JPH0261294B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、流体の流れの中に含まれているいろ
いろな成分を混合するため、従来から静的ミキサ
ーとして知られている種々の要素を備えた材料混
合装置に関する。本発明に従つて種々の静的混合
要素を適切に配置することにより、従来の同種の
装置に比べ混合効果を高めることができる。

（従来の技術） もし、静的ミキサーが効率よく作動するよう作
られている場合、静的ミキサーは名前が意味する
ように可動部品を使用していないので、動的ミキ
サーよりもすぐれた経済的な特長をもたらすもの
であることは以前から知られている。したがつ
て、静的ミキサーは一般に安価に製作することが
できるとともに、非常に経済的にメインテナンス
を行なうことができるので、ユーザーに寿命の長
いミキサーを提供することができる。

従来の静的ミキサーを構成するにさいしては、
通常、費用のかかる機械加工や成形、鋳造または
ミキサー要素を製作するその他の工程が付随して
いるとともに、ミキサー要素と導管の間かつ／ま
たは導管内のミキサー要素間で特殊なタイプの恒
久的な取り付けを行なうことが必要である。この
ため製作に費用がかかるうえ、製作が困難であ
り、最終製品は比較的高価なものになつてしま
う。さらに、従来のミキサーの多くは、とくに導
管に沿つて流れる材料に関し混合は完全ではな
い。いわゆる“壁面こすり”の現象は、壁表面に
沿つた流体の速度が小さいかあるいはゼロである
パイプ内で層流をもつた流体の放物線状の速度プ
ロフイールを関係している。

静的ミキサーの技術に関する顕著な改良の成果
が本出願人の先願発明である米国特許第3923288
号の中に教示されている。同特許に係る発明は、
ひとりでに嵌着して当接するとともに、軸方向に
オーバーラツプするよう構成された複数の混合要
素より成る静止形材料混合装置を開示したもので
あつて、前記混合要素は１本の導管の形に組み立
てられる。混合要素間のうち軸方向にオーバーラ
ツプした領域は、複合速度ベクトルを流体材料の
中に導き入れる混合マトリツクスを形成してい
る。

米国特許第3923288号に開示されている混合要
素のような“ｎ”個の混合要素の組立体の中に１
つの入力流が流れる場合、入力流について2ⁿの区
画が得られる。これは、各混合要素が流体の流動
について２×２の区画を備えているからである。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明の目的は、従来の発明の開示されている
混合要素の混合効率を一般に知られている2ⁿの区
画の場合より若干高いレベルまで高めることであ
る。静止形ミキサーの製作にみられるようなよけ
いなコストをかけることなく、しかも本装置前後
の圧力降下が過大になるようなことなく、混合効
率を高めることができるようにすることが望まし
い。

本発明のその他の目的は、添附図面を参照して
記載された下記の説明を精読することにより容易
に理解できよう。

本発明の装置は広義には、個々のビスケツト区
画を含む導管の形態をした流体の流れを混合する
ための静止形材料混合装置を含有する。これらの
ビスケツト区画は長手方向軸線に沿つて整列され
ていて、各区画は同区画を貫通する複数個の開口
を有する。これらの開口内には流体の流れに回転
角速度を惹起する混合要素が配置されている。さ
らにこのような混合要素の事実上すべての要素が
流体の流れに対して同一の回転運動を与える特徴
をもつている。隣接するビスケツト区画の開口を
不整合状態に配置すると好ましい点を付記してお
く。

すなわち、本発明によれば導管の形状を呈して
いて、流体の流れを混合する静止形材料ミキサー
装置であつて、長さ方向の軸に沿つて一列に並べ
て配置された複数のビスケツト区画より成り、該
ビスケツト区画がそれぞれ、ビスケツト区画の幾
何学的中心に位置ぎめされた穴と、該中心に位置
ぎめされた穴の近傍に位置ぎめされた２つまたは
２つより多くの補足的な穴とを備えていて、ビス
ケツト区画のうちの少なくとも若干のものに設け
られた中心に位置ぎめされている穴がふさがれて
いるとともに、各ビスケツト区画のふさがれてい
ない穴を通過する流体の流れに回転角速度を与え
る混合要素を前記穴の中に設けるよう構成された
装置において、前記混合要素がすべてビスケツト
区画を通過する前記流体に回転パターンを与える
ように構成されていることと、前記中心に位置ぎ
めされた穴の近傍に位置ぎめされているビスケツ
ト区画に設けられて前記穴が隣接したビスケツト
区画に設けられた穴に関し位置ずれした状態に配
置されて装置が与えられる。

第１図を参照すれば、要素１０は代表的なビス
ケツト区画を平面図で示したものであつて、該ビ
スケツト区画は中央穴５と複数の周辺穴６を備え
ている。なお、中央穴５を有するこの六角形状の
穴の配置は図解の便をはかるためのものにすぎ
ず、本発明がこのような穴の配置にのみ限定され
るものではない。いろいろな穴が一定のサイズま
たは均一なサイズのものである必要がない以上、
穴のパターンがどのような形状を呈していてもさ
しつかえない。

混合要素を通過する流体に部分的に回転速度を
与えるため、穴５，６等の範囲内に混合要素が配
置されている。このような混合要素の代表的なも
のは、米国特許第3923288号に開示されている。
このような混合要素は、第３図と第４図に参照数
字１３で表示されており、本発明を実施するにさ
いし、混合要素がそれぞれ、ビスケツト区画の穴
を通過する流体に同じ回転状態をひき起こすかあ
るいは同じ回転状態を与えるように構成されてい
る。

混合された流体の回転の状態が第２図の参照数
字３１と３２で概念的に示されている。上述のよ
うに、本発明が意図するところは、第３図に要素
１０，１１等として示されている長さ方向に一列
に並べて配置されたいくつかにビスケツト区画を
提供するとともに、隣接したビスケツト区画に設
けられた穴を位置ずれした状態に配置させること
である。このような位置ずれした配置の状態は第
２図に平面図で図示されていて、穴６の幾何学的
な中心は隣接のビスケツト要素１１に設けられた
穴６Ａの外周と一致している。このような位置ず
れした状態に配置を行なうことにより隣接したビ
スケツト区画間に約30゜の変位が生じることにな
る。

本発明を考察すると、隣接したビスケツト区画
を位置ずれさせて配置しない限り、第１図の穴６
のような上流側の穴に流入した流体はいろいろな
下流側ビスケツト区画を通過し、流体の流れは若
干混ぜ合わされるが、区画相互間で混合が生じな
いことが認められる。第２図に示されているよう
に、ビスケツト区画を位置ずれした状態に配置す
ることにより、たとえば、ビスケツト区画１１の
穴はビスケツト区画１０の２つの穴から流体を受
け取ることになり、したがつて、混合を促進する
ことができる。

混合の現象を促進する別の手段として、ビスケ
ツト区画にある穴をふさぐことが好ましいことが
明らかになつた。ふさがつた穴が一つおきに配置
されたビスケツトの中に位置ぎめされていること
が理想的である。すなわち、隣接したビスケツト
区画にはふさがつた穴が設けられていないのであ
る。ふさがつた穴がビスケツト区画の幾何学的中
心に配置されていることがもつとも好ましい。第
４図は、ビスケツト区画１０，１１，１２を分解
した状態で示すとともに、流体の流路１７がビス
ケツト区画１０の中央の穴５から始まつている実
施例を図解したものである。ビスケツト区画１１
の中央穴５Ａはふさがれていないと、流路１７に
沿つて移動する流体は、隣接したビスケツト区画
の中央穴で混合を行なうことなく、長さ方向に延
在した中央穴５と５Ａと５Ｂすべてを通つて流れ
ようとする。中央穴５Ａをふさぐことにより、中
央穴５を通つて移動する流体はビスケツト区画１
１の穴６Ａ，７Ａ等を通つて前進することにな
り、ビスケツト区画１２に到達する前に通路１７
Ａ，１７Ｂ等を通過する。ビスケツト区画では流
体が通路１７Ａと１７Ｂを通過する間に流体の流
れを一段を乱すことができる。なぜなら、ビスケ
ツト区画１２の中央穴の場合と同様に流体を受け
取ることができるからである。

本発明を実施する場合の好適な実施例を第４図
に示す。この実施例ではふさがれた中央穴または
栓づめをした中央穴が一つおきにビスケツト区画
に設けられているが、混合穴をふさぐことなく本
発明を実施してもよく、あるいは一つおきにビス
ケツト区画に配置する構成にこだわることなく、
中央穴をふさぐことにより本発明を実施してもよ
い。しかし、一つおきに配置されたビスケツト区
画の中央穴をふさぐようにすることが好ましい。
なぜなら、このように構成することにより、移動
する流体はもつとも遠回りした通路をたどり、も
つとも多くの混合要素とぶつかるようになるから
である。

上記の混合装置に使用される１つまたは複数の
穴がふさがれている場合、ビスケツト区画を互い
に隔置させて、ふさがれた穴を備えたビスケツト
区画から下流側に流れる流体がふさがれていない
中央に位置している穴にはいるようにすることが
望ましい。第３図は本発明を図解したものであつ
て、導管２０を構成しているビスケツト区画１
０，１１等に切り込みが設けられていて、嵌まり
合いの関係あるいはインターロツクの関係を形成
するようになつている。さらに、内部空隙４０が
設けられていて、ふさがつた中央穴を有するビス
ケツト区画内とその周辺で流体が正常に流れるよ
うにするため導管全体にわたる圧力降下を低減さ
せることができる。前記空隙４０は設計上の問題
であるが、ビスケツト区画の中央穴が一つおきに
ふさがつた状態を図解した第４図に示されている
ように直径50.8mm（２インチ）のビスケツト区画
を通過する粘度約1000CPSの流体を使用する場
合、隣接したビスケツト要素間の空隙を2.54mm
（0.1インチ）と設定し、中央穴の寸法を6.3mm
（0.25インチ）にすることにより導管にわたる圧
力降下を十分に低減させることができるととも
に、理想的な混合環境を形成し得ることが判明し
た。

上述のように、米国特許第3923288号に開示さ
れているような“ｎ”個の混合要素の組立体に単
一の入力流が流入する場合、入力流について2ⁿの
区画を得ることになろう。しかし、本発明を適用
する場合、50.8mm（２インチ）のミキサーは2²ⁿ
のミキサーのごとく動作することになろう。別の
実施例として６×2⁸または６×256に等しい６×
2ⁿの代わりに、８つのビスケツト要素より成る導
管の中に６つの周辺穴を設ける場合、６×65536
に等しい６×2²ⁿまたは６×2¹⁶を得ることにな
る。本発明を適用するにさいしこのようにして得
られた改良フアクターは、分数65536／256または
256により現わすことができる。

本発明の好適した実施例について本発明を説明
したが、本発明の精神と範囲を逸脱しない限り、
本発明に適宜修正を加えてもさしつかえないこと
はいうまでもない。たとえば、穴５，６等の形状
は図示のごとき円形に限定されるものではなく、
円形以外の形状を採用してもさしつかえない。し
たがつて、本発明の範囲は特許請求の範囲によつ
てのみ限定されるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、混合要素が組み込まれていないタイ
プの混合装置を構成するビスケツト区画の１つの
平面図。第２図は、混合要素が組み込まれていな
い２つのビスケツト区画を示す平面図であつて、
隣接したビスケツト区画が位置ずれした状態に配
置されている構成を示す。第３図は、本発明に係
る混合装置を部分的に破断した側面図であつて、
５つのビスケツト区画が積み重ねられている状態
を示す。第４図は、３つのビスケツト区画を分解
した状態で図解した斜視図であつて、本発明装置
を通つて流体が流れている状態を示す。 ５……中央穴、６……周辺穴、１０，１１，１
２……ビスケツト区画、１３……混合要素、１７
……流体の流路、４０……内部空隙。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 導管の形状を呈していて、流体の流れを混合
   する静止形材料ミキサー装置であつて、長さ方向
   の軸に沿つて一列に並べて配置された複数のビス
   ケツト区画より成り、該ビスケツト区画がそれぞ
   れ、ビスケツト区画の幾何学的中心に位置ぎめさ
   れた穴と、該中心に位置ぎめされた穴の近傍に位
   置ぎめされた２つまたは２つより多くの補足的な
   穴とを備えていて、ビスケツト区画のうちの少な
   くとも若干のものに設けられた中心に位置ぎめさ
   れている穴がふさがれているとともに、各ビスケ
   ツト区画のふさがれていない穴を通過する流体の
   流れに回転角速度を与える混合要素を前記穴の中
   に設けるよう構成された装置において、前記混合
   要素がすべてビスケツト区画を通過する前記流体
   に回転パターンを与えるように構成されているこ
   とと、前記中心に位置ぎめされた穴の近傍に位置
   ぎめされているビスケツト区画に設けられた前記
   穴が隣接したビスケツト区画に設けられた穴に関
   し位置ずれした状態に配置されている装置。 ２ 導管を流れる流体の圧力勾配を実質的に小さ
   くするため隣接したビスケツト区画間に空隙が設
   けられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項に記載の装置。 ３ 前記ふさがれた穴が前記長さ方向の軸に沿つ
   て一つおきにビスケツト区画に設けられているこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装
   置。 ４ 前記穴の断面がほぼ円形を呈していることを
   特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の装置。 ５ 各ビスケツト区画に設けられている６つの穴
   が前記中心に位置ぎめされた穴のまわりに特間隔
   に配置されていることを特徴とする特許請求の範
   囲第４項に記載の装置。 ６ 前記位置ずれした状態を作るため、各ビスケ
   ツト区画が長さ方向の軸のまわりに約30゜回動さ
   せられていることを特徴とする特許請求の範囲第
   ５項に記載の装置。