KR101853241B1 - 혼합 요소, 혼합 장치, 교반날개, 혼합기, 혼합 시스템 및 반응 장치 - Google Patents

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Abstract

혼합 요소, 혼합 장치, 교반날개 및 혼합기로서, 작은 스페이스에서 높은 혼합 효과를 확보하면서 대유량의 유체를 혼합하는 것이 가능하다. 또, 혼합기를 적용한 연속식의 혼합 시스템 및 혼합 요소를 적용한 효율적인 반응 장치를 제공한다. 혼합 요소(1)는 복수의 적층 엘리먼트(21)가 적층되는 적층체(2)와, 당해 적층체(2)를 끼우고 대향하여 배치되는 제1 판(3)과 제2 판(4)을 구비하고, 상기 적층 엘리먼트(21)는 복수의 제1 관통 구멍(22)을 가지고, 상기 제2 판(4)은 상기 적층 엘리먼트(21)의 적어도 1개의 제1 관통 구멍(22)에 연통하는 개구부(41)를 가지며, 상기 적층 엘리먼트(21)는 상기 제1 관통 구멍(22)의 일부 또는 전부가, 인접하는 적층 엘리먼트(21)의 제1 관통 구멍(22)과의 사이에서 유체를 적층 엘리먼트(21)가 연장되는 방향으로 유통 가능하게 연통되도록 배치되어 있다.

Description

혼합 요소, 혼합 장치, 교반날개, 혼합기, 혼합 시스템 및 반응 장치{MIXING ELEMENT, MIXING DEVICE, AGITATION BLADE, MIXING MACHINE, MIXING SYSTEM AND REACTION DEVICE}
본 발명은 혼합 요소 및 혼합 장치에 적용됨으로써 유체의 정적인 혼합 등의 처리를 하기 위해서 이용되는 것이다. 또, 교반날개, 혼합기 및 혼합 시스템에 적용됨으로써, 유체의 동적인 혼합 등의 처리를 하기 위해서 이용되는 것이다. 또, 반응 장치에 적용됨으로써, 유체를 효율적으로 혼합하고 반응시키기 위해서 이용되는 것이다.
유체를 혼합하는 정적인 혼합 장치로서, 스태틱 믹서 등이 널리 사용되고 있다. 이와 같은 정적인 혼합 장치는 일반적으로 가동 부품을 가지고 있지 않기 때문에, 화학공업이나 식품공업과 같이 유체를 배관중에서 혼합할 필요가 있는 분야에서 널리 사용되고 있다. 한편, 동적인 혼합 장치로서는 교반조내의 유체중에 교반날개를 배열설치하여 당해 교반날개를 회전시켜서 혼합하는 것이 널리 사용되고 있다.
특허문헌 1은, 정지형의 유체 혼합 장치의 예이다. 이 유체 혼합 장치는 중심에 유통 구멍을 뚫어 설치함과 아울러, 한면에 전면 개방의 다각형상의 소실(小室)을 허니콤형상으로 다수 배열하여 형성한 대소 2매의 원판을 동심적으로 중첩하여 이루어지는 복수의 도류 단위체로 이루어진다. 대직경 원판의 소실과 소직경 원판의 소실은 서로의 소실이 대향하는 다른 복수의 소실에 연통하도록 위치를 다르게 하여 배열시키고, 이들 복수의 도류 단위체를 중첩한 것이다.
당해 유체 혼합 장치에 있어서는, 유체는 도류 단위체의 각 소실을 이동할 때에 분산, 반전, 합류함으로써 혼합됨과 아울러, 또한 각 소실에 있어서의 와류, 난류(亂流), 충돌 등에 의해 혼합된다. 그리고, 도류 단위체의 중앙부로부터 외측으로 또는 외측으로부터 중앙부로 방사형상으로 재분산과 집합을 교대에 반복하여 혼합시키는 것으로, 높은 혼합 효과가 얻어지는 것을 특징으로 하고 있다.
그러나, 상기 유체 혼합 장치는 유체가 흐르는 유로 면적이 상기 대소 2매의 원판의 소실이 연통하는 부분만이며, 혼합 효과에 한계가 있다. 또, 유체의 유량이 많으면 장치 전체의 압력 손실이 커져 큰 동력이 필요하게 된다는 문제점이 있었다.
또, 소실의 데드 스페이스에 유체의 잔류물이나 이물이 부착되어, 세정 작업에 수고가 든다는 메인터넌스상의 문제점이 있었다.
한편, 교반조내의 액체를 혼합하기 위해서는, 터빈 날개 등이 널리 사용되는데, 혼합 효율을 높게 하기 위해서 특허문헌 2의 교반날개가 있다. 이것은 교반축에 장착되는 지지체의 양면에, 그 편면에 대해서 회전 평면에 대해서 병렬시킨 2개의 부분 교반기를 1세트로 하여, 그 4세트가 장착되고, 또한 각 세트의 부분 교반기의 외측 개구는 회전방향에 대해서 후방이 됨에 따라 차차 내측으로 후퇴되고 있는 것이며, 단시간에 큰 혼합도가 용이하고 확실히 게다가 약간의 동력으로 얻어진다.
그러나, 상기 교반날개여도 유체가 혼합되는 것은 지지체에 부착된 부분 교반기 주변에 한정되어 있기 때문에, 혼합 효율에는 한계가 있다.
또, 반응 장치나 반응기 내부에서 유체를 혼합하여 반응시키는 것으로서, 예를 들어, 불균일계의 발열 반응인 메탄올 합성 반응기가 있다. 당해 반응기에 있어서는 촉매에 의해 원료 가스를 반응시키는데, 반응기 내부에 충전하는 촉매량을 적게 하기 위해서 촉매층을 몇층인가로 분할하고, 각 촉매층의 입구 가스를 냉각하고, 또한 입구 가스중의 반응 생성물의 농도를 낮춰서 각 촉매층에서의 반응률이 커지도록 하고 있다. 구체적으로는, 발열 반응에 의해 고온이 된 각 촉매층의 출구 가스에 대해서 온도가 낮은 원료 가스를 혼합함으로써, 출구 가스의 온도 및 반응 생성물인 메탄올의 농도를 낮춰서 하류의 촉매층에 공급하고 있다. 이것에 의해, 각 촉매층에 있어서의 반응 속도 및 반응률을 크게 할 수 있으므로, 반응기에 충전하는 전체 촉매량을 적게 할 수 있다.
특허문헌 3은, 그러한 혼합 장치 및 반응기의 예로서, 불균일계의 발열 합성 반응기 내부에서 상이한 온도의 가스류를 혼합하여 반응시키고 있다. 반응기 내부에는 혼합 장치가 배치되고, 혼합 장치는 촉매층을 지지하는 반응기의 측벽에 대해서 촉매 바닥의 저부의 하방으로 평행하게 배치된 격벽에 의해 형성되는 환형상 공간으로부터의 고온 가스류에 대해서, 격벽 하부에 배치된 원환형상의 구멍이 뚫린 공급부로부터 공급되는 냉각 가스류를 소정의 조건하에서 혼합하는 것이다. 이것에 의해 온도가 상이한 가스류를 최적으로 혼합하고, 반응기내에서의 전화율을 향상시킬 수 있는 것으로 되어 있다.
그러나, 상기 혼합 장치에서는 혼합시에 냉각 가스류를 환형상 공간에 배치된 구멍이 뚫린 공급부를 통과시켜 고온 가스류에 대해서 국부적으로 주입하므로, 구멍부 주변에서는 가스의 혼합은 불충분하며, 전체적으로 충분히 가스를 혼합시키기 위해서는 추가적인 소정의 공간을 필요로 한다. 그 때문에, 디플렉터를 배치함으로써 혼합 효과를 높이고 있지만, 여전히 혼합 효과에는 한계가 있다. 또, 반응기에 공급하는 가스유량을 작게 하여 반응기의 부하를 낮춰서 운전하는 경우에는, 구멍이 뚫린 공급부의 구멍으로부터 공급되는 냉각 가스류의 유속이 작아지므로, 고온 가스류와의 혼합 효과가 더욱 작아진다는 문제가 있다. 또한, 냉각 가스류 공급용의 구멍이 뚫린 공급부는 환형상 공간에 배치되어 있어, 반응기가 커짐에 따라서 환형상 공간의 제작이 곤란해진다는 문제가 있다.
일본 특허 공개 소58-133822호 공보 일본 특허 공개 평8-182924호 공보 일본 특허 공표 평9-509611호 공보
본 발명은 상기를 감안하여 이루어진 것으로, 혼합 요소 및 혼합 장치로서, 작은 스페이스에서 높은 혼합 효과를 가지고, 많은 유량의 유체를 혼합하는 것이 가능한 것, 세정 작업을 용이하게 행할 수 있는 것을 과제로 한다. 또, 상기 혼합 요소를 적용하여 작은 스페이스에서 높은 혼합 효과를 가지는 교반날개 및 혼합기를 제공하는 것을 과제로 한다. 또, 상기 혼합기를 적용한 혼합 시스템을 제공하는 것을 과제로 한다. 또, 상기 혼합 요소를 적용하여 유체를 효율적으로 혼합하고, 반응시킬 수 있는 반응 장치를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명은, 상기 과제를 해결하기 위해서, 이하의 혼합 요소, 혼합 장치, 교반날개, 혼합기, 혼합 시스템 및 반응 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 혼합 요소는,
복수의 적층 엘리먼트가 적층되는 적층체와, 당해 적층체를 끼우고 대향하여 배치되는 제1 판과 제2 판을 구비하고, 상기 적층 엘리먼트는 복수의 제1 관통 구멍을 가지고, 상기 제2 판은 상기 적층 엘리먼트의 적어도 1개의 제1 관통 구멍에 연통하는 개구부를 가지고, 상기 적층 엘리먼트는 상기 제1 관통 구멍의 일부 또는 전부가, 인접하는 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍과의 사이에서 유체를 적층 엘리먼트가 연장되는 방향으로 유통 가능하게 연통되도록 배치되어 있다.
본 구성에 의하면, 제2 판의 개구부로부터 유입된 유체는 상기 개구부에 연통하는 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍으로부터 적층체 내부로 유입되고, 적층체 내부의 연통되는 제1 관통 구멍을 유통하면서 혼합되어, 적층체로부터 유출된다.
적층체의 적층방향 양단부에서는, 제1 판과 제2 판에 의해, 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍은 적층방향으로 닫혀 있다. 따라서, 적층체 내부로 유입된 유체는 적층 엘리먼트가 연장되는 방향으로 연통하는 제1 관통 구멍을 유통하도록 안내된다.
상기와는 반대로, 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍으로부터 적층체 내부로 유입된 유체가 제2 판의 개구부로부터 유출되는 경우에도, 유체는 적층체 내부의 연통되는 제1 관통 구멍을 유통하면서 혼합된다.
또한, 여기서, 적층 엘리먼트가 연장되는 방향은 적층 엘리먼트의 적층방향에 대해서 수직방향을 말한다.
또한, 본 구성에 의하면, 유체는 당해 제1 관통 구멍으로부터 적층방향으로 연통되는 다른 제1 관통 구멍으로 유출되고, 또, 그 반대로 적층방향으로 연통되는 다른 제1 관통 구멍으로부터 당해 제1 관통 구멍으로 유입됨으로써 복잡하게 연통되는 제1 관통 구멍에서 유입 및 유출을 반복하므로, 보다 유체가 복잡하게 유동하여 혼합 효과가 증대된다. 또, 적층 엘리먼트의 적층매수를 많게 함으로써, 유체가 흐르는 적층 엘리먼트가 연장되는 방향으로의 단면적이 커지므로, 보다 많은 유량의 유체를 혼합할 수 있다.
본 발명에 따른 혼합 요소에 있어서,
상기 복수의 적층 엘리먼트, 상기 제1 판 및 상기 제2 판은 분해 가능하게 고정되어 있는 것이 바람직하다.
본 구성에 의하면, 혼합 요소는 각 적층 엘리먼트, 제1 판 및 제2 판의 각각으로 분해함으로써 용이하게 제작할 수 있다. 또, 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍에 잔류한 잔류물이나 이물의 제거와 같은 세정 작업을 용이하게 할 수 있다.
본 발명에 따른 혼합 요소에 있어서,
상기 복수의 적층 엘리먼트, 상기 제1 판 및 상기 제2 판은 분할 가능하게 고정되어 있는 것이 바람직하다.
본 구성에 의하면, 혼합 요소를 구성하는 복수의 적층 엘리먼트, 제1 판 및 제2 판은 분할할 수 있으므로, 복잡한 형상의 것에도 용이하게 배열설치할 수 있다.
본 발명에 따른 혼합 요소에 있어서,
상기 적층 엘리먼트는 제1 관통 구멍보다 큰 제2 관통 구멍을 가지고, 또한 상기 제2 관통 구멍이 적층방향으로 연통하여 상기 적층체에 중공부가 형성되도록 배치되어 있으며,
상기 제2 판의 개구부가 상기 중공부를 통하여 상기 적층 엘리먼트의 적어도 1개의 제1 관통 구멍에 연통되어 있는 것이 바람직하다.
본 구성에 의하면, 제2 판의 개구부로부터 유입된 유체는 혼합 요소의 중공부에 유입된다. 여기서, 중공부는 적층 엘리먼트의 제2 관통 구멍이 적층하여 형성되는 중공형상의 공간부를 말한다. 중공부에서는 유체가 흐를 때의 유동 저항이 작으므로, 적층방향의 압력 분포가 작다. 따라서, 유체는 적층방향의 위치에 상관없이, 대략 균등하게 중공부에 연통하는 제1 관통 구멍을 통하여 적층체 내부로 유입되어, 적층 엘리먼트가 연장되는 방향으로 흐른다.
상기와는 반대로, 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍으로부터 적층체 내부로 유입된 유체가 중공부로 유출되는 경우에도, 유체는 적층방향의 위치에 상관없이 대략 균등하게 적층체 내부를 적층 엘리먼트가 연장되는 방향으로 흐르고, 대략 균등하게 적층체 내부로부터 중공부로 연통하는 제1 관통 구멍으로부터 유출된다.
본 발명에 따른 혼합 장치는,
상기 혼합 요소와, 당해 혼합 요소를 수용하는 입구 및 출구를 가지는 케이싱을 구비하고,
상기 혼합 요소에 있어서의 제1 판은 상기 케이싱 내측형상보다 작은 외측형상을 가지고, 상기 혼합 요소에 있어서의 제2 판은 상기 케이싱 내측형상과 대략 동일한 외측형상을 가지며, 또한 당해 제2 판의 외측면이 상기 케이싱 내측면과 대략 내접되어 있다.
본 구성에 의하면, 케이싱의 입구로부터 유입된 유체는 제2 판의 개구부를 경유하여 제2 판의 개구부에 연통하는 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍으로부터 적층체 내부로 유입된다. 그리고, 적층체 내부의 연통되는 제1 관통 구멍을 유통하면서 혼합되어, 적층체로부터 유출되고, 또한 케이싱 출구로부터 유출된다.
상기와는 반대로, 적층체 내부의 유체가 제2 판의 개구부로부터 유출되는 경우에는, 유체는 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍으로부터 적층체 내부로 유입된다. 그리고, 적층체 내부의 연통되는 제1 관통 구멍을 유통하면서 혼합되어, 제2 판의 개구부와 연통하는 제1 관통 구멍으로부터 유출되고, 또한 케이싱 출구로부터 유출된다.
혼합 요소를 구성하는 제1 판은 케이싱 내측형상보다 작은 외측형상을 가지고 있으므로, 유체가 적층체 내부로 유입되는 것이 방해되는 일은 없다. 또, 제2 판의 외측면은 케이싱 내측면과 대략 내접하고 있으므로, 유체를 제2 판의 개구부로부터 적층체 내부로 확실히 유입시킬 수 있다.
본 구성에 의하면, 유체는 혼합 요소를 형성하는 적층체 내부의 복잡하게 연통되는 제1 관통 구멍에서 유입 및 유출을 반복하므로, 보다 유체가 복잡하게 유동하여 혼합 효과가 증대된다. 또, 혼합 요소를 형성하는 적층 엘리먼트의 적층매수를 많게 함으로써, 유체가 흐르는 적층 엘리먼트가 연장되는 방향으로의 단면적이 커지므로, 보다 많은 유량의 유체를 혼합할 수 있다.
또한, 본 구성에 의하면, 케이싱 내부에서 유체를 혼합할 수 있기 때문에, 인라인 정지형 혼합 장치로서의 사용이 가능하다. 따라서, 유체를 연속적으로 혼합할 수 있다.
본 발명에 따른 교반날개는 상기 혼합 요소가 회전 구동되는 회전축에 부착되어 있는 것이다.
본 구성에 의하면, 교반조내에 상기 교반날개를 배치한 경우에는, 회전축의 회전에 의해 혼합 요소가 회전하고, 혼합 요소 내부의 유체에 원심력이 작용하여, 유체는 연통되는 제1 관통 구멍을 유통하면서 혼합되어, 적층체의 외주부에 열린 제1 관통 구멍으로부터 토출된다. 교반조 내부의 유체는 혼합 요소의 회전에 의해 중공부에 흡입되어, 중공부에 연통하는 제1 관통 구멍을 통하여 적층체 내부로 유입되어 혼합된다.
종래형의 패들 날개나 디스크 터빈 날개에서는 주로 날개 근방의 작은 공간에서만 혼합 에너지가 유체에 부여되지만, 본 구성에 의하면 교반조에서 차지하는 혼합 요소의 체적비율을 크게 함으로써, 종래의 교반날개에 비해 현격히 큰 공간에서 혼합 에너지가 유체에 부여된다. 따라서, 교반조내의 공간을 효율적으로 이용할 수 있고, 효율적으로 유체를 혼합할 수 있다.
본 발명에 따른 혼합기는,
상기 혼합 요소가 케이싱내에 배열설치된 혼합기로서, 상기 혼합 요소가 회전 구동함으로써, 상기 케이싱의 단면에 설치된 흡입구로부터 흡입된 유체를 상기 혼합 요소의 제2 판의 개구부 및 상기 중공부를 통하여 상기 혼합 요소 내부로 유입시키고, 또한 상기 혼합 요소의 외주부로부터 유출시켜, 상기 케이싱에 설치된 토출구로부터 토출시킨다.
본 구성에 의하면, 케이싱의 흡입구로부터 흡입된 유체는 회전 구동하는 혼합 요소의 중공부에 유입된다. 중공부에 유입된 유체는 중공부에 연통하는 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍으로부터 혼합 요소를 형성하는 적층체 내부로 유입되고, 적층체 내부의 연통되는 제1 관통 구멍을 유통한다. 그 후, 유체는 혼합 요소 외주부로부터 유출되어, 케이싱의 토출구로부터 토출된다.
본 구성에 있어서 유체는 혼합 요소를 형성하는 적층체 내부의 복잡하게 연통되는 제1 관통 구멍에서 유입 및 유출을 반복하므로, 보다 유체가 복잡하게 유동하여 혼합 효과가 증대된다.
또, 적층 엘리먼트의 적층매수를 많게 함으로써, 유체가 흐르는 적층 엘리먼트가 연장되는 방향으로의 단면적이 커지므로, 보다 많은 유량의 유체를 혼합할 수 있다.
또한, 본 구성에 의하면, 혼합 요소를 회전 구동함으로써, 흡입구로부터 흡입된 유체를 혼합기 내부에서 혼합함과 아울러 압력을 높여서 토출구로부터 토출시킬 수 있기 때문에, 배관 경로중에서 연속적으로 유체를 혼합할 수 있다.
본 발명에 따른 혼합기에 있어서,
상기 적층체의 외주부에 날개가 배열설치되고, 상기 날개는 상기 적층 엘리먼트가 연장되는 방향에 대해서 대략 수직방향을 향하도록 형성되어 있는 것이 바람직하다.
본 구성에 의하면, 예를 들어, 적층체의 외주부에 형성된 날개에 의해, 적층체 외주부로부터 유출된 유체를 보다 효과적으로 가압할 수 있다. 따라서, 혼합기로부터 토출되는 유체의 압력을 보다 높일 수 있다.
본 발명에 따른 혼합 시스템은,
상기 혼합기를 구비하는 혼합 시스템으로서, 상기 혼합기의 토출구로부터 흡입구에 이르는 유체의 순환 경로를 구비한다.
본 혼합 시스템에 의하면, 순환 경로중에 혼합기를 구비하기 때문에, 혼합기를 1회 통과하는 것만으로는 충분히 유체를 혼합할 수 없는 경우라도, 혼합기에 유체를 반복하여 통과시킬 수 있으므로, 유체를 확실히 혼합시킬 수 있다.
본 발명에 따른 반응 장치는,
상기 혼합 요소가 입구 및 출구를 가지는 용기 내부에 배열설치된 반응 장치로서, 상기 용기 내부에는 적어도 2 이상의 촉매층이 배열설치되고, 또한, 적어도 하나의 촉매층간에 상기 혼합 요소가 배열설치되어 있다.
본 반응 장치에 의하면, 반응 장치 내부의 2 이상의 촉매층내의 어느 하나의 촉매층간에 혼합 요소가 배치되고, 상류의 촉매층으로부터의 유체는, 1 또는 2 이상의 다른 유체와 함께 촉매층간에 배치된 혼합 요소에 공급된다. 혼합 요소에 공급된 유체는 혼합 요소를 형성하는 제2 판의 개구부를 경유하여 제2 판의 개구부에 연통하는 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍으로부터 적층체 내부로 유입된다. 그리고, 적층체 내부의 연통되는 제1 관통 구멍을 유통하면서 혼합되고, 혼합 요소로부터 유출되어, 하류의 촉매층에 공급된다.
본 구성에 있어서 제1 판은 용기 내측형상보다 작은 외측형상을 가지고 있으므로, 유체를 적층체 주변의 공간으로부터 확실히 유출 또는 유입시킬 수 있다. 또, 제2 판의 외측면은 용기 내측면과 대략 내접하고 있으므로, 유체를 제2 판의 개구부로부터 확실히 적층체 내부로 유입 또는 유출시킬 수 있다.
본 구성에 있어서 유체는 혼합 요소를 형성하는 적층체 내부의 복잡하게 연통되는 제1 관통 구멍에서 유입 및 유출을 반복하여 고도로 혼합되어 하류의 촉매층에 공급되므로, 촉매층에서의 유체의 반응률이 높아진다.
또, 혼합 요소를 형성하는 적층 엘리먼트의 적층매수를 많게 함으로써, 유체가 흐르는 적층 엘리먼트가 연장되는 방향으로의 단면적이 커지므로, 보다 많은 유량의 유체를 혼합하고 반응시킬 수 있다.
본 발명에 따른 반응 장치는,
용기 내부에서 유체를 혼합하는 혼합 요소가 배열설치된 반응 장치로서, 상기 용기 내부에는 적어도 2 이상의 촉매층이 배열설치되고, 또한 적어도 하나의 촉매층간에 상기 혼합 요소가 배열설치되어 있으며, 상기 혼합 요소는 복수의 적층 엘리먼트가 적층되는 적층체와 당해 적층체를 끼우고 대향하여 배치되는 커버판을 구비하고, 상기 적층 엘리먼트는 복수의 제1 관통 구멍을 가짐과 아울러, 상기 제1 관통 구멍의 일부 또는 전부가, 인접하는 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍과의 사이에서 유체를 적층 엘리먼트가 연장되는 방향으로 유통 가능하게 연통되도록 배치되어 있고, 상기 혼합 요소가 적층 엘리먼트가 연장되는 방향으로 유체의 입구 및 출구를 구비하도록, 상기 적층체의 측면의 일부가 덮여 있는 혼합 요소가 배열설치되어 있다.
본 구성에 의하면, 복수의 적층 엘리먼트에 의해 형성된 적층체를 끼우고 커버판이 대항 배치되고, 또 적층체의 측면의 일부가 덮여 있는 것에 의해, 혼합 요소가 적층 엘리먼트가 연장되는 방향으로 유체의 입구 및 출구를 구비한다. 따라서, 혼합 요소의 입구로부터 유입된 유체는 적층체 내부의 연통되는 제1 관통 구멍을 유통하면서 혼합되어 적층체로부터 유출된다.
적층체의 적층방향 양단부에서는, 커버판에 의해 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍은 적층방향으로 닫혀 있다. 따라서, 적층체 내부로 유입된 유체는 적층 엘리먼트가 연장되는 방향으로 연통하는 제1 관통 구멍을 유통하도록 안내된다.
또한, 여기서, 적층 엘리먼트가 연장되는 방향은 적층 엘리먼트의 적층방향에 대해서 수직방향을 말한다.
또한, 본 구성에 의하면, 유체는 당해 제1 관통 구멍으로부터 적층방향으로 연통되는 다른 제1 관통 구멍으로 유출되고, 또 그 반대로 적층방향으로 연통되는 다른 제1 관통 구멍으로부터 당해 제1 관통 구멍으로 유입됨으로써 복잡하게 연통되는 제1 관통 구멍에서 유입 및 유출을 반복하므로, 보다 유체가 복잡하게 유동하여 혼합 효과가 증대된다. 또, 적층 엘리먼트의 적층매수를 많게 함으로써, 유체가 흐르는 적층 엘리먼트가 연장되는 방향으로의 단면적이 커지므로, 보다 많은 유량의 유체를 혼합할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 혼합 요소 및 혼합 장치에 의하면, 유체가 연통되는 제1 관통 구멍을 유통하므로 혼합 효과가 증대된다.
또, 본 발명에 따른 교반날개에 의하면, 유체가 연통되는 제1 관통 구멍을 유통하므로, 유체를 효율적으로 혼합할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 혼합기에 의하면, 혼합기의 흡입구로부터 흡입된 유체가 혼합 요소를 형성하는 적층체 내부의 연통되는 제1 관통 구멍을 유통하여 토출구로부터 토출되므로, 유체를 연속적으로 혼합할 수 있다. 또, 혼합기의 흡입구로부터 흡입된 유체를 압력을 높여서 토출구로부터 토출시킬 수 있다. 또, 본 발명에 따른 본 혼합 시스템에 의하면, 혼합기에 유체를 반복하여 통과시킬 수 있으므로, 유체를 확실히 혼합할 수 있다.
또, 본 발명에 따른 반응 장치에 의하면, 유체가 혼합 요소를 형성하는 적층체 내부의 연통되는 제1 관통 구멍을 유통하므로, 유체의 혼합 효과가 높아져, 하류의 촉매층에서의 반응률을 높게 할 수 있다.
도 1은 혼합 요소의 실시형태 1에 따른 혼합 요소의 구성부품을 나타낸 사시도이다.
도 2는 혼합 요소의 실시형태 1에 따른 혼합 요소를 유체가 흐르는 모습을 나타낸 단면도 및 적층 엘리먼트의 중첩을 나타낸 평면도이다.
도 3은 혼합 요소의 실시형태 2에 따른 혼합 요소의 구성부품을 나타낸 사시도이다.
도 4는 혼합 요소의 실시형태 2에 따른 혼합 요소의 적층 엘리먼트의 중첩을 나타낸 평면도이다.
도 5는 혼합 요소의 실시형태 3에 따른 혼합 요소를 유체가 흐르는 모습을 나타낸 단면도 및 적층 엘리먼트의 사시도이다.
도 6은 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍의 변형예를 나타낸 사시도이다.
도 7은 적층 엘리먼트를 분할 구조로 한 경우의 예를 나타낸 사시도이다.
도 8은 혼합 장치의 실시형태에 따른 혼합 장치를 유체가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 9는 교반날개의 실시형태에 따른 교반날개의 구성부품을 나타낸 사시도이다.
도 10은 교반날개의 실시형태에 따른 교반날개가 교반 장치 내부에 배열설치되어 유체가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 11은 혼합기의 실시형태 1에 따른 혼합기 내부를 유체가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 12는 혼합기의 실시형태 2에 따른 혼합기 내부를 유체가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이다. 도 12(a)는 도 12(b)의 I-I선을 따른 단면도이며, 도 12(b)는 혼합기의 내부를 유체가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 13은 혼합 시스템의 실시형태에 의해 본 발명에 따른 혼합기를 사용하여 유체를 혼합하는 구성도이다.
도 14는 반응 장치의 실시형태 1에 따른 반응 장치 내부를 유체가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 15는 반응 장치의 실시형태 1에 있어서의 혼합 요소 내부를 유체가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 16은 반응 장치의 실시형태 2에 있어서의 혼합 요소로 유체가 유입 및 유출되는 모습을 나타낸 단면도이다. 도 16(b)는 도 16(a)의 I-I선을 따른 단면도이다.
(혼합 요소의 실시형태 1)
도 1은 실시형태 1에 의한 혼합 요소(1a)의 구성부품을 나타내는 사시도이다. 도 2(a)는 이 혼합 요소(1a) 내부를 유체(A)가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이며, 도 2(b)는 적층 엘리먼트(21a)가 인접하는 적층 엘리먼트(21a)와 적층되었을 때의 제1 관통 구멍(22)의 겹침을 나타내는 평면도이다.
혼합 요소(1a)는 도 1 및 도 2에 도시한 바와 같이, 원판으로 구성되는 적층 엘리먼트(21a)를 복수매(여기서는 6매) 적층한 적층체(2)를, 제1 판(3) 및 제2 판(4)에 의해, 예를 들어, 적당한 위치에 배치된 4개의 볼트(11) 및 너트(12)의 고정 수단으로 양측으로부터 협지하여 구성된다.
제1 판(3)은 볼트용의 구멍(13)만을 가지는 원판이다. 제2 판(4)은 볼트용의 구멍(14)과 함께, 중앙부에 유체(A)가 유입되는 원형의 개구부(41)를 가지고 있다. 제1 판(3) 및 제2 판(4)은 적층 엘리먼트(21a)와 대략 동일한 외경을 가진다.
적층 엘리먼트(21a)는 원형의 제1 관통 구멍(22)을 복수 가지고, 중앙부에 대략 원형의 제2 관통 구멍(23)을 가지고 있다. 제2 관통 구멍(23)의 내경은 제2 판(4)의 개구부(41)의 내경과 대략 동일, 또한 대략 동심이다. 적층 엘리먼트(21a)가 적층됨으로써, 제2 관통 구멍(23)은 중공부(24)를 형성한다.
각 제1 관통 구멍(22)은 그 내경 및 피치가 대략 동일하다. 도 2(b)에 도시한 바와 같이, 복수의 제1 관통 구멍(22)의 일부는 서로 인접하는 적층 엘리먼트(21a)의 제1 관통 구멍(22)과 그 위치를 어긋나게 하여, 부분적으로 중첩되도록 배치되고, 적층 엘리먼트(21a)가 연장되는 방향으로 연통된다. 복수의 제1 관통 구멍(22)의 일부는 적층 엘리먼트(21a)의 내주면 및 외주면으로 열려 있다.
적층체(2)의 양단부에 대향하여 배치되어 있는 제1 판(3) 및 제2 판(4)에 의해, 적층체(2) 양단부의 적층 엘리먼트(21a)의 제1 관통 구멍(22)은 적층방향으로 닫혀 있다. 그 때문에, 적층체(2) 내부의 유체(A)는 적층체(2) 양단부의 적층 엘리먼트(21a)의 제1 관통 구멍(22)으로부터 적층방향으로 유출되는 것이 방해되어, 적층체(2) 내부를 적층 엘리먼트(21a)가 연장되는 방향으로 확실히 유통된다.
따라서, 유체(A)는 혼합 요소(1a) 내부를 내주부로부터 외주부로, 또는 그 반대로 외주부로부터 내주부로 유통된다. 이상에 의해 복수의 제1 관통 구멍(22) 사이에서 유체(A)를 적층 엘리먼트(21a)가 연장되는 방향으로 유통 가능하게 연통되도록 형성된다.
이상의 혼합 요소(1a)에, 예를 들어 유체(A)는 적당한 압송 수단에 의해 제2 판(4)의 개구부(41)를 경유하여 중공부(24)에 유입된다. 다음에, 유체(A)는 중공부(24)의 내주면에 열린 적층 엘리먼트(21a)의 제1 관통 구멍(22)으로부터 적층체(2) 내부로 유입된다. 다음에, 유체(A)는 당해 제1 관통 구멍(22)에 연통하는 다른 제1 관통 구멍(22)으로 유통되고, 또한 다른 제1 관통 구멍(22)에 연통하는 제1 관통 구멍(22)으로 유통된다. 최종적으로 유체(A)는 적층체(2)의 외주면에 열린 적층 엘리먼트(21a)의 제1 관통 구멍(22)을 통하여 적층체(2) 내부로부터 유출된다.
이상과 같이, 유체(A)는 적층체(2) 내부의 연통되는 제1 관통 구멍(22)을 내주부로부터 외주부를 향하여 대략 방사형상으로 유동한다. 그리고, 그 때에 분산, 합류, 반전, 난류, 와류, 충돌 등을 반복함으로써 고도로 혼합된다. 또한, 유체(A)는 상기와는 반대로 적층 엘리먼트(21a)의 적층체(2)의 외주부로부터 유입시켜, 내주부로부터 유출시켜도 된다.
중공부(24)는 제1 관통 구멍(22)에 대해서 충분한 크기를 가지고, 중공부(24)를 구성하는 각 적층 엘리먼트(21a)의 제2 관통 구멍(23)은 대략 동일한 내경을 가짐과 아울러, 또한 대략 동심이다. 그 때문에, 유체(A)가 중공부(24)를 흐를 때의 유동 저항은 적층체(2) 내부를 흐를 때의 유동 저항에 비해 작고, 압력 손실도 작다. 따라서, 유체(A)는 적층 엘리먼트(21a)의 적층매수가 많은 경우에도, 적층방향의 위치에 상관없이 대략 균등하게 각 적층 엘리먼트(21a)의 내주부에 도달하고, 적층체(2) 내부를 내주부로부터 외주부로 대략 균등하게 흐른다.
또, 혼합 요소(1a) 내부에 있어서, 상면 및 하면이 다른 적층 엘리먼트(21a)와 접하고 있는 적층 엘리먼트(21a)의 제1 관통 구멍(22)에 있어서는, 당해 제1 관통 구멍(22)으로부터 상면 및 하면의 다른 제1 관통 구멍(22)으로 유출되므로, 상면 및 하면의 다른 제1 관통 구멍(22)에 의해 유체(A)는 분산된다. 또, 당해 제1 관통 구멍(22)에는 상면 및 하면의 다른 제1 관통 구멍(22)으로부터 유입되므로, 상면 및 하면의 다른 제1 관통 구멍(22)으로부터의 유체(A)가 합류한다. 따라서, 혼합 효과가 높아 유체(A)는 고도로 혼합된다.
특히, 유량이 증대하여 유동 상태가 난류로 이행하면, 난류 및 와류의 효과가 높아져, 상기 분산 및 합류에 따른 유체의 혼합 효과가 한층 더 증대된다. 유량이 적어 유동 상태가 층류인 경우에도, 유체는 상면 및 하면으로 분산되고, 합류하므로 고도로 혼합된다.
또, 적층 엘리먼트(21a), 제1 판(3) 및 제2 판(4)을 따로따로 제작할 수 있으므로, 혼합 요소(1a)의 제작이 용이하며, 또한 염가로 제작할 수 있다.
또, 적층 엘리먼트(21a), 제1 판(3) 및 제2 판(4)이 각각 분해 가능하므로, 적층 엘리먼트(21a)의 제1 관통 구멍(22)에 잔존한 잔류물이나 이물의 제거와 같은 세정 작업을 용이하게 할 수 있다.
(혼합 요소의 실시형태 2)
도 3은 실시형태 2에 의한 혼합 요소(1b)의 구성부품을 나타내는 사시도이며, 도 4는 적층 엘리먼트(21b)가 다른 적층 엘리먼트(21c)와 적층되었을 때의 제1 관통 구멍(22)의 겹침을 나타내는 평면도이다.
본 실시형태 2에 의한 혼합 요소(1b)가 실시형태 1의 혼합 요소(1a)와 상이한 바는, 제1 관통 구멍(22)이 대략 직사각형상으로서, 또한, 제1 관통 구멍(22)이 지그재그 배열이기는 하지만 배열 패턴이 상이한 적층 엘리먼트(21b, 21c)를 적층한 점이다. 도 4도 참조하면, 일방의 적층 엘리먼트(21b)에서는, 내주면 및 외주면을 따라 배열설치되는 제1 관통 구멍(22)이 개방되어 있지 않지만, 한편, 적층 엘리먼트(21c)에서는 내주면 및 외주면의 제1 관통 구멍(22)이 개방되어 있다. 적층 엘리먼트(21b, 21c)의 각각의 제1 관통 구멍(22)은 반경방향 및 원주방향으로 부분적으로 어긋나 중첩되고, 적층 엘리먼트(21b, 21c)가 연장되는 방향으로 연통되며, 또 제1 관통 구멍(22) 사이의 크기 및 피치는 반경방향 외측을 향함에 따라 커지고 있다.
혼합 요소(1b)와 같이 구성하는 것에 의해서도, 적당한 압송 수단에 의해 혼합 요소(1b)에 유입된 유체(A)는 제2 판(4)의 개구부(41) 및 적층 엘리먼트(21c)의 내주면에 개방된 제1 관통 구멍(22)을 통하여 적층체(2) 내부로 유입된다. 그리고, 적층체(2) 내부를 방사형상으로 유통하면서, 적층 엘리먼트(21b, 21c)의 연통되는 제1 관통 구멍(22)을 유통함으로써 고도로 혼합된다.
본 실시형태 2에서는, 적층 엘리먼트(21b, 21c)의 각 제1 관통 구멍(22)이 지그재그 형상으로 배열되어 있으므로, 당해 제1 관통 구멍(22)으로부터 상면 및 하면의 다른 제1 관통 구멍(22)으로 유출될 때에, 흐름이 용이하게 분할되고, 또는 용이하게 합류됨으로써 효율적으로 혼합된다.
본 실시형태 2의 혼합 요소(1b)에 있어서의 그 밖의 구성 및 작용 효과는 상기 실시형태 1의 혼합 요소(1a)와 마찬가지이다.
(혼합 요소(1)의 실시형태 3)
도 5(a)는 실시형태 3에 의한 혼합 요소(1c)의 내부를 유체(A)가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이며, 도 5(b)는 이 혼합 요소(1c)에 있어서의 적층 엘리먼트(21d)를 나타낸 사시도이다.
본 혼합 요소(1c)가 실시형태 1에 의한 혼합 요소(1a)와 상이한 바는, 도 5(a) 및 도 5(b)에 도시한 바와 같이, 복수의 적층 엘리먼트(21d)가 중앙부에는 제2 관통 구멍(23)을 설치하지 않고 제1 관통 구멍(22)을 전체면에 가지며, 또한 외주부에 제1 관통 구멍(22)이 개방되지 않는 프레임부(25)(도 5(b) 참조)를 가지고 있는 점이다. 또, 각 제1 관통 구멍(22)은 사각형상으로 형성되어 있다(도 5(b) 참조). 또한, 제1 판(3)의 외주형상은 당해 판(3)에 중첩된 적층 엘리먼트(21d)의 외주 부분의 제1 관통 구멍(22)이 개방되도록, 적층 엘리먼트(21d)보다 소직경으로 형성되어 있다(도 5(a) 참조).
혼합 요소(1c)를 이와 같이 구성하는 것에 의해서도, 적당한 압송 수단에 의해 혼합 요소(1c)에 유입된 유체(A)는 제2 판(4)의 개구부(41)를 경유하여 적층체(2) 내부로 유입된다. 그리고, 적층체(2) 내부를 방사형상으로 유통하면서, 적층 엘리먼트(21d)의 연통되는 제1 관통 구멍(22)을 유통함으로써 고도로 혼합된다. 최종적으로, 유체(A)는 적층체(2)의 일단에 배열설치된 제1 판(3)의 외주부에 열린 제1 관통 구멍(22)을 통하여 유출된다.
이와 같이, 실시형태 3에 의한 혼합 요소(1c)에 의하면, 제1 관통 구멍(22)을 적층 엘리먼트(21d)의 전체면에 형성하기 때문에, 중앙부에 제2 관통 구멍(23)을 설치할 필요가 없어, 제작이 용이하다.
본 실시형태 3의 혼합 요소(1c)에 있어서의 그 밖의 구성 및 작용 효과는 상기 실시형태 1의 혼합 요소(1a)와 마찬가지이다.
(혼합 요소의 변형예)
또한, 본 발명에 따른 혼합 요소(1)는 상기 각 실시형태 1 내지 3에 한정되지 않고, 각종 변경을 시행하는 것이 가능하다.
예를 들어, 적층 엘리먼트(21)의 제1 관통 구멍(22)은 원형이나 직사각형 형상에 한정되지 않고 도 6(a) 내지 (d)에 도시한 바와 같이, 정사각형, 삼각형, 육각형, 장방형 등의 다각형 형상으로 해도 된다. 제1 관통 구멍(22)을 직사각형 형상이나 다각형 형상으로 함으로써, 적층 엘리먼트(21)의 개구율이 커지므로, 혼합 요소(1)의 유동 저항을 작게 할 수 있다. 또, 적층 엘리먼트(21a)의 제1 관통 구멍(22)의 피치를 대략 동일하게 하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니다. 또, 적층 엘리먼트(21b, 21c)와 같이, 제1 관통 구멍(22)의 크기 및 피치를 내주부로부터 외주부를 향함에 따라 크게 해도 된다.
또, 적층 엘리먼트(21a, 21b, 21c)의 외주형상을 대략 원형상으로 하고, 제1 판(3) 및 제2 판(4)의 외주형상을 원형상으로 하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 균등한 기능을 하는 다른 형상을 채용할 수 있다. 또, 적층 엘리먼트(21a, 21b, 21c)의 제2 관통 구멍(23)을 대략 원형상으로 하고, 제2 판(4)의 개구부(41)를 원형으로 하고 있지만, 본 발명은 이것에 한정되는 것은 아니며, 이들과 마찬가지의 기능을 하는 다른 형상을 채용할 수 있다. 또, 적층 엘리먼트(21a, 21b, 21c)는 제2 관통 구멍(23)을 중앙부에, 제2 판(4)은 개구부(41)를 중앙부에 가지고, 대략 동일 직경, 대략 동심이지만, 본 발명은 이들과 마찬가지의 기능을 하는 다른 형상을 채용할 수 있는 것이며, 이것에 한정되는 것은 아니다.
또, 복수의 제1 관통 구멍(22)이 동일한 위치에 배치되어 있는 동일 형상의 적층 엘리먼트(21)를 사용하여, 복수의 제1 관통 구멍(22)이 반경방향 및 원주방향으로 부분적으로 중첩되도록, 그 위치를 어긋나게 하여 배치하여 혼합 요소(1)를 형성해도 된다.
또, 내경 및 외경이 상이한 2종류의 적층 엘리먼트(21b)(도 3 참조)를 사용하여, 내주부 및 외주부의 제1 관통 구멍(22)이 개방되도록 한 구성으로 해도 된다.
적층 엘리먼트(21), 제1 판(3) 및 제2 판(4)은 간단한 구조를 가지므로, 종래의 도류 단위체와 같은 구조에서는 제작이 어려운 세라믹스 등의 재료에 의해서도 제작하는 것이 가능하다. 따라서, 내식성이나 내열성이 필요하게 되는 용도에도 혼합 요소(1)를 적용할 수 있다.
또한, 상기 각 혼합 요소의 실시형태에 있어서 적층 엘리먼트(21)로서 대략 환형상의 판을 제작하는 경우에는, 일정한 두께를 가지는 금속판, 예를 들어 펀칭 메탈 등을 펀칭 가공 등에 의해 뚫어 설치하여 단시간에 대량으로 제작할 수 있다. 이것에 의해, 혼합 요소(1)를 염가로 제작할 수 있다.
또, 적층 엘리먼트(21), 제1 판(3) 및 제2 판(4) 등은 각종 형상의 분할 구조로 할 수 있다. 이 경우, 대형의 혼합 요소(1)여도 용이하게 제작할 수 있다.
도 7(a)에 도시한 바와 같이, 적층 엘리먼트(21)가 환형상의 형상을 가지는 경우에는, 선형(扇形) 형상의 분할체(26a)에 의한 분할 구조로 할 수 있다. 또, 도 7(b)에 도시한 바와 같이, 적층 엘리먼트(21)가 사각형인 경우는 직사각형 형상의 분할체(26b)에 의한 분할 구조로 할 수 있다.
(혼합 장치의 실시형태)
도 8은 혼합 장치의 실시형태에 의한 혼합 장치(5) 내부를 유체(A)가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이다.
본 실시형태에 의한 혼합 장치(5)는 도 8에 도시한 바와 같이, 플랜지(53)를 가지는 원통형상의 케이싱(50)에 입구(51) 및 출구(52)를 가지는 외주 원판형상의 플랜지(54)가 착탈이 자유롭게 장착되어 있다. 케이싱(50)의 내부에는 상기한 원판으로 구성되는 적층 엘리먼트(21)를 복수매(여기서는 3매) 중첩한 적층체(2)가 4개 배열설치되어 있다.
케이싱(50)의 입구(51)측에는 중앙부에 개구부(41)를 가지고, 케이싱(50)의 내경과 대략 동일한 외경을 가지는 제2 판(4)이 배열설치되며, 그 하면에 적층 엘리먼트(21)의 제1 적층체(2a)가 배열설치되어 있다. 제1 적층체(2a)의 하면에는 적층 엘리먼트(21)의 외경과 대략 동일한 외경을 가지는 제1 판(3)이 배열설치되어 있다. 이어서 제2 적층체(2b), 제2 판(4), 제3 적층체(2c), 제1 판(3), 제4 적층체(2d), 제2 판(4)이 순차적으로 배열설치되어 있다.
도 8에 나타낸 혼합 장치(5)에서는, 혼합 요소(1)를 케이싱(50)내에 볼트와 너트와 같은 고정 수단으로 고정하도록 해도 된다.
적층 엘리먼트(21)는 혼합 요소의 실시형태의 혼합 요소(1a 또는 1b)와 마찬가지로, 제1 관통 구멍(22)을 복수 가지고, 중앙부에 대략 원형의 제2 관통 구멍(23)을 가지고 있다. 적층 엘리먼트(21)의 제2 관통 구멍(23)의 내경은 제2 판(4)의 개구부(41)의 내경과 대략 동일, 또한 대략 동심이다. 적층 엘리먼트(21)가 적층됨으로써, 제2 관통 구멍(23)은 중공형상의 공간부인 제1 중공부(24a), 제2 중공부(24b), 제3 중공부(24c) 및 제4 중공부(24d)를 구성한다. 각각의 중공부(24a~24d)는 각각 적층체(2a~2d)에 대응하는 중공부이다.
케이싱(50)의 내주부와, 제1 적층체(2a) 및 제2 적층체(2b)의 외주부 사이에는 제1 환형상 공간부(28a)가, 그리고 제3 적층체(2c) 및 제4 적층체(2d)의 외주부 사이에는 제2 환형상 공간부(28b)가 형성된다.
또, 각 적층체(2a~2d) 내부에 있어서, 복수의 제1 관통 구멍(22)의 일부는 적층 엘리먼트(21)가 연장되는 방향으로 연통되고, 또 일부는 적층 엘리먼트(21)의 내주면 및 외주면에 열려 있다.
각 적층체(2a~2d)의 양단부에 대향하여 배치되어 있는 제1 판(3) 및 제2 판(4)에 의해, 각 적층체(2a~2d)의 양단부의 제1 관통 구멍(22)은 적층방향으로 닫혀 있다. 그 때문에, 적층체(2) 내부의 유체(A)는 각 적층체(2a~2d)의 양단부의 제1 관통 구멍(22)으로부터 적층방향으로 유출되는 것이 방해되어, 적층체(2a~2d) 내부를 적층 엘리먼트(21)가 연장되는 방향으로 확실히 유통한다.
이상의 구성을 가지는 혼합 장치(5)에, 예를 들어, 유체(A)는 적당한 압송 수단에 의해 입구(51)로부터 유입되어, 제1 중공부(24a)로 유입된다. 이어서, 유체(A)는 제1 중공부(24a)의 내주면에 열린 제1 관통 구멍(22)으로부터 제1 적층체(2a) 내부로 유입되고, 연통되는 제1 관통 구멍(22)을 외주방향으로 유통한다. 이어서, 유체(A)는 제1 적층체(2a)의 외주면에 열린 제1 관통 구멍(22)으로부터 유출되어, 제1 환형상 공간부(28a)에 유입된다.
이어서, 유체(A)는 제2 적층체(2b)의 외주면에 열린 제1 관통 구멍(22)으로부터 제2 적층체(2b) 내부로 유입되고, 연통되는 제1 관통 구멍(22)을 내주방향으로 유통한다. 그리고, 유체(A)는 제2 중공부(24b)의 내주면에 열린 제1 관통 구멍(22)으로부터 유출되어 제2 중공부(24b)에 유입된다.
그 후, 유체(A)는 제3 중공부(24c)→제3 적층체(2c)→제2 환형상 공간부(28b)→제4 적층체(2d)→제4 중공부(24d)를 경유하여 출구(52)로부터 유출된다. 이상과 같이, 유체(A)는 각 적층체(2a~2d)의 내부를 내주부로부터 외주부로, 또는 외주부로부터 내주부로 유통하면서, 연통되는 제1 관통 구멍(22)을 유통함으로써 고도로 혼합된다. 이상에 의해, 혼합 장치(5)의 입구(51)로부터 유입된 유체(A)는 고도로 혼합되어 출구(52)로부터 유출된다.
본 혼합 장치(5)에 의하면, 각 적층체(2a~2d)의 양단부에 대향하여 배치되어 있는 제1 판(3) 및 제2 판(4)에 의해, 유체(A)가 적층체(2) 내부를 흐르는 방향을 내주부로부터 외주부로, 또는 그 반대로 외주부로부터 내주부로 바꿀 수 있다. 그렇게 하면 유체(A)는 보다 많은 연통되는 제1 관통 구멍(22)을 유통하므로, 더욱 유체(A)의 혼합도를 높일 수 있다.
또, 혼합 장치(5)에 있어서도 혼합 요소(1a 또는 1b)와 마찬가지로, 각 중공부(24a~24d)는 제1 관통 구멍(22)에 대해서 충분한 크기를 가지고, 중공부(24)를 구성하는 각 적층 엘리먼트(22)의 제2 관통 구멍(23)은 대략 동일한 내경을 가짐과 아울러, 또한 대략 동심이다. 그 때문에, 유체(A)가 각 중공부(24a~24d)를 흐를 때의 유동 저항은 각 적층체(2a~2d) 내부를 흐를 때의 유동 저항에 비해 작고, 압력 손실도 작다. 따라서, 유체(A)는 적층 엘리먼트(21)의 적층매수가 많은 경우에도, 적층방향의 위치에 상관없이 대략 균등하게 각 적층 엘리먼트(21)의 내주부에 도달하고, 각 적층체(2a~2d) 내부를 내주부로부터 외주부로, 또는 그 반대로 외주부로부터 내주부로 대략 균등하게 흐른다.
각 환형상 공간부(28a, 28b)로부터 적층체(2b, 2d) 내부로의 유체(A)의 유입에 대해서도, 상기 각 중공부(24a~24d)에 대한 것과 마찬가지이다.
또한, 본 혼합 장치(5)에 의하면, 입구(51) 및 출구(52)를 가지는 케이싱(50)의 내부에서 유체(A)를 혼합할 수 있기 때문에, 인라인 정지형 혼합 장치로서의 사용이 가능하며, 유체(A)를 연속적으로 혼합할 수 있다.
또, 적층 엘리먼트(21), 제1 판(3) 및 제2 판(4)의 외주형상을 원형으로 함으로써, 케이싱(50)을 원통형상으로 할 수 있기 때문에, 케이싱(50)의 내압을 높일 수 있다. 따라서, 유체(A)를 고압조건하에서 혼합할 수 있다.
본 실시형태에 의한 혼합 장치(5)에 있어서의 그 밖의 구성 및 작용 효과는 상기 혼합 요소의 실시형태의 혼합 요소(1a 또는 1b)와 마찬가지이다.
본 발명에 따른 혼합 장치(5)는 혼합 요소의 변형예와 마찬가지로 상기한 혼합 장치의 실시형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위내에서 변형하여 실시할 수 있다.
또, 적층 엘리먼트(21), 제1 판(3) 및 제2 판(4)의 외주형상은 원형으로 한정되지는 않는다. 외주형상이 원형이 아니어도, 발명을 실시함에 있어서는 전혀 지장이 없기 때문이다. 공장의 배기가스 처리 장치와 같은 단면이 장방형 형상의 관로에 본 혼합 장치(5)를 적용할 때에는 제2 판(4)의 외측형상을 장방형 형상의 관로의 내측형상과 대략 동일하게 하면 된다.
혼합되는 유체는 기체나 액체에 한정되는 것은 아니며, 액체와 고체 또는 그 밖의 것이어도 된다. 특히, 액체에 입상 물질을 용해시키는 경우에는, 종래의 원판에 전면 개방의 다각형상의 소실을 가지는 도류 단위체에서는 소실에 폐색된 입상 물질의 제거가 곤란했지만, 본 발명에 따른 혼합 장치(5)는 분해 가능한 구조이기 때문에, 그러한 경우에도 폐색된 입상 물질의 제거가 용이하다.
용도로서는 유체의 농도를 균일하게 하는 용도 이외에도, 예를 들어 온도가 상이한 동일종의 유체를 혼합하여 균일한 온도로 하는 용도에도 적용할 수 있다.
또, 큰 공간을 필요로 하지 않고, 또, 관로중에 배열설치할 수 있으므로, 예를 들어, 디젤 자동차의 배기가스 라인과 같이 설치 공간이 한정되어 있는 장소에 혼합 요소(1) 또는 혼합 장치(5)를 적용할 수도 있다.
(교반날개의 실시형태)
도 9는 교반날개의 실시형태에 의한 교반날개(6)의 구성부품을 나타내는 사시도이다. 도 10은 교반조(63) 내부에 교반날개(6)가 배열설치된 교반 장치(60)에 있어서, 교반날개(6) 내부를 유체(B)가 순환하는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 9를 참조하여, 혼합 요소(1)는 복수의 대략 원형상의 적층 엘리먼트(21e, 21f)를 적층한 적층체(2)를, 제1 판(3) 및 제2 판(4)에 의해, 적당한 위치에 배치된 4개의 볼트(11) 및 너트(12)의 체결부재로 양측으로부터 협지하여 구성된다.
제1 판(3)은 볼트용의 구멍(13)과, 유체(B)가 유입되는 4개의 개구부(31)를 가지는 원판이며, 회전축(62)이 부착되어 있다. 제2 판(4)은 볼트용의 구멍(14)과 함께, 중앙부에 유체(B)가 유입되는 원형의 개구부(41)를 가진다. 제1 판(3) 및 제2 판(4)은 적층 엘리먼트(21e, 21f)와 대략 동일한 외경을 가진다.
적층 엘리먼트(21e, 21f)는 후술하는 혼합기의 실시형태 2에 대한 도 12(a)에서 도시한 바와 같이, 지그재그 형상으로 배열된 원형의 제1 관통 구멍(22)을 복수 가지고, 중앙부에 교반조(63)내를 순환하는 유체(B)가 유입되는 대략 원형의 제2 관통 구멍(23)을 가진다. 적층 엘리먼트(21e, 21f)의 제2 관통 구멍(23)의 내경은 제2 판(4)의 개구부(41)의 내경과 대략 동일, 또한 대략 동심이다. 적층 엘리먼트(21e, 21f)가 적층됨으로써, 제2 관통 구멍(23)은 중공부(24)를 형성한다.
또한, 본 교반날개의 실시형태에서는 회전축(62)에 부착된 혼합 요소(1)가 회전하기 때문에, 적층 엘리먼트(21e, 21f)의 제1 관통 구멍(22)은 평면에서 보아 중심을 통과하는 직선에 대해서 좌우 대칭으로 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 혼합 요소(1) 전체적으로 밸런스가 유지되면 이것에 한정되지는 않는다.
본 혼합 요소(1)의 그 밖의 구성은 혼합 요소의 실시형태에 있어서의 혼합 요소(1a 또는 1b)와 마찬가지이다.
도 10을 참조하여, 도시하지 않는 공급 전원으로부터 전력이 공급되어 구동 모터(61)에 의해 교반날개(6), 즉 회전축(62)에 부착된 혼합 요소(1)가 회전 구동하면, 혼합 요소(1)의 적층체(2) 내부의 유체(B)는 원심력의 작용에 의해 반경방향 바깥쪽을 향하여 가압된다. 가압된 유체(B)는 적층체(2) 내부의 연통되는 제1 관통 구멍(22)을 내주부로부터 외주부를 향하여 대략 방사형상으로 유통하고, 외주면에 열린 제1 관통 구멍(22)으로부터 바깥쪽으로 토출된다.
한편, 교반조(63)내의 유체(B)는 혼합 요소(1)의 하단부의 제2 판(4)의 개구부(41) 및 상단부의 제1 판(3)의 4개의 개구부(31)를 경유하여 적층체(2) 내부의 중공부(24)에 흡입된다. 흡입된 유체(B)는 중공부(24)의 내주면에 열린 제1 관통 구멍(22)을 통하여 적층체(2) 내부로 유입된다. 그리고, 혼합 요소(1)의 회전 동작에 의한 원심력의 작용에 의해 반경방향 바깥쪽을 향하여 가압되어, 외주면에 열린 제1 관통 구멍(22)으로부터 바깥쪽으로 토출된다.
그리고, 유체(B)는 적층체(2) 내부를 내주부로부터 외주부를 향하여 대략 방사형상으로 유동할 때에, 연통되는 제1 관통 구멍(22)을 유통함으로써 고도로 혼합된다.
본 교반날개(6)에 의하면, 적층 엘리먼트(21e, 21f)의 적층매수를 많게 함으로써, 유체가 유통하는 혼합 요소(1) 내부의 연통되는 제1 관통 구멍(22)이 많아지므로, 교반조(63)내에서의 유체의 혼합 시간을 짧게 할 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 교반날개는 혼합 요소의 실시형태나 변형예와 마찬가지로 상기한 교반날개(6)의 실시형태 1에 한정되지 않는다.
본 실시형태 1에 있어서의 교반날개(6)의 그 밖의 작용 효과는 상기 혼합 요소의 실시형태에 있어서의 혼합 요소(1a 또는 1b)의 작용 효과와 마찬가지이다.
(혼합기의 실시형태 1)
도 11은 혼합기의 실시형태 1에 의한 혼합기(7a)의 내부를 유체(C)가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이다.
도 11에 도시한 바와 같이, 혼합기(7a)는 혼합 요소(1), 원통형상의 케이싱(70), 회전축(73), 및 구동원으로서의 전동 모터(74)를 구비하고 있다. 전동 모터(74)는 혼합 요소(1)를 회전 구동하는 것이며, 본 실시형태에서는, 도시하지 않는 공급 전원으로부터 전력이 공급되어 회전 구동된다. 회전축(73)은 전동 모터(74)에 연결된 상태에서 혼합 요소(1)를 지지하는 것이다. 케이싱(70)과 회전축(73)의 슬라이딩운동 부분에는 내부의 유체(C)가 새지 않도록 씰 부재(75)가 배치되어 있다.
케이싱(70)은 플랜지 형상의 입구 노즐(71) 및 출구 노즐(72)을 구비하고 있으며, 유체(C)가 입구 노즐(71)로부터 혼합기(7a) 내부에 흡입되어, 출구 노즐(72)로부터 토출된다.
혼합 요소(1)는 도 9에 도시한 교반날개(6)와 마찬가지의 구조를 가진다. 또한, 본 혼합기의 실시형태 1에서도, 회전축(73)에 부착된 혼합 요소(1)가 회전하기 때문에, 적층 엘리먼트(21e, 21f)의 제1 관통 구멍(22)은 평면에서 보아 중심을 통과하는 직선에 대해서 좌우 대칭으로 형성되어 있는 것이 바람직하지만, 혼합 요소(1) 전체적으로 밸런스가 유지되면 이것에 한정되지는 않는다.
혼합 요소(1)를 전동 모터(74)에 의해 회전 구동시키면, 혼합기(7a)의 입구 노즐(71)로부터 흡입된 유체(C)는 혼합 요소(1)를 형성하는 제1 판(3)의 개구부(31) 및 제2 판(4)의 개구부(41)를 경유하여 중공부(24)에 유입된다. 다음에 유체(C)는 중공부(24)의 내주부에 열린 적층 엘리먼트(21e, 21f)의 제1 관통 구멍(22)을 거쳐 적층체(2) 내부로 유입된다.
적층체(2) 내부로 유입된 유체(C)는 원심력의 작용에 의해 반경방향 바깥쪽을 향하여 가압된다. 가압된 유체(C)는 적층체(2) 내부의 연통되는 제1 관통 구멍(22)을 내주부로부터 외주부를 향하여 방사형상으로 유통하고, 외주부에 열린 제1 관통 구멍(22)을 거쳐 적층체(2)의 외주부로부터 바깥쪽으로 유출된다. 유출된 유체(C)는 출구 노즐(72)을 거쳐 혼합기(7a)로부터 토출된다.
혼합 요소(1)로부터 유출된 유체(C)의 일부는 제1 판(3)의 개구부(31) 및 제2 판(4)의 개구부(41)를 경유하여 다시 중공부(24) 유입되고, 또한 적층체(2) 내부로 유입되며, 적층체(2) 외주부로부터 유출됨으로써, 혼합 요소(1)의 적층체(2) 내부를 순환한다.
그리고, 유체(C)가 적층체(2) 내부의 연통되는 제1 관통 구멍(22)을 내주부로부터 외주부를 향하여 대략 방사형상으로 유동할 때에, 유체는 분산, 합류, 반전, 난류, 와류, 충돌 등을 반복하므로 고도로 혼합된다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 케이싱(70)을 원통형상으로 하고 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 또 제1 판(3)으로의 회전축(73)의 부착이 곤란할 경우에는 제1 판(3)에 개구부(31)를 설치하지 않아도 된다.
또, 요구되는 혼합도가 낮은 경우에는 통상의 원심 펌프와 같이 혼합 요소(1)와 입구 노즐(71)의 간격을 짧게 하여 혼합기(7a) 내부를 순환하는 유체(C)의 유량을 적게 하도록 해도 된다.
(혼합기의 실시형태 2)
도 12는 혼합기의 실시형태 2에 의한 혼합기(7b)를 나타낸 도면이다. 도 12(a)는 도 12(b)의 I-I선을 따른 단면도이며, 도 12(b)는 혼합기(7b)의 내부를 유체(C)가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이다.
혼합기(7b)가 실시형태 1에 의한 혼합기(7a)와 상이한 바는, 제1 판(3) 및 제2 판(4)의 외주형상이 적층 엘리먼트(21e, 21f)의 외주형상보다 크고, 적층체(2)의 외주부로서, 제1 판(3) 및 제2 판(4)에 의해 형성되는 공간에, 적층 엘리먼트(21e, 21f)의 적층방향으로 연장되는 날개(76)를 배치한(여기서는 6매) 점이다.
혼합 요소(1)가 회전하면, 적층체(2)의 외주부로부터 유출된 유체(C)는 날개(76)에 의해 가압되어 혼합 요소(1)로부터 유출된다. 날개(76)의 단부는 제1 판(3) 및 제2 판(4)에 의해 닫혀 있으므로, 적층체(2)의 외주부로부터 유출된 유체(C)는 날개(76)에 의해 효율적으로 가압되어, 혼합기(7b)로부터 토출되는 유체(C)의 압력을 높일 수 있다.
또한, 날개(76)는 제1 판(3) 및 제2 판(4)에 의해 형성되는 공간에 배열설치되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 혼합 요소(1)에 다른 원판을 부착하여 날개(76)를 고정해도 된다. 또, 날개(76)는 적층 엘리먼트(21e, 21f)가 연장되는 방향에 대해서 수직방향으로 뻗도록 배치되어 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 발명의 효과를 나타내는 범위에서 경사져 있어도 된다.
또, 도 12(b)의 단면도에 있어서, 날개(76)의 형상은 곡선형상이지만, 이것에 한정되는 것은 아니며, 직선형상인 것이어도 된다.
본 혼합기의 실시형태 2에 따른 혼합기(7b)의 그 밖의 구성 및 작용 효과는 상기 실시형태 1에 있어서의 혼합기(7a)와 마찬가지이다.
(혼합 시스템의 실시형태)
도 13은 혼합기에 의해 유체를 혼합하기 위한 혼합 시스템의 실시형태에 따른 구성도이다. 본 사용예에서는 유체는 연속적으로 혼합기(7)에 의해 혼합되어 송출된다.
배관(77a 및 77b)으로부터 밸브(78a 및 78b)를 통하여 각각 유체(B) 및 유체(C)가 저액조(80)로 보내진다. 저액조(80)에는 유체(B 및 C)를 어느정도 균일하게 교반해 두기 위해서 교반날개(81)가 배열설치되어 있다. 저액조(80)의 하부에는 노즐(86)이 배열설치되고, 밸브(87)를 통하여 혼합기(7)의 입구 노즐(71)과 접속되어 있다. 혼합기(7)의 출구 노즐(72)은 밸브(88)를 통하여 송출 라인(89)에 접속되어 있다. 송출 라인(89)으로부터는 저액조(80)로의 순환 라인(85)이 분기되어 있다. 순환 라인(85)에는 순환 유량을 제어하기 위한 밸브(84)가 배열설치되어 있다.
본 사용예에 있어서 유체(B 및 C)의 혼합 처리를 행하기 위해서는 저액조(80)에 유체(B 및 C)를 수용하여 교반날개(81)에 의해 어느정도 균일하게 교반해 둔다. 그리고, 전동 모터(74)를 구동시켜 혼합 요소(1)를 회전시키면, 회전에 따른 펌프 작용에 의해 입구 노즐(71)로부터 유체(B 및 C)가 흡입된다.
혼합기(7) 내부에서는, 흡입된 유체(B 및 C)가 혼합 요소(1)를 형성하는 적층체(2) 내부의 연통되는 제1 관통 구멍(22)을 내주부로부터 외주부를 향하여 방사형상으로 유통함으로써 혼합된다. 혼합된 유체(B 및 C)는 혼합기(7)의 출구 노즐(72)로부터 토출되고, 유량 컨트롤러(82) 및 유량 제어 밸브(83)에 의해 제어되어, 송출 라인(89)을 통하여 계외로 송출된다.
송출 라인(89)으로부터는 저액조(80)로의 순환 라인(85)이 분기되어 있어, 혼합기(7)로부터 토출된 유체(B 및 C)의 일부는 저액조(80)로 되돌려진다. 이와 같이 순환 라인(85)을 배열설치함으로써, 유체(B 및 C)는 다시 저액조(80)로부터 혼합기(7)에 공급되어 반복 혼합되므로, 유체(B 및 C)의 혼합도를 높여 계외로 송출할 수 있다.
또한, 혼합기(7) 출구에 배열설치된 출구 밸브(88)의 개도를 조절함으로써, 혼합기(7) 내부의 혼합 요소(1)의 적층체(2) 내부를 순환하는 유체의 유량을 조절할 수 있으므로, 혼합기(7)에 의한 유체(B 및 C)의 혼합의 정도를 조절할 수 있다.
또, 순환 라인(85)에 있는 밸브(84)의 개도를 조절함으로써 저액조(80)와 혼합기(7)를 포함하는 순환계를 순환하는 유체의 유량을 조절할 수 있으므로, 역시 유체(B 및 C)의 혼합의 정도를 조절할 수 있다. 이들 경우에 있어서, 밸브(88)나 밸브(84)를 자동 제어 밸브로 해도 된다.
또, 유체(B 및 C)를 저액조(80)에 공급한 후에, 밸브(78a 및 78b), 및 유량 제어 밸브(83)를 완전 개방으로 하고 혼합기(7)를 가동시켜, 혼합 시스템내에 유체(B 및 C)를 모두 순환시켜 혼합해도 된다.
(반응 장치의 실시형태 1)
도 14는 반응 장치의 실시형태 1에 의한 반응 장치(9a) 내부를 유체(D) 및 유체(E)가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이며, 도 15(a) 및 도 15(b)는 반응 장치(9a)에 배치된 혼합 요소(1d~1f) 내부를 유체(D 및 E)가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이다.
반응 장치(9a)에 있어서는, 입구(91) 및 출구(92)를 가지는 대략 원통형상의 용기(90a) 내부에 촉매층(93a~93d)이 배치되어 있고, 각 촉매층간(93a~93d)에 혼합 요소(1d~1f) 및 냉각 가스 공급용 노즐(94a~94c)이 배치되어 있다.
또한, 본 실시형태 1에서는, 반응 장치(9a)는 불균일계의 발열 반응인 메탄올 합성 반응기로서 적합하게 사용할 수 있고, 예를 들어, 입구(91)로부터는 예열된 고온의 원료 가스(유체(D))가 공급되고, 냉각 가스 공급용 노즐(94a~94c)로부터는 예열되어 있지 않은 저온의 원료 가스(유체(E1~E3))가 공급된다.
혼합 요소(1d~1f)는 예를 들어 혼합 요소의 실시형태 2의 혼합 요소(1b)와 마찬가지로, 복수의 대략 원형상의 적층 엘리먼트(21b, 21c)를 적층한 적층체(2)를, 제1 판(3) 및 제2 판(4)에 의해 적당한 고정 수단으로 협지하여 구성되고, 또한 소정의 고정 수단에 의해 용기(90a) 내부에 고정된다.
제1 판(3)은 원형상의 판으로서, 제1 판(3)의 외경은 적층 엘리먼트(21b, 21c)의 외경과 대략 동일하다. 제2 판(4)은 대략 중앙부에 유체(D 및 E)가 유입되는 원형의 개구부(41)를 가지는 원형상의 판으로서, 개구부(41)의 내경은 적층 엘리먼트(21b, 21c)의 제2 관통 구멍(23)의 내경과 대략 동일하며, 외경은 용기(90a)의 내경과 대략 동일하다. 혼합 요소(1d~1f)를 형성하는 적층 엘리먼트(21b, 21c)의 제1 관통 구멍(22)의 중첩은 혼합 요소(1b)와 마찬가지이다.
이상의 혼합 요소(1d~1f)에 있어서, 예를 들어 혼합 요소(1d)에서는 적당한 압송 수단에 의해 반응 장치(9a)의 입구(91)로부터 유입되어 제1 촉매층(93a)을 통과한 고온의 유체(D1)가, 냉각 가스용 노즐(94a)로부터 공급된 유체(E1)와 함께, 제2 판(4)의 개구부(41)를 경유하여 중공부(24e)에 유입된다. 유입된 유체(D1 및 E1)는 중공부(24e)에 연통하는 적층 엘리먼트(21c)의 제1 관통 구멍(22)으로부터 적층체(2e) 내부로 유입되고, 연통되는 제1 관통 구멍(22) 사이에서 유입 및 유출을 반복하여 혼합된다. 혼합된 유체(D1 및 E1)는 적층체(2e)의 외측 공간부(95a)에 연통하는 적층 엘리먼트(21c)의 제1 관통 구멍(22)을 통하여 적층체(2e) 내부로부터 유출된다.
이상과 같이, 유체(D1 및 E1)는 적층체(2e) 내부의 연통되는 제1 관통 구멍(22)을 내주부로부터 외주부를 향하여 유통할 때에, 분산, 합류, 반전, 난류, 와류, 충돌 등을 반복함으로써 고도로 혼합된다. 그리고, 고도로 혼합된 유체(D1 및 E1)가 하류의 촉매층(93b)에 공급됨으로써, 촉매층(93b)에 있어서의 반응률이 높아진다.
혼합 요소(1b)와 마찬가지로, 유체가 중공부(24e)를 흐를 때의 유동 저항은 적층체(2e) 내부를 적층 엘리먼트(21b, 21c)가 연장되는 방향으로 흐를 때의 유동 저항에 비해 작다. 따라서, 유체(D1 및 E1)는 적층 엘리먼트(21b, 21c)의 적층매수가 많은 경우에도, 적층방향의 위치에 상관없이 대략 균등하게 각 적층 엘리먼트(21b, 21c)의 내주부에 도달하고, 적층체(2) 내부를 내주부로부터 외주부로 대략 균등하게 흐른다.
또한, 상기 실시형태 1은 혼합 요소(1d)에 대한 것이지만, 혼합 요소(1e)에 의해서도 마찬가지로 유체(D2 및 E2)가 고도로 혼합된다.
한편, 혼합 요소(1f)에 대해서는, 혼합 요소(1d 및 1e)와는 반대로 적층체(2g)의 상부에 제1 판(3)이 배치되고, 하부에 제2 판(4)이 배치되어 있다. 이와 같이 형성된 혼합 요소(1g)여도, 유체(D3 및 E3)는 적층체(2g)의 외측 공간부(95c)에 연통하는 적층 엘리먼트(21c)의 제1 관통 구멍(22)을 통하여 적층체(2g) 내부로 유입되고, 중공부(24g)에 연통하는 적층 엘리먼트(21c)의 제1 관통 구멍(22)으로부터 유출되어 고도로 혼합된다.
이와 같이, 본 실시형태에서는, 혼합 요소(1)는 가스가 흐르는 방향으로 제2 판(4)→적층체(2)→제1 판(3)의 순서로 적층되어 있어도 되고, 반대로, 제1 판(3)→적층체(2)→제2 판(4)의 순서로 적층되어 있어도 된다(도 14, 도 15(a) (b) 참조).
또, 적층 엘리먼트(21b, 21c)의 적층매수를 임의로 선택하여, 혼합 요소(1d~1f)의 압력 손실을 바꾸는 것이 용이하다. 예를 들어, 유체(D3)는 유체(D1)에 유체(E1 및 E2)가 가해져 있기 때문에, 혼합 요소(1f)에 유입되는 유체의 유량은 혼합 요소(1d)에 유입되는 유량보다 많다. 이 경우에, 혼합 요소(1f)의 적층 엘리먼트(21b, 21c)의 적층매수를 혼합 요소(1d)의 적층매수보다 많게 하여, 혼합 요소(1f)에 의한 압력 손실을 작게 하는 것이 용이하다.
또, 혼합 요소의 실시형태 2의 혼합 요소(1b) 대신에, 실시형태 1의 혼합 요소(1a)로 해도 된다.
본 반응 장치의 실시형태 1에 있어서의 혼합 요소(1d~1f)의 그 밖의 구성 및 작용 효과는 상기 혼합 요소의 실시형태에 있어서의 혼합 요소(1a 또는 1b)와 마찬가지이다.
(반응 장치의 실시형태 2)
도 16(a)는 반응 장치의 실시형태 2에 의한 반응 장치(9b)에 배치된 혼합 요소(1g) 내부를 유체(D 및 E)가 흐르는 모습을 나타낸 단면도이며, 도 16(b)는 도 16(a)의 I-I선을 따른 단면도이다.
본 실시형태에서는, 혼합 요소(1g)를 형성하는 적층 엘리먼트(21)로서는, 예를 들어, 또 도 7(b)에 도시한 바와 같은 외측 프레임(25)을 구비하는 적층 엘리먼트(21g)와, 외측 프레임(25)을 구비하고 있지 않은 적층 엘리먼트(21h)를 조합시켜 사용할 수 있다. 또, 도 7(b)에 도시한 적층 엘리먼트(21)로서, 사이즈가 상이한 것을 조합시켜 외주부의 제1 관통 구멍(22)을 개방하도록 하여 사용할 수도 있다.
혼합 요소(1g)는 적층 엘리먼트(21g, 21h)를 적층한 적층체(2h)를, 커버판(30)에 의해 적당한 고정 수단으로 협지하여 구성되고, 또한 소정의 고정 수단에 의해 용기(90b) 내부에 고정된다. 적층체(2h)의 적층방향 양단부의 적층 엘리먼트(21g, 21h)의 제1 관통 구멍(22)은 커버판(30)에 의해 닫혀 있고, 또 적층 엘리먼트(21g, 21h)의 연장방향 양단부는 유체(D5 및 E4)의 입구 및 출구를 구비하도록 용기(90b)의 내벽에 의해 닫혀 있다. 또, 적층 엘리먼트(21g, 21h)의 제1 관통 구멍(22)은 유체(D5 및 E4)가 적층 엘리먼트(21)가 연장되는 방향으로 유통하도록 연통되어 있다.
이상의 혼합 요소(1g)에 의해서도, 유체(D5 및 E4)는 외측 공간부(95d)에 연통하는 적층 엘리먼트(21h)의 제1 관통 구멍(22)을 통하여 적층체(2h) 내부로 유입되고, 연통되는 제1 관통 구멍(22) 사이에서 유입 및 유출을 반복하여 혼합된다. 그리고, 외측 공간부(95e)에 연통하는 적층 엘리먼트(21h)의 제1 관통 구멍(22)을 통하여 적층체(2h) 내부로부터 유출된다.
또한, 단면방향에서 보아 적층 엘리먼트(21g, 21h)가 용기(90b)보다 작은 경우에는, 적당한 판 등에 의해 적층체(2h)의 측면의 일부를 덮도록 하여 유체(D5 및 E4)의 입구 및 출구를 구비하도록 해도 된다.
본 반응 장치의 실시형태 2에 있어서의 혼합 요소(1g)의 그 밖의 구성 및 작용 효과는 상기 반응 장치의 실시형태 1에 있어서의 혼합 요소(1d~1f)와 마찬가지이다.
이상에 개시된 실시형태는 모든 점에서 예시이며 제한적인 것은 아니라고 고려되어야 할 것이다. 본 발명의 범위는 이상의 실시형태가 아니라, 특허청구의 범위에 의해 나타나며, 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위내에서의 모든 수정이나 변형을 포함하는 것이다.
1, 1a, 1b, 1c, 1d, 1e, 1f, 1g…혼합 요소
2, 2a, 2b, 2c, 2d, 2e, 2f, 2g, 2h…적층체
3…제1 판
4…제2 판
5…혼합 장치
6…교반날개
7, 7a, 7b…혼합기
9a, 9b…반응 장치
21a, 21b, 21c, 21d, 21e, 21f, 21g, 21h…적층 엘리먼트
22…(적층 엘리먼트의) 제1 관통 구멍
23…(적층 엘리먼트의) 제2 관통 구멍
24, 24a, 24b, 24c, 24d, 24e, 24f, 24g…중공부
28, 28a, 28b…환형상 공간부
31…(제1 판의) 개구부
41…(제2 판의) 개구부
95a, 95b, 95c, 95d, 95e…외측 공간부
A, B, C, D, E…유체

Claims (16)

  1. 복수의 적층 엘리먼트가 적층 방향으로 적층된 적층체에 있어서,
    상기 적층 엘리먼트는 복수의 제1 관통 구멍을 가지고,
    상기 적층체의 적층 방향과 평행한 표면의 상기 제1 관통 구멍의 일부 또는 전부가 유체의 유입구 및 유출구를 구성하며,
    상기 적층 엘리먼트는, 해당 엘리먼트에 따라 상기 적층체의 표면에 구성된 상기 유출구에 이어지는 연재 방향으로 유로를 형성하고, 상기 제1 관통 구멍의 일부 또는 전부가 상면과 하면에서 인접하는 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍과 그 위치를 어긋나게 하여 부분적으로 중첩되도록 배치되며,
    상기 제1 관통 구멍의 일부 또는 전부가 상기 적층 방향에 상면과 하면에서 인접하는 상기 제1 관통 구멍의 사이에서 유체를 상기 적층 방향과 상기 적층 엘리먼트의 연재 방향으로 직접 유통 가능하게 연통되며, 유체를 상기 적층체의 내부에서 상기 적층 방향 및 상기 연재 방향의 복수 방향으로 분할하는 구성을 포함하는 것을 특징으로 하는 적층체.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적층 엘리먼트는, 중앙부에 상기 제1 관통 구멍보다 큰 제2 관통 구멍을 가지며, 상기 적층 엘리먼트의 적재 방향에서 서로 연통하는 것에 의해 중공부를 형성하는 것을 특징으로 하는 적층체.
  3. 제1항에 기재된 상기 적층체와, 해당 적층체를 끼워 대향 배치되는 제1 판과 제2 판을 가지며, 해당 제2 판은 제1 관통 구멍과 연통하는 개구부를 구비한 것을 특징으로 하는 혼합 요소.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 적층 엘리먼트는, 중앙부에 상기 제1 관통 구멍보다 큰 제2 관통 구멍을 가지며, 상기 적층 엘리먼트의 적재 방향에서 서로 연통하는 것에 의해 중공부를 형성하고, 상기 제2 판의 상기 개구부는 상기 중공부를 통해 상기 제1 관통 구멍과 연통하는 것을 특징으로 하는 혼합 요소.
  5. 제3항 또는 제4항에 기재된 혼합 요소와, 해당 혼합 요소를 수용하는 입구 및 출구를 갖는 케이싱을 구비하고,
    상기 혼합 요소에 있어서의 제1 판은 상기 케이싱 내측 형상보다도 작은 외측 형상을 가지며,
    상기 혼합 요소에 있어서의 제2 판은 상기 케이싱 내측 형상과 동일한 외측 형상을 가지며, 또한, 해당 제2 판의 외측면이 상기 케이싱 내측면과 내접되어 있는 것을 특징으로 하는 혼합 장치.
  6. 제2항에 기재된 적층체 또는 제4항에 기재된 혼합 요소가 회전 구동되는 회전 축에 장착되어 잇는 것을 특징으로 하는 교반기.
  7. 제2항에 기재된 적층체가 케이싱 내에 배열설치된 혼합기에 있어서,
    상기 적층체가 회전 구동되는 것에 의해 상기 케이싱의 단면에 마련된 흡입구로부터 흡입된 유체를 상기 적층체의 상기 중공부를 통해 상기 적층체 내부에 유입시키며, 또한 상기 적층체의 외주부로부터 유출시키고,
    상기 케이싱에 마련된 토출구로부터 토출시키는 것을 특징으로 하는 혼합기.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 적층체의 외주부에 날개가 배열설치되고,
    상기 날개는 상기 적층 엘리먼트의 연재되는 방향에 대하여 수직방향으로 향하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 혼합기.
  9. 제7항 또는 제8항에 기재된 혼합기를 구비하는 혼합 시스템에 있어서,
    상기 혼합기의 토출구로부터 흡입구에 이르는 유체의 순환 경로를 구비하는 것을 특징으로 하는 혼합 시스템.
  10. 제3항 또는 제4항에 기재된 혼합 요소가 입구 및 출구를 갖는 용기 내부에 배열설치된 반응 장치에 있어서,
    상기 용기 내부에는 적어도 2 이상의 촉매층이 배열설치되며, 또한, 적어도 1개의 촉매층 사이에 상기 혼합 요소가 배열설치되어 있는 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  11. 용기 내부에서 유체를 혼합하는 적층체가 배열 설치된 반응 장치에 있어서,
    상기 적층체는 복수의 적층 엘리먼트가 적층 방향으로 적층된 구조체로서,
    상기 적층 엘리먼트는, 적층엘리먼트의 제1관통구멍의 일부 또는 전부가 인접하는 적층 엘리먼트의 제1 관통 구멍과 그 위치를 어긋나게 하여 부분적으로 겹쳐 맞도록 배치되며,
    상기 제1 관통 구멍의 일부 또는 전부가 상기 적층 방향에 인접하는 상기 제1 관통 구멍의 사이에서 유체를 상기 적층 방향과 상기 적층 엘리먼트의 연재 방향에 직접 유통 가능하게 연통되며, 유체를 상기 적층체의 내부에서 상기 적층 방향 및 상기 연재 방향의 복수 방향으로 분할하는 구성을 포함하며,
    상기 용기 내부에는 적어도 2 이상의 촉매층이 배열설치되며, 또한, 적어도 1개의 촉매층 사이에 상기 적층체가 배열설치되어 있으며,
    상기 적층체를 끼워 대향 배치되는 커버 판을 구비하고,
    상기 적층체가 적층 엘리먼트의 연재되는 방향에 유체의 입구 및 출구를 구비하도록 상기 적층체의 측면의 일부가 덮여져 있는 것을 특징으로 하는 반응 장치.
  12. 제1항에 기재된 적층체를 사용하는 유체 혼합 방법에 있어서,
    유체를 적층체에 유입시키는 단계와,
    적층 엘리먼트가 연재되는 방향에 배치된 제1 관통 구멍을 통해 유입된 유체를 분할하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 방법.
  13. 제2항에 기재된 적층체를 사용하는 유체 혼합 방법에 있어서,
    유체를 적층체의 상기 중공부에 유입시키는 단계와,
    상기 제1 관통 구멍을 통해 유입된 유체를 상기 적층체의 외주부로 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 방법.
  14. 제2항에 기재된 적층체를 사용하는 유체 혼합 방법에 있어서,
    상기 적층체의 외주부에 유체를 유입시키는 단계와,
    상기 제1 관통 구멍을 통해 유입된 유체를 상기 적층체의 상기 중공부로부터 유출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 적층체를 회전시키는 것에 의해, 상기 유체를 적층체의 상기 중공부에 유입시키며, 유입된 유체를 상기 적층체의 외주부로 통과시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 방법.
  16. 흡입구와 토출구를 갖는 케이싱 내에 제2항에 기재된 적층체를 회전 가능하게 마련한 유체 혼합 방법에 있어서,
    상기 적층체를 회전 구동하는 단계와,
    상기 회전 구동에 의해 상기 케이싱의 상기 흡입구로부터 흡입된 유체를 상기 적층체의 상기 중공부에 유입하는 단계와,
    상기 중공부에 유입된 유체를 회전 구동에 의해 상기 적층체의 외주부로부터 유출시키는 단계와,
    상기 케이싱의 상기 토출구로부터 토출시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 혼합 방법.
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