照すると、成形されたロータブレードにおける４つの周縁部が示されており、各周縁部は、特定の翼形を形成している。即ち、部分８は、回転軸２との接続部と対応しており、部分９は、反転ポイント６を有する第１要素４との接続部と対応しており、部分１０は、反転ポイント６を有する第２要素５との接続部と対応しており、部分１１は、成形されたロータブレードの外側端部と対応している。
そのような特定の部分において、標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形のパラメータｍ、ｐ、ｔ、ｃ、およびαは、以下に特定した範囲内の値を想定することが好ましい。
回転軸２との接続部に対応する周縁部８において、ｍは、０．００１〜０．１５、好ましくは０．００１〜０．０９１の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．８５、好ましくは０．０１〜０．５の範囲であり、ｔは、０．２〜０．７５、好ましくは０．３５〜０．４５の範囲であり、ｃは、０．０２〜０．１５、好ましくは０．０６９〜０．０７４の範囲であり、αは、２０°〜７５°、好ましくは３５°〜４５°の範囲である。
より好ましくは、回転軸２との接続部に対応する周縁部８において、ｍは、０．００１〜０．０９１の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．５の範囲であり、ｔは、０．３５〜０．４５の範囲であり、ｃは、０．０６９〜０．０７４の範囲であり、αは、３５°〜４５°の範囲である。
反転ポイント６を有する第１要素４の接続部と対応する周縁部９において、ｍは、０．００１〜０．２５、好ましくは０．０９１〜０．１４４の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．７、好ましくは０．４〜０．５の範囲であり、ｔは、０．２〜０．６５、好ましくは、０．４３〜０．４５の範囲であり、ｃは、０．０２〜０．２、好ましくは０．０７６〜０．０７７の範囲であり、αは、１５°〜６０°、好ましくは３０°〜３５°の範囲である。
より好ましくは、反転ポイント６を有する第１要素４の接続部と対応する周縁部９において、ｍは０．０９１〜０．１４４の範囲、ｐは０．４〜０．５の範囲、ｔは０．４３〜０．４５の範囲、ｃは０．０７６〜０．０７７の範囲、αは３０°〜３５°の範囲である。
反転ポイント６を有する第２要素５と対応する周縁部１０において、ｍは、０．００１〜０．１５、好ましくは０．００１〜０．０６４の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．７、好ましくは０．０１〜０．３９５の範囲であり、ｔは、０．０２〜０．２５、好ましくは０．１２〜０．１５の範囲であり、ｃは、０．０４〜０．２、好ましくは０．０８３〜０．０８４の範囲であり、αは、２０°〜６０°、好ましくは３８°〜４５°の範囲である。
より好ましくは、反転ポイント６を有する第２要素５の接続部と対応する周縁部１０において、ｍは、０．００１〜０．０６４の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．３９５の範囲であり、ｔは、０．１２〜０．１５の範囲であり、ｃは、０．０８３〜０．０８４の範囲であり、αは、３８°〜４５°の範囲である。
成形されたロータブレードの外側端部と対応する周縁部１１において、ｍは、０．００１〜０．２５、好ましくは０．０９６〜０．１３３の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．７５、好ましくは０．５〜０．５２６の範囲であり、ｔは、０．０１５〜０．２５、好ましくは０．１〜０．１５の範囲であり、ｃは、０．０４〜０．２５、好ましくは０．０８３〜０．０８５の範囲であり、αは、１５°〜４５°、好ましくは２５°〜３５°の範囲である。
より好ましくは、成形されたロータブレードの外側端部に対応する周縁部１１において、ｍは、０．０９６〜０．１３３の範囲であり、ｐは、０．５〜０．５２６の範囲であり、ｔは、０．１〜０．１５の範囲であり、ｃは、０．０８３〜０．０８５の範囲であり、αは、２５°〜３５°の範囲である。
反転ポイントは、成形された支持要素６によって作成することができ、回転軸線から反転ポイントまでの距離により、ステータ１５を、好ましくは同一の２つの異なる表面領域に横向き（水平）に分割することによって生成された領域を分割する周縁を特定する。一連の成形されたロータブレード３は、一連の成形されたステータブレード１６を介在させることにより、成形されたロータブレード３のレベル２８は、成形されたステータブレード１６のレベル２９と交互し、成形されたロータブレードと、成形されたステータブレードとの間に非常に短い距離ｇを形成する（図７参照）。この距離は、高い速度勾配を取得するために、成形されたロータブレードの高さｈの５％〜１００％、好ましくは７％〜２０％、より好ましくは７％〜１０％の範囲である。図３に示したブレードの高さｈは、ブレード形状のパラメータｍ、ｐ、ｔ、ｃ、およびαの値があてがわれると、一意に決定される。
成形されたロータブレード３および成形されたステータブレード１６の両方は、半径方向に延在する。即ち、成形されたロータブレードは軸２から外側体２５の内側側面に向けて延在し、成形されたステータブレードは、外側体２５の内側側面から軸２に向けて延在している。成形されたロータまたはステータブレードは、相互に角度方向に等間隔に離間している。例えば、２つ存在している場合、それらは相互に１８０°だけ、３つ存在している場合、それらは１２０°だけ、４つ存在している場合、それらは９０°だけ離間する。
成形されたロータブレードまたは成形されたステータブレードの２つの連続するレベルは、相互にずれていてもよい。即ち、軸線方向に整列されていないが、特定の角度において相互に回転されてもよい。その際に、ブレードの数が２つである場合、２つの連続するレベルのブレードは９０°だけずれており、ブレードの数が３つである場合、２つの連続するレベルのブレードは６０°だけずれており、ブレードの数が４つである場合、２つの連続するレベルのブレードは４５°だけずれていることが好ましい。
成形されたロータブレードの各レベルの延在方向および成形されたステータブレードの各レベルの延在方向は、回転軸線２２に対して垂直であることが好ましい。成形されたロータブレードおよび成形されたステータブレードのレベルは、相互に全て同一である必要はないが、ブレードの数量および各レベルにおけるブレードの幾何学的形状が異なっていてもよい。
回転式攪拌装置１４において、成形されたステータブレード１６の各レベル２９は、角度方向に相互に等距離にあり、外側体２５の内側表面に接続された少なくとも２つの成形されたステータブレードを含む。成形されたステータブレード１６は、成形されたロータブレード３を介在しており、該成形されたステータブレードは、ステータの内面から回転軸２に向けて半径方向に延在している。
次に、図４を参照して、成形されたステータブレードについて説明する。各成形されたステータブレード１６は、以下の特徴を有する。
・成形されたステータブレードは、流体に対するスラストの少なくとも１つの反転ポイント１９を含む。この反転ポイントは、成形されたステータブレードを少なくとも２つの要素２０，２６に分割することにより、各要素が他方に対して対向方向にスラスト方向を有し、
・各要素の周縁部は、明細書に記載にように、桁１、桁２、桁３および桁４として示される標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形を形成し、
ｉ．パラメータｍ、ｐ、およびｔは、成形されたステータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変であり、パラメータｍは、特に、０．００１〜０．１６の間で可変であり、パラメータｐは０．０１〜０．８の間で可変であり、パラメータｔは０．０５〜０．８の間で可変であり、
ii．該プロファイルの先端部を後縁と接続する弦長ｃは、成形されたステータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変であり、特に、０．０２〜０．１５×ロータ直径Ｄの間で可変であり、
iii．弦は、成形されたステータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変である回転軸線に直交する平面に対して傾斜αを有しており、特に、αは、回転軸線に直交する平面に対して２５°〜８０°の間で可変である。
特に、図４に、成形されたステータブレードの４つの周縁部を示す。各周縁部は、特定の翼形を形成している。即ち、部分２７は、ステータ２５の壁との接続部と対応しており、部分３０は、反転ポイント１９を有する要素２６の接続部と対応しており、部分１７は、反転ポイント１９を有する要素２０の接続部と対応しており、部分１８は、成形されたステータブレードの内側端部と対応している。
そのような特定の部分において、標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形のパラメータｍ、ｐ、ｔ、ｃ、およびαは、以下に特定した範囲内の値を想定することが好ましい。
該ブレードの内側端部に対応する周縁部１８において、ｍは、０．００１〜０．１６、好ましくは０．００１〜０．０９１の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．８、好ましくは０．０１〜０．０５の範囲であり、ｔは、０．０５〜０．３、好ましくは０．１５〜０．１８の範囲であり、ｃは、０．０２〜０．１５、好ましくは０．０５９〜０．０６の範囲であり、αは、３０°〜７０°、好ましくは５０°〜６０°の範囲である。
より好ましくは、該ブレードの内側端部に対応する周縁部１８において、ｍは、０．００１〜０．０９１の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．０５の範囲であり、ｔは、０．１５〜０．１８の範囲であり、ｃは、０．０５９〜０．０６の範囲であり、αは、５０°〜６０°の範囲である。
反転ポイント１９を有する第１要素２０に対応する周縁部１７において、ｍは、０．００１〜０．１５、好ましくは０．００１〜０．０９１の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．７５、好ましくは０．０１〜０．５の範囲であり、ｔは、０．１５〜０．６、好ましくは、０．３５〜０．４の範囲であり、ｃは、０．０２〜０．１５、好ましくは０．０５〜０．０５６の範囲であり、αは４０°〜８０°、好ましくは５０°〜６５°の範囲である。
反転ポイント１９を有する第１要素２０の接続部と対応する周縁部１７において、ｍは、０．００１〜０．０９１の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．５の範囲であり、ｔは、０．３５〜０．４の範囲であり、ｃは、０．０５〜０．０５６の範囲であり、αは、５０°〜６５°の範囲であることがより好ましい。
反転ポイント１９を有する第２要素２６と対応する周縁部３０において、ｍは、０．００１〜０．１５、好ましくは０．００１〜０．０９１の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．７５、好ましくは０．０１〜０．５の範囲であり、ｔは、０．２〜０．８、好ましくは０．４５〜０．５５の範囲であり、ｃは、０．０２〜０．１５、好ましくは０．０５３〜０．０６０の範囲であり、αは、２５°〜７５°、好ましくは４０°〜５５°の範囲である。
反転ポイント１９を有する第２要素２６の接続部と対応する周縁部３０において、ｍは、０．００１〜０．０９１の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．５の範囲であり、ｔは、０．４５〜０．５の範囲であり、ｃは、０．０５３〜０．０６０の範囲であり、αは、４０°〜５５°の範囲であることがより好ましい。
ステータ２５の壁との接続部に対応する周縁部２７において、ｍは、０．００１〜０．１５、好ましくは０．００１〜０．０９１の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．７５、好ましくは０．０１〜０．５の範囲であり、ｔは、０．２〜０．８、好ましくは０．４５〜０．５５の範囲であり、ｃは、０．０２〜０．１５、好ましくは０．０５３〜０．０６０の範囲であり、αは、２５°〜７５°、好ましくは４０°〜５５°の範囲である。
ステータ２５の壁との接続部に対応する周縁部２７において、ｍは、０．００１〜０．０９１の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．５の範囲であり、ｔは、０．４５〜０．５５の範囲であり、ｃは、０．０５３〜０．０６０の範囲であり、αは、４０°〜５５°の範囲であることがより好ましい。
成形されたステータブレード１６の要素のうちの１つは、外側体２５の内面に固定されている一方、他方の要素２０は、回転軸２から可能な限り遠くに延在しているが、回転軸２に接触はしない。各要素は、他方の要素に対して反対方向にスラスト方向を有する。反転ポイントは、成形された支持要素１９によって作成することができ、回転軸線から反転ポイントまでの距離により、ステータ１５を、好ましくは同一の２つの異なる表面領域に横向き（水平）に分割することによって生成された領域を分割する周縁を特定する。
成形されたステータブレードの反転ポイントは、成形されたロータブレードの反転ポイントと対応するよう、回転軸から同一の距離であることが好ましい。
本発明において、各レベルにおける成形されたロータブレード３の数量は、少なくとも２つ、好ましくは２〜１０、より好ましくは２〜４である。各レベルにおける成形されたステータブレード１６の数量は、少なくとも２つ、好ましくは２〜１０、より好ましくは２〜４である。
外側体２５は、異なる形状であってもよく、また、異なる材料から製造されてもよい。外側体２５は、大気圧や真空下等の圧力下で操作可能であり、水平または垂直に配置されることができる。典型的には、該外側体は、側壁および２つの底面からなり、該側壁は、筒状、円錐状、またはその他の形状であり、該底部は平坦、円錐状、半球状、楕円形、皿形、またはその他の形状であることができる。特に、該外側体は、楕円形の底部を有する垂直な金属製シリンダを備えることが好ましい。
回転軸２は、外側体２５の軸と同軸にあることが好ましく、片持ち方式で、または電源装置に対する対向端部において支持部を装備することにより作動可能である。
図２に関して、本明細書に記載のロータは、更に、成形されたロータブレードのレベルを備えることができる。この成形されたロータブレードの外側要素であって、回転軸線２から最遠にあるのは、外側体２５の内壁のスクレーパ手段１２である。通常、成形されたロータブレードのレベルは、特に、例えば液体ガス等の２相流体システムにおける相関面に応じて、回転軸２の上側部分に配置される。
外側体２５が垂直軸を有するタンクである場合、好適なスクレーパ手段は、回転軸に接続された水平要素と、好ましくは、長方形部分１２を有する該水平要素に直交する要素とを備える幾何学的形状を有する。該水平要素は、部分的または全体的に、成形されたロータブレード３と同一であってもよい。スクレーパ手段は、例えば、通常の操作下では汚れがちである液体ガス等の２相システムの相関面に応じて、タンク壁を清潔に維持する。
図１および図２から分かるように、本明細書に記載のロータは、更に、外側体の底部に対応する回転軸２の下部に配置され、外側体に搭載された、成形されたアンカー１３を備えることができる。該アンカーには、スクレーパ手段が装備されている。このスクレーパ手段の形状は、外側体２５の底部の形状に従っており、外側体に搭載されている。該アンカーは、スクレーパ手段を補強する機械的機能を有する中間アームも装備している。従って、アンカーは、外側体の底部の形状に適するように製造され、外側体に搭載される。
該アンカーは、特に、攪拌装置の底部を清潔に維持し、存在し得る何らかの固体を攪拌し続けるのに役立つ。更に、成形されたロータブレードおよび成形されたステータブレードの総体的な構成、並びに底部アンカーの搭載により、例えば、停電やそれに伴う底部にある製品の体積等による底面における何らかの固体相が固化した場合に、攪拌装置が停止した後の再開作業を容易にする。実際、固化した製品を分解して装置を再開することができず、装置を停止して、機械的に清掃する必要がある従来の攪拌装置（例えば、ラシュトンタービンや垂直なバッフルを有する水中翼インペラ）とは違い、この構成は、固化した製品を分解し、研磨することができる。
前述したとおり、成形されたロータブレードは、流体スラストにおける反転ポイントを有する。この反転ポイントにおいて、生成されたスラストを反転させる。流体は、成形されたロータブレードの内側部品によって攪拌装置の外側体の底部に向けて押し出されると共に、流体は外側体によって該外側体の頂部に向けて押し出されることが好ましい。各成形されたロータブレードにおいて、成形されたロータブレードが３つ以上の部分に分裂される場合、多様な反転ポイントが存在してもよい。反転ポイントが単一の場合、該反転ポイントは、回転軸２に近接して、または外側体２５の内側表面に近接して配置されてもよい。好ましくは、回転軸線から該反転ポイントまでの距離は、好ましくは同一領域であり、異なる表面を有する部品に生成した領域を、ステータ１５を横方向（水平）に分裂することによって分裂する周縁と同一視することができる。
該反転ポイントは、成形されたロータブレードを形成する異なる部品を、ボルト接続、ネジ接続、または溶接によって、および、潜在的に、好適な定着板を使用することによって、相互に接続することによって作成される。該成形されたロータブレードは、該軸に溶接、ネジ接続、キー接続、またはボルト接続させる。
好適な実施形態において、本明細書に記載のロータは、相互にずれている、２つの連続するレベルの成形されたロータブレードを有する。本明細書に記載のロータにおいて、成形されたロータブレードの全レベルは、同一の数量の成形されたロータブレードを有しており、相互に同一である。
好適な実施形態において、本明細書に記載の攪拌装置は、相互にずれた、２つの連続するレベルの成形されたステータブレードを有する。本明細書に記載の攪拌装置において、成形されたステータブレードの全レベルは、同一の数量の成形されたステータブレードを有しており、相互に同一であることが好ましい。
成形されたロータブレードの成形された形状は、１つ以上の鋳造された部品または半完成部品、好ましくは棒や板から開始して、加工チップを除去し、溶接処理を施すことによって取得することができる。更に、該成形されたロータブレードは、曲げ加工や曲げ・ねじり加工を施した棒や板を使用して、翼形により近似するように溶接することで製造することができる。成形されたロータブレードからなる部分は、異なる材料から製造されてもよい。即ち、該材料が相互に溶接可能でない場合には、溶接に代替する接続部、例えばボルト止めや、嵌合およびろう付けによるカップリング等を設けてもよい。
成形されたステータブレードは、生成されたスラストを反転する反転ポイントを有する。成形されたステータブレードに関して、回転軸付近の要素が多相流体を攪拌装置の外側体の底部に向けて押し出す一方、該外側体の内側表面付近の要素が流体を上側に押し上げる。各成形されたステータブレードは、少なくとも１つの反転ポイントを有する。該反転ポイントは、回転軸に近接して、または、攪拌装置の外側体の内壁に近接して配置され得る。回転軸線から該反転ポイントまでの距離は、生成された領域を、ステータを横向き（水平）に分裂することによって、好ましくは同一表面領域の異なる部分に分裂する周縁を特定する。
該反転ポイントは、成形されたステータブレードを形成する異なる部品を、ボルト接続、ネジ接続、または溶接によって、および、潜在的に、好適な定着板を使用することによって、相互に接続することによって作成される。該成形されたステータブレードは、攪拌装置の外側体の側壁に溶接、ネジ接続、またはボルト接続させる。
成形されたステータブレードの成形された形状は、１つ以上の鋳造された部品または半完成部品、好ましくは棒や板から開始して、加工チップを除去し、溶接処理を施すことによって取得することができる。更に、該成形されたステータブレードは、曲げ加工や曲げ・ねじり加工を施した棒や板を使用して、翼形により近似するように溶接することで製造することができる。成形されたステータブレードからなる部分は、異なる材料から製造されてもよい。即ち、該材料が相互に溶接可能でない場合には、溶接に代替する接続部、例えばボルト止めや、嵌合およびろう付けによるカップリング等を設けてもよい。
記載の攪拌装置の特に革新的な態様は、異なる半径方向部分におけるスラスト方向の反転と共に、特定の形状を有する一連の成形されたロータブレードおよび成形されたステータブレードを実際に使用することを含む。この革新的な形状により、特に非ニュートン流体等の、特に粘度の高い単相または多相流体を効率的かつ均一に混合することができる装置を予想外に取得することができる。
本発明に係る一連の適切に成形されたロータおよびステータブレードを使用することにより、混合される流体の全量における乱流、速度勾配、および歪みを均一に分散させることができる。半径方向に可変である、成形されたロータブレードおよび成形されたステータブレードにおける特定の流体の動的プロファイルにより、流体は効率的かつ効果的に移動可能となる。軸的なスラスト方向の半径方向への反転により、攪拌装置内において多方向への流れを取得し、高度に混合することができる。
従って、本発明の主題は、乱流および層流の両方において、流体を混合するのに適した装置を含む。特に、本発明の主題は、乱流のレベル、速度勾配、および局所的歪みに応じて輸送特性が変化する流体を混合するのに適している。即ち、混合タンク内において高レベルの均質性および均一性を必要とし、先行技術における制限を解消する。従って、本発明に係る装置は、乱流において、静穏領域を最小化し、含有される何らかの固体の固化および／またはゲル化の可能性を低減し、含有される任意の分散相（流体、固体、ガス）を効率的かつ均一に分散しながら、流体を効率的に混合することができる。本発明に係るシステムは、化学反応が生じる流体や断熱モードまたは連続的あるいは非連続的モードにおいて熱交換する流体の混合にも適している。
図５に関して、本明細書に記載の、成形されたロータブレードまたは成形されたステータブレードの第１および第２要素の周縁部によって形成された標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形は、曲線状の形状２１によって、またはｎセグメントを含む連続的なセグメント化された形状２４によって製造され得る。２〜１０、好ましくは４〜８まで変化するｎを有する角度βから連続する２つのセグメントであって、βは０．１°〜２７０°まで可変である。
第３の代替案として、本明細書に記載の成形されたロータブレードまたは成形されたステータブレードの第１および第２要素の周縁部によって形成された標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形は、曲線状部分およびｎセグメントの組み合わせからなる曲線状の形状から製造されてもよい。連続する２つのセグメントは、２〜１０まで可変であるｎを有する０．１°〜２７０°まで可変である角度βを形成する。
セグメント化された形状は、連続するｎセグメントからなることもできる。該セグメントの端部を含むポイントのセットを、本明細書に記載の標準的な４桁のＮＡＣＡ形状を通じて特定することができるように、ｎは２〜１０まで、好ましくは４〜８まで可変である。そのようなポイントは、本明細書に記載の標準的な４桁のＮＡＣＡ形状のポイントと一致しなくてもよい。しかしながら、それらは、その変化率が弦長の１０％以下でなければならない。ここでいう変化率とは、ポイントと一致し、形状に接する中心を有する周縁の最小半径を意味する。更に、セグメントを有する形状とＮＡＣＡ翼形との間における重複していない領域は、ＮＡＣＡ翼形の合計領域の１０％未満でなければならない。
以下に、本発明の代表的な実施例を提案する。
この実施例において、本発明の主題を、次の特徴、即ち、楕円形底部を有する垂直タンクを備え、直径が６７０ｍｍ、下側の接線からの充填高さが６８０ｍｍ、混合容積が０．２８立方メートルである試験規模の装置に適用した。タンクでは、懸濁液において重合反応を起こすために、Ｃ２〜Ｃ３炭化水素と、好適な触媒との混合物からなる２相流体を連続的に混合した。反応条件は、１０〜２０バールかつ１５〜４０℃である。そのような条件において、２〜４重量％の固定高分子を、試薬混合物における懸濁液において取得する。記載の装置は、最初に、本発明の主題に対する既知の技術分野における参考事例を代表する、外郭に接続された一連のロータブレードおよびステータブレードを備える攪拌装置を装備した。
直径が６６０ｍｍであるロータブレードを７レベルだけ配置し、各レベルは、９０°ずれた、２つの連続するブレードを含む。ステータブレードを７レベルだけ配置し、各レベルは、ずれていない４つの連続するブレードを含む。ステータブレードは、２８０ｍｍ長である。各ロータブレードは、高さが２０ｍｍの水平な金属製の棒からなっており、流体に最初に接触する棒の表面は、回転軸線に対して垂直である平面に対して６０°だけ傾斜しており、流体は上側に移動する。ステータブレードを直径が２０ｍｍのシリンダによって形成する。ロータブレードおよびステータブレードの間隙は２１．５ｍｍである。攪拌装置は、更に、楕円形の底部のように成形された底部アンカー（アンカーおよび底部の間の間隙は約５ｍｍ）と、ロータブレードの上側レベルに壁スクレーパ手段とを装備している。回転速度は１５０ｒｐｍと同等である。
ロータおよびステータブレードは、本発明において記載した新規のロータおよび新規の成形されたステータブレードと交換した。
成形されたロータブレードおよび成形されたステータブレードに、回転軸線から２４０ｍｍ離間した単一の反転ポイントを装備した。図３および本明細書を参照すると、成形されたロータブレードの翼形は、以下の表１に記載のパラメータに特徴を有する。
図４および本明細書を参照すると、成形されたステータブレードの翼形は、以下の表２に記載のパラメータに特徴を有する。
直径６６０ｍｍの成形されたロータブレードを７レベルだけ配置し、各レベルは、９０°ずれた、２つの連続するブレードを含む。成形されたステータブレードを７レベルだけ配置し、各レベルは、ずれていない４つの連続するブレードを含む。成形されたステータブレードは、２８０ｍｍ長である。ロータブレードおよびステータブレードの間隙は１６．５ｍｍである。攪拌装置は、更に、楕円形の底部のように成形された底部アンカー（アンカーおよび底部の間の間隙は約５ｍｍ）と、成形されたロータブレードの上側レベルに壁スクレーパ手段とを装備している。回転速度は１５０ｒｐｍと同等である。
この実施例における本発明の主題の性能レベルは、ＣＦＤ（数値流体計算）法によって立証した。分析には、４００万の四面体要素を有する計算メッシュ、Ｋ−ｅｐｓｉｌｏｎ乱流モデル、密度が５００ｋｇ／ｍ３および粘度が０．０００２Ｐａｓの単相非ニュートン流体、商業的ソフトウエアＡＮＳＹＳ ＣＦＸを使用した。
本発明の主題のための参考事例に関して実施した分析から、混合流において３倍以上の増加が見られた。一方、参考事例に関しては吸収された電力の変化率は、１０％以内であった。電力は、ロータブレードおよび回転速度の回転モーメントの積として計算した。一方、混合流は、回転軸線に直交し、ロータブレードの高さの半分に配置された平面から上側への流量として計算した。

Claims (20)

  1. 回転軸（２）と、前記回転軸の全長または部分長に沿って配置された一連の成形されたロータブレード（３）とを含むロータ（１）であって、前記ブレードは、回転軸線（２２）に直交する平面に対して平行して延在しており、前記一連の成形されたロータブレードは、成形されたロータブレードの少なくとも１レベル（２８）を含み、成形されたロータブレードの各レベル（２８）は、前記回転軸を中心に等間隔に離間した少なくとも２つの成形されたロータブレード（３）を含み、前記成形されたロータブレードは、その一端において前記回転軸に接続されており、前記成形されたロータブレードは、次の特徴、即ち、
    ａ）前記成形されたロータブレードは、流体に対するスラストにおいて少なくとも１つの反転ポイント（６）を備え、前記反転ポイントは、前記成形されたロータブレードを少なくとも２つの要素（４，５）に分割し、前記要素が相互に半径方向に延在することにより、各要素は、他方に対して対向方向にスラスト方向を有し、
    ｂ）各要素の周縁部は、桁１、桁２、桁３および桁４で示される標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形を形成し、
    ｉ．パラメータｍ、ｐ、およびｔは、前記成形されたロータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変であり、
    ii．前記翼形の形状の先端部を後縁と接続する弦の長さｃは、前記成形されたロータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変であり、
    iii．前記弦は、前記成形されたロータブレードの延在方向に沿って半径方向に可変である前記回転軸線に直交する平面に対して傾斜αを有する、
    ことを特徴とするロータ（１）。
  2. 請求項１に記載のロータであって、ｍは、０．００１〜０．２５の範囲であり、ｐは０．０１〜０．８５の範囲であり、ｔは０．０１５〜０．７５の範囲であり、弦の長さｃは、０．０２〜０．２５×ロータ直径Ｄの範囲であり、前記弦の傾斜角度αは、前記回転軸線に直交する平面に対して１５°〜７５°の範囲であるロータ。
  3. 請求項２に記載のロータであって、前記回転軸（２）との接続部に対応する、成形されたロータブレードの周縁部（８）は、ｍが０．００１〜０．１５の範囲であり、ｐが０．０１〜０．８５の範囲であり、ｔが０．２〜０．７５の範囲であり、ｃがロータ直径Ｄの０．０２〜０．１５倍の範囲であり、αが２０°〜７５°の範囲である翼形を形成するロータ。
  4. 請求項２に記載のロータであって、前記反転ポイント（６）を有する第１要素（４）の接続部に対応する、成形されたロータブレードの周縁部（９）は、ｍが０．００１〜０．２５の範囲であり、ｐが０．０１〜０．７の範囲であり、ｔが０．２〜０．６５の範囲であり、ｃがロータ直径Ｄの０．０２〜０．２倍の範囲であり、αが１５°〜６０°の範囲である翼形を形成するロータ。
  5. 請求項２に記載のロータであって、前記反転ポイント（６）を有する第２要素（５）の接続部に対応する、成形されたロータブレードの周縁部（１０）は、ｍが０．００１〜０．１５の範囲であり、ｐが０．０１〜０．７の範囲であり、ｔが０．０２〜０．２５の範囲であり、ｃがロータ直径Ｄの０．０４〜０．２倍の範囲であり、αが２０°〜６０°の範囲である翼形を形成するロータ。
  6. 請求項２に記載のロータであって、前記ブレードの外側端部に対応する、成形されたロータブレードの周縁部（１１）は、ｍが０．００１〜０．２５の範囲であり、ｐが０．０１〜０．７５の範囲であり、ｔが０．０１５〜０．２５の範囲であり、ｃがロータ直径Ｄの０．０４〜０．２５倍の範囲であり、αが１５°〜４５°の範囲である翼形を形成するロータ。
  7. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のロータであって、前記成形されたロータブレード（３）の標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形は、曲線状の形状（２１）によって、またはｎセグメントからなるセグメント化された連続的な形状（２４）によって製造されており、前記セグメントにおいて、連続する２つのセグメントは、角度βを形成し、ｎは２〜１０の範囲であり、βは０．１°〜２７０°の範囲であるロータ。
  8. 請求項１〜６のいずれか一項に記載のロータであって、前記成形されたロータブレード（３）の標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形は、曲線部分およびｎセグメントの組み合わせからなる連続的な形状を有しており、２つの連続するセグメントは、２〜１０の範囲であるｎを有する０．１°〜２７０°の範囲である角度βを形成するロータ。
  9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載のロータ（１）であって、運動を付与する単相または多相流体を混合する機能を有するロータ（１）と、
    外側体（２５）と、前記外側体の内側表面の全部または一部に配置された一連の成形されたステータブレード（１６）とを備えるステータ（１５）であって、前記一連の成形されたステータブレードは、少なくとも１レベルの成形されたステータブレードを含み、各レベル（２９）は、角度方向に等間隔に離間した少なくとも２つの成形されたステータブレード（１６）を含み、前記成形されたステータブレードは、その一端において、前記外側体（２５）の内側表面に固定されており、前記ロータによって生成された運動を主に軸流に変換する機能を有するステータと、
    を備える攪拌装置。
  10. 請求項９に記載の攪拌装置であって、
    前記成形されたステータブレード（１６）は、次の特徴、即ち、
    ・前記成形されたステータブレード（１６）は、流体に対するスラストにおいて少なくとも１つの反転ポイント（１９）を含み、前記反転ポイント（１９）は、前記成形されたステータブレード（１６）を少なくとも２つの要素（２０，２６）に分割することにより、各要素は、他方に対して対向方向にスラスト方向を有し、
    ・各要素の周縁部は、桁１、桁２、桁３および桁４として示される標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形を形成し、
    ｉ．パラメータｍ、ｐ、およびｔは、前記成形されたステータブレード（１６）の延在方向に沿って半径方向に可変であり、
    ii．前記翼形の形状の先端部を後縁と接続する弦の長さｃは、前記成形されたステータブレード（１６）の延在方向に沿って半径方向に可変であり、
    iii．前記弦は、前記成形されたステータブレード（１６）の延在方向に沿って半径方向に可変である回転軸線に直交する平面に対して傾斜αを有する、
    ことを特徴とする攪拌装置。
  11. 請求項１０に記載の装置であって、パラメータｍは、０．００１〜０．１６の範囲であり、ｐは、０．０１〜０．８の範囲であり、ｔは、０．０５〜０．８の範囲であり、ｃは、０．０２〜０．１５×ロータ直径Ｄの範囲であり、前記弦の傾斜角度αは、前記回転軸線に直交する平面に対して２５°〜８０°の範囲である装置。
  12. 請求項１１に記載の装置であって、前記成形されたステータブレードの内側端部に対応する、成形されたステータブレードの周縁部（１８）は、ｍが０．００１〜０．１６の範囲であり、ｐが０．０１〜０．８の範囲であり、ｔが０．０５〜０．３の範囲であり、ｃがロータ直径Ｄの０．０２〜０．１５倍の範囲であり、αが３０°〜７０°の範囲である翼形を形成する装置。
  13. 請求項１１に記載の装置であって、前記反転ポイント（１９）を有する第１要素（２０）の接続部に対応する、成形されたステータブレードの周縁部（１７）は、ｍが０．００１〜０．１５の範囲であり、ｐが０．０１〜０．７５の範囲であり、ｔが０．１５〜０．６の範囲であり、ｃがロータ直径Ｄの０．０２〜０．１５倍の範囲であり、αが４０°〜８０°の範囲である翼形を形成する装置。
  14. 請求項１１に記載の装置であって、前記反転ポイント（１９）を有する第２要素（２６）の接続部に対応する、成形されたステータブレードの周縁部（３０）は、ｍが０．００１〜０．１５の範囲であり、ｐが０．０１〜０．７５の範囲であり、ｔが０．２〜０．８の範囲であり、ｃがロータ直径Ｄの０．０２〜０．１５倍の範囲であり、αが２５°〜７５°の範囲である翼形を形成する装置。
  15. 請求項１１に記載の装置であって、前記ステータの壁との接続部に対応する、成形されたステータブレードの周縁部（２７）は、ｍが０．００１〜０．１５の範囲であり、ｐが０．０１〜０．７５の範囲であり、ｔが０．２〜０．８の範囲であり、ｃがロータ直径Ｄの０．０２〜０．１５倍の範囲であり、αが２５°〜７５°の範囲である翼形を形成する装置。
  16. 請求項９〜１５のいずれか一項に記載の攪拌装置であって、前記成形されたステータブレード（１６）の標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形は、曲線状の形状によって、またはｎセグメントからなるセグメント化された連続的な形状によって製造することができ、前記セグメントにおいて、連続する２つのセグメントは角度βを形成し、ｎは２〜１０の範囲であり、βは０．１°〜２７０°の範囲である攪拌装置。
  17. 請求項９〜１５のいずれか一項に記載の攪拌装置であって、前記成形されたステータブレード（１６）の標準的な４桁のＮＡＣＡ翼形は、曲線部分およびｎセグメントの組み合わせからなる連続的な形状を有しており、２つの連続するセグメントは、２〜１０の範囲であるｎを有する０．１°〜２７０°の範囲である角度βを形成する攪拌装置。
  18. 請求項９〜１７のいずれか一項に記載の装置であって、前記一連の成形されたロータブレード（３）は、一連の成形されたステータブレード（１６）の間に介在することにより、成形されたロータブレード（３）のレベル（２８）は、成形されたステータブレード（１６）のレベル（２９）と互い違いになって、成形されたロータブレードと、成形されたステータブレードとの間に距離を形成し、この距離は、前記成形されたロータブレードの高さｈの５％〜１００％の範囲である装置。
  19. 請求項９〜１８のいずれか一項に記載の攪拌装置であって、前記成形されたロータブレード（３）および成形されたステータブレード（１６）は、角度方向に等間隔に離間している攪拌装置。
  20. 請求項９〜１９のいずれか一項に記載の攪拌装置であって、前記成形されたステータブレード（１６）の反転ポイント、または前記成形されたロータブレード（３）の反転ポイント、またはその両方は、成形された支持要素であり、前記回転軸線（２２）から支持要素までの距離は、前記ステータ（１５）を２つの同等の表面を有する領域に横切する、生成された領域を分割する周縁部を画定する攪拌装置。
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