(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次混合要素部と二次混合要素部との二層構造体から成り、その一方の板部に一次出入口を形成し、該一次出入口の周りの二層構造境界面において、これに連通する混合室を円周状に配列して形成すると共に、これら円周状の混合室群を同心的に配列し、これら混合室群の半径方向の位置関係にある各混合室の間でせん断力を与える段差を介して夫々二つの混合室が相互に連通するよう構成して成ることを特徴とする静止型混合器の混合要素体。
【請求項２】
一次混合要素部と二次混合用素部との二層構造体から成り、一次混合要素部は、一次板部に一次出入口を形成し、一次出入口の周りの二層構造境界面には環状の一次溝部を形成し、一次溝部内には一次区割壁を放射状に複数形成し、一次区割壁で区割した一次混合室からなる一次混合室群を設け、また二次混合要素部は、二次板部の二層構造境界面に環状の二次溝部を形成し、二次溝部内には一次区割壁と同数の二次区割壁を放射状に形成し、二次区割壁で区割した二次混合室からなる二次混合室群を設け、また二次混合室と一次混合室とは、直径方向で一部分がオーバーラップし、また一次出入口は、一次混合室若しくは二次混合室の何れか一方と連通し、他の一次混合室若しくは二次混合室は外部に開放して二次出入口となしたことを特徴とする静止型混合器の混合要素体。
【請求項３】
一次混合要素部の一次混合室群と、二次混合要素部の二次混合室群を同心的にそれぞれ複数形成したことを特徴とする請求の範囲第２項記載の静止型混合器の混合要素体。
【請求項４】
一次混合要素部の一次区割壁と、二次混合要素部の二次区割壁は、周方向での位置を一致させて設けたことを特徴とする請求の範囲第２又は３項記載の静止型混合器の混合要素体。
【請求項５】
一次混合要素部の一次区割壁と、二次混合要素部の二次区割壁は周方向での位置を概ね等間隔で交互に設けたことを特徴とする請求の範囲第２、３又は４項記載の静止型混合器の混合要素体。
【請求項６】
一次混合要素部の一次板部若しくは二次混合要素部の二次板部の何れか外周側に貫通口を周設し、一次混合室若しくは二次混合室を外部に開放させずに貫通口と連通させて二次出入口と成したことを特徴とする請求の範囲第２、３、４、又は５項記載の静止型混合器の混合要素体。
【請求項７】
請求項５記載の混合要素体において、貫通口に放射状の仕切壁を複数形成して二次出入り口と成したことを特徴とする請求の範囲第６項記載の静止型混合器の混合要素体。
【請求項８】
上記一次混合要素部と二次混合要素部に形成した各混合室が、両方の板部の二層構造境界面においておのおの独立した凹部として形成されてなることを特徴とする請求の範囲第２項記載の静止型混合器の混合要素体。
【請求項９】
一次混合要素部と二次混合要素部との二層構造体から成り、その一方の一次要素部板部に一次出入口を形成すると共に他方の二次混合要素部に対してその相対する面において流路を形成するカップ状のケーシングとし、二次要素部の該一次出入口に相対する衝突面の周りにおいて、これに連通する混合室を円周状に配列して形成すると共に、これら円周状の混合室群を同心的に配列し、これら混合室群の半径方向の位置関係にある各混合室の間でせん断力を与える段差を介して夫々二つの混合室が相互に連通するよう構成して成ることを特徴とする静止型混合器の混合要素体。
【請求項１０】
上記各混合室を区割壁で仕切ると共に円周状に形成された各列の混合室群を階段状として上記段差で形成し、該区割壁と段差及びカップ状の一次混合要素部との間で混合室を形成してなることを特徴とする請求項９記載の静止型混合器。
【請求項１１】
上記混合室の間を傾斜面とすることによりその傾斜外周側に上記段差を形成し、該段差と次列混合室間の傾斜面及びカップ状の一次混合要素部との間で混合室を形成してなることを特徴とする請求項９記載の静止型混合器。
【請求項１２】
上記円周状に形成された各列の混合室群を階段状として、上記段差を形成すると共に、各混合室間を前列の混合室の延長部により仕切り、該段差、該前列延長部側壁及びカップ状の一次混合要素部との間で混合室を形成してなることを特徴とする請求項９記載の静止型混合器。
【発明の詳細な説明】
技術分野
この発明は、静止型混合器の混合要素体に関する。
背景技術
従来、複数の流体をインラインで混合する静止型混合器は、第２１〜２４図に示すように、流体の流路を構成する流路構造体である円筒状のケーシングＡ内に複数の混合エレメントＢを内装しており、混合エレメントＢは、大小二枚の円板Ｃ、Ｄから構成され、大径な円板Ｃは，中心の流通孔Ｅの周りに同形同大の六角筒状（他に図示しないが四角筒、八角筒、三角筒、丸筒状などがある）の小室Ｆを配列した小室列群Ｇが設けられ、更に順次直径（外側）方向には、小径なる小室列群Ｇの小室Ｆの周りに、同形同大な小室Ｆを配列した大径な小室列群Ｇが設けられ、全体としてハニカム状（最密状）に形成されている。
また、小径な円板Ｄは、大径な円板Ｃと重ね合わさるものであって、小径な円板Ｄにも同形同大な六角筒状の小室Ｆがハニカム状に形成され、かかる小径な円板Ｄの小室Ｆと大径な円板Ｃの小室Ｆとは、互いに対向する小室Ｆ同士が連通するように位置を違えて配列、即ち小室Ｆの中心に、他の小室Ｆを形成する側壁Ｈの交差接続部位Ｐが位置するように配列されている。
また、ケーシングＡ内における複数の混合エレメントＢは、同形の円板Ｃ、Ｄ同士が背中合わせで重ね合わさり、大径な円板Ｃの外周とケーシングＡの内周は密封されると共に、小径な円板Ｄの外周とケーシングＡの内周間には流通路Ｍが形成され、また流通孔Ｅが他の流通孔Ｅおよび入口Ｊ、出口Ｋと連通されている。
つぎに、混合メカニズムとしては，流体を入口ＪからケーシングＡ内に流入させると、上流側の混合エレメントＢの大径な円板Ｃの流通孔Ｅからその内部に達し、互いに連通する小室Ｆを通過して中心から外側に向かって放射状に流動し、ケーシングＡ内周側に達した流体は、流通路Ｍから下流側の混合エレメントＢの外側より各小室Ｆへ入り、互いに連通する小室Ｆを通過して外側から中心に向かって求心状に集合しながら流れ、再び流通孔Ｅから下流側の混合エレメントＢに入り、そして、再度各小室を通過しながら順次複数の混合エレメントＢの内部を流動して出口Ｋより流出する。
ところが、従来の静止型混合器は小室Ｆの形状（六角筒、四角筒、八角筒、三角筒、丸筒状など）に関係なく次の課題を有している。
すなわち、同形同大な小室Ｆがハニカム状に配列され、小室Ｆの室数が外側に移行するにしたがって増加しているため，流体が上流側の混合エレメントＢの流通孔Ｅから入る場合、この混合エレメントＢ内では、流体は拡散しながら分散されるが、つぎに配置される下流側の混合エレメントＢ内では、小室Ｆの室数が中心に移行するにしたがって減少しているため、流体は外側から入って中心側に向かって複数の小室Ｆからひとつの小室Ｆへと集合しながら流れるので、この混合エレメントＢ内部では、分散粒子の合一現象が起こり、分散粒子が微細化することが期待できない。
また、対向する小室Ｆから他の小室Ｆへの分散状態としては，均一に分散しない。すなわち、流れ方向（放射状若しくは求心方向）に関係なく、図示する六角筒状の小室Ｆの場合でも、分散数が２のものと、分散に寄与しない分散数が１の小室がひとつの小室群Ｇの中に存在し、しかも、この小室Ｆは順次外側に配列される小室列群Ｇ内でその数が増加することと相まって、混合エレメントＢ内部の外側の分散領域（周方向）と中心側の分散領域（周方向）での分散数に相違が生じ、これによって分散混合が不均一となる。
また、流体が混合エレメントＢに流入して流出する際の分散数の総数（以下、分散総数という）を増加させるには，小室Ｆが最密状に配列されているため、順次大径な小室列群Ｇを増加する以外に対応できなく、このため混合エレメントＢが大型化する。
発明の開示
本発明は、上記従来技術に基づく分散粒子の合一化、不均一分散混合、分散総数の増加による大型化などの課題に鑑み、一次混合要素部と二次混合要素部からなる二層構造体の混合要素体は、その内部に内側（または外側）から外側（または内側）に連通する複雑な流路を形成し、この流路は一方向（外側から内側）での流動時と、他方向（内側から外側）での流動時の分散数を同数にし、また一次混合室群（または二次混合室群）から二次混合室群（または一次混合室群）への分散状態は、その分散領域（周方向）の全域で均一化することにより、分散粒子の微細化と、均一分散混合を可能にし、さらに分散総数の増減は、一次混合室（または二次混合室）を区割する一次区割壁（または二次区割壁）の増減で対応し、混合要素体の大型化を無くすようにしたことを要旨とする静止型混合器の混合要素体を提供して上記課題などを解消する。
静止型混合器の混合要素体としては、流体の流路中に設けるものであって、一次混合要素部と二次混合用要素部との二層構造体から成り、その一方の板部に一次出入口を形成し、該一次出入口の周りの二層構造境界面において、これに連通する混合室を円周状に配列して形成すると共に、これら円周状の混合室群を同心的に配列し、これら混合室群の半径方向の位置関係にある各混合室の間でせん断力を与える段差を介して夫々二つの混合室が相互に連通するよう構成して成る。
さらに、一次混合要素部と二次混合用要素部との二層構造体から成り、一次混合要素部は、一次出入口、一次混合室群を設けており、一次出入口は一次板部に形成し、また一次混合室群は、一次板部における一次出入口の周りの二層構造境界面に環状の一次溝部を形成すると共に、一次溝部内に一次区割壁を放射状に複数形成し、一次区割壁で区割した一次混合室で構成している。
また、二次混合要素部は二次混合室群を設けており、二次混合室群は、二次板部の二層構造境界面に環状の二次溝部を形成すると共に、二次溝部内には一次区割壁と同数の二次区割壁を放射状に形成し、二次区割壁で区割した二次混合室で構成している。
また二次混合室と一次混合室とは、直径方向で一部分がオーバーラップし、また一次出入口は一次混合室若しくは二次混合室の何れか一方と連通させると共に、他の一次混合室若しくは二次混合室は外部に開放して二次出入口となしている。
また、一次混合要素部の一次混合室群、二次混合要素部の二次混合室群を多重形成したり、また一次混合要素部の一次区割壁と、二次混合用要素の二次区割壁は、周方向での位置を一致させて設けたり、また一次混合要素部の一次区割壁と、二次混合要素部は周方向での位置を概ね等間隔で交互に設けている。
また、一次混合要素部の一次混合要素部の一次板部若しくは二次混合要素部の二次板部の何れかの外周側に貫通口を形成し、一次混合室若しくは二次混合室を外部に開放させずに貫通口と連通させて二次出入口と成したり、また貫通口に放射状の仕切壁を複数形成して二次出入り口と成している。
また、上記一次混合要素部と二次混合要素部に形成した各混合室が、両方の板部の二層構造境界面においておのおの独立した凹部として形成されてなる。
さらに、静止型混合器の混合要素体として、流体の流路中に設けるものであって、一次混合要素部と二次混合要素部との二層構造体から成り、その一方の混合要素部に一次出入口を形成すると共に他方の二次混合要素部との間で流路を形成するカップ状のケーシングとし、二次要素部の該一次出入口に相対する衝突面の周りにおいて、これに連通する混合室を円周状に配列して形成すると共に、これら円周状の混合室群を同心的に配列し、これら混合室群の半径方向の位置関係にある各混合室の間でせん断力を与える段差を介して夫々二つの混合室が相互に連通するよう構成して成ることを特徴とする静止型混合器の混合要素体であり、上記混合室の間を傾斜面とすることによりその外周側に上記段差を形成し、或いはまた、上記二次混合要素部の円周状に形成された各列の混合室群を階段状として、上記段差を形成してなる。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明に係る静止型混合器の混合要素体を示す断面図であり、第２図は、混合要素体を構成する一次混合要素部を示す平面図、第３図はその斜視図である。
第４図は、混合要素体を構成する二次混合要素部を示す平面図であり、第５図は、その斜視図である。
第６図は、一次混合室と二次混合室の連通関係を示す図であり、第７図は同様の連通状態の他の実施の形態を示す。
第８、９、１０及び１１図は、それぞれ混合要素体の他の実施の形態を示す断面図である。
第１２図は、混合要素体を流路構造体内に設けた形態の静止型混合器を示す断面図であり、第１３図は同じく静止型混合器の他の実施の形態を示す断面図である。
第１４図は、本発明の混合要素体の混合過程を示す模式図である。
第１５図（Ａ）、（Ｂ）は、本発明の他の実施の形態を示す平面図である。
第１６図は、本発明の混合要素体の混合過程の変形例を示す模式図である。
第１７図（Ａ）、（Ｂ）は、第１６図の模式図に基づく本発明の他の実施の形態を示す斜視図である。
第１８図（Ａ）、（Ｂ）は、第１６図の模式図に示す本発明の他の実施例であって、同心状の混合室群の間を傾斜面として段差を形成した混合器の斜視図である。
第１９図（Ａ）、（Ｂ）は、同じく第１６図の模式図に示す本発明の他の実施列であって、同心状の混合室群の間を階段状とすると共に区割体として分散作用を持たせた混合器を示す斜視図である。
第２０図は、同じく際１６図の模式図に示す本発明の階段状の混合室間の段差及び区割壁の組合せの他の形態を示す斜視図である。
第２１図は、従来の静止型混合器の内部構造を示す断面図であり、第２２及び２３図はその静止型混合器の混合エレメントを構成する大径な円板と小径な円板との正面図であり、図２４はその静止型混合器の混合エレメントの小室の連通状態を示す図である。
発明を実施するための最良の形態
本発明にかかる静止型混合器の混合要素体１は、気体、液体などの各種流体混合（液・液、気・液、気・気、固・液など）に用いられるインラインミキサーの一種、すなわち、機械的可動部を有しない静止型混合器の構造体の発明であり、以下請求の範囲第１〜８項記載の発明を順次第１〜１５図に基づき、請求の範囲第９〜１２項記載の発明について第１６〜２０図に基づいて説明する。
混合要素体１は、一次混合要素部２と二次混合要素部３の二層構造からなり、一次混合要素部２と二次混合要素部３とを別体で形成する場合には、かかる２体を同心的に重ね合わせるものであり、前者の一次混合要素部２は、円板状の一次板部４の中央側に一次出入口５を貫通形成し、この一次出入口５の周りの重ね合わせ面である二層構造境界面４ａには所定の内外径、深さを備える環状の一次溝部６を形成すると共に、一次溝部６内に一次区割壁７を放射状に複数形成し、この一次区割壁７によって２室以上の一次混合室８を周方向に区割し、この一次混合室８からなる一次混合室群９を設けている。
また、後者の二次混合要素部３は，円板状の二次板部１０の重ね合わせ面である二層構造境界面１０ａに所定の内外径，深さを備える環状の二次溝部１１を形成すると共に、溝部１１内に二次区割壁１２を放射状に複数形成し、二次区割壁１２によって前記一次混合室８と同室数となすべき２室以上の二次混合室１３を周方向に区割し、この二次混合室１３からなる二次混合室群１４を設けている。
また、一次混合室８、二次混合室１３は、流体を放射および求心方向に均一分散させるために、一次区割壁７、二次区割壁１２によって一次溝部６、二次溝部１１内を，それぞれ概ね均一に区割形成している。
また、一次板部４、二次板部１０の形状は円板状に限定されず、二層構造境界面４ａ、二層構造境界面１０ａに、一次混合室群９、二次混合室群１４が形成可能な板状のものであれば、例えば三角以上の多角板状にしてもよく、また一次溝部６、二次溝部１１についても、図示する平面視円状に限定されず、一次溝部６、二次溝部１１内に一次区割壁７、二次区割壁１２によってそれぞれ概ね均一な大きさの一次混合室８、二次混合室１３が形成可能であれば、例えば三角以上の平面視多角形状にしてもよい。
二次混合要素部３の二次混合室１３と、一次混合要素部２の一次混合室８とは、二層構造境界面４ａと二層構造境界面１０ａを同心的に重ね合わせた状態で、それらの一部分が直径方向でオーバーラップ、すなわち、一次混合要素部２の一次混合室群９と、二次混合要素部３の二次混合室群１４は、それぞれの一次溝部６と二次溝部１１を異なる大きさに形成し、一次溝部６と二次溝部１１の直径方向の内側と外側をオーバーラップさせることにより、一次混合室群９の一次混合室８と、二次混合室群１４の二次混合室１３を連通している。
上記連通状態について、一次混合室群９の一次区割壁７と、二次混合室群１４の二次区割壁１２は、周方向での位置を交互にするように所定角度だけ偏位、好ましくは流体を放射および求心方向に均一分散させるために、一次区割壁７と、二次区割壁１２を周方向に概ね等間隔で交互に設け、一次混合室８、二次混合室１３のそれぞれ概ね中央に一次区割壁７と、二次区割壁１２を位置させ、ひとつの一次混合室８若しくは二次混合室１３と、二つの二次混合室１３若しくは一次混合室８とを連通している。
また、一次混合室群９の一次区割壁７と、二次混合室群１４の二次区割壁１２は、周方向での位置を一致させて設けることにより、ひとつの一次混合室８と、ひとつの二次混合室１３とが連通される。
また、一次混合要素部２の一次混合室群９と、二次混合要素部３の二次混合室群１４の数は、一重（単数）で形成しても良く，さらに分散を繰り返し増加させ、分散総数の増加を図って混合効率を高めるために、一次混合室群９、二次混合室群１４を同心的に多重（複数）形成してもよい。
また、一次出入口５は、一次混合要素部２の一次混合室群９若しくは二次混合要素部３の二次混合室群１４の内、最も外側に形成されるものとを連通させ、また一次混合要素部２の一次混合室群若しくは二次混合要素部３の二次混合室群１４の内、最も外側に形成されるものを、外部に開放させて二次出入口１５となしている（第８、９図参照）。
また、一次混合室群９若しくは二次混合室群１４の形態としては、一次出入口５、二次出入口１５にそれぞれ連通させるため、溝状の一次溝部６、二次溝部１１は外側壁、内側壁をそれぞれ形成せずに開放させた形態を含んでいる。
また、二次出入口１５の他の実施の形態としては、最も外側に形成される一次混合室群９若しくは二次混合室群１４に対応して一次混合要素部２の一次板部４若しくは二次混合要素部３の二次板部１０外周側に貫通口１６を周設して二次出入口１５となしている。また、貫通口１６に仕切壁１７を放射状に複数形成することもできる（第１０、１１図参照）。
また、一次混合要素部２、二次混合要素部３は、別体で形成した一枚の円板状の一次板部４、二次板部１０をもとに形成したもので説明したが、かかる形態には何ら限定されず、これら部材の厚み方向や円周方向の適宜個所で少なくとも２体以上に分割形成した分割体（図示せず）を接着、溶接手段などで一体的に結合させたり、鋳込み、圧縮、射出成形などで一体成形してもよく、この場合の二層構造境界面４ａ、二層構造境界面１０ａは仮想面とし、要するに複数の分割体から構成した場合や、一体成形した場合でも最終形態として上述の各形態を備えればよい。
つぎに、混合要素体１の使用形態としては各種あり、混合要素体１は一次出入口５若しくは二次出入口１５のいずれか一方を流体の流入側にし、他方を流体の流出側にするように、流体を流す配管（図示しない）に単体で接続して静止型混合器として使用する場合や、また第１、１０図に示すような混合要素体１は、一次出入口５、二次出入口１５が同軸状に位置し、かつ流体の流入、流出方向も同方向の場合には、複数の混合要素体１を連結させて使用することが可能であり、この場合には前後の混合要素体の間で一次出入口５若しくは二次出入口１５同士を連通させるようにする。
また、流体の混合器としては、混合すべき流体の性質、特性並びに混合度合、混合用途、目的などによって、流体の不要な個所からの漏れを防止するために、必要な個所に密封装置１８を設ければ良く、例えば図面上の「黒丸」印の個所が例示できる。
また、混合要素体１の他の使用形態は、配管に相当する流路構造体１９内に混合要素体１を設けて静止型混合器として使用する場合であり、かかる形態の流路構造体１９は、円筒状の筒体２０と、筒体２０の両端開口部を密封する蓋体２１から構成し、蓋体２１はそれぞれの中央に流体の入口２２、出口２３が形成され、筒体２０に流体の漏れを防止する密封装置１８ａを介して着脱自在に装着されている。
そして、流路構造体１９内での混合要素体１の配設形態としては、図１２に示すように、一次出入口５若しくは二次出入口１５同士を連通させると共に、一次出入口５を入口２２、出口２３と連通させるようにする。
また、他の使用形態は、第１３図に示すように、下流側の混合要素体１の一次出入口５と、上流側の混合要素体１の二次出入口１５を連通させるために、混合要素体１間にリング状のスペーサー２４を介在させると共に、一次出入口５、二次出入口１５を入口２２、出口２３と連通させている。
また、図示しないが、第８、９図に示す混合要素体１を流路構造体１９内に配設する場合には、二次流出口１５から流出したり、流入させたりするために、流路構造体１９の筒体２０内周側に、従来の静止型混合器に示される流通路Ｍが形成されるように混合要素体１の外径を設定するのであり、例えば、混合要素体１の一次混合要素部２若しくは二次混合要素部３同士が背中合わせで重ねられた場合では、混合要素体１における二次混合要素部３の外周側と筒体２０の内周側に流通路Ｍを形成すればよい。
次に、本発明の混合要素体の作用について説明すると、まず、混合要素体１は一次出入口５若しくは二次出入口１５のいずれか一方を流体の流入側にし、他方を流出側にすることが可能であり、分散混合すべき流体は、混合要素体１の一次混合室群９と二次混合室群１４とによって形成される複雑な流路を流れる過程で分散混合される。
まず、第１、６図に示すように、ひとつの一次混合室８若しくは二次混合室１３と、二つの二次混合室１３若しくは一次混合室８とが連通される形態の混合要素体１において、流入側を一次出入口５とした場合、流体は、一次出入口５と最初に連通する複数（図面では１２個）の二次混合室１３に分散して入り、つぎに、この二次混合室１３の二次溝部１１の外側壁で進路が変更されると共に、この二次混合室１３と連通するように対抗して配設される二つの一次混合室８内へと分散して流入し、さらに、一次混合室８の一次溝部６の外側壁で進路が変更されると共に、ひとつの一次混合室８と連通するように対抗して配設される二つの二次混合室１３に分散して入り、以下この分散が順次繰り返されて最終的に外部に開放している二次出入口１５から分散混合処理された流体が流入方向と同方向に流出される。
また、二次出入口１５が貫通口１６に仕切壁１７を形成した形態であるため、最終的に一次混合室８から二次出入口１５へ流入する際にも、仕切壁１７で仕切られた開口数に応じて分散される。
つぎに、上記とは逆に、流入側を二次出入口１５とした場合については、流れ方向が逆となるだけであって、分散総数は流動方向に何ら影響されずに変化しないため、基本的な分散混合作用は同様となる。
次に第１１図に示す他の実施の形態の混合要素体１の場合については、基本的に上記と同様であり、相違する点として、最初に流入する室が一次混合室８に代わり、また流入方向に対し流出方向が逆に代わったものである。
次に、第７図に示すように一つの一次混合室８とひとつの二次混合室１３とが連通される形態の混合要素体１において、流入側を一次出入口５とした場合、流体は一次出入口５と最初に連通する複数の（図では１２個）の二次混合室１３に分散して入り、次にこの二次混合室１３の二次溝部１１の外側壁で進路が変更されると共に、この二次混合室１３と連通するように対向して配設されるひとつの一次混合室８内へと流入し、さらに、この一次混合室８の一次溝部６の外側壁で進路が変更されると共に、この一次混合室８と連通するように対抗して配設されるひとつの二次混合室１３に入り、以下この流れが順次繰り返されて最終的に外部に開放している二次出入口１５から分散混合処理された流体が流入方向と同方向に流出される。
つぎに、上記とは逆に、流入側を二次出入口１５とした場合については、流れ方向が逆となる以外は、基本的には上記と同様となる。また、一次混合要素部位２と二次混合要素部３を夫々別体で構成し、同心的に重ね合わせる混合要素体１については、一次混合室群９の一次区割壁７と、二次混合室群１４の二次区割壁１２の位置を、周方向で交互にさせたり、一致させることができ、これによって同一の混合要素体１であっても、分散総数を変化させることが可能となる。
以上のように本発明は、一次混合要素部２と二次混合要素部３との二層構造体からなり、一次混合要素部２は、一次板部４に一次出入口５を形成し、一次出入口５の周りの二層構造境界面４ａには環状の一次溝部６を形成し、一次溝部６内には一次区割壁７を放射状に複数形成し、一次区割壁７で区割する一次混合室８からなる一次混合室群９を設け、また二次混合要素部３は、二次板部１０の二層構造境界面１０ａに環状の二次溝部１１を形成し、二次溝部１１内には一次区割壁７と同数の二次区割壁１２を放射状に形成し、二次区割壁１２で区割する二次混合室１３からなる二次混合室群１４を設け、また二次混合室１３と一次混合室８とは、直径方向で一部分がオーバーラップし、また一次出入口５は、一次混合室８若しくは二次混合室１３のいずれか一方と連通し、他の一次混合室８若しくは二次混合室１３は外部に開放して二次出入口１５となしたので、流体を放射若しくは求心方向に流動させても、一次混合室群９の一次混合室８と、二次混合室群１４の二次混合室１３の室数は、直径方向の内側と外側で変化しないため、求心方向での流動時と、放射方向での流動時とは同じ状態で流れ、すなわち、流れ方向に関係なく同一分散数による分散混合作用が得られることにより、従来の混合器で発生していた集合流による合一現象をなくすことができるため、分散粒子の微細化が損なわれないと共に、一次混合室群９から二次混合室群１４への分散領域（周方向）の全域においても、従来の混合器のような分散数が異なる室がなく、すべて同じ分散数であるため、分散数の相違による不均一分散混合が防止でき、従来に比し混合能力が格段に向上する。
また、分散総数の増減は、一次混合室８、二次混合室１３を区割する一次区割壁７、二次区割壁１２の増減で簡易に対応でき、しかも混合要素体１が従来のように大型化しないと共に、同一外形で分散総数の異なる混合要素体１が得られ、これによって流路構造体１９内での混合要素体１の連結使用時の静止型混合器としての分散総数の設定の自由度が増し、各種流体に応じた混合度の調整が容易にできる効果を奏する。
次に、一次混合要素部２の一次混合室群９と、二次混合室部３の二次混合室群１４を多重形成したので、一次混合室群９、二次混合室群１４の群数によって分散総数を著しく増加でき、しかも、かかる群数に関係なく上記の分散粒子の微細化や、均一混合効果などは何ら損なわれずに維持できる。
つぎに、一次混合要素部２の一次区割壁７と、二次混合要素部３の二次区割壁１２は、周方向での位置を一致させて設けたので、流路の断面積を最大化でき、これによって流動時の圧力損失の低減化を図って流速、流量を増加させることが可能な混合要素体１を提供する。
つぎに、一次混合要素部２の一次区割壁７と、二次混合要素部３の二次区割壁１２は、周方向での位置を概ね等間隔で交互に設けたので、上述の効果に加え、各分散時は、すべて均一な分散混合作用を奏する混合要素体１を提供できる。
つぎに、一次混合要素部２の一次板部４若しくは二次混合要素部３の二次板部１０のいずれかの外側に貫通口１６を周設し、一次混合室８若しくは二次混合室１３を外部に開放させずに貫通口１６と連通させて二次出入口１５となしたので、一次混合要素部２の一次板部４に二次出入口１５を設けた場合は、流入方向に対して流れを逆方向にできると共に、二次混合要素部３の二次板部１０に二次出入口１５を設けた場合は、混合要素体１を直線的に連結して使用することができ、これにより混合要素体１単体で具有する分散混合能力を著しく向上することができる。
また、貫通口１６に放射状の仕切り壁１７を複数形成して二次出入口１５となしたので、仕切り壁１７による開口数に応じて、流体が流出する際に、さらに分散混合されるため、分散総数に基づく分散能力を一段と向上させることができる混合要素体１を提供する。
本発明の静止型混合器の混合作用については、３次元的な流体の複雑な挙動からなるためそのメカニズムの詳細は必ずしも明かではないが、その混合過程を模式的に表すと第１４図のようになる。
図において、一方の一次混合要素部の出入口５から流入した流体は相対する二次混合要素部の底面５０に衝突してその方向を変え、該底面５０に沿って矢印のように放射状に流れる。流体は区割壁１２により分散されて、その外側壁３０により方向を変えられて相対する側の一次混合室８の外側壁２０の段差を越え、その区割壁７により分散されると共に隣接する分散流と合流して混合室８に流入・混合される。更に流体は、混合室８のさらに外側の外側壁２０によって方向を変えられて再び相対する二次混合室１３に向かい、その外側壁３０の段差を越え、区画壁１２により分散されると共に隣接する混合室からの分散流と合流して混合室１３に流入・混合され、以下同様の混合過程を繰り返す。
以上から明らかなように本発明にかかる混合器の混合過程は、混合流体に対して混合要素体の二層境界面に形成された混合室が、円周状に配列された混合室群を構成し、さらにこれらの混合室群が同心的に配列されていて、１対の混合要素部の間で夫々の混合室群が半径方向及び周方向に位置をずらされて、各混合室が半径方向にそれぞれ二つの混合室と連通し、かつ各混合室群の列の間で外側壁により段差を与えられてせん断力を受けることにより、流体は同心的に配列された混合室を放射状若しくは求心的に流れる間に分散とせん断力とを受けて混合する過程を繰り返すのである。
即ち、その静止型混合器としての基本的な構造は、１対の混合要素部に形成された溝部からなる混合室群が円周状に配列されると共に求心方向即ち半径方向に同心的に環状を配列されてなることにより、これら１対の混合要素部を同心的に重ね合わせた状態で、夫々の混合室群を半径方向でオーバーラップさせ、また周方向での位置を交互にするように所定角度だけ偏位させて夫々連通させてなることによって上記の混合過程を実現しているのである。
そして、それらの分散とせん断力による微細な分散作用は、これらの混合室群の構成からなる大きな分散総数に表される混合効果によって均一化されるため、混合流体全体にわたって滴径の揃った均一微細な分散粒子が得られるのである。
したがって、これらの混合過程及び基本構成からすると、混合室を構成する溝部は区割壁及び外周壁により区画された形態に限られず、これらの上記の混合過程をもたらす混合室の基本的な位置関係を満たす種々の形状、構造によって同様の機能を達成することができる。
例えば、第１５図（Ａ）、（Ｂ）に示すように混合要素部２、３の板面に形成された混合室８、１３となる溝部の平面形が楕円状やその他の丸みを帯びた四辺形であったり、その断面形状が隅部にＲを形成したり、半径方向にその深さを変えた凹部として形成され、構造上相互に独立した形態であってもよい。要は、上記した混合過程で明らかなように、各混合室・群（８、１３：９、１４）が円周状に配列されてかつ同心的に環状に配列され、液体が順次経由する（相対する側の）混合室・群との間で各混合室が前後夫々に二つの混合室と連通して、その間でせん断力を与える段差が形成されていればよい。
この例では、混合室群の間の段差のせん断作用は、各混合室の半径方向の外側壁によって達成されている。
また、上記の説明においては２枚１対の混合要素部板部にそれぞれ形成した溝部からなる混合室の間を流体が交互に経由する形態としたが、このような混合過程は混合室を一方の混合要素部に形成しても同様に行なうことができる。
第１６図はこのような混合要素部の一方にのみ混合室となる溝部を形成した場合の混合過程を示す模式図で、混合室１３は、この場合には二次混合要素部板部に形成されており、相対する一次混合要素部板部の中心部に設けられた流体出入口５から流入した流体は、混合室部底面５０に沿って図中矢印のように放射状に向かい、区割壁１２により分散されて混合室の段差部３０を越えて隣接する分散流と合流して混合室１３に流入・混合する。以下この過程を繰り返すことによって混合過程が進行するもので、上記の一対の混合要素部を同心的に重ね合わせたものと混合過程は何ら変わらない。
この混合要素部間に流体の流路もしくは混合室を形成するには、各混合室及びその間の流路を閉塞する部材が必要であって、相対する一方の混合要素部がこの混合室に相対していわばカップ状のケーシングとなって、混合流体の流路若しくは混合室の壁面をなす。この段差部３０は、上記の例におけるように混合室を半径方向に仕切る堰状の壁として形成し、次列の混合室との間に混合流体を連通するためその一部を低くして天井となるケーシング側との間に間隙を設けてもよいが、要は次列の混合室群との間で段差が形成されればよいのであるから、各混合室間に仕切りを設けると共に各列の混合室群の間で段差を設けたり、各混合室の間に傾斜面を設けてその後部側に段差を形成したり、あるいは、次列の混合室群との間をそのまま段差として次列の混合室を形成してもよい。
第１７図（Ａ）、（Ｂ）にその例を示す。図において、このような階段状の混合室群の各混合室の間を区割壁１２で仕切ったもので、段差３０と区画壁１２及びケーシングとなる混合要素部２との間で混合室１３を形成する。この構造の静止型混合器においては、混合要素部２の流体出入口５から流入した流体は、相対する混合要素部３の底面５０に衝突して該底面に沿って放射状に周方向に向かい、区割壁１２により分散されると共に段差３０によりせん断力を与えられ、隣接する領域からの分散流と合流して次列の混合室１３に流入・混合する。以下この過程を繰り返すことにより上記した混合作用を達成する。
このような混合室群を階段状とした混合器は、１対の混合要素部に形成した混合室間の堰状の外側壁を越えて混合過程が進行する他の例に比較してより流動抵抗が少なく、流速・流量が大きくできる利点がある。
第１８図の例においては、各混合室の間には傾斜面４１を有する区割体４０が円周状に設けられ、その外周側が段差３０となって、次列の区割体４０の間の底面と区割体の頂面４６に接するケーシングとの間で混合室１３が構成される。この傾斜面４１は、流体に対して混合室群の成す円周の接線方向に流体の方向を変え、隣接する混合室からの分流と衝突させると共に合流した流体を次列の混合室に加速して流入させる作用を有する。この結果、混合流体はこれらの２液衝突作用と、合流して加速されて底面及び壁面４１に向けられることによる壁面衝突作用とによって微細に分散した混合流体となり、液−液混合流体の場合には微細なエマルジョンを形成することができる。
また、これらの段差部をそのまま混合室群の間の段差として混合室を形成する場合、これらの段差によって各混合室群は各列毎に階段状となるが、隣接する混合室の間は、区割壁１２で仕切るか若しくは平面のまま次列の混合室同士を段差で仕切る区割体４０として、次列に流入する流体を２分して導く。
さらに、第１９図に本発明の他の実施例を示す。基本的な構成は第１８図記載の実施例と変わらないが、各混合室同士の間を階段状の段差を成す底面をそのまま延長して区割体４０として区切ったもので、その底面５０は第１７図の実施例における区割体４０の傾斜面４１の傾斜を緩やかにして構造上水面とし、連続する階段状の底面と一体化させたものに相当する。その結果、図に示すように各底面５０が衝突面として階段状に配置された形状となる。
流体の挙動は、上記第１８図の実施例の場合と基本的には変わらず、混合要素体２の流体出入口５から圧入された流体は衝突面５０によって直角に方向を変えられて半径方向に向かい、区割体４０によって分散されると共に円周方向に方向を変えられるのであり、合流後の流体は加速されて次段の区割体４０の底面５０に対して衝突する。
この区割体４０の底面は、混合流体を次列の混合室に２分して導くと共にその際、いわゆる壁面衝突作用により混合流体を微細に分散させるのであり、また衝突した流体は円周に対して接線方向に向けられて隣接する分流といわゆる２液衝突方式の分散作用を受け、合流して加速されて次列の混合室に導かれる過程を繰り返すため、効果的な分散作用を発揮することができる。
これらの実施例によれば、各混合要素部の構造は更に単純となって製作が容易であり、強度的にも更に高い剛性をもたせることができる。また、上記した洗浄処理における利点でも一層優れた効果を発揮できる。
図２０は、本発明の更に他の実施例であるが、混合要素部２の構造は基本的に変わらないので混合要素部３のみ示す。この例では円周方向に配列する区割体４０の数を上記実施例より減らして６とし、衝突面５０外周の延長部を区割壁１２としたもので、区割壁１２の整流作用により次段の混合室に流体を速やかに導き、流路抵抗を減少させると共に流量・流速を大きくすることによって、より効果的な気・液、液・液分散化作用を目指すものである。このような区割壁や流路分割体の数は、混合すべき流体の種類や粘性などの性質によって適宜変更することができ、また、上記のような整流部はこれらの流路分割体の配置や構造を利用してあるいはその変形として適宜設けることができる。
以上に本発明の特徴を表す具体的な例を挙げたか、これらの混合要素部２、３の間に形成された流路において、混合流体を分散し、せん断力を与える混合室の形状や構造は、その混合過程で明らかにした基本構成によって種々変更可能であり、これらの形状や位置関係あるいはその数を変更することによって混合流体の性質や用途、あるいは目的とする気・液、液・液分散粒子の滴径等に対応することが可能である。
たとえば、混合室間で流体に与えるせん断力は、堰状の段差の大きさはもとより、区割体の傾斜面や階段状の段差の大きさ、あるいは区割体の平面形によっても調整され、また、これらの間隔や混合要素部２，３の間の流路の形状・構造を変更することによっても調整することができる。
また、上記説明では言及しなかったが流路を形成する他方の混合要素部２も、従来の壁面衝突方式の場合と同様に流体との衝突作用を有しているのであり、これらの作用を効果的に発揮するためや流体の性質に合わせて流速・流量を調整するためなど、必要に応じてその形状・構造も単純なカップ状ではなく、混合要素部３と共に衝突壁として成形したり、流路を拡大・収束するように構造・形状を変形することができる。
このように本発明の特許請求の範囲記載の各構成要件の形状・構造や数などは処理対象とする流体の性質や、混合の目的・用途等によって変えることができるのであり、何らこれらの実施例の形態に限定されるものでないことは明らかである。
産業上の利用可能性
本発明の静止型混合器は、この構造要素が混合要素部２、３から形成される流路である混合室（群）の形状・構造と相互の位置関係からなる単純な構造であるため、流体の性質や用途あるいは要求されるエマルジョンの滴径などの種々の条件に対応してこれらの構造要素の形状・構造を変えることで容易に対応することができ、且つこれらのデータを蓄積することによって、より適切な条件の設定が可能となる。
本発明の混合器は、その原理・構造上サイズに制約がない点にも特徴があり、スケールアップにより工業的な規模・生産量に拡大できるとともに、一方その簡単な構造は小型化においても有利であり、単に構造上小型化が可能というのみでなく、流体のエマルジョン化、混合過程が進行する際もその簡単な構造から流体の流動抵抗、粘性抵抗や乱流などの影響が少なく、小型器若しくは超小型器においても大型器と同様に効果的に作動するのである。
また、本発明の混合器は低圧損であるため流量が大きく効率的であると共に、低圧で効果的に動作するためポンプの負荷が低くできるなど工業上有利であり、更にこの特性から作動圧力を高めて更に微細なエマルジョン化を実用的な圧力条件下で行なうことができる。
対象とする混合流体について、上記の説明は主として２液混合の場合を例としたが、気−液混合、液−固混合、及び高粘性の流体を対象とする混練の際にも同様に効果的に混合効果を発揮するものであり、このため応用面においても気−液混合の場合、上記したように小型化、超小型化に適するからエアゾル形成用ノズルなどに好適であり、低圧損で抵抗が小さいことから従来困難であった混練工程への適用が可能であり、また、上記した簡単な構造で洗浄性に優れた点は食品や化学用途に不可欠の特性であり、本発明は各産業分野にわたって適用を図ることにより広く産業の発達に資することができる。
【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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【図２４】
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