JPS614523A - フロ−ミキサ - 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】 ａ、産業上の利用分野 本発明は管内に攪拌のための攪拌エレメントを有するも
のであって気体、液体および粉粒体よりなる二相または
三相が混在する流動体を、管路内で流過させつつ混合す
るフローミキサならびに管外の気体又は液体と管内流体
間において熱交換を行なう熱交換器に関する。

ｂ、従来技術 気体、液体および粉粒体よりなる二相または三相が混在
する流動体を混合する装置としては、容器内に撹拌羽根
等を配設したものが一般的である。

しかし、このような装置では流動体の撹拌がパノ千方式
であるため連続的な撹拌処理ができず、また処理時間の
経過にともなって流動体の混合むらを生じやすいので混
合効率が良くなく、特に液−気混合の場合において気体
の無駄な消費量が多いという欠点がある。さらに装置が
大型化するためその製作費が高くつき、また広い設置ス
ペースを必要とするなどの欠点もある。

そこで、このような欠点を解消するためにフローミキサ
が開発されている。このフローミキサは管路内に混合エ
レメントを配設したものであって、流動体を管路内で流
過させつつ上記混合エレメントによって流動体の混合を
行なうものである。しかし、管路内を流れる流体速度は
管路断面各位置において一様でなく且混合エレメントは
各位置の混合能率を自由に調整できないので断面全面に
わたってよい混合状態を維持できずフローミキサ全体と
しての撹拌能率が十分でない。

また従来のフローミキサは圧力損失が大きいために圧送
エネルギを大きくしなければならず、また型式によって
は混合エレメント相互間ならびに管体との接触点が多く
存在しこれら重なり部分の存在のための低流速部分が発
生しダスト並びに化学反応生成物が付着しやすくなる。

さらに、従来のフローミキサは一般的に曲管に対する適
用が困難であり、またフローミキサの組立ないし分解が
容易でなく、製作費が比較的高くつくという問題がある
。

また円管を使用する熱交換器の場合、管の内面の表面近
接部における流体速度は低く、そのため管内壁部の熱伝
達率は小さく、管外、管壁、管内を総合した熱通過率を
引下げている。

管内壁部の伝熱性能を向上させる手段としては、−管内
部形状をメス形スプライン型として伝熱面積を増加した
ものかあるが、この管の製作は引抜きによらねばならず
金型の製作の必要なこと、市場一般に流通する通常型式
管の製作数量に比して極めで小量の特注製品となること
等の理由のため、価格が高く入手が困難であり、また内
面が溝型形状であるため表面流体速度も低下し、スケー
ル等の付着が多く清掃が困難である等の欠点があった。

Ｃ１発明の目的 本発明は上述した問題点を有効に解決すべ（発明するに
至ったものであって、その目的は混合効率がよく、しか
も圧力損失が少ないフローミキサ及び熱通過率の高い管
タイプ熱交換器を提供することにある。

ｄ０発明の構成 本発明の要旨は、気体、液体および粉粒体よりなる二相
または三相が混在する流動体を、管体内で流過させつつ
混合するフローミキサにおいて、上記管体内に、線状材
をコイル状に成形した攪拌エレメントを配設するととも
に、上記攪拌エレメントの径を、その長手方向に沿って
連続的に変化させて大径部と小径部を形成したことを特
徴とするフローミキサおよび管体外の気体または液体と
、上記管体内の流体との間において熱交換を行なう熱交
換器において、上記管体内に、線状材をコイ　　　　　
　　　　フル状に成形した攪拌エレメントを配設すると
ともに、上記攪拌エレメントの径を、その長手方向に沿
って連続的に変化させて大径部と小径部を形成したこと
を特徴とする熱交換器。

ｅ、実施例 以下に本発明の実施例を図面に基づいて説明する。本発
明に係るフローミキサｌは、第１図に示す如く管体２と
、この管体２内に配設された攪拌エレメント３と、この
攪拌エレメント３を管体２に固定するだめの図示しない
支持金具とで構成されている。上記管体２は直管や曲管
、あるいは可撓性のホースまたはチーブなど種々のもの
を使用することができ、その材質も金属やゴムなどを採
用可能である。また、攪拌エレメント３ば金属製や樹脂
製等の線状材をコイル状に巻いて適度の弾性をもたせた
ものであって、その形状は第３図に示すように攪拌エレ
メント３の曲率半径を各ピッチＰ毎に大から小へ、又小
から大へと連続的に変化させて円錐状としたものである
。そして攪拌ニレメト３の軸線が管体２の軸線と一致す
るように配設されている形状が通常の形式であるが、曲
管の場合等必要により軸線を一致させない事もある。

なお攪拌エレメント３の最大半径Ｒは、攪拌エレメント
３を管体２内にスムーズに挿入できるように管体２の内
径に対してわずかに小さくされている。なお、攪拌エレ
メント３が必要とする全ピンチ数はフローミキサ１の撹
拌仕様により決定される。

本型式の混合ニレメト３は可撓性を有するため、直管３
曲管、チューブの何れにも使用することができる。混合
エレメント３の端末は、図示しない固定金具により管体
２のフランジ接合部等において支持されている。

第１図の攪拌エレメント３の大径部４の断面Ａ−Ａに対
して小径部５を投影したものを第２図に示す。同図から
明らかなように、攪拌エレメント３の構成材３ａは攪拌
エレメント３の１ピンチ間において、管体２内の断面に
くまなく分布しており、かつ上記断面の任意の位置にお
ける単位面積中に占める構成材３ａの割合（以下充実比
率と称する）は、その位置における攪拌エレメント３０
曲率半径と、それに近い曲率半径をもった１＠の構成材
３ａの１ピンチ間の存在数の大小により決定される。

すなわち、大から小へ、また小から大へと変化する攪拌
エレメント３の曲率半径の変化を小さくすれば、１ピン
チ間のエレメント３の構成材３ａのＡ−へ断面における
充実比率は大となり、この反対に曲率半径の変化を大と
すればエレメント構成材３ａの充実比率は小となる。ま
た、ある特定の曲率半径においてその付近のみ曲率半径
の変化を小とすれば、その特定の曲率半径の構成材３ａ
のＡ−Ａ断面における充実比率は大となる。また、管体
２の断面積に対する攪拌エレメント３の構成材３ａの断
面積の割合を適当に選択することによっても撹拌強度を
調整することができる。なお、構成材３ａの断面形状は
円形として図示したが、円形以外の異形または角形とし
てもよい。

一基のフローミキサｌを構成する攪拌エレメント３が一
本の連続した素材である必要はないことはいうまでもな
（、溶接、スリーブその他の手段により接続しても差支
えない。また必要によりあるピッチ数で構成される攪拌
エレメント３を複数個直列に設置する場合もある。また
１ピッチ間の曲率半径の増減も、大から小、小から犬へ
と単調に変化するものに限るものではなく、例えば大か
ら小、小から中、中から小、小から大へと変化さＩ　　
　　　　　　　　せても差支えない。

本発明のフローミキ＋１は既述のような構造を有するも
のであり、第２図に示すような流体断面全域において、
各部分でそれぞれ最適な撹拌作用を生ずるよう攪拌エレ
メント３が全断面にくまなく構成配置されているので、
フローミキサ１を通過する被混合流動体は、攪拌エレメ
ント３によって強制的に渦流、乱流を生じ、短区間で強
力かつ効率のよい混合撹拌作用を受ける。その混合効果
を第４図に図示する。同図において／／／／／印は混合
密度を示すものであって、被混合流動体が進行するにつ
れて順次撹拌混合され、やがて全断面にわたり満足すべ
き混合状態となることが示されている。

次に熱交換器に用いられた本発明の実施例を図面に基い
て説明する。

第５図はＵ字管形多管円筒式熱交換器に用いられた実施
例で、伝熱管となる管体２．管板６．ンエル７．被加熱
（又は冷却）流体人口８．同出口９、隔壁１０．加熱（
又は冷却）流体人口１１．聞出ロ１２．伝熱管となる管
体２に挿入された攪拌エレメント３．じゃま板１４．支
持金物１５とで構成されている。

被加熱流体（以下冷却の付記省略）は入口８よ　　　　
　　　　１ｉり流入し管体２内を通り出口９より流出す
る。加熱流体は入口１１より流入し出口１２より流出す
る。

管体２は溶接又は拡管工法等により管板６に固定されて
おり、管板６は又加熱流体と被加熱流体とを隔離する。

隔壁１０は伝熱管である管体２の温度の異なる入口流体
、出口流体を隔離するもので、じゃま板１４は加熱流体
の通過経路をジグザグとするとともに管体２を支持する
。攪拌エレメント３は図示のように管体２に挿入され管
端部において支持金物１５により支持されている。

本発明の熱交換器は、管内を被加熱流体が流れると攪拌
エレメント３により管内内壁付近及びその他の部分も共
に攪拌作用を受け、内壁付近においては発生した渦流に
より局部流速が増加して管内壁の熱伝達率が増加すると
ともに、中央部分においても攪拌作用による被加熱流体
の熱移動が速やかとなり、これらの作用により熱通過率
が向上する。攪拌エレメント３の形状は以上の作用に適
する様決定される。

ｆ１発明の効果 本発明のフローミキサの効果を列挙すると、＋１．１　
　混合効率がよく、短距離流路内で大きな混合効果が得
られ、混合むらが少ない。

（２）　　混合エレメントの重なりがないため圧力損失
か少なく、混合物質、特に化学反応を伴う場合の反応生
成物の混合エレメントに対する付着が少なく、つまりに
よる圧力の損失の増加、混合能力の低下が小さい。

（３）管体として直管の他に曲管や可撓性のホース等を
使用でき、また管体の材質も金属、ゴム、ビニール等あ
らゆるものを利用でき、さらにその構成は管体と混合エ
レメントからなり、管体内に於る混合エレメントの配置
場所は何の制約もなく特殊な付属品も必要とせず、構造
が極めて簡単であるため製作費も安く、その組立２分解
や据付、保守が極めて容易である。

（４）前項に述べた特徴のため、装置間の一般管路（直
管のみならず曲管も同様）をフローミキサの管体として
利用できるので、混合装置としての設置スペースや設置
費等を省略することができる。

（５）一般流体輸送管内に混合エレメントを配設し、輸
送過程で輸送管自体をフローミキサとして使用すること
ができる。

また本発明の熱交換器の効果を列挙すると、ｔｘｔ　　
コイル形状の攪拌エレメントを伝熱管中に挿入する事に
より熱通過率を向上させる事ができるので低価格で伝熱
効果の大きい熱交換器か、或はコンパクトな形状の熱交
換器が得られる。

（２）既設の管形式熱交換器を殆ど手直しを要する事な
く能力を向上する事ができる。

（３）　　曲管を伝熱管としたコイル形熱交換器にも応
用できる。

（４）　　分解清掃が簡単である。

（５）管路抵抗の増加はわずかであり、かつ大きい伝熱
効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の実施例を示したものであって、第１図は
フローミキサの縦断面図、第２図は第１図のＡ−Ａ線断
面図に対する混合エレメントの投影図、第３図はフロー
ミキサの拡大縦断面図、第４図は流動体の撹拌状態を説
明するための説明図、第５図は熱交換器の縦断面図であ
る。 ■・・・フローミキサ、　　　　　　２・・・管体、３
・・・攪拌エレメント、 ４・・・攪拌エレメントの大径部、 ５・・・攪拌エレメントの小径部。 第１図 ム

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）気体、液体および粉粒体よりなる二相または三相
   が混在する流動体を、管体内で流過させつつ混合するフ
   ローミキサにおいて、上記管体内に、線状材をコイル状
   に成形した攪拌エレメントを配設するとともに、上記攪
   拌エレメントの径を、その長手方向に沿って連続的に変
   化させて大径部と小径部を形成したことを特徴とするフ
   ローミキサ。
2. （２）管体外の気体または液体と、上記管体内の流体と
   の間において熱交換を行なう熱交換器において、上記管
   体内に、線状材をコイル状に成形した攪拌エレメントを
   配設するとともに、上記攪拌エレメントの径を、その長
   手方向に沿って連続的に変化させて大径部と小径部を形
   成したことを特徴とする熱交換器。