JPH1085575A

JPH1085575A - 混合装置

Info

Publication number: JPH1085575A
Application number: JP26254896A
Authority: JP
Inventors: Hikoroku Sugiura; 彦六杉浦
Original assignee: SHINYUU GIKEN KK
Current assignee: SHINYUU GIKEN KK
Priority date: 1996-09-11
Filing date: 1996-09-11
Publication date: 1998-04-07

Abstract

(57)【要約】【課題】旋回流を発生させて混合を行なうも、旋回流
のみによらず、局所的圧力変動と局所的渦流発生とで圧
力損失が少なく効率的な混合装置を提供する。【解決手段】断面円形の流体流路（１）の内周面に、
１ｍｍ以上の高さで流路内径の四分の一以下の高さの翼
板（２）を螺旋状に取付けてなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は混合装置に関するも
ので、特に、機械的可動部分が存在しないスタテック方
式の混合装置に関するものである。

【０００２】従来、効率的で簡易な混合装置としてスタ
テックミキサーが汎用されている。このスタテックミキ
サーは、「図１１］に示すように、流体流路１中に９０
度捻った捻り翼１０（スクリュ−）を収納してなるもの
で、一つの捻り翼１０を一エレメントと称して、交互に
捻り方向を変えたものを数エレメント流体流路中に収納
してなる。

【０００３】しかし、上記従来のスタテックミキサーは
流体の流れを短い距離で旋回流に変更せねばならず、し
かもその旋回流の方向を順次逆方向に変更することにな
るので、混合率（混ざり具合）は向上するも圧力損出が
大変大きく大きな動力消費を伴うという問題点を有して
いた。

【０００４】また、従来のスタテックミキサ−は、その
旋回流は混合物質の比重に大きな差がある場合、旋回に
伴う遠心力が混合とは逆に、混合しようとする物質を分
離させるよう作用し、その分混合効率が低下するという
問題点を有していた。ちなみに、従来装置で水にオゾン
気体を混合しようとすると、スタテックミキサ−より下
流側では、水の流れの中心軸部に大きな気泡が集まり、
この大きな気泡がやがて流れに乗って下流側に流れ去る
という現象が繰り返されることが確認されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、本発明は旋回
流を発生させて混合を行なうも、旋回流のみによらず、
局所的圧力変動と局所的渦流発生とで圧力損失が少なく
効率的な混合装置を提供することを課題としたものであ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
め、本発明は断面円形の流体流路１の内周面に、１ｍｍ
以上の高さで流路内径の四分の一以下の高さの翼板２を
螺旋状に取付けてなる技術的手段を講じたものである。

【０００７】それ故本発明混合装置は、流体中に、この
流体に混合する物質を添加して所定の速度で流体流路１
内を流過させる。流体として水を使用し、この水に気体
のオゾンを混合する例で説明すると、水の流れの中にポ
ンプ等で順次オゾンを定量供送する。すると、水の流れ
の中にオゾンが大きな気泡状となって混在した状態とな
る。

【０００８】そして、上記気泡混入水は翼板２に衝突す
ると、衝突効果で混入している気泡は分断されて細かく
なるが、実際にはこの衝突による気泡分断混合作用はわ
ずかなものであった。

【０００９】そして、衝突した気泡混入水は、一部はこ
の翼板２を乗り越え、一部は翼板２に沿う流れとなる。
なお、翼板２の下流側には「図３」にハッチングで示し
た部位で流れの一部がブロックされて水があまり流れな
くなり、オリフス作用で減圧部位が生成されるものであ
る。

【００１０】すなわち、上記の翼板２を乗り越える「図
３」に矢印Ｐ１で示す流れは、その付近、特に翼板２の
下流側に局所的な減圧部を生成させ、その部位に気体で
あるオゾンを吸引する。すなわち、気体であるオゾンを
流体流路１内の外周側、特に翼板２の下流側に吸引する
ことになる。実験装置で観察したところでは、上流部位
（翼板２が始まった部位）での翼板２の下流側にオゾン
気体が集まり、この気体の集まりは水の流れにしたがっ
て、翼板２の下流側面に沿って糸状に螺進していた。

【００１１】さらに、該翼板２を乗り越えた流れは、下
流側で矢印Ｐ２に示すような局所的渦流を生成すること
になる。したがって、翼板２の下流側では、オゾンを吸
引し、減圧下で渦流によってこのオゾンを水に混合する
作用を呈することになる。

【００１２】そして、翼板２に沿う流れ、すなわち旋回
流は下流側にゆくにしたがって、順次強い螺旋流とな
る。流体流路１内に螺旋流が発生すると、今度は遠心力
によって比重の大きな水が外周側に、比重の小さい気体
オゾンが内側に移動し、順次オゾンは流体流路１の中心
軸方向に移動しつつ、水の流れに混合されることにな
る。

【００１３】そして、流体が流体流路１内を進行して上
記翼板２部位を通過すると、障害物がなくなり流路径が
拡大するので、オリフィス作用で圧力が低下し、乱流が
発生することになり、強烈な撹拌状態が発生し、水とオ
ゾンガスとは非常によく混合され、乳化状態となる。す
なわち、「図２」に示すように乳化領域Ｆ１を形成す
る。

【００１４】上記乳化状態での混合は下流側で長期間に
渡って継続すものではなく、流体の流速にもよるが１秒
以内の範囲で瞬時のことであり、その後は流体である水
が旋回流となっているので下流側で気体は中心側に集ま
り、「図２」に符号Ｆ２で示す分離領域で、細かな気泡
の集まりが帯状に所定距離流れる状態となる。

【００１５】しかし、瞬時にしても乳化状態まで混合す
ることは、有益な現象で、例えばオゾンの場合多くは酸
素等の原料酸素で、水に酸素の約１０倍溶けるとするオ
ゾンは気液接触すると瞬時に水に溶けるので、混合状態
を継続できなくなくとも混合率を高めることは価値のあ
ることで、上記分離領域での気泡はほとんどが酸素等の
オゾンを得るための原料気体で、オゾンはすでに水に溶
けているものであることが確認できた。

【００１６】次に「請求項２」の発明は、断面円形の流
体流路１の内周面に、１ｍｍ以上の高さで流路内径の四
分の一以下の高さの翼板２を螺旋状に取付け、上記翼板
２の下流側には整流板４を設けてなる技術的手段を講じ
たものである。

【００１７】それ故、本発明は、「請求項１」の作用に
加え、整流板４を設けてなるので、翼板２部位を通過し
た流体の旋回流が抑止されるので、翼板２部位を通過し
た後も乳化状態を比較的長時間保って気液分離を生じず
らくするという作用を呈する。

【００１８】なお、この整流板４は流体流路１の軸に平
行に設けてなるが、進入してくる流体が旋回流であるの
で、一種の衝突板としても作用する。なお、衝突盤とし
ての作用は後記する。

【００１９】次に「請求項３」の発明は、断面円形の流
体流路１の内周面に、１ｍｍ以上の高さで流路内径の四
分の一以下の高さの翼板２を螺旋状に取付け、上記翼板
２の下流側には中心部位に、該翼板２の内径以下の径の
衝突板３を設けてなる技術的手段を講じたものである。

【００２０】それ故、本発明は、「請求項１」の作用に
加え、衝突板３を設けてなるので、衝突によって気流が
分断され、また「図６」に矢印Ｐ３，Ｐ３で示すような
乱流が発生してより効率的な混合を行なう作用を呈す
る。混合装置で衝突板３を使用するのは常套手段でその
混合効果は明らかなものであるが、本発明では、流体流
路１の中心部位にに設けることで、翼板２の抵抗を受け
ない中央部の流れの抵抗となって流速を全体的に平均化
させる作用と、流体が旋回流によって比重の小さい物質
を中央に集めた部位で衝突させることで混合効率を向上
する作用を呈するものである。

【００２１】次に「請求項４」の発明は、断面円形の流
体流路１の内周面に、１ｍｍ以上の高さで流路内径の四
分の一以下の高さの翼板２を螺旋状に取付け、上記翼板
２の下流側には中心部位に衝突板３を設け、上記衝突板
３の収納部位の流路部１ａを、該衝突板３を除いた流路
の総面積が流体流路１の総面積より大きくなるように拡
径した技術的手段を講じたものである。

【００２２】それ故、本発明は、上記「請求項３」の作
用に加え該衝突板３を除いた流路の総面積が流体流路１
の総面積より大きくなるように拡径してなるので、この
突板３の収納部位の流路部１ａで減圧作用が生じ、衝突
板３への衝突という乱流発生を減圧下で行なうので混合
効率が相乗的に高まる作用を呈する。

【００２３】また、衝突板３の存在は通常大きな圧力損
失増加原因となるものであるが、衝突板３の収納部位の
流路部１ａで減圧を行なうことで、この圧力損失の増加
を最小にとどめる作用を呈するものである。

【００２４】

【発明の実施の態様】次に、本発明の実施の態様を添付
図面を参照して説明する。図中、１が流体流路で、本発
明では断面円形のものを使用している。なお、この流体
流路１は一端より他端に向けて（図では左側より右側に
向けて）流体が流過するようになしてある。この流体の
流過は通常ポンプ等従来公知な流体圧送装置が使用され
るが、このポンプ等は撹拌用に特別に容易する必要はな
く、流体の移送用のものを兼用してもよいのは無論であ
る。言い換えるなら、この流体流路１は既設の流体の移
送流路の一部を利用してもよいものである。

【００２５】そして、上記断面円形の流体流路１の内周
面に、１ｍｍ以上の高さで流路内径の四分の一以下の高
さの翼板２を螺旋状に取付けてなる。

【００２６】上記翼板２はその高さ（「図４」の符号Ｈ
１）が１ｍｍ程度で充分混合効果を有するものであっ
た。そして、翼板２を高くする程、その混合効果を増す
ものであるが、高さを高くすると流路面積が狭窄されて
圧力損失も大きくなり、実用的でなくなるもので、実験
の結果、流路断面積を半分以上には狭窄しない程度、す
なわち、流路内径の四分の一以下の高さが望ましいもの
であった。すなわち、「図４」の流体流路１は内径Ｄ１
で、翼板２の高さがＨ１であるので、Ｈ１＜＝１／４・
Ｄ１となるようにするものである。

【００２７】また、上記翼板２の螺旋のピッチは適宜設
定すればよく、ピッチ角度Ｄ１（「図１」参照）は特に
限定されるものではないが、実験の結果ではこのピッチ
角度Ｄ１は２０〜４５度が効率的であった。

【００２８】なお、上記翼板２は図示例では一連のもの
を使用しているが、不連続に複数のも（図示せず）を使
用してもよい。また、上記翼板２の取付けは、糊着、ス
ポット溶接等の従来公知な手段で固着すればよいのは無
論である。

【００２９】次に、「請求項２」の発明は、断面円形の
流体流路１の内周面に、１ｍｍ以上の高さで流路内径の
四分の一以下の高さの翼板２を螺旋状に取付け、上記翼
板２の下流側には整流板４を設けてなる。

【００３０】すなわち、断面円形の流体流路１の内周面
に、１ｍｍ以上の高さで流路内径の四分の一以下の高さ
の翼板２を螺旋状に取付けてあるのは「請求項１」と同
じである。

【００３１】そして、本発明は「請求項１」の発明の混
合装置の翼板２の下流側に整流板４を設けてなる。この
整流板４は流体の旋回流を抑止して通常の層流とするた
めのもので、流体流路１の中心軸と平行なものであれば
よく、図示例では中心を通って流体流路１を横切る整流
板４を一対、９０度の角度を変えて設けてある。なお、
この整流板４は、一ケ所で直交する十字状のものや、一
枚の板を流れ方向に平行に設置したものや、放射状のも
の等を使用してもよいのは無論である。

【００３２】なお、上記整流板４は、旋回流を抑止する
もので、一度生成させた旋回流を整流するのは、前記し
たように旋回流による気泡の分離を抑止するのを第一の
目的としているが、流れを変えることで撹拌効果を得る
のと、この整流板４を一種の衝突板として機能させ旋回
流が衝突して、その部位に局所的な乱流を発生させ撹拌
効果をも得るものである。

【００３３】次に、「請求項３」の発明は、断面円形の
流体流路１の内周面に、１ｍｍ以上の高さで流路内径の
四分の一以下の高さの翼板２を螺旋状に取付け、上記翼
板２の下流側には中心部位に、該翼板２の内径以下の径
の衝突板３を設けてなる。

【００３４】すなわち、「請求項２」の整流板４を衝突
板３に代えたもので、流体を衝突させ乱流を発生させて
より確実な混合を行なおうとするものである。また、本
発明では、流体流路１の外周には翼板２があるが中央部
には何も存在しないので、中心軸部位では流速が速くな
り、この中央部位を硫化する流過する流れは充分混合さ
れないで流過してしまうことがある。そこで、衝突板３
によって中心軸部位の流れに抵抗を与えてより確実な撹
拌・混合を行なうのも本衝突板３の目的とするところで
ある。

【００３５】なお、この衝突板３は流体が衝突する面積
が広いほど撹拌・混合効果を有するが、圧力損出が大き
いので翼板２の内径（「図４」で符号Ｄ２で示す。）以
下の径とすることが望ましい。そして、上記した中心軸
部位の流れに抵抗を与えるためその位置は中心部位とす
ることが望ましいものである。

【００３６】次に、「請求項４」の発明は、断面円形の
流体流路１の内周面に、１ｍｍ以上の高さで流路内径の
四分の一以下の高さの翼板２を螺旋状に取付け、上記翼
板２の下流側には中心部位に衝突板３を設け、該衝突板
３の収納部位の流路部１ａを該衝突板３を除いた流路の
総面積が流体流路１の総面積より大きくなるように拡径
したものである。

【００３７】すなわち、衝突板３を設けると、確かに混
合率は向上するが、圧力損出が大きくなるのは避けるこ
とができない。本発明のごときスタテックミキサ−は運
転動力が少ないことが長所とされるもので、圧力損出が
大きくなって大きな動力を要するようになると有利性が
なくなる。そこで、衝突板３を設けても圧力損失の増加
を最小限にとどめたもので、衝突板３を除いた流路の総
面積が流体流路１の総面積より大きくなるように拡径す
ると、その分、拡径した流路部１ａでは流速が遅くなり
減圧される。

【００３８】そして、上記の流路部１ａ内での減圧で衝
突板３による圧力損失増加分を減少させるものである。
実験の結果では流路部１ａを、該衝突板３を除いた流路
の総面積が流体流路１の総面積より大きくなるように拡
径すると、圧力損失の増加は認められず、「図９」の流
体流路１の翼板２が終わった部位と下流端との間での圧
力損失は測定できなかった。

【００３９】なお「図１０」例は翼板２の捻り方向を上
流側と下流側とで変更したもので、より確実な撹拌がで
きるが、圧力損失は高くなるものであった。

【００４０】

【発明の効果】本発明は上記のごとくであるので、構造
的には従来のスタテッミキサーと大差はないが、流路断
面の外周のみしか使用せず圧力損失が低い混合装置を提
供できるものである。ちなみに２．０ｍ／ｓの流速でオ
ゾンを水に混合して乳化状態を得るのに圧力損失は０．
２ｋｇ／ｃｍ²Ｇであったが、同程度の混合を従来のス
タテッミキサーで行なうには６エレメント使用して１．
５〜２．０ｋｇ／ｃｍ²Ｇ程度の圧力損失で、なお、乳
化現象は得られなかった。

【００４１】そして、圧力損失が低いとその分混合率が
低くなるのが通常であるが、本発明では、翼板２を乗り
越える流れで比重の小さい物質が流体流路１の外周側に
移動し、次いで、螺旋流で徐々に流れの中心側に比重の
小さい物質が移動するとという、従来のスタッチクミキ
サーにはない混合法で混合効率の低下が防がれるもので
あった。さらに、本発明は圧力の局所的変動、乱流の発
生という撹拌・混合が行なえるので、非常に効率的な混
合装置を提供できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施態様を示す要部縦断面図であ
る。

【図２】作用を説明する要部拡大断面図である。

【図３】同じく作用を説明する要部拡大断面図である。

【図４】側面図である。

【図５】別の実施態様での要部縦断面図である。

【図６】「図５」実施態様の作用を説明する要部拡大断
面図である。

【図７】さらに別の実施態様での要部縦断面図である。

【図８】「図５」実施態様の側面図である。

【図９】さらに別の実施態様での要部縦断面図である。

【図１０】さらに別の実施態様での要部縦断面図であ
る。

【図１１】従来例要部縦断面図である。

【符号の説明】１流体流路１ａ流路部２翼板３衝突板４整流板

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】断面円形の流体流路（１）の内周面に、
１ｍｍ以上の高さで流路内径の四分の一以下の高さの翼
板（２）を螺旋状に取付けてなる混合装置。
【請求項２】断面円形の流体流路（１）の内周面に、
１ｍｍ以上の高さで流路内径の四分の一以下の高さの翼
板（２）を螺旋状に取付け、上記翼板（２）の下流側には整流板（４）を設けてなる
混合装置。
【請求項３】断面円形の流体流路（１）の内周面に、
１ｍｍ以上の高さで流路内径の四分の一以下の高さの翼
板（２）を螺旋状に取付け、上記翼板（２）の下流側には中心部位に、該翼板（２）
の内径以下の径の衝突板（３）を設けてなる混合装置。
【請求項４】断面円形の流体流路（１）の内周面に、
１ｍｍ以上の高さで流路内径の四分の一以下の高さの翼
板（２）を螺旋状に取付け、上記翼板（２）の下流側には中心部位に衝突板（３）を
設け、上記衝突板（３）の収納部位の流路部（１ａ）を、該衝
突板（３）を除いた流路の総面積が流体流路（１）の総
面積より大きくなるように拡径した混合装置。