JPH02303530A - 連続式静止混合装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本発明は、液体同士、液体と気体、液体と乾燥した粒体
または粉体、液体とスラリまたは懸濁状の固体、あるい
はこれらの物質の種々の組合せ等、複数の流動物質を混
合するための装置に関する。

（従来の技術） ミキサは、大体、連続式のものとバッチ式のものに分類
できる。連続ミキサの場合は、液体、気体、粉体等が所
定の流量で混合室に供給され、それ自体の速度と乱流、
機械的撹拌、またはその両方によって混ぜ合わされる。

公知の連続ミキサは、完全な混合を達成するために十分
な物質の分子同士の接触が必ずしも得られない。例えば
酸性の鉱水の化学的性質を調整するために試薬を加える
場合のように、混合が反応を目的とする場合は、低い混
合効率を補い、試薬による接触をできるだけ高めるため
に、反応に必要な量より多量の試薬が使用される。低い
混合効率による多量の試薬の使用と機械的ミキサの運転
に要するエネルギのため余分なコストがかかることにな
る。

バンチミキサの場合は、二種以上の物質がコンテナに入
れられ、撹拌、回転、タンプリング等によって混ぜ合わ
される。また、大きな沈澱池またはタンクと組み合わさ
れた水面式、タービン式または気泡式通気装置によって
酸素と汚染水等の液体を混合することも周知である。こ
のようなバッチミキサにはい（つかの欠点がある。物質
がミキサに供給され、その全量が混合するまで一定時間
混ぜ合わさてから混合室から取り出されるので、混合に
時間がかかる。また、これらのミキサは、バッチ全体が
一度に処理されるので総じて大型で、沈澱池と組み合わ
された場合は特に大きなものになる。更に、バッチミキ
サの作業効率は大体において悪い。

本出願人の「連続式静止混合装置」という名称のアメリ
カ特許第４．６４７，２１２号に開示されたミキサは従
来のミキサのいくつかの問題を解決している。特に、上
記特許に開示されたミキサは複数の物質を効率よく徹底
的に混ぜ合わせる連続式のミキサである。このミキサは
作動時に完全に静止しており、可動部材を含まず、メン
テナンスや休止時間が少なく、構造が比較的簡単である
。更に、上記特許に開示されたミキサはフレキシブルな
設計で、種々のニーズに対応でき、種々のシステム構成
で使用できる。

しかし、アメリカ特許第４，６４７，２１２号に開示さ
れたミキサの具体的構造にはいくつかの欠点がある。特
に、このミキサは、混合室の各端部の端壁と別体のノズ
ル板との間に、二つの物質の流れの流入室ないしアトリ
アムが設けられる。

混合室は、端壁とノズル板の間にこれら流入室ないしア
トリアムを確保するに十分な大きさでなければならない
。更に、ミキサの具体構造は、長手円筒状のミキサ本体
内に取り付けられた別個のノズル板を含む。流れ込む流
体の圧力がノズル板の全面に作用するので、これらのノ
ズル板は中空の本体内にしっかりと固定しなければなら
ない。これは、各ノズル板の外周部が中空の本体の内面
と接触する場合、特に問題になる。

更に、ノズル板が高圧で撓んで、取付機構を弱める可能
性がある。最後に、流入口ないしノズル孔の両側に各流
入室ないしアトリアムがかなりの長さで形成されるので
、流体が端壁とノズル板の間に滞留しがちである。その
結果、ミキサの不使用時にやっかいな排出の問題が生じ
る。

（発明が解決しようとする課題） したがって本発明の目的は、アメリカ特許第４．６４７
．２１２号に開示されたミキサのすべての利点を活かし
ながら、そのミキサの具体構造の難点を解消することに
ある。

（課題を解決するための手段） 本発明の混合装置は、中空の本体を持つ長手円筒状の混
合室と、それに取り付けられて中空の本体を閉じる第一
および第二外端壁と、本体を貫通して混合室に通じる排
出口とを備えている。排出口は端壁間の本体部分の長手
方向中間部に設けらている。各端壁は内面、それと反対
側の外面、および内外面間を貫通して各端壁の中心まわ
りに互いに間隔をもって混合室に開口した複数のノズル
孔を有する。各端壁の内面は反対側の端壁の内面に対向
する。各ノズル孔は外面から内面に向かって混合室の長
手軸心に対して角度をもって本体の方向へ広がっており
、更に、各ノズル孔が端壁の中心から外方に延びる半径
に対して同じ方向に傾いており、一方の端壁のノズル孔
を介して流入する流体が他方の端壁のノズル孔を介して
流入する流体と混合室内で接触して完全に混ざり合う。

混合流体は排出口を介して混合室から排出される。ノズ
ル孔を通過する流体は混合室の本体へ向かう外方の分力
と、反対側の端壁へ向かう内方の分力と、混合室の半径
に対する回転分力と、反対側の端壁のノズル孔を通過す
る流体と反対の回転分力を持つ。

本体を貫通して混合室に通じる取入口を更に設けること
により、別の流体を混合室内で混合することができる。

この取入口は両端壁の間の、排出口と反対側の本体部分
に位置し、流動可能な物質を混合室に送り込む。複数の
ノズル孔を囲んで端壁の外面から外方へ突出した取付カ
ラーを設けることもできる。この取付カラーは端壁に一
体的に形成されることが望ましい。

ノズル孔は２５°から３５°程度の角度、好ましくは３
０”の角度で外方に広がって形成される。ノズル孔の半
径に対する傾きの角度は１０°から２０”程度で、望ま
しくは１５°である。排出口の直径は取入口の直径より
大きいことが望ましい。

（実施例） 本発明のミキサの第一実施例が第１ないし３図に示され
ている。ミキサ２は円筒状の本体４を含み、これは一端
が第二端壁６で、他端が第二端壁８で閉鎖されている。

本体４、第一端壁６および第二端壁８が中空の混合室９
を形成している。端壁６．８は溶接、図示のようなボル
ト１０または他の適当な固定手段で本体４に取り付けら
れる。第一端壁６は複数のノズル孔１２が貫通している
。同様に、第二端壁８も複数のノズル孔１４が貫通して
いる。端壁とノズル孔は後で第４および５図を参照しな
がら詳細に説明する。

排出口１６が本体４を貫通して混合室９内に開口してい
る。この排出口１６は第一端壁６と第二端壁８の間の本
体４部分に位置する。更に、ミキサ２は本体４を貫通し
て混合室９内に開口した取入口１８を含む。取入口１８
は第一端壁６と第二端壁８の間の、排出口１６と反対側
の本体４部分に位置する。

第１ないし３図の構成では、ミキサ２は二種の流体を混
合室９内で混ぜ合わせるのに使用できる。ミキサ２によ
って混ぜ合わされる物質に「流体」という言葉を使用し
ているが、本発明のミキサ２は、液体気体等の真の流体
と、乾燥した粒体または粉体、スラリ状または懸濁状の
固体を含む液体等の流体状のあるいは流動可能な物質、
あるいはこれらの物質の種々の組合せに対応できるもの
である。第一の流体は取入導管２０を通じて送られ、そ
れに連結されたＹ型連結具２１によって部分されて、ミ
キサ２の両端に供給される。第一流体の一部はＹ型連結
具２１の一方の分岐路から導管２２、連結具２３、エル
ボ２４および導管２５を通過する。同様に、第一流体の
残り部分はＹ型連結具２１の他方の分岐路から導管２６
、連結具２７、エルボ２８および導管２９を通過する。

導管２５は第一端壁６に取り付けられて、ノズル孔１２
と連通ずる。

導管２５の内径が第一端壁６のノズル孔１２を全部完全
に取り囲むほど大きくない場合は、図示のようにノズル
孔１２に完全に行きわたる幅広の取付カラーの一例を示
すフレア部３１を導管２５に設けることができる。同様
に、導管２９も第二端壁８に取り付けられて、ノズル孔
１４と連通ずる。導管２９も、ノズル孔１４を完全に囲
むフレア部３２を介して第二端壁８に取り付けることが
できる。

第一端壁６側からミキサ２に流れ込む流体は、混合室９
の中心に向かう複数の流れに分割される。同様に、第二
端壁８側からミキサ２に流れ込む流体も、混合室９の中
心に向かう複数の流れに分割される。流体の流れは、第
３図中矢印で示すように、混合室９の中心で衝突する。

第二の流体は、本体４に取り付けられて取入口１８と連
通した取入導管３４を介して混合室９に注入される。第
一および第二流体の両者は混合室９内で混ざり合って、
本体４に取り付けられて排出口１６と連通した排出導管
３６を介して排出される。混合流体は排出導管３６を道
じて所定の場所へ送られる。取入導管３４は、気体、粒
状物質、またはその組合せを混合室９に供給するのに特
に有用である。第１図に示された構成において、取入導
管３４は粉状物質、液体または空気をミキサ２の内部に
導入するのに使用される。空気または粉状物質の導入を
容易にするために取入導管３４の自由端にフランジ３日
を設けることができる。

第１ないし３図に示されたミキサ２に使用される第二端
壁８の詳細が第４および５図に示されている。第一端壁
６は第２端壁と同様なので、これ以上の説明は省く。第
二端壁８は内面４０と、その反対側の大体平行な外面４
２を有する。

複数のノズル孔１４が第二端壁８の内面４０と外面４２
の間を貫通して形成されている。両方の端壁がミキサ本
体４に取り付けられると、一方の端壁の内面が他方の端
壁の内面に対向した状態になる。各端壁の外面は混合室
９と反対の方向に向く。第二端壁８を本体４に取り付け
るための複数の取付孔４３が第二端壁８を貫通して形成
されている。

ノズル孔１４は第二端壁８の中心まわりに間隔をおいて
形成されている。第５図に明示されているように、各ノ
ズル孔１４は外面４２から内面４０へ向かって第二端壁
８の外周縁、従って本体４、の方向へ広がっている。ま
た、ノズル孔１４は混合室９の長手軸心４５に対しても
外方へ広がることになる。第５図に示されているように
、ノズル孔１４は角度Ｍで外方へ広がっており、この角
度は２５°から３５°程度で、好適実施例では３０°に
設定される。ノズル孔１４は傾斜しているので、まっす
ぐの孔の場合形成される円形開口と異なり、端壁８の内
外面４０．４２に楕円形の開口が形成される。ノズル孔
１４の傾斜によって、それを通過する流体に本体４へ向
かう外方の分力と反対側の端壁へ向かう内方の分力が生
じる。

更に、各ノズル孔１４は、第二端壁８の中心から径方向
外方に延びる仮想線４６に対して傾いている。この傾き
によって、ノズル孔１４を通過する流体は混合室９の半
径に対する回転分力を持つことになる。ノズル孔１４は
すべて同じ方向に傾いている必要がある。そして、各端
壁のノズル孔は同方向に沿って傾いていることが望まし
い。同一の端壁が互いに対向して取り付けられると、一
方の端壁のノズル孔を通過する流体が他方の端壁のノズ
ル孔を通過する流体と反対方向の回転分力を持つことに
なる。ノズル孔１４の傾きの角度は第４図中して示され
ている。この角度は１０’から２０°程度で、望ましく
は１５°である。

上記のように、ノズル孔１２．１４付、近で各端壁６．
８の外面に当たる流体はノズル孔１２．１４によって複
数の流れに分割される。そして、それぞれの流れは混合
室９の中心へ向かって内方へ流れ、また混合室９の長手
軸心から遠ざかって本体４に向かって外方へ流れる。更
に、ノズル孔１２．１４の径方向の傾きによって、流体
の流れが混合室９の長手軸心４５まわりで螺旋状ないし
ねじれ状に回転する。端壁６．８のノズル孔１２．１４
から流入する流体のねじれが互いに反対方向で、これに
より流れ同士が混合室９の中心部において視斜角で衝突
し合うことが特に望ましい。これは、同一の端壁６．７
をその内壁が対向し合うように取り付けることによって
達成される。

第１ないし３図に示す実施例では、第一端壁６のノズル
孔１２から流入する流体は時計まわりにねじれ、第二端
壁８のノズル孔１４から流入する流体は反時計まわりに
ねじれる。流れは、混合室９の中心部と壁部で混ざり合
って、対向する流れに流体せん断が生じるような角度で
移動する。その結果、せん新作用によって流体が容易に
混ざり合える微細な粒子に細分されるので、激しい乱流
状の混合パターンが生じる。

第６図に本発明のミキサの第二実施例が示されている。

このミキサ５０は第１ないし３図に示されたミキサと同
様であり、同一部材に同一の参照番号が付されている。

第６図のミキサ５０は第１ないし３図に示されたミキサ
と一点においてのみ相違する。つまり、第二実施例では
、円筒状の本体４に取入開口１８が形成されていない。

ミキサ５０は端壁６．８を介して流入する二種の加圧流
体を混合するのに適している。

第４および５図に示された第二端壁８の別実施例が第７
および８図に示されている。両者は類似しているので、
同一部材に同一の参照番号が使用されいる。第７および
８図の第二端壁８には円筒カラー５４が一体形成されて
外面４２から外方に延設されている。カラー５４は第二
端壁８を貫通するノズル孔１４から少し間隔をもってそ
れらを完全に囲んでいる。カラー１４は、内径が十分大
きい取入導管が幅広のラレア部を必要とせずに端壁に直
接取り付けられることを可能にする。本発明は、取入導
管を端壁に連結して、ノズル孔を含む端壁の外面エリア
に流体を供給するいかなる機構をも使用できる。

（作用および効果） この構成はアメリカ特許第４．６４７．２１２号に開示
された装置の改良である。特定の供給圧でノズル孔を通
過する流体の速度を高めることによって、その装置の混
合効率が大幅に改善されているやノズル孔を通過する流
量、従って流速、はノズルの流量係数に支配される。ノ
ズルの流量係数を高めればノズル孔を通過する流量が増
加する。ノズルの流量係数値は主としてノズル孔に到る
取入導管のレイノルズ数によって決まる。従って、レイ
ノルズ数が増加すればノズルの流量係数も増加する。図
示の端壁のレイノルズ数は以下のように計算できる。

ＮＲＥはレイノルズ数を、Ｗは質量流量、πは定数、μ
は流体の粘性を、Ｄは内径をそれぞれ表す。

この構成において、Ｄの値、つまり取入導管の内径、が
アメリカ特許第４，６４７，２１２号のノズル板の直径
から、本発明の端壁に連結された取入導管の径に減少し
たので、レイノルズ数が大きくなる。取入導管ないしフ
レ、ア部の径は端壁のノズル孔を囲むに十分なだけの大
きさである。

これによって、上記のレイノルズの式におけるＤの値が
小さくなる。Ｄの値の減少によりレイノルズ数が増し、
ノズルの流量係数が増大して、混合効率が高められる。

この構成は、アメリカ特許第４，６４７．２１２号に開
示された装置と比べて、他にもいくつかの利点がある。

別体のノズル板と端壁との間のアトリアムが取り除かれ
たので、混合室の全長および体積が減少される。また、
本発明では、端壁にノズル孔が形成され、別体のノズル
板と端壁を必要としないので、部品ゐ数とそれに関連し
たコストを減少することができる。アトリアムが取り除
かれたので、端壁とノズル板の間に発生した流体の滞留
も無くなる。また、ミキサが使用されないときの排出が
簡単になる。更に、流体圧を受ける端壁の面積が、ノズ
ル板の全面積だったのに対して、本発明の場合は端壁に
向けた取入導管の開口面積に相当する程度に減少してい
る。これにより、別個のノズル板を中空の本体に取り付
けるのに必要であったジョイントやシールより簡単で、
小さく、さほど頑丈でないものが使用できる。更に、端
壁にかかる圧力が減少するので、端壁が撓んだり連結部
に応力が生じる恐れも少な（なる。

以上、本発明の詳細な説明したが、請求項に記載した発
明の範囲内で種々の改変が可能なことが理解されよう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の改良されたミキサの第１実施例の断片
斜視図、第２図は第１図のミキサの平面図、第３図は第
２図の■−■線矢視図、第４図は第１図のミキサの一方
の端壁の内面を示す図、第５図は第４図の端壁の側面図
、第６図は本発明の改良されたミキサの第２実施例を示
す第３図と同様な断面図、第７図は第４図の端壁の改変
例の外面を示す図、第８図は第７図の端壁の部分断面側
面図である。 ４・・・・・・本体、６．８・・・・・・端壁、９・・
・・・・混合室、１２．１４・・・・・・ノズル孔、１
６・・・・・・排出口、Ｒｇ、　２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、中空の本体を持つ長手円筒状の混合室と、その各外
   端部に取り付けられて中空の本体が外方へ突出しない状
   態にそれを閉じる第一および第二外端壁と、本体を貫通
   して混合室に通じる排出口とを備え、排出口が前記端壁
   間の本体部分の長手方向中間部に設けられ、各端壁が内
   面、それと反対側の外面、および内外面間を貫通して各
   端壁の中心まわりに互いに間隔をもって混合室に開口し
   た複数のノズル孔を有し、各端壁の内面が反対側の端壁
   の内面に対向し、各端壁の外面から外方へ突出して取付
   カラーが取り付けられ、取付カラーが端壁の複数のノズ
   ル孔を完全に囲むのに十分なだけの内径を持ち、各ノズ
   ル孔が外面から内面に向かって混合室の長手軸心に対し
   て角度をもって本体の方向へ広がっており、更に、各ノ
   ズル孔が端壁の中心から外方に延びる半径に対して同じ
   方向に傾いており、一方の端壁のノズル孔を介して流入
   する流体が他方の端壁のノズル孔を介して流入する流体
   と混合室内で接触して完全に混ざり合い、混合流体が排
   出口を介して混合室から排出され、ノズル孔を通過する
   流体が混合室の本体へ向かう外方の分力と、反対側の端
   壁へ向かう内方の分力と、混合室の半径に対する回転分
   力と、反対側の端壁のノズル孔を通過する流体と反対の
   回転分力を持つことになることを特徴とする混合装置。 ２、本体を貫通して混合室に通じる取入口を更に備え、
   この取入口が両端壁の間の、排出口と反対側の本体部分
   に位置し、流動可能な物質を混合室に送り込む請求項１
   に記載の混合装置。 ３、ノズル孔が２５°から３５°程度の角度で外方に広
   がっている請求項１に記載の混合装置。 ４、ノズル孔が３０°の角度で外方に広がっている請求
   項３に記載の混合装置。 ５、ノズル孔の半径に対する傾きの角度が１０°から２
   ０°程度である請求項１に記載の混合装置。 ６、ノズル孔の半径に対する傾きの角度が１５°である
   請求項５に記載の混合装置。 ７、排出口の直径が取入口の直径より大きい請求項２に
   記載の装置。 ８、取付カラーが端壁に一体的に形成されている請求項
   １に記載の装置。