JP4009035B2 - 静止型混合攪拌装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は静止型混合攪拌装置の改良に関するものであり、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於いて主に利用されるものである。
【０００２】
【従来技術】
静止型混合攪拌装置は、機械的動力を用いることなく流体を混合攪拌することができ、（１）流体・気体・固体の何れの組み合せについても適用できること、（２）所要動力は混合攪拌装置の圧力損失を補償するだけの動力でよく、大幅な省エネルギーが達成できること、（３）可動部が無いため、構造が簡素化できると共に騒音や故障等の発生が少ないこと、（４）混合攪拌装置の小型化が図れること等の優れた実用的効用を備えたものである。
【０００３】
図２２は、実用化されているケニックス型静止混合攪拌装置の一例を示すものである。
当該静止型混合攪拌装置は、円筒型ケース本体Ａの内部へケース本体Ａの内径の１．５倍程度の長さを有する１８０°左捻りの螺旋状混合エレメントＢと、１８０°右捻りの螺旋状混合エレメントＣを互がいに直角に交又せしめた状態で順に挿着することにより構成されており、ケース本体Ａ内へ矢印方向に流入して来た流体Ｄは、第１右捻り螺旋状混合エレメントＣ1 によって２分割されたあと、第１左捻り螺旋状混合エレメントＢ1 により更に２分割され、最終的に流体は、Ｓ＝２n （ｎは混合エレメントの数）に分割され、ケース本体Ａから押し出されて行く。
【０００４】
また、前記分割された流体は、各エレメントＢ・Ｃが右捻りと左捻りの交互配列になっているため、各エレメントＢ・Ｃを通過する度に、その流れが各エレメントＢ・Ｃの境界面に於いては図２３に示すように反転されると共に、各エレメントＢ・Ｃのねじれ面に沿って中心部より壁部へ（図２４、左捻り螺旋状混合エレメントＢの場合）及び壁部より中心部（図２５、右捻り螺旋状混合エレメントＣの場合）へと、連続的にその流れ方向を転換され乍ら前進し、各エレメントＢ・Ｃにより流体Ｄの流れに上記の如き分割・反転・転換の各作用が連続的に賦与されることにより、流体Ｄは効率的に混合攪拌され、圧力損失がない。
【０００５】
前記図２２に示した従前の静止型混合攪拌装置は、段落番号０００２項に記したような優れた実用的効用を具備するものであるが、しかし図２２の静止型混合攪拌装置を含めて従前の静止型混合攪拌装置には、まだまだ解決すべき多くの問題点が残されている。その中でも特に、（１）構造のより一層の簡素化と大幅な製造コストの引下げを可能にすること、及び（２）構造の簡素化された小型の装置でもって混合攪拌効果をより一層高め得るようにすることが、今後解決すべき重要な課題として残されている。
【０００６】
即ち、図２２の静止型混合攪拌装置では、極めて複雑な形態の１８０°左捻りの螺旋型混合攪拌エレメントＢと１８０°右捻りの螺旋型混合攪拌エレメントＣとを用いているため、各エレメントＢ・Ｃの製作に手数がかかり、混合攪拌装置の製造コストの大幅な引下げを図り難いと云う問題がある。
【０００７】
また、混合攪拌装置の圧力損失を減少させ、無理なく混合させるためには、各エレメントＢ・Ｃの長さをケース本体Ａの内径の約１．５倍位いの長さにする必要があるうえ、混合攪拌性能を高めようとすれば多数のエレメントＢ・Ｃを使用する必要があり、必然的に静止型混合装置が大形になると云う問題がある。
【０００８】
更に、図２２の装置で用いられている各エレメントＢ・Ｃでは、各エレメントの流体分割数が２に限定されてしまうため、混合装置の流体分割数ＳはＳ＝２n （ｎは使用するエレメントの数）となり、例えば１０個のエレメントＢ・Ｃを使用しても分割数Ｓは約１×１０6 回にしかならない。その結果、分割数Ｓを増して混合攪拌性能を高めようとすれば、必然的に使用するエレメントＢ・Ｃの数を増す必要があり、装置の大型化が避けられないと云う難点がある。また、このことから流体間の速度差、即ち剪断力が低く、充分な混合力が望めない。
【０００９】
尚、上述した各種の問題点は、図２２の静止型混合攪拌装置について述べたものであるが、図２２の静止型混合攪拌装置に関するこれ等の問題点は、従前の他の型式の静止型混合攪拌装置にも当然に当てはまる問題であり、比較的構造の簡単な静止型混合攪拌装置では十分な混合効果が得られず、また高い混合効果を有するものでは、構造が複雑となって高価となるばかりではなく、装置全体を大型化しなければならないと言う欠陥が、残されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本件発明は従前の静止型混合攪拌装置に於ける上述の如き問題、即ち（１）混合攪拌装置を形成するエレメントの構造が複雑で、その製作に手数がかかって製造コストの引下げを図り難いこと、（２）混合攪拌性能を高めるためには、使用するエレメント数を増加する必要があり、装置の大型化と圧力損失の増大を招くこと、（３）エレメント１個当りの流体の分割数が少ないため、分割数を増して混合攪拌性能を高めるには多数のエレメントの使用が必要となり、装置の大型化及び高コスト化を招くこと、等の問題を解決せんとするものであり、構造が簡単で比較的安価に製造することができ、しかもエレメント１個当りの流体分割数Ｓを大きくすることにより、少ないエレメントの使用数でもって大きな流体分割数が得られると共に、混合攪拌性能を高めるために必須な剪断力（流体間速度差）及びキャビティション（流体間の急激な圧力差）との相乗効果を具備した装置全体の小型化と混合攪拌性能の大幅な向上を可能とした静止型混合攪拌装置を提供せんとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本件請求項１に記載の発明は、筒状のケース本体と；ケース本体内へ順に組み合せ挿着され、厚みの方向に所定の間隔で複数の孔部を穿設して成る複数種のディスク形のエレメントと；ケース本体の出入口端部に着脱自在に固定した接続金具とより構成した静止型混合攪拌装置に於いて、前記エレメントを第１エレメントと第２エレメントの二種類のエレメントとすると共に、第１エレメントには正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと異なる点に位置せしめて穿設し、また、第２エレメントには、正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと重なる点に位置せしめて穿設し、各第１エレメント及び第２エレメントをその多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の大開口側を流体の上流側に位置せしめて交互に組み付けするようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、中央孔部の奥部に収納腔部を形成した第１フランジと；前記第１フランジと対向状に組付けられ、中央孔部の奥部に収納腔部を形成した第２フランジと；前記両フランジの収納腔部内へ順に組み合せ挿着され、厚みの方向に所定の間隔で複数の孔部を穿設して成る複数種のディスク形のエレメントと；前記両フランジを組み付け固定する固定具とより構成した静止型混合攪拌装置に於いて、前記エレメントを第１エレ メントと第２エレメントの二種類のエレメントとすると共に、第１エレメントには正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと異なる点に位置せしめて穿設し、また、第２エレメントには、正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと重なる点に位置せしめて穿設し、各第１エレメント及び第２エレメントをその多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の大開口側を流体の上流側に位置せしめて交互に組み付けするようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、バルブ本体内に回動自在に配設した流体通路を備えた弁体と；前記弁体の流体通路の内部に形成した収納腔部と；前記収納腔部内へ順に組み合せ挿着され、厚みの方向に所定の間隔で複数の孔部を穿設して成る複数種のディスク形のエレメントとより構成され、バルブに内蔵した静止型混合攪拌装置に於いて、前記エレメントを第１エレメントと第２エレメントの二種類のエレメントとすると共に、第１エレメントには正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと異なる点に位置せしめて穿設し、また、第２エレメントには、正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと重なる点に位置せしめて穿設し、各第１エレメント及び第２エレメントをその多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の大開口側を流体の上流側に位置せしめて交互に組み付けするようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１、請求項２又は請求項３の発明に於いて、第１エレメントの多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を複数個とすると共に第２エレメントの多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を複数個とし、且つ第１エレメントと第２エレメントの各孔部を同一寸法の孔部とすると共に、両エレメントに両者の組付け位置を規制する手段を設ける構成としたものである。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の発明に於いて、多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を正四角錐台形孔部とするようにしたものである。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１の発明に於いて、接続金具を、ケース本体の両端に着脱自在に固定したフランジとすると共に、両フランジ及びケース本体を連結ボルト及びナットを介して着脱自在に一体化するようにしたものである。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項２の発明に於いて、固定具を、両フランジを直接締付けるボルトナット又は半割型の締付金具及び両締付金具を締付け固定するボルトナットとするようにしたものである。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項３の発明に於いて、弁体を、ボールバルブの球形弁体又はバタフライバルブの平盤形弁体若くはゲートバルブの平盤形弁体とするようにしたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る静止型混合攪拌装置の縦断面図を示すものであり、図１に於いて１は円筒状のケース本体、２はフランジ、３は第１エレメント、４は第２エレメント、５はガスケット、６はＯリング、７は短管、８は連結ボルト、９はナットである。
【００２０】
前記ケース本体１はステンレス鋼により円筒形に形成されており、その前端面及び後端面には、ガスケット５を介してフランジ２が気密状に且つ着脱自在に組付け固定されている。
また、前記上・下流側の各フランジ２・２には、Ｏリング６・６を介して短管７・７（フェルールフランジ）が接当されており、連結ボルト８に螺合せしめたナット９の締め込みにより、ケース本体１と両フランジ２・２と短管７・７が、夫々分解・組立自在に一体化されている。
【００２１】
尚、本実施形態に於いては前述のようにケース本体１がステンレス鋼により、また、フランジ２、短管７・７（フェルールフランジ）、ナット７・７等がステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）により夫々形成されているが、ケース本体１やフランジ２等の材質は取り扱う流体の種類に応じて適宜に選定することができ、セラミック製、全ての合金製や合成樹脂製であってもよいことは勿論である。
また、本実施形態では、Ｏリング６としてＮＢＲが、更にガスケット５としてＮＢＲ８０°が夫々使用されているが、Ｏリング６及びガスケット５の材質も流体の種類に応じて適宜に選定されるものである。
【００２２】
更に、図１の実施形態に於いては、所定数の第１エレメント３及び第２エレメント４を交互に挿着したケース本体１とフランジ２・２と短管７・７とを、複数本の連結ボルト８・８とこれに螺着したナット９・９により一体的に組付ける構成としているが、前記組付け機構は連結ボルト８・８とナット９・９を用いた機構だけでなく、ケース本体１とフランジ２・２と短管７・７の三者を気密状に且つ分解組立可能に組付け一体化できるものであれば、如何なる組付け機構であってもよいことは勿論である。
【００２３】
また、図１の実施形態では、フランジ２・２を短管７・７との接続金具として使用しているが、フランジ２・２に代えてねじ込み式のソケット等を使用することも可能である。
【００２４】
加えて、図１の実施形態に於いては、ケース本体１を断面が円形状の円筒体としているが、ケース本体１の断面形状は円形のみに限定されるものではなく、楕円形であっても或いは多角形であってもよいことは勿論である。
【００２５】
図１に於いて、流体１０が上流側から矢印方向にケース本体１内へ圧入されると、後述する如くケース本体１内に挿着された複数の第１エレメント３及び第２エレメント４の孔部を流体１０が通過する間に流体１０の混合攪拌が行なわれ、混合された流体１０はケース本体１の下流側より矢印方向に押し出されて行く。
【００２６】
前記流体１０としては、同種或いは異種の液−液、気−液、固−液、固−気、液−気−固の何れの組み合せであってもよく、例えば高粘度であっても、或いは粉体であっても、流動化が可能な物質である限り全ての物質を、本発明に係る静止型混合攪拌装置は攪拌混合することができる。
【００２７】
図２及び図３は、本発明の第２実施形態に係る静止型混合攪拌装置の正面図及び縦断面図である。
当該第２実施形態に係る静止型混合攪拌装置は、第１フランジ１５と、第２フランジ１６と、第１エレメント３及び第２エレメント４から成るディスク形エレメントと、両フランジ１５・１６を気密状に締め込み固定するボルトナットから成る固定具１７とから構成されている。
即ち、第１フランジ１５及び第２フランジ１６の中央孔部１５ａ・１６ａの奥部には、やや拡径した断面円形のディスク形エレメントの収納腔部１５ｂ・１６ｂが形成されており、前記両収納腔部１５ｂ・１６ｂの内部へ所定数の第１エレメント３及び第２エレメント４を所定の順序で挿着したあと、両フランジ１５・１６を締付け固定することにより、第１エレメント３及び第２エレメント４が所定位置に規制された状態で、収納腔部１５ｂ・１６ｂ内に挿着固定されている。
【００２８】
図４及び図５は、本発明の第３実施形態に係る静止型混合攪拌装置の正面図及び縦断面図である。
当該第３実施形態に於いては、第２実施形態に於ける第１フランジ１５及び第２フランジ１６が若干長目に形成されており、且つ両フランジ１５・１６の対向面側に設けた外方への突出縁部１５ｃ・１６ｃの外周面がテーパー面１５ｄ・１６ｄに夫々形成されている。
【００２９】
第１エレメント３及び第２エレメント４を所定の順序で収納腔部１５ｂ・１６ｂ内へ組付け挿着したあと、前記両フランジ１５・１６の突出縁部１５ｃ・１６ｃを対接させ、半割り状の締付け金具１８ａ・１８ｂを前記突出縁部１５ｃ・１６ｃの外周面に挿着する。そして、両締付け金具１８ａ・１８ｂの両端部をボルトナット１９により締め付けることにより、前記テーパー面１５ｄ・１６ｄを介して両フランジの対接面が気密状に固定され、静止型混合攪拌装置が組立て形成されている。
【００３０】
図６は本発明の第４実施形態に係る静止型混合攪拌装置の断面図であり、バルブの弁体２０に設けた収納腔部２０ｂ内に第１エレメント３及び第２エレメント４の組み合せから成るディスク形エレメントを組付け挿着したものである。
即ち、図６に於いて、２１は弁本体、２１ａは流体通路、２０ａは弁体に孔設した流体通路、２０ｂは収納腔部であり、当該収納腔部２０ｂ内に所定数の両エレメント３・４が位置規制をされた状態で装着固定されている。
【００３１】
尚、図６では、ボールバルブの球形の弁体２０にディスク型エレメントを組付け挿着する構成としているが、弁体２０の種類としては、例えばバタフライバルブの平盤形弁体であっても、或いはゲートバルブの平盤形弁体であってもよいことは勿論である。
また、前記図２乃至図６に示した第２、第３及び第４実施態様に於ける各構成部材の材質は、図１の第１実施態様の場合と同一である。従って、ここではその詳細な説明は省略されている。
【００３２】
図７乃至図９は前記第１エレメント３の第１実施例（角形エレメント）を示すものであり、図７は第１エレメント３の平面図、図８は図７のイーイ視断面図、図９は第１エレメント３の裏面図である。
図７乃至図９を参照して、当該第１エレメント３はステンレス鋼により厚さ５ｍｍ、外径２７．５ｍｍφのディスク形（円盤）に形成されており、ディスク（円盤）には、その肉厚方向に正方形状に配列された正四角錐台形の孔部１１が複数個（４個）設けられている。
【００３３】
即ち、正四角錐台形孔部１１の上表面側は四角形の大きな開口１１ａに、また孔部１１の下表面側（裏面側）は四角形の小さな開口１１ｂになっており、隣接する各仕切体１１ｃ・１１ｃにより囲繞された部分が孔部（通孔）１１となっている。そして流体１０は、四角錐台形孔部１１の内壁面に沿って流通する。
【００３４】
当該第１エレメント３は、ディスク体の中心Ｏに前記正四角錐台形孔部１１を形成する仕切体１１ｃの中心Ｐが位置するように、４個の完全な正四角錐台形孔部１１と８ケの半欠け状の孔部１１′が夫々形成されている。
換言すれば、第１エレメント３の孔部１１の中心Ｑの位置は、ディスク体の中心Ｏと重ならない位置に設定されている。
【００３５】
図１０乃至図１２は、前記第２エレメント４の第１実施例（角形エレメント）を示すものであり、図１０は第２エレメント４の平面図、図１１は図１０のイーイ視断面図、図１２は第２エレメント４の裏面図である。
図１０乃至図１２を参照して、当該第２エレメント４はステンレス鋼により厚さ５ｍｍ、外形２７．５ｍｍφのディスク形（円盤）に形成されており、ディスク体の肉厚方向には、正方形状に配列された正四角錐台形孔部１１が複数個（５個）設けられている。
【００３６】
また、前記正四角錐台形孔部１１の上表面側は四角形の大きな開口１１ａに、また、下表面側は四角形の小さな開口１１ｂに夫々形成されていることは、前記第１エレメント３の場合と全く同様である。
これに対して、半欠け状の孔部１１′の数が４個である点、及びディスク体の中心Ｏの位置に開口１１ａの中心Ｑが位置している点が、前記第１エレメント３の場合と夫々異なっている。
【００３７】
前記第１エレメント３と第２エレメント４は、図１に示すように正四角錐台形孔部１１の上表面側の開口１１ａを流体流入口側（上流側）に位置せしめて、予かじめ定めた所定枚数だけケース本体１内へ交又に積層状に挿着されており、連結ボルト８及びナット９から成る組み付け機構により、相互に密着状に圧接固定されている。
【００３８】
図１３は、第１実施例に係る第１エレメント３と第２エレメント４との組立状態を示す部分断面図であり、図８からも明らかなように上流側から正四角錐台形孔部１１の開口１１ａ内へ流入した流体１０は、各エレメント３・４を通過する毎に４分割されることになる。その結果、例えば１０組（第１エレメント３が１０枚、第２エレメント４が１０枚、計２０枚）のエレメント３・４を本体ケース１内へ挿着した場合には、流体１０の分割数はＳ＝４n （ｎ＝１０）≒１．１×１０12となり、極めて大きな分割数Ｓが得られることになる。
また、流体１０は、各エレメント３・４の境界面に於いて急激な拡大・縮小を２０回に亘って繰り返し受けることになる。
【００３９】
尚、図１乃至図１３に於いては、各第１エレメント３及び第２エレメント４を組み付けする際の位置決め機構に関する記載を省略しているが、第１エレメント３及び第２エレメント４が所定の相対位置関係を保持して組付けされるように、両者の所定個所に適宜の大きさの位置規制用の嵌合部が設けられていることは勿論である。
【００４０】
また、図１及び図１３に於いては、第１エレメント３と第２エレメント４と云う二種類の異なったエレメント３・４を交互に組み付けする構成としているが、二種類以上の、例えば３種類の夫々異なった正四角錐台形孔部１１の配列を有するエレメントを組み付けするようにしてもよいことは勿論である。
【００４１】
更に、図１に示した実施形態に於いては、第１エレメント３及び第２エレメント４の厚さを同一（５ｍｍ）とし、且つ孔部１１も同一形態としているが、エレメント３・４の変形例として孔部の大きさを変えた物、正四角錐台の上底と下底の面積比を変化させた物、孔部の配列を変化させた物、エレメントの円盤の直径、厚みを変化させた物が含まれることは勿論である。また、エレメント自体の並べ方、即ち各エレメントの組み付け順序も種々変形が可能であり、図１乃至図１３に示したものだけに限定されるものでないことは勿論のことである。
【００４２】
次に、本発明の第１実施形態に係る静止型混合攪拌装置の作動について説明をする。
図１及び図１３を参照して、混合攪拌すべき流体１０は、上流側より矢印方向に短管７を通してケース本体１内へ送入され、第１エレメント３及び第２エレメント４から成る複数組のエレメントの組み合せ体を通過する間に、流入した流体１０の所謂スタティックな混合攪拌が行なわれる。そして、混合攪拌された流体１０は、本体ケース１の下流側から順次押し出されて行く。
【００４３】
即ち、前記流体１０の混合・攪拌及び分散は、前記孔部１１の群を通過する際に起こる流体１０の分割と集合、孔部１１の断面の拡大と縮小による渦及び乱れの発生、流速の変化を伴って間隙を通過する際のせん断応力等によってひき起こされると想定されており、各エレメント３・４は、流体１０の混合、分散を効率よく起こさせるように、その孔部１１の形態や孔部１１の大きさ等が選定されている。
また、流体１０は分割、拡大、縮小等を繰り返す際に相当のせん断応力を受けることになるが、流体１０が各エレメント３・４とぶつかる際には、適当な角度を持ってぶつかるように仕切体１１ｃの形状や孔部１１の形状に工夫が加えられており、これによって、圧力損失が増大することが防止されている。
【００４４】
図１４及び図１５は第１エレメント３の第２実施例を示す平面図及び縦断面図であり、また、図１６及び図１７は、前記第１エレメント３と組み合せ使用をする第２エレメント４の第２実施例を示す平面図及び縦断面図である。
当該第２実施例に係る第１エレメント３が、前記第１実施例（図７乃至図１２）の場合と異なる点は、ケース本体１内へ挿着した際に両エレメント３・４を所定の相互位置関係で正確に組み合せするための嵌合孔１２及び嵌合ピン１３を設けた点、及び仕切体１１ｃの先端部１１ｃ′を平面状にした点のみであり、その他の構成は前記第１実施例の場合と全く同様である。
【００４５】
図１８及び図１９は、第１エレメント３の第３実施例を示す平面図及び縦断面図であり、また、図２０及び図２１は前記第１エレメント３と組み合せ使用をする第２エレメント４の第３実施例を示す平面図及び縦断面図である。
前記第２実施例（図１４乃至図１７）の場合と異なる点は、正四角錐台形通孔１１の数が増加されている点だけであり、その他のエレメント構成は第２実施例の場合とほぼ同一である。
【００４６】
前記第１乃至第３実施例の角形エレメント３・４に於いては孔部１１の形状を正四角錐台形としているが、当該孔部１１の形状は三角錐台形や五角錐台形であってもよく、所謂多角錐台形の孔部１１であればよい。
【００４７】
上記各実施例に示した第１エレメント３及び第２エレメント４等は、鋳造や焼結成型、切削加工等により形成することができ、その成形方法は如何なる方法であってもよい。
尚、本実施形態に於いては、所謂ロストワックス法によって製作した各エレメント３・４を用い、静止型混合攪拌装置を形成している。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の請求項１の発明に於いては、円筒状のケース本体と、ケース本体内へ順に組み合せ挿着され、厚みの方向に所定の間隔で複数の孔部を穿設して成る複数種のディスク形エレメントと、本体ケースの出入口端部に着脱自在に固定した接続金具とから静止型混合攪拌装置を構成するようにしている。
その結果、従前の極めて複雑な構造の捻りエレメント等を用いた静止型混合攪拌装置に比較して、装置の小形化と製造原価の大幅な引下げを図ることができる。尚、このことは、請求項２の発明に於いても同様である。
また、請求項３の発明では、静止型混合攪拌装置がバルブと一体となっているため、既設のバルブと交換するだけで静止型混合撹拌装置を取り付けすることができ、結果として、静止型混合攪拌装置を取り付けるための配管スペースが不要となる。
更に、本発明では多角錐台形孔部を夫々重ならないように配列穿設したディスク形の複数種のエレメントを、筒状ケース本体内へ順に組み合せ挿着するようにしているため、流体の分割数が大幅に増大すると共に、孔部の通路面積の拡大・縮小による流速の変化によって流体に作用するせん断力が大となる。その結果、流体の混合攪拌性能が従前の装置に比較して大幅に向上することになる。
【００４９】
混合を目的とした場合には、本発明品はエレメント孔部の孔径を大きくし、孔部の位置関係を壁面との摩擦を少なくなるような配置とし、さらに孔部の形状をゆるやかな形状にすることにより、従来の静止型混合器（ケニックス・タイプ）に比較して圧力損失の面では多少大きくなる程度で、しかも混合に関しては格段によく混ざるという高い効果を得ることができる。さらに乳化・分散までを目的とした場合にも適応することができる。
又、乳化・分散を目的とした場合には、本発明品はエレメントの孔部の孔径を小さくし、孔部の上下の孔部の位置関係を工夫し、さらに孔部の形状を急激な変化をもたらすような形状にすることにより、流体混合をさらに激しくよく混合させ、溶け合わない物質を乳化・分散にまで至らしめることができる。その場合は圧力損失はケニックス・タイプに比較して相当大きくなる欠点はあるがケニックス・タイプでは実現できない乳化・分散までの混合・分散を可能にすることができる。
【００５０】
上述のように、本件発明に係る静止型混合攪拌装置は、流体混合の基本になる流体の分割数と流速の変化によるせん断力とその方向性を最大に生かし、圧力損失を可能な限り小さくすることを可能にした経済的な装置であり、簡単な攪拌から分散乳化にいたる各種の操作・処理に対して、エレメントの枚数を変えてその混合程度を調整することにより、容易に適応することができると云う高い実用的効用を備えている。
また、本発明の静止型混合攪拌装置は、従来の静止型混合装置よりもさらに効率が良く、かつ従来の装置と圧力損失がそれほど変わらないため、従来の装置と簡単に置き換えすることができ、装置がコンパクトになるだけでなく、場合によっては混合タンクのないタンクレスのシステムを形成することが可能となる。
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】 本発明の第１実施形態に係る静止型混合攪拌装置の縦断面図である。
【図２】 本発明の第２実施形態に係る静止型混合攪拌装置の正面図である。
【図３】 本発明の第２実施形態に係る静止型混合攪拌装置の縦断面図である。
【図４】 本発明の第３実施形態に係る静止型混合攪拌装置の正面図である。
【図５】 本発明の第３実施形態に係る静止型混合攪拌装置の縦断面図である。
【図６】 本発明の第４実施形態に係る静止型混合攪拌装置の縦断面図である。
【図７】 第１実施例に係る第１エレメント３の平面図である。
【図８】 図７のイーイ視断面図である。
【図９】 第１実施例に係る第１エレメント３の裏面図である。
【図１０】 第１実施例に係る第２エレメント４の平面図である。
【図１１】 図１０のイーイ視断面図である。
【図１２】 第１実施例に係る第２エレメント４の裏面図である。
【図１３】 第１実施例に係る第１エレメントと第２エレメントの組み付け状態を示す部分縦断面図である。
【図１４】 第２実施例に係る第１エレメント３の平面図である。
【図１５】 第２実施例に係る第１エレメント３の縦断面図である。
【図１６】 第２実施例に係る第２エレメント４の平面図である。
【図１７】 第２実施例に係る第２エレメント４の縦断面図である。
【図１８】 第３実施例に係る第１エレメント３の平面図である。
【図１９】 第３実施例に係る第１エレメント３の縦断面図である。
【図２０】 第３実施例に係る第２エレメント４の平面図である。
【図２１】 第３実施例に係る第２エレメント４の縦断面図である。
【図２２】 従前の静止型混合攪拌装置の縦断面概要図である。
【図２３】 左捻り螺旋状混合エレメントＢと右捻り螺旋状混合エレメントＣとの境界面に於ける流体の反転状況の説明図。
【図２４】 左捻り螺旋状混合エレメントＢのねじれ面に沿う流体の流れの説明図（図Ｄの状態から図Ｃの状態へ流体の流れが転換する）。
【図２５】 右捻り螺旋状混合エレメントＣのねじれ面に沿う流体の流れの説明図（図Ｃの状態から図Ｄの状態へ流体の流れが転換する）。
【符号の説明】
Ｏはディスク体の中心、Ｐは仕切体の中心、Ｑは孔部の中心、１は本体ケース、２はフランジ、３は第１エレメント、４は第２エレメント、５はガスケット、６はＯリング、７は短管（フェルールフランジ）、８は連結ボルト、９はナット、１０は流体、１１は正四角錐台形孔部、１１′は半欠け状の孔部、１１ａは正四角錐台形孔部の上表面側の開口、１１ｂは正四角錐台形孔部の下表面側（裏面側）の開口、１１ｃは仕切体、１１ｄは仕切体の先端面、１２は嵌合孔、１３は嵌合ピン、１５は第１フランジ、１５ａは中央孔部、１５ｂは収納腔部、１６は第２フランジ、１６ａは中央孔部、１６ｂは収納腔部、１７は固定具、１８は半割型締付金具、１９はボルトナット、２０は弁体、２０ａは流体通路、２０ｂは収納腔部、２１はバルブ本体。
【発明の属する技術分野】
本発明は静止型混合攪拌装置の改良に関するものであり、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於いて主に利用されるものである。
【０００２】
【従来技術】
静止型混合攪拌装置は、機械的動力を用いることなく流体を混合攪拌することができ、（１）流体・気体・固体の何れの組み合せについても適用できること、（２）所要動力は混合攪拌装置の圧力損失を補償するだけの動力でよく、大幅な省エネルギーが達成できること、（３）可動部が無いため、構造が簡素化できると共に騒音や故障等の発生が少ないこと、（４）混合攪拌装置の小型化が図れること等の優れた実用的効用を備えたものである。
【０００３】
図２２は、実用化されているケニックス型静止混合攪拌装置の一例を示すものである。
当該静止型混合攪拌装置は、円筒型ケース本体Ａの内部へケース本体Ａの内径の１．５倍程度の長さを有する１８０°左捻りの螺旋状混合エレメントＢと、１８０°右捻りの螺旋状混合エレメントＣを互がいに直角に交又せしめた状態で順に挿着することにより構成されており、ケース本体Ａ内へ矢印方向に流入して来た流体Ｄは、第１右捻り螺旋状混合エレメントＣ1 によって２分割されたあと、第１左捻り螺旋状混合エレメントＢ1 により更に２分割され、最終的に流体は、Ｓ＝２n （ｎは混合エレメントの数）に分割され、ケース本体Ａから押し出されて行く。
【０００４】
また、前記分割された流体は、各エレメントＢ・Ｃが右捻りと左捻りの交互配列になっているため、各エレメントＢ・Ｃを通過する度に、その流れが各エレメントＢ・Ｃの境界面に於いては図２３に示すように反転されると共に、各エレメントＢ・Ｃのねじれ面に沿って中心部より壁部へ（図２４、左捻り螺旋状混合エレメントＢの場合）及び壁部より中心部（図２５、右捻り螺旋状混合エレメントＣの場合）へと、連続的にその流れ方向を転換され乍ら前進し、各エレメントＢ・Ｃにより流体Ｄの流れに上記の如き分割・反転・転換の各作用が連続的に賦与されることにより、流体Ｄは効率的に混合攪拌され、圧力損失がない。
【０００５】
前記図２２に示した従前の静止型混合攪拌装置は、段落番号０００２項に記したような優れた実用的効用を具備するものであるが、しかし図２２の静止型混合攪拌装置を含めて従前の静止型混合攪拌装置には、まだまだ解決すべき多くの問題点が残されている。その中でも特に、（１）構造のより一層の簡素化と大幅な製造コストの引下げを可能にすること、及び（２）構造の簡素化された小型の装置でもって混合攪拌効果をより一層高め得るようにすることが、今後解決すべき重要な課題として残されている。
【０００６】
即ち、図２２の静止型混合攪拌装置では、極めて複雑な形態の１８０°左捻りの螺旋型混合攪拌エレメントＢと１８０°右捻りの螺旋型混合攪拌エレメントＣとを用いているため、各エレメントＢ・Ｃの製作に手数がかかり、混合攪拌装置の製造コストの大幅な引下げを図り難いと云う問題がある。
【０００７】
また、混合攪拌装置の圧力損失を減少させ、無理なく混合させるためには、各エレメントＢ・Ｃの長さをケース本体Ａの内径の約１．５倍位いの長さにする必要があるうえ、混合攪拌性能を高めようとすれば多数のエレメントＢ・Ｃを使用する必要があり、必然的に静止型混合装置が大形になると云う問題がある。
【０００８】
更に、図２２の装置で用いられている各エレメントＢ・Ｃでは、各エレメントの流体分割数が２に限定されてしまうため、混合装置の流体分割数ＳはＳ＝２n （ｎは使用するエレメントの数）となり、例えば１０個のエレメントＢ・Ｃを使用しても分割数Ｓは約１×１０6 回にしかならない。その結果、分割数Ｓを増して混合攪拌性能を高めようとすれば、必然的に使用するエレメントＢ・Ｃの数を増す必要があり、装置の大型化が避けられないと云う難点がある。また、このことから流体間の速度差、即ち剪断力が低く、充分な混合力が望めない。
【０００９】
尚、上述した各種の問題点は、図２２の静止型混合攪拌装置について述べたものであるが、図２２の静止型混合攪拌装置に関するこれ等の問題点は、従前の他の型式の静止型混合攪拌装置にも当然に当てはまる問題であり、比較的構造の簡単な静止型混合攪拌装置では十分な混合効果が得られず、また高い混合効果を有するものでは、構造が複雑となって高価となるばかりではなく、装置全体を大型化しなければならないと言う欠陥が、残されている。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
本件発明は従前の静止型混合攪拌装置に於ける上述の如き問題、即ち（１）混合攪拌装置を形成するエレメントの構造が複雑で、その製作に手数がかかって製造コストの引下げを図り難いこと、（２）混合攪拌性能を高めるためには、使用するエレメント数を増加する必要があり、装置の大型化と圧力損失の増大を招くこと、（３）エレメント１個当りの流体の分割数が少ないため、分割数を増して混合攪拌性能を高めるには多数のエレメントの使用が必要となり、装置の大型化及び高コスト化を招くこと、等の問題を解決せんとするものであり、構造が簡単で比較的安価に製造することができ、しかもエレメント１個当りの流体分割数Ｓを大きくすることにより、少ないエレメントの使用数でもって大きな流体分割数が得られると共に、混合攪拌性能を高めるために必須な剪断力（流体間速度差）及びキャビティション（流体間の急激な圧力差）との相乗効果を具備した装置全体の小型化と混合攪拌性能の大幅な向上を可能とした静止型混合攪拌装置を提供せんとするものである。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本件請求項１に記載の発明は、筒状のケース本体と；ケース本体内へ順に組み合せ挿着され、厚みの方向に所定の間隔で複数の孔部を穿設して成る複数種のディスク形のエレメントと；ケース本体の出入口端部に着脱自在に固定した接続金具とより構成した静止型混合攪拌装置に於いて、前記エレメントを第１エレメントと第２エレメントの二種類のエレメントとすると共に、第１エレメントには正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと異なる点に位置せしめて穿設し、また、第２エレメントには、正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと重なる点に位置せしめて穿設し、各第１エレメント及び第２エレメントをその多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の大開口側を流体の上流側に位置せしめて交互に組み付けするようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【００１２】
請求項２に記載の発明は、中央孔部の奥部に収納腔部を形成した第１フランジと；前記第１フランジと対向状に組付けられ、中央孔部の奥部に収納腔部を形成した第２フランジと；前記両フランジの収納腔部内へ順に組み合せ挿着され、厚みの方向に所定の間隔で複数の孔部を穿設して成る複数種のディスク形のエレメントと；前記両フランジを組み付け固定する固定具とより構成した静止型混合攪拌装置に於いて、前記エレメントを第１エレ メントと第２エレメントの二種類のエレメントとすると共に、第１エレメントには正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと異なる点に位置せしめて穿設し、また、第２エレメントには、正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと重なる点に位置せしめて穿設し、各第１エレメント及び第２エレメントをその多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の大開口側を流体の上流側に位置せしめて交互に組み付けするようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【００１３】
請求項３に記載の発明は、バルブ本体内に回動自在に配設した流体通路を備えた弁体と；前記弁体の流体通路の内部に形成した収納腔部と；前記収納腔部内へ順に組み合せ挿着され、厚みの方向に所定の間隔で複数の孔部を穿設して成る複数種のディスク形のエレメントとより構成され、バルブに内蔵した静止型混合攪拌装置に於いて、前記エレメントを第１エレメントと第２エレメントの二種類のエレメントとすると共に、第１エレメントには正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと異なる点に位置せしめて穿設し、また、第２エレメントには、正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと重なる点に位置せしめて穿設し、各第１エレメント及び第２エレメントをその多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の大開口側を流体の上流側に位置せしめて交互に組み付けするようにしたことを発明の基本構成とするものである。
【００１４】
請求項４の発明は、請求項１、請求項２又は請求項３の発明に於いて、第１エレメントの多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を複数個とすると共に第２エレメントの多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を複数個とし、且つ第１エレメントと第２エレメントの各孔部を同一寸法の孔部とすると共に、両エレメントに両者の組付け位置を規制する手段を設ける構成としたものである。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４の発明に於いて、多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を正四角錐台形孔部とするようにしたものである。
【００１６】
請求項６の発明は、請求項１の発明に於いて、接続金具を、ケース本体の両端に着脱自在に固定したフランジとすると共に、両フランジ及びケース本体を連結ボルト及びナットを介して着脱自在に一体化するようにしたものである。
【００１７】
請求項７の発明は、請求項２の発明に於いて、固定具を、両フランジを直接締付けるボルトナット又は半割型の締付金具及び両締付金具を締付け固定するボルトナットとするようにしたものである。
【００１８】
請求項８の発明は、請求項３の発明に於いて、弁体を、ボールバルブの球形弁体又はバタフライバルブの平盤形弁体若くはゲートバルブの平盤形弁体とするようにしたものである。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて本発明の実施形態を説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る静止型混合攪拌装置の縦断面図を示すものであり、図１に於いて１は円筒状のケース本体、２はフランジ、３は第１エレメント、４は第２エレメント、５はガスケット、６はＯリング、７は短管、８は連結ボルト、９はナットである。
【００２０】
前記ケース本体１はステンレス鋼により円筒形に形成されており、その前端面及び後端面には、ガスケット５を介してフランジ２が気密状に且つ着脱自在に組付け固定されている。
また、前記上・下流側の各フランジ２・２には、Ｏリング６・６を介して短管７・７（フェルールフランジ）が接当されており、連結ボルト８に螺合せしめたナット９の締め込みにより、ケース本体１と両フランジ２・２と短管７・７が、夫々分解・組立自在に一体化されている。
【００２１】
尚、本実施形態に於いては前述のようにケース本体１がステンレス鋼により、また、フランジ２、短管７・７（フェルールフランジ）、ナット７・７等がステンレス鋼（ＳＵＳ３０４）により夫々形成されているが、ケース本体１やフランジ２等の材質は取り扱う流体の種類に応じて適宜に選定することができ、セラミック製、全ての合金製や合成樹脂製であってもよいことは勿論である。
また、本実施形態では、Ｏリング６としてＮＢＲが、更にガスケット５としてＮＢＲ８０°が夫々使用されているが、Ｏリング６及びガスケット５の材質も流体の種類に応じて適宜に選定されるものである。
【００２２】
更に、図１の実施形態に於いては、所定数の第１エレメント３及び第２エレメント４を交互に挿着したケース本体１とフランジ２・２と短管７・７とを、複数本の連結ボルト８・８とこれに螺着したナット９・９により一体的に組付ける構成としているが、前記組付け機構は連結ボルト８・８とナット９・９を用いた機構だけでなく、ケース本体１とフランジ２・２と短管７・７の三者を気密状に且つ分解組立可能に組付け一体化できるものであれば、如何なる組付け機構であってもよいことは勿論である。
【００２３】
また、図１の実施形態では、フランジ２・２を短管７・７との接続金具として使用しているが、フランジ２・２に代えてねじ込み式のソケット等を使用することも可能である。
【００２４】
加えて、図１の実施形態に於いては、ケース本体１を断面が円形状の円筒体としているが、ケース本体１の断面形状は円形のみに限定されるものではなく、楕円形であっても或いは多角形であってもよいことは勿論である。
【００２５】
図１に於いて、流体１０が上流側から矢印方向にケース本体１内へ圧入されると、後述する如くケース本体１内に挿着された複数の第１エレメント３及び第２エレメント４の孔部を流体１０が通過する間に流体１０の混合攪拌が行なわれ、混合された流体１０はケース本体１の下流側より矢印方向に押し出されて行く。
【００２６】
前記流体１０としては、同種或いは異種の液−液、気−液、固−液、固−気、液−気−固の何れの組み合せであってもよく、例えば高粘度であっても、或いは粉体であっても、流動化が可能な物質である限り全ての物質を、本発明に係る静止型混合攪拌装置は攪拌混合することができる。
【００２７】
図２及び図３は、本発明の第２実施形態に係る静止型混合攪拌装置の正面図及び縦断面図である。
当該第２実施形態に係る静止型混合攪拌装置は、第１フランジ１５と、第２フランジ１６と、第１エレメント３及び第２エレメント４から成るディスク形エレメントと、両フランジ１５・１６を気密状に締め込み固定するボルトナットから成る固定具１７とから構成されている。
即ち、第１フランジ１５及び第２フランジ１６の中央孔部１５ａ・１６ａの奥部には、やや拡径した断面円形のディスク形エレメントの収納腔部１５ｂ・１６ｂが形成されており、前記両収納腔部１５ｂ・１６ｂの内部へ所定数の第１エレメント３及び第２エレメント４を所定の順序で挿着したあと、両フランジ１５・１６を締付け固定することにより、第１エレメント３及び第２エレメント４が所定位置に規制された状態で、収納腔部１５ｂ・１６ｂ内に挿着固定されている。
【００２８】
図４及び図５は、本発明の第３実施形態に係る静止型混合攪拌装置の正面図及び縦断面図である。
当該第３実施形態に於いては、第２実施形態に於ける第１フランジ１５及び第２フランジ１６が若干長目に形成されており、且つ両フランジ１５・１６の対向面側に設けた外方への突出縁部１５ｃ・１６ｃの外周面がテーパー面１５ｄ・１６ｄに夫々形成されている。
【００２９】
第１エレメント３及び第２エレメント４を所定の順序で収納腔部１５ｂ・１６ｂ内へ組付け挿着したあと、前記両フランジ１５・１６の突出縁部１５ｃ・１６ｃを対接させ、半割り状の締付け金具１８ａ・１８ｂを前記突出縁部１５ｃ・１６ｃの外周面に挿着する。そして、両締付け金具１８ａ・１８ｂの両端部をボルトナット１９により締め付けることにより、前記テーパー面１５ｄ・１６ｄを介して両フランジの対接面が気密状に固定され、静止型混合攪拌装置が組立て形成されている。
【００３０】
図６は本発明の第４実施形態に係る静止型混合攪拌装置の断面図であり、バルブの弁体２０に設けた収納腔部２０ｂ内に第１エレメント３及び第２エレメント４の組み合せから成るディスク形エレメントを組付け挿着したものである。
即ち、図６に於いて、２１は弁本体、２１ａは流体通路、２０ａは弁体に孔設した流体通路、２０ｂは収納腔部であり、当該収納腔部２０ｂ内に所定数の両エレメント３・４が位置規制をされた状態で装着固定されている。
【００３１】
尚、図６では、ボールバルブの球形の弁体２０にディスク型エレメントを組付け挿着する構成としているが、弁体２０の種類としては、例えばバタフライバルブの平盤形弁体であっても、或いはゲートバルブの平盤形弁体であってもよいことは勿論である。
また、前記図２乃至図６に示した第２、第３及び第４実施態様に於ける各構成部材の材質は、図１の第１実施態様の場合と同一である。従って、ここではその詳細な説明は省略されている。
【００３２】
図７乃至図９は前記第１エレメント３の第１実施例（角形エレメント）を示すものであり、図７は第１エレメント３の平面図、図８は図７のイーイ視断面図、図９は第１エレメント３の裏面図である。
図７乃至図９を参照して、当該第１エレメント３はステンレス鋼により厚さ５ｍｍ、外径２７．５ｍｍφのディスク形（円盤）に形成されており、ディスク（円盤）には、その肉厚方向に正方形状に配列された正四角錐台形の孔部１１が複数個（４個）設けられている。
【００３３】
即ち、正四角錐台形孔部１１の上表面側は四角形の大きな開口１１ａに、また孔部１１の下表面側（裏面側）は四角形の小さな開口１１ｂになっており、隣接する各仕切体１１ｃ・１１ｃにより囲繞された部分が孔部（通孔）１１となっている。そして流体１０は、四角錐台形孔部１１の内壁面に沿って流通する。
【００３４】
当該第１エレメント３は、ディスク体の中心Ｏに前記正四角錐台形孔部１１を形成する仕切体１１ｃの中心Ｐが位置するように、４個の完全な正四角錐台形孔部１１と８ケの半欠け状の孔部１１′が夫々形成されている。
換言すれば、第１エレメント３の孔部１１の中心Ｑの位置は、ディスク体の中心Ｏと重ならない位置に設定されている。
【００３５】
図１０乃至図１２は、前記第２エレメント４の第１実施例（角形エレメント）を示すものであり、図１０は第２エレメント４の平面図、図１１は図１０のイーイ視断面図、図１２は第２エレメント４の裏面図である。
図１０乃至図１２を参照して、当該第２エレメント４はステンレス鋼により厚さ５ｍｍ、外形２７．５ｍｍφのディスク形（円盤）に形成されており、ディスク体の肉厚方向には、正方形状に配列された正四角錐台形孔部１１が複数個（５個）設けられている。
【００３６】
また、前記正四角錐台形孔部１１の上表面側は四角形の大きな開口１１ａに、また、下表面側は四角形の小さな開口１１ｂに夫々形成されていることは、前記第１エレメント３の場合と全く同様である。
これに対して、半欠け状の孔部１１′の数が４個である点、及びディスク体の中心Ｏの位置に開口１１ａの中心Ｑが位置している点が、前記第１エレメント３の場合と夫々異なっている。
【００３７】
前記第１エレメント３と第２エレメント４は、図１に示すように正四角錐台形孔部１１の上表面側の開口１１ａを流体流入口側（上流側）に位置せしめて、予かじめ定めた所定枚数だけケース本体１内へ交又に積層状に挿着されており、連結ボルト８及びナット９から成る組み付け機構により、相互に密着状に圧接固定されている。
【００３８】
図１３は、第１実施例に係る第１エレメント３と第２エレメント４との組立状態を示す部分断面図であり、図８からも明らかなように上流側から正四角錐台形孔部１１の開口１１ａ内へ流入した流体１０は、各エレメント３・４を通過する毎に４分割されることになる。その結果、例えば１０組（第１エレメント３が１０枚、第２エレメント４が１０枚、計２０枚）のエレメント３・４を本体ケース１内へ挿着した場合には、流体１０の分割数はＳ＝４n （ｎ＝１０）≒１．１×１０12となり、極めて大きな分割数Ｓが得られることになる。
また、流体１０は、各エレメント３・４の境界面に於いて急激な拡大・縮小を２０回に亘って繰り返し受けることになる。
【００３９】
尚、図１乃至図１３に於いては、各第１エレメント３及び第２エレメント４を組み付けする際の位置決め機構に関する記載を省略しているが、第１エレメント３及び第２エレメント４が所定の相対位置関係を保持して組付けされるように、両者の所定個所に適宜の大きさの位置規制用の嵌合部が設けられていることは勿論である。
【００４０】
また、図１及び図１３に於いては、第１エレメント３と第２エレメント４と云う二種類の異なったエレメント３・４を交互に組み付けする構成としているが、二種類以上の、例えば３種類の夫々異なった正四角錐台形孔部１１の配列を有するエレメントを組み付けするようにしてもよいことは勿論である。
【００４１】
更に、図１に示した実施形態に於いては、第１エレメント３及び第２エレメント４の厚さを同一（５ｍｍ）とし、且つ孔部１１も同一形態としているが、エレメント３・４の変形例として孔部の大きさを変えた物、正四角錐台の上底と下底の面積比を変化させた物、孔部の配列を変化させた物、エレメントの円盤の直径、厚みを変化させた物が含まれることは勿論である。また、エレメント自体の並べ方、即ち各エレメントの組み付け順序も種々変形が可能であり、図１乃至図１３に示したものだけに限定されるものでないことは勿論のことである。
【００４２】
次に、本発明の第１実施形態に係る静止型混合攪拌装置の作動について説明をする。
図１及び図１３を参照して、混合攪拌すべき流体１０は、上流側より矢印方向に短管７を通してケース本体１内へ送入され、第１エレメント３及び第２エレメント４から成る複数組のエレメントの組み合せ体を通過する間に、流入した流体１０の所謂スタティックな混合攪拌が行なわれる。そして、混合攪拌された流体１０は、本体ケース１の下流側から順次押し出されて行く。
【００４３】
即ち、前記流体１０の混合・攪拌及び分散は、前記孔部１１の群を通過する際に起こる流体１０の分割と集合、孔部１１の断面の拡大と縮小による渦及び乱れの発生、流速の変化を伴って間隙を通過する際のせん断応力等によってひき起こされると想定されており、各エレメント３・４は、流体１０の混合、分散を効率よく起こさせるように、その孔部１１の形態や孔部１１の大きさ等が選定されている。
また、流体１０は分割、拡大、縮小等を繰り返す際に相当のせん断応力を受けることになるが、流体１０が各エレメント３・４とぶつかる際には、適当な角度を持ってぶつかるように仕切体１１ｃの形状や孔部１１の形状に工夫が加えられており、これによって、圧力損失が増大することが防止されている。
【００４４】
図１４及び図１５は第１エレメント３の第２実施例を示す平面図及び縦断面図であり、また、図１６及び図１７は、前記第１エレメント３と組み合せ使用をする第２エレメント４の第２実施例を示す平面図及び縦断面図である。
当該第２実施例に係る第１エレメント３が、前記第１実施例（図７乃至図１２）の場合と異なる点は、ケース本体１内へ挿着した際に両エレメント３・４を所定の相互位置関係で正確に組み合せするための嵌合孔１２及び嵌合ピン１３を設けた点、及び仕切体１１ｃの先端部１１ｃ′を平面状にした点のみであり、その他の構成は前記第１実施例の場合と全く同様である。
【００４５】
図１８及び図１９は、第１エレメント３の第３実施例を示す平面図及び縦断面図であり、また、図２０及び図２１は前記第１エレメント３と組み合せ使用をする第２エレメント４の第３実施例を示す平面図及び縦断面図である。
前記第２実施例（図１４乃至図１７）の場合と異なる点は、正四角錐台形通孔１１の数が増加されている点だけであり、その他のエレメント構成は第２実施例の場合とほぼ同一である。
【００４６】
前記第１乃至第３実施例の角形エレメント３・４に於いては孔部１１の形状を正四角錐台形としているが、当該孔部１１の形状は三角錐台形や五角錐台形であってもよく、所謂多角錐台形の孔部１１であればよい。
【００４７】
上記各実施例に示した第１エレメント３及び第２エレメント４等は、鋳造や焼結成型、切削加工等により形成することができ、その成形方法は如何なる方法であってもよい。
尚、本実施形態に於いては、所謂ロストワックス法によって製作した各エレメント３・４を用い、静止型混合攪拌装置を形成している。
【００４８】
【発明の効果】
本発明の請求項１の発明に於いては、円筒状のケース本体と、ケース本体内へ順に組み合せ挿着され、厚みの方向に所定の間隔で複数の孔部を穿設して成る複数種のディスク形エレメントと、本体ケースの出入口端部に着脱自在に固定した接続金具とから静止型混合攪拌装置を構成するようにしている。
その結果、従前の極めて複雑な構造の捻りエレメント等を用いた静止型混合攪拌装置に比較して、装置の小形化と製造原価の大幅な引下げを図ることができる。尚、このことは、請求項２の発明に於いても同様である。
また、請求項３の発明では、静止型混合攪拌装置がバルブと一体となっているため、既設のバルブと交換するだけで静止型混合撹拌装置を取り付けすることができ、結果として、静止型混合攪拌装置を取り付けるための配管スペースが不要となる。
更に、本発明では多角錐台形孔部を夫々重ならないように配列穿設したディスク形の複数種のエレメントを、筒状ケース本体内へ順に組み合せ挿着するようにしているため、流体の分割数が大幅に増大すると共に、孔部の通路面積の拡大・縮小による流速の変化によって流体に作用するせん断力が大となる。その結果、流体の混合攪拌性能が従前の装置に比較して大幅に向上することになる。
【００４９】
混合を目的とした場合には、本発明品はエレメント孔部の孔径を大きくし、孔部の位置関係を壁面との摩擦を少なくなるような配置とし、さらに孔部の形状をゆるやかな形状にすることにより、従来の静止型混合器（ケニックス・タイプ）に比較して圧力損失の面では多少大きくなる程度で、しかも混合に関しては格段によく混ざるという高い効果を得ることができる。さらに乳化・分散までを目的とした場合にも適応することができる。
又、乳化・分散を目的とした場合には、本発明品はエレメントの孔部の孔径を小さくし、孔部の上下の孔部の位置関係を工夫し、さらに孔部の形状を急激な変化をもたらすような形状にすることにより、流体混合をさらに激しくよく混合させ、溶け合わない物質を乳化・分散にまで至らしめることができる。その場合は圧力損失はケニックス・タイプに比較して相当大きくなる欠点はあるがケニックス・タイプでは実現できない乳化・分散までの混合・分散を可能にすることができる。
【００５０】
上述のように、本件発明に係る静止型混合攪拌装置は、流体混合の基本になる流体の分割数と流速の変化によるせん断力とその方向性を最大に生かし、圧力損失を可能な限り小さくすることを可能にした経済的な装置であり、簡単な攪拌から分散乳化にいたる各種の操作・処理に対して、エレメントの枚数を変えてその混合程度を調整することにより、容易に適応することができると云う高い実用的効用を備えている。
また、本発明の静止型混合攪拌装置は、従来の静止型混合装置よりもさらに効率が良く、かつ従来の装置と圧力損失がそれほど変わらないため、従来の装置と簡単に置き換えすることができ、装置がコンパクトになるだけでなく、場合によっては混合タンクのないタンクレスのシステムを形成することが可能となる。
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】 本発明の第１実施形態に係る静止型混合攪拌装置の縦断面図である。
【図２】 本発明の第２実施形態に係る静止型混合攪拌装置の正面図である。
【図３】 本発明の第２実施形態に係る静止型混合攪拌装置の縦断面図である。
【図４】 本発明の第３実施形態に係る静止型混合攪拌装置の正面図である。
【図５】 本発明の第３実施形態に係る静止型混合攪拌装置の縦断面図である。
【図６】 本発明の第４実施形態に係る静止型混合攪拌装置の縦断面図である。
【図７】 第１実施例に係る第１エレメント３の平面図である。
【図８】 図７のイーイ視断面図である。
【図９】 第１実施例に係る第１エレメント３の裏面図である。
【図１０】 第１実施例に係る第２エレメント４の平面図である。
【図１１】 図１０のイーイ視断面図である。
【図１２】 第１実施例に係る第２エレメント４の裏面図である。
【図１３】 第１実施例に係る第１エレメントと第２エレメントの組み付け状態を示す部分縦断面図である。
【図１４】 第２実施例に係る第１エレメント３の平面図である。
【図１５】 第２実施例に係る第１エレメント３の縦断面図である。
【図１６】 第２実施例に係る第２エレメント４の平面図である。
【図１７】 第２実施例に係る第２エレメント４の縦断面図である。
【図１８】 第３実施例に係る第１エレメント３の平面図である。
【図１９】 第３実施例に係る第１エレメント３の縦断面図である。
【図２０】 第３実施例に係る第２エレメント４の平面図である。
【図２１】 第３実施例に係る第２エレメント４の縦断面図である。
【図２２】 従前の静止型混合攪拌装置の縦断面概要図である。
【図２３】 左捻り螺旋状混合エレメントＢと右捻り螺旋状混合エレメントＣとの境界面に於ける流体の反転状況の説明図。
【図２４】 左捻り螺旋状混合エレメントＢのねじれ面に沿う流体の流れの説明図（図Ｄの状態から図Ｃの状態へ流体の流れが転換する）。
【図２５】 右捻り螺旋状混合エレメントＣのねじれ面に沿う流体の流れの説明図（図Ｃの状態から図Ｄの状態へ流体の流れが転換する）。
【符号の説明】
Ｏはディスク体の中心、Ｐは仕切体の中心、Ｑは孔部の中心、１は本体ケース、２はフランジ、３は第１エレメント、４は第２エレメント、５はガスケット、６はＯリング、７は短管（フェルールフランジ）、８は連結ボルト、９はナット、１０は流体、１１は正四角錐台形孔部、１１′は半欠け状の孔部、１１ａは正四角錐台形孔部の上表面側の開口、１１ｂは正四角錐台形孔部の下表面側（裏面側）の開口、１１ｃは仕切体、１１ｄは仕切体の先端面、１２は嵌合孔、１３は嵌合ピン、１５は第１フランジ、１５ａは中央孔部、１５ｂは収納腔部、１６は第２フランジ、１６ａは中央孔部、１６ｂは収納腔部、１７は固定具、１８は半割型締付金具、１９はボルトナット、２０は弁体、２０ａは流体通路、２０ｂは収納腔部、２１はバルブ本体。
Claims (8)
- 筒状のケース本体と；ケース本体内へ順に組み合せ挿着され、厚みの方向に所定の間隔で複数の孔部を穿設して成る複数種のディスク形のエレメントと；ケース本体の出入口端部に着脱自在に固定した接続金具とより構成した静止型混合攪拌装置に於いて、前記エレメントを第１エレメントと第２エレメントの二種類のエレメントとすると共に、第１エレメントには正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと異なる点に位置せしめて穿設し、また、第２エレメントには、正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと重なる点に位置せしめて穿設し、各第１エレメント及び第２エレメントをその多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の大開口側を流体の上流側に位置せしめて交互に組み付けするようにしたことを特徴とする静止型混合攪拌装置。
- 中央孔部の奥部に収納腔部を形成した第１フランジと；前記第１フランジと対向状に組付けられ、中央孔部の奥部に収納腔部を形成した第２フランジと；前記両フランジの収納腔部内へ順に組み合せ挿着され、厚みの方向に所定の間隔で複数の孔部を穿設して成る複数種のディスク形のエレメントと；前記両フランジを組み付け固定する固定具とより構成した静止型混合攪拌装置に於いて、前記エレメントを第１エレメントと第２エレメントの二種類のエレメントとすると共に、第１エレメントには正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと異なる点に位置せしめて穿設し、また、第２エレメントには、正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと重なる点に位置せしめて穿設し、各第１エレメント及び第２エレメントをその多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の大開口側を流体の上流側に位置せしめて交互に組み付けするようにしたことを特徴とする静止型混合攪拌装置。
- バルブ本体内に回動自在に配設した流体通路を備えた弁体と；前記弁体の流体通路の内部に形成した収納腔部と；前記収納腔部内へ順に組み合せ挿着され、厚みの方向に所定の間隔で複数の孔部を穿設して成る複数種のディスク形のエレメントとより構成され、バルブに内蔵した静止型混合攪拌装置に於いて、前記エレメントを第１エレメントと第２エレメントの二種類のエレメントとすると共に、第１エレメントには正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと異なる点に位置せしめて穿設し、また、第２エレメントには、正方形配置で複数の多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を、当該多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の中心Ｑをディスク体の中心Ｏと重なる点に位置せしめて穿設し、各第１エレメント及び第２エレメントをその多角錐台形孔部又は円錐台形孔部の大開口側を流体の上流側に位置せしめて交互に組み付けするようにしたことを特徴とする静止型混合攪拌装置。
- 第１エレメントの多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を複数個とすると共に第２エレメントの多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を複数個とし、且つ第１エレメントと第２エレメントの各孔部を同一寸法の孔部とすると共に、両エレメントに両者の組付け位置を規制する手段を設ける構成とした請求項１、請求項２又は請求項３に記載の静止型混合攪拌装置。
- 多角錐台形孔部又は円錐台形孔部を正四角錐台形孔部とするようにした請求項１、請求項２、請求項３又は請求項４に記載の静止型混合攪拌装置。
- 接続金具を、ケース本体の両端に着脱自在に固定したフランジとすると共に、両フランジ及びケース本体を連結ボルト及びナットを介して着脱自在に一体化するようにした請求項１に記載の静止型混合攪拌装置。
- 固定具を、両フランジを直接締付けるボルトナット又は半割型の締付金具及び両締付金具を締付け固定するボルトナットとするようにした請求項２に記載の静止型混合攪拌装置。
- 弁体を、ボールバルブの球形弁体又はバタフライバルブの平盤形弁体若くはゲートバルブの平盤形弁体とするようにした請求項３に記載の静止型混合攪拌装置。
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