JPS60241921A - 液体混合装置 - 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】 〔発明の背景〕 この発明は、一般的には混合装置に関するものであり、
詳細には液体を混合して均一な混合物を得る装置に関す
るものである。

液体をインライン（ライン内）混合して均質または均一
な混合物を作るための種々の装置が市販されている。こ
のような装置は、混合操作を遂行するためにしばしば回
転ブレード、スターラー、インペラー、らせんスクリュ
ー等の動力手段を利用する。これらの装置は所期の目的
達成には適するが、必然的に複雑になり、したがって比
較的高価につく。さらに、これらの装置は一般に低濃度
比の液体混合には不適当である。これらの装置はさらに
、操作上通常何らかの動力源を要するという欠点がある
。

静的または受動的インライン混合装置もまた市販されて
いる。これらの装置は、混合操作を遂行するために液体
中に乱れを作るものとして、バッフルまたは他の手段の
ような種々の機構を利用する。これらの装置は部品の作
動と動力源の必要性を排除しているが、構造の単純化お
よび特に低濃度での操作効率の点でなお不満足なもので
ある。

〔発明の目的〕

したがって、この発明の一般的な目的は、既知混合装置
の欠点を克服したインライン混合装置を提供するにある
。

この発明の別の目的は、構造が簡単で、２種またはそれ
以上の液体を供給したとき均質な混合物を生成するに有
効な混合装置を提供するにある。

この発明のさらに別の目的は、保守（メンテナンス）が
容易な混合装置を提供するにある。

この発明のさらに別の目的は、混合を遂行するために動
作部品の使用を必要とせずに、少なくとも２種の液体を
混合して均質な混合物を生成する装置を提供するにある
。

〔発明の要約〕

上記および他の目的は、少なくとも２種の流体を混合し
て均質な混合物を生成する装置を提供することにより達
成される。この装置は、少なくとも２種の流体を受入れ
るに適した入口部と、出口部を有する受入れ区画（ｃｈ
ａｍｂｅｒ　）および上記区面内に位置し受入れ区画と
流体連通（ｆｌｕｉｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　）
する開口部を有するキャビティ手段を含む。コンジット
がキャビティ手段内に位置し、２種の流体受入れ用入口
部と組合わされている。コンジットは、流体からなる少
なくとも２個の流れを生成するための流動生成手段を有
する。

流れは、少なくとも２方向をもってキャビティ手段内に
向かい、それにより上記流体の混合作用を遂行する。混
合された流体は、キャビティ手段の開口部から受入れキ
ャビティ内にあふれ出し、上記装置の出口部を経て装置
から出て行く。

この発明の他の目的およびそれに伴なう利点は、添付図
面を参照して記述する下記詳細な記載により明らかにす
る。

〔図面の説明〕

第１図は、この発明にしたがって組立てた混合装置の斜
視図である。

第２図は、第１図の２−２線に沿う拡大断面図である。

第３図は、第２図に示した装置の一部分の一部切欠拡大
側面図である。

第４図は、第２図中に１点鎖線で囲んだ部分の拡大断面
図である。

第５図は、第４図の５−５線に沿う拡大断面図である。

第６図は、第２図に示した装置の一部分の拡大断面図で
あり、上記装置による混合作用を示す。

〔詳細な記載および実施態様〕

図において、同じ数字は同様の部分を示す。第１図中の
２０はこの発明にしたがって作られた混合装置である。

装置２０は、他の手段（図示せず）からのコンジット（
導通路）によって供給される少なくとも２種の流体、例
えば気体または液体の均一かつ均質な混合を遂行するた
めに配置された「インライン」ミキサーである。装置２
０は一般用途向のものであり、流体混合物に均質性が望
まれる任意の商業的または工業的用途に用いることがで
きる。

このような用途の例は、水処理作業、染色作業、ガス混
合用途等に見られる。

説明の便宜上、以下の記載では液体の混合に関して述べ
る。しかし、前記のように、この発明のさらに、装置２
０は、例えば脈動ポンプのような周期的に作動する注入
装置により、他の流体を運ぶコンジット内へ注入した流
体の混合用として特別な用途を有する。このような用途
では、何らかの混合手段を用いて流体を分散および混合
しない限り、注入した液体はコンジット中で塊状流を続
ける傾向がある。市販のインライン混合装置はこのよう
な用途に適するものではなかった。

９ｓ２図かられかるように、装置２０は基本的にハウジ
ングまたは殻壁２２を含み、その内部には流体受入れ区
画（または室）２４が形成されている。区画は、混合す
べき２種の流体を導入する入口部２６を含んでいる。入
口部と連結されて、区画２４内に流れをそらすコンジッ
ト手段２８が設けられている。コンジット手段２８は、
区画２４内に位置し筒状側壁で作られた混合キャビティ
３０内に延びている（後述）。混合キャビティ３０の上
端部は３２で開放され、したがって区画２４の内部と流
体内達通している。

流れをそらすコンジットは、それを通って装置２０内に
導入される流体を矢印３４の方向に運ぶように配置され
ている。第２図および第４図から明らかなように、コン
ジット手段２８は複数個の孔または出入口３６を含み、
その詳細は後述するが、これらはコンジット内を流れる
流体を複数個の流れとして混合キャビティ３０内へ退出
させる。

また後述するように、複数個の流体の流れは、第４図中
に矢印３８で示すように、キャビティ３０内で異なる方
向に向かう。この作用は、それが出て来た孔に続く区域
内で各退出流体の流れに渦動または逆流を作らせる。さ
らに、各区域内の液体は直接隣接する区域内のものと反
対の方向に向かうので、渦動または逆流作用が直接隣接
する区域の界面で生成する。上記作用は混合キャビティ
内の液体に乱れを作り、それによりキャビティ内の混合
過程と散布を促進する。混合された流体は、開放端３２
から区画２４内へ、矢印４０で示すように一般に薄層状
の流れとしてキャビティ３０をあふれ出し、流体の混合
を完全にする。区画２４は混合された流体が通り抜けて
装置２０から去り、混合装置が接続されている他の系へ
向かう、出口部４２を含んでいる。

ハウジング２２は、基本的に、円形の側壁４４の形をも
つ筒状殻壁を含み、その頂端部は頂壁４６で閉じられ、
底端部は底壁４８で閉じられている。

頂壁４６は、溶接等により側壁４４に固定的に取付けら
れている。底壁４８は、（図示しない）手段により側壁
４４に除去可能に取付けられている。

第４図から明らかなように、底壁４８は側壁の内面５２
から」−向きに延びその外周部に近接する環状フランジ
５０を含んでいる。フランジは、環状フランジ５０とそ
の下端に隣接する側壁４４の内面間に挿入された弾力性
ガスケット５４を使用することにより、側壁４４と液密
封鎖を形成するように配設されている。

装置２０に対する底壁４８の除去可能な取付けは、後述
するように、洗浄および保守のだめの装置内部への接近
を容易にするためになされている。

第２図かられかるように、出口部４２は基本的に底壁４
８を貫通して延びるパイプまたは管を含んでいる。混合
キャビティ３０は、円形側壁の長管５６により形成され
、その下端部５８はほぼ全周に延びる溶接線６０により
底壁４８の内面５２に固定的に取付けられている。管５
６の直径は殻壁４４の直径より実質的に小さいが、内部
の液体の混合を行なうに適した容量をもたらすに充分な
大きさをもっている。この発明にしたがって構成した混
合装置のディメンジョンの例については後述する。

流れをそらすコンジット２８は、基本的に、円形の側壁
６２を有する長形コンジットまたはパイプを含む。コン
ジット２８は、キャビティ３０と比較して相対的に小さ
い内径を有し、入口部２６との接続部から下端部６４に
至る区画２４の内部の全長（ごおよんでいる。第４図か
られかるように、下端部６４は、底壁４８の内面５２か
ら上向きに突出しているプラグまたはニップル（液管）
により閉鎖されている。ニップル６６は、溶接線６８に
より底壁４８に固定的に取付けられている。ニップル６
６は、管２８の端部６４内に摩擦を生じるようにぴった
りとはまって管の端部を閉じている。コンジット手段２
８の上端部は、（図示しない手段により）入口部２６に
取り付けられている。

当業者ならばわかるように、キャビティ３０を形成する
管５６が底壁４８に溶接されているため、また底壁４８
を装着の側壁２２から除去できるため、底壁を除去する
と同時に管５６を除去することになり、コンジット手段
２８の全長が露出する。この特徴は、コンジットへの接
近を容易にし、必要に応じて定期整備および修理のため
装置を清掃することを可能にするので極めて重要である
。

既述したように、コンジット手段２８は複数個の孔また
は出入口３６を含む。これらの出入口は、実質的に全長
にわたって存在するが、キャビティ３０の頂部より若干
下方の点で終っている（その理由については後述する。

）出入口３６は、コンジット２８の縦方向に沿って等距
離を隔てて配置されている。第４図および第５図かられ
かるように、直接隣接する出入口は、互いにほぼ９０度
の角度Ａ１をなしている。すなわち、下端の出入口があ
る方向を向いていると、その次の高さの出入口は下端の
出入口に対して９０度の角度をなす方向に向き、以下コ
ンジット２８の上方へ同様に続く。角度をなした出入口
は、後述するようｔこ、キャビティ３０の周りに、直接
隣接するものが互いに異なる方向に向かう複数個の流れ
を作り出す。

装置２０の入口コンジットが第１液を運び、その中へ例
えば常用の脈動ポンプを用いて第２液が注入される場合
、注入された第２液は第１液中で集塊または塊状のまま
コンジットを流下する。注入（第２）液の塊がコンジッ
ト２８の最初の出入口に達すると、その一部５１（第６
図）は出入口３６からキャビティ３０内へ流れ出す。第
２液の流れは、らせん状または渦状の流れとして出入口
を出て、コンジット２８の半径に対して鋭角Ａ１（第２
図）をなす方向に向かう。この動きにより、第２液は関
連領域Ｚｌ内でキャビティ３０の周りの一円周方向に流
れる。各領域は、キャビティ容積の一部であって、出入
口を中心とする部分を構成する。第２液の塊が次に位置
する下方出入口３６に達すると、同様に渦状の流れとし
て出入口を出て、領域Ｚ２内でキャビティ３０の周りの
逆円周方向に流れる。上記の動きが、第２液の塊がコン
ジット内を流下するにつれて下端の出入口に達するまで
くり返される。

連続的に位置する複数個の出入口は、第２液の一部を混
合室内の連続的な領域へ注入することにより第２液の塊
を破壊する作用を有する。当業者ならばわかるように、
第２液の最初の塊が上端の出入口３６に達する前に、第
１液がコンジット２８により混合キャビティ内に注入さ
れて、混合装置が第１液で充満されている。したがって
、装置２゜は混合キャビティ内の第１液の全長に沿って
第２液の塊を分散させる作用をする。

各領域ｉこおける第１液および第２液の混合は、流れの
渦動作用によって達成される。また、各領域中の液体が
直接隣接する領域中の液体に対して逆円周方向に向いて
出入口を出るため、２個の逆方向に回転する液体領域の
界面Ｉ（第６図）で渦動または渦流が発生する。さらに
、キャビティ３゜に上向きの液体流Ｕ（第６図）が存在
する。」二記の全作用が共同してキャビティ内で乱流ま
たは活発な混合作用をもたらす。

混合液が上記液体流Ｕとして最上端の出入口の上方へ上
昇すると、乱流は実質的に層流に変る（図示せず〕。こ
の作用は、最上端の出入口３６をキャビティ３０の開口
３２におけるキャビティの直径の少なくとも５倍の長さ
だけ開口３２の下方に位置させることにより得られる。

さらに、液体が区画２４を出口部４２へ向かって流れる
と、流れは完全な層流となり、液体が出口部に到達した
ときには均質な混合物となる。

この発明の好ましい実施態様によると、装置２０は、さ
らに、例えば空気をコンジット２８甲に吹き込むための
、気体導入用エダクタ−（排除器）手段７０を含んでい
る。気泡（図示せず）は、キャビティ３０内にさらに乱
流をもたらし、それにより混合作用を向上させる。気泡
は流れＵと共に上方に流れて区画２４に入り、そこでベ
ント（排出）手段により周囲の大気中に排出される。

エダクタ−７０は、アメチック・インコーホレイテッド
のシャット・アンド・ケールティング・ディビジョン１
ｆｆｌペンシルバニア州、コーンウエルハイツ）販売の
ウォーター・ジェット・エダクタ−・モデル２６４のよ
うな、常用されるものであってよい。したがって、エダ
クタ−の細部はここに記載しない。ただ、エダクタ−は
、入口用コンジット２６に連なるコンジットであって混
合すべき液体を通すコンジット中に配置されたベンチュ
リオリフィス７４を含むことだけを述べておく。ガス導
入ライン７６は、ベンチュリ狭搾部の下流に位置し、入
口用ライン２６に連通している。ライン７６内にバルブ
７８が設置され、それを通る気体の流れを制御する。

ベント７２も櫨だ、例えばアムトロール・インコーホレ
イテッド（米国）販売のフラット・タイプ・エアーベン
ト、雇７のような常用されるものである。したがって、
ベント７２の細部はここに記載しない。エアーベント７
２は、バルブ８２の下流のベントライン８０に結合され
る。ベントライン８０は、区画２４の頂端内部に連通ず
る。

第２図から明らかなように、装置２ｏはまた一対の取付
は用ブラケット８４を含む。取付は用ブラケットは、第
１図および第２図に示すように、混合装置を垂直位置に
取付ける手段として用いる。

ここに示した装置２０の一例であって、パルス供給液体
の混合に用いるものの寸法は、次の通りである。液体受
入れ区画２４は、高さ６２．２３ＣＩ１１（２ｉ、５イ
ンチ）、直径１３．９７ｃｍ（５，５インチ）、混合キ
ャビティ３０は、高さ５７．１５ｃｍ（２２，５インチ
）、直径５．０８１（２インチ）、コンジット２８の内
径は１．９１ｃｍ（０，７５（７４）、各出入口３６の
直径ハ２．３８＋ｍ　（０，０９４イア４）、孔の間隔
は２．５４ｃｍ（１インチ）。

例えば上記の装置において、コンジット２８内の液体容
量Ａ１は１７５．９ｃ１ｉ（１０，８２立方インチ）、
キャビティ３０内の液体容１ｉＡ４は０．８６７ｄ（５
２，８８立方インチ）、受入れ区画２４内の液体容量（
キャビティ３０の開口３２より上方の部分を除く）Ａ７
は７．９４ｄ（４８４，３７立方インチ）、キャビティ
３０の開口より上方の区画２４内容量Ａ８は１３０．３
ｃ１ｉ（７，９５立方インチ）混合区画内の各混合領域
の容量は３８．５ｃ＋Ｉ？（２，３５立方インチ）であ
る。

コンジット２８の代表的流速４ガロン／分では、最上端
出入口３６に達する液体流速は０．８９６ｍ（２，９４
フィート〕／秒である。液体が各出入口を通って流れる
と、その一部が出入口を約３．９８ｍ（１３，０６フイ
ート）７秒の速度で流出する。

この速度は、混合作用に充分な大きさであり、かつ出入
口を形成するコンジット表面の腐食を防ぐに充分な低さ
である。下端出入口に到達する液体は、約０．６１ｍ（
０，２フイート）７秒の速度で流れる。キャビティを上
昇する液体の流速は、コンジットを上昇するにつれて連
続する出入口と共に増加し、約０．０１２・ｍ（０，０
３８フイート）７秒の速度から約０．１６６ｍ（０，５
４５フイート）７秒の最終速度になって開口３２から出
る。受入れ区画２４を通りぬける液体の流速は約０．０
２ｍ（０゜０６５フイート）７秒である。

４ガロン／分の流速では、出入口に連なる任意の領域内
における液体の滞留時間は約２．１４秒であり、受入れ
区画２４を通り出口に向かう液体の滞留時間は約３２．
１秒である。

パルス供給液体、例えば脈動ポンプにより供給ライン内
へ注入された液体等を混合するために、ここに例示した
装置２０により適当な混合操作を行なうには、単位時間
当りの総容量キャパシティ（処理能力）は装置内へ導入
された液体全体の流速（容量／単位時間）の半分より小
さくないものでなければならないことが判明した。また
、混合装置に供給される高容量液体の容量は、注入また
はパルス供給される液体（低容量液体）の容量の２５０
０倍に等しいかそれより小さくなければならない。さら
に、混合キャビティ３０の高さは、装置に入る２種の液
体の単位時間当り総量をキャビティ３０の領域で徐した
商の０．０４７５倍に等しくなければならない。前述の
ように、キャビティの開口３２を出る流体が実質的に層
流となるためには、最上出入口３６からキャビティ３０
の頂端までの距離をキャビティの直径の少なくとも５倍
にする必要がある。

適用形態および混合液体に応じて、装置２０を任意の適
当な材料、例えばステンレス鋼、プラスチック等で作る
ことができる。また、装置２０を、前述した形状および
寸法とは異なるが種々の導入液体の均一かつ均質な混合
をなし得るものとして作ることもできる。

上に述べたこの発明の説明は、現在および将来の知識を
基にしてこの発明を種々の応用条件下で使用するために
容易に適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明にしたがって組立てた混合装置の斜
視図である。第２図は、第１図の２−２線に沿う拡大断
面図である。第３図は、第２図に示した装置の一部分の
一部切欠拡大側面図である。 第４図は、第２図中１と１点鎖線で囲んだ部分の拡大断
面図である。第５図は、第４図の５−５線に沿う拡大断
面図である。第６図は、第２図に示した装置の一部分の
拡大断面図であり、上記装置による混合作用を示す。 ２０・・・この発明の装置　２２・・・殻壁２４・・・
区画　２６・・・入口部 ２８・・・コンジット手段　３０・・・混合キャビティ
３２・・・開口　３４・・・流動方向 ３６・・・出入口　３８・・・流動方向４０・・・流動
方向　４４・・・側壁 ４６・・・頂壁　４８・・・底壁 ５０・・・フランジ　５２・・・内面 ５４・・・ガスケット　５６・・・長管５８・・・下端
部　６０・・・溶接線 ６２・・・側壁　６４・・・端部 ６６・・・ニップル　６８・・・溶接線７０・・・エダ
クタ一手段　７２・・・ベント手段７４・・・ベンチュ
リオリフィス ７６・・・ガス導入ライン　７８・・・バルブ８０・・
・ベントライン　８２・・・バルブ８４・・・ブラケッ
ト 特許出願人　ペッツ・インターナショナル・インコーホ
レイテッド 代理人　弁理士青白　葆はか１名 （ハ）

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも２種の流体を混合して均質な混合物を
   生成させる装置において、上記装置は、少なくとも２種
   の流体を受け入れるに適した入口部と、出口部を有する
   受入れ区画と、上記区画内に位置し区画と流体内達通す
   る開口部を有するキャビティ手段と、上記キャビティ手
   段内に位置し上記２種の流体受入れ用入口部と組合わさ
   れたコンジット手段とを有し、上記コンジット手段は、
   上記流体の少なくとも２個の流れを生成する流動生成手
   段を有し、上記流れは少なくとも２方向をもって上記キ
   ャビティ手段内に向かうことにより上記流体の混合作用
   を果し、その後上記混合された液体が上記開口部から上
   記キャビティ手段をオーバーフローし、上記出口部を経
   て上記装置から退出するために上記受は入れキャビティ
   内に入るようにした、装置。
2. （２）流動生成手段が複数個のオリフィスを含む、特許
   請求の範囲第１項記載の装置。
3. （３）直接隣りあうオリフィスが互い１こ角度をなした
   方向に向かう、特許請求の範囲第２項記載の装置。
4. （４）角度が１８０度より小さいものである、特許請求
   の範囲第３項記載の装置。
5. （５）角度が約９０度である、特許請求の範囲第３項記
   載の装置。
6. （６）　キャビティ手段が区画の実質的な長さに延びる
   筒状壁を含み、底端部は閉鎖され、頂端部は開放され、
   上記開放頂端部は区画への開口部を形成し、コンジット
   手段がキャビティ手段内でその実質的な長さに延びる長
   管を含むものである、特許請求の範囲第１項記載の装置
   。
7. （７）流動生成手段が複数個のオリフィスを含む、特許
   請求の範囲第６項記載の装置。
8. （８）直接隣りあうオリフィスが互いに角度をなした方
   向に向かう、特許請求の範囲第７項記載の装置。
9. （９）角度が１８０度より小さいものである、特許請求
   の範囲第８項記載の装置。 ００１　角度が約９０度である、特許請求の範囲第９項
   記載の装置。 ０１）流動生成手段がコンジット手段に沿って縦方向に
   位置する複数個のオリフィスを含み、直接隣りあうオリ
   フィスが互いに角度をなした方向に向かう、特許請求の
   範囲第６項記載の装置。 （１り　角度が１８０度より小さいものである、特許請
   求の範囲第１１項記載の装置。 （１３１キャビティ手段が区画内で概ね垂直に配置され
   、コンジット手段が」−記キャビテイ手段内で概ね垂直
   に配置され、オリフィスが上記コンジット手段の下部に
   位置し、コンジット手段の上部が入口部と組合わされて
   いる、特許請求の範囲第１１項記載の装置。 （刊　出口部が区画の底部にある、特許請求の範囲第１
   ３項記載の装置。 （］５１　さらに、気体をコンジット内へ導入してその
   中で気泡を生成させる手段、および受入れ区画と組合わ
   され、上記気体を排出して混合液体のみが出口部を通り
   上記区画から出て行くようにした排出手段を含むもので
   ある、特許請求の範囲第１項記載の装置。 Ｏｅ　さらに、入口部と組合わされ、気体をコンジット
   内へ導入する手段と協同する排出手段を含むものである
   、特許請求の範囲第１５項記載の装置。 Ｑ７１　さらに、気体をコンジット内へ導入してその中
   で気泡を生成させる手段、および受入れ区画と組合わさ
   れ、上記気体を排出して混合液体のみが出口部を通り上
   記区画から出て行くようにした排出手段を含むものであ
   る、特許請求の範囲第１３項記載の装置。 ０〜　さらに、入口部と組合わされ、気体をコンジット
   内へ導入する手段と協同する排出手段を含むものである
   、特許請求の範囲第１７項記載の装置。