(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
配管（１）のフランジ移行部（１０）用の混合要素（２）であって、前記混合要素（２）は、前記配管の２個のフランジ（１１，１２）の間に装着可能であり、前記混合要素（２）は、リング（２０）内で１個または２個の羽根（２５ａ，２５ｂ）によって形成される混合能動構造体（２５）を含んでおり、相互に対して傾斜した２個の面（２１，２２）を画成できるようになっており、前記２個の面のうちの一方の面に１個の前記羽根が配置されるか、または前記２個の面に２個の前記羽根が配置されており、前記２個の面は交差軸線（２３）において交差しており、前記羽根の閉じた副表面（５２，５１′）及び開いている面部分（５１，５２０，５２１，５２２）が面パターン（５）を形成している、混合要素（２）において、前記面パターンが前記交差軸線に対して非対称に形成され、前記配管を通って流れる流体（９）は前記非対称の形状を介して偏向され、部分的な流れ（９ｂ）が１個の前記面（２１）の前記副表面を介して一方の管半体から他方の管半体に偏向され、偏向していない部分的な流れと大部分が衝突するようになっており、混合能動構造体要素を有するもう１個の前記羽根（２５ｂ）がもう一方の前記面（２２）にある場合には、前記もう一方の面に関して逆もまた同じとなっている、ことを特徴とする混合要素（２）。
【請求項２】
２個の羽根（２５ａ，２５ｂ）が前記混合能動構造体（２５）を形成し、閉じた前記副表面（５２，５１′）の全体が接続された面に構成されており、２個の羽根が以下の意味で補完する非対称形を有し、すなわち１）仮想基準面（４１，４２，４１′，４２′）が前記交差軸線（２３）に対してミラー対称となっており、２）前記羽根の前記面部分（５１，５２０，５２１，５２２）および前記副表面（５１′，５２）と前記仮想基準面とが重なることによって、共通の領域（７１，７２，７１′，７２１，７２２）が形成され、前記共通の領域（７１，７２，７１′，７２１，７２２）は、前記面パターン（５）の前記面部分（５１，５２０，５２１，５２２）又は前記副表面（５１′，５２）のそれぞれの重なっている部分よりも最大でも３０％小さくなっており、前記共通の領域が前記面パターンに従って閉じた又は開いている部分的な面となっており、３）閉じた及び開いている前記部分的な面は、交差軸線に関して非対称配置を形成しており、ミラー対称に映した場合、閉じた前記部分的な面（７２，７１′）が開いている前記部分的な面（７２１、７２２、７１）に重なることとなり、開いている前記部分的な面（７２１、７２２、７１）が閉じた前記部分的な面（７２，７１′）に重なることとなる、ことを特徴とする請求項１に記載の混合要素。
【請求項３】
前記混合能動構造体（５）の開いている前記面部分（５１，５２０，５２１，５２２）が、全体的に閉じた前記副表面（５２，５１′）と少なくとも同じ面積を有することを特徴とする請求項１または２に記載の混合要素。
【請求項４】
前記交差軸線（２３）が前記リング（２０）に対して下流に配置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の混合要素。
【請求項５】
前記羽根（２５ａ，２５ｂ）が前記リング（２０）の２個の端部断面（１３，１４）の間の領域に主として配置されていることを特徴とする請求項１から３までのいずれか１項に記載の混合要素。
【請求項６】
前記面パターン（５）と前記仮想基準面（４１，４２，４１′，４２′）とが前記交差軸線（２３，４３）に対して垂直の軸線（４４）に関してミラー対称となっていることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の混合要素。
【請求項７】
前記羽根（２５ａ，２５ｂ）が、前記配管（１）の一方のフランジ（１１）とリング（２０）との間、あるいは２個のフランジ（１１、１２）の間のリング溝（３）に設置しうる１個のリング片（６）または２個のリング片（６，６′）に曲げ可能に接続され、更に前記リング片に設置可能なリング停止部（８）を設けることが可能となっており、あるいは前記混合能動構造体（２５）がリング停止部として作用するように周囲に形成されることを特徴とする請求項１から５までのいずれか１項に記載の混合要素。
【請求項８】
混合すべき少なくとも１つの流体（９５）、特に添加物のための供給個所（３０）が前記リング（２０）に一体にされ、前記供給個所がリング間隙（３）により、あるいは複数の、あるいは多数の均等に配置され、かつ均等な大きさの出口開口（３１）によって、リング（２０）の端部断面の一方に形成されることを特徴とする請求項１から７までのいずれか１項に記載の混合要素。
【請求項９】
前記混合能動構造体（２５）の一方あるいは双方の前記羽根（２５ａ，２５ｂ）の一部が、前記羽根と関連した面（２１，２２）から外方に曲げられている変更を特徴とする請求項１から８までのいずれか１項に記載の混合要素。
【請求項１０】
請求項１から９までのいずれか１項に記載のフランジ移行部と混合要素とを含む配管において、混合すべき流体、特に添加物用の少なくとも１個の供給個所（３０′）が前記リング（２０）の前方で上流に配置されていることを特徴とする配管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は特許請求の範囲請求項１の前文による配管のフランジ移行部の混合要素に関し、かつこの種の混合要素を有する配管に関する。
【０００２】
【従来の技術】
配管の管部分に配置された固定混合装置は周知である。この種の管部分を配管に設置するには、一般に２個のフランジ対、すなわち配管部分における２個のフランジと配管における２個の関連のフランジとが存在する必要がある。この種の固定混合装置は、一般の実情であるが、管部分の断面を大きく狭めるのでなければ小さい圧力損失を生じさせ、渦の発散を小さい程度にしか生じさせ、このことは結果として流れエネルギを激しく拡散させる。
【０００３】
１対のみのフランジの設置が必要であるフランジミキサが米国特許第５８３９８２８号から知られている。このフランジミキサは停止部の仕方で形成されている。その混合能動構造体は２個の鏡映の面領域を含み、その間に流れの通る開口が位置している。該開口は中央の狭い部分と、該狭い部分に対して横方向に延びる２個のレンズ状の領域を有する。面領域は相互に対して傾斜した２個の面に位置することが可能で、前記面の交差線が、管の断面に垂直に投影されると狭い部分の中心線を形成する。中央の狭い部分を通って流れる流体において、一方では混合された添加物に対して混合作用を行い、他方では比較的大きな圧力降下を発生させる前記狭い部分の停止作用の結果として渦が発生する。鏡映の結果として、前記交差線と中心線とによって提供される管半体の間に少ない材料交換が行われる。
【０００４】
フランジミキサは管部分に配置された固定混合装置に対して、小さい容量を有するという利点を有する。ある計算規則によれば、それらは小さい体積のため圧力容器とは見なされず、従って認可のための入念な検査手続きを必要としない。欠点は、フランジミキサが１個の混合要素のみから構成されており、従って混合作用が限定されることである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、圧力損失が低くて混合作用が改良された、周知のフランジミキサに対する代案を作ることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この目的は請求項１に定義され、それがフランジミキサである混合要素によって満たされる。本発明による混合要素を利用して添加物を混合する場合、添加物は多数の送入個所を経由して供給され、そのため唯一の混合要素から構成されるフランジミキサの混合作用で十分である。
【０００７】
混合要素は、配管のフランジ移行部に設けられ、配管の２個のフランジの間に装着しうる。混合要素はリング内の１個または２個の羽根によって形成された混合能動構造体からなる。２個の相互に傾斜した面が画成され、一方の羽根が一方の面に配置され、あるいは２個の羽根が２個の面に配置される。２個の面は交差軸線において交差する。羽根の閉じた副表面並びに羽根の面の開放部分が交差軸に対して対称形に形成される面パターンを形成する。非対称形のため、配管を通って流れる流体は、部分的な流れが一方の面の副表面を通して一方の管半体から他方の管半体内へ偏向し、かつそこで非偏向の部分的な流れと大きく出会い、このことが他方の面に構造要素を有する第２の羽根があるとすれば、他方の面に関して逆もまた同じであるような仕方で偏向されうる。
【０００８】
従属請求項２から９までは本発明による混合要素の有利な実施例に関する。この種の混合要素を含む配管は請求項１０の主題である。
【０００９】
以下本発明を図面を参照して説明する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１はフランジ１１と１２との間でリング２０が挿入されているフランジ移行部１０の位置における配管１の長手方向断面の一部を示す。リング２０の内側領域に構造体２５が配設され、この構造体は図では単にその位置２５′のみが示され、面パターンとして構成輪郭２５″で図２に示されている。構造体２５は矢印９で指示され、かつ配管１を貫流する流体９に対する固定混合装置として作用する。構造体２５は例えば打ち抜きおよび曲げによって金属シートから作ることができる。リング２０と混合能動構造体２５とから組み立てられた混合要素２はフランジ移行部１０において装着可能であり、フランジ１１および１２の図示していないねじによって固定される。構造体２５は、交差軸線２３において交差する２個の相互に傾斜した面２１および２２にそれぞれ１個の羽根２５ａあるいは２５ｂがある状態で配置されている。交差軸線２３はリング２０に対して下流に配置されている。混合要素２ａの反転配置において、混合作用が生じ、それは圧力降下および混合性能に関して良好ではない。羽根２５ａおよび２５ｂは、それらの一部が交差軸線２３を越えてそれぞれ他方の羽根２５ｂあるいは２５ａの側(図１２参照)へ突出するような仕方で形成しうる。
【００１１】
個々のリング２０を使用することは有利ではあるが、必要ではない。混合能動構造体２５は、適当に形成された場合フランジ１１、１２の間に締結可能である。
【００１２】
構造体２５の閉じた副表面と開放した表面部分とが面パターン５を形成し、該面パターンは図４に示す具体的な実施例において閉じた副表面５２、５１′、５５、５６および開放した表面部分５１、５２０、５２１、５２２を備え、面パターン５が図面の面に広げられた状態で示されている。図２および図３において、面パターン５の特性について基準システム４として紹介された面パターンが示されている。図３に示す基準システム４は図２において斜めから見て示されている面パターン２５″を平坦に広げたものである。
【００１３】
２個の羽根２５ａおよび２５ｂは以下の点で大体は補完的な非対称形を有する。１）基準面４１，４１′，４２，４２′の境界線４０，４０′，４０″によって形成され、交差軸線２３あるいは対称軸線４３に関して鏡映である基準システム４が画成可能である。２）面パターン５の副表面５２，５１′，５５，５６と開放した表面部分５１，５２０，５２１，５２２並びに基準システム４の基準面４１，４１′，４２，４２′が面の被覆部分４１，４１′，４２，４２′のそれより小さいか、あるいは等しい共通の領域５２，５１′，５１，５２０，５２１を被覆する。これらの領域は面パターン５に従って閉じた部分面５２、５１′あるいは開放した部分面５１，５２０，５２１，５２２である。３）閉じた部分面と開放した部分面が交差軸線２３に関して非対称の配置を形成し、そのため交差軸線２３あるいは対称軸線４３において映した場合、閉じた部分面５２，５１′が開放した部分面５１，５２０，５２１，５２２に大体位置するようになり、また逆も成り立つ。この非対称により、２個の羽根の開放面と閉鎖面との間の関連性が得られる。一緒に取られると、羽根２５ｂに配置された３個の開放した部分面５２０，５２１，５２２は他方の羽根２５ａの関連した閉じた部分面５２に事実上合致する（同じ形状および同じ面積である）。羽根２５ａの開放した部分面５１は他方の羽根２５ｂの閉じた部分面５１′と合致する。
【００１４】
混合能動構造体２５の特定の非対称は、本発明によると望ましく、かつ図２を参照して説明する効果を有する。混合すべき流体の流れ挙動は矢印９ａおよび９ｂによって概略指示されている。実際には良好な混合作用に必須の渦も発生する。混合作用の別な局面を以下説明するので、この概略図示においてはこれらの渦は無視している。矢印９ａは主要な流れ方向（図１における矢印９０）に向けられている。矢印９ｂは構造体２５の閉じた副表面によって偏向された流体の部分流れを指示する。補完的な非対称のため、矢印９ｂは各々の場合に矢印９ａに反対である。これらの状態は２個の羽根２５ａおよび２５ｂの領域の間で流体交換が行われ、かくして配管１の断面全体に亘り混合が行われるものと表現される。
【００１５】
本発明による混合要素２は以下の通りより一般的に特徴付けることができる。混合能動構造体２５の面パターン５は交差軸線２３に関して非対称に形成されている。非対称の形状のため、配管１を貫流する流体９は一方の羽根２５ａの副表面によって他方の羽根２５ｂの側方に偏向された部分流れ９ｂが、非偏向の部分流れ９ａとそこで出会うような仕方で偏向しうる。このことはまた、他方の羽根２５ｂの偏向した部分流れ９ｂに関しても逆がいえる。
【００１６】
図４に示す構造体２５に関して以下のことが認められる。配管１の内部に配置された構造体２５はリング２０とフランジ１１との間にある２個のリング片６および６′に接続される。図１参照。構造体２５は対称軸線５３において曲げられ、かくして図４の右方において一点鎖線で描いた角度が形成される。またリング片６、６′および２個の羽根２５ａ，２５ｂの間でも曲げが行われ、実際にはリング片６、６′が同じ面に来る。曲げの後リング片６および６′はそれぞれそれの端部６１および６２、あるいは６１′および６２′において継ぎ目を形成する。
【００１７】
本発明の更に別な２個の実施例が図５から図８までに示されている。一実施例において面の開放部分の数は一方の羽根２５ａにおいては１個、他方の羽根２５ｂにおいては２個であり、他の実施例においてこの数はそれぞれ２個と３個である。これらの実施例において、面パターン５は基準システム４のパターンとは比較的顕著に相違する。
【００１８】
図３の第１の実施例と同じ基準システムは（図４の第１の例と同じように対応する面５１、５２、５２１、５２２および５１′）図５よる面パターン５と関連させることができる。図６は面パターン５と基準システム４とを重ねたものを示す。面パターン５のそれぞれ面５１、５２１、５２２あるいは副表面５１′、５２よりせいぜい３０％小さいこの重なり部の共通領域は羽根２５ａの閉じた部分面７２と開放した部分面７１並びに羽根２５ａの閉じた部分面７１′および開放した部分面７２１、７２２である。これらの部分面については、構造体２５が本発明によって有する面パターン５の画定と合致した補完的な非対称性がある。この画定においては、図６において空白にされた小さい副表面７５は無視されている。
【００１９】
若干より複雑な面パターン５を備えた他の混合能動構造体５が図７に示されている。この実施例においては、対応する複雑な基準システム４、すなわち図８に示すものは基準として使用する必要がある。図８の基準システムと図７のパターンの重なりは、図６の重なりと類似して、ここでも補完的な非対称性が存在する共通領域に帰着する。この重なりを明瞭に実行したものは省略している。
【００２０】
本発明による混合要素２は可能な限り少ない圧力降下と関係する混合降下をもたらすものと考えられる。それゆえ、羽根２５ａと２５ｂの面の開放部分は全体的に配管１の自由断面積より実質的に小さくあってはならない。この条件は、面の前述の開放部分が全体的に閉じた副表面と少なくとも同じ面積を有し、かつ面２１および２２の傾斜が比較的大きいときに、満たされ、かくして交差軸線２３において前記面によって囲まれる角度が１２０度以下である。
【００２１】
適当に形成される場合、フランジ混合装置２はそのために配管１の一部を取り外す必要なく配管１に装着したり、外したりすることができる。このためには、羽根２５ａと２５ｂとはリング２０の２個の端部断面部１３、１４の間の領域に概ね配置させることが必要である（図１参照）。混合能動構造体２５ａの面パターン５のために、交差軸線２３に対して垂直な軸線４４（図３または図８参照）に関して鏡映を提供しうる。
【００２２】
本発明による混合要素２はフランジ位置１０において配管１内へ添加物を送るのに十分適している。図９において、リング２０と一体化されている添加物９５用の供給個所が示されている。それらは複数の、あるいは多数の均等に配置され、同等の大きさの出口開口３１によって形成されている。添加物９５は入口チューブ３０を介してリング溝３′内へ運ばれ、そこから添加物は出口開口３１を介して一点鎖線２５′によって指示されている混合能動構造体２５の作用領域内へ入る。また、複数の添加物あるいは混合すべきその他の流体に対しても入口チューブ３０を設けうることは明らかである。リング間隙またはリング２０あるいは挿入されたシール(図示せず)内のリング片６および６′にフライス加工された半径方向内方に延びる溝が前記多数の出口開口３１の代わりとなりうる。
【００２３】
混合すべき流体の供給個所３０′はまた図１０に示すように混合要素の前方の上流側に配置可能である。流体はノズル３１′を介して混合要素２の前方で供給される。
【００２４】
フランジ混合装置２の領域における配管１の流体の流れに渦を増すために、混合構造体２５と共にフランジ位置１０に設置された停止部８によって前記停止手段の開口８０の背後において流体の流れ９１に追加の渦９２を発生させることができる（図１１参照）。前記停止部８はまた混合能動構造体２５の一部とすることも可能で、該構造体２５はリング停止部として作用するように周囲に形成することができる。
【００２５】
図１２は別な混合能動構造体２５を示す。構造体は配管フランジ１１、１２(図１)の間に設置しうる閉じたリング６と、中間ウェブから形成される第１の羽根２５ａと、２個の横方向ウェブ２５b′および２５ｂ″から組み立てられた第２の羽根２５ｂとから構成される。羽根２５ａおよび２５ｂはそれらの一部が交差軸線２３を越えて他方の羽根２５ｂまたは２５ａの側部まで突出するような仕方で形成されている。中間のウェブあるいは２個の横方向ウェブを無くし、混合能動構造体２５が１個のみの羽根２５ａを有するようにしてもよい。この種の縮小した構造体２５を有する構造要素２も本発明による混合要素と同様である。１個のみの羽根を有するこの種の構造体２５の例が図１３に示されており、図１２に示す実施例と比較すれば、横方向ウェブ２５ｂ′および２５ｂ″を備えた羽根が欠如している。
【００２６】
混合作業構造体２５は例えば薄い板ばね金属あるいはプラスチックのような可撓性材料から作ることができる。処理量が相違すると、ウェブの曲げも異なる。処理量が増大しても、ウェブが剛性である場合よりも流れ抵抗はそれ程急速には増大しない。
【００２７】
前述の混合要素は混合能動構造体２５の一方あるいは双方の羽根２１、２２の部分が羽根に関連した面２１、２２から外へ曲げられるような仕方で修正することが可能である。このように、図１２に示す例において、２個の横方向のウェブ２５ｂ′および２５ｂ″が異なる角度で面２２から折り曲げることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】挿入リングを備えた、フランジ位置における配管の長手方向断面の一部を示す図である。
【図２】本発明による混合要素の流れ挙動に関する概略図である。
【図３】本発明による混合要素の混合能動構造体の画成用のする基準システムを示す図である。
【図４】第１の実施例による図３の混合要素に関する面パターンを示す図である。
【図５】第２の実施例に関する面パターンを示す図である。
【図６】混合能動構造体の画成用の補助的な図である。
【図７】第３の実施例についての面パターンを示す図である。
【図８】図７の面パターンに関連しうる基準システムを示す図である。
【図９】添加物の挿入個所を備えた混合要素の縁部の長手方向断面の一部を示す図である。
【図１０】混合要素の前方の上流側に配置された、添加物挿入個所を備えた配管の側面図である。
【図１１】別な停止部を備えた混合要素の縁部の長手方向断面の一部を示す図である。
【図１２】別な混合能動構造体を示す図である。
【図１３】本発明による混合要素の一部である、１個のみの羽根を備えた図１２の構造体の修正形態を示す図である。
【符号の説明】
１  配管
２  混合要素
３  リングの溝
４  基準システム
５  面パターン
６、６′  リング片
８  リング停止手段
１１、１２  フランジ
２０  リング
２１、２２  面
２３、４３  交差軸線
２５  混合能動構造体
２５ａ，２５ｂ  羽根
３０  送入個所
３１  出口開口
４０、４０′、４０″  境界線
４１、４２、４１′、４２′  基準面
４４  軸線
５２、５１′  副表面
５１、２０、５２１、５２２  面の開放部分
７１、７２、７１′、７２１、７２２  共通領域
９５  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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