(57)【要約】  流体の混合が良く行え、流体の流量が多くても良好な混合が行えるようにするとともに、様々な装置に好適に利用できるようにする。  複数の積層エレメント（２１ａ）が積層される積層体（２）と、積層体（２）を挟む第１の板（３）と第２の板（４）とを備える。積層エレメント（２１ａ）は、厚さ方向に貫通した複数の第１の貫通孔（２２）を有し、積層される積層エレメント（２１ａ）間において径方向に流体を流通させる。第１の板（３）と第２の板（４）は積層体の積層方向両端における第１の貫通孔（２２）を塞いで、前記流体の流通を確保する。流体が第１の貫通孔（２２）を縫うようにして通り抜けるようにして、十分な混合を可能にする。
2013137136.tif 000002
【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開口部を有し、
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とともに、流体を前記積層エレメントの積層方向に分割する流路を備えた
混合要素。
【請求項２】
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前記積層体に接する面を塞ぐ第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開口部を有し、
前記積層エレメントは、前記第１の貫通孔間の仕切壁のうち前記積層エレメントの延在する方向と交わる方向に延びる仕切壁が、隣接する積層エレメント相互間において位置を違えて配置され、第1の貫通孔内の流体が隣接する積層エレメントの第１の貫通孔に対して積層エレメントの延在する方向に流通可能であるとともに、流体を前記積層エレメントの積層方向に分割する流路を備え、
前記開口部を流体の入口、前記積層体の外周側を流体の出口、または前記積層体の外周側を流体の入口、前記開口部を流体の出口に設定した
混合要素。
【請求項３】
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開口部を有し、
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、
前記積層エレメントの第１の貫通孔と前記隣接する積層エレメントの第１の貫通孔の重なりによって、積層エレメントの延在する方向において、流体が非均等に分割されることを特徴とする
混合要素。
【請求項４】
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、
前記積層エレメントの第１の貫通孔は、積層エレメントの延在する方向において、非線形状に配置され、
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開口部を有し、
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５】
前記積層エレメントが互いに重なり合って前記第１の貫通孔同士の重なり合い部分に形成される流路の、積層エレメントの延在する方向での幅が、該流路の上流側に接する、前記第１の貫通孔間の仕切壁の積層方向の厚さの４分の１より狭い
請求項１から請求項４のうちいずれか一項に記載の混合要素。
【請求項６】
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開口部を有し、
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、
前記積層エレメントにおける第１の貫通孔間の仕切壁は、断面方向視において略楕円形状で形成されていることを特徴とする混合要素。
【請求項７】
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開口部を有し、
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、
前記積層エレメントにおける第１の貫通孔間の仕切壁は、断面方向視において面取り部を有する断面形状で形成されていることを特徴とする
混合要素。
【請求項８】
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、
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開口部を有し、
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、
前記積層エレメントが、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の板の開口部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９】
前記積層エレメントにおける第１の貫通孔間の仕切壁は、上端及び／又は下端が幅狭となる傾斜面を有し、
該傾斜面の傾斜角度が、前記仕切壁のうち積層エレメントの中央部から外周に向かう仕切壁のほうが、他の仕切壁の断面形状の傾斜面より緩やかであることを特徴とする
請求項１から請求項８のうちのいずれか一項に記載の混合要素。
【請求項１０】
前記複数の積層エレメントが、複数枚の板を積層してなる積層構造であることを特徴とする
請求項１から請求項８のうちのいずかれ一項に記載の混合要素。
【請求項１１】
請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項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の板が、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の板が、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１２】
請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項に記載の混合要素がケーシング内に備えられ、
該混合要素が、回転駆動される回転軸に支持され、
前記混合要素が回転駆動することにより、前記ケーシングの端面に設けられた吸込口から吸込まれた流体を前記混合要素内部に流入させ、さらに前記混合要素の外周部から流出させ、前記ケーシングに設けられた吐出口から吐出させる
混合機。
【請求項１３】
請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項に記載の混合要素が、回転駆動される回転軸に支持されたことを特徴とする
撹拌翼。
【請求項１４】
入口及び出口を有する容器内部で流体を反応させる反応装置であって、
前記容器内部には請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項に記載の混合要素を備え、
前記混合要素における第１の板は、前記容器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、前記容器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容器内側面と略内接されていることを特徴とする
反応装置。
【請求項１５】
入口及び出口を有する容器内部で流体を反応させる反応装置であって、
前記容器内部に、少なくとも２以上の触媒層が配され、
少なくとも１の触媒層間に、１又は２以上の流体を混合する請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項に記載の混合要素が配され、
前記混合要素における第１の板が、前記容器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の板が、前記容器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容器内側面と略内接されていることを特徴とする
反応装置。
【請求項１６】
触媒ユニットであって、
請求項１から請求項１０のうちのいずれか一項に記載の混合要素を備え、
該混合要素の前記積層エレメントが触媒能を有する
触媒ユニット。
【請求項１７】
それぞれに延在面を有する重ね合わされた複数の積層エレメント間に、該積層エレメントの延在面に沿って流体を流し、流体を前記積層エレメントの積層方向に分割する積層方向分割工程と、流体を前記積層エレメントの延在面に沿う方向に分割する延在方向分割工程で流体を分割し、
これら積層方向分割工程と延在方向分割工程を経て流動する流体を合流可能に排出する
流体混合方法。
【請求項１８】
前記請求項１７に記載の流体混合方法により混合された
流体物。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、液体や気体のような流体を混合させるための混合要素及びこれを用いた装置に関し、より詳しくは、流体を通過させることで流体を混合する静的混合や、流体内で回転することで流体を混合する動的混合、流体の混合を伴う反応の促進などに好適に利用できるような、混合要素及びこれを用いた装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体を混合する静的な混合装置として、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配管中で混合する必要がある分野で広く使用されている。一方、動的な混合装置としては撹拌槽内の流体中に撹拌翼を配設して当該撹拌翼を回転させて混合するものが広く使用されている。【０００３】
特許文献１は、静止型流体混合装置の例である。この装置は、筒状のケース本体内に、所定の間隔で複数の孔部を穿設してなる複数種のディスク型のエレメントを、エレメントの厚み方向に順に組み合わせて装着し、接続金具により固定したものである。【０００４】
当該流体混合装置においては、複数種のエレメントを順に組み合わせることで流体の分割と集合による静的な混合撹拌を行わせ、且つ、断面の拡大と縮小による渦及び乱れ、せん断応力等により混合撹拌がされるとしている。【０００５】
しかし、前記流体混合装置は、混合装置の入口から出口に至る方向と、流体の分割と集合の方向が同じであるため、静的な混合効果が小さい。孔部の断面の拡大と縮小により、流動抵抗を高めて混合効果を上げているが、装置全体の圧力損失は大きくなるばかりである。また、孔部の形状が台形や縮流部を有しているため加工が困難である。【０００６】
特許文献２は、静止型流体混合装置の他の例である。この装置は、円筒状のケーシング内に挿入した筒体内部に各々複数の中空コアを有する第１混合中空コア群と第２混合中空コア群により形成される混合要素体を設けたものである。【０００７】
当該流体混合装置においては、入口から流入した流体は直進進路を妨げられて方向を変え、互いに連通する複数の中空コア間を放射状に流れることにより衝突、分散、合流、蛇行、渦流等により流体を分散混合するものである。混合装置の入口から出口に至る方向と、流体の分割と集合の方向が異なるため静的な混合効果は高い。【０００８】
しかし、前記流体混合装置は、混合要素体が第１混合中空コア群と第２混合中空コア群のみにより形成されるため、流体の分散と合流は半径方向に対して平面的、二次元的にしか行われない。また、流体は重なり合う第１混合中空コア群と第２混合中空コア群の間を交互に流れるのみであり、第１混合中空コア群と第２混合中空コア群の重なり合い方向に広がらないため、圧力損失は大きい。【０００９】
特許文献３及び４も静止型流体混合装置の他の例であるが、いずれも特許文献２と同様に混合装置内の各混合ユニットは２つの混合エレメントのみで形成されており、流体の分散又は分割と合流は半径方向に対して平面的、二次元的にしか行われず、圧力損失は大きい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２０００−２５４４６９号公報
【特許文献２】特開平１１−９９８０号公報
【特許文献３】特開２０１０−１４９１２０号公報
【特許文献４】米国特許第６５６８８４５号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
この発明は、高い混合効果を有しつつも、流体の流量が多くても混合可能なようにすることを主な目的とする。また、この発明の更なる目的は、前記のような混合要素を用いて有益な装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明は、前記課題を解決するため、以下の混合要素、混合装置、混合機、撹拌翼、反応装置、触媒ユニット、流体混合方法及び流体物を提供する。【００１３】
この発明に係る第１の混合要素は、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開口部を有し、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とともに、流体を前記積層エレメントの積層方向に分割する流路を備えた混合要素である。【００１４】
前記「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又は略垂直方向をいう。以下、同様である。【００１５】
この発明に係る第２の混合要素は、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前記積層体に接する面を塞ぐ第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開口部を有し、前記積層エレメントは、前記第１の貫通孔間の仕切壁のうち前記積層エレメントの延在する方向と交わる方向に延びる仕切壁が、隣接する積層エレメント相互間において位置を違えて配置され、第1の貫通孔内の流体が隣接する積層エレメントの第１の貫通孔に対して積層エレメントの延在する方向に流通可能であるとともに、流体を前記積層エレメントの積層方向に分割する流路を備え、前記開口部を流体の入口、前記積層体の外周側を流体の出口、または前記積層体の外周側を流体の入口、前記開口部を流体の出口に設定した混合要素である。【００１６】
この発明に係る第３の混合要素は、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開口部を有し、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、前記積層エレメントの第１の貫通孔と前記隣接する積層エレメントの第１の貫通孔の重なりによって、積層エレメントの延在する方向において、流体が非均等に分割されることを特徴とする混合要素である。【００１７】
この発明に係る第４の混合要素は、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、前記積層エレメントの第１の貫通孔は、積層エレメントの延在する方向において、非線形状に配置され、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開口部を有し、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である。【００１８】
前記混合要素の構成によれば、積層体は第１の板と第２の板で挟まれており、積層体を構成する積層エレメントの第１の貫通孔は第１の板と第２の板に接する部分で閉じている。そのうえ、積層エレメントの第１の貫通孔は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とするように配置されている。このため、第２の板の開口部から積層体内に流入した流体や、積層体の外周側から流入する流体は、積層エレメントの第１の貫通孔を、積層エレメントの延在する方向に外周側又は内周側に向けて、次々と通り抜ける。流体が第１の貫通孔に入って通り抜ける際に、流体は分割され、反転し、衝突し、合流する。このような流動が複数個所で次々に繰り返して起こる結果、流体の混合がなされる。【００１９】
前記のような流体の流通は、積層体内で階層構造となっている複数の第１の貫通孔を多重に縫うようになされ複雑であるので、混合は極めて効率よく、良好になされる。この結果、高い混合効果が得られる。【００２０】
しかも、流体が通過する部分は複数の積層エレメントを積層して構成するので、積層エレメントを少なくとも３枚以上重ねることによって、また一つの積層エレメントに流体を積層エレメントの積層方向に分割する流路が複数層形成される構造にすることによって、積層エレメントの延在する方向に延びる流路を２層以上の階層構造とすると、複雑な流れを作れ、高い混合能力が得られる。また、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、流体の流量が多くても混合が可能である。言い換えれば、複数の第１の貫通孔は階層構造となっており、流体を積層エレメントの積層方向に分割する流路が、流体を二次元的、平面的ではなく三次元的、立体的に展開させ、流通させるので、圧力損失は小さい。大流量の流体を低い圧力損失で混合処理できる。【００２１】
特に、前記第３の混合要素、第４の混合要素のように構成することで、流体の流れに多様な変化を生じさせることが可能であるので、流体を極めて良く混合することができる。【００２２】
この発明に係る混合装置は、前記混合要素と、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の板が、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の板が、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である。【００２３】
この構成によれば、混合要素内を流通する流体、または混合要素内に流通させる流体を、混合要素が有する前記のような混合作用によって混合するので、効率的な混合が行える混合装置となる。また、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り、流体を連続的に混合することができる。【００２４】
この発明に係る混合機は、前記混合要素がケーシング内に備えられ、該混合要素が、回転駆動される回転軸に支持され、前記混合要素が回転駆動することにより、前記ケーシングの端面に設けられた吸込口から吸込まれた流体を前記混合要素内部に流入させ、さらに前記混合要素の外周部から流出させ、前記ケーシングに設けられた吐出口から吐出させる混合機である。【００２５】
この構成によれば、ケーシングの吸込口から吸込まれた流体は、回転駆動する混合要素の内部に流入する。内部に流入した流体は、混合要素が有する前記のような混合作用によって混ざり合いながら、混合要素外周部から流出し、ケーシングの吐出口から吐出させられる。混合要素を回転駆動するので、吸込口から吸込まれた流体を混合機内部で混合するとともに、圧力を上げて吐出口から吐出させることができるため、混合効果は更に向上する。この構成を用いれば、配管経路中で流体を連続的に混合することができる。【００２６】
この発明に係る撹拌翼は、前記混合要素が、回転駆動される回転軸に支持されたことを特徴とする撹拌翼である。【００２７】
この構成によれば、撹拌槽内で前記撹拌翼を回転した場合には、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の貫通孔を通り抜けながら混合させられ、撹拌槽内部の流体は、混合要素の回転により混合要素内に吸い込まれ、積層体の内周部に開く第１の貫通孔から吸い込まれ、撹拌槽内の流体が混ざり合う。【００２８】
従来型のパドル翼やディスクタービン翼では主に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いが、この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、従来の撹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。したがって、撹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。【００２９】
この発明に係る反応装置は、入口及び出口を有する容器内部で流体を反応させる反応装置であって、前記容器内部には前記混合要素を備え、前記混合要素における第１の板は、前記容器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、前記容器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容器内側面と略内接されていることを特徴とする反応装置である。【００３０】
この構成によれば、容器内に入った流体は、他の流体とともに混合要素に供給され、混合要素では前記のような混合要素の混合作用によって混合される。第１の板は容器内側形状よりも小さい外側形状を有しているので、流体を積層体周辺の空間から確実に流出又は流入させる。第２の板の外側面は容器内側面と略内接しているので、流体を第２の板の開口部から確実に積層体内部に流入又は流出させる。反応原料と反応生成物の混合が促進されるので、反応効率を高くすることができる。【００３１】
積層体を構成する積層エレメントの積層枚数を多くしたりして、積層エレメントの延在する方向の流路を２層以上の階層構造にすれば、流せる流体の流量が多くなり、短時間でより多くの流体を反応させることができる。【００３２】
この発明に係る反応装置は、入口及び出口を有する容器内部で流体を反応させる反応装置であって、前記容器内部に、少なくとも２以上の触媒層が配され、少なくとも１の触媒層間に、１又は２以上の流体を混合する前記混合要素が配され、前記混合要素における第１の板が、前記容器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の板が、前記容器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容器内側面と略内接されていることを特徴とする反応装置である。【００３３】
この構成によれば、容器内に入った流体は、他の流体とともに混合要素と触媒層に供給され、混合要素では前記のような混合要素の混合作用によって混合される。第１の板と第２の板を前記のような大きさに設定したことによって、前記のように、流体は必ず混合要素の積層体内に流通するので、混合を確実に行うことができる。【００３４】
混合要素による混合が確実で、しかも前記のように極めて効率よく行えるので、触媒層での流体の反応率を向上することができる。【００３５】
この発明に係る触媒ユニットは、前記混合要素を備え、該混合要素の前記積層エレメントが触媒能を有する触媒ユニットである。【００３６】
この構成によれば、触媒ユニット内を流通する流体を混合するとともに、触媒能を有する積層エレメントが反応を促進させる。【００３７】
この発明に係る流体混合方法は、それぞれに延在面を有する重ね合わされた複数の積層エレメント間に、該積層エレメントの延在面に沿って流体を流し、流体を前記積層エレメントの積層方向に分割する積層方向分割工程と、流体を前記積層エレメントの延在面に沿う方向に分割する延在方向分割工程で流体を分割し、これら積層方向分割工程と延在方向分割工程を経て流動する流体を合流可能に排出する流体混合方法である。【００３８】
前記「延在面」とは、積層エレメントの延在する方向に広がる面を指す。この発明での「延在面」は、平面状のもののほか、曲面状や円錐状など、立体的な形状の面を含む意味である。【００３９】
この発明に係る流体物は、前記流体混合方法により混合された流体物である。
【発明の効果】
【００４０】
この発明によれば、高い混合効果を有する上に、流体の流量が多くても混合可能である。また、混合装置や反応装置などの有益な装置を提供することができ、混合度合いの高い流体を得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】混合要素の分解斜視図。
【図２】混合要素を構成する積層エレメントの平面図。
【図３】混合要素内の流体の流動状態を示す平面図と断面図。
【図４】混合要素の分解斜視図。
【図５】図４の積層エレメントの重なり合いを示した平面図。
【図６】混合要素を構成する積層エレメントの平面図。
【図７】混合要素内を流れる流体の流動状態を表すコンピュータ解析結果。
【図８】混合要素内の流体の流動状態を示す断面図。
【図９】混合要素を流体が流れる様子を示した断面図と積層エレメントの斜視図。
【図１０】積層エレメントの斜視図。
【図１１】積層された積層エレメントの要部の斜視図と流体の流動状態を示す断面図。
【図１２】積層状態の積層エレメントの平面図。
【図１３】積層エレメントの斜視図。
【図１４】混合要素を構成する積層エレメントの平面図。
【図１５】混合要素を構成する積層エレメントの平面図。
【図１６】混合要素を構成する積層エレメントの斜視図と混合要素内の流体の流動状態を示す断面図。
【図１７】混合要素を構成する積層エレメントの斜視図と混合要素内の流体の流動状態を示す断面図。
【図１８】混合要素を構成する積層エレメントの斜視図とその断面形状を示す拡大図。
【図１９】混合要素内の流体の流動状態を示す断面図。
【図２０】混合要素を構成する積層エレメントの斜視図とその断面形状を示す一部断面斜視図。
【図２１】混合要素内の流体の流動状態を示す概念図。
【図２２】混合要素を構成する積層エレメントの断面形状を示す一部断面斜視図。
【図２３】混合要素を構成する積層エレメントの斜視図とその断面図。
【図２４】混合装置の断面図。
【図２５】混合装置の断面図。
【図２６】混合機の断面図。
【図２７】混合機の混合要素部分を示す分解斜視図。
【図２８】混合機の断面図。
【図２９】撹拌翼の分解斜視図。
【図３０】撹拌翼の使用状態の断面図。
【図３１】撹拌翼の分解斜視図。
【図３２】撹拌翼の使用状態の断面図。
【図３３】撹拌翼の使用状態の断面図。
【図３４】撹拌翼の混合要素部分を示す断面図。
【図３５】混合システムの構成図。
【図３６】反応装置の断面図。
【図３７】反応装置の断面図。
【図３８】反応地の混合要素部分を示す断面図。
【図３９】触媒ユニットの分解斜視図。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
（混合要素の実施形態１）
図１は、混合要素１の実施形態１による混合要素１ａの構成部品を示す斜視図である。図２（ａ）は、この混合要素１ａを構成する２種類の積層エレメント２１ａ，２１ｂとこれら積層エレメント２１ａ，２１ｂの積層状態を示す平面図であり、図３は、混合要素１ａ内部を流体Ａが流れる様子を示した平面図と断面図である。
【００４３】
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２種類の積層エレメント２１ａ，２１ｂを複数枚（ここでは３枚）交互に積層した積層体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、積層方向の両側から挟持して構成される。積層エレメント２１ａ，２１ｂと第１の板３と第２の板４は互いに分離可能であり、混合要素１ａは分解できる。
【００４４】
第１の板３は、ボルト用の穴１３のみを有し、他に穴を有しない円板である。第２の板４は、ボルト用の穴１４とともに、中央部に流体Ａが流入または流出する円形の開口部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２１ａ，２１ｂと略同一の外径を有する。第１の板３の外形形状は第２の板４の開口部４１よりも大きい。
【００４５】
２種類の積層エレメント２１ａ，２１ｂは、それぞれ、厚さ方向に貫通する第１の貫通孔２２を複数有している。つまり、積層エレメント２１ａ，２１ｂの延在する方向に延びる延在面に沿って、複数の第１の貫通孔が設けられている。また、中央部に略円形の第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の開口部４１の内径と略同一、且つ略同心である。積層エレメント２１ａ，２１ｂ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。
【００４６】
各第１の貫通孔２２は、平面視略矩形状であって、前記第２の貫通孔２３の中心を中心として同心円状に配設されている。第１の貫通孔２２の配置は千鳥状であり、２種類の積層エレメント２１ａ，２１ｂでは、第１の貫通孔２２の配列パターン自体を異ならせている。
【００４７】
つまり積層エレメント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している。換言すれば、第１の貫通孔２２間の仕切壁のうち積層エレメント２１ａ，２１ｂの延在する方向と交わる方向に延びる仕切壁が、隣接する積層エレメント相互間において位置を違えて配置され、流体を隣接する積層エレメント２１ａ，２１ｂの第１の貫通孔２２に積層エレメント２１ａ，２１ｂの延在する方向に向けて順次通り抜けさせて流通可能に配置されている。
【００４８】
図２に示したように、一方の積層エレメント２１ａでは、内周面及に沿って配設される第１の貫通孔２２が開放されていないが、他方、積層エレメント２１ｂでは、内周面の第１の貫通孔２２が開放されている。また第１の貫通孔２２間の大きさ及びピッチは半径方向外側に向かうに従い大きくなっている。さらに積層エレメント２１ａ，２１ｂの重なり状態において、第１の貫通孔２２が相互に重なり合う部分の面積は、周方向において均等である。
【００４９】
このような積層エレメント２１ａ，２１ｂが積層されたものが積層体２である。
【００５０】
積層体２の積層方向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２両端部の積層エレメント２１ａ，２１ｂの第１の貫通孔２２は図３（ｂ）に示したように積層方向に閉じている。つまり閉塞されている。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２１ａ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、図３（ａ）に示したように積層体２内部を積層エレメント２１ａ，２１ｂの延在する方向へ確実に流通する。
【００５１】
したがって、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２１ａ，２１ｂ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。
【００５２】
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の開口部４１を経由して中空部２４に流入すると、流体Ａは、中空部２４の内周面に開く積層エレメント２１ａ，２１ｂ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を通り抜け、さらに、他の第１の貫通孔２２に連通する第１の貫通孔２２を通り抜ける。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２１ａ，２１ｂの第１の貫通孔２２を介して、積層体２内部から流出する。
【００５３】
以上のように、積層体２内部の流体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。
【００５４】
流体Ａが通る流路は、積層エレメント２１ａ，２１ｂの積層方向に複数層、図３（ｂ）の例では２層備えられており、流体Ａを積層エレメント２１ａ，２１ｂの積層方向に分割する複数の流路を備えているので、流体Ａが第１の貫通孔２２を通り抜ける際に、流体Ａは図３（ａ）、図３（ｂ）に示したように、積層エレメント２１ａ，２１ｂの積層方向に分割され、分割された後は合流する。つまり、流体Ａの流動は半径方向への二次元的、平面的な分割と合流だけではなく、積層エレメント２１ａ，２１ｂの積層方向に広がりをもった三次元的に行われる。
【００５５】
そして、このような流動の際に、流体Ａは分散、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。
【００５６】
積層エレメント２１ａ，２１ｂの各第１の貫通孔２２は千鳥状に配列されているので、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へ流出する際に、流れが容易に分割され、又は、容易に合流させられることにより、効率的に混合される。
【００５７】
流体Ａは、上記とは逆に、積層エレメント２１ａ，２１ｂ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。
【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２１ａ，２１ｂ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。したがって、流体Ａは、積層エレメント２１ａ，２１ｂ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２１ａ，２１ｂ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】
中空部２４を備えるので、中空部２４がない場合と比較して、混合要素１ａ内に流体が入りやすく、第１の貫通孔２２への流通もさせやすい。同様に、混合要素１ａの外周側から入って第１の貫通孔２２を通過した流体を、滞らせずに円滑に流出させられる。
【００６０】
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２１ａ，２１ｂと接している積層エレメント２１ａ，２１ｂ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Ａ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Ａが合流する。したがって、混合効果が高く流体Ａは高度に混合される。
【００６１】
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し、合流するので高度に混合される。
【００６２】
また、積層体２の積層方向の両端面における第１の貫通孔２２を着脱可能な第１の板３と第２の板４で塞ぐ構成であるので、各部材を別々に製作することができる。例えば積層エレメント２１ａ，２１ｂは、一定の厚みを有する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製作することができる。このため、混合要素１ａの製作が容易、且つ安価に行える。
【００６３】
また、積層エレメント２１ａ，２１ｂ、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２１ａ，２１ｂ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。第１の貫通孔２２が厚さ方向に貫通した孔であるので、洗浄は隅々まできれいに行うことが容易である。
【００６４】
積層エレメント２１ａ，２１ｂ、第１の板３及び第２の板４は簡素な構造を有するので、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。したがって、耐食性や耐熱性が必要とされる用途にも混合要素１ａを適用することができる。
【００６５】
加えて、混合要素１ａは、第１の板３や第２の板４を適宜の状態で保持すれば、様々な部位に、自由な態様で適用することができる。このため、様々な装置に混合要素１ａを適用でき、高い混合能力を幅広く活用することができる。
（混合要素の実施形態２）
図４は、混合要素１の実施形態２による混合要素１ｂの構成部品を示す斜視図であり、図５は、積層エレメント２１ｃと、この積層エレメント２１ｃに積層方向で隣接する積層エレメント２１ｃの積層状態の第１の貫通孔２２の重なりを示す平面図である。図５では、第１の貫通孔２２同士の重なりを明瞭に示すため、第１の貫通孔２２同士が重なっている部分を塗りつぶして描いている。
【００６６】
この実施形態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の貫通孔２２が平面視円形に形成されている点、積層エレメント２１ｃを３枚より多い６枚備えている点である。各第１の貫通孔２２の内径及びピッチは略同一である。図５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２１ａ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、第１貫通孔２２で形成される空間を積層エレメント２１ａの延在する方向に連通する。
【００６７】
複数の第１の貫通孔２２のうち内周縁のものは積層エレメント２１ａの内周面に、外周縁のものは積層エレメント２１ａの外周面に開いている。
【００６８】
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の開口部４１及び積層エレメント２１ｃの内周面に開放された第１の貫通孔２２を介して積層体２内部に流入する。そして、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。
【００６９】
特に、積層エレメント２１ｃを３枚より多く備えているので、積層エレメント２１ｃの延在する方向に延びる流路は２層よりも多く有する。このため、流体を積層エレメント２１ｃの積層方向に分割する流路が積層方向に多数得られ、流体の分割合流が積層エレメント２１ｃの積層方向におけるより広い範囲で三次元的になされることになる。この結果、より高い混合効果が得られる。また、圧力損失も小さくすることができる。
【００７０】
この実施形態２の混合要素１ｂにおけるその他の構成及び作用効果は、上記実施形態１の混合要素１ａと同様である。
（混合要素の実施形態３）
図６は、２種類の積層エレメント２１ａ，２１ｂと、これらの積層エレメント２１ａ，２１ｂの積層状態を示す平面図である。
【００７１】
この実施形態３の積層エレメント２１ａ，２１ｂが実施形態２の積層エレメント２１ａ，２１ｂと異なるところは、２種類の積層エレメント２１ａと２１ｂの積層状態において、ある第１の貫通孔２２の重なり部分の面積と、この部分に隣接する他の重なり部分の面積が周方向において非均等であることである。
【００７２】
このような構成を実現するため、２種類の積層エレメント２１ａ，２１ｂは、第１の貫通孔２２間の仕切壁のうち、半径方向に延びる仕切壁２５ａの位置が、積層エレメント２１ａ，２１ｂの中心を通りボルト孔２６同士を結ぶ仮想の直線に対して異なる角度に配置されるように構成されている。
【００７３】
このような積層エレメント２１ａ，２１ｂを備えた混合要素によっても、前記のように高度な混合がなされるが、この場合は特に、第１の貫通孔２２を通り抜ける流体が周方向において非均等に分割されることになる。この結果、混合効率を更に向上させることができる。
【００７４】
図７は、第１の貫通孔２２の重合する部分の面積が周方向で非均等な場合（実施形態３の構造）の、流体の流動状態をコンピュータ解析した結果である。図７に示すように、非均等であれば流体の流れが多様になることがわかる。
【００７５】
この実施形態３の混合要素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。
（混合要素の実施形態４）
図８は、実施形態４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る。
【００７６】
この混合要素１ａが、実施形態１による混合要素１ａと異なるところは、図８に示したように、積層エレメント２１ａ，２１ｂが互いに重なり合って第１の貫通孔２２同士の重なり合い部分に形成される流路の、積層エレメント２１ａ，２１ｂの延在する方向での幅が、該流路の上流側に接する、前記第１の貫通孔２２間の仕切壁２５ｂの積層方向の厚さより狭い点である。図８の例では特に、流路の幅を仕切壁２５ｂの厚さの半分より狭く、より詳しくは４分の１より狭くしている。
【００７７】
混合要素１ａをこのように構成すると、流体Ａは積層エレメント２１ａ，２１ｂの延在する方向に流れる際に、前述と同様に積層エレメント２１ａ，２１ｂの積層方向と、延在する方向に延びる延在面に沿う方向に、それぞれ分割されながら流れるが、一の積層エレメント２１ａの第１の貫通孔２２から、これに隣接する積層エレメント２１ｂの第１の貫通孔２２に流れ込むときの流路が狭いので、流体に剪断力を与えることができ、この結果、流体の混合度合いを向上できる。
【００７８】
流路の幅を仕切壁２５ｂの厚さの４分の１より狭く形成した場合には、流路を通って一つの第１の貫通孔２２から別の２つの第１の貫通孔２２に流入する時に、それぞれ流速が２倍以上に増大するので、流体の混合度合いを向上するという効果を更に高めることができる。
【００７９】
本実施形態４の混合要素１ａ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。
（混合要素の実施形態５）
図９（ａ）は、実施形態４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９（ｂ）は、この混合要素１ｃにおける積層エレメント２１ｄを示す斜視図である。
【００８０】
この混合要素１ｃが、実施形態１による混合要素１ａと異なるところは、図９（ａ）及び図９（ｂ）に示すように、複数の積層エレメント２１ｄ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２７（図９（ｂ）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９（ｂ）参照）。さらに、第１の板３の外周形状は、当該板３に重ね合わされた積層エレメント２１ｄ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２１ｄよりも小径に形成されている（図９（ａ）参照）。
【００８１】
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の開口部４１を経由して積層体２内部に流入する。積層体２内部に入った流体は、積層体２内部を放射状に流通し、積層エレメント２１ｄの連通する第１の貫通孔２２を流通する。このときの流動は、積層エレメント２１ｄの延在する方向に行われるうえに、流体Ａは積層エレメント２１ｄの積層方向へも広がりながら分割と合流を繰り返すので、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。
【００８２】
このように、実施形態５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２１ｄ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。
【００８３】
本実施形態５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。
【００８４】
本発明に係る混合要素１は、上記各実施形態１〜４に限定されず、種々の変更を施すことが可能である。
（混合要素の変形例１）
例えば、積層エレメント２１の第１の貫通孔２２は、円形や矩形状に限らず図１０（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を矩形状や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。また、積層エレメント２１ａの第１の貫通孔２２のピッチを略同一としているが、本発明は、これに限定されるものではない。また、積層エレメント２１ａ，２１ｂのように、第１の貫通孔２２の大きさ及びピッチを内周部から外周部に向かうに従って大きくしてもよい。
【００８５】
また、積層エレメント２１の外周形状を略円形状とし、第１の板３及び第２の板４の外周形状を円形状としているが、本発明は、これに限定されるものではなく、均等な機能を果たす他の形状を採用し得る。また、積層エレメント２１の第２の貫通孔２３を略円形状とし、第２の板４の開口部４１を円形としているが、本発明は、これに限定されるものではなく、これらと同様な機能を果たす他の形状を採用し得る。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は開口部４１を中央部に有し、略同一径、略同心であるが、本発明は、これらと同様な機能を果たす他の形状を採用し得るものであって、これに限定されるものではない。
【００８６】
また、複数の第１の貫通孔２２が同一の位置に配置されている同一形状の積層エレメント２１を使用して、複数の第１の貫通孔２２が半径方向及び円周方向に部分的に重なり合うように、その位置をずらせて配置して混合要素１を形成しても良い。
【００８７】
また、内径及び外径の異なる２種類の積層エレメントを使用して、内周部及び外周部の第１の貫通孔２２が開放されるような構成としても良い。
（混合要素の変形例２）
図１１（ａ）は、２種類の積層エレメント２１ａ，２１ｂを１枚ずつ積層した状態の要部の斜視図であり、図１１（ｂ）は、その積層エレメント２１ａ，２１ｂ内を流れる流体Ａの状態を示す断面図である。
【００８８】
これらの積層エレメント２１ａ，２１ｂは、積層枚数が２枚であっても、積層方向にならぶ流路を２層以上備えられるようにするものである。
【００８９】
すなわち、各積層エレメント２１ａ，２１ｂの第１の貫通孔２２間の仕切壁のうち積層エレメント２１ａ，２１ｂの延在する方向と交わる方向に延びる仕切壁２５ｂに、積層エレメント２１ａ，２１ｂの半径方向に延びる仕切壁２５ａよりも高さを低くする切欠部２５ｃを形成する。そして積層枚数が２枚の場合には、各積層エレメント２１ａ，２１ｂにおける切欠部２５ｃのない方を、重ね合わせる面側に向けて積層する。
【００９０】
各積層エレメント２１ａ，２１ｂの第１の貫通孔２２の形状、つまり仕切壁の形状は、図１、図２、図３に示した混合要素の実施形態１の場合と同様である。また、図面において上側に描いた積層エレメント２１ｂの第１の貫通孔２２のうち内周縁のものは内周に開いており、下側に描いた積層エレメント２１ａの第１貫通孔２２のうち外周縁のものは外周に開いている。このため、積層エレメント２１ａ，２１ｂの延在する方向と交わる方向である円周方向に延びる仕切壁２５ｂは、積層される積層エレメント２１ａ，２１ｂ間において周方向にずれている。
【００９１】
つまり、円周方向に延びる仕切壁２５ｂは、周方向の位置と、積層方向の位置において位置が違う状態で存在することになる。換言すれば、重なり合う二種類の積層エレメント２１ａ，２１ｂのそれぞれが、流体を積層エレメント２１ａ，２１ｂの積層方向に分割する流路を備えた構造である。このため、流体を積層エレメント２１ａ，２１ｂの積層方向に分割する流路は、図３（ｂ）に示したように積層方向に１つではなく、図１０（ｂ）に示したように２つ形成できる。
【００９２】
このような構成であるため、積層する積層エレメント２１ａ，２１ｂの枚数が少なくても、流体Ａが流れる流路を２層以上の階層構造にでき、高い混合能力が得られる。
【００９３】
図１１（ａ）、図１１（ｂ）においては、切欠部２５ｃを積層エレメント２１ａ，２１ｂの延在する方向と交わる方向に延びる仕切壁２５ｂの全体に形成した例を示したが、切欠部２５ｃは部分的、間欠的に形成してもよい。また、重なり合う積層エレメント２１ａ，２１ｂにおける切欠部２５ｃが形成された積層エレメント２１ａ，２１ｂの延在する方向と交わる方向に延びる仕切壁２５ｂ同士を接した状態になるように積層してもよい。この場合でも、流体を積層エレメント２１ａ，２１ｂの積層方向に分割する流路は少なくとも１つ形成できる。さらに、前記のような積層エレメント２１ａ，２１ｂは３枚以上重ねてもよい。
（混合要素の変形例３）
図１２は、２種類の積層エレメント２１ａ，２１ｂを積層した状態の平面図である。
【００９４】
この積層エレメント２１ａ，２１ｂは、略矩形状をなす第１の貫通孔２２のコーナー部分に、角アール部２２ａが形成されている。
【００９５】
このように角アール部２２ａを有する場合には、角部に流体が滞留しにくくなる。この結果、流体が積層エレメント内に停滞することを抑制し、良好な混合に資するとともに、洗浄がきれいに行えるようになる。
（混合要素の変形例４）
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。
【００９６】
図１３（ａ）、図１３（ｂ）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２１ｚによる分割構造とすることができる。また、図１３（ｃ）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２１ｚによる分割構造とすることができる。
（混合要素の変形例５）
積層エレメント２１の第１の貫通孔２２を、図１４、図１５に示したように、積層エレメント２１の延在する方向において、非線形に配置してもよい。
【００９７】
図１４は、２種類の積層エレメント２１ｅ，２１ｆと、これらの積層エレメント２１ｅ，２１ｆの積層状態を示す平面図である。
【００９８】
図１４に示すように、第１の貫通孔２２は積層エレメント２１ｅ，２１ｆの中央側から外周にかけて、直線状ではない状態で配置されている。具体的には、第１の貫通孔２２の間の仕切壁のうち中央部から外周に向かう連続した仕切壁２５ｄが一方向側に湾曲する曲線状、より詳しくは略インボリュート曲線状に延びている。「略インボリュート曲線状」とは、インボリュート曲線を含む意味である。
【００９９】
この仕切壁２５ｄのほかに、仕切壁２５ｄに略直交するように接し、仕切壁２５ｄ間をつなぐように延びる仕切壁２５ｅを有する。
【０１００】
これら仕切壁２５ｄ，２５ｅの配置は、２種類の積層エレメント２１ｅ，２１ｆ間で相違させて、仕切壁のうち前記積層エレメント２１ｅ，２１ｆの延在する方向と交わる方向に延びる仕切壁、すなわち仕切壁２５ｄ，２５ｅの位置が、隣接する積層エレメント２１ｅ，２１ｆ相互間においてずれており、流体を隣接する積層エレメント２１ｅ，２１ｆの第１の貫通孔２２に積層エレメント２１ｅ，２１ｆの延在する方向に向けて順次通り抜けさせて流通するようにしている。
【０１０１】
このように第１の貫通孔２２を非線形に配置することによって、直線状に配置する場合よりも流体の路程を長くできる。つまり、第１の貫通孔２２を通り抜ける回数を多くとることができるので、混合が良好にできる。
【０１０２】
積層エレメント２１ｅ，２１ｆが小さい場合でも路程を長くとれて、高い混合効果が得られるので、混合要素の小型化も可能である。
【０１０３】
非線形の形態は、例えば曲線の曲率が積層エレメントの延在する方向に向かって大きくなる曲線であるなど、適宜の形態を採用できる。第１の貫通孔２２を、積層エレメント２１ｅ，２１ｆの延在する方向において、同一方向に沿って略同一の曲線状やインボリュート曲線状で所定間隔ごとに配置するほか、配置の間隔を不均一にしてもよい。
【０１０４】
図１５は、２種類の積層エレメント２１ｅ，２１ｆと、これらの積層エレメント２１ｅ，２１ｆの積層状態を示す平面図である。
【０１０５】
図１５に示す積層エレメント２１ｅ，２１ｆは、第１の貫通孔２２の間の仕切壁のうち中央部から外周に向かう連続した仕切壁２５ｄが一方向側に湾曲する略インボリュート曲線状に延びており、これらの仕切壁２５ｄ間を円周方向に延びる仕切壁２５ｅで連結した形状である。円周方向に延びる仕切壁２５ｅは積層エレメントの中心点を中心とする同心円状に形成されている。
【０１０６】
このような積層エレメント２１ｅ，２１ｆでは、前記のように良好な混合ができるうえ、特に混合要素を積極的に回転させて混合を行う場合に、流体に対して回転力を効率よく伝達できるので、混合効果を高めることができる。
（混合要素の変形例６）
前記積層エレメント２１における第１の貫通孔２２間の仕切壁は、断面方向視において方形以外の形状であってもよい。
【０１０７】
図１６（ａ）は、２種類の積層エレメント２１ｇ，２１ｈを積層した状態の斜視図であり、図１６（ｂ）はその積層エレメント２１ｇ，２１ｈ内に流体が流れるときの状態を示した説明図である。
【０１０８】
図１６（ａ）に示したように、積層エレメント２１ｇ，２１ｈは半径方向に延びる仕切壁２５ｆと円周方向に延びる仕切壁２５ｅの断面形状が、縦長の略楕円形である。前記「略楕円形」とは楕円形を含む意味である。
【０１０９】
このような形状の仕切壁２５ｅ，２５ｆを有する積層エレメント２１ｇ，２１ｈ内での流体の流動は、前記混合要素の実施形態１などと同様であるが、仕切壁の端面が切り立った状態であるものと比べて、流体の衝突時の衝撃が小さくなるので、流体の流動に滑らかさを持たすことができる。このような流動は、酵母等を取り扱う発酵プロセス等に適している。
【０１１０】
積層エレメント２１における第１の貫通孔２２間の仕切壁は、断面方向視において面取り部を有する断面形状であってもよい。
【０１１１】
図１７（ａ）は、２種類の積層エレメント２１ｇ，２１ｈを積層した状態の斜視図であり、図１７（ｂ）はその積層エレメント２１ｇ，２１ｈ内に流体が流れるときの状態を示した説明図である。
【０１１２】
図１７（ａ）に示したように、積層エレメント２１ｇ，２１ｈは半径方向に延びる仕切壁２５ｆと円周方向に延びる仕切壁２５ｅの断面形状が、上方が幅狭で下方が幅広となる三角形である。このため、積層エレメント２１ｇ，２１ｈの延在する方向に対向する面が、上方ほど仕切壁２５ｅ，２５ｆを薄肉にする方向に傾斜している。この傾斜部分が面取り部２８であり、傾斜面２９を形成する。
【０１１３】
このような形状の仕切壁２５ｅ，２５ｆを有する積層エレメント２１ｇ，２１ｈ内での流体の流動は、面取り部２８を有するため、仕切壁の端面が切り立った状態であるものと比べて、流体の衝突時の衝撃が小さくなる。このため、流体の流動に滑らかさを持たすことができる。
【０１１４】
図１８（ａ）は、２種類の積層エレメント２１ｇ，２１ｈを積層した状態の斜視図であり、図１８（ｂ）は、積層エレメント２１ｇ，２１ｈの断面形状を示す斜視図である。また、図１９（ａ）は積層エレメント２１ｇ，２１ｈ内に流体が流れるときの状態を示した説明図である。
【０１１５】
図１８（ａ）に示したように、積層エレメント２１ｇ，２１ｈは半径方向に延びる仕切壁２５ｆと円周方向に延びる仕切壁２５ｅの断面形状が、上下左右に角を有する略ひし形である。前記「略ひし形」は、ひし形を含む意味である。
【０１１６】
このため、積層エレメント２１ｇ，２１ｈの延在する方向に対向する面が、上方ほど、また下方ほど仕切壁２５ｅ，２５ｆを薄肉にする方向に傾斜している。この傾斜部分が面取り部２８であり、傾斜面２９を形成する。
【０１１７】
このような形状の仕切壁２５ｆ，２５ｅを有する積層エレメント２１ｇ，２１ｈ内での流体の流動は、図１９（ａ）に示したように、面取り部２８を有するため、仕切壁の端面が切り立った状態であるものと比べて、流体の衝突時の衝撃が小さくなるので、流体の流動に滑らかさを持たすことができる。
【０１１８】
また、傾斜面２９の角度を適宜設定することで、流体の流れる方向を調整・制御できる。
【０１１９】
図１９（ｂ）、図１９（ｃ）に示したように、上下の傾斜面２９の角度に差異を付けることで、流体の上下方向（積層方向）での流れに強弱ができ、全体の流動に変化をつけることができる。例えば、混合がより良好に行える方向などを考慮して傾斜面２９の角度や、仕切壁２５ｅ，２５ｆ間の間隔などを適宜設定すると、所望の混合を実現できる。
【０１２０】
流体の流動方向を制御することは、仕切壁２５ｅ，２５ｆの断面形状を適宜設定するほか、前記例のような断面形状の仕切壁２５ｅ，２５ｆを傾斜させたり、ねじったりしても行える。
【０１２１】
図２０（ａ）は、２種類の積層エレメント２１ｇ，２１ｈを積層した状態の斜視図であり、図２０（ｂ）は、積層エレメント２１ｇ，２１ｈの断面形状を示す斜視図である。
【０１２２】
図２０（ａ）、図２０（ｂ）に示したように、積層エレメント２１ｇ，２１ｈにおける半径方向に延びる仕切壁２５ｆと円周方向に延びる仕切壁２５ｅの断面形状は、略楕円形で、円周方向に延びる仕切壁２５ｅは上方ほど外周に広がるように傾斜し、半径方向に延びる仕切壁２５ｆは左右方向における一方に傾斜している。
【０１２３】
このような形状の仕切壁２５ｅ，２５ｆを有する積層エレメント２１ｇ，２１ｈ内での流体には、積層エレメント２１ｇ，２１ｈとの相対移動に伴って仕切壁２５ｅ，２５ｆとの間の抵抗に差異が生じることにより、指向性が付与される。周方向に傾いた半径方向に延びる仕切壁２５ｆによって、流体が仕切壁２５ｅに沿った周方向に流動しやすくなるので、図２１に概念的に描いたような螺旋状の流れを得られる。仕切壁２５ｆの周方向への傾きを図２０（ａ），図２０（ｂ）の積層エレメント２５ｅ，２５ｆとは左右方向を逆にすることにより、螺旋状の流れを図２１と逆方向にすることも可能である。
【０１２４】
仕切壁２５ｅ，２５ｆの断面形状がひし形の場合には、仕切壁のうち積層エレメントの中央部から外周に向かう仕切壁と他の仕切壁との流体に対する抵抗に違いをつけても、前記と同様に螺旋状の流動が可能である。
【０１２５】
図２２は、２種類の積層エレメント２１ｇ，２１ｈを積層した状態の断面形状を示す斜視図である。
【０１２６】
図２２に示したように、積層エレメント２１ｇ，２１ｈにおける第１の貫通孔２２間の仕切壁２５ｅ，２５ｆは、上端及び又は下端が幅狭となる傾斜面２９を有し、この傾斜面２９の傾斜角度が、仕切壁のうち積層エレメントの中央部から外周に向かう半径方向に延びる仕切壁２５ｆのほうが、他の円周方向に延びる仕切壁２５ｅの断面形状の傾斜面より緩やかである。
【０１２７】
このような形状の仕切壁２５ｅ，２５ｆを有する積層エレメント２１ｇ，２１ｈ内での流体は、半径方向よりも円周方向への流動が促され、円周方向の仕切壁２５ｅ部分により流体の半径方向への流動に抵抗を与えられるので、螺旋状の流れを生むことができる。
（混合要素の変形例７）
積層エレメント２１は前記のように多様な断面形状に形成できるので、必要な場合には、複数の部材を重ね合わせて構成することもできる。
【０１２８】
図２３（ａ）は積層エレメント２１ｇ，２１ｈが積層した状態の斜視図、図２３（ｂ）はその縦断面図である。
【０１２９】
図２３（ａ）に示したように、積層エレメント２１ｇ，２１ｈは、断面略ひし形の輪郭を有する仕切壁２５ｅ，２５ｆを備えている。仕切壁２５ｅ，２５ｆが、図２３（ｂ）に示したように、幅寸法の異なる複数枚の板部材を積み重ねて構成されている。板部材同士は接着や溶接等の適宜の手段で固定される。
【０１３０】
このように複数の板部材を積み重ねて構成すると、プレス等では形成できない様々な形態の断面形状を有する積層エレメント２１ｇ，２１ｈを自由に得ることができる。
【０１３１】
図２３（ａ）、図２３（ｂ）に示した仕切壁２５ｅ，２５ｆは、階段状に段差を有する形態であるが、板部材を面取りすれば、傾斜面を有する仕切壁とすることもできる。
（混合装置の実施形態１）
図２４は、混合装置５の実施形態による混合装置５ａ内部を流体Ａが流れる様子を示した断面図である。
【０１３２】
本実施形態による混合装置５ａは、図２４に示すように、フランジ５３を有する円筒状のケーシング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。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。
【０１３３】
ケーシング５０の入口５１側には、中央部に開口部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。
【０１３４】
図２４に示した混合装置５ａでは、混合要素１をケーシング５０内にボルトとナットのような固定手段で固定することもできる。
【０１３５】
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，１ｂと同様に、第１の貫通孔２２を複数有し、中央部に略円形の第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の開口部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に対応する中空部である。
【０１３６】
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。
【０１３７】
また、各積層体２ａ〜２ｄ内部において、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、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。
【０１３８】
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Ａ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。
【０１３９】
以上の構成を有する混合装置５ａに、例えば、流体Ａが、適宜な圧送手段により入口５１から流入すると、流体Ａは第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。
【０１４０】
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。
【０１４１】
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。
【０１４２】
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蛇行するように流れながら、連通する第１の貫通孔２２内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。
【０１４３】
この混合装置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の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。
【０１４４】
また、混合装置５ａにおいても混合要素１ａ，１ｂと同様に、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２２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。したがって、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。
【０１４５】
各環状空間部５５ａ，５５ｂから積層体２ｂ，２ｄ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。
【０１４６】
さらに、この混合装置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。
【０１４７】
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。
【０１４８】
なお、混合要素１ａ，１ｂに変えて、１ｃのように第２の貫通孔２３を設けていない積層エレメント２２を使用しても良い。
【０１４９】
この発明に係る混合装置５は、混合要素の変形例と同様に上記の混合装置の実施形態に限定されない。本発明の範囲内で変形して実施することができる。
【０１５０】
（混合装置の実施形態２）
図２５（ａ）、図２５（ｂ）は、流体が流れる管体５６内に混合要素１を備えた混合装置５ｂの断面図である。図２５（ａ）は直線状の混合装置５ｂ、図２５（ｂ）は湾曲形状の混合装置５ｂを示している。
【０１５１】
いずれの混合装置５ｂも、配管５７に接続される管体５６内に混合要素１が、管体５６の長手方向に突出しないように備えられている。つまり、混合要素の第１の板３を積層体２の外周と同じ大きさに形成し、第２の板４を管体５６のフランジ５６ａに対応する大きさに形成している。第２の板４の開口部４１は、積層体２の中空部２４の大きさと同じである。
【０１５２】
混合要素１を管体５６に固定するには、混合要素１の第１の板３を管体５６の内部に入れ、第２の板４をフランジ５６ａの外側面に接合する。
【０１５３】
混合要素１は図示したように管体５６の両端に備えても、一方のみに備えてもよい。また、混合要素１は管体５６の長手方向の中間部に備えてもよい。
【０１５４】
このような構成の混合装置５ｂでは、管体５６の長手方向に混合要素１が突出しない構造であるので、既設の配管５７に対しても取り付けて使用できる。このため、適宜の配管システム内で流体を混合することができる。メンテナンスも容易である。
【０１５５】
混合要素１は前記のように混合効果が高いので、十分な混合ができる上に、別途の混合装置を不要とし、省スペース化を図ることもできる。
【０１５６】
この発明に係る混合装置５は、前記例のほか、次のように構成することもできる。
【０１５７】
積層エレメント２１、第１の板３及び第２の板４の外周形状は円形には限定されない。外周形状が円形でなくても、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。
【０１５８】
混合される流体は、気体や液体に限定されるものではなく、液体と粉粒体のような固体の混合物等であってもよい。
【０１５９】
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。
【０１６０】
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又は混合装置５を適用することもできる。
（混合機の実施形態１）
図２６は、混合機６の実施形態２による混合機６ａの内部を流体Ａが流れる様子を示した断面図である。
【０１６１】
図２６に示すように、混合機６ａは、混合要素１、円筒状のケーシング５０、回転軸５８、及び駆動源としての電動モータ５９を備えている。電動モータ５９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、図示しない供給電源から電力が供給されて回転駆動される。回転軸５８は、電動モータ５９に連結された状態で、混合要素１を支持するものである。ケーシング５０と回転軸５８との摺動部分には、内部の流体Ａが漏れないようにシール部材５０ａが配されている。
【０１６２】
ケーシング５０はフランジ形状の入口５１及び出口５２を備えており、流体Ａが入口５１から混合機６ａ内部に吸込まれ、出口５２から吐出される。
【０１６３】
混合要素１は、図２７に示したように、前記回転軸５８に接続される軸部３２を有する。軸部３２は、第１の板３の中心に設けられ、この軸部３２の周囲には開口部３１が形成されている。この開口部３１は第２の板４の開口部４１と同様で、流体が流れる部分である。混合要素１の構成は前記と同様である。
【０１６４】
混合要素１を電動モータ５９により回転駆動させると、混合機６ａの入口５１から吸い込まれた流体Ａは、混合要素１を形成する第１の板３の開口部３１及び第２の板４の開口部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の内周部に開く積層エレメント２１の第１の貫通孔２２を経て積層体２内部に流入する。
【０１６５】
積層体２内部に流入した流体Ａ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放射状に流通し、外周部に開く第１の貫通孔２２を経て積層体２の外周部から外方へ流出される。流出された流体Ａは、出口５２を経て混合機６ａから吐出される。
【０１６６】
混合要素１から流出した流体Ａの一部は、第１の板３の開口部３１及び第２の板４の開口部４１を経由して再度中空部２４に流入し、さらに積層体２内部に流入し、積層体２外周部から流出することにより、混合要素１の積層体２内部を循環する。
【０１６７】
そして、流体Ａが、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際に、流体は、分散、合流、反転、乱流、渦流、衝突等を繰り返すので高度に混合される。
【０１６８】
なお、この実施形態１では、ケーシング５０を円筒状としているが、これに限定されるものではない。また、第１の板３に開口部３１を設けなくてもよい。
【０１６９】
また、要求される混合度が低い場合には、通常の遠心ポンプのように混合要素１と入口５１の間隔を短くして混合機６ａ内部を循環する流体Ａの流量を少なくするようにしても良い。
（混合機の実施形態２）
図２８は、混合機６の実施形態２による混合機６ｂを示した図である。図２８（ａ）は、図２８（ｂ）のＩ−Ｉ線に沿った断面図であり、図２８（ｂ）は、混合機６ｂの内部を流体Ａが流れる様子を示した断面図である。
【０１７０】
混合機６ｂが実施形態１による混合機６ａと異なるところは、第１の板３及び第２の板４の外周形状が積層エレメント２１の外周形状より大きく、積層体２の外周部であって、第１の板３及び第２の板４により形成される空間に、積層エレメント２１の積層方向に延びる羽根１５を配した（ここでは６枚）ことである。
【０１７１】
混合要素１が回転すると、積層体２の外周部から流出した流体Ａは、羽根１５により付勢されて混合要素１から流出する。羽根１５の端部は第１の板３及び第２の板４により閉じられているので、積層体２の外周部から流出した流体Ａは、羽根１５により効率的に付勢され、混合機６ｂから吐出する流体Ａの圧力を高くすることができる。
【０１７２】
混合要素１の積層エレメントを図１５に示される積層エレメント２１ｅ，２１ｆとすれば、流体Ａはより効率的に混合され、付勢される。
【０１７３】
なお、羽根１５は、第１の板３及び第２の板４により形成される空間に配設されているが、これに限定されるものではなく、例えば、混合要素１に他の円板を取り付けて羽根１５を固定してもよい。また、羽根１５は積層エレメント２１が延在する方向に対して垂直方向に伸びるように配されているが、これに限定されるものではなく、発明の効果を奏する範囲で傾斜させられていてもよい。また、羽根１５の形状は適宜設定される。
【０１７４】
この混合機６の実施形態２に係る混合機６ａのその他の構成及び作用効果は、上記実施形態１における混合機６ａと同様である。
（撹拌翼の実施形態）
図２９は、撹拌翼７の実施形態による撹拌翼７ａの構成部品を示す斜視図である。図３０は、撹拌槽６３内部に撹拌翼７ａが配設された撹拌装置６０において、撹拌翼７ａ内部及び撹拌槽６３内部を流体Ａが循環する様子を示した断面図である。
【０１７５】
図２９に示したように、撹拌翼７ａは混合要素１を有し、この混合要素１は、複数の略円形状の積層エレメント２１を積層した積層体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。
【０１７６】
第１の板３は、ボルト用の穴１３と、流体Ａが流入する４つの開口部３１とを有する円板であり、回転軸６２が取り付けられている。第２の板４は、ボルト用の穴１４とともに、中央部に流体Ａが流入する円形の開口部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。
【０１７７】
積層エレメント２１は、第１の貫通孔２２を複数有し、中央部に撹拌槽６３内を循環する流体Ａが流入する略円形の第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の開口部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。
【０１７８】
前記撹拌翼７ａの混合要素１のその他の構成は、混合要素の実施形態における混合要素１ａ，１ｂと同様である。
【０１７９】
図３０に示したように、図示しない供給電源より電力が供給され駆動モータ６１により撹拌翼７ａ、即ち回転軸６２に取り付けられた混合要素１が回転駆動すると、混合要素１の積層体２内部の流体Ａ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。
【０１８０】
一方、撹拌槽６３内の流体Ａは、混合要素１の下端部の第２の板４の開口部４１及び上端部の第１の板３の４つの開口部３１を経由して積層体２内部の中空部２４に吸い込まれる。吸い込まれた流体Ａは、中空部２４の内周面に開く第１の貫通孔２２を介して、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、外周面に開く第１の貫通孔２２から外方へ吐出される。
【０１８１】
そして、流体Ａ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。
【０１８２】
流体は撹拌翼７ａの上部からも下部からも流体を吸い込んで混合することができるので、効果的な混合が期待できる。
【０１８３】
この撹拌翼７ａ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、撹拌槽６３内での流体の混合時間を短くすることができる。
【０１８４】
この発明に係る撹拌翼７は、前記の構成のみに限定されるものではない。
（撹拌翼の変形例）
撹拌翼７の回転軸６２は、図３１に示した撹拌翼７ｂのように、混合要素１の先端側、つまり第２の板４に備えてもよい。このように構成した撹拌翼７ｂでは、撹拌槽上部の流体を撹拌槽下部の流体より多く吸い込むことができる。
【０１８５】
図３２に示した撹拌翼７ｃのように、混合要素１の第１の板３に開口部を形成せずに閉じた状態にしてもよい。つまり、液面に近い位置に存在する第１の板３が閉じられている。
【０１８６】
このような構成では、回転時には流体が下方のみから流入するので、撹拌槽６３内に沈降する粒子等を巻き上げて混合できる。また、撹拌槽６３内の流体Ａの液面が波立ちにくくなる。撹拌時に気泡の混入を防止したい塗料等の流体を撹拌する場合に、好適に使用できる。
【０１８７】
図３３に示したように、回転軸６２に複数の混合要素１が備えられている撹拌翼７ｄでもよい。各混合要素１の間には、適宜の間隔が設けられている。
【０１８８】
このような構成の撹拌翼７ｄでは、複数の混合要素１を有するので、各混合要素１の上部と下部から流体を吸い込むことができる。このため、撹拌槽６３が深くても撹拌できる。
【０１８９】
図３４は、撹拌翼７の混合要素１部分を示す断面図である。この混合要素１は、回転軸６２を直接第１の板３に設けて撹拌翼７を構成するのではなく、回転軸６２の先端に設けた固定板６２ａと、この固定板６２ａと対になり混合要素１を挟んでボルト１１及びナット１２で固定される補助板６２ｂで撹拌翼７を構成している。
【０１９０】
固定板６２ａと補助板６２ｂにおける積層エレメント２１の第２の貫通孔２３に対応する位置には、開口部６２ｃが形成されている。同様に、第１の板３と第２の板４における積層エレメント２１の第２貫通孔２３に対応する位置にも、開口部４１，３１が形成されている。
【０１９１】
このように構成された撹拌翼７では、第１の板３と第２の板４が積層体２の積層方向両端の第１の貫通孔２２を閉じており、一つのユニットになっているので、固定板６２ａと補助板６２ｂを備えた一種類の回転軸６２があれば、大きさや構造の異なる混合要素１に対応した撹拌翼７を得ることができる。
（混合システムの実施形態）
図３５は、混合機６により流体を混合するための混合システムの実施形態に係る構成図である。この使用例では、流体は連続的に混合機６により混合されて送り出される。
【０１９２】
配管７７ａ，７７ｂからバルブ７８ａ，７８ｂを介してそれぞれ流体Ｂ及び流体Ｃが貯液槽８０に送られる。貯液槽８０には、流体Ｂ及びＣをある程度均一に撹拌しておくために撹拌翼８１が配設されている。貯液槽８０の下部にはノズル８６が配設され、バルブ８７を介して混合機６の入口５１と接続されている。混合機６の出口５２はバルブ８８を介して送出しライン８９に接続されている。送出しライン８９からは貯液槽８０への循環ライン８５が分岐している。循環ライン８５には、循環流量を制御するためのバルブ８４が配設されている。
【０１９３】
この使用例において流体Ｂ及びＣの混合処理を行うには、貯液槽８０に流体Ｂ及びＣを収容して撹拌翼８１によりある程度均一に撹拌しておく。そして、電動モータ７４を駆動させて混合要素１を回転させると、回転に伴うポンプ作用により入口５１から流体Ｂ及びＣが吸い込まれる。
【０１９４】
混合機６内部では、吸い込まれた流体Ｂ及びＣが、混合要素１を形成する積層体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放射状に流通することにより混合される。混合された流体Ｂ及びＣは、混合機６の出口５２から吐出させられ、流量コントローラー８２及び流量制御バルブ８３により制御されて、送り出しライン８９を介して系外へ送り出される。
【０１９５】
送出しライン８９からは貯液槽８０への循環ライン８５が分岐していて、混合機６から吐出された流体Ｂ及びＣの一部は貯液槽８０に送り返される。このように循環ライン８５を配設することにより、流体Ｂ及びＣは再度貯液槽８０から混合機６に供給されて繰り返し混合されるので、流体Ｂ及びＣの混合度を高くして系外へ送り出すことができる。
【０１９６】
混合機６の出口５２に配設された出口バルブ８８の開度を調節することにより、混合機６内部の混合要素１の積層体２内部を循環する流体の流量を調節できるので、混合機６による流体Ｂ及びＣの混合の度合いを調節することができる。
【０１９７】
また、循環ライン８５にあるバルブ８４の開度を調節することにより貯液槽８０と混合機６を含む循環系を循環する流体の流量を調節することができるので、やはり流体Ｂ及びＣの混合の度合いを調節することができる。これらの場合において、バルブ８８やバルブ８４を自動制御バルブとしてもよい。
（反応装置の実施形態１）
図３６は、反応装置９の実施形態による反応装置９ａの内部構造と、その内部を流体が流れる様子を示した断面図である。
【０１９８】
図３６に示した反応装置９ａの構造は、図２４に示した前記混合装置５ａの構造と同一であるので、同一の符号を付して、その詳しい説明を省略する。
【０１９９】
この反応装置９ａでは、反応させる複数種類の流体を入口５１から流入させると、流体は各積層体２ａ〜２ｄ内部と各環状空間５５ａ，５５ｂを次々に流通し、出口５２に向かう。各積層体２ａ〜２ｄと各環状空間５５ａ，５５ｂを通過する際に、流体は前述したように高度に混合される。
【０２００】
つまり、反応原料である流体は良好に混ざり合う。このため、反応が促進され、所望の反応生成物を素早く得ることができる。流体が反応装置９ａ内部を流通しているあいだ流体の混合が行われるので、反応原料の混合はもちろんのこと、反応生成物の混合も良好に行える。
（反応装置の実施形態２）
図３７は、反応装置９の実施形態による反応装置９ｂ内部を流体Ｄ及び流体Ｅが流れる様子を示した断面図であり、図３８（ａ）及び図３８（ｂ）は、反応装置９ｂに配された混合要素１ｄ〜１ｆ内部を流体Ｄ及びＥが流れる様子を示した断面図である。
【０２０１】
反応装置９ｂにおいては、入口９１及び出口９２を有する略円筒状の容器９０ａ内部に触媒層９３ａ〜９３ｄが配されており、各触媒層間９３ａ〜９３ｄに混合要素１ｄ〜１ｆ及び冷却ガス供給用ノズル９４ａ〜９４ｃが配されている。
【０２０２】
なお、この実施形態では、反応装置９ｂは不均一系の発熱反応であるメタノール合成反応器として好適に使用することができ、例えば、入口９１からは予熱された高温の原料ガス（流体Ｄ）が供給され、冷却ガス供給用ノズル９４ａ〜９４ｃからは予熱されていない低温の原料ガス（流体Ｅ１〜Ｅ３）が供給される。
【０２０３】
混合要素１ｄ〜１ｆは、複数の略円形状の積層エレメント２１を積層した積層体２を、第１の板３及び第２の板４により適宜な固定手段にて挟持して構成され、さらに所定の固定手段により容器９０ａ内部に固定される。
【０２０４】
第１の板３は円形状の板であって、第１の板３の外径は積層エレメント２１の外径と略同一である。第２の板４は、略中央部に流体Ｄ及びＥが流入する円形の開口部４１を有する円形状の板であって、開口部４１の内径は積層エレメント２１の第２の貫通孔２３の内径と略同一であり、外径は容器９０ａの内径と略同一である。混合要素１ｄ〜１ｆを形成する積層エレメント２１の第１の貫通孔２２の重なり合いは、前記の混合要素１ａ，１ｂ，１ｃと同様である。
【０２０５】
以上の混合要素１ｄ〜１ｆにおいて、例えば混合要素１ｄでは、適宜な圧送手段により反応装置９の入口９１から流入し第１触媒層９３ａを通過した高温の流体Ｄ１が、冷却ガス用ノズル９４ａから供給された流体Ｅ１とともに、第２の板４の開口部４１を経由して中空部２４ｅに流入する。流入した流体Ｄ１及びＥ１は、中空部２４ｅに連通する積層エレメント２１の第１の貫通孔２２から積層体２ｅ内部に流入し、連通する第１の貫通孔２２の間で流入及び流出を繰り返し混合される。混合された流体Ｄ１及びＥ１は、積層体２ｅの外側空間部９５ａに連通する積層エレメント２１の第１の貫通孔２２を介して積層体２ｅ内部から流出する。
【０２０６】
以上のように、流体Ｄ１及びＥ１は、積層体２ｅ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流通する際に、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。そして、高度に混合された流体Ｄ１及びＥ１が下流の触媒層９３ｂに供給されることにより、触媒層９３ｂにおける反応率が高くなる。
【０２０７】
混合要素１ｅによっても同様に、流体Ｄ２及びＥ２が高度に混合される。
【０２０８】
一方、混合要素１ｆついては、混合要素１ｄ及び１ｅとは逆に積層体２ｇの上部に第１の板３が配され、下部に第２の板４が配されている。このように形成された混合要素１ｇであっても、流体Ｄ３及びＥ３は、積層体２ｇの外側空間部９５ｃに連通する積層エレメント２１の第１の貫通孔２２を介して積層体２ｇ内部に流入し、中空部２４ｇに連通する積層エレメント２１の第１の貫通孔２２から流出し、高度に混合される。
【０２０９】
このように、この実施形態では、混合要素１はガスの流れる方向に第２の板４→積層体２→第１の板３の順で積層されていても良いし、逆に、第１の板３→積層体２→第２の板４の順で積層されていても良い（図３７、図３８（ａ）（ｂ）参照）。
【０２１０】
また、積層エレメント２１の積層枚数を任意に選択して、混合要素１ｄ〜１ｆの圧力損失を変えることが容易である。例えば、流体Ｄ３は流体Ｄ１に流体Ｅ１及びＥ２が加わっているため、混合要素１ｆに流入する流体の流量は混合要素１ｄに流入する流量よりも多い。この場合に、混合要素１ｆの積層エレメント２１の積層枚数を混合要素１ｄの積層枚数より多くして、混合要素１ｆによる圧力損失を小さくすることが容易である。
（触媒ユニットの実施形態）
図３９は、触媒ユニットの実施形態による触媒ユニット８の分解斜視図である。
【０２１１】
触媒ユニット８の構成は、前記の混合要素１ａ〜１ｆと同様であり、相違点は、積層エレメント２１が触媒能を有する点である。
【０２１２】
すなわち、触媒ユニット８を形成する積層エレメント２１は、触媒作用を有する物質で形成されたり、表面に触媒層を備えたりして構成されている。触媒の種類は所望する反応に応じて適宜選定される。
【０２１３】
このように形成された触媒ユニット８では、流体が触媒ユニット８内の第１の貫通孔２２を次々に通り抜ける際に、反応原料と反応生成物の混合を促進する。反応原料の混合促進により反応も促進されるので、所望の反応を素早く行わせることができる。
【０２１４】
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、請求の範囲によって示され、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。
【０２１５】
例えば、前記の積層エレメントは、２種類の積層エレメントを備えて、これらを交互に重ねて使用した例を示したが、例えば３種類以上のエレメントを備えてもよい。また１種類ずつ順に積層するほか、不規則に重ねることもできる。
【０２１６】
また本実施例では、流体として主に液体や気体の混合及び反応を考慮して述べたが、この発明における「流体」は、これらに限定されるものではなく、気体と、ミスト等を含む液体と、粉粒体等の固体の、少なくとも２種以上からなる混相流を含むものである。また、液体は、高粘性液体、低粘性液体、ニュートン流体、非ニュートン流体等種々の流体であってもよい。
【符号の説明】
【０２１７】
１，１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，１ｅ，１ｆ…混合要素
２，２ａ，２ｂ，２ｃ，２ｄ…積層体
３…第１の板
４…第２の板
５，５ａ…混合装置
６，６ａ，６ｂ…混合機
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ…撹拌翼
８…触媒ユニット
９,９ａ，９ｂ…反応装置
２１ａ，２１ｂ，２１ｃ，２１ｄ，２１ｅ，２１ｆ，２１ｇ，２１ｈ…積層エレメント
２２…（積層エレメントの）第１の貫通孔
２３…（積層エレメントの）第２の貫通孔
２４，２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ…中空部
２５ａ，２５ｂ，２５ｃ，２５ｄ，２５ｅ，２５ｆ…仕切壁
２８…面取り部
２９…傾斜面
３１…（第１の板の）開口部
４１…（第２の板の）開口部
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ…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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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【国際調査報告】
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