JP2011121038A

JP2011121038A - スタティックミキサー

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Publication number: JP2011121038A
Application number: JP2009299348A
Authority: JP
Inventors: Masao Uratani; 昌夫浦谷
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-12-10
Filing date: 2009-12-10
Publication date: 2011-06-23

Abstract

【課題】簡単な構成により、高粘度流体、低粘度流体に対しても良好な攪拌・混合効率が得られるスタティックミキサーを提供する。
【解決手段】円筒状の配管に複数のオリフィス板が配置され、該オリフィス板には複数の孔が設けられ、配管の軸方向にみたとき隣接する二つのオリフィス板の孔が重ならないように配置されてなるスタティックミキサーであり、配管に３個以上のオリフィスが配置され、それぞれのオリフィスにおける孔数が３個以上であり、該孔がオリフィスの外周に沿って均等に開けられているスタティックミキサーである。
【選択図】図１

Description

本発明は、流体を混合するスタティックミキサーに関する。詳しくは複数のオリフィス板を供えるスタティックミキサーに関する。

流体の撹拌・混合装置として、スタティックミキサーが汎用されている。このスタティックミキサーは、撹拌翼を流体内で回転する通常の攪拌・混合方式に対して、その名称のように動的な部位がなく駆動回転撹拌翼を有さないミキサーである。スタティックミキサーは通常流体流路の途中に介装され移送中の流体の流れに乱れ（渦流等の乱流）を発生させて撹拌・混合を行う（撹拌・混合エネルギーは流体より得る）ように構成されている。

従来、この種のスタティックミキサーとして図３〜５に示すものが用いられている。図３に示すスタティックミキサーは、スパイラル状に９０度ねじりを加えた板を配管中に複数個直列に置き、流体が通過するとき、分割と集合を繰り返すことと、ねじり運動をうけ流れが乱れることで液体同士の混合をおこなうものである（たとえば、特許文献１）。またその類似品として図４に示すようなグリッドを配列して同様の効果を得るスタティックミキサーがある（たとえば、特許文献２）。これは１種類の要素部品を流体の流れに対し、直交部を有するようにかん合して組み立てられており、低粘度流体、気体などの流体の混合に適している。また、配管中に衝突板をおいて、流体の急激な方向転換により混合をするスタティックミキサーがある（たとえば、特許文献３）。図５に示すものは、衝突板を用いて１回の衝突で混合を完了する構造のスタティックミキサーを示す。

ＵＳ３２８６９９２号登録実用３００３５８１号特開平９−２９９７７６号

しかしながら、図３に示すスタティックミキサーは本来高粘度の流体の撹拌に考案されたもので、撹拌により生じる抵抗ができるだけ少なくなるよう構成されている。そのため、流体が混合されるために必要なエネルギーが充分与えられないので、流体の速度が低い場合には攪拌混合効率が低いという問題がある。それを解決するためにはスパイラル状の板の枚数を多くする必要があるが、装置が複雑になりコスト高になる。図４に示すグリッドを配列したスタティックミキサーは高粘度の流体に対しては、十分な攪拌混合効率が得られないという問題がある。図５のスタティックミキサーも構造の複雑な割に十分な攪拌混合効率が得られない。
本発明の目的は、簡単な構成により、高粘度流体、低粘度流体に対しても良好な攪拌・混合効率が得られるスタティックミキサーを提供することである。

本発明者らは、上記の課題に鑑み、鋭意研究の結果、配管中に複数個の孔をもつオリフィス板を同軸上に間隔をあけて複数枚配置し、隣接するオリフィス板の孔の位置が重ならないようにすることで達成できることを見出し、本発明に到達した。
すなわち、本発明は円筒状の配管に複数のオリフィス板が配置され、該オリフィス板には複数の孔が設けられ、配管の軸方向にみたとき隣接する二つのオリフィス板の孔が重ならないように配置されてなるスタティックミキサーである。
さらに本発明は、配管に３個以上のオリフィスが配置され、それぞれのオリフィスにおける孔数が３個以上であり、該孔がオリフィスの外周に沿って均等に開けられていることを特徴とする。
さらに本発明は、一つのオリフィス板の孔数が４個であって、配管の軸方向にみたとき隣接するオリフィス板の孔の中心が手前のオリフィス板の孔の中心から４５度ずれていることを特徴とする。

本発明によれば、配管に配置された隣接するオリフィス板の複数の孔が、配管の軸方向にみたとき、手前のオリフィス板の孔と重ならないように配置されているので、流体は孔により分割され通過して集合した後、隣接するオリフィス板の壁に衝突し分散する。その結果、高粘度流体、低粘度流体の混合、また混合比の大きな、混合が困難な流体の混合に対しても攪拌・混合が十分に行われる。
また、複数の孔が開いたオリフィス板を配管に配置するだけの簡単な構成でスタティックミキサーが得られる。

本発明によれば、複数の孔をもつオリフィス板が配管中に３個以上あると、液体の分割・集合とオリフィス板への衝突・分散が繰り返して行われるので、さらに攪拌・混合が十分に行われることになる。すなわち、流体がオリフィスの孔数を底としオリフィスの枚数を指数としたべき乗に分割・集合、衝突・分散混合がなされる。また、孔が３個以上であるので流体の分割・集合が効率よく行われる。
本発明によれば、一つのオリフィス板の孔数が４個であって、配管の軸方向にみたとき隣接するオリフィス板の孔の中心が手前のオリフィス板の孔の中心と４５度ずれている場合に、孔の重なりがなく、上記の分割・集合、衝突・分散が最も効率よく行われるので、最も効率よく攪拌・混合が行われる。

は本発明の一実施形態のスタティックミキサーミキサーを配管の中央軸に沿って切断した面の断面図である。は、図１におけるオリフィス板２（ａ）、オリフィス板３（ｂ）の平面図である。は従来のスパイラル状の板を組み合わせたスタティックミキサーミキサーを配管の中央軸に沿って切断した面の断面図である。は従来のグリッドを組み合わせたスタティックミキサーミキサーを配管の中央軸に沿って切断した面の断面図である。は従来の衝突板をもつスタティックミキサーミキサーを流体の流れ方向に沿って切断した面の断面図である。

以下、本発明の実施の形態につき、図を用いて説明する。なお、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。本発明と同一および均等の範囲内において、以下の実施の形態に対して種々の変更を加えることが可能である。

図１に本発明の一実施形態のスタティックミキサーミキサーを配管の中央軸に沿って切断した面の断面図を示す。図２は、図１におけるオリフィス板２（ａ）、オリフィス板３（ｂ）の平面図を示す。
配管１中に合計１０個のオリフィス板２、３が等間隔で配置されている。左端のオリフィス板２には、図面に向かってオリフィス板内の上下左右の４箇所に４個の孔４が開けられている。オリフィス板の中心にはオリフィス板同士を固定するためのシャフト５が備えられている。上下の孔４の中心を結ぶ線と左右の孔４の中心を結ぶ線が直角に交わるように孔４が均等に配置されている。図２（ｂ）に示すように隣接する二つの孔４はオリフィス板２の中心に対して９０度の角度で配置されている。

隣接するオリフィス板３にも４個の孔４とオリフィス板３の中心にシャフト５が備えられている。オリフィス板３内にもオリフィス板２と同様に４個の孔が中心に対して９０度の角度をもって均等に配置されている。しかし、配管の軸方向にみたときオリフィス板３の孔４はオリフィス板２の孔４と重ならないように４５度ずれて配置されている。言い換えると、オリフィス板３はオリフィス板２をオリフィス板３の中心に対して４５度回転させたものである。したがって、オリフィス板２の孔４とオリフィス板３の孔４とは重なっていない。
図１において、さらにこのオリフィス板３の右側にはオリフィス板２が配置されており、このようにオリフィス板２とオリフィス板３は交互に配置されている。

図１において、流体はたとえば、配管の左側から流入し、オリフィス板２の４個の孔４によって４つに分割され孔４を通過し、通過後に再度流体は集合する。図２（ａ）、（ｂ）を比較してわかるように、オリフィス板３の孔はオリフィス板２の孔４と４５度ずれているので、集合した流体はオリフィス３の孔をそのまま通過するのではなく、オリフィス板３の壁に衝突して分散する。そして、混合された流体はさらに、オリフィス板３の４個の孔４によって分割され図面に向かって右燐のオリフィス板２の壁に衝突し分散する。このようにして流体は分割・集合と衝突・分散を繰り返して効率よく攪拌・混合がされる。図１のスタティックミキサーミキサーの場合は、オリフィス板が１０枚であるので、４の１０乗の分割・集合と衝突・分散による混合が行われることになる。また、低粘度流体は分散の影響を受けやすいので、特に衝突・分散は高粘度流体と低粘度流体の攪拌・混合の効率を向上させる。このように本発明のスタティックミキサーミキサーは高粘度流体、低粘度流体に対しても効率よく攪拌・混合が行われる。

本発明で適用される配管の長さや径は特に限定はないが、配管の径は好ましくは１５Ａ〜５０Ａ（６０．５ｍｍ）である。５０Ａ以下であると本発明の効果が十分に発揮され、流体の混合分散が効率的に行われる。１５Ａ以上であると実用的である。配管の径や長さは用途によって決められる。

オリフィス板における孔の数は２個以上の複数であるが、３個以上が好ましく、３〜１０個がより好ましく、特に好ましくは３〜５個であり、最も好ましくは４個である。３個以上であると流体の分割と集合が十分となり、効率的な攪拌・混合ができる。１０個以下であると、オリフィス板の強度面、経済面が良好であり、これ以上孔数が増えても攪拌・混合の効率は向上しない。３〜５個であると攪拌・混合の効率がさらに良好である。４個であると攪拌・混合の効率が最も良好である上、製造上作りやすくオリフィス板の強度も優れる。

孔の形状は限定がないが、製造面、混合効率面から円形状である。孔の大きさは特に限定はないが配管の径の２０〜２５％が好ましい。この範囲内であると、隣接するオリフィス板の孔の重なりをなくすことが容易であり、流体の衝突が効率よく行われ、結果として流体の攪拌・混合効率が良好である。また、オリフィス板の強度面、製造面からも有利である。一つのオリフィス板内の孔は同じ大きさが好ましく、すべてのオリフィス板の孔の大きさが同じであるのが製造面、攪拌・混合の効率面から好ましい。ここで同じ大きさとはほぼ同じ大きさを含む。

オリフィス板内における孔の面積は全体の１０〜２５％であるのが好ましい。この範囲内であると、隣接するオリフィス板の孔の重なりをなくすことが容易であり、流体の衝突が効率よく行われ、結果として流体の攪拌・混合効率が良好である。また、オリフィスの強度面、製造面からも有利である。

本発明においては、オリフィス板の孔は、配管の軸方向にみたとき隣接する二つのオリフィス板の孔が重ならないように配置されている。複数のオリフィス板の孔は均等に少しずつづれて配置されるのが好ましい。孔の開口部における隣接する二枚のオリフィス板の孔が重ならない面積は、孔の開口部の５０％以上、好ましくは９０％以上、最も好ましくは１００％である。重ならない面積が、孔の開口部の５０％以上であると流体の衝突・分散が十分に行われ、重ならない面積が大きいほどその効率が向上する。重ならない面積が、孔の開口部の１００％であるとき最も流体の衝突・分散が良好に行われる。

複数のオリフィスとは２個以上のオリフィス板をさすが、３個以上が好ましく、上限は特に限定する必要はない。オリフィス板が２個であると流体の分割・集合が２回、衝突・分散が１回行われ、３個であると流体の分割・集合が３回、衝突・分散が２回行われる。オリフィス板が２個であれば流体の攪拌・混合が十分に行われ、３個以上であると流体の衝突・分散も繰り返し行われることになり、さらに流体の混合状態が良好となる。たとえば、図１における場合はオリフィス板２とオリフィス板３が交互に配置されることにより、流体の分割・集合と衝突・分散が繰り返される。
オリフィス板の幅は限定ないが、オリフィス板の強度、流体の混合の効率を考慮すると配管の径の２０〜２５％が好ましい。

２枚のオリフィス板の間隔は特に限定ないが、流体の混合効率から配管の２０〜２５％が好ましい。また、２枚のオリフィス板の間隔をこの長さにすれば、オリフィス板が備えられている配管の部分の長さが短くなる。したがって、スタティックミキサーの長さを短くすることができる。
オリフィス板の材質は特に限定はないが、金属、プラスチックが適用でき、適用される流体の種類、流体の混合温度などを考慮して決められる。

オリフィスは配管の中に固定されるが、固定方法としては特に限定はない。たとえば、オリフィス板にシャフトを通して固定したり、配管の内側に溶接して固定することができる。

適用できる流体は配管を流れる流動性を有すれば限定はなく、高粘度液体同士、高粘度と低粘度液体、低粘度液体同士、粒子の分散などの複数流体の混合比の大きな、混合が困難な流体の混合などが挙げられる。

（実施例１）
２５ＡのＰＦＡ樹脂配管（外径３３．４ｍｍ内径２６．６ｍｍ）の内部に、孔径５ｍｍの孔４個が外周に沿って均等に穿けられたＰＦＡ製のオリフィス板（厚み５ｍｍ、外径２６．５ｍｍ）をオリフィス板相互の隙間５ｍｍで、且つ隣接するオリフィス板の孔が４５度ずつずれるようにして１０枚設けた。このオリフィス板はオリフィス板の中央の孔を通したシャフトに固定した。この配管は配管の軸方向にみたとき隣接する二つのオリフィス板の孔が重ならないようになっている。このようにしてオリフィス板占有長さ９５ｍｍの本発明のスタティックミキサーを作製した。

（試験例１）
上記実施例１で作製したスタティックミキサーに、青色のカチオン染料を加えて青色を呈する粘度１万ｍＰａ・ｓの液を３ｍＬ／ｍｉｎの速度で、赤色のカチオン染料を加えて赤色を呈する粘度１ｍＰａ・ｓの液を５Ｌ／ｍｉｎの速度で平行して流したところ、赤紫色の均一な色を呈する粘性の液が得られた。

（試験例２）
上記実施例１で作製したスタティックミキサーに、青色のカチオン染料を加えて青色を呈する粘度１万ｍＰａ・ｓの液を３０ｍＬ／ｍｉｎの速度で、赤色のカチオン染料を加えて赤色を呈する粘度１万ｍＰａ・ｓの液を５０ｍＬ／ｍｉｎの速度で平行して流したところ、紫色の均一な色を呈する粘性の液が得られた。

（試験例３）
上記実施例１で作製したスタティックミキサーに、純水を５Ｌ／ｍｉｎの速度で、３５％濃度の過酸化水素水を１０ｍＬ／ｍｉｎの速度で平行して流したところ、良好な混合結果が得られた。

本発明のスタティックミキサーは、高粘度流体、低粘度流体の複数流体の混合に、また混合比の大きな、混合が困難な流体の混合に好適に使用することができる。

１配管
２オリフィス板
３オリフィス板
４孔
５シャフト
６シャフト貫通孔

Claims

円筒状の配管に複数のオリフィス板が配置され、該オリフィス板には複数の孔が設けられ、配管の軸方向にみたとき隣接する二つのオリフィス板の孔が重ならないように配置されてなるスタティックミキサー。
配管に３個以上のオリフィスが配置され、それぞれのオリフィスにおける孔数が３個以上であり、該孔がオリフィスの外周に沿って均等に開けられていることを特徴とする請求項１記載のスタティックミキサー。
一つのオリフィス板の孔数が４個であって、配管の軸方向にみたとき隣接するオリフィス板の孔の中心が手前のオリフィス板の孔の中心から４５度ずれていることを特徴とする請求項２記載のスタティックミキサー。