(57)【要約】【課題】流体が流れる配管途中に接続して、配管中を流れる流体を混合する混合装置として、コンパクトでかつ良好な混合性能を有する混合装置を提供する。【解決手段】本体筒部１１内に、流入口１２ａの内径と同等もしくはそれ以下の径を有する底板１５と、その底板１５の表面上に周方向に所定の間隙を設けて配置された多数の羽根からなる環状羽根列１６、１７、１８とで筒状になした羽根付筒状体１４を、底板１５を下流側にして同心状に設置している。【選択図】図１
2008100158.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体流路の途中に同心状に介装される混合装置であって、
該流体流路の内径と同等もしくはそれ以上の内径を有する本体筒部と、該本体筒部の上流側端部に取り付けられ、その中空部が本体筒部への流入口となる流入側接続部と、該本体筒部の下流側端部に取り付けられ、その中空部が本体筒部からの流出口となる流出側接続部とを備え、
前記本体筒部内に、前記流入口の内径と同等もしくはそれ以下の径を有する底板と、その底板の表面上に周方向に所定の間隙を設けて配置された多数の羽根からなる環状羽根列とで筒状になした羽根付筒状体が、底板を下流側にして同心状に設置されていることを特徴とする混合装置。
【請求項２】
前記環状羽根列が、底板の半径方向に複数列設けられていることを特徴とする請求項１に記載の混合装置。
【請求項３】
前記環状羽根列の羽根は、底板の半径方向に対して所定の迎角を有するように配置されていることを特徴とする請求項１または２に記載の混合装置。
【請求項４】
前記本体筒部内には、前記羽根付筒状体の下流側に、底板の裏面同士を背中合わすようにして第２の羽根付筒状体が同心状に設置されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、流体が流れる配管途中に接続して、配管中を流れる流体を混合する混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
流体が流れる配管（流体流路）途中に接続して、配管中を流れる流体を混合する混合装置として、スタティックミキサーと称するものが用いられている。このスタティックミキサーは、撹拌翼を流体内で回転させる通常の方式に対して、その名称のように動的な部位がなく回転撹拌翼を有さないもので、流体流路の途中に介装され移送中の流体の流れに乱れ（渦流等の乱流）を発生させて撹拌・混合を行う（撹拌・混合エネルギーは流体より得る）ようにしたものである。
【０００３】
従来、この種のスタティックミキサーとして代表的な方式は、流体流路中にひねり板を挿入して旋回流を発生させ、流体を攪拌・混合するものであった（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
しかし、このような流体流路中にひねり板を挿入するスタティックミキサーは、攪拌・混合力が弱いため、ひねり板を複数直列に挿入する必要があり、流路軸方向に長い距離を必要とした。また、圧力損失も大きいものであった。
【０００５】
それに対して、上記の問題点を解決しようとするものとして、特許文献２に開示されているスタティックミキサーがある。
【０００６】
このスタティックミキサーは、図４に示すように、流体流路１１０の途中に同心状に介装される、該流体流路１１０より大径のミキサー本体１２０を、ミキサー本体筒部１２１と、このミキサー本体筒部１２１の端部に取り付けられ中空部が流入口１２２ａとなる流入口側端面中空盤部１２２と、中空部が流出口１２３ａとなる流出口側端面中空盤部１２３とで構成して、このミキサー本体１２０内には、その流入口１２２ａの径以上の径を有しミキサー本体１２０のミキサー本体筒部１２１の内径よりは径の小さい衝突筒体１３０を、その開口１３０ａ側を流入口１２２ａ側に向けて、この衝突筒体１３０の外周面より放射状に突出しその先端をミキサー本体筒部１２１の内周面に連結した固定用翼板１４０，１４０，１４０・・・で同心状に固定収納し、上記衝突筒体１３０の底面部１３１の内側部位、流入口側端面中空盤部１２２の内面部位、流出口側端面中空盤部１２３の内面部位、衝突筒体１３０の筒体部１３２の内周面部位、ミキサー本体筒部１２１の内周面部位のいずれか一ケ所部位、あるいはいずれか複数カ所部位には多数の凹部１５０，１５０，１５０・・・を形成してなる技術的手段を講じたものである。
【特許文献１】実開昭５８−１３２５３７号公報
【特許文献２】特開平９−２９９７７６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、上記の特許文献２に記載された混合装置においては、半径方向に流れる流体の流路を確保するために、流入口側端面中空盤部１２２と衝突筒体１３０との間の軸方向距離をとる必要があり、その分軸方向に長くなる。また、衝突筒体１３０の径を流体管路１１０の径より大きくする必要があり、ミキサー本体１２０の径が大きくなる。また、軸方向および半径方向での混合が主であり、周方向での混合が促進されにくい。
【０００８】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、流体が流れる配管途中に接続して、配管中を流れる流体を混合する混合装置として、コンパクトでかつ良好な混合性能を有する混合装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は以下の特徴を有する。
【００１０】
［１］流体流路の途中に同心状に介装される混合装置であって、
該流体流路の内径と同等もしくはそれ以上の内径を有する本体筒部と、該本体筒部の上流側端部に取り付けられ、その中空部が本体筒部への流入口となる流入側接続部と、該本体筒部の下流側端部に取り付けられ、その中空部が本体筒部からの流出口となる流出側接続部とを備え、
前記本体筒部内に、前記流入口の内径と同等もしくはそれ以下の径を有する底板と、その底板の表面上に周方向に所定の間隙を設けて配置された多数の羽根からなる環状羽根列とで筒状になした羽根付筒状体が、底板を下流側にして同心状に設置されていることを特徴とする混合装置。
【００１１】
［２］前記環状羽根列が、底板の半径方向に複数列設けられていることを特徴とする前記［１］に記載の混合装置。
【００１２】
［３］前記環状羽根列の羽根は、底板の半径方向に対して所定の迎角を有するように配置されていることを特徴とする前記［１］または［２］に記載の混合装置。
【００１３】
［４］前記本体筒部内には、前記羽根付筒状体の下流側に、底板の裏面同士を背中合わすようにして第２の羽根付筒状体が同心状に設置されていることを特徴とする前記［１］〜［３］のいずれかに記載の混合装置。
【発明の効果】
【００１４】
本発明においては、従来の混合装置よりもコンパクトでかつ良好な混合性能を有する混合装置を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係る混合装置の縦断面図であり、図２は、その要部拡大図である。
【００１７】
図１に示すように、この実施形態に係る混合装置１０は、流体流路１の途中に同心状に介装されていて、流体流路１の内径より大きい内径を有する本体筒部１１と、一端が本体筒部１１の上流側端部に取り付けられ、他端が上流側の流体流路１ａに接続し、その中空部が本体筒部１１への流入口１２ａとなる流入側接続部１２と、一端が本体筒部１１の下流側端部に取り付けられ、他端が下流側の流体流路１ｂに接続し、その中空部が本体筒部１１からの流出口１３ａとなる流出側接続部１３と、本体筒部１１内に設置された羽根付筒状体１４とを備えている。なお、ここでは、流体流路１ａの内径と、流入側接続部１２の中空部の内径（流入口１２ａの内径）と、流出側接続部１３の中空部の内径（流出口１３ａの内径）と、流体流路１ｂの内径は、全て同一となっている。
【００１８】
そして、羽根付筒状体１４は、図２（ａ）に本体筒部１１の拡大図、図２（ｂ）に図２（ｂ）のＡ−Ａ矢視図を示すように、流入側接続部１２の内径より小さい径を有する底板１５と、その底板１５の表面上に底板１５の周方向に所定の間隙を設けて配置された多数の羽根からなる環状羽根列（第１列目の環状羽根列）１６と、第１列目の環状羽根列１６の外側に位置して周方向に所定の間隙を設けて配置された多数の羽根からなる環状羽根列（第２列目の環状羽根列）１７と、第２列目の環状羽根列１７の外側に位置して底板１５の外縁に沿って周方向に所定の間隙を設けて配置された多数の羽根からなる環状羽根列（第３列目の環状羽根列）１８とで、筒状（３重の筒状）に形成されたものであり、本体筒部１１内に、環状羽根列１６、１７、１８を上流側、底板１３を下流側にして同心状に設置されている。
【００１９】
なお、第１列目の環状羽根列１６を構成する羽根１６ａ、第２列目の環状羽根列１７を構成する羽根１７ａ、第３列目の環状羽根列１８を構成する羽根１８ａは、それぞれ底板１５の半径方向に対して迎角を有している。すなわち、図２（ｂ）に示すように、羽根１６ａは迎角α、羽根１７ａは迎角β、羽根１８ａは迎角γを有している。その際に、隣り合う環状羽根列の羽根の迎角は互いに逆方向になっている。
【００２０】
上記のように構成された混合装置１０においては、図２に示すように、流入側接続部１２から羽根付筒状体１４に流入した軸方向流れは、底板１５に堰き止められ半径方向に曲げられて半径方向流れとなり、順次環状羽根列の羽根と羽根の間隙を経由して、羽根付筒状体１４から流出するようになり、その際に、図２（ａ）中の斜線部（混合促進領域）において、軸方向流れと半径方向流れが衝突して、流体の撹拌・混合が行われる。
【００２１】
詳しく述べれば、以下の如くとなる。なお、ここでは、図２（ａ）に示すように、環状羽根列１６の外半径をｒ１、環状羽根列１７の外半径をｒ２、環状羽根列１の外半径をｒ３とする。
【００２２】
まず、流入側接続部１２から本体筒部１１に流入した軸方向流れの内、第１列目の環状羽根列１６によって仕切られて形成された流路、すなわち半径ｒ１以下の領域に流入した軸方向流れは、底板１５に衝突して堰き止められ、半径方向に曲げられて半径方向流れとなり、第１列目の環状羽根列１６の隣り合う羽根１６ａ、１６ａの間隙を経由して、第１列目の環状羽根列１６の外側に流出する。その際に、半径方向流れは羽根１６ａの迎角αによって周方向の速度成分を持つようになる。
【００２３】
そして、流入側接続部１２から本体筒部１１に流入した軸方向流れの内、第１列目の環状羽根列１６と第２列目の環状羽根列１７によって仕切られて形成された流路、すなわち半径ｒ１より大きく半径ｒ２以下の領域に流入した軸方向流れが、第１列目の環状羽根列１６から流出してきた半径方向流れと衝突し、流体の撹拌・混合が行われながら、底板１５に堰き止められ、半径方向流れとなり、第２列目の環状羽根列１７の隣り合う羽根１７ａ、１７ａの間隙を経由して、第２列目の環状羽根列１７の外側に流出する。その際に、半径方向流れは羽根１７ａの迎角βによって周方向の速度成分を持つようになる。
【００２４】
そして、流入側接続部１２から本体筒部１１に流入した軸方向流れの内、第２列目の環状羽根列１７と第３列目の環状羽根列１８によって仕切られて形成された流路、すなわち半径ｒ２より大きく半径ｒ３以下の領域に流入した軸方向流れが、第２列目の環状羽根列１７から流出してきた半径方向流れと衝突し、流体の撹拌・混合が行われながら、底板１５に堰き止められ、半径方向流れとなり、第３列目の環状羽根列１８の隣り合う羽根１８ａ、１８ａの間隙を経由して、第３列目の環状羽根列１７の外側に流出する。その際に、半径方向流れは羽根１８ａの迎角γによって周方向の速度成分を持つようになる。
【００２５】
そして、本体筒部１１の内側を流れる軸方向流れと第３列目の環状羽根列１８から流出してきた半径方向流れとが衝突し、流体の撹拌・混合が行われながら、流出側接続部１３へと流出していく。
【００２６】
このようにして、この実施形態においては、軸方向流れと半径方向流れが衝突することによって、流体の撹拌・混合が行われる。しかも、それが複数回繰り返される上に、環状羽根列の羽根が迎角を付与されているために周方向の攪拌・混合も促進される。さらに、隣り合う環状羽根列の羽根の迎角が互いに逆方向になっているため、図２（ｂ）に示すように、周方向の速度成分による流れが一つ外側の環状羽根列の羽根に順次衝突してさらに混合が促進される。
【００２７】
ここで、環状羽根列の羽根に付与している迎角は任意の角度で構わないが、撹拌効果を高める上で１０度以上が好ましい。また、圧損を考慮すると、７５度以下が好ましい。また、羽根枚数も任意に設定できるが、撹拌効果を高める上で４枚以上が好ましい。
【００２８】
なお、本体筒部１１および羽根付筒状体１４の寸法等については、軸方向流れと半径方向流れの衝突が起こりやすいようにするとともに、流路断面積が狭くなって圧力損失が起きることを防止するために、以下のようにする。
【００２９】
まず、羽根付筒状体１４の外径（第３列目の環状羽根列１８の外径）Ｄｔ（＝２×ｒ３）は、軸方向流れと半径方向流れの衝突が起こりやすいように、流入口１２ａの内径（流体流路１ａの内径）Ｄｐと同等かそれ以下とする。すなわち、Ｄｔ／Ｄｐ≦１とし、より好ましくは、Ｄｔ／Ｄｐ＝０．７〜０．９とする。
【００３０】
また、羽根付筒状体１４の上流側端部（開放端）と流入口１２ａとの軸方向間隔については、この間を流体が半径方向に流れるための流路は不要であるので、羽根付筒状体１４の上流側端部（開放端）の軸方向位置は、流入口１２ａと一致するようにする。
【００３１】
そして、流路断面積を確保するために、本体筒部１１の内径Ｄｍは、流体流路１ａの内径Ｄｐと同等かそれ以上とする。すなわち、Ｄｍ／Ｄｐ≧１とする。
【００３２】
同様に、羽根付筒状体１４の各環状羽根列側面から流出する際の流路断面積が各環状羽根列で囲まれる領域に流入する軸方向流れの流路断面積と同等かそれ以上となるように、羽根付筒状体１４の各環状羽根の軸方向長さ（羽根の幅）Ｌを定める。すなわち、簡易的に羽根の厚みは無視すれば、
第１列目の環状羽根列１６に対しては、
Ｌ×２π（ｒ１）≧π（ｒ１）２より、Ｌ≧（ｒ１）／２、
第２列目の環状羽根列１７に対しては、
Ｌ×２π（ｒ２）≧π（ｒ２）２より、Ｌ≧（ｒ２）／２、
第３列目の環状羽根列１８に対しては、
Ｌ×２π（ｒ３）≧π（ｒ３）２より、Ｌ≧（ｒ３）／２＝Ｄｔ／４、
とする。
【００３３】
全ての管状環状羽根列の羽根について、Ｌ≧（ｒ３）／２＝Ｄｔ／４としてももちろん良い。
同様に、羽根付筒状体１４の底板１５と本体筒部１１の間の流路断面積が流入口１２ａの流路断面積と同等かそれ以上となるようにする。すなわち、πＤｍ２／４−πＤｔ２／４≧πＤｐ２／４より、Ｄｍ２−Ｄｔ２≧Ｄｐ２とする。
【００３４】
同様に、羽根付筒状体１４の底板１５と流出口１３ａとの軸方向間隔は、流入口１２ａの流路断面積に相当する流路断面積を確保できる距離を隔てるようにする。
【００３５】
なお、羽根付筒状体１４を設置する際には、本体筒部１１もしくは流入側接続部１２もしくは流出側接続部１３に対してサポート部材によって羽根付筒状体１４を直接支持して固定するようにしてもよいし、羽根付筒状体１４に軸を取り付け、その軸をサポート部材によって支持して固定するようにしてもよい。その際に、サポート部材の形状を、混合を促進するような形状（例えば、ひねり板、ガイドベーンなど）とすることがより好ましい。
【００３６】
上記のようにして、この実施形態においては、本体筒部１１内に設置された羽根付筒状体１４の働きによって、軸方向流れと周方向の速度成分を有した半径方向流れの衝突が複数回繰り返されるので、流体の撹拌・混合を効率良く行うことができる。そして、流入側接続部１３と羽根付筒状体１４との間の間隔が不要であり、軸方向長さが縮小できるとともに、羽根付筒状体１４の外径が流体流路１の内径と同等かそれ以下になっており、本体筒部１１の外径（すなわち、装置全体の外径）が縮小できる。
【００３７】
したがって、この実施形態における混合装置１０は、従来の混合装置よりもコンパクトでかつ良好な混合性能を有する混合装置となっている。
【００３８】
次に、図３に、本発明の他の実施形態に係る混合装置を示す。
【００３９】
図３に示すように、この実施形態に係る混合装置２０は、図１、図２に示した混合装置１０において、本体筒部１１内の羽根付筒状体１４の下流側に、羽根付筒状体１４と同様の羽根付筒状体２４が底板の裏面同士を背中合わすようにして同心状に設置されたものである。
【００４０】
その際に、羽根付筒状体２４の外径は流出側接続部１３の内径と同等とし、その下流側端部（開口端）の軸方向位置は流出口１３ａと一致させるのが望ましい。この場合、羽根付筒状体２４は流出側接続部１３と接することになり、羽根付筒状体２４を通過せずに流出側接続部１３へ流出する流れを抑止することができる。
【００４１】
また、上流側の羽根付筒状体１４と下流側の羽根付筒状体２４の最も外側の環状羽根列の羽根の迎角はそれぞれの羽根付筒状体の開口端から見て逆方向となるようにする。これにより、流入口１２ａから流出口１３ａを見たときに、それぞれの最も外側の環状羽根列の羽根の迎角が同一方向になる。
【００４２】
このようにして、この実施形態においては、前述の実施形態で述べた効果に加えて、羽根付筒状体２４の働きにより、半径方向中心へ向かう半径方向流れが順次軸方向流れに曲げられながら流出側接続部１３へ流出していくことになり、流体の撹拌・混合がさらに促進される。また、羽根付筒状体１４と羽根付筒状体２４のそれぞれの最も外側の環状羽根列の羽根の迎角が同一方向になっているので、羽根付筒状体１４から流出した流れの周方向成分が、羽根付筒状体２４へ流入する際に、羽根付筒状体２４の最も外側の環状羽根列の羽根に衝突することとなり、流体の混合が一層促進されることになる。
【００４３】
なお、上記の実施形態においては、羽根付筒状体１４、２４の環状羽根列をそれぞれ３列設けているが、その列数は同一である必要はなく、独立して適宜設定すればよく、また１列であってもよい。
【００４４】
また、上記の実施形態においては、羽根付筒状体１４、２４の環状羽根列の羽根に迎角を持たしているが、必ずしも迎角を持たす必要はない。ただし、迎角を持たさない場合は、各環状羽根列における羽根の周方向位置をずらすことによって、半径方向流れが蛇行するようにするのが望ましい。
【００４５】
また、上記の実施形態においては、羽根付筒状体１４、２４が一枚の底板の上に複数列の環状羽根列を配置したものであるが、それぞれの環状羽根列を対応する径の底板に取り付け、それらを順次径の大きいものの内側に同心状に入れ込むようにしたものでもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態の説明図である。
【図２】図１の要部拡大図である。
【図３】本発明の他の実施形態の説明図である。
【図４】従来技術の説明図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  流体流路
１ａ  上流側の流体流路
１ｂ  下流側の流体流路
１０  混合装置
１１  本体筒部
１２  流入側接続部
１２ａ  流入口
１３  流出側接続部
１３ａ  流出口
１４  羽根付筒状体
１５  底板
１６  第１列目の環状羽根列
１６ａ  第１列目の環状羽根列の羽根
１７  第２列目の環状羽根列
１７ａ  第２列目の環状羽根列の羽根
１８  第３列目の環状羽根列
１８ａ  第３列目の環状羽根列の羽根
２０  混合装置
２４  羽根付筒状体
【図１】
2008100158.tif 000003
【図２】
2008100158.tif 000004
【図３】
2008100158.tif 000005
【図４】
2008100158.tif 000006