JPH08501247A - デイスク型の混合器具 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 デイスク型の混合器具(11)は、液体を混ぜるため、また、液体にガスを溶かすために使用される。混合器具(11)は、ナイフ状に尖つた周辺縁と若干の軸方向の貫通穴(17)とを持ち、そのために、若干のサイクロン(25)の形の液体の流れが、混合器具(11)の回転によつて起きる。貫通穴(17)は、各々、上側(13)及び下側(15)に円錐形に斜面に切られて、斜面の間の領域(27)において軸方向に丸くされ、それによつて、周辺方向の輪郭(21)を形成し、また、隣接した貫通穴(17)の間の周辺方向に、周辺方向の翼輪郭(23)を形成する。液体は、貫通穴(17)を通過するとき、半径方向に外向きに回され、その結果として、周辺縁(19)に、小さいキヤビテーシヨン・バブルができる。

Description

【発明の詳細な説明】 デイスク型の混合器具 技術分野 本発明は、上側及び下側を持ち、中心軸の回りに回転可能であつて、数個の軸 方向の貫通穴を持ち、上側及び下側の少なくとも一方が、凸状に形成されている デイスク型の混合器具に関する。 背景技術 この種の混合器具は、アメリカ特許４００７９２０（第１８図）から既に公知 である。この公知の混合器具は、デイスクの形状で、中心軸の回りに回転するこ とができ、また、数個の軸方向の貫通穴が設けられ、デイスクの一方の側が凸状 である。貫通穴は、混合器具の上側に隣接する空気を、混合器具の下側に隣接す る液体の中に導入するために働く。しかし、この公知の混合器具の混合効果は、 改良を必要とする。その理由は、公知の混合器具が、液体とガスとを徹底的に混 合するために、比較的に長時間回転されなければならず、それ故に、大量のエネ ルギーを消費するからである。 上述の型式のもう１つの混合器具は、本出願人の２つの古い未公開の特許出願 （ＤＥ−４１０１３０３−Ａ１及びＤＥ−４１１３５７８−Ａ１）の主題である 。ここでは、混合器具が、円盤状のデイスクとして設計され、上側及び下側に異 なる湾曲度を持つ。デイスクそれ自身は、駆動装置によつて回転させられ、その ために、上側と下側との間の圧力差が、ベルヌーイの効果の結果として生じる。 デイスクは、数個の軸方向の貫通穴を持つので、圧力差によつて発 生される軸方向の流れが上側と下側との間に起きる。流れは軸方向の貫通穴を通 つて流れ、そのために、若干の流体の強力な混合が、上側から下側への流れの結 果として、実行されることができる。さらに、公知のデイスクは、デイスクを回 る流れを防止するために、ナイフ状に尖つた周辺縁を備える。デイスクの直径が ４２ミリメートルで、回転速度が毎分３０００乃至８０００回の場合、流れが非 常に強いので、キヤビテーシヨンがデイスクの周辺縁に生じ、ガスが非常に小さ いあわに分散されて流体に溶かされることができ、それによつて、非常に小さい あわと懸濁液と乳状液とが作られる。 キヤビテーシヨンは、例えば、タービンの羽根又は船のプロベラに現われる、 又は起きる。もし、流体が高速度で流されるならば、強い部分真空を持つた空洞 が流体の中に形成される。この空洞が内破するとき、圧力の推力が開放されて、 これが、キヤビテーシヨン・エロージヨン又はキヤビテーシヨン・コロージヨン の形で、タービンの羽根及び船のプロペラに損害を与える。 確かに、本出願人の前記の２つの古い特許出願のデイスクは、実際の応用にお いて証明された。しかしながら、キヤビテーシヨンの効果をさらに増大し、液体 及び又はガスの混合を、もつと急速に、もつと徹底的に行うために、努力が続け られている。 発明の開示 本発明の目的は、請求の範囲第１項の前文の混合器具を、液体及び又はガスの もつと急速でもつと完全な混合が達成されるように、改良することである。 前記目的は、本発明に従つて、請求の範囲第１項の主要点によつて実行される 。 本発明の混合器具においては、貫通穴は、それぞれ、混合器具の上側及び下側 に円錐形に斜面に切られて、周辺縁がナイフ状に尖つている。そのために、翼状 の輪郭が形成される。かくして、一方では、翼輪郭が、貫通穴とナイフ状に尖つ た周辺縁との間に作られ、他方では、追加の翼輪郭が、隣接する貫通穴間のそれ ぞれに、周辺方向に作られる。この結果、回転する混合器具が、混合されるべき １つ又は若干の流体の中に沈められたとき、サイクロンが発達することになる。 部分真空が混合器具の上側に発達し、それによつて、下側にある液体が吸い込み 効果にさらされる。１つの貫通穴当たり１つの流体のサイクロンが、混合器具の 下側の貫通穴の領域に発達する。強い遠心力と組み合わされた混合器具の上側の 粘着力が、流体が貫通穴を通過して流れるとき、流体を半径方向に回転させる。 キヤビテーシヨンが、強い剪断力の領域の中に、主として、ナイフ状に尖つた周 辺縁に起こる。限定された流れ方向が、半径方向及び周辺方向の翼輪郭により、 上側と下側との間の圧力差に基づいて形成される。更に、貫通穴を通過する流れ と、これに続く混合器具の上側を回る半径方向の流れとが実質的に改良され、そ れによつて、吸い込み効果が増大し、流れの損失が避けられ、また、それによつ て増大された半径方向の流速のために、キヤビテーシヨン効果及び混合効果が改 良される。 本発明の有利な具体例は、従属請求の範囲の主題を形成する。 図面の簡単な説明 本発明の１つの具体例が、図面を参照して、以下に詳細に記述される。 第１図は、本発明の混合器具の具体例と２つのサイクロンとを示 す断面図である。 第２図は、第１図の混合器具の底面図である。 第３図は、第２図の３−３線に沿つた混合器具の断面図である。 第４図は、本発明の混合器具の他の具体例を示す断面図である。 発明を実施するための最良の形態 第１図は、上側１３と下側１５とを持つた混合器具１１を示す。上側１３の上 に、軸方向に突き出したフランジＦが、混合器具１１の中心軸Ｚに関して中心方 向に延び、中心穴３０を持つ。混合器具１１は、中心穴３０を介して駆動装置Ｒ に連結され、回転されることができる。混合器具１１は、ナイフ状に尖つた周辺 縁１９と４つの軸方向の貫通穴１７とを持つ。 貫通穴１７は、例えば、その先端が混合器具１１の中心軸Ｚの方に向けられた 特別設計の皿穴によつて、上側１３及び下側１５の両側に円錐形に斜面に切られ る。更に、貫通穴１７は、各々、斜面の間の軸方向の区域２７、２７’において 、翼輪郭２１のノーズが貫通穴１７とナイフ状に尖つた周辺縁１９との間に半径 方向に形成されるように、丸くされる。 混合器具１１は、その上側１３及び下側１５に、扁平に湾曲された輪郭を持つ 。下側１５は、好ましくは、上側１３よりもつと扁平に湾曲された輪郭を持ち、 そのために、翼輪郭２１が、半径方向に飛行機の翼の輪郭になる。かくして、飛 行機の翼に及ぼされる揚力におけるように、以下に詳細に記述される吸い込み効 果が生じて、この吸い込み効果は、上側及び下側が同じように湾曲されたときよ り、本質的に強い。 第２図は、混合工具１１の同心円上に周辺の回りに均一に分布さ れて同じ直径を持つた貫通穴１７を示す。しかし、更に、異なる寸法の貫通穴１ ７が、混合器具１１の若干の同心円上に分布されることは、想像可能なことであ る。 第３図は、２つの隣接した貫通穴１７を通る第２図の線３−３に沿つた断面を 示す。第３図においては、貫通穴１７の間に周辺方向に、翼輪郭２３が同様に作 られることを見ることができ、また、翼輪郭２３が完全に理想的な翼輪郭の断面 を持たないことを見ることができる。というのは、翼輪郭２３は、翼輪郭２１の ように半径方向に一点に向けて先細りになるのではなく、むしろ、斜面の間の軸 方向の区域２７’において、同じ半径を持つからである。上側１３及び下側１５ 上の貫通穴１７の円錐形の斜面は、それぞれ、混合器具１１の中心軸Ｚから対称 的に外側に傾斜して離れる線を持つた仮想の円錐台の表面区域に横たわる。皿穴 用工具による皿穴の加工の際に、この幾何学形状から、皿穴用工具が、上側１３ 及び下側１５に対してそれぞれ直角に置かれることになり、これは、凸状の輪郭 を持つた混合器具１１において、皿穴用工具は、先端が中心軸Ｚに向けて一点に 集められるような斜面に置かれることを意味する。 更に、第４図によれば、上側１３を、軸線方向に内向きに凸状に湾曲させるこ とが可能であり、また、中心軸Ｚと周辺縁１９との間において軸線方向に外向き に凸状に湾曲させることが可能である。この場合もまた、皿穴によつて、翼輪郭 が半径方向にも周辺方向にもできる。 確かに、フランジＦは便利である。しかし、フランジＦは、全部省略されるこ とができ、また、駆動装置Ｒは、他の普通の連結要素によつて連結されることが できる。 ここに使用される術語の上側及び下側は、交換可能である。それは、流れの方 向に影響するだけである。 混合器具の運転の様子が、第１図を基づいて、以下に詳細に説明される。 混合器具１１の下側１５だけが、例えば、水及び油で満たされた図示されない コンテナーの中に浸され、そのために、上側１３は濡れない。駆動装置Ｒが混合 器具１１を駆動し、そのために、混合器具１１は、例えば、大体毎分６０００回 転の速度で回転する。 ビーター型の混合器具のような従来の混合器具においては、混合が、液体を運 び去る突き出した縁によつて行われる。捩れたスクリユーの形状を持つたビータ ーにおいては、混合されるべき液体は、展開する運搬効果によつて流体の表面に 向けて追加的に運搬され、さらに、遠心力及び突き出した縁によつて外向きに回 転され、それによつて、希望の混合が行われる。 確かに、デイスク型の混合器具１１は、かき混ぜ機に似た作動をする。しかし 、異なる原理に従つて仕事をする。混合器具１１の回転の際に、上側１３と下側 １５との間の圧力差が、ベルヌイの効果によつて発展する。結果として生じる上 側１３の部分圧力が、下側１５の流体を吸い込まれるようにする。この際、吸い 込み効果は、数個の旋風に似たサイクロン２５がもたらされるほど強い。サイク ロン２５の数は、混合器具１１の貫通穴１７の数に対応する。サイクロン２５の 直径は、貫通穴１７の直径に大体等しい。かくして、運動を起こされた流体は、 高速度で上向きに流れ、軸方向の貫通穴１７を通つて流れる。上側１３への液体 の粘着のために、流体は、追加的な遠心力にさらされ、半径方向に外向きに回転 される。かく して、サイクロン２５の領域における乱流が、貫通穴１７を通つて流れるとき層 状に配列され、その結果として、上側１３の上の流速の増大をもたらし、次に、 上側１３と下側１５との間の高い圧力差をもたらす。 個々の流体の粒子の目に見える流線は、混合器具１１に関して、正確には半径 方向ではない。周辺方向の速度と半径方向の速度との重ねが、結果として、流体 粒子の円弧状の経路になり、それ故に、混合器具１１の周辺縁１９の方向の流体 の経路になる。ここでは、上側１３の回りの流れは、円滑な層状になり、飛行機 の翼に似て、大きな追加的な乱れ及び流れの損失がない。 貫通穴１７を通つて流れた流体粒子は、上側１３に到着して、混合器具１１の 周辺縁１９の近くに配置された貫通穴１７の領域の中だけでなく、外向きに回さ れることができる。また、流体粒子は、同様に、中心軸Ｚに近い貫通穴１７の領 域の中で、上側１３に到着することができる。そのようにすることによつて、こ れらの流体粒子は、既に説明されたように、円弧状の経路を周辺縁１９に向けて 描く。円弧状の経路に、半径方向の翼輪郭２１と周辺方向の翼輪郭２３との組み 合わせに相当する翼輪郭に沿つた流れが生じる。この発展する翼輪郭は、さら穴 の間の区域２７’に比較的に大きな半径を持つた翼輪郭２３に対応するノーズを 持ち、また、周辺縁１９によつて形成された後方の縁を持つ。かくして、翼輪郭 ２３は、流れによつて完全に呑み込まれないで、むしろ、流体粒子によつて描か れる円弧状の経路に基づいて発展する翼輪郭のノーズを形成する。ノーズは、順 番に、混合器具１１の幾何学形状、混合器具１１の回転速度、及び、混合される べき流体の形式に依存する。 高速度の流れの領域においては、特に、周辺縁１９の領域においては、混合さ れるべき流体の中の高い剪断力が、結果として、小さいキヤビテイシヨン・バル ブ、すなわち、低圧の空洞をもたらす。キヤビテイシヨンは機械的に作られる。 混合されるべき流体は、高流速によるだけでなく、キヤビテイシヨンそれ自身 によつて、従来のかき混ぜ機を使用する場合より、本質的にもつと迅速かつ完全 に混合される。小さいキヤビテイシヨン・バルブが、再び、それらの形成の際に 内破し、それによつて、強い圧力の推力が生じて、追加的な混合効果を創造する 。もし、混合器具１１の下側１５だけが混合されるべき流体の中に浸されて、空 気又はガスが流体の表面にあるならば、空気又はガスもまた引き込まれる。この 場合、ガスは完全に混合され、混合流体の中に部分的に溶かされる。これは、空 気が発展中の小さいキヤビテイシヨン・バルブに突き剌さり、かくして形成され た空洞を満たすという事実によつて説明される。 ところが、半径方向に外向きの流れのために、混合器具１１が回転している時 、フランジＦの領域の中には、流体が全く存在しないので、追加の流れ３３が、 下側１５の中心軸Ｚの区域の中の、サイクロン２５の間に現われる。また、この 流れ３３は、上側１３と下側１５との間の強い部分真空のために発達する。流れ ３３は、下側１５の近所を半径方向に外側に向けて通過し、サイクロン２５、及 び又は、周辺縁１９に向けた下側１５の上の半径方向の流れによつて、部分的に 脱落する。 上側１３及び下側１５は、扁平な凸状に湾曲された輪郭を持ち、輪郭は非常に 広範囲に変化でき、飛行機の翼の輪郭の場合において も、異なる斜面もまた考えられる。斜面及び輪郭の型式によつて、異なる翼輪郭 ２１及び又は翼輪郭２３が結果的として生じる。しかし、飛行機の翼の場合のよ うに、下側１５に、上側１３よりもつと扁平に湾曲された輪郭を与えることが有 利であり、これによつて、飛行機の翼の揚力効果に比較されることができるキヤ ビテイシヨン・デイスク１１に、圧力差の増大が生じ、その結果として、発生中 の吸引効果の増大が生じる。 上側１３の湾曲度の下側１５の湾曲度に対する比率は、それらの表面線の比率 によつて定義される。上側１３及び下側１５の表面線は、それぞれ、この関係で 、混合器具１１の中心軸Ｚを通過して、周辺縁１９の直径方向に向かい合つた２ 点を連結する。ここでは、フランジＦは無視される。上側表面線の下側表面線に 対する長さの比率が１．１５乃至１．７５である混合器具１１は、特に、有利で ある。ここでは、混合器具１１が仕事をする名目だけの回転数が増大すると、表 面線の長さの比率をもまた有利に上昇する。 ３００ミリメートルの直径を持つた混合器具１１の原型は、混合器具１１を使 用すると、極めて短時間で流体を完全に混合することができることを示した。 この中で起きている吸引効果は非常に大きいので、蒸気タービンの軸車又は船 のプロペラに似た駆動要素として、混合器具１１を使用することは、想像可能で あるように見える。 上側表面線の下側表面線に対する長さの比率が大きい、例えば、大きく湾曲さ れた上側１３と、もつと扁平に湾曲された下側１５とを持つデイスク型の混合器 具１１は、流体を分離するため、又は、流体から粒子を取り除くために使用され ることができる。例えば、 混合器具１１を使用して、油及び水の混合物を分離することができる。混合物を 分離する際には、流体の異なる密度が利用される。密度によつて、上側１３の上 の流体粒子が、外側に向けて異なる距離だけ回され、対応するもつと長い又はも つと短い飛行距離が生じるからである。 混合器具１１がニツケルで作られる１つの形式においては、混合器具１１は、 さらに、油・水の混合物又はガソリン・水の混合物の製造の際に触媒効果を持つ 。ここでは、ニツケルは、それぞれの場合に、水から水素を分離するため、かく して、ラジカルＯＨ基を形成するための触媒として働く。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＤＥ， ＤＫ，ＥＳ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，Ｍ Ｃ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ， ＴＤ，ＴＧ)，ＡＴ，ＡＵ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ， ＣＡ，ＣＨ，ＣＺ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＨＵ，Ｊ Ｐ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＫ，ＬＵ，ＭＧ，ＭＮ，ＭＷ ，ＮＬ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ， ＳＥ，ＳＫ，ＵＡ，ＵＳ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 上側(13)及び下側(15)を持ち、中心軸(Z) の回りに回転可能であつて、 数個の軸方向の貫通穴(17)を持ち、上側(13)及び下側(15)の少なくとも一方が、 凸状に形成されているデイスク型の混合器具(11)において、デイスクの周辺縁(1 9)が、ナイフ状に尖つていること、貫通穴(17)が、それぞれ、その上側(13)とそ の下側(15)とに、円錐形の斜面に切られていること、及び、貫通穴(17)と周辺縁 (19)との間に、半径方向に、隣接した貫通穴(17)の間に、周辺方向に、翼の輪郭 が形成されていることを特徴としたデイスク型の混合器具。 ２． 貫通穴(17)が、それぞれ、円錐形の斜面の間の領域(27)、(27') におい て、軸方向に丸くされていることを特徴とした請求の範囲第１項記載の混合器具 。 ３． 貫通穴(17)が、デイスクの同心円上に均一に分布されることを特徴とし た請求の範囲第１項又は第２項記載の混合器具。 ４． 貫通穴(17)が、それぞれ、同じ直径を持つことを特徴とした請求の範囲 第１項、第２項又は第３項記載の混合器具。 ５． 上側(13)及び下側(15)が、軸方向に外向きに湾曲した扁平な凸状の輪郭 を持つことを特徴とした請求の範囲第１項、第２項、第３項又は第４項記載の混 合器具。 ６． 下側(15)が、上側(13)よりもつと扁平に湾曲した輪郭を持つことを特徴 とした請求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項又は第５項記載の混合器具。 ７． 上側(13)が、中心軸(Z) と周辺縁(19)との間に、軸方向に 内向きに湾曲した凹状の輪郭を持つこと、及び、下側(15)が、軸方向に外向きに 湾曲した凸状の輪郭を持つことを特徴とした請求の範囲第１項、第２項、第３項 、第４項、第５項又は第６項記載の混合器具。 ８． デイスクの中心軸(Z) を通り上側(13)上を通過し、周辺縁(19)上の直径 として向かい合つた点の間に延びる表面線の長さが、下側(15)上の対応する表面 線の長さの１．１５乃至１．７５倍であり、デイスクの名目の回転速度が増加す るとき、この範囲において、もつと大きな比率が選択されることを特徴とした請 求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項又は第７項記載の混 合器具。 ９． 上側(13)及び下側(15)上の貫通穴(17)の円錐形の斜面が、それぞれ、想 像上の円錐台の表面の上に横たわり、その対称軸が、デイスクから反対の方向に 、デイスクの中心軸(Z) から外向きに離れるように傾斜することを特徴とした請 求の範囲第１項、第２項、第３項、第４項、第５項、第６項、第７項又は第８項 記載の混合器具。 １０． ニツケルからなることを特徴とした請求の範囲第１項、第２項、第３ 項、第４項、第５項、第６項、第７項、第８項又は第９項記載の混合器具。