JP2686078B2 - ミキシングエレメント - Google Patents
ミキシングエレメントInfo
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
- B01F—MIXING, e.g. DISSOLVING, EMULSIFYING OR DISPERSING
- B01F25/00—Flow mixers; Mixers for falling materials, e.g. solid particles
- B01F25/40—Static mixers
- B01F25/42—Static mixers in which the mixing is affected by moving the components jointly in changing directions, e.g. in tubes provided with baffles or obstructions
- B01F25/43—Mixing tubes, e.g. wherein the material is moved in a radial or partly reversed direction
- B01F25/431—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor
- B01F25/4314—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor with helical baffles
- B01F25/43141—Straight mixing tubes with baffles or obstructions that do not cause substantial pressure drop; Baffles therefor with helical baffles composed of consecutive sections of helical formed elements
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- B01F25/433—Mixing tubes wherein the shape of the tube influences the mixing, e.g. mixing tubes with varying cross-section or provided with inwardly extending profiles
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Description
【発明の詳細な説明】
［産業上の利用分野］
この発明は２種以上の流体を混合するミキシングエレ
メントに関する。 ［従来の技術］ 静止型流体混合器においては、機械的可動部分がな
く、流体通路構造体が配設された通路管内を流体が通流
することにより、流体が混合される。この静止型流体混
合器は化学、食品、公害防止関連技術、電子産業及びそ
の他の分野で使用されている。 従来、２種以上の流体を混合させる静止型流体混合器
としては、（１）中空の円筒形管内に多数の屈曲したシ
ート様羽根が点接触して複数個直列に通路管内に挿入し
て、隣接する羽根の端縁どおしを直交させて連結固定さ
れている混合用具（特公昭44−8290号）、（２）筒状の
通路管内に通路管と一体成形により設けられ、この通路
管の内側部分を仕切って複数個の流体通路を形成する螺
旋状を羽根とを夫々有する複数個のミキシングエレメン
トを連結し、隣接するミキシングエレメントの羽根の隣
接端縁が所定の角度をなすようにミキシングエレメント
を配置した流体混合器（特開昭58−128124号）等が知ら
れている。 本発明の目的は流体の混合効果が高く、流体の流動抵
抗が小さくて流動圧力損失が小ないミキシングエレメン
トを提供することにある。 ［課題を解決するための手段］ この発明に係るミキシングエレメントは、流体がその
内側を通流する通路管と、この通路管の内側部分を仕切
って複数個の流体通路を形成する螺旋状の羽根とを有す
るミキシングエレメントにおいて、前記通路管の内周面
及び前記羽根の表面の少なくとも一部の面上に配設され
その面の流体接触面積及びせん断力を拡大する補助体を
有し、前記羽根はその通路管中央部分が羽根の長手方向
に沿って切り欠かれており、この部分で前記流通通路が
相互に連結されていることを特徴とするものである。ま
た、この発明に係る流体混合器は、内側を流体が流通す
る筒状の通路管と、この通路管内に複数個の流体通路を
形成する流体通路構造体及び補助体とを夫々有する複数
個のミキシングエレメントを前記通路管の長手方向に連
絡し、隣接するミキシングエレメントの羽根の隣接端縁
が所定の角度をなすようにミキシングエレメントを配置
したことを特徴とするものである。 この発明に係る流体混合器により混合されるべき流体
としては、液体、気体又は粉粒体があり、本発明によれ
ば、粘性等の物性が異なる流体、組成が異なる流体、温
度が異なる流体、色彩が異なる流体、、又は粒度が異な
る流体等、物性又は材質が異なる２種以上の流体が混合
される。液体と流体との混合及び気体と気体との混合に
加えて、液体と気体、粉粒体と粉粒体との混合も可能で
ある。これらの流体を流体を流体混合器内で混合させつ
つ、化学的反応もしくは生物学的反応を進行させること
も可能である。 ［実施例］ 以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例につ
き、具体的に説明する。 第６図は本発明の実施例に係るミキシングエレメント
を示す斜視図であり、第１図乃至第５図はその基本構造
を説明するための参考例のミキシングエレメントを示
す。 先ず、第１図及び第２図に基づいて、本発明の参考例
であるミキシングエレメント１、２について説明する。
ミキシングエレメント１は円筒状の通路管３と、通路管
内３内に形成された螺旋状の羽根６及び補助体７とを有
する。この羽根６は通路管３の長手方向の一端部から他
端部に向けて時計方向（右方向）に90゜だけねじられて
いる。ミキシングエレメント２は円筒状の通路管８と、
通路管８内に形された螺旋状の羽根11及び補助体12とを
有する。この羽根11は通路管８の長手方向の一端部から
他端部に向けて反時計方向（下方向）に90゜だけねじら
れている。これらの通路管３、８及び羽根６、11はアル
ミニウム、ステンレス鋼、普通鋼、ニッケル、銅、チタ
ン等の金属材料、セラミック又はプラスチックで作るこ
とができ、両者を一体的に製造しても良いし、また別体
で製造した後溶着又はろう付けで製造することができ
る。しかしながら、通路管３、８と羽根６、11とを一体
的に製造する方が、製造が容易になると共に、溶接盛り
上がり部等がないので、流体の異常滞留が回避されると
いう利点がある。なお、羽根体の端縁は丸みをもたせて
形成するのが好ましい。これにより、流体の通過抵抗を
小さくすることができる。また、羽根体と、通路管体と
の境界も丸みをもたせて形成することにより、その境界
での流体の異常滞留を防止することができる。通路管体
の長手方向の両端縁には、夫々エレメントを連結するた
めの内側環状突起13、14及び外側環状突起（不図示）が
形成されており、内側環状突起を外側環状突起に嵌合す
ることにより、複数個のエレメントが連結される。ミキ
シングエレメント１の通路管３内の内部には、羽根６に
より仕切られた流体通路４、５が形成されており、流体
通路４、５は螺旋状に時計方向に回転している。ミキシ
ングエレメント２の通路管８の内部には、羽根11により
仕切られた流体通路９、10が形成されており、流体通路
９、10は螺旋状に反時計方向に回転している。流体通路
４、５、９、10はその通路管の長手方向に垂直の断面が
通流域の全域に亘って半円弧状をなしている。 通路管３の内周面には、補助体としての所定の厚さの
メッシュ状体７がその内周面に沿うように配設されてい
る。このメッシュ状体７は、第３図（ａ）に示すよう
に、通路管３の内周面に接着固定しても良いし、また通
路管３の長手方向の両端にてリング状の固定具によりメ
ッシュ状体７を通路管３の内周面との間で挟持しても良
い。更に、この補助体は、第３図（ａ）に示すように、
通路管３の内周面に沿わせて配設する場合に限らず、羽
根体の表面に沿わせて配設しても良い。 このメッシュ状態７は、繊維状のプラスチック、金
属、セラミック、ガラス若しくはカーボン又はこれらの
複合材料を２次元又は３次元構造に編み込んだものを使
用することができる。特に、金属繊維の場合には、この
編み込んだものを焼結することが好ましい。 補助体としては、第３図（ａ）に示すメッシュ状体７
に限らず、種々のものを使用することができる。例え
ば、第３図（ｂ）に示す多孔質体15及び第３図（ｃ）に
示す凹凸状体16等を使用しても良い。これらの多孔質体
及び凹凸状体も、プラスチック、金属、セラミック、ガ
ラス又はカーボン等の材料を使用して、焼結、成形又は
圧縮成形等の方法により製造することができる。特に、
多孔質体としては、多数の微細な貫通孔を有する方が流
体との接触面積を増大させるために好ましい。また、金
属又はプラスチックで多孔質体を構成する場合には、発
泡金属又は発泡プラスチックを使用することも可能であ
る。また、凹凸状体16の突起部は、矩形、三角形又は円
形等種々のものにすることができる。これらの多孔質体
及び凹凸状体も、メッシュ状体と同様に、その表面積が
大きく、通路管内周面の位置における流体との接触面積
及びせん断力を拡大することができる。その結果、混合
効率がより向上する。 更に、補助体としては、第３図（ｄ）に示すように、
微細な孔を有する微細多孔質体18を通路管体３の内周面
に固定し、更に、この微細多孔質体18の内側に粗大な孔
を有する粗大多孔質体17を固定し、微細多孔質体18及び
粗大多孔質体17の積層構造とすることもできる。これに
より、気体中の異種物質の除去装置として利用した場
合、目が粗い多孔質体17で気体中の粗大粒子が捕捉さ
れ、次いで、目が細かい多孔質体18で気体中の微細粒子
が捕捉される。従って、極めて高効率で種々の大きさの
微細粒子を除去することができる。ま、第３図（ｅ）に
示すように、メッシュ状体７を通路管体３との間に空隙
19をもたせて配設しても良い。このような空隙19を有す
るエレメントは、排ガス中に油又は水等のミストがある
場合は、これを除去するのに好適である。更に、第３図
（ｆ）に示すように、通路管体３の内周面に添って凹凸
状体16を固定し、この凹凸状体16の凹凸面にメッシュ状
体７を配設しても良い。これにより、気体との接触面積
が大きくなり、集塵効率が上昇する。 次に、このようなミキシングエレメント１、２を使用
した流体混合器について説明する。 第４図に示すように、この右回転型エレメント１と左
回転型エレメント２とを交互に配設し、環状突起13、14
等を介してこれらのエレメントを連結すると共に、複数
個のエレメントをパイプ20の中に挿入して構成される。
この場合に、エレメント１及び２は、その連結位置にお
いて、その羽根の端縁どおしが直交するように配設す
る。このようにして構成された流体混合器21において
は、２種の流体FA、FBはミキシングエレメント１を流通
する際に螺旋状に90゜右回転する。そして、ミキシング
エレメント１及び２の連結点にて流体FA及びFBに分割さ
れ、夫々他方の流体通路を流通してきて分割された流体
FB及びFAと合流する。そして、分割・合流した流体はミ
キシングアエレメント２を通流する間に、螺旋状に90゜
左回転する。更に次の連結点にて流体は分割され、他方
の流体通路を流通してきた流体と合流する。流体が螺旋
状に回転して進行すると、流体内に渦流運動が発生し、
流体が混合される。更に、流体どおしの接触面積を拡大
し、せん断作用を有する補助体の働きにより、混合はよ
り一層促進される。従って、流体が回転、接触、せん
断、分割、合流を繰返される間に２種の流体FA及びFBが
均一な単一流体に混合される。第５図には、３個の流体
通路24、25、26を有する90゜右回転型ミキシングエレメ
ント22が示されている。このミキシングエレメント22に
よれば、２個の流体通路を有するミキシングエレメント
と比較して、２種以上の物体を、高効率で混合させるこ
とができる。90゜左回転型ミキシングエレメント（不図
示）も、同様の混合効率が得られる。 第６図は、本発明の実施例に係るミキシングエレメン
ト27を示す斜視図である。このミキシングエレメント27
が第１図、第２図及び第５図等に示すミキシングエレメ
ントと異なる点は、基本的には、通路管28の内側を複数
の流体通路に仕切る羽根29,30が通路管28の中央部分に
おいて長手方向に沿って切り欠かれていることにある。
これにより、羽根29,30により仕切られた流体通路がこ
の切欠部（開口部）で相互に連結されている。このよう
に羽根29、30の長手方向に開口部31を形成することによ
り、ミキシングエレメント27の直径方向及び軸方向での
流体に対してせん断力が増大して、高効率で流体を混合
させることができる。なお、開口部31は羽根の長手方向
の端部が閉じた形状でもよい。第５図に示したミキシン
グエレメント22と同様に、３個の流体通路を形成させる
ことで、混合効果を更に向上する。 なお、各エレメントの配置は、上記実施例のように右
回転型と左回転型とを交互に配設し、各羽根の端縁を直
交させるものに限らないことは勿論である。例えば、右
回転型の１対のエレメントどおしをその端縁に平行にし
て連結し、左回転型の１対のエレメントどおしをその端
縁を平行にして連結し、更にこれらの右回転型エレメン
ト及び左回転型エレメントを相互にその羽根の端縁を直
交させて連結することにより、流体は180度螺旋状に進
行した後、反転して逆方向に180度螺旋状に進行する。
また、右回転型、右回転型、左回転型、左回転型という
ように、各エレメントをその羽根の端縁が直交するよう
に配設することも可能である。更に、羽根が180度螺旋
状に回転するエレメントを使用することもできる。ま
た、ミキシングエレメントと隣接するミキシングエレメ
ントとの間に、通路管と同一の内径を有する円筒状のス
ペーサを介装してもよい。 上述の如く構成されるミキシングエレメントを利用し
た静止型流体混合器21を、排ガス中の微細粒子を除去す
る排ガス除去装置32として適用する場合は、第７図に示
す如く、SiO2等の微粒子及び塩素又は塩酸ミスト等を含
有する排ガスとスプレーノズル33から噴射される水溶液
とを除去装置32内に通流させればよい。この排ガス及び
水溶液は、除去装置32内に内設されているミキシングエ
レメント１及び２を通流する間に、分割、合流及び相異
なる方向への螺旋状回転（反転）を繰り返し、気体と液
体とが混合され接触する。また、エレメント１、２の内
周面に配設されたメッシュ状体７、12のメッシュ表面に
水溶液が付着し、この付着水溶液と排ガス中の微細粒子
とが接触する。これにより、排ガス中の微細粒子が水溶
液に捕捉されて、水溶液と共に下方に配設されるタンク
（不図示）内に集められる。更に、排ガス中の塩素及び
塩酸ミスト等は水溶液中に溶解する。このようにして、
微細粒子及びミストを含有する水溶液の液滴タンク（不
図示）内に落下し、集められて貯留される。微細粒子及
びミストが除去された清浄の排ガスは排風機（不図示）
により外界に放出される。 このように構成された装置によれば、排ガス中の微細
粒子が高効率で除去される。特に、この除去装置32にお
いては、従来の除塵装置では除去することができない粒
径が１μｍ以下の超微細粒子の捕集効率が高い。また、
除去装置としては、複数個のエレメントを連結したもの
であるので、構造が簡素であり小型化が可能であると共
に、メインテナンスが容易である。また、メッシュ状体
は通路管の内周面に沿うように配設されるので、エレメ
ントを通流する排ガスの圧力損失が少ない。従って、排
風機（不図示）の容量は小さくて足りる。なお、これら
の適用例において、ガスと液体とが除去装置を通流する
方向は同一（並流）であるが、このガスの通流方向と液
体の通流方向とを違え、その流れが相互に向かい合う向
流方向にガスと液体とを流しても良い。 次に、自動車等の排ガス浄化装置として適用する場合
は、第８図に示す如く、排ガス管の途中に排ガス浄化装
置34を設置し、排ガス浄化装置34内に通流させればよ
い。この場合に、各羽根及び通路管及び補助体を触媒作
用のある金属材料、セラミック材料等で形成することに
より、排ガスが浄化装置34内を流通する間に通気を阻害
されることなく、排ガス中の窒素酸化物（NOx）等を除
去することができる。更に、排ガス中カーボン等の微粒
子を捕集浄化することも可能であり、又消音効果も有す
る。 通路管、羽根及び補助体に担持される触媒としては、
例えば白金等の貴金属単体またはアルカリ金属塩、アル
カリ土類金属塩、モリブテン酸塩もしくは銀塩等の金属
塩、希土類元素の可溶性塩などが使用される。これらの
金属塩は、通常水溶液として用いられ、これら触媒担持
溶液に通路管、羽根及び補助体を所要回数浸漬し乾燥し
たのち、または所要量溶液をスプレーなどにより通路
管、羽根及び補助体に塗布し乾燥したのち、焼成するこ
とによって担持される。あるいは、金属材料を加熱、蒸
発、凝固させて金属微粒子を担持してもよい。なお、通
路管及び羽根を多孔質材料で形成することにより、浄化
効率が一層よくなる。更に、バイオリアクター35として
適用する場合は、第９図に示す如く、微生物又は固定化
酵素を担持してなる流体混合器21を反応槽36内に配置し
て、原液37を流体混合器21に通流させればよい。好気性
菌体を固定化して使用する場合は、空気又は酸素を原液
37と共に流体混合器21内に通流させればよい。 このバイオリアクター35を利用して、アンモニア等を
含む有機排水を処理する場合は、補所体に硝化菌などの
微生物を担持させた流体混合器21を原液中に配置して、
その混合器21内に原液を通流させれば、効率よくアンモ
ニア等が分解処理される。この場合、微生物を活性化さ
せる為に、空気又は酸素等のガスを混合器21内に通流さ
せる。混合器21内では、微生物と原液及び空気又は酸素
が十分に混合接触されて、安価な動力費で効率よく有機
排水が清浄に処理される。なお、触媒作用を有する酵
素、微生物等を補助体に担持又は固定化する場合は、多
孔質材料等で形成された補所体をあらかじめ製造されて
いる微生物中に浸しつつ微生物を吸着させたり、反応の
スタートする植菌段階から微生物と補助体とを接触さ
せ、培養の進行とともに吸着させることも可能である。
なお、通路管及び羽根を多孔質材料等で形成して、通路
管及び羽根に酵素、微生物等を担持又は固定化してもよ
い。更に、粉粒体混合装置38として適用する場合は、第
10図に示す如く、２種以上の粉粒体を混合装置38内に自
然落下又は強制的に通流させればよい。この場合、凹凸
状の突起部を形成している補助体16に使用が好ましい。 各ミキシングエレメントの直径及び長さ等の寸法、羽
根のねじれ角度、羽根の隣接端縁の交差角度、羽根の形
状、数量等は任意に設定することができ、流体の種類等
に応じて適切なものを選択可能である。なお、上記実施
例においては、流体通路構造体は通路管の内側部分を仕
切って複数個の流体通路を形成する螺旋状の羽根として
いるが、これに限定されることなく、通路管内に流体通
路の構成によって、レイノズル数の広範囲にわたって流
体の混合ができるとともに、機械的可動部を持たない流
体通路構造体でもよい。 ［発明の効果］ 以上詳細に説明した如く、この発明によれば、混合効
果が高く製造が容易であるミキシングエレメントを得る
ことができる。螺旋状の羽根により仕切られた通路管内
を複数の流体が通流する間に、物体が高効率で混合され
て接触し、更に、羽根表面又は通路管内周面に配設され
たメッシュ状又は多孔質状等の補助体により流体接触面
積及びせん断力が拡大する。従って、例えば、気体と液
体との接触効率が一層上昇し、気体中の異種物質（粉塵
等の微細粒子又はミスト等）が高効率で除去される。
又、複数の粉粒体の混合においても、せん断力の向上に
より高効率で混合される。
メントに関する。 ［従来の技術］ 静止型流体混合器においては、機械的可動部分がな
く、流体通路構造体が配設された通路管内を流体が通流
することにより、流体が混合される。この静止型流体混
合器は化学、食品、公害防止関連技術、電子産業及びそ
の他の分野で使用されている。 従来、２種以上の流体を混合させる静止型流体混合器
としては、（１）中空の円筒形管内に多数の屈曲したシ
ート様羽根が点接触して複数個直列に通路管内に挿入し
て、隣接する羽根の端縁どおしを直交させて連結固定さ
れている混合用具（特公昭44−8290号）、（２）筒状の
通路管内に通路管と一体成形により設けられ、この通路
管の内側部分を仕切って複数個の流体通路を形成する螺
旋状を羽根とを夫々有する複数個のミキシングエレメン
トを連結し、隣接するミキシングエレメントの羽根の隣
接端縁が所定の角度をなすようにミキシングエレメント
を配置した流体混合器（特開昭58−128124号）等が知ら
れている。 本発明の目的は流体の混合効果が高く、流体の流動抵
抗が小さくて流動圧力損失が小ないミキシングエレメン
トを提供することにある。 ［課題を解決するための手段］ この発明に係るミキシングエレメントは、流体がその
内側を通流する通路管と、この通路管の内側部分を仕切
って複数個の流体通路を形成する螺旋状の羽根とを有す
るミキシングエレメントにおいて、前記通路管の内周面
及び前記羽根の表面の少なくとも一部の面上に配設され
その面の流体接触面積及びせん断力を拡大する補助体を
有し、前記羽根はその通路管中央部分が羽根の長手方向
に沿って切り欠かれており、この部分で前記流通通路が
相互に連結されていることを特徴とするものである。ま
た、この発明に係る流体混合器は、内側を流体が流通す
る筒状の通路管と、この通路管内に複数個の流体通路を
形成する流体通路構造体及び補助体とを夫々有する複数
個のミキシングエレメントを前記通路管の長手方向に連
絡し、隣接するミキシングエレメントの羽根の隣接端縁
が所定の角度をなすようにミキシングエレメントを配置
したことを特徴とするものである。 この発明に係る流体混合器により混合されるべき流体
としては、液体、気体又は粉粒体があり、本発明によれ
ば、粘性等の物性が異なる流体、組成が異なる流体、温
度が異なる流体、色彩が異なる流体、、又は粒度が異な
る流体等、物性又は材質が異なる２種以上の流体が混合
される。液体と流体との混合及び気体と気体との混合に
加えて、液体と気体、粉粒体と粉粒体との混合も可能で
ある。これらの流体を流体を流体混合器内で混合させつ
つ、化学的反応もしくは生物学的反応を進行させること
も可能である。 ［実施例］ 以下、添付の図面を参照して、本発明の実施例につ
き、具体的に説明する。 第６図は本発明の実施例に係るミキシングエレメント
を示す斜視図であり、第１図乃至第５図はその基本構造
を説明するための参考例のミキシングエレメントを示
す。 先ず、第１図及び第２図に基づいて、本発明の参考例
であるミキシングエレメント１、２について説明する。
ミキシングエレメント１は円筒状の通路管３と、通路管
内３内に形成された螺旋状の羽根６及び補助体７とを有
する。この羽根６は通路管３の長手方向の一端部から他
端部に向けて時計方向（右方向）に90゜だけねじられて
いる。ミキシングエレメント２は円筒状の通路管８と、
通路管８内に形された螺旋状の羽根11及び補助体12とを
有する。この羽根11は通路管８の長手方向の一端部から
他端部に向けて反時計方向（下方向）に90゜だけねじら
れている。これらの通路管３、８及び羽根６、11はアル
ミニウム、ステンレス鋼、普通鋼、ニッケル、銅、チタ
ン等の金属材料、セラミック又はプラスチックで作るこ
とができ、両者を一体的に製造しても良いし、また別体
で製造した後溶着又はろう付けで製造することができ
る。しかしながら、通路管３、８と羽根６、11とを一体
的に製造する方が、製造が容易になると共に、溶接盛り
上がり部等がないので、流体の異常滞留が回避されると
いう利点がある。なお、羽根体の端縁は丸みをもたせて
形成するのが好ましい。これにより、流体の通過抵抗を
小さくすることができる。また、羽根体と、通路管体と
の境界も丸みをもたせて形成することにより、その境界
での流体の異常滞留を防止することができる。通路管体
の長手方向の両端縁には、夫々エレメントを連結するた
めの内側環状突起13、14及び外側環状突起（不図示）が
形成されており、内側環状突起を外側環状突起に嵌合す
ることにより、複数個のエレメントが連結される。ミキ
シングエレメント１の通路管３内の内部には、羽根６に
より仕切られた流体通路４、５が形成されており、流体
通路４、５は螺旋状に時計方向に回転している。ミキシ
ングエレメント２の通路管８の内部には、羽根11により
仕切られた流体通路９、10が形成されており、流体通路
９、10は螺旋状に反時計方向に回転している。流体通路
４、５、９、10はその通路管の長手方向に垂直の断面が
通流域の全域に亘って半円弧状をなしている。 通路管３の内周面には、補助体としての所定の厚さの
メッシュ状体７がその内周面に沿うように配設されてい
る。このメッシュ状体７は、第３図（ａ）に示すよう
に、通路管３の内周面に接着固定しても良いし、また通
路管３の長手方向の両端にてリング状の固定具によりメ
ッシュ状体７を通路管３の内周面との間で挟持しても良
い。更に、この補助体は、第３図（ａ）に示すように、
通路管３の内周面に沿わせて配設する場合に限らず、羽
根体の表面に沿わせて配設しても良い。 このメッシュ状態７は、繊維状のプラスチック、金
属、セラミック、ガラス若しくはカーボン又はこれらの
複合材料を２次元又は３次元構造に編み込んだものを使
用することができる。特に、金属繊維の場合には、この
編み込んだものを焼結することが好ましい。 補助体としては、第３図（ａ）に示すメッシュ状体７
に限らず、種々のものを使用することができる。例え
ば、第３図（ｂ）に示す多孔質体15及び第３図（ｃ）に
示す凹凸状体16等を使用しても良い。これらの多孔質体
及び凹凸状体も、プラスチック、金属、セラミック、ガ
ラス又はカーボン等の材料を使用して、焼結、成形又は
圧縮成形等の方法により製造することができる。特に、
多孔質体としては、多数の微細な貫通孔を有する方が流
体との接触面積を増大させるために好ましい。また、金
属又はプラスチックで多孔質体を構成する場合には、発
泡金属又は発泡プラスチックを使用することも可能であ
る。また、凹凸状体16の突起部は、矩形、三角形又は円
形等種々のものにすることができる。これらの多孔質体
及び凹凸状体も、メッシュ状体と同様に、その表面積が
大きく、通路管内周面の位置における流体との接触面積
及びせん断力を拡大することができる。その結果、混合
効率がより向上する。 更に、補助体としては、第３図（ｄ）に示すように、
微細な孔を有する微細多孔質体18を通路管体３の内周面
に固定し、更に、この微細多孔質体18の内側に粗大な孔
を有する粗大多孔質体17を固定し、微細多孔質体18及び
粗大多孔質体17の積層構造とすることもできる。これに
より、気体中の異種物質の除去装置として利用した場
合、目が粗い多孔質体17で気体中の粗大粒子が捕捉さ
れ、次いで、目が細かい多孔質体18で気体中の微細粒子
が捕捉される。従って、極めて高効率で種々の大きさの
微細粒子を除去することができる。ま、第３図（ｅ）に
示すように、メッシュ状体７を通路管体３との間に空隙
19をもたせて配設しても良い。このような空隙19を有す
るエレメントは、排ガス中に油又は水等のミストがある
場合は、これを除去するのに好適である。更に、第３図
（ｆ）に示すように、通路管体３の内周面に添って凹凸
状体16を固定し、この凹凸状体16の凹凸面にメッシュ状
体７を配設しても良い。これにより、気体との接触面積
が大きくなり、集塵効率が上昇する。 次に、このようなミキシングエレメント１、２を使用
した流体混合器について説明する。 第４図に示すように、この右回転型エレメント１と左
回転型エレメント２とを交互に配設し、環状突起13、14
等を介してこれらのエレメントを連結すると共に、複数
個のエレメントをパイプ20の中に挿入して構成される。
この場合に、エレメント１及び２は、その連結位置にお
いて、その羽根の端縁どおしが直交するように配設す
る。このようにして構成された流体混合器21において
は、２種の流体FA、FBはミキシングエレメント１を流通
する際に螺旋状に90゜右回転する。そして、ミキシング
エレメント１及び２の連結点にて流体FA及びFBに分割さ
れ、夫々他方の流体通路を流通してきて分割された流体
FB及びFAと合流する。そして、分割・合流した流体はミ
キシングアエレメント２を通流する間に、螺旋状に90゜
左回転する。更に次の連結点にて流体は分割され、他方
の流体通路を流通してきた流体と合流する。流体が螺旋
状に回転して進行すると、流体内に渦流運動が発生し、
流体が混合される。更に、流体どおしの接触面積を拡大
し、せん断作用を有する補助体の働きにより、混合はよ
り一層促進される。従って、流体が回転、接触、せん
断、分割、合流を繰返される間に２種の流体FA及びFBが
均一な単一流体に混合される。第５図には、３個の流体
通路24、25、26を有する90゜右回転型ミキシングエレメ
ント22が示されている。このミキシングエレメント22に
よれば、２個の流体通路を有するミキシングエレメント
と比較して、２種以上の物体を、高効率で混合させるこ
とができる。90゜左回転型ミキシングエレメント（不図
示）も、同様の混合効率が得られる。 第６図は、本発明の実施例に係るミキシングエレメン
ト27を示す斜視図である。このミキシングエレメント27
が第１図、第２図及び第５図等に示すミキシングエレメ
ントと異なる点は、基本的には、通路管28の内側を複数
の流体通路に仕切る羽根29,30が通路管28の中央部分に
おいて長手方向に沿って切り欠かれていることにある。
これにより、羽根29,30により仕切られた流体通路がこ
の切欠部（開口部）で相互に連結されている。このよう
に羽根29、30の長手方向に開口部31を形成することによ
り、ミキシングエレメント27の直径方向及び軸方向での
流体に対してせん断力が増大して、高効率で流体を混合
させることができる。なお、開口部31は羽根の長手方向
の端部が閉じた形状でもよい。第５図に示したミキシン
グエレメント22と同様に、３個の流体通路を形成させる
ことで、混合効果を更に向上する。 なお、各エレメントの配置は、上記実施例のように右
回転型と左回転型とを交互に配設し、各羽根の端縁を直
交させるものに限らないことは勿論である。例えば、右
回転型の１対のエレメントどおしをその端縁に平行にし
て連結し、左回転型の１対のエレメントどおしをその端
縁を平行にして連結し、更にこれらの右回転型エレメン
ト及び左回転型エレメントを相互にその羽根の端縁を直
交させて連結することにより、流体は180度螺旋状に進
行した後、反転して逆方向に180度螺旋状に進行する。
また、右回転型、右回転型、左回転型、左回転型という
ように、各エレメントをその羽根の端縁が直交するよう
に配設することも可能である。更に、羽根が180度螺旋
状に回転するエレメントを使用することもできる。ま
た、ミキシングエレメントと隣接するミキシングエレメ
ントとの間に、通路管と同一の内径を有する円筒状のス
ペーサを介装してもよい。 上述の如く構成されるミキシングエレメントを利用し
た静止型流体混合器21を、排ガス中の微細粒子を除去す
る排ガス除去装置32として適用する場合は、第７図に示
す如く、SiO2等の微粒子及び塩素又は塩酸ミスト等を含
有する排ガスとスプレーノズル33から噴射される水溶液
とを除去装置32内に通流させればよい。この排ガス及び
水溶液は、除去装置32内に内設されているミキシングエ
レメント１及び２を通流する間に、分割、合流及び相異
なる方向への螺旋状回転（反転）を繰り返し、気体と液
体とが混合され接触する。また、エレメント１、２の内
周面に配設されたメッシュ状体７、12のメッシュ表面に
水溶液が付着し、この付着水溶液と排ガス中の微細粒子
とが接触する。これにより、排ガス中の微細粒子が水溶
液に捕捉されて、水溶液と共に下方に配設されるタンク
（不図示）内に集められる。更に、排ガス中の塩素及び
塩酸ミスト等は水溶液中に溶解する。このようにして、
微細粒子及びミストを含有する水溶液の液滴タンク（不
図示）内に落下し、集められて貯留される。微細粒子及
びミストが除去された清浄の排ガスは排風機（不図示）
により外界に放出される。 このように構成された装置によれば、排ガス中の微細
粒子が高効率で除去される。特に、この除去装置32にお
いては、従来の除塵装置では除去することができない粒
径が１μｍ以下の超微細粒子の捕集効率が高い。また、
除去装置としては、複数個のエレメントを連結したもの
であるので、構造が簡素であり小型化が可能であると共
に、メインテナンスが容易である。また、メッシュ状体
は通路管の内周面に沿うように配設されるので、エレメ
ントを通流する排ガスの圧力損失が少ない。従って、排
風機（不図示）の容量は小さくて足りる。なお、これら
の適用例において、ガスと液体とが除去装置を通流する
方向は同一（並流）であるが、このガスの通流方向と液
体の通流方向とを違え、その流れが相互に向かい合う向
流方向にガスと液体とを流しても良い。 次に、自動車等の排ガス浄化装置として適用する場合
は、第８図に示す如く、排ガス管の途中に排ガス浄化装
置34を設置し、排ガス浄化装置34内に通流させればよ
い。この場合に、各羽根及び通路管及び補助体を触媒作
用のある金属材料、セラミック材料等で形成することに
より、排ガスが浄化装置34内を流通する間に通気を阻害
されることなく、排ガス中の窒素酸化物（NOx）等を除
去することができる。更に、排ガス中カーボン等の微粒
子を捕集浄化することも可能であり、又消音効果も有す
る。 通路管、羽根及び補助体に担持される触媒としては、
例えば白金等の貴金属単体またはアルカリ金属塩、アル
カリ土類金属塩、モリブテン酸塩もしくは銀塩等の金属
塩、希土類元素の可溶性塩などが使用される。これらの
金属塩は、通常水溶液として用いられ、これら触媒担持
溶液に通路管、羽根及び補助体を所要回数浸漬し乾燥し
たのち、または所要量溶液をスプレーなどにより通路
管、羽根及び補助体に塗布し乾燥したのち、焼成するこ
とによって担持される。あるいは、金属材料を加熱、蒸
発、凝固させて金属微粒子を担持してもよい。なお、通
路管及び羽根を多孔質材料で形成することにより、浄化
効率が一層よくなる。更に、バイオリアクター35として
適用する場合は、第９図に示す如く、微生物又は固定化
酵素を担持してなる流体混合器21を反応槽36内に配置し
て、原液37を流体混合器21に通流させればよい。好気性
菌体を固定化して使用する場合は、空気又は酸素を原液
37と共に流体混合器21内に通流させればよい。 このバイオリアクター35を利用して、アンモニア等を
含む有機排水を処理する場合は、補所体に硝化菌などの
微生物を担持させた流体混合器21を原液中に配置して、
その混合器21内に原液を通流させれば、効率よくアンモ
ニア等が分解処理される。この場合、微生物を活性化さ
せる為に、空気又は酸素等のガスを混合器21内に通流さ
せる。混合器21内では、微生物と原液及び空気又は酸素
が十分に混合接触されて、安価な動力費で効率よく有機
排水が清浄に処理される。なお、触媒作用を有する酵
素、微生物等を補助体に担持又は固定化する場合は、多
孔質材料等で形成された補所体をあらかじめ製造されて
いる微生物中に浸しつつ微生物を吸着させたり、反応の
スタートする植菌段階から微生物と補助体とを接触さ
せ、培養の進行とともに吸着させることも可能である。
なお、通路管及び羽根を多孔質材料等で形成して、通路
管及び羽根に酵素、微生物等を担持又は固定化してもよ
い。更に、粉粒体混合装置38として適用する場合は、第
10図に示す如く、２種以上の粉粒体を混合装置38内に自
然落下又は強制的に通流させればよい。この場合、凹凸
状の突起部を形成している補助体16に使用が好ましい。 各ミキシングエレメントの直径及び長さ等の寸法、羽
根のねじれ角度、羽根の隣接端縁の交差角度、羽根の形
状、数量等は任意に設定することができ、流体の種類等
に応じて適切なものを選択可能である。なお、上記実施
例においては、流体通路構造体は通路管の内側部分を仕
切って複数個の流体通路を形成する螺旋状の羽根として
いるが、これに限定されることなく、通路管内に流体通
路の構成によって、レイノズル数の広範囲にわたって流
体の混合ができるとともに、機械的可動部を持たない流
体通路構造体でもよい。 ［発明の効果］ 以上詳細に説明した如く、この発明によれば、混合効
果が高く製造が容易であるミキシングエレメントを得る
ことができる。螺旋状の羽根により仕切られた通路管内
を複数の流体が通流する間に、物体が高効率で混合され
て接触し、更に、羽根表面又は通路管内周面に配設され
たメッシュ状又は多孔質状等の補助体により流体接触面
積及びせん断力が拡大する。従って、例えば、気体と液
体との接触効率が一層上昇し、気体中の異種物質（粉塵
等の微細粒子又はミスト等）が高効率で除去される。
又、複数の粉粒体の混合においても、せん断力の向上に
より高効率で混合される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の参考例に係る90゜右回転型ミキシング
エレメントを示す斜視図、第２図は同じく90゜左回転型
ミキシングエレメントを示す斜視図、第３図はそのミキ
シングエレメントの補助体を示す側面図、第４図はその
ミキシングエレメントを連結して組み立てられた流体混
合器を示す側面図、第５図は本発明の参考例に係る３個
の流体通路を有する90゜右回転型ミキシングエレメント
を示す斜視図、第６図は本発明の実施例に係る羽根の長
手方向に開口部を有する90゜右回転型ミキシングエレメ
ントを示す斜視図、第７図乃至第10図はミキシングエレ
メントの適用例を示す模式図である。 １、２、22、27……ミキシングエレメント、 ３、８、23、28……通路管、 ６、11、29、30……羽根、 ７、12、15、16、17、18……補助体、 ４、５、９、10、24、25、26……流体通路、 21……流体混合器、 31……開口部。
エレメントを示す斜視図、第２図は同じく90゜左回転型
ミキシングエレメントを示す斜視図、第３図はそのミキ
シングエレメントの補助体を示す側面図、第４図はその
ミキシングエレメントを連結して組み立てられた流体混
合器を示す側面図、第５図は本発明の参考例に係る３個
の流体通路を有する90゜右回転型ミキシングエレメント
を示す斜視図、第６図は本発明の実施例に係る羽根の長
手方向に開口部を有する90゜右回転型ミキシングエレメ
ントを示す斜視図、第７図乃至第10図はミキシングエレ
メントの適用例を示す模式図である。 １、２、22、27……ミキシングエレメント、 ３、８、23、28……通路管、 ６、11、29、30……羽根、 ７、12、15、16、17、18……補助体、 ４、５、９、10、24、25、26……流体通路、 21……流体混合器、 31……開口部。
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所
Ｂ０１Ｆ 3/18 Ｂ０１Ｄ 53/34 Ｅ
Ｃ０２Ｆ 3/06 53/36 Ｂ
Ｃ１２Ｍ 1/02
Claims (1)
- (57)【特許請求の範囲】 １．流体がその内側を通流する通路管と、この通路管の
内側部分を仕切って複数個の流体通路を形成する螺旋状
の羽根とを有するミキシングエレメントにおいて、前記
通路管の内周面及び前記羽根の表面の少なくとも一部の
面上に配設されその面の流体接触面積及びせん断力を拡
大する補助体を有し、前記羽根はその通路管中央部分が
羽根の長手方向に沿って切り欠かれており、この部分で
前記流体通路が相互に連結されていることを特徴とする
ミキシングエレメント。 ２．前記通路管は、円筒状をなしていることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載のミキシングエレメン
ト。 ３．前記補助体は、多孔質体であることを特徴とする特
許請求の範囲第１項に記載のミキシグエレメント。 ４．前記補助体は、メッシュ状体であることを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載のミキシングエレメン
ト。 ５．前記補助体は、凹凸状の表面を有する凹凸状体であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のミキ
シングエレメント。 ６．前記補助体は、前記通路管の内周面及び前記羽根の
表面の少なくとも一部の面に接着されていることを特徴
とする特許請求の範囲第１項に記載のミキシングエレメ
ント。 ７．前記補助体は、前記通路管の内周面及び前記羽根の
表面の少なくとも一部の面に固定具により固定されてい
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載のミキ
シングエレメント。 ８．前記補助体は、触媒作用を有する金属材料を担持し
ていることを特徴とする特許請求の範囲第３項乃至第７
項のいずれか１項に記載のミキシングエレメント。 ９．前記補助体は、生物学的触媒作用を有する酵素若し
くは微生物を担持又は固定化していることを特徴とする
特許請求の範囲第３項乃至第７項のいずれか１項に記載
のミキシングエレメント。
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62175935A JP2686078B2 (ja) | 1987-07-16 | 1987-07-16 | ミキシングエレメント |
| US07/531,621 US5104233A (en) | 1987-07-16 | 1990-06-01 | Mixing element with a tapered porous body |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62175935A JP2686078B2 (ja) | 1987-07-16 | 1987-07-16 | ミキシングエレメント |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6422329A JPS6422329A (en) | 1989-01-25 |
| JP2686078B2 true JP2686078B2 (ja) | 1997-12-08 |
Family
ID=16004824
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62175935A Expired - Lifetime JP2686078B2 (ja) | 1987-07-16 | 1987-07-16 | ミキシングエレメント |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5104233A (ja) |
| JP (1) | JP2686078B2 (ja) |
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| JP2544364B2 (ja) * | 1987-01-22 | 1996-10-16 | 久夫 小嶋 | 気体中の異種物質の除去装置 |
-
1987
- 1987-07-16 JP JP62175935A patent/JP2686078B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
- 1990-06-01 US US07/531,621 patent/US5104233A/en not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US5104233A (en) | 1992-04-14 |
| JPS6422329A (en) | 1989-01-25 |
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