JPS5912334B2 - 基液を他の媒体と混合する方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、液槽中で液体をガス、液体、エアロゾル、
固体物質等と混合する方法および装置に１５関し、いわ
ゆる「液流中のリング・ジャンプ」（この語については
、後で詳しく説明する）の混合効果を利用して混合を助
長するものである。

この発明は、各種の分野に、たとえば工学分野では、水
の精製および処理に、液状およびガス状２０の薬剤を単
独または同時に基液と混合するのに、水をオゾンや塩素
で滅菌消毒するのに、液体の曝気に、水の脱気や水から
望ましくない化合物を除去するのに、都市および鉱工業
工場排水の精製に、活性汚泥法に、また、化学工業、製
紙工業、セル２５ロース工業および製薬工業、精油工業
、発酵工業、微生物応用工業の分野では、ガスと粉体や
塵埃との混合物を液体と混合するのに、その他同様な目
的に使用できる。工学上、液にガスを飽満させたり、ガ
スを液と３０十分に混合したり、液を固体粒子と混合し
たりすることがしばしば必要となる。

液にガスを飽満させるには、ふりかけ、噴霧、液面の攪
拌、機械的ミキサーによる混合、気泡流通、吸引、ブロ
ーアやコンプレッサーによる液中３５・ゝのガス吹きこ
み等、いろんな方法が従来採られていた。

だが、大抵のこれら従来法は、効率が悪く、機械的エネ
ルギーの消費が大であるのみならＱ゜−ず、運転上多く
の不利があつて、ノズルや多孔板の目づまり、プローア
やコンプレツサ一の故障等でしばしば中断せざるを得ず
、加えて場合によつては望ましくないにもかかわらず液
の冷却がおこる。

さらには、普通は混合装置がかなりな空間を占有する欠
点もある。この発明の目的とするところは、最小限のエ
ネルギー消費でもつて多大の混合効果を奏し得る方法お
よび装置を提供するにある。

この発明にあつては、この目的を達成するために、 「
液流中のリング・ジアップ」と呼ばれる現象を利用する
。この現象は、液体を導管壁に沿つたリング状の空間ま
たは少くとも部分的にリング状の空間に通し、そしてそ
の液と混合すべきガス、液または固体物質粒子をその導
管中その環状空間が導管の全輪郭にかわる前に供給する
際おこる現象であつて、流れる混合物の圧力が増大する
。この発明では、この現象を混合部材の親規配列と組み
合わせて利用するものである。この発明は、底面および
周壁を備えた液槽中に大量に存在する基液を他の媒体と
混合するに当り、加圧下で前記基液の流れを作成し、こ
の液流を予め定めたある長さに沿つて芯部が中空である
環状流に変え、その中空芯部に前記他の媒体を供給し、
前記液流の環状流に続く部分の圧力を上げ当該部分の全
断面にわたり環状流を基液および他の媒体の乱流運動に
かえて基液と他の媒体との混合物を形成し、そしてその
混合物を液槽底面上の基液本体中に放出することを特徴
とする混合方法を提供する。

この発明はさらに、（ａ）底面および周壁を備えた基液
用液槽、（５）前記基液の加圧流を作成する加圧手段、
（６）前記加圧手段から延びている少くとも一本の供給
パイプ並びに（ｄ）少くとも一基の混合手段を有する前
記基液を他の媒体と混合する装置であつて、前記混合手
段は（１）入口端部および出口端部を有しその入口端部
が前記供給パイプに連結されている管状体と、（４）前
記管状体の入口端近傍の管状体内部に設けたバツフル手
段であつて、管状体の断面中央部分の実質的部分を占有
して管状体の内側表面の少なくとも一部に沿つて基液の
実質的に環状の流れを生ぜしめる実質的に管状の隙間を
管状体とバツフル手段との間に与えることにより管状体
の前記部分の環状流の内部に中空空間を生ぜしめるバツ
フル手段と、そして（Ｉｉｉ）前記バツフルの近傍に前
記他の媒体を供給する手段とからなることを特徴とする
混合装置を提供する。

一つの変更態様にあつては、混合手段の管状体は、液槽
の外部にあつてその底部近傍において液槽内部に通じて
おり、かつその部分に口金を備えており、しかしてその
口金は液槽の周壁に関し接線方向にかつ上方に傾斜して
延長している。

別の一つの変更態様によれば、液槽は細長いおけの形で
あつて、並列された複数個の混合手段を収納しており、
混合手段の管状体は液槽の底部に向つてかつ細長いおけ
型液槽の長軸に対しある傾きをもつて延長しており、こ
れにより前記軸方向にらせん状に進む渦流ないし乱流が
おこるようになつている。まず第１および２図を参照す
るに、図示した装置は、底部から上方に向つて広くなつ
ているコンテナ１を備え、コンテナ１内には基液２が液
位３まではいつている。

コンテナ１には圧力源たとえばポンプ４が設けてあり、
このものは、基液２を取入れパイプから吸い上げ、以下
において供給パイプ６と呼ぶことにする多数のパイプに
基液を放出する。図示した態様では、液を圧力源４から
４本の供給パイプ６中に送つているが、用いる供給パイ
プの数が任意であることはいうまでもない。各供給パイ
プ６は、混合手段（全体を参照番号７で示した）に通じ
ている。第１図には、４基の混合手段を示したが、その
数は任意である。各混合手段７は、供給パイプ６よりも
径が大なる管状体８を備えている。管状体８の入口部に
は、液流中にリンクジャンプを生ぜしめる手段（全体を
参照番号９で示した）が設けてある。この手段は、供給
パイプ６の任意の部分、すなわちその水平部、傾斜部ま
たは垂直部のいずれに配置してもよい。手段９の設計は
第７，８および９図に詳しく示し、その作用は後記する
。管状体８は、コンテナ１の傾斜した側壁に沿つてコン
テナ１の底面にまで延長しており、その端部には内径が
漸減する口金１０が設けてある。

口金１０は、両端の開いた上向きの管状部材１１内に開
孔している。基液２と混合すべき物質はその供給源１２
から（空気を混合するのであれば周囲大気から）、チユ
ーブ１３を経て各混合手段７内に供給する。

これについては後で詳しく説明する。第７，８および９
図を参照しながら、液流中にリンクジャンプを生ぜしめ
る手段の説明をする。

第７図に示す如く、供給パイプ６はひじ部分１４を経て
内径が大きい管状体８に連通している。チユーブ１３に
はパイプ１５が連結しており、そのパイプ１５は軸方向
に移動できるようひじ部分１４に取付けられている。こ
の移動は、任意の機構により行えるが、第７図にはその
一例としてスリーブ１６内のねじ溝と螺合するねじ溝を
パイプ１５に設けた機構を示した。パイプ１５上には調
節ホイール１７が固着されており、これを回転すれば、
パイプ１５を矢印Ｂで示す如く、その軸方向に移動させ
ることができる。パイプ１５の内方端部は、円錐体すな
わちバツフル１８になつている。第８図に示す変更態様
では、バツフル１８は、混合手段の管状体８内に設置し
た環状板、円板ないしリングの形のものであり、この場
合管状体８は供給パイプ６と径が同一である。

環状板すなわちバツフル１８の径は管状体８の内径より
も小さく、その周と管状体８の内壁との間には環状の隙
間ができる。混合すべき物質を供給するチユーブ１３は
、バツフル１８の中央開孔２０に通じている。第９図は
、液流中にリンクジャンプを形成する手段９のさらに一
つの変更態様を示すものである。

この場合バツフル１８は偏向板の形であり、継ぎ目２１
に固着されているかまたは上下運動できるように取付け
られている。基液流通用の隙間１９をバツフル１８の放
出端部２２と管状体８の内壁との間に設ける。基液と混
合すべき物質は、チユーブ１３から供給する。第７図に
示す態様では、点線で示した別のチユーブがバツフル１
８の前力の空間に通じており、基液と混合すべき第三の
物質を供給するのに役立つ。

第８および９図に示した態様においても、同様な追加の
チユーブを配置できることは、当業者に自明であろう。

第７図に示した装置の作用は、次の如くである。

供給パイプ６から流入する基液の加圧流が円錐形のバツ
フルに打ち当る。液流は、隙間１９を通り、環状ないし
リング状の流れ２４となつて混合手段の管状体８の内壁
に沿つて進み、その結果、バツフルの前方には、中空の
芯部２５が形成され、この芯部２５をチユーブ１３によ
り供給された液（またはその他の流体、たとえば空気や
ガス）が満たす。この環状流２４は、前記した液流中の
リンクジャンプにより、２６の点で環状体８の全断面を
流通する加圧流となり、さらに管状体８の放出端・＼と
進む。必要なら、空気、ガス、液体、エアロゾル、また
は薬品のような第三の流体をチユーブ２３により中空芯
部２５中に供給できる。リンクジャンプならびにその駆
動効率は、制御部材２７により供給パイプ６内の圧力を
設定することにより、また円錐形バツフル１８の位置を
調節して隙間１９の流通断面を変えることにより、調節
できる。リンクジャンプの前方に必要な圧力は、管状体
８の放出端部に取付けた口金１０により、または放出開
口上の液柱の静圧により、またはその他の任意の方法で
、作成できる。前記の機構およびリンクジャンプの効果
によれば、混合手段７内において、ガス状またはその他
の物質を基液中に押しやり、基液と添加物（液体、ガス
、固体粒子等）との完全混合や両者間の迅速かつ効率的
な化学反応を達成することが可能である。

第８図は、前記手段９の一つの変更態様を示すものであ
る。

既述の如く、この場合は、バツフル１８は環状の板の形
であり、これにより基液はリング状の流れ２４となり、
２６のところでリンクジャンプがおこつて、チユーブ１
３で供給した物質と基液とが強く混合される。第９図に
示す変更態様でも、リンクジャンプが２６の地点でおこ
るが、この場合は、リング状すなわち環状の流れは管状
体の全周には及ばず、その一部にわたるだけである。

この態様は、基液がたとえば繊維質材料でひどく汚れて
いる場合に有利である。リンクジャンプ生成機構は占有
空間が少く極めて簡単であつて、可動部品もなく、達成
すべさ混合効果に比例してわずかに動力を消費する以外
は、維持費も殆んどまたは全くかからない。

さらにまた、基液と混合すべきガスや薬品が腐食性のも
のであつても、それらを環状流の芯部２５中に供給する
ので、それらは基液と混合され、極めて稀薄な状態にな
るまでは管状体８の構成素材と接触しない利点もある。
第１図および第２図に示した装置は、混合手段部品の新
規配列と共に前記のリンクジャンプを活用するものであ
るが、その作用は次の如くである。

液槽１中に連続的にまたは間けつ的に流入する基液２を
供給パイプ６から混合手段７中に導く。その入口端部に
おいて、手段９が液流中にリンクジャンプを形成し、チ
ユーブ１３で供給された物質たとえばガスを液流にのせ
ると共に基液２との混合を完全ならしめる。十分に混合
された混合物は、混合手段７の管状体８を通つて口金１
０が設けられているその下端に到る。次いで混合物は管
状部材１１にはいり、同部材内で追量の基液を引き入れ
それと混合される。このようにして液槽１内では混合効
果を高める流れが生ずる。これは、複数個の管状部材１
１（第１図の例では４個の管状部材）から放出される液
が、液槽１内においてその底部から液面３の方へらせん
状に進む乱流を生ずることによる。このように乱流が生
ずるため液槽１内では液全体が一層完全に混合されるこ
とになる。第３図および第４図は、化学工業で用いるタ
ンクやカラムのような密封槽と組合わせて用いる装置の
態様を示すものである。

所要化学物質たとえばガスと混合すべき液を収納した密
封槽１には、ポンプ４が取付けてある。カラムすなわち
液槽１の外側にあるポンプ４からは供給パイプ６（図示
した例では３本）が出ており、液槽１の外側に鉛直に配
置した混合手段７中に開口している゛。各混合手段７の
上部にはリンクジャンプ生成手段９が設けてあり、化学
物質ないしガス供給用のパイプ１３に連結している。混
合手段７の管状体８は、カラムすなわち液槽１にその底
部近傍ではいつているが、その部分には液槽の槽壁に接
して上向きになつて液槽中に延びている口金が設けてあ
る。第３および４図の装置の作用は、第１および２図の
態様のものと同様である。基液は、ポンプ４により液槽
１から汲み出さ瓢供給パイプ６を経てリンクジャンプ生
成手段９中に放出さへそのリンクジャンプ効果により液
は添加される化学物質たとえばガスと十分に混合され、
そしてその混合物は液槽１の底部近傍の下端において口
金１０を経て槽壁に関し接線方向でかつ上方に傾斜した
方向で液槽中に導入される。その結果、液槽中にはその
底部から上方に向つてらせん状に進む乱流がおこり、こ
れにより液槽１の内容物が完全に混合されるかまたは化
学反応が促進されることになる。第５および６図は、さ
らに一つの変更態様を示すものであり、この場合液槽１
は細長いおけの形である。

基液２はパイプ２８から液槽１にフイードされ、ポンプ
４により吸入パイプ５から吸い上げら瓢そして供給パイ
プ６を経て混合手段７中に放出される。図示した例では
、混合手段７は液槽の外部から内部にはいり、その底部
の方に延長しているが、全部が液槽の外部にあつても内
部にあつてもよいことはいうまでもない。いずれの場合
も混合手段の下端は、液槽１の底部近傍にある。混合手
段７の放出端部には、口金１０がある。この場合も口金
１０を出る液は、細長いおけ型液槽１内で乱流をおこし
、その流れは液槽１の軸の方向にらせん状に進む。この
発明は、前記しかつ図示した実施例に限定されるもので
はなく、いろんな態様で実施できる。

たとえば、ポンプ４は、その他の加圧源たとえば重力に
よるまたは加圧カラムからの加圧液供給手段その他があ
るなら、必じしもこれを設ける必要はない。

【図面の簡単な説明】

第１図は液槽中に配置した４基の混合手段を備えた装置
の平面線図、第２図は第１図から矢印Ａの方向における
混合手段を示した拡大一部断面図、第３図は密封液槽の
外部に配置した３基の混合手段を備えた装置の平面図、
第４図は第３図の装置の側面図、第５図は一部が槽の外
部に一部が槽の内部にある混合手段を備えた細長いおけ
型液槽の装置の縦断面図、第６図は第５図の装置の平面
図、第７図はリンクジャンプ発生手段の作用を説明する
線図、第８図はそのような手段の別な一つの態様を示す
図、そして第９図はさらに一つの変更態様を示す図であ
る。 図中、１は液槽、２は基液、３は液面、４はポンプ、６
は供給パイプ、７は混合手段、８は管状体、９はリンク
ジャンプ発生手段、１０は口金、１１は管状部材、１３
は添加物供給パイプ、そして２４は芯部が中空である環
状流を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 底面および周壁を備えた液槽中に大量に存在する基
   液を他の媒体と混合するに当り、加圧下で前記基液の流
   れを作成し、この液流を予め定めたある長さに沿つて芯
   部が中空である環状流に変え、その中空芯部に前記他の
   媒体を供給し、前記液流の環状流に続く部分の圧力を上
   げ当該部分の全断面にわたり環状流を基液および他の媒
   体の乱流運動にかえて基液と他の媒体との混合物を形成
   し、そしてその混合物を液槽底面上の基液本体中に放出
   することを特徴とする混合方法。 ２ （ａ）底面および周壁を備えた基液用液槽、（ｂ）
   前記基液の加圧流を作成する加圧手段、（ｃ）前記加圧
   手段から延びている少くとも一本の供給パイプ並びに（
   ｄ）少くとも一基の混合手段を有する前記基液を他の媒
   体と混合する装置であつて、前記混合手段は（ｉ）入口
   端部および出口端部を有しその入口端部が前記供給パイ
   プに連結されている管状体と、（ｉｉ）前記管状体の入
   口端近傍の管状体内部に設けたバッフル手段であつて、
   管状体の断面中央部分の実質的部分を占有して管状体の
   内側表面の少なくとも一部に沿つて基液の実質的に環状
   の流れを生ぜしめる実質的に管状の隙間を管状体とバッ
   フル手段との間に与えることにより管状体の前記部分の
   環状流の内部に中空空間を生ぜしめるバッフル手段と、
   そして（ｉｉｉ）前記バッフルの近傍に前記他の媒体を
   供給する手段とからなることを特徴とする混合装置。