(57)【要約】  本発明は、流体入口（１）を有する入口流路（２）と流体出口（３）を有する出口流路（４）との間において、分岐点（５）および合流点（６）と、分岐点と合流点との間の流路を分岐して連通する分岐流路（７）とを有する複数の混合セル（８）が直列に配置され、隣接する混合セル同士が直接にまたは連通流路（９）を介して連通し、入口流路が、これら分岐点のうちの、最上流側に位置する混合セルの分岐点に連通し、出口流路が、これら合流点のうちの、最下流側に位置する混合セルの合流点に連通している、スタティックミキサーに関する。混合セルが、スタティックミキサーの長さ方向から見たときに、任意の混合セルの分岐流路の軸線包囲面（７ｅａ）の少なくとも一部が、他の混合セルの分岐流路の軸線包囲面とオーバーラップした状態で配置されている。
2013111789.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口を有する入口流路と流体出口を有する出口流路との間において、分岐点および合流点と、前記分岐点と前記合流点との間の流路を分岐する分岐流路とを有する複数の混合セルが直列に配置され、
隣接する前記混合セル同士が直接にまたは連通流路を介して連通し、
入口流路が、前記分岐点のうちの、最上流側に位置する混合セルの分岐点に連通し、
出口流路が、前記合流点のうちの、最下流側に位置する混合セルの合流点に連通している、
スタティックミキサーにおいて、
前記混合セルが、前記スタティックミキサーの長さ方向から見たときに、任意の前記混合セルの分岐流路の軸線包囲面の少なくとも一部が、他の前記混合セルの分岐流路の軸線包囲面とオーバーラップした状態で配置されていることを特徴とするスタティックミキサー。
【請求項２】
全ての前記混合セルの中心点が同一軸線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスタティックミキサー。
【請求項３】
全ての前記混合セルが同一外径を有する円環形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスタティックミキサー。
【請求項４】
前記流体入口および前記流体出口の中心点と、全ての混合セルの中心点とが、同一軸線上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスタティックミキサー。
【請求項５】
前記入口流路、前記出口流路、前記分岐流路および前記連通流路のうちの少なくとも１つの流路に、流路断面形状が変化する部分が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスタティックミキサー。
【請求項６】
前記入口流路、前記出口流路、前記分岐流路および前記連通流路のうちの少なくとも１つの流路に、流路断面積が変化する部分が設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスタティックミキサー。
【請求項７】
前記分岐流路が前記連通流路の流路中央軸線から偏心した位置で前記連通流路に連通することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスタティックミキサー。
【請求項８】
前記連通流路が前記混合セルのそれぞれの中心点を結ぶ直線と平行に延設されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のスタティックミキサー。
【請求項９】
前記連通流路が前記混合セルのそれぞれの中心点を結ぶ直線と交差していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のスタティックミキサー。
【請求項１０】
柱状に形成されたエレメントと、前記エレメントの外周面と嵌合する筐体とを具備し、
前記エレメントには、
その一方の端面に流体入口と、
その他方の端面に前記流体出口と、
その外周面に連通している複数の環状溝と、
前記流体入口と前記環状溝とを連通する入口側連通溝と、
前記流体出口と前記環状溝とを連通する出口側連通溝と、
が形成され、
前記環状溝および前記筐体の内周面により前記分岐流路を形成し、
前記入口側連通溝および前記筐体の前記内周面により前記入口流路を形成し、
前記出口側連通溝および前記筐体の前記内周面により前記出口流路を形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスタティックミキサー。
【請求項１１】
柱状に形成されたエレメントと、前記エレメントの外周面と嵌合する筐体とを具備し、
前記エレメントには、
その一方の端面に流体入口と、
その他方の端面に前記流体出口と、
その外周面に複数の環状溝と、
前記流体入口と前記環状溝とを連通する入口側連通溝と、
隣接する前記環状溝同士を連通する中間連通溝と、
前記流体出口と前記環状溝とを連通する出口側連通溝と、
が形成され、
前記環状溝および前記筐体の内周面により前記分岐流路を形成し、
前記入口側連通溝および前記筐体の内周面により前記入口流路を形成し、
前記中間連通溝および前記筐体の内周面により前記連通流路を形成し、
前記出口側連通溝および前記筐体の内周面により前記出口流路を形成することを特徴とする請求項８に記載のスタティックミキサー。
【請求項１２】
柱状に形成されたエレメントと、前記エレメントの外周面と嵌合する筐体とを具備し、
前記エレメントには、
その一方の端面に前記流体入口と、
その他方の端面に前記流体出口と、
その外周面に複数の環状溝と、
前記流体入口と前記環状溝とを連通する入口側連通孔と、
隣接する前記環状溝同士を連通する中間連通孔と、
前記流体出口と前記環状溝とを連通する出口側連通孔と、
が形成され、
前記環状溝および前記筐体の内周面により前記分岐流路を形成し、
前記入口側連通孔、前記中間連通孔、前記出口連通孔がそれぞれ前記入口流路、前記連通流路、前記出口流路を形成することを特徴とする請求項７又は請求項９に記載のスタティックミキサー。
【請求項１３】
請求項１〜１２のいずれか１項に記載のスタティックミキサーと、
前記スタティックミキサーに複数の異種流体を合流して導く流路を形成する流路形成手段と、
を備える装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、化学工場、半導体製造分野、食品分野、医療分野、バイオ分野などの各種産業における流体輸送配管の流路内を流れる流体を効果的に撹拌するために用いられるスタティックミキサー及びスタティックミキサーを用いた流体混合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、流体輸送配管に装着して管内を流れる流体を均一に混合するスタティックミキサーとして、図２２に示すような混合器がある（例えば、特許文献１参照）。図２２の混合器は、二つの板状の部材１０１ａ、１０１ｂを接合させた接合部材１０１から構成されている。部材１０１ａ、１０１ｂのそれぞれの表面には、一端に流入口または流出口となる貫通孔１０２を有するジグザグ形状の溝１０３が設けられており、溝１０３が設けられた面同士を接合することによって、部材１０１ａ、１０１ｂに囲われた溝１０３が形成する空間に二つの流路１０４が形成される。また、二つの流路１０４は交差するように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２６４６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前記従来の混合器は二つの板状の部材１０１ａ、１０１ｂの表面同士を接合させているものの、通常の板材は表面が完全に平坦ではないため、これらの面同士を均一に接合することは難しく、局部的に接合の強度が弱い部分が生じ、面同士が剥離し易くなるおそれがある。また、流路１０４となる溝１０３の境界線に沿って部材１０１ａ，１０１ｂ同士を接合させることも難しく、接合が不十分だと溝１０３の周辺に隙間ができ、流体が隙間に流入し滞留することによって流路１０４が汚染されるおそれがある。また、部材１０１ａ，１０１ｂ同士の接合が十分でも、接合するのに使用される接着剤などが流路１０４にはみ出し、流路１０４内の流れを妨げるおそれがある。特に半導体製造分野や食品分野、医薬分野等では、流体が隙間に滞留することで生じる流路１０４の汚染や流路１０４にはみ出した接着剤などからの接着剤成分の溶出のない混合器が求められている。【０００５】
また、流体の混合効率を向上させるには、各板状の部材１０１ａ，１０１ｂの表面上に流路１０４として設けられたジグザグ形状の溝１０３を分岐合流させながらこれらの表面上で延長させる必要があるので、特に混合しにくい流体を混合させる場合には、混合器の長さが長くなるおそれがある。また、混合する流体の流量を増やす場合は溝１０３の断面積や長さを増やす必要があるが、溝１０３の断面積や長さが増えるにつれて接合部材１０１の厚みや部材１０１ａ，１０１ｂ同士の接合面の面積が増えるため、板材の調達や成形加工及び部材１０１ａ，１０１ｂ同士の接合が難しくなるおそれがある。化学工場などの多くの工場では、配管ラインを流れる流体の流量も大きく、配管ラインに使用されるパイプの径も様々であり、狭隘な空間にパイプが敷設されていることも多いため、コンパクトな形状で配管施工のしやすい混合器が求められている。【０００６】
本発明の目的は、コンパクトな形状であるとともに、混合する流体の流量が大きくなっても容易に製造でき、配管ラインに施工しやすいスタティックミキサーを提供することである。さらに、本発明の目的は、多様な異種流体を混合する装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
請求項１の発明によれば、
流体入口を有する入口流路と流体出口を有する出口流路との間において、分岐点および合流点と、前記分岐点と前記合流点との間の流路を分岐する分岐流路とを有する複数の混合セルが直列に配置され、
隣接する前記混合セル同士が直接にまたは連通流路を介して連通し、
入口流路が、前記分岐点のうちの、最上流側に位置する混合セルの分岐点に連通し、
出口流路が、前記合流点のうちの、最下流側に位置する混合セルの合流点に連通している、
スタティックミキサーにおいて、
前記混合セルが、前記スタティックミキサーの長さ方向から見たときに、任意の混合セルの分岐流路の軸線包囲面の少なくとも一部が、他の混合セルの分岐流路の軸線包囲面とオーバーラップした状態で配置されていることを特徴とするスタティックミキサーが提供される。【０００８】
すなわち、請求項１の発明では、本発明によるスタティックミキサーの混合セルが、前記スタティックミキサーの長さ方向から見たときに、任意の混合セルの分岐流路の軸線包囲面の少なくとも一部が、他の混合セルの分岐流路の軸線包囲面とオーバーラップするように配置されているので、混合セルを効率的に配置することができ、スタティックミキサーをコンパクトに形成することができる。例えば、高い粘度を有する流体のように混合しにくい流体を混合させる場合は、多くの混合セルが必要となるが、本発明によるスタティックミキサーであればスタティックミキサーの長さをコンパクトに形成することができる。【０００９】
なお、本発明では、混合セルについて、前記スタティックミキサーの長さ方向から見たときに、任意の混合セルの分岐流路の軸線包囲面の少なくとも一部が、他の混合セルの分岐流路の軸線包囲面とオーバーラップするように配置されている状態のことを「積層している」といい、本明細書において、この用語を使用するものとする。【００１０】
さらに、本発明において、「分岐点」とは、分岐流路の上流側の流路から流路が分岐流路により分岐する点のことをいい、「合流点」とは、分岐点で分岐した分岐流路が合流しその分岐流路の下流側の流路に流入する点のことをいう。さらに、本発明において、「分岐流路の軸線包囲面」とは、スタティックミキサーの長さ方向から見たときに、混合セルの分岐流路の断面中心を通る流路軸線によって包囲された面のことをいい、「スタティックミキサーの長さ方向」とは、スタティックミキサーが全体的に延在する方向をいう。【００１１】
請求項２の発明によれば、全ての前記混合セルの中心点が同一軸線上に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のスタティックミキサーが提供される。【００１２】
すなわち、請求項２の発明では、全ての混合セルの中心点が同一軸線上に配置されているので、混合セルを規則正しく積層することができ、スタティックミキサーをよりコンパクトに形成することができる。【００１３】
本発明において、「中心点」とは、特定の周囲の中心のみを指すものではなく、例えば、混合セルの中心点は、混合セルの外周の中心点だけではなく、混合セルの内周の中心点や外周と内周の中間線の中心点であってもよい。なお、或る軸線上に各混合セルの中心点を配置してその軸線方向から各混合セルを見たときに、混合セルの流路軸線の軸線包囲面が互いに、よりオーバーラップするように中心点を設定してもよく、例えば、混合セルに囲まれて形成される面の外形の中心点でも、幾何学的な重心でもよい。【００１４】
請求項３の発明によれば、全ての前記混合セルが同一外径を有する円環形状に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のスタティックミキサーが提供される。【００１５】
すなわち、請求項３の発明では、混合セルが同一外径を有する円環形状に形成されているので、個々の混合セルの形状を揃えることができ、混合セルの成形加工やスタティックミキサーの組立が容易になる。さらに、混合セルの形状を揃え、混合セルの中心点を同一軸線上に配置すると、各混合セルの中心と外径を揃えることができるので、スタティックミキサーをよりコンパクトにできるだけでなく、スタティックミキサーの外周面に保温カバーや保護カバーなどを取付け易くすることができる。【００１６】
請求項４の発明によれば、前記流体入口および前記流体出口の中心点と、全ての混合セルの中心点とが、同一軸線上に配置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のスタティックミキサーが提供される。【００１７】
すなわち、請求項４の発明では、スタティックミキサーを直線形状にすることができるので、配管ラインの多くを占める直管部にスタティックミキサーを取り付けることができ、スタティックミキサーを配管ラインに容易に設置することができる。【００１８】
請求項５の発明によれば、前記入口流路、前記出口流路、前記分岐流路および前記連通流路のうちの少なくとも１つの流路に、流路断面形状が変化する部分が設けられることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のスタティックミキサーが提供される。【００１９】
すなわち、請求項５の発明では、流路の断面形状を変化させることによって、流路内の流体を撹拌することができ、流体を効率的に混合することができる。【００２０】
請求項６の発明によれば、前記入口流路、前記出口流路、前記分岐流路および前記連通流路のうちの少なくとも１つの流路に、流路断面積が変化する部分が設けられることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のスタティックミキサーが提供される。【００２１】
すなわち、請求項６の発明では、流路の断面積を変化させることによって、流路内の流体の圧力や流速などを変化させることができ、流体を効率的に混合することができる。【００２２】
請求項７の発明によれば、前記分岐流路が前記連通流路の流路中央軸線から偏心した位置で前記連通流路に連通することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスタティックミキサーが提供される。【００２３】
すなわち、請求項７の発明では、分岐流路から連通流路に流入する流体が連通流路の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させるので、連通流路を流れる流体を効率よく撹拌および混合することができる。さらには、分岐流路を流れる流体が合流点で激しく衝突することを防ぐことができるので、圧力損失を低減させることができる。【００２４】
請求項８の発明によれば、前記連通流路が前記混合セルのそれぞれの中心点を結ぶ直線と平行に延設されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のスタティックミキサーが提供される。【００２５】
すなわち、請求項８の発明では、混合セル同士を短縮された連通流路で容易に連通させることができるので、スタティックミキサーをコンパクトに形成することができる。【００２６】
請求項９の発明によれば、前記連通流路が前記混合セルのそれぞれの中心点を結ぶ直線と交差していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のスタティックミキサーが提供される。【００２７】
すなわち、請求項９の発明では、連通流路の長さを確保しながら混合セル同士の間隔を狭くすることができ、スタティックミキサーをコンパクトに形成することができる。【００２８】
請求項１０の発明によれば、柱状に形成されたエレメントと、前記エレメントの外周面と嵌合する筐体とを具備し、前記エレメントには、その一方の端面に流体入口と、その他方の端面に前記流体出口と、その外周面に連通している複数の環状溝と、前記流体入口と前記環状溝とを連通する入口側連通溝と、前記流体出口と前記環状溝とを連通する出口側連通溝とが形成され、前記環状溝および前記筐体の内周面により前記分岐流路を形成し、前記入口側連通溝および前記筐体の前記内周面により前記入口流路を形成し、前記出口側連通溝および前記筐体の前記内周面により前記出口流路を形成することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のスタティックミキサーが提供される。【００２９】
すなわち、請求項１０の発明では、上記のようにエレメントおよび筐体を形成したことによって、混合性能に優れているだけでなく、部品点数が少なく、単純かつコンパクトな形状を有するとともに、流量の増加にも柔軟に対応できるスタティックミキサーを実現することができる。また、この構成では、隣接する環状溝同士が直接連通しており、スタティックミキサーの流路の長さを短くすることができるので、エレメントの加工時間を短くすることができる。【００３０】
請求項１１の発明によれば、柱状に形成されたエレメントと、前記エレメントの外周面と嵌合する筐体とを具備し、前記エレメントには、その一方の端面に流体入口と、その他方の端面に前記流体出口と、その外周面に複数の環状溝と、前記流体入口と前記環状溝とを連通する入口側連通溝と、隣接する前記環状溝同士を連通する中間連通溝と、前記流体出口と前記環状溝とを連通する出口側連通溝とが形成され、前記環状溝および前記筐体の内周面により前記分岐流路を形成し、前記入口側連通溝および前記筐体の内周面により前記入口流路を形成し、前記中間連通溝および前記筐体の内周面により前記連通流路を形成し、前記出口側連通溝および前記筐体の内周面により前記出口流路を形成することを特徴とする請求項８に記載のスタティックミキサーが提供される。【００３１】
すなわち、請求項１１の発明では、上記のようにエレメントおよび筐体を形成したことによって、混合性能に優れているだけでなく、部品点数が少なく、単純かつコンパクトな形状を有するとともに、流量の増加にも柔軟に対応できるスタティックミキサーを実現することができる。また、連通流路が各環状溝の中心点をそれぞれ結ぶ軸線と平行に形成されており、混合セル８同士を連通させるときに、加工の難しい斜め方向の連通孔を用いることなく、容易に連通流路９を形成することができる。【００３２】
請求項１２の発明によれば、柱状に形成されたエレメントと、前記エレメントの外周面と嵌合する筐体とを具備し、前記エレメントには、その一方の端面に前記流体入口と、その他方の端面に前記流体出口と、その外周面に複数の環状溝と、前記流体入口と前記環状溝とを連通する入口側連通孔と、隣接する前記環状溝同士を連通する中間連通孔と、前記流体出口と前記環状溝とを連通する出口側連通孔とが形成され、前記環状溝および前記筐体の内周面により前記分岐流路を形成し、前記入口側連通孔、前記中間連通孔、前記出口連通孔がそれぞれ前記入口流路、前記連通流路、前記出口流路を形成することを特徴とする請求項７又は請求項９に記載のスタティックミキサーが提供される。【００３３】
すなわち、請求項１２の発明では、上記のようにエレメントおよび筐体を形成したことによって、混合性能に優れているだけでなく、部品点数が少なく、単純かつコンパクトな形状を有するとともに、流量の増加にも柔軟に対応できるスタティックミキサーを実現することができる。また、連通流路が混合セルの中心点を結ぶ軸線と交差しており、連通流路の長さを確保しながら隣接する環状溝同士の間隔を狭くすることができ、スタティックミキサーをコンパクトに形成することができる。【００３４】
請求項１３の発明によれば、請求項１〜１２のいずれか１項に記載のスタティックミキサーと、前記スタティックミキサーに複数の異種流体を合流して導く流路を形成する流路形成手段とを備える装置が提供される。【００３５】
すなわち、請求項１３の発明では、上述のスタティックミキサーと前記流路形成手段とを備えることにより、多様な異種流体を混合する装置を形成することができる。
【発明の効果】
【００３６】
請求項１〜１２に記載の発明によれば、コンパクトな形状であるとともに、混合する流体の流量が大きくなっても容易に製造でき、配管ラインに施工しやすいスタティックミキサーを提供することができる。【００３７】
請求項１３に記載の発明によれば、さらに、多様な異種流体を混合する装置を提供することができる。【００３８】
以下、添付図面と本発明の好適な実施形態の記載から、本発明を一層十分に理解できるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第一の実施形態に係るスタティックミキサーの概略構成を示す斜視図である。
【図２Ａ】方向Ａに対する或る混合セルの仮想平面Ｂの傾きを示す部分拡大概略斜視図である。
【図２Ｂ】図２ＡのＡ方向矢視図である。
【図３】本発明の第一の実施形態に係るスタティックミキサーの変形例の概略構成を示す斜視図である。
【図４】本発明の第一の実施形態に係るスタティックミキサーの別の変形例の概略構成を示す斜視図である。
【図５】本発明の第一の実施形態に係るスタティックミキサーの別の変形例の概略構成を示す斜視図である。
【図６】本発明の第一の実施形態に係るスタティックミキサーの別の変形例の概略構成を示す斜視図である。
【図７】本発明の第一の実施形態に係るスタティックミキサーの別の変形例の概略構成を示す斜視図である。
【図８】本発明の第一の実施形態に係るスタティックミキサーの別の変形例の概略構成を示す斜視図である。
【図９】本発明の第二の実施形態に係るスタティックミキサーの概略構成を示す斜視図である。
【図１０】本発明の第三の実施形態に係るスタティックミキサーの概略構成を示す斜視図である。
【図１１】本発明の第四の実施形態に係るスタティックミキサーの概略構成を示す斜視図である。
【図１２】本発明の第五の実施形態に係るスタティックミキサーを示す縦断面図である。
【図１３】本発明の第五の実施形態に係るスタティックミキサーの変形例を示す縦断面図である。
【図１４】本発明の第六の実施形態に係るスタティックミキサーを示す縦断面図である。
【図１５】本発明の第六の実施形態に係るスタティックミキサーの変形例を示す縦断面図である。
【図１６】本発明の第七の実施形態に係るスタティックミキサーを示す縦断面図である。
【図１７】本発明の第八の実施形態に係るスタティックミキサーを示す縦断面図である。
【図１８】本発明の第九の実施形態に係るスタティックミキサーの本体部の縦断面図である。
【図１９】本発明の第九の実施形態に係るスタティックミキサーの変形例を示す縦断面図である。
【図２０】本発明のスタティックミキサーを用いた装置の実施形態を示す模式図である。
【図２１】本発明のスタティックミキサーを用いた装置の実施形態の変形例を示す模式図である。
【図２２】従来の混合器を示す平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４０】
以下、図１〜２Ｂを参照して、本発明の第一の実施形態に係るスタティックミキサーについ説明する。
【００４１】
スタティックミキサーは、流体が流入する開口部である流体入口１を有する入口流路２と、流体が流出する開口部である流体出口３を有する出口流路４との間に、分岐点５ａ〜ｄおよび合流点６ａ〜ｄと、それぞれの分岐点５ａ〜ｄと合流点６ａ〜ｄとの間の流路を分岐して連通する分岐流路７ａ〜ｄとを有する複数の混合セル８ａ〜ｄが連通流路９ａ〜ｃを介して直列に積層して配置されている。スタティックミキサーの入口流路２は最上流側の混合セル８ａの分岐点５ａに連通し、出口流路４は最下流側の混合セル８ｄの合流点６ｄに連通している。ここでは、流体入口１および流体出口３ならびに全ての混合セル８のそれぞれの中心点は同一の軸線上に配置されており、連通流路９ａ〜ｃは各混合セル８ａ〜ｄの中心点を結ぶ軸線と直交している。また、入口流路２、分岐流路７ａ〜ｄ、連通流路９ａ〜ｃおよび出口流路４は断面円形状に形成されている。また、本実施形態では、混合セル８ａ〜ｄは全て同じ外径を有する円環形状に形成されている。図２Ａに示されている、方向Ａに対するそれぞれの混合セル８の傾き（すなわち方向Ａに対する混合セル８の円環形状が形成される仮想平面Ｂの角度）は、本実施形態では全て同じ角度で配置されている。なお、図２Ａでは、方向Ａは各混合セル８ａ〜ｄの中心点を通過する軸線と平行であるが、方向Ａは、スタティックミキサーが延在する方向である、スタティックミキサーの長さ方向であればよい。また、第一の実施形態に係るスタティックミキサーの状態は、一定の方向、特にスタティックミキサーの長さ方向から見たときに、少なくとも１つの各混合セル８の少なくとも一部が他の混合セル８と重なっているということもできる。このことは、後述する他の実施形態に係るスタティックミキサーにも当てはまる。
【００４２】
図２Ｂは、図２ＡのＡ方向矢視図を示す。図２Ｂでは、分岐流路７の断面中心を通る流路軸線７ｆａ（図２Ｂでは点線で示されている）によって包囲された領域に相当する軸線包囲面７ｅａ（図２Ｂでは斜線で示されている）が示されている。ここで、図２Ｂを考慮しつつ、図１のスタティックミキサーを、このスタティックミキサーの長さ方向と一致する方向である方向Ａから見ると、各混合セル８ａ〜ｄの分岐流路７ａ〜ｄの軸線包囲面７ｅａはそれぞれ、方向Ａが各混合セル８ａ〜ｄの中心点を通過する軸線と平行でありかつ各混合セル８ａ〜ｄが同一形状であるので、これら軸線包囲面７ｅａの全体が互いにオーバーラップしている。しかしながら、混合セル８は、スタティックミキサーの長さ方向から見たときに、任意の混合セル８ａ〜ｄの分岐流路７ａ〜ｄの軸線包囲面７ｅａの少なくとも一部が、他の混合セル８ａ〜ｄの分岐流路７ａ〜ｄの軸線包囲面７ｅａとオーバーラップするように配置されていれば、つまり混合セル８ａ〜ｄが積層された状態で配置されていればよい。その結果、スタティックミキサーの長さを幅方向に拡がることなくコンパクトに形成することができる。なお、１つの混合セル８において分岐流路７が３つ以上存在するスタティックミキサーの場合では、上述の軸線包囲面７ｅａは、スタティックミキサーの長さ方向から見たときに、その面積が最大になるように、軸線包囲面７ｅａの外縁となる流路軸線７ｆａを選択することによって画定される。
【００４３】
本実施形態では、混合セル８ａ〜ｄの形状を円環形状としているが、混合セル８ａ〜ｄの形状はそれぞれ、分岐点５ａ〜ｄおよび合流点６ａ〜ｄと、分岐点５ａ〜ｄと合流点６ａ〜ｄとの間の流路を分岐して連通する分岐流路７ａ〜ｄとから形成されていればよく、特に限定されない。混合セル８ａ〜ｄの形状としては、円形および楕円形といった円環形状や三角形や四角形といった多角形のほかに、例えば、円環形状と多角形を組み合わせた形状、部分的または全体的にひねりや屈曲または蛇行を加えた形状などが挙げられる。また、本実施形態では、各混合セル８ａ〜ｄの大きさを揃えているが、混合セル８ａ〜ｄの大きさについても特に限定されるものではなく、それぞれの混合セル８を異なる大きさに形成してもよい。本実施形態では、混合セル８ａ〜ｄの形状を同一外径の円環形状に揃えて形成することによって、混合セル８ａ〜ｄの成形加工やスタティックミキサーの組立が容易になっている。
【００４４】
また、本実施形態では、方向Ａに対する全ての混合セル８ａ〜ｄの傾きが揃えられているが、この傾きは、方向Ａと混合セル８ａ〜ｄの円環形状が形成される仮想平面Ｂとが交差し角度を有していればよく、本実施形態の構成に特に限定されない。また、各混合セル８ａ〜ｄは積層されていればどのように配置されてもよく、特に限定されない。本実施形態では、全ての混合セル８ａ〜ｄの中心点が同一軸線上に配置されるように、混合セル８ａ〜ｄが積層されている。このように混合セル８ａ〜ｄを配置することによって、混合セル８ａ〜ｄを規則正しく積層することができ、スタティックミキサーをコンパクトに形成することができる。更に、各混合セル８ａ〜ｄの中心点や形状および角度を揃えることによって、スタティックミキサーをよりコンパクトにすることができ、更に、外周面に保温カバーや保護カバーなどの付属品を容易に取り付けられるようになる。
【００４５】
また、スタティックミキサーの流体入口１と流体出口３はスタティックミキサーの外周面であればどこに形成してもよく、特に限定されない。本実施形態では、流体入口１と流体出口３がスタティックミキサーの両方の端面に設けられており、流体入口１と流体出口３との中心点が各混合セル８ａ〜ｄの中心点を結ぶ軸線と同一軸線上に配置されている。このように流体入口１と流体出口３を形成することによって、スタティックミキサーを直線形状とすることができ、配管ラインの多くを占める直管部にスタティックミキサーを取り付けることができるので、スタティックミキサーを配管ラインに容易に設置することができる。
【００４６】
また、本実施形態では、入口流路２、分岐流路７ａ〜ｄ、連通流路９ａ〜ｃおよび出口流路４の長さや太さを同一にしているが、それぞれの流路ごとに長さや太さを変化させてもよく、特に限定されない。また、本実施形態では、混合セル８ａ〜ｄの分岐流路７ａ〜ｄはそれぞれ、同じ分岐点５ａ〜ｄで分岐し、同じ合流点６ａ〜ｄで合流しているが、それぞれの分岐流路７ａ〜ｄごとに異なる分岐点５ａ〜ｄで分岐したり異なる合流点６ａ〜ｄで合流したりしてもよく、特に限定されない。
【００４７】
次に、図１を用いて本発明の第一の実施形態に係るスタティックミキサーの作用について説明する。
【００４８】
スタティックミキサーよりも上流で、水が流れる配管と薬液が流れる配管を合流させ、水と薬液が不均一に混合している薬液をスタティックミキサーに流したときに、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れている薬液は流体入口１から入口流路２に流入する。薬液が入口流路２から混合セル８ａの分岐点５ａに到達すると、薬液は分岐され分岐流路７ａに流入する。分岐流路７ａを流れる薬液が合流点６ａに到達すると、薬液は衝突し撹拌されながら合流し連通流路９ａに流入して下流側へ流れて行く。連通流路９ａを流れる薬液が次の混合セル８ｂの分岐点５ｂに到達すると、分岐点５ａを流れたときと同様に薬液は分岐され、分岐流路７ｂを経て合流点６ｂに到達し、薬液が衝突し撹拌されながら合流し連通流路９ｂに流入し下流側へ流れて行く。連通流路９ｂを流れる薬液は、混合セル８ａ、８ｂ、連通流路９ａ、９ｂと同様に混合セル８ｃおよび連通流路９ｃを経て混合セル８ｄに流入し、混合セル８ｄの合流点６ｄに到達する。合流点６ｄに到達した薬液は、４つの混合セル８ａ〜ｄの合流点６ａ〜ｄで繰り返し撹拌および混合されることによって流路内の濃度が均一化され、出口流路４を経て流体出口３からスタティックミキサーの外部へ流出する。
【００４９】
本実施形態では、連通流路９ａ〜ｃは、混合セル８ａ〜ｄの合流点６ａ〜ｄとその混合セル８ａ〜ｄの下流側に隣接する他の混合セル８ｂ〜ｄの分岐点５ｂ〜ｄとを最短距離で連通するように、かつ混合セル８ａ〜ｄの中心点を結ぶ軸線と直交するように形成されているが、連通流路９ａ〜ｃが隣接する混合セル８ａ〜ｄと連通していればよく、特に限定されない。連通流路９ａ〜ｃと混合セル８ａ〜ｄの中心点を結ぶ軸線とで形成される角度が、９０°から上流側に傾くように連通流路９を形成すると、連通流路９の長さを確保しながら隣接する混合セル８ａ〜ｄ同士の間隔を狭くすることができ、スタティックミキサーをよりコンパクトに形成することができる。また、図３のように、連通流路９ａ〜ｃが各混合セル８ａ〜ｄの中心点を結ぶ軸線と平行になるように形成してもよい。このように形成すると、混合セル８ａ〜ｄ同士を連通させるときに、組み立てや加工の難しい斜め方向の連通流路９ａ〜ｃを用いることなく、混合セル８ａ〜ｄの外周側で容易に連通流路９ａ〜ｃを形成することができる。連通流路９ａ〜ｃの長さがスタティックミキサーを流れる薬液を混合するのに大きな影響を及ぼさないときは、特に好適である。また、合流点６ａ〜ｄで衝突し撹拌された薬液を混合させるのに十分な長さの連通流路９ａ〜ｃが必要なときは、連通流路９ａ〜ｃを螺旋状に形成するとよい。このとき、連通流路９ａ〜ｃの流路中心軸線が混合セル８ａ〜ｄの中心点を結ぶ軸線と平行になるように連通流路９ａ〜ｃを形成すると、連通流路９ａ〜ｃの長さを長くしつつスタティックミキサーをコンパクトに形成することができる。また、合流点６ａ〜ｄで衝突し撹拌された薬液を連通流路９ａ〜ｃでさらに撹拌したいときは、連通流路９ａ〜ｃを蛇行させて、連通流路９ａ〜ｃ内で薬液の流れ方向が変化するように連通流路９ａ〜ｃを形成するとよい。
【００５０】
また、本実施形態では、流体入口１を有する入口流路２と流体出口３を有する出口流路４とがそれぞれ最上流側の混合セル８ａおよび最下流側の混合セル８ｄに連通するように配置されているが、図４のように、入口流路２と出口流路４を形成せずに、流体入口１と流体出口３を混合セル８ａ、８ｄの上に直接形成してもよい。また、本実施形態では、隣接する混合セル８ａ〜ｄを連通流路９ａ〜ｃで互いに連通しているが、図４のように、隣接する混合セル８ａ〜ｄ同士が連通流路９ａ〜ｃを介さずに連通されるように配置してもよい。
【００５１】
また、本実施形態では、混合セル８ａ〜ｄの分岐点５ａ〜ｄおよび合流点６ａ〜ｄが混合セル８ａ〜ｄ上の対向する位置に配置されているが、分岐点５と合流点６は混合セル８上であればどこに配置されてもよく、特に限定されない。図５のように、混合セル８ごとに分岐点５と合流点６を異なる位置に配置してもよい。
【００５２】
また、本実施形態では、分岐点５ａ〜ｄから流路を分岐する分岐流路７ａ〜ｄはそれぞれ２本であるが、各分岐流路７ａ〜ｄの数はいくつでもよく、特に限定されない。図６のように、混合セル８ごとに分岐流路７の数が異なっていても良い。
【００５３】
また、本実施形態では、スタティックミキサーが流体入口１から流体出口３まで連続したチューブで一体に形成されているが、図７のように、スタティックミキサーの複数の構成要素が継手１０などを用いて一体的に接合され、スタティックミキサーが形成されてもよい。複数の構成要素を組み合わせることによって、スタティックミキサーの各種流路の長さや形状、太さなどを幅広くかつ容易に変更することができるため、スタティックミキサーを流れる薬液の特性に合わせた幅広い設計をすることができる。
【００５４】
また、本実施形態では、入口流路２からひとつの混合セル８ａのみに接続しているが、図８に示されるように、入口流路２から分岐連通流路３２を用いて複数の混合セル８に接続させ、それぞれの混合セル８内部を流れる流体が、分岐および合流を繰り返して出口流路４において合流するようにしてもよい。
【００５５】
―第二の実施形態―
次に、図９を参照して、本発明の第二の実施形態におけるスタティックミキサーについて説明する。第二の実施形態が第一の実施形態と異なる点は、連通流路９に流路断面形状が変化する部分が設けられている点である。なお、図１と同様の箇所には同様の符号を付し、以下では第一の実施形態との相違点を主に説明する。
【００５６】
本実施形態では、連通流路９に流路断面形状が変化する部分が設けられている。連通流路９の流路断面形状は、連通流路９の上流側の混合セル８の合流点６から連通流路９の中間部分にかけて、断面積を維持しながら円形状から楕円形状に連続的に変形している。さらに、連通流路９の中間部分から連通流路９の下流側の混合セル８の分岐点５にかけて連通流路９の流路断面形状が断面積を維持しながら楕円形状から円形状に連続的に変形している。
【００５７】
次に、図９を用いて本発明の第二の実施形態に係るスタティックミキサーの作用について説明する。
【００５８】
流体入口１から入口流路２に流入した薬液は混合セル８に流入し、分岐点５を経て分岐流路７に流入する。分岐流路７から合流点６に到達すると、分岐された薬液が衝突および混合され、連通流路９に流入する。連通流路９は、これらの断面形状が上流側から下流側にかけて断面積を維持しながら円形状から楕円形状を経て再び円形状に連続的に変形しているので、連通流路９を流れる薬液は連通流路９の内部で撹拌および混合される。全ての混合セル８および連通流路９を通過した薬液は出口流路４に流入し、流体出口３からスタティックミキサーの外部へと流出する。
【００５９】
本実施形態では、連通流路９に流路断面形状が変化する部分が設けられているが、連通流路９の他の流路にも流路断面形状が変化する部分を設けてもよく、特に限定されない。また、本実施形態では、流路断面形状が円形状から楕円形状を経て円形状に連続的に変形しているが、流路断面形状はどのような形状に変形してもよく、特に限定されない。流路断面形状が変化する部分の形状や範囲はスタティックミキサーを流れる薬液の特性に合わせて適宜設計される。
【００６０】
―第三の実施形態―
次に、図１０を参照して、本発明の第三の実施形態におけるスタティックミキサーについて説明する。第三の実施形態が第一の実施形態と異なる点は、分岐流路に流路断面積が変化する部分が設けられている点である。なお、図１と同様の箇所には同様の符号を付し、以下では第一の実施形態との相違点を主に説明する。
【００６１】
本実施形態では、分岐流路７に流路断面積が変化する部分が設けられている。分岐流路７は、分岐点５では入口流路２と同じ流路断面積であるが、分岐点５から合流点６にかけて連続的に流路断面積が小さくなっている。
【００６２】
次に、図１０を用いて本発明の第三の実施形態に係るスタティックミキサーの作用について説明する。
【００６３】
流体入口１から入口流路２に流入した薬液は混合セル８に流入し、分岐点５を経て分岐流路７に流入する。分岐流路７は、断面形状が分岐点５から合流点６にかけて流路断面積が連続的に小さくなっているので、分岐流路７を流れる薬液の流速は合流点６に近づくほど速くなる。分岐流路７から合流点６に達すると、分岐された薬液が衝突および混合され、連通流路９に流入する。このとき、薬液は分岐流路７内で加速されているため、より激しく衝突し、効率的に混合される。連通流路９を通過した薬液は下流側に流れ、全ての混合セル８および連通流路９を通過した後に出口流路４に流入し、流体出口３からスタティックミキサーの外部へと流出する。
【００６４】
本実施形態では、分岐流路７に流路断面積が変化する部分が設けられているが、分岐流路７以外の流路にも流路断面積が変化する部分を設けてもよく、特に限定されない。また、本実施形態では、流路断面積を連続的に小さくするように変化させているが、流路断面積はどのように変化させてもよく、特に限定されない。流路断面積が変化する部分の面積比や形状および範囲はスタティックミキサーを流れる流体の特性に合わせて適宜設計される。
【００６５】
―第四の実施形態―
次に、図１１を参照して、本発明の第四の実施形態におけるスタティックミキサーについて説明する。第四の実施形態が第一の実施形態と異なる点は、分岐流路７が連通流路９の流路中央軸線、すなわち流路断面の中心点を通過する軸線から偏心した位置で連通流路９に連通している点である。なお、図１と同様の箇所には同様の符号を付し、以下では第一の実施形態との相違点を主に説明する。
【００６６】
分岐流路７は、分岐点５で入口流路２または連通流路９の流路中央軸線から偏心した位置で分岐している。また、分岐流路７は合流点６で連通流路９または出口流路４の流路中央軸線から偏心した位置で合流している。
【００６７】
次に、図１１を用いて本発明の第四の実施形態に係るスタティックミキサーの作用について説明する。
【００６８】
分岐流路７は、合流点６で連通流路９または出口流路４の流路中央軸線に対して偏心した位置で各々連通していることから、薬液は連通流路９または出口流路４の内壁に沿って渦を巻く流れを発生させる。これにより、連通流路９または出口流路４を流れる薬液が効率よく撹拌されるとともに、連通流路９内または出口流路４内のデッドスペースをなくして薬液の滞留を防止することができる。また、分岐流路７を通過する薬液が合流点６で合流することによって生じる圧力損失を低減させることができる。また、分岐流路７は、分岐点５でも入口流路２または連通流路９の流路中央軸線に対して偏心した位置で各々連通している。このとき、連通流路９の内壁に沿って渦を巻く流れと同じ方向に分岐流路９が形成されると、薬液が連通流路９内で発生した流れに従って分岐流路７に流入するため、分岐点５における圧力損失を低減することができる。また、連通流路９の内壁に沿って渦を巻く流れと異なる方向に分岐流路９が形成されると、薬液が連通流路９内で発生した流れに逆らい流れ方向を急激に変化させて分岐流路７に流入するため、薬液を撹拌することができ効果的に混合することができる。
【００６９】
本実施形態では、分岐流路７が連通流路９または出口流路４の同じ場所に同じ方向および同じ角度で合流しているが、分岐流路７ごとで異なる場所に異なる角度および異なる方向から合流してもよく、特に限定されない。また、本実施形態では、分岐流路７が入口流路２または連通流路９の同じ場所から同じ方向および同じ角度で分岐しているが、分岐流路７ごとで異なる場所から異なる角度および方向から分岐してもよく、特に限定されない。
【００７０】
―第五の実施形態―
次に、図１２を参照して、本発明の第五の実施形態におけるスタティックミキサーについて説明する。なお、図１と同様の作用を有する箇所には同様の符号を付与する。
【００７１】
本実施形態では、エレメント１１はポリテトラフルオロエチレン（以下、ＰＴＦＥと記す）製である。エレメント１１は柱状に、ここでは円柱状に形成され、エレメント１１の一方の端面に流体入口１が設けられ、他方の端面に流体出口３が設けられている。流体入口１および流体出口３はエレメント１１の中心軸線と同軸に配置され、エレメント１１の流体入口１および流体出口３の内周面はすり鉢状に形成されている。エレメント１１の外周面には複数の環状溝１２が設けられている。全ての環状溝１２は同じ形状で同じ溝幅および溝深さを有しており、各環状溝１２の中心点を結ぶ軸線はエレメント１１の中心軸線と同軸に配置されている。エレメント１１の内部には、流体入口１と流体入口１に最も近い場所に位置する環状溝１２とを連通する入口側連通孔１３と、流体出口３と流体出口３に最も近い場所に位置する環状溝１２とを連通する出口側連通孔１４とが設けられている。また、隣接する環状溝１２同士を最短距離で連通する中間連通孔１５が環状溝１２の中心点を結ぶ軸線と交差するように設けられている。
【００７２】
例えば、筐体１６はテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合樹脂（以下、ＰＦＡと記す）製のチューブであり、筐体１６の内径はエレメント１１の外径とほぼ同じに形成されている。エレメント１１に筐体１６を嵌合させることにより、エレメント１１の環状溝１２と筐体１６の内周面とで分岐流路７が形成される。また、入口側連通孔１３、出口側連通孔１４および中間連通孔１５がそれぞれ、入口流路２、出口流路４および連通流路９となる。筐体１６の内部中央にはエレメント１１が配置され、筐体１６の両方の端部にはメールコネクタ１７が取り付けられ、フレア１８を装着した後に、メールコネクタ１７に締付ナット１９を螺着することによって、上流側および下流側に接続する接続部分が形成される。このようにすることによって、組み立てや分解が容易で洗浄のしやすい構成となっている。
【００７３】
次に、図１２を用いて本発明の第五の実施形態に係るスタティックミキサーの作用について説明する。
【００７４】
スタティックミキサーよりも上流側で、水が流れる配管と薬液が流れる配管とを合流させ、水と薬液が不均一に混合している薬液をスタティックミキサーに流したときに、流路内で部分的に濃度が濃くなって流れている薬液は、流体入口１から入口流路２に流入する。薬液が入口流路２から混合セル８の分岐点５に到達すると、薬液は分岐され分岐流路７に流入する。分岐流路７を流れる薬液が合流点６に到達すると、薬液は衝突し撹拌されながら合流し連通流路９に流入して下流側へ流れて行く。全ての混合セル８を通過した薬液は、それぞれの混合セル８の合流点６で繰り返し撹拌および混合されることで、濃度が均一化された状態で出口流路４を経て流体出口３からスタティックミキサーの外部へ流出する。
【００７５】
本実施形態に係るスタティックミキサーは、エレメント１１および筐体１６によって全ての流路が構成されており、部品点数が少ない構成となっている。また、エレメント１１と筐体１６との間に流路以外の隙間は存在せず、接着剤を使用しなくても筐体１６内にエレメント１１を挿入することもできるため、接着剤成分の溶出や液溜まりによる流路の汚染が少ない構成となっている。また、エレメント１１の形状が単純であり、射出成形で容易に成形することができるとともに、筐体１６の形状も単純であり、軟質チューブや硬質管を容易に流用することができる。従って、小流量から大流量まで、流量に応じたスタティックミキサーを容易に製造することができる。また、エレメント１１に溝や孔を形成することによって全ての流路が形成されているので、流路の設計がしやすく、流路体積を制限することによって、混合後にスタティックミキサー内に残され廃棄される流体の量を抑えることができる。ここでは、エレメント１１、筐体１６ともに断面が円形状であり、パイプと類似した外形を有するため、本実施形態に係るスタティックミキサーを工場や混合装置の内部に容易に設置することができる。
【００７６】
本実施形態では、筐体１６の内部に配置されたエレメント１１はひとつのみであるが、スタティックミキサーを流れる薬液の特性やスタティックミキサーに求められる混合性能に応じて、筐体１６の内部に同一形状または形状の異なる複数のエレメント１１を配置してもよい。また、本実施形態では、エレメント１１を一体で形成しているが、例えば、ひとつの混合セル８が形成された複数個のエレメント部品を直列に配置し一体的に接合することによってエレメント１１を形成してもよい。このようにすると、スタティックミキサーを流れる薬液の特性やスタティックミキサーに求められる混合性能に応じて、エレメント１１の流路形状や流路の長さを容易に変更することができる。
【００７７】
また、第五の実施形態の変形例として、入口流路２、分岐流路７、連通流路９および出口流路４の各種の流路の流路形状や流路断面積を変化させてもよい。例えば、図１３に示されるように、環状溝１２の溝深さを分岐点５から合流点６にかけて連続的に浅くし、分岐流路７の流路断面積が連続的に小さくなるようにしてもよい。このようにすると、分岐流路７を流れる薬液の流速が速くなり、合流点６において、薬液がより激しく衝突し、効率的に混合される。
【００７８】
−第六の実施形態−
次に、図１４を参照して、本発明の第六の実施形態に係るスタティックミキサーについて説明する。第六の実施形態が第五の実施形態と異なる点は、接続部分にキャップナット２０と鍔付き短管２１を用いている点である。なお、図１２と同様の箇所には同様の符号を付し、以下では第五の実施形態との相違点を主に説明する。
【００７９】
本実施形態では、エレメント１１はポリ塩化ビニル（以下、ＰＶＣと記す）製であり、エレメント１１の両方の端面にそれぞれ位置する流体入口１、流体出口３の外周に環状溝が設けられ、その環状溝内に止水部材３３が嵌着されている。また、エレメント１１の両端部の外周面にも環状溝が設けられ、その環状溝内に止水部材３３が嵌着されている。
【００８０】
本実施形態では、筐体１６はＰＶＣ製であり、円筒形に形成されている。筐体１６の内径はエレメント１１の外径とほぼ同じに形成されている。筐体１６の両端部の外周面には、キャップナット２０の雌ネジ部と螺合される雄ネジ部が設けられている。筐体１６の内部にエレメント１１が配置され、筐体１６の両方の端部に取り付けられた鍔付き短管２１、キャップナット２０によってエレメント１１が固定される。
【００８１】
一例として、キャップナット２０はＰＶＣ製であり、円筒形に形成されている。キャップナット２０の一方の端部の内周には、筐体１６の両方の端部の外周面に設けられた雄ネジ部に螺合される雌ネジ部が設けられている。キャップナット２０の他方の端部には、内径方向へ突出する内鍔部２２が設けられている。
【００８２】
本実施形態では、鍔付き短管２１はＰＶＣ製であり、パイプなどが接続される短管部２３と鍔部２４から構成されている。短管部２３の外径は、キャップナット２０の内鍔部２２の内径よりも小径に形成され、短管部２３の内径は、エレメント１１の流体入口１および流体出口３の内径とほぼ同径に形成されている。また、鍔部２４の外径はキャップナット２０の内径よりも小径に形成されている。鍔付き短管２１は、鍔部２４の端面とエレメント１１の端面との間に止水部材３３を介在させた状態で、キャップナット２０と筐体１６との間において水密状態で挟持され固定されている。
【００８３】
第六の実施形態に係るスタティックミキサーのその他の部品の構成および薬液が均一に混合される作用は、第六の実施形態と同様なので説明を省略する。本実施形態のスタティックミキサーは、上流側および下流側とキャップナット２０と鍔付き短管２１とによって接続部分を形成しているので、ＰＶＣ製パイプなどの一般的な配管部材が使用される分野において好適に使用することができる。
【００８４】
本実施形態では、エレメント１１がキャップナット２０と鍔付き短管２１によって挟持され固定されているが、筐体１６とエレメント１１との固定方法は、接着や溶接、螺合などでもよく、特に限定されない。また、第六の実施形態の変形例として、図１５に示されるように、筐体１６を２つに分割し、分割面にフランジ部２５を設け、フランジ部２５をフェルール継手２６によって接続してもよい。また、筐体１６の両方の端部の接続部分もフェルール継手２６による接続にしてもよい。このようにすると、スタティックミキサーの分解および組み立てが容易であり、スタティックミキサーの洗浄を容易かつ確実に行うことができる。
【００８５】
−第七の実施形態−
次に、図１６を参照して、本発明の第七の実施形態に係るスタティックミキサーについて説明する。第七の実施形態が第五の実施形態と異なる点は、流体入口１と流体出口３とが筐体１６の外周面に形成されている点である。なお、図１２と同様の箇所には同様の符号を付し、以下では第五の実施形態との相違点を主に説明する。
【００８６】
本実施形態では、エレメント１１の一方の端部の外周面に筐体１６と螺着するための雄ネジ部が設けられている。雄ネジ部近傍の外周面には環状溝が設けられ、止水部材３３がその内部に嵌着されている。止水部材３３が嵌着される環状溝近傍には、エレメント１１の長手方向軸線に直交しかつ最下流に位置する環状溝１２部分に連通する出口側連通孔１４が設けられている。本実施形態では、出口側連通孔１４の他に環状溝１２、中間連通孔１５がエレメント１１に形成されている。
【００８７】
一例として、筐体１６は有底円筒形に形成されている。筐体１６の底部を有さない方の端部の外周面には、有底円筒形に形成されたキャップナット２０の雌ネジ部と螺合する雄ネジ部が設けられている。また、筐体１６の底部を有さない方の端部の内周面にはエレメント１１の雄ネジ部と螺合される雌ネジ部が設けられている。筐体１６の外周面には、雌ネジ付き開口部２７、２８が筐体１６を貫通して設けられ、雌ネジ付き開口部２７は最上流側に位置する環状溝１２に連通し流体入口１を形成し、雌ネジ付き開口部２８は出口側連通孔に連通し流体出口３を形成する。
【００８８】
第七の実施形態に係るスタティックミキサーのその他の部品の構成および薬液が均一に混合される作用は第五の実施形態と同様なので説明を省略する。本実施形態のスタティックミキサーは、流体入口１と流体出口３とが筐体１６の外周面に形成され、流体入口１と流体出口３とを結ぶ軸線は筐体１６の中心軸線と平行になるように配置されているが、流体入口１および流体出口３を形成する場所はスタティックミキサーの表面であればよく、周囲の配管状況によって適宜設計することができる。例えば、流体入口１を筐体１６の端面に形成し、流体出口３を筐体１６の他端部の外周面に形成して、スタティックミキサーを配管ラインの曲管部に設置してもよい。
【００８９】
―第八の実施形態―
次に、図１７を参照して、本発明の第八の実施形態におけるスタティックミキサーについて説明する。第八の実施形態が第五の実施形態と異なる点は、混合セル８同士が連通流路９を介さずに連通している点である。なお、図１２と同様の箇所には同様の符号を付し、以下では第五の実施形態との相違点を主に説明する。
【００９０】
本実施形態では、エレメント１１の両方の端面に設けられた流体入口１および流体出口３の内周面には雌ネジ部が設けられている。エレメント１１の外周面には、流体入口１と流体入口１に最も近い場所に位置する環状溝１２部分とを連通する入口側連通溝２９と、流体出口３と流体出口３に最も近い場所に位置する環状溝１２とを連通する出口側環状溝３０とが設けられている。また、入口側連通溝２９および出口側環状溝３０は、エレメント１１の外周面に設けられた環状溝１２は隣接する環状溝１２と直接連通している。すなわち、全ての混合セル８は連通流路９を介さずに連通している。
【００９１】
一例として、筐体１６は円筒形に形成され、筐体１６の内径はエレメント１１の外径とほぼ同じに形成されている。エレメント１１に筐体１６を嵌合させることにより、エレメント１１の入口側連通溝２９および出口側連通溝３０がそれぞれ入口流路２および出口流路４を形成する。エレメント１１と筐体１６は焼きばめによって水密状態で嵌合されている。
【００９２】
第八の実施形態に係るスタティックミキサーのその他の部品の構成および薬液が均一に混合される作用は第五の実施形態と同様なので説明を省略する。本実施形態のスタティックミキサーは、混合セル８同士が直接連通しており、スタティックミキサーの流路の長さを短くすることができるので、加工時間を短くすることができる。
【００９３】
―第九の実施形態―
次に、図１８を参照して、本発明の第九の実施形態におけるスタティックミキサーについて説明する。第九の実施形態が第五の実施形態と異なる点は、連通流路９が各混合セル８の中心点を結ぶ軸線と平行になるように延設されている点である。なお、図１２と同様の箇所には同様の符号を付し、以下では第五の実施形態との相違点を主に説明する。
【００９４】
本実施形態では、エレメント１１の外周面に、隣接する環状溝１２を連通する中間連通溝３１が各混合セル８の中心点を結ぶ軸線と平行になるように延設されている。また、エレメント１１の外周面に、流体入口１と流体入口１に最も近い場所に位置する環状溝１２とを連通する入口側連通溝２９と、流体出口３と流体出口３に最も近い場所に位置する環状溝１２とを連通する出口側連通溝３０が設けられている。エレメント１１に筐体１６を嵌合させることにより、エレメント１１の入口側連通溝２９、出口側連通溝３０および中間連通溝３１がそれぞれ入口流路２、出口流路４および連通流路９を形成する。また、本実施形態では、混合セル８の傾きがエレメント１１の長手方向軸線に対して９０度になるように環状溝１２を形成している。
【００９５】
第九の実施形態に係るスタティックミキサーの上記の構成以外の構成および薬液が均一に混合される作用は第五の実施形態と同様なので説明を省略する。本実施形態のスタティックミキサーは、連通流路９が各混合セル８の中心点を結ぶ軸線と平行になるように延設されており、混合セル８同士を連通させるときに、加工の難しい斜め方向の連通孔を用いることなく、容易に連通流路９を形成することができる。
【００９６】
また、第九の実施形態の変形例として、入口流路２、分岐流路７、連通流路９、出口流路４などの流路形状や流路断面積を変化させてもよい。例えば、図１９に示されるように、中間連通溝３１の底面に凹凸形状部３４を形成すると、連通流路９を流れる薬液が撹拌され、薬液が効率的に混合される。
【００９７】
次に、図２０、図２１を参照して上述のスタティックミキサーを用いた装置について説明する。
【００９８】
本発明の実施形態に係るスタティックミキサーは、例えば流体の温度または濃度が不均一な状態で流体が流れるライン内に適用され、スタティックミキサーを用いることでラインの流体の温度または濃度を均一化することができる。なお、本発明の実施形態に係るスタティックミキサーを用いて混合することができる流体は、流体であれば特に限定されないが、高い粘度を有する流体に対して特に好適である。
【００９９】
図２０は、本発明に係るスタティックミキサーを用いた装置の一例を示す図である。図では、２つの物質が各々流れるライン４１、４２の合流部４３の下流側に本発明に係るスタティックミキサー４６が配置されている。各物質はそれぞれポンプ４４、４５により供給される。各ライン４１、４２を流れる物質が合流したときに、混合比率にバラツキが生じることがあるが、スタティックミキサー４６により温度や濃度を一定にすることができる。このときの物質は気体、液体、固体、粉体等のいずれでもよく、固体、粉体については、あらかじめ気体または液体と混合しておいてもよい。なお、３つ以上の物質が流れるラインを合流させるように装置を構成し、３つ以上の物質がスタティックミキサーによって混合されるようにしてもよい。
【０１００】
図２１は、図２０の装置の変形例を示す図である。図２１では、２つの物質が各々流れるライン４７、４８の合流部４９の下流側に本発明に係るスタティックミキサー５０を配置するとともに、スタティックミキサー５０の下流側に他の物質が流れるライン５１が合流する合流部５２を設け、合流部５２の下流側にも本発明に係るスタティックミキサー５３を配置している。これにより、３つ以上の物質を同時に混合するときに混合ムラが生じる場合に、最初に混合した２つの物質を均一に混合した後に他の物質を混合して均一に混合させることにより、効率よく混合ムラのない均一な混合を行うことができる。なお、最初に３つ以上の物質を合流させてもよく、途中で２つ以上の物質を合流させてもよい。また、スタティックミキサーを３つ以上直列に配置し、段階的に他の物質を混合するようにしてもよい。
【０１０１】
また、図２０または図２１の、スタティックミキサーを用いた装置において、流体が合流する、前の物質の流れる各々のラインにヒーターまたは気化器を設けてもよく、スタティックミキサーの下流側に熱交換器を設けてもよい。さらに、流体が合流する前の一方の物質が流れるラインに計測器を配置し、その計測器で計測されたパラメーターに応じて他方の物質が流れるラインのポンプの出力を調整する制御部を設けてもよく、他方の物質の流れるラインに制御弁を配置し、計測器のパラメーターに応じて制御弁の開度を調整する制御弁を設けてもよい。このとき、計測器は、必要な流体のパラメーターを計測できるものであれば、流量計、流速計、濃度計またはｐＨ測定器でもよい。また、ラインの合流部の下流側の流路にスタティックミキサーを設置してもよい。
【０１０２】
また、本発明に係るスタティックミキサーを混合流体が吐出される装置に装着してもよい。混合流体が吐出される装置とは、例えば成形機や押出機、接着剤の塗布装置などが挙げられる。例えば成形機の場合は、成形機のノズルと金型との間にスタティックミキサーを配置して射出成形を行えばよく、押出機の場合は、押出機とダイとの間にスタティックミキサーを配置して押出成形を行えばよく、接着剤の塗布装置の場合は、接着剤の塗布装置の先端にスタティックミキサーを配置して接着剤を塗布すればよい。
【０１０３】
本発明に係るスタティックミキサーのエレメント１１、筐体１６などの各部品の材質は、樹脂製であればＰＶＣ、ポリプロピレン、ポリエチレンなどいずれでもよい。特に流体に腐食性流体を用いる場合は、ＰＴＦＥ、ＰＦＡ、ポリビニリデンフルオロライドなどのフッ素樹脂であることが好ましい。また、エレメント１１または筐体１６の一部または全部を透明または半透明な材質で形成してもよく、この場合には流体の混合の状態を目視で確認できるため好適である。また、スタティックミキサーに流す流体によっては、各部品の材質は、鉄、銅、銅合金、真鍮、アルミニウム、ステンレス、チタンなどの金属または合金であってもよい。
【０１０４】
本発明において、入口流路２、分岐流路７、連通流路９、出口流路４などの各種流路の流路形状や流路断面積は、スタティックミキサーを流れる流体の特性や混合の度合いに応じて適宜設計することができ、特に限定されない。例えば、流路内の液溜まりを防ぎたいときは、流路の底面の断面形状を円弧状にするとともに、それぞれの流路の境界を滑らかにするとよい。また、流路内で流体を撹拌し混合を促進させたいときは、流路を蛇行させることや流路の幅の広狭、深さの深浅などを変化させると好適である。また、流路の内部に別の部品から構成される撹拌手段を装着してもよい。また、上記実施形態では、エレメント１１の外周面に環状溝１２などの各種流路を構成する溝を設けたが、エレメント１１と筐体１６との間に環状溝１２などの溝を形成するのであれば、他の構成要素（例えば筐体１６の内周面）に環状溝１２、中間連通溝３１などを構成する溝を設けてもよい。さらに、エレメント１１と筐体１６との間に、各種流路が形成された別の構成要素を介装するようにしてもよい。
【０１０５】
なお、上記第一の実施形態〜第九の実施形態を任意に組み合わせてスタティックミキサーを構成してもよい。すなわち、本発明の特徴および機能を実現できる限り、本発明は実施形態のスタティックミキサーに限定されない。
【０１０６】
また、本発明について特定の実施形態に基づいて詳述しているが、当業者であれば、本発明の請求の範囲及び思想から逸脱することなく様々な変更、修正等が可能である。
【符号の説明】
【０１０７】
１    流体入口
２    入口流路
３    流体出口
４    出口流路
５，５ａ，５ｂ，５ｃ，５ｄ    分岐点
６，６ａ，６ｂ，６ｃ，６ｄ    合流点
７，７ａ，７ｂ，７ｃ，７ｄ    分岐流路
７ｆａ    流路軸線
７ｅａ    軸線包囲面
８，８ａ，８ｂ，８ｃ，８ｄ    混合セル
９，９ａ，９ｂ，９ｃ    連通流路
１０    継手
１１    エレメント
１２    環状溝
１３    入口側連通孔
１４    出口側連通孔
１５    中間連通孔
１６    筐体
１７    メールコネクタ
１８    フレア
１９    締付ナット
２０    キャップナット
２１    鍔付き短管
２２    内鍔部
２３    短管部
２４    鍔部
２５    フランジ部
２６    フェルール継手
２７    雌ネジ付き開口部
２８    雌ネジ付き開口部
２９    入口側連通溝
３０    出口側連通溝
３１    中間連通溝
３２    分岐連通流路
３３    止水部材
３４    凹凸形状部
４１    ライン
４２    ライン
４３    合流部
４４    ポンプ
４５    ポンプ
４６    スタティックミキサー
４７    ライン
４８    ライン
４９    合流部
５０    スタティックミキサー
５１    ライン
５２    合流部
５３    スタティックミキサー
【図１】
2013111789.tif 000003
【図２Ａ】
2013111789.tif 000004
【図２Ｂ】
2013111789.tif 000005
【図３】
2013111789.tif 000006
【図４】
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【図５】
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【図６】
2013111789.tif 000009
【図７】
2013111789.tif 000010
【図８】
2013111789.tif 000011
【図９】
2013111789.tif 000012
【図１０】
2013111789.tif 000013
【図１１】
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【図１２】
2013111789.tif 000015
【図１３】
2013111789.tif 000016
【図１４】
2013111789.tif 000017
【図１５】
2013111789.tif 000018
【図１６】
2013111789.tif 000019
【図１７】
2013111789.tif 000020
【図１８】
2013111789.tif 000021
【図１９】
2013111789.tif 000022
【図２０】
2013111789.tif 000023
【図２１】
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【図２２】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年6月21日(2013.6.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口を有する入口流路と流体出口を有する出口流路との間において、分岐点および合流点と、前記分岐点と前記合流点との間の流路を分岐する分岐流路とを有する複数の混合セルが直列に配置され、
隣接する前記混合セル同士が連通流路を介して連通し、
入口流路が、前記分岐点のうちの、最上流側に位置する混合セルの分岐点に連通し、
出口流路が、前記合流点のうちの、最下流側に位置する混合セルの合流点に連通している、
スタティックミキサーにおいて、
前記混合セルが、前記スタティックミキサーの長さ方向から見たときに、任意の前記混合セルの分岐流路の軸線包囲面の少なくとも一部が、他の前記混合セルの分岐流路の軸線包囲面とオーバーラップした状態で配置されるとともに、
前記流体入口および前記流体出口の中心点と、全ての混合セルの中心点とが、同一軸線上に配置され、
全ての前記混合セルが円環形状に形成され、
前記連通流路が、前記混合セルのそれぞれの中心点を結ぶ直線と、平行に延設されている又は交差していることを特徴とするスタティックミキサー。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
全ての前記混合セルが同一外径を有することを特徴とする請求項１に記載のスタティックミキサー。
【請求項４】
（削除）
【請求項５】
前記入口流路、前記出口流路、前記分岐流路および前記連通流路のうちの少なくとも１つの流路に、流路断面形状が変化する部分が設けられることを特徴とする請求項１に記載のスタティックミキサー。
【請求項６】
前記入口流路、前記出口流路、前記分岐流路および前記連通流路のうちの少なくとも１つの流路に、流路断面積が変化する部分が設けられることを特徴とする請求項１に記載のスタティックミキサー。
【請求項７】
前記分岐流路が前記連通流路の流路中央軸線から偏心した位置で前記連通流路に連通することを特徴とする請求項１に記載のスタティックミキサー。
【請求項８】
（削除）
【請求項９】
（削除）
【請求項１０】
（削除）
【請求項１１】
柱状に形成されたエレメントと、前記エレメントの外周面と嵌合する筐体とを具備し、
前記エレメントには、
その一方の端面に流体入口と、
その他方の端面に前記流体出口と、
その外周面に複数の環状溝と、
前記流体入口と前記環状溝とを連通する入口側連通溝と、
隣接する前記環状溝同士を連通する中間連通溝と、
前記流体出口と前記環状溝とを連通する出口側連通溝と、
が形成され、
前記環状溝および前記筐体の内周面により前記分岐流路を形成し、
前記入口側連通溝および前記筐体の内周面により前記入口流路を形成し、
前記中間連通溝および前記筐体の内周面により前記連通流路を形成し、
前記出口側連通溝および前記筐体の内周面により前記出口流路を形成することを特徴とする請求項１に記載のスタティックミキサー。
【請求項１２】
柱状に形成されたエレメントと、前記エレメントの外周面と嵌合する筐体とを具備し、
前記エレメントには、
その一方の端面に前記流体入口と、
その他方の端面に前記流体出口と、
その外周面に複数の環状溝と、
前記流体入口と前記環状溝とを連通する入口側連通孔と、
隣接する前記環状溝同士を連通する中間連通孔と、
前記流体出口と前記環状溝とを連通する出口側連通孔と、
が形成され、
前記環状溝および前記筐体の内周面により前記分岐流路を形成し、
前記入口側連通孔、前記中間連通孔、前記出口連通孔がそれぞれ前記入口流路、前記連通流路、前記出口流路を形成することを特徴とする請求項１に記載のスタティックミキサー。
【請求項１３】
請求項１、３、５〜７、１１及び１２のいずれか１項に記載のスタティックミキサーと、
前記スタティックミキサーに複数の異種流体を合流して導く流路を形成する流路形成手段と、
を備える装置。
【国際調査報告】
2013111789.tif 000026
2013111789.tif 000027
2013111789.tif 000028
2013111789.tif 000029