(57)【要約】【課題】混合要素、混合装置、混合方法、攪拌翼、攪拌装置及び攪拌方法として、小さなスペースで高い混合効果を確保しつつ大流量の流体を混合することが可能なこと、洗浄作業を容易に行えることを実現する。【解決手段】混合要素１Ａは、複数の積層エレメント２１が積層される積層体２と、当該積層体２を挟んで対向配置される第１の板３と第２の板４とを備え、前記積層エレメント２１は、複数の第１の貫通孔２２を有し、前記第２の板４は、前記積層エレメント２１の少なくとも１つの第１の貫通孔２２に連通する貫通孔４１を有し、前記積層エレメント２１は、前記第１の貫通孔２２の一部又は全部が、隣接する積層エレメント２１の第１の貫通孔２２との間で流体を積層エレメント２１の延在する方向に流通可能に連通するように配置されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の積層エレメントが積層される積層体と、当該積層体を挟んで対向配置される第１の板と第２の板とを備え、
前記積層エレメントは、複数の第１の貫通孔を有し、
前記第２の板は、前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通する貫通孔を有し、
前記積層エレメントは、前記第１の貫通孔の一部又は全部が、隣接する積層エレメントの第１の貫通孔との間で流体を積層エレメントの延在する方向に流通可能に連通するように配置されていることを特徴とする混合要素。
【請求項２】
請求項１に記載の混合要素において、
前記複数の積層エレメント、前記第１の板及び前記第２の板は、分解可能に固定されていることを特徴とする混合要素。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の混合要素において、
前記複数の積層エレメント、前記第１の板及び前記第２の板は、分割可能であることを特徴とする混合要素。
【請求項４】
請求項１乃至３に記載の混合要素において、
前記積層エレメントは、複数の貫通孔を有する金属板を穿設して形成されていることを特徴とする混合要素。
【請求項５】
請求項１乃至４のいずれかに記載の混合要素において、
前記第１の板の外側形状が、前記第２の板の貫通孔よりも大きいことを特徴とする混合要素。
【請求項６】
請求項１乃至５のいずれかに記載の混合要素において、
前記積層エレメントは、第１の貫通孔より大きい第２の貫通孔を有し、且つ前記第２の貫通孔が積層方向に連通して前記積層体に中空部が形成されるように配置されており、
前記第２の板の貫通孔が前記中空部を介して前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通されていることを特徴とする混合要素。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の混合要素と、当該混合要素を収容する入口及び出口を有するケーシングとを備え、
前記混合要素における第１の板は、前記ケーシング内側形状よりも小さい外側形状を有し、
前記混合要素における第２の板は、前記ケーシング内側形状と略同一の外側形状を有し、且つ当該第２の板の外側面が前記ケーシング内側面と略内接されていることを特徴とする混合装置。
【請求項８】
請求項７に記載の混合装置により流体を混合する方法であって、
前記混合要素内部に流入した流体を、前記積層エレメントの延在する方向に前記第１の貫通孔に流通させて前記混合要素外部に流出させることを特徴とする混合方法。
【請求項９】
請求項６に記載の混合要素が回転駆動される回転軸に取り付けられ、当該混合要素が攪拌槽内の流体中に配設されていることを特徴とする攪拌装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の攪拌装置において、
前記混合要素は、前記積層体に形成される中空部の内側に、前記積層エレメントの積層方向に伸びる内板が配設されていることを特徴とする攪拌装置。
【請求項１１】
請求項９又は１０に記載の攪拌装置により流体を攪拌する方法であって、
前記混合要素が、自己の回転動作により、前記第２の板の貫通孔を介して前記積層エレメントの第２の貫通孔から混合要素内部に流入した流体を、前記積層エレメントの複数の第１の貫通孔を介して混合要素の外側部から流出させることを特徴とする攪拌方法。
【請求項１２】
請求項６に記載の混合要素を具備する攪拌翼であって、前記攪拌翼は回転軸に支持されたことを特徴とする攪拌翼。
【請求項１３】
請求項１２に記載の攪拌翼が、攪拌槽内の流体中に配設されていることを特徴とする攪拌装置。
【請求項１４】
請求項１２に記載の攪拌翼により流体を攪拌する方法であって、
前記攪拌翼の回転動作により、前記攪拌翼に具備された混合要素が、前記第２の板の貫通孔を介して前記積層エレメントの第２の貫通孔から混合要素内部に流入した流体を、前記積層エレメントの複数の第１の貫通孔を介して混合要素の外側部から流出させることを特徴とする攪拌方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、混合要素、混合装置、混合方法、攪拌翼、攪拌装置及び攪拌方法に関するものであって、流体の混合、細分化、乳化等の処理をするための分野に利用される技術に係るものであり、動的混合にも静的混合にも使用される。
【背景技術】
【０００２】
流体を混合する装置として、動的な混合装置としては攪拌槽内の流体中に攪拌羽根を配設して当該攪拌羽根を回転させて混合するものが広く使用されている。一方、静的な混合装置としては、スタティックミキサー等が広く使用されている。このような静的な混合装置は、一般的に可動部品を有していないため、化学工業や食品工業のように流体をライン中で混合する必要がある分野で広く使用されている。
【０００３】
特許文献１は、静止型の流体混合装置の例である。この流体混合装置は、中心に流通孔を穿設すると共に、一面に前面開放の多角形状の小室をハニカム状に多数配列して形成した大小２枚の円板を同心的に重合してなる複数の導流単位体からなる。大径円板の小室と小径円板の小室は互いの小室が対向する他の複数の小室に連通するように位置を違えて配列させ、これら複数の導流単位体を重ね合わせたものである。
当該流体混合装置においては、流体は、導流単位体の各小室を移動する際に分散、反転、合流することにより混合されるとともに、さらに各小室における渦流、乱流、衝突等によって混合される。そして、導流単位体の中央部から外側へ又は外側から中央部へと放射状に再分散と集合を交互に繰り返して混合させるもので、高い混合効果が得られることを特徴としている。
【０００４】
しかし、前記流体混合装置は、流体の流れる流路面積が、前記大小２枚の円板の小室が連通する部分のみであり、混合効果に限界がある。また、流体の流量が多いと装置全体の圧力損失が大きくなって大きな動力が必要とされるという問題点があった。
また、小室のデッドスペースに流体の残留物や異物が付着して、洗浄作業に手間を要するというメンテナンス上の問題点があった。
【０００５】
一方、攪拌槽内の液体を混合するためには、タービン翼等が広く使用されるが、混合効率を高くするために特許文献２の攪拌翼がある。これは、攪拌軸に装着せしめられる支持体の両面に、その片面につき回転平面に対して並列せしめられた２個の部分攪拌器を１組として、その４組が装着され、且つ各組の部分攪拌器の外側開口は回転方向に対して後方になるに伴って逐次内側に後退せしめられているものであり、短時間でありながら大きい混合度が容易に、確実に、しかもわずかな動力で得られる。
【０００６】
しかし、上記攪拌翼であっても流体が混合されるのは支持体に取り付けられた部分攪拌器周辺に限られているため、混合効率には限界がある。
【０００７】
さらに、特許文献３は、特許文献１の導流単位体を混合回転体として攪拌槽内の液中に配設したものであるが、やはり流体が混合されるのは混合回転体周辺に限られているため、混合効率には限界がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開昭５８−１３３８２２号公報
【特許文献２】特開平８−１８２９２４号公報
【特許文献３】特開平１１−１１４３９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、前記に鑑みてなされたものであり、混合要素、混合装置、混合方法として、小さなスペースで高い混合効果を有し、多くの流量の流体を混合することが可能なこと、洗浄作業を容易に行えることを課題とする。
また、攪拌翼、攪拌装置及び攪拌方法として、小さなスペースで高い混合効果を有し、洗浄作業を容易に行えることを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、前記課題を解決するため、以下の混合要素、混合装置、混合方法、攪拌翼、攪拌装置及び攪拌方法を提供する。
（１）混合要素
本発明に係る混合要素の一つの構成は、
複数の積層エレメントが積層される積層体と、当該積層体を挟んで対向配置される第１の板と第２の板とを備え、
前記積層エレメントは、複数の第１の貫通孔を有し、
前記第２の板は、前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通する貫通孔を有し、
前記積層エレメントは、前記第１の貫通孔の一部又は全部が、隣接する積層エレメントの第１の貫通孔との間で流体を積層エレメントの延在する方向に流通可能に連通するように配置されていることを特徴とする（第１の技術的手段）。
【００１１】
本構成によれば、第２の板の貫通孔から流入した流体は、第２の板の貫通孔に連通する積層エレメントの第１の貫通孔から積層体内部に流入し、積層体内部の連通する第１の貫通孔を流通しながら混合され、積層体から流出する。
積層体の積層方向両端部では、第１の板と第２の板により、積層エレメントの第１の貫通孔は積層方向に閉じている。従って、積層体内部に流入した流体は、積層エレメントの延在する方向に連通する第１の貫通孔を流通するように案内される。
上記とは逆に、積層エレメントの第１の貫通孔から積層体内部に流入した流体が第２の板の貫通孔から流出する場合でも、流体は、積層体内部の連通する第１の貫通孔を流通しながら混合される。
なお、ここで、積層エレメントの延在する方向とは、積層エレメントの積層方向に対して垂直方向をいう。
【００１２】
さらに、本構成によれば、流体は、当該第１の貫通孔から積層方向に連通する他の第１の貫通孔に流出し、また、その逆に積層方向に連通する他の第１の貫通孔から当該第１の貫通孔に流入することにより複雑に連通する第１の貫通孔で流入及び流出を繰り返すので、より流体が複雑に流動し混合効果が増大する。また、積層エレメントの積層枚数を多くすることにより、流体の流れる積層エレメントが延在する方向への断面積が大きくなるので、より多くの流量の流体を混合することができる。
【００１３】
本発明に係る他の局面に従った混合要素の構成は、
第１の技術的手段に係る混合要素において、
前記複数の積層エレメント、前記第１の板及び前記第２の板は、分解可能に固定されていることを特徴とする（第２の技術的手段）。
【００１４】
本構成によれば、混合要素は、各積層エレメント、第１の板及び第２の板の各々に分解することにより、積層エレメントの第１の貫通孔に残留した残留物や異物の除去のような洗浄作業を容易にすることができる。
【００１５】
本発明に係る他の局面に従った混合要素の構成は、
第１又は第２の技術的手段に係る混合要素において、
前記複数の積層エレメント、前記第１の板及び前記第２の板は、分割可能であることを特徴とする（第３の技術的手段）。
【００１６】
本構成によれば、混合要素は、各積層エレメント、第１の板及び第２の板の各々が分割可能なので、複雑な形状のものにも容易に配設することができる。
【００１７】
本発明に係る他の局面に従った混合要素の構成は、
第１乃至第３の技術的手段に係る混合要素において、
前記積層エレメントは、複数の貫通孔を有する金属板を穿設して形成されていることを特徴とする（第４の技術的手段）。
【００１８】
本構成によれば、複数の第１の貫通孔を有する市販のパンチングメタル等の金属板を打ち抜き加工等により穿設して短時間で大量に積層エレメントを製作することができる。従って、安価に混合要素を製作することができる。
【００１９】
本発明に係る他の局面に従った混合要素の構成は、
第１乃至第４のいずれかの技術的手段に係る混合要素において、
前記第１の板の外側形状が、前記第２の板の貫通孔より大きいことを特徴とする（第５の技術的手段）。
【００２０】
本構成によれば、流体が積層体を通過するに際し、積層方向に短絡して流れることを抑止することができる。そのため、積層体内部に流入した流体は、積層エレメントの延在する方向へ流通し易くなるので、より多くの連通する第１の貫通孔を流通する。従って、流体の混合効率を向上させることができる。
【００２１】
本発明に係る他の局面に従った混合要素の構成は、
第１乃至第５のいずれかの技術的手段に係る混合要素において、
前記積層エレメントは、第１の貫通孔より大きい第２の貫通孔を有し、且つ前記第２の貫通孔が積層方向に連通して前記積層体に中空部が形成されるように配置されており、
前記第２の板の貫通孔が前記中空部を介して前記積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔に連通されていることを特徴とする（第６の技術的手段）。
【００２２】
本構成によれば、第２の板の貫通孔から流入した流体は、混合要素の中空部に流入する。ここで、中空部とは、積層エレメントの第２の貫通孔が積層して形成される中空状の空間部をいう。中空部では流体が流れる際の流動抵抗が小さいので、積層方向の圧力分布が小さい。従って、流体は積層方向の位置に関らず、略均等に中空部内側面に開く第１の貫通孔を介して積層体内部に流入し、積層エレメントの延在する方向へ流れる。
上記とは逆に、積層エレメントの第１の貫通孔から積層体内部に流入した流体が中空部へ流出する場合でも、流体は積層方向の位置に関らず略均等に積層体内部を積層エレメントの延在する方向へ流れ、略均等に積層体内部から中空部内側面に開く第１の貫通孔から流出する。
【００２３】
（２）混合装置
本発明に係る混合装置の一つの構成は、
第１乃至第６のいずれかの技術的手段に係る混合要素と、当該混合要素を収容する入口及び出口を有するケーシングとを備え、
前記混合要素における第１の板は、前記ケーシング内側形状よりも小さい外側形状を有し、
前記混合要素における第２の板は、前記ケーシング内側形状と略同一の外側形状を有し、且つ当該第２の板の外側面が前記ケーシング内側面と略内接されていることを特徴とする（第７の技術的手段）。
【００２４】
本構成によれば、ケーシングの入口から流入した流体は、第２の板の貫通孔を経由して第２の板の貫通孔に連通する積層エレメントの第１の貫通孔から積層体内部に流入する。そして、積層体内部の連通する第１の貫通孔を流通しながら混合され、積層体から流出し、さらに、ケーシング出口から流出する。
上記とは逆に、積層体内部の流体が第２の板の貫通孔から流出する場合には、流体は、積層エレメントの第１の貫通孔から積層体内部に流入する。そして、積層体内部の連通する第１の貫通孔を流通しながら混合され、第２の板の貫通孔と連通する第１の貫通孔から流出し、さらに、ケーシング出口から流出する。
【００２５】
積層体の積層方向両端部では、第１の板と第２の板により、積層エレメントの第１の貫通孔は積層方向に閉じている。従って、積層体内部に流入した流体は、積層エレメントの延在する方向に連通する第１の貫通孔を流通するように案内される。
なお、混合要素を構成する第１の板は、ケーシング内側形状よりも小さい外側形状を有しているので、流体が積層体内部に流入するのを妨げられることはない。また、第２の板の外側面はケーシング内側面と略内接しているので、流体を第２の板の貫通孔から積層体内部に確実に流入させることができる。
なお、ここで、積層エレメントの延在する方向とは、積層エレメントの積層方向に対して垂直方向をいう。
【００２６】
さらに、本構成によれば、流体は、当該第１の貫通孔から積層方向に連通する他の第１の貫通孔に流出し、また、その逆に積層方向に連通する他の第１の貫通孔から当該第１の貫通孔に流入することにより複雑に連通する第１の貫通孔で流入及び流出を繰り返すので、より流体が複雑に流動し混合効果が増大する。また、積層エレメントの積層枚数を多くすることにより、流体の流れる積層エレメントが延在する方向への断面積が大きくなるので、より多くの流量の流体を混合することができる。
【００２７】
さらに、本構成によれば、ケーシング内部で流体を混合することができるため、インライン静止型混合装置としての使用が可能である。従って、流体を連続的に混合することができる。
【００２８】
（３）混合方法
本発明に係る混合方法の一つの構成は、
前記第７の技術的手段に係る混合装置により流体を混合する方法であって、
前記混合要素内部に流入した流体を、前記積層エレメントの延在する方向に前記第１の貫通孔に流通させて前記混合要素外部に流出させることを特徴とする（第８の技術的手段）。
【００２９】
本方法によれば、流体は、第２の板の貫通孔を経由して第２の板の貫通孔に連通する積層エレメントの少なくとも１つの第１の貫通孔から積層体内部に流入する。そして、積層体内部の連通する第１の貫通孔を流通しながら混合され、積層体から流出し、さらに、ケーシング出口から流出する。
上記とは逆に、積層体内部の流体が第２の板の貫通孔から流出する場合には、流体は、積層エレメントの第１の貫通孔から積層体内部に流入する。そして、積層体内部の連通する第１の貫通孔を流通しながら混合され、第２の板の貫通孔と連通する第１の貫通孔から流出し、さらに、ケーシング出口から流出する。
【００３０】
積層体の積層方向両端部では、対向配置された第１の板と第２の板により積層エレメントの第１の貫通孔は積層方向に閉じている。従って、積層体内部に流入した流体は、積層エレメントの延在する方向に連通する第１の貫通孔を流通するように案内される。
なお、第１の板は、ケーシング内側形状よりも小さい外側形状を有しているので、流体が積層体内部に流入するのを妨げられることはない。また、第２の板の外側面はケーシング内側面と略内接しているので、流体を第２の板の貫通孔から積層体内部に確実に流入させることができる。
なお、ここで、積層エレメントの延在する方向とは、積層エレメントの積層方向に対して垂直方向をいう。
【００３１】
さらに、本方法によれば、流体は、当該第１の貫通孔から積層方向に連通する他の第１の貫通孔に流出し、また、その逆に積層方向に連通する他の第１の貫通孔から当該第１の貫通孔に流入することにより複雑に連通する第１の貫通孔で流入及び流出を繰り返すので、より流体が複雑に流動し混合効果が増大する。また、積層エレメントの積層枚数を多くすることにより、流体の流れる積層エレメントが延在する方向への断面積が大きくなるので、より多くの流量の流体を混合することができる。
【００３２】
さらに、本方法によれば、ケーシング内部で流体を混合することができるためインライン静止型混合装置としての応用が可能である。従って、流体を連続的に混合することができる。
【００３３】
（４）攪拌装置
本発明に係る攪拌装置の一つの構成は、
第６の技術的手段に係る混合要素が回転駆動される回転軸に取り付けられ、当該混合要素が攪拌槽内の流体中に配設されていることを特徴とする（第９の技術的手段）。
【００３４】
本構成によれば、回転軸の回転により混合要素が回転し、混合要素内部の流体に遠心力が作用し、流体は連通する第１の貫通孔を流通しながら混合させられ、積層体の外側面に開く第１の貫通孔から吐出させられる。攪拌槽内部の流体は、混合要素の回転により中空部に吸い込まれ、中空部の内側面に開く第１の貫通孔を介して積層体内部に流入する。以上により、流体は混合される。
積層体の積層方向両端部では、第１の板及び第２の板により、積層エレメントの第１の貫通孔は積層方向に閉じている。従って、積層体内部に流入した流体は、積層エレメントの延在する方向へ連通する第１の貫通孔を流通するように案内される。
なお、上記中空部とは、積層エレメントの第２の貫通孔が積層して形成される中空状の空間部をいう。
【００３５】
さらに、本構成によれば、流体は、当該第１の貫通孔から積層方向に連通する他の第１の貫通孔に流出し、また、その逆に積層方向に連通する他の第１の貫通孔から当該第１の貫通孔に流入することにより複雑に連通する第１の貫通孔で流入及び流出を繰り返すので、より流体が複雑に流動し混合効果が増大する。また、積層エレメントの積層枚数を多くすることにより、流体の流れる積層エレメントが延在する方向への断面積が大きくなるので、攪拌槽内を循環する流体の流量が多くなって、より混合時間を短くすることができる。
【００３６】
中空部を形成する第２の貫通孔は積層エレメントの第１の貫通孔より大きく、流体が中空部を流れる際の流動抵抗は積層体内部を流れる際の流動抵抗より小さいので、圧力損失も小さい。そのため、流体は、積層エレメントの積層枚数が多い場合でも、積層方向の位置に関らず略均等に各積層エレメントの内周部に到達する。ゆえに、流体は、積層方向の位置に関らず、積層体内部を内周部から外周部へ略均等に流れる。
また、従来の攪拌翼を使用した攪拌装置では主に攪拌翼近傍の小さな空間でしか混合エネルギーを流体に与えられなかったが、本構成によれば撹拌槽に占める混合要素の体積割合を大きくすることにより、従来の攪拌翼と比較して格段に大きな空間で混合エネルギーを流体に与えられる。従って、攪拌槽内の空間を有効に利用することができ、効率的に流体を混合することができる。
【００３７】
本発明に係る他の局面に従った攪拌装置の構成は、
第９の技術的手段に係る攪拌装置において、
前記混合要素は、前記積層体に形成される中空部の内側に、前記積層エレメントの積層方向に伸びる内板が配設されていることを特徴とする（第１０の技術的手段）。
【００３８】
本構成によれば、混合要素は、中空部の内側に積層方向に伸びる内板を有するので、混合要素の回転により内板の回転方向と反対側の面近傍に流体の吸込み流が発生する。従って、より多くの流体が積層体内部に流入し、連通する第１の貫通孔を流通して混合されるので、さらに効率的に流体が混合される。
【００３９】
（５）攪拌方法
本発明に係る攪拌方法は、
第９又は第１０の技術的手段に係る攪拌装置により流体を攪拌する方法であって、
前記混合要素が、自己の回転動作により、前記第２の板の貫通孔を介して前記積層エレメントの第２の貫通孔から混合要素内部に流入した流体を、前記積層エレメントの複数の第１の貫通孔を介して混合要素の外側部から流出させることを特徴とする（第１１の技術的手段）。
【００４０】
本方法によれば、回転軸の回転により混合要素が回転し、混合要素内部の流体に遠心力が作用し、流体は連通する第１の貫通孔を流通しながら混合させられ、積層体の外側面に開く第１の貫通孔から吐出させられる。攪拌槽内部の流体は、混合要素の回転により中空部に吸い込まれ、中空部の内側面に開く第１の貫通孔を介して積層体内部に流入する。以上により、流体は混合される。
積層体の積層方向両端部では、第１の板及び第２の板により、積層エレメントの第１の貫通孔は積層方向に閉じている。従って、積層体内部に流入した流体は、積層エレメントの延在する方向へ連通する第１の貫通孔を流通するように案内される。
なお、上記中空部とは、積層エレメントの第２の貫通孔が積層して形成される中空状の空間部をいう。
【００４１】
さらに、本方法によれば、流体は、当該第１の貫通孔から積層方向に連通する他の第１の貫通孔に流出し、また、その逆に積層方向に連通する他の第１の貫通孔から当該第１の貫通孔に流入することにより複雑に連通する第１の貫通孔で流入及び流出を繰り返すので、より流体が複雑に流動し混合効果が増大する。また、積層エレメントの積層枚数を多くすることにより、流体の流れる積層エレメントが延在する方向への断面積が大きくなるので、攪拌槽内を循環する流体の流量が多くなって、より混合時間を短くすることができる。
また、従来の攪拌翼を使用した攪拌装置では主に攪拌翼近傍の小さな空間でしか混合エネルギーを流体に与えられなかったが、本方法によれば撹拌槽に占める混合要素の体積割合を大きくすることにより、従来の攪拌翼と比較して格段に大きな空間で混合エネルギーを流体に与えられる。従って、攪拌槽内の空間を有効に利用することができ、効率的に流体を混合することができる。
【００４２】
以上のように本方法によれば、攪拌槽内に収容されている流体中で混合要素を回転することにより、攪拌槽内の流体を効率的に混合することができる。
【００４３】
（６）攪拌翼
本発明に係る攪拌翼の構成は、
第６の技術的手段に係る混合要素を具備する攪拌翼であって、前記攪拌翼は回転軸に支持されたことを特徴とする（第１２の技術的手段）。
【００４４】
本構成によれば、攪拌翼は混合要素を具備するので、攪拌槽内に混合要素を具備する攪拌翼を配した場合には、攪拌翼の回転により流体の流れが混合要素を形成する積層体内部に流入し、連通する第１の貫通孔を流通して混合されるので、流体を効率的に混合することができる。
【００４５】
（７）攪拌装置
本発明に係る他の局面に従った攪拌装置の構成は、
第１２の技術的手段に係る攪拌翼が、攪拌槽内の流体中に配設されていることを特徴とする（第１３の技術的手段）。
【００４６】
本構成によれば、攪拌槽内の流体中に第１２の技術的手段に係る攪拌翼が配設されているので、流体を効率的に混合することができる。
【００４７】
（８）攪拌方法
本発明に係る他の局面に従った攪拌方法は、
第１２の技術的手段に係る攪拌翼により流体を攪拌する方法であって、
前記攪拌翼の回転動作により、前記攪拌翼に具備された混合要素が、前記第２の板の貫通孔を介して前記積層エレメントの第２の貫通孔から混合要素内部に流入した流体を、前記積層エレメントの複数の第１の貫通孔を介して混合要素の外側部から流出させることを特徴とする（第１４の技術的手段）。
【００４８】
本方法によれば、第１２の技術的手段に係る攪拌翼により流体を混合するので、攪拌翼に具備された混合要素内部を流体が流通するため、攪拌槽内の流体を効率的に混合することができる。
【発明の効果】
【００４９】
以上のように、本発明に係る混合要素、混合装置及び混合方法によれば、流体が、連通する第１の貫通孔を複雑に流動するので混合効果が増大する。従って、積層エレメントの積層枚数を多くすることにより、多くの流量の流体を混合することができる。また、洗浄作業を容易にすることができる。
【００５０】
また、本発明に係る攪拌翼、攪拌装置及び攪拌方法によれば、流体が、連通する第１の貫通孔を複雑に流動するので混合効果が増大する。従って、積層エレメントの積層枚数を多くすることにより、混合時間を短くすることができる。また、洗浄作業を容易にすることができる。また、攪拌槽内に収容された流体を混合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】混合要素の実施形態１に係る混合要素を流体が流れる様子を示した断面図である。
【図２】混合要素の実施形態１に係る混合要素の構成部品を示した斜視図である。
【図３】混合要素の実施形態１に係る混合要素の積層エレメントの重なり合いを示した平面図である。
【図４】混合要素の実施形態２に係る混合要素を流体が流れる様子を示した断面図である。
【図５】混合要素の実施形態２に係る混合要素の構成部品を示した斜視図である。
【図６】混合要素の実施形態２に係る混合要素の積層エレメントの重なり合いを示した平面図である。
【図７】混合要素の実施形態３に係る混合要素を流体が流れる様子を示した断面図である。
【図８】混合要素の実施形態３に係る混合要素における積層エレメントを示した斜視図である。
【図９】積層エレメントにおける第１の貫通孔の変形例を示した斜視図である。
【図１０】積層エレメントを分割構造とした場合の例を示した斜視図である。
【図１１】積層エレメントを分割構造とした場合の例を示した斜視図である。
【図１２】混合装置の実施形態１に係る混合装置を流体が流れる様子を示した断面図である。
【図１３】混合装置の実施形態２に係る混合装置を流体が流れる様子を示した断面図である。
【図１４】混合装置の実施形態３に係る混合装置を流体が流れる様子を示した断面図である。
【図１５】攪拌装置の実施形態１に係る攪拌装置内部を流体が流れる様子を示した断面図である。
【図１６】攪拌装置の実施形態１における混合要素の平面図である。
【図１７】攪拌装置の実施形態１における混合要素の構成部品を示した斜視図である。
【図１８】攪拌装置の実施形態２に係る攪拌装置内部を流体が流れる様子を示した断面図である。
【図１９】攪拌装置の実施形態２に使用されるパドル翼を示した斜視図である。
【図２０】攪拌装置の実施形態２に使用される混合要素が配設されたパドル翼の平面図及び断面図である。
【図２１】攪拌装置の実施形態３に係る攪拌装置内部を流体が流れる様子を示した断面図である。
【図２２】攪拌装置の実施形態３に使用されるディスクタービン翼を示した斜視図である。
【図２３】攪拌装置の実施形態３に使用される混合要素が配設されたディスクタービン翼の平面図及び断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００５２】
（混合要素の実施形態１）
図１は、実施形態１による混合要素１Ａの内部を流体Ａが流れる様子を示した断面図であり、図２は、この混合要素１Ａの構成部品を示す斜視図である。図３は、積層エレメント２１が隣接する積層エレメント２１と積層したときの第１の貫通孔２２の重なりを示す平面図である。
【００５３】
混合要素１Ａは、図１及び図２に示すように、円板から構成される積層エレメント２１を複数枚（ここでは６枚）積層した積層体２を、第１の板３及び第２の板４により、例えば、適宜な位置に配された４本のボルト１１及びナット１２の固定手段にて両側から挟持して構成される。
第１の板３は、ボルト用の穴のみを有する円板である。第２の板４は、ボルト用の穴とともに、中央部に流体Ａが流入する円形の貫通孔４１を有している。第１の板３及び第２の板４は、積層エレメント２１と略同一の外径を有する。
【００５４】
積層エレメント２１は、円形の第１の貫通孔２２を複数有し、中央部に円形の第２の貫通孔２３を有している。第２の貫通孔２３の内径は、第２の板４の貫通孔４１の内径と略同一、且つ略同心である。積層エレメント２１が積層されることにより、第２の貫通孔２３は中空部２４を形成する。
各第１の貫通孔２２は、その内径及びピッチが略同一である。図３に示すように、複数の第１の貫通孔２２の一部は、互いに隣接する積層エレメント２１の第１の貫通孔２２とその位置をずらせて、部分的に重なり合うように配置され、積層エレメント２１の延在する方向に連通する。複数の第１の貫通孔２２の一部は、積層エレメント２１の内周面及び外周面に開いている。
積層体２の両端部に対向配置されている第１の板３及び第２の板４により、積層体両端部の積層エレメント２１の第１の貫通孔２２は積層方向に閉じている。そのため、積層体２内部の流体Ａは、積層体２両端部の積層エレメント２１の第１の貫通孔２２から積層方向に流出することを妨げられ、積層体２内部を積層エレメント２１の延在する方向へ確実に流通する。
従って、流体Ａは、混合要素１Ａ内部を内周部から外周部へ、又はその逆に外周部から内周部へ流通させられる。以上により、複数の第１の貫通孔２２間で流体Ａを積層エレメント２１の延在する方向に流通可能に連通するように形成される。
【００５５】
以上の混合要素１Ａに、例えば、流体Ａは、適宜な圧送手段により第２の板４の貫通孔４１を経由して中空部２４に流入する。次に、流体Ａは、中空部２４の内周面に開く積層エレメント２１の第１の貫通孔２２から、積層体２内部に流入する。次に、流体Ａは、当該第１の貫通孔２２に連通する他の第１の貫通孔２２に流通し、さらに、他の第１の貫通孔２２に連通する当該第１の貫通孔２２に流通する。最終的に、流体Ａは、積層体２の外周面に開く積層エレメント２１の第１の貫通孔２２を経由して、積層体２内部から流出する。
【００５６】
以上のように、流体Ａは、積層体２内部の連通する第１の貫通孔２２を内周部から外周部に向かって略放射状に流動する。そして、その際に、分散、合流、反転、乱流、渦流、衝突等を繰り返すことにより高度に混合される。なお、流体Ａは、上記とは逆に、積層エレメント２１の積層体２の外周部から流入させ、内周部から流出させてもよい。
【００５７】
分散、合流、反転、乱流、渦流、衝突については概ね次のようである。すなわち、分散
とは、各第１の貫通孔２２から隣接する第１の貫通孔２２に流体Ａが流出する際の分散を、合流とは複数の第１の貫通孔２２から隣接する第１の貫通孔２２へ流体Ａが流れ込むことによる合流を、反転とは第１の貫通孔２２内部での流体Ａの反転をいう。また、乱流とは流体Ａの不規則な流れを、渦流は強い乱流に伴って発生する渦状の流れをいい、そして、それらの流れが衝突する。
【００５８】
中空部２４は第１の貫通孔２２に対して十分な大きさを有し、中空部２４を構成する各積層エレメントの第２の貫通孔２３は略同一の内径を有するとともに、且つ略同心である。そのため、流体Ａが中空部２４を流れる際の流動抵抗は積層体２内部を流れる際の流動抵抗と比較して小さく、圧力損失も小さい。従って、流体Ａは、積層エレメント２１の積層枚数が多い場合でも、積層方向の位置に関らず略均等に各積層エレメント２１の内周部に到達し、積層体２内部を内周部から外周部へ略均等に流れる。
【００５９】
また、混合要素１Ａ内部において、上面及び下面を他の積層エレメント２１と接している積層エレメント２１の第１の貫通孔２２においては、当該第１の貫通孔２２から上面及び下面の他の第１の貫通孔２２へ流出するので、上面及び下面の他の第１の貫通孔２２により流体は分散される。また、当該第１の貫通孔２２へは上面及び下面の他の第１の貫通孔２２から流入するので、上面及び下面の他の第１の貫通孔２２からの流体が合流する。従って、混合効果が高く流体Ａは高度に混合される。
特に、流量が増大して流動状態が乱流に移行すると、乱流及び渦流の効果が高くなって、上記分散及び合流に伴う流体の混合効果がより一層増大する。流量が少なくて流動状態が層流の場合でも、流体は上面及び下面に分散・合流するので高度に混合される。
【００６０】
また、積層エレメント２１、第１の板３及び第２の板４が各々に分解可能なので、積層エレメント２１の第１の貫通孔２２に残存した残留物や異物の除去のような洗浄作業を容易にすることができる。
また、積層エレメント２１、第１の板３及び第２の板４を別々に製作することができるので、混合要素１の製作が容易であり、且つ安価に製作することができる。
また、積層エレメント２１として略環状の板を製作する際に、一定の厚みを有する金属板、例えばパンチングメタル等を打ち抜き加工により形成することができるので、混合要素１を、さらに安価に製作することができる。
【００６１】
なお、本実施形態１では、積層エレメント２１の第１の貫通孔２２及び第２の貫通孔２３、並びに第２の板４の貫通孔４１を円形としているが、本発明の範囲内であればこれに限定されるものではない。また、積層エレメント２１は第２の貫通孔２３を中央部に、第２の板４は貫通孔４１を中央部に有し、略同一径、略同心であるが、本発明の範囲内であればこれに限定されるものではない。
【００６２】
（混合要素１の実施形態２）
図４は、実施形態２による混合要素１Ｂの内部を流体Ａが流れる様子を示した断面図であり、図５は、この混合要素１Ｂの構成部品を示す斜視図である。図６は、積層エレメント２１ａが他の積層エレメント２１ｂと積層したときの第１の貫通孔２２の重なりを示す平面図である。
本実施形態２による混合要素１Ｂが実施形態１の混合要素１Ａと異なるところは、第１の板３と第２の板４との間に、第１の貫通孔２２の形成パターンが異なる積層エレメント２１ａ，２１ｂを積層したことである。図５をも参照して、一方の積層エレメント２１ａでは、内周面に沿って配設される第１の貫通孔２２が開放されているが、外周面では第１の貫通孔２２が開放されていない。他方、積層エレメント２１ｂでは、逆に、内周面では第１の貫通孔２２が開放されていないが、外周面に沿って配設される第１の貫通孔２２が開放されている。積層エレメント２１ａ、２１ｂの各々の第１の貫通孔２２は、半径方向
及び円周方向に部分的にずれて重なり合い、積層エレメント２１ａ，２１ｂの延在する方向に連通する。
【００６３】
混合要素１Ｂのように構成することによっても、適宜な圧送手段により混合要素１Ｂに流入させられた流体Ａは、第２の板４の貫通孔４１を経由して中空部２４に流入する。次に流体Ａは、中空部２４の内周面に開く積層エレメント２１ａの第１の貫通孔２２を介して積層体２に流入し、当該積層体２内部を放射状に流通しながら、積層エレメント２１ａ，２１ｂの連通する第１の貫通孔２２を流通することにより高度に混合される。最終的に、流体Ａは、積層エレメント２１ｂの外周面に開く第１の貫通孔２２を介して積層体２から流出する。
本実施形態２の混合要素１Ｂにおけるその他の構成及び作用効果は、上記混合要素１における実施形態１の混合要素１Ａと同様である。
【００６４】
（混合要素１の実施形態３）
図７は、実施形態３による混合要素１Ｃの内部を流体Ａが流れる様子を示した断面図であり、図８は、この混合要素１Ｃにおける積層エレメント２１ｃを示す斜視図である。
本混合要素１Ｃが、実施形態１による混合要素１Ａと異なるところは、図７及び図８に示すように、複数の積層エレメント２１ｃが、中央部には第２の貫通孔２３を設けずに第１の貫通孔２２を全面に有し、且つ外周部に第１の貫通孔２２が開放しない枠部２５（図８参照）を有していることである。また、各第１の貫通孔２２は、四角形状に形成されている（図８参照）。さらに、第１の板３の外周形状は、当該板に重ね合わされた積層エレメント２１ｃの外周部分の第１の貫通孔２２が開放されるように、積層エレメント２１ｃよりも小径に形成されている（図７参照）。
【００６５】
混合要素１Ｃをこのように構成することによっても、適宜な圧送手段により混合要素１Ｃに流入させられた流体Ａは、第２の板４の貫通孔４１を介して積層体２に流入し、積層体２内部を放射状に流通しながら、積層エレメント２１ｃの連通する第１の貫通孔２２を流通することにより高度に混合される。最終的に、流体Ａは、積層体２の一端に配設された第１の板３の外周部に開く第１の貫通孔２２を介して流出する。
【００６６】
このように、実施形態３による混合要素１Ｃによれば、第１の貫通孔２２を積層エレメント２１ｃの全面に形成するため、中央部に第２の貫通孔２３を設ける必要が無く、製作が容易である。
本実施形態３の混合要素１Ｃにおけるその他の構成及び作用効果は、上記実施形態１の混合要素１Ａと同様である。
【００６７】
（混合要素１の変形例）
なお、本発明に係る混合要素１は、上記各実施形態１〜３に限定されず、種々の変更を施すことが可能である。
例えば、積層エレメント２１の第１の貫通孔２２は、円形に限らず図９（ａ）〜（ｄ）に示すように、正四角形、三角形、六角形、長方形等の多角形形状としてもよい。第１の貫通孔２２を多角形形状とすることで、積層エレメント２１の開口率が大きくなるので、混合要素１の流動抵抗を小さくすることができる。
【００６８】
さらに、上記各混合要素の実施形態において積層エレメント２１として略環状の板を製作する場合には、一定の厚みを有する金属板、例えばパンチングメタル等を打ち抜き加工等により穿設して短時間で大量に製作することができる。これにより、混合要素１を安価に製作することができる。
また、積層エレメント２１、第１の板３及び第２の板４等は、各種形状の分割構造とすることができる。この場合、大型の混合要素１であっても容易に製作することができる。
図１０に示すように、積層エレメント２１が環状の形状を有する場合には、扇形形状の分割体２６による分割構造とすることができる。また、図１１に示すように、積層エレメント２１が四角形の場合は、矩形形状の分割体２６による分割構造とすることができる。
また、積層エレメント２１を光触媒を担持したものとすることができる。これによれば、各板に付着した流体の残留物や異物を光触媒の作用によって短時間に容易に分解することができるので、混合装置の運転終了後の洗浄等のメンテナンスが容易になる。
【００６９】
（混合装置の実施形態１）
図１２は、混合装置の実施形態１による流体Ａが流れる様子を示した断面図である。
本実施形態１による混合装置５Ａは、図１２に示すように、フランジ５３を有する円筒状ケーシング５０に、入口５１及び出口５２を有する外周円板状のフランジ５４が着脱自在に装着している。円筒状ケーシング５０の内部には、前記した円板から構成される積層エレメント２１を複数枚（ここでは３枚）重ね合わせた積層体２が４つ配設されている。
ケーシング５０の入口５１側には、中央部に貫通孔４１を有し、ケーシング５０の内径と略同一の外径を有する第２の板４が配設され、その下面に積層エレメント２１の第１積層体２ａが配設されている。第１積層体２ａの下面には積層エレメント２１の外径と略同一の外径を有する第１の板３が配設されている。続いて第２積層体２ｂ、第２の板４、第３積層体２ｃ、第１の板３、第４積層体２ｄ、第２の板４が、順次配設されている。
図１２に示す混合装置では、各第２の板４の外径がケーシング５０の内径と略同一であり、混合要素１がケーシング５０内に固定されるが、第１の板３、第２の板４及び積層体２による混合要素１をボルトとナットのような固定手段で固定するようにしてもよい。
【００７０】
積層エレメント２１は、混合要素１の実施形態の混合要素１Ａ及び１Ｂと同様に、第１の貫通孔２２を複数有し、中央部に円形の第２の貫通孔２３を有している。積層エレメント２１の第２の貫通孔２３の内径は、第２の板４の貫通孔４１の内径と略同一、且つ略同心である。積層エレメント２１が積層されることにより、第２の貫通孔２３は中空状の空間部である第１中空部２４ａ、第２中空部２４ｂ、第３中空部２４ｃ及び第４中空部２４ｄを構成する。各々の中空部２４ａ〜２４ｄは、各々積層体２ａ〜２ｄに対応する中空部２４である。
ケーシング５０の内周部と、第１積層体２ａ及び第２積層体２ｂの外周部との間には第１環状空間部５５ａが、並びに、第３積層体２ｃ及び第４積層体２ｄの外周部との間には第２環状空間部５５ｂが形成される。
【００７１】
また、各積層体２ａ〜２ｄ内部において、混合要素１Ａ及び１Ｂの実施形態１、２と同様に、複数の第１の貫通孔２２の一部は、積層エレメント２１の延在する方向に連通し、また、積層エレメント２１の内周面及び外周面に開いている。
各積層体２ａ〜２ｄの両端部に対向配置されている第１の板３及び第２の板４により、各積層体２ａ〜２ｄの両端部の第１の貫通孔２２は積層方向に閉じている。そのため、積層体２内部の流体は、各積層体２ａ〜２ｄの両端部の第１の貫通孔２２から積層方向に流出することを妨げられ、積層体２ａ〜２ｄ内部を積層エレメント２１の延在する方向へ確実に流通する。
【００７２】
以上の構成を有する混合装置５Ａに、例えば、流体Ａは、適宜な圧送手段により入口５１から流入し、第１中空部２４ａに流入する。続いて、流体Ａは、第１中空部２４ａの内周面に開く第１の貫通孔２２から第１積層体２ａ内部に流入し、連通する第１の貫通孔２２を外周方向へ流通する。続いて、流体Ａは、第１積層体２ａの外周面に開く第１の貫通孔２２から流出し、第１環状空間部５５ａに流入する。
【００７３】
続いて、流体Ａは、第２積層体２ｂの外周面に開く第１の貫通孔２２から第２積層体２ｂ内部に流入し、連通する第１の貫通孔２２を内周方向へ流通する。そして、流体Ａは、第２中空部２４ｂの内周面に開く第１の貫通孔２２から流出し、第２中空部２４ｂに流入する。
【００７４】
その後、流体Ａは、第３中空部２４ｃ→第３積層体２ｃ→第２環状空間部５５ｂ→第４積層体２ｄ→第４中空部２４ｄを経由して出口５２から流出する。以上のように、流体Ａは、各積層体２ａ〜２ｄの内部を内周部から外周部へ、又は外周部から内周部へ放射状に流通しながら、連通する第１の貫通孔２２を流通することにより高度に混合される。以上により、混合装置５Ａの入口５１から流入した流体Ａは、高度に混合されて出口５２から流出する。
【００７５】
本混合装置５Ａによれば、各積層体２ａ〜２ｄの両端部に対向配置されている第１の板３及び第２の板４により、流体Ａが積層体２内部を流れる方向を、内周部から外周部へ、又はその逆に、外周部から内周部へと変えることができる。そうすると、流体Ａは、より多くの連通する第１の貫通孔２２を流通するので、さらに流体Ａの混合度を高めることができる。
【００７６】
また、各中空部２４ａ〜２４ｄは第１の貫通孔２２に対して十分な大きさを有し、中空部２４を構成する各積層エレメントの第２の貫通孔２３は略同一の内径を有するとともに、且つ略同心である。そのため、流体Ａが各中空部２４ａ〜２４ｄを流れる際の流動抵抗は各積層体２ａ〜２ｄ内部を流れる際の流動抵抗と比較して小さく、圧力損失も小さい。従って、流体Ａは、積層エレメント２１の積層枚数が多い場合でも、積層方向の位置に関らず略均等に各積層エレメント２１の内周部に到達し、各積層体２ａ〜２ｄ内部を内周部から外周部へ、又はその逆に外周部から内周部へ略均等に流れる。
【００７７】
各環状空間部５５ａ，５５ｂから積層体２内部への流体Ａの流入についても、上記各中空部２４ａ〜２４ｄについてのものと同様である。
【００７８】
さらに、本混合装置５Ａによれば、入口５１及び出口５２を有するケーシング５０の内部で流体Ａを混合することができるため、インライン静止型混合装置としての使用が可能であって、流体Ａを連続的に混合することができる。
また、積層エレメント２１、第１の板３及び第２の板４の外周形状を円形とすることにより、ケーシング５０を円筒形状とすることができるため、ケーシング５０の耐圧を高くすることができる。従って、流体Ａを高圧条件下で混合することができる。
本実施形態１による混合装置５Ａにおけるその他の構成及び作用効果は、上記混合要素１の実施形態１の混合要素１Ａと同様である。
【００７９】
（混合装置の実施形態２）
図１３は、混合装置５の実施形態２による流体Ａが流れる様子を示した断面図である。
本実施形態２による混合装置５Ｂでは、図１３に示すように、各積層体２ａ〜２ｄを構成する積層エレメント２１の外径がケーシング５０内径と略同一であって、他の構成は上記混合装置５の実施形態１と同じである。
この混合装置５Ｂでは、混合要素１とケーシング５０との間に環状空間部５５ａ，５５ｂを有しておらず、第１の板３の外径は、第２の板４や積層体２の外径よりも小さい。従って、流体Ａは、第１積層体２ａと第２積層体２ｂとの間、第３積層体２ｃと第４積層体２ｄとの間では、外周部で互いに連通する第１の貫通孔２２間で流通する。
このような構成によっても、流体Ａは、各積層体２ａ〜２ｄ内部の連通する第１の貫通孔２２を積層エレメント２１の延在する方向に流通することにより混合される。
本実施形態２は、積層エレメント２１の外径及び第２の板４の外径がケーシング５０の内径と略同一であるため、積層エレメント２１及び第２の板４のケーシング５０の内部への設置が容易である。
【００８０】
本実施形態２における混合装置５Ｂのその他の作用効果は、上記混合装置５の実施形態１における混合装置５Ａの作用効果と同様である。
【００８１】
（混合装置の実施形態３）
図１４は、混合装置５の実施形態３による流体Ａが流れる様子を示した断面図である。
本実施形態３による混合装置５Ｃでは、図１４に示すように、第１積層体２ａ〜第４積層体２ｄを構成する積層エレメント２１が第２の貫通孔２３を有さない点を除いては、混合装置５の実施形態２と同じである。このような構成によっても、流体Ａは、各積層体２ａ〜２ｄ内部の連通する第１の貫通孔２２を積層エレメント２１の延在する方向に流通することにより混合される。
本実施形態３は、積層エレメント２１の外径及び第２の板４の外径が、ケーシング５０の内径と略同一であるので、積層エレメント２１及び第２の板４のケーシング５０内部への設置が容易である。また、積層エレメント２１が第２の貫通孔２３を有さないので、製作が容易である。例えば、図８に示される積層エレメント２１ｃが本実施形態３の一部に使用される。
【００８２】
本実施形態３における混合装置５Ｃのその他の作用効果は、上記混合装置５の実施形態１における混合装置５Ａの作用効果と同様である。
【００８３】
（混合装置の変形例）
本発明に係る混合装置５は、混合要素１の変形例と同様に上記の混合装置５の各実施形態１〜３に限定されない。本発明の範囲内で変形して実施することができる。
例えば、積層エレメント２１、第１の板３及び第２の板４の外周形状は特に円形には限定されない。外周形状が円形でなくても、いずれの発明を実施する上においては何の支障もないからである。工場の排気ガス処理装置のような断面が長方形状の管路に本混合方法を適用するに際しては、第２の板４の外側形状を長方形状の管路の内側形状と略同一にすれば良い。
【００８４】
（その他）
混合される流体Ａは、気体や液体に限定されるものではなく、液体と固体との混合物あるいはその他であってもよい。特に、液体に粒状物質を溶解させる場合には、従来の円板に前面開放の多角形状の小室を有する導流単位体では、小室に閉塞した粒状物質の除去が困難であったが、本発明に係る混合装置５は分解可能な構造であるため、そのような場合でも閉塞した粒状物質の除去が容易である。
【００８５】
用途としては、流体の濃度を均一にする用途以外にも、例えば、温度が異なる同一種の流体を混合して均一な温度とする用途にも適用できる。
【００８６】
（攪拌装置の実施形態１）
図１５は、攪拌装置６の実施形態１による流体Ｂが攪拌装置６Ａ内部を循環する様子を示した断面図である。図１６は、この攪拌装置６Ａに用いられる混合要素１の平面図である。図１７は、この混合要素１の構成部品を示す斜視図である。なお、図１５及び図１６に示された内板７は、図１７では省略されている。
攪拌装置６Ａは、図１５に示すように、混合要素１、駆動源６１、回転軸６２及び攪拌槽６３を備えている。駆動源６１は、混合要素１を回転駆動するものであり、本実施形態では、供給電源Ｐから電力が供給されることで回転駆動する駆動モータである。回転軸６２は、駆動源６１に連結された状態で、混合要素１を支持するものであり、また、攪拌槽６３の内部には、流体Ｂが収容されている。
【００８７】
図１７を参照して、混合要素１は、図１及び図２に示す積層エレメント２１と同様に、略環状の形状を有する積層エレメント２１を複数枚（ここでは６枚）を重ね合わせた積層エレメント２１からなる積層体２を、第１の板３及び第２の板４により、適宜な位置に配された４本のボルト１１及びナット１２の締結部材にて両側から挟持して構成される。
第１の板３は、ボルト用の穴と、４つの貫通孔３１とを有する円板である。第２の板４は、ボルト用の穴とともに、中央部に流体Ａが流入する円形の貫通孔４１を有する。第１の板３及び第２の板４は、積層エレメント２１と略同一の外径を有する。
積層エレメント２１は、円形の第１の貫通孔２２を複数有し、中央部に攪拌槽６３内を循環する流体Ｂが流入する円形の第２の貫通孔２３を有する。積層エレメント２１の第２の貫通孔２３の内径は、第２の板４の貫通孔４１の内径と略同一、且つ略同心である。積層エレメント２１が積層されることにより、第２の貫通孔２３は中空部２４を形成する。中空部２４の内周面には、積層エレメント２１の積層方向に伸びる内板７が４枚配設されている。
本混合要素１のその他の構成は、混合要素１の実施形態１における混合要素１Ａと同様である。
【００８８】
駆動モータ６１により混合要素１が回転駆動すると、混合要素１の積層体２内部の流体Ｂは、遠心力の作用により半径方向外方に向けて付勢される。付勢された流体Ｂは、積層体２内部の連通する第１の貫通孔２２を内周部から外周部に向かって略放射状に流通し、外周面に開く第１の貫通孔２２から外方へ吐出される。
一方、図１５を参照して、攪拌槽６３内の流体Ｂは、混合要素１の下端部の第２の板４の貫通孔４１及び上端部の第１の板３の４つの貫通孔３１を介して積層体２内部の中空部２４に吸い込まれる。吸い込まれた流体Ｂは、中空部２４の内周面に開く第１の貫通孔２２を経由して、積層体２内部に流入する。そして、混合要素１の回転動作による遠心力の作用により半径方向外方に向けて付勢され、上記のように外周面に開く第１の貫通孔２２から外方へ吐出される。
そして、流体Ｂは、積層体２内部を内周部から外周部に向かって略放射状に流動する際に、連通する第１の貫通孔２２を流通することにより高度に混合される。
【００８９】
本攪拌装置６Ａによれば、積層エレメント２１の積層枚数を多くすることにより、流体が流通する混合要素１内部の連通する第１の貫通孔２２が多くなるので、流体Ｂの混合時間を短くすることができる。
【００９０】
また、中空部２４には、内周に積層エレメント２１の積層方向に伸びる内板７が配設されており、混合要素１の回転動作により、内板７の回転方向と反対側の面近傍に強力な吸い込み流れが発生する。そのため、中空部２４に流入する流体Ｂの流量がより多くなる。従って、さらに攪拌槽６３内部を循環する流体Ｂの流量が多くなり、より混合効果を高めることができる。
また、混合要素１の底部の第２の板４の下面に、鉛直方向に放射状に伸びる外板を設けてもよい。これにより、当該外板の回転方向と反対側の面近傍に強力な吸い込み流れが発生し、中空部２４に流入する流体Ｂの流量が多くなる。従って、さらに攪拌槽６３内を循環する流体Ｂの流量が多くなり、より混合効果を高めることができる。
また、混合要素１を攪拌槽６３の底部近くに配設する場合には、混合要素１を支持する回転軸６２及び駆動源６１を攪拌槽６３の下部に配設しても良い。この場合は、攪拌槽６３底部の回転軸６２が挿通される部分に適宜なシール機構が設けられる。
また、積層体２の中空部２４に設けた内板７を設けない構成としてもよい。
【００９１】
なお、本発明に係る攪拌装置６Ａは、混合要素１の変形例と同様に上記の攪拌装置６Ａの実施形態１に限定されない。
本実施形態１における攪拌装置６Ａのその他の作用効果は、上記混合要素１の実施形態１における混合要素１Ａの作用効果と同様である。
【００９２】
（攪拌装置の実施形態２）
図１８は、攪拌装置６の実施形態２による流体Ｂが攪拌装置６Ｂ内部を循環する様子を示した断面図である。図１９は、攪拌翼８０Ａにおけるパドル翼８ａの斜視図である。図２０は、パドル翼８ａに混合要素１が配設された攪拌翼８０Ａの平面図及び断面図である。
【００９３】
本実施形態２による攪拌装置６Ｂでは、図１８に示すように、攪拌槽６３内に混合要素１を具備する攪拌翼８０Ａが配設されている点を除いて、攪拌装置６の実施形態１と同じである。攪拌翼８０Ａは、図２０に示すように、回転軸６２を設けたパドル翼８ａと、このパドル翼８ａに具備する混合要素１とを備える。パドル翼８ａは、図１９に示すように、回転軸６２に設置された４枚の羽根８１を有する。混合要素１は、第１の板３、積層体２を構成する積層エレメント２１、第２の板４が積層方向に分解可能に固定されるとともに、円周方向に複数（４個）の扇形形状の分割体２６Ａに分割可能に固定されている。分割体２６Ａは、第１の板３、積層体２及び第２の板４の各々が内周側を円弧状に切り欠いた扇形に形成されて、積層体２が第１の板３及び第２の板４の間に挟持されるようにボルト１１及びナット１２等の固定手段で固定されている。これら扇形形状の分割体２６Ａがパドル翼８ａの隣り合った羽根８１の間に配置されて、適宜の固定手段（図示せず）により羽根８１に固定されている。これにより、パドル翼８ａには４個の扇形形状の分割体２６Ａが円周方向に配置されて、内側には両端側（図２０（ｂ）の上下端側）に開放する中空部２４を有する混合要素１が形成される。なお、本混合要素１のその他の構成は、混合要素１の実施形態１における混合要素１Ａと同様である。
【００９４】
再び図１８を参照して、この攪拌装置６Ｂによれば、駆動モータ６１により攪拌翼８０Ａが回転駆動されると、上述の攪拌装置６の実施形態１と同様に、攪拌槽６３内の流体Ｂは、パドル翼８ａの回転動作によって中空部２４の上下の開放部から中空部２４内に吸込まれるとともに、回転による円周方向への吸込流により中空部２４と連通する第１の貫通孔２２を経由して積層体２内部に流入される。積層体２内部に流入した流体Ｂは、パドル翼８ａ及び混合要素１の回転動作による遠心力の作用により、積層体２内部に連通する第１の貫通孔２２を半径方向外方に向けて付勢されて流動され、そして、混合要素１の外周面に開く第１の貫通孔２２から外方へ吐出される。このように、この攪拌翼８０Ａによれば、流体Ｂは混合要素１により高度に混合されるので、パドル翼８ａによる混合をより効率的にすることができる。
なお、本実施形態２における攪拌装置６Ｂのその他の作用効果は、上記攪拌装置６の実施形態１における攪拌装置６Ａの作用効果と同様である。
【００９５】
（攪拌装置の実施形態３）
図２１は、攪拌装置６の実施形態３による流体Ｂが攪拌装置６Ｃ内部を循環する様子を示した断面図である。図２２は、攪拌翼８０Ｂにおけるディスクタービン翼８ｂの斜視図である。図２３は、ディスクタービン翼８ｂに混合要素１が配設された攪拌翼８０Ｂの平面図及び断面図である。
【００９６】
本実施形態３による攪拌装置６Ｃでは、図２１に示すように、攪拌槽６３内に混合要素１を具備する攪拌翼８０Ｂが配設されている点を除いて、攪拌装置６の実施形態１と同じである。攪拌翼８０Ｂは、図２３に示すように、回転軸６２を設けたディスクタービン翼８ｂと、このディスクタービン翼８ｂに具備する混合要素１とを備える。ディスクタービン翼８ｂは、図２２に示すように、回転軸６２に取り付けられたディスク８２と、このディスク８２の外周部に設けられた６枚の羽根８３とを有する。混合要素１は、第１の板３、積層体２を構成する積層エレメント２１、第２の板４が積層方向に分解可能にボルト１１及びナット１２等の固定手段で固定されている。この混合要素１は、中空部２４内にディスクタービン翼８ｂの６枚の羽根８３が配設されるように回転軸６２に取り付けられている。これにより、ディスクタービン翼８ｂの外周に混合要素１が配置される。なお、この混合要素１は、第１の板３が４つの貫通孔３１を有する円板で形成されている点を除いて、その構成は、混合要素１の実施形態１における混合要素１Ａと同様である。
【００９７】
再び図２１を参照して、この攪拌装置６Ｃによれば、駆動モータ６１により攪拌翼８０Ｂが回転駆動されると、上述の攪拌装置６の実施形態１と同様に、攪拌槽６３内の流体Ｂは、ディスクタービン翼８ｂの回転動作によって中空部２４の上下の開放部から中空部２４内に吸込まれるとともに、回転による円周方向への吸込流により中空部２４と連通する第１の貫通孔２２を経由して積層体２内部に流入される。積層体２内部に流入した流体Ｂは、ディスクタービン翼８ｂ及び混合要素１の回転動作による遠心力の作用により、積層体２内部に連通する第１の貫通孔２２を半径方向外方に向けて付勢されて流動され、そして、混合要素１の外周面に開く第１の貫通孔２２から外方へ吐出される。このように、この攪拌翼８０Ｂによれば、流体Ｂは混合要素１により高度に混合されるので、ディスクタービン翼８ｂによる混合をより効率的にすることができる。
なお、本実施形態３における攪拌装置６Ｃのその他の作用効果は、上記攪拌装置６の実施形態１における攪拌装置６Ａの作用効果と同様である。
【００９８】
本発明において攪拌翼８０を備えた攪拌装置６は上記攪拌装置６の実施形態２，３に限定されず、例えば、図２０に示す攪拌翼８０Ａは、扇形形状の分割体２６Ａによる混合要素１に代えて図２３に示す環状の混合要素１を用い、この環状の混合要素１の中空部２４内に適宜の間隔を保ってパドル翼８ａが配設されてもよい。また、羽根８１の数も適宜に設定してもよく、パドル翼８ａに限らず傾斜パドル翼としてもよい。
また、図２３に示す攪拌翼８０Ｂは、環状の混合要素１に代えて図２０に示す扇形形状の分割体２６Ａをディスクタービン翼８ｂの隣り合った羽根８３の間に配設されてもよい。ディスクタービン翼８ｂの羽根８３は、図２２に示すディスク８２の半径方向に真っ直ぐ配置したものに限らず半径方向から一定角度傾斜した傾斜タービン翼や羽根を湾曲させたホローブレイド翼等としてもよく、また、羽根８３の数も適宜に設定することができる。
【００９９】
（その他）
積層エレメント２１、第１の板３及び第２の板４は簡単な構造を有するので、従来の導流単位体のような構造では製作が難しいセラミックス等の材料によっても製作することが可能である。従って、耐食性や耐熱性が必要とされる用途にも混合要素１、混合装置５、混合方法、攪拌装置６及び攪拌方法を適用することができる。
【０１００】
また、大きな空間を必要とせず、又、管路中に配設することができるので、例えば、ディーゼル自動車の排気ガスラインのように設置空間が限られている場所に混合要素１、混合装置５、混合方法を適用することもできる。この場合、排気ガスと還元剤の混合を良好に行うことにより、排気ガス中の窒素酸化物の分解率が向上する。従って、排気ガス中の窒素酸化物の濃度を低下するので、地球環境の向上に貢献することができる。
【０１０１】
また、化学プラントで数種類の流体を混合して反応させる触媒反応器入口に混合要素１、混合装置５、混合方法を適用することもできる。この場合には、触媒層に供給される流体の濃度分布が小さくなるので、反応率が向上し、目的とする生成物質の収率の向上が可能である。その結果、化学プラント全体のエネルギー効率が向上して二酸化炭素の発生を減少させることができるので、やはり、地球環境の向上に貢献することができる。
【０１０２】
以上に開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考慮されるべきである。本発明の範囲は、以上の実施の形態ではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての修正や変形を含むものである。
【符号の説明】
【０１０３】
１  混合要素
２  積層体
３  第１の板
４  第２の板
５  混合装置
６  攪拌装置
７  内板
８ａ  パドル翼
８ｂ  ディスクタービン翼
２１  積層エレメント
２２  第１の貫通孔
２３  第２の貫通孔
２４  中空部
４１  貫通孔
５５  環状空間部
Ａ，Ｂ  流体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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