(57)【要約】  第１の流体と第２の流体とを組み合わせるためのスタティックミキサー（１０）。平板を通して形成されたオリフィス（２０，２６，２８）を有する複数の平板（１８，２４，３２，４０）を含む、本スタティックミキサー（１０）。第１の流体及び第２の流体が本スタティックミキサー（１０）を通過すると、流体は組み合わされ、混合される。【選択図】図１
2017514679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スタティックミキサーであって、
チャンバを画定する本体であって、前記チャンバが縦軸と前記縦軸に対して垂直の第１の軸とを有し、前記チャンバが第１の流体と第２の流体とを混合するための流動経路を有する、本体と、
第１の平板であって、前記チャンバ内に位置付けられ、かつ前記第１の平板を通して形成された、ある長さ及びある幅を有する細長いオリフィスを有する、第１の平板と、
前記チャンバ内に位置付けられ、かつ前記第１の平板から前記縦軸に沿って離間配置された第２の平板であって、前記第２の平板が前記第２の平板を通して形成された第１のオリフィス及び第２のオリフィスを有し、前記第１のオリフィスが前記第１の軸に対して角度αだけオフセットされ、前記第２のオリフィスが前記第１の軸に対して角度α′だけオフセットされる、第２の平板と、を備える、スタティックミキサー。
【請求項２】
α及びα′がそれぞれ独立して１０〜９０度である、請求項１に記載のスタティックミキサー。
【請求項３】
α及びα′がそれぞれ独立して４０〜６０度である、請求項１に記載のスタティックミキサー。
【請求項４】
前記チャンバ内に位置付けられ、かつ前記第２の平板から前記縦軸に沿って離間配置された第３の平板であって、前記第３の平板が前記第３の平板を通して形成された第１のオリフィス及び第２のオリフィスを有し、前記第１のオリフィスが前記第１の軸に対して角度βだけオフセットされ、前記第２のオリフィスが前記第１の軸に対して角度β′だけオフセットされる、第３の平板を更に備える、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】
β及びβ′がそれぞれ独立して２０〜１８０度である、請求項４に記載のスタティックミキサー。
【請求項６】
β及びβ′がそれぞれ独立して８０〜１８０度である、請求項４に記載のスタティックミキサー。
【請求項７】
前記チャンバ内に位置付けられ、かつ前記第３の平板から前記縦軸に沿って離間配置された第４の平板であって、前記第４の平板が前記第４の平板を通して形成された第１のオリフィス及び第２のオリフィスを有し、前記第１のオリフィスが前記第１の軸に対して角度γだけオフセットされ、前記第２のオリフィスが前記第１の軸に対して角度γ′だけオフセットされる、第４の平板を更に備える、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】
γ及びγ′がそれぞれ独立して３０〜２７０度である、請求項７に記載のスタティックミキサー。
【請求項９】
γ及びγ′がそれぞれ独立して１２０〜１８０度である、請求項７に記載のスタティックミキサー。
【請求項１０】
第１の螺旋状流体経路が、前記第２の平板の前記第１のオリフィス、前記第３の平板の前記第１のオリフィス、及び前記第４の平板の前記第１のオリフィスによって画定され、第２の螺旋状流体経路が、前記第２の平板の前記第２のオリフィス、前記第３の平板の前記第２のオリフィス、及び前記第４の平板の前記第２のオリフィスによって画定される、請求項７〜９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】
前記第１の平板の前記細長いオリフィスの前記長さが、前記第１の軸に対して平行である、請求項１〜１０のいずれか１項に記載のスタティックミキサー。
【請求項１２】
所与の平板上の各オリフィスが、次に続く平板上の各オリフィスに対してオフセットされ、前記縦軸に沿って見たとき、次に続く平板上に対する、所与の平板のいかなるオリフィスの投影部分も、前記次に続く平板上のいかなるオリフィスのいかなる部分とも何ら交差しない、請求項１〜１１のいずれか１項に記載のスタティックミキサー。
【請求項１３】
第１の入口と、第２の入口と、出口とを有するＴ字形接合部と組み合わせて使用される、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を備える装置であって、前記スタティックミキサーが、前記出口から下流に位置付けられ、前記第１の入口及び前記第２の入口がともに、前記第１の軸に対して垂直に配向される、装置。
【請求項１４】
スタティックミキサーであって、
チャンバを画定する本体であって、前記チャンバが縦軸を有し、前記チャンバが第１の流体と第２の流体とを混合するための流動経路を有する、本体と、
前記チャンバ内に位置付けられた第１の平板及び前記第１の平板を通して形成されたオリフィスと、
前記チャンバ内に位置付けられ、かつ前記第１の平板から前記縦軸に沿って離間配置された第２の平板であって、前記第２の平板が前記第２の平板を通して形成されたオリフィスを有し、前記第２の平板の前記オリフィスが前記第１の平板の前記オリフィスに対してオフセットされる、第２の平板と、を備え、前記縦軸に沿って見ると、前記第２の平板に対する前記第１の平板の前記オリフィスの投影が、前記第２の平板の前記オリフィスと実質的に交差しない、スタティックミキサー。
【請求項１５】
前記第１の平板の前記オリフィスが、前記第１の平板を通して形成された唯一のオリフィスであり、前記第２の平板の前記オリフィスが、前記第２の平板を通して形成された唯一のオリフィスであり、前記第１の平板の前記オリフィスが、半月形またはパイ形のいずれかであり、前記第２の平板の前記オリフィスが、半月形またはパイ形のいずれかである、請求項１４に記載のスタティックミキサー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は一般に、２つ以上の流体を組み合わせる際の使用に好適なスタティックミキサーに関する。
【背景技術】
【０００２】
第１の流体と第２の流体とを混合することがしばしば所望される。多くのプロセスにおいて、第１の流体及び第２の流体はＴ字形接合部に別個にパイプで送られ、その後、両方の流体はともにインラインスタティックミキサーを通過する。いくつかの既知のスタティックミキサーは、各平板を通して形成されたオリフィスを有する、一連の離間配置された平板を含む。第１及び第２の流体が平板を通過すると、流体は互いに混合される。各平板を通して形成されたオリフィスの形状は、混合の程度とミキサーにわたる圧力低下の両方を決定する。
【０００３】
混合の程度は一般に、変動係数（ＣＯＶ）を使用して説明される。ＣＯＶは、ある断面内、ある画定された体積内で測定されるか、またはある時点で時間平均される濃度の標準偏差を、平均濃度で割ったものとして定義される。ゼロのＣＯＶ値は、完全に混合された系に対応する。０．０５のＣＯＶは、「良好な」混合を有すると考えられる。０．０２のＣＯＶは、「非常に良好な」混合を有すると考えられる。圧力低下は、スタティックミキサーを画定する様々な平板にわたる圧力の低下として測定される。
【０００４】
いくつかの系では、第１の流体及び第２の流体は、スタティックミキサーが耐腐食性材料から形成されなくてはならないような特性を有する。そのような材料は、典型的にはより高価である。
【０００５】
低い圧力低下及び最小数の平板を有し、良好または非常に良好な混合を提供する、改善されたインラインスタティックミキサーが所望される。
【発明の概要】
【０００６】
我々はここで、第１の流体と第２の流体とを混合するための改善されたスタティックミキサーを提供している。本スタティックミキサーは、それを第１及び第２の流体が通過するオリフィスを有する一連の平板を含む。第１及び第２の流体がスタティックミキサーを通過すると、流体は混合される。
【０００７】
一態様において、チャンバを画定する本体であって、該チャンバが縦軸と該縦軸に対して垂直の第１の軸とを有し、該チャンバが第１の流体と第２の流体とを混合するための流動経路を有する、本体と、第１の平板であって、該チャンバ内に位置付けられ、かつ該第１の平板を通して形成された、ある長さ及びある幅を有する細長いオリフィスを有する第１の平板と、該チャンバ内に位置付けられ、かつ該第１の平板から該縦軸に沿って離間配置された第２の平板であって、該第２の平板が該第２の平板を通して形成された第１のオリフィス及び第２のオリフィスを有し、該第１のオリフィスが該第１の軸に対して角度αだけオフセットされ、該第２のオリフィスが該第１の軸に対して角度α′だけオフセットされる、第２の平板と、を備えるスタティックミキサーが提供される。
【０００８】
別の態様において、チャンバを画定する本体であって、該チャンバが縦軸を有し、該チャンバが第１の流体と第２の流体とを混合するための流動経路を有する、本体と、該チャンバ内に位置付けられた第１の平板及び第１の平板を通して形成されたオリフィスと、該チャンバ内に位置付けられ、かつ該第１の平板から該縦軸に沿って離間配置された第２の平板であって、第２の平板が該第２の平板を通して形成されたオリフィスを有し、該第２の平板の該オリフィスが該第１の平板のオリフィスに対してオフセットされる、第２の平板と、を備え、該縦軸に沿って見ると、該第２の平板に対する該第１の平板の該オリフィスの投影が、該第２の平板の該オリフィスと実質的に交差しない、スタティックミキサーが提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】Ｔ字形接合部から下流に位置付けられたスタティックミキサーの透視図である。
【図２】図１のスタティックミキサーの拡大透視図である。
【図３】スタティックミキサーの第１の平板の端面図である。
【図４】スタティックミキサーの第２の平板の端面図である。
【図５】スタティックミキサーの第３の平板の端面図である。
【図６】スタティックミキサーの第４の平板の端面図である。
【図７】スタティックミキサーの第１〜第４の平板の端面図である。
【図８】スタティックミキサーを通る流体経路を図示するスタティックミキサーの透視図である。
【図９】半月形のオリフィスを有する４つの平板を含むスタティックミキサーの透視図である。
【図１０】パイ形のオリフィスを有する４つの平板を含むスタティックミキサーの透視図である。
【図１１】Ｈ及びＩ形のオリフィスを有する４つの平板を含むスタティックミキサーの透視図である。
【図１２】タブ形のオリフィスを有する４つの平板を含むスタティックミキサーの透視図である。
【図１３】図１２のタブ形のオリフィスを有する４つの平板の追加の構成を含むスタティックミキサーの透視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
上述の通り、本開示は、少なくとも第１の流体と第２の流体とを混合するためのスタティックミキサー１０を記載する。図１及び２に示すように、スタティックミキサー１０は、チャンバ１４を画定する本体１２を含む。図８に示すように、スタティックミキサー１０はＴ字形接合部と組み合わせて使用され得る。Ｔ字形接合部は、第１の入口４８と、第２の入口５０と、出口５２とを含む。好ましくは、第１の入口４８と第２の入口５０とは、入口軸５４に対して平行である。スタティックミキサー１０は、Ｔ字形接合部の出口５２から下流に位置付けられる。第１の流体は第１の入口４８を通過し、第２の流体は第２の入口５０を通過する。第１の流体及び第２の流体は出口５２を通過し、スタティックミキサー１０に進入する。
【００１１】
一態様において、スタティックミキサー１０の本体１２は、パイプの区分を含み、該パイプの壁がチャンバ１４を画定する。チャンバ１４は、流体が通過可能な本体内の空間である。チャンバ１４は縦軸１６を含み、軸１６はチャンバの長さに沿って配向される。チャンバは、それを通して少なくとも第１の流体と第２の流体とがともに混合される、流体経路を画定する。本明細書により詳細に記載されるように、１つ以上の混合平板がチャンバ内に位置付けられ、各平板は１つ以上のオリフィスを含み、オリフィスはまた流体経路の一部分を画定する。好ましくは、縦軸１６は、入口軸５４に対して垂直に配向される。
【００１２】
上述の通り、図３に示すように、スタティックミキサー１０は第１の平板１８を含む。第１の平板１８が、流体経路内のチャンバ１４内に位置付けられる。第１の平板１８は、第１の平板１８を通して形成された細長いオリフィス２０を含む。細長いオリフィス２０は、流体経路の一部分としての役割を果たす開口部を画定する。一例において、細長いオリフィス２０は一般に、ある長さ及びある幅を有する矩形である。細長いオリフィス２０の長さは、第１の軸２２に対して略平行に配向され得る。第１の軸２２は、好ましくは縦軸１６に対して垂直である。第１の軸２２は、好ましくは入口軸５４に対して垂直である。好ましくは、第１の軸２２、縦軸１６、及び入口軸５４のそれぞれは相互に直交し、各軸は他の２つの軸に対して垂直である。細長いオリフィス２０の幅は、第２の軸５６に対して略平行に配向され得る。好ましくは、細長いオリフィス２０は第１の平板１８の中央に置かれる。一例において、細長いオリフィス２０は、第１の平板１８の面積の１０〜３０％である。別の例において、細長いオリフィス２０は、第１の平板１８の面積の１５〜２５％である。好ましくは、細長いオリフィス２０は、第１の平板１８の面積の２０％である。一例において、細長いオリフィス２０は、第１の平板１８の中央からオフセットされる。一例において、細長いオリフィス２０は、鋭い角を有する矩形である。別の例において、細長いオリフィス２０は、丸い角を有する。好ましくは、細長いオリフィス２０は、長さが幅よりも長い形状である。細長いオリフィス２０は矩形として図示されるが、例えば楕円形などの、長さが幅よりも長い他の形状が好適であることが理解される。一例において、細長いオリフィス２０は、第１の平板１８における唯一の開口部である。別の例において、第１の平板１８は、細長いオリフィス２０に加えて少なくとも１つのオリフィスを有する。
【００１３】
理論によって制限されるものではないが、細長いオリフィス２０が第１の流体及び第２の流体を密接に接触させ、混合を促進させることが予想される。細長いオリフィス２０の長寸法（長さ）が、第１の入口４８及び第２の入口５０の両方に対して垂直に配向されることで、流れが細長いオリフィス２０の狭幅を通過するにつれて、両方の流れが密接に接触する。
【００１４】
第２の平板２４が、流体経路内のチャンバ１４内に位置付けられる。第２の平板２４は、第１の平板１８から縦軸１６に沿って離間配置される。本明細書で使用される場合、「に沿って離間配置される」という用語は、所与の平板が基準平板に対して縦軸１６に沿ってオフセットされることを意味し、例えば、図１を参照すると、平板２４、３２、及び４０のそれぞれは、第１の平板１８に対して縦軸１６に沿って離間配置される。一例において、第２の平板２４は、第１の平板１８から下流に離間配置される。第２の平板２４は、第２の平板２４を通して形成された第１のオリフィス２６を含む。第１のオリフィス２６は、流体経路の一部分を画定する。一例において、第１のオリフィス２６は略円形である。第２の平板２４の中央及び第１のオリフィス２６の中央を通過する線３０は、第１の軸２２に対して角度αだけオフセットされる。本明細書で使用される場合、「角度だけオフセットされる」とは、基準軸に対する所与の平板上の所与のオリフィスの位置を指す。一例において、角度αは１０〜９０度である。好ましくは、角度αは４０〜６０度である。一例において、第１のオリフィス２６は、第２の平板２４の中央から放射状に外側に向かって離間配置される。一例において、図７に示すように、第１のオリフィス２６は、第１の平板１８の細長いオリフィス２０に対してオフセットされる。本明細書で使用される場合、縦軸１６に沿って見ると、他の平板に対する所与の平板のオリフィスの投影が、該他の平板のオリフィスと交差しないとき、所与の平板のオリフィスは、該他の平板のオリフィス「対してオフセットされる」。一例において、「対してオフセットされる」とは、所与の平板のオリフィスの投影のどの部分も、他の平板のオリフィスと交差しないことを意味する。別の例において、「対してオフセットされる」とは、所与の平板のオリフィスの投影が、他の平板のオリフィスと実質的に交差しないことを意味する。一例において、実質的に交差するとは、所与のオリフィスが５０％以下だけ交差することを意味する。別の例において、実質的に交差するとは、所与のオリフィスが３０％未満だけ交差することを意味する。更に別の例において、実質的に交差するとは、所与のオリフィスが１０％未満だけ交差することを意味する。一例において、第１のオリフィス２６は、第２の平板２４の面積の３〜３０％である。一例において、第１のオリフィス２６は、第２の平板２４の面積の５〜１５％である。一例において、第１のオリフィス２６は、第２の平板２４の面積の１０％である。
【００１５】
一例において、第２の平板２４は、第２の平板２４を通して形成された第２のオリフィス２８を含む。第２のオリフィス２８は、流体経路の一部分を画定する。一例において、第２のオリフィス２８は略円形である。第２の平板２４の中央及び第２のオリフィス２８の中央を通過する線３０′は、第１の軸２２に対して角度α′だけオフセットされる。一例において、角度α′は１０〜９０度である。好ましくは、角度α′は４０〜６０度である。一例において、第２のオリフィス２８は、第２の平板２４の中央から放射状に外側に向かって離間配置される。一例において、角度αが角度α′と同等であるように、線３０及び線３０′はともに第２の平板２４の共通の直径上にある。別の例において、第１のオリフィス２６及び第２のオリフィス２８は第２の平板２４の共通の直径に沿って整列されず、角度αは角度α′とは異なる。一例において、図７に図示するように、第２のオリフィス２８は、第１の平板１８の細長いオリフィス２０に対してオフセットされる。一例において、第２のオリフィス２８は、第２の平板２４の面積の３〜３０％である。一例において、第２のオリフィス２８は、第２の平板２４の面積の５〜１５％である。一例において、第２のオリフィス２８は、第２の平板２４の面積の１０％である。
【００１６】
一例において、第２の平板２４の第１のオリフィス２６と第２の平板２４の第２のオリフィス２８との合計面積は、第２の平板２４の面積の１０〜３０％である。一例において、第１のオリフィス２６と第２のオリフィス２８との合計面積は、第２の平板２４の面積の１５〜２５％である。一例において、第１のオリフィス２６と第２のオリフィス２８との合計面積は、第２の平板２４の面積の２０％である。
【００１７】
第３の平板３２が、流体経路内のチャンバ１４内に位置付けられる。第３の平板３２は、第２の平板２４から縦軸１６に沿って離間配置される。一例において、第３の平板３２は、第２の平板２４から下流に離間配置される。第３の平板３２は、第３の平板３２を通して形成された第１のオリフィス３４を含む。第１のオリフィス３４は、流体経路の一部分を画定する。一例において、第１のオリフィス３４は略円形である。第３の平板３２の中央及び第１のオリフィス３４の中央を通過する線３６は、第１の軸２２に対して角度βだけオフセットされる。一例において、角度βは２０〜１８０度である。一例において、角度βは８０〜１８０度である。一例において、第１のオリフィス３４は、第３の平板３２の中央から放射状に外側に向かって離間配置される。一例において、図７に図示するように、第１のオリフィス３４は、第２の平板２４の第１のオリフィス２６及び第２のオリフィス２８に対してオフセットされる。一例において、第１のオリフィス３４は、第３の平板３２の面積の３〜３０％である。一例において、第１のオリフィス３４は、第３の平板３２の面積の５〜１５％である。一例において、第１のオリフィス３４は、第３の平板３２の面積の１０％である。
【００１８】
一例において、第３の平板３２は、第３の平板３２を通して形成された第２のオリフィス３８を含む。第２のオリフィス３８は、流体経路の一部分を画定する。一例において、第２のオリフィス３８は略円形である。第３の平板３２の中央及び第２のオリフィス３８の中央を通過する線３６′は、第１の軸２２に対して角度β′だけオフセットされる。一例において、角度β′は２０〜１８０度である。一例において、角度β′は８０〜１８０度である。一例において、第２のオリフィス３８は、第３の平板３２の中央から放射状に外側に向かって離間配置される。一例において、角度βが角度β′と同等であるように、線３６及び線３６′はともに第３の平板３２の共通の直径上にある。別の例において、第１のオリフィス３４及び第２のオリフィス３８は第３の平板３２の共通の直径に沿って整列されず、角度βは角度β′とは異なる。一例において、図７に図示するように、第２のオリフィス３８は、第２の平板２４の第１のオリフィス２６及び第２のオリフィス２８に対してオフセットされる。一例において、第２のオリフィス３８は、第３の平板３２の面積の３〜３０％である。一例において、第２のオリフィス３８は、第３の平板３２の面積の５〜１５％である。一例において、第２のオリフィス３８は、第３の平板３２の面積の１０％である。
【００１９】
一例において、第３の平板３２の第１のオリフィス３４と第３の平板の第２のオリフィス３８との合計面積は、第３の平板３２の面積の１０〜３０％である。一例において、第１のオリフィス３４と第２のオリフィス３８との合計面積は、第３の平板３２の面積の１５〜２５％である。一例において、第１のオリフィス３４と第２のオリフィス３８との合計面積は、第３の平板３２の面積の２０％である。
【００２０】
第４の平板４０が、流体経路内のチャンバ１４内に位置付けられる。第４の平板４０は、第３の平板３２から縦軸１６に沿って離間配置される。一例において、第４の平板４０は、第３の平板３２から下流に離間配置される。第４の平板４０は、第４の平板４０を通して形成された第１のオリフィス４２を含む。第１のオリフィス４２、流体経路の一部分を画定する。一例において、第１のオリフィス４２は略円形である。第４の平板４０の中央及び第１のオリフィス４２の中央を通過する線４４は、第１の軸２２に対して角度γだけオフセットされる。一例において、角度γは３０〜２７０度である。一例において、角度γは１２０〜１８０度である。一例において、第１のオリフィス４２は、第４の平板４０の中央から放射状に外側に向かって離間配置される。一例において、図７に図示するように、第１のオリフィス４２は、第３の平板３２の第１のオリフィス３４及び第２のオリフィス３８に対してオフセットされる。一例において、第１のオリフィス４２は、第４の平板４０の面積の３〜３０％である。一例において、第１のオリフィス４２は、第４の平板４０の面積の５〜１５％である。一例において、第１のオリフィス４２は、第４の平板４０の面積の１０％である。
【００２１】
一例において、第４の平板４０は、第４の平板４０を通して形成された第２のオリフィス４６を含む。第２のオリフィス４６は、流体経路の一部分を画定する。一例において、第２のオリフィス４６は略円形である。第４の平板４０の中央及び第２のオリフィス４６の中央を通過する線４４′は、第１の軸２２に対して角度γ′だけオフセットされる。一例において、角度γは３０〜２７０度である。一例において、角度γは１２０〜１８０度である。一例において、第２のオリフィス４６は、第４の平板４０の中央から放射状に外側に向かって離間配置される。一例において、角度γが角度γ′と同等であるように、線４４及び線４４′はともに第４の平板４０の共通の直径上にある。別の例において、第１のオリフィス４２及び第２のオリフィス４６は第４の平板４０の共通の直径に沿って整列されず、角度γは角度γ′とは異なる。一例において、図７に図示するように、第２のオリフィス４６は、第３の平板３２の第１のオリフィス３４及び第２のオリフィス３８に対してオフセットされる。一例において、第２のオリフィス４６は、第４の平板４０の面積の３〜３０％である。一例において、第２のオリフィス４６は、第４の平板４０の面積の５〜１５％である。一例において、第２のオリフィス４６は、第４の平板４０の面積の１０％である。
【００２２】
一例において、第４の平板４０の第１のオリフィス４２と第４の平板４０の第２のオリフィス４６との合計面積は、第４の平板４０の面積の１０〜３０％である。一例において、第１のオリフィス４２と第２のオリフィス４６との合計面積は、第４の平板４０の面積の１５〜２５％である。一例において、第１のオリフィス４２と第２のオリフィス４６との合計面積は、第４の平板４０の面積の２０％である。
【００２３】
一例において、スタティックミキサー１０は、第１の平板１８及び第２の平板２４のみを含む。一例において、本スタティックミキサーは、３つ以上の平板を含む。一例において、スタティックミキサー１０は、４つ以上の平板を含む。スタティックミキサー１０内に含まれる平板はまとめて、混合平板と呼ばれる。
【００２４】
一例において、流体経路は、第１の螺旋状流体経路及び第２の螺旋状流体経路によって画定される。第１及び第２の螺旋状流体経路の代表的な一実施形態が、図８に提供される。流体は各平板間で互いに混合され、大部分の流体がスタティックミキサー１０の長さにわたって第１または第２の螺旋状流体経路のいずれかに従う可能性は低いことが理解される。この理由から、図８に示す流体経路は入ってくる未混合の流動を表さないが、代わりに混合平板を通る２つの可能性のある螺旋状経路を図示する。この２つの螺旋状経路は、それらがスタティックミキサー１０の出口に向かうにつれて単一の経路に収束するものとして示される。理論によって制限されるものではないが、第１及び第２の螺旋状経路が、本システムが圧力低下を最小化しながらどのように良好なＣＯＶを達成するのかを説明する助けになることが予想される。流体が混合平板を通して移動するにつれて、流体は、圧力低下を最小化しながら混合を促進する一対の螺旋状流動路内へと促進されることが予想される。次に続く平板のオリフィスが互いに対してオフセットされることを確実にすることが、これらの螺旋状経路を促進することが予想される。本明細書に明記する範囲のα、β、及びγを有することが、これらの螺旋状経路を促進することが予想される。
【００２５】
いくつかの例において、オリフィスは矩形または円の形状ではない。図９〜１３は、オリフィスの形状の変形の例を提供する。これらの図のうちのいずれにおいても、スタティックミキサー１０は、様々な形状のオリフィスを有する混合平板を有するものとして示される。
【００２６】
図９は、半月形のオリフィスを有する平板を示す。半月形のオリフィスは、弓形の形状である。一例において、半月形のオリフィスは、円の弦によって画定された弓形の形状である。一例において、スタティックミキサー１０を通る螺旋状流動経路を促進するために、半月形のオリフィスの位置は次に続く各平板上で回転される。一例において、半月形のオリフィスの位置は、次に続く各平板上で４５〜１３５度回転される。別の例において、図９に図示するように、半月形のオリフィスの位置は、次に続く各平板上で９０度回転される。
【００２７】
図１０は、パイ形のオリフィスを有する平板を示す。パイ形のオリフィスは楔形、例えば、四分円である。一例において、スタティックミキサー１０を通る螺旋状流動経路を促進するために、パイ形のオリフィスの位置は次に続く各平板上で回転される。一例において、パイ形のオリフィスの位置は、次に続く各平板上で４５〜１３５度回転される。別の例において、図１０に図示するように、パイ形のオリフィスの位置は、次に続く各平板上で９０度回転される。
【００２８】
図１１は、Ｈ及びＩ形のオリフィスを有する平板を示す。Ｈ及びＩ形のオリフィスは、平板の中央の方向に延びる部分を含む半月形のオリフィスの変形である。一例において、スタティックミキサー１０を通る一対の螺旋状流動経路を促進するために、Ｈ及びＩ形のオリフィスの位置は次に続く各平板上で回転される。一例において、Ｈ及びＩ形のオリフィスの位置は、次に続く各平板上で４５〜１３５度回転される。別の例において、Ｈ及びＩ形のオリフィスの位置は、図１１に図示するように、半月形のオリフィスの位置は、次に続く各平板上で９０度回転される。
【００２９】
図１２及び１３は、タブ形のオリフィスを有する平板を示す。一例において、タブ形のオリフィスは、平板の中央で互いに接続される。別の例において、タブ形のオリフィスは、平板の中央で互いに接続されない。一例において、スタティックミキサー１０を通る複数の螺旋状流動経路を促進するために、タブ形のオリフィスの位置は次に続く各平板上で回転される。別の例において、図１２に示すように、第１及び第３の平板は平板の中央で互いに接続されるタブ形のオリフィスを含み、第２及び第４の平板は平板の中央で互いに接続されないタブ形のオリフィスを含む。別の例において、図１３に示すように、第１及び第３の平板は平板の中央で互いに接続されないタブ形のオリフィスを含み、第２及び第４の平板は平板の中央で互いに接続されるタブ形のオリフィスを含む。
【００３０】
図９〜１１に示す実施形態のそれぞれにおいて、所与の平板上のオリフィス（複数可）の合計面積は、その平板の面積の１０〜３０％である。一例において、所与の平板上のオリフィス（複数可）の合計面積は、その平板の面積の１５〜２５％である。一例において、所与の平板上のオリフィス（複数可）の合計面積は、その平板の面積の２０％である。図１０〜１３に示すいくつかの変形において、次に続く平板の配向は、好ましくは、直立して見たときに、所与の平板のオリフィスが隣接する平板のオリフィスと交差しないようなものである。１つ以上の混合平板は、本明細書に記載されるいくつかの変形の中から自由に組み合わせてもよいことが予想される。
【００３１】
本明細書で使用される場合、「次に続く平板」とは、流動経路において所与の平板に先行する平板または所与の平板に後続する平板を指す。一例において、所与の平板上の各オリフィスは、次に続く平板上の各オリフィスに対してオフセットされる。一例において、次に続く平板上でオフセットされたオリフィスは、流体経路が螺旋状の流動形状を有することを促進する。
【００３２】
一例において、スタティックミキサー１０は、類似する特徴を有する２つの流動を混合するために使用される。好ましくは、２つの流動は混和性であり、単相であり、かつ略同一の質量流量を有する。一例において、流動のうちの一方は、他方の流動よりも高い密度を有する。例えば、スタティックミキサー１０が反応容器と組み合わせて使用される場合、一方の流動は、低い密度及び粘度を有する軽流体であり得る他方の流動と比較して、高い密度及び粘度を有する重流体であり得る。理論によって制限されるものではないが、本明細書に記載されるスタティックミキサー１０が重流体及び軽流体を互いに衝突させ、その後、螺旋状の様式で混合させること、ならびに本スタティックミキサー１０の幾何形状が混合を改善し、混合された流体の層形成を取り除くことが予想される。
【００３３】
一例において、第１の入口と、第２の入口と、出口とを有するＴ字形接合部と組み合わせて使用される、本明細書に記載されるスタティックミキサーを備える装置が提供され、該スタティックミキサーは、該出口から下流に位置付けられ、該第１の入口及び該第２の入口はともに、該第１の軸に対して垂直に配向される。
【００３４】
上述は、以下の実施例によって説明される。これらの実施例は例示的であり、本発明の範囲を制限するものと解釈されるべきではない。
【実施例】
【００３５】
コンピューターによる設計
【００３６】
平板を含むスタティックミキサー１０と、図８に示すＴ字形接合部とを、Ｄａｓｓａｕｌｔ  Ｓｙｓｔｅｍｅｓ  ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓ  Ｃｏｒｐ製作のＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓソフトウェア内でモデル化する。Ｔ字形接合部を、１９．６７ｃｍの内径を有する第１の入口４８と、１９．６７ｃｍの内径を有する第２の入口５０とを有するものとしてモデル化する。スタティックミキサー１０の本体１２を、１９．６７ｃｍの内径を有するものとしてモデル化する。第１の入口４８及び第２の入口５０の中央から、スタティックミキサー１０の末端までの距離は、縦軸１６に沿って測定される長さで４０．６４ｃｍである。スタティックミキサー１０を、９．７２ｃｍの内径を有する出口パイプと流体連通した出口を有するものとしてモデル化する。混合平板はそれぞれ、７．６２ｃｍ離して離間配置される。これらのモデルを、Ａｎｓｙｓ，Ｉｎｃ．製作のＡｎｓｙｓ  Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ１４．５ソフトウェアに移動して、ＳｏｌｉｄＷｏｒｋｓモデルをポリゴンメッシュに変換する。六角形セル要素を使用して、パイプ部分をメッシュ化する。Ｔ字形接合部及び混合平板を、四面体セル要素でメッシュ化する。Ａｎｓｙｓ，Ｉｎｃ．製作のＡｎｓｙｓ  Ｆｌｕｅｎｔ１４．５ソフトウェアを使用し、標準ｋ−イプシロン乱流モデルを使用して、これらのメッシュ化要素上で混合シミュレーションを実行する。入ってくる２つの流体を単相の流動の２つの混和性構成要素としてモデル化し、種輸送モデルを使用して、混合性能を評価する。
【００３７】
スタティックミキサー１０を、第１の流体「重流体」と第２の流体「軽流体」とを混合するものとしてモデル化する。第１及び第２の流体の特徴を表１にまとめる。混合された流体の特徴もまた、表１にまとめる。
【００３８】
【表１】
2017514679.tif 000003
【００３９】
実験結果
【００４０】
表２は、コンピューターによる設計を使用した一連の実験に関するデータを提供する。スロット幅とは、第１の平板１８の細長い開口部２０の幅を指す。いずれの場合も、細長い開口部２０の長さを１６．５１ｃｍに設定する。スロット角度とは、第１の軸２２と比較しての、細長い開口部２０の角度配向を指す。第１の軸２２は、入口軸５４に対して垂直である。αとは、第１の軸２２に対する線３０の回転の程度を指す（別段示さない限り、実験設計は、αとα′とは等しく、３０は３０′上にあるものと想定する）。βとは、第１の軸２２に対する線３６の回転の程度を指す（別段示さない限り、実験設計は、βとβ′とは等しく、３６は３６′上にあるものと想定する）。γとは、第１の軸２２に対する線４４の回転の程度を指す（別段示さない限り、実験設計は、γとγ′とは等しく、４４は４４′上にあるものと想定する）。ＣＯＶとは、いくつかの変数について列挙された値に基づいて計算されたＣＯＶを指す。ＣＯＶが出口パイプにおいて測定されるように、ＣＯＶは、第１の入口４８及び第２の入口５０を通過する中央線である入口軸５４から４１．９１ｃｍ離間配置された断面で測定される。ｄｐとは、キロパスカル（ｋＰａ）で測定される圧力低下を指す。ｄｐは、ＣＯＶと同一の断面で測定される。ＣＯＶ及びｄｐは、コンピューターによる設計を使用して計算される。「−」の値は、そのケースにおいて、所与の平板が実験設計に含まれないことを意味する。例えば、ケース２において、モデルは、平板１及び２のみで実行される（平板３及び４は除外される）。
【００４１】
【表２】
2017514679.tif 000004
【００４２】
ケース１もまた、表１に列挙される値の７５％及び１２５％である流量を使用して実行される。いずれの場合も、ＣＯＶは０．００４である。７５％の場合、圧力低下は１５．２ｋＰａである。１２５％の場合、圧力低下は４７．６ｋＰａである。
【００４３】
表３は、平板が細長いスロットまたは円以外の形状であるオリフィスを有する例に関するデータを提供する。ケース２１は、本ミキサー内に平板が含まれない例を提供する。
【００４４】
【表３】
2017514679.tif 000005
【図１】
2017514679.tif 000006
【図２】
2017514679.tif 000007
【図３】
2017514679.tif 000008
【図４】
2017514679.tif 000009
【図５】
2017514679.tif 000010
【図６】
2017514679.tif 000011
【図７】
2017514679.tif 000012
【図８】
2017514679.tif 000013
【図９】
2017514679.tif 000014
【図１０】
2017514679.tif 000015
【図１１】
2017514679.tif 000016
【図１２】
2017514679.tif 000017
【図１３】
2017514679.tif 000018
【手続補正書】
【提出日】平成28年11月10日(2016.11.10)
【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】
スタティックミキサーであって、
チャンバを画定する本体であって、前記チャンバが縦軸と前記縦軸に対して垂直の第１の軸とを有し、前記チャンバが第１の流体と第２の流体とを混合するための流動経路を有する、本体と、
第１の平板であって、前記チャンバ内に位置付けられ、かつ前記第１の平板を通して形成された、ある長さ及びある幅を有する細長いオリフィスを有する、第１の平板と、
前記チャンバ内に位置付けられ、かつ前記第１の平板から前記縦軸に沿って離間配置された第２の平板であって、前記第２の平板が前記第２の平板を通して形成された第１のオリフィス及び第２のオリフィスを有し、前記第１のオリフィスが前記第１の軸に対して角度αだけオフセットされ、前記第２のオリフィスが前記第１の軸に対して角度α′だけオフセットされ、α及びα′がそれぞれ独立して１０〜９０度である、第２の平板と、
前記チャンバ内に位置付けられ、かつ前記第２の平板から前記縦軸に沿って離間配置された第３の平板であって、前記第３の平板が前記第３の平板を通して形成された第１のオリフィス及び第２のオリフィスを有し、前記第１のオリフィスが前記第１の軸に対して角度βだけオフセットされ、前記第２のオリフィスが前記第１の軸に対して角度β′だけオフセットされ、β及びβ′がそれぞれ独立して２０〜１８０度である、第３の平板と、を備え、
所与の平板上の各オリフィスが、次に続く平板上の各オリフィスに対してオフセットされ、前記縦軸に沿って見たとき、次に続く平板上に対する、所与の平板のいかなるオリフィスの投影部分も、前記次に続く平板上のいかなるオリフィスのいかなる部分とも何ら交差しない、スタティックミキサー。
【請求項２】
α及びα′がそれぞれ独立して４０〜６０度である、請求項１に記載のスタティックミキサー。
【請求項３】
β及びβ′がそれぞれ独立して８０〜１８０度である、請求項１または２に記載のスタティックミキサー。
【請求項４】
前記チャンバ内に位置付けられ、かつ前記第３の平板から前記縦軸に沿って離間配置された第４の平板であって、前記第４の平板が前記第４の平板を通して形成された第１のオリフィス及び第２のオリフィスを有し、前記第１のオリフィスが前記第１の軸に対して角度γだけオフセットされ、前記第２のオリフィスが前記第１の軸に対して角度γ′だけオフセットされ、γ及びγ′がそれぞれ独立して３０〜２７０度である、第４の平板を更に備える、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】
γ及びγ′がそれぞれ独立して１２０〜１８０度である、請求項４に記載のスタティックミキサー。
【請求項６】
第１の螺旋状流体経路が、前記第２の平板の前記第１のオリフィス、前記第３の平板の前記第１のオリフィス、及び前記第４の平板の前記第１のオリフィスによって画定され、第２の螺旋状流体経路が、前記第２の平板の前記第２のオリフィス、前記第３の平板の前記第２のオリフィス、及び前記第４の平板の前記第２のオリフィスによって画定される、請求項４または５に記載のスタティックミキサー。
【請求項７】
前記第１の平板の前記細長いオリフィスの前記長さが、前記第１の軸に対して平行である、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】
第１の入口と、第２の入口と、出口とを有するＴ字形接合部と組み合わせて使用される、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を備える装置であって、前記スタティックミキサーが、前記出口から下流に位置付けられ、前記第１の入口及び前記第２の入口がともに、前記第１の軸に対して垂直に配向される、装置。
【請求項９】
スタティックミキサーであって、
チャンバを画定する本体であって、前記チャンバが縦軸を有し、前記チャンバが第１の流体と第２の流体とを混合するための流動経路を有する、本体と、
前記チャンバ内に位置付けられた第１の平板及び前記第１の平板を通して形成されたオリフィスと、
前記チャンバ内に位置付けられ、かつ前記第１の平板から前記縦軸に沿って離間配置された第２の平板であって、前記第２の平板が前記第２の平板を通して形成されたオリフィスを有し、前記第２の平板の前記オリフィスが前記第１の平板の前記オリフィスに対してオフセットされる、第２の平板と、を備え、前記縦軸に沿って見ると、前記第２の平板に対する前記第１の平板の前記オリフィスの投影が、前記第２の平板の前記オリフィスと実質的に交差しない、スタティックミキサー。
【請求項１０】
前記第１の平板の前記オリフィスが、前記第１の平板を通して形成された唯一のオリフィスであり、前記第２の平板の前記オリフィスが、前記第２の平板を通して形成された唯一のオリフィスであり、前記第１の平板の前記オリフィスが、半月形またはパイ形のいずれかであり、前記第２の平板の前記オリフィスが、半月形またはパイ形のいずれかである、請求項９に記載のスタティックミキサー。
【国際調査報告】
2017514679.tif 000019
2017514679.tif 000020