JPH06503513A - 流体混合装置及び混合方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 流体混合装置及び混合方法 ｉ艶二生艷 本発明は流体を混合する装置と方法に関する。

劇乳失」 工業的プロセスの多くは異なる流体を混合したりまたは一つの流体を他の流体に 希釈することを伴うものである。例えば、いろいろな水の取扱過程において使用 される液体の高分子電解質（ｌｉｑｕｉｄ　ｐｏｌｙｅｌｅｃｔｒｏｌｙｔｅ） は、ときどき工業用の応用のために、一般的に１に対して２００の容量比で水に 希釈される。

しかしこの比は変更され得る。希釈のために要求される水の量が多量であるので 、高分子電解質のみを移送し、現場で混合するようにすると必要以上高価になら ない。というのは、移送コストが実質的に縮小されるからである。多くの液体高 分子電解質は一般的に、高い粘性を有し且つ（または）混合を抑制するような化 学的性質を有する水との混合は容易ではない。他の実例では、あるプロセスでは 、流体を使用する前にはその流体が均質になるように、その単一の流体を混合す ることもある。

一般的に、液体高分子電解質と水のような二つの異なる流体が混合される時には 、互いの流体は、初め純粋にそれ自身からなる領域内にあり、純粋に他の流体か らなる領域によって囲まれている。それらの流体を混合するために、それらの領 域は一緒にされる。混合表面領域は上記の二つの純粋領域の間で現れる。混合は 、分子が一つの純粋領域から他の純粋領域に侵み込むようにして起こる。これは 前述の混合表面でのみ起こり得る。

従って、単位体積当たりの混合表面領域が増加するにつれて、希釈中の流体の特 定の体積に対して混合を促進させる。一般的に、一つの流体の単一の体積がもつ と小さい体積に分割されるにつれて、単位体積当たりの全体の表面領域は増加す る。

混合表面領域を増やすことは、希釈中の流体に対して剪断力を加えることによっ て達成される。この剪断力は、流体の一部に作用すると、他の部分より異なる速 さでその一部を動かすようになり、単一の純粋領域を容積的に小さい複数の領域 に分割する。結果として、特定の流体の体積に対して単位体積当たりの混合表面 積は増加される。

剪断を引き起こすにはいくつかの方法がある。剪断を引き起こす一つの方法は、 その流体内で何らかの部材を引き回すことである。これにより、機械的に純粋領 域を分割することができる。これはスプーンでオイルと酢をかき混ぜることと同 様である。流体に剪断を引き起こす他の方法は、流体中に乱流を発生させること である。乱流は違った速度と方向に流体流を発生させ、同時に違った方向に純粋 領域の部分に作用を引き起こし、これにより、より小さい純粋領域を作り出し、 このようにして流体の単位体積当たりの混合表面領域を増加させる。液体の高分 子電解質のように流体が高い粘性を持つ時、より小さい領域に分割することはも つと扱いにくい。したがって、混合はもつと難しい。

粘性の高分子電解質流体を水に希釈することが必要となるような応用分野では、 その混合溶液は実質的に均一でなければならない。さらに、混合することは短い 時間でなされるべきである、というのは、その混合物が“古く”ならしめるよう な保管場所を必要とすること無しにすぐに使用され得るからである。

液体高分子電解質と水を混合するための装置は、ＵＳＰ４゜８８６．３６８　（ 発明者：Ｌ、トニー　キング）に開示されている。この特許は、二つの流体を“ 塗りつける”（ｓｍｅａｒ）装置を記述している。彼は、厚い部分を作ること無 しに、水中に薄い膜としての液体高分子電解質を注入することにより、単位体積 当たりの混合表面領域を増加するようにした。゛　３６８特許中では、駆動軸が 円筒上のチャンバー内で回転する。駆動軸の外側の周囲に溝が設けられてチャン バーの長さに延びている。

チャンバの壁と駆動軸の外径と間の空間は小さく、０．００５インチのオーダー である。水はチャンバに導入され、駆動軸上で溝を通って流れチャンバの後から 流れ出る。液体高分子電解質は駆動軸とチャンバの中間点でチャンバ内に半径方 向から導入される。チャンバの壁と駆動軸との間の環状の間隙領域は小さい。′ 　３６８特許では、水と高分子電解質とは一緒に″塗りつけられた”状態になる と述べている。すなわち、高分子電解質の薄い膜と水の薄い層が一緒に圧縮され 混合される。

ｌ１二色１ 本発明の混合機は、高い粘性の流体を均一な溶液に効率良く混合する装置を供給 する。この混合装置は流体が実質的に均一であるように澄んだ単一の流体も混合 できる。混合装置は凝集や塊りにすることなしに混合過程のいろいろな所ですべ ての粘性の流体に十分に高い剪断圧力を与える。ここで用いる「流体」という言 葉は流れることが可能な任意の物質ということであり、純粋な液体だけでなく流 体に懸濁した固体をも含むものである。

本発明の目的は、粘性流体を均一の液体に混合する混合装置を提供することにあ る。短い時間で均一の溶液を供給する混合装置を提供することが発明の他の目的 である。水と液体高分子電解質を均一の溶液に混合する混合装置を提供すること が発明の他の目的である。粘性流体を混合すること無しには装置を通過すること を許さない混合装置を提供することが発明の他の目的である。本発明の混合装置 はロータとケースとを有する。内孔がロータの長さに延びている。混合用導管が 内孔からロータの外側に通じる。ロータはケース内で回転できるように設けられ ている。ケースの端に高分子電解質と水の取入口が、ケースの他端に導出口が設 けられている。高分子電解質と水はロータが回るにつれて取入口を通して導入さ れる。流体はロータの内孔を通して流体圧力によって押しやられる。流体圧力と 遠心力は流体を混合用導管を通して流れさす原因となる。最後に、流体圧力は混 合物を導出口から押し出される。流体は内孔に入り、混合口から出ていく時に剪 断圧力を与えられる。チャンノ（内のすべての段階で、流体は乱流にさらされる 。スリーブはロータの周囲のケース内に設けられる。スリーブは取入口を囲むが 、しかし導出口は囲まない。スロットはスリーブに沿ったポイントに置かれる。

流体が混合用導管を出るにつれて、ロータによってスリーブ内で回転させられる 。流体は流体圧力によってスロットから押し出され、そこで剪断力を受け、さら に混合が促進する。従って、混合物は導出口をでる時、混合物は実質的に均一と なっている。

図面の簡単な説明 発明の具体的実例となる図面である。

図１は本発明の混合装置の好ましい実施例の部分断面正面図を示す。

図２は図１の混合装置の正面図である。

図３は図１の混合装置のロータの正面図である。

図４は図３の４−４線に沿った断面図である。

図５は図３のロータの斜視図である。

図６はスリップを取り出した側面図である。

図７は図６のスリーブの正面図である。

図８は水と液体高分子電解質を混合するための実用上の操作に使われる混合機の 概略図である。

全１トλ庇Ｍｌ　ｆｔ　’翫ヨー 図１は本発明の混合機１の好ましい実施例の部分断面正面図を示す。混合機１は 、円筒状ケース２の内部で回転できるように設けられたロータ６２を有する。円 筒状ケース２は中心に開口部を有し、混合機１の外部壁の輪郭を画定する。ケー ス２は３０４スチレンススチールのような非腐食性の材料からなる。

ケース２の壁はケース２の前端３から後端４まで延び、ケース２内の空間をすべ て取り囲んでいるロータチャンバ６を′画定する。ケース２の壁あ一部は、前端 ３と後端４の両端におり・てケースの軸から放射状にフランジがつけられ、これ が前フランジ８と後フランジｌＯを形成する。前フランジ８と後フランジ１０は おのおの前面８ａ、１０ａと後面８ｂ、１０ｂを持つ平面リングである。フラン ジ８．１０は、等しい外径と、ボルトを取り付けが可能な程度の厚みを有する。

放射状の混合物を取り出すための開口部１２はケース２の上部付近の後端４に近 し）壁に開口されている。混合物取り出しバイブ１３は混合物取り出し開口部１ ２に設けられている。上述のように混合物取り出し開口部１２は、混合された流 体高分子電解質や水に対して導管として働くものである。

ケースの壁に近い位置の前フランジ８の前面８ａ内と後フランジ１０の後面１０ ｂ内には夫々環状の溝１４ａ、１４ｂが設けられている。溝１４ａ、１４ｂの中 心はケース２の軸と一致している。上述のように溝１４ａ、１４ｂはＯリング２ ２ａ。

２２ｂがその内部に保持され、そして、０リング２２ａ、２２ｂは夫々、前フラ ンジ８と前プレート１６の間の接合部と後フランジ１０と後プレート１８の間の 接合部とをシールしている。

ケース２の前端３と後端４は、各々、前プレート１６と後プレート１８によって 覆われている。前プレート１６は、ケース２の前プランジ８の外径と同じ寸法の 外径を持つ前面１６ａと後面１６ｂを持つ平円板である。前プレート１６は幾つ かの等間隔の点（図２の６つのボルト２０）においてケース２の前フランジ８に ボルト締めされる。０リング２２ａは、混合機１から前フランジ８と前プレート １６の間から流体が流れるのを妨げる。

前プレート１６には二つの取入口がある。第１の取入口２４は水の取入口として 働き、第２の取入口２６は高分子電解質の取入口として働くものである。ここで 用いる流体としては、流体中に懸濁された固体を含む任意の流れる物質を含む。

二つの取入口を設けた例が好ましい実施例中で示されるが、混合機１は、取入口 を更に追加しても等しく作用するので３またはそれ以上の流体も混合することが できることは理解されるべきである。さらに、単一の取入口は、単一の流体を混 合してそれを実質的に均一にするために使うことができる。水の取入口２４は、 実質的に、高分子電解質の取入口２６の径よりも大きい。図に示した実施例では 、水の取入口２４の径は高分子電解質の取入口２６の径の２倍である。水の取入 口の結合部２８は水の取入口２４と接続され、前プレート１６の前面１６ａのに 設けらている。同様に、高分子電解質の導入チューブ３０が高分子電解質の取入 口２６に接続され、前プレート１６の前面１６ａの股木の取入口２４は、前プレ ート１６とは必ずしも同心ではないものの、それの中心付近に位置している。高 分子電解質取入口２６はケース２の壁の近くに位置し、高分子電解質取入口２６ はケース２の軸と壁との間にある。

環状の前部ノツチ３２ａが前プレート１６の後面１６ｂに位置している。前部ノ ツチ３２ａの中心はケース２の軸と一致している。前部ノツチ３２ａの内径は水 の取入口２４と高分子電解質取入口２６の両方を完全に囲っている。前部ノツチ ３２ａの外径はロータチャンバ６内を囲っている。上述のように、前部ノツチ３ ２ａはケース２内でスリーブ４２を支持するために使われる。

ケース２の後端４は後プレート１８によって覆われている。

後プレート１８は、ケース２の後フランジ１０の外径と同じ寸法の外径を持つ前 面１８ａと後面１８ｂを持つところの平円盤である。０リング２２ｂは後フラン ジ１０と後面１０ｂ内の後湾１４内に位置され、そしてケース２の後フランジ１ ０と後プレート１８の接合部をシールするように、後面１０と後プレート１８を ぴったりと結合させている。したがって、流体は後フランジ１０と後プレー）１ ８の間で漏れることはない。

シールフッティング（ｆｏｏｔｉｎｇ）　３４は後プレート１８に設けられる。

シールフッティング３４は、ケース２の軸と同軸の円筒状のカップ壁４０とベー ス３８と後プレート１８の前面１８ａの開口３６とを有した円筒状のカップであ る。シールフッティング壁４０は開口３６から後プレート１８の後面１８ｂに向 けてベース３８まで伸びている。ベース３８は開口３６のシールフッティング壁 の末端に設けられている平板円である。ベース３８には環状の駆動軸ホール３９ が設けられている。駆動軸ホール３９の中心はケース２の軸と一致している。駆 動軸５６は駆動軸ホール３９を通して後方よりケース２内で軸方向に回転する。

以下に述べるように円筒状シール７４が駆動軸５６の回りのシールフッティング ３４内に設けられている。

後プレート１８の後面１８ａに環状の後部ノツチ３２ｂが設けられている。後部 ノツチ３２ｂの中心はケース２の軸と一致する。後部ノツチ３２ｂの外径はシー ルフッティング３４の開口３６を囲んでいる。後部ノツチ３６ｂはケース２の軸 から同じ距離に位置する。前部ノツチ３２ａと後部ノツチ３２ｂは共にケース２ の軸から同じ距離に位置しているので、円筒状のスリーブ４２はケース２と同軸 に設けられている。

図１．６．７で示される円筒状のスリーブ４２は、３０４ステンレス鋼のような 非腐食性の材料からなる薄い壁のチューブである。スリーブ４２はロータチャン バ６内に設けられている。

スリーブ４２の端は前部ノツチ３２ａと後部ノツチ３２ｂ内にきつくフィツトし ている。スリーブ４２はケース２と同軸であり、ロータチャンバ６よりも小さな 径を持っている。従って、混合ゾーン４４がケース２の壁とスリーブ４２の間に 作り出される。

前部分４６ａと後部分４６ｂとを有する駆動軸ハウジング４６は後プレート１８ の外側に設けられている。駆動軸ハウジング４６はケース２内と同軸で円筒状で ある。駆動軸／％ウジング４６の前部分４６ａが放射状にフランジ形成されて駆 動軸フランジ４８となり、この駆動軸フランジ４８は後プレート１８と後フラン ジ１０と同じ外径を持つ。後フランジ１０、後プレート１８と駆動軸フランジ４ ８はいくつかの等間隔な点にお１／）て−緒にボルト締めされる。

駆動軸ハウジング４６とケース２と同軸で、駆動軸ハウジング４６の長さを有し た駆動軸チャンバ５０が設けられている。

駆動軸チャンバ５０は、前部分４６ａにおいてシールフッティング３４を包み込 むために充分な大きさを有する。駆動軸ハウジング４６が後プレート１８の外部 に設けられる時は、シールフッティング３４は駆動軸ハウジング４６の前部分４ ６ａの駆動軸チャンバ５０内に位置する。シール摩耗検出ホール５２は、シール フッティング３４のベース３８の後面３８ａの真下の駆動軸ハウジング４６の前 部分４６ａに位置する。

駆動軸チャンバ５０の半径は駆動軸ハウジング４６の後部分４６ｂで狭められて いる。ボールベアリングサポート５４が後部分４６ｂの中心部に駆動軸チャンバ ５０内に設けられてν）る。

駆動軸５６は、ケース２の軸に対して自由に回転するように、ボールベアリング サポート５４を備える。ボールベアリングサポート５４はケース２の軸線から駆 動軸５６がたわむことを妨げる。

駆動軸５６は、ケース２の軸に沿い、ロータチャンバ６、シール７４、シールフ ッティング３４のベース３８内に駆動軸ボール３９とそして駆動軸チャンバ５ｏ を貫通し、駆動軸ハウジング４６の後端を越えた所で終端している。ロータチャ ンバ６内の駆動軸５６の部分で駆動軸５６の外径に設けられるキー５８は、駆動 軸５６から放射方向に突き出している。以下に述べるように、キー５８はロータ ６２を駆動軸５６に関する回転から妨げる。

駆動軸５６は１ｌ１００ｒｐで回転させる馬方のモータ６゜と接続される。モー タ６ｏは図に示すように駆動軸５６を回転させる。任意の回転手段が本発明で使 用することができる。

実質的に円筒状のロータ６２　（図３〜５に示される）が、ケース２のロータチ ャンバ６内のスリーブ４２内で駆動軸５６と同軸に設けられている。ロータ６２ の外径は、円筒状の混合領域６４がスリーブ４２の内壁とロータ６２の外壁との 間に形成されるように、スリーブ４２の内径より　（約８分の１インチ）も小さ くなっている。ロータ６２はロータチャンバ６はど軸方向に長くない。従って、 前置ロータキャビティ６６と後置ロータキャビティ６８とが、ロータ６２、スリ ーブ４２とそして前プレート１６と後プレート１８との夫々の間に形成される。

ロータ６２は前端６２ａと後端６２ｂを持つ。ロータ６２の前後端６２ａ、６２ ｂにおいて、夫々の端部に位置する円筒状の穴によって前カップ７０と後カップ ７２が形成される。カップ７０．７２は駆動軸５６より大きい外径を持ち、ロー タ６２と同軸である。

シール７４はシールフッティング３４に設けられる。シール７４はシールフッテ ィング３４の壁４０の内側に位置している円筒状チューブである。シール７４は 駆動軸５６を包み込むが、その回転を妨げることはない。シール７４は、シール ７４と後カップ７２の間に流体が流れないように、ロータ６２の後カップ７２と 密封するように嵌合している。

駆動軸５６は、後カップ７２で、シール７４の前で後カップ７２内で嵌合するフ ランジを形成する。それはロータ６２が駆動軸５６に沿って滑り下がるのを防い でいる。ワッシャー７６は前カップ７０に嵌合している。ボルト７８が駆動軸５ ６の端に締め付けられている。ボルト７８は前カップ７０に対してワッシャー７ ６を保持し、故に駆動軸５６の前からロータ６２を滑り外れるのを防いでいる。

等しい半径の環状断面区画を持つ円筒状の内孔８８は、ロータの軸と平行にロー タ６０の全体の長さに延びている。内孔８８は、高分子電解質の取入口２６と同 じようにケースの軸から離れた所に位置する。従って、ロータ６２が回転すると 、各々の内孔８８は、周期的に高分子電解質取入口２６に直接隣接して一列に並 ぶことになる。

図２は混合機１の正面図である。ボルト２０は前プレート１６の周囲に沿って等 しく一定の間隔をおいて離間している。前プレート１６はスタンド８０の上で締 められている。スタンド８０は、ユーザが混合機ｌを操作しようと考える場所、 例えば仕事場の床のようなところにボルト締めされる。水の取入口結合部２８は 前プレート１６の中心付近に設けられる。高分子電解質導入チューブ３０は水の 取入口結合部２８の直接上部で、水の取入口結合部２８より前プレート１６の外 径近くに設けられる。図で示した例では、取入口は垂直に配置したが、流体がロ ータ６２の前のロータチャンバ６内に即ち前置ロータキャビティ６６内に導入さ れる限りは、取入口２４．２６はケース２または前プレート１６内の任意の位置 に配置してもよい。

図３はロータ６２の正面図である。据え付は孔８２がロータの中心に配置され、 円筒状の据え付はチャンバ８４を形成している。据え付はチャンバ８４はロータ ６２と同軸で前カップ７０か後カップ７２まで延びでいる（図４）。実質的に矩 形の断面部を持つ溝であるところのキー溝８６がロータ６２内に刻まれて、そし て据え付はチャンバ８４の外径に配置されている。

キー溝８６は駆動軸５６のキー５８より少し大きい。ロータ６２が駆動軸５６上 に設けられている時、キー５８はキー溝８６内に嵌合し、そして駆動軸５６は据 え付はチャンバ８４内に嵌合する。

６つの内孔８８はロータ６２の長さに延びている。それら内孔８８の中心は、他 の内孔から６０度の等間隔になっている。

内孔８８は、ロータ６２がケース２内に位置するときは、それら内孔が高分子電 解質取入口２６と同じくケースの軸から等距離の所に配置されるように、ロータ ６２内の一点において位置する。内孔８８の直径は、前カップ７０．後カツプ７ ２のどれともオーバラップしない程度の、そして、内孔がロータ６２の外側の円 筒状の壁まで延びない程度のものである。好ましい例として、６つの内孔８８を 使用したが、違った数の内孔でも本発明は充分使用できる。

図４は図３の４−４線に沿ったロータの断面図である。それぞれの内孔８８から ロータ６２の外側の混合領域６４につながるところの複数の混合用導管９０が設 けられており、図では５つの混合用導管９０が示されている。混合用導管９０は 直接内孔８８からロータの外側につながり、ケース２の軸に対して垂直に延びて いる。混合用導管９０の数が多すぎると短絡の可能性が増大するので多くすべき ではない。特に高分子電解質は完全に混合されないうちに高分子電解質取入口２ ６から混合物導出用開口部１２に滑り抜けるかもしれない。この問題は、図に示 す例では、高分子電解質が内孔８８内で所定の距離移動しなければならないので 、避けられる。

図５は図３のロータ６２だけを取り出した斜視図である。内孔８８から通ずる混 合用導管９０の中心はロータ６２の長さに沿って均等間隔に設けられる。混合用 導管９０の中心はロータの外側の円筒状の壁に沿って延びているロータ６２の軸 に平行な直線に位置する。

図６はスリーブ４２だけを取り出した側面図である。スリーブ４２に３つのスロ ット９２が設けられ、それぞれのスロット９２は実質的に矩形をしており円周方 向よりも軸方向に長い。

好ましい例ではおおよそ１０対１である。スロット９２はスリーブ４２の軸方向 に沿って等間隔に配置される。

図７は図６のスリーブ４２だけを取り出した正面図である。

図７に示されるように、スロット９２は等角度で配置されている（すなわち、ス リーブ４２の周囲に沿って１２０度はど離れている。） 図８は、高分子電解質の処理／送りシステムで使用される混合機１の概略図であ る。混合機１はモータ６０の隣のスタンド８０に設けられる。モータ６０は結合 用ケース９４内で駆動軸５６と結合される。計量可能な第１の計量ポンプ（ｍｅ ｔｅｒｉｎｇｐｕｍｐ）　９６は高分子電解質導入チューブ３０に接続され、高 分子電解質の流れを調節する。このポンプ９６は可変スピードのＤＣモータによ って駆動される排水ポンプ（ｐｏｓｉｔｉｖｅｄｉｓｐｌａｃｅｍｅ旧ｐｕｍｐ ）であるが、十分能力があるならば任意のポンプ手段を用いてもよい。３５ｐｓ ｉｇで０．２５〜３０ｇｐｍの典型的な水の供給が水の取入口結合部２８に接続 される。

図８に、混合物導出パイプ１３が、混合された流体を保存する保存用タンク１０ ０に接続されていることが示されている。

マイクロプロセッサ−のようなコントロール要素と結合したコントロールパネル １０２が、混合される流体の割合が調節されるように、計量ポンプ９６、モータ ６０．保存用タンク１００と結合している。さらに保存用タンク１ｏｏが一杯に なると、システムは自動的に閉じられる。混合流体は保存用タンク１゜Ｏから第 ２の計量ポンプ１０１に供給される。この第２の計量ポンプは混合された流体を 工程に供給する。代替案として、混合物導出パイプ１３から混合された流体が、 保存用タンクを使用することなく、直接連続的に工程に供給されるようにするこ ともできる。

図８のシステムを操作するには、コントロールパネル１０２を使ってモータ６０ をオンする。それによって図１の混合機１内の駆動軸５６が回転する。駆動軸５ ６が回転すると、駆動軸５６に固定されて設けられたロータ６２が回転する。水 がその圧力と流速で結合部２８に導入される。水の入口の速度は水導入結合部２ ８上でバルブ１０４によって調整される。水圧が水導入結合部２８上のレギュレ ータバルブ１０６によって測定される。流速は水導入結合部２８上のスロットリ ングバルブ９８によって測定される。

水導入結合部２８を通過した水は水の取入口２４に入る。水は、第１の取入口２ ４を通過した後は前置ロータキャビティ６６に入いる。このキャビティ内では、 水は前プレート１６、スリーブ４２、ロータ６２と接触する。ロータ６２は回転 しているので、水は、前置ロータキャビティ６６内でうす巻き始める。

導入される水の圧力によって水が押され、ロータ６２を通して、内孔８８に沿っ て、混合用導管９０からロータチャンバ６を満たしていく。

高分子電解質のような希釈される流体は、流体の高分子電解質の供給体から計量 ポンプ９６により第２の導入チューブ３０に吸い出される。高分子電解質の流速 は、計量ポンプ９６を調節するコントロールパネル１０２から注意深く調整され る。高分子電解質は第２の導入チューブ３０に通して流れ、第２の取入口２６を 通り、前置ロータキャビティ６６のうず巻いている水に流れ込む。高分子電解質 の粘度は変化するので、例えば、典型的な体積比で高分子電解質１に対して水２ ００ぐらいの高分子電解質はうず巻いている水にゆっくりと導入される。これは 水の中に高分子電解質の細い流れを作り出す。それによって、高分子電解質と水 の間の混合表面領域を単位体積当たりにおいて増加させ、このようにして混合を 促進させる。

さらに高分子電解質と水が前置ロータキャビティ６６に導入されるにつれて、流 体はロータチャンバ６の後方に押しやられていく。混合物は混合物導出パイプ１ ３から流れ出る。この導出流はロータチャンバ６の後方で圧力を減少し、そして それによって流れはロータチャンバ６の前方から後方にかけて増加する。

うず巻いている混合物は、前置ロータキャビティ６６からロータ６の内孔８８の 中に、内孔８８の長さ方向に沿って押しやられる。混合物が内孔８８に入るにつ れて、夫々の内孔８８の端が混合物を剪断し、流体の球を粉砕しながら、それに よって、流体の混合を促進する。内孔８８の回転は、内孔に流体を押しやりなが ら、ロータ６２の中心の周りに流体を回転させる。この回転は流体に遠心力を受 けさせる。この遠心力は、流体を、混合用導管９０からロータ６の外側の円筒状 の壁とスリーブ４２の間の混合領域６４内に押し込む。流体は、混合領域６４内 に入るにつれて、混合用導管９０を通過しながら混合用導管９０の端で剪断され る。この剪断は、まだ水と混合されていない高分子電解質の液滴を粉砕すること によって、混合を増大させることとなる。

それぞれの内孔８８内の流体は非常に撹乱され、結果として混合をさらに進める 。この撹乱は、内孔８８の壁との摩擦により、前置ロータキャビティ６６からの さらなる流体の導入による遠心力により、混合用導管９０から出てくる流体の流 れにより、生じる。

混合用導管９０を出ると、流体はスリーブ４２とロータ６２により画定される混 合領域６４内に入る。ロータ６２の回転はロータチャンバ６の周りに流体を引き する撹乱を作り出す。スリーブ４２は静止している。これが流体を剪断し、高分 子電解質の液滴を粉砕し、混合を増大させる高い撹乱流パターンを作り出す。

ロータ６２の前部６２ａの近くの混合用導管９０を出た混合物は、ロータの後部 ６２ｂの方へ進行し、ロータ６２の後部の混合用導管９０を出てくる混合物と混 合される。このことが、混合過程の違った段階からの混合物が一緒に混合される ことになるので、混合を増加させることになる。

混合用導管９０を出てくる流体はスリーブ４２内で回転される。さらに混合用導 管９０から流体が出てくるにつれて、流体はスリーブ４２のスロット９２から押 し出される。スロット９２の端が再び流体を剪断することになる。流体はそれか ら混合ゾーン４４内でロータチャンバ６の後部に前進する。流体がこのようにし て前進するにつれて、別のスロット９２から出てきた流体と混合され、撹乱流に さらされることになる。これはさらに混合を増大させる。

最後に、ロータ６の後部近くにおいて、この段階では実質的に均一であろう混合 された流体が混合物導出開口部１２からでてくることになる。そして、直接的に 化学プロセスか又は保存用タンク１００に導入される。

液体高分子電解質は、混合が混合機ｌ内の多くの場所で異なった態様で行なわれ るので、完全に水に混合させることになる。

初めは、高分子電解質は、早い速度で水がかき混ぜられているところの前置ロー タキャビティ６６内の水の中にゆっくりと導入されながら、希釈される。それか ら流体は内孔８８をでるにつれて、それぞれの内孔の端によって剪断される。内 孔８８内で流体は回転する乱流に巻き込まれ、混合をさらに増大させる。

流体が混合用導管９０に入ったり、出たりするにつれて、それらは再び剪断され る。ロータ６２とスリーブ４２の間の混合領域６４において、流体は、回転する ロータ６２と静止しているスリーブ４２の間でトラップされたときに、再び乱流 にさらされる。流体は混合物導出開口部１２に向けて流れるにつれて混合用導管 ９０から出てくる流体と混合され、結果としてさらに混合される。流体はスリー ブ４２のスロット９２を通して流れるので、再び剪断される。流体がケース２の 壁とスリーブ４２との間の混合領域４４内を後方に向けて流れるにつれて、スリ ーブ内の後方のスロット９２から流れ出る別の流体と混合される。流体は混合物 導出開口部１２に向けて混合領域４４内を流れるにつれて、乱流にさらされ、さ らに混合される。この混合の結果として流出した流体は実質的に均一となる。

Claims (20)

【特許請求の範囲】
1. １．少なくとも第１の流体と第２の流体を混合するための装置であって、 中空の円筒状のケースと、 ケースの中空部分に設けられた第１の流体と第２の流体を注入するための導入手 段と、 このケース内でこのケースと同軸に回転自在に設けられた駆動軸と、 このケースと同軸でケース内の前記駆動軸に固定して設けられた円筒状ロータと 、 このケースに固定して設けられ、ケースと同軸であり、前記ロータと導入手段を 囲む円筒スリーブと、前記ロータの軸に平行で前記ロータの長さの主要な部分を 通して延びた少なくとも２つの円筒状の内孔と、各々の内孔からロータの外壁に 通じる少なくとも１つの導管と、 前記スリーブ内の少なくとも１つのスロットとを具備する混合装置。
2. ２．前記ケースが、第１の端と第２の端と、前記第１の端に設けられた前プレー トと第２の端に設けられた後プレートとを有する円筒状チューブを具備すること を特徴とする請求項１の混合装置。
3. ３．前記ロータは、前記チューブの前記第１の端と前記ロータの間に前置ロータ キャビティが形成されるように、前記チューブより小さい径であることを特徴と する請求項２の混合装置。
4. ４．前記導入手段は前記前プレートに位置することを特徴とする請求項２の混合 装置。
5. ５．この混合装置から混合された流体を移送するための導出手段をさらに具備し 、 この導出手段は前記円筒状のチューブ内の前記第２の端近くに位置していること を特徴とする請求項２の混合装置。
6. ６．前記ロータは６つの円筒状の内孔を有し、各々の内孔は５つ導管を有するこ とを特徴とする請求項１の混合装置。
7. ７．前記スリーブに３つのスロットを有し、夫々のスロットは隣接するスロット から１２０度離れており、スリーブの長さに沿って等間隔で離間していることを 特徴とする請求項１の混合装置。
8. ８．前記導入手段は、第１の流体のための第１の入口と第２の流体のための第２ の入口部を有し、前記第１の入口はケースの軸から内孔と同じ距離離れているこ とを特徴とする請求項１の混合装置。
9. ９．前記第１の流体は水であり、前記第２の流体は液体高分子電解質であること を特徴とする請求項１の混合装置。
10. １０．前記ロータの内孔はこのロータの全体の長さ延びていることを特徴とする 請求項１の混合装置。
11. １１．さらに駆動軸を回転させる手段を有することを特徴とする請求項１の混合 装置。
12. １２．少なくとも第１の流体と第２の流体を混合するための装置であって、 側壁と、第１の円形端壁と第２の円形端壁とを有する円筒状チャンバとを具備す る中空のケースと、前記ケース内でこのケースと同軸に回転自在に設けられた駆 動軸と、 この駆動軸を回転させる手段と、 前記チャンバ内で同軸に配置され前記駆動軸に設けられた円筒状ロータであって 、前記ロータと前記第１の端壁との間に少なくとも１つの前置ロータキャビティ が設けられるように、前記チャンバよりも全ての方向で小さい寸法である円筒状 ロータと、 前置ロータキャビティ内に第１の流体と第２の流体を注入するための導入手段と 、 前記ロータと前記導入手段とを囲む前記ケース内で同軸に設けられた円筒状スリ ーブであって、前記ロータとこのスリーブとの間で混合領域が形成され、このス リーブと前記側壁との間に混合ゾーンが形成されるうにされた前記円筒状スリー ブと、前記ロータの軸に平行に延びた少なくとも１つの内孔であって、前記前置 ロータキャビティからこの前置ロータキャビティの末端のチャンバ内の一点に通 じた少なくとも１つの内孔と、前記内孔から前記混合領域に通じ、前記チャンバ の軸に垂直に延びる少なくとも１つの導管と、 前記スリーブ内の少なくとも１つのスロットと、前記側壁の前記前置ロータキャ ビティの末端に位置する導出手段とを具備することを特徴とする混合装置。
13. １３．前記導入手段は、前記第１の流体ための第１の入口と前記第２の流体のた めの第２の入口とを有し、これらの第１と第２の入口は前記第１の円形端壁に配 置されていることを特徴とする請求項１１の混合装置。
14. １４．前記第１の入口は前記ケースの軸から前記内孔と同じ距離離れていること を特徴とする請求項１２の混合装置。
15. １５．少なくとも１つの流体を混合するための装置であって、前端，後端と側壁 とを有する円筒と、 この円筒の軸に平行で前記前端から前記後端を通して延びる少なくとも２つの内 孔と、 前記内孔に前記流体を注入する手段と、それぞれの内孔から円筒の側壁の外側ま で通じる円筒内の少なくとも２つの導管とを具備し、 流体の混合は前記ロータが回転するにつれて内孔内で生じ、前記流体が前記導管 を通して側壁の外側へ通過するにつれて生じることを特徴とする混合装置。
16. １６．さらに円筒を囲む中空のケースを有し、そして前記導管は前記円筒の軸に 垂直に延びることを特徴とする請求項１５の混合装置。
17. １７．第１の端と第１の端の末端の第２の端とを有する円筒状チャンバを画定す る中空のケースと、 前記チャンバ内で前記ケースと同軸に回転するように設けられた駆動軸と、 前記チャンバの前記第１の端に位置する取入口と前記チャンバの前記第２の端に 位置する導出口とを有する流体の取入口と、前記チャンバ内の前記駆動軸に設け られたロータであって、前記チャンバの前記第１の端から第２の端まで至りチャ ンバの軸に平行に延びる内孔を有し、さらにロータは内孔からケースのチャンバ に至る導管を有し、前記チャンバの第１の端と第２の端との間に位置した前記ロ ータとを具備し、流体が前記取入口から前記導出口に進む時、流体の実質的な量 は内孔とロータの導管を通り抜けることを特徴とする流体混合機。
18. １８．前記取入口は前記チャンバの軸から内孔と同じ位置にあることを特徴とす る請求項１７の混合機。
19. １９．少なくとも２つの流体を混合する方法であって、第１の流体を第２の流体 に導入し、結合した流体を作り出す工程と、 この結合した流体を、ロータの軸に平行に延び、円筒状ロータ内に位置する内孔 に注入することにより、結合した流体を剪断する工程と、 ロータを回転させることによって内孔内で結合した流体を混合する工程と、 導管の軸は内孔の軸に垂直であり、内孔から通じる導管に結合した流体を移送す ることにより結合した流体を混合する工程と、 結合した流体をロータが回転する時に導管から移送することにより、結合した流 体を剪断する工程と、固定された円筒状のスリーブと回転するロータとの間で結 合した流体を処理することにより結合した流体を混合する工程と、結合した流体 をスリーブのスロットを通して移送することにより結合した流体を混合する工程 とからなることを特徴とする流体の混合方法。
20. ２０．前記第１の流体を第２の流体に導入する時に、前記第２の流体をうず巻か せる工程をさらに有することを特徴とする請求項１９の混合方法。