(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
１つまたは複数の添加剤（２０）の送込み先端部（２）と、管壁（１１）と、静止混合要素（１２）とを有する管部材（１）であって、送込み先端部は添加剤を流動する低粘性流体（１０）に導入するために設けられ、静止混合要素は対の羽根（５ａ、５ｂ）と第３の羽根（６）とから構成され、流体の流れ（１０’）を逸らす狭窄部を形成する対の羽根（５）は、流れ方向に延びる中央面（１５）に関してほぼ鏡像対称に形成され、第３の羽根は、対の羽根に対して交差して中央面の領域に位置するように配置されるとともに、流体の流れに対する後側（６０）を有し、この後側は、管壁にある基部から下流端へ延び、中央面において管壁に対して角度（６１）を成し、各送込み先端部が第３の羽根の後側に配置される、管部材。
【請求項２】
各送込み先端部（２）が、接続部（２’）と、管壁（１１）を通る少なくとも１つのノズル通路（２１）とを含む、請求項１に記載の管部材。
【請求項３】
第３の羽根（６）の前記角度（６１）が３０゜から６０゜である、請求項１または請求項２に記載の管部材。
【請求項４】
入口側（１３）が上流導管（３）に接続するように形成され、かつ／または出口側（１４）が下流導管（４）に接続するように形成される、請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載の管部材。
【請求項５】
静止ミキサ要素（１２）の羽根（５ａ、５ｂ、６）が浅いリング（７）に接続され、このリングが導管（３）のフランジ（３１）と入口側（１３）との間に挿入される、請求項３に記載の管部材。
【請求項６】
入口側（１３）は入口側のフランジ（１３’）として形成され、かつ／または出口側（１４）は出口側のフランジ（１４’）として形成される、請求項４または請求項５に記載の管部材。
【請求項７】
管壁（１１）は中間フランジ部材として形成され、上流導管（３）と下流導管（４）のフランジ（３１、４１）の間に締結することができ、２つのフランジがねじにより互いに接続可能である、請求項４または請求項５に記載の管部材。
【請求項８】
対（５）の羽根（５ａ、５ｂ）は、少なくともほぼ中央面（１５）において或る角度で交差する２つの面上に配置され、これらの羽根は、周縁部（５１ａ、５１ｂ）が管壁（１１）に隙間なく接触する、請求項１から請求項７までのいずれか一項に記載の管部材。
【請求項９】
前記送込み先端部（２）を通して導入する添加剤が低粘性添加剤である、請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載の管部材。
【請求項１０】
請求項１から請求項７までのいずれか一項による管部材（１）を有する導管であって、混合要素（１２）の出口側の下流に、長さＬが管部材の内径Ｄの１倍から５倍大きい管全長（１１４）を有する、導管。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、１つまたは複数の添加剤の送込み先端部、そして静止混合要素を有する管部材に関する。本発明はまた、本発明の管部材を備えた導管、および管部材の使用にも関する。添加剤は、静止混合要素により、流動する低粘性流体に混入される。静止混合要素は、対の羽根と、対の羽根に対して交差状に配置された第３の羽根とから構成される。これに関し、羽根は、平らな若しくはやや曲がった板状体であって、細長に設計され、かつ基部と狭窄端との間を延びていることが理解される。
【０００２】
【従来の技術】
本発明による管部材は、特に、上流および下流に配置された導管部品のフランジ間に締結可能なリング（輪状部材）とすることができる。１つまたは複数の添加剤を流体流に投与し混合するための、このような中間フランジ・リングは、たとえばＵＳ−Ａ−５８３９８２８から公知である。添加剤が、接続部を介してリングの内部空間に送給され、渦を発生させる隔壁の影響により流体流に混入される。混合性を高めるため、特別な対称性を持つ前記隔壁の代わりに、隔壁に対称性のない、交差する羽根を持つ混合要素を使用することが提案されている（ヨーロッパ出願第０１８１０３５９．８号＝Ｐ．７０３２、事前公開されていない）。さらに、改良された装置は、混合要素周囲の環状通路に位置する複数の点状の送込み先端部を使用して添加剤が混入される、リング投与装置の形に形成される。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、１つまたは複数の添加剤を流動する低粘性流体に混入するための管部材であって、交差する羽根を持つ混合要素を備え、添加剤の送給が、前記環状投与装置を使用して行う場合よりも容易に行われ、混合性を損なうことのない管部材を提供することである。本目的は、請求項１に記載の管部材により達成される。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
１つまたは複数の添加剤の送込み先端部を有する管部材は、管壁と静止混合要素とを備える。送込み先端部は、添加剤を流動する低粘性流体に導入するために設けられる。静止混合要素は、対の羽根と第３の羽根とから構成される。流体の流れを逸らす狭窄部を形成する対の羽根は、流れ方向に延びる中央面に関してほぼミラー対称に形成される。第３の羽根は、対の羽根に対して交差して、中央面の領域に位置するように配置される。第３の羽根は、管壁の基部から下流端へ延びる流れに対する後側を有する。各送込み先端部が、第３の羽根の後側に配置される。
【０００５】
本発明によれば、送込み先端部が第３の羽根の後側に配置される。驚いたことに、このような１つの送込み先端部を使用した非常に単純な設計の構成により、混合性がほぼ予想以上の結果となることがわかっている。この混合性は、より優れた混合性を期待して、添加剤を環状通路および複数のノズル通路を通して混合空間に送給する、より複雑な設計の環状投与装置を使用する場合や、より好ましい構成のものと同一の混合要素をこの混合空間に設置する場合よりも優れている。
【０００６】
従属請求項２から７は、本発明による管部材の有利な実施形態に関する。請求項８および９は、本発明による管部材が設置される導管に関する。請求項１０の目的は使用である。
【０００７】
以下で、本発明について図面を参照しながら説明する。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１および２は、添加剤２０の送込み先端部２を有する本発明による管部材１を示す。円筒形の管壁１１は、上流導管３に接続する入口側１３と下流導管４に接続する出口側１４とを有する。低粘性流体１０の流れ１０’が管部材１の内部空間を通る。添加剤２０は、入口側１３の下流に配置された静止混合要素１２により流体１０に混入される。混合要素１２は、羽根５ａ、５ｂを持つ対の羽根５と第３の羽根６とから構成される。流体１０の流れ１０’を逸らす隔壁を形成する対の羽根５は、流れ１０’方向に延びる中央面１５に関してほぼミラー対称に形成される。第３の羽根６は、中央面１５の領域に位置し、中央面１５を通って鎖線１５ｂに沿って切られている。第３の羽根６は対の羽根５に対して交差状に配置される。第３の羽根６は、流れ１０’に対する後側６０を有し、この後側は管壁１１の基部から下流端へ伸び、これにより中央面１５に３０゜〜６０゜の角度を成す。本発明によれば、送込み先端部２は第３の羽根６の後側に配置される。角度６１は４０゜〜５０゜であることが好ましい。
【０００９】
送込み先端部２は、接続部２’と、管壁１１を貫いた、特に孔であるノズル通路２１とを含む。図２の実施形態では、添加剤２０を送出可能なラインに接続するための内側ねじ山２２が設けられる。入口側１３および出口側１４を有する管壁１１は、中間フランジ部材として形成される。中間フランジ部材１１は、上流導管３のフランジ３１と下流導管４のフランジ４１との間に締結することができる。２つのフランジ３１、４１は、孔３２に挿入されたねじ（図示せず）により互いに接続かつ締結することができる。
【００１０】
対５の羽根５ａ、５ｂは、少なくともほぼ中央面１５において浅い角度（ψ、図７参照）で交差する２つの面上に位置する。羽根５ａ、５ｂは、各周縁部５１ａ、５１ｂが管壁１１に隙間なく接するように位置することが好ましい。すなわち、羽根５ａ、５ｂを管壁１１に接続することができる。
【００１１】
管壁１１は、管の横断面が円形であるものとして示される。しかし、これは他の形状とすることもできる。
【００１２】
図３は管部材１の第２の実施形態を示す。入口側１３は入口側のフランジ１３’として形成され、第２のフランジ１４’は出口側に配置されて、フランジ４１を介して下流導管４に接続可能である。本発明は大量の添加剤に適している。送込み先端部２は、管壁１１の内部空間に開口する比較的大きな径の、狭窄部のない管である。第３の羽根６は補強リブ６３により補強することができる。３枚の羽根５ａ、６、５ｂ（５ｂは見えない）を横方向キャリア６４に接続して、羽根の端部をさらに補強することができる。この補強により、羽根の振動が防止される。入口側のフランジ１３’または出口側のフランジ１４’は省略してもよい。
【００１３】
図４は特別に設計された混合要素１２を有する管部材１を示す。羽根５ａ、６、５ｂは浅いリング７に固定され、またはこのようなリングに接続される。このリング７は導管３のフランジ３１と入口側１３との間に密着して、好ましくはシール７０（１つだけ示す）と共に挿入される。リング７は溝（図示せず）に挿入され、この溝はフランジ３１の端面３１ａに浅い凹部を形成する。
【００１４】
本発明による管部材１を内部に設置する導管は、設置する管部材１の上流および下流に配置される部品３、４を含む。これらの部品３、４は、設置する管部材１と同一またはほぼ同一の内径Ｄを有する。
【００１５】
図５に示す概略図を参照して、図６に示す測定結果に関し、いくつかのパラメータについて説明する。管壁１１は単独で、または下流導管４の一部と共に、管全長１１４を有し、この管全長１１４の始端１６はｘ＝０（静止混合要素１２の出口側）にあり、終端１７はｘ＝Ｌ（管全長１１４の長さ）にある。添加剤分布８の所定の均一性を得るために、商Ｌ／Ｄ（Ｄ＝管内径）が、混合要素１２および送込み先端部２を備えた装置の混合効果に依存する値を採用しなければならない。添加剤分布８（図５の右側の図を参照）は、すべての経路座標ｘについて濃度ｃ（ｙ，ｚ）（ここで座標ｘ、ｙ、ｚは直交するシステムを形成する）によって示すことができる。この濃度は幅Δｃの間隔の領域での平均値ｃmによって変化する。ｘが大きくなるほど、Δｃは静止ミキサの影響により小さくなる。実験的に求めることのできる分布係数ＣｏＶは、比Δｃ／Ｃmの大きさである（ここで、ＣｏＶ＝標準偏差÷Ｃm、ＣｏＶ2＝Σ（ｃi／ｃm−１）2／（ｎ−１）（ｎは測定値、ｃiは１）＝１．．．ｎ）。この係数ＣｏＶが０．０５であれば、大部分の応用についての添加剤の分布は十分に均一なものであると言うことができる。
【００１６】
図６の表は、１：２０００（０．０５％）の混合比を選択した３つの静止ミキサについての測定結果を示す。長さ９の端部の２つの点（正方形）が、本発明による管部材１についての測定値である。矢印９１は、均一な添加剤分布に達する位置Ｌ／Ｄを指しており、ここでＬ／Ｄは約２．５となる。長さ範囲９’の対応する測定値（円）は、１６個の送込み先端部を持つ環状投与装置について求めたものである。ここではＬ／Ｄは約３．５（矢印９１’）であり、はるかに大きくなっている。非常に単純な形状の、ＥＰ−Ａ−８００８５７（＝Ｐ．６７３０）に記載された別の混合要素について、長さ９”の測定値（ばつ印）が見られた。この混合要素について、混合効果が同様に比較的良好であることが期待された。しかし、ここでは、必要な混合長さ４が実質的により長くなっている（矢印９１”参照）ことがわかった。本発明による、種々の混合比を持つ管部材１のさらなる測定値も、ほぼ同じ結果となった。例えば、１：５（２０％）の混合比については、わずかに短い混合長さＬが得られた。興味深いことに、他の公知の混合装置について、混合比への顕著な依存性が生じた。しかし、対応する混合長さは、本発明による装置の方が常にはるかに短い。
【００１７】
したがって、非常に単純な設計構成を有する本発明の管部材１には、予期せぬほど良好な混合効果があり、良好な混合効果が期待された他のミキサに対して、実際に予期せぬほど良好であると言うことができる。
【００１８】
本発明による管部材は、流体の低粘性添加剤２０を主流１０’に混入させるのに適している。添加剤の流れは、一般に主流よりも小さい。混合比を実際に希望通りに小さく（例えば１：１００００）することもできる。送込み先端部の径は各々の場合で調整する必要がある。
【００１９】
図７は、流量計算から得られた本発明による管部材１の混合要素１２（壁１１）における流動比を示す。流入する流体１０は対の羽根５により第３の羽根６へ部分的に逸らされる。対の羽根５の狭窄部を通過する流体１０は、羽根５ａ、５ｂ、６の風下側に２つの相反回転する渦１０ａ、１０ｂを形成する。急速に弱まる小さい渦１０ｃ、１０ｄが、第３の羽根の基部でさらに現れる。実験的に確認された優れた混合効果は、静止混合要素により発生するこれらの流量比により生じる。対の羽根５は、１８０゜よりも小さく、渦１０ａ、１０ｂの形成に有利な効果を及ぼす浅い角ψを形成する。
【００２０】
図８は、矩形の横断面を有する本発明の３本の管部材１が、共通の通路に平行に配置された装置を示す。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による管部材を示す図である。
【図２】図１の管部材の横断面図である。
【図３】管部材の第２の実施形態を示す図である。
【図４】特別に設計された混合要素を有する管部材を示す図である。
【図５】測定について説明する概略図である。
【図６】測定結果を示す表である。
【図７】本発明による管部材の静止ミキサにおける流れの関係を示す図である。
【図８】本発明による３本の管部材が平行に配置された装置を示す図である。
【符号の説明】
１  管部材
２  送込み先端部
３  上流導管
５  対の羽根
５ａ、５ｂ  羽根
６  第３の羽根
１０  流体
１０’  流れ
１１  管壁
１２  混合要素
１３  入口側
１４  出口側
１５  中央面
２０  添加剤
２１  ノズル通路
３１  フランジ
３２  孔
５１ａ、５１ｂ  周縁部
【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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