(57)【要約】  本発明の実施形態は、少なくとも円筒状の内側表面または円筒状の外側表面と、数を増やしたジェット開口部（１０２）とを有する混合導管（１００）を提供する。本発明の実施形態による混合導管は、構造的保全性を犠牲にせずに、このようにして、好ましくない副産物の形成を減少する混合率を改善する。特に、本発明の実施形態は、約２２を超える実質的に円形の混合導管（１００）を有する静的ミキサ（１５０）を提供する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸を包囲し、且つ前記軸に沿って内部ボリュームを囲む側壁を備える、混合導管であって、前記内部ボリュームは、軸流が前記軸に沿って前記内部ボリュームに出入りすることを可能にする、対向する端部上の２つの開口部を有し、前記側壁は、前記内部ボリュームに面する内側表面と、外部ボリュームに面する外側表面を有し、前記内側表面の断面および前記外側表面の断面のうちの少なくとも１つは円形であり、複数のジェット開口部が、前記軸の直角平面内の前記側壁を通り抜けて形成され、前記複数のジェット開口部は、前記外部ボリュームから前記内部ボリュームに流入するための横方向の流れを可能にし、前記複数のジェット開口部の数は２２を超える、混合導管。
【請求項２】
前記ジェット開口部の数は、約２２〜約５０の間である請求項１に記載の混合導管。
【請求項３】
前記複数のジェット開口部の数は、２４を超える請求項１に記載の混合導管。
【請求項４】
前記内側表面の前記断面は円形であり、前記外側表面の前記断面は非円形である請求項１に記載の混合導管。
【請求項５】
前記外側表面の前記断面は円形であり、前記内側表面の前記断面は非円形である請求項１に記載の混合導管。
【請求項６】
前記内側表面の前記断面は円形であり、前記外側表面の前記断面は円形である請求項１に記載の混合導管。
【請求項７】
前記軸に沿って前記内部ボリューム内に配置された軸流障害物を更に備え、前記軸流障害物は、前記複数のジェット開口部が形成される平面を通過する請求項１〜６のいずれか１項に記載の混合導管。
【請求項８】
前記側壁に対して前記軸流障害物を固定する２つ以上のスポークを更に備える請求項７に記載の混合導管。
【請求項９】
前記複数のジェット開口部の各々は、前記側壁の前記外側表面に大きな開口部と、前記側壁の前記内側表面に小さな開口部とを有するテーパー形状である請求項１〜８のいずれか１項に記載の混合導管。
【請求項１０】
円筒状の内部ボリュームを規定する円筒状の側壁であって、前記内部ボリュームが第１の断面積を有する、円筒状の側壁と、
前記円筒状の内部ボリュームの軸に対して垂直な平面内に前記円筒状の側壁を通り抜けて形成される複数のジェット開口部とを備え、
前記複数のジェット開口部の数は、前記複数のジェット開口部の断面積と前記第１の断面積との総量の比、ならびに円筒壁の物理的保全性を維持するために最大化される混合導管。
【請求項１１】
前記ジェット開口部の数は、約２２〜約５０の間である請求項１０に記載の混合導管。
【請求項１２】
前記複数のジェット開口部の数は、２４を超える請求項１１に記載の混合導管。
【請求項１３】
第１の受流導管と、
第２の受流導管であって、前記第１の受流導管および前記第２の受流導管は、環状室の１つ以上の外部壁を規定する、第２の受流導管と、
第１の導管内に配置され、前記環状室の内部壁を少なくとも形成する請求項１〜１２のいずれか１項に記載の混合導管であって、前記環状室が前記混合導管の１つ以上のジェット開口部と流動的連通状態にある、混合導管と
を備える静的ミキサ。
【請求項１４】
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の混合導管の縦軸に沿って第１の流れを流すステップと、
請求項１〜１３のいずれか１項に記載の混合導管の１つ以上のジェットを通り抜けて第２の流れを流すステップと
を含む混合方法。
【請求項１５】
前記第１の流れはホスゲンを含み、前記第２の流れはアミンを含む請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記第２の流れは、メチレンジフェニルジアミン、トルエンジアミン、およびヘキサメチレンジアミンのうちの少なくとも１つを含む請求項１５の方法。
【請求項１７】
前記内部ボリューム内に配置される１つ以上の流れ障害物は、前記第１の流れの速度プロフィールを改善し、形成される尿素、カルボジイミド、およびウレトンイミンの量は、前記障害物が前記内部ボリューム内に配置されない方法における量よりも少ない請求項１４〜１６のいずれか１項に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、例えば反応性化学処理におけるホスゲンおよびアミンの混合などの流体成分を混合するためのミキシング装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のミキシングデバイスの分野は、２つの主要な領域、ダイナミックまたは機械的ミキサおよび静的ミキサに概略的に分類することができる。ダイナミックまたは機械的ミキサは、成分の所望の混合または完全な混合を確実にするために、いくつかのタイプの可動部または部品に依存する。静的ミキサは、概して、卓越した可動部品を有していないものの、その代りに、混合を容易にするために、混合される流体内の流れプロファイルおよび圧力差に依存する。現在の開示は、ほとんどの場合、静的ミキサを対象とするが、ダイナミックミキサと組み合わせて用いることもあり得る。
【０００３】
イソシアン酸塩は、Ｎ＝Ｃ＝Ｏ官能基を特徴とする分子である。最も広く使用されるイソシアン酸塩は、芳香族化合物である。２つの芳香性のイソシアン酸塩、すなわち、トルエンジイソシアネート（ＴＤＩ）およびメチレンジフェニルジイソシアネート（ＭＤＩ）が広く商業的に製造されている。ポリウレタンを形成するために、イソシアン酸塩を多価アルコールと反応させてもよい。ポリウレタンの主な用途は、硬質フォームである。硬質フォームは、優れた絶縁物であって、器具、自動車および建設業に非常に用いられる。また、硬質フォームをマットレスおよび家具の用途に用いてもよい。更に、例えば、ヘキサメチレンジイソシアネートなどの脂肪族イソシアネートも広く製造されており、例えば、耐摩耗性や耐ＵＶ性のコーティング剤などの特殊な用途に用いる。
【０００４】
ホスゲンとアミンとの混合は、イソシアネートの生産プロセスにおける重要なステップである。イソシアネートの製品品質および収率は、反応物、すなわちアミン、ホスゲンの２つの連続ストリームを含む混合プロセスおよび後続の反応プロセスの効率に依存する。尿素および他の尿素誘導体を形成する、ホスゲン化製品とアミンとの間の反応のような二次反応は、究極的には生産プロセスでの品質および収率を低下させる。イソシアネートの製造が要望される一方で、二次反応は、例えば、尿素、カルボジイミドのような尿素誘導体、ウレトンイミンなどの好ましくない生産物の生成につながる。全体的な化学反応は、以下のように表すことができる。
アミン＋ホスゲン→イソシアネート＋塩酸＋尿素＋カルボジイミド＋ウレトンイミン＋好ましくない生産物
【０００５】
多くの既知／未知の要因が主反応の品質をコントロールする一方で、ホスゲンのアミンに対する比の増加、溶媒内のアミンの希釈度、または効率的な混合は、好ましくない副産物の形成を最小限にする。好ましくない副産物のうちのいくつかは、固形物であるかもしれないし、生産プロセスにおいて利用されたプロセス設備の汚損に関連するかもしれない。
【０００６】
従って、不適切な混合によるミキサ設計は、所要の生産物の全収率を低下させる可能性があり、あるいはダウンタイムおよび／または維持費の増加につながる反応器システムを閉塞または汚染する生産物を発生させる可能性がある。
【０００７】
図１は、ホスゲンの流れ１が右から左まで進み、且つアミンの流れ２は、円筒状の導管３を通り抜けて穴を空けられたジェット開口部４を通り抜けてホスゲンの流れ１に注入される、円筒状の導管３の部分的な断面斜視図を図示する。伝統的には、ごくわずかのジェット開口部４を導管３内に作成する。しかしながら、伝統的な静的混合は、多くの場合、非効率的な混合のために好ましくない副産物を発生させる。
【０００８】
Ｚａｂｙ等（米国特許第５，１１７，０４８号明細書）は、ジェット開口部の数は、導管およびジェット開口部の径によって制限され、導管に６〜１２個のジェット開口部を備えることを示す（請求項９、および例１〜６）。Ｓｈａｎｇ等（米国特許出願公開第２０１１／０１２４９０７号明細書）は、２〜２０個のジェット開口部を有する円筒状の導管を教示する（請求項２）。
【０００９】
Ｄｉｎｇ等（米国特許出願公開第２００８／０１５９０６５号明細書）は、２２、２４のまたは５２個のジェット開口部を有する、長方形状の導管を教示する（図４〜６、例１〜４）。Ｄｉｎｇは、ジェット混合を改善するために、断面の一方の寸法が他方の寸法よりも実質的に大きいことを特徴とするアスペクト比の大きな長方形状の導管を用いると、上記の数のジェット開口部を収容することができるということを示す。しかしながら、長方形状の導管は、ホスゲン導管の内部および外部と、実質的に厚い混合導管を必要とする湾曲部での実質的な構造的応力との間の高差動圧のため、設置するには非実用的である。
【００１０】
ホスゲンとアミンとの混合を改善する静的ミキサを有し、それにより、好ましくない副産物の製造を制限することは望ましいだろう。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の実施形態は、単独で、またはダイナミックミキサと組み合わせて用いることができる静的ミキシング装置に関する。
【００１２】
静的ミキシング装置の１つの実施形態は、混合導管を提供する。混合導管は、軸を包囲し、且つ軸に沿って内部ボリューム（ｉｎｎｅｒ  ｖｏｌｕｍｅ）を囲む側壁を備える。内部ボリュームは、軸流が軸に沿って内部ボリュームに出入りすることを可能にする、対向する端部上の２つの開口部を有する。側壁は、内部ボリュームに面する内側表面、および外部に面する外側表面を有する。内側表面の断面および外側表面の断面のうちの少なくとも１つは円形である。複数のジェット開口部が、軸直角平面内の側壁を通り抜けて形成される。複数のジェット開口部は内部ボリュームに流入するための横方向の流れを可能にし、複数のジェット開口部の数は２０を超える。
【００１３】
本発明の別の実施形態は、本発明の実施形態による混合導管を備える静的ミキサを提供する。
【００１４】
以上に簡潔に要約された本発明の更に多く特定の記述は、実施形態を参照することによって得ることができ、それらのうちのいくつかは、添付の図面に示される。但し、本発明は同様に効果的な他の実施形態を容認してもよいため、添付の図面は本発明の典型的な実施形態のみを図示しているのであって、したがって、本発明の範囲を限定するものと見なすべきでないことに留意すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】ホスゲンとアミンとを混合するために用いる従来技術の典型的な静的ミキサにおける流れ配置（ｆｌｏｗ  ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔｓ）を概略的に図示する。
【図２】本発明の１つの実施形態による静的混合の断面図である。
【図３Ａ】本発明の１つの実施形態による混合導管の断面図である。
【図３Ｂ】図３Ａの混合導管の側面図である。
【図４】図２に示す静的ミキサのシミュレートしたミキサ性能を示すグラフである。
【図５】本発明の別の実施形態による静的混合の断面図である。
【図６】図５に示す静的混合の予測シミュレーションのミキサ性能を示すグラフである。
【図７】本発明の１つの実施形態による混合導管の断面図である。
【図８】本発明の別の実施形態による混合導管の断面図である。
【図９】本発明の別の実施形態による混合導管の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
理解を容易にするために、図面に共通する同一の構成要素を指定するために、可能なかぎり、同一の参照符号を用いる。特に列挙しなくても、１つの実施形態で開示した構成要素を他の実施形態で有用に活用してもよいように意図する。
【００１７】
混合が律速段階であって、好ましくない副産物の形成を引き起こすかもしれない場合、本発明の実施形態は、化学反応を伴う、または化学反応を伴わない用途における、成分の混合のための静的ミキシング装置に関する。本発明の実施形態は、非常に反応性の化学反応の間に、例えば、ホスゲン、アミンなどの流体成分を混合するためのミキシング装置を提供する。
【００１８】
本発明の実施形態は、第１の流れが混合導管を通過し、混合導管を通り抜けて形成された１つ以上のジェット開口部によって混合導管の中に注入された第２の流れと交差するように、第１の流れにおける、典型的には主要な直交流における速度プロフィールを作成する。
【００１９】
本発明の実施形態は、少なくとも円筒状の内側表面および／または円筒状の外側表面と、数を増やしたジェット開口部とを有する混合導管を提供する。本発明の実施形態による混合導管は、構造的保全性を犠牲にせずに、このようにして、好ましくない副産物の形成を減少する混合率を改善する。特に、本発明の実施形態は、約２０以上の実質的に円形の混合導管を有する静的ミキサを提供する。
【００２０】
図２は、本書の１つの実施形態による静的ミキサ１５０の断面図である。静的ミキサ１５０は、内部ボリューム１５４を定義する第１の流れ導管１５３を備え、内部ボリューム１５４は、縦軸１５６に沿って第１の流れ導管１５３を通り抜ける第１の流れ１０５を可能にする。１つの実施形態において、第１の流れ導管１５３は、入口端１５２と出口端１５８とを備える。
【００２１】
混合導管１００は、第１の流れ導管１５３の入口端１５２と出口端１５８との間に連結される。混合導管１００は、中心軸１０３を包囲する側壁１０１を備える。中心軸１０３が第１の流れ導管１５３の縦軸１５６と一致するように、混合導管１００を配置する。側壁１０１は、第１の流れ導管１５３の内部ボリューム１５４と同軸の内部ボリューム１０７を規定する。複数のジェット開口部１０２は、混合導管１００の内部ボリューム１０７を混合導管１００の外部に流体的に接続する側壁１０１通り抜けて形成される。
【００２２】
第２の流れ導管１５５は、第１の流れ導管１５３に取り付けられる。第２の流れ導管１５５は、第１の流れ導管１５３の入口端１５２および出口端１５８に結合され、混合導管１００を囲む環状室１５９を規定する。環状室１５９は、第２の流れ１０４が、複数のジェット開口部１０２を通り抜けて混合導管１００の内部ボリューム１０７に入り、第１の流れ１０５に混合することを可能にする。
【００２３】
第１の流れ１０５は、流れる入口端１５２から出口端１５８に向かって内部ボリューム１５４を通り抜けて静的ミキサ１５０に入る。第２の流れ１０４は、環状室１５９への第２の流れ導管１５５の入口１０８にて静的ミキサ１５０に入り、その後、複数のジェット開口部１０２を通り抜けて第１の流れ１０５に混合する混合導管１００の内部ボリューム１０７に入る。混合流１５７は、第１の流れ導管１５３の出口端１５８を通り抜けて静的ミキサ１５０を出る。
【００２４】
第２の流れ１０４が混合導管１００内の複数のジェット開口部１０２を介して第１の流れ１０５のみと混合することができるように、混合導管１００は、第２の流れ導管１５５から第１の流れ導管１５３を分離する。望ましいミキシング結果を得るように、混合導管１００のパラメータおよび構造を設計してもよい。
【００２５】
図３Ａは、本発明の１つの実施形態による混合導管１００の断面図である。図３Ｂは、混合導管１００の側面図である。混合導管１００の側壁１０１は、中心軸１０３を囲み、内部ボリューム１０７を形成する。側壁１０１は、動作の間に側壁１０１上に負荷をかけた半径方向応力および軸方向応力（例えば、図２の静的ミキサ１５０における第１の流れ１０５と第２の流れ１０４との間の差動圧によって引き起こされる側壁１０１に対する応力）に耐えるために、側壁１０１の厚さを増加させずに、側壁１０１の耐力を最大にするように中心軸１０３に対して回転対称である。１つの実施形態において、側壁１０１は、実質的に円筒状の断面を有しており、内部ボリューム１０７は、円筒状の空間である。１つの実施形態において、内側表面１１１および外側表面１１２のうちの少なくとも１つは、円形断面を有する。
【００２６】
複数のジェット開口部１０２は、側壁１０１を通り抜けて形成される。１つの実施形態において、複数のジェット開口部１０２は、中心軸１０３に対して実質的に垂直な平面１１３内の側壁１０１に沿って均一に分布する。各ジェット開口部１０２は、円形、楕円、多角形、または他の好適な形状であってもよい。各ジェット開口部１０２は、外側表面１１２上に第１の端部１０２ａを有し、内側表面１１１上に第２の端部１０２ｂを有する。１つの実施形態において、各ジェット開口部１０２の第１の端部１０２ａおよび第２の端部１０２ｂは、円筒状の開口部を成す同様の形状を有する。他の実施形態において、各ジェット開口部１０２は、第２の端部１０２ｂよりも第１の端部１０２ａの方が幅広いテーパー形状を有してもよい。
【００２７】
ジェット開口部１０２の数は、改善された混合結果を得て、且つ好ましくない副産物を減少するように設定される。ジェット開口部１０２の数は、例えば、混合導管１００の径、混合導管１００に入る第１の流れ１０５の平均速度、および第１の流れ１０５と第２の流れ１０４との流量の比などの各種パラメータに左右されてもよい。混合導管１００をホスゲン化プロセスに用いる場合、アミンの流れのためのジェット開口部１０２の数は、例えば、入ってくるホスゲンのためのパイプの径、ホスゲンの平均速度、およびアミン／ホスゲンの流量の比などの要因に左右されてもよい。
【００２８】
本発明の１つの実施形態によれば、同じ流量の下では、例えば、静的ミキサ１５０などの静的ミキサの性能を、ジェット開口部１０２の数を増加させることにより改善してもよい。ジェット開口部１０２による圧力降下は、これら開口部の断面積の総量と強い関連がある。ジェット開口部１０２の数を増加させる場合、ジェット開口部の寸法を減少させることにより差動圧を維持してもよい。静的ミキサ１５０の性能は、収率損失（または好ましくない副産物の割合）によって測定される。特定の理論に拘束されることを望むわけではないが、（更なるジェット開口部によって得られた）第２の流れの小さな流れは、第２の流れよりも大きな第１の流れと高速に混合する。
【００２９】
しかしながら、機械的保全性および汚損の問題は、合理的な数の範囲内になるように、ジェット開口部を制限してもよい。例えば、ジェット開口部１０２の数は、側壁１０１の幾何学的配置によって制限されてもよい。１つの実施形態において、各々のジェット開口部１０２の第１の端部１０２ａは、幅１１５を有し、隣接するジェット開口部１０２は、距離１１４により互いに離れている。距離１１４と幅１１５との比は、ジェット開口部１０２の数を増加するにつれて、減少する。混合導管１００が構造上堅固であることを保証するために、距離１１４と幅１１５との比を、特定の値以上に維持する必要がある。導管１００を構築するために用いる材料の耐力に基づいて、この比を決定する。
【００３０】
あるいは、内部ボリューム１０７の断面積、および複数のジェット開口部１０２の断面積の総量にしたがって、ジェット開口部１０２の数を決定してもよい。複数のジェット開口部１０２の断面積と内部ボリューム１０７との断面積の総量の比を維持するために、複数のジェット開口部１０２の数を最大化する。
【００３１】
本発明の実施形態によれば、ジェット開口部１０２の数は、約２２の間である。別の実施形態において、ジェット開口部１０２の数は、少なくとも２４である。１つの実施形態において、ジェット開口部１０２の数は、約２４〜約３２の間である。別の実施形態において、ジェット開口部の数は、約２８である。図４は、図２に示した静的ミキサ１５０と同様の静的混合のシミュレートしたミキサ性能を示すグラフである。このシミュレーションは、実験データとの比較を通じて検証された計算機モデルに基づく。シミュレートしたプロセスは、ホスゲンとアミンとの混合プロセスであり、ホスゲンの流れは、第１の流れ導管１５３に入り、アミンの流れは、第２の流れ導管１５５に入って、複数のジェット開口部１０２を通り抜けてホスゲンの流れと混合する。シミュレーションプロセスにおいて、円筒状の側壁上に形成した様々な数のジェット開口部１０２を有する混合導管１００をもつ静的ミキサ１５０の性能を評価する。すべての混合処理パラメータ、ホスゲンおよびアミンの流量、複数のジェット開口部１０２の断面積の総量、プロセスの流れの温度は、ジェット開口部１０２の数を変えながら、一定に保たれる。
【００３２】
Ｘ軸は、ジェット開口部の数を示す。ｙ軸は、望ましくない副産物の正規化されたレートにおけるミキサのシミュレートした性能を示す。ｙ軸における低い値は、優れた性能を示す。
【００３３】
図４に図示したように、ジェット開口部１０２の数を１６から２８まで増加させるにつれて、シミュレートした静的ミキサの性能は改善する。ジェット開口部１０２の数を３２まで増加させるにつれて、静的ミキサの性能は低下する。図４のシミュレーション結果は、円筒状の混合導管のためのジェット開口部の数を約２４〜２８に増加させることにより、改善された混合性能を得ることができることを示す。円筒状の混合導管のためのジェット開口部の数を２〜２０の範囲で教示する従来技術は、この結果を示唆しない。
【００３４】
図５は、本発明の１つの実施形態による静的ミキサ２５０の断面図である。静的ミキサ２５０は、静的ミキサ２５０が混合導管１００の代わりに混合導管２００を有すること以外は、図２の静的ミキサ１５０と同様である。
【００３５】
混合導管２００は、中心軸２０３を包囲し、且つ内部ボリューム２０７を規定する実質的に円筒状の側壁２０１を備える。複数のジェット開口部２０２は、中心軸２０３に対して実質的に垂直な平面２１３内の側壁２０１を通り抜けて形成される。混合導管２００は、複数のスポーク２２１に固定された流線形の軸流障害物２２０を更に備える。軸流障害物２２０は、円筒状中間部およびテーパー状端部を有してもよい。１つの実施形態において、軸流障害物２２０は、側壁２０１と同軸であって、面２１３と交差する。
【００３６】
軸流障害物２２０は、混合導管２００内の断面積を減少させ、それにより、第２の流れが入る面２１３の近くの第１の流れ１０５の速度を増加させる。軸流障害物２２０は、ジェット開口部２０２からの流れが中心軸２０６まで到達することができない状況において、混合を改善するために中心軸２０３の近くの第１の流れ１０５を除外する。加えて、軸流障害物２２０は、また、スポーク２２１からの障害物および軸流障害物２２０の影響が更に下流方向に延びるように、混合導管２００の縦軸に沿った障害物を備える。軸流障害物の設計の詳細な説明は、２０１０年３月１６日に少なくとも部分的に共通の発明者としての資格によって出願された米国特許出願第１２／７２５，２６２号明細書において見出すことができ、参照によって本明細書に援用される。
【００３７】
本発明の１つの実施形態によれば、ジェット開口部２０２の数は、約２２〜約５０の間である。別の実施形態において、ジェット開口部２０２の数は、少なくとも２４である。１つの実施形態において、ジェット開口部２０２の数は、約２４〜約３６の間である。別の実施形態において、ジェット開口部２０２の数は、約２８である。
【００３８】
図６は、図５に示した静的ミキサ２５０のシミュレーション性能を示すグラフである。シミュレーションは、実験データとの比較を通じて検証されたモデルを用いて行う。シミュレートしたプロセスは、ホスゲンとアミンとの混合プロセスであり、ホスゲンの流れは、第１の流れ導管１５３に入り、アミンの流れは、第２の流れ導管１５５に入って、複数のジェット開口部２０２を通り抜けてホスゲンの流れと混合する。シミュレートしたプロセスにおいて、円筒状の側壁上に形成した様々な数のジェット開口部２０２を有する混合導管２００をもつ静的ミキサ２５０の性能を評価する。ホスゲンおよびアミンの流量、および複数のジェット開口部２０２の断面積の総量は、ジェット開口部２０２の数を変えながら、一定に保たれる。
【００３９】
Ｘ軸は、ジェット開口部の数を示す。ｙ軸は、望ましくない副産物の正規化されたレートにおけるミキサのシミュレートされた性能を示す。ｙ軸における低い値は、優れた性能を示す。
【００４０】
図６に図示したように、ジェット開口部５０２の数を１６から２８まで増加させるにつれて、静的ミキサの性能は改善する。ジェット開口部２０２の数を３２まで増加させるにつれて、静的ミキサの性能は、段階的に低下する。図６のシミュレーション結果は、軸流障害物をもつ円筒状の混合導管のためのジェット開口部の数を約２４〜３６に増加させることにより、最適な混合性能を得ることができることを示す。
【００４１】
図７は、本発明の別の実施形態による混合導管３００の断面図である。静的ミキサ１５０または２５０内において、混合導管１００または２００の代わりに、混合導管３００を用いてもよい。
【００４２】
混合導管３００は、内部ボリューム３０７を規定する側壁３０１を有する。側壁３０１は、中心軸３０３に対して回転対称である。内部ボリューム３０７は、中心軸３０３に沿って延びる。複数のジェット開口部３０２は、側壁３０１を通り抜けて形成される。複数のジェット開口部３０２を、側壁３０１の周囲に沿って均一に分布してもよい。１つの実施形態において、ジェット開口部３０２の数は、約２２を超えてもよい。別の実施形態において、ジェット開口部３０２の数は、少なくとも２４である。別の実施形態において、ジェット開口部３０２の数は、約２４〜約３２の間である。
【００４３】
側壁３０１は、外側表面３０５と内側表面３０４とを有する。外側表面３０５は、円形断面を有する柱面である。内側表面３０４は、流れを溝３０６に方向づけるために中心軸３０３の方向に沿って溝３０６を形成する非円形の断面を有してもよい。円筒状の外側表面３０５は、円筒状の側壁という利点を備えており、多角形の内側表面３０４は、流れに向けた効果を呈する。内側表面３０４は、流れへの所望の効果を得るために他の形状を有していてもよい。
【００４４】
図８は、本発明の別の実施形態による混合導管４００の断面図である。静的ミキサ１５０または２５０内において、混合導管１００または２００の代わりに、混合導管４００を用いてもよい。
【００４５】
混合導管４００は、内部ボリューム４０７を規定する側壁４０１を有する。側壁４０１は、中心軸４０３に対して回転対称である。内部ボリューム４０７は、中心軸４０３に沿って延びる。複数のジェット開口部４０２は、側壁４０１を通り抜けて形成される。複数のジェット開口部４０２を、側壁４０１の周囲に沿って均一に分布してもよい。１つの実施形態において、ジェット開口部４０２の数は、２２を超えてもよい。別の実施形態において、ジェット開口部４０２の数は、少なくとも２４である。別の実施形態において、ジェット開口部４０２の数は、約２４〜約３２の間である。
【００４６】
側壁４０１は、外側表面４０５と内側表面４０４とを有する。外側表面４０５は、非円形の断面を有する。内側表面４０４は、円形断面を有する柱面である。円筒状の内側表面４０４は、円筒状の側壁という利点を備えている。
【００４７】
図９は、本発明の別の実施形態による混合導管５００の断面図である。静的ミキサ１５０または２５０内において、混合導管１００または２００の代わりに、混合導管５００を用いてもよい。
【００４８】
混合導管５００は、内部ボリューム５０７を規定する側壁５０１を有する。側壁５０１は、中心軸５０３に対して対称的である。内部ボリューム５０７は、中心軸５０３に沿って延びる。複数のジェット開口部５０２は、側壁５０１を通り抜けて形成される。複数のジェット開口部５０２を、側壁５０１の周囲に沿って均一に分布してもよい。１つの実施形態において、各ジェット開口部５０２は、テーパー形状であってもよい。１つの実施形態において、ジェット開口部５０２の数は、３２を超えてもよい。別の実施形態において、ジェット開口部５０２の数は、少なくとも２４である。別の実施形態において、ジェット開口部５０２の数は、約２４〜約３２の間である。
【００４９】
側壁５０１は、外側表面５０５と内側表面５０４とを有する。外側表面５０５および内側表面５０４の両方は、非円形の断面を有する。例えば、外側表面５０５および内側表面５０４の両方は、正多角形の断面を有する。正多角形の側壁５０１は、円筒状の側壁と同様の構造の利点を備えてもよい。
【００５０】
本発明の実施形態は、混合性能を改善する、ジェット開口部の数を増やした実質的に円筒状の混合導管をもつ静的ミキサを提供する。ジェット開口部の数を増加する設計は、システム内の同時に動作するミキサの数を減らすことを可能にし、それにより、全体的な運転コストを低減する。
【００５１】
静的ミキサ、例えば、テーパー状のジェット開口部、複式のジェット開口部、ホスゲン分流器をもつミキサの他の設計の直接的拡張として、本発明の実施形態を用いてもよい。例えば、ジェット開口部を、２００５年７月７日に出願され、米国特許出願公開第２００８／００８７３４８号として公開され、米国特許第７，９０１，１２８号として特許を与えられた米国特許出願第１１／６５８，１９３号明細書に記載のテーパー状の開口部、または、２０１０年３月１６日に出願された米国特許出願第１２／７２５，２６６号明細書に記載のジェット開口部、または２０１０年９月２８日に出願された米国特許仮出願第６１／３８７，２２９号明細書に記載の流れ障害物と組み合わせてもよい。上記特許出願は、少なくとも部分的に共通の発明者としての資格を有しており、参照によって本明細書に援用される。
【００５２】
上記の事項を本発明の実施形態の対象とする一方で、本発明の他の実施形態および更なる実施形態を、本発明の基本的な範囲から逸脱せずに発明してもよい。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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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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【国際調査報告】
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