JP2003236355A

JP2003236355A - 混合攪拌装置

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Publication number: JP2003236355A
Application number: JP2002042432A
Authority: JP
Inventors: Kenji Kubo; 建二久保; Eizo Sugino; えい三杉野; Hisayoshi Mese; 央欣目瀬; Tatsunobu Saito; 樹伸斉藤; Takeshi Yasukochi; 健安河内; Katsutoshi Shoji; 克利小路; Seiji Tamaoki; 清二玉置; Koji Kamei; 宏二亀井; Kazutomo Osaki; 和友大崎; Kazuki Naito; 一樹内藤
Original assignee: Kao Corp; Fujikin Inc
Current assignee: Kao Corp; Fujikin Inc
Priority date: 2002-02-20
Filing date: 2002-02-20
Publication date: 2003-08-26
Anticipated expiration: 2022-02-20
Also published as: JP3784725B2

Abstract

(57)【要約】【課題】第１エレメントと第２エレメントを交互に積
層する従来構造を踏襲しながら、物質流の混合攪拌性能
を自在に調整できる混合攪拌装置を開発する。【解決手段】本発明に係る混合攪拌装置は、複数個の
第１孔部１ａを所定パターンに穿設したディスク型の第
１エレメント１と、複数個の第２孔部２ａを所定パター
ンに穿設したディスク型の第２エレメント２を用意し、
この第1エレメント１と第２エレメント２を交互に複数
層重ねて組立体５を構成し、この組立体５の内部に物質
流を流通させて混合攪拌する混合攪拌装置６において、
前記第１孔部１ａと第２孔部２ａの交叉面積を変化させ
るために第１エレメント１と第２エレメント２を軸心の
周りに相対的に所望角度だけ回転変位できるようにし、
所望の相対回転角度において両エレメントを回転不能に
一体化することを特徴とする。相対回転と固定にピン孔
１ｄ・２ｄとピン６ａの機構を使用できる。交叉面積を
自在に変化させることにより、物質流の混合攪拌性能を
所望に調整できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は可動部を有さないで
物質流を混合できる静止型混合攪拌装置の改良に関し、
更に詳細には、圧力損失を可変調整できる混合攪拌装置
に関し、化学関係や薬品関係、食品関係、塗料関係、製
紙関係等のプラントにおいて主に利用されるものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に、静止型混合攪拌装置とは、機械
的動力を用いることなく物質流体を混合攪拌できる装置
を云い、気体―気体、気体―液体、液体―液体、固体―
液体などのように、複数の物質流体を混合攪拌して、物
質流体間の化学反応を促進させたり、一様な混合流体を
形成したりする装置である。

【０００３】従来、この種の静止型混合攪拌装置とし
て、水平流を上下２方向に分流する第１エレメントと、
垂直流を左右２方向に分流する第２エレメントを用意
し、この第１エレメントと第２エレメントを交互にｎ個
直列接続することにより、１本の物質流を２ⁿ本の物質
流に分流して混合攪拌する装置が知られていた。

【０００４】この静止型混合攪拌装置では、１本の物質
流を２ⁿ本の物質流にまで分流できる利点を有する。し
かし、近年の分子科学の進歩は、分子を一個一個のレベ
ルで制御する必要性に迫られており、よりミクロな混合
攪拌が要求されてきている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】そこで、この従来技術
を改良するため、本発明者等は特開２０００−２５４４
６９の発明を公開している。この発明では、１本の物質
流をｍ×４ⁿ本にまで分流する技術を提案している。

【０００６】まず、第１エレメントにｍ個の錘台形の第
１孔部を穿設し、同時に第２エレメントにもｍ個の錘台
形の第２孔部を穿設する。第１孔部と第２孔部は一端に
大開口部を他端に小開口部を有した錘台形に形成され、
第１孔部の小開口部が４個の第２孔部の大開口部に接触
するように両エレメントを重ね合わせる。

【０００７】つまり、小開口部から出た物質流は４個の
大開口部に分流するように、第１孔部と第２孔部の配置
パターンが構成されている。従って、ｎ個のエレメント
により４ⁿ本に分流されるから、ｍ個の孔部の存在によ
り、一本の物質流はｍ×４ⁿ本にまで分流されることに
なる。前述した従来例と比較すると、分流倍率はｍ×４
ⁿ／２ⁿ＝ｍ×２ⁿになり、混合攪拌性能が格段に向上し
ていることが分かる。

【０００８】しかし、この静止型混合攪拌装置において
は、第１孔部の小開口部を４個の第２孔部の大開口部に
接触するように第１エレメントと第２エレメントを重ね
合わせ、しかもｍ個の孔部についてこの関係を満足させ
るために、両エレメントの重ね合わせ位置は唯一１箇所
しか存在しない。

【０００９】即ち、この従来技術は、両エレメントの唯
一の重ね合わせ位置においてｍ×４ ⁿの分流化を達成で
きる内容であり、幅広い混合攪拌操作を行なう観点から
はその構造が限定された静止型混合攪拌装置であると云
うことができる。

【００１０】しかし、実際には、混合攪拌性能を自在に
調整できる柔軟な構造の混合攪拌装置が要望されてい
る。混合攪拌性能を調整するには、分流本数を変化させ
るという考え方から転換する必要がある。

【００１１】従がって、本発明は、第１エレメントと第
２エレメントを交互に積層する従来の構造形式を踏襲し
ながら、物質流の混合攪拌性能を自在に調整できる混合
攪拌装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】請求項１の発明は、複数
個の第１孔部を所定パターンに穿設したディスク型の第
１エレメントと、複数個の第２孔部を所定パターンに穿
設したディスク型の第２エレメントを用意し、この第1
エレメントと第２エレメントを交互に複数個積層して組
立体を構成し、この組立体の内部に物質流を流通させて
物質流を混合攪拌する混合攪拌装置において、前記第１
孔部と第２孔部の交叉面積を変化させるために第１エレ
メントと第２エレメントを軸心の周りに相対的に所望角
度だけ回転変位できるようにし、所望の相対回転角度に
おいて両エレメントを回転不能に一体化することを特徴
とする混合攪拌装置である。前記第１孔部と第２孔部は
同一形状でも異なった形状でもよく、また第１孔部の配
置パターンと第２孔部の配置パターンは同一でも異なっ
ていてもよい。

【００１３】請求項２の発明は、複数個の第１孔部を所
定パターンに穿設したディスク型の第１エレメントと、
複数個の第２孔部を所定パターンに穿設したディスク型
の第２エレメントを用意し、この第1エレメントと第２
エレメントを重ねてユニットを形成し、第１エレメント
と第２エレメントが交互に反復するように前記ユニット
を複数段積層して組立体を構成し、この組立体の内部に
物質流を流通させて物質流を混合攪拌する混合攪拌装置
において、前記第１孔部と第２孔部の交叉面積を変化さ
せるために第１エレメントと第２エレメントを軸心の周
りに相対的に所望角度だけ回転変位できるようにし、所
望の相対回転角度において両エレメントを回転不能に一
体化することを特徴とする混合攪拌装置である。同様
に、前記第１孔部と第２孔部は同一形状でも異なった形
状でもよく、また第１孔部の配置パターンと第２孔部の
配置パターンは同一でも異なっていてもよい。

【００１４】請求項３の発明は、前記第１エレメントと
第２エレメントを同形の円板に形成し、第１エレメント
と第２エレメントの周縁近傍にピン孔を穿設し、第１エ
レメントと第２エレメントを相対的に所望角度だけ回転
変位させて両エレメントの合致連通したピン孔により回
転角度が分かるように構成され、この合致連通したピン
孔にピンを挿通して両エレメントの回転を不能にし、し
かも前記組立体を前記ピンにより一体化した請求項１又
は２に記載の混合攪拌装置である。

【００１５】請求項４の発明は、前記第１エレメントと
第２エレメントの一方の周縁に１個のピン孔を穿設し、
他方のエレメントの周縁に複数のピン穴を円周方向に穿
設した請求項３に記載の混合攪拌装置である。

【００１６】請求項５の発明は、前記第１孔部と第２孔
部は錐台形に形成され、第１孔部の出口部が第２孔部の
入口部と接触して交叉面積を形成するように第１エレメ
ントと第２エレメントを重ね、物質流を流通させる請求
項１又は２に記載の混合攪拌装置である。

【００１７】請求項６の発明は、前記錐台形は円錐台形
又は角錐台形である請求項５に記載の混合攪拌装置であ
る。

【００１８】

【発明の実施の形態】本発明者等は、第１孔部を有する
第１エレメントと第２孔部を有する第２エレメントを相
互に重ね合わせて混合攪拌性能を調整できる構造につき
鋭意研究した結果、第１孔部と第２孔部が重なって形成
される交叉面積を変化させることによって、物質流の混
合攪拌性能を調整できるのではないかと想到するに到っ
た。

【００１９】第１孔部と第２孔部が完全に重なった場合
には、その交叉面積は１００％となり、この場合には孔
部を通過する物質流にはほとんど抵抗は作用せず、物質
粒子は直進する。従がって、この抵抗力が弱い分だけ、
粒子相互の混合攪拌性能は低くなると考えられる。他
方、両エレメントには孔部以外の壁面があり、この壁面
が物質流に対する抵抗として作用し、壁面との衝突によ
って物質流は混合攪拌される。

【００２０】第１孔部と第２孔部の位置を相互にずらせ
た場合には、その交叉面積は例えば５０％に低下する。
このとき、物質流は大きな抵抗を受け、小さな交叉開口
部から噴き出すために、物質流同士の相互撹乱が生じ、
混合攪拌性能が増大すると考えられる。

【００２１】このように、両エレメントにおいて第１孔
部と第２孔部の交叉面積を可変にすることによって、物
質流に対する抵抗力を変化させることができ、即ち物質
流の混合攪拌性能を調整することが可能になる。

【００２２】前記交叉面積を変化させるには、第１エレ
メントと第２エレメントを重ね合わせるときに、両エレ
メントをその軸心の周りに相互に回転可能にし、第１エ
レメントと第２エレメントの間を相対的に回転ずれが生
じる構造、即ち相互に回転変位できる構造にすればよ
い。本発明はこの着眼点から完成されたものである。両
エレメントを同形の円板に形成すれば、この回転変位も
容易に設定できる。以下に、本発明に係る混合攪拌装置
の実施形態を図面に従がって詳細に説明する。

【００２３】図１は、本発明に用いられる第１エレメン
トの第１実施形態の概略説明図である。（Ａ）は第１エ
レメント１の斜視図であり、十字状に５個の円錐台形の
第１孔部１ａが穿設されている。円錐台形であるため、
一端側は大開口部１ｂとなり、他端側は小開口部１ｃと
なっている。周縁には３個のピン孔１ｄが穿孔され、左
右に一対形成されている。

【００２４】（Ｂ）は第１エレメント１の左正面図であ
り、大開口部１ｂの中に小開口部１ｃが見えている。大
開口部１ｂは表面側に位置し、小開口部１ｃは裏面側に
位置している。３個のピン孔１ｄ、１ｄ、１ｄは、水平
位置（０°位置）と２２．５°位置と４５°位置に存在
する。

【００２５】回転角を０°〜４５°の範囲に設定した理
由は、第1孔部１ａの配置パターンが十字配置であるた
め、９０°回転で同一配置に戻るから、最大の回転変位
（回転ずれ）は４５°になるからである。０°〜４５°
の中に更に多数のピン孔１ｄを形成してもよく、ピン孔
が多いほど混合攪拌性能は多段階に調整することが可能
になる。また、回転範囲は第１孔部の配置パターンに依
存することは云うまでもない。

【００２６】（Ｃ）は、（Ｂ）のＡ−Ａ線断面図であ
る。第１孔部１ａが円錐台形であることが明瞭に理解で
きる。図面の左側から右側に行くに従がって、第１孔部
１ａは直線状に縮径してゆくが、曲線を描いてもよい。
また、円錐台形といっても、真円であるだけでなく、変
形円や多角形をも包含する。

【００２７】図２は、本発明に用いられる第２エレメン
トの第１実施形態の概略説明図である。（Ａ）は第２エ
レメント２の斜視図であり、正方形状に４個の円錐台形
の第２孔部２ａが穿設されている。前記第１孔部１ａと
同様に、第２孔部２ａは円錐台形であるため、一端側は
大開口部２ｂとなり、他端側は小開口部２ｃとなってい
る。周縁には１個のピン孔２ｄが水平位置（０°位置）
に穿孔され、左右に一対形成されている。

【００２８】（Ｂ）は第２エレメント２の左正面図であ
り、大開口部２ｂの中に小開口部２ｃが見える。大開口
部２ｂは表面側に位置し、小開口部２ｃは裏面側に位置
している。この第２エレメント２のピン孔２ｄは水平位
置に１個であるが、このピン孔２ｄを基準にして第１エ
レメント１の３個のピン孔１ｄを回転配置させることに
なる。

【００２９】（Ｃ）は、（Ｂ）のＢ−Ｂ線折曲断面図で
ある。第２孔部２ａが円錐台形であることが明瞭に理解
できる。図面の左側から右側に行くに従がって、第１孔
部２ａは直線状に縮径してゆくが、曲線を描いてもよ
い。また、円錐台形といっても、真円であるだけでなく
変形円や多角形であってもよいことは勿論である。

【００３０】図３は、第１エレメントと第２エレメント
を０°位置で重ねたユニットの概略説明図である。
（Ａ）は正面図であり、０°位置（水平位置）にあるピ
ン孔１ｄとピン孔２ｄが連通孔４を形成するように、第
１エレメント１と第２エレメント２を重ねてユニット３
を構成する。このとき、実線で表す十字配置の第１孔部
１ａ・・と破線で表す正方形配置の第２孔部２ａ・・と
が（Ａ）に示されるような位置関係になる。

【００３１】（Ｂ）はＣ−Ｃ線折曲断面図である。この
位置関係では、第１孔部１ａの小開口部１ｃは第２孔部
２ａの大開口部２ｂとほとんど重なっていないため、Ｃ
−Ｃ線の直線断面図では重なりが表現できない。そこ
で、Ｃ−Ｃ線の折曲断面図を用いることによって、両孔
部１ａ、２ａの微小な交叉を示す。この位置関係では、
その交叉面積は極めて小さいことは云うまでもない。

【００３２】この位置関係で、物質流が第１孔部１ａの
大開口部１ｂに流入した場合、物質流は第２孔部２ａを
通過することが難しく、小量の物質流が通り抜けるだけ
である。従がって、入口側圧力Ｐ_Iが大きいのに対し
て、出口側圧力は極めて小さく、小さな出口側圧力Ｐ_S
が得られるに過ぎない。圧力差Ｐ_I−Ｐ_Sは圧力損失（圧
損、Pressure Loss）と呼ばれる。

【００３３】このように交叉面積が小さいと、物質流は
大きな混合攪拌を受け、この混合攪拌過程の中で物質流
を構成する物質粒子は衝突し、化学反応を行なう物質種
に関しては化学反応が促進されると考えられる。そして
通過する物質量が一定となるように操作した場合は圧力
損失が大きくなる。また、圧力が一定となるように操作
した場合は、通過する物質流が少ないため、化学反応等
によって一定量の生成物を得るためには時間が掛かる。

【００３４】図４は、第１エレメントと第２エレメント
を２２．５°の相対回転位置で重ねたユニットの概略説
明図である。（Ａ）は正面図であり、２２．５°位置に
あるピン孔１ｄと水平位置にあるピン孔２ｄが合致する
ように、第１エレメント１を第２エレメント２に対し２
２．５°だけ時計方向に回転して両エレメント１、２を
重ね合わせ、ユニット３を構成する。

【００３５】従がって、実線で表す十字配置の第１孔部
１ａ・・と破線で表す正方形配置の第２孔部２ａ・・と
が（Ａ）に示されるような位置関係になる。第１孔部１
ａと第２孔部２ａとの交叉面積は約５０％であり、図３
（Ａ）よりも増大している事が分かる。即ち、第１孔部
１ａの小開口部１ｃが第２孔部２ａの大開口部２ｂとか
なり交叉するため、第１孔部１ａから第２孔部２ａへ通
過する物質流は相当程度増大する。

【００３６】（Ｂ）はＤ−Ｄ線断面図である。Ｄ−Ｄ線
位置においては第１エレメント１のピン孔１ｄは第２エ
レメント２のピン孔とは連通していない。しかし、
（Ａ）から分かるように、第２エレメント２のピン孔２
ｄは第１エレメント１の２２．５°位置にあるピン孔１
ｄと連通し、この位置で連通孔４を形成する。

【００３７】この交叉面積が約５０％の位置関係では、
物質流が第１孔部１ａの大開口部１ｂに流入した場合、
物質流は５０％の交叉面積を通して第２孔部２ａを通過
し、中間量の物質流が通り抜けてゆく。従がって、入口
側圧力Ｐ_Iに対して、出口側圧力も比較的大きくなり、
中間出口側圧力Ｐ_Mが得られる。つまり、圧力損失Ｐ_I−
Ｐ_Mは図３（Ｂ）と比べてかなり小さくなる事が分か
る。

【００３８】このように交叉面積が約５０％位になる
と、半量の物質流は壁面で反射されるから物質流はかな
りの混合攪拌を受け、物質粒子同士の反応は促進され
る。また、半量の物質流は交叉面積を通過してゆくか
ら、混合攪拌性能は約５０％と大雑把に見積もる事がで
きる。換言すれば、この交叉状態では、物質流は混合攪
拌を受けながら、同時に大きな圧力損失を生じないで流
通すると考えられる。

【００３９】図５は、第１エレメントと第２エレメント
を４５°相対回転位置で重ねたユニットの概略説明図で
ある。（Ａ）は正面図であり、４５°位置にあるピン孔
１ｄと水平位置にあるピン孔２ｄが合致するように、第
１エレメント１を第２エレメント２に対し４５°だけ時
計方向に回転して両エレメント１、２を重ね合わせ、ユ
ニット３を構成する。

【００４０】従がって、実線で表す十字配置の第１孔部
１ａ・・と破線で表す正方形配置の第２孔部２ａ・・と
が（Ａ）に示されるような位置関係になる。この状態で
は、第１孔部１ａと第２孔部２ａとの交叉面積は最大の
１００％に達することが分かる。即ち、第１孔部１ａの
小開口部１ｃのほとんどが第２孔部２ａの大開口部２ｂ
と交叉するため、第１孔部１ａから第２孔部２ａへ通過
する物質流は最大量にまで増大する。

【００４１】（Ｂ）はＥ−Ｅ線断面図である。Ｅ−Ｅ線
位置においては第１エレメント１のピン孔１ｄは第２エ
レメント２のピン孔とは連通していない。しかし、
（Ａ）から分かるように、第２エレメント２のピン孔２
ｄは第１エレメント１の４５°位置にあるピン孔１ｄと
連通し、この位置で連通孔４を形成する。

【００４２】この交叉面積が約１００％の位置関係で
は、物質流が第１孔部１ａの大開口部１ｂに流入した場
合、物質流は１００％の交叉面積を通して第２孔部２ａ
を通過し、全量の物質流が通り抜けてゆく。従がって、
入口側圧力Ｐ_Iに対して、出口側圧力も最大に達し、最
大出口側圧力Ｐ_Lが得られる。つまり、圧力損失Ｐ_I−Ｐ
_Lも最小になることが分かる。

【００４３】このように交叉面積が約１００％位になる
と、物質流は孔部以外の壁面で適度の混合攪拌を受けな
がら、物質流の全量が第１孔部１ａと第２孔部２ａを通
過してゆく。しかし、交叉面積が約５０％の図４と比較
すると、混合攪拌性能は低下すると考えられる。

【００４４】しかし、混合攪拌性能は交叉面積だけで決
定されるものではない。第１エレメント１も第２エレメ
ント２も孔部を有するが、孔部の開口面積はエレメント
の全面積の一部に過ぎない。物質流は孔部が形成されて
いない壁面とは衝突するから、この衝突によって当然に
混合攪拌される。

【００４５】両エレメント１、２の面積を１００％とす
るとき、仮に孔部の全開口面積を４０％とすると、残り
の衝突壁面は６０％になる。孔部１ａ、２ａの交差によ
って、孔部の開口面積は４０％〜０％にまで変化する。
従がって、物質流が衝突する壁面の面積は６０％（１０
０％交叉のとき）〜１００％（０％交叉のとき）に変化
する。

【００４６】物質流の衝突断面積が混合攪拌性能を与え
ると考えると、この場合には混合攪拌性能は６０％〜１
００％の範囲で変化すると考えられる。従がって、１０
０％の交叉面積においても、６０％の混合攪拌が行なわ
れるのである。つまり、第１孔部１ａと第２孔部２ａが
１００％交差しても、十分なる混合攪拌が行なわれるよ
うに設計しておけば、交叉面積を０％〜１００％に変化
させても、十分なる混合攪拌を与えながら、同時に圧力
損失を適性値に調整することが可能となる。

【００４７】図６は、複数のユニットを積層した組立体
の構成図である。この図では３組のユニットを積層して
組立体５を構成しているが、例えば５層でもよいし、そ
の他任意の個数の積層が可能である。ピン孔２ｄに連通
するピン孔１ｄが必ず存在するから、左右の連通孔４に
ピン６ａ、６ａを挿通して、エレメント１、２の回転を
不能にして組立体５を一体化する。

【００４８】この組立体５を静止型混合攪拌装置６とし
て使用することもできる。この組立体５はユニット３を
積層して構成されたから、その積層数をｎとすると、エ
レメント枚数は２×ｎになる。しかし、ユニット３を適
当数だけ積層して、その端面に第１エレメント１を１枚
だけ積層することも可能であり、この場合にはエレメン
ト数は２×ｎ＋１となる。この組立体５も本発明の混合
攪拌装置６を構成する事はいうまでもない。物質流は大
開口部１ｂから矢印ａ方向に供給され、小開口部２ｃか
ら流出する。

【００４９】図７は、組立体をケース内に装填した混合
攪拌装置の断面図である。組立体５だけでも混合攪拌装
置６を構成するが、通常は、この組立体５をケースの中
に装填して混合攪拌装置６を構成する。ケースの構造に
は種々のものがあり、図７では第１ケース体７と第２ケ
ース体８によってケースが構成されている。

【００５０】即ち、第１ケース体７の収納部７ｂと第２
ケース体８の収納部８ｂの中に組立体５を装填し、前後
の段部７ａ、８ａで組立体５を狭持し、中間の接合部を
半割型締付金具９ａ、９ｂで締め付けて固定する。この
ようにして混合攪拌装置６が構成される。

【００５１】この混合攪拌装置６を流体を循環させる配
管の途中に接続し、この配管内に流体を流すと、混合攪
拌装置６の中で流体は強力に混合攪拌される。相対回転
角度を変化させてピン６ａ、６ａで固定すると、混合攪
拌性能が自在に調整される。物質流の種類や流速、供給
圧力、流体温度などに応じて混合攪拌性能を適正に調整
しながら、物質流の混合攪拌を実現する事ができる。物
質流は矢印ａ方向に供給され、混合された物質流が矢印
ｂ方向へと流出してゆく。

【００５２】

【実施例】図８は、物質流による混合攪拌装置の圧力損
失を測定するための実験装置図である。この実験装置
は、配管１０、循環ポンプ１１、流量計１２、貯蔵タン
ク１７、熱交換器１３、本発明の混合攪拌装置６及びガ
ス供給部１６から構成され、混合攪拌装置６の入口側及
び出口側に圧力計１４、１５を設置した。なお、流体は
矢印ｃ方向に流通する。

【００５３】混合攪拌装置６では、第１エレメント１と
第２エレメント２を０°、２２．５°及び４５°の３種
類の相対回転させた場合について、実験を行なった。第
１エレメント１と第２エレメント２の直径は３５ｍｍ
で、第１エレメントの孔数は５孔、第２エレメント２の
孔数は４孔である。第１孔部１ａと第２孔部２ａの大開
口部１ｂ・２ｂの直径は９ｍｍで、小開口部１ｃ・２ｃ
の直径は６．８ｍｍである。また、ユニットの積層段数
は３ユニットとした。

【００５４】[実施例１：２２．５°回転位置：交差面
積約５０％]実験は次のように実施した。８０％のアク
リル酸水溶液４．１７ｋｇに３５％の水酸化ナトリウム
水溶液５．１３ｋｇとイオン交換水１．８９ｋｇを添加
して原料水溶液１１．１９ｋｇを調製し、５０Ｌの貯蔵
タンク１２に仕込んだ。次いで、ガス供給部１６により
６Ｎｍ³／ｈの空気を混合攪拌装置の入口側に供給し、
流量計１２で計測しながらポンプ動力を調製し、循環流
量を１４００Ｌ／ｈに設定した。

【００５５】循環開始から１０分経過した後、３５％の
亜硫酸水素ナトリウム水溶液１．３８ｋｇを貯蔵タンク
１７に一括投入し、重合反応を開始した。重合開始１０
分後、重合率９９．７％ポリアクリル酸ナトリウム水溶
液を得た。そのとき、混合攪拌装置６の入口側圧力計１
４はＰ₁＝０．２５ＭＰａ、出口側圧力計１５はＰ₂＝
０．１４ＭＰａを示し、圧力損失ΔＰはΔＰ＝Ｐ₁−Ｐ₂
＝０．１１ＭＰａであった。なお、重合率は高速液体ク
ロマトグラフィ（ＨＰＬＣ）により測定した。

【００５６】[実施例２：４５°回転位置：交差面積約
１００％]第１エレメント１と第２エレメント２を４５
°だけ相対回転変位させて混合攪拌装置６を構成した。
これ以外は実施例１と全く同様の操作を行なった結果、
重合開始１０分後、重合率は９９．８％のポリアクリル
酸ナトリウム水溶液を得た。その時の混合攪拌装置６の
入口側圧力計１４はＰ₁＝０．１９ＭＰａ、出口側圧力
計１５はＰ₂＝０．１３ＭＰａを示し、圧力損失ΔＰは
ΔＰ＝Ｐ₁−Ｐ₂＝０．０６ＭＰａであった。

【００５７】[実施例３：０°回転位置（回転なし）：
交差面積約０％]第１エレメント１と第２エレメント２
を相対回転させないで混合攪拌装置６を構成した。これ
を０°回転位置とする。これ以外は実施例１と全く同様
の操作を行なった結果、重合開始１０分後、重合率は９
９．８％のポリアクリル酸ナトリウム水溶液を得た。そ
の時の混合攪拌装置６の入口側圧力計１４はＰ₁＝０．
２９ＭＰａ、出口側圧力計１５はＰ₂＝０．１２ＭＰａ
を示し、圧力損失ΔＰはΔＰ＝Ｐ₁−Ｐ₂＝０．１７ＭＰ
ａであった。

【００５８】実施例１〜実施例３までの結果を表１に纏
める。＜表１＞回転角度と圧力損失と重合率の関係Ｎｏ回転角度交叉面積圧力損失重合率実施例１ 22.5° 約50％ 0.11Mpa 99.7％実施例２ 45° 約100％ 0.06MPa 99.8％実施例３ 0° 約0％ 0.17Mpa 99.8％

【００５９】表1から分かるように、交叉面積が小さい
ほど圧力損失が大きくなることが理解される。しかし、
重合率は交叉面積とは関係がない結果が得られている。
これは、前述したように、第1エレメント１も第２エレ
メント２においても、孔部が形成されていない衝突面が
かなり大面積に存在していることを意味する。

【００６０】この衝突面に原料となる気液の混相流が衝
突すると、入射流は反射流へと転じ、この反射流と入射
流の間でかなり大きな衝突攪拌が発生する。そのため交
叉面積の大小によらない重合率になったと考えられる。

【００６１】図９は、図８の装置により得られた圧力損
失のデータ図である。縦軸は圧力損失（ＭＰａ）を示
し、横軸は平均線流速（m／s）を与えている。０°回転
（回転無し）が最大の圧力損失を示し、２２．５°回転
が中間の圧力損失を与え、４５°回転が最小の圧力損失
になっている。使用した流体は４０％ポリアクリル酸ナ
トリウム水溶液で、同液の粘度は、２０℃で６００mPa・
s、３０℃で４００mPa・s、４０℃で２５０mPa・sであっ
た。

【００６２】また、液体の温度が高くなると圧力損失が
低下することが分かる。温度が高くなるに従って、液体
の粘性が低下し、圧力損失が低下したと考えられる。

【００６３】図１０は第１エレメントと第２エレメント
の第２実施形態の概略説明図である。第１孔部１ａと第
２孔部２ａの形状が四角錘台形になっている点が特徴で
ある。その他の構造は第１実施形態と同様であるから、
その説明を省略する。このように錘台形の形状であれ
ば、円錐台形と同様に、本発明の効果を発揮できる。そ
の他の錘台形状も利用できることは云うまでもない。

【００６４】図１１は、第１エレメントと第２エレメン
トの第３実施形態の概略説明図である。第１孔部１ａと
第２孔部２ａの形状は円錐台形であるが、この実施形態
では第１実施形態と比べて多数の孔部が形成されている
点が特徴となっている。他の構造は第１実施形態と同様
であるから、その説明を省略する。このように多数の孔
部を形成しても、回転により交叉面積が変化し、圧力損
失を自在に調整できることは第１実施形態と同様であ
る。

【００６５】図１２は、第１エレメント又は第２エレメ
ントの第４実施形態の概略断面図である。この実施形態
では、第１エレメント１の第１孔部１ａの断面形状、或
いは第２エレメント２の第２孔部２ａの断面形状は砂時
計型に形成されている。即ち、その断面形状は入口側開
口部１ｅ（２ｅ）と出口側開口部１ｆ（２ｆ）が同程度
の大開口部となっており、中間部に小開口面積の中間開
口部１ｇ（２ｇ）が形成されている。この場合でも、２
枚のエレメントの相対回転により第１孔部と第２孔部の
交叉面積を可変に調整できる。

【００６６】本発明は上記実施形態に限定されるもので
はなく、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲における
種々の変形例や設計変更をその技術的範囲内に包含する
ものであることは云うまでもない。

【００６７】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、第１エレメン
トと第２エレメントを相対回転させることにより、第1
孔部と第２孔部の交叉面積を変化させることができ、し
かもその交叉面積を固定できるから、その結果流体抵抗
の変化を通して物質流の圧力損失や流速を自在に変化さ
せる事が可能となる。この調整自在性によって、反応装
置や物質流の種類や温度や圧力や流速に応じて、物質流
を所望の混合攪拌性能に調整することができる。

【００６８】請求項２の発明によれば、第1エレメント
と第２エレメントを適当角度だけ相対回転させて重ね孔
部の交叉面積を所望値に設定したユニットを単位とし、
このユニットを所望数だけ積層する事により、反応装置
や物質流の種類や温度や圧力や流速に応じて、物質流を
所望の混合攪拌性能に調整することができる混合攪拌装
置を提供する。

【００６９】請求項３の発明によれば、ピン孔とピンの
機構を使用して、第１エレメントと第２エレメントを所
望の相対角度だけ変位させて固定でき、ワンタッチ操作
で任意の混合攪拌性能に調整できる混合攪拌装置を実現
できる。

【００７０】請求項４の発明によれば、第１エレメント
と第２エレメントの一方の周縁に１個のピン孔を穿設
し、他方のエレメントの周縁に複数のピン孔を円周方向
に穿設するから、相対回転させた後のピン孔の合致の確
認が容易であり、この合致したピン孔にピンを容易に挿
通できる混合攪拌装置を提供できる。

【００７１】請求項５の発明によれば、第１孔部と第２
孔部を錐台形に形成し、大開口部から小開口部に向かっ
て物質流を流通させる構成にするから、物質流の流通が
円滑になり、しかも小開口部から物質流が流出するから
高速流の状態で混合攪拌され、混合攪拌が極めて迅速で
しかも渦流状態で生起し、十分な混合攪拌を行なう混合
攪拌装置を市場に提供できる。

【００７２】請求項６の発明によれば、第１孔部と第２
孔部を円錐台形又は角錐台形に形成するから、加工が容
易でありしかも安価に形成できるから、実用的な混合攪
拌装置を提供することができる。本発明は上述の通り、
優れた実用的効用を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に用いられる第１エレメントの第１実施
形態の概略説明図である。

【図２】本発明に用いられる第２エレメントの第１実施
形態の概略説明図である。

【図３】第１エレメントと第２エレメントを０°位置で
重ねたユニットの概略説明図である。

【図４】第１エレメントと第２エレメントを２２．５°
の相対回転位置で重ねたユニットの概略説明図である。

【図５】第１エレメントと第２エレメントを４５°相対
回転位置で重ねたユニットの概略説明図である。

【図６】複数のユニットを積層した組立体の構成図であ
る。

【図７】組立体をケース内に装填した混合攪拌装置の断
面図である。

【図８】物質流の圧力損失を測定する実験装置図であ
る。

【図９】図８の装置により得られた圧力損失のデータ図
である。

【図１０】第１エレメントと第２エレメントの第２実施
形態の概略説明図である。

【図１１】第１エレメントと第２エレメントの第３実施
形態の概略説明図である。

【図１２】第１エレメント又は第２エレメントの第４実
施形態の概略断面図である。

【符号の説明】

１は第１エレメント、１ａは第１孔部、１ｂは大開口
部、１ｃは小開口部、１ｄはピン孔、１ｅは入口側開口
部、１ｆは出口側開口部、１ｇは中間開口部、２は第２
エレメント、２ａは第２孔部、２ｂは大開口部、２ｃは
小開口部、２ｄはピン孔、２ｅは入口側開口部、２ｆは
出口側開口部、２ｇは中間開口部、３はユニット、４は
連通孔、５は組立体、６は混合攪拌装置、６ａはピン、
７は第１ケース体、７ａは段部、７ｂは収納部、８は第
２ケース体、８ａは段部、８ｂは収納部、９ａ・９ｂは
半割型締付金具、１０は配管、１１は循環ポンプ、１２
は流量計、１３は熱交換器、１４は入口側圧力計、１５
は出口側圧力計、１６はガス供給部、１７は貯蔵タン
ク、Ｐ₁・Ｐ_Iは入口側圧力、Ｐ₂は出口側圧力、Ｐ_Sは小
さな出口側圧力、Ｐ_Mは中間出口側圧力、Ｐ_Lは大出口側
圧力。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者目瀬央欣大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者斉藤樹伸大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者安河内健大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者小路克利大阪府大阪市西区立売堀２丁目３番２号株式会社フジキン内 (72)発明者玉置清二和歌山県和歌山市湊1334番地花王株式会社研究所内 (72)発明者亀井宏二和歌山県和歌山市湊1334番地花王株式会社研究所内 (72)発明者大崎和友和歌山県和歌山市湊1334番地花王株式会社研究所内 (72)発明者内藤一樹和歌山県和歌山市湊1334番地花王株式会社研究所内Ｆターム(参考） 4G035 AB37 AC01 AE13

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】複数個の第１孔部を所定パターンに穿設
したディスク型の第１エレメントと、複数個の第２孔部
を所定パターンに穿設したディスク型の第２エレメント
を用意し、この第1エレメントと第２エレメントを交互
に複数個積層して組立体を構成し、この組立体の内部に
物質流を流通させて物質流を混合攪拌する混合攪拌装置
において、前記第１孔部と第２孔部の交叉面積を変化さ
せるために第１エレメントと第２エレメントを軸心の周
りに相対的に所望角度だけ回転変位できるようにし、所
望の相対回転角度において両エレメントを回転不能に一
体化することを特徴とする混合攪拌装置。
【請求項２】複数個の第１孔部を所定パターンに穿設
したディスク型の第１エレメントと、複数個の第２孔部
を所定パターンに穿設したディスク型の第２エレメント
を用意し、この第1エレメントと第２エレメントを重ね
てユニットを形成し、第１エレメントと第２エレメント
が交互に反復するように前記ユニットを複数段積層して
組立体を構成し、この組立体の内部に物質流を流通させ
て物質流を混合攪拌する混合攪拌装置において、前記第
１孔部と第２孔部の交叉面積を変化させるために第１エ
レメントと第２エレメントを軸心の周りに相対的に所望
角度だけ回転変位できるようにし、所望の相対回転角度
において両エレメントを回転不能に一体化することを特
徴とする混合攪拌装置。
【請求項３】前記第１エレメントと第２エレメントを
同形の円板に形成し、第１エレメントと第２エレメント
の周縁近傍にピン孔を穿設し、第１エレメントと第２エ
レメントを相対的に所望角度だけ回転変位させて両エレ
メントの合致連通したピン孔により回転角度が分かるよ
うに構成され、この合致連通したピン孔にピンを挿通し
て両エレメントの回転を不能にし、しかも前記組立体を
前記ピンにより一体化した請求項１又は２に記載の混合
攪拌装置。
【請求項４】前記第１エレメントと第２エレメントの
一方の周縁近傍に１個のピン孔を穿設し、他方のエレメ
ントの周縁近傍に複数のピン孔を円周方向に穿設した請
求項３に記載の混合攪拌装置。
【請求項５】前記第１孔部と第２孔部は錐台形に形成
され、第１孔部の出口部が第２孔部の入口部と接触して
交叉面積を形成するように第１エレメントと第２エレメ
ントを重ね、物質流を流通させる請求項１又は２に記載
の混合攪拌装置。
【請求項６】前記錐台形は円錐台形又は角錐台形であ
る請求項５に記載の混合攪拌装置。